JPH09145477A - Spectroscope - Google Patents
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- G01J3/28—Investigating the spectrum
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- G—PHYSICS
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本願の発明は、光の波長毎の
強度測定即ち分光測定に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention of the present application relates to intensity measurement, that is, spectroscopic measurement for each wavelength of light.
【0002】[0002]
【従来の技術】回折格子等の分光手段を用いた分光器
は、古くから分光スペクトルを測定する手段として用い
られている。このうち、最近では、線状受光素子を使用
したマルチチャンネルタイプの分光器が盛んに使用され
ている。2. Description of the Related Art A spectroscope using a spectroscopic means such as a diffraction grating has long been used as a means for measuring a spectroscopic spectrum. Among these, recently, a multi-channel type spectroscope using a linear light receiving element has been actively used.
【0003】図8は、このようなマルチチャンネルタイ
プの従来の分光器の概略構成を説明する図である。図8
に示す従来の分光器は、計器全体を収納した不図示の箱
体に設けられ被測定光が入射する入射スリット1と、入
射スリット1を通過した光が入射する位置に配置された
分光手段2と、分光手段2により分光された光の結像位
置に配置された線状受光素子3と、線状受光素子3の受
光結果から分光スペクトルを検出する不図示の検出手段
とから主に構成されている。FIG. 8 is a diagram for explaining a schematic configuration of such a multi-channel type conventional spectroscope. FIG.
The conventional spectroscope shown in FIG. 1 is provided in a box (not shown) that houses the entire instrument, and an entrance slit 1 on which the light to be measured is incident, and a spectroscopic means 2 arranged at a position where the light passing through the entrance slit 1 is incident. And a linear light receiving element 3 arranged at an image forming position of the light dispersed by the spectral means 2, and a detection means (not shown) for detecting a spectral spectrum from the light reception result of the linear light receiving element 3. ing.
【0004】分光手段2としては、反射型の回折格子等
が典型的には用いられる。線状受光素子3としては、フ
ォトダイオードアレイ等のような半導体受光素子を一例
に並べたものが採用され、光電変換を行う各セグメント
を多数線状に並べた構成となっている。分光手段2から
の光は、所定の方向に分散して、その分散角が波長毎に
変化する。従って、分散方向に一致させて線状受光素子
3を配置すれば波長毎の光の強度が測定できることにな
る。A reflection type diffraction grating or the like is typically used as the spectroscopic means 2. As the linear light-receiving element 3, a semiconductor light-receiving element such as a photodiode array is used as an example, and a plurality of segments for performing photoelectric conversion are arranged in a linear shape. The light from the spectroscopic means 2 is dispersed in a predetermined direction, and the dispersion angle changes for each wavelength. Therefore, if the linear light receiving elements 3 are arranged so as to match the dispersion direction, the light intensity for each wavelength can be measured.
【0005】このような分光器では、回折格子の向きを
変えなくとも、線状受光素子3の各セグメントの数に応
じて同時に複数の波長の分光測定が行える。このことか
ら、図8のような分光器はマルチチャンネルタイプと呼
ばれている。このようなマルチチャンネルタイプの分光
器では、分光手段2を構成する回折格子の向きを変えな
くとも瞬時に複数波長の分光測定が行えることから、フ
ラッシュランプのようなトランジェントな光の分光測定
に有効であるとされている。In such a spectroscope, it is possible to simultaneously perform spectroscopic measurement of a plurality of wavelengths according to the number of each segment of the linear light receiving element 3 without changing the direction of the diffraction grating. From this, the spectroscope as shown in FIG. 8 is called a multi-channel type. In such a multi-channel type spectroscope, spectroscopic measurement of a plurality of wavelengths can be performed instantaneously without changing the direction of the diffraction grating that constitutes the spectroscopic means 2, and thus is effective for spectroscopic measurement of transient light such as a flash lamp. Is said to be.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た説明から分かるように、従来の分光器では、分光測定
の条件即ち波長範囲や分解能等は、分光手段に用いた回
折格子の溝幅や回折格子の配置角度、線状受光素子のセ
グメント幅等により決まる固定的なものである。分光条
件を変えるには、回折格子を回転させて配置角度を変え
る動作が必要になり、マルチチャンネルタイプの構成を
せっかく採用したメリットが無くなってしまう。本願の
発明は係る課題を解決するためになされたものであり、
波長範囲や分解能等の分光条件を自由に選択したり調整
したりすることが可能な分光器を提供することを目的と
する。However, as can be seen from the above description, in the conventional spectroscope, the spectroscopic measurement conditions, that is, the wavelength range, the resolution, etc., depend on the groove width of the diffraction grating used in the spectroscopic means and the diffraction grating. Is a fixed one that is determined by the arrangement angle, the segment width of the linear light receiving element, and the like. In order to change the spectroscopic conditions, it is necessary to rotate the diffraction grating to change the arrangement angle, and the advantage of using the multi-channel type configuration is lost. The invention of the present application has been made to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide a spectroscope capable of freely selecting and adjusting spectroscopic conditions such as wavelength range and resolution.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の請求項1記載の発明は、被測定光が入射する
位置に配置された分光手段と、分光手段により分光され
た光が入射する位置に配置された受光素子とを有する分
光器において、前記受光素子は入射する光を二次元イメ
ージとして捉えるエリアイメージセンサであり、前記分
光手段は、このエリアイメージセンサの受光面のうちの
少なくとも二つの異なる受光部分に対して異なる分光条
件の光を入射させることが可能であり、さらに、当該受
光部分の受光結果から当該異なる分光条件の光の強度を
独立して検出することが可能な検出手段を備えている。
同様に上記目的を達成するため、請求項2記載の発明
は、請求項1の構成において、受光素子は、電荷結合素
子よりなるエリアイメージセンサである。同様に上記目
的を達成するため、請求項3記載の発明は、被測定光が
入射する位置に配置された分光手段と、分光手段により
分光された光が入射する位置に配置された受光素子とを
有する分光器において、前記受光素子として少なくとも
二つの光電子倍増管が受光位置に配置されており、前記
分光手段は、各々の光電子倍増管に対して異なる分光条
件の光を入射させることが可能であり、さらに、当該各
光電子倍増管の受光結果から当該異なる分光条件の光の
強度を独立して検出することが可能な検出手段を備えて
いる。同様に上記目的を達成するため、請求項4記載の
発明は、請求項1,2又は3の構成において、分光手段
は、分光条件を異にする二つの回折格子により異なる条
件の分光を行うものである。同様に上記目的を達成する
ため、請求項5記載の発明は、請求項1,2又は3の構
成において、分光手段は、一つの回折格子と、その一つ
の回折格子に対して少なくとも二つの異なる入射角で被
測定光を分割して入射させることが可能な分割用光学素
子とを有し、当該異なる入射角の光に対応して、前記受
光素子の異なる受光部分又は前記各光電子倍増管の入射
面が設定されている。同様に上記目的を達成するため、
請求項6記載の発明は、請求項1,2,3,4又は5の
構成において、異なる分光条件は波長範囲であり、分光
手段は、波長範囲の異なる光が前記エリアイメージセン
サの受光面のうちの異なる受光部分又は前記各光電子倍
増管の入射面にそれぞれ入射するよう構成されている。
同様に上記目的を達成するため、請求項7記載の発明
は、請求項1,2,3,4又は5の構成において、異な
る分光条件は分解能であり、分光手段は、分解能の異な
る光がエリアイメージセンサの受光面のうちの異なる受
光部分又は前記各光電子倍増管の入射面にそれぞれ入射
するよう構成されている。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present application provides a spectroscopic means arranged at a position where the light to be measured is incident, and light which is spectroscopically dispersed by the spectroscopic means. In the spectroscope having a light receiving element arranged at a position, the light receiving element is an area image sensor that captures incident light as a two-dimensional image, and the spectroscopic means is at least one of the light receiving surfaces of the area image sensor. It is possible to make light of different spectral conditions incident on two different light receiving portions, and further, it is possible to independently detect the intensity of light of the different spectral conditions from the light receiving result of the light receiving portion. Equipped with means.
Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is the area image sensor according to claim 1, wherein the light receiving element is a charge coupled element. Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 3 includes a spectroscopic unit arranged at a position where the measured light is incident, and a light receiving element arranged at a position where the light dispersed by the spectroscopic unit is incident. In the spectroscope having, at least two photomultiplier tubes are arranged at the light receiving position as the light receiving element, and the spectroscopic means can make light of different spectroscopic conditions incident on the respective photomultiplier tubes. In addition, a detection unit capable of independently detecting the intensities of the light under the different spectral conditions from the light reception results of the photomultiplier tubes is provided. Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 4 is the structure according to claim 1, 2 or 3, wherein the spectroscopic means performs spectroscopic analysis under different conditions by two diffraction gratings having different spectroscopic conditions. Is. Similarly, in order to achieve the above object, the invention according to claim 5 is the structure according to claim 1, 2 or 3, wherein the spectroscopic means has one diffraction grating and at least two different diffraction gratings for the one diffraction grating. And a splitting optical element capable of splitting and inputting the light to be measured at an incident angle, and corresponding to light having different incident angles, different light receiving portions of the light receiving element or the photomultiplier tubes The incident surface is set. Similarly, in order to achieve the above purpose,
According to a sixth aspect of the present invention, in the structure of the first, second, third, fourth or fifth aspect, different spectral conditions are wavelength ranges, and the spectroscopic means causes light having different wavelength ranges to be incident on the light receiving surface of the area image sensor. It is configured to enter the different light receiving portions of them or the incident surfaces of the photomultiplier tubes.
Similarly, in order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 7 is the structure according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein different spectral conditions are resolutions, and the spectroscopic means is configured such that light having different resolutions is used in an area. The light-receiving surfaces of the image sensor are configured to be incident on different light-receiving portions or the incident surfaces of the photomultiplier tubes.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態につ
いて説明する。図1は、本願発明の第一の実施形態に係
る分光器の概略構成を説明する図である。図1に示す分
光器は、被測定光が入射する位置に配置された分光手段
2と、分光手段2により分光された光が入射する位置に
配置された受光素子4とを有している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a spectroscope according to a first embodiment of the present invention. The spectroscope shown in FIG. 1 has a spectroscopic unit 2 arranged at a position where the measured light is incident, and a light receiving element 4 arranged at a position where the light dispersed by the spectroscopic unit 2 is incident.
【0009】まず、本実施形態の分光器では、図7に示
す従来のものと同様、計器全体を収納した不図示の箱体
に、被測定光が入射する入射スリット1が設けられてい
る。この入射スリット1の幅は、例えば5μm〜5mm
程度である。入射スリット1を通過した光が入射する位
置に配置された分光手段2は、本実施形態の測定器の大
きな特徴点を成しており、光軸方向に垂直な方向に並設
した二つの回折格子21,22によって構成されてい
る。First, in the spectroscope of the present embodiment, as with the conventional one shown in FIG. 7, a box body (not shown) accommodating the entire instrument is provided with an entrance slit 1 through which the light to be measured enters. The width of the entrance slit 1 is, for example, 5 μm to 5 mm.
It is about. The spectroscopic means 2 arranged at the position where the light that has passed through the entrance slit 1 is incident is a major feature of the measuring instrument of this embodiment, and is composed of two diffraction elements arranged in a direction perpendicular to the optical axis direction. It is composed of gratings 21 and 22.
【0010】二つの回折格子21,22は、いずれも反
射型である。そして、その入射面(反射型のゆえ出射面
でもある)が、図1に示すように光軸に対して異なる角
度で交差するよう二つの回折格子21,22は配置され
ている。尚、二つの回折格子21,22の格子定数は同
じ場合もあるし異なる場合もある。また、回折格子2
1,22は、二つともその溝が垂直方向になるよう配置
され、回折光が水平方向に分散するよう構成されてい
る。The two diffraction gratings 21 and 22 are both reflection type. The two diffraction gratings 21 and 22 are arranged so that the incident surface (which is also the emitting surface because of the reflection type) intersects with the optical axis at different angles, as shown in FIG. The grating constants of the two diffraction gratings 21 and 22 may be the same or different. Also, diffraction grating 2
Both 1 and 22 are arranged such that their grooves are in the vertical direction, and are configured so that diffracted light is dispersed in the horizontal direction.
【0011】また、二つの回折格子21,22のそれぞ
れには、光軸に対する配置角度を変化させて任意の波長
を分光するための不図示の駆動モータが付設されてい
る。駆動モータとしては、AC又はDCのサーボモータ
等が使用され、各々独立して制御可能となっている。
尚、手動により回折格子21,22の配置角度を変化さ
せる構成でも良い。Further, each of the two diffraction gratings 21 and 22 is provided with a drive motor (not shown) for changing the arrangement angle with respect to the optical axis to disperse an arbitrary wavelength. As the drive motor, an AC or DC servo motor or the like is used, and each can be controlled independently.
It is also possible to manually change the arrangement angles of the diffraction gratings 21 and 22.
【0012】一方、分光手段2により分光された光が入
射する位置に配置された受光素子4の構成も、本実施形
態の分光器の大きな特徴点を成しており、入射する光を
二次元イメージとして捉えるエリアイメージセンサが採
用されている。この受光素子4としては、典型的には電
荷結合素子(CCD)等の固体撮像素子よりなるエリア
イメージセンサが採用される。但し、CCD方式に限ら
ず、X−Yアドレス方式、CID(Charge Injection De
vice)方式、CPD(Charge Priming Device)方式、CS
D(Charge Sweep Device)方式等の他のものであっても
良い。On the other hand, the configuration of the light-receiving element 4 arranged at the position where the light split by the splitting means 2 is incident is also a major feature of the spectroscope of the present embodiment, and the incident light is two-dimensional. An area image sensor is used as an image. As the light receiving element 4, typically, an area image sensor including a solid-state image sensor such as a charge coupled device (CCD) is adopted. However, not limited to the CCD system, the XY address system and the CID (Charge Injection Depth)
vice) method, CPD (Charge Priming Device) method, CS
Other types such as the D (Charge Sweep Device) method may be used.
【0013】また、入射スリット1を通過した光は、平
面鏡5及び凹面鏡6を経由して上記分光手段2に達する
よう構成されている。凹面鏡6は、入射スリット1の像
を二つの回折格子21,22の入射面に結ぶよう構成さ
れている。Further, the light passing through the entrance slit 1 is configured to reach the above-mentioned spectroscopic means 2 via the plane mirror 5 and the concave mirror 6. The concave mirror 6 is configured to connect the image of the entrance slit 1 to the entrance surfaces of the two diffraction gratings 21 and 22.
【0014】さらに、分光手段2を構成する二つの回折
格子21,22から出射した光は、二つのトロイダル鏡
71,72によって受光素子4の受光面に像を結ぶよう
構成されている。即ち、上側の回折格子(以下、第一回
折格子)21から出射された光は、上側のトロイダル鏡
(以下、第一トロイダル鏡)71によって受光素子4の
受光面に像を結び、下側の回折格子(以下、第二回折格
子)22から出射された光は、下側のトロイダル鏡(以
下、第二トロイダル鏡)72によって受光素子4の受光
面に像を結ぶよう構成されている。Further, the light emitted from the two diffraction gratings 21 and 22 constituting the spectroscopic means 2 is configured to form an image on the light receiving surface of the light receiving element 4 by the two toroidal mirrors 71 and 72. That is, the light emitted from the upper diffraction grating (hereinafter referred to as the first diffraction grating) 21 forms an image on the light receiving surface of the light receiving element 4 by the upper toroidal mirror (hereinafter referred to as the first toroidal mirror) 71, and the light at the lower side. The light emitted from the diffraction grating (hereinafter, second diffraction grating) 22 is configured to form an image on the light receiving surface of the light receiving element 4 by the lower toroidal mirror (hereinafter, second toroidal mirror) 72.
【0015】そして、上記第一トロイダル鏡71と第二
トロイダル鏡72の結像位置は、受光素子4の受光面上
異なる位置で像を結ぶよう構成されている。即ち、第一
トロイダル鏡71は、上側の受光部分(以下、第一受光
部分)41に第一回折格子21の像を結び、第二トロイ
ダル鏡72は下側の受光部分(以下、第二受光部分)4
2に第二回折格子22の像を結ぶよう構成されている。The image forming positions of the first toroidal mirror 71 and the second toroidal mirror 72 are formed so as to form images at different positions on the light receiving surface of the light receiving element 4. That is, the first toroidal mirror 71 forms an image of the first diffraction grating 21 on the upper light receiving portion (hereinafter, first light receiving portion) 41, and the second toroidal mirror 72 forms the lower light receiving portion (hereinafter, second light receiving portion). Part) 4
2 is formed so as to form an image of the second diffraction grating 22.
【0016】上記受光素子4の受光結果は、不図示の検
出手段によって検出されるよう構成されている。検出手
段は、具体的には受光素子4の受光結果を電気信号とし
て読み出す読み出し回路と、読み出し回路によって読み
出された信号を処理して分光スペクトルを得る信号処理
部などから構成されている。The light reception result of the light receiving element 4 is configured to be detected by a detection means (not shown). Specifically, the detection means is composed of a read circuit that reads the light reception result of the light receiving element 4 as an electric signal, a signal processing unit that processes the signal read by the read circuit, and obtains a spectrum.
【0017】上述の通り、本実施形態における受光素子
4は、入射する光を二次元イメージとして捉えるエリア
イメージセンサが採用されている。二次元イメージとし
て入射光を捉えるエリアイメージセンサは、二つのリニ
アイメージセンサを横に並べたのと同様に機能すること
ができる。つまり、エリアイメージセンサの受光面のう
ち第一受光部分41と第二受光部分42の光電信号をビ
ニングと呼ばれる読み出し方式によって読み出すことに
より、一つのエリアイメージセンサによって各々の独立
した二つのリニアイメージセンサの機能を達成させるこ
とができる。As described above, the light receiving element 4 in this embodiment employs the area image sensor which captures the incident light as a two-dimensional image. An area image sensor that captures incident light as a two-dimensional image can function as if two linear image sensors are arranged side by side. That is, by reading out photoelectric signals of the first light receiving portion 41 and the second light receiving portion 42 of the light receiving surface of the area image sensor by a reading method called binning, two independent linear image sensors are provided by one area image sensor. The function of can be achieved.
【0018】以下、上記ビニングの点も含め、上記検出
手段の読み出し回路の構成を詳説する。図2は、図1の
分光器における検出手段の読み出し回路の構成を説明す
る図である。まず、CCDエリアイメージセンサ(以
下、CCDセンサ)は、フォトダイオードの光起電力に
よって生成された電荷をCCDによって転送して読み出
してイメージ情報を得るものであり、電荷転送の方式に
よってインライン転送型やフレーム転送型が知られてい
る。このうち、分光測定を行う本実施形態では、信号の
SN比が高いフレーム転送型の読み出し回路が採用され
ている。The configuration of the read circuit of the detecting means will be described in detail below, including the above binning point. FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the readout circuit of the detection means in the spectroscope of FIG. First, a CCD area image sensor (hereinafter referred to as a CCD sensor) is a device for obtaining image information by transferring and reading charges generated by the photoelectromotive force of a photodiode by a CCD. A frame transfer type is known. Of these, in the present embodiment that performs spectroscopic measurement, a frame transfer type readout circuit having a high signal-to-noise ratio is adopted.
【0019】フレーム転送型の読み出し回路は、受光面
を構成する不図示の受光用CCDで生成された電荷を蓄
積する蓄積用CCD81と、蓄積用CCD81に蓄積さ
れた電荷が順次転送されるシフトレジスタ82と、シフ
トレジスタ82から順次信号を取り出す取り出し用アン
プ83等から構成されている。The frame transfer type readout circuit includes a storage CCD 81 for accumulating electric charges generated by a light receiving CCD (not shown) constituting a light receiving surface, and a shift register for sequentially transferring the electric charges accumulated in the accumulation CCD 81. 82, and a take-out amplifier 83 that sequentially takes out signals from the shift register 82.
【0020】まず、受光用CCDの各々の画素のゲート
電極の下に蓄積された電荷をその受光用CCDを用いて
高速で蓄積用CCD81に転送する。蓄積用CCD81
では、電荷を垂直方向に順次転送する。即ち、蓄積用C
CD81の各ピクセルを上側から第一列、第二列、第三
列、第四列とすると、第一列のピクセルの電荷が第二列
のピクセルに、第二列のピクセルの電荷が第三列のピク
セルに、第三列のピクセルの電荷が第四列のピクセル
に、そして第四列のピクセルの電荷がシフトレジスタ8
2にそれぞれ同時に転送される。First, the charges accumulated under the gate electrode of each pixel of the light receiving CCD are transferred to the storage CCD 81 at high speed using the light receiving CCD. CCD81 for storage
Then, the charges are sequentially transferred in the vertical direction. That is, C for storage
If the pixels of the CD 81 are arranged in the first, second, third, and fourth columns from the upper side, the charge of the pixels in the first column becomes the pixel of the second column and the charge of the pixels in the second column becomes the third. The charges of the pixels of the third column, the charges of the pixels of the third column and the charges of the pixels of the fourth column are shifted to shift register 8
2 are simultaneously transferred to each of the two.
【0021】通常、第四列のピクセルの電荷がシフトレ
ジスタ82に転送されるたびに、読み出し用アンプ83
が動作し、シフトレジスタ82内のデータを一つずつ読
み出す。すべてのデータが読み出されると、再び、各ピ
クセルの電荷の転送が行われる。即ち、第二列のピクセ
ルの電荷が第三列のピクセルに、第三列のピクセルの電
荷が第四列のピクセルに、第四列のピクセルの電荷がシ
フトレジスタ82にそれぞれ同時に転送される。そし
て、同様にシフトレジスタ82内のデータを読み出しを
読み出し用アンプ83によって行い、さらに電荷の転送
を繰り返す。このようにして、当初各ピクセルに蓄積さ
れた電荷を全て転送して読み出すと、一回の光電信号の
読み出しが終了する。Normally, every time the charges of the pixels in the fourth column are transferred to the shift register 82, the reading amplifier 83 is used.
Operates to read the data in the shift register 82 one by one. When all the data has been read, the charge transfer of each pixel is performed again. That is, the charges of the pixels of the second column are transferred to the pixels of the third column, the charges of the pixels of the third column are transferred to the pixels of the fourth column, and the charges of the pixels of the fourth column are transferred to shift register 82 at the same time. Then, similarly, the data in the shift register 82 is read by the read amplifier 83, and the charge transfer is repeated. In this way, when all the charges initially accumulated in each pixel are transferred and read, one read of the photoelectric signal is completed.
【0022】ここで、シフトレジスタ82内のデータの
読み出しを一回の電荷転送のたびに行わず、数回転送を
行った後に行うようにすると、前記ビニングが行える。
即ち、図2に示すように、例えば、第一列のピクセルの
電荷を第二列のピクセルに、第二列のピクセルの電荷を
第三列のピクセルに、第三列のピクセルの電荷を第四列
のピクセルに、第四列のピクセルの電荷をシフトレジス
タ82にそれぞれ同時に転送した後、シフトレジスタ8
2内のデータの読み出しを行わずに、第二列のピクセル
の電荷を第三列のピクセルに、第三列のピクセルの電荷
を第四列のピクセルに、第四列のピクセルの電荷をシフ
トレジスタ82にそれぞれ同時に転送し、その後シフト
レジスタ82内のデータの読み出しを行うようにする
と、第三列のピクセルの電荷と第四列のピクセルの電荷
とが加算されて読み出される。このように光電信号を読
み出すと、第三列のピクセルに対応した受光用CCD画
素群と第四列のピクセルに対応した受光用CCD画素群
とを一つのラインイメージセンサとして使用するのと等
価となる。If the data in the shift register 82 is not read every time charge is transferred once, but after the data is transferred several times, the binning can be performed.
That is, as shown in FIG. 2, for example, the charges of the pixels in the first column are assigned to the pixels of the second column, the charges of the pixels of the second column are assigned to the pixels of the third column, and the charges of the pixels of the third column are assigned to the pixel. The charges of the pixels in the fourth column are simultaneously transferred to the pixels in the fourth column to the shift register 82, and then the shift register 8
The charges of the pixels in the second column are shifted to the pixels of the third column, the charges of the pixels of the third column are shifted to the pixels of the fourth column, and the charges of the pixels of the fourth column are shifted without reading the data in 2. When the data is simultaneously transferred to the registers 82 and then the data in the shift register 82 is read out, the charges of the pixels in the third column and the charges of the pixels in the fourth column are added and read out. When the photoelectric signal is read out in this manner, it is equivalent to using the light-receiving CCD pixel group corresponding to the pixels in the third column and the light-receiving CCD pixel group corresponding to the pixels in the fourth column as one line image sensor. Become.
【0023】このように複数列のピクセルの電荷を加算
して読み出すビニングを行うことによって、独立に信号
読み出しが行われる複数の受光部分を一つのエリアイメ
ージセンサに対して設定することができるのである。そ
して、前述の通り、その複数の受光部分に対して異なる
分光条件の光を入射させることにより、分光条件の異な
った測定を同時に行うことができるのである。By thus performing binning for reading by adding charges of pixels in a plurality of columns, it is possible to set a plurality of light receiving portions for which signal reading is independently performed for one area image sensor. . Then, as described above, it is possible to simultaneously perform measurement under different spectroscopic conditions by making light under different spectroscopic conditions incident on the plurality of light receiving portions.
【0024】上記の点を図3を用いてさらに詳しく説明
する。図3は、図1の実施形態における受光素子4の受
光部分を説明する図であり、受光素子4として用いられ
たCCDエリアイメージセンサの表面を概略的に示した
ものである。The above points will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 is a view for explaining the light receiving portion of the light receiving element 4 in the embodiment of FIG. 1, and schematically shows the surface of the CCD area image sensor used as the light receiving element 4.
【0025】図3に示す通り、CCDエリアイメージセ
ンサの表面には、受光面を構成するCCD画素がマトリ
ックス状に敷設されている。これらCCD画素を、図3
に示すようにP(1,1)〜P(M,N)とすると、P
(x1 ,y1 )〜P(x1 +m1 ,y1 +n1 )を第一
受光部分41として設定し、P(x1 ,y2 )〜P(x
1 +m1 ,y2 +n1 )を第二受光部分42として設定
する。そして、P(x1 ,y1 )〜P(x1 +m1 ,y
1 +n1 )のCCD画素群とP(x1 ,y2 )〜P(x
1 +m1 ,y2 +n1 )のCCD画素群のそれぞれに対
して、前述したビニングによる一括読み出しを行うので
ある。即ち、垂直方向に電荷を加算して一括して読み出
す。尚、水平方向では、各CCD画素の水平方向の位置
が回折光の波長に対応しており、水平方向での各CCD
画素の光電信号の分布が当該波長範囲の分光スペクトル
を示すことになる。As shown in FIG. 3, CCD pixels forming a light receiving surface are laid in a matrix on the surface of the CCD area image sensor. These CCD pixels are shown in FIG.
If P (1,1) to P (M, N) as shown in
(X1, y1) to P (x1 + m1, y1 + n1) are set as the first light receiving portion 41, and P (x1, y2) to P (x
1 + m1, y2 + n1) is set as the second light receiving portion 42. Then, P (x1, y1) to P (x1 + m1, y
1 + n1) CCD pixel groups and P (x1, y2) to P (x
1 + m1 and y2 + n1) CCD pixel groups are collectively read out by the above-mentioned binning. That is, the charges are added in the vertical direction and read out collectively. In the horizontal direction, the position of each CCD pixel in the horizontal direction corresponds to the wavelength of the diffracted light.
The distribution of the photoelectric signal of the pixel shows the spectrum in the wavelength range.
【0026】また尚、上記受光部分に設定されていない
CCD画素群については、信号を読み出さないよう構成
したり、または読み出したとしてもその後の演算処理に
よって測定結果から除去するよう構成される。Further, with respect to the CCD pixel group which is not set in the light receiving portion, the signal is not read out, or even if the signal is read out, it is removed from the measurement result by the subsequent arithmetic processing.
【0027】次に、上記構成に係る本実施形態の分光器
の動作について説明する。まず、入射スリット1を通過
した光が平面鏡5及び凹面鏡6を経由して第一回折格子
21及び第二の回折格子22に入射する。そして、第一
回折格子21及び第二回折格子22に反射した光は、所
定の分光を生じながら第一トロイダル鏡71及び第二ト
ロイダル鏡72をそれぞれ経由して受光素子4に入射す
る。この際、第一回折格子21にて分光した光は第一ト
ロイダル鏡71を経由して受光素子4の第一受光部分4
1に入射し、第二回折格子22にて分光した光は第二ト
ロイダル鏡72を経由して受光素子4の第二受光部分4
2に入射する。そして、各々の受光部分に生じた光電信
号を検出手段が前述の通り独立して読み出す。Next, the operation of the spectroscope of this embodiment having the above configuration will be described. First, the light that has passed through the entrance slit 1 enters the first diffraction grating 21 and the second diffraction grating 22 via the plane mirror 5 and the concave mirror 6. Then, the light reflected by the first diffraction grating 21 and the second diffraction grating 22 enters the light receiving element 4 via the first toroidal mirror 71 and the second toroidal mirror 72, respectively, while generating a predetermined spectrum. At this time, the light dispersed by the first diffraction grating 21 passes through the first toroidal mirror 71 and then the first light receiving portion 4 of the light receiving element 4.
The light which is incident on the first diffraction grating 1 and is dispersed by the second diffraction grating 22 passes through the second toroidal mirror 72 and then the second light receiving portion 4 of the light receiving element 4.
2 is incident. Then, the detecting means independently reads the photoelectric signal generated in each light receiving portion as described above.
【0028】ここで、前述の通り二つの回折格子21,
22は光軸に対する配置角度が異なっている。このた
め、各々の回折格子21,22における回折光の波長範
囲は異なる。つまり、二つの異なる波長範囲で分光が行
える。例えば、第一回折格子21によって200nm〜
400nm程度の波長範囲のマルチチャンネル分光測定
を行いながら、第二回折格子22によって400nm〜
600nm程度の波長範囲のマルチチャンネル分光測定
を同時に行うことができるのである。この場合、200
nm〜400nmの波長範囲の分光測定の結果は第一の
受光部分に相当する各ピクセルの信号読み出しによって
行われ、400nm〜600nmの波長範囲の分光測定
は第二の受光部分に相当する各ピクセルの信号読み出し
によって行える。Here, as described above, the two diffraction gratings 21,
No. 22 has a different arrangement angle with respect to the optical axis. Therefore, the diffraction gratings 21 and 22 have different wavelength ranges of diffracted light. That is, spectroscopy can be performed in two different wavelength ranges. For example, depending on the first diffraction grating 21,
While performing multi-channel spectroscopic measurement in the wavelength range of about 400 nm, the second diffraction grating 22 allows 400 nm-
It is possible to simultaneously perform multichannel spectroscopic measurement in the wavelength range of about 600 nm. In this case, 200
The result of the spectroscopic measurement in the wavelength range of nm to 400 nm is performed by signal readout of each pixel corresponding to the first light receiving portion, and the spectroscopic measurement in the wavelength range of 400 nm to 600 nm is performed for each pixel corresponding to the second light receiving portion. This can be done by reading the signal.
【0029】上記の例は波長範囲が異なる例であった
が、分解能が異なるようにすることも可能である。例え
ば、第一回折格子21の格子定数又は刻線数(単位長さ
あたりの溝の数)と第二回折格子22の格子定数又は刻
線数が異なるようにし、第一回折格子21によって40
0nm幅程度の低い分解能で測定を行い、第二回折格子
22によって30nm幅程度の高い分解能で測定を行う
ようにする。このようにすると、例えば最初にある程度
広い波長域に亘って低い分解能で測定を行って全体的な
スペクトルを観察し、その後、特定の狭い波長域を選択
して高い分解能で測定を行い、その部分の詳細なスペク
トルを観察することができる。Although the above example is an example in which the wavelength range is different, it is also possible to make the resolution different. For example, the grating constant or the number of engraved lines (the number of grooves per unit length) of the first diffraction grating 21 and the grating constant or the number of engraved lines of the second diffraction grating 22 are made different, and the first diffraction grating 21 sets
The measurement is performed with a low resolution of about 0 nm width, and the second diffraction grating 22 measures with a high resolution of about 30 nm width. By doing this, for example, first, measurement is performed at a low resolution over a wide range of wavelengths to observe the entire spectrum, and then a specific narrow wavelength range is selected and measurement is performed at a high resolution. The detailed spectrum of can be observed.
【0030】このように、波長範囲や分解能等の分光条
件が異なる二つの回折格子21,22を本実施形態のよ
うに用いると、異なる分光条件のマルチチャンネル分光
測定が同時に行えることになる。このため、分光条件の
選択や調整の自由度が飛躍的に向上し、極めて使い易い
測定器となる。As described above, when the two diffraction gratings 21 and 22 having different spectral conditions such as wavelength range and resolution are used as in this embodiment, the multi-channel spectroscopic measurement under different spectral conditions can be performed at the same time. Therefore, the degree of freedom in selecting and adjusting the spectral conditions is dramatically improved, and the measuring instrument is extremely easy to use.
【0031】次に、本願発明の第二の実施形態について
説明する。図4は、本願発明の第二の実施形態に係る分
光器の概略構成を説明する図である。図4に示す分光器
は、図1に示すものと同様、被測定光が入射する位置に
配置された分光手段2と、分光手段2により分光された
光が入射する位置に配置された受光素子4とを有してい
る。Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a spectroscope according to the second embodiment of the present invention. The spectroscope shown in FIG. 4 is, similar to that shown in FIG. 1, a spectroscopic unit 2 arranged at a position where the measured light is incident, and a light receiving element arranged at a position where the light dispersed by the spectroscopic unit 2 is incident. 4 and.
【0032】本実施形態の測定器は、図1のものと異な
り、一つの回折格子23によって分光手段2が構成され
ている。この回折格子23も、第一実施形態と同様、溝
が垂直に延びるよう配置されている。また、回折格子2
3に入射する光の入射角が三つの凹面鏡61,62,6
3により所定角度異なるようにしている。この場合、回
折格子23は、第一の実施形態と異なり固定して使用さ
れる。The measuring instrument of this embodiment differs from that of FIG. 1 in that the spectroscopic means 2 is constituted by one diffraction grating 23. The diffraction grating 23 is also arranged so that the groove extends vertically, as in the first embodiment. Also, diffraction grating 2
The concave mirrors 61, 62, 6 having three incident angles
3, the predetermined angle is different. In this case, unlike the first embodiment, the diffraction grating 23 is fixed and used.
【0033】より具体的には、入射スリット1を通過す
る光を回折格子23の入射面に結ぶ分割用光学素子とし
ての凹面鏡6が、三つの凹面鏡61,62,63を組み
合わせて構成されている。三つの凹面鏡61,62,6
3は、垂直方向に長く横に並設されており、個々の凹面
鏡61,62,63に反射した光は、異なった入射角で
回折格子23に入射するようになっている。これによっ
て、三つの異なった波長範囲で回折格子23は分光を行
うようになっている。More specifically, the concave mirror 6 as a splitting optical element that connects the light passing through the entrance slit 1 to the entrance surface of the diffraction grating 23 is formed by combining three concave mirrors 61, 62 and 63. . Three concave mirrors 61, 62, 6
3 are arranged side by side in the vertical direction so that the lights reflected by the respective concave mirrors 61, 62, 63 are incident on the diffraction grating 23 at different incident angles. As a result, the diffraction grating 23 is adapted to split light in three different wavelength ranges.
【0034】回折格子23で分光された光は、トロイダ
イル鏡7により受光素子4に入射して結像する。受光素
子4としては、前述の実施形態と同様、CCDエリアイ
メージセンサが用いられているが、この受光素子4の受
光面は、上記三つの凹面鏡61,62,63に対応し
て、水平方向に長い上下に三つの受光部分43,44,
45が設定されている。即ち、例えば右側の凹面鏡61
(以下、右凹面鏡)に対応して受光素子4の上側の入射
部分(以下、第一受光部分)43が設定され、中央の凹
面鏡62(以下、中凹面鏡)に対応して受光素子4の真
ん中の入射部分(以下、第二受光部分)44が設定さ
れ、左側の凹面鏡63(以下、左凹面鏡)に対応して受
光素子4の下側の入射部分(以下、第三受光部分)45
が設定されている。The light dispersed by the diffraction grating 23 is incident on the light receiving element 4 by the troy dile mirror 7 and forms an image. A CCD area image sensor is used as the light-receiving element 4 as in the above-described embodiment, but the light-receiving surface of the light-receiving element 4 corresponds to the three concave mirrors 61, 62, 63 in the horizontal direction. Three long light receiving parts 43, 44,
45 is set. That is, for example, the right concave mirror 61
An incident portion (hereinafter referred to as a first light receiving portion) 43 on the upper side of the light receiving element 4 is set corresponding to (hereinafter, a right concave mirror), and a middle portion of the light receiving element 4 is corresponding to a concave mirror 62 at a center (hereinafter, a middle concave mirror). The incident portion (hereinafter, second light receiving portion) 44 is set, and the lower incident portion (hereinafter, third light receiving portion) 45 of the light receiving element 4 corresponding to the left concave mirror 63 (hereinafter, left concave mirror) 45.
Is set.
【0035】そして、回折格子23から出射した波長範
囲の異なる光は、トロイダル鏡7によって、受光素子4
の上下に並んだ三つの水平方向に長い受光部分43,4
4,45にそれぞれ結像させるよう構成されている。即
ち、図4に示す通り、トロイダル鏡7は、水平方向だけ
でなく垂直方向にも曲率を有し、回折光の波長の相違か
ら、右凹面鏡61に反射して分光された光を第一受光部
分43に結び、中凹面鏡62に反射して分光された光を
第二受光部分44に結び、左凹面鏡63に反射して分光
された光を第三受光部分45に結ぶよう構成されてい
る。The light emitted from the diffraction grating 23 and having a different wavelength range is transmitted by the toroidal mirror 7 to the light receiving element 4
Three horizontally long light receiving parts 43, 4 lined up and down
It is configured to form an image on each of 4, 45. That is, as shown in FIG. 4, the toroidal mirror 7 has a curvature not only in the horizontal direction but also in the vertical direction, and due to the difference in the wavelength of the diffracted light, the first reflected light reflected by the right concave mirror 61 is received. The light which is connected to the portion 43 and reflected by the middle concave mirror 62 to be dispersed is connected to the second light receiving portion 44, and the light which is reflected to the left concave mirror 63 and dispersed is connected to the third light receiving portion 45.
【0036】また、上記受光素子4の受光結果は、前述
の実施形態と同様、不図示の検出手段によって検出され
るよう構成され、検出手段は、受光素子4の受光結果を
電気信号として読み出す読み出し回路と、読み出し回路
によって読み出された信号を処理して分光スペクトルを
得る信号処理部などから構成されている。そして、検出
手段は、前述した図2の読み出し回路と同様な構成によ
り、ビニングを行いながら読み出しを行う。Further, the light receiving result of the light receiving element 4 is configured to be detected by a detecting means (not shown) as in the above-described embodiment, and the detecting means reads out the light receiving result of the light receiving element 4 as an electric signal. It is composed of a circuit and a signal processing unit for processing the signal read by the reading circuit to obtain a spectrum. Then, the detection means has the same configuration as the readout circuit of FIG. 2 described above, and performs readout while performing binning.
【0037】図5は、図4の実施形態における受光素子
4の受光部分を説明する図であり、図3と同様、受光素
子4として用いられたCCDエリアイメージセンサの表
面を概略的に示したものである。FIG. 5 is a view for explaining the light receiving portion of the light receiving element 4 in the embodiment of FIG. 4, and similarly to FIG. 3, the surface of the CCD area image sensor used as the light receiving element 4 is schematically shown. It is a thing.
【0038】上述の通り、この実施形態では上下に並ん
だ三つの水平方向に長い受光部分43,44,45が設
定されている。このため、受光素子4として用いられた
CCDエリアイメージセンサの表面には、図5に示す通
り、三つのCCD画素群が受光部分として設定されてい
る。即ち、P(x2 ,y3 )〜P(x2 +m2 ,y3 +
n2 )が第一受光部分43として設定され、P(x2 ,
y4 )〜P(x2 +m2 ,y4 +n2 )が第二受光部分
44として設定され、P(x2 ,y5 )〜P(x2 +m
2 ,y5 +n2 )が第三受光部分45として設定されて
いる。そして、これらCCD画素群に対して前述のよう
にビニングによる一括読み出しがそれぞれ行われる。As described above, in this embodiment, three vertically long light receiving portions 43, 44, 45 are set in the horizontal direction. Therefore, three CCD pixel groups are set as light receiving portions on the surface of the CCD area image sensor used as the light receiving element 4, as shown in FIG. That is, P (x2, y3) to P (x2 + m2, y3 +
n2) is set as the first light receiving portion 43, and P (x2,
y4) to P (x2 + m2, y4 + n2) are set as the second light receiving portion 44, and P (x2, y5) to P (x2 + m).
2, y5 + n2) is set as the third light receiving portion 45. Then, batch reading by binning is performed on each of the CCD pixel groups as described above.
【0039】上記構成に係る本実施形態の分光器の動作
を、以下に説明する。前記実施形態と同様に、入射スリ
ット1を通過した被測定光は、凹面鏡61,62,63
を経由して回折格子23に達する。この際、光は各凹面
鏡61,62,63によって異なった角度で回折格子2
3に入射する。入射した各々の光は回折格子23の表面
で反射して所定の回折光を生じる。回折光は、トロイダ
ル鏡7に反射して受光素子4に達する。The operation of the spectroscope of this embodiment having the above structure will be described below. Similar to the above-described embodiment, the light to be measured that has passed through the entrance slit 1 is reflected by the concave mirrors 61, 62, 63.
To reach the diffraction grating 23. At this time, the light is diffracted by the concave mirrors 61, 62 and 63 at different angles.
It is incident on 3. Each incident light is reflected by the surface of the diffraction grating 23 to generate a predetermined diffracted light. The diffracted light is reflected by the toroidal mirror 7 and reaches the light receiving element 4.
【0040】この際、回折格子23に入射する光の入射
角が異なるので、生じる回折光の波長範囲も入射角毎に
異なる。このため、回折格子23からは異なった波長の
光が分散され、これら波長の異なる光が受光素子4の各
々の受光部分43,44,45に結像する。即ち、右凹
面鏡61からの光は第一受光部分43に結び、中凹面鏡
62からの光は第二受光部分44に結び、左凹面鏡63
からの光は第三受光部分45に結ぶ。そして、各受光部
分43,44,45に設定された各CCD画素群の光電
信号を、前述の通り読み出すことにより被測定光の分光
スペクトルが得られる。At this time, since the incident angle of the light incident on the diffraction grating 23 is different, the wavelength range of the diffracted light generated is also different for each incident angle. Therefore, lights having different wavelengths are dispersed from the diffraction grating 23, and the lights having different wavelengths are imaged on the respective light receiving portions 43, 44, 45 of the light receiving element 4. That is, the light from the right concave mirror 61 is connected to the first light receiving portion 43, the light from the middle concave mirror 62 is connected to the second light receiving portion 44, and the left concave mirror 63 is connected.
The light from is coupled to the third light receiving portion 45. Then, the photoelectric signals of the CCD pixel groups set in the light receiving portions 43, 44, and 45 are read out as described above, so that the spectral spectrum of the measured light is obtained.
【0041】ここで、上述の説明から分かるように、受
光素子4には、三つの受光部分43,44,45毎に異
なる波長範囲の回折光が入射する。このため、各受光部
分43,44,45から得られた分光スペクトルも異な
った波長範囲のものとなる。例えば、回折格子23への
入射光軸を10度程度ずつ異なったものとし、回折格子
23の刻線数を400溝/mm程度とすると、200n
m〜400nm、400nm〜600nm、及び、60
0nm〜800nmの三つの波長範囲の分光測定を行う
ことが可能となる。As can be seen from the above description, the light receiving element 4 receives diffracted light of different wavelength ranges for each of the three light receiving portions 43, 44 and 45. Therefore, the spectrums obtained from the light receiving portions 43, 44 and 45 also have different wavelength ranges. For example, assuming that the incident optical axes to the diffraction grating 23 are different by about 10 degrees and the number of engraved lines of the diffraction grating 23 is about 400 grooves / mm, 200n
m-400 nm, 400 nm-600 nm, and 60
It becomes possible to perform spectroscopic measurement in three wavelength ranges of 0 nm to 800 nm.
【0042】従来は、前述したように、回折格子の全長
等によってきまる一つの波長範囲でしたマルチチャンネ
ル分光測定が行えず、波長範囲を変えるためには、回折
格子の配置角度を変えるという煩雑な作業が必要であっ
た。しかしながら、上記第二の実施形態によれば、回折
格子23の配置角度を変えることなく、異なる複数の波
長範囲で分光測定が行える。従って、広範な波長範囲の
分光測定が容易に行える分光器が提供される。尚、上記
実施形態では、回折格子23に対して三つの異なる入射
角で光が入射するようになっているが、少なくとも二つ
の異なる入射角で入射するようになっていれば足りるこ
とが、上記説明から明かであろう。Conventionally, as described above, multi-channel spectroscopic measurement in one wavelength range determined by the total length of the diffraction grating and the like cannot be performed, and in order to change the wavelength range, it is complicated to change the arrangement angle of the diffraction grating. Work was needed. However, according to the second embodiment, spectroscopic measurement can be performed in a plurality of different wavelength ranges without changing the arrangement angle of the diffraction grating 23. Therefore, a spectroscope that can easily perform spectroscopic measurement in a wide wavelength range is provided. Although light is incident on the diffraction grating 23 at three different incident angles in the above embodiment, it is sufficient if the light is incident at at least two different incident angles. It will be clear from the explanation.
【0043】次に、本願発明の第三の実施形態について
説明する。図6は、本願発明の第三の実施形態の分光器
の構成を説明する部分概略図である。この第三の実施形
態は、請求項3の発明に属するものであり、受光素子4
として光電子倍増管を使用した実施形態である。Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a partial schematic diagram for explaining the configuration of the spectroscope of the third embodiment of the present invention. The third embodiment belongs to the invention of claim 3, and the light receiving element 4
It is an embodiment using a photomultiplier tube as.
【0044】この第三の実施形態では、第一の実施形態
の光学系の構成に加え、切り替え用ミラー91と、切り
替え用ミラー91に反射した光が入射する位置に配置さ
れたスリット921,922を備えたスリット板92
と、スリット921,922を通過した光が入射する位
置に配置された二つの光電子倍増管931,932とが
新たに配設されている。In the third embodiment, in addition to the configuration of the optical system of the first embodiment, the switching mirror 91 and the slits 921 and 922 arranged at the positions where the light reflected by the switching mirror 91 is incident. Slit plate 92 with
And two photomultiplier tubes 931 and 932, which are arranged at positions where the light passing through the slits 921 and 922 are incident.
【0045】まず切り換え用ミラー91は、図1に示す
光学系のうち、第一第二トロイダル鏡71,72と受光
素子4との間の光路上に配設され、第一第二トロイダル
鏡71,72からの光をスリット931,932に向け
て反射するよう構成される。即ち、前述の通り二つの回
折格子21,22により異なる分光条件で分光された光
は、第一第二トロイダル鏡71,72に反射した後、切
り換え用ミラーに反射してスリット921,922に入
射し、その後光電子倍増管931,932に入射するよ
うになっている。First, the switching mirror 91 is disposed on the optical path between the first and second toroidal mirrors 71 and 72 and the light receiving element 4 in the optical system shown in FIG. , 72 to reflect the light toward the slits 931 and 932. That is, as described above, the light dispersed by the two diffraction gratings 21 and 22 under different spectral conditions is reflected by the first and second toroidal mirrors 71 and 72, and then reflected by the switching mirror to enter the slits 921 and 922. After that, the light enters the photomultiplier tubes 931 and 932.
【0046】この切り換え用ミラー91には、ソレノイ
ド等を使用した駆動機構又は手動のレバー等の機構によ
り、光路から退避可能となっており、CCDエリアイメ
ージセンサ等の受光素子4を使用するのか、光電子倍増
管931,932を使用するのかが選択できるようにな
っている。尚、第一第二トロイダル鏡71,72に対し
て、受光素子4の受光面とスリット921,922とは
光学的に共役な関係にあり、回折格子21,22からの
光は切り換え用ミラー91の配設状態に従い、受光素子
4かスリット921,922のいずれかに結ぶようにな
っている。The switching mirror 91 can be retracted from the optical path by a driving mechanism using a solenoid or the like or a mechanism such as a manual lever. Whether the light receiving element 4 such as a CCD area image sensor is used. Whether to use the photomultiplier tubes 931 and 932 can be selected. In addition, with respect to the first and second toroidal mirrors 71 and 72, the light receiving surface of the light receiving element 4 and the slits 921 and 922 are in an optically conjugate relationship, and the light from the diffraction gratings 21 and 22 is a switching mirror 91. Depending on the arrangement state of, the light receiving element 4 or the slits 921, 922 is connected.
【0047】そして、各々の光電子倍増管931,93
2には、各々の光電流の強度を検出して異なる分光条件
の測定を可能にする不図示の検出手段が付設されてい
る。この検出手段は、各々の光電子倍増管931,93
2からの光電流を増幅する増幅器や増幅器からの信号を
処理して所定の波長の強度を算出する演算処理部等を有
している。The photomultiplier tubes 931 and 93
2 is equipped with a detection means (not shown) that detects the intensity of each photocurrent and enables measurement of different spectral conditions. This detecting means is provided for each of the photomultiplier tubes 931 and 93.
It has an amplifier that amplifies the photocurrent from 2 and an arithmetic processing unit that processes the signal from the amplifier to calculate the intensity of a predetermined wavelength.
【0048】上述した説明から分かる通り、スリット板
91及び光電子倍増管931,932を使用した第三の
実施形態では、同時に測定できる波長は二つに限定され
る。即ち、回折格子21,22から分散する回折光のう
ち特定の波長幅の光のみが光電子倍増管931,932
に入射し、光電子倍増管931,932はこの波長幅の
光の全体の強度を検出する。As can be seen from the above description, in the third embodiment using the slit plate 91 and the photomultiplier tubes 931 and 932, the number of wavelengths that can be simultaneously measured is limited to two. That is, only the light having a specific wavelength width out of the diffracted light dispersed from the diffraction gratings 21 and 22 is divided into photomultiplier tubes 931 and 932.
The photomultiplier tubes 931 and 932 detect the total intensity of light of this wavelength width.
【0049】従って、この第三の実施形態では、二つの
回折格子21,22を独立して駆動することが重要であ
る。即ち、二つの回折格子21,22を異なる配置角度
にすることによって異なる波長の分光測定を同時に行う
ことができる。そして、各々の回折格子21,22を独
立して自由に配置角度を変えることにより、異なる二波
長の分光測定を自由に同時に行うことができる。例え
ば、ある被測定光のうちの特定の波長の分光強度を第一
の回折格子21によって測定しながら、他の色々な波長
の分光強度を第二の回折格子22によって求めてその強
度比を算出する等の操作が自由に行える。Therefore, in the third embodiment, it is important to drive the two diffraction gratings 21 and 22 independently. That is, spectroscopic measurement of different wavelengths can be performed simultaneously by setting the two diffraction gratings 21 and 22 at different arrangement angles. By freely changing the arrangement angle of each of the diffraction gratings 21 and 22, it is possible to freely perform simultaneous spectroscopic measurement of two different wavelengths. For example, while measuring the spectral intensity of a specific wavelength of a certain light to be measured by the first diffraction grating 21, the spectral intensity of other various wavelengths is obtained by the second diffraction grating 22 and the intensity ratio is calculated. You can freely perform operations such as doing.
【0050】そして、この実施形態でも、刻線数の異な
る二つの回折格子21,22を用意することで分解能の
異なる分光測定を同時に行うことが可能である。即ち、
二つの回折格子21,22を同じ配置角度にして同じ波
長の光を異なる分解能で測定したり、異なる配置角度に
して異なる波長の光を異なる分解能で測定したりするこ
とが可能となる。Also in this embodiment, it is possible to simultaneously perform spectroscopic measurements with different resolutions by preparing two diffraction gratings 21 and 22 having different numbers of engraved lines. That is,
It is possible to measure the light of the same wavelength with different resolutions by setting the two diffraction gratings 21 and 22 at the same arrangement angle, or measure the light of different wavelengths with different resolution by setting different arrangement angles.
【0051】尚、特許請求の範囲には明示されていない
が、光電子倍増管931,932に代えてCdSやフォ
トダイオード等の半導体受光素子を使用したり、スリッ
ト91と光電子倍増管931,932に代えて二つのC
CDラインイメージセンサ等を使用することができる。
また、CCDラインイメージセンサは、図1の実施形態
の受光素子4に代用として使用することができる。この
場合は、二つのCCDラインイメージセンサを図1の受
光素子4の二つの受光部分41,42と等価なように配
置する。Although not explicitly stated in the claims, a semiconductor light receiving element such as CdS or a photodiode is used instead of the photomultiplier tubes 931 and 932, and the slit 91 and the photomultiplier tubes 931 and 932 are used. Two C instead
A CD line image sensor or the like can be used.
Further, the CCD line image sensor can be used as a substitute for the light receiving element 4 of the embodiment shown in FIG. In this case, the two CCD line image sensors are arranged so as to be equivalent to the two light receiving portions 41 and 42 of the light receiving element 4 of FIG.
【0052】次に、上記各実施形態で使用されたトロイ
ダル鏡の構成について、補足して説明する。図7は、ト
ロイダル鏡の構成を説明する斜視概略図である。トロイ
ダル鏡は、前述した通り二つの方向において曲率を有す
る特殊な凹面鏡であり、非球面鏡の一種である。トロイ
ダル鏡7,71,72は、図8に示す通り、長方形の板
状の部材の表面を研削して、樽又は太鼓の側面のような
曲面となるように加工したものである。このような曲面
はトーリック面とも呼ばれるが、この曲面を反射面とす
ることで、光は直交する二つの方向において収束又は発
散して像を結ぶことになるのである。Next, the configuration of the toroidal mirror used in each of the above embodiments will be supplementarily described. FIG. 7 is a schematic perspective view illustrating the configuration of the toroidal mirror. The toroidal mirror is a special concave mirror having a curvature in two directions as described above, and is a kind of aspherical mirror. As shown in FIG. 8, the toroidal mirrors 7, 71, 72 are obtained by grinding the surface of a rectangular plate-shaped member and processing it into a curved surface like the side surface of a barrel or drum. Such a curved surface is also called a toric surface, but by using this curved surface as a reflecting surface, light converges or diverges in two orthogonal directions to form an image.
【0053】[0053]
【実施例】次に、上記第一第二の実施形態に属する実施
例を説明する。まず、第一の実施形態に属するものとし
て、分光器の焦点距離を23cmにした場合、以下のよ
うな実施例が考えられる。 第一回折格子21の刻線数:1200溝/mm 第二回折格子22の刻線数:300溝/mm の設計で光学系を構成すると、受光素子4として650
ピクセルで27μmのピクセル幅のCCDエリアイメー
ジセンサを使用する場合、 第一の受光部分41の分解能:2.7nm 第一の受光部分41の半値幅分解能:0.2nm 第一の受光部分41の同時検出幅:50nm/18mm 第一の受光部分41の波長範囲:200nm〜1100
nm 第二の受光部分42の分解能:12.5nm 第二の受光部分42の半値幅分解能:0.9nm 第二の受光部分42の同時検出幅:200nm/18m
m 第二の受光部分42の波長範囲:200nm〜1100
nm という条件で分光測定を行うことが可能となる。EXAMPLES Next, examples belonging to the first and second embodiments will be described. First, as the first embodiment, the following examples can be considered when the focal length of the spectroscope is set to 23 cm. When the optical system is configured with a design in which the number of engraved lines of the first diffraction grating 21 is 1200 grooves / mm and the number of engraved line of the second diffraction grating 22 is 300 grooves / mm 2, the light receiving element 4 is 650
When using a CCD area image sensor with a pixel width of 27 μm in pixels, the resolution of the first light receiving portion 41: 2.7 nm The half-value width resolution of the first light receiving portion 41: 0.2 nm Simultaneous with the first light receiving portion 41 Detection width: 50 nm / 18 mm Wavelength range of the first light receiving portion 41: 200 nm to 1100
nm Resolution of the second light receiving portion 42: 12.5 nm Half-width resolution of the second light receiving portion 42: 0.9 nm Simultaneous detection width of the second light receiving portion 42: 200 nm / 18 m
m Wavelength range of the second light receiving portion 42: 200 nm to 1100
It becomes possible to perform spectroscopic measurement under the condition of nm.
【0054】また、第二の実施形態に属するものとして
は、同様に分光器の焦点距離を23cmにした場合、以
下のような実施例が考えられる。 回折格子23の刻線数:400溝/mm 右凹面鏡61からの光の回折格子23への入射角:2.
5度 中凹面鏡62からの光の回折格子23への入射角:4.
5度 右凹面鏡63からの光の回折格子23への入射角:5.
5度 の設計で光学系を構成すると、同様に受光素子4として
650ピクセルで27μmのピクセル幅のCCDエリア
イメージセンサを使用する場合、 第一受光部分43の波長範囲:200−400nm 第二受光部分44の波長範囲:400−600nm 第三受光部分45の波長範囲:600−800nm 分解能:13nm/mm 半値分解能:0.98nm 同時検出幅:50nm/18mm の条件で分光測定を行うことが可能となる。Similarly, as the second embodiment, the following examples can be considered when the focal length of the spectroscope is 23 cm. Number of lines of the diffraction grating 23: 400 grooves / mm Incident angle of light from the right concave mirror 61 to the diffraction grating 23: 2.
Angle of incidence of light from the 5 degree medium concave mirror 62 on the diffraction grating 23: 4.
Angle of incidence of light from the right concave mirror 63 on the diffraction grating 23: 5.
When an optical system is configured with a design of 5 degrees, when a CCD area image sensor with a pixel width of 27 μm and 650 pixels is similarly used as the light receiving element 4, the wavelength range of the first light receiving portion 43: 200-400 nm, the second light receiving portion 44 wavelength range: 400-600 nm Third light receiving portion 45 wavelength range: 600-800 nm Resolution: 13 nm / mm Half-value resolution: 0.98 nm Simultaneous detection width: It is possible to perform spectroscopic measurement under the conditions of 50 nm / 18 mm. .
【0055】尚、上記説明において、「同時検出幅」と
は、回折格子を固定した場合において受光部分が同時に
検出できる所定の長さあたりの波長幅のことである。つ
まり50nm/18mmの同時検出幅とは、受光部分1
8mmあたりに50nmの幅(例えば200−250n
m)を同時に検出できることを意味する。また、「波長
範囲」とは、回折格子を固定するか回転させるかにかか
わらず、測定可能な波長の領域を絶対値で示したもので
ある。以上の説明では、異なる分光条件の例として分解
能と波長範囲を採り上げたが、これ以外にも、分散能や
偏光強度等の分光条件が異なるように構成することも可
能である。In the above description, the "simultaneous detection width" means a wavelength width per a predetermined length that can be simultaneously detected by the light receiving portions when the diffraction grating is fixed. That is, the simultaneous detection width of 50 nm / 18 mm means the light receiving portion 1
A width of 50 nm per 8 mm (for example, 200-250 n
m) can be detected at the same time. The “wavelength range” is an absolute value of a measurable wavelength region regardless of whether the diffraction grating is fixed or rotated. In the above description, resolution and wavelength range are taken as examples of different spectroscopic conditions, but other spectroscopic conditions such as dispersive power and polarization intensity may be used instead.
【0056】[0056]
【発明の効果】以上説明した通り、本願の各請求項の発
明によれば、波長範囲や分解能等の分光条件を自由に選
択したり調整したりすることが可能となり、多彩な分光
測定を容易に行うことができる。As described above, according to the inventions of the claims of the present application, it becomes possible to freely select and adjust the spectral conditions such as the wavelength range and the resolution, which facilitates various spectroscopic measurements. Can be done.
【図1】本願発明の第一の実施形態の分光器の概略構成
を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a spectroscope according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の分光器における検出手段の読み出し回路
の構成を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a readout circuit of a detection unit in the spectroscope of FIG.
【図3】図1の実施形態における受光素子の受光部分を
説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a light receiving portion of a light receiving element in the embodiment of FIG.
【図4】本願発明の第二の実施形態の分光器の概略構成
を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a spectroscope according to a second embodiment of the present invention.
【図5】図4の実施形態における受光素子の受光部分を
説明する図である。5 is a diagram illustrating a light receiving portion of a light receiving element in the embodiment of FIG.
【図6】本願発明の第三の実施形態の分光器の構成を説
明する部分概略図である。FIG. 6 is a partial schematic diagram illustrating a configuration of a spectroscope according to a third embodiment of the present invention.
【図7】トロイダル鏡の構成を説明する斜視概略図であ
る。FIG. 7 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a toroidal mirror.
【図8】従来の分光器の概略構成を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of a conventional spectroscope.
1 入射スリット 2 分光手段 21 第一回折格子 22 第二回折格子 23 回折格子 4 受光素子 41 第一受光部分 42 第二受光部分 43 第一受光部分 44 第二受光部分 45 第三受光部分 6 凹面鏡 61 右凹面鏡 62 中凹面鏡 63 左凹面鏡 7 トロイダル鏡 71 第一トロイダル鏡 72 第二トロイダル鏡 1 entrance slit 2 spectroscopic means 21 first diffraction grating 22 second diffraction grating 23 diffraction grating 4 light receiving element 41 first light receiving portion 42 second light receiving portion 43 first light receiving portion 44 second light receiving portion 45 third light receiving portion 6 concave mirror 61 Right concave mirror 62 Middle concave mirror 63 Left concave mirror 7 Toroidal mirror 71 First toroidal mirror 72 Second toroidal mirror
Claims (7)
光手段と、分光手段により分光された光が入射する位置
に配置された受光素子とを有する分光器において、前記
受光素子は入射する光を二次元イメージとして捉えるエ
リアイメージセンサであり、前記分光手段は、このエリ
アイメージセンサの受光面のうちの少なくとも二つの異
なる受光部分に対して異なる分光条件の光を入射させる
ことが可能であり、さらに、当該受光部分の受光結果か
ら当該異なる分光条件の光の強度を独立して検出するこ
とが可能な検出手段を備えていることを特徴とする分光
器。1. In a spectroscope having a spectroscopic means arranged at a position where the light to be measured is incident and a light receiving element arranged at a position where the light dispersed by the spectroscopic means is incident, the light receiving element is incident. It is an area image sensor that captures light as a two-dimensional image, and the spectroscopic means can make light of different spectroscopic conditions incident on at least two different light receiving portions of the light receiving surface of the area image sensor. A spectroscope further comprising a detection means capable of independently detecting the intensities of light under the different spectral conditions from the light reception result of the light receiving portion.
エリアイメージセンサであることを特徴とする請求項1
記載の分光器。2. The light receiving element is an area image sensor including a charge coupled element.
The spectroscope described.
光手段と、分光手段により分光された光が入射する位置
に配置された受光素子とを有する分光器において、前記
受光素子として少なくとも二つの光電子倍増管が受光位
置に配置されており、前記分光手段は、各々の光電子倍
増管に対して異なる分光条件の光を入射させることが可
能であり、さらに、当該各光電子倍増管の受光結果から
当該異なる分光条件の光の強度を独立して検出すること
が可能な検出手段を備えていることを特徴とする分光
器。3. A spectroscope having a spectroscopic unit arranged at a position where the light to be measured is incident and a light receiving element arranged at a position where the light dispersed by the spectroscopic unit is incident, wherein at least two light receiving elements are provided. Two photomultiplier tubes are arranged at the light receiving position, the spectroscopic means is capable of injecting light of different spectroscopic conditions into each photomultiplier tube, and further, the light receiving result of each photomultiplier tube. In addition, the spectroscope is provided with a detection unit capable of independently detecting the intensities of light under the different spectral conditions.
以上の回折格子により異なる条件の分光を行うものであ
ることを特徴とする請求項1,2又は3記載の分光器。4. The spectroscope according to claim 1, wherein the spectroscopic unit performs spectroscopic analysis under different conditions by two or more diffraction gratings having different spectroscopic conditions.
の一つの回折格子に対して少なくとも二つの異なる入射
角で被測定光を分割して入射させることが可能な分割用
光学素子とを有し、当該異なる入射角の光に対応して、
前記受光素子の異なる受光部分又は前記各光電子倍増管
の入射面が設定されていることを特徴とする請求項1,
2又は3記載の分光器。5. The spectroscopic means includes one diffraction grating and a splitting optical element capable of splitting and inputting the measured light into the one diffraction grating at at least two different incident angles. And corresponding to the light of different incident angles,
2. A different light receiving part of the light receiving element or an incident surface of each of the photomultiplier tubes is set.
2. The spectroscope according to 2 or 3.
前記分光手段は、波長範囲の異なる光が前記エリアイメ
ージセンサの受光面のうちの異なる受光部分又は前記各
光電子倍増管の入射面にそれぞれ入射するよう構成され
ていることを特徴とする請求項1,2,3,4又は5記
載の分光器。6. The different spectral condition is a wavelength range,
2. The light splitting means is configured such that lights having different wavelength ranges are made incident on different light receiving portions of the light receiving surfaces of the area image sensor or the incident surfaces of the photomultiplier tubes, respectively. , 2, 3, 4 or 5 spectroscope.
記分光手段は、分解能の異なる光が前記エリアイメージ
センサの受光面のうちの異なる受光部分又は前記各光電
子倍増管の入射面にそれぞれ入射するよう構成されてい
ることを特徴とする請求項1,2,3,4又は5記載の
分光器。7. The different spectroscopic conditions are resolutions, and the spectroscopic means causes light having different resolutions to respectively enter different light-receiving portions of the light-receiving surfaces of the area image sensor or incident surfaces of the photomultiplier tubes. The spectroscope according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein the spectroscope is configured as described above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7326541A JPH09145477A (en) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | Spectroscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7326541A JPH09145477A (en) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | Spectroscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09145477A true JPH09145477A (en) | 1997-06-06 |
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ID=18188990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7326541A Pending JPH09145477A (en) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | Spectroscope |
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JP (1) | JPH09145477A (en) |
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