JPH0215807B2 - - Google Patents

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JPH0215807B2
JPH0215807B2 JP55074336A JP7433680A JPH0215807B2 JP H0215807 B2 JPH0215807 B2 JP H0215807B2 JP 55074336 A JP55074336 A JP 55074336A JP 7433680 A JP7433680 A JP 7433680A JP H0215807 B2 JPH0215807 B2 JP H0215807B2
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JP
Japan
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light
time
entrance slit
incident
image detector
Prior art date
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Application number
JP55074336A
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Japanese (ja)
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JPS571931A (en
Inventor
Yoshio Maeda
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS571931A publication Critical patent/JPS571931A/en
Publication of JPH0215807B2 publication Critical patent/JPH0215807B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2889Rapid scan spectrometers; Time resolved spectrometry

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高速にて変化する現象の時間分解ス
ペクトルを観測する時間分解分光器に係り、特に
2次元イメージ検知器を用いて高速測光を可能に
した時間分解分光器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a time-resolved spectrometer for observing time-resolved spectra of rapidly changing phenomena, and particularly to a time-resolved spectrometer that enables high-speed photometry using a two-dimensional image detector. Regarding.

従来、瞬間現象を追求するための分光手段とし
ては、古くは回折格子などの分散素子を高速で走
査する等の機械的高速走査法などが用いられてい
たが、近年の高速検知器やエレクトロニクスの進
歩に伴い、電気的高速走査法が用いられるように
なり、一段と高速性能を向上している。このた
め、急速に変化する発光あるいは吸光現象に対す
るスペクトルの時々刻々の変化を捉えることがで
き、ただ一回だけ起こる現象に対しても一連の時
間分解スペクトルを得ることができる。このよう
な目的に使用される高速走査用検知器としては、
フオトダイオードアレイなどの1次元検知器や、
ビデイコン、イメージデイセクタ、2次元フオト
ダイオードアレイなどの2次元イメージ検知器な
どが良く用いられている。
Traditionally, mechanical high-speed scanning methods, such as scanning dispersive elements such as diffraction gratings at high speed, have been used as spectroscopic means to investigate instantaneous phenomena, but in recent years, high-speed detectors and electronics have been used. As advances have been made, electrical high-speed scanning methods have been used to further improve high-speed performance. Therefore, it is possible to capture moment-to-moment changes in the spectrum of rapidly changing light emission or light absorption phenomena, and it is also possible to obtain a series of time-resolved spectra even for phenomena that occur only once. High-speed scanning detectors used for this purpose include:
One-dimensional detectors such as photodiode arrays,
Two-dimensional image detectors such as a videocon, an image dasector, and a two-dimensional photodiode array are often used.

このようなイメージ検知器は、回折格子によつ
て分散された光の結像位置に配置され、検知器の
向きは、回折格子による分散面上に各フオトダイ
オードが並ぶように設置される。したがつて、イ
メージ検知器を構成する各フオトダイオードエレ
メントには、それぞれ異なる波長の光が入射し、
検知される。イメージ検知器から信号を取り出す
には、スキヤナーでイメージ検知器にクロツクパ
ルスを与え、各エレメントに蓄積された入射光量
に比例する電荷を電荷移動またはスイツチングな
どの方法で順次外部に取り出す。
Such an image detector is placed at an imaging position of light dispersed by a diffraction grating, and the detector is oriented so that each photodiode is lined up on the dispersion plane of the diffraction grating. Therefore, light of different wavelengths is incident on each photodiode element that makes up the image detector.
Detected. To extract a signal from the image detector, a scanner applies a clock pulse to the image detector, and charges accumulated in each element proportional to the amount of incident light are sequentially extracted to the outside by a method such as charge transfer or switching.

このような高速走査分光器では、高速走査とい
つても、せいぜい数十msecの間に1つのスペク
トルを得るのがやつとであり、さらに速い現象を
観測することが事実上不可能である。例えばイメ
ージ検知器としてフオトダイオードアレイを例に
とると、動作周波数は実用的には数十〜数百kHz
であり、素子自体の最高速度でも1MHzがやつと
である。仮に500kHzで動作するとしても、素子
数512チヤンネルのフオトダイオードアレイを考
えると、検知器上に蓄積された光量に比例した電
荷を全素子について取り出すのに1.024msecかか
ることになる。したがつて、1つのスペクトルを
得た後、次のスペクトルを得るまでには少なくと
も1.024msec必要であり、時間分解能は約1m
secが限界である。これ以上速くスペクトルを得
るためには、より高速走査の可能な検知器の出現
に期待せざるを得ないが、走査速度が1MHzある
いはそれ以上になると、イメージ検知器からの信
号をホールドするサンプルホールド回路や、アナ
ログ信号をデジタル信号に変換するA−D変換器
も1μsecより短い時間で動作するものが必要であ
る。
With such a high-speed scanning spectrometer, one spectrum can only be obtained within several tens of milliseconds at most, making it virtually impossible to observe even faster phenomena. For example, if we take a photodiode array as an image detector, the operating frequency is practically several tens to hundreds of kHz.
The maximum speed of the element itself is 1MHz. Even if it operates at 500kHz, considering a photodiode array with 512 channels of elements, it will take 1.024msec to extract the charge proportional to the amount of light accumulated on the detector from all elements. Therefore, after obtaining one spectrum, it takes at least 1.024 msec to obtain the next spectrum, and the time resolution is approximately 1 m.
sec is the limit. In order to obtain spectra faster than this, we have to look forward to the emergence of detectors that can scan at higher speeds, but when the scanning speed reaches 1MHz or higher, a sample hold that holds the signal from the image detector is required. The circuit and A-D converter that converts analog signals to digital signals also need to operate in a time shorter than 1 μsec.

以上の問題点を解決する方法として、本願発明
者は、最近次のような方法を試みている。すなわ
ち、イメージ検知器として2次元フオトダイオー
ドアレイやシリコン(Si)ビデイコンのような2
次元イメージ検知器を用い、分散光を検知器上の
分散面に対して入射スリツトの高さ方向に高速に
て走査することによつて、検知器上に高速時間分
解像を作り、電気的走査による画面情報の取り出
しは、高速現象終了後に及ぶ比較的長時間の間で
行なうものである。
As a method for solving the above problems, the inventor of the present application has recently attempted the following method. In other words, two-dimensional photodiode arrays and silicon (Si) videcon are used as image detectors.
Using a dimensional image detector, a high-speed time-resolved image is created on the detector by scanning the dispersed light at high speed in the height direction of the entrance slit against the dispersion surface on the detector. The extraction of screen information is carried out for a relatively long period of time after the high-speed phenomenon ends.

かかる方法によれば、時間分解能は検知器の高
速走査性やサンプルホールド、A−D変換などの
取り出し回路の性能に直接依存せず、検知器に入
射する分散光の光走査速度によつて定まるため、
より高速走査可能な時間分解分光器を得ることが
可能である。
According to this method, the time resolution does not directly depend on the high-speed scanning performance of the detector or the performance of extraction circuits such as sample hold and A-D conversion, but is determined by the optical scanning speed of the dispersed light incident on the detector. For,
It is possible to obtain a time-resolved spectrometer capable of faster scanning.

しかしながら、かかる方法による問題として、
観測すべき高速現象を、現象開始時刻に位相を合
せて測定することが極めて困難である。すなわ
ち、一画面の光走査の後に電気的走査により画面
情報を取り出す時間を考慮すれば、2次元イメー
ジ検知器上の光走査による像観察は、一画面走査
の時間帯に限られることになる。したがつて、こ
の一画面走査の開始と高速現象開始時刻の位相を
合せることは困難である。さらに、この位相合せ
を1μsecの精度で行おうとすることはより困難を
伴うことになる。
However, the problem with this method is that
It is extremely difficult to measure high-speed phenomena to be observed while aligning the phase with the phenomenon start time. That is, if we consider the time required to extract screen information by electrical scanning after one screen of optical scanning, image observation by optical scanning on a two-dimensional image detector is limited to the time period of one screen of scanning. Therefore, it is difficult to match the phase of the start of this one-screen scan and the high-speed phenomenon start time. Furthermore, it is more difficult to perform this phase matching with an accuracy of 1 μsec.

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、観測すべき高速現象の測光
タイミングを合せて測定の行える時間分解分光器
を提供するにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a time-resolved spectrometer that can perform measurements by matching the photometric timing of high-speed phenomena to be observed.

以下、本発明を図面に示す実施例に従つてさら
に詳述する。
Hereinafter, the present invention will be described in further detail according to embodiments shown in the drawings.

第1図は本発明による時間分解分光器の一実施
例を示すブロツク図であり、本実施例ではフオト
ダイオードアレイを高速走査分光器として用いた
ものである。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a time-resolved spectrometer according to the present invention, in which a photodiode array is used as a high-speed scanning spectrometer.

本実施例において、光源1からの光は試料11
を透過した後、光走査デイスク43の光通過スロ
ツト42を通つて分光器2の入射スリツト21に
到達する。分析試料11は吸光測定の例を図示し
ているが、発光現象を観測する場合は、試料11
自体が発光体であり、光源1は不要である。反射
測定の場合にも、試料11からの透過光の代りに
反射光が入射スリツト21に到達するよう光学系
を構成するだけで原理的には第1図の実施例の場
合と全く同様である。
In this example, the light from the light source 1 is transmitted to the sample 11.
After passing through the light beam, it passes through the light passage slot 42 of the light scanning disk 43 and reaches the entrance slit 21 of the spectrometer 2. Analysis sample 11 illustrates an example of absorption measurement, but when observing a luminescence phenomenon, sample 11
The light source itself is a light emitter, and the light source 1 is not necessary. In the case of reflection measurement, the principle is exactly the same as in the embodiment shown in FIG. 1, except that the optical system is configured so that the reflected light reaches the entrance slit 21 instead of the transmitted light from the sample 11. .

前記光走査デイスク43は第2図に光源1側か
ら見た状態を示すように、モータ41によつて高
速で回転する円板であり、この円板の回転中心は
ほぼ分散面上にあり、分光器2の入射スリツト2
1と距離rの点に位置している。また、この光走
査デイスク43の前記光通過スロツト42も該光
走査デイスタ43の回転中心から距離rの円周上
に位置している。さらに、光通過スロツト42
は、等角度に複数個設けられている。そして、半
径r上における光通過スロツト同志の間隔Hは、
分光器の入射スリツト21の高さに等しくしてあ
る。このような光走査デイスク43を用いれば、
常にいずれかの光通過スロツトが分光器の入射ス
リツトの前をよぎりつつある状態となり、光源か
らの光は常に分光器に入射し、2次元イメージ検
知器3の高さ方向のどの位置かにて常にスペクト
ルが観測し得る状態となる。従つて観測すべき高
速現象が何時開始しても、現象を逃すことなく時
間分解スペクトルを観測することができる。光通
過スロツト42の半径r上の間隔Hは分光器の入
射スリツトの高さよりやや小さくしても、光は常
に分光器内に導かれるので、本発明の目的を損な
うことはない。
The optical scanning disk 43 is a disk that is rotated at high speed by a motor 41, as shown in FIG. 2 when viewed from the light source 1 side, and the center of rotation of this disk is approximately on the dispersion plane. Entrance slit 2 of spectrometer 2
1 and is located at a distance r. The optical passage slot 42 of the optical scanning disc 43 is also located on the circumference at a distance r from the rotation center of the optical scanning disc 43. Furthermore, the light passage slot 42
A plurality of are provided at equal angles. Then, the distance H between the light passing slots on the radius r is:
It is made equal to the height of the entrance slit 21 of the spectrometer. If such an optical scanning disk 43 is used,
One of the light passage slots is always passing in front of the entrance slit of the spectrometer, and the light from the light source always enters the spectrometer, and the light from the light source always enters the spectrometer at any position in the height direction of the two-dimensional image detector 3. The spectrum is always observable. Therefore, no matter what time a high-speed phenomenon to be observed starts, the time-resolved spectrum can be observed without missing the phenomenon. Even if the distance H on the radius r of the light passing slot 42 is slightly smaller than the height of the entrance slit of the spectrometer, the purpose of the invention will not be impaired, since the light will always be guided into the spectrometer.

前記分光器2は前記した入射スリツト21の他
に、該入射スリツト21を通つて入射した光を反
射する平面反射鏡22、この平面反射鏡22から
の反射光を反射する凹面反射鏡23、この凹面反
射鏡23からの反射光を分散させる分散素子であ
る回折格子24、この回折格子24からの分散光
を反射させる凹面反射鏡25、この凹面反射鏡2
5からの反射分散光を反射させる平面反射鏡26
により構成されている。
In addition to the above-mentioned entrance slit 21, the spectrometer 2 has a flat reflecting mirror 22 that reflects the light incident through the entrance slit 21, a concave reflecting mirror 23 that reflects the reflected light from the flat reflecting mirror 22, and a concave reflecting mirror 23 that reflects the reflected light from the flat reflecting mirror 22. A diffraction grating 24 that is a dispersion element that disperses the reflected light from the concave reflecting mirror 23, a concave reflecting mirror 25 that reflects the dispersed light from this diffraction grating 24, and this concave reflecting mirror 2.
A plane reflecting mirror 26 that reflects the reflected and dispersed light from 5.
It is made up of.

回折格子24により分散された光の結像位置に
はイメージ検知器3が配置されている。このイメ
ージ検知器3は2次元のフオトダイオードアレイ
で構成された2次元イメージ検知器であり、これ
以外にもたとえばシリコンビデイコン等で構成す
ることもできる。このイメージ検知器3は回折格
子24による分散面上(紙面に平行な方向)に各
フオトダイオードが並ぶよう設置されているの
で、該イメージ検知器3を構成する各フオトダイ
オードエレメントにはそれぞれ異なる波長λ1…λo
の光が入射して検知される。
An image detector 3 is placed at a position where the light dispersed by the diffraction grating 24 is focused. The image detector 3 is a two-dimensional image detector composed of a two-dimensional photodiode array, and can also be composed of, for example, a silicon videcon. This image detector 3 is installed so that each photodiode is lined up on the dispersion plane (in a direction parallel to the plane of the paper) formed by the diffraction grating 24, so each photodiode element constituting the image detector 3 has a different wavelength. λ 1 …λ o
of light is incident and detected.

このイメージ検知器3からの信号を外部に取り
出すための回路としては、増巾器4、スキヤナー
5、サンプリングホールド回路6、A−D変換器
7、記憶回路8、デイジタル計算機9、およびデ
ータモニタ10が用いられている。
Circuits for extracting signals from the image detector 3 to the outside include an amplifier 4, a scanner 5, a sampling hold circuit 6, an A-D converter 7, a memory circuit 8, a digital computer 9, and a data monitor 10. is used.

前記スキヤナー5は、イメージ検知器3にクロ
ツクパルスを与え、各エレメントに蓄積された入
射光量に比例する電荷を電荷移動またはスイツチ
ング等の方法で順次外部に取り出させる。このよ
うにして、外部へ取り出された電気信号は、増巾
器4を経てスキヤナー5と同期したサンプリング
ホールド回路6にホールドされ、A−D変換器7
でデイジタル信号に変換される。デイジタル信号
に変換された光量信号は記憶回路8に直接または
デイジタル計算機9等を介して記憶される。得ら
れたスペクトルは記憶回路8に記憶しているた
め、現象終了後デイジタル計算機の演算によつて
吸光度変換や各種データ処理を施した後、データ
モニタ10に表示したり記録計(図示せず)など
によりハードコピーを採ることが可能である。
The scanner 5 applies a clock pulse to the image detector 3, and sequentially extracts charges proportional to the amount of incident light accumulated in each element to the outside by a method such as charge transfer or switching. In this way, the electric signal taken out to the outside is held by the sampling and holding circuit 6 synchronized with the scanner 5 through the amplifier 4, and is then held by the A-D converter 7.
is converted into a digital signal. The light amount signal converted into a digital signal is stored in the storage circuit 8 directly or via a digital computer 9 or the like. Since the obtained spectrum is stored in the memory circuit 8, after the phenomenon is completed, it is subjected to absorbance conversion and various data processing by calculations on a digital computer, and then displayed on the data monitor 10 or displayed on a recorder (not shown). It is possible to make a hard copy.

次に、本実施例の作用につきさらに説明する。 Next, the operation of this embodiment will be further explained.

光源1からの白色光は、分析試料11を通過し
た後、光走査デイスク43を経て分光器2の入射
スリツト21に到達する。入射スリツト21を出
た白色光は分光器2内で回折格子24により波長
に依つて分散され、波長λ1〜λoの光がイメージ検
知器3の検知器画面上に並ぶ。波長分散面は紙面
に平行な面であり、検知器画面上の紙面に垂直
(入射スリツトの高さ方向に相当)な方向には同
一波長の光が入射している。本実施例において
は、入射スリツト21の直前(直後でも良い)に
光通過スロツト42を持つ光走査デイスク43が
配設されているので、試料11を通過した光はこ
の光通過スロツト42を通つて分光器2の入射ス
リツト21に入射される。したがつて、光走査デ
イスク43の高速回転により入射スリツト21に
到達する光は、光通過スロツト42が入射スリツ
ト21の高さ方向最上端に達した時点から、入射
スリツト21上を上から下へ高速で移動する。こ
のため、入射光の移動に伴い、イメージ検知器3
上のスペクトルは、第3図に示すように、検知器
画面の上から下へ時刻t0の時のスペクトルS1、時
刻t1の時のスペクトルS2、…時刻toの時のスペク
トルSoが順次形成される。すなわち、検知器3の
x方向は波長軸、y方向は時間軸となる。イメー
ジ検知器3は、このようにして形成されたS1〜So
のスペクトルを電荷として保持しているので、測
光時間to−t0より長い時間をかけて、イメージ検
知器3から時間分解スペクトルS1〜Soの情報を取
り出すことができる。第4図はこのようにして測
定された時間分解スペクトルの関係を、時間軸
t、波長軸λ、スペクトル強度軸Iについて図示
したものである。測定できるスペクトルの数n
は、2次元イメージ検知器3のy方向の画素数で
定まり、通常良く市販されている512ch(x)×
512ch(y)のイメージ検知器では512スペクトル
を一度に測定できる。時間分解能は、光走査デイ
スク40の回転速度と距離rとに依存する。入射
スリツト21の高さがイメージ検知器3の高さ
(画面のy方向寸法)と同一とし、これを10mm、
y方向画素数512ch、r=100mmとして、回転速
度を60000rpmとすれば、入射スリツト21への
入射光は、該入射スリツト21上を上から下へ約
17μsecの間に移動し、時間分解能ti−ti-1は約
0.3μsecを得る。すなわち、約0.3μsec毎にスペク
トルを順次観測することができる。この値は従来
技術による高速走査分光器に比し、約3000倍の高
速性を有しており、rを大きく取り、光走査デイ
スク43の回転速度を更に速くすることにより、
より高速な現象を把えることが可能である。
After passing through the analysis sample 11, the white light from the light source 1 reaches the entrance slit 21 of the spectrometer 2 via the optical scanning disk 43. The white light exiting the entrance slit 21 is dispersed by a diffraction grating 24 in the spectrometer 2 depending on the wavelength, and light having wavelengths λ 1 to λ o is lined up on the detector screen of the image detector 3 . The wavelength dispersion plane is a plane parallel to the plane of the paper, and light of the same wavelength is incident on the detector screen in a direction perpendicular to the plane of the paper (corresponding to the height direction of the entrance slit). In this embodiment, an optical scanning disk 43 having a light passing slot 42 is disposed immediately before (or immediately after) the entrance slit 21, so that the light that has passed through the sample 11 passes through this light passing slot 42. The light enters the entrance slit 21 of the spectrometer 2. Therefore, the light that reaches the entrance slit 21 due to the high-speed rotation of the optical scanning disk 43 flows from the top to the bottom above the entrance slit 21 from the time when the light passage slot 42 reaches the uppermost end of the entrance slit 21 in the height direction. Move at high speed. Therefore, as the incident light moves, the image detector 3
As shown in Fig. 3, the upper spectrum is, from the top to the bottom of the detector screen, spectrum S 1 at time t 0 , spectrum S 2 at time t 1 , ... spectrum S at time t o . o are formed sequentially. That is, the x direction of the detector 3 is the wavelength axis, and the y direction is the time axis. The image detector 3 uses the S 1 to S o formed in this way.
Since the spectra of S 1 to S o are held as charges, information on the time-resolved spectra S 1 to S o can be extracted from the image detector 3 over a period of time longer than the photometry time t o -t 0 . FIG. 4 illustrates the relationship between the time-resolved spectra measured in this manner with respect to the time axis t, the wavelength axis λ, and the spectral intensity axis I. Number of measurable spectra n
is determined by the number of pixels in the y direction of the two-dimensional image detector 3, and is usually 512ch (x) × which is commercially available.
A 512ch (y) image detector can measure 512 spectra at once. The time resolution depends on the rotational speed of the optical scanning disk 40 and the distance r. The height of the entrance slit 21 is the same as the height of the image detector 3 (the y-direction dimension of the screen), which is 10 mm,
If the number of pixels in the y direction is 512 channels, r = 100 mm, and the rotation speed is 60,000 rpm, the incident light to the entrance slit 21 will move approximately from top to bottom on the entrance slit 21.
It moves during 17μsec, and the time resolution t i −t i-1 is approximately
Obtain 0.3μsec. That is, spectra can be observed sequentially every approximately 0.3 μsec. This value is approximately 3,000 times faster than that of a high-speed scanning spectrometer according to the prior art, and by increasing r and further increasing the rotation speed of the optical scanning disk 43,
It is possible to understand faster phenomena.

以上のような光走査デイスクを用いることによ
り、光源からの光は常に2次元イメージ検知器の
高さ方向のいずれかの位置を照射することとな
る。したがつて、何時高速現象が開始したとして
も常にその現象の位相を合せて測定を行うことが
できる。
By using the optical scanning disk as described above, the light from the light source always illuminates any position in the height direction of the two-dimensional image detector. Therefore, no matter when a high-speed phenomenon starts, measurements can always be made with the phase of the phenomenon aligned.

上記した本発明の一実施例では、吸収測定のよ
うに常に光が分光器へ入射している場合などにお
いては、観測すべき現象が終了した後でも、2次
元イメージ検知器31には観測対象でないスペク
トルが入射し続け、多重露光を行なうことがあ
る。このような場合には、現象が開始してから、
1つの光走査デイスクがスリツト高さ方向を横切
るのに相当する時間だけ検知器を働かせ、その他
の時間は検知器を盲の状態にすることにより多重
露光を防ぐことができる。第5図は観測すべき現
象が励起光の試料への照射により開始されるよう
なフラツシユフオトリシスの場合について、その
一実施例を示している。2次元イメージ検知器に
はSIT(silicon Intensified Target)検知器のよ
うな高圧ゲートパルスにより感光状態を制御でき
るイメージ管31が用いられる。励起光源(例え
ばパルスレーザなど)51からの励起光が試料1
1を照射すると、試料内の光化学現象が開始す
る。同時に励起光はビームスプリツタ52で分割
され、モニター検知器53に検知される。モニタ
ー検知器の出力は増幅器54を経た後高圧制御器
55をトリガーする。高圧制御器55はトリガー
後前述した1つの光走査デイスクのスロツトがス
リツトを横切るのに相当する時間だけイメージ管
31に高圧パルスを加え、イメージ管31を感光
状態にさせる。このようにして多重露光を防止す
ることが可能である。
In the embodiment of the present invention described above, in cases where light is always incident on the spectrometer such as in absorption measurement, the two-dimensional image detector 31 does not display the object to be observed even after the phenomenon to be observed has finished. In some cases, the spectrum that is not specified continues to be incident, resulting in multiple exposures. In such cases, after the symptoms start,
Multiple exposure can be prevented by operating the detector for a time corresponding to one optical scanning disk crossing the slit height direction and leaving the detector in a blind state for the rest of the time. FIG. 5 shows an example of flash photolysis in which the phenomenon to be observed is initiated by irradiation of the sample with excitation light. The two-dimensional image detector uses an image tube 31, such as a SIT (silicon intensified target) detector, whose photosensitive state can be controlled by a high-voltage gate pulse. Excitation light from an excitation light source (such as a pulsed laser) 51 is applied to the sample 1.
Upon irradiation with 1, photochemical phenomena within the sample begin. At the same time, the excitation light is split by a beam splitter 52 and detected by a monitor detector 53. The output of the monitor detector triggers a high voltage controller 55 after passing through an amplifier 54. After being triggered, the high voltage controller 55 applies a high voltage pulse to the image tube 31 for a time corresponding to the time when the slot of one optical scanning disk mentioned above crosses the slit, thereby bringing the image tube 31 into a photosensitive state. In this way, multiple exposures can be prevented.

本発明のその他の実施例について第6図を用い
て説明する。同図中第5図と同一符号は同一部分
を表わす。この実施例においては、第5図のイメ
ージ管の感光状態を制御するかわりに、分光器2
への光入射を光学的に制御している。すなわち、
分光器2の入射スリツト21より光源側には、例
えば、ポツケルスセルなどの電気的制御による高
速光シヤツタ57が配置されている。光シヤツタ
57は分光器より光源側であれば、例えば、光走
査デイスク43と入射スリツト21の間でもよ
い。そして、この光シヤツタ57は、制御器56
からの制御信号によつて光の透過・遮断が制御さ
れる。制御器56は、モニタ検知器53からのト
リガー信号により、光走査デイスクのスロツトが
スリツトを横切るのに相当する時間の間だけ、光
シヤツタ57に信号を与え、光を透過する。
Another embodiment of the present invention will be described using FIG. 6. In the figure, the same symbols as in FIG. 5 represent the same parts. In this embodiment, instead of controlling the photosensitive state of the image tube in FIG.
optically controls the incidence of light on the That is,
On the side of the light source from the entrance slit 21 of the spectrometer 2, an electrically controlled high-speed optical shutter 57 such as a Pockels cell is arranged. The optical shutter 57 may be placed between the optical scanning disk 43 and the entrance slit 21, for example, as long as it is closer to the light source than the spectroscope. This optical shutter 57 is controlled by a controller 56.
Transmission and blocking of light is controlled by control signals from. In response to the trigger signal from the monitor detector 53, the controller 56 applies a signal to the optical shutter 57 to transmit light only for a period of time corresponding to the time when the slot of the optical scanning disk crosses the slit.

この実施例では、2次元イメージ検知器として
SIT検知器のように感光状態を制御できるタイプ
以外の検知器についても多重露光を防止できる。
In this example, as a two-dimensional image detector,
Multiple exposure can also be prevented for detectors other than those that can control the exposure state, such as SIT detectors.

以上の方法では、観測する現象が何時開始して
も、現象を逃すことなく検知することができる
が、光通過スロツト42が入射スリツト21の高
さ方向のどの位置にある時に現象が開始したかを
特定することができない。このため測光後、イメ
ージ検知器の信号を取り出し、第4図のような一
連のスペクトルSを得ても、S1〜Soのうちどのス
ペクトルが、現象開始の最初のスペクトルかを特
定できないことが観測対象の性質によりあり得
る。このようなことを防止するには、前述の多重
露光防止策を施しかつ光通過スロツト42同志の
半径r上の間隔Hを入射スリツトの高さよりやや
大きくすることが解決できる。このようにする
と、光が全く分光器に入射しない短い時間が生
じ、S1〜Soのうちのいずれかのスペクトルが光強
度0となる。従つて光強度0のスペクトルSiの次
のスペクトルSi+1が現象開始直後のスペクトルで
あり、Si-1は最後に観測したスペクトルであるこ
とが容易に特定できる。また前記したイメージ検
知器の感光時間あるいは高速光シヤツタの開く時
間を、1つの光通過スロツトがスリツトを横切る
時間よりやや短かくすることによつても同一効果
を得ることができる。特に第5図のようにフラツ
シユフオトリシスの場合には、励起光源からの光
が検知器に感じると、正確な吸収測定(あるいは
螢光など発光測定の場合も同様)が行なえなくな
るので、上述のように励起光照射の行なわれた
後、高速光シヤツタを開いて測定光を分光器内に
導びく、あるいは励起光照射後検知器を感光状態
にさせる方法は測定精度の向上を得ることもでき
る。また励起光照射のタイミング制御が正確に行
なえる場合には、前記したように光通過スロツト
の間隔が入射スリツトの高さよりやや大きい光走
査デイスクを用い、例えばフオトインタラプタ等
によつて光走査デイスクの位相を検知し、入射光
が光走査デイスクによつてさえぎられている位相
において励起光照射が行なわれるよう励起光源の
発光タイミングを制御することにより、好ましく
ない励起光の分光器への入射を防ぎ、測光精度を
向上することができる。
With the above method, no matter when the phenomenon to be observed starts, it is possible to detect the phenomenon without missing it. cannot be determined. For this reason, even if the signal from the image detector is extracted after photometry and a series of spectra S as shown in Fig. 4 are obtained, it is not possible to identify which spectrum among S 1 to S o is the first spectrum at the onset of the phenomenon. is possible depending on the nature of the observed object. In order to prevent this, it is possible to take the above-mentioned multiple exposure prevention measures and to make the distance H between the light passage slots 42 on the radius r slightly larger than the height of the entrance slit. If this is done, there will be a short period in which no light enters the spectroscope, and one of the spectra from S 1 to S o will have a light intensity of 0. Therefore, it can be easily identified that the spectrum S i+1 following the spectrum S i with the light intensity of 0 is the spectrum immediately after the phenomenon starts, and that S i-1 is the spectrum observed last. The same effect can also be obtained by making the exposure time of the image detector or the opening time of the high-speed optical shutter slightly shorter than the time it takes for one light passage slot to cross the slit. Particularly in the case of flash photolysis as shown in Figure 5, if the light from the excitation light source is detected by the detector, accurate absorption measurements (or the same applies to luminescence measurements such as fluorescence) cannot be performed, so as mentioned above, Methods such as opening a high-speed optical shutter to guide the measurement light into the spectrometer after irradiation with excitation light, or making the detector sensitive to light after irradiation with excitation light can improve measurement accuracy. can. If the timing of excitation light irradiation can be accurately controlled, use an optical scanning disk in which the interval between the light passage slots is slightly larger than the height of the entrance slit as described above, and use a photo interrupter or the like to control the optical scanning disk. By detecting the phase and controlling the emission timing of the excitation light source so that excitation light is irradiated in the phase where the incident light is blocked by the optical scanning disk, undesirable excitation light is prevented from entering the spectrometer. , photometry accuracy can be improved.

第7図は本発明による時間分解分光器の他の実
施例を示す光学系統図である。この実施例では、
入射スリツト21の直前に設けられた光走査デイ
スク43に代わり、固定ミラー61と回転ミラー
60が設けられている。光源1からの光は固定ミ
ラー61により集束され、少なくとも入射スリツ
ト21の高さ方向の一点に結像するよう固定ミラ
ー61の曲率が選ばれている。一方、回転ミラー
60はモータ41により高速回転しており、その
回転軸は、入射スリツト21の高さ方向に直角で
あり、入射スリツト21に向かう光束を、入射ス
リツト21の高さ方向に上から下へと走査する光
偏向器を成している。第8図は該光偏向器を第7
図の矢印Aの方向から見た図であり、円柱の周囲
に平面ミラーが複数個配設されている。以上のよ
うな構成により、分光器2に入射する光束を入射
スリツト21の上から下へ高速で移動して、2次
元イメージ検知器3上に時間分解像を作ることが
できる。本実施例では、第8図において、回転ミ
ラー60の回転角速度に対し、回転ミラーの入・
反射光の成す角、すなわち偏角θは2倍の速度で
変化することは良く知られており、前記実施例に
比し、更に高速の時間分解スペクトルを得ること
が可能である。そして、第8図に示すように1枚
のミラーに対する開き角をδとすると、光の偏向
角は2δである。したがつて、1枚のミラーの偏向
角2δによるイメージ検知器3の高さ方向の走査巾
をイメージ検知器3の高さよりわずかに小さく
し、各ミラーの切換時に無反射部62を設けるこ
とにより、スペクトル測定の開始時点を容易に把
握できる。
FIG. 7 is an optical system diagram showing another embodiment of the time-resolved spectrometer according to the present invention. In this example,
A fixed mirror 61 and a rotating mirror 60 are provided in place of the optical scanning disk 43 provided immediately in front of the entrance slit 21. The light from the light source 1 is focused by the fixed mirror 61, and the curvature of the fixed mirror 61 is selected so that the light is focused on at least one point in the height direction of the entrance slit 21. On the other hand, the rotating mirror 60 is rotated at high speed by a motor 41, and its rotation axis is perpendicular to the height direction of the entrance slit 21. It forms an optical deflector that scans downward. FIG. 8 shows the optical deflector in the seventh
This is a view seen from the direction of arrow A in the figure, and a plurality of plane mirrors are arranged around a cylinder. With the above-described configuration, a time-resolved image can be created on the two-dimensional image detector 3 by moving the light beam incident on the spectrometer 2 from the top to the bottom of the entrance slit 21 at high speed. In this embodiment, in FIG. 8, the rotational angular velocity of the rotating mirror 60 is
It is well known that the angle formed by the reflected light, that is, the polarization angle θ, changes at twice the speed, and it is possible to obtain a time-resolved spectrum even faster than in the above embodiment. As shown in FIG. 8, if the aperture angle for one mirror is δ, the deflection angle of the light is 2δ. Therefore, by making the scanning width in the height direction of the image detector 3 due to the deflection angle 2δ of one mirror slightly smaller than the height of the image detector 3, and providing a non-reflective portion 62 when switching each mirror, , the starting point of spectrum measurement can be easily determined.

本発明によれば、観測すべき高速現象の測光タ
イミングに合せて時間分解の測定が行える。
According to the present invention, time-resolved measurements can be performed in accordance with the photometric timing of a high-speed phenomenon to be observed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による時間分解分光器の一実施
例を示すブロツク図、第2図はその一構成要素で
ある光走査デイスクの側面図、第3図は本発明を
用いた場合に検知器画面上に作られる時間分解像
を示す原理説明図、第4図は本発明によつて得ら
れる時間分解スペクトルの相対関係を示すスペク
トル図、第5図は本発明の他の実施例を示す光学
系統図、第6図は本発明のその他の実施例を示す
光学系統図、第7図は本発明のさらにその他の実
施例を示す光学系統図、第8図はその構成要素で
ある回転ミラーの断面図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a time-resolved spectrometer according to the present invention, FIG. 2 is a side view of an optical scanning disk that is one of its components, and FIG. FIG. 4 is a spectral diagram showing the relative relationship of time-resolved spectra obtained by the present invention. FIG. 5 is an optical diagram showing another embodiment of the present invention. System diagram, FIG. 6 is an optical system diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 7 is an optical system diagram showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram of a rotating mirror which is a component thereof. FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 入射スリツトと、この入射スリツトから入射
した光を波長により分散する分散素子と、この分
散素子により分散された光の結像面に配置された
2次元イメージ検知器と、上記入射スリツトへ入
射する光を当該入射スリツトの高さ方向の少なく
とも一つの位置に常に入射するようにし、かつ、
この入射位置が当該入射スリツトの高さ方向に沿
つて周期的に移動する入射光走査手段とを備えた
ことを特徴とする時間分解分光器。 2 特許請求の範囲第1項記載の時間分解分光器
において、上記入射光走査手段は、上記入射スリ
ツトの近傍に配置されるとともにその円周上に複
数個の開口部が等間隔に設けられた回転円板であ
り、上記入射スリツト部位置における各開口部間
の間隔は入射スリツトの高さに等しいことを特徴
とする時間分解分光器。 3 入射スリツトと、この入射スリツトから入射
した光を波長により分散する分散素子と、この分
散素子により分散された光の結像面に配置された
2次元イメージ検知器と、上記入射スリツトへ入
射する光を当該入射スリツトの高さ方向の少なく
とも一つの位置に常に入射するようにし、かつ、
この入射位置が当該入射スリツトの高さ方向に沿
つて周期的に移動する入射光走査手段と、この入
射光走査手段による周期的移動の一周期の時間以
下についてのみ上記2次元イメージ検知器へ光信
号を取込む制御手段とを備えたことを特徴とする
時間分解分光器。 4 特許請求の範囲第3項記載の時間分解分光器
において、上記2次元イメージ検知器は、感光状
態が制御可能な検知器であり、上記制御手段は、
上記2次元イメージ検知器を所定時感光可能にす
る制御信号を出力することを特徴とする時間分解
分光器。 5 特許請求の範囲第3項記載の時間分解分光器
において、上記制御手段は、上記入射スリツトの
近傍に配置された光シヤツタであり、上記分光器
内へ所定時間の間光を入射させることを特徴とす
る時間分解分光器。
[Claims] 1. An entrance slit, a dispersion element that disperses light incident from the entrance slit according to wavelength, and a two-dimensional image detector disposed on an imaging plane of the light dispersed by the dispersion element. The light entering the entrance slit is always made to enter at least one position in the height direction of the entrance slit, and
A time-resolved spectrometer comprising an incident light scanning means whose incident position periodically moves along the height direction of the incident slit. 2. In the time-resolved spectrometer according to claim 1, the incident light scanning means is arranged near the incident slit, and a plurality of openings are provided at equal intervals on the circumference thereof. A time-resolved spectrometer, characterized in that it is a rotating disk, and the interval between the openings at the position of the entrance slit is equal to the height of the entrance slit. 3. An entrance slit, a dispersion element that disperses the light incident from the entrance slit according to its wavelength, a two-dimensional image detector placed on the imaging plane of the light dispersed by the dispersion element, and a two-dimensional image detector that disperses the light that enters the entrance slit. The light is always incident on at least one position in the height direction of the entrance slit, and
An incident light scanning means whose incident position periodically moves along the height direction of the entrance slit is used, and the light is transmitted to the two-dimensional image detector only for a period of time shorter than one cycle of the periodic movement by this incident light scanning means. A time-resolved spectrometer characterized by comprising: a control means for acquiring a signal. 4. In the time-resolved spectrometer according to claim 3, the two-dimensional image detector is a detector whose photosensitive state can be controlled, and the control means:
A time-resolved spectrometer, characterized in that it outputs a control signal that enables the two-dimensional image detector to be exposed to light at a predetermined time. 5. In the time-resolved spectrometer according to claim 3, the control means is a light shutter placed near the entrance slit, and controls the incidence of light into the spectrometer for a predetermined period of time. Characteristic time-resolved spectrometer.
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