JPH0611392A - 分光測光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料の透過光や反射光等を同時に多波長で、
分光特性を測定する分光測光装置に関し、測定時間の短
縮と、所要範囲で分光特性感度を一様にすると共に特性
補正の高速化とを実現し得る分光測光装置の提供。 【構成】 光束をパルス状に発するキセノンフラッシュ
ランプと、光学系と、回折格子と光検出器を含む分光器
と、コントローラ８と、ＣＰＵ９と、表示系と、からな
る分光測光装置において、光検出器が信号電荷を任意に
読み出し可能な信号用アドレスデコーダ７１と、電荷蓄
積部７３と、信号の十分なチャンネルを一斉にリセッ
ト、または個別にリセットし得るリセット用アドレスラ
ッチ７３と、を有する走査型フォトダイオードアレイ７
からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体、固体試料に放射
光束を照射し、試料の透過光や螢光、反射光などを同時
に多波長で分光特性を測定する分光測光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体、固体試料に放射光束を照射し、試
料の透過光や螢光、反射光などを同時に多波長で分光特
性を測定する分光測光装置は、分散素子に回折格子を用
い、検出器に対して直線状に分散させ、機械的な分散機
構によらず同時に多波長の分光特性が得られる分光器と
分散光を検出するフォトダイオードアレイ５１が基本構
成である。フォトダイードアレイの各々の検出素子に信
号処理回路５２を必要数並列に用い、同時多波長測光を
行なってきた（図５）。この方式は、各検出素子（波
長）毎に信号処理の増幅率を決定することができる。こ
れは、光源の分光特性（図６）を一定のＳ／Ｎになるよ
うに補正するためである。従って、この方法だと詳細の
分光特性を測定するためには、処理回路５２がその数だ
け必要となり、大形の信号処理回路が必要となるという
不都合があった（図５Ａ）。また、従来のフォトダイオ
ードは、光検出素子をアレイ状の配置したのみであった
が半導体の集積技術の進歩により信号処理回路を同一チ
ップに構成することも可能になった。これらの光検出器
として走査型フォトダイオードアレイ５６がある（図５
Ｂ）。この走査型フォトダイオードアレイ５６は電荷蓄
積型検出素子を有し、検出部に蓄積した信号電荷を順次
読み出す方式で、一斉リセット機能も有する。この検出
器を用いると、信号処理回路が簡素化できるが、増幅率
が全てのチャネル（以下、ＣＨと記す）で同一となり、
光源の分光特性が補正できず、すべてのＣＨで一定のＳ
／Ｎを得ることが出来ないという欠点があった。この欠
点を改善した方式として、順次読み出す方式の他に、任
意のＣＨが読み出せる方式があり、この方式は、光源特
性を補正する一つの機能を有する。つまり、光源の光信
号が少ないＣＨでは、蓄積時間を長くすることが可能で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような任意のＣＨを読み出す方式によると光信号が十分
大きいＣＨでは信号の飽和により、共通の信号読み出し
ラインに信号があふれるのを防ぐために、毎回読出しを
行なわなければならないので計測に時間を費すという不
都合があり、また、上述の走査型フォトダイオードアレ
イは、電荷蓄積信号を逐次読み出す方式のため、同時性
が要求される分光測光には採用できないという不都合が
あった。

【０００４】本発明は上記不都合を解消した分光測光装
置の提供を目的とし、具体的には、試料の透過光や螢
光、反射光などの分光特性を同時に多波長で測定する分
光測光において、測定時間の短縮と、光源を含めた所要
の波長範囲で分光感度特性を一様にするとともに、特性
補正を高速化した分光測光装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、光束をパルス状に発する光源と、分散素子
と、光検出器と、を含み、同時に多波長の分光測光を行
なう分光測光器において、光検出器が、信号電荷の任意
な選択及び読み出しを行なうため信号アドレスデコーダ
と、信号の読み出しとは別に信号電荷を一斉にリセット
または個別にリセット可能なリセットアドレスデコーダ
と、を有する電荷蓄積型光検出器であることを特徴とす
る。また、本発明の実施例では、信号の読み出し及びリ
セットを所与のパターンによって行なうことが望まし
く、光源が高輝度の光束をパルス状に発する光源であ
り、光検出器が走査型フォトダイオードアレイであるこ
とが望ましい。

【０００６】上記構成に基づき実施例では、高輝度の光
束をパルス状に発するランプ（例えば、キセノンフラッ
シュランプ）を光源とし、信号電荷を任意に読み出し可
能な信号用アドレスデコーダと、信号の十分なチャンネ
ル（ＣＨ）を一斉にリセット、または個別にリセットし
得るリセット用アドレスデコーダを有する走査型フォト
ダイオードを用い、光源特性を補正し、一定のＳ／Ｎを
得るようにし、分光測光に必要なダイナミックレンジを
得ている。また、高輝度のパルス状光源を採用し、光源
点灯とフォトダイオードアレイの走査制御を行なうこと
により、同時性をもった多波長の分光測光データを得る
ことを可能としている。

【０００７】

【作用】本発明は上記構成により、光検出器として本発
明に基づく電荷蓄積光検出器を用い、その電荷蓄積型光
検出器は、 信号電荷の任意な選択及び読み出しを行なうため信
号アドレスデコーダ、

【０００８】 信号の読み出しとは別に信号電荷を一
斉に、或いは個別にリセット可能なリセットアドレスデ
コーダ、を備えているので、分光特性の補正にあたり図
３に例示するように光量の大きさを段階的に区分した波
長の区間Ａ，Ｂ，Ｃ，…を想定し、そのセル毎に光源の
フラッシュを行なうことができる。従って、その波長区
間で分光特性を一様になし得ると共に各波長毎にフラッ
シュ回数の補正を行ない分光特性の補正を高速に行なう
ことができる。

【０００９】

【実施例】以下、図示の一実施例に基いて本発明を詳述
する。

【００１０】図１は、本発明の一実施例としての分光測
光装置のブロック図を示す。

【００１１】図１において、高輝度の高速のパルス状に
発する光源としてのキセノンフラッシュランプ１は、パ
ルス点灯方式によって、高輝度の光束を発する。キセノ
ンフラッシュランプ１からの放射光は、レンズ２ａで、
試料３に入射し試料３中を透過する。試料３を透過した
光は、レンズ２ｂで分光器４のスリット５に集光され
る。分光器４に入射した光は、回折格子６により分光さ
れ、走査型フォトダイオードアレイ７で各波長ごとの測
光データを得る。走査型光検出器としての走査型フォト
ダイオードアレイ７の走査制御と検出信号の信号処理
は、コントローラ８で行う。コントローラ８は演算制御
装置（以下ＣＰＵ）９の指令により、走査型フォトダイ
オードアレイ７の走査制御、リセット制御、信号の取り
込み、光源１の点灯指示を行う。走査制御、リセット制
御ならびに光源１の点灯制御は、予め光源特性としてＣ
ＰＵ９内に記憶している制御パターンにより行われる。
高圧電源１０はＣＰＵ９の指令にもとづき、コントロー
ラ８からの走査信号に同期して前記キセノンフラッシュ
ランプ１をパルス点灯させるべく高電圧を供給する。Ｃ
ＰＵ９に得られた測光データは、所望の演算処理後、入
出力装置１１へのデータ表示やプリンタ１２に印字出力
される。

【００１２】図２は信号電荷と一斉にリセット、または
個別にリセットできるリセット用アドレスデコーダを有
する走査型フォトダイオードアレイ７の機能説明図を示
す。

【００１３】図２に示す走査型フォトダイオードアレイ
７は、信号アドレスデコーダ７１と、５１２（チャンネ
ル）のフォトダイオードアレイ７５及びコンデンサ７６
の組から構成される積分回路を有する電荷蓄積部７２、
及びリセットアドレスデコーダとしてのリセットアドレ
スラッチ７３から構成されている。そして、信号アドレ
スデコーダ７１は、電荷蓄積部７２の光信号の蓄積電荷
の読み出しをＣＰＵ９からの信号ADDRESS およびcLock
によってスイッチＳＷ１〜ＳＷ５１２を共通のデータラ
イン（ＶＩＤＥＯ信号）に任意に切換えながら、各素子
ごとの蓄積電荷を積分回路を経て電圧として読み出すよ
うに動作する。同様に、リセットアドレスラッチ７３
は、電荷蓄積部７２の各チャンネルを、コントローラ８
を介したＣＰＵ９の制御信号ADDRESS 及びSTROBEによっ
てスイッチＲＳＷ１〜ＲＳＷ５１２を一斉に又は個別的
に切替えることにより、任意にリセット可能に動作す
る。

【００１４】以下に本測定装置を用いた一測定例が液体
試料の吸収スペクトルの測定動作について説明する。

【００１５】図３は、セルに基準試料として純水を用い
た時の、１回のフラッシュにより得た分光特性の一例で
ある。この分光特性はさらに、フラッシュ回数とリセッ
トパターン、信号読み出しパターンに演算処理される。
Ａ区間は１回フラッシュ、Ｂ区間は２回フラッシュ、Ｃ
区間は３回フラッシュ、Ｄ区間は４回フラッシュに分類
される。ＣＰＵ９は図４に示すプロセスにより、未知試
料の測定値から試料に純水を用いた時の測定値を減算
し、各波長毎にフラッシュ回数の補正を行い測定値を求
める。

【００１６】図４はプロセスチャートを示し、図４Ａは
パターン化プロセスの例である。

【００１７】本例によるパターン化プロセスは、図３の
例において、走査型フォトダイオードアレイ７の電荷蓄
積部７２の全てのＣＨ（５１２チャンネル）をリセット
アドレスレジスタ７３によって一斉にリセットしてか
ら、リセットを解除し（ステップ４１）、セルに純水を
入れて、先ず、光源を１回点灯させ各波長毎の分光特性
を測定し（ステップ４２）、次に、収集した分光特性か
ら波長毎に、フラッシュ回数、リセット、信号読み出し
タイミングをパターン化（例えば、図３の波長区間Ａの
フラッシュ回数を１、区間Ｂのフラッシュ回数を２、区
間Ｃのフラッシュ回数を３、区間Ｄのフラッシュ回数を
４といったようにパターン化）し、メモリ（図示せず）
に記憶する（ステップ４３）段階からなる。

【００１８】図４Ｂは測定プロセスの例を示し、本例に
よる測定プロセスは、走査型フォトダイオードアレイ７
の電荷蓄積部７２の全てのＣＨをリセットアドレスレジ
スタ７３によって一斉にリセットしてから、リセットを
解除し、（ステップ５１）、セルに試料を入れた状態
で、１回目のフラッシュで図３のＡ区間を読み出し、読
み出しが終了したら同区間をリセットし（ステップ５
２）、２回目のフラッシュＢ区間を読み出し、読み出し
が終了したら同区間をリセットし（ステップ５３）、３
回目のフラッシュでＣ区間を読み出し、読み出しが終了
したら同区間をリセット（ステップ５４）、４回目のフ
ラッシュでＤ区間を読み出し、読み出しが終了したな
ら、収集した各波長毎のデータを参照値として記憶する
（ステップ５６）段階からなる。

【００１９】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の変形実施が可能であることはいうまでもない。

【００２０】

【発明の効果】上記により本発明に基づく分光測光装置
は、任意のチャンネルでの信号の読み出しとリセットを
可能としたことで、高速で、しかも同時性を持った多波
長の分光測光データを得ることが可能となった。

【００２１】光源に高輝度の光束をパルス状に発するラ
ンプを、光検出器に走査型フォトダイオードアレイを用
い、任意のチャンネルでの信号の読み出しとリセットを
可能としたことで、測定したい波長だけを測光すること
ができ、測定時間の大幅短縮（例えば、ある実施例で
は、従来１６msecかかった測定時間が約０．１msecであ
った）が可能となる。また、電荷のリセットを一斉また
は個別に行なえるよう構成したので分光感度特性補正に
要する時間の短縮（例えば、同じ実施例で、従来６４ms
ecかかった特性補正時間が約２０msecであった）が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく分光測光装置の一実施例のブロ
ック図。

【図２】本発明に基づく光検出器の一実施例としての走
査型フォトダイオードアレイの機能説明図。

【図３】分光特性のパターン分割の一例を示す図。

【図４】図４はプロセスチャートであり、図４Ａはパタ
ーン化のプロセス例であり、図４Ｂは測定プロセスの例
を示す。

【図５】従来の同時多波長測光装置の信号処理回路を示
す。

【図６】光源の分光特性を示す。

【符号の説明】

１ キセノンフラッシュランプ（光源） ７ 走査型フォトダイオードアレイ（光検出器） ７１ 信号アドレスデコーダ ７２ リセットアドレスラッチ（リセットアドレスデコ
ーダ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光束をパルス状に発する光源と、分散素
   子と、光検出器と、を含み、同時に多波長の分光測光を
   行なう分光測光器において、前記光検出器が、任意に信
   号電荷の選択及び読み出しを行なうための信号アドレス
   デコーダと、信号の読み出しとは別に信号電荷を一斉に
   リセットまたは個別にリセットできるリセットアドレス
   デコーダと、を有する電荷蓄積型光検出器であることを
   特徴とする分光測光装置。
2. 【請求項２】 請求項１の分光測光装置において、光源
   が高輝度の光束をパルス状に発する光源であり、光検出
   器が走査型フォトダイオードアレイであることを特徴と
   する分光測光装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の分光測光装置にお
   いて、信号の読み出し及びリセットを所与のパターンに
   よって行なうことを特徴とする分光測光装置。