JPH0792399B2

JPH0792399B2 - スペクトル測定方法

Info

Publication number: JPH0792399B2
Application number: JP2171690A
Authority: JP
Inventors: 公浩石田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH0460429A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は受光素子に撮像素子を用いた分光器の波長較正
方法或はスペクトル測定方法に関する。

（従来の技術）受光素子に撮像素子を用いた分光器は分光素子を回動さ
せないでスペクトル像全体のデータを一度に得ることが
できるので、構造的に簡単な上、測定に要する時間が短
くてすむと云う利点がある。

所で上述した型の分光器では、撮像素子の各単位素子の
配列順位を示す番号と波長との間の関係が直線的でない
ので、単位素子の素子番号と波長との間の関数関係を適
当な数式で近似した素子番号波長値変換プログラムを作
成しておく必要がある。この場合上記した変換用の数式
内の幾つかの係数を波長の実測から決定しなければなら
ない。このため例えば水銀ランプ等を用い、波長既知の
輝線スペクトルが検出される素子番号を実験によって決
定するのであるが、この操作を自動化した場合、水銀ラ
ンプの光の中に存在する多数の輝線の強度は大幅に異っ
ているので、受光素子の感度具体的には露光時間を一つ
に決めて実測を行うと、或る輝線は弱くて検出困難であ
り、他の或るピークは強過ぎて受光素子の出力が飽和し
ていまいピーク中心を正確に検出できなくて、較正に利
用できる輝線の本数が少なくなったり、輝線の存在波長
が偏ったりする。較正の精度は利用した輝線の数が多い
方が高くなるのであるが、実際には利用できる輝線の数
が少く較正の精度を上げるのが困難であった。

また通常のスペクトル測定でも、或る輝線は飽和してし
まって正確な中心位置が求められず、他の輝線は弱過ぎ
て検出できないと云うような場合があった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は多様な強度の輝線を営む輝線スペクトルの各輝
線を充分な検出感度でかつ受光素子出力が飽和すること
のないようにして検出し、較正に使用できるようにして
較正の精度を向上させ或は一般のスペクトル測定で各輝
線の位置を高精度で求め得るようにしようとするもので
ある。

（課題を解決するための手段）光源のスペクトル中の最強輝線がが受光素子に対して飽
和しない最適感度（積分時間）Tmin或はスペクトル中の
目的とする最弱の輝線が確実に検出できる最適感度Tmax
を基準として、受光素子の感度をTminより段階的に上
げ、或はTmaxより段階的に下げながら光源スペクトルを
複数回測定し、それらの測定データを記憶しておき、そ
の記憶データから光源スペクトル中の各輝線について、
夫々飽和しない範囲の最高の感度段階での測定データを
選択するようにした。

（作用）予め最低感度と最高感度を設定して、両感度の間で段階
的に感度を変えながらスペクトル測定を行うと、スペク
トル測定は波長走査を行わず一度に行われるから、一回
の測定では感度は一定であり、同じスペクトルについて
測定感度の異る複数の測定データが得られることにな
り、個々の輝線について見れば、その複数回の測定デー
タの中に飽和しない範囲で最大の感度の測定データがあ
り、本発明はそのような輝線のピークプロファイルのデ
ータを選択するので、全ての輝線ピークの中心を正確に
求めることが可能となる。

（実施例）まず実施例の動作の概要を第１図を用いて説明する。受
光素子１の出力データ処理上飽和出力を1.0として扱
う。測定感度は受光素子の露光時間即ち光電流積分時間
によって設定し、最少感度つまり最小露光時間をTminと
し、このTminの値は較正に使う光源、この場合低圧水銀
灯のスペクトル中の最強輝線の受光素子出力が例えば0.
95になるように設定しておく。測定感度はこのTminを基
準にしてその１倍,2倍…10倍までの10段階とする。デー
タ処理のため三つのメモリ或は一つのメモリ上に三つの
領域が用意される。これらのメモリ領域をHSIG（Ｎ）,S
IG（Ｎ）,LSIG（Ｎ）とする。これら各メモリ領域は夫
々受光素子の各単位素子に対応させたアドレスを有し、
HSIG（Ｎ）等の（）内のＮはその素子番号を示す。Ｃは
受光素子I,各メモリSIG（Ｎ）等の操作およびデータ処
理等を行う制御装置である。

初期設定でメモリ領域HSIG（Ｎ）の各アドレスのデータ
を０とする。一回の測定におけるデータはメモリ領域SI
G（Ｎ）に格納される。一回の測定が終ったら、各測定
データ即ちSIG（Ｎ）内の各データとHSIG（Ｎ）内のデ
ータ（初回の測定では全部０）とを順次比較し、SIG
（Ｎ）≧HSIG（Ｎ）のとき、その番号のSIG（Ｎ）のデ
ータを同じ番号のHSIG（Ｎ）に移し、同じ番号のHSIG
（Ｎ）のデータをLSIG（Ｎ）に移す。初めはHSIG（Ｎ）
内のデータは全部０であるから、実際上SIG（Ｎ）のデ
ータが全部HSIG（Ｎ）に移され、もとのHSIG（Ｎ）のデ
ータはLSIG（Ｎ）に移される。次に露光時間を2Tminに
して２回目の測定を行い、その測定結果をSIG（Ｎ）に
格納し、SIG（Ｎ）とHSIG（Ｎ）の対応アドレスのデー
タを比較し、SIG（Ｎ）≧HSIG（Ｎ）のときSIG（Ｎ）の
データをHSIG（Ｎ）に移し、前のHSIG（Ｎ）のデータを
LHSIG（Ｎ）に移す。２回目の測定は初回よりも２倍だ
け感度を上げているので、結局初回の測定データがLSIG
（Ｎ）に２回目の測定データがHSIG（Ｎ）に格納され
る。以下順次露光時間を３倍,4倍と長くしながら測定を
行い、各測定毎に上述した所と同じ操作でSIG（Ｎ）の
データをHSIG（Ｎ）に移し、HSIG（Ｎ）のデタをLSIG
（Ｎ）に移して行く。

以上を要約すると、順次感度を上げて測定を繰返し、最
新の測定データをHSIG（Ｎ）に前回の測定データをLSIG
（Ｎ）に移すと云う動作を露光時間が10Tminになる迄10
回行うのである。この結果最終的にはHSIG（Ｎ）には10
回目の測定データ、LSIG（Ｎ）には９回目の測定データ
が格納されていることになるが、本発明で重要なのは、
順次感度を上げながら測定を行って行って、受光素子の
単位素子の中に或る回の測定で測定出力が飽和してしま
うものが現われた場合の動作である。この動作を次に述
べる。

光源光のスペクトル中の或る一つの輝線の中心部の測定
出力がｉ−１回目では飽和しておらず、ｉ回目の測定で
飽和した場合、ｉ回目で測定出力が飽和したことは測定
出力が1.0になったことで分る。このときｉ−１回目の
測定データはLSIG（Ｎ）に入り。ｉ回目の測定データは
HSIG（Ｎ）に入るので、LSIG（Ｎ）内のその輝線中心前
後の幾つかの単位素子の出力データを用いて、その輝線
のピークプロファイルを決定してピーク中心の位置を決
める。これは輝線のピーク中心が必ずしも受光素子の中
心に位置するとは限らないので、一番大きな出力を示す
単位素子の中心をその輝線波長の位置とすることができ
ないからである。このようにして測定を繰返して行く途
中で輝線中心付近の最大測定出力が飽和したものはその
都度ピーク中心位置の決定を行いながら、前回の測定を
終って最終まで飽和しなかった輝線についてはHSIG
（Ｎ）に入っている最終回の測定データを使って各輝線
ピークの中心位置を決めるのである。このようにして各
輝線位置は夫々の強さに応じた適当な感度での測定結果
によって決定される。

第２図は上述実施例の動作を示すフローチャートであ
る。制御装置Ｃの動作をスタートさせるとまず初期設定
動作として次のことを行う。メモリHSIG（Ｎ）の１番か
ら1024番（受光素子の単位素子数）までの各アドレスの
データを０にする（イ）（ロ）。（イ）のステップスは
順位番号Ｎの１から1024まで、順次（ロ）の操作をせよ
と云う指定である。HSIG（Ｎ）の内容を全部０にし終っ
たら、Ｋの値を１から10まで順次変えて以下のことを行
う（ハ）。こゝでＫは受光素子の露光時間を最少露光時
間Tminの整数倍として設定するための倍数値である。

まず露光時間Ti＝Ｋ×Tmin（ｉ＝１〜10）として露光時
間を設定（初回の測定ではＫ＝１である）する（ニ）。
次に受光素子の出力を直接メモリSIG（Ｎ）に転送（DM
A）するための設定を行う（ホ）。以上で初期設定を終
り、光源光のスペクトル測定を開始する（ヘ）。この測
定動作はKTminの時間だけ露光する動作で、測定終了後
受光素子内の各単位素子の出力を順次SIG（Ｎ）へ転送
（ト）（チ）（リ）し、次いでSIG（Ｎ）内のＮ番目の
データをHSIG（Ｎ）のＮ番目のデータと比較し（ル）、
SIG（Ｎ）≧HSIG（Ｎ）なら（YES）で、HSIG（Ｎ）のＮ
番目のデータをLSIG（Ｎ）のＮ番目に移し、HSIG（Ｎ）
のＮ番目にSIG（Ｎ）のＮ番目のデータを入れ（オ）、
次のステップ（ワ）に進み（ル）のステップがNOなら直
ちに（ワ）のステップに進んでSIG（Ｎ）のＮ番目のデ
ータが１か否かチェックし、１ならば後述するサブルー
チン（HOSEI）を呼出して実行し、１でない（NO）なら
ばSIG（Ｎ）の次の番号のデータについて上述（ル）〜
（ワ）のステップの動作を行い、これをＮ＝１から1024
まで行わせる（ヌ）。以上の動作が終ったら、動作は
（ハ）のステップに戻りＫに１を加えて再び（ニ）〜
（ワ）の動作を行って、これをＫが１から10になる迄繰
返す。

第３図は前述したサブルーチン（HOSEI）のフローチャ
ートである。この動作は測定出力が飽和したときの動作
である。初期設定（ア）でNSをＮ、NEもＮとおく。こゝ
でＮは受光素子の各単位素子で出力が１になった単位素
子の番号で、NSはその輝線のピークの立上り点,NEは立
下がり点の単位素子番号であるが、当初それは不明なの
で、一応何れもＮとして以下の動作でNS,NEを決めるの
である。次にＩを１とする（イ）。こゝでＩは番号番号
Ｎに加え或は引く整数で以後１から順に大きくして行く
数である。次に（ウ）〜（オ）のステップを繰返して輝
線ピークの立上り点の単位素子の番号NSを決める。次に
同様にして（カ）〜（ケ）の動作を繰返して輝線ピーク
の立下がり点の単位素子番号NEを決める。その後上の動
作で決まった単位素子番号NSからNEまで、LSIG（Ｎ）内
のデータをHSIG（Ｎ）に戻し（コ），（サ）、第２図の
フローチャートの（ヌ）のステップのＮをNEとして
（シ）動作はメインルーチンに戻る。上述（コ）（サ）
の動作で一旦LSIG（Ｎ）に入れた飽和前のピークの立上
りから立下がりまでのデータはKSIG（Ｎ）に戻している
ので、露出時間を変えながら、即ち第２図のフローチャ
ーチで（ハ）のステップでＫを順次変えて測定を行う度
に、上述した輝線のピーク位置で前述サブルーチンが行
われ飽和前のピーク立上りから立下がりまでの測定デー
タがHSIG（Ｎ）とLSIG（Ｎ）との間を行き来してHSIG
（Ｎ）に保持されるので、Ｋ＝10の最後の測定の後のHS
IG（Ｎ）には各輝線とも飽和していないピークプロファ
イルのデータが格納されていることになる。従ってそれ
らのピークプロファイルのデータから略等間隔に必要本
数の輝線を選んで、夫々のピーク中心位置を求め、波長
との関係から単位素子の素子番号と波長との間の変換式
を作ればよい。

上述サブルーチンにおいて、NS,NEを決める（ウ）
（エ）（オ）の動作および（キ）（ク）（ケ）の動作は
次の通りである。輝線ピークの立上り，立ち下りは測定
出力から暗電流分を引いた値が０より大になる点であ
る。暗電流分はピークの存在しない所でｉ回目の測定出
力からｉ−１回目の測定出力を引いた値が丁度露光時間
Tminにおける暗電流の積分値に相当するので（ｉ回目の
測定はｉ−１回目よりTminだけ露光時間が長くなってい
るから）、飽和したときのSIG（Ｎ）のデータからその
ときのLSIG（Ｎ）のデータを引算した値が露光時間Tmin
のときの暗電流値より大きくなった所がピークの立上り
点である。受光素子の各単位素子の暗電流の積分時間Tm
inにおけるデータは予め実測により制御装置Ｃに記憶さ
せてある。第３図のフローチャートで（ウ）のステップ
は最初NSをＮとしてそれよりＩ＝１を引いたＮ−１の単
位素子番号を算出し、その番号に対応するSIG（Ｎ）の
データからLSIG（Ｎ）を引算した値を上述した暗電流デ
ータと比較（エ）し、引算結果が暗電流データより大き
いとき（YES）は、ステップは（オ）に進んでＩに１を
加え、動作は（ウ）に戻る。このようにして番号をＮか
ら１ずつ小さい方へ遡って云って、（エ）のステップで
SIG（Ｎ）‐LSIG（Ｎ）が暗電流データと等しくなるか
小さくなったとき（NO）のNSを値が輝線ピークの立上り
点である。輝線ピークの立下り点NEの検出も上と同様に
行われ、NS,NEが決定されたら、（コ）以下の動作に進
む。

上述実施例では、測定感度は低い方から順次上げて行っ
たが、適当に設定した高感度から順次下げていってもよ
い。この場合或る輝線の測定出力が１から１以下になっ
たとき、上述した所と同様にして輝線ピークの立上り
点、立下がり点を求め、その間の測定データを保持して
おくようにする。また感度の変化は等間隔で行っている
が、これは不等間隔例えば低感度の所では間隔を細か
く、高感度の所で大にするような変化のさせ方も可能で
ある。

（発明の効果）本発明は上述したような構成で、撮像素子を用いた型の
分光器でスペクトル中の弱い輝線でも設定範囲の最高感
度で、また強い輝線も夫々受光素子出力が飽和しない範
囲の最高感度に近い感度でスペクトルの全体が測定でき
ので、波長較正の場合、多数の輝線を用いることがで
きて波長精度が高められ、一般測定の場合でもスペクト
ルの相対感度を必要とせず、輝線の分布を求めたいよう
な測定の場合、各輝線の中心を正確に決定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部ブロック図、第２図は
同実施例における動作のメインルーチンのフローチャー
ト、第３図は同じくサブルーチンのフローチャートであ
る。１……受光素子、SIG（Ｎ）,HSIG（Ｎ）,LSIG（Ｎ）…
…メモリ、Ｃ……制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子を用いた型の分光器を使用し、測
定しようとするスペクトル中の最大信号の撮像素子出力
が飽和しないで適当な出力となるように設定した最低測
定感度と、スペクトル中の検出しようとする最小信号に
対して適当な出力が得られる最高測定感度との間で、測
定感度を段階的に変えながらスペクトル測定を繰り返
し、二つのメモリを用意して、この二つのメモリのうち
の一つに最新の測定データを入れ、前回の測定データを
もう一つのメモリに移し、かくして一測定毎に、最新測
定データで測定出力の飽和している部分の有無を調べ、
飽和部分があるときは前回測定データにおいて上記部分
に対応する部分を含むスペクトルピークのプロファイ
ル，ピーク中心波長を求めるようにしたことを特徴とす
るスペクトル測定方法。