JPS6037414B2 - アダマール変換分光計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は分光計測技術に関し、特にアダマール変換分光
計に対するフィル夕の改良に関する。

普通の分光計において、分析せらるべき個々の波長で合
成されたスペクトルエネルギーのビームはその帯域をス
ペクトルに分散させる分散素子の中を通され、ここでそ
の個々の波長は空間的に拡関される。その波長の或る狭
い帯城だけを通過させるためにスリットが用いられ、そ
の個々の波長は分散素子又はスリットの何れかを機械的
に動かすことにより分析され又は走査される。そのスリ
ットは精細な分解能を達成するために比較的狭いことが
必要であり、そのスリットにより通過せしめられる帯城
幅内に含まれるエネルギーは走査される全スペクトルの
エネルギーに比べて比較的小さい。かくしてこの検出器
は比較的小さい信号を計測し、従って信号対雑音比は比
較的低く、そのため分光計の感度を減小させる。ｌｎｓ
ｔｍｍｅｎｔ Ｓ比ｉｅツ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ 発
行“Ａｎａｌ侭ｉｓ ｌｎｓｔｍｍｅｎｔａｔｉｏｎ
一Ｖｏｌｍｍｅ ｌ０”４９一５４頁、ＪｏｈｎＡ．Ｄ
ｅｃｋｅｒ、Ｊｒ．による“Ｈａ似ｍａｒｄ−Ｔｒａｍ
ｆｏｒｍＡＭ１れｉｃａＩＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ”
及び米国特許第３５７８９８び号−Ｄｅｃｋｅｒ、Ｊｒ
．ｅｔ ａそにアダマール・トランスフオーム・スベク
トロメータ（ＨＴＳ）が記載される。

このＨＴＳは可視及び赤外線の両スペクトル区域共に有
用な分析計器であり、普通の分散式分光計の単純な技術
を用いながらフーリエ変換の干渉計式分光計測作用を行
なう。ＨＴＳは多重式計器であり、その意味は一つのス
ペクトル中の全ての波長を同時に観測し従って普通の走
査式モノクロメーク分光計に勝る高い信号対雑音比の知
車利点を有するということである。ＨＴＳはまた変成計
器であり、従って多重化が光学的符号化プロセスにより
達成され、測定されたデータ点は入力された分散された
光学的スペクトルの数学的変成である。ＨＴＳはスペク
トル識別のために普通の分散光学器（プリズム、格子等
）を使用するものであって、干渉計式計器ではない。ア
ダマール分光作用は普通の分散分光計の出口又は入口の
スリットに一連のマスクを置くことにより行なわれる。

各マスクに対して相異なるスペクトル成分の組合わせが
検出器の上に落ちる。Ｎ個の相異なるマスクで測定され
た強度はＮ価の相異なるスペクトル成分の強度で計算す
るために使用することができる。これは次のようなマト
リックス記号で表わされる一組の連立一次代数方程式に
より表わすことができる。（ａｉｊ）〔ｘｊ〕〔ｌｉ〕
ｉ＝１・・・…Ｎｊ＝１・・・・・・Ｎここ
にｘｊは所望のスペクトル成分の強度を表わし、ｌｉは
組合わされた測定強度である。

係数マトリックスの素子〔ａｉｊ〕は上記方程式を反転
してｌｉ値が測定されるとき〔ｘｊ〕に対して解くこと
ができるように選定されてよい。かくして符号化マスク
の素子に沿って透明及び不透明の素子を適当に選定する
ことにより、そのような各素子を通過するスペクトル放
射の強度を検出器に到達する放射強度の順々の測定から
推理することが可能である。Ｎ個のマスクの代わりに、
（洲‐１）個の素子を有する単一のマスクを使用しても
よい。上記の論文及び特許は従来のＨＴＳ技術の更に詳
細な事項について記述している。上記型のＨＴＳは一つ
のマスクを他のマスクに取替えるか又は単一のマスクを
種々の位置に沿って動かす必要があるため比較的のろい
し、またそれに加えてマスクを正確な位置に置き又は単
一のマスクを動かすために比較的高価な機構を使用する
必要があることの故に不利である。

本発明の主たる目的は、可動部分を含まない改良された
フィル夕を持つアダマール変換分光計を提供することに
ある。

本発明の他の目的は、アダマールマスクが多重光学レン
ズの上に、電子的に走査し得る検出器と脇敷するように
、作られている高速の電子−光学的アダマールフィル夕
装置を提供することにある。

簡単に言って、本発明の上記及びその他の目的及び利点
が達成される態様はアダマールフィルタを多重レンズの
形で備え、そのうちの或るものはＮ個の素子のＮ個の直
線的マスクを提供するために不透明にされることである
。

これらのレンズははえの目（フラィズ・アィ）レンズ又
は円柱形レンズであってもよく、それはその中を通って
伝達されるエネルギーをマスクの数に相当する数Ｎの一
連の直線的ホトダィオード検出器上に焦点を結ばすもの
である。これら検出器の出力は電子的に走査されてよい
。さて図面を参照するに、先ず第１図において、ァダマ
ール変換分光計ＨＴＳは広帯域光源１０を有する。

視準レンズ１１は光源１０からの光を不透明素子１２上
へ向け、これは光の一部を通過させるスリットを有する
。試料１３（ここでは容器内の液体として図示される）
は素子１２を通過する光東（ビーム）の通路に置かれる
。このビームは試料を通過した後、プリズム１４を通過
し、このものはビームを＾．から＾ｍまで亘る波長を有
するスペクトル帯城に分散させる分散素子として作用す
る。以下に詳述するアダマールフィルタ１５はこの分散
された帯域の通路に、上記波長のスペクトルエネルギー
を受けるように置かれる。このフィル夕はレンズ配列１
６及びホトダイオ−ド配列１７を有する。この装置は単
に本発明に対する一つの可能な態様を例示するに過ぎず
、他の基本的光分計装置を使用することができることを
理解すべきである。例えば、任意光源からの光を分析す
ることができ、その場合には光源１０及び試料１３を省
略することができ、分析されるべき光は単にレンズ１１
上に入射し、マスク１２のスリットを通過し、プリズム
１４を通過してそれにより分散される。第２図で最もよ
く分るように、レンズ配列１６は、各列が複数のレンズ
素子２０を有する複数の列に配檀ごれたはえの目しンズ
の一配列で構成される。

ァダマール変換分光計測法の既知の原理によれば、列の
数及び各列中の素子の数は分析せらるべきスペクトル成
分の数に相当する。アダマールマスクを提供するために
、各列中のレンズ素子２０のうちの或るものは不透明に
される。かくして第２図に示すレンズ素子２０ａは透明
であり従って光はそれを通過し、レンズ素子２０ｂは不
透明で光の通過を阻止する。このように不透明にされ又
は透明にされる個々の素子は、既知のように、分析され
るべきスペクトル成分に関係する。前記の特許を参照す
れば、１針固素子の配列又はマスクの詳細な記載があり
、不透明又は透明にされるべき個々のレンズ２０は該特
許に与えられた例に従って決定することができる。第３
図ははえの目型レンズに対する変型設計を示し、同図に
おいてレンズ配列１６′は一連の円柱形レンズ２２から
成る。

各円柱形レンズの部分２４は適当な不透明材料で被覆す
ることにより不透明にして所望のアダマールマスクを作
ることができる。第３図及び第４図で最もよく分るよう
に、ホトダィオード配列（アレー）１７はＰ又はＮレベ
ルにドープされた半導体の基板２６と光活性材料で反対
のＰ又はＮ状態にドープされて一連の長い直線状ホトダ
ィオードを提供している一連の直線状区域２８とで構成
される。

レンズ配列１６又は１６′は配列１７に隣接して置かれ
、その際配列１６の各列は相異なる区域２８と真直ぐ合
うように並べられ、また配列１６′のレンズ２２は夫々
の区域２８と真直ぐ合うように並べられる。これらレン
ズ配列の各素子はそれへの入射光をダィオ−ド配列１７
の光活性区域２８上に集中させるように設計される。基
板２６は電圧源３０へ接続され、夫々の区域２８は個々
に電子的走査手段３４へ接続される。メータ３２がこの
回路内に接続され、この回路でベース２６Ｌの一つの列
２８により形成される個々のダイオードを選択的に作動
せしめ又は走査することができ、それによりメータ又は
感受装置はダイオードのバイアスの結果として発生する
電流及びその上に落ちる光を指示する。メータ３２は電
流を増幅するための或る手段、及び測定値を指示するデ
ジタル表示器に接続されたアナログーデジタル変換器を
具備していてもよいことは極めて明らかである。変型と
して、デジタル表示器の代わりに、変換された信号は測
定結果を分析する計算機へ供給されてもよい。本装置の
概要を述べると、マスク１２は光の長くて狭いビームを
与え、これは試料１３と分散素子１４の中を通される。
この後者素子はビームをフィル夕１５上へ分散させる。
このフィル夕は分散されたビームに配置された一連のレ
ンズを有し、それにより分析されるべき波長範囲入，一
入ｍを受けるようにする。このレンズの各列は相異なる
スペクトル成分を炉過するための相異なるアダマールマ
スクを提供する。ホトダィオード配列１７が走査される
と、各ダイオードを流れる電流の値はその配列の各個々
の区域２８上に入射する光全体の強度に比例する。その
結果、このようにして導出された信号はアダマール変成
分光計測法の固有の性質の故に信号対雑音比を有するこ
とになる。それに加えて、個々のダイオードは電子的速
度で走査することができ、動く部品を使用する必要がな
い。走査機構の一つの適当な型はスカニスタである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するアダマール変成分光計の一部
分の概略線図である。 第２図はフィル夕のはえの目しンズの平面図である。第
３図は円柱形レンズを有するフィル夕及び走査読取器の
一部を分解した概略図である。第４図は第２図の線４一
４に沿う一部を分解した断面図である。１４・・・・・
・分散用プリズム、１５・・・・・・アダマールフイル
タ、１６・・…・レンズ配列、１７・・・・・・ホトダ
ィオード配列、２０・・・・・・レンズ素子（２０ａ・
・・・・・透明、２０ｂ・・・・・・不透明）、２２・
・・・・・円柱形レンズ、２４・・・・・・不透明部分
、２６・・・・・・半導体基板、２８・・…・直線状ホ
トダィオ−ド、３０・・・・・・電圧源、３２…・・・
メータ、３４・・・・・・電子的走査手段。 ＦＩＧ．ｌＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 分析されるべきビームを所定のスペクトル帯域幅へ
   分散させるように配置された分散素子を有するアダマー
   ル変換分光計において、各レンズ列が上記帯域幅にわた
   つて分散されたスペクトルエネルギーを受けるように配
   置された、少くとも分析されるべきスペクトル成分の数
   に相当する数の複数の上記レンズ列からなるレンズ配列
   と、上記レンズ配列全体としてアダマール・マスク・マ
   トリクスを構成するよう上記各レンズ列に設けられたア
   ダマール・マスクを形成する不透明手段と、上記レンズ
   列の数に相当する複数の直線状ホトダイオード手段を有
   し、上記ホトダイオード手段は上記レンズ配列に対して
   並置され、それにより上記各レンズ列はそれに入射する
   スペクトルエネルギーを上記ホトダイオード手段の相異
   なる一つの上に向けるようなホトダイオード配例、及び
   上記ホトダイオード配列に接続され、上記ホトダイオー
   ド手段からそのダイオード手段に入射するスペクトルエ
   ネルギーに比例した電気信号を選択的に取出す走査手段
   とを具備する分光計。