(57)【要約】【課題】  オフセットを確実に煩雑性なく行うことができるようにするとともに、シャッタを開いた時にだけ発生するようなノイズも除去して測定することができる優れた分光測定器及び分光測定方法を提供する。【解決手段】  検出素子３は多数の光電変換部３１，３２が一列に並べられたリニアアレイセンサであり、分光素子２は仕様範囲の波長の光と仕様範囲外の波長の光を分光する。光電変換部は、仕様範囲用光電変換部３１と仕様範囲外用光電変換部３２とから成っている。仕様範囲の波長の光を透過し、仕様範囲外の波長の光を遮断するオフセット用フィルタ７が光路上に配置されており、信号処理部６は、仕様範囲外用光電変換部３２で得られた検出信号をオフセット値とし、仕様範囲用光電変換部３１で得られた検出信号である測定値からオフセット値を減算する信号処理を行う。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光を分光する分光素子と、分光素子で分光された被測定光が入射する検出素子と、検出素子で得られた検出信号から被測定光の分光放射照度を求める信号処理部とを備えた分光測定器であって、
分光素子は、分光測定器の仕様として測定可能とされている範囲である仕様範囲の波長の光を分光して検出素子に入射させる第一の姿勢と、仕様として測定可能とされている範囲外の波長の光を分光して検出素子に入射させる第二の姿勢とを取り得るものであり、
仕様範囲の波長の光を透過し、仕様範囲外の波長の光を遮断するオフセット用フィルタが光路上に配置されており、
信号処理部は、分光素子が第二の姿勢を取っている状態において検出素子で得られた検出信号をオフセット値とし、分光素子が第一の姿勢を取っている状態において検出素子で得られた検出信号である測定値からオフセット値を減算する信号処理を行うものであることを特徴とする分光測定器。
【請求項２】
被測定光を分光する分光素子と、分光素子で分光された被測定光が入射する検出素子と、検出素子で得られた検出信号から被測定光の分光放射照度を求める信号処理部とを備えた分光測定器であって、
検出素子は、多数の光電変換部が一列に並べられたリニアアレイセンサであり、
分光素子は、分光測定器の仕様として測定可能とされている範囲である仕様範囲の波長の光を分光するとともに、仕様として測定可能とされている範囲外の波長の光を分光することが可能なものであり、
前記検出素子の多数の光電変換部は、分光素子の姿勢に従って仕様範囲の波長の光が入射する位置に配置された仕様範囲用光電変換部と、分光素子の姿勢に従って仕様範囲外の波長の光が入射可能な位置に配置された仕様範囲外用光電変換部とから成っており、
仕様範囲の波長の光を透過し、仕様範囲外の波長の光を遮断するオフセット用フィルタが光路上に配置されており、
信号処理部は、仕様範囲外用光電変換部で得られた検出信号をオフセット値とし、仕様範囲用光電変換部で得られた検出信号である測定値からオフセット値を減算する信号処理を行うものであることを特徴とする分光測定器。
【請求項３】
前記オフセット用フィルタは、カット波長を境にして前記仕様範囲外の波長の光を遮断するものであり、前記検出信号をオフセット値とする前記仕様範囲外用光電変換部は、前記カット波長に隣接した前記仕様範囲外の波長の光が入射可能な位置に配置されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の分光測定器。
【請求項４】
被測定光を分光する分光素子と、分光素子で分光された被測定光が入射する検出素子と、検出素子で得られた検出信号から被測定光の分光放射照度を求める信号処理部とを備えた分光測定器を使用して分光測定を行う分光測定方法であって、
分光素子は、分光測定器の仕様として測定可能とされている範囲である仕様範囲の波長の光を分光して検出素子に入射させる第一の姿勢と、仕様として測定可能とされている範囲外の波長の光を分光して検出素子に入射させる第二の姿勢とを取り得るものであり、
仕様範囲の波長の光を透過し、仕様範囲外の波長の光を遮断するオフセット用フィルタを光路上に配置し、
分光素子が第二の姿勢を取っている状態において検出素子で得られた検出信号をオフセット値とし、分光素子が第一の姿勢を取っている状態において検出素子で得られた検出信号である測定値からオフセット値を減算する信号処理を信号処理部で行うことを特徴とする分光測定方法。
【請求項５】
被測定光を分光する分光素子と、分光素子で分光された被測定光が入射する検出素子と、検出素子で得られた検出信号から被測定光の分光放射照度を求める信号処理部とを備えた分光測定器を使用して分光測定を行う分光測定方法であって、
検出素子は、多数の光電変換部が一列に並べられたリニアアレイセンサであり、
分光素子は、分光測定器の仕様として測定可能とされている範囲である仕様範囲の波長の光を分光するとともに、仕様として測定可能とされている範囲外の波長の光を分光することが可能なものであり、
前記検出素子の多数の光電変換部は、分光素子の姿勢に従って仕様範囲の波長の光が入射する位置に配置された仕様範囲用光電変換部と、分光素子の姿勢に従って仕様範囲外の波長の光が入射可能な位置に配置された仕様範囲外用光電変換部とから成っており、
仕様範囲の波長の光を透過し、仕様範囲外の波長の光を遮断するオフセット用フィルタを光路上に配置し、
仕様範囲外用光電変換部で得られた検出信号をオフセット値とし、仕様範囲用光電変換部で得られた検出信号である測定値からオフセット値を減算する信号処理を信号処理部で行うことを特徴とする分光測定方法。
【請求項６】
前記オフセット用フィルタは、カット波長を境にして前記仕様範囲外の波長の光を遮断するものであり、前記検出信号をオフセット値とする前記仕様範囲外用光電変換部は、前記カット波長に隣接した前記仕様範囲外の波長の光が入射可能な位置に配置されていることを特徴とする請求項４又は５記載の分光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、分光測定の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長毎の光の強さを測定する分光測定器は、産業の各分野で盛んに使用されている。例えば、吸光度等を利用した試料の組成分析に分光測定器が多く使用されている。図８は、一般的な分光測定器の構成の一例を模式的に示した図である。
分光測定器は、入射スリット１と、入射スリット１を通過した測定光が入射する分光素子としてのグレーティング（回折格子）２と、グレーティング２で分光された光が入射する検出素子３と、光学系４，５等から構成されている。グレーティング２は、光軸に垂直な軸の周りに回転可能となっており、グレーティング２を回転させ、光軸に対する角度を選択することで任意の波長の光のみを検出素子に入射させることができる。グレーティング２の角度を順次変えながら検出素子３で強度を検出することで、被測定光の分光放射照度の分布を測定することができる。
【０００３】
このような分光測定器では、バックグラウンドノイズ等を除去して十分な精度の測定を行うため、オフセットの動作が必要である。オフセットとは、検出素子に被測定光が入射しない状態とし、この状態での検出素子の出力信号を求め、それをゼロレベルの検出素子の出力として設定する動作である。具体的には、光路上にシャッタ９を配置して被測定光が検出素子３に入射しない状態とする。そして、この状態で検出素子３で検出された信号の大きさをオフセット値として設定する。通常の測定の際には、測定値からオフセット値を減算する。
【特許文献１】特開２０００−５５７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の分光測定器におけるオフセットでは、シャッタを開閉しながら行うため、面倒である。シャッタ開閉機構のような駆動機構は故障し易く、シャッタが開閉できないとオフセットができなくなってしまう。特に、オフセットを頻繁に行う必要のある測定では、煩雑性は顕著となるし、シャッタの故障の確率も高くなってしまう。例えば、刻々と変わる太陽光の分光放射照度測定の場合には、バックグラウンドノイズも刻々と変わるので、オフセットも毎回の側定時に行う必要がある。このため、オフセットの煩雑性やシャッタの故障の問題は顕著である。
【０００５】
また、従来のオフセットにおいて、シャッタを閉じた状態と開いた状態では、オフセット値自体が変化してしまっていると考えられる面がある。このため、精度の高い測定ができなくなってしまっていると推測される。以下、この点について、図８を使用して説明する。図８は、オフセット値についての説明図である。
【０００６】
図８において、検出素子で検出される信号の大きさが棒グラフ状に示されている。図８に示すように、測定時に検出素子で検出される信号には、本来の被測定光の分（測定光が光電変換されることで得られた分）の信号に加え、ノイズ分の信号が含まれている。ノイズ分の信号は、被測定光以外の光が検出素子に入射することで発生したノイズや、検出素子自体が発生させるノイズ（全く光が入射していないにもかかわらず検出素子が信号を発生させてしまうノイズ）が含まれる。
【０００７】
ノイズ分の信号の代表的なものは、バックグラウンドノイズである。バックグラウンドノイズとしては、例えば、周囲の光が測定器の筐体内に紛れ込んでしまって検出素子に入射してしまうことによるものが挙げられる。このようなバックグラウンドノイズは、シャッタの開閉に関わらず生ずる場合が多い。シャッタの開閉に関わらず発生しているノイズについては、シャッタを閉にした状態で測定を行うことで、そのノイズのみを捉えることができ、その値をオフセット値に設定して実際の測定の際に減算すればよく、ノイズを除去した測定結果を得ることができる。
【０００８】
一方、本願の発明者の研究によると、分光測定器における特有の事情として、シャッタを開いた際にだけ発生するノイズがあり、このようなノイズは、シャッタを閉じた際には消えてしまうため、検出素子で捉えることができず、したがってオフセット値に含めることができない。このため、実際の測定においても測定値に含まれたままとなっている。このようなシャッタを開いた際にだけ発生するノイズの一つに、迷光によるノイズがある。ここでの迷光とは、被測定光が光路上を進む際に発生する迷光のことである。
【０００９】
問題となる迷光は、分光素子において発生することが多い。例えば、分光素子としてのグレーティング２の各溝の表面は完全な平坦面とすることは不可能であり、わずかな乱反射や散乱等が生じていると考えられる。また、各溝の境界部分（山又は谷のエッジ部分）でもわずかな光の乱反射や散乱が生じていると推測され、これらが迷光の要因となると考えられる。
例えば、波長Ａの光を測定すべくグレーティング２を角度ａに設定した場合、本来的には波長Ａの光のみが選択されて検出素子に入射する筈であるが、Ａ以外の波長の光が迷光となって異常な反射をし、検出素子に入射してしまう。この分が測定信号に含まれてしまう。
【００１０】
このような迷光分のノイズは、シャッタを閉じた場合、消えてしまう（検出素子に入射しなくなってしまう）。そして、シャッタを開いて測定を行う際に再び発生し、測定信号に含まれることになる。即ち、図８に示すように、従来の分光測定器におけるオフセット値は、この迷光分のノイズを含まないものであり、したがって、測定信号にはこの迷光分のノイズが不可避的に含まれてしまう。つまり、従来の分光測定器では、シャッタを閉じた際には発生せず、シャッタを開いた際にだけ発生するノイズは、オフセット値には含まれず、測定信号から取り除くことができていない。尚、後述するように、検出素子自体のノイズについても、シャッタを開いた際にだけ発生する分のノイズがあり、この分は測定信号から取り除くことができていない。
【００１１】
このように、シャッタ開時のみ発生するノイズは、従来のオフセット動作では除去できておらず、測定結果に含まれてしまっている。このため、測定結果の信頼性を低下させる原因となっている。
本願の発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、オフセットを確実に煩雑性なく行うことができるようにするとともに、シャッタを開いた時にだけ発生するようなノイズも除去して測定することができる優れた分光測定器及び分光測定方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、被測定光を分光する分光素子と、分光素子で分光された被測定光が入射する検出素子と、検出素子で得られた検出信号から被測定光の分光放射照度を求める信号処理部とを備えた分光測定器であって、
分光素子は、分光測定器の仕様として測定可能とされている範囲である仕様範囲の波長の光を分光して検出素子に入射させる第一の姿勢と、仕様として測定可能とされている範囲外の波長の光を分光して検出素子に入射させる第二の姿勢とを取り得るものであり、
仕様範囲の波長の光を透過し、仕様範囲外の波長の光を遮断するオフセット用フィルタが光路上に配置されており、
信号処理部は、分光素子が第二の姿勢を取っている状態において検出素子で得られた検出信号をオフセット値とし、分光素子が第一の姿勢を取っている状態において検出素子で得られた検出信号である測定値からオフセット値を減算する信号処理を行うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、被測定光を分光する分光素子と、分光素子で分光された被測定光が入射する検出素子と、検出素子で得られた検出信号から被測定光の分光放射照度を求める信号処理部とを備えた分光測定器であって、
検出素子は、多数の光電変換部が一列に並べられたリニアアレイセンサであり、
分光素子は、分光測定器の仕様として測定可能とされている範囲である仕様範囲の波長の光を分光するとともに、仕様として測定可能とされている範囲外の波長の光を分光することが可能なものであり、
前記検出素子の多数の光電変換部は、分光素子の姿勢に従って仕様範囲の波長の光が入射する位置に配置された仕様範囲用光電変換部と、分光素子の姿勢に従って仕様範囲外の波長の光が入射可能な位置に配置された仕様範囲外用光電変換部とから成っており、
仕様範囲の波長の光を透過し、仕様範囲外の波長の光を遮断するオフセット用フィルタが光路上に配置されており、
信号処理部は、仕様範囲外用光電変換部で得られた検出信号をオフセット値とし、仕様範囲用光電変換部で得られた検出信号である測定値からオフセット値を減算する信号処理を行うものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２の構成において、前記オフセット用フィルタは、カット波長を境にして前記仕様範囲外の波長の光を遮断するものであり、前記検出信号をオフセット値とする前記仕様範囲外用光電変換部は、前記カット波長に隣接した前記仕様範囲外の波長の光が入射可能な位置に配置されたものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、被測定光を分光する分光素子と、分光素子で分光された被測定光が入射する検出素子と、検出素子で得られた検出信号から被測定光の分光放射照度を求める信号処理部とを備えた分光測定器を使用して分光測定を行う分光測定方法であって、
分光素子は、分光測定器の仕様として測定可能とされている範囲である仕様範囲の波長の光を分光して検出素子に入射させる第一の姿勢と、仕様として測定可能とされている範囲外の波長の光を分光して検出素子に入射させる第二の姿勢とを取り得るものであり、
仕様範囲の波長の光を透過し、仕様範囲外の波長の光を遮断するオフセット用フィルタを光路上に配置し、
分光素子が第二の姿勢を取っている状態において検出素子で得られた検出信号をオフセット値とし、分光素子が第一の姿勢を取っている状態において検出素子で得られた検出信号である測定値からオフセット値を減算する信号処理を信号処理部で行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、被測定光を分光する分光素子と、分光素子で分光された被測定光が入射する検出素子と、検出素子で得られた検出信号から被測定光の分光放射照度を求める信号処理部とを備えた分光測定器を使用して分光測定を行う分光測定方法であって、
検出素子は、多数の光電変換部が一列に並べられたリニアアレイセンサであり、
分光素子は、分光測定器の仕様として測定可能とされている範囲である仕様範囲の波長の光を分光するとともに、仕様として測定可能とされている範囲外の波長の光を分光することが可能なものであり、
前記検出素子の多数の光電変換部は、分光素子の姿勢に従って仕様範囲の波長の光が入射する位置に配置された仕様範囲用光電変換部と、分光素子の姿勢に従って仕様範囲外の波長の光が入射可能な位置に配置された仕様範囲外用光電変換部とから成っており、
仕様範囲の波長の光を透過し、仕様範囲外の波長の光を遮断するオフセット用フィルタを光路上に配置し、
仕様範囲外用光電変換部で得られた検出信号をオフセット値とし、仕様範囲用光電変換部で得られた検出信号である測定値からオフセット値を減算する信号処理を信号処理部で行うという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項４又は５の構成において、前記オフセット用フィルタは、カット波長を境にして前記仕様範囲外の波長の光を遮断するものであり、前記検出信号をオフセット値とする前記仕様範囲外用光電変換部は、前記カット波長に隣接した前記仕様範囲外の波長の光が入射可能な位置に配置されているという構成を有する。
【発明の効果】
【００１３】
以下に説明する通り、本願の各請求項記載の発明によれば、オフセットを確実に煩雑性なく行うことができ、シャッタを開いた時にだけ発生するようなノイズも除去して測定することができる。
また、請求項２又は４記載の発明によれば、上記効果に加え、リニアアレイセンサを用いたマルチチャンネルタイプの測定器を使用して測定が行え、この際、オフセット用の信号と測定信号とを同時に得ることでできるので、オフセットの動作がさらに簡便となる。
また、請求項３又は５記載の発明によれば、上記効果に加え、検出素子に被測定光が入射することに起因するノイズを除去した測定結果を好適に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本願発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、本願発明の実施形態に係る分光測定器の概略構成を示した図である。図１に示す分光測定器は、入射スリット１と、入射スリット１を通過した被測定光が入射する分光素子としてのグレーティング２と、グレーティング２で分光された光が入射する検出素子３と、第一第二の光学系４，５等から構成されている。
【００１５】
第一の光学系４は、入射スリットの像をグレーティング２に投影するためのものである。第二の光学系５は、グレーティング２からの光を検出素子３に結像させるためのものである。第一第二の光学系４，５としては、チェルニー・ターナー型、エバート型、ファスティー・エバート型等、任意のものを採用し得る。特開２０００−５５７３３号公報所載の光学系を採用すると、収差が小さく分解能が高くなるので好適である。
分光測定器は、検出素子３からの出力信号（検出信号）を処理する信号処理部６を備えている。信号処理部６は、検出信号から被測定光の分光放射照度を求める演算処理等を行うようになっている。
【００１６】
この分光測定器は、オフセットのために用いられるフィルタ（以下、オフセット用フィルタ）７を備えている。オフセット用フィルタ７は、グレーティング２の入射側の光路上に配置されており、より具体的には、入射スリット１とグレーティング２との間の光路上に配置されている。
【００１７】
図２は、オフセット用フィルタ７の分光透過特性について示した概略図である。
本実施形態におけるオフセット用フィルタ７は、分光測定器の仕様として測定可能とされている範囲（以下、仕様範囲と略す）の波長の光を透過し、仕様範囲外の波長を遮断するフィルタである。一般的な分光測定器は、紫外域から可視域、赤外域に亘る広い範囲を測定可能となっている。オフセット用フィルタ７は、その範囲外の波長を遮断するものである。この場合、短波長側（紫外域）の波長を遮断するか、長波長側（赤外域）の波長を遮断するかであるが、本実施形態では、一例として前者の構成となっている。
【００１８】
より具体的に説明すると、オフセット用フィルタ７は、一種のカットフィルタとなっており、カット波長λｃよりも短い波長をカットする（透過率ゼロとする）ものとなっている。例えば、カット波長λｃは３００ｎｍに設定され、３００ｎｍより短い波長の透過率がゼロであるカットフィルタがオフセット用フィルタ７として使用される。
但し、透過率はカット波長において急峻に透過率が立ち上がるものの、完全に９０度には立ち上がらず、ある程度の傾斜を持って立ち上がる。したがって、透過率最大となるまでの遷移的な波長域（以下、遷移領域）が存在する。遷移領域の波長は、オフセットフィルタ７によって一部遮断されてしまうので、通常は仕様範囲外とされる。従って、図２に示すように、仕様範囲の波長がカット波長λｃより長波長側で且つ遷移領域よりも長波長側となる特性のフィルタがオフセット用フィルタ７として採用されている。
【００１９】
また、本実施形態では、後述するように、仕様範囲外の波長を利用してオフセットが行われる。この際、遷移領域の波長も含んでオフセットを行ってしまうと、被測定光が一部オフセット用の波長に含まれてしまうので、オフセット用波長は、図２に示すように、遷移領域よりも短波長側とされる。
【００２０】
一方、本実施形態の分光測定器は、いわゆるマルチチャンネルタイプの分光測定器であり、多波長の放射照度を同時に測定できるタイプのものである。即ち、検出素子３としては、本実施形態では、多数の光電変換部が一列に並べられたリニアアレイセンサが使用されている。各光電変換部は、各波長域の光を光電変換するフォトダイオード等である。各光電変換部の位置は、グレーティング２により分光された各波長の光がそれぞれ入射する位置となっている。したがって、グレーティング２の角度を変える必要はなく、設定された角度に保持した状態の一回の測定で各波長域の放射照度を同時に測定することができるようになっている。
【００２１】
このような検出素子３は、仕様範囲の各波長の光がそれぞれ入射するものとしての光電変換部（以下、仕様範囲用光電変換部）を有している他、仕様範囲外用の各波長が入射するものとしての光電変換部（以下、仕様範囲外用光電変換部）も有している。この点について、図３を使用して説明する。図３は、実施形態の分光測定器が備えている検出素子３の概略構成について示した図である。
【００２２】
図３に概略的に示すように、検出素子３は、例えばフォトダイオードからなる多数の光電変換部３１，３２を一列に並べた構成である。多数の光電変換部３１，３２は、仕様範囲用光電変換部３１の群と、これに隣接した仕様範囲外用光電変換部３２の群とから成っている。
また、図１に示すグレーティング２は、仕様範囲において光を分光してそれぞれの仕様範囲用光電変換部３１に入射させるよう構成されているとともに、仕様範囲外の光を分光してそれぞれの仕様範囲外用光電変換部３２に入射させるようになっている。前述した例でいうと、グレーティング２は、３００ｎｍ以上の光を分光して仕様範囲用光電変換部３１に入射させるととともに、３００ｎｍより短い光を分光して仕様範囲外用光電変換部３２に入射させるよう構成されている。
【００２３】
図１には、実施形態の分光測定器が備えた信号処理部６の概略構成が併せて示されている。図１に示すように、信号処理部６は、検出信号を増幅する増幅器６１、検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６２、検出信号から分光放射照度の絶対値を算出するための演算等を行うプロセッサ６３、記憶部（メモリ）６４、外部にデータを出力するためのインターフェース等を含む出力回路６５を有している。出力回路６５は、測定結果を表示するディスプレイや測定結果を印刷するプリンタを測定器に接続するためのものである。分光測定器はパソコン等のコンピュータに接続される場合もあり、この場合は、出力回路６５は、ＵＳＢのようなコンピュータ用のインターフェースを含む。
尚、分光測定器の筐体には、入力部（不図示）が設けられている。入力部は、操作ボタンやタッチパネル等であり得る。
【００２４】
検出素子３の各光電変換部（仕様範囲用光電変換部３１及び仕様範囲外用光電変換部３２）から送られた検出信号は、増幅器６１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器６２でデジタル信号に変換され、記憶部６４に一時的に記憶されるようになっている。尚、この際、各光電変換部３１，３２における検出信号は、シリアルな信号として送られ、増幅、光電変換された後、各波長（厳密には分解能で規定される各波長域であるが、単に波長という）毎の検出信号として記憶部６４に一時的に記憶されるようになっている。尚、説明の都合上、記憶部６４に記憶された検出信号のうち、仕様範囲（λ１〜λｍ）についての検出信号をＳ１〜Ｓｍとし、仕様範囲外（λｍ＋１〜λｎ）についての検出信号をＳｍ＋１〜Ｓｎとする。また、検出信号Ｓ１〜Ｓｍは測定結果の元になる信号なのでこれを測定信号と呼び、検出信号Ｓｍ＋１〜Ｓｎはオフセット用信号なのでこれをオフセット用信号と呼ぶ。
【００２５】
信号処理部の記憶部６４には、測定信号から分光放射照度の絶対値を算出するためのプログラム（以下、測定プログラム）や、絶対値を算出するための基準値（以下、校正値）等が記憶されている。図４は、測定プログラムの概略を示したフローチャートである。
本実施形態の分光測定器では、オフセットをした上で測定するモード（オフセットモード）と、オフセットをせずに測定するモード（通常モード）を選択できるようになっている。選択は、入力部によって行われ、選択の結果は、制御信号として記憶部６４に一時的に記憶されるようになっている。
【００２６】
図４に示すように、測定プログラムは、オフセットモードであるか通常モードであるかにより異なる動作をするようプログラミングされている。
まず、通常モードが選択された場合について説明する。通常モードでは、オフセットを行わずに、各測定信号Ｓ１〜Ｓｍから放射照度の絶対値を求める演算が行われる。即ち、記憶部６４には、仕様範囲λ１〜λｍについての校正値Ｃ１〜Ｃｍが記憶されている。また、記憶部６４には、前回のオフセットの際に求めたオフセット値Ｏｆが記憶されている。
【００２７】
測定プログラムは、測定信号Ｓ１〜Ｓｍについて、オフセット値Ｏｆを減算した上で、校正値（Ｃ１〜Ｃｍ）と比較し、放射照度の絶対値を算出する。即ち、（Ｓ１−Ｏｆ）／Ｃ１を行って、λ１の放射照度の絶対値を算出する。Ｓ２、Ｓ３、……Ｓｍについても同様に絶対値を算出する。オフセット値Ｏｆは、定数として測定信号Ｓ１〜Ｓｍから減算される値である。このようにしてＳ１〜Ｓｍについて放射照度の絶対値を算出し、算出された各波長の絶対値を記憶部６４に一時的に保存すると、測定プログラムは終了である。算出された各絶対値は、出力回路６５を通して出力され、パソコンの画面のような表示部において表示されたり、プリンタで印刷されたりする。
【００２８】
次に、オフセットモードが選択された場合について説明する。オフセットモードが選択された場合、測定プログラムは、オフセットをした上で絶対値を算出する。即ち、記憶部６４に記憶された信号のうちオフセット用信号Ｓｍ＋１〜Ｓｎを読み出し、これらについて平均値を算出する。算出された平均値を新たなオフセット値Ｏｆとし、記憶部６４に更新して記憶する。
その上で、通常モードと同様に放射照度の絶対値を算出する。即ち、記憶部６４から測定信号Ｓ１〜Ｓｍを順次呼び出し、更新したオフセット値Ｏｆを減算した上で各校正値と比較して絶対値を算出する。
【００２９】
実施形態の分光測定器において、被測定光の取り込みには、光ファイバが使用されることもある。この場合には、入射スリット１の入射側に光ファイバが設けられた構成とされる。分光測定器は、各部を内部に納めた筐体を備える構成とされ、筐体に光ファイバの後端（出射端）が接続される構成とされる。光ファイバの先端は、被測定光の取り込み位置に配置される。
【００３０】
次に、上記構成に係る分光測定器の動作について説明する。以下の説明は、分光測定方法の発明の実施形態の説明でもある。
必要に応じて光ファイバを使用して被測定光を取り込み、入射スリットを通して入射させる。入射した光は、グレーティング２で分光され、波長に応じてそれぞれの方向に進み、検出素子３の各光電変換部３１，３２に入射する。そして、各光電変換部３１３，３２において光電変換されて検出信号が発生し、信号処理部６に送られる。そして、信号処理部６において前述したように信号処理が行われ、仕様範囲の分光放射照度が得られる。
【００３１】
上述した構成及び動作に係る実施形態の分光測定器及び分光測定方法では、オフセット用フィルタ７を使用してオフセットが行われるので、オフセットを確実に煩雑性なく行うことができるようにするとともに、シャッタを開いた時にだけ発生するようなノイズも除去して測定することができる。以下、この点について図５を使用して説明する。図５は、実施形態の分光測定器におけるオフセットの原理について示した概略図である。
【００３２】
図５において、被測定光Ｌは、仕様範囲から仕様範囲外の波長を広く含んでいる（λ１〜λｎ）。この被測定光Ｌは、オフセット用フィルタ７を透過してグレーティング２に達するので、グレーティング２に達した際には、仕様範囲の波長（λ１〜λｍ）のみとなっている。したがって、グレーティング２は仕様範囲外の波長（λｍ＋１〜λｎ）を分光可能であり、グレーティング２の姿勢に従ってこれらの波長の光が入射可能な位置に仕様範囲外用光電変換部３２が配置されているものの、設計上は被測定光のうちのこれらの波長の光は仕様範囲外用光電変換部３２には達しない。
【００３３】
ここで、前述したように、測定値にはバックグラウンドノイズや迷光によるノイズが含まれる。このうち、まずバックグラウンドノイズを考え、バックグラウンドノイズとして、測定器の筐体内に紛れ込む周囲の光（以下、紛れ込み光）を考える。
図５（１）において、仕様範囲の波長λｘはグレーティング２で分光され、仕様範囲用光電変換部３１ｘに入射するとする。即ち、仕様範囲用光電変換部３１ｘが、グレーティング２の姿勢に従って波長λｘの光が入射する位置に配置されているとする。仕様範囲用光電変換部３１ｘでは、λｘの光の入射により、本来の測定値である検出信号Ｄ（λｘ）が生じる。
【００３４】
一方、図５（１）において、紛れ込み光をＬｂで示す。この紛れ込み光Ｌｂが、上記仕様範囲用光電変換部３１ｘに入射するとする。この場合、仕様範囲用光電変換部３１ｘでは、紛れ込み光Ｌｂによる検出信号Ｄｂが発生する。したがって、仕様範囲用光電変換部３１ｘから信号処理部６に送られる全体の信号は、Ｄ（λｘ）＋Ｄｂとなる。
このような紛れ込み光Ｌｂは、仕様範囲用光電変換部３１に入射する確率と同様の確率で、仕様範囲外用光電変換部３２に入射すると考えられる。つまり、ある仕様範囲外用光電変換部３２に紛れ込み光Ｌｂが入射することでその仕様範囲外用光電変換部３２において検出信号Ｄｂ’が発生していたとすると、その大きさは、仕様範囲用光電変換部３１ｘで発生した紛れ込み光分の検出信号Ｄｂとほぼ同じ大きさであると考えられる。
【００３５】
前述したように、被測定光のうち仕様範囲外用光電変換部３２に入射すべき波長（λｍ＋１〜λｎ）はオフセット用フィルタ７で遮断されているので、仕様範囲外用光電変換部３２で生ずる検出信号には、被測定光による分は含まれていない。したがって、仕様範囲外用光電変換部３２から何らかの検出信号が得られたとすれば、それは上記紛れ込み光Ｌｂによる分であるとすることができる。したがって、その分の値をオフセット値として仕様範囲用光電変換部３１での検出信号から減算しておくことで、紛れ込み光Ｌｂの分を除去した測定結果を得ることができる。
【００３６】
次に、迷光によるノイズについて考える。上述した紛れ込み光も広い意味では迷光であると考えられる。しかし、ここでは迷光を狭く考え、被測定光のうち、本来入射すべきではない光電変換部に入射してしまう光を迷光と定義する。
前述したように、分光測定器における主な迷光の発生源は、グレーティングのような分光素子である。グレーティングの溝の縁等で異常反射した光は、本来入射してはいけない光電変換素子に入射し、ノイズとなる。図５（２）において、仕様範囲の波長であるλｘとλｙを考える。被測定光が正しく分光された場合に波長λｘの光が入射する位置に仕様範囲用光電変換部３１ｘが配置されており、被測定光が正しく分光された場合に波長λｘの光が入射する位置に仕様範囲用光電変換部３１ｙが配置されているとする。
【００３７】
いま、波長λｘの光が、グレーティング２において異常反射して迷光Ｍとなったとする。本来は光電変換部３１ｘに入射しなければいけないのに、この迷光Ｍが光電変換部３１ｙに入射してしまったとする。この場合、光電変換部３１ｙでは、正しく分光された波長λｙの分の検出信号Ｄ（λｙ）に加え、迷光分の検出信号ＤＭが発生する。
【００３８】
ここで、波長λｘの光が迷光Ｍとなって仕様範囲用光電変換部３１ｙに入射する確率は、いずれかの仕様範囲外用光電変換部３２に入射する確率はほぼ同じであると考えることができる。つまり、図５（２）に示すように、波長λ（ｘ）の光は、迷光Ｍとなるのとほぼ同じ確率で迷光Ｍ’となり、仕様範囲外用光電変換部３２に入射すると考えられる。したがって、仕様範囲外用光電変換部３２において検出信号ＤＭ’が発生しており、それが迷光分によるものであるとすると、その平均的な値と同じ大きさで仕様範囲用光電変換部３１でも迷光による検出信号が発生しているとすることができる。したがって、仕様範囲外用光電変換部３２での検出信号の平均値をオフセット値とし、各仕様範囲用光電変換部３１での検出信号（測定信号）から減算しておけば、迷光分を除去した測定結果を得ることができる。
【００３９】
尚、各仕様範囲外用光電変換部３２における検出信号について、紛れ込み光Ｌｂによるものか迷光Ｍ’によるものかを判別することはできない。しかしながら、それを判別する必要はなく、それらを含めて全体をノイズとして測定信号から除去すれば足りる。
また、波長λ（ｘ）の光が迷光になると説明したが、迷光になるということは正しく分光されなかったということであり、特定の波長λ（ｘ）が選択されて迷光となって各仕様範囲外光電変換部３２に入射する訳ではない。とはいえ、各仕様範囲外用光電変換部３２に入射する迷光の平均的な量と、各仕様範囲用光電変換部３１に入射する迷光の平均的な量は同じであるとすることができ、迷光部をオフセット値に含めることができる点については、迷光の波長を特に問題とする必要はない。
【００４０】
次に、発明者の研究によると、実施形態におけるオフセットの構成によれば、検出素子３に被測定光が入射すること自体から生ずるノイズも除去することができる。以下、この点について説明する。
発明者の研究によると、現在市販されている検出素子３では、光の入射自体によってオフセット値が変化してしまう問題があることが確認されている。図６は、この問題を確認した実験について示した図である。
【００４１】
この実験では、検出素子３を部分的にマスクして光を入射させた。即ち、図６（１）に示すように、検出素子３のうち、左右の端部付近の光電変換部３３以外の光電変換部３４についてはすべて遮光カバー８を被せて遮光した上で光を入射させた。入射させた光は、分光されていない光であり、検出素子３に均一に光が入射するように光学系を調整した。
図６（２）に、検出素子３の各光電変換部３３，３４で得られた検出信号を示す。図６（２）の縦軸は検出信号の大きさを示し、横軸は検出素子３上の位置（どの光電変換部で得られた信号であるか）を示している。
【００４２】
図６（２）に示すように、遮光カバー８でマスクされていない光電変換部３３においては、入射した光に応じた大きな検出信号が確認される。一方、遮光カバー８でマスクされている光電変換部３４では、殆どのものについて検出信号はゼロであるが、周辺部において僅かに検出信号が存在している。検出信号は、周辺にいくに従って徐々に大きくなっている。遮光カバー８でマスクされていない光電変換部３３から、検出信号が漏れ出て広がっているような印象さえ受ける。
【００４３】
遮光カバーでマスクされている光電変換部３４において検出信号が発生することは、本来的にはあり得ないことである。遮光カバー８による遮光が完全ではなく、光が回り込んで入射していることも考えられるが、遮光を十分に行い回り込みが完全に無いと考えられる状態においても同様に検出信号が発生していることから、回り込みが原因ではないと推測される。
考えられるのは、検出素子３の内部的な要因で検出信号が発生してしまうことである。隣接した光電変換部に強い光が入射すると、何らかの原因でその光電変換部に微弱な光電流が流れてしまうとか、微弱な光起電力が発生してしまうとかが考えられる。
【００４４】
いずれにしても、隣接する光電変換部に光が入射することで検出信号が発生してしまうということは、その分の検出信号の発生は、その光電変換部自身に光が入射した際にも生じていると考えられる。つまり、ある光電変換部に光が入射することで発生した検出信号の中には、光が電気信号に変換された分の他、光入射により検出素子自体が発生させてしまった分が含まれると考えられる。このようなノイズ（以下、光入射起因ノイズと呼ぶ）は、一般的には知られていないが、測定値の中にかなりの量で含まれていると考えられる。
【００４５】
従来の測定器では、シャッタで光を遮断してオフセットを行うので、オフセット値には光入射起因ノイズは含まれていない。したがって、オフセット値で減算しても、測定値からは光入射起因ノイズは除去できない。
一方、実施形態の分光測定器によると、信号処理を適宜行うことで、この光入射起因ノイズについても除去することが可能である。以下、この点について説明する。
【００４６】
図７は、光入射起因ノイズを除去した測定を行うためのオフセットについて示した概略図である。図７には、実施形態の分光測定器を使用してある被測定光の分光測定を行った結果が示されている。
図７には、ある被測定光の分光放射照度分布が示されている。カット波長λｃ以下のオフセット用波長域では、オフセット用フィルタ７でカットされていることもあり、通常のスケールでは値は確認されない。しかしながら、図７中に拡大して示すように、スケールを細かくしていくと、カット波長以下でも値があるのが確認できる。
この際、図７中に拡大して示すように、オフセット用波長域では、カット波長λｃ付近で値が増大しているのが確認できる。カット波長λｃから離れた所では、値はほぼ一定に収束している。
【００４７】
オフセット波長域において一定に収束した小さい値の分は、波長依存性が無いため、前述したバックグラウンドノイズや迷光によるノイズの分であると推測できる。一方、カット波長λｃに近い部分で増大している分のノイズ（図７中にハッチングで示す）は、前述した光入射起因ノイズであると推測される。即ち、カット波長λｃの長波長側の部分を担当する光電変換部にある程度の強さの光が入射したために、何らかの原因で検出信号が発生したものと推測される。
【００４８】
この場合、図７に示すように、オフセット用波長域のうちカット波長λｃに隣接したごく狭い波長領域（図７中にΔλで示す）の値を取り出してオフセット値とすることが考えられる。複数の光電変換部にまたがる信号であれば、それらの平均値をオフセット値とする。このようにすると、バックグラウンドノイズや迷光によるノイズに加え、光入射起因ノイズの分も除去した測定結果が得られる。
【００４９】
上記説明から解るように、実施形態の分光測定器は、グレーティング２の姿勢に従って仕様範囲外の波長の光が入射可能な位置に仕様範囲外用光電変換部３２を配置した上でこの使用範囲外の波長の光をオフセット用フィルタ７で遮断し、その状態で得られた仕様範囲外用光電変換部３２の検出信号をオフセット値として設定、更新する。したがって、従来の分光測定器のように、シャッタで被測定光を遮断する必要はない。このため、シャッタの誤動作によりオフセットが出来なくなってしまう問題もない。また、各回の測定のたび毎にオフセットを行う場合にも、シャッタの開閉動作は不要であり、煩雑性もない。
【００５０】
また、仕様範囲外用光電変換部３２には、ノイズとなる光（それが存在すれば）が入射しており、仕様範囲外用光電変換部３２からの検出信号を処理してオフセット値を更新するのみである。つまり、オフセットを行う場合には信号処理部６での信号処理が追加されるのみである。信号処理は、平均を算出してオフセット値を更新するのであるので、瞬時に終了する。したがって、この点でも、本実施形態の分光測定器はオフセットに要する手間が簡略された優れたものとなっている。
尚、上記のように、実施形態の分光測定器は、オフセットのためのシャッタの開閉動作は不要であるが、シャッタ及びその駆動機構を備えても良いことは勿論である。不用意な筐体内への光の入射を防止するため、シャッタ及びその駆動機構が設けられることは多い。
【００５１】
上記実施形態では、オフセット用の仕様範囲外の波長域は、仕様範囲よりも短波長側に設定されたが、長波長側に設定しても良い。仕様範囲が可視域から赤外域にかけての範囲である場合、例えばそれよも長い波長の赤外域にオフセット用波長域を設定する。
また、オフセット用フィルタ７は、入射スリット１とグレーティング２の間に配置されたが、これは必須の条件ではない。検出素子３に入射するまでの光路上のいずれかの位置であれば良い。
【００５２】
上記実施形態の分光測定器は、検出素子３はリニアアレイセンサであり、グレーティングを固定した姿勢のままで分光測定するタイプのものであったが、従来の技術において説明したような、検出素子３が一つの光電変換部のみから成るものであり、グレーティングの角度を順次変えながら測定するタイプのもの（以下、モノチャンネルタイプと呼ぶ）であっても、本願発明は同様に実施できる。以下、この点について説明する。
【００５３】
モノチャンネルタイプの分光測定器の場合であっても、上記実施形態と同様の構成のオフセット用フィルタが光路上に配置される。まず、測定に先立ち、オフセット値の更新が行われる。即ち、グレーティングを操作し、仕様範囲外の波長（λｍ＋１〜λｎ）の光を順次検出素子に入射させ、この際に得られた検出信号を信号処理部に送り、記憶部に順次記憶する。オフセット用フィルタを通して被測定光を入射させているので、正しく分光された被測定光分の光は検出素子に入射しないが、上述したような紛れ込み光や迷光がある場合、検出信号が発生する。仕様範囲外の波長（λｍ＋１〜λｎ）について全て検出信号を記憶したら、それらを読み出して平均値を算出し、その値を新たなオフセット値として更新する。
【００５４】
次に、通常の測定動作を行う。即ち、グレーティングを操作し、仕様範囲の波長（λ１〜λｍ）の光が順次検出素子に入射するようにする。そして、検出素子で得られた検出信号を順次信号処理部に送り、信号処理を行って分光放射照度の絶対値を算出する。この際、各波長の検出信号からオフセット値を減算した上で校正値と比較し、絶対値を算出する。これにより、バックグラウンドノイズや迷光分によるノイズ、さらには光入射起因ノイズ等を除去した測定結果が得られる。
尚、仕様範囲の波長をλ１〜λｍとし、オフセット値を得る波長をλｍ＋１〜λｎと記載して説明したが、図２を用いたように両者の間には遷移領域が存在しているので、λｍとλｍ＋１は連続していない場合がある。つまり、遷移領域の波長については、測定値としても採用せず、オフセット用の信号としても採用しない場合がある。この点は、マルチチャンネルタイプの分光測定器の実施形態の場合も同様である。
【００５５】
上記説明から解るように、モノチャンネルタイプの分光測定器では、オフセット用の信号を得る動作を通常の測定動作（測定信号を得る動作）とは別に行う必要がある。前述したマルチチャネルタイプでは、オフセット用の信号を得る動作は通常の測定動作と同時に行われるから、この点で、マルチチャンネルタイプの方がオフセットの動作がさらに簡便となっている。また、前述した説明から解るように、マルチチャンネルタイプの分光測定器では、リニアアレイセンサより成る検出素子を使用するので、検出素子の受光面がモノチャンネルタイプよりも大きく（長く）、迷光を取り込み易い。したがって、迷光を除去できる本願発明の優位性は、マルチチャンネルタイプにおいてより顕著に発揮される。
【００５６】
また、モノチャンネルタイプの分光測定器の場合、オフセット用信号は単一波長のみで得る場合であっても良い。即ち、仕様範囲外のある単一波長の光が検出素子に入射するよう分光素子の姿勢を調整してオフセット用信号を得てオフセット値を更新しても良い。同様の意味から、前述したマルチチャンネルタイプでも、オフセットのための仕様範囲外用光電変換素子は一個のみであっても本願発明は実施できる。但し、複数波長のオフセット用信号を得て平均化した方が、オフセット値の信頼性は高くなる。尚、単一波長のオフセット値の場合、カット波長λｃに隣接した波長においてオフセット値を得るようにすると、前述したように光入射起因ノイズの除去の点で好適である。
【００５７】
尚、分光素子としては、グレーティング以外のものを用いてもよく、原理的にはプリズムのような分光素子を使用した場合でも本願発明は実施可能である。
また、上記説明において、「分光放射照度」を測定すると説明したが、特定の波長又は波長域の放射照度のみを測定する場合もあるし、ある程度広い波長域における分光放射照度の分布（分光放射照度分布）を測定結果として得る場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本願発明の実施形態に係る分光測定器の概略構成を示した図である。
【図２】オフセット用フィルタ７の分光透過特性について示した概略図である。
【図３】実施形態の分光測定器が備えている検出素子３の概略構成について示した図である。
【図４】測定プログラムの概略を示したフローチャートである。
【図５】実施形態の分光測定器におけるオフセットの原理について示した概略図である。
【図６】光の入射自体によってオフセット値が変化してしまう問題を確認した実験について示した図である。
【図７】光入射起因ノイズを除去した測定を行うためのオフセットについて示した概略図である。
【図８】一般的な分光測定器の構成の一例を模式的に示した図である。
【図９】オフセット値についての説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  入射スリット
２  グレーティング
３  検出素子
４  第一の光学系
５  第二の光学系
６  信号処理部
７  オフセット用フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009281933.tif 000009
【図８】
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【図９】
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