專利名稱：紫外可視近紅外分光光度計(jì)用檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以橫跨紅外線、可視光和近紅外線的波長區(qū)域(大概為150nm-3500nm)為對象的通用分光光度計(jì)之檢測裝置。
背景技術(shù)：
就在上述寬的波長范圍的通用分光光度計(jì)而言，不可能由單個(gè)的檢測器來檢測全部波長。因此，以前以適當(dāng)頻率將這些波帶分成多個(gè)區(qū)域，對每個(gè)區(qū)域設(shè)置單獨(dú)的檢測器。通常，多在紫外線和可視光區(qū)域使用光電子倍增管(PMT)檢測器，在近紅外線區(qū)域使用PbS(硫化鉛)檢測器。另外，也將各波長區(qū)域內(nèi)進(jìn)一步分成多個(gè)區(qū)域，使相同種類但特性不同檢測器分擔(dān)各部分區(qū)域。例如，在專利文獻(xiàn)1中，記載了用分光靈敏度特性不同的兩個(gè)PbS檢測器分擔(dān)近紅外線區(qū)域的實(shí)例。
專利文獻(xiàn)1特開2002-62189號公報(bào)這樣，盡管以前的分光光度計(jì)用檢測裝置，將寬范圍的波長區(qū)域分成多個(gè)部分區(qū)域，使用具有適于各部分區(qū)域的分光靈敏度特性的檢測器，但在它們的邊界區(qū)域，靈敏度不足，難以得到充分的S/N比。尤其是在不同種類的分光器的邊界部分，該傾向強(qiáng)，例如，分擔(dān)紫外、可視區(qū)域的光電子倍增管(PMT)與分擔(dān)近紅外線區(qū)域的PbS檢測器在大致800-900nm附近進(jìn)行切換，但如圖1(a)所示，在該部分，兩個(gè)檢測器的靈敏度都下降。
PbS檢測器通過冷卻可使靈敏度上升，但該情況下存在響應(yīng)速度下降的問題。另外，因?yàn)镻bS檢測器是光導(dǎo)電性檢測器，所以還存在輸入光的強(qiáng)度與輸出電壓的關(guān)系的線性不夠的問題。尤其是后面的問題，在測定光通信中使用的部件的防止反射膜的情況等測定低反射率對象的情況下存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題在于提供一種在橫跨紫外線、可視光、近紅外線區(qū)域的全部范圍具有充分靈敏度、并且確保充分線性的分光光度計(jì)用檢測裝置。
為了解決上述課題而構(gòu)成的本發(fā)明的分光光度計(jì)用檢測裝置，是一種以橫亙紫外線、可視光、近紅外線的電磁波為對象的分光光度計(jì)，其特征在于具備光電子倍增管檢測器、InGaAs檢測器和PbS檢測器、以及切換這些檢測器的切換器。
另外，也可具備配備這些檢測器的單一的積分球。
并且，也可具備修正各檢測器間的線性差異的輸出變換單元。
在本發(fā)明的檢測裝置中，與以前的裝置一樣，光電子倍增管檢測器分擔(dān)作為對象的紫外線、可視光、近紅外線區(qū)域范圍內(nèi)的短波長側(cè)區(qū)域(紫外線區(qū)域)，PbS檢測器分擔(dān)長波長側(cè)區(qū)域(近紅外線區(qū)域)，讓InGaAs檢測器分擔(dān)其間的區(qū)域。即，通過至少讓該InGaAs檢測器分擔(dān)上述800-900nm區(qū)域，如圖1(b)所示，可在紫外可視近紅外的測定范圍整個(gè)區(qū)域中進(jìn)行靈敏度下降少、S/N比高的檢測。另外，InGaAs是光電二極管，是光電動(dòng)勢元件，所以其線性好。因此，在本發(fā)明的分光光度計(jì)中，除光電子倍增管檢測器分擔(dān)的波長范圍外，InGaAs檢測器分擔(dān)的波長范圍中線性也被大大改善。
并且，通過設(shè)置上述輸出變換單元，消除各檢測器間的線性差異，尤其是通過補(bǔ)償PbS檢測器的不充分的線性，來消除由于非線性引起的依賴于入射光量的測定數(shù)據(jù)的變動(dòng)。由此能夠以低的噪音進(jìn)行低反射率試料的測定。


圖1是具備光電子倍增管(PMT)檢測器、PbS檢測器的現(xiàn)有檢測裝置的靈敏度特性曲線(a)、和具備PMT檢測器、InGaAs檢測器、PbS檢測器的本發(fā)明檢測裝置的靈敏度特性曲線(b)。
圖2是使用本發(fā)明的檢測裝置的雙光束方式透過光測定分光光度計(jì)的配置圖。
圖3是作為本發(fā)明另一實(shí)施例的、將3個(gè)檢測器配置在積分球中的檢測裝置的立體圖。
圖4是作為上述實(shí)施例的變形例的、將InGaAs檢測器與PbS檢測器配置在一個(gè)殼體中的兩種實(shí)例的配置圖。
圖5是在使入射光量變化時(shí)的基于PbS檢測器與InGaAs檢測器進(jìn)行的ND濾波器的透過率測定結(jié)果曲線。
圖6是近紅外光截止濾波器的1000-1600nm的InGaAs檢測器進(jìn)行的透過率測定結(jié)果曲線。
圖7是繪制對于相同輸入(波長1650nm)的InGaAs檢測器的輸出與PbS檢測器的輸出的曲線。
圖8是表示未對PbS檢測器的輸出進(jìn)行變換的情況下的、將輸入光量設(shè)為參數(shù)的InGaAs檢測器與PbS檢測器的輸出變化狀態(tài)的曲線。
圖9是表示對PbS檢測器的輸出進(jìn)行變換的情況下的、將輸入光量設(shè)為參數(shù)的InGaAs檢測器與PbS檢測器的輸出變化狀態(tài)的曲線。
圖10是插入用于對PbS檢測器的輸出進(jìn)行變換的模擬輸出變換電路時(shí)的電路圖(a)，和用軟件進(jìn)行變換時(shí)的電路圖(b)。
圖中SL...分光器出口隙縫，RSM...旋轉(zhuǎn)扇形鏡，F(xiàn)M...固定反射鏡，RC...參照單元，SC...采樣單元，VM...可動(dòng)鏡，MU...PbS/InGaAs切換器，CM...凹面鏡，30...積分球，31、32...光入射口，40...PbS檢測器、InGaAs檢測器殼體，CV...模擬信號變換電路，A/D...AD變換器。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖2中示出在基于旋轉(zhuǎn)扇形鏡的雙光束方式下的透過光測定分光光度計(jì)中，使用本發(fā)明的檢測裝置的實(shí)施例。在未圖示的分光器中，被分光的光通過出口隙縫SL的后，通過旋轉(zhuǎn)扇形鏡RSM交互入射到采樣單元SC和參照單元RC，并通過各個(gè)單元。通過各單元的光如圖2所示，當(dāng)將可動(dòng)鏡VM插入光路內(nèi)時(shí)，被發(fā)送到PbS/InGaAs切換器MU一方(圖2中為左上方)。此時(shí)，來自兩個(gè)單元的光通過PbS/InGaAs切換器MU的窗口后，被各凹面鏡CM集聚到InGaAs切換器MU上的一個(gè)點(diǎn)上。PbS/InGaAs切換器MU通過沿箭頭方向移動(dòng)，將PbS檢測器或InGaAs切換器置于該集聚光點(diǎn)上。另一方面，當(dāng)向光路外移動(dòng)可動(dòng)鏡VM時(shí)，來自各單元的光入射到光電子倍增管PMT。這樣，通過對應(yīng)于測定目的波長來適當(dāng)控制可動(dòng)鏡VM和PbS/InGaAs切換器MU的位置，可以高靈敏度來進(jìn)行從紫外線至近紅外線的寬范圍波長的分光測定。
3種檢測器的切換，不限于使用這種切換機(jī)構(gòu)。圖3中示出使用積分球的實(shí)例。在該實(shí)例中，分別配置一個(gè)光電子倍增管PMT、PbS檢測器、InGaAs檢測器，使其入射面面向積分球30的內(nèi)壁面。將各檢測器設(shè)置在不直接面對來自采樣單元和參照單元的入射光的入射口31、32的位置，入射光不直接入射到各檢測器。這樣，通過使用積分球30，可小型化裝置，同時(shí)，因?yàn)椴粠в锌蓜?dòng)部分，所以可提高裝置的可靠性。
圖3的積分球30中將3個(gè)檢測器配置在單獨(dú)的位置上，但如圖4所示，也可將PbS檢測器與InGaAs檢測器作為一體殼體化的檢測器，配置在積分球30的壁面上。(a)的實(shí)例中，在殼體40內(nèi)橫向排列兩個(gè)檢測器，但也可如(b)所示，在PbS檢測器的檢測面內(nèi)部配置InGaAs檢測器。此時(shí)，可進(jìn)一步小型化殼體40。在積分球中，優(yōu)選開口部分(非反射面部分)少，所以，由此可實(shí)現(xiàn)靈敏度的提高。
圖5中示出了使用該裝置，使隙縫SL的寬度在0.5mm至12.0mm的間變化而使入射光量變化時(shí)的基于PbS檢測器與InGaAs檢測器進(jìn)行的ND濾波器的透過率測定結(jié)果。設(shè)兩個(gè)檢測器的切換波長為1650nm?？芍謸?dān)長波長側(cè)的PbS檢測器中，透過率測定值因隙縫寬度不同而不同，但分擔(dān)短波長側(cè)的InGaAs切換器中，無論隙縫寬度如何，頻帶都重合。在以前的檢測裝置中，在800-900nm的間(例如830nm)進(jìn)行PMT檢測器與PbS檢測器的切換，如上所述，由此在長波長區(qū)域存在線性降低的問題，而通過使用本實(shí)施例的檢測裝置，可得到直至1650nm都好的線性。
圖6表示在1000nm-1600nm范圍內(nèi)由InGaAs檢測器測定近紅外光截止濾波器的透過率。可確認(rèn)InGaAs檢測器的S/N比極好。
這樣，通過切換3種檢測器，尤其是可在中間波長區(qū)域得到良好的靈敏度和S/N比，但當(dāng)根據(jù)檢測器輸出來進(jìn)行數(shù)據(jù)解析等時(shí)，期望在輸入光量的強(qiáng)度與輸出信號大小的間具有線性。但是，如上所述，由于光電子倍增管或InGaAs檢測器是光電動(dòng)勢型檢測器，所以具有好的線性，但由于PbS檢測器是光導(dǎo)電性檢測器，所以尤其是高輸入部分的非線性強(qiáng)。圖7是繪制對于相同輸入(波長1650nm)的InGaAs檢測器的輸出與PbS檢測器的輸出的曲線，明確表示尤其對大輸入而言輸出值非線性增加的PbS檢測器的特性。
因此，尤其是在InGaAs檢測器與PbS檢測器之間進(jìn)行測定的情況下，兩個(gè)檢測器的切換波長在透過率或吸光度上產(chǎn)生不連續(xù)的級差。圖8是表示當(dāng)將輸入光量切換成各種值時(shí)、在InGaAs檢測器(左側(cè))與PbS檢測器(右側(cè))的切換部位吸光度輸出是如何變化的曲線。測定對象是相當(dāng)于透過率30％的ND濾波器，通過利用波長換算將隙縫寬度變化為0.2nm、0.5nm、1nm、2nm、3nm、5nm、8nm來進(jìn)行輸入光量的切換。從該曲線可知，隨著輸入光量增加，PbS檢測器的輸出大大降低。
因此，如圖10(a)所示，通過在PbS檢測器的輸出側(cè)設(shè)置模擬信號變換電路CV，可確保其輸入-輸出特性的線性。具體而言，為了補(bǔ)償圖7所示的PbS檢測器的輸出特性，使該曲線公式化，根據(jù)該公式，對變換電路CV來進(jìn)行線性化。變換式可使用對應(yīng)于目的精度的次數(shù)的多項(xiàng)式，但實(shí)用上，3次多項(xiàng)式程度就足以達(dá)到目的。例如，在圖7曲線的情況下，能夠以y1＝Ax13+Bx12+Cx1的3次曲線f來很好地近似。變換式是在通過原點(diǎn)的1次式(Cx1)中加入攝動(dòng)項(xiàng)(Ax13+Bx12)的公式。因此，將InGaAs檢測器的輸出投影到y(tǒng)＝Cx曲線上，得到線性輸出x2。
y＝Cx2即，通過由下式將PbS檢測器的輸出x1換算成x2，則可得到在切換點(diǎn)無級差、確保線性的輸出。
x2＝y(tǒng)1/C＝(A/C)x13+(B/C)x12+x1圖9示出在對圖10(a)的模擬信號變換電路CV使用該換算式的情況下的、在與圖8相同的條件下進(jìn)行測定時(shí)的InGaAs檢測器與PbS檢測器之間的輸出變化。圖8中看到的、切換波長下的輸入光量造成的輸出級差被大大改善。
另外，變換式不是上述那樣僅使用一個(gè)公式，也可將波長范圍區(qū)分成幾個(gè)段，對各段使用單獨(dú)的公式。由此，可進(jìn)行更高精度的變換。
另外，在上述實(shí)施例中，如圖10(a)所示，對PbS檢測器的模擬輸出進(jìn)行變換，但也可對數(shù)字化后的信號進(jìn)行變換。此時(shí)，如圖10(b)所示，不需要模擬信號變換電路CV，取而代之，在控制部(或數(shù)據(jù)解析部)進(jìn)行軟件上的數(shù)據(jù)變換。
權(quán)利要求
1.一種紫外可視近紅外分光光度計(jì)用檢測裝置，以橫跨紫外線、可視光、近紅外線的電磁波為對象，其特征在于具備光電子倍增管檢測器、InGaAs檢測器和PbS檢測器、以及切換這些檢測器的切換器。
2.一種紫外可視近紅外分光光度計(jì)用檢測裝置，以橫跨紫外線、可視光、近紅外線的電磁波為對象，其特征在于具備光電子倍增管檢測器、InGaAs檢測器和PbS檢測器、以及配置了這些檢測器的單一的積分球。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紫外可視近紅外分光光度計(jì)用檢測裝置，其特征在于具備修正上述各檢測器輸出線性差異的輸出變換單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紫外可視近紅外分光光度計(jì)用檢測裝置，其特征在于所述變換單元是變換PbS檢測器模擬輸出的模擬信號變換單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紫外可視近紅外分光光度計(jì)用檢測裝置，其特征在于上述變換單元是對使PbS檢測器模擬輸出數(shù)字化之后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行修正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變換單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)所述的紫外可視近紅外分光光度計(jì)用檢測裝置，其特征在于上述變換單元使用3次式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在橫跨紫外線、可視光、近紅外線區(qū)域的全部范圍具有足夠靈敏度、并且確保充分線性的分光光度計(jì)用檢測裝置，其具備光電子倍增管檢測器、InGaAs檢測器和PbS檢測器、以及切換這些檢測器的切換器。另外，其還可具備配備這3種檢測器的單一的積分球，或者也可設(shè)置修正各檢測器的輸出的線性差異的輸出變換單元。
文檔編號G01J3/02GK1869614SQ20051007550
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者橫田佳澄 申請人:株式會(huì)社島津制作所