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公開番号2025148934
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-08
出願番号2024049304
出願日2024-03-26
発明の名称分光計測システム
出願人浜松ホトニクス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01J 3/24 20060101AFI20251001BHJP(測定;試験)
要約【課題】広い波長域の光を十分な回折効率で分光して検出することができると共に、ダイナミックレンジ及び波長分解能を確保することができる分光計測システムを提供する。
【解決手段】分光計測システム1は、光照射部3と、分光部32と、分光部32により分光された光を検出する光検出部34であって、第1波長域と、第1波長域よりも短い第2波長域とに感度を有する光検出部34と、処理部6と、を備え、第1波長域の波長を有する第1光L1が分光部32に入射し、第1光L1の1次回折光が光検出部34により検出される第1状態と、第2波長域の波長を有する第2光L2が分光部32に入射し、第2光L2の2次回折光が光検出部34により検出される第2状態と、の間で検出状態を切り替え可能なフィルタ選択部4を含み、処理部6は、当該1次回折光及び2次回折光に基づいて、分光画像を生成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
対象物に光を照射する光照射部と、
前記光照射部から照射された前記対象物からの光を分光する分光部と、
前記分光部により分光された光を検出する光検出部であって、第１波長域と、前記第１波長域よりも短い第２波長域とに感度を有する前記光検出部と、
処理部と、を備え、
少なくとも、前記第１波長域の波長を有する第１光が前記分光部に入射し、前記第１光のＮ次回折光が前記光検出部により検出される第１状態と、少なくとも、前記第２波長域の波長を有する第２光が前記分光部に入射し、前記第２光のＭ次回折光が前記光検出部により検出される第２状態と、の間で検出状態を切り替え可能な波長切替手段を含み、ここで、Ｎ，Ｍは、Ｎの絶対値がＭの絶対値よりも小さい０以外の整数であり、
前記処理部は、前記第１状態において検出された前記第１光のＮ次回折光、及び前記第２状態において検出された前記第２光のＭ次回折光に基づいて、分光データを生成する、分光計測システム。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記波長切替手段は、前記第１光を透過させて前記第１光以外の光を遮断する第１フィルタと、前記第２光を透過させて前記第２光以外の光を遮断する第２フィルタと、を含む複数の選択フィルタの中から選択されたフィルタを光路上に配置するフィルタ選択部によって構成されており、
前記第１状態においては前記第１フィルタが前記光路上に配置され、前記第２状態においては前記第２フィルタが前記光路上に配置される、請求項１に記載の分光計測システム。
【請求項３】
前記波長切替手段は、前記第１状態及び前記第２状態に加えて、前記第１波長域の波長を有する第１部分、及び前記第２波長域の波長を有する第２部分を含む第３光が前記分光部に入射し、前記第３光の前記第１部分のＮ次回折光、及び前記第３光の前記第２部分のＭ次回折光が前記光検出部により検出される第３状態に前記検出状態を切り替え可能であり、
前記処理部は、前記第３状態において検出された前記第３光の前記第１部分のＮ次回折光、及び前記第３光の前記第２部分のＭ次回折光に更に基づいて、前記分光データを生成する、請求項２に記載の分光計測システム。
【請求項４】
前記光路上における前記フィルタ選択部の上流側に配置された切替部を更に備え、
前記切替部は、
前記第１光及び前記第２光の一方を透過させて前記第１光及び前記第２光の前記一方以外の光を遮断する切替フィルタを有し、
前記光路上における前記フィルタ選択部の上流側に前記切替フィルタが配置され、前記第１光及び前記第２光の前記一方以外の光が遮断される状態と、前記光路上における前記フィルタ選択部の上流側に前記切替フィルタが配置されず、前記第１光及び前記第２光の両方が前記フィルタ選択部に入射する状態と、の間で状態を切り替え可能である、請求項２に記載の分光計測システム。
【請求項５】
前記光照射部は、前記対象物に照射する光の波長が可変となるように構成されており、
前記波長切替手段は、前記光照射部によって構成されており、前記光照射部から前記対象物に照射される光の波長が変化させられることにより、前記第１状態と前記第２状態との間で前記検出状態が切り替えられる、請求項１に記載の分光計測システム。
【請求項６】
前記光照射部は、前記第１光を出力する第１光源と、前記第２光を出力する第２光源と、を有し、
前記第１光源及び前記第２光源の少なくとも一方のオンオフ状態が切り替えられることにより、前記第１状態と前記第２状態との間で前記検出状態が切り替えられる、請求項５に記載の分光計測システム。
【請求項７】
前記第１状態においては、前記第１光源及び前記第２光源の両方がオンであり、前記第２状態においては、前記第２光源がオンで且つ前記第１光源がオフである、又は、
前記第１状態においては、前記第１光源がオンで且つ前記第２光源がオフであり、前記第２状態においては、前記第１光源及び前記第２光源の両方がオンである、請求項６に記載の分光計測システム。
【請求項８】
前記第１状態においては、前記第１光源がオンで且つ前記第２光源がオフであり、
前記第２状態においては、前記第１光源がオフで且つ前記第２光源がオンである、請求項６に記載の分光計測システム。
【請求項９】
前記光照射部は、互いに分離された前記第１光及び前記第２光を出力する光出力部と、光路上における前記光出力部の下流側に配置された光制限部と、を有し、
前記光制限部は、前記光出力部から出力された前記第１光及び前記第２光の少なくとも一方の下流側への進行を制限可能であると共に、前記第１光及び前記第２光の前記少なくとも一方の制限状態を切り替え可能であり、
前記光制限部による前記制限状態の切り替えにより、前記第１状態と前記第２状態との間で前記検出状態が切り替えられる、請求項５に記載の分光計測システム。
【請求項１０】
前記光制限部は、前記第１状態においては前記第２光を制限して前記第１光を下流側へ進行させ、前記第２状態においては前記第１光及び前記第２光を制限せずに下流側へ進行させる、又は、
前記光制限部は、前記第１状態においては前記第１光及び前記第２光を制限せずに下流側へ進行させ、前記第２状態においては前記第１光を制限して前記第２光を下流側へ進行させる、請求項９に記載の分光計測システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光計測システムに関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２には、入射した光を回折格子により分光し、分光された光を光検出部により検出する分光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開昭５７－１１１４２２号公報
特開平８－２５４４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような分光装置には、検出可能な波長域を広くすることが求められる場合がある。しかしながら、回折格子を広い波長域の光を回折可能とすることは難しく、また、仮に広い波長域の光を回折可能な回折格子を実現できたとしても、回折効率が低くなってしまうおそれがある。また、光検出部についても、検出可能な波長域が広い検出素子の製作は難しく、そのような検出素子のサイズは小さくなりやすい。そのため、ダイナミックレンジ及び波長分解能が低下するおそれがある。さらに、検出可能な波長域が広い場合、光検出部における単位波長当たりの幅（ピッチ）が狭くなり、そのことによってもダイナミックレンジ及び波長分解能が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、広い波長域の光を十分な回折効率で分光して検出することができると共に、ダイナミックレンジ及び波長分解能を確保することができる分光計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の分光計測システムは、［１］「対象物に光を照射する光照射部と、前記光照射部から照射された前記対象物からの光を分光する分光部と、前記分光部により分光された光を検出する光検出部であって、第１波長域と、前記第１波長域よりも短い第２波長域とに感度を有する前記光検出部と、処理部と、を備え、少なくとも、前記第１波長域の波長を有する第１光が前記分光部に入射し、前記第１光のＮ次回折光が前記光検出部により検出される第１状態と、少なくとも、前記第２波長域の波長を有する第２光が前記分光部に入射し、前記第２光のＭ次回折光が前記光検出部により検出される第２状態と、の間で検出状態を切り替え可能な波長切替手段を含み、ここで、Ｎ，Ｍは、Ｎの絶対値がＭの絶対値よりも小さい０以外の整数であり、前記処理部は、前記第１状態において検出された前記第１光のＮ次回折光、及び前記第２状態において検出された前記第２光のＭ次回折光に基づいて、分光データを生成する、分光計測システム」である。
【０００７】
この分光計測システムでは、波長切替手段により、少なくとも第１波長域の波長を有する第１光が分光部に入射し、第１光のＮ次回折光が光検出部により検出される第１状態と、少なくとも第２波長域の波長を有する第２光が分光部に入射し、第２光のＭ次回折光が光検出部により検出される第２状態と、の間で検出状態が切り替え可能である。そして、第１状態において検出された第１光のＮ次回折光、及び第２状態において検出された第２光のＭ次回折光に基づいて、分光データが生成される。これにより、回折効率が比較的高い第１光のＮ次回折光と第２光のＭ次回折光とを用いて分光データを生成することができ、その結果、広い波長域の光を十分な回折効率で分光して検出することが可能となる。また、この分光計測システムでは、第１状態では第１光のＮ次回折光が光検出部により検出され、第２状態では第２光のＭ次回折光が光検出部により検出されるため、例えば、当該Ｎ次回折光及びＭ次回折光を光検出部における共通の領域において検出することが可能である。これにより、例えば光検出部のサイズが小さい場合でも、光検出部における単位波長当たりの幅（ピッチ）が狭くなることを抑制することができ、ダイナミックレンジ及び波長分解能を確保することができる。よって、この分光計測システムによれば、広い波長域の光を十分な回折効率で分光して検出することができると共に、ダイナミックレンジ及び波長分解能を確保することができる。
【０００８】
本発明の分光計測システムは、［２］「前記波長切替手段は、前記第１光を透過させて前記第１光以外の光を遮断する第１フィルタと、前記第２光を透過させて前記第２光以外の光を遮断する第２フィルタと、を含む複数の選択フィルタの中から選択されたフィルタを光路上に配置するフィルタ選択部によって構成されており、前記第１状態においては前記第１フィルタが前記光路上に配置され、前記第２状態においては前記第２フィルタが前記光路上に配置される、［１］に記載の分光計測システム」であってもよい。この場合、複数の選択フィルタの中から選択されたフィルタを光路上に配置するフィルタ選択部によって波長切替手段を構成することができる。
【０００９】
本発明の分光計測システムは、［３］「前記波長切替手段は、前記第１状態及び前記第２状態に加えて、前記第１波長域の波長を有する第１部分、及び前記第２波長域の波長を有する第２部分を含む第３光が前記分光部に入射し、前記第３光の前記第１部分のＮ次回折光、及び前記第３光の前記第２部分のＭ次回折光が前記光検出部により検出される第３状態に前記検出状態を切り替え可能であり、前記処理部は、前記第３状態において検出された前記第３光の前記第１部分のＮ次回折光、及び前記第３光の前記第２部分のＭ次回折光に更に基づいて、前記分光データを生成する、［２］に記載の分光計測システム」であってもよい。この場合、第１波長域及び第２波長域の両方の波長を有する第３光の検出結果に更に基づいて、分光データを生成することができる。
【００１０】
本発明の分光計測システムは、［４］「前記光路上における前記フィルタ選択部の上流側に配置された切替部を更に備え、前記切替部は、前記第１光及び前記第２光の一方を透過させて前記第１光及び前記第２光の前記一方以外の光を遮断する切替フィルタを有し、前記光路上における前記フィルタ選択部の上流側に前記切替フィルタが配置され、前記第１光及び前記第２光の前記一方以外の光が遮断される状態と、前記光路上における前記フィルタ選択部の上流側に前記切替フィルタが配置されず、前記第１光及び前記第２光の両方が前記フィルタ選択部に入射する状態と、の間で状態を切り替え可能である、［２］又は［３］に記載の分光計測システム」であってもよい。この場合、例えば、複数の選択フィルタの特性が予め記憶されていない場合でも、所定の処理を実行することで、或る選択フィルタを使用しつつ光検出部により検出された光が、第１光のＮ次回折光であるか又は第２光のＭ次回折光であるかを判別することが可能となる。例えば、各選択フィルタについて、切替フィルタが配置された状態と配置されていない状態の両方における検出結果を取得する。これらの検出結果を利用することで、上記判別を行うことが可能となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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