JPH0650263B2 - 赤外分光計測装置 - Google Patents
赤外分光計測装置Info
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- JPH0650263B2 JPH0650263B2 JP6871083A JP6871083A JPH0650263B2 JP H0650263 B2 JPH0650263 B2 JP H0650263B2 JP 6871083 A JP6871083 A JP 6871083A JP 6871083 A JP6871083 A JP 6871083A JP H0650263 B2 JPH0650263 B2 JP H0650263B2
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- solid
- pyroelectric
- light
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3563—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は大気中の気体分子濃度分布等を計測するための
赤外分光計測装置に関する。
赤外分光計測装置に関する。
従来例の構成とその問題点 一般に、赤外分光計測装置の基本原理は、光源から出た
光を凹面鏡によって被測定試料を通して入口スリットに
光の像を形成し、更にコリメータ鏡によって平行光線と
し、この平行光線を平面鏡で反射させプリズムによって
分散光とし、凹面鏡によってその分光スペクトルの像を
出口スリットに形成する。出口スリットからは、鏡やプ
リズムを回転させて、ある波長の光だけを取り出し、赤
外線検出器にて検出する。更に分解能や分散能をあげる
ために、分散光はプリズム以外の回折格子による方法
や、プリズムを数回通った光を利用する複光路分光器
や、光束を２つに分けて、一方を被測定試料に他方を空
試料に回転鏡を用いてある周波数で交互に分光器に入
れ、その周波数における検出器に生ずる信号の強度比較
をして求める機械的求比法や双方の光を９０°だけ位相
をずらせた分光器に入れた電気的求比法がある。これら
の分光計測装置は、高分解能，高分散能で性能は良い
が、出口スリットから一時に１スペクトル線しか測定で
きないという欠点がある。しかも装置は大型で構造も複
雑である。
光を凹面鏡によって被測定試料を通して入口スリットに
光の像を形成し、更にコリメータ鏡によって平行光線と
し、この平行光線を平面鏡で反射させプリズムによって
分散光とし、凹面鏡によってその分光スペクトルの像を
出口スリットに形成する。出口スリットからは、鏡やプ
リズムを回転させて、ある波長の光だけを取り出し、赤
外線検出器にて検出する。更に分解能や分散能をあげる
ために、分散光はプリズム以外の回折格子による方法
や、プリズムを数回通った光を利用する複光路分光器
や、光束を２つに分けて、一方を被測定試料に他方を空
試料に回転鏡を用いてある周波数で交互に分光器に入
れ、その周波数における検出器に生ずる信号の強度比較
をして求める機械的求比法や双方の光を９０°だけ位相
をずらせた分光器に入れた電気的求比法がある。これら
の分光計測装置は、高分解能，高分散能で性能は良い
が、出口スリットから一時に１スペクトル線しか測定で
きないという欠点がある。しかも装置は大型で構造も複
雑である。
又、これらの測定装置に用いられる検出器は、量子型と
熱型とが使用される。量子型は感度は高いが測定波長に
限界があり、また冷却も必要であり、装置は大型化す
る。熱型は熱電対や焦電型が代表される。これらは量子
型と比較すると感度は悪いが、広い波長領域をカバーす
る目的と常温動作ができるためよく利用される。熱電対
は時定数が長いという欠点があるが、焦電型は入射赤外
線の熱吸収によって生ずる表面電荷の誘起であるため、
比較的応答が速いので、速い計測ができる。焦電型は入
射赤外線を断続する必要があり、出力信号はこの断続周
波数に依存する。断続周波数が早い場合は、素子の横方
向の熱拡散や基板の熱伝導の影響は少ないが出力信号は
減少する。従って充分大きな赤外エネルギーに対しては
有効であるが、低い断続周波数で低エネルギーの赤外線
を検出する場合は問題である。
熱型とが使用される。量子型は感度は高いが測定波長に
限界があり、また冷却も必要であり、装置は大型化す
る。熱型は熱電対や焦電型が代表される。これらは量子
型と比較すると感度は悪いが、広い波長領域をカバーす
る目的と常温動作ができるためよく利用される。熱電対
は時定数が長いという欠点があるが、焦電型は入射赤外
線の熱吸収によって生ずる表面電荷の誘起であるため、
比較的応答が速いので、速い計測ができる。焦電型は入
射赤外線を断続する必要があり、出力信号はこの断続周
波数に依存する。断続周波数が早い場合は、素子の横方
向の熱拡散や基板の熱伝導の影響は少ないが出力信号は
減少する。従って充分大きな赤外エネルギーに対しては
有効であるが、低い断続周波数で低エネルギーの赤外線
を検出する場合は問題である。
発明の目的 本発明の目的は、以上のような問題点を解決するもの
で、低エネルギーの赤外線の広い領域のスペクトルを並
列に同時に計測することができる赤外分光計測装置を提
供することにある。
で、低エネルギーの赤外線の広い領域のスペクトルを並
列に同時に計測することができる赤外分光計測装置を提
供することにある。
発明の構成 本発明の構成は低レベルの赤外エネルギーの広範囲なス
ペクトルを並列に同時に計測するため、３０Hz未満の赤
外線を断続する装置と断続された赤外線の分散スペクト
ルを得るための分光器と、この分光器によって得られた
広範囲な低エネルギーの赤外線スペクトルを同時に検出
するためのお互いに分離独立した複数個の固体焦電材料
素子をその素子の両端のみを支持基板で保持し、空中に
浮かした橋渡し状で構成された素子部と、この固体焦電
素子と対応した複数個の増幅器とが一体となったハイブ
リッド型検出器と、この検出器からの正負の信号を位相
検波増幅する装置とこの信号を並列に同時に読み込むた
めの装置とアナログをデジタルに変換する装置と、記憶
装置とから構成される。
ペクトルを並列に同時に計測するため、３０Hz未満の赤
外線を断続する装置と断続された赤外線の分散スペクト
ルを得るための分光器と、この分光器によって得られた
広範囲な低エネルギーの赤外線スペクトルを同時に検出
するためのお互いに分離独立した複数個の固体焦電材料
素子をその素子の両端のみを支持基板で保持し、空中に
浮かした橋渡し状で構成された素子部と、この固体焦電
素子と対応した複数個の増幅器とが一体となったハイブ
リッド型検出器と、この検出器からの正負の信号を位相
検波増幅する装置とこの信号を並列に同時に読み込むた
めの装置とアナログをデジタルに変換する装置と、記憶
装置とから構成される。
実施例の説明 第１図は、本発明の赤外分光計測装置の計測システムの
一実施例の概略図である。
一実施例の概略図である。
赤外放射光源１から放射された赤外線輻射光３は、被測
定試料１０３を通過し、赤外光に大して透明なレンズ２
によって分光器７の入口スリットにその光の像を形成す
る。この光の像は、被測定試料１０３を通過する際の光
の透過成分及び吸収成分である。１０２は赤外線フィル
ターで、測定赤外スペクトルの領域を決めるものであ
る。分光器７の入口スリットに形成された光の像は、分
光器のコリメータ鏡を通り回折格子によって赤外分散光
２０に変換され、検出器８のそれぞれ分離独立した多数
個の固体焦電素子列９に結像される。固体焦電素子は赤
外吸収によって生ずる温度変化の表面電荷変化現象を利
用するものであるため、固体焦電素子列９に結像される
光は、適当なタイミングで断続されねばならない。この
断続には数個の適当な大きさの穴を開けたチョッパ円板
４を回転させて行なう。５はチョッパ円板４を回転させ
るためのモータであり、６はモータ５の回転を制御駆動
するためのチョッパ制御駆動装置である。チョッパ円板
４の断続によって得られる赤外光による固体焦電素子の
出力信号は正負の極性を持った交流信号であり、赤外断
続周波数特性をもつ。この出力信号の周波数特性は、熱
時定数と電気時定数の小さい方で決まる周波数より早い
断続周波数（Ｏ）の時は、この断続周波数Ｏと逆比
例の関係にある。従ってＯより高い周波数範囲で断続
周波数が低くなれば、雑音は で大きくなるが、出力信号は１／で大きくなる。
定試料１０３を通過し、赤外光に大して透明なレンズ２
によって分光器７の入口スリットにその光の像を形成す
る。この光の像は、被測定試料１０３を通過する際の光
の透過成分及び吸収成分である。１０２は赤外線フィル
ターで、測定赤外スペクトルの領域を決めるものであ
る。分光器７の入口スリットに形成された光の像は、分
光器のコリメータ鏡を通り回折格子によって赤外分散光
２０に変換され、検出器８のそれぞれ分離独立した多数
個の固体焦電素子列９に結像される。固体焦電素子は赤
外吸収によって生ずる温度変化の表面電荷変化現象を利
用するものであるため、固体焦電素子列９に結像される
光は、適当なタイミングで断続されねばならない。この
断続には数個の適当な大きさの穴を開けたチョッパ円板
４を回転させて行なう。５はチョッパ円板４を回転させ
るためのモータであり、６はモータ５の回転を制御駆動
するためのチョッパ制御駆動装置である。チョッパ円板
４の断続によって得られる赤外光による固体焦電素子の
出力信号は正負の極性を持った交流信号であり、赤外断
続周波数特性をもつ。この出力信号の周波数特性は、熱
時定数と電気時定数の小さい方で決まる周波数より早い
断続周波数（Ｏ）の時は、この断続周波数Ｏと逆比
例の関係にある。従ってＯより高い周波数範囲で断続
周波数が低くなれば、雑音は で大きくなるが、出力信号は１／で大きくなる。
第２図は赤外検出器８の具体的構成を示し、第１図と同
一部分には同一符号を付す。１６は熱伝導度の小さい絶
縁基板で固体焦電素子１８を橋渡し状に構成するための
支持基板である。固体焦電素子１８は焦電物質の赤外吸
収面側にニッケル，クロム，金等の吸収電極１７を蒸着
やスパッタリング等で形成する。１９は背面の共通電極
で固体焦電素子１８より透過してくる赤外線を反射させ
固体焦電素子１８に再吸収させて効率をあげる目的で金
やアルミニウム等の反射率のよい金属電極である。この
焦電素子１８が支持基板１６上に絶縁性接着剤２１と導
電性接着剤２２によって固定される。焦電素子１８の多
数配列比は、一枚の焦電素子ウエハーを接着固定した
後、必要な目的に応じたピッチでダイシング等で分割さ
れ、固体焦電素子のそれぞれ分離独立した多数配列がで
きる。１０は固体焦電素子列９から赤外輻射によって生
ずる信号をそれぞれ増巾する増幅器であり、焦電素子直
接か又は間接的にワイヤボンデイング等で接続される。
１５は赤外線を透過させる窓であり、この窓１５と多数
配列した固体焦電素子列９と増幅器１０とが１つのパッ
ケージに収められたハイブリッド構成となっている。こ
のハイブリッド構成の特長は、電気定数を調整して帯域
調整を外部で適当に調整できるような端子を有している
ことである。このような特長を有することによって、入
射スペクトルの種類に応じて簡単に調整ができ又汎用性
が高くなっている。
一部分には同一符号を付す。１６は熱伝導度の小さい絶
縁基板で固体焦電素子１８を橋渡し状に構成するための
支持基板である。固体焦電素子１８は焦電物質の赤外吸
収面側にニッケル，クロム，金等の吸収電極１７を蒸着
やスパッタリング等で形成する。１９は背面の共通電極
で固体焦電素子１８より透過してくる赤外線を反射させ
固体焦電素子１８に再吸収させて効率をあげる目的で金
やアルミニウム等の反射率のよい金属電極である。この
焦電素子１８が支持基板１６上に絶縁性接着剤２１と導
電性接着剤２２によって固定される。焦電素子１８の多
数配列比は、一枚の焦電素子ウエハーを接着固定した
後、必要な目的に応じたピッチでダイシング等で分割さ
れ、固体焦電素子のそれぞれ分離独立した多数配列がで
きる。１０は固体焦電素子列９から赤外輻射によって生
ずる信号をそれぞれ増巾する増幅器であり、焦電素子直
接か又は間接的にワイヤボンデイング等で接続される。
１５は赤外線を透過させる窓であり、この窓１５と多数
配列した固体焦電素子列９と増幅器１０とが１つのパッ
ケージに収められたハイブリッド構成となっている。こ
のハイブリッド構成の特長は、電気定数を調整して帯域
調整を外部で適当に調整できるような端子を有している
ことである。このような特長を有することによって、入
射スペクトルの種類に応じて簡単に調整ができ又汎用性
が高くなっている。
本発明の目的の１つは低エネルギーレベルの赤外線を検
出することにあるため、断続周波数は３０Hz未満に適合
する。低周波数にすることによる出力信号の劣化は、素
子自体の横方向の熱拡散や基板の熱伝導による影響が大
きいため、お互い隣同志の焦電素子は完全に分離して横
方向の熱拡散を、又一対の支持基板を支柱として焦電素
子を橋渡し状にしたことによって基板の熱伝導による損
失を改善している。さらに本発明の目的の他の１つは、
広い波長領域の赤外分散光を並列に同時に測定すること
にある。この目的に対して検出器は、お互いに分離独立
し、一対の支持基板を支柱に多数配列した構成よりなっ
ている。
出することにあるため、断続周波数は３０Hz未満に適合
する。低周波数にすることによる出力信号の劣化は、素
子自体の横方向の熱拡散や基板の熱伝導による影響が大
きいため、お互い隣同志の焦電素子は完全に分離して横
方向の熱拡散を、又一対の支持基板を支柱として焦電素
子を橋渡し状にしたことによって基板の熱伝導による損
失を改善している。さらに本発明の目的の他の１つは、
広い波長領域の赤外分散光を並列に同時に測定すること
にある。この目的に対して検出器は、お互いに分離独立
し、一対の支持基板を支柱に多数配列した構成よりなっ
ている。
再び第１図にもどり、断続された赤外分散光２０の輻射
によってそれぞれの焦電素子に生じた信号をそれぞれの
増幅器１０で増幅して得られた検出器８からの正負の信
号は、位相検波器増幅器１１に与えられる。位相検波増
幅器１１に与えられた信号は同調増幅器で、ある程度帯
域をせばめられた後、チョッパ制御駆動装置６の基準信
号でスイッチを動作させ位相検波し、出力信号を積分回
路に与えて直流信号を得る。この増幅器１１を通すこと
によって、入射赤外線を断続する基準信号と同一の周波
数、一定の関係の位相をもった信号だけを検出し雑音成
分を極力排除したS/Nの良い信号を取り出すことができ
る。位相検波増幅器１１の出力信号は並列に同時にマル
チプレクサー１２に与えられる。マルチプレクサー１２
に与えられた信号はそれぞれ時系列化され、アナログ−
デジタル変換器１３に与えられ、デジタル信号に変換さ
れる。デジタル変換された信号は、記憶装置１４に記憶
され、必要なタイミングで適当な利用装置１０４に与え
られる。
によってそれぞれの焦電素子に生じた信号をそれぞれの
増幅器１０で増幅して得られた検出器８からの正負の信
号は、位相検波器増幅器１１に与えられる。位相検波増
幅器１１に与えられた信号は同調増幅器で、ある程度帯
域をせばめられた後、チョッパ制御駆動装置６の基準信
号でスイッチを動作させ位相検波し、出力信号を積分回
路に与えて直流信号を得る。この増幅器１１を通すこと
によって、入射赤外線を断続する基準信号と同一の周波
数、一定の関係の位相をもった信号だけを検出し雑音成
分を極力排除したS/Nの良い信号を取り出すことができ
る。位相検波増幅器１１の出力信号は並列に同時にマル
チプレクサー１２に与えられる。マルチプレクサー１２
に与えられた信号はそれぞれ時系列化され、アナログ−
デジタル変換器１３に与えられ、デジタル信号に変換さ
れる。デジタル変換された信号は、記憶装置１４に記憶
され、必要なタイミングで適当な利用装置１０４に与え
られる。
発明の効果 以上のように、本発明は赤外光を３０Hz未満の周波数で
断続して入射させ、これを分光する分光装置と、分光装
置からの分散赤外光を互いに分離しかつ両端を橋渡し状
に支持して多数配列した固体焦電素子とを備え、固体焦
電素子に生ずる正負の信号を位相検波し並列に同時読取
るようにした赤外分光計測装置で、低エネルギーの赤外
分散光を広い領域にわたって並列に同時に測定できる。
このことは、刻々と変化する現象を一時にすばやく多数
の赤外スペクトル情報を測定できるという大きな利点で
ある。また、赤外線検出器は、それぞれ分離独立した多
数配列の固体焦電素子と、増幅器とが１つのパッケージ
に納められたハイブリッド構成で、しかも帯域を外部で
調整できる端子を有し、調整が容易であるという特長を
有するものである。
断続して入射させ、これを分光する分光装置と、分光装
置からの分散赤外光を互いに分離しかつ両端を橋渡し状
に支持して多数配列した固体焦電素子とを備え、固体焦
電素子に生ずる正負の信号を位相検波し並列に同時読取
るようにした赤外分光計測装置で、低エネルギーの赤外
分散光を広い領域にわたって並列に同時に測定できる。
このことは、刻々と変化する現象を一時にすばやく多数
の赤外スペクトル情報を測定できるという大きな利点で
ある。また、赤外線検出器は、それぞれ分離独立した多
数配列の固体焦電素子と、増幅器とが１つのパッケージ
に納められたハイブリッド構成で、しかも帯域を外部で
調整できる端子を有し、調整が容易であるという特長を
有するものである。
第１図は、本発明の赤外分光計測装置の全体構成を示す
概略図、第２図は、第１図の赤外分光計測装置の検出器
部分の拡大斜視図である。 １……光源、２……レンズ、３……赤外線輻射光、４…
…チヨッパ円板、５……モータ、６……チヨッパ制御駆
動装置、７……赤外分光器、８……検出器、９……固体
焦電素子列、１０……増幅器、１１……位相検波増幅
器、１２……マルチプレクサー、１３……アナログデジ
タル変換器、１４……記憶装置、１５……赤外透過窓、
１６……絶縁支持基板、１７……赤外吸収電極、１８…
…固体焦電素子、１９……背面共通電極、２０……赤外
分散光、２１……絶縁接着剤、２２……導電性接着剤。
概略図、第２図は、第１図の赤外分光計測装置の検出器
部分の拡大斜視図である。 １……光源、２……レンズ、３……赤外線輻射光、４…
…チヨッパ円板、５……モータ、６……チヨッパ制御駆
動装置、７……赤外分光器、８……検出器、９……固体
焦電素子列、１０……増幅器、１１……位相検波増幅
器、１２……マルチプレクサー、１３……アナログデジ
タル変換器、１４……記憶装置、１５……赤外透過窓、
１６……絶縁支持基板、１７……赤外吸収電極、１８…
…固体焦電素子、１９……背面共通電極、２０……赤外
分散光、２１……絶縁接着剤、２２……導電性接着剤。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石垣 武夫 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 寺西 昭男 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 中村 邦雄 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−50982（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−42782（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−36285（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−57925（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−79923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−120830（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−63235（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭50−19064（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭46−1640（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭56−51291（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】入射赤外光を断続させるチョッパ装置と、
断続された入射赤外光を分光させる分光装置と、前記分
光装置からの分光赤外光を検出する、互いに分離しかつ
列状に多数個配列された固体焦電素子と、前記固体焦電
素子に生じた正負の信号を前記チョッパ装置のチョッパ
信号に同期させて位相検波する位相検波増幅器と、前記
位相検波増幅器からの出力信号を前記多数個配列された
固体焦電素子ごとに同時にかつ並列に読み取る装置とを
備え、前記チョッパ装置の断続周期を３０Hz未満とした
ことを特徴とする赤外分光計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6871083A JPH0650263B2 (ja) | 1983-04-18 | 1983-04-18 | 赤外分光計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6871083A JPH0650263B2 (ja) | 1983-04-18 | 1983-04-18 | 赤外分光計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59193341A JPS59193341A (ja) | 1984-11-01 |
| JPH0650263B2 true JPH0650263B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=13381603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6871083A Expired - Lifetime JPH0650263B2 (ja) | 1983-04-18 | 1983-04-18 | 赤外分光計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0650263B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103776790B (zh) * | 2014-02-25 | 2016-03-23 | 重庆大学 | 一种基于石墨烯纳米天线的红外光谱增强及探测方法及装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5651291B2 (ja) | 2008-04-11 | 2015-01-07 | 株式会社センカファーマシー | ポリエチレングリコールの誘導体およびその中間体の製造方法 |
-
1983
- 1983-04-18 JP JP6871083A patent/JPH0650263B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5651291B2 (ja) | 2008-04-11 | 2015-01-07 | 株式会社センカファーマシー | ポリエチレングリコールの誘導体およびその中間体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59193341A (ja) | 1984-11-01 |
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