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ezSpectra815Vのスペクトル強度校正について

ezSpectra 815V用のソフトウエアは楢ノ木技研さんのWebからダウンロードできる。ソフトウエアには発光測定モードと、透過率測定モードがあり、発光測定モードでは、スペクトルの他、演色性も、照度も計測できる。偏光依存性のエントリーで演色性や色温度は発光測定モードで行っている。

多くの人にとっては、これらの測定が出来るのは当り前の事なんだろうと思うけれども、普通の分光器を使ったことのある身としては、演色性や照度が計測出来てしまうのは驚きだ。これらの値を出すためには、分光器のそれぞれの波長毎の測定感度補正が行われていないといけないからだ。

大昔に分光測定を習ったときに言われたのは、分光測定は相対強度測定が基本だということ。光源にも、分光器にも、光検出素子にも波長依存性がある。このため、測定で得られた信号値は、そのまま光強度にはならない。透過率測定では、試料を入れない状態を参照基準として、それに対して試料を入れるとどれだけ光量が減っているかを測定する。これなら、光源やら分光器の装置係数は参照と測定で相殺して問題にならない。

透過測定ではなく、蛍光の強度分布を求めたい時などは、標準電球という校正された光源の測定を行い、分光システムの感度分布を測定して校正値を得て、それをもとに強度分布を描き直す。それでも、強度分布が相対的に正しいだけで、縦軸の絶対値を求めるようにするには、さらなる注意が必要になる。

演色性や照度計算が出来ているということは、メーカー側で校正を行った時のデータを内部に持って、生データを演算処理していることになる。浜松ホトニクスのカタログには、波長の絶対値は校正データを出しているが、感度分布のデータは出していないと記されているので、感度分布校正データを作っているのは楢ノ木技研さんだ。

校正用のシステムはかなり高価だ。ezSpectra 815Vを数十台売っても元が取れるとは思えない。開発費や校正のための設備投資をどうやってまかなっているのか不思議だったのだけれど、どうやら、Web販売の他にOEMでの提供をおこなっているようだ。(というか、OEMの方の数が多くて、その予備をWeb販売しているぐらいじゃないと元が取れる気がしない。)
ソフトウエアはOEM先も使っているようで、測定ソフトウエアが親切なのは、OEM先の想定用途が分光素人さんのだからかもしれない。でも……、普通の分光器も使っている身からすると、透過測定モードは、もっと不親切にしてほしい。透過測定モードは、センサーから出てきた生の信号ではなく、強度補正をした後のデータを使って計算をしていると推定出来るのだけれど、そのため、センサーの飽和値が読みにくく、測定全域でS/Nをあげるための光源波長分布を定めにくいのだ。といっても、何を問題にしているのか分りにくいと思うので、次回は測定データを元に、この話題をもう少し展開しようと思っている。
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by ZAM20F2 | 2017-06-19 20:33 | 科学系 | Comments(0)

ezSpectra 815Vの偏光依存性

一般に回折格子分光器の特性は入射偏光により異なっている。楢ノ木技研のezSpectra 815Vの分光ユニットは回折格子分光器なので、ezSpectra 815Vの出力特性には入射偏光依存性があると予想される。そこで、入射偏光による特性の違いを眺めてみることにした。手近にある偏光光源としては液晶ディスプレイが使える。液晶ディスプレイでもスマートフォンやタブレットでは出射が直線偏光でないものもあるが、テレビやコンピュータディスプレイはまず直線偏光である。

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測定例は、ノートPCの白色にした画面を測定したもの。分光器を90度回している。この測定で一つだけ注意が必要なのは、TNタイプのディスプレイだと偏光が45度方向なので、分光器を0度と90度で測定すると、ほぼ同じスペクトルが得られてしまうこと。測定の前に、その辺に転がっている偏光素子で偏光の向きを確認しておく必要がある。偏光子がないなら……ディスプレイに白色画面を広げてハイディンガーのブラシを見ればよい。

ezSpectra 815Vのスペクトル測定では、ピーク値を1に規格化してくれる親切モードもある。しかし、それだと2つの測定結果の相対感度比が分らなくなる。ここでは、規格化なしのモードで表示している。図をみると、青色付近は感度は同程度だが、長波長側はだいぶ異なっている。

長波長側の感度が低い偏光では色温度が高く測定されているはずである。そこで、演色性評価モードで2つの方向で色温度を測ってみると、赤のスペクトルが強い方で5900K、弱い方で8200Kだった。他のディスプレイでも試してみたけれど、それぞれ5300Kと8300K、4800Kと6700Kという結果になった。いずれも、誤差とは言えない大きな違いとなっている。この分光器で液晶ディスプレイの色温度を評価する時には注意が必要だ。

色再現域の評価に関しては、はR、G、Bの一つの色だけ点灯してそのスペクトルから色座標のxy値を求める。この時は、xy値の計算に関わるスペクトル範囲は狭いので偏光方向による誤差は小さく問題にならないだろうと思う。

色温度にしろ、色再現域にしろ、誤差を減らしたいなら、分光器の一辺を偏光に対して45度方向に傾けて測定すると良いだろう。この角度で最初のディスプレイの色温度は6700Kと出てきた。このやり方は分光がらみの実験技術の本にも書いてある話だ。こうすれば、両方の偏光特性の影響が平均される。ezSpectra 815Vの校正は無偏光で行われているだろうから、入射直線偏光を2方向に同じだけ振り分けてやれば無偏光の時と同じ結果を与えるはずだ。

偏光による測定誤差を防ぐもう一つは、入射口の前に偏光解消光学系をつけること。たとえば、光ファイバーで入力するUSB接続分光器は光ファイバーで偏光が乱れるために、ファイバーに偏光を入れても大丈夫であることが多い。ただ、一般に偏光をきちんと解消するのは楽ではない。

ところで、スペクトル測定データを注意深く眺めると、短波長の端と長波長の端の浮上がりレベルが、偏光方向で異なっている。一方の偏光ではほぼ見られないことと合わせて、これらの浮上がりは、実際にこの波長の光によるものではなく、「迷光」(他の波長の光の影響)によるものと考えられる。測定結果は迷光にも偏光依存性があることを示している。実は、非偏光で迷光について、少し測定していたのだけれど、この結果を見て、偏光で測定しなおさないといけないかなぁと思案している。

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by ZAM20F2 | 2017-06-16 20:59 | 科学系 | Comments(0)

ezSpectra 815Vの分光ユニット

ezSpectra 815Vの写真を最初に見たときには、どうやって分光しているのか想像できなかった。
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銀色の箱の穴が受光部分だけれど箱のサイズは1×1×2cm程度。MEMS技術を使ったという文言から思い浮ぶのはMEMS駆動のlamellar回折格子を使ったFT分光器なんだけれども、それならセンサーは1個のはず。256素子のアレーセンサーは回折格子を使ったポリクロメータを意味しているはず。

分光器の機構とは別に疑問だったのは、銀の箱の作者が楢ノ木技研さんかどうか。もちろん、ベンチャー企業がコンパクトな分光器を作ってはいけないということはないんだけれども、楢の木技研さんの住所を地図で調べると山の中の一軒家。一軒家の様子が見られないかとストリートビューを試して見るも、だいぶ手前の林道で終わっているような所。山の中の秘密研究所というとわくわくするものがあるけれども、密かにクリーンルームを持っていて、MEMS技術を使った品物を開発しているとは思えない。もちろん、ファブレスで外注の可能性はあるけれども。ちなみに、所在地の周りの林は、現在の航空写真では葉っぱが茂っていて樹木の特定ができないけれど、前の秋や冬撮影の写真からすると落葉樹中心の模様。技研の名前とあわせて、ミズナラ林と想像している。ただ、何故か頭の中では「樅ノ木技研」となっていた、さらに技研さんのツイッターを眺めているうちに「やまねこ技研」に変換されるようになり、頭の中では「やまねこ技研の分光器の仕組みは……」なんて具合になっている。

これらの疑問は、浜松ホトニクス(こちらは、フォトニクスと頭に入っていたよ。そういえば、だいぶ前、浜松さんの商品のパッケージに、Photon is our business. とか書いてあるのを見て蘇格蘭人が「こいつら光子を一個一個売ってるのか」と笑い転げていた。)のWebでマイクロ分光器C12666MAを見つけて解消した。見た目も分光範囲などのスペックも同じで、この分光ユニットか、その特注品を使っていると考えるのが素直なところだ。

浜松テレビ(これは旧社名だ)のカタログには光路図がある。穴の奥にはスリットがあり、そして、ベースの上に凹面のブレーズ回折格子が作り付けてあり、そこで分光した光がスリットの横にあるラインセンサーに結像する仕組みだ。穴の部分にはガラス窓が付いているので、埃が内部に入り込む心配はない。実物が届くまでは埃がスリット部分に集ったり、内部に入るとまずいので、測定しない時はテープで窓をふさがなければと思ったいたけれど、それは杞憂に終った。

でも、光路図を見て、えっと……、どこが動くのでしょうか?動作部分が見当たらないんですけれども……と不審がっている。まさか、凹面回折格子の曲率を変えてるとも思えないし、ブレーズ角がMEMS技術で可変とも思えない……。

どうも、MEMS技術というのは機械的駆動という意味ではなく、深掘りのエッチングでスリットを作っているというあたりの話のような気がする。
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個人的には、MEMS技術を用いてと書かれると動きがないだけに違和感があるところだ。

それでも、可視領域の分光ユニットがほぼ2立方cmで実現できていて、5万円もしない価格で販売されているのは、256素子で、分解能が10nm以下だとしても驚異なことで技術の進歩の有難みを感じている。
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by ZAM20F2 | 2017-06-14 21:20 | 科学系 | Comments(0)

予告編:楢ノ木技研USBスペクトロメーター ezSpectra 815Vで遊んで見る

分光測定というと、机の上を占拠する自記分光光度計を使うか、分光器やら光源やらを組み合わせるのが普通だったのだけれども、ファイバー入力でUSB接続可能なポリクロメータが出現して大きく様変わりした。大きさ的には、一家に一台あっても邪魔にならない位なんだけれども、値段的には一家に一台とはならないような価格なので、さすがにふらふらと買い込めず、このブログでも回折格子フィルムとデジタルカメラの組み合わせでの分光器を作ってみたりしていた。
数日前、何かの弾みでディスプレイのスペクトル計測の頁に行き着き、そこで使われている分光器のメーカーである楢ノ木技研さんのWebをのぞいてみたら、入門クラスの一眼デジタルカメラ程度で買える分光器を売っている。
さすがに、ファイバー入力の分光器が2000から4000チャンネルあるのに対して、256チャンネルで、分解能もそれなりだけれども、一家に一台の分光器としては十分な性能を持っている。最初に見たサイトには、すぐに売り切れになるようなことが書いてあったのだけれど、そんな様子もなく、普通に売っていたので、気軽に一台発注してみた。その後、品切れになっているので、危ないところではあった。

ezSpectra 815Vは基板の上に実装されているだけなので、取り扱いに注意が必要。そこで、一緒にezSpectra 815V用簡易ケースも注文している。ケースにくるまない写真は楢ノ木技研さんのWebにもあるので、ここでは、ケースに収めた様子。
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銀色のところの真中が受光窓。横からだと
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と、なかなかにコンパクト。簡易ケースは側面はあいているので、毎度おなじみのmtテープを貼って側面は塞いでいる。
接続はμUSBのAタイプ。

やってきて数日遊んだ範囲で、ディスプレイ画面や、LED電球のスペクトルや演色性を評価するにはこのままで十二分の性能。でも、顕微鏡に取り付けて顕微分光をしたり、あるいは、簡易な透過スペクトル測定装置なんかにするのには、癖を理解して最適化する必要がある。たとえば、「ディスプレイのスペクトル計測」記事の白熱電球と太陽のスペクトルは紫外に迷光がのっているし、長波長側に機器由来の振動構造が生じており、その低減が分光測定には重要だ。


このユニット、発売から1年以上たっているのだけれど、Web上の情報が多くはない。価格と性能を考えると、高校なんかの課題研究の道具としてもすごく使える気がする。ので、不定期連載で、取り上げていくつもりでいる。

※このシリーズ、プロジェクトTタグをつけることにしました。
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by ZAM20F2 | 2017-06-11 17:22 | 科学系 | Comments(0)

ゾウリムシ

発作的にゾウリムシを買ったという話をしたら、速攻で
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がやってきた。頁をめくってみると、最初に目につくのは様々なゾウリムシ
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いや、ゾウリムシにこんなに種類があるとは思いませんでしたとも。
でも、この本、素人には順序が逆の気がする。だって、識別に使う器官の名前を書かれたって、それがどれかがわからないんだもの。その後にある
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図が先にあった方が幸せだ。でも、いろいろとためになることが書いてある。たとえばゾウリムシは動きが速いので、顕微鏡観察の時には寒天などで粘性を高くして動きを遅くするのだそうだ。本を貸してくれた人からはCMCで粘性をという話を伺ったのだけれど、寒天もCMCも在庫はなく、とりあえず手元にある
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を眺めて思案中。
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by ZAM20F2 | 2017-06-08 21:19 | 文系 | Comments(0)

コノスコープ NA0.55×1.5

雲母のコノスコープの目玉を見えるようにするために、NA値を大きくした。
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使っている対物はNA0.55のまま。やったことは
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試料上面に半球ガラスを置くこと。
コンデンサの方は元から十分なNA値のものを使っている。

本当は、液晶試料でやりたいところなんだけれど、ホットステージに入れることを考えると、下もスライドガラスではなく、半球レンズにして、上下の半球レンズの位置を精密に合わせて、さらに、電極となる金属ワイヤーをスペーサー兼用でつかってと、なかなか細かい作業が必要になり、アイデアだけになっている。


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by ZAM20F2 | 2017-06-03 22:51 | 顕微系 | Comments(0)

コノスコープ NA0.55

おなじみの雲母のコノスコープ像。使っている対物のNAは0.55
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残念ながらこのNAだと2つの目玉はみえない。


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by ZAM20F2 | 2017-06-01 21:00 | 顕微系 | Comments(0)

いた

「いない」というエントリーをアップした翌朝、水場を見ると
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いやいや……、あんたら、このタイミングで現れますか。いったい、今までどこに隠れていたのよ。
そこそこきちんとしたオタマジャクシで、孵化してしばらくはたっている感じだ。
思わず、やるなぁとつぶやいてしまいましたとも。
それにしても、例年だったら、むらがっている
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のあたりにタマ影なし。集まっているのは陽光が当たって暖まっているあたり。
やはり、水温が全体に低いのが関係しているみたい。
たぶん、水底の方が水温が高かったんだろうと思う。
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by ZAM20F2 | 2017-04-25 20:48 | 動物系 | Comments(0)

いない

この地域ではガマガエルが準絶滅危惧種らしい。でも、このあたりでは道路を歩いていて車に轢かれたのを見ることも結構あって、絶滅が危惧されている気はしなかった。

でも、考えてみると、このあたりでの繁殖地は、この水場以外はあんまり思いつかず
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この水場が消失したら、一気に絶滅する可能性は高いかもしれない。この水場で例年蛙合戦の様子や上陸の様子を見ているのだけれど、そして、今年も蛙合戦はあったはずなのだけれど、5月にもなろうというのに、オタマジャクシが一匹も見当たらない。さかのぼると、桜の花びらとオタマジャクシが一緒に写っている写真もあり、4月はじめには泳ぎ回っていないといけないはずなのだ。
こんなことは初めてで、何が起こったのかわからず途方にくれている。
今年は、水温が上がってくるのが遅かったようで、メダカの活動もまだ、それほど活発ではない。例年、オタマジャクシが泳ぎ出す4月上旬にはメダカも、だいぶ動いていたけれど、その頃にメダカを見かけた記憶はほとんどない。
ここ数日で、ようやく
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となったのだけれど、何かがおかしな年だ。


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by ZAM20F2 | 2017-04-24 21:01 | 動物系 | Comments(0)

世界最高密度

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この写真を撮影した時点で、この場所は、キヤノンの強誘電性液晶ディスプレイが世界最高密度で存在している場所だったのではないかと思う。2台とも画像は表示できるのだけれども、動かす方のPCが1台しかないので一方にしか画像が出ていない。IBM PC/AT 互換機で動かすには、PCIバスに専用のディスプレイカードを挿す必要があり、さらにドライバはWin3.1、95、NT用しか存在しない。
それにしても、今日まで、ディスプレイが途中でモデルチェンジしていたとは知らなかった。画面がついていない方が95年に発売された初代。表示されている方が97年に発表された改良版だと思われる。生産を中止したのは98年末なので、いずれの機種も2年ずつ程度しか作られていないようだ。
初代の価格は95年当時の雑誌をあされば出てきそうだけれど、2代目の価格はWebで見つかって、本体27万3千円、専用インターフェース7万2千円で合計34万5千円とのこと。

当時、自宅ではナナオの15インチのCRTを使っていた。何しろ、使っていたOSはOS/2とNTで、両方立ち上げられるようにしていた。Win3.1のソフトはOS/2のWin窓で動くのだけれど、95のソフトは動かず、このためNTを動かしていた。というわけで、強誘電性液晶好きでも個人でふらふら買う値段じゃないし、OS/2でも動かないのでさすがに手を出さなかった。

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by ZAM20F2 | 2017-04-12 21:04 | 液晶系 | Comments(0)