ミクロ・マクロ・時々風景

ezSpectra 815Vで分光光度計を作ってみる（Ⅳ)

分光測定計を組み立ててみたからには、どの程度まで測定できるかをチェックしておく必要がある。市販の分光光度計は吸光度で3～４程度が上限だ。もっとも、オフセットの調整が悪かったりすると、吸光度が2台でスペクトルがおかしくなったりする装置も見たことはある。
どこまではかれるかは、光を遮断した状態のスペクトルでもいいのだけれど、それだとおもしろみもないので、可視光をほぼ吸収して近赤外を透過するフィルターを測定してみた。可視域では吸光度は４を軽く超えているはずだと思う。

とりあえず、測定してみると吸光度は2程度で飽和している。あと、所々に窪みがあるけれども、これは、どう見ても蛍光灯の光に対応するものだ。つまり、室内の蛍光灯照明の光が迷光として入っていて、それで、吸光度が見かけ上、飽和している可能性がある。
そこで、上に黒い紙で覆いをかけて測定してみた。

窪みはなくなり、吸光度は少しは増えている。でもフィルターの本来の吸光度には遙かに及んでいない。特に短波長側が吸光度1を遙かに下回ってしまっている。これは、700nmあたりより長波長側の光が迷光として来ているためだ（何しろ、それより短波長はフィルターを透過できないのだ）。
吸光度1程度までなら、このままでも、短波長側を除いて問題ないけれども、分光光度計として、安心して使うためには、長波長側の迷光となる部分をもっと弱くする必要がありそうだ。
とりあえず、色温度変換フィルターを、もう一枚重ねてみるかなぁ……

ezSpectra 815Vで分光光度計を作ってみる（Ⅲ)

キュベットホルダーは10×25mmの角材を用いてる。キュベットは、どこかでもらったプラスチック製のものを使っている。キュベットに関しては、高等学校にも普通に転がっているようなので、入手性については気にする必要はないと思う。Webで調べても、モノタローから入手可能だ。それにしても、あほだったのは、キュベットの光路が10mmというのが頭に染みついていて、それがいつの間にか外寸と思ってしまっていたこと。内寸が10mmだったら、外側は10mmより長いのは当たり前ですよね。キュベットホルダーは10mm角を前提に作ってしまったのだけれど、キュベットが10mmよりわずかに大きい可能性を考えて、一方の押さえは固定していなかったのでとりあえずの固定には問題がなかった。


レンズは結像位置が検出器より後ろになるようにセットした。光量は、それで問題ないし、また、検出器で集光する形にすると、光路の揺れに弱くなりそうな気がする。キュベットの位置で集光して広げることも考えたけれど、試してみると検出器位置での光のパターンに収差が目立ち望ましくない気がしている。

最初はマスクをつけていなかったけれど、キュベットを外してつけ直した時の再現性がなさ過ぎることが分かり、とりあえずのマスクをつけた。マスクをつけると、再現性は、それなりに良くなる。

この状態でのスペクトルを示す。


400nmより短波長で減少して、その後増加しているが、増加は迷光によるもの。2.5Vの電球を2.6V程度で点灯しているけれど、豆電球で、そんなに短波長の光が出るはずがない。この状態で、透過測定モードにしてベース測定を行うと、短波長側は410nm程度からとなってしまう。目標に10nm足りていない。状況を改善するには、短波長側の光を相対的に強くしなければならない。このような時は適当なフィルターを使って長波長側の光強度を落とすのが常套手段だ。

フィルターは……、HOYAのWebなんかを調べると、結構よさそうなのがある。それとは別に渋谷光学さんのWebを見ると、ちょうど手頃なのが、アウトレットに出ていないこともない。でも、それらは、普通に買えるもののみを使うという、今回の自主規制に引っかかる気がする。

というわけで、まず、その辺で買えるものでフィルターとなるものがないかを試してみることにした。長波長を吸収して短波賞を透過するもので、頭に浮かんだのは銅フタロシアニン。こんなものを持ち出すと、試薬屋からの購入は光学屋からのフィルター購入と同じくらい一般性がないと言われそうだけれど、使おうと思ったのは、ホームセンターで入手したフタロシアニンブルーの顔料。これをポリビニルアルコールの洗濯糊と混ぜればフィルター代わりのフィルムとなるだろうと読んだのだけれど、やってみたら、顔料が荒すぎて均一な膜にはならなかった。



代わりに入手したのが、食用色素と透明水彩絵の具。透明水彩は、深い青の他、水色のものも買い込んで見た。水色系のものはシアンになるので、青だけでなく緑の透過も期待できる。あと、ブルーのアクリル板。

これらのスペクトルを試してみたところ、水彩ブルーは悪くはないけれども、短波長側の吸収が強い印象。参考までに透過スペクトルを示す。



シアンの水彩は、透明水彩のくせに白が混ざっていて散乱が強く使い物にならない。食用色素とアクリル板は、700nnあたりの目にはほぼ見えない赤色領域の光に対してはほぼ透明で目的に適していない。次に示すのは、食用色素の透過スペクトル。

結局試みた4種類とも、目的には使えないというのが結論となってしまった。

次に試したのは、家に転がっていた写真用の色温度変換フィルター。昔、フィルムカメラでタングステンランプを光源にデイライトのポジフィルムで複写をするつもりだったときに買い込んだ品だと思ったもの。試してみると悪くはない。フィルターを入れた場合のスペクトルは、長波長側が随分と落ちている。フィルターを入れない場合に比べて400nmの光が随分と強くなっている。


一方、375nm以下の迷光と思われる部分は変わらずに出ており、どうやら、測定範囲以外の長波長側は、あまり減衰していないようだ。
フィルターの透過スペクトルは、

という具合で長波長側まで押さえられている。

上の、水彩のスペクトルはこのフィルターを使ってベースをとったもの。400nmより短波長まで測定できるようになっている。


色温度変換フィルターだけれど、すべての品がOKという訳ではないようだ。顕微鏡についていた色温度変換フィルターは吸収タイプも誘電体多層タイプも長波長側の落ちが悪く、今ひとつだった。

今回使ったフィルターはケンコーのC12。最近ではマルチコートでProフィルターになっている。スペクトルが手元にあったものと同じかは確認していない。ただ、結構高価になっている……。他のメーカーを調べると、マルミの80Aが、ほぼ同等に使えることが分かった。こちらは、ケンコーに比べると、かなり安価だけれど、どう見ても在庫のみの商品。売り切れになったらおしまいの気がする。

ezSpectra 815Vで分光光度計を作ってみる（II)

分光光度計の光源は一つ前のエントリーに印したように可視領域はハロゲンランプが普通だ。普通の電球は使っているとフィラメントから蒸発した金属が電球の内壁に付着して暗くなったりする。その点ハロゲンランプは光量やスペクトルの経時変化が少なく、分光光度計の光源として安心して使用できる。ハロゲンランプには100V点灯のものと、低電圧のものがあり、低電圧のものの方がフィラメントがコンパクトに巻いてあり、こちらが分光光度計の光源に使われている。ハロゲンの光は短波長側で急激に弱くなり、がんばっても350nm程度までが限界で、市販の分光光度計で紫外まで測定できるものは、そのあたりより短波長側の光源として重水素ランプを用いている。

ハロゲンランプは効率が高くはないので、一般照明用にはハロゲンではなくLEDが使われるようになったけれども、普通の白色LEDは青と黄色の光しか出ていないため、測定可能な波長範囲は広くない。紫励起で高演色のLEDを使えば、400～700nm程度まで対応できそうなものもありそうだけれど、今回は、昔ながらのタングステンフィラメントの電球を用いることにした。

当然のように、ハロゲンランプを用いることを考えて、懐中電灯用のハロゲンランプは入手したのだけれど、ソケットが入手できず、結果的に普通の懐中電灯の豆球で試してみることにした。

使ったのは2.5V0.3Aの探見球（タンケンキュウ）。ソケットの固定には、ナイロンクランプを使っている。これは、ホームセンターでソケットを物色している時に目についたもの。サイズ的にソケットを固定できそうだと買い込んだ。本来の用途はコードの結束固定。手で押さえてezSpectra 815Vの入射口と高さを合わせてみたら、2cmの台で良さそうだったので、1cmの板を2枚重ねている。固定のためにねじ込んだら、上の板が割れたのだけれど、止まっているので、そのまま使っている。作ってみたら、ナイロンクランプを回すと、フィラメントの位置が左右に移動するので、左右微調整に使えてなかなか良い感じだ。
ハロゲンランプでなくてもよいなら、100V点灯の小さめの電球も頭には浮かんだのだけれど、交流点灯だと光強度の揺れがあって、測定時間によっては、スペクトルが狂うので、直流点灯の方が都合がよい。それに、乾電池で動くようにしておけば、屋外でも使用可能になるので、より使える範囲が広くなる。



探見球単体では光量が足りないので、集光の必要がある。分光器ではレンズ系による色収差を嫌い、反射光学系を使うのが基本だ。キュベットのサイズが1cm程度なので、小ぶりの集光系が必要になる。ミニマグライトの単4電池1本で点灯するタイプは、小ぶりの反射鏡があり魅力的なのだけれど、ちょっと特殊過ぎる印象がある。というか、光源として豆電球を使う小ぶりな懐中電灯を使うことを考えたのだけれど、その辺のホームセンターを探しても、そんなものは売っていない。もはや豆球ではなくLEDを使った品ばかりだった。その結果、懐中電灯の構造も光を反射鏡で整えるのではなく、LEDから前方にのみ出てきた光をレンズで整える形のものが多くなっている。また、反射鏡タイプでも、光源の位置が豆球のものとは異なってしまっている。

あきらめて、懐中電灯から取り出したレンズを使うことにした。使ったレンズは、ミクロワールドサービスさんの2015年11月23日の記事で紹介されているLED懐中電灯から抜き出したもの。

溝のある15mm角の材を向かい合わせに固定して、その溝でレンズを固定している。こちらは、上下の光路調整が可能で、ナイロンクランプの動きとあわせて、上下左右の調整ができるようになった。

豆電球とレンズの組み合わせで光量は十二分。色収差は……評価していないけれども、それなりに広い面積（といっても数ミリ角程度だが）の測定では、大きな影響はでないような印象だ。

夏休みの工作：ezSpectra 815Vで分光光度計を作ってみる（I)

夏休みの宿題の双璧と言えば自由研究と工作だ。自由研究だけでは片手落ちになるので、工作もやることにした。作るものは、ezSpectra 815Vを使った分光光度計。
分光光度計は、溶液などのスペクトルを測定する装置。光路が1cmのガラスの容器（キュベット）に入れた溶液のスペクトルを測定する装置で、普通の市販品は190nmから800nm程度の範囲、検出器を2種類持っているやつは、190nm～2500nm程度の範囲のスペクトル測定が可能だ。市販の装置では2種類の光源を使っていて、紫外領域は重水素ランプ、可視から近赤外はハロゲンランプを使っている。

知り合いの高等学校の課題研究なんかをみていると、分光光度計があったら、もっと、定量的なことができるのにと思うことがあるのだけれども、残念ながら多くの高等学校にあるのは、フィルターをつかって、可視領域の何点かで透過率が測定できる簡易的な装置で、出てくるデータも今ひとつの印象があった。分光光度計は、紫外から可視領域だけのものなら、測定装置としては高くない部類なのだけれども、それでも、高等学校で買い込むには、高価だし、使い回しが効かない装置であるようだ。分光光度計よりは、色々と使えそうなUSB接続、ファイバー入力の分光器を紹介したこともあるけれども、やはりコストの面やら分光光度計的な使い方をするためのセットアップの困難さなどから導入には積極的にはなれないようだ。

ezSpectra 815Vは、価格がUSB接続ファイバー入力分光器の1/10程度で、単体でスペクトル評価ができるので、USB接続ファイバー入力分光器や分光光度計に比べると導入障壁は遙かに低いだろうと思う。さらに、可視領域限定でも、溶液の透過スペクトルを測定できるセットアップが簡単に作れることを示せたなら、導入に、より積極的になるのではないかと考えた。
これが、工作の前提。というわけで、

１，材料は（ezSpectra 815Vとキュベット以外は）普通に安価に買えるものを使う。
２，普通の高校生が活用できる工具のみを使う
３，測定波長域は可視光をカバー（400-700nm)を目標とする。
という3つの制限の中で工作を行うことにした。

とりあえず組み立ててみた試作0号。作る時には、色々と考えて工夫はしているのだけれども、実際に作ってみると抜けているところが色々と出てくる。逆に言えば、最初の試作は、凝った作りにするよりはザックリと作る方がよい。


光源を点灯させると



な感じだ。



下の板は6mm厚のシナ合板。250×300mmのものをピラニア鋸で250×100mmに切断した。ezSpectra 815Vの固定は10×25mmの角材で行っている。裏側と上(USB接続口のない方)は全面を押さえている。前面は下側に押さえがあり、この板が前面に出ているボルトの頭に接していて下側に抜けるのも防いでいる。あと、C12666MAの下に10mm角の材をレールとして取り付けているものも前面の押さえになっている。レールを作ったのは、その後の部品の設置を楽にするため。これは、光学系の組み立てでよく使う手法をまねたもの。
次回以降、各部品の紹介を行う。

ezSpectra 815Vの迷光（Ⅳ)

だいぶ前にezSpectra815Vの迷光を取り上げた時は、斜入射で回折格子の外側に当たった光線由来の迷光を取り上げた記憶があるのだけれど、光が無事に回折格子に当たった場合でも、散乱などで迷光となる成分がある。
それを確かめるべく、単色LEDを光源に迷光の評価を行ってみた。
LEDの光を入れて測定しただけでは、迷光が低くて確認しにくいので、フルスケールの50倍の強度を入れて、迷光レベルを確認している。


見てみるとお、440nmの短波長側と、620nmや680nmの長波長の迷光が強くなっているように見える。ただ、ここで気をつけなければならないのは、同程度の散乱光が生じていても、検出素子の感度波長依存性により、信号強度として大きく出てしまう波長域と小さめに出てくる波長域が存在するであろうこと。ただし、検出器の感度分布に関しては公開されているデータはない。確かにC12666MAの感度分布についてはデータはあるけれども、これは回折格子の効率も含めた値で、検出素子単体のものではない。とりあえず、検出素子の材料が同じだったら、感度分布も大きくは違わないだろうと考え、浜松ホトニクスのアレイ検出素子のデータを参考にすることにした。一般にシリコン系の検出器は長波長側の感度が高く、短波長になるほど感度は低くなる。そのデータをもとに迷光の相対強度を評価すると、長波長側の光による信号はだいぶ低くなる。


図を眺めていておもしろいのは490nmから550nmあたりで長波長側に出てくる迷光が見られないこと。効率が490nmで最大になっていることなどから、回折格子のブレーズ波長は500nm付近なんだろうなぁと思っているのだけれど、そのあたりは効率がよく、散乱が少ないということなのかなどと想像している。また、440nmは全体に迷光を引き起こすレベルが高いけれど、短波長ほど散乱が大きくなるというのは、割と一般的な傾向で、そのためかなぁなどとも感じている。ただし、短波長の光は、通常の照明では弱いため、迷光としては実際にはそれほど問題にならない気もする。

長波長側の680nmの光は短波長側に迷光を出しているけれども、特に半分の波長にピークを出現させてはいないので、回折格子の刻み線が1本おきに微妙にずれて、実質2倍周期になっているといった欠陥は存在していないようだ。

ezSectra 915Vの飽和感度を再確認する

ezSpectra 815Vの分光ユニットである浜松ホトニクスのC12666MAの分光特性は浜松ホトニクスのWebにあるのだけれども、楢ノ木技研さんのツイッターに、浜松ホトニクスのWebのデータは実測と合わないという話が出ていたらしい。

だいぶ前に、飽和値の見積もりをやった時は、浜松ホトニクスの図をもとに見積もりを行ったのだけれど、感度分布が違うとなると、見積もりにずれがあることになる。というわけで、再度チェックすることにした。

前回は平らなスペクトルで見積もりを行ったけれど、見積もり精度を上げるためには、単色光に近い方が望ましい。単色光源があるかというと、さらに昔に出した、干渉フィルターセットが手元にある。

楢ノ木技研さんのデータと浜松ホトニクスのデータを比べると、両方とも490nmあたりが最高感度で一致しているけれど、600nm付近の感度は、楢ノ木データの方がかなり高くなっている。そこで、490nmと600nmの2波長で比較することにした。



まず、それぞれの生データ。同じ露光時間で、同程度の値になるように、ハロゲンの電圧を調整している。これを基準値にして、露光時間を上げていって、どこで飽和が起こるかを見ることにした。

490nmで露光時間を上げていった時のスペクトル変化を示す。

露光時間が増えると、スペクトルがひずんでいるのが分かる。スペクトルの歪みはじめが、感度飽和なのだけれど、出始めは見にくい。そこで、すべてのスペクトルを最大値を１に規格化して（というか、ezSpctraの規格化を使った）、そして、基準値との差分をとってみた。

14msでは差はないが、15msで変化が始まっている。
基準とした13msの最大値は0.96。これを基準に、14msの時の最大値を求めると、1.04、15msでは1.11となる。前は15～20%で飽和すると印したけれど、どうやら、最大値の10%増しで飽和してしまうようだ。

続いて600nm。こちらも、元のスペクトルと13msを基準にとった差分を示した。


差分を見ると16msから飽和が始まっている。13msの最大値が0.97。14msで1.05、15msで1.12。16msで1.2となる。飽和値のレベルから、490nmと600nmの感度を比較すると、1.11/1.2=0.93で、600nmの感度は490nm感度の0.93倍程度と推定できる。

前に示した浜松ホトニクスの感度分布では600nmの感度は490nmの0.74倍程度。一方、楢ノ木技研さんのデータだと0.94～0.95倍程度。楢ノ木技研さんのデータより少し低いが、浜松ホトニクスのデータからは大きくずれた結果となった。

というわけで、分かったことをまとめると、
１，ezSpectra 815Vの最大値は最高感度の波長（490nm)に対して10%程度の余裕を見て設定されている。
２，浜松ホトニクスのWebにあるC12666MAの感度データは、現物とかなり違っている可能性が高い。

で、感度分布を自分で確かめたくなったら、単色光源を用意できれば、今回みたいな飽和強度測定で、どうにかなるだろうと思う。

ezSpectra 815V でYujiLEDの紫励起LEDのスペクトルを測定する

ezSpectra 815Vに拡散板を挟むテストを行ったのは、スペクトルを測定したい光源があったからだ。

家の顕微鏡の光源には、写真家の新藤さんおすすめのYujiLEDの高演色性高輝度パワーLED(YJ-BC-135L-COB 9W)を用いている。この品、公称Raは95で確かに液晶の写真撮影でも変な色味にはならないように思うのだけれど、青色LEDを使っているために、400nmあたりの光は放射しておらず、分光測定の光源としては物足りない。

日本のサイトには、パワーLEDは青色励起タイプしかないのだけれど、英語のWebを見たら紫励起タイプも存在していた。UniPoさんに尋ねたら、紫励起タイプを日本国内でも販売してくれるとのこと。価格は英語Webで5ヶ135ドル、日本だと単価3200円で1個単位で売ってくれるとのこと。とりあえず、色温度2700K、3200K、5600Kを1個ずつ取寄せてみた。

青色LEDの時は、スペクトルデータのシートがついてきたのだけれど、こちらにはスペクトルデータシートがない。また英語Webにも未掲載だ。というわけで、紫励起タイプのスペクトル測定が必要になった。


リード線をつけていざ測定しようと思ったら……熱伝グリスが見当らない…………、やむを得ず、光学用グリスの粘性の高いので貼付けて、定格450mAなので、300mAで光らせてみることにした。

まず5600K



続いて3200K



と2700K



いずれも、Ra98程度の値が出ている。実は、この分光器、ハロゲンランプをはかってもRa100にはならない。


まあ、見ての通り凸凹が残ってるので、楢ノ木技研さんが校正に用いたのとは同じ入射強度分布じゃないとか、迷光のせいで、短波長側に何かがのっているとかあるためと思うのだけれど、ハロゲンの値をみれば、上のLEDはなかなか優秀である。


ついでに、今まで使っていた青色LED励起のものも測定してみた。
5500Kのものは、Raが90しか出ていない。


これは、メーカー公称からすると低すぎる値だ。この品は青色が強く出過ぎている気がする。


3200Kの方は青色が押えられていて、Raも95が出ている。

ただ、両者とも、短波長の青から紫のところが欠如している。

ところで、300mAで光らせてみることにした。と記したのだけれど、実際には70mA程度で光らせている。使っている電源は、ネットオークション経由でやってきた定電圧電流電源。出力は0～18V。メーター上は18.55V出ているのだけれど、紫LED励起タイプの方が、青LED励起より必要な電圧が高く、十分な電圧を供給できていなかった……

幸いこの電源には負側の出力もあるので、熱伝ペーストを入手したら、もっと電流を流すつもりだけれど、スペクトルの形状は（励起光が強くなるかもしれないけれど）、大きく変らないだろうと思う。

ezSpectra 815Vに拡散板をつけてみる

ezSpectra 815Vでハロゲンの光を直接測定すると、スペクトルが凸凹になる。

前のエントリーで示したように、凸凹の位置は入射角度に依存しており、NA0.22の光をきちんと入れれば、この凸凹はなくなることが期待される。

ただ、NA0.22の光学系を組むのは結構面倒だ。通常の分光器では、レンズによる色収差を嫌うので、光学系は鏡で組んである。反射光学系でNA0.22をくみ上げるのは容易ではない。まあ、実用上は、それなりの性能のカメラレンズを持ってくれば、大丈夫と思うのだけれども、それでもレンズと815Vの位置はきちんと合わせなければならない。815Vをふらふらと持出して分光遊びをするのには、あまり妥当ではない組合わせだ。

楢ノ木技研さんのWebには拡散板で凸凹が改善するという記述がある。そして、分光器のスペクトル範囲を考えて、石英ガラスの拡散板が紹介されているのだけれども、光学屋さんに石英拡散板を発注するのは敷居が高い。というわけで、短波長側の吸収は考えずに、プラスチック拡散板をつけてみることにした。用いたのは、MWSさんで紹介された光栄堂さんのEB-04。蛍光が出るらしいんだけれども、まあ、タングステンランを光源としているなら、紫外は弱いから影響は少ないだろうと思う。

拡散板を入れると、スペクトルはだいぶなめらかになった。


まだ凸凹が、特に長波長側に残っている。楢ノ木技研さんで使っている光学系と同一にならない限りは微小な凸凹は残るはずで、完全に消滅させるのは困難だろうと思うけれど、まあ、この程度だったら、普通の測定で大きな過ちはしないで済むだろうと思う。

ezSpectra 815Vの迷光(III) 縦方向の角度依存

前回のエントリーは光が横方向に外れる向きに回転したけれども、今回は、回折格子の異なる場所を照射しながら外れていく方で回転している。
まず、0度、これは基本的には前回と同じ。


続いて5度。分光器をUSB端子を上に置いて入射側からみて向かって右側が奥に動くような方向の回転になっている。

前回の横方向への回転と違うのは、600nmあたりにあったくぼみの位置が短波長側にずれていることだ。逆方向に5度回したものでは、長波長側にずれている。


この窪みは回折格子分光器によく見られる話なのだけれども、普通の平面型の回折格子では、平行光線が入射した場合には、場所によらず同じ波長に対して構造が出るはずだ。窪みの位置が光の当り場所で変ってしまうのは、凹面型回折格子のためなんだろうと思う。この窪みみたいな構造は、入射光のNAが小さいと出現するので、NAを大きくすれば目立たなくなると楢ノ木技研さんのWebには書いてあるけれども、照射場所により場所が移るので平均されるという話のようだ。

10度回転すると、窪みの位置の動きは大きくなるけれども、全体のスペクトル形状はあんまり大きくは変化していない。


15度回転で、信号強度はさすがに弱くなり、そして方向によって随分と違う値となった。ここは、NA0.22より外側になているわけで、こちらの入射でも、15度までは拾わないようにした方が安全そうな気がする。0度と比較すると、短波長端が増加に転じているのは迷光だ。


20度になると信号レベルは小さくなる。



迷光は30度でほぼ出なくなるけれども、

37度付近で復活する。

ただし、横方向への変化とは異なり、長波長側に強い波長分布だ。反対側に回転した場合は、20度で赤領域に迷光が出て30度で消滅したあと、約37度で長波長側の方がレベルが高い迷光が出現する。

40度にすると迷光は消え、これ以上の角度にすると、どちらに回した場合も迷光は出なくなる。


NA0.22より外側の光による迷光については、本来の光学系以外の場所での散乱が原因なので、基本的に波長無依存だろうと思う。今回はハロゲンを使ったけれど、レーザー光を使って行っても同じ傾向を示すと思う。なお、二つ前のエントリーで示したように、分光器の測定範囲外の波長の光でも、検出器に感度があるなら迷光となる。シリコンを使っていることを考えると、1ミクロン程度までは感度が伸びていても驚かない。

ezSpectra 815Vの迷光(II) 横方向の角度依存

前のエントリーでLEDは大体40度の入射角に設定してあると記したけれど、この角度には意味がある。
分光器の指定NAより外側の光を入れたら、どの程度迷光がでるのかと迷光の角度依存性を確かめてみたら、40度弱のところが妙に迷光レベルが高いのだ。

使った光源は顕微鏡用のハロゲンランプ。分光器との距離は60cmとしたので、ハロゲンのフィラメントサイズを5mmとするとNA0.004程度の光束となっている。

分光器の積算時間は120msで一定として、分光器を横倒しにして回転している。回折格子は分光ユニットの長辺方向に伸びているので、この回転だと回折格子の横方向に光が外れていくことになる。

まず垂直入射。全体に波打っていて、特に600nmあたりに目立ったへこみがある。

続いて入射角度10度。上側（USB端子の反対側）から光があたる状態になっている。信号強度は大幅には小さくならない。また、スペクトルの形状も大きくは変っていない。600nmのへこみは少し短波長側に移っているけど、そんなにはでに形状は変っていない。角度を反対側に10度傾けても、ほぼ同じ傾向が得られる。



入射角を15度にすると、分光器の入射NAの外側の光になっているはずだけれども、そこそこの信号が出ている。

反対側に15度傾けても、同じ程度の信号が出ているので、これは、0点調整が悪いためではなく、回折格子にあたった光が検出器に到達していると判断出来る。試みに、0度の入射光で10度と15度を規格化してみると、両者で様子が少し違う。

元の振動構造による凸凹は割切れていないのだけれども、10度は割とフラットなにの対して、15度は長波長側が信号が弱くなっている。これは、長波長光の回折角が大きく、回折格子から検出器までの光路が長いので、検出器に届くまでの横のずれ量が大きくなって検出器に到達する光量が減っているためと解釈できる。

おそらくはNA0.22までは、入射光はすべての波長で検出器に届くのだけれど、それを越えると、長波長側から光が検出器に届かなくなっていくのだろうと思う。ということは、横方向でNA0.22以上の入射があると、本来のスペクトルより短波長側が強く測定されてしまうということになる。定量評価はしていないけれども、前のエントリーに出したフードのようなもので、NA0.22以上の光は入らないようにするのは、迷光レベルを押える以上の意味がありそうだ。


入射角度を20度にすると、信号はほぼ出なくなる。


30度で、少し短波長側が目立つかなという気分になる。

そして、38度でかなり目立つ迷光が出る。入射角が0度で短波長端の信号強度は0.05程度なのに、38度では0.1と2倍にもなっている。全方向から光が入るような測定条件では、短波長側の結果はぼろぼろだと思った方がよさそうだ。


この迷光、分光されていない光が検出器に到達しているので、個々の検出器が実際に感じている強度分布を見積るには、分光感度で補正をかけてやる必要がある。補正すると400nmあたりがピークで、長波長側には実質単調減少のカーブとなる。短波長側の受光素子がスリットに近い側であることを考えると、400nmより短波長の落ち込みの原因は分からないけれども、長波長側の実質単調減少の挙動は納得いく結果だ。



この迷光は40度で減少する。。

そして、50度ではほぼ消滅する。

これ以上の角度での入射では問題になるような迷光はない。


反対側に回転しても、同様に、垂直から38度付近で目立つ迷光が生じている。この点は対称性はよい。