Spectrometer System Sensitivity
オーシャンインサイト分光器の感度 -- 特に波長の関数としての感度 -- についてよくお問い合わせいただきますが、問題は一般的に、生データスペクトル -- あるいはSpectraSuite分光器オペレーティングソフトウェアで表示される"スコープ"モード -- の振幅を意味のあるエネルギースペクトルに変換する事を望むユーザ環境で起こります。
その回答をご理解いただくために、振幅に影響をおよぼす様々な現象の補正要因を適用する事が実用的でない事を知って下さい。オーシャンインサイトはより有効な選択肢：スペクトルをエネルギー条件に正規化するためにご使用いただけるNISTトレーサブルの放射スタンダード(LS-1-CAL)をご提供いたします。オーシャンインサイトのSpectraSuiteオペレーティングソフトウェアでは、この正規化データを"I"(Irradiance：放射照度)モードで相対エネルギー(スケールが0から1)として、あるいは絶対条件(μW/cm2/nmまたはルーメン、単位面積あたりのルクスで算出)で処理されます。
透過率か反射率を調査する実験では、データは空気の透過光、あるいは拡散白色スタンダードからの反射光のような物理的な基準スペクトルに対して正規化されます。
これらは分光器システムの振幅に影響をおよぼす要因の一部です:
- CCDディテクタの感度. 変更されていないシリコンディテクタの代表的な感度曲線は、素性の一部しか提供していませんが供給元からご覧いただけます(オーシャンインサイトの分光器で使われている各ディテクタの完全なメーカー仕様書についてはこちらをご覧下さい)。オーシャンインサイトではその構造においてSiO2レイヤーによって形成される光学キャビティをなくすために、CCDへコーティングを施しています。これは、波長によって変化する振幅において大きな発振を除去します。紫外感度用には蛍光体コーティングを施しています。製造者のディテクタ仕様書のデータは、せいぜいシステムのディテクタからの概算予測感度でしかありません。
- ファイバの減衰. 可視域での減衰はかなり平坦ですが、紫外領域では劇的に上がります。近赤外では、これらスペクトル減衰曲線で示すとおりファイバ減衰に影響をおよぼす水分吸収帯域が750nmと900nmに存在します。
- グレーティング効率. 機械切りおよびホログラフィックエッヂングのグレーティングの全ては、グレーティングのブレーズ波長と他の要素によって特定の波長範囲で1次光スペクトルを最大限に利用しています。オーシャンインサイトは14種類のグレーティングをご提供します; それぞれはその効率をはっきり示す特性を持っています。グレーティング効率を比較するためにこれらグレーティングチャートをご使用下さい。
- 集光用光学レンズ. サンプリング光学レンズはそれら自身のスペクトルシグニチャを持ち得ます。良い例としては、オーシャンインサイトのキュベットホルダアセンブリに使われているコリメーティングレンズです。これらは焦点によって変化する色収差を持つ単純なレンズです。紫外キュベットホルダの透過曲線でこれら色彩影響の大きさをご覧いただけます。
- 光源とサンプル. 光源とサンプルもまたそれら独自のスペクトルレスポンスを持っています。光自体がサンプルの場合、このスペクトルレスポンスはあなたが測定しようとするものです。透過や反射の実験でのようにもしサンプルを測定するために光を使用するなら、光源のサンプルは考慮されなければなりません。そのようなスペクトルの一例はオーシャンインサイトのLS-1タングステンハロゲン光源の解説でご利用いただけます。
- その他の要因. CCDアレイの設計と電子回路のいくつかの特性もまた感度に影響をおよぼす事があります。例えばディテクタの電圧信号は、暗電流信号から構成されているオフセットと、"ダーク"と呼ばれるアンプのゼロ設定値を含んでいます。この値はピクセルごとに異なるので、各CCD素子で差し引かれなければなりません。また、ピクセル間でいくらかの感度差が存在するので、データ正規化が同様にピクセルごとに行わなければなりません(この正規化は、いわゆる"固定パターンノイズ"を取り除きます)。
これら全ての要因を考慮した唯一の実用的な方法は、校正実験を行い、サンプルスペクトルを適切なリファレンススペクトルと比較する事によってデータを"正規化する"事です:
1. %透過率(i)または%反射率(i) = [S(i)-D(i)]/[R(i)-D(i)] ×100; ここでS(i)はピクセルi(0から2047までのCCDピクセル数)でのサンプル強度、D(i)はピクセルiでのダーク強度、およびR(i)はピクセルiでのリファレンス強度を意味します。
2. 吸光度(i) = -log[T(i)]; あるいは
3. エネルギー(i) = B(i)[T(i)]; ここでB(i)はピクセルiでの放射スタンダードのスペクトルを意味します。
