一般使用

2.1. 一般使用#

この節では、TII Spectrometryを使用して単一のスペクトルを取得する方法について説明します。

../_images/record_gui.png

図 2.1 TII Spectrometryのユーザーインターフェイス。#

TII Spectrometryのメインウィンドウは、3つのセクションに分かれています。

  1. 上部バー（図 2.1の赤枠）は、スペクトル取得と表示を設定します。

  2. サイドバー（図 2.1の緑枠）には、保存されたスペクトルが含まれており、バックグラウンドスペクトルとリファレンススペクトルの選択が可能です。

  3. スペクトルビュー（図 2.1の青枠）には、1つ以上のスペクトルが表示されます。

2.1.1. 接続#

分光器に接続するには、以下のいずれかの方法を使用します。

  • ファイル ‣ 接続 ‣ 接続を選択します。これにより、最初に検出された分光器に接続されます。

  • ファイル ‣ 接続 ‣ デバイスマネージャーを選択して、デバイスマネージャーを開き、リストから目的の分光器を選択します。詳細は、複数の分光器の使用の節を参照してください。

  • ファイル ‣ 接続 ‣ 設定を読み込むを使用して、デバイス設定ファイルを開きます。これにより、設定ファイル内の分光器がコンピューターに接続されている場合に、それらに接続されます。

接続が成功すると、接続された分光器がTII Spectrometryウィンドウのタイトルバーに表示され、シングルボタンと取得ボタンがアクティブになります（図 2.1）。

2.1.2. デバイス設定#

TII Spectrometryウィンドウの上部バー（図 2.1の赤枠）では、最も関連性の高い実験パラメーターを設定できます。

2.1.2.1. スペクトル取得#

シングル

現在の設定を使用して単一のスペクトルを取得します。

取得

分光器を起動し、スペクトルを連続的に取得します。停止ボタンをクリックすると、連続取得が停止します。

平均回数

平均するスペクトルの数を選択します。これを使用してS/N比を向上させます。

露光時間

検出器の露光時間をミリ秒で指定します。

参考

平均化と露光時間は、接続されている分光器ごとに個別に設定できます。詳細については、複数の分光器の使用の節を参照してください。

2.1.2.2. 表示#

このセクションでは、スペクトルビュー（図 2.1の青枠）でスペクトルがどのように表示されるかを変更できます。

X

スペクトル領域を選択します。

  • nmでの波長

  • 1/cmでの波数

Y

垂直軸に表示するパラメーターを選択します。

注釈

吸光度および透過率モードには、リファレンススペクトルが必要です。

フィルター

ノイズを低減するためのスペクトル後処理を有効にします（図 2.2）。利用可能なフィルターは以下の通りです。

  • なし: フィルタリングを行わず、スペクトルはそのまま残されます。

  • 移動平均: 移動平均フィルターです。

  • 二項: 二項（ガウス）フィルターです。

次数

移動平均または二項フィルターのウィンドウサイズを選択します（図 2.2）。

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図 2.2 フィルターと次数の効果。#

2.1.2.3. デバイス設定ファイル#

デバイス設定（複数の分光器を含む）は、ファイル ‣ 設定を保存を使用してディスクに保存できます。設定ファイルには以下が含まれます。

設定ファイルを読み込むには、ファイル ‣ 接続 ‣ 設定を読み込むを使用します。設定ファイルの例は以下に表示されています。

{
    "spectrometers": [
        {
            "n_average": 1,
            "spectral_domain": 1,
            "intensity_calibration": [

            ],
            "use_intensity_calibration": false,
            "intensity_calibration_unit": "W",
            "identifier": "Aris S/N 118",
            "use_nlir": false,
            "use_nlir_crop": true,
            "exposure_time": 1.0,
            "gain": 0,
            "external_trigger": false,
            "manufacturer": "Avenir"
        }
    ]
}

注釈

バックグラウンドスペクトルおよびリファレンススペクトルはデバイス設定には保存されませんが、保存ダイアログを使用して.hdf5形式でディスクから保存および読み込みを行うことができます。

2.1.3. スペクトルの記録#

単一のスペクトルを記録するには、上部バーの単一をクリックします。連続的にスペクトルを取得するには、取得をクリックし、スペクトル取得を停止するには停止をクリックします。

警告

連続取得中、スペクトルは保存されません。一定の時間間隔で連続的にスペクトルを取得するには、タイムラプス取得を使用してください。

2.1.4. スペクトルの保存#

現在表示されているスペクトルを保存するには、サイドバーの下部にある+ボタンをクリックします。これにより、スペクトルがサイドバーに追加されます。サイドバーでは、以下のことができます。

  • 複数のスペクトル（Ctrl+クリックまたはShift+クリックを使用）を選択して、比較のためにスペクトルビューに表示します。

  • スペクトルの名前をダブルクリックして、スペクトルの名前を変更します。

  • 色をダブルクリックして、スペクトルの色を変更します。

  • 以下の方法でスペクトルを削除します。

    • Deleteキーを押します。

    • 選択したスペクトルを右クリックし、コンテキストメニューから削除を選択します。

  • ドラッグ＆ドロップを使用してスペクトルの順序を変更します。

  • コピーまたはControl-Cを使用して、選択したスペクトルのデータを.csv形式でシステムクリップボードにコピーします。

  • コンテキストメニューから複製を選択して、スペクトルを複製します。

  • コンテキストメニューから再処理を選択して、スペクトルを再処理します。

注釈

保存されたスペクトルは変更できません。スペクトルを変更する（例：フィルタリングの使用、バックグラウンド除去、またはスペクトル領域の変更）には、コンテキストメニューから再処理を選択します。コピーに対して再処理を実行する（元のスペクトルを変更しない）には、複製を選択してから再処理を選択します。

選択したスペクトルを保存するには、コンテキストメニューから保存を選択します。詳細については、ファイルの入出力の節を参照してください。すべてのスペクトルを選択するには、Control-Aを使用します。

ヒント

3つ以上のスペクトルが選択されている場合、色付けオプションが利用可能になります。これにより、選択したスペクトルを区別するためにカラースケールを適用でき、異なる条件下で取得されたスペクトルのスペクトル差を強調表示するのに役立ちます（図 2.3）。

../_images/record_gui_colorize.png

図 2.3 トレースの色付け#

2.1.4.1. バックグラウンドスペクトルとリファレンススペクトル#

  • 保存されたスペクトルをバックグラウンドスペクトルとして選択するには、スペクトルサイドバーのBG列にチェックを入れます。バックグラウンドスペクトルの強度値は、その後に記録されるすべてのスペクトルから差し引かれます。

  • 保存されたスペクトルをリファレンススペクトルとして選択するには、スペクトルサイドバーのRef.列にチェックを入れます。これにより、吸光度と透過率の計算が可能になります。

Tip

意味のあるバックグラウンドスペクトルおよびリファレンススペクトルは、実際のスペクトル記録と同様の実験条件下（例：同じ露光時間と照明）で取得する必要があります。その後の計算のために、バックグラウンドスペクトルまたはリファレンススペクトルのS/N比を向上させるには、以下の方法があります。

2.1.5. スペクトル表示#

スペクトルビュー（図 2.1の青枠）には、選択された1つ以上のスペクトルが表示されます。表示は以下の方法で調整できます。

  • スクロールホイールを使用してズームします。

  • 右マウスボタンを押したままドラッグしてズームします。

  • 左マウスボタンを押したままドラッグしてパン（移動）します。

表示をリセットする（すべてのトレースを自動スケーリングする）には、左下隅にあるAボタンをクリックします。

さらに、コンテキストメニュー（右クリック）には、以下のオプションがあります。

  • すべて表示: ビューを自動スケーリングします。

  • X軸およびY軸は、表示可能なXおよびY範囲を調整し、一方の軸のみを自動スケーリングできます。

  • カーソル: カーソルまたは関心領域セ

    • カーソル（カーソル ‣ カーソル）は、マウスでドラッグできる垂直バーです。カーソルの位置（x値）と選択された位置でのスペクトル強度（y値）は、TII Spectrometryウィンドウの下部に表示されます（図 2.4）。

    • 関心領域（ROI）セレクター（カーソル ‣ 領域）は、マウスでドラッグおよびサイズ変更できる領域をマークします。選択された領域のさまざまなパラメーターは、TII Spectrometryウィンドウの下部に表示されます（図 2.4）。パラメーターがどのように計算されるかの詳細については、節 3.1を参照してください。

    カーソル カーソル
    ROI ROI

    図 2.4 Spectrum View - Cursor Display#

  • ピーク表示は、スペクトルビューでのピーク位置の表示を切り替えます（図 2.5）。

    ../_images/record_gui_peaks.png

    図 2.5 ピーク表示#

  • 取得パラメーターは、取得されたスペクトルのメタデータを含む取得パラメーターウィンドウ（図 2.6）を表示します。

    ../_images/record_acquisition_parameters.png

    図 2.6 取得パラメーターウィンドウ。#

  • エクスポートは、エクスポートダイアログウィンドウ（図 2.7）を表示します。このウィンドウでは、次のことが可能です。

    • プロットを画像としてエクスポートすること

    • プロットの基礎となるデータを.csvまたは.hdf5としてエクスポートすること

    ディスクまたはシステムクリップボードにエクスポートすること。

    ../_images/recording_export_dialogue.png

    図 2.7 エクスポートダイアログウィンドウ#

    ヒント

    スペクトルビューのグラフは、標準的なシステムコマンド（例：WindowsでのControl-C）を使用してシステムクリップボードにコピーすることもできます。

    重要

    エクスポートダイアログを使用してエクスポートされた.hdf5ファイルは、TII Spectrometryに再インポートできません。ラウンドトリップのために、スペクトルサイドバーにある保存コマンドを使用してください。

2.1.6. 強度校正#

強度校正とは、既知の強度分布（通常、特性が明確な色温度を持つ黒体放射体）を持つリファレンス光源のスペクトルを使用して、異なる波長での分光器および入力光学系の感度とスループットを補正するプロセスを指します。光源の放射輝度または放射照度が既知の場合、記録されたスペクトルを完全に定量化することができ、これは放射測定の多くのアプリケーションにとって不可欠です。分光器を校正するには、次の手順を実行します。

  1. リファレンス光源のスペクトルを記録します（適切な取得設定を使用し、必要に応じてバックグラウンド除去を行います）。

    重要

    校正曲線は、リファレンス光源の強度とリファレンススペクトルを使用して除算によって計算されるため、校正スペクトルの高いS/N比が推奨されます。

  2. 分光器 ‣ 強度校正 ‣ 校正を選択して、校正ウィンドウ（図 2.8）を表示します。

    ../_images/record_calibration_window.png

    図 2.8 校正ウィンドウ#

  3. リファレンス光源のスペクトルは、左端のグラフに表示されます。リファレンス強度データを読み込むには、読み込みボタンをクリックしてリファレンスデータを選択します。

    重要

    • リファレンスデータは、ヘッダーのない2列の.csv形式（リスト 2.1）であることが想定されています。

      リスト 2.1 校正データのサンプル#
      193.00  0.0000E+000
193.50  0.0000E+000
194.00  0.0000E+000

      ここで、

      • 最初の列には、ナノメートルでの波長または1/cmでの波数が含まれます。

      • 2番目の列には、光源のリファレンス値（例：Wでのスペクトルパワー）が含まれます。

    • リファレンスデータのスペクトル範囲は、記録されたリファレンススペクトルのスペクトル範囲と一致する（または超える）必要があります。これは、スペクトル領域（波長または波数）も一致する必要があることを意味します。

    • リファレンスデータは、記録されたスペクトルのサンプリングされた波長に一致するように補間されます。

  4. リファレンス強度データは中央のグラフに表示されます。

  5. リファレンス強度の単位を選択します。

  6. 校正曲線（感度曲線）は、右端のグラフに表示されます。

  7. 保存をクリックして校正を適用します。

注釈

感度曲線は露光時間によって正規化されます。これにより、その後のスペクトル取得中に露光時間を変更して、望ましいS/N比を達成したり、検出器の飽和を回避したりすることができます。

強度校正を使用するには、分光器 ‣ 強度校正 ‣ 適用にチェックを入れます。強度校正は、その後に記録されるスペクトルに適用されます。

ヒント

校正データはデバイス設定ファイルに保存できるため、この手順は光学系の設定が変更された場合にのみ再実行する必要があります。

参考

追加のヒントと情報については、アプリケーションの例太陽スペクトルを参照してください。

2.1.7. ファイルの入出力#

スペクトルデータは、TII Spectrometryからさまざまな方法でエクスポートできます。

  • スペクトルサイドバーで1つ以上のスペクトルを選択し、コンテキストメニューからコピーを選択（またはショートカットControl-Cを使用）すると、スペクトルデータが.csv形式でシステムクリップボードにコピーされます。これにより、サードパーティのグラフ作成ソフトウェアや分析ソフトウェアに直接貼り付けることができます。

  • スペクトルサイドバーで1つ以上のスペクトルを選択し、コンテキストメニューから保存を選択（またはショートカットControl-Sを使用）すると、ファイルダイアログが表示され、スペクトルデータをディスクに保存できます。利用可能な形式は、.csvと.hdf5です。

    • .csvファイルは広くサポートされており、実質的にすべてのサードパーティソフトウェアでインポートできます。

    • .hdf5ファイルは、TII Spectrometryのネイティブファイル形式であり、後の分析のために再インポートできます。これらのファイルは、MATLAB、Igor Pro、Origin Proなど、幅広いアプリケーションを使用して読み取ることができます。Pythonのサポートは、h5pyパッケージを介して利用できます。波長データと強度データに加えて、この形式には以下も含まれます。

      • 生の強度値（バックグラウンド除去前など）

      • タイムスタンプ

      • 追加のメタデータ

      Tip

      .hdf5 ファイルを調べる便利な方法は、https://myhdf5.hdfgroup.org/ ウェブサイトを使用することです。

  • スペクトルビューのエクスポートダイアログを使用します。

注釈

推奨される出力形式は、スペクトルサイドバーからエクスポートされた.hdf5であり、ほとんどの情報が保持されます。

TII Spectrometryに.hdf5データを再インポートするには、

  • ファイル ‣ データを読み込むを使用し、ファイルダイアログから.hdf5ファイルを選択します。

  • 1つ以上の.hdf5ファイルをスペクトルサイドバーにドラッグアンドドロップします。

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