JP2000283841A - 光スペクトル分析装置における波長校正方法およびその装置 - Google Patents
光スペクトル分析装置における波長校正方法およびその装置Info
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Abstract
に校正誤差の低減を図った波長校正方法及び波長校正装
置を提供する。 【解決手段】 発光ダイオードから出射された所定の波
長帯域を持つ光は、ガス吸収セルに入射する。この、ガ
ス吸収セルには、複数の吸収スペクトルを持つ気体が封
入されている。ガス吸収セルに入射した光はこの気体に
よって、複数の波長を吸収される。この時、吸収される
波長は既知のものであり、この値は光スペクトル分析部
58内の記憶部に予め設定されている。ガス吸収セルを
透過した光は、光スペクトル分析部58へ入射し、演算
処理され、光スペクトルが得られる。光スペクトル分析
部58内のCPUは、この光スペクトルのうち吸収量が
多い複数の波長を基準とし、予め設定されている波長と
比較し、波長誤差を算出する。そして、その波長誤差を
平均した値に基づいて校正値を決定し、光スペクトル分
析装置の波長校正を行う。
Description
装置に係り、特に校正誤差の低減を図った光スペクトル
分析装置における波長校正方法および波長校正装置に関
するものである。
方法においては、まず、所定の波長帯域を持つ光が光源
から出射されると、この光はレンズにより平行光に変換
される。平行光に変換された光は、気体が封入されてい
るガス吸収セルに入射する。このガス吸収セルには、あ
る特定の波長成分のみを吸収する特性を持つ気体が封入
されている。そして、この気体によって、入射した光の
特定の波長成分が吸収される。この時吸収される波長は
既知のものであり、記憶部に基準波長として一波長のみ
予め設定されている。
ンズにより集光された後、光スペクトルを分析する光ス
ペクトル分析部に入射し、光のスペクトルが得られる。
そして、光スペクトル分析部で得られた光スペクトルの
情報は、校正を実行するCPU部に出力される。CPU
部では、この光スペクトルのうち最も吸収量の多い波長
を検出する。すなわち、前述したガス吸収セルにおいて
吸収された波長成分の内の一波長のみ検出される。そし
て、検出された一波長と、予め記憶部に基準波長として
設定されている既知の波長とを比較し、波長誤差を算出
する。そして、CPU部は、その波長誤差に基づいて校
正値を決定し、その校正値に基づいて、光スペクトル分
析装置の校正が行われる。
の測定結果は、装置の持つ特性からある範囲の変動が避
けられず、図4に示すような波長直線性(測定誤差の最
大−最小)を示す。この図に示すように、光スペクトル
分析装置の波長直線性は最大で0.04nmである。
今、仮に最も波長誤差の小さいλAを基準波長として校
正が行われるとすると、図4における波長誤差Dが補正
され、校正後の各波長における測定誤差は図5のように
なり、最大で0.04nmの測定誤差が生じる。
を行う従来の校正方法では、校正の基準となる波長によ
っては、最大0.04nmの波長誤差が生じてしまうと
いう欠点があった。本発明は、このような事情に鑑みて
なされたもので、光スペクトル分析装置の測定誤差をさ
らに低減することができる波長校正方法及び校正装置を
提供することを目的とする。
に、請求項1に記載の発明は、所定波長帯域の光を出射
する光源から出射された光を、ガス吸収セルを通過させ
て特定波長の光を吸収させ、その吸収後の光のスペクト
ルの測定結果に基づいて波長校正を行う光スペクトル分
析装置における波長校正方法において、前記測定結果で
得られた光スペクトルのうち吸収量の多い複数の波長の
測定結果と予め設定されている基準値との誤差を検出
し、検出した誤差の平均値を算出し、該平均値に基づい
て波長校正を行うことを特徴とする。
帯域の光を出射する光源と、前記基準光源から出射され
た光のうち特定波長の光を吸収するガス吸収セルと、前
記ガス吸収セルを通過した光のスペクトルのうち吸収量
の多い複数の波長の測定結果と予め設定されている基準
値との波長誤差を検出する波長誤差検出手段と、前記波
長誤差検出手段によって検出された波長誤差の平均値を
算出する演算手段とを具備し、前記演算手段によって算
出された平均値に基づいて波長校正を行うことを特徴と
する。
記載の光スペクトル分析装置における波長校正装置にお
いて、前記光源は、所定の波長帯域を持つ光を出射する
発光ダイオードであることを特徴とする。また、請求項
4に記載の発明は、請求項2または請求項3に記載の光
スペクトル分析装置における波長校正装置において、前
記ガス吸収セルは複数の吸収スペクトルを有する気体が
封入されていることを特徴とする。
実施形態について詳細に説明する。図1は、光スペクト
ル分析装置の概略構成を示すブロック図である。図1に
おいて、50は被測定光を入射させる光入射端である。
52は光ファイバであり、光入射端50と、光スイッチ
54の間に接続されている。光スイッチ54は、2つの
光入射端と1つの光出射端とを有し、制御部60で制御
され、何れか一方の光入射端と光出射端とを光学的に接
続し、何れか一方の入射端から入射する光を光出射端か
ら出射させる。光スイッチ54の光出射端には光ファイ
バ56の一端が接続されている。また、光ファイバ56
の他端には光スペクトル分析部58の光入射端が接続さ
れている。
すブロック図である。図2において12は入射スリッ
ト、14は凹面鏡、16は回折格子である。入射スリッ
ト12は、入射した光の波長帯域を制限する。凹面鏡1
4は、入射スリット12の通過光を、平行光に変換す
る。回折格子16は、表面に多数の溝が構成されてお
り、凹面鏡14で変換された平行光を波長毎に空間的に
分離する。
向に回動可能なステージ17上に配されており、ステー
ジ17の回動に合わせて符号D1が付された方向に回動
する。18は凹面鏡であり、回折格子16によって波長
毎に空間的に分離された光のうち、凹面鏡18に入射し
た光のみを出射スリット20のスリット位置に結像させ
るものである。出射スリット20は、凹面鏡18によっ
てスリット位置に結像された光の波長帯域を制限するた
めのものである。
格子16、凹面鏡18、および出射スリット20はツェ
ルニ・ターナ形分散分光器と呼ばれる分光器をなす。2
2はフォトダイオード等の光検出器であり、出射スリッ
ト20から出射される光の強度を電気信号に変換するた
めのものである。24は光検出器22から出力される電
気信号を増幅する増幅器である。26は増幅器24で増
幅された値をディジタル信号に変換するアナログ/ディ
ジタル変換器(以下、A/Dコンバータと称する)であ
る。
ステージ17を回動させるモータであり、29はモータ
28の回動軸である。そして、モータ28の回動軸29
が、符号D2が付された方向に回動することによって、
ステージ17および回折格子16を符号D1が付された
方向に回動させる。30はモータ駆動回路であり、後述
するCPU34から出力される制御信号に応じてモータ
28の回動軸29の回動動作を制御する。36は、例え
ばCRT(陰極線管)、液晶等の表示装置である。40
はタイマであり、日付時間機能を果たすものである。
タ26、モータ駆動回路30、表示装置36、タイマ4
0、後述の制御部60がバスBにより接続されている。
そして、CPU34は、モータ駆動回路30を制御する
制御信号を出力するとともに、A/Dコンバータ26か
ら出力されるディジタル信号を演算処理し、例えばスペ
クトラム分布を表示装置36に表示させる。また、CP
U34は、タイマ40から出力される日付時間信号に基
づいて、光スペクトル分析部の電源が投入されてから所
定の時間後、または操作者の所望の時間間隔(例えば1
時間間隔、1日間隔)で光スペクトル分析装置の校正を
行うためのプログラムを実行する。
分析部58から出力される制御信号に基づいて、光スイ
ッチ54の光入射端を切り換える制御を行う。また、制
御部60は上記制御信号に基づいて基準光源62の動作
を制御する動作信号を出力する。
を有する。図3において100は、発光ダイオードであ
る。102は発光ダイオード100から出射された光を
平行光に変換するレンズである。104は、例えばアセ
チレンガスが封入されたガス吸収セルであり、この気体
固有の波長の光を吸収する。このガス吸収セル104は
周囲の環境、例えば温度変化等にかかわらず、極めて安
定している。つまり、周囲の温度が変化しても吸収する
波長の中心はほぼ一定である。106は、ガス吸収セル
104を透過した光を集束するレンズである。このレン
ズ106の焦点は光ファイバ108の一端の位置となる
ように設定されている。光ファイバ108は、光スイッ
チ54の他方の光入射端に接続されている。
の校正方法について説明する。以下の説明においては、
光スペクトル分析部58の電源が投入されてから所定の
時間内に校正を実行する場合について説明する。
入されると、光スペクトル分析部58に設けられたCP
U34は、タイマ40から出力される日付時間信号に基
づいて所定時間経過後、校正プログラムを実行する。校
正プログラムが実行されると、CPU34はまず制御部
60に対して制御信号を出力する。この制御信号が出力
されると、制御部60は基準光源62に対して動作信号
を出力する。この動作信号が入力されると、基準光源6
2内に設けられた発光ダイオード100が発光する。
り、所定の波長帯域を持つ光が出射される。この出射さ
れた光はレンズ102によって平行光に変換されガス吸
収セル104に入射する。ガス吸収セル104に入射し
た所定の波長帯域を持つ光は、ガス吸収セル104内に
封入されたガス(例えば、アセチレンガス)によって、
図6に示したように、複数の波長(λ1、λ2等)にお
いて吸収される。また、この吸収される複数の波長は基
準波長として予め光スペクトル分析部58内の記憶部
(図示略)に設定されている。
は、レンズ106によって集光され、基準光源62の出
射端から光ファイバ108内へ入射する。光ファイバ1
08へ入射した光は光ファイバ108内を伝搬し、光ス
イッチ54へ入射する。この時、制御部60は光スイッ
チ54へ制御信号を出力し、光ファイバ108が接続さ
れた光入射端と光出射端とを光学的に接続する。
された光は光スペクトル分析部58の入射スリット12
へ入射する。入射スリット12を通過した光は凹面鏡1
4によって平行光に変換され、回折格子16に入射す
る。回折格子16は、表面に形成された多数の溝に平行
な軸を中心として、モータ28により一方向に回転駆動
され、平行光に対する角度が順次変化する。これによ
り、平行光と回折格子16とのなす角度等によって決定
される波長の光のみが順次凹面鏡18へ出射される。凹
面鏡18は入射された波長の光を出射スリット20のス
リット位置へ結像させる。そして、出射スリット20の
スリット幅の範囲内となる波長成分だけが出射スリット
20を通過する。
光を受光し、通過光の光強度に比例した電気信号に変換
する。増幅器24は光検出器22の出力をA/Dコンバ
ータ26の入力に適した電圧まで増幅する。A/Dコン
バータ26は増幅器24の出力をディジタル信号に変換
する。A/Dコンバータ26から出力されたディジタル
信号は、CPU34に入力され、CPU34において演
算処理されることにより光スペクトルを得ることができ
る。
収量の多い波長(図6におけるλ1、λ2等)を測定す
る。そして、この測定結果と予め記憶部に設定されてい
る複数の基準波長とを比較する。図7に、その比較結果
として得られた波長誤差の一例(△λ1〜△λ6)を示
す。CPU34は、これらの波長誤差の平均値△λav
eを式(1)により求める。 △λave=(△λ1+△λ2+…+△λn)/n (1)
値を、回折格子16の設定角度をずらすためのパルス数
に換算する。この換算は、光スペクトル分析部58で測
定した吸収量の多い波長を予め記憶部に設定されている
基準波長に一致させるためのものである。そして、CP
U34は、換算したパルス数に対応する制御信号をモー
タ駆動回路30に出力する。モータ駆動回路30はCP
U34から出力された制御信号に基づき、モータ28を
駆動し、回折格子16の設定角度を変化させる。
は制御部60に対して制御信号を出力し、制御部60は
光スイッチ54の光ファイバ52が接続された光入射端
と光出射端とが接続されるように切り換える制御を行
う。また、基準光源62に対し動作終了信号を出力し、
基準光源62の動作を停止させる。
ある特定の複数の波長成分を吸収された光を、光スペク
トル分析部58で分析し、その光スペクトルのうち吸収
量の多い複数の波長を基準に光スペクトル分析装置の校
正を行うようにしたので、従来は最大0.04nmであ
った光スペクトル分析装置の波長誤差を最大約0.02
nmまで改善することが可能となり、その結果より正確
に測定が行えるという効果が得られる。
適用した光スペクトル分析装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。
ル分析部58の構成を示すブロック図である。
2の構成を示すブロック図である。
図である。
トル分析部の測定誤差を示す図である。
を示す図である。
58の波長誤差を示す図である。
校正を行った後の光スペクトル分析部58の測定誤差を
示す図である。
17…ステージ、18…凹面鏡、20…出射スリット、
22…光検出器、24…増幅器、26…A/Dコンバー
タ、28…モータ、29…回動軸、30…モータ駆動回
路、34…CPU、36…表示装置、40…タイマ、5
0…光入射端、52…光ファイバ、54…光スイッチ、
56…光ファイバ、58…光スペクトル分析部、60…
制御部、62…基準光源、100…発光ダイオード、1
02…レンズ、104…ガス吸収セル、106…レン
ズ、108…光ファイバ
Claims (4)
- 【請求項1】 所定波長帯域の光を出射する光源から出
射された光を、ガス吸収セルを通過させて特定波長の光
を吸収させ、その吸収後の光のスペクトルの測定結果に
基づいて波長校正を行う光スペクトル分析装置における
波長校正方法において、 前記測定結果で得られた光スペクトルのうち吸収量の多
い複数の波長の測定結果と予め設定されている基準値と
の誤差を検出し、 検出した誤差の平均値を算出し、 該平均値に基づいて波長校正を行うことを特徴とする光
スペクトル分析装置における波長校正方法。 - 【請求項2】 所定波長帯域の光を出射する光源と、 前記基準光源から出射された光のうち特定波長の光を吸
収するガス吸収セルと、 前記ガス吸収セルを通過した光のスペクトルのうち吸収
量の多い複数の波長の測定結果と予め設定されている基
準値との波長誤差を検出する波長誤差検出手段と、 前記波長誤差検出手段によって検出された波長誤差の平
均値を算出する演算手段と、 を具備し、前記演算手段によって算出された平均値に基
づいて波長校正を行うことを特徴とする光スペクトル分
析装置における波長校正装置。 - 【請求項3】 前記光源は、所定の波長帯域を持つ光を
出射する発光ダイオードである請求項2記載の光スペク
トル分析装置における波長校正装置。 - 【請求項4】 前記ガス吸収セルは複数の吸収スペクト
ルを有する気体が封入されていることを特徴とする請求
項2または請求項3に記載の光スペクトル分析装置にお
ける波長校正装置。
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