JP2017150856A - 測定装置、センサ装置、および携帯端末 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ低コストの光吸収および光放出を測定する測定装置。【解決手段】入射光における対象波長の光成分を測定する測定装置であって、入射光から対象波長の光成分を抽出する光学系と、光学系により抽出された光成分を検出する光センサ部と、一方が筐体に対して固定され、他方が光センサ部または光学系に含まれる光学部品に取り付けられた磁石およびコイルと、コイルに駆動電流を流して光センサ部または光学部品を駆動して、対象波長を変更する駆動部と、光センサ部により検出された光成分を測定する測定部と、を備える測定装置、センサ装置、および携帯端末を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、測定装置、センサ装置、および携帯端末に関する。

従来、入射光の成分を検出する場合、分光器および干渉計等の光学装置を用いて分光し、対象波長の光成分を抽出して検出していた。また、このような光検出を簡易的に実行する場合、入射光に対象波長を透過させるバンドパスフィルタ等の光フィルタを挿入し、透過光の光成分を検出していた。

しかしながら、光フィルタを用いた検出は、複数の対象波長の光成分を検出することが困難であった。また、分光器および干渉計等の光学装置は、光学部品の移動により抽出する光成分の対象波長を変更するので、高い位置精度と、広い移動範囲とを有する駆動装置を用いて当該光学部品を移動させていた。しかしながら、このような駆動装置は、大型でコストがかかるので、小型の測定装置を低コストで提供することは困難であった。

本発明の第１の態様においては、入射光における対象波長の光成分を測定する測定装置であって、入射光から対象波長の光成分を抽出する光学系と、光学系により抽出された光成分を検出する光センサ部と、一方が筐体に対して固定され、他方が光センサ部または光学系に含まれる光学部品に取り付けられた磁石およびコイルと、コイルに駆動電流を流して光センサ部または光学部品を駆動して、対象波長を変更する駆動部と、光センサ部により検出された光成分を測定する測定部と、を備える測定装置、センサ装置、および携帯端末を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る検出装置１０の構成例を示す。 本実施形態に係る測定装置１００の第１構成例を示す。 本実施形態に係る測定装置１００の第２構成例を示す。 本実施形態に係る測定装置１００の第３構成例を示す。 本実施形態に係る測定装置１００の第４構成例を示す。 本実施形態に係る測定装置１００の第５構成例を示す。 本実施形態に係る携帯端末３００の構成例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る検出装置１０の構成例を示す。検出装置１０は、対象波長の光成分を検出する。検出装置１０は、光フィルタ１２と、光センサ部１４とを備える。光フィルタ１２は、対象波長の光成分を透過させる。光フィルタ１２は、一例として、バンドバスフィルタである。光センサ部１４は、光フィルタ１２を通過した光を検出する。光センサ部１４は、フォトダイオード等でよい。

このような検出装置１０は、入射光に含まれる対象波長の光成分を検出することができるので、例えば、当該入射光の経路に測定対象を挿入し、挿入前後の検出結果を比較することにより、測定対象の光吸収および光放出等を測定することができる。なお、測定対象は、気体、液体、および固体等でよい。また、検出装置１０を用いて光吸収および光放出等を測定することにより、当該測定対象を同定してもよい。

一例として、測定対象を気体とし、光フィルタ１２の透過波長を一の気体成分の吸収線と略一致させることにより、検出装置１０は、測定対象の光吸収の測定結果から、当該測定対象が一の気体成分を含むか否かを判定することができる。また、検出装置１０は、光吸収量から、一の気体成分の濃度を更に判定してもよい。

このように、検出装置１０は、単一の波長を透過させる光フィルタ１２の透過波長を光吸収線等の対象波長と略一致させることにより、測定対象に含まれる成分の濃度等を判定できる。したがって、検出装置１０は、例えば、小型で低コストのガスセンサ等を提供することができる。

しかしながら、光フィルタ１２の透過波長を変更することは困難であり、当該透過波長と異なる波長の吸収または放出を検出することは困難であった。したがって、検出装置１０は、例えば、複数の吸収線の吸収量を測定することができなかった。このような複数の対象波長の光吸収および光放出等を測定する場合、分光器および干渉計等の光学装置を用いて、入射光から抽出する光成分の対象波長を変更することで、吸収スペクトルおよび放出スペクトル等を測定していた。

このような分光器および干渉計等の光学装置は、モータ等の駆動装置を搭載し、光学部品を移動させて入射光の透過波長を可変させていた。したがって、駆動装置は、光学部品の位置精度を保ったまま、光スペクトルが得られる程度に光学部品を移動させることが望ましく、大型でコストのかかる装置となっていた。そこで、本実施形態に係る測定装置１００は、光学部品を広範囲に移動させ、小型、かつ高い位置精度で駆動する駆動部を設け、小型かつ低コストの測定装置を提供する。このような測定装置１００について、次に説明する。

図２は、本実施形態に係る測定装置１００の第１構成例を示す。測定装置１００は、入射光における対象波長の光成分を測定する。測定装置１００は、入射光における複数の対象波長の吸収および放出を測定してよい。なお、入射光は、平行光で測定装置１００に入射することが望ましい。測定装置１００は、光学系１１０と、光センサ部１２０と、磁石１３０と、コイル１４０と、磁気センサ１５０と、駆動部１６０と、測定部１７０と、を備える。

光学系１１０は、入射光から対象波長の光成分を抽出する。光学系１１０は、抽出する光成分の対象波長を可変とする。光学系１１０は、干渉計、分光器、または可変波長フィルタ等を有してよい。図２は、光学系１１０がマイケルソン干渉計を有する例を示す。光学系１１０は、ビームスプリッタ１１２と、第１ミラー１１４と、第２ミラー１１６と、を有する。

ビームスプリッタ１１２は、入射光の一部を透過させ、一部を反射する。ビームスプリッタ１１２は、ハーフミラーでよい。ビームスプリッタ１１２は、入射光の進行方向と略同一方向に入射光の一部を透過させ、入射光の進行方向に対して略垂直方向に入射光の一部を反射する。図２は、ビームスプリッタ１１２が−Ｘ方向に入射する入射光の一部を−Ｘ方向に透過させ、入射光の残りの一部を＋Ｙ方向に反射する例を示す。

第１ミラー１１４は、ビームスプリッタ１１２を透過した光を当該ビームスプリッタ１１２の方向に反射する。第２ミラー１１６は、ビームスプリッタ１１２により反射された光を当該ビームスプリッタ１１２の方向に反射する。図２は、ビームスプリッタ１１２が−Ｘ方向に透過させた光を第１ミラー１１４が＋Ｘ方向に反射し、ビームスプリッタ１１２が＋Ｙ方向に反射した光を第２ミラー１１６が−Ｙ方向に反射する例を示す。

このように、光学系１１０は、入射した光を２つの方向に分岐し、分岐した光を再び合波して略同一方向に出射する。これにより、光学系１１０は、２つの異なる光路を進行した光を合成させて干渉させる。即ち、光学系１１０は、第１ミラー１１４および第２ミラー１１６の配置に応じて、２つの光路に光路差を生じさせ、当該光路差が０および波長の半分の偶数倍となる光の強度を強くし、当該光路差が波長の半分の奇数倍となる光の強度を弱くする。これにより、光学系１１０は、第１ミラー１１４および第２ミラー１１６の位置を調節することにより、対象波長の光成分を抽出する。

光センサ部１２０は、光学系により抽出された光成分を検出する。光センサ部１２０は、光学系１１０が出射した光を受光する。即ち、光センサ部１２０は、第１ミラー１１４が反射してビームスプリッタ１１２を介して出射する光と、第２ミラー１１６が反射してビームスプリッタ１１２を介して出射する光とが、入射する。光センサ部１２０は、フォトダイオードおよび光伝導セル等の半導体光検出器でよい。これに代えて、光センサ部１２０は、焦電型検出器でもよい。

磁石１３０およびコイル１４０のうちの一方は、当該測定装置１００の筐体に対して固定され、他方は、光学系１１０に含まれる光学部品に取り付けられる。即ち、磁石１３０およびコイル１４０の一方が、光学部品としての第１ミラー１１４または第２ミラー１１６に取り付けられる。磁石１３０は、永久磁石でよい。コイル１４０は、電流が流れることにより、磁石１３０を吸引または反発する磁場を発生させる。これにより、コイル１４０は、磁石１３０を光学部品ごと移動させてよい。

図２は、磁石１３０が第１ミラー１１４に取り付けられ、コイル１４０が筐体に固定された例を示す。この場合、コイル１４０は、電流が流れることに応じて、第１ミラー１１４を移動させることになる。即ち、図２は、第１ミラー１１４が移動鏡であり、第２ミラー１１６が固定鏡となる例を示す。図２の例において、コイル１４０は、第１ミラー１１４をＸ方向と略平行に移動させる。

磁気センサ１５０は、コイル１４０に対して固定された位置に設けられ、当該磁石１３０の磁場の強さを検出する。即ち、磁気センサ１５０は、コイル１４０によって移動する磁石１３０の磁場を検出する。即ち、磁気センサ１５０は、磁石１３０の位置に応じた磁場の強さを検出する。磁気センサ１５０は、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ）、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）、トンネル効果磁気抵抗素子（ＴＭＲ）、マグネトインピーダンス素子（ＭＩ素子）ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子、および／またはインダクタンスセンサ等を有してよい。

駆動部１６０は、コイル１４０に駆動電流を流して光学部品を駆動して、光学系１１０が抽出する光成分の対象波長を変更する。即ち、駆動部１６０は、第１ミラー１１４を移動させて、光学系１１０において分岐した２つの光の光路差を調節する。また、駆動部１６０は、磁気センサ１５０により検出された磁場の強さを用いて、光学部品の位置を特定する。即ち、駆動部１６０は、磁石１３０の位置に応じた磁場の強さに応じて第１ミラー１１４の位置を特定し、特定した位置に基づき、第１ミラー１１４を移動させる。このように、本実施形態に係る測定装置１００は、駆動用磁石と位置検出用磁石を１つの磁石で兼用するので、部材点数の削減および小型化が可能になる。なお、着磁は２極磁石や４極磁石が好ましいが、それ以外でも構わない。

これにより、駆動部１６０は、第１ミラー１１４の位置を予め定められた位置に移動させるようにフィードバック制御して、精度良く第１ミラー１１４を位置決めできる。これにより、駆動部１６０は、光学系１１０が抽出する光成分の対象波長を、測定対象の吸収線等に略一致させることができる。また、これに加えて、駆動部１６０は、第１ミラー１１４を予め定められた第１位置から第２位置までを移動させてもよい。これにより、駆動部１６０は、光学系１１０が抽出する光成分の対象波長を掃引させることができる。

測定部１７０は、光センサ部１２０により検出された光成分を測定する。測定部１７０は、例えば、第１ミラー１１４の複数の位置に対する光センサ部１２０の検出結果をフーリエ変換することにより、光学系１１０に入射する光の光スペクトラムを測定する。測定部１７０は、入射光の光スペクトラムと、入射光の経路に測定対象を挿入した場合に測定される光スペクトラムとの波長毎の比を算出することにより、測定対象の光吸収（透過）スペクトルを測定してよい。

測定部１７０は、物質に固有の吸収線等に対応する吸収の有無、および吸収量から、測定対象に含まれる成分を特定してよい。また、測定部１７０は、対象波長を掃引した帯域の光透過スペクトルを測定できるので、複数の吸収線等に対応する吸収量を測定することができる。即ち、測定部１７０は、測定対象に含まれる成分を複数特定してもよい。なお、測定対象が挿入する前の初期状態の光スペクトラムは、予め測定して記憶部等に記憶されてよい。また、測定対象物を通らない行路の光を測定のリファレンスとしてもよい。この場合、測定装置１００は、測定対象物を通る光を測定する光センサ部１２０に加えて、リファレンス測定用の光センサ部を更に設けてもよい。これに代えて、測定装置１００は、リファレンス測定の場合に、光センサ部１２０を移動させてもよい。また、ソフトウエア処理にてバックグラウンドを求めてもよい。

これにより、測定部１７０は、一例として、入射光の光成分が通過する領域に位置し、当該光成分の一部を透過させる測定対象の成分を測定することができる。なお、測定対象は、当該測定装置１００の外部の外気を含んでよい。この場合、光学系１１０は、外気中を通過した入射光から光成分を抽出し、測定部１７０は、当該光成分を用いて外気中における対象の気体成分を測定してよい。これに代えて、またはこれに加えて、測定対象は、当該測定装置１００の内部の気体を含んでもよい。この場合、測定対象は、光学系１１０から光センサ部１２０の間の領域の気体を含んでもよい。また、測定装置１００は、外気を測定装置１００の内部に取り込んで当該外気を測定してもよい。

以上のように、本実施形態に係る測定装置１００は、磁石１３０およびコイル１４０を用いて光学部品である第１ミラー１１４を移動させることにより、移動させた距離に応じた波長帯域の光透過スペクトルを測定できる。このような磁石１３０およびコイル１４０は、光学部品の大きさと比較して小さくすることができ、モータ、動力シリンダ、およびリニアアクチュエータ等と比較して、より小さい駆動装置を形成することができる。また、磁気センサ１５０と駆動部１６０とを同一のＩＣとして一体化すれば、より小さくすることができる。ここで、駆動部１６０には、ＰＩＤ制御を行う制御部とコイルを駆動するドライバとが含まれてよい。

磁石１３０およびコイル１４０の組み合わせは、光学部品の可動範囲を数百μｍ程度以上にすることができる。また、磁石１３０およびコイル１４０は、それぞれ複数設けられてよく、この場合、光学部品の可動範囲を更に広くすることができる。また、測定装置１００は、このような光学部品の移動を、磁気センサ１５０を用いてフィードバック制御することができるので、位置精度を数μｍ程度以下にすることができる。したがって、本実施形態に係る測定装置１００によれば、小型かつ低コストで、複数の対象波長の光成分を測定することができる。

以上の本実施形態に係る測定装置１００は、磁石１３０およびコイル１４０を用いて、第１ミラー１１４を移動させることを説明した。これに代えて、測定装置１００は、磁石１３０およびコイル１４０を用いて、第２ミラー１１６を移動させてもよい。即ち、第１ミラー１１４が固定鏡であり、第２ミラー１１６が移動鏡であってもよく、この場合、コイル１４０は、第２ミラー１１６の近傍に配置されて当該第２ミラー１１６をＹ方向と略平行に移動させる。

また、測定装置１００は、第１ミラー１１４の移動に加えて、第２ミラー１１６を更に移動させてもよい。即ち、第１ミラー１１４および第２ミラー１１６がそれぞれ移動鏡であってもよい。この場合、測定装置１００は、第１ミラー１１４に対応する磁石１３０およびコイル１４０に加えて、第２ミラー１１６に固定された第２磁石と、第２磁石を第２ミラー１１６ごと移動させる第２コイルを備えてよい。また、測定装置１００は、第２ミラー１１６の位置に応じた磁場を検出する第２磁気センサを更に備えてもよい。

磁石１３０、コイル１４０、および磁気センサ１５０は、小型に形成することができるので、測定装置１００は、複数の光学部品に対応してこれらをそれぞれ設け、当該複数の光学部品をそれぞれ移動可能にしてよい。測定装置１００は、例えば、第１ミラー１１４および第２ミラー１１６を移動可能とすることにより、対象波長の掃引幅および掃引速度を向上させることができる。また、一方の可動鏡が故障した場合に、他方の移動鏡を移動させることにより、装置を長寿命化させることもできる。

なお、ミラー等の光学部品は、ボールガイド、シャフト、およびスプリング等を用いて、所定の方向に移動可能に設けられてよい。また、磁石は、バックヨークを用いることで、光学部材の保持力を持たせる構成としてもよい。また、ミラーは、凹面および凸面を有してよく、平面上だけではなく、湾曲し、焦点を合わせる形状であってもよい。

図３は、本実施形態に係る測定装置１００の第２構成例を示す。図３に示す第２構成例の測定装置１００において、図２に示された本実施形態に係る測定装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２構成例の測定装置１００は、磁石１３０が筐体に固定され、コイル１４０が第１ミラー１１４に取り付けられた例を示す。

この場合、磁石１３０は、磁性材料等の芯の周囲にコイルが巻かれ、当該コイルに電流を流すことによって磁場が発生する電磁石でよい。駆動部１６０は、磁石１３０に電流を供給することにより、コイル１４０を吸引して第１ミラー１１４を移動させる。また、測定装置１００は、このような磁石１３０を複数備えてよく、駆動部１６０は、複数の磁石１３０にそれぞれ供給する電流を変更して、第１ミラー１１４を移動させてよい。この場合、測定装置１００は、コイル１４０に代えて、またはコイル１４０に加えて、ヨークを備えてもよい。

これに代えて、駆動部１６０は、第１ミラー１１４に取り付けられたコイル１４０に電流を供給し、筐体に固定された磁石１３０を吸引または反発させて第１ミラー１１４を移動させてもよい。また、駆動部１６０は、同様に、第２ミラー１１６を移動させてもよい。

また、第２構成例の測定装置１００は、光学部品に取り付けられた位置検出用磁石２１０を更に備える。この場合、磁気センサ１５０は、測定装置１００の筐体に対して固定される。駆動部１６０は、磁気センサ１５０により検出された、位置検出用磁石２１０による磁場の強さを用いて、光学部品の位置を特定する。

これに代えて、第２構成例の測定装置１００は、磁気センサ１５０が光学部品に取り付けられ、位置検出用磁石２１０が測定装置の筐体に対して固定されてもよい。この場合においても、駆動部１６０は、磁気センサ１５０により検出された、位置検出用磁石２１０による磁場の強さを用いて、光学部品の位置を特定することができる。

図４は、本実施形態に係る測定装置１００の第３構成例を示す。図４に示す第３構成例の測定装置１００において、図２および図３に示された本実施形態に係る測定装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。

第３構成例の測定装置１００は、磁石１３０が第１ミラー１１４に取り付けられ、コイル１４０が筐体に固定された例を示す。この場合の磁石１３０およびコイル１４０の動作は、図１で説明した動作と略同一である。また第３構成例の測定装置１００は、光学部品に取り付けられた位置検出用磁石２１０を更に備える。磁気センサ１５０は、測定装置１００の筐体に対して固定される。駆動部１６０は、磁気センサ１５０により検出された、位置検出用磁石２１０による磁場の強さを用いて、光学部品の位置を特定する。以上の第２構成例および第３構成例で示した測定装置１００のように、光学部品を移動させる場合に用いる磁石と、光学部品の位置を特定する場合に用いる磁石は、別個独立に設けられてよい。

以上の本実施形態に係る測定装置１００は、磁石１３０およびコイル１４０を用いて、第１ミラー１１４および／または第２ミラー１１６を移動させることを説明した。これに加えて、測定装置１００は、光センサ部１２０を移動させてもよい。測定装置１００は、第３磁石および第３コイルを更に備え、第３磁石および第３コイルのうちの一方を、測定装置１００の筐体に固定し、他方を光センサ部１２０に取り付けてよい。

測定装置１００は、一例として、光センサ部１２０をＹ方向と略平行な方向に移動可能にしてよい。例えば、測定装置１００は、駆動部１６０が光センサ部１２０を＋Ｙ方向に移動させて光学系１１０および光センサ部１２０の間の距離を近接させた第１距離において、第１光スペクトルを測定する。そして、測定装置１００は、駆動部１６０が光センサ部１２０を−Ｙ方向に移動させて光学系１１０および光センサ部１２０の間の距離を離間させた第２距離において、第２光スペクトルを測定する。

このように、測定装置１００は、光学系１１０および光センサ部１２０の間の距離を変更させるので、光学系１１０から射出された光成分が測定対象を通過する距離を変更させることができる。即ち、光学系１１０および光センサ部１２０の間の気体を測定対象とすることができる。したがって、例えば、第１スペクトルに対する第２スペクトルの波長毎の比を算出することにより、第１距離および第２距離の差分において、光成分が測定対象によって吸収される吸収スペクトルを測定することができる。

図５は、本実施形態に係る測定装置１００の第４構成例を示す。図５に示す第４構成例の測定装置１００において、図２に示された本実施形態に係る測定装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第４構成例の測定装置１００は、光学系１１０が、光学部品として分光プリズム２２０を有する。分光プリズム２２０は、入射光が光センサ部１２０に受光される前に当該分光プリズム２２０を通過するように、入射光の入力部および光センサ部１２０の間に設けられる。

分光プリズム２２０は、入射光を波長分散させて光スペクトルを出射する。即ち、分光プリズム２２０は、入射光を波長に応じた方向に屈折させて射出する。したがって、光センサ部１２０を対象波長に対応する屈折方向に配置することで、当該光センサ部１２０は、当該対象波長の光成分を受光できる。また、複数の対象波長の屈折方向が光センサ部１２０の方向を向くように分光プリズム２２０を移動させることで、光センサ部１２０は、複数の対象波長の光成分を分光プリズム２２０の移動に伴って受光できる。

そこで、第４構成例の測定装置１００は、磁石１３０およびコイル１４０のうちの一方を、測定装置１００の筐体に固定し、他方を分光プリズム２２０に取り付ける。そして、駆動部１６０は、コイル１４０に駆動電流を流して光学部品である分光プリズム２２０を駆動して、対象波長を変更する。駆動部１６０は、入射光の分光プリズム２２０に対する入射角を変更させるように、分光プリズム２２０を移動させる。駆動部１６０は、例えば、ＸＹ平面における−Ｙ方向に入射光が入射する場合、当該ＸＹ平面と略垂直なＺ方向を回転軸として分光プリズム２２０を回転させる。

図５は、分光プリズム２２０に磁石１３０を取り付け、コイル１４０を測定装置１００の筐体に固定した例を示す。測定装置１００は、図２で説明したように、コイル１４０に対して固定された位置に設けられる磁気センサ１５０が設けられてよく、この場合、駆動部１６０は、磁気センサ１５０により検出された磁場の強さを用いて分光プリズム２２０の位置を特定してよい。また、駆動部１６０は、特定した分光プリズム２２０の位置を用いて、分光プリズム２２０の位置をフィードバック制御してよい。

なお、本実施形態における測定装置１００においても、図３および図４で説明したように、コイル１４０が分光プリズム２２０に取り付けられて磁石１３０が固定されてよく、また、位置検出用磁石２１０が更に設けられてもよい。

本実施形態における測定装置１００は、分光プリズム２２０を移動させて対象波長を変更する例を説明したが、これに代えて、光センサ部１２０を移動させてもよい。分光プリズム２２０は、入射光を波長に応じた方向に屈折させて射出するので、光センサ部１２０を対象波長に対応する位置に配置することで、当該光センサ部１２０は、対象波長の光成分を受光することができる。したがって、光センサ部１２０を複数の対象波長に対応する複数の位置に移動させれば、当該光センサ部１２０は、当該複数の対象波長の光成分を移動に伴って受光することができる。

そこで、測定装置１００は、磁石１３０およびコイル１４０のうちの一方を、測定装置１００の筐体に固定し、他方を光センサ部１２０に取り付けてよい。そして、駆動部１６０は、コイル１４０に駆動電流を流して光センサ部１２０を駆動して、対象波長を変更する。この場合、磁気センサ１５０は、光センサ部１２０に取り付けられた磁石１３０または位置検出用磁石２１０の磁場を検出し、駆動部１６０は、磁気センサ１５０により検出された磁場の強さを用いて光センサ部１２０の位置を特定してよい。

また、測定装置１００は、分光プリズム２２０および光センサ部１２０をそれぞれ移動させてもよい。以上のように、第４構成例の測定装置１００は、分光プリズム２２０および／または光センサ部１２０を磁石１３０およびコイル１４０を用いて移動させて、光スペクトルを測定することができるので、図２で説明したように、測定対象の光透過スペクトルを測定することもできる。即ち、本実施形態に係る測定装置１００によれば、小型かつ低コストで、複数の対象波長の光成分を測定することができる。

図６は、本実施形態に係る測定装置１００の第５構成例を示す。図６に示す第５構成例の測定装置１００において、図２および図５に示された本実施形態に係る測定装置１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第５構成例の測定装置１００は、光学系１１０が光学部品としてのエタロン２３０を含むファブリペロー干渉計である。エタロン２３０は、入射光が光センサ部１２０に受光される前に当該エタロン２３０を通過するように、入射光の入力部およびエタロン２３０の間に設けられてよい。

エタロン２３０は、入射光を多重干渉させる２つの対向する反射面を有し、当該２つの反射面の光路差に応じた周期的な透過ピークを有する波長フィルタである。したがって、エタロン２３０は、２つの対向する反射面の間隔に応じた波長を透過させる波長フィルタとなる。また、エタロン２３０の２つの反射面に入射光が入射する角度に応じて、当該２つの反射面に対する当該入射光の光路差が変化するので、当該エタロン２３０の透過波長は、入射角度に応じて変化することになる。

したがって、測定装置１００がエタロン２３０の入射光に対する角度を調整することで、当該エタロン２３０の透過波長を対象波長に略一致させることができ、光センサ部１２０は、当該対象波長の光成分を受光できる。また、測定装置１００が、エタロン２３０の透過波長を複数の対象波長と一致させるようにエタロン２３０を移動させることで、光センサ部１２０は、複数の対象波長の光成分をエタロン２３０の移動に伴って受光できる。

そこで、第５構成例の測定装置１００は、磁石１３０およびコイル１４０のうちの一方を、測定装置１００の筐体に固定し、他方をエタロン２３０に取り付ける。そして、駆動部１６０は、コイル１４０に駆動電流を流して光学部品であるエタロン２３０を駆動して、対象波長を変更する。駆動部１６０は、入射光のエタロン２３０に対する入射角を変更させるように、エタロン２３０を移動させる。駆動部１６０は、例えば、ＸＹ平面における−Ｙ方向に入射光が入射する場合、当該ＸＹ平面と略垂直なＺ方向を回転軸としてエタロン２３０を回転させる。

図６は、エタロン２３０に磁石１３０を取り付け、コイル１４０を測定装置１００の筐体に固定した例を示す。測定装置１００は、図２で説明したように、コイル１４０に対して固定された位置に設けられる磁気センサ１５０が設けられてよく、この場合、駆動部１６０は、磁気センサ１５０により検出された磁場の強さを用いてエタロン２３０の位置を特定してよい。また、駆動部１６０は、特定したエタロン２３０の位置を用いて、エタロン２３０の位置をフィードバック制御してよい。

なお、本実施形態における測定装置１００においても、図３および図４で説明したように、コイル１４０がエタロン２３０に取り付けられて磁石１３０が固定されてよく、また、位置検出用磁石２１０が更に設けられてもよい。以上のように、第５構成例の測定装置１００は、エタロン２３０を磁石１３０およびコイル１４０を用いて移動させて、複数の対象波長の光成分を測定することができるので、測定対象の光透過スペクトルを測定することもできる。即ち、本実施形態に係る測定装置１００によれば、小型かつ低コストで、複数の対象波長の光成分を測定することができる。

以上の本実施形態に係る測定装置１００は、磁石１３０およびコイル１４０を用いて光学系１１０の光学部品および／または光センサ部１２０を移動させて、測定すべき対象波長を変更して、複数の対象波長の光成分を測定することを説明した。ここで、光学系１１０の光学部品は、図２から図６で説明したミラー、分光プリズム、およびエタロンといった光学部品に限定されない。光学部品は、グレーティング、長手方向の位置に応じて通過波長が異なるバンドパスフィルタ、液晶フィルタ、または導波路型フィルタ等でもよい。

以上のように、本実施形態に係る測定装置１００は、磁石１３０およびコイル１４０を用いた簡素な構成で光学部品等を移動させるので、測定対象の成分等を測定する測定装置を小型にすることができる。したがって、測定装置１００は、携帯型の測定装置として形成されてよく、また、携帯型の装置または携帯端末等に組み込まれてもよい。測定装置１００が携帯端末に組み込まれた場合の例を次に説明する。

図７は、本実施形態に係る携帯端末３００の構成例を示す。携帯端末３００は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型ＰＣ、時計、またはパソコン等である。携帯端末３００は、測定装置１００と、筐体３１０と、情報処理部３２０と、無線通信部３３０と、表示部３４０と、光源部３５０と、を備える。測定装置１００は、図２から図６で説明した測定装置１００のうちのいずれかでよい。本実施形態において、測定装置１００は、携帯端末３００の周囲の外気に含まれる気体の成分を測定するガスセンサとして機能する例を説明する。

筐体３１０は、測定装置１００を含む各部を収容する。筐体３１０は、外気を測定装置１００の測定対象とするように、外気を内部に取り入れる穴部３１２を有する。測定装置１００は、穴部３１２から取り入れた外気に含まれる気体の成分を測定する。

情報処理部３２０は、情報処理を行う。情報処理部３２０は、ＣＰＵを含み、通信、データ処理、および計算処理等を実行してよい。また、情報処理部３２０は、測定装置１００の測定部１７０として機能してもよい。

無線通信部３３０は、ネットワークを介して外部と通信する。無線通信部３３０は、インターネットへのアクセス、メール送受信、および電話機能等を実行してよい。また、無線通信部３３０は、測定装置１００の測定結果を、ネットワークを介して外部に送信してもよい。また、無線通信部３３０は、測定装置１００の動作指示、動作プログラムの更新、および用いるデータの更新等を、ネットワークを介して外部から受信してもよい。

表示部３４０は、筐体の一の面に設けられ、画面を表示する。表示部３４０は、情報処理部３２０の処理結果、処理状況、および処理データ等を表示してよい。また、表示部３４０は、測定装置１００の測定結果を表示してよい。

光源部３５０は、測定装置１００に入射光を供給する。光源部３５０は、赤外波長領域の光を出射することが望ましい。光源部３５０は、ＬＥＤ、ＬＤ、ランプ、およびヒータ等でよい。光源部３５０は、筐体３１０における一の面と平行でない面に略垂直に入射光を測定装置１００に供給してよい。即ち、光源部３５０は、携帯端末３００の側面側から当該一の面に略平行に光を照射してよい。これにより、携帯端末３００の厚さが増加することを低減させて、測定装置１００を当該携帯端末３００に搭載することができる。

以上のように、測定装置１００は、携帯端末３００に搭載され、携帯型のガスセンサとして機能してよい。本実施形態に係る携帯端末３００は、光源部３５０を備え、測定装置１００に入射光を供給することを説明したが、これに限定されるものではない。例えば、携帯端末３００は、太陽光、照明、および街灯等を光源として用いる。また、携帯端末３００は、発熱体、暖房装置、および動物の体温等、外部の熱源等を光源として用いてもよい。

この場合、携帯端末３００は、筐体３１０に光入力用の穴部を設けることで、外部から入射する光を光源として用いることができる。なお、筐体３１０は、表示部３４０が設けられる位置の面と略垂直な側面側に光入力用の穴部が設けられてよい。そして、測定装置１００は、筐体３１０における一の面と平行でない面から入射光を入射してよい。

これに代えて、携帯端末３００は、内部の発熱体を光源として用いてもよい。この場合、測定装置１００は、情報処理部３２０、無線通信部３３０、または電源の少なくとも一部の部品から放射される赤外光を入射光として受けてよい。これにより、測定装置１００は、更に小型化することができる。

以上の本実施形態に係る携帯端末３００は、測定装置１００を搭載してガスセンサの機能を加えたデバイスの例を説明した。これに代えて、測定装置１００は、単独のセンサ装置として形成されてもよい。このようなセンサ装置は、例えば、赤外光を出力する光源部と、測定装置１００を備え、当該測定装置１００は、光源部からの赤外光を入射光として受ける。これにより、小型で低コストのガスセンサ等を提供することができるので、このようなセンサ装置を複数個所に設置することで、異常等の発生をより早期に発見することができる。また、測定装置１００は、赤外光を分析することにより、出火を検出することも可能になる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 検出装置、１２ 光フィルタ、１４ 光センサ部、１００ 測定装置、１１０ 光学系、１１２ ビームスプリッタ、１１４ 第１ミラー、１１６ 第２ミラー、１２０ 光センサ部、１３０ 磁石、１４０ コイル、１５０ 磁気センサ、１６０ 駆動部、１７０ 測定部、２１０ 位置検出用磁石、２２０ 分光プリズム、２３０ エタロン、３００ 携帯端末、３１０ 筐体、３１２ 穴部、３２０ 情報処理部、３３０ 無線通信部、３４０ 表示部、３５０ 光源部

Claims (13)

1. 入射光における対象波長の光成分を測定する測定装置であって、
   前記入射光から前記対象波長の光成分を抽出する光学系と、
   前記光学系により抽出された光成分を検出する光センサ部と、
   一方が筐体に対して固定され、他方が前記光センサ部または前記光学系に含まれる光学部品に取り付けられた磁石およびコイルと、
   前記コイルに駆動電流を流して前記光センサ部または前記光学部品を駆動して、前記対象波長を変更する駆動部と、
   前記光センサ部により検出された光成分を測定する測定部と、
   を備える測定装置。
2. 前記測定部は、前記入射光の前記光成分が通過する領域に位置し、前記光成分の一部を透過させる測定対象に含まれる成分を測定する請求項１に記載の測定装置。
3. 前記光学系は、外気中を通過した前記入射光から前記光成分を抽出し、
   前記測定部は、前記光成分を用いて前記外気中における対象の気体成分を測定する
   請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記コイルに対して固定された位置に設けられる磁気センサを更に備え、
   前記駆動部は、前記磁気センサにより検出された磁場の強さを用いて前記光センサ部または前記光学部品の位置を特定する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 一方が前記測定装置の前記筐体に対して固定され、他方が前記光センサ部または前記光学部品に取り付けられた磁気センサおよび位置検出用磁石を更に備え、
   前記駆動部は、前記磁気センサにより検出された、前記位置検出用磁石による磁場の強さを用いて前記光センサ部または前記光学部品の位置を特定する
   請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
6. 前記光学系は、
   前記入射光の一部を透過させ、一部を反射するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタを透過した光を反射して、前記ビームスプリッタを介して前記光センサ部へと入射させる第１ミラーと、
   前記ビームスプリッタにより反射された光を反射して、前記ビームスプリッタを介して前記光センサ部へと入射させる第２ミラーと、
   を有し、
   前記磁石および前記コイルの一方が、前記光学部品としての前記第１ミラーまたは前記第２ミラーに取り付けられる
   請求項１から５のいずれか一項に記載の測定装置。
7. 前記光学系は、前記光学部品として分光プリズムを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の測定装置。
8. 前記光学系は、前記光学部品としてエタロンを含むファブリペロー干渉計である請求項１から５のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 前記光学系は、前記光学部品としてグレーティングを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の測定装置。
   
10. 筐体と、
    情報処理を行う情報処理部と、
    無線ネットワークを介して外部と通信する無線通信部と、
    前記筐体の一の面に設けられ、画面を表示する表示部と、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の測定装置と、
    を備える携帯端末。
11. 前記測定装置は、前記筐体における前記一の面と平行でない面から前記入射光を入射する請求項１０に記載の携帯端末。
12. 前記測定装置は、前記情報処理部、前記無線通信部、または電源の少なくとも一部の部品から放射される赤外光を前記入射光として受ける請求項１０に記載の携帯端末。
13. 赤外光を出力する光源部と、
    前記光源部からの赤外光を前記入射光として受ける請求項１から９のいずれか一項に記載の測定装置と、
    を備えるセンサ装置。

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