JP3118825B2 - 可搬型光チョッパー装置の駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、複数の可搬型チョッパー装置を所望する
任意の位置に設定かつ駆動を可能とし、利用範囲の拡大
を図った可搬型光チョッパー装置の駆動装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 光をチョップすることにより、微弱な光を迷光から分
離し増幅するための光チョッパー装置は従来より知られ
いており、また、このような光チョッパー装置をオプチ
カルベンチ等の所望の位置にセットして各種の測定を行
うために便利な可搬型の光チョッパー装置も知られてい
る。

第６図（ａ）（ｂ）は従来の可搬型光チョッパー装置
を示すもので、回転板61の円周に沿って光を透過させる
透光部61aが等間隔に設けられており、この回転板61は
シャフト62を介してベース材63に固定されたモータ64に
より回転駆動される。また、透光部61aの有無により回
転板61の回転位相を知るためのLED65とホトトランジス
タ66よりなる位相検出手段がベース材63の上に設けられ
ている。

このような構成の可搬型光チョッパー装置は、第７図
に示すに配置されて各種の光学測定に使用される。同図
において、光源71を発した出た光はモノクロメータ72に
より単色化された光束73となって、回転板61の回転によ
り断続されて交流光束74となって被測定資料75に照射さ
れる。被測定試料75を通過した光は光センサ76により電
気変換され、その出力は交流光束74の断続周波数にチュ
ーニングされたロックインアンプ77により増幅された後
図示しない指示計に測定値が表示される。

上記した可搬型光チョッパー装置は、光路が一つに限
定されるので、標準資料と被測定資料との比較測定のダ
ブルビーム測光用としては不向きであった。

この比較測定をも可能にしたものとして、分光光度計
等が知られている。この装置は、第８図に示すように光
源81より発し、モノクロメータ82を経て光路83を通った
光は、チョッパー装置84のモータ84aによって回転駆動
される第一の回転板84bの円周方向に沿って交互に設け
られる光の透光部84baまたは反射部84bbにより光路が切
替えられ、透光部84baを通った光路83aの光は標準資料8
5（この説明では透過率100％のものとする）に、反射部
84bbにより反射された光路84bの光はミラー86aを介して
被測定資料87に送らる。（同図は光が反射部84bbで反射
して実線に示す光路83bを通る時点のものを表してい
る。） 実線で示す光路83bを通り被測定資料87を通過した光
は第二の回転板84cに送られる。他方の破線で示す光路8
3aを経て標準資料85を通る光はウエッジフィルタ88によ
り所定の減衰を与えられた後、ミラー86bを介して第二
の回転板84cに送られるようになっている。

第二の回転板84cはプーリ84d,84e,84fおよびベルト84
g,84hを介して、第一の回転板84bと180度の位相差で同
期回転するので、第一の回転板84bを反射して被測定資
料87を通った光は、第二の回転板84cの透光部84caを通
って光センサ89に入射する。さらにこれらの回転板84b,
84c回転が進み、第一の回転板84bの透光部84baより光路
83a経て光が通るようになると、その光は標準資料85、
ウエッジフィルタ88、ミラー86bを介して第二の回転板8
4cの反射部84cbで反射して、光センサ89に入射する。

このように、チョッパー装置84の回転に同期した周波
数で標準資料85、被測定資料87を通った光の強さの差に
比例した交流出力が光センサ89を介して図示しない増幅
器の出力側に得られる。

この出力と図示しない位相検出機構の情報によりサー
ボモータ88aを駆動し、このサーボモータ88aに連動する
ウエッジフィルタ88の挿入量を、出力が最少になるよう
にフィードバック制御し、ウエッジフィルタ88の挿入量
で被測定資料87の透過度を求めることができる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記したように、光を断続するタイプの可搬型チョッ
パー装置は、ダブルビーム測光に不向きであり、また、
従来の分光光度計のようにダブルビーム測光に使用され
るチョッパー装置は、一対の回転板が機械的に固定され
ており、被測定物に応じて適切な光路を変更することが
できないと言う問題があった。

この発明は、これらの問題を解決して、測光用の光路
を比較的自由に設定可能にした、可搬型光チョッパー装
置の駆動装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明は、円周方向に沿って光を通過させる透光部
と光を反射させる反射部とを交互に設けた回転板と、こ
の回転板を回転させる手段と、回転板の回転位相の位相
検出手段とを備えた可搬型光チョッパー装置の複数台の
中の一つを基準電圧に対応した回転速度で回転させる駆
動手段と、この駆動手段により駆動される可搬型光チョ
ッパー装置を含む二つの前記可搬型光チョッパー装置の
前記位相検出手段からそれぞれ送られる回転位相を比較
し位相差に対応した出力電圧を出力する位相比較器と、
この比較器の出力電圧から所望する位相差に対応した電
圧を減じる位相誤差検出器と、この位相誤差検出器の出
力電圧を積分する積分器と、この積分器の出力電圧に対
応した回転速度で他方の可搬型光チョッパー装置を回転
させ双方の可搬型光チョッパー装置を所望の位相差で回
転させる回転駆動手段とを備えたことを特徴としてい
る。

［作用］ 設定が自由である可搬型チョッパー装置に透光部と反
射部による二方向の光路を構成し、しかも複数のこれら
可搬型チョッパー装置の回転を位相比較器で比較し、所
望する位相差で回転させることが可能な駆動装置で駆動
することにより、実験者の意図する光路を自由に設定で
きる利用範囲の広い、ダブルビーム測光システムを組む
ことが可能になる。

［実施例］ 以下図面を参照しながらこの発明の一実施例を説明す
る。第１図（ａ）（ｂ）はこの実施例の可搬型チョッパ
ー装置の正面図と側面図である。同図において１は回転
板で、この回転板１の円周に沿って光を透過させるため
切欠き状に形成した透光部1aと、この図の紙面側に光を
反射させるため反射部材をコーティングした反射部1bと
が交互に設けられている。

反射部1bは反射部材として、可視光用としては一般に
銀またはアルミニュームが用いられるが、チョッパー装
置の使用波長領域に最適な反射部材を使用すればよく、
反射率を増加させるため、また反射面を保護するためSi
Oその他の誘電体をコーティングしてもよい。

このような回転板１は中心部がシャフト２を介してモ
ータ３に接続されており、このモータ３によって駆動さ
れ回転するようになっている。さらにモータ３は保持部
材4aを介してベース部材５に固定されている。

またベース部材５には保持部材4bを介して回転板１の
回転速度や位相を検知するため、回転板１を挟んで一方
にLED6aが、他方にはホトトランジスタ6bを備えた位相
検出器６が設けられている。

このように構成されたチョッパー装置は、図示しない
駆動装置によりモータ３が駆動されて回転板１を回転さ
せる。回転板１が回転すると、図示しない測定光源から
この回転板１に送られるビーム状の光は、ある時間の間
は透光部1aを通過して一方の光路に、また、次の時間の
間は反射部1bによって反射され他方の光路に導かれる。

通常、このチョッパー装置は、回転板１の反射部1bの
反射光が所望の方向に光路をとるように、光源に対して
斜めに設定される。

また、回転板１が回転すると、位相検出器６のLED6a
とホトトランジスタ6bとの間を回転板１の透光部1aまた
は反射部1bが横切ることによるLED6aの光の断続をホト
トランジスタ6bが検出し、回転板１の回転速度や位相を
検知して、この出力を駆動装置に送るようになってい
る。

この実施例の可搬型チョッパー装置は従来の可搬型チ
ョッパー装置と同様に単体でも使用できるが、この実施
例の可搬型チョッパー装置を複数台用い、ダブルビーム
測光用として使用するとき、よりその特性が有効に発揮
できる。

第２図は、この実施例の可搬型チョッパー装置を複数
台用い、ダブルビーム測光システムを組む場合それぞれ
のチョッパー装置を同一回転速度で同期させ、かつ所望
の位相差で回転駆動させるための駆動装置のブロック回
路図である。

同図において、21aはチョッパー装置22,23を所望の回
転速度に規定するための回転基準電圧で、この基準電圧
21aは減算回路からなる誤差検出器24aと電力増幅器25a
経て第一のチョッパー装置22のモータ22aに供給されて
いる。

第一のチョッパー装置22の回転板22bの回転と位相と
を検出するLEDとホトトランジスタとでなる位相検出器2
2cの回転に比例した出力は、図示しない外部のロックイ
ンアンプに参照信号として送られるとともに、V/F変換
器26aに送られて電圧値に変換され、この電圧は誤差検
出器24aに基準電圧21aから減じるようにネガティブフィ
ードバックされて、回転板22bの回転数を基準電圧21aに
より規定される回転数になるようにフィーバック制御す
る。

一方、第二のチョッパー装置23には減算回路からなる
誤差検出器24bと電力増幅器25bとを介して積分器27の出
力電圧が与えられていて、誤差検出器24b,電力増幅器25
b,モータ23a,回転板23b,位相検出器23c,V/F変換器26bで
構成されるフィードバックループが構成されていて、第
一のチョッパー装置22の場合と同様な動作で、積分器27
の出力電圧により規定される回転速度で、この第二のチ
ョッパー装置23は回転駆動される。

双方のチョッパー装置22,23の位相検出器22c,23cのそ
れぞれの出力は位相比較器28に接続されており、この位
相比較器28によって、双方のチョッパー装置22,23の回
転板22b,23bの回転位相が比較され、この位相比較器28
の出力側に位相差に対応した出力が得られる。この出力
電圧は減算回路からなる位相誤差検出器29の一方の入力
に接続され、他方の入力側には、第一のチョッパー装置
22と第二のチョッパー装置23との回転位相差を所望の位
相差にするための位相基準電圧21bが与えられる。この
位相誤差検出器29において、位相比較器28の出力電圧か
ら位相基準電圧21bが減ぜられ、減ぜられた電圧が位相
誤差検出器29の出力となり積分回路27の入力として送ら
れるようになっている。

この測光システムを起動したとき、第一，第二のチョ
ッパー装置22,23は同期がとれていないが、次第に位相
比較器28のPLL機能で同期運転状態になる。同期状態に
なり、位相比較器28の出力電圧と位相基準電圧21bが等
しくなった場合、つまり、双方のチョッパー装置22,23
の回転板22b,23bの位相が所望の位相差になり、位相比
較器28の出力電圧が、位相基準電圧21bと等しくなった
場合には、位相誤差検出器29の出力はゼロになり、積分
器27の出力は回転基準電圧21aに極めて近い電圧の一定
値になって、第二のチョッパー装置23を第一のチョッパ
ー装置22との回転位相差を所望する位相差に保った定常
状態で回転駆動する。

もしも、第二のチョッパー装置23の位相が遅れた場合
または進んだ場合には、位相誤差検出器29の出力はゼロ
でなくなり、その出力の極性に応じて積分器27の出力を
増減させて、両チョッパー装置22と23が所望の位相差で
同期回転するようにフィードバック制御する。

ダブルビーム測光においては、第一のチョッパー装置
22と第二のチョッパー装置23とを180度の位相差で回転
させる場合が多いが、180度の位相差に設定するには、
位相比較器28に位相差180度の位相信号が与えられたと
きこの位相比較器28の出力に発生する電圧を、位相基準
電圧21bとして与えればよい。

この実施例の駆動装置において、V/F変換器26a,26b、
位相比較器28、積分器27などは公知のもので構成でき
る。

この実施例のチョッパー装置および駆動装置の具体的
使用例として、分光光度計を組み立てた場合を第３図に
より説明する。同図において、測定光源30を発した光は
モノクロメータ31を通して光路32を経て、第一のチョッ
パー装置22の回転板22bにビーム状で送られる。さらに
回転板22bの透光部22baを通過した光路32aの光は参照セ
ル33,ウエッジフィルタ34.ミラー35aを通して、第二の
チョッパー装置23の回転板23bに送られる。

一方、第一のチョッパー装置22の回転板23bの反射部2
3bbで反射して光路32bを通る光は、ミラー35b,資料セル
36を通して第二のチョッパー装置23の回転板23bに送ら
れる。

第一のチョッパー装置22と第二のチョッパー装置23
は、第２図において説明した駆動装置37により、両チョ
ッパー装置の回転板22b,23bが同一回転速度で相互に180
度の位相差をもって回転駆動される。例えば、第一のチ
ョッパー装置22の回転板22bの反射部22bbが測定光を反
射する位置にあるときは、第二のチョッパー装置23の回
転板23bの通過部23baは光路32bの光を通過させるような
位相で回転している。

同図は、光が実線に示す光路32bを通る状態を示して
いるが、この光路32bを通る光は資料セル36を経て第二
のチョッパー装置23の回転板23bの透光部23baを通過し
て光センサ38に入射する。

これらチョッパー装置22,23の回転が進み、測定光が
第一のチョッパー装置22の回転板22bの透光部22baを通
る、破線に示す光路32aの光は参照セル33からミラー35a
を経て第二のチョッパー装置23の回転板23bの反射部23b
bで反射して光センサ38に入射する。

このように、チョッパー装置の回転に伴って光路32a,
32bが交互に形成され、参照セル33、資料セル36を通っ
た光は光センサ38で光電変換されて、回転に同期した周
波数の交流成分となり、この周波数にチューニイングし
たロックインアンプ39に入り、双方の光の強さの差に比
例した出力がロックインアンプ39の出力側に得られる。
ロックインアンプ39には駆動装置37からチョッパー装置
22の回転位相を知らせる参照信号が与えられている。こ
の参照信号により光センサ38より送られた交流を検波し
て、出力の極性を決定する。

ロックインアンプ39の出力とその極性に応じてサーボ
モータ34aを介してウエッジフィルタ34の挿入量を、ロ
ックインアンプ39の出力が最少になるようにフィードバ
ック制御する。

最少に制御されたときのウエッジフィルタ34の挿入量
で、資料セル36の透過率を測定することができる。

この応用例によれば、測定場所や光路32a,32bを実験
者の意志で自由に設定できるので、従来の分光光度計で
は困難であった被測定物の測定が可能になる。

第４図に別の応用例を示す、この応用例は真空装置内
で蒸着中の資料の分光特性変化を連続的に測定する例で
ある。

同図において、第一のチョッパー装置22と第二のチョ
ッパー装置23とは、第２図で説明した駆動装置により、
同一回転速度でかつ180度の位相差をもって回転駆動さ
れている。

光源40を発し、第一のチョッパー装置22の回転板22b
により反射または通過した光は実線または破線に示す光
路を通り、反射して実線光路を通る光は真空槽41の窓41
aより資料42に照射され、この資料42から反射した光は
ミラー43を経て第二のチョッパー装置23の回転板23bの
透光部を通過してモノクロメータ44で真空槽41で発生す
る迷光を減じた後、光センサ45を介してロックインアン
プ46に入り増幅される。

また、第一のチョッパー装置22の回転板22bを通過し
た光は破線の光路を通り、ミラー47を経て真空槽41内の
参照片48に照射され、参照片48から反射し光は第二のチ
ョッパー装置23の回転板23bで反射して、モノクロメー
タ44から光センサ45を経てロックインアンプ46に入り増
幅されて、資料42から反射した光と比較測定される。

真空槽41ではボート41bより蒸着物質が蒸発して、資
料42に蒸着するが、参照片48には図示しない覆いが設け
られているので、蒸着中特性に変化はなく資料42との比
較測定ができる。

この応用例によれば、従来の装置では困難であった真
空蒸着槽内の資料測定も、この発明の可搬型チョッパー
装置で可能になる。

さらに別の応用例を第５図に示す、この応用例は真空
槽内で蒸着中の資料に形成する蒸着膜の厚さを、資料の
反射率が最低になる波長が所望の値の波長になったか、
否かでその厚さを知る応用例である。

つまり、蒸着中の資料は光の反射率が最低になる波長
が蒸着が進むに従って長くなる性質を利用して測定する
ものである。

同図において、50及び51はそれぞれ一定波長近辺の光
のみを通過させる干渉フィルタで、干渉フィルタ50は通
過波長が所望の波長λ０より短波長λ１であり、干渉フ
ィルタ51は波長λ０より長波長のλ２に設定されてい
て、両干渉フィルタ50,51を通過する光の強さが同じに
なるとき、波長λ０で反射率が最低になるような波長λ
１およびλ２が選ばれている。

この応用例においても、第一のチョッパー装置22と第
二のチョッパー装置23とは第２図で説明した駆動装置に
より、同一回転速度でかつ180度の位相差をもって回転
駆動されている。

白色光源52を発し、第一のチョッパー装置22の回転板
22bにより反射または通過した光は実線または破線に示
す光路を通る。反射して実線光路を通る光はミラー53a
経てフィルタ50を、また、通過して破線の光路を通る光
は干渉フィルタ51からミラー53bを通るように光路が形
成されている。

これら干渉フィルタ50,51を通過する、波長λ１とλ
２近辺の光のみが第二のチョッパー装置23の回転板23b
からミラー54aを経て、真空槽55の中の資料56に照射さ
れる。資料56から反射した光はミラー54bを経て、波長
λ１とλ２までの波長の光のみを通過させ、それ以外の
迷光を遮断するフィルタ57を通して光センサ58からロッ
クインアンプ59に入力される。

蒸着初期においては、資料の反射率の最低になる波長
がλ０より短い波長にあるので、干渉フィルタ50が設け
られている実線の光路の光の強度の方が、干渉フィルタ
51が設けられている破線の光路の光の強度より弱い。蒸
着が進むと最低反射波長は次第に長い波長の方に移動す
るので、干渉フィルタ50を通る光の強度は上がり、反対
に干渉フィルタ51を通る光の強度は下がるようになる。

両者の光の強度差をロックインアンプ59で監視して、
両者の光の強度が等しくなり、出力が零になったこと
で、蒸着膜が所定の厚さに形成されたことを知ることが
できる。

従来の装置では、上記したこの応用例の測定システム
を組むことが困難である。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、要旨を変更しない範囲で種々変形して実施できる。

例えば、可搬型光チョッパー装置の回転板の反射部分
を回転軸に対して所定の角度に傾斜させて形成すること
もできる。

また、実施例の駆動装置は、二台の可搬型光チョッパ
ー装置を駆動するものを説明したが、位相比較器、積分
器等を必要に応じて用意すれば、任意の複数個の可搬型
光チョッパー装置を駆動することができる。

さらに、この発明の駆動装置は従来の断続タイプの可
搬型光チョッパー装置の駆動装置としても使用できる。

［発明の効果］ この発明によれば、オプチカルベンチ，真空槽，その
他任意の環境で、従来のダブルビーム測光用装置では測
定システムを組むことが困難な場所においてダブルビー
ム測光の光学系を構成することができる。

また、この発明の駆動装置を使用すれば、複数の可搬
型光チョッパー装置を用いて、効率的かつ弾力性に富ん
だダブルビーム測光の測定系を構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）はこの発明の一実施例の可搬型光チ
ョッパー装置の正面図と側面図、第２図は第１図に示し
た可搬型光チョッパー装置の二台を同期駆動する、この
発明の駆動装置の一実施例のブロック回路図、第３図は
これら実施例をダブルビーム測光の分光光度計に応用し
た構成図、第４図は真空蒸着槽内の資料の分光特性の変
化を連続的に測定するシステムに応用した場合の構成
図、第５図は同じく真空蒸着槽内で資料への蒸着膜形成
を監視するシステムに応用した構成図、第６図（ａ）
（ｂ）は従来の光断続型の可搬型チョッパー装置の正面
図と側面図、第７図は、第６図に示した従来の可搬型光
チョッパー装置の使用方法を説明する構成図、第８図は
従来の分光光度計の構成を説明するための構成図であ
る。 １……回転板 1a……透光部、1b……反射部 ３……モータ、５……ベース部材 ６……位相検出器 6a……LED、6b……ホトトランジスタ 22,23……第一，第二のチョッパー装置 22a,23a……モータ、22b,23b……回転板 22c,23c……位相検出器 24a,24b……誤差検出器 25a,25b……電力増幅器 26a,26b……V/F変換器 27……積分器、28……位相比較器 29……位相誤差検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/00 - 26/08 G01J 3/00 - 4/04 G01J 7/00 - 9/04 G01N 21/62 - 21/74

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円周方向に沿って光を通過させる透光部と
   光を反射させる反射部とを交互に設けた回転板と、この
   回転板を回転させる手段と、回転板の回転位相の位置検
   出手段とを備えた可搬型光チョッパー装置の複数台の中
   の一つを基準電圧に対応した回転速度で回転させる駆動
   手段と、この駆動手段により駆動される可搬型光チョッ
   パー装置を含む二つの前記可搬型光チョッパー装置の前
   記位相検出手段からそれぞれ送られてくる回転位相を比
   較し位相差に対応した出力電圧を出力する位相比較器
   と、この位相比較器の出力電圧から所望する位相差に対
   応した電圧を減じる位相誤差検出器と、この位相誤差検
   出器の出力電圧を積分する積分器と、この積分器の出力
   電圧に対応した回転速度で他方の可搬型光チョッパー装
   置を回転させ双方の可搬型光チョッパー装置を所望の位
   相差で回転させる回転駆動手段とを備えたことを特徴と
   する可搬型光チョッパー装置の駆動装置。