JPH0815012A

JPH0815012A - 光スペクトル測定装置

Info

Publication number: JPH0815012A
Application number: JP16584494A
Authority: JP
Inventors: Takashi Iwasaki; 隆志岩崎
Original assignee: Ando Electric Co Ltd
Current assignee: Ando Electric Co Ltd
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 1996-01-19
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: JP3912801B2

Abstract

(57)【要約】【目的】測定感度を損なうことなく、入力光の強度が
大きい場合でも正しい光スペクトルを測定できる光スペ
クトル測定装置を提供する。【構成】分光器２は入力光のうちの特定の波長成分だ
けを通過する。光検出器３は分光器２の通過光を光強度
に比例した電気信号に変換する。増幅回路４は光検出器
３の出力を増幅し、Ａ／Ｄ変換器５は増幅回路４の出力
をディジタル信号に変換に変換する。制御部６は分光器
２を制御し、分光器２の通過波長を掃引させ、通過光の
強度をＡ／Ｄ変換器６より測定する。光減衰手段８は分
光器２と光検出器３の間に配置され、分光器２の通過光
を減衰させる。制御部６は光検出器３が飽和しないよう
に光減衰手段８の減衰量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光源の光スペクトル
特性を測定する、光スペクトル測定装置についてのもの
である。

【０００２】

【従来の技術】次に、従来の光スペクトル測定装置を図
５により説明する。図５の１は光源、２は分光器、３は
光検出器、４は増幅回路、５はＡ／Ｄ変換器、６は制御
部、７は表示部である。

【０００３】図５では、光源１の光１Ａは分光器２に入
力される。分光器２は入力光のうちの特定の波長成分だ
けを取り出す。光検出器３は分光器２の出射光２Ａを受
光し、出射光２Ａの光強度に比例した電気信号に変換す
る。増幅回路４は光検出器３の出力をＡ／Ｄ変換器５の
入力に適した電圧まで増幅する。Ａ／Ｄ変換器５は増幅
回路４の出力をディジタル信号に変換する。

【０００４】制御部６は分光器２を制御し、分光器２の
通過波長を可変し、出射光２Ａの光強度をＡ／Ｄ変換器
５の出力より取り込む。制御部６は、分光器２の通過波
長を掃引しながら繰り返し得られた波長−光強度特性を
光スペクトルとして表示部７に表示させる。

【０００５】次に、分光器２の内部構成を図６により説
明する。図６の２１は入口スリット、２２は凹面鏡、２
３は回折格子、２４は凹面鏡、２５は出口スリットであ
る。図６はツェルニー・ターナー形分光器といわれる分
散形分光器である。

【０００６】図６では、光源１から出た光１Ａは、分光
器２の入口スリット２１に入射する。スリット２１の通
過光は凹面鏡２２により平行光に変換され、回折格子２
３に入射する。回折格子２３は多数の溝が形成され、前
記溝に平行な軸を中心として、回転機構２３Ａにより任
意の角度に可変する。

【０００７】前記平行光は、回折格子２３により、任意
の角度によって決まる特定の波長成分だけの回折光を凹
面鏡２４の方向に反射する。凹面鏡２４は、回折光を出
口スリット２５上に結像させる。そして、出口スリット
２５の横幅の範囲内となる波長成分だけが出口スリット
２５を通過し、分光器２の出射光２Ａとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】次に、分光器２の波長
−透過率特性を図７により説明する。図７の横軸は分光
器２の通過波長であり、縦軸は分光器２の通過波長に対
する透過率である。図５に示されるように、分光器２の
透過率は通過波長により異なる。これは、回折格子２３
の反射率が波長により異なるためである。例えば、測定
波長 400nmでは、透過率が10％以下に減衰してしまうの
で、光源１の光は測定波長 400nmで出射光２Ａが10％以
下に減衰するので測定光強度を補正しなければならない
という問題がある。

【０００９】分光器２は図７に示された特性があるた
め、図５の光スペクトル測定装置は、次に示される解決
手段を採用している。すなわち、制御部６に分光器２の
各波長毎の透過率を予め記憶させておく。光を測定する
ときは、各波長毎の光強度の測定値に対し、記憶された
透過率に基づいて補正した後、表示部７に表示させる。

【００１０】また、測定波長によっては、出射光２Ａの
光強度が著しく低減するため、増幅回路４の出力電圧が
Ａ／Ｄ変換器５の入力に適した電圧範囲内にならないと
いう問題もある。このため、図５の制御部６は増幅回路
４の増幅率を適正に制御する必要がある。

【００１１】前述の課題を解決するため、各設定波長点
ごとに増幅回路４の増幅率を設定する第１の方法が考え
られる。すなわち、第１の測定でＡ／Ｄ変換器５により
通過する光強度をいったん、測定し、測定値が適切な範
囲内であるかどうかを判定する。適切な範囲内でない場
合には、増幅回路４の増幅率を修正する。第２の測定で
Ａ／Ｄ変換器５により通過光強度を測定する。前記手順
を全測定測定波長点に対して適用する。

【００１２】第１の方法によれば、すべての設定波長点
に対し、増幅回路４の増幅率を適切に設定することがで
きるので、測定できる光強度範囲が広くなる。しかし、
各波長点ごとに、回折格子２３の回転角度を制動しなけ
ればならないため、測定波長帯が広くなると測定に時間
がかかるという問題がある。実機では、例えば、図７の
測定波長帯では約10秒要する。

【００１３】第１の方法に変わるものてして、増幅回路
４の増幅率を固定する第２の方法がある。まず、測定し
ようとする光強度範囲をあらかじめ定めておく。次に、
光強度の最大値に対して、Ａ／Ｄ変換器５に入力される
電圧が適切な範囲の上限となるような増幅回路４の増幅
率を測定前に設定する。ここで、分光器２の透過率は波
長により異なるため、測定波長範囲内で透過率が最大と
なる波長に対して増幅率が適切となるよう設定する。

【００１４】第２の方法によれば、各波長点ごとにＡ／
Ｄ変換器５の出力が適切な範囲であるか判定をせず、測
定中に増幅率を変更することがない。このため、回折格
子２３を一定速度で回転させて測定でき、第１の方法に
比べて測定時間が短縮されるという利点がある。一方、
測定できる強度範囲は、Ａ／Ｄ変換器５の性能により制
限を受けるという欠点もある。

【００１５】次に、光検出器３の特性を図８により説明
する。光検出器には、一般にフォトダイオードが用いら
れる。図８は、フォトダイオードの入力光強度に対する
出力電流の関係を示したものであり、横軸は入力光の強
度、縦軸は出力電流を示す。

【００１６】図８に示されるように、入力光の強度が一
定のレベル以上になると、フォトダイオードの出力電流
は飽和するという特性がある。このため、図５の光スペ
クトル測定装置は、入力光の強度が強いと光スペクトル
の光強度を測定できないという問題がある。

【００１７】また、増幅回路４の増幅率を固定とする場
合は、波長により分光器２の透過率が異なるため、ある
波長では問題がないが、他の波長ではフォトダイオード
が飽和する。このため、同様に光スペクトルの光強度を
測定できないという問題がある。

【００１８】第１の発明は、分光器の出射光を可変する
光減衰手段を設け、光検出器への入射光の強度が、光検
出器を飽和させない範囲となるように光減衰手段で分光
器の出射光の減衰量を制御することで、測定感度を損な
うとすることなく、入力光の強度が大きい場合でも正し
い光スペクトルを測定できる光スペクトル測定装置を提
供することを目的とする。

【００１９】第２の発明は、分光器の通過波長を変化さ
せたときの透過率変化を補償するように光減衰手段で出
射光の減衰量を制御することにより、増幅器の増幅率を
固定とした場合に、正しい光スペクトルを高速で測定で
きる光スペクトル測定装置を提供することを目的とす
る。

【００２０】第１と第２の光減衰手段は、分光器の出射
光の光減衰を要不要に多段階に切り替える第１の減衰手
段と、第１の減衰手段に付加して分光器の不要出射光を
除去する第２の減衰手段を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、第１の発明は、光源１の光１Ａを分光器２に入射
し、分光器２は光１Ａの内の特定波長成分を取り出し、
光検出器３は分光器２の出射光２Ａを受光して光強度に
比例した電気信号を出力し、増幅回路４は光検出器３の
出力を増幅し、Ａ／Ｄ変換器５は増幅回路４の出力をデ
ィジタル信号に変換して光スペクトルを測定する光スペ
クトル測定装置において、光源１と分光器２と光路間あ
るいは分光器２と光検出器３との光路間に配置され、光
検出器３の受光強度を減衰可能に可変する光減衰手段８
を備え、制御部６は光検出器３の非飽和最大出力値を記
憶し、光検出器３の出力値を読み取り、前記記憶値と比
較し、光検出器３の出力値が前記非飽和最大出力値以上
のとき、制御部６は光検出器３の受光強度を光減衰手段
８で減衰制御する。

【００２２】第２の発明は、制御部６は分光器２の波長
透過率特性を記憶し、分光器２の通過波長を変化させた
ときの透過率変化を補償するように光減衰手段の減衰量
を制御する。

【００２３】第１の光減衰手段は、分光器２の出射光２
Ａを減衰させる第１の状態と、分光器２の出射光２Ａを
分光器２に通過する第２の状態に切り替える。

【００２４】第２の光減衰手段は、分光器２の出射光２
Ａの光強度を減衰する複数のＮＤフィルタ８１に分光器
２の出射光２Ａの特定波長帯域をろ過する帯域フィルタ
８２を重ね合わせた複数の複合フィルタを配列し、前記
複数の帯域フィルタ８２を配列し、分光器２の出射光２
Ａを前記複合フィルタで減衰する第１の状態と、分光器
２の出射光２Ａを帯域フィルタ８２でろ過する第２の状
態に切り替える。

【００２５】

【作用】次に、この発明による光スペクトル測定装置を
図１により説明する。図１の８は光減衰手段であり、そ
の他は図５と同じものである。すなわち、図１は図５に
光減衰手段８を追加したものである。

【００２６】次に、図１の作用を説明する。なお、図１
で図５と同じ構成部分では作用が同じであるので、説明
は省略する。図１では、光減衰手段８は分光器２と光検
出器３の間に配置され、分光器２の出射光２Ａを減衰さ
せる。制御部６は光減衰手段８による光減衰量を制御す
る。

【００２７】次に、各波長点ごとに増幅回路４の増幅率
を設定する場合に、制御部６による光減衰手段８の第１
の制御方法を説明する。制御部６に光検出器３の使用可
能な最大出力電流を予め記憶させておく。測定の際に
は、まず、光強度をＡ／Ｄ変換器５により測定し、適切
な出力電流範囲内であるかどうかを判定する。また、Ａ
／Ｄ変換器５の出力値と増幅器４の増幅率より、光検出
器３の出力電流を求め、最大出力電流を超えていないか
どうかを判定する。

【００２８】最大出力電流を超えている場合は、光減衰
手段８で減衰するように制御部６は指令する。すでに、
光減衰手段８により出射光２Ａが減衰させられており、
光検出器３の出力電流が最大出力電流より十分に小さい
場合には、逆に光減衰手段８を、減衰しないよう制御部
６は指令する。また、Ａ／Ｄ変換器５の出力値が適切な
範囲にない場合は、従来技術と同様に増幅回路４の増幅
率を設定し直す。光減衰手段８の減衰量、または増幅回
路４の増幅率を変更した場合は、再度Ａ／Ｄ変換器５に
より光強度を測定する。この手順を全波長点に対して行
う。

【００２９】前述の第１の方法によれば、光検出器３の
出力電流が使用可能な最大出力電流を超える場合だけ光
減衰手段８により光を減衰させるので、測定感度を損な
うことなく、入力光の強度が大きい場合でも正しい光ス
ペクトルを測定することができる。

【００３０】次に、増幅回路４の増幅率を固定とする場
合の、制御部６による光減衰手段８の第２の制御方法に
ついて説明する。測定しようとする波長範囲での分光器
２の透過率の変化を調べ、測定しようとする強度範囲の
最大値を測定した場合に、光検出器の出力電流が最大出
力電流を超える波長区間を求める。そして、この波長区
間を、光検出器の出力電流が最大出力電流を超えないよ
う、光減衰手段８により光を減衰させる区間とする。次
に、測定しようとする強度範囲の最大値に対し、Ａ／Ｄ
変換器５の入力電圧が適切な範囲の上限となるように、
増幅回路４の増幅率を設定する。このとき、光を減衰さ
せる区間の内外で別々に増幅率を設定する。

【００３１】測定の際は、先に求めた波長区間の前後で
回折格子２３の回転を停止させ、光減衰手段８の減衰量
を変更する。すなわち、先に求めた区間を測定するとき
だけ光減衰手段８により光を減衰させるようにする。こ
れに合わせて増幅率の設定を変更する。

【００３２】第２の方法では、光検出器３の出力が最大
出力電流を超える可能性のある波長区間を測定するとき
だけ光減衰手段８により光を減衰させている。つまり、
分光器２の通過波長を変化させたときの透過率変化を補
償するように光減衰手段８の減衰量を制御している。こ
のため、分光器２の損失が大きく、光検出器３の出力が
最大出力電流を超えるおそれのない区間の感度を悪化さ
せることがない。また、測定中に回折格子２３の回転を
停止させるのは先に求めた区間の前後だけなので、測定
時間の増加は最小限に抑えられる。

【００３３】ここでは、光減衰手段８の減衰量を２段階
に制御するものとして説明したが、多段階に制御するこ
ともできる。

【００３４】

【実施例】次に、光減衰手段８の構成を図２により説明
する。図２の８Ａは回転板、８Ｂは回転板８Ａを回転す
る手段となるモータである。回転板８Ａの円周上には、
分光器２の出射光２Ａを通過させる穴８０が形成される
と共に、回転板８Ａの円周上に出射光２Ａを減衰させる
複数の光減衰板８１が取り付けられる。回転板８Ａとモ
ータ８Ｂと光減衰板８１で光減衰手段８を構成する。ま
た、レンズＬ１は回転板８Ａと出口スリット２５間に配
置され、分光器２の出射光２Ａを平行光にして光減衰板
８１に入射する。レンズＬ２は回転板８Ａと光検出器３
間に配置され、前記平行光を集光して光検出器３に入射
する。

【００３５】図２では、回転板８Ａには光減衰板８１が
取り付けられる穴と、入射光２Ａをそのまま通過させる
穴があけられている。モータ８Ｂで回転板８Ａを回転さ
せることにより、回転板８Ａにあけられた複数の穴のう
ちの１つが入射光２Ａの光路に挿入される。モータ８Ｂ
で回転板８Ａの回転角度を制御することにより、光減衰
板８１を光路に挿入する第１の状態と、光減衰板８１を
光路に挿入しない第２状態とを切り替えることができ
る。

【００３６】次に、光減衰手段８による光減衰量を多段
階にする場合の実施例を図３により説明する。図３で
は、３種類の異なる減衰量をもつＮＤフィルタ板８１Ａ
〜８１Ｃを回転板１８に取り付けている。設定する減衰
量に応じてＮＤフィルタ板の１枚、または光を透過させ
る穴８０を光路に挿入すれば良い。

【００３７】また、分光器２から出力される高次回折
光、低次回切光などの不要光を抑圧するため、波長区間
ごとに異なる特性の帯域フィルタ板を光路に挿入する場
合がある。例えば 400〜1750nmの波長範囲を測定すると
き、 400〜 700nmを通過する第１の帯域フィルタ板、 7
00〜1200ｎｍを通過する第２の帯域フィルタ板、1200〜
1750ｎｍを通過する第３の帯域フィルタ板の３種類を測
定波長に対応させて使い分けることで、高次回折光を抑
圧することができる。このような場合に、前述のＮＤフ
ィルタ板に帯域フィルタ板を重ね、回転板の円周上に配
置して多段階に切り替えできる。

【００３８】図４は、前述の場合の実施例による回転板
である。帯域フィルタ板８２Ａ・８２Ｂ・８２Ｃは互い
に異なる波長帯域をろ過し、光強度を減衰するＮＤフィ
ルタ板８１Ａ〜８１Ｃに重ねて複合フィルタとし、回転
板１９上に配列される。また、帯域フィルタ板８２Ａ〜
８２Ｃは単独で回転板１９の円周上に配列される。

【００３９】図４の回転板１９をこの発明による光スペ
クトル測定装置で測定の際には、帯域フィルタ板８２Ａ
〜８２Ｃの内、測定波長に対応した帯域フィルタ板を選
び、さらに光を減衰の有無に応じて、ＮＤフィルタが組
み合わされた複合フィルタ板と、単独の帯域フィルタ板
のどちらかを出射光２Ａの光路中に挿入する。

【００４０】この発明では、分光器２に回折格子を使用
した場合を説明したが、ファブリペロー共振器などの干
渉形の分光器でもよい。また、図１では光減衰手段８を
分光器２と光検出器３の間に配置したが、光源１から光
検出器３までの間光路間であれば、他の配置でもよい。
また、分光器２と光減衰手段８および光検出器３の相互
の接続は空間結合によるものとして説明したが、光ファ
イバを介して接続してもよい。

【００４１】

【発明の効果】第１の発明は、光検出器への入力光強度
が、光検出器を飽和させない範囲となるように光減衰手
段で光強度の減衰量を制御するので、入力光の強度が大
きい場合でも正しい光スペクトルを測定できる。

【００４２】第２の発明は、分光器の通過波長を変化さ
せたときの透過率変化を補償するように光減衰手段で入
射光の減衰量を制御することにより、増幅器の増幅率を
固定で使用した場合に、正しい光スペクトルを高速で測
定できる。

【００４３】この発明による光減衰手段は、回転板の円
周上に光強度を減衰する光減衰板を配置し、回転板を回
転制御する簡易な構成となっており、分光器の不要光を
除去するための帯域フィルタ板の切り替えも可能となっ
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による光スペクトル測定装置の構成図
である。

【図２】図１の光減衰手段８の構成図である。

【図３】第１の光減衰手段８の構成図である。

【図４】第２の光減衰手段８の構成図である。

【図５】従来の光スペクトル測定装置の構成図である。

【図６】図５の分光器２の構成図である。

【図７】図５の分光器２の波長−透過率特性を示す図で
ある。

【図８】図５の光検出器３の光強度−出力電流特性を示
す図である。

【符号の説明】

１光源２分光器３光検出器４増幅回路５Ａ／Ｄ変換器６制御部７表示部８光減衰手段８Ａ回転板８Ｂモータ１８回転板１９回転板８０穴８１ＮＤフィルタ８２帯域フィルタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源(1) の光(1A)を分光器(2) に入射
し、分光器(2) は光(1A)の内の特定波長成分を取り出
し、光検出器(3) は分光器(2) の出射光(2A)を受光して
光強度に比例した電気信号を出力し、増幅回路(4) は光
検出器(3) の出力を増幅し、Ａ／Ｄ変換器(5) は増幅回
路(4) の出力をディジタル信号に変換して光スペクトル
を測定する光スペクトル測定装置において、光源(1) と分光器(2) との光路間あるいは分光器(2) と
光検出器(3) との光路間に配置され、光検出器(3) の受
光強度を減衰可能に可変する光減衰手段(8) を備えるこ
とを特徴とする光スペクトル測定装置。
【請求項２】制御部(6) は光検出器(3) の非飽和最大
出力値を記憶し、光検出器(3) の出力値を読み取り、前
記記憶値と比較し、光検出器(3) の出力値が前記非飽和
最大出力値以上のとき、制御部(6) は光検出器(3) の受
光強度を光減衰手段(8) で減衰制御することを特徴とす
る請求項１記載の光スペクトル測定装置。
【請求項３】制御部(6) は分光器(2) の波長透過率特
性を記憶し、分光器(2) の通過波長を変化させたときの
透過率変化を補償するように光減衰手段(8)の減衰量を
制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の光スペクトル測定装置。
【請求項４】分光器(2) の出射光(2A)を減衰させる第
１の状態と、分光器(2) の出射光(2A)を分光器(2) に通
過する第２の状態に切り替えることを特徴とする請求項
１から請求項３記載の第１の光減衰手段。
【請求項５】分光器(2) の出射光(2A)の光強度を減衰
する複数のＮＤフィルタ(81)に分光器(2) の出射光(2A)
の特定波長帯域をろ過する複数の帯域フィルタ(82)を重
ね合わせた複数の複合フィルタを配列し、前記複数の帯
域フィルタ(82)を配列し、分光器(2) の出射光(2A)を前
記複合フィルタで減衰する第１の状態と、分光器(2) の
出射光(2A)を帯域フィルタ(82)でろ過する第２の状態に
切り替えることを特徴とする請求項１から請求項３記載
の第２の光減衰手段。