JPS6033019A - グレ−テイングの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は分光器々どのグレーティングを回転させるグ
レーティングの駆動回路に係り、特に波長データを入力
された時にこの波長データから角度データを演算して、
この演算結果でグレーテイングを回転させるようにした
グレーティングの駆動回路に関する； 光学稗器の１つである分光器においては、光の波長分布
などを検出する場合、第１図に示すように被測定光を分
光器のグレーティング（回折格子）１によって分光させ
、スリット装置によシ被測定光の中から所望の波長光を
取シ出して受光装置内で集光させるようにしている。

ところでこのようなグレーティングは、グレーティング
エの格子面１ａと直交する法線２に対して角度αだけ傾
°け、これに被測定光３を入射させれば、この法線２に
対して角度β傾いた方向へ、λ＝ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎ
β）　−ｉｌ＋なる式で示される波長λの１次光４を出
射する。

ただし、ｄパはグレーティングｌの格子定数である。

ところでこの場合、第１図に示す被測定光３と１次光４
とのなす角γはグレーティング１に前記被測定光３を供
給するミラーの位置と、前記１次光を受けるミラーの位
置とによって定まるものであるから、ここでβ−α−γ
（定数）走おき、これに変形すれば、 λ＝２ｄ一部（−）・癲（α＋−）　・・・（２）２ を得ることができる。そしてこの（２）式において、２
　ｄ　、ｅ　ＣＯ２（Σ）は定数であるからこれを定数
Ａで置き換え、さらに角度α＋芝は前記角度γを２分割
する軸５と前記法線２とのなす角であるからこれを変数
θで置き換えれば前記（２）式は、λ＝Ａ−廊θ　・・
・（３） となる。ここでこの（３）式を考察すれば解るように、
被測定光３をグレーティング１に供給した時において、
このグレーティング１から波長λの１次光を出射させる
ためには、波長λに対応する角度Ｏ−１λ （ただし、θ＝ｓｉｎ　（Ａ）だけグレーティング１を
回転させることが必要である。

第２図はこのような波長／角度変換を行なうものの１つ
であるサインバーの一例を示す図である。

この図に示すようにこのサインバ−１２は、モーターな
どによシ可動片８をＸ方向に移動させれば、この可動片
８に当接している棒体９が軸１０を中心として回動する
とともに、この軸１０に固定されているグレーティング
載置板１１が回転するように構成されている。したがっ
て、可動片８の移動量Ｓが小さければ、この移動量Ｓと
グレーティング載置板１１の回転角（θ、−０２）との
間には、５＝Ｒ−癲θ　・・・（４） が成シ立つ。ただしこの場合、Ｒは軸１０から棒体９と
可動片８との接点までの距離、０は変位前の角度θ１と
変位後の角度０２との差角である。ここてこの（４）式
と前記（３）式とを比較すれば明らかなように、波長λ
に対応した移動量Ｓ（Ｓ’＝Ｂ・λ）だけ可動片８を動
かせれば、グレーティング１から波長λの１次光を出射
させることができる。しかしな恋らこのようなサインパ
ー１２は移動量Ｓが大きくなれば、棒体９のアーム長さ
Ｒの変化量が大きくなるから、広い波長範囲をカバーす
ることができないのみならず、移動量Ｓが小さい範囲に
おいてもアーム長さＲが微小ではあるが変化し、寸だ棒
体９と可動片８との接触によってこれらが互いに摩耗し
たシして高い精度を得ることができス４−スを大きくし
てしまうという不都合がある。

この発明は上記の点に鑑み、広い波長範囲をカバーする
ことができるとともに、高い変換精度を得ることができ
、さらにグレーティング駆動装置全体を小さくすること
ができるグレーティングの駆動回路を提供することを目
的とするものである。

そしてこの発明によるグレーティングの駆動回路はこの
目的を達成するために、波長データを供給された時に、
この波長データに対応する三角関数値をめて前記波長デ
ータ全角度データに変換するデータ変換手段と、このデ
ータ変換手段が出力する前記角度データに対応する角度
だけグレーティングを回転させる駆動手段とを具備した
ことを特徴としている。

以下この発明を図面に示す実施例にしたがって説明する
。第３図はこの発明によるグレーティングの駆動回路の
第１実施例を示すブロック図である。この図において、
１４はこの駆動回路が設けられている光学機器の操作・
ぐネルであシ、この操作ｉＺネル１４から入力された波
長データλは波長／角度変換回路（以下これを４　変換
回路と略称する）１５に供給される。４変換回路１５は
データ変換手段３０、読み出し手段１５Ｂ１角度データ
に変換する手段１５Ｃ、メモリ１５Ａから構成されるも
のであり、前記操作ノ９ネル１４から波長データλを供
給されたときに、データ変換手段３０でこの波長データ
λを定数Ａで除算してデータ体ヲ求めるとともに、読み
出し手段ｔ！５Ｂｋ介してこのデータ体に対応する読み
出し信号りをメモ’Ｊ　１５　Ａに供給する。メモ１Ｊ
４５Ａは角度θ１に対するサイン値データ（牧）＋　Ｃ
ただし、（牧）＋　＝ｓｉｎθ１〕、角度θ２に対する
サイン値データ（牧）２　〔ただし、（／Ａ）２＝由θ
２〕、・・・・・・角度ｏｎに対するサイン値データ（
／Ａ）ｎ〔ただし、（／Ａ）ｎ＝幽θｎ〕、およびこれ
らの角度θ、〜θ２．・・・、θ。−１〜θｎの間の傾
きα１．α２・・・α。を下表に示すように、各波長区
間１〜ｎのデータとして記憶しているものであり、前記
４変換回路１５から読み出し信号を供給されたときにこ
の読み出し信号の示す波長区間のデータを読み出して読
み出し手段１５Ｂに供給する。すなわち、読み出し手段
１５Ｂが波長区間２を示す読み出し信号を出力した時に
はこのメモリ１５Ａから下表に示すように波長区間２に
対応するデータ（’　／Ａ　）２の値０．０６２８、が
選択されて前記読み出し手段１５１３に供給される。捷
だ、前記読み出し手段１５Ｂが波長区間３〜ｎのいずれ
かを選択した場合も同様に、この選択された波長区間に
対応したサイン値データ（’４）ｓ　〜（’４）ｎの値
が前記読み出し手段１５Ｂに供給される。

読み出し手段１５Ｂは読み出し信号によってメモＩ）　
１５　Ａからサイン値データを取シ込んだ後に、先の演
算結果である前記データ２４の値とメモ’）　１５Ａか
らのサイン値データ（’４）ｍ（ｍは１〜ｎのいずれか
を示す整数）の値とを比較し、（／Ａ）ｎ〈鍬ならばこ
の時の波長区間ｍよシ大きいｍ＋１に対応したサイン値
データ（’／Ａ　）　ｍ　＋　ｒ　を読み出し、また（
４）□〉へならばこの時の波長区間ｍより小さいｍ−１
に対応したサイン値データ（’４’）、　１を読み出し
てこの比較動作をくシ返し、（／Ａ）ｍ　＜　／Ａ　＜
　（牧扁＋１と々るｍ、すなわち前記λ データへか含まれる波長区間ｍをめる。次いで、角度デ
ータに変換する手段１５Ｃはデータ体から前記波長区間
ｍに対応するサイン値データ（４）□　を減算してこの
減算結果（匂、−（’４）、　）λ Ｔｈ−一時記憶するとともに、前記メモリー５Ａから前
記波長区間ｍに対応する角度データθｍおよび傾きデー
タαｍ　を読み出して次式に示す演算を行なう。

θ二αｍ　（／Ａ　−（４）□）＋θｍそしてこの場合
、角度データＯｍ　ｔｒｉデータ（’４）ｍに対応する
サイン角度を示し、また傾きデータαｍはこの角度デー
タＯｍから次の角度データθｍ＋１までの角度の傾きを
示すものであるから、前記（５）式によってデータ体に
対する角度データθがまる。また上述した比較動作にお
いて’／Ａ　−（’／Ａ）ｍが成シ立つ場合、前記読み
出し手段１５Ｂはメモ１月６からこの（鍬）ｍに対応す
る波長区間ｍの角度データθｍを読み出し、これを角度
データに変換する手段１５Ａから角度データθとして出
力する。

したがって、操作・ぞネル１４から例えば、波長λを入
力し、これに対応してデータへの値がε）５４図に示す
ように、サイン値データ（／Ａ）２　、　（”／Ａ）３
λ の間にあれば２４変換回路１５はメモリ１６からサイン
値データ（’４）２に対応する角度データθ２、傾きデ
ータα２を読み出すとともに（５）式に示す演算を行な
って角度データ０をめ、モータ駆動回路１７に供給する
。モータ駆動回路１７は前記角度データθと、グレーテ
ィング１の回転角度を検出する回転変位検出器工８が出
力する角度検出信号θｐ　め値とを比較し、これらを一
致させるようにモーター　９　ｋ　ｆｆ＋ｆＪ御するも
のであり、とのモータ駆動回路１７によってモーター９
が駆動されれば。

これに応じてグレーティング１を載置しているグレーテ
ィング載置板２０が回転し、この時の回転変位量が回転
変位検出器１８によって検出されモータ駆動回路１７に
帰還される。

次に以上のように構成されたこの実施例の動作を第５図
に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず回路が起動されると、偽変換回路１５はステップＳ
１を実行し、波長データλが入力されるまで待ち状態を
維持し、操作ノ々ネル１４が操作されて波長データλが
入力された時に次のステップＳ２を実行して前記波長デ
ータλに対応して得られるデータ鍬とメモリ１６内に予
め記憶されλ ているサイン値データ（／Ａ）ｍト比較し、休−（’／
Ａ）ｍ　と々る波長区間ｍがあるか否かを判別し、この
条件が満されない時、すなわち（牧）ｍ　＜　’／ｌ、
式に示す折れ線近似演算を行なって前記データへに対応
する角度データθをめる。次に、ら変換回路１５はステ
ップｓ４において前述した演算処理によってめた角度デ
ータθをモータ駆動回路１７に供給してモーター９によ
りグレーティング１を角度データθに対応した角度だけ
回転させた後に、ステップｓ５を介して最初のステップ
Ｓ１に戻る。

捷だ上述した動作中において、ステップｓ２で補間が必
要でないと判断されれば、すなわち人力λ された４の値がメモＩＪ　］、　５　Ａに記憶されてい
るサイン値データと一致し７０時にはステップｓ３が省
かれてステップＳ４．Ｓ５が直接実行される。

まだ上述した説明においては傾きデータα１〜αｎをメ
モ’Ｊ　１５　Ａに記憶している場合を例にとってこの
実施例を説明したが、これらの傾きデータα１〜αｎは
λ＝　ＡＡｎθの両辺を微分して得られる傾うにしても
良い。

また、プログラムが記憶されたＲＯＭおよび作業エリア
となるＲ　Ａ　］ＶＩ　（ランダムアクセスメモリ）な
どを有するマイクロプロセツサを使用して操作・ぐネル
１４から供給される波長データλから角度データθをプ
ログラム演算でめてこれを出力するように構成しても良
い。この場合、マイクロプロセッサは操作ノ々ネル１４
から波長データλを入力された時に、この波長データλ
とＲＯＭに記憶されている定数データＡとに基づいてデ
ータＸ（ｘ−）／Ａ）をめるとともに、このデータＸと
ＲＯＭに記憶されているプログラム、すなわち５ｉｎ−
’　ｘ　−ｘ　ｕ　、ｘ” 十・・・・　・・（６） で示されるマクロ−リン展開式における右辺側の各項を
有限回順次演算するための第１のプログラムおよびこの
プログラムによって得られる各値を順次加算するだめの
第２のプログラムとに基づいて角度データθ（θ＝ｓｊ
ｎ−’ｘ　）　請求めるものであり、この演算結果であ
る角度データθはインターフェースを介してモータ駆動
回路に供給される。

このようにプログラム演算によって波長データλを角度
データθに変換しても上述した第１実施行々うロジック
回路、すなわち入力されたデータＸをそのまま出力する
第１のロジック回路、前記データＸから「＋・Ｘ２」を
演算する第２のロジック回路、・・・と、これらのロジ
ック回路で得られた値を加算する加算回路とを有する偽
変換ロツツク回路によって波長アークλ’ｔ　角ｉ　、
Ｊ−タθに変換するようにしても良い。

このように、ハードウェアで演算回路を構成しても上述
したものと同様の効果ｋ（５ｆることかできる。さ、ら
にこの場合には、その演算速度を速くすることができる
。

そしてこれらにおいてはアークサインのマクロＩＪン展
開式に基づいて波長データλヲ角度テ−１　、−＋ りθに変換しているが、ア、−を積分してｓｔｎ　ｘを
めるようにしても、壕だ他の演算式を用いてｓｉｎ””
’　ｘ　をめるようにしても良い。

第６図はこの発明の第２実施例を示すブロック図であり
、第７図はこの第４実施例を説明するだめの波形図であ
る。εｉ）６図（２）において、２６は第６図（Ｂｌに
示すように、アークサイン波形Ｓを発生ずるアークサイ
ン発生回路（電圧発生回路）２７と、このアークサイン
発生回路２７の出力をサンプリングホールドするサンプ
リング回路２８と、これらサンプリング回路２８および
アークサイン発生回路２７を制御する制御回路２９とデ
ータ変換回路３０とを有する偽変換アナログ回路であシ
、操作／々ネル１４から波長データλ（この場合はこの
波長データλは電圧である）を供給されたλ 時に、値／Ａをめた後、制御回路２９の出力で前記アー
クサイン発生回路２７を動作させてアークサイン波形Ｓ
の発生を開始させるとともに、この時刻（例えば、第７
図に示す時刻ｔｏ）から鎖体に対応した時間だけ遅れさ
せて制御回路２９からサンプリング信号Ｓｐを出力させ
、このサンプリング信号で前記サンプリング回路２８を
動作させ、このサンプリング結果θを角層データθとし
てモータ駆動回路■７−ａに供給する。

したがってこの実施例においても、波長データλを角度
データθに変換してグレーティング１の角度を制御する
ことができる。

またこの実施例では、アークサイン発生回路２７の出力
を遅延させてサンプリングするようにしているが、これ
に代えてサイン波形を発生するサイン発生回路を設けて
このサイン発生回路がサイン波形の発生を開始した時刻
からこのサイン発生回路の出力と値２／Ａとが一致した
時刻までの時間を計測して角度データθを得るようにし
ても良い。

以上説明したようにこの発明Ｖこよるグレーティングの
駆動回路は、波長データを供給さ力、た時に、２ろ変換
回路は、前記波長データを角度データに変換し、この角
度データに応じてモータ駆動回路がグレーティングを回
転させるようにしたので“、広い範囲にわたって波長／
角度変換を行なうことができるとともに、サインバー　
などの機械的な波長／角度変換装置より高い変換精度で
波長を角度に変換することができ、さらに波長／角度変
換を電気的に行なうのでグレーティング駆動装置全体を
小さくすることができる。

分光器においては、光学系の軸線上にこの軸線だ光をこ
のグレーティングなどによって分光し、これをスリット
装置内のスリットで、選択することにより、前記被測定
光からの所望の波長の光だけを取り出してその波長毎の
強さなどを解析している。そして横軸に光の波長を表示
し、縦軸にその波長毎の強さを表示するスペクトルアナ
ライザなどにおいてはこの発明により、横軸の位置情報
すなわち波長データからグレーティングの角度を正確に
設定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はグレーティングの回転角度と、このグレーティ
ングから出射される１次光との関係を説明するための図
、第２図はサインバーの一例を示す図、第３図はこの発
明によるグレーティングの駆動回路の第１実施例を示す
ブロック図、第４図はサイン値データと傾きデータとの
対応を表わす図、第５図はこの実施例を説明するための
フローチャート、第６図はこの発明の第２実施例を示す
ブロック図、第７図はこの第２実施例を説明するための
波形図である。 １・・・グレーティング、１４・・・操作パネル、１５
・・・波長／角度変換回路、１５Ａ・・メモリ、１５Ｂ
・・・読出し手段、１５Ｃ・角度データに変換する手段
、１７・・・モータ駆、動回路（駆動手段）、］９・・
・モータ、２６・・・波長、／角度変換アナログ回路、
３０・・・データ変換回路、２７・・電圧発生回路、２
８・・サンプリング回路、２９・・・制御回路。 特許出願人　安立電気株式会社 代理人　弁理士　西　村　教　光

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、　分光器のグレーティングを回転させて、該分光器
   から出射される光の波長を変化させるグレーティングの
   駆動回路において：波長データを供給する手段θ（１）
   と；前記波長データを受けたとき前記波長データに対応
   する三角関数値をめ該三角関数値に基づいて前記波長デ
   ータを角度データに変換するデータ変換手段（１５）と
   ；前記グレーティングを前記角度データに対応する角度
   位置に回転させる駆動手段（１７）とを具備したことを
   特徴とするグレーティングの駆動回路。 ２　前記データ変換手段は、三角関数データをテーブル
   として記憶している記憶手段（１５Ａ）と；波長データ
   を受けた時に前記記憶手段から該波長データに対応した
   三角関数値を読出す手段（１５Ｂ）と：それを角度デー
   タに変換する手段（１５Ｃ）とを具備したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のグレーティングの駆動
   回路。 ３　前記データ変換手段は三角関数波形を発生する電圧
   発生回路（イ）と：この電圧発生回路の出力をサンプリ
   ングするサンプリング回路（ハ）と；波長データを受け
   た時に前記電圧発生回路を動作させて前記三角関数波形
   の発生を開始させるとともに、この開始時刻から所定時
   間だけ遅れて前記サンプリング回路のサンプリング動作
   を行い、これにより得られるサンプリンダ結果を角度デ
   ータ信号として出力させる制御回路−とを具備したこと
   を特徴とする特許請求の範囲部１項記載のグレーディン
   グの駆動回路。