JPH04130233A - 可搬型光チョッパー装置の駆動装置」と訂正する。 - 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】 ［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、このような光チヨツパ−ｉｔ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６
１はシャフト６２を介してベース材Ｂ３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ＬＥＤ８
５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７
５に照射される。被測定資料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８４
ｂｂ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８５（この説明では透過率１
００％のものとする）に、反射部８４ｂｂにより反射さ
れた光路８３ｂ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８３ａを経て標準資料８５を通る光はウェッジフィ
ルタ８８により所定の減衰を与えられた後、ミラー８６
ｂ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　８４ｇ、　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８４
ｂ。

８４ｅ回転が進み、第一の回転板８４ｂの透光部８４ｂ
ａ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、ウェッジフィルタ８８、ミラー８６ｂを
介して第二の回転板８４ｃ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
するウェッジフィルタ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、ウェッジフィルタ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てあり、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、可搬型チョッパーおよび
そ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チョップする手段を
設けた回転板と、この回転板を回転させる手段と、前記
回転板の回転位相の検出手段とを備え、所望する位置に
設定可能な可搬型光チョッパー装置において、前記回転
板は円周方向に沿って光を通過する透光部と光を反射す
る反射部を交互に設けたことを特徴としている。

また、この発明の駆動装置は、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。

［作用コ 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、しがも複数のこれら可
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）はこの実施例の回設型チョッパ
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１
ｂ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Ｓ
ｉＯ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を挾んで一方
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がれる
。

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ＬＥＤ８
ａとホトトランジスタ６ｂとの間を回転板１の透光部１
ａ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。

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

第２図は、この実施例の回設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経て第一のチョツノく一装置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２２ｃ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
ようにフィーバツク制御する。

一方、第二のチョッパー装置２８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２５ｂ、モータ２３ａ１回転板２３ｂ１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２２Ｃ１
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２２．２８の回転板２２ｂ。

２Ｈ）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２
７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２
２と第二のチョッパー装置２８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８０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
３ｇａの光は参照セル３３゜ウェッジフィルタ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２３ｂｂで反射して光路３２ｂを通る光は、ミラー３
５ｂ、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２３ｂ
ａ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２３
ｂａ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２
２ｂａを通る、破線に示す光路３２ａの光は参照セル３
３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２３ｂｂ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
　、　Ｈｂ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で充電変換されて、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３
７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８４ａを介してウェッジフィルタ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ェッジフィルタ３４の挿入量
で、資料セル３Ｂ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２
２ｂ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４１ａ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４８を経て第二のチョッパー装置２
３の回転板２３ｂの透光部を通過してモノクロメータ４
４で真空槽４１で発生する迷光を減じた後、光センサ４
５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４
１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２１ｂ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４
２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λ１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５３　ｂ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
λ２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
５Ｂに照射される。資料５Ｂから反射した光はミラー５
４ｂを経て、波長λ１とλ２まて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。

［発明の効果コ 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・・・Ｌ　Ｅ　Ｄ　　　　　　　８ｂ・・・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 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２ 図 ｉｌｂ区 ＷＩｌ＆５図 第６区 第７区

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円周方向に沿って光をチョップする手段を設けた
   回転板と、この回転板を回転させる手段と、前記回転板
   の回転位相の検出手段とを備え、所望する位置に設定可
   能な可搬型光チョッパー装置において、 前記回転板は円周方向に沿って光を通過する透光部と光
   を反射する反射部を交互に設けたことを特徴とする可搬
   型光チョッパー装置。
2. （２）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。