JPS6024411B2 - 測光量変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光量をディジタル量に変換する頚９光量変換装
置に係り、特に入射光量が微弱な場合においても入射光
量に正しく比例したディジタル量を与える脚光量変換装
置に関する。

例えば分光光度計のように光を用いて試料の分折を行な
う装置などにおいては、光量を光電変換手段（例えば光
電管や半導体光検知器など）によって電気信号に変換し
、電気信号処理によって例えば試料の透過率や吸光度を
求めることが行なわれる。

ところで近年のディジタル技術の発展に伴ない、上記し
た電気信号処理をアナログ回路によって行なうより、デ
ィジタル量で取扱う方が便利な場合があり、脚光量をデ
ィジタル量に変換する頚。光量変換が良く用いられるよ
うになって来た。このような場合、前記した光電変換手
段からのアナログ電気信号量をディジタル量に変換する
アナログーディジタル変換器（以下Ａ−Ｄ変換器と略記
する。）が利用される。Ａ一Ｄ変換器としては必要な精
度や回路の簡単さなどに見合った計数方式のものや比較
方式のものが良く用いられるが、いずれの場合も光量を
取り扱うには光量に比例した絶対値のディジタル量を得
る必要がある。また特に高濃度試料の吸光度測定やラマ
ン分光、蛍光分光欄光などにおいては、広いダイナミッ
クレンジが必要であり、かつ微弱光においても直線性良
く変換することが要求される。このように要求に対し、
従釆より用いられているＡ−Ｄ変換器には以下のような
幾つかの不都合な問題点があった。特に微弱光を取扱う
場合には、微弱信号城での良い直線性が必要であるが、
一般にＡ−Ｄ変換器では、良く用いられる電圧一周波数
変換器などのように入力が小さいところで直線性の悪い
ことが多い。電圧一周波腐変換器を用いるＡ−Ｄ変換器
の直線性のよい範囲は、変換されたパルスの周波数に依
存し、入力のフル・スケールの約１％までである。また
、二重積分形のＡ−Ｄ変換器の直線性が良い範囲は、レ
ベル比較器の精度に依存し、入力のフル・スケールに対
して約０．５％乃至５％程度である。すなわち、フル・
スケールが１０ＶのＡ−○変換器においては、直線性の
よい範囲は、約１胸ｈＶ乃至１０Ｖであり、１仇ｈＶ以
下の微弱信号は、正確にディジタル電気信号に変換でき
ない。また微弱光を例えば光電子増倍管などによって電
気信号に変換する場合、光電変換素子自体の発生する雑
音や周辺回路での雑音などにより、光蟹変換手段から得
られる電気信号は多くの雑音を含んでいることがある。
これに対し正の電気信号を取扱うＡ−Ｄ変換器では雑音
を多く含んだ零しベル近くの電気信号に対しては零しベ
ル以下の電気信号を無視してしまうため、光量に正しく
比例したディジタル量を得ることができない。尚、雑音
の信号レベルは条件によっても異るが、約ｌｍＶ乃至Ｉ
Ｖである。 また負の電気信号をも含めてＡ−○変換す
るため、入力にバイアスを与える形式のＡ−○変換器で
は、雑音分を忠実に含んだディジタル信号が得られるも
のの光量に比例しなくなる不都合が生ずる。さらにまた
電圧一時間変換形Ａ−Ｄ変換器のようにのこぎり波電圧
と入力電圧を比較して両者が一致するまでの時間を測定
する場合や、入力電圧を一定時間積分器で積分した後入
力電圧と逆極性の基準電圧を該積分器に加えてその出力
電圧が基準レベルに戻るまでの時間を測定する場合には
、雑音などにより入力信号がＡ一Ｄ変換中に零しベルを
越えない時にはしベル検出器が動作しないという動作不
止が生じ甚だ不都合である。

また、光電変換手段から得られる電気信号には好ましく
ない直流信号成分が重畳している。

この直流信号成分は、光電管や光電子増倍管においては
暗電流であり、Ｐ瓜セルのような光導電素子においては
晴抵抗があり、しかも温度変換によって変化する。また
、増中器においては、オフセット電圧やその温度ドリフ
トがある。尚、階抵抗の温度変化は、１０ｑｏの温度変
化に対して２０〜３０％である。この直流信号成分によ
り、光量に正しく比例したディジタル信号を得ることが
できない。本発明は上記したような不都合を解決し、入
射光量に正しく比例したディジタル量を得る側光量変換
装置を提供することを目的としてなされたものである。
本発明の要点は、Ａ−Ｄ変換手段に入力する電気信号に
一定量の信号を加算した後、Ａ−Ｄ変換手段にてディジ
タル量に変換換することにより、微弱光の場合において
も常にＡ−Ｄ変換手段を直線性の良好な領域にて使用す
ると共に、前記した低レベル入力信号域での不安定動作
領域を避けること、および入射光量に忠実に比例したデ
ィジタル量を得るために、入射光を遮断する手段を設け
、該遮断手段により入射光が遮断されているステップに
おいて得られたディジタル信号量と、入射光が遮断され
ていないステップにおいて得られたディジタル信号量と
を、ディジタル量にて減算し、前記加算された一定量の
電気信号を相殺することである。

以下本発明の望ましい一実施例に基づいて本発明を詳述
する。

第１図は本発明の望ましい一実施例を示す機能説明図で
ある。

光電子増情管などの光電変換素子１ １、増幅器１２、
図示していない光電変換素子１１への供給電源などから
なる光電変換手段１は、入射光を検知して光量を電圧な
どの電気量に変換し加算器２へ入力する。加算器２では
定電圧源＋Ｖより抵抗Ｒ２を通して一定電圧を入力電圧
に加算し、Ａ−Ｄ変換器３に入力する。Ａ−Ｄ変換器３
は入力電圧をディジタル量に変換し、ディジタル記憶装
置５２に与える。一方光電変換素子１１への入射光１０
は、例えばロータリーソレノィダやモーターなどで構成
される駆動装置４２によって駆動されるシャッター４１
により光東が遮断される。第１図では実線で示したシャ
ッター４１の位置では光東１０が非遮断状態にあり、点
線で示した位置では光東１０が遮断された状態を表わし
ている。シャッター４１が光電変換素子への入射光１０
を遮断している状態か否かは、駆動装置４２もしくは図
示していないシャッター位薄検出器などによって判定さ
れ弁別信号発生装置４３を駆動する。弁別信号発生装置
４３はシャッター４１が入射光１０を遮断しているか否
かの信号をアドレスレジスタ５１に与え、アドレスレジ
スタ５１は該信号に基づいてディジタル記憶装置５２の
記憶アドレスを制御し、Ａ−Ｄ変換器３より入力された
ディジタル側光信号は入射光１０が遮断状態にあるか否
かによってそれぞれディジタル記憶装置５２の異なるア
ドレスへ記憶される。ディジタル演算装置５３は、ディ
ジタル記憶装置５２に記憶された入射光１０が遮断され
ていない状態の側光ディジタル信号Ｓと入射光１０が遮
断されている状態の脚光ディジタル信号Ｚとを読み出し
、（Ｓ−Ｚ）の減算を行なってその結果を出力する。本
発明の一実施例によればディジタル演算装置５３より得
られるディジタル量（Ｓ−Ｚ）は、加算器２により加算
された電圧あるいは増幅器１２などにおいて親。

光信号に加わるオフセット電圧などを相殺し、入射光量
に比例したディジタル絶対値を得ることができる。加算
器２より加算する電圧は、光電変換素子１１の時電流お
よび増中器１２のオフセット電圧あるいはドリフト等お
よびＡ−Ｄ変換器の直線性のよい範囲によって決定され
る。入力ナフルスケールが１０ＶのＡ−Ｄ変換器で直線
性の良い範囲が１肌ｈＶから１０Ｖであるならば、加算
される電圧は１０仇ｈＶ以上であればよい。Ａ−Ｄ変換
器３への入力電圧は増幅器２の出力電圧に加算器２によ
り一定電圧が加わった電圧であるため、前述したＡ−Ｄ
変換器の低レベル入力時の動作不良を排除することがで
きると共に常にＡ−Ｄ変換器３を直線性の良い領域で動
作させることができるため、入射光１０が極めて微弱な
場合においても入射光量に忠実に比例したディジタル量
を安定に得ることが可能である。更に加えてＡ−Ｄ変換
器３によりディジタル量に変換された洩り光値には、入
射光１０が遮断状態にあるか否かに拘らず発生する光電
変換素子１１の情電流分や増幅器１２のオフセット電圧
分なども含まれているが、これらの量はディジタル演算
装置５３における減算において相殺されるという特徴を
も得ることができる。第２図は本発明になる狼。

光量変換装置の一構成要素である加算回路とＡ−Ｄ変換
器の一実施例を示す回路説明図であり、Ａ−Ｄ変換回路
はいわゆる二重積分形Ａ−Ｄ変換器を用いている。光電
変換手段よりのアナログ入力Ａｉｎは抵抗Ｒ，を通し、
定電圧源十Ｖから抵抗又２を経た一定電圧が加算されて
積分器３１にて積分される。制御回路３３は積分器３１
への入力電圧を一定時間積分した後、スイッチＳＷ，を
切替え、入力電圧とは逆極性の定電圧源３２から抵抗Ｒ
３を通して積分器３１へ供給される電圧により積分器３
１を逆積分する。比較器３４は積分器３１に積分された
アナログ入力電圧が、定電圧源３２による一定割合での
逆積分により雫電位に戻るのを検出して信号を発生する
。ゲート３６は制御回路３３と比較器３４からの信号に
より、積分器３１が逆積分されている間だけゲートを開
き、発振器３５からの一定周波数のクロックパルスを計
数器３７に送り、計数器３７がこのクロックパルスを計
数することにより、アナログ入力電圧に比例したディジ
タル出力Ｄ側を得ることができる。第２図の実施例のよ
うに加算回路２はＡ−Ｄ変換器と組合わせて極めて容易
に達成することができる。第２図における実施例では、
積分器３１に用いる増幅器や比較器３４でのオフセット
電圧は、光電変換手段１への入射光１０が遮断状態にあ
るか否かに拘らず一定であるので、ディジタル変換後の
減算において相殺することができる。第３図ａは本発明
になる脚光量変換装置の一構成要素である光遮断手段の
一実施例を示す機能説明図である。

光電変換素子１ １への入射光１川まチョッパ４４によ
り一定周期で断続されて光電変換素子１ １へ入射する
。チョッパ４４は例えば第３図ｂにその側面図を示すよ
うに入射光１０を遮断する部分と透過する部分が設けら
れ、モータ４５によって回転することにより入射光１０
を断続する。かくして入射光１０‘ま一定周期にて断続
的に光電変換素子１１へ入射するが、この断続の状態は
例えば光源４６、光電素子４７（例えばフオトトランジ
スタなどが用いられる。）によって検知され、弁別信号
としてアドレスレジスタを制御すると共に、第２図にお
ける制御回路３３をコントロールして積分器における積
分と逆積分のタイミングをコントロールする。第３図の
実施例では、光電変換素子１１への入射光１０を一定周
期で断続し、その度にディジタル演算装置において減算
を行なうことができるので、光電変換素子１１における
時電流や光電変換手段１に用いる増幅器のドリフト、加
算器２やＡ−Ｄ変換器に用いる積分器などのドリフトな
どを常に補償することができ、入射光量に忠実に比例し
たディジタル量を得ることが可能できる。第１図におけ
るディジタル記憶装置５２、アドレスレジスタ５１、デ
ィジタル演算装置５３は例えばディジタル計算器などを
用いても容易に達成することが可能である。

ム次上のように本発明によれば、微弱な光の場合におい
ても、光量に直線性良く比例した絶対値のディジタル量
を得ることができ、更に光電変換手段や、Ａ−Ｄ変換器
などで発生するドリフトなどを補償すると共にＡ−Ｄ変
換器を安定に動作させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる側光量変換装置の望ましい一実施
例を示す機能説明図、第２図は本発明の一構成要素であ
る加算手段とＡ−Ｄ変換器の一実施例を示す回路説明図
、第３図ａは本発明の他の構成要素である光遮断手段の
一実施施例を示す機能説明図、第３図ｂは第３図ａにお
けるチョッパの側面図である。 １・・・・・・光電変換手段、２・・・・・・加算器、
３・・・・・・Ａ−Ｄ変換器、４１・・・・・・シャツ
夕、４４・・・・・・チョッパ、５３・・・・・・ディ
ジタル演算装置。 弟／図第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光量を電気信号に変換する光電変換手段と、上記光
   電変換手段からの電気信号をデイジタル量に変換するア
   ナログ−デイジタル変換手段とを備えた測光量変換装置
   において上記アナログ−デイジタル変換手段に入力する
   電気信号に一定量の信号を加算する手段と、上記光電変
   換手段に入射する光を遮断する光遮断手段と、上記アナ
   ログ−デイジタル変換手段の出力信号のうち上記光遮断
   手段が光を遮断している間に得られた信号量と、上記光
   遮断手段が光を遮断していない間に得られた信号量とを
   減算する手段を備えたことを特徴とする測光量変換装置
   。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の測光量変換装置におい
   て、前記光遮断手段は、前記光電変換手段に入射する光
   を一定周期にて断続する光断続器であることを特徴とす
   る測光量変換装置。