JPS63284429A

JPS63284429A - 分光測光装置

Info

Publication number: JPS63284429A
Application number: JP11835187A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Shimazaki; 島崎　哲哉; Hiroshi Kamata; 洋鎌田
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1987-05-15
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1988-11-21

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］本発明は波長較正機能を有する分光測光装置に関するも
のである。ざらに具体的には、絶対波長の測定を極めて
精度よく行うことのできる新規な分光測光装置を提供せ
んとするものである。

［従来の技術］光スペクトルアナライザ等の光波長測定器において、そ
の分光部に回折格子等の分散素子を用いる。その様子を
第５図を用いて説明する。回折格子１は、その入射角α
、回折角βの間にｄ　（ｓｉｎ　α＋ｓｉｎβ）＝ｍλ
　　　　　　（１）の関係がある。ここでｄは回折格子
の溝本数、λは回折格子への入射した光の波長、ｍは回
折次数で任意の整数である。

このような回折格子１を用いた分光光学系を、第６図に
示す。スリット１６から入射された波長λ１．λ２の被
測定光は、コリメータ鏡２で平行光になり回折格子１に
入射する。回折格子１からの回折角β（第５図参照）は
、（１）式に従うので、波長λ１　、λ２の光に対する
それぞれの回折角βはそれぞれ異なったものとなる。回
折格子１を点Ｇ。を中心に回転させ、カメラ鏡３で集光
してスリット８の後に配置したフｔト・ダイオード等の
受光素子５で検出すると、この回転角と検出された光強
度の関係より、被測定光の波長成分が測定でき測光が可
能となる。

このような分散素子でおる回折格子１を回転させる分光
光学系において、絶対波長を決定する場合には、測光の
前に予め波長成分のわかっている光源、たとえば、第８
図にスペクトル分布を示した水銀灯の光を、スリット１
６より入射し、その光が検出されるときの回転角を記憶
し、それより回転角と波長の関係を求めて波長較正を行
い、つぎに被測定光をスリット１６より入射し、波長較
正によって求めた回転角と波長の関係から被測定光の・
絶対波長を決定するための測光を行っていた。

第７図に示す構成は、入力スリット１６とコリメータ鏡
２との間に、可動ミラー１８を挿入することによって、
たとえば水銀灯である較正用光源１０からの光を入力ス
リット１７から入力して波長較正を行い、つぎに可動ミ
ラー１８を扱去することによって、入力スリット１６か
らの被測定光を測光するようにしていた。

［発明が解決しようとする問題点］たとえば水銀灯による波長較正を行い、つぎに測光して
いたために、波長較正と測光を同時に行うことができず
、回折格子を回転させる駆動部のガタ等により、波長較
正時と測光時における回転角度に誤差が生じ、これが絶
対波長の測光における誤差になるという問題点があった
。

また、波長較正時と測光時に大きな時間差がある場合に
は、回転駆動部の部品の劣化により回転角度に誤差を生
じ、絶対波長の測光における誤差になるという問題点が
あった。

ざらに第７図の場合のように、較正用光源１０を内蔵し
、測光と波長較正を可動ミラー１８を用いて自動で切り
換える機構をもつ分光装置においても、回折格子の駆動
部のガタなどにより生ずる前記の問題点は解決されず、
また可動ミラー１８の精度、較正用光源１０．スリット
１７の調整誤差が絶対波長の測光における誤差になると
いう問題点があった。

［問題点を解決するための手段］本発明は、このような欠点を解決するために測光用と波
長較正の２つの光学系を同一の分散素子を用いて実現し
被測定光と較正用の光を同時に測定することによって、
絶対波長の測定を精度よく行うものである。

そのために、被測定光と較正用の光を分光器に並行して
入力する光学手段と、分光器からの被測定光にもとづく
出力光と較正用の光にもとづく出力光とを、それぞれ受
光する受光手段とを設けた。

［作用］このような構成にしたから、較正用の光と被測定光とが
、同一の分光器で同時に分光され、それぞれの受光手段
で同時に受光されることになった。

そのために、１回の回折格子の回転駆動で較正用の光と
被測定光を同時に測定でき、ここで得られたスペクトル
・データには、従来装置の有するような駆動系のガタな
どによる誤差は発生せず絶対−波長を極めて高い精度で
決定することができるようになった。また、波長較正用
の光を用いて波長較正のみを行うことも可能であり、従
来の波長較正用光源内蔵型の分光光学系としても使用で
きる。

［実施例］以下、本発明の一実施例の構成を第１図に示し説明する
。

第１図はツエルニ・ターナ型分光光学系に本発明を適用
したもので、回折格子１は、Ｚ”軸方向に溝をもってい
る。４は被測定光を入射させるためのファイバ、６は波
長較正用の光を、たとえば水銀灯１０から導くファイバ
で、光はある拡がりをもって分光系に入射されて、線３
１〜３４で示すようにコリメータ鏡２１回折格子１を通
り、カメラ鏡３でスリット８上に集光され、受光素子５
に入射する。これらの各線３１〜３４は、コリメータ鏡
２１回折格子１．カメラ鏡３の光軸を通っている。被測
定光と波長校正用の光は、入射点がＺ軸方向にのみにず
れているので、スリット８の上では、波長走査方向（Ｙ
’軸方向）にはずれず、Ｚ′軸方向に離れた点で集光す
る。このため被測定光は受光素子５で、較正用の光は受
光素子７で、それぞれ別個に、しかも同時に測定するこ
とが可能となる。この場合、測光用光学系と波長較正用
光学系においては、光の波長と回折格子１の回転角の関
係が両者において共通であるために、高精度で絶対波長
の測定をすることができる。

第１図に示したものにおいては、測光用光学系を光軸に
一致させたが、較正用光学系を光軸に一致させ、測光用
光学系をＺ軸方向にずらしてもよく、また、両光学系を
光軸かられずかにずらしても、同様にして、絶対波長を
高精度に測定することができる。

第１図に示したものでは、絶対波長の決定を、回折格子
１の回転角と波長の関係より行ったが、回折格子１の回
転角を移動距離に変換し、この移動距離と波長の線形関
係より絶対波長を決定する方式、（サインバ一方式）の
場合にも同様に適用できる。

第１図において、受光部分がスリットと受光素子の簡単
な構成になっているが、レンズ等を装着して集光効率を
高めてもよい。

本発明は、リトロ−型分光光学系で構成しても、またモ
ンク・ギルソン型、エバート型、セヤ・ナミオカ型の分
光光学系を用いても同様の原理により絶対波長を高精度
に決定できる。

第２図は、ツエルニ・ターナ型分光光学系に、波長安定
度のよい気体レーザ１２を組み込み、実線で示した被測
定光３５と、一点鎖線で示した波長較正用の光３６の回
折格子１への入射角を変え、Ｚ軸方向のみにずらした光
学系で、それぞれの光を検出する分光器を示している。

被測定光３５は、ファイバ４より入射され受光素子５に
入射する。

一方、較正用の気体レーザ１２の光３６は、レンズ１３
．１４で平行光になり、回折格子１で回折された後、ミ
ラー３でスリット８上に集光され、受光素子７に到着す
る。このとき、較正用入射光学系１５から出射した平行
光は、光軸からＺ軸方向に微小角度ずらす必要があり、
この角度を調整することにより出力スリット８上の集光
点のＺ軸座標上の位置が任意に決定される。第２図の場
合は、第１図に示したものと異なり、測光用光学系と波
長較正用光学系における波長と回折格子１の回転角の関
係が同じではなく、両光学系の間に補正を必要とする。

補正はつぎのようにして行う。

・２つの光学系における入射角α、α′と回折角β、β
′の関係は、第３図に示すようになり、ｄ　（ｓｉｎ　
α＋ｓｉｎβ）＝ｍλ　　　　　（２）ｄ　（ｓｉｎ　
ａ’　＋ｓｉｎβ’）＝ｍ’　λ　　（３）β−α＝２
Ｋ　　　　　　　　　　　　　（４）β′−α’　＝２
１　　　　　　　　　　　（５）α＋θ＝β′　　　　
　　　　　　　　　（６）という関係式が成り立つ。こ
こでｄは回折格子の溝本数、ｍ、ｍ’は回折次数、λは
被測定光の波長成分の１つ、λ０は較正用光源の波長成
分であり、２Ｋ、２Ｌは、それぞれの光学系において回
折格子１への入射光と回折光のはさむ角で定数である。

またθは両光学系でλ、λ。が検出されたときの回転角
の差でおる。（４）、（５）式を（２＞、（３）式に代
入すると、 λ−２ｄｓｉｎ　　（β−Ｋ　）　ｃｏｓ　Ｋ／ｍ（ア
） λｏ＝２ｄｓｉｎ（β’　−Ｌ）ＣＯ３ｌ−／ｍ’とな
る。つぎに（４）、（６）式より、β′−β＝θ−２Ｋ
　　　　　　　　（９）を得る。ここで（８）式よりβ
′を求め（９）式に代入してβを得て、そのβを（７）
式に代入すると、被測定光の波長成分λが求められる。

また（３）式（おいて任意の次数ｍ′の時に、θ＝０と
なるように角度２Ｋ、２Ｌを選べば、補正計算は簡略化
される。第２図に示した構成例においても、２つの光学
系が１つの回折格子１を用いるように構成されており、
絶対波長の決定を従来に比べると高精度で行うことがで
きる。

第２図に示す構成において、気体レーザ１２を他の安定
化された光源にかえても同様の効果を得ることができる
。

本発明のざらに他の１つの実施例として、比較的スペク
トル線の多い水銀灯と、その高次回折光まで含めた多く
の点を波長較正用光学系で測定して、絶対波長を決定す
る分光測光器を説明する。

第８図に示すようなスペクトルを有する水銀灯は、約３
００〜２０００（ｎｍ＞　　（３０００〜２００００オ
ングストローム）の広い範囲でスペクトル線をもつが、
１ｏｏｏｏオングストロ一ム以上では、スペクトル線の
強度が弱くなり、また１００００オンゲストＯ−ムの両
側の比較的長い領域で高感度な受光素子がないために正
確に絶対波長を測定することが難しくなる。そこで、波
長較正用光学系で第８図の５７９０．６５オングストロ
ーム以下のスペクトル線の１次回折光、２次回折光（第
８図の＜２）＞、３次回折光〈第８図の（３））を測定
して、絶対波長を決定する場合を説明する。一般に測定
するスペクトル線の波長λのｍ次回折光は、λ／、＝ｍ
λを満足する波長λ′と同じ回折格子１の角度で回折さ
れる。したがって、たとえば５７９０．６５オングスト
ロームの２次回折光、３次回折光は、それぞれ１１５８
１．３０オングストロームと１７３７１．９５オングス
トロームの１次回折光が存在するのと等価である。

このように波長較正用光学系で較正用水銀スペクトル線
の高次回折光を用いると、水銀スペクトル線強度の比較
的弱い１００００オングストローム以上の波長領域にお
いても、１００（）Ｏオングストローム以下で高感度な
受光素子のみを用いて正確に絶対波長の測定をすること
が可能である。

一方、被測定光を扱う測光用光学系においては、被測定
光においても発生する高次の回折光はノイズとなるので
、第４図に示すように受光素子５の前に高次回折光をカ
ットするフィルタ１１をスリット８の後ろに挿入したも
のを、第１図に示した較正に使用しなければならない。

このため波長較正用受光素子と測光用の受光素子が独立
でない第６図や第７図の場合には、本実施例の実現は難
しい。

第８図の水銀スペクトルを基準光源とし、測定波長領域
３５００〜１７５００オングストロームの場合に、第１
図の構成において、第４図の受光系を適用した場合を説
明する。

較正用光学系には、主な基準スペクトルとその２次回折
光および３次回折光が印加され、その全てが基準波長と
して適用できる。測光用光学系には被測定光の測定領域
とく点線）、それに対応して被測定光の高次光をフィル
タによりカットすることが必要な領域（実線）を示す。

第８図には、３つの測定領域に対する、それぞれのカッ
ト領域（実線）が示されている。

第１図に第４図を適用した実施例では、被測定光を波長
較正用の光とは別のフィルタ付の受光系で測定するため
、このように高次回折光まで含めた多くのスペクトル線
を用いた波長較正の場合に特に有効である。また、これ
らのスペクトル線を被測定光と同時に測定することによ
り、高精度な絶対波長の決定を行うことができる。第１
図および第１図と第４図の組合わせた構成例では較正用
の光源として水銀灯を用いたが、他の光源でも同様に使
うことができる。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、全く同時に波長較
正用の光と被測定光を測定できるので、従来の絶対波長
決定の時に問題となった駆動系の回転誤差や較正時と測
定時の温度差等による誤差等が完全に除去され、絶対波
長決定を従来より高精度で行うことが可能である。した
がって本発明の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図は２つの光学系の
入射角と回折角の関係を示す図、第４図は、本発明のざらに他の実施例のための受光素子
の前に波長選択フィルタを入れた受光系の構成図、第５図は従来の回折格子の原理を説明するための図、第６図および第７図は従来の絶対波長の決定を説明する
ための構成図、第８図は従来の水銀灯のスペクトル線の一例と、第４図
に示したフィルタ特性の選択との関係を示すスペクトル
図である。１・・・回折格子　　　　　２・・・コリメータ鏡３・
・・カメラ鏡　　　　　４・・・ファイバ５・・・受光
素子　　　　　６・・・ファイバ７・・・受光素子　　
　　　８・・・出力スリット９・・・遮光板　　　　　
　１０・・・較正用光源１１・・・波長選択フィルタ１２・・・気体レーザー　　１３．１４・・・レンズ１
５・・・較正用入射光学系１６．１７・・・入力スリット１８・・・可動ミラー　　　３１〜３４・・・線３５・
・・被測定光　　　　３６・・・波長較正用の光。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定光を入射させるための第１の入射光学手段
と、前記第１の入射光学手段からの被測定光をその波長成分
に分光する分光手段と、前記分光手段によって分光された前記被測定光の各波長
成分を受けて電気信号に変換するための第１の受光手段
と、絶対波長決定のために波長の明らかな較正用光源を前記
分光手段へ入射させるための第２の入射光学手段と、前記分光手段によって分光された前記較正用光源からの
光の各波長成分を電気信号に変換するための第２の受光
手段とを含むことを特徴とした分光測光装置。
（２）前記第１の受光手段が、波長λの被測定光を分光して測定する時には、整数ｍな
る回折次数において、λ′＝λ／ｍなるλ′を除去する
ための次数カット・フィルタを含むものである特許請求
の範囲第１項記載の分光測光装置。
（３）前記分光手段が、光を波長成分に分光するための回転可能な分光素子を具
備し、前記分光素子の任意の回転角に対する前記被測定
光および前記較正用光源の光の分光波長の対応関係が等
しいものである特許請求の範囲第１項記載の分光測光装
置。
（４）前記分光手段が、光を波長成分に分光するための回転可能な分光素子を具
備し、前記分光素子の任意の回転角に対する前記被測定
光および前記較正用光源の光の分光波長の対応関係が異
なった所定の関係を有するものである特許請求の範囲第
１項記載の分光測光装置。