CN1179648A - 光学测量装置以及适用于本装置的光源装置与光检测装置 - Google Patents

Abstract

分光光源装置是用于提供照射被测物的光源,由光源发出的光经光源光学系统调整后被入射至音响光学元件,藉音响光学元件实现分光和光的调制。由音响光学元件出射的1级衍射光经聚光光学系统聚光,再经照射光学系统照射至被测物。光检测装置由光接收部及数据处理部组成,光接收部可同时输出与被调制的光信号相对应的、被不同程度放大了的多路电信号。数据处理部可从多路信号中选择出即不饱和而幅度又最大的一路信号,并用一与测量光的调制频率相同的信号对其进行同步处理。

Description

光学测量装置以及适用于本装置的光源装置与光检测装置

本发明涉及测量食品、人体等光学散乱体中的特定物质，比如血液或尿中的糖、血红蛋白、果物中的糖份的光学测量装置，以及这类测量装置所用的能发出特定波长光的分光光源装置，以及能实现分光解析的光检测装置，特别是能除去信号漂移，随机噪声，高信噪比的微弱信号检测装置。

近年来有很多关于用光照射被测物，再利用从被测物中返回的光来进行光学测量的应用。本说明书中的“输出光”一词定义为照射至被测物中再从被测物中返回的所有光，即同照射光以相同方向出射的透射光，以及同照射光以相反方向出射的反射光亦包括在内。

这类测量是通过向被测物照射光，并在不同波长上分别测量其光强度来获得被测物内部的信息的。因此，需要将光在照射被测物之前进行分光(前分光)，或者是将输出光进行分光(后分光)。

作为分光手段也有很多方式。一般常用的是象近红外的付立叶变换分光仪(FT-IR)，或者采用光栅等通过光学部件的移动来实现连续波长的分光方式。这类分光测量所需时间比较长，其间光量等容易发生漂移，影响测量精度。用光学滤光片作为分光元件，或者用如象激光二极管(LD)、发光二极管(LED)一类的单一波长的光源的方式，光源或光学滤光片需要更换、所需测量波长增多将导致测量时间增长、元件数量增多及成本提高。

另一方面、对连续光源实现连续分光的方式是利用光音响光学元件(Acoust-Optic Tunable Filter：AOTF)。光音响光学元件是将换能器粘贴于光学晶体表面，通过改变施加于换能器上的无线电波(RadioFrequencies：RF)的频率，来改变透过晶体而被分光的波长。使用光音响光学元件进行分光，无需元件的机械运动，可高速进行波长的扫描。使用光音响光学元件进行分光的分光器已在市场上可见。

使用光音响光学元件进行分光测量的方法，比如利用二波长差分分光光度的方法(参见EP401453A1)，以及被测物组织中的血液容量不同的差分分光光度的方法(参见USP5,372,135)。

但是，使用类似于二波长的相对测量方法，对只含单种成分的水溶液来说可实现其高精度测量，单是象食品、人体这样的含有多种成分的复杂系统来说，实现其各成分的高精度测量是非常困难的。其原因是，被测对象不同的话，即使一种成分的变化量相同，其他成分的变化量也不会完全一样，因此用这种二波长方法很难实现感性趣的成分的高精度测量。另外因为需要在被测对象变化的情况下(如：压力、表面反射情况、内部光路长的变化)、即干扰误差非常大的条件下将非常微弱的信号抽出本身是非常困难的。

在测量来自被测试样输出光时，如果被测信号非常弱，比如被测信号与噪声同等量级的话，用通常的放大器很难得到高信噪比的输出信号。比如，图1是水的吸收光谱，如图所示吸光度随波长变化很大。一般来说，来自试样的输出光强度变化很大的话，经检测器得到的电信号的变化幅度也会很大，这样用放大倍数一定的放大器时，当将光信号很微弱的波长下所得到电信号经由A/D变换器存入计算机时，会因转换器的分辨率的限制造成测量的分辨率下降。

应用音响光学元件进行分光，需要使入射光满足一定的光学条件。但是市场上买到的AOTF分光光度仪，因入射至音响光学元件的光的调整不良使得+1级或-1级衍射光中含有大量的0级光。

另外，因从音响光学元件出射的+1级或-1级光与0级光的角度比较接近，，所以0级光容易混入1级衍射光中。

为使在光强度变化范围很大的条件下也能实现高精度测量，需要改变放大器的倍率。比如，象图1中的动态范围很大的频谱测量时，应用半导体继电器电路等多路转换器来实现放大倍率的转换，即当信号弱时增大放大倍率，信号强时降低放大倍率以避免饱和。但是，这种切换也会产生噪声并造成测量误差。

对于非常弱的信号，如比电路元件的热噪声稍微大一点的信号进行放大的话，如采用晶体管电路的反馈放大电路以及利用运算放大器的差动放大电路，因噪声也会被同时放大，所以使得测量信号和噪声难以区分。这样，需要一种能将电路自身产生的噪声降至测量信号电平以下，并将外部干扰亦降至测量信号电平以下的电路构成。

实际上有时需要信噪比大于100000/1，而一般分光仪(如FT-IR)的信噪比一般小于10000/1。

欲降低频谱为常数的随机噪声需在测量波长范围内进行多次测量及平均值处理。另外，当测量波长范围宽的话，系统的漂移亦会影响测量。

本发明的第一目的在于，提高用光音响元件分光的波长纯度，并且能抑制0级光的混入比例，取出高纯度的1级衍射光。

本发明的第二目的在于，提供一种可以消除测量值的漂移，并能以高精度测量微弱信号的光电检出装置。

本发明的第三目的在于，为了实现光学散乱性物质中的特定成分的非破坏性测量，提供一种光学测量装置，这种光学测量装置包括用音响光学元件作分光元件可实现波长的高速扫描和微弱信号的高精度检测。

作为本发明的第一部分的分光光源装置包括：光源；音响光学晶体上贴有换能器、并通过改变声波的频率来实施分光的音响光学元件；将光源发出的光以小于音响光学元件允许孔径角的传播角度入射至所述音响光学元件的光源光学系统；将音响光学元件出射的0级光、+1级与-1级衍射光于空间上的相互不同位置上聚光的聚光光学系统；将由聚光光子系统收集的±级与-1级衍射光中的至少一束光照射至被测物的照射光学系统。

作为本发明的第二部分的光检测装置，是根据信号的强弱来进行放大器倍率的调整，以实现高精度测量的。实际上是将光电信号同时输入多个倍率不同的放大器进行放大，经放大器的输出信号再送入A/D转换器，使用时选择其中不致使放大器和模数转换器饱和的最大幅度的信号，这样做可以避免因使用继电器电路或多路切换器等切换装置时产生的脉冲噪声的影响。另外，为了除去随机噪声，对测量信号进行调制，在调制频率上进行同步信号处理，来实现信号的调制的单一频率成分的高精度检测。

因此，本发明的光检测装置包括：调制测量光的手段；能产生随测量强度而变信号的检测元件；将检测元件的输出作为其输入的、能同时输出被不同放大倍率所放大的多路信号的放大器；将这输出不同程度放大了的多路信号分别转换为数字信号的A/D转换器和数据处理部。本数据处理部至少包括：将A/D转换器的多路输出信号作为输入，并将其中信号幅最大而又不使放大器或A/D转换器饱和的信号选择出来的通道选择手段；对选择出的信号以调制测量光的相同频率进行同步信号处理的手段；以及对同步信号处理后的信号进行积分处理以求得测量值的积分手段。

作为本发明的第三部分的光学测量装置包括：将测量光投射至被测物的光源装置；将来自被测物的输出光作为测量光来接收的光实施检测的光检测装置；以及控制光源装置和光检测装置动作的控制部。这里所述的光源装置即是指本发明的第一部分所述的光源装置，通过改变加至声波换能器上的驱动信号的强弱，或者是对音响光学元件的出射光用机械式的光调制盘来调制音响光学元件的输出光。另外，这里所指的光检测装置即是所述的作为本发明的第二部分的光检测装置。

此处所述的光“传播角度”是指光束的光轴与其光线在空间传播方向所形成的夹角。当光束的光轴与音响光学元件表面垂直条件下入射时，只有传播角度小于音响光学元件的允许入射角度的光才能对1级衍射光有贡献。因此，入射至音响光学元件上的光束中，小于音响光学元件允许入射角度的光越多，产生的1级衍射光就越强，最理想的是入射光束中所有光线的传播角度都小于音响光学元件的允许入射角度。

入射光束的光轴与音响光学元件的入射面垂直是比较好的，但是如果入射光束所含所有光线与音响光学元件的入射面的垂直方向所形成的夹角都小于允许入射角度的话，光束的光轴与音响光学元件入射面不严格垂直也无防。

光源光学系统是将从光源发出的光的空间尺寸调整至小于音响光学元件的窗口尺寸，并使光线的传播角度小于音响光学元件的允许入射角度并入射至音响光学元件，以实现提高1级衍射光的纯度和强度。另外，通过光学系统将从音响光学元件出射的0级光，+1级与-1级衍射光聚于空间不同的位置上，可进一步抑制0级光混入1级光的比例。其结果，可从该光源高精度地抽出所需波长的光。

通过改变施加于声波换能器上的驱动电信号频率，来改变晶体中的声波频率以实现分光的方法，可实现波长的高速扫描。其结果，可缩短所需测量时间，并可抑制测量时间内因光强漂移所产生的影响。

通过改变施加于声波换能器上的驱动电信号的强度，或者通过对入射至音响光学元件的光用机械式的光调制盘的方法，可调制从音响光学元件出射的光。光的强度调制使得信号的同步检测变为可能。因此，为了除去随机噪声等干扰，通过对从音响光学元件的出射光的调制，实现了被测电信号的调制，并在此调制频率上进行同步信号处理，从而可高精度地只检测调制频率成分的信号。

通过根据信号的强弱来改变信号放大倍数的做法可以提高测量精度。这时，由检测元件输出的信号被多个不同放大倍率的放大器进行放大，将其放大器的输出输入A/D转换器。采用比较各路被放大了的信号的大小，选择不使转换器和放大器饱和条件下的最大信号的方法，可以避免因使用继电器电路或多路切换装置时产生的脉冲噪声的影响。

在本发明的光测量装置中，向被测物投光的光源部分应用了提高从音响光学元件出射的+1级与-1级衍射光的纯度的方法和对输出光分光进行分光调制的方法，以及用于检测来自被测物的输出光的光检测部分应用了信号同步处理的方法，高精度地只检测调制频率下的信号。将检测的信号同时输入多个放大倍率不同的放大器进行放大，并从其中选择幅度最大而又不至饱和的信号作为应用的方法，这样就避免了通常的信号选择法所产生的脉冲噪声，这样本发明的光测量装置可实现光散乱性物质中特定成分的非破坏性的高精度测量。

作为使光源发出的光以小于音响光学元件的窗口尺寸、及小于其允许入射角度的传播角度的光束入射至音响光学元件上的调整光学系统的一个例子，比如使用在光源光束的光轴上放置一个将光源发出的光向音响光学元件反射的前置反射镜，并使前置反射镜所在面与音响光学元件表面成物像共轭关系的光学系统。当音响光学元件的窗口尺寸比较小时，在光学系统中加入光栏以减小光束尺寸。

另外，在光轴的反方向上亦可设置一后置反射镜，这样可使光源向后向发出的光也被反射至前置反射镜上，可以提高由光源入射至音响光学元件上的光源光能量的利用率。

理想的照射光学系统的一例是用聚光光学系统使+1级与-1级衍射光合成于同一光轴上、向被测物照射。这样因+1级与-1级衍射光都得到了利用，提高了光源光能的利用率。

作为将+1级与-1级衍射光合成于同一光轴上的照射光学系统的一种理想的选择是使用一分岔光纤，这种光纤的一端分岔为两路，而另一端不分岔作为合流用的一路光纤，通过这样的聚光光学系统聚起的+1级与-1级衍射光分别入射至照射光光学系统的分岔光纤的一端，而合流后从光纤的另一端出射光作为照射被测物的光。这时的照射光学系统作为+1级与-1级衍射光入射的分岔光纤的端面放置在聚光光学系统的焦平面上，是理想的。

作为将+1级与-1级衍射光合成于同一光轴上的照射光学系统的更理想的一种选择，是将光纤的一头分岔三路，而另一头仍为合流用的一路。这样经聚光光学系统会聚的+1级与-1级衍射光分别入射至分岔三路一端的二路上，合流的光从未分岔的光纤端部出射而照射被测物，同时，光纤的这一未分岔的端部亦作为从被测物反回的输出光的输入端使输出光入射至光纤，而从分岔端中的剩余的一路中出射并照射至检测器上。使用这种分岔的光纤可使系统的结构变得简单。

在光源光学系统的光路上可串行放置多个光波长范围不同的音响光学元件，使用时亦可选择其中之一进行驱动。这样加宽了可利用的分光波长的范围。

为了得到更稳定的测量结果，最好对从音响光学元件出射的0级光或是灯光源发出的光进行监测，并修正其强度的变化。

作为可同时输出放大倍数不同的多路信号的放大器的一种较好的构成，它包括：可把从检测元件的调制输出作为其输入的输入缓冲器电路；将此输入缓冲器电路的输出电压变化通过电阻变成电流变化的电压—电流变换电路；再将该电压—电流变换电路得到变化电流通过电阻放大至所定倍数的电压变化的电流—电压变换电路；将此电流—电压变换电路的输出电压变化经过输出缓冲器后作为输入的、具有不同放大倍率的多个放大电路。电压—电流变换电路和电流—电压变换电路构成了前置放大器，可产生被不同程度放大了多路信号的放大电路构成了次级放大器。前置放大器的电压—电流变换时，将信号放大，此信号再经电流—电压变换时可进一步得到放大，以此可调整放大率。另外用次级放大器可将前置放大器的输出信号以不同倍数放大后可同时输出。

数据处理部在通道选择手段与同步信号处理手段之间，最好还采用滤掉经通道选择后选出的信号中的高频成分的低通滤波处理手段，和经过低通滤波处理后的信号采用每隔一单位间隔抽取一个数据的再抽样处理手段。以高采样频率测定的数据由于尼奎斯带域放大，所以避免混淆噪声的低通滤波特性迟缓。为了用少量的数据进行数据处理而实施再抽样处理时，因再抽样处理后表现的采样频率会变低所以测量值的频谱上会产生重叠现象。为此在再抽样处理采取低通滤波可以消除噪声的影响。

同步处理之前，最好进行在调制频率附近的带通滤波处理。

另外，同步信号处理之前，因信号的频率会与调制频率有一定的偏离，所以通过修正这一偏离可提高同步处理的精度。故最好对输入同步处理的信号频率与计算时钟为基准发出的调制频率的差进行测量并修正其频率的差。

因经同步处理后的信号成为直流，所以最好采用低通滤波器除去高频成分。为此最好在同步处理和积分处理之间采用低通滤波来去掉不需要的高频成份。

虽数字积分处理的积分常数越大，则精度越高，但所需时间长。为此，首先采用小的积分常数使计算值收敛于真值附近后，再以其值作为初始值，用大的积分常数来计算，可加速计算速度。

当从放大器产生了经不同放大倍率放大了的多路信号时，各个次级放大器本身也存在着倍率误差，比如100倍的放大器的输出不会严格地是20倍的放大器输出的5倍。为此，在一定的输入信号下得到各个放大器的输出，以其中一路输出信号为基准算出与其它输出的比例系数并以此作为修正系数，在进行数据处理时利用此修正系数来对各个放大器的输出信号进行修正以消除不同放大器之间的误差。因此最好是采用对同一输入信号的经不同放大倍数放大器的输出信号的比较，并将其比较结果作为各个放大器倍率间误差而保存起来的手段，以及用此保存的各放大器间的误差信息来修正各个放大器的输出的手段。

用测量仪器实测放大器的电源电压，对此测得值与初始设定的基准电压值的差进行修正，可实现对测量值偏离真值的差的修正。为此，最好实施对所用放大器的电源电压进行测量，并对其与初始设定值的差进行修正的手段。

本发明中，当测量光和参考光(音响光学元件出射的0级光或者光源光)同时检测时，分别设有测量光用参考光用的检测元件及放大器，用A/D转换器将测量光输出信号和参考光输出信号同时变成数字信号，并在数据处理部进行同样的数据处理，并用参考光数据处理的结果来除以测量的数据处理结果，以进行修正。

以下对附图作简单说明：

图1是表示用付立叶变换分光器(FT-IR)测得的水的吸收频谱图。

图2是表示本发明的光学测量装置的一实施例的略图。

图3是表示本发明的分光光源装置的一实施例中的光源室和音响光学元件的概略主视图。

图4A、4B分别是同一实施例中分光光源装置光源室内的光学系统的主视图和俯视图。

图5是同一实施例中分光光源装置的光源室、音响光学元件和照射光学系统的主视图。

图6A-D分别是同一实施例中分光光源装置的照射光学系统所用的分岔光纤之一例的概略主视图、其分岔端部的端面图、合流端部的端面图以及表示其光的传播方向的示意图。

图7是表示本发明的分光光源装置的另一实施例中的音响光学元件的概略主视图。

图8A、B分别是表示本发明的光学测定—实施例的用于特性测定的光学系统的配置图以及已有的音响光学(AOTF)装置分光光度计的特性检测用光学系统的配置图。

图9是表示应用图8A的实施例测量装置只出射的-1级衍射光的频谱图。

图10是将图9的频谱纵轴放大后看到的频谱图。

图11是表示用图8A的实施例的测量装置，将+1级与-1级衍射光同时入射时检测到的频谱图。

图12是表示图8B所示出测得的已有AOTF分光光度计的1级衍射光的频谱图。

图13是将图12的频谱纵轴放大后看到的频谱图。

图14是表示一实施例的+1级衍射光与±1级衍射光的峰值能量频谱比较图。

图15是表示一实施例的+1级衍射光与对比例的1级衍射光的峰值能量频谱的比较图。

图16是表示一实施例的±1级衍射光与对比例的1级衍射光的峰值能量谱的比较图。

图17是表示一实施例的+1级衍射光±1级成光的峰值面积占全波长范围的光能量的百分比曲线图。

图18是表示一实施例的+1级衍射光与对比例的1级衍射光的峰值面积占全波长光能量的百分比曲线图。

图19是表示一实施例的±1级衍射光与对比例的1级衍射光的峰值面积占全波长光能量的百分比曲线图。

图20是表示一实施例的光学测量装置中的光检测装置的概略方块图。

图21是同一实施例的光检测装置中的主放大器部分的方块图。

图22是表示同一实施例的光检测装置中的pbs元件的偏置电路的方块图。

图23是表示同一实施例的光检测装置中的数据处理部功能的方块图。

图24是表示同一实施例的光检测装置中的数据处理部分工作的流程图。

以下结合附图说明最佳实施例。

图2概略地示出了一实施例的光学测量装置。它包括向被测物200投射光的光源装置202，将从该被测物反回的输出光(透过散射光)作为测量光来检测的光检测装置204以及控制光源装置202与检测装置204工作的控制部206。

光源装置202是分光光源装置，它包括以下各部分：光源6；在音响光学晶体上贴有换能器的作为分光元件的音响光学元件4；通过换能器可在音响光学晶体中产生声波，并通过改变声波的频率来进行分光，并通过一改变加至换能器上的信号强弱来实现音响光学元件的出射光的调制功能的音响光学驱动装置214；可使从光源发出的光以小于音响光学元件4的窗口尺寸，光束以小于音响光学元件4的允许入射角的传播角度垂直入射于音响光学元件4的光源光学系统216；可将从音响光学元件4出射的0级光及+1级衍射光和-1级衍射光分别聚光于空间上不同位置的聚光光学系统20；可将由聚光光学系统20聚集到的+1级衍射光和-1级衍射光之中至少其一路光照射至被测物200的照射光学系统220。

光检测装置204包括测光部230和数据处理部107。测光部230包括：输出与被调制光相应的电信号的接收器；将接收器的输出作为输入的、将不同程度放大的多路信号同时输出的放大器；以将放大器的多个输出信号变成数字信号的A/D转换器。数据处理部107至少包括：将A/D转换器的输出信号作为输入，并可从其中选择出放大幅度最大而又不至使放大器或转换器产生饱和的一路信号的手段；将被选择的信号与光的调制信号频率相同的参考信号一起进行同步处理的手段；以及通过对同步处理后的信号的积分作为测得值的积分处理手段。

照射光学系统220的一个端部被二分岔、而在另一端合流为一路的分岔光纤。由聚光光学系统20聚集的+1级与-1级衍射光分别入射分岔光纤的分岔  端的二路上、合流后从另一端出射的光被照射至被测物200上。从被测物200的输出光经光纤222导向检测器230。

最好将照射光学系220的光纤和用于输出光接收用的光纤222在被测对象一端合在一起，而另一端是一三分岔的光纤。这时被三分岔的一端的光纤中二路用于接收+1级与-1级衍射光，而另一路用于将输出光导向检测器，结构变得简单。

另外，为了修正光源的强度变化、得到更稳定的测量结果，经聚光光学系统将从音响光学元件4的出射光中的0级光、输入光纤224并导向检测器230。

240是由数据处理部107算出的测量值进行被测物200内部的目标成份的浓度演算的演算部。242是将最终测量结果输给打印机、记录器或显示器等的输出装置。

音响光学元件4使用二氧化锑(TeO₂)晶体作为音响光学晶体材料，其一面贴有声波换能器。通过换能器在晶体内形成超声波、改变这一超声波的频率可实现在800-2400nm范围内的衍射光波波长的选择和扫描。另外，通过改变施加于换能器上驱动信号的强度可实现从音响光学元件4的衍射光的调制。这种波长的扫描或光的调制是控制部206通过音响光学控制驱动器214来完成的。

通过换能器在音响光学元件4中形成一定频率的超声波时，与此超声波频率相对应的波长的光作为+1级与-1级衍射光分别出射，其它波长的光作为0级光透射。+1级及-1级衍射光通过照射光学系统合成一束光照射至被测物。0级光不投向被测物，修改时作为光源强度的度量而使用。

图3至图6D示出一实施例的光源装置的具体例。

图3是表示光源室2和将该光源室2出射的连续波长的光进行分光的音响光学元件4的图。在光源室2中，设有作为光源6的卤灯，以及将从光源6发出的光收集起来并以近似平行地入射至音响光学元件4上的光源光学系统216。在光源6的光轴8的前方放置一前置反射镜10，在后方则放置一后置反射镜12。为了使用反射镜10和12收集到的光源6的光成为平行光，在音响光学元件4和反射镜10之间的光路上放置透镜14、反射镜16和18，经过此光学系统光源光被入射至音响光学元件4上。

图4A、B进一步详细描述了光源室2内部的光学系统。前置反射镜10和后置反射镜12是具有相同焦距的球面反射镜，从光源6的灯丝至后置反射镜12的距离大约等于焦点距离的2倍，并且将后置反射镜12稍加旋转，使得由后置反射镜12形成的光源的灯丝像与灯丝本身有一微小错位。这样的设计可以提高光源能量的利用效率。

来自光源6的光经前置反射镜10和凸透镜14，一次成像于凸透镜14的后面，根据需要可在此位置上放置一个限制光束的光栏15。通过球面反射镜18可将一次成的像再一次成像于音响光学元件4的入射面上。反射镜16是只起改变光的方向的平面镜。通过包括反射镜10、12、透镜14、反射镜16、18的光学系统，可使光源光基本平行地垂直入射至音响光学元件4上。对于入射至音响光学元件4上的光的允许传播角度和光束尺寸的大小取决于所使用音响光学元件4的音响光学晶体。比如传播角度允许值为6。光束尺寸允许值约为10mm。为了满足音响光学晶体对入射至音响光学元件4的光的传播角度和光束尺寸要求取决于音响光学元件4的允许范围，设计了各反射镜10、12、18的曲率、透镜14的焦距以及它们的大小、位置和放置角度。

比如，若传播角度允许值为6°，则需使垂直入射至音响光学元件4上的光束中各光线的传播角度在0-±6°的范围以内。

另外，入射至音响光学元件4上的光束的截面直径比允许值大的话，可用设置光栏15来限制其尺寸的大小。

图5是表示照射光学系统200-例的图。光源室2及音响光学元件4与图3中所示的一样。从音响光学元件4出射的0级光26、+1级22及-1级衍射光24通过透镜20分别聚光。+1级衍射光22与-1级衍射光24以及0级光26的光轴分别不同，在+1级衍射光22和-1级衍射光24的光路上分别放置棱镜28和30，光束的方向被其改变，并且在各自光路上又放置有分岔光纤，其分岔端的32和34二路分别置于接收光的位置上。因为音响光学元件4出射的0级光26、+1级衍射光22及-1级衍射光24都近似于平行光，所以经过透镜20后会聚于其焦平面上。分岔光纤的分岔端部32和34二路光纤表面同样设置于透镜的集平面上。+1级衍射光22和-1级衍射光24的光路在空间上相互分开，所以通过棱镜28、30使其改变方向，照射光学系统220的分岔光纤的分岔端部32、34二路亦放置在其改变的方向上。这样分别入射至分岔光纤端部32及34的+1级衍射光22和-1级衍射光24在分岔光纤的另一端合流为同一束光并照射至被测物200。

对于+1级衍射光22、-1级衍射光24及0级光26虽然传播方向不同，但因空间上比较接近，故应用棱镜28和30使+1级衍射光22及-1级衍射光24的光路改变，以避免0级光的混入。为了改变+1级衍射光22和-1级衍射光24的光路，亦可使用反射镜。

图6A示出照射光学系统所用的分岔光纤一例。

图6B是分岔光纤的分岔端部端面图，而图6C是其合流端部的端面图。此例采用了在光纤的一端进行分岔成32、34和36三路，而在另一端部38合流为一路的构造。本例中所用光纤的材料为含有二氧化锗(GeO₂)的二氧化硅(SiO₂)，纤芯直径为127±7μm，包层的材料为含有氟(F)的二氧化硅(SiO₂)，其直径为140±5μm，单心光纤的一次保护层材料为硅树脂，一次保护层的直径为165±5μm，数值孔径(NA)为0.35。在分岔端部32、34及36处，大量光纤合在一起组成光纤捆，这一光纤捆的直径5mm，该光纤捆的保护层的外径为12mm。光纤捆中光纤所占比例约为90％。

合流端部38的光纤捆的直径为8.7mm，保护层的外径为19mm。

图6D为其模式图，在合流端38，三分岔的光纤捆中光纤随机地组合至一起。在分岔端32及34入射的+1级衍射光22和-1级衍射光24于合流端38汇于一起。三分岔的另一路36用于将从被测物200反回的输出光传播至光检出器。

图7示出音响光学元件的另一例。

在光源光学系统的光路上串行放置了二个具有所需的波长范围上进行分光能力的音响光学元件4a和4b，可以选择其中任意一个来进行驱动。音响光学元件4a和4b分别是由可在不波长范围内产生衍射光的音响光学晶体组成，比如若用音响光学元件4a产生在近红外区域的衍射光，而用音响光学元件4b产生在可见区域内的衍射光则通过选择驱动音响光学元件4a或4b即可实现近红外区域或可视区域的切换。这样，在各个波长区域上通过改变施加于换能器上的驱动电信号的频率，即改变晶体内部超声波的频率，即可实现从近红外到可见的宽广的波长范围内的波长选择(分光)。

由音响光学元件4a及4b出射的0级光，衍射的+1级及-1级光均分别近拟于平行光，所以在其光路上放置一共用的透镜可以将从4a或4b出射的光聚集于共用透镜的焦平面上。如图5所示，在此焦平面上放置分岔光纤的分岔端部，可以将音响光学元件4a或4b出射的衍射光入射至同一分岔光纤上。

图8A、B示出用于比较本发明实施例与已有分光光度计的分光光源特性所用的测量系统。

图8A示出一实施例的配置，从音响光学元件4出射的+1级、-1级衍射光分别入射至三分岔光纤的入射端32及34上，将由合流端38出射的光再入射至FTIR(付立叶变换近红外分光器)40以进行分光测量。在FTIP40内的光电检测器(In Sb)可测出入射光的分光特性。另外0级光入射于—光纤的另一端42，从其另一端44出射的光被入射至光电检测器48(PbS元件)，光源光强的变化作为一参考量亦被测量。

由音响光学元件4出射的+1级或-1级衍射光中，只用其一亦可挡住另一束光。

同理，图8B所示的是已有的分光光度计，其内部设有光检测器。由分光部50出射的衍射光从二分岔光纤的一端52入射，而从合流端56出射并入射到FTIR(付立叶变换红外分光器)40，其光谱特性由FTIR40中内藏的光电检测器(In Sb)测出，并检测出其光强度。

图9是一实施例所得的第一-1级衍射光的频谱。利用图8A的测量系统，+1级衍射光及-1级中只允许-1级衍射光入射至34，而挡住另一衍射光不让其入射至32的条件下，变化驱动音响光学元件4的信号频率、实现了分光波长的扫描而得到的频谱，频谱图的纵轴表示光能量。

图10是将图9的频谱图的纵轴单位放大后的频谱，下方的呈现连续曲线的频谱表示0级光的能量分布。

图11是一实施例得到的另一频谱，它是用图8A的测量装置。将+1级衍射光及-1级衍射光全部入射得到的合成频谱。与图9的频谱相比较，可见其能量强度大大地增强了。原则上图11的频谱强度应是图9的频谱强度的2倍。

图12是对比例的频谱，示出了图8所示的用市场上可买到的分光光度计的1级衍射光的频谱图。若与图9及图11实施例得到的频谱相比较，从其纵坐标，可显然看出其能量相对小很多。

图13是将图12的频谱图的纵轴单位与图10实施例相同经过放大后的频谱。与实施例所得到的频谱相比，其0级光的混入量相对大很多。

图14是表示实施例的+1级衍射光与±1级衍射光之和的峰值强度(峰的高度)比较图，由图可见，+1级衍射光和-1级衍射光的合成的±1级衍射光的峰值频谱约为+1级衍射光峰值频谱的2倍。

图15是表示实施例的+1级衍射光的峰值频谱与已有分光器的1级光衍射的峰值频谱的比较图。显然，实施例的峰值能量远远大于对比例所得的峰值能量。

图16是表示实施例的±1级衍射光的峰值频谱与对比例的峰值频谱的比较图，显然实施例的峰值能量远远大于对比例的峰值能量。

图17是表示实施例的于各波长下+1级衍射光及±1级衍射光的合成光的峰值面积占整个波长范围内的光的面积的百分比曲线图。所谓面积百分比是度量+1级衍射光或±1级衍射合成光的峰值波长附近的光的能量占同样条件下的全波长范围上的光能量(从音响光学元件的出射的在1级或-1级方向上的总能量，它包括±1级衍射光及混入进来的0级光)的百分比的指标。“1级光的峰值面积百分比”的含意在图18、图19中亦相同。

在图17中使用+1级衍射光和-1级光合成的光与只使用睛种光相比，1级光的纯度高。

图18是表示实施例的+1级衍射光的峰值面积比与对比例已有装置的1级衍射光的峰值面积比(即纯度)的二条曲线。显然，实施例的+1级衍射光的纯度较高。

图19是表示实施例的±1级衍射光的合成光的峰值面积比与对比例已有的1级衍射光的峰值面积比的二条曲线图。虽然，实施例的±1级合成光的纯度比对比例的更高。

图20是表示的光检测装置204一例的略图。由音响光学元件4出射并被调制的1级衍射光作为测量光A、同理被调制的0级光作为参考光B分别被光电检测元件101、102受光。检出元件101、102比如可用Pbs材料。检测元件101、102的输出被输入多个具有不同放大倍数的放大器。放大器103和104的不同幅度被放大器多路信号经过A/D转换器106后，被放入作为数据处理部107的计算机。105为放大器103和104的电源装置。

数据处理部107至少包括将A/D转换器106的多路输出信号作为输入，并包括使用从这多路信号中选择出放大器103或104或A/D转换器106不致饱和并且A/D转换器106亦不致饱和的条件下的幅度最大的信号的手段；并被选出的信号在与调制测量器相同频率下进行同步信号处理的手段；以及对同步处理后的信号进行积分运算的积分手段。

图21是用于表明从用图20的光电检测器101或102将光信号转为电信号开始，直至此信号在数据处理装置107补处理为止的信号流程的详细图。由检测器101、放大器103及电源105构成的电路与由检测元件102、放大器104及电源105构成的电路相同。图21中的PbS元件111与图20中的检测元件101及102对应，图21中的PbS元件的偏置电路110是为了给PbS元件111提供固定电源而设置的。接收调制光信号的PbS元件111的输出电压的变化被输入缓冲器电路112。电压—电流变换电路114将缓冲器电路112的输出电压变化通过电阻转为电流变化。电流—电压变换电路118将电压—电流变换电路114得到的电流变化，经过恒定电流电路(Current Mirror)116后输入，使电阻把信号放大成所需的电压变化。运算放大器122将电流—电压转换电路118的电压变化输出经过缓冲器电路120后输入、被放大了不同倍数的多路信号输向A/D转换器106，由数据处理部107算出测量值。

下面进一步详细说明放大器。偏置电路110起恒流源的作用，供给PbS元件111最大为14V的偏置电压。作为偏置电路110的一个例子，如图22所示，由电流设定电阻130及恒定电流电路132给PbS元件111提供一偏置电流。流入PbS111的偏置电流可如下式所示(比如电流设定电阻为Rs)：

偏置电流＝14.0/Rs[A]

其中Rs＞PbS元件的喑电阻。

再一次回到图21的说明。当光照射至PbS元件111时，其电阻值发生变化，在PbS元件111的两端产生随元件的电阻值变化而成比例的电压下降变化。

输入缓冲器电路112是将PbS元件111的电压下降作为输入信号。输入缓冲器电路112是输入部为N路场效应管(FET)组成的源极跟随器电路，输出部为双极晶体管组成的射级跟随电路，放大倍率为1，高输入阻抗及低输出阻抗的电路。

电压—电流变换电路114是只由固定电阻所构成。如输入缓冲电路112的输出电压为Vo，输入缓冲器电路112的输出电阻为R_io，恒定电流电路116的输入电阻为R_ci、电压—电流变换电路114的电阻为R_vi的话，恒定电流电路116的输入电流为：

恒定电流电路的输入电流＝Vo/(R_io+R_vi+R_ci)

恒定电流电路116是起低输入阻抗、高输出阻抗、电流放大倍数为1的电流缓冲器的作用。

电流—电压变换电路118是只有电阻构成，如恒定电流电路116的输出电流为Io，输出缓冲器电路120的输入电阻为R_oi、电流—电压变换电路118的电阻为R_iv的话，输出缓冲电路120的输入电压如下：

输出缓冲器输入电压＝Io·R_iv·R_oi/(R_iv+R_oi)

输出缓冲器电路120为由双极晶体管构成的射极跟随电路、它的放大倍数为1，具有高的输入阻抗和低的输出阻抗。

由输出缓冲的输出输入4路运算放大器122。运算放大器122为同相放大器、其各路的放大倍数为1，5、25和100。

直流(DC)伺服电路124是为了防止因输出缓冲电路120产生的过大的直流(DC)失调及漂移对构成电路的元件造成损坏而加的直流负反馈电路。

图21中所示的放大器中、运算放大器122的输出电压(放大器输出电压)与PbS元件111的电阻R_d的关系如下式所示：

放大器的输出电压＝(V_b·R_d/R_s)×[R_iv·R_oi/(R_iv+R_oi)]/(R_io+R_vi+R_ci)×(运算放大器的放大倍数)V_b：偏置电路电压(偏置电流设定电阻两端的电压)R_d：PbS元件的电阻(Ω)R_s：偏置电流设定电阻(Ω)R_io：输入缓冲器输出阻抗(Ω)R_vi：电压—电流变换电阻(Ω)R_ci：恒定电流电路输入电阻(Ω)R_iv：电流—电压变换电阻(Ω)R_oi：输出缓冲器的输入电阻(Ω)

通常，R_vi＞＞(R_io+R_ci)、R_iv＜＜R_oi，所以主放大器的输出电压如下：

放大器的输出电压＝(Vb·Rd/Rs)×(Riv/Rvi)×(运算放大器放大倍数)

图23是表示数据处理部107功能的方块图。在数据处理部107将以数据文件对保存的PbS元件的输出数据进行同步信号处理，并将其处理结果以数据文件形式存储。对图20中的包括检测元件101及102的二路系统实施相同的数据处理。

通道选择手段140包括：对测量信号以及参考信号的各自系统中，从多个通道来的信号中，在信号不饱和的前提下选择出从图20中所示的放大器103及104输出的幅度最大的信号，并将其转换成实数存入文件。通道选择时，当16位数分辨率A/D转换器的输出为“8000H”或“7FFFH”时，认为A/D数据饱和。A/D的数据由整数转换成实数是以下式进行的，

实数数据＝(整数数据)×(10.0/32768)×(修正放大系数)×(校定值)

图21所示的由运算放大器122至A/D转换器106为止的信号通道，在测量信号系统及参考信号系统中各有4路，各系统的各通道信号经整修放大电路的放大倍数为：通道O为100000倍，通道1为25000倍，通道2为5000倍，通道3为1000倍，这样修正放大系数各通道分别为：0.01，0.04，0.2及1.0。

校定值是用于修正各通道间的放大倍数的差。在数据处理部107，当输入信号的幅度一定时，比较各个通道的输出，并将其结果转换成用于修正各通道信号的放大倍率之差的校定值。在数据处理部107，利用保存的校定值对各个通道的输出信号实施修正。

以高采样频率获得数据的话，单位时间内所得数据量亦变大。因此，在数据处理部107，使经过实施通道选择手段140选择出的信号经过低通滤波器142以除去信号中不要的高频成分，再从经过低通处理手段142后的信号列中每隔一单位间隔抽取一个值作为新的信号，即实施再抽样处理。这样对经过再抽样处理后的信号进行处理，可以减少处理时间。

由于进行再抽样处理会使表观的采样频率变小，会产生在测量信号的频谱中混入与采样频率相对应的伪频谱。A/D转换之后的信号的频谱是以采样频率Fs为周期，以Fs的整数倍频率为中心周期性地分布。对这种信号，比如进行1/2再抽样时，原以Fs为中心采样频率的频谱将变为以Fs/2为中心的频谱。其结果是以Fs/2为中心的伪频谱作为干扰进入信号的带域，使得信噪(S/N)比下降。所以，在进行再抽样处理之前需对信号进行低通滤波处理，以防止这种现象的发生。

为了从经再抽样处理后的信号中，只抽出调制频率上的信号，用同步处理手段148对其进行同步处理，将调制频率上的信号高精度检出。在同步处理之前，应用调制频率为中心频率的带通滤波器对信号进行滤波处理，可提高同步处理的S/N比。

另外，进行同步处理前，因信号的频率与调制频率有可能不完全一样、通过修正其差可提高同步处理的精度。频率修正手段150包括：测量欲输入同步处理手段148的信号频率及其与调制频率的差，根据此测量结构修正用于同步处理的调制频率值。修正是这样实现的，即先测量输入信号的由正到负、或由负到正的变化点(与横轴的交点)，再求出其变化点间的间隔以得到输入信号的实际频率。将本机振荡的频率设定为与信号的实际频率值相同，这样可实现高精度的同步处理。

因经过同步处理后的信号中的直流成份是所需要的，所以可通过低通滤波手段152除去高频成份。

经过低通滤波152处理的数据再由数值积分手段154进行积分处理。通过积分操作可得到测量信号的振幅值。对于积分处理，时间常数愈大其精度愈高，但需花费时间。因此，首先用小的积分常数计算，待计算值逼进真值了，再以其为初始值并改用大的积分常数使其收敛，可提高计算速度。积分的数据存在存储装置156中。

用仪器测量放大器的电源电压值，取其于设定的基准电压的比值作为系数，可修正测量值于设定值的差。为此，在数据处理部107，包括测量电源电压的值，用其与设定的基准电压值的比作为修正系数来修正测量结果的手段。

对测量光及参考光分别独立进行此数据处理。用参考光检测器的输出信号经数据处理所得的结果除以将测量光检测器的输出信号经数据处理所得到的结果的商做为测量值，可以除去因漂移而引起的误差而进行修正。

图24是说明数据处理部107而进行修正工作流程图。由放大器输出的多路信号经A/D转换器，选出其中不致饱和且被放大的幅度最大的信号。被选中的信号先经低通滤波处理后，以每隔一单位间隔抽样一个数据的方式进行数据的再抽样处理。为了除去再抽样处理后数据中的噪声，对其实施带通滤波及同步信号处理。同步处理之前，先测出信号的频率与调制频率的差，并对本机振荡的频率值进行修正。同步处理后的信号再经低通滤波处理以除去高频成份，最后进行积分处理后将数据保存。

Claims (38)

1.一种分光光源装置，其特征在于所述装置包括：光源；音响光学晶体上贴有换能器，并通过改变声波的频率来实现分光的音响光学元件；将所述光源发出的光以小于所述音响光学元件窗口尺寸、并以小于所述音响光学元件的允许孔径角的传播角度入射至所述音响光学元件的光源光学系统；将由所述音响光学元件出射的0级光、+1级与-1级衍射光于空间上不同位置上聚光的聚光光学系统；将所述聚光光学系统收集的+1级和-1级衍射光中的至少一束照射至被测物的照射光光学系统。

2.根据权利要求1所述的分光光源装置，其特征在于所述的光源光学系统包括在所述光源的光轴的前方放置一个将光源发出的光向所述音响光学元件的方向反射的前置反射镜，和使前置反射镜的镜面与所述音响光学元件的入射面为物像共轭关系的光学系统。

3.根据权利要求2所述的分光光源装置，其特征在于所述光源的光轴的后方放置一个将光源发出的光向所述前置反射镜的方向反射的后置反射镜。

4.根据权利要求1所述的分光光源装置，其特征在于所述的照射光学系统包括将经所述聚光光学系统收集的+1级衍射光和-1级衍射光合成于同一光轴上、并照射至被测物的光学系统。

5.根据权利要求1所述的分光光源装置，其特征在于作为所述照射光学系统，使用其一端部至少分成二岔、而在另一端部合流为一路的分岔光纤，由所述聚光光学系统收集的+1级衍射光和-1级衍射光分别入射至所述分岔光纤的分岔端部的二路中，由另一端合流出射的光照射于被测物。

6.根据权利要求1所述的分光光源装置，其特征在于所述的照射光学系统所用的分岔光纤的二分岔端的两端面分别设置于所述聚光光学系统的焦平面上。

7.根据权利要求1所述的分光光源装置，其特征在于作为所述的照射光学系统所用的光纤是于一端部分岔为三、而在另一端部合流为一路；所述聚光光学系统所收集的+1级与-1级衍射光分别入射至所述分岔光纤分岔端的二路中，将另一端合流的光照射至被测物，由被测物反回的输出光从所述的合流端再次入射，由三分岔端的剩余的一路光纤传至光检测器。

8.根据权利要求1所述的分光光源装置，其特征在于所述光源光学系统光路上串行放置多个分光波长范围不同的音响光学元件，根据需要选择并驱动其中的任一音响光学元件。

9.根据权利要求1所述的分光光源装置，其特征在于通过对施加于所述换能器上驱动电信号进行强度调制，或者是通过应用机械式的光调制盘来实现对所述音响光学元件的出射光的调制。

10.一种光检测装置，其特征在于所述检测装置包括：将光信号变为电信号的光检测元件；和将所述光检元件的输出作为输入，可同时输出被不同放大倍率所放大了的多路信号的放大器；将所述放大器输出的不同程度放大了的信号分别转换为数字信号的A/D转换器；至少具有将所述A/D转换器的多路输出信号作为输入，并从其中在不致使所述放大器或A/D转换器饱和的条件下选择出幅度最大的信号的通道选择手段；和将其选出的通道的信号同对测量光进行调制时的相同频率的信号一起进行同步信号处理的手段，以及将经其同步信号处理后的信号进行积分处理以求得测量值的积分处理手段的数据处理部。

11.根据权利要求10所述的光检测装置，其特征在于所述的放大器包括：将所述的检测元件的调制输出作为输入的输入缓冲器电路；将所述输入缓冲器的输出电压经电阻变为电流的电压—电流转换电路；将所述电压—电流转换电路得到好电流经电阻以一定的倍率放大成电压的电流—电压转换电路；将所述的电流一电压转换电路的输出电压经输出缓冲器电路后输入，并可输出以不同放大倍率被放大了的多路信号的放大电路。

12.根据权利要求10所述的光检测装置，其特征在于所述数据处理部包括在应用所述的通道选择手段和所述的同步信号处理手段之间，对所述的通道选择时被选中的信号实施低通滤波手段以除去同步信号处理所不需要的高频成份，以及对经低通滤波后得到的信号列实行每隔一定间隔抽取一个数据作为信号值的数据再抽样手段。

13.根据权利要求10所述的光检测装置，其特征在于所述的同步信号处理手段包括使所述的调制频率上的信号通过带通滤波的手段。

14.根据权利要求10所述的光检测装置，其特征在于包括测量输入给所述同步数据处理手段的信号的频率及其与所述调制频率之间的差，并据此测量结果修正所述的用于同步数据处理的调制频率差的修正手段。

15.根据权利要求10所述的光检测装置，其特征在于还包括在实施所述的同步数据处理手段和所述的积分处理手段之间，应用低通滤波手段以除去积分处理所不需要的高频成份。

16.根据权利要求10所述的光检测装置，其特征在于所述的积分处理手段是先以适当的积分常数进行一段时间的积分处理后，再以其值作为初始值并以更大的积分常数继续进行积分的手段。

17.根据权利要求10所述的光检测装置，其特征在于包括给所述的放大器以一固定输入并比较此时各个被不同程度放大了的输出信号，并将其差异作为各个通道间的特性的度量而保存起来的手段，以及以此被保存的各通道之间特性的度量来实施对所述各放大器的输出进行修正的手段。

18.根据权利要求10所述的光检测装置，其特征在于还包括测量所述放大器的电源电压，并取其与预先设定的值的比值作为修正系数来进行对测量结果的修正的修正手段。

19.根据权利要求10所述的光检测装置，其特征在于分别设有用于测量光及参考光的所述的检测元件及放大器，所述的A/D转换器将测量光检测信号与参考光检测信号转换成数字信号，所述的数据处理部对参考光检测信号实施相同的数据处理、并用参考光检测信号的处理结果除以测量光检测信号的数据处理结果以实施修正手段。

20.一种光学测量装置，包括将光投射至被测物的分光光源装置，将来自被测物的输出光作为测量光来接收的光实施检测的检测装置，以及用于控制所述的分光光源装置和光检测装置动作的控制部，其特征在于所述的光学测量装置包括：光源；音响光学晶体上贴有换能器的作为分光元件的音响光学元件；给所述音响光学元件上贴的声换能器施加电信号，使得在晶体内形成超声波、并通过改变所施加的电信号的频率来实现分光作用的音响光学元件的驱动装置；可将所述光源发出的光束以小于所述音响光学的窗口尺寸、并以小于所述音响光学元件的允许孔径角的传播角度入射至所述音响光学元件的光源光学系统；可将由所述音响光学元件出射的+1级与-1级衍射光会聚于空间上不同位置的聚光光学系统；将所述聚光光学系统收集的+1级与-1级衍射光中的至少一束光照射至被测物的照射光学系统；和调制从所述音响光学元件输出的光的调制手段；所述的光检测装置包括：将调制的光信号转换相应的电信号输出的光检测元件；将所述光检测元件的输出作为输入的、能同时输出被不同放大倍率所放大了的多路信号的放大器；将所述放大器输出的不同程度放大了的多路信号转换成数字信号的A/D转换器；具有将上述A/D转换器的多路输出信号作为输入，并从其中在不致使放大器或A/D转换器饱和的条件下选择出幅度最大的信号的通道选择手段；和将其选出的通道的信号同对测量光进行调制时的相同频率的信号一起进行同步信号处理的手段；以及将经其同步信号处理后的信号进行积分处理以求得测量值的积分处理手段的数据处理部。

21.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于所述的调制手段包括应用所述音响光学元件的驱动装置，对加至所述换能器上的电信号的进行强度调制以达到从音响光学元件的发射光的调制。

22.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于所述的调制手段是用机械式调光盘对入射至所述音响光学元件的光进行调制。

23.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于所述的光源光学系统还包括在所述光源的光轴的后方放置一个将光源发出的光向所述前置反射镜的方向反射的后置反射镜，和使前置反射镜的镜面与所述音响光学元件的入射面为物象共轭关系的光学系统。

24.根据权利要求23所述的光学测量装置，其特征在于所述的光源光学系统还包括在所述光源的光轴的后方放置一个将光源发出的光向所述前置反射镜的方向反射的后置反射镜。

25.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于所述的照射光学系统是将经所述聚光光学系统收集的+1级与-1级衍射光合成于同一光轴上、并照射至被测物的光学系统。

26.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于作为所述照射光学系统，使用其一端部至少分成二岔、而在另一端部合流为一路的分岔光纤；由所述聚光光学系统收集的+1级和-1级衍射光分别入射至所述分岔光纤的分岔端部的二路中、由另一端的合流出射的光，照射至被测物。

27.根据权利要求26所述的光学测量装置，其特征在于作为所述的照射光学系统所用的光纤是于一端部分岔为三，而在另一端部合流为一路；所述聚光光学系统所收集的+1级与-1级衍射光分别入射至所述分岔光纤三分岔端的二路中，将另一端合流的光照射至被测物，由被测物反回的输出光从所述的合流端再次入射、由三分岔端的剩余的一路光纤将其传至光检测器。

28.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于用于+1级与-1级衍射光入射的所述照射光学系统所用的分岔光纤的二分岔端的端面放置在所述的聚光光学系统的焦平面上。

29.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于所述的光源光学系统的光路上串行放置多个分光波长范围不同的音响光学元件，根据需要选择并驱动其中任一音响光学元件。

30.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于所述的放大器包括将所述检测元件的调制输出作为输入的输入缓冲器电路；将所述输入缓冲器的输出电压经电阻变为电流的电压—电流转换电路；将所述电压—电流转换电路得到的电流经电阻以一定的倍率放大成电压的电流—电压转换电路；将所述的电流—电压转换电路的输出电压经输出缓冲器电路后输入，并输出以不同放大倍率被放大了的多路信号的放大电路。

31.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于所述数据处理部还包括在应用所述的通道选择手段和所述的同步信号处理手段之间，对所述的通道选择时被选中的信号实施低通滤波手段以除去同步信号处理所不需要的高频成份，以及对经低通滤波后得到的信号到实行每隔一定间隔抽取一个数据的数据再抽样手段。

32.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于所述的同步信号处理手段还包括使所述的调制频率上的信号通过带通滤波的手段。

33.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于测量输入给所述同步数据处理手段的信号的频率、及其与所述调制频率之间的差，并据此测量结果修正所述的用于同步数据处理手段的调制频率。

34.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于进一步包括在实施所述的同步数据处理手段和所述的积分处理手段之间、应用低通滤波手段以除去积分处理所不需要的高频成分。

35.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于所述的积分手段包括先以适当的积分常数进行一段时间的积分处理后，再以其值作为初始值并以更大的积分常数继续进行积分的手段。

36.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于给所述的放大器以一固定输入并比较此时各个被不同程度放大了的输出信号、并将其差异作为各个通道间的特性的度量而保存起来的手段，以及以此被保存的各个通道之间的特性的度量来实施对前述各放大器的输出进行修正的放大器输出的修正手段。

37.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于还包括测量所述放大器的电源电压，并取其与预先设定的基准电压值的比值作为修正系数来进行对测量结果的修正的修正手段。

38.根据权利要求20所述的光学测量装置，其特征在于包括分别设有用于测量光及参考光的所述的检测元件及放大器，所述的A/D转换器将测量光的检测信号与参考光的检测信号转换成数字量，所述的数据处理部对测量信号与参考信号实施相同的数据处理，并用参考信号的数据处理的结果除以测量信号的处理结果以实施修正的手段。

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