DE19847977A1 - In-situ Wellenlängenkorrekturvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenkorrekturvorrichtung, insbesondere eine kompakte Wellenlängenkorrekturvorrichtung, die automatisch die Wellenlän­ genabweichung detektiert und ausgleicht.

Es ist allgemein bekannt, daß ein optisches Spektrometer oder Spektral­ meßgerät eine Vorrichtung zur Bestimmung von Wellenlängen- oder Fre­ quenzkomponenten ist, die in einem Lichtstrahl einer Lichtquelle enthalten sind.

Ein Spektralmeßgerät umfaßt einen Eingangsspalt zum Zuführen von zu zerlegendem Licht, ein Beugungsgitterelement für die spektrale Dispersion des Eingangslichts und einen Ausgangsspalt zur Ausgabe von lediglich ei­ nem Teil der von dem Beugungsgitter getrennten Wellen.

Um ein Lichtspektrum, das beispielsweise für Kommunikationszwecke dient, zu bestimmen, bestimmt der Operator zunächst den abzutastenden ("scanned") Frequenzbereich, wobei die aus dem Ausgangsspalt heraustre­ tenden Wellenkomponenten, während das Beugungsgitter bezüglich des Eingangslichts gedreht wird, in Abhängigkeit von der Zeit gemessen werden.

Die Winkelfrequenz des Beugungsgitters und die optische Frequenz stehen direkt in einem Eins-zu-Eins-Verhältnis, so daß die Ausgabedaten in Bezie­ hung zu dem Spektrum des Eingangslichts stehen.

Kürzlich ist aufgrund von Fortschritten in den optischen Kommunikations­ technologien das Bedürfnis nach hoher Genauigkeit der Spektrometerlei­ stungsgüte entstanden und, da die Spektralmeßgenauigkeit gesteigert wur­ de, ist es notwendig geworden, mögliche Meßfehler, die durch Änderungen der Umgebungsbedingungen der Meßvorrichtung auftreten (beispielsweise Temperaturschwankungen innerhalb des Spektrometers), zu berücksichti­ gen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wellen­ längenkorrekturvorrichtung zu schaffen, die eine in-situ automatisch auszu­ gleichende Abweichung zwischen einer Testwellenlänge und einer Refe­ renzwellenlänge ermöglicht, indem ein in-situ-Spektrometer, das innerhalb der Vorrichtung eingerichtet ist, verwendet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt die Wellenlängenkorrekturvorrichtung zum Korrigieren einer Abweichung einer Testwellenlänge von einer Refe­ renzwellenlänge: eine Referenzlichtquelle zum Aussenden von Referenzlicht einer spezifischen Wellenlänge; einen Lichteingangsanschluß zum Einspei­ sen von Testlicht, dessen Wellenlänge erforderlichenfalls zu messen und auszugleichen ist; einen optischen Schalter zum Empfangen des Testlichts und des Referenzlichts und zur Ausgabe entweder des Testlichts oder des Referenzlichts von einem Ausgangsanschluß; einen Steuerungsbereich zum Steuern der Betätigung der Referenzlichtquelle und des optischen Schalters; und ein optisches Spektralmeßgerät zum Durchführen von automatischen Messungen optischer Ausgangsspektren von dem optischen Schalter und zum automatischen Aktivieren des Steuerungsbereichs zu von einem Opera­ tor spezifizierten planmäßigen Zeiten.

Gemäß der Vorrichtung können die Korrekturschritte automatisch zu jeder gewünschten Zeit stattfinden, wodurch der Korrekturvorgang signifikant er­ leichtert und praktikabler wird.

Außerdem braucht der Einrichtungsraum nicht besonders groß zu sein, da die Referenzlichtquelle von der Art ist, die eine kompakte Anordnung erlaubt, so daß die Vorrichtung an viele praktische Situationen äußerst anpaßbar ist.

Da der Korrekturvorgang automatisch zu jeder gewünschten Zeit durchführ­ bar ist, kann außerdem der Vorgang durchgeführt werden, auch wenn die Vorrichtung gerade zur Durchführung von Spektralmessungen in Betrieb ist.

Das optische Spektralmeßgerät kann aufweisen: ein optisches Element zum Transformieren von Eingangslicht eines Eingangsbereichs in paralleles Licht; ein Beugungsgitter zur Aufnahme des parallelen Lichts und zum Erzeugen räumlich getrennter Wellen; ein optisches Kondensorelement zum Bündeln der räumlich getrennten Wellen auf einen Ausgangsspalt; einen Photodetek­ tor zum Umwandeln von aus dem Ausgangsspalt austretendem Licht in elek­ trische Signale; einen Wandlerbereich zum Wandeln analoger Ausgangs­ signale von dem Photodetektor in digitale Signale; sowie einen Verarbei­ tungsbereich zum Verändern eines Ausrichtungswinkels des Beugungsgitters und zum Durchführen der Rechnerverarbeitung der digitalen Signale, um op­ tische Spektren des Testlichts zu erzeugen.

Das optische Spektralmeßgerät kann ein Zeitgeber-Mittel mit Kalenderfunk­ tionen aufweisen und den Steuerungsbereich gemäß den Ausgangssignalen von dem Zeitgeber-Mittel zu planmäßigen Zeiten betätigen.

Das optische Spektralmeßgerät kann ein Zeitgeber-Mittel mit Kalenderfunk­ tionen aufweisen und den Steuerungsbereich betätigen, wenn Ausgangs­ signale von dem Zeitgeber-Mittel anzeigen, daß ein spezifisches Zeitintervall seit Einschalten der Vorrichtung verstrichen ist.

Die Referenzlichtquelle kann umfassen: eine lichtemittierende Diode zum Aussenden von Licht spezifischer Wellenlängen; ein optisches Element zum Transformieren von aus der lichtemittierenden Diode austretendem Licht in paralleles Licht; eine Gasabsorptionszelle zum Absorbieren von Licht einer spezifischen Wellenlänge von durch das optische Element transmittiertem Licht; ein Kondensorelement zum Bündeln des durch die Gasabsorptionszel­ le transmittierten Lichts zur Eingabe in den optischen Schalter.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Anordnung einer Ausführungsform der Wellenlängenkorrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines optischen Spektralmeßgeräts 58,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Referenzlichtquelle 62 sowie

Fig. 4 ein schematisches Diagramm der Anordnung eines herkömmlichen optischen Spektralmeßgeräts, das die Grundlage der erfindungsge­ mäßen optischen Spektralmeßvorrichtung bildet.

Bevor die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung dargelegt werden, wird zunächst eine optische Spektralerzeugungsvorrichtung erläutert, die die Ba­ sis der vorliegenden Erfindung bildet.

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm der prinzipiellen optischen Spektrometervor­ richtung, auf der die vorliegende Erfindung beruht. Die Vorrichtung umfaßt eine Lichtquelle 10, die Testlicht von zu zerlegenden Teilwellen verschiede­ ner Wellenlängen einstrahlt, einen Eingangsspalt 12, der die Strahlbreite des Ausgangslichts von der Lichtquelle 10 begrenzt, und einen Konkavspiegel 14, der das von dem Eingangsspalt 12 eingegebene Licht in paralleles Licht transformiert.

Ein Beugungsgitter 16 weist eine Vielzahl von auf der Oberfläche angebrach­ ten Furchen auf und trennt das parallele Licht in räumlich getrennte Wellen verschiedener Wellenlängen. Das Beugungsgitter 16 ist auf einem Drehteller 17 angeordnet, der in den durch die bidirektionalen Pfeile D1 angezeigten Richtungen hin- und herschwingbar ist, und schwingt übereinstimmend mit dem Drehteller 17. Von den verschiedenen räumlich getrennten Wellen, die von dem Beugungsgitter 16 erzeugt werden, werden nur die auf einen Kon­ kavspiegel 18 eingestrahlten Wellen auf einen Ausgangsspalt 20 fokussiert, der das Wellenlängenband des auf den Spaltort fokussierten Lichts begrenzt.

Der Eingangsspalt 12, der Konkavspiegel 14, das Beugungsgitter 16, der Konkavspiegel 18 und der Ausgangsspalt 20 bilden ein verbreitetes Spek­ trometer, das als Czerny-Turner-Typ bekannt ist.

Ein Photodetektor 22, wie beispielsweise eine Photodiode, wird verwendet, um die optische Leistung des Ausgangslichts von dem Ausgangsspalt 20 in elektrische Signale, die in einem Verstärker 24 verstärkt werden, umzuwan­ deln. Die verstärkten Signale werden in einem Analog-Digital-Wandler (nachstehend als A/D-Wandler bezeichnet) 26 in digitale Signale umgewan­ delt.

In Fig. 4 betätigt ein Motor 28 den Drehteller 17, an dem das Beugungsgitter 16 befestigt ist, wobei durch Drehbewegung des Motors 28 in Richtung eines bidirektionalen Pfeils D2 der Drehteller 17 und das Beugungsgitter 16 in den durch den Pfeil D1 angezeigten Richtungen hin- und herschwingen. Ein Mo­ tortreiber-Schaltkreis 30 wird verwendet, um die Drehbewegung der An­ triebswelle 29 des Motors 28 gemäß den Ausgangssteuersignalen von einer CPU 34 zu steuern. Einzelheiten der CPU 34 werden später erläutert.

Ein Spaltbreiten-Steuerungsgerät 32, das später beschrieben wird, ändert die Breite des Ausgangsspalts 20 gemäß den Ausgangssteuersignalen von der CPU 34.

Ein Anzeigegerät 36, wie beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre ("cathode ray tube", CRT) und eine Flüssigkristallanzeige, zeigt die resultierenden Spektren an. Die CPU 34 ist über einen Bus B mit dem A/D-Wandler 26, dem Motortreiberschaltkreis 30, dem Spaltbreitensteuerungsgerät 32 und dem Anzeigegerät 36 verbunden, gibt Steuersignale zum Steuern der Betätigung des Motortreiberschaltkreises 30 und des Spaltbreitensteuerungsgeräts 32 aus, verarbeitet digitale Ausgangssignale von dem A/D-Wandler 26 und zeigt eine spektrale Verteilung beispielsweise auf dem Anzeigegerät 36 an.

Die Funktionsweise des Spektrometers wird nunmehr beschrieben. Aus­ gangstestlicht von der Lichtquelle 10 wird auf den Eingangsspalt 12 einge­ strahlt. Nach Durchführen durch den Eingangsspalt 12 wird das Licht in dem Konkavspiegel 14 in paralleles Licht transformiert und dem Beugungsgitter 16 zugeführt. Das Beugungsgitter 16 wird mittels des Motors 28 um die Mit­ telachse, die parallel zu einer Vielzahl von auf der Oberfläche geformten Fur­ chen verläuft, gedreht und ist unter einem geeigneten Winkel bezüglich des parallelen Lichts ausgerichtet. Der Ausrichtungswinkel wird durch Einwirken des Motortreiberschaltkreises 30 gesteuert, der den Motor 28 gemäß den Ausgangssteuersignalen von der CPU 34 steuert.

Das Beugungsgitter 16 trennt räumlich paralleles Licht in Wellen verschiede­ ner Wellenlängen. Von den verschiedenen räumlich getrennten Wellen, die von dem Beugungsgitter 16 erzeugt werden, werden lediglich jene Wellen, die entsprechend dem Ausrichtungswinkel des Beugungsgitters 16 in Bezug auf das parallele Licht erzeugt werden, auf den Konkavspiegel 18 geführt. Der Konkavspiegel 18 bildet nur jene Wellen, die von dem Beugungsgitter 16 kommen, auf den Ausgangsspalt 20 ab. Es werden nur jene Wellen inner­ halb des Bereichs des Ausgangsspalts 20 durchgelassen. Das Spaltbreiten­ steuerungsgerät 32 wählt eine Breite des Ausgangsspalts 20 auf Befehl der CPU 34 aus.

Der Photodetektor 22 empfängt das durch den Ausgangsspalt 20 durchge­ lassene Licht und wandelt die Lichtleistung in elektrische Signale im Verhält­ nis zur Lichtleistung um. Der Verstärker 24 verstärkt die analogen Signale von dem Photodetektor 22 auf einen Spannungspegel, der mit der Funktion des A/D-Wandlers 26 kompatibel ist. Der A/D-Wandler 26 wandelt die analo­ gen Ausgangssignale von dem Verstärker 24 in digitale Signale um. Die digi­ talen Ausgangssignale von dem A/D-Wandler 26 werden in die CPU 34 ein­ gespeist und Rechenoperationen unterworfen. Die Ergebnisse der Berech­ nung (zum Beispiel die Spektralverteilung) werden über den Bus B ausgege­ ben, um auf dem Anzeigegerät 36 zur Anzeige gebracht zu werden. Das An­ zeigegerät 36 zeigt die Ergebnisse gemäß den durch die CPU 34 durchge­ führten Rechnungen an.

Desweiteren werden die Meßschritte erläutert. Zunächst gibt die CPU 34 ein Steuersignal an das Spaltbreitensteuerungsgerät 32 aus, um eine Breite für den Ausgangsspalt 20 auszuwählen. Dann gibt die CPU 34 an den Motor­ treiberschaltkreis 30 den Befehl, den Ausrichtungswinkel des Beugungsgit­ ters 16 zu verändern, um die durch den Ausgangsspalt 20 durchzulassenden Wellenlängen auszuwählen, und empfängt Werte der optischen Leistung der durchgelassenen Wellen in Form digitaler Ausgangssignale von dem A/D-Wandler 26. Die CPU 34 gibt zum Abtasten von der Anfangswellenlänge bis zur Endwellenlänge ("scan") Steuersignale an den Motortreiberschaltkreis 30 aus, wobei wiederholte Meßergebnisse eine charakteristische Kennkurve der Wellenlängen und der entsprechenden optischen Leistungen ergeben, die als ein optisches Spektrum eines vorgegebenen Wellenbereichs auf dem Anzeigegerät 36 angezeigt werden.

Die in Fig. 4 dargestellte CPU 34 hat die Korrelation zwischen den Drehwin­ keln des Motors 28 (Zahl der an den Motor 28 ausgegebenen Pulse) und den durch den Ausgangsspalt 20 durchgelassenen Wellenlängen abgespeichert, so daß eine von dem Operator angegebene Zielwellenlänge gemäß den Speicherdaten einstellbar ist.

In der in Fig. 4 dargestellten spektrographischen Vorrichtung kann jedoch aufgrund von geringfügigen Drifts beim Einstellen des Ausrichtungswinkels des Beugungsgitters 16 und der Konkavspiegel 14, 18 (verursacht durch ge­ ringfügige Änderungen der Umgebungstemperatur in der Vorrichtung und der Betätigungsdauer des Treibergeräts für das Beugungsgitter 16) die ur­ sprüngliche Korrelation zwischen den Wellenlängen für einen vorgegebenen Ausrichtungswinkel des Motors 28 ungültig werden. Das bedeutet, daß, ob­ wohl die CPU 34 eine Zielwellenlänge gemäß dem von dem Operator durch Steuern des Winkels des Beugungsgitters 16 angegebenen Wert eingestellt hat, die durch das Spektrometer durchgelassene tatsächliche Wellenlänge davon verschieden sein kann.

Die dadurch erzeugte Abweichung der Ausgangswellenlänge ist durch erneu­ tes Ausrichten des Beugungsgitters 16 ausgleichbar. In der Vergangenheit wurde diese Korrekturaufgabe durchgeführt, indem eine monochromatische Lichtquelle, wie beispielsweise ein Gaslaser, mit einer vorgegebenen Aus­ gangswellenlänge verwendet wurde, so daß Referenzlicht von einer externen Quelle in den Eingangsspalt 12 oder über eine optische Faser der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung, falls diese mit einem optischen Stecker versehen ist, eingestrahlt werden kann. Das Ausgabespektrum von dem Ausgangs­ spalt 20 wird dann bestimmt, wobei der Ausrichtungswinkel des Beugungsgit­ ters 16 eingestellt wird, um die Wellenlängenabweichung auf Null zu reduzie­ ren.

Es gibt Beispiele derartiger Korrekturarbeit, die während des Einstrahlens von Laserlicht des Gaslasers in das Spektrometer durchgeführt wurde, wenn der Operator an die CPU 34 die Anweisung gibt, das Spektrum zu erzeugen und den Motortreiberschaltkreis 30 automatisch einzustellen, um den Winkel des Motors 28 gemäß einem vorher geladenen Korrekturprogramm einzustel­ len.

Diese Methode ist jedoch aufwendig, da für den Operator die Notwendigkeit besteht, die Referenzlichtquelle an die Vorrichtung physikalisch anzuschlie­ ßen, bevor die CPU 34 das Korrekturprogramm ausführen kann.

Bei der herkömmlichen Methode ist es ferner für den Operator erforderlich, zu entscheiden, ob ein Korrekturvorgang notwendig ist, indem ständig die seit der vorherigen Korrektur verstrichene Zeit abgefragt wird und in Erinne­ rung gerufen wird, wie sich die Umgebungsbedingungen seit der vorherigen Situation geändert haben.

Ferner sind Gaslaser im allgemeinen sehr sperrig (die Gesamtlänge kann bis zu 1 m im Fall eines bei 1523 nm emittierenden He-Ne-Lasers betragen), wobei es häufig schwierig ist, eine derartige Baugruppe dahin zu bringen, wo ein Spektrometer installiert ist. Aus diesen Gründen ist es nicht möglich, eine in-situ-Korrektur ("on-site") an einem installierten und in Betrieb befindlichen Spektrometer durchzuführen.

Es gab zunehmende Bedürfnisse in solchen Gebieten, wie in der Wellenlän­ genmultiplexsignal-Technologie ("wave division multiplexed signal technolo­ gy"), den genauen Wert der Arbeitswellenlängen zu bestimmen, wobei eine Spektralmeßvorrichtung in derartigen Applikationen erforderlich ist, um Drifts in irgendwelchen Komponenten der Vorrichtung zu minimieren. Ferner gab es zunehmende Bedürfnisse nach in-situ ("on-site") von Datenübertragungs­ vorgängen einzusetzenden Spektrometern, so daß die Arbeitswellenlänge in­ situ ("on-site") der Kommunikationsbaugruppe überprüft und ausgeglichen werden kann.

Die erfindungsgemäße Wellenlängenkorrekturvorrichtung wurde im Hinblick auf die vorstehend geschilderten Probleme entwickelt, so daß ein in-situ- Spektralmeßgerät automatisch einen geringfügig von der Zielwellenlänge wegführenden Drift in der Spektrometerleistungsgüte ausgleichen kann, in­ dem das Arbeitslicht als Testlicht in die Vorrichtung eingeführt wird.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wellenkorrekturvorrichtung wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 erläu­ tert werden.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Wellenlängenkorrekturvorrichtung. In Fig. 1 wird ein Lichteinstrahlan­ schluß 50 verwendet, um Arbeitslicht, dessen Wellenlänge auf Genauigkeit zu überprüfen ist, zuzuführen. Eine Testlichtfaser 52 ist an den Lichtein­ strahlanschluß 50 angeschlossen. Ein optischer Schalter 54 hat zwei Ein­ gangsanschlüsse und einen Ausgangsanschluß und verbindet einen der Eingangsanschlüsse mit dem Ausgangsanschluß auf Befehl eines Steue­ rungsbereichs 60, der später beschrieben wird, und gibt Eingangslicht von einem der beiden Eingangsanschlüsse aus.

Der Ausgangsanschluß des optischen Schalters 54 ist mit einem Ende einer Faser 56 verbunden, wobei das andere Ende der Faser 56 mit einem Ein­ gangsanschluß des optischen Spektralmeßgeräts 58 verbunden ist. Der Ein­ gangsanschluß des optischen Spektralmeßgeräts 58 korrespondiert mit dem Eingangsspalt 12 von Fig. 4. Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm des optischen Spektralmeßgeräts 58, wobei jene Teile der Vorrichtung, die dieselben die jene in Fig. 4 sind, mit denselben Bezugszeichen versehen sind, wobei deren Erläuterungen weggelassen werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das vorliegende optische Spektralmeßgerät 58 im wesentlichen diesselbe Konstruktion wie das in Fig. 4 dargestellte Ge­ rät auf. Jedoch unterscheidet sich das vorliegende Gerät 58 von dem her­ kömmlichen in Fig. 4 dargestellten Gerät in den folgenden Gesichtspunkten: (i) ein Zeitgeber ("timer") 40 ist mit einer Datum/ Zeit-Abtastfunktion verse­ hen, (ii) ein Bus B ist zum Senden von Steuersignalen von der CDU 34' zu einem (später zu erläuternden) Steuerungsbereich 60 ausgebildet und (iii) die CPU 34 wird durch die CPU 34' ersetzt, die Ausführungsprogramme zum Justieren der Einstellung des Geräts 58 aufweist, um die genau an den Ziel­ wert transmittierte Wellenlänge zu ändern.

Die CPU 34' führt ein Programm gemäß der chronologischen Datenausgabe von dem Zeitgeber ("Timer") 40 aus, um das Gerät 58 gemäß der transmit­ tierten Wellenlänge bei Aufsummieren eines bestimmten Umfangs des Gerä­ tebetriebs oder in von dem Operator bestimmten Zeitintervallen (beispiels­ weise in Intervallen von einer Stunde oder einem Tag) zu überprüfen und zu korrigieren.

Unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 1, die sich auf das vorliegende Ge­ rät 58 bezieht, führt der Steuerungsbereich 60 das Schalten der Eingangs­ anschlüsse des optischen Schalters 54 gemäß den Ausgangssteuersignalen von dem Gerät 58 durch. Dabei gibt der Steuerungsbereich 60 Steuersignale aus, um den Betrieb einer Referenzlichtquelle 62 gemäß den Steuersignalen zu steuern. Ein Konstruktionsbeispiel der Referenzlichtquelle 62 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Mittenwellenlänge des Ausgangslichts von der Referenzlicht­ quelle 62 ist schon vorab in der CPU 34' des Geräts 58 gespeichert.

Fig. 3 zeigt eine Konstruktion der Referenzlichtquelle 62, die eine lichtemittie­ rende Diode (LED) 100 und eine Linse 102 aufweist, um das Ausgangslicht von der LED 100 in paralleles Licht zu transformieren.

Eine Gas-Absorptionszelle 104 absorbiert eine spezifische Wellenlänge und kann beispielsweise mit Azetylen-Gas gefüllt sein. Die Funktionsgüte der Ab­ sorptionszelle 104 ist ziemlich stabil und wird nicht durch Temperaturände­ rungen oder andere Umgebungsbedingungen beeinflußt. Mit anderen Wor­ ten, auch wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, bleibt die Mittenwel­ lenlänge der absorbierten Welle konstant. Die Länge der Absorptionszelle 104 beträgt etwa 20 mm. Das Ausgangslicht von der Absorptionszelle 104 wird mit einer Linse 106 gebündelt. Der Brennpunkt der Linse 106 ist so ein­ gestellt, daß er an dem einen Ende der Referenzlichtfaser 108 liegt. Die Re­ ferenzlichtfaser 108 ist an den anderen Eingangsanschluß des optischen Schalters 54 angeschlossen.

Der Korrekturvorgang der Ausführungsform der Wellenlängenkorrekturvor­ richtung wird nachstehend erläutert. Die nachfolgende Erläuterung bezieht sich auf einen Fall, bei dem eine Korrektur innerhalb einer bestimmten Zeit­ periode nach Einschalten des Stroms für das Spektralmeßgerät 58 durchge­ führt wurde.

Zunächst startet, wenn das Gerät 58 eingeschaltet wurde und nachdem ein spezifisches Intervall gemäß dem Zeitgeber ("timer") 40 verstrichen ist, die in dem Gerät 58 vorgesehene CPU 34' die Ausführung eines Korrekturpro­ gramms. Nach Starten des Korrekturprogramms gibt die CPU 34' zunächst ein Steuersignal an den Steuerungsbereich 60, der die Ausgabe eines Start­ signals an die Referenzlichtquelle 62 veranlaßt, wobei bei Aufnahme des Startsignals die in der Referenzlichtquelle 62 vorgesehene LED 100 mit der Lichtemission beginnt.

Das Ausgangslicht von der LED 100 wird mittels der Linse 102 in paralleles Licht transformiert, wobei die Gas-Absorptionszelle 104 Licht einer spezifi­ schen Wellenlänge absorbiert. Das durch die Absorptionszelle 104 durchge­ lassene Licht wird mit der Linse 106 gebündelt und in ein Ende der Refe­ renzlichtfaser 108 eingeführt. Das in die Referenzlichtfaser 108 eingeführte Licht pflanzt sich in der Faser 108 fort und gelangt in den optischen Schalter 54.

In der Zwischenzeit gibt der Steuerungsbereich 60 ein Steuersignal an den optischen Schalter 54, um den mit der Referenzlichtfaser 108 verbundenen Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß des Geräts 58 optisch zu verbinden.

Wenn die obigen Schrittfolgen abgeschlossen sind, wird das Ausgangslicht von der Referenzlichtquelle 62 in das optische Spektralmeßgerät 58 einge­ führt. Zu dieser Zeit gibt die CPU 34' an den Motortreiberschaltkreis 30 die Anweisung, den Motor 28 zu drehen, um das Ausgangslicht von dem Aus­ gangsspalt 20 innerhalb eines gegebenen Wellenlängenbereichs zu ändern.

Die Aktion der CPU 34', die Wellenlängen des Ausgangslichts von dem Aus­ gangsspalt 20 zu ändern, stellt eine Korrelation zwischen den Wellenlängen und den optischen Leistungen her, die von dem Photodetektor 22 detektiert werden. Gemäß den dadurch erzielten Ergebnissen wird eine Absorptions­ wellenlänge des von dem Ausgangsspalt 20 ausgehenden Lichts abgeleitet. Wenn die absorbierte Wellenlänge bestimmt ist, vergleicht die CPU 34' die bereits abgespeicherte Absorptionswellenlänge für die Referenzwellenlänge 62 mit der gemessenen Absorptionswellenlänge. Falls eine Abweichung in den beiden Werten besteht, betätigt die CPU 34' den Motortreiberschaltkreis 30, um die momentane Absorptionswellenlänge an die gespeicherte Absorp­ tionswellenlänge der Referenzlichtquelle anzupassen.

Um die Einstellung durchzuführen, ändert die CPU 34' einfach den Ausrich­ tungswinkel des Beugungsgitters 16 durch Betätigung des Motors 28. Anders ausgedrückt, ändert die CPU 34' nicht den vorbestimmten Wert der Absorp­ tionswellenlänge, sondern ändert nur den Ausrichtungswinkel des Beugungs­ gitters 16.

Die oben beschriebenen Schrittfolgen führen die Anpassung der von dem Ausgangsspalt 29 ausgehenden momentanen Absorptionswellenlänge mit der von der Referenzlichtquelle 62 ausgehenden Absorptionswellenlänge aus.

Ferner werden, wenn die Korrekturvorgänge wie oben beschrieben vorge­ nommen wurden, da der Ausrichtungswinkel des Beugungsgitters 16 ohne Verändern des Speicherinhalts in der CPU 34' verändert wurde, die gespei­ cherten Daten zwischen dem Winkel des Beugungsgitters 16 und den Wel­ lenlängen in der CPU 34' erneuert, gemäß der in dem Anpassungsschritt vorgenommenen Änderung, so daß die Daten bei einer nachfolgenden Kor­ rektur zur Verfügung stehen.

Wenn die obigen Schrittfolgen abgeschlossen sind, gibt die CPU 34' ein Steuersignal an den Steuerungsbereich 60, um den Lichtweg von dem Aus­ gangsspalt 20 zu dem mit der Testlichtfaser verbundenen Eingangsanschluß zurückzuschalten, so daß der laufende Wert der Arbeitswellenlänge des Testlichts genau bestimmt werden kann. Die CPU 34' gibt desweiteren ein Endsignal an die Referenzlichtquelle 62 aus, um deren Betrieb zu beenden.

Wie vorstehend erläutert wurde, führt die vorliegende Wellenlängenkorrek­ turvorrichtung automatisch eine Normierung des Spektralmeßgeräts bei einer vorgegebenen nach Einschalten der Vorrichtung verstrichenen Zeit durch, weshalb der Justagevorgang durch Beseitigen der für das Verbinden der Referenzlichtquelle mit dem Spektralmeßgerät und für das Einstellen des Winkels des Beugungsgitters erforderlichen Mühe erleichtert wird.

Ferner kann, da die Referenzlichtquelle 62 eine LED 104 und eine Gasab­ sorptionszelle 104 umfaßt, das Referenzlichtsystem kompakter im Vergleich mit einem auf einem Gaslaser basierenden System gebaut werden.

Außerdem kann der Korrekturschritt automatisch für jedes gewünschte Inter­ vall durchgeführt werden, wobei das Spektralmeßgerät bei jeder gewünsch­ ten Gelegenheit einsetzbar ist, auch wenn es gerade in dem Fachgebiet ein­ gesetzt ist.

Obwohl die obige Ausführungsform anhand eines Beispiels einer vorgege­ benen nach Einschalten der Vorrichtung abgelaufenen Zeit veranschaulicht wurde, ist es ferner offensichtlich, daß die Vorrichtung zu jedweden von dem Operator gewünschten Intervallen betätigt werden kann (beispielsweise jede Stunde oder jeden Tag).

Auch kann das Intervall für Korrekturschritte in einem Zeitrahmen liegen, der kürzer als die Betriebszeit oder als erwartete Änderungen der Umge­ bungstemperatur ist, so daß eine hohe Meßgenauigkeit immer gewährleistet werden kann.

Auch können anstatt der Konkavspiegel 14 und 18 Linsen verwendet wer­ den. Ferner kann der Ausgangsspalt 12 in der Meßvorrichtung weggelassen werden.

Claims (5)

1. Wellenlängenkorrekturvorrichtung zum Korrigieren einer Abweichung einer Testwellenlänge von einer Referenzwellenlänge umfassend: ei­ ne Referenzlichtquelle (62) zum Aussenden von Referenzlicht einer spezifischen Wellenlänge; einen Lichteingangsanschluß (50) zum Einspeisen von Testlicht, dessen Wellenlänge erforderlichenfalls zu messen und auszugleichen ist; einen optischen Schalter (54) zum Empfangen des Testlichts und des Referenzlichts und zur Ausgabe entweder des Testlichts oder des Referenzlichts von einem Aus­ gangsanschluß; einen Steuerungsbereich (60) zum Steuern der Be­ tätigung der Referenzlichtquelle (62) und des optischen Schalters (54); und ein optisches Spektralmeßgerät (58); dadurch gekenn­ zeichnet, daß das optische Spektralmeßgerät (58) automatische Mes­ sungen optischer Ausgangsspektren von dem optischen Schalter (54) durchführt und den Steuerungsbereich (60) zu von einem Operator spezifizierten planmäßigen Zeiten automatisch aktiviert.

2. Wellenlängenkorrekturvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das optische Spektralmeßgerät (58) umfaßt: ein optisches Element (14) zum Transformieren von Eingangslicht ei­ nes Eingangsbereichs in paralleles Licht; ein Beugungsgitter (16) zur Aufnahme des parallelen Lichts und zum Erzeugen räumlich getrenn­ ter Wellen; ein optisches Kondensorelement (18) zum Bündeln der räumlich getrennten Wellen auf einen Ausgangsspalt; einen Photode­ tektor (22) zum Umwandeln von aus dem Ausgangsspalt austreten­ dem Licht-in elektrische Signale; einen Wandlerbereich (26) zum Wandeln analoger Ausgangssignale von dem Photodetektor in digita­ le Signale; sowie einen Verarbeitungsbereich (34') zum Verändern ei­ nes Ausrichtungswinkels des Beugungsgitters (16) und zum Durch­ führen der Rechnerverarbeitung der digitalen Signale, um optische Spektren des Testlichts zu erzeugen.

3. Wellenlängenkorrekturvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das optische Spektralmeßgerät (58) ein Zeitgeber-Mittel (40) mit Kalenderfunktionen aufweist und den Steuerungsbereich (60) gemäß den Ausgangssignalen von dem Zeitgeber-Mittel zu planmäßi­ gen Zeiten betätigt.

4. Wellenlängenkorrekturvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das optische Spektralmeßgerät (58) ein Zeitgeber-Mittel (40) mit Kalenderfunktionen aufweist und den Steuerungsbereich (60) betätigt, wenn Ausgangssignale von dem Zeitgeber-Mittel (40) anzei­ gen, daß ein spezifisches Zeitintervall seit Einschalten der Vorrichtung verstrichen ist.

5. Wellenlängenkorrekturvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Referenzlichtquelle (62) umfaßt: eine lichtemittie­ rende Diode (100) zum Aussenden von Licht spezifischer Wellenlän­ gen; ein optisches Element (102) zum Transformieren von aus der lichtemittierenden Diode austretendem Licht in paralleles Licht; eine Gasabsorptionszelle (104) zum Absorbieren von Licht einer spezifi­ schen Wellenlänge von durch das optische Element transmittiertem Licht; ein Kondensorelement (106) zum Bündeln des durch die Gasabsorptionszelle (104) transmittierten Lichts zur Eingabe in den optischen Schalter (54).