DE60035148T2

DE60035148T2 - Vorrichtung zur Messung von Wellenlängenspektren

Info

Publication number: DE60035148T2
Application number: DE60035148T
Authority: DE
Inventors: Tohru Mori; Takashi Iwasaki
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: EP1048940B1; JP3887992B2; DE60035148D1; EP1048940A3; US6633380B1; JP2000314661A; EP1048940A2

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung zum Messen einer Lichtwellenlängencharakteristik einer optischen Komponente, wie einen optischen Filter oder eine optische Übertragungsleitung und genauer auf eine Steuerungstechnik zur Wellenlängennachführung der Wellenlängencharakteristik-Messung, unter Verwendung einer Einrichtung zum Analysieren eines optischen Spektrums, zum Messen des Spektrums eines optischen Signals, sowie einer Lichtquelle mit variabler Wellenlänge, die imstande ist verschiedene Wellenlängen auszugeben.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Die 21 stellt ein Blockdiagramm dar, um ein dem Stand der Technik entsprechendes Konfigurierbeispiel der Vorrichtung darzustellen, um die Wellenlängennachführung bei der Wellenlängencharakteristik-Messung, unter Verwendung einer Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und einer Lichtquelle mit variabler Wellenlänge, auszuführen. In der Figur bezeichnet die Ziffer 100 eine Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums, um ein optisches Spektrum zu messen, und die Ziffer 101 bezeichnet eine Lichtquelle mit variabler Wellenlänge, die imstande ist verschiedene Wellenlängen auszugeben.
Die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 umfasst einen Steuerteil 102, um den gesamten Betrieb der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 zu steuern, eine Kommunikationsschaltung 103, um Kommunikationen mit einer externen Maschine auszuführen (in diesem Fall die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101), einen Anschluss ➂, der als Schnittstelle für die Eingabe/Ausgabe der Kommunikationsschaltung 103 verwendet wird, ein Spektroskop 104, zum Extrahieren und Ausgeben einer spezifischen Wellenlänge aus dem gemessenem Licht, mittels ei nes Spektrums unter Verwendung eines Spektralelements eines Beugungsgitters, ein Prisma, einen Interferenzfilter etc., einen optischen Eingabeanschluss 105 zur Eingabe des gemessenen Lichts, das von außen zum Spektroskop 104 übermittelt wird, einen Motor 106, zum Verändern der extrahierten Wellenlänge des Spektroskops 104, eine Antriebsschaltung 107, um den Motor 106 in Übereinstimmung mit den Bedingungen der Motordrehzahl, dem Drehmaß etc. anzutreiben, die vom Steuerteil 102 gesetzt werden, eine Positionsabfrageschaltung 108, zur Abfrage des Drehmaßes sowie der Drehposition des Motors 106, einen Photodetektor 110 zum Empfangen der Ausgabe extrahierten Lichts vom Spektroskops 104, und zur Umwandlung des Licht in ein elektrisches Signal, eine Verstärkerschaltung 111, zur Verstärkung der Ausgabe des genauen elektrischen Signals vom Photodetektor 110, einen A/D-Wandler (analog-digital) 112, zum Quantisieren einer analogen Signalausgabe von der Verstärkerschaltung 111 und zum Umwandeln des Signals in ein digitales Signal, und einen Anzeigeteil 113, zum Anzeigen ein optischen Spektrums, das durch die Aufzeichnung der Messdatenausgabe vom A/D-Wandler 112 bereitgestellt wird.
Der Steuerteil 102 treibt den Motor 106 durch die Antriebsschaltung 107 an, um die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 auf jeden beliebigen Sollwert entsprechend den Motorsteuerdaten zu setzen, die vorher im Steuerteil 102 gespeichert wurden. Der Steuerteil 102 prüft die Positionsdaten, die durch die Positionsabfrageschaltung 108 bereitgestellt werden, die mit dem Motor 106 verbunden ist, um sicherzustellen, dass die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 auf den Sollwert gesetzt wird, liest anschließend die Messdaten aus dem A/D-Wandler aus, führt den vorgegebenen Prozessschritt aus und zeigt das Ergebnis des Prozesses auf dem Anzeigeteil 113 an.
Zu diesem Zeitpunkt stellt der Steuerteil 102 jede Wellenlänge in gleichen Intervallen als die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 fest, die auf dem vom Vermesser eingestellten Wellenlängenbereich und der Anzahl der Messproben beruht, und während intermittierend festgestellte Messdaten bereitgestellt werden, wenn die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 zu jeder Wellenlänge bei gleichen Intervallen gesetzt wird, zeichnet der Steuerteil 102 die Messdaten auf dem Anzeigeteil 113 auf, wodurch es möglich gemacht wird, die Messwellenform des Spektrums betreffend das gemessene Licht anzuzeigen.
Die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 hat eine Aufgabe als zentrale Schnittstelle, um die externe Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 zu steuern, die mit der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 verbunden ist. Das heißt, der Steuerteil 102 übermittelt einen Steuerbefehl an einen Steuerteil 115 (später beschrieben) einer Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 über die Kommunikationsschaltung 103 und den Anschluss ➂ und den Anschluss ➂' und eine Kommunikationsschaltung 116 (beide später beschrieben) der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 weiter, wobei die Wellenlänge und die Lichtstärke der Signallichtausgabe von der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 gesetzt werden.
Ein gemessenes Objekt ist eine optische Komponente, dessen Wellenlängencharakteristik, wie eine Wellenlänge im Vergleich zu der Verlustcharakteristik, gemessen werden soll, wie eine optische Komponente zum WDM (Wellenlängen-Multiplex-Verfahren), ein optisches Fasergitter oder ein nicht leitender mehrschichtiger Schaumstofffilter. Gemessenes Licht wird der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 von dem gemessenen Objekt 114 durch Messung der Wellenlängennachführung zugeführt, unter Verwendung von Einmoden-Signallicht, das von einem optischen Ausgangsanschluss 118 (später beschrieben) der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 zugeführt wird, und die Wellenlängencharakteristik des gemessenen Objekts 114 wird gemessen.
Andererseits umfasst die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 einen Steuerteil, um den gesamten Betrieb der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 zu steuern, die Kommunikationsschaltung 116, um Kommunikationen mit einer externen Maschine auszuführen (in diesem Fall die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100), den Anschluss ➂', der als Schnittstelle für die Eingabe/Ausgabe der Kommunikationsschaltung 116 verwendet wird, den optischen Ausgangsanschluss 118, um eine optische Signalausgabe von der Lichtquelle 122 (später beschrieben) an das externe gemessene Objekt 114 auszugeben, die Lichtquelle 122, um ein Einmoden-Spektrum mit seiner variablen Oszillationswellenlänge zu oszillieren, eine Lichtquellenantriebsschaltung 123, um die Lichtquelle 122 anzutreiben und die Temperaturüberwachung, etc. der Lichtquelle 122 durchzuführen, einen Anzeigeteil 124, um Bedingungen des Wellenlängenbereiches der Messung, etc. anzuzeigen, die vom Vermesser (später ausführlich beschrieben) eingestellt werden, und eine Wellenlängensteuerschaltung 126, um die Wellenlänge der optischen Signalausgabe von der Lichtquelle 122 zu steuern.
Der Steuerteil 115 steuert die Lichtquellenantriebsschaltung 123 und die Wellenlängensteuerschaltung 126, die auf den Lichtquellenantriebsdaten und den Wellenlängendaten beruhen, die vorher im Steuerteil 115 gespeichert wurden, und variiert die Einmoden-Oszillationswellenlänge und die Oszillationslichtstärke der Lichtquelle 122. Das heißt, der Steuerteil 115 stellt Parameter des Wellenlängenintervalls der Messung, etc. (später ausführlich beschrieben) fest, die auf den Einstellbedingungen durch das Ausführen der Abläufe beruhen, gibt Befehle an die Lichtquellenantriebsschaltung 123 und die Wellenlängensteuerschaltung 126 und oszilliert die Lichtquelle 122 unter beliebigen Einstellbedingungen. Zusätzlich ändert der Steuerteil 115 die Oszillationswellenlänge der Lichtquelle 122 intermittierend in vorgegebenen Wellenlängenintervallen über den ganzen Wellenlängenbereich, der vom Vermesser eingestellt wird. Wie die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 verwendet auch die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 ein Spektralelement (nicht dargestellt) und einen Motor (nicht dargestellt), um das Spektralelement zum Variieren der Oszillationswellenlänge der Lichtquelle 122 anzutreiben.
Als nächstes wird der durchgeführte Ablauf der Steuerung der Wellenlängennachführung in der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung dem Stand der Technik entsprechend behandelt, und zwar gemäß einem Ablaufschema, das in 22 dargestellt ist. Die nachstehend beschriebene Steuerung in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 kann unter Verwendung eines Computers durchgeführt werden, etc., der außerdem vorgesehen wird. Als erstes stellt der Vermesser in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 die Messbedingungen der Startmesswellenlänge λ0, der Endmesswellenlänge λe und die Anzahl der Messproben etc. ein. Sodann leitet der Steuerteil 102 die Parameter des Wellenlängenintervalls Δλ etc, durch die Ausführung der Abläufe ab, die auf den Einstellbedingungen der Messung beruhen (Schritt S1).
Als nächstes sendet der Steuerteil 102, in Übereinstimmung mit den festgestellten Parametern, ein Signal an die Antriebsschaltung 107, wobei der Motor 106 zum Einstellen der extrahierten Wellenlänge des Spektroskops 104 auf eine bestimmte Ausgangswel lenlänge angetrieben wird, und prüft die Ausgabe der Positionsdaten von der Positionsabfrageschaltung 108, um sicherzustellen, dass die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 auf die Ausgangswellenlänge eingestellt wird. Der Steuerteil 102 überträgt mittels der Kommunikationsschaltung 103 und des Anschlusses ➂ ferner einen „Aktionsbefehl an die Ausgangswellenlänge" zur Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 (Schritt S2).
Sodann stellt der Steuerteil 115 der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 die Parameter fest, die an die Lichtquellenantriebsschaltung 123 und die Wellenlängensteuerschaltung 126 gegeben werden, indem Vorgänge ausgeführt werden, die auf dem Befehl beruhen, welcher mittels der Kommunikationsschaltung 116 von der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 übertragen werden, und führt die Parameter den Schaltungen zu. Die Oszillationswellenlänge der Lichtquelle 122 wird auf die Ausgangswellenlänge eingestellt, die auf diesen Parametern beruht. Nach Abschluss der Einstellung, wird ein „Wellenlängeneinstellungs-Abschlussbefehl" an den Steuerteil der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 mittels der Kommunikationsschaltung 116 übertragen (falls das Entscheidungsergebnis bei Schritt S3 JA lautet).
Wenn der Vermesser die Startanweisung zur Messung an die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 gibt (Schritt S4), sendet der Steuerteil 102 als nächstes ein Steuersignal an die Antriebsschaltung 107, um den Motor 106 anzutreiben, sodass die extrahierte Wellenlänge λ des Spektroskops 104 zur Startmesswellenlänge λ0 wird, überwacht die Positionsdatenausgabe von der Positionsabfrageschaltung 108 und wartet auf den Stillstand des Motors 106. Der Steuerteil 102 überträgt einen „Aktionsbefehl an die Messwellenlänge λ (und zwar die Startmesswellenlänge λ0)" mittels der Kommunikationsschaltung 103, wartet dann auf einen „Wellenlängeneinstellungs-Abschlussbefehl" von der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101, wie im Fall der vorstehend beschriebenen Ausgangswellenlänge (Schritt S5).
Falls die Wellenlängeneinstellung in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 somit abgeschlossen ist (falls das Entscheidungsergebnis bei Schritt S6 JA lautet), startet der Steuerteil 102 den A/D-Wandler 112 und liest ein digitales Signal aus dem A/D-Wandler 112 aus (Schritt S7), errechnet dann den Wert der Lichtstärke, welcher auf dem voreingestellten Zustand der Verstärkerschaltung 111 und ähnlichem beruht, und zeichnet den Wert der Lichtstärke auf dem Anzeigeteil 113 auf (Schritt S8).
Als nächstes stellt der Steuerteil 102 die nächste Messwellenlänge λ in einer Entfernung des Wellenlängenintervalls Δλ von der augenblicklichen Messwellenlänge λ durch Ausführen des Vorgangs (Schritt S9) fest, und setzt erneut die extrahierte Wellenlänge λ des Spektroskops 104 und die Ausgabewellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101. Sodann wird der Vorgang bei den Schritten S5 und S9 in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 wiederholt. Der Steuerteil 102 setzt die Wellenlängeneinstellung und Datenmessung solange fort, bis die Messwellenlänge die Endmesswellenlänge λe überschreitet (das Entscheidungsergebnis bei Schritt S10 lautet JA).
Bei der Steuerung der Wellenlängennachführung in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge, welche dem Stand der Technik entspricht, steuert somit die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100, als zentrale Schnittstelle, den Betrieb der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 mittels der Kommunikationsschnittstelle. Anschließend werden die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 und die Ausgabewellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 intermittierend gesetzt, zum Messen jedes festgestellten Messwellenlängenintervalls über den Einstellablenk-Wellenlängenbereich (Messwellenlängenbereich), und ferner werden die Befehle zwischen der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 mittels der Kommunikationsschnittstelle übertragen. Das führt somit zu einem Problem des hohen Zeitaufwandes für die Wellenlängennachführung.
Um das Spektroskop 104 der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und die Lichtquelle 122 der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 abzulenken, stimmt die Änderungscharakteristik der Wellenlänge, welche sich auf das Drehmaß des Motors 106 zum Antreiben des Spektroskops 104 bezieht, die Änderungscharakteristik der Ausgabewellenlänge, welche sich auf das Drehmaß des Motors zum Antreiben des Spektralelements der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 bezieht, in seltenen Fällen ab; die Änderungscharakteristika unterscheiden sich in den meisten Fällen. Sie un terscheiden sich deshalb, weil die Änderungscharakteristik des Spektroskops 104 durch verschiedene Faktoren der Charakteristik des Spektralelements, welches das Spektroskop 104 bildet, von der Methode zur Variierung des Winkels des Spektralelements, des Aufbaus des Spektroskops 104, etc. bestimmt wird, und weil die Änderungscharakteristik, welche das Spektralelement der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 betrifft, ebenso durch verschiedene ähnliche Faktoren bestimmt wird.
Falls die in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 eingebauten Motoren und die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 mit gleicher Geschwindigkeit gedreht werden, ändern sich somit die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 und die Ausgabewellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 relativ zum Drehmaß des Motors als Reaktion auf ihre jeweiligen Charakteristika. Somit wird die Wellenlängendifferenz zwischen der extrahierten Wellenlänge und der Ausgabewellenlänge groß und es wird unmöglich, die Nachführung durchzuführen; die Nachführung kann folglich nur in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich ausgeführt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung bereitzustellen, wobei die Wellenlängencharakteristik-Messung unter Verwendung einer Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und einer Lichtquelle mit variabler Wellenlänge durchgeführt werden soll, beide Durchläufe miteinander synchronisiert sind, die Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung imstande ist, die extrahierte Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und das Ausgabesignal der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge aufeinander abzustimmen oder eine begrenzte Wellenlängendifferenz dazwischen herzustellen und eine Wellenlängennachführung bei hoher Geschwindigkeit und mit großer Wellenlängengenauigkeit über einen weit reichenden Wellenbereich hinweg durchzuführen.
Dazu wird gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung eine Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung, unter Verwendung einer Lichtquelle mit variabler Wellenlänge zum Ausgeben von Signallicht und einer Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums zum Messen einer Spektralverteilung von gemessenem Licht, bereitgestellt, welches durch das Einfallenlassen des Signallichts auf einem gemessenen Objekt bereitgestellt wird, um die optische Wellenlängencharakteristik des gemessenen Objekts zu messen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums Spektraleinrichtungen zum Extrahieren einer spezifischen Wellenlängenkomponente von dem gemessenen Licht durch ein erstes Spektralelement und eine erste Antriebseinrichtung umfasst, um den Winkel des ersten Spektralelements zu verändern und die extrahierte Wellenlänge über einen vorgegebenen Ablenk-Wellenlängenbereich abzulenken, dass die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge einen externen Oszillator, welcher aus einem Laserelement zum Ausgeben von Einmoden-Signallicht als das Signallicht sowie einem zweiten Spektralelement zum Veranlassen des Laserelements, bei einer beliebigen Wellenlänge Laserlicht auszustrahlen, zusammengesetzt ist, und eine zweite Antriebseinrichtung umfasst, um den Winkel des zweiten Spektralelements zu ändern und die Signallicht-Wellenlänge des Signallichts über den Ablenk-Wellenlängenbereich abzulenken, und dass die erste und zweite Antriebseinrichtung jeweils Einrichtungen aufweist, um den Ablenkstart miteinander zu synchronisieren und den Drehwinkel des ersten oder zweiten Spektralelements gemäß einer Drehkorrekturfunktion zu ändern und zu steuern, welche sich aus der extrahierten Wellenlängencharakteristik relativ zum Drehwinkel des ersten Spektralelements und der Signallicht-Wellenlängencharakteristik, relativ zum Drehwinkels des zweiten Spektralelements ableitet, sodass sich die extrahierte Wellenlänge und die Signallicht-Wellenlänge über den Ablenk-Wellenlängenbereich aufeinander abstimmen.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist die erste Antriebseinrichtung in der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung nach dem ersten Gesichtspunkt einen ersten Motor auf, um das erste Spektralelement anzutreiben und das Drehmaß und die Drehzahl des ersten Motors zu steuern, wobei die extrahierte Wellenlängencharakteristik und die Signallicht-Wellenlängencharakteristik aufeinander abgestimmt werden, sodass die extrahierte Wellenlänge und die Signallicht-Wellenlänge über den Ablenk-Wellenlängenbereich aufeinander abgestimmt werden.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist die zweite Antriebseinrichtung in der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung nach dem ersten Gesichtspunkt einen zweiten Motor auf, um das zweite Spektralelement anzutreiben und das Drehmaß und die Drehzahl des zweiten Motors zu steuern, wobei die extrahierte Wellenlängencharakteristik und die Signallicht-Wellenlängencharakteristik aufeinander abgestimmt werden, sodass die extrahierte Wellenlänge und die Signallicht-Wellenlänge über den Ablenk-Wellenlängenbereich aufeinander abgestimmt werden.
Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung, unter Verwendung einer Lichtquelle mit variabler Wellenlänge zum Ausgeben von Signallicht und eine Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums, mit der eine Spektralverteilung von gemessenem Licht gemessen wird, das erzeugt wird, indem bewirkt wird, dass das Signallicht auf das gemessene Objekt auftrifft, um die optische Wellenlängencharakteristik des gemessenen Objekts zu messen, bereitgestellt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums eine Spektraleinrichtung umfasst, um eine spezifische Wellenlängenkomponente von dem gemessenen Licht durch ein erstes Spektralelement zu extrahieren, die Spektraleinrichtung eine Wellenlängenübertragungscharakteristik aufweist, wobei die maximalen Übertragungsgrößen geglättet sind, welche der extrahierten Wellenlänge als Zentrum, relativ zu einer voreingestellten Auflösung, über einen vorgegebenen Wellenlängenbereich vorangehen und folgen, und die erste Antriebseinrichtung umfasst, um den Winkel des ersten Spektralelements zu verändern und die extrahierte Wellenlänge über einen vorgegebenen Ablenk-Wellenlängenbereich abzulenken, dass die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge einen externen Oszillator umfasst, welcher aus einem Laserelement zum Ausgeben von Einmoden-Signallicht als das Signallicht, sowie einem zweiten Spektralelement zusammengesetzt ist, welches das Laserelement veranlasst, Laserlicht bei einer beliebigen Wellenlänge auszustrahlen, und eine zweite Antriebseinrichtung umfasst, um den Winkel des zweiten Spektralelements zu ändern und die Signallicht-Wellenlänge des Signallichts über den Ablenk-Wellenlängenbereich abzulenken, und dass die Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren zum jeweiligen Verändern der Winkel des ersten und zweiten Spektralelements vorher festgelegt werden, so dass sich die Signallicht-Wellenlänge in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich umwandelt und die ersten und zweiten Antriebseinrichtungen die ersten und zweiten Motoren mit gleicher Geschwindigkeit gemäß den Drehgeschwindigkeiten zum Drehen bringen.
Gemäß einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird in der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung nach dem vierten Gesichtspunkt der Ablenk-Wellenlängenbereich in eine Vielzahl von Wellenlängenabschnitten aufgeteilt, wobei sich bei jedem die Signallicht-Wellenlänge im vorgegebenen Wellenlängenbereich umwandelt, und die ersten und zweiten Antriebseinrichtungen die ersten und zweiten Motoren mit gleicher Geschwindigkeit, gemäß den Drehgeschwindigkeiten der ersten und zweiten Motoren, welche vorher für jeden der Wellenlängenabschnitte festgelegt wurden, zum Drehen bringen.
Gemäß einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung verändern die erste und zweite Antriebseinrichtung in der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung nach dem fünften Gesichtspunkt die Impulsraten der ersten und zweiten Motoren in der Mitte der Ausgabe eines Motordrehimpulses zu den ersten und zweiten Motoren.
Gemäß einem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung brechen die erste und zweite Antriebseinrichtung in der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung nach dem fünften Gesichtspunkt für jeden der Wellenlängenabschnitte umgehend den Ablenkungsvorgang ab und setzen die Bedingungen bezüglich des nächsten abzulenkenden Wellenlängenabschnittes, und lenken dann diesen Wellenlängenabschnitt ab.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist ein Blockdiagramm, um den Aufbau der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung zu zeigen.
Die 2 ist eine schematische Darstellung, um die Änderung der Motordrehzahl sowohl für eine Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums als auch für eine Lichtquelle mit variabler Wellenlänge in der ersten Ausführung der Erfindung zu zeigen.
Die 3 ist eine Zeichnung, um den Eintritt und Austritt von Signallicht auf und von einem Spektralelement zu zeigen, und eine schematische Darstellung, um die Czerny-Turner-Anordnung in der ersten Ausführung der Erfindung zu zeigen.
Die 4 ist eine Zeichnung, um den Eintritt und Austritt von Signallicht auf und von einem Spektralelement zu zeigen, und eine schematische Darstellung, um die Littrow-Anordnung in der ersten Ausführung der Erfindung zu zeigen.
Die 5 ist eine schematische Darstellung, um ein Beispiel eines Untersetzungsgetriebes eines Spektralelements, unter Verwendung einer Sinuslineal-Methode (Winkel-Variable-Verfahren), in der ersten Ausführung der Erfindung zu zeigen.
Die 6 ist eine schematische Darstellung, um die Wellenlängendifferenzen zu zeigen, welche zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Ausgabesignallicht-Wellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge auftreten, welche von der optischen Anordnung und der Charakteristik des Spektralelements in der ersten Ausführung der Erfindung abhängig sind.
Die 7 ist eine schematische Darstellung, um die Wellenlängendifferenzmengen zu zeigen, welche zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Ausgabesignallicht-Wellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge auftreten, welche von der optischen Anordnung und der Charakteristik des Spektralelements in der ersten Ausführung der Erfindung abhängig sind.
Die 8 ist eine Zeichnung, um die Wellenlängendifferenzen zu zeigen, welche zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Ausgabesignallicht-Wellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge auftreten, welche von der optischen Anordnung und der Charakteristik des Spektralelements abhängig sind, und eine schematische Darstellung, um die Wellenlängencharakteristik relativ zu der Anzahl von Motordrehimpulsen zu zeigen, wenn diese auf dem Betrag der Wellenlängenänderung beim Ablenk-Startpunkt in der ersten Ausführung der Erfindung beruhend normiert wurden.
Die 9 ist eine Zeichnung, um die Wellenlängendifferenzmengen zu zeigen, welche zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Ausgabesignallicht-Wellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge auftreten, welche von der optischen Anordnung und der Charakteristik des Spekt ralelements in der ersten Ausführung der Erfindung abhängig sind, und ist eine schematische Darstellung, um die Wellenlängendifferenzmengen zwischen den beiden in 8 gezeigten Charakteristika in der ersten Ausführung der Erfindung zu zeigen.
Die 10 ist eine schematische Darstellung, um die Beziehung zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Ausgabesignallicht-Wellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge zu zeigen, wenn die Wellenlängennachführung gemäß der ersten Ausführung der Erfindung durchgeführt wird.
Die 11 ist eine schematische Darstellung, um die Messwellenform zu zeigen, welche durch die Durchführung der Messung mit der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der mit einem optischen Faserleiter verbundenen Lichtquelle mit variabler Wellenlänge, in der ersten Ausführung der Erfindung bereitgestellt wird.
Die 12 ist eine schematische Darstellung, um die Impuls-Wellenlänge-Charakteristika bezüglich der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge und die Schwankung des Messwellenformniveaus zu zeigen, welches durch die dazwischen liegende Wellenlängendifferenz entsteht, wenn die Ablenkung ohne das Ausführen der Wellenlängennachführung entsprechend der ersten Ausführung der Erfindung durchgeführt wird.
Die 13 ist eine schematische Darstellung, um das Messergebnis der Übertragungs-Wellenlängencharakteristik eines Wellenlängenfilters zu zeigen, wenn die Messung der Wellenlängennachführung entsprechend der ersten Ausführung der Erfindung ausgeführt wird.
Die 14 ist eine Zeichnung, um die Änderung der Motordrehzahl sowohl für die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums als auch für die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge in der ersten Ausführung der Erfindung zu zeigen, und eine schematische Darstellung, um die Charakteristik beim Normalisieren mit dem Betrag der Wellenlängenänderung beim Ablenk-Startpunkt und die Charakteristik beim Normalisieren mit dem Betrag der Wellenlängenänderung beim Ablenk-Endpunkt zu zeigen.
Die 15 ist eine schematische Darstellung, um die Charakteristik der Messniveauschwankung zu zeigen, die durch die Wellenlängendifferenz zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Ausgabesignallicht-Wellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge entsteht, die durch die Spektralcharakteristik des Spektroskops bestimmt wird, das in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums in einer zweiten Ausführung der Erfindung eingebaut ist.
Die 16 ist eine schematische Darstellung, um die Beziehung zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Ausgabesignallicht-Wellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge zu zeigen, wenn die Messung der Wellenlängennachführung entsprechend der zweiten Ausführung der Erfindung ausgeführt wird.
Die 17 ist eine schematische Darstellung, um die Beziehung zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Ausgabesignallicht-Wellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge zu zeigen, wenn die Messung der Wellenlängennachführung entsprechend der zweiten Ausführung der Erfindung ausgeführt wird, und ist eine schematische Darstellung, um die Motordrehzahl zu bestimmen, sodass die extrahierte Wellenlänge und die Ausgabesignallicht-Wellenlänge am Ablenk-Startpunkt sowie am Ablenk-Endpunkt übereinstimmen.
Die 18 ist eine schematische Darstellung, um die Beziehung zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Ausgabesignallicht-Wellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge zu zeigen, wenn die Messung der Wellenlängennachführung entsprechend der dritten Ausführung der Erfindung ausgeführt wird.
Die 19 ist eine schematische Darstellung, um die Beträge der Wellenlängendifferenz zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und der Ausgabesignallicht-Wellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge in der dritten Ausführung der Erfindung zu zeigen, bei welchen die Teilung ausgeführt wird und bei welchen die Teilung nicht ausgeführt wird.
Die 20 ist eine Zeichnung, um die Änderung der Motordrehzahl für die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums sowie für die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge in der dritten Ausführung der Erfindung zu zeigen und ist eine schematische Darstellung, um die Änderung der Motordrehzahl für die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums in der dritten Ausführung der Erfindung zu zeigen, bei welchen die Teilung ausgeführt wird und die, bei welchen die Teilung nicht ausgeführt wird.
Die 21 ist ein Blockdiagramm, um den Aufbau der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung dem Stand der Technik entsprechend zu zeigen.
Die 22 ist ein Ablaufschema, um den Prozedur der Wellenlängennachführung einer Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums und einer Lichtquelle mit variabler Wellenlänge zu zeigen, die in der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung dem Stand der Technik entsprechend durchgeführt wird.
Detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung
Nun Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen, werden bevorzugte Ausführungen der Erfindung gezeigt.
[Erste Ausführung]
Die 1 ist ein Blockdiagramm, um den Aufbau der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung entsprechend einer ersten Ausführung der Erfindung zu zeigen. Die Teile, die mit den vorher beschriebenen, auf 21 Bezug nehmenden, Teilen identisch sind, werden in der 1 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die 2 ist eine schematische Darstellung, um die Änderung der Motordrehzahl in der ersten Ausführung der Erfindung zu zeigen. Die numerischen Werte, die in graphischen Darstellungen beruhend auf den Ausführungen einschließlich der 2 beschrieben werden, werden lediglich als Beispiele gezeigt, und der Anwendungsbereich der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die in den graphischen Darstellungen beschriebenen numerischen Werte begrenzt.
In einer in 1 gezeigten Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100, hat eine Antriebsschaltung 107 der ersten Ausführung der Erfindung eine ähnliche Aufgabe wie die, welche dem Stand der Technik entspricht, und zwar die Aufgabe, einen Motor 106 entsprechend den Bedingungen der Motordrehzahl, des Drehmaßes, etc., die vom Steuerteil 102 gesetzt werden, anzutreiben. Darüber hinaus hat die Antriebsschaltung 107 eine Aufgabe, das Startsynchronisierungssignal der Motordrehung (entsprechend dem Symbol A in 1) auszugeben, wenn die Drehung des Motors gestartet wird. Darüber hinaus kann die Antriebsschaltung 107 die Aufgabe haben, die Drehung des Motors 106 als Antwort auf das Startsynchronisierungssignal der Motordrehung von außen [in diesem Fall eine Antriebsschaltung 125 (später beschrieben) in einer Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101] zu starten. In diesem Fall agiert die Antriebsschaltung 107 als Master und die Antriebsschaltung 125 als Slave. Umgekehrt kann die Antriebsschaltung 107 als Slave und die Antriebsschaltung 125 als Master agieren. Somit ist das Signal A ein Startsynchronisierungssignal der Motordrehung zur Synchronisierung der Antriebsschaltungen 107 und 125 miteinander, um ein Motorantriebssignal an den Motor 106 und einen Motor 120 in der gleichen Taktung von den Antriebsschaltungen 107 und 125 auszugeben.
Ein Anschluss ➀ ist ein Synchronisierungssignal-Ausgabeanschluss, um die Startsynchronisierungssignalausgabe der Motordrehung einer externen Maschine (in diesem Fall die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101) durch die Antriebsschaltung 107 zuzuführen, welche dadurch bereitgestellt wird, dass die Antriebsschaltung 107 als Slave agiert. Wenn die Antriebsschaltung 107 als Slave agiert, um die Drehung des Motors 106 als Antwort auf das Startsynchronisierungssignal der Motordrehung von außen, und zwar von der Antriebsschaltung 125, zu starten, wird der Anschluss ➀ zu einem Synchronisierungssignal-Eingabeanschluss. Ein Anschluss ➀' ist ein Synchronisierungssignal-Eingabeanschluss, um das Startsynchronisierungssignal der Motordrehung einzugeben, welches der Antriebsschaltung 125 von einer externen Maschine (in diesem Fall die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100) zugeführt wird, welches dadurch bereitgestellt wird, dass die Antriebsschaltung 125 als Slave agiert. Falls die Antriebsschaltung 125 als Master agiert, um das Startsynchronisierungssignal der Motordrehung der externen Maschine, und zwar der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums, zuzuführen, wird der Anschluss ➀' zu einem Synchronisierungssignal-Ausgabeanschluss.
Ferner hat der Steuerteil 107 die Aufgabe, die Impulsrate für jedes Drehmaß in Übereinstimmung mit einem geteilten Wellenlängenabschnitt zu ändern; die Funktion wird in der später beschriebenen dritten Ausführung der Erfindung verwendet. Um die Drehzahl des Motors 106 für jeden geteilten Wellenlängenbereich in der dritten Ausführung zu ändern, stellt Signal C ein Signal dar, um die Wellenlängendaten, die als Umformungspunkt der Impulsrate der Antriebssignalausgabe durch die Antriebsschaltung 107 zum Motor 106 verwendet werden, von der Positionsabfrageschaltung 108 zu erhalten. Somit wird somit das Signal C entbehrlich, wenn die Antriebsschaltung 107 die Wellenlängendaten durch Zählen der Ausgabeimpulse des Antriebssignals oder ähnliches überwacht. Um die Drehzahl des Motors 120, der in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist, für jeden geteilten Wellenlängenabschnitt zu ändern, und den Motor 106 mit konstanter Drehzahl zu drehen, wird das Signal C ebenso entbehrlich.
Als nächstes hat die Positionsabfrageschaltung 108 in der Ausführung, wie es dem Stand der Technik entspricht, eine ähnliche Aufgabe, und zwar die des Ermittelns der Drehzahl und der Drehposition des Motors 106 und hat ebenso die Aufgabe des Ausgebens eines Auslöseimpulses, des Anzeigens, dass das Drehmaß des Motors 106 einen vorher bestimmten Wert erreicht hat, um die Schaltung 109 (gleich nachstehend beschrieben) zu ändern/verzögern, wenn das Drehmaß des Motors 106 das Drehmaß erreicht hat, das mit einer spezifischen vom Steuerteil 102 gesetzten Wellenlänge übereinstimmt. Wie in der Antriebsschaltung 107 beschrieben wird, hat die Positionsabfrageschaltung 108 in der dritten Ausführung die Aufgabe, die Wellenlängendaten eines Umformungspunktes der Impulsrate einer Antriebssignalausgabe, durch die Antriebsschaltung 107 an den Motor 106 abzugeben.
Als nächstes ändert die Umformung/Verzögerungs-Schaltung 109 eine Auslöseimpulseingabe von der Positionsabfrageschaltung 108 und eine Abtasttaktsignaleingabe (übereinstimmend mit Symbol A in der Figur), mittels des Anschlusses ➁ von der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 ab und meldet den Abtasttakt einem A/D-Wandler 112 und dem Steuerteil 102. Die Umformung/Verzögerungs-Schaltung 109 hat ebenso die Aufgabe, den geänderten Auslöseimpuls oder das Abtasttaktsignal, mittels einer durch den Steuerteil 102 voreingestellten Zeit, zu verzögern.
Das heißt, das Signal B ist ein Signal zum Einspeisen eines Abtasttaktsignals für den Steuerteil 102, um die durch A/D-Wandlung des gestarteten A/D-Wandlers 112 bereitgestellten digitalen Daten, von einer Positionsabfrageschaltung 121, die in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist, an die Umformung/Verzögerungs-Schaltung 109 auszulesen. Der Anschluss ➁ ist ein Signaleingabeanschluss in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100, in welche das Abtasttaktsignal eingegeben wird. Ein Anschluss ➁' ist ein Signalausgabeanschluss, um die Abtasttaktsignalausgabe durch die Positionsabfrageschaltung 121 in eine externe Maschine (in diesem Fall die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100) einzuspeisen.
Als nächstes hat der Steuerteil 102 in der Ausführung die Aufgabe, die Bausteine in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 zu steuern, und hat ebenso die Aufgabe, die digitale Datenausgabe vom A/D-Wandlers 112 in Synchronisierung mit der Abtasttaktsignalausgabe von der Umformung/Verzögerungs-Schaltung 109 auszulesen.
Weiter hat der A/D-Wandler 112, wie es dem Stand der Technik entspricht in der Ausführung eine ähnliche Aufgabe, und zwar die Aufgabe die A/D-Wandlung gemäß der Steuerung des Steuerteils 102 durchzuführen, und hat ebenso die Aufgabe, die A/D-Wandlung einer Signalausgabe der Verstärkerschaltung 111 auszuführen und digitale Daten, in Synchronisierung mit der Abtasttaktsignalausgabe der Umformung/Verzögerungs-Schaltung 109 auszugeben.
In der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 ist ein Laserelement 117 eine Lichtquelle zum Ausgeben von Einmoden-Signallicht; im allgemeinen ist das ein Halbleiter-Laserelement, kann aber auch eine optische Faser, etc. sein, der ein Element der seltenes Erden zugesetzt wird. Das Laserelement 117 strahlt von außen angeregt, durch Erhöhung des Energieniveaus, natürliches Emissionslicht aus. Zusätzlich dazu verstärkt das Laserelement 117 das Signal mittels angeregter Emission, wenn Signallicht einer spezifischen Wellenlänge eingespeist wird, und strahlt Laserlicht aus.
Als nächstes bilden ein Spektralelement 119 und das Laserelement 117 einen externen Resonator. Das Spektralelement 119 streut die Wellenlänge, unter Verwendung eines Beugungsphänomens der natürlichen Emissionslichtausgabe vom Laserelement 117, und führt eine Wellenlängenkomponente, welche durch den Winkel des Spektralelements 119 selbst bestimmt wird, in das Laserelement 117 zurück, und ermöglicht dabei, Laserlicht jeder geforderten Wellenlänge auszusenden. Dies bedeutet, dass der Winkel des Spektralelements 119 verändert wird, wobei die Wellenlänge des Laserlichts durch das Laserelement 117 bereitgestellt wird. Im Allgemeinen wird ein Beugungsgitter, welches eine große Anzahl von Spalten auf der Reflexionsfläche aufweist, als Spektralelement 119 verwendet, aber auch ein Prisma, ein Mehrschichtfolien-Filter, etc. kann verwendet werden.
Als nächstes wird der Motor 120 bereitgestellt, um den Drehwinkel des Spektralelements 119, in Übereinstimmung mit dem Antriebssignal von der Antriebsschaltung 125, zu steuern. Im Allgemeinen wird ein Schrittmotor, ein Servomotor, etc. zum Steuern des auf einem Impuls beruhenden Drehwinkels, als eine spezifische Form des Motors 120 verwendet, aber selbstverständlich kann auch jede andere Art von Motor verwendet werden.
Als nächstes ermittelt die Positionsabfrageschaltung 121 den Drehwinkel des Motors 120 und gibt ebenso ein Abtasttaktsignal aus, wenn die auszusendende Wellenlänge für das Laserelement 117 die Soll-Wellenlänge erreicht, die durch den Steuerteil 115 gesetzt wird.
Um die Drehzahl des Motors 120 für jeden geteilten Wellenlängenabschnitt in der dritten Ausführung zu verändern, stellt das Signal C' ein Signal zur Ausgabe der Wellenlängendaten dar, welches als Impulsraten-Änderungspunkt der Antriebssignalausgabe von der Antriebsschaltung 125 zum Motor 120, sowie von der Positionsabfrageschaltung 121 zur Antriebsschaltung 125, verwendet wird. Wenn die Antriebsschaltung 125 die Wellenlängendaten durch das Zählen der Impulse des Antriebssignals oder ähnliches überwacht, wird das Signal C' somit entbehrlich. Um die Drehzahl des Motors 106 zu ändern, der in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 für jeden geteilten Wellenlängenabschnitt installiert ist, und den Motor mit konstanter Drehzahl zu drehen, wird das Signal ebenso entbehrlich.
Die Antriebsschaltung 125, welche eine Steuerschaltung zum Antreiben des Motors 120 darstellt, gibt in Synchronisierung mit dem Startsynchronisierungssignal der Motordrehung ein Antriebssignal an den Motor 120 aus, welches von der Antriebsschaltung 107 in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 durch die Anschlüsse ➀' und ➀ zugeführt wird, und dadurch bereitgestellt wird, dass die Antriebsschaltung 125 als Slave und die Antriebsschaltung 107 als Master wirksam werden. Wenn folglich die Antriebsschaltung 125 als Master und die Antriebsschaltung 107 als Slave wirksam werden, kann die Antriebsschaltung 125 daher das Startsynchronisierungssignal der Motordrehung an den Anschluss ➀' in der selben Taktung ausgeben, wie es das Antriebssignal an den Motor 120 ausgibt.
Im Allgemeinen wird ein Spektralelement eines Beugungsgitters, eines Prismas, etc. als das in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 eingebaute Spektroskop 104 verwendet, um einen Wellenlängenparameter des Signallichts in ein Winkelparameter umzuwandeln und den Winkel des Spektralwinkels zu verändern, und dabei wird der Wellenlängenparameter extrahiert. Die in 3 und 4 dargestellten Anordnungen sind typisch für eine spezifische Anordnung des Spektroskops 104. Die in 3 dargestellte Anordnung ist vom Typ der Czerny-Turner-Anordnung, wobei das Bündeln von einfallendem Licht, welches durch einen Eintrittsspalt 13 eintritt, und das Fokussieren von Emissionslicht von einem Beugungsgitter 12 ausgehend, unter Verwendung von zwei einzelnen Hohlspiegeln 10 und 11 durchgeführt werden, und ein Abbild an einem Austrittsspalt 14 ausgebildet wird. Die in 4 gezeigte Anordnung ist vom Typ der Littrow-Anordnung, wobei das Bündeln von einfallendem Licht, eintretend von einem Eintritts- und einem Austrittsspalt 16, und das Fokussieren von Emissionslicht, austretend von einem Eintritts- und einem Austrittsspalt 16, mit einem einzigen Hohlspiegel durchgeführt werden. Die Anordnungen werden ausführlich behandelt werden.
Im Spektroskop des in 3 dargestellten Typs der Czerny-Turner-Anordnung, wird gemessenes Licht, welches durch einen Eintrittsspalt 13 eintritt, auf dem Hohlspiegel 10 in gebündeltes Licht umgewandelt, und lässt es dann auf das Beugungsgitter 12 einfallen. Ein auf dem Beugungsgitter 12 gestreutes Spektrum wird durch den Hohlspiegel 11 fokussiert und dann in Streuungsrichtung auf dem Austrittspalt 14 ausgebildet. Entsprechend einer derartigen Anordnung, kann der Winkel des Beugungsgitters 12 durch den Motor, etc. verändert werden, wobei das am Zentrum des Austrittspalts 14 gebildete Spektrum verändert werden kann.
In der Czerny-Turner-Anordnung besteht zwischen dem Winkel des Beugungsgitters 12 und des am Zentrum des Austrittspalts 14 ausgebildeten Spektrums die Beziehung des folgenden Ausdrucks:
Wobei λ die Wellenlänge des Spektrums darstellt, d den Zwischenraum zwischen den Spalten des Beugungsgitters 12 darstellt, m die Reihenfolge der Beugung darstellt, a den Winkel darstellt, den eine Winkelhalbierende ➂ des Winkels zwischen dem einfallenden Licht auf dem Beugungsgitter 12 und Emissionslicht davon mit dem einfallenden Licht und dem Emissionslicht ausbildet, und θ den Winkel zwischen der Winkelhalbierenden ➄ und einer Normalen ➃ zum Beugungsgitter 12 darstellt.
Andererseits wird im Spektroskop des Typs der Littrow-Anordnung, wie in 4 dargestellt ist, der Winkel α in der Czerny-Turner-Anordnung auf 0 Grad gesetzt, wie in 3 dargestellt ist, und der Hohlspiegel 15 sowohl als die Hohlspiegel 10 und 11 verwendet, wobei man die Beziehung zwischen dem Winkel des Beugungsgitters 12 und der Wellenlänge des Spektrums erhält. Das heißt in diesem Fall kann 0 dem Winkel α in dem vorstehend beschriebenen Ausdruck (1) zugewiesen werden.
Andererseits werden im Allgemeinen der Typ der Czerny-Turner-Anordnung und der Typ der Littrow-Anordnung ebenso als Anordnung des Spektralelements 119 angenommen, welches in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist, und man kann die Signallichtausgabewellenlänge bezüglich des Winkels des Spektralelements 119 aus dem Ausdruck (1) erhalten.
Übrigens ist das tatsächliche Spektralelement des Beugungsgitters 12, etc. so angegeordnet, dass der Motor mit einem Untersetzungsgetriebe verbunden ist, welches Gänge in einer Kombination aufweist, um eine bessere Feineinstellung als die Eigenauflösung des Motors zu ermöglichen. Der in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 eingebaute Motor 106 und der in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaute Motor 120 sind sich dabei ähnlich. Im Allgemeinen wird ein Schrittmotor, ein Servomotor, ein Direktmotor, etc. verwendet und mit einem Impulssignal gesteuert, wie vorstehend beschrieben ist.
Indem man nun davon ausgeht, dass das Spektralelement ein Untersetzungselement im Verhältnis zur Motordrehung aufweist, sowie das Verhältnis zwischen dem Winkels des Beugungsgitters 12 und der Wellenlänge des Spektrums aufweist, wie im Ausdruck (1) dargestellt ist, erhält man durch Abbilden des Winkels θ des Beugungsgitters 12 durch die Anzahl der Antriebsimpulse zur Steuerung des Motordrehmaßes den folgenden Ausdruck:
Dabei stellt Δθ eine Konstante dar, die durch das Untersetzungsverhältnis abgebildet ist, welches auf der Motorauflösung und dem Getriebe beruht, und N₁ stellt die Anzahl der Impulse dar, und dem Motorgetriebe beruhenden, und N₁ stellt die Anzahl der Impulse zum Antreiben des Motors dar..
Als das Untersetzungsgetriebe, wird auch ein Mechanismus verwendet, der die Sinuslineal-Methode anwendet, wie in 5 dargestellt ist. Das in der Figur dargestellte Untersetzungsgetriebe umfasst einen Dreharm 17, einen Bewegarm 18, der zum Sinus des Dreharmes 17 wird, und einen ortsfesten Arm 19, der zum Kosinus des Dreharms 17 wird. Die Anordnung, die in 5 dargestellt ist, stellt jedoch die üblichste dar, und die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anordnung beschränkt. Im Aufbau in der Figur ist der Dreharm 17 mit dem Beugungsgitter 12 verbunden, und der Winkel zwischen dem Dreharm 17 und dem ortsfesten Arm 19 wird mit einem Drehpunkt des ortsfesten Armes 19 als Drehachse verändert. Der ortsfeste Arm 19 weist eine konstante Länge von l_s auf und wird zur Drehachse der Winkeländerung.
Der Dreharm 18 weist eine Länge von l_m auf, und diese Länge wird beruhend auf einem Ende des ortsfesten Armes 19 verändert, und der Dreharm 17 wird verschoben, wobei der Winkel β zwischen dem Dreharm 17 und dem ortsfesten Arm 19, verändert wird, um den Winkel des Beugungsgitters 12 zu bestimmen. Zusätzlich bezeichnet die Ziffer ➃ eine Normale zum Beugungsgitter 12, die Ziffer ➅ bezeichnet eine Winkelhalbierende des Winkels zwischen dem auf dem Beugungsgitter 12 einfallenden Licht und dem von diesem ankommenden Emissionslicht, die Ziffer ➆ bezeichnet das auf dem Beugungsgitter 12 einfallende Licht, Ziffer ➇ bezeichnet das Emissionslicht von dem Beugungsgitter 12, der Winkel α ist der Winkel zwischen der Winkelhalbierenden ➅ und dem ortsfesten Arm 19, wenn die Ebene des Beugungsgitters 12 an der Drehachse des ortsfesten Armes 19 angeordnet wird, und der Winkel θ stellt den Winkel zwischen der Normalen ➃ und der Winkelhalbierenden ➅ dar.
Bei der Betrachtung eines einfachen, ein Untersetzungsgetriebe verwendenden, Antriebs, besteht nun eine linearproportionale Beziehung zwischen dem Drehmaß des Motors und dem Drehmaß des Untersetzungsgetriebes. Somit sind die Anzahl der Impulse N₁ zum Antreiben des Motors, und des Beugungsgitterwinkels θ, ebenso linearproportional zueinander. Im Untersetzungsgetriebe dagegen wird die Länge des Bewegarms 18, unter Verwendung der in 5 dargestellten Sinuslineal-Methode, durch den Motor verändert, um den Winkel β zwischen dem Dreharm 17 und dem ortsfesten Arm 19 eines rechtwinkligen Dreiecks zu verändern, welches aus dem Dreharm 17, dem Bewegarm 18 und dem ortsfesten Arm 19 gebildet wird. Wenn das Verhältnis zwischen dem Drehmaß des Motors und der Längenänderung des Bewegarms 18 somit ein linearproportionales Verhältnis ist, wird somit ermöglicht, den Winkel β zwischen dem Dreharm 17 und dem ortsfesten Arm 19 des rechtwinkligen Dreiecks, bezüglich des Drehmaßes des Motors proportional zu einer trigonometrischen Umkehrfunktion zu verändern.
Das heißt, wie in dem Beispiel in 5 dargestellt ist, wird die Sinus-Länge l_m des rechtwinkligen Dreiecks verändert, während die Cosinus-Länge l_s des rechtwinkligen Dreiecks festgehalten wird. Somit kommt der Winkel β als Umkehrfunktion des Sinus in Bezug auf die Länge l_m des Bewegarms 18 vor, wie im folgenden Ausdruck dargestellt ist:
Wird der Winkel des Beugungsgitters 12 unter Verwendung des Untersetzungsgetriebes verändert, welches die Sinuslineal-Methode verwendet, erhält man somit die Spektrumswellenlänge λ, bezüglich des Winkels des Beugungsgitters 12 oder der Länge l_m des Bewegarms 18, durch die Beziehung in folgendem Ausdruck:
Mit der Veränderung der Länge l_m des Bewegarms 18 durch den Motor, wird es ermöglicht, das Verhältnis zwischen dem Winkel des Beugungsgitters 12 und der Spektrumswellenlänge, wie es im Ausdruck (4) dargestellt ist, durch die Anzahl der Impulse zur Steuerung des Drehmaßes des Motors, wie im folgenden Ausdruck, darzustellen:
Dabei stellt Δl_m eine Konstante dar, welche durch die Motorauflösung und das Änderungsmaß des Bewegarms 18 dargestellt wird, Δl stellt eine Konstante dar, die durch das Verhältnis zwischen Δl_m und der Länge des ortsfesten Arms 19 vorgesehen ist, und N₂ ist die Anzahl der Impulse zur Steuerung des Motors.
Wenn das in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 enthaltene Spektroskop 104 die selben Bedingungen der optischen Anordnung aufweist, stimmen nun die Gitterordnung m, die Beugungsgitter-Spaltbreite d, und der Winkel α, der durch den Winkel zwischen dem einfallendem Licht ➆ und dem Emissionslicht ➇ bestimmt wird, wie das in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 enthaltene Spektralelement 119, die extrahierte Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und die Signallicht-Wellenlängenausgabe durch die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 bei jeder Wellenlänge überein, und lenken die Wellenlängenbe reiche ab. Deshalb werden das im Spektroskop 104 eingebaute Beugungsgitter 12 und das in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaute Spektralelement 119 zur gleichen Zeit und bei gleicher Drehzahl gedreht, wobei deren Wellenlängen aufeinander abgestimmt werden können.
Jedoch stimmen die optische Anordnung des Spektroskops 104 und die Spezifikationen des Beugungsgitters im Allgemeinen häufig nicht mit der optischen Anordnung des Spektralelements 119 und den Spezifikationen des Beugungsgitters überein. Falls das Spektralelement 119 durch ein Untersetzungsgetriebe gedreht wird, welches eine Sinuslineal-Methode verwendet, um dem Modensprung in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 auszugleichen, unterscheiden sich beide ebenso in den Spezifikationen. Wie aus dem Ausdruck (2) ersichtlich ist, steht die Sinusfunktion der Anzahl der Motordrehimpulse N₁ und die Wellenlänge λ in einer proportionalen Beziehung zueinander. Wenn die Parameter des Beugungsgitter-Spaltabstands d, des Winkels α, etc. voneinander abweichen, verändert sich somit die Anzahl der Motordrehimpulse N₁ proportional zur Sinus-Umkehrfunktion der Wellenlänge λ.
Die 6 stellt die Wellenlängendifferenzen zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und der Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101. In der Figur gibt die horizontale Achse die Anzahl der Impulse an, um das Motordrehmaß (in beliebigen Einheiten) zu steuern, und die vertikale Achse gibt die Spektrumswellenlänge (in Nanometer Einheiten) an, wie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt ist. Die 6 stellt die normierten Wellencharakteristika, beruhend auf der Anzahl der Motordrehimpulse, wenn sich das Beugungsgitter 12, welches im Spektroskop 104 beinhaltet ist, und das Spektralelement 119 sich in der Charakteristik unterscheiden; <4> zeigt die Impuls-Wellenlängencharakteristik betreffend die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 an, <5> zeigt die Impuls-Wellenlängencharakteristik betreffend die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 an.
Die 7 zeigt, die in 6 dargestellten Wellenlängendifferenzmengen zwischen den Charakteristika in <4> und <5>, und die vertikale Achse gibt die Wellenlängendifferenz (in Nanometer Einheiten) an. Andererseits stellt 8 die Wellenlängencharakteristik im Verhältnis zur Anzahl von Motordrehimpulsen dar, wenn diese normiert sind, beruhend auf dem Wellenlängenänderungswert beim Ablenk-Startpunkt (und zwar liegt die Wellenlänge bei 1500 nm). In der Figur ist, die durch <4> angezeigte Charakteristik ähnlich zu der in 6; andererseits gibt die durch 6 angezeigte Charakteristik die Impuls-Wellencharakteristik betreffend die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 an. Die 9 zeigt die Wellenlängendifferenzmengen zwischen den Charakteristika in <4> und <6>, welche in 8 dargestellt sind. Die optische Anordnung des Spektroskops 104 in jeder der Figuren stellt die Littrow-Anordnung dar.
Wie in 7 und 9 dargestellt ist, ändert sich die Wellenlängendifferenz, welche durch die Charakteristikdifferenz zwischen dem Beugungsgitter 12, welches im Spektroskop 104 eingebaut ist, und dem Spektralelement 119 verursacht wird, bei einem konstanten Verhältnis bezüglich der Anzahl der Motordrehimpulse nicht. Somit kann auch wenn der der Motor 106, welcher in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 eingebaut ist, und der Motor 120, welcher in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist, lediglich mit einheitlicher Rate bei verschiedenen Motordrehzahlen gedreht werden, können die extrahierte Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und die Ausgabe-Signallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 nicht aufeinander abgestimmt werden.
Somit wird in der Ausführung zuerst eine zum Ausdruck (2) oder (5) ähnliche Kennfunktion, welche durch die optische Anordnung des Spektroskops 104 und die Charakteristik des Beugungsgitters 12 bestimmt wird, und eine Kennfunktion, welche durch die optische Anordnung der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 und die Charakteristik des Spektralelements 119 bestimmt wird, wie zum Beispiel eine Umkehrfunktion, um die Anzahl der Motordrehimpulse mit der Wellenlänge als eine Variable festzustellen, von jeder der Kennfunktionen abgeleitet. Als nächstes findet sich die Drehzahl des Motors 106 aus der Differenz zwischen der Anzahl der Motordrehimpulse, welche man von den zwei Umkehrfunktionen für die Wellenlängen im Ablenk-Wellenlängenbereich erhält, um die Wellenlängennachführung mit der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 in Abhängigkeit zum tatsächlichen Ausgeben des Signallichts durchzuführen.
Um die Motoren 106 und 120 fortlaufend bei hoher Drehzahl von der Ablenk-Startwellenlänge bis zur Ablenk-Endwellenlänge zu drehen, wird zunächst ein Motordrehstart-Gleichlaufsignal A verwendet, um beide Motoren miteinander zu synchronisie ren, um beide zur selben Zeit zu starten. Als nächstes wird das Ablenken durchgeführt, wie es in 10 dargestellt ist, während die Drehzahl des Motors verändert wird, so dass die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104, welches in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 (<8> in der Figur) eingebaut ist, und die Signallicht-Wellenlängen, welche durch die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 (<9> in der Figur) ausgegeben wird, immer übereinstimmen. Zum Beispiel in <8> und <9>, <8'> und <9'> und <8''> und <9''> in 10 stimmen die Mittenwellenlängen überein. Die vertikale Achse in 10 stellt die Dezibelanzeige mit dem maximalen Leuchtniveau des extrahierten Lichts der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100, und dem Ausgabelicht der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 als 0 Dezibel, wie in den folgenden begleitenden Zeichnungen, dar.
Die vorausgehend vorgegebene 2, stellt die Änderung der Motordrehzahl in dieser Ausführung dar. In der Figur wird die Motordrehzahl durch Impulsrate (Impulse pro Sekunde) auf der vertikalen Achse angezeigt. Die in <1> dargestellte Charakteristik, zeigt die Drehzahl im Verhältnis zu jeder Wellenlänge des Motors 120 an, welcher in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist. Die in <2> dargestellte Charakteristik, zeigt die Drehzahl im Verhältnis zu jeder Wellenlänge des Motors 106 an, wenn die Normierung bei der Ablenk-Startwellenlänge (ungefähr 1500 nm) und der Ablenk-Endwellenlänge (ungefähr 1650 nm) für die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 durchgeführt wurde, und die Signallicht-Wellenlängenausgabe durch Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 und die extrahierte Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 miteinander in Übereinstimmung gebracht wurden. Die mit <3> dargestellte Charakteristik, zeigt andererseits die Drehzahl im Verhältnis zu jeder Wellenlänge des Motors 106 an, wenn die Normierung der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 nur bei der Ablenk-Startwellenlänge ausgeführt wird, sowie die Signallicht-Wellenlängenausgabe durch die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101, und die extrahierte Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100, miteinander in Übereinstimmung gebracht wurden.
Wie in der 3 oder 4 dargestellt ist, setzt das Spektroskop 104 mit einmaliger Lichtanwendung auf das Beugungsgitter 12 des Spektralelements, in Übereinstimmung mit der Anordnung, in der Ausführung ein Singlepassverfahren ein. Die Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt, und kann ebenso auf jede Anordnung angewendet werden, welche ein Doubleverfahren, ein Double-Pass-Verfahren oder natürlich jedes andere Verfahren einsetzt.
Der Betrieb der beschriebenen Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung geht folgendermaßen von statten: In der folgenden Beschreibung wird der Fall der normierten Motordrehzahlchrakteristika verwendet, wobei sowohl die Ablenk-Startwellenlänge als auch die Ablenk-Endwellenlänge als Beispiel verwendet wird, wie mit <1> und <2> in 2 dargestellt ist, aber ein ähnlicher Ablauf wird bei jeder anderen Motordrehzahlchrakteristik angewendet. In der folgenden Beschreibung wird der Fall als Beispiel genommen, bei dem die Antriebschaltung 107 als Master und die Antriebschaltung 125 als Slave dient.
Um zunächst den Ablenkbereich festzulegen, stellt der Vermesser die Messbedingungen der Startmesswellenlänge, die Endmesswellenlänge, die Anzahl der Messproben, etc. in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 ein. Dann erkennt der Steuerteil 102 die Daten der Messlängenintervalle, etc. in Übereinstimmung mit den Einstellmessbedingungen, und setzt dann die Drehzahlcharakteristik des Motors 106 in der Antriebsschaltung 107, wie in <2> in 2 dargestellt ist. Das heißt, der Steuerteil 102 leitet eine Korrekturfunktion der Drehzahl des Motors 106 ab, welche auf der geeigneten charakteristischen Funktion für das Spektroskops 104 beruht, das in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 eingebaut ist, und auf der geeigneten charakteristischen Funktion für die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 beruht, und setzt die Korrekturfunktion in der Antriebschaltung 107. Dann führt die Antriebschaltung 107 die Steuerung der Drehzahl des Motors 106 in Übereinstimmung mit der Einstellkorrekturfunktion aus.
Als nächstes überträgt der Steuerteil 102 die Einstellmessbedingungen auf den Steuerteil 115, über die Kommunikationsschaltung 103, die Anschlüsse ➂ und ➂', und die Kommunikationsschaltung 116, welche nachstehend als Kommunikationsschnittstelle bezeichnet wird. So wie der Steuerteil 102, stellt der Steuerteil 115 die Messwellenlängenintervalle, etc. in Übereinstimmung mit den übermittelten Messbedingungen, und setzt die Drehzahlcharakteristik des Motors 120 in der Antriebsschaltung 125, wie in <1> in der 2 dargestellt ist. Der Steuerteil 115 steuert auch die Lichtquellenantriebsschaltung 123, welche auf den voreingestellten Lichtquellenantriebsdaten beruht, und dabei das Laserelement 117 dazu antreibt, Laserlicht auszustrahlen.
Als nächstes gibt die Antriebsschaltung 107 ein Motorantriebssignal an den Motor 106 heraus, so dass die die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 zur Ablenk-Startwellenlänge wird, was durch Hinzufügen eines erforderlichen Abschnitts zur Beschleunigung des Motors 106 auf die vorgegebene Startmesswellenlänge, in Übereinstimmung mit einem Steuersignal des Steuerteils 102, vorgesehen ist. Da der Motor 106 sich dreht, wird dann das Beugungsgitter 12, welches im Spektroskop 104 angebracht ist, bis zu dem Winkel, übereinstimmend mit der Ablenk-Startwellenlänge gedreht. In diesem Moment überprüft der Steuerteil ob das Drehmaß des Motors 106 den Wert erreicht, der mit der Ablenk-Startwellenlänge übereinstimmt, welche auf dem Ausgabeergebnis der Positionsabfrageschaltung 108 beruht, welche mit dem Motor 106 verbunden ist. In diesem Moment übermittelt der Steuerteil 102 einen Befehl zum Setzen des Winkels des Spektralelements 119, so dass die Ausgabewellenlänge vom Laserelement 117 zur Ablenk-Startwellenlänge wird, was durch Hinzufügen eines erforderlichen Abschnitts zum Steuerteil 115, durch die Kommunikationsschnittstelle, zur Beschleunigung des Motors 120 auf die Startmesswellenlänge vorgesehen ist. Dann setzt der Steuerteil 115 die Antriebsschaltung 125 ein, um den Motor 120 anzutreiben und prüft auch, ob das Drehmaß des Motors 120 den Wert, übereinstimmend mit der Ablenk-Startwellenlänge erreicht, welcher auf der Ausgabe der Positionsabfrageschaltung 121 beruht, welche mit dem Motor 120 verbunden ist.
Wenn der Vermesser den Messstartbefehl ausgibt, startet der Steuerteil 102 die Antriebsschaltung 107, um ein Antriebssignal des Motors 106 auszugeben, und setzt die Zielwellenlänge in der Positionsabfrageschaltung 108. Die Antriebsschaltung 107 gibt zur selben Zeit ein Startsynchronisierungssignal der Motordrehung A an den Anschluss ➀ aus, und beschleunigt den Motor 106. In diesem Moment startet die Antriebsschaltung 125, nach dem Empfang des Startsynchronisierungssignals der Motordrehung A durch den Anschluss ➀', ein Antriebssignal an den Motor 120 auszugeben, um den Motor 120, in Gleichlauf mit dem Startsynchronisierungssignals der Motordrehung A, zu beschleunigen. Nach Beendigung des Beschleunigungsvorgangs treibt die Steuerschaltung 107 sofort den Motor 106 an bis die Endmesswellenlänge erreicht ist, während sie die Drehzahl des Motors 106 in Übereinstimmung mit der voreingestellten Korrekturfunktion verändert, führt den Meldevorgang durch, und stoppt den Motor bei dem Drehmaß, welches mit der Ablenk-Endmesswellenlänge übereinstimmt. In ähnlicher Weise treibt die Antriebsschaltung 125 den Motor 120, nach Beendigung des Beschleunigungsvorgangs, mit gleichmäßiger Rate an, bis der Rotationswinkel des Spektralelements 119 die Endmesswellenlänge erreicht, führt dann den Meldevorgang durch und stoppt das Spektralelement 119 bei der Drehzahl, welche mit der Ablenk-Endwellenlänge übereinstimmt. Hier werden ein zur Beschleunigung erforderlicher Abschnitt und die Beschleunigungsrate gesetzt, so dass die Zeit zwischen dem Starten des einen Motors und dem Erreichen der Startmesswellenlänge zur selben wird, wie die Zeit zwischen dem Starten des anderen Motors und dem Erreichen der Startmesswellenlänge. Um jeden Motor von der Startmesswellenlänge und der Endmesswellenlänge ohne das Setzen der Ablenk-Startwellenlänge oder der Ablenk-Endwellenlänge zu starten, ist es notwendig sich einen Abschnitt, welcher für die Meldung und Meldungsrate erforderlich ist, zusätzlich zu dem Abschnitt, welcher für die Beschleunigung und die Beschleunigungsrate erforderlich ist, zu überlegen.
Wie vorstehend beschrieben, startet der Steuerteil 102 die Antriebschaltung 107 zum Ausgeben eines Antriebssignals des Motors 106 und setzt die Zielwellenlänge in der Positionsabfrageschaltung 108. Wenn das Drehmaß mit der Zielwellenlänge übereinstimmt, gibt die Positionsabfrageschaltung 108 einen Triggerimpuls an die Umformung/Verzögerungs- Schaltung 109 heraus. In ähnlicher Weise startet die Steuerschaltung 115 die Antriebsschaltung 125 zum Ausgeben eines Antriebssignals des Motors 120 und setzt die Zielwellenlänge in der Positionsabfrageschaltung 121. Wenn das Drehmaß des Motors 120 das Drehmaß erreicht, welches der Zielwellenlänge entspricht, gibt die Positionsabfrageschaltung 121 an den Steuerteil 115 und den Anschluss ➁' ein Abtasttaktsignal B aus. Das Abtasttaktsignal B wird durch den Anschluss ➁ der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 an die Umformung/Verzögerungs- Schaltung 109 gesendet. Die Umformung/Verzögerungs- Schaltung 109 wartet auf den Triggerimpuls und das Abtasttaktsignal B darauf, gesendet zu werden. Wenn sowohl die die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 als auch die Oszillationswellenlänge des Laserelements 117 die Zielwellenlänge erreichen, wird ein Triggerimpuls von der Positionsabfrageschaltung 108 und ein Abtasttaktsignal B von der Positionsabfrageschaltung 121 ausgegeben. Werden der Triggerimpuls und das Abtasttaktsignal B beim selben Takt eingegeben, nimmt die Umformung/Verzögerungs-Schaltung 109 an, dass die Wellenlängen übereinstimmen, und sendet sodann ein Abtasttaktsignal an den A/D-Wandler 112 und an den Steuerteil 102, nachdem die Verzögerungszeit abgelaufen ist, welche von dem Steuerteil 102 gesetzt ist. Nach dem Empfang des Abtasttaktsignals setzt der Steuerteil 102 die nächste Zielwellenlänge, welche vorher in der Positionsabfrageschaltung 108 festgestellt wurde. Andererseits setzt die Steuerschaltung 115 die nächste Zielwellenlänge in der Positionsabfrageschaltung 121, nach dem sie das Abtasttaktsignal B empfangen hat.
Das Startverfahren des A/D-Wandlers 112 ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene Verfahren. In der Ausführung stimmen zum Beispiel die die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 und Oszillationswellenlänge überein, welche durch das Laserelements 117 ausgegeben wird, somit wird die Umformung/Verzögerungs- Schaltung 109 so gesetzt, um nur die Triggerimpulsausgabe von der Positionsabfrageschaltung 108 auszuwählen, welche in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 angebracht ist, und der A/D-Wandler 112 kann nur, beruhend auf dem Triggerimpuls, gestartet werden. Der A/D-Wandler 112 kann nur gestartet werden, beruhend auf dem Abtasttaktsignal B, welches von der Positionsabfrageschaltung 121, die in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 angebracht ist, an die Umformung/Verzögerungs- Schaltung 109 gesendet wurde. Wie es in einer zweiten und dritten Ausführungen zusätzlich beschrieben wird, wird die Wellenlänge eines Einmoden-Signallichts, welches von einem Laserelement 117 ausgegebenen wird, welches in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist als Bezugsgröße verwendet, somit ist es erstrebenswert einen A/D-Wandler, beruhend auf einem Abtasttaktsignal B von einer Positionsabfrageschaltung 121, welche mit einem Motor 120 verbunden ist, um das Spektralelement 119 zur Bestimmung der Oszillationswellenlänge der Signallichtausgabe des Laserelements 117, zu starten.
Sodann wird ein Ablauf ausgeführt, welcher dem vorstehend beschriebenen ähnlich ist, und zwar für jedes Intervall der Messwellenlänge, über den gesamten Bereich der Messwellenlänge bis hin zur Endmesswellenlänge, und wenn man die Daten bei der Endmesswellenlänge erhalten hat, dann ist die Messung beendet. Das heißt, die Antriebsschaltungen 107 und 125 drehen die Motoren 106 und 120 fortlaufend so an, um die Motordrehzahlcharakteristik in Übereinstimmung mit den Motorsteuerbedingungen und der Impulsraten-Korrekturfunktion vorzusehen, welche durch den Steuerteil 102 vorgegeben ist, und wie in 2 dargestellt ist, wobei die die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 und die Ausgabewellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 über den gesamten Bereich der Ablenkwellenlänge übereinstimmen. Die Zielwellenlänge wird von der Positionsabfrageschaltung 108 und/oder 121 gesetzt, welche mit den Motoren 106 und 120 verbunden sind, und wenn die Wellenlängen übereinstimmen, wird der A/D-Wandler gestartet, führt das Abfragen aus, und ein Lichtstärkewert wird mittels der Durchführung des Vorgangs ermittelt und auf dem Anzeigeteil 113 angezeigt.
In dieser Erfindung wird somit der A/D-Wandler gestartet, wenn die Drehzahlen der Motoren 106 und 120 die jeweilige Wellenlänge erreichen, während sich die Motoren 106 und 120, um das Abfragen durchzuführen, fortlaufend drehen, und man Messdaten erhält. In dieser Ausführung wird das Einmoden-Signallicht, welches von der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 ausgegeben wird, zum Fühler des gemessenen Objekts 114, so dass der A/D-Wandler 112 der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100, durch ein Abtasttaktsignal B gestartet werden kann, welches von der Positionsabfrageschaltung 121 ausgegeben wird, welche in Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist. Somit werden, dem Stand der Technik entsprechend, die Motoren 106 und 120 bei jedem Messlängenintervall angehalten und der A/D-Wandler 112 wird gestartet, so dass viel Zeit erforderlich ist, aber ein derartiges Problem entsteht in dieser Ausführung nicht.
In Wirklichkeit sind der optische Eingabeanschluss 105, der in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 eingebaut ist, und der optische Ausgabeanschluss 118, der in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist, welche durch ein optisches Faserkabel 130 verbunden sind, welches eine flache Wellenlängencharakteristik aufweist, wie mittels der gestrichelten Linie in 1 dargestellt wird, und die Messung der Wellenlängennachführung wird ausgeführt, wobei das flache Messergebnis auf dem Anzeigeteil 113 bereitgestellt wird, wie in <22> in 11 dargestellt ist. Wenn dagegen die Wellenlängennachführung entsprechend der Ausführung nicht ausgeführt wird, tritt eine Wellenlängendifferenz zwischen der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und der Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 auf. Somit ist der Verlust erhöht, wegen der Spektralcharakte ristik des Spektroskops 104 in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100, und es tritt eine Veränderung des Messniveaus als Wellenform auf, welche in <23> in 12 dargestellt ist, welches in einem Messfehler bei der Wellenlängennachführung endet.
Die 12 zeigt die gleiche Impulswellenlängen-Charakteristik, wie in 8 (horizontale Achse: Anzahl der Impulse, vertikale Achse: Messniveau) dargestellt ist, und zeigt auch die Messwellenform, wie in 11 (horizontale Achse: Wellenlänge, vertikale Achse: Messniveau) dargestellt ist. Wenn die Anzahl der Impulse zunimmt, nimmt die Wellenlängendifferenz zu, wie man in 12 sehen kann, und das Messniveau fällt schlagartig von der flachen Beschaffenheit von dem Punkt an, an dem die Wellenlänge größer wird als etwa 1610 nm. Zusätzlich ist die Wellenform das Messergebnis, wie ini <24> in 13 dargestellt ist, wobei zwischen dem optischen Eingabeanschluss 105 und dem optischen Ausgabeanschluss 118 ein Wellenlängenfilter eingebracht wird, um die Messung der Wellenlängennachführung gemäß der Ausführung durchzuführen.
Um die Drehzahl des Motors 106 abzuleiten, ist das Verfahren nicht auf die Normierung mit der Anzahl der Impulse in der Art beschränkt, dass die Drehzahl des Motors 106 bei der Ablenk-Startwellenlänge übereinstimmt, sondern bei der Ablenk-Endwellenlänge, wie die Motordrehzahlcharakteristik in <2> in 2 darstellt. Das heißt es kann ein Verfahren verwendet werden, zum Ableiten der Drehzahl mittels Normieren mit dem Maß der Wellenlängenänderung beim Ablenkstartpunkt, wie die Charakteristik in <3> in 2 darstellt ist, oder ein Verfahren zum Ableiten der Drehzahl mittels Normieren mit dem Maß der Wellenlängenänderung beim Ablenkendpunkt, wie die Charakteristik in <7> in 14 darstellt ist. Die Charakteristika in <1> und <2>, wie in 14 dargestellt ist, sind die gleichen wie in 2 dargestellt.
Die optische Anordnung des Spektroskops 104 ist nicht beschränkt auf die Littrow-Anordnung und kann auch die oben beschriebene Czerny-Turner-Anordnung, etc. sein. Das Untersetzungsgetriebe ist nicht beschränkt auf ein Getriebe, welches unter Verwendung eines Zahnrades oder eines Riemens ein lineares Untersetzungsverhältnis umfasst, und kann die vorstehend beschriebene Sinuslineal-Technik, etc sein, und des Weiteren kann das Spektroskop 104 ohne die Verwendung eines Untersetzungsgetriebes direkt mittels eines Motors angetrieben werden. In der Beschreibung wird die Dreh zahl des Motors 106 mit der Funktion abgeleitet, welche die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 als Bezugsgröße betrifft, jedoch ist die Erfindung nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Umgekehrt kann zum Beispiel die Drehzahl des Motors 120 abgeleitet werden, welcher in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist, mit der Funktion als Bezugsgröße, welche das Spektroskop 104 betrifft, welches in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist.
[Zweite Ausführung]
In der ersten Ausführung wird die Korrekturfunktion der Motordrehzahl abgeleitet, welche auf der Kennfunktion beruht, welche für das Spektroskop 104 geeignet ist, welches in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 eingebaut ist, und auf der Kennfunktion, welche für die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 geeignet ist. Entsprechend der abgeleiteten Korrekturfunktion wird die Motorsteuerung durchgeführt, wobei die extrahierte Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und die Signallichtwellenlängenausgabe von der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101, über den gesamten Wellenlängenbereich miteinander in Übereinstimmung gebracht werden, um das Ablenken durchzuführen. Somit muss die Antriebsschaltung zum Steuern des Motors (entweder die Antriebsschaltung 107 oder 125 in 1) eine Motordrehzahl-Steuerfunktion entsprechend der Korrekturfunktion umfassen, um die erste Ausführung zu realisieren.
Eine übliche Motorantriebsschaltung umfasst jedoch eine Beschleunigungssteuerfunktion am Motorstartzeitpunkt sowie eine Bremssteuerfunktion am Motorstopzeitpunkt; man findet selten eine komplizierte Motordrehzahl-Steuerfunktion im stationären Betriebsbereich vor, und im Regelfall kann dies eine Drehzahlsteuerung mit gleichmäßiger Rate durchführen. Somit wird eine zweite Ausführung der Erfindung angestrebt, um die Steuerung der Wellenlängennachführung mit nur einer üblichen Motorantriebsschaltung vorzusehen. Deshalb ist die Anordnung der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung der zweiten Ausführung im Wesentlichen ähnlich zu jener der ersten Ausführung; sie unterscheiden sich in der Verwendung einer üblichen Motorantriebsschaltung, wie der Antriebsschaltungen 107 und 125 und in dem folgenden Punkt.
In der zweiten Ausführung stellt die Spektralbreite des Ausgangslichtsignals des Laserelements 117 ein schmales Band von mehreren kHz bis hin zu mehreren MHz dar. Die die extrahierte Wellenlängencharakteristik des Spektroskops 104 wird durch die Spektralcharakteristik, durch die Charakteristik und die spezifische optische Anordnung des Beugungsgitters 112, wie in 3 dargestellt ist, die Brennweite der Konkavspiegel 10 und 11 in 3 etc., die Breite des Eintrittsspaltes 13 und des Austrittsspaltes 14 etc., bestimmt. Für die Spektralcharakteristik des Spektroskops 104 kann die Spektralbandbreite des Spektroskops 104 verändert werden, zum Beispiel durch Verändern der Breite des Eintrittsspaltes 13 und des Austrittsspaltes 14, und das Profil ändert sich in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen Abbildungsform auf dem Spalt, welche bestimmt ist durch die Güte der Konkavspiegel 10 und 11, und durch die Spaltbreite. Wenn der Eintrittsspalt 13 und der Austrittsspalt 14 auf eine ausreichende Breite, breiter als die Abbildungsform eingestellt werden, ist die Spektralcharakteristik des Spektroskops 104 ein Charakteristikum, wobei die maximalen Durchlässigkeitsmengen über einen spezifischen Wellenlängenbereich in den vorausgehenden und folgenden Wellenlängenarbeitsbereichen mit der extrahierten Einstellwellenlänge, als dessen Mitte flach sind, wie in <8>, <8'> und <8''> in 10 dargestellt ist. Wie man aus der Änderung des Messniveaus, in Bezug auf die Wellenlängendifferenz zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und der Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101, dargestellt in 15 sehen kann, ändert sich die Stärke des Eingangssignallichts auf einem Fotodetektor 110, welche durch das Spektroskop 104 extrahiert wurde somit nicht, wenn die Wellenlänge des Einmoden-Signallichts sich im schmalen Band im flachen Wellenlängenarbeitsbereich in der Spektralcharakteristik verändert.
In der Ausführung lässt man dann im Ablenkwellenlängenbereich, welcher durch den Vermesser eingestellt wird, die Wellenlängendifferenz zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und der Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101, im flachen Wellenlängenarbeitsbereich in der Spektralcharakteristik des Spektroskops 104 bündeln, um die Wellenlängennachführung durchzuführen. Die Drehzahl eines Motors 106 wird in Bezug auf die Drehzahl eines Motors 120 bestimmt, und die Motoren drehen sich mit konstanter Drehzahl, welche auf der bestimmten Drehzahl beruht.
Wir nehmen nun an, dass der Ablenkwellenlängenbereich bei 1546,5 nm bis 1553,5 nm liegt, und die Mittenwellenlänge bei 1550 nm liegt, wie in 16 dargestellt ist. Wir nehmen an, dass die Drehzahl des Motors 106 so bestimmt wird, dass die extrahierte Wellenlänge, die von einer optischen Anordnung bestimmt wird, für das Spektroskop 104 etc, (<20> oder <21> dargestellt in 16), und für die Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 (<9> in der Figur) an der Mittenwellenlänge des eingestellten Ablenkwellenlängenbereiches geeignet ist.
Eine Wellenlängendifferenz zwischen der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 und der Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 tritt auf der kurzen Wellenlängenseite und der langen Wellenlängenseite des Ablenkwellenlängenbereichs auf. Auch in diesem Fall jedoch, bündelt sich die Wellenlängendifferenz im flachen Wellenlängenbereich in der Spektralcharakteristik des Spektroskops 104, so dass sich die gemessene optische Signalstärke nicht ändert. Somit wird ermöglicht, die Steuerung der Wellenlängennachführung durch eine einfache Motordrehzahlsteuerung, auf einfache Weise zu steuern. Der Betrieb der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung in der Ausführung ist der gleiche wie der in der ersten Ausführung, mit Ausnahme des Folgenden, und wird deshalb nicht mehr im Detail besprochen: Eine derartige Korrektur, um die extrahierte Wellenlänge des Spektroskops 104 und die Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 durch den Ablenkwellenlängenbereich, wie der ersten Ausführung, vollständig abzugleichen, wird in der zweiten Ausführung nicht gemacht. Als ein alternativer Weg wird in der Ausführung ein Steuern so durchgeführt, dass die Wellenlängendifferenz zwischen der extrahierten Wellenlänge und der Ausgabesignallichtwellenlänge im Einstellwellenlängenbereich sich in dem Wellenlängenbereich bündelt, welcher dem flachen Arbeitsbereich der maximalen Durchlässigkeitscharakteristik des Spektroskops 104 entspricht.
Somit wird in der Ausführung das Motordrehmaß zum Ablenken ermittelt, welches auf dem Drehmaß des Anfangsdrehzeitpunktes des Motors 106 zum Antrieb des Spektroskops 104, und auf dem Drehmaß des Enddrehzeitpunktes beruht, und die Motordrehzahl wird aus der Ablenkdauer der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 ermittelt, wobei die sich die Motoren 106 und 120, entsprechend dem Motordrehmaß und der Motordrehzahl, dann bei gleichmäßiger Rate drehen, und dabei das Spektroskop 104 und die Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 nachführen. Die Antriebsschaltungen 107 und 125 steuern nur am Anfang die Drehzahlen und die Drehmaße der Motoren 106 und 120, und das Steuern wird so durchgeführt, dass die Motoren während des Ablenkens bei gleichmäßiger Rate betrieben werden. In diesem Punkt unterscheidet sich die zweite Ausführung von der ersten Ausführung.
Die Drehzahl des Motors 106 wird so bestimmt, dass die extrahierte Wellenlänge und die Ausgabesignallichtwellenlänge im Ablenkwellenlängenbereich der Mittenwellenlänge übereinstimmen, die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Motordrehzahl kann zum Beispiel so bestimmt werden, dass die extrahierte Wellenlänge und die Ausgabesignallichtwellenlänge sowohl bei der Ablenk-Startwellenlänge und bei der Ablenk-Endwellenlänge, wie in 17 dargestellt ist, oder entweder bei der Ablenk-Startwellenlänge oder bei der Ablenk-Endwellenlänge übereinstimmen, oder es kann jede beliebige andere Motordrehzahl bestimmt werden.
In der vorstehend erteilten Beschreibung wird die Motordrehzahl des Motors 106 ermittelt, welche auf der Wellenlängencharakteristik in Bezug zur Anzahl der Drehimpulse des Motors 120 beruht, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Motordrehzahl des Motors 120 kann umgekehrt zum Beispiel, beruhend auf der Wellenlängencharakteristik in Bezug zur Anzahl der Drehimpulse des Motors 106, ermittelt werden.
[Dritte Ausführung]
Eine dritte Ausführung der Erfindung stellt eine bevorzugte Ausführung dar, wenn die folgende Situation in der zweiten Erfindung auftritt: Es ist möglich, wie in dieser Situation, dass die Impulswellenlängen-Charakteristik des Spektroskops 104, welches in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 (Charakteristik in <5> dargestellt in 6) eingebaut ist, und die Impulswellenlängen-Charakteristik der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 (Charakteristik in <4> dargestellt in 6) sich stark voneinander unterscheiden. Zusätzlich ist es möglich, dass die Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 sich auf einem Niveau ändert, welches den flachen Wellenlängenarbeitsbereich der Spektralcharakteristik überschreitet, welcher durch die Auflösung des Spektroskops 104 im Ablenk-Wellenlängenbereich bestimmt ist, da der flache Wellenlängenarbeitsbereich sehr schmal ist, welcher durch die Spektralcharakteristik des Spektroskops 104 bestimmt ist.
Ein Wellenlängenbereich oder ein Wellenlängenabschnitt in welcher die Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 wird ermittelt, welcher sich im flachen Wellenlängenarbeitsbereich des Spektroskops 104 bündelt, und der gesamte Ablenkwellenlängenbereich entsprechend dem ermittelten Wellenlängenbereich geteilt wird, und der optimale Wert für die Drehzahl des Motors 106, zum Antreiben des Spektroskops 104, wird dann in der dritten Ausführung für jeden Wellenlängenabschnitt als Teilung bestimmt. Für jeden unterteilten Wellenlängenabschnitt wird das Steuern des Motors, entsprechend einer dem Abschnitt angepassten Motordrehzahl durchgeführt, so dass die Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101, im flachen Wellenlängenarbeitsbereich gebündelt wird, welcher durch die Spektralcharakteristik des Spektroskops 104 bestimmt ist.
Die 18 stellt spezielle Beispiele der Impulswellenlängen-Charakteristik dar, wenn die Teilung ausgeführt (dritte Ausführung) und wenn die Teilung nicht ausgeführt (zweite Ausführung) wird. Die Figur zeigt, die in <25> dargestellte Charakteristik, als die Charakteristik der Ausgabesignallichtwellenlänge in Bezug zur Anzahl der Impulse in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101, die in <26> dargestellte Charakteristik, stellt die Charakteristik der extrahierten Wellenlänge der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 in Bezug zur Anzahl der Impulse dar, wenn die zweite Ausführung angewendet wird, und die in <27> dargestellte Charakteristik, stellt die Charakteristik der extrahierten Wellenlänge in Bezug zur Anzahl der Impulse für jeden Abschnitt dar, wenn die dritte Ausführung angewendet wird. Wie mit dem Fall des Anwendens der zweiten Ausführung verglichen wurde, liegt die Impulswellenlängen-Charakteristik der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums, wenn die dritte Ausführung angewendet wird, nahe bei jener der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge im gesamten Ablenkwellenlängenbereich und die Wellenlängendifferenz dazwischen ist kaum vorhanden.
Die 19 zeigt die Wellenlängendifferenzen in den Impulswellenlängen-Charakteristika der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100, und der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101, wie es in 18 dargestellt ist. Die in Figur <28> dargestellte Charakteristik, stellt die Charakteristik der Wellenlängendifferenz dar, wenn die zweite Ausführung angewendet wird (Teilung wird nicht ausgeführt), und die in <29> dargestellte Charakteristik, stellt die Charakteristik der Wellenlängendifferenz dar, wenn die dritte Ausführung angewendet wird. In dem Beispiel in 19, wird der gesamte Ablenkwellenlängenbereich in drei Abschnitte, und zwar von 0 bis 32000 Impulsen oder geringfügig mehr, von 32000 Impulsen oder geringfügig mehr bis 680000 Impulsen oder geringfügig weniger, und von 680000 Impulsen oder geringfügig weniger bis 1E + 006 (= 106) Impulsen, unterteilt. Wenn die zweite Ausführung angewendet wird, so wird der maximale Wert von 4 [nm] der Wellenlängendifferenz überschritten; wenn die dritte Ausführung angewendet wird, so wird der maximale Wert der Wellenlängendifferenz auf 1 [nm] reduziert. Somit wird die Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 im flachen Wellenlängenarbeitsbereich gebündelt, welcher durch die Spektralcharakteristik des Spektroskops 104 bestimmt ist.
Als nächstes stellt in 20, die in 30 dargestellte Charakteristik der Änderung der Impulsrate zum Antreiben des Motors 106, in der dritten Ausführung dar. Wie die 2 oder 14 stellt auch die 20, die Motordrehzahlcharakteristik der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 (Charakteristik dargestellt in <1> in der Figur) und die Änderung der Impulsrate zum Antreiben des Motors 106 in der ersten Ausführung (Charakteristik dargestellt in <3> in der Figur) zum Vergleich dar. Wenn die dritte Ausführung angewendet wird, ändert sich die Drehzahl des Motors 106, welcher in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 eingebaut ist, über den gesamten Ablenk-Wellenlängenbereich kontinuierlich. Wenn die dritte Ausführung angewendet wird, ändert sich die Motordrehzahl diskontinuierlich für jeden Bereich, und wird bei konstanter Impulsrate in jedem Abschnitt so gesteuert, dass sie den drei Abschnitten entspricht, welche in 19 dargestellt sind.
Um das Ablenken mittels Wellenlängennachführung in der Ausführung zu realisieren, ist es möglich schubweise über den gesamten Ablenk-Wellenlängenbereich abzulenken, welcher vom Vermesser eingestellt wird, wenn die Antriebsschaltung 107 imstande ist, die Impulsrate in der Mitte der Ausgabe eines Impulses zu verändern, um den Motor 106 anzutreiben. Wenn die Antriebsschaltung 107 eine gewöhnliche Antriebsschaltung ist, die dazu nicht imstande ist, wird das Ablenken für jeden Abschnitt einmal angehalten, da eine Teilung und die Bedingungen der Ablenk-Startwellenlänge, der Ablenk-Endwellenlänge, der Impulsrate, etc für den nächsten Abschnitt gesetzt werden, dann wird das Ablenken durchgeführt, wobei das Ablenken mittels Wellenlängennachführung in der Ausführung realisiert werden kann.
Der Betrieb der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung ist in der Ausführung der gleiche, wie in der zweiten Ausführung mit Ausnahme des Folgenden: In der zweiten Ausführung werden die Motoren 106 und 120 über den gesamten Ablenkwellenlängenbereich bei gleichmäßiger Rate betrieben. Im Gegenteil dazu ist die dritte Ausführung ähnlich der ersten Ausführung, in dem die Impulsrate des Motors während des Ablenkens verändert wird. In der ersten Ausführung jedoch, wird die Impulsrate des Motors für jedes Messlängenintervall verändert, welche aus den ausgegebenen Messbedingungen errechnet wird; in der dritten Ausführung wird die Impulsrate des Motors, entsprechend jedem Wellenlängenabschnitt als eine Teilung, für jedes Motordrehmaß verändert.
Wann auch immer die Positionsabfrageschaltung 108, entsprechend dem Impulsraten-Änderungspunkt, das Drehmaß des Motors 106 erfasst, sendet diese Wellenlängendaten als ein Signal C zur Antriebsschaltung 107.
Gleichermaßen verhält es sich in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101, und zwar wann immer die Positionsabfrageschaltung 121, entsprechend dem Impulsraten-Änderungspunkt, das Drehmaß des Motors 120 erfasst, sendet diese Wellenlängendaten als ein Signal C' zur Antriebsschaltung 125. Die Antriebsschaltung 125 verändert die Impulsrate des Motors 120 für jedes Motordrehmaß, welches jedem Wellenlängenabschnitt als eine Teilung entspricht. In der Ausführung müssen, wie vorstehend beschrieben ist, die Signale C und C' nicht notwendigerweise verwendet werden. Deshalb muss der Betrieb der Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung in der Ausführung nicht im Detail beschrieben werden.
In der Ausführung wird die Motordrehzahl des Motors 106 ermittelt, welcher in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums 100 eingebaut ist, und welche auf der Wellenlängencharakteristik in Bezug auf die Anzahl der Drehimpulse des Motors 120 beruht, welcher in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge 101 eingebaut ist, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Umgekehrt kann natürlich zum Beispiel die Drehzahl des Motors 120 ermittelt werden, welche auf der Wellenlängencharakteristik in Bezug auf die Anzahl der Drehimpulse des Motors 106 beruht.
In der Ausführung wird, die in 1 dargestellte Anordnung, nur als ein Beispiel einer typischen Anordnung zur Ausführung der Erfindung genommen, und die Erfindung ist natürlich nicht auf die Anordnung in 1 beschränkt. Das heißt, wenn eine Schaltung oder eine Funktion, der in 1 dargestellten Anordnung beigefügt wird, so ist diese im Umfang der Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert ist, selbstverständlich enthalten. Das Ablenken kann zum Beispiel bei Synchronisierung gestartet werden und die Impulsrate kann entsprechend einer anderen Anordnung verändert werden.
Wie durchweg in der Spezifikation vom ersten bis zum dritten Gesichtspunkt der Erfindung beschrieben ist, wird das Ablenken der extrahierten Wellenlänge zum Extrahieren einer spezifischen Wellenlängenkomponente aus dem gemessenen Licht des gemessenen Objekts, in Start mit dem Ablenken der Signallichtwellenlänge, des auf dem gemessenen Objekt einfallenden Signallicht, synchronisiert. Der Drehwinkel des ersten oder zweiten Spektralelements wird gesteuert und entsprechend der Drehkorrekturfunktion von der extrahierten Wellenlängencharakteristik des ersten Spektralelements und der Signallichtwellenlängen-Charakteristik des zweiten Spektralelements abgeleitet, so dass die extrahierte Wellenlänge und die Signallichtwellenlänge über den gesamten Ablenk-Wellenlängenbereich übereinstimmen. Dies beseitigt die Notwendigkeit zum Übertragen von Befehlen über eine Kommunikationsschnittstelle, wie es dem Stand der Technik entspricht. Das Wellenlängen-Ablenken kann schubweise ausgeführt werden, somit können die vom gemessenen Objekt erhaltenen Messdaten abgefragt werden, während das spektrale Hilfsmittel, das in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums eingebaut ist, mit hoher Geschwindigkeit abgelenkt werden kann. Da das Wellenlängen-Ablenken in der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge in Übereinstimmung mit der Ablenkgeschwindigkeit in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums ausgeführt wird, kann das Wellenlängennachführen bei hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden. Die Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums kann Messdaten mit der Ausgabewellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge als Vergleichsgröße abfragen, so dass das Wellenlängennachführen mit hoher Wellenlängengenauigkeit vollbracht werden kann. Da die extrahierte Wellenlänge und die Signallichtwellenlänge miteinander in Übereinstimmung gebracht werden, tritt ein Problem wie eine anwachsende Wellenlängendifferenz zwischen der extrahierten Wellenlänge und der Signallichtwellenlänge, und dass das Nachführen nur in sehr schmalen Wellenlängenbereichen durchgeführt werden kann, nicht auf, und die Wellenlänge gegenüber der Ver lustcharakteristik eines optischen Fasergitters, eines nicht leitenden mehrschichtigen Schaumstofffilters, einer optischen Komponente zum WDM, etc. kann mit hoher Wellenlängengenauigkeit und bei hoher Geschwindigkeit innerhalb eines außerordentlich breiten dynamischen optischen Bereiches gemessen werden. Zusätzlich können die optischen Komponenten auch für eine Fertigungsprüfung, Warenausgangsprüfung und eine langfristige Veränderung bei hoher Wellenlängengenauigkeit und bei hoher Geschwindigkeit innerhalb eines breiten dynamischen optischen Bereiches gemessen werden.
Im vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die Drehzahlen des ersten und zweiten Motors zum Verändern der Winkel des ersten und des zweiten Spektralelements werden, beziehungsweise vorher so bestimmt, dass die Signallichtwellenlänge sich in den vorherbestimmten Wellenlängenbereich umkehrt, wie die flache Wellenlängen-Übertragungscharakteristik der spektralen Hilfsmittel, und der extrahierten Wellenlänge und der Signallichtwellenlänge über den Ablenk-Wellenlängenbereich abgelenkt werden, während der erste und der zweite Motor bei gleichmäßiger Rate in Übereinstimmung mit den Motordrehzahlen gedreht werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit für das erste und zweite Antriebshilfsmittel, um die Drehzahlsteuerfunktion, welche der Drehkorrekturfunktion folgt, entsprechend dem ersten bis dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung; es wird ermöglicht nur gewöhnliche Hilfsmittel zum Durchführen der Steuerung von Drehung mit gleichmäßiger Rate in einem ortsfesten Betriebsbereich zu verwenden.
Im fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird der Ablenkwellenlängenbereich in eine Vielzahl von Wellenlängenbereiche unterteilt, wobei die Signallichtwellenlänge sich in den vorherbestimmten Wellenlängenbereich umkehrt, und der erste und zweite Motor bei gleichmäßiger Rate in Übereinstimmung mit den Motordrehzahlen gedreht werden, welche vorher für jeden der Wellenlängenbereiche bestimmt wurden. Wenn somit die Charakteristik des spektralen Hilfsmittels, welches in der Einrichtung zum Analysieren des optischen Spektrums eingebaut ist, sich weit von jener der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge unterscheidet, oder wenn der flache Wellenlängenbereich schmal ist, welcher durch die Spektralcharakteristik des spektralen Hilfsmittels bestimmt ist, und somit die Signallichtwellenlängenausgabe von der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge sich im Niveau verändert, und den flachen Wellenlängenbereich überschreitet, ist es ebenso möglich, die extrahierte Wellenlängencharakteristik der Einrich tung zum Analysieren des optischen Spektrums und die Ausgabesignallichtwellenlänge der Lichtquelle mit variabler Wellenlänge, über den gesamten Ablenkwellenlängenbereich miteinander in Übereinstimmung zu bringen, oder einen kleinen Unterschied zwischen diesen herzustellen. Die Wellenlängennachführung kann somit bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, und die Messung kann mit hoher Wellenlängengenauigkeit und bei hoher Geschwindigkeit innerhalb eines breiten dynamischen optischen Bereiches gemessen werden.
Im sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden die Impulsraten des ersten und des zweiten Motors in der Mitte der Ausgabe eines Motordrehimpulses an den Motor ausgegeben. Somit kann das Ablenken schubweise über den gesamten Ablenkwellenlängenbereich ausgeführt werden, und es wird ermöglicht, die Wellenlängennachführung bei hoher Geschwindigkeit durchzuführen.
Im siebten Gesichtspunkt der Erfindung, wird der Ablenkvorgang für jeden Wellenlängenabschnitt einmal angehalten, und die Bedingungen für den nächsten abzulenken Wellenlängenabschnitt werden gesetzt, und anschließend wird dieser Wellenlängenbereich abgelenkt. Somit wird es ermöglicht gewöhnliche Hilfsmittel zur Durchführung von Steuerungen von Drehungen von nur gleichmäßiger Rate in einem ortsfesten Bereich als das erste und zweite Hilfsmittel zu verwenden.

Claims

Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung zum Messen einer optischen Wellenlängencharakteristik eines gemessenen Objektes, die umfasst: eine Lichtquelle (101) mit variabler Wellenlänge zum Ausgeben von Signallicht; eine Einrichtung (100) zum Analysieren des optischen Spektrums, mit der eine Spektralverteilung von gemessenem Licht gemessen wird, das erzeugt wird, indem bewirkt wird, dass das Signallicht auf das gemessene Objekt (114) auftrifft, wobei die Einrichtung (100) zum Analysieren des optischen Spektrums umfasst: ein erstes Spektralelement (104) zum Extrahieren einer spezifischen Wellenlängenkomponente aus dem gemessenen Licht; und eine erste Antriebseinrichtung (106, 107) zum Ändern des Winkels des ersten Spektralelementes (104), wobei die erste Antriebseinrichtung die extrahierte Wellenlänge über einen vorgegebenen Ablenkungs-Wellenlängenbereich ablenkt, wobei die Lichtquelle (101) mit variabler Wellenlänge umfasst: einen externen Oszillator, der ein Laserelement (117) zum Ausgeben von Ein-Moden-Signallicht als das Signallicht, sowie ein zweites Spektralelement (119) aufweist, das das Laserelement (117) veranlasst, Laserlicht bei einer beliebigen Wellenlänge auszustrahlen; und eine zweite Ansteuereinrichtung (120, 125), die den Winkel des zweiten Spektralelementes (119) ändert, wobei die zweite Ansteuereinrichtung die Signallicht-Wellenlänge des Signallichtes über den Ablenk-Wellenlängenbereich ablenkt, wobei die erste und die zweite Antriebseinrichtung (106, 107; 120, 125) jeweils umfassen: eine Einrichtung zum Synchronisieren des Ablenkbeginns miteinander, wobei die erste und die zweite Antriebseinrichtung (106, 107; 120, 125) den Drehwinkel des ersten und des zweiten Spektralelementes (104, 119) gemäß einer Drehkorrekturfunktion, die von einer extrahierten Wellenlängencharakteristik relativ zu dem Drehwinkel des ersten Spektralelementes (104) und einer Signallicht-Wellenlängencharakteristik relativ zu dem Drehwinkel des zweiten Spektralelementes (119) hergeleitet wird, ändern und steuern, um die extrahierte Wellenlänge und die Signallicht-Wellenlänge über den Ablenk-Wellenlängenbereich aufeinander abzustimmen.
Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Antriebseinrichtung einen ersten Motor (106) aufweist, der das erste Spektralelement (104) antreibt, und das Drehmaß sowie die Drehgeschwindigkeit des ersten Motors (106) steuert, um die extrahierte Wellenlängencharakteristik auf die Signallicht-Wellenlängencharakteristik abzustimmen und die extrahierte Wellenlänge sowie die Signallicht-Wellenlänge über den Ablenk-Wellenlängenbereich aufeinander abzustimmen.
Wellenlängencharakteristik-Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Antriebseinrichtung (120, 125) einen zweiten Motor (120) aufweist, der das zweite Spektralelement (119) antreibt, und das Drehmaß sowie die Drehgeschwindigkeit des zweiten Motors (120) steuert, um die extrahierte Wellenlängencharakteristik auf die Signallicht-Wellenlängencharakteristik abzustimmen und die extrahierte Wellenlänge sowie die Signallicht-Wellenlänge über den Ablenk-Wellenlängenbereich aufeinander abzustimmen.