DE69635620T2

DE69635620T2 - Lichtquelle und messmethode

Info

Publication number: DE69635620T2
Application number: DE69635620T
Authority: DE
Inventors: Kexin Kyoto-shi Xu; Keiichi Kyoto-shi FUKADA
Original assignee: Arkray Inc
Current assignee: Arkray Inc
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2016-10-31
Also published as: DE69635620D1; EP0867697A1; JPH09126888A; EP0867697B1; JP3654458B2; CN1088835C; WO1997016708A1; CN1201520A; US6404492B1; EP0867697A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquellen-Vorrichtung zum Auswählen oder Separieren von Licht, das eine geforderte Wellenlänge hat, aus Licht, das von einer Vielzahl von Lichtquellen emittiert wird, und zum Projizieren des Lichts. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Lichtquellen-Vorrichtung, die verwendet wird, um Informationen von einem zu messenden Objekt zu erhalten, und zwar basierend auf der Intensität von durchgelassenem Licht oder von reflektiertem Licht (einschließlich gestreutes Licht), das durch Bestrahlung des zu messenden Objekts mit sichtbarem Licht oder mit Licht im nahen Infrarotbereich erhalten wird.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren wurden verschiedene Arten von optischen Messungen unter Verwendung von Licht durchgeführt, das durch ein zu messendes Objekt durchgelassen, von diesem reflektiert oder durch dieses gestreut wird. Bei der Durchführung einer solchen optischen Messung wird die Intensität des durchgelassenen Lichts, des reflektierten Lichts oder des gestreuten Lichts, das durch Bestrahlen eines zu messendes Objekts mit Licht erhalten wird, erfasst, wodurch Informationen von dem zu messenden Objekt erhalten werden.
Licht, das eine bevorzugte Wellenlänge hat, die für das zu messende Objekt geeignet ist, wird als das für die Messung verwendete Licht ausgewählt. Mit anderen Worten, auch wenn die Messung bezüglich des gleichen zu messenden Objekts durchgeführt wird, ist die Intensität des resultierenden durchgelassenen Lichts, des reflektierten Lichts oder des gestreuten Lichts verschieden, und zwar abhängig von der Wellenlänge, die für die Messung ausgewählt wurde. Daher muss eine bevorzugte Wellenlänge unter Berücksichtigung der Messbedingungen ausgewählt werden. Um eine sehr empfindliche Messung mit hoher Präzision zu realisieren, ist es erforderlich, Licht auf das zu messende Objekt zu projizieren, und zwar mit einem Lichtstrahl, der die ausgewählte Wellenlänge hat.
Zur Durchführung einer solchen optischen Messung wurde üblicherweise eine Lichtquellen-Vorrichtung verwendet, die eine Kombination aus zumindest einer Lichtquelle, die Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen emittiert, und eine Vielzahl von Filtern aufweist, die jeweils verschiedene Transmissionswellenlängen haben. Bei einer solchen herkömmlichen Lichtquellen-Vorrichtung ist eine Vielzahl von bewegbaren Filtern vorgesehen. Abhängig von einer Wellenlänge, die zur Messung verwendet wird, wird einer der Vielzahl von Filtern ausgewählt und dann in eine Position bewegt, die zum Empfangen von Licht geeignet ist, das von der Lichtquelle emittiert wird, einschließlich des Lichts mit der geforderten Wellenlänge, wodurch der Lichtstrahl mit der für die Messung verwendeten Wellenlänge auf ein zu messenden Objekt projiziert wird.
Um jedoch bei einer solchen herkömmlichen Lichtquellen-Vorrichtung die Wellenlängen der Lichtstrahlen, die auf das gleiche zu messende Objekt auftreffen sollen, sequentiell zu verändern (d.h. um ein Abtasten der Wellenlängen durchzuführen), ist eine Vielzahl von Filtern erforderlich, die durch mechanische Bewegung einer Filtereinheit sequentiell ausgetauscht werden müssen. Daher besteht bei einer herkömmlichen Vorrichtung das Problem, dass die Konfiguration und der Betrieb der gesamten Vorrichtung kompliziert oder die Vorrichtung sehr groß wird.
Außerdem ist es bei einer herkömmlichen Lichtquellen-Vorrichtung nachteilig, dass die Quantität des Lichts abhängig von der Umgebungstemperatur um die Lichtquelle herum instabil wird. Außerdem muss in dem Fall, wenn eine solche Lichtquellen-Vorrichtung eine Vielzahl von Lichtquellen enthält, jedes Mal dann, wenn eine Lichtquelle, die Licht mit der für die Messung verwendeten Wellenlänge emittiert, aus der Vielzahl von Lichtquellen ausgewählt wird, die Stromzufuhr der Lichtquelle ein- bzw. ausgeschaltet werden. Daher bedarf es jedes Mal dann, wenn Lichtquellen geschaltet werden, einer großen Zeitdauer, bis sich die Quantität des Lichts stabilisiert hat. Außerdem, da die Lichtquellen selbst jeweils verschiedene Wellenlängen-Charakteristiken haben und eine Vielzahl von Filter verwendet wird, variiert die Intensität des von der herkömmlichen Lichtquellen-Vorrichtung emittierten Lichts abhängig von deren Wellenlänge.
Außerdem wird Licht, das auf das zu messende Objekt aufgetroffen und dann durch das zu messende Objekt durchgelassen, von diesem reflektiert oder gestreut wird, verwendet, um die zuvor beschriebene optische Messung durchzuführen. Daher wird die Intensität des für die Messung verwendeten Lichts durch die Absorption des Lichts durch das zu messende Objekt beeinflusst.
Eine beispielhafte Beziehung zwischen der Intensität I₀(λ) des auf das zu messende Objekt gestrahlten Lichts und der Intensität I(λ) des durch das zu messende Objekt durchgelassenen Lichts ist in 7 gezeigt. Wie in 7 gezeigt, da das Licht durch das zu messende Objekt absorbiert wird, unterscheidet sich die Lichtintensität sehr stark zwischen dem auftreffenden Licht und dem für die Messung verwendeten Licht (in diesem Fall das durchgelassene Licht). Um folglich die Auflösung der Messung zu maximieren, muss die Sensitivität von einem Lichtempfangssystem entsprechend der Intensität des für die Messung verwendeten Lichts variiert werden.
Die US-A-5,444,528 offenbart ein einstellbares Spektrometer mit einem akusto-optisch einstellbaren Filter, der ausgestaltet ist, um Licht von einer diskreten Lichtquelle zu filtern, wobei das Licht, das von dem Filter in einer simultanen Vielzahl von einzelnen Strahlen ausgeht, unterschiedliche Brechungsordnungen hat, wobei die unterschiedlichen Brechungsordnungen verschiedene Wellenlängenbereiche haben und wobei komplementäre Paare der einzelnen Strahlen mit gleicher Brechungsordnung jeweils im Wesentlichen die gleichen Wellenlängenbereiche haben.
Die US-A-5,039,855 betrifft ein akusto-optisch einstellbares Doppelstrahl-Spektrometer, das ein optisches System verwendet, um die beiden Strahlungsstrahlen, die durch einen akusto-optischen Filter eingestellt werden, zu isolieren, wobei einer von diesen verwendet wird, um eine Probe zu analysieren, und der andere davon als eine Referenz verwendet wird.
Die JP-A-62 185 126 offenbart ein Lichtspektrum-Analysegerät, das auf einer Verarbeitung durch ein elektrisches Verfahren basiert, bei dem ein Oszillator und ein akusto-optischer Polarisator verwendet werden. Dieses Dokument beschreibt die Verwendung einer Linse, die Strahlen kombiniert, um einen einzigen Strahl zu bilden. Jedoch wird das Licht in diesem Dokument lediglich in primäres Licht mit der ausgewählten Wellenlänge und in Licht 0-ter Ordnung separiert.
Die JP-A-06 014 468 offenbart ein Licht emittierendes LED-Spektroskop. Der Zweck dieses Dokuments besteht darin, ein Sensor-Teil von einer LED zum Emittieren einer Vielzahl von Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen, ein Licht empfangendes Element zum Empfangen von Licht, das von der LED emittiert wird, durch eine Probe gestrahlt wird und für jede Wellenlänge eine andere Lichtmenge hat, und eine Kondensor-Linse zu bilden, die zwischen dem Element und der Probe vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung erfolgte hinsichtlich der vorstehend erläuterten Bedingungen und hat zur Aufgabe, eine stabile Lichtquellen-Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge projizieren kann, die für eine Messung auf einem zu messenden Objekt mit hoher Präzision erforderlich ist und außerdem die Variation hinsichtlich der Emissionsintensitäten bezüglich der Wellenlängen vermeiden kann, sowie eine Lichtquellen-Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einfach betätigt werden kann und eine geringere Größe hat.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Lichtquellen-Vorrichtung dieser Erfindung beinhaltet die Merkmale von Anspruch 1.
Die Intensität des Lichts mit der ausgewählten Wellenlänge kann elektrisch variabel sein.
Der Filter kann ein akusto-optisch einstellbarer Filter sein.
Der Filter gibt das Licht mit der ausgewählten Wellenlänge in einer Richtung aus, die verschieden ist von Richtungen, in die übriges Licht mit anderen Wellenlängen ausgegeben wird.
Der Filter gibt das Licht mit der ausgewählten Wellenlänge als Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung und das übrige Licht als einen Lichtstrahl 0-ter Ordnung aus.
Die Lichtquellen-Vorrichtung beinhaltet außerdem ein kombinierendes Bauteil, um die Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung zu einem einzigen Lichtstrahl zu kombinieren.
Der Filter kann das Licht mit der ausgewählten Wellenlänge als Lichtstrahlen ± m-ter Ordnung und das übrige Licht als einen Lichtstrahl 0-ter Ordnung ausgeben, wobei m eine Ganzzahl größer 2 ist.
Die Lichtquellen-Vorrichtung kann außerdem ein kombinierendes Bauteil aufweisen, um Lichtstrahlen ± m-ter Ordnung zu einem einzigen Lichtstrahl zu kombinieren.
Der Lichtquellen-Abschnitt enthält eine Vielzahl von Lichtquellen.
Die Lichtquellen-Vorrichtung kann außerdem ein konvergierendes Bauteil aufweisen, um das Licht zu konvergieren, das von dem Filter ausgegeben wird.
Die Lichtquellen-Vorrichtung kann außerdem ein Bauteil aufweisen, um zu ermöglichen, dass das Licht mit der ausgewählten Wellenlänge durch dieses hindurch gelassen und das andere Licht blockiert wird.
Der Filter kann elektrisch so eingestellt werden, dass die ausgewählte Wellenlänge sequentiell variiert wird, wobei eine Intensität des Lichts mit der ausgewählten Wellenlänge konstant ist.
Der Filter kann elektrisch so eingestellt werden, dass eine Intensität des Lichts mit der ausgewählten Wellenlänge sequentiell variiert wird, während die ausgewählte Wellenlänge konstant ist.
Der Lichtquellen-Abschnitt kann Laserdioden aufweisen.
Der Lichtquellen-Abschnitt kann Licht emittierende Dioden aufweisen.
Die Vielzahl an Lichtquellen kann eine Vielzahl an Lichtstrahlen mit jeweils verschiedenen Wellenlängenbereichen emittieren.
Die Vielzahl an Lichtquellen kann in einem Array angeordnet sein.
Die Lichtquellen-Vorrichtung kann außerdem ein Linsen-Array aufweisen, das zwischen dem Lichtquellen-Abschnitt und dem Filter vorgesehen ist und eine Vielzahl von Linsen beinhaltet.
Das Messverfahren der Erfindung verwendet Licht, das von einer Lichtquellen-Vorrichtung emittiert wird, und beinhaltet die Schritte von Anspruch 15.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Konfiguration von einem Filter, der in der Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Konfiguration von der Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Darstellung, die ein Beispiel der Wellenlängen-Charakteristiken von einem Lichtquellen-Abschnitt der in 2 gezeigten Lichtquellen-Vorrichtung zeigt.
4 ist eine Darstellung, die ein Beispiel der Wellenlängen-Charakteristiken von einem Lichtstrahl zeigt, der von der in 2 gezeigten Lichtquellen-Vorrichtung emittiert wird, wenn der Lichtquellen-Abschnitt die in 3 dargestellten Wellenlängen-Charakteristiken hat.
5 ist eine Darstellung, die ein weiteres Beispiel der Wellenlängen-Charakteristiken von einem Lichtstrahl zeigt, der von der in 2 gezeigten Lichtquellen-Vorrichtung emittiert wird, wenn der Lichtquellen-Abschnitt die in 3 gezeigten Wellenlängen-Charakteristiken hat.
6 ist eine Darstellung, die noch ein weiteres Beispiel der Wellenlängen-Charakteristiken von einem Lichtstrahl zeigt, der von der in 2 gezeigten Lichtquellen-Vorrichtung emittiert wird, wenn der Lichtquellen-Abschnitt die in 3 gezeigten Wellenlängen-Charakteristiken hat.
7 ist eine Darstellung, die exemplarische Wellenlängen-Charakteristiken von dem Licht, das von einer herkömmlichen Lichtquellen-Vorrichtung emittiert wird, sowie das Licht zum Messen zeigt, das durch Bestrahlen eines zu messenden Objekts mit dem emittiertem Licht erhalten wird.
8 ist eine Darstellung, die die Verfahrensschritte zum Einstellen der Intensitäten der von der in 2 gezeigte Lichtquellen-Vorrichtung emittierten Lichtstrahlen zeigen, und zwar bei Durchführung einer optischen Messung unter Verwendung der Lichtquellen-Vorrichtung.
BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Anschließend wird ein Ausführungsbeispiel der Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt einen Filter, der zur selektiven Ausgabe von Licht mit einer einzigen Wellenlänge aus Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen in der Lichtquellen-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der Filter ist aus einem akusto-optisch einstellbaren Filter (AOTF) gebildet, der ein Bandpassfilter zum elektrischen Abtasten einer Wellenlänge ist. Der akusto-optisch einstellbaren Filter 4 umfasst: ein akusto-optisches Kristall 41, einen Akustikwellentreiber 42, einen piezoelektrischen Wandler 43 und ein Absorptionsmittel 44. Der akusto-optisch einstellbare Filter 4 empfängt auftreffendes Licht, das eine Vielzahl von Wellenlängenkomponenten enthält, und gibt dann selektiv Licht aus, das eine einzige Wellenlängenkomponente sowie Komponenten in der Nähe der einzelnen Wellenlängen enthält. Der akusto-optisch einstellbare Filter 4, der in der Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist von einem "nicht kollinearen" Typ, bei dem die Ausbreitungsrichtung der Akustikwelle, die auf das akustooptische Kristall 41 angewendet wird, sich mit der Ausbreitungsrichtung des Lichts in dem akusto-optischen Kristall 41 kreuzt. Das akusto-optische Kristall 41 ist hier aus Tellurdioxid (TeO₂) hergestellt. Die auszuwählende Wellenlänge kann durch Variieren der Frequenz des RF-Signals verändert werden, dass dem piezoelektrischen Wandler 43 von dem Akustikwellentreiber 42 zugeführt wird. Daher ist es nicht mehr erforderlich, einen mechanisch bewegbaren Bereich vorzusehen, der üblicherweise für die Bewegung der Filter erforderlich war. Außerdem ist es nicht erforderlich, die optischen Kalibrierungen zu wiederholen.
Anschließend wird der Betreib des akusto-optisch einstellbaren Filters 4 unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Wenn ein RF-Signal, das durch den Akustikwellentreiber 42 erzeugt wird, dem Wandler 43 zugeführt wird, dann wird das RF-Signal durch den Wandler 43 in eine Akustikwelle umgewandelt, die dem akusto-optischen Kristall 41 zugeführt wird. In dem akusto-optischen Kristall 41, wenn die Akustikwelle durch diesen hindurch läuft, wird in dem Kristallgitter eine Verzerrung erzeugt. Diese Verzerrung des Kristallgitters wirkt als ein Gitter für Licht mit einer einzigen Wellenlänge. Daher beugt das akusto-optische Kristall 41 unter Anwendung einer Akustikwelle selektiv das Licht mit der einzigen Wellenlänge und gibt dann das Licht als gebeugte Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung aus. D.h., der Winkel der Beugung hängt von der Frequenz der Akustikwelle ab, die dem akusto-optischen Kristall 41 zugeführt wird. Licht mit Wellenlängen, die sich von der einzigen Wellenlänge unterscheiden, die durch das akusto-optische Kristall 41 durchgelassen werden, gehen als ein gebeugter Lichtstrahl 0-ter Ordnung aus, und zwar in eine Richtung, die verschieden ist von den Richtungen der gebeugten Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung. Somit wird Licht mit einer Wellenlänge, die durch den Filter ausgewählt ist, von dem übrigen Licht separiert, das Wellenlängen hat, die sich von der ausgewählten Wellenlänge unterscheiden.
Die Wellenlänge des Lichts, das durch das akustooptische Kristall 41 selektiv gebeugt wird, wird gemäß der Frequenz der Akustikwelle bestimmt. Daher kann die auszuwählende Wellenlänge durch Variieren der Frequenz des RF-Signals variiert werden, das durch den Akustikwellen treiber 42 erzeugt wird. Außerdem wird in dem akusto-optisch einstellbaren Filter die Intensität des Lichts, das aus dem akusto-optischen Kristall 41 ausgeht, d.h. die Intensität des gebeugten Lichts, abhängig von der Leistung des RF-Signals bestimmt, das durch den Akustikwellentreiber 42 erzeugt wird. Wenn folglich die Leistung des RF-Signals eingestellt wird, kann Licht mit einer gewünschten Intensität (Lichtmenge) erhalten werden. Da, wie vorstehend beschrieben, die Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen akusto-optisch einstellbaren Filter 4 verwendet, ist es möglich, die Wellenlänge und die Intensität (Menge) das durch den Filter ausgewählten Lichts auf elektrische Weise zu verändern.
Nachfolgend wird die Konfiguration der Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Konfiguration der Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Lichtquellen-Vorrichtung 1 enthält einen Lichtquellen-Abschnitt 2, ein Linsen-Array 3, einen akusto-optisch einstellbaren Filter 4, eine konvergierende Linse 5, ein Auswahlmittel 6 und ein kombinierendes Element 7. Der Lichtquellen-Abschnitt 2 ist so konfiguriert, um eine Anzahl von Lichtstrahlen zu emittieren, die eine Vielzahl von Wellenlängenbereichen haben. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Lichtquellen-Array, das eine Vielzahl von Lichtquellen 2A, 2B, 2C, ... 2N, die Lichtstrahlen emittieren, die jeweils verschieden Wellenlängen haben, als der Lichtquellen-Abschnitt 2 verwendet. Vorzugsweise wird eine Vielzahl an Lichtquellen, die eine gleiche Ausgangsintensität haben, als die Lichtquellen 2A, 2B, 2C, ... 2N verwendet. Die Energiezufuhr zu diesen Lichtquellen muss nicht notwendigerweise diskontinuierlich ein- und ausgeschaltet werden, wie dies bei einer Lichtquelle von einer herkömmlichen Lichtquellen-Vorrichtung der Fall ist. Der Grund ist der folgende: da die zu separierende Wellenlänge nur durch elektrisches Einstellen des akusto-optisch einstellbaren Filters 4 ausgewählt wird, ist es nicht mehr erforderlich, eine Lichtquelle entsprechend der auszuwählenden Wellenlänge auszuwählen, wie dies bei einer herkömmlichen Lichtquellen-Vorrichtung der Fall ist. Laserdioden, Licht emittierende Dioden oder ähnliches können als die Vielzahl von Lichtquellen verwendet werden. Außerdem können diese Lichtquellen entweder in eindimensionaler oder zweidimensionaler Anordnung angeordnet werden. Alternativ kann eine Vielzahl von Lichtquellen in einer kreisförmigen Anordnung angeordnet werden.
Die Stromzufuhr zu jeder Lichtquelle muss zuvor aktiviert werden. Daher kann die Lichtquelle bzw. die Lichtquellen lediglich in einem Zustand verwendet werden, in dem die Ausgabe der Stromzufuhr stabilisiert und die Menge an Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, stabil ist.
Das Linsen-Array 3 ist vor dem Lichtquellen-Abschnitt 2 vorgesehen. Mit Hilfe des Linsen-Arrays 3 wird die Vielzahl an Lichtstrahlen mit einer Vielzahl an Wellenlängen, die von dem Lichtquellen-Abschnitt 2 emittiert wurden, in parallel gerichtete Lichtstrahlen parallel gerichtet, und dann werden die parallel gerichteten Lichtstrahlen auf den akusto-optisch einstellbaren Filter 4 gerichtet. In diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Linsen-Array 3 die gleiche Anzahl an konvergierenden Linsen 3A, 3B, 3C, ... 3N wie die Anzahl an Lichtquellen, durch die das Lichtquellen-Array gebildet ist.
Die durch das Linsen-Array 3 parallel gerichteten Lichtstrahlen werden auf den akusto-optisch einstellbaren Filter 4 geworfen. Mit Hilfe des akusto-optisch einstellbaren Filters 4 werden Lichtstrahlen, die eine gewünschte Wellenlänge haben, selektiv gebeugt, um die gebeugten Lichtstrahlen als gebeugte Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung in Richtungen zu leiten, die verschieden sind von der Richtung, in die Lichtstrahlen mit Wellenlängen gerichtet werden, die verschieden sind von der gewünschten Wellenlänge, und zwar als ein gebeugter Lichtstrahl 0-ter Ordnung, wie vorstehend beschrieben wurde. Daher gibt der akusto-optisch einstellbare Filter 4 die Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung und die Lichtstrahlen 0-ter Ordnung in jeweils verschiede Richtungen aus. Die konvergierende Linse 5 empfängt die Lichtstrahlen, die von dem akusto-optisch einstellbaren Filter 4 ausgegeben werden, und konvergiert die Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung und die Lichtstrahlen 0-ter Ordnung an den jeweiligen Positionen entsprechend ihrer Auftreffrichtungen. Folglich wird lediglich das Licht mit einer gewünschten Wellenlänge auf die Positionen konvergiert, die von den Positionen verschieden sind, auf die das Licht mit anderen Wellenlängen konvergiert wird.
Ein Auswahlmittel 6, das zwei Öffnungen hat, ist vor der konvergierenden Linse 5 vorgesehen. Das Auswahlmittel 6 ist so ausgestaltet, dass sich diese beide Öffnungen an den Positionen befinden, auf die die Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung konvergiert werden. Daher werden die Lichtstrahlen, die andere sind als die Lichtstrahlen mit einer gewünschten Wellenlänge, durch das Auswahlmittel 6 blockiert, so dass das zu messende Objekt durch die Öffnungen ausschließlich mit den Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung bestrahlt wird.
Ein kombinierendes Element 7 ist vor dem Auswahlmittel 6 angeordnet. Das kombinierende Element 7 kombiniert die Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung, die durch die Öffnungen des Auswahlmittels 6 durchgelassen werden, in einen einzigen Lichtstrahl. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine mehrzweigige Faser mit zwei Eingangsabschnitten und einem Ausgangsabschnitt als das kombinierende Element 7 verwendet. Jedoch ist das kombinierende Element 7 nicht auf eine mehrzweigige Faser beschränkt. Alternativ kann jedes beliebige Element verwendet werden, solange dieses Element die Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung, die aus zwei Richtungen auftreffen, zu einem auszugebenden Lichtstrahl kombinieren kann. Beispielsweise kann ein Lichtleiter oder ähnliches verwendet werden.
Auf diese Weise kann die Lichtquellen-Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung Licht mit einer gewünschten Wellenlänge von Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen separieren, und zwar lediglich durch Durchführung einer elektrischen Einstellung, und kann das Licht mit einer gewünschten Intensität emittieren.
Ein Beispiel der Wellenlängen-Charakteristiken des Lichtquellen-Abschnitts 2 ist in 3 dargestellt. In diesem Beispiel emittiert der Lichtquellen-Abschnitt 2 Lichtstrahlen mit drei verschiedenen Wellenlängen von 1065 nm, 1153 nm und 1287 nm. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Array, in dem drei Laserdioden angeordnet sind, als der Lichtquellen-Abschnitt 2 verwendet. Wenn in diesem Fall die Frequenz des Akustikwellentreibers 42 auf 90,665 MHz eingestellt ist, dann kann ein Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 1065 nm ausgewählt werden, wie in 4 gezeigt. Wenn andererseits die Frequenz des Akustikwellentreibers 42 auf 83,746 MHz eingestellt ist, dann kann ein Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 1153 nm ausgewählt werden, wie in 5 gezeigt. Außerdem, wenn die Frequenz des Akustikwellentreibers 42 auf 75,260 MHz eingestellt ist, dann kann ein Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 1287 nm ausgewählt werden, wie in 6 gezeigt ist. Daher kann die Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die durch den akusto-optisch einstellbaren Filter 4 auszuwählende Wellenlänge durch Variieren der Frequenz eines elektrischen Signals verändern, das von dem Akustikwellentreiber 42 zu dem Wandler 43 geliefert wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann in der Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Wellenlänge des von der Lichtquellen-Vorrichtung emittierten Lichts elektrisch eingestellt werden. Wenn daher die Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dann ist es möglich, in effizienter Weise beispielsweise eine optische Messung durchzuführen, bei der die Wellenlängen des Lichts, die auf das gleiche zu messende Objekt auftreffen sollen, sequentiell variiert werden, ein so genanntes "Wellenlängen-Abtasten". Außerdem, da es möglich ist, die Wellenlängen des von der Lichtquellen-Vorrichtung emittierten Lichts und auch die Intensitäten (oder die Menge) des Lichts elektrisch einzustellen, ist es ebenfalls möglich, auf effiziente Weise eine optische Messung durchzuführen, bei der die Intensitäten der Lichtstrahlen, die auf das zu messende Objekt auftreffen sollen, sequentiell variiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, werden in dem Fall der Verwendung einer herkömmlichen Lichtquellen-Vorrichtung, um die Wellenlängen des Lichts sequentiell zu variieren, die auf ein zu messendes Objekt auftreffen sollen, der Betrieb und der Mechanismus der Lichtquellen-Vorrichtung nachteilig kompliziert. Außerdem, wie in 7 gezeigt, selbst wenn das gleiche zu messende Objekt gemessen wird, variieren die Intensitäten des durchgelassenen Lichts, des reflektierten Lichts oder des gestreuten Lichts, das als das Licht zur Messung erhalten wird, sehr stark in Abhängigkeit von der Wellenlängen des Lichts für die Bestrahlung. Wenn daher eine Wellenlängen-Abtastung bezüglich eines zu messenden Objekts durchgeführt wird, ist es erforderlich, nicht nur die Wellenlängen zu variieren, sondern auch die Empfindlichkeiten eines Lichtempfangssystems zum Empfangen des Lichts für die Messung.
Wenn andererseits die Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dann kann eine solche optische Messung, bei der die Wellenlängen des Lichts, das auf ein zu messendes Objekt auftrifft, sequentiell variiert wird, in der folgenden Art und Weise durchgeführt werden. Erstens, Licht mit beliebigen Wellenlängenintensitäts-Charakteristiken wird von der Lichtquellen-Vorrichtung emittiert, um so auf ein zu messendes Objekt aufzutreffen. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Objekt mit Licht I₀(λ) bestrahlt, das Wellenlängen-Charakteristiken hat, die in 8 durch die gestrichelte Linie dargestellt sind. Danach wird, basierend auf den Wellenlängen-Charakteristiken des durch diese Messung erhaltenen Lichts, das auftreffende Licht mit solchen Wellenlängen-Charakteristiken (die Lichtintensität bei jeder Wellenlänge) bestimmt, da die Intensitäten des Lichts zur Messung hinsichtlich jeder Wellenlänge konstant gemacht werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird das auftreffende Licht I₀'(λ) mit Wellenlängen-Charakteristiken, die in 8 durch die strichpunktierte Linie dargestellt sind, als das auftreffende Licht ausgewählt, das die Intensitäten des Lichts zur Messung hinsichtlich jeder Wellenlänge im Wesentlichen konstant machen kann.
Dann wird die Leistung des Akustikwellentreibers 42 des akusto-optisch einstellbaren Filters 4 so eingestellt, dass die Wellenlängen des durch den akusto-optisch einstellbaren Filter 4 ausgewählten Lichts sequentiell verändert werden. Auf diese Weise kann Licht I'(λ) zur Messung mit im Wesentlichen flachen Wellenlängen-Charakteristiken erhalten werden.
Wie vorstehend erläutert, wenn die Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es möglich, nicht nur auf einfache Weise ein elektrisches Abtasten der Wellenlängen hinsichtlich des gleichen zu messenden Objekts durchzuführen, sondern auch die Intensität des Lichts für die Messung, das durch die Wellenlängen-Abtastung erhalten wird, im Wesentlichen konstant zu machen. Daher ist es nicht mehr erforderlich, die Empfindlichkeit eines Lichtempfangssystems, das für die Messung verwendet wird, entsprechend der Wellenlängen zu verändern. Außerdem ist es ebenfalls möglich, den Messbereich eines Lichtempfangssystems sehr schmal einzustellen. Außerdem ist es beim elektrischen Einstellen der Intensität des von der Lichtquellen-Vorrichtung emittierten Lichts möglich, die Leistung des Akustikwellentreibers des akusto-optisch einstellbaren Filters entsprechend dem Messbereich des Lichtempfangssystems einzustellen.
In dem vorstehen beschriebenen Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass ein Array aus einer Vielzahl von Lichtquellen als der Lichtquellen-Abschnitt 2 verwendet wird. Alternativ können die Lichtquellen als ein eindimensionales Array oder als ein zweidimensionales Array oder in einer kreisförmigen Anordnung angeordnet werden.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird außerdem ein Linsen-Array 3 verwendet, um das vom dem Lichtquellen-Abschnitt 2 emittierte Licht so zu lenken, dass es auf den akusto-optisch einstellbaren Filter 4 auftrifft. Aber auch in dem Fall der Verwendung einer mehrzweigigen Faser mit einer Vielzahl von Lichteingängen, die jeweils der Vielzahl der Lichtquellen entsprechen, und einem Lichtausgang, anstelle von beispielsweise dem Linsen-Array 3, kann das von dem Lichtquellen-Abschnitt 2 emittierte Licht auf effiziente Weise auf den akusto-optisch einstellbaren Filter 4 konvergierte werden.
In dem obigen Ausführungsbeispiel wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge als gebeugte Lichtstrahlen ± 1-ter Ordnung separiert wurde. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, so dass auch Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge als gebeugte Lichtstrahlen mit höherer Ordnung separiert werden kann (Lichtstrahlen mit ± m-ter Ordnung, wobei m eine Ganzzahl größer 2 ist).
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie aus der vorhergehende Beschreibung offensichtlich, wählt die Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Licht mit einer einzigen Wellenlänge aus Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen aus und gibt dann den ausgewählten Lichtstrahl separat von den übrigen Lichtstrahlen mit anderen Wellenlängen aus. Die auszuwählende Wellenlänge kann durch elektrisches Variieren der eingestellten Werte des Filters verändert werden. Noch spezieller, die Wellenlänge des zu separierenden Lichts kann durch Variieren der Frequenz des RF-Signals verändert werden, das durch den Akustikwellentreiber des akustooptischen Filters erzeugt wird, der als ein Filter verwendet wird. Daher ist es nicht mehr erforderlich, eine Vielzahl von Filtern vorzusehen, die den jeweiligen Wellenlängen entsprechen, und die Filter entsprechend der auszuwählenden Wellenlänge auszutauschen, so dass die Konfiguration und der Betrieb der Lichtquellen-Vorrichtung vereinfacht und die Größe der gesamten Lichtquellen-Vorrichtung reduziert werden kann. Außerdem kann Licht mit einer gewünschten Wellenlänge mit hoher Präzision erhalten werden.
Außerdem kann die Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf elektrische Weise die durch den Filter auszuwählende Wellenlänge und außerdem die Intensität des Lichtstrahls variieren, der durch den Filter ausgewählt und von diesem ausgegeben wird. Insbesondere kann durch Variieren der RF-Leistung des Akustikwellentreibers des akusto-optisch einstellbaren Filters, der als der Filter der Erfindung verwendet wird, die Intensität des Lichts variiert werden, das von dem akusto-optisch einstellbaren Filter ausgegeben wird.
Außerdem wird bei der Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Wellenlänge des Lichts, das von der Lichtquellen-Vorrichtung emittiert wird, auf elektrische Weise durch den Filter ausgewählt. Daher, auch wenn eine Vielzahl von Lichtquellen vorgesehen ist, ist es nicht mehr erforderlich, die Leistung der Lichtquellen ein- und auszuschalten, wie dies bei einer konventionellen Vorrichtung der Fall ist. Da die Lichtquellen immer in einen Licht emittierenden Zustand eingestellt sein können, kann die Variation der Menge (oder der Intensität) des von der Lichtquellen-Vorrichtung emittierten Lichts reduziert werden. Außerdem, da das Licht mit der ausgewählten Wellenlänge durch den Filter von den übrigen Lichtstrahlen separiert wird, die andere Wellenlängen haben, ist es nicht mehr erforderlich, Licht in eine Vielzahl von Lichtstrahlen zu separieren, die eine Vielzahl von Wellenlängen haben, und dann zu bewirken, dass die Lichtstrahlen auf den Filter auftreffen. Folglich kann die Konfiguration der Lichtquellen-Vorrichtung vereinfacht werden.
Außerdem kann die Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge konvergieren, und zwar auch dann, wenn das Licht von dem übrigen Licht mit anderen Wellenlängen separiert wurde.
Außerdem kann die Lichtquellen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen, das von dem Lichtquellen-Abschnitt emittiert wurde, auf effiziente Weise auf den Filter konvergieren. Wenn ein Array, in dem eine Vielzahl von Lichtquellen angeordnet ist, als der Lichtquellen-Abschnitt verwendet wird, und entweder ein Linsen-Array, um den Lichtquellen zu entsprechen, oder eine mehrzweigige Faser mit einer Vielzahl von Lichteingängen, die den Lichtquellen entsprechen, vor dem Lichtquellen-Array angeordnet ist, dann ist es möglich, das von den Lichtquellen-Abschnitt emittierte Licht effizienter auf den Filter zu konvergieren.
Wenn eine Vielzahl von Lichtquellen, die eine Vielzahl von Lichtstrahlen emittieren, die jeweils verschiedene Wellenlängebereiche haben, für den Lichtquellen-Abschnitt verwendet wird, dann kann der Wellenlängenbereich des von der Lichtquellen-Vorrichtung emittierten Lichts vergrößert werden.

Claims

Lichtquellen-Vorrichtung (1), mit: einem Lichtquellen-Abschnitt (2) zum Emittieren von Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen; einem Filter (4) zum Auswählen von Licht mit einer einzigen Wellenlänge aus dem Licht mit einer Vielzahl von Wellenlängen und/oder zum separaten Ausgeben von Licht mit der ausgewählten Wellenlänge, wobei die ausgewählte Wellenlänge elektrisch variabel ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (4) das Licht mit der ausgewählten Wellenlänge als Lichtstrahlen ± m-ter Ordnung und das übrige Licht als Lichtstrahl 0-ter Ordnung ausgibt, wobei die Lichtstrahlen ± m-ter Ordnung in Richtungen ausgegeben werden, die verschieden sind von einer Richtung, in die der Lichtstrahl 0-ter Ordnung ausgegeben wird, und m eine Ganzzahl gleich oder größer als 1 ist; der Lichtquellen-Abschnitt (2) eine Vielzahl von Lichtquellen (2A–2N) beinhaltet; und ein kombinierendes Bauteil (7) vorgesehen ist, um die Lichtstrahlen ± m-ter Ordnung zu einem einzigen Lichtstrahl zu kombinieren.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei eine Intensität des Lichts mit der ausgewählten Wellenlänge elektrisch variabel ist.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Filter (4) ein akusto-optisch einstellbarer Filter ist.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, außerdem mit einem konvergierenden Bauteil (5), um die Lichtstrahlen ± m-ter Ordnung und den Lichtstrahl 0-ter Ordnung auf verschiedene Positionen zu konvergieren.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, außerdem mit einem Bauteil (6), um zu ermöglichen, dass die Lichtstrahlen ± m-ter Ordnung durch dieses hindurch strahlen und der Lichtstrahl 0-ter Ordnung blockiert wird.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Filter (4) elektrisch so eingestellt ist, dass die ausgewählte Wellenlänge sequentiell variiert wird, wobei eine Intensität des Lichts mit der ausgewählten Wellenlänge konstant ist.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Filter (4) elektrisch so eingestellt ist, dass eine Intensität des Lichts mit der ausgewählten Wellenlänge sequentiell variiert wird, wobei die ausgewählte Wellenlänge konstant ist.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das kombinierende Bauteil (7) eine mehrzweigige Faser aufweist.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Lichtquellen (2A–2N) eine Vielzahl von Lichtstrahlen emittieren, die jeweils verschiedene Wellenlängenbereiche haben.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei jede der Vielzahl von Lichtquellen (2A–2N) eine Laserdiode ist.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei jede der Vielzahl von Lichtquellen (2A–2N) eine Licht emittierende Diode ist.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl von Lichtquellen (2A–2N) in einem Array angeordnet ist.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, außerdem mit einem Linsen-Array (3), das zwischen dem Lichtquellen-Abschnitt (2) und dem Filter (4) angeordnet ist und eine Vielzahl von Linsen aufweist.
Lichtquellen-Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei das kombinierende Bauteil (7) eine mehrzweigige Faser aufweist.
Messverfahren zur Durchführung einer Messung bezüglich eines zu messenden Objekts unter Verwendung von Licht, das von einer Lichtquellen-Vorrichtung (1) emittiert wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Emittieren von Licht von einer Vielzahl von Lichtquellen (2A–2N), die eine Vielzahl von Wellenlängen haben; Durchlassen des emittierten Lichts durch ein Linsen-Array (3); dadurch gekennzeichnet, dass emittiertes und durchgelassenes Licht gefiltert wird, wobei der Schritt des Filterns die Schritte des Auswählens von Licht mit einer einzigen Wellenlänge von dem Licht mit der Vielzahl von Wellenlängen sowie des separaten Ausgebens des Lichts mit der ausgewählten Wellenlänge als Lichtstrahlen ± m-ter Ordnung und des übrigen Lichts als Lichtstrahl 0-ter Ordnung beinhaltet, wobei die Lichtstrahlen ± m-ter Ordnung in Richtungen ausgegeben werden, die verschieden sind von einer Richtung, in die der Lichtstrahl 0-ter Ordnung ausgegeben wird, und m eine Ganzzahl gleich oder größer als 1 ist, wobei die ausgewählte Wellenlänge beim Filtern elektrisch variabel ist; die Lichtstrahlen ± m-ter Ordnung zu einem einzigen Lichtstrahl kombiniert werden; das zu messende Objekt mit dem kombinierten Lichtstrahl bestrahlt wird; Licht, das durch das zu messenden Objekt durchgelassen, von diesem reflektiert oder durch dieses gestreut wird, als Licht für die Messung empfangen wird; und eine Messung bezüglich des zu messenden Objekts auf Basis des empfangenen Lichts durchgeführt wird; wobei der Schritt des Filterns außerdem einen Schritt des elektrischen Einstellens des Filterns beinhaltet, so dass eine Intensität der Lichtstrahlung in dem Schritt des Bestrahlens für die Messung im wesentlichen konstant wird, ohne von der ausgewählten Wellenlänge abhängig zu sein, und zwar vor dem Schritt des Bestrahlens.