JP2000146693A - 光スペクトラム測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間かつ高精度に波長フィルタ等の被測定
物からの光スペクトラムを測定することができる光スペ
クトラム測定装置を提供する。 【解決手段】 波長可変光源１０から出力された試験光
は光カプラ２１，２２を経て波長フィルタ１を入射し
て、波長フィルタ１からの透過光強度は透過光強度検出
部３０により検出され、波長フィルタ１からの反射光強
度は反射光強度検出部４０により検出される。試験光の
波長は、参照光強度検出部５０により、反射光スペクト
ラムまたは透過光スペクトラムが既知である波長基準器
により反射または透過した試験光の強度に基づいて検出
される。波長可変光源１０から出力された試験光の強度
は、試験光強度検出部６０により検出される。試験光の
波長を変化させることにより、波長フィルタ１の反射光
スペクトラムおよび透過光スペクトラムを測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長フィルタその
他の被測定物からの反射光スペクトラムまたは透過光ス
ペクトラムを測定する光スペクトラム測定装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバグレーティングや多層膜フィ
ルタ等の波長フィルタは、入射した光のうち或る波長帯
域の光を選択的に反射させ、或いは、或る波長帯域の光
を選択的に透過させるものであり、用途に合致した反射
光スペクトラムまたは透過光スペクトラムを有している
必要がある。それ故、波長フィルタは、所望の光スペク
トラム（反射光スペクトラムまたは透過光スペクトラ
ム）を有しているか否かが工場出荷時に全数検査され
る。したがって、波長フィルタの光スペクトラムを短時
間に測定することが望まれる。

【０００３】従来より、波長フィルタの光スペクトラム
を測定するには、波長可変光源から出力された試験光を
波長フィルタに入射させ、その波長フィルタからの試験
光の反射光または透過光の強度を検出する。そして、波
長可変光源から出力される試験光の波長を変化させると
ともに、試験光の各波長に対して反射光または透過光の
強度を検出して、これに基づいて波長フィルタの光スペ
クトラムを測定していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、波長可
変光源は、出力される試験光の波長を変化させるに際し
て、回折格子を機械的に回転させ、その回転角度を調整
することにより試験光の波長を設定することから、試験
光の波長を所望値に設定して安定させるのに時間を要す
る。また、試験光の波長が安定したとしても所望値に対
して誤差が生じることもあることから、波長計を用いて
試験光の波長の確認が行われるが、この波長計により波
長を読み取るのにも時間を要する。例えば、１０００点
の波長それぞれについて波長フィルタの光スペクトラム
を測定するのに１時間程度要していた。

【０００５】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、短時間かつ高精度に波長フィルタ等の
被測定物からの光スペクトラムを測定することができる
光スペクトラム測定装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光スペクト
ラム測定装置は、被測定物からの反射光スペクトラムま
たは透過光スペクトラムを測定する光スペクトラム測定
装置であって、(1) 試験光を出力するとともに、その試
験光の波長が可変である波長可変光源と、(2)波長可変
光源から出力された試験光を第１の光および第２の光に
分岐する光分岐部と、(3) 第１の光を被測定物に入射さ
せる試験光入射手段と、(4) 被測定物からの第１の光の
反射光または透過光の強度を検出する特性光強度検出部
と、(5)反射光スペクトラムまたは透過光スペクトラム
が既知である波長基準器を有し、この波長基準器により
反射または透過した第２の光を参照光として、この参照
光の強度を検出する参照光強度検出部と、(6) 波長可変
光源から出力される試験光の波長を変化させるととも
に、参照光強度検出部により検出された参照光の強度に
基づいて試験光の波長を検出し、特性光強度検出部によ
り検出された反射光または透過光の強度に基づいて、被
測定物からの反射光スペクトラムまたは透過光スペクト
ラムを求める制御部と、を備えることを特徴とする。

【０００７】この光スペクトラム測定装置によれば、波
長可変光源から出力された試験光は、光分岐部により第
１および第２の光に分岐される。第１の光は、試験光入
射手段を介して被測定物に入射し、この被測定物からの
第１の光の反射光または透過光の強度は特性光強度検出
部により検出される。第２の光は、反射光スペクトラム
または透過光スペクトラムが既知である波長基準器を有
する参照光強度検出部に入射して、この波長基準器によ
り反射または透過した第２の光が参照光とされ、この参
照光の強度が検出される。そして、制御部により、波長
可変光源から出力される試験光の波長が変化するととも
に、参照光強度検出部により検出された参照光の強度に
基づいて試験光の波長が検出され、特性光強度検出部に
より検出された反射光または透過光の強度に基づいて、
被測定物からの反射光スペクトラムまたは透過光スペク
トラムが求められる。

【０００８】また、本発明に係る光スペクトラム測定装
置は、(1) 光分岐部が、波長可変光源から出力された試
験光を第１および第２の光の他に第３の光にも分岐し、
(2)第３の光を入力して試験光の強度を検出する試験光
強度検出部を更に備え、(3)制御部が、特性光強度検出
部により検出された反射光または透過光の強度および試
験光強度検出部により検出された試験光の強度に基づい
て被測定物の反射率または透過率を検出して、被測定物
からの反射光スペクトラムまたは透過光スペクトラムを
求める、ことを特徴とするのが好適である。

【０００９】この場合には、光分岐部により分岐された
試験光の第３の光は、試験光強度検出部に入射して、こ
れにより試験光の強度が検出される。そして、制御部に
より、波長可変光源から出力される試験光の波長が変化
するとともに、参照光強度検出部により検出された参照
光の強度に基づいて試験光の波長が検出され、特性光強
度検出部により検出された反射光または透過光の強度お
よび試験光強度検出部により検出された試験光の強度に
基づいて被測定物の反射率または透過率が検出されて、
これらに基づいて被測定物からの反射光スペクトラムま
たは透過光スペクトラムが求められる。

【００１０】また、本発明における参照光強度検出部
は、特定波長の光を吸収する吸収媒質、ファブリペロー
エタロン、および、特定波長の光を選択的に反射または
透過させる波長選択素子うちの何れかを波長基準器とし
て有し、この波長基準器からの第２の光の反射光または
透過光を参照光として、この参照光の強度を検出するこ
とを特徴とするのが好適である。特に、吸収媒質、ファ
ブリペローエタロンおよび波長選択素子のうち何れか２
種以上のものが互いに直列的または並列的に設けられた
ものを波長基準器として有する場合には、試験光の波長
は更に高精度に検出される。

【００１１】また、本発明における特性光強度検出部
は、(1) 被測定物からの第１の光の反射光または透過光
の強度を検出して、その強度に応じた電気信号を出力す
る光検出器と、(2) その電気信号を各々入力して互いに
異なる増幅率で同時に増幅する複数の増幅器と、を備え
ることを特徴とする。また、特性光強度検出部は、(1)
被測定物からの第１の光の反射光または透過光を互いに
異なる割合で分岐する第２の光分岐部と、(2) 第２の光
分岐部により分岐された各々の光を入力して同時に検出
する複数の光検出器と、を備えることを特徴とする。ま
た、特性光強度検出部は、(1) 被測定物からの第１の光
の反射光または透過光を分岐する第３の光分岐部と、
(2) 第３の光分岐部により分岐された各々の光を入力し
て互いに異なる検出感度で同時に検出する複数の光検出
器と、を備えることを特徴とする。これら何れの場合に
も、被測定物からの反射光スペクトラムまたは透過光ス
ペクトラムは広いダイナミックレンジで検出される。

【００１２】また、本発明における特性光強度検出部
は、(1) 被測定物からの第１の光の反射光または透過光
の強度を検出して、その強度に応じた電気信号を出力す
る光検出器と、(2) 電気信号に重畳するノイズ成分を遮
断するノイズ遮断フィルタと、を備えることを特徴とす
る。この場合には、電気信号に重畳するノイズ成分がノ
イズ遮断フィルタにより遮断されるので、被測定物から
の反射光スペクトラムまたは透過光スペクトラムは優れ
たＳ／Ｎ比で検出される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。

【００１４】図１は、本実施形態に係る光スペクトラム
測定装置の構成図である。この光スペクトラム装置は、
被測定物である波長フィルタ１の反射光スペクトラムお
よび透過光スペクトラムを同時に測定するものであり、
波長可変光源１０、分岐部２０、透過光強度検出部３
０、反射光強度検出部４０、参照光強度検出部５０、試
験光強度検出部６０およびＣＰＵ７０を備えて構成され
る。

【００１５】波長可変光源１０は、波長フィルタ１の光
スペクトラム（反射光スペクトラムおよび透過光スペク
トラム）を測定するための試験光を出力するものであ
る。その試験光の波長は、光スペクトラムを求めるため
に必要な所定の波長範囲で可変である。波長可変光源１
０から出力された試験光は、光ファイバ８１を経て分岐
部２０に入力する。

【００１６】分岐部２０は、波長可変光源１０から光フ
ァイバ８１を経て入力した試験光を３分岐するものであ
り、２つの光カプラ２１および２２を備える。光カプラ
２１は、光ファイバ８１を経て入力した試験光を２分岐
し、各々を光ファイバ８２および８３それぞれに出力す
る。光カプラ２２は、光カプラ２１から光ファイバ８２
を経て入力した試験光を更に２分岐し、各々を光ファイ
バ８４および８５それぞれに出力する。光カプラ２１に
より２分岐されたうちの光ファイバ８３に出力された試
験光は、参照光強度検出部５０に入力する。光カプラ２
２により２分岐されたうちの光ファイバ８４に出力され
た試験光は、波長フィルタ１に入力する。また、光カプ
ラ２２により２分岐されたうちの光ファイバ８５に出力
された試験光は、試験光強度検出部６０に入力する。

【００１７】光ファイバ８４から波長フィルタ１に入力
した試験光は、その試験光の波長における波長フィルタ
１の透過率に応じて透過し、その反射率に応じて反射す
る。波長フィルタ１からの透過光は、光ファイバ８６を
経て透過光強度検出部３０に到達し、透過光強度検出部
３０は、その透過光の強度を検出する。波長フィルタ１
からの反射光は、光ファイバ８４、光カプラ２２および
光ファイバ８７を経て反射光強度検出部４０に到達し、
反射光強度検出部４０は、その反射光の強度を検出す
る。

【００１８】参照光強度検出部５０は、反射光スペクト
ラムまたは透過光スペクトラムが既知である波長基準器
５０２を有しており、光カプラ２１から光ファイバ８３
を経て到達した試験光を入力し、この試験光を波長基準
器５０２により反射または透過させて、これをを参照光
とし、この参照光の強度を検出する。また、試験光強度
検出部６０は、光カプラ２２から光ファイバ８５を経て
到達した試験光の強度を検出する。

【００１９】ＣＰＵ７０は、波長可変光源１０から出力
される試験光の波長を変化させる。もし波長可変光源１
０が自ら波長を掃引することが可能であれば、ＣＰＵ７
０は波長可変光源１０に対して掃引開始を指示する。ま
た、ＣＰＵ７０は、タイマカウンタを有しており、この
タイマカウンタにより計時された一定時間間隔で、透過
光強度検出部３０に対し透過光の強度の検出を指示し、
反射光強度検出部４０に対し反射光の強度の検出を指示
し、参照光強度検出部５０に対し参照光の強度の検出を
指示し、また、試験光強度検出部６０に対し試験光の強
度の検出を指示する。もし、透過光強度検出部３０、反
射光強度検出部４０、参照光強度検出部５０および試験
光強度検出部６０それぞれが測定結果を記憶するメモリ
を自ら有していれば、ＣＰＵ７０は、これらに対して測
定結果のメモリへの蓄積を指示し、また、測定すべき全
波長範囲に亘る測定が終了した後にメモリに蓄積された
測定結果を読み出す。

【００２０】そして、ＣＰＵ７０は、参照光強度検出部
５０の測定結果に基づいて試験光の波長を求め、透過光
強度検出部３０および試験光強度検出部６０それぞれの
測定結果に基づいて波長フィルタ１の透過率を求め、ま
た、反射光強度検出部４０および試験光強度検出部６０
それぞれの測定結果に基づいて波長フィルタ１の反射率
を求める。なお、透過率および反射率それぞれを求める
に際して、光カプラ２１，２２の結合効率が考慮され
る。このようにして、試験光の各波長それぞれに対して
波長フィルタ１の透過率および反射率が求められ、結
局、波長可変光源１０から出力される試験光の波長可変
範囲において波長フィルタ１の透過光スペクトラムおよ
び反射光スペクトラムが求められる。

【００２１】以上のように本実施形態に係る光スペクト
ラム測定装置によれば、波長可変光源１０から出力され
る試験光の波長を連続的に変化させることができ、その
一方で、参照光強度検出部５０により、反射光スペクト
ラムまたは透過光スペクトラムが既知である波長基準器
５０２により反射または透過した試験光（参照光）の強
度に基づいて試験光の波長を検出することができるの
で、短時間かつ高精度に波長フィルタ１の反射光スペク
トラムおよび透過光スペクトラムを測定することができ
る。

【００２２】例えば、可変波長光源１０から出力される
試験光の波長を１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍの範囲で掃
引し、その波長範囲で３０００点の測定値を求めるとし
ても、これらの測定値を求め各メモリに記憶するのに要
する時間は５秒間程度である。また、その後に、ＣＰＵ
７０は、各メモリに記憶された測定値を読み出して、こ
れらに基づいて、試験光の波長を校正し、各波長に対す
る反射率および透過率を算出する必要があるが、これに
要する時間は極めて短い。

【００２３】次に、参照光強度検出部５０の具体的な構
成について図２〜図５を用いて説明する。参照光強度検
出部５０は、反射光スペクトラムまたは透過光スペクト
ラムが既知である波長基準器５０２を有し、この波長基
準器５０２により反射または透過した試験光を参照光と
して、この参照光の強度を検出する。この検出結果が制
御部による試験光の波長の検出に用いられる。また、波
長基準器５０２としては、特定波長の光を吸収する吸収
媒質、ファブリペローエタロン、および、特定波長の光
を選択的に反射または透過させる波長選択素子が好適に
用いられる。また、これらのうち何れか２種以上のもの
が互いに直列的または並列的に設けられたものも波長基
準器５０２として好適に用いられる。

【００２４】図２は、参照光強度検出部の第１の構成例
を説明する図である。この図に示す参照光強度検出部５
１は、光カプラ５１１、波長基準器としての吸収ガスセ
ル５１２Ａおよびファブリペローエタロン５１２Ｂ、受
光素子５１３Ａ，５１３Ｂ、Ｉ−Ｖ変換器５１４Ａ，５
１４Ｂ、増幅器５１５Ａ，５１５Ｂ、Ｓ／Ｈ回路５１６
Ａ，５１６Ｂ、Ａ／Ｄ変換器５１７Ａ，５１７Ｂ、なら
びに、メモリ５１８Ａ，５１８Ｂを備えて構成される。
この構成例では、波長基準器としての吸収ガスセル５１
２Ａおよびファブリペローエタロン５１２Ｂが互いに並
列的に設けられている。

【００２５】光カプラ５１１は、光カプラ２１から光フ
ァイバ８３を経て到達した試験光を２分岐し、各々を吸
収ガスセル５１２Ａおよびファブリペローエタロン５１
２Ｂに入射させる。吸収ガスセル５１２Ａは、特定波長
の光を吸収する吸収媒質として例えばアセチレンが透明
セル内に封入されたものであり、その透過スペクトルは
吸収波長で透過率が小さくなる（図３（ａ））。ファブ
リペローエタロン５１２Ｂは、１対の半透鏡が互いに平
行に配置されたものであり、その１対の半透鏡の間の距
離と光の波長との関係に応じた透過光スペクトラム（図
３（ｂ））を有する。

【００２６】受光素子５１３Ａは、吸収ガスセル５１２
Ａを透過した試験光（参照光）を受光し、その受光量に
応じた電流信号を出力する。Ｉ−Ｖ変換器５１４Ａは、
受光素子５１３Ａから出力された電流信号を電圧信号に
変換し、増幅器５１５Ａは、その電圧信号を増幅する。
Ｓ／Ｈ回路５１６Ａは、増幅器５１５Ａにより増幅され
た電圧信号を入力し、ＣＰＵ７０からの指示により、そ
の電圧信号をサンプリングしホールドする。Ａ／Ｄ変換
器５１７Ａは、Ｓ／Ｈ回路５１６Ａによりホールドされ
た電圧信号を入力し、ＣＰＵ７０からの指示により、そ
の電圧信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換す
る。メモリ５１８Ａは、Ａ／Ｄ変換器５１７Ａから出力
されたデジタル信号を入力し、ＣＰＵ７０からの指示に
より、そのデジタル信号を記憶する。

【００２７】受光素子５１３Ｂは、ファブリペローエタ
ロン５１２Ｂを透過した試験光（参照光）を受光し、そ
の受光量に応じた電流信号を出力する。Ｉ−Ｖ変換器５
１４Ｂ、増幅器５１５Ｂ、Ｓ／Ｈ回路５１６Ｂ、Ａ／Ｄ
変換器５１７Ｂおよびメモリ５１８Ｂも同様である。

【００２８】このように構成される参照光強度検出部５
１では、波長可変光源１０から出力される試験光の波長
の変化あるいは掃引に際して、吸収ガスセル５１２Ａに
よる試験光の透過率変化がメモリ５１８Ａに記憶される
と同時に、ファブリペローエタロン５１２Ｂによる試験
光の透過率変化がメモリ５１８Ｂに記憶される。したが
って、吸収ガスセル５１２Ａ内の吸収媒質の透過スペク
トル（図３（ａ））およびファブリペローエタロン５１
２Ｂの透過スペクトル（図３（ｂ））の双方を基準とし
て試験光の波長を検出することができるので、試験光の
波長を高精度に検出することができる。

【００２９】図４は、参照光強度検出部の第２の構成例
を説明する図である。この図に示す参照光強度検出部５
２は、光サーキュレータ５２９、波長基準器としての吸
収ガスセル５２２Ａおよびファブリペローエタロン５２
２Ｂ、受光素子５２３、Ｉ−Ｖ変換器５２４、増幅器５
２５、Ｓ／Ｈ回路５２６、Ａ／Ｄ変換器５２７、ならび
に、メモリ５２８を備えて構成される。この構成例で
は、波長基準器としての吸収ガスセル５２２Ａおよびフ
ァブリペローエタロン５２２Ｂが互いに直列的に設けら
れている。

【００３０】吸収ガスセル５２２Ａは、特定波長の光を
吸収する吸収媒質として例えばアセチレンが透明セル内
に封入されたものであり、その透過スペクトルは吸収波
長で透過率が小さくなる（図３（ａ））。吸収ガスセル
５２２Ａは、光カプラ２１から光ファイバ８３を経て到
達した試験光を入力し、透過光を光サーキュレータ５２
９へ出力する。ファブリペローエタロン５２２Ｂは、１
対の半透鏡が互いに平行に配置されたものであり、その
１対の半透鏡の間の距離と光の波長との関係に応じた反
射光スペクトラム（図３（ｃ））を有する。ファブリペ
ローエタロン５２２Ｂは、光サーキュレータ５２９から
入射した光を光サーキュレータ５２９へ反射させる。光
サーキュレータ５２９は、吸収ガスセル５２２Ａから入
力した試験光をファブリペローエタロン５２２Ｂへ出力
するとともに、ファブリペローエタロン５２２Ｂから入
力した試験光を受光素子５２３へ出力する。

【００３１】受光素子５２３は、光サーキュレータ５２
９から到達した試験光（参照光）を受光し、その受光量
に応じた電流信号を出力する。Ｉ−Ｖ変換器５２４は、
受光素子５２３から出力された電流信号を電圧信号に変
換し、増幅器５２５は、その電圧信号を増幅する。Ｓ／
Ｈ回路５２６は、増幅器５２５により増幅された電圧信
号を入力し、ＣＰＵ７０からの指示により、その電圧信
号をサンプリングしホールドする。Ａ／Ｄ変換器５２７
は、Ｓ／Ｈ回路５２６によりホールドされた電圧信号を
入力し、ＣＰＵ７０からの指示により、その電圧信号
（アナログ信号）をデジタル信号に変換する。メモリ５
２８は、Ａ／Ｄ変換器５２７から出力されたデジタル信
号を入力し、ＣＰＵ７０からの指示により、そのデジタ
ル信号を記憶する。

【００３２】このように構成される参照光強度検出部５
２では、波長可変光源１０から出力される試験光の波長
の変化あるいは掃引に際して、吸収ガスセル５２２Ａに
よる試験光の透過率およびファブリペローエタロン５２
２Ｂによる試験光の反射率の双方の変化がメモリ５２８
に記憶される。したがって、吸収ガスセル５２２Ａ内の
吸収媒質の透過スペクトル（図３（ａ））およびファブ
リペローエタロン５２２Ｂの反射スペクトル（図３
（ｃ））の双方を基準として試験光の波長を検出するこ
とができるので、試験光の波長を高精度に検出すること
ができる。

【００３３】図５は、参照光強度検出部の第３の構成例
を説明する図である。この図に示す参照光強度検出部５
３は、光カプラ５３１、波長基準器としての波長選択素
子５３２、受光素子５３３、Ｉ−Ｖ変換器５３４、増幅
器５３５、Ｓ／Ｈ回路５３６、Ａ／Ｄ変換器５３７およ
びメモリ５３８を備えて構成される。この構成例では、
波長基準器としての波長選択素子５３２は、複数（図で
は３つ）の光ファイバグレーティング５３２Ａ〜５３２
Ｃが互いに直列接続されて構成される。

【００３４】光カプラ５３１は、光カプラ２１から光フ
ァイバ８３を経て到達した試験光を波長選択素子５３２
へ導くとともに、波長選択素子５３２から到達した試験
光を受光素子５３３へ導く。波長選択素子５３２を構成
する光ファイバグレーティング５３２Ａ〜５３２Ｃそれ
ぞれは、互いに異なる特定波長の光を選択的に反射させ
るものである。

【００３５】受光素子５３３は、光カプラ５３１から到
達した試験光（参照光）を受光し、その受光量に応じた
電流信号を出力する。Ｉ−Ｖ変換器５３４は、受光素子
５３３から出力された電流信号を電圧信号に変換し、増
幅器５３５は、その電圧信号を増幅する。Ｓ／Ｈ回路５
３６は、増幅器５３５により増幅された電圧信号を入力
し、ＣＰＵ７０からの指示により、その電圧信号をサン
プリングしホールドする。Ａ／Ｄ変換器５３７は、Ｓ／
Ｈ回路５３６によりホールドされた電圧信号を入力し、
ＣＰＵ７０からの指示により、その電圧信号（アナログ
信号）をデジタル信号に変換する。メモリ５３８は、Ａ
／Ｄ変換器５３７から出力されたデジタル信号を入力
し、ＣＰＵ７０からの指示により、そのデジタル信号を
記憶する。

【００３６】このように構成される参照光強度検出部５
３では、波長可変光源１０から出力される試験光の波長
の変化あるいは掃引に際して、波長選択素子５３２を構
成する光ファイバグレーティング５３２Ａ〜５３２Ｃそ
れぞれによる試験光の反射率変化がメモリ５３８に記憶
される。したがって、波長選択素子５３２を構成する光
ファイバグレーティング５３２Ａ〜５３２Ｃそれぞれの
反射スペクトルの全てを基準として試験光の波長を検出
することができるので、試験光の波長を高精度に検出す
ることができる。なお、更に多数の光ファイバグレーテ
ィングを用いることにより、試験光の波長を更に高精度
に検出することができる。また、複数の光ファイバグレ
ーティングを直列的に接続するのではなく、並列的に接
続してもよい。

【００３７】次に、透過光強度検出部３０および反射光
強度検出部４０それぞれの具体的な構成について図６〜
図８を用いて説明する。透過光強度検出部３０は、波長
フィルタ１からの透過光の強度を検出するものであり、
反射光強度検出部４０は、波長フィルタ１からの反射光
の強度を検出するものであって、両者とも広いダイナミ
ックレンジと優れたＳ／Ｎ比が要求される。両者は互い
に同様の構成が可能であるから、以下では透過光強度検
出部３０の具体的な構成について説明する。

【００３８】図６は、透過光強度検出部の第１の構成例
を説明する図である。この図に示す透過光強度検出部３
１は、受光素子３１３、Ｉ−Ｖ変換器３１４、増幅器３
１５Ａ〜３１５Ｃ、Ｓ／Ｈ回路３１６Ａ〜３１６Ｃ、Ａ
／Ｄ変換器３１７Ａ〜３１７Ｃ、および、メモリ３１８
Ａ〜３１８Ｃを備えて構成される。この構成例では、増
幅器、Ｓ／Ｈ回路、Ａ／Ｄ変換器およびメモリがこの順
に縦続接続されたものを１組として、３組がＩ−Ｖ変換
器３１４の後段に並列的に設けられている。

【００３９】受光素子３１３は、波長フィルタ１から光
ファイバ８６を経て到達した試験光を受光し、その受光
量に応じた電流信号を出力する。Ｉ−Ｖ変換器３１４
は、受光素子３１３から出力された電流信号を電圧信号
に変換する。増幅器３１５Ａ〜３１５Ｃそれぞれは、Ｉ
−Ｖ変換器３１４から出力された電圧信号を入力し、そ
の電圧信号を同時に増幅する。増幅器３１５Ａ〜３１５
Ｃそれぞれの増幅率は、互いに異なる値である。

【００４０】Ｓ／Ｈ回路３１６Ａは、増幅器３１５Ａに
より増幅された電圧信号を入力し、ＣＰＵ７０からの指
示により、その電圧信号をサンプリングしホールドす
る。Ａ／Ｄ変換器３１７Ａは、Ｓ／Ｈ回路３１６Ａによ
りホールドされた電圧信号を入力し、ＣＰＵ７０からの
指示により、その電圧信号（アナログ信号）をデジタル
信号に変換する。メモリ３１８Ａは、Ａ／Ｄ変換器３１
７Ａから出力されたデジタル信号を入力し、ＣＰＵ７０
からの指示により、そのデジタル信号を記憶する。Ｓ／
Ｈ回路３１６Ｂ、Ａ／Ｄ変換器３１７Ｂおよびメモリ３
１８Ｂも同様である。また、Ｓ／Ｈ回路３１６Ｃ、Ａ／
Ｄ変換器３１７Ｃおよびメモリ３１８Ｃも同様である。

【００４１】このように構成される透過光強度検出部３
１では、波長可変光源１０から出力される試験光の波長
の変化あるいは掃引に際して、波長フィルタ１からの透
過光の強度の変化が、互いに異なる増幅率を有する増幅
器３１５Ａ〜３１５Ｃそれぞれにより同時に増幅され、
メモリ３１８Ａ〜３１８Ｃそれぞれにより同時に記憶さ
れる。したがって、波長フィルタ１からの透過光の強度
の変化を広いダイナミックレンジで検出することができ
る。特に、透過光の強度が小さいときでも、透過光の強
度の変化を高分解能で検出することができる。

【００４２】図７は、透過光強度検出部の第２の構成例
を説明する図である。この図に示す透過光強度検出部３
２は、光カプラ３２１、受光素子３２３Ａ，３２３Ｂ、
Ｉ−Ｖ変換器３２４Ａ，３２４Ｂ、増幅器３２５Ａ，３
２５Ｂ、Ｓ／Ｈ回路３２６Ａ，３２６Ｂ、Ａ／Ｄ変換器
３２７Ａ，３２７Ｂ、および、メモリ３２８Ａ，３２８
Ｂを備えて構成される。この構成例では、受光素子、Ｉ
−Ｖ変換器、増幅器、Ｓ／Ｈ回路、Ａ／Ｄ変換器および
メモリがこの順に縦続接続されたものを１組として、２
組が光カプラ３２１の後段に並列的に設けられている。

【００４３】光カプラ３２１は、波長フィルタ１から光
ファイバ８６を経て到達した試験光を２分岐し、各々を
受光素子３２３Ａ，３２３Ｂへ出力する。受光素子３２
３Ａは、光カプラ３２１から到達した試験光を受光し、
その受光量に応じた電流信号を出力する。Ｉ−Ｖ変換器
３２４Ａは、受光素子３２３Ａから出力された電流信号
を電圧信号に変換する。増幅器３２５Ａは、Ｉ−Ｖ変換
器３２４Ａから出力された電圧信号を入力し、その電圧
信号を増幅する。Ｓ／Ｈ回路３２６Ａは、増幅器３２５
Ａにより増幅された電圧信号を入力し、ＣＰＵ７０から
の指示により、その電圧信号をサンプリングしホールド
する。Ａ／Ｄ変換器３２７Ａは、Ｓ／Ｈ回路３２６Ａに
よりホールドされた電圧信号を入力し、ＣＰＵ７０から
の指示により、その電圧信号（アナログ信号）をデジタ
ル信号に変換する。メモリ３２８Ａは、Ａ／Ｄ変換器３
２７Ａから出力されたデジタル信号を入力し、ＣＰＵ７
０からの指示により、そのデジタル信号を記憶する。受
光素子３２３Ｂ、Ｉ−Ｖ変換器３２４Ｂ、増幅器３２５
Ｂ、Ｓ／Ｈ回路３２６Ｂ、Ａ／Ｄ変換器３２７Ｂおよび
メモリ３２８Ｂも同様である。

【００４４】ここで、光カプラ３２１は、波長フィルタ
１から光ファイバ８６を経て到達した試験光を２分岐す
るのに際して、互いに異なる割合（例えば、１：１０
０）で分岐する。このように構成される透過光強度検出
部３２では、波長可変光源１０から出力される試験光の
波長の変化あるいは掃引に際して、波長フィルタ１から
の透過光の強度の変化が増幅器３２５Ａ，３２５Ｂそれ
ぞれにより同時に増幅され、メモリ３２８Ａ，３２８Ｂ
それぞれにより同時に記憶される。したがって、波長フ
ィルタ１からの透過光の強度の変化を広いダイナミック
レンジで検出することができる。特に、透過光の強度が
小さいときでも、透過光の強度の変化を高分解能で検出
することができる。

【００４５】或いは、増幅器３２５Ａおよび３２５Ｂそ
れぞれは、互いに異なる増幅率で同時に電気信号を増幅
してもよい。このように構成される透過光強度検出部３
２では、波長可変光源１０から出力される試験光の波長
の変化あるいは掃引に際して、波長フィルタ１からの透
過光の強度の変化が、互いに異なる増幅率を有する増幅
器３２５Ａおよび３２５Ｂそれぞれにより同時に増幅さ
れ、メモリ３２８Ａおよび３２８Ｂそれぞれにより同時
に記憶される。したがって、この場合も、波長フィルタ
１からの透過光の強度の変化を広いダイナミックレンジ
で検出することができる。特に、透過光の強度が小さい
ときでも、透過光の強度の変化を高分解能で検出するこ
とができる。

【００４６】図８は、透過光強度検出部の第３の構成例
を説明する図である。この図に示す透過光強度検出部３
３は、受光素子３３３、Ｉ−Ｖ変換器３３４、ノイズ遮
断フィルタ３３９、増幅器３３５、Ｓ／Ｈ回路３３６、
Ａ／Ｄ変換器３３７およびメモリ３３８を備えて構成さ
れる。

【００４７】受光素子３３３は、波長フィルタ１から光
ファイバ８６を経て到達した試験光を受光し、その受光
量に応じた電流信号を出力する。Ｉ−Ｖ変換器３３４
は、受光素子３３３から出力された電流信号を電圧信号
に変換する。ノイズ遮断フィルタ３３９は、Ｉ−Ｖ変換
器３３４から出力された電圧信号に重畳するノイズ成分
を除去するものである。このノイズ遮断フィルタ３３９
のフィルタリング特性は、波長フィルタ１から出力され
た試験光の変化速度の予測値に基づいて決定される。例
えば、可変波長光源１０から出力される試験光の波長を
１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍの範囲で掃引し、この波長
範囲で５秒間に３０００点の測定値を求めるとすれば、
ノイズ遮断フィルタ３３９は、カットオフ周波数１０ｋ
Ｈｚ程度のローパスフィルタである。

【００４８】増幅器３３５は、ノイズ遮断フィルタ３３
９から出力された電圧信号を入力し、その電圧信号を増
幅する。Ｓ／Ｈ回路３３６は、増幅器３３５により増幅
された電圧信号を入力し、ＣＰＵ７０からの指示によ
り、その電圧信号をサンプリングしホールドする。Ａ／
Ｄ変換器３３７は、Ｓ／Ｈ回路３３６によりホールドさ
れた電圧信号を入力し、ＣＰＵ７０からの指示により、
その電圧信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換す
る。メモリ３３８は、Ａ／Ｄ変換器３３７から出力され
たデジタル信号を入力し、ＣＰＵ７０からの指示によ
り、そのデジタル信号を記憶する。

【００４９】このように構成される透過光強度検出部３
３では、波長可変光源１０から出力される試験光の波長
の変化あるいは掃引に際して、ノイズ成分がノイズ遮断
フィルタ３３９により遮断されるので、波長フィルタ１
からの透過光の強度の変化を優れたＳ／Ｎ比で検出する
ことができる。

【００５０】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形
態では、波長可変光源１０から波長フィルタ１、参照光
強度検出部５０および試験光強度検出部６０それぞれへ
の試験光の伝搬、波長フィルタ１から透過光強度検出部
３０への透過光の伝搬、ならびに、波長フィルタ１から
反射光強度検出部４０への透過光の伝搬は、光ファイバ
８１〜８７を導波させるものであったが、これに限られ
るものではなく、光カプラ２１，２２に替えて半透鏡を
用いて試験光を分岐し、自由空間を伝搬させてよい。ま
た、被測定物は波長フィルタ１に限られない。被測定物
からの反射光スペクトラムおよび透過光スペクトラムの
何れか一方のみを測定する場合にも本発明は適用可能で
ある。

【００５１】

【発明の効果】以上詳細に説明したとおり本発明によれ
ば、波長可変光源から出力される試験光の波長を連続的
に変化させることができ、その一方で、参照光強度検出
部により、反射光スペクトラムまたは透過光スペクトラ
ムが既知である波長基準器により反射または透過した試
験光の強度に基づいて、試験光の波長を検出することが
できるので、短時間かつ高精度に被測定物からの反射光
スペクトラムおよび透過光スペクトラムを測定すること
ができる。

【００５２】また、特性光強度検出部により検出された
反射光または透過光の強度および試験光強度検出部によ
り検出された試験光の強度に基づいて被測定物の反射率
または透過率を検出することにより、試験光の強度が波
長により異なる場合であっても、被測定物からの反射光
スペクトラムまたは透過光スペクトラムを精度よく求め
ることができる。

【００５３】参照光強度検出部における波長基準器とし
ては、特定波長の光を吸収する吸収媒質、ファブリペロ
ーエタロン、および、特定波長の光を選択的に反射また
は透過させる波長選択素子の何れかが好適に用いられ
る。特に、これらのうち何れか２種以上のものが互いに
直列的または並列的に設けられたものを波長基準器とす
る場合には、試験光の波長は更に高精度に検出される。

【００５４】また、本発明における特性光強度検出部
が、光検出器から出力された電気信号を各々入力して互
いに異なる増幅率で同時に増幅する複数の増幅器を備え
る場合、被測定物からの反射光または透過光を互いに異
なる割合で分岐する第２の光分岐部を備える場合、およ
び、被測定物からの反射光または透過光を第３の光分岐
部により分岐して各々の光を互いに異なる検出感度で同
時に検出する複数の光検出器を備える場合、これら何れ
の場合にも、被測定物からの反射光スペクトラムまたは
透過光スペクトラムは広いダイナミックレンジで検出さ
れる。

【００５５】また、本発明における特性光強度検出部
が、光検出器から出力された電気信号に重畳するノイズ
成分を遮断するノイズ遮断フィルタを備える場合には、
被測定物からの反射光スペクトラムまたは透過光スペク
トラムは優れたＳ／Ｎ比で検出される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る光スペクトラム測定装置の構
成図である。

【図２】参照光強度検出部の第１の構成例を説明する図
である。

【図３】波長基準器の透過スペクトルおよび反射スペク
トルを示す図である。

【図４】参照光強度検出部の第２の構成例を説明する図
である。

【図５】参照光強度検出部の第３の構成例を説明する図
である。

【図６】透過光強度検出部の第１の構成例を説明する図
である。

【図７】透過光強度検出部の第２の構成例を説明する図
である。

【図８】透過光強度検出部の第３の構成例を説明する図
である。

【符号の説明】

１…波長フィルタ、１０…波長可変光源、２０…光分岐
部、２１，２２…光カプラ、３０〜３３…透過光強度検
出部、４０…反射光強度検出部、５０〜５３…参照光強
度検出部、５０２…波長基準器、６０…試験光強度検出
部、７０…ＣＰＵ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物からの反射光スペクトラムまた
   は透過光スペクトラムを測定する光スペクトラム測定装
   置であって、 試験光を出力するとともに、その試験光の波長が可変で
   ある波長可変光源と、 前記波長可変光源から出力された試験光を第１の光およ
   び第２の光に分岐する光分岐部と、 前記第１の光を前記被測定物に入射させる試験光入射手
   段と、 前記被測定物からの前記第１の光の反射光または透過光
   の強度を検出する特性光強度検出部と、 反射光スペクトラムまたは透過光スペクトラムが既知で
   ある波長基準器を有し、この波長基準器により反射また
   は透過した前記第２の光を参照光として、この参照光の
   強度を検出する参照光強度検出部と、 前記波長可変光源から出力される試験光の波長を変化さ
   せるとともに、前記参照光強度検出部により検出された
   前記参照光の強度に基づいて前記試験光の波長を検出
   し、前記特性光強度検出部により検出された反射光また
   は透過光の強度に基づいて、前記被測定物からの反射光
   スペクトラムまたは透過光スペクトラムを求める制御部
   と、 を備えることを特徴とする光スペクトラム測定装置。
2. 【請求項２】 前記光分岐部が、前記波長可変光源から
   出力された試験光を前記第１および前記第２の光の他に
   第３の光にも分岐し、 前記第３の光を入力して前記試験光の強度を検出する試
   験光強度検出部を更に備え、 前記制御部が、前記特性光強度検出部により検出された
   反射光または透過光の強度および前記試験光強度検出部
   により検出された前記試験光の強度に基づいて前記被測
   定物の反射率または透過率を検出して、前記被測定物か
   らの反射光スペクトラムまたは透過光スペクトラムを求
   める、 ことを特徴とする請求項１記載の光スペクトラム測定装
   置。
3. 【請求項３】 前記参照光強度検出部は、特定波長の光
   を吸収する吸収媒質を前記波長基準器として有し、前記
   吸収媒質からの前記第２の光の反射光または透過光を前
   記参照光として、この参照光の強度を検出することを特
   徴とする請求項１記載の光スペクトラム測定装置。
4. 【請求項４】 前記参照光強度検出部は、ファブリペロ
   ーエタロンを前記波長基準器として有し、前記ファブリ
   ペローエタロンからの前記第２の光の反射光または透過
   光を前記参照光として、この参照光の強度を検出するこ
   とを特徴とする請求項１記載の光スペクトラム測定装
   置。
5. 【請求項５】 前記参照光強度検出部は、特定波長の光
   を選択的に反射または透過させる波長選択素子を前記波
   長基準器として有し、前記波長選択素子からの前記第２
   の光の反射光または透過光を前記参照光として、この参
   照光の強度を検出することを特徴とする請求項１記載の
   光スペクトラム測定装置。
6. 【請求項６】 前記参照光強度検出部は、特定波長の光
   を吸収する吸収媒質、ファブリペローエタロン、およ
   び、特定波長の光を選択的に反射または透過させる波長
   選択素子のうち何れか２種以上のものが互いに直列的ま
   たは並列的に設けられたものを前記波長基準器として有
   することを特徴とする請求項１記載の光スペクトラム測
   定装置。
7. 【請求項７】 前記特性光強度検出部は、 前記被測定物からの前記第１の光の反射光または透過光
   の強度を検出して、その強度に応じた電気信号を出力す
   る光検出器と、 前記電気信号を各々入力して互いに異なる増幅率で同時
   に増幅する複数の増幅器と、 を備えることを特徴とする請求項１記載の光スペクトラ
   ム測定装置。
8. 【請求項８】 前記特性光強度検出部は、 前記被測定物からの前記第１の光の反射光または透過光
   を互いに異なる割合で分岐する第２の光分岐部と、 前記第２の光分岐部により分岐された各々の光を入力し
   て同時に検出する複数の光検出器と、 を備えることを特徴とする請求項１記載の光スペクトラ
   ム測定装置。
9. 【請求項９】 前記特性光強度検出部は、 前記被測定物からの前記第１の光の反射光または透過光
   を分岐する第３の光分岐部と、 前記第３の光分岐部により分岐された各々の光を入力し
   て互いに異なる検出感度で同時に検出する複数の光検出
   器と、 を備えることを特徴とする請求項１記載の光スペクトラ
   ム測定装置。
10. 【請求項１０】 前記特性光強度検出部は、 前記被測定物からの前記第１の光の反射光または透過光
    の強度を検出して、その強度に応じた電気信号を出力す
    る光検出器と、 前記電気信号に重畳するノイズ成分を遮断するノイズ遮
    断フィルタと、 を備えることを特徴とする請求項１記載の光スペクトラ
    ム測定装置。