JP2002195884A - 光検出装置、暗出力補正方法および光スペクトラムアナライザ - Google Patents

光検出装置、暗出力補正方法および光スペクトラムアナライザ

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JP2002195884A
JP2002195884A JP2000391708A JP2000391708A JP2002195884A JP 2002195884 A JP2002195884 A JP 2002195884A JP 2000391708 A JP2000391708 A JP 2000391708A JP 2000391708 A JP2000391708 A JP 2000391708A JP 2002195884 A JP2002195884 A JP 2002195884A
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Takashi Kawamura
貴史 川村
Ryuichiro Shimizu
龍一郎 清水
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Ando Electric Co Ltd
AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
Ando Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定時間の増大をもたらすことなくオフセッ
ト変動をキャンセルすることが可能な光検出装置を提供
する。 【解決手段】 光検出装置に、被測定光を受光可能な第
1の受光セルと、前記被測定光を含む全ての光を遮光し
た第2の受光セルとをもつ受光手段35と、この受光手
段35がもつ第1の受光セルからの出力を、第2の受光
セルからの出力を用いて補正する補正手段42とを備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトダイオード
アレイ等の受光手段を備えた光検出装置、この光検出装
置が備えた受光手段の暗出力を補正する暗出力補正方
法、前記光検出装置を備えた光スペクトラムアナライザ
に関する。
【0002】
【従来の技術】フォトダイオードアレイは、受光した光
電力(光パワー)に比例した出力が得られる受光セルを
複数個備えており、光電力検出器として用いられてい
る。このフォトダイオードアレイを用いて光電力を測定
する際には、フォトダイオードアレイの各受光セルの出
力を光電力に換算するが、各受光セルは、それぞれ異な
る暗出力をもっており、各受光セルの出力から、それぞ
れ異なる暗出力を差し引く必要がある。
【0003】図5は、従来の光電力測定方法の一例を示
すフローチャートである。まず、外部遮光手段によって
フォトダイオードアレイの全ての受光セルを遮光した上
で、各受光セルの出力Xnを測定し、測定した出力Xn
をn番目の受光セルの暗出力として記憶しておく(ステ
ップA1)。
【0004】光電力を測定するとき(ステップA2)に
は、前記外部遮光手段を取り除き、n番目の受光セルの
出力Qnを測定し、出力QnからステップA1で記憶し
ておいた暗出力Xnを差し引き、差し引いた結果を記憶
する(ステップA3、A4)。すべての受光セルについ
てステップA3、A4が完了したら(ステップA5)、
各受光セルについて受光電力Pnを演算する(ステップ
A6)。n番目の受光セルの受光電力Pnは、演算に用
いる関数をf(x)とすると、 Pn=f(Qn−Xn) …(1) で求められる。受光電力値の平均化処理を行うため、ス
テップA3〜A7を繰り返し、平均化が終了したら(ス
テップA7)、測定を終了する(ステップA8)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】フォトダイオードアレ
イの暗出力は、測定毎に変動する。特に、図6の符号C
に示す、全ての受光セルに対して同レベルかつ同方向
(増加または減少)に生じるオフセット変動によって、
記憶しておいた暗出力Xnと実際の暗出力との間に差が
生じ、この差が測定値の雑音成分となり、測定値の再現
性が悪化し、また検出可能な最低光電力が上昇し、測定
装置のダイナミックレンジが狭くなる。
【0006】従来は、この問題に対して、測定値の平均
化処理を行うことによって対処していたが、この平均化
処理には、大幅な測定時間の増大をもたらすという別の
問題がある。例えば、10回の測定を行い、平均化処理
を行うと、雑音成分を約1/3(1/√10)まで低減
させることができるが、測定を10回繰り返さなければ
ならないので、測定時間が10倍になり、測定間隔もま
た10倍になってしまう。このように、平均化処理は大
幅な測定時間の増大をもたらすので、例えば測定時間が
限られているような場合には、演算の速度を向上させざ
るを得なかった。
【0007】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、測定時間の増大をもたらして測定間隔を
伸ばしてしまうことなく、上記オフセット変動をキャン
セルし、より低い値の光電力の検出を可能とし、光電力
値の再現性および電気的ダイナミックレンジを向上させ
た光検出装置、この光検出装置が備えた受光手段すなわ
ちフォトダイオードアレイの暗出力を補正する暗出力補
正方法、前記光検出装置を備えた光スペクトラムアナラ
イザを提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、被測定光を受光可能な第1の受光セルと、前記被測
定光を含む全ての光を遮光した第2の受光セルとをもつ
受光手段と、この受光手段がもつ第1の受光セルからの
出力を、第2の受光セルからの出力を用いて補正する補
正手段とを備えたことを特徴とする光検出装置である。
【0009】請求項2に記載の発明は、被測定光を受光
可能な第1の受光セルと、前記被測定光を含む全ての光
を遮光した第2の受光セルとをもつ受光手段を用い、前
記第1の受光セルで被測定光を受光し、この第1の受光
セルからの出力を、前記第2の受光セルからの出力を用
いて補正することを特徴とする暗出力補正方法である。
【0010】請求項3に記載の発明は、被測定光を波長
毎に分光する分光手段と、この分光手段で分光された被
測定光を波長毎に受光可能な第1の受光セルと、前記被
測定光を含む全ての光を遮光した第2の受光セルとをも
つ受光手段と、この受光手段がもつ第1の受光セルから
の出力を、第2の受光セルからの出力を用いて補正する
補正手段とを備えたことを特徴とする光スペクトラムア
ナライザである。
【0011】上記構成によれば、受光手段(フォトダイ
オードアレイ)の特定の受光セルを常に遮光しておき、
暗出力検出セルとし、測定時には、この暗出力検出セル
によって毎回暗出力を検出するので、測定値の平均化処
理を行わなくても雑音成分を除去することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図1に示すブロック図を参
照し、本発明の一実施形態である光スペクトラムアナラ
イザの構成を説明する。図中の符号30は、被測定光を
波長毎に分光し、分光した波長毎の光の光量に応じた信
号を出力する分光器である。符号40は、前記分光器3
0が出力する信号に基づいて被測定光のスペクトラムを
算出する測定装置である。
【0013】分光器30は、被測定光を入射する入射口
31をもち、また、コリメートレンズ32、回折格子3
3、フォーカシングレンズ34、フォトダイオードアレ
イ35、制御装置36を内蔵している。入射口31から
分光器30内に被測定光を入射させると、被測定光は、
コリメートレンズ32で平行光にされ、回折格子33に
入射し、波長によって異なる方向に分光される。分光さ
れた光は、フォーカシングレンズ34により、フォトダ
イオードアレイ35上に集光される。フォトダイオード
アレイ35上には、複数の受光セルが設けられていて、
このうち特定の受光セルが常に遮光されている。遮光さ
れた受光セルは、暗出力検出セルとして用いられる。制
御装置36は、測定装置40からの測定開始信号を受
け、フォトダイオードアレイ35の各受光セルの出力を
一定時間毎に測定装置40へ出力する。
【0014】測定装置40は、A/D変換装置41、演
算装置42、演算手段43を内蔵している。前記制御装
置36が出力する、フォトダイオードアレイ35の各受
光セルの出力は、測定装置40に入力され、この測定装
置40内のA/D変換装置41でA/D変換され、演算
装置42、演算手段43で所定の演算が施され、被測定
光の波長毎のレベルすなわちスペクトラムが算出され
る。
【0015】次に、図2を参照し、本発明の原理を説明
する。図中の受光セル番号0に対応する受光セルは、暗
出力検出セル、すなわち遮光された受光セルであるもの
とする。まず、被測定光の測定の前に、全受光セルを外
部遮光手段を用いて遮光し、全受光セルの暗出力を測定
する。そして、受光セル番号0の暗出力検出セルと、そ
れ以外の各受光セル(受光セル番号1、2、…、n、…
の受光セル)との暗出力の差ΔX1、ΔX2、…、ΔX
n、…を算出し、記憶しておく。
【0016】被測定光の測定時には、受光セル番号0の
暗出力検出セルの、測定時における暗出力Xと、あらか
じめ記憶しておいたΔX1、ΔX2、…、ΔXn、…と
の和を、各受光セルの暗出力として、各受光セルの測定
値Q1、Q2、…、Qn、…より差し引き、さらに差し
引いた結果に所定の演算を施すことによって各受光セル
が受光した光の光電力P1、P2、…、Pn、…を求め
る。光電力を求める演算に用いる関数をf(x)とする
と、 Pn=f{Qn−(X+ΔXn)} …(2) となる。
【0017】このようにすれば、全受光セルが同レベル
かつ同方向に変動するオフセット変動が、受光セル番号
0の暗出力検出セルで、被測定光の測定時に毎回検出さ
れる。すなわち、暗出力検出セルの出力Xには、被測定
光の測定時におけるオフセット変動が含まれているの
で、暗出力検出セルの出力Xを用いて、全ての受光セル
からオフセット変動をキャンセルすることができる。
【0018】次に、図3に示すフローチャートを参照
し、本実施形態の動作を説明する。なお、以下の文中に
おけるB1等の符号は、フローチャート中のステップを
表す。まず、被測定光を測定する前に、入射口31を外
部遮光手段で遮光し、フォトダイオードアレイ35の、
暗出力検出セルを含む全受光セルの出力を測定し、暗出
力検出セルの出力と、それ以外の各受光セルの出力との
差を演算装置42によって演算させ、演算結果を演算装
置42に記憶させる(ステップB1)。
【0019】被測定光の測定を開始すると、まず、測定
装置40から分光器30へ測定開始信号が送出される
(ステップB2)。分光器30内の制御装置36は、こ
の測定開始信号を受け、図4に示すタイミングチャート
に従って、一定間隔Tで、フォトダイオードアレイ35
の各受光セルからの出力を測定装置40へ出力する。こ
のとき、最初の出力を、遮光された暗出力検出セルから
の出力Xとし、2番目以降の出力を、それ以外の各受光
セルからの出力Q1、Q2、…、Qn、…とする。
【0020】測定装置40内の演算装置42は、まず、
暗出力検出セルからの出力Xを取得し、記憶する(ステ
ップB3)。次に、それ以外の受光セルからの出力Qn
(ただしn=1、2、…)を取得し、暗出力(X+ΔX
n)を差し引いて記憶する(ステップB4、B5)。す
なわち、まず、出力Q1を取得し、暗出力(X+ΔX
1)を差し引いて記憶し、以降、同様の演算を出力Q
2、Q3、…に対して繰り返し行う。すなわち、 Rn=Qn−(X+ΔXn) …(3) を各受光セル(受光セル番号が、1、2、…、n、…の
受光セル)について演算し、Rnを記憶する。全ての受
光セルの出力について演算が終了したら(ステップB
6)、(2)式の演算によって各受光セルの受光電力P
nを求め(ステップB7)、測定を終了する(ステップ
B8)。ここで、あらかじめ各受光セルの受光セル番号
と分光された光の波長とを関係付けておけば、各受光セ
ルの受光電力Pnから、分光器30において分光された
光のスペクトラムを得ることができる。
【0021】なお、上記実施形態では、測定時間を短縮
するために、各受光セルの出力間隔T内にステップB
4、B5の処理を行っているが、出力間隔T内に前記の
処理を行うことができない場合には、出力間隔T内にス
テップB5の処理を行わず、出力Qn(ただしn=1、
2、…)を記憶しておき、全受光セルの出力の取得が終
わってからステップB5の処理を行っても良い。
【0022】逆に、出力間隔T内にステップB4、B5
の処理以上のことを行うことが可能であれば、この出力
間隔T内に、出力QnからRnを演算し、さらに受光電
力Pnを演算してしまえば、全受光セルの出力の取得が
終わってからの処理時間を短縮することができ、測定時
間をさらに短縮することができる。
【0023】また、従来は、温度変化によって個々の受
光セルの暗出力が変動する場合には、光スペクトラムア
ナライザに温度センサおよび温度制御装置を設け、フォ
トダイオードアレイ35の温度を検出および制御する必
要があった。この問題に対処するためには、一定時間毎
に、あるいは温度センサを用い一定値以上の温度変化が
あった場合に、外部遮光手段を用いて全受光セルを遮光
し、暗出力検出セルと、それ以外の各受光セルとの出力
の差ΔXnを記憶し直すとよい。このようにすれば、温
度変化に対する暗出力の変化による影響を除去すること
ができる。
【0024】ただし、温度変化による個々の受光セルの
暗出力変動が無視できる場合には、光スペクトラムアナ
ライザの製造時にΔXnを記憶しておけばよいので、外
部遮光手段を光スペクトラムアナライザに付帯させる必
要はなくなる。外部遮光手段を光スペクトラムアナライ
ザに付帯させる必要がなければ、可動部品をなくすこと
ができ、光スペクトラムアナライザの信頼性を向上させ
ることができる。
【0025】また、上記実施形態では、被測定光のコリ
メート及びフォーカシングにレンズを用いているが、レ
ンズの代わりに球面鏡または放物面鏡を用いても良い。
さらに、コリメートおよびフォーカシングを一つのレン
ズあるいは球面鏡あるいは放物面鏡で行う構成とするこ
とも可能である。さらに、入射口31は、光ファイバの
出射端による構成、あるいは光ファイバの出射端とスリ
ットによる構成のどちらでもよい。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フォトダイオードアレイの特定の受光セルを暗出力検出
セルとして常に遮光し、測定毎に暗出力を検出すること
により、平均化処理によらず雑音成分を除去することが
でき、光スペクトラムアナライザのレベル再現性または
電気的ダイナミックレンジを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態である光スペクトラムア
ナライザの構成を説明するためのブロック図。
【図2】 本発明の原理を説明するための図。
【図3】 本発明の一実施形態の動作を説明するための
フローチャート。
【図4】 本発明の一実施形態の動作を説明するための
タイミングチャート。
【図5】 従来の光電力測定方法の一例を示すフローチ
ャート。
【図6】 フォトダイオードアレイの暗出力におけるオ
フセット変動を説明するための図。
【符号の説明】
30 分光器 31 入射口 32 コリメートレンズ 33 回折格子 34 フォーカシングレンズ 35 フォトダイオードアレイ(受光手段) 36 制御装置 40 測定装置 41 A/D変換装置 42 演算装置(補正手段) 43 演算手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 龍一郎 東京都千代田区有楽町一丁目12番1号 旭 硝子株式会社内 Fターム(参考) 2G020 CB04 CC02 CC04 CC63 CD06 CD24 CD37 CD38 2G065 BA09 BA33 BB28 BC10 BC13 BC14 BC16 BC19 BC28 BC33 DA01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定光を受光可能な第1の受光セル
    と、前記被測定光を含む全ての光を遮光した第2の受光
    セルとをもつ受光手段と、 この受光手段がもつ第1の受光セルからの出力を、第2
    の受光セルからの出力を用いて補正する補正手段とを備
    えたことを特徴とする光検出装置。
  2. 【請求項2】 被測定光を受光可能な第1の受光セル
    と、前記被測定光を含む全ての光を遮光した第2の受光
    セルとをもつ受光手段を用い、 前記第1の受光セルで被測定光を受光し、 この第1の受光セルからの出力を、前記第2の受光セル
    からの出力を用いて補正することを特徴とする暗出力補
    正方法。
  3. 【請求項3】 被測定光を波長毎に分光する分光手段
    と、 この分光手段で分光された被測定光を波長毎に受光可能
    な第1の受光セルと、前記被測定光を含む全ての光を遮
    光した第2の受光セルとをもつ受光手段と、 この受光手段がもつ第1の受光セルからの出力を、第2
    の受光セルからの出力を用いて補正する補正手段とを備
    えたことを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
JP2000391708A 2000-12-22 2000-12-22 光検出装置、暗出力補正方法および光スペクトラムアナライザ Withdrawn JP2002195884A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100042227A (ko) * 2008-10-15 2010-04-23 오츠카 일렉트로닉스 가부시키가이샤 스펙트럼 측정에 적합한 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법

Cited By (4)

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