JP2012088098A - 光モジュール、及び光分析装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】環境温度の変化によっても分光測定の精度を向上できる光モジュール、及び光分析装置を提供すること。
【解決手段】入射光から特定の波長の光を透過させるエタロンと、入射光の入射方向におけるエタロンの前段側に配設される光学チョッパー6と、エタロンを透過した光の光量の変化量を検出する焦電センサーとを備える。光学チョッパー6は、入射光の入射方向に対して直交する直交平面内で回転軸61を中心に回転可能な複数の遮光板62を等間隔に備える。そして、複数の遮光板62は、エタロンに対向する面が直交平面に対して傾斜する傾斜部6221を有し、傾斜部6221は、遮光板62が回転する回転方向とは反対方向に向かうにしたがって、エタロンに近づくように傾斜している。
【選択図】図2
【解決手段】入射光から特定の波長の光を透過させるエタロンと、入射光の入射方向におけるエタロンの前段側に配設される光学チョッパー6と、エタロンを透過した光の光量の変化量を検出する焦電センサーとを備える。光学チョッパー6は、入射光の入射方向に対して直交する直交平面内で回転軸61を中心に回転可能な複数の遮光板62を等間隔に備える。そして、複数の遮光板62は、エタロンに対向する面が直交平面に対して傾斜する傾斜部6221を有し、傾斜部6221は、遮光板62が回転する回転方向とは反対方向に向かうにしたがって、エタロンに近づくように傾斜している。
【選択図】図2
Description
本発明は、入射光から所望の目的波長の光を出射する干渉フィルターを備えた光モジュール、及びこの光モジュールを備えた光分析装置に関する。
従来、ファブリペローエタロン(干渉フィルター)、及び焦電型赤外線センサーを備えたガス検出器が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このようなガス検出器は、光源からパルス状の検出用赤外光をガス検出用セルに射出すると、ガス検出用セル内のガスが所定波長の光を吸収する。そして、ガス検出器は、ファブリペローエタロンにより予め設定された波長域の赤外光を透過させ、透過した赤外光の光量を焦電型赤外線センサーに検出させることで、ガスを検出する。
また、干渉フィルターは、一般的に、一対の基板の互いに対向する面にミラーが対向配置された構成である。そして、干渉フィルターは、ミラー間のギャップの寸法に応じて、干渉フィルターに入射した入射光のうち、特定の波長のみを透過するものである。
このようなガス検出器は、光源からパルス状の検出用赤外光をガス検出用セルに射出すると、ガス検出用セル内のガスが所定波長の光を吸収する。そして、ガス検出器は、ファブリペローエタロンにより予め設定された波長域の赤外光を透過させ、透過した赤外光の光量を焦電型赤外線センサーに検出させることで、ガスを検出する。
また、干渉フィルターは、一般的に、一対の基板の互いに対向する面にミラーが対向配置された構成である。そして、干渉フィルターは、ミラー間のギャップの寸法に応じて、干渉フィルターに入射した入射光のうち、特定の波長のみを透過するものである。
しかしながら、特許文献1のガス検出器では、赤外光が干渉フィルターに入射するため、干渉フィルターの温度が上昇し易い。このように環境温度が変化すると、ミラーの膜応力等が変化して、ミラー間のギャップの寸法が所望のギャップ寸法に対して変動するおそれがある。このため、所望のギャップ寸法に設定した場合でも環境温度の変化により、ギャップ寸法が変動して、干渉フィルターを透過する光の波長が所望の波長とは異なるものとなる。従って、特定波長の光の光量を正確に測定できず、正確な分光特性が測定できないという問題がある。
本発明の目的は、環境温度の変化によっても分光測定の精度を向上できる光モジュール、及び光分析装置を提供することにある。
本発明の光モジュールは、入射光から特定の波長の光を透過させる干渉フィルターと、前記入射光の入射方向における前記干渉フィルターの前段側に配設される光学チョッパーと、前記干渉フィルターを透過した光の光量の変化量を検出する光検出器とを備え、前記光学チョッパーは、前記入射光の入射方向に対して直交する直交平面内で回転軸を中心に回転可能な複数の遮光板を等間隔に備え、前記複数の遮光板は、前記干渉フィルターに対向する面が前記直交平面に対して傾斜する傾斜部を有し、前記傾斜部は、前記遮光板が回転する回転方向とは反対方向に向かうにしたがって、前記干渉フィルターに近づくように傾斜していることを特徴とする。
本発明によれば、干渉フィルターの前段側に光学チョッパーが配設されており、この光学チョッパーに設けられた複数の遮光板の干渉フィルターに対向する面には、遮光板の回転方向とは反対方向に向かうにしたがって干渉フィルターに近づくように傾斜している傾斜部が形成されている。これによれば、遮光板が回転すると、遮光板が入射光を断続的に遮光するとともに、傾斜部により発生する風を干渉フィルターにおける光の入射側の面に対して当てることができる。
従って、遮光板の回転時に傾斜部により発生した風が干渉フィルターに当たるので、干渉フィルターの入射光による温度上昇を抑制でき、環境温度の変化により、所望のギャップ寸法に対する変化を抑制できる。以上より、特定波長の光の受光量を正確に測定でき、正確な分光特性を測定できる。
従って、遮光板の回転時に傾斜部により発生した風が干渉フィルターに当たるので、干渉フィルターの入射光による温度上昇を抑制でき、環境温度の変化により、所望のギャップ寸法に対する変化を抑制できる。以上より、特定波長の光の受光量を正確に測定でき、正確な分光特性を測定できる。
本発明の光モジュールでは、前記光検出器は、赤外光を検出する焦電センサーであることが好ましい。
本発明によれば、光検出器に焦電センサーを用いたので、光学チョッパーにより入射光を断続的に遮光すれば、光の変化量を検出できる。
ところで、焦電センサーは、赤外光を検出するため、赤外光が入射する干渉フィルターの温度上昇が大きくなり易い。そこで、前述のように、光学チョッパーの遮光板に形成された傾斜部により干渉フィルターに風を当てて温度上昇を抑制できる。
また、赤外光を検出する光検出器としては、例えば、量子型の赤外線検出素子等があるが、この量子型の赤外線検出素子を用いると、コストが高くなるが、本発明では、熱型の赤外線検出素子である焦電センサーを用いたので、光モジュール自体を低コストで実現できる。
ところで、焦電センサーは、赤外光を検出するため、赤外光が入射する干渉フィルターの温度上昇が大きくなり易い。そこで、前述のように、光学チョッパーの遮光板に形成された傾斜部により干渉フィルターに風を当てて温度上昇を抑制できる。
また、赤外光を検出する光検出器としては、例えば、量子型の赤外線検出素子等があるが、この量子型の赤外線検出素子を用いると、コストが高くなるが、本発明では、熱型の赤外線検出素子である焦電センサーを用いたので、光モジュール自体を低コストで実現できる。
本発明の光モジュールでは、前記遮光板における前記入射光の入射側の面のうち、少なくとも外縁端部は、前記直交平面と平行となるように形成されていることが好ましい。
ここで、遮光板の外縁端部が直交平面と平行になっていない場合には、遮光板の回転時に外縁端部で遮光した光の回折が発生してしまうため、外縁端部で光量が変化し、透過した光の光量の変化量を検出する光検出器の検出精度が低下するおそれがある。
本発明によれば、遮光板の入射側の面の外縁端部は、直交平面と平行となっているため、外縁端部での光量の変化を抑えて、光検出器での検出精度の低下を抑制できる。
本発明によれば、遮光板の入射側の面の外縁端部は、直交平面と平行となっているため、外縁端部での光量の変化を抑えて、光検出器での検出精度の低下を抑制できる。
本発明の光モジュールでは、前記遮光板には、前記外縁端部に直交する外周面が形成されていることが好ましい。
ここで、遮光板の外周面が直交平面に直交していない場合では、遮光板の回転時に入射光の遮光を行う際、前述のように遮光板の外周面で光量が変化し、光検出器の検出精度が低下するおそれがある。
本発明によれば、遮光板の外周面は、外縁端部に直交するように形成されているので、外周面での光量の変化を抑えて、光検出器での検出精度の低下を抑制できる。
本発明によれば、遮光板の外周面は、外縁端部に直交するように形成されているので、外周面での光量の変化を抑えて、光検出器での検出精度の低下を抑制できる。
本発明の光モジュールでは、前記干渉フィルターは、第1基板と、前記第1基板と対向する第2基板と、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1反射膜と、前記第2基板の前記第1基板に対向する面に設けられ、前記第1反射膜とギャップを介して対向する第2反射膜と、前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、前記第2基板の前記第1基板に対向する面に設けられ、前記第1電極とギャップを介して対向する第2電極とを備えることが好ましい。
本発明によれば、干渉フィルターは、各電極に電圧を印加することで、静電引力により第1基板及び第2基板の少なくともいずれか一方を撓ませ、第1反射膜及び第2反射膜の間のギャップ寸法を変化させることができるいわゆる波長可変型の干渉フィルターある。これにより、第1電極及び第2電極に印加する電圧を制御することで、所望の波長の光を干渉フィルターで取り出すことができる。すなわち、この干渉フィルターによれば、透過させる波長を順次設定できる。従って、複数の干渉フィルターを用いる必要がなくなるため、光モジュール自体を小型化することができる。
本発明の光分析装置は、前述の光モジュールと、前記光検出器により検出された光に基づいて、前記光の光特性を分析する分析処理部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、光モジュールにて検出される正確な受光量に基づいて分析処理を実施することができる。したがって、干渉フィルターに入射した光の正確な分析処理を実施することができる。
[第1実施形態]
以下、本発明に係る第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔1.ガス分析装置の概略構成〕
図1は、第1実施形態のガス分析装置1(光分析装置)の概略構成を示す模式図である。
ガス分析装置1は、図1に示すように、光源2と、ガス封入器3と、ガスセンサー4(光モジュール)と、制御装置5とを備える。このようなガス分析装置1は、ガスの定量分析を行う装置である。具体的に、ガス分析装置1は、光源2からガス封入器3内のガスに白色光を射出すると、ガスがある特定の波長の光(特に、赤外光の波長領域内の光)のみを吸収する。そして、ガス分析装置1は、ガスを透過した検査対象光をガスセンサー4に入射させる。ガスセンサー4は、検査対象光を分光して、分光した各波長の光の光量をそれぞれ測定する。そして、制御装置5は、得られた分光特性に基づいて、ガスがどの波長領域内の光を吸収したかを分析することで、ガスの定量分析を行う。
以下、本発明に係る第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔1.ガス分析装置の概略構成〕
図1は、第1実施形態のガス分析装置1(光分析装置)の概略構成を示す模式図である。
ガス分析装置1は、図1に示すように、光源2と、ガス封入器3と、ガスセンサー4(光モジュール)と、制御装置5とを備える。このようなガス分析装置1は、ガスの定量分析を行う装置である。具体的に、ガス分析装置1は、光源2からガス封入器3内のガスに白色光を射出すると、ガスがある特定の波長の光(特に、赤外光の波長領域内の光)のみを吸収する。そして、ガス分析装置1は、ガスを透過した検査対象光をガスセンサー4に入射させる。ガスセンサー4は、検査対象光を分光して、分光した各波長の光の光量をそれぞれ測定する。そして、制御装置5は、得られた分光特性に基づいて、ガスがどの波長領域内の光を吸収したかを分析することで、ガスの定量分析を行う。
〔2.光源の構成〕
光源2は、図1に示すように、ガス封入器3内のガスに対して光を射出する装置である。この光源2としては、例えば白熱電球やLEDなど、測定ガスの吸収ピーク波長を含む(赤外)光を射出可能な構成であれば、いかなる装置を用いてもよく、本実施形態ではIR光源を用いている。
光源2は、図1に示すように、ガス封入器3内のガスに対して光を射出する装置である。この光源2としては、例えば白熱電球やLEDなど、測定ガスの吸収ピーク波長を含む(赤外)光を射出可能な構成であれば、いかなる装置を用いてもよく、本実施形態ではIR光源を用いている。
〔3.ガス封入器の構成〕
ガス封入器3は、被検査対象であるガスが封入される容器であり、直方体状または円筒状に形成される。また、このガス封入器3は、光源2から入射される入射光を透過させるために、シリコン、ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス等の材料で構成される。そして、ガス封入器3内に封入されたガスは、ガス封入器3内に入射された光の波長のうち、特定の波長を吸収する。
ガス封入器3は、被検査対象であるガスが封入される容器であり、直方体状または円筒状に形成される。また、このガス封入器3は、光源2から入射される入射光を透過させるために、シリコン、ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス等の材料で構成される。そして、ガス封入器3内に封入されたガスは、ガス封入器3内に入射された光の波長のうち、特定の波長を吸収する。
〔4.ガスセンサーの構成〕
ガスセンサー4は、図1に示すように、ガス封入器3を透過した光の入射方向(図1中の一点鎖線矢印)における前段側から順に光学チョッパー6、エタロン7(干渉フィルター)、及びエタロン7を透過した光を受光する焦電センサー8(光検出器)を配置されて構成される他、エタロン7に接続される駆動回路9を備える。そして、このガスセンサー4は、光学チョッパー6によりエタロン7に断続的に入射した検査対象光のうち、所定波長の光のみを分光し、分光した光を焦電センサー8にて受光する。
ガスセンサー4は、図1に示すように、ガス封入器3を透過した光の入射方向(図1中の一点鎖線矢印)における前段側から順に光学チョッパー6、エタロン7(干渉フィルター)、及びエタロン7を透過した光を受光する焦電センサー8(光検出器)を配置されて構成される他、エタロン7に接続される駆動回路9を備える。そして、このガスセンサー4は、光学チョッパー6によりエタロン7に断続的に入射した検査対象光のうち、所定波長の光のみを分光し、分光した光を焦電センサー8にて受光する。
〔4−1.光学チョッパーの構成〕
図2は、本実施形態における光学チョッパー6の平面図及び遮光板62の側面図である。なお、図2の光学チョッパー6の側面視において、遮光板62の上側から下側に向けて入射光(図2中の一点鎖線矢印)が入射する。この入射光の入射方向は、以下で説明する図でも同様である。
光学チョッパー6は、図2に示すように、回転軸61と、回転軸61を中心として放射状に配置された扇形状の複数の遮光板62とを備える。この光学チョッパー6は、入射光を断続的に遮断し、かつ、光学チョッパー6の後段側に配置されたエタロン7に対して風を送るものである。
図2は、本実施形態における光学チョッパー6の平面図及び遮光板62の側面図である。なお、図2の光学チョッパー6の側面視において、遮光板62の上側から下側に向けて入射光(図2中の一点鎖線矢印)が入射する。この入射光の入射方向は、以下で説明する図でも同様である。
光学チョッパー6は、図2に示すように、回転軸61と、回転軸61を中心として放射状に配置された扇形状の複数の遮光板62とを備える。この光学チョッパー6は、入射光を断続的に遮断し、かつ、光学チョッパー6の後段側に配置されたエタロン7に対して風を送るものである。
回転軸61は、遮光板62を軸支して、図2において時計回りを回転方向(図2中の実線矢印)として複数の遮光板62を回転させるように構成される。すなわち、この回転軸61は、図示しないモーター等の駆動源と接続され、モーター等が所定回転数で駆動することで回転する。なお、以下の図においても遮光板62の回転方向は、実線矢印で図示している。
遮光板62は、本実施形態では、図2に示すように、中心角が45度の扇形状に形成されて、回転軸61の回転方向に沿って等間隔に4つ固定されている。そして、この遮光板62は、入射光が入射する側の遮光面621と、遮光面621の反対側の傾斜面622と、遮光面621及び傾斜面622の間に形成される外周面623とを備える。遮光板62は、このような構成を備えるため、厚み寸法が回転方向の反対方向(以下、逆回転方向)に向かうにしたがって大きくなっている。
遮光面621は、全面にわたって、入射光の入射方向と直交する直交平面と平行となるように形成されており、すなわち、この遮光面621は入射光の入射方向とどの位置においても直交する。
傾斜面622は、エタロン7に対向する面である。この傾斜面622は、前記直交平面に対して傾斜する傾斜部6221を備える。この傾斜部6221は、平坦面となるように形成され、遮光板62の逆回転方向に向かうにしたがって光学チョッパー6の後段側に配置されるエタロン7に近づくように傾斜している。
外周面623は、遮光面621に対して直交しており、入射光の入射方向に沿って形成されている。
以上のような構成を備えることで、光学チョッパー6は、遮光板62が回転軸61により回転されると、入射光を断続的に遮光して、入射光を断続光にしてエタロン7に入射させる。さらに、遮光板62の回転時に、傾斜部6221によって生じた風がエタロン7に送風される。
傾斜面622は、エタロン7に対向する面である。この傾斜面622は、前記直交平面に対して傾斜する傾斜部6221を備える。この傾斜部6221は、平坦面となるように形成され、遮光板62の逆回転方向に向かうにしたがって光学チョッパー6の後段側に配置されるエタロン7に近づくように傾斜している。
外周面623は、遮光面621に対して直交しており、入射光の入射方向に沿って形成されている。
以上のような構成を備えることで、光学チョッパー6は、遮光板62が回転軸61により回転されると、入射光を断続的に遮光して、入射光を断続光にしてエタロン7に入射させる。さらに、遮光板62の回転時に、傾斜部6221によって生じた風がエタロン7に送風される。
〔4−2.エタロンの構成〕
図3は、本実施形態におけるエタロン7の概略構成を示す断面図である。
エタロン7(干渉フィルター)は、例えば、平面視略正方形状の板状の光学部材であり、一辺が例えば10mmに形成されている。このエタロン7は、図3に示すように、固定基板71(第1基板)と、可動基板72(第2基板)とを備え、これらの2枚の基板71,72は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス等の各種ガラスや、水晶等により形成されている。そして、これらの2つの基板71,72は、例えば常温活性化接合などにより接合層76を介して接合されることで、一体的に構成されている。
図3は、本実施形態におけるエタロン7の概略構成を示す断面図である。
エタロン7(干渉フィルター)は、例えば、平面視略正方形状の板状の光学部材であり、一辺が例えば10mmに形成されている。このエタロン7は、図3に示すように、固定基板71(第1基板)と、可動基板72(第2基板)とを備え、これらの2枚の基板71,72は、それぞれ例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス等の各種ガラスや、水晶等により形成されている。そして、これらの2つの基板71,72は、例えば常温活性化接合などにより接合層76を介して接合されることで、一体的に構成されている。
また、固定基板71と、可動基板72との間には、固定ミラー73(第1反射膜)及び可動ミラー74(第2反射膜)が設けられる。ここで、固定ミラー73は、固定基板71における可動基板72に対向する面に固定され、可動ミラー74は、可動基板72における固定基板71に対向する面に固定されている。また、これらの固定ミラー73および可動ミラー74は、ギャップGを介して対向配置されている。
さらに、固定基板71と可動基板72との間には、固定ミラー73及び可動ミラー74の間のギャップGの寸法を調整するための静電アクチュエーター75が設けられている。
さらに、固定基板71と可動基板72との間には、固定ミラー73及び可動ミラー74の間のギャップGの寸法を調整するための静電アクチュエーター75が設けられている。
固定基板71は、厚みが例えば500μmのガラス基材をエッチングにより加工することで形成される。この固定基板71には、図3に示すように、エッチングにより電極形成溝711が形成され、電極形成溝711には、静電アクチュエーター75を構成する第1電極751が形成される。この第1電極751は、図示しない電極引出部を介して制御装置5(図1参照)に接続されている。
可動基板72は、厚みが例えば200μmのガラス基材をエッチングにより加工することで形成される。この可動基板72には、第1電極751にギャップを介して対向する、静電アクチュエーター75を構成する第2電極752が形成されている。この第2電極752は、図示しない電極引出部を介して制御装置5(図1参照)に接続されている。
そして、制御装置5は、所定の駆動制御信号に基づいて、第1電極751及び第2電極752の間に駆動電圧を印加して、ギャップGの寸法を所望の寸法に設定する。このギャップGの寸法に応じて、エタロン7を透過する光の透過波長(本実施形態では、赤外光の波長領域内の波長)が決定される。すなわち、静電アクチュエーター75によりギャップGの寸法を適宜調整することで、エタロン7を透過する光が決定されて、エタロン7を透過した光が焦電センサー8で受光される。
そして、制御装置5は、所定の駆動制御信号に基づいて、第1電極751及び第2電極752の間に駆動電圧を印加して、ギャップGの寸法を所望の寸法に設定する。このギャップGの寸法に応じて、エタロン7を透過する光の透過波長(本実施形態では、赤外光の波長領域内の波長)が決定される。すなわち、静電アクチュエーター75によりギャップGの寸法を適宜調整することで、エタロン7を透過する光が決定されて、エタロン7を透過した光が焦電センサー8で受光される。
〔4−3.焦電センサーの構成〕
焦電センサー8は、熱型の赤外線検出素子であり、制御装置5に接続され、エタロン7を透過した光(赤外光の波長領域内の波長を有する光)が入射される。この焦電センサー8は、光学チョッパー6により入射光を断続的に遮断して、誘電率の大きな物質の温度変化によって電荷を生じる焦電効果を利用することで、赤外光を検出するものである。そして、焦電センサー8は、エタロン7を透過した光の受光量に応じた電気信号を生成して、当該電気信号を受光信号として制御装置5に出力する。
焦電センサー8は、熱型の赤外線検出素子であり、制御装置5に接続され、エタロン7を透過した光(赤外光の波長領域内の波長を有する光)が入射される。この焦電センサー8は、光学チョッパー6により入射光を断続的に遮断して、誘電率の大きな物質の温度変化によって電荷を生じる焦電効果を利用することで、赤外光を検出するものである。そして、焦電センサー8は、エタロン7を透過した光の受光量に応じた電気信号を生成して、当該電気信号を受光信号として制御装置5に出力する。
〔4−4.駆動回路の構成〕
駆動回路9は、エタロン7の各電極751,752の図示しない電極引出部及び制御装置5に接続される。この駆動回路9は、制御装置5から入力される制御信号に基づいて、各電極引出部を介して、第1電極751及び第2電極752間に駆動電圧を印加し、ミラー間のギャップGの寸法を所望の寸法に設定する。
駆動回路9は、エタロン7の各電極751,752の図示しない電極引出部及び制御装置5に接続される。この駆動回路9は、制御装置5から入力される制御信号に基づいて、各電極引出部を介して、第1電極751及び第2電極752間に駆動電圧を印加し、ミラー間のギャップGの寸法を所望の寸法に設定する。
〔5.制御装置の構成〕
制御装置5は、ガス分析装置1全体を制御するものであり、分光特性取得部51、及び分光特性処理部52(分析処理部)を備える。そして、制御装置5は、焦電センサー8に接続され、焦電センサー8から出力される受光信号を受信する。そして、制御装置5は、入力された受光信号に基づいて、各波長に対する受光量を算出し、検査対象光の分光特性の測定処理を実施する。
制御装置5は、ガス分析装置1全体を制御するものであり、分光特性取得部51、及び分光特性処理部52(分析処理部)を備える。そして、制御装置5は、焦電センサー8に接続され、焦電センサー8から出力される受光信号を受信する。そして、制御装置5は、入力された受光信号に基づいて、各波長に対する受光量を算出し、検査対象光の分光特性の測定処理を実施する。
分光特性取得部51は、ガスセンサー4に接続されている。そして、分光特性取得部51は、例えば利用者の設定入力に基づいて、ガスセンサー4にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の制御信号をガスセンサー4に出力する。これにより、ガスセンサー4の駆動回路9は、制御信号に基づいて、利用者が所望する光の波長のみを透過させるよう、静電アクチュエーター75への印加電圧を設定する。
分光特性処理部52は、分光特性取得部51を制御して、エタロン7のミラー間のギャップGを変動させて、エタロン7を透過する光の波長を変化させる。また、分光特性処理部52は、焦電センサー8から入力される受光信号に基づいて、エタロン7を透過した光の光量を取得する。そして、分光特性処理部52は、上記により得られた各波長の光の受光量に基づいて、ガス封入器3内のガスにより吸光された光の波長を算出して、ガスの定量分析を行う。
分光特性処理部52は、分光特性取得部51を制御して、エタロン7のミラー間のギャップGを変動させて、エタロン7を透過する光の波長を変化させる。また、分光特性処理部52は、焦電センサー8から入力される受光信号に基づいて、エタロン7を透過した光の光量を取得する。そして、分光特性処理部52は、上記により得られた各波長の光の受光量に基づいて、ガス封入器3内のガスにより吸光された光の波長を算出して、ガスの定量分析を行う。
〔第1実施形態の作用効果〕
上述した第1実施形態のガス分析装置1によれば、以下の効果を奏する。
(1)エタロン7の前段側に光学チョッパー6が配設されており、この光学チョッパー6の複数の遮光板62のエタロン7と対向する傾斜面622には、遮光板62の逆回転方向に向かうにしたがってエタロン7に近づくように傾斜している傾斜部6221が形成されている。これによれば、遮光板62が入射光を断続的に遮光するとともに、傾斜部6221により発生する風をエタロン7に対して当てることができる。
従って、遮光板62の傾斜部6221により発生した風をエタロン7に当てることで、エタロン7の入射光である赤外光による温度上昇を抑制でき、環境温度の変化により、所望のギャップ寸法の変化を抑制できる。以上より、特定波長の光の受光量を正確に測定でき、正確な分光特性を測定できる。
上述した第1実施形態のガス分析装置1によれば、以下の効果を奏する。
(1)エタロン7の前段側に光学チョッパー6が配設されており、この光学チョッパー6の複数の遮光板62のエタロン7と対向する傾斜面622には、遮光板62の逆回転方向に向かうにしたがってエタロン7に近づくように傾斜している傾斜部6221が形成されている。これによれば、遮光板62が入射光を断続的に遮光するとともに、傾斜部6221により発生する風をエタロン7に対して当てることができる。
従って、遮光板62の傾斜部6221により発生した風をエタロン7に当てることで、エタロン7の入射光である赤外光による温度上昇を抑制でき、環境温度の変化により、所望のギャップ寸法の変化を抑制できる。以上より、特定波長の光の受光量を正確に測定でき、正確な分光特性を測定できる。
(2)焦電センサー8を用いたので、光学チョッパー6により入射光を断続的に遮光すれば、光の変化量を検出できる。また、赤外光を検出する光検出器としては、例えば、量子型の赤外線検出素子等があるが、この量子型の赤外線検出素子を用いると、コストが高くなるが、本実施形態では焦電センサー8を用いたので、ガスセンサー4を低コストで実現できる。
(3)遮光板62の遮光面621は、全体にわたって入射光の入射方向の直交平面と平行となるように形成されているので、遮光板62の回転時に遮光面621で遮光した光の回折が発生するのを抑制することができ、遮光面621での光量の変化を抑えて、焦電センサー8での検出精度の低下を抑制できる。
(3)遮光板62の遮光面621は、全体にわたって入射光の入射方向の直交平面と平行となるように形成されているので、遮光板62の回転時に遮光面621で遮光した光の回折が発生するのを抑制することができ、遮光面621での光量の変化を抑えて、焦電センサー8での検出精度の低下を抑制できる。
(4)遮光板62の外周面623は、遮光面621と直交しているため、遮光板62の回転時に外周面623で遮光した光の回折が発生するのを抑制することができ、外周面623での光量の変化を抑えて、焦電センサー8での検出精度の低下を抑制できる。
(5)エタロン7を用いたので、第1電極751及び第2電極752に印加する電圧を制御することで、所望の波長の光をエタロン7で取り出すことができる。すなわち、このエタロン7によれば、透過させる波長を順次設定できる。従って、複数の干渉フィルターを用いる必要がなくなるため、ガスセンサー4自体を小型化することができる。
(5)エタロン7を用いたので、第1電極751及び第2電極752に印加する電圧を制御することで、所望の波長の光をエタロン7で取り出すことができる。すなわち、このエタロン7によれば、透過させる波長を順次設定できる。従って、複数の干渉フィルターを用いる必要がなくなるため、ガスセンサー4自体を小型化することができる。
[第2実施形態]
図4は、本実施形態における遮光板62Aの側面図である。
本実施形態におけるガス分析装置の構成は、前記第1実施形態の構成とほぼ同一であるが、前記第1実施形態において、光学チョッパー6の遮光面621は、全面にわたって入射光と直交する直交平面と平行となるように形成されていたが、本実施形態の遮光面621Aは、一部のみが前記直交平面と平行となるように形成されている点で相違する。
なお、以下の説明では、前記第1実施形態と同一構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図4は、本実施形態における遮光板62Aの側面図である。
本実施形態におけるガス分析装置の構成は、前記第1実施形態の構成とほぼ同一であるが、前記第1実施形態において、光学チョッパー6の遮光面621は、全面にわたって入射光と直交する直交平面と平行となるように形成されていたが、本実施形態の遮光面621Aは、一部のみが前記直交平面と平行となるように形成されている点で相違する。
なお、以下の説明では、前記第1実施形態と同一構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
遮光板62Aの遮光面621Aは、傾斜する遮光傾斜面621A1と、遮光面621Aにおける外縁端部が所定寸法にわたって前記直交平面と平行となるように形成される平行端部621A2(外縁端部)とを備える。すなわち、遮光面621Aにおける各平行端部621A2のみが入射光と直交する。
また、遮光傾斜面621A1は、傾斜面622と同一方向に傾斜している。このため、遮光板62Aの厚み寸法は、全体にわたって均一となるように形成されており、前記第1実施形態の遮光板62に比べて、薄型化されている。
また、遮光傾斜面621A1は、傾斜面622と同一方向に傾斜している。このため、遮光板62Aの厚み寸法は、全体にわたって均一となるように形成されており、前記第1実施形態の遮光板62に比べて、薄型化されている。
上述した第2実施形態によれば、前記第1実施形態の効果(1)〜(5)と同様の効果を奏する他、以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、遮光板62Aを前記第1実施形態の遮光板62に比べて薄型化しているため、光学チョッパー6全体の軽量化を図ることができ、回転軸61を駆動するモーター等の駆動源の省電力化を図ることができる。
本実施形態によれば、遮光板62Aを前記第1実施形態の遮光板62に比べて薄型化しているため、光学チョッパー6全体の軽量化を図ることができ、回転軸61を駆動するモーター等の駆動源の省電力化を図ることができる。
[実施形態の変形]
なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
前記各実施形態では、本発明の干渉フィルターとして、波長可変型のエタロン7を例示し、静電アクチュエーター75によりミラー73,74間のギャップを調整して透過光を変更可能な構成としたが、これに限定されない。例えば、予め設定された所定の波長のみを透過させる分光フィルターとしても利用でき、この場合は、静電アクチュエーター75を設ける必要がない。
前記実施形態では、1つのエタロン7を用いてギャップを調整することで特定の波長のみ分光させる例を示したが、例えば、予め設定された所定の波長のみを透過させる複数の干渉フィルターを用いて、各干渉フィルターで各波長を透過させる構成としてもよい。
なお、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
前記各実施形態では、本発明の干渉フィルターとして、波長可変型のエタロン7を例示し、静電アクチュエーター75によりミラー73,74間のギャップを調整して透過光を変更可能な構成としたが、これに限定されない。例えば、予め設定された所定の波長のみを透過させる分光フィルターとしても利用でき、この場合は、静電アクチュエーター75を設ける必要がない。
前記実施形態では、1つのエタロン7を用いてギャップを調整することで特定の波長のみ分光させる例を示したが、例えば、予め設定された所定の波長のみを透過させる複数の干渉フィルターを用いて、各干渉フィルターで各波長を透過させる構成としてもよい。
図5に示す遮光板62Bは、前記第1実施形態の遮光板62の変形例である。
この遮光板62Bの傾斜面622Bは、前記第1実施形態の遮光板62の傾斜部6221と形状が相違する傾斜部6221Bを備える。前記第1実施形態の傾斜部6221は、平坦面であったが、本変形例に係る傾斜部6221Bは、湾曲面となるように形成されている。この場合でも、傾斜部6221Bは、遮光板62Bの逆回転方向に向かうにしたがって、後段側のエタロン7に近づくように湾曲しながら傾斜しているため、遮光板62Bの厚み寸法は、逆回転方向に向かうにしたがって大きくなっている。
この遮光板62Bの傾斜面622Bは、前記第1実施形態の遮光板62の傾斜部6221と形状が相違する傾斜部6221Bを備える。前記第1実施形態の傾斜部6221は、平坦面であったが、本変形例に係る傾斜部6221Bは、湾曲面となるように形成されている。この場合でも、傾斜部6221Bは、遮光板62Bの逆回転方向に向かうにしたがって、後段側のエタロン7に近づくように湾曲しながら傾斜しているため、遮光板62Bの厚み寸法は、逆回転方向に向かうにしたがって大きくなっている。
図6に示す遮光板62Cは、前記第2実施形態の遮光板62A及び図5に示す変形例の遮光板62Bを組み合わせた構成である。
この遮光板62Cの遮光面621Cは、前記第2実施形態の平行端部621A2と、各平行端部621A2間に形成される遮光湾曲面621C1とを備える。
また、傾斜面622Cは、図5に示す変形例の傾斜面622Bと同一の構成を有し、傾斜部6221Cは、遮光板62Cの逆回転方向に向かうにしたがって、後段側のエタロン7に近づくように湾曲しながら傾斜している。
そして、遮光湾曲面621C1は、傾斜面622Cと同様に湾曲して傾斜しているため、遮光板62Cの厚み寸法は、全体にわたって均一となるように形成されることとなり、前記第2実施形態の遮光板62Aと同一の厚み寸法に形成され、前記第1実施形態の遮光板62及び図5に示す変形例の遮光板62Bよりも薄型化されている。
この遮光板62Cの遮光面621Cは、前記第2実施形態の平行端部621A2と、各平行端部621A2間に形成される遮光湾曲面621C1とを備える。
また、傾斜面622Cは、図5に示す変形例の傾斜面622Bと同一の構成を有し、傾斜部6221Cは、遮光板62Cの逆回転方向に向かうにしたがって、後段側のエタロン7に近づくように湾曲しながら傾斜している。
そして、遮光湾曲面621C1は、傾斜面622Cと同様に湾曲して傾斜しているため、遮光板62Cの厚み寸法は、全体にわたって均一となるように形成されることとなり、前記第2実施形態の遮光板62Aと同一の厚み寸法に形成され、前記第1実施形態の遮光板62及び図5に示す変形例の遮光板62Bよりも薄型化されている。
図7は、本発明に係る遮光板の変形例を示す平面図及び側面図である。図7において、入射光の入射方向は、側面図において紙面上側から下側にむけて入射し、平面図において、紙面裏側から表側に入射するものとする。なお、この入射方向は、以下の図8から図10においても同様である。
遮光板62Dは、前記第1実施形態と同一構成の遮光面621を備えるが、傾斜面622Dの構成が前記各実施形態と相違する。
傾斜面622Dは、傾斜部622D1と、平坦部622D2と備える。前記第1実施形態での傾斜面622の傾斜部6221は、外周面623間にわたって傾斜していたが、傾斜部622D1は、傾斜面622Dの半分程度の位置まで傾斜している点で相違する。すなわち、傾斜部622D1は、傾斜面622Dの平面視における中央部分から遮光板62Dの逆回転方向に向かうにしたがって、後段側のエタロン7に近づくように傾斜している。平坦部622D2は、遮光面621と平行となるように形成されている。
遮光板62Dは、前記第1実施形態と同一構成の遮光面621を備えるが、傾斜面622Dの構成が前記各実施形態と相違する。
傾斜面622Dは、傾斜部622D1と、平坦部622D2と備える。前記第1実施形態での傾斜面622の傾斜部6221は、外周面623間にわたって傾斜していたが、傾斜部622D1は、傾斜面622Dの半分程度の位置まで傾斜している点で相違する。すなわち、傾斜部622D1は、傾斜面622Dの平面視における中央部分から遮光板62Dの逆回転方向に向かうにしたがって、後段側のエタロン7に近づくように傾斜している。平坦部622D2は、遮光面621と平行となるように形成されている。
図8及び図9は、本発明に係る遮光板の変形例を示す平面図及び側面図である。
図8及び図9に示す遮光板62Eは、前記第1実施形態と同一構成の遮光面621を備えるが、遮光面621の反対側の面に突起部624が形成されている点で前記各実施形態と相違する。
突起部624は、側面視三角形状または側面視半円形状であり、各遮光板62Eに2箇所ずつ形成されており、2つの三角柱状の部材または半球体状の部材が配置されることで形成される。この突起部624は、頂点位置(対向するエタロン7に最も近い位置)から遮光面621の反対側の面に向けて延出する傾斜部6241を備える。例えば、遮光板62Eが図8及び図9に示す回転方向(実線矢印方向)の場合、傾斜部6241は、図面氏における右側となる。すなわち、本変形例では、いずれの回転方向であっても、傾斜部6241は、エタロン7に向けて風を当てることが可能となる。
図8及び図9に示す遮光板62Eは、前記第1実施形態と同一構成の遮光面621を備えるが、遮光面621の反対側の面に突起部624が形成されている点で前記各実施形態と相違する。
突起部624は、側面視三角形状または側面視半円形状であり、各遮光板62Eに2箇所ずつ形成されており、2つの三角柱状の部材または半球体状の部材が配置されることで形成される。この突起部624は、頂点位置(対向するエタロン7に最も近い位置)から遮光面621の反対側の面に向けて延出する傾斜部6241を備える。例えば、遮光板62Eが図8及び図9に示す回転方向(実線矢印方向)の場合、傾斜部6241は、図面氏における右側となる。すなわち、本変形例では、いずれの回転方向であっても、傾斜部6241は、エタロン7に向けて風を当てることが可能となる。
図10は、本発明に係る遮光板の変形例を示す図であり、図10(A)は遮光板62Fの平面図及び側面図、図10(B)は、遮光板62Fの回転時における側面図である。
遮光板62Fは、前記第1実施形態と同一構成の遮光面621を備えるが、遮光面621の反対側の面に弾性材料で形成される板状部625が設けられる点で相違する。
この板状部625は、遮光面621の反対側の面に直交する面が傾斜部6251となる。板状部625は、弾性材料で形成されるため、遮光板62Fの回転時に図10(B)に示すように変形して風を発生させる。この場合、図10(B)に示すように、板状部625が変形することで、傾斜部6251は、遮光板62Fの逆回転方向に向かうにしたがって、後段側のエタロン7に近づくようになる。本変形例でも、図8及び図9の変形例の遮光板62Eと同様に、いずれの回転方向であっても、傾斜部6251は、エタロン7に向けて風を当てることが可能となる。
遮光板62Fは、前記第1実施形態と同一構成の遮光面621を備えるが、遮光面621の反対側の面に弾性材料で形成される板状部625が設けられる点で相違する。
この板状部625は、遮光面621の反対側の面に直交する面が傾斜部6251となる。板状部625は、弾性材料で形成されるため、遮光板62Fの回転時に図10(B)に示すように変形して風を発生させる。この場合、図10(B)に示すように、板状部625が変形することで、傾斜部6251は、遮光板62Fの逆回転方向に向かうにしたがって、後段側のエタロン7に近づくようになる。本変形例でも、図8及び図9の変形例の遮光板62Eと同様に、いずれの回転方向であっても、傾斜部6251は、エタロン7に向けて風を当てることが可能となる。
前記各実施形態では、本発明の光モジュールとして、ガスセンサー4を例示し、このガスセンサー4を備えたガス分析装置1を本発明の光分析装置として例示したが、これに限定されるものではない。例えば、被検査対象で反射された光を分光する測色センサーを本発明の光モジュールとして用いてもよく、このような測色センサーにより被検査対象を測色する測色装置を本発明の光分析装置としてもよい。
1…ガス分析装置(光分析装置)、4…ガスセンサー(光モジュール)、6…光学チョッパー、7…エタロン(干渉フィルター)、8…焦電センサー(光検出器)、52…分光特性処理部(分析処理部)、61…回転軸、62…遮光板、71…固定基板(第1基板)、72…可動基板(第2基板)、73…固定ミラー(第1反射膜)、74…可動ミラー(第2反射膜)、621A2…平行端部(外縁端部)、623…外周面、751…第1電極、752…第2電極、6221,6221B,6221C,622D1,6241,6251…傾斜部、
Claims (6)
- 入射光から特定の波長の光を透過させる干渉フィルターと、
前記入射光の入射方向における前記干渉フィルターの前段側に配設される光学チョッパーと、
前記干渉フィルターを透過した光の光量の変化量を検出する光検出器とを備え、
前記光学チョッパーは、前記入射光の入射方向に対して直交する直交平面内で回転軸を中心に回転可能な複数の遮光板を等間隔に備え、
前記複数の遮光板は、前記干渉フィルターに対向する面が前記直交平面に対して傾斜する傾斜部を有し、
前記傾斜部は、前記遮光板が回転する回転方向とは反対方向に向かうにしたがって、前記干渉フィルターに近づくように傾斜している
ことを特徴とする光モジュール。 - 請求項1に記載の光モジュールにおいて、
前記光検出器は、赤外光を検出する焦電センサーである
ことを特徴する光モジュール。 - 請求項1または請求項2に記載の光モジュールにおいて、
前記遮光板における前記入射光の入射側の面のうち、少なくとも外縁端部は、前記直交平面と平行となるように形成されている
ことを特徴とする光モジュール。 - 請求項3に記載の光モジュールにおいて、
前記遮光板には、前記外縁端部に直交する外周面が形成されている
ことを特徴とする光モジュール。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の光モジュールにおいて、
前記干渉フィルターは、
第1基板と、
前記第1基板と対向する第2基板と、
前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1反射膜と、
前記第2基板の前記第1基板に対向する面に設けられ、前記第1反射膜とギャップを介して対向する第2反射膜と、
前記第1基板の前記第2基板に対向する面に設けられた第1電極と、
前記第2基板の前記第1基板に対向する面に設けられ、前記第1電極とギャップを介して対向する第2電極とを備える
ことを特徴とする光モジュール。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の光モジュールと、
前記光検出器により検出された光に基づいて、前記光の光特性を分析する分析処理部とを備える
ことを特徴とする光分析装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010233338A JP2012088098A (ja) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | 光モジュール、及び光分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010233338A JP2012088098A (ja) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | 光モジュール、及び光分析装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=46259874
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2010233338A Withdrawn JP2012088098A (ja) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | 光モジュール、及び光分析装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2012088098A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015186407A1 (ja) * | 2014-06-04 | 2015-12-10 | 三菱電機株式会社 | ガス計測装置とその計測方法 |
CN110672526A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-01-10 | 卜祥芳 | 一种机械斩波式低透过率模拟器 |
-
2010
- 2010-10-18 JP JP2010233338A patent/JP2012088098A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015186407A1 (ja) * | 2014-06-04 | 2015-12-10 | 三菱電機株式会社 | ガス計測装置とその計測方法 |
JP5875741B1 (ja) * | 2014-06-04 | 2016-03-02 | 三菱電機株式会社 | ガス計測装置とその計測方法 |
CN110672526A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-01-10 | 卜祥芳 | 一种机械斩波式低透过率模拟器 |
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