JP2012185186A - 透過率測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光路分割用の光学部品を用いずに透過率を測定できる透過率測定装置を提供する。
【解決手段】透過率測定装置は、LEDランプからなる光源1と、この光源1から出力されるメインローブ光の光軸上に配置されて光強度を検出する第1の検出部2と、LEDランプ2から出力されるサイドローブ光の光軸上に配置されて光強度を検出する第2の検出部3と、第1の検出部2および第2の検出部3による検出結果に基づいて光源1と第1の検出部2との間に配置された試料Sの光透過率を算出する算出部4とを備えている。このような透過率算出装置では、光源1のサイドローブ光をリファレンス光として用いて透過率を算出する。これにより、従来用いていたハーフミラー等の光路分割用の光学部品を用いずに透過率を算出することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】透過率測定装置は、LEDランプからなる光源1と、この光源1から出力されるメインローブ光の光軸上に配置されて光強度を検出する第1の検出部2と、LEDランプ2から出力されるサイドローブ光の光軸上に配置されて光強度を検出する第2の検出部3と、第1の検出部2および第2の検出部3による検出結果に基づいて光源1と第1の検出部2との間に配置された試料Sの光透過率を算出する算出部4とを備えている。このような透過率算出装置では、光源1のサイドローブ光をリファレンス光として用いて透過率を算出する。これにより、従来用いていたハーフミラー等の光路分割用の光学部品を用いずに透過率を算出することができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、試料の透過率を測定する透過率測定装置に関するものである。
従来より、半導体や固体電解質を用いたり、電気化学反応を利用したりするものなど、各種状態を検出するセンサが実用化されている。このようなセンサの中でも、光学的な強度やスペクトルの変化を利用して試料の透過率を測定する光学センサは、小型で、安価であり、かつ、高精度の測定を簡易に行うことができるので、各種光学測定器に組み込まれている。
図6に従来の透過率算出装置を示す。この透過率算出装置は、光源1と、光源1から出力される光の光軸上に配置されて光強度を検出する第1の検出部2と、光源1と第1の検出部2の間の光軸上に配置され、光を分岐するハーフミラー10と、このハーフミラー10により分岐された光の光軸上に配置されて光強度を検出する第2の検出部3と、第1の検出部2および第2の検出部3による検出結果に基づいて、ハーフミラー10と第1の検出部2との間に配置された試料Sの光透過率を算出する算出部4とを備えている。
この透過率算出装置では、光源1から試料に対して光を照射し、試料を透過させる光(以下、透過光という)と、試料を透過させない光(以下、リファレンス光という)とを比較することにより、試料の透過率を測定している。その光源としては、近年、小型で安価な発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)ランプがよく用いられている。このLEDランプとしては、高輝度のものが望ましいが、市販の高輝度LEDランプは、指向特性図において指向角0度を中心とする狭い範囲内に光の大部分(以下、メインローブ光という)が射出するように設計されている(例えば、非特許文献1参照。)。このため、高輝度LEDランプを用いた場合には、ハーフミラー10などの光束を分割できる部品を光路の途中に組み込んで、メインローブ光を透過光とリファレンス光とに分割する必要がある。
ローム株式会社、[平成21年3月23日検索]、インターネット、<http://www.rohm.co.jp/products/opto_device/led/led_lamp/sla560bd2t/>
しかしながら、ハーフミラー等の光学部品を用いて光路分割すると、その光学部品を用いた分だけ装置のサイズが大きくなり、ひいては高コストとなってしまう。
そこで、本願発明は、光路分割用の光学部品を用いずに透過率を測定できる透過率測定装置を提供することを目的とする。
上述したような課題を解決するために、本発明に係る透過率測定装置は、第1の方向に出射されるメインローブ光および第1の方向と異なる第2の方向に出射されるサイドローブ光を出力するLEDランプと、このLEDランプから出力されるメインローブ光のうち、試料を透過した透過光の光強度を検出する第1の検出手段と、LEDランプから出力されるサイドローブ光の光強度を検出する第2の検出手段と、第1の光検出手段および第2の光検出手段による検出結果に基づいて試料の透過率を算出する算出手段とを備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、少なくとも2つの方向に光を出射するLEDランプから出射される光のうち、第2の方向に出射される光をリファレンス光として用いることにより、従来用いていたハーフミラー等の光路分割用の光学部品を用いずに透過率を算出することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1に示すように、本実施の形態に係る透過率測定装置は、光源1と、この光源1から出力されるメインローブ光の光軸上に配置されて光強度を検出する第1の検出部2と、LEDランプ2から出力されるサイドローブ光の光軸上に配置されて光強度を検出する第2の検出部3と、第1の検出部2および第2の検出部3による検出結果に基づいて光源1と第1の検出部2との間に配置された試料Sの光透過率を算出する算出部4とを備えている。なお、本実施の形態において、図7を参照して説明した従来の透過率算出装置と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して以下の説明を行う。
光源1は、例えば、ROHM社製の高輝度LEDランプ、豊田合成社製のLEDランプ、スタンレー社製の高輝度LEDランプ、日亜化学社製の高輝度LEDランプなど、市販の高輝度LEDランプから構成されている。例えば、スタンレー社製の高輝度LEDランプの仕様書には、図2に示すような指向角0度を中心に集光されている光の射出分布が記載されている。
さらに、その高輝度LEDランプの光の射出分布を測定したところ、図3に符号aで示すように、指向角0度(第1の方向)に向かって出射されている光束からなるメインローブ光とともに、指向角がほぼ70〜80度(第2の方向)の光であって仕様書には開示されていない光束(以下、サイドローブ光という)が出力されていることがわかった。このサイドローブ光は、同一の発光デバイス(LEDランプ)から出射されているので、温度特性がメインローブ光と同等であり、強度も安定している。本実施の形態では、次のようにして、リファレンス光としてサイドローブ光を用いることにより試料Sの透過率を算出する。
さらに、その高輝度LEDランプの光の射出分布を測定したところ、図3に符号aで示すように、指向角0度(第1の方向)に向かって出射されている光束からなるメインローブ光とともに、指向角がほぼ70〜80度(第2の方向)の光であって仕様書には開示されていない光束(以下、サイドローブ光という)が出力されていることがわかった。このサイドローブ光は、同一の発光デバイス(LEDランプ)から出射されているので、温度特性がメインローブ光と同等であり、強度も安定している。本実施の形態では、次のようにして、リファレンス光としてサイドローブ光を用いることにより試料Sの透過率を算出する。
第1の検出部2は、フォトダイオードなど光強度を検出する公知の検出装置とA/D変換器から構成されている。この第1の検出部2は、光源1から出力されたメインローブ光のうち試料Sを透過してきた成分(透過光)を受光し、この受光強度に比例した電気信号を生成し、これをA/D変換した第1の信号L1を算出部4に送出する。
第2の検出部3は、第1の検出部2と同様、フォトダイオードなど光強度を検出する公知の検出装置とA/D変換器から構成されている。この第2の検出部3は、光源1のサイドローブ光を受光し、この受光強度に比例した電気信号を生成し、これをA/D変換した第2の信号L2を算出部4に送出する。
算出部4は、第1の信号と第2の信号とに基づいて試料Sの透過率を算出する公知のメモリと演算器から構成される。具体的には、試料Sを配置しないときのメインローブ光の光強度Lmおよびサイドローブ光の光強度Lsの比e(=Lm/Ls)を予めメモリに記憶しておき、試料の透過率測定に際して、透過光強度に対応する第1の検出部2からの第1の信号L1と、第2の検出部3からの第2の信号L2とから、試料Sの透過率(L1/Lm)を算出する。ここで、Lmは、上記比eを変形することにより、e・Lsに置き換えることができる。また、第2の信号L2は、サイドローブ光に対応するので、サイドローブ光の光強度Lsと等しい。したがって、試料Sの透過率(L1/Lm)は、下式(1)から算出することができる。
L1/Lm=L1/(e・Ls)=L1/(e・L2) ・・・(1)
次に、透過光とリファレンス光の温度変化に対する安定性について、図4,図5を参照して説明する。ここで、図4は、図1に示す本実施の形態に係る透過率算出装置による透過光およびリファレンス光と温度との関係、図5は、図7に示す従来の透過率算出装置による透過光およびリファレンス光と温度との関係を示す図である。なお、図4,図5に示す検出結果は、光源1にローム社製高輝度LEDランプSLI−580、試料Sにガラス素子を用いた場合のものである。
図4,図5からわかるように、透過光とリファレンス光の光強度は、温度により変化するが、同一のLEDランプから出射されているので、同じ温度におけるそれらの比は一定である。すなわち、本実施の形態の透過率算出装置により検出された透過光とリファレンス光の比と、従来の透過率算出装置により検出された透過光とリファレンス光の比とは、同じ温度において一定である。このように、本実施の形態のようにサイドローブ光をリファレンス光として用いた場合であっても、従来のようにハーフミラーを用いた場合と同様、透過光とリファレンス光の比が温度に依存することなく一定であるので、サイドローブ光をリファレンス光として試料Sの透過率を算出しても、LEDランプの温度特性の影響を受けずに、正確な透過率を算出することができる。これにより、ハーフミラーを用いたときと比べて、小型かつ安価で、精度も遜色ない透過率算出装置を実現することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、LEDランプからなる光源1のサイドローブ光をリファレンス光として用いることにより、従来用いていたハーフミラー等の光路分割用の光学部品を用いずに透過率を算出することができる。
なお、光源1として、スタンレー社製「FA5366X」、豊田合成社製「E1L51−TC2A7−05」、日亜化学社製「NSPG500S」を用いた場合も、図4,図5に示したのと同等の結果を得ることができる。
また、二次元的な発光層を有するLEDの構造に由来して、図3に示すように、サイドローブ光は特定の2方向に出射する。この出射方向は光源1の出射端面の形状等に応じて決定されるが、通常、光源1は、サイドローブ光の出射方向を勘案して設計されないので、サイドローブ光の出射方向は、製品によってばらつく可能性がある。このため、経年劣化等でLED光源を交換したり、製造工程で光源1を透過光測定装置内に取り付けたりする際に、サイドローブ光の出射方向と第2の検出部3との位置関係を調整するのが困難な場合がある。
そこで、図6に示すように、光源1をメインローブ光の光軸回りに回動させる回動機構5をさらに設けるようにしてもよい。この回動機構5は、互いに略平行な一対の面を有し、一方の面に光源1を保持し他方の面に軸線が光源1のメインローブ光の光軸と一致する円柱状の凸部51aが形成された保持部51と、凸部51aに対応する凹部52aを有し、この凹部52aにより凸部51aを把持することにより保持部51を上記軸線回りに回動可能に支持する支持部52と、一端が支持部52に取り付けられ他端が透過率算出装置の所定の箇所に取り付けられる取り付け部53とから構成される。このような回動機構5は、保持部51の周面を、光源1のメインローブ光の光軸回りに回動させることにより、光源1をその光軸回りに回動させることができる。
このような、回動機構5を設けることにより、光源1をメインローブ光の光軸回りに回動させることができるので、サイドローブ光の出射方向と第2の検出部3との位置関係の調整を容易に行うことができる。
また、本実施の形態において、光源1から出射される複数のサイドローブ光のうち1つをリファレンス光として用いる場合、他のサイドローブ光が第2の検出部3により検出されないように、第2の検出部3の周囲に他のサイドローブ光が第2の検出部3に入射されるのを防ぐマスクを設けるようにしてもよい。これにより、他のサイドローブ光が透過率算出装置内で乱反射等をして第2の検出部3に入射し、検出結果にノイズが含まれるのを防ぐことができる。なお、マスクを設けることにより1のサイドローブ光が部分的に遮光される可能性があるが、この場合には、初期動作時にメインローブ光とサイドローブ光の強度比を補正するようにすればよい。
なお、光源1から出力される光の波長は、試料Sによって吸収されるものであればよい。
本発明は、LEDランプを用いて透過率を測定する各種装置に適用することができる。
1…LEDランプ、2…第1の検出部、3…第2の検出部、4…算出部、5…回動機構、10…ハーフミラー、51…保持部、51a…凸部、52…支持部、52a…凹部、53…取り付け部。
Claims (1)
- 第1の方向に出射されるメインローブ光および前記第1の方向と異なる第2の方向に出射されるサイドローブ光を出力するLEDランプと、
このLEDランプから出力される前記メインローブ光のうち、試料を透過した透過光の光強度を検出する第1の検出手段と、
前記LEDランプから出力される前記サイドローブ光の光強度を検出する第2の検出手段と、
前記第1の光検出手段および前記第2の光検出手段による検出結果に基づいて前記試料の透過率を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする透過率測定装置。
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