JP2017150856A - Measurement device, sensor device, and portable terminal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定装置、センサ装置、および携帯端末に関する。 The present invention relates to a measuring device, a sensor device, and a mobile terminal.
従来、入射光の成分を検出する場合、分光器および干渉計等の光学装置を用いて分光し、対象波長の光成分を抽出して検出していた。また、このような光検出を簡易的に実行する場合、入射光に対象波長を透過させるバンドパスフィルタ等の光フィルタを挿入し、透過光の光成分を検出していた。 Conventionally, when detecting a component of incident light, the light is separated using an optical device such as a spectroscope and an interferometer, and the light component of the target wavelength is extracted and detected. Further, when such light detection is simply executed, an optical filter such as a bandpass filter that transmits the target wavelength is inserted into the incident light, and the light component of the transmitted light is detected.
しかしながら、光フィルタを用いた検出は、複数の対象波長の光成分を検出することが困難であった。また、分光器および干渉計等の光学装置は、光学部品の移動により抽出する光成分の対象波長を変更するので、高い位置精度と、広い移動範囲とを有する駆動装置を用いて当該光学部品を移動させていた。しかしながら、このような駆動装置は、大型でコストがかかるので、小型の測定装置を低コストで提供することは困難であった。 However, detection using an optical filter has been difficult to detect light components of a plurality of target wavelengths. In addition, since optical devices such as a spectroscope and an interferometer change the target wavelength of the light component to be extracted by moving the optical component, the optical component is mounted using a driving device having high positional accuracy and a wide moving range. It was moved. However, since such a driving device is large and expensive, it has been difficult to provide a small measuring device at low cost.
本発明の第1の態様においては、入射光における対象波長の光成分を測定する測定装置であって、入射光から対象波長の光成分を抽出する光学系と、光学系により抽出された光成分を検出する光センサ部と、一方が筐体に対して固定され、他方が光センサ部または光学系に含まれる光学部品に取り付けられた磁石およびコイルと、コイルに駆動電流を流して光センサ部または光学部品を駆動して、対象波長を変更する駆動部と、光センサ部により検出された光成分を測定する測定部と、を備える測定装置、センサ装置、および携帯端末を提供する。 In the first aspect of the present invention, there is provided a measuring apparatus for measuring an optical component of a target wavelength in incident light, an optical system for extracting the optical component of the target wavelength from incident light, and an optical component extracted by the optical system An optical sensor unit for detecting the optical sensor unit, one of which is fixed to the housing and the other is a magnet and a coil attached to the optical sensor unit or an optical component included in the optical system, and an optical sensor unit that causes a drive current to flow in the coil. Alternatively, a measuring device, a sensor device, and a portable terminal including a driving unit that drives an optical component and changes a target wavelength and a measuring unit that measures a light component detected by the optical sensor unit are provided.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、本実施形態に係る検出装置10の構成例を示す。検出装置10は、対象波長の光成分を検出する。検出装置10は、光フィルタ12と、光センサ部14とを備える。光フィルタ12は、対象波長の光成分を透過させる。光フィルタ12は、一例として、バンドバスフィルタである。光センサ部14は、光フィルタ12を通過した光を検出する。光センサ部14は、フォトダイオード等でよい。
FIG. 1 shows a configuration example of a detection apparatus 10 according to the present embodiment. The detection device 10 detects the light component of the target wavelength. The detection device 10 includes an
このような検出装置10は、入射光に含まれる対象波長の光成分を検出することができるので、例えば、当該入射光の経路に測定対象を挿入し、挿入前後の検出結果を比較することにより、測定対象の光吸収および光放出等を測定することができる。なお、測定対象は、気体、液体、および固体等でよい。また、検出装置10を用いて光吸収および光放出等を測定することにより、当該測定対象を同定してもよい。 Since such a detection apparatus 10 can detect the light component of the target wavelength included in the incident light, for example, by inserting a measurement target in the path of the incident light and comparing the detection results before and after the insertion The light absorption and light emission of the measurement object can be measured. The measurement object may be a gas, a liquid, a solid, or the like. Further, the measurement object may be identified by measuring light absorption and light emission using the detection device 10.
一例として、測定対象を気体とし、光フィルタ12の透過波長を一の気体成分の吸収線と略一致させることにより、検出装置10は、測定対象の光吸収の測定結果から、当該測定対象が一の気体成分を含むか否かを判定することができる。また、検出装置10は、光吸収量から、一の気体成分の濃度を更に判定してもよい。
As an example, by making the measurement object gas and making the transmission wavelength of the
このように、検出装置10は、単一の波長を透過させる光フィルタ12の透過波長を光吸収線等の対象波長と略一致させることにより、測定対象に含まれる成分の濃度等を判定できる。したがって、検出装置10は、例えば、小型で低コストのガスセンサ等を提供することができる。
As described above, the detection apparatus 10 can determine the concentration of the component included in the measurement target by substantially matching the transmission wavelength of the
しかしながら、光フィルタ12の透過波長を変更することは困難であり、当該透過波長と異なる波長の吸収または放出を検出することは困難であった。したがって、検出装置10は、例えば、複数の吸収線の吸収量を測定することができなかった。このような複数の対象波長の光吸収および光放出等を測定する場合、分光器および干渉計等の光学装置を用いて、入射光から抽出する光成分の対象波長を変更することで、吸収スペクトルおよび放出スペクトル等を測定していた。
However, it is difficult to change the transmission wavelength of the
このような分光器および干渉計等の光学装置は、モータ等の駆動装置を搭載し、光学部品を移動させて入射光の透過波長を可変させていた。したがって、駆動装置は、光学部品の位置精度を保ったまま、光スペクトルが得られる程度に光学部品を移動させることが望ましく、大型でコストのかかる装置となっていた。そこで、本実施形態に係る測定装置100は、光学部品を広範囲に移動させ、小型、かつ高い位置精度で駆動する駆動部を設け、小型かつ低コストの測定装置を提供する。このような測定装置100について、次に説明する。
Such an optical device such as a spectroscope and an interferometer is equipped with a driving device such as a motor, and the optical component is moved to vary the transmission wavelength of incident light. Therefore, it is desirable that the driving device move the optical component to the extent that an optical spectrum can be obtained while maintaining the positional accuracy of the optical component, and has become a large and expensive device. Therefore, the
図2は、本実施形態に係る測定装置100の第1構成例を示す。測定装置100は、入射光における対象波長の光成分を測定する。測定装置100は、入射光における複数の対象波長の吸収および放出を測定してよい。なお、入射光は、平行光で測定装置100に入射することが望ましい。測定装置100は、光学系110と、光センサ部120と、磁石130と、コイル140と、磁気センサ150と、駆動部160と、測定部170と、を備える。
FIG. 2 shows a first configuration example of the
光学系110は、入射光から対象波長の光成分を抽出する。光学系110は、抽出する光成分の対象波長を可変とする。光学系110は、干渉計、分光器、または可変波長フィルタ等を有してよい。図2は、光学系110がマイケルソン干渉計を有する例を示す。光学系110は、ビームスプリッタ112と、第1ミラー114と、第2ミラー116と、を有する。
The
ビームスプリッタ112は、入射光の一部を透過させ、一部を反射する。ビームスプリッタ112は、ハーフミラーでよい。ビームスプリッタ112は、入射光の進行方向と略同一方向に入射光の一部を透過させ、入射光の進行方向に対して略垂直方向に入射光の一部を反射する。図2は、ビームスプリッタ112が−X方向に入射する入射光の一部を−X方向に透過させ、入射光の残りの一部を+Y方向に反射する例を示す。
The
第1ミラー114は、ビームスプリッタ112を透過した光を当該ビームスプリッタ112の方向に反射する。第2ミラー116は、ビームスプリッタ112により反射された光を当該ビームスプリッタ112の方向に反射する。図2は、ビームスプリッタ112が−X方向に透過させた光を第1ミラー114が+X方向に反射し、ビームスプリッタ112が+Y方向に反射した光を第2ミラー116が−Y方向に反射する例を示す。
The
このように、光学系110は、入射した光を2つの方向に分岐し、分岐した光を再び合波して略同一方向に出射する。これにより、光学系110は、2つの異なる光路を進行した光を合成させて干渉させる。即ち、光学系110は、第1ミラー114および第2ミラー116の配置に応じて、2つの光路に光路差を生じさせ、当該光路差が0および波長の半分の偶数倍となる光の強度を強くし、当該光路差が波長の半分の奇数倍となる光の強度を弱くする。これにより、光学系110は、第1ミラー114および第2ミラー116の位置を調節することにより、対象波長の光成分を抽出する。
As described above, the
光センサ部120は、光学系により抽出された光成分を検出する。光センサ部120は、光学系110が出射した光を受光する。即ち、光センサ部120は、第1ミラー114が反射してビームスプリッタ112を介して出射する光と、第2ミラー116が反射してビームスプリッタ112を介して出射する光とが、入射する。光センサ部120は、フォトダイオードおよび光伝導セル等の半導体光検出器でよい。これに代えて、光センサ部120は、焦電型検出器でもよい。
The
磁石130およびコイル140のうちの一方は、当該測定装置100の筐体に対して固定され、他方は、光学系110に含まれる光学部品に取り付けられる。即ち、磁石130およびコイル140の一方が、光学部品としての第1ミラー114または第2ミラー116に取り付けられる。磁石130は、永久磁石でよい。コイル140は、電流が流れることにより、磁石130を吸引または反発する磁場を発生させる。これにより、コイル140は、磁石130を光学部品ごと移動させてよい。
One of the
図2は、磁石130が第1ミラー114に取り付けられ、コイル140が筐体に固定された例を示す。この場合、コイル140は、電流が流れることに応じて、第1ミラー114を移動させることになる。即ち、図2は、第1ミラー114が移動鏡であり、第2ミラー116が固定鏡となる例を示す。図2の例において、コイル140は、第1ミラー114をX方向と略平行に移動させる。
FIG. 2 shows an example in which the
磁気センサ150は、コイル140に対して固定された位置に設けられ、当該磁石130の磁場の強さを検出する。即ち、磁気センサ150は、コイル140によって移動する磁石130の磁場を検出する。即ち、磁気センサ150は、磁石130の位置に応じた磁場の強さを検出する。磁気センサ150は、ホール素子、磁気抵抗素子(MR)、巨大磁気抵抗素子(GMR)、トンネル効果磁気抵抗素子(TMR)、マグネトインピーダンス素子(MI素子)GMR(Giant Magneto Resistive)素子、および/またはインダクタンスセンサ等を有してよい。
The
駆動部160は、コイル140に駆動電流を流して光学部品を駆動して、光学系110が抽出する光成分の対象波長を変更する。即ち、駆動部160は、第1ミラー114を移動させて、光学系110において分岐した2つの光の光路差を調節する。また、駆動部160は、磁気センサ150により検出された磁場の強さを用いて、光学部品の位置を特定する。即ち、駆動部160は、磁石130の位置に応じた磁場の強さに応じて第1ミラー114の位置を特定し、特定した位置に基づき、第1ミラー114を移動させる。このように、本実施形態に係る測定装置100は、駆動用磁石と位置検出用磁石を1つの磁石で兼用するので、部材点数の削減および小型化が可能になる。なお、着磁は2極磁石や4極磁石が好ましいが、それ以外でも構わない。
The driving
これにより、駆動部160は、第1ミラー114の位置を予め定められた位置に移動させるようにフィードバック制御して、精度良く第1ミラー114を位置決めできる。これにより、駆動部160は、光学系110が抽出する光成分の対象波長を、測定対象の吸収線等に略一致させることができる。また、これに加えて、駆動部160は、第1ミラー114を予め定められた第1位置から第2位置までを移動させてもよい。これにより、駆動部160は、光学系110が抽出する光成分の対象波長を掃引させることができる。
Thereby, the
測定部170は、光センサ部120により検出された光成分を測定する。測定部170は、例えば、第1ミラー114の複数の位置に対する光センサ部120の検出結果をフーリエ変換することにより、光学系110に入射する光の光スペクトラムを測定する。測定部170は、入射光の光スペクトラムと、入射光の経路に測定対象を挿入した場合に測定される光スペクトラムとの波長毎の比を算出することにより、測定対象の光吸収(透過)スペクトルを測定してよい。
The
測定部170は、物質に固有の吸収線等に対応する吸収の有無、および吸収量から、測定対象に含まれる成分を特定してよい。また、測定部170は、対象波長を掃引した帯域の光透過スペクトルを測定できるので、複数の吸収線等に対応する吸収量を測定することができる。即ち、測定部170は、測定対象に含まれる成分を複数特定してもよい。なお、測定対象が挿入する前の初期状態の光スペクトラムは、予め測定して記憶部等に記憶されてよい。また、測定対象物を通らない行路の光を測定のリファレンスとしてもよい。この場合、測定装置100は、測定対象物を通る光を測定する光センサ部120に加えて、リファレンス測定用の光センサ部を更に設けてもよい。これに代えて、測定装置100は、リファレンス測定の場合に、光センサ部120を移動させてもよい。また、ソフトウエア処理にてバックグラウンドを求めてもよい。
The
これにより、測定部170は、一例として、入射光の光成分が通過する領域に位置し、当該光成分の一部を透過させる測定対象の成分を測定することができる。なお、測定対象は、当該測定装置100の外部の外気を含んでよい。この場合、光学系110は、外気中を通過した入射光から光成分を抽出し、測定部170は、当該光成分を用いて外気中における対象の気体成分を測定してよい。これに代えて、またはこれに加えて、測定対象は、当該測定装置100の内部の気体を含んでもよい。この場合、測定対象は、光学系110から光センサ部120の間の領域の気体を含んでもよい。また、測定装置100は、外気を測定装置100の内部に取り込んで当該外気を測定してもよい。
Thereby, the
以上のように、本実施形態に係る測定装置100は、磁石130およびコイル140を用いて光学部品である第1ミラー114を移動させることにより、移動させた距離に応じた波長帯域の光透過スペクトルを測定できる。このような磁石130およびコイル140は、光学部品の大きさと比較して小さくすることができ、モータ、動力シリンダ、およびリニアアクチュエータ等と比較して、より小さい駆動装置を形成することができる。また、磁気センサ150と駆動部160とを同一のICとして一体化すれば、より小さくすることができる。ここで、駆動部160には、PID制御を行う制御部とコイルを駆動するドライバとが含まれてよい。
As described above, the measuring
磁石130およびコイル140の組み合わせは、光学部品の可動範囲を数百μm程度以上にすることができる。また、磁石130およびコイル140は、それぞれ複数設けられてよく、この場合、光学部品の可動範囲を更に広くすることができる。また、測定装置100は、このような光学部品の移動を、磁気センサ150を用いてフィードバック制御することができるので、位置精度を数μm程度以下にすることができる。したがって、本実施形態に係る測定装置100によれば、小型かつ低コストで、複数の対象波長の光成分を測定することができる。
The combination of the
以上の本実施形態に係る測定装置100は、磁石130およびコイル140を用いて、第1ミラー114を移動させることを説明した。これに代えて、測定装置100は、磁石130およびコイル140を用いて、第2ミラー116を移動させてもよい。即ち、第1ミラー114が固定鏡であり、第2ミラー116が移動鏡であってもよく、この場合、コイル140は、第2ミラー116の近傍に配置されて当該第2ミラー116をY方向と略平行に移動させる。
The
また、測定装置100は、第1ミラー114の移動に加えて、第2ミラー116を更に移動させてもよい。即ち、第1ミラー114および第2ミラー116がそれぞれ移動鏡であってもよい。この場合、測定装置100は、第1ミラー114に対応する磁石130およびコイル140に加えて、第2ミラー116に固定された第2磁石と、第2磁石を第2ミラー116ごと移動させる第2コイルを備えてよい。また、測定装置100は、第2ミラー116の位置に応じた磁場を検出する第2磁気センサを更に備えてもよい。
In addition to the movement of the
磁石130、コイル140、および磁気センサ150は、小型に形成することができるので、測定装置100は、複数の光学部品に対応してこれらをそれぞれ設け、当該複数の光学部品をそれぞれ移動可能にしてよい。測定装置100は、例えば、第1ミラー114および第2ミラー116を移動可能とすることにより、対象波長の掃引幅および掃引速度を向上させることができる。また、一方の可動鏡が故障した場合に、他方の移動鏡を移動させることにより、装置を長寿命化させることもできる。
Since the
なお、ミラー等の光学部品は、ボールガイド、シャフト、およびスプリング等を用いて、所定の方向に移動可能に設けられてよい。また、磁石は、バックヨークを用いることで、光学部材の保持力を持たせる構成としてもよい。また、ミラーは、凹面および凸面を有してよく、平面上だけではなく、湾曲し、焦点を合わせる形状であってもよい。 The optical component such as a mirror may be provided so as to be movable in a predetermined direction using a ball guide, a shaft, a spring, and the like. Further, the magnet may be configured to have a holding force of the optical member by using a back yoke. Further, the mirror may have a concave surface and a convex surface, and may have a curved and focused shape as well as a flat surface.
図3は、本実施形態に係る測定装置100の第2構成例を示す。図3に示す第2構成例の測定装置100において、図2に示された本実施形態に係る測定装置100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第2構成例の測定装置100は、磁石130が筐体に固定され、コイル140が第1ミラー114に取り付けられた例を示す。
FIG. 3 shows a second configuration example of the measuring
この場合、磁石130は、磁性材料等の芯の周囲にコイルが巻かれ、当該コイルに電流を流すことによって磁場が発生する電磁石でよい。駆動部160は、磁石130に電流を供給することにより、コイル140を吸引して第1ミラー114を移動させる。また、測定装置100は、このような磁石130を複数備えてよく、駆動部160は、複数の磁石130にそれぞれ供給する電流を変更して、第1ミラー114を移動させてよい。この場合、測定装置100は、コイル140に代えて、またはコイル140に加えて、ヨークを備えてもよい。
In this case, the
これに代えて、駆動部160は、第1ミラー114に取り付けられたコイル140に電流を供給し、筐体に固定された磁石130を吸引または反発させて第1ミラー114を移動させてもよい。また、駆動部160は、同様に、第2ミラー116を移動させてもよい。
Instead, the driving
また、第2構成例の測定装置100は、光学部品に取り付けられた位置検出用磁石210を更に備える。この場合、磁気センサ150は、測定装置100の筐体に対して固定される。駆動部160は、磁気センサ150により検出された、位置検出用磁石210による磁場の強さを用いて、光学部品の位置を特定する。
The measuring
これに代えて、第2構成例の測定装置100は、磁気センサ150が光学部品に取り付けられ、位置検出用磁石210が測定装置の筐体に対して固定されてもよい。この場合においても、駆動部160は、磁気センサ150により検出された、位置検出用磁石210による磁場の強さを用いて、光学部品の位置を特定することができる。
Instead of this, in the measuring
図4は、本実施形態に係る測定装置100の第3構成例を示す。図4に示す第3構成例の測定装置100において、図2および図3に示された本実施形態に係る測定装置100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
FIG. 4 shows a third configuration example of the measuring
第3構成例の測定装置100は、磁石130が第1ミラー114に取り付けられ、コイル140が筐体に固定された例を示す。この場合の磁石130およびコイル140の動作は、図1で説明した動作と略同一である。また第3構成例の測定装置100は、光学部品に取り付けられた位置検出用磁石210を更に備える。磁気センサ150は、測定装置100の筐体に対して固定される。駆動部160は、磁気センサ150により検出された、位置検出用磁石210による磁場の強さを用いて、光学部品の位置を特定する。以上の第2構成例および第3構成例で示した測定装置100のように、光学部品を移動させる場合に用いる磁石と、光学部品の位置を特定する場合に用いる磁石は、別個独立に設けられてよい。
The measuring
以上の本実施形態に係る測定装置100は、磁石130およびコイル140を用いて、第1ミラー114および/または第2ミラー116を移動させることを説明した。これに加えて、測定装置100は、光センサ部120を移動させてもよい。測定装置100は、第3磁石および第3コイルを更に備え、第3磁石および第3コイルのうちの一方を、測定装置100の筐体に固定し、他方を光センサ部120に取り付けてよい。
The
測定装置100は、一例として、光センサ部120をY方向と略平行な方向に移動可能にしてよい。例えば、測定装置100は、駆動部160が光センサ部120を+Y方向に移動させて光学系110および光センサ部120の間の距離を近接させた第1距離において、第1光スペクトルを測定する。そして、測定装置100は、駆動部160が光センサ部120を−Y方向に移動させて光学系110および光センサ部120の間の距離を離間させた第2距離において、第2光スペクトルを測定する。
For example, the measuring
このように、測定装置100は、光学系110および光センサ部120の間の距離を変更させるので、光学系110から射出された光成分が測定対象を通過する距離を変更させることができる。即ち、光学系110および光センサ部120の間の気体を測定対象とすることができる。したがって、例えば、第1スペクトルに対する第2スペクトルの波長毎の比を算出することにより、第1距離および第2距離の差分において、光成分が測定対象によって吸収される吸収スペクトルを測定することができる。
Thus, since the measuring
図5は、本実施形態に係る測定装置100の第4構成例を示す。図5に示す第4構成例の測定装置100において、図2に示された本実施形態に係る測定装置100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第4構成例の測定装置100は、光学系110が、光学部品として分光プリズム220を有する。分光プリズム220は、入射光が光センサ部120に受光される前に当該分光プリズム220を通過するように、入射光の入力部および光センサ部120の間に設けられる。
FIG. 5 shows a fourth configuration example of the measuring
分光プリズム220は、入射光を波長分散させて光スペクトルを出射する。即ち、分光プリズム220は、入射光を波長に応じた方向に屈折させて射出する。したがって、光センサ部120を対象波長に対応する屈折方向に配置することで、当該光センサ部120は、当該対象波長の光成分を受光できる。また、複数の対象波長の屈折方向が光センサ部120の方向を向くように分光プリズム220を移動させることで、光センサ部120は、複数の対象波長の光成分を分光プリズム220の移動に伴って受光できる。
The
そこで、第4構成例の測定装置100は、磁石130およびコイル140のうちの一方を、測定装置100の筐体に固定し、他方を分光プリズム220に取り付ける。そして、駆動部160は、コイル140に駆動電流を流して光学部品である分光プリズム220を駆動して、対象波長を変更する。駆動部160は、入射光の分光プリズム220に対する入射角を変更させるように、分光プリズム220を移動させる。駆動部160は、例えば、XY平面における−Y方向に入射光が入射する場合、当該XY平面と略垂直なZ方向を回転軸として分光プリズム220を回転させる。
Therefore, in the
図5は、分光プリズム220に磁石130を取り付け、コイル140を測定装置100の筐体に固定した例を示す。測定装置100は、図2で説明したように、コイル140に対して固定された位置に設けられる磁気センサ150が設けられてよく、この場合、駆動部160は、磁気センサ150により検出された磁場の強さを用いて分光プリズム220の位置を特定してよい。また、駆動部160は、特定した分光プリズム220の位置を用いて、分光プリズム220の位置をフィードバック制御してよい。
FIG. 5 shows an example in which the
なお、本実施形態における測定装置100においても、図3および図4で説明したように、コイル140が分光プリズム220に取り付けられて磁石130が固定されてよく、また、位置検出用磁石210が更に設けられてもよい。
In the
本実施形態における測定装置100は、分光プリズム220を移動させて対象波長を変更する例を説明したが、これに代えて、光センサ部120を移動させてもよい。分光プリズム220は、入射光を波長に応じた方向に屈折させて射出するので、光センサ部120を対象波長に対応する位置に配置することで、当該光センサ部120は、対象波長の光成分を受光することができる。したがって、光センサ部120を複数の対象波長に対応する複数の位置に移動させれば、当該光センサ部120は、当該複数の対象波長の光成分を移動に伴って受光することができる。
Although the measuring
そこで、測定装置100は、磁石130およびコイル140のうちの一方を、測定装置100の筐体に固定し、他方を光センサ部120に取り付けてよい。そして、駆動部160は、コイル140に駆動電流を流して光センサ部120を駆動して、対象波長を変更する。この場合、磁気センサ150は、光センサ部120に取り付けられた磁石130または位置検出用磁石210の磁場を検出し、駆動部160は、磁気センサ150により検出された磁場の強さを用いて光センサ部120の位置を特定してよい。
Therefore, the
また、測定装置100は、分光プリズム220および光センサ部120をそれぞれ移動させてもよい。以上のように、第4構成例の測定装置100は、分光プリズム220および/または光センサ部120を磁石130およびコイル140を用いて移動させて、光スペクトルを測定することができるので、図2で説明したように、測定対象の光透過スペクトルを測定することもできる。即ち、本実施形態に係る測定装置100によれば、小型かつ低コストで、複数の対象波長の光成分を測定することができる。
Moreover, the measuring
図6は、本実施形態に係る測定装置100の第5構成例を示す。図6に示す第5構成例の測定装置100において、図2および図5に示された本実施形態に係る測定装置100の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第5構成例の測定装置100は、光学系110が光学部品としてのエタロン230を含むファブリペロー干渉計である。エタロン230は、入射光が光センサ部120に受光される前に当該エタロン230を通過するように、入射光の入力部およびエタロン230の間に設けられてよい。
FIG. 6 shows a fifth configuration example of the measuring
エタロン230は、入射光を多重干渉させる2つの対向する反射面を有し、当該2つの反射面の光路差に応じた周期的な透過ピークを有する波長フィルタである。したがって、エタロン230は、2つの対向する反射面の間隔に応じた波長を透過させる波長フィルタとなる。また、エタロン230の2つの反射面に入射光が入射する角度に応じて、当該2つの反射面に対する当該入射光の光路差が変化するので、当該エタロン230の透過波長は、入射角度に応じて変化することになる。
The
したがって、測定装置100がエタロン230の入射光に対する角度を調整することで、当該エタロン230の透過波長を対象波長に略一致させることができ、光センサ部120は、当該対象波長の光成分を受光できる。また、測定装置100が、エタロン230の透過波長を複数の対象波長と一致させるようにエタロン230を移動させることで、光センサ部120は、複数の対象波長の光成分をエタロン230の移動に伴って受光できる。
Therefore, the
そこで、第5構成例の測定装置100は、磁石130およびコイル140のうちの一方を、測定装置100の筐体に固定し、他方をエタロン230に取り付ける。そして、駆動部160は、コイル140に駆動電流を流して光学部品であるエタロン230を駆動して、対象波長を変更する。駆動部160は、入射光のエタロン230に対する入射角を変更させるように、エタロン230を移動させる。駆動部160は、例えば、XY平面における−Y方向に入射光が入射する場合、当該XY平面と略垂直なZ方向を回転軸としてエタロン230を回転させる。
Therefore, in the
図6は、エタロン230に磁石130を取り付け、コイル140を測定装置100の筐体に固定した例を示す。測定装置100は、図2で説明したように、コイル140に対して固定された位置に設けられる磁気センサ150が設けられてよく、この場合、駆動部160は、磁気センサ150により検出された磁場の強さを用いてエタロン230の位置を特定してよい。また、駆動部160は、特定したエタロン230の位置を用いて、エタロン230の位置をフィードバック制御してよい。
FIG. 6 shows an example in which the
なお、本実施形態における測定装置100においても、図3および図4で説明したように、コイル140がエタロン230に取り付けられて磁石130が固定されてよく、また、位置検出用磁石210が更に設けられてもよい。以上のように、第5構成例の測定装置100は、エタロン230を磁石130およびコイル140を用いて移動させて、複数の対象波長の光成分を測定することができるので、測定対象の光透過スペクトルを測定することもできる。即ち、本実施形態に係る測定装置100によれば、小型かつ低コストで、複数の対象波長の光成分を測定することができる。
In the
以上の本実施形態に係る測定装置100は、磁石130およびコイル140を用いて光学系110の光学部品および/または光センサ部120を移動させて、測定すべき対象波長を変更して、複数の対象波長の光成分を測定することを説明した。ここで、光学系110の光学部品は、図2から図6で説明したミラー、分光プリズム、およびエタロンといった光学部品に限定されない。光学部品は、グレーティング、長手方向の位置に応じて通過波長が異なるバンドパスフィルタ、液晶フィルタ、または導波路型フィルタ等でもよい。
The
以上のように、本実施形態に係る測定装置100は、磁石130およびコイル140を用いた簡素な構成で光学部品等を移動させるので、測定対象の成分等を測定する測定装置を小型にすることができる。したがって、測定装置100は、携帯型の測定装置として形成されてよく、また、携帯型の装置または携帯端末等に組み込まれてもよい。測定装置100が携帯端末に組み込まれた場合の例を次に説明する。
As described above, since the measuring
図7は、本実施形態に係る携帯端末300の構成例を示す。携帯端末300は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型PC、時計、またはパソコン等である。携帯端末300は、測定装置100と、筐体310と、情報処理部320と、無線通信部330と、表示部340と、光源部350と、を備える。測定装置100は、図2から図6で説明した測定装置100のうちのいずれかでよい。本実施形態において、測定装置100は、携帯端末300の周囲の外気に含まれる気体の成分を測定するガスセンサとして機能する例を説明する。
FIG. 7 shows a configuration example of the
筐体310は、測定装置100を含む各部を収容する。筐体310は、外気を測定装置100の測定対象とするように、外気を内部に取り入れる穴部312を有する。測定装置100は、穴部312から取り入れた外気に含まれる気体の成分を測定する。
The
情報処理部320は、情報処理を行う。情報処理部320は、CPUを含み、通信、データ処理、および計算処理等を実行してよい。また、情報処理部320は、測定装置100の測定部170として機能してもよい。
The
無線通信部330は、ネットワークを介して外部と通信する。無線通信部330は、インターネットへのアクセス、メール送受信、および電話機能等を実行してよい。また、無線通信部330は、測定装置100の測定結果を、ネットワークを介して外部に送信してもよい。また、無線通信部330は、測定装置100の動作指示、動作プログラムの更新、および用いるデータの更新等を、ネットワークを介して外部から受信してもよい。
The
表示部340は、筐体の一の面に設けられ、画面を表示する。表示部340は、情報処理部320の処理結果、処理状況、および処理データ等を表示してよい。また、表示部340は、測定装置100の測定結果を表示してよい。
The
光源部350は、測定装置100に入射光を供給する。光源部350は、赤外波長領域の光を出射することが望ましい。光源部350は、LED、LD、ランプ、およびヒータ等でよい。光源部350は、筐体310における一の面と平行でない面に略垂直に入射光を測定装置100に供給してよい。即ち、光源部350は、携帯端末300の側面側から当該一の面に略平行に光を照射してよい。これにより、携帯端末300の厚さが増加することを低減させて、測定装置100を当該携帯端末300に搭載することができる。
The
以上のように、測定装置100は、携帯端末300に搭載され、携帯型のガスセンサとして機能してよい。本実施形態に係る携帯端末300は、光源部350を備え、測定装置100に入射光を供給することを説明したが、これに限定されるものではない。例えば、携帯端末300は、太陽光、照明、および街灯等を光源として用いる。また、携帯端末300は、発熱体、暖房装置、および動物の体温等、外部の熱源等を光源として用いてもよい。
As described above, the measuring
この場合、携帯端末300は、筐体310に光入力用の穴部を設けることで、外部から入射する光を光源として用いることができる。なお、筐体310は、表示部340が設けられる位置の面と略垂直な側面側に光入力用の穴部が設けられてよい。そして、測定装置100は、筐体310における一の面と平行でない面から入射光を入射してよい。
In this case, the
これに代えて、携帯端末300は、内部の発熱体を光源として用いてもよい。この場合、測定装置100は、情報処理部320、無線通信部330、または電源の少なくとも一部の部品から放射される赤外光を入射光として受けてよい。これにより、測定装置100は、更に小型化することができる。
Instead, the
以上の本実施形態に係る携帯端末300は、測定装置100を搭載してガスセンサの機能を加えたデバイスの例を説明した。これに代えて、測定装置100は、単独のセンサ装置として形成されてもよい。このようなセンサ装置は、例えば、赤外光を出力する光源部と、測定装置100を備え、当該測定装置100は、光源部からの赤外光を入射光として受ける。これにより、小型で低コストのガスセンサ等を提供することができるので、このようなセンサ装置を複数個所に設置することで、異常等の発生をより早期に発見することができる。また、測定装置100は、赤外光を分析することにより、出火を検出することも可能になる。
The
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
10 検出装置、12 光フィルタ、14 光センサ部、100 測定装置、110 光学系、112 ビームスプリッタ、114 第1ミラー、116 第2ミラー、120 光センサ部、130 磁石、140 コイル、150 磁気センサ、160 駆動部、170 測定部、210 位置検出用磁石、220 分光プリズム、230 エタロン、300 携帯端末、310 筐体、312 穴部、320 情報処理部、330 無線通信部、340 表示部、350 光源部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Detection apparatus, 12 Optical filter, 14 Optical sensor part, 100 Measuring apparatus, 110 Optical system, 112 Beam splitter, 114 1st mirror, 116 2nd mirror, 120 Optical sensor part, 130 Magnet, 140 Coil, 150 Magnetic sensor, 160 driving unit, 170 measuring unit, 210 position detecting magnet, 220 spectral prism, 230 etalon, 300 portable terminal, 310 housing, 312 hole, 320 information processing unit, 330 wireless communication unit, 340 display unit, 350 light source unit
Claims (13)
前記入射光から前記対象波長の光成分を抽出する光学系と、
前記光学系により抽出された光成分を検出する光センサ部と、
一方が筐体に対して固定され、他方が前記光センサ部または前記光学系に含まれる光学部品に取り付けられた磁石およびコイルと、
前記コイルに駆動電流を流して前記光センサ部または前記光学部品を駆動して、前記対象波長を変更する駆動部と、
前記光センサ部により検出された光成分を測定する測定部と、
を備える測定装置。 A measuring device for measuring a light component of a target wavelength in incident light,
An optical system for extracting a light component of the target wavelength from the incident light;
An optical sensor unit for detecting a light component extracted by the optical system;
A magnet and a coil, one of which is fixed to the housing and the other is attached to an optical component included in the optical sensor unit or the optical system;
A drive unit for driving the optical sensor unit or the optical component by passing a drive current through the coil to change the target wavelength;
A measurement unit for measuring a light component detected by the optical sensor unit;
A measuring apparatus comprising:
前記測定部は、前記光成分を用いて前記外気中における対象の気体成分を測定する
請求項1または2に記載の測定装置。 The optical system extracts the light component from the incident light that has passed through the outside air,
The measurement device according to claim 1, wherein the measurement unit measures a target gas component in the outside air using the light component.
前記駆動部は、前記磁気センサにより検出された磁場の強さを用いて前記光センサ部または前記光学部品の位置を特定する
請求項1から3のいずれか一項に記載の測定装置。 A magnetic sensor provided at a fixed position with respect to the coil;
The measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the driving unit specifies a position of the optical sensor unit or the optical component by using a magnetic field intensity detected by the magnetic sensor.
前記駆動部は、前記磁気センサにより検出された、前記位置検出用磁石による磁場の強さを用いて前記光センサ部または前記光学部品の位置を特定する
請求項1から3のいずれか一項に記載の測定装置。 One is fixed to the casing of the measuring device, and the other further includes a magnetic sensor and a position detection magnet attached to the optical sensor unit or the optical component,
The said drive part specifies the position of the said optical sensor part or the said optical component using the strength of the magnetic field by the said position detection magnet detected by the said magnetic sensor. The measuring device described.
前記入射光の一部を透過させ、一部を反射するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタを透過した光を反射して、前記ビームスプリッタを介して前記光センサ部へと入射させる第1ミラーと、
前記ビームスプリッタにより反射された光を反射して、前記ビームスプリッタを介して前記光センサ部へと入射させる第2ミラーと、
を有し、
前記磁石および前記コイルの一方が、前記光学部品としての前記第1ミラーまたは前記第2ミラーに取り付けられる
請求項1から5のいずれか一項に記載の測定装置。 The optical system is
A beam splitter that transmits a portion of the incident light and reflects a portion thereof;
A first mirror that reflects the light transmitted through the beam splitter and causes the light to enter the optical sensor unit via the beam splitter;
A second mirror that reflects the light reflected by the beam splitter and causes the light to enter the optical sensor unit via the beam splitter;
Have
The measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein one of the magnet and the coil is attached to the first mirror or the second mirror as the optical component.
The measuring apparatus according to claim 1, wherein the optical system includes a grating as the optical component.
情報処理を行う情報処理部と、
無線ネットワークを介して外部と通信する無線通信部と、
前記筐体の一の面に設けられ、画面を表示する表示部と、
請求項1から9のいずれか一項に記載の測定装置と、
を備える携帯端末。 A housing,
An information processing unit that performs information processing;
A wireless communication unit that communicates with the outside via a wireless network;
A display unit provided on one surface of the housing and displaying a screen;
A measuring device according to any one of claims 1 to 9,
A mobile terminal comprising:
前記光源部からの赤外光を前記入射光として受ける請求項1から9のいずれか一項に記載の測定装置と、
を備えるセンサ装置。 A light source that outputs infrared light;
The measurement apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein infrared light from the light source unit is received as the incident light;
A sensor device comprising:
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