JP2019066298A - 光量測定装置及び光量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水銀リレーを使用することなく、十分な応答速度を確保した光量測定を実現する。【解決手段】第一オペアンプ１１と、第一入力側フォトモスリレー１６と、第一出力側リレー手段１７と、第二オペアンプ２１と、第二入力側交点Ｐ2Iとフォトディテクタ１との間に介在される第二入力側フォトモスリレー２６と、第二出力側リレー手段２７と、フォトディテクタ１で検出される測定対象光の光量に応じて、第一測定レンジを選択する場合は、第一入力側フォトモスリレー１６及び第一出力側リレー手段１７をＯＮすると共に、第二入力側フォトモスリレー２６及び第二出力側リレー手段２７をＯＦＦさせ、第二測定レンジを選択する場合は、第二入力側フォトモスリレー２６及び第二出力側リレー手段２７をＯＮすると共に、第一入力側フォトモスリレー１６及び第一出力側リレー手段１７をＯＦＦさせるように切り替える制御部２とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光量測定の対象物から放射される光量を測定するための光量測定装置、及び光量測定方法に関する。

従来、光線の光量の測定に光スペクトラムアナライザなどの光量測定装置が利用されている（例えば特許文献１〜３）。このような光量測定装置の要部を図８に示す。この図に示す光量測定装置８００は、フォトダイオード１を具備している。このフォトダイオード１は、出力端子が接地されて入力端子がオペアンプ８１の負側の入力端子に接続されている。このオペアンプ８１の正側の入力端子も接地されており、その出力端子はフィードバック抵抗８２を介して負側の入力端子にフィードバック接続されている。この光量測定装置１では、測定対象光がフォトダイオード１に入射されると、このフォトダイオード１が入射する光量に対応した電流を発生する。この電流はオペアンプ８１により増幅されて出力されるので、この出力により光線の光量を測定することができる。

光量測定装置には、測定可能な光量の測定レンジを拡大するためにフィードバック抵抗の電気抵抗を切り替え可能としたものがある。このような測定レンジを切り替えのためのリレーとしては、水銀リレーが用いられている。このような測定レンジの切替機能を備える光量測定装置を図９に示す。

この光量測定装置は、オペアンプ９１の負側の入力端子が接地されており、その出力端子はフィードバック抵抗９２を介して非反転入力端子にフィードバック接続されている。フィードバック抵抗９２は電気抵抗が相互に相違する（ｎ＋１）個の固定抵抗素子９３と、（ｎ＋１）個の切換スイッチ９６からなり、これらの切換スイッチ９６が（ｎ＋１）個の固定抵抗素子９３を切換自在に選択する。例えば、測定する光が高強度のときに低抵抗の固定抵抗素子９３を切換スイッチ９６で選択し、測定する光線が低強度のときに高抵抗の固定抵抗素子９３を切換スイッチ９６で選択する。これで出力電圧に制限があるオペアンプ９１により高強度の光線の光量も測定することができ、低強度の光線も良好なＳ／Ｎ（Signal-to-Noise ratio）で測定することができる。これにより、フィードバック抵抗９２の電気抵抗を切り替えることが可能で、光量の測定レンジを拡大できる。

特開平１１−３０４５８６号公報 特開平１１−００８５１８号公報 特開２００３−１９４５７８号公報

しかしながら、切り替えに用いるリレーとして水銀リレーを用いているところ、近年の環境保護の観点から、水銀を利用した部材の使用が制限される傾向がある。このため、水銀を使用しない装置が求められていることから、アナログスイッチやフォトＭＯＳリレーなどの半導体スイッチへの置換が進められている。

しかしながら、このような半導体スイッチとして一般的なフォトモスリレーを使用すると、ＯＮ時の抵抗が水銀リレーよりも大きい。特にフォトモスリレーの接点間の寄生容量成分が大きいため、応答速度が低下してしまい、水銀リレーと同等の測定精度が得られないという問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、水銀リレーを使用することなく、十分な応答速度を確保した光量測定装置及び光量測定方法を提供することにある。

以上の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係る光量測定装置によれば、測定対象光の光量を測定するための光量測定装置であって、測定対象光の入射量に応じて電流を発生させるフォトディテクタと、入力端子と出力端子を備え、前記入力端子を前記フォトディテクタと接続され、該フォトディテクタが発生する電流を増幅して出力する第一オペアンプと、測定対象光の光量に応じた第一測定レンジに対応する第一抵抗値を有し、一端を前記第一オペアンプの出力端子と第一出力側交点で接続し、他端を前記第一オペアンプの入力端子と第二入力側交点で接続した第一抵抗器と、前記第一入力側交点と、前記フォトディテクタとの間に介在される、第一入力側フォトモスリレーと、前記第一出力側交点に接続される、第一出力側リレー手段と、入力端子と出力端子を備え、前記入力端子を前記フォトディテクタと、前記第一オペアンプに対して並列に接続され、前記フォトディテクタが発生する電流を増幅して出力する第二オペアンプと、前記第一測定レンジと異なる、測定対象光の光量に応じた第二測定レンジに対応する第二抵抗値を有し、一端を前記第二オペアンプの出力端子と第二出力側交点で、他端を前記第二オペアンプの入力端子と第二入力側交点で、それぞれ接続される第二抵抗器と、前記第二入力側交点と、前記フォトディテクタとの間に介在される、第二入力側フォトモスリレーと、前記第二出力側交点に接続される、第二出力側リレー手段と、前記フォトディテクタで検出される測定対象光の光量に応じて、前記第一測定レンジを選択する場合は、前記第一入力側フォトモスリレー及び第一出力側リレー手段をＯＮすると共に、前記第二入力側フォトモスリレー及び第二出力側リレー手段をＯＦＦさせ、前記第二測定レンジを選択する場合は、前記第二入力側フォトモスリレー及び第二出力側リレー手段をＯＮすると共に、前記第一入力側フォトモスリレー及び第一出力側リレー手段をＯＦＦさせるように切り替える制御部とを備えることができる。

本発明の他の実施形態に係る光量測定装置によれば、上述した構成に加えて、さらに入力端子と出力端子を備え、前記入力端子を前記フォトディテクタと、前記第一オペアンプ及び第二オペアンプに対して並列に接続され、前記フォトディテクタが発生する電流を増幅して出力する第三オペアンプと、前記第一測定レンジ及び第二測定レンジと異なる、測定対象光の光量に応じた第三測定レンジに対応する第三抵抗値を有し、一端を前記第三オペアンプの出力端子と第三出力側交点で、他端を前記第三オペアンプの入力端子と第三入力側交点で、それぞれ接続される第三抵抗器と、前記第三入力側交点と、前記フォトディテクタとの間に介在される、第三入力側フォトモスリレーと、前記第三出力側交点に接続される、第三出力側フォトモスリレーとを備え、前記制御部は、前記フォトディテクタで検出される測定対象光の光量に応じて、前記第三測定レンジを選択する場合は、前記第三入力側フォトモスリレー及び第三出力側フォトモスリレーをＯＮすると共に、前記第一入力側フォトモスリレー、第一出力側リレー手段、前記第二入力側フォトモスリレー及び第二出力側リレー手段をＯＦＦさせるように切り替えることができる。

本発明の他の実施形態に係る光量測定装置によれば、上述したいずれかの構成に加えて、さらに、入力端子と出力端子を備え、前記入力端子を前記フォトディテクタと、前記第一オペアンプ、第二オペアンプ及び第三オペアンプに対して並列に接続され、前記フォトディテクタが発生する電流を増幅して出力する第四オペアンプと、前記第一測定レンジ、第二測定レンジ及び第三測定レンジと異なる、測定対象光の光量に応じた第四測定レンジに対応する第四抵抗値を有し、一端を前記第四オペアンプの出力端子と第四出力側交点で、他端を前記第四オペアンプの入力端子と第四入力側交点で、それぞれ接続される第四抵抗器と、前記第四入力側交点と、前記フォトディテクタとの間に介在される、第四入力側フォトモスリレーと、前記第四出力側交点に接続される、第四出力側フォトモスリレーと、を備え、前記制御部は、前記フォトディテクタで検出される測定対象光の光量に応じて、前記第四測定レンジを選択する場合は、前記第四入力側フォトモスリレー及び第四出力側フォトモスリレーをＯＮすると共に、前記第一入力側フォトモスリレー、第一出力側リレー手段、第二入力側フォトモスリレー、第二出力側リレー手段、第三入力側フォトモスリレー及び第三出力側フォトモスリレーをＯＦＦさせるように切り替えることができる。

本発明の他の実施形態に係る光量測定装置によれば、上述したいずれかの構成に加えて、入力端子と出力端子を備え、前記入力端子を前記第一出力側交点と接続され、前記出力端子を前記第一出力側リレー手段と接続される第一バッファを備えることができる。

本発明の他の実施形態に係る光量測定装置によれば、上述したいずれかの構成に加えて、前記第一バッファを、前記第一出力側オペアンプと同種類のオペアンプで構成することができる。

本発明の他の実施形態に係る光量測定装置によれば、上述したいずれかの構成に加えて、前記第一出力側リレー手段を、前記第一入力側フォトモスリレーと同種類のフォトモスリレーで構成することができる。

また、本発明の他の側面に係る光量測定方法によれば、測定対象光の光量を測定する光量測定方法であって、測定対象光をフォトディテクタに入射させて、該フォトディテクタで電流を発生させる工程と、前記フォトディテクタで発生される電流量に応じて、予め用意された複数の測定レンジのいずれかを選択すると共に、該選択された測定レンジに対応する抵抗器を接続したオペアンプの入力側と出力側に予め設けられた、入力側フォトモスリレー及び出力側フォトモスリレーをそれぞれＯＮとし、選択されない測定レンジに対応する抵抗器を接続したオペアンプの入力側と出力側に予め設けられた、入力側フォトモスリレー及び出力側フォトモスリレーをそれぞれＯＦＦとするように切り替える工程とを含むことができる。

上記構成により、複数の抵抗器でもって異なる光量の測定レンジに対応させると共に、各抵抗器の切り替えにフォトモスリレーを用いる光量測定装置において、非選択に係る測定レンジを受け持つオペアンプの両端でフォトモスリレーをＯＦＦさせることでバーチャルショートさせて、フォトモスリレーの容量成分に起因する応答の遅れを低減させることが可能となる。

本発明の実施例１に係る光量測定装置を示すブロック図である。 図１の各測定レンジの構成例を示す回路図である。 図２の光量測定装置において第一測定レンジ回路の両端のフォトモスリレーをＯＮとし、他の測定レンジ回路の両端のフォトモスリレーをＯＦＦした状態を示す回路図である。 図２の光量測定装置において第二測定レンジ回路の両端のフォトモスリレーをＯＮとし、他の測定レンジ回路の両端のフォトモスリレーをＯＦＦした状態を示す回路図である。 比較例１に係る水銀リレーを用いた光量測定装置を示す回路図である。 比較例２に係るフォトモスリレーを用いた光量測定装置を示す回路図である。 図７Ａ１、図７Ａ２は比較例１、図７Ｂ１、図７Ｂ２は比較例２、図７Ｃ１、図７Ｃ２は実施例１に係る光量測定装置を用いた光量測定時の立ち上がりを示すグラフであり、図７Ａ１、図７Ｂ１、図７Ｃ１は表示スケールを４００ｎＡレンジ、図７Ａ２、図７Ｂ２、図７Ｃ２は表示スケールを８００ｎＡレンジで表示させたグラフである。 従来の光量測定装置を示す回路図である。 従来の光量測定装置において複数の測定レンジを切り替え可能とした例を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための光量測定装置を例示するものであって、本発明は光量測定装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施形態１）

光量測定装置は、測定対象光の光量を測定する光スペクトラムアナライザなどに利用される。光スペクトラムアナライザは、例えばＬＥＤの製造時に光量を測定して、選別を行うために用いられる。

図１に、本発明の実施例１に係る光量測定装置１００の構成例を示す。この光量測定装置１００は、フォトディテクタ１と、第一測定回路１０、第二測定回路２０、第三測定回路３０、．．．、第ｎ測定回路ｎ０と、これら第一測定回路１０〜第ｎ測定回路ｎ０の接続を切り替えるための第一リレー回路１５、第二リレー回路２５、第三リレー回路３５、．．．、第ｎリレー回路ｎ５と、これら第一リレー回路１５〜第ｎリレー回路ｎ５を切り替えるための制御部２を備える。第一リレー回路１５〜第ｎリレー回路ｎ５の各リレー回路はそれぞれ、第一入力側リレー手段１６と第一出力側リレー手段１７、第二入力側リレー手段２６と第二出力側リレー手段２７、第三入力側リレー手段３６と第三出力側リレー手段３７、．．．、第ｎ入力側リレー手段ｎ６と第ｎ出力側リレー手段ｎ７を備える。

この光量測定装置１００は、様々な波長の測定対象光を測定できるよう、測定可能な測定レンジを複数、ここではｎ個用意すると共に、光量に応じて適切な測定レンジに切り替え可能としている。このため、測定レンジ毎に測定回路を用意すると共に、これらをリレー回路で切り替え可能としている。なお測定レンジの数ｎは、複数あればよく、要求される光量のダイナミックレンジや測定精度に応じて決定される。
（測定レンジ）

図２に、図１の各測定レンジの構成例を示す。この光量測定装置１００は、測定レンジとして第一測定レンジから第四測定レンジまで、４つ用意し、各測定レンジに対応した第一測定回路１０、第二測定回路２０、第三測定回路３０、第四測定回路４０を備えている。
（測定回路）

図２の光量測定装置１００は、フォトディテクタ１と、第一測定レンジから第四測定レンジに対応した第一測定回路１０、第二測定回路２０、第三測定回路３０、第四測定回路４０と、これら第一測定回路１０〜第四測定回路４０の接続を切り替えるための第一リレー回路１５、第二リレー回路２５、第三リレー回路３５、第四リレー回路４５と、これら第一リレー回路１５〜第四リレー回路４５を切り替えるための制御部２を備える。
（フォトディテクタ１）

フォトディテクタ１は、測定対象光の入射量に応じて電流を発生させる素子である。このようなフォトディテクタ１には、フォトダイオード等が好適に利用できる。
（第一測定回路１０）

第一測定回路１０は、測定対象光の光量を測定可能な第一測定レンジに対応する。この第一測定回路１０は、第一オペアンプ１１と、第一バッファ１３を備える。
（第一オペアンプ１１）

第一オペアンプ１１は、入力端子と出力端子を備える。入力端子の内、反転入力端子は、後述する第一リレー回路１５を介してフォトディテクタ１と接続される。第一リレー回路１５で第一測定回路１０が接続された際には、このフォトディテクタ１が発生する電流を第一オペアンプ１１でもって増幅して出力する。
（第一抵抗器１２）

また第一オペアンプ１１には、第一抵抗器１２が接続される。第一抵抗器１２は、第一測定レンジに対応する第一抵抗値を有する。この第一抵抗器１２は、一端を第一オペアンプ１１の出力端子と第一出力側交点Ｐ_1Oで接続する。また他端を、第一オペアンプ１１の入力端子と第一入力側交点Ｐ_1Iで接続している。
（第一バッファ１３）

第一バッファ１３は、入力端子と出力端子を備える。入力端子は、第一出力側交点Ｐ_1Oと接続され、出力端子は、第一出力側リレー手段１７と接続される。この第一バッファ１３は、第一出力側オペアンプで構成できる。例えばオペアンプで増幅度１の非反転増幅回路を構成するボルテージフォロワで、バッファ回路を構成する。また第一バッファ１３を構成する第一出力側オペアンプは、第一オペアンプ１１と同種類のオペアンプで構成することが好ましい。
（第二測定回路２０）

一方、第二測定回路２０は、測定対象光の光量を測定可能な第二測定レンジに対応する。この第二測定回路２０は、第二オペアンプ２１と、第二バッファ２３を備える。
（第二オペアンプ２１）

第二オペアンプ２１も、入力端子の内、反転入力端子を後述する第二リレー回路２５を介してフォトディテクタ１と接続しており、このフォトディテクタ１が発生する電流を増幅して出力する。
（第二抵抗器２２）

また第二オペアンプ２１には、第二抵抗器２２が接続される。第二抵抗器２２は、第二測定レンジに対応する第二抵抗値を有する。この第二抵抗器２２は、一端を第二オペアンプ２１の出力端子と第二出力側交点Ｐ_2Oで接続する。また他端を、第二オペアンプ２１の入力端子と第二入力側交点Ｐ_2Iで接続している。
（第二バッファ２３）

第二バッファ２３は、入力端子と出力端子を備える。入力端子は、第二出力側交点Ｐ_2Oと接続され、出力端子は、第二出力側リレー手段２７と接続される。この第二バッファ２３は、第二出力側オペアンプで構成できる。また第二バッファ２３を構成する第二出力側オペアンプは、第二オペアンプ２１と同種類のオペアンプで構成することが好ましい。
（第三測定回路３０）

一方、第三測定回路３０は、測定対象光の光量を測定可能な第三測定レンジに対応する。この第三測定回路３０は、第三オペアンプ３１と、第三バッファ３３を備える。
（第三オペアンプ３１）

第三オペアンプ３１も、入力端子の内、反転入力端子を後述する第三リレー回路３５を介してフォトディテクタ１と接続しており、このフォトディテクタ１が発生する電流を増幅して出力する。
（第三抵抗器３２）

また第三オペアンプ３１には、第三抵抗器３２が接続される。第三抵抗器３２は、第三測定レンジに対応する第三抵抗値を有する。この第三抵抗器３２は、一端を第三オペアンプ３１の出力端子と第三出力側交点Ｐ_3Oで接続する。また他端を、第三オペアンプ３１の入力端子と第三入力側交点Ｐ_3Iで接続している。
（第三バッファ３３）

第三バッファ３３は、入力端子と出力端子を備える。入力端子は、第三出力側交点Ｐ_3Oと接続され、出力端子は、第三出力側リレー手段３７と接続される。この第三バッファ３３は、第三出力側オペアンプで構成できる。また第三バッファ３３を構成する第三出力側オペアンプは、第三オペアンプ３１と同種類のオペアンプで構成することが好ましい。
（第四測定回路４０）

一方、第四測定回路４０は、測定対象光の光量を測定可能な第四測定レンジに対応する。この第四測定回路４０は、第四オペアンプ４１と、第四バッファ４３を備える。
（第四オペアンプ４１）

第四オペアンプ４１も、入力端子の内、反転入力端子を後述する第四リレー回路４５を介してフォトディテクタ１と接続しており、このフォトディテクタ１が発生する電流を増幅して出力する。
（第四抵抗器４２）

また第四オペアンプ４１には、第四抵抗器４２が接続される。第四抵抗器４２は、第四測定レンジに対応する第四抵抗値を有する。この第四抵抗器４２は、一端を第四オペアンプ４１の出力端子と第四出力側交点Ｐ_4Oで接続する。また他端を、第四オペアンプ４１の入力端子と第四入力側交点Ｐ_4Iで接続している。
（第四バッファ４３）

第四バッファ４３は、入力端子と出力端子を備える。入力端子は、第四出力側交点Ｐ_4Oと接続され、出力端子は、第四出力側リレー手段４７と接続される。この第四バッファ４３は、第四出力側オペアンプで構成できる。また第四バッファ４３を構成する第四出力側オペアンプは、第四オペアンプ４１と同種類のオペアンプで構成することが好ましい。

第一オペアンプ１１〜第四オペアンプ４１の各オペアンプは、特性のばらつきの少ないオペアンプを選択する。具体的には、オフセット電圧が少なく、入力電流が小さく、温度特性の影響を受け難いオペアンプを用いる。

また第一抵抗器１２から第四抵抗器４２の各抵抗器は、温度変化によるばらつきを少なくするため、温度特性に優れたものを選択する。これらの抵抗器の抵抗値は、例えば第一オペアンプ１１から第四オペアンプ４１に同じ増幅率のオペアンプを用いる場合は、測定する光が高強度のときに低抵抗の値に、測定する光が低強度のときに高抵抗の値となるように設定している。例えば、第一測定レンジから第四測定レンジにかけて、光量が大きくなるように設計している場合、第一抵抗値から第四抵抗値にかけて抵抗値が小さくなるように選択される。
（リレー回路）

第一測定回路１０〜第四測定回路４０の各測定回路は、それぞれ第一リレー回路１５〜第四リレー回路４５の各リレー回路によって接続を切り替えられる。第一リレー回路１５〜第四リレー回路４５の内、いずれのリレー回路を選択するかは、制御部２によって制御される。各リレー回路は、入力側リレー手段と、出力側リレー手段で構成される。

リレー回路は、環境保護の観点から、水銀リレー以外のリレーで構成される。入力側リレー手段は、フォトモスリレーで構成することが好ましい。一方出力側リレー手段は、半導体スイッチ、例えばフォトモスリレーやアナログスイッチが利用できる。リレー回路でもって各測定回路を電気的に分離することで、半導体スイッチが有する容量成分に起因する動作遅れを回避でき、応答性を改善できる。すなわち、水銀リレーをフォトモスリレー等の半導体スイッチに置き換えた際に、応答時間が遅くなる問題を回避できる。この結果、水銀リレーを使用することなく、応答性に優れた光量測定装置１００を実現できる。特に、リレー回路の内、入力側と出力側のいずれか一方でフォトモスリレーを用いていても、容量成分に起因する動作遅れの問題を解消できる。

第一測定回路１０〜第四測定回路４０の各測定回路は、第一リレー回路１５〜第四リレー回路４５の各リレー回路によって接続を切り替えられる。各リレー回路は、入力側リレー手段と、出力側リレー手段で構成される。すなわち第一リレー回路１５、第二リレー回路２５、第三リレー回路３５、第四リレー回路４５は、それぞれ第一入力側リレー手段１６と第一出力側リレー手段１７、第二入力側リレー手段２６と第二出力側リレー手段２７、第三入力側リレー手段３６と第三出力側リレー手段３７、第四入力側リレー手段４６と第四出力側リレー手段４７で構成される。

第一入力側リレー手段１６〜第四入力側リレー手段４６の各入力側リレー手段は、それぞれ第一オペアンプ１１〜第四オペアンプ４１とフォトディテクタ１との間に接続される。具体的には、第一入力側リレー手段１６は、第一オペアンプ１１の反転入力端子と接続された第一入力側交点Ｐ_1Iと、フォトディテクタ１のカソード側との間に接続される。また第二入力側リレー手段２６は、第二オペアンプ２１の反転入力端子と接続された第二入力側交点Ｐ_2Iと、フォトディテクタ１のカソード側との間に接続される。さらに第三入力側リレー手段３６は、第三オペアンプ３１の反転入力端子と接続された第三入力側交点Ｐ_3Iと、フォトディテクタ１のカソード側との間に、また第四入力側リレー手段４６は、第四オペアンプ４１の反転入力端子と接続された第四入力側交点Ｐ_4Iと、フォトディテクタ１のカソード側との間に、それぞれ接続される。これら第一入力側リレー手段１６〜第四入力側リレー手段４６の各入力側リレー手段は、水銀リレー以外の半導体リレー、好ましくはフォトモスリレーで構成する。図２の例では、第一入力側リレー手段１６〜第四入力側リレー手段４６として第一入力側フォトモスリレー１６、第二入力側フォトモスリレー２６、第三入力側フォトモスリレー３６、第四入力側フォトモスリレー４６で構成している。

一方、第一出力側リレー手段１７〜第四出力側リレー手段４７の各出力側リレー手段は、その一端をそれぞれ第一バッファ１３〜第四バッファ４３の出力側に接続される。図２の回路例では、出力側リレー手段の他端側を制御部２に接続している。これら第一出力側リレー手段１７〜第四出力側リレー手段４７は、フォトモスリレーやアナログスイッチ等の半導体リレーが使用できる。好ましくは、第一入力側フォトモスリレー１６等と同種類のフォトモスリレーで構成する。
（制御部２）

この制御部２は、光量の測定結果を外部に出力する出力部を兼ねている。ただ制御部２と出力部は個別に設けてもよい。また制御部２を設ける位置は、必ずしも各測定回路の出力側とする必要はなく、他の位置に配置することができる。

制御部２は、フォトディテクタ１で検出される測定対象光の光量に応じて、リレー回路を切り替える。具体的には、第一測定レンジを選択する場合は、図３に示すように、第一入力側フォトモスリレー１６及び第一出力側リレー手段１７をＯＮすると共に、他の測定回路のリレー回路をＯＦＦさせる。すなわち第二リレー回路２５の第二入力側フォトモスリレー２６及び第二出力側リレー手段２７をＯＦＦさせ、第三リレー回路３５の第三入力側フォトモスリレー３６及び第三出力側リレー手段３７をＯＦＦさせ、第四リレー回路４５の第四入力側フォトモスリレー４６及び第四出力側リレー手段４７をＯＦＦさせる。

一方、第二測定レンジを選択する場合は、図４に示すように、第二入力側フォトモスリレー２６及び第二出力側リレー手段２７をＯＮすると共に、同様に他の測定回路のリレー回路をＯＦＦさせる。すなわち第一リレー回路１５の第一入力側フォトモスリレー１６及び第一出力側リレー手段１７、第三リレー回路３５の第三入力側フォトモスリレー３６及び第三出力側リレー手段３７、第四リレー回路４５の第四入力側フォトモスリレー４６及び第四出力側リレー手段４７を、それぞれＯＦＦさせる。

以下同様に、第三測定レンジを選択する場合は、第三入力側フォトモスリレー３６及び第三出力側リレー手段３７をＯＮすると共に、第一リレー回路１５の第一入力側フォトモスリレー１６及び第一出力側リレー手段１７、第二リレー回路２５の第二入力側フォトモスリレー２６及び第二出力側リレー手段２７、第四リレー回路４５の第四入力側フォトモスリレー４６及び第四出力側リレー手段４７を、それぞれＯＦＦさせる。

また第四測定レンジを選択する場合は、第四入力側フォトモスリレー４６及び第四出力側リレー手段４７をＯＮすると共に、第一リレー回路１５の第一入力側フォトモスリレー１６及び第一出力側リレー手段１７、第二リレー回路２５の第二入力側フォトモスリレー２６及び第二出力側リレー手段２７、第三リレー回路３５の第三入力側フォトモスリレー３６及び第三出力側リレー手段３７を、それぞれＯＦＦさせる。

このように、異なる測定レンジに設計された複数の測定回路を、リレー回路で切り替え可能とすることで、測定光の大きさに応じて適切な測定レンジの測定回路を制御部２で選択し、測定可能な光量の範囲を広くすることが可能となる。加えて、リレー回路にフォトモスリレーを使用しつつ、さらに各測定回路のオペアンプの出力側に出力側リレー手段を追加することで、非選択に係る測定回路については、入力側リレー手段であるフォトモスリレーと共に、出力側リレー手段をＯＦＦさせることでオペアンプをバーチャルショートさせて、フォトモスリレーの容量成分に起因する応答の遅れを低減させることが可能となる。
（光量測定方法）

以上の光量測定装置１００を用いた光量測定方法を説明する。まず、測定対象光をフォトディテクタ１に入射させて、このフォトディテクタ１で電流を発生させる。次にフォトディテクタで発生される電流量に応じて、制御部２が複数の測定レンジのいずれに対応するかを判定し、判定に応じた測定回路を選択する。具体的には、選択された測定レンジに対応する測定回路に接続されたリレー回路の、入力側フォトモスリレー及び出力側フォトモスリレーをそれぞれＯＮとすると共に、選択されない測定回路と接続されたリレー回路の、入力側フォトモスリレー及び出力側フォトモスリレーをそれぞれＯＦＦとする。この状態で選択された測定回路のオペアンプでフォトディテクタ１の電流を増幅して、制御部２から出力する。これにより、複数の抵抗器でもって異なる光量の測定レンジに対応させると共に、各抵抗器の切り替えにフォトモスリレーを用いる光量測定装置において、非選択に係る測定レンジを受け持つオペアンプの両端でフォトモスリレーをＯＦＦさせることでバーチャルショートさせて、フォトモスリレーの容量成分に起因する応答の遅れを低減させることが可能となる。
（比較例１、２）

ここで、水銀リレーを用いた光量測定装置５００を比較例１として図５に、この水銀リレーをフォトモスリレーに置き換えた光量測定装置６００を比較例２として図６に、それぞれ示す。図５に示す比較例１に係る光量測定装置５００では、共通のオペアンプ５１に対して、出力端子と非反転入力の間に抵抗器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを並列に接続しており、水銀リレー５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄでこれらを切り替え可能としている。また図６に示す比較例２に係る光量測定装置６００では、共通のオペアンプ６１に対して、出力端子と非反転入力の間に抵抗器６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄを並列に接続しており、フォトモスリレー６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄでこれらを切り替え可能としている。

また、これら比較例１、比較例２、実施例１に係る光量測定装置１００において、光量測定時の立ち上がりをそれぞれ図７Ａ１、図７Ａ２、図７Ｂ１、図７Ｂ２、図７Ｃ１、図７Ｃ２のグラフに、それぞれ示す。各グラフにおいて、図７Ａ１、図７Ａ２は比較例１、図７Ｂ１、図７Ｂ２は比較例２、図７Ｃ１、図７Ｃ２は実施例１に係る光量測定装置を用いた光量測定時の立ち上がりを示している。また図７Ａ１、図７Ｂ１、図７Ｃ１は表示スケールを４００ｎＡレンジ、図７Ａ２、図７Ｂ２、図７Ｃ２は表示スケールを８００ｎＡレンジで表示させている。さらに各グラフの上段は制御回路からリレー回路に入力する切替信号の電圧波形、下段はフォトディテクタ１の出力を示すＶ_L波形を、それぞれ示している。

比較例１に係る水銀リレーを用いた光量測定装置５００においては、図７Ａ１、図７Ａ２に示すように、リレー回路を切り替えた際のＶ_L波形が、立ち上がり時及び立ち下がり時に急峻で、良好な応答速度を示している。これに対し、図５の回路において水銀リレーをフォトモスリレーに置き換えた図６の比較例２に係る光量測定装置６００では、図７Ｂ１、図７Ｂ２に示すようにＶ_L波形が立ち上がり時及び立ち下がり時共に鈍ってしまい、応答速度が低下していることが判る。一方で、実施例１に係る光量測定装置１００では、図７Ｃ１、図７Ｃ２に示すように立ち上がり時及び立ち下がり時の電圧変化が急峻となって、水銀リレーを用いた図７Ａ１、図７Ａ２とほぼ同等のレベルを達成できていることが確認された。このように実施例１によれば、フォトモスリレーを用いた場合の欠点であった、応答速度の低下を大幅に軽減できることが判る。

本発明の実施形態に係る光量測定装置及び光量測定方法は、光線の光量を測定する光スペクトラムアナライザなどに好適に利用できる。

１００、５００、６００、８００、９００…光量測定装置
１…フォトディテクタ
２…制御部
１０…第一測定回路
１１…第一オペアンプ
１２…第一抵抗器
１３…第一バッファ
１５…第一リレー回路
１６…第一入力側リレー手段（第一入力側フォトモスリレー）
１７…第一出力側リレー手段
２０…第二測定回路
２１…第二オペアンプ
２２…第二抵抗器
２３…第二バッファ
２５…第二リレー回路
２６…第二入力側リレー手段（第二入力側フォトモスリレー）
２７…第二出力側リレー手段
３０…第三測定回路
３１…第三オペアンプ
３２…第三抵抗器
３３…第三バッファ
３５…第三リレー回路
３６…第三入力側リレー手段（第三入力側フォトモスリレー）
３７…第三出力側リレー手段
４０…第四測定回路
４１…第四オペアンプ
４２…第四抵抗器
４３…第四バッファ
４５…第四リレー回路
４６…第四入力側リレー手段（第四入力側フォトモスリレー）
４７…第四出力側リレー手段
５１、６１…オペアンプ
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ…抵抗器
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ…水銀リレー
６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ…フォトモスリレー
８１…オペアンプ
８２…フィードバック抵抗
９１…オペアンプ
９２…フィードバック抵抗
９３…固定抵抗素子
９６…切換スイッチ
ｎ０…第ｎ測定回路
ｎ５…第ｎリレー回路
ｎ６…第ｎ入力側リレー手段
ｎ７…第ｎ出力側リレー手段
Ｐ_1I…第一入力側交点
Ｐ_2I…第二入力側交点
Ｐ_3I…第三入力側交点
Ｐ_4I…第四入力側交点
Ｐ_1O…第一出力側交点
Ｐ_2O…第二出力側交点
Ｐ_3O…第三出力側交点
Ｐ_4O…第四出力側交点

Claims (7)

1. 測定対象光の光量を測定するための光量測定装置であって、
   測定対象光の入射量に応じて電流を発生させるフォトディテクタと、
   入力端子と出力端子を備え、前記入力端子を前記フォトディテクタと接続され、該フォトディテクタが発生する電流を増幅して出力する第一オペアンプと、
   測定対象光の光量に応じた第一測定レンジに対応する第一抵抗値を有し、一端を前記第一オペアンプの出力端子と第一出力側交点で接続し、他端を前記第一オペアンプの入力端子と第二入力側交点で接続した第一抵抗器と、
   前記第一入力側交点と、前記フォトディテクタとの間に介在される、第一入力側フォトモスリレーと、
   前記第一出力側交点に接続される、第一出力側リレー手段と、
   入力端子と出力端子を備え、前記入力端子を前記フォトディテクタと、前記第一オペアンプに対して並列に接続され、前記フォトディテクタが発生する電流を増幅して出力する第二オペアンプと、
   前記第一測定レンジと異なる、測定対象光の光量に応じた第二測定レンジに対応する第二抵抗値を有し、一端を前記第二オペアンプの出力端子と第二出力側交点で、他端を前記第二オペアンプの入力端子と第二入力側交点で、それぞれ接続される第二抵抗器と、
   前記第二入力側交点と、前記フォトディテクタとの間に介在される、第二入力側フォトモスリレーと、
   前記第二出力側交点に接続される、第二出力側リレー手段と、
   前記フォトディテクタで検出される測定対象光の光量に応じて、
   前記第一測定レンジを選択する場合は、前記第一入力側フォトモスリレー及び第一出力側リレー手段をＯＮすると共に、前記第二入力側フォトモスリレー及び第二出力側リレー手段をＯＦＦさせ、
   前記第二測定レンジを選択する場合は、前記第二入力側フォトモスリレー及び第二出力側リレー手段をＯＮすると共に、前記第一入力側フォトモスリレー及び第一出力側リレー手段をＯＦＦさせるように切り替える制御部と、
   を備える光量測定装置。
2. 請求項１に記載の光量測定装置であって、さらに、
   入力端子と出力端子を備え、前記入力端子を前記フォトディテクタと、前記第一オペアンプ及び第二オペアンプに対して並列に接続され、前記フォトディテクタが発生する電流を増幅して出力する第三オペアンプと、
   前記第一測定レンジ及び第二測定レンジと異なる、測定対象光の光量に応じた第三測定レンジに対応する第三抵抗値を有し、一端を前記第三オペアンプの出力端子と第三出力側交点で、他端を前記第三オペアンプの入力端子と第三入力側交点で、それぞれ接続される第三抵抗器と、
   前記第三入力側交点と、前記フォトディテクタとの間に介在される、第三入力側フォトモスリレーと、
   前記第三出力側交点に接続される、第三出力側リレー手段と、
   を備え、
   前記制御部は、前記フォトディテクタで検出される測定対象光の光量に応じて、前記第三測定レンジを選択する場合は、
   前記第三入力側フォトモスリレー及び第三出力側リレー手段をＯＮすると共に、
   前記第一入力側フォトモスリレー、第一出力側リレー手段、前記第二入力側フォトモスリレー及び第二出力側リレー手段をＯＦＦさせるように切り替えてなる光量測定装置。
3. 請求項２に記載の光量測定装置であって、さらに、
   入力端子と出力端子を備え、前記入力端子を前記フォトディテクタと、前記第一オペアンプ、第二オペアンプ及び第三オペアンプに対して並列に接続され、前記フォトディテクタが発生する電流を増幅して出力する第四オペアンプと、
   前記第一測定レンジ、第二測定レンジ及び第三測定レンジと異なる、測定対象光の光量に応じた第四測定レンジに対応する第四抵抗値を有し、一端を前記第四オペアンプの出力端子と第四出力側交点で、他端を前記第四オペアンプの入力端子と第四入力側交点で、それぞれ接続される第四抵抗器と、
   前記第四入力側交点と、前記フォトディテクタとの間に介在される、第四入力側フォトモスリレーと、
   前記第四出力側交点に接続される、第四出力側リレー手段と、
   を備え、
   前記制御部は、前記フォトディテクタで検出される測定対象光の光量に応じて、前記第四測定レンジを選択する場合は、
   前記第四入力側フォトモスリレー及び第四出力側リレー手段をＯＮすると共に、
   前記第一入力側フォトモスリレー、第一出力側リレー手段、第二入力側フォトモスリレー、第二出力側リレー手段、第三入力側フォトモスリレー及び第三出力側リレー手段をＯＦＦさせるように切り替えてなる光量測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光量測定装置であって、さらに、
   入力端子と出力端子を備え、前記入力端子を前記第一出力側交点と接続され、前記出力端子を前記第一出力側リレー手段と接続される第一バッファを備える光量測定装置。
5. 請求項４に記載の光量測定装置であって、
   前記第一バッファが、前記第一出力側オペアンプと同種類のオペアンプで構成されてなる光量測定装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の光量測定装置であって、
   前記第一出力側リレー手段が、前記第一入力側フォトモスリレーと同種類のフォトモスリレーで構成されてなる光量測定装置。
7. 測定対象光の光量を測定する光量測定方法であって、
   測定対象光をフォトディテクタに入射させて、該フォトディテクタで電流を発生させる工程と、
   前記フォトディテクタで発生される電流量に応じて、予め用意された複数の測定レンジのいずれかを選択すると共に、
   該選択された測定レンジに対応する抵抗器を接続したオペアンプの入力側と出力側に予め設けられた、入力側フォトモスリレー及び出力側リレー手段をそれぞれＯＮとし、
   選択されない測定レンジに対応する抵抗器を接続したオペアンプの入力側と出力側に予め設けられた、入力側フォトモスリレー及び出力側リレー手段をそれぞれＯＦＦとするように切り替える工程と
   を含む光量測定方法。

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