JP2023179208A

JP2023179208A - 光測定装置

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Publication number: JP2023179208A
Application number: JP2022092376A
Authority: JP
Inventors: 拓馬横山; Takuma Yokoyama; 寿一長島; Juichi Nagashima
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2022-06-07
Filing date: 2022-06-07
Publication date: 2023-12-19
Also published as: WO2023238654A1

Abstract

【課題】受光器を保護可能な光測定装置を提供する。【解決手段】光源装置２００は、波長掃引光Ｌ１を発生する。照射光学系３１０は、波長掃引光Ｌ１を測定位置４に照射する。搬送装置３３０は、測定位置４を通過するように試料２を搬送する。受光装置３２０は、試料２を透過した波長掃引光である物体光Ｌ２を測定する。光路切替素子３４０は、波長掃引光Ｌ１の光路に設けられ、波長掃引光の光路を切り替える。コントローラ３５０は、測定対象２の有無に応じて、光路切替素子３４０を制御する。【選択図】図２

Description

本開示は、光測定装置に関する。

光学特性の測定手法のひとつとして、波長掃引型の分光法が知られている。波長掃引型の分光器は、波長が経時的に変化する波長掃引光を生成し、検査対象に照射する。波長掃引光は、時間と波長が１対１の関係にあるパルスあるいはパルス列である。そして波長掃引光を検査対象に照射して得られる光の時間波形を受光器によって検出する。受光器の出力波形は、時間軸が波長に対応するスペクトルを表す。

分光解析は、対象物の透過光を物体光とする透過型と、反射光を物体光とする反射型に分類される。反射型は、反射率が高い対象物の測定に適しているが、得られる光学的情報が、対象物の表面付近のものに限定される。したがって、精密な工業製品、動植物から採取した検体、人が体内に摂取する物、生産プラントで製造される液体や気体などを対象物とする測定では、十分な精度を有するとはいえない。

透過型は、対象物の表面のみでなく深い部分を含めた光学的特性を得ることができるため、食品や飲料（以下、飲食品と総称する）などを対象物とする場合に適している。特許文献１には、透過型の製品検査装置が開示される。この製品検査装置は、製品（検査対象）の表面にパルス光を照射する照射光学系と、製品の裏面側に設けられ、製品を透過した光を受光する受光器（フォトディテクタ）を備える。

図１は、波長掃引型の分光装置１０を示す図である。分光装置１０は、光源装置２０、分光ヘッド３０、演算処理装置４０を備える。

光源装置２０は、波長掃引光Ｌ１を生成する。波長掃引光Ｌ１は、分光ヘッド３０に導かれる。分光ヘッド３０の照射光学系３１は、波長掃引光Ｌ１を試料２に照射する。第１受光器３２は、波長掃引光Ｌ１を試料２に照射した結果得られる透過光（物体光）Ｌ２を検出する。

照射光学系３１において、波長掃引光Ｌ１の一部が参照光Ｌ３として分岐される。第２受光器３３は、参照光Ｌ３を測定する。

第１受光器３２が生成する第１検出信号Ｓ１と、第２受光器３３が生成する第２検出信号Ｓ２は、演算処理装置４０に供給される。物体光Ｌ２および参照光Ｌ３は、波長掃引光Ｌ１の時間－波長の１対１の対応関係を引き継いでいる。したがって、第１検出信号Ｓ１の時間波形は、時間軸を波長に換算することにより、物体光Ｌ２のスペクトルに変換できる。同様に、第２検出信号Ｓ２の時間波形は、時間軸を波長に換算することにより、参照光Ｌ３のスペクトルに変換できる。演算処理装置４０は、参照光Ｌ３に対する物体光Ｌ２の対応する波長ごとの割合を計算し、試料２の分光特性（反射率）を測定する。

特開２０２０－１５９９７３号公報

本発明者は、透過型の分光装置について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

測定対象製品（以下製品ともいう）が、光の透過性が低くかつ拡散性の高い場合、受光器は、低パワーの入射光を想定して設計、選定されている。一方、光源装置としては、透過光のパワーを高めるため、高ピークパワーのパルスレーザを用いる。

工業的に大量生産される製品を検査する場合、製品は搬送装置によって高速に自動運搬されるため、製品が搬送機から脱落したり、位置ズレを起こす可能性がある。その結果、製品が存在すべき測定位置に、製品が存在しない状況が生じうる。この状況では、測定位置に照射されたパルスレーザビームである波長掃引光Ｌ１は、製品を介さずに受光器を直射する。

上述したように、受光器は低パワーの入射光を想定して設計、選定されるため、高ピークパワーのレーザビームが直接入射すると、受光器の許容パワーを超えて、信頼性低下の原因となるおそれがある。

また、製品の搬送機によっては、製品と製品の間に隙間が生じているものもある。そのような場合は、その隙間からレーザビームが受光器に入射するおそれがある。

特に、特にアバランシェフォトダイオードのような素子内に増幅機構を持つ素子は、損傷閾値が低いことが知られている。たとえば、米国THORLABS社のInGaAsアバランシェフォトディテクタAPD430Cの損傷閾値は１ｍＷであり、本分光方式で用いるレーザーのパワーはこれより十分大きい。

本開示は係る状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、受光器を保護可能な光測定装置の提供にある。

本開示のある態様の光測定装置は、波長掃引光を発生する光源装置と、波長掃引光を測定位置に照射する照射光学系と、測定位置を通過するように測定対象を搬送する搬送装置と、測定対象を透過した波長掃引光である物体光を測定する受光装置と、波長掃引光の光路に設けられ、波長掃引光の光路を切り替える光路切替素子と、測定対象の有無に応じて、光路切替素子を制御するコントローラと、を備える。

本開示の別の態様もまた、光測定装置である。この光測定装置は、波長掃引光を発生する光源装置と、波長掃引光を測定位置に照射する照射光学系と、測定位置を通過するように測定対象を搬送する搬送装置と、測定対象を透過した波長掃引光である物体光を測定する受光装置と、波長掃引光の光路に設けられ、波長掃引光の透過、不透過を切り換え可能な遮光素子と、測定対象の有無に応じて、遮光素子を制御するコントローラと、を備える。

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

本開示のある態様によれば、受光器を保護できる。

波長掃引型の分光装置を示す図である。実施形態１に係る光測定装置を示す図である。波長掃引光を示す図である。図２の光測定装置による分光を説明する図である。変形例１．１に係る光測定装置を示す図である。変形例１．２に係る光測定装置を示す図である。変形例１．３に係る光測定装置を示す図である。変形例１．４に係る光測定装置を示す図である。実施形態２に係る光測定装置を示す図である。変形例２．１に係る光測定装置を示す図である。

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

一実施形態に係る光測定装置は、波長掃引光を発生する光源装置と、波長掃引光を測定位置に照射する照射光学系と、測定位置を通過するように測定対象を搬送する搬送装置と、測定対象を透過した波長掃引光である物体光を測定する受光装置と、波長掃引光の光路に設けられ、波長掃引光の光路を切り替える光路切替素子と、測定対象の有無に応じて、光路切替素子を制御するコントローラと、を備える。

一実施形態に係る光測定装置は、波長掃引光を発生する光源装置と、波長掃引光を測定位置に照射する照射光学系と、測定位置を通過するように測定対象を搬送する搬送装置と、測定対象を透過した波長掃引光である物体光を測定する受光装置と、波長掃引光の光路に設けられ、波長掃引光の透過、不透過を切り換え可能な遮光素子と、測定対象の有無に応じて、遮光素子を制御するコントローラと、を備える。

これらの装置では、測定対象の有無を監視することにより、光源装置から受光装置の受光器へ向かう波長掃引光の光路上に存在しない状態、言い換えると、波長掃引光が直接、受光器に入射しうる状態を検出することができる。そして、この状態を検出すると、波長掃引光の光路を、受光器に向かう正規の光路から逸らし、または遮光素子を有効化することで、受光器に、波長掃引光が直接入射するのを防止できる。

一実施形態において、光路切替素子は、ガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、ピエゾ駆動ミラー、ポリゴンミラー、ファイバ切替器のいずれかを含んでもよい。

一実施形態において、光測定装置は、光路切替素子の出射端側に設けられるアパーチャをさらに備えてもよい。これにより、正規の光路から逸らされた光が、アパーチャによって遮られるため、光測定装置内で迷光となるのを防止できる。

一実施形態において、アパーチャは、ピンホールであってもよいし、スリットまたはナイフエッジであってもよい。

一実施形態において、遮光素子は、可動式シャッタ、可変式アテネータのいずれかを含んでもよい。一実施形態において、可変式アテネータは、液晶シャッタ、音響光学変調器、電気光学変調器のいずれかを含んでもよい。遮光素子は波長掃引光を完全に遮光する必要はなく、受光器の損傷閾値以下の光量まで減光できればよい。

（実施形態）
以下、本開示を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。

図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

（実施形態１）
図２は、実施形態１に係る光測定装置１００Ａを示す図である。光測定装置１００Ａは、光源装置２００、分光ヘッド３００および演算処理装置４００を備える。光測定装置１００Ａは、工業的に大量生産される製品（試料２）を検査対象とする。

光源装置２００は、波長が経時的に変化する波長掃引光Ｌ１を発生する。波長掃引光Ｌ１は、時間と波長が一対一の関係で対応付けられる。これを波長掃引光Ｌ１は「波長の一意性を有する」という。

光源装置２００は、パルス光源２０２およびストレッチャ２１０を含む。パルス光源２０２は、広帯域な連続スペクトルを有する広帯域パルス光Ｌ１ａを出射する。広帯域パルス光Ｌ１ａのスペクトルは、たとえば９００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲において、少なくとも１０ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ、より好ましくは１００ｎｍの波長域にわたって連続している。広帯域パルス光Ｌ１ａの波長域の幅は、分光に必要な波長域をカバーしていればよい。

ストレッチャ２１０は、パルス光源２０２が出射する広帯域パルス光Ｌ１ａを時間軸上で伸長し、波長掃引光Ｌ１を生成する。

図３は、波長掃引光Ｌ１を示す図である。図３の上段は、波長掃引光Ｌ１の強度（時間波形）Ｉ_ＷＳ（ｔ）を、下段は波長掃引光Ｌ１の波長λの時間変化を示す。この例において、波長掃引光Ｌ１は１個のパルス光であり、その前縁部において主波長がλ_１、後縁部において主波長がλ_ｎであり、１パルス内で波長がλ_１からλ_ｎの間で経時的に変化する。この例では、波長掃引光Ｌ１は、時間とともに振動数が増加する、言い換えると時間とともに波長が短くなる正のチャープパルス（λ_１＞λ_ｎ）である。なお、波長掃引光Ｌ１は、時間とともに波長が長くなる負のチャープパルスであってもよい（λ_１＜λ_ｎ）。後述するように、波長掃引光Ｌ１は、波長ごとに、時間的に孤立したパルス（波束）からなるパルス列であってもよい。

図２に戻る。分光ヘッド３００は、照射光学系３１０、受光装置３２０、搬送装置３３０、光路切替素子３４０、アパーチャ３４２、コントローラ３５０を備える。

照射光学系３１０は、光源装置２００から波長掃引光Ｌ１を受け、測定対象である試料２が通過すべき測定位置に照射する。本実施形態において、光路切替素子３４０は、照射光学系３１０の一部分として構成されており、照射光学系３１０は、ビームスプリッタ３１４、ミラー３１６，３１８および光路切替素子３４０を含む。なお照射光学系３１０は、図示しないミラーやレンズなどを含んでいてもよい。

ビームスプリッタ３１４は、波長掃引光Ｌ１を、２つの光束に分岐する。一方の光束は、試料２に照射される測定光であり、他方の光束は、参照光Ｌ３である。ミラー３１８は、測定光を、光路切替素子３４０に向ける。

光路切替素子３４０は、第１状態φ１と第２状態φ２が切替可能であり、第１状態φ１において、波長掃引光Ｌ１を、測定位置４を通過する第１光路ＯＰ１に向け、第２状態φ２において、第１光路ＯＰ１からずれた第２光路ＯＰ２に向ける。その限りでないが、光路切替素子３４０としては、ガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、ポリゴンミラー、ピエゾ駆動ミラーなどを用いることができる。

光路切替素子３４０と測定位置４の間には、アパーチャ３４２が設けられる。アパーチャ３４２は、アイリス、ピンホール、スリット、ナイフエッジ（片エッジのスリット））などであり、第１光路ＯＰ１が開口され、第２光路ＯＰ２の光を遮蔽する。アパーチャ３４２を設けることで、第２状態φ２において、波長掃引光Ｌ１が迷光となるのを防止できる。

照射光学系３１０は、ビームスプリッタ３１４の前段において、光源装置２００から出射される波長掃引光Ｌ１をコリメートするコリメータをさらに備えてもよい。

搬送装置３３０は、測定対象である試料２を測定位置４を通過するように搬送する。搬送装置３３０の構成や形状は特に限定されるものではない。本実施形態では、搬送装置３３０は、円盤回転式であり、円盤の周囲に配置される複数のサンプルホルダ３３２を有する。図示しないマウンタは、検査前の試料２を順次、サンプルホルダ３３２にマウントし、また検査済みの試料２を順次、取り出す。搬送装置３３０およびマウンタが正常に動作している場合、すべてのサンプルホルダ３３２に、試料２がマウントされる。

受光装置３２０は、第１受光器３２２および第２受光器３２４を含む。第１受光器３２２は、波長掃引光Ｌ１を試料２に照射して得られる物体光Ｌ２を検出する。本実施形態において、物体光Ｌ２は、波長掃引光Ｌ１が試料２を透過した光である。第２受光器３２４は、参照光Ｌ３を検出する。第１受光器３２２および第２受光器３２４の出力信号は、図示しないＡ／Ｄコンバータによって、デジタル信号Ｄ１，Ｄ２に変換される。

デジタル信号Ｄ１が示す物体光Ｌ２の時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）およびデジタル信号Ｄ２が示す参照光Ｌ３の時間波形Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）は、演算処理装置４００に取り込まれる。

波長掃引型の分光法では、波長掃引光Ｌ１における時刻と波長は１対１の対応関係を有する。この対応関係は、当然ながら参照光Ｌ３も有しており、また物体光Ｌ２にも引き継がれる。この時間と波長の対応関係を利用して、演算処理装置４００は、物体光Ｌ２の時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）を、周波数ドメインのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）に変換する。また演算処理装置４００は、参照光Ｌ３の時間波形Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）を、スペクトルに変換し、適切にスケーリングすることで、参照スペクトルＩ_ＲＥＦ（λ）を計算する。

演算処理装置４００の処理は特に限定されないが、一例として演算処理装置４００は、参照スペクトルＩ_ＲＥＦ（λ）と物体光Ｌ２のスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）にもとづいて、対象物ＯＢＪの透過率Ｔ（λ）を計算することができる。
Ｔ（λ）＝Ｉ_ＯＢＪ（λ）／Ｉ_ＲＥＦ（λ）

図４は、図２の光測定装置１００Ａによる分光を説明する図である。上述のように、波長掃引光Ｌ１は、時間ｔと波長λが１対１で対応しているから、その時間波形Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）は、周波数ドメインのスペクトルＩ_ＲＥＦ（λ）に変換することができる。

物体光Ｌ２の時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）も、時間ｔと波長λが１対１で対応したものとなる。したがって演算処理装置４００は、受光装置３２０の出力が示す物体光Ｌ２の波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）を、物体光Ｌ２のスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）に変換することができる。

演算処理装置４００は、２つのスペクトルＩ_ＯＢＪ（λ）とＩ_ＲＥＦ（λ）の比Ｉ_ＯＢＪ（λ）／Ｉ_ＲＥＦ（λ）にもとづいて、対象物ＯＢＪの透過スペクトルＴ（λ）を計算することができる。

波長掃引光Ｌ１における時間ｔの波長λの関係が、λ＝ｆ（ｔ）なる関数で表されるとする。最も簡易には、波長λは、時間ｔに対して、一次関数にしたがってリニアに変化する。物体光Ｌ２の時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）が、ある時刻ｔ_ｘにおいて低下するとき、透過スペクトルＴ（λ）は、波長λ_ｘ＝ｆ（ｔ_ｘ）に吸収スペクトルを有することを意味する。

なお、演算処理装置４００における処理はこれに限定されない。時間の２つの時間波形Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）とＩ_ＲＥＦ（ｔ）の比Ｔ（ｔ）＝Ｉ_ＯＢＪ（ｔ）／Ｉ_ＲＥＦ（ｔ）を演算した後に、この時間波形Ｔ（ｔ）の変数ｔをλに変換することで、透過スペクトルＴ（λ）を算出してもよい。

図２に戻る。コントローラ３５０は、搬送装置３３０を監視し、各サンプルホルダ３３２内の試料２の有無を判定する。そして試料２の有無に応じて、光路切替素子３４０を制御する。

たとえばコントローラ３５０は、位置センサ３５２、演算部３５６を含む。位置センサ３５２は、たとえばロータリエンコーダであり、搬送装置３３０の位置（回転角）を検出する。

演算部３５６には、試料２の無いサンプルホルダ３３２の位置情報（在荷情報）が、あらかじめ記憶されている。この在荷情報は、たとえばサンプルホルダ３３２に試料２をマウントするマウンタから、もしくはマウンタを制御する上位のコントローラから取得することができる。あるいは、この在荷情報は、光測定装置１００を操作する作業者が手入力してもよい。あるいは、複数の試料２を単位（ロット）として検査を行う試験シーケンスが組まれており、１ロットの試験中は、すべてのサンプルホルダ３３２が埋まっており、ロットとロットの区切れ目において、サンプルホルダ３３２が空になるようなケースでは、ロットとロットの区切れ目の期間において、サンプルホルダ３３２に試料２がないものとしてもよい。演算部３５６は、位置センサ３５２の測定値と、試料２の無いサンプルホルダ３３２の位置を示す在荷情報を比較し、測定位置４における試料の有無を判定する。

演算部３５６は、測定位置４における試料２の有無の判定結果にもとづいて、光路切替素子３４０を制御する。

演算部３５６は、試料２が存在するサンプルホルダ３３２が、測定位置４を通過する期間、光路切替素子３４０を第１状態φ１とする。反対に演算部３５６は、試料２が存在しないサンプルホルダ３３２が、測定位置４を通過する期間、光路切替素子３４０を第２状態φ２に切り替える。

サンプルホルダ３３２とサンプルホルダ３３２の間の構造体（円板）が、測定位置４を通過する期間は、光路切替素子３４０は第１状態φ１、第２状態φ２のいずれであってもよい。基本的には、サンプルホルダ３３２には、試料２がマウントされている確率の方が高く、試料２が存在しないサンプルホルダ３３２の発生確率はそれほど高くない。また光路切替素子３４０には寿命があるため、光路切替素子３４０の切替回数は減らすことが好ましい。そこで、コントローラ３５０は、サンプルホルダ３３２とサンプルホルダ３３２の間の構造体（円板）が、測定位置４を通過する期間は、光路切替素子３４０を第１状態φ１としておくことが好ましい。

以上が光測定装置１００Ａの基本構成および動作である。

この光測定装置１００Ａによれば、測定位置４に試料２が存在しない場合に、光路切替素子３４０が、波長掃引光Ｌ１の光路を、正規の光路ＯＰ１から逸らす。これにより、試料２によって減衰されない高強度の波長掃引光Ｌ１が、直接、第１受光器３２２に入射するのを防止でき、第１受光器３２２を保護することができる。

この光測定装置１００Ａの効果を検証するために実験を行った。波長掃引光Ｌ１における波長掃引光Ｌ１のビーム直径は０．８ｍｍ（１／ｅ^２径）とした。アパーチャ３４２として、開口幅２ｍｍのスリットを用いた。また、退避距離、すなわちアパーチャ３４２上における第１光路ＯＰ１と第２光路ＯＰ２の距離は、３ｍｍとした。

第１状態φ１、第２状態φ２それぞれについて、サンプルホルダ３３２に試料２が存在しない状態で、第１受光器３２２に入射する光強度を測定した。第１状態φ１では、第１受光器３２２の入射強度は５８ｍＷであるのに対して、第２状態φ２では、第１受光器３２２の入射強度は１２μＷとなり、０．０２１％まで低下させることができる。これは、第１受光器３２２の許容入力（損傷閾値）を十分下回る値である。

退避距離については、受光器３２２の損傷閾値、ビーム直径、搬送頻度、光路切替素子３４０の性能（速度）を考慮し実験的に決定することができる。

続いて実施形態１に関する変形例を説明する。

（変形例１．１）
図５は、変形例１．１に係る光測定装置１００Ａａを示す図である。この変形例では、図２のアパーチャ３４２が省略されている。光路切替素子３４０が第２状態φ２であるときの第２光路ＯＰ２は、搬送装置３３０の構造体のうち、サンプルホルダ３３２以外の部分の退避位置に向けられている。その他は図２と同様である。

（変形例１．２）
図６は、変形例１．２に係る光測定装置１００Ａｂを示す図である。図２では、光路切替素子３４０が、照射光学系３１０の一部分であったが、この変形例１．２では、光路切替素子３４０の位置が、図２と異なっている。具体的には、光路切替素子３４０は、測定位置４よりも第１受光器３２２側に設けられている。それ以外は、図２と同様である。

（変形例１．３）
図７は、変形例１．３に係る光測定装置１００Ａｃを示す図である。この変形例１．３では、搬送装置３３０ｃの構造が、図２と異なっている。搬送装置３３０ｃは、回転円盤を備える点で、図２の搬送装置３３０と同様であるが、サンプルホルダ３３２を備えず、真空吸着機構によって、円周の任意の位置において、試料２を支持することが可能となっている。

コントローラ３５０は、位置センサ３５２の測定値とあらかじめ演算部３５６に記憶された試料の無いサンプルホルダの位置情報を比較して、測定位置４に試料２が存在するか否かを推定する。そして、測定位置４に試料２が存在する期間において、光路切替素子３４０を第１状態φ１とし、測定位置４に試料２が存在しない期間は、光路切替素子３４０を第２状態φ２に切り替える。

図７においてアパーチャ３４２を省略してもよい。この場合、第２光路ＯＰ２を導波する波長掃引光Ｌ１は、アパーチャ３４２によって遮られずに伝搬するが、第１受光器３２２には入射しないため、第１受光器３２２の保護という目的は達せられる。迷光が問題となる場合には、適切な迷光対策を施せばよい。

あるいは図７においてアパーチャ３４２を省略した場合、第２光路ＯＰ２を、図５のように、円盤に向かうように定めてもよい。

（変形例１．４）
図８は、変形例１．４に係る光測定装置１００Ａｄを示す図である。この変形例１．４では、光路切替素子３４０ｄが、光源装置２００と分光ヘッド３００の間に設けられる。たとえば、光ファイバ（出射側ファイバ）２５８でカップリングされており、光路切替素子３４０ｄは、出射側ファイバ２５８に接続されている。光路切替素子３４０ｄは、ファイバ切替器であり、ファイバ切替器の一方の出力が第１光路ＯＰ１となって分光ヘッド３００と接続され、他方の出力が第２光路ＯＰ２となっている。

図８には、光源装置２００の具体的な構成例が示される。光源装置２００は、パルス光源２０２、波長選択部２２０およびストレッチャ２１０を備える。

パルス光源２０２は、広帯域な連続スペクトルを有する広帯域パルス光Ｌ１ａを出射する。広帯域パルス光Ｌ１ａのスペクトルは、たとえば９００ｎｍ～１３００ｎｍの範囲において、少なくとも１０ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ、より好ましくは１００ｎｍの波長域にわたって連続している。広帯域パルス光Ｌ１ａの波長域の幅は、分光に必要な波長域をカバーしていればよい。

たとえばパルス光源２０２は、超短パルスレーザと、非線形素子を含みうる。超短パルスレーザとしては、ゲインスイッチレーザ、マイクロチップレーザ、ファイバレーザ等が例示される。

非線形素子は、非線形現象によって、超短パルスレーザが生成する超短パルスのスペクトル幅をさらに広げる。非線形素子としてはファイバが好適であり、たとえば、フォトニッククリスタルファイバやその他の非線形ファイバを用いることができる。ファイバのモードとしてはシングルモードの場合が好適であるが、マルチモードであっても十分な非線形性を示すものであれば、使用することができる。

パルス光源２０２として、ＳＬＤ（Superluminescent Diode）光源のような他の広帯域パルス光源を使用してもよい。

非線形素子から出力される広帯域パルス光Ｌ１ａは、フェムト秒～ナノ秒オーダーのパルス幅を有する。

パルス光源２０２が生成する広帯域パルス光Ｌ１ａは、一旦、自由空間に放射される。波長選択部２２０は、広帯域パルス光Ｌ１ａの中から、測定に使用する波長帯域を選択し、使用しない波長帯域を除去する。たとえば波長選択部２２０は、レンズ２２２、波長選択フィルタ２２４、集光レンズ２２６を含む。

レンズ２２２は、広帯域パルス光Ｌ１ａをコリメートする。波長選択フィルタ２２４は、測定に使用する波長帯域を透過し、使用しない波長帯域を反射または吸収によって除去する。集光レンズ２２６は、波長選択フィルタ２２４の透過光を、分割器２３０の入射端に集光する。

ストレッチャ２１０は、広帯域パルス光Ｌ１ａを受け、波長掃引光Ｌ１に変換する。ストレッチャ２１０は、分割器２３０、ディレイライン２４０、カプラ２５０を含む。

分割器２３０は、入射側ファイバ２３８および第１ＡＷＧ２３２を含む。第１ＡＷＧ２３２は、入力導波路２３４と、複数ｎ個（ｎ≧２）の出力導波路２３６を有する。第１ＡＷＧ２３２は、入射側ファイバ２３８を介して、広帯域パルス光Ｌ１ａを受ける。入力導波路２３４を導波する光を、波長に応じて、ｎ個の出力導波路２３６に分岐する。

ディレイライン２４０は、複数ｎ本のファイバ２４２＿１～２４２＿ｎを含む。ファイバ２４２＿１～２４２＿ｎは、異なる長さを有し、分割器２３０によって分割された複数のビームに対して、異なる遅延を与える。

分割前の広帯域パルス光Ｌ１ａが、時間とともに周波数が上昇する（波長が短くなる）正のチャープパルス（アップチャープパルス）であるとする。この場合、パルスの前縁部に最長波長λ_１の成分が含まれ、パルスの後縁部に最短波長λ_ｎの成分が含まれている。

複数のファイバ２４２＿１～２４２＿ｎは、異なる長さｌ_１～ｌ_ｎを有している。λ_１が最長波長、λ_ｎが最短波長であるとすると、波長掃引光Ｌ１を、広帯域パルス光Ｌ１ａと同じ正のチャープパルスとするためには、１_１＜ｌ_２＜…＜ｌ_ｎの関係を満たしていればよい。一例として、ｎ＝２０の場合、２０本のファイバ２４２の長さｌ_１～ｌ_２０は、１ｍ～２０ｍまで、１ｍ刻みで増加してもよい。

ファイバ２４２＿１～２４２＿ｎは、波長毎に異なる群遅延特性を有する必要はなく、同一のファイバ（同一のコア／クラッド材料のファイバ）を使用することができる。この意味で、ファイバ２４２は、マルチモードファイバを使用することが可能であり、この場合、意図しない非線形光学効果を防止することができる点において有利である。

カプラ２５０は、ディレイライン２４０によって異なる遅延が付与された複数のビームを再結合する。たとえばカプラ２５０は、第２ＡＷＧ２５２および出射側ファイバ２５８を含む。第２ＡＷＧ２５２は、ｎ個の入力導波路２５４と、出力導波路２５６を有する。ｎ個の入力導波路２５４は、ｎ本のファイバ２４２＿１～２４２＿ｎが接続される。第２ＡＷＧ２５２は、ｎ個の入力導波路２５４を導波するｎ個のビームを合波し、出力導波路２５６に出力する。出射側ファイバ２５８の入射端は、出力導波路２５６と接続される。

出射側ファイバ２５８は分光ヘッド３００まで伸びており、出射側ファイバ２５８の出射端は、分光ヘッド３００と接続されている。

ファイバ２４２によって十分に大きな遅延を与えるとき、波長λ_１～λ_ｎそれぞれの波束が時間的に分離し、波長掃引光Ｌ１は、波長λ_１～λ_ｎに対応するｎ個のパルスを含むパルス列となる。

分光ヘッド３００は、コントローラ３５０を含む。コントローラ３５０は、位置センサ３５２の測定値と、あらかじめ演算部３５６に記憶された試料のないサンプルホルダの位置情報を比較して、試料２の有無を判定し、判定結果にもとづいて光路切替素子３４０ｄを制御する。

（実施形態２）
図９は、実施形態２に係る光測定装置１００Ｂを示す図である。光測定装置１００Ｂは、図２の光路切替素子３４０に代えて、遮光素子３６０を備える。

遮光素子３６０は、波長掃引光Ｌ１の光路に設けられ、第１状態φ１と第２状態φ２が切替可能に構成される。遮光素子３６０は、第１状態φ１において、波長掃引光Ｌ１を透過し（透過状態）、第２状態φ２において、物体光Ｌ２を遮光する。遮光には、減光も含まれる。

遮光素子３６０としては、可動式シャッタもしくは可変式アテネータのいずれかを利用することができる。可変式アテネータとしては、液晶シャッタ、音響光学変調器（ＡＯＭ）、電気光学変調器（ＥＯＭ）などが例示される。

コントローラ３５０は、遮光素子３６０の状態を制御する。コントローラ３５０による制御については、実施形態１と同様である。

実施形態２に係る光測定装置１００Ｂによれば、測定位置４に試料２が存在しない場合に、遮光素子３６０が、波長掃引光Ｌ１の光路を遮断する。これにより、試料２によって減衰されない高強度の波長掃引光Ｌ１が、直接、第１受光器３２２に入射するのを防止でき、第１受光器３２２を保護することができる。

続いて実施形態２に関連する変形例を説明する。

（変形例２．１）
図１０は、変形例２．１に係る光測定装置１００Ｂａを示す図である。変形例２．１では、遮光素子３６０が、波長掃引光Ｌ１の経路上であって、測定位置４よりも第１受光器３２２側に設けられている。

（変形例２．２）
実施形態２に関して、図７の搬送装置３３０ｃを用いてもよい。

（変形例２．３）
実施形態２に関して、図８に示したように、遮光素子３６０を、光源装置２００と分光ヘッド３００の間に設けてもよい。

最後に、実施形態１，実施形態２の両方に関連する変形例を説明する。

搬送装置３３０としては、円盤状のものに限定されず、たとえばローラコンベアを用いてもよい。

本開示に係る実施形態について、具体的な用語を用いて説明したが、この説明は、理解を助けるための例示に過ぎず、本開示あるいは請求の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって規定されるものであり、したがって、ここでは説明しない実施形態、実施例、変形例も、本発明の範囲に含まれる。

Ｌ１波長掃引光
Ｌ１ａ広帯域パルス光
Ｌ２物体光
２試料
４測定位置
Ｌ３参照光
１００光測定装置
２００光源装置
２０２パルス光源
２１０ストレッチャ
２２０波長選択部
２２２レンズ
２２４波長選択フィルタ
２２６集光レンズ
２３０分割器
２３２第１ＡＷＧ
２３４入力導波路
２３６出力導波路
２３８入射側ファイバ
２４０ディレイライン
２４２ファイバ
２５０カプラ
２５２第２ＡＷＧ
２５４入力導波路
２５６出力導波路
２５８出射側ファイバ
３００分光ヘッド
３１０照射光学系
３１２コリメータ
３１４ビームスプリッタ
３１６ミラー
３２０受光装置
３２２第１受光器
３２４第２受光器
３３０搬送装置
３３２サンプルホルダ
３４０光路切替素子
３４２アパーチャ
３５０コントローラ
３５２位置センサ
３５６演算部
３６０遮光素子
４００演算処理装置

Claims

波長掃引光を発生する光源装置と、
前記波長掃引光を測定位置に照射する照射光学系と、
前記測定位置を通過するように測定対象を搬送する搬送装置と、
前記測定対象を透過した前記波長掃引光である物体光を測定する受光装置と、
前記波長掃引光の光路に設けられ、前記波長掃引光の光路を切り替える光路切替素子と、
前記測定対象の有無に応じて、前記光路切替素子を制御するコントローラと、
を備えることを特徴とする光測定装置。
前記光路切替素子は、ガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、ピエゾ駆動ミラー、ポリゴンミラー、ファイバ切替器のいずれかを含むことを特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
前記光路切替素子の出射端側に設けられるアパーチャをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の光測定装置。
波長掃引光を発生する光源装置と、
前記波長掃引光を測定位置に照射する照射光学系と、
前記測定位置を通過するように測定対象を搬送する搬送装置と、
前記測定対象を透過した前記波長掃引光である物体光を測定する受光装置と、
前記波長掃引光の光路に設けられ、前記波長掃引光の透過、不透過を切り換え可能な遮光素子と、
前記測定対象の有無に応じて、前記遮光素子を制御するコントローラと、
を備えることを特徴とする光測定装置。
前記遮光素子は、可動式シャッタ、可変式アテネータのいずれかを含むことを特徴とする請求項４に記載の光測定装置。
前記可変式アテネータは、液晶シャッタ、音響光学変調器、電気光学変調器のいずれかを含むことを特徴とする請求項５に記載の光測定装置。