JP2837868B2 - 分光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、回折格子やプリズム等の分散型分光素子を
用いた分光装置に係わり、特に分光素子を回動させる分
光素子駆動機構に於ける機械的誤差の測定結果への影響
を除去した分光装置に関する。

［従来の技術］ 回折格子やプリズム等の分散型分光素子を用いた分光
装置は、例えば、第17図に示すように構成されている。
即ち、スリット51から入力された被測定光は、コリメー
タ52にて平行光線となり、回折格子53へ入射される。こ
の回折格子53で反射された、この回折格子53の入射光に
対する傾斜角で定まる波長λを有した、被測定光は、コ
リメータ54で反射されて、スリット55を介して受光器56
へ入力される。この受光器56は、入射された光の光強度
に比例する光強度信号を出力する。また、回折格子53の
入射光に対する傾斜角（回動角）は、例えば、モータ等
からなる駆動機構57にて制御される。

このような分光装置に於いて、駆動機構57にて回折格
子53を回動させると、前述した傾斜角度が順次変化し、
この回折格子53で反射された被測定光に含まれる波長λ
が連続的に変化する。よって、回折格子53の各回動角に
対する受光器56から出力される光強度信号の各信号レベ
ルの関係をグラフ化すると、被測定光の分光特性が得ら
れる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第17図に示す分光装置に於いても、ま
だ、次のような問題がある。即ち、回折格子53を駆動機
構57で連続的に回動させた場合に受光器56から出力され
る光強度信号の波形に於いて、信号波形の各横軸位置と
各波長λとの関係は前述したように、駆動機構57に於け
るモータの回転角と回折格子53の実際の回動角との関係
で定まる。しかし、駆動機構57は、前述したモータの他
に、歯車等の機械的連結部材を使用しているので、例え
ばバックラッシュ等にてモータの回転角度が回折格子53
の回動角に正確に伝達されない懸念がある。また、モー
タ自体も入力信号で指示された通りに正確に回転すると
は限らない。

このように、回折格子53を機械的部材で構成された駆
動機構57でもって移動させているので、回折格子53の回
動角度精度は、前記各機械的部材の寸法精度及び組合せ
精度に依存し、またモータに於ける回転角度の応答精度
に依存する。従って、得られた被測定光の分光特性の波
長精度も、前記機械的精度及びモータ特性精度に依存す
ることになり、分光特性の波長精度をある一定以上に向
上させることは困難である。例えば、上述した駆動機構
57を用いた場合に於いては、回折格子53の回動角度精度
は約（1/30）゜程度であり、波長λに換算すると、約0.
1〜1.0nmである。

本発明は、このような事情に鑑みて成されたものであ
り、その目的とするところは、エタロンを用いて広波長
帯域の参照光から波長の測定基準信号を作成することに
より、分散型分光素子の駆動機構の機械的誤差に影響さ
れずに、分光特性が得られ、測定精度を大幅に向上でき
る分光装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の分光装置は、第１図に示すように、入力され
た被測定光を分光する分散型分光素子１と、該分散型分
光素子１を回動させる分光素子駆動機構２と、前記分光
素子１によって分光された前記被測定光を受け、その光
強度に応じた第１の信号を発生する被測定光用受光手段
３と、広波長帯域を有する参照光を前記分光素子１に入
射させる参照光源４と、前記分光素子１によって分光さ
れた前記参照光を受け、その光強度に応じた第２の信号
を発生する参照光用受光手段５と、前記参照光源４から
前記参照光用受光手段５までの光路中に介挿されたエタ
ロン６と、既知の単一の波長を有する基準光を前記分光
素子１に入射させる基準光源７と、前記分光素子１によ
って分光された前記基準光を受け、その光強度に応じた
第３の信号を発生する基準光用受光手段８と、前記第１
乃至第３の信号をそれぞれ分離して受け、前記第１の信
号から前記被測定光の波長情報を得るための基準となる
波長スケールを、前記第２及び第３の信号を基にして算
出する演算処理手段９とを備えたものである。

［作用］ まず、この発明で使用されるエタロン６の特性を説明
する。エタロン６は、ガラス叉は水晶の極めて平面度の
良い平行平面板の両面に、例えば金属膜をつけて、反射
率を上げた素子であり、第２図に示すように、表面にほ
ぼ垂直に光を照射すると、この光を例えば0.5〜1.0mmの
厚さｄの内部で反射を繰り返した後、反対面から外部へ
送出する。この場合の光の透過率αは、以下の式のよう
に、反射率R,屈折率n,厚さd,入射光に対する傾斜角θ，
入射光の波長λの関数となる。

但し、 前記反射率R,屈折率n,厚さｄは、エタロン６の物理特
性によって定まる定数であり、また、傾斜角θは、エタ
ロン６を分光装置内に一旦取り付けると定数となる。よ
って、入射光の波長λを変化させると、前記透過率α
は、第３図に示すように、波長λを変数とする三角関数
の波長となる。従って、次の（１）式で示されるよう
な、前記各定数及び波長λで定まる、波長間隔Δλ毎
に、各ピーク信号6aが生じる。

即ち、各ピーク信号6aは、エタロン６の物理的特性に
基づいて、規則的に配列される。

また、参照光源４から出力される参照光は、測定波長
領域の全ての波長λを含むので、この参照光を分光素子
駆動機構２で回動される分散型分光素子１で分光して参
照光用受光手段５で受光して得られる光強度信号（第２
の信号）には、全ての波長成分が含まれる。従って、こ
の参照光の光路に前述した透過率特性を有するエタロン
６を介挿すると、参照光用受光手段５から出力される光
強度信号（第２の信号）は、第３図に示すように各波長
間隔Δλを有して規則的に配列される、ピーク信号6aの
みとなる。

また、基準光源７から出力される基準光を分散型分光
素子１で分光して基準光用受光手段８で受光して得られ
る光強度信号（第３の信号）は、既知の波長成分のみが
含まれる。従って、この光強度信号（第３の信号）は、
既知の波長でピーク信号を生じる。よって、この光強度
信号（第３の信号）と、前記参照光用受光手段５からの
光強度信号（第２の信号）との間の相対位置関係から、
各ピーク信号6aの波長を正確に知ることができ、この各
ピーク信号6aを、被測定光用受光手段３からの光強度信
号（第１の信号）により被測定光の波長情報を知るため
の基準となる波長スケールとして利用できる。なお、各
ピーク信号6a間の各波長間隔Δλは、波長が長くなるに
つれて徐々に大きくなっていくが、前述したように演算
処理手段９によって正確に演算されることができるの
で、各ピーク信号6a間の各波長間隔Δλの不一致は何等
問題とならない。

即ち、分散型分光素子１にて分光された被測定光が入
力される被測定光用受光手段３から出力される光強度信
号（第１の信号）の各信号波形に於ける波長情報を、前
記波長スケールの各ピーク信号6aとの間の相対位置関係
から正確に得ることが可能である。

しかして、分光素子駆動機構２から測定波長λを得る
こともなく、分散型分光素子１の回動角を直接測定する
必要もないので、得られた分光特性から機械的誤差の要
素を除去でき、測定精度が上昇する。

［実施例］ 以下、本発明の分光装置の実施例を図面を参照して説
明する。

第４図は、本発明の第１の実施例の分光装置を示す概
略構成図である。被測定光ａは、例えばハーフミラーで
構成された光合成器11及びスリット12を介してコリメー
タ13へ入射される。このコリメータ13へ入射された被測
定光ａは、そのコリメータ13で平行光線に直され、分散
型分光素子１としての回折格子1aへ入射される。この回
折格子1aへ入射した被測定光は、この回折格子1aで反射
されてコリメータ14に入射される。このコリメータ14に
入射した被測定光は、回折格子1aの入射光に対する傾斜
角（回動角）で定まる波長λを有している。この波長λ
を有する被測定光は、このコリメータ14で反射されて、
スリット15から出力される。このスリット15から出力さ
れた被測定光は、ハーフミラーからなる光分離器16で直
角方向に分離され、被測定光用受光手段３としての被測
定光用受光器3aへ入力される。被測定光用受光器3aは、
入射された波長成分が前記波長λのみになった被測定光
ａの光強度に比例する第１の信号としての光強度信号ｂ
を次の演算処理手段９としての演算処理部9aへ送出す
る。また、前記回折格子1aは、分光素子駆動機構２とし
てのモータ2aにて回動される。このモータ2aは、演算処
理部9aからの回動命令に応じて、このモータ2aを所定時
間だけ駆動するための駆動信号を供給するモータドライ
バ2bによって制御される。よって、演算処理部9aは、回
動命令の発生回数から、前記回折格子1aの入射光に対す
る傾斜角（即ち回動角）を知ることができる。

また、光合成器11には、前記被測定信号ａの他に、参
照光源４としての白色光源4aから出力される参照光ｃが
入力される。この参照光ｃは、前記被測定光ａよりも広
い波長帯域を有している。しかして、この参照光ｃは、
スリット12,コリメータ13,回折格子1a,コリメータ14,ス
リット15でなる前記被測定光ａと同一光路を経由して、
光分離器16へ入力される。光分離器16へ入力された波長
成分がλのみになった参照光は、この光分離器16を通過
して、エタロン６へ入射される。このエタロン６を通過
した参照光は、参照光用受光手段５としての参照光用受
光器5aへ入射される。よって、この参照光用受光器5aに
入射された参照光は、この参照光用受光器5aにてその光
強度に比例した第２の信号としての光強度信号ｄに変換
されて、演算処理部9aへ入力される。

さらに、前記光合成器11には、例えば校正時等に於い
て、前記参照光ｃと同時に基準光源７から単一の基準波
長λｒを有する基準光ｅが入力される。なお、この基準
光ｅは、被測定光ａと同様に、光分離器16で分離され、
基準光用受光手段８としてもまた機能する前記被測定光
用受光器3aで第３の信号としての光強度信号ｆに変換さ
れて、演算処理部9aへ入力される。

なお、前記光合成器11及び光分離器16に於ける被測定
光a,参照光c,基準光ｅの合成及び分離は、前記モータ2a
による測定波長λの掃引速度に比較して、非常に高い周
波数の時分割手法にて実行する。よって、各受光器3a,5
aから出力される各光強度信号b,d,fは、第５図に示すよ
うに、ほぼ連続信号となる。あるいは、上記合成及び分
離は、波長を求めたい光信号を検出後に、参照光及び基
準光を検出する経路に切り換え、参照光の光強度信号及
び基準光の光強度信号より求める方法により実行する。
なお、前記時分割手法の実施手段としては、光合成器11
及び光分離器16のそれぞれの直前に、各光を高周波で遮
断／通過させる既知のチョッパを配したり、光合成器11
及び光分離器16を構成するハーフミラー等を図示矢印Ａ
のように移動させたり、あるいは各光源をオン／オフス
イッチしたりと、種々考えられる。

次に、このように構成された分光装置の動作を説明す
る。前記被測定光a,参照光c,及び基準光ｅを光合成器11
へ前述した時分割手法にて入力した状態で、モータ2aを
一定速度で回転させると、回折格子1aが回動して、各光
a,c,eを分光する。そして、第５図に示すように、参照
光用受光器5aから出力される参照光ｃの光強度信号ｄ、
及び被測定光用受光器3aから出力される基準光ｅの光強
度信号ｆと被測定光ａの光強度信号ｂが、演算処理部9a
へ入力される。

参照光ｃの光強度信号ｄの各ピーク信号6aのうち、基
準光ｅの光強度信号ｆのピーク波長、即ち予め正確に測
定されている基準波長λｒの一つ上側のピーク信号6aの
波長λを起点波長λ０とする。そして、この起点波長λ
０の次のピーク信号6aの波長をλ１とし、２番目のピー
ク信号6aの波長をλ２とする。以下、順番に、λ3,λ4,
…，λn,…とする。

すると、（ｎ＋１）番目のピーク信号6aの波長λｎ＋
１は、一つ前のｎ番目のピーク信号6aの波長λｎを用い
て、次の（２）式で求まる。

従って、起点波長λ０が正確に求まると、各ピーク信
号6aの各波長λ1,λ2,λ3,…，λn,λｎ＋1,…は、
（２）式を繰り返し実行することによって、簡単に算出
できる。

起点波長λ０は、基準波長λｒと起点波長λ０との間
の距離ｐを求めて、λ０を基準波長λｒとして算出され
た波長間隔Δλ０に相当する距離の値に対するこの距離
ｐの比率から、その距離ｐに対応する波長差Δλｐを算
出し、その波長差Δλｐを用いて、次の（３）式から算
出される。

λ０＝λｒ＋Δλｐ …（３） よって、参照光ｃの光強度信号ｄの任意のピーク信号
6aの正確な波長λが上記（２），（３）式にて算出され
る。

次に、被測定光ａの光強度信号ｂに生じた波形のピー
ク波長λａを算出する手順を説明する。最初に、そのピ
ーク波長λａが、前記参照光ｃの光強度信号ｄの何番目
のピーク信号6aと何番目のピーク信号6aとの間に存在す
るかを検出する。そして、一つ下側のピーク信号6aの波
長λｍ（第５図に於いては、ｍ＝１）との間の距離ｑを
求め、その波長λｍを用いて算出された波長間隔Δλｍ
に相当する距離との比でもって、距離ｑに対応する波長
差Δλｑを算出する。そして、次の（４）式を用いて、
そのピーク波長λａを算出する。

λａ＝λｍ＋Δλｑ …（４） 以上の演算処理を演算処理部9aで実行することによっ
て、被測定光ａの正確な分光特性が得られる。

このように、第４図の構成の分光装置であれば、第５
図に示すように、被測定光ａの光強度信号ｂに含まれる
各波形の任意の点に於ける波長λは、エタロン６を介し
て得られた参照光ｃの各ピーク信号6aの前記（２），
（３）式で算出される各波長λ0,λ1,…を基準として、
正確に算出される。

従って、回折格子1aを回動させるモータ2aを含む分光
素子駆動機構２から回折格子1aの傾斜角（回動角）を得
る信号から測定波長λを求める必要がない。よって、バ
ックラッシュ等の機械的な精度に起因して測定された分
光特性に含まれる波長誤差を除去できる。また、回折格
子1aの回動角を測定器で直接測定する場合の測定誤差
も、この実施例にて得られた分光特性には含まれない。

このように、従来の分光装置に比較して、その測定精
度を大幅に向上できる。ちなみに、この実施例に於いて
は、波長の測定精度を約0.01〜0.1nmまで向上すること
ができ、第17図に示した従来装置に比較して、約１桁以
上の測定精度向上を得ることができた。

このような被測定光ａの波長測定を、図面を参照して
さらに詳細に説明する。

先ず、実際の測定に入る前に、温度や設定状況による
測定誤差の可能性を少なくするために、エタロン６の定
数を測定しておく。第６図（ａ）乃至（ｃ）は、演算処
理部9aにて行なわれる、そのようなエタロン６の定数
（屈折率ｎと厚さｄの乗算結果nd）の測定動作を示す一
連のフローチャートであり、以下これを参照して説明す
る。

即ち、先ず、白色光源4a及び基準光源７をオンすると
ともに、被測定光ａをオフする（ステップS1）。この場
合、基準光源７として、既知の単一の波長を有するもの
を２個用いるか、あるいは既知の２つの波長成分のみを
有するものを用いる。このように各光a,c,eが設定され
たならば、回折格子1aを所定角度だけ回動させ（ステッ
プS2）、その時の被測定光用受光器3aからの基準光ｅの
光強度信号ｆを取り込む（ステップS3）。そして、光強
度信号ｆがピーク信号であるかどうか、即ち第７図に示
すような既知の基準波長λr1であるか否かを判断する
（ステップS4）。ピーク信号でなければ、前記ステップ
S2へ戻って、さらに回折格子1aを回動させる。

また、ピーク信号であれば、そのときの回折格子1aの
傾斜角（回動角）を図示しないレジスタG1に記憶する
（ステップS5）。その後、また回折格子1aを所定角度だ
け回動させる（ステップS6）。そして今度は、参照光用
受光器5aからの参照光ｃの光強度信号ｄを取り込み（ス
テップS7）、この光強度信号ｄがピーク信号6aであるか
どうかを判断する（ステップS8）。ピーク信号6aでなけ
れば、前記ステップS6へ戻って、さらに回折格子1aを回
動させる。

また、ピーク信号6aであれば、そのときの回折格子1a
の傾斜角（回動角）を図示しないレジスタG2に記憶する
（ステップS9）。これにより、基準光ｅの波長の一つ後
のピーク信号6aの波長λ０に対応する回折格子1aの傾斜
角が記憶される。

そして、図示しないカウンタＮをクリアした後（ステ
ップS10）、回折格子1aを所定角度だけ回動させる（ス
テップS11）。また、そのときの回折格子1aの傾斜角
（回動角）を図示しないレジスタGxに記憶する（ステッ
プS12）。そして、被測定光用受光器3aからの基準光ｅ
の光強度信号ｆを取り込み（ステップS13）、この光強
度信号ｆがピーク信号であるかどうか、即ち第７図に示
すような既知の基準波長λr2であるか否かを判断する
（ステップS14）。

ピーク信号でなければ、参照光用受光器5aからの参照
光ｃの光強度信号ｄを取り込み（ステップS15）、この
光強度信号ｄがピーク信号6aであるかどうかを判断する
（ステップS16）。ピーク信号6aでなければ、前記ステ
ップS11へ戻って、さらに回折格子1aを回動させる。

また、ピーク信号6aであれば、カウンタＮを１カウン
トアップする（ステップS17）。そして、レジスタGxに
記憶しておいた回折格子1aの傾斜角（回動角）を図示し
ないレジスタG3に記憶した後（ステップS18）、前記ス
テップS11へ戻って、さらに回折格子1aを回動させる。
これにより、基準光ｅの波長の後のピーク信号6aの数が
カウンタＮによって計数され、また最後に測定されたピ
ーク信号6aに対応する回折格子1aの傾斜角がレジスタG3
に記憶される。

また、前記ステップS14に於いて、光強度信号ｆがピ
ーク信号であると判断されたならば、レジスタGxに記憶
しておいた回折格子1aの傾斜角（回動角）を、基準光ｅ
の波長λr2に対応する回動角として図示しないレジスタ
G4に記憶する（ステップS19）。そして、各レジスタG1,
G2,G3,G4、カウンタＮに記憶された値を用いて、次の
（５）式から、エタロン６の定数（屈折率ｎと厚さｄの
乗算結果nd）を算出する（ステップS20）。

但し、 このようにして、エタロンの定数ndが算出されたなら
ば、それを図示しないレジスタndに記憶する（ステップ
S21）。これにより、このエタロン６の定数の測定動作
を終了する。

次に、実際の被測定光ａの波長の測定動作を、第８図
（ａ）乃至（ｃ）のフローチャート及び第９図の波形図
を参照しながら説明する。

即ち、先ず、白色光源4a、基準光源７、及び被測定光
ａをオンする（ステップS31）。このように各光a,c,eが
設定されたならば、回折格子1aを所定角度だけ回動させ
るとともに（ステップS32）、図示しないチョッパ等に
よって、あるいは光合成器11及び光分離器16を構成する
ハーフミラー等を移動させて、参照光ｃ及び基準光ｅ側
に光路を切り換える（ステップS33）。そして、その時
の被測定光用受光器3aからの基準光ｅの光強度信号ｆを
取り込み（ステップS34）。この光強度信号ｆがピーク
信号であるかどうか、即ち第９図に示すような既知の基
準波長λｒであるか否かを判断する（ステップS35）。
ピーク信号でなければ、前記ステップS32へ戻って、さ
らに回折格子1aを回動させる。

また、ピーク信号であれば、そのときの回折格子1aの
傾斜角（回動角）を図示しないレジスタG5に記憶する
（ステップS36）。その後、また回折格子1aを所定角度
だけ回動させる（ステップS37）。そして今度は、参照
光用受光器5aからの参照光ｃの光強度信号ｄを取り込み
（ステップS38）、この光強度信号ｄがピーク信号6aで
あるかどうかを判断する（ステップS39）。ピーク信号6
aでなければ、前記ステップS37へ戻って、さらに回折格
子1aを回動させる。

また、ピーク信号6aであれば、そのときの回折格子1a
の傾斜角（回動角）を図示しないレジスタG6に記憶する
（ステップS40）。これにより、基準光ｅの波長の一つ
後のピーク信号6aの波長λ０に対応する回折格子1aの傾
斜角が記憶される。

そして、図示しないカウンタＮをクリアした後（ステ
ップS41）、回折格子1aを所定角度だけ回動させる（ス
テップS42）。また、そのときの回折格子1aの傾斜角
（回動角）を図示しないレジスタGxに記憶する（ステッ
プS43）。そして、図示しないチョツパ等によって、あ
るいは光合成器11及び光分離器16を構成するハーフミラ
ー等を移動させて、被測定光ａ側に光路を切り換える
（ステップS44）。ここで、被測定光用受光器3aからの
被測定光ａの光強度信号ｂを取り込み（ステップS4
5）、この光強度信号ｂがピーク信号であるかどうかを
判断する（ステップS46）。

ピーク信号でなければ、また参照光ｃ及び基準光ｅ側
に光路を切り換えて（ステップS47）、参照光用受光器5
aからの参照光ｃの光強度信号ｄを取り込む（ステップS
48）。そして、この光強度信号ｄがピーク信号6aである
かどうかを判断する（ステップS49）。ピーク信号6aで
なければ、前記ステップS42へ戻って、さらに回折格子1
aを回動させる。

また、ピーク信号6aであれば、カウンタＮを１カウン
トアップする（ステップS50）。そして、レジスタGxに
記憶しておいた回折格子1aの傾斜角（回動角）を図示し
ないレジスタG7に記憶した後（ステップS51）、前記ス
テップS42へ戻って、さらに回折格子1aを回動させる。
これにより、基準光ｅの波長の後のピーク信号6aの数が
カウンタＮによって計数され、また最後に測定されたピ
ーク信号6aの波長λｍに対応する回折格子1aの傾斜角が
レジスタG7に記憶される。

また、前記ステップS46に於いて、光強度信号ｂがピ
ーク信号であると判断されたならば、レジスタGxに記憶
しておいた回折格子1aの傾斜角（回動角）を、被測定光
ａの波長λａに対応する回動角として図示しないレジス
タG8に記憶する（ステップS52）。そして、各レジスタG
5,G6,G7,G8、カウンタＮ、及びレジスタndに記憶されて
いる値を用いて、次の（６）式から、被測定光ａの波長
λａを算出する（ステップS53）。

但し、 このように、被測定光ａを測定しながら波長を演算す
ることができるが、第４図の構成の分光装置では、被測
定光ａのピークを検出した後、その波長を演算すること
もできる。そのような被測定光ａの波長の別の測定動作
を、第10図（ａ）乃至（ｃ）のフローチャート及び第11
図の波形図を参照しながら説明する。

即ち、先ず、白色光源4aと基準光源７をオフし、被測
定光ａをオンする（ステップS61）。このように各光a,
c,eが設定されたならば、回折格子1aを所定角度だけ回
動させ（ステップS62）、その時の被測定光用受光器3a
からの被測定光ａの光強度信号ｂを取り込む（ステップ
S63）。そして、この光強度信号ｂがピーク信号である
かどうかを判断する（ステップS64）。ピーク信号でな
ければ、前記ステップS62へ戻って、さらに回折格子1a
を回動させる。

また、ピーク信号であれば、そのときの回折格子1aの
傾斜角（回動角）を図示しないレジスタG5に記憶する
（ステップS65）。そして、白色光源4aと基準光源７を
オンし、被測定光ａをオフする（ステップS66）。その
後、また回折格子1aを所定角度だけ回動させ（ステップ
S67）、今度は参照光用受光器5aからの参照光ｃの光強
度信号ｄを取り込む（ステップS68）。そして、この光
強度信号ｄがピーク信号6aであるかどうかを判断する
（ステップS69）。ピーク信号6aでなければ、前記ステ
ップS67へ戻って、さらに回折格子1aを回動させる。

また、ピーク信号6aであれば、そのときの回折格子1a
の傾斜角（回動角）を図示しないレジスタG6に記憶する
（ステップS70）。これにより、被測定光ａの波長の一
つ後のピーク信号6aの波長λ０′に対応する回折格子1a
の傾斜角が記憶される。

そして、図示しないカウンタＮをクリアした後（ステ
ップS71）、回折格子1aを所定角度だけ回動させる（ス
テップS72）。また、そのときの回折格子1aの傾斜角
（回動角）を図示しないレジスタGxに記憶する（ステッ
プS73）。そして、被測定光用受光器3aからの基準光ｅ
の光強度信号ｆを取り込み（ステップS74）、この光強
度信号ｆがピーク信号であるかどうかを判断する（ステ
ップS75）。

ピーク信号でなければ、次に参照光用受光器5aからの
参照光ｃの光強度信号ｄを取り込む（ステップS76）。
そして、この光強度信号ｄがピーク信号6aであるかどう
かを判断する（ステップS77）。ピーク信号6aでなけれ
ば、前記ステップS72へ戻って、さらに回折格子1aを回
動させる。

また、ピーク信号6aであれば、カウンタＮを１カウン
トアップする（ステップS78）。そして、レジスタGxに
記憶しておいた回折格子1aの傾斜角（回動角）を図示し
ないレジスタG7に記憶した後（ステップS79）、前記ス
テップS72へ戻って、さらに回折格子1aを回動させる。
これにより、被測定光ａの波長λａの後のピーク信号6a
の数がカウンタＮによって計数され、また最後に測定さ
れたピーク信号6aの波長λｍ′に対応する回折格子1aの
傾斜角がレジスタG7に記憶される。

また、前記ステップS75に於いて、光強度信号ｆがピ
ーク信号であると判断されたならば、レジスタGxに記憶
しておいた回折格子1aの傾斜角（回動角）を、基準光ｅ
の波長λｒに対応する回動角として図示しないレジスタ
G8に記憶する（ステップS80）。そして、各レジスタG5,
G6,G7,G8、カウンタＮ、及びレジスタndに記憶されてい
る値を用いて、次の（７）式から、被測定光ａの波長λ
ａを算出する（ステップS81）。

但し、 なお、第４図の実施例に於いては、被測定光ａの分光
特性に於ける各波形の各位値に於ける波長の絶対値を算
出するために、基準となる基準光ｅを用いたが、各波形
間の相対位置のみを求める場合は、上記基準光ｅを設け
る必要はない。

第12図は、本発明の第２の実施例に係わる分光装置を
示す概略構成図であり、第４図と同一部分には同一符号
を付して、重複する説明を省略する。

この第２の実施例に於いては、光合成器11aを２枚の
ハーフミラー叉はフィルタで構成し、被測定光ａ、参照
光ｃ、及び基準光ｅをそれぞれ独立に入射できるように
構成している。そして、白色光源4aと光合成器11aの間
にエタロン６を介挿して、白色光源4aから出力された参
照光ｃをこのエタロン６を介して光合成器11aへ入力す
るようにしている。そして、第４図の光分離器16と参照
光用受光器5aとの間に介挿されたエタロン６を除去して
いる。

このように構成された分光装置であれば、白色光源4a
から出力された測定波長領域内の全部の波長λを含んだ
参照光ｃはエタロン６に入力されると、前述した第３図
の透過率α−波長λ特性を有したエタロン６によって、
各ピーク信号6a成分以外は除去される。従って、このエ
タロン６から出力されて光合成器11aへ入力される参照
光ｃは、第５図に示した光強度信号ｄにほぼ一致する波
長特性を有している。よって、回折格子1aで分光されて
参照光用受光器5aから出力される光強度信号は、第５図
の光強度信号ｄとほぼ一致することになる。また、基準
光源７から出力される波長λｒの基準光ｅの光強度信号
ｆも第５図と同一になる。しかして、演算処理部9aでも
って前述した処理手順で被測定光ａの各波形位置の波長
が算出されるので、第４図に示した第１の実施例とほぼ
同じ効果を得ることが可能である。

第13図は、本発明の第３の実施例に係わる分光装置を
示す概略構成図である。第４図の第１の実施例と同一部
分には、同一符号が付してある。

この第３の実施例に於いては、第４図の光分離器16を
設ける代わりに、回折格子1aにて分光された被測定光ａ
及び基準光ｅと、参照光ｃとをそれぞれ別々のコリメー
タ14a,14bを介して各スリット15a,15bから出力させてい
る。そして、スリット15aから出力される被測定光ａ及
び基準光ｅを被測定光用受光器3aへ入力させ、スリット
15bから出力される参照光ｃをエタロン６を介して参照
光用受光器5aへ入力させている。

即ち、この第３の実施例に於いては、光合成器11に於
ける前述したフィルタの物理定数を適当な値に設定する
ことによって、被測定光ａの波長と参照光ｃの波長との
関係を１対２、叉は１対３のように設定することによっ
て、図示するように一つの回折格子1aにて分光された被
測定光ａ及び参照光ｃを別々の光路に配設されたコリメ
ータ14a,14bで取り出すことが可能となる。

このように構成された分光装置に於いても、被測定光
用受光器3a及び参照光用受光器5aから第５図に示す各光
強度信号b,f,dが出力されるので、前述した第１の実施
例とほぼ同様の効果を得ることが可能である。

第14図は、本発明の第４の実施例に係わる分光装置を
示す概略構成図である。第13図の第３の実施例と同一部
分には同一符号が付してある。

この実施例に於いては、第13図の光合成器11を除去し
て、回折格子1aに対する入射光もそれぞれ別光路を採用
している。即ち、被測定光ａは、スリット12a、コリメ
ータ13aを介して、回折格子1aに入射され、参照光ｃ及
び基準光ｅは、スリット12b、コリメータ13bを介して、
回折格子1aに入射される。そして、回折格子1aで分光さ
れた被測定光ａ及び基準光ｅは、コリメータ14a、スリ
ット15aを介して被測定光用受光器3aへ入力して第５図
に示す各光強度信号ｂ、ｆへ変換され、同じく回折格子
1aで分光された参照光ｃは、コリメータ14b、スリット1
5b、エタロン６を介して参照光用受光器5aへ入力して第
５図に示す光強度信号ｄへ変換される。よって、第13図
とほぼ同じ効果を得ることが可能である。

第15図は、本発明の第５の実施例に係わる分光装置を
示す概略構成図である。

この第５の実施例に於いては、分散型分光素子１とし
て、同一分光特性を有した２枚の回折格子1ba,1bbとを
背中合わせに貼付けた連動回折格子1bが使用される。そ
して、この連動回折格子1bは、一つの分光素子駆動機構
２としてのモータ2aで回動（傾斜）角度制御される。そ
して、被測定光ａは、光合成器11b、スリット12a、コリ
メータ13aを介して、連動回折格子1bの被測定光用分散
型分光素子としての一方の回折格子1baへ入射される。
また、基準光源７から出力される基準光ｅも、被測定光
ａの光路と同一光路を経由して、回折格子1baに入射さ
れる。一方、白色光源4aから出力された参照光ｃは、ス
リット12b、コリメータ13bを介して、連動回折格子1bの
参照光用分散型分光素子としての他方の回折格子1bbへ
入射される。

一方の回折格子1baにて分光された被測定光ａ及び基
準光ｅは、コリメータ14a、スリット15aを介して、被測
定光用受光器3aでもって、それぞれ第５図に示す光強度
信号b,fへ変換される。また、他方の回折格子1bbにて分
光された参照光ｃは、コリメータ14b、スリット15b、及
びエタロン６を介して、参照光用受光器5aでもって、第
５図に示す光強度信号ｄへ変換される。

しかして、この第５の実施例に於いても、被測定光ａ
の分光特性を連動回折格子1bの駆動装置に於ける機械的
誤差精度に影響されずに算出することが可能であるの
で、前述した各実施例とほぼ同じ効果を得ることができ
る。

第16図は、本発明の第６の実施例に係わる分光装置を
示す概略構成図である。第15図と同一部分には、同一符
号を付している。

この第６の実施例に於いては、被測定光ａの光路と、
参照光ｃ及び基準光ｅの光路とを完全に分離している。
即ち、被測定光ａは、スリット12a、コリメータ13a、回
折格子1ba、コリメータ14a、スリット15aを介して被測
定光用受光器3aへ入射される。そして、光強度信号ｂと
して演算処理部9aへ入力される。

一方、白色光源4aから出力される参照光ｃは、エタロ
ン６を介して光合成器11cへ入力され、基準光源７から
出力された基準光ｅと合成される。光合成器11cから出
力される参照光ｃ及び基準光ｅは、スリット12b、コリ
メータ13b、回折格子1bb、コリメータ14b、スリット15b
を介して参照光用受光手段５及び基準光用受光手段８と
しての参照光用受光器5aへ入射される。そして、各光強
度信号d,fに変換されて演算処理部9aへ入力される。し
かる後、演算処理部9aに於いて、被測定光ａの分光特性
が算出される。よって、この第６の実施例に於いても、
前述した各実施例と同様の効果が期待できる。

さらに、この第６の実施例に於いては、被測定光ａの
光路と、参照光ｃ及び基準光ｅの光路とを完全に分離し
ているので、各光学系部材の構成が簡素化される。

なお、本発明は、上述した各実施例に限定されるもの
ではない。各実施例に於いては、分散型分光素子１とし
て回折格子1a、連動回折格子1bを用いたが、回転プリズ
ム等の他の分散型分光素子を用いてもよい。

また、実施例のエタロン６は、ガラス叉は水晶等を用
いたもので、その厚さｄは、製造時に決定されるが、透
明の圧電素子等をエタロンの材料に用いて、両面間に電
圧を印可することによって、そのエタロンの等価的な厚
さｄを可変制御することも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の分光装置によれば、エ
タロンを用いて広波長帯域の参照光から波長の測定基準
信号となる波長スケールを作成している。従って、分散
型分光素子の駆動機構の機械的誤差に影響されずに分光
特性が得られるので、得られた分光特性の波長精度が向
上し、ひいては、分光装置全体の測定精度を大幅に向上
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の分光装置を示す機能ブロック図、第２
図及び第３図はそれぞれ本発明に用いるエタロンの特性
を説明するための図、第４図は本発明の第１の実施例に
係わる分光装置の構成を示す図、第５図は第４図の分光
装置の動作を説明するための信号波形図、第６図（ａ）
乃至（ｃ）はエタロンの定数測定動作を説明するための
一連のフローチャート、第７図はエタロンの定数測定動
作を説明するための信号波形図、第８図（ａ）乃至
（ｃ）は被測定光の波長測定動作の一例を説明するため
の一連のフローチャート、第９図は被測定光の波長測定
動作の一例を説明するための信号波形図、第10図（ａ）
乃至（ｃ）は被測定光の波長測定動作の他の例を説明す
るための一連のフローチャート、第11図は被測定光の波
長測定動作の他の例を説明するための信号波形図、第12
図乃至第16図はそれぞれ本発明の第２乃至第６の実施例
の構成を示す図、第17図は従来の分光装置を示す図。 １……分散型分光素子、1a……回折格子、1b……連動回
折格子、２……分光素子駆動機構、2a……モータ、2b…
…モータドライバ、３……被測定光用受光手段、3a……
被測定光用受光器、４……参照光源、4a……白色光源、
５……参照光用受光手段、5a……参照光用受光器、６…
…エタロン、6a……ピーク信号、７……基準光源、８…
…基準光用受光手段、９……演算処理手段、9a……演算
処理部、11……光合成器、12,15……スリット、13,14…
…コリメータ、16……光分離器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力された被測定光を分光する分散型分光
   素子（１）と、 該分散型分光素子（１）を回動させる分光素子駆動機構
   （２）と、 前記分光素子（１）によって分光された前記被測定光を
   受け、その光強度に応じた第１の信号を発生する被測定
   光用受光手段（３）と、 広波長帯域を有する参照光を前記分光素子（１）に入射
   させる参照光源（４）と、 前記分光素子（１）によって分光された前記参照光を受
   け、その光強度に応じた第２の信号を発生する参照光用
   受光手段（５）と、 前記参照光源（４）から前記参照光用受光手段（５）ま
   での光路中に介挿されたエタロン（６）と、 既知の単一の波長を有する基準光を前記分光素子（１）
   に入射させる基準光源（７）と、 前記分光素子（１）によって分光された前記基準光を受
   け、その光強度に応じた第３の信号を発生する基準光用
   受光手段（８）と、 前記第１乃至第３の信号をそれぞれ分離して受け、前記
   第１の信号から前記被測定光の波長情報を得るための基
   準となる波長スケールを、前記第２及び第３の信号を基
   にして算出する演算処理手段（９）と、を具備すること
   を特徴とする分光装置。