JP5924166B2

JP5924166B2 - 波長可変単色光光源

Info

Publication number: JP5924166B2
Application number: JP2012153869A
Authority: JP
Inventors: 敦子田村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: JP2014016247A

Description

本発明は、波長可変単色光光源、特にその出力強度計測に関する。

波長をある範囲内で任意に選択できる波長可変単色光光源において、単色光光源の照射面における出力強度をモニタするために光路上の光の一部をビームスプリッタで分岐し、その分岐した光を検出器で検出する方法が利用されている。

図５に一般に用いられている波長可変単色光光源の基本構成を示す。光源部１の光源としてはキセノンランプやハロゲンランプ等が使用され、光源部１から発した光はレンズ系（図示せず）を通過し、入射スリット（図示せず）に入射し、分光部２に送られる。分光部２内の回折格子３で波長分散された分散光のうち所定波長の単色光が分光部の出射スリット（図示せず）から取り出される。（例えば特許文献１参照）。

分光部２から取り出された所定波長の単色光は、光路中に設置された出射レンズ系４を通り光路分割手段であるビームスプリッタ５に入射される。ビームスプリッタ５は大部分の単色光は出力レンズ系６に入射し、集光され出力マスク７に入射される。出力マスク７を通過した単色光は、出力フィルタ８で不要な高次光や迷光を除去後、照射面Ａに出射される。また、照射対象に導くために光ファイバ９が用いられる場合が多い。

前記分光部２から取り出された単色光は回折格子３で単色化するといっても厳密な意味で単色光になるのではなく、その単色光の整数分の１の波長の光（高次光）を含んだ単色光であり、邪魔な存在である不要な高次光や迷光成分は前記出力フィルタ８で取り除かれる。

一方、ビームスプリッタで分岐された単色光の一部は検出器レンズ系１１で集光され、検出器スリット１２を通り、さらに検出器フィルタ１０４にて不要な高次光や迷光を除去後に検出器１３に入射する。検出器スリット１２は省略される場合もある。

前記検出器１３の出力はビームスプリッタ５に入射する単色光強度に比例し、同時に照射面Ａに出射する単色光強度値に比例する。検出器１３の出力は制御部１５に導かれ、あらかじめ校正された測定器で計測されて導き出された前記照射面Ａの出力と前記検出器１３の出力との関係を用いて制御部１５にて処理され、照射面Ａの出力値に換算され制御部１５に表示される。

照射面Ａに出力される単色光出力光は分析、計測等の目的で照射面Ａに置かれる被検査対象物（図示せず）に照射される。また、照射対象に導くために多くの場合、光ファイバ９が用いられ、この場合には、出力マスク７の開口は光ファイバ９の入射端面に対応した大きさに設定され、効率良くファイバに入射するように調節される。出力マスク７は省略される場合もある。

光ファイバを使用した場合でも前記検出器１３の出力と光ファイバ９を通過したファイバ出力光１０との間にも一定の関係が成立するので、検出器１３の出力を制御部１５で処理することでファイバ出力光１０の単色光出力強度値を前記制御部１５に表示できる。

特開２００６−０４７２７０号公報

波長可変単色光光源の出力計測において、ビームスプリッタで２方向に分離し、その一方向の光を検出器１３でモニタすることで、照射面Ａの光強度やファイバ出力光１０の光強度の計測が行われるが、波長可変単色光光源の可変範囲が紫外域から赤外域までと広範囲である場合に、検出波長感度が紫外域から赤外域まで感度を有する検出器が存在しない。

このため、検出器を波長可変単色光光源の出力波長域に合わせて、交換する必要が生じる。しかしながら、検出器の交換を行うと検出器の光学的配置や感度の違いによる測定精度や整合性が問題となる。更に、赤外の検出器は紫外域の検出器に比べサイズが大きくスペース的にも課題がある。

上記課題を解決するため、本発明は、光源の発する光を回折格子を用いて赤外域の所定波長の光に単色化する分光部と、前記分光部から出力される赤外域の所定波長の光を２方向に分離し、その一方向の光を出力光とするビームスプリッタと、他方光の光をレンズ系を通して検出することで前記出力光の光強度をモニタするための検出器を有する波長可変単色光光源において、前記分光部は、赤外域の所定波長の光およびその高次波長の光を出力するものであるとともに、前記検出器は前記高次波長の光に感度を持つものであり、前記高次波長の光を検出することで、検出器の測定対象波長外の赤外域の光強度をモニタするよう構成する。

また前記検出器の前面に前記赤外域である所定波長の２次高次光を透過し、それより波長の長い光を遮断するフィルタを備えてもよい。

赤外域の波長の照射面での出力光または光ファイバ出力光の光強度出力が紫外および可視域検出器を用いてモニタできる。更に、この方法を用いれば紫外域から赤外域までの広範囲の単色光を単一の検出器を用いて計測することができる。

本発明の実施例を示す図である。本発明の変形実施例を示す図である。制御部に格納するデータの例を示す図である。制御部に格納するデータの別の例を示す図である波長可変単色光光源の基本構成を示す図である。

本考案を実施する形態について図面を参照しながら説明する。

図１に本発明の一実施形態を示す。本発明は波長可変単色光光源の出力計測（モニタ）の簡易化に関するものである。光源部１の光源としてはキセノンランプやハロゲンランプ等が使用され、光源部１から発した光はレンズ系（図示せず）を通過し分光部２に送られる。分光部２の中の回折格子３で波長分散された光のうち所定波長の単色光が分光部２から取り出される。分光部２から取り出された所定波長の単色光は、光路中に設置された出射レンズ系４を通り光路分割手段であるビームスプリッタ５に入射される。

ビームスプリッタ５で分岐された一つの光路上には出力レンズ系６と出力マスク７および出力波長に対応した迷光および高次光を除去する出力フィルタ８が設置され、それらの部品を通過した光束が照射面Ａに導かれる。ビームスプリッタ５で分岐されたもう一方の光路上には検出器レンズ系１１と検出器スリット１２が設置され、それらの部品を通過した光束がフォトダイオードなどの検出器１３に入射する。

検出器１３の測定対象波長が２００ｎｍから１２００ｎｍの場合、１２００ｎｍを超える赤外光、例えば所定波長が１４００ｎｍであった場合、測定対象波長外である１４００ｎｍに対しては感度をほとんど持たない。しかしながら、回折格子で分光された上記１４００ｎｍの単色光の高次光である７００ｎｍと３５０ｎｍの波長の光に対しては十分な感度を有している。

本発明は上記に示すように、所定波長１４００ｎｍの出力測定に高次光である７００ｎｍ、３５０ｎｍを用いるようにする。

検出器１３に入力する光は所定波長の光およびその高次波長の光である。これらの合成光に対しての検出器１３の出力と照射面Ａまたはファイバ出力光１０の出力強度値との比率は出力光強度を変化させても一定であり、前記検出器１３の出力を測定すれば、その測定値から照射面Ａまたはファイバ出力光１０の出力を測定端末において演算して表示できる。

前記検出器１３で１４００ｎｍの高次光である単色光を検出し、その出力を制御部１５に取り込むと同時に１４００ｎｍの照射面Ａまたはファイバ出力光１０の出力強度を校正された測定器であらかじめ計測しておき、前記検出器１３の出力と校正された検出器で計測した出力強度値の比率を前記制御部１５に記憶しておく。図３に前記制御部１５に記憶されている検出器１３の出力と校正された検出器で測定されたファイバ出力光１０の計測出力強度値の例を示す。

所定波長が１４００ｎｍの場合を例に説明すれば、検出器１３では７００ｎｍ、３５０ｎｍの高次光が主として検出される。この波長における前記検出器１３の出力値が１．４Ｖであったとすれば、図３の表からファイバ出力光１０の出力強度値は１２５μＷ×１．４／０．６５すなわち２６９μＷであると前記制御部１５にて演算され、制御部１５上に表示される。

上記のように赤外域の波長である出力光を紫外および可視域に感度をもつ検出器でモニタすることが可能である。

図２に本発明の別の実施形態例を示す。この実施形態例では実施例１の装置において、検出器１３の前面に高次光透過フィルタ１４を配置する。

前記高次光透過フィルタ１４は所定波長（出力）光である赤外域の２次高次光帯域の光を透過しそれより波長の長い帯域の光を遮蔽する特性を持つ。例えば前記検出器１３の測定可能範囲が３５０ｎｍから１１００ｎｍまでである場合には１１００ｎｍより長い波長の光をフィルタで除去し、不要な光が検出器に入射しないようにする。

所定波長の単色光出力強度とその高次光である波長の比率は出力光強度を変化させても一定であり、前記検出器１３の出力を測定すれば、その測定値を用い測定端末にて演算し、照射面Ａまたはファイバ出力光１０の出力強度値を表示できる。
高次光透過フィルタ１４を透過した光に対しての検出器１３の出力と照射面Ａまたはファイバ出力光１０の出力強度値との比率は出力光強度を変化させても一定であり、前記検出器１３の出力を測定すれば、その測定値から照射面Ａまたはファイバ出力光１０の出力を測定端末において演算して表示できる。

前記検出器１３で１４００ｎｍの高次光である単色光を検出し、その出力を制御部１５に取り込むと同時に１４００ｎｍの照射面Ａまたはファイバ出力光１０の出力強度を校正された測定器であらかじめ計測しておき、前記検出器１３の出力と校正された検出器で計測した出力強度値の比率を前記制御部１５に記憶しておく。図４に前記制御部１５に記憶されている検出器１３の出力と校正された検出器で測定されたファイバ出力光１０の計測出力強度値の例を示す。

所定波長が１４００ｎｍの場合を例に説明すれば、検出器１３には１４００ｎｍの高次光が検出される。この波長における前記検出器１３の出力値が１．２Ｖであったとすれば、図４の表からファイバ出力光１０の出力強度値は１２５μＷ×１．２／０．５すなわち３００μＷであると前記制御部１５にて演算され、制御部１５上に表示される。

なお、図１、２、５において、同一符号で表示されているものは、同一物を表し、同じ機能を有するものである。

１光源部
２分光部
３回折格子
４出射レンズ系
５ビームスプリッタ
６出力レンズ系
７出力マスク
８出力フィルタ
９光ファイバ
１０ファイバ出力光
１１検出器レンズ系
１２検出器スリット
１３検出器
１４高次光透過フィルタ
１５制御部
１０４検出器フィルタ
Ａ照射面

Claims

光源の発する光を回折格子を用いて赤外域の所定波長の光に単色化する分光部と、前記分光部から出力される赤外域の所定波長の光を２方向に分離し、その一方向の光を出力光とするビームスプリッタと、他方光の光をレンズ系を通して検出することで前記出力光の光強度をモニタするための検出器を有する波長可変単色光光源において、前記分光部は、赤外域の所定波長の光およびその高次波長の光を出力するものであるとともに、前記検出器は前記高次波長の光に感度を持つものであり、前記高次波長の光を検出することで、検出器の測定対象波長外の赤外域の光強度をモニタするよう構成したことを特徴とする波長可変単色光光源。
前記検出器の前面に、前記所定波長の２次高次光を透過し、それより波長の長い光を遮断するフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載された波長可変単色光光源。