JPH0763609A

JPH0763609A - 光シャッターを有する分光装置

Info

Publication number: JPH0763609A
Application number: JP5213122A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nagai; 慶郎長井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1993-08-27
Filing date: 1993-08-27
Publication date: 1995-03-10
Also published as: US5457530A

Abstract

(57)【要約】【目的】光シャッターのオン、オフの速度を大幅に上
昇させ、高速応答を可能にする。【構成】マルチスリット６は、電気光学効果の大きい
ＰＬＺＴ等の材料からなる光シャッターアレイ６０、偏
光子８、検光子１０及び光シャッターアレイ６０に所望
の電圧を印加してオン、オフさせる駆動部６３等からな
る。偏光子８、検光子１０は、光シャッターアレイ６０
を挾んで、透過する光の偏光角度が互いに直角になるよ
うに配置されている。マルチスリット６を透過した光
は、集光光学系１１で検出器１２上に集光され、検出器
１２は入射光の強度に応じた大きさの電気信号を出力す
る。信号処理部１３は、この電気信号及び光シャッター
アレイ６０のオン、オフ情報に基づき、各波長毎の入射
光強度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マルチスリット分光方
式を用いた分光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、近赤外分光分析による非破壊計測
が注目されており、特に工業製品の製造プロセスにおい
てオンラインで非破壊計測を行うことへの要望が強い。
ところが、現在実用化されている近赤外分光器は、回折
格子等の分散手段を機械的に走査しているため、計測に
時間を要する。しかも、機械的駆動部を有するため、長
時間に亙って連続して計測を行うには不適である。そこ
で、近年、短時間で計測を行うに好適な、マルチスリッ
ト分光方式を採用するとともに、さらに、機械的な駆動
部をなくすべく、マルチスリットを電気的に制御可能に
した光シャッターを用いるものが提案されている。

【０００３】米国特許第４１９３６９１号には、液晶シ
ャッターを光シャッターとして採用した分光装置が示さ
れている。この装置では、入射光を分散手段によって各
波長成分毎に分離し、スペクトルの結像面に複数の液晶
シャッターを配列設置し、各液晶シャッターのオン、オ
フにより各波長成分をそれぞれ異なる周波数で変調す
る。変調された光は再び１ヵ所に集光され、検出器によ
って検出される。検出器の出力信号は各波長成分の変調
周波数と同一周波数で復調され、その波長成分の強度が
検出される。

【０００４】また、ダイアクロミック物質で構成された
光シャッターアレイを用いた分光装置が提案されている
（米国特許第４６１５６１９号、同第４７９９７９５号
及び特公平５−６８５７号公報）。ダイアクロミック物
質は、温度が上昇すると透明な状態から光を反射する状
態に変わる性質を有するので、これを利用して光シャッ
ターとして機能させるようにしている。ダイアクロミッ
ク物質の温度は、この物質に流す電流のオン、オフによ
り制御するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記液
晶シャッターは、その性質上、応答性の面で、光シャッ
ターのオン、オフを高速で切り換えることはできない。
また、上記ダイアクロミック物質による光シャッター
も、電流を流し始めてから温度が上昇するまで同様な時
間遅れが存在するため、光シャッターのオン、オフの切
り換え速度を高速にすることが比較的困難である。加え
て、上記ダイアクロミック物質の温度制御も容易ではな
い。

【０００６】本発明は、上記問題を解決するもので、光
シャッターのオン、オフの速度を大幅に上昇させ、高速
応答を可能にする光シャッターを有する分光装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、入射光を波長に応じて分散する分散手段
と、分散された光を所定の波長帯毎に集光する第１集光
手段と、上記集光位置に波長方向に所定の波長帯に対応
して配列設置され、印加電圧のオン、オフにより集光さ
れた光を透過、遮断する複数の光シャッター素子からな
る光シャッターと、この光シャッターの温度を検出する
温度検出手段と、上記光シャッターに入射する上記波長
帯に応じた電圧を上記各光シャッター素子に所定の変調
タイミングで印加するとともに、上記光シャッターの温
度に応じて上記印加電圧が変更可能な電圧印加手段と、
上記光シャッターを透過した光を集光する第２集光手段
と、この第２集光手段で集光された光を検出してその強
度に応じた電気信号を出力する検出手段と、上記電気信
号と上記印加電圧のオン、オフ情報とに基づいて上記入
射光の強度を上記波長帯毎に算出する演算手段とを備え
た構成である。

【０００８】

【作用】図１５は電気光学効果の原理を示す図である。
媒質１０１は、電気光学効果の大きいＰＬＺＴ等の物質
で構成されている。入射光路Ｐ上で、媒質１０１の前方
に、偏光子１０２が、後方に検光子１０３が配置されて
いる。偏光子１０２、検光子１０３は、入射する光の直
線偏光成分のみを透過するもので、偏光子１０２と検光
子１０３とは、その透過光の偏光角度が互いに直角にな
るように配置されている。電極１０４は不図示のスイッ
チ手段を介して電源Ｖに、電極１０５はアースにそれぞ
れ接続され、媒質１０１に電圧を印加可能になってい
る。

【０００９】そして、電圧が印加されていない状態で
は、媒質１０１は光学的に等方で、入射した直線偏光
は、媒質１０１を通過中に何ら変化を受けないので、検
光子１０３が偏光子１０２と直交位置にあるために、光
は検光子１０３に遮断されて、透過しない。

【００１０】一方、電極１０４，１０５間に電圧が印加
されると、電界Ｅに平行な方向と垂直な方向で屈折率の
変化、すなわち複屈折が生じる。媒質１０１が電気光学
効果の一種であるカー効果を示す場合、複屈折率Δｎ
は、数１で表わされる。

【００１１】

【数１】Δｎ＝−ｎ³・Ｒ・Ｅ²／２但し、ｎは媒質１０１の屈折率、Ｅは印加電圧による電
界、Ｒは媒質１０１のカー定数である。

【００１２】複屈折を示す媒質を光が通過する際、常光
線と異常光線との間に位相差が生じる。この位相差Γ
は、数２で表わされる。

【００１３】

【数２】Γ＝Δｎ・Ｌ・２π／λ 但し、Ｌは光路長、λは波長である。位相差Γが１８０
度になると、直線偏光の光は、その偏光方向が９０度回
転する。位相差Γを大きくするためには、数２から明ら
かなように、複屈折率Δｎを大きくするか、光路長Ｌを
大きくすればよい。なお、電気光学効果を示す媒質の複
屈折率を大きくするためには、印加電圧を増大させれば
よい。

【００１４】そして、検光子１０３の偏光方向成分を有
し、数３で表わされる強度の光が検光子１０３を通過す
る。

【００１５】

【数３】Ｉo＝Ｔ・Ｉi・sin²（Γ／２）＝Ｔ・Ｉi・sin
²（Δｎ・Ｌ・π／λ）但し、Ｉoは透過光強度、Ｉiは入射光強度、λは波長、
Ｔは検光子１０３及び媒質１０１全体の平行ニコル時の
透過率である。

【００１６】数１、数２からわかるように、電源Ｖの印
加電圧を変化させると、位相差も変化するので、光の透
過率も変化する。図１６は印加電圧に対する透過率を示
す図である。検光子１０３と偏光子１０２とは直交関係
にあるので、位相差が半波長分のときに透過率が最大に
なる。ここで、半波長分に相当する位相差が生じる電圧
を半波長電圧（図１６中、Ｖλ１，Ｖλ２で示す）とい
う。また、図１７はＰＬＺＴの温度に対する半波長電圧
を示す図である。

【００１７】そこで、本発明によれば、波長方向に分散
された光が所定の波長帯毎に集光され、この波長帯毎の
位置に対応して配列された各光シャッター素子に入射す
る。各光シャッター素子は、入射する光の波長帯に応じ
た電圧が所定のタイミングで印加されてオン、オフさ
れ、入射光に変調を与える。この変調を受けて光シャッ
ターを透過した光は再び集光され、この透過光の強度に
応じた電気信号が検出される。そして、検出された電気
信号と、上記各光シャッター素子のオン、オフ情報とに
基づいて入射光の強度が波長帯毎に算出される。なお、
図１７に示すように、半波長電圧は光シャッターの温度
により変化するので、上記印加電圧は光シャッターの温
度に基づいて最適な電圧、すなわち半波長電圧になるよ
うに制御される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係る光シャッターを備えた分
光装置の実施例について、図面を参照しながら説明す
る。まず、同分光装置の第１実施例について図１〜図４
に基づき説明する。図１は第１実施例の分光装置の概略
構成を示す図である。

【００１９】光源１は、この分光装置により分析される
光を放射するもので、光源自体の他、試料からの光であ
ってもよい。スリット板２は、所定位置に細長いスリッ
トを有する不透明な板で、光源１の光を平面状に通過さ
せるものである。なお、試料の透過特性や反射特性を測
定したい場合には、光を試料に照射し、試料の透過光や
反射光がスリット板２に入射するように構成すればよ
い。

【００２０】第１光学系３は、光学レンズ等で構成さ
れ、スリット板２を通過した光を平行光にするものであ
る。分散手段４は、プリズムや回折格子等で構成され、
入射してきた平行光を波長に応じた角度で分散するもの
である。第２光学系５は、分散された光を波長毎に後述
の光シャッターに集光するものである。

【００２１】マルチスリット６は、光シャッターアレイ
６０、偏光子８、検光子１０及び駆動部６３等からな
り、入射光を各波長毎に変調するものである。偏光子
８、検光子１０は、ポリビニルアルコールとヨウ素から
なる偏光フィルムやＣａＦ₂等の基板にアルミニウム導
体を平行に線引きしたワイヤグリッド偏光子等が用いら
れ、入射する光の直線偏光成分のみを透過するもので、
光シャッターアレイ６０を挾んで、偏光子８が入射光側
に、検光子１０が透過光側に、かつ透過する光の偏光角
度が互いに直角になるように配置されている。

【００２２】集光光学系１１は、光学レンズ等で構成さ
れ、マルチスリット６によって変調された光を検出器１
２上に集光するものである。検出器１２は、ＰｂＳ光電
素子等の光電変換素子からなり、入射光の強度に応じた
大きさの電気信号を出力するものである。信号処理部１
３は、検出器１２からの出力信号に基づき信号処理を行
うもので、その構成については後述する。

【００２３】光シャッターアレイ６０は、ＰＬＺＴ等の
電気光学効果の大きい材料で形成され、図２に示すよう
に板状形状を有し、その入射光側には横長で直方体状の
凸部６６が複数本並設されている。各凸部６６間に形成
される凹部には、共通電極６１及び個別電極６２（図２
（ｃ）のハッチング部分）が交互に櫛の歯状に蒸着等に
よって形成配設されている。

【００２４】共通電極６１は、配線ケーブル６１ａを介
してアースに接続され、個別電極６２は、それぞれ配線
ケーブル６２ａを介して駆動部６３に接続されており、
両電極で挾まれた凸部６６にそれぞれの光シャッター素
子６７が形成されている。そして、共通電極６１及び個
別電極６２により凸部６６に電圧が印加されると、当該
光シャッター素子６７がオンして光を透過し、電圧が印
加されないときは、この光シャッター素子６７はオフし
て光を遮断する。

【００２５】また、この凸部６６により、光シャッター
アレイ６０の透過光の光路長が延長されているので、上
記数２に示したように、小さい印加電圧で透過光に大き
な位相差を生じさせることができる。

【００２６】反射防止膜６４は、光シャッターアレイ６
０の反射を低減するコーティング材からなり、光シャッ
ターアレイ６０の表面に蒸着されている。これは、電気
光学効果の大きいＰＬＺＴ等の材料は屈折率が高いため
に、反射率が高く透過率が低くなるので、反射を低減し
て光シャッターアレイ６０の透過率を向上させるための
ものである。

【００２７】高次回折光遮断フィルタ６５は、光シャッ
ターアレイ６０の表面一部の長波長側に蒸着して形成さ
れ、分散手段４で生じる高次回折光を遮断するものであ
る。分散手段４を構成する回折格子によってある方向に
波長λの１次回折光が回折される場合、その同一方向に
は波長λ／２の２次回折光、波長λ／３の３次回折光等
も回折される。そのため、各光シャッター素子６７に
は、設定波長以外に高次の回折光が混在することとな
る。

【００２８】従って、高次回折光遮断フィルタ６５によ
りこれらの高次回折光を遮断して、１次回折光のみを測
定するようにしている。

【００２９】なお、高次回折光遮断フィルタ６５の大き
さは、この分光装置の測定波長範囲によって決まる。例
えば、測定波長範囲が１〜４μｍならば、２〜４μｍの
１次回折光が集光する光シャッターに、１〜２μｍの２
次回折光が重なる。また、３〜４μｍの１次回折光が集
光する光シャッターには、１〜４／３μｍの３次回折光
が重なる。このような場合には、２〜４μｍの１次回折
光が集光する光シャッター素子６７全体を被覆する領域
に、２μｍ未満の光を遮断するような高次回折光遮断フ
ィルタ６５を配設すればよい。

【００３０】また、高次回折光遮断フィルタ６５は、例
えば１μｍ以下の波長の光を遮断するときは、シリコン
等で形成すればよい。また、設定波長範囲の光は透過
し、高次回折光の波長の光は反射するような、硫化亜鉛
やフッ化マグネシウム等の誘電体からなる多層膜を蒸着
して形成してもよい。

【００３１】このように、反射防止膜６４及び高次回折
光遮断フィルタ６５により、分光性能の向上を図ってい
る。

【００３２】駆動部６３は、図３に示すように、電源部
６３１やスイッチ部６３２等からなる電気回路で構成さ
れ、各個別電極６２にコンデンサＣ１〜Ｃｎを介して所
望の電圧が印加しえるようになされている。

【００３３】光シャッター素子６７は、誘電体で形成さ
れているので、電気回路的にはコンデンサと等価にな
る。従って、各個別電極６２には電源電圧を各光シャッ
ター素子６７とコンデンサＣ１〜Ｃｎとで分圧した電圧
が印加されることになる。

【００３４】各光シャッター素子６７には、それぞれ異
なる波長の光が集光している。そこで、各コンデンサＣ
１〜Ｃｎの容量は各光シャッター素子６７に印加される
電圧がその光シャッター素子６７に入射する光の波長に
対して最適な電圧、すなわち半波長電圧になるような値
を有するものが選定されている。そして、各光シャッタ
ー素子６７がオン、すなわち電圧が印加されたときに透
過光量が最大となるようになっている。

【００３５】温度検出部７は、サーミスタ等で構成さ
れ、光シャッターアレイ６０の近傍に配設されて、その
温度を検出するものである。上記図１７に示したよう
に、光シャッターアレイ６０は、温度が変化すると半波
長電圧も変化する性質を有しているので、電源部６３１
は、温度検出部７からの検出温度に基づき、光シャッタ
ー素子６７への印加電圧が半波長電圧に保持されるよう
に補正する温度補正回路を有している。

【００３６】なお、本実施例においては、コンデンサＣ
１〜Ｃｎを介して各光シャッター素子６７に電圧を印加
しているが、個別に直接各光シャッター素子６７に半波
長電圧を印加してやってもよい。

【００３７】次に、信号処理部１３について図４に基づ
き説明する。図４は光シャッターアレイ６０の駆動系及
び信号処理部１３の概略構成を示す図である。第１実施
例では、アダマール変換分光法を適用しており、光シャ
ッターアレイ６０は、Ｎ個の光シャッター素子６７を有
する。

【００３８】信号処理部１３は、増幅器３１、Ａ／Ｄ変
換器３２及びＣＰＵ３３等から構成される。増幅器３１
は、検出器１２の出力信号を増幅するものである。Ａ／
Ｄ変換器３２は、増幅された出力信号をディジタル値に
変換するものである。ＣＰＵ３３は、アダマール変換分
光法に基づき入射光の強度を各波長毎に算出するもので
ある。

【００３９】次に、アダマール変換分光法による測定動
作について説明する。各光シャッター素子の開閉パター
ンを変えてＭ回測定する場合、ｉ回目の検出器１２の出
力信号ｘi（ｉ＝１，２，…，Ｍ）は、

【００４０】

【数４】

【００４１】で表される。

【００４２】但し、ｗijは、ｉ回目の測定でｊ番目の位
置の光シャッター素子の開閉状態を示す係数で、

【００４３】

【数５】

【００４４】で表され、ｅｊは、ｊ番目の光シャッター
素子に入射している光の強度である。

【００４５】上式を行列［ｗij］で表すと、列ベクトル
｛ｘi｝，｛ｅj｝は、

【００４６】

【数６】

【００４７】となる。

【００４８】よって、各光シャッター素子、すなわち各
波長のスペクトル強度｛ｅj｝は、

【００４９】

【数７】

【００５０】から算出することができる。このとき、測
定誤差が最小になる行列［ｗij］は、アダマール行列よ
り導かれる。

【００５１】なお、光シャッターアレイ６０の形状を、
図５に示すように直方体とし、その表面に櫛の歯状に共
通電極６１及び個別電極６２を配設して、この両電極間
で光シャッター素子６７を構成するようにしてもよい。
これにより、光シャッターアレイ６０を容易に形成する
ことができる。

【００５２】次に、本発明に係る光シャッターを備えた
分光装置の第２実施例について、図６，図７に基づき説
明する。図６は第２実施例の分光装置の概略構成を示す
図である。図７は第２実施例の分光装置の光シャッター
アレイ６０の構造を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）
は側面図、（ｃ）は部分斜視図である。なお、第１実施
例と同一機能を果たすものについては同一符号を付す。

【００５３】第２実施例の分光装置は、反射型の光学系
を採用することにより光学系の長さを短縮し、装置の小
型化を図っている。

【００５４】ハーフミラー２１は、スリット板２と第１
光学系３の間に配置され、スリット板２からの光を透過
するとともに、後述の反射ミラー２２で反射され、第１
光学系３で集光された光を反射して検出部１２上に集光
するものである。

【００５５】光シャッターアレイ６０は、ＰＬＺＴ等の
電気光学効果の大きい材料で形成され、図７に示すよう
に板状形状を有し、その光路の下流側には横長で直方体
状の凸部６６が複数本並設されている。各凸部６６間に
形成される凹部には、共通電極６１及び個別電極６２
（図７（ｃ）のハッチング部分）が交互に櫛の歯状に蒸
着等によって形成配設されている。

【００５６】共通電極６１は、配線ケーブル６１ａを介
してアースに接続され、個別電極６２は、それぞれ配線
ケーブル６２ａを介して駆動部６３に接続されており、
両電極で挾まれた凸部６６にそれぞれの光シャッター素
子６７が形成されている。そして、共通電極６１及び個
別電極６２により凸部６６に電圧が印加されると当該光
シャッター素子６７がオンし、電圧が印加されないとき
は光シャッター素子６７はオフする。

【００５７】また、この凸部６６により、光シャッター
アレイ６０の透過光の光路長が延長されているので、上
記数２に示したように、小さい印加電圧で透過光に大き
な位相差を生じさせることができる。

【００５８】凸部６６及び両電極は絶縁膜２３で被覆さ
れている。絶縁膜２３は、電極間が反射ミラー２２によ
って短絡しないように絶縁するもので、光を透過し、か
つ電気を絶縁するような材料で形成されている。反射ミ
ラー２２は、光シャッターアレイ６０を透過する光を反
射するもので、絶縁膜２３の表面に金属等を蒸着して形
成されている。

【００５９】偏光子８は、光シャッターアレイ６０の入
射光側に配置されている。なお、この光シャッターアレ
イ６０では、透過光が反射ミラー２２で反射されて光シ
ャッターアレイ６０内を往復することにより光路長が２
倍となり、上述した透過型に比べて半波長電圧が半分で
済む。なお、この偏光子８は、検光子を兼用するものと
なる。また、反射型では、電圧を印加しない場合に光シ
ャッター素子６７は光を透過し、半波長電圧を印加した
場合に光シャッター素子６７は光を遮断する。

【００６０】なお、反射ミラー２２を、図６中、紙面の
奥行き方向に傾斜して配置する場合には、すなわち図７
（ｂ）中、絶縁膜２３の厚みを奥行き方向に対して異な
るように形成する場合には、検出部１２を図６中、紙面
の奥行き方向であってスリット板２の手前または奥行き
側に配置すればよく、これにより、ハーフミラー２１は
不要になる。

【００６１】また、光シャッターアレイ６０の形状を、
図８に示すように直方体とし、その表面に櫛の歯状に共
通電極６１及び個別電極６２を配設して、この両電極間
で光シャッター素子６７を構成するようにしてもよい。
これにより、光シャッターアレイ６０を容易に形成する
ことができる。

【００６２】次に、本発明に係る光シャッターを備えた
分光装置の第３実施例について図９に基づき説明する。
図９は第３実施例の分光装置の光シャッターアレイ６０
の構造を示す正面図である。なお、第１実施例と同一機
能を果たすものについては同一符号を付す。

【００６３】第３実施例の分光装置は、その分解能が向
上するように光シャッターアレイ６０が構成されたもの
である。この光シャッターアレイ６０は、図９に示すよ
うに、櫛の歯状に配設された共通電極６１及び個別電極
６２を２列に並べ、かつ各列が半ピッチずれるように構
成している。また、アースラインが中央で、そこから共
通電極６１が左右に交互に延びており、一方、その間に
はそれぞれの駆動部６３ａ，６３ｂに接続された個別電
極６２が介在、配設されている。

【００６４】このような構成により、光シャッター素子
６７のピッチ形成の縮小化の限界から更にピッチを１／
２とすることができることから、スペクトルの分解能を
２倍にすることができる。

【００６５】次に、本発明に係る光シャッターを備えた
分光装置の第４実施例について、図１０に基づいて説明
する。図１０は第４実施例の分光装置の光シャッターア
レイ６０の駆動系及び信号処理部１３の概略構成を示す
図である。なお、第１実施例と同一機能を果たすものに
ついては同一符号を付す。

【００６６】第４実施例の分光装置において、光シャッ
ターアレイ６０は、ｎ個の光シャッター素子を有する。
また、駆動部６３３は、ｉ番目の配線ケーブルに周波数
ｆi(i＝１，２，…，ｎ）の電圧パルスを出力してｉ番
目の光シャッター素子に印加するものである。

【００６７】信号処理部１３は、増幅器３１、帯域通過
フィルタ（ＢＰＦ）４１、同期検波回路３４、平滑化回
路３５、アナログスイッチ３６、Ａ／Ｄ変換器３２及び
ＣＰＵ３７等から構成される。同期検波回路３４は、ｎ
個並設されてそれぞれに増幅器３１からの出力が入力さ
れており、ｉ番目の同期検波回路３４は、検出部１２で
検出された信号を周波数ｆiで同期検波するものであ
る。平滑化回路３５は、検波されたそれぞれの信号を平
滑するものである。アナログスイッチ３６は、平滑され
た信号を順次Ａ／Ｄ変換器３２に出力するもので、Ａ／
Ｄ変換器３２は、周波数ｆｉに対応したラインを介して
周波数ｆｉで同期検波され、平滑化された信号をディジ
タル値に変換してＣＰＵ３７に出力するものである。Ｃ
ＰＵ３７は、ディジタル値に変換された各信号から、ｉ
番目の光シャッター素子を透過した光の強度、すなわち
各波長毎の光の強度を算出するものである。

【００６８】次に、本発明に係る光シャッターを備えた
分光装置の第５実施例について、図１１に基づいて説明
する。図１１は第５実施例の分光装置の光シャッターア
レイ６０の駆動系及び信号処理部１３の概略構成を示す
図である。なお、第１〜第４実施例と同一機能を果たす
ものについては同一符号を付す。

【００６９】第５実施例の分光装置において、光シャッ
ターアレイ６０は、ｎ個の光シャッター素子を有する。
信号処理部１３は、増幅器３１、ＢＰＦ４１、サンプル
ホールド回路３８、Ａ／Ｄ変換器３２及びＣＰＵ３９等
から構成される。

【００７０】サンプルホールド回路３８は、ＣＰＵ３９
からの周期Ｔのサンプリングパルスに基づき検出部１２
で検出され、増幅器３１を介して入力される信号を時間
Ｔだけ保持するものである。Ａ／Ｄ変換器３２は、保持
された信号をＡ／Ｄ変換するもので、ディジタル値に変
換された信号は、ＣＰＵ３９に導かれる。ＣＰＵ３９
は、入力値をフーリエ変換し、周波数ｆiで変調された
信号の大きさを算出するものである。これによりｉ番目
の光シャッター素子を透過した光の強さ、すなわち各波
長毎の光の強さが算出される。

【００７１】次に、本発明に係る光シャッターを備えた
分光装置の第６実施例について、図１２〜図１４に基づ
いて説明する。図１２は第６実施例の分光装置の光シャ
ッターアレイ６０の駆動系及び信号処理部１３の概略構
成を示す図である。なお、第１〜第５実施例と同一機能
を果たすものについては同一符号を付す。

【００７２】第６実施例の分光装置において、光シャッ
ターアレイ６０は、ｎ個の光シャッター素子を有する。
信号処理部１３は、増幅器３１、ＢＰＦ４１、サンプル
ホールド回路３８、Ａ／Ｄ変換器３２及びＣＰＵ４２等
から構成される。駆動部６３４は、ｉ番目の配線ケーブ
ルに、図１３（ｂ）に示すような、周波数ｆi（i＝１，
２，…，ｎ）の電圧信号ｄi(ｔ)を出力して、ｉ番目の
光シャッター素子に印加するとともに、その出力信号ｄ
i(ｔ)のオン、オフの情報をサンプリングパルスに同期
してＣＰＵ４２に入力するものである。

【００７３】ＢＰＦ４１は、周波数ｆ１〜ｆｎの周波数
帯の信号を通過させるフィルタである。サンプルホール
ド回路３８は、図１３（ａ）に示すようなＣＰＵ４２か
らの周期Ｔのサンプリングパルスに基づき検出部１２で
検出され、増幅器３１、ＢＰＦ４１を介して入力される
信号Ｓ(ｔ)を時間Ｔだけ保持するものである。Ａ／Ｄ変
換器３２は、保持された信号をＡ／Ｄ変換するもので、
ディジタル値に変換された信号は、ＣＰＵ４２に入力さ
れる。ＣＰＵ４２は、入力値から周波数ｆiで変調され
た信号の大きさを算出し、ｉ番目の光シャッター素子を
透過した光の強さ、すなわち各波長毎の光の強さを算出
するものである。ｉ番目の光シャッター素子を透過した
光の強度は、数８に基づき算出される。但し、ｍは時定
数に相当する値である。

【００７４】

【数８】

【００７５】なお、増幅器３１及びＢＰＦ４１におい
て、検出器１２の出力信号に位相φだけずれが生じる場
合には、ＣＰＵ４２は、図１４（ａ）に示す駆動部６３
４の出力信号ｄi(ｔ)を、図１４（ｂ）に示すように位
相φだけずらして取り込むようにしてもよい。

【００７６】このように、ディジタル値で等価的に同期
検波を行うことにより、同期検波回路は、測定波長の
数、すなわち光シャッター素子の数だけ必要とすること
がなく、部品点数を大幅に削減することができる。ま
た、数８に示すように、ＣＰＵ４２の演算も基本的には
加減算のみで行われるので、ＣＰＵ４２は速やかに演算
を行うことができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、波長方
向に分散された光を所定の波長帯毎に集光し、この波長
帯毎の位置に対応して配列された各光シャッター素子に
入射し、各光シャッター素子は、入射する光の波長帯に
応じた電圧を所定のタイミングで印加してオン、オフ
し、各光シャッター素子を透過した光を再び集光し、こ
の透過光の強度に応じた電気信号を検出し、この検出さ
れた信号と、上記各光シャッター素子のオン、オフ情報
とに基づいて入射光の強度を波長帯毎に算出するととも
に、上記印加電圧を光シャッターの温度に基づき最適な
電圧になるように制御しているので、応答速度が高速の
光シャッターを用いることにより高速応答が可能な高性
能の分光装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光シャッターを備えた分光装置の
第１実施例の概略構成を示す図である。

【図２】第１実施例の分光装置の光シャッターアレイの
構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は部分斜視図である。

【図３】駆動部の構成例を示す回路図である。

【図４】第１実施例の分光装置の信号処理部を示す回路
図である。

【図５】第１実施例の分光装置の光シャッターアレイの
変形例の構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側
面図、（ｃ）は部分斜視図である。

【図６】第２実施例の分光装置の概略構成を示す図であ
る。

【図７】第２実施例の分光装置の光シャッターアレイの
構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は部分斜視図である。

【図８】第２実施例の光シャッターアレイの変形例の構
成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は部分斜視図である。

【図９】第３実施例の分光装置の光シャッターアレイの
構造を示す正面図である。

【図１０】第４実施例の分光装置の信号処理部を示す回
路図である。

【図１１】第５実施例の分光装置の信号処理部を示す回
路図である。

【図１２】第６実施例の分光装置の信号処理部を示す回
路図である。

【図１３】各部の信号を示す図で、（ａ）はサンプルホ
ールド信号、（ｂ）は駆動部から光シャッター素子への
出力信号、（ｃ）は検出器の出力信号である。

【図１４】（ａ）は駆動部からの出力信号、（ｂ）は
（ａ）の信号を位相φだけずらした信号である。

【図１５】電気光学効果の原理を示す説明図である。

【図１６】印加電圧に対する透過率を示す特性図であ
る。

【図１７】ＰＬＺＴにおける温度に対する半波長電圧の
変化を示す特性図である。

【符号の説明】

１光源２スリット板３第１光学系４分散手段５第２光学系６マルチスリット７温度検出部８偏光子１０検光子１１集光光学系１２検出部１３信号処理部２１ハーフミラー２２反射ミラー２３絶縁膜３１増幅器３２Ａ／Ｄ変換器３３，３７，３９，４２ＣＰＵ３４同期検波回路３５平滑化回路３６アナログスイッチ３８サンプルホールド回路４１帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）６０光シャッターアレイ６１共通電極６１ａ，６２ａ配線ケーブル６２個別電極６３，６３ａ，６３ｂ，６３３，６３４駆動部６４反射防止膜６５高次回折光遮断フィルタ６６凸部６７光シャッター素子６３１電源部６３２スイッチ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光を波長に応じて分散する分散手段
と、分散された光を所定の波長帯毎に集光する第１集光
手段と、上記集光位置に波長方向に所定の波長帯に対応
して配列設置され、印加電圧のオン、オフにより集光さ
れた光を透過、遮断する複数の光シャッター素子からな
る光シャッターと、この光シャッターの温度を検出する
温度検出手段と、上記光シャッターに入射する上記波長
帯に応じた電圧を上記各光シャッター素子に所定の変調
タイミングで印加するとともに、上記光シャッターの温
度に応じて上記印加電圧が変更可能な電圧印加手段と、
上記光シャッターを透過した光を集光する第２集光手段
と、この第２集光手段で集光された光を検出してその強
度に応じた電気信号を出力する検出手段と、上記電気信
号と上記印加電圧のオン、オフ情報とに基づいて上記入
射光の強度を上記波長帯毎に算出する演算手段とを備え
たことを特徴とする光シャッターを有する分光装置。