JPH08159868A

JPH08159868A - 紫外線受光素子及び紫外線強度分布測定装置

Info

Publication number: JPH08159868A
Application number: JP30338394A
Authority: JP
Inventors: Takashi Doi; 崇史土井; Tomotsugu Sakai; 智嗣坂井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】紫外線強度分布測定装置の耐雑音能力の向
上。【構成】光導波路２Ａをフォトクロミズム現象を示す
光学材料例えばＴｉＯ₂とＳｉＯ₂の混合物により形成
し、紫外線１を光導波路２Ａに当て、同光導波路２Ａを
伝播する信号読出し光８の減衰を利用して紫外線強度分
布を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接アークの観察や紫外
線硬化樹脂用光源のモニタなどに用いて有用な、紫外線
の強度分布を測定するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７を参照して、従来の紫外線強度分布
測定装置を説明する。同装置では、紫外線源例えば溶接
トーチ３１から出た溶接アーク３２が発生する紫外線１
を、結像レンズ３３を通して、半導体撮像素子３５例え
ばＣＣＤセンサやフォトダイオードアレイに結像する。
但し、必要とすべき紫外線１以外の波長の光をカットす
るために、半導体撮像素子３５と紫外線源３２との間に
光学フィルタ３４を入れる。半導体撮像素子３５に結像
した紫外線１の像は同素子３５によって電気的信号に変
換され、同電気的信号がケーブル３６，３７を通して画
像発生装置３８に与えられることにより紫外線１の像が
画像化され、その強度プロファイルが表示装置３９に表
示される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術で
は、紫外線１の検知に半導体撮像素子３５という電気的
測定手段を用いているため、電気的雑音の多い環境例え
ば電気溶接等の現場では、雑音を低減する厳重な対策を
施す必要があった。また、紫外線１だけを検知するため
に光学フィルタ３４を用いる必要があり、装置が複雑且
つ高価になっている。更に、一般に使用されるシリコン
系の半導体撮像素子は紫外域の感度が可視光域に比べて
弱いので、充分な信号を得るためには電気的に高い増幅
率のアンプを必要とし、これが雑音をも増幅することに
なっていた。

【０００４】本発明の課題は、紫外線の強度プロファイ
ルを耐雑音能力向上のため純光学的に観測することがで
き、且つ可能ならば光学フィルタを用いずに観測するこ
とができるようにするための紫外線受光素子及びそれを
用いた紫外線強度分布測定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の紫外線受光素子は、基板と；信号光に対し
紫外線の照射によりフォトクロミズム現象を発現し且つ
このフォトクロミズム現象を信号光により回復すること
ができ、前記基板の材料よりも高い屈折率を有する光学
材料により、前記基板の面上に複数本平行に、あるいは
複数本格子状に、あるいはスラブ状に形成された光導波
路と；からなるものである。

【０００６】本発明の他の紫外線受光素子は、前記光学
材料がＴｉＯ₂とＳｉＯ₂が混合したものであることを
特徴とする。

【０００７】一方、本発明の紫外線強度分布測定装置
は、上記構成の紫外線受光素子と；この紫外線受光素子
の光導波路端に信号光を空間的な結合あるいは光ファイ
バで導出入する光入出力手段と；前記光導波路端から導
出された信号光を電気的信号に変換する光電変換手段
と；前記電気的信号に基づいて紫外線の強度を演算する
信号処理装置と；を具備することを特徴とするものであ
る。

【０００８】本発明の他の紫外線強度分布測定装置は、
上記構成に加えて、前記光導波路端に導入される信号光
の強度を変調する変調手段と、この変調手段に同期して
前記電気的信号を前記信号処理装置に与える信号入力手
段とを具備することを特徴とし、あるいは前記光導波路
に照射される紫外線に対するシャッタと、このシャッタ
に同期して前記電気的信号を前記信号処理装置に与える
信号入力手段とを具備することを特徴とし、あるいは前
記光導波路に照射される紫外線に対するシャッタと、前
記電気的信号を微分する微分手段と、この微分手段の出
力信号を前記シャッタに同期して前記信号処理装置に与
える信号入力手段とを具備すること；及び同信号処理装
置は前記電気的信号の代りに、前記微分手段の出力信号
に基づいて紫外線の強度を演算するものであること；を
特徴とする。

【０００９】

【作用】フォトクロミズムを示す光学材料は可視光域か
ら近赤外光域の光を透過することができ、且つ、同光を
紫外線の照射強度に比例して減衰させるという特徴的な
性質を持っている。また、フォトクロミズムは同じく可
視光域から近赤外光域の適当な波長の光を照射すること
により回復できるため、紫外線の照射強度に比例して生
じた減衰特性をリフレッシュすることができる。

【００１０】このフォトクロミズムによる紫外線照射時
の減衰率は、光が数μｍ厚の光学材料を通過する場合、
数％である。

【００１１】しかし、フォトクロミズムを示す光学材料
とこれよりも屈折率が低い基板とを用いて光導波路を形
成した場合は、光が同光学材料の膜中を通過するパスを
長くすることができるので、パスの長さに比例して光導
波路中を伝播する光が紫外線の照射により大きく減衰す
る。

【００１２】従って、フォトクロミズムを示す光学材料
で形成した光導波路は同光導波路が受光した紫外線の強
度を、光導波路中を伝播する信号光の減衰として、純光
学的に感度良く検知することができる。

【００１３】特に、本発明の紫外線受光素子の如く、フ
ォトクロミズムを示す光学材料により基板面上に光導波
路が複数本平行に、あるいは複数本格子状に、あるいは
スラブ状に形成されている場合は、複数本の信号光を別
々に伝播させることができるので、紫外線像を受光して
それの一次元的あるいは二次元的な強度分布を検知する
ことができる。

【００１４】また、フォトクロミズムを示す光学材料の
うち、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂が混合したもので形成された
光導波路は紫外線のみに感応するので、光学フィルタ等
の波長選択手段は不要であり、従って装置構成が簡便化
する。また、光学フィルタの破損により誤った観測結果
が出る恐れが皆無となる。

【００１５】本発明の紫外線強度分布測定装置では、上
述した紫外線受光素子の光導波路に光入力手段を通して
複数の信号光を伝播させ、光出力手段を通して得た各出
力光を光電変換手段により電気的信号に変換し、電気的
信号から信号処理装置の演算により紫外線受光素子に当
たる紫外線像の強度分布を測定する。

【００１６】前述の如く紫外線受光素子は紫外線像の強
度分布を光導波路を伝播する信号光の減衰に変換して純
光学的に検知するので、紫外線受光素子を中心とする光
学系のみを雑音の多い環境に配置し、信号処理装置を中
心とする電気系を雑音からシールドした環境に配置する
ことが可能となり、耐雑音能力が向上する。特に、光入
出力手段が光ファイバを用いたものである場合は、光フ
ァイバでの減衰が極めて少ないことにより信号を遠隔地
で観測することが可能となり、電気系を雑音源から遠い
所に設置することが容易である。

【００１７】信号光を強度変調して光導波路に導入する
と、フォトクロミズム現象による減衰とその回復によ
り、導入した信号光の立下り時点での出力光の強度が光
導波路に照射された紫外線の強度に依存する。従って変
調手段に同期して光電変換手段からの電気的信号を演算
処理することにより、紫外線の強度分布を測定すること
ができる。

【００１８】光導波路に導入する信号光の強度が一定で
あれば、シャッタを通して紫外線を光導波路に照射する
と、シャッタを開いたときに出力光の強度が急激に低下
し、この低下の度合はシャッタの開により照射された紫
外線の強度に依存する。そこで、シャッタに同期して光
電変換手段からの電気的信号を演算処理することによ
り、紫外線の強度分布を測定することができる。また、
光電変換手段からの電気的信号を微分すると、シャッタ
開直後の微分出力のピーク値も照射された紫外線の強度
に依存するので、シャッタに同期して微分手段の出力信
号を演算処理することにより、紫外線の強度分布を測定
することができる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明をその実施例と
ともに詳細に説明する。図面中、図１には本発明の第１
実施例に係る紫外線受光素子及び紫外線強度分布測定装
置が示され、図２には第１実施例の動作説明として入出
力関係が示されている。図３には本発明の第２実施例に
係る紫外線受光素子及び紫外線強度分布装置の一部が示
されている。図４には本発明の第３実施例に係る紫外線
強度分布測定装置が示され、図５には本発明の第４実施
例に係る紫外線強度分布測定装置が示され、図６には第
３及び第４実施例の動作説明として入出力関係が示され
ている。

【００２０】＜第１実施例＞図１及び図２を参照して本
発明の第１実施例を説明する。図１において、溶接トー
チ３１から出る溶接アークなどの紫外線源３２が発生す
る紫外線１を検出するための紫外線受光素子２として紫
外線にのみ感応するように、ガラス基板例えば石英ガラ
ス等の光学基板３の面上に、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂を８
５：１５の組成比で混合焼結したターゲットを用い、一
例としてアルゴンガスのプラズマによるスパッタリング
法により、縦横格子状に複数本の光導波路２Ａを形成し
たものを用いている。

【００２１】ここで、紫外線１が光導波路２Ａに照射さ
れると、光導波路２Ａ中のＴｉＯ₂のフォトクロミズム
によりＴｉ³⁺が生成し、その結果、波長４００ｎｍから
２．５μｍという可視光域から近赤外光域の信号光に対
する吸収が生じ、伝播中に減衰して出力信号光の強度が
低下する。Ｔｉ³⁺は紫外線１の照射の停止により、光導
波路２Ａを伝播する信号光によって消滅し、吸収がなく
なって出力信号光の強度が初期値に戻る。

【００２２】ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂の組成比は基本的には
任意であるが、ＴｉＯ₂濃度が高い程紫外線照射に対す
る信号光減衰の感度が高いこと、ＴｉＯ₂濃度が高い程
紫外線未照射時の伝播損失が大きくなるので、１ｄＢ／
ｃｍ程度の実用的吸収レベルに抑えること、組成比の調
節により混合物の屈折率がＳｉＯ₂の屈折率ｎ＝１．５
からＴｉＯ₂の屈折率ｎ＝２．５までの範囲で任意に選
択できるので光学基板３よりも高い屈折率に調整し、ま
た光入出力用光ファイバ等との屈折率の整合をとること
から、本実施例ではＴｉＯ₂：ＳｉＯ₂＝８５：１５と
いう組成比を採用している。

【００２３】図１において、このような紫外線受光素子
２の光導波路２Ａに適宜結像レンズ３３を通して紫外線
像２０を結合する。光学フィルタは不要である。また、
２辺の光導波路２Ａに各端から４００ｎｍから２．５μ
ｍの波長の信号光を導入するために光ファイバ列４を光
入力手段として結合し、また伝播した信号光を導出する
ために光ファイバ列１４及び光ファイバ列１５を光出力
手段として結合してある。これにより複数本の信号光が
格子状に伝播する。

【００２４】信号光源として具体的には波長６３３μｍ
を有するＨｅ−Ｎｅレーザ光源１１を用い、これら出射
した信号読出し光（信号光のこと）８を、チョッパ１
０，ビームスプリッタ９，レンズ７，シリンドリカルレ
ンズ６及び光ファイバ結合用レンズ列５を通して光ファ
イバ列４に入射させている。従って、信号読出し光８は
チョッパ１０により図２（ａ）の矩形状の強度変化波形
２３に示すようにその強度を変調され、大部分がビーム
スプリッタ９により光ファイバ列４に入射する。

【００２５】一方、ビームスプリッタ９により信号読出
し光８の一部がタイミング光受光部１２に入射し、ここ
で図２（ａ）の強度変化波形２３と同じ波形の電気的タ
イミング信号に変換されてタイミング線１３に出力され
る。

【００２６】光出力手段としての光ファイバ列１４及び
１５の出力側にはそれぞれ光電変換のため受光器列１６
及び受光器列１９が結合され、光導波路２Ａを伝播した
各信号読出し光８がこれらにより電気的信号に変換され
る。

【００２７】各受光器列１６，１９の出力にはＡ／Ｄ変
換器１７，１７が接続され、各Ａ／Ｄ変換器１７の出力
に信号処理装置１８が接続されている。また、各Ａ／Ｄ
変換器１７にはタイミング線１３を通してタイミング光
受光器１２からタイミング信号が供給されている。

【００２８】Ａ／Ｄ変換器１７は受光器列１６及び１９
からの各電気的信号を、図２（ａ）の信号光の入力強度
変化波形２３と同じ波形のタイミング信号の立下りに同
期してデジタル信号化し、これが信号処理装置１８にて
強度信号列として取り出される。信号処理装置１８はこ
のようにして取り出された電気的信号に基づいて、紫外
線受光素子２の光導波路２Ａに当てた紫外線像２０の二
次元的な強度変化を演算し、強度分布を測定する。

【００２９】図２を参照して更に詳細に説明する。図２
（ｂ）の波形２４のように紫外線像２０の強度が時間的
に変化すると、紫外線像２０の強度変化により光導波路
２Ａの減衰率が増加し、また信号読出し光８によりフォ
トクロミック現象から回復する。そのため光導波路２Ａ
から導出された光は図２（ｃ）の波形２５のように強度
が変化し、同波形２５のうち信号読出し光８の方形の強
度変化２３の立下りのエッジで得られた信号のスパイク
状のピークの高さが紫外線強度に依存する。

【００３０】図１において、紫外線受光素子２は純光学
的に紫外線像２０を検出するので、これを含む光学系の
みを雑音の多い環境２１に配置し、受光器列１６，１９
やＡ／Ｄ変換器１７及び信号処理装置１８等の観測部即
ち電気系は雑音をシールドした環境２２に配置して電磁
雑音の影響を低減化している。更に、光入出力手段に用
いた光ファイバ列４，１４，１５での減衰が極めて少な
いことを利用して、信号光を遠隔地で観測することがで
きるので、雑音源から遠い所に観測部を設置し雑音に対
するシールドを軽減化あるいは不要化している。

【００３１】なお、上記第１実施例ではタイミング光受
光器１２からの電気的タイミング信号をＡ／Ｄ変換器１
７に与えているが、その代りに信号処理装置１８に与
え、Ａ／Ｄ変換器１７より得られるデジタル信号をタイ
ミング信号の立下りに同期して信号処理装置１８が取り
込むように構成しても同様の結果が得られる。

【００３２】また、上記第１実施例では紫外線受光素子
２の基板３上に複数本格子状に光導波路２Ａが形成され
ているが、縦横いずれか一方の複数の光導波路２Ａのみ
を用いたり、あるいは初めから縦横いずれか一方にのみ
複数本平行に光導波路２Ａを形成しておいても良く、こ
の場合には紫外線像２０の一次元的な強度分布を受光
し、測定することができる。

【００３３】更に、タイミング信号はビームスプリッタ
９からの信号光を光電変換して得るだけでなく、チョッ
パ１０による信号光の立下りに同期する信号であれば何
でも良い。

【００３４】＜第２実施例＞次に、図３を参照して本発
明の第２実施例を説明する。本実施例では、紫外線受光
素子２の光導波路２Ｂがスラブ状のものであり、第１実
施例と同様の材料と製法により光学基板３の矩形面全体
に光導波路２Ｂを形成してある。即ち、紫外線受光素子
２として紫外線にのみ感応するように、ガラス基板例え
ば石英ガラス等の光学基板３の全面上に、ＴｉＯ₂とＳ
ｉＯ₂を８５：１５の組成比で混合焼結したターゲット
を用い、一例としてアルゴンガスのプラズマによるスパ
ッタリング法により、スラブ状の光導波路２Ｂを形成し
たものを用いている。

【００３５】図３に示した紫外線受光素子２に４００ｎ
ｍから２．５μｍの波長の光を導出するために、光入出
力手段として、空間的にスラブ状の光導波路２Ｂに光を
結合する手段を用いている。具体的には光導波路２Ｂの
相隣る２辺に対向して光結合用レンズ列５１，５２を配
置し、シリンドリカルレンズ６ａ，６ｂで集光した信号
読出し光６１，６２をスリット列５６，５７を介してレ
ンズ列５１，５２に入射することにより、スラブ状の光
導波路２Ｂに複数本の信号読出し光を格子状に導入す
る。また、スラブ状の光導波路２Ｂの残り２辺に対向し
て光結合用レンズ列５３，５４を配置し、光導波路２Ｂ
から信号読出し光を導出して各受光器列１６，１９に集
光する。

【００３６】紫外線強度分布測定装置としての各受光器
列１６，１９より後段の構成及び各シリンドリカルレン
ズ６ａ，６ｂより前段の構成は第１実施例と同じであ
る。即ち各受光器列１６，１９から出力される電気的信
号は図１に示した各Ａ／Ｄ変換器１７を通って信号処理
装置１８に入力される。一方、各シリンドリカルレンズ
６ａ，６ｂには図１に示したＨｅ−Ｎｅレーザ光源１１
からチョッパ１０，ビームスプリッタ９及びレンズ７を
通る光が、更に図示省略のビームスプリッタにより二等
分されて入射される。また、図１に示した如く、各Ａ／
Ｄ変換器１７には、ビームスプリッタ９からの一部の信
号読出し光がタイミング光受光器１２により電気的タイ
ミング信号に変換され、タイミング線１３を通して入力
される。

【００３７】従って、第２実施例の紫外線受光素子２も
複数本格子状の光導波路２Ａからスラブ状の光導波路２
Ｂに変っただけで図１及び図２の第１実施例と同様に紫
外線像の強度分布を検知し、これを用いた紫外線強度分
布測定装置も図１及び図２の第１実施例と同様の処理を
行って紫外線像の強度分布を測定する。

【００３８】＜第３実施例＞次に、図４及び図６を参照
して本発明の第３実施例を説明する。本実施例では、紫
外線受光素子２は第１実施例と同じであり、紫外線にの
み感応するように、ガラス基板例えば石英ガラス等の光
学基板３の面上にＴｉＯ₂とＳｉＯ₂を８５：１５の組
成比で混合焼結したターゲットを用い、一例としてアル
ゴンガスのプラズマによるスパッタリング法により、縦
横格子状に複数本の光導波路２Ａを形成したものを用い
ている。

【００３９】また、紫外線受光素子２の２辺の光導波路
２Ａに各端から４００ｎｍから２．５μｍの波長の信号
光を導入するために光ファイバ列４を光入力手段として
結合し、また伝播した信号光を導出するために光ファイ
バ列１４及び光ファイバ列１５を光出力手段として結合
してある。

【００４０】但し、本実施例の紫外線強度分布測定装置
では、第１実施例で用いたチョッパ１０を使用せず、そ
の代りに図４の如く、周期的に開閉を繰り返すシャッタ
７３を紫外線受光素子２の前方に配置し、シャッタ７３
から電気的タイミング信号を取り出し、タイミング線１
３を通して各Ａ／Ｄ変換器１７に供給している。他の構
成は第１実施例と同じである。なお、図４ではシャッタ
７３を結像レンズ３３の後方に配置してあるが、同レン
ズ３３の前方に配置しても作用は同じである。

【００４１】従って、本実施例では、波長６３３μｍを
有するＨｅ−Ｎｅレーザ光源１１から出射した信号読出
し光（信号光のこと）８はレンズ７，シリンドリカルレ
ンズ６及び光ファイバ結合用レンズ列５を通して光ファ
イバ列４に入射する。従って、信号読出し光８は図６
（ｃ）の波形７５に示すようにその強度を一定にして光
ファイバ列４に入射する。

【００４２】光出力手段としての光ファイバ列１４及び
１５の出力側にはそれぞれ光電変換のため受光器列１６
及び受光器列１９が結合され、光導波路２Ａを伝播した
各信号読出し光８がこれらにより電気的信号に変換され
る。また、各受光器列１６，１９の出力にはＡ／Ｄ変換
器１７，１７が接続され、各Ａ／Ｄ変換器１７の出力に
信号処理装置１８が接続されている。各Ａ／Ｄ変換器１
７にはタイミング線１３を通してシャッタ７３から周期
的にタイミング信号が供給される。

【００４３】Ａ／Ｄ変換器１７は受光器列１６及び１９
からの各電気的信号を、シャッタ３からのタイミング信
号に同期してデジタル信号化し、これが信号処理装置１
８にて強度信号列として取り出される。信号処理装置１
８はこのようにして取り出された電気的信号に基づい
て、紫外線受光素子２の光導波路２Ａに当てた紫外線像
２０の二次元的な強度変化を演算し、強度分布を測定す
る。

【００４４】ここで、図６（ａ）〜（ｄ）を参照して本
第３実施例の詳細な動作説明を行う。今、図６（ａ）に
示す強度変化波形２４のように紫外線１が時間的に変化
しているとすると、シャッタ７３の開閉により光導波路
２Ａ上には図６（ｂ）に示す強度波形７４に変調された
紫外線１が投射される。信号読出し光８の入力強度は図
６（ｃ）の波形７５の如く一定であるが、シャッタ７３
が開いて紫外線１が光導波路２Ａ上に存在する間は、光
導波路２Ａに吸収が生じるので、光導波路２Ａからの信
号読出し光８の出力強度は図６（ｄ）の波形７６ａに示
すように殆ど得られない。また、シャッタ７３が閉じて
紫外線１が光導波路２Ａに照射されないと、信号読出し
光８の作用によってフォトクロミズム現象が次第に回復
し、光導波路２Ａへの吸収の度合が次第に減少するた
め、光導波路２Ａからの信号読出し光８の出力強度は図
６（ｄ）の波形７６ｂに示すように増大する。

【００４５】しかし、フォトクロミズム現象による吸収
が完全に回復しきらないうちに再びシャッタ７３が開い
て紫外線１が光導波路２Ａに照射されると、吸収量が急
に増大するため、信号読出し光８の出力強度は図６
（ｄ）の波形変化７６ｃ，７６ｅに示すように急激に低
下する。

【００４６】この出力強度の低下の度合は、シャッタ７
３が開き、紫外線１の照射が再開された時の紫外線強度
に依存する。

【００４７】従って、シャッタ７３からタイミング線１
３に供給されるタイミング信号に同期して、信号読出し
光８の出力強度のうち図６（ｄ）に符号７６ｄや７６ｆ
で示すレベルを光電変換して知ることにより、第１実施
例と同様に紫外線受光素子２の光導波路２Ａ上の紫外線
像２０の強度分布を測定することができる。

【００４８】本第３実施例ではタイミング信号に同期し
て、シャッタ７３が開いたときの各受光器列１６，１９
からの電気的信号をＡ／Ｄ変換器１７によりデジタル化
し、これを信号処理装置１８が取り込んで紫外線像２０
の強度分布を演算し、測定を行っている。もちろん、タ
イミング信号をＡ／Ｄ変換器１７の代りに信号処理装置
１８に与え、Ａ／Ｄ変換器１７からの出力信号をシャッ
タ７３が開いたときに信号処理装置１８が取り込み、紫
外線像２０の強度分布の演算を行うように構成しても同
様の結果が得られる。なお、図４中で第１実施例と同機
能部分には同じ符号を付して重複する説明を省いた。

【００４９】＜第４実施例＞次に、図５及び図６を参照
して本発明の第４実施例を説明する。本第４実施例は、
第３実施例における各受光器列１６，１９とＡ／Ｄ変換
器１７との間に微分器７０，７１を設けたものであり、
他の構成は信号処理装置１８が微分器出力に基づいて紫
外線像２０の強度分布を演算し測定する以外、第３実施
例と同じである。なお、図面中で、第１及び第３実施例
と同機能部分には同じ符号を付して重複する説明を省
く。

【００５０】受光器列１６，１９からの各電気的信号は
シャッタ７３の開閉により、前述の如く図６（ｄ）の波
形７６のように変化する。そこで、受光器列１６，１９
からの各電気信号を微分器列７０，７１で微分すると、
微分器出力は図６（ｅ）の波形７８になり、この波形の
−（マイナス）側に出たピークの高さを測ることによっ
ても紫外線像２０の強度分布を求めることができる。

【００５１】本第４実施例ではタイミング信号に同期し
て、シャッタ７３が開いたときの各微分器列７０，７１
からの電気的信号を各Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタル
化し、シャッタ７３開直後のピーク値を信号処理装置１
８が取り込んで紫外線像２０の強度分布を演算し、測定
を行っている。もちろん、タイミング信号をＡ／Ｄ変換
器１７の代りに信号処理装置１８に与え、Ａ／Ｄ変換器
１７からの出力信号をシャッタ７３が開いたときに信号
処理装置１８が取り込み、シャッタ７３開直後のピーク
値から紫外線像２０の強度分布の演算を行うように構成
しても同様の結果が得られる。

【００５２】上記第３，第４両実施例では紫外線受光素
子２として光学基板３上に複数本格子状に光導波路２Ａ
を形成したものを用いているが、その代りに図３に示し
た第２実施例のスラブ状の光導波路２Ｂを形成したもの
を用い、また同第２実施例における空間的な光結合を利
用した光入出力手段を用いて構成することも可能であ
る。もちろん、第２〜第４各実施例において格子状に複
数本信号読出し光を伝播させる代りに、複数本平行に信
号読出し光を伝播させるように構成しても良い。

【００５３】更に、第１〜第４各実施例ではフォトクロ
ミズム現象を示す光学材料としてＴｉＯ₂とＳｉＯ₂の
混合したものを用いたが、これ以外の他の光学材料であ
ってもフォトクロミズム現象を示すものであれば何を用
いても良い。但し、紫外線以外の光でもその照射により
フォトクロミズム現象を示す光学材料の場合は、適宜な
光学フィルタを用いて紫外線のみを選択する。

【００５４】また更に、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１１のよ
うな信号光源の出力光強度に変動がある場合は、出力光
強度を別途測定して信号処理装置１８で紫外線強度を補
正するようにしても良い。

【００５５】

【発明の効果】本発明の紫外線受光素子及びそれを用い
た紫外線強度分布測定装置によれば、紫外線の強度分布
を光導波路を伝播する信号光の減衰に変換するという純
光学的に検出することができる。従って、雑音の多い環
境下には紫外線受光素子を中心とする光学系のみを配置
し、信号処理装置を中心とする電気系は雑音をシールド
した環境下に配置することができるので、電磁雑音の影
響を低減することができる。特に、光入出力手段として
光ファイバを利用した場合は、光ファイバの減衰が極め
て少ないことにより信号を遠隔地で観測することができ
るので、雑音源から遠い所に電気系を設置することが容
易であり、シールドが軽減化あるいは不要化する。

【００５６】また、フォトクロミズム現象を示す光学材
料のうち、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂が混合したもので形成さ
れた光導波路は紫外線のみに感応するので、光学フィル
タ等の波長選択手段は不要であり、従って装置構成が簡
便化する。また、光学フィルタの破損により誤った観測
結果が出る恐れが皆無となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図。

【図２】第１実施例の動作説明図。

【図３】本発明の第２実施例を示す図。

【図４】本発明の第３実施例を示す図。

【図５】本発明の第４実施例を示す図。

【図６】第３及び第４実施例の動作説明図。

【図７】従来例を示す図。

【符号の説明】

１紫外線２紫外線受光素子２Ａ複数本格子状に形成された光導波路２Ｂスラブ状に形成した光導波路３光学基板４，１４，１５光ファイバ列５，５１，５２，５３，５４レンズ列６，６ａ，６ｂシリンドリカルレンズ７レンズ８，６１，６２，６３，６４信号読出し光（信号光）９ビームスプリッタ１０チョッパ１１Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１２タイミング光受光器１３タイミング線１６，１９受光器列１７Ａ／Ｄ変換器１８信号処理装置２０紫外線像２１雑音の多い環境２２雑音をシールドした環境３１溶接トーチ３２紫外線源（溶接アーク）３３結像レンズ３４光学フィルタ５６，５７スリット列

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と；信号光に対し紫外線の照射によ
りフォトクロミズム現象を発現し且つこのフォトクロミ
ズム現象を信号光により回復することができ、前記基板
の材料よりも高い屈折率を有する光学材料により、前記
基板の面上に複数本平行に、あるいは複数本格子状に、
あるいはスラブ状に形成された光導波路と；からなる紫
外線受光素子。
【請求項２】請求項１において、前記光学材料がＴｉ
Ｏ₂とＳｉＯ₂が混合したものであることを特徴とする
紫外線受光素子。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載した紫外
線受光素子と；この紫外線受光素子の光導波路端に信号
光を空間的な結合あるいは光ファイバで導出入する光入
出力手段と；前記光導波路端から導出された信号光を電
気的信号に変換する光電変換手段と；前記電気的信号に
基づいて紫外線の強度を演算する信号処理装置と；を具
備することを特徴とする紫外線強度分布測定装置。
【請求項４】請求項３において、前記光導波路端に導
入される信号光の強度を変調する変調手段と、この変調
手段に同期して前記電気的信号を前記信号処理装置に与
える信号入力手段とを具備することを特徴とする紫外線
強度分布測定装置。
【請求項５】請求項３において、前記光導波路に照射
される紫外線に対するシャッタと、このシャッタに同期
して前記電気的信号を前記信号処理装置に与える信号入
力手段とを具備することを特徴とする紫外線強度分布測
定装置。
【請求項６】請求項３において：前記光導波路に照射
される紫外線に対するシャッタと、前記電気的信号を微
分する微分手段と、この微分手段の出力信号を前記シャ
ッタに同期して前記信号処理装置に与える信号入力手段
とを具備すること；同信号処理装置は前記電気的信号の
代りに、前記微分手段の出力信号に基づいて紫外線の強
度を演算するものであること；を特徴とする紫外線強度
分布測定装置。