JPH11125562A

JPH11125562A - 波長校正装置

Info

Publication number: JPH11125562A
Application number: JP9288857A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Fujiyoshi; 健一藤吉
Original assignee: Ando Electric Co Ltd
Current assignee: Ando Electric Co Ltd
Priority date: 1997-10-21
Filing date: 1997-10-21
Publication date: 1999-05-11
Also published as: US6452674B1; DE19847977A1

Abstract

(57)【要約】【課題】光スペクトラム測定装置の通過波長ずれを、
光スペクトラム測定装置が敷設された状態で自動的に校
正することができる波長校正装置を提供すること。【解決手段】所定波長の基準光を出射する基準光源６
２と、被測定光を入射する被測定光入射端５０と、被測
定光及び基準光が入射され、被測定光及び基準光の何れ
か一方を光出射端から出射する光スイッチ５４と、基準
光源６２の動作を制御するとともに、光スイッチ５４の
切り換え動作を制御する制御部６０と、光スイッチ６０
から出射された光のスペクトルを測定するとともに、操
作者によって設定された時に制御部を動作させる光スペ
クトラム測定装置５８とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長校正装置に係
り、特に光スペクトラム測定装置の波長ずれを自動的に
校正することができる波長校正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の光スペクトラム測定装置
の構成を示すブロック図である。図５において、１０は
種々の波長成分が含まれ、スペクトル測定の対象である
光を出射する光源である。１２は光源１０から出射され
る光の幅を制限する入射スリットである。１４は入射ス
リット１２を介して入射される光を平行光に変換する凹
面鏡である。

【０００３】１６は回折格子であり、表面に多数の溝が
形成されており、凹面鏡１４で変換された平行光を波長
毎に空間的に分離する回折格子である。回折格子１６は
図中符号Ｄ₁が付された方向に回動可能なステージ１７
上に配されており、ステージ１７の回動に合わせて符号
Ｄ₁が付された方向に回動する。１８は凹面鏡であり、
回折格子１６によって波長毎に空間的に分離された光の
うち、凹面鏡１８に入射した光のみを出射スリット２０
のスリット位置に結像させるものである。２０は出射ス
リットであり、凹面鏡１８によってスリット位置に結像
された光の波長帯域を制限するためのものである。上記
入射スリット１２、凹面鏡１４、回折格子１６、凹面鏡
１８、及び出射スリット２０はツェルニ・ターナ形分散
分光器と呼ばれる分光器をなす。

【０００４】２２はフォトダイオード等の光検出器であ
り、出射スリット２０から出射される光の強度を電気信
号に変換するためのものである。２４は光検出器２２か
ら出力される電気信号を増幅する増幅器である。２６は
増幅器２４で増幅された値をディジタル信号に変換する
アナログ／ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄコンバータ
と称する）である。

【０００５】また、図中符号２８が付された部材は回折
格子１６が配されたステージ１７を回動させるモータで
あり、符号Ｄ₂が付された方向にモータ２８の回動軸２
９が回動することによって、ステージ１７及び回折格子
１６を符号Ｄ₁が付された方向に回動させる。３０はモ
ータ駆動回路であり、後述するＣＰＵ３４から出力され
る制御信号に応じてモータ２８の回動軸２９の回動動作
を制御する。３２は後述のＣＰＵ３４から出力される制
御信号に応じて、出射スリット２０のスリット幅を変化
させるスリット幅制御装置である。

【０００６】３６は、例えばＣＲＴ（Cathod Ray Tub
e）、液晶等の表示装置である。ＣＰＵ３４は、前述し
たＡ／Ｄコンバータ２６、モータ駆動回路３０、スリッ
ト幅制御装置３２、及び表示装置３６とバスＢによって
接続され、モータ駆動回路３０、スリット幅制御装置３
２を制御する制御信号を出力するとともに、Ａ／Ｄコン
バータ２６から出力されるディジタル信号を演算処理
し、例えばスペクトラム分布を表示装置３６に表示させ
る。

【０００７】上記構成において、光源１０から光が出射
されると、出射された光は入射スリット１２へ入射す
る。入射スリット１２を通過した光は凹面鏡１４よって
平行光に変換され、回折格子１６に入射する。回折格子
１６は、表面に形成された多数の溝に平行な軸を中心と
して、モータ２８により回動させられ、平行光に対して
任意の角度をなすようになる。この任意の角度は、モー
タ駆動回路３０がＣＰＵ３４から出力される制御信号に
応じてモータ２８を制御することにより決定される。

【０００８】回折格子１６は、入射する平行光を波長毎
に空間的に分離する。回折格子１６によって空間的に分
離された波長のうち、平行光と回折格子１６とのなす角
度等によって決定される波長の光のみが凹面鏡１８へ出
射される。凹面鏡１８は入射された波長の光のみを出射
スリット２０のスリット位置へ結像させる。そして、出
射スリット２０のスリット幅の範囲内となる波長成分だ
けが出射スリット２０を通過する。スリット幅制御装置
３２はＣＰＵ３４の指令を受け、出射スリット２０の幅
を設定する。

【０００９】光検出器２２は、出射スリット２０の通過
光を受光し、通過光の光強度に比例した電気信号に変換
する。増幅器２４は光検出器２２の出力をＡ／Ｄコンバ
ータ２６の入力に適した電圧まで増幅する。Ａ／Ｄコン
バータ２６は増幅器２４の出力をディジタル信号に変換
する。Ａ／Ｄコンバータ２６から出力されたディジタル
信号は、ＣＰＵ３４に入力され、ＣＰＵ３４において演
算処理される。ＣＰＵ３４は演算処理の結果（例えば、
スペクトラム分布）をバスＢを介して表示装置３６に出
力する。表示装置３６はＣＰＵ３４から出力される演算
結果に応じた表示内容を表示する。

【００１０】次に測定の手順を説明する。まず、ＣＰＵ
３４は、スリット幅制御装置３２に制御信号を出力し、
出射スリット２０の幅を設定する。次に、ＣＰＵ３４
は、モータ駆動回路３０に指令を与え、回折格子１６の
角度を可変することにより出射スリット２０を通過する
波長を設定し、出射スリット２０の透過光の光強度をＡ
／Ｄコンバータ２６の出力から取り込む。ＣＰＵ３４
は、モータ駆動回路３０へ制御信号を出力し、出射スリ
ット２０を通過する波長を測定開始波長から測定終了波
長まで掃引させ、繰り返し得られた測定波長対光強度特
性を、光スペクトラムとして表示装置３６に表示させ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図４中のＣＰＵ３４
は、モータ２８の回転角度、即ちモータ２８へ出力する
パルス数と分光器の通過波長との対応関係を記憶してお
り、この対応関係に基づいて分光器の通過波長を操作者
に指定された通過波長に設定している。ところが、従来
の光スペクトラム測定装置においては、周囲温度の変化
に伴う回折格子１６や凹面鏡１４，１８の角度の微妙な
変化、回折格子１６の駆動装置の経時変化等により、モ
ータ２８の角度設定に対する分光器の通過波長が変化す
る。従って、ＣＰＵ３４が回折格子１６を制御して分光
器の通過波長を操作者によって指定された通過波長に設
定しても、分光器の実際の通過波長は異なってしまう。

【００１２】この波長誤差は、回折格子１６の設定角度
をずらしてやることにより補正することができる。従来
は、発振波長が既知のガスレーザ等を光源として用い、
外部から図４中の入射スリット１２、又は分光器に光を
入射させるための光コネクタ部がある場合には光コネク
タ部に光ファイバを介して上記ガスレーザを接続し、出
射スリット２０から出射される光の光スペクトラムを測
定し、その波長誤差がゼロになるように回折格子１６の
設定角度をずらすことで波長誤差を補正していた。

【００１３】また、この校正作業は、上記ガスレーザか
ら出射されるレーザ光を分光器に入射させている状態で
操作者がＣＰＵ３４に指令を与えることにより、ＣＰＵ
３４が光スペクトラムを測定しながら、モータ駆動回路
３０を制御してモータ２８の設定角度を校正するプログ
ラムを実行することにより自動的に通過波長の校正を行
うことができる例もあった。しかしながら、従来の例で
は、ガスレーザ等の基準光源を操作者が分光器に接続
し、校正用のプログラムをＣＰＵ３４に実行させる必要
があり、手間がかかるという問題があった。

【００１４】また、前回校正を行った時からどのくらい
時間が経過したか、周囲の環境かどのように変化したか
を操作者が常に意識し、校正作業が必要かどうかを判断
する必要があった。また、ガスレーザは、例えば全長１
ｍ（波長１５２３ｎｍ；Ｈｅ−Ｎｅレーザの場合）と大
きく、光スペクトラム測定装置が設置された場所に持ち
込むことが困難な場合も多いので、実際に光スペクトラ
ム測定装置が設置され、稼働している状況下で校正作業
を行うことがてきなかった。

【００１５】近年、光波長多重伝送等の分野では、光の
波長をより精密に知る必要が高まっており、光スペクト
ラム測定装置の波長誤差をできるだけ少なくすることが
求められている。また、光スペクトラム測定装置を伝送
装置の敷設現場で使用するといった用途が増えつつあ
り、敷設された状態で光スペクトラム測定装置の通過波
長を校正する必要が高まった。

【００１６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、光スペクトラム測定装置の波長誤差を、光スペ
クトラム測定装置が敷設された状態で自動的に校正する
ことができる波長校正装置を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、所定波長の基準光を出射する基準光源
と、被測定光を入射する光入射端と、前記被測定光及び
前記基準光が入射され、前記被測定光及び前記基準光の
何れか一方を光出射端から出射する光スイッチと、前記
基準光源の動作を制御するとともに、前記光スイッチの
切り換え動作を制御する制御部と、前記光スイッチから
出射された光のスペクトルを測定するとともに、操作者
によって設定された時に前記制御部を動作させる光スペ
クトラム測定装置とを具備することを特徴とする。ま
た、本発明は、前記光スペクトラム測定装置が、入射部
から入射する光を平行光に変換する素子と、前記平行光
を空間的に分離する回折格子と、前記回折格子によって
空間的に分離された光を出射スリットに集束する素子
と、前記出射スリットから出射する光を電気信号に変換
する光検出器と、前記光検出器によって変換された電気
信号をディジタル信号に変換する変換部と、前記回折格
子の角度を変化させるとともに、前記変換部から出力さ
れるディジタル信号を処理し、光スペクトルを得る処理
部とを具備することを特徴とする。また、本発明は、前
記光スペクトラム測定装置が、日付時間機構を有するタ
イマを具備し、前記光スペクトラム測定装置は、当該タ
イマから出力される信号に基づいて所定時間に前記制御
部を動作させることを特徴とする。また、本発明は、前
記光スペクトラム測定装置が、日付時間機構を有するタ
イマを具備し、前記光スペクトラム測定装置は、当該タ
イマから出力される信号に基づいて電源投入後所定時間
経過後に前記制御部を動作させることを特徴とする。ま
た、本発明は、前記基準光源が、所定波長の光を出射す
るＬＥＤと、前記ＬＥＤから出射される光を平行光に変
換するレンズと、前記レンズを透過した光の内、所定波
長の光を吸収するガス吸収セルと、前記ガス吸収セルを
透過した光を集光するレンズとからなることを特徴とす
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施形態による波長校正装置の概略構成を示すブロック
図である。図１において、５０は測定を行う光を入射さ
せる光入射端である。光入射端５０には光ファイバ５２
が接続されている。５４は光スイッチであり、２つの光
入射端と１つの光出射端とを有し、後述する制御部６０
の制御の下、何れか一方の光入射端と光出射端とを光学
的に接続し、何れか一方の入射端から入射される光を光
出射端から出射させる。

【００１９】光スイッチ５４の光出射端には光ファイバ
５６の一端が接続されている。また、光ファイバ５６の
他端は光スペクトラム測定装置５８の光入射端に接続さ
れている。光スペクトラム測定装置５８の光入射端は図
４中の入射スリット１２に対応する。図２は光スペクト
ラム測定装置５８の構成を示すブロック図であり、図４
に示された各部材と同一の部材には同一の符号を付しそ
の説明を省略する。

【００２０】図２に示されたように光スペクトラム測定
装置５８は図４に示された光スペクトラム測定装置とほ
ぼ同様の構成を有する。この光スペクトラム測定装置５
８が図４に示されたスペクトラム測定装置と異なる点
は、日付時間機能を果たすタイマ４０が設けられ、後述
の制御部６０に制御信号を出力するためにバスＢが制御
部６０に接続され、更に通過波長の校正を行うためのプ
ログラムを実行するためＣＰＵ３４がＣＰＵ３４′に変
更されている点である。

【００２１】上記ＣＰＵ３４′はタイマ４０から出力さ
れる日付時間信号に基づいて、光スペクトラム測定装置
の電源が投入されてから所定時間後、又は操作者の所望
の時間間隔（例えば１時間間隔、１日間隔等）で光スペ
クトラム測定装置５８の通過波長を校正するためのプロ
グラムを実行する。

【００２２】図１に戻り、制御部６０は光スペクトラム
測定装置５８から出力される制御信号に基づいて、光ス
イッチ５４の光入射端を切り換える制御を行う。また、
制御部６０は上記制御信号に基づいて基準光源６２の動
作を制御する動作信号を出力する。基準光源６２は、例
えば図３に示された構成を有する。図３は基準光源６２
の構成を示す図である。この基準光源６２から出射され
る光の中心波長は、予め光スペクトラム測定装置５８の
ＣＰＵ３４′に設定されている。図３において１００
は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。１０２は
ＬＥＤ１００から出射された光を平行光に変換するレン
ズである。

【００２３】１０４は、例えばアセチレンガスが封入さ
れたガス吸収セルであり、特定の波長の光を吸収する。
このガス吸収セル１０４は周囲の環境、例えば温度変化
等にかかわらず、極めて安定である。つまり、周囲の温
度が変化しても吸収する波長の中心はほぼ一定である。
また、ガス吸収セル１０４はその長さが約２０ｍｍであ
る。１０６は、ガス吸収セル１０４から出射された光を
集束するレンズである。このレンズ１０６の焦点は光フ
ァイバ１０８の一端の位置となるよう設定されている。
光ファイバ１０８は、光スイッチ５４の他方の光入射端
に接続されている。

【００２４】上記構成において、本発明の一実施形態に
よる波長校正装置の動作について説明する。以下の説明
においては、本発明の一実施形態における波長校正装置
は、光スペクトラム測定装置５８の電源が投入されてか
ら所定時間内に校正を実行する場合について説明する。
まず、光スペクトラム測定装置の電源が投入されると、
光スペクトラム測定装置５８に設けられたＣＰＵ３４′
はタイマ４０から出力される日付時間信号に基づいて所
定時間経過後、校正プログラムを実行する。校正プログ
ラムが実行されると、ＣＰＵ３４′はまず制御部６０に
対して制御信号を出力する。この制御信号が出力される
と、制御部６０は基準光源６２に対して動作信号を出力
する。この動作信号が入力されると、基準光源６２内に
設けられたＬＥＤ１００が発光する。

【００２５】ＬＥＤ１００が発光すると、出射された光
はレンズ１０２によって平行光に変換され、ガス吸収セ
ル１０４によって所定の波長の光が吸収される。ガス吸
収セル１０４を透過した光は、レンズ１０６によって集
光され、光ファイバ１０８の一端から光ファイバ１０８
内へ入射する。光ファイバ１０８へ入射した光は光ファ
イバ１０８内を伝搬し、光スイッチ５４へ入射する。

【００２６】また、制御部６０は光スイッチ５４へ制御
信号を出力し、光ファイバ１０８が接続された光入射端
と光出射端とを光学的に接続する。以上の動作が終了す
ると、基準光源６２から出射された光は光スペクトラム
測定装置５８へ入射する。この光が入射されると、ＣＰ
Ｕ３４′はモータ駆動回路３０を制御し、モータ２８を
回転させ出射スリット２０から出射される光の波長を所
定の範囲内で変化させる。

【００２７】ＣＰＵ３４′が出射スリット２０から出射
される光の波長を変化させることによって光検出器２２
で検出される光の強度と波長との関係が得られる。ＣＰ
Ｕ３４′は、得られた強度と波長との関係によって、光
スリット２０から出射される光の吸収波長を得ることが
できる。この吸収波長が得られると、ＣＰＵ３４′は予
め設定された基準光源６２の吸収波長と、得られた吸収
波長とを比較する。もしこれらの吸収波長の間にずれが
あった場合には、ＣＰＵ３４′はモータ駆動回路３０を
制御し、得られた吸収波長を基準光源６２の吸収波長と
一致させる。

【００２８】このとき、ＣＰＵ３４′は、モータ２８を
駆動させて回折格子１６の角度を変化させるだけであ
る。つまり、ＣＰＵ３４′が記憶している設定波長は変
化させずに回折格子１６の角度だけを変化させる。以上
の動作によって、ＣＰＵ３４は出射スリット２０から出
射される光の吸収波長を、予め設定された波長、即ち基
準光源６２から出射される光の吸収波長に合わせること
ができる。また、校正時には、上述のようにＣＰＵ３
４′が記憶している設定波長は変化させずに回折格子１
６の角度だけを変化させているので、回折格子１６の角
度とＣＰＵ３４′が記憶している波長との対応関係が更
新される。

【００２９】以上の動作が終了すると、ＣＰＵ３４′は
制御部６０に対して制御信号を出力し、制御部６０は光
スイッチ５４の光ファイバ５２が接続された光入射端と
光出射端とが接続されるように切り換える制御を行う。
また、基準光源６２に対し動作終了信号を出力し、基準
光源６２の動作を停止させる。

【００３０】以上、説明したように、本発明の一実施形
態による波長校正装置では、光スペクトラム測定装置の
電源投入後、所定時間してから自動的に光スペクトラム
測定装置の校正が自動的に行われるので、校正を行う際
に、基準光源となるガスレーザ等を接続するための手間
や、校正に必要な回折格子１６を調整する手間が省け
る。また、基準光源６２を、ＬＥＤ１００やガス吸収セ
ル１０４等から構成したので、ガスレーザを用いた場合
に比べ小型化が可能である。また、所望の時点で校正を
自動的に行うことができるので、光スペクトラム測定装
置が実際に敷設されている場合であっても都合が良いと
きに校正を行えるという利点がある。

【００３１】尚、上記本発明の一実施形態による波長校
正装置の動作の説明では、電源投入から所定時間後に波
長の校正を行う場合を例に挙げて説明したが、操作者の
所望の時間間隔（例えば１時間間隔、１日間隔等）で校
正を行うようにしても良いことは勿論である。また、校
正を行う時間間隔を予想される周囲温度の変化速度や分
光器の経時変化速度より短く設定することで、常に高い
波長確度を得ることができる。また、凹面鏡１４，１８
の代わりにレンズを用いてもよい。更に、光スペクトラ
ム測定装置の入射端のスリット１２は省略してもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による波長
校正装置によれば、所望の時に校正が自動的に行うこと
ができるので、校正に必要な手間が省け極めて利便性が
良いという効果がある。また、小型化が可能な基準光源
を用いたので、広い敷設場所を必要とせず、様々な状況
に対応できるという効果がある。更に、所望の時点で校
正を自動的に行うことができるので、光スペクトラム測
定装置が実際に敷設されている場合であっても都合が良
いときに校正を行えるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による波長校正装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図２】光スペクトラム測定装置５８の構成を示すブ
ロック図である。

【図３】基準光源６２の構成を示す図である。

【図４】従来の光スペクトラム測定装置の構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１２入射スリット１４凹面鏡１６回折格子１８凹面鏡２０出射スリット２２光検出器２６Ａ／Ｄコンバータ３４′ ＣＰＵ４０タイマ５０光入射端５４光スイッチ５８光スペクトラム測定装置６０制御部６２基準光源１００ＬＥＤ１０２レンズ１０４ガス吸収セル１０６レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定波長の基準光を出射する基準光源
と、被測定光を入射する光入射端と、前記被測定光及び前記基準光が入射され、前記被測定光
及び前記基準光の何れか一方を光出射端から出射する光
スイッチと、前記基準光源の動作を制御するとともに、前記光スイッ
チの切り換え動作を制御する制御部と、前記光スイッチから出射された光のスペクトルを測定す
るとともに、操作者によって設定された時に前記制御部
を動作させる光スペクトラム測定装置とを具備すること
を特徴とする波長校正装置。
【請求項２】前記光スペクトラム測定装置は、入射部
から入射する光を平行光に変換する素子と、前記平行光を空間的に分離する回折格子と、前記回折格子によって空間的に分離された光を出射スリ
ットに集束する素子と、前記出射スリットから出射する光を電気信号に変換する
光検出器と、前記光検出器によって変換された電気信号をディジタル
信号に変換する変換部と、前記回折格子の角度を変化させるとともに、前記変換部
から出力されるディジタル信号を処理し、光スペクトル
を得る処理部とを具備することを特徴とする請求項１記
載の波長校正装置。
【請求項３】前記光スペクトラム測定装置は、日付時
間機構を有するタイマを具備し、前記光スペクトラム測
定装置は、当該タイマから出力される信号に基づいて所
定時間に前記制御部を動作させることを特徴とする請求
項２記載の波長校正装置。
【請求項４】前記光スペクトラム測定装置は、日付時
間機構を有するタイマを具備し、前記光スペクトラム測
定装置は、当該タイマから出力される信号に基づいて電
源投入後所定時間経過後に前記制御部を動作させること
を特徴とする請求項２記載の波長校正装置。
【請求項５】前記基準光源は、所定波長の光を出射す
るＬＥＤと、前記ＬＥＤから出射される光を平行光に変換するレンズ
と、前記レンズを透過した光の内、所定波長の光を吸収する
ガス吸収セルと、前記ガス吸収セルを透過した光を集光するレンズとから
なることを特徴とする請求項１記載の波長校正装置。