JPS59135331A - 分光装置における波長算出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はセンサアレイを用いた波長測定器に係シ、特に
、高鵜度の波長測定に好適な成長算出方法に関する。

〔従来技術〕

光源の波長を高速に測定する方法として、回折格子とセ
ンサアレイとを組合せたものがある。第１図にその一例
を示す。光源１からの光はスリット２を通った後、凹面
回折格子３で分光された後、センサアレイ４で受光する
。センサアレイ４の出力は増幅器５．アナログ・デジタ
ル変換器６を通つてデジタル信号に変換された後、信号
処理回路７によシ佃号処理を行ない、光源１の成長の値
８を出力する。また、・１−号処理回路７により七ンサ
ドライブ回路９がトリ力され、センサアレイ４をドライ
ブする。

光強１からの光は、直接、ある仏はレンズを通して、あ
るいは元ファイバ１１を通して入力される。光ファイバ
１１を用いるときは、スリット２ははぶくこともできる
。

第２図に千１ｍ回折格子３′と凹面鈍１０とで構成する
他の光学系の例を示す。

センサアレイ４からの出力は第３図に示すようにセンサ
アレイ４中のセンサの雇ル査号に対応した光強度出力が
得られる。

従来の波長測定器の信号処理回路７においては、光強度
がピークとなるセンサアレイのセル番号（＾３図の例で
はｎ）を検出し、このセル蕾号ｎから波長λ＝　ｆ　（
ｎ）を求めていた。ｎとλとの関係式の例としては次式
がある。

＝　ｆ　（＋り ここで、Ｄは回折格子の溝間隔 αは回折格子への入射光の角度 θは回折格子の光軸とセンサアレイ 曲とのなす角 １（１はセンサアレイのセルピッチ に２．　ｉ＜３は定数である。

このように、光強度がピークとなるセンサアレイのセル
番号ｎを検出し、このセル番号ｎから波長λを求める従
来の方法では、測定する波長の精度はセンサアレイのセ
ルの数で一意的に決定される。

センサアレイのセル截は半導体のプロセスなどにより限
界がある。このため、センサアレイを用いた彼長浪１１
足器では高精度の波長の測定が回能であった。

〔発明の目的〕 本発明の目的は、センサアレイを用いた波長測定器にお
いて筒精度の波長の算出方法を提供するこ、とにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明においては、センサアレ
イの出力信号のピーク近傍の少なくとも３点の振幅値を
もとに真のピーク位置を算出し、この１直により精密な
波長を算出するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

はじめに、本発明の原理について述べる。

本発萌は、光強度が・ピークとなるセンサアレイのセル
番号（ｎ）付近の光強度分布から、光強度が極大となっ
ている位Ｔｌｔｎ＊を精密に推定し、この推定した位置
ｎ＊によ、！ｌｌｌ窩精度に波長λ＊　＝＝　ｆ　（ｎ
＊）を得ることにある。

般には精度のよい推定位置ｎ＊が推定できる。

第４図、第５図は極大付近の４点の振幅をもとに、真の
極大値位置ｎ９を推定する場合である。

第Ｄセルの出力（ｙｎ）が極太になったとする。

Ｙ　ｎ　ｒ　１　）　Ｙ　ｎ　−１の時には、第ｎ−１
点と−もｎ点とを通る第１のｉｎｓと、第ｎ＋１点と第
ｎ　千２点とを通る第２の直線との交点を、丸の極大値
であると推定する。

Ｙ　”＋Ｉ　＜Ｙ　ｎ−ｉ　　の時には、第ｎ−２点と
ｈＺ　ｎ−１点とを通る第１の直線と、第ｎ点とｉｎ＋
ｉ点とを通る第２の直線との交点を、真の極太値である
と推定する。

ところで、幅の狭いスペクトルの光が入射した場合、第
１図や第２図に例示した回折格子を用いた光学系では、
回折後の光はほぼ左右対称に広がる性質がある。この性
質を用いると、簡単な計算により筒精度に１１　＊の推
定が可能となる。

左右対称の波形分布としては、正規分布、２次曲線、第
６図に示す極大値で折れ曲がった一次直線などがある。

いづれの分布で推定する場合においても、極大値付近の
壊数（３以上）点の振幅値が必要となる。

極大点で折れ曲がった一次直線で近似し、がっ極大値付
近の３点で推定する場合の例を第７図および第８図に示
す。憾大値付近の３点のセンサの蒼号−２ｎ　−１、ｎ
　、　ｎ　＋　１とし、その光強度をそれぞれｙｎ−１
１Ｙ　ｎ　、　Ｙ　ｎ４１とする。

ここで　Ｙ　ｎ−ｔ　、　ｙｎ、　ｙ”＋１は、極大点
付近の３点であることより、っぎのいづれがの条件を満
たす。

つぎに、Ｙｎ＋ｔ　　Ｖｎ＋ｔが正であるが負であるが
零であるかを判足し、 ｙ’＋１．　　ｙｎ−、が正である場合の精密な極大値
推定位置ｎ＊は、 き”＋Ｉ　　Ｙｎ−１が負の場合は、 ’Ｊｎやｓ　　Ｙｎ−１が零の場合は、＊ ｎ　　＝ｉｌ　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・・・・　（５）２矢曲線で近似し、かつ極大値
付近の３点で推定する場合の例を、第９図に示す。この
場合の８’Ｗ　’Ｗｔな悼犬値推定位置ｎ＊はつぎのよ
うになる。

正規外曲で近似し、極大値付近の３点で抽足する場合の
精密な、腿犬値推定位置ｎ　ばつぎのようになる。

正規分布で近似する場合は、直線や２次曲線で近似する
場合に比べて計算は複雑となる。

どの近似式で近似するかは、光学系や被測定物の性質に
よるが、式（４）、式（５）あるいは式（６）の簡単な
式でも大幅な精度の同上がはかれる。

上に述べた方法により求められた精密な極大値准定位置
ｎ　を、センサ番号ｎと波長λとの関係式λ＝　ｆ　（
ｎ）に代入し、精密な波長の値λ＊（λ１＝ｆ（ｎ））
を得る。

このようにして、簡単な計算により、７木大値の位置の
精度は従来例に比べて数倍から数十倍向上する。このよ
うな計算は小型のマイクロコンピュータを用いても、短
い時間で行なうことができる。

次に、本発明の一実施例を第１０図、第１１図および第
１２図により説明する。第１０図は精密な波長を算出す
る概略のフローである。第１１図および第１２図は詳細
フローである。この例では、極大値付近の推定方法とし
て、極太点で折れまがった２つの曲線（第６図）で近似
した場合について示す。

第１０図、第１１図、第１２図のフローでは、マイクロ
コンピュータを用いた簡単な計算を対象にしており、す
べて整数計算を行なうものとしている。そこで計算精度
を上げるため、第７図および第８図のｎ　の値を１６倍
した数Ｎ　を計算している。また、λ９とｎ＊　との関
係は、一般には式（１）に示す複雑な式となるが、収差
補正付の凹面回折格子などを用いると、λ１とｎ＊　と
の間は簡単な一次式が成りたつ。第１０図、第１１図、
第１２図はこの場合を示す。

通常、センサアレイからの出力には、ノイズやセンサの
暗屯ｂｉｔに起因した過圧が重畳されており原理的には
信号のない所にも信号が出てくる。このような部分で誤
って極大値があると判定する烏合が生じる。第１１図お
よび第１２図のフローでは、これをさけるため、振幅の
値が所定の値Ｃ１に達しない部分では、極大はないもの
としている。

また、第１０図で、Ｎ＊を求める式中の割算は、第１１
１図、第１２図では、繰り返し引き算をして行なってい
る。

第１０図、第１１図、および第１２図に示す簡単な計算
により、従来例に比べて１桁程度波長の精度が向上した
。

なお、ノイズ等により、誤まって極大１直があると判定
することをさけるために、上に述べた方法のほかに、つ
ぎに述べる方法もある。

第１の方法は、第１図の増幅器として、所定のレベル以
下の信号をカットし、出力信号を零とするものである。

第２の方法は、センサアレイ中で光が入力さね。

彦いダミーのセルの出力１フコ号値に所定の値を加えた
ものを巣１１Ｎの０１とするものである。

デ３の方法は、人力光が零の場合のセンサアレイの各セ
ルごとの出力を記憶しておき、その値に所定の値を加え
たものを、第１１図の０１とするものである。このよう
にすると、セルごとの暗電流のバラツキの影響をなくす
ことができる。

なおこれまでは、半値幅の狭い発光スペクトルをもつ光
源が入力されたときについて述べたが、半値幅の狭い吸
収スペクトルをもつ光が入力されたときも同様にできる
ことはもちろんである。

〔弁明の効果〕

本発明によれば、センサアレイ出力信号の極大点（もし
くは極小点）伺近の複数（３点以上）の振幅値をもとに
真の極太点（もしくは極小点）の位置を算出し、この値
により精密な波長が算出できるため、セノＪ１ｉ１の限
定されたセンサアレイを用いても高精度の波長測定が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は分光器の構成例、第３図はセンサ
アレイからの出力の一部を示した図、第４図および′ｒ
Ａ５図は４点によりピークを推定する方法を示千図、第
６図、第７７図、第８図および第９図は３点によりピー
クを推定する方庚を示す図、第１０図は実施例の概略フ
ａ−図、第１１図および第１２図は実施例の詳細フロー
図である。 １・・・光源、２・・・スリット、３・・・凹面回折格
子、３′・・・平面回折格子、４・・・センサアレイ、
５・・・増幅器、６・・・アナログ・デジタル変換器、
７・・・信号処理回路、９・・・七ンサドライブ回路、
１０・・・凹面鏡、烹１図 ￥Ｊ　３　図 ７１−２　７１−１　　’ｎ　　ｒＬ＋＋　　＋１？Ｚ
　Ｍ＋３□しすの亡１し１に号 第　〆　　図 第　　４　　図 ￥Ｊ　　５　　図 第　　７　　図 菓３図 第　　？　　図 憲　１０　　図 蔓　７１　　　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、センサアレイを用いた分光装置において、上記セン
   サアレイの出力信号のピーク近傍の少なくとも３点の振
   幅値をもとに真のピーク位置を算出し、この皿により精
   密な波長を算出することを特徴とする分光装置における
   波長算出方法。