JPS63182529A - 光スペクトラムアナライザ - 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】 ・ぐ産業上の利用分野〉 この発明は、測定光をその波長によって分光し、この分
光した光の強度信号から前記測定光のスペクトルを求め
る光スペクトラムアナライザに関し、特に高速、高分解
能化が可能な光スペクトラムアナライザに関するもので
ある。

〈従来技術〉 光スペクトラムアナライザは測定光のスペクトルを測定
するものであり、光源の発光特性や光部品の波長特性を
測定するために用いられている。

このような光スペクトラムアナライザの禍成を第３図に
示寸。第３図において、１は分光部であり、その内部に
はスリット２，６、球面鏡３，５、平面回折格子４が含
まれている。測定光はスリン１へ２で絞られて球面ｆｆ
１３に入射して平行光にされ、平面回折格子４に入射す
る。平面回折格子４で回折された光は球面鏡５で収束さ
れ、この球面鏡５の焦点に配置されたスリット６を介し
て出射される。このような分光部はツエルニ−・ターナ
−型平面回折格子モノクロメータ−として知られている
。この出射光は光検出器７で電気信８に変換、増幅器８
で増幅される。９【よ制御部であり、平面回折格子４の
角庶を変化させる。平面回折格了４はその角度によって
特定の方向に出射する光の波長が変るので、制御部９に
より平面回折格子４の角度を連続的に変化させると、光
検出器７に入射する光の強度は測定光の波長分布に従っ
て変化する。制御部９の出力すなわち平面回折格子４の
角度および増幅器８の出力を表示部１０に入力して、波
長を横軸に、光強度を縦軸にして表示させると、測定光
の光スペクトルが測定出来る。

・ぐ発明が解決すべき問題点〉 しかしながら、このような光スペクトラムアナライリフ
には次のような問題点がある。この光スペクトラムアナ
ライザの分解能はその分光部の波長特性によって決定さ
れる。すなわら、分解能を上げるためには平面回折格子
４の回折角を大ぎくするか、Ｊ：たはスリット６の幅を
狭くしなければならない。しかしながら、このようにす
ると光検出器７に入射する光の量が減少し、信号のＳ／
Ｎ比が悪くなるため、平面回折格子４の回転速度を遅く
して光検出器７に入射する光の量を増加させる必要があ
るが、そうすると測定に要する時間が長くなり、測定光
の波長特性が変化するような場合にその変化に追従する
ことが出来なくなり、測定誤差が増加するという欠点が
ある。

〈発明の目的〉 この発明の目的は、高速でかつ高分解能が実現出来る光
スペクトラムアナライザを提供することにある。

・く問題点を解決するための手段〉 前記問題点を解決するために、本発明では測定光を分光
して所定の波長の光のみ出力する分光部と、この分光部
を制御する制御部と、前記分光部の出力光の強度を電気
信号に変換する光検出器と、この光検出器および前記制
御部の出力を記憶する記憶部と、この記憶部に記憶され
たデータおよび前記分光部に固有な特性からフーリエ演
算またはコンボリューション演算により前記測定光のス
ペク１ヘルを求める演幹部とを具備したものである。

く作用〉 分光部の出力を光検出器で電気信号に変換し、この信号
と前記分光部を制御する制御部の信号すなわら分光部か
ら出射する光の中心波長および前記分光部に固有な特性
からフーリエ演算またはコンボリューション演算により
測定光のスペクトルを求める。

〈実施例〉 第１図に本発明に係る光スペクトラムアナライブの一実
施例を示す。なお、第３図と同じ要素には同一符号を付
し、説明を省略する。第１図において、１１はＡＤ変換
部であり、光検出器７の出力である各波長の強度信号を
デジタル信号に変換する。この変換された信号および制
御部９から出力されるその時の平面回折格子４の角度す
なわちスリット６を通過する光の中心波長は記憶部１２
に記憶される。制御部９は平面回折格子４を回転させ、
測定する波長の範囲をスキャンする。この記憶部１２に
記憶されたデータはフーリエ変換部１３に入力され、離
散的フーリエ変換される。記憶部１２に記憶された、波
長λにおける光強度信号をｐ（λ）とすると、フーリエ
変換部１３の出力Ｐ〈ω）は、 Ｐ（ω）＝７（ｐ（λ）） となる。但し、Ｊはフーリエ変換を示ず演算子である。

このＰ〈ω）は割算器１４に入力される。

割算器１４にはまた分光部１に固有な特性ｔ（λ）をフ
ーリエ変換した関数Ｔ（ω）が入力される。

この固有特性ｔ（λ）はスリット２の幅が充分小さく、
球面＆Ｊｉ３で平行にされた光の強度分布が一様であり
、かつスリット６と光検出器７のスリブ）２ｄｙｄｘ・
・・・・・・・・（１）Ｑ−ｋＤρ／（２ｆ＞ 泥＝２π／λ ｐ＝（ｘ−ｆｍ△λ／（Ａｃｏｓθｄ）〉２＋ｙ２） Ｄ：球面鏡３で平行光となった光束径 ｄニスリット６の幅 ｆ：球面鏡５の焦点路１ｉｆｔ（球面鏡５とスリット６
の距１！Ｉｔ） Ｊ＋（）：第１種第１次のベッセル関数ｍ：回折光の次
数 △：回折格子のピッチ ０６２回折角 △λ：波長の増分 λ：（中心）波長 で表わされる。すなわち、回折角θｄの変化が小さい範
凹では、分光部１の固有特性ｔ（λ〉は波長λのみの関
数になる。従って、このｔ（λ）をフーリエ変換した関
数は、 Ｔ（ω）＝、ニアｔｔ　〈λ））・・・・・・・・・・
・・（２）となる。この関数は割算部１４に入力され、
フーリエ変換部１３でフーリエ変換された光強度信号Ｐ
（ω）との比 Ｐ（ω）　　／　Ｔ　　（ω） が演算される。この演算された結果は逆フーリエ変換部
１５に入力される。逆フーリエ変換部１５では割算部１
４で求められたフーリエ変換された光強度信号Ｐ（ω）
と分光部１の固有特性Ｔ（ω）の比を離散的逆フーリエ
変換し、測定光のスペクトルｆ（λ）を求める。寸なわ
ら、 ｆ（λ＞＝、７−１　（ｐ（ω）／Ｔ（ω））どなる。

但し　、Ｃ−＋は逆フーリエ変換を表わす演算子である
。このスペクトルｆ（λ）を表示部１６に入力して表示
する。ずなわち、入射光のスペクトルをｆ（λ）とする
と関数ｔは偶関数なので、ｐ　（λ　）　−Ｊ″ｆ（λ
　′　）　ｔ　（λ　′　−λ　）　ｄ　λ　−＝（：
１＜λ′）ｔ（λ−λ−）ｄλ′−ｆ＊ｔ・・・・・・
・・・・・・（３）となる。演算子＊はコンボリューシ
ョンを示す。

この（３）式の両辺をフーリエ変換すると、Ｐ（ω）−
Ｆ（ω）・Ｔ（ω） どなるから ｆ（λ）＝−’−’（Ｐ（ω）／Ｆ（ω））・・・・・
・・・・（４） から入射光のスペクトルｆ（λ）を求めることが出来る
。

第２図に本発明の他の実施例を示す。この実施例はフー
リエ変換を行なわないで、光検出器７および制御部って
得られた測定光の各波長における強度信号と分光部１の
固有特性のコンボリューションを演算するものである。

なお、第１図と同じ要素には同一符号を付し。説明を省
略する。第２図において、１７はコンボリューション演
算部であり、記憶部１２のデータおよび分光部１の固有
特性１Ｌ　（λ）が入力される。コンボリューション演
算部１７の出力は表示部１６に入力され、その結果が表
示される。コンボリューション演算部１７に入力される
分光部１の固有特性１ｉ　（λ）は前述の（２）式で表
わしたフーリエ変換した固有特性Ｔ（ω）から次式で求
められる。

１Ｌ　（λ）＝ｆ−１（１／Ｔ（ω））この値と記憶部
１２に記憶されたデータとから次式に従ってコンボリュ
ーション演算を行うことにより、測定光のスペクトルｆ
（λ）を求めることが出来る。すなわら前記（４）式か
ら、ｆ（λ）　−Ｆ’−１［，７（ｐ　（λ））／Ｔ（
ω）］−、ｆ、：ｐ（λ−）ｆ−ｊ（λ−λ−）ｄλ−
となるから、コンボリューション演算により入射光のス
ペクトルｆ（λ）を求めることが出来る。

この演棹結果で得られたスペクトルｆ（λ）は表−〇− 承部１Ｇで表示される。

なお、これらの実施例では分光する手段として平面回折
格子を用いたが、プリズムを用いて分光してもよい。こ
の場合、前述の（１）式のρは、Ｄ＝　　　（ｘ−２ｔ
ａｎ　Ｅ　（ｄｎ／ｄλ）／ｎ）２＋ｙ２） ｎニブリズムの屈折率 Ｉニブリズムへの入射角 ｄｎ／ｄλ：屈折率の波長依存性 とすればよい。

また、これらの実施例ではフーリエ変換部、逆フーリエ
変換部、コンボリューション演算部を別に設【フるよう
にしたが、これらを１つの演算手段で実現してもよく、
また、表示部の処理装置と共用してもよい。要はこれら
の演算部に相当する機能を有するものがあればよい。

・ぐ発明の効果〉　　　□ 以上実施例に基づいて具体的に説明したように、この発
明では測定光を分光し、この分光した光の強度信号と前
記分光部の固有特性とを演算処理して測定光のスペクト
ルを求めるようにした。そのため、従来例と同じ幅のス
リットを用いた場合より高分解能化が可能であり、また
、同じ分解能にするとスリットの幅を広げまたＳ／Ｎ比
を改善出来るので、より高速化が可能であるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光スペクトルアナライザの一実施
例を示す構成ブロック図、第２図は本発明の他の実施例
を示す構成ブロック図、第３図は従来の光スペクトラム
アナライザの構成を示す構成ブロック図である。 １・・・分光部、２．６・・・スリット、３．５・・・
球面鏡、４・・・平面回折格子、７・・・光検出器、９
・・・制御部、１１・・・ＡＤ変換部、１２・・・記憶
部、１３・・・フーリエ変換部、１４・・・割算部、１
５・・・逆フーリエ変換部、１６・・・表示部、１７・
・・コンボリューション演算部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測定光をその波長によって分光し、この分光した光の強
   度から前記測定光のスペクトルを測定する光スペクトラ
   ムアナライザにおいて、 測定光をその波長によって分光し、所定の波長の光のみ
   出力する分光部と、この分光部を制御する制御部と、前
   記分光部の出力光を電気信号に変換する光検出器と、こ
   の光検出器および前記制御部の出力を記憶する記憶部と
   、この記憶部に記憶されたデータおよび前記分光部に固
   有な特性からフーリエ演算またはコンボリューション演
   算により前記測定光のスペクトルを求める演算部とを有
   することを特徴とする光スペクトラムアナライザ。