(57)【要約】【課題】光学スペクトルの変調分光測定の効率の向上を図ることができ、なおかつ、変調周波数の上限を改善でき、比較的シンプルな、光学スペクトルの測定方法および装置を提供する。【解決手段】光学スペクトルの測定において、分光器１２と、時間分解測定機能付きマルチチャンネル光検出器１３と、計算機１４とを備え、時間分解測定で得られた複数の光強度の時系列データを前記計算機１４内に保存し、その時系列データを用いて前記計算機１４上で特定の周波数成分を抽出することにより、変調分光測定を行う。【選択図】  図３
2004170285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λの分光光強度を時間分解測定して時系列データとして計算機の記憶装置に収納しておき、前記時系列データを用いて前記計算機上で特定の周波数成分を抽出し、変調分光データを得ることを特徴とする光学スペクトルの測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の光学スペクトルの測定方法において、時間分解測定機能付きマルチチャンネル光検出器を用いて、前記計算機上で複数の波長に対する時系列データを一度に測定・保存し、前記計算機上で特定の周波数成分を抽出することにより、複数の波長に対する変調分光測定を短時間で行うことを特徴とする光学スペクトルの測定方法。
【請求項３】
（ａ）光源装置と、
（ｂ）該光源装置から照射される光を分光する分光器と、
（ｃ）該分光器に接続される光電子増倍管と、
（ｄ）該光電子増倍管からの出力信号に基づいて時間分解測定を行う時間分解測定装置と、
（ｅ）該時間分解測定装置からの出力信号を取り込む計算機とを備え、
（ｆ）前記時間分解測定装置で得られた光強度の時系列データを前記計算機内に保存し、その時系列データを用いて前記計算機上で特定の周波数成分を抽出することにより、変調分光測定を行うことを特徴とする光学スペクトルの測定装置。
【請求項４】
（ａ）光源装置と、
（ｂ）該光源装置から照射される光を分光する分光器と、
（ｃ）該分光器に接続される時間分解測定機能付きマルチチャンネル光検出器と、
（ｄ）該マルチチャンネル光検出器からの出力信号を取り込む計算機とを備え、
（ｅ）前記時間分解測定で得られた複数の光強度の時系列データを前記計算機内に保存し、その時系列データを用いて前記計算機上で特定の周波数成分を抽出することにより、変調分光測定を行うことを特徴とする光学スペクトルの測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学スペクトルの測定方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学スペクトルからの特定の振動数（周波数）成分を抽出して行う変調分光測定では、従来、ロックインアンプを用いて分光器の波長を掃引して測定する方法や、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）にサンプリング回路を組み合わせたマルチチャンネル光検出器を用いて測定する方法（下記特許文献１参照）、ＰＤＡ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ  Ａｒｒａｙ）にそのチャンネル数と同数のロックインアンプを組み合わせたマルチチャンネル光検出器を用いて測定する方法（下記特許文献２参照）などがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２６６６０１  第４−６頁  図１
【特許文献２】
特開２００１−１４７１６０  第４−５頁  図１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、分光器の波長を掃引する変調分光測定の場合、測定時間は長く、測定の効率は低い。
【０００５】
ある波長範囲のスペクトルを一度に測定可能なマルチチャンネル光検出器を用いれば、測定の効率を向上することができるが、ＣＣＤにサンプリング回路を組み合わせたマルチチャンネル光検出器を用いて測定する方法では、光によってＣＣＤに蓄積される電荷信号をサンプリングするため、これらの蓄積時間やサンプリング周波数によって変調周波数の上限が制限されてしまうという欠点をもつ。
【０００６】
また、ＰＤＡにそのチャンネル数と同数のロックインアンプを組み合わせたマルチチャンネル光検出器を用いて測定する方法では、例えば、現在広く用いられている１０２４チャンネルの光検出器の場合、１０２４台のロックインアンプが必要になり、非常に高価で大がかりなシステムとなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、光学スペクトルの変調分光測定の効率の向上を図ることができ、なおかつ、変調周波数の上限を改善でき、比較的シンプルな、光学スペクトルの測定方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕光学スペクトルの測定方法において、波長λの分光光強度を時間分解測定して時系列データとして計算機の記憶装置に収納しておき、前記時系列データを用いて前記計算機上で特定の周波数成分を抽出し、変調分光データを得ることを特徴とする。
【０００９】
〔２〕上記〔１〕記載の光学スペクトルの測定方法において、時間分解測定機能付きマルチチャンネル光検出器を用いて、前記計算機上で複数の波長に対する時系列データを一度に測定・保存し、前記計算機上で特定の周波数成分を抽出することにより、複数の波長に対する変調分光測定を短時間で行うことを特徴とする。
【００１０】
〔３〕光学スペクトルの測定装置において、光源装置と、この光源装置から照射される光を分光する分光器と、この分光器に接続される光電子増倍管と、この光電子増倍管からの出力信号に基づいて時間分解測定を行う時間分解測定装置と、この時間分解測定装置からの出力信号を取り込む計算機とを備え、前記時間分解測定装置で得られた光強度の時系列データを前記計算機内に保存し、その時系列データを用いて前記計算機上で特定の周波数成分を抽出することにより、変調分光測定を行うことを特徴とする。
【００１１】
〔４〕光学スペクトルの測定装置において、光源装置と、この光源装置から照射される光を分光する分光器と、この分光器に接続される時間分解測定機能付きマルチチャンネル光検出器と、このマルチチャンネル光検出器からの出力信号を取り込む計算機とを備え、前記時間分解測定で得られた複数の光強度の時系列データを前記計算機内に保存し、その時系列データを用いて前記計算機上で特定の周波数成分を抽出することにより、変調分光測定を行うことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施例を示す光学スペクトルの測定フローチャートである。
【００１４】
この図において、（１）供試発光ダイオードなどの光の時間分解測定を行い（ステップＳ１）、その時系列データを計算機の記憶装置に記憶させて保存する（ステップＳ２）。次いで、その保存されたデータから特定の周波数成分を抽出する（ステップＳ３）。その結果、変調成分を取り出すことができる（ステップＳ４）。
【００１５】
図２は本発明の第１実施例を示す光学スペクトルの測定装置の模式図である。
【００１６】
この図において、１は光源装置（例えば、供試発光ダイオード）、２は光源装置１から照射される光を分光する分光器、３はその分光器２に接続される光電子増倍管、４はその光電子増倍管３の出力信号に基づいて時間分解測定を行う時間分解測定装置、５はその時間分解測定装置４の出力信号を取り込む計算機である。
【００１７】
以下、光学スペクトルの測定例について説明する。
【００１８】
例えば、供試発光ダイオード１の光学スペクトルの変調角振動数がω０  のとき、波長λ、時刻ｔにおける測定光の強度Ｉ（λ，ｔ）は、以下のように展開できる。
【００１９】
Ｉ（λ，ｔ）＝Ｉ０  ＋Ｉ１  ｓｉｎ（ω０  ｔ＋θ１  ）＋Ｉ２  ｓｉｎ（２ω０  ｔ＋θ２  ）＋…
計算機５上で、Ｉ（λ，ｔ）の時系列データにｓｉｎ（ω０  ｔ＋θ０  ）を掛けた後、ローパスフィルタ（図示なし）を通して交流成分を除去すると、出力は、Ｉ１  〔ｃｏｓ（θ１  −θ０  ）〕／２となる。
【００２０】
このように、時間分解測定装置４でＩ（λ，ｔ）を測定し、そのデータを計算機５上で処理すると、角振動数ω０  の成分のみを抽出することができる。
【００２１】
図３は本発明の第２実施例を示す光学スペクトルの測定装置の模式図である。
【００２２】
この図において、１１は光源装置（例えば、供試発光ダイオード）、１２は光源装置１１から照射される光を分光する分光器、１３はその分光器１２に接続される時間分解測定機能付きマルチチャンネル光検出器、１４はその時間分解測定機能付きマルチチャンネル光検出器１３からの出力信号を取り込む計算機である。
【００２３】
ここでは、マルチチャンネル光検出器１３を用いて複数の波長に対して同時に測定したＩ（λ，ｔ）の時系列データを計算機１４内に保存し、各波長の時系列データに対して処理を行うことにより、短時間で変調分光測定を行うことができる。
【００２４】
また、θ０  は計算機１４上で自由に設定することが可能である。
【００２５】
以下、具体的な光学スペクトルの測定例について説明する。
【００２６】
図４は本発明の測定例を示す光学スペクトルの測定装置の模式図である。
【００２７】
この図において、２１は電源２２と供試発光ダイオード２３からなる光源装置、２４は光源装置の供試発光ダイオード２３から照射される光を分光する分光器、２５はその分光器２４に接続される光電子増倍管、２６はその光電子増倍管２５の出力信号に基づいて時間分解測定を行う時間分解測定装置、２７はその時間分解測定装置２６の出力信号を取り込む計算機である。
【００２８】
図４において、例えば、変調信号として交流電流（変調周波数１００Ｈｚ）を重畳した直流電流を供試発光ダイオード２３に印加し、放射された光を分光器２４で分光して、時間分解測定装置２６で時間分解測定することによって図５に示すような時系列データＩ（λ，ｔ）が得られる。それは、波長λにおける発光強度の時間変化を示している。この時系列データＩ（λ，ｔ）は、時間分解測定を行った段階で計算機２７内に保存されている。
【００２９】
そこで、その時系列データＩ（λ，ｔ）に、計算機２７上で、図６に示すような変調信号と同じ周波数・位相をもつ振幅１の参照信号Ｉｒｅｆ  （ｔ）を掛けると図７に示すようになる。
【００３０】
さらに、図７に示す信号をローパスフィルター（図示なし）に通して２倍することにより、出力電圧Ｉｏｕｔ  ＝０．１Ｖが得られる。
【００３１】
かかる処理を模式的に示すと図８に示すようになる。
【００３２】
ここで、３１はＩ（λ，ｔ）×Ｉｒｅｆ  （ｔ）処理部、３２はローパスフィルタでの直流成分の抽出部である。
【００３３】
また、ローパスフィルタとして、例えば、数周期分のデータの平均をとる方法や、フーリエ変換を利用する方法などが考えられる。
【００３４】
図９はそのフーリエ変換を利用してＩ（λ，ｔ）から特定の周波数成分を抽出する例を示す模式図である。
【００３５】
ここで、４１は時間領域フーリエ変換部、４２は角振動数系列データＩ（λ，ω）部である。
【００３６】
図１０は、計算機２７内に保存されているＩ（λ，ｔ）データに対し、変調信号と参照信号の位相差θ１  −θ０  を変えて出力電圧Ｉｏｕｔ  （Ｖ）を計算した結果である。
【００３７】
Ｉ（λ，ｔ）のデータは計算機２７内に保存されており、位相差を変える場合でも再測定する必要はなく、計算機２７上のプログラムで簡単に設定が変更できる。
【００３８】
上記した例は、単一波長に対する測定例であるが、図３に示すように、時間分解測定機能付マルチチャンネル光検出器１３を用いて、複数の波長に対するＩ（λ，ｔ）データを一度に測定・保存し、計算機上で特定の周波数成分を抽出することにより、複数の波長に対する変調分光測定を短時間で行うことができる。
【００３９】
上記したように、本発明は波長λの分光光強度を時間分解測定して時系列データとして計算機のメモリに収納しておき、この時系列データを用いて計算機上で特定の周波数成分を抽出することにより、変調分光データを得ることを特徴とする。
【００４０】
この方法によれば、一度測定した時系列データを異なる位相差条件に対して繰返し使用できる。
【００４１】
また、マルチチャンネル光検出器を用いて時系列データを測定する場合には、一度に多数の異なる波長の時系列データが得られ、多数の波長に対する変調分光データを短時間で得ることができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００４４】
（１）光学スペクトルの測定の効率の向上を図ることができる。
【００４５】
（２）時間分解スペクトルの測定にマルチチャンネル光検出器を用いれば、変調分光測定の測定時間が大幅に短縮され、光電子材料および光電子デバイスの研究開発の効率を大きく改善することができる。
【００４６】
（３）時系列データを計算機内に保存するため、計算機上の設定を変えるだけで測定信号と参照信号の位相差を容易に変更することが可能である。そのため、位相差を変えたデータが欲しいときに、改めて測定する必要がない。
【００４７】
（４）本発明の測定装置の変調周波数の上限は、主に、時間分解測定の時間分解能により決定される。時間分解能の高い装置を用いれば、高い変調周波数にも対応できる。
【００４８】
（５）マルチチャンネル光検出器のチャンネル数と同数のロックインアンプを用いる必要がなく、比較的シンプルな装置でマルチチャンネル変調分光測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す光学スペクトルの測定フローチャートである。
【図２】本発明の第１実施例を示す光学スペクトルの測定装置の模式図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す光学スペクトルの測定装置の模式図である。
【図４】本発明の測定例を示す光学スペクトルの測定装置の模式図である。
【図５】本発明にかかる放射された光を分光して時間分解測定することによって得られる時系列データＩ（λ，ｔ）の波長λにおける発光強度の時間変化を示す図である。
【図６】変調信号と同じ周波数・位相をもつ振幅１の参照信号Ｉｒｅｆ  （ｔ）の時間変化を示す図である。
【図７】図６に示す参照信号Ｉｒｅｆ  （ｔ）をＩ（λ，ｔ）に掛けた場合の時間変化を示す図である。
【図８】位相検波処理を利用したデータ処理例を示す模式図である。
【図９】フーリエ変換を利用したデータ処理例を示す模式図である。
【図１０】本発明にかかる計算機内に保存されているＩ（λ，ｔ）データに対し、変調信号と参照信号の位相差θ１  −θ０  を変えて出力電圧Ｉｏｕｔ  （Ｖ）を計算した結果を示す図である。
【符号の説明】
１，１１，２１    光源装置
２，１２，２４    分光器
３，２５    光電子増倍管
４，２６    時間分解測定装置
５，１４，２７    計算機
１３    時間分解測定機能付きマルチチャンネル光検出器
２２    電源
２３    供試発光ダイオード
３１    Ｉ（λ，ｔ）×Ｉｒｅｆ  （ｔ）処理部
３２    ローパスフィルタでの直流成分の抽出部
４１    時間領域フーリエ変換部
４２    角振動数系列データＩ（λ，ω）部
【図１】
2004170285.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004170285.tif 000009
【図８】
2004170285.tif 000010
【図９】
2004170285.tif 000011
【図１０】
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