(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光を波長分散素子によって波長ごとに分光し、波長演算手段により被測定光の波長を求める分光装置において、
被測定光の測定波長誤差を少なくとも２つの温度について測定し、波長変化に対する波長誤差特性を温度別に求めてこれを第１の補正演算処理の式とするとともに、前記温度毎に求めた第１の補正演算処理の式の係数を、温度変化に対する係数の変化として温度ごとにプロットし、前記プロットから温度変化に対する係数の一次関数を求めてこれを第２の補正演算処理の式とし、前記被測定光の波長測定時には前記温度センサで温度を測定して前記第２の補正演算処理の式により係数を求め、求められた係数を前記第1の補正演算処理の式の傾きとして適用することにより、測定時の温度における被測定光の温度波長誤差を求め、測定された被測定光の波長に対して補正を行うことを特徴とする波長測定方法。
【請求項２】
前記第１の補正演算処理の式は、異なる温度においてあらかじめ波長変化に対する波長誤差を測定し、この測定結果から温度ごとの傾きと切片を求めた一次関数であることを特徴とする請求項1記載の波長測定方法。
【請求項３】
被測定光を入射し、波長分散素子により波長ごとに分光する分光器と、
前記分光器の出力を入力とし、被測定光の波長を演算する波長演算部と、
前記分光器近傍に設ける温度センサと、
前記温度センサの検出温度に応じて補正データを出力する補正参照データ保持部と、
前記波長演算部の出力を第１の入力とし、前記補正参照データ保持部の出力を第２の入力とする第１の波長補正演算部と、
前記第１の波長補正演算部の出力を入力とし、前記波長演算部の出力に対して補正を行う第２の波長補正演算部と、
を備え、前記第1の波長補正演算部は、
少なくとも２つの温度についてあらかじめ測定した被測定光の測定波長誤差から、波長変化に対する波長誤差特性として温度別に求められる第１の補正演算処理の式、及び、温度別に求めた前記第１の補正演算処理の式の係数を、温度変化に対する係数の変化として温度ごとにプロットすることによって、温度変化に対する係数の一次関数として求められる第２の補正演算処理の式に基づき、前記温度センサの検出温度により前記第２の補正演算処理の式により係数を求め、求められた係数を前記第1の補正演算処理の式の傾きとして適用することにより、測定時の温度における被測定光の温度波長誤差を求める
ことを特徴とする分光装置。
【請求項４】
前記補正参照データ保持部は、温度に対する第1の補正演算処理の式の係数を補正データとして保持するとともに、前記波長誤差の温度係数を算出する式が格納され、前記温度センサの検出温度を参照して演算を行い、得られた値を出力することを特徴とする請求項３記載の分光装置。
【請求項５】
前記分光器は前記温度センサを複数備え、それぞれの検出温度を参照して温度データを出力するとともに、検出結果の差が大きいときは、温度センサ不良と判定し通知することを特徴とする請求項３乃至４のいずれかに記載の分光装置。
【請求項６】
前記分光器はアレイ型ポリクロメータ方式分光器であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分散素子を用いた光測定装置に関し、詳しくは、温度変化に影響されずに、波長測定の確度を向上することができる分光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分光装置は、被測定光を波長分散素子によって波長ごとに異なる角度に出射して分光し、この波長分散素子が分光した被測定光を光検出器で検出し、この光検出器からの出力によって、光信号の波長測定を行うものである。
【０００３】
図１１は、このような分光装置の従来例を示す構成図である。図１１において、分光器１０は、光ファイバ１０Ａ、コリメーティングレンズ１０Ｂ、回折格子１０Ｃ、フォーカシングレンズ１０Ｄ、フォトダイオードアレイモジュール１０Ｅを有する。
【０００４】
光ファイバ１０Ａは、被測定光を出射する出射口を有する伝送路である。コリメーティングレンズ１０Ｂは、光ファイバ１０Ａの出射口に対向して設置され、光ファイバ１０Ａから出射された被測定光を平行光にして出射する。
【０００５】
回折格子１０Ｃは波長分散素子であり、コリメーティングレンズ１０Ｂからの出射光を所望の角度に回折するため、コリメーティングレンズ１０Ｂに対して傾けて設置してある。また、回折格子１０Ｃは被測定光を波長ごと異なる角度に出射して分光する。フォーカシングレンズ１０Ｄは、回折格子１０Ｃからの出射光の光路上に設置され、出射光を収束して結像させる。
【０００６】
フォトダイオードアレイモジュール（以下、ＰＤＭと略す）１０Ｅは光検出器であり、受光素子であるフォトダイオードを複数有するものであり、被測定光が収束し、結像する位置に設置される。また、ＰＤＭ１０Ｅは、被測定光の光パワーを受光素子によってサンプリングし、サンプリングデータを測定データとして出力する。そして、ＰＤＭ１０Ｅは、受光素子ごとにあらかじめ波長が割り当てられている。
【０００７】
波長演算手段２は、ＰＤＭ１０Ｅの受光素子ごとに割り当てられた波長から光信号の波長を演算する。
【０００８】
一般に、図１１のような構成の分光装置において、光学系の測定精度は外部要因に影響される。その外部要因の一つとして温度変化が挙げられるが、この温度変化による測定誤差については、後述するような補正処理が行われる。
【０００９】
図６は従来技術における補正処理を行う分光装置の構成図である。図６の動作を図７のフローチャートを参照して説明する。図６で、分光器１は図１１の分光器１０と基本部分は同様の構成である。図１１の分光器１に入射された被測定光２０は（ステップ７Ａ）、回折格子等の波長分散素子によって分光され、ＰＤＡ上に結像される（ステップ７Ｂ）。次に、ＰＤＡ上のデータから波長演算部２が波長を演算する（ステップ７Ｃ）。
【００１０】
分光器１内に設置された温度センサ１Ａは温度を検出し（ステップ７Ｄ）、補正参照データ保持部１３に格納されている補正データから、波長補正演算部１４により波長を演算し（ステップ７Ｅ）、温度による波長変化分を補正した結果を出力する（ステップ７Ｆ）。
【００１１】
温度変化による波長補正のためのデータについて説明する。図８は、例として波長0.8〜1.0μmの入射光を、900本/mmの回折格子を用いて入射角10°で分光した回折光の結像位置と波長の関係を示した図であり、縦軸がＰＤＡの相対的な位置、横軸は被測定入射光の波長である。すなわち、被測定光の波長が長くなると、ＰＤＡ上に結像される位置がほぼ線形に変化することを示している。
【００１２】
図９は、例として周囲温度が５０℃になった場合に波長が変化している状態を示したものである。すなわち、周囲温度が変化したことにより、回折格子等の波長分散素子が熱膨張などによって溝ピッチが変わり、ＰＤＡに対する結像位置が変化したことにより、短波長側から長波長側にかけて線形に波長の誤差が表れているものである。
【００１３】
図１０は温度変化に対する波長誤差のグラフであるが、この誤差値は、被測定光の波長領域の中心波長付近における誤差の値をプロットしたものである。従来、温度変化による波長補正は、図１０のように測定波長範囲の中心波長付近で求めた誤差値を一次関数とした補正式λ(T)により行っていた。すなわち、測定波長帯である０．８〜１．０μｍの中心波長０．９μｍの時の波長変化を基準に、温度変化に対する近似式を求め、補正していた。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−３０４６１３号公報
【特許文献２】特開２００４−７７４１６号公報  特許文献１および特許文献２では、本発明のように、周囲温度の変化により生じる測定誤差を、波長誤差の温度係数でさらに補正することを示唆していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、図１０に示すように、全波長域で一律にシフトするような補正しかできないため、短波長側および長波長側で補正過多あるいは補正不足となり、正確な補正が行われず、結果として正確な波長測定ができないという問題がある。
【００１６】
すなわち、図９に示すように、温度が５０℃になった場合でも、短波長側では波長変化は少なく、長波長側では波長変化が大きくなっており、温度により、波長変化幅も異なるため、中心波長付近の波長変化を基準に、温度変化に対する近似式を求めて補正を行っても、正確な測定ができない。
【００１７】
本発明の目的は、温度変化の影響による波長測定結果の精度を向上する波長測定方法およびこれを用いた分光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、被測定光を波長分散素子によって波長ごとに分光し、波長演算手段により被測定光の波長を求める分光装置において、被測定光の測定波長誤差を少なくとも２つの温度について測定し、波長変化に対する波長誤差特性を測定温度別に求めてこれを第１の補正演算処理の式とするとともに、前記測定温度毎に求めた第１の補正演算処理の式の係数を、温度変化に対する係数の変化として温度ごとにプロットし、前記プロットから温度変化に対する係数の一次関数を求めてこれを第２の補正演算処理の式とし、前記被測定光の波長測定時には前記温度センサで温度を測定して前記第２の補正演算処理の式により係数を求め、求められた係数を前記第1の補正演算処理の式の傾きとして適用することにより、測定時の温度における被測定光の温度波長誤差を求め、測定された被測定光の波長に対して補正を行う。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項1の波長測定方法において、前記第１の補正演算処理の式は、異なる温度においてあらかじめ波長変化に対する波長誤差を測定し、この測定結果から温度ごとの傾きと切片を求めた一次関数であることを特徴とする。
【００２０】
削除
【００２１】
請求項３の発明は、分光装置において、被測定光を入射し、波長分散素子により波長ごとに分光する分光器と、前記分光器の出力を入力とし、被測定光の波長を演算する波長演算部と、前記分光器近傍に設ける温度センサと、前記温度センサの検出温度に応じて補正データを出力する補正参照データ保持部と、前記波長演算部の出力を第１の入力とし、前記補正参照データ保持部の出力を第２の入力とする第１の波長補正演算部と、前記第１の波長補正演算部の出力を入力とし、前記波長演算部の出力に対して補正を行う第２の波長補正演算部と、を備え、前記第1の波長補正演算部は、少なくとも２つの温度についてあらかじめ測定した被測定光の測定波長誤差から、波長変化に対する波長誤差特性として温度別に求められる第１の補正演算処理の式、及び、温度別に求めた前記第１の補正演算処理の式の係数を、温度変化に対する係数の変化として温度ごとにプロットすることによって、温度変化に対する係数の一次関数として求められる第２の補正演算処理の式に基づき、前記温度センサの検出温度により前記第２の補正演算処理の式により係数を求め、求められた係数を前記第1の補正演算処理の式の傾きとして適用することにより、測定時の温度における被測定光の温度波長誤差を求めることを特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項３に記載の分光装置において、前記補正参照データ保持部は、温度に対する第1の補正演算処理の式の係数を補正データとして保持するとともに、前記波長誤差の温度係数を算出する式が格納され、前記温度センサの検出温度を参照して演算を行い、得られた値を出力することを特徴とする。
【００２３】
削除
【００２４】
請求項５の発明は、請求項３乃至４のいずれかに記載の分光装置において、前記分光器は前記温度センサを複数備え、それぞれの検出温度を参照して温度データを出力するとともに、検出結果の差が大きいときは、温度センサ不良と判定し通知することを特徴とする。
【００２５】
請求項６の発明は、請求項３乃至５のいずれかに記載の分光装置において、前記分光器はアレイ型ポリクロメータ方式分光器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、温度センサにより温度が測定されると、波長に対する波長誤差特性の傾きが求められ、測定波長領域内において、その温度における波長誤差量が得られるので、この得られた波長誤差量を波長演算部で得られた結果と演算することにより、波長誤差が補正されるので、確度のよい測定を行う分光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明のブロック図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けている。図１の動作を図２のフローチャートを参照して説明する。図１において、分光器１に入射された被測定光２０は（ステップ２Ａ）、回折格子等の波長分散素子によって分光され、ＰＤＡ上に結像される（ステップ２Ｂ）。結像されたＰＤＡ上のデータから波長演算部２が波長を演算する（ステップ２Ｃ）。
【００２８】
次に、分光器１内に設置された温度センサ１Ａは温度を検出し（ステップ２Ｄ）、補正参照データ保持部１３に格納されている補正データから、第１の波長補正演算部４Ａにより波長を演算し、温度による波長変化分を補正した結果を出力する（ステップ２Ｅ）。
【００２９】
補正参照データ保持部３には、図６の補正参照データ保持部１３に保持される温度変化による波長補正のためのデータとともに、波長誤差の温度係数のデータが保持される。これとステップ２Ｅで得られた波長を演算し（ステップ２Ｆ）、補正後の波長を出力する（ステップ２Ｇ）。
【００３０】
次に、波長誤差の温度係数の算出方法を図３を参照して説明する。図３は、温度環境が−５℃、２３℃および６５℃の場合における波長誤差特性図である。
【００３１】
図３で、温度環境が−５℃の場合、低波長側では波長誤差がプラス側に生じており、高波長側では逆にマイナス側に波長誤差が生じている。温度環境が２３℃の場合、低波長側から高波長側までほぼ均一の誤差となっている。温度環境が６５℃の場合、−５℃の場合とは逆に、低波長側では波長誤差がマイナス側に生じており、高波長側では逆にプラス側に波長誤差が生じている。
【００３２】
ここで、異なる温度下（本発明では-5,23，65℃）における波長誤差をそれぞれ一次関数(1)として、各温度における傾きαjをそれぞれ求める。
【数１】
0004247742.tif 000002
【００３３】
傾きαjと温度Ｔjとから、図４に示すように、温度変化に対する波長誤差の傾き特性図が得られ、この特性から近似的に直線補正式 (2)式が得られる。(2)式で求められた直線補正式の傾きaを(1)式に入力すると(3)式に示すように、温度に対する係数が求められる。
【数２】
0004247742.tif 000003
【００３４】
すなわち、図３に示す各温度ごとの波長誤差特性から、図４に示すように傾きの特性が得られ、これから近似式を求め、これを波長誤差の温度係数とする。
【００３５】
温度による波長変化分を補正した結果に、この波長誤差の温度係数によって得られた値すなわち波長ごとの誤差値を演算することにより、図５の波長誤差特性図に示すように、温度に関係なく、波長誤差が補正される。図５では、相対波長誤差が±5pm程度に改善された例を示している。
【００３６】
上記実施例では、波長温度係数を求める際、３点の温度を用いて最小二乗法で近似式を求めたが、４点以上の温度を用いて２次以上の高次近似式から波長温度係数を求めるようにしてもよい。
【００３７】
また、上記実施例では、波長演算部２で第１の補正をした後に波長補正演算部４にて第２の補正を行う構成としているが、あらかじめ、これらを併せた補正式を求めておくことにより、一つの演算部で補正処理を行う構成としてもよい。
【００３８】
温度センサを複数備え、各センサの出力を平均する等、総合して最終的な温度センサ出力とすることにより、確度の高い温度検出が可能となるとともに、各センサの出力に大きな格差が生じた場合には、温度センサ不良と判定して通知する構成としてもよい。これにより、波長補正の確度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態例を示すブロック図である。
【図２】本発明の動作の流れを説明するフローチャートである。
【図３】異なる温度において波長補正をかけた場合の波長誤差特性図である。
【図４】波長誤差の温度係数特性図である。
【図５】波長誤差の温度係数でさらに補正した波長誤差特性図である。
【図６】従来技術における補正処理を行う分光装置の構成図である。
【図７】従来技術の動作の流れを説明するフローチャートである。
【図８】分光した回折光の結像位置と波長の関係を示した図である。
【図９】周囲温度が５０℃になった場合の波長変化を示した特性図である。
【図１０】中心波長付近で温度変化に対する誤差を補正する近似式の特性図である。
【図１１】分光装置の従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    分光器
１Ａ  温度センサ
２    波長演算部
３    補正参照データ保持部
４、４Ａ、４Ｂ    波長補正演算部
５    表示部
【図１】
0004247742.tif 000004
【図２】
0004247742.tif 000005
【図３】
0004247742.tif 000006
【図４】
0004247742.tif 000007
【図５】
0004247742.tif 000008
【図６】
0004247742.tif 000009
【図７】
0004247742.tif 000010
【図８】
0004247742.tif 000011
【図９】
0004247742.tif 000012
【図１０】
0004247742.tif 000013
【図１１】
0004247742.tif 000014