中古 ケースレイ Keithley ピコアンメーター 6485

光測定器の主な特徴

光測定器は、可視光をはじめ紫外線や赤外線といった電磁波の強度、波長、位相、偏光状態などの物理量を高精度に計測・分析するための精密機器です。

最大の特徴は、人間の肉眼では捉えきれない微弱な光や、波長帯の異なる不可視の光を、定量的かつ客観的な数値データとして可視化できる点にあります。また、測定対象に直接触れることなく計測が行える「非接触・非破壊性」を備えているため、対象物を損傷させたり状態を変化させたりすることなく試験が行えます。さらに、高速で変化する光の動向をリアルタイムで追従できる優れた応答速度や、特定の波長のみを鋭敏に捉える高い波長選択性も大きな利点です。

光測定器が光を測定する仕組み

光測定器が各種の物理量を計測する基本的な仕組みは、光のエネルギーを電気信号へと変換する「光電変換」に基づいています。

まず、外部からの光を受光部（センサ）へと取り込みます。この受光部には、測定したい光の波長帯や強度に応じて最適な光検出器が配置されています。例えば、一般的によく使われるフォトダイオードなどの半導体検出器は、光が入射した際に生じる電子の流れを利用して、光の強さに比例した電流を出力します。また、暗闇に近い極めて微弱な光を測定する場合には、光電子を多段増幅させる光電子増倍管が使用されます。一方で、高出力なレーザ光などを測定する際には、光のエネルギーを一旦熱に変換してから計測するサーモパイル型の熱型センサが選択されます。

こうして出力された微弱な信号は、内部の増幅回路やデジタル変換回路を経由して処理され、強さ、色彩、輝度などの値として数値化やグラフ化がなされます。

また、波長ごとに光を分解して計測する分光器では、内部にプリズムや回折格子といった分光素子が組み込まれています。入射した光を波長ごとに異なる角度へ屈折・回折させ、それをイメージセンサ上に広げることで、一回の計測で広範囲な波長スペクトルを取得する仕組みになっています。

幅広い分野における光測定器の用途

光測定器はその高い精度と汎用性から、先端技術の研究開発から産業製品の製造・検査、医療現場に至るまで、多種多様なシーンで活用されています。

• 光通信インフラの構築と維持管理
• 光ファイバ通信ネットワークにおいて、信号の減衰や接続損失、断線箇所を特定するために光パワーメータや光損失測定器が用いられます。安定した高速通信環境を支えるうえで必須のツールです。

• ディスプレイおよび照明機器の評価
• スマートフォン、テレビ、車載モニターなどの液晶や有機ELディスプレイの輝度、色彩の再現性、コントラスト比の測定に分光放射計や色彩輝度計が活用されます。また、LEDや照明器具の発光効率や色温度の評価にも使われています。

• バイオ・医療・製薬分野での診断と解析
• 生体組織や細胞に特定の波長の光を照射し、透過・散乱・蛍光する光を検出することで、血液成分の分析、遺伝子検査、病変組織の判定などが行われます。体を傷つけずに検査できる非侵襲的な医療診断機器のキーテクノロジーとなっています。

• 環境モニタリングとエネルギー開発
• 大気中に含まれる温室効果ガスや有害物質の濃度を、特定の光の吸収スペクトルから算出する環境測定装置に用いられます。また、太陽光発電分野では、太陽電池が受光する光のスペクトル分布や変換効率の正確な評価に活用されています。

• 製造業における超精密計測および外観検査
• レーザの干渉現象を利用したレーザ干渉計により、半導体製造装置や精密機械の可動部を非常に高い精度で位置決め・寸法測定します。さらに、製品表面の傷や凹凸を高速で検知する自動外観検査システムにも光センサが組み込まれています。