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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024061886
(43)【公開日】2024-05-08
(54)【発明の名称】光測定装置
(51)【国際特許分類】
G01J 1/44 20060101AFI20240426BHJP
【ＦＩ】
G01J1/44 E
G01J1/44 F
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024042851
(22)【出願日】2024-03-18
(62)【分割の表示】P 2020215721の分割
【原出願日】2020-12-24
(71)【出願人】
【識別番号】000006507
【氏名又は名称】横河電機株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】596157780
【氏名又は名称】横河計測株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100169823
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 雄郎
(72)【発明者】
【氏名】堀口 篤
(57)【要約】
【課題】光強度を検出する性能が向上された光測定装置を提供する。
【解決手段】光測定装置は、被測定光の光強度を電気信号に変換可能な受光素子と、電気信号が入力される入力端子と、対数増幅器を構成する第１増幅器及び非線形素子と、複数のオフセット抵抗と、スイッチ部と、制御部とを備える。第１増幅器の反転入力端子は、入力端子に電気的に接続される。複数のオフセット抵抗は、異なる抵抗値を各々有する。スイッチ部は、複数のオフセット抵抗のうちで電圧源と入力端子との間に電気的に接続させるオフセット抵抗を切り替え可能である。電圧源と入力端子との間に電気的に接続されたオフセット抵抗によってオフセット電流が入力端子に入力される。制御部は、第１増幅器の出力電圧値に基づいて光強度を測定する。
【選択図】図１
【解決手段】光測定装置は、被測定光の光強度を電気信号に変換可能な受光素子と、電気信号が入力される入力端子と、対数増幅器を構成する第１増幅器及び非線形素子と、複数のオフセット抵抗と、スイッチ部と、制御部とを備える。第１増幅器の反転入力端子は、入力端子に電気的に接続される。複数のオフセット抵抗は、異なる抵抗値を各々有する。スイッチ部は、複数のオフセット抵抗のうちで電圧源と入力端子との間に電気的に接続させるオフセット抵抗を切り替え可能である。電圧源と入力端子との間に電気的に接続されたオフセット抵抗によってオフセット電流が入力端子に入力される。制御部は、第１増幅器の出力電圧値に基づいて光強度を測定する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光測定装置であって、
被測定光の光強度を電気信号に変換可能な受光素子と、
前記電気信号が入力される入力端子と、
対数増幅器を構成する第１増幅器及び非線形素子であって、第１増幅器の反転入力端子は、前記入力端子に電気的に接続される、第１増幅器及び非線形素子と、
異なる抵抗値を各々有する複数のオフセット抵抗と、
前記複数のオフセット抵抗のうちで電圧源と前記入力端子との間に電気的に接続させる前記オフセット抵抗を切り替え可能なスイッチ部と、
制御部と、を備え、
前記電圧源と前記入力端子との間に電気的に接続された前記オフセット抵抗によってオフセット電流が前記入力端子に入力され、
前記制御部は、前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて前記光強度を測定する、光測定装置。
被測定光の光強度を電気信号に変換可能な受光素子と、
前記電気信号が入力される入力端子と、
対数増幅器を構成する第１増幅器及び非線形素子であって、第１増幅器の反転入力端子は、前記入力端子に電気的に接続される、第１増幅器及び非線形素子と、
異なる抵抗値を各々有する複数のオフセット抵抗と、
前記複数のオフセット抵抗のうちで電圧源と前記入力端子との間に電気的に接続させる前記オフセット抵抗を切り替え可能なスイッチ部と、
制御部と、を備え、
前記電圧源と前記入力端子との間に電気的に接続された前記オフセット抵抗によってオフセット電流が前記入力端子に入力され、
前記制御部は、前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて前記光強度を測定する、光測定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の光測定装置において、
前記制御部は、前記受光素子が遮光されているときの前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて前記オフセット電流の電流値を測定する、光測定装置。
前記制御部は、前記受光素子が遮光されているときの前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて前記オフセット電流の電流値を測定する、光測定装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の光測定装置において、
前記制御部は、前記被測定光が前記受光素子に入射しているときの前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて算出される電流値から、前記受光素子が遮光されているときの前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて算出される前記オフセット電流の電流値を差し引くことにより、前記被測定光の光強度を算出する、光測定装置。
前記制御部は、前記被測定光が前記受光素子に入射しているときの前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて算出される電流値から、前記受光素子が遮光されているときの前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて算出される前記オフセット電流の電流値を差し引くことにより、前記被測定光の光強度を算出する、光測定装置。
【請求項4】
請求項１に記載の光測定装置において、
前記電圧源に電気的に接続される非反転入力端子を有する第２増幅器と、
前記受光素子と前記入力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第１スイッチと、
前記受光素子と前記第２増幅器の反転入力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第２スイッチと、
前記第２増幅器の反転入力端子と前記第２増幅器の出力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第３スイッチと、
前記第２増幅器の非反転入力端子を基準電位に電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第４スイッチと、を備え、
前記複数のオフセット抵抗は、前記受光素子と前記第２増幅器の出力端子との間に設けられる、光測定装置。
前記電圧源に電気的に接続される非反転入力端子を有する第２増幅器と、
前記受光素子と前記入力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第１スイッチと、
前記受光素子と前記第２増幅器の反転入力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第２スイッチと、
前記第２増幅器の反転入力端子と前記第２増幅器の出力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第３スイッチと、
前記第２増幅器の非反転入力端子を基準電位に電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第４スイッチと、を備え、
前記複数のオフセット抵抗は、前記受光素子と前記第２増幅器の出力端子との間に設けられる、光測定装置。
【請求項5】
請求項４に記載の光測定装置において、
前記光測定装置は、前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて前記光強度を測定する第１モードと、前記第２増幅器の出力電圧値に基づいて前記光強度を測定する第２モードとを有し、
前記第１モードでは、前記第１スイッチによって前記受光素子と前記入力端子とが電気的に接続され、前記第２スイッチによって前記受光素子と第２増幅器の反転入力端子とが電気的に切り離され、前記第３スイッチによって前記第２増幅器の反転入力端子と前記第２増幅器の出力端子とが電気的に接続され、前記第４スイッチによって前記第２増幅器の非反転入力端子が基準電位から電気的に切り離され、
前記第１モードでは、前記第２増幅器の出力端子と前記入力端子との間に電気的に接続された前記オフセット抵抗によって、前記オフセット電流が前記入力端子に入力される、光測定装置。
前記光測定装置は、前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて前記光強度を測定する第１モードと、前記第２増幅器の出力電圧値に基づいて前記光強度を測定する第２モードとを有し、
前記第１モードでは、前記第１スイッチによって前記受光素子と前記入力端子とが電気的に接続され、前記第２スイッチによって前記受光素子と第２増幅器の反転入力端子とが電気的に切り離され、前記第３スイッチによって前記第２増幅器の反転入力端子と前記第２増幅器の出力端子とが電気的に接続され、前記第４スイッチによって前記第２増幅器の非反転入力端子が基準電位から電気的に切り離され、
前記第１モードでは、前記第２増幅器の出力端子と前記入力端子との間に電気的に接続された前記オフセット抵抗によって、前記オフセット電流が前記入力端子に入力される、光測定装置。
【請求項6】
請求項５に記載の光測定装置において、
前記電圧源は、デジタル－アナログ変換部である、光測定装置。
前記電圧源は、デジタル－アナログ変換部である、光測定装置。
【請求項7】
請求項５又は６に記載の光測定装置において、
前記制御部は、前記第１モードにおいて前記受光素子が遮光されているときの前記第２増幅器の出力電圧値に基づいて前記オフセット電流の電流値を測定する、
光測定装置。
前記制御部は、前記第１モードにおいて前記受光素子が遮光されているときの前記第２増幅器の出力電圧値に基づいて前記オフセット電流の電流値を測定する、
光測定装置。
【請求項8】
請求項７に記載の光測定装置において、
前記制御部は、
前記スイッチ部を切り替えながら前記オフセット電流の電流値毎の前記受光素子が遮光されているときの前記対数増幅器の出力電圧値と前記第２増幅器の出力電圧値を測定し、測定した前記対数増幅器の出力電圧値と、測定した前記第２増幅器の出力電圧値に基づいて算出される前記オフセット電流の電流値とを対応付けてテーブルを生成し、
前記被測定光が前記受光素子に入射しているときの前記対数増幅器の出力電圧値と、前記テーブルとに基づいて、前記被測定光の光強度を測定する、光測定装置。
前記制御部は、
前記スイッチ部を切り替えながら前記オフセット電流の電流値毎の前記受光素子が遮光されているときの前記対数増幅器の出力電圧値と前記第２増幅器の出力電圧値を測定し、測定した前記対数増幅器の出力電圧値と、測定した前記第２増幅器の出力電圧値に基づいて算出される前記オフセット電流の電流値とを対応付けてテーブルを生成し、
前記被測定光が前記受光素子に入射しているときの前記対数増幅器の出力電圧値と、前記テーブルとに基づいて、前記被測定光の光強度を測定する、光測定装置。
【請求項9】
請求項７又は８に記載の光測定装置において、
ディプレッション型のＮチャネル電界効果トランジスタであるトランジスタをさらに備え、
前記受光素子は、フォトダイオードであり、
前記フォトダイオードのアノードは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに電気的に接続され、
前記トランジスタのゲートは、前記入力端子に電気的に接続され、前記トランジスタのソースは、前記フォトダイオードのカソードに電気的に接続され、前記トランジスタのドレインには正の電圧値の電圧が入力される、光測定装置。
ディプレッション型のＮチャネル電界効果トランジスタであるトランジスタをさらに備え、
前記受光素子は、フォトダイオードであり、
前記フォトダイオードのアノードは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに電気的に接続され、
前記トランジスタのゲートは、前記入力端子に電気的に接続され、前記トランジスタのソースは、前記フォトダイオードのカソードに電気的に接続され、前記トランジスタのドレインには正の電圧値の電圧が入力される、光測定装置。
【請求項10】
請求項９に記載の光測定装置において、
前記フォトダイオードのカソードを基準電位に電気的に接続させるか又は前記トランジスタのソースに電気的に接続させるかを切り替え可能な第５スイッチをさらに備え、
前記第２モードでは、前記第５スイッチによって前記フォトダイオードのカソードが基準電位に電気的に接続される、光測定装置。
前記フォトダイオードのカソードを基準電位に電気的に接続させるか又は前記トランジスタのソースに電気的に接続させるかを切り替え可能な第５スイッチをさらに備え、
前記第２モードでは、前記第５スイッチによって前記フォトダイオードのカソードが基準電位に電気的に接続される、光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、被測定光の光強度を測定する装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載の光電変換回路は、対数変換素子を負荷とする対数増幅用負帰還路と、抵抗を負荷とするリニア増幅用負帰還路を並列接続させた増幅器を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平０２－０９００２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
被測定光の光強度を測定する装置では、被測定光の光強度を検出する性能を向上させることが求められる。
【0005】
本開示は、上述の点に鑑みてなされたものであり、被測定光の光強度を検出する性能を向上させた光測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
幾つかの実施形態に係る光測定装置は、被測定光の光強度を電気信号に変換可能な受光素子と、前記電気信号が入力される入力端子と、対数増幅器を構成する第１増幅器及び非線形素子であって、第１増幅器の反転入力端子は、前記入力端子に電気的に接続される、第１増幅器及び非線形素子と、異なる抵抗値を各々有する複数のオフセット抵抗と、前記複数のオフセット抵抗のうちで電圧源と前記入力端子との間に電気的に接続させる前記オフセット抵抗を切り替え可能なスイッチ部と、制御部と、を備え、前記電圧源と前記入力端子との間に電気的に接続された前記オフセット抵抗によってオフセット電流が前記入力端子に入力され、前記制御部は、前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて前記光強度を測定する。このような構成により、被測定光の光強度を歪みなく高速に測定することができる。従って、光強度を検出する性能を向上させた光測定装置が提供される。
【0007】
一実施形態に係る光測定装置において、前記制御部は、前記受光素子が遮光されているときの前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて前記オフセット電流の電流値を測定する。このような構成により、光測定装置は、オフセット電流の電流値を測定することができる。
【0008】
一実施形態に係る光測定装置において、前記制御部は、前記被測定光が前記受光素子に入射しているときの前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて算出される電流値から、前記受光素子が遮光されているときの前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて算出される前記オフセット電流の電流値を差し引くことにより、前記被測定光の光強度を算出する。このような構成により、被測定光の光強度を広範囲で測定することができる。
【0009】
一実施形態に係る光測定装置は、前記電圧源に電気的に接続される非反転入力端子を有する第２増幅器と、前記受光素子と前記入力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第１スイッチと、前記受光素子と前記第２増幅器の反転入力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第２スイッチと、前記第２増幅器の反転入力端子と前記第２増幅器の出力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第３スイッチと、前記第２増幅器の非反転入力端子を基準電位に電気的に接続させるか否かを切り替え可能な第４スイッチと、を備え、前記複数のオフセット抵抗は、前記受光素子と前記第２増幅器の出力端子との間に設けられる。このような構成により、光測定装置は、オフセット抵抗をオフセット電流の電流値の調整に用いるとともに第２増幅器の帰還抵抗として用いることができる。その結果、コスト削減及び実装面積の削減を実現しつつ、対数増幅器及びリニア増幅器の両方を構成することができる光測定装置が提供される。
【0010】
一実施形態に係る光測定装置は、前記対数増幅器の出力電圧値に基づいて前記光強度を測定する第１モードと、前記第２増幅器の出力電圧値に基づいて前記光強度を測定する第２モードとを有し、前記第１モードでは、前記第１スイッチによって前記受光素子と前記入力端子とが電気的に接続され、前記第２スイッチによって前記受光素子と第２増幅器の反転入力端子とが電気的に切り離され、前記第３スイッチによって前記第２増幅器の反転入力端子と前記第２増幅器の出力端子とが電気的に接続され、前記第４スイッチによって前記第２増幅器の非反転入力端子が基準電位から電気的に切り離され、前記第１モードでは、前記第２増幅器の出力端子と前記入力端子との間に電気的に接続された前記オフセット抵抗によって、前記オフセット電流が前記入力端子に入力される。このような構成により、例えばユーザは、光測定装置のモードを被測定光に応じて第１モード又は第２モードに適宜切り替えることができる。
【0011】
一実施形態に係る光測定装置において、前記電圧源は、デジタル－アナログ変換部である。このような構成により、光測定装置は、第１モード又は第２モードに応じた電圧をデジタル－アナログ変換部によって第２増幅器の非反転入力端子に入力することができる。
【0012】
一実施形態に係る光測定装置において、前記制御部は、前記第１モードにおいて前記受光素子が遮光されているときの前記第２増幅器の出力電圧値に基づいて前記オフセット電流の電流値を測定する。このような構成により、光測定装置は、オフセット電流の電流値を測定することができる。
【0013】
一実施形態に係る光測定装置において、前記制御部は、前記スイッチ部を切り替えながら前記オフセット電流の電流値毎の前記受光素子が遮光されているときの前記対数増幅器の出力電圧値と前記第２増幅器の出力電圧値を測定し、測定した前記対数増幅器の出力電圧値と、測定した前記第２増幅器の出力電圧値に基づいて算出される前記オフセット電流の電流値とを対応付けてテーブルを生成し、前記被測定光が前記受光素子に入射しているときの前記対数増幅器の出力電圧値と、前記テーブルとに基づいて、前記被測定光の光強度を測定する。このような構成により、第１モードにおいて被測定光の光強度が精度良く測定される。
【0014】
一実施形態に係る光測定装置は、ディプレッション型のＮチャネル電界効果トランジスタであるトランジスタをさらに備え、前記受光素子は、フォトダイオードであり、前記フォトダイオードのアノードは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに電気的に接続され、前記トランジスタのゲートは、前記入力端子に電気的に接続され、前記トランジスタのソースは、前記フォトダイオードのカソードに電気的に接続され、前記トランジスタのドレインには正の電圧値の電圧が入力される。このような構成により、第１モードにおいて被測定光の光強度が精度良く測定される。
【0015】
一実施形態に係る光測定装置は、前記フォトダイオードのカソードを基準電位に電気的に接続させるか又は前記トランジスタのソースに電気的に接続させるかを切り替え可能な第５スイッチをさらに備え、前記第２モードでは、前記第５スイッチによって前記フォトダイオードのカソードが基準電位に電気的に接続される。このような構成により、第２モードにおいて被測定光の光強度が精度良く測定される。
【発明の効果】
【0016】
本開示によれば、光強度を検出する性能が向上された光測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本開示の第１実施形態に係る光測定装置のブロック図である。
【図3】測定感度の設定例を示す図である。
【図4】光スペクトラムの波形を示す図である。
【図6】第１比較例に係るリニア増幅器を用いた光測定装置である。
【図7】第１比較例に係る測定感度の設定例を示す図である。
【図8】第２比較例に係る対数増幅器を用いた光測定装置である。
【図9】第１比較例及び第２比較例に係る光スペクトラムの波形を示す図である。
【図10】本開示の第２実施形態に係る光測定装置のブロック図である。
【図11】出力電圧値と電流値との関係を示すグラフである。
【図12】出力電圧値に対する電流値を示すテーブルの一例である。
【図15】本開示の第３実施形態に係る光測定装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本開示において「リニア増幅器」は、増幅器の帰還部に固定抵抗を用いたものを意味する。帰還部に用いられる固定抵抗は、「帰還抵抗」とも記載される。リニア増幅器は、トランスインピーダンス回路に利用可能である。
【0019】
本開示において「対数増幅器」は、増幅器の帰還部に非線形素子を用いたものを意味する。非線形素子は、例えば、トランジスタ又はダイオード等である。対数増幅器に用いられる非線形素子は、非線形素子に入力される電流値を、その電流値の対数に比例する電圧値に変換する。この非線形素子は、「対数変換素子」とも呼ばれる。対数増幅器は、トランスインピーダンス回路に利用可能である。
【0020】
（第１実施形態）
光測定装置１は、被測定光の光強度を測定する多様な用途に適用可能である。以下に説明するように、光測定装置１は、広範囲の光強度を測定することができる。光測定装置１は、広範囲の光強度の測定が要求される光スペクトラムアナライザ又は光パワーメータ等に適用可能である。例えば、光スペクトラムアナライザでは、＋１０［ｄＢｍ］から－９０［ｄＢｍ］までの広範囲の光強度の測定が要求される。以下、光測定装置１は、光スペクトラムアナライザに適用されるものとして説明する。
光測定装置１は、被測定光の光強度を測定する多様な用途に適用可能である。以下に説明するように、光測定装置１は、広範囲の光強度を測定することができる。光測定装置１は、広範囲の光強度の測定が要求される光スペクトラムアナライザ又は光パワーメータ等に適用可能である。例えば、光スペクトラムアナライザでは、＋１０［ｄＢｍ］から－９０［ｄＢｍ］までの広範囲の光強度の測定が要求される。以下、光測定装置１は、光スペクトラムアナライザに適用されるものとして説明する。
【0021】
光スペクトラムアナライザでは、被測定光は、回折格子等のモノクロメータによって分光される。分光された被測定光は、図１に示すように、光測定装置１に入力される。
【0022】
図１に示すように、光測定装置１は、フォトダイオード１０（受光素子）と、対数増幅回路２０と、抵抗Ｒ５と、スイッチ部３０と、オフセット抵抗Ｒ３０－１～Ｒ３０－Ｎと、ＡＤ（Analog to Digital）変換部４０と、演算装置２とを備える。演算装置２は、記憶部５０と、入力部５１と、制御部５２とを有する。ただし、光測定装置１は、被測定光の光強度を電気信号に変換可能な受光素子であれば、フォトダイオード１０以外の受光素子を備えてもよい。対数増幅回路２０は、入力端子Ｐ１と、入力端子Ｐ２と、出力端子Ｐ３とを有する。
【0023】
以下、オフセット抵抗Ｒ３０－１～Ｒ３０－Ｎの各々を特に区別しない場合、これらは、まとめて「オフセット抵抗Ｒ３０」とも記載される。
【0024】
フォトダイオード１０のアノードは、対数増幅回路２０の入力端子Ｐ１に電気的に接続される。フォトダイオード１０のカソードは、基準電位に電気的に接続される。フォトダイオード１０には、被測定光が入射する。フォトダイオード１０は、光起電力効果によって、被測定光の光強度を光電流ｉｐに変換する。光電流ｉｐは、対数増幅回路２０の入力端子Ｐ１に入力される。光電流ｉｐの電流値は、「光電流値Ｉｐ」とも記載される。
【0025】
光電流値Ｉｐは、トランスインピーダンス回路によって電圧値に変換される。本実施形態では、トランスインピーダンス回路は、以下に説明するような対数増幅器である。光測定装置１は、この対数増幅器の出力電圧値に基づいて被測定光の光強度を算出する。
【0026】
図２に示すように、対数増幅回路２０は、増幅器２１（第１増幅器）と、増幅器２２と、増幅器２３と、トランジスタＴ１と、トランジスタＴ２と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ４とを有する。トランジスタＴ１及びトランジスタＴ２は、例えば、バイポーラトランジスタである。
【0027】
増幅器２１とトランジスタＴ１は、対数増幅器として構成される。例えば、トランジスタＴ１のエミッタが増幅器２１の出力端子に電気的に接続され、トランジスタＴ１のコレクタが増幅器２１の反転入力端子に電気的に接続される。また、トランジスタＴ１は、ベース接地型バイポーラトランジスタとして構成される。例えば、トランジスタＴ１のベースは、基準電位に電気的に接続される。また、増幅器２１は、反転入力端子と非反転入力端子とが仮想短絡するように構成される。例えば、増幅器２１の非反転入力端子は、基準電位に電気的に接続される。
【0028】
増幅器２１の反転入力端子は、対数増幅回路２０の入力端子Ｐ１に電気的に接続される。入力端子Ｐ１に入力される電流は、「電流ｉ１」とも記載される。また、電流ｉ１の電流値は、「電流値Ｉ１」とも記載される。
【0029】
電流値Ｉ１と増幅器２１の出力電圧値Ｖａ１との関係は、バイポーラトランジスタの特性により、式（１）によって表される。
Ｖａ１＝－ｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｉ１／Ｉｓ） 式（１）
式（１）において、定数ｋは、ボルツマン定数である。定数ｋは、例えば、１．３８×１０－２３［Ｊ／Ｋ］である。温度Ｔは、トランジスタＴ１の絶対温度である。電荷量ｑは、電子１つ当たりの電荷量である。電荷量ｑは、例えば、１．６０２×１０－１９［Ｃ］である。電流値Ｉｓは、トランジスタＴ１の逆方向飽和電流の電流値である。
Ｖａ１＝－ｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｉ１／Ｉｓ） 式（１）
式（１）において、定数ｋは、ボルツマン定数である。定数ｋは、例えば、１．３８×１０－２３［Ｊ／Ｋ］である。温度Ｔは、トランジスタＴ１の絶対温度である。電荷量ｑは、電子１つ当たりの電荷量である。電荷量ｑは、例えば、１．６０２×１０－１９［Ｃ］である。電流値Ｉｓは、トランジスタＴ１の逆方向飽和電流の電流値である。
【0030】
本実施形態では、式（１）の電流値Ｉｓを打ち消すために、以下に説明するように、増幅器２２、増幅器２３、トランジスタＴ２、電圧源Ｖｒｅｆ及び抵抗Ｒ５が用いられる。
【0031】
増幅器２２は、増幅器２１のレプリカ回路である。増幅器２２は、増幅器２１と同じ電気的特性を有する。トランジスタＴ２は、トランジスタＴ１のレプリカ回路である。トランジスタＴ２は、トランジスタＴ１と同じ電気的特性を有する。トランジスタＴ２は、トランジスタＴ１に熱的に接触させられる。トランジスタＴ２は、トランジスタＴ１と同一温度で動作する。
【0032】
増幅器２２とトランジスタＴ２は、対数増幅器として構成される。例えば、トランジスタＴ２のエミッタが増幅器２２の出力端子に電気的に接続され、トランジスタＴ２のコレクタが増幅器２２の反転入力端子に電気的に接続される。また、トランジスタＴ２は、ベース接地型バイポーラトランジスタとして構成される。例えば、トランジスタＴ２のベースは、基準電位に電気的に接続される。また、増幅器２２は、反転入力端子と非反転入力端子とが仮想短絡するように構成される。例えば、増幅器２２の非反転入力端子は、基準電位に電気的に接続される。
【0033】
増幅器２２の反転入力端子は、対数増幅回路２０の入力端子Ｐ２に電気的に接続される。入力端子Ｐ２には、電圧源Ｖｒｅｆからの電圧が抵抗Ｒ５を介して入力される。入力端子Ｐ２には、電流ｉ２が入力される。電流ｉ２の電流値は、「電流値Ｉ２」とも記載される。
【0034】
電流値Ｉ２は、電圧源Ｖｒｅｆの電圧値ＶＲＥＦと抵抗Ｒ５によって設定される。電流値Ｉ２は、既知となる。抵抗Ｒ５は、固定抵抗を含んで構成される。抵抗Ｒ５は、２つの端子を有する。抵抗Ｒ５の一方の端子は、入力端子Ｐ２に電気的に接続される。抵抗Ｒ５の他方の端子は、電圧源Ｖｒｅｆに電気的に接続される。
【0035】
電流値Ｉ２と増幅器２２の出力電圧値Ｖａ２との関係は、上記式（１）と同様に、式（２）によって表される。
Ｖａ２＝－ｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｉ２／Ｉｓ） 式（２）
Ｖａ２＝－ｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｉ２／Ｉｓ） 式（２）
【0036】
増幅器２３の反転入力端子には、増幅器２１の出力端子が抵抗Ｒ１を介して電気的に接続される。増幅器２３の反転入力端子は、抵抗Ｒ２を介して増幅器２３の出力端子に電気的に接続される。また、増幅器２３の非反転入力端子には、増幅器２２の出力端子が抵抗Ｒ３を介して電気的に接続される。増幅器２３の非反転入力端子は、抵抗Ｒ４を介して基準電位に電気的に接続される。
【0037】
抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ３は、正の温度係数を有する測温抵抗体を含んで構成される。抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ４は、固定抵抗を含んで構成される。
【0038】
抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の各々は、２つの端子を有する。抵抗Ｒ１の一方の端子は、増幅器２１の出力端子に電気的に接続される。抵抗Ｒ１の他方の端子は、抵抗Ｒ２の一方の端子及び増幅器２３の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ２の他方の端子は、増幅器２３の出力端子に接続される。抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４の各々は、２つの端子を有する。抵抗Ｒ３の一方の端子は、増幅器２２の出力端子に電気的に接続される。抵抗Ｒ３の他方の端子は、抵抗Ｒ４の一方の端子及び増幅器２３の非反転入力端子に電気的に接続される。抵抗Ｒ４の他方の端子は、基準電位に電気的に接続される。
【0039】
後述のように、対数増幅回路２０の出力電圧値に基づいて被測定光の光強度が算出される。増幅器２３の出力電圧値すなわち対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１は、式（３）によって表される。
Ｖо１＝Ｇ×（Ｖａ２－Ｖａ１）
＝ＧｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｉ１／Ｉ２） 式（３）
式（３）において、Ｇ＝ｒ２／ｒ１＝ｒ４／ｒ３である。抵抗値ｒ１は、抵抗Ｒ１の抵抗値である。抵抗値ｒ２は、抵抗Ｒ２の抵抗値である。抵抗値ｒ３は、抵抗Ｒ３の抵抗値である。抵抗値ｒ４は、抵抗Ｒ４の抵抗値である。
Ｖо１＝Ｇ×（Ｖａ２－Ｖａ１）
＝ＧｋＴ／ｑ×ｌｎ（Ｉ１／Ｉ２） 式（３）
式（３）において、Ｇ＝ｒ２／ｒ１＝ｒ４／ｒ３である。抵抗値ｒ１は、抵抗Ｒ１の抵抗値である。抵抗値ｒ２は、抵抗Ｒ２の抵抗値である。抵抗値ｒ３は、抵抗Ｒ３の抵抗値である。抵抗値ｒ４は、抵抗Ｒ４の抵抗値である。
【0040】
式（３）から、出力電圧値Ｖо１が温度依存性を有することが分かる。例えば、出力電圧値Ｖо１は、温度Ｔに比例する。出力電圧値Ｖо１の温度依存性は、抵抗Ｒ１～Ｒ４のうちの抵抗Ｒ１，Ｒ３に正の温度係数を有する測温抵抗体を用いることにより、低減される。
【0041】
ここで、フォトダイオード１０が遮光されているとき、光電流値Ｉｐは、０［Ａ］以下になる。光電流値Ｉｐが０［Ａ］以下になることにより電流値Ｉ１が０［Ａ］以下になると、トランジスタＴ１のエミッタからコレクタに流れる電流が非常に小さいことにより、増幅器２１の出力電圧値Ｖａ１が正の電圧値に飽和する。つまり、増幅器２１の出力電圧値Ｖａ１が正の電圧値に飽和し、増幅器２１がラッチアップする。増幅器２１がラッチアップすることを抑制するために、本実施形態では、スイッチ部３０及びオフセット抵抗Ｒ３０によって、オフセット電流ｉоｆｆが入力端子Ｐ１に入力される。オフセット電流ｉоｆｆの電流値は、「オフセット電流値Ｉоｆｆ」とも記載される。このような構成により、電流値Ｉ１は、オフセット電流値Ｉоｆｆと光電流値Ｉｐの和となる。電流値Ｉ１がオフセット電流値Ｉоｆｆと光電流値Ｉｐの和になることにより、電流値Ｉ１が０［Ａ］以下になることが抑制され、増幅器２１がラッチアップすることが抑制される。
【0042】
オフセット抵抗Ｒ３０は、２つの端子を有する。オフセット抵抗Ｒ３０は、固定抵抗を含んで構成される。オフセット抵抗Ｒ３０－１～Ｒ３０－Ｎの各々の抵抗値は、異なる。例えば、オフセット抵抗Ｒ３０の抵抗値は、オフセット抵抗Ｒ３０－１からオフセット抵抗Ｒ３０－Ｎに向けて１０倍ずつ大きくなる。
【0043】
スイッチ部３０は、オフセット抵抗Ｒ３０－１～Ｒ３０－Ｎのうちで電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させるオフセット抵抗Ｒ３０を切り替え可能である。スイッチ部３０は、切り替えスイッチＳＷ３０－１～ＳＷ３０－Ｎを含む。
【0044】
以下、切り替えスイッチＳＷ３０－１～ＳＷ３０－Ｎを特に区別しない場合、これらは、「切り替えスイッチＳＷ３０」とも記載される。
【0045】
切り替えスイッチＳＷ３０は、２つの端子を有する。切り替えスイッチＳＷ３０は、メカニカルリレー、フォトモスリレー又はアナログスイッチ等を含んで構成される。ただし、スイッチ部３０は、アナログマルチプレクサとして構成されてもよい。スイッチ部３０がアナログマルチプレクサとして構成される場合、切り替えスイッチＳＷ３０－１～ＳＷ３０－Ｎの各々の一方の端子が共通化される。
【0046】
以下、切り替えスイッチＳＷ３０－ｉ（ｉは、１～Ｎまでの整数）に対応するオフセット抵抗Ｒ３０は、「オフセット抵抗Ｒ３０－ｉ」とも記載される。
【0047】
切り替えスイッチＳＷ３０－ｉの一方の端子は、電圧源Ｖｂに電気的に接続される。切り替えスイッチＳＷ３０－ｉの他方の端子は、オフセット抵抗Ｒ３０－ｉの一方の端子に電気的に接続される。オフセット抵抗Ｒ３０－ｉの他方の端子は、入力端子Ｐ１に電気的に接続される。ただし、オフセット抵抗Ｒ３０－ｉの一方の端子が電圧源Ｖｂに電気的に接続され、オフセット抵抗Ｒ３０－ｉの他方の端子が切り替えスイッチＳＷ３０－ｉの一方の端子に接続されてもよい。この場合、切り替えスイッチＳＷ３０－ｉの他方の端子は、入力端子Ｐ１に電気的に接続される。
【0048】
切り替えスイッチＳＷ３０には、制御部５２からの制御信号が出力される。切り替えスイッチＳＷ３０は、制御部５２からの制御信号に基づいて、オン状態（導通状態）又はオフ状態（非導通状態）になる。切り替えスイッチＳＷ３０－ｉがオン状態になると、オフセット抵抗Ｒ３０－ｉは、電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間に電気的に接続される。また、切り替えスイッチＳＷ３０－ｉがオフ状態になると、オフセット抵抗Ｒ３０－ｉは、電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間から電気的に切り離される。
【0049】
ＡＤ変換部４０は、アナログ－デジタル変換部である。ＡＤ変換部４０は、増幅器２３の出力端子に電気的に接続される。ＡＤ変換部４０には、対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１が入力される。ＡＤ変換部４０は、アナログ信号としての出力電圧値Ｖо１をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部４０は、デジタル信号を制御部５２に出力する。
【0050】
記憶部５０は、例えば、半導体メモリ、磁気メモリ又は光メモリ等である。ただし、記憶部５０は、これらに限定されない。記憶部５０は、例えば、主記憶装置、補助記憶装置又はキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部５０は、光測定装置１の動作に用いられる任意の情報を記憶する。例えば、記憶部５０は、システムプログラム及びアプリケーションプログラム等の各種情報等を記憶してよい。
【0051】
入力部５１は、ユーザからの入力を受け付ける入力用インタフェースを含む。入力用インタフェースは、物理キー、静電容量キー、タッチスクリーン又は音声入力を受け付けるマイクロフォン等である。ただし、入力用インタフェースは、これらに限定されない。
【0052】
制御部５２は、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つの専用回路又はこれらの組み合わせを含む。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）若しくはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の汎用プロセッサ又は特定の処理に特化した専用プロセッサである。専用回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）である。制御部５２は、光測定装置１の各部を制御しながら、光測定装置１の動作に関わる処理を実行する。
【0053】
［測定感度の設定処理］
制御部５２は、例えば光スペクトラムの測定の実行前に、以下に説明する測定感度の入力を入力部５１によって受け付ける。この入力は、ユーザによって入力部５１から入力される。
制御部５２は、例えば光スペクトラムの測定の実行前に、以下に説明する測定感度の入力を入力部５１によって受け付ける。この入力は、ユーザによって入力部５１から入力される。
【0054】
測定感度は、被測定光の光強度をどの程度の雑音レベルで測定するかを示す指標である。測定感度は、例えば、光測定装置１の感度で規定される。光測定装置１の感度が高いほど、雑音レベルは、小さくなる。例えば、図３に示すように、測定感度は、感度Ａ、感度Ｂ、感度Ｃ及び感度Ｄと設定される。感度Ａ、感度Ｂ、感度Ｃ及び感度Ｄの順に、雑音レベルは、小さくなる。感度Ａ、感度Ｂ、感度Ｃ及び感度Ｄの各々の光測定装置１の雑音レベルは、－５０［ｄＢｍ］、－６０［ｄＢｍ］、－７０［ｄＢｍ］及び－８０［ｄＢｍ］である。
【0055】
増幅器２１の帰還部の帰還抵抗値すなわちトランジスタＴ１の抵抗値Ｒｔが高くなるほど、対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１の電流値Ｉ１に対する感度が高くなる。つまり、トランジスタＴ１の抵抗値Ｒｔが高くなるほど、対数増幅回路２０の感度が高くなり、光測定装置１の雑音レベルが小さくなる。しかしながら、トランジスタＴ１の抵抗値Ｒｔが高くなるほど、増幅器２１の応答速度が低下するため、光測定装置１の測定速度が低下する。つまり、トランジスタＴ１の抵抗値Ｒｔが高くなるほど、光測定装置１の雑音レベルが小さくなるが、光測定装置１の測定速度が低下する。例えば、感度Ａ、感度Ｂ、感度Ｃ及び感度Ｄの順に雑音レベルが小さくなるが、感度Ａ、感度Ｂ、感度Ｃ及び感度Ｄの順に測定速度は、１０分の１ずつ小さくなる。
【0056】
ここで、トランジスタＴ１の抵抗値Ｒｔは、式（４）によって表される。式（４）は、上記式（１）を微分することにより、導出される。また、増幅器２１のカットオフ周波数ｆｃは、式（５）によって表される。
Ｒｔ＝ｋＴ／（ｑ×Ｉ１） 式（４）
ｆｃ＝１／（２π×Ｒｔ×Ｃｊ）＝（ｑ×Ｉ１）／（２π×ｋＴ×Ｃｊ） 式（５）
式（５）において、容量値Ｃｊは、トランジスタＴ１の接合容量値である。例えば、容量値Ｃｊが１［ｐＦ］であり、電流値Ｉ１が１００［ｐＡ］である場合、カットオフ周波数ｆｃは、６００［Ｈｚ］となる。また、容量値Ｃｊが１［ｐＦ］であり、電流値Ｉ１が１［ｎＡ］である場合、カットオフ周波数ｆｃは、６［ｋＨｚ］となる。
Ｒｔ＝ｋＴ／（ｑ×Ｉ１） 式（４）
ｆｃ＝１／（２π×Ｒｔ×Ｃｊ）＝（ｑ×Ｉ１）／（２π×ｋＴ×Ｃｊ） 式（５）
式（５）において、容量値Ｃｊは、トランジスタＴ１の接合容量値である。例えば、容量値Ｃｊが１［ｐＦ］であり、電流値Ｉ１が１００［ｐＡ］である場合、カットオフ周波数ｆｃは、６００［Ｈｚ］となる。また、容量値Ｃｊが１［ｐＦ］であり、電流値Ｉ１が１［ｎＡ］である場合、カットオフ周波数ｆｃは、６［ｋＨｚ］となる。
【0057】
式（４）から、電流値Ｉ１が小さいほど、抵抗値Ｒｔが高くなることが分かる。また、上述のように、トランジスタＴ１の抵抗値Ｒｔが高くなるほど、光測定装置１の測定感度が高くなるが、光測定装置１の測定速度が低下する。その結果、電流値Ｉ１が小さいほど抵抗値Ｒｔが高くなり、光測定装置１の測定感度が高くなるが、光測定装置１の測定速度が低下する。また、式（５）から、カットオフ周波数ｆｃが電流値Ｉ１に比例することが分かる。つまり、カットオフ周波数ｆｃは、増幅器２１の数［ＭＨｚ］程度の増幅帯域まで電流値Ｉ１に比例して増加する。従って、電流値Ｉ１が大きいほどカットオフ周波数ｆｃが高くなり、増幅器２１の周波数帯域が広帯域になる。
【0058】
本実施形態では、電流値Ｉ１は、上述のように、オフセット電流値Ｉоｆｆと光電流値Ｉｐの和となる。本実施形態では、スイッチ部３０によって電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間に電気的に接続されるオフセット抵抗Ｒ３０を切り替えることにより、オフセット電流値Ｉоｆｆを調整することができる。つまり、本実施形態では、オフセット電流値Ｉоｆｆを調整することにより、電流値Ｉ１を調整して光測定装置１の測定感度、光測定装置１の測定速度及び増幅器２１の周波数帯域を調整することができる。
【0059】
例えば、被測定光の光強度が低い場合、スイッチ部３０によって、大きい抵抗値のオフセット抵抗Ｒ３０を電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させる。このような構成により、オフセット電流値Ｉоｆｆが小さくなることにより電流値Ｉ１が小さくなり、光測定装置１の測定感度が高まる。
【0060】
例えば、被測定光の光強度が高い場合、スイッチ部３０によって、小さい抵抗値のオフセット抵抗Ｒ３０を電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させる。このような構成により、オフセット電流値Ｉоｆｆが大きくなることにより電流値Ｉ１が大きくなり、光測定装置１の測定速度が高速になる。
【0061】
図３に示すような感度Ａ、感度Ｂ、感度Ｃ及び感度Ｄは、オフセット電流値Ｉоｆｆを２００［ｎＡ］、２０［ｎＡ］、２［ｎＡ］及び２００［ｐＡ］に調整することにより、設定される。この場合、感度Ａ、感度Ｂ、感度Ｃ及び感度Ｄの各々のカットオフ周波数ｆｃは、１［ＭＨｚ］、１００［ｋＨｚ］、１０［ｋＨｚ］及び１［ｋＨｚ］になる。図３において、抵抗値Ｒｓ３０は、スイッチ部３０によって入力端子Ｐ１と電圧源Ｖｂとの間に電気的に接続されるオフセット抵抗Ｒ３０の抵抗値である。電圧源Ｖｂの電圧値ＶＢが０．２［Ｖ］である場合、抵抗値Ｒｓ３０を１［ＭΩ］、１０［ＭΩ］、１００［ＭΩ］及び１［ＧΩ］の各々にすることにより、測定感度は、感度Ａ、感度Ｂ、感度Ｃ及び感度Ｄの各々に設定される。
【0062】
以下、オフセット抵抗Ｒ３０－１，Ｒ３０－２，Ｒ３０－３，Ｒ３０－４の各々の抵抗値は、１［ＭΩ］、１０［ＭΩ］、１００［ＭΩ］及び１［ＧΩ］であるとする。オフセット抵抗Ｒ３０－１～Ｒ３０－４の各々をスイッチ部３０によって入力端子Ｐ１と電圧源Ｖｂとの間に電気的に接続させることにより、光測定装置１の測定感度が感度Ａ～Ｄの各々に設定される。つまり、感度Ａ～Ｄの各々は、切り替えスイッチＳＷ３０－１～ＳＷ３０－４の各々をオン状態にし、且つ切り替えスイッチＳＷ３０－１～ＳＷ３０－４の各々以外の切り替えスイッチＳＷ３０をオフ状態にすることにより、設定される。
【0063】
記憶部５０には、測定感度と、その測定感度に設定するためのスイッチ部３０の切り替え情報とが対応付けて記憶される。スイッチ部３０の切り替え情報は、オン状態にする切り替えスイッチＳＷ３０の情報及びオフ状態にする切り替えスイッチＳＷ３０の情報を含む。例えば、測定感度が図３に示すような感度Ａである場合、スイッチ部の切り替え情報は、オン状態にする切り替えスイッチＳＷ３０－１の情報及びオフ状態にする切り替えスイッチＳＷ３０－１以外の切り替えスイッチＳＷ３０の情報である。
【0064】
［オフセット電流値の測定処理］
制御部５２は、フォトダイオード１０が遮光されているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定することにより、オフセット電流値Ｉоｆｆを測定することができる。つまり、制御部５２は、出力電圧値Ｖо１に基づいてオフセット電流値Ｉоｆｆを算出することができる。オフセット電流値Ｉоｆｆは、後述のように、被測定光の光強度の算出に用いられる。実際値としてのオフセット電流値Ｉоｆｆは、光測定装置１の製造誤差等によって、図３に示すような設定値としてのオフセット電流値Ｉоｆｆからずれる場合がある。オフセット電流値Ｉоｆｆを測定することにより、被測定光の光強度がより精度良く測定される。
制御部５２は、フォトダイオード１０が遮光されているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定することにより、オフセット電流値Ｉоｆｆを測定することができる。つまり、制御部５２は、出力電圧値Ｖо１に基づいてオフセット電流値Ｉоｆｆを算出することができる。オフセット電流値Ｉоｆｆは、後述のように、被測定光の光強度の算出に用いられる。実際値としてのオフセット電流値Ｉоｆｆは、光測定装置１の製造誤差等によって、図３に示すような設定値としてのオフセット電流値Ｉоｆｆからずれる場合がある。オフセット電流値Ｉоｆｆを測定することにより、被測定光の光強度がより精度良く測定される。
【0065】
制御部５２は、出力電圧値Ｖо１と式（６）とによって、オフセット電流値Ｉоｆｆ１を算出する。オフセット電流値Ｉоｆｆ１は、出力電圧値Ｖо１からオフセット電流値として算出される電流値である。
Ｉоｆｆ１＝Ｉ２×ｅｘｐ（Ｖо１／Ｋ） 式（６）
式（６）において、Ｋ＝ＧｋＴ／ｑである。
Ｉоｆｆ１＝Ｉ２×ｅｘｐ（Ｖо１／Ｋ） 式（６）
式（６）において、Ｋ＝ＧｋＴ／ｑである。
【0066】
式（６）から、出力電圧値Ｖо１によって算出されるオフセット電流値Ｉоｆｆ１は、温度Ｔに依存することが分かる。つまり、電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間に接続されるオフセット抵抗Ｒ３０が同じであっても、光測定装置１が光測定を実行する際の温度Ｔが異なると、オフセット電流値Ｉоｆｆ１が異なる。
【0067】
そこで、制御部５２は、例えば光強度の測定処理の実行前又は定期的に、オフセット電流値Ｉоｆｆ１を測定する。制御部５２は、オフセット抵抗Ｒ３０毎すなわち測定感度毎のオフセット電流値Ｉоｆｆ１を測定してよい。この場合、制御部５２は、スイッチ部３０によって電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させるオフセット抵抗Ｒ３０を切り替えながら、フォトダイオード１０が遮光されているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１を測定する。制御部５２は、オフセット抵抗Ｒ３０毎のオフセット電流値Ｉоｆｆ１を、出力電圧値Ｖо１と式（６）とによって算出する。制御部５２は、オフセット抵抗Ｒ３０すなわち測定感度に対応付けたオフセット電流値Ｉоｆｆ１を記憶部５０に記憶させる。
【0068】
［光強度の測定処理］
制御部５２は、被測定光がフォトダイオード１０に入射しているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。制御部５２は、測定した出力電圧値Ｖо１と式（７）とによって、電流値Ｉ１を算出する。なお、式（７）は、上記式（３）から導出される。また、式（７）の電流値Ｉ２は、上述のように既知である。制御部５２は、測定感度に対応付けられたオフセット電流値Ｉоｆｆ１を、記憶部５０から取得する。制御部５２は、式（８）によって電流値Ｉ１から取得したオフセット電流値Ｉｏｆｆ１を差し引くことにより、光電流値Ｉｐを算出する。制御部５２は、光電流値Ｉｐと式（９）とによって、光強度Ｐｉｎを算出する。
Ｉ１＝Ｉ２×ｅｘｐ（Ｖо１／Ｋ） 式（７）
Ｉｐ＝Ｉ１－Ｉоｆｆ１ 式（８）
Ｐｉｎ＝Ｉｐ／Ｓ 式（９）
式（７）において、Ｋ＝ＧｋＴ／ｑである。また、式（９）において、受光感度Ｓは、フォトダイオード１０の受光感度である。
制御部５２は、被測定光がフォトダイオード１０に入射しているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。制御部５２は、測定した出力電圧値Ｖо１と式（７）とによって、電流値Ｉ１を算出する。なお、式（７）は、上記式（３）から導出される。また、式（７）の電流値Ｉ２は、上述のように既知である。制御部５２は、測定感度に対応付けられたオフセット電流値Ｉоｆｆ１を、記憶部５０から取得する。制御部５２は、式（８）によって電流値Ｉ１から取得したオフセット電流値Ｉｏｆｆ１を差し引くことにより、光電流値Ｉｐを算出する。制御部５２は、光電流値Ｉｐと式（９）とによって、光強度Ｐｉｎを算出する。
Ｉ１＝Ｉ２×ｅｘｐ（Ｖо１／Ｋ） 式（７）
Ｉｐ＝Ｉ１－Ｉоｆｆ１ 式（８）
Ｐｉｎ＝Ｉｐ／Ｓ 式（９）
式（７）において、Ｋ＝ＧｋＴ／ｑである。また、式（９）において、受光感度Ｓは、フォトダイオード１０の受光感度である。
【0069】
図４は、光スペクトラムの波形を示す図である。図４では、横軸は、光波長［ｎｍ］である。また、縦軸は、光強度［ｄＢｍ］である。光スペクトラムアラナイザでは、光波長に対する光強度を連続的に測定することにより、光スペクトラムが測定される。つまり、光測定装置１が光スペクトラムアナライザに適用される場合、光測定装置１では、光波長を掃引させながら、光強度が測定される。
【0070】
波形Ｗ１は、式（８）によって電流値Ｉ１からオフセット電流値Ｉоｆｆ１を差し引かずに、Ｉｐ＝Ｉ１として式（９）から算出された光強度を示す。波形Ｗ２は、式（８）によって電流値Ｉ１からオフセット電流値Ｉｏｆｆ１を差し引いて光電流値Ｉｐを算出し、算出した光電流値Ｉｐと式（９）とによって算出されたものである。
【0071】
このように光測定装置１では、制御部５２は、式（８）によって電流値Ｉ１からオフセット電流値Ｉｏｆｆ１を差し引くことにより、光電流値Ｉｐを算出する。このような構成により、被測定光の光強度を広範囲で測定することができる。
【0072】
［光測定装置の動作］
図５は、図１に示す光測定装置１の光測定方法の一例を示すフローチャートである。光測定方法は、制御部５２等のプロセッサに実行させる光測定プログラムとして実現されてもよい。光測定プログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されてよい。制御部５２は、測定感度の入力を入力部５１によって検出すると、図５に示すようなステップＳ１０の処理を開始する。
図５は、図１に示す光測定装置１の光測定方法の一例を示すフローチャートである。光測定方法は、制御部５２等のプロセッサに実行させる光測定プログラムとして実現されてもよい。光測定プログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されてよい。制御部５２は、測定感度の入力を入力部５１によって検出すると、図５に示すようなステップＳ１０の処理を開始する。
【0073】
ステップＳ１０の処理において、制御部５２は、測定感度の入力を入力部５１によって受け付ける。ユーザは、被測定光の光強度に応じて、図３に示すような感度Ａ～Ｄの何れかを入力部５１から入力する。例えば、被測定光の光強度が低い場合、ユーザは、感度Ｄを入力部５１から入力する。また、被測定光の光強度が高い場合であって、ユーザが測定速度を速くしたい場合、ユーザは、感度Ａを入力部５１から入力する。
【0074】
ステップＳ１１の処理の実行前に、フォトダイオード１０は、遮光された状態にされる。ステップＳ１１の処理において、制御部５２は、スイッチ部３０によって電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させるオフセット抵抗Ｒ３０を切り替えながら、フォトダイオード１０が遮光されているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１を測定する。
【0075】
ステップＳ１２の処理において、制御部５２は、オフセット抵抗Ｒ３０毎のオフセット電流値Ｉоｆｆ１を、出力電圧値Ｖо１と上記式（６）とによって算出する。制御部５２は、オフセット抵抗Ｒ３０すなわち測定感度に対応付けたオフセット電流値Ｉоｆｆ１を記憶部５０に記憶させる。
【0076】
ステップＳ１３の処理において、制御部５２は、ステップＳ１０の処理で受け付けた測定感度に設定するためのスイッチ部３０の切り替え情報を、記憶部５０から取得する。制御部５２は、取得したスイッチ部３０の切り替え情報に基づいて、スイッチ部３０を制御する。例えばステップＳ１０の処理で受け付けた測定感度が図３に示すような感度Ａである場合、制御部５２は、切り替えスイッチＳＷ３０－１をオン状態にし、切り替えスイッチＳＷ３０－１以外の切り替えスイッチＳＷ３０をオフ状態にする。
【0077】
ステップＳ１４の処理の実行前に、フォトダイオード１０は、被測定光がフォトダイオード１０を透過することが可能な状態にされる。ステップＳ１４の処理では、被測定光がフォトダイオード１０に入力される。ステップＳ１４の処理において、制御部５２は、被測定光がフォトダイオード１０に入射しているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。
【0078】
ステップＳ１５の処理において、制御部５２は、ステップＳ１０の処理で受け付けた測定感度に対応付けられたオフセット電流値Ｉоｆｆ１を、記憶部５０から取得する。ステップＳ１５の処理において、制御部５２は、ステップＳ１４の処理で測定した出力電圧値Ｖо１と、記憶部５０から取得したオフセット電流値Ｉоｆｆ１と、上記式（７）から上記式（９）とによって、被測定光の光強度を算出する。
【0079】
なお、制御部５２は、例えばステップＳ１１，Ｓ１２の処理を事前に実行していれば、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理を実行しなくてもよい。
【0080】
また、制御部５２は、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理を任意のタイミングで定期的に実行してもよい。この場合、ステップＳ１１の処理を実行する際に、ユーザが手動でフォトダイオード１０を遮光してもよい。又は、ステップＳ１１の処理を実行する際にフォトダイオード１０が自動的に遮光させるように、光測定装置１が構成されてもよい。
【0081】
本実施形態に係る光測定装置１の効果が、第１比較例に係る光測定装置３０１及び第２比較例に係る光測定装置４０１と対比しながら説明される。
【0082】
＜第１比較例＞
図６は、第１比較例に係るリニア増幅器を用いた光測定装置３０１である。光測定装置３０１は、フォトダイオード１０と、ＡＤ変換部４０と、増幅器３０２と、帰還部３０３－１～３０３－Ｎと、抵抗Ｒ３０４と、抵抗Ｒ３０５と、ＤＡ（Digital to Analog）変換部３０６とを備える。なお、抵抗Ｒ３０４及び抵抗Ｒ３０５は、後述の図１０に示すような抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７と同様に用いられる。また、ＤＡ変換部３０６は、後述の図１０に示すようなＤＡ変換部７０と同様に用いられる。
図６は、第１比較例に係るリニア増幅器を用いた光測定装置３０１である。光測定装置３０１は、フォトダイオード１０と、ＡＤ変換部４０と、増幅器３０２と、帰還部３０３－１～３０３－Ｎと、抵抗Ｒ３０４と、抵抗Ｒ３０５と、ＤＡ（Digital to Analog）変換部３０６とを備える。なお、抵抗Ｒ３０４及び抵抗Ｒ３０５は、後述の図１０に示すような抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７と同様に用いられる。また、ＤＡ変換部３０６は、後述の図１０に示すようなＤＡ変換部７０と同様に用いられる。
【0083】
フォトダイオード１０のアノードは、増幅器３０２の反転入力端子に電気的に接続される。フォトダイオード１０に被測定光が入射すると、フォトダイオード１０から増幅器３０２の反転入力端子に向けて光電流ｉｐが流れる。
【0084】
増幅器３０２と、帰還部３０３－１～３０３－Ｎとは、リニア増幅器を構成する。例えば、増幅器３０２の出力端子と増幅器３０２の反転入力端子との間には、帰還部３０３－１～３０３－Ｎが電気的に接続される。
【0085】
帰還部３０３－１～３０３－Ｎは、電気的に並列接続される。帰還部３０３－１～３０３－Ｎは、各々、コンデンサＣ３０３－１～Ｃ３０３－Ｎと、抵抗Ｒ３０３－１～Ｒ３０３－Ｎと、スイッチＳＷ３０３－１～ＳＷ３０３－Ｎとを含む。
【0086】
以下、帰還部３０３－１～３０３－Ｎの各々を特に区別しない場合、これらは、まとめて「帰還部３０３」とも記載される。また、コンデンサＣ３０３－１～Ｃ３０３－Ｎの各々を特に区別しない場合、これらは、まとめて「コンデンサＣ３０３」とも記載される。また、抵抗Ｒ３０３－１～Ｒ３０３－Ｎの各々を特に区別しない場合、これらは、まとめて「抵抗Ｒ３０３」とも記載される。また、スイッチＳＷ３０３－１～ＳＷ３０３－Ｎの各々を特に区別しない場合、これらは、まとめて「スイッチＳＷ３０３」とも記載される。
【0087】
コンデンサＣ３０３は、２つの端子を有する。抵抗Ｒ３０３は、２つの端子を有する。スイッチＳＷ３０３は、２つの端子を有する。
【0088】
以下、帰還部３０３－ｉ（ｉは、１～Ｎまでの整数）に含まれるコンデンサＣ３０３、抵抗Ｒ３０３及びスイッチＳＷ３０３の各々は、「コンデンサＣ３０３－ｉ」、「抵抗Ｒ３０３－ｉ」及び「スイッチＳＷ３０３－ｉ」とも記載される。
【0089】
コンデンサＣ３０３－ｉの一方の端子は、抵抗Ｒ３０３－ｉの一方の端子に電気的に接続される。コンデンサＣ３０３－ｉの他方の端子は、抵抗Ｒ３０３－ｉの他方の端子に電気的に接続される。抵抗Ｒ３０３－ｉの一方の端子は、増幅器３０２の反転入力端子に電気的に接続される。抵抗Ｒ３０３－ｉの他方の端子は、スイッチＳＷ３０３－ｉの一方の端子に電気的に接続される。スイッチＳＷ３０３－ｉの他方の端子は、増幅器３０２の出力に電気的に接続される。
【0090】
第１比較例では、ＡＤ変換部４０は、増幅器３０２の出力端子に電気的に接続される。ＡＤ変換部４０には、増幅器３０２の出力電圧値Ｖо３０２が入力される。第１比較例では、増幅器３０２の出力電圧値Ｖо３０２に基づいて被測定光の光強度が測定される。
【0091】
第１比較例に係る光測定装置３０１では、増幅器３０２の出力端子と反転入力端子との間に接続される抵抗Ｒ３０３すなわち帰還抵抗の抵抗値によって、測定感度が設定される。帰還抵抗の抵抗値が高くなると、光測定装置３０１の感度が高くなり、光測定装置３０１の雑音レベルが小さくなる。例えば、図７に示すように、光測定装置３０１の測定感度は、高感度、中感度及び低感度に設定される。低感度、中感度及び高感度の順に、帰還抵抗の抵抗値が高くなり、光測定装置３０１の雑音レベルが小さくなる。しかしながら、帰還抵抗の抵抗値が高くなると、増幅器３０２の応答速度が低下するため、光測定装置３０１の測定速度が低下する。つまり、帰還抵抗の抵抗値が高くなると、光測定装置３０１の雑音レベルが小さくなるが、光測定装置３０１の測定速度が低速になる。例えば、図７に示すように、低感度、中感度及び高感度の順に、光測定装置３０１の測定速度は、高速、中速及び低速になり低下する。
【0092】
第１比較例では、増幅器３０２のカットオフ周波数ｆｃは、式（１０）によって表される。
ｆｃ＝１／（２π×Ｒｆ３０３×Ｃｆ３０３） 式（１０）
式（１０）において、帰還容量値Ｃｆ３０３は、増幅器３０２の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されるコンデンサＣ３０３すなわち帰還容量の容量値である。また、帰還抵抗値Ｒｆ３０３は、増幅器３０２の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続される抵抗Ｒ３０３すなわち帰還抵抗の抵抗値である。例えば、帰還容量値Ｃｆ３０３が１［ｐＦ］であり、帰還抵抗値Ｒｆ３０３が１００［ＭΩ］である場合、カットオフ周波数は、１．６［ｋＨｚ］となる。
ｆｃ＝１／（２π×Ｒｆ３０３×Ｃｆ３０３） 式（１０）
式（１０）において、帰還容量値Ｃｆ３０３は、増幅器３０２の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されるコンデンサＣ３０３すなわち帰還容量の容量値である。また、帰還抵抗値Ｒｆ３０３は、増幅器３０２の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続される抵抗Ｒ３０３すなわち帰還抵抗の抵抗値である。例えば、帰還容量値Ｃｆ３０３が１［ｐＦ］であり、帰還抵抗値Ｒｆ３０３が１００［ＭΩ］である場合、カットオフ周波数は、１．６［ｋＨｚ］となる。
【0093】
式（１０）から、帰還抵抗値Ｒｆ３０３が小さくなるとカットオフ周波数ｆｃが高くなり、増幅器３０２の周波数帯域が広帯域になることが分かる。また、上述のように、帰還抵抗値Ｒｆ３０３が小さくなると、光測定装置３０１の測定感度が低くなる。つまり、帰還抵抗値Ｒｆ３０３が小さくなると、光測定装置３０１の測定感度が低くなるが、増幅器３０２の周波数帯域が広帯域になる。例えば、図７に示すように、高感度、中感度及び低感度の順に、カットオフ周波数が低帯域、中帯域及び高帯域と高くなり、周波数帯域が広帯域になる。
【0094】
なお、式（１０）から帰還容量値Ｃｆ３０３が小さくなるとカットオフ周波数ｆｃが高くなり、増幅器３０２の周波数帯域が広帯域になることが分かる。ただし、帰還容量値Ｃｆ３０３が小さくなると増幅器３０２の高周波雑音が大きくなる。その結果、帰還容量値Ｃｆ３０３がある程度の値に制限され、帰還抵抗値Ｒｆ３０３によってカットオフ周波数ｆｃ等が調整される。
【0095】
ここで、第１比較例に係る光測定装置３０１では、測定可能な被測定光の光強度は、増幅器３０２と帰還部３０３とによって構成されるリニア増幅器の電源電圧によって制限される。第１比較例では、測定可能な被測定光の光強度がリニア増幅器の電源電圧によって制限されることにより、被測定光の光強度が大きい場合、帰還抵抗値Ｒｆ３０３を小さくすることが要求される。また、第１比較例では、被測定光の光強度が小さい場合、光測定装置３０１の測定感度を高くするために、帰還抵抗値Ｒｆ３０３を大きくすることが要求される。つまり、光測定装置３０１を光スペクトラムアナライザに適用する場合、光測定装置３０１では、被測定光の光強度が大きい場合に帰還抵抗値Ｒｆ３０３を小さくし、被測定光の光強度が小さい場合に帰還抵抗値Ｒｆ３０３を大きくすることが要求される。このような構成により、第１比較例では、被測定光の光強度に応じて、スイッチＳＷ３０３を切り替えて増幅器３０２の出力端子と反転入力端子との間に接続される抵抗Ｒ３０３を切り替えることが要求される。従って、第１比較例では、光スペクトラムの測定中に光波長を掃引している際に、被測定光の光強度に応じて、スイッチＳＷ３０３を切り替える動作が要求される。第１比較例では、スイッチＳＷ３０３を切り替える動作が要求されることにより、光スペクトラムの測定時間が長くなる。さらに、光測定装置３０１では、スイッチＳＷ３０３を切り替えた後、増幅器３０２の出力電圧値Ｖо３０２が収束するまで、光スペクトラムの測定を停止させることが要求される。光測定装置３０１では、増幅器３０２の出力電圧値Ｖо３０２が収束するまで光スペクトラムの測定が停止されることにより、光スペクトラムの測定時間が長くなる。
【0096】
このような第１比較例に対し、本実施形態に係る光測定装置１では、上記式（７）及び上記式（８）から分かるように、出力電圧値Ｖо１は、光電流値Ｉｐの対数となる。出力電圧値Ｖо１が光電流値Ｉｐの対数となることにより、光測定装置１では、測定可能な被測定光の光強度が対数増幅回路２０の電源電圧によって制限されない。このような構成により、光測定装置１では、第１比較例のように光スペクトラムの測定中にスイッチＳＷ３０３を切り替える動作が不要になる。また、光測定装置１では、第１比較例のように増幅器３０２の出力電圧値Ｖо３０２が収束するまで光スペクトラムの測定を停止させるといったことが要求されない。従って、本実施形態に係る光測定装置１では、第１比較例に係る光測定装置３０１よりも、光スペクトラムの測定時間が短くなる。
【0097】
＜第２比較例＞
図８は、第２比較例に係る対数増幅器を用いた光測定装置４０１である。光測定装置４０１は、フォトダイオード１０と、対数増幅回路２０と、抵抗Ｒ５とを備える。光測定装置４０１は、本実施形態に係るスイッチ部３０及びオフセット抵抗Ｒ３０の代わりに、抵抗Ｒ４０３を備える。
図８は、第２比較例に係る対数増幅器を用いた光測定装置４０１である。光測定装置４０１は、フォトダイオード１０と、対数増幅回路２０と、抵抗Ｒ５とを備える。光測定装置４０１は、本実施形態に係るスイッチ部３０及びオフセット抵抗Ｒ３０の代わりに、抵抗Ｒ４０３を備える。
【0098】
第２比較例では、フォトダイオード１０が遮光されているときに増幅器２１がラッチアップすることを抑制するために、バイアス電流ｉｂが用いられる。バイアス電流ｉｂの電流値は、「バイアス電流値Ｉｂ」とも記載される。バイアス電流ｉｂは、図１に示すようなオフセット電流ｉоｆｆと同様に、入力端子Ｐ１に入力される。バイアス電流値Ｉｂは、電圧源Ｖ４０２の電圧と抵抗Ｒ４０３の抵抗値とによって設定される。抵抗Ｒ４０３は、固定抵抗を含んで構成される。抵抗Ｒ４０３は、２つの端子を有する。抵抗Ｒ４０３の一方の端子は、入力端子Ｐ１に電気的に接続される。抵抗Ｒ４０３の他方の端子は、電圧源４０２に電気的に接続される。
【0099】
第２比較例でも、対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１がＡＤ変換部４０によって測定される。ただし、第２比較例では、本実施形態とは異なり、出力電圧値Ｖо１に基づいてオフセット電流値Ｉоｆｆ１が測定されない。第２比較例では、出力電圧値Ｖо１と電流値Ｉ２と上記式（７）とによって算出された電流値Ｉ１が上記式（９）の光電流値Ｉｐに代入されて光強度Ｐｉｎが測定される。つまり、第２比較例では、上記式（８）によって電流値Ｉ１からオフセット電流値Ｉоｆｆ１を差し引かずに、上記式（９）にてＩ１＝Ｉｐとして光強度Ｐｉｎが測定される。
【0100】
第２比較例では、電流値Ｉ１は、光電流値Ｉｐとバイアス電流値Ｉｂとの和になる。第２比較例でも、上記式（４）を参照して上述したように、電流値Ｉ１が小さいほど、抵抗値Ｒｔが高くなり、光測定装置４０１の測定感度が高くなる。また、上記式（５）を参照して上述したように、電流値Ｉ１が大きいほど、カットオフ周波数ｆｃが高くなり、増幅器２１の周波数帯域が広帯域になる。このような構成により、第２比較例では、バイアス電流値Ｉｂを調整することにより、電流値Ｉ１を調整して光測定装置４０１の測定感度、光測定装置４０１の測定速度及び増幅器２１の周波数帯域が調整される。
【0101】
第２比較例において、バイアス電流値Ｉｂを調整するためには、例えば電圧源Ｖ４０２にデジタル－アナログ変換部を採用し、電圧源Ｖ４０２の電圧値を可変にすることが考えられる。ここで、電圧源Ｖ４０２の電圧範囲は、光測定装置４０１の電源電圧によって制限される。その結果、バイアス電流値Ｉｂを広範囲で設定するためには、抵抗Ｒ４０３の抵抗値を低く設定することが求められる。抵抗Ｒ４０３の抵抗値を低く設定すると、大きなバイアス電流値Ｉｂを設定することができる。
【0102】
しかしながら、抵抗Ｒ４０３の抵抗値を低く設定すると、増幅器２１の非反転入力端子側から観たゲインすなわちノイズゲインが上昇する。従って、電圧源Ｖ４０２の電圧値を低くして測定感度を高くしても雑音レベルを小さくする事が出来ない。第２比較例では、増幅器２１のノイズゲインが上昇することを抑制するために、抵抗Ｒ４０３の抵抗値をある程度大きくすることが求められる。例えば、抵抗Ｒ４０３の抵抗値は、数［ＧΩ］に設定される。
【0103】
このように第２比較例では、増幅器２１のノイズゲインの上昇を抑制するために、抵抗Ｒ４０３の抵抗値をある程度大きくすることが求められる。その結果、第２比較例では、バイアス電流値Ｉｂを大きく設定することができない。第２比較例では、バイアス電流値Ｉｂを大きく設定することができないため、増幅器２１の周波数帯域を広帯域に設定することができない。増幅器２１の周波数帯域を広帯域に設定することができないと、光測定装置４０１では、図９を参照して以下に説明するように、被測定光の光強度が低くなる光波長において波形に歪みが生じてしまう。
【0104】
図９に、第１比較例及び第２比較例に係る光スペクトラムの波形を示す。図９では、横軸は、光波長［ｎｍ］である。また、縦軸は、光強度［ｄＢｍ］である。波形Ｗ３は、第１比較例に係る光測定装置３０１によって測定された光スペクトラムの波形である。波形Ｗ４は、第２比較例に係る光測定装置４０１によって測定された光スペクトラムの波形である。波形Ｗ４では、波形Ｗ３と比較すると、光強度が低くなる光波長の範囲において歪みが生じている。
【0105】
このような第２比較例に対し、本実施形態に係る光測定装置１では、図１に示すような、異なる抵抗値のオフセット抵抗Ｒ３０によって多様なオフセット電流値Ｉоｆｆを設定することができる。光測定装置１では、電圧源Ｖｂの電圧値ＶＢを低くすることなく、高い抵抗値のオフセット抵抗Ｒ３０を電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させることにより増幅器２１のノイズゲインが上昇することを抑制し、低いオフセット電流値Ｉоｆｆを設定することができる。また、光測定装置１では、低い抵抗値のオフセット抵抗Ｒ３０を電圧源Ｖｂと入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させることにより、大きなオフセット電流値Ｉоｆｆを設定することができる。その結果、増幅器２１のノイズゲインが上昇することを抑制しつつ、大きなオフセット電流値Ｉоｆｆを設定して増幅器２１の周波数帯域を広帯域にすることができる。このような構成により、光測定装置１では、図９に示すように光強度が低くなる光波長の範囲において波形に歪みが生じることが抑制される。
【0106】
また、第２比較例では、上述のように、出力電圧値Ｖо１に基づいてオフセット電流値Ｉоｆｆ１が測定されない。つまり、第２比較例では、本実施形態とは異なり、上記式（８）によって電流値Ｉ１からオフセット電流値Ｉоｆｆ１を差し引かずに、上記式（９）にてＩ１＝Ｉｐとして光強度Ｐｉｎが測定される。その結果、第２比較例では、バイアス電流値Ｉｂよりも小さな光電流値Ｉｐを測定することができない。
【0107】
このような第２比較例に対し、第１実施形態に係る光測定装置１では、制御部５２は、上記式（８）によって電流値Ｉ１からオフセット電流値Ｉｏｆｆ１を差し引くことにより、光電流値Ｉｐを算出する。さらに、制御部５２は、算出した光電流値Ｉｐと上記式（９）とによって光強度Ｐｉｎを算出する。このように上記式（８）によって電流値Ｉ１からオフセット電流値Ｉｏｆｆ１を差し引いて光電流値Ｉｐを算出することにより、オフセット電流値Ｉоｆｆ１をバイアス電流値Ｉｂよりも大きくすることができる。オフセット電流値Ｉоｆｆ１を大きくすることにより、光測定装置１の測定速度を高速にすることができる。
【0108】
以上のように第１実施形態に係る光測定装置１では、被測定光の光強度を検出する性能が向上される。
【0109】
（第２実施形態）
図１０に示すように、光測定装置１０１は、フォトダイオード１０と、対数増幅回路２０と、抵抗Ｒ５と、ＡＤ変換部４０と、演算装置２とを備える。光測定装置１０１は、増幅器６０（第２増幅器）と、抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ７と、ＤＡ変換部７０と、スイッチＳＷ１（第１スイッチ）と、スイッチＳＷ２（第２スイッチ）と、スイッチＳＷ３（第３スイッチ）と、スイッチＳＷ４（第４スイッチ）と、スイッチＳＷ５とを備える。光測定装置１０１は、スイッチ部１３０と、オフセット抵抗Ｒ１３０－１～Ｒ１３０－Ｎと、コンデンサＣ１３０－１～Ｃ１３０－Ｎとを備える。
図１０に示すように、光測定装置１０１は、フォトダイオード１０と、対数増幅回路２０と、抵抗Ｒ５と、ＡＤ変換部４０と、演算装置２とを備える。光測定装置１０１は、増幅器６０（第２増幅器）と、抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ７と、ＤＡ変換部７０と、スイッチＳＷ１（第１スイッチ）と、スイッチＳＷ２（第２スイッチ）と、スイッチＳＷ３（第３スイッチ）と、スイッチＳＷ４（第４スイッチ）と、スイッチＳＷ５とを備える。光測定装置１０１は、スイッチ部１３０と、オフセット抵抗Ｒ１３０－１～Ｒ１３０－Ｎと、コンデンサＣ１３０－１～Ｃ１３０－Ｎとを備える。
【0110】
以下、オフセット抵抗Ｒ１３０－１～Ｒ１３０－Ｎの各々を特に区別しない場合、これらは、まとめて「オフセット抵抗Ｒ１３０」とも記載される。また、コンデンサＣ１３０－１～Ｃ１３０－Ｎの各々を特に区別しない場合、これらは、まとめて「コンデンサＣ１３０」とも記載される。
【0111】
スイッチＳＷ１～ＳＷ５の各々は、メカニカルリレー、フォトモスリレー又はアナログスイッチ等を含んで構成される。スイッチＳＷ１～ＳＷ５は、アナログマルチプレクサとして構成されてもよい。なお、図１０において、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２は独立したスイッチとして示しているが、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２は１つのスイッチとして構成されてもよい。この場合、スイッチＳＷ１及びスイッチ２は、フォトダイオード１０のアノードの接続先を切り替えるスイッチであり、例えば、スイッチＳＷ５のような構成であってよい。また、図１０において、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３は独立したスイッチとして示しているが、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３は１つのスイッチとして構成されてもよい。この場合、スイッチＳＷ２及びスイッチ３は、増幅器６０の反転入力端子の接続先を切り替えるスイッチであり、例えば、スイッチＳＷ５のような構成であってよい。
【0112】
スイッチＳＷ１は、入力端子Ｐ１とフォトダイオード１０のアノードとを電気的に接続させるか否かを切り替え可能である。例えば、スイッチＳＷ１は、２つの端子を有する。スイッチＳＷ１の一方の端子は、入力端子Ｐ１に電気的に接続される。スイッチＳＷ１の他方の端子は、フォトダイオード１０のアノードに電気的に接続される。スイッチＳＷ１は、制御部５２からの制御信号に基づいて、オン状態又はオフ状態になる。スイッチＳＷ１がオン状態になると、入力端子Ｐ１とフォトダイオード１０とは、電気的に接続される。また、スイッチＳＷ１がオフ状態になると、入力端子Ｐ１とフォトダイオード１０とは、電気的に切り離される。
【0113】
スイッチＳＷ２は、フォトダイオード１０のアノードと増幅器６０の反転入力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能である。例えば、スイッチＳＷ２は、２つの端子を有する。スイッチＳＷ２の一方の端子は、フォトダイオード１０のアノードに電気的に接続される。スイッチＳＷ２の他方の端子は、増幅器６０の反転入力端子に電気的に接続される。スイッチＳＷ２は、制御部５２からの制御信号に基づいて、オン状態又はオフ状態になる。スイッチＳＷ２がオン状態になると、フォトダイオード１０のアノードと増幅器６０の反転入力端子とは、電気的に接続される。スイッチＳＷ２がオフ状態になると、フォトダイオード１０のアノードと増幅器６０の反転入力端子とは、電気的に切り離される。
【0114】
スイッチＳＷ３は、増幅器６０の反転入力端子と増幅器６０の出力端子とを電気的に接続させるか否かを切り替え可能である。例えば、スイッチＳＷ３は、２つの端子を有する。スイッチＳＷ３の一方の端子は、増幅器６０の反転入力端子に電気的に接続される。スイッチＳＷ３の他方の端子は、増幅器６０の出力端子に電気的に接続される。スイッチＳＷ３は、制御部５２からの制御信号に基づいて、オン状態又はオフ状態になる。スイッチＳＷ３がオン状態になると、増幅器６０の反転入力端子と増幅器６０の出力端子とは、電気的に接続される。スイッチＳＷ３がオフ状態になると、増幅器６０の反転入力端子と増幅器６０の出力端子とは、電気的に切り離される。
【0115】
スイッチＳＷ４は、増幅器６０の非反転入力端子を基準電位に電気的に接続させるか否かを切り替え可能である。例えば、スイッチＳＷ４は、２つの端子を有する。スイッチＳＷ４の一方の端子は、抵抗Ｒ６を介して増幅器６０の非反転入力端子に電気的に接続される。スイッチＳＷ４の他方の端子は、基準電位に電気的に接続される。スイッチＳＷ４は、制御部５２からの制御信号に基づいて、オン状態又はオフ状態になる。スイッチＳＷ４がオン状態になると、増幅器６０の非反転入力端子は、基準電位に電気的に接続される。スイッチＳＷ４がオフ状態になると、増幅器６０の非反転入力端子は、基準電位から電気的に切り離される。
【0116】
スイッチＳＷ５は、増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させるか又は対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０に電気的に接続させるかを切り替え可能である。例えば、スイッチＳＷ５は、３つの端子を有する。スイッチＳＷ５の一端子は、増幅器６０の出力端子に電気的に接続される。スイッチＳＷ５の一端子は、対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３に電気的に接続される。スイッチＳＷ５の一端子は、ＡＤ変換部４０に電気的に接続される。スイッチＳＷ５は、制御部５２からの制御信号に基づいて、増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させるか又は対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０に電気的に接続させるかを切り替える。
【0117】
増幅器６０の出力端子は、スイッチＳＷ５に電気的に接続される。増幅器６０の反転入力端子は、スイッチＳＷ２及びスイッチＳＷ３に電気的に接続される。増幅器６０の非反転入力端子は、抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７に電気的に接続される。
【0118】
抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７の各々は、２つの端子を有する。抵抗Ｒ６及び抵抗７の各々は、固定抵抗を含んで構成される。抵抗Ｒ６の一方の端子は、増幅器６０の非反転入力端子に電気的に接続される。抵抗Ｒ６の他方の端子は、スイッチＳＷ４に電気的に接続される。抵抗Ｒ７の一方の端子は、増幅器６０の非反転入力端子に電気的に接続される。抵抗Ｒ７の他方の端子は、ＤＡ変換部７０に電気的に接続される。
【0119】
ＤＡ変換部７０は、デジタル－アナログ変換部である。ＤＡ変換部７０は、抵抗Ｒ７を介して増幅器６０の非反転入力端子に電気的に接続される。ＤＡ変換部７０には、制御部５２からの制御信号がデジタル信号として入力される。ＤＡ変換部７０は、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＤＡ変換部７０は、アナログ信号を、抵抗Ｒ７を介して増幅器６０の非反転入力端子に出力する。このようなＤＡ変換部７０によって後述第１モード又は第２モードに応じた電圧が増幅器６０の非反転入力端子に入力される。
【0120】
オフセット抵抗Ｒ１３０は、２つの端子を有する。オフセット抵抗Ｒ１３０は、固定抵抗を含んで構成される。オフセット抵抗Ｒ１３０－１～Ｒ１３０－Ｎの各々の抵抗値は、異なる。例えば、オフセット抵抗Ｒ１３０の抵抗値は、オフセット抵抗Ｒ１３０－１からオフセット抵抗Ｒ１３０－Ｎに向けて１０倍ずつ大きくなる。
【0121】
コンデンサＣ１３０は、２つの端子を有する。コンデンサＣ１３０は、オフセット抵抗Ｒ１３０に電気的に並列接続される。例えば、コンデンサＣ１３０の一方の端子は、オフセット抵抗Ｒ１３０の一方の端子に電気的に接続される。コンデンサＣ１３０の他方の端子は、オフセット抵抗Ｒ１３０の他方の端子に電気的に接続される。
【0122】
コンデンサＣ１３０は、後述の第２モードでは、増幅器６０の帰還容量として機能する。コンデンサＣ１３０の容量値は、後述の第２モードにおける増幅器６０の応答特性に基づいて、適宜設定されてよい。
【0123】
スイッチ部１３０は、オフセット抵抗Ｒ１３０－１～Ｒ１３０－Ｎのうちで増幅器６０の出力端子とフォトダイオード１０との間に電気的に接続させるオフセット抵抗Ｒ１３０を切り替え可能である。また、スイッチ部１３０は、コンデンサＣ１３０－１～Ｃ１３０－Ｎのうちで増幅器６０の出力端子とフォトダイオード１０との間に電気的に接続させるコンデンサＣ１３０を切り替え可能である。スイッチ部１３０は、切り替えスイッチＳＷ１３０－１～Ｓ１３０－Ｎを含む。
【0124】
以下、切り替えスイッチＳＷ１３０－１～ＳＷ１３０－Ｎを特に区別しない場合、これらは、「切り替えスイッチＳＷ１３０」とも記載される。
【0125】
切り替えスイッチＳＷ１３０は、２つの端子を有する。切り替えスイッチＳＷ１３０は、メカニカルリレー、フォトモスリレー又はアナログスイッチ等を含んで構成される。ただし、スイッチ部１３０は、アナログマルチプレクサとして構成されてもよい。スイッチ部１３０がアナログマルチプレクサとして構成される場合、切り替えスイッチＳＷ１３０～Ｓ１３０－Ｎの各々の一方の端子が共通化される。
【0126】
以下、切り替えスイッチＳＷ１３０－ｉ（ｉは、１～Ｎまでの整数）に対応するオフセット抵抗Ｒ１３０及びコンデンサＣ１３０の各々は、「オフセット抵抗Ｒ１３０－ｉ」及び「コンデンサＣ１３０－ｉ」とも記載される。
【0127】
切り替えスイッチＳＷ１３０－ｉの一方の端子は、増幅器６０の出力端子に電気的に接続される。切り替えスイッチＳＷ１３０－ｉの他方の端子は、オフセット抵抗Ｒ１３０－ｉの一方の端子及びコンデンサＣ１３０－ｉの一方の端子に電気的に接続される。オフセット抵抗Ｒ１３０－ｉの他方の端子及びコンデンサＣ１３０－ｉの他方の端子は、フォトダイオード１０のアノードに電気的に接続される。ただし、切り替えスイッチＳＷ１３０－ｉの一方の端子がフォトダイオード１０のアノードに電気的に接続されてもよい。この場合、切り替えスイッチＳＷ１３０－ｉの他方の端子がオフセット抵抗Ｒ１３０－ｉの一方の端子及びコンデンサＣ１３０－ｉの一方の端子に電気的に接続される。また、オフセット抵抗Ｒ１３０－ｉの他方の端子及びコンデンサＣ１３０－ｉの他方の端子は、増幅器６０の出力端子に電気的に接続される。
【0128】
切り替えスイッチＳＷ１３０には、制御部５２からの制御信号が出力される。切り替えスイッチＳＷ１３０は、制御部５２からの制御信号に基づいて、オン状態又はオフ状態になる。切り替えスイッチＳＷ１３０－ｉがオン状態になると、オフセット抵抗Ｒ１３０－ｉ及びコンデンサＣ１３０－ｉは、増幅器６０の出力端子とフォトダイオード１０のアノードとの間に接続される。また、切り替えスイッチＳＷ１３０－ｉがオフ状態になると、オフセット抵抗Ｒ１３０－ｉ及びコンデンサＣ１３０－ｉは、増幅器６０の出力端子とフォトダイオード１０のアノードとの間から電気的に切り離される。
【0129】
光測定装置１０１は、第１モードと、第２モードとを有する。第１モードは、第１実施形態と同様に、図２に示すような対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１に基づいて被測定光の光強度を測定するモードである。第２モードは、以下に説明するように、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２に基づいて被測定光の光強度を測定するモードである。
【0130】
［第１モード］
制御部５２は、光測定装置１０１のモードを切り替えるための入力を、入力部５１によって受け付ける。この入力は、ユーザによって入力部５１から入力される。制御部５２は、この入力を入力部５１によって受け付けると、光測定装置１０１のモードを第１モードに切り替える。
制御部５２は、光測定装置１０１のモードを切り替えるための入力を、入力部５１によって受け付ける。この入力は、ユーザによって入力部５１から入力される。制御部５２は、この入力を入力部５１によって受け付けると、光測定装置１０１のモードを第１モードに切り替える。
【0131】
制御部５２は、スイッチＳＷ１～ＳＷ４に制御信号を適宜出力し、光測定装置１０１の接続状態を第１モードに対応する接続状態に切り替える。第１モードでは、制御部５２は、スイッチＳＷ１をオン状態、スイッチＳＷ２をオフ状態、スイッチＳＷ３をオン状態及び第４スイッチをオフ状態にする。
【0132】
第１モードでは、スイッチＳＷ１によってフォトダイオード１０のアノードと入力端子Ｐ１とが電気的に接続され、スイッチＳＷ２によってフォトダイオード１０のアノードと増幅器６０の反転入力端子とが電気的に切り離される。また、第１モードでは、スイッチＳＷ３によって増幅器６０の反転入力端子と増幅器６０の出力端子とが電気的に接続され、スイッチＳＷ４によって増幅器６０の非反転入力端子が基準電位から電気的に切り離される。
【0133】
制御部５２は、第１モードにおいて対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１を測定する際、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０から電気的に切り離し、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０に電気的に接続させる。このような構成により、制御部５２は、出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定することができる。
【0134】
制御部５２は、第１モードにおいて増幅器６０の出力電圧値Ｖо２を測定する際、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させ、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０から電気的に切り離す。このような構成により、制御部５２は、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２をＡＤ変換部４０によって測定することができる。
【0135】
第１モードでは、増幅器６０の反転入力端子と増幅器６０の出力端子とがスイッチＳＷ３によって電気的に接続されることにより、増幅器６０は、ボルテージフォロワとして機能する。増幅器６０がボルテージフォロワとして機能することにより、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２は、増幅器６０の非反転入力端子の電圧と等しくなる。増幅器６０の非反転入力端子に入力される電圧は、ＤＡ変換部７０、抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７によって設定される。第１モードでは、ＤＡ変換部７０が図１に示すような電圧源Ｖｂとして機能する。増幅器６０の出力電圧値Ｖо２は、増幅器６０がボルテージフォロワとして機能することにより、図１に示すような電圧源Ｖｂの電圧値ＶＢに対応する。
【0136】
第１モードでは、スイッチ部１３０は、オフセット抵抗Ｒ１３０－１～Ｒ１３０－Ｎのうちで増幅器６０の出力端子と入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させるオフセット抵抗Ｒ１３０を切り替え可能である。第１モードでは、スイッチ部１３０によって増幅器６０の出力端子と入力端子Ｐ１との間に電気的に接続されたオフセット抵抗Ｒ１３０によって、オフセット電流ｉоｆｆがスイッチＳＷ１を介して入力端子Ｐ１に入力される。
【0137】
［第１モード：測定感度の設定処理］
制御部５２は、例えば光スペクトラムの測定処理前に、第１モードの測定感度の入力を入力部５１によって受け付ける。第１モードの測定感度は、第１モードにて設定される光測定装置１０１の測定感度である。第１モードの測定感度は、図３を参照して上述したようなものであってよい。
制御部５２は、例えば光スペクトラムの測定処理前に、第１モードの測定感度の入力を入力部５１によって受け付ける。第１モードの測定感度は、第１モードにて設定される光測定装置１０１の測定感度である。第１モードの測定感度は、図３を参照して上述したようなものであってよい。
【0138】
第２実施形態では、記憶部５０には、第１モードの測定感度と、第１モードのその測定感度に設定するためのスイッチ部１３０の切り替え情報と、第１モードのその測定感度に設定するためのＤＡ変換部７０に入力するデジタル信号の情報とが対応付けて記憶される。スイッチ部１３０の切り替え情報は、オン状態にする切り替えスイッチＳＷ１３０の情報及びオフ状態にする切り替えスイッチＳＷ１３０の情報を含む。
【0139】
制御部５２は、第１モードの測定感度を入力部５１によって受け付けると、第１モードの測定感度に対応付けられたスイッチ部１３０の切り替え情報と、ＤＡ変換部７０に入力するデジタル信号の情報を、記憶部５０から取得する。制御部５２は、取得したデジタル信号の情報に基づいて、ＤＡ変換部７０にデジタル信号を出力することにより、ＤＡ変換部７０の出力電圧値を設定する。また、制御部５２は、取得したスイッチ部１３０の切り替え情報に基づいて、第１実施形態のスイッチ部３０と同様に、スイッチ部１３０を制御する。
【0140】
［第１モード：テーブル作成処理］
ところで、出力電圧値Ｖо１と電流値Ｉ１との実際の関係は、上記式（７）が表す関係からずれる場合がある。図１１に、出力電圧値Ｖо１と電流値Ｉ１との関係を示すグラフを示す。図１１では、横軸は、出力電圧値Ｖо１［Ｖ］である。また、縦軸は、電流値Ｉ１［Ａ］である。図１１において、破線は、上記式（７）によって算出される出力電圧値Ｖо１と電流値Ｉ１との関係を示す。実線は、実際の出力電圧値Ｖо１と電流値Ｉ１との関係を示す。図７に示すように、実線と破線との間には、ずれが生じている。このずれ量は、温度によって変化する。
ところで、出力電圧値Ｖо１と電流値Ｉ１との実際の関係は、上記式（７）が表す関係からずれる場合がある。図１１に、出力電圧値Ｖо１と電流値Ｉ１との関係を示すグラフを示す。図１１では、横軸は、出力電圧値Ｖо１［Ｖ］である。また、縦軸は、電流値Ｉ１［Ａ］である。図１１において、破線は、上記式（７）によって算出される出力電圧値Ｖо１と電流値Ｉ１との関係を示す。実線は、実際の出力電圧値Ｖо１と電流値Ｉ１との関係を示す。図７に示すように、実線と破線との間には、ずれが生じている。このずれ量は、温度によって変化する。
【0141】
ここで、フォトダイオード１０が遮光された状態では、光電流値Ｉｐが０［Ａ］（Ｉｐ＝０）となり、電流値Ｉ１がオフセット電流値Ｉоｆｆと等しくなる（Ｉ１＝Ｉоｆｆ）。さらに、第１モードでは、上述のように、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２は、図１に示すような電圧源Ｖｂの電圧値ＶＢに対応する。従って、第２実施形態では、制御部５２は、フォトダイオード１０が遮光されているときの増幅器６０の出力電圧値Ｖо２をＡＤ変換部４０によって測定することにより、電流値Ｉ１を測定することができる。
【0142】
制御部５２は、ＤＡ変換部７０の出力電圧値を変化させること及びスイッチ部１３０を切り替えることによって、オフセット電流値Ｉоｆｆすなわち電流値Ｉ１を設定する。制御部５２は、設定したオフセット電流値Ｉоｆｆ毎に、スイッチＳＷ５を適宜切り替えることにより、フォトダイオード１０が遮光されているときの出力電圧値Ｖо１と出力電圧値Ｖо２とをＡＤ変換部４０によって測定する。例えば、制御部５２は、設定したオフセット電流値Ｉоｆｆ毎に、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって、増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させ、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０から電気的に切り離す。制御部５２は、設定したオフセット電流値Ｉоｆｆ毎に、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２をＡＤ変換部４０によって測定する。また、制御部５２は、設定したオフセット電流値Ｉоｆｆ毎に、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって、増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０から電気的に切り離し、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３とＡＤ変換部４０を電気的に接続させる。制御部５２は、設定したオフセット電流値Ｉоｆｆ毎に、対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。
【0143】
制御部５２は、設定したオフセット電流値Ｉоｆｆ毎に、測定した出力電圧値Ｖо１と、測定した出力電圧値Ｖо２に基づいて算出される電流値Ｉ１とを対応づけることにより、図１２に示すようなテーブルを生成する。制御部５２は、測定した出力電圧値Ｖо２と式（１１）とによって、オフセット電流値Ｉоｆｆすなわち電流値Ｉ１を算出する。
Ｉоｆｆ＝Ｖо２／Ｒｓ１３０ 式（１１）
式（１１）において、抵抗値Ｒｓ１３０は、スイッチ部１３０によって増幅器６０の出力端子と入力端子Ｐ１との間に電気的に接続されたオフセット抵抗Ｒ１３０の抵抗値である。
Ｉоｆｆ＝Ｖо２／Ｒｓ１３０ 式（１１）
式（１１）において、抵抗値Ｒｓ１３０は、スイッチ部１３０によって増幅器６０の出力端子と入力端子Ｐ１との間に電気的に接続されたオフセット抵抗Ｒ１３０の抵抗値である。
【0144】
図１２に示すようなテーブルでは、出力電圧値Ｖо１には、ＡＤ変換部４０によってデジタルデータとして測定される出力電圧値Ｖо１が用いられる。図１２では、デジタルデータとしての出力電圧値Ｖо１のＡＡＡ、ＢＢＢ及びＣＣＣの各々と電流値Ｉ１のａａａ、ｂｂｂ及びｃｃｃの各々とが対応付けられている。制御部５２は、生成したテーブルを記憶部５０に記憶させる。
【0145】
ここで、ＤＡ変換部７０の出力電圧値の変化及びスイッチ部１３０の切り替えによって設定可能なオフセット電流値Ｉоｆｆの範囲は、＋１０［ｄＢｍ］から－９０［ｄＢｍ］までの広範囲の光強度に対応する光電流値Ｉｐと同じ範囲である。＋１０［ｄＢｍ］から－９０［ｄＢｍ］までの光強度の範囲は、後述の第２モードの測定範囲と同程度である。制御部５２は、広範囲で複数のオフセット電流値Ｉоｆｆを設定し、設定したオフセット電流値Ｉоｆｆ毎に測定した出力電圧値Ｖо１及び出力電圧値Ｖо２によってテーブルを生成することができる。
【0146】
制御部５２は、上記式（７）の代わりに生成したテーブルを用い、被測定光の光強度を算出することができる。上記式（７）によって算出される電流値Ｉ１は、上述のように実際の電流値Ｉ１からずれている。テーブルが用いられることにより、出力電圧値Ｖо１と電流値Ｉ１との実際の関係を用いて被測定光の光強度が算出される。このような構成により、被測定光の光強度が精度良く測定される。
【0147】
ここで、切り替えスイッチＳＷ１３０－１～ＳＷ１３０－Ｎの全てがオフ状態である場合、オフセット電流値Ｉоｆｆが０［Ａ］（Ｉоｆｆ＝０）となり、電流値Ｉ１が光電流値Ｉｐと等しくなる（Ｉ１＝Ｉｐ）。光強度が既知である被測定光をフォトダイオード１０に入力し、既知の被測定光の光強度から算出される光電流値Ｉｐに対応する対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１を、被測定光の光強度を変化させながら測定することにより、テーブルを作成することも可能である。しかしながら、光強度が既知である被測定光をフォトダイオード１０に入力することは、手間がかかる。また、被測定光を別途準備しなければ、上記式（７）によって算出される電流値Ｉ１と実際の電流値Ｉ１との間に生じるずれ量の温度に対する変化に対応することができない。このような構成に対し、本実施形態では、光強度が既知である被測定光をフォトダイオード１０に入力することなく、フォトダイオード１０を遮光した状態で、ＤＡ変換部７０の出力電圧値を変化させること及びスイッチ部１３０を切り替えることにより、広範囲でＩоｆｆを設定することが可能である。さらに、本実施形態では、スイッチＳＷ５を切り替えながら出力電圧値Ｖо１及び出力電圧値Ｖо２を測定することにより、テーブルを作成することができる。従って、本実施形態では、テーブルを容易に作成することができる。よって、本実施形態では、例えば光強度の測定処理の実行前又は定期的にテーブルを作成することにより、上記式（７）によって算出される電流値Ｉ１と実際の電流値Ｉ１との間に生じるずれ量の温度に対する変化にも対応することができる。
【0148】
なお、テーブルを作成するために、広範囲で複数のオフセット電流値Ｉоｆｆを設定し、設定したオフセット電流値Ｉоｆｆ毎に、対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１と増幅器６０の出力電圧値Ｖо２とを測定することには、時間がかかる場合がある。ここで、上記式（７）によって算出される電流値Ｉ１と実際の電流値Ｉ１との間に生じるずれ量の温度に対する変化は、出力電圧値Ｖо１のドリフトが支配的である。そこで、制御部５２は、一つのオフセット電流値Ｉоｆｆの設定に対して、対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１と、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２とを測定してよい。さらに、制御部５２は、測定した出力電圧値Ｖо２と上記式（１１）とにより算出されるオフセット電流値Ｉｏｆｆに対応した出力電圧値Ｖо１をテーブルから算出する。制御部５２は、算出した出力電圧値Ｖо１と測定した出力電圧値Ｖо１との差分を算出し、この差分をテーブルの出力電圧値Ｖо１の各々に加算する。この差分をテーブルの出力電圧値Ｖо１の各々に加算することにより、上記ドリフトによるずれ量の変化をテーブルに反映することができる。このような構成により、テーブルを作成する時間を短縮することができる。ここで、ＤＡ変換部７０の出力電圧値と、スイッチ部１３０により設定されるオフセット電流値Ｉоｆｆとは、電流値Ｉ２と同じ値であってよい。
【0149】
［第１モード：オフセット電流値の測定処理］
制御部５２は、第１実施形態と同様に、例えば光強度の測定処理の実行前又は定期的に、オフセット電流値Ｉоｆｆ１を測定する。第２実施形態では、制御部５２は、ＤＡ変換部７０に各測定感度に対応する出力電圧値を出力させ、且つスイッチ部１３０によって各測定感度に対応するオフセット電流値Ｉоｆｆを設定していきながら、フォトダイオード１０が遮光されているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。制御部５２は、増幅器６０の出力端子と入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させるオフセット抵抗Ｒ１３０を切り替えることにより、各測定感度に対応するオフセット電流値Ｉоｆｆを設定する。制御部５２は、測定感度毎のオフセット電流値Ｉоｆｆ１を、出力電圧値Ｖо１と上記テーブルにより算出する。制御部５２は、測定感度に対応付けたオフセット電流値Ｉоｆｆ１を記憶部５０に記憶させる。ただし、制御部５２は、第１実施形態と同様に、出力電圧値Ｖо１と、上記式（６）からオフセット電流値Ｉоｆｆ１を算出してもよい。
制御部５２は、第１実施形態と同様に、例えば光強度の測定処理の実行前又は定期的に、オフセット電流値Ｉоｆｆ１を測定する。第２実施形態では、制御部５２は、ＤＡ変換部７０に各測定感度に対応する出力電圧値を出力させ、且つスイッチ部１３０によって各測定感度に対応するオフセット電流値Ｉоｆｆを設定していきながら、フォトダイオード１０が遮光されているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。制御部５２は、増幅器６０の出力端子と入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させるオフセット抵抗Ｒ１３０を切り替えることにより、各測定感度に対応するオフセット電流値Ｉоｆｆを設定する。制御部５２は、測定感度毎のオフセット電流値Ｉоｆｆ１を、出力電圧値Ｖо１と上記テーブルにより算出する。制御部５２は、測定感度に対応付けたオフセット電流値Ｉоｆｆ１を記憶部５０に記憶させる。ただし、制御部５２は、第１実施形態と同様に、出力電圧値Ｖо１と、上記式（６）からオフセット電流値Ｉоｆｆ１を算出してもよい。
【0150】
［第１モード：光強度の測定処理］
制御部５２は、光強度の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０から電気的に切り離し、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３とＡＤ変換部４０を電気的に接続させる。
制御部５２は、光強度の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０から電気的に切り離し、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３とＡＤ変換部４０を電気的に接続させる。
【0151】
制御部５２は、被測定光がフォトダイオード１０に入射しているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。制御部５２は、測定した出力電圧値Ｖо１と、記憶部５０に記憶された図１２に示すようなテーブルと、測定感度に対応付けられたオフセット電流値Ｉоｆｆ１と、上記式（８）及び上記式（９）とによって、被測定光の光強度を算出する。つまり、制御部５２は、上記式（７）の代わりに図１２に示すようなテーブルを用いて被測定光の光強度を算出する。このような構成により、上述のように、被測定光の光強度が精度良く測定される。ただし、制御部５２は、第１実施形態と同様に、出力電圧値Ｖо１と、上記式（７）から上記式（９）とによって、被測定光の光強度を算出してもよい。
【0152】
［第２モード］
制御部５２は、光測定装置１０１のモードを第２モードに切り替えるための入力を、入力部５１によって受け付ける。この入力は、ユーザによって入力部５１から入力される。制御部５２は、この入力を入力部５１によって受け付けると、光測定装置１０１のモードを第２モードに切り替える。
制御部５２は、光測定装置１０１のモードを第２モードに切り替えるための入力を、入力部５１によって受け付ける。この入力は、ユーザによって入力部５１から入力される。制御部５２は、この入力を入力部５１によって受け付けると、光測定装置１０１のモードを第２モードに切り替える。
【0153】
制御部５２は、スイッチＳＷ１～ＳＷ４に制御信号を適宜出力し、光測定装置１０１の接続状態を第２モードに対応する接続状態に切り替える。第２モードでは、制御部５２は、スイッチＳＷ１をオフ状態、スイッチＳＷ２をオン状態、スイッチＳＷ３をオフ状態及び第４スイッチをオン状態にする。
【0154】
第２モードでは、スイッチＳＷ１によってフォトダイオード１０のアノードと入力端子Ｐ１とが電気的に切り離され、スイッチＳＷ２によってフォトダイオード１０のアノードと増幅器６０の反転入力端子とが電気的に接続される。また、第２モードでは、スイッチＳＷ３によって増幅器６０の反転入力端子と増幅器６０の出力端子とが電気的に切り離され、スイッチＳＷ４によって増幅器６０の非反転入力端子が基準電位に電気的に接続される。
【0155】
制御部５２は、第２モードにおいて増幅器６０の出力電圧値Ｖо２を測定する際、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させ、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０から電気的に切り離す。このような構成により、制御部５２は、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２をＡＤ変換部４０によって測定することができる。
【0156】
第２モードでは、スイッチ部１３０は、オフセット抵抗Ｒ１３０－１～Ｒ１３０－Ｎのうちで増幅器６０の出力端子と増幅器６０の反転入力端子との間に電気的に接続させるオフセット抵抗Ｒ１３０を切り替え可能である。増幅器６０の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されたオフセット抵抗Ｒ１３０と、増幅器６０とは、リニア増幅器を構成する。つまり、増幅器６０の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されたオフセット抵抗Ｒ１３０は、増幅器６０の帰還抵抗として機能する。以下、第２モードにおいて増幅器６０の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されたオフセット抵抗Ｒ１３０の抵抗値は、「帰還抵抗値Ｒｆ１３０」とも記載される。
【0157】
第２モードでは、スイッチ部１３０は、コンデンサＣ１３０－１～Ｃ１３０－Ｎのうちで増幅器６０の出力端子と増幅器６０の反転入力端子との間に電気的に接続させるコンデンサＣ１３０を切り替え可能である。増幅器６０の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されたコンデンサＣ１３０は、増幅器６０の帰還容量として機能する。以下、第２モードにおいて増幅器６０の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されたコンデンサＣ１３０の容量値は、「帰還容量値Ｃｆ１３０」とも記載される。
【0158】
［第２モード：測定感度の設定処理］
制御部５２は、例えば光スペクトラムの測定の実行前に、第２モードの測定感度の入力を入力部５１によって受け付ける。第２モードの測定感度は、第２モードにおいて設定される光測定装置１０１の測定感度である。
制御部５２は、例えば光スペクトラムの測定の実行前に、第２モードの測定感度の入力を入力部５１によって受け付ける。第２モードの測定感度は、第２モードにおいて設定される光測定装置１０１の測定感度である。
【0159】
第２モードでは、増幅器６０の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されたオフセット抵抗Ｒ１３０の抵抗値すなわち帰還抵抗値Ｒｆ１３０によって、光測定装置１０１の測定感度が変化する。帰還抵抗値Ｒｆ１３０が高くなるほど、光測定装置１０１の測定感度が高くなりなり、光測定装置１０１の雑音レベルが小さくなる。しかしながら、帰還抵抗値Ｒｆ１３０が高くなるほど、増幅器６０の応答速度が低下するため、光測定装置１０１の測定速度が低下する。また、増幅器６０のカットオフ周波数ｆｃは、式（１２）によって表される。
【0160】
ｆｃ＝１／（２π×Ｒｆ１３０×Ｃｆ１３０） 式（１２）
式（１２）において、帰還容量値Ｃｆ１３０は、上述のように、増幅器６０の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されたコンデンサＣ１３０すなわち帰還容量の容量値である。
式（１２）において、帰還容量値Ｃｆ１３０は、上述のように、増幅器６０の出力端子と反転入力端子との間に電気的に接続されたコンデンサＣ１３０すなわち帰還容量の容量値である。
【0161】
式（１２）から、帰還抵抗値Ｒｆ１３０が低くなるほどカットオフ周波数ｆｃが高くなり、増幅器６０の周波数帯域が広帯域になることが分かる。また、帰還容量値Ｃｆ１３０が小さくなるほどカットオフ周波数ｆｃが高くなり、増幅器６０の周波数帯域が広帯域になることが分かる。ただし、帰還容量値Ｃｆ１３０が小さくなると、増幅器６０の高周波雑音が大きくなる。従って、本実施形態では、帰還容量値Ｃｆ１３０をある程度の値に制限し、帰還抵抗値Ｒｆ１３０によってカットオフ周波数ｆｃが調整される。
【0162】
まとめると、第２モードでは、帰還抵抗値Ｒｆ１３０がより高くなるほど、第２モードの測定感度がより高くなる。第２モードの測定感度がより高くなるほど、増幅器６０の周波数帯域がより狭帯域になり、光測定装置１０１の測定速度がより低速になる。また、第２モードでは、帰還抵抗値Ｒｆがより低くなるほど、第２モードの測定感度がより低くなる。第２モードの測定感度がより低くなるほど、増幅器６０の周波数帯域がより広帯域になり、光測定装置１０１の測定速度がより高速になる。
【0163】
そこで、第２モードでは、入力部５１によって受け付けた第２モードの測定感度毎に、最大の帰還抵抗値Ｒｆ１３０が設定される。この最大の帰還抵抗値Ｒｆ１３０を超えないように、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２に基づいて帰還抵抗値Ｒｆ１３０が調整される。なお、最大の帰還抵抗値Ｒｆ１３０のデータは、第２モードの測定感度に対応付けて記憶部５０に記憶されてよい。
【0164】
ここで、第２モードでは、光強度の測定処理にて後述するように、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２に基づいて被測定光の光強度が算出される。この出力電圧値Ｖо２は、被測定光の光強度が大きくなるほど、大きくなる。出力電圧値Ｖо２がある程度大きくなると、リニア増幅器の電源電圧が制限されていることにより、この出力電圧値Ｖо２に基づいて被測定光の光強度を精度良くできない場合がある。つまり、第２モードでは、被測定光の光強度がある程度大きい場合、帰還抵抗値Ｒｆ１３０を小さくし、出力電圧値Ｖо２を小さくすることが望まれる。
【0165】
一例として、制御部５２は、後述の光強度の測定処理において、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２をＡＤ変換部４０によって測定する。この際、制御部５２は、出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲内であるか否か判定する。所定範囲の上限値は、増幅器６０の出力電圧値Ｖо２の最大の定格電圧値に基づいて設定されてもよいし、又は光強度の測定精度を保証する出力電圧値Ｖо２の絶対値の最大値に基づいて設定されてもよい。所定範囲の下限値は、現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０より１段階高い帰還抵抗値Ｒｆ１３０と所定範囲の上限値とに基づいて設定されてもよいし、又は光強度の測定精度を保証する出力電圧値Ｖо２の絶対値の最小値に基づいて設定されてもよい。
【0166】
制御部５２は、出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲内であると判定した場合、光強度の測定処理にて後述すように、出力電圧値Ｖо２に基づいて被測定光の光強度を測定する。
【0167】
一方、制御部５２は、出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲を超えると判定した場合、スイッチ部１３０を制御して現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０を１段階低い帰還抵抗値Ｒｆ１３０に切り替える。出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲を超える場合、リニア増幅器の電源電圧が制限されることにより、その出力電圧値Ｖо２に基づいて被測定光の光強度を精度良く算出できない可能性が高い。出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲を超える場合に現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０を１段階低い帰還抵抗値Ｒｆ１３０に切り替えることにより、出力電圧値Ｖо２を現在の電圧値よりも小さくすることができる。このような構成により、帰還抵抗値Ｒｆ１３０を切り替えた後の出力電圧値Ｖо２に基づいて被測定光の光強度が精度良く算出される。
【0168】
また、制御部５２は、出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲を下回ると判定した場合、スイッチ部１３０を制御して現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０を１段階高い帰還抵抗値Ｒｆ１３０に切り替える。出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲を下回る場合、雑音等の影響によって、その出力電圧値Ｖо２に基づいて被測定光の光強度を精度良く算出できない可能性が高い。出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲を下回る場合に現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０を１段階高い帰還抵抗値Ｒｆ１３０に切り替えることにより、光測定装置１０１の測定感度が現在の測定感度よりも高くなる。このような構成により、帰還抵抗値Ｒｆ１３０を切り替えた後の出力電圧値Ｖо２に基づいて被測定光の光強度が精度良く算出される。
【0169】
［第２モード：光強度の測定処理］
制御部５２は、光強度の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させ、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０から電気的に切り離す。
制御部５２は、光強度の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させ、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０から電気的に切り離す。
【0170】
制御部５２は、フォトダイオード１０に被測定光が入射しているときの増幅器６０の出力電圧値Ｖо２をＡＤ変換部４０によって測定する。出力電圧値Ｖо２と、光電流値Ｉｐとの関係は、式（１３）によって表される。
Ｖо２＝－Ｒｆ１３０×Ｉｐ＋Ｖоｆｆ 式（１３）
式（１３）において、帰還抵抗値Ｒｆ１３０は、上述したように、増幅器６０の出力端子と増幅器６０の反転入力端子との間に電気的に接続されたオフセット抵抗Ｒ１３０の抵抗値である。電圧値Ｖоｆｆは、増幅器６０の反転入力端子と非反転入力端子との間の電位差が０［Ｖ］であるときの増幅器６０の出力電圧値Ｖо２すなわち増幅器６０の出力オフセット電圧値である。
Ｖо２＝－Ｒｆ１３０×Ｉｐ＋Ｖоｆｆ 式（１３）
式（１３）において、帰還抵抗値Ｒｆ１３０は、上述したように、増幅器６０の出力端子と増幅器６０の反転入力端子との間に電気的に接続されたオフセット抵抗Ｒ１３０の抵抗値である。電圧値Ｖоｆｆは、増幅器６０の反転入力端子と非反転入力端子との間の電位差が０［Ｖ］であるときの増幅器６０の出力電圧値Ｖо２すなわち増幅器６０の出力オフセット電圧値である。
【0171】
式（１３）の電圧値Ｖоｆｆを低減させるために、図１０に示す構成では、増幅器６０の非反転入力端子に、ＤＡ変換部７０が出力する電圧を抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７によって分圧させた電圧が入力される。電圧値Ｖоｆｆは、数［ｍＶ］程度である。抵抗Ｒ６の抵抗値が例えば数［Ω］程度に設定され、抵抗Ｒ７の抵抗値は、抵抗Ｒ６の抵抗値よりも十分に大きくなるように設定される。また、電圧値Ｖоｆｆは、後述のように、帰還抵抗値Ｒｆ１３０に対応付けて記憶部５０に記憶される。
【0172】
制御部５２は、記憶部５０から取得した電圧値Ｖоｆｆと、測定した出力電圧値Ｖо２と、式（１３）とによって、光電流値Ｉｐを算出する。制御部５２は、算出した光電流値Ｉｐと上記式（９）とによって、被測定光の光強度Ｐｉｎを算出する。
【0173】
ここで、ユーザは、パルス光の光強度を測定したい場合、光測定装置１０１のモードを第２モードに切り替えるための入力を入力部５１から入力することにより、光測定装置１０１のモードを第２モードに切り替えることができる。第２モードにおけるリニア増幅器では、例えば対数増幅器よりも、パルス光の光強度の時間平均値を容易に測定することができる。例えば、リニア増幅器では、リニア増幅器の帰還容量値Ｃｆ１３０を大きくすることにより、パルス光の光強度の時間平均値を測定することができる。この場合、第２モードにおいて、制御部５２は、パルス光の周期に応じた帰還容量値Ｃｆ１３０を有するコンデンサＣ１３０をスイッチ部１３０によって増幅器６０の出力端子と増幅器６０の反転入力端子との間に電気的に接続させてよい。また、増幅器６０の出力端子とＡＤ変換部４０との間に低域通過濾波器が設けられてもよい。低域通過濾波器を介して増幅器６０の出力電圧値をＡＤ変換部４０によって測定することにより、パルス光の光強度の時間平均値を測定することができる。
【0174】
また、第１モードにおける対数増幅器の１／ｆ雑音は、第２モードにおけるリニア増幅器の１／ｆ雑音よりも大きくなる場合がある。その結果、第１モードでは第２モードほど、光測定装置１０１の測定感度を高感度にできない場合がある。この場合、ユーザは、被測定光の光強度が小さいために光測定装置１０１の測定感度をより高感度に設定したい場合、光測定装置１０１のモードを第２モードに切り替えることができる。
【0175】
［第２モード：電圧値Ｖоｅの調整処理及び電圧値Ｖоｆｆの測定処理］
フォトダイオード１０が遮光された状態である場合、上記式（１３）は、式（１４）のように表される。
Ｖо２＝Ｖоｆｆ 式（１４）
フォトダイオード１０が遮光された状態である場合、上記式（１３）は、式（１４）のように表される。
Ｖо２＝Ｖоｆｆ 式（１４）
【0176】
式（１４）から、フォトダイオード１０が遮光された状態であるときの増幅器６０の出力電圧値Ｖо２を測定することにより、電圧値Ｖоｆｆを測定することができることが分かる。
【0177】
ここで、電圧値Ｖоｆｆは、式（１５）によって表される。
Ｖоｆｆ＝（１＋Ｒｆ１３０／Ｒｐｄ）×
（Ｖоｅ＋ｒ６／（ｒ６＋ｒ７）×Ｖо３） 式（１５）
式（１５）において、電圧値Ｖоｅは、増幅器６０の入力オフセット電圧値である。抵抗値Ｒｐｄは、フォトダイオード１０の並列抵抗値である。抵抗値ｒ６は、抵抗Ｒ６の抵抗値である。抵抗値ｒ７は、抵抗Ｒ７の抵抗値である。出力電圧値Ｖо３は、ＤＡ変換部７０が出力する出力電圧値である。
Ｖоｆｆ＝（１＋Ｒｆ１３０／Ｒｐｄ）×
（Ｖоｅ＋ｒ６／（ｒ６＋ｒ７）×Ｖо３） 式（１５）
式（１５）において、電圧値Ｖоｅは、増幅器６０の入力オフセット電圧値である。抵抗値Ｒｐｄは、フォトダイオード１０の並列抵抗値である。抵抗値ｒ６は、抵抗Ｒ６の抵抗値である。抵抗値ｒ７は、抵抗Ｒ７の抵抗値である。出力電圧値Ｖо３は、ＤＡ変換部７０が出力する出力電圧値である。
【0178】
制御部５２は、電圧値Ｖоｅを打ち消すようにＤＡ変換部７０の出力電圧値を調整してよい。例えば、帰還抵抗値Ｒｆ１３０が最小値であるとき、リニア増幅器のノイズゲインの影響が小さくなることにより、電圧値Ｖоｆｆと電圧値Ｖоｅとの対応関係は、式（１６）によって表せられる。
【0179】
Ｖоｆｆ≒Ｖоｅ＋ｒ６／（ｒ６＋ｒ７）×Ｖо３ 式（１６）
式（１６）から分かるように、帰還抵抗値Ｒｆ１３０が最小値であるとき、電圧値Ｖоｆｆを測定することにより、電圧値Ｖоｅを打ち消すための出力電圧値Ｖо３を求めることが可能となる。
式（１６）から分かるように、帰還抵抗値Ｒｆ１３０が最小値であるとき、電圧値Ｖоｆｆを測定することにより、電圧値Ｖоｅを打ち消すための出力電圧値Ｖо３を求めることが可能となる。
【0180】
制御部５２は、スイッチ部１３０を制御して帰還抵抗値Ｒｆ１３０を最小値にし、フォトダイオード１０が遮光された状態であるときの増幅器６０の出力電圧値Ｖо２すなわち電圧値ＶоｆｆをＡＤ変換部４０によって測定する。制御部５２は、式（１６）より電圧値Ｖоｆｆを０［Ｖ］にするためのＤＡ変換部７０の出力電圧値Ｖо３を算出する。制御部５２は、算出した出力電圧値Ｖо３をＤＡ変換部７０に出力させるためにＤＡ変換部７０に入力するデジタル信号を特定する。制御部５２は、このデジタル信号をＤＡ変換部７０に入力することにより、電圧値Ｖоｅを打ち消す。制御部５２は、このデジタル信号の情報を記憶部５０に記憶させる。
【0181】
このような構成により、帰還抵抗値Ｒｆ１３０が最小値であるとき、電圧値Ｖоｆｆは、０［Ｖ］からの誤差が小さくなる。しかしながら、帰還抵抗値Ｒｆ１３０が最小値以外であるとき、電圧値Ｖоｆｆは、ノイズゲインにより誤差が増幅されるため、０［Ｖ］からの誤差が大きくなる。
【0182】
そこで、制御部５２は、スイッチ部１３０を切り替えながら帰還抵抗値Ｒｆ１３０毎に、フォトダイオード１０が遮光された状態であるときの増幅器６０の出力電圧値Ｖо２すなわち電圧値ＶоｆｆをＡＤ変換部４０によって測定する。制御部５２は、測定した電圧値Ｖоｆｆと、その電圧値Ｖоｆｆを測定したときの帰還抵抗値Ｒｆ１３０とを対応付けて記憶部５０に記憶させる。制御部５２は、測定した電圧値Ｖоｆｆと、その電圧値Ｖоｆｆを測定したときの帰還抵抗値Ｒｆ１３０に設定するためのスイッチ部１３０の切り替え情報とを対応付けて、記憶部５０に記憶させる。
【0183】
なお、制御部５２は、電圧値Ｖоｅを打ち消すようにＤＡ変換部７０の出力電圧値Ｖо３を調整しなくてもよい。この場合、制御部５２は、上述したように、帰還抵抗値Ｒｆ１３０毎の電圧値Ｖоｆｆを測定し、測定した電圧値Ｖоｆｆと、その電圧値Ｖоｆｆを測定したときの帰還抵抗値Ｒｆ１３０とを対応付けて記憶部５０に記憶させる。
【0184】
制御部５２は、定期的に、電圧値Ｖоｅを打ち消すようにＤＡ変換部７０の出力電圧値Ｖо３を調整してよい。また、制御部５２は、定期的に、帰還抵抗値Ｒｆ１３０毎の電圧値Ｖоｆｆを測定してよい。電圧値Ｖоｅは、光測定装置１０１の温度に応じて変化する。電圧値Ｖоｅを打ち消すように定期的にＤＡ変換部７０の出力電圧値Ｖо３が調整されることにより、第２モードにおいて被測定光の光強度が精度良く測定される。また、帰還抵抗値Ｒｆ１３０毎の電圧値Ｖоｆｆが定期的に測定されることにより、第２モードにおいて被測定光の光強度が精度良く測定される。
【0185】
［光測定装置の動作］
図１３及び図１４は、図１０に示す光測定装置１０１の光測定方法の一例を示すフローチャートである。光測定方法は、制御部５２等のプロセッサに実行させる光測定プログラムとして実現されてもよい。光測定プログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されてよい。制御部５２は、光測定装置１０１のモードを切り替えるための入力を入力部５１によって検出すると、図１３に示すようなステップＳ２０の処理を開始する。
図１３及び図１４は、図１０に示す光測定装置１０１の光測定方法の一例を示すフローチャートである。光測定方法は、制御部５２等のプロセッサに実行させる光測定プログラムとして実現されてもよい。光測定プログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されてよい。制御部５２は、光測定装置１０１のモードを切り替えるための入力を入力部５１によって検出すると、図１３に示すようなステップＳ２０の処理を開始する。
【0186】
ステップ２０の処理において、制御部５２は、光測定装置１０１のモードを切り替えるための入力を、入力部５１によって受け付ける。制御部５２は、この入力が第１モードに切り替えるための入力であるか否か判定する（ステップＳ２１）。制御部５２は、この入力が第１モードに切り替えるための入力であると判定する場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２２の処理に進む。一方、制御部５２は、この入力が第２モードに切り替えるための入力であると判定する場合（ステップＳ２１：Ｎо）、ステップＳ３２の処理に進む。
【0187】
ステップＳ２２の処理において、制御部５２は、スイッチＳＷ１～ＳＷ４に制御信号を適宜出力し、光測定装置１０１の接続状態を第１モードに対応する接続状態に切り替える。
【0188】
ステップＳ２３の処理において、制御部５２は、第１モードの測定感度の入力を入力部５１によって受け付ける。
【0189】
ステップＳ２４の処理の実行前に、フォトダイオード１０は、遮光された状態にされる。ステップＳ２４の処理において、制御部５２は、ＤＡ変換部７０の出力電圧値を変化させること及びスイッチ部１３０を切り替えることによって、オフセット電流値Ｉоｆｆすなわち電流値Ｉ１を設定する。制御部５２は、設定したオフセット電流値Ｉоｆｆ毎に、スイッチＳＷ５を適宜切り替えることにより、フォトダイオード１０が遮光されているときの出力電圧値Ｖо１と出力電圧値Ｖо２とをＡＤ変換部４０によって測定する。
【0190】
ステップＳ２５の処理において、制御部５２は、設定したオフセット電流値Ｉоｆｆ毎に、ステップＳ２４の処理で測定した出力電圧値Ｖо１と、ステップＳ２４の処理で測定した出力電圧値Ｖо２に基づいて算出される電流値Ｉ１とを対応付けることにより、図１２に示すようなテーブルを生成する。制御部５２は、測定した出力電圧値Ｖо２と上記式（１１）とによって、オフセット電流値Ｉоｆｆすなわち電流値Ｉ１を算出する。
【0191】
ステップＳ２６の処理において、制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０から電気的に切り離し、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０に電気的に接続させる。
【0192】
ステップＳ２７の処理の実行前に、フォトダイオード１０は、遮光された状態にされる。ステップＳ２７の処理において、制御部５２は、各測定感度に設定するためのスイッチ部１３０の切り替え情報と各測定感度に設定するためのＤＡ変換部７０に入力するデジタル信号の情報を、記憶部５０から取得する。制御部５２は、取得した情報に基づいて、ＤＡ変換部７０に各測定感度に対応する出力電圧値を出力させ、且つスイッチ部１３０によって各測定感度に対応するオフセット電流値Ｉоｆｆを設定していきながら、対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。
【0193】
ステップＳ２８の処理において、制御部５２は、オフセット電流値Ｉоｆｆ１を、ステップＳ２７の処理で測定した出力電圧値Ｖо１とステップＳ２５の処理で生成したテーブルとによって算出する。制御部５２は、第１モードの各測定感度に対応付けたオフセット電流値Ｉоｆｆ１を記憶部５０に記憶させる。
【0194】
ステップＳ２９の処理において、制御部５２は、ステップＳ２３の処理で受け付けた第１モードの測定感度に設定するためのスイッチ部１３０の切り替え情報と、その第１モードの測定感度に設定するためのＤＡ変換部７０に入力するデジタル信号の情報を、記憶部５０から取得する。制御部５２は、取得した情報に基づいて、ＤＡ変換部７０とスイッチ部１３０を制御する。
【0195】
ステップＳ３０の処理の実行前に、フォトダイオード１０は、被測定光がフォトダイオード１０を透過することが可能な状態にされる。ステップＳ３０の処理では、光波長を掃引させながら被測定光がフォトダイオード１０に入力される。ステップＳ３０の処理において、制御部５２は、被測定光がフォトダイオード１０に入射しているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。
【0196】
ステップＳ３１の処理において、制御部５２は、ステップＳ３０の処理で測定した出力電圧値Ｖо１と、ステップＳ２５の処理で生成したテーブルと、上記式（８）及び上記式（９）とによって、被測定光の光強度を算出する。
【0197】
ステップＳ３２の処理において、制御部５２は、スイッチＳＷ１～ＳＷ４に制御信号を適宜出力し、光測定装置１０１の接続状態を第２モードに対応する接続状態に切り替える。
【0198】
ステップＳ３３の処理において、制御部５２は、第２モードの測定感度の入力を入力部５１によって受け付ける。
【0199】
ステップＳ３４の処理において、制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させ、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０から電気的に切り離す。
【0200】
ステップＳ３５の処理の実行前に、フォトダイオード１０は、遮光された状態にされる。ステップＳ３５の処理において、制御部５２は、スイッチ部１３０を制御して帰還抵抗値Ｒｆ１３０を最小値にし、フォトダイオード１０が遮光された状態であるときの増幅器６０の出力電圧値Ｖо２すなわち電圧値ＶоｆｆをＡＤ変換部４０によって測定する。ステップＳ３５の処理において、制御部５２は、電圧値Ｖоｆｆを０［Ｖ］にするためにＤＡ変換部７０に入力するデジタル信号を特定する。制御部５２は、特定したデジタル信号をＤＡ変換部７０に入力することにより、電圧値Ｖоｅを打ち消す。
【0201】
ステップＳ３６の処理の実行前に、フォトダイオード１０は、遮光された状態にされる。ステップＳ３６の処理において、制御部５２は、スイッチ部１３０を切り替えながら帰還抵抗値Ｒｆ１３０毎に、フォトダイオード１０が遮光された状態であるときの増幅器６０の出力電圧値Ｖо２すなわち電圧値ＶоｆｆをＡＤ変換部４０によって測定する。
【0202】
ステップＳ３７の処理において、制御部５２は、ステップＳ３３の処理で受け付けた第２モードの測定感度に対応付けられた最大の帰還抵抗値Ｒｆ１３０のデータを記憶部５０から取得する。制御部５２は、スイッチ部１３０を制御して帰還抵抗値Ｒｆ１３０を、最小の帰還抵抗値Ｒｆ１３０と取得した最大の帰還抵抗値Ｒｆ１３０との間の中間値の帰還抵抗値Ｒｆ１３０にする。この最小の帰還抵抗値Ｒｆ１３０は、オフセット抵抗Ｒ１３０で設定可能な帰還抵抗値Ｒｆ１３０のうちで最小の帰還抵抗値Ｒｆ１３０である。
【0203】
ステップＳ３８の処理の実行前に、フォトダイオード１０は、被測定光がフォトダイオード１０を透過することが可能な状態にされる。また、ステップＳ３８の処理の実行前に、制御部５２は、ステップＳ３５の処理で特定したデジタル信号をＤＡ変換部７０に出力する。ステップＳ３８の処理では、被測定光がフォトダイオード１０に入力される。ステップＳ３８の処理において、制御部５２は、被測定光がフォトダイオード１０に入射しているときの増幅器６０の出力電圧値Ｖо２をＡＤ変換部４０によって測定する。
【0204】
制御部５２は、ステップＳ３８の処理の実行後、図１４に示すようなステップＳ３９の処理に進む。
【0205】
ステップＳ３９の処理において、制御部５２は、ステップＳ３８の処理で測定した出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲内であるか否か判定する。制御部５２は、出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲内であると判定した場合（ステップＳ３９：Ｙｅｓ）、ステップＳ４０の処理に進む。一方、制御部３９は、出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲外であると判定した場合（ステップＳ３９：Ｎо）、ステップＳ４１の処理に進む。
【0206】
ステップＳ４０の処理において、制御部５２は、ステップＳ３６の処理で測定した電圧値Ｖоｆｆと、測定した出力電圧値Ｖо２と、上記式（１３）とによって光電流値Ｉｐを算出する。ステップＳ４０の処理において、制御部５２は、光電流値Ｉｐと上記式（９）とによって被測定光の光強度Ｐｉｎを算出する。
【0207】
ステップＳ４１の処理において、制御部５２は、ステップＳ３８の処理で測定した出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲を超えるか否か判定する。制御部５２は、出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲を超えると判定する場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、ステップＳ４２の処理に進む。一方、制御部５２は、出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲を超えると判定しない場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）すなわち出力電圧値Ｖо２の絶対値が所定範囲を下回る場合、ステップＳ４４の処理に進む。
【0208】
ステップＳ４２の処理において、制御部５２は、現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０が最小の帰還抵抗値Ｒｆ１３０であるか否か判定する。制御部５２は、現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０が最小の帰還抵抗値Ｒｆ１３０あると判定した場合（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、ステップＳ４０の処理に進む。一方、制御部５２は、現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０が最小の帰還抵抗値Ｒｆ１３０とではないと判定した場合（ステップＳ４２：Ｎо）、ステップＳ４３の処理に進む。
【0209】
ステップＳ４３の処理において、制御部５２は、スイッチ部１３０を制御して現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０を１段階低い帰還抵抗値Ｒｆ１３０に切り替える。ステップＳ４３の処理を実行した後、制御部５２は、ステップＳ３８の処理に戻る。
【0210】
ステップＳ４４の処理において、制御部５２は、現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０がステップＳ３７の処理で取得した最大の帰還抵抗値Ｒｆ１３０であるか否か判定する。制御部５２は、現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０が最大の帰還抵抗値Ｒｆ１３０であると判定した場合（ステップＳ４４：Ｙｅｓ）、ステップＳ４０の処理に進む。一方、制御部５２は、現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０が最大の帰還抵抗値Ｒｆ１３０とではないと判定した場合（ステップＳ４４：Ｎо）、ステップＳ４５の処理に進む。
【0211】
ステップＳ４５の処理において、制御部５２は、スイッチ部１３０を制御して現在の帰還抵抗値Ｒｆ１３０を１段階高い帰還抵抗値Ｒｆ１３０に切り替える。ステップＳ４５の処理を実行した後、制御部５２は、ステップＳ３８の処理に戻る。
【0212】
なお、制御部５２は、例えばステップＳ２４～Ｓ２５、ステップＳ２６～Ｓ２８及びステップＳ３５，Ｓ３６の各々の処理を事前に実行していれば、ステップＳ２４～Ｓ２５、ステップＳ２６～Ｓ２８及びステップＳ３５，Ｓ３６の各々の処理を実行しなくてもよい。
【0213】
また、制御部５２は、ステップＳ２４～Ｓ２５、ステップＳ２６～Ｓ２８及びステップＳ３５，Ｓ３６の処理を任意のタイミングで定期的に実行してもよい。ステップＳ２４～Ｓ２５，Ｓ２６～Ｓ２８，Ｓ３５，Ｓ３６を実行する際に、第１実施形態にて上述したように、ユーザが手動でフォトダイオード１０を遮光してもよいし、フォトダイオード１０が自動的に遮光させるように光測定装置１０１が構成されてもよい。
【0214】
以上のように第２実施形態では、オフセット抵抗Ｒ１３０をオフセット電流値Ｉоｆｆの調整に用いるとともに増幅器６０の帰還抵抗として用いることができる。このような構成により、コスト削減及び実装面積の削減を実現しつつ、対数増幅器及びリニア増幅器の両方を構成することができる光測定装置１０１が提供される。また、光測定装置１０１が第１モード及び第２モードを有することにより、例えばユーザは、被測定光に応じて光測定装置１０１のモードを第１モード又は第２モードに適宜切り替えることができる。
【0215】
第２実施形態に係る光測定装置１０１のその他の構成及び効果は、第１実施形態に係る光測定装置１の構成及び効果と同様である。
【0216】
（第３実施形態）
図１５に示すように、光測定装置２０１は、フォトダイオード１０と、対数増幅回路２０と、抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ７と、ＡＤ変換部４０と、演算装置２と、増幅器６０と、ＤＡ変換部７０と、スイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ２と、スイッチＳＷ３と、スイッチＳＷ４と、スイッチＳＷ５と、スイッチ部１３０と、オフセット抵抗Ｒ１３０－１～Ｒ１３０－Ｎと、コンデンサＣ１３０－１～Ｃ１３０－Ｎとを備える。光測定装置２０１は、トランジスタＴ３と、抵抗Ｒ８と、スイッチＳＷ６（第５スイッチ）とを備える。
図１５に示すように、光測定装置２０１は、フォトダイオード１０と、対数増幅回路２０と、抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ７と、ＡＤ変換部４０と、演算装置２と、増幅器６０と、ＤＡ変換部７０と、スイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ２と、スイッチＳＷ３と、スイッチＳＷ４と、スイッチＳＷ５と、スイッチ部１３０と、オフセット抵抗Ｒ１３０－１～Ｒ１３０－Ｎと、コンデンサＣ１３０－１～Ｃ１３０－Ｎとを備える。光測定装置２０１は、トランジスタＴ３と、抵抗Ｒ８と、スイッチＳＷ６（第５スイッチ）とを備える。
【0217】
トランジスタＴ３は、ディプレッション型のＮチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）である。トランジスタＴ３は、例えば、ディプレッション型のＮチャネル接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ：Junction Field Effect Transistor）である。ただし、トランジスタＴ３は、ディプレッション型のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）であってもよい。
【0218】
トランジスタＴ３のゲートは、対数増幅回路２０の入力端子Ｐ１に電気的に接続される。トランジスタＴ３のドレインは、電圧源Ｖｃｃに電気的に接続される。電圧源Ｖｃｃは、電圧値ＶＣＣの電圧を供給する。電圧値ＶＣＣは、正の電圧値である。トランジスタＴ３のドレインには、電圧値ＶＣＣの電圧が入力される。トランジスタＴ３のソースは、抵抗Ｒ８を介して電圧源Ｖｅｅに電気的に接続される。電圧源Ｖｅｅは、電圧値ＶＥＥの電圧を供給する。電圧値ＶＥＥは、負の電圧値である。トランジスタＴ３のソースには、電圧値ＶＥＥの電圧が抵抗Ｒ８を介して入力される。なお、トランジスタＴ３において、ドレインとソースは機能的に区別できない。したがって、本実施形態の説明において、トランジスタＴ３のドレインとソースとを入れ替えても、トランジスタＴ３は入れ替える前と同様の機能を有する。
【0219】
抵抗Ｒ８は、２つの端子を有する。抵抗Ｒ８は、固定抵抗を含んで構成される。抵抗８の一方の端子は、トランジスタＴ３のソースに電気的に接続される。抵抗Ｒ８の他方の端子は、電圧源Ｖｅｅに電気的に接続される。抵抗Ｒ８の抵抗値は、トランジスタＴ３の所望のソース電圧値に基づいて、適宜設定される。
【0220】
スイッチＳＷ６は、メカニカルリレー、フォトモスリレー又はアナログスイッチ等を含んで構成される。スイッチＳＷ６は、アナログマルチプレクサとして構成されてもよい。
【0221】
スイッチＳＷ６は、フォトダイオード１０のカソードを基準電位に電気的に接続させるか又はトランジスタＴ３のソースに電気的に接続させるかを切り替え可能である。例えば、スイッチＳＷ６は、３つの端子を有する。スイッチＳＷ６の一端子は、フォトダイオード１０のカソードに電気的に接続される。スイッチＳＷ６の一端子は、トランジスタＴ３のソースに電気的に接続される。スイッチＳＷ６の一端子は、基準電位に電気的に接続される。スイッチＳＷ６は、制御部５２からの制御信号に基づいて、フォトダイオード１０のカソードを基準電位に電気的に接続させるか又はトランジスタＴ３のソースに電気的に接続させるかを切り替える。
【0222】
光測定装置２０１は、第２実施形態と同様に、第１モードと、第２モードとを有する。
【0223】
［第１モード］
制御部５２は、第２実施形態と同様に、光測定装置２０１のモードを第１モードに切り替えるための入力を入力部５１によって受け付ける。制御部５２は、この入力を受け付けると、スイッチＳＷ１～ＳＷ４に制御信号を適宜出力し、第２実施形態と同様に、光測定装置２０１の接続状態を第１モードに対応する接続状態に切り替える。
制御部５２は、第２実施形態と同様に、光測定装置２０１のモードを第１モードに切り替えるための入力を入力部５１によって受け付ける。制御部５２は、この入力を受け付けると、スイッチＳＷ１～ＳＷ４に制御信号を適宜出力し、第２実施形態と同様に、光測定装置２０１の接続状態を第１モードに対応する接続状態に切り替える。
【0224】
制御部５２は、第２実施形態と同様に、第１モードにおいて対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１を測定する際、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０から電気的に切り離し、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０に電気的に接続させる。
【0225】
制御部５２は、第２実施形態と同様に、第１モードにおいて増幅器６０の出力電圧値Ｖо２を測定する際、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させ、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０から電気的に切り離す。
【0226】
[第１モード：光強度の測定処理]
制御部５２は、第２実施形態と同様に、光強度の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０から電気的に切り離し、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０に電気的に接続させる。
制御部５２は、第２実施形態と同様に、光強度の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０から電気的に切り離し、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０に電気的に接続させる。
【0227】
第３実施形態では、制御部５２は、光強度の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ６に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ６に制御信号を出力し、スイッチＳＷ６によってフォトダイオード１０のカソードを基準電位から電気的に切り離し、且つフォトダイオード１０のカソードをトランジスタＴ３のソースに電気的に接続させる。
【0228】
トランジスタＴ３のゲートは、スイッチＳＷ１を介してフォトダイオード１０のアノードに電気的に接続される。トランジスタＴ３のソースは、スイッチＳＷ６を介してフォトダイオード１０のカソードに電気的に接続される。フォトダイオード１０のカソードに対するアノードの電圧値は、トランジスタＴ３のソースに対するゲートの電圧値と同じになる。ここで、トランジスタＴ３は、ディプレッション型のトランジスタであることにより、トランジスタＴ３のソースに対するゲートの電圧値が負の電圧値であるときも、オンすることができる。このような構成により、フォトダイオード１０に逆バイアスを入力することができる。また、フォトダイオード１０に入力される逆バイアスは、トランジスタＴ３のソースに対するゲートの電圧値に維持される。つまり、トランジスタＴ３は、ブートストラップ回路として機能する。
【0229】
このようにフォトダイオード１０に入力される逆バイアスがトランジスタＴ３のソースに対するゲートの電圧値に維持されることにより、対数増幅回路２０の入力端子Ｐ１から観たフォトダイオード１０の静電容量値が等価的に小さくなる。フォトダイオード１０の静電容量値が等価的に小さくなることにより、図１６を参照して以下に説明するようなリカバリタイムが低減される。
【0230】
図１６に、図１５に示す対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１の波形を示す。図１６では、横軸は、時間［ｍｓｅｃ］である。また、縦軸は、出力電圧値Ｖо１［Ｖ］である。時間０［ｍｓｅｃ］で、電流値Ｉ１は、１０［ｍＡ］から１０［ｎＡ］に急激に低下する。
【0231】
波形Ｗ５は、トランジスタＴ３を備えない光測定装置における出力電圧値Ｖо１の波形である。波形Ｗ６は、トランジスタＴ３を備える光測定装置２０１における出力電圧値Ｖо１の波形である。
【0232】
電流値Ｉ１が急激に低下した場合、図２に示すような増幅器２１が電流値Ｉ１の急激な変化に応答できず、図２に示すようなトランジスタＴ１のコレクタからエミッタに電流が流れ続けてしまう場合がある。トランジスタＴ１のコレクタからエミッタに電流が流れ続けてしまうと、入力端子Ｐ１に入力される電圧値が負になる。入力端子Ｐ１に入力される電圧値が負になると、トランジスタＴ１のエミッタからコレクタに流れる電流が非常に小さいことにより、増幅器２１の出力電圧値Ｖａ１は、正の電圧値に飽和する。増幅器２１の出力電圧値Ｖａ１が正の電圧値に飽和すると、対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１は、負の電圧値に飽和する。
【0233】
出力電圧値Ｖо１が負の電圧値に飽和すると、トランジスタＴ３を備えない光測定装置では、波形Ｗ５のように出力電圧値Ｖо１が電流値Ｉ１に対応した電圧値に回復するまでのリカバリタイムが必要になる。波形Ｗ５のリカバリタイムは、０．２［ｍｓｅｃ］程度である。
【0234】
これに対し、本実施形態では、トランジスタＴ３によってフォトダイオード１０の静電容量値を等価的に小さくすることができるため、波形Ｗ６のようにリカバリタイムが低減される。
【0235】
ここで、オフセット電流値Ｉоｆｆを大きくすることにより、リカバタイムを低減することができる。しかしながら、オフセット電流値Ｉоｆｆを大きくすると、対数増幅回路２０の雑音が大きくなる場合がある。本実施形態では、オフセット電流値Ｉоｆｆを大きくすることなく、トランジスタＴ３を追加することによりリカバリタイムを低減することができる。このような構成により、対数増幅回路２０の雑音が大きくなることを抑制しつつ、リカバリタイムを低減することができる。
【0236】
また、フォトダイオード１０の受光面積を小さくしてフォトダイオード１０の静電容量値を小さくすることにより、リカバリタイムを低減することができる。しかしながら、フォトダイオード１０の受光面積を小さくすると、フォトダイオード１０への被測定光の結合効率が低下する。本実施形態では、フォトダイオード１０の受光面積を小さくすることなく、トランジスタＴ３を追加することによりリカバリタイムを低減することができる。このような構成により、フォトダイオード１０への被測定光の結合効率が低下することを抑制しつつ、リカバリタイムを低減することができる。
【0237】
[第１モード：測定感度の設定処理]
トランジスタＴ３のソース電圧値は、トランジスタＴ３の電流特性及び抵抗Ｒ８の抵抗値によって決まる。例えば、トランジスタＴ３のソース電圧値は、１［Ｖ］程度となる。トランジスタＴ３のソース電圧値が０［Ｖ］以上になることにより、トランジスタＴ３のソースがフォトダイオード１０のカソードに電気的に接続されると、数［ｎＡ］から数十［ｐＡ］の電流値の暗電流が生じる場合がある。
トランジスタＴ３のソース電圧値は、トランジスタＴ３の電流特性及び抵抗Ｒ８の抵抗値によって決まる。例えば、トランジスタＴ３のソース電圧値は、１［Ｖ］程度となる。トランジスタＴ３のソース電圧値が０［Ｖ］以上になることにより、トランジスタＴ３のソースがフォトダイオード１０のカソードに電気的に接続されると、数［ｎＡ］から数十［ｐＡ］の電流値の暗電流が生じる場合がある。
【0238】
そこで、第３実施形態では、制御部５２は、後述するようにＤＡ変換部７０の出力電圧値を調整する。調整後の出力電圧値をＤＡ変換部７０に出力させるためにＤＡ変換部７０に入力されるデジタル信号の情報は、測定感度毎に記憶部５０に記憶される。
【0239】
制御部５２は、第２実施形態と同様に、例えば光スペクトラムの測定処理前に、第１モードの測定感度の入力を入力部５１によって受け付ける。制御部５２は、この入力を受け付けると、第１モードの測定感度に対応付けられたＤＡ変換部７０の出力電圧値を調整するためのデジタル信号の情報を取得する。制御部５２は、取得した情報に基づいて、デジタル信号をＤＡ変換部７０に出力する。また、制御部５２は、第２実施形態と同様に、第１モードの測定感度に対応付けられたスイッチ部１３０の切り替え情報を、記憶部５０から取得する。制御部５２は、第２実施形態と同様に、取得したスイッチ部１３０の切り替え情報に基づいて、スイッチ部１３０を制御する。
【0240】
[第１モード：テーブルの作成処理]
制御部５２は、図１２に示すようなテーブルを作成する際、スイッチＳＷ６に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ６に制御信号を出力し、スイッチＳＷ６によってフォトダイオード１０のカソードを基準電位に電気的に接続させ、且つフォトダイオード１０のカソードをトランジスタＴ３のソースから電気的に切り離す。このような構成により、暗電流の影響を受けることなく、図１２に示すようなテーブルを作成することができる。
制御部５２は、図１２に示すようなテーブルを作成する際、スイッチＳＷ６に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ６に制御信号を出力し、スイッチＳＷ６によってフォトダイオード１０のカソードを基準電位に電気的に接続させ、且つフォトダイオード１０のカソードをトランジスタＴ３のソースから電気的に切り離す。このような構成により、暗電流の影響を受けることなく、図１２に示すようなテーブルを作成することができる。
【0241】
[第１モード：オフセット電流値の測定処理]
制御部５２は、第２実施形態と同様に、例えば光強度の測定処理の実行前又は定期的に、オフセット電流値Ｉоｆｆ１を測定する。
制御部５２は、第２実施形態と同様に、例えば光強度の測定処理の実行前又は定期的に、オフセット電流値Ｉоｆｆ１を測定する。
【0242】
第３実施形態では、制御部５２は、オフセット電流値の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ６に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ６によってフォトダイオード１０のカソードを基準電位から電気的に切り離し、且つフォトダイオード１０のカソードをトランジスタＴ３のソースに電気的に接続させる。
【0243】
制御部５２は、第２実施形態と同様に、ＤＡ変換部７０に各測定感度に対応する出力電圧値を出力させ、且つスイッチ部１３０によって各測定感度に対応するオフセット電流値Ｉоｆｆを設定していきながら、フォトダイオード１０が遮光されているときの対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。さらに、制御部５２は、測定感度毎のオフセット電流値Ｉоｆｆ１を、出力電圧値Ｖо１と上記テーブルにより算出する。
【0244】
制御部５２は、測定感度に対応付けたオフセット電流値Ｉоｆｆ１を記憶部５０に記憶させる。ただし、制御部５２は、第１実施形態と同様に、出力電圧値Ｖо１と、上記式（６）からオフセット電流値Ｉоｆｆ１を算出してもよい。
【0245】
ここで、第３実施形態では、オフセット電流値Ｉоｆｆ１は、暗電流の影響により、図３に示すような感度設定毎のオフセット電流値Ｉоｆｆと大きく異なる場合がある。オフセット電流値Ｉоｆｆ１は、ＤＡ変換部７０の出力電圧値により変化させることが可能である。そこで、制御部５２は、オフセット電流値Ｉоｆｆ１が図３に示すようなオフセット電流値と同じ値になるときにＤＡ変換部７０に入力されるデジタル信号を特定する。例えば、第１モードの測定感度が図３に示すような感度Ａの場合、増幅器６０の出力端子と入力端子Ｐ１との間に電気的に接続させるオフセット抵抗Ｒ１３０の抵抗値は、図３に示すような抵抗値Ｒｓ３０と同じ１［ＭΩ］に設定される。第１モードの測定感度が感度Ａである場合、制御部５２は、オフセット電流値Ｉоｆｆ１が２００［ｎＡ］になるときにＤＡ変換部７０に入力されるデジタル信号を特定する。制御部５２は、特定したデジタル信号の情報を、第１モードの測定感度に対応付けて記憶部５０に記憶する。
【0246】
第１モードのその他の処理は、第２実施形態と同様である。
【0247】
［第２モード］
制御部５２は、第２実施形態と同様に、光測定装置２０１のモードを第２モードに切り替えるための入力を入力部５１によって受け付ける。制御部５２は、この入力を受け付けると、第２実施形態と同様に、スイッチＳＷ１～ＳＷ４に制御信号を適宜出力し、光測定装置２０１の接続状態を第２モードに対応する接続状態に切り替える。
制御部５２は、第２実施形態と同様に、光測定装置２０１のモードを第２モードに切り替えるための入力を入力部５１によって受け付ける。制御部５２は、この入力を受け付けると、第２実施形態と同様に、スイッチＳＷ１～ＳＷ４に制御信号を適宜出力し、光測定装置２０１の接続状態を第２モードに対応する接続状態に切り替える。
【0248】
制御部５２は、第２実施形態と同様に、第２モードにおいて増幅器６０の出力電圧値Ｖо２を測定する際、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させ、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０から電気的に切り離す。
【0249】
［第２モード：光強度の測定処理］
制御部５２は、第２実施形態と同様に、光強度の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させ、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０から電気的に切り離す。
制御部５２は、第２実施形態と同様に、光強度の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ５に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ５に制御信号を出力し、スイッチＳＷ５によって増幅器６０の出力端子をＡＤ変換部４０に電気的に接続させ、且つ対数増幅回路２０の出力端子Ｐ３をＡＤ変換部４０から電気的に切り離す。
【0250】
ここで、上述のように、トランジスタＴ３のソース電圧値が０［Ｖ］以上になることにより、数［ｎＡ］から数十［ｐＡ］の電流値の暗電流が生じる場合がある。
【0251】
そこで、制御部５２は、光強度の測定処理を実行する前に、スイッチＳＷ６に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ６に制御信号を出力し、スイッチＳＷ６によってフォトダイオード１０のカソードを基準電位に電気的に接続させ、フォトダイオード１０のカソードをトランジスタＴ３のソースから電気的に切り離す。このような構成により、光測定装置２０１において、上述の暗電流が生じることが抑制され、光測定装置２０１の雑音が大きくなることが抑制される。
【0252】
第２モードのその他の処理は、第２実施形態と同様である。
【0253】
【0254】
ただし、第３実施形態では、ステップＳ２４の処理において、制御部５２は、出力電圧値Ｖо１及び出力電圧値Ｖо２を測定する前に、スイッチＳＷ６に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ６に制御信号を出力し、スイッチＳＷ６によってフォトダイオード１０のカソードを基準電位に電気的に接続させ、且つフォトダイオード１０のカソードをトランジスタＴ３のソースから電気的に切り離す。
【0255】
また、第３実施形態では、ステップＳ２６の処理において、制御部５２は、スイッチＳＷ５を制御することに加えて、スイッチＳＷ６を制御する。ステップＳ２６の処理において、制御部５２は、スイッチＳＷ６に制御信号を出力する。制御部５２は、スイッチＳＷ６に制御信号を出力し、スイッチＳＷ６によってフォトダイオード１０のカソードを基準電位から電気的に切り離し、フォトダイオード１０のカソードをトランジスタＴ３のソースに電気的に接続する。
【0256】
また、第３実施形態では、ステップＳ３４の処理において、制御部５２は、スイッチＳＷ５を制御することに加えて、スイッチＳＷ６を制御する。ステップＳ３４の処理において、制御部５２は、スイッチＳＷ６に制御信号を出力し、スイッチＳＷ６によってフォトダイオード１０のカソードを基準電位に電気的に接続させ、フォトダイオード１０のカソードをトランジスタＴ３のソースから電気的に切り離す。
【0257】
第３実施形態に係る光測定装置２０１のその他の構成及び効果は、第１実施形態に係る光測定装置１又は第２実施形態に係る光測定装置１０１の構成及び効果と同様である。
【0258】
本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップに含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【0259】
例えば、上述の実施形態では、非線形素子としてのトランジスタＴ１が増幅器２１の出力端子と非反転入力端子との間に電気的に接続されるものとして説明した。ただし、トランジスタＴ１以外の非線形素子が増幅器２１の出力端子と非反転入力端子との間に電気的に接続されてもよい。
【0260】
例えば、図１に示すような電圧源Ｖｂにアナログ－デジタル変換部が採用されてよい。電圧源Ｖｂにアナログ－デジタル変換部が採用されることにより、電圧値ＶＢを可変にすることができる。
【0261】
【0262】
例えば、図１に示すような光測定装置１が図１２に示すようなテーブルを生成し、上記式（７）の代わりに当該テーブルを用いて被測定光の光強度を測定してもよい。光測定装置１がテーブルを生成する際、オフセット電流値Ｉоｆｆを０［Ａ］にした状態で、光強度が既知である被測定光がフォトダイオード１０に入力される。つまり、電流値Ｉ１は、既知の光電流値Ｉｐと等しくなる。制御部５２は、既知の光電流値Ｉｐすなわち電流値Ｉ１を変化させながら、対数増幅回路２０の出力電圧値Ｖо１をＡＤ変換部４０によって測定する。制御部５２は、光電流値Ｉｐと出力電圧値Ｖо１とを対応付けることにより、テーブルを生成する。
【符号の説明】
【0263】
１，１０１，２０１ 光測定装置
２ 演算装置
１０ フォトダイオード
２０ 対数増幅回路（対数増幅器）
２１ 増幅器（第１増幅器）
２２，２３ 増幅器
３０，１３０ スイッチ部
４０ ＡＤ変換部
５０ 記憶部
５１ 入力部
５２ 制御部
６０ 増幅器（第２増幅器）
７０ ＤＡ変換部
Ｃ１３０ コンデンサ
Ｐ１ 入力端子
Ｐ２ 入力端子
Ｐ３ 出力端子
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８ 抵抗
Ｒ３０，Ｒ１３０ オフセット抵抗
ＳＷ１ スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（第２スイッチ）
ＳＷ３ スイッチ（第３スイッチ）
ＳＷ４ スイッチ（第４スイッチ）
ＳＷ５ スイッチ
ＳＷ６ スイッチ（第５スイッチ）
ＳＷ３０，ＳＷ１３０ 切り替えスイッチ
Ｔ１，Ｔ２ トランジスタ（非線形素子）
Ｔ３ トランジスタ
２ 演算装置
１０ フォトダイオード
２０ 対数増幅回路（対数増幅器）
２１ 増幅器（第１増幅器）
２２，２３ 増幅器
３０，１３０ スイッチ部
４０ ＡＤ変換部
５０ 記憶部
５１ 入力部
５２ 制御部
６０ 増幅器（第２増幅器）
７０ ＤＡ変換部
Ｃ１３０ コンデンサ
Ｐ１ 入力端子
Ｐ２ 入力端子
Ｐ３ 出力端子
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８ 抵抗
Ｒ３０，Ｒ１３０ オフセット抵抗
ＳＷ１ スイッチ（第１スイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（第２スイッチ）
ＳＷ３ スイッチ（第３スイッチ）
ＳＷ４ スイッチ（第４スイッチ）
ＳＷ５ スイッチ
ＳＷ６ スイッチ（第５スイッチ）
ＳＷ３０，ＳＷ１３０ 切り替えスイッチ
Ｔ１，Ｔ２ トランジスタ（非線形素子）
Ｔ３ トランジスタ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】