(57)【要約】【課題】光センサ手段の分光感度特性を波長に対して正又は負に傾斜させることで、被試験光の光パワーを正確に測ることのできる光パワーメータを提供する。【解決手段】それぞれ感度波長領域が制限された異なる分光感度特性を有した光センサＳを複数個配列することにより構成された光センサ手段１１を備えた光パワーメータにおいて、光センサ手段からの信号に基づき光パワーを求める制御手段１０３は、（ａ）それぞれ異なる光センサの分光感度特性に対応して重み付けを行い、各光センサの分光感度特性が、所定範囲の波長領域において、近似的にＲａ（λ）＝ａλ＋ｂなる式で表される第１の光センサ手段Ａと、近似的にＲｂ（λ）＝ｃλ＋ｄなる式で表される第２の光センサ手段Ｂと、を求め、（ｂ）次いで、第１の光センサ手段Ａと、第２の光センサ手段Ｂのそれぞれの出力信号Ｓａ、Ｓｂから、被試験光の重心波長を求め、該重心波長から光パワーを演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定範囲の波長領域に感度特性を有する光センサ手段を備えた検出部と、前記検出部からの受光信号により光パワーを計算する測定部とを備えた光パワーメータにおいて、
前記光センサ手段は、光学フィルタと受光素子とを備え、それぞれ感度波長領域が制限された異なる分光感度特性を有した光センサを複数個配列することにより構成され、
前記測定部は、前記光センサ手段からの信号に基づき光パワーを求める制御手段を備え、
前記制御手段は、
（ａ）それぞれ異なる前記光センサの分光感度特性に対応して重み付けを行い、前記各光センサの分光感度特性が、前記所定範囲の波長領域において、近似的にＲａ（λ）＝ａλ＋ｂなる式で表される第１の光センサ手段Ａと、近似的にＲｂ（λ）＝ｃλ＋ｄ（ａ≠ｃ）なる式で表される第２の光センサ手段Ｂと、を求め、
（ｂ）次いで、前記第１の光センサ手段Ａ及び前記第２の光センサ手段Ｂのそれぞれの出力信号Ｓａ及びＳｂから、被試験光の重心波長を求め、該重心波長から光パワーを演算する、
ことを特徴とする光パワーメータ。
【請求項２】
前記光パワーをＰとすると、前記光パワーＰは、下記式、
Ｐ＝Ｓａ／｛ａ（ｄ・Ｓａ／Ｓｂ−ｂ）／（ａ−ｃ・Ｓａ／Ｓｂ）＋ｂ｝
により求められることを特徴とする請求項１に記載の光パワーメータ。
【請求項３】
前記検出部は、内部に前記光センサ手段が設置された筐体を有しており、前記筐体には、被試験光が入射する入射部開口が設けられ、前記入射部開口には拡散板が設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光パワーメータ。
【請求項４】
前記測定部の前記制御手段は、
前記光センサ手段からの受光信号である電流信号を電圧に変換するＩ／Ｖ変換アンプと、前記Ｉ／Ｖ変換アンプからの受光信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器にて変換された受光信号を保存する第１の記憶手段と、前記重み付け係数を記憶する第２の記憶手段と、を備え、
前記第１の記憶手段に保存されている前記受光信号と、前記第２記憶手段に保存されている重み付け係数を用いて、前記各光センサの感度特性を重み付けさせて、加算することにより、合算後の光センサの分光感度特性を所定範囲の波長領域に対して正又は負の方向に傾いた特性の前記第１の光センサ手段Ａ又は前記第２の光センサ手段Ｂを形成し得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の光パワーメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としての、蛍光灯、電球、ＬＥＤ照明、ＬＥＤ素子、ＬＤ、ＬＣＤ（液晶ディスプレー）などからの光のパワーを測定する光パワーメータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、蛍光灯、電球、ＬＥＤ素子などの測定対象光源からの光（被試験光）のパワーを測定する光パワーメータとして、種々の装置が提案されている。
【０００３】
被試験光の波長が未知の場合、光スペクトラムアナライザや分光放射計などの高額な測定器を用いて光パワーを測定することが可能である。
【０００４】
また、安価な構成として、受光素子として、波長に対して異なる感度特性を有するシリコンフォトダイオードなどの量子型の半導体素子を用いた光センサを使用している光パワーメータがある。
【０００５】
従って、このようなパワーメータでは、光パワーを正確に測定するために、測定すべき被試験光の波長を機器に設定して、光センサの分光感度特性を補正して測定する必要がある。
【０００６】
そこで、特許文献１には、本願添付の図６〜図８に示すように、被測定光源１からの被試験光の波長を測定しなくても、光センサ手段としての受光器Ａ、Ｂが２個という構成でアパーチャー２に入射した光パワーを測定できる光パワーメータが開示されている。
【０００７】
つまり、この光パワーメータでは、アパーチャー２に入射した被試験光を拡散透過板３で拡散させて、ガラスフィルタｆとシリコンフォトダイオードＰＤで構成した、２個の感度が異なる受光器Ａ、Ｂで検出する。
【０００８】
次いで、シリコンフォトダイオードＰＤで光を電気に変換し、Ｉ−Ｖ変換回路（演算回路と帰還抵抗）４、５で電圧に変換後、アナログスイッチ６で交互にＡ／Ｄ変換器７によってＡＤ変換し、ＣＰＵ８に取り込む。
【０００９】
２個の感度の異なる受光器、即ち、分光感度特性Ｒ（λ）が波長に対して正の傾きを有する、即ち、Ｒａ（λ）＝ａλ＋ｂの受光器Ａと、負の傾きを有する、即ち、Ｒｂ（λ）＝ｃλ＋ｄの受光器Ｂとの出力から被試験光の重心波長λｘを求め、光パワーを測定する。
【特許文献１】特開昭６３−１２７１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１の光パワーメータでは、２個の受光器Ａ、Ｂの分光感度特性は、波長に対して感度が直線的に変化しなければならない。この傾きに歪みが生じると測定誤差が生じる。
【００１１】
一般に、光パワーメータ用の光センサＳは、光学フィルタｆと受光素子（シリコンフォトダイオード）ＰＤで構成している。
【００１２】
しかし、一般に、光学フィルタｆの色ガラスフィルタは、一例として波長領域４００ｎｍ〜７００ｎｍなどとされる比較的ブロードは領域で分光透過率が直線的に変化する特性を得ることは難しい。また、受光素子ＰＤも波長に対して感度の傾きが一定でなく、一例として波長４００ｎｍと波長７００ｎｍの領域では波長に対する感度の傾きが異なる。
【００１３】
また、光センサを量産する場合、光学フィルタの分光透過特性や受光素子の分光感度特性にばらつきが生じると構成上そのばらつきを補正することができない。
【００１４】
従って、従来の方法では、高精度に光パワーを測定することは困難である。
【００１５】
本発明の目的は、光センサ手段の分光感度特性を波長に対して正又は負に傾斜させることで、被試験光の光パワーを正確に測ることのできる光パワーメータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的は本発明に係る光パワーメータにて達成される。要約すれば、本発明は、所定範囲の波長領域に感度特性を有する光センサ手段を備えた検出部と、前記検出部からの受光信号により光パワーを計算する測定部とを備えた光パワーメータにおいて、
前記光センサ手段は、光学フィルタと受光素子とを備え、それぞれ感度波長領域が制限された異なる分光感度特性を有した光センサを複数個配列することにより構成され、
前記測定部は、前記光センサ手段からの信号に基づき光パワーを求める制御手段を備え、
前記制御手段は、
（ａ）それぞれ異なる前記光センサの分光感度特性に対応して重み付けを行い、前記各光センサの分光感度特性が、前記所定範囲の波長領域において、近似的にＲａ（λ）＝ａλ＋ｂなる式で表される第１の光センサ手段Ａと、近似的にＲｂ（λ）＝ｃλ＋ｄ（ａ≠ｃ）なる式で表される第２の光センサ手段Ｂと、を求め、
（ｂ）次いで、前記第１の光センサ手段Ａ及び前記第２の光センサ手段Ｂのそれぞれの出力信号Ｓａ及びＳｂから、被試験光の重心波長を求め、該重心波長から光パワーを演算する、
ことを特徴とする光パワーメータである。
【００１７】
本発明の一実施態様によれば、前記光パワーをＰとすると、前記光パワーＰは、下記式、
Ｐ＝Ｓａ／｛ａ（ｄ・Ｓａ／Ｓｂ−ｂ）／（ａ−ｃ・Ｓａ／Ｓｂ）＋ｂ｝
により求められる。
【００１８】
本発明の他の実施態様によれば、前記検出部は、内部に前記光センサ手段が設置された筐体を有しており、前記筐体には、被試験光が入射する入射部開口が設けられ、前記入射部開口には拡散板が設置されている。
【００１９】
本発明の他の実施態様によれば、
前記測定部の前記制御手段は、
前記光センサ手段からの受光信号である電流信号を電圧に変換するＩ／Ｖ変換アンプと、前記Ｉ／Ｖ変換アンプからの受光信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器にて変換された受光信号を保存する第１の記憶手段と、前記重み付け係数を記憶する第２の記憶手段と、を備え、
前記第１の記憶手段に保存されている前記受光信号と、前記第２記憶手段に保存されている重み付け係数を用いて、前記各光センサの感度特性を重み付けさせて、加算することにより、合算後の光センサの分光感度特性を所定範囲の波長領域に対して正又は負の方向に傾いた特性の前記第１の光センサ手段Ａ又は前記第２の光センサ手段Ｂを形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光センサ手段の分光感度特性を波長に対して正又は負に傾斜させることで、被試験光の光パワーを正確に測ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る光パワーメータを図面に則して更に詳しく説明する。
【００２２】
実施例１
本発明の光パワーメータの測定原理は、先に「背景技術」の項にて説明した特許文献１に記載の技術と同様であるが、図８を参照して再度簡単に説明すると次の通りである。
【００２３】
（測定原理）
図８にて、光パワーメータは、分光感度特性を波長に対して正又は負に傾斜した２つの受光器、即ち、第１の受光器Ａと第２の受光器Ｂとを備えている。
【００２４】
第１の受光器Ａと第２の受光器Ｂの分光感度特性Ｒａ（λ）、Ｒｂ（λ）は、
Ｒａ（λ）＝ａλ＋ｂ                                    （１）
Ｒｂ（λ）＝ｃλ＋ｄ    （ａ≠ｃ）                      （２）
と表される。波長がλ１、λ２、放射（光）パワーがＰ１、Ｐ２の２本の輝線のビームを第１の受光器Ａと第２の受光器Ｂで受ける場合、各第１、第２の受光器Ａ、Ｂの出力信号Ｓａ、Ｓｂは、
Ｓａ＝Ｐ１・Ｒａ（λ１）＋Ｐ２・Ｒａ（λ２）            （３）
Ｓｂ＝Ｐ１・Ｒｂ（λ１）＋Ｐ２・Ｒｂ（λ２）            （４）
で表される。
【００２５】
また、Ｒａ（λ）、Ｒｂ（λ）は、直線であるから、λ１とλ２の間でＰ１、Ｐ２の割合に応じて次式で示される重心波長λｘが存在する。
λｘ＝λ１＋Ｐ２（λ２−λ１）／（Ｐ１＋Ｐ２）          （５）
上記式（３）、（４）、（５）より、
Ｓａ＝（Ｐ１＋Ｐ２）（ａλｘ＋ｂ）                      （６）
Ｓｂ＝（Ｐ１＋Ｐ２）（ｃλｘ＋ｄ）                      （７）
が得られる。
【００２６】
ここで、第１、第２の受光器Ａ、Ｂの出力信号Ｓａ、Ｓｂの比ｋを取り、
ｋ＝Ｓａ／Ｓｂ                                          （８）
と定義すると、上記式（６）、（７）より、
ｋ＝（ａλｘ＋ｂ）／（ｃλｘ＋ｄ）                      （９）
となり、この式を変形し得て、
λｘ＝（ｋｄ−ｂ）／（ａ−ｋｃ）                        （10）
が得られ、受光器の比ｋからλｘを導くことができる。λｘが求まれば、上記式（６）を用いて、
Ｐ１＋Ｐ２＝Ｓａ／（ａλｘ＋ｂ）
＝Ｓａ／｛ａ（ｄ・Ｓａ／Ｓｂ−ｂ）／（ａ−ｃ・Ｓａ／Ｓｂ）＋ｂ｝（11）
が得られ、Ｐ１、Ｐ２、λ１、λ２の個々の値を知る必要なく、各受光器の出力信号の読みＳａ、Ｓｂから入射（光）パワーの合計を求めることができる。
【００２７】
（光パワーメータ全体構成）
図１及び図２を参照して、本発明に係る光パワーメータ１の一実施例を説明する。
【００２８】
図１は、本実施例における光パワーメータ１の電気的構成の一実施例を示すブロック図であり、図２は、光センサ手段１１を備えた検出部１０の構成を示す。
【００２９】
本実施例によると、光パワーメータ１は、検出部１０と測定部１００とを備えている。検出部１０は、内部に光センサ手段１１が設置された筐体（ケーシング）１２を有しており、本実施例では、左側に位置して測定対象光源からの光（被試験光）が入射する入射部開口１３が設けられている。また、入射部開口１３には拡散板１４が設置されている。拡散板１４の作用については、後述する。
【００３０】
ケーシング１２の内部に配置された光センサ手段１１は、入射部開口１３から拡散板１４により拡散された光を検出するために、複数個の光センサＳ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・・Ｓｎ−２、Ｓｎ−１、Ｓｎ）にて構成されている。各光センサＳは、光学フィルタｆ（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・・・ｆｎ−２、ｆｎ−１、ｆｎ）と受光素子（光電変換素子）ＰＤ（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、・・・・ＰＤｎ−２、ＰＤｎ−１、ＰＤｎ）にて構成されており、各光センサＳは、ある制限された感度波長領域を有している。
【００３１】
つまり、本発明によると、光センサ手段１１を構成する個々の各光センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・・Ｓｎ−２、Ｓｎ−１、Ｓｎは、図３に示すように、それぞれ個々の分光感度特性Ｓ’１（λ）、Ｓ’２（λ）、Ｓ’３（λ）、・・・・Ｓ’ｎ−２（λ）、Ｓ’ｎ−１（λ）、Ｓ’ｎ（λ）を有している。即ち、個々の光センサＳの分光感度特性Ｓ’１（λ）、Ｓ’２（λ）、Ｓ’３（λ）、・・・・Ｓ’ｎ−２（λ）、Ｓ’ｎ−１（λ）、Ｓ’ｎ（λ）がバンドパスの特性を有している。なお、個々の光センサＳの分光感度特性Ｓ’は、光センサＳを光パワーメータに組み込んだ後に、分光手段などを使用して、各光センサ毎に測定することにより求める。
【００３２】
従って、複数個の光センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・・Ｓｎ−２、Ｓｎ−１、Ｓｎにて、光センサ手段１１の所定範囲とされる波長領域、例えば、４００〜６００ｎｍの検出波長領域を構成している。
【００３３】
図１を参照すると、本実施例にて光パワーメータ１は、上記検出部１０を構成する複数個の光センサＳ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・・Ｓｎ−２、Ｓｎ−１、Ｓｎ）から成る光センサ手段１１の受光信号（電流信号）を測定部１００へと送信する。測定部１００は、受光信号（電流信号）を電圧に変換するＩ／Ｖ変換アンプ（ゲインは全て等しい）１０１と、Ｉ／Ｖ変換アンプ１０１からの受光信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器１０２と、Ａ／Ｄ変換器１０２にて変換された受光信号を受信する制御手段（ＣＰＵ）１０３とを備えており、光パワーを計算し、表示手段１０６にて表示する。
【００３４】
なお、本実施例によると、制御手段１０３は、Ａ／Ｄ変換器１０２から送信される受光信号をＲＡＭ（第１の記憶手段）１０４に保存し、ＲＡＭ１０４に保存されている受光信号、及び、ＲＯＭ（第２の記憶手段）１０５に保存されている重み付け係数を用いて、各光センサＳの分光感度特性に対応して重み付けさせて、加算する。これにより、光センサ手段は、合算後の光センサの分光感度特性が所定範囲の波長領域に対して、所望の特性有するように構成することができる。
【００３５】
本実施例によると、このとき、重み付け係数の設定仕方により、合算後の光センサの分光感度特性が所定範囲の波長領域に対して、
（ａ）正方向に傾いた直線状の感度特性（図４参照）を有するようにした第１の光センサ手段Ａと、
（ｂ）負方向に傾いた直線状の感度特性（図５参照）を有するようにした第２の光センサ手段Ｂと、
が構成される。
【００３６】
つまり、合算後の光センサの分光感度特性ＳΣ（λ）は、
ＳΣ（λ）＝ｋ１・Ｓ’１（λ）＋ｋ２・Ｓ’２（λ）＋・・・・＋ｋｎＳ’ｎ（λ）
で表される。ｋ１〜ｋｎは、重み付け係数である。
【００３７】
第一の重み付けにより、合算後の光センサＳの分光感度特性ＳΣ（λ）は、所定範囲の波長領域に対して正方向に傾斜した特性Ｒａ（λ）（図４参照）を有した第１の光センサ手段Ａが形成される。また、第二の重み付けにより、合算後の光センサＳの分光感度特性ＳΣ（λ）は、所定範囲の波長領域に対して負方向に傾斜した特性Ｒｂ（λ）（図５参照）を有した第２の光センサ手段Ｂが形成される。
【００３８】
つまり、第１及び第２の光センサ手段Ａ及びＢの分光感度特性Ｒａ（λ）及びＲｂ（λ）は、それぞれ、近似的に、
Ｒａ（λ）＝ａλ＋ｂ
Ｒｂ（λ）＝ｃλ＋ｄ    （ａ≠ｃ）
で表される。
【００３９】
本実施例では、パワーメータ１は、光センサ手段１１として、１６個の光センサＳを有している。また、各光センサＳは、受光素子ＰＤとして、シリコンフォトダイオードを使用した。本実施例における各光センサＳの分光感度特性Ｓ’１（λ）、Ｓ’２（λ）、Ｓ’３（λ）、・・・・Ｓ’１６（λ）（ｎ＝１６）が図３に示される。
【００４０】
つまり、本実施例によれば、１６個の光センサＳを備えた光センサ手段１１は、図３に示すように、４２０ｎｍ〜５８０ｎｍまで１６ｎｍピッチでピークを持つ１６個の受光信号を出力する。なお、光センサＳの数は、１６個に限定されるものではなく、所望により、これ以外の個数とすることもできる。
【００４１】
各受光信号にこの光センサＳの分光感度特性に対応した重み付けをさせて、合算し、合算した後の光センサＳの分光感度特性ＳΣ（λ）の一例を図４及び図５に示す。
【００４２】
図４により、本実施例の光パワーメータ１の第１の光センサ手段Ａによると、波長４２０ｎｍ〜５８０ｎｍの領域において正方向に傾斜した直線状の特性を有することが確認できた。また、図５により、本実施例の光パワーメータ１の第２の光センサ手段Ｂによると、波長４２０ｎｍ〜５８０ｎｍの領域において負方向に傾斜した直線状の特性を有することが確認できた。
【００４３】
なお、上述したように、本実施例では、図２に示すように、ケーシング１２の入射部開口１３に拡散板１４が設置されている。拡散板１４の作用について説明する。
【００４４】
被試験光が検出部１０に入射する入射角度（θ）が極端に変化した場合には、光分布に偏りが生じる。
【００４５】
本発明によると、上述のように、光センサ手段１１は、透過波長が異なる複数の光センサＳ１、Ｓ２、・・・Ｓｎで構成される。従って、被試験光の検出部１０への入射角度（θ）が極端に変化し、光分布に偏りが生じた場合には、被試験光の入射角度によって複数の光センサＳ１、Ｓ２、・・・Ｓｎ上の光量が変化して測定値が変化することとなる。
【００４６】
そこで、本実施例では、入射部開口１３の領域を全面的に覆って、拡散板１４が入射部開口１３に固定される。拡散板１４としては、オパール型拡散板（商品名：シグマ光機株式会社製）が好適に使用される。
【００４７】
本実施例によると、拡散板１４をケーシング１２の入射部開口１３に固定することで、検出部１０に入射する被試験光が拡散されて入射し、被試験光の入射角度（θ）が変化しても、透過波長が異なる各光センサＳに照射する光束分布は偏りが生じず、均一である。
【００４８】
従って、本実施例の光パワーメータ１によれば、被試験光の入射角度が変化しても高精度に被試験光のパワーや色度を高精度に測定することが可能である。
【００４９】
（光パワー測定）
上述したように、本発明の光パワーメータの測定原理は、図６〜図８を参照して説明した特許文献１に記載の技術と同様である。つまり、上記説明にて、第１の受光器Ａ及び第２の受光器Ｂを、それぞれ、本実施例における第１の光センサ手段Ａ及び第２の光センサ手段Ｂに置き換えて読むことにより、本実施例の測定原理が理解されるであろう。
【００５０】
つまり、本実施例にて、光パワーメータの測定部１００の設けた、光センサ手段１１からの信号に基づき光パワーを求める制御手段１０３は、
（ａ）それぞれ異なる光センサの分光感度特性に対応して重み付けを行い、各光センサの分光感度特性が、前記所定範囲の波長領域において、近似的にＲａ（λ）＝ａλ＋ｂなる式で表される第１の光センサ手段Ａと、近似的にＲｂ（λ）＝ｃλ＋ｄなる式で表される第２の光センサ手段Ｂと、を求め、
（ｂ）次いで、第１の光センサ手段Ａと、第２の光センサ手段Ｂのそれぞれの出力信号Ｓａ、Ｓｂから、被試験光の重心波長を求め、この重心波長から光パワーＰを演算する。
【００５１】
また、光パワーＰは、下記式、
Ｐ＝Ｓａ／｛ａ（ｄ・Ｓａ／Ｓｂ−ｂ）／（ａ−ｃ・Ｓａ／Ｓｂ）＋ｂ｝
により求められる。
【００５２】
このように、本発明によれば、光センサ手段の分光感度特性を波長に対して正又は負に傾斜させることで、被試験光の光パワーを正確に測ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る光パワーメータの一実施例の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る光パワーメータの検出部の一実施例の概略構成図である。
【図３】光センサ手段を構成する各光センサの相対分光感度特性を示す図である。
【図４】第１の光センサ手段Ａを構成する各光センサの合算後の相対分光感度特性を示す図である。
【図５】第２の光センサ手段Ｂを構成する各光センサの合算後の相対分光感度特性を示す図である。
【図６】従来の光センサの一例を示す図である。
【図７】従来の光パワーメータの電気的構成を示す概略図である。
【図８】従来の光パワーメータの測定原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００５４】
１            光パワーメータ
１０          検出部
１１          光センサ手段
１１Ａ        第１の光センサ手段
１１Ｂ        第２の光センサ手段
１２          ケーシング（筐体）
１３          入射開口
１４          拡散板
１００        測定部
１０１        Ａ／Ｄ変換器
１０２        制御手段
１０３        ＲＡＭ（第１の記憶手段）
１０４        ＲＯＭ（第２の記憶手段）
１０５        表示手段
ｆ            光学フィルタ
ＰＤ          受光素子
Ｓ            光センサ
【図１】
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【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】
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【図８】
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