(57)【要約】【課題】点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる光測定装置及び光測定方法を提供する。【解決手段】調整手段１２によって、撮像素子１１の露光時間を調整する。露光時間は、画素１１ａの蓄積容量を超えないように撮像する低入力モード、及び画素１１ａの蓄積容量を超えるように撮像する高入力モードに対応する時間に調整される。これらの入力モードにおいて得られた画像データを、高レベル側のデータは低入力モードの、低レベル側のデータは高入力モードのそれぞれ画像データを用いて、合成手段１４において合成する。【選択図】　図１
2004069486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源から出射される被測定光の強度分布を測定する光測定装置であって、
複数の画素が２次元状に配列されて前記被測定光を撮像するとともに、前記複数の画素のそれぞれについて蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子と、
前記撮像素子の前記蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードと、前記撮像素子の前記蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードとを実現する調整手段と、
前記撮像素子によって撮像された、前記低入力モード及び前記高入力モードにおける画像データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記低入力モードにおける前記画像データの一部と、前記高入力モードにおける前記画像データの一部とを１つの画像データに合成して合成画像データを生成する合成手段と
を備えることを特徴とする光測定装置。
【請求項２】
前記撮像素子によって撮像される前記被測定光を、所定の視野における光像に変換して前記撮像素子へと入射するｆθレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
【請求項３】
前記撮像素子によって撮像された前記画像データを、所定の視野における画像データに補正する補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
【請求項４】
前記合成画像データの生成に用いる前記画像データを決定するために、前記低入力モードにおける前記画像データをモニタするモニタ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光測定装置。
【請求項５】
前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいた、前記合成画像データの生成に用いる前記画像データの決定に応じて、前記調整手段による前記低入力モードまたは前記高入力モードの切り替え、前記撮像素子による撮像、及び前記合成手段による前記合成画像データの生成を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の光測定装置。
【請求項６】
点光源から出射される被測定光の強度分布を測定する光測定方法であって、
複数の画素が２次元状に配列されるとともに、前記複数の画素のそれぞれについて蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子を用いて前記被測定光を撮像する撮像ステップと、
前記撮像素子の前記蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードと、前記撮像素子の前記蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードとを実現する調整ステップと、
前記撮像素子によって撮像された、前記低入力モード及び前記高入力モードにおける画像データを記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップにおいて記憶された前記低入力モードにおける前記画像データの一部と、前記高入力モードにおける前記画像データの一部とを１つの画像データに合成して合成画像データを生成する合成ステップと
を備えることを特徴とする光測定方法。
【請求項７】
前記撮像素子によって撮像される前記被測定光を、所定の視野における光像に変換して前記撮像素子へと入射するｆθレンズをさらに用いることを特徴とする請求項６に記載の光測定方法。
【請求項８】
前記撮像ステップにおいて撮像された前記画像データを、所定の視野における画像データに補正する補正ステップをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の光測定方法。
【請求項９】
前記合成画像データの生成に用いる前記画像データを決定するために、前記低入力モードにおける前記画像データをモニタするモニタステップをさらに備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の光測定方法。
【請求項１０】
前記モニタステップにおけるモニタ結果に基づいた、前記合成画像データの生成に用いる前記画像データの決定に応じて、前記調整ステップにおける前記低入力モードまたは前記高入力モードの切り替え、前記撮像ステップにおける撮像、及び前記合成ステップにおける前記合成画像データの生成を制御する制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の光測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の強度分布を測定する光測定装置及び光測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光源からの出射光、或いはある媒体、例えば光ファイバを経由してその端面から出射される光など、点光源から出射される光の強度分布を知ることは、光源や光が通る媒体自体の光学特性を知る上で極めて重要である。例えば、光が通る媒体の光学特性としてはシングルモード光ファイバのモードフィールド径が挙げられる。モードフィールド径は、シングルモード光ファイバを光伝送に応用する際に欠かせない特性である非線形屈折率を求める上で必須の基本特性である。モードフィールド径は、シングルモード光ファイバの一方の端面から基本モードを持つ光を入射させ、他方の端面から出射される光の強度分布を測定及び解析することにより得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
モードフィールド径のような光学特性を正確に求めようとする際には、点光源から放射される光の強度分布を精度よく測定する必要がある。しかし、光の強度分布を測定して得られる分布波形のＳ／Ｎ比が小さい場合には、ノイズが影響して光学特性を正確に求めることができない。特に、分布波形の低レベル側におけるＳ／Ｎ比は小さくなるので、光学特性を評価する際に悪影響を与え、大きな測定誤差を生じる可能性がある。よって、光学特性を正確に評価する為には、分布波形の低レベル側におけるＳ／Ｎ比を大きくする必要がある。すなわち、光の強度分布の高レベル側から低レベル側までを精度よく撮像できる、広いダイナミックレンジを有する光測定装置が必要となる。
【０００４】
従来、点光源から出射される光を測定する装置としては、特開２０００−１３６９８３号公報に開示されているファーフィールドパターン測定装置がある。この装置は、被測定光源の出射端を回転可能な走査装置の中心軸に、フォトダイオード等の光検出器をその出射端から距離を離してそれぞれ配置させる。次に回転可能な走査装置を駆動させて光検出器を１方向に回転させ、５０ｄＢ以上のダイナミックレンジを持つ被測定光の放射角度分布を測定している。
【０００５】
点光源から出射される光は、２次元の強度分布を有している。このため、光学特性を評価する際には、光の強度分布を２次元で測定することが望ましい。しかしながら、上記したファーフィールドパターン測定装置は１次元で測定する装置である。上記したような従来の光測定装置を２次元の強度分布の測定に適用した場合、撮像装置の性能から考えて充分な分解能が得られず、あるいは撮像に長時間を要するなど、広いダイナミックレンジでの測定が困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる光測定装置及び光測定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光測定装置は、点光源から出射される被測定光の強度分布を測定する光測定装置であって、複数の画素が２次元状に配列されて被測定光を撮像するとともに、複数の画素のそれぞれについて蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子と、撮像素子の蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードと、撮像素子の蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードとを実現する調整手段と、撮像素子によって撮像された、低入力モード及び高入力モードにおける画像データを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された低入力モードにおける画像データの一部と、高入力モードにおける画像データの一部とを１つの画像データに合成して合成画像データを生成する合成手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を測定する光測定方法であって、複数の画素が２次元状に配列されるとともに、複数の画素のそれぞれについて蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子を用いて被測定光を撮像する撮像ステップと、撮像素子の蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードと、撮像素子の蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードとを実現する調整ステップと、撮像素子によって撮像された、低入力モード及び高入力モードにおける画像データを記憶する記憶ステップと、記憶ステップにおいて記憶された低入力モードにおける画像データの一部と、高入力モードにおける画像データの一部とを１つの画像データに合成して合成画像データを生成する合成ステップとを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記した光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子を備えており、これによって点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で測定できる。また、被測定光の撮像条件を調整することによって低入力モードと高入力モードを実現している。低入力モードでは、被測定光の強度分布のうち高レベル側の部分を好適に測定できる。また、高入力モードでは、低入力モードの測定ではＳ／Ｎ比が小さくなる低レベル側の部分を精度よく測定できる。高入力モードで測定するときには、撮像素子は蓄積容量を超えた電荷を画素の外へ排出する。そして、低入力モードの画像データのうち高レベル側のデータと、高入力モードの画像データのうち低レベル側のデータとを１つの画像データに合成することにより、広いダイナミックレンジの合成画像データが得られる。
【００１０】
これにより、点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。また、蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子を用いることにより、高入力モードを好適に実現できる。
【００１１】
また、光測定装置（光測定方法）は、撮像素子によって撮像される被測定光を、所定の視野における光像に変換して撮像素子へと入射するｆθレンズをさらに備える（用いる）ことを特徴としてもよい。これによって、点光源から出射される被測定光の、遠視野像などの所定の視野における光像の強度分布を測定することができる。
【００１２】
また、光測定装置（光測定方法）は、撮像素子によって撮像された画像データを、所定の視野における画像データに補正する補正手段（補正ステップ）をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、点光源から出射される被測定光の遠視野像などの所定の視野における光像の強度分布を測定することができる。
【００１３】
また、光測定装置（光測定方法）は、合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、低入力モードにおける画像データをモニタするモニタ手段（モニタステップ）をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、合成画像データに用いる、低入力モードにおける画像データを効率的に選択・決定することができる。
【００１４】
また、光測定装置（光測定方法）は、モニタ手段（モニタステップ）によるモニタ結果に基づいた、合成画像データの生成に用いる画像データの決定に応じて、調整手段（調整ステップ）による低入力モードまたは高入力モードの切り替え、撮像素子（撮像ステップ）による撮像、及び合成手段（合成ステップ）による合成画像データの生成を制御する制御手段（制御ステップ）をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、モードの切り替え、撮像、及び画像データの合成を自動的に制御することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光測定装置及び光測定方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１６】
図１は、本発明による光測定装置の第１実施形態を示すブロック図である。本実施形態による光測定装置１は、測定対象である点光源１６からある一定範囲の出射角度で出射される被測定光を測定する装置である。
【００１７】
光測定装置１は、被測定光についての画像データを取得する撮像部１７と、得られた画像データについて必要なデータ処理を行う画像処理部１８を備えている。撮像部１７は、撮像素子１１、調整手段１２を有する。撮像素子１１は、複数の画素１１ａが２次元状に配列されて構成されている。複数の画素１１ａそれぞれは、点光源１６から出射された被測定光を受けて電荷を生成する。また、撮像素子１１は、各画素１１ａの蓄積容量を超えた分の電荷を画素１１ａから排出する機能を有している。こうして生成された電荷によって、被測定光を撮像したデータである２次元の画像データを得る。撮像素子１１としては、好ましくはＣＣＤ等を用いることができる。
【００１８】
調整手段１２は、画素１１ａの蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードと、画素１１ａの蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードとを実現する。具体的には、調整手段１２は、撮像素子１１の露光時間を制御することにより、撮像素子１１の受光量を調整する。そのために、調整手段１２は、撮像素子１１の露光時間を制御するための制御信号を生成して、この制御信号を撮像素子１１へ出力する。撮像素子１１では、制御信号に基づいて露光時間が調整される。
【００１９】
ここで、高入力モードで撮像すると、画素１１ａは蓄積容量を超える電荷を生成する。本実施形態では、撮像素子１１は蓄積容量を超えた分の電荷を排出する機能を有する。この機能は、例えばＣＣＤに設けられたオーバーフロードレインにより実現される。これによって、蓄積容量を超えた画素１１ａから溢れた電荷が他の画素１１ａへ漏れ出すブルーミング等の不都合を防止する。
【００２０】
画像処理部１８は、第１画像メモリ１３ａ、第２画像メモリ１３ｂ、及び合成手段１４を備えている。
【００２１】
第１画像メモリ１３ａは、調整手段１２によって実現されるモードのうち、低入力モードでの画像データである第１画像データＳ１を入力し、記憶する記憶手段である。また、第２画像メモリ１３ｂは、高入力モードでの画像データである第２画像データＳ２を入力し、記憶する記憶手段である。
【００２２】
合成手段１４は、第１画像メモリ１３ａから第１画像データＳ１を、第２画像メモリ１３ｂから第２画像データＳ２をそれぞれ入力する。合成手段１４は、これらの画像データから、被測定光の光量が大きい出射角度のデータとして第１画像データＳ１の一部を、光量が小さい出射角度のデータとして第２画像データＳ２の一部をそれぞれ用いるように各グラフを結合して１次元または２次元の合成画像データを生成する。
【００２３】
図２（ａ）は、第１画像データＳ１の一例を模式的に示すグラフである。また、図２（ｂ）は、第２画像データＳ２の一例を模式的に示すグラフである。これらのグラフは、画像データを１次元で表している。また、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、縦軸に光量、横軸に点光源１６からの被測定光の出射角度を示している。
【００２４】
また、図２（ｃ）は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した画像データから生成した１次元の合成画像データの一例を模式的に示すグラフである。図２（ｃ）は、縦軸に光量、横軸に点光源１６からの被測定光の出射角度を示している。この図２（ｃ）に示す合成画像データでは、点Ｂ３及び点Ｂ４の内側のデータ（グラフの実線部分）に図２（ａ）のデータを、点Ｂ３及びＢ４の外側のデータ（グラフの破線部分）に図２（ｂ）のデータを用いている。ここで、点Ｂ３は図２（ｂ）に示す点Ｂ１に対応している。また、点Ｂ４は図２（ｂ）に示す点Ｂ２に対応している。点Ｂ１及びＢ２は、電荷の蓄積容量を超えた部分（図中Ｃ）と他の部分との境界点である。
【００２５】
図３は、本発明による光測定方法の一実施形態を示すフローチャートである。この光測定方法は、上記した光測定装置１を用いて行うことができる。
【００２６】
図３を用いて、上記した光測定装置１の動作を説明する。まず、被測定光を出射する点光源１６から被測定光を出射させる（ステップＳ１）。次に、低入力モードとなるように、撮像条件を調整する（調整ステップ、Ｓ２）。そして、点光源１６から出射された被測定光が、撮像素子１１が有する複数の画素１１ａに入射され、複数の画素１１ａ内部で電荷が生成される。こうして生成された電荷を各画素ごとに検出することによって第１画像データＳ１が生成される（撮像ステップ、Ｓ３）。第１画像データＳ１は、撮像素子１１から画像処理部１８へ出力される。第１画像データＳ１は第１画像メモリ１３ａに入力され、記憶される（記憶ステップ、Ｓ４）。
【００２７】
次に、高入力モードとなるように、撮像条件を調整する（調整ステップ、Ｓ５）。そして、被測定光を再度撮像して第２画像データＳ２を生成する（撮像ステップ、Ｓ６）。第２画像データＳ２は、撮像素子１１から画像処理部１８へ出力される。第２画像データＳ２は第２画像メモリ１３ｂに入力され、記憶される（記憶ステップ、Ｓ７）。
【００２８】
第１画像データＳ１及び第２画像データＳ２から１次元強度分布を示すデータをそれぞれ生成する（ステップＳ８）。そして、それぞれの１次元強度分布を示すデータが合成手段１４において１次元の合成画像データに合成される（合成ステップ、Ｓ９）。もしくは、２次元の第１画像データＳ１及び第２画像データＳ２から、２次元の合成画像データが生成される。
【００２９】
第１実施形態による光測定装置及び光測定方法の効果について説明する。上記した光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子を備えている。これによって点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で測定できる。
【００３０】
また、露光時間のような撮像条件を調整することによって低入力モードと高入力モードとを実現している。低入力モードでは、画素の蓄積容量を超えないように撮像されるため、被測定光の強度分布のうち高レベル側、すなわち画素に対する入射光量が多い部分を好適に測定できる。また、高入力モードでは、画素の蓄積容量を超えるように撮像されるため、画素全体に対して入射光量が増加する。このとき、被測定光の強度分布のうち高レベル側では、入射光量の増加によって画素の蓄積容量を超えた電荷が発生し、この電荷から生成される画像データは正しい光量を示さない。一方、強度分布のうち低レベル側、すなわち画素に対する入射光量が少ない部分では、入射光量の増加によって電荷が増加する。これにより、低入力モードの測定だとＳ／Ｎ比が小さくなる低レベル側の部分を高入力モードにおいて精度よく測定できる。
【００３１】
そして、低入力モードの画像データのうち高レベル側のデータと、高入力モードの画像データのうち低レベル側のデータとを結合して、１つの画像データに合成することにより、低入力モードのダイナミックレンジと高入力モードのダイナミックレンジとを合わせた広いダイナミックレンジの合成画像データが得られる。
【００３２】
また、蓄積容量を超えた分の電荷を画素から排出する機能を撮像素子が有することによって、高入力モードでの撮像において画素から溢れた電荷が他の画素等へ漏れ出すといった現象を防ぐ。これによって、高入力モードにおいて蓄積容量を超えていない部分、すなわち被測定光の強度分布における低レベル側の部分を好適に撮像することができる。
【００３３】
これにより、光測定装置及び光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。
【００３４】
ハードウェア構成としては、画像処理部１８は例えばパーソナルコンピュータ等を用いて構成される。図４は、画像処理部１８の構成例を示すブロック図である。画像処理部１８は、ＣＰＵ１８１、バス１８２、ＲＡＭ１８３、第１画像メモリ１３ａ、第２画像メモリ１３ｂ、第３画像メモリ１３ｃ、ＲＯＭ１８４、インターフェース１３７、１３８、及び１８５を備えている。ＣＰＵ１８１、ＲＡＭ１８３、第１画像メモリ１３ａ、第２画像メモリ１３ｂ、第３画像メモリ１３ｃ、ＲＯＭ１８４、インターフェース１３７、１３８、及び１８５は、それぞれバス１８２に電気的に接続されており、バス１８２を介して互いに情報を授受する。
【００３５】
また、インターフェース１８５は、撮像部１７と電気的に接続されており、画像データを入力する。画像処理部１８は、低入力モード及び高入力モードでの画像データを記憶する記憶手段として、第１画像メモリ１３ａ及び第２画像メモリ１３ｂを備えている。なお、第３画像メモリ１３ｃは入力モードの数などにより、必要に応じて備えるとよい。
【００３６】
画像処理部１８は、ＲＯＭ１８４に予め記憶されているプログラムを読み込み、これを実行することによって図１に示した合成手段１４を実現する。なお、ＲＡＭ１８３は作業用メモリとしてＣＰＵ１８１に適宜用いられる。また、インターフェース１３７及び１３８それぞれは、ディスプレイ等の表示部１５及びキーボード等の操作部１９と電気的に接続される。表示部１５及び操作部１９は、必要に応じて用いるとよい。
【００３７】
なお、特開平２００１−１６９１８９号公報に、複数の異なるシャッタリング時間で撮影を行う撮影装置及び方法が記載されている。この撮影装置では、単位時間内に異なるシャッタリング時間で複数回の撮影を行うことにより、広いダイナミックレンジでの撮影を行っている。しかしながら、上記文献では、単位撮影を連続的に繰り返す高速撮影を前提としており、複数回の撮影に関しては一定の単位撮影時間が決められているため、各撮影でのダイナミックレンジや撮影の分解能などを充分に向上させることは難しい。
【００３８】
これに対して、本発明による光測定装置及び光測定方法は、点光源から放射される被測定光の強度分布を測定対象とするとともに、被測定光を撮像する撮像素子として、蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する素子を用いている。そして、撮像される被測定光の強度分布のうちで光量の小さい低レベル側の撮像では、蓄積容量を超えるように撮像条件を調整した高入力モードを適用し、一方、光量の大きい高レベル側の撮像では、蓄積容量を超えないように撮像条件を調整した低入力モードを適用している。
【００３９】
このように、測定対象となる個々の被測定光の強度分布に応じて撮像条件を設定した複数のモードを適用し、各モードによって得られた画像データを合成して合成画像データを生成することにより、各測定において、そのダイナミックレンジや測定の分解能などを充分に向上することが可能となる。
【００４０】
図５は、本発明による光測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。また、図６は、図５に示した光測定装置２の模式図である。本実施形態による光測定装置２は、点光源である光ファイバ２０の出射端２０１から出射される光を測定することにより、光ファイバ２０の光学特性を評価する装置である。すなわち、光測定装置２は、測定対象である光ファイバ２０の一端へ光源２５から光を入射して、光ファイバ２０の他端（出射端２０１）から出射される被測定光の遠視野像（ファー・フィールド・パターン）の強度分布を２次元で測定することにより、光ファイバ２０のモードフィールド径及び有効コア断面積といった光学特性を求める。
【００４１】
光測定装置２は、ファー・フィールド・パターン（ＦＦＰ）光学系２１、撮像部２２、画像処理部２３、表示部２４、及び操作部２６を備えている。図６を参照すると、撮像部２２としてＣＣＤカメラが用いられている。また、画像処理部２３としてパーソナルコンピュータが、表示部２４としてディスプレイが、操作部２６としてキーボードが、それぞれ用いられている。
【００４２】
撮像部２２の光入射部２２７（図６に示す）には、ＦＦＰ光学系２１が取り付けられている。また、図５を参照すると、ＦＦＰ光学系２１はｆθレンズ２１１を備えている。ｆθレンズ２１１は、光ファイバ２０の出射端２０１から放射状に出射される被測定光からなる像を遠視野像に変換するためのレンズである。
【００４３】
撮像部２２は、撮像素子２２３、Ａ／Ｄ変換器２２４、インターフェース２２５、及び露光制御部２２６を有している。撮像素子２２３は、複数の画素２２３ａを有している。この撮像素子２２３及び画素２２３ａの構成は上記した第１実施形態の撮像素子１１及び画素１１ａの構成と同様であるため、説明を省略する。
【００４４】
Ａ／Ｄ変換器２２４は、撮像素子２２３から画像データを入力する。そして、Ａ／Ｄ変換器２２４は、アナログ信号からなる画像データをディジタル信号へ変換する。こうして生成されたディジタル信号からなる画像データは、Ａ／Ｄ変換器２２４からインターフェース２２５を介して画像処理部２３へ出力される。
【００４５】
露光制御部２２６は、撮像条件を調整するための調整手段である。露光制御部２２６は、撮像素子２２３の露光時間を制御することによって撮像素子２２３の受光量を調整する。露光制御部２２６は、撮像素子２２３の露光時間を指示するための信号である露光制御信号Ｃ１を画像処理部２３から入力する。そして、露光制御部２２６は、露光制御信号Ｃ１に基づいて撮像素子２２３の露光時間を制御する。
【００４６】
露光制御信号Ｃ１は、低入力モード及び高入力モードを実現するように撮像素子２２３の露光時間を指示する。本実施形態においては、高入力モードとして第１高入力モードと第２高入力モードとの２つのモードを設けている。第１高入力モードでは画素２２３ａの蓄積容量を超えるように撮像するよう露光時間が調整される。第２高入力モードでは画素２２３ａの蓄積容量を、第１高入力モードよりさらに超えるように撮像するよう露光時間が調整される。
【００４７】
画像処理部２３は、図４に示した画像処理部１８のハードウェア構成と同様の構成を有している。そして、この構成によって、画像処理部２３は第１画像メモリ２３２ａ、第２画像メモリ２３２ｂ、第３画像メモリ２３２ｃ、合成手段２３３、処理手段２３４、制御手段２３５、データ出力手段２３６、インターフェース２３１、２３７、及び２３８を有する。
【００４８】
第１画像メモリ２３２ａは、低入力モードでの２次元の画像データである第１画像データＳ１を入力し、記憶する記憶手段である。第２画像メモリ２３２ｂは、第１高入力モードでの２次元の画像データである第２画像データＳ２を入力し、記憶する記憶手段である。第３画像メモリ２３２ｃは、第２高入力モードでの２次元の画像データである第３画像データＳ３を入力し、記憶する記憶手段である。第１画像メモリ２３２ａ、第２画像メモリ２３２ｂ、及び第３画像メモリ２３２ｃそれぞれは、インターフェース２３１と接続されている。そして、第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、第３画像データＳ３それぞれを撮像部２２からインターフェース２３１を介して入力し、記憶する。
【００４９】
合成手段２３３は、第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、及び第３画像データＳ３それぞれの一部を１つの画像データに合成して合成画像データを生成するための手段である。合成手段２３３は、第１画像メモリ２３２ａから第１画像データＳ１を、第２画像メモリ２３２ｂから第２画像データＳ２を、第３画像メモリ２３２ｃから第３画像データＳ３をそれぞれ入力する。合成手段２３３は、これらの画像データから、被測定光の光量が大きい出射角度のデータとして第１画像データＳ１の一部を、光量が中程の出射角度のデータとして第２画像データＳ２の一部を、光量が小さい出射角度のデータとして第３画像データＳ３の一部をそれぞれ用いるように各画像データを結合して１次元、もしくは２次元の合成画像データを生成する。合成画像データの生成方法については後述する。
【００５０】
処理手段２３４は、合成手段２３３から合成画像データを入力する。そして、処理手段２３４は、光ファイバ２０の光学特性であるモードフィールド径及び実効断面積を合成画像データに基づいて算出する。そして、算出されたモードフィールド径及び実効断面積はデータ出力手段２３６へ送られ、データ出力手段２３６から光測定装置の外部へ出力される。
【００５１】
表示部２４は、低入力モードにおける画像データをモニタするためのモニタ手段である。表示部２４は、第１画像メモリ２３２ａからインターフェース２３７を介して第１画像データＳ１を入力する。そして、第１画像データＳ１を画面に表示する。
【００５２】
操作部２６は、測定者によって操作される。操作部２６は、表示部２４に表示されている第１画像データＳ１に基づいて、低入力モードにおける撮像素子２２３の露光時間を測定者が調整するための入力装置として用いられる。また、操作部２６は、表示部２４に表示されている第１画像データＳ１を合成画像データの生成に用いることを測定者が決定するための入力装置として用いられる。測定者は、画像メモリ２３２ａに記憶されている第１画像データＳ１を表示部２４によりモニタして、合成画像データに用いるか否かを決定する。合成画像データに用いない場合は、測定者が露光時間を操作部２６から入力して低入力モードでの露光時間を再度調整する。また、合成画像データに用いる場合は、測定者が操作部２６から第１画像データＳ１を決定するよう入力する。合成画像データに用いる第１画像データＳ１を決定する際には、被測定光の光量が最も大きい出射角度での光量の値が好適に測定されていること、すなわち撮像素子２２３の蓄積容量を超えていないことを判断の基準とする。なお、操作部２６としては、マウスやキーボード等の入力装置を用いるとよい。
【００５３】
制御手段２３５は、表示部２４によるモニタ結果に基づいた、合成画像データの生成に用いる第１画像データＳ１の決定に応じて、露光制御部２２６による第１高入力モード及び第２高入力モードへの切り替え、撮像素子２２３による撮像、及び合成手段２３３による合成画像データの生成を制御するための手段である。
【００５４】
制御手段２３５は、測定者が入力した低入力モードにおける露光時間を操作部２６から入力する。そして、入力された露光時間で撮像素子２２３が撮像するように、露光制御信号Ｃ１をインターフェース２３１及びインターフェース２２５を介して露光制御部２２６へ送る。また、制御手段２３５は、操作部２６から第１画像データＳ１を決定したことを示す信号を入力する。そして、制御手段２３５は、第１画像データＳ１に基づいて第１高入力モードにおける露光時間、及び第２高入力モードにおける露光時間を算出する。この、露光時間の算出方法については後述する。
【００５５】
制御手段２３５は、算出した露光時間で撮像素子２２３が撮像するように、露光制御信号Ｃ１をインターフェース２３１、２２５を介して露光制御部２２６へ送る。また、制御手段２３５は、画像メモリ２３２ｂ及び２３２ｃそれぞれに対して、第１高入力モードでの画像データである第２画像データＳ２、及び第２高入力モードでの画像データである第３画像データＳ３それぞれを入力して記憶するよう指示する。また、制御手段２３５は、第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、及び第３画像データＳ３を合成するよう合成手段２３３へ指示する。また、制御手段２３５は、測定対象である光ファイバ２０の光学特性を合成画像データに基づいて求めるよう処理手段２３４へ指示する。
【００５６】
以上の構成において、光源２５から出射した光が、光ファイバ２０に入射する。入射した光は、光ファイバ２０の内部を通って出射端２０１から被測定光として出射される。被測定光はｆθレンズ２１１を備えるＦＦＰ光学系２１に入射され、ｆθレンズ２１１によって遠視野像に変換される。
【００５７】
遠視野像に変換された被測定光は、撮像素子２２３が有する複数の画素２２３ａに入射される。そして、複数の画素２２３ａ内部で電荷が生成される。このとき、低入力モードとなるように露光時間が調整される（調整ステップ）。こうして生成された電荷を各画素ごとに検出することによって第１画像データＳ１が生成される（撮像ステップ）。第１画像データＳ１は、撮像素子２２３からＡ／Ｄ変換器２２４へ出力される。
【００５８】
第１画像データＳ１は、Ａ／Ｄ変換器２２４によってアナログ信号からディジタル信号へ変換される。そして、第１画像データＳ１はインターフェース２２５及びインターフェース２３１を介して第１画像メモリ２３２ａに入力され、記憶される（記憶ステップ）。記憶された第１画像データＳ１は、インターフェース２３７を介して表示部２４に表示される（モニタステップ）。
【００５９】
第１画像データＳ１は表示部２４において測定者にモニタされる。そして、合成画像データに用いることが不適であれば、測定者は操作部２６により異なる露光時間を入力する。入力された露光時間はインターフェース２３８を介して制御手段２３５へ入力される。制御手段２３５は、この露光時間に基づいて露光制御信号Ｃ１を生成し、インターフェース２３１及び２２５を介して露光制御部２２６へ送る。露光制御部２２６は、露光制御信号Ｃ１に応じた露光時間となるよう調整する（調整ステップ）。そして、撮像素子２２３が撮像する。こうして、合成画像データに用いられる第１画像データＳ１が測定者によって決定されるまで、撮像を繰り返す。
【００６０】
合成画像データに用いられる第１画像データＳ１が決定されると、測定者は決定した旨を操作部２６へ入力する。操作部２６は、第１画像データＳ１が決定されたことを示す信号を制御手段２３５へ送る。制御手段２３５は、第１画像データＳ１に基づいて、第１高入力モードに対応する露光時間を算出する。そして、制御手段２３５は、第１高入力モードに対応する露光時間で撮像素子２２３が撮像するよう露光制御信号Ｃ１により露光制御部２２６に指示する（制御ステップ）。
【００６１】
露光制御部２２６は、露光制御信号Ｃ１に応じて露光時間を調整する（調整ステップ）。そして、撮像素子２２３が被測定光を撮像して第２画像データＳ２が生成される（撮像ステップ）。第２画像データＳ２は、Ａ／Ｄ変換器２２４、インターフェース２２５、及びインターフェース２３１を介して、第２画像メモリ２３２ｂに記憶される（記憶ステップ）。
【００６２】
さらに、制御手段２３５は、第１画像データＳ１に基づいて、第２高入力モードに対応する露光時間を算出する。そして、制御手段２３５は、第２高入力モードに対応する露光時間で撮像素子２２３が撮像するよう露光制御信号Ｃ１により露光制御部２２６に指示する（制御ステップ）。
【００６３】
露光制御部２２６は、露光制御信号Ｃ１に応じて露光時間を調整する（調整ステップ）。そして、撮像素子２２３が被測定光を撮像して第３画像データＳ３が生成される（撮像ステップ）。第３画像データＳ３は、第３画像メモリ２３２ｃに記憶される（記憶ステップ）。
【００６４】
制御手段２３５は、合成手段２３３に対して合成画像データを生成するよう指示する（制御ステップ）。また、制御手段２３５は、処理手段２３４に対して光学特性を算出するよう指示する。合成手段２３３は、第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、及び第３画像データＳ３を１つの合成画像データに合成する（合成ステップ）。合成画像データは処理手段２３４に送られ、処理手段２３４は合成画像データに基づいて光ファイバ２０のモードフィールド径及び実効断面積を算出する。算出されたモードフィールド径及び実効断面積は、データ出力手段２３６から光測定装置外部へ出力される。
【００６５】
本実施形態による光測定装置及び光測定方法の効果について説明する。上記した光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子を備えている。これによって点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で測定できる。
【００６６】
また、露光時間を調整することによって低入力モード、第１高入力モード、及び第２高入力モードを実現している。第１高入力モードでは、画素の蓄積容量を超えるように撮像されるため、画素全体に対して入射光量が増加する。また、第２高入力モードでは、画素の蓄積容量をさらに超えるように撮像されるため、画素全体に対して入射光量がさらに増加する。これによって、第１高入力モードの測定では中レベルの部分を精度良く測定でき、第２高入力モードの測定では低レベル側の部分を精度良く測定できる。
【００６７】
そして、低入力モードの画像データのうち高レベル側のデータと、第１高入力モードの画像データのうち中レベルのデータと、第２高入力モードの画像データのうち低レベル側のデータとを結合して、１つの画像データに合成することにより、低入力モードのダイナミックレンジと、第１高入力モードのダイナミックレンジと、第２高入力モードのダイナミックレンジとを合わせた広いダイナミックレンジの合成画像データが得られる。
【００６８】
また、蓄積容量を超えた分の電荷を画素から排出する機能を撮像素子が有することによって、被測定光の強度分布における中レベル及び低レベル側の部分を好適に撮像することができる。
【００６９】
以上のことから、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。
【００７０】
また、光測定装置及び光測定方法は、本実施形態のように被測定光を遠視野像に変換するｆθレンズを備えてもよい。これによって、光ファイバの出射端から出射される被測定光の、遠視野像の強度分布を測定することができる。光ファイバ等の光学特性を測定する場合、近視野像（ニア・フィールド・パターン）から算出する方法も考えられるが、フォーカスやビームの位置調整があるために光学特性を求める際に誤差が大きくなるという問題がある。これに対し、本実施形態では遠視野像の強度分布を測定することによって、光ファイバの光学特性を好適に求めることができる。なお、測定目的に応じて、遠視野像に限らず所定の視野における像を得るようなｆθレンズを適宜用いるとよい。
【００７１】
また、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、低入力モードにおける画像データをモニタするための表示部及びモニタステップを備えることが好ましい。これによって、合成画像データに用いる第１画像データを測定者が決定する際に、表示された第１画像データをモニタしながら効率的に選択・決定することができる。
【００７２】
また、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、表示部によるモニタ結果に基づいた、合成画像データの生成に用いる第１画像データの決定に応じて、高入力モードへの切り替え、撮像、及び合成画像データの生成を制御する制御手段及び制御ステップを備えることが好ましい。これによって、第１画像データが決定された後の光測定装置及び光測定方法の動作を自動的に制御することができる。
【００７３】
ここで、合成手段２３３における合成画像データの生成方法の一例について詳細に説明する。まず、２次元配列された画素２２３ａにおいて撮像された２次元強度分布データである第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、第３画像データＳ３それぞれから、２次元強度分布データの中心位置重心位置、或いはピーク位置を通る１次元強度分布データを取り出す。
【００７４】
図７（ａ）は、２次元の第１画像データＳ１から取り出した１次元強度分布データの一例を示すグラフである。また、図７（ｂ）、図７（ｃ）それぞれは、第２画像データＳ２の１次元強度分布データ、第３画像データＳ３の１次元強度分布データのそれぞれ一例を示すグラフである。図７（ａ）〜図７（ｃ）は、縦軸に光量（ｄＢ）、横軸に出射端２０１からの被測定光（ビーム）の広がり（任意単位）を示している。
【００７５】
図７（ｂ）に示す領域Ｆは、電荷の蓄積容量を超えた部分である。また、点Ｄ１及びＤ２は、領域Ｆと他の部分との境界点である。図７（ａ）の点Ｄ１ａ及びＤ２ａは、ビームの広がりにおける図７（ｂ）の点Ｄ１及びＤ２と同じ位置を示している。また、図７（ｃ）に示す領域Ｇは、電荷の蓄積容量を超えた部分である。点Ｅ１及びＥ２は、領域Ｇと他の部分との境界点である。図７（ａ）の点Ｅ１ａ及びＥ２ａ、並びに図７（ｂ）の点Ｅ１ｂ及びＥ２ｂは、ビームの広がりにおける図７（ｃ）のＥ１及びＥ２と同じ位置を示している。
【００７６】
ここで、図７（ｃ）に示す領域Ｇは、図７（ｂ）に示す領域Ｆよりも広くなっている。これは、図７（ｃ）に示す第３画像データＳ３は第２高入力モードで撮像されており、図７（ｂ）に示す第２画像データＳ２は第１高入力モードで撮像されているためである。第２高入力モードでは第１高入力モードよりさらに電荷の蓄積容量を超えて撮像するため、第２高入力モードにおける領域Ｇは第１高入力モードにおける領域Ｆよりも広くなる。
【００７７】
合成手段２３３は、これらの画像データから、被測定光の光量が大きい部分を好適に撮像している第１画像データＳ１の点Ｄ１ａ及びＤ２ａの内側のデータを用いる。また、光量が中程の部分を好適に撮像している第２画像データＳ２の点Ｄ１とＥ１ｂとの間、及び点Ｄ２と点Ｅ２ｂとの間のデータを用いる。また、光量が小さい部分を好適に撮像している第３画像データＳ３の点Ｅ１及びＥ２の外側のデータを用いる。そして、各データそれぞれの１次元強度分布データを結合して合成画像データを生成する。あるいは、これと同様の方法により、２次元の第１画像データＳ１ないし第３画像データＳ３から、２次元の合成画像データを生成する。
【００７８】
なお、境界点は、例えば以下の例１〜例３の方法により定めるとよい。例１は、第２画像データ及び第３画像データの１次元強度分布の微分値を算出し、その微分値の極大位置及び極小位置を境界点とする方法である。例２は、第２画像データ及び第３画像データの１次元強度分布において、強度分布が飽和している範囲において強度の最大値を持つ点群の平均値を取り、その平均値と、平均値を下回る強度との境界を境界点とする方法である。例３は、第２画像データ及び第３画像データの１次元強度分布を規格化し、その頂点部と頂点部より下方に外れた部分との境界を境界点とする方法である。
【００７９】
図８は、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示した画像データから生成した１次元の合成画像データの一例を示すグラフである。図８は、縦軸に光量（ｄＢ）、横軸に出射端２０１からの被測定光（ビーム）の広がり（任意単位）を示している。この図８に示すグラフでは、点Ｄ３及びＤ４それぞれは図７（ｂ）に示す点Ｄ１及びＤ２それぞれに対応している。また、点Ｅ３及びＥ４それぞれは図７（ｂ）に示す点Ｅ１及びＥ２それぞれに対応している。そして、点Ｄ３及び点Ｄ４の内側のデータに図７（ａ）のデータを、点Ｄ３と点Ｅ３との間、及び点Ｄ４と点Ｅ４との間のデータに図７（ｂ）のデータを、点Ｅ３及び点Ｅ４の外側のデータに図７（ｃ）のデータを用いている。
【００８０】
光測定装置が撮像素子の蓄積容量を超えるように撮像するモードを備えない場合、得られる画像データは図７（ａ）に示したグラフのようになる。図７（ａ）に示したグラフでは、被測定光の光量が大きな部分（例えば点Ｄ１ａ及びＤ２ａの内側）では精度よく測定されているが、被測定光の光量が小さな部分（例えば点Ｅ１ａ及びＥ２ａの外側）ではＳ／Ｎ比が小さくなってノイズ成分が支配的となり、強度分布の値を読みとることができない。これに対し、本実施形態による光測定装置及び光測定方法によれば、図８に示したように被測定光の光量が小さな部分でもＳ／Ｎ比良く測定できており、強度分布の値を好適に読みとることができる。
【００８１】
また、本実施形態では低入力モード、第１高入力モード、及び第２高入力モードといった３つのモードを設定しているが、モードの数についてはこれに限るものではない。モードの数については、例えば露光時間とあわせて以下の方法により求めるとよい。すなわち、（ａ）ダイナミックレンジＡを有する撮像装置の画素が蓄積容量を超えない範囲で光強度が最大となる画像を取得するための露光時間ｔ１を決定する。次に、（ｂ）画素の蓄積容量を一部超える範囲で画像を取得するための露光時間ｔ２を次の数式（１）
１０Ｌｏｇ（ｔ２／ｔ１）＜Ａ・・・（１）
を満たす範囲で決定する。このとき、数式（１）の左辺の値を右辺の値の約８０％以内にすると実用的なｔ２が求まる。
【００８２】
そして、（ｃ）Ｓ／Ｎ比などの目標を達成するために必要なダイナミックレンジをＢとすると、モードの数Ｃは次の数式（２）
Ｃ＞（Ｂ−Ａ）／｛１０Ｌｏｇ（ｔ２／ｔ１）｝＋１・・・（２）
を満たす整数を決定する。（ｄ）数式（１）及び数式（２）を満たすモードの数Ｃを決定したら、露光時間ｔ２、・・・、ｔＣはほぼ以下の数式（３）
１０Ｌｏｇ（ｔ２／ｔ１）≒１０Ｌｏｇ（ｔ３／ｔ２）≒・・・≒１０Ｌｏｇ（ｔＣ／ｔ（Ｃ−１））≒（Ｂ−Ａ）／Ｃ・・・（３）
を満たすように決める。
【００８３】
例えば、Ａ＝２５ｄＢ、Ｂ＝５０ｄＢ、ｔ１＝１ｍｓｅｃとすると、数式（２）よりＣ＞２であるからモードの数は３、すなわち低入力モード、第１高入力モード、及び第２高入力モードとなり、数式（３）は
１０Ｌｏｇ（ｔ２／ｔ１）≒１０Ｌｏｇ（ｔ３／ｔ２）≒（５０−２５）／３
となるので、露光時間ｔ２、ｔ３を
ｔ２＝６．８ｔ１、ｔ３＝６．８ｔ２
のように決定する。
【００８４】
図９は、本発明による光測定装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による光測定装置３は、測定対象である光ファイバ３０の一端へ光源３５から光を入射して、点光源である光ファイバ３０の出射端３０１から出射される被測定光を測定することにより、光ファイバ３０の光学特性を評価する装置である。
【００８５】
光測定装置３は、ファー・フィールド・パターン（ＦＦＰ）光学系３１、撮像素子３２、画像処理部３３、表示部３４、操作部３６、及び減光フィルタ３７を備えている。撮像素子３２は、複数の画素３２ａを有している。撮像素子３２及び画素３２ａの構成は図１に示した撮像素子１１及び画素１１ａと同様の構成を有するため、説明を省略する。また、ＦＦＰ光学系３１は図５に示したＦＦＰ光学系２１と同様の構成を有するため、説明を省略する。
【００８６】
減光フィルタ３７は、撮像素子３２の撮像条件を調整するための調整手段である。減光フィルタ３７は、その光透過率に応じて被測定光を減光することにより、撮像素子３２の受光量を調整する。減光フィルタ３７は、撮像素子３２の受光量を調整することによって、低入力モード、第１高入力モード、及び第２高入力モードを実現する。減光フィルタ３７は受光量を調整するために透過率の異なる所定数のフィルタを有しており、これらを適宜切り替えることによって撮像素子３２の受光量が選択される。そして、減光フィルタ３７は、減光した被測定光をＦＦＰ光学系３１へ出力する。
【００８７】
画像処理部３３は、図４に示した画像処理部１８のハードウェア構成と同様の構成を有している。この構成によって、画像処理部３３はＡ／Ｄ変換器３３１、第１画像メモリ３３２ａ、第２画像メモリ３３２ｂ、第３画像メモリ３３２ｃ、合成手段３３３、処理手段３３４、制御手段３３５、データ出力手段３３６、インターフェース３３７、及び３３８を有する。これらのうち、合成手段３３３、処理手段３３４、データ出力手段３３６、インターフェース３３７、及び３３８は、図５に示した第２実施形態と同様の構成を有する。
【００８８】
Ａ／Ｄ変換器３３１は、画像データをアナログ信号からディジタル信号へ変換するための手段である。Ａ／Ｄ変換器３３１は、撮像素子３２から画像データを入力する。そして、Ａ／Ｄ変換器３３１は、アナログ信号からなる画像データをディジタル信号へ変換して、第１画像データＳ１を第１画像メモリ３３２ａへ、第２画像データＳ２を第２画像メモリ３３２ｂへ、第３画像データＳ３を第３画像メモリ３３２ｃへ、それぞれ出力する。
【００８９】
第１画像メモリ３３２ａないし第３画像メモリ３３２ｃは、第１画像データＳ１ないし第３画像データＳ３を入力し、記憶する記憶手段である。第１画像メモリ３３２ａないし第３画像メモリ３３２ｃそれぞれは、Ａ／Ｄ変換器３３１と接続されている。そして、第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、第３画像データＳ３それぞれをＡ／Ｄ変換器３３１から入力し、記憶する。
【００９０】
表示部３４は、低入力モード、第１高入力モード、及び第２高入力モードそれぞれにおける画像データをモニタするためのモニタ手段である。表示部２４は、第１画像メモリ３３２ａないし第３画像メモリ３３２ｃからインターフェース３３７を介して第１画像データＳ１ないし第３画像データＳ３を入力する。そして、これらの画像データを画面に表示する。
【００９１】
操作部３６は、測定者によって操作される。操作部３６は、表示部３４に表示されている画像データに基づいて、合成画像データの生成に用いる画像データを測定者が決定するための入力装置として用いられる。測定者は、画像メモリ３３２ａないし画像メモリ３３２ｃに記憶されている第１画像データＳ１ないし第３画像データＳ３を表示部３４によりモニタして、合成画像データに用いるか否かを決定する。合成画像データに用いない場合は、測定者が減光フィルタ３７を選択して撮像素子３２の受光量を調整する。また、合成画像データに用いる場合は、測定者が操作部３６から画像データを決定するよう入力する。
【００９２】
制御手段３３５は、表示部３４によりモニタされ、合成画像データの生成に用いることが決定された画像データに基づいて、合成手段３３３による合成画像データの生成を制御するための手段である。制御手段３３５は、操作部３６から合成画像データの生成に用いる画像データを決定したことを示す信号を入力する。そして、制御手段３３５は、第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、及び第３画像データＳ３を合成するよう合成手段３３３へ指示する。また、制御手段３３５は、測定対象である光ファイバ３０の光学特性を合成画像データに基づいて求めるよう処理手段３３４へ指示する。
【００９３】
以上の構成において、光源３５から出射した光が、光ファイバ３０に入射する。入射した光は、光ファイバ３０の内部を通って出射端３０１から被測定光として出射される。被測定光は減光フィルタ３７によって減光される（調整ステップ）。そして、減光された被測定光はｆθレンズ３１１を備えるＦＦＰ光学系３１に入射され、ｆθレンズ３１１によって遠視野像に変換される。
【００９４】
遠視野像に変換された被測定光は、撮像素子３２に入射される。そして、複数の画素３２ａ内部で電荷が生成される。生成された電荷を各画素ごとに検出することによって第１画像データＳ１が生成される（撮像ステップ）。第１画像データＳ１は、撮像素子３２から画像処理部３３のＡ／Ｄ変換器３３１へ出力される。
【００９５】
第１画像データＳ１は、Ａ／Ｄ変換器３３１によってアナログ信号からディジタル信号へ変換される。そして、第１画像データＳ１は第１画像メモリ３３２ａに入力され、記憶される（記憶ステップ）。記憶された第１画像データＳ１は、インターフェース３３７を介して表示部３４に表示される（モニタステップ）。
【００９６】
第１画像データＳ１は表示部３４において測定者にモニタされる。そして、合成画像データに用いることが不適であれば、減光フィルタ３７において異なる透過率が選択される（調整ステップ）。そして、撮像素子３２が再度撮像する。こうして、合成画像データに用いられる第１画像データＳ１が測定者によって決定されるまで、撮像を繰り返す。
【００９７】
合成画像データに用いられる第１画像データＳ１が決定されると、減光フィルタ３７の透過率が第１高入力モードに適するように選択される（調整ステップ）。そして、撮像部３２が撮像する。こうして生成された第２画像データＳ２は第１画像データＳ１と同様に測定者にモニタされる。そして、合成画像データに用いるのに適した第２画像データＳ２が得られるまで、減光フィルタ３７における透過率の選択と撮像素子３２における撮像とが繰り返される。
【００９８】
合成画像データに用いられる第２画像データＳ２が決定されると、減光フィルタ３７の透過率が第２高入力モードに適するように選択される（調整ステップ）。そして、合成画像データに用いる第３画像データＳ３が、第２画像データＳ２と同様に決定される。
【００９９】
制御手段３３５は、合成手段３３３に対して合成画像データを生成するよう指示する。また、制御手段３３５は、処理手段３３４に対して光学特性を算出するよう指示する。合成手段３３３は、第１画像データＳ１ないし第３画像データＳ３を１つの合成画像データに合成する（合成ステップ）。合成画像データは処理手段３３４に送られ、処理手段３３４は合成画像データに基づいて光ファイバ３０のモードフィールド径及び実効断面積を算出する。算出されたモードフィールド径及び実効断面積は、データ出力手段３３６から光測定装置外部へ出力される。
【０１００】
本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子を備えている。これによって点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で測定できる。また、光測定装置及び光測定方法は、撮像素子へ入射する光量を調整するための減光フィルタを備えている。そして、減光フィルタの透過率を選択することによって低入力モード、第１高入力モード、及び第２高入力モードを実現している。
【０１０１】
そして、低入力モードの画像データのうち高レベル側のデータと、第１高入力モードの画像データのうち中レベルのデータと、第２高入力モードの画像データのうち低レベル側のデータとを結合して、１つの画像データに合成することにより、広いダイナミックレンジの合成画像データが得られる。
【０１０２】
また、蓄積容量を超えた分の電荷を画素から排出する機能を撮像素子が有することによって、被測定光の強度分布における中レベル及び低レベル側の部分を好適に撮像することができる。
【０１０３】
以上のことから、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。
【０１０４】
図１０は、本発明による光測定装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による光測定装置４は、測定対象である光ファイバ４０の一端へ光源４５から光を入射して、点光源である光ファイバ４０の出射端４０１から出射される被測定光を測定することにより、光ファイバ４０の光学特性を評価する装置である。
【０１０５】
光測定装置４は、ファー・フィールド・パターン（ＦＦＰ）光学系４１、撮像素子４２、画像処理部４３、表示部４４、操作部４６、及び光出力制御部４７を備えている。撮像素子４２は、複数の画素４２ａを有している。撮像素子４２及び画素４２ａの構成は図１に示した撮像素子１１及び画素１１ａと同様の構成を有する。また、ＦＦＰ光学系４１及び表示部４４は図５に示したＦＦＰ光学系２１及び表示部２４と同様の構成を有する。
【０１０６】
光出力制御部４７は、撮像素子４２の撮像条件を調整するための調整手段である。光出力制御部４７は、光源４５の光量を調整することにより、撮像素子４２の受光量を調整する。光出力制御部４７は、撮像素子４２の受光量を調整することによって、低入力モード、第１高入力モード、及び第２高入力モードを実現する。光出力制御部４７は光源４５の光量を指示するための光量制御信号Ｃ２を受け、この光量制御信号Ｃ２に応じた光量になるよう調整する。
【０１０７】
画像処理部４３は、図４に示した画像処理部１８のハードウェア構成と同様の構成を有している。この構成によって、画像処理部４３はＡ／Ｄ変換器４３１、第１画像メモリ４３２ａ、第２画像メモリ４３２ｂ、第３画像メモリ４３２ｃ、合成手段４３３、処理手段４３４、制御手段４３５、データ出力手段４３６、インターフェース４３７、４３８、及び４３９を有する。これらのうち、制御手段４３５及びインターフェース４３９以外の構成は、図９に示した第３実施形態と同様の構成を有する。
【０１０８】
操作部４６は、測定者によって操作される。操作部４６は、表示部４４に表示されている第１画像データＳ１に基づいて、低入力モードにおける光源４５の光量を測定者が調整するための入力装置として用いられる。また、操作部４６は、表示部４４に表示されている第１画像データＳ１を合成画像データの生成に用いることを測定者が決定するための入力装置として用いられる。測定者は、第１画像データＳ１を表示部４４によりモニタして、合成画像データに用いるか否かを決定する。合成画像データに用いない場合は、測定者が光源４５の光量を操作部４６から入力して低入力モードでの光量を再度調整する。また、合成画像データに用いる場合は、測定者が操作部４６から第１画像データＳ１を決定するよう入力する。
【０１０９】
制御手段４３５は、表示部４４によりモニタされ、合成画像データの生成に用いることが決定された第１画像データＳ１に基づいて、光出力制御部４７による第１高入力モード及び第２高入力モードへの切り替え、撮像素子４２による撮像、及び合成手段４３３による合成画像データの生成を制御するための手段である。
【０１１０】
制御手段４３５は、測定者が入力した低入力モードにおける光源４５の光量を操作部４６から入力する。そして、入力された光量で光源４５が発光するように、光量制御信号Ｃ２をインターフェース４３９を介して光出力制御部４７へ送る。また、制御手段４３５は、操作部４６から第１画像データＳ１を決定したことを示す信号を入力する。そして、制御手段４３５は、第１画像データＳ１に基づいて第１高入力モードにおける光源４５の光量、及び第２高入力モードにおける光源４５の光量を算出する。
【０１１１】
制御手段４３５は、算出した光量で光源４５が発光するように、光量制御信号Ｃ２をインターフェース４３９を介して光出力制御部４７へ送る。また、制御手段４３５は、画像メモリ４３２ｂ及び４３２ｃそれぞれに対して、第２画像データＳ２及び第３画像データＳ３それぞれを入力して記憶するよう指示する。また、制御手段４３５は、第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、及び第３画像データＳ３を合成するよう合成手段４３３へ指示する。また、制御手段４３５は、測定対象である光ファイバ４０の光学特性を合成画像データに基づいて求めるよう処理手段４３４へ指示する。
【０１１２】
以上の構成において、光出力制御部４７が光源４５の光量を調整する（調整ステップ）。そして、光源４５から出射した光が、光ファイバ４０に入射する。入射した光は、光ファイバ４０の内部を通って出射端４０１から被測定光として出射される。被測定光はｆθレンズ４１１を備えるＦＦＰ光学系４１に入射され、ｆθレンズ４１１によって遠視野像に変換される。
【０１１３】
遠視野像に変換された被測定光は、撮像素子４２に入射される。そして、複数の画素４２ａ内部で電荷が生成される。生成された電荷を各画素ごとに検出することによって第１画像データＳ１が生成される（撮像ステップ）。第１画像データＳ１は、撮像素子４２から画像処理部４３のＡ／Ｄ変換器４３１へ出力される。
【０１１４】
第１画像データＳ１は、Ａ／Ｄ変換器４３１によってアナログ信号からディジタル信号へ変換される。そして、第１画像データＳ１は第１画像メモリ４３２ａに入力され、記憶される（記憶ステップ）。記憶された第１画像データＳ１は、インターフェース４３７を介して表示部４４に表示される（モニタステップ）。
【０１１５】
第１画像データＳ１は表示部４４において測定者にモニタされる。そして、合成画像データに用いることが不適であれば、測定者は操作部４６により異なる光量を入力する。入力された光量はインターフェース４３８を介して制御手段４３５へ入力される。制御手段４３５は、入力された光量に基づいて光量制御信号Ｃ２を生成し、インターフェース４３９を介して光出力制御部４７へ送る。光出力制御部４７は、光量制御信号Ｃ２に応じた光量となるよう光源４５の光量を調整する（調整ステップ）。そして、撮像素子４２が撮像する。こうして、合成画像データに用いられる第１画像データＳ１が測定者によって決定されるまで、撮像を繰り返す。
【０１１６】
合成画像データに用いられる第１画像データＳ１が決定されると、測定者は決定した旨を操作部４６へ入力する。操作部４６は、第１画像データＳ１が決定されたことを示す信号を制御手段４３５へ送る。制御手段４３５は、第１画像データＳ１に基づいて、第１高入力モードに対応する光源４５の光量を算出する。そして、制御手段４３５は、第１高入力モードに対応する光量で光源４５が発光するよう光量制御信号Ｃ２により光出力制御部４７に指示する（制御ステップ）。
【０１１７】
光出力制御部４７は、光量制御信号Ｃ２に応じて光源４５の光量を調整する（調整ステップ）。そして、撮像素子４２が被測定光を撮像して第２画像データＳ２が生成される（撮像ステップ）。第２画像データＳ２は、Ａ／Ｄ変換器４３１を介して、第２画像メモリ４３２ｂに記憶される（記憶ステップ）。
【０１１８】
さらに、制御手段４３５は、第１画像データＳ１に基づいて、第２高入力モードに対応する光源４５の光量を算出する。そして、制御手段４３５は、第２高入力モードに対応する光量で光源４５が発光するよう光量制御信号Ｃ２により光出力制御部４７に指示する（制御ステップ）。
【０１１９】
光出力制御部４７は、光量制御信号Ｃ２に応じて光源４５の光量を調整する（調整ステップ）。そして、撮像素子４２が被測定光を撮像して第３画像データＳ３が生成される（撮像ステップ）。第３画像データＳ３は、第３画像メモリ４３２ｃに記憶される（記憶ステップ）。
【０１２０】
制御手段４３５は、合成手段４３３に対して合成画像データを生成するよう指示する（制御ステップ）。また、制御手段４３５は、処理手段４３４に対して光学特性を算出するよう指示する。合成手段４３３は、第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、及び第３画像データＳ３を１つの合成画像データに合成する（合成ステップ）。合成画像データは処理手段４３４に送られ、処理手段４３４は合成画像データに基づいて光ファイバ４０のモードフィールド径及び実効断面積を算出する。算出されたモードフィールド径及び実効断面積は、データ出力手段４３６から光測定装置外部へ出力される。
【０１２１】
本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子を備えている。これによって点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で測定できる。また、光測定装置及び光測定方法は、光源が出射する光の光量を調整するための光出力制御部を備えている。そして、光源４５の光量を調整することによって低入力モード、第１高入力モード、及び第２高入力モードを実現している。そして、これらのモードにおける画像データを結合して、１つの画像データに合成している。
【０１２２】
また、蓄積容量を超えた分の電荷を画素から排出する機能を撮像素子が有することによって、被測定光の強度分布における中レベル及び低レベル側の部分を好適に撮像することができる。
【０１２３】
以上のことから、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。
【０１２４】
図１１は、本発明による光測定装置の第５実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による光測定装置５は、測定対象である光ファイバ５０の一端へ光源５５から光を入射して、点光源である光ファイバ５０の出射端５０１から出射される被測定光を測定することにより、光ファイバ５０の光学特性を評価する装置である。この光測定装置５は、上記した各実施形態が備えていたＦＦＰ光学系を備えず、所定の視野における像を画像処理部５３によって生成する。
【０１２５】
光測定装置５は、撮像部５２、画像処理部５３、表示部５４、及び操作部５６を備えている。撮像部５２は、複数の画素５２ａを有する。これらのうち、撮像部５２、画素５２ａ、表示部５４、及び操作部５６の構成は図５に示した撮像部２２、表示部２４、及び操作部２６と同様である。
【０１２６】
画像処理部５３は、図４に示した画像処理部１８のハードウェア構成と同様の構成を有している。この構成によって、画像処理部５３は第１画像メモリ５３２ａ、第２画像メモリ５３２ｂ、第３画像メモリ５３２ｃ、合成手段５３３、処理手段５３４、制御手段５３５、データ出力手段５３６、補正手段５３９、インターフェース５３１、５３７、及び５３８を有する。これらのうち、第１画像メモリ５３２ａ、第２画像メモリ５３２ｂ、第３画像メモリ５３２ｃ、及び補正手段５３９を除く構成は図５に示した画像処理部２３の構成と同様である。
【０１２７】
補正手段５３９は、画像データを遠視野における画像データに補正するための手段である。補正手段５３９は、第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、及び第３画像データＳ３を撮像装置５２からインターフェース５３１を介して入力する。そして、各画像データを、遠視野における画像データになるよう補正する。補正手段５３９は、補正した第１画像データＳ１を第１画像メモリ５３２ａへ、補正した第２画像データＳ２を第２画像メモリ５３２ｂへ、補正した第３画像データＳ３を第３画像メモリ５３２ｃへそれぞれ送る。
【０１２８】
第１画像メモリ５３２ａは、遠視野像に補正された第１画像データＳ１を入力し、記憶する記憶手段である。第２画像メモリ５３２ｂは、遠視野像に補正された第２画像データＳ２を入力し、記憶する記憶手段である。第３画像メモリ５３２ｃは、遠視野像に補正された第３画像データＳ３を入力し、記憶する記憶手段である。第１画像メモリ５３２ａ、第２画像メモリ５３２ｂ、及び第３画像メモリ５３２ｃそれぞれは、補正手段５３９と接続されている。そして、補正後の第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、及び第３画像データＳ３それぞれを補正手段５３９から入力し、記憶する。
【０１２９】
以上の構成において、光源５５から出射した光が、光ファイバ５０に入射する。入射した光は、光ファイバ５０の内部を通って出射端５０１から被測定光として出射される。被測定光は、撮像素子５２３が有する複数の画素５２３ａに入射される。このとき、低入力モードとなるように露光時間が調整される（調整ステップ）。そして、撮像素子５２３において第１画像データＳ１が生成され（撮像ステップ）、第１画像データＳ１がＡ／Ｄ変換器５２４、インターフェース５２５、及び５３１を介して補正手段５３９へ入力される。
【０１３０】
第１画像データＳ１は、補正手段５３９において遠視野における画像データに補正される（補正ステップ）。そして、補正された第１画像データＳ１が第１画像メモリ５３２ａに入力され、記憶される（記憶ステップ）。記憶された第１画像データＳ１は、インターフェース５３７を介して表示部５４に表示される（モニタステップ）。
【０１３１】
第１画像データＳ１は表示部５４において測定者にモニタされる。そして、合成画像データに用いる第１画像データＳ１が決定されるまで、露光時間の調整と撮像とが繰り返される。合成画像データに用いられる第１画像データＳ１が決定されると、測定者は決定した旨を操作部５６へ入力する。操作部５６は、第１画像データＳ１が決定されたことを示す信号を制御手段５３５へ送る。制御手段５３５は、第１画像データＳ１に基づいて第１高入力モードに対応する露光時間を算出し、露光制御信号Ｃ１により露光制御部５２６に露光時間を指示する（制御ステップ）。
【０１３２】
露光制御部５２６は、露光制御信号Ｃ１に応じて露光時間を調整する（調整ステップ）。そして、撮像素子５２３が被測定光を撮像して第２画像データＳ２が生成される（撮像ステップ）。第２画像データＳ２は、Ａ／Ｄ変換器５２４、インターフェース５２５、及びインターフェース５３１を介して、補正手段５３９へ入力される。第２画像データＳ２は、補正手段５３９において遠視野における画像データに補正される（補正ステップ）。そして、補正された第２画像データＳ２が第２画像メモリ５３２ｂに入力され、記憶される（記憶ステップ）。
【０１３３】
さらに、制御手段５３５は、第１画像データＳ１に基づいて第２高入力モードに対応する露光時間を算出し、露光制御信号Ｃ１により露光制御部５２６に露光時間を指示する（制御ステップ）。露光制御部５２６は、露光制御信号Ｃ１に応じて露光時間を調整する（調整ステップ）。そして、撮像素子５２３が被測定光を撮像して第３画像データＳ３が生成される（撮像ステップ）。第３画像データＳ３は、補正手段５３９によって遠視野における画像データに補正され（補正ステップ）、第３画像メモリ５３２ｃに記憶される（記憶ステップ）。
【０１３４】
制御手段５３５は、合成手段５３３に対して合成画像データを生成するよう指示する（制御ステップ）。また、制御手段５３５は、処理手段５３４に対して光学特性を算出するよう指示する。合成手段５３３は、第１画像データＳ１、第２画像データＳ２、及び第３画像データＳ３を１つの合成画像データに合成する（合成ステップ）。合成画像データは処理手段５３４に送られ、処理手段５３４は合成画像データに基づいて光ファイバ５０のモードフィールド径及び実効断面積を算出する。算出されたモードフィールド径及び実効断面積は、データ出力手段５３６から光測定装置外部へ出力される。
【０１３５】
本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が２次元状に配列された撮像素子を備えている。これによって光ファイバの出射端から出射される被測定光の強度分布を２次元で測定できる。また、光測定装置及び光測定方法は、撮像素子の露光時間を調整することによって低入力モード、第１高入力モード、及び第２高入力モードを実現している。そして、これらのモードにおける画像データを結合して、１つの画像データに合成している。
【０１３６】
また、蓄積容量を超えた分の電荷を画素から排出する機能を撮像素子が有することによって、被測定光の強度分布における中レベル及び低レベル側の部分を好適に撮像することができる。
【０１３７】
以上のことから、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。
【０１３８】
また、第２〜第４実施形態では遠視野像を得るためにｆθレンズを備えている。光測定装置及び光測定方法は、本実施形態のように画像処理部において画像データを遠視野におけるデータに補正することによっても同様の効果を得ることができる。これによって、光ファイバの出射端から出射される被測定光の、遠視野像の強度分布を測定することができる。なお、ｆθレンズの場合と同様に、補正は遠視野に限らず、所定の視野における画像データを得るように測定目的に応じて適宜行うとよい。
【０１３９】
本発明による光測定装置及び光測定方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、第１実施形態では、低入力モードと高入力モードという２つのモードを設定している。また、第２実施形態ないし第５実施形態では、低入力モード、第１高入力モード、及び第２高入力モードという３つの入力モードを設定している。光測定装置及び光測定方法では、入力モードの数はこれらに限らず、例えば第２実施形態で説明した入力モードの数の求め方などを用いて任意の入力モード数を設定するとよい。
【０１４０】
また、上記した各実施形態では、まず低入力モードの測定を行い、次いで高入力モードの測定を行っている。モードの順序はこれに限定されるものではなく、高入力モードの測定を行ってから低入力モードの測定を行ってもよい。この際、合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、高入力モードにおける画像データをモニタ手段によってモニタするとよい。
【０１４１】
また、各実施形態においては、合成画像データに用いる第１画像データをモニタし、決定する作業を測定者が行っている。光測定装置及び光測定方法は、表示部及び操作部に代えて、第１画像データをモニタし、合成画像データに用いる第１画像データを自動的に決定するような手段を画像処理部の内部に備えても良い。これによって、光測定装置及び光測定方法の全ての動作を自動的に行うことが可能になる。
【０１４２】
また、撮像素子に入射する光量を調整するための調整手段として、第２実施形態及び第５実施形態では露光制御部を、第３実施形態では減光フィルタを、第４実施形態では光出力制御部を備えている。光測定装置及び光測定方法は、これらの調整手段を複数あわせて備えてもよい。例えば、ある範囲内で露光時間を調整できる露光制御部と、露光時間調整による光量の調整よりも光量の変動が大きな減光フィルタとをあわせて備えることにより、さらに広レンジで光量の調整が可能となる。
【０１４３】
【発明の効果】
本発明による光測定装置及び光測定方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、点光源から出射される被測定光の強度分布を２次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。また、蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子を用いることにより、高入力モードを好適に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光測定装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】（ａ）第１画像データＳ１の一例を模式的に示すグラフである。（ｂ）第２画像データＳ２の一例を模式的に示すグラフである。（ｃ）１次元の合成画像データの一例を模式的に示すグラフである。
【図３】本発明による光測定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態における画像処理部の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明による光測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示した光測定装置の模式図である。
【図７】（ａ）２次元の第１画像データＳ１（ｂ）２次元の第２画像データＳ２（ｃ）２次元の第３画像データＳ３からそれぞれ取り出した１次元強度分布データの一例を示すグラフである。
【図８】図７（ａ）〜図７（ｃ）に示した画像データから生成した１次元の合成画像データの一例を示すグラフである。
【図９】本発明による光測定装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明による光測定装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明による光測定装置の第５実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…光測定装置、１１…撮像素子、１１ａ…画素、１２…調整手段、１３ａ…第１画像メモリ、１３ｂ…第２画像メモリ、１４…合成手段、１６…光源、１７…撮像部、１８…画像処理部。
【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】
2004069486.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004069486.tif 000011
【図１０】
2004069486.tif 000012
【図１１】
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