(57)【要約】【課題】光パワーの測定時に位置合せをしてから測定を行なう必要がなく、簡単な構成で測定精度を向上することができる光パワー測定装置を提供する。【解決手段】発光素子１から出射された光ビームのパワーを受光素子２側で測定する測定装置において、上記発光素子と上記受光素子との間に設けられた環状のハーフミラー３と、上記ハーフミラーで反射された光を検出するＣＣＤカメラ６と、上記ＣＣＤカメラの出力と基準出力とを比較して光軸のずれ及びピントのずれを検出する画像処理装置７と、上記画像処理装置の検出結果にもとづいて上記ハーフミラー、ＣＣＤカメラ及び受光素子の位置を調整する駆動装置９とを備えた構成とする。【選択図】図１
2007309678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から出射された光ビームのパワーを受光素子側で測定する光パワー測定装置において、上記発光素子と上記受光素子との間に設けられた環状のハーフミラーと、上記ハーフミラーで反射された光を検出するＣＣＤカメラと、上記ＣＣＤカメラの出力と基準出力とを比較して光軸のずれ及びピントのずれを検出する画像処理装置と、上記画像処理装置の検出結果にもとづいて上記ハーフミラー、ＣＣＤカメラ及び受光素子の位置を調整する駆動装置とを備えた光パワー測定装置。
【請求項２】
上記ハーフミラーと受光素子との間にフィルターを設けたことを特徴とする請求項１記載の光パワー測定装置。
【請求項３】
上記フィルターは、所定の波長またはその近傍の波長の光を透過させるバンドパスフィルターであることを特徴とする請求項２記載の光パワー測定装置。
【請求項４】
上記フィルターは、波長依存性の小さいＮＤフィルターであることを特徴とする請求項２記載の光パワー測定装置。
【請求項５】
上記ハーフミラーで反射された光をスクリーンを介してＣＣＤカメラに到達するようにすると共に、上記スクリーンに蛍光板を用いたことを特徴とする請求項１記載の光パワー測定装置。
【請求項６】
上記ＣＣＤカメラは、冷却ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１記載の光パワー測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光パワー測定装置、特に、自由空間中を伝播する発光素子の光パワーを測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自由空間中を伝播する発光素子の光パワーを受光素子側で測定する際、発光素子の輝点から放射される光ビームが広がりをもって空気中を伝播するため、受光素子として大口径ＰＤ(Photo Diode)などを設け、その受光素子面と発光素子とを近接させて測定していた。
【０００３】
また、発光素子としてレーザー光を使用する場合は、レーザー発振器から複数枚の伝送ミラーを介して伝送され、対象物へ導かれるが、伝送途中でレーザー光の一部が透過ミラーによって光路軸から取り出され、スクリーンに受けられて可視光に変えられる。スクリーン上にはレーザー光の断面が可視光として現れ、ＣＣＤカメラに画像として取り込まれた後、演算処理手段によって画像処理技術で処理され、目標位置とのずれが演算されると共に、ずれ矯正信号として出力され、多軸コントローラーを介して揺動装置が伝送ミラーを立体的に揺動して光軸上のずれを矯正している。（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１０３８８１号公報（段落０００３、０００４、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光パワー測定装置は以上のように構成されているため、発光素子と受光素子面との位置精度が重要となるが、発光素子の位置ずれなどの影響により受光素子面上で受ける光ビームも位置ずれを生じ、受光素子面外にはみ出してしまって光ビームのパワーを正しく計測できない場合があるため、発光素子と受光素子との位置合せをしてから測定する必要があった。
【０００６】
更に、位置ずれの検出に当たっては複数枚のレンズを使用していたため構造が複雑になるという問題点があった。また、従来の技術では位置ずれ補正用として上述のように、伝送ミラーなどで光の一部を取り出す方法があったが、取り出された光が光パワー測定時にロスとなってしまって測定の正確性に影響を及ぼす可能性があった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点に対処するためになされたもので、光パワーの測定時に位置合せをしてから測定を行なう必要がなく、簡単な構成で測定精度を向上することができる光パワー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】
【０００８】
この発明に係る光パワー測定装置は、発光素子から出射された光ビームのパワーを受光素子側で測定する光パワー測定装置において、上記発光素子と上記受光素子との間に設けられた環状のハーフミラーと、上記ハーフミラーで反射された光を検出するＣＣＤカメラと、上記ＣＣＤカメラの出力と基準出力とを比較して光軸のずれ及びピントのずれを検出する画像処理装置と、上記画像処理装置の検出結果にもとづいて上記ハーフミラー、ＣＣＤカメラ及び受光素子の位置を調整する駆動装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る光パワー測定装置は上記のように構成され、環状のハーフミラーを用いることによりメインビームパワーの減衰量を少なくし、受光素子への入射光量を増加させることができるので、測定精度を向上することができる。また、受光素子とハーフミラーとＣＣＤカメラとの光軸のずれやピントのずれを検出する機構がレンズを使用せずに構成され、簡易化される点も特徴である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による光パワー測定装置の構成を示す概略図である。
【００１１】
測定装置は発光素子１から出射された光ビームを受光素子２で受光し、受光面でのパワーを測定する。発光素子１としてはＬＤ(Laser Diode)やＬＥＤ(LightEmitting Diode)などがあるが、この実施の形態ではＬＤの場合を例示している。
【００１２】
測定に当たっては、発光素子１と受光素子２の光軸を一致させる必要があるが、一致しているかどうかの確認のために発光素子１と受光素子２との間に環状のハーフミラー３を設け、このハーフミラー３の出力にもとづいて以下に説明する方式により光軸のずれに加えてピントのずれを検出し光軸を調整するようにしている。
【００１３】
環状のハーフミラー３は、ハーフミラーの中心部が中空（透過率１００％）であり、周辺部が環状に形成されていてハーフミラー（透過率５０％）を構成しているものである。発光素子１の光パワーの測定に大半の影響を及ぼす光ビームの中心部がハーフミラー３の中空部を通過するような形状とすることにより、図２に受光素子２の受光面でのビーム強度のイメージ図を示すように、光ビームの中心部のパワー２Ａが減衰せずに受光素子２の面上まで伝播することになり、高精度の測定を行なうことが可能となる。
【００１４】
一方、図２に２Ｂで示すように、受光素子２の受光面での強度が小さく、光パワーの測定にほとんど影響のない光ビームの周辺部の光は、その５０％がハーフミラー３で反射されてスクリーン４上に反射ビーム像５を形成すると共に、ＣＣＤカメラ６のエリアセンサ（図示せず）上に到達し、光軸のずれを検出するための位置情報として用いられる。
【００１５】
図３は、上記スクリーン４上に映った反射ビーム像５の状況を示すもので、（ａ）は受光素子２と、ハーフミラー３と、ＣＣＤカメラ６の光軸が一致している場合の基準画像５Ａを示し、基準画像５Ａの下に示した信号６Ａは、基準画像５Ａの場合におけるＣＣＤカメラ６の出力を示すものである。
【００１６】
また、（ｂ）は受光素子２と、ハーフミラー３と、ＣＣＤカメラ６の光軸に軸ずれが生じている場合の軸ずれ画像５Ｂを示し、軸ずれ画像５Ｂの下に示した信号６Ｂは、軸ずれ画像５Ｂの場合におけるＣＣＤカメラ６の出力を示すものである。また、信号６Ｂの下に示した信号６Ａは図３（ａ）で示した基準画像５Ａの場合における基準信号で、後述するように、軸ずれ検出の際に信号６Ａと６Ｂとを比較することになるため、ここに示したものである。なお、信号６Ｂ上に示された破線の信号は基準信号６Ａであり、信号６Ｂとの比較を分かり易くするため併記したものである。
【００１７】
軸ずれが生じた場合には、軸ずれ画像５Ｂのように、一方では波形の幅が広がり、他方では波形の幅が狭まるなどの変化や、取り込み画像の一部に濃い部分が発生するなどの変化が生じる。
【００１８】
更に、（ｃ）は発光素子と受光素子間でピントずれが発生した場合のピントずれ画像５Ｃを示し、ピントずれ画像５Ｃの下に示した信号６Ｃは、ピントずれ画像５Ｃの場合におけるＣＣＤカメラ６の出力を示すものである。また、信号６Ｃの下に示した信号６Ａは、（ｂ）の場合と同主旨で基準信号６Ａを示すものである。
【００１９】
ピントずれが発生した場合には、ピントずれ画像５Ｃのように、波形の幅が全体的に広がったり、取り込み画像が全体的に薄くなるなどプロファイルに変化が生ずる。
【００２０】
上述した反射ビーム像５及びそれに対応した信号を画像処理装置７に取り込んで画像処理を行ない、パソコン８と共に軸ずれを検出するための位置情報を算出する。即ち、図３（ａ）に示すように、軸ずれが生じていない場合には、基準画像５と基準信号６Ａが入力されるため、軸ずれなしと判定され光軸調整は行なわれない。
【００２１】
次に、図３（ｂ）に示すように、軸ずれが生じている場合には、軸ずれ画像５Ｂと軸ずれ信号６Ｂが入力される。
軸ずれ信号６Ｂと、予め入力されている基準信号６Ａとを比較し、両信号のピークの差Ｘによって濃淡差を確認し、両信号の幅の差Ｙによって軸ずれを確認し、それぞれを位置情報として駆動装置９に入力する。
【００２２】
駆動装置９は入力された信号の大きさに応じて後述する計測ユニットを例えば図１において左右に移動させて受光素子２の出力２Ａが最大となるように位置補正して光軸調整を行ない、その上で、再度、画像プロファイルをＣＣＤカメラ６に取り込んで最適位置をサーチする。
【００２３】
計測ユニットは、受光素子２、環状のハーフミラー３、及びＣＣＤカメラ６をまとめたもので、駆動装置９によってこれら３つの位置を同時に移動させて光軸調整を行なう。
計測ユニット内では上記３つの装置は相互に予め光軸調整がされており、画像処理装置７及びパソコン８からの信号にもとづいて計測ユニットと発光素子１との光軸を合せ込むことになる。
【００２４】
また、図３（ｃ）に示すように、発光素子１と受光素子２との間のピントずれが生じている場合には、図３（ｃ）に示すピントずれ信号６Ｃが発生するため、この信号と基準信号６Ａとを比較して、両信号の幅の差Ｚによってピントずれを確認し、Ｚを駆動装置９に入力する。
【００２５】
駆動装置９は上述した計測ユニットを例えば図１において上下に移動させてピント補正を行ない、再度、画像プロファイルをＣＣＤカメラ６に取り込んでジャストフォーカス位置をサーチする。
【００２６】
実施の形態１は上記のように構成され、環状のハーフミラー３を発光素子１と受光素子２との間に設けて、測定に大半の影響を及ぼすメインビームが減衰せずに受光素子２に到達するようにしたため、測定精度を向上することができる。
【００２７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態２による光パワー測定装置の構成を示す概略図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図１と異なる点は、ハーフミラー３と受光素子２との間にバンドパスフィルター１０を設けた点である。このバンドパスフィルター１０は発光素子１の波長近傍の光を透過させ、それ以外の波長の光を透過しにくくさせるものである。
【００２９】
実施の形態２は上記のように構成されているため、光パワー測定時における背景光の影響を小さくすることができ、測定精度を更に向上することができる。
【００３０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態は、実施の形態２におけるバンドパスフィルター１０の代わりに波長依存性が小さいＮＤフィルター(Neutral Density Filter)を装着したものである。その他の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００３１】
実施の形態３は上記のように構成されているため、発光素子１からの出力が高い場合でも波長にかかわらず一様に減衰するため、受光素子２に入力できる光強度の許容範囲外であっても高出力光パワーの測定が可能となる。
【００３２】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態は、発光素子１が紫外領域の波長の光を放出する発光素子である場合に、図１に示すスクリーン４に蛍光板（図示せず）を用いるようにしたものである。
【００３３】
このようにすると、発光素子１からの光をＣＣＤカメラ６で撮影することができる。
従って、紫外領域の波長の光を検知する検知器を用いることなく、ＣＣＤカメラをそのまま使用することができるので、画像処理が簡易化されるものである。
【００３４】
実施の形態５
次に、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態は、発光素子１が近赤外（紫外）領域の波長の光を放出する発光素子である場合に、撮像用のＣＣＤカメラ６に代えて冷却ＣＣＤカメラ（図示せず）を用いるようにしたものである。
【００３５】
ＣＣＤカメラを冷却すると、波長特性を広げる効果があるため、近赤外（紫外）領域の波長の光を検知する検知器を用いることなく、冷却ＣＣＤカメラを用いて測定することができるので、画像処理が簡易化されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施の形態１による光パワー測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１において、受光素子の受光面でのビーム強度を示すイメージ図である。
【図３】実施の形態１において、スクリーンに映った反射ビーム像の状況を示すもので、（ａ）は光軸が一致している場合の基準画像、（ｂ）は軸ずれが生じている場合の軸ずれ画像、（ｃ）はピントずれが発生した場合のピントずれ画像を示す。
【図４】この発明の実施の形態２による光パワー測定装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  発光素子、  ２  受光素子、  ２Ａ  中心部のパワー、  ２Ｂ  周辺部の光、
３  環状のハーフミラー、  ４  スクリーン、  ５  反射ビーム像、
５Ａ  基準画像、  ５Ｂ  軸ずれ画像、  ５Ｃ  ピントずれ画像、
６  ＣＣＤカメラ、  ６Ａ  基準信号、  ６Ｂ、６Ｃ  信号、  ７  画像処理装置、
８  パソコン、  ９  駆動装置、  １０  バンドパスフィルター。
【図１】
2007309678.tif 000003
【図２】
2007309678.tif 000004
【図３】
2007309678.tif 000005
【図４】
2007309678.tif 000006