(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光のビームパターンを計測する光測定装置であって、
光ファイバが複数本束ねられて成るファイバ光学部品からなり、当該ファイバ光学部品の光ファイバの入射面から前記被測定光を入射させ、前記被測定光を当該ファイバの出射面から出射させることによって、前記出射面において前記ビームパターンに応じた投影像を形成させる入射板と、
前記入射板を通過した通過光のうち少なくとも主光線が入射可能な第１のレンズおよび当該第１のレンズを通過した前記通過光を前記光電変換部に入射させる第２のレンズを有すると共に、前記投影像を拡大または縮小して結像させるズーム部と、
前記ズーム部により前記投影像が結像される位置に受光面を有し、当該受光面上で結像された前記投影像を撮像して電気信号に変換する光電変換部と、
前記電気信号に基づいて前記ビームパターンを算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする光測定装置。
【請求項２】
前記入射板は、前記第１のレンズ側に、前記通過光の主光線を前記第１のレンズの中心軸方向に傾ける傾光部を有することを特徴とする請求項１記載の光測定装置。
【請求項３】
前記傾光部は、前記入射板の前記第１のレンズ側に一体化して設けられていることを特徴とする請求項２記載の光測定装置。
【請求項４】
前記ズーム部は、前記被測定光が通過可能な開口を有すると共に前記開口の大きさを調節可能な絞りを有することを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項記載の光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定光のビームパターンを計測するための光測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光源から出力された被測定光の放射分布、強度分布などを測定する光測定装置の例として、たとえば特公平３−４８５８号公報に掲載された二次元配光分布測定装置が知られている。この二次元配光分布測定装置では、被測定光源から出射された光束はコリメータレンズ系によってその出射角度に対応した位置に集光され、これを各光束について行うことにより、各光束の出射方向の強度に比例した二次元強度分布を示す空中像が形成される。そして、この空中像を撮像装置で撮像することにより、被測定光の二次元配光分布を知ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特公平３−４８５８号公報に掲載された二次元配光分布測定装置には、次のような問題があった。すなわち、上記測定装置においては、被測定光の角度に応じた強度分布を位置情報に置き換えて測定するため、光源からの任意の位置（距離）におけるビームパターンの測定ができなかった。
【０００４】
また、ビームパターンの測定精度を高めるには、被測定光を適切なサイズで漏れの無いようにＣＣＤなどの光電変換部に入射させる必要があるが、上記公報に記載された装置においては、ビームパターンの測定精度を高めるための工夫は何らなされていなかった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、光源からの任意の位置におけるビームパターンの測定を高精度で行える光測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光測定装置は、被測定光のビームパターンを計測する光測定装置であって、光ファイバが複数本束ねられて成るファイバ光学部品からなり、当該ファイバ光学部品の光ファイバの入射面から被測定光を入射させ、被測定光を当該ファイバの出射面から出射させることによって、出射面においてビームパターンに応じた投影像を形成させる入射板と、入射板を通過した通過光のうち少なくとも主光線が入射可能な第１のレンズおよび当該第１のレンズを通過した通過光を光電変換部に入射させる第２のレンズを有すると共に投影像を拡大または縮小して結像させるズーム部と、ズーム部により投影像が結像される位置に受光面を有し、当該受光面上で結像された投影像を撮像して電気信号に変換する光電変換部と、電気信号に基づいてビームパターンを算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る光測定装置によれば、入射板に入射した被測定光は、ズーム部の第１のレンズを通過した後、第２のレンズより出力される。このとき、入射板には、被測定光のビームパターンに応じた投影像が形成される。そして、第２のレンズからの出力光をたとえばＣＣＤなどの光電変換部で撮像することで、入射板の配置位置における被測定光のビームパターンを計測することができる。また、入射板を通過した通過光の主光線は全て第１のレンズに入射するため、入射板上のビームパターンを漏れなく計測することができる。さらに、ズーム部により、入射板上のビームパターンに応じた投影像を拡大または縮小して第２のレンズより出力させることができるため、投影像の大きさをＣＣＤなどの撮像装置の検出サイズに合わせることができる。そして、ズーム部により投影像が結像される位置に受光面を有するＣＣＤや光電子増倍管などの光電変換部により、受光面上において結像された投影像が撮像されて電気信号に変換され、さらに、算出手段によって当該電気信号に基づいて被測定光の入射板の配置位置におけるビームパターンが算出される。
【０００８】
また、いわゆるファイバオプティカルプレート（ＦＯＰ）などの光ファイバが複数本束ねられて成るファイバ光学部品を入射板として用いることにより、各光ファイバを通過した通過光の主光線の方向を略同一にすることができる。このため、入射板の中心部分のビームパターンのみならず、入射板の周辺部分のビームパターンも正確に測定することができる。
【０００９】
さらに、入射板は、第１のレンズ側に通過光の主光線を第１のレンズの中心軸方向に傾ける傾光部を有することが望ましい。このような構成を採用した場合、傾光部によって入射板の周辺部分の通過光が第１のレンズの中心軸方向に傾けられるため、第１のレンズの寸法を小さくしても当該通過光の主光線が当該第１のレンズに入射することができる。
また、傾光部は、入射板の第１のレンズ側に一体化して設けられているのが好適である。
【００１０】
また、ズーム部は、被測定光が通過可能な開口を有すると共に開口の大きさを調節可能な絞りを有することが望ましい。このような絞りの開口の大きさを調節することにより、ズーム部からの出射光の光量を調整することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る受光器および光測定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する記載は省略する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態の受光器２を備えた光測定装置４の構成図である。光測定装置４は、光源６から出力される被測定光のビームパターンを測定するものである。光測定装置４は、被測定光が入射する際にビームパターンに応じた投影像が形成される拡散板（入射板）８と、拡散板８上のビームパターンに応じた投影像を撮像するためのＣＣＤ（光電変換部）２０と、拡散板８を通過した通過光をＣＣＤ２０の受光面に入射させると共にズーム機能を有するズーム部１０と、ＣＣＤ２０からの信号に基づいてビームパターンの算出を行う演算装置２２と、演算装置２２によって算出されたビームパターンを表示するディスプレイ２４と、から構成されている。なお、拡散板８は、すりガラス、乳白色板などによって形成することができる。また、受光器２は、拡散板８およびズーム部１０を有し、さらにこれらを収容する筐体を備えているが、当該筐体の図示は省略する。
【００１５】
また、ズーム部１０には、拡散板８からの通過光が直接入射する入射レンズ（第１のレンズ）１２と、凸部が対向して設けられた二つの凸メニスカスレンズ１４，１５と、通過光をＣＣＤ２０に入射させるリレーレンズ（第２のレンズ）１８と、凸メニスカスレンズ１５とリレーレンズ１８の間に介在されると共に５枚のレンズからなる接合レンズ１７と、凸メニスカスレンズ１５と接合レンズ１７との間を摺動自在に設けられたバリエータレンズ１６と、が設けられている。ズーム部１０は、バリエータレンズ１６を摺動させることにより、拡散板８上のビームパターンを拡大または縮小することができる。なお、拡散板８から出射された拡散光（通過光）のうちの少なくとも主光線Ｌは、全て入射レンズ１２に入射できるように構成されている。
【００１６】
次に、図１を参照して、光測定装置４によるビームパターンの測定方法を説明する。
【００１７】
まず、光源６からの被測定光を受光器２の拡散板８に入射させて、拡散板８上に被測定光のビームパターンを形成（投影）させる。そして、拡散板８を通過した被測定光は、拡散光として入射レンズ１２に入射する。このとき、拡散光のうちの少なくとも主光線Ｌは、全て入射レンズ１２に入射する。その後、入射レンズ１２を通過した被測定光は、凸メニスカスレンズ１４，１５、バリエータレンズ１６、および接合レンズ１７を通過して、リレーレンズ１８によってＣＣＤ２０の受光面上で結像させられる。すなわち、ＣＣＤ２０によって、拡散板８の配置位置における被測定光のビームパターンが撮像される。
【００１８】
なお、バリエータレンズ１６を摺動させることで、拡散板８上のビームパターンに応じた投影像を拡大または縮小してリレーレンズ１８より出力させることができる。このため、ビームパターンに応じた投影像の大きさをＣＣＤ２０の受光面のサイズに合わせることができる。
【００１９】
ＣＣＤ２０の受光面上に結像された光は電気信号に変換され、当該電気信号は演算装置２２に送信される。そして、演算装置２２は、ＣＣＤ２０からの電気信号に基づいて拡散板８の配置位置における被測定光のビームパターンを算出する。このとき、拡散板８を通過した拡散光のうちの少なくとも主光線Ｌは、全て入射レンズ１２に入射するため、演算装置２２は、拡散板８上のビームパターンを漏れなく算出することができる。また、上述のように、ズーム部１０によって拡散板８上の投影像の大きさをＣＣＤ２０の受光面のサイズに合わせることができるため、ビームパターンを高精度で測定することができる。
【００２０】
また、演算装置２２による算出されるビームパターンの内容としては、被測定光の拡散板８の配置位置における径（ビーム径）、被測定光の傾き、楕円率などがある。ビーム径は、ＣＣＤ２０の受光面への被測定光の入射面積に基づいて算出される。また、被測定光の傾きは次のように算出する。まず、ビーム強度の最大値の２分の１以上の輝度を有する領域の重心位置を算出して、光学系の中心位置のズレを求める。そして、この中心位置のズレと、光源６と拡散板８の距離の関係とに基づいて被測定光の傾きを算出する。さらに、ビームの楕円率は次のように算出する。まず、輝度の最も高い箇所を通る直線を定め、その直線まわりの慣性モーメントが最小となるような直線（慣性主軸）を求める。そして、これらの直線によって定まる慣性等価楕円から楕円の長短径比を算出する。
【００２１】
演算装置２２は、被測定光のビームパターンを算出した後、算出結果をディスプレイ２４に表示させる。このとき、演算装置２２は、ディスプレイ２４に、図２（ａ）に示すように被測定光の３次元画像２６を表示させたり、図２（ｂ）に示すように２次元画像２８を表示させることもできる。図２（ａ）に示す３次元画像２６のＺ方向は、拡散板８の配置位置における被測定光の光量すなわち強度を示しており、図２（ｂ）に示す２次元画像２８は、光強度の等しい部分を繋いだいわゆる等高線表示となっている。
【００２２】
［第２実施形態］
次に、図３を用いて、本発明に係る受光器および光測定装置の第２実施形態について説明する。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、受光器２において、被測定光の入射板として拡散板８の代わりに光ファイバ３１が複数本束ねられて成るファイバオプティカルプレート（ＦＯＰ）３０を用いた点である。このように、ＦＯＰ３０を入射板として用いることにより、各光ファイバ３１を通過した通過光の主光線Ｌの方向を略同一にすることができる。このため、本実施形態の光測定装置４によれば、ＦＯＰ３０の中心部分のビームパターンのみならず、ＦＯＰ３０の周辺部分のビームパターンも正確に測定することができる。また、主光線Ｌの方向が略同一になることから、入射レンズ１２のレンズ径を小さくしても主光線Ｌを当該入射レンズ１２に入射させることができる。このため、入射レンズ１２およびこれを収容する受光器２の小型化を図ることができる。
【００２３】
［第３実施形態］
次に、図４を用いて、本発明に係る受光器および光測定装置の第３実施形態を説明する。本実施形態が第２実施形態と異なるのは、受光器２の入射板の構造および配列されたレンズの枚数である。入射板であるＦＯＰ３０とリレーレンズ１８との間には、入射レンズ３４、バリエータレンズ３６、および接合レンズ１７がＦＯＰ３０側から順に配置されている。なお、バリエータレンズ３６は４枚のレンズから成り、入射レンズ３４と接合レンズ１７との間で摺動可能である。
【００２４】
また、ＦＯＰ３０の光出射面（図４における右側）には、複数の傾光部３５を有するフレネルレンズ３３が取り付けられている。このフレネルレンズ３３の各傾光部３５によって、ＦＯＰ３０の各光ファイバ３１から出射された被測定光の主光線Ｌは、入射レンズ３４の中心軸Ｘの方向に傾けられる。このため、たとえ入射レンズ３４の径を小さくしても主光線Ｌが当該入射レンズ３４に入射することができ、受光器２のより一層の小型化を図ることができる。
【００２５】
［第４実施形態］
次に、図５を用いて、本発明に係る受光器および光測定装置の第４実施形態を説明する。本実施形態が第３実施形態と異なるのは、ＦＯＰ３０の形状である。本実施形態では、主光線Ｌを入射レンズ３４の中心軸Ｘの方向に傾けるためにＦＯＰ３０にフレネルレンズ３３を取り付けるのではなく、光出射面が凸状に湾曲したＦＯＰ４０を用いている。このようなＦＯＰ４０を用いても、各主光線Ｌを入射レンズ３４の中心軸Ｘ方向に集光させることができ、ひいては受光器２の小型化を図ることができる。
【００２６】
［第５実施形態］
次に、図６を用いて、本発明に係る受光器および光測定装置の第５実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、ズーム部１０内の接合レンズ１７に円形の開口４２を有する絞り４４が設けられている点である。また、開口４２の大きさは、図示を省略する機構によって調節することができる。そして、開口４２の大きさを調節することにより、ズーム部１０からの出射光量を調整することができる。さらに、ＦＯＰ３０を通過した被測定光の光束径、形状、および位置は、絞り４４の開口４２で一致させられている。このため、開口４２の大きさを調整しても被測定光の光束の立体角は変わらず、ＦＯＰ３０の配置位置における被測定光のビームパターンを正確に測定することができる。
【００２７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、ズーム部を構成するレンズの配置方法は上述のものに限られず、この他種々の方法を採用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入射板に、被測定光のビームパターンに応じた投影像が形成される。そして、第２のレンズからの出力光をたとえばＣＣＤなどの光電変換部で撮像することで、入射板の配置位置における被測定光のビームパターンを計測することができる。また、入射板を通過した通過光の主光線は全て第１のレンズに入射するため、入射板上のビームパターンを漏れなく計測することができる。さらに、ズーム部により、入射板上のビームパターンに応じた投影像を拡大または縮小して第２のレンズより出力させることができるため、投影像の大きさをＣＣＤなどの撮像装置の検出サイズに合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の受光器および光測定装置を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、ディスプレイに被測定光の３次元画像を表示させた状態を示す図であり、図２（ｂ）は、ディスプレイに被測定光の２次元画像を表示させた状態を示す図である。
【図３】第２実施形態の受光器および光測定装置を示す図である。
【図４】第３実施形態の受光器および光測定装置を示す図である。
【図５】第４実施形態の受光器および光測定装置を示す図である。
【図６】第５実施形態の受光器および光測定装置を示す図である。
【符号の説明】
２…受光器、４…光測定装置、６…光源、８…拡散板（入射板）、１０…ズーム部、１２，３４…入射レンズ（第１のレンズ）、１６…バリエータレンズ、１８…リレーレンズ（第２のレンズ）、２０…ＣＣＤ（光電変換部）、２２…演算装置（算出手段）、２４…ディスプレイ、２６…３次元画像、２８…２次元画像、３１…光ファイバ、３３…フレネルレンズ、３５…傾光部、４２…開口、４４…絞り、Ｌ…主光線。
【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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