JP2002257684A - 縮退ファーフィールドパターン測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射角やＮ．Ａの決定を正確に行えるように
する。 【解決手段】 原点Ｏに置かれた被測定物から一定の距
離だけ離間した測定位置Ｐで、被測定物から放射される
光の強度を測定する。測定結果より、被測定物の光軸
（ｚ軸）と光の進行方向（直線ＯＰの延在方向）とのな
す角度θ、および測定位置Ｐの光軸のまわりの回転角ψ
に対する光強度Ｐ（θ，ψ）の分布すなわちファーフィ
ールドパターンが求められる。次に、測定した光強度Ｐ
（θ，ψ）をθ角ごとに、０から２πの範囲のψ角につ
いて積分して縮退光強度Ｐ₀ （θ）を計算し、θ角に対
する縮退光強度Ｐ₀ （θ）の分布すなわち縮退ファーフ
ィールドパターンを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＬＥＤや光ファ
イバから放射される光の縮退ファーフィールドパターン
を測定する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】文献１「特開２０００−１３６９８３」
には、被測定光源を中心に揺動運動を行う光センサによ
り、光の進行方向と光軸とのなす角度θに対する光強度
分布を測定する方法が開示されている。被測定光源を光
軸のまわりに回転させ、その回転角ψごとに上述したθ
角に対する光強度分布を測定することにより、２次元的
なファーフィールドパターン（以下、ＦＦＰと略称す
る。）が得られる。

【０００３】文献２「特開昭６２−９１８３３」には、
コリメータレンズおよびＣＣＤカメラを用いて２次元配
光分布すなわちＦＦＰを観察する方法が開示されてい
る。

【０００４】一般に石英系光ファイバのような単一モー
ドファイバや半導体レーザでは、出射パターンはガウス
分布を示す。そのため、このような被測定光源に対し上
記方法を適用して測定したＦＦＰからは、放射角やＮ．
Ａ（開口数）を正確に決定することができる。

【０００５】従来、照明等の配光特性評価においてはル
ーソー線図法や球帯係数法によって配光曲線が求められ
る。照明などの評価では空間的な配光分布が必要とされ
るため、２軸以上（たとえば極座標）について配光分布
が求められる。これらの配光分布では光軸に対して対称
性を欠く場合が生じるため、多数の鉛直方向の配光特性
（光軸に平行な面内の配光特性）を平均化して評価する
方法が用いられているが、水平方向（光軸のまわりの回
転方向）には平均化して評価することができない。その
ため、これまで水平方向への縮退化は行われていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＬＥＤやプラスチック
ファイバなどから放射される光のＦＦＰは、不均一およ
び非軸対称な場合がある（例えば、ＳＩ型プラスチック
光ファイバのようにモードが多数存在する場合には、出
射パターンはガウス分布を示さない。）。そのため、異
なるψ角についてはθ角に対する光強度Ｐの分布も異な
ったものとなり、放射角やＮ．Ａを正確に決定できな
い。

【０００７】例えば、図８は、従来の測定方法で測定さ
れたＦＦＰを示すグラフである。図８のグラフでは、横
軸にθ角をｒａｄ単位で取り、縦軸に規格化光強度Ｐ／
θ²を取っている。グラフ中、実線ａは第１のψ角につ
いての測定結果を示し、破線ｂは第２のψ角についての
測定結果を示している。第１のψ角と第２のψ角との差
は９０°である。図８に示すように、第１のψ角につい
ての測定結果と第２のψ角についての測定結果とでは、
パターンが異なっている。図８中の横線ｓおよびｔは、
それぞれ最大光強度の５０％および５％の光強度を示し
ている。開口数Ｎ．Ａはこれらの光強度のいずれかに対
するθ角（放射角）を用いて求められる。しかし、図８
の場合ではこのようなθ角が複数存在するため、Ｎ．Ａ
を正確に求めることができない。

【０００８】また、上記文献２に開示の方法では、レン
ズによって集光を行うために光の測定角度が制限され
る。よって、ファイバ端面からの散乱光など広角に及ぶ
ＦＦＰを測定する場合には、広角度領域での測定が行え
ない。

【０００９】したがって、従来より、放射角やＮ．Ａの
決定を正確に行えるＦＦＰ測定方法の出現が望まれてい
た。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の縮退
ＦＦＰ測定方法によれば、被測定物から放射される光の
縮退ＦＦＰを測定するに当たり、被測定物から一定の距
離だけ離間した測定位置で、被測定物から放射される光
の強度を測定して、被測定物の光軸と光の進行方向との
なす角度θ、および測定位置の光軸のまわりの回転角ψ
に対する光強度Ｐ（θ，ψ）の分布すなわちＦＦＰを求
め、測定した光強度Ｐ（θ，ψ）をθ角ごとに、０から
２πの範囲のψ角について積分して、下式（１）に示す
縮退光強度Ｐ₀ （θ）を計算し、θ角に対する縮退光強
度Ｐ₀ （θ）の分布すなわち縮退ＦＦＰを求めることを
特徴とする。

【００１１】

【数５】

【００１２】ただし、光強度Ｐ（θ，ψ）のθ角に関す
る測定分解能をΔθとする。

【００１３】この方法によれば、光強度Ｐ（θ，ψ）を
θ角ごとに、０から２πの範囲のψ角について積分する
ことにより、光強度分布のψ角に関する局所的変化の影
響が低減された縮退ＦＦＰを求めることができる。この
ため、放射角やＮ．Ａの決定が正確に行えるようにな
る。

【００１４】また、この方法では、θ−ψ極座標系を用
いているので、直交座標系を用いる場合に比べると、リ
ング状（同心円状）に積分を行う際の測定点（座標）の
量子化誤差が小さい。

【００１５】なお、「縮退」とは、θおよびψに関する
２次元分布をθに関する１次元分布に変換することを意
味している。

【００１６】例えば、図８に示したＦＦＰを有する被測
定物について、上記方法によって求めた縮退光強度Ｐ₀
（θ）の分布を図９に示す。図９のグラフでは、横軸に
θ角をｒａｄ単位で取り、縦軸に規格化縮退光強度Ｐ₀
（θ）／θを取っている。このグラフより、平均化され
た光強度分布を知ることができる。

【００１７】本発明では、水平方向（光軸のまわりの回
転方向）へ光強度分布を平均化している。光ファイバ通
信分野への用途では対称的な空間（例えばファイバなど
の導波路への入射など）についての配光分布が求められ
るため、測定した光強度分布を水平方向（光軸のまわり
の回転方向）に縮退させると良い。

【００１８】この方法では縮退を行って評価を行うた
め、従来の方法にくらべ測定次元の低い配光分布を求め
ることができる。

【００１９】この発明の縮退ＦＦＰ測定方法において、
好ましくは、下式（２）より、θ角の変化量Δθに対す
る立体角２π（１−ｃｏｓθ）の変化量と、θ角の変化
量Δθに対する縮退光強度Ｐ₀ （θ）の変化量との比Ｐ
₁ （θ）を計算して、θ角に対するＰ₁ （θ）の分布を
求めると良い。

【００２０】

【数６】

【００２１】この方法によれば、縮退光強度分布の単位
立体角当たりの縮退光強度すなわち縮退光密度を求める
ことができる。θ角に対してＰ₁ （θ）をプロットした
グラフより、Ｎ．Ａを読み取ることができる。

【００２２】例えば、図９に示した縮退光強度分布から
上記方法によって求めた縮退光強度Ｐ₁ （θ）の分布を
図１０に示す。図１０のグラフでは、横軸にθ角をｒａ
ｄ単位で取り、縦軸に規格化縮退光強度Ｐ₁ （θ）／θ
² を取っている。図１０では、実線ｃが上記方法で求め
た規格化縮退光強度Ｐ₁ （θ）／θ² を示しており、破
線ａおよびｂはそれぞれ図８に示した第１および第２の
ψ角についての規格化光強度Ｐ／θ² を示している。破
線ａおよびｂで示す分布では、放射角がψ角に応じて変
動している。これに対し実線ｃで示すＰ₁ （θ）／θ²
の分布は、各ψ角ごとの分布差を平均化したものなので
ψ角による分布差が無く、そのため放射角を決定するこ
とができるようになっている。

【００２３】また、この発明の縮退ＦＦＰ測定方法にお
いて、好ましくは、縮退光強度Ｐ₀（θ）を、０からθ
の範囲のθ角について積分して、下式（３）に示す累積
縮退光強度Ｐ₂ （θ）を計算し、θ角に対するＰ₂
（θ）の分布を求めると良い。

【００２４】

【数７】

【００２５】この方法によれば、０からθの範囲の縮退
光強度の累積値を求めることができる。これより、被測
定物および光センサ（被測定物から放射される光の強度
を検出する素子）の間の結合効率等を評価することがで
きる。

【００２６】例えば、図９に示した縮退光強度分布から
上記方法によって求めた累積縮退光強度Ｐ₂ （θ）の分
布を図１１に示す。図１１のグラフでは、横軸にθ角を
ｒａｄ単位で取り、縦軸に規格化累積縮退光強度Ｐ₂
（θ）／θを取っている。図１１では、θ≒（５／４
８）πのところでＰ₂ （θ）／θ＝０．５である。これ
より、結合損失が３ｄＢ以下となるようにするために
は、θ＝（５／４８）π以上のθ角の光を光センサで受
光できるようにすれば良いことが分かる。

【００２７】また、この発明の縮退ＦＦＰ測定方法にお
いて、好ましくは、累積縮退光強度Ｐ₂ （θ）を立体角
２π（１−ｃｏｓθ）で除算して、下式（４）に示す平
均縮退光強度Ｐ₃ （θ）を計算し、θ角に対するＰ₃
（θ）の分布を求めると良い。

【００２８】 Ｐ₃ （θ）＝Ｐ₂ （θ）／｛２π（１−ｃｏｓθ）｝ ・・・（４） この方法によれば、０からθの範囲の縮退光強度の累積
値の単位立体角当たりの値である平均縮退光強度を求め
ることができる。この平均縮退光強度を用いると、光の
出射領域の異なる光源（被測定物）の間で光強度の比較
を行うことが可能になる。

【００２９】例えば、図１１に示した累積縮退光強度分
布から上記方法によって求めた平均縮退光強度Ｐ₃
（θ）の分布を図１２に示す。図１２のグラフでは、横
軸にθ角をｒａｄ単位で取り、縦軸に規格化光密度Ｐ₃
（θ）／θ² を取っている。比較したい光源についてそ
れぞれ図１２に示したようなグラフを求めることによ
り、光出射領域の異なる光源の間で光強度の比較を行う
ことができるようになる。

【００３０】また、この発明の縮退ＦＦＰ測定方法にお
いて、好ましくは、第１回転軸に関して回転自在の第１
回転ステージと、第１回転ステージに接続されたテーブ
ルと、テーブルに設けられ、第１回転軸に直交する第２
回転軸に関して回転自在の第２回転ステージと、第２回
転ステージに接続されたアームと、第２回転軸に垂直で
第１回転軸を含む面内に位置するように、アームに接続
された光センサとを備えた測定装置を用いると良い。そ
して、第１および第２回転軸の交差点に被測定物を配置
し、被測定物を静止状態に保つ一方で、第１および第２
回転ステージを回転させながら被測定物から放射される
光の強度を光センサにより検出して、光センサの第２回
転軸に関する回転角をθ角とし、および光センサの第１
回転軸に関する回転角をψ角として、光強度Ｐ（θ，
ψ）の分布を測定すると良い。

【００３１】また、この発明の縮退ＦＦＰ測定方法にお
いて、好ましくは、第１回転ステージを一定の向きに連
続的に回転させるとともに、第２回転ステージをアーム
が揺動運動を行うように回転させ、これら第１および第
２回転ステージの回転中に光センサによって光量の検出
および積算を行い、縮退光強度Ｐ₀ （θ）を求めると良
い。

【００３２】この発明の縮退ＦＦＰ測定装置によれば、
被測定物から放射される光の縮退ＦＦＰを測定する装置
において、第１回転軸に関して回転自在の第１回転ステ
ージと、第１回転ステージに接続されたテーブルと、テ
ーブルに設けられ、第１回転軸に直交する第２回転軸に
関して回転自在の第２回転ステージと、第２回転ステー
ジに接続されたアームと、第２回転軸に垂直で第１回転
軸を含む面内に位置するように、アームに接続された光
センサと、第１および第２回転軸の交差点に被測定物を
静止状態に支持する支持具と、第１および第２回転ステ
ージと光センサとに接続され、第１および第２回転ステ
ージの回転制御および位置情報取得と、光センサの測定
制御と、光センサにより検出された測定データの取得お
よび保存とを行う制御部とを備えていて、制御部は、第
１および第２回転ステージの回転制御を行いながら、光
センサで検出された被測定物からの放射光の強度の取得
を行って、光センサの第２回転軸に関する回転角θ、お
よび光センサの第１回転軸に関する回転角ψに対する光
強度Ｐ（θ，ψ）の分布すなわちＦＦＰを保存すること
を特徴とする。

【００３３】この発明の縮退ＦＦＰ測定装置において、
好ましくは、制御部は、第１回転ステージを一定の向き
に連続的に回転させるとともに、第２回転ステージをア
ームが揺動運動を行うように回転させ、これら第１およ
び第２回転ステージの回転中に光センサによって光量の
検出および積算が行われ、Ｐ（θ，ψ）をθ角ごとに、
０から２πの範囲のψ角について積分して得られる下式
（１）に示す縮退光強度Ｐ₀ （θ）を取得すると良い。

【００３４】

【数８】

【００３５】ただし、光強度Ｐ（θ，ψ）のθ角に関す
る測定分解能をΔθとする。

【００３６】この構成によれば、Ｐ（θ，ψ）をθ角ご
とに、０から２πの範囲のψ角について積分するので、
ψ角に関する局所的変化の影響が低減された光強度分布
が得られる。このため、放射角やＮ．Ａの決定が正確に
行えるようになる。

【００３７】また、この発明の縮退ＦＦＰ測定装置にお
いて、好ましくは、支持具を、被測定物の２軸傾斜が可
能なステージとし、縮退光強度Ｐ₀ （θ）の測定結果よ
り、光放射角範囲が最小となるようにステージによって
被測定物を傾斜させて、被測定物の光軸を調整する機能
を有すると良い。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。なお、図は、この発明が理
解できる程度に形状、大きさおよび配置関係を概略的に
示すものに他ならない。よって、この発明は、図示例に
何ら限定されることがない。

【００３９】図１は、この実施の形態の縮退ファーフィ
ールドパターン測定装置の構成を示す図である。図１
（Ａ）は正面図であり、図１（Ｂ）は側面図である。た
だし、図１（Ｂ）では、図１（Ａ）に示した制御用コン
ピュータの図示が省略されている。

【００４０】図１に示した装置は、第１回転ステージ１
０、テーブル１２、第２回転ステージ１４、アーム１
６、光センサ１８、支持具２０および制御用コンピュー
タ（制御部）２２によって構成されている。この装置に
より、被測定物としてのプラスチック光ファイバ（以
下、ＰＯＦと略称する。）２４から放射される光の縮退
ファーフィールドパターン（以下、縮退ＦＦＰと略称す
る。）が測定される。

【００４１】第１回転ステージ１０は第１回転軸２６に
関して回転自在のステージである。この第１回転ステー
ジ１０は円盤形状の板材により形成されている。この板
材の中心を通り、ステージ面に対して垂直な軸が上述し
た第１回転軸２６である。第１回転ステージ１０の中央
部には、第１回転軸２６に平行な方向に延在する貫通孔
１０ａが形成されている。この第１回転ステージ１０
は、不図示のモータなどを動力源として回転駆動され
る。

【００４２】テーブル１２は、第１回転ステージ１０に
接続された平板である。テーブル１２のテーブル面は、
第１回転ステージ１０のステージ面と垂直になるように
配置してある。また、テーブル１２は第１回転軸２６か
ら離れた位置に設けられる。第１回転ステージ１０の回
転運動に伴い、テーブル１２は第１回転軸２６を中心に
回転運動する。

【００４３】第２回転ステージ１４は、テーブル１２に
設けられ、第１回転軸２６に直交する第２回転軸２８に
関して回転自在のステージである。この第２回転ステー
ジ１４は円盤形状の板材により形成されている。この板
材の中心を通り、ステージ面に対して垂直な軸が上述し
た第２回転軸２８である。この第２回転ステージ１４
は、不図示のモータなどを動力源として回転駆動され
る。

【００４４】アーム１６は、第２回転ステージ１４に接
続されている。アーム１６の長手方向は第２回転ステー
ジ１４のステージ面に対して平行に配置される。また、
アーム１６の一端は、第２回転ステージ１４から、はみ
出た状態になっている。はみ出た部分の先端はＬ字状に
折れ曲がっており、この折れ曲がり部分は第１回転軸２
６の側に向かって突出している。この折れ曲がり部分に
上述した光センサ１８が設置されている。

【００４５】光センサ１８は、第２回転軸２８に垂直で
第１回転軸２６を含む面内に位置するように、アーム１
６に接続されている。この光センサ１８の受光面は、第
１および第２回転軸２６および２８の交差点に対し配向
されている。光センサ１８としては、パワーメータ受光
センサヘッド、ＣＣＤカメラ、フォトダイオード、光電
管、光電子倍増管などの任意好適な受光素子が用いられ
る。相対的に光強度が検出できるものであれば、光セン
サ１８として用いることができる。

【００４６】支持具２０は、第１および第２回転軸２６
および２８の交差点に被測定物を静止状態に支持する器
具である。図１中、支持具２０は第１回転ステージ１０
の下側に設置されている。図１に示すように、被測定物
としてのＰＯＦ２４は支持具２０によって支持されてい
る。支持具２０に支持された状態でＰＯＦ２４の端面
（光出射面）は、第１回転ステージ１０の貫通孔１０ａ
を経て、第１および第２回転軸２６および２８の交差点
に達している。ＰＯＦ２４と第１回転ステージ１０とは
非接触の状態にあるから、ＰＯＦ２４は第１回転ステー
ジ１０の回転運動に無関係に静止状態を保つことができ
る。ＰＯＦ２４の光軸は第１回転軸２６と一致させてお
くことが望ましい。

【００４７】制御用コンピュータ２２は、第１および第
２回転ステージ１０および１４と光センサ１８とに電気
的に接続されている。この制御用コンピュータ２２は、
第１および第２回転ステージ１０および１４の回転制御
および位置情報取得と、光センサ１８の測定制御と、光
センサ１８により検出された測定データ（光検出デー
タ）の取得および保存とを行うものである。すなわち制
御用コンピュータ２２は、データ記録機能と機器制御機
能とを有している。

【００４８】そして、制御用コンピュータ２２は、第１
および第２回転ステージ１０および１４の回転制御を行
いながら、光センサ１８で検出されたＰＯＦ２４からの
放射光の強度の取得を行う。その結果、制御用コンピュ
ータ２２は、光センサ１８の第２回転軸２８に関する回
転角θ、および光センサ１８の第１回転軸２６に関する
回転角ψに対する光強度Ｐ（θ，ψ）の分布すなわちＦ
ＦＰを取得してこれを保存する。

【００４９】上述したθ角およびψ角は極座標系を構成
する成分であり、図２に示すような直交ｘｙｚ座標系を
用いると理解しやすい。図２中のｚ軸が第１回転軸２６
に相当する。図２中の原点Ｏの位置がＰＯＦ２４の端面
の位置に相当する。このとき、原点Ｏと点Ｐ（θ，ψ）
とを結ぶ直線ＯＰのｚ軸からの傾き角がθ角である。ま
た、直線ＯＰをｘｙ平面上に投影して得た直線ＯＰ′
の、例えばｘ軸からの傾き角がψ角である。

【００５０】以上説明した装置構成によれば、第１およ
び第２回転ステージ１０および１４を回転させることに
より、光センサ１８はＰＯＦ２４の端面から一定の距離
だけ離間した軌道を移動する。その軌道は、ＰＯＦ２４
の端面を中心とした球面上にある。このような軌道に沿
って光センサ１８を移動させながら各位置における光強
度を測定してゆくと、θ角およびψ角に対して変化する
光強度Ｐ（θ，ψ）の分布、すなわちＦＦＰが得られ
る。ここで、θ角は、ＰＯＦ２４の光軸（第１回転軸２
６に一致しているものとする。）と光の進行方向とのな
す角度θである。また、ψ角は、光センサ１８の光軸の
まわりの回転角ψである。

【００５１】具体的には以下に説明するようにして、制
御用コンピュータ２２の指揮のもとに各機器が作動す
る。すなわち、制御用コンピュータ２２は、第１回転ス
テージ１０を一定の向きに連続的に回転させるととも
に、第２回転ステージ１４をアーム１６が揺動運動を行
うように回転させる。第１回転ステージ１０が一回転し
ている間（ψ角を０から２πまで変化させている間）、
第２回転ステージ１４は一定のθ角を保っている。第１
回転ステージ１０が一回転した後、第２回転ステージ１
４は一定の角度だけ回転してθ角を変化させる。第２回
転ステージ１４が所定のθ角範囲（例えば０からπ／
２）を１回走査した時点で、測定が終了する。このよう
に、測定中は、第１および第２回転ステージ１０および
１４の回転に伴い、光軸を中心として同心円状に光セン
サ１８が動かされる。そしてこの第１および第２回転ス
テージ１０および１４の回転中に、光センサ１８によっ
て光量の検出が行われる。

【００５２】なお、この実施の形態の装置の特色とし
て、第１回転ステージ１０が一回転している間に、光セ
ンサ１８ではその間に検出された光量の積算が行われる
ように構成されている。このような積算値は、下式
（１）に示す縮退光強度Ｐ₀ （θ）に相当するものであ
る。（１）式中、Δθは光強度Ｐ（θ，ψ）のθ角に関
する測定分解能である。（１）式に示す通り、縮退光強
度Ｐ₀ （θ）は、Ｐ（θ，ψ）をθ角ごとに、０から２
πの範囲のψ角について積分して得られるものである。
このような縮退光強度Ｐ₀ （θ）がθ角ごとに制御用コ
ンピュータ２２に送られ、保存される。

【００５３】

【数９】

【００５４】図１に示した縮退ＦＦＰ測定装置の測定分
解能Δθは、下式（７）に示すように、ＰＯＦ２４およ
び光センサ１８間の距離ｒと、光センサ１８の受光面積
ｄおよび角度移動量に応じて決定される。受光面積ｄを
小さくし、あるいは距離ｒを大きくすることによって分
解能を高めることができる。最適分解能は、ＰＯＦ２４
からの出射光強度、および光センサ１８の受光感度によ
り、受光面積および距離を調節することで決定する。

【００５５】 ｄ／２＝ｒｔａｎ（Δθ／２） ・・・（７） この実施の形態の縮退ＦＦＰ測定装置では、光センサ１
８をθ角ごとに掃引して測定するため、広い角度範囲で
の測定が可能である。θ角範囲がπ以上であっても掃引
可能であるが、この掃引角度範囲はステージおよび測定
試料の配置に依存する。

【００５６】図３は、この実施の形態の縮退ＦＦＰ測定
装置を用いて測定した縮退光強度Ｐ ₀ （θ）の分布を示
すグラフである。この測定では、ファイバ長１ｍのＳＩ
型ＰＯＦを測定試料（ＰＯＦ２４）とし、ＰＯＦ２４の
光源としては一般的な光ファイバリンク用トランシーバ
（１２５Ｍｂ／ｓ、６５０ｎｍＬＥＤ）を用いている。
図３のグラフでは、横軸にθ角をｒａｄ単位で取り、縦
軸に規格化縮退光強度Ｐ₀ （θ）／θを取っている。こ
のグラフより、光強度分布のψ角に関する局所的変化の
影響が低減された、平均化された光強度分布を知ること
ができる。このため、図３に示す縮退光強度Ｐ₀ （θ）
を用いると、以下に説明するように放射角やＮ．Ａの決
定が正確に行えるようになる。

【００５７】＜放射角およびＮ．Ａの決定方法＞放射角
およびＮ．Ａを求めるには、下式（２）より、θ角の変
化量に対する立体角２π（１−ｃｏｓθ）の変化量と、
θ角の変化量に対する縮退光強度Ｐ₀ （θ）の変化量と
の比Ｐ₁ （θ）を計算する。そして、θ角に対するＰ₁
（θ）の分布を求める。

【００５８】

【数１０】

【００５９】（２）式を求めるには、θ角の変化量（分
解能）をΔθとして、下式（５）の計算を行えば良い。

【００６０】

【数１１】

【００６１】（２）式中の分子Ｐ₀ （θ）・Δθは、変
化量Δθに対する縮退光強度の変化量を示す。（２）式
中の分母（２πｓｉｎθ）・Δθは、変化量Δθに対す
る立体角の変化量を示す。

【００６２】図４は、図３に示した縮退光強度分布か
ら、（２）式を用いて求めた縮退光強度Ｐ₁ （θ）の分
布を示すグラフである。図４のグラフでは、横軸にθ角
をｒａｄ単位で取り、縦軸に規格化縮退光強度Ｐ₁
（θ）／θ² を取っている。図４から、縮退光強度分布
の単位立体角当たりの縮退光強度すなわち縮退光密度を
求めることができる。そして、図４から、Ｎ．Ａを読み
取ることができる。

【００６３】ＪＩＳ規格Ｃ６８６２によれば、開口数
Ｎ．Ａは、最大光強度値の５％に相当する位置でのθ角
（Ｄ／２）と、被測定物と光センサとの間の距離ｄとか
ら、下式（６）より求めることができる。

【００６４】 Ｎ．Ａ＝ｓｉｎ（ｔａｎ^-1（Ｄ／２ｄ）） ・・・（６） よって、図４のグラフから放射角Ｄ／２を求めれば、
（６）式よりＮ．Ａを求めることができる。従来は、放
射角がψ角に応じて変動していて放射角の決定が正確に
行えなかったが、上述した規格化縮退光強度Ｐ₁ （θ）
／θ² は各ψ角ごとの分布差を平均化したものなので、
ψ角による分布差が無く、放射角を正確に決定すること
ができるようになっている。よって、Ｎ．Ａも精度よく
求めることができる。

【００６５】＜結合効率の評価方法＞また、次のような
計算を行うことによって、ＰＯＦ２４および光センサ１
８間の結合効率を評価することができる。すなわち、上
述の縮退光強度Ｐ₀ （θ）を、０からθの範囲のθ角に
ついて積分して、下式（３）に示す累積縮退光強度Ｐ ₂
（θ）を計算し、θ角に対するＰ₂ （θ）の分布を求め
る。

【００６６】

【数１２】

【００６７】（３）式によれば、０からθの範囲の縮退
光強度の累積値を求めることができる。図５は、図３に
示した縮退光強度分布から、（３）式を用いて求めた累
積縮退光強度Ｐ₂ （θ）の分布を示すグラフである。図
５のグラフでは、横軸にθ角をｒａｄ単位で取り、縦軸
に規格化累積縮退光強度Ｐ₂ （θ）／θを取っている。

【００６８】図５より、θ角ごとに全出射光強度に対す
る光強度の割合が求まる。これからＰＯＦ２４および光
センサ１８間の結合効率等を評価することができる。そ
のためには、図５よりＰ₂ （θ）／θ＝０．５となるθ
角θ₀ を求める。これより、結合損失が３ｄＢ以下とな
るようにするためには、θ＝θ₀ 以上のθ角の光を光セ
ンサ１８で受光できるようにすれば良い。

【００６９】＜出射領域が異なる光源どうしの光強度の
比較方法＞半導体レーザとＬＥＤとのように、出射Ｎ．
Ａが大きく異なる場合、両者の光強度は直接、比較する
ことができない。半導体レーザとＬＥＤとでは、全出射
光強度が等しくても、光強度分布は異なったθ角度分布
となるため、ある角度領域では光強度が相対的に異なる
からである。例えば、半導体レーザまたはＬＥＤをガラ
ス系光ファイバへの光入射用の光源として用いた場合、
低いＮ．Ａをもつ半導体レーザに比べ高Ｎ．ＡのＬＥＤ
では広角度の出射光が除かれてしまい、ファイバに入射
される光の強度は弱くなる。よってこのような場合に
は、規定角度内の単位立体角当たりの平均光強度により
比較を行う必要がある。

【００７０】そのためには、上述した累積縮退光強度Ｐ
₂ （θ）を立体角２π（１−ｃｏｓθ）で除算して、下
式（４）に示す平均縮退光強度Ｐ₃ （θ）を計算し、θ
角に対するＰ₃ （θ）の分布を求めると良い。

【００７１】 Ｐ₃ （θ）＝Ｐ₂ （θ）／｛２π（１−ｃｏｓθ）｝ ・・・（４） （４）式によれば、０からθの範囲の縮退光強度の累積
値の単位立体角当たりの値である平均縮退光強度を求め
ることができる。この平均縮退光強度を用いると、光の
出射領域の異なる光源の間で光強度の比較を行うことが
可能になる。

【００７２】例えば、図５に示した累積縮退光強度分布
から、上記方法によって求めた平均縮退光強度Ｐ₃
（θ）の分布を図６に示す。図６のグラフでは、横軸に
θ角をｒａｄ単位で取り、縦軸に規格化平均縮退光強度
Ｐ₃ （θ）／θ² を取っている。比較したい光源につい
てそれぞれ図６に示したようなグラフを求めることによ
り、光出射領域の異なる光源の間で光強度の比較を行う
ことができるようになる。

【００７３】特にＳ／Ｎ比が悪い、強度分布が散乱して
いるなど、（３）式の累積表示で一定の値を読み取れず
再現性が得られない場合、（４）式により単位立体角に
対する平均化を行うことによって再現性の良い結果が得
られる。

【００７４】以上説明した縮退ＦＦＰ測定装置は、石英
系光ファイバのような小口径ファイバからＬＥＤのよう
な広放射角光源の測定に対し使用可能である。

【００７５】なお、縮退ＦＦＰ測定においては、被測定
物の光軸を正しく合わせることが測定精度を上げる要因
となっている。図７は、光軸合わせ方法の説明に供する
図である。図７には、被測定物としてのＰＯＦ２４と光
センサ１８との配置関係が示されている。図７（Ａ）
は、光軸が正しい場合すなわち光軸が第１回転軸２６に
一致している場合を示している。図７（Ｂ）は、光軸が
ずれている場合すなわち光軸が第１回転軸２６に一致し
ていない場合を示している。図７に示すように、光軸が
ずれて設定されていると、測定結果では見かけ上、放射
角が広く現れる。これに対して光軸が正しく設定された
場合は、放射角度中心が最小値を示す。このことより、
様々な配置について縮退ＦＦＰ測定を行い、それらの測
定結果より、放射角度が最も狭くなるように被測定物の
配置位置を調整することにより、光軸の調整が行える。

【００７６】このため、上述した支持具２０を、ＰＯＦ
２４の平面移動および２軸傾斜が可能なステージとする
のが好適である。このステージは、図２に示すｘ軸およ
びｙ軸に関して傾斜させることができる（ｘ軸およびｙ
軸に関する傾斜角をそれぞれθ_x およびθ_y とす
る。）。そして、縮退光強度Ｐ₀ （θ）の測定結果よ
り、光放射角が最小となるように、支持具２０によって
ＰＯＦ２４の移動および傾斜を行うようにすれば、ＰＯ
Ｆ２４の光軸を調整することができる。具体的調整例に
つき、図１３および図１４を参照して、説明する。図１
３および図１４は、光軸調整方法の説明に供するフロー
チャートである。

【００７７】まず、ＰＯＦ２４を支持具２０にセットし
た後、第１および第２回転ステージ１０および１４を回
転させて、光センサ１８の掃引を行う。その結果、上述
したように、Ｐ（θ，ψ）が測定され、これに基づき縮
退光強度Ｐ₀ （θ）のθ角分布（θ対Ｐ₀ （θ））が得
られる（図１３のＳ１）。続いて、Ｐ₀ （θ）が最大と
なるθの値（放射角）Θ₁ を求める（図１３のＳ２）。

【００７８】＜θ_x 角の調整＞次に、支持具２０のθ_x
角の調整を行う。まず、θ_x 方向に−Δθの角度だけ支
持具２０を微動させる（図１３のＳ３）。次に、Ｐ
（θ，ψ）を測定し（図１３のＳ４）、Ｐ₀ （θ）のθ
角分布を求め、Ｐ₀ （θ）が最大となるθの値Θ₂を求
める（図１３のＳ５）。次に、Θ₂ とΘ₁ との大きさを
比較する（図１３のＳ６）。

【００７９】１）Θ₂ ＜Θ₁ のとき まず、θ_x 方向に−Δθだけ支持具２０を微動させる
（図１３のＳ７）。続いてＰ（θ，ψ）を測定し（図１
３のＳ８）、Ｐ₀ （θ）のθ角分布を求め（図１３のＳ
９）、Ｐ₀ （θ）が最大となるθの値Θ_n （ｎ≧３）を
求める（図１３のＳ１０）。

【００８０】次に、Θ_n とΘ_n-1 との大きさを比較する
（図１３のＳ１１）。Θ_n ＜Θ_n-1の場合は、ｎ＝ｎ＋
１として（図１３のＳ１２）、図１３のＳ７のステップ
に戻る。Θ_n ＞Θ_n-1 の場合は、Θ_n-1 が最小値なの
で、Θ_n-1 を得た位置に支持具２０を微動させる（図１
３のＳ１３）。

【００８１】２）Θ₂ ＞Θ₁ のとき まず、θ_x 方向に＋Δθだけ支持具２０を微動させる
（図１３のＳ１４）。続いてＰ（θ，ψ）を測定し（図
１３のＳ１５）、Ｐ₀ （θ）のθ角分布を求め（図１３
のＳ１６）、Ｐ₀ （θ）が最大となるθの値Θ_n （ｎ≧
３）を求める（図１３のＳ１７）。

【００８２】次に、Θ_n とΘ_n-1 との大きさを比較する
（図１３のＳ１８）。Θ_n ＜Θ_n-1の場合は、ｎ＝ｎ＋
１として（図１３のＳ１９）、図１３のＳ１４のステッ
プに戻る。Θ_n ＞Θ_n-1 の場合は、Θ_n-1 が最小値なの
で、Θ_n-1 を得た位置に支持具２０を微動させる（図１
３のＳ２０）。

【００８３】＜θ_y 角の調整＞次に、支持具２０のθ_y
角の調整を行う。まず、Ｐ（θ，ψ）を測定して、Ｐ ₀
（θ）のθ角分布を求める（図１４のＳ２１）。続い
て、Ｐ₀ （θ）が最大となるθの値Θ₁ を求める（図１
４のＳ２２）。

【００８４】次に、θ_y 方向に−Δθだけ支持具２０を
微動させる（図１４のＳ２３）。続いてＰ（θ，ψ）を
測定し（図１４のＳ２４）、Ｐ₀ （θ）のθ角分布を求
め、Ｐ₀ （θ）が最大となるθの値Θ₂ を求める（図１
４のＳ２５）。次に、Θ₂ とΘ₁ との大きさを比較する
（図１４のＳ２６）。

【００８５】１）Θ₂ ＜Θ₁ のとき まず、θ_y 方向に−Δθだけ支持具２０を微動させる
（図１４のＳ２７）。続いてＰ（θ，ψ）を測定し（図
１４のＳ２８）、Ｐ₀ （θ）のθ角分布を求め（図１４
のＳ２９）、Ｐ₀ （θ）が最大となるθの値Θ_n （ｎ≧
３）を求める（図１４のＳ３０）。

【００８６】次に、Θ_n とΘ_n-1 との大きさを比較する
（図１４のＳ３１）。Θ_n ＜Θ_n-1の場合は、ｎ＝ｎ＋
１として（図１４のＳ３２）、図１４のＳ２７のステッ
プに戻る。Θ_n ＞Θ_n-1 の場合は、Θ_n-1 が最小値なの
で、Θ_n-1 を得た位置に支持具２０を微動させる（図１
４のＳ３３）。

【００８７】２）Θ₂ ＞Θ₁ のとき まず、θ_y 方向に＋Δθだけ支持具２０を微動させる
（図１４のＳ３４）。続いてＰ（θ，ψ）を測定し（図
１４のＳ３５）、Ｐ₀ （θ）のθ角分布を求め（図１４
のＳ３６）、Ｐ₀ （θ）が最大となるθの値Θ_n （ｎ≧
３）を求める（図１４のＳ３７）。

【００８８】次に、Θ_n とΘ_n-1 との大きさを比較する
（図１４のＳ３８）。Θ_n ＜Θ_n-1の場合は、ｎ＝ｎ＋
１として（図１４のＳ３９）、図１４のＳ３４のステッ
プに戻る。Θ_n ＞Θ_n-1 の場合は、Θ_n-1 が最小値なの
で、Θ_n-1 を得た位置に支持具２０を微動させる（図１
４のＳ４０）。

【００８９】以上説明したように、支持具２０の２軸傾
斜によってＰＯＦ２４の向きを変化させるたびに、放射
角の測定を繰り返し行う。最終的に、最も放射角が小さ
くなる支持具２０の状態を決定し、その状態に支持具２
０を設定すれば、ＰＯＦ２４の光軸と第１回転ステージ
１０の回転軸とが実質的に一致するようになる。

【００９０】

【発明の効果】この発明の縮退ＦＦＰ測定方法によれ
ば、被測定物から一定の距離だけ離間した測定位置で、
被測定物から放射される光の強度を測定して、被測定物
の光軸と光の進行方向とのなす角度θ、および測定位置
の光軸のまわりの回転角ψに対する光強度Ｐ（θ，ψ）
の分布すなわちＦＦＰを求め、測定した光強度Ｐ（θ，
ψ）をθ角ごとに、０から２πの範囲のψ角について積
分して縮退光強度Ｐ₀ （θ）を計算し、θ角に対する縮
退光強度Ｐ₀ （θ）の分布すなわち縮退ＦＦＰを求め
る。

【００９１】この方法によれば、光強度Ｐ（θ，ψ）を
θ角ごとに、０から２πの範囲のψ角について積分する
ことにより、光強度分布のψ角に関する局所的変化の影
響が低減された縮退ＦＦＰを求めることができる。この
ため、放射角やＮ．Ａの決定が正確に行えるようにな
る。

【００９２】また、この方法では、θ−ψ極座標系を用
いているので、直交座標系を用いる場合に比べると、リ
ング状（同心円状）に積分を行う際の測定点（座標）の
量子化誤差が小さいといった利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の縮退ＦＦＰ測定装置の構成を示す
図である。

【図２】極座標系の説明に供する図である。

【図３】縮退光強度Ｐ₀ （θ）の分布を示す図である。

【図４】縮退光強度Ｐ₁ （θ）の分布を示す図である。

【図５】累積縮退光強度Ｐ₂ （θ）の分布を示す図であ
る。

【図６】平均縮退光強度Ｐ₃ （θ）の分布を示す図であ
る。

【図７】光軸合わせ方法の説明に供する図である。

【図８】従来の測定方法で測定されたＦＦＰを示す図で
ある。

【図９】縮退光強度Ｐ₀ （θ）の分布を示す図である。

【図１０】縮退光強度Ｐ₁ （θ）の分布を示す図であ
る。

【図１１】累積縮退光強度Ｐ₂ （θ）の分布を示す図で
ある。

【図１２】平均縮退光強度Ｐ₃ （θ）の分布を示す図で
ある。

【図１３】光軸調整方法の説明に供する図である。

【図１４】光軸調整方法の説明に供する図である。

【符号の説明】

１０：第１回転ステージ １０ａ：貫通孔 １２：テーブル １４：第２回転ステージ １６：アーム １８：光センサ ２０：支持具 ２２：制御用コンピュータ ２４：ＰＯＦ ２６：第１回転軸 ２８：第２回転軸

フロントページの続き (72)発明者 矢後 栄郎 神奈川県横須賀市光の丘３番１号 株式会 社オプトウェーブ研究所内 Ｆターム(参考） 2G065 AA11 AB28 BB02 BC23 BC35 DA05 2G086 HH07

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物から放射される光の縮退ファー
   フィールドパターンを測定するに当たり、 前記被測定物から一定の距離だけ離間した測定位置で、
   前記被測定物から放射される光の強度を測定して、前記
   被測定物の光軸と光の進行方向とのなす角度θ、および
   前記測定位置の前記光軸のまわりの回転角ψに対する光
   強度Ｐ（θ，ψ）の分布すなわちファーフィールドパタ
   ーンを求め、 測定した光強度Ｐ（θ，ψ）をθ角ごとに、０から２π
   の範囲のψ角について積分して、下式（１）に示す縮退
   光強度Ｐ₀ （θ）を計算し、θ角に対する縮退光強度Ｐ
   ₀ （θ）の分布すなわち縮退ファーフィールドパターン
   を求めることを特徴とする縮退ファーフィールドパター
   ン測定方法。 【数１】 ただし、光強度Ｐ（θ，ψ）のθ角に関する測定分解能
   をΔθとする。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の縮退ファーフィールド
   パターン測定方法において、 下式（２）より、θ角の変化量Δθに対する立体角２π
   （１−ｃｏｓθ）の変化量と、θ角の変化量Δθに対す
   る縮退光強度Ｐ₀ （θ）の変化量との比Ｐ₁ （θ）を計
   算して、θ角に対するＰ₁ （θ）の分布を求めることを
   特徴とする縮退ファーフィールドパターン測定方法。 【数２】
3. 【請求項３】 請求項１に記載の縮退ファーフィールド
   パターン測定方法において、 前記縮退光強度Ｐ₀ （θ）を、０からθの範囲のθ角に
   ついて積分して、下式（３）に示す累積縮退光強度Ｐ₂
   （θ）を計算し、θ角に対するＰ₂ （θ）の分布を求め
   ることを特徴とする縮退ファーフィールドパターン測定
   方法。 【数３】
4. 【請求項４】 請求項３に記載の縮退ファーフィールド
   パターン測定方法において、 前記累積縮退光強度Ｐ₂ （θ）を立体角２π（１−ｃｏ
   ｓθ）で除算して、下式（４）に示す平均縮退光強度Ｐ
   ₃ （θ）を計算し、θ角に対するＰ₃ （θ）の分布を求
   めることを特徴とする縮退ファーフィールドパターン測
   定方法。 Ｐ₃ （θ）＝Ｐ₂ （θ）／｛２π（１−ｃｏｓθ）｝ ・・・（４）
5. 【請求項５】 請求項１に記載の縮退ファーフィールド
   パターン測定方法において、 第１回転軸に関して回転自在の第１回転ステージと、 前記第１回転ステージに接続されたテーブルと、 前記テーブルに設けられ、前記第１回転軸に直交する第
   ２回転軸に関して回転自在の第２回転ステージと、 前記第２回転ステージに接続されたアームと、 前記第２回転軸に垂直で前記第１回転軸を含む面内に位
   置するように、前記アームに接続された光センサとを備
   えた測定装置を用い、 前記第１および第２回転軸の交差点に前記被測定物を配
   置し、 前記被測定物を静止状態に保つ一方で、前記第１および
   第２回転ステージを回転させながら前記被測定物から放
   射される光の強度を前記光センサにより検出して、 前記光センサの前記第２回転軸に関する回転角をθ角と
   し、および前記光センサの前記第１回転軸に関する回転
   角をψ角として、前記光強度Ｐ（θ，ψ）の分布を測定
   することを特徴とする縮退ファーフィールドパターン測
   定方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の縮退ファーフィールド
   パターン測定方法において、 前記第１回転ステージを一定の向きに連続的に回転させ
   るとともに、前記第２回転ステージを前記アームが揺動
   運動を行うように回転させ、これら第１および第２回転
   ステージの回転中に前記光センサによって光量の検出お
   よび積算を行い、前記縮退光強度Ｐ₀ （θ）を求めるこ
   とを特徴とする縮退ファーフィールドパターン測定方
   法。
7. 【請求項７】 被測定物から放射される光の縮退ファー
   フィールドパターンを測定する装置において、 第１回転軸に関して回転自在の第１回転ステージと、 前記第１回転ステージに接続されたテーブルと、 前記テーブルに設けられ、前記第１回転軸に直交する第
   ２回転軸に関して回転自在の第２回転ステージと、 前記第２回転ステージに接続されたアームと、 前記第２回転軸に垂直で前記第１回転軸を含む面内に位
   置するように、前記アームに接続された光センサと、 前記第１および第２回転軸の交差点に被測定物を静止状
   態に支持する支持具と、 前記第１および第２回転ステージと前記光センサとに接
   続され、前記第１および第２回転ステージの回転制御お
   よび位置情報取得と、前記光センサの測定制御と、前記
   光センサにより検出された測定データの取得および保存
   とを行う制御部とを備えていて、 前記制御部は、前記第１および第２回転ステージの回転
   制御を行いながら、前記光センサで検出された前記被測
   定物からの放射光の強度の取得を行って、前記光センサ
   の前記第２回転軸に関する回転角θ、および前記光セン
   サの前記第１回転軸に関する回転角ψに対する光強度Ｐ
   （θ，ψ）の分布すなわちファーフィールドパターンを
   保存することを特徴とする縮退ファーフィールドパター
   ン測定装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の縮退ファーフィールド
   パターン測定装置において、 前記制御部は、前記第１回転ステージを一定の向きに連
   続的に回転させるとともに、前記第２回転ステージを前
   記アームが揺動運動を行うように回転させ、これら第１
   および第２回転ステージの回転中に前記光センサによっ
   て光量の検出および積算が行われ、Ｐ（θ，ψ）をθ角
   ごとに、０から２πの範囲のψ角について積分して得ら
   れる下式（１）に示す縮退光強度Ｐ₀ （θ）を取得する
   ことを特徴とする縮退ファーフィールドパターン測定装
   置。 【数４】 ただし、光強度Ｐ（θ，ψ）のθ角に関する測定分解能
   をΔθとする。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の縮退ファーフィールド
   パターン測定装置において、 前記支持具を、前記被測定物の２軸傾斜が可能なステー
   ジとし、 前記縮退光強度Ｐ₀ （θ）の測定結果より、光放射角範
   囲が最小となるように前記ステージによって前記被測定
   物を傾斜させて、前記被測定物の光軸を調整する機能を
   有したことを特徴とする縮退ファーフィールドパターン
   測定装置。