JP2007205951A - 光パワーメータ - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換素子を着脱可能な構成としたときに、種類の異なる光電変換素子が接続されても光パワーを正確かつ確実に測定する。
【解決手段】
光電変換素子２２、および光電変換素子２２の種類を識別可能に構成された識別部２１とを備えた光センサ部２ａと、電圧供給部３３、および電圧供給部３３によって供給されるバイアス電圧Ｖｂの電圧値を指定する制御部３２を有して光センサ部２ａを着脱可能に構成されたメータ本体部３とを備えて構成されている。この場合、電圧供給部３３は、光電変換素子２２の種類毎にその電圧値が予め規定されているバイアス電圧Ｖｂを供給可能に構成されると共に指定された電圧値のバイアス電圧Ｖｂを光電変換素子２２に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換素子を用いて光パワーを測定する光パワーメータに関するものである。

この種の光パワーメータとして、特開平１１−３０４５８６号公報に開示された光量測定装置が知られている。この光量測定装置は、入射された光線の光量に対応した電流を発生させるフォトダイオードと、フォトダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス電源と、これらを接続するフォトモスリレーおよびアナログスイッチとを備えて構成されている。この光量測定装置では、各種強度の光線の光量を良好かつ連続に測定するために、入射する光線の強度に応じてフォトモスリレーおよびアナログスイッチをオンオフ制御することにより、フォトダイオードに印加するバイアス電圧を調整している。
特開平１１−３０４５８６号公報（第７頁、第１−３図）

ところが、上記の光量測定装置には、以下の問題点がある。すなわち、この光量測定装置では、１つのフォトダイオードに印加するバイアス電圧を入射する光線の強度に応じて調整している。このため、例えば、種類の異なるフォトダイオードを接続可能な構成としたときに、あるフォトダイオードには適正なバイアス電圧を印加することができるが、それ以外のフォトダイオードには適正なバイアス電圧を印加することができない。したがって、この光量測定装置では、種類の異なるフォトダイオードを接続可能な構成としたときに、フォトダイオード毎に規定される適切なバイアス電圧を必ずしも印加することができないため、光パワーを正確かつ確実に測定することができないという問題点が存在する。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、光電変換素子を着脱可能な構成としたときに、種類の異なる光電変換素子が接続されても光パワーを正確かつ確実に測定し得る光パワーメータを提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の光パワーメータは、光電変換素子の種類毎にその電圧値が予め規定されているバイアス電圧を供給可能に構成されると共に指定された電圧値の当該バイアス電圧を当該光電変換素子に供給する電圧供給部を備えて構成されている。なお、本明細書における「光電変換素子の種類」とは、その光電変換素子を構成する半導体の材質や構造等に応じて相違する光電変換特性に対応する種類を意味する。

また、請求項２記載の光パワーメータは、請求項１記載の光パワーメータにおいて、前記電圧供給部が、前記バイアス電圧の前記電圧値を無段階に指定可能に構成されると共に当該指定された電圧値の当該バイアス電圧を生成する。なお、本明細書における「無段階に指定可能」とは、十分に細かく指定可能なことを意味する。

また、請求項３記載の光パワーメータは、請求項１または２記載の光パワーメータにおいて、前記光電変換素子、および当該光電変換素子の種類を識別可能に構成された識別部を備えた光センサ部と、前記電圧供給部、および当該電圧供給部によって供給される前記バイアス電圧の前記電圧値を指定する制御部を有して前記光センサ部を着脱可能に構成されたメータ本体部とを備え、前記制御部は、前記光センサ部が前記メータ本体部に装着されたときに、前記識別部の構成に基づいて前記光電変換素子の種類を識別して、当該識別した種類に予め規定されている前記バイアス電圧の前記電圧値を前記電圧供給部に対して指定する。

請求項１記載の光パワーメータによれば、光電変換素子の種類毎にその電圧値が予め規定されているバイアス電圧を供給可能に構成されると共に指定された電圧値のバイアス電圧を光電変換素子に供給する電圧供給部を備えて構成したことにより、光パワーを測定するための適切なバイアス電圧を各種の光電変換素子に供給することができる。したがって、光電変換素子を着脱可能な構成を採用したときに、光電変換素子の種類に応じて適切なバイアス電圧を供給することができるため、種類の異なる光電変換素子が接続されても光パワーを正確かつ確実に測定することができる。

また、請求項２記載の光パワーメータによれば、バイアス電圧の電圧値を無段階に指定可能な電圧供給部を備えたことにより、既に用いている光電変換素子とは種類が異なる新たな光電変換素子を用いるときであっても、その新たな光電変換素子にとって適切な電圧値を指定することで適切なバイアス電圧を供給することができる結果、光パワーを正確かつ確実に測定することができる。

さらに、請求項３記載の光パワーメータによれば、光センサ部をメータ本体部に装着したときに、制御部が、識別部の構成に基づいて光電変換素子の種類を識別して、識別した光電変換素子の種類に予め規定されている電圧値を電圧供給部に対して指定することにより、光センサ部をメータ本体部に装着するだけで、作業者がバイアス電圧の電圧値を設定することなく、適切な電圧値のバイアス電圧を光電変換素子に自動的に供給させることができる。したがって、適切なバイアス電圧を確実に供給することができる結果、光パワーを一層正確かつ確実に測定することができる。

以下、本発明に係る光パワーメータの最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、光パワーメータ１の構成について、図面を参照して説明する。

光パワーメータ１は、光ピックアップ用レーザや光通信用のレーザーパワー（光パワー）等を測定するのに用いられ、図１に示すように、複数（本例では２つ）の光センサ部２ａ，２ｂおよびメータ本体部３を備えて構成されている。光センサ部２ａは、識別部２１、光電変換素子２２および可変抵抗２３を備えて構成されている。識別部２１は、光電変換素子２２の種類を識別可能に構成され、例えば、メータ本体部３に接続可能なコネクタに一端がそれぞれ接続された３本の信号線Ｌ１〜Ｌ３を備えて構成されている。この場合、１本の信号線Ｌ１の他端は開放されて、残りの２本の信号線Ｌ２，Ｌ３の他端は接地（グランドＧＮＤに接続）されている。

光電変換素子２２は、例えばシリコンフォトダイオードを用いて構成され、そのアノードおよびカソードがメータ本体部３に接続可能なコネクタにそれぞれ接続されている。この場合、光電変換素子２２は、アノード側に０Ｖ以下のバイアス電圧Ｖｂが供給されており、受光した測定光の光パワーに応じたレベルの電流をカソード側に発生させて、この電流を測定信号Ｓ３としてメータ本体部３に出力する。なお、測定する測定光の光パワーと測定信号Ｓ３との直線性を確保するためには、光電変換素子２２の種類毎にその電圧値が予め規定されている適切なバイアス電圧Ｖｂを光電変換素子２２に供給する必要がある。また、バイアス電圧Ｖｂが高いほど光電変換素子２２の接合容量が小さくなるため、高速応答が望まれる用途においても、光電変換素子２２に適切なバイアス電圧Ｖｂを供給する必要がある。可変抵抗２３は、ゲイン調整用のボリュームであって、その一端、可動端子および他端がメータ本体部３に接続可能なコネクタにそれぞれ接続されると共に、その他端が接地されている。この場合、可変抵抗２３の他端が光センサ部２ａおよびメータ本体部３の各コネクタを介してメータ本体部３のグランドＧＮＤに接続されるため、光センサ部２ａをメータ本体部３に装着した状態では光センサ部２ａおよびメータ本体部３の各グランドＧＮＤが同電位となる。なお、可変抵抗２３については、光電変換素子２２毎の光電変換特性のバラツキに起因する誤差を補正して較正すべく、例えば工場出荷時においてその減衰量が予め調整されている。

一方、光センサ部２ｂは、光電変換素子２２の種類が光センサ部２ａとは異なり、それに応じて識別部２１の回路構成も光センサ部２ａとは異なっている。また、光センサ部２ｂは、それ以外の構成要素は光センサ部２ａと同一に構成されている。したがって、光センサ部２ａの構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、以下、光センサ部２ａ，２ｂを区別しないときには、光センサ部２ともいう。光センサ部２ｂの識別部２１は、光センサ部２ａの識別部２１と比較して、３本の信号線Ｌ１〜Ｌ３を備える点で同一であり、各信号線Ｌ１〜Ｌ３の他端における接続状態が異なっている。例えば、２本の信号線Ｌ１，Ｌ２が開放されて、残りの１本の信号線Ｌ３が接地されている。したがって、メータ本体部３では、この接続状態を判別することで光電変換素子２２の種類を識別することが可能となる。光電変換素子２２は、例えばインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）フォトダイオードを用いて構成されている。

メータ本体部３は、光センサ部２ａ，２ｂを着脱可能に構成されて、識別部３１、制御部３２、電圧供給部３３、ゲイン調整部３４、アンプ３５、Ａ／Ｄコンバータ３６および表示部３７を備えて構成されている。識別部３１は、プルアップ抵抗を介して電源電圧Ｖｃｃに接続された３本の信号線Ｌ４〜Ｌ６を備えて構成されている。この場合、各信号線Ｌ４〜Ｌ６は、光センサ部２ａ，２ｂの識別部２１における信号線Ｌ１〜Ｌ３に接続可能なコネクタにそれぞれ接続されている。この場合、識別部３１は、光センサ部２がメータ本体部３に装着されたときには、光センサ部２における識別部２１の回路構成に応じた３ビットの識別信号Ｓ１を生成して制御部３２に出力する。

制御部３２は、識別部３１から出力される識別信号Ｓ１に基づいて信号出力部２における光電変換素子２２の種類を判別する。また、制御部３２は、光電変換素子２２の種類を判別したときには、その種類に予め規定されている電圧値のバイアス電圧Ｖｂを電圧供給部３３に対して指定するための制御信号Ｓ２を電圧供給部３３に出力する。電圧供給部３３は、図２に示すように、Ｄ／Ａコンバータ３３ａおよびドライバ３３ｂを備え、光電変換素子２２のアノードが接続されるコネクタに供給するバイアス電圧Ｖｂの電圧値を無段階に指定可能に構成されると共に、指定された電圧値のバイアス電圧Ｖｂを生成する。この場合、Ｄ／Ａコンバータ３３ａは、制御部３２から出力された制御信号Ｓ２をデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換し、ドライバ３３ｂは、変換されたアナログ信号を増幅して出力する。したがって、電圧供給部３３は、制御部３２から出力される制御信号Ｓ２に基づいて、光電変換素子２２の種類毎に予め規定されている複数種類のバイアス電圧Ｖｂを光センサ部２に供給する。

ゲイン調整部３４は、オペアンプ、抵抗およびスイッチ回路を備えて構成され、光センサ部２の光電変換素子２２から出力される測定信号Ｓ３を電流−電圧（Ｉ／Ｖ）変換すると共にゲインを調整して、ゲイン調整した出力信号Ｓ４を光センサ部２の可変抵抗２３に接続されるコネクタに出力する。アンプ３５は、光センサ部２の可変抵抗２３から出力される出力信号Ｓ５を増幅して出力信号Ｓ６を生成すると共に、その出力信号Ｓ６をＡ／Ｄコンバータ３６に出力する。Ａ／Ｄコンバータ３６は、出力信号Ｓ６をアナログ−デジタル変換して出力信号Ｓ７を生成すると共に、その出力信号Ｓ７を制御部３２に出力する。表示部３７は、一例としてＬＣＤで構成されて、制御部３２の制御に従って測定光の光パワー（光パワーを示す数値）を表示する

次に、光パワーメータ１の全体的な動作について、図面を参照して説明する。

この光パワーメータ１を用いて測定光の光パワーを測定するときには、まず、測定する測定光の波長などから光パワーを測定するのに適切な光センサ部２を選択する。例えば、シリコンフォトダイオードで構成された光電変換素子２２を用いることによって良好に光パワーを測定することができるときには、光センサ部２ａのコネクタとメータ本体部３のコネクタとを接続して、光センサ部２ａをメータ本体部３に装着する。この際に、識別部２１の信号線Ｌ１〜Ｌ３と識別部３１の信号線Ｌ４〜Ｌ６とがそれぞれ互いに接続されることにより、識別部３１が、信号線Ｌ１〜Ｌ３のグランドＧＮＤへの接続状態に応じた識別信号Ｓ１を制御部３２に出力する。具体的には、信号線Ｌ４のレベルは、信号線Ｌ１が開放されているため、プルアップ抵抗を介して電源電圧Ｖｃｃが印加されて「Ｈ」となる。一方、信号線Ｌ５，Ｌ６のレベルは、信号線Ｌ２，Ｌ３が接地されているため、「Ｌ」となる。したがって、光センサ部２ａの識別部２１の回路構成に応じた「ＨＬＬ」の３ビットの識別信号Ｓ１が制御部３２に出力される。

次いで、制御部３２は、識別信号Ｓ１に基づいて光センサ部２ａの光電変換素子２２の種類を判別した後に、制御信号Ｓ２を電圧供給部３３に出力して、その種類毎に予め規定されているバイアス電圧Ｖｂの電圧値を電圧供給部３３に対して指定する。この際に、電圧供給部３３では、Ｄ／Ａコンバータ３３ａが制御信号Ｓ２をアナログ信号にＤ／Ａ変換すると共にドライバ３３ｂがそのアナログ信号を増幅することにより、指定された電圧値のバイアス電圧Ｖｂを光電変換素子２２のアノードに供給する。これにより、シリコンフォトダイオードで構成された光電変換素子２２によって光パワーを測定するのに適切なバイアス電圧Ｖｂが供給される。

次に、光センサ部２ａの光電変換素子２２に測定光を入射させて、その測定光の光パワーを測定する。この際に、光電変換素子２２は、入射された測定光の光パワーに応じたレベルの電流を測定信号Ｓ３としてゲイン調整部３４に出力する。次いで、ゲイン調整部３４は、測定信号Ｓ３をＩ／Ｖ変換すると共に所定のレベルに増幅して、出力信号Ｓ４を光センサ部２ａの可変抵抗２３に出力する。この場合、可変抵抗２３によって出力信号Ｓ４が所定の減衰量で減衰させられて、可変抵抗２３の可動端子から出力信号Ｓ５が出力される。続いて、アンプ３５が出力信号Ｓ５を増幅して出力信号Ｓ６をＡ／Ｄコンバータ３６に出力し、Ａ／Ｄコンバータ３６が出力信号Ｓ６をアナログ−デジタル変換してデジタル信号の出力信号Ｓ７を制御部３２に出力する。次いで、制御部３２は、出力信号Ｓ７の示す測定光の光パワーの値に対して、識別信号Ｓ１に基づいて判別した光電変換素子２２の種類に応じた分光感度補正を行って、その補正値を表示部３７に表示させる。

一方、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードで構成された光電変換素子２２を用いることによって良好に光パワーを測定することができるときには、光センサ部２ｂをメータ本体部３に装着する。この際に、識別部２１の信号線Ｌ１〜Ｌ３と識別部３１の信号線Ｌ４〜Ｌ６とがそれぞれ互いに接続されることにより、識別部３１が、信号線Ｌ１〜Ｌ３のグランドへの接続状態に応じた識別信号Ｓ１を制御部３２に出力する。具体的には、信号線Ｌ４，Ｌ５のレベルは、信号線Ｌ１，Ｌ２が開放されているため、プルアップ抵抗を介して電源電圧Ｖｃｃが印加されて「Ｈ」となる。一方、信号線Ｌ６のレベルは、信号線Ｌ３が接地されているため、「Ｌ」となる。したがって、光センサ部２ｂの識別部２１の回路構成に応じた「ＨＨＬ」の３ビットの識別信号Ｓ１が制御部３２に出力される。

次いで、制御部３２は、識別信号Ｓ１に基づいて光センサ部２ｂの光電変換素子２２の種類を判別した後に、制御信号Ｓ２を電圧供給部３３に出力して、その種類毎に予め規定されているバイアス電圧Ｖｂの電圧値を電圧供給部３３に対して指定する。この際に、電圧供給部３３では、Ｄ／Ａコンバータ３３ａが制御信号Ｓ２をアナログ信号にＤ／Ａ変換すると共にドライバ３３ｂがそのアナログ信号を増幅することにより、指定された電圧値のバイアス電圧Ｖｂを光電変換素子２２のアノードに供給する。これにより、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードで構成された光電変換素子２２によって光パワーを測定するのに適切なバイアス電圧Ｖｂが供給される。

次に、光センサ部２ｂの光電変換素子２２に測定光を入射させて、その測定光の光パワーを測定する。この際に、光電変換素子２２は、入射された測定光の光パワーに応じたレベルの電流を測定信号Ｓ３としてゲイン調整部３４に出力する。次いで、ゲイン調整部３４は、測定信号Ｓ３をＩ／Ｖ変換すると共に所定のレベルに増幅して、出力信号Ｓ４を光センサ部２ｂの可変抵抗２３に出力する。この場合、可変抵抗２３によって出力信号Ｓ４が所定の減衰量で減衰させられて、可変抵抗２３の可動端子から出力信号Ｓ５が出力される。続いて、アンプ３５が出力信号Ｓ５を増幅して出力信号Ｓ６をＡ／Ｄコンバータ３６に出力し、Ａ／Ｄコンバータ３６が出力信号Ｓ６をアナログ−デジタル変換してデジタル信号の出力信号Ｓ７を制御部３２に出力する。次いで、制御部３２は、出力信号Ｓ７の示す測定光の光パワーの値に対して、識別信号Ｓ１に基づいて判別した光電変換素子２２の種類に応じた分光感度補正を行って、その補正値を表示部３７に表示させる。

このように、この光パワーメータ１によれば、光電変換素子２２の種類毎にその電圧値が予め規定されているバイアス電圧Ｖｂを供給可能に構成されると共に指定された電圧値のバイアス電圧Ｖｂを光電変換素子２２に供給する電圧供給部３３を備えて構成したことにより、光パワーを測定するための適切なバイアス電圧Ｖｂを各種の光電変換素子２２に供給することができる。したがって、光電変換素子２２を有する光センサ部２を着脱可能な構成を採用したときに、光電変換素子２２の種類に応じて適切なバイアス電圧Ｖｂを供給することができるため、種類の異なる光電変換素子２２が接続されても光パワーを正確かつ確実に測定することができる。

また、この光パワーメータ１によれば、バイアス電圧Ｖｂの電圧値を無段階に指定可能な電圧供給部３３を備えたことにより、既に用いている光電変換素子２２とは種類が異なる新たな光電変換素子を有する光センサ部２を装着するときであっても、その新たな光電変換素子にとって適切な電圧値を指定することで適切なバイアス電圧Ｖｂを供給することができる結果、光パワーを正確かつ確実に測定することができる。

また、この光パワーメータ１によれば、光センサ部２ａ，２ｂをメータ本体部３に装着したときに、制御部３２が、識別部２１の構成に基づいて光電変換素子２２の種類を識別して、識別した光電変換素子２２の種類に予め規定されている電圧値を電圧供給部３３に対して指定することにより、光センサ部２ａ，２ｂをメータ本体部３に装着するだけで、作業者がバイアス電圧Ｖｂの電圧値を設定することなく、適切な電圧値のバイアス電圧Ｖｂを光電変換素子２２に自動的に供給させることができる。したがって、適切なバイアス電圧Ｖｂを確実に供給することができる結果、光パワーを一層正確かつ確実に測定することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、Ｄ／Ａコンバータ３３ａおよびドライバ３３ｂを用いてバイアス電圧Ｖｂを無段階に指定可能とする構成について説明したが、これに限定されない。例えば、図３に示すように、段階的に設定された４種類の電圧（０Ｖ，−５Ｖ，−１０Ｖ，−５０）を同数のスイッチ回路（例えばリレー）３８ａ〜３８ｄで切り換えてバイアス電圧Ｖｂとして供給する構成を採用することもできる。この構成によれば、電圧供給部３８に入力される制御信号Ｓ２によってリレー３８ａ〜３８ｄのいずれかを択一的にオン状態に制御することにより、４種類の電圧のいずれかをバイアス電圧Ｖｂとして供給させることができる。したがって、簡易な構成でありながら、上記した光パワーメータ１と同様の効果を奏することができる。

また、光センサ部２ａ，２ｂをメータ本体部３に装着することによって識別部３１が識別信号Ｓ１を出力する構成について説明したが、光センサ部２自体が識別信号Ｓ１を出力可能な構成を採用することもできる。さらに、制御部３２が識別信号Ｓ１に応じたバイアス電圧Ｖｂを電圧供給部３３に出力させる構成について説明したが、これに限定されない。例えば、メータ本体部３に操作部を設け、作業者が光電変換素子２２の種類に応じてバイアス電圧Ｖｂを指定可能な構成を採用することができる。

光パワーメータ１の構成図である。 電圧供給部３３の構成図である。 電圧供給部３８の回路図である。

符号の説明

１ 光パワーメータ
２ａ，２ｂ 光センサ部
３ メータ本体部
２１，３１ 識別部
２２ 光電変換素子
２３ 可変抵抗
３２ 制御部
３３，３８ 電圧供給部
３７ 表示部
Ｌ１〜Ｌ６ 信号線
Ｓ１ 識別信号
Ｓ２ 制御信号
Ｓ３ 測定信号
Ｖｂ バイアス電圧

Claims (3)

1. 光電変換素子の種類毎にその電圧値が予め規定されているバイアス電圧を供給可能に構成されると共に指定された電圧値の当該バイアス電圧を当該光電変換素子に供給する電圧供給部を備えて構成されている光パワーメータ。
2. 前記電圧供給部は、前記バイアス電圧の前記電圧値を無段階に指定可能に構成されると共に当該指定された電圧値の当該バイアス電圧を生成する請求項１記載の光パワーメータ。
3. 前記光電変換素子、および当該光電変換素子の種類を識別可能に構成された識別部を備えた光センサ部と、
   前記電圧供給部、および当該電圧供給部によって供給される前記バイアス電圧の前記電圧値を指定する制御部を有して前記光センサ部を着脱可能に構成されたメータ本体部とを備え、
   前記制御部は、前記光センサ部が前記メータ本体部に装着されたときに、前記識別部の構成に基づいて前記光電変換素子の種類を識別して、当該識別した種類に予め規定されている前記バイアス電圧の前記電圧値を前記電圧供給部に対して指定する請求項１または２記載の光パワーメータ。

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