JP2007309678A - Optical power measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an optical power measuring apparatus, and more particularly to an apparatus for measuring the optical power of a light emitting element propagating in free space.
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。 When measuring the light power of a light emitting element propagating in free space on the light receiving element side, a light beam emitted from the bright spot of the light emitting element propagates in the air with a large spread. ) And the like, and the light receiving element surface and the light emitting element are placed close to each other for measurement.
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)。 When laser light is used as a light emitting element, it is transmitted from a laser oscillator through a plurality of transmission mirrors and guided to an object, but part of the laser light is extracted from the optical path axis by a transmission mirror during transmission. It is received by the screen and converted into visible light. A cross section of the laser light appears as visible light on the screen and is captured as an image by the CCD camera, and then processed by an image processing technique by an arithmetic processing means to calculate a deviation from the target position and as a deviation correction signal. The oscillation device corrects the deviation on the optical axis by three-dimensionally oscillating the transmission mirror via the multi-axis controller. (For example, refer to Patent Document 1).
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。 Since the conventional optical power measuring device is configured as described above, the positional accuracy between the light emitting element and the light receiving element surface is important. However, the light beam received on the light receiving element surface due to the influence of the positional deviation of the light emitting element. However, there is a case where the position of the light beam protrudes out of the surface of the light receiving element and the power of the light beam cannot be measured correctly. Therefore, it is necessary to perform measurement after aligning the light emitting element and the light receiving element.
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。 Furthermore, there is a problem that the structure becomes complicated because a plurality of lenses are used for detecting the positional deviation. In addition, as described above, there has been a method of extracting a part of light with a transmission mirror or the like in the prior art for correcting misalignment. However, the extracted light is lost when measuring the optical power, and the measurement is accurate. Could affect sex.
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。 The present invention has been made in order to address the above-described problems, and it is not necessary to perform measurement after alignment when measuring optical power, and can improve measurement accuracy with a simple configuration. It aims at providing a power measuring device.
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。 An optical power measurement device according to the present invention is an optical power measurement device that measures the power of a light beam emitted from a light emitting element on the light receiving element side, and is an annular half provided between the light emitting element and the light receiving element. A mirror, a CCD camera that detects light reflected by the half mirror, an image processing device that detects an optical axis shift and a focus shift by comparing the output of the CCD camera with a reference output, and the image processing And a driving device for adjusting the positions of the half mirror, the CCD camera, and the light receiving element based on the detection result of the device.
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。 The optical power measuring device according to the present invention is configured as described above, and by using an annular half mirror, the attenuation amount of the main beam power can be reduced and the amount of incident light to the light receiving element can be increased. Can be improved. Another feature is that the mechanism for detecting the optical axis shift and the focus shift between the light receiving element, the half mirror, and the CCD camera is configured without using a lens and is simplified.
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。
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。
The measuring device receives the light beam emitted from the
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。
In the measurement, the optical axes of the light-emitting
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。
The
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。
On the other hand, as shown by 2B in FIG. 2, 50% of the light at the periphery of the light beam, which has a small intensity at the light receiving surface of the light receiving
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。
FIG. 3 shows the state of the
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。
Further, (b) shows an
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。
When an axis deviation occurs, as in the
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。
Further, (c) shows a
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。
When out-of-focus occurs, the profile changes, such as the width of the waveform as a whole, or the captured image as a whole, as in the out-of-
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。
The
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。
Next, as shown in FIG. 3B, when an axis deviation occurs, an
The axis deviation signal 6B is compared with the
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。
The
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。
The measurement unit is a collection of the
In the measuring unit, the optical axes of the three devices are adjusted in advance with each other, and the optical axes of the measuring unit and the
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。
Also, as shown in FIG. 3C, when a focus shift occurs between the
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。
The
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。
The first embodiment is configured as described above, and the
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。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the optical power measurement apparatus according to the second embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as in FIG.
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。
The difference from FIG. 1 is that a
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。 Since the second embodiment is configured as described above, the influence of background light at the time of optical power measurement can be reduced, and the measurement accuracy can be further improved.
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。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, an ND filter (Neutral Density Filter) having a small wavelength dependency is mounted instead of the
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。
Since the third embodiment is configured as described above, even when the output from the light-emitting
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。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, when the light-emitting
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。
In this way, the light from the
Therefore, since the CCD camera can be used as it is without using a detector for detecting light having a wavelength in the ultraviolet region, image processing is simplified.
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。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, when the light-emitting
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。 Cooling the CCD camera has the effect of broadening the wavelength characteristics, so it can be measured using a cooled CCD camera without using a detector that detects light in the near-infrared (ultraviolet) region. Processing is simplified.
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。
1 light emitting element, 2 light receiving element, 2A center power, 2B peripheral light,
3 annular half mirror, 4 screen, 5 reflected beam image,
5A reference image, 5B off-axis image, 5C out-of-focus image,
6 CCD camera, 6A reference signal, 6B, 6C signal, 7 image processing device,
8 PC, 9 drive, 10 band pass filter.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006136506A Pending JP2007309678A (en) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Optical power measuring instrument |
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2006
- 2006-05-16 JP JP2006136506A patent/JP2007309678A/en active Pending
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