JP6755753B2 - 光パワーメータ - Google Patents

Description

本発明は、測定対象光の受光量に応じて光電変換部から出力される検出信号の信号レベルに基づいて測定対象光についての予め規定された光学的パラメータを測定可能に構成された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、レーザーやＬＥＤなどの光源から放射される光のパワー（光放射パワー）を測定可能に構成された光パワー測定器の発明が下記の特許文献に開示されている。

この光パワー測定器は、測定対象光の通過が可能な入射孔が設けられたアパーチャと、入射孔を通過した測定対象光を拡散させる透過拡散板とが筐体の一端側に配設されると共に、受光面にガラスフィルタが一体的に配設されたシリコンフォトダイオード（以下、「光電変換部」ともいう）が上記の筐体内に配設されている。この光パワー測定器では、光源からの測定対象光がアパーチャの入射孔を通過して透過拡散板に入射することで拡散され、その一部がガラスフィルタを透して光電変換部入射する構成が採用されている。これにより、光電変換部への測定対象光の入射量（光電変換部による測定対象光の受光量）に応じた検出信号が光電変換部から出力され、その信号レベルに基づいて測定対象光のパワーが演算される。

特開昭６３−１２７１２７号公報（第１−４頁、第１−４図）

ところが、従来の光パワー測定器には、以下の解決すべき課題が存在する。すなわち、従来の光パワー測定器では、アパーチャを通過して透過拡散板において拡散された測定対象光の一部が筐体内の光電変換部に入射する構成が採用されている。この場合、従来の光パワー測定器では、レーザー光のような拡散性が低い光（光源から非放射状に出力された光）を測定対象光としたときに、透過拡散板を透過させるだけでは測定対象光を十分に拡散させることができず、アパーチャ（入射孔）への測定対象光の入射位置によっては、入射させた測定対象光を光電変換部によって好適に受光することが困難な状態となる。このため、従来の光パワー測定器では、アパーチャ（入射孔）への測定対象光の入射位置によって光電変換部による受光量が変動してしまうこと（以下、この測定対象光の入射位置による受光量の変動について「入射位置依存性」ともいう）がある。

そこで、出願人は、上記の光パワー測定器を改良して、透過拡散板を透過させることで拡散させた測定対象光を拡散反射させる（乱反射させる）拡散反射部を透過拡散板に並設した光パワーメータを試作した。具体的には、図６に示すように、出願人が試作した光パワーメータは、筒体の内面３１ａｘに拡散反射コーティング剤を塗布した拡散反射部３１ｘを有する受光センサ２ｘを備えている。以下、出願人が試作した光パワーメータの構成要素については、符号の末尾に「ｘ」を付して説明する。

この受光センサ２ｘでは、拡散反射部３１ｘの一端側（同図における左端側）にアパーチャ１１ｘおよび透過拡散板２１ｘが配設されると共に、拡散反射部３１ｘの他端側（同図における右側において図示を省略している部位）に光電変換部が配設され、アパーチャ１１ｘの入射孔１１ａｘを通過して透過拡散板２１ｘに入射した測定対象光Ｌが透過拡散板２１ｘにおいて拡散されると共に、透過拡散板２１ｘにおいて拡散させられた測定対象光Ｌが拡散反射部３１ｘの内面３１ａｘにおいて拡散反射され、その一部が光電変換部に入射する。したがって、出願人が試作した光パワーメータ（受光センサ２ｘ）では、透過拡散板だけで測定対象光を拡散させる従来の光パワー測定器と比較して、透過拡散板２１ｘおよび拡散反射部３１ｘの双方において測定対象光Ｌが拡散されることで上記の入射位置依存性が軽減されている。

一方、この種の測定器では、その保管性や携行性を良好とするために十分に小形化されることが望まれている。このため、出願人が試作した光パワーメータにおいても、受光センサ２ｘを十分に小形化するのが好ましい。この場合、受光センサ２ｘを小形化するために拡散反射部３１ｘの外径Ｌ３ｂｘを小径化したときには、その内径Ｌ３ａｘも小径化されることとなる。また、出願人は、拡散反射部３１ｘの内径Ｌ３ａｘを小径化した場合に、入射孔１１ａｘの中央部に測定対象光Ｌを入射させたときよりも入射孔１１ａｘの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときの方が光電変換部への測定対象光Ｌの入射量が少なくなる傾向（従来の光パワー測定器の入射位置依存性とは異なる入射位置依存性）があるのを見出した。

このような入射位置依存性は、内径Ｌ３ａｘを小径化したことで拡散反射部３１ｘの内面３１ａｘとアパーチャ１１ｘの入射孔１１ａｘとの距離が短くなることに起因するものと推測される。具体的には、入射孔１１ａｘの外縁部寄りに入射して、透過拡散板２１ｘにおいて拡散された測定対象光Ｌが拡散反射部３１ｘの内面３１ａｘにおいて拡散反射されたときに、透過拡散板２１ｘ側に向かって反射された測定対象光Ｌの一部が透過拡散板２１ｘを透して入射孔１１ａｘから受光センサ２ｘの外に出射され易くなることが要因と考えられる。したがって、拡散反射部３１ｘの内径Ｌ３ａｘを十分に大径化して内面３１ａｘを入射孔１１ａｘから十分に離間させることにより、このような入射位置依存性が小さくなることが確認された。

しかしながら、出願人が試作した光パワーメータ（受光センサ２ｘ）に生じる上記の入射位置依存性を軽減するために拡散反射部３１ｘの内径Ｌ３ａｘを大径化した場合、単に小形化が困難となるだけでなく、拡散反射部３１ｘの製作コスト（筒体を生成する材料や拡散反射コーティング剤などの材料コスト）が高騰する結果、受光センサ２ｘの製作コストが高騰する。したがって、上記のような入射位置依存性を軽減するために拡散反射部３１ｘの内径Ｌ３ａｘを大径化した場合には、受光センサ２ｘの小形化が困難となるだけでなく、光パワーメータの製造コストが高騰するおそれがある。このため、この点を改善する必要がある。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、製造コストの低減および装置の小型化を図りつつ、装置への測定対象光の入射位置依存性を十分に軽減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、測定対象光の受光量に応じた検出信号を出力する光電変換部を備え、前記測定対象光についての予め規定された光学的パラメータを前記検出信号の信号レベルに基づいて測定可能に構成された光パワーメータであって、前記測定対象光の通過が可能な入射孔が設けられて当該光パワーメータへの当該測定対象光の入射許容範囲を規定する入射許容範囲規定部と、前記入射孔を通過した前記測定対象光が透過可能に前記入射許容範囲規定部に隣接配置されて当該測定対象光を拡散させる透過拡散板と、筒状に形成されて一端部側に前記入射許容範囲規定部および前記透過拡散板が配設されると共に当該透過拡散板を透過した前記測定対象光を内面において拡散反射させる拡散反射部とを備えて、当該拡散反射部において拡散された前記測定対象光の一部が前記光電変換部によって受光されるように構成され、前記透過拡散板は、前記入射許容範囲規定部側の一面に凹部が形成されて前記入射孔を通過して当該凹部の底面において反射される前記測定対象光の一部が当該凹部の内側面から当該透過拡散板に入射可能に構成されると共に、前記凹部の周囲の厚みよりも薄い薄厚部が外縁部に設けられている。

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、前記透過拡散板は、前記凹部の内径が前記入射孔の口径よりも大径となるように形成されている。

さらに、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、有底円筒状のケーシングを備え、当該ケーシングにおける底板が前記入射許容範囲規定部として機能するように前記入射孔が当該底板に形成されると共に、前記ケーシングの内径よりも小径の円板状に形成された前記透過拡散板、および当該ケーシングの内径よりも小径の円筒状に形成された前記拡散反射部が当該ケーシング内に収容されて当該ケーシングと一体化されている。
また、請求項４記載の光パワーメータは、測定対象光の受光量に応じた検出信号を出力する光電変換部を備え、前記測定対象光についての予め規定された光学的パラメータを前記検出信号の信号レベルに基づいて測定可能に構成され、前記測定対象光の通過が可能な入射孔が設けられて当該光パワーメータへの当該測定対象光の入射許容範囲を規定する入射許容範囲規定部と、前記入射孔を通過した前記測定対象光が透過可能に前記入射許容範囲規定部に隣接配置されて当該測定対象光を拡散させる透過拡散板と、筒状に形成されて一端部側に前記入射許容範囲規定部および前記透過拡散板が配設されると共に当該透過拡散板を透過した前記測定対象光を内面において拡散反射させる拡散反射部とを備えて、当該拡散反射部において拡散された前記測定対象光の一部が前記光電変換部によって受光されるように構成され、前記透過拡散板は、前記入射許容範囲規定部側の一面に凹部が形成されて前記入射孔を通過して当該凹部の底面において反射される前記測定対象光の一部が当該凹部の内側面から当該透過拡散板に入射可能に構成されている光パワーメータであって、有底円筒状のケーシングを備え、当該ケーシングにおける底板が前記入射許容範囲規定部として機能するように前記入射孔が当該底板に形成されると共に、前記ケーシングの内径よりも小径の円板状に形成された前記透過拡散板、および当該ケーシングの内径よりも小径の円筒状に形成された前記拡散反射部が当該ケーシング内に収容されて当該ケーシングと一体化されている。

請求項１記載の光パワーメータでは、入射許容範囲規定部の入射孔を通過した測定対象光が透過可能に入射許容範囲規定部に隣接配置されて測定対象光を拡散させる透過拡散板における入射許容範囲規定部側の一面に凹部が形成されて、凹部の底面において反射される測定対象光の一部が凹部の内側面から透過拡散板に入射可能に構成されると共に、透過拡散板の外縁部に凹部の周囲の厚みよりも薄い薄厚部が設けられている。

したがって、請求項１記載の光パワーメータによれば、出願人が試作した光パワーメータと同様にして、透過拡散板に加えて拡散反射部を備えた分だけ、入射孔から入射させた測定対象光を十分に拡散させることができ、これにより、入射孔に対する測定対象光の入射位置依存性を軽減することができるだけでなく、透過拡散板に設けた凹部の存在により、入射孔の外縁部寄りに測定対象光を入射させたときに拡散反射部内に進入した測定対象光の一部が拡散反射部の内面において反射されて入射孔から外部に出射されたとしても、入射孔を通過して凹部の底面において反射された測定対象光の一部が凹部の内側面から透過拡散板内に入射して拡散された後に拡散反射部内に入射するため、この測定対象光の分だけ、最終的に光電変換部に入射する測定対象光の量が増加する結果、入射孔に対する測定対象光の入射位置依存性を十分に軽減することができる。これにより、光パワーメータの性能を低下させることなく拡散反射部を小径化することができるため、光パワーメータを十分に小形化することができると共に、拡散反射部の製作コストを低減して光パワーメータの製造コストを十分に低減することができる。また、入射位置依存性を軽減するために凹部の深さや内径だけを変更して好適な光学的特性を有する透過拡散板を設計するのとは異なり、寸法の変化による影響が小さい外縁部に薄厚部を設けてその厚みを任意に変更することにより、透過拡散板の光学的特性を理想的な状態に容易に近付けることができる。

請求項４記載の光パワーメータでは、入射許容範囲規定部の入射孔を通過した測定対象光が透過可能に入射許容範囲規定部に隣接配置されて測定対象光を拡散させる透過拡散板における入射許容範囲規定部側の一面に凹部が形成されて、凹部の底面において反射される測定対象光の一部が凹部の内側面から透過拡散板に入射可能に構成されている。

したがって、請求項４記載の光パワーメータによれば、出願人が試作した光パワーメータと同様にして、透過拡散板に加えて拡散反射部を備えた分だけ、入射孔から入射させた測定対象光を十分に拡散させることができ、これにより、入射孔に対する測定対象光の入射位置依存性を軽減することができるだけでなく、透過拡散板に設けた凹部の存在により、入射孔の外縁部寄りに測定対象光を入射させたときに拡散反射部内に進入した測定対象光の一部が拡散反射部の内面において反射されて入射孔から外部に出射されたとしても、入射孔を通過して凹部の底面において反射された測定対象光の一部が凹部の内側面から透過拡散板内に入射して拡散された後に拡散反射部内に入射するため、この測定対象光の分だけ、最終的に光電変換部に入射する測定対象光の量が増加する結果、入射孔に対する測定対象光の入射位置依存性を十分に軽減することができる。これにより、光パワーメータの性能を低下させることなく拡散反射部を小径化することができるため、光パワーメータを十分に小形化することができると共に、拡散反射部の製作コストを低減して光パワーメータの製造コストを十分に低減することができる。

請求項２記載の光パワーメータによれば、凹部の内径が入射孔の口径よりも大径となるように透過拡散板を形成したことにより、入射孔の外縁部寄りに測定対象光を入射させたときに内側面から透過拡散板に入射する測定対象光の量が過剰に多くなる事態を回避して、入射孔に対する測定対象光の入射位置依存性を好適に軽減することができる。

請求項３，４記載の光パワーメータによれば、有底円筒状のケーシングにおける底板が入射許容範囲規定部として機能するように入射孔を底板に形成すると共に、円板状の透過拡散板、および円筒状の拡散反射部をケーシング内に収容してケーシングと一体化したことにより、透過拡散板および拡散反射部がケーシングによって覆われた状態となり、透過拡散板や拡散反射部に対して直接的に外力が加わる事態が回避される結果、光パワーメータの破損を好適に回避することができる。

光パワーメータ１の構成図である。 受光センサ２におけるアパーチャ１１（ケーシング１０）および拡散光学系１２の構成について説明するための断面図である。 透過拡散板２１に形成された凹部２２の中央部における測定対象光Ｌの反射について説明するための断面図である。 透過拡散板２１に形成された凹部２２の外縁部における測定対象光Ｌの反射について説明するための断面図である。 受光センサ２Ａにおけるアパーチャ１１（ケーシング１０）および拡散光学系１２Ａの構成について説明するための断面図である。 出願人が試作した受光センサ２ｘにおけるアパーチャ１１ｘ、透過拡散板２１ｘおよび筐体３１ｘの構成について説明するための断面図である。

以下、光パワーメータの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

図１に示す光パワーメータ１は、「光パワーメータ」の一例であって、受光センサ２、信号処理回路３、操作部４、表示部５、処理部６および記憶部７を備え、レーザー光などの測定対象光Ｌの放射量や測光量等（「測定対象光についての予め規定された光学的パラメータ」の一例）を測定可能に構成されている。また、図２に示すように、受光センサ２は、ケーシング１０、拡散光学系１２および光電変換部１３（図１参照）を備えて構成されている。

ケーシング１０は、「ケーシング」の一例であって、有底円筒状に形成されている。この場合、本例の光パワーメータ１（受光センサ２）では、ケーシング１０の底板１０ａが「入射許容範囲規定部」の一例であるアパーチャ１１として機能するように、円形の入射孔１１ａが底板１０ａに形成されている。また、入射孔１１ａは、その口径Ｌ１が、測定対象光Ｌのビーム径よりも広径であって、かつ、後述するように拡散光学系１２において測定対象光Ｌを十分に拡散させ得る入射範囲（受光センサ２が好適な光学的特性を発揮し得る測定対象光Ｌの入射位置の範囲）を外れた位置からの測定対象光Ｌの入射を規制する大きさに規定されている。

拡散光学系１２は、透過拡散板２１および拡散反射部３１を備えている。透過拡散板２１は、「透過拡散板」の一例であって、上記の入射孔１１ａを通過した測定対象光Ｌが透過可能に乳白色の樹脂材料等で円板状に形成され、後述するように、拡散反射部３１と共にケーシング１０内に収容されることでアパーチャ１１（ケーシング１０の底板１０ａ）に隣接配置される。

この透過拡散板２１は、ケーシング１０の内径よりも小径に形成されると共に、アパーチャ１１（ケーシング１０の底板１０ａ）に接する側の一面に深さＤ２の凹部２２が形成され、図４に示すように、入射孔１１ａを通過して凹部２２の底面２２ａにおいて反射される測定対象光Ｌの一部が凹部２２の内側面２２ｂから透過拡散板２１に入射するように構成されている。この凹部２２は、図２に示すように、その内径Ｌ２が入射孔１１ａの口径Ｌ１よりも大径となるように形成されている。これにより、本例の光パワーメータ１（受光センサ２）では、アパーチャ１１における入射孔１１ａの口縁部が全周に亘って透過拡散板２１の凹部２２上に延出した状態となっている。なお、本例の透過拡散板２１では、口縁部から底面２２ａまで内径Ｌ２が同径となるように凹部２２が形成され、これにより、底面２２ａの延面と内側面２２ｂの延面とが直角に交わるように構成されている。

また、この透過拡散板２１では、その外縁部に凹部２２の周囲の厚みＴ１よりも薄い厚みＴ２（一例として、凹部２２の深さＤ２と同じ厚み）で環状の薄厚部２３が設けられている。なお、凹部２２や薄厚部２３の光学的機能については、後に詳細に説明するが、外縁部の厚みＴ２については、必要に応じて、凹部２２の深さＤ２よりも薄くしたり、凹部２２の深さＤ２よりも厚くしたりすることができる。

拡散反射部３１は、「拡散反射部」の一例であって、アパーチャ１１の入射孔１１ａを通過して拡散光学系１２を透過させられた（拡散光学系１２において拡散された）測定対象光Ｌを内面３１ａにおいて拡散反射可能に構成されている。この拡散反射部３１は、外径Ｌ３ｂがケーシング１０の内径と同径で、かつ、内径Ｌ３ａが入射孔１１ａの口径Ｌ１や凹部２２の内径Ｌ２よりも大径の円筒状に形成されている。この場合、本例の光パワーメータ１（受光センサ２）では、上記の透過拡散板２１および拡散反射部３１がケーシング１０内に収容されることでケーシング１０と一体化され、これにより、アパーチャ１１（底板１０ａ）、透過拡散板２１および拡散反射部３１が、光源からの測定対象光Ｌの出射方向に沿って隣接配置された状態となっている。

光電変換部１３は、測定対象光Ｌの受光量に応じた検出信号を出力する。この場合、本例の光パワーメータ１（受光センサ２）では、一例として、拡散光学系１２（透過拡散板２１および拡散反射部３１）において拡散された測定対象光Ｌの一部を受光可能に拡散反射部３１における図示しない端部（図２における右側の端部）に光電変換部１３が配設されている。なお、実際の光パワーメータ１では、その用途に応じて、任意の波長範囲の測定対象光Ｌだけを透過させる光学フィルタ、波長毎の透過率が異なる光学フィルタ、および測定対象光Ｌの光路を変更する反射光学系や屈折光学系などの各種の光学部品が光電変換部１３の手前に配設されるが、光パワーメータ１についての理解を容易とするために、これらについての図示および説明を省略する。

信号処理回路３は、光電変換部１３から出力される検出信号（電流信号）をＩ／Ｖ変換するＩ／Ｖ変換部やＩ／Ｖ変換部の出力信号（電圧信号）をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を備え、光電変換部１３による測定対象光Ｌの受光量に応じたデジタル信号を処理部６に出力する。操作部４は、測定処理の条件の設定操作や、測定処理の開始／停止を指示する各種の操作スイッチを備え、スイッチ操作に応じた操作信号を処理部６に出力する。表示部５は、処理部６の制御に従い、測定条件設定画面や測定結果表示画面など（いずれも図示せず）を表示する。

処理部６は、光パワーメータ１を総括的に制御する。具体的には、処理部６は、操作部４の操作によって測定処理の開始を指示されたときに信号処理回路３を制御して光電変換部１３からの検出信号の信号処理を開始させ、信号処理回路３から出力される検出信号（光電変換部１３による測定対象光Ｌの受光量に応じて値が相違するデジタル信号）を記憶部７に記憶させる。また、処理部６は、記憶部７に記憶させた検出信号に基づき、測定対象光Ｌの放射量や測光量などを演算する。さらに、処理部６は、演算した結果を示す測定結果データを生成して記憶部７に記憶させると共に、その値を表示部５に表示させる。記憶部７は、処理部６の動作プログラム、信号処理回路３から出力された検出信号、および測定結果データなどを記憶する。

この光パワーメータ１の製造に際しては、まず、ケーシング１０および拡散光学系１２（透過拡散板２１および拡散反射部３１）をそれぞれ製作して受光センサ２を組み立てる。具体的には、一例として、円柱状のアルミニウム塊を切削して底円筒状に加工すると共に、底板１０ａの中央部に口径Ｌ１の入射孔１１ａを形成する。これにより、底板１０ａがアパーチャ１１として機能する状態となり、ケーシング１０が完成する。

また、透過拡散板２１については、一例として、ケーシング１０の内径と同径で厚みＴ１（図２参照）の円板を切削加工することにより、一方の面の中央部に内径Ｌ２で深さＤ２の凹部２２を形成すると共に、他方の面の外縁部を全周に亘って薄厚化して厚みＴ２の薄厚部２３を形成する。なお、薄厚部２３については、凹部２２の形成面とは逆側の面を切削する上記の構成に代えて、凹部２２の形成面における外縁部を切削して形成することもできる。また、この透過拡散板２１については、円板を切削加工する上記の製作方法に変えて、凹部２２および薄厚部２３を成形可能な金型を使用して射出成形によって製作することもできる。

さらに、拡散反射部３１については、一例として、ＰＴＦＥ（ポリテトラルフルオロエチレン）の粉体を焼結した外径Ｌ３ｂの円柱状の樹脂焼結体を切削することにより、内径Ｌ３ａの円筒体に加工する。この場合、上記のような樹脂焼結体が非常に高価であるため、その外径Ｌ３ｂを必要最低限の大きさとすることで拡散反射部３１の製作コスト（材料コスト）を低減することができる。

次いで、ケーシング１０における底板１０ａとは逆側の端部から、透過拡散板２１および拡散反射部３１をこの順で挿入する。この際には、図２に示すように、透過拡散板２１における凹部２２の形成面が底板１０ａ（アパーチャ１１）と対向するように透過拡散板２１を挿入する。これにより、透過拡散板２１における凹部２２の周囲がケーシング１０における底板１０ａの内面に接し、かつ、透過拡散板２１における薄厚部２３に拡散反射部３１の一端部が接した状態となる。この場合、本例の光パワーメータ１（受光センサ２）では、透過拡散板２１の外径が拡散反射部３１の内径よりも大径となるように（一例として、透過拡散板２１の外径が拡散反射部３１の外径と同径となるように）形成されている。したがって、上記のようにケーシング１０内に透過拡散板２１および拡散反射部３１を挿入することにより、ケーシング１０の底板１０ａ（アパーチャ１１）および拡散反射部３１の間に透過拡散板２１が挟み込まれるようにして、これらが一体化される。

続いて、一例として、ケーシング１０における底板１０ａとは逆側の端部に光電変換部１３を取り付ける。これにより、受光センサ２が完成する。この後、製作した受光センサ２を、信号処理回路３、操作部４、表示部５、処理部６および記憶部７などと共に本体部（図示せず）に組み付ける。なお、光電変換部１３をケーシング１０の他端部側に予め取り付けておく上記の製造方法に代えて、本体部における受光センサ２の配設部位に光電変換部１３を予め取り付けておき、その光電変換部１３に測定対象光Ｌが入射するように、ケーシング１０および拡散光学系１２を本体部に取り付ける方法を採用することもできる。以上により、光パワーメータ１が完成する

この光パワーメータ１を使用して測定対象光Ｌの放射量や測光量等（以下、「被測定量」といもいう）を測定する際には、アパーチャ１１の入射孔１１ａから受光センサ２に測定対象光Ｌを入射させる。この際には、入射孔１１ａを通過した測定対象光Ｌが透過拡散板２１を透過させられる際に拡散され、かつ拡散反射部３１の内面３１ａにおいて拡散反射される結果、入射孔１１ａを通過した測定対象光Ｌの一部が光電変換部１３に対して確実に入射する。これにより、光電変換部１３への測定対象光Ｌの入射量（光電変換部１３による受光量）に応じた信号レベルの検出信号が光電変換部１３から出力される。

また、信号処理回路３が光電変換部１３から出力される検出信号を信号処理し、処理部６が処理後の検出信号のデータを記憶部７に記憶させると共に、その値（検出信号の信号レベル）に基づき、被測定量を演算する。これにより、演算された（測定された）被測定量が表示部５に表示されて測定処理が完了する。

この場合、図３に示すように、上記の測定処理に際して入射孔１１ａの中央部に測定対象光Ｌを入射させたときに、入射孔１１ａを通過して矢印Ａ１で示すように凹部２２内に進入した測定対象光Ｌは、その一部が矢印Ａ２ａ，Ａ２ｂなどで示すように底面２２ａにおいて反射されて入射孔１１ａから受光センサ２の外に出射されるものの、凹部２２内に進入した測定対象光Ｌの大半は、凹部２２の底面２２ａから透過拡散板２１内に入射して透過拡散板２１内において拡散され、透過拡散板２１におけるアパーチャ１１とは逆側の面から拡散反射部３１内に出射される。

また、拡散反射部３１内に出射された測定対象光Ｌ（透過拡散板２１の透過時に拡散された測定対象光Ｌ）は、内面３１ａにおいて拡散反射される。これにより、この光パワーメータ１（受光センサ２）では、入射孔１１ａの中央部、およびその近傍における測定対象光Ｌの入射位置依存性が十分に軽減され、入射孔１１ａを通過した測定対象光Ｌのうちの一定量の測定対象光Ｌを図示しない光電変換部１３に対して入射させることが可能となっている。

一方、図４に示すように、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときに、入射孔１１ａを通過して矢印Ｂ１で示すように凹部２２内に進入した測定対象光Ｌの大半は、入射孔１１ａの中央部に測定対象光Ｌを入射させたときと同様にして、凹部２２の底面２２ａから透過拡散板２１内に入射して透過拡散板２１内において拡散され、透過拡散板２１におけるアパーチャ１１とは逆側の面から拡散反射部３１内に出射される。

しかしながら、矢印Ｂ１で示すように凹部２２内に進入した測定対象光Ｌの一部は、矢印Ｂ２ａ，Ｂ２ｂなどで示すように底面２２ａにおいて反射され、そのうちの矢印Ｂ２ａ等で示すように反射された測定対象光Ｌは、入射孔１１ａから受光センサ２の外に出射されるものの、矢印Ｂ２ｂ等で示すように反射された測定対象光Ｌは、凹部２２の内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射して透過拡散板２１内において拡散され、凹部２２の底面２２ａから入射した測定対象光Ｌと共に透過拡散板２１におけるアパーチャ１１とは逆側の面から拡散反射部３１内に出射される。

このため、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときには、入射孔１１ａの中央部に測定対象光Ｌを入射させたときのように底面２２ａにおいて反射された測定対象光Ｌのすべてが受光センサ２内に入射しない状態と比較して、底面２２ａにおいて反射された後に内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射する測定対象光Ｌの分だけ、透過拡散板２１におけるアパーチャ１１とは逆側の面から拡散反射部３１内に出射される光量が増加する。

この場合、本例の光パワーメータ１（受光センサ２）では、小形化および材料コストの低減を目的として拡散反射部３１の内径Ｌ３ａを十分に小径化している。したがって、透過拡散板２１の凹部２２における上記のような測定対象光Ｌの反射や入射を考慮しなければ、この光パワーメータ１（受光センサ２）においても、出願人が試作した従来の光パワーメータ（受光センサ２ｘ）と同様にして、拡散反射部３１の内面３１ａと入射孔１１ａとの距離が短いことに起因して入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときに光電変換部１３への測定対象光Ｌの入射量が少なくなる入射位置依存性が生じることとなる。

しかしながら、本例の光パワーメータ１（受光センサ２）では、前述したように、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときに、透過拡散板２１における凹部２２の底面２２ａにおいて反射された測定対象光Ｌの一部が内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射し、この測定対象光Ｌの分だけ、透過拡散板２１から拡散反射部３１内に進入する測定対象光Ｌの光量が増加する。このため、拡散反射部３１の内面３１ａにおいて拡散反射された測定対象光Ｌの一部が透過拡散板２１を透過して入射孔１１ａから受光センサ２の外部に出射されたとしても、入射孔１１ａの中央部に測定対象光Ｌを入射させたときと同程度の十分な量の測定対象光Ｌを光電変換部１３に入射させることが可能となっている。これにより、本例の光パワーメータ１（受光センサ２）では、入射孔１１ａに対する測定対象光Ｌの入射位置依存性が十分に軽減されている。

この場合、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させた際に凹部２２の底面２２ａにおいて反射されて内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射する測定対象光Ｌの量は、内側面２２ｂの高さ、すなわち凹部２２の深さＤ２に応じて変化する。具体的には、凹部２２の深さＤ２が深いとき（内側面２２ｂが高いとき）には、底面２２ａにおいて反射された測定対象光Ｌが内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射し易くなるため、底面２２ａにおいて反射される測定対象光Ｌに占める内側面２２ｂからの入射量が増加する。また、凹部２２の深さＤ２が浅いとき（内側面２２ｂが低いとき）には、底面２２ａにおいて反射された測定対象光Ｌが内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射し難くなるため、底面２２ａにおいて反射される測定対象光Ｌに占める内側面２２ｂからの入射量が減少する。

また、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させた際に凹部２２の底面２２ａにおいて反射されて内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射する測定対象光Ｌの量は、上記の内側面２２ｂの高さだけでなく、底面２２ａへの測定対象光Ｌの入射位置と内側面２２ｂとの間の距離、すなわち、入射孔１１ａの口径Ｌ１と凹部２２の内径Ｌ２との差の大きさにも応じて変化する。

具体的には、凹部２２の内径Ｌ２と入射孔１１ａの口径Ｌ１との差が小さいときには、底面２２ａへの測定対象光Ｌの入射位置と内側面２２ｂとの間の距離が短くなることで底面２２ａにおいて反射された測定対象光Ｌが内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射し易くなるため、底面２２ａにおいて反射される測定対象光Ｌに占める内側面２２ｂからの入射量が増加する。また、凹部２２の内径Ｌ２と入射孔１１ａの口径Ｌ１との差が大きいときには、底面２２ａへの測定対象光Ｌの入射位置と内側面２２ｂとの間の距離が長くなることで底面２２ａにおいて反射された測定対象光Ｌが内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射し難くなるため、底面２２ａにおいて反射される測定対象光Ｌに占める内側面２２ｂからの入射量が減少する。

このように、透過拡散板２１に形成する凹部２２の深さＤ２や内径Ｌ２は、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させた際に内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射する測定対象光Ｌの光量に対して大きく影響することが理解できる。このため、光パワーメータ１（受光センサ２）の設計時には、入射孔１１ａに対する測定対象光Ｌの入射位置依存性を十分に軽減できるように、凹部２２の深さＤ２や内径Ｌ２の値を最適化する必要がある。

しかしながら、凹部２２の深さＤ２や内径Ｌ２については、その寸法を僅かに変更しただけでも、内側面２２ｂからの測定対象光Ｌの入射量が大きく変化する。また、凹部２２の深さＤ２や内径Ｌ２については、内側面２２ｂからの測定対象光Ｌの入射量だけでなく、透過拡散板２１内における測定対象光Ｌの拡散性に対しても大きく影響するため、内側面２２ｂからの入射量だけを考慮してその寸法を規定することは困難である。

したがって、本例の光パワーメータ１（受光センサ２）では、その設計段階において、一例として、まず、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときの内側面２２ｂからの測定対象光Ｌの入射量が理想的な入射量（入射孔１１ａに対する測定対象光Ｌの入射位置依存性が実質的に「０」となるような入射量）に満たない状態とはならないことを条件として、透過拡散板２１に求められる本来的な光学的特性（透過拡散性）を考慮して凹部２２の深さＤ２や内径Ｌ２を規定する。次いで、上記のように深さＤ２や内径Ｌ２を規定することにより、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときの内側面２２ｂからの測定対象光Ｌの入射量が理想的な入射量とは相違する入射量となったときに、理想的な入射量との差を考慮して、透過拡散板２１の外縁部に形成する薄厚部２３の厚みＴ２を最適化する。

この場合、透過拡散板２１におけるいずれかの部位の厚みを薄厚化することで、その薄厚化した部位における測定対象光Ｌの拡散性が薄厚化していない状態から変化するため、どの部位をどの程度薄厚化するかを適宜変更することにより、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときの内側面２２ｂからの測定対象光Ｌの入射量を理想的な状態とすることができる。

また、透過拡散板２１における中央部寄り（入射孔１１ａに近い部位）よりも、透過拡散板２１における外縁部寄り（入射孔１１ａから遠い部位）を薄厚化したときの方が、薄厚化による拡散性への影響が小さくなることが確認されている。つまり、薄厚部２３の厚みＴ２については、凹部２２の深さＤ２や内径Ｌ２よりも入射位置依存性に対する影響が小さく、また、入射孔１１ａから十分に離れている外縁部を薄厚部２３にすることで、透過拡散板２１に求められている本来的な光学的特定に対する影響も十分に小さくなっている。このため、厚みＴ２については、上記の深さＤ２や内径Ｌ２よりも容易にその寸法を変更することが可能となっている。これにより、凹部２２の深さＤ２や内径Ｌ２だけを変更して透過拡散板２１に求められる光学的機能（測定対象光Ｌの拡散）を妨げることなく入射位置依存性を低減するのと比較して、所望の光学的機能を有し、かつ入射位置依存性を十分に低減し得る透過拡散板２１を容易に設計することが可能となっている。

一方、この種の測定器では、携行時や使用時に測定器に対して衝撃や振動が加えられることがある。この場合、樹脂焼結体で構成された拡散反射部３１は、一般的な樹脂材料によって射出成形した筒状体と比較して、その物理的強度がやや低くなっている。したがって、上記のような振動や衝撃が拡散反射部３１に対して直接的に加えられたときには、拡散反射部３１に変形や破損が生じるおそれがある。しかしながら、本例の光パワーメータ１（受光センサ２）では、透過拡散板２１と共に拡散反射部３１がケーシング１０内に収容されてケーシング１０と一体化されているため、この拡散反射部３１に対して衝撃や振動が直接的に加えられる事態が好適に回避されている。

このように、この光パワーメータ１では、アパーチャ１１の入射孔１１ａを通過した測定対象光Ｌが透過可能にアパーチャ１１に隣接配置されて測定対象光Ｌを拡散させる透過拡散板２１におけるアパーチャ１１側の一面に凹部２２が形成されて、凹部２２の底面２２ａにおいて反射される測定対象光Ｌの一部が凹部２２の内側面２２ｂから透過拡散板２１に入射可能に構成されると共に、透過拡散板２１の外縁部に凹部２２の周囲の厚みＴ１よりも薄い厚みＴ２の薄厚部２３が設けられている。

したがって、この光パワーメータ１によれば、出願人が試作した光パワーメータと同様にして、透過拡散板２１に加えて拡散反射部３１を備えた分だけ、入射孔１１ａから入射させた測定対象光Ｌを十分に拡散させることができ、これにより、入射孔１１ａに対する測定対象光Ｌの入射位置依存性を軽減することができるだけでなく、透過拡散板２１に設けた凹部２２の存在により、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときに拡散反射部３１内に進入した測定対象光Ｌの一部が拡散反射部３１の内面３１ａにおいて反射されて入射孔１１ａから外部に出射されたとしても、入射孔１１ａを通過して凹部２２の底面２２ａにおいて反射された測定対象光Ｌの一部が凹部２２の内側面２２ｂから透過拡散板２１内に入射して拡散された後に拡散反射部３１内に入射するため、この測定対象光Ｌの分だけ、最終的に光電変換部１３に入射する測定対象光Ｌの量が増加する結果、入射孔１１ａに対する測定対象光Ｌの入射位置依存性を十分に軽減することができる。これにより、光パワーメータ１の性能を低下させることなく拡散反射部３１を小径化することができるため、光パワーメータ１を十分に小形化することができると共に、拡散反射部３１の製作コストを低減して光パワーメータ１の製造コストを十分に低減することができる。また、入射位置依存性を軽減するために凹部２２の深さＤ２や内径Ｌ２だけを変更して好適な光学的特性を有する透過拡散板２１を設計するのとは異なり、寸法の変化による影響が小さい外縁部に薄厚部２３を設けてその厚みＴ２を任意に変更することにより、透過拡散板２１の光学的特性を理想的な状態に容易に近付けることができる。

また、この光パワーメータ１によれば、凹部２２の内径Ｌ２が入射孔１１ａの口径Ｌ１よりも大径となるように透過拡散板２１を形成したことにより、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときに内側面２２ｂから透過拡散板２１に入射する測定対象光Ｌの量が過剰に多くなる事態を回避して、入射孔１１ａに対する測定対象光Ｌの入射位置依存性を好適に軽減することができる。

さらに、この光パワーメータ１によれば、有底円筒状のケーシング１０における底板１０ａが「入射許容範囲規定部（アパーチャ１１）として機能するように入射孔１１ａを底板１０ａに形成すると共に、円板状の透過拡散板２１、および円筒状の拡散反射部３１をケーシング１０内に収容してケーシング１０と一体化したことにより、透過拡散板２１および拡散反射部３１がケーシング１０によって覆われた状態となり、透過拡散板２１や拡散反射部３１に対して直接的に外力が加わる事態が回避される結果、光パワーメータ１の破損を好適に回避することができる。

なお、「光パワーメータ」の構成は、上記の光パワーメータ１の構成に限定されない。例えば、外縁部に薄厚部２３を設けた透過拡散板２１を有する拡散光学系１２を備えた受光センサ２の構成を例に挙げて説明したが、凹部２２の深さＤ２や内径Ｌ２の最適化によって入射位置依存性が十分に軽減される状態となる場合には、図５に示す受光センサ２Ａのように、外縁部に「薄厚部」が存在しない透過拡散板２１Ａを有する拡散光学系１２Ａを備えて構成することもできる。

なお、この受光センサ２Ａ（拡散光学系１２Ａ）において前述した受光センサ２（拡散光学系１２）の構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、この受光センサ２Ａにおいて入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させた際の凹部２２の機能（内側面２２ｂからの測定対象光Ｌの入射等）については、受光センサ２（拡散光学系１２）に関する上記の説明事項と同様のため、重複する説明を省略する。

このように、この受光センサ２Ａを備えて構成された光パワーメータ１では、アパーチャ１１の入射孔１１ａを通過した測定対象光Ｌが透過可能にアパーチャ１１に隣接配置されて測定対象光Ｌを拡散させる透過拡散板２１におけるアパーチャ１１側の一面に凹部２２が形成されて、凹部２２の底面２２ａにおいて反射される測定対象光Ｌの一部が凹部２２の内側面２２ｂから透過拡散板２１に入射可能に構成されている。

したがって、この光パワーメータ１によれば、出願人が試作した光パワーメータと同様にして、透過拡散板２１Ａに加えて拡散反射部３１を備えた分だけ、入射孔１１ａから入射させた測定対象光Ｌを十分に拡散させることができ、これにより、入射孔１１ａに対する測定対象光Ｌの入射位置依存性を軽減することができるだけでなく、透過拡散板２１Ａに設けた凹部２２の存在により、入射孔１１ａの外縁部寄りに測定対象光Ｌを入射させたときに拡散反射部３１内に進入した測定対象光Ｌの一部が拡散反射部３１の内面３１ａにおいて反射されて入射孔１１ａから外部に出射されたとしても、入射孔１１ａを通過して凹部２２の底面２２ａにおいて反射された測定対象光Ｌの一部が凹部２２の内側面２２ｂから透過拡散板２１Ａ内に入射して拡散された後に拡散反射部３１内に入射するため、この測定対象光Ｌの分だけ、最終的に光電変換部１３に入射する測定対象光Ｌの量が増加する結果、入射孔１１ａに対する測定対象光Ｌの入射位置依存性を十分に軽減することができる。これにより、光パワーメータ１の性能を低下させることなく拡散反射部３１を小径化することができるため、光パワーメータ１を十分に小形化することができると共に、拡散反射部３１の製作コストを低減して光パワーメータ１の製造コストを十分に低減することができる。

また、樹脂焼結体を切削加工した円筒状の拡散反射部３１を有する拡散光学系１２，１２Ａを備えた受光センサ２，２Ａの構成を例に挙げて説明したが、このような構成に代えて、出願人が試作した光パワーメータの受光センサ２ｘにおける拡散反射部３１ｘのように、筒状体（円筒体）の内面に硫化バリュウム粉体含有塗料などの白色拡散反射コーティング剤を塗布することによって「拡散反射部」を構成することもできる（図示せず）。このような構成を採用した場合、「入射許容範囲規定部（アパーチャ）」については、板体の中央部に「入射孔」を形成したもので構成することもできる（図示せず）。

さらに、凹部２２の内径Ｌ２を入射孔１１ａの口径Ｌ１よりも大径とした透過拡散板２１，２１Ａを備えた構成を例に挙げて説明したが、「凹部」の内径と「入射孔」の口径（内径）とを同径とすることもできる。また、底面２２ａの延面と内側面２２ｂの延面とが直角に交わるように形成された凹部２２を備えた透過拡散板２１を例に挙げて説明したが、「底面」の延面と「内側面」の延面とが直角以外の任意の角度で交わるように「凹部」を形成することもできる。具体的には、口縁部側の内径よりも底面側の内径の方が大径となるように「凹部」を形成したり、口縁部側の内径よりも底面側の内径の方が小径となるように「凹部」を形成したりすることができる。

１ 光パワーメータ
２，２Ａ 受光センサ
１０ ケーシング
１０ａ 底板
１１ アパーチャ
１１ａ 入射孔
１２，１２Ａ 拡散光学系
１３ 光電変換部
２１，２１Ａ 透過拡散板
２２ 凹部
２２ａ 底面
２２ｂ 内側面
２３ 薄厚部
３１ 拡散反射部
３１ａ 内面
Ｄ２ 深さ
Ｌ 測定対象光
Ｌ１ 口径
Ｌ２，Ｌ３ａ 内径
Ｌ３ｂ 外径
Ｔ１，Ｔ２ 厚み

Claims (4)

1. 測定対象光の受光量に応じた検出信号を出力する光電変換部を備え、前記測定対象光についての予め規定された光学的パラメータを前記検出信号の信号レベルに基づいて測定可能に構成された光パワーメータであって、
   前記測定対象光の通過が可能な入射孔が設けられて当該光パワーメータへの当該測定対象光の入射許容範囲を規定する入射許容範囲規定部と、前記入射孔を通過した前記測定対象光が透過可能に前記入射許容範囲規定部に隣接配置されて当該測定対象光を拡散させる透過拡散板と、筒状に形成されて一端部側に前記入射許容範囲規定部および前記透過拡散板が配設されると共に当該透過拡散板を透過した前記測定対象光を内面において拡散反射させる拡散反射部とを備えて、当該拡散反射部において拡散された前記測定対象光の一部が前記光電変換部によって受光されるように構成され、
   前記透過拡散板は、前記入射許容範囲規定部側の一面に凹部が形成されて前記入射孔を通過して当該凹部の底面において反射される前記測定対象光の一部が当該凹部の内側面から当該透過拡散板に入射可能に構成されると共に、前記凹部の周囲の厚みよりも薄い薄厚部が外縁部に設けられている光パワーメータ。
2. 前記透過拡散板は、前記凹部の内径が前記入射孔の口径よりも大径となるように形成されている請求項１記載の光パワーメータ。
3. 有底円筒状のケーシングを備え、当該ケーシングにおける底板が前記入射許容範囲規定部として機能するように前記入射孔が当該底板に形成されると共に、前記ケーシングの内径よりも小径の円板状に形成された前記透過拡散板、および当該ケーシングの内径よりも小径の円筒状に形成された前記拡散反射部が当該ケーシング内に収容されて当該ケーシングと一体化されている請求項１または２記載の光パワーメータ。
4. 測定対象光の受光量に応じた検出信号を出力する光電変換部を備え、前記測定対象光についての予め規定された光学的パラメータを前記検出信号の信号レベルに基づいて測定可能に構成され、
   前記測定対象光の通過が可能な入射孔が設けられて当該光パワーメータへの当該測定対象光の入射許容範囲を規定する入射許容範囲規定部と、前記入射孔を通過した前記測定対象光が透過可能に前記入射許容範囲規定部に隣接配置されて当該測定対象光を拡散させる透過拡散板と、筒状に形成されて一端部側に前記入射許容範囲規定部および前記透過拡散板が配設されると共に当該透過拡散板を透過した前記測定対象光を内面において拡散反射させる拡散反射部とを備えて、当該拡散反射部において拡散された前記測定対象光の一部が前記光電変換部によって受光されるように構成され、
   前記透過拡散板は、前記入射許容範囲規定部側の一面に凹部が形成されて前記入射孔を通過して当該凹部の底面において反射される前記測定対象光の一部が当該凹部の内側面から当該透過拡散板に入射可能に構成されている光パワーメータであって、
   有底円筒状のケーシングを備え、当該ケーシングにおける底板が前記入射許容範囲規定部として機能するように前記入射孔が当該底板に形成されると共に、前記ケーシングの内径よりも小径の円板状に形成された前記透過拡散板、および当該ケーシングの内径よりも小径の円筒状に形成された前記拡散反射部が当該ケーシング内に収容されて当該ケーシングと一体化されている光パワーメータ。

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