JPH02276926A - 光カロリメータによる光パワーの測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は光カロリメータによる光パワーの測定方法お
よびその装置に係り、特に、一般の光パワーメータの測
定確度等の校正に有効であって、測定時間の可及的な短
縮化ならびに操作性の向上と高精度化を図ったものに関
する。

〔従来の技術〕

レーザ光等の光パワーの測定において、国家機関の一次
標準器レベルに相当する極めて精密な測定のために、光
カロリメータを用いて行なうカロリメトリック測定が知
られている。

カロリメトリック測定とは光パワーを熱量に置換し、さ
らに直流置換して光パワーを測定するテクニックである
。

しかしながら、このようなカロリメトリック測定は概し
て複雑な操作を必要とすると共に、約１時間にも達する
長時間を必要とするという問題を有していた。すなわち
、前者の問題は光パワーの精密測定器として高価になる
ばかりでなく、測定に熟知した専門要員が必要になると
いう不利益をユーザーにもたらす。また、後者の問題は
それ自体で効率的でないと共に、誤差要因が増加して精
密測定を容易に行なうことができないという欠点をもた
らす。

次に、以上のようなカロリメトリック測定における後者
の問題の原因について述べる。

第５図は一般的なカロリーメータを用いて行なうカロリ
メトリック測定の構成を示す。この構成において、温度
基準ジャケット１は、電気ヒータ１１ａを備えた光吸収
体１１と、電子冷却器１２と、温度センサ１３とを内部
に備えている。温度基準ジャケットｌと光吸収体ＩＩと
は冷却器１２を介した熱回路および温度センサ１３を介
して熱回路で結ばれている。光吸収体１１は入力される
光を吸収して光のパワーを熱量に変換するものである。

なお、１００は温度センサ１３の出力に従ってヒータｌ
ｌａおよび冷却器１２を制御する制御装置を示す。

第５図において、先ず入力光りが遮断された状態で、制
御装置１００は入力光りのパワーよりも幾分高めの制御
量で冷却器１２およびヒータｌｌａを制御する。その後
制御装置１００は冷却器１２に対する制御量を所定値に
保持したまま、温度センサ１３からの温度差データをも
とにヒータＩｌａをＰＩＤ（比例、積分、微分）制御し
て、前記光吸収体１１と温度基準ジャケット１間の温度
平衡を図る。制御装置１００は温度平衡時点でのヒータ
１１ａを制御した第１の制御量Ｐｂ　　ｉを記録する。

次に入力光りが入力された状態で、制御装置１００は冷
却器１２に対する前記制御量を所定値に保持したまま、
温度センサ１３からの温度差データをもとに前記ヒータ
ｌｌａをＰＩＤ制御して光吸収体１１と温度基準ジャケ
ット１間の温度平衡を図る。制御装置１００は温度平衡
時点でのヒータｌｌａを制御した第２の全制御量Ｐ、２
を記録する。

そして、制御装置１００は吸収体１１に入力される光の
パワーＰｌを、第１および第２の制御量をもとに次式で
算出する。

Ｐ＋　＝Ｅ　（Ｐｈ　１−Ｐｂ　２）　十Ｐ、・・・・
・・（１）ここで、Ｅは光吸収体１１に入力される光の
パワーと、その光のパワーで与えられる温度と同一にな
るようにヒータｌｌａが消費するＤＣパワーとの比であ
る。この比はあらかじめ測定されていて既知である。

Ｐ、は吸収体に完全に吸収されずに反射される光パワー
値を示す。このＰ、は誤差要因であり、低くなるように
設計されるべきである。以下の説明ではこのＰ、を無視
して説明する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来から光パワーを精密に測定するにはカロリメトリッ
ク測定が行なわれていた。つまり制御装置１００による
ＰＩＤ制御によって温度平衡状態（等温）にする必要が
あり、このことが測定時間を長時間（約−時間）必要と
していた原因であった。

すなわち、これは制御装置１００による冷却器１２およ
びヒータｌｌａに対する初期測定値にアンバランスがあ
ると共に、温度差センサ１３で両者の温度差を検出する
時定数よりも早い応答でその後のＰＩＤ制御を制御装置
１００が行なうために、両者の温度差データにオーバー
シュートおよびアンダーシュートが繰り返される如くし
たリンギング現象が生じて温度差がなくなる（実際には
所定許容差範囲内に収束する）までに多大の時間を必要
とするからである。

ここにこの測定時間を短縮し、かつ操作を容易にするこ
とが要請される。

従来カロリメトリック測定によって光パワーを精密に測
定するシステムとしては文献［電子技術総合研究所常備
」第５０巻第４号および第７号において［レーザパワー
標準用自動校正システム（Ｉ）および（ＩＩ）　Ｊなる
課題で記載されているものがあった。

この文献では校正方式ｌと校正方式２が記載されている
。校正方式１は、レーザパワーを１次標準器としてカロ
リメータにより測定し、次いでこの代わりに被測定パワ
ー測定器を同じ位置におき、出力測定を行いそれらのパ
ワー測定値の比から校正係数が決められる。しかしこの
方法は測定時間が長時間（約１時間）必要とされるため
、その間のレーザパワーの安定性が直接誤差となる。

校正方式２は、二次標準器として使用するもので、あら
かじめカロリメトリック測定により、内蔵されているサ
ーモパイルユニットの実効能率を値付けし熱起電力測定
のみによる比較測定が行なわれている。この方式は、短
時間に比較測定できる長所をもつが、光パワー校正を直
接カロリメトリック測定で行なわないことに起因する誤
差を生じる短所をもつ。

この発明の目的は、全測定をカロリメトリック測定で行
い、測定時間を格段に短縮したカロリメータにより光パ
ワーの測定方法および測定装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本発明では入力される光のパ
ワーをモニタしてモニタ信号として出力し、そのモニタ
信号を用いて測定の際の初期条件を設定して測定する構
成および全測定ともカロリメトリック測定、つまり等温
制御による測定を行なう構成を採用した。

本発明は、具体的手段として、光吸収体、ヒータ、冷却
器および温度センサを有する温度基準ジャケット、入力
される光をモニタするためのパワーを検出器と光の光路
を開閉するシャッター（光路制御部）とを有するモニタ
部、初期条件を発生する制御データ発生部、温度基準ジ
ャケットと光吸収体との間を等温状態に制御する等温制
御部および等温制御部からの第１および第２の等温制御
量に基いて入力光のパワーを算出するデータ処理部とを
備えた。

これらの構成で、制御データ発生部は予め実測される第
１、第２および第３の制御量を記憶するメモリを有し、
パワー検出器が検出した光のパワーに基いて初期条件と
しての第１および第２の制御量を出力できるように構成
され、第１の制御量を冷却器に直接的に出力し、かつヒ
ニタを制御するために第２および第３制御量を選択的に
等温制御部へ出力させる。

〔作　用〕

等温制御部はシャッターの開、閉に応じて太きく分けて
次の２段階の測定制御を行う。

シャッターが閉のとき、第２の制御量を制御データ発生
部より受けてヒータを制御した後、さらに温度センサか
らの温度差データをもとにヒータを細かく制御して吸収
体と温度基準ジャケット間の温度平衡をさせる。このシ
ャッター閉時の温度平衡時点での前記ヒータを制御した
全制御量が第１の等温制御量としてデータ処理部に記憶
される。

シャッターが開のとき、第３の制御量を制御データ発生
部より受けてヒータを制御した後、さらに温度差センサ
からの温度差データをもとにヒータを細か（制御して吸
収体と温度基準ジャケット間の温度平衡をさせる。この
シャッター開時の温度平衡時点での前記ヒータを制御し
た全制御量が第１の等温制御量としてデータ処理部に記
憶される。

この発明は、上記のようにして記憶された前記第１およ
び第２の等温制御量をもとに、データ処理部が温度基準
ジャケットに入力される光のパワーを算出する方法およ
び装置として実現される。

この発明は上記のように、入力される光のパワーに応じ
た測定の初期条件を発生せしめる制御データ発生部を用
意し、モニタ信号をもとに制御データ発生部より測定の
初期条件設定を行わせて等温制御し、光のパワーを精密
に測定する。したがって、従来技術におけるＰＩＤ制御
による等温制御に比して、格別に速い測定が行える特徴
がある。

〔実施例〕

この発明は光カロリメータシステムとしてカロリメトリ
ック測定による光パワーの測定方法の発明およびそれの
装置の発明を含むが、方法発明は装置発明における動作
プロセスと同じなので、両発明は以下の実施例の説明を
通して共通に説明される。

（第１の実施例） 第１図Ａはこの発明の第１実施例の概略構成を示す図で
ある。第１図Ａは自動測定を達成できる構成である。

図において、温度基準ジャケットｌおよびヒータＩｌａ
を備えた光吸収体ｌｌ、冷却器１２および温度センサ１
３の機能は第５図の従来技術で説明したものと同一であ
る。

光源２は所定波長を有する平行光を安定したパワーで出
力するようにされた光源であって、例えば半導体レーザ
、ガスレーザいず九でもよい。

モニタ部３は、光減衰器３１２分岐回路３２゜シャッタ
ー（光路制御部）３３．パワー検出器３４を含んで一体
のユニット状に構成されている。光減衰器３１はパワー
可変手段であって、光源２からの光のパワーを設定する
ために光パワーを所望の値に調整して出力するものであ
る。分岐回路３２は光減衰器３１からの光を２方向へ分
岐して出力する。シャッター３３は分岐回路３２の一方
の出力端と温度基準ジャケットｌ内の光吸収体１１間に
形成された光路上にあって、その光路を後述する制御部
５２からの電気信号で開閉制御するシャッター機構を含
んでいる。パワー検出器３４は分岐回路３２の他方の出
力端から出力される光パワーを電気信号に変換して、こ
れをモニタ信号として出力する。この例では、パワー検
出器３４は半導体光電変換素子からなる。

制御データ発生部４は、パワー検出器３４からのモニタ
信号を受けて、そのレベルに応じた制御データを出力す
る。制御データとしては、少なくとも冷却器１２への電
力を制御するための第１の制御部と後述するヒータ制御
部５４を介してヒータｌｌａへの電力を制御するための
第２および第３制御量の３種類がある。この例における
制御データ発生部４は、内部にメモリ４ａを備え、いず
れもモニタ信号の大きさに対応して各制御量が読出され
るようにあらかじめ記憶されている。

等温制御部５はマイクロコンピュータとその周辺回路か
らなり、この例では、システムメモリ５１、制御部５２
、等温判定部５３、ヒータ制御部５４からなる機能ブロ
ックを備えている。制御部５２はシステムメモリ５１か
らシステムを統一した動作を行わせ、自動測定するため
のシステムプログラムを読み出し、この実施例を構成す
る各要部をスケジューリングして制御する。等温判定部
５３は、誤差増幅器、Ａ／Ｄ変換器、比較器等を含み、
温度センサ１３からの温度差データを基に温度基準ジャ
ケットｌと光吸収体１１の温度が等温になったかどうか
を判定し、その結果を等温指示信号としてデータ処理部
６に出力し、かつその温度差データをヒータ制御部５４
へ出力する。ヒータ制御部５４は入力される温度差デー
タに応じてその温度差が零になるようにヒータｌｌａを
制御する。データ処理部６は等温判定部５３が等温であ
ると判定したときにヒータ制御部５４がヒータｌｌａを
制御している制御量を記憶するメモリを有すると共に、
その記憶した制御量を基に光吸収体１１に入力される光
のパワーを上記（１）式によって算出する（詳細は後述
する）。

表示制御部７は、操作部９で設定された例えば波長や入
力光のパワーレベル、測定日時等の測定の項目および条
件に応じて測定して光のパワー等温判定部５３の出力信
号、モニタ信号および測定メニュー等の表示を表示部８
に行わせる。

操作部９はパネル（図示せず）に設けられた上述の如き
測定の項目、条件等を選択あるいは設定を行うためのも
のである。

上記構成における制御データ発生部４、等温制御部５お
よびデータ処理部６は実際には第１図Ｂに示すようにＣ
ＰＵｌ０Ｉを含んで構成され、該ＣＰＵｌ０Ｉには、Ｒ
ＡＭ　１０２およびＲＯＭ１０２．４ａ等が結合されて
いる。したがって、これらの入力および出力には第１図
Ｂに示すようにインタフェースを合わせるために、必要
に応じてＡ／Ｄ変換器１０４−１０６およびＤ／Ａ変換
器１０７，１０８が備えられている。

すなわち、第１図Ｂにおいて、Ａ／Ｄ変換器１０４は前
記温度センサ１３からの出力を増幅器１０９、同期検波
回路１１０およびローパスフィルタ１１１を介して取り
込んでＡ／Ｄ変換するものである。Ａ／Ｄ変換器１０５
は前記冷却器（ペルチェ効果素子）１２からの二つの出
力を比較器１１２を介して取り込んでＡ／Ｄ変換するも
のである。Ａ／Ｄ変換器１０６は前記パワー検出器（フ
ォトダイオード）３４からの出力を増幅器１１３を介し
て取り込んでＡ／Ｄ変換する。°また、Ｄ／Ａ変換器１
０７はＣＰＵｌ０Ｉからのヒータ制御データをＤ／Ａ変
換して定電圧ソース用増幅器１１４を介して前記ヒータ
ｌｌａに供給するものである。Ｄ／Ａ変換器１０８はＣ
ＰＵｌ０Ｉからの冷却器制御データをＤ／Ａ変換して定
電流ソース用増幅器１１５を介して冷却器１２に供給す
るものである。上記各増幅器１０９．１１３．１１４．
１１５は測定すべき光パワーのレベルに応じて例えばレ
ンジ０．レンジｌ、レンジ２．レンジ３の如く４区分さ
れてＣＰＵｌ０Ｉから出力されるレンジ切換信号によっ
てそれらの各利得が制御される、ＣＰＵ１０１からはシ
ャッタドライバ１１６を介して前記シャッター３３を例
えば１／１００程度の高速で閉状態から開状態に切換え
ることができるシャッタードライブ信号が供給される。

ＣＰＵｌ０Ｉには上記表示制御部７を介して表示部８が
結合されると共に、上記操作部９に加えて外部通信用の
ＧＰ−ＩＢ１１７およびシステムクロック生成用の振動
子１１８が結合されている。

この実施例の構造は、第１図Ｃに示すように温度基準ジ
ャケットｉで一体、光源駆動部２ａで一体、光源２とモ
ニタ部３とで一体、さらに制御データ発生部４、等温制
御部５、データ処理部６、表示制御部７、表示部８およ
び操作部９で一体の計４体で構成されている。特に、制
御データ発生部４、等温制御部５、データ処理部６、表
示制御部７、表示部８および操作部９の一体化は、装置
の操作性の向上、小型化および将来の精密測定の汎用化
につながるものである。

次に第１図Ａ、　　Ｂ、　Ｃの構成および第２図Ａに示
すフローチャートに基づいてこの実施例の具体的動作を
説明する。なお、第１図Ａでは第２図Ａのフローチャー
トを説明上分かりやすくするために、特にこの発明に関
わる信号および制御ラインをパスラインと区別している
が、製品としては区別する必要はない。また、第２図Ａ
中のＳｌ〜ＳＩ５は後述する各ステップを示す。

なお、制御データ発生部４が予め記憶していて必要に応
じて発生する制御データとしての第１、第２および第３
の制御量は、光吸収体１１に入力される所定レベルの光
パワーを受けたときに、冷却器１２への電力およびヒー
タｌｌａへの電力を制御して温度基準ジャケット１と光
吸収体ＩＩとが等温になると予想される制御量である。

この制、御量は具体的には、光吸収体１１に所定の光パ
ワＰ＋が入力されると予想されるときに、第１の制御量
は一２Ｐ、（ここでＰ、はまだ正確に測定されていない
のでこのＰｌは予測値であってＥ×Ｐ、はＰｌに近い値
を有する。さらに、−および十の符号はそれぞれ冷却器
Ｉ２による冷却およびヒータｌｌａによる加熱の意味と
する。）、第２の制御量は＋２Ｐ、および第３の制御量
は＋Ｐ１としている。

これらの各制御量はあらかじめ上記各レンジ０−３毎に
実測されて第１表に示すようにテーブル化されて制御デ
ータ発生部４のメモリ４ａに記憶して用意されている。

一方、パワー検出器３４、分岐回路３２およびシャッタ
ー３３の損失は既知であるからモニタ信号の大きさと光
吸収体ＩＩに入力される光のパワーとはあらかじめ関係
づ゛けておくことができる。したがって、制御量はモニ
タ信号の大きさに応じて制御データ発生部４のメモリ４
ａから読み出されるが、その制御量は光吸収体１１に入
力される光のパワーに対応している。

また、制御データ発生部４はモニタ信号の大きさに対応
した制御量を記憶しておいて、制御量を読み出した後の
処理で、光吸収体１１に入力される光のパワーとの関係
に応じた処理を行って出力しても良い。

ともかく、制御データ発生部４は上記のような制御量を
、モニタ信号の大きさに応じて出力できるようにされて
いる。

なお、以下に示す第１表において、＊印のある部分は後
述する測定地域に応じて校正する際の測定ポイントであ
り、それ以外の部分はｃ　Ｐ　Ｕ　ｔｏｉが実測値に基
いた近似式によって補間的に算出される。また、表中に
示された光パワーの中間値が設定された場合も同様であ
る。第３の制御量は第２の制御量に比して被測定光パワ
ーに相当する電圧性だけ低い値となっている。

第１表 次に、第２図Ａの各ステップ毎の動作について説明する
。

ステップＳｌ：制御部５２は、シャッター３３を閉状態
にし、さらに、光減衰器３１を制御してシャッター３３
が開状態のとき入射されることになル光パワーを所望の
レベルに設定する。

パワー検出器３４は、このとき分岐回路３２より出力さ
れる光パワーに応じたモニタ信号を出力する。

ステップＳ２．Ｓ３：制御データ発生部４は、パワー検
出器３４からのモニタ信号を受けて、そのモニタ信号の
大きさに応じた第１および第２の制御量をメモ＋）　４
　ａから読み出して出力する。第１の制御量は直接に冷
却器１２へ出力されて、光吸収体１１を冷却するのに供
される。その後、冷却器１２への電力の制御状態は固定
的に保持される。

また、制御データ発生部４がメモリ４ａから読出した第
２の制御量は、ヒータ制御部５４を介してヒータｌｌａ
に送出され、その状態で保持されている。

ステップＳ４．Ｓ５：等温判定部５３は、温度センサ１
３からの温度差データに基いて温度基準ジャケットｌと
光吸収体１１との温度が等温になったかどうかを判定す
ると共に、その温度差データをヒータ制御部５４へ出力
する。

この等温判定は、測定誤差および熱応答を考慮し、例え
ば温度差かに％（例えば±０．１％）内にｔ秒間（例え
ば１５秒間）入っていれば等温と判定し、それ以外のと
きは等温でないと判定する。

等温判定部５３が等温でないと判定したとき、ヒータ制
御部５４は前記温度差データに応じた制御量を前記第２
の制御量に加えてヒータｌｌａに出力することにより、
ヒータｌｌａを細かく制御する（上記第１．第２の制御
量および後述する第３の制御量は、いわば概略のオフセ
ット制御量に該当する）。この制御は温度センサ１３お
よび等温判定部５３を帰還ルートとする閉ループ動作に
より前記温度差がなくなるまですなわち温度基準ジャケ
ラＨと光吸収体１１との温度が等温になるまで続けられ
る。

ステップＳ６：等温判定部５３が等温であると判定した
とき出力する等温指示信号を受けたデータ処理部６はヒ
ータｌｌａが制御された全制御量を第１の等温制御量Ｐ
、１として記憶する。このとき、 Ｐ、１＝２Ｐ、＋α　　・・・・・・（２）とする。こ
こで、αは正、負の符号を含み、温度センサ１３および
等温判定部５３を介した閉ループ動作による制御量であ
る。

ステップＳ７：制御部５２は、等温判定部５３から等温
であるとの判定結果を受けて、シャッター３３を制御し
てこれを開状態に設定し、光を光吸収体１１へ入射させ
る。さらに、第３の制御量が前記第２の制御量の代りに
制御データ発生部４のメモリ４ａからヒータ制御部５４
を介してヒータＩｌａに送出される。このとき、冷却器
１２に送出されている第１の制御量はそのまま保持され
ている。

ステップＳ８．Ｓ９：この状態で、等温判定部５３およ
びヒータ制御部５４は上記ステップ５４８６と同様の等
温制御を行う。

ステップＳ１０：データ処理部６は、等温判定部５３が
等温であると判定したとき出力する等温指示信号を受け
たとき、ヒータｌｌａに供給された制御量を第２の等温
制御量Ｐｂ２として記憶する。このとき、 Ｐ、２＝Ｐ、＋β　　　・・・・・・（３）となる。β
は正、負の符号を含み、温度センサ１３および等温判定
部５３を介して閉ループ動作による制御量である。

なお、上記ステップＳ　１−８１０までの間、パワー検
出器３４からの出力を光源２のパワー変動の有無、変動
量のモニタするために利用するようにしてもよい（この
パワー変動のモニタ機能に関しては従来技術同様の使い
方である）。

ステップＳｌｌ：次に、データ処理部６は上記式（１）
に第１の等温制御量Ｐｂ　　ｌおよび第２の等温制御ｉ
Ｐ、２を代入することにより、光吸収体１１に入力され
る光のパワーＰ１を求めて出力する。

つまり、 Ｐ＋　＝Ｅ　（Ｐｈ　　Ｉ　　Ｐｈ　　２）＋ｐ。

＝Ｅ　（Ｐ、＋α−β）　　　　　　・・・・・・（４
）ただしＰ、＝０ なお、第１および第２の等温制御量（Ｐｂ　　１および
Ｐ、２）は、ヒータ制御部５４から出力されるのがＤＣ
電圧（それぞれＶｌおよびＶ２とする）とすれば、第１
および第２の等温制御量はＰｈ　　１　＝　（Ｖ＋　）
　２／　ＲＰ、２＝　（Ｖ２　）　２／Ｒ ここで、Ｒはヒータｌｌａ抵抗値である。

この実施例では、データ処理部６が第１および第２の等
温制御１（ＰｈｉおよびＰ、２）を記憶する際には、前
記のようにヒータ制御部５４から出力される電圧Ｖ１お
よび■２とヒータ抵抗Ｒより算出してから記憶している
。

なお、第３図Ａは上記した各制御量、入力される光のパ
ワー、測定値および時間の関係を模擬的に示したもので
ある。

ステップ５１２−８１４：光吸収体１１に入力される光
のパワーＰ、をＮ回測定して、その平均値や標準偏差値
等を求める場合は、操作部９でそれらの測定項目および
測定回数Ｎを指定する。すると、制御部５２が、データ
処理部６において一回の測定処理を完了する毎に、その
完了信号を受けて回数をカウントすると共に、そのカウ
ント数と指定回数Ｎとを比較しながら上記ステップ５Ｉ
Ｓｌｌまでの動作を繰り返す如く各構成要素に指示する
。

Ｎ回測定においては、（Ｎ−１）回目の第１の等温制御
量Ｐｈｌおよび第２の等温制御量Ｐｈ　２を、Ｎ回目測
定の際の第２の制御量および第３の制御量とすれば、よ
り速い測定が可能である（第３図Ａからその様子が分る
であろう）。このためには、ヒータ制御部５４がデータ
処理部６から（Ｎ−１）回目の第１の等温制御量Ｐｈ　
１および第２の等温制御量Ｐｈ２を読み出して、ヒータ
１１ａに設定すればよい。

さらに、平均値や標準偏差値を求めるための演算はデー
タ処理部６に行わせればよい。

ステップＳ１５：Ｎ回測定を行なわないときは、ステッ
プＳｌｌ、Ｓ１２により表示制御部７を介して表示部８
にパワー値を直ちに表示する。Ｎ回測定を行なうときは
ステップ５ｌｌ−３１４を経てから、平均パワー値や標
準偏差パワー値を表示する。

第２図Ｂ、　Ｃはそれぞれ表示部８による等温制御時お
よび光パワー測定時の表示例を示している。

上記説明のようにこの発明の特徴は、式（２）、　（３
１および（４）から分るように、制御データ発生部４が
メモリ４ａから読出して出力する第１．第２および第３
の制御量が最適な制御量であれば、制御量αおよびβは
ほぼゼ七に近くなり、閉ループ動作による等温制御はし
なくともよいということである（第３図Ａはモデル的に
示したものであって、第１．第２および第３の制御量が
最適量でない場合を想定している）。つまり、理想的に
は第１゜第２および第３の制御量を設定し、温度基準ジ
ャケット１と光吸収体１１の温度が等温になったかどう
かの確認のみすればよい。現実には閉ループ動作による
等温制御を必要とすることがあるが、その制御量が少な
いことから測定時間が格別に早い（約１２分程度）とい
う特徴がある。従来のカロリメータによる光パワーの測
定に比し、約１７５位の時間短縮が図れた。これらのこ
とは第３図Ａおよび次に述べる第３図Ｂ、　　Ｃからも
明らかであ的に理解し得るように示している。すなわち
、本発明は上述した初期設定により、冷却器１２とヒー
タｌｌａに対して当初から殆ど同時にバランスのとれた
制御量を与えることにより、極めて短時間のうちに等温
状態し得るもので、従来のようなリンギング現象を伴う
ことなく制御し得るものである。

なお、ヒータ制御部５４の具体例としては、乗算器で等
温判定部５３からの温度差に基づいた係数と制御データ
発生部４からの第２または第３の制御量とを乗算して、
第１または第２の等温制御量として出力するようにして
もよい。また、ヒータ制御部５４は加算器を含んで構成
することもできる。なお、式（２）、（３）および（４
）は理解しやすい形で示したもので、これらの式の形は
ヒータ制御部５４の具体例に依存する。

上述の説明では冷却器■２とヒータｌｌａとを略同時に
制御すると述べたが、実際上は各部の熱時定数および応
答特性を考慮して第３図Ｃに示したように、ヒータの制
御についてはｔｌ、冷却器の制御についてはｔｌ　（ｔ
ｌ＞ｔ＋　）なる遅延時間を併せて制御した方が全体と
して等温状態に達する時間をより短くし得る。第２表に
ｔ＋、ｔｌの実測値を示す。

第２表 なお、この第２表は光吸収体１１として第３図りに示す
ようなつぼ形光吸収体を閉じた場合のものである。この
光吸収体は銅を素材としてつぼ形に形成された基体に対
し、蜂の巣状に隣接する多数の微細な凹穴からなる表面
構造を有する無電解ニッケルー隣合金上にエツチングに
よって形成したものである。また、上記各凹穴の内壁は
微細な凹凸構造を有している。このような吸収体は、入
力される光パワーに対する全反射率が小さく且つ波長依
存性も少なく、極めて良好な光吸収特性を示すので、光
カロリメータの受光器（光吸収体）として特に適してい
る。

第１表は測定する地域として日本（室温２３°Ｃ）の場
合についての実測値から得られたメモリデータであるか
、この値は光パワーを測定する国（地域、室温の相違）
に応じて修正した方が望ましい。

そこで、この発明では操作部９中のＣＡＬＩＢＲＡＴＩ
ＯＮキー（第３図Ｅ参照）を押下することにより、第３
図Ｆに示すような手順でメモリデータを修正することか
できる。

すなわち、この修正は測定しようとする光パワーに対す
る冷却器（ペルチェ）電流に基いてヒータ電圧のテーブ
ル値を修正することにより遂行される。

第３図Ｆにおいて、等温制御は冷却器電流設定値を一定
として、ヒータ設定値を微調整することにより、基準ジ
ャケット１と光吸収体１１との温度差かなくなるように
制御する。

なお、この修正が行なわれるときの冷却器電流およびヒ
ータ電圧の設定は予めメモリにストアされている代表値
を用いて行なわれる。

具体的には、第１表で＊印を付した幾つかのポイントの
ヒータ電圧を測定してから修正を行なうもので、各々の
光入力前のヒータ電圧のすべてについて修正を行なう。

このとき、誤差はて与えられる。しかるに、得られたヒ
ータ電圧設定値か何らかの原因でその前後を結んだ直線
から割り出した値に比べ±０．１％を超えた場合は直線
近似値を優先する。

具体的には、第３図Ｇ（但し、これはヒータ電圧を直流
電力〔ｍＷ〕に換算してプロットしている）に示すよう
な例において、第３表のように処理される。

これは、上述した約束事に基いて次のように修正処理す
ることを示している。

■）　測定区間の一方の端点が±０．１％以上ならば、
直線近似により修正する。

■）　■の様に端点が測定されていない場合は、隣の区
間の直線を延長した点を使用し、２区間で修正する。

なお、第１表の中で、＊印を付したポイント以外のポイ
ントについては直線近似により補間するものとする。こ
れは全てのポイントを測定するには相当の時間がかかる
為、それぞれのレンジの代表値により実施する方が望ま
しいからである。

さらに、この発明は精密な測定かできることから、第３
図Ｈに示すような構成で光源２が出力する光のパワーお
よび光のパワーを測定するための光パワーメータの測定
確度等を校正するために用いられる。つまり、この発明
で測定した正確な光のパワーＰ１を上記温度基準ジャケ
ット１に代えて設置される被校正光センサ２０１を介し
て被校正光パワーメータ２０２に入力させたとき、被校
正光パワーメータか測定、指示した値Ｐ、の誤差（％）
は（５）式で与えられる。

誤差−（（Ｐｉ　−ＰＬ）／ＰＬＩ　Ｘ１００　　・・
・（５）〔第２の実施例〕 この発明の第２の実施例の構成を第４図に示す。

第４図の実施例はヒータｌｌａが複数のヒータ、粗調整
用のヒータ１１ａｌと微調整用のヒータ１１ａ２からな
るような場合を示している。第１の実施例における第２
または第３の制御量（いわば粗制御量）とシャッター３
３の閉または開のときの各等温制御量とはヒータ制御部
５４で合算されて全制御量としてヒータｌｌａに印加さ
れていたが、この実施例では両ヒータｌｌａ　１．　ｌ
ｌａ　２の制御量は光吸収体１１で熱量として合算され
る。

したがって、第２の実施例のプロセスは基本的に第１の
実施例と変らないものの、制御データ発生部４、等温制
御部５およびデータ処理部６での処理が次のように変わ
る。

制御データ発生部４はパワー検出器３４で検出された光
のパワーをもとに、メモリ４ａから続出した第１の制御
量を前記冷却器１２へ出力して制御し、シャッター３３
の閉および開に対応してメモリ４ａから読出した第２制
御量および第３の制御量を直接にヒータｌｌａの粗調整
用ヒータ１ｌａｌへ出力して制御する。

等温制御部５は制御部５２によりシャッター３３を閉、
開制御し、その度に等温判定部５３を介してヒータ制御
部５４により温度差センサ１３からの温度差データをも
とにヒータｌｌａの微調整用ヒータ１１ａ２を細かく制
御して光吸収体１１と温度基準ジャケット１間の温度平
衡をさせ、データ処理部６により温度平衡時点での微調
整用ヒータ１１ａ２を制御した制御量をシャッター３３
の閉および開に対応して閉および開等温制御量として記
憶する。

データ処理部６はシャッター３３が閉のときにヒータｌ
ｌａを制御した全制御量、つまり、第１の等温制御量Ｐ
ｈ　　ｌを（６）式で求め、Ｐｂ１＝（第２の制御量）
＋（開等温制御量）・・・（６）シャッター３３が開の
ときの全制御量、つまり、第２の等温制御量Ｐｂ　２を
（７）式で求め、ｐｈ　２＝（第３の制御量）＋（開等
温制御量）・・・（７）次に、入力される光のパワーＰ
１を（８）式で算出する。

Ｐ、＝Ｅ　（Ｐ、１−Ｐｈ　　２）　　　　　　　・・
・（８）その他の動作およびプロセスは、第１の実施例
で説明したものと同じである。

なお、この発明は上記し且つ図示した実施例のみに限定
されることなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変形や適用が可能である。

〔発明の効果〕 以上詳述したように、本発明によれば、入力される光の
パワーに応じた初期（測定・制御）条件を予めメモリに
記憶して発生せしめる制御データ発生部を用意し、モニ
タ信号をもとに制御データ発生部より測定の初期条件設
定を行わせて等温制御し、光のパワーを精密に測定する
構成を備えたことにより、格別に早い精密測定が行える
効果がある。このように早い測定ができることから、外
部環境の変化が測定へ与える影響も少なくてきる効果が
ある。

また、この発明は自動化ができ、特に装置の発明は構造
の一体化をはかり操作箇所を集中できる構成としたこと
から、操作性の向上および小型化が図れる効果がある。

従って、この発明によれば、光のパワーを熱漬に変換し
てその光のパワーを精密に測定するための、カロリーメ
ータによる光パワーの測定方法および測定装置において
、特にカロリーメータを用いた測定に特有の熱時定数に
よる測定時間の問題を解決して、測定のスピードを早く
し、かつ使い易くした測定方法および測定装置を提供す
ることができる。

また、この発明によれば精密な測定ができることから、
光源が出力する光のパワーおよび光のパワーを測定する
ための光パワーメータの測定確度等を校正するために有
効である光カロリメーターシステムを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、　　Ｂ、　　Ｃはそれぞれ第１実施例の概略
構成を示すブロック図、具体的構成を示す図および各部
の外観を示す斜視図、 第２図Ａ、　Ｂ、　Ｃはそれぞれ第１図Ａ−Ｃの動作を
説明するためのフローチャートと等温制御時および光パ
ワー測定時の表示例を示す図、第３図Ａ−Ｃはそれぞれ
第１図Ａ−Ｃの動作および効果をモデル的に示す図、 第３図りは吸収体の一例を示す断面図、第３図Ｅ−Ｇは
それぞれ第１図Ａ−Ｃに用いるメモリテーブルの修正に
係る操作部を示す図と修正の手順および修正の具体例を
示す図、第３図Ｈは第１図Ａ−Ｃの装置で被圧光パワー
メータを校正するシステム構成を示す図、第４図は第２
の実施例の概略構成を示す図、および 第５図は従来の温度基準ジャケットを示す図である。 図中、Ｉは温度基準ジャケット、２は光源、２ａは光源
駆動部、３はそニタ一部、４は制御データ発生部、４ａ
はメモリ、５は等温制御部、６はデータ処理部、７は表
示制御部、８は表示部、９は操作部、１１は光吸収体、
ｌｌａはヒータ、Ｉ２は冷却器、１３は温度センサ、３
１は光減衰器、３２は分岐回路、３３はシャッター　３
４はパワー検出器、５１はシステムメモリ、５２は制御
部、５３は等温判定部、５４はヒータ制御部である。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第 図 第 図Ｃ 第 図り 第 図Ｃ 第 図 第 図 噌 脅 ↑ 江） 号 （６ｐ１よ、多判定ホイント（光〕で７−４Ｌ）第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定すべき光パワーに応じて光カロリメータを概
   ね等温状態に制御するに足る第１の制御量として冷却器
   電力、第２の制御量としてヒータ電力および第３の制御
   量として前記第２の制御量から前記測定すべき光パワー
   に相当する分を差し引いたヒータ電力を予め、記憶する
   工程と、 前記光カロリメータに対して前記測定すべき光パワーを
   遮断または入射した状態で前記測定すべき光パワーをモ
   ニタする工程と、 前記カロリメータに対して前記測定すべき光パワーを遮
   断した状態で、前記測定すべき光パワーのモニタ結果に
   従って前記予め記憶された第１および第２の制御量を読
   み出して略同時に前記光カロリメータに供給すると共に
   、前記光カロリメータからの温度差データに従って前記
   ヒータ電力を微調整することにより、前記光カロリメー
   タを等温状態に制御する工程、 前記光カロリメータに対して前記測定すべき光パワーを
   入射した状態で前記第１の制御量の供給を維持すると共
   に、前記第２の制御量に代えて前記予め記憶された第３
   の制御量を読み出して前記光カロリメータに供給すると
   共に、前記光カロリメータからの温度差データに従って
   前記ヒータ電力を微調整することにより、前記光カロリ
   メータを等温状態に制御する工程と、 それぞれ前記光カロリメータに対して前記測定すべき光
   パワーを遮断および入射した状態で前記ヒータ電力を微
   調整することにより、前記光カロリメータが等温状態に
   なったときの上記ヒータ電力に関する第１および第２の
   等温制御量に従って上記測定すべき光パワーを算出する
   工程とを具備してなる光カロリメータによる光パワーの
   測定方法。
2. （２）被測定光を吸収して発熱する光吸収体と、前記光
   吸収体に熱的に結合された電子冷却器および電気ヒータ
   を内蔵すると共に、前記光吸収体との間の温度差を検出
   する温度センサとを内蔵する温度基準ジャケットと、 前記被測定光のパワーをモニタするモニタ手段と、 前記被測定光を前記温度基準ジャケット内の前記光吸収
   体に対して選択的に遮断または入射するための光路制御
   手段と、 前記被測定光のパワーに応じて前記温度基準ジャケット
   と前記光吸収体との間を概ね等温状態に制御するに足る
   第１の制御量として前記電子冷却器のための冷却器電力
   、第２の制御量として前記電気ヒータのためのヒータ電
   力および第３の制御量として前記第２の制御量から上記
   被測定光のパワーに相当する分を差し引いたヒータ電力
   を予め記憶するメモリ手段と、 前記光路制御手段に対し上記被測定光を上記光吸収体に
   対して遮断するための第１の制御信号を供給すると共に
   、前記モニタ手段からの前記被測定光のパワーのモニタ
   結果に従って前記メモリ手段から対応する前記第１およ
   び第２の制御量を読み出して前記電子冷却器および前記
   電気ヒータに略同時に供給するための第２の制御信号を
   出力し、さらに前記温度センサからの温度差データに従
   って前記温度基準ジャケットと前記光吸収体とを等温状
   態に制御するために前記電気ヒータを微調整するための
   第３の制御信号を出力するもので、前記温度差データに
   従った微調整により前記被測定光が前記光吸収体に対し
   て遮断されている状態で前記等温状態が得られたことを
   判定する等温判定手段を含む第１の制御手段と、 前記第１制御手段の等温判定手段の等温判定結果に従っ
   て、前記光路制御手段に対し前記被測定光を前記温度基
   準ジャケット内の前記光吸収体に入射させるための第４
   の制御信号を供給すると共に、前記モニタ手段からの上
   記被測定光のパワーのモニタ結果に従って前記メモリ手
   段から対応する前記第１および第３の制御量を読み出し
   て前記電子冷却器および電気ヒータに供給するための第
   ５の制御信号を出力し、さらに前記温度センサからの温
   度差データに従って前記温度基準ジャケットと前記光吸
   収体とを等温状態に制御するために前記電気ヒータを微
   調整するための第６の制御信号を出力するもので、前記
   温度差データに従った微調整により前記被測定光が前記
   光吸収体に対して入射されている状態で前記等温状態が
   得られたことを判定する等温判定手段を含む第２の制御
   手段と、 前記第１の制御手段の等温判定手段の等温判定結果が得
   られたときの前記ヒータ電力に関する第１の等温制御量
   および上記第２の制御手段の等温判定手段の等温判定結
   果が得られたときの前記ヒータ電力に関する第２の等温
   制御量を記憶すると共に、前記記憶された第１および第
   ２の等温制御量に従って上記被測定光のパワーを算出す
   るデータ処理手段とを具備してなる光カロリメータによ
   る光パワーの測定装置。