JPH0718756B2 - 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

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1
1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１と光吸収体11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11a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Ｌが遮断された状態で、制
御装置100は入力光Ｌ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11a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11
a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P_h１を記録する。

次に入力光Ｌ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11aをP
ID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11a
を制御した第２の全制御量P_h２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P_iを、第１および第２の制御量をもとに次式で算出す
る。

P_i＝Ｅ（P_h１−P_h２）＋P_r ……(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11a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_r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_r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_r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（約一時間）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11aに対する初期測定値にアンバランスがあると共
に、温度センサ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彙
報」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）」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法１と校正方法２が記載されてい
る。校正方法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。この方法は、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
ー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、閉に応じて大きく分けて
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１およびヒータ11aを
備えた光吸収体11、冷却器12および温度センサ13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、ガスレーザいずれでもよい。

モニタ部３は、光減衰器31,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１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の制御量と後述するヒータ制御部
54を介してヒータ11a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１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11a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11a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CP
U101を含んで構成され、該CPU101には、RAM102およびRO
M102,4a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11
3を介して取り込んでA/D変換する。また、D/A変換器107
はCPU101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11aに供給するも
のである。D/A変換器108はCPU101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1,レンジ2,レンジ３の如く４区分されてCPU1
01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。CPU101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１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
よび制御ラインをバ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S1〜S1
5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11
aへの電力を制御して温度基準ジャケット１と光吸収体1
1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に所定の光パワーP_iが入力
されると予想されるときに、第１の制御量は−２P_a（こ
こでP_iはまだ正確に測定されていないのでこのP_aは予測
値であってＥ×P_aはP_iに近い値を有する。さらに、−お
よび＋の符号はそれぞれ冷却器12による冷却およびヒー
タ11aによる加熱の意味とする。）、第２の制御量は＋
２P_aおよび第３の制御量は＋P_a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11
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4a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CPU101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
電圧分だけ低い値となっている。

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S1: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る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の制御量をメモリ4a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11a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13からの温
度差データに基いて温度基準ジャケット１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
は温度差がＫ％（例えば±0.1％）内にｔ秒間（例えば1
5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11aに出力することにより、ヒータ1
1a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ット１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
11aが制御された全制御量を第１の等温制御量P_h１とし
て記憶する。このとき、 P_h１＝２P_a＋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11a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S4−S6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11aに供給された制御量を第２の等温制御量P
_h２として記憶する。このとき、 P_h２＝P_a＋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S1〜S10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S11:次に、データ処理部６は上記式(1)に第１
の等温制御量P_h１および第２の等温制御量P_h２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P_iを
求めて出力する。

つまり、 P_i＝Ｅ（P_h１−P_h２）＋P_r ＝Ｅ（P_a＋α−β） ……(4) ただしP_r＝０ なお、第１および第２の等温制御量（P_h１およびP_h２）
は、ヒータ制御部54から出力されるのがDC電圧（それぞ
れV₁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 P_h１＝(V₁)²/R P_h２＝(V₂)²/R ここで、Ｒはヒータ11a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
温制御量（P_h１およびP_h２）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V₂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S12−S14:光吸収体11に入力される光のパワーP
_i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S1−S11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P_h１および第２の等温制御量P_h２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P_h１および第２
の等温制御量P_h２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S1
1,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S1
1−S14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)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はほぼゼロに近く
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1/5位の時
間短縮が図れた。こられのことは第３図Ａおよび次に述
べる第３図B,Cからも明らかであろう。

第３図B,Cは本発明による等温制御の特徴を端的に理解
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11a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12とヒータ11a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t₁、冷却器の制御についてはt₂（t₂＞t₁）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t₁,t₂の実測値を
示す。

なお、この第２表は光吸収体11として第３図Ｄ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−隣合金上にエッチングに
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℃）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が、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CALIB−RATION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ができる。

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との温度差がなくなるように制
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 で与えられる。しかるに、得られたヒータ電圧設定値が
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。

Ｉ） 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。

II） 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ができることから、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P_i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
ワーメータが測定、指示した値P_Lの誤差（％）は(5)式
で与えられる。

誤差＝｛（P_i−P_L）／P_L｝×100 ……(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11aが複数のヒータ、粗調整用
のヒータ11a1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33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11aに印加されていたが、この
実施例では両ヒータ11a1,11a2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から読出した第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11aの粗調整用ヒータ11a1
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
11a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11a
を制御した全制御量、つまり、第１の等温制御量P_h１を
(6)式で求め、 P_h１＝（第２の制御量）＋（閉等温制御量） …(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P_h２を(7)式で求め、 P_h２＝（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_iを(8)式で算出する。

P_i＝Ｅ（P_h１−P_h２） ……(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できる効果が
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、光のパワーを熱量に変換し
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Ｄ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の装置で被正光パワーメータを
校正するシステム校正を示す図、 第４図は第２の実施例の概略校正を示す図、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、１は温度基準ジャケット、２は光源、2aは光源駆
動部、３はモニター部、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、11aは
ヒータ、12は冷却器、13は温度センサ、31は光減衰器、
32は分岐回路、33はシャッター、34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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項２】被測定光を吸収して発熱する光吸収体と、
   前記光吸収体の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。