JPS5979128A - 光輻射線パワ−測定装置 - 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】 本発明はレーザー光等の光幅射線のパワーを測定する装
置に関する。

光幅射線のパワー測定は古くからサーモパイルボロメー
タ、ザーミスタボロメータ及び焦電型ボロメーク等が使
われ、実用化されている。これらボロメータは、光幅射
線を光吸収体の受光面に照射して一旦光吸収体に吸収さ
せ、吸収によって生じる光吸収体の温度上昇を熱電対、
ザーミスタ、焦電センサー等の感熱素子で電気的に測定
するという原理による。第１図は上記ボロメータによる
測定装置を示し、１は光吸収体、２は感熱素子である。

今、光幅射線の入射エネルギーをＷ工、受光面構成部材
の初期値エネルギーをｗＡ、入射光がない場合の光吸収
体の温度を′ｒＳとすると、感熱素子２の出力電圧Ｅ□
は次式であられされる。

但し、Ｋ□はボロメータ自体の熱伝導、放熱係数、焦電
係数等の総合特性でいわゆる熱コンダクテイビテイ、笠
は受光面の吸収係数、ｃｏは受光面構成素材の熱容鷺で
ある。これらｘｌ、　ｌｉ　、　Ｃｏが既知で、ＷＡ、
　ＴＳ７５に予じめわかりているなら、Ｅ＋ｆｆｉ検出
することによって上式から光幅射線のパワー（Ｗ土）を
測定することができる。

ところで上記測定装置においては理論上はともかく実際
上は正確なパワー測定が難しいという欠点がある。その
理由は、光吸収体の熱容量が一定とみなぜず温度によっ
て変化し、また感熱素子の温度対発生電気特性が輻射線
の波長特性（アインシュクインーウインの原理による。

）や吸収体の長波依存性等によって変化するため、上式
におけるに、、Ｃｏを既知の一定値とみなせないこと、
並びに測定装置の較正が非常に難しいことによる。そし
て、これは一つに感熱素子の特性そのものの安定性や吸
収体との接合の不安定さによる発生温度の安定性等の要
因が大きく作用していると考えられる。

而して、近年レーザー光の発達に伴ない、その光出力の
正確な測定が要求されるに至シ、光幅射線のパワー測定
装置の高精度化への改善が早急な課題となっている。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、光吸
収体及び感熱素子を含む系のに１やＣ８が変化しても測
定に生く影響を及ぼさない、従って正確なパワー測定を
可能とする測定装置を提供するものである。

以下に本発明の一実施例を図面に基づき説明する。第２
図は本発明の一実施例としての光幅射線パワー測定装置
を示し、図中ｌＯは光吸収体、１１は該吸収体の裏面に
配されたサーミスタ等の感熱素子、１２は感熱素子の出
力Ｅ工と基準電源電圧廓の差の電圧ｅを増幅する差動増
幅器、１３は該増幅器］２の出力にあられれる増幅信号
■を２乗する２乗回路である。前記増幅信号■は２乗回
路１３に加えられる他に、光吸収体１０に帰還されてい
る。帰還する方法としては光吸収体自体が適当な抵抗値
を有している場合は直接吸収体自体に帰還するという方
法によればよい。一方、光吸収体が適当な抵抗値を有し
ていない場合には、吸収体前面の受光面に被着された黒
体に帰還するか、或いは第４図に示すように光吸収体】
０の受光面１０ａＫ＜ｉ＆細の抵抗線を蛇行させたジュ
ール熱発生抵抗体１４を設け、これに帰還すれはよい。

尚、ジュール熱発生抵抗体１４の抵抗線をどのような形
状に折曲して設けるかは適宜決定すればよく、第４図に
示す如き蛇行形状の他、第５図或いは第６図に示す如き
形状とすることもできる。また、光吸収体１ｏは小パワ
ー用の場合、通常第７図に示すようなドーナツ状をした
ケーシング１５の中央空所に設けるのが良い。

そして、ケーシング１５の外周には放熱フィン１６・・
・を設けるのが良い。

次に第２の測定装置の動作を説明する。先ず、感熱素子
】１の出力Ｅ工は、 Ｅ工＝＝に、・１゛　　　　・・・（２）であられせる
。但し、 Ｔ＝Ｔ工＋ＴＳ　　　　・・・（３） である。ここにＴ工は入射光によって光吸収体に生じた
温度、′ｒｓは入射光がない場合の光吸収体のＴｓ−ユ
Ｗｓ ＣＯ・・・（５） 但（〜、ＷＩは入射光エネルギー、Ｗｓは光吸収体１０
がもともともっているエネルギーである。上記（２）〜
（５）式から次式を得る。

臣二σ；（怜・ＷＩ　＋Ｗｓ）・・・（６）一方、との
出カ臣と基準電源電圧Ｅｓとの差の電圧をｅ、差動増幅
器１２の増幅率をＧ、帰還電流をＩ、光吸収体乃至はジ
ュール熱発生抵抗体の発熱抵抗を市とすると、次の３式
が成シ立っ。

Ｅｓ−Ｅｘ＝　ｅ　　　　　・”（７）ｅ−Ｇ＝■　　
　　・・・（８） Ｉ　２−　Ｒ８＝　％　　　　・”　（９）但し一’Ｉ
Ｂ・は帰還されるエネルギー健である。帰還回路の特質
から、入射光エネルギーＷ■が多ければ帰還するエネル
ギーＷとを減じ、逆の場合は増加して常に光吸収体のエ
ネルギーが一定となるよう動作するため、 ％ｒ　−１−’ｒＹＩ：　Ｗｓ・・・（Ｉ　Ｑ’という
関係が成り立つ。

Ｉ　・ｌ”（３，−１４７）７Ｈ＝　Ｗｓ　　−（３，
３を得る。（１２）式を（１１）式に代入し、両辺にＧ
を川けて整理すると、 これをＩについて並べかえ を得る。ここで差動増幅器の増幅率Ｇは通常オペアンプ
等を使うことにより十分大きく、無限大と考えてさしつ
かえないから、上式ａ→はと書くことができる。そして
、ここで、ＥＳに相当するエネルギーはＷＳであり、Ｗ
Ｓは入射光がない場合にＥＳによって流れる帰還電流を
Ｉｓとすると、Ｗｓ＝Ｉ６Ｉ″−Ｒｓ　　　　　　　　
　　　−ａＧ）とあられすことができる。また、ＥＳ−
に１・′ｒＳが成シ立ち、これに（５）式を代入し、更
にＣ６）式を代入すると、 ＥＳ＝Ｈ’　ＨＩｄ−ｕｓ　　　　　−Ｃ７）を得る。

この０７）式を（１５）に代入して次式を得る。

−１ １−ＨＩ３（グ＋ｔ）Ｗ：ｒ、−ＩＪ　　　・・・０８
）但し、 ｉ８＝　ＥＥ３．９ｏ　、　’−である。

Ｋ１　　几Ｓ ０〜式に示す■は２乗口路１３を通して得る出力信号で
ある。従って、出力信号ＩはこのＱ（至）式から明らか
なように入射光エネルギー界工と直線関係にあシ、かつ
に０やＣ６という変化因子を含んでいない。

このだめ、光吸収体及び感熱素子を含む系のに１やｃｏ
が変化しても、測定にはこれらの因子の影響は全くあら
れれることがなく、よって正確な測定が可能となるので
ある。尚、上記の場合、帰還電流を２乗して取出してい
るが、帰還電圧を２乗して取出すこともできる。帰還電
圧Ｅ＝Ｉｒｔｓであるから、（１８１式の両辺にＦＬＢ
２を捌けてＥ２＝Ｒ８・（た＋１）・Ｗｌ−ＢＳ／ａ♂
・・・（Ｉｓ）を得る。この場合、（１８）式と同様出
力信号はＣ８やに１の変動による影響を受けないもので
ある。

第３図に第２図の回路を実施に適するよう具体化した回
路を示す。図中第２図と同一部分、部品、回路は同一番
号であられす。図中、Ｇ、　、　Ｇ２は電圧−電流変換
器、ＶＦＣはＶ−Ｆコンバータ、Ａは増幅器、ＳＷはス
イッチング素子、Ｎはインパーク、Ｒ・・・は抵抗、Ｃ
・・・はコンデンサ、１７はインピーダンス変換回路、
ｉｓｌ′ｉ絶対値整流回路、１９は出力調整回路である
。

本発明に係る光幅射線パワー測定装置は以上説明した如
く、光吸収体の裏面に感熱素子を配置して、該感熱素子
の出力と基準電源電圧との差を増幅し、その増幅信号を
前記光吸収体に帰還させて増幅信号によって光吸収体を
加熱すると共に、前記増幅信号を２乗回路を通じて出力
として取出すよう構成したものであるから、出力信号は
（１８）式乃至は（１９）式に示されるように熱コンダ
クティビティに１や受光面構成部材の熱容量Ｃ６といっ
た因子の変動影響を受けることがなく、従って正確に光
幅射線パワーを測定することができるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光幅射線パワー測定装置を示す回路図、
第２図は本発明の一実施例を示す全体回路図、第３図は
第２図の具体的な回路図、第４図は光吸収体の受光面を
示す図、第５図及び第６図は夫々受光面に設けられるジ
ュール熱発生抵抗体として他の実施可能な例を示す図、
第７図は光吸収体の取付状態を示す図である。 １０・・・光吸収体、１１・・・感熱素子、１２・・・
差動増幅器、ｊ３・・・２乗回路。 第１図 区 Ｃ） 派 第２図 第４図 ■ 第６図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光吸収体の裏面に感熱素子を配置して、該感熱素
   子の出力と基準電源電圧との差を増幅し、その増幅信号
   を前記光吸収体に帰還させて増幅信号によって光吸収体
   を加熱すると共に、前記増幅信号を２乗回路を通じて出
   力として取出すよう構成したことを特徴とする光幅射線
   パワー測定装置。
2. （２）前記光吸収体はその受光面に極細線のジュール熱
   発生抵抗体が設けられ、前記増幅信号をこの抵抗体に帰
   還するよう構成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項に記載の光幅射線パワー測定装置。