JPS63127128A

JPS63127128A - 光パワ−測定器

Info

Publication number: JPS63127128A
Application number: JP27327786A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ono; 義弘大野; Hideo Nishiyama; 西山　英夫
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-11-17
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1988-05-31

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】産業上の利用分野本発明は、レーザーやＬＥＤ、照明用各種光源などの光
放射パワーを求める測定器に闇するものである。

従来の技術従来の光パワー測定器は、標準器としては感度の波長選
択性のない熱形検出器が使われている。

また、実用的な測定器としては、シリコンホトダイオー
ドやＰｂＳなど、波長選択性があってもより感度の高い
量子型検出器を用いて、測定する波長を狭い範囲に限定
して実用的な放射パワーの測定を行なっている。

発明が解決しようとする問題点上記のように、波長選択性のない熱形検出器は感度が低
く、交流動作のためチョッパーを必要とし、低レベルの
放射測定時はロックインアンプを必要とするなど、扱い
も難しく、実験室での校正用の標準器として、あるいは
レーザーなどのパワー密度の高い光の測定に使用されて
いるが、光パワーの低い光源の測定は非常に困難である
。一方、シリコンフォトダイオードなどの高感度の量子
型光検出器は、感度の波長選択性が大きいため、レーザ
ー光のように波長のわかった輝線スペクトルを、Ｍ象と
する場合は、その波長の値により測定値を゛′補正する
方法で比較的高い精度が得られる。しかしながら、ＬＥ
Ｄや照明用光源など発光スペクトルの広いものや波長の
判らない輝線スペクトルの放射に対しては、その分光分
布を測定する以外に測定値を補正する方法がなく、その
ような光源を対象に精度の高い測定をすることは困難で
あった。

また、量子型光検出器に光学フィルタをかけて相対分光
感度をフラットにする方法もあるが、精度の高いフラッ
トな分光感度を得ることは非常に困難であり、広い波長
範囲にわたって高精度でレベルの低い放射パワーを測定
する実用的な方法がなかった。

問題点を解決するための手段本発明は、上記問題点を解決するもので、分光感度はフ
ラットではないが感度の高い量子型光検出器を用い、連
続的な分光分布をもつ光源の放射パワーや、数本の輝線
の混合したレーザー光のパワーを、補助的な波長測定の
手段なしに高精度で、゛かつ低い光パワーのレベルで測
定する光パワー測定器を提供することを目的とする。

本発明は、量子効率の高いシリコンフォトダイオードな
と、高感度でかつ分光感度カーブが直線＜ｔｃｒｔきは
任意）にきわめて近い受光素子と、分光感度特性を受光
素子のみの場合とは異なった傾きの直線に近似できるよ
うな光学フィルタと、以下に示すような演算を行なう演
算器とから構成される。

以下、上述の特性の受光器とフィルタを用いて、連続し
た分光分布をもつ光源の放射パワーを測定する方法につ
いて説明する。連続した分光分布をもつ光源の放射は多
数のＩＩＪ　ｕの集合と考えられるので、まず、波長の
わからない２本の輝線の合計のパワーを求める場合を考
える。

いま、分光感度カーブが直線にきわめて近い受光素子の
絶対分光感度Ｒａ（λ）を、Ｒａ（λ）＝ａλ＋ｂ　　　・・・・・・・・・・・・
・（１）で表すものとする。次に、この受光素子に、分
光透過率τ（λ）が、 τ（λ）＝（ｃλ＋ｄ）／｛ａλ＋ｂ）。

Ｃ≠ａ　・・・・・・・・・・・・・・・（２）で表さ
れる光学フィルタをかけた場合、総合の分光感度Ｒｂ（
λ）は、Ｒｂ（λ）＝ｃλ＋ｄ　　　（ａ≠Ｃ’）　　　−−−
−・（３）と表され、傾きの異なった直線となる。

次に、第２図に示すように、波長がλ１．λ２、放射パ
ワーがＰｌｅＰ２の２本の輝線のビームを受光素子で受
ける場合および受光素子午光学フィルタで受ける場合、
それぞれの出力信号Ｓａ、Ｓｂは、Ｓａ　＝ｐ＋　Ｒａ
（λｌ）＋Ｐ２　Ｒａ（λ２）・・・（４）Ｓｂ　＝Ｐ
Ｉ　Ｒｂ（λＩ）＋Ｐ２　Ｒｂ（λ２）・・・（５）で
表される。また、Ｒａ（λ）、　Ｒｂ（λ）は、直線で
あるから、λ１とλ２の間でＰｌとＰ２の割合に応じて
次式で示される重心波長λＸが存在する。

λＸ二λ１＋Ｐ２（λ２−λｔ）／　（Ｐ　ｔ＋　Ｐ　
２）・・（６）（４）式、（５）式を展開し整理すると
、（６）式の関係よりλ１、λ２が消去されて、Ｓａ　＝（Ｐ１＋Ｐ２）（ａλｘ＋　ｂ）　＝（７）Ｓ
ｂ　＝（Ｐ１＋Ｐ２）（ｃλｘ十ｄ）＝（８）が得られ
る。（７）、（８）式は、λＸが判れば出力信号Ｓａま
たはｓｂから入射パワーの総ｆｆｌ　Ｐ　ｔ　”　Ｐ　
２が求められることを示している。しかしながら、λい
λ２、ＰＬ’、Ｐ２の各位が未知であるので、（５）式
によりλＸを求めることはできない。そこで、受光器出
力Ｓａｚ　　Ｓｂの比ｋｆ！：とり、ｋ＝５ａ／Ｓｂ　
　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（９）と定義
すると、（７）式、（８）式より、ｋ　＝（ａλｘ＋ｂ
）／（ｃλｘ＋ｄ）　”（１０）となり、この式を変形
して、 λｘ＝（ｋｄ−ｂ）／｛ａ−ｋｃ）　　・・・・（１１
）が得られ、受光器出力の比ｋからλＸを導くことがで
きる。λＸが求まれば、（７）式を用いて、Ｐ１＋Ｐ２
＝Ｓａ／｛ａλｘ＋ｂ）＝　Ｓａ／｛ａ（ｄ−Ｓ　ａ／　Ｓ　ｂ−ｂ）　（ａ−
ｃ−Ｓ　ａ／　Ｓ　ｂ）＋ｂ）　（１２）が得られ、Ｐ
ｌ、Ｐ２、λ１、λ２の個々の値を知る必要なく、各受
光器の出力信号の読みＳ　ａ　％　Ｓ　ｂから入射パワ
ーの合計を求めることができる。

以上の計算により、合計のパワーと受光器の出力電流（
フィルタあり、なしの場合）を変えることなく、波長λ
１、λ２の２本の輝線を波長λ×の１本の輝線に置き換
えることができる。この状態にもう１本輝線λ３が加わ
った場合、同じ計算を行なって、やはり合計のパワーと
受光器の出力電流を変えることなく１本の輝線λＸ°に
置き換えることができ、このときの重心波長は、λいλ
２、λ３の輝線が受光器に入射したときの出力電流（フ
ィルタありとなしの場合）の比から求めた重心波長と一
致する。したがって、輝線が多数ある場合も結局、同じ
原理で、受光器の出力信号（フィルタあり、なしの場合
）の比から重心波長λｘ”の１本の輝線に置き換えられ
、入射パワーを求めることができる。さらに、分光分布
が連続的に変化する光源は、多数の輝線の集合と考えら
れるので、同じ原理で入射光のパワーを求めることがで
きる。

以上のように、分光感度が波長に対って直線的に変化し
、かつ絶対分光感度の値の付けられた受光器および受光
器とフィルタの組合せを用いることにより、各受光器の
出力信号の読みから入射光の放射パワーの総量を求める
手段を実現できる。

作用本発明は、感度が高くかつ分光感度カーブが直線に近似
！きるような量子型光検出器と前記の特性をもつ光学フ
ィルタとを備え、その光学フィルタを挿入した場合と挿
入しない場合の受光素子の出力を順次読み取ることによ
り、入射光の分光分布や輝線の波長を知る必要なく入射
パワーの絶対値を容易に精度よく測定できる。

実施例第１図は、本発明の実施例における光パワー測定−２の
構成図を示すものであり、１は被測定光源、２はアパー
チャ、３はシリコンフォトダイオード、４はガラスフィ
ルタ、５はフィルタ切換器、６は逆バイアス用電源、７
は電流電圧変換器、８はＡ／Ｄ変換器、９はマイクロコ
ンピュータである。

第３図は、マイクロコンピュータ９のプログラムの概略
フローチャートである。

第１図において、前記被測定光源１は照明用ランプやレ
ーザーなどの光源で、発光スペクトルがλ１からλ２の
範囲にあるものとする。また、本実施例の光パワー測定
器は前記アパーチャ２を通過した光のパワーを測定する
ものであり、アパーチャ２の開口部の大きさは、通過し
た光がすべてシリコンフォトダイオード３の受光面に当
るように決定されている。シリコンフォトダイオード３
は、逆バイアス用電源６による逆バイアス電圧を印加す
ることによりその量子効率を高めている。

一般にシリコンフォトダイオードの絶対分光感度Ｒ（λ
）は、Ｒ（λ）＝（１−ρ（λ））ε（λ）λ・ｅ　　・・・
・（１３）で表される。ここで、ρ（λ）はシリコン表
面の分光反射率、ε（λ）は内部量子効率を表している
。

ｅは定数である。内部量子効率ε（λ）は十分な逆バイ
アス電圧を印加することにより１００％に近いレベルま
で高めることができる。従って、表面反射率ρ（λ）の
小さい、あるいは波長選択性の少ないものを選べばＲ（
λ）はかなりの波長範囲内で（例えば可視域内で）分光
感度がほぼ直線的に変化するものが実現できる。本実施
例では直線的変化の波長範囲なλ１からλ２までとする
。フォトダイオード３は、１３式の各項の係数を別々の
測定で求める自己校正法と呼ばれる手法で絶対感度が値
付できるので、この方法もしくは別の方法で絶対分光感
度を値付し１式における係数ａ、ｂを求めておく。

次に、ガラスフィルタ４はフィルタ切換器５に固定され
ており、フィルタ切換器５を回転させることによりフィ
ルタなし状態、ダーク状態、フィルタありの状態を切り
換えて設定できる。ガラスフィルタ４は、分、光透過率
が２式を満足するように、つまり、シリコンフォトダイ
オード３と組合せたとき、分光感度がλ１からλ２の範
囲で直線的に変化するように分光透過率を調節する。こ
の調節は数枚のガラスフィルタを組合せて行なうが、直
線の傾きが係数ａとは異なる任意の値でよいので、分光
感度をフラットにするよりもはるかに容易である。なお
、ガラスフィルタ４の分光透過率とシリコンフォトダイ
オード３の絶対分光感度から３式における係数ｃ、ｄを
求めておく。

フォトダイオード３の出力信号は、電流電圧変換器７、
Ａ／Ｄ変換器８を介してマイクロコンピュータ９に取り
込まれる。マイクロコンピュータ９は、第３図のフロー
チャートに示すごとく、フィルタ切換器５とＡ／Ｄ変換
器８を制御し、ダーク状態、フィルタなし状態、フィル
タありの各試態のシリコンフォトダイオード３の出力信
号（４式、５式におけるＳａ、Ｓｂ）を取り込み、受光
器出力の比ｋ（９式）から重心波長λｘ（１１式）を求
め、Ｓａの値とλ×から入射パワー（１２式）を求め、
表示する。

発明の効果本発明の光パワー測定器は、シリコンフォトダイオード
などの、高感度であるが感度の波長選択性のある光検出
器を用いながら、入射光の分光分布を知る必要なく、広
い波長範囲にある光放射のパワーを容易に測定すること
ができ、高感度で測定精度が高く用途の広い光パワー測
定器を提供するものであり、その実用性はきわめて高い
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例における光パワー測定器の構
成図、第２図は、本発明に用いる受光素子の分光感度特
性と光学フィルタをかけた場合の分光感度特性の特性図
、第３図は同装置のマイクロコンピュータのプログラム
のフローチャートである。１・・・・被測定光源　　　　２・・・・アパーチャ３
・・・・シリコンフォトダイオード４・・・・ガラスフィルタ　　５・・・・フィルタ切換
器６・・・・逆バイアス用電源　７・・・・電流電圧変
換器８・・・・Ａ／Ｄ変換器９・・・・マイクロコンピュータ代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

絶対分光感度Ｒａ（λ）が、近似的にＲａ（λ）＝ａλ
＋ｂなる式で表される受光器と、分光透過率τ（λ）が
、近似的にτ（λ）＝（ｃλ＋ｄ）／（ａλ＋ｂ）で表
されるフィルタと、このフィルタをかけない状態の受光
器出力信号Ｓａと前記フィルタを前記受光器前面にかけ
た状態の受光器出力信号ＳｂとからＰ＝Ｓａ／｛ａ（ｄ
・Ｓａ／Ｓｂ−ｂ）／（ａ−ｃ・Ｓａ／Ｓｂ）＋ｂ｝な
る式により入射放射パワーＰを求める演算器とから構成
されることを特徴とする光パワー測定器。