JPS642884B2 - - Google Patents
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- JPS642884B2 JPS642884B2 JP57189680A JP18968082A JPS642884B2 JP S642884 B2 JPS642884 B2 JP S642884B2 JP 57189680 A JP57189680 A JP 57189680A JP 18968082 A JP18968082 A JP 18968082A JP S642884 B2 JPS642884 B2 JP S642884B2
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- light absorber
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- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 35
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
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- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
- G01J5/22—Electrical features thereof
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はレーザー光等の光輻射線のパワーを測
定する装置に関する。
定する装置に関する。
光輻射線のパワー測定は古くからサーモパイル
ボロメータ、サーミスタボロメータ及び焦電型ボ
ロメータ等が使われ、実用化されている。これら
ボロメータは、光輻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、吸収によつて生
じる光吸収体の温度上昇を熱電対、サーミスタ、
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、光輻射線の入射エネルギーをWI、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TSとすると、感
熱素子２の出力電圧E1は次式であらわされる。
ボロメータ、サーミスタボロメータ及び焦電型ボ
ロメータ等が使われ、実用化されている。これら
ボロメータは、光輻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、吸収によつて生
じる光吸収体の温度上昇を熱電対、サーミスタ、
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、光輻射線の入射エネルギーをWI、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TSとすると、感
熱素子２の出力電圧E1は次式であらわされる。
E1＝K1｛ｑ／C0（WA−WI）−TS｝ ……(1)
但し、K1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、ｑは受光面の吸収係数、C0は受光
面構成素材の熱容量である。これらK1、ｑ、C0
が既知で、WA、TSが予じめわかつているなら、
E1を検出することによつて上式から光輻射線の
パワー（WI）を測定することができる。
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、ｑは受光面の吸収係数、C0は受光
面構成素材の熱容量である。これらK1、ｑ、C0
が既知で、WA、TSが予じめわかつているなら、
E1を検出することによつて上式から光輻射線の
パワー（WI）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
とみなせず温度によつて変化し、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
シユタイン−ウインの原理による。）や吸収体の
長波依存性等によつて変化するため、上式におけ
るK1、C0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。
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
とみなせず温度によつて変化し、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
シユタイン−ウインの原理による。）や吸収体の
長波依存性等によつて変化するため、上式におけ
るK1、C0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り、光輻射
線のパワー測定装置の高精度化への改善が早急な
課題となつている。
光出力の正確な測定が要求されるに至り、光輻射
線のパワー測定装置の高精度化への改善が早急な
課題となつている。
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K1やC0が
変化しても測定に全く影響を及ぼさない、従つて
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。
で、光吸収体及び感熱素子を含む系のK1やC0が
変化しても測定に全く影響を及ぼさない、従つて
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輻射線
パワー測定装置を示し、図中１０は光吸収体、１
１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EIと基準電源電圧
ESの差の電圧ｅを増幅する差動増幅器、１３は該
増幅器１２の出力にあらわされる増幅信号Ｉを２
乗する２乗回路である。前記増幅信号Ｉ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１０の受
光面１０ａに極細の抵抗線を蛇行させたジユール
熱発生抵抗体１４を設け、これに帰還すればよ
い。尚、ジユール熱発生抵抗体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１０はパワー用の場合、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の外周には放熱フイン１６……を設け
るのが良い。
る。第２図は本発明の一実施例としての光輻射線
パワー測定装置を示し、図中１０は光吸収体、１
１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EIと基準電源電圧
ESの差の電圧ｅを増幅する差動増幅器、１３は該
増幅器１２の出力にあらわされる増幅信号Ｉを２
乗する２乗回路である。前記増幅信号Ｉ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１０の受
光面１０ａに極細の抵抗線を蛇行させたジユール
熱発生抵抗体１４を設け、これに帰還すればよ
い。尚、ジユール熱発生抵抗体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１０はパワー用の場合、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の外周には放熱フイン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１１の出力EIは、 EI＝K1・Ｔ ……(2) であらわせる。但し、 Ｔ＝TI＋TS ……(3) である。ここにTIは入射光によつて光吸収体に
生じた温度、TSは入射光がない場合の光吸収体
の温度である。上記TI、TSは次のようにあらわ
せる。
感熱素子１１の出力EIは、 EI＝K1・Ｔ ……(2) であらわせる。但し、 Ｔ＝TI＋TS ……(3) である。ここにTIは入射光によつて光吸収体に
生じた温度、TSは入射光がない場合の光吸収体
の温度である。上記TI、TSは次のようにあらわ
せる。
TI＝ｑ／C0WI ……(4)
TS＝１／C0WS ……(5)
但し、WIは入射光エネルギー、WSは光吸収体
１０がもともともつているエネルギーである。上
記(2)〜(5)式から次式を得る。
１０がもともともつているエネルギーである。上
記(2)〜(5)式から次式を得る。
EI＝K1／C0（ｑ・WI＋WS） ……(6)
一方、この出力EI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、光吸収体乃至はジユール熱発生抵抗体の発
熱抵抗をRSとすると、次の３式が成り立つ。
圧をｅ、差動増幅器１２の増幅率をＧ、帰還電流
をＩ、光吸収体乃至はジユール熱発生抵抗体の発
熱抵抗をRSとすると、次の３式が成り立つ。
ES−EI＝ｅ ……(7)
ｅ・Ｇ＝Ｉ ……(8)
I2・RS＝WF ……(9)
但し、WFは帰還されるエネルギー量である。
帰還回路の特質から、入射光エネルギーWIが多
ければ帰還するエネルギーWF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、 WF＋WI＝WS ……(10) という関係が成り立つ。
帰還回路の特質から、入射光エネルギーWIが多
ければ帰還するエネルギーWF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、 WF＋WI＝WS ……(10) という関係が成り立つ。
(7)式を(8)式に代入し、更に(6)式を代入して、
｛ES−K1／C0（ｑ・WI＋WS）｝・Ｇ＝Ｉ……(11)
また(9)式を(10)式に代入して
Ｉ・RS＋WI＝WS ……(12)
を得る。(12)式を(11)式に代入し、両辺に1/Gを掛け
て整理すると、 ES−K1／C0｛（ｑ＋１）・W1＋I2・RS｝＝Ｉ／Ｇ ……（13） これをＩについて並べかえ K1／C0・RS・I2−Ｉ／Ｇ＝K1／C0・（ｑ＋１）WI−ES ……（14） 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（14）は K1／C0・RS・I2＝K1／C0（ｑ＋１）WI−ES ……（15） 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、WSは入射光がない場
合にESによつて流れる帰還電流をISとすると、 WS＝IS 2・RS ……（16） とあらわすことができる。また、ES＝K1・TSが
成り立ち、これに(5)式を代入し、更に（16）式を
代入すると、 ES＝K1／C0・IS 2・RS ……（17） を得る。この（17）式（15）に代入して次式を得
る。
て整理すると、 ES−K1／C0｛（ｑ＋１）・W1＋I2・RS｝＝Ｉ／Ｇ ……（13） これをＩについて並べかえ K1／C0・RS・I2−Ｉ／Ｇ＝K1／C0・（ｑ＋１）WI−ES ……（14） 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（14）は K1／C0・RS・I2＝K1／C0（ｑ＋１）WI−ES ……（15） 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、WSは入射光がない場
合にESによつて流れる帰還電流をISとすると、 WS＝IS 2・RS ……（16） とあらわすことができる。また、ES＝K1・TSが
成り立ち、これに(5)式を代入し、更に（16）式を
代入すると、 ES＝K1／C0・IS 2・RS ……（17） を得る。この（17）式（15）に代入して次式を得
る。
I2＝１／RS（ｑ＋１）WI−IS 2 ……（18）
但し、
IS 2＝ES・C0／K1・１／RS
である。
（18）式に示すI2は２乗回路１３を通して得る
出力信号である。従つて、出力信号I2はこの
（18）式から明らかなように入射光エネルギーWI
と直線関係にあり、かつK1やC0という変化因子
を含んでいない。このため、光吸収体及び感熱素
子を含む系のK1やC0が変化しても、測定にはこ
れらの因子の影響は全くあらわれることがなく、
よつ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＝IRSであるから、（18）式の両辺にRS 2を掛
けて E2＝RS・（ｑ＋１）・WI−ES 2／RS 2 ……（19） を得る。この場合、（18）式と同様出力信号はC0
やK1の変動による影響を受けないものである。
出力信号である。従つて、出力信号I2はこの
（18）式から明らかなように入射光エネルギーWI
と直線関係にあり、かつK1やC0という変化因子
を含んでいない。このため、光吸収体及び感熱素
子を含む系のK1やC0が変化しても、測定にはこ
れらの因子の影響は全くあらわれることがなく、
よつ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＝IRSであるから、（18）式の両辺にRS 2を掛
けて E2＝RS・（ｑ＋１）・WI−ES 2／RS 2 ……（19） を得る。この場合、（18）式と同様出力信号はC0
やK1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わす。図中、G1，G2
は電圧−電流変換器、VFCはＶ−Ｆコンバータ、
Ａは増幅器、SWはスイツチング素子、Ｎはイン
バータ、Ｒ……は抵抗、Ｃ……はコンデンサ、１
７はインピーダンス変換回路、１８は絶対値整流
回路、１９は出力調整回路である。
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わす。図中、G1，G2
は電圧−電流変換器、VFCはＶ−Ｆコンバータ、
Ａは増幅器、SWはスイツチング素子、Ｎはイン
バータ、Ｒ……は抵抗、Ｃ……はコンデンサ、１
７はインピーダンス変換回路、１８は絶対値整流
回路、１９は出力調整回路である。
本発明に係る光輻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
増幅信号によつ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
イビテイK1や受光面構成部材の熱容量C0といつ
た因子の変動影響を受けることがなく、従つて正
確に光輻射線パワーを測定することができるとい
う効果がある。
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
増幅信号によつ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
イビテイK1や受光面構成部材の熱容量C0といつ
た因子の変動影響を受けることがなく、従つて正
確に光輻射線パワーを測定することができるとい
う効果がある。
第１図は従来の光輻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ユール熱発生抵抗体
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、１３……２乗回路。
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ユール熱発生抵抗体
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、１３……２乗回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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
によつ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輻射線パワー測定装置。 ２ 前記光吸収体はその受光面に極細線のジユー
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項に記載の光輻射線パ
ワー測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57189680A JPS5979128A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 光輻射線パワ−測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57189680A JPS5979128A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 光輻射線パワ−測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5979128A JPS5979128A (ja) | 1984-05-08 |
| JPS642884B2 true JPS642884B2 (ja) | 1989-01-19 |
Family
ID=16245377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57189680A Granted JPS5979128A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 光輻射線パワ−測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5979128A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0450519Y2 (ja) * | 1984-09-20 | 1992-11-27 | ||
| FR2780784B1 (fr) * | 1998-07-06 | 2000-08-11 | Commissariat Energie Atomique | Detecteur thermique a amplification par effet bolometrique |
| JP5536437B2 (ja) * | 2009-12-22 | 2014-07-02 | スタンレー電気株式会社 | 光強度測定装置及びその製造方法 |
-
1982
- 1982-10-27 JP JP57189680A patent/JPS5979128A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5979128A (ja) | 1984-05-08 |
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