JP2000298059A - 受光器および光測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源からの任意の位置におけるビームパター
ンの測定を高精度で行える受光器およびこれを備えた光
測定装置を提供すること。 【解決手段】 被測定光のビームパターンを光電変換部
２０を用いて計測する光測定装置用の受光器２におい
て、被測定光が内部を通過可能であると共に被測定光の
入射によってビームパターンに応じた投影像が形成され
る入射板８と、入射板８を通過した通過光のうち少なく
とも主光線Ｌが入射可能な第１のレンズ１２および当該
第１のレンズ１２を通過した通過光を光電変換部２０に
入射させる第２のレンズ１８を有すると共に、投影像を
拡大または縮小させるズーム部１０と、を備えることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定光のビーム
パターンを計測するための受光器およびこれを備えた光
測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、光源から出力された被測定光
の放射分布、強度分布などを測定する光測定装置の例と
して、たとえば特公平３−４８５８号公報に掲載された
二次元配光分布測定装置が知られている。この二次元配
光分布測定装置では、被測定光源から出射された光束は
コリメータレンズ系によってその出射角度に対応した位
置に集光され、これを各光束について行うことにより、
各光束の出射方向の強度に比例した二次元強度分布を示
す空中像が形成される。そして、この空中像を撮像装置
で撮像することにより、被測定光の二次元配光分布を知
ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特公平３
−４８５８号公報に掲載された二次元配光分布測定装置
には、次のような問題があった。すなわち、上記測定装
置においては、被測定光の角度に応じた強度分布を位置
情報に置き換えて測定するため、光源からの任意の位置
（距離）におけるビームパターンの測定ができなかっ
た。

【０００４】また、ビームパターンの測定精度を高める
には、被測定光を適切なサイズで漏れの無いようにＣＣ
Ｄなどの光電変換部に入射させる必要があるが、上記公
報に記載された装置においては、ビームパターンの測定
精度を高めるための工夫は何らなされていなかった。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、光源からの任意の位置におけるビームパター
ンの測定を高精度で行える受光器およびこれを備えた光
測定装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の受光器は、被測定光のビームパターンを光
電変換部を用いて計測する光測定装置用の受光器におい
て、被測定光が内部を通過可能であると共に被測定光の
入射によってビームパターンに応じた投影像が形成され
る入射板と、入射板を通過した通過光のうち少なくとも
主光線が入射可能な第１のレンズおよび当該第１のレン
ズを通過した通過光を光電変換部に入射させる第２のレ
ンズを有すると共に投影像を拡大または縮小させるズー
ム部と、を備えることを特徴とする。

【０００７】本発明に係る受光器によれば、入射板に入
射した被測定光は、ズーム部の第１のレンズを通過した
後、第２のレンズより出力される。このとき、入射板に
は、被測定光のビームパターンに応じた投影像が形成さ
れる。そして、第２のレンズからの出力光をたとえばＣ
ＣＤなどの光電変換部で撮像することで、入射板の配置
位置における被測定光のビームパターンを計測すること
ができる。また、入射板を通過した通過光の主光線は全
て第１のレンズに入射するため、入射板上のビームパタ
ーンを漏れなく計測することができる。さらに、ズーム
部により、入射板上のビームパターンに応じた投影像を
拡大または縮小して第２のレンズより出力させることが
できるため、投影像の大きさをＣＣＤなどの撮像装置の
検出サイズに合わせることができる。

【０００８】また、入射板は、光ファイバが複数本束ね
られて成るファイバ光学部品であることが望ましい。こ
のように、いわゆるファイバオプティカルプレート（Ｆ
ＯＰ）などのファイバ光学部品を入射板として用いるこ
とにより、各光ファイバを通過した通過光の主光線の方
向を略同一にすることができる。このため、入射板の中
心部分のビームパターンのみならず、入射板の周辺部分
のビームパターンも正確に測定することができる。

【０００９】さらに、入射板は、第１のレンズ側に通過
光の主光線を第１のレンズの中心軸方向に傾ける傾光部
を有することが望ましい。このような構成を採用した場
合、傾光部によって入射板の周辺部分の通過光が第１の
レンズの中心軸方向に傾けられるため、第１のレンズの
寸法を小さくしても当該通過光の主光線が当該第１のレ
ンズに入射することができる。

【００１０】また、ズーム部は、被測定光が通過可能な
開口を有すると共に開口の大きさを調節可能な絞りを有
することが望ましい。このような絞りの開口の大きさを
調節することにより、ズーム部からの出射光の光量を調
整することができる。

【００１１】本発明の光測定装置は、上述の受光器と、
第２のレンズを通過した通過光を受光するとともに当該
通過光を電気信号に変換する光電変換部と、電気信号に
基づいてビームパターンを算出する算出手段と、を備え
ることを特徴とする。

【００１２】本発明に係る光測定装置によれば、第２の
レンズを通過した通過光はＣＣＤや光電子増倍管などの
光電変換部によって電気信号に変換され、さらに、算出
手段によって当該電気信号に基づいて被測定光の入射板
の配置位置におけるビームパターンが算出される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る受光器および光測定装置の好適な実施形態につ
いて詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用い
るものとし、重複する記載は省略する。

【００１４】［第１実施形態］図１は、本実施形態の受
光器２を備えた光測定装置４の構成図である。光測定装
置４は、光源６から出力される被測定光のビームパター
ンを測定するものである。光測定装置４は、被測定光が
入射する際にビームパターンに応じた投影像が形成され
る拡散板（入射板）８と、拡散板８上のビームパターン
に応じた投影像を撮像するためのＣＣＤ（光電変換部）
２０と、拡散板８を通過した通過光をＣＣＤ２０の受光
面に入射させると共にズーム機能を有するズーム部１０
と、ＣＣＤ２０からの信号に基づいてビームパターンの
算出を行う演算装置２２と、演算装置２２によって算出
されたビームパターンを表示するディスプレイ２４と、
から構成されている。なお、拡散板８は、すりガラス、
乳白色板などによって形成することができる。また、受
光器２は、拡散板８およびズーム部１０を有し、さらに
これらを収容する筐体を備えているが、当該筐体の図示
は省略する。

【００１５】また、ズーム部１０には、拡散板８からの
通過光が直接入射する入射レンズ（第１のレンズ）１２
と、凸部が対向して設けられた二つの凸メニスカスレン
ズ１４，１５と、通過光をＣＣＤ２０に入射させるリレ
ーレンズ（第２のレンズ）１８と、凸メニスカスレンズ
１５とリレーレンズ１８の間に介在されると共に５枚の
レンズからなる接合レンズ１７と、凸メニスカスレンズ
１５と接合レンズ１７との間を摺動自在に設けられたバ
リエータレンズ１６と、が設けられている。ズーム部１
０は、バリエータレンズ１６を摺動させることにより、
拡散板８上のビームパターンを拡大または縮小すること
ができる。なお、拡散板８から出射された拡散光（通過
光）のうちの少なくとも主光線Ｌは、全て入射レンズ１
２に入射できるように構成されている。

【００１６】次に、図１を参照して、光測定装置４によ
るビームパターンの測定方法を説明する。

【００１７】まず、光源６からの被測定光を受光器２の
拡散板８に入射させて、拡散板８上に被測定光のビーム
パターンを形成（投影）させる。そして、拡散板８を通
過した被測定光は、拡散光として入射レンズ１２に入射
する。このとき、拡散光のうちの少なくとも主光線Ｌ
は、全て入射レンズ１２に入射する。その後、入射レン
ズ１２を通過した被測定光は、凸メニスカスレンズ１
４，１５、バリエータレンズ１６、および接合レンズ１
７を通過して、リレーレンズ１８によってＣＣＤ２０の
受光面上で結像させられる。すなわち、ＣＣＤ２０によ
って、拡散板８の配置位置における被測定光のビームパ
ターンが撮像される。

【００１８】なお、バリエータレンズ１６を摺動させる
ことで、拡散板８上のビームパターンに応じた投影像を
拡大または縮小してリレーレンズ１８より出力させるこ
とができる。このため、ビームパターンに応じた投影像
の大きさをＣＣＤ２０の受光面のサイズに合わせること
ができる。

【００１９】ＣＣＤ２０の受光面上に結像された光は電
気信号に変換され、当該電気信号は演算装置２２に送信
される。そして、演算装置２２は、ＣＣＤ２０からの電
気信号に基づいて拡散板８の配置位置における被測定光
のビームパターンを算出する。このとき、拡散板８を通
過した拡散光のうちの少なくとも主光線Ｌは、全て入射
レンズ１２に入射するため、演算装置２２は、拡散板８
上のビームパターンを漏れなく算出することができる。
また、上述のように、ズーム部１０によって拡散板８上
の投影像の大きさをＣＣＤ２０の受光面のサイズに合わ
せることができるため、ビームパターンを高精度で測定
することができる。

【００２０】また、演算装置２２による算出されるビー
ムパターンの内容としては、被測定光の拡散板８の配置
位置における径（ビーム径）、被測定光の傾き、楕円率
などがある。ビーム径は、ＣＣＤ２０の受光面への被測
定光の入射面積に基づいて算出される。また、被測定光
の傾きは次のように算出する。まず、ビーム強度の最大
値の２分の１以上の輝度を有する領域の重心位置を算出
して、光学系の中心位置のズレを求める。そして、この
中心位置のズレと、光源６と拡散板８の距離の関係とに
基づいて被測定光の傾きを算出する。さらに、ビームの
楕円率は次のように算出する。まず、輝度の最も高い箇
所を通る直線を定め、その直線まわりの慣性モーメント
が最小となるような直線（慣性主軸）を求める。そし
て、これらの直線によって定まる慣性等価楕円から楕円
の長短径比を算出する。

【００２１】演算装置２２は、被測定光のビームパター
ンを算出した後、算出結果をディスプレイ２４に表示さ
せる。このとき、演算装置２２は、ディスプレイ２４
に、図２（ａ）に示すように被測定光の３次元画像２６
を表示させたり、図２（ｂ）に示すように２次元画像２
８を表示させることもできる。図２（ａ）に示す３次元
画像２６のＺ方向は、拡散板８の配置位置における被測
定光の光量すなわち強度を示しており、図２（ｂ）に示
す２次元画像２８は、光強度の等しい部分を繋いだいわ
ゆる等高線表示となっている。

【００２２】［第２実施形態］次に、図３を用いて、本
発明に係る受光器および光測定装置の第２実施形態につ
いて説明する。本実施形態が第１実施形態と異なるの
は、受光器２において、被測定光の入射板として拡散板
８の代わりに光ファイバ３１が複数本束ねられて成るフ
ァイバオプティカルプレート（ＦＯＰ）３０を用いた点
である。このように、ＦＯＰ３０を入射板として用いる
ことにより、各光ファイバ３１を通過した通過光の主光
線Ｌの方向を略同一にすることができる。このため、本
実施形態の光測定装置４によれば、ＦＯＰ３０の中心部
分のビームパターンのみならず、ＦＯＰ３０の周辺部分
のビームパターンも正確に測定することができる。ま
た、主光線Ｌの方向が略同一になることから、入射レン
ズ１２のレンズ径を小さくしても主光線Ｌを当該入射レ
ンズ１２に入射させることができる。このため、入射レ
ンズ１２およびこれを収容する受光器２の小型化を図る
ことができる。

【００２３】［第３実施形態］次に、図４を用いて、本
発明に係る受光器および光測定装置の第３実施形態を説
明する。本実施形態が第２実施形態と異なるのは、受光
器２の入射板の構造および配列されたレンズの枚数であ
る。入射板であるＦＯＰ３０とリレーレンズ１８との間
には、入射レンズ３４、バリエータレンズ３６、および
接合レンズ１７がＦＯＰ３０側から順に配置されてい
る。なお、バリエータレンズ３６は４枚のレンズから成
り、入射レンズ３４と接合レンズ１７との間で摺動可能
である。

【００２４】また、ＦＯＰ３０の光出射面（図４におけ
る右側）には、複数の傾光部３５を有するフレネルレン
ズ３３が取り付けられている。このフレネルレンズ３３
の各傾光部３５によって、ＦＯＰ３０の各光ファイバ３
１から出射された被測定光の主光線Ｌは、入射レンズ３
４の中心軸Ｘの方向に傾けられる。このため、たとえ入
射レンズ３４の径を小さくしても主光線Ｌが当該入射レ
ンズ３４に入射することができ、受光器２のより一層の
小型化を図ることができる。

【００２５】［第４実施形態］次に、図５を用いて、本
発明に係る受光器および光測定装置の第４実施形態を説
明する。本実施形態が第３実施形態と異なるのは、ＦＯ
Ｐ３０の形状である。本実施形態では、主光線Ｌを入射
レンズ３４の中心軸Ｘの方向に傾けるためにＦＯＰ３０
にフレネルレンズ３３を取り付けるのではなく、光出射
面が凸状に湾曲したＦＯＰ４０を用いている。このよう
なＦＯＰ４０を用いても、各主光線Ｌを入射レンズ３４
の中心軸Ｘ方向に集光させることができ、ひいては受光
器２の小型化を図ることができる。

【００２６】［第５実施形態］次に、図６を用いて、本
発明に係る受光器および光測定装置の第５実施形態を説
明する。本実施形態の特徴は、ズーム部１０内の接合レ
ンズ１７に円形の開口４２を有する絞り４４が設けられ
ている点である。また、開口４２の大きさは、図示を省
略する機構によって調節することができる。そして、開
口４２の大きさを調節することにより、ズーム部１０か
らの出射光量を調整することができる。さらに、ＦＯＰ
３０を通過した被測定光の光束径、形状、および位置
は、絞り４４の開口４２で一致させられている。このた
め、開口４２の大きさを調整しても被測定光の光束の立
体角は変わらず、ＦＯＰ３０の配置位置における被測定
光のビームパターンを正確に測定することができる。

【００２７】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記各実
施形態に限定されるものではない。例えば、ズーム部を
構成するレンズの配置方法は上述のものに限られず、こ
の他種々の方法を採用することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入射板に、被測定光のビームパターンに応じた投影像が
形成される。そして、第２のレンズからの出力光をたと
えばＣＣＤなどの光電変換部で撮像することで、入射板
の配置位置における被測定光のビームパターンを計測す
ることができる。また、入射板を通過した通過光の主光
線は全て第１のレンズに入射するため、入射板上のビー
ムパターンを漏れなく計測することができる。さらに、
ズーム部により、入射板上のビームパターンに応じた投
影像を拡大または縮小して第２のレンズより出力させる
ことができるため、投影像の大きさをＣＣＤなどの撮像
装置の検出サイズに合わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の受光器および光測定装置を示す
図である。

【図２】図２（ａ）は、ディスプレイに被測定光の３次
元画像を表示させた状態を示す図であり、図２（ｂ）
は、ディスプレイに被測定光の２次元画像を表示させた
状態を示す図である。

【図３】第２実施形態の受光器および光測定装置を示す
図である。

【図４】第３実施形態の受光器および光測定装置を示す
図である。

【図５】第４実施形態の受光器および光測定装置を示す
図である。

【図６】第５実施形態の受光器および光測定装置を示す
図である。

【符号の説明】

２…受光器、４…光測定装置、６…光源、８…拡散板
（入射板）、１０…ズーム部、１２，３４…入射レンズ
（第１のレンズ）、１６…バリエータレンズ、１８…リ
レーレンズ（第２のレンズ）、２０…ＣＣＤ（光電変換
部）、２２…演算装置（算出手段）、２４…ディスプレ
イ、２６…３次元画像、２８…２次元画像、３１…光フ
ァイバ、３３…フレネルレンズ、３５…傾光部、４２…
開口、４４…絞り、Ｌ…主光線。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定光のビームパターンを光電変換部
   を用いて計測する光測定装置用の受光器において、 前記被測定光が内部を通過可能であると共に前記被測定
   光の入射によって前記ビームパターンに応じた投影像が
   形成される入射板と、 前記入射板を通過した通過光のうち少なくとも主光線が
   入射可能な第１のレンズおよび当該第１のレンズを通過
   した前記通過光を前記光電変換部に入射させる第２のレ
   ンズを有すると共に、前記投影像を拡大または縮小させ
   るズーム部と、 を備えることを特徴とする受光器。
2. 【請求項２】 前記入射板は、光ファイバが複数本束ね
   られて成るファイバ光学部品であることを特徴とする請
   求項１記載の受光器。
3. 【請求項３】 前記入射板は、前記第１のレンズ側に、
   前記通過光の主光線を前記第１のレンズの中心軸方向に
   傾ける傾光部を有することを特徴とする請求項１または
   請求項２記載の受光器。
4. 【請求項４】 前記ズーム部は、前記被測定光が通過可
   能な開口を有すると共に前記開口の大きさを調節可能な
   絞りを有することを特徴とする請求項１〜請求項３のう
   ち何れか一項記載の受光器。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のうち何れか一項記
   載の受光器と、 前記ズーム部の前記第２のレンズを通過した前記通過光
   を受光するとともに当該通過光を電気信号に変換する前
   記光電変換部と、 前記電気信号に基づいて前記ビームパターンを算出する
   算出手段と、 を備えることを特徴とする光測定装置。