JPH03107732A - 筒状受光板を用いた光パワーメーター - 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】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は光パワーの絶対量を高感度で測定する装置の
構造の技術分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明は、熱抵抗および熱容量が小さ
な材質、構造で一つの底面を有する筒状体を作り、その
軸長を必要にして且充分な長さとし、その底面にヒータ
ー素子と感温素子とを装備した構造であってより詳しく
は、上記ヒーター素子と感温素子からのリード線を上記
筒状体の壁面に沿って添着状態で間開口面まで延設して
から外部に取出すようにする等の手段により、ヒーター
素子、及び、感温素子からのリード線と上記筒状体を電
気的には絶縁するが熱的には一体構造とするようにし、
しかる後、筒内側に黒化物を塗布して、部間口面より受
光するようにした筒状受光板を用いた光パワーメーター
を基幹とし、更に、上記筒状受光板と同形、同構造に作
った筒状体を温度比較筒とし、筒状受光板底面と温度比
較筒底面とを所定の間隔を保って正対向せしめて、面対
称に配設し、前記受光板は測定すべき光で加熱し、温度
比較筒はヒーター素子で加熱して両者底面の温度差がゼ
ロになるようにヒーター電源を調整して、そのときのヒ
ーター素子電力を測定し、これらを即ち光のパワーとす
る光パワーメーターでおる。　尚、上記筒状受光板と温
度比較筒とに装備しである感温素子は温度変化による電
気抵抗値の変化をとらえる素子であって、外部で所定の
温度表示計に接続され、その指針は両者の温度が等しい
場合は零を指し、異なる場合は温度差に対応して右（プ
ラス〉、又は、左（マイナス）に振れるように作られて
いる。

又、両者のヒーター素子は夫々独立して調整可能の直流
電源に接続されている。

而して、上記筒状受光板と温度比較筒は、その両底面の
中心平行面に対して面対称で且つ、同軸的に作られた熱
シールジャケットにより囲繞されており、該熱シールジ
ャケットには受光板側端面に受光窓を設け、更に、熱的
対称性を保持するために温度比較部側にも同一寸法の貫
通孔を設けておる。

尚、前記熱シールシトゲット内面、及び、筒状受光板、
温度比較筒の外壁面は反射率の高い光沢面にされである
。

〈従来技術〉 光パワーの絶対はを測る方法で今日知られているものに
直流電力変換方式があるが、これは例えば第２図に示す
如く、一つの筒状受光板２を光とヒーター素子４とで別
々に加熱し、感温素子５によって温度が等しくなったと
きのヒーター電力をもって光パワーと見做そうとする方
式である。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、かかる光パワーの測定技術においては、ヒー
ター素子４と光の加熱効率の違いをどうするかといった
構造上の問題が未解決のまま取り残されており、直に筒
状受光板２を加熱するヒーター素子４と異なり、光は筒
状受光板２に塗布した黒化物の表面で熱変換され、図示
しない黒化膜を介して筒状受光板２を加熱する。

そのため、光はヒーター素子４より筒状受光板２にすえ
る熱効果が不回避的に低下する。

即ち、光とヒーター素子４の供給パワーが同じでも、両
者の筒状受光板２の温度上昇が等しくなるとは断言出来
ないものである。

これが先ず第一の問題点である。

尚、又、筒状受光板の温度の上がり方は該筒状受光板か
ら発散する熱の逃げ方によっても左右されるものである
が、受光面（黒化膜の表面）側には窓（開口面）が開い
ており、裏側からは当該第２図に示す様に、ヒーター素
子４ヤ感温素子５からのリード線が直接外部に取出され
ているので、受光面を境にして表側と裏側の熱伝達係数
に差があるのが一般的である。

そのため、表面の温度が裏面より高くなる光と、逆に表
面の温度が裏面より低くなるヒーターとでは熱の逃げ方
にも違いが生じてしまう。

この場合もやはり、光とヒーターで同じパワーを供給し
ても、受光板の温度上昇が等しくなるとは断言出来ない
ものである。

これが第二の問題点である。

この差異は受光板の形状や構造によって生じるものでお
るが、形が変わらなければ一定不変だと言うものでもな
い。

ヒーター素子４がどういう形をしているか、電流を流す
と発熱の仕方がどうなるか、温度分布がどうなるか等は
構造で決まるものであるが、これによって受光板の温度
は周囲温度の影響を微妙に受ける。

光の場合も同じで、構造が一定不変でも受光板のどの位
置に光を照射するかで、該受光板の温度の上がり方が多
様に変化するものである。

このような理由から、今日の測定手段、即ら、光を入れ
て受光板の温度上昇を先ず測定し、次に光を遮断してヒ
ーター素子で加熱し、光のときと同じ温度にして、その
ときのヒーター素子に供給した電力が光パワーだとする
測定方法には無理がある。

このことは、測定方式の確度を決定するために行なうス
テファン、ボルツマン定数（σ）の測定にも現われてい
て、実測値は従来のどの方式のものも理論値どおりには
ならず、測定者、つまり、それぞれの方式で異なった値
になってしまう。

又、よしんば、方式が同じでも、装置の作り方で違いが
生じてしまうこともあり、そのため、光パワーの絶対測
定法は多くの研究者により研究され、様々なものが工夫
されてきりおり、その都度ステファン、ボルツマン定数
（σ）の測定も繰り返し実施されていて、最近では８ケ
国で研究が進められているが、満足のいくものは未だ開
発されていない。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上述従来技術とそれ等が抱える
問題点を解決すべき技術的課題とし、ステファン、ボル
ツマン定数（σ）の実測値も理論値に可及的一致し）ｑ
るようにし、高感度で光パワーの絶対量を測定する技術
を確立して理科学機器産業分野にお（プる測定技術利用
分野に益する光パワーメーターを提供せんとするもので
ある。

〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの発
明の構成は前述課題を解決するために、光パワーの絶対
量を高感度で且つ、安定にして短時間内に正確に計測す
るべく熱抵抗、及び、熱容量が小さな材質、構造で一つ
の底面を有する筒状体を作り、その軸方向長さを必要に
して且つ十分な長さとし、その底面に所定のヒーター素
子と、感温素子を添着状態で装備した熱容量の小さな構
造体とし、上記ヒーター素子と感温素子からのリード線
を上記筒状体の壁面に沿って添着状態で筒状体の間口部
まで延設してから外部に取出すようにする等の手段によ
り、ヒーター素子、及び、感温素子からのリード線と上
記筒状体を電気的には絶縁するが、熱的には一体構造と
し、しかる後、筒内側に光を吸収して発熱するための所
定の黒化物皮膜を塗布し、筒状体開口部より受光するよ
うに形成された高感度の筒状受光板を用いることを根幹
とし、更に、該筒状受光板と同形、同構造に作成した筒
状体を温度比較筒とし、筒状受光板の底面と温度比較筒
の底面とを所定の間隔を保って正対向せしめて、面対称
に配設し、筒状受光板は測定すべき光で加熱し、一方、
温度比較筒はヒーター素子で加熱して両者の底面の温度
差が零になるようにヒーター素子の電源を調整してその
ときのヒーター素子電力をもって、直ちに光のパワーと
する高感度光パワーメーターとした技術的手段を講じた
ものである。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の１実施例を第１図に塞づいて説
明すれば以下の通りである。

先ず、熱シールジャケット１の受光窓１０から測定すべ
き光を入れると、図示されていないが、筒状受光板２の
内側全体に塗布されである黒化物皮膜の作用により受光
板は加熱される結果、温度比較筒３より温度が高くなる
ので、二つの感温素子５と温度表示計６の機能により表
示計の指針は中心のゼロから例えば右へ振れる。

これを元のゼロに戻すように温度比較筒３のヒーター素
子４を加熱する。

尚、加熱するためには直流電源９と可変抵抗器８によっ
て行う。

而して、指針が安定してゼロを指したときのヒーター素
子電力を測定すればそれが光のパワーである。　しかし
ながら、実はこのように判断出来るのは第１図に於いて
、この測定系が中心断面１１に対して左右が熱的に完全
に対称な場合に限られる。

そこで、これを校正するために、光を断って光の代わり
に左の受光板２のヒーター素子４に電力を供給してみる
。

光の場合と同じ要領で右の温度比較筒３のヒーター素子
４に電力を供給して相別をゼロに戻す。

そのときの右の温度比較筒の電力の読みを左の受光板に
供給した電力の値に合わせる。

これで前述の左右の熱的非対称は補正されたことになり
、補正係数が決定される。

次に、先述の如く、筒状受光板２、及び、温度比較筒３
の底面に添設されであるヒーター素子４と感温素子５か
らのリード線は図示する如き要領で６簡の壁面に沿って
添着状態で開口部まで延設してから外部に取出すように
しであるが、これはリード線を伝わって熱が直接逃げな
いようにするためである。

これにより、リード線から逃げる熱は６簡の壁でいった
ん吸収されて、結果として筒の壁から逃げることになる
。

即ち、各部のヒーター素子４、及び、感温素子５からの
リード線と各部とは電気的には絶縁されているが、熱的
には一体構造になっているわけで実は、これが長い年月
見逃がされていた問題解決の鍵であった。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、先述した如くこの出願
の発明の光パワーの測定は左右両部の底面の温度差がピ
ロの状態で行われており、そのため熱は両筒共に底面か
ら外（相手側）には流れない。

したがって、光で供給したエネルギーもヒーター素子４
のそれも筒状体２及び３の内部に供給されたエネルギー
は仝部該筒状体２及び３の側壁と開口部から逃げること
になる。

即ち、光とヒーターで熱の伝わる経路に差が生じなくな
り、熱的には、受光板には先述した如き受光面の表と裏
の区別がなくなってしまう。

而して、理論的解析によると、この測定方法における光
とヒーター素子４の加熱効率の不一致は０．１％以下の
微小値であった。

又、ステファン、ボルツマン定数（σ）を測定したとこ
ろ、±０．１２％以内で理論値と一致した優れた効果が
奏される。

即ち、この出願の発明によれば、光パワーの絶対量は今
までにない正確さで知ることが可能であり、ステファン
、ボルツマン定数（σ）の測定結果はこのことを証明す
るものである。

尚又、この発明者が先に出願した放射エネルギー絶対測
定法（特願昭５７−１２５３２８＞における測定感度が
１μＷであったのに対して、今回この発明によれば０．
１μＷと極めて高い感度で絶対量を測定することができ
たが、これは両者の方法及び構造の相異によるものであ
り、また一方、前者（特願昭５７−１２５３２８＞の今
後の展望として後者に比べて遥かに大出力の放射エネル
ギーの測定に対応出来易い方法、構造であるので、今後
、両者相まって測定技術分野に貢献し得るものと確信さ
れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの出願の発明の実施例の原理態様図、第２図
は従来技術による受光板のリード線取出し態様の側面図
でおる。 １・・・熱シールジャケラ１−２・・・筒状受光板３・
・・温度比較筒　　　　　４・・・ヒーター素子５・・
・感温素子　　　　　　６・・・温度指示計７・・・可
変抵抗器　　　　　８・・・可変抵抗器９・・・直流電
源 １０・・・受光窓 １１・・・中心断面 １２・・・光パワーメーター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱抵抗及び熱容量が小さな材料で一つの底面を有
   する筒状体を形成し、その軸方向長さを必要且つ充分な
   長さとし、該底面にヒーター素子と感温素子とを装備し
   た構造において、該ヒーター素子と感温素子とからのリ
   ード線を上記筒状体の壁面に沿つて添着状態で該筒状体
   の開口部まで延設して外部に取出す等の手段により、ヒ
   ーター素子及び感温素子からのリード線と上記筒状体を
   電気的には絶縁し熱的には一体構造とし、而して筒状体
   内側には黒化物が塗布され、該筒状体の開口部より受光
   するようにした筒状受光板を用いたことを特徴とする光
   パワーメーター。
2. （２）上記特許請求の範囲第１項記載の筒状受光板と同
   形、同構造に形成した筒状体を温度比較筒とし該筒状受
   光板の底面と該温度比較筒底面とを所定の間隔を介し正
   対向せしめて面対称に配設し、上記筒状受光板は測定す
   べき光で加熱し、温度比較筒はヒーター素子で加熱して
   両者の底面の温度差がゼロになるようにヒーター電源を
   調整して、そのときのヒーター素子電力を測定し、これ
   を光のパワーとするようにしたことを特徴とする光パワ
   ーメーター。