JPH03202725A - 光パワーメータ - 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〉 本発明は、Ｓｉ（シリコン）又はＩｎＧａＡｓ　（イン
ジウム　ガリウム　ヒ素）又はＧｅ　　（ゲルマニウム
〉を用いた受光素子の温度変化に伴う分光感度特性の補
正をはかった光パワーメータに関する。

〈従来の技術〉 従来、半導体受光素子（以下、単に受光素子という）に
光を入射させ、その光のパワーに応じた電気信号を得る
ようにした光パワーメータが知られており１半導体受光
素子としてはＳ　ｉ　、　Ｇ　ｅ　。

ｆＴＬＧａＡｓ等のホトダイオードが用いられている。

一般に半導体受光素子は周囲の温度によって受光部の感
度が変動し精度低下の原因となる。

第６図はＳＬを用いた受光素子の分光感度特性を示すも
ので、イ〜ホの曲線は０℃〜５０℃までを１２．５℃ス
テップで変化させた場合の分光感度の変化であＬ、第７
図は２５℃での感度を１として前記各温度における相対
感度を示すもので。

感度目盛りは１１０００ｎまでは±１０％、これより以
上は±１００％として目盛られている。これらの図によ
れば波長９５０　ｎｍ付近を境にして温度依存性が大き
くなっておＬ、１１０６０ｎ以上での誤差は２０％を越
える。

第８図はＩｕＧａＡＳを用いた受光素子の分光感度特性
を示すもので、イ〜ハの曲線は０℃〜５０℃までを２５
℃ステップで変化させた場合の分光感度の変化であＬ、
第９図は２５℃での感度を１として前記各温度における
相対感度を示すもので、感度目盛りは１５００ｎｍまで
は±１０％。

これより以上は±１００％として目盛られている。

これらの図によれば波長１４００ｎｍ付近を境にして温
度依存性が大きくなっておＬ、１６００ｎｍ以上での誤
差は１０％を越える。

第１０図は、Ｇｅを用いた受光素子の分光感度特性を示
すもので、イ〜ハの曲線は、０℃〜５０℃までを２５℃
ステップで変化させた場合の分光感度の変化であＬ、第
１１図は２５℃での感度を１として、前記各温度におけ
る相対感度を示すものである。これらの図によれば波長
１５５０ｎｍ付近を境にして温度依存性が大きくなって
いる。

従来この様な精度低下を防止する手段として受光素子自
体を温度センサやベルチェ素子とともに密封して受光素
子の温度変化を極力押える様に制御している。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、受光素子自体の温度を一定に保つ場合、
その制ｍ装置が複雑になり価格も高くなるという問題点
かあＬ、また、波長と温度に関連するデータを記憶して
おきそのデータに基づいて補正する方法は精度を上げよ
うとするとデータ量が膨大になり記憶素子（ＲＯＭ）の
数が多数必要となるという問題点かあった。

本発明は上記問題点に鑑みて威されたもので基準温度に
おける特定の波長範囲を所定の波長間隔で測定した分光
感度特性を予め記憶した記憶素子と、この受光素子の近
傍に温度センサを配置し。

光パワー測定時の温度と波長および基準温度における分
光感度特性に基づく補正式を用いて補正することによＬ
、少ない記憶素子で正確な光パワの測定を行うことを目
的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記課題を解決するための本発明の構成は、Ｓｉを用い
た受光素子と、この受光素子の基準温度における特定の
波長範囲を所定の波長間隔で測定した分光感度特性を予
め記憶した記憶素子と、前記受光素子と一体または近傍
に配置された温度センサと、前記受光素子、温度センサ
、記憶素子からの信号を人力する演算装置を備え、前記
演算装置は受光素子に入射する既知の波長と測定時の温
度から下記の補正式により演算を行って分光感度の補正
を行うようにしたものである。

記 η　（Ｌ） ＝７７ｏ　（Ｌ）　Ｘ　（１＋（Ｔ　　２５）　×Ｋ　
（Ｌ）　）但し　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（１）η（Ｌ）　；波長り１ｍ度Ｔ　（℃）での分光
感度（Ａ／ｗ） ηｏ（Ｌ）；波長Ｌ、基準温度２５℃での分光感度（Ａ
／ｗ） Ｋ（Ｌ）　　、波長Ｌでの補正データ さらに、受光素子にＳｔの代りに１．Ｇ、Ａｓを用いて
もよい。

更に、高精度で分光感度の温度補正を行い正確な光パワ
ーを測定するため、 ＳｔまたはＩＴＬＧａＡｓまたはＧｅを用いた受光素子
と、 この受光素子を基準温度に配置して所定の波長間隔で測
定した分光感度特性と、この分光感度の温度補正データ
＜Ｋ（Ｌ）＞とを予め記憶した記憶素子と、 前記受光素子と一体または近傍に配置した温度センサと
、 を内蔵したセンナユニット部と、 被測定光の波長を設定する測定波長設定器と、前記温度
センサからの信号を導入して受光素子の温度を測定する
機能と、　前記測定波長設定器から指示された波長にお
ける分光感度と温度補正データを前記記憶素子から読出
して当該温度における分光感度を下記の補正式で演算す
る機能と、この分光感度を用いて受光素子に照射された
光パワーを演算する機能と、を設けた演算装置と、を内
蔵した本体部と、 とからなる手段を講じている。

〈実施例〉 第１図は本発明の光パワーメータの一実施例を示すブロ
ック構ｔｃ図である０図において、１はＳｉまたはＩＴ
ＬＧａＡｓまたはＧｅを用いた受光素子であＬ、この受
光素子の近傍には温度センサ２か一体に形成されている
。また、この受光素子１の近傍には記憶素子（ＲＯＭ）
３が配置されておＬ、この記憶素子には受光素子１の基
準温度（例えば２５℃）での各波長（例えば４００ｎｍ
〜１１５０ｎｍまでの１０ｎｍおきの波長）での分光感
度が記憶されている。記憶素子３の内容は受光素子３の
特性のばらつきに対応して素子ごとに異なる内容となる
。１１．ｌｌａは増幅器、１２゜１２ａはＡ／Ｄ：Ｆン
バータ、１３は演算装置、１４は測定波長設定器、１５
は表示部で測定データなどの表示を行うものである。

上記構成において１図示しない光源から既知の波長の光
が受光素子１に入射すると、受光素子１はその波長と測
定時の温度に関連した電流を出力する。この電流は増幅
器１１で電流−電圧変換されるとともに増幅され、Ａ／
Ｄコンバータ１２を介して演算装置１３に入力される。

同時に温度センサ２からの信号も増幅器１１ａで増幅さ
れ、Ａ／Ｄコンバータ１２ａを介して演算波２１３に入
力される。また、演算装置１３には測定波長設定器１４
により設定された波長りに対応する分光感度の値ηｏ（
Ｌ）が記憶素子３から取込まれる。

演算装置１３は記憶素子３に記憶された分光感度特性の
基準温度と温度センサ２により測定される実際の温度と
の温度差を纂出し１次の式に基づいて演算を行う。

η（Ｌ） ＝ηｏ（Ｌ）（１＋　（Ｔ−２５）Ｋ　（Ｌ））・・・
（１） 但し η（Ｌ）　；波長Ｌ、温度Ｔ　（”Ｃ）での分光感度（
Ａ　／　ｗ　） ηｏ（Ｌ）：波長Ｌ、基準温度２５℃での分光感度（Ａ
／ｗ） Ｋ（Ｌ）　　；波長りでの補正データ 上記において感度の補正定数であるＫ（Ｌ）は本出願人
が実験を繰返して得た波長と温度係数（％／℃）の関係
を示す第３図、第５図、第１３図に示す様なグラフから
求められるもので、演算装置１３内のメモリに格納され
、測定波長設定部１４からの設定波長しに対応する値Ｋ
　（Ｌ）が読出される。

第３図によれば例えば５００ｎｍの波長におけるＫ　（
Ｌ）は０．０１（％／℃）なので１例えば３０℃での受
光素子の受光感度は η（Ｌ） ＝ηｏ（Ｌ） ｘ　（１＋　（３０−２５）ｘｏ、０１／１００）とな
る。

なお、上述では、分光感度の温度補正データＫ（Ｌ）を
演算装置１３内のメモリに格納Ｌ、適宜このＫ　（Ｌ）
値を用いて温度補正すると説明したが、更に、精密な温
度補正を行う場合には、このＫ　（Ｌ）を記憶素子３側
に格納する。

説明を加える。受光素子１は、検出端であるため破損さ
れる場合がある。そこで、実施例では、第１図の一点鎖
線で囲った部分（受光素子１と、温度センサ２と記憶素
子３を内蔵する部分）をセンサユニット部とＬ、第１図
のそのほかの構成素子は、光パワーメータの本体部とし
て、このセンサユニット部と本体部とを′！ＩＪ埋的に
分離できる構成としている。そして受光素子１が破損し
た場合、このセンサユニット部をそっくり取替えるよう
にしている。

ここで、温度補正データＫ（Ｌ）は、受光素子の品種（
例えばＳｉとＧｅ　）が異なった場合はもちろんのこと
、製造ロットが異なっても微妙に違ってくる。従って、
受光素子ｌを交換した場合、演算装置１３のメモリに格
納されている温度補正データＫ　（Ｌ）では、精密に温
度補正できない場合が起こり得る。

そこで、精密に温度補正する場合、受光素子１の温度補
正データＫ　（Ｌ＞を、演算装置１３のメモリでなく、
記憶素子３に格納することで、受光素子１と温度補正デ
ータＫ　（Ｌ）とを一体止している。従って、受光素子
１を取替えても（即ち、センサユニット部を取替えても
）、当該受光素子１に対応しｆＳ温度補正データを用い
て演算装置１３か補正演算するので正確な温度補正を行
うことができる。

なお、出願人は同一製造ロット内での各受光素子の温度
補正データＫ　（Ｌ）は、相互に適用できることを実験
的に確認している。従って、以上のようにセンサユニッ
ト部と、本体部とを分離した光パワーメータにおいては
、製造ロットごとに温度補正データＫ　（Ｌ）を決定Ｌ
、同一の製造ロヅトの受光素子には、同一の温度補正デ
ータを記憶素子３に書込んでいる。

一方、分光感度特性データは、個々の受光素子１ごとに
そのデータを測定Ｌ、これを記憶素子３に書込んでいる
。即ち、記憶素子３に書込む分光感度特性データは、個
々の受光素子専用のデータであＬ、温度補正データは、
同一の製造ロットの受光素子には、同一の温度補正デー
タを書込んでいる。その理由は、分光感度特性データは
、直接、受光素子の分光感度値を左右するのに対Ｌ、温
度補正データは、この分光感度値を単に補正するもので
その影響度がまるで違うがらである。

補正の手順は次の順序で行う。

１）装置のオペレータは、測定波長設定器１４から測定
すべき波長りを設定する。

２〉演′Ｘ装置１３は、温度センサ２からの信号を増幅
器１１ａとＡ／Ｄコンバータ１２ａを介して導入Ｌ、演
算装置１３が保有する温度測定機能を用いて、受光素子
の温度Ｔを測定する。この温度測定機能は、公知の技術
を用いて容易に構成できる。

３）演算装置１３は、設定された波長りの分光感度デー
タと、温度補正データＫ（１）を記憶素子３から取込む
、温度補正データが、演算装置１３の内蔵するメモリに
格納されている場合は、このメモリから読出す、なお、
設定波長りが、データの一定波長間隔の間にある時は、
前後のデータを取込み、直線補間してもよい。

演算装置１３は、上述で測定した受光素子１の温度Ｔと
、設定波長りに対応して記憶素子３から読出した分光感
度データηｏ（１）と、温度補正データＫ（１）と、か
ら受光素子１の実際の分光感度η（１）を前記補正式（
１）により演算する。なお、温度補正データＫ（１）の
値は、記憶素子３（又は演算装置１３のメモリ）に格納
された分光感度の温度補正データ（例えば第３図、第５
図、第１３図〉から設定波長しに対応する温度係数を読
取ることで得ることかできる。（１）式の演３１ＬＩｌ
能は、演算装置１３にマイクロプロセッサを内蔵するこ
とで容易に実現できる。

４）Ａ／Ｄコンバータ１２の出力データ（入射した光パ
ワーに比例した値）と、前記３項により求めた分光感度
η（１）によＬ、演算装置１３において入射光のパワー
を演算して出力（表示）する。

この４項の演算機能（光パワーの算出機能）は、公知の
技術を用いて容易に実現できる。

第２図は第６図に示すＳｉ受光素子の分光感度特性を上
記補正式（１〉により補正した結果であり。

２５℃での分光感度を１とした相対感度と波長の関係を
示すものである。第７図と比べて相対感度のばらつきが
格段に改善されていることが分り。

例えば１１０６０ｎでの相対感度は±２％になっている
。

なお上述では、受光素子として主にＳｉを用いた場合を
説明したが、代りにＩＴＬＧａＡＳやＧｅを用いること
もできる。この場合もＳｔの場合と同様、記憶素子３に
は受光素子１の基準温度（例えば２５℃）での各波長（
例えば、８００ｎｍ〜１７００ｎｍまでの１０ｎｍおき
の波長）での分光感度が記憶されている。

第５図（第３図に対応）は、１ｎＧａＡｓ受光素子を用
いた場合の波長と温度係数の関係を示すグラフで、波長
１４００　ｎｍ″ｒＫ（Ｌ）は０．０１　（％／℃）と
なっている、第４図は、第８図に示すＩｎＧａＡｓ受光
素子１の分光感度特性を上記補正式（１）により補正し
た結果であＬ、第２図と同様２５℃での分光感度を１と
した相対感度と波長の関係を示すものである。第９図と
比べて相対感度のばらつきが格段に改善されていること
が分り１例えば、１５００ｎｍでの相対感度は、±１％
になっている。

第１３図（第３図に対応）は、Ｇｅ受光素子を用いた場
合の波長と温度係数のＲ係を示すグラフで、波長１４０
０　ｎｒｘでＫ（［）は、−０，１（％／℃）となって
いる。第１２図は、第１０図に示すＧｅ受光素子１の分
光感度特性そ上記補正式（１）により補正した結果であ
Ｌ、２５℃での分光感度を１とした相対感度と波長の関
係を示すものである。第１１図と比べて相対感度のばら
つきが格段に改善されていることが分り９例えば、１４
００ｎｍでの相対感度は、±１％になっている。ａｅを
用いた受光素子の分光特性は、一般に温度変化が大きい
が、上記（１）式の補正によＬ、充分実用に耐える光パ
ワーメータを実現できる。

また上記の実施例で記憶素子３を受光素子ｌと一体で構
成してもよい。

〈発明の効果〉 以上、実施例とともに具体的に譚明したように本発明に
おいては、Ｓｉやｌ１ＧａＡｓやＧｅを用いた受光素子
と、この受光素子の基準温度における特定の波長！ｉ！
囲を所定の波長間隔で測定した分光感度特性を予め記憶
した記憶素子と、前記受光素子と一体または近傍に配置
された温度センサと、これら受光素子、温度センサ、記
憶素子からの信号を入力する演算装置を備え、この演算
装置は既知の波長と測定時の温度から実験により求めた
補正式を用いて分光感度の補正を行うようにしたので、
温度変化に起因する光パワーの誤差を改善した光パワー
メータを実現することが出来る。

また、センサユニット部が交換されても、当該受光素子
１に最適な温度補正データを記憶素子３から取込めるの
で、センサユニット部の互換性があＬ、高精度の温度補
正をすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光パワーメータの一実施例を示す構成
図、第２図はＳｔを用いた受光素子の分光感度が補正さ
れた状態を示す図、第３図はＳｔを用いた受光素子の実
験により求めた波長と温度係数の関係を示す図、第４図
はＩＴＬＧａＡＳを用いた受光素子の分光感度が補正さ
れた状態を示す図、第５図はＩＴＬＧａＡｓを用いた受
光素子の実験により求めた波長と温度係数の関係を示す
図、第６図はＳｉ受光素子の分光感度特性を示す図、第
７図は２５℃での分光感度を１としたＳｉ受光素子の相
対感度特性を示す図、第８図はＩｕＧａＡＳ受光素子の
分光感度特性を示す図、第９図は２５℃での分光感度を
ｌとした１７１ＧＨＡ６受光素子の相対感度特性を示す
図、第１０図はＧｅ受光素子の分光感度特性示す図、第
１１図はＧｅ受光素子の補正前の相対感度を示す図、第
１２図はＧｅ受光素子の補正後の相対感度を示す図、第
１３図はＧｅ受光素子の実験により求めた波長と温度係
数の関係を示す図である。 １・・・受光素子（Ｓ　ｉ　、　　Ｉｕ　Ｇａ　Ａｓ　
）　、２−温度センサ、３・・・記憶素子、１３・・・
演算装置、１４・・・測定波長設定器、１５・・・表示
部。 第 図 第 図 承 長 ＜ｎｍ＞ 第 ワ 図 第 図 ５ＴｆＬ　表 ｔｎｍ） 第 ！ 図 第 図 １本＾゛正１負、（Ｇｅン ５ｋ（（れす 第 図 第 ０ 図 成長（尺幻 第１３図 廣長Ｃ創０

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉを用いた受光素子と、この受光素子の基準温
   度における特定の波長範囲を所定の波長間隔で測定した
   分光感度特性を予め記憶した記憶素子と、前記受光素子
   と一体または近傍に配置された温度センサと、前記受光
   素子、温度センサ、記憶素子からの信号を入力する演算
   装置を備え、前記演算装置は受光素子に入射する既知の
   波長と測定時の温度から下記の補正式により演算を行っ
   て分光感度の補正を行うことを特徴とする光パワーメー
   タ。 記 η（Ｌ） ＝η＿ｏ（Ｌ）×（１＋（Ｔ−２５）×Ｋ（Ｌ））但し η（Ｌ）；波長Ｌ、温度Ｔ（℃）での 分光感度（Ａ／ｗ） η＿ｏ（Ｌ）；波長Ｌ、基準温度２５℃での分光感度（
   Ａ／ｗ） Ｋ（Ｌ）；波長Ｌでの補正データ
2. （２）受光素子がＩｎＧａＡｓを用いた請求項１記載の
   光パワーメータ。
3. （３）ＳｉまたはＩｎＧａＡｓまたはＧｅを用いた受光
   素子と、 この受光素子を基準温度に配置して所定の波長間隔で測
   定した分光感度特性と、この分光感度の温度補正データ
   ＜Ｋ（Ｌ）＞とを予め記憶した記憶素子と、 前記受光素子と一体または近傍に配置した温度センサと
   、 を内蔵したセンサユニット部と、 被測定光の波長を設定する測定波長設定器と、前記温度
   センサからの信号を導入して受光素子の温度を測定する
   機能と、前記測定波長設定器から指示された波長におけ
   る分光感度と温度補正データを前記記憶素子から読出し
   て当該温度における分光感度を下記の補正式で演算する
   機能と、この分光感度を用いて受光素子に照射された光
   パワーを演算する機能と、を設けた演算装置と、を内蔵
   した本体部と、 からなる光パワーメータ。 η（Ｌ） ＝η＿ｏ（Ｌ）×（１＋（Ｔ−２５）×Ｋ（Ｌ））但し η（Ｌ）；波長Ｌ、温度Ｔ（℃）での 分光感度（Ａ／ｗ） η＿ｏ（Ｌ）；波長Ｌ、基準温度２５℃での分光感度（
   Ａ／ｗ） Ｋ（Ｌ）；波長Ｌでの補正データ