JP4275909B2 - 光測定装置及び光測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の強度分布を測定する光測定装置及び光測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光源からの出射光、或いはある媒体、例えば光ファイバを経由してその端面から出射される光など、点光源から出射される光の強度分布を知ることは、光源や光が通る媒体自体の光学特性を知る上で極めて重要である。例えば、光が通る媒体の光学特性としてはシングルモード光ファイバのモードフィールド径が挙げられる。モードフィールド径は、シングルモード光ファイバを光伝送に応用する際に欠かせない特性である非線形屈折率を求める上で必須の基本特性である。モードフィールド径は、シングルモード光ファイバの一方の端面から基本モードを持つ光を入射させ、他方の端面から出射される光の強度分布を測定及び解析することにより得られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
モードフィールド径のような光学特性を正確に求めようとする際には、点光源から放射される光の強度分布を精度よく測定する必要がある。しかし、光の強度分布を測定して得られる分布波形のS/N比が小さい場合には、ノイズが影響して光学特性を正確に求めることができない。特に、分布波形の低レベル側におけるS/N比は小さくなるので、光学特性を評価する際に悪影響を与え、大きな測定誤差を生じる可能性がある。よって、光学特性を正確に評価する為には、分布波形の低レベル側におけるS/N比を大きくする必要がある。すなわち、光の強度分布の高レベル側から低レベル側までを精度よく撮像できる、広いダイナミックレンジを有する光測定装置が必要となる。
【0004】
従来、点光源から出射される光を測定する装置としては、特開2000−136983号公報に開示されているファーフィールドパターン測定装置がある。この装置は、被測定光源の出射端を回転可能な走査装置の中心軸に、フォトダイオード等の光検出器をその出射端から距離を離してそれぞれ配置させる。次に回転可能な走査装置を駆動させて光検出器を1方向に回転させ、50dB以上のダイナミックレンジを持つ被測定光の放射角度分布を測定している。
【0005】
点光源から出射される光は、2次元の強度分布を有している。このため、光学特性を評価する際には、光の強度分布を2次元で測定することが望ましい。しかしながら、上記したファーフィールドパターン測定装置は1次元で測定する装置である。上記したような従来の光測定装置を2次元の強度分布の測定に適用した場合、撮像装置の性能から考えて充分な分解能が得られず、あるいは撮像に長時間を要するなど、広いダイナミックレンジでの測定が困難であるという問題があった。
【0006】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる光測定装置及び光測定方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による第1の光測定装置は、点光源から出射される被測定光の強度分布を測定する光測定装置であって、複数の画素が2次元状に配列されて被測定光を撮像するとともに、複数の画素のそれぞれについて蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子と、撮像素子の蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードと、撮像素子の蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードとを実現する調整手段と、撮像素子によって撮像された、低入力モード及び高入力モードにおける画像データを記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された低入力モードにおける画像データの一部と、高入力モードにおける画像データの一部とを1つの画像データに合成して合成画像データを生成する合成手段と、合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、低入力モードにおける画像データを表示するモニタ手段と、調整手段による低入力モードまたは高入力モードの切り替え、撮像素子による撮像、及び合成手段による合成画像データの生成を制御する制御手段とを備え、制御手段は、調整手段に低入力モードを実現させて、撮像素子が被測定光を撮像して得られた画像データを記憶手段が記憶したのち、合成画像データの生成に用いる画像データを決定するためにモニタ手段が低入力モードにおける画像データを表示した際に該表示に基づいて決定される、合成画像データの生成に用いる画像データから、高入力モードに対応する露光時間を決定して調整手段に高入力モードを実現させ、撮像素子が被測定光を再び撮像して得られた画像データを記憶手段に記憶させ、合成手段に合成画像データを生成させることを特徴とする。
【0008】
また、本発明による第1の光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を測定する光測定方法であって、複数の画素が2次元状に配列されるとともに、複数の画素のそれぞれについて蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子の蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードを実現する第1の調整ステップと、撮像素子を用いて被測定光を撮像する第1の撮像ステップと、撮像素子によって撮像された、低入力モードにおける画像データを記憶する第1の記憶ステップと、合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、低入力モードにおける画像データをモニタするモニタステップと、モニタステップにおけるモニタ結果に基づいた、合成画像データの生成に用いる画像データから、撮像素子の蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードに対応する露光時間を決定し、高入力モードを実現する第2の調整ステップと、撮像素子を用いて被測定光を撮像する第2の撮像ステップと、撮像素子によって撮像された、高入力モードにおける画像データを記憶する第2の記憶ステップと、第1の記憶ステップにおいて記憶された低入力モードにおける画像データの一部と、第2の記憶ステップにおいて記憶された高入力モードにおける画像データの一部とを1つの画像データに合成して合成画像データを生成する合成ステップとを備えることを特徴とする。
また、本発明による第2の光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を測定する光測定方法であって、複数の画素が2次元状に配列されるとともに、複数の画素のそれぞれについて蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子の蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードに対応する減光フィルタを選択する第1の調整ステップと、撮像素子を用いて被測定光を撮像する第1の撮像ステップと、撮像素子によって撮像された、低入力モードにおける画像データを記憶する第1の記憶ステップと、合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、低入力モードにおける画像データをモニタする第1のモニタステップと、第1のモニタステップにおけるモニタ結果に基づいた、合成画像データの生成に用いる画像データを参照して、撮像素子の蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードに対応する減光フィルタを選択する第2の調整ステップと、撮像素子を用いて被測定光を撮像する第2の撮像ステップと、撮像素子によって撮像された、高入力モードにおける画像データを記憶する第2の記憶ステップと、合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、高入力モードにおける画像データをモニタする第2のモニタステップと、第1の記憶ステップにおいて記憶された低入力モードにおける画像データの一部と、第2の記憶ステップにおいて記憶された高入力モードにおける画像データの一部とを1つの画像データに合成して合成画像データを生成する合成ステップとを備えることを特徴とする。
【0009】
上記した光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が2次元状に配列された撮像素子を備えており、これによって点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で測定できる。また、被測定光の撮像条件を調整することによって低入力モードと高入力モードを実現している。低入力モードでは、被測定光の強度分布のうち高レベル側の部分を好適に測定できる。また、高入力モードでは、低入力モードの測定ではS/N比が小さくなる低レベル側の部分を精度よく測定できる。高入力モードで測定するときには、撮像素子は蓄積容量を超えた電荷を画素の外へ排出する。そして、低入力モードの画像データのうち高レベル側のデータと、高入力モードの画像データのうち低レベル側のデータとを1つの画像データに合成することにより、広いダイナミックレンジの合成画像データが得られる。
【0010】
これにより、点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。また、蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子を用いることにより、高入力モードを好適に実現できる。
【0011】
また、光測定装置(光測定方法)は、撮像素子によって撮像される被測定光を、所定の視野における光像に変換して撮像素子へと入射するfθレンズをさらに備える(用いる)ことを特徴としてもよい。これによって、点光源から出射される被測定光の、遠視野像などの所定の視野における光像の強度分布を測定することができる。
【0012】
また、光測定装置(光測定方法)は、撮像素子によって撮像された画像データを、所定の視野における画像データに補正する補正手段(補正ステップ)をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、点光源から出射される被測定光の遠視野像などの所定の視野における光像の強度分布を測定することができる。
【0014】
また、第1の光測定装置(第1の光測定方法)は、調整手段(第1及び第2の調整ステップ)による低入力モードまたは高入力モードの切り替え、撮像素子(第1及び第2の撮像ステップ)による撮像、及び合成手段(合成ステップ)による合成画像データの生成を制御する制御手段(制御ステップ)をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、モードの切り替え、撮像、及び画像データの合成を自動的に制御することができる。また、第2の光測定装置(第2の光測定方法)は、撮像素子(第1及び第2の撮像ステップ)による撮像、及び合成手段(合成ステップ)による合成画像データの生成を制御する制御手段(制御ステップ)をさらに備えることを特徴としてもよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光測定装置及び光測定方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【0016】
図1は、本発明による光測定装置の第1実施形態を示すブロック図である。本実施形態による光測定装置1は、測定対象である点光源16からある一定範囲の出射角度で出射される被測定光を測定する装置である。
【0017】
光測定装置1は、被測定光についての画像データを取得する撮像部17と、得られた画像データについて必要なデータ処理を行う画像処理部18を備えている。撮像部17は、撮像素子11、調整手段12を有する。撮像素子11は、複数の画素11aが2次元状に配列されて構成されている。複数の画素11aそれぞれは、点光源16から出射された被測定光を受けて電荷を生成する。また、撮像素子11は、各画素11aの蓄積容量を超えた分の電荷を画素11aから排出する機能を有している。こうして生成された電荷によって、被測定光を撮像したデータである2次元の画像データを得る。撮像素子11としては、好ましくはCCD等を用いることができる。
【0018】
調整手段12は、画素11aの蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードと、画素11aの蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードとを実現する。具体的には、調整手段12は、撮像素子11の露光時間を制御することにより、撮像素子11の受光量を調整する。そのために、調整手段12は、撮像素子11の露光時間を制御するための制御信号を生成して、この制御信号を撮像素子11へ出力する。撮像素子11では、制御信号に基づいて露光時間が調整される。
【0019】
ここで、高入力モードで撮像すると、画素11aは蓄積容量を超える電荷を生成する。本実施形態では、撮像素子11は蓄積容量を超えた分の電荷を排出する機能を有する。この機能は、例えばCCDに設けられたオーバーフロードレインにより実現される。これによって、蓄積容量を超えた画素11aから溢れた電荷が他の画素11aへ漏れ出すブルーミング等の不都合を防止する。
【0020】
画像処理部18は、第1画像メモリ13a、第2画像メモリ13b、及び合成手段14を備えている。
【0021】
第1画像メモリ13aは、調整手段12によって実現されるモードのうち、低入力モードでの画像データである第1画像データS1を入力し、記憶する記憶手段である。また、第2画像メモリ13bは、高入力モードでの画像データである第2画像データS2を入力し、記憶する記憶手段である。
【0022】
合成手段14は、第1画像メモリ13aから第1画像データS1を、第2画像メモリ13bから第2画像データS2をそれぞれ入力する。合成手段14は、これらの画像データから、被測定光の光量が大きい出射角度のデータとして第1画像データS1の一部を、光量が小さい出射角度のデータとして第2画像データS2の一部をそれぞれ用いるように各グラフを結合して1次元または2次元の合成画像データを生成する。
【0023】
図2(a)は、第1画像データS1の一例を模式的に示すグラフである。また、図2(b)は、第2画像データS2の一例を模式的に示すグラフである。これらのグラフは、画像データを1次元で表している。また、図2(a)及び図2(b)は、縦軸に光量、横軸に点光源16からの被測定光の出射角度を示している。
【0024】
また、図2(c)は、図2(a)及び図2(b)に示した画像データから生成した1次元の合成画像データの一例を模式的に示すグラフである。図2(c)は、縦軸に光量、横軸に点光源16からの被測定光の出射角度を示している。この図2(c)に示す合成画像データでは、点B3及び点B4の内側のデータ(グラフの実線部分)に図2(a)のデータを、点B3及びB4の外側のデータ(グラフの破線部分)に図2(b)のデータを用いている。ここで、点B3は図2(b)に示す点B1に対応している。また、点B4は図2(b)に示す点B2に対応している。点B1及びB2は、電荷の蓄積容量を超えた部分(図中C)と他の部分との境界点である。
【0025】
図3は、本発明による光測定方法の一実施形態を示すフローチャートである。この光測定方法は、上記した光測定装置1を用いて行うことができる。
【0026】
図3を用いて、上記した光測定装置1の動作を説明する。まず、被測定光を出射する点光源16から被測定光を出射させる(ステップS1)。次に、低入力モードとなるように、撮像条件を調整する(調整ステップ、S2)。そして、点光源16から出射された被測定光が、撮像素子11が有する複数の画素11aに入射され、複数の画素11a内部で電荷が生成される。こうして生成された電荷を各画素ごとに検出することによって第1画像データS1が生成される(撮像ステップ、S3)。第1画像データS1は、撮像素子11から画像処理部18へ出力される。第1画像データS1は第1画像メモリ13aに入力され、記憶される(記憶ステップ、S4)。
【0027】
次に、高入力モードとなるように、撮像条件を調整する(調整ステップ、S5)。そして、被測定光を再度撮像して第2画像データS2を生成する(撮像ステップ、S6)。第2画像データS2は、撮像素子11から画像処理部18へ出力される。第2画像データS2は第2画像メモリ13bに入力され、記憶される(記憶ステップ、S7)。
【0028】
第1画像データS1及び第2画像データS2から1次元強度分布を示すデータをそれぞれ生成する(ステップS8)。そして、それぞれの1次元強度分布を示すデータが合成手段14において1次元の合成画像データに合成される(合成ステップ、S9)。もしくは、2次元の第1画像データS1及び第2画像データS2から、2次元の合成画像データが生成される。
【0029】
第1実施形態による光測定装置及び光測定方法の効果について説明する。上記した光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が2次元状に配列された撮像素子を備えている。これによって点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で測定できる。
【0030】
また、露光時間のような撮像条件を調整することによって低入力モードと高入力モードとを実現している。低入力モードでは、画素の蓄積容量を超えないように撮像されるため、被測定光の強度分布のうち高レベル側、すなわち画素に対する入射光量が多い部分を好適に測定できる。また、高入力モードでは、画素の蓄積容量を超えるように撮像されるため、画素全体に対して入射光量が増加する。このとき、被測定光の強度分布のうち高レベル側では、入射光量の増加によって画素の蓄積容量を超えた電荷が発生し、この電荷から生成される画像データは正しい光量を示さない。一方、強度分布のうち低レベル側、すなわち画素に対する入射光量が少ない部分では、入射光量の増加によって電荷が増加する。これにより、低入力モードの測定だとS/N比が小さくなる低レベル側の部分を高入力モードにおいて精度よく測定できる。
【0031】
そして、低入力モードの画像データのうち高レベル側のデータと、高入力モードの画像データのうち低レベル側のデータとを結合して、1つの画像データに合成することにより、低入力モードのダイナミックレンジと高入力モードのダイナミックレンジとを合わせた広いダイナミックレンジの合成画像データが得られる。
【0032】
また、蓄積容量を超えた分の電荷を画素から排出する機能を撮像素子が有することによって、高入力モードでの撮像において画素から溢れた電荷が他の画素等へ漏れ出すといった現象を防ぐ。これによって、高入力モードにおいて蓄積容量を超えていない部分、すなわち被測定光の強度分布における低レベル側の部分を好適に撮像することができる。
【0033】
これにより、光測定装置及び光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。
【0034】
ハードウェア構成としては、画像処理部18は例えばパーソナルコンピュータ等を用いて構成される。図4は、画像処理部18の構成例を示すブロック図である。画像処理部18は、CPU181、バス182、RAM183、第1画像メモリ13a、第2画像メモリ13b、第3画像メモリ13c、ROM184、インターフェース137、138、及び185を備えている。CPU181、RAM183、第1画像メモリ13a、第2画像メモリ13b、第3画像メモリ13c、ROM184、インターフェース137、138、及び185は、それぞれバス182に電気的に接続されており、バス182を介して互いに情報を授受する。
【0035】
また、インターフェース185は、撮像部17と電気的に接続されており、画像データを入力する。画像処理部18は、低入力モード及び高入力モードでの画像データを記憶する記憶手段として、第1画像メモリ13a及び第2画像メモリ13bを備えている。なお、第3画像メモリ13cは入力モードの数などにより、必要に応じて備えるとよい。
【0036】
画像処理部18は、ROM184に予め記憶されているプログラムを読み込み、これを実行することによって図1に示した合成手段14を実現する。なお、RAM183は作業用メモリとしてCPU181に適宜用いられる。また、インターフェース137及び138それぞれは、ディスプレイ等の表示部15及びキーボード等の操作部19と電気的に接続される。表示部15及び操作部19は、必要に応じて用いるとよい。
【0037】
なお、特開平2001−169189号公報に、複数の異なるシャッタリング時間で撮影を行う撮影装置及び方法が記載されている。この撮影装置では、単位時間内に異なるシャッタリング時間で複数回の撮影を行うことにより、広いダイナミックレンジでの撮影を行っている。しかしながら、上記文献では、単位撮影を連続的に繰り返す高速撮影を前提としており、複数回の撮影に関しては一定の単位撮影時間が決められているため、各撮影でのダイナミックレンジや撮影の分解能などを充分に向上させることは難しい。
【0038】
これに対して、本発明による光測定装置及び光測定方法は、点光源から放射される被測定光の強度分布を測定対象とするとともに、被測定光を撮像する撮像素子として、蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する素子を用いている。そして、撮像される被測定光の強度分布のうちで光量の小さい低レベル側の撮像では、蓄積容量を超えるように撮像条件を調整した高入力モードを適用し、一方、光量の大きい高レベル側の撮像では、蓄積容量を超えないように撮像条件を調整した低入力モードを適用している。
【0039】
このように、測定対象となる個々の被測定光の強度分布に応じて撮像条件を設定した複数のモードを適用し、各モードによって得られた画像データを合成して合成画像データを生成することにより、各測定において、そのダイナミックレンジや測定の分解能などを充分に向上することが可能となる。
【0040】
図5は、本発明による光測定装置の第2実施形態の構成を示すブロック図である。また、図6は、図5に示した光測定装置2の模式図である。本実施形態による光測定装置2は、点光源である光ファイバ20の出射端201から出射される光を測定することにより、光ファイバ20の光学特性を評価する装置である。すなわち、光測定装置2は、測定対象である光ファイバ20の一端へ光源25から光を入射して、光ファイバ20の他端(出射端201)から出射される被測定光の遠視野像(ファー・フィールド・パターン)の強度分布を2次元で測定することにより、光ファイバ20のモードフィールド径及び有効コア断面積といった光学特性を求める。
【0041】
光測定装置2は、ファー・フィールド・パターン(FFP)光学系21、撮像部22、画像処理部23、表示部24、及び操作部26を備えている。図6を参照すると、撮像部22としてCCDカメラが用いられている。また、画像処理部23としてパーソナルコンピュータが、表示部24としてディスプレイが、操作部26としてキーボードが、それぞれ用いられている。
【0042】
撮像部22の光入射部227(図6に示す)には、FFP光学系21が取り付けられている。また、図5を参照すると、FFP光学系21はfθレンズ211を備えている。fθレンズ211は、光ファイバ20の出射端201から放射状に出射される被測定光からなる像を遠視野像に変換するためのレンズである。
【0043】
撮像部22は、撮像素子223、A/D変換器224、インターフェース225、及び露光制御部226を有している。撮像素子223は、複数の画素223aを有している。この撮像素子223及び画素223aの構成は上記した第1実施形態の撮像素子11及び画素11aの構成と同様であるため、説明を省略する。
【0044】
A/D変換器224は、撮像素子223から画像データを入力する。そして、A/D変換器224は、アナログ信号からなる画像データをディジタル信号へ変換する。こうして生成されたディジタル信号からなる画像データは、A/D変換器224からインターフェース225を介して画像処理部23へ出力される。
【0045】
露光制御部226は、撮像条件を調整するための調整手段である。露光制御部226は、撮像素子223の露光時間を制御することによって撮像素子223の受光量を調整する。露光制御部226は、撮像素子223の露光時間を指示するための信号である露光制御信号C1を画像処理部23から入力する。そして、露光制御部226は、露光制御信号C1に基づいて撮像素子223の露光時間を制御する。
【0046】
露光制御信号C1は、低入力モード及び高入力モードを実現するように撮像素子223の露光時間を指示する。本実施形態においては、高入力モードとして第1高入力モードと第2高入力モードとの2つのモードを設けている。第1高入力モードでは画素223aの蓄積容量を超えるように撮像するよう露光時間が調整される。第2高入力モードでは画素223aの蓄積容量を、第1高入力モードよりさらに超えるように撮像するよう露光時間が調整される。
【0047】
画像処理部23は、図4に示した画像処理部18のハードウェア構成と同様の構成を有している。そして、この構成によって、画像処理部23は第1画像メモリ232a、第2画像メモリ232b、第3画像メモリ232c、合成手段233、処理手段234、制御手段235、データ出力手段236、インターフェース231、237、及び238を有する。
【0048】
第1画像メモリ232aは、低入力モードでの2次元の画像データである第1画像データS1を入力し、記憶する記憶手段である。第2画像メモリ232bは、第1高入力モードでの2次元の画像データである第2画像データS2を入力し、記憶する記憶手段である。第3画像メモリ232cは、第2高入力モードでの2次元の画像データである第3画像データS3を入力し、記憶する記憶手段である。第1画像メモリ232a、第2画像メモリ232b、及び第3画像メモリ232cそれぞれは、インターフェース231と接続されている。そして、第1画像データS1、第2画像データS2、第3画像データS3それぞれを撮像部22からインターフェース231を介して入力し、記憶する。
【0049】
合成手段233は、第1画像データS1、第2画像データS2、及び第3画像データS3それぞれの一部を1つの画像データに合成して合成画像データを生成するための手段である。合成手段233は、第1画像メモリ232aから第1画像データS1を、第2画像メモリ232bから第2画像データS2を、第3画像メモリ232cから第3画像データS3をそれぞれ入力する。合成手段233は、これらの画像データから、被測定光の光量が大きい出射角度のデータとして第1画像データS1の一部を、光量が中程の出射角度のデータとして第2画像データS2の一部を、光量が小さい出射角度のデータとして第3画像データS3の一部をそれぞれ用いるように各画像データを結合して1次元、もしくは2次元の合成画像データを生成する。合成画像データの生成方法については後述する。
【0050】
処理手段234は、合成手段233から合成画像データを入力する。そして、処理手段234は、光ファイバ20の光学特性であるモードフィールド径及び実効断面積を合成画像データに基づいて算出する。そして、算出されたモードフィールド径及び実効断面積はデータ出力手段236へ送られ、データ出力手段236から光測定装置の外部へ出力される。
【0051】
表示部24は、低入力モードにおける画像データをモニタするためのモニタ手段である。表示部24は、第1画像メモリ232aからインターフェース237を介して第1画像データS1を入力する。そして、第1画像データS1を画面に表示する。
【0052】
操作部26は、測定者によって操作される。操作部26は、表示部24に表示されている第1画像データS1に基づいて、低入力モードにおける撮像素子223の露光時間を測定者が調整するための入力装置として用いられる。また、操作部26は、表示部24に表示されている第1画像データS1を合成画像データの生成に用いることを測定者が決定するための入力装置として用いられる。測定者は、画像メモリ232aに記憶されている第1画像データS1を表示部24によりモニタして、合成画像データに用いるか否かを決定する。合成画像データに用いない場合は、測定者が露光時間を操作部26から入力して低入力モードでの露光時間を再度調整する。また、合成画像データに用いる場合は、測定者が操作部26から第1画像データS1を決定するよう入力する。合成画像データに用いる第1画像データS1を決定する際には、被測定光の光量が最も大きい出射角度での光量の値が好適に測定されていること、すなわち撮像素子223の蓄積容量を超えていないことを判断の基準とする。なお、操作部26としては、マウスやキーボード等の入力装置を用いるとよい。
【0053】
制御手段235は、表示部24によるモニタ結果に基づいた、合成画像データの生成に用いる第1画像データS1の決定に応じて、露光制御部226による第1高入力モード及び第2高入力モードへの切り替え、撮像素子223による撮像、及び合成手段233による合成画像データの生成を制御するための手段である。
【0054】
制御手段235は、測定者が入力した低入力モードにおける露光時間を操作部26から入力する。そして、入力された露光時間で撮像素子223が撮像するように、露光制御信号C1をインターフェース231及びインターフェース225を介して露光制御部226へ送る。また、制御手段235は、操作部26から第1画像データS1を決定したことを示す信号を入力する。そして、制御手段235は、第1画像データS1に基づいて第1高入力モードにおける露光時間、及び第2高入力モードにおける露光時間を算出する。この、露光時間の算出方法については後述する。
【0055】
制御手段235は、算出した露光時間で撮像素子223が撮像するように、露光制御信号C1をインターフェース231、225を介して露光制御部226へ送る。また、制御手段235は、画像メモリ232b及び232cそれぞれに対して、第1高入力モードでの画像データである第2画像データS2、及び第2高入力モードでの画像データである第3画像データS3それぞれを入力して記憶するよう指示する。また、制御手段235は、第1画像データS1、第2画像データS2、及び第3画像データS3を合成するよう合成手段233へ指示する。また、制御手段235は、測定対象である光ファイバ20の光学特性を合成画像データに基づいて求めるよう処理手段234へ指示する。
【0056】
以上の構成において、光源25から出射した光が、光ファイバ20に入射する。入射した光は、光ファイバ20の内部を通って出射端201から被測定光として出射される。被測定光はfθレンズ211を備えるFFP光学系21に入射され、fθレンズ211によって遠視野像に変換される。
【0057】
遠視野像に変換された被測定光は、撮像素子223が有する複数の画素223aに入射される。そして、複数の画素223a内部で電荷が生成される。このとき、低入力モードとなるように露光時間が調整される(調整ステップ)。こうして生成された電荷を各画素ごとに検出することによって第1画像データS1が生成される(撮像ステップ)。第1画像データS1は、撮像素子223からA/D変換器224へ出力される。
【0058】
第1画像データS1は、A/D変換器224によってアナログ信号からディジタル信号へ変換される。そして、第1画像データS1はインターフェース225及びインターフェース231を介して第1画像メモリ232aに入力され、記憶される(記憶ステップ)。記憶された第1画像データS1は、インターフェース237を介して表示部24に表示される(モニタステップ)。
【0059】
第1画像データS1は表示部24において測定者にモニタされる。そして、合成画像データに用いることが不適であれば、測定者は操作部26により異なる露光時間を入力する。入力された露光時間はインターフェース238を介して制御手段235へ入力される。制御手段235は、この露光時間に基づいて露光制御信号C1を生成し、インターフェース231及び225を介して露光制御部226へ送る。露光制御部226は、露光制御信号C1に応じた露光時間となるよう調整する(調整ステップ)。そして、撮像素子223が撮像する。こうして、合成画像データに用いられる第1画像データS1が測定者によって決定されるまで、撮像を繰り返す。
【0060】
合成画像データに用いられる第1画像データS1が決定されると、測定者は決定した旨を操作部26へ入力する。操作部26は、第1画像データS1が決定されたことを示す信号を制御手段235へ送る。制御手段235は、第1画像データS1に基づいて、第1高入力モードに対応する露光時間を算出する。そして、制御手段235は、第1高入力モードに対応する露光時間で撮像素子223が撮像するよう露光制御信号C1により露光制御部226に指示する(制御ステップ)。
【0061】
露光制御部226は、露光制御信号C1に応じて露光時間を調整する(調整ステップ)。そして、撮像素子223が被測定光を撮像して第2画像データS2が生成される(撮像ステップ)。第2画像データS2は、A/D変換器224、インターフェース225、及びインターフェース231を介して、第2画像メモリ232bに記憶される(記憶ステップ)。
【0062】
さらに、制御手段235は、第1画像データS1に基づいて、第2高入力モードに対応する露光時間を算出する。そして、制御手段235は、第2高入力モードに対応する露光時間で撮像素子223が撮像するよう露光制御信号C1により露光制御部226に指示する(制御ステップ)。
【0063】
露光制御部226は、露光制御信号C1に応じて露光時間を調整する(調整ステップ)。そして、撮像素子223が被測定光を撮像して第3画像データS3が生成される(撮像ステップ)。第3画像データS3は、第3画像メモリ232cに記憶される(記憶ステップ)。
【0064】
制御手段235は、合成手段233に対して合成画像データを生成するよう指示する(制御ステップ)。また、制御手段235は、処理手段234に対して光学特性を算出するよう指示する。合成手段233は、第1画像データS1、第2画像データS2、及び第3画像データS3を1つの合成画像データに合成する(合成ステップ)。合成画像データは処理手段234に送られ、処理手段234は合成画像データに基づいて光ファイバ20のモードフィールド径及び実効断面積を算出する。算出されたモードフィールド径及び実効断面積は、データ出力手段236から光測定装置外部へ出力される。
【0065】
本実施形態による光測定装置及び光測定方法の効果について説明する。上記した光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が2次元状に配列された撮像素子を備えている。これによって点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で測定できる。
【0066】
また、露光時間を調整することによって低入力モード、第1高入力モード、及び第2高入力モードを実現している。第1高入力モードでは、画素の蓄積容量を超えるように撮像されるため、画素全体に対して入射光量が増加する。また、第2高入力モードでは、画素の蓄積容量をさらに超えるように撮像されるため、画素全体に対して入射光量がさらに増加する。これによって、第1高入力モードの測定では中レベルの部分を精度良く測定でき、第2高入力モードの測定では低レベル側の部分を精度良く測定できる。
【0067】
そして、低入力モードの画像データのうち高レベル側のデータと、第1高入力モードの画像データのうち中レベルのデータと、第2高入力モードの画像データのうち低レベル側のデータとを結合して、1つの画像データに合成することにより、低入力モードのダイナミックレンジと、第1高入力モードのダイナミックレンジと、第2高入力モードのダイナミックレンジとを合わせた広いダイナミックレンジの合成画像データが得られる。
【0068】
また、蓄積容量を超えた分の電荷を画素から排出する機能を撮像素子が有することによって、被測定光の強度分布における中レベル及び低レベル側の部分を好適に撮像することができる。
【0069】
以上のことから、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。
【0070】
また、光測定装置及び光測定方法は、本実施形態のように被測定光を遠視野像に変換するfθレンズを備えてもよい。これによって、光ファイバの出射端から出射される被測定光の、遠視野像の強度分布を測定することができる。光ファイバ等の光学特性を測定する場合、近視野像(ニア・フィールド・パターン)から算出する方法も考えられるが、フォーカスやビームの位置調整があるために光学特性を求める際に誤差が大きくなるという問題がある。これに対し、本実施形態では遠視野像の強度分布を測定することによって、光ファイバの光学特性を好適に求めることができる。なお、測定目的に応じて、遠視野像に限らず所定の視野における像を得るようなfθレンズを適宜用いるとよい。
【0071】
また、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、低入力モードにおける画像データをモニタするための表示部及びモニタステップを備えることが好ましい。これによって、合成画像データに用いる第1画像データを測定者が決定する際に、表示された第1画像データをモニタしながら効率的に選択・決定することができる。
【0072】
また、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、表示部によるモニタ結果に基づいた、合成画像データの生成に用いる第1画像データの決定に応じて、高入力モードへの切り替え、撮像、及び合成画像データの生成を制御する制御手段及び制御ステップを備えることが好ましい。これによって、第1画像データが決定された後の光測定装置及び光測定方法の動作を自動的に制御することができる。
【0073】
ここで、合成手段233における合成画像データの生成方法の一例について詳細に説明する。まず、2次元配列された画素223aにおいて撮像された2次元強度分布データである第1画像データS1、第2画像データS2、第3画像データS3それぞれから、2次元強度分布データの中心位置重心位置、或いはピーク位置を通る1次元強度分布データを取り出す。
【0074】
図7(a)は、2次元の第1画像データS1から取り出した1次元強度分布データの一例を示すグラフである。また、図7(b)、図7(c)それぞれは、第2画像データS2の1次元強度分布データ、第3画像データS3の1次元強度分布データのそれぞれ一例を示すグラフである。図7(a)〜図7(c)は、縦軸に光量(dB)、横軸に出射端201からの被測定光(ビーム)の広がり(任意単位)を示している。
【0075】
図7(b)に示す領域Fは、電荷の蓄積容量を超えた部分である。また、点D1及びD2は、領域Fと他の部分との境界点である。図7(a)の点D1a及びD2aは、ビームの広がりにおける図7(b)の点D1及びD2と同じ位置を示している。また、図7(c)に示す領域Gは、電荷の蓄積容量を超えた部分である。点E1及びE2は、領域Gと他の部分との境界点である。図7(a)の点E1a及びE2a、並びに図7(b)の点E1b及びE2bは、ビームの広がりにおける図7(c)のE1及びE2と同じ位置を示している。
【0076】
ここで、図7(c)に示す領域Gは、図7(b)に示す領域Fよりも広くなっている。これは、図7(c)に示す第3画像データS3は第2高入力モードで撮像されており、図7(b)に示す第2画像データS2は第1高入力モードで撮像されているためである。第2高入力モードでは第1高入力モードよりさらに電荷の蓄積容量を超えて撮像するため、第2高入力モードにおける領域Gは第1高入力モードにおける領域Fよりも広くなる。
【0077】
合成手段233は、これらの画像データから、被測定光の光量が大きい部分を好適に撮像している第1画像データS1の点D1a及びD2aの内側のデータを用いる。また、光量が中程の部分を好適に撮像している第2画像データS2の点D1とE1bとの間、及び点D2と点E2bとの間のデータを用いる。また、光量が小さい部分を好適に撮像している第3画像データS3の点E1及びE2の外側のデータを用いる。そして、各データそれぞれの1次元強度分布データを結合して合成画像データを生成する。あるいは、これと同様の方法により、2次元の第1画像データS1ないし第3画像データS3から、2次元の合成画像データを生成する。
【0078】
なお、境界点は、例えば以下の例1〜例3の方法により定めるとよい。例1は、第2画像データ及び第3画像データの1次元強度分布の微分値を算出し、その微分値の極大位置及び極小位置を境界点とする方法である。例2は、第2画像データ及び第3画像データの1次元強度分布において、強度分布が飽和している範囲において強度の最大値を持つ点群の平均値を取り、その平均値と、平均値を下回る強度との境界を境界点とする方法である。例3は、第2画像データ及び第3画像データの1次元強度分布を規格化し、その頂点部と頂点部より下方に外れた部分との境界を境界点とする方法である。
【0079】
図8は、図7(a)〜図7(c)に示した画像データから生成した1次元の合成画像データの一例を示すグラフである。図8は、縦軸に光量(dB)、横軸に出射端201からの被測定光(ビーム)の広がり(任意単位)を示している。この図8に示すグラフでは、点D3及びD4それぞれは図7(b)に示す点D1及びD2それぞれに対応している。また、点E3及びE4それぞれは図7(b)に示す点E1及びE2それぞれに対応している。そして、点D3及び点D4の内側のデータに図7(a)のデータを、点D3と点E3との間、及び点D4と点E4との間のデータに図7(b)のデータを、点E3及び点E4の外側のデータに図7(c)のデータを用いている。
【0080】
光測定装置が撮像素子の蓄積容量を超えるように撮像するモードを備えない場合、得られる画像データは図7(a)に示したグラフのようになる。図7(a)に示したグラフでは、被測定光の光量が大きな部分(例えば点D1a及びD2aの内側)では精度よく測定されているが、被測定光の光量が小さな部分(例えば点E1a及びE2aの外側)ではS/N比が小さくなってノイズ成分が支配的となり、強度分布の値を読みとることができない。これに対し、本実施形態による光測定装置及び光測定方法によれば、図8に示したように被測定光の光量が小さな部分でもS/N比良く測定できており、強度分布の値を好適に読みとることができる。
【0081】
また、本実施形態では低入力モード、第1高入力モード、及び第2高入力モードといった3つのモードを設定しているが、モードの数についてはこれに限るものではない。モードの数については、例えば露光時間とあわせて以下の方法により求めるとよい。すなわち、(a)ダイナミックレンジAを有する撮像装置の画素が蓄積容量を超えない範囲で光強度が最大となる画像を取得するための露光時間t1を決定する。次に、(b)画素の蓄積容量を一部超える範囲で画像を取得するための露光時間t2を次の数式(1)
10Log(t2/t1)<A・・・(1)
を満たす範囲で決定する。このとき、数式(1)の左辺の値を右辺の値の約80%以内にすると実用的なt2が求まる。
【0082】
そして、(c)S/N比などの目標を達成するために必要なダイナミックレンジをBとすると、モードの数Cは次の数式(2)
C>(B−A)/{10Log(t2/t1)}+1・・・(2)
を満たす整数を決定する。(d)数式(1)及び数式(2)を満たすモードの数Cを決定したら、露光時間t2、・・・、tCはほぼ以下の数式(3)
10Log(t2/t1)≒10Log(t3/t2)≒・・・≒10Log(tC/t(C-1))≒(B−A)/C・・・(3)
を満たすように決める。
【0083】
例えば、A=25dB、B=50dB、t1=1msecとすると、数式(2)よりC>2であるからモードの数は3、すなわち低入力モード、第1高入力モード、及び第2高入力モードとなり、数式(3)は
10Log(t2/t1)≒10Log(t3/t2)≒(50−25)/3
となるので、露光時間t2、t3を
t2=6.8t1、t3=6.8t2
のように決定する。
【0084】
図9は、本発明による光測定装置の第3実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による光測定装置3は、測定対象である光ファイバ30の一端へ光源35から光を入射して、点光源である光ファイバ30の出射端301から出射される被測定光を測定することにより、光ファイバ30の光学特性を評価する装置である。
【0085】
光測定装置3は、ファー・フィールド・パターン(FFP)光学系31、撮像素子32、画像処理部33、表示部34、操作部36、及び減光フィルタ37を備えている。撮像素子32は、複数の画素32aを有している。撮像素子32及び画素32aの構成は図1に示した撮像素子11及び画素11aと同様の構成を有するため、説明を省略する。また、FFP光学系31は図5に示したFFP光学系21と同様の構成を有するため、説明を省略する。
【0086】
減光フィルタ37は、撮像素子32の撮像条件を調整するための調整手段である。減光フィルタ37は、その光透過率に応じて被測定光を減光することにより、撮像素子32の受光量を調整する。減光フィルタ37は、撮像素子32の受光量を調整することによって、低入力モード、第1高入力モード、及び第2高入力モードを実現する。減光フィルタ37は受光量を調整するために透過率の異なる所定数のフィルタを有しており、これらを適宜切り替えることによって撮像素子32の受光量が選択される。そして、減光フィルタ37は、減光した被測定光をFFP光学系31へ出力する。
【0087】
画像処理部33は、図4に示した画像処理部18のハードウェア構成と同様の構成を有している。この構成によって、画像処理部33はA/D変換器331、第1画像メモリ332a、第2画像メモリ332b、第3画像メモリ332c、合成手段333、処理手段334、制御手段335、データ出力手段336、インターフェース337、及び338を有する。これらのうち、合成手段333、処理手段334、データ出力手段336、インターフェース337、及び338は、図5に示した第2実施形態と同様の構成を有する。
【0088】
A/D変換器331は、画像データをアナログ信号からディジタル信号へ変換するための手段である。A/D変換器331は、撮像素子32から画像データを入力する。そして、A/D変換器331は、アナログ信号からなる画像データをディジタル信号へ変換して、第1画像データS1を第1画像メモリ332aへ、第2画像データS2を第2画像メモリ332bへ、第3画像データS3を第3画像メモリ332cへ、それぞれ出力する。
【0089】
第1画像メモリ332aないし第3画像メモリ332cは、第1画像データS1ないし第3画像データS3を入力し、記憶する記憶手段である。第1画像メモリ332aないし第3画像メモリ332cそれぞれは、A/D変換器331と接続されている。そして、第1画像データS1、第2画像データS2、第3画像データS3それぞれをA/D変換器331から入力し、記憶する。
【0090】
表示部34は、低入力モード、第1高入力モード、及び第2高入力モードそれぞれにおける画像データをモニタするためのモニタ手段である。表示部24は、第1画像メモリ332aないし第3画像メモリ332cからインターフェース337を介して第1画像データS1ないし第3画像データS3を入力する。そして、これらの画像データを画面に表示する。
【0091】
操作部36は、測定者によって操作される。操作部36は、表示部34に表示されている画像データに基づいて、合成画像データの生成に用いる画像データを測定者が決定するための入力装置として用いられる。測定者は、画像メモリ332aないし画像メモリ332cに記憶されている第1画像データS1ないし第3画像データS3を表示部34によりモニタして、合成画像データに用いるか否かを決定する。合成画像データに用いない場合は、測定者が減光フィルタ37を選択して撮像素子32の受光量を調整する。また、合成画像データに用いる場合は、測定者が操作部36から画像データを決定するよう入力する。
【0092】
制御手段335は、表示部34によりモニタされ、合成画像データの生成に用いることが決定された画像データに基づいて、合成手段333による合成画像データの生成を制御するための手段である。制御手段335は、操作部36から合成画像データの生成に用いる画像データを決定したことを示す信号を入力する。そして、制御手段335は、第1画像データS1、第2画像データS2、及び第3画像データS3を合成するよう合成手段333へ指示する。また、制御手段335は、測定対象である光ファイバ30の光学特性を合成画像データに基づいて求めるよう処理手段334へ指示する。
【0093】
以上の構成において、光源35から出射した光が、光ファイバ30に入射する。入射した光は、光ファイバ30の内部を通って出射端301から被測定光として出射される。被測定光は減光フィルタ37によって減光される(調整ステップ)。そして、減光された被測定光はfθレンズ311を備えるFFP光学系31に入射され、fθレンズ311によって遠視野像に変換される。
【0094】
遠視野像に変換された被測定光は、撮像素子32に入射される。そして、複数の画素32a内部で電荷が生成される。生成された電荷を各画素ごとに検出することによって第1画像データS1が生成される(撮像ステップ)。第1画像データS1は、撮像素子32から画像処理部33のA/D変換器331へ出力される。
【0095】
第1画像データS1は、A/D変換器331によってアナログ信号からディジタル信号へ変換される。そして、第1画像データS1は第1画像メモリ332aに入力され、記憶される(記憶ステップ)。記憶された第1画像データS1は、インターフェース337を介して表示部34に表示される(モニタステップ)。
【0096】
第1画像データS1は表示部34において測定者にモニタされる。そして、合成画像データに用いることが不適であれば、減光フィルタ37において異なる透過率が選択される(調整ステップ)。そして、撮像素子32が再度撮像する。こうして、合成画像データに用いられる第1画像データS1が測定者によって決定されるまで、撮像を繰り返す。
【0097】
合成画像データに用いられる第1画像データS1が決定されると、減光フィルタ37の透過率が第1高入力モードに適するように選択される(調整ステップ)。そして、撮像部32が撮像する。こうして生成された第2画像データS2は第1画像データS1と同様に測定者にモニタされる。そして、合成画像データに用いるのに適した第2画像データS2が得られるまで、減光フィルタ37における透過率の選択と撮像素子32における撮像とが繰り返される。
【0098】
合成画像データに用いられる第2画像データS2が決定されると、減光フィルタ37の透過率が第2高入力モードに適するように選択される(調整ステップ)。そして、合成画像データに用いる第3画像データS3が、第2画像データS2と同様に決定される。
【0099】
制御手段335は、合成手段333に対して合成画像データを生成するよう指示する。また、制御手段335は、処理手段334に対して光学特性を算出するよう指示する。合成手段333は、第1画像データS1ないし第3画像データS3を1つの合成画像データに合成する(合成ステップ)。合成画像データは処理手段334に送られ、処理手段334は合成画像データに基づいて光ファイバ30のモードフィールド径及び実効断面積を算出する。算出されたモードフィールド径及び実効断面積は、データ出力手段336から光測定装置外部へ出力される。
【0100】
本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が2次元状に配列された撮像素子を備えている。これによって点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で測定できる。また、光測定装置及び光測定方法は、撮像素子へ入射する光量を調整するための減光フィルタを備えている。そして、減光フィルタの透過率を選択することによって低入力モード、第1高入力モード、及び第2高入力モードを実現している。
【0101】
そして、低入力モードの画像データのうち高レベル側のデータと、第1高入力モードの画像データのうち中レベルのデータと、第2高入力モードの画像データのうち低レベル側のデータとを結合して、1つの画像データに合成することにより、広いダイナミックレンジの合成画像データが得られる。
【0102】
また、蓄積容量を超えた分の電荷を画素から排出する機能を撮像素子が有することによって、被測定光の強度分布における中レベル及び低レベル側の部分を好適に撮像することができる。
【0103】
以上のことから、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。
【0104】
図10は、本発明による光測定装置の第4実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による光測定装置4は、測定対象である光ファイバ40の一端へ光源45から光を入射して、点光源である光ファイバ40の出射端401から出射される被測定光を測定することにより、光ファイバ40の光学特性を評価する装置である。
【0105】
光測定装置4は、ファー・フィールド・パターン(FFP)光学系41、撮像素子42、画像処理部43、表示部44、操作部46、及び光出力制御部47を備えている。撮像素子42は、複数の画素42aを有している。撮像素子42及び画素42aの構成は図1に示した撮像素子11及び画素11aと同様の構成を有する。また、FFP光学系41及び表示部44は図5に示したFFP光学系21及び表示部24と同様の構成を有する。
【0106】
光出力制御部47は、撮像素子42の撮像条件を調整するための調整手段である。光出力制御部47は、光源45の光量を調整することにより、撮像素子42の受光量を調整する。光出力制御部47は、撮像素子42の受光量を調整することによって、低入力モード、第1高入力モード、及び第2高入力モードを実現する。光出力制御部47は光源45の光量を指示するための光量制御信号C2を受け、この光量制御信号C2に応じた光量になるよう調整する。
【0107】
画像処理部43は、図4に示した画像処理部18のハードウェア構成と同様の構成を有している。この構成によって、画像処理部43はA/D変換器431、第1画像メモリ432a、第2画像メモリ432b、第3画像メモリ432c、合成手段433、処理手段434、制御手段435、データ出力手段436、インターフェース437、438、及び439を有する。これらのうち、制御手段435及びインターフェース439以外の構成は、図9に示した第3実施形態と同様の構成を有する。
【0108】
操作部46は、測定者によって操作される。操作部46は、表示部44に表示されている第1画像データS1に基づいて、低入力モードにおける光源45の光量を測定者が調整するための入力装置として用いられる。また、操作部46は、表示部44に表示されている第1画像データS1を合成画像データの生成に用いることを測定者が決定するための入力装置として用いられる。測定者は、第1画像データS1を表示部44によりモニタして、合成画像データに用いるか否かを決定する。合成画像データに用いない場合は、測定者が光源45の光量を操作部46から入力して低入力モードでの光量を再度調整する。また、合成画像データに用いる場合は、測定者が操作部46から第1画像データS1を決定するよう入力する。
【0109】
制御手段435は、表示部44によりモニタされ、合成画像データの生成に用いることが決定された第1画像データS1に基づいて、光出力制御部47による第1高入力モード及び第2高入力モードへの切り替え、撮像素子42による撮像、及び合成手段433による合成画像データの生成を制御するための手段である。
【0110】
制御手段435は、測定者が入力した低入力モードにおける光源45の光量を操作部46から入力する。そして、入力された光量で光源45が発光するように、光量制御信号C2をインターフェース439を介して光出力制御部47へ送る。また、制御手段435は、操作部46から第1画像データS1を決定したことを示す信号を入力する。そして、制御手段435は、第1画像データS1に基づいて第1高入力モードにおける光源45の光量、及び第2高入力モードにおける光源45の光量を算出する。
【0111】
制御手段435は、算出した光量で光源45が発光するように、光量制御信号C2をインターフェース439を介して光出力制御部47へ送る。また、制御手段435は、画像メモリ432b及び432cそれぞれに対して、第2画像データS2及び第3画像データS3それぞれを入力して記憶するよう指示する。また、制御手段435は、第1画像データS1、第2画像データS2、及び第3画像データS3を合成するよう合成手段433へ指示する。また、制御手段435は、測定対象である光ファイバ40の光学特性を合成画像データに基づいて求めるよう処理手段434へ指示する。
【0112】
以上の構成において、光出力制御部47が光源45の光量を調整する(調整ステップ)。そして、光源45から出射した光が、光ファイバ40に入射する。入射した光は、光ファイバ40の内部を通って出射端401から被測定光として出射される。被測定光はfθレンズ411を備えるFFP光学系41に入射され、fθレンズ411によって遠視野像に変換される。
【0113】
遠視野像に変換された被測定光は、撮像素子42に入射される。そして、複数の画素42a内部で電荷が生成される。生成された電荷を各画素ごとに検出することによって第1画像データS1が生成される(撮像ステップ)。第1画像データS1は、撮像素子42から画像処理部43のA/D変換器431へ出力される。
【0114】
第1画像データS1は、A/D変換器431によってアナログ信号からディジタル信号へ変換される。そして、第1画像データS1は第1画像メモリ432aに入力され、記憶される(記憶ステップ)。記憶された第1画像データS1は、インターフェース437を介して表示部44に表示される(モニタステップ)。
【0115】
第1画像データS1は表示部44において測定者にモニタされる。そして、合成画像データに用いることが不適であれば、測定者は操作部46により異なる光量を入力する。入力された光量はインターフェース438を介して制御手段435へ入力される。制御手段435は、入力された光量に基づいて光量制御信号C2を生成し、インターフェース439を介して光出力制御部47へ送る。光出力制御部47は、光量制御信号C2に応じた光量となるよう光源45の光量を調整する(調整ステップ)。そして、撮像素子42が撮像する。こうして、合成画像データに用いられる第1画像データS1が測定者によって決定されるまで、撮像を繰り返す。
【0116】
合成画像データに用いられる第1画像データS1が決定されると、測定者は決定した旨を操作部46へ入力する。操作部46は、第1画像データS1が決定されたことを示す信号を制御手段435へ送る。制御手段435は、第1画像データS1に基づいて、第1高入力モードに対応する光源45の光量を算出する。そして、制御手段435は、第1高入力モードに対応する光量で光源45が発光するよう光量制御信号C2により光出力制御部47に指示する(制御ステップ)。
【0117】
光出力制御部47は、光量制御信号C2に応じて光源45の光量を調整する(調整ステップ)。そして、撮像素子42が被測定光を撮像して第2画像データS2が生成される(撮像ステップ)。第2画像データS2は、A/D変換器431を介して、第2画像メモリ432bに記憶される(記憶ステップ)。
【0118】
さらに、制御手段435は、第1画像データS1に基づいて、第2高入力モードに対応する光源45の光量を算出する。そして、制御手段435は、第2高入力モードに対応する光量で光源45が発光するよう光量制御信号C2により光出力制御部47に指示する(制御ステップ)。
【0119】
光出力制御部47は、光量制御信号C2に応じて光源45の光量を調整する(調整ステップ)。そして、撮像素子42が被測定光を撮像して第3画像データS3が生成される(撮像ステップ)。第3画像データS3は、第3画像メモリ432cに記憶される(記憶ステップ)。
【0120】
制御手段435は、合成手段433に対して合成画像データを生成するよう指示する(制御ステップ)。また、制御手段435は、処理手段434に対して光学特性を算出するよう指示する。合成手段433は、第1画像データS1、第2画像データS2、及び第3画像データS3を1つの合成画像データに合成する(合成ステップ)。合成画像データは処理手段434に送られ、処理手段434は合成画像データに基づいて光ファイバ40のモードフィールド径及び実効断面積を算出する。算出されたモードフィールド径及び実効断面積は、データ出力手段436から光測定装置外部へ出力される。
【0121】
本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が2次元状に配列された撮像素子を備えている。これによって点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で測定できる。また、光測定装置及び光測定方法は、光源が出射する光の光量を調整するための光出力制御部を備えている。そして、光源45の光量を調整することによって低入力モード、第1高入力モード、及び第2高入力モードを実現している。そして、これらのモードにおける画像データを結合して、1つの画像データに合成している。
【0122】
また、蓄積容量を超えた分の電荷を画素から排出する機能を撮像素子が有することによって、被測定光の強度分布における中レベル及び低レベル側の部分を好適に撮像することができる。
【0123】
以上のことから、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。
【0124】
図11は、本発明による光測定装置の第5実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による光測定装置5は、測定対象である光ファイバ50の一端へ光源55から光を入射して、点光源である光ファイバ50の出射端501から出射される被測定光を測定することにより、光ファイバ50の光学特性を評価する装置である。この光測定装置5は、上記した各実施形態が備えていたFFP光学系を備えず、所定の視野における像を画像処理部53によって生成する。
【0125】
光測定装置5は、撮像部52、画像処理部53、表示部54、及び操作部56を備えている。撮像部52は、複数の画素52aを有する。これらのうち、撮像部52、画素52a、表示部54、及び操作部56の構成は図5に示した撮像部22、表示部24、及び操作部26と同様である。
【0126】
画像処理部53は、図4に示した画像処理部18のハードウェア構成と同様の構成を有している。この構成によって、画像処理部53は第1画像メモリ532a、第2画像メモリ532b、第3画像メモリ532c、合成手段533、処理手段534、制御手段535、データ出力手段536、補正手段539、インターフェース531、537、及び538を有する。これらのうち、第1画像メモリ532a、第2画像メモリ532b、第3画像メモリ532c、及び補正手段539を除く構成は図5に示した画像処理部23の構成と同様である。
【0127】
補正手段539は、画像データを遠視野における画像データに補正するための手段である。補正手段539は、第1画像データS1、第2画像データS2、及び第3画像データS3を撮像装置52からインターフェース531を介して入力する。そして、各画像データを、遠視野における画像データになるよう補正する。補正手段539は、補正した第1画像データS1を第1画像メモリ532aへ、補正した第2画像データS2を第2画像メモリ532bへ、補正した第3画像データS3を第3画像メモリ532cへそれぞれ送る。
【0128】
第1画像メモリ532aは、遠視野像に補正された第1画像データS1を入力し、記憶する記憶手段である。第2画像メモリ532bは、遠視野像に補正された第2画像データS2を入力し、記憶する記憶手段である。第3画像メモリ532cは、遠視野像に補正された第3画像データS3を入力し、記憶する記憶手段である。第1画像メモリ532a、第2画像メモリ532b、及び第3画像メモリ532cそれぞれは、補正手段539と接続されている。そして、補正後の第1画像データS1、第2画像データS2、及び第3画像データS3それぞれを補正手段539から入力し、記憶する。
【0129】
以上の構成において、光源55から出射した光が、光ファイバ50に入射する。入射した光は、光ファイバ50の内部を通って出射端501から被測定光として出射される。被測定光は、撮像素子523が有する複数の画素523aに入射される。このとき、低入力モードとなるように露光時間が調整される(調整ステップ)。そして、撮像素子523において第1画像データS1が生成され(撮像ステップ)、第1画像データS1がA/D変換器524、インターフェース525、及び531を介して補正手段539へ入力される。
【0130】
第1画像データS1は、補正手段539において遠視野における画像データに補正される(補正ステップ)。そして、補正された第1画像データS1が第1画像メモリ532aに入力され、記憶される(記憶ステップ)。記憶された第1画像データS1は、インターフェース537を介して表示部54に表示される(モニタステップ)。
【0131】
第1画像データS1は表示部54において測定者にモニタされる。そして、合成画像データに用いる第1画像データS1が決定されるまで、露光時間の調整と撮像とが繰り返される。合成画像データに用いられる第1画像データS1が決定されると、測定者は決定した旨を操作部56へ入力する。操作部56は、第1画像データS1が決定されたことを示す信号を制御手段535へ送る。制御手段535は、第1画像データS1に基づいて第1高入力モードに対応する露光時間を算出し、露光制御信号C1により露光制御部526に露光時間を指示する(制御ステップ)。
【0132】
露光制御部526は、露光制御信号C1に応じて露光時間を調整する(調整ステップ)。そして、撮像素子523が被測定光を撮像して第2画像データS2が生成される(撮像ステップ)。第2画像データS2は、A/D変換器524、インターフェース525、及びインターフェース531を介して、補正手段539へ入力される。第2画像データS2は、補正手段539において遠視野における画像データに補正される(補正ステップ)。そして、補正された第2画像データS2が第2画像メモリ532bに入力され、記憶される(記憶ステップ)。
【0133】
さらに、制御手段535は、第1画像データS1に基づいて第2高入力モードに対応する露光時間を算出し、露光制御信号C1により露光制御部526に露光時間を指示する(制御ステップ)。露光制御部526は、露光制御信号C1に応じて露光時間を調整する(調整ステップ)。そして、撮像素子523が被測定光を撮像して第3画像データS3が生成される(撮像ステップ)。第3画像データS3は、補正手段539によって遠視野における画像データに補正され(補正ステップ)、第3画像メモリ532cに記憶される(記憶ステップ)。
【0134】
制御手段535は、合成手段533に対して合成画像データを生成するよう指示する(制御ステップ)。また、制御手段535は、処理手段534に対して光学特性を算出するよう指示する。合成手段533は、第1画像データS1、第2画像データS2、及び第3画像データS3を1つの合成画像データに合成する(合成ステップ)。合成画像データは処理手段534に送られ、処理手段534は合成画像データに基づいて光ファイバ50のモードフィールド径及び実効断面積を算出する。算出されたモードフィールド径及び実効断面積は、データ出力手段536から光測定装置外部へ出力される。
【0135】
本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、複数の画素が2次元状に配列された撮像素子を備えている。これによって光ファイバの出射端から出射される被測定光の強度分布を2次元で測定できる。また、光測定装置及び光測定方法は、撮像素子の露光時間を調整することによって低入力モード、第1高入力モード、及び第2高入力モードを実現している。そして、これらのモードにおける画像データを結合して、1つの画像データに合成している。
【0136】
また、蓄積容量を超えた分の電荷を画素から排出する機能を撮像素子が有することによって、被測定光の強度分布における中レベル及び低レベル側の部分を好適に撮像することができる。
【0137】
以上のことから、本実施形態による光測定装置及び光測定方法は、点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。
【0138】
また、第2〜第4実施形態では遠視野像を得るためにfθレンズを備えている。光測定装置及び光測定方法は、本実施形態のように画像処理部において画像データを遠視野におけるデータに補正することによっても同様の効果を得ることができる。これによって、光ファイバの出射端から出射される被測定光の、遠視野像の強度分布を測定することができる。なお、fθレンズの場合と同様に、補正は遠視野に限らず、所定の視野における画像データを得るように測定目的に応じて適宜行うとよい。
【0139】
本発明による光測定装置及び光測定方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、第1実施形態では、低入力モードと高入力モードという2つのモードを設定している。また、第2実施形態ないし第5実施形態では、低入力モード、第1高入力モード、及び第2高入力モードという3つの入力モードを設定している。光測定装置及び光測定方法では、入力モードの数はこれらに限らず、例えば第2実施形態で説明した入力モードの数の求め方などを用いて任意の入力モード数を設定するとよい。
【0140】
また、上記した各実施形態では、まず低入力モードの測定を行い、次いで高入力モードの測定を行っている。モードの順序はこれに限定されるものではなく、高入力モードの測定を行ってから低入力モードの測定を行ってもよい。この際、合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、高入力モードにおける画像データをモニタ手段によってモニタするとよい。
【0141】
また、各実施形態においては、合成画像データに用いる第1画像データをモニタし、決定する作業を測定者が行っている。光測定装置及び光測定方法は、表示部及び操作部に代えて、第1画像データをモニタし、合成画像データに用いる第1画像データを自動的に決定するような手段を画像処理部の内部に備えても良い。これによって、光測定装置及び光測定方法の全ての動作を自動的に行うことが可能になる。
【0142】
また、撮像素子に入射する光量を調整するための調整手段として、第2実施形態及び第5実施形態では露光制御部を、第3実施形態では減光フィルタを、第4実施形態では光出力制御部を備えている。光測定装置及び光測定方法は、これらの調整手段を複数あわせて備えてもよい。例えば、ある範囲内で露光時間を調整できる露光制御部と、露光時間調整による光量の調整よりも光量の変動が大きな減光フィルタとをあわせて備えることにより、さらに広レンジで光量の調整が可能となる。
【0143】
【発明の効果】
本発明による光測定装置及び光測定方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、点光源から出射される被測定光の強度分布を2次元で、かつ広いダイナミックレンジで測定することができる。また、蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子を用いることにより、高入力モードを好適に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光測定装置の第1実施形態を示すブロック図である。
【図2】(a)第1画像データS1の一例を模式的に示すグラフである。(b)第2画像データS2の一例を模式的に示すグラフである。(c)1次元の合成画像データの一例を模式的に示すグラフである。
【図3】本発明による光測定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図4】第1実施形態における画像処理部の構成例を示すブロック図である。
【図5】本発明による光測定装置の第2実施形態の構成を示すブロック図である。
【図6】図5に示した光測定装置の模式図である。
【図7】(a)2次元の第1画像データS1(b)2次元の第2画像データS2(c)2次元の第3画像データS3からそれぞれ取り出した1次元強度分布データの一例を示すグラフである。
【図8】図7(a)〜図7(c)に示した画像データから生成した1次元の合成画像データの一例を示すグラフである。
【図9】本発明による光測定装置の第3実施形態の構成を示すブロック図である。
【図10】本発明による光測定装置の第4実施形態の構成を示すブロック図である。
【図11】本発明による光測定装置の第5実施形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1…光測定装置、11…撮像素子、11a…画素、12…調整手段、13a…第1画像メモリ、13b…第2画像メモリ、14…合成手段、16…光源、17…撮像部、18…画像処理部。
Claims (9)
- 点光源から出射される被測定光の強度分布を測定する光測定装置であって、
複数の画素が2次元状に配列されて前記被測定光を撮像するとともに、前記複数の画素のそれぞれについて蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子と、
前記撮像素子の前記蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードと、前記撮像素子の前記蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードとを実現する調整手段と、
前記撮像素子によって撮像された、前記低入力モード及び前記高入力モードにおける画像データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記低入力モードにおける画像データの一部と、前記高入力モードにおける画像データの一部とを1つの画像データに合成して合成画像データを生成する合成手段と、
前記合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、前記低入力モードにおける画像データを表示するモニタ手段と、
前記調整手段による前記低入力モードまたは前記高入力モードの切り替え、前記撮像素子による撮像、及び前記合成手段による前記合成画像データの生成を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記調整手段に前記低入力モードを実現させて、前記撮像素子が前記被測定光を撮像して得られた画像データを前記記憶手段が記憶したのち、前記合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために前記モニタ手段が前記低入力モードにおける画像データを表示した際に該表示に基づいて決定される、前記合成画像データの生成に用いる画像データから、前記高入力モードに対応する露光時間を決定して前記調整手段に前記高入力モードを実現させ、前記撮像素子が前記被測定光を再び撮像して得られた画像データを前記記憶手段に記憶させ、前記合成手段に前記合成画像データを生成させる
ことを特徴とする光測定装置。 - 前記撮像素子によって撮像される前記被測定光を、所定の視野における光像に変換して前記撮像素子へと入射するfθレンズをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光測定装置。
- 前記撮像素子によって撮像された前記画像データを、所定の視野における画像データに補正する補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光測定装置。
- 点光源から出射される被測定光の強度分布を測定する光測定方法であって、
複数の画素が2次元状に配列されるとともに、前記複数の画素のそれぞれについて蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子の前記蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードを実現する第1の調整ステップと、
前記撮像素子を用いて前記被測定光を撮像する第1の撮像ステップと、
前記撮像素子によって撮像された、前記低入力モードにおける画像データを記憶する第1の記憶ステップと、
合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、前記低入力モードにおける画像データをモニタするモニタステップと、
前記モニタステップにおけるモニタ結果に基づいた、前記合成画像データの生成に用いる画像データから、前記撮像素子の前記蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードに対応する露光時間を決定し、前記高入力モードを実現する第2の調整ステップと、
前記撮像素子を用いて前記被測定光を撮像する第2の撮像ステップと、
前記撮像素子によって撮像された、前記高入力モードにおける画像データを記憶する第2の記憶ステップと、
前記第1の記憶ステップにおいて記憶された前記低入力モードにおける画像データの一部と、前記第2の記憶ステップにおいて記憶された前記高入力モードにおける画像データの一部とを1つの画像データに合成して前記合成画像データを生成する合成ステップと
を備えることを特徴とする光測定方法。 - 前記第1及び第2の調整ステップにおける前記低入力モードまたは前記高入力モードの切り替え、前記第1及び第2の撮像ステップにおける撮像、及び前記合成ステップにおける前記合成画像データの生成を制御する制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の光測定方法。
- 点光源から出射される被測定光の強度分布を測定する光測定方法であって、
複数の画素が2次元状に配列されるとともに、前記複数の画素のそれぞれについて蓄積容量を超えた電荷を排出する機能を有する撮像素子の前記蓄積容量を超えない撮像条件で撮像する低入力モードに対応する減光フィルタを選択する第1の調整ステップと、
前記撮像素子を用いて前記被測定光を撮像する第1の撮像ステップと、
前記撮像素子によって撮像された、前記低入力モードにおける画像データを記憶する第1の記憶ステップと、
合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、前記低入力モードにおける画像データをモニタする第1のモニタステップと、
前記第1のモニタステップにおけるモニタ結果に基づいた、前記合成画像データの生成に用いる画像データを参照して、前記撮像素子の前記蓄積容量を超える撮像条件で撮像する高入力モードに対応する減光フィルタを選択する第2の調整ステップと、
前記撮像素子を用いて前記被測定光を撮像する第2の撮像ステップと、
前記撮像素子によって撮像された、前記高入力モードにおける画像データを記憶する第2の記憶ステップと、
合成画像データの生成に用いる画像データを決定するために、前記高入力モードにおける画像データをモニタする第2のモニタステップと、
前記第1の記憶ステップにおいて記憶された前記低入力モードにおける画像データの一部と、前記第2の記憶ステップにおいて記憶された前記高入力モードにおける画像データの一部とを1つの画像データに合成して前記合成画像データを生成する合成ステップと
を備えることを特徴とする光測定方法。 - 前記第1及び第2の撮像ステップにおける撮像、及び前記合成ステップにおける前記合成画像データの生成を制御する制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の光測定方法。
- 前記撮像素子によって撮像される前記被測定光を、所定の視野における光像に変換して前記撮像素子へと入射するfθレンズをさらに用いることを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の光測定方法。
- 前記撮像ステップにおいて撮像された前記画像データを、所定の視野における画像データに補正する補正ステップをさらに備えることを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の光測定方法。
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