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公開番号2025030070
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023135052
出願日2023-08-22
発明の名称光学計測装置
出願人日本放送協会
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類G01J 1/02 20060101AFI20250228BHJP(測定;試験)
要約【課題】光学素子からの出力光の時間的変化を高精度に、また、回折光のような遠視野像をノイズに影響されずに計測することができる光学計測装置を提供する。
【解決手段】光学計測装置1は、計測対象の光L0、光L1、または光L2をコリメートするコリメートレンズ22と、コリメートレンズ22から出射した光を、光軸からの距離が当該光の延長上の位置よりも大きい出射位置から出射するプリズム群4と、プリズム群4から出射した光を受光するフォトディテクタ6を配列した第1撮像素子60と、を備える。プリズム群4は、光を、拡散させずに、その入射角よりも大きな出射角で出射する第1プリズム41と、第1プリズム41から出射した光を、その入射角よりも小さな出射角で出射する第2プリズム42と、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
計測対象の光をコリメートするコリメート光学系と、前記コリメート光学系から出射した光を、光軸からの距離を広げて出射する発散光学系と、前記発散光学系から出射した光を受光する受光素子を１ないし一次元または二次元に配列した２以上備える第１撮像素子と、を備え、
前記発散光学系は、光を、拡散させずに、その入射角よりも大きな出射角で出射する発散光学素子と、前記発散光学素子から出射した光を、その入射角よりも小さな出射角で出射する補整光学素子と、を備える光学計測装置。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記発散光学素子は回転対称プリズムである請求項１に記載の光学計測装置。
【請求項３】
前記第１撮像素子は、前記受光素子を１ないし一次元に配列した２以上備え、
前記発散光学素子は、光軸を含む平面を対称面とする面対称なプリズムである請求項１に記載の光学計測装置。
【請求項４】
前記発散光学系から出射した光を前記第１撮像素子の受光素子に集光する集光光学系をさらに備える請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項５】
光が、前記発散光学系への入射位置の光軸からの距離または入射角に対応して、異なる前記受光素子に入射する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項６】
前記発散光学系への入射位置の光軸からの距離または入射角が所定範囲内の光が、同じ前記受光素子に入射する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項７】
光を２以上に分岐させる光分岐素子と、複数の受光素子を二次元に配列して備える第２撮像素子と、光を前記第２撮像素子の受光面で結像する結像光学系と、をさらに備え、
前記発散光学系は、前記光分岐素子により分岐した２つの光の一方を入射され、前記第２撮像素子は、他方の光を前記結像光学系を経由して入射される請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項８】
前記コリメート光学系は２以上の光学素子からなり、前記２以上の光学素子のうちの光の一部が着脱可能である請求項７に記載の光学計測装置。
【請求項９】
複数の受光素子を二次元に配列して備える第３撮像素子と、光を前記第３撮像素子の受光面で結像する結像光学系と、をさらに備え、
前記光分岐素子は、光を３以上に分岐させ、
前記第３撮像素子は、前記光分岐素子により分岐した光のうちの前記２つの光とは異なる光を、前記結像光学系を経由して入射される請求項７に記載の光学計測装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子から出力する光パターンを計測する光学計測装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、半導体プロセスの性能向上により、光集積回路においても微細化や高密度化が進み、それに伴い、光変調素子、光フェーズドアレイ（Optical Phased Array；ＯＰＡ）、アレイ導波路回折格子（Arrayed waveguide gratings；ＡＷＧ）、フォトニック結晶、メタサーフェス等のような、微小構造により出力光が干渉する光学素子が登場している。このような光学素子の光学性能評価では、光の出力部における光パターン（近視野像、Near Field Pattern；ＮＦＰ）と、出力部から遠方で観察される光パターン（遠視野像、Far Field Pattern；ＦＦＰ）と、が主に観察される。これらの光パターンの計測には、複数のレンズ等の光学素子およびＣＣＤ等のイメージセンサ（カメラ）を組み合わせた装置が用いられ、一部のレンズの取り外しにより近視野像と遠視野像とを切り替えてイメージセンサで結像させる装置（例えば、非特許文献１）や、ビームスプリッタおよび２台のイメージセンサを備えて近視野像と遠視野像とを同時に計測することができる装置が開示されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
さらに、特許文献１は、ピンホール板によって迷光を分離した遠視野像を観察して光偏向素子の出力ビームの広がり角を計測することができる。また、特許文献２は、空間フィルタによって選択した一部の導波路から出力するビームのビーム形状を計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１４－１１５２４９号公報
特開２０２０－９８１０２号公報
【非特許文献】
【０００５】
N. L. Thomas, R. Houdre, M. Kotlyar, D. O’Brien, T. Krauss, "Exploring light propagating in photonic crystals with Fourier optics", Journal of the Optical Society of America, B, Volume 24, No. 12, p. 2964-2971, 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えばビームの方向を制御する光偏向素子の光学性能評価では、ビームの静的な形状だけでなく、ビーム掃引の走査速度も計測することが要求される。しかし、フォトディテクタのような時間分解能の高い受光素子では、ＣＣＤイメージセンサのように高い空間分解能が得られないので、偏向角を高精度に計測することができず、結果、走査速度を高精度に計測することが困難である。あるいは、特定の２以上の偏向角のそれぞれに合わせてフォトディテクタを配置すると、偏向角同士の差分が数度程度と小さい場合には、パッケージサイズの大きいフォトディテクタでは光偏向素子からの距離を長く要し、フォトディテクタが受光する光量が減少して精度が低下し、また、偏向角に微小な誤差があるとフォトディテクタが受光しないので、評価が困難である。
【０００７】
また、光フェーズドアレイを用いた光偏向素子は、複数の導波路のそれぞれから出力する光を干渉させてビームを生成しているので、出力光に複数のピークを有することがあり、最も高出力であるメインローブがビームとして利用される。したがって、評価の対象は専らメインローブであり、それ以外のサイドローブはノイズとなり除去されることが望ましい。同様に、回折格子等から出力した回折光は、比較的高出力の低次光（例えば、０次光、１次光）のみを評価対象とすることがあり、高次光を除去できることが望ましい。特許文献１，２のピンホール板や空間フィルタは、光が出力される出力部近傍で評価しようとする光以外を除去するものであり、回折光に対してフィルタリングするものではない。
【０００８】
本発明は前記問題点に鑑み創案されたもので、光学素子の光学性能評価において、出力光の時間的変化のような動的な評価に好適であり、回折光のような遠視野像を、ノイズに影響されずに計測することができる光学計測装置を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明に係る光学計測装置は、計測対象の光をコリメートするコリメート光学系と、前記コリメート光学系から出射した光を、光軸からの距離を広げて出射する発散光学系と、前記発散光学系から出射した光を受光する受光素子を１ないし一次元または二次元に配列した２以上備える第１撮像素子と、を備え、前記発散光学系が、光を、拡散させずに、その入射角よりも大きな出射角で出射する発散光学素子と、前記発散光学素子から出射した光を、その入射角よりも小さな出射角で出射する補整光学素子と、を備える構成である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光学計測装置によれば、計測対象の光のビーム角度をより大きく変化させることができるので、時間分解能に対して空間分解能の高くないフォトディテクタのような受光素子を適用して、動的な評価を高精度に行うことができ、また、遠視野像をノイズに影響されずに計測することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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