JP2002277349A

JP2002277349A - コリメータ評価方法およびコリメータ評価装置

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Publication number: JP2002277349A
Application number: JP2001080706A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Fujita; 和弘藤田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP4114847B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高価な光学部品を必要とせず、非常に簡単な方
法でコリメートの状態を評価することができるコリメー
タ評価方法を提供する。【解決手段】本発明は、光源から出射され集光素子など
で概略コリメートされた光束のコリメートの具合を評価
するコリメータ評価方法であって、コリメートされた光
束をアパーチャ１を通過させることによって、該アパー
チャ１から一定間隔ρを隔てた位置に置かれた投影部材
２上に発生するビームプロファイルから、コリメートの
度合いを評価する。これにより、非常に高額なプリズム
や平面ミラーなどを用いることなく、正確な形状が判っ
ているアパーチャと、アパーチャからの正確な距離を設
定するだけで、コリメーションの状態を判別できるよう
になり、非常に簡単で安価で、また、正確なコリメータ
評価が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学一般におい
て、コリメータレンズや、反射ミラーの平面度などを評
価する際に、光の平行度（コリメートの度合い）を評価
するコリメータ評価方法およびコリメータ評価装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コリメータ評価方法およびコリメ
ート評価装置に関する技術として、レーザービーム・エ
クスパンダやレーザー・コリメータ等のレーザーのコリ
メーションシステムが正確に機能しているか否かを測定
・評価するために設計されたメレスグリオ製のシェアプ
レート（コリメーションテスター）が知られている（ME
LLES GRIOT 22-55）。このシェアプレートは、図１３に
示すように、概略平行光束の被検査ビームをシャアプレ
ートに入射して、そのシェアプレートの表面と裏面で反
射させてシェアすなわち分割させ、分割した各々の光束
をスクリーン上で干渉させてビームが重なり合った範囲
に干渉縞（フリンジパターン）を発生させる。そして、
図１４に示すように、コリメータ光が発散状態にある
か、収束状態にあるかは、この干渉縞の傾きによって判
定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のシェアプレ
ートは、堅牢なチェンバー内にマウントされているくさ
び形オプチカルフラットからなり、鮮明度の高いスクリ
ーンには平行度の参照ラインとなるコリメーション基準
線が印されている。そして、シェアプレートをレーザー
ビームの光軸中にセットするだけで、レーザービームの
平行度を表すフリッジパターンをスクリーン上に発生さ
せることができる。しかしながら、シェアプレートは非
常に高額なプリズムや平面ミラーなどを用いて構成され
ているため高価である。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みなされてものであ
り、高価な光学部品を必要とせず、非常に簡単な方法で
コリメートの状態を評価することができるコリメータ評
価方法を提供することを目的とする。また、コリメート
の状態を評価する装置として、非常に容易な構成を実現
し、低コストなコリメータ評価装置を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、光源から出射され集光素子
などで概略コリメートされた光束のコリメートの具合を
評価するコリメータ評価方法であって、コリメートされ
た光束をアパーチャを通過させることによって、該アパ
ーチャから一定間隔を隔てた位置に発生するビームプロ
ファイルから、コリメートの度合いを評価することを特
徴とするものである。また、請求項２に係る発明は、請
求項１記載のコリメータ評価方法において、アパーチャ
には円形アパーチャを用い、同心円状に生じる輪帯の数
により、コリメートの度合いからのずれを評価すること
を特徴とするものである。さらに、請求項３に係る発明
は、光源から出射され集光素子などで概略コリメートさ
れた光束のコリメートの具合を評価するコリメータ評価
方法であって、コリメートされた光束を微小スリットを
通過させ、微小スリットから、微小間隔を隔てた位置に
発生するビームプロファイルから、コリメートの度合い
を評価することを特徴とするものである。

【０００６】請求項４に係る発明は、光源から出射され
集光素子などで概略コリメートされた光束のコリメート
の具合を評価するコリメータ評価装置であって、アパー
チャと、該アパーチャから一定間隔を隔てて設けられた
ビームプロファイルを投影できる投影部材を有し、請求
項１〜３のうちの何れか一つに記載のコリメータ評価方
法を用いたことを特徴とするものである。また、請求項
５に係る発明は、請求項４記載のコリメータ評価装置に
おいて、アパーチャと投影部材の間隔を使用波長に応じ
て可変にしたことを特徴とするものである。さらに、請
求項６に係る発明は、請求項４記載のコリメータ評価装
置において、使用波長に応じて、中心強度の光量の強弱
が判別できるように、円形アパーチャの大きさを変化さ
せることを特徴とするものである。さらにまた、請求項
７に係る発明は、請求項４記載のコリメータ評価装置に
おいて、請求項３記載のコリメータ評価方法を用い、使
用波長に応じて、スリット幅を可変にすることを特徴と
するものである。さらにまた、請求項８に係る発明は、
請求項４〜７のうちの何れか一つに記載のコリメータ評
価装置において、観測位置を拡大した干渉パターンを観
測できることを特徴とするものである。

【０００７】請求項９に係る発明は、光源から出射され
集光素子などで概略コリメートされた光束のコリメート
の具合を評価するコリメータ評価方法であって、アパー
チャ通過後の光束中に、少なくとも一つの干渉縞の中心
から分割された２分割の光検出器を配置し、その２分割
の光検出器の光量の差を演算し、干渉縞の移動を検出す
ることによりコリメータの評価を行うことを特徴とする
ものである。また、請求項１０に係る発明は、光源から
出射され集光素子などで概略コリメートされた光束のコ
リメートの具合を評価するコリメータ評価装置であっ
て、アパーチャと、該アパーチャ通過後の光束中に配置
され光強度を検出する光検出器を有し、請求項９記載の
コリメータ評価方法を用いたことを特徴とするものであ
る。

【０００８】請求項１１に係る発明は、光源から出射さ
れ集光素子などで概略コリメートされた光束のコリメー
トの具合を評価するコリメータ評価方法であって、コリ
メートされた光束をアパーチャを通過させ、該アパーチ
ャを通過した光束を２分割して投影し、分割された一方
と他方の光束のアパーチャから投影位置までの距離を異
なる位置関係とし、それぞれのパターン中心部の光量差
を演算して、コリメートの状態を判別することを特徴と
するものである。また、請求項１２に係る発明は、光源
から出射され集光素子などで概略コリメートされた光束
のコリメートの具合を評価するコリメータ評価装置であ
って、コリメートされた光束を通過させるアパーチャ
と、該アパーチャを通過した光束を２分割する手段と、
その２分割された光束の投影位置に配置される投影部材
あるいは受光素子とを備え、請求項１１記載のコリメー
タ評価方法を用いたことを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成、動作及び作
用について図面を参照して詳細に説明する。まず、請求
項１に係る発明の実施形態について図１〜３を参照して
説明する。請求項１に係る発明は、光源から出射され集
光素子などで概略コリメートされた光束のコリメートの
具合を評価するコリメート評価方法であって、アパーチ
ャを通過させることによって、該アパーチャから一定間
隔を隔てた位置に発生するビームプロファイルから、コ
リメートの度合いを評価するコリメート評価方法であ
る。構成としては、所望の形状のアパーチャを用い、光
束がアパーチャを通過した際に、アパーチャから所望の
距離を隔てた位置に現れるビームプロファイルの強度分
布を観測または検出し、その強度分布から所望のプロフ
ァイルとなっているかどうかを判定するコリメート評価
方法である。

【００１０】次に本発明のコリメート評価方法の動作及
び作用について説明する。円形アパーチャ直後では、ビ
ーム光軸上の光強度Ｉは次の式で表すことができる。

【００１１】

【数１】

【００１２】上式において、Ｉ₀ はアパーチャが無いと
きの強度である。このときρはアパーチャからの距離で
あり、アパーチャは簡単のために円形アパーチャとし、
ａは円形アパーチャの半径である。また、λを光源波長
としたとき、ｋ＝２π／λとした。この式で、アパーチ
ャより距離が十分大きい場合、すなわち、a≪ρの場
合、Ｉ／Ｉ₀＝４sin^２(ｋａ^２／４ρ) が成り立つ。 ρ＝ａ^２／λ のとき、強度比の値：Ｉ／Ｉ₀ が４となり極大となる。
また、 ρ＝ａ^２／（２ｎ＋１）λ （ｎ＝１，２，３，・・
・）のところに極大値があり、 ρ＝ａ^２／２ｎλ の位置では０となり、Ｉ／Ｉ₀ が０と４の間で振動す
る。尚、以上の説明は、文献“「光学」アーノルド・ゾ
ンマーフェルト著、瀬谷正男／岩岡武訳、p231〜23
2”に記載されている内容である。

【００１３】ここで一例として、円形アパーチャの半径
ａを０．５ｍｍとし、アパーチャからの距離をρとし、
光源波長λを６３２．８ｎｍとした場合、 ρ＝ａ^２／λ の値は３９５．０７mmとなる。また、この値の半分の位
置１９７．５３５ｍｍでは、強度が０となる位置とな
り、またその１／３の位置１３１．６９ｍｍの箇所は再
び、強度比が４となる位置となる。また、１／４の位置
では暗くなり、１／５の位置では再び明るくなる。これ
らの現象を既存の光学シミュレーションツールを使って
確かめたところ、図１〜３に示すビームプロファイルの
結果となった。尚、図１（ａ）はアパーチャからの距離
が１９７．５３５ｍｍの位置、図１（ｂ）はアパーチャ
からの距離が１３１．６９ｍｍの位置、図２（ａ）はア
パーチャからの距離が９８．７６７５ｍｍの位置、図２
（ｂ）はアパーチャからの距離が７９．０１４ｍｍの位
置、図３はアパーチャからの距離が６５．８４５ｍｍの
位置でのビームプロファイルの結果であり、これらは各
位置で投影部材に投影されたビームプロファイルを写真
に撮ったものの写しである。また、入射光は無限遠から
入射させた略平行光の場合の結果である。

【００１４】ここで、円形アパーチャに入射させる光束
を有限の距離の光源からの発散光とし、例えば円形アパ
ーチャの中心軸上に点光源を配置し、半径０．５ｍｍの
アパーチャのエッジに１分ほどの角度を付けた状態で入
射させた場合、点光源と円形アパーチャの距離は、０．５／ｘ＝tan(１／６０) で求められるｘの値、すなわち、１７１９ｍｍの距離か
ら光線を発生させて計算させてみると、ビームプロファ
イルは図４に示すように、中心部の強度が若干増える。
以上は１ｍｍ径の円形アパーチャでの値であるが、微小
なアパーチャ径であった場合でも同様であり、例えば
０．１ｍｍであった場合は、中心強度が０となる最もア
パーチャから遠い箇所は、 ρ＝ａ^２／λ の値の半分であるから、ａ＝０．０５ｍｍ、λ＝６３
２．８ｎｍのとき、１．９７５ｍｍの位置となる。

【００１５】本発明では、以上で説明した現象を利用
し、アパーチャを通り抜けた後のビーム光の強度分布を
見てコリメートの度合いを判定できることを特徴として
いる。また、本発明の評価方法を用いて実際のコリメー
ト調整などを行うことも勿論可能である。コリメート調
整方法の具体例としては、光源からの出射光束の使用波
長λが予め判っており、また、円形アパーチャの半径ａ
を予め正確な値に設定しておけば、その時の前記した式
や、シミュレーションなどで計算されるパターンを認識
しておき、このパターンとなるように、コリメートの度
合いを調整し、所望のパターンとなるようにすればよ
い。所望のパターンの一例として、中心部分が最も暗く
なる様に設定された位置で、最も暗くなるように設定す
れば判定もしやすくなる。

【００１６】また、以上の説明では、本発明の評価方法
の一例として、円形アパーチャの場合で説明したが、本
発明は矩形アパーチャであっても、スリットであっても
よく、光を遮るアパーチャであれば、そのアパーチャを
通過した後のビームプロファイルには、上記の様な現象
により特徴的なプロファイルが発生するので、それを利
用して、このプロファイルとなるようにコリメータの度
合いを評価することができる。尚、従来技術において
は、非常に高額なプリズムや、平面ミラーなどを用いる
必要があったが、本発明の方式を採用することにより、
正確な形状が判っているアパーチャとアパーチャからの
正確な距離を設定するだけで、コリメーションの状態を
判別できるようになり、非常に簡単で安価で、また、正
確な評価が可能となる。

【００１７】次に請求項２に係る発明の実施形態につい
て説明する。請求項２に係る発明は、請求項１記載のコ
リメータ評価方法において、アパーチャには円形アパー
チャを用い、図１〜３に示したように、ビームプロファ
イルの同心円状に生じる輪帯の数により、コリメートの
度合いからのずれを評価する方法である。また、ρ＝ａ
^２／λの１／ｎとなる値のｎを大きくすると、この輪帯
の数が増えていく。以上のような現象に着目し、本発明
では、この輪帯の数が複数現れる円形アパーチャからの
距離を予め設定し、輪帯の数をカウントすることによ
り、所望の数となるようにコリメートの度合いを評価す
ることを特徴とした。これにより、請求項１と同じく、
非常に高額なプリズムや、平面ミラーなどを用いること
なく、コリメーションの状態を判別できるようになる。

【００１８】次に請求項３に係る発明の実施形態につい
て説明する。請求項３に係る発明は、光源から出射され
集光素子などで概略コリメートされた光束のコリメート
の具合を評価するコリメータ評価方法であって、コリメ
ートされた光束を微小スリットを通過させ、微小スリッ
トから、微小間隔を隔てた位置に発生するビームプロフ
ァイルから、コリメートの度合いを評価するものであ
る。すなわち、請求項１記載のアパーチャとして、スリ
ットアパーチャを用いたことを特徴とするものである。

【００１９】請求項１の説明では円形アパーチャでのシ
ミュレーション結果を示したが、矩形スリットアパーチ
ャでは、図５（ａ）〜（ｄ）に示すような結果となる。
スリットは１ｍｍ幅で、長さ方向は設定しない。また、
便宜上、入射ビームの直径は１０ｍｍとした。また、ス
リットアパーチャへの入射ビームは、半径５ｍｍの位置
のビーム強度が中心強度に対して９０％の強度を有する
ガウスビームとした。図２（ａ）は幅１ｍｍのスリット
状のアパーチャを通過後の距離１９７．５３５ｍｍの位
置での結果、（ｂ）は幅１ｍｍのスリット状のアパーチ
ャを通過後の距離１３１．６９ｍｍの位置での結果、
（ｃ）は幅１ｍｍのスリット状のアパーチャを通過後の
距離９８．７６７５ｍｍの位置での結果、（ｄ）は幅１
ｍｍのスリット状のアパーチャを通過後の距離６５．８
４５ｍｍの位置での結果を示す。

【００２０】このように、アパーチャをスリット形状と
した場合は、スリットのエッジに平行となる縞状の強度
分布となる。この強度分布のパターンは請求項１の作用
と同様に、スリットからの距離ρ＝ａ^２／λの整数分の
１で、順番に中心部分が暗くなったり明るくなったりす
る。また、スリット状のアパーチャに入射するビームが
平行光で無くなると、計算で求めた位置では、生じるは
ずのビームプロファイルが現れなくなる。従って、所望
のアパーチャからの位置で、計算から求められるビーム
プロファイルと同じになっているかどうかでコリメート
の度合いを評価する。また、入射ビームのコリメータを
調整することも勿論可能となる。この請求項３のコリメ
ータ評価方法においても請求項１，２と同様の効果が得
られ、非常に高額なプリズムや、平面ミラーなどを用い
ることなく、コリメーションの状態を判別できるように
なる。

【００２１】次に請求項４に係る発明の実施形態につい
て説明する。請求項４に係る発明は、光源から出射され
集光素子などで概略コリメートされた光束のコリメート
の具合を評価するコリメータ評価装置であって、図６に
示すように、アパーチャ部材１と、該アパーチャ部材１
から一定間隔（距離ρ）を隔てて設けられたビームプロ
ファイルを投影できる投影部材２を有し、前述した請求
項１〜３のうちの何れか一つに記載のコリメータ評価方
法を用いたことを特徴とするものである。すなわち、請
求項４の評価装置では、請求項１〜３のうちの何れか一
つに記載の評価方法を元に、所望の開口形状のアパーチ
ャ１ａを有するアパーチャ部材１から所定の距離ρを隔
てた位置にビームプロファイルを投影する投影部材２を
配置するものであり、この投影部材２を観察することに
より、即座にビームプロファイルを目視でき、コリメー
トの度合いを判定することができる。

【００２２】ここで、アパーチャ部材１の実施例を上げ
ると、透明基板に印刷技術によりアパーチャ１ａを形成
しても良いし、より正確なアパーチャ部材１を形成する
には、フォトリソグラフィ技術でアパーチャのパターン
を形成しても良い。また、金属薄板にレーザ加工により
アパーチャ（開口）を形成するなどして、正確なアパー
チャ部を形成してもよい。透明基板に形成した場合は、
ビーム出射側に透明媒体を向けないようにすれば、屈折
率の補正も不要となる。投影部材２の実施例としては、
ビームプロファイルを投影できる部材であれば何れでも
良く、白色塗料を塗布した平面基板など、また、酸化ア
ルミニュウムを塗布した白色板などが上げられる。ま
た、表面に粗し処理を施した拡散板を配置して、透過光
によりビームプロファイルを観察する様にしてもよい。
尚、図６には図示していないが、アパーチャ部材１や投
影部材２を保持するハウジング部材を設けて、携帯可能
なコリメータ評価装置としてもよい。

【００２３】従来技術においては、非常に高額なプリズ
ムや、平面ミラーなどを用いる必要があったが、本発明
のコリメータ評価装置では、非常に簡単な部材構成で、
コリメーションの状態を判別できるようになり、非常に
簡単で安価にコリメーションの状態を評価することがで
きるコリメータ評価装置を提供することができた。

【００２４】次に請求項５に係る発明の実施形態につい
て説明する。請求項５に係る発明は、請求項４記載のコ
リメータ評価装置において、アパーチャと投影部材の間
隔を使用波長に応じて可変にしたことを特徴とするもの
である。すなわち、請求項５の評価装置は、図６と同様
に、アパーチャ部１ａを有したアパーチャ部材１と、ア
パーチャ部材１から所望の距離ρを隔てた位置に配置し
たビームプロファイルを投影する投影部材２を設け（請
求項４の構成）、さらに、アパーチャ部材１と投影部材
２の間隔を使用波長に応じて可変としたことを特徴とし
ている。

【００２５】アパーチャ部材１のアパーチャ１ａが円形
の場合、アパーチャ部を通過した光束のビームプロファ
イルは、請求項１の実施形態で説明したように図１〜３
に示すようなものとなるが、このビームプロファイルは
入射光の波長に依存する。すなわち、波長が変わった場
合に、アパーチャ部からの距離が固定であれば、ビーム
プロファイルが変わってくる。例えば図１〜３は赤色の
レーザ光の場合のビームプロファイルの例を示している
が、青色のレーザ光の場合には、アパーチャ部材１と投
影部材２の位置が固定であると、波長の違いにより、ア
パーチャ通過後のビームプロファイルが変化する。

【００２６】請求項５に係る発明は、上記事情に鑑みて
なされたものであり、請求項１から３記載の評価方法の
もとに、アパーチャ部材１と投影部材２の間隔を使用波
長に応じて可変とすることにより、即座にビームプロフ
ァイルを目視できるようにし、コリメートの度合いを判
定することができるようにしたものである。例えば、波
長６３２．８ｎｍのＨｅＮｅのレーザ光を入射光とし、
直径１ｍｍの円形アパーチャを有するアパーチャ部材１
を用いた場合には、ビームプロファイルの輪帯が３つ生
成され、中央が最も暗くなるような位置は、計算では、
図３に示すようにアパーチャ部材１からの距離が６４．
８４５ｍｍの位置であるので、この位置に投影部材２を
配置しておき、投影部材２を観察することにより３つの
輪帯が生成する様にして、中央が最も暗くなっているか
どうかを評価すればよいが、これが、例えばＫｒレーザ
光を用いた波長４１３ｎｍの場合には、アパーチャ部材
１からの距離が１００．８８８ｍｍの位置に投影部材２
を設定する必要がある。そこで請求項５のコリメータ評
価装置では、予め評価する波長に応じて、アパーチャ部
材１と投影部材２の間隔を調整する機構を設けることに
より、観察するビームプロファイルが使用波長により変
化しないようにしたものである。すなわち、アパーチャ
部材１と投影部材２の間隔を調整する機構を設けること
により、如何なる波長の場合にもビームプロファイルが
同様となるように調整できる評価装置を実現できる。

【００２７】次に請求項６に係る発明の実施形態につい
て説明する。請求項６に係る発明は、請求項４記載のコ
リメータ評価装置において、使用波長に応じて、中心強
度の光量の強弱が判別できるように、円形アパーチャの
大きさを変化させることを特徴とするものである。ここ
で、例えば波長６３２．８ｎｍのＨｅＮｅのレーザ光を
入射光とし、直径１ｍｍの円形アパーチャ１ａを有する
アパーチャ部材１を用いた場合には、ビームプロファイ
ルの輪帯が３つ生成され、中央が最も暗くなるような位
置は、計算では、図３に示すようにアパーチャ部材１か
らの距離が６４．８４５ｍｍの位置であるので、この位
置に投影部材２を配置しておき、投影部材２を観察する
ことにより３つの輪帯が生成する様になっているが、こ
のままのアパーチャでは、Ｋｒレーザ光を用いた４１３
ｎｍの波長では、波長の違いにより、アパーチャ通過後
のビームプロファイルが変化する。

【００２８】そこで、請求項６の構成を採用し、Ｋｒレ
ーザ光を用いた４１３ｎｍの波長の場合には、アパーチ
ャの半径を０．４０４ｍｍに設定すれば、丁度同じ６
５．８４５ｍｍの位置で３つの輪帯が生成され、中央が
最も暗くなっている状態となり、ビームプロファイルを
同じにできる。尚、アパーチャ部材１のアパーチャ部１
ａを連続して変形することは、カメラレンズで用いてい
る絞り機構を用いた連続可変アパーチャ部材を用いた
り、また、不連続ではあるが、予め赤、緑、青に対応し
た波長に応じてアパーチャ部材を用意しておき、使用波
長に応じて取り替える様にすればよい。

【００２９】以上のように、請求項６のコリメータ評価
装置では、請求項４の構成に加えて、使用波長に応じ
て、中心強度の光量の強弱が判別できるように、円形ア
パーチャを変化させるようにしたので、如何なる波長に
もビームプロファイルが同様となるように調整できる評
価装置を実現できる。

【００３０】次に請求項７に係る発明の実施形態につい
て説明する。請求項７に係る発明は、請求項４記載のコ
リメータ評価装置において、請求項３記載のコリメータ
評価方法を用い、使用波長に応じて、スリット幅を可変
にすることを特徴とするものである。ここで、例えば波
長６３２．８ｎｍのＨｅＮｅのレーザ光を入射光とし、
直径１ｍｍのスリット幅のアパーチャを有するアパーチ
ャ部材を用いた場合には、明暗の干渉縞が３つ生成さ
れ、スリット中央が最も暗くなるような位置は、計算で
は、図５（ｄ）に示すようにアパーチャ部材からの距離
が６４．８４５ｍｍの位置であるので、この位置に投影
部材を配置しておき、投影部材を観察することにより３
つの干渉縞が生成するようになっているが、このままの
アパーチャでは、Ｋｒレーザ光を用いた４１３ｎｍの波
長では、波長の違いにより、アパーチャ通過後の干渉パ
ターンが変化する。

【００３１】そこで、請求項７の構成を採用し、Ｋｒレ
ーザ光を用いた４１３ｎｍの波長の場合には、アパーチ
ャのスリット幅を０．４０４ｍｍに設定すれば、丁度同
じ６５．８４５ｍｍの位置で３つの干渉縞が生成され、
中央が最も暗くなっている状態となり、干渉パターンを
同じにできる。尚、アパーチャのスリット幅を連続して
変化させることは、対峙した遮光部材の間隔を変化させ
ることで実現できる。また、予め色別にスリット幅を設
定したアパーチャを用意しておいてもよい。

【００３２】以上のように、請求項７のコリメータ評価
装置では、請求項４の構成に加えて、請求項３記載のコ
リメータ評価方法を用い、使用波長に応じてスリット幅
を変化させるようにしたので、如何なる波長にもビーム
プロファイル（干渉パターン）が同一となるように調整
できる評価装置を実現できる。

【００３３】次に請求項８に係る発明の実施形態につい
て説明する。請求項８に係る発明は、請求項４〜７のう
ちの何れか一つに記載のコリメータ評価装置において、
観測位置を拡大した干渉パターンを観測できるようにし
たものである。図７に本発明のコリメータ評価装置の実
施例を示す。このコリメータ評価装置は、投影位置に焦
点を予め設定した拡大装置を配置し、より微小なコリメ
ート光に対応したビームプロファイルの判別を容易にし
たことを特徴とする。具体的には、図７に示すように、
アパーチャ部材１を通過した光束の投影部材２上の投影
位置に焦点を予め設定した拡大レンズ部材３を配置し、
投影部材２に投影したビームプロファイルの拡大パター
ンを目視できるように構成した装置である。

【００３４】尚、図示していないが、このコリメータ評
価装置は、アパーチャ部材１、投影部材２、拡大レンズ
部材３、及びこれらの部材を保持するハウジング部材で
構成されており、必要に応じて、拡大像を投影する第二
の投影部材４を配置するとよい。また、拡大する手段と
しては、図示はしていないが、ＣＣＤカメラのような光
電変換素子を用いて、一旦、画像として取り込み、電気
的に拡大してもよい。画像として取り込めば、演算処理
装置によりビームプロファイルの判定が容易になる。

【００３５】次に図８は請求項８の別の実施例であり、
アパーチャ部材１と投影部材２の間に、光路分離ミラー
５を配置し、光路分離ミラー５により分離された投影パ
ターンを拡大レンズ部材３により拡大して第二の投影部
材４に投影するようにした構成である。尚、光路分離ミ
ラー５には、平行平板を用いたりプリズムを用いること
ができるが、このときは、媒体の屈折率に応じた光路の
延び分を考慮して設定する。

【００３６】以上のように、請求項８のコリメータ評価
装置では、請求項４〜７のうちの何れか一つの構成及び
効果に加え、コリメートの状態をより精度良く判定可能
となる。また、ＣＣＤカメラ等によりビームプロファイ
ルを画像として取り込み、それを演算する機構を設けれ
ば、人による判定の誤差を除くことが可能となり、より
高精度にコリメートの状態を評価することが可能とな
る。

【００３７】次に請求項９，１０に係る発明の実施形態
について説明する。請求項９，１０に係る発明は、アパ
ーチャと、該アパーチャ通過後の光束中に配置され光強
度を検出する光検出器を用い、アパーチャ通過後の光束
中に、少なくとも一つの干渉縞の中心から分割された２
分割の光検出器を配置し、その２分割の光検出器の光量
の差を演算し、干渉縞の移動を検出することによりコリ
メータの評価を行うものである。すなわち請求項９，１
０に係る発明では、アパーチャ通過直後に生じる光強度
が強くなったり弱くなったりするパターンのうち、少な
くとも一つの明の縞の中心から分割された２分割の光検
出器を配置し、その２分割の光検出器の光量の差を演算
して、縞の移動を検出することにより、コリメータの評
価を行うことを特徴としている。

【００３８】図９は請求項９，１０に係る発明の一実施
例を示しており、図示しないアパーチャ通過後の光束が
干渉する位置（例えば請求項１の実施形態で述べたビー
ムプロファイルの輪帯の位置）に、少なくとも一つの、
明の縞の中央を２分割する同心円状の光検出器６を配置
し、この光検出器６の２分割された受光エリアａ，ｂか
らの出力を演算手段である差動増幅器７に入力し、差動
増幅器７の出力をコリメータ判定信号とする。このよう
な状態で、コリメートの状態が変化すると、明の縞（輪
帯）は、コリメートの度合い、すなわち、発散したり、
収束したりすることに応じて、元からあった位置に比べ
て、アパーチャ中心（光軸中心）から離れたり、また、
よったりして移動する。この移動量を、光検出器６の２
分割の受光エリア（受光素子（ＰＤ））ａ，ｂに受光さ
れた受光量から差動増幅器７で演算して、縞のずれ量を
判定し、コリメートの状態を判定する信号とした。ここ
で、２分割の受光エリア（受光素子（ＰＤ））ａ，ｂで
受光されるそれぞれの受光量をＩａ、Ｉｂとしたとき、
差動増幅器７の出力Ｆ＝Ｉａ−Ｉｂの値が０となるよう
な位置がコリメートの状態であるように設定しておけ
ば、Ｆの値を評価することにより、簡単にコリメートの
状態とすることができる。

【００３９】また、図１０は請求項９，１０に係る発明
の別の実施例を示しており、これは図示しないアパーチ
ャ通過後の光束が干渉する位置（例えば請求項１の実施
形態で述べたビームプロファイルの輪帯の位置）に、光
検出器として明の縞の一部分を２分割した受光素子（Ｐ
Ｄ）８を配置して、その受光エリアａ１，ｂ１の差を差
動増幅器７で演算し、コリメート判定信号とした実施例
である。この場合、１つの２分割受光素子の受光エリア
ａ１とｂ１で受光する光量から演算しても良いし、複数
の２分割受光素子８，９，１０，１１を配置して、複数
の２分割受光素子の受光エリアａ１〜ａ４とｂ１〜ｂ４
で受光する光量から演算しても良い。また、図１０は複
数の２分割受光素子８，９，１０，１１を４方向に対峙
させて配置した例を描いているが、１つでもよいし、さ
らに複数配置してもよい。

【００４０】以上のように、請求項９，１０に係る発明
では、２分割の光検出器により出力される受光量を演算
して処理することにより、人による判定の誤差を除くこ
とが可能となり、より高精度にコリメートの状態を評価
することができる。

【００４１】次に請求項１１，１２に係る発明の実施形
態について説明する。請求項１１，１２に係る発明で
は、コリメートされた光束を通過させるアパーチャと、
該アパーチャを通過した光束を２分割する手段と、その
２分割された光束の投影位置に配置される投影部材ある
いは受光素子とを設け、コリメートされた光束をアパー
チャを通過させ、該アパーチャを通過した光束を２分割
して投影し、分割された一方と他方の光束のアパーチャ
から投影位置までの距離を異なる位置関係とし、それぞ
れのパターン中心部の光量差を演算して、コリメートの
状態を判別するものである。すなわち請求項１１，１２
に係る発明では、アパーチャを通過した光束を２分割
し、分割された一方と他方のアパーチャからの距離を異
なる位置関係とし、一方は中心強度が強くなる位置に設
定し、他方は、中心強度が弱くなる位置に設定し、それ
ぞれのパターン中心部の光量差を演算することによりコ
リメータの状態を判定することを特徴とする。

【００４２】図１１は請求項１１，１２に係る発明の一
実施例を示しており、コリメートされた光束（入射ビー
ム）を通過させるアパーチャ１２と、該アパーチャ１２
を通過した光束を２分割する光路分離ミラー１３と、そ
の２分割された光束を投影する第１、第２の投影部材１
４，１５を設けており、第１、第２の投影部材１４，１
５の位置は、光路分離ミラー１３により２分割されたそ
れぞれの光束に対して、それぞれのアパーチャ部からの
距離がρ１，ρ２と異なった値となっている。

【００４３】この値としては、例えばρ＝ａ^２／λの値
が１／２ｎとなる位置と１／（２ｍ＋１）（ｎ，ｍは整
数）となる位置とすれば、中央部が最も暗くなる位置と
最も明るくなる位置の２組となる。このとき、第１の投
影部材１４と第２の投影部材１５に投影されるパターン
は、図１２（ａ），（ｂ）に示すようなパターンとな
り、中央部の光量の差を演算することによって、最も光
量差が大きくなる箇所でコリメータの状態が最もよい状
態とすることができる。また、この場合、図１２
（ａ），（ｂ）に示すような第１、第２の投影位置の輪
帯パターンの中央部の受光エリアｃ，ｄの位置に受光素
子を配置しておき、その受光エリアｃ，ｄに配置された
受光素子から出力される受光量を演算手段で演算して処
理する構成とすることにより、人による判定の誤差を除
くことが可能となり、より高精度にコリメートの状態を
評価することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１，２また
は３係る発明では、非常に高額なプリズムや、平面ミラ
ーなどを用いることなく、正確な形状が判っているアパ
ーチャとアパーチャからの正確な距離を設定するだけ
で、コリメーションの状態を判別できるようになり、非
常に簡単で安価で、また、正確なコリメータ評価が可能
となる。

【００４５】請求項４に係る発明では、非常に高額なプ
リズムや、平面ミラーなどを用いることなく、非常に簡
単な部材構成で、コリメーションの状態を判別できるよ
うになり、非常に簡単で安価にコリメーションの状態を
評価することができるコリメータ評価装置を提供するこ
とができる。請求項５に係る発明では、請求項４の構成
及び効果に加え、アパーチャ部材と投影部材の間隔を使
用波長に応じて調整する機構を設けることにより、如何
なる波長の場合にもビームプロファイルが同様となるよ
うに調整できるコリメータ評価装置を実現できる。請求
項６に係る発明では、請求項４の構成及び効果に加え、
使用波長に応じて、中心強度の光量の強弱が判別できる
ように、円形アパーチャを変化させるようにしたので、
如何なる波長にもビームプロファイルが同様となるよう
に調整できるコリメータ評価装置を実現できる。請求項
７に係る発明では、請求項４の構成及び効果に加え、請
求項３記載のコリメータ評価方法を用い、使用波長に応
じて、スリット幅を変化させるようにしたので、如何な
る波長にもビームプロファイル（干渉パターン）が同一
となるように調整できるコリメータ評価装置を実現でき
る。請求項８に係る発明では、請求項４〜７のうちの何
れか一つの構成及び効果に加え、コリメートの状態をよ
り精度良く判定可能となる。また、ＣＣＤカメラ等によ
り画像として取り込み、それを演算する機構を設けれ
ば、人による判定の誤差を除くことが可能となり、より
高精度にコリメートの状態を評価することが可能とな
る。

【００４６】請求項９，１０に係る発明では、アパーチ
ャと、該アパーチャ通過後の光束中に配置され光強度を
検出する光検出器を用い、アパーチャ通過後の光束中
に、少なくとも一つの干渉縞の中心から分割された２分
割の光検出器を配置し、その２分割の光検出器の光量の
差を演算し、干渉縞の移動を検出することによりコリメ
ータの評価を行うものであり、２分割の光検出器により
出力される受光量を演算して処理するので、人による判
定の誤差を除くことが可能となり、より高精度にコリメ
ートの状態を評価することができる。

【００４７】請求項１１，１２に係る発明では、コリメ
ートされた光束を通過させるアパーチャと、該アパーチ
ャを通過した光束を２分割する手段と、その２分割され
た光束の投影位置に配置される投影部材あるいは受光素
子とを設け、コリメートされた光束をアパーチャを通過
させ、該アパーチャを通過した光束を２分割して投影
し、分割された一方と他方の光束のアパーチャから投影
位置までの距離を異なる位置関係とし、それぞれのパタ
ーン中心部の光量差を演算して、コリメートの状態を判
別するものであり、中央部の光量の差を演算することに
よって、最も光量差が大きくなる箇所でコリメータの状
態が最もよい状態とすることができる。また、２分割さ
れた光束の投影位置のパターン中央部の位置に受光素子
を配置しておき、その受光素子から出力される受光量を
演算して処理することにより、人による判定の誤差を除
くことが可能となり、より高精度にコリメートの状態を
評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】無限遠からの略平行光束を円形アパーチャに入
射した場合に、円形アパーチャを通過した光束により、
アパーチャから所定距離（（ａ）１９７．５３５ｍｍ，
（ｂ）１３１．６９ｍｍ）を隔てた投影位置に発生する
ビームプロファイル（干渉パターン）を表す図である。

【図２】無限遠からの略平行光束を円形アパーチャに入
射した場合に、円形アパーチャを通過した光束により、
アパーチャから所定距離（（ａ）９８．７６７５ｍｍ，
（ｂ）７９．０１４ｍｍ）を隔てた投影位置に発生する
ビームプロファイル（干渉パターン）を表す図である。

【図３】無限遠からの略平行光束を円形アパーチャに入
射した場合に、円形アパーチャを通過した光束により、
アパーチャから所定距離（６５．８４５ｍｍ）を隔てた
投影位置に発生するビームプロファイル（干渉パター
ン）を表す図である。

【図４】有限の距離からの光束を円形アパーチャに入射
した場合に、円形アパーチャを通過した光束により、ア
パーチャから所定距離を隔てた投影位置に発生するビー
ムプロファイル（干渉パターン）を表す図である。

【図５】無限遠からの略平行光束を矩形スリットアパー
チャに入射した場合に、アパーチャを通過した光束によ
り、アパーチャから所定距離を隔てた投影位置に発生す
るビームプロファイル（干渉パターン）を表す図であ
り、（ａ）は１９７．５３５ｍｍの位置での結果、
（ｂ）は１３１．６９ｍｍの位置での結果、（ｃ）は９
８．７６７５ｍｍの位置での結果、（ｄ）は６５．８４
５ｍｍの位置での結果をそれぞれ示す図である。

【図６】本発明の一実施例を示すコリメータ評価装置の
構成説明図である。

【図７】本発明の別の実施例を示すコリメータ評価装置
の構成説明図である。

【図８】本発明のさらに別の実施例を示すコリメータ評
価装置の構成説明図である。

【図９】本発明のさらに別の実施例を示すコリメータ評
価方法の説明図である。

【図１０】本発明のさらに別の実施例を示すコリメータ
評価方法の説明図である。

【図１１】本発明のさらに別の実施例を示すコリメータ
評価装置の構成説明図である。

【図１２】本発明のさらに別の実施例を示すコリメータ
評価方法の説明図である。

【図１３】従来技術によるシェアプレートの構成説明図
である。

【図１４】従来技術によるシェアプレートの動作説明図
である。

【符号の説明】

１：アパーチャ部材１ａ：アパーチャ部２：投影部材３：拡大レンズ部材４：第二の投影部材５：光路分離ミラー６：光検出器７：差動増幅器８，９，１０，１１：２分割受光素子（光検出器）１２：アパーチャ部材１３：光路分離ミラー１４：第１の投影部材（第１投影位置）１５：第２の投影部材（第２投影位置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射され集光素子などで概略コリ
メートされた光束のコリメートの具合を評価するコリメ
ータ評価方法であって、コリメートされた光束をアパーチャを通過させることに
よって、該アパーチャから一定間隔を隔てた位置に発生
するビームプロファイルから、コリメートの度合いを評
価することを特徴とするコリメータ評価方法。
【請求項２】請求項１記載のコリメータ評価方法におい
て、アパーチャには円形アパーチャを用い、同心円状に生じ
る輪帯の数により、コリメートの度合いからのずれを評
価することを特徴とするコリメータ評価方法。
【請求項３】光源から出射され集光素子などで概略コリ
メートされた光束のコリメートの具合を評価するコリメ
ータ評価方法であって、コリメートされた光束を微小スリットを通過させ、微小
スリットから、微小間隔を隔てた位置に発生するビーム
プロファイルから、コリメートの度合いを評価すること
を特徴とするコリメータ評価方法。
【請求項４】光源から出射され集光素子などで概略コリ
メートされた光束のコリメートの具合を評価するコリメ
ータ評価装置であって、アパーチャと、該アパーチャから一定間隔を隔てて設け
られたビームプロファイルを投影できる投影部材を有
し、請求項１〜３のうちの何れか一つに記載のコリメー
タ評価方法を用いたことを特徴とするコリメータ評価装
置。
【請求項５】請求項４記載のコリメータ評価装置におい
て、アパーチャと投影部材の間隔を使用波長に応じて可変に
したことを特徴とするコリメータ評価装置。
【請求項６】請求項４記載のコリメータ評価装置におい
て、使用波長に応じて、中心強度の光量の強弱が判別できる
ように、円形アパーチャの大きさを変化させることを特
徴とするコリメータ評価装置。
【請求項７】請求項４記載のコリメータ評価装置におい
て、請求項３記載のコリメータ評価方法を用い、使用波長に
応じて、スリット幅を可変にすることを特徴とするコリ
メータ評価装置。
【請求項８】請求項４〜７のうちの何れか一つに記載の
コリメータ評価装置において、観測位置を拡大した干渉パターンを観測できることを特
徴とするコリメータ評価装置。
【請求項９】光源から出射され集光素子などで概略コリ
メートされた光束のコリメートの具合を評価するコリメ
ータ評価方法であって、アパーチャ通過後の光束中に、少なくとも一つの干渉縞
の中心から分割された２分割の光検出器を配置し、その
２分割の光検出器の光量の差を演算し、干渉縞の移動を
検出することによりコリメータの評価を行うことを特徴
とするコリメータ評価方法。
【請求項１０】光源から出射され集光素子などで概略コ
リメートされた光束のコリメートの具合を評価するコリ
メータ評価装置であって、アパーチャと、該アパーチャ通過後の光束中に配置され
光強度を検出する光検出器を有し、請求項９記載のコリ
メータ評価方法を用いたことを特徴とするコリメータ評
価装置。
【請求項１１】光源から出射され集光素子などで概略コ
リメートされた光束のコリメートの具合を評価するコリ
メータ評価方法であって、コリメートされた光束をアパーチャを通過させ、該アパ
ーチャを通過した光束を２分割して投影し、分割された
一方と他方の光束のアパーチャから投影位置までの距離
を異なる位置関係とし、それぞれのパターン中心部の光
量差を演算して、コリメートの状態を判別することを特
徴とするコリメータ評価方法。
【請求項１２】光源から出射され集光素子などで概略コ
リメートされた光束のコリメートの具合を評価するコリ
メータ評価装置であって、コリメートされた光束を通過させるアパーチャと、該ア
パーチャを通過した光束を２分割する手段と、その２分
割された光束の投影位置に配置される投影部材あるいは
受光素子とを備え、請求項１１記載のコリメータ評価方
法を用いたことを特徴とするコリメータ評価装置。