JP2004309514A

JP2004309514A - ピンホール素子および同素子を用いた光学装置

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Publication number: JP2004309514A
Application number: JP2003098547A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fukui; 健司福井; Toshikatsu Motokoide; 敏克元小出; Naoki Nishijima; 直樹西島
Original assignee: Pulstec Industrial Co Ltd
Current assignee: Pulstec Industrial Co Ltd
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】ピンホール素子において、レーザ光の焦点および光軸をピンホールに簡単に一致させることを可能にするとともに、製造コストを低減する。
【解決手段】ピンホール素子１０は、上面を正方形状に形成した透明基板１１を備えている。透明基板１１上には、微小な円形の透光部で構成されるピンホール１２と、４個の透光部１３，１４，１５，１６とを残して、非透光剤を塗布した遮光部１７が形成されている。透光部１３，１４，１５，１６は、ピンホール１２を中心にして周方向に９０度ずつ隔てて放射状に配置された、長尺状の長形状の開口である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピンホール素子および同ピンホール素子を用いて点光源を生成する光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ピンホールの周囲に、同ピンホールにて直交する２直線により４分割された遮光部を設けるとともに、４分割された各遮光部を光電変換素子でそれぞれ構成したピンホール素子は知られている。そして、このピンホール素子においては、４分割された光電変換素子の出力を用いて、レーザ光の焦点および光軸をピンホールに一致させるようにしている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−４９２１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のピンホール素子にあっては、光電変換素子を用いているためにピンホール素子の製造コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
【発明の概略】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、レーザ光の焦点および光軸をピンホールに簡単に一致させることが可能で、低製造コストのピンホール素子を提供することにある。また、このピンホール素子を用いたレーザ光による点光源を生成する光学装置を提供することにもある。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、透明基板上に微小な円形の透光部を残して同透光部の周囲に非透光剤を塗布した遮光部を設けることにより透明基板上にピンホールを形成したピンホール素子において、遮光部にピンホールを中心にして放射状に複数の長尺状の透光部を設けたことにある。
【０００７】
この場合、複数の長尺状の透光部を、ピンホールを中心にそれぞれ等しい角度を隔てて放射状に配置するように構成するとよい。また、長尺状の透光部の数を４とするとよい。さらに、複数の長尺状の透光部をそれぞれ長方形に構成するとよい。
【０００８】
上記構成のピンホール素子においては、透明基板上に非透光剤を塗布するだけでピンホール、遮光部および複数の長尺状の透光部を形成できるので、ピンホール素子を安価に製造できる。また、このピンホール素子によれば、ピンホール素子を介したレーザ光を、光学顕微鏡、ＮＤフィルタおよび集光レンズを介してＣＣＤカメラなどの撮像装置に導いて目視により、レーザ光の焦点および光軸がピンホールに一致するようにピンホール素子の位置調整を簡単に行なうことができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、前記のように構成したピンホール素子を有し、レーザ光による点光源を生成する光学装置にもある。これによれば、点光源から発生された理想的なコヒーレントなレーザビームを生成可能となる。
【００１０】
【実施の形態】
ａ．ピンホール素子
以下、本発明の一実施形態に係るピンホール素子について図面を用いて説明する。図１（Ａ）は、同実施形態に係るピンホール素子の斜視図である。図１（Ｂ）は、その一部の拡大図である。
【００１１】
ピンホール素子１０は、上面を正方形状に形成した透明基板１１を備えている。透明基板１１上には、微小な円形の透光部で構成されるピンホール１２と、４個の透光部１３，１４，１５，１６とを残して、非透光剤を塗布した遮光部１７が形成されている。透光部１３，１４，１５，１６は、ピンホール１２を中心にして周方向に９０度ずつ隔てて放射状に配置された、長尺状の長形状の開口である。
【００１２】
図１（Ｂ）に示すように、ピンホール１２の直径Ｄは、本実施形態では使用レーザ光の波長に相当する大きさである０．４μｍに設定されているが、レーザ光の波長の１／２〜１５倍程度に設定されていればよい。透光部１３，１４，１５，１６はそれぞれ同一形状に形成され、その長さＬ１は、本実施形態では１０００μｍに設定されているが、３０μｍ〜２０００μｍ程度に設定されていればよい。その幅Ｗは、本実施形態では４０μｍに設定されているが、１０μｍ〜２００μｍ程度に設定されていればよい。また、透光部１３，１４，１５，１６のピンホール１２側の端部とピンホール１２の中心までの距離Ｌ２は、本実施形態ではレーザ光の波長の１５０倍に設定されているが、１０〜３００倍程度に設定されていればよい。なお、後述するレーザ光によるピンホール素子１０上の直径は、本実施形態ではレーザ光の波長の１．５倍に設定されているが、３／２〜１００倍程度に設定されていればよい。
【００１３】
このようなピンホール素子１０においては、透明基板１１上に非透光剤を塗布するだけでピンホール１２、複数の長尺状の透光部１３，１４，１５，１６および遮光部１７を形成できるので、ピンホール素子１０を安価に製造できる。
【００１４】
ｂ．ピンホール素子を用いた光学装置
次に、前記のように構成したピンホール素子を用いて点光源を生成するための光学装置１００について、図２を用いて説明する。
【００１５】
ピンホール素子１０は、ピンホールアジャスタ２１に組み付けられる環状のピンホールホルダ２２に組み込まれる。ピンホールアジャスタ２１は、ピンホール素子１０すなわちピンホール１２の位置を調整可能に、円筒状のケーシング３１の先端面に組み付けられる。ケーシング３１には、集光レンズ２４がピンホールアジャスタ２１の後方位置にて組み込まれる。
【００１６】
ピンホールアジャスタ２１は、図２および図３に示すように、周囲を３箇所切り欠いた環状に構成されており、径方向に突出した３箇所の突起部２１ａにて３個の調整ねじ２５によってケーシング３１に組み付けられている。これらの調整ねじ２５の締め付け程度により、ピンホール素子１０はピンホールアジャスタ２１とともにその軸線方向の位置が調整される。ピンホールアジャスタ２１の３箇所の切り欠き部２１ｂには、ケーシング３１に螺着された３個の偏心カム２６の各外周面がそれぞれ当接している。これらの偏心カム２６を回動することにより、ピンホール素子１０はピンホールアジャスタ２１とともにその軸線方向に直交する２次元平面内の位置が調整される。
【００１７】
このようにしてピンホールアジャスタ２１および集光レンズ２４を組み付けたケーシング３１は、円筒状のハウジング３２の先端部分に組み込まれている。ケーシング３１内には、半導体レーザ３３がレーザホルダ３４に組み付けられて組み込まれているとともに、半導体レーザ３３の前方位置にてコリメートレンズ３５が組み込まれている。そして、ケーシング３１内においては、半導体レーザ３３から出射されたレーザ光がコリメートレンズ３５を介して平行なレーザ光に変換されて集光レンズ２４に導かれるようになっている。
【００１８】
このように構成した光学装置１００においては、集光レンズ２４が、半導体レーザ３３からコリメートレンズ３５を介して供給される平行レーザ光をピンホール素子１０のピンホール１２にて焦点を結びスポットＳＰを形成する。このスポットＳＰの直径は、前述のようにレーザ光の波長の１．５倍が好ましいが、３／２〜１００倍程度であってもよい。
【００１９】
また、レーザ光の焦点がピンホール１２に一致しない場合には、調整ねじ２５を回動することによりピンホール素子１０をレーザ光の光軸方向に移動させて、ピンホール１２のレーザ光の光軸方向位置を調整する。レーザ光の光軸がピンホールと一致していなければ、偏心カム２６を回動することによりピンホール素子１０をレーザ光の光軸と直交する２次元平面内で移動させて、ピンホール１２のレーザ光の光軸方向と直交する２次元平面内の位置を調整する。
【００２０】
ｃ．ピンホール素子の位置調整
次に、ピンホール素子１０の位置調整について説明する。この位置調整においては、光学装置１００の前方に、ピンホール素子１０上に形成されるレーザスポットＳＰを観測するための観測装置２００を配置する。観測装置２００は、光学顕微鏡４１、ＮＤフィルタ４２、集光レンズ４３およびＣＣＤカメラ４４をこの順に配置したものである。光学顕微鏡４１は、ピンホール素子１０上のレーザ光を拡大する。ＮＤフィルタ４２は、通過するレーザ光の光量を調整するもので、複数種類用意されており、その選択によってＣＣＤカメラ４４に到達するレーザ光の光量が調整される。集光レンズ４３は、光学顕微鏡４１およびＮＤフィルタ４２を介したレーザ光をＣＣＤカメラ４４の撮像素子に集光する。
【００２１】
このような観測装置２００を配置した結果、ＣＣＤカメラ４４の撮像素子上に、ピンホール素子１０上に形成されているレーザスポットＳＰが形成され、作業者はスポットＳＰを目視で観察できるようになる。
【００２２】
次に、この観測装置２００を用いたピンホール素子１０の位置調整について具体的に説明する。レーザ光の焦点位置がピンホール素子１０上に一致していなけければ、ピンホール素子１０上に形成されるレーザスポットＳＰは、図５（Ａ）に示すように、ピンホールに比べてかなり大きくなる。このレーザスポットＳＰは透光部１３〜１６のいずれかを介して作業者に目視で観察され、作業者はピンホール素子１０のレーザ光の光軸方向における位置を調整する。具体的には、前述したように、調整ねじ２５を回動して、ピンホール素子１０の軸線方向の位置を調整する。その結果、レーザ光の焦点がピンホール素子１０上に一致すれば、レーザスポットＳＰは、図５（Ｂ）（Ｃ）に示すように、ピンホールとほぼ同じ大きさ、詳しくは若干だけ大きくなる。図５（Ｂ）の場合には、透孔部１６を介してレーザスポットＳＰを観察できる。図５（Ｃ）の場合には、遮光部１７によってレーザスポットＳＰを観察できない。なお、作業者は、このときの調節ねじ２５の回動位置を覚えておく。
【００２３】
また、レーザ光の光軸がピンホール１２に一致していなければ、レーザスポットＳＰは、図６（Ａ）（Ｂ）に示すようにピンホール１２から偏心して形成される。この場合、作業者は、調節ねじ２５を前記覚えていた位置から回動して、レーザスポットＳＰの大きさを図６（Ａ）（Ｂ）のように大きくする。このレーザスポットＳＰは、透光部１３〜１６のいずれかを介して作業者に目視で観察され、作業者はピンホール素子１０の光軸方向と直交する２次元平面内の位置を調整する。具体的には、前述したように、偏心カム２６を回動して、ピンホール素子１０をレーザ光の軸線方向と直交する２次元平面における位置を調整する。その結果、レーザ光の光軸がピンホール１２に一致すれば、レーザスポットＳＰは、図６（Ｃ）の示すように、ピンホール１２と同心に形成される。この状態は、ピンホール１２および透孔部１３〜１６を介して目視される。その後、作業者は、調節ねじ２５を前記覚えておいた位置まで回動して、レーザ光の焦点がピンホール素子１０上に一致するように戻す。
【００２４】
上記説明からも理解できるとおり、上記実施形態によるピンホール素子１０は安価に製造される。また、このピンホール素子１０に形成されるレーザスポットＳＰをＣＣＤカメラ４４などの撮像装置を用いて目視することにより、レーザ光の焦点および光軸がピンホール１２に一致するようにピンホール素子１０の位置調整を簡単に行なうことができる。
【００２５】
ｄ．変形例
以上、本発明の一実施形態についてのみ説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００２６】
例えば、上記実施形態においては、透明基板１１上に４個の透孔部１３〜１６を設けるようにした。しかし、これに代えて、周方向に等角度間隔であれば、さらに多数の透孔部をピンホール１２を中心に放射状に設けるようにしてもよい。図７は、透孔部１３〜１６の間に透孔部１８ａ〜１８ｄをさらに設け、４５度間隔で８個の透孔部を設けたものである。なお、これらの透孔部１８ａ〜１８ｄも上記実施形態の透孔部１３〜１６と同一形状である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施形態に係るピンホール素子の斜視図であり、（Ｂ）は同ピンホール素子の一部の拡大図である。
【図２】前記ピンホール素子を組み込んだ光学装置の分解斜視図である。
【図３】図２のピンホールアジャスタ部の拡大正面図である。
【図４】ピンホール素子上に形成されるレーザスポットを観測するための観測装置の概略図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、ピンホール素子上に形成されるレーザスポットの状態図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、ピンホール素子上に形成されるレーザスポットの状態図である。
【図７】前記実施形態の変形例に係るピンホール素子の斜視図である。
【符号の説明】
１０…ピンホール素子、１１…透明基板、１２…ピンホール、１３〜１６，１８ａ〜１８ｄ…透光部、１７…遮光部、２１…ピンホールアジャスタ、２２…ピンホールホルダ、２５…調整ねじ、２６…偏心カム、３３…半導体レーザ、１００…光学装置、２００…観測装置。

Claims

透明基板上に微小な円形の透光部を残して同透光部の周囲に非透光剤を塗布した遮光部を設けることにより透明基板上にピンホールを形成したピンホール素子において、前記遮光部に前記ピンホールを中心にして放射状に複数の長尺状の透光部を設けたことを特徴とするピンホール素子。
前記複数の長尺状の透光部は、前記ピンホールを中心にそれぞれ等しい角度を隔てて放射状に配置されている請求項１に記載したピンホール素子。
前記長尺状の透光部の数は４である請求項１または２に記載したピンホール素子。
前記複数の長尺状の透光部はそれぞれ長方形である請求項１ないし３のうちのいずれか一つに記載したピンホール素子。
前記請求項１ないし４のうちのいずれか一つに記載したピンホール素子を有し、レーザ光による点光源を生成する光学装置。