JP2007150028A - 光学装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度の高い長いレールを不要とし、筐体を回転させるという作業を不要とする光学装置の位置調整方法を提供する。
【解決手段】筐体１０３に保持される光ビーム発光素子であるＬＤ１０２とこのＬＤ１０２からの発散光を平行光とする集光光学素子であるコリメートレンズ１０１との相互の位置関係を調整する光学装置の調整方法である。基準土台２１可動ステージ２２可動ステージ２２を直線上に配置する。調整用レーザ光源１５をからの調整用光ビームがピンホールＰ１およびピンホールＰ２を通過するように、調整用光ビームの出射方向およびターゲット１１の位置を調整する初期調整ステップと、筐体１０３に保持されるＬＤ１０２からの光ビームがピンホールＰ１に照射されるようにＬＤ１０２の位置を調整する調整ステップとを有するものである。
【選択図】図３

Description

この発明は、光学装置の調整方法に関し、特に、光ビーム発光素子と光ビーム発光素子からの発散光を平行光とする集光光学素子とを含む光学装置の調整方法に関する。

近年レーザ光を用いた装置が広範囲に産業上の各分野で用いられている。そして、このようなレーザ光を用いた装置を用いる装置においては、光学的な調整が非常に重要となっており、光学的な調整が不十分である場合には、十分に装置の性能を発揮できない場合もありうる。

例えば、ホログラム記録、高精度計測などの分野では、単一縦モード光を出射するレーザが必要とされている。そして、半導体レーザであるＬＤ(レーザダイオード)に外部共振器を付加した外部共振器レーザが単一縦モード光を得るための比較的安価で簡便な方法の一つであるので多用されている。外部共振器レーザとしては、例えば、リットロー型のレーザ装置がある（例えば、非特許文献１を参照）。

リットロー型のレーザ装置においては、コリメートレンズに対するＬＤの位置調整には高精度が必要とされている。すなわち、外部共振器から単一縦モード光を出射するための帰還光量を得る為には、コリメートレンズのＮＡを従来の光ディスクで用いられるＮＡ（０．２程度）よりも高いＮＡ(例えば０．５以上など)として使用しなくてはならないために調整には高精度が必要とされるものである。そして、この外部共振器レーザをホログラムメモリに応用する際には、記録光源として均一な波面が必要となっており、通常は外部共振器レーザの後に空間フィルタを設置している。このとき、上述したようにＮＡが高いコリメートレンズを用いた結果、その調整には、より高精度のものが要求されるにもかかわらず、ＬＤの調整が悪く発振波面が悪い場合は、空間フィルタの透過率が低下するので記録メディアに届く光量が低下してしまい、結果的には高転送レート実現の阻害要因となる。そこで、このような用途に用いる光学装置においては、従来に較べてさらに高精度のコリメートレンズに対するＬＤの位置調整が必要となる。

ここで、従来のコリメートレンズに対するＬＤの調整をどのようにしているかについて、図６と図７を参照して簡単に説明する。図６は、従来における調整方法の全体の概念を説明する模式図である。まず、表面の平坦精度を高くした長いレール１００を安定な土台の上に置き、レール１００の片端にコリメートレンズ１０１およびＬＤ（レーザダイオード）１０２を組み込んだ筐体１０３（例えば、光学ピックアップの光学部品取り付けブロック）を置く。ここで、筐体１０３の２つの底面（レール１００と接する面）は、基準面として表面の平坦精度を高くしてある。そして、レール１００のもう一方の片端にターゲット１０４を立てる。このターゲット１０４のレール１００と接する面も同様に、表面の平坦精度を高くしてある。このターゲット１０４には筐体１０３の縦と横の２つの基準面となる底面からコリメートレンズ１０１の光軸（光学系を構成する屈折曲面の曲率中心を連ねる直線、以下、光軸の用語を同じ意味で用いる。図８を参照）の位置までの距離に応じた高さにターゲット用線Ｌａおよびターゲット用線Ｌｂが引いてある。

図７は、ターゲット１０４に引かれたターゲット用線Ｌａおよびターゲット用線Ｌｂの位置と、筐体１０３に配されたコリメートレンズ１０１の光軸の位置との関係を表す図である。ここで、距離ａは、筐体１０３の基準面となる底面１０３ｂ（以下、基準面１０３ｂと省略する）と筐体１０３に固着されたコリメートレンズ１０１の光軸の位置とのＹ方向距離を表し、距離ｂは、筐体１０３基準面となる底面１０３ａ（以下、基準面１０３ａと省略する）と筐体１０３に固着されたコリメートレンズ１０１の光軸の位置とのＸ方向距離を表すものである。なお、Ｙ方向距離およびＸ方向距離の原点はレール１００の平坦な表面とされている。

コリメートレンズ１０１に対するＬＤ１０２の位置の調整は以下のようにして行われる。まず、レール１００の長手方向の一方の端に、筐体１０３の平坦なＹ方向基準面１０３ｂをレール１００の平坦面に接して配置し、レール１００の長手方向の他方の端に、ターゲット１０４の平坦な底面１０４ａをレール１００の平坦面に接して配置する。ＬＤ１０１から出射されコリメートレンズ１０１を透過したレーザ光の光線ａがこのターゲット用線Ｌａの線上にくるようにＬＤ１０２の位置をＹ軸方向に移動させる（図６の（Ａ）において、矢印で示す方向がＹ軸方向である）。

次に、筐体１０３を９０度回転させ、レール１００の長手方向の一方の端に、筐体１０３の平坦なＸ方向基準面１０３ａをレール１００の平坦面に接して配置し、レール１００の長手方向の他方の端に配置されターゲット用線Ｌｂの線上にＬＤ１０２から出射され、コリメートレンズ１０１を透過したレーザ光の光線ｂがくるようにＬＤ１０２の位置をＸ軸方向に移動させる（図６の（Ｂ）において、矢印で示す方向がＸ軸方向である）。このようにして、コリメートレンズに対するＬＤ１０１の位置の調整を正確におこなうことができる。ここで、レール１００の長さが長ければ長いほど、正確な位置合わせが可能となるものである。
L. Ricci, et al. 「A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics」, Optics Communications, 117 1995, pp541-549

背景技術に示した、従来の調整方法では、コリメートレンズ１０１に対するＬＤ１０２の位置の調整精度を出す為には寸法精度の高い長いレール１００が必要とされ、さらにＬＤ１０２の２つの方向、すなわち、Ｘ軸方向とＹ軸方向の調整をおこなうためには、筐体１０３を回転させるという作業が必要となり、調整に時間を要した。

本発明は従来の課題を解決して、寸法精度の高い長いレールを不要とし、さらに、Ｘ軸方向とＹ軸方向の調整をおこなうに際して、筐体を回転させるという作業を不要とする、より改善された光学装置の位置調整方法を提供するものである。

本発明の光学装置の調整方法は、筐体に保持される光ビーム発光素子と前記光ビーム発光素子からの発散光を平行光とする集光光学素子とを含む光学装置の調整方法であって、前記筐体の位置基準となる筐体基準面と当接する基準土台基準面を有する基準土台と、前記基準土台から調整精度に応じて離間した第１の可動ステージと、前記第１の可動ステージからさらに離間した第２の可動ステージと、を直線上に配置し、平面を貫通する第１のピンホールを設けた第１のターゲットを前記第１の可動ステージに配置し、平面を貫通するピンホールの中心の位置が前記基準土台基準面を基準として前記筐体に保持される前記集光光学素子の光軸と一致する第２のピンホールを設け、前記第２のピンホールの開口部が形成される平面に光ビームを反射する反射板を設けた第２のターゲットを前記基準土台の所定の位置に配置し、平行光とされた調整用光ビームを出射する調整用レーザ光源を前記第２の可動ステージに配置し、前記調整用光ビームが前記第１のピンホールおよび前記第２のピンホールを通過して、前記反射板で反射して、前記第１のターゲットの前記平面に生じる光ビームの中心と前記第１のピンホールの中心とが一致するように、前記調整用光ビームの出射方向および前記第１のターゲットの位置を調整する初期調整ステップと、前記初期ステップの終了後に、前記第２のターゲットに替えて、前記筐体基準面が前記基準土台の前記基準土台基準面に当接するように前記筐体を所定の位置に配置し、前記筐体に保持される前記光ビーム発光素子からの光ビームが前記第１のピンホールの中心に照射されるように前記光ビーム発光素子の基準土台基準面からの離間距離を調整する調整ステップと、を有するものである。

この光学装置の調整方法では、筐体に保持される光ビーム発光素子とこの光ビーム発光素子からの発散光を平行光とする集光光学素子とを含む光学装置の調整方法であって、筐体の位置基準となる筐体基準面と当接する基準土台基準面を有する基準土台と、この基準土台から調整精度に応じて離間した第１の可動ステージと、この第１の可動ステージからさらに離間した第２の可動ステージと、を直線上に配置する。

また、平面を貫通する第１のピンホールを設けた第１のターゲットをこの第１の可動ステージに配置し、直交する２つの基準土台基準面の両方に直交する平面を貫通するピンホールの中心の位置が基準土台基準面を基準として筐体に保持される集光光学素子の光軸と一致する第２のピンホールを設け、第２のピンホールの開口部が形成される平面に光ビームを反射する反射板を設けた第２のターゲットを基準土台の所定の位置に配置し、平行光とされた調整用光ビームを出射する調整用レーザ光源を前記第２の可動ステージに固着する。

そして、調整用光ビームが第１のピンホールおよび第２のピンホールを通過して、反射板で反射して、第１のターゲットの平面に照射される光ビームの中心と第１のピンホールの中心とが一致するように、調整用光ビームの出射方向および第１のターゲットの位置を調整する初期調整ステップを有する。このようにして、調整用光ビームが第２のピンホールを形成した面と正確に直交するように進行し、かつ、調整用光ビームの中心の位置を、筐体を基準土台上に配置した場合における集光光学素子の光軸の位置と一致させることができる。さらに、第１のピンホールの中心を集光光学素子の光軸の位置と一致させることができる。

さらに、初期ステップの終了後に、第２のターゲットに替えて、筐体基準面が基準土台の基準土台基準面に当接するように筐体を所定の位置に配置し、筐体に保持される光ビーム発光素子からの光ビームが第１のピンホールの中心に照射されるように光ビーム発光素子の基準土台基準面からの離間距離を調整する調整ステップを有する。このようにして、筐体に保持される光ビーム発光素子からの光ビームを第１のピンホールの中心に照射するように調整することによって、集光光学素子の光軸の位置と光ビーム発光素子からの光ビームの中心の位置とを一致させることができる。この場合において、基準土台と第１の可動ステージとの離間距離に応じた調整精度を得ることができる。

本発明によれば、寸法精度の高い長いレールを不要とし、筐体を回転させるという作業を不要とする光学装置の位置調整方法を提供することができる。

（第１実施形態）
図１ないし図４に沿って、第１実施形態の光学調整方法を示す。第１実施形態は、筐体１０３（図３を参照）に保持されるコリメートレンズ１０１（図３を参照）の光軸が基準土台２１（図３を参照）のＸ方向基準面２１ａ（図３を参照）およびＹ方向基準面２１ｂ（図３を参照）の両方に平行となるように設定されている場合におけるコリメートレンズに対するＬＤの位置調整の方法に関するものである。

図１は、本実施形態において必要となる２つのターゲットであるターゲット１１とターゲット１２とを示すものである。以下の図１の（Ａ）、図１の（Ｂ）に沿った説明においては、紙面の表裏方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸の正方向を紙面の裏面から表面に向かう方向としている。また、紙面の上下方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸の正方向を紙面の下側から上側に向かう方向としている。また、紙面の左右方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸の正方向を紙面に向かって左側から右側に向かう方向としている。図１の（Ｃ）に沿った説明においては、紙面の表裏方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸の正方向を紙面の裏面から表面に向かう方向としている。また、紙面の上下方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸の正方向を紙面の下側から上側に向かう方向としている。また、紙面の左右方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸の正方向を紙面に向かって右側から左側に向かう方向としている。この座標軸で表す、ターゲット１１およびターゲット１２の位置は、後述する初期ステップの終了後に、可動ステージ２２及び可動ステージ２３に配置されたターゲット１１とターゲット１２とが理想的な位置関係となった状態を基準とした位置を表すものである。

図１の（Ａ）に正面図を示すターゲット１１は、ピンホールＰ１を設けた熱膨張率の小さい部材で形成されるブロック材である。ピンホールＰ１は、ターゲット１１の表面（図１では紙面の表面）からターゲット１１の裏面（図１では紙面の裏面）に及ぶ貫通孔である。

図１の（Ｂ）に正面図を示し、図１の（Ｃ）に側面図を示すターゲット１２は、筐体１０３に保持されるコリメートレンズ１０１（図３を参照）の光軸が配置されるべきＸ軸方向およびＹ軸方向の位置と同じ位置にピンホールＰ２の中心を設けた熱膨張率の小さい部材で形成されるブロック材である。ピンホールＰ２は、ターゲット１２の表面（図１では紙面の表面）からターゲット１１の裏面（図１では紙面の裏面）に及ぶ貫通孔である。ターゲット１２の背面のピンホールＰ２の開口部には、ミラー１３を貼り付けている。

また、ターゲット１２は、Ｘ軸方向の筐体基準面であるＸ方向基準面１２ａおよびＹ軸方向の筐体基準面であるＹ方向基準面１２ｂの２つの平坦な基準面を有している。Ｘ方向基準面１２ａは、基準土台２１のＸ方向の基準面となるＸ方向基準面２１ａに押し当てられ、Ｙ方向基準面１２ｂは、基準土台２１のＹ方向の基準面となるＹ方向基準面２１ｂに押し当てられて位置精度をだすようになされている。また、Ｘ方向基準面２１ａおよびＹ方向基準面１２ｂの厚み、すなわち、Ｘ軸およびＹ軸の両方に直交する座標軸であるＺ軸方向の長さは、ミラー１３が貼り付けられたターゲット１２の背面の精度が十分に出せるような長さに設定されている。すなわち、ターゲット１２のミラー１３が貼り付けられた背面部分は、基準土台２１（図２を参照）の直交する２つの基準土台基準面であるＸ軸方向の位置の基準となるＸ方向基準面２１ａ（図３を参照）およびＹ軸方向の位置の基準となるＹ方向基準面２１ｂ（図３を参照）の両方に直交する、風圧や振動等に対して安定した位置を確保した平面となるように、ターゲット１２の厚み（Ｚ軸方向長さ）は十分な大きさとされている。

図２は、本実施形態の調整方法の初期調整ステップにおける上述した部材であるターゲット１１およびターゲット１２の初期設定を示すものである。初期設定において、どのようにターゲット１１、ターゲット１２の位置を設定するかについて、各部の構成に言及しながら以下に説明をする。以下の図２に沿った説明においては、紙面の表裏方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸の正方向を紙面の裏面から表面に向かう方向、すなわち、Ｘ方向基準面２１ａを原点に定めるものとする。また、紙面の上下方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸の正方向を紙面の下側から上側に向かう方向、すなわち、Ｙ方向基準面２１ｂを原点に定めるものとする。また、紙面の左右方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸の正方向を紙面に向かって右側から左側に向かう方向、すなわち、ＬＤ１０２の光ビーム発光点を原点に定めるものとする。また、Ｒ方向はＹ軸の周りを回転する方向で、Ｙ軸の正方向に向かって右回りに回転する方向を正方向に定めている。また、θ方向はＸ軸の周りを回転する方向で、Ｘ軸の正方向に向かって右回りに回転する方向を正方向に定めている。

基準土台２１は、Ｘ方向の基準面となるＸ方向基準面２１ａと、Ｙ方向の基準面となるＹ方向基準面２１ｂとを備えている。Ｘ方向基準面２１ａは、Ｙ軸と平行する平行精度の高い、表面が平坦化された基準面であり、Ｙ方向基準面２１ｂは、Ｘ軸と平行する平行精度の高い、表面が平坦化された基準面である。基準土台２１は、基準となる床（図示せず）の上に置かれている。ここで、床は、水平、垂直方向が正確に特定された位置基準である必要はないが、硬い面であり、周囲からの振動の影響を受けない面であることが望ましい。ターゲット１２のＸ方向基準面１２ａは基準土台２１のＸ方向基準面２１ａと接して押し付けられ、ターゲット１２のＹ方向基準面１２ｂは基準土台２１のＹ方向基準面２１ｂと接して押し付けられて基準土台２１の上に配置されている。これによって、基準土台２１とターゲット１２との位置関係は、所定の位置関係が維持される。

ターゲット１１は、可動ステージ２２の上に置かれている。ここで、可動ステージ２２と基準土台２１とのＺ軸方向の離間距離は長ければ長いほど、調整精度は向上するものであり、離間距離は、光ビームの強度が減衰することなく視認ができる範囲であれば、理論的な限界があるものではなく、この離間距離に応じて調整精度が向上するものである。本実施形態においては、２ｍ（メータ）程度としている。可動ステージ２２は、基準となる床（図示せず）の上に置かれている。ここで、床は、水平、垂直方向が正確に特定された位置基準である必要はないが、硬い面であり、周囲からの振動の影響を受けない面であることが望ましい。また、この床は、ターゲット１２が置かれた床と同一の床である必要はなく、例えば、別の建物の床であっても良い。

可動ステージ２２は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｒ方向およびθ方向の各々に独立して移動可能なステージであり、マイクロ・メータ方式で構成される、Ｘ方向調整ねじ、Ｙ方向調整ねじ、Ｒ方向調整ねじおよびθ方向調整ねじによって、可動ステージ２２の上に配される物体を各々の方向に微細に移動させることが可能とされている。

調整用レーザ光源１５は、可動ステージ２３の上に置かれている。ここで、可動ステージ２３は、可動ステージ２２と同じ構成の可動ステージであり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｒ方向およびθ方向の各々に独立して、調整用レーザ光源１５を移動させることが可能とされている。

このような配置において、ターゲット１１および調整用レーザ光源１５のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｒ方向およびθ方向の調整を行う。調整は、以下の手順で行う。調整用レーザ光源１５から出射された光線ｃ（光ビームの仮想的な中心を、以下光線の用語を用いて表す）がターゲット１１のピンホールＰ１を透過するようにする。さらに、その光線ｃはターゲット１２に照射される。そして、調整用レーザ光源１５のＲ方向およびθ方向の角度とＸ軸方向およびＹ軸方向の位置と、ターゲット１１のＲ方向およびθ方向の角度とＸ軸方向およびＹ軸方向の位置とを同時に調整して、ターゲット１２に照射された光ビームがその中心のピンホールを透過し背面のミラー１３で反射してターゲット１１のピンホールに戻るようにする。この調整の手順は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｒ方向およびθ方向への光ビームの変化を視認し、望ましくは、最終的には後述する回折リングを視認しながら順に追い込んでいくものである。

ここで、光ビーム進行方向へのターゲット１１の厚みが薄いほど、Ｒ方向およびθ方向の調整は容易なものとなる。すなわち、ターゲット１１の厚みが薄ければ、Ｒ方向およびθ方向へのずれ量が多少生じたとしても光ビームは、ターゲット１１に設けられたピンホールＰ１を透過するので位置合わせに大きな支障を生じることはない。しかしながら、ターゲット１１に生じる後述する回折リングを振動で揺れることなく安定して発生させる必要があるのである程度の厚みは必要となる。また、ターゲット１１に設けられたピンホールＰ１は位置基準となるので、振動等によって測定誤差を生じさせないためにもターゲット１１に剛性を与えるに十分なる厚みが必要とされる。

また、調整対象のＬＤ１０２およびコリメートレンズ１０１を埋め込んだ（保持した）筐体１０３において、コリメートレンズ１０１に対してのＬＤ１０２の相対位置を調整する時点においては、ターゲット１２に替えて、筐体１０３が基準土台２１のＸ方向基準面２１ａおよびＹ方向基準面２１ｂを基準として配置されるので、ターゲット１２がＸ方向基準面２１ａおよびＹ方向基準面２１ｂと接触する面の形状は、筐体１０３のそれと同一であることが望ましい。しかしながら、ピンホールＰ２の中心位置を、筐体１０３に保持されるコリメートレンズ１０１の光軸のＸ方向基準面２１ａからのＸ軸方向の距離およびＹ方向基準面２１ｂからのＹ軸方向の距離に一致させることができるものであれば、特にターゲット１２の基準面の形状に限定があるものではない。

また、ターゲット１２のピンホールＰ２の中心位置は、筐体１０３に保持されるコリメートレンズの光軸と一致していることが、位置合わせの前提となっている。よって、ピンホールＰ２の長さ、すなわち、ターゲット１２の光ビーム進行方向に対する厚み（Ｚ軸方向の長さ）は、ピンホールＰ２の中心位置と筐体１０３に配されたコリメートレンズ１０１の光軸と一致している限り、どのような厚みであってもよく、さらに、ミラー１３が貼り付けられたターゲット１２の背面の位置精度が基準土台２１に対して十分に得られるものであれば、ピンホールＰ２の長さが短いものであっても良い。すなわち、後述する調整ステップにおいて、ピンホールＰ１の中心とピンホールＰ２の中心とを結ぶ直線は、コリメートレンズ１０１の光軸と一致するように設定されるものであるので、ピンホールＰ２の長さに特に限定があるものではなく、この厚みは、理論的には零であっても良いものである。

しかしながら、上述したように、ターゲット１２の背面のミラー１３が配される部分の位置精度を十分に得るために、この厚みは、例えば、コリメートレンズ１０１の平行光出射側の表面からＬＤ１０２の光ビーム出射点までの長さと同一とすることも一つの望ましい選択である。

このような配置において、調整用レーザ光源１５のＲ方向およびθ方向の角度とＸ軸方向およびＹ軸方向の位置と、ターゲット１１のＲ方向およびθ方向の角度とＸ軸方向およびＹ軸方向の位置との基準土台２１に対する位置調整、すなわち、可動ステージ２２の位置調整は、単にピンホールＰ１に照射される光ビーム（光線）がピンホールの中心付近に照射されることを検出するものであっても良いが、上述したように回折リングを用いて行うことがより望ましい。

すなわち、少なくともターゲット１１のピンホールＰ１の径は、光ビームの波長および平行光とされた光ビームの直径との関係で回折効果が生じる程度に、小さいものとしておき、ピンホールＰ１によって回折光を生じさせるようにするのである。その結果、ターゲット１１の平面に照射されるターゲット１２からの反射した光線ｄ（光線ｃと同一の光路を戻る方向が逆向きの光線である）の作用によって、ピンホールＰ１の開口部付近のターゲット１１の平面に回折リングが見えるので、この回折リングの中心がピンホールＰ１の位置と一致するように、可動ステージ２２および可動ステージ２３の位置を調整するものである。

このときに、ターゲット１１の厚み（Ｚ軸方向の長さ）が大きい場合には、ピンホールＰ１をターゲット１１の平面（表面）に対して垂直（直交する方向）に設けておけば、光線ｃがこのピンホールＰ１を透過するように調整することによって、自動的にターゲット１１の表面のピンホールＰ１の付近の回折リングは同心円状となってこの回折リングの中心をピンホールＰ１の中心に合わせるように調整することは容易にできるものである。一方、ターゲット１１の厚みが非常に小さい場合には、ターゲット１１の表面と光線ｃとを垂直の関係とするために、回折リングが同心円状となるように可動ステージ２２のＲ方向の角度およびθ方向の角度を調整する必要がある。上述するような初期調整ステップによって、基準土台２１に対するターゲット１１の位置が確定することとなる。そして、ターゲット１２を取り外す。

次に、図３に沿って、コリメートレンズ１０１を埋め込んだ筐体１０３における調整対象のＬＤ１０２の位置を調整する調整ステップについて説明をする。ＬＤ１０２、コリメートレンズ１０１および筐体１０３は背景技術に示すと同様の構成を有するものであり、筐体１０３の基準土台２１のＸ方向基準面２１ａおよびＹ方向基準面２１ｂと接する各々の底面は、表面の平坦精度を高くしてある。コリメートレンズ１０１のＮＡは０．５程度である。なお、コリメートレンズ１０１とＬＤ１０２とのＺ軸方向の距離は、筐体１０３の寸法精度、コリメートレンズ１０１自体の製造精度、ＬＤ１０２のＺ軸方向の取り付け精度を高くすることによって、調整を不要とされている。また、別の調整方法を併用して筐体毎に別途、Ｚ軸方向の調整を行い、調整が終了した部材を本実施形態の調整対象としても良いものである。

調整は以下のようにして行う。まず、調整対象のＬＤ１０２およびコリメートレンズ１０１を埋め込んだ筐体１０３を基準土台２１の上に置く。筐体１０３のＸ方向基準面１０３ａは基準土台２１のＸ方向基準面２１ａと接して押し付けられ、筐体１０３のＹ方向基準面１０３ｂは基準土台２１のＹ方向基準面２１ｂと接して押し付けられて、筐体１０３は基準土台２１の上に配置されている。すなわち、筐体１０３は、Ｘ方向基準面２１ａおよびＹ方向基準面２１ｂと正確に当接して、コリメートレンズの光軸が、正確にＸ方向基準面２１ａおよびＹ方向基準面２１ｂに平行となるようにされている。このために、第１実施形態においては、基準土台２１の上に置く筐体１０３のＺ軸方向の位置は厳密なものである必要はない。

次にＬＤ１０２に電力を供給して、コリメートレンズ１０１を透過した光線ｅがターゲット１１のピンホールＰ１に照射されるようにＬＤ１０２の筐体１０３に対するＸ軸方向およびＹ軸方向の調整を行う。

図４を参照して、ＬＤ１０２をＸ軸方向およびＹ軸方向に調整する機構を示す。図４の紙面はＹ軸とＺ軸を含む平面から見た筐体１０３の断面の模式図であり、筐体１０３とコリメートレンズ１０１との位置は予め定めた位置関係とされ、ＬＤ１０２がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動してコリメートレンズ１０１との位置関係が調整可能とされるものである。

筐体１０３とコリメートレンズ１０１との位置関係の維持は、コリメートレンズホルダ４４によって行われる。コリメートレンズ１０１はコリメートレンズホルダ４４に接着剤等で、位置決め後に固着されている。コリメートレンズホルダ４４には位置決め溝４４ａが形成されており、この位置決め溝４４ａと筐体１０３に設けられた凸部とによってコリメートレンズホルダ４４は、筐体１０３の所定の位置に配置され、その後、コリメートレンズ固定ねじ４６で筐体１０３に固着される構造を採用している。このような構成によってコリメートレンズ１０１の光軸の位置がＸ方向基準面１０３ａおよびＹ方向基準面１０３ｂと平行となる所定の位置関係が維持されることとなる。

ＬＤ１０２は、ＬＤホルダ４１に接着剤等で、Ｚ軸方向の位置決め後に固着されている。すなわち、ＬＤ１０２はＬＤホルダ４１に対するＺ軸方向の位置が所定の位置となされている。このようにしてＬＤ１０２が固着されたＬＤホルダ４１を筐体１０３のホルダ保持面１０３ｃに押し当て、ＬＤホルダ４１がＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能となるようにＬＤホルダ押さえ部材４２を筐体１０３にねじで固定する。なお、Ｙ軸方向の筐体基準面であるＹ方向基準面１０３ｂおよびＸ軸方向の筐体基準面であるＸ方向基準面１０３ａ（図４には図示しない、紙面と平行する面）は平坦となるように、ＬＤホルダ押さえ部材４２を固定するねじの頭が筐体１０３に埋め込まれている。そして、ＬＤホルダ４１はホルダ保持面１０３ｃとＬＤホルダ押さえ部材４２とで形成される両側の壁面に対して滑らかにすべるようにして、ＬＤホルダ４１はＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能となされている。

上述した構造において、ばね４３がＬＤホルダ４１をＹ軸の正方向に付勢力を与えるためにＹ軸方向調整ねじ４５を回転させることによって、Ｙ軸方向の位置が調整され、Ｙ軸方向調整ねじ４５と９０度、角度が異なる位置に配置された、図示しないＸ軸方向へ付勢力を与えるばね、およびＸ軸方向調整ねじによってＸ軸方向の位置が調整される。

図５のフローチャートに沿って、本実施形態の調整法を説明する。図５に示すステップＳＴ１００からステップＳＴ１０６をＹｅｓ（肯定）によって抜け出すまでが、初期調整ステップに該当し、ステップＳＴ１１０からステップＳＴ１１１をＹｅｓ（肯定）によって抜け出すまでが調整ステップに該当するものである。

調整の開始後の最初の手順は、基準台２１にターゲット１２を配置し、さらに、可動ステージ２２の上にターゲット１１、可動ステージ２３の上に調整用レーザ光源１５を配置することである（ステップＳＴ１００）。
次に、調整用レーザ光源１５を発振させる（ステップＳＴ１０１）。
次に、ターゲット１１を透過してターゲット１２に照射される光ビームの光量が最大か否かを判断する（ステップＳＴ１０２）。光ビームの光量が最大であるか否かの判断は、可動ステージ２３の位置を少し動かし、目視によって判断する。

ステップＳＴ１０２において、光ビームの光量が最大であると判断しない場合（Ｎｏ：否定）には、可動ステージ２３のＸ方向調整ねじ、Ｙ方向調整ねじを操作して、位置（Ｘ、Ｙ）を動かし、再び、ステップＳＴ１０２の判断の処理を繰り返す。
一方、可動ステージ２３のＸ方向調整ねじ、Ｙ方向調整ねじを操作しても、これ以上は光ビームの光量が増加せず、光ビームの光量が最大であると判断する場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳＴ１０４に処理を移す。

ステップＳＴ１０４では、ターゲット１１を透過してターゲット１２に照射される光ビームがピンホールＰ２の中心にあるか否かを判断する。この判断も目視によって行う。

ステップＳＴ１０４において、光ビームがピンホールＰ２の中心にあると判断しない場合（Ｎｏ）には、可動ステージ２３のＲ方向調整ねじ、θ方向調整ねじを操作して、角度（Ｒ、θ）を動かし、再び、ステップＳＴ１０２に処理を移す。
一方、可動ステージ２３のＲ方向調整ねじ、θ方向調整ねじを操作しても、これ以上は光ビームの光量が増加せず、光ビームの光量が最大であると判断する場合（Ｙｅｓ）にはステップＳＴ１０６に処理を移す。

ステップＳＴ１０６では、ターゲット１２の背部のミラー１３に反射し、ターゲット１１に照射される光ビームがピンホールＰ１の中心にあるか否かを判断する。この判断も目視によって行う。ここで、ターゲット１１に照射される光ビームが形成される回折リングに基づいて、例えば、回折リングの中心とピンホールＰ１の中心とが合っているか否かを判断することは効果的である。

ステップＳＴ１０６において、光ビームがピンホールＰ１の中心にあると判断しない場合（Ｎｏ）には、可動ステージ２２のＸ方向調整ねじ、Ｙ方向調整ねじ及びＲ方向調整ねじ、θ方向調整ねじを操作して、位置（Ｘ、Ｙ）及び角度（Ｒ、θ）を動かし（ステップＳＴ１０７）、再び、ステップＳＴ１０２に処理を移す。
一方、光ビームがピンホールＰ１の中心にあると判断する場合（Ｙｅｓ）、すなわち、可動ステージ２２のＸ方向調整ねじ、Ｙ方向調整ねじ及びＲ方向調整ねじ、θ方向調整ねじを操作しても、これ以上は、光ビームがピンホールＰ１の中心によらないと判断する場合には初期調整ステップは終了し、ステップＳＴ１１０から始まる調整ステップに処理を移す。

ステップＳＴ１１０では、調整用のレーザ光源１５の発振を停止して、ターゲット１２を調整対象の筐体１０３に交換し、筐体１０３に配されたＬＤ１０２を発振させる。

ステップＳＴ１１１では、ターゲット１１に照射された光ビームがピンホールＰ１の中心部分に照射されているか否かを判断する。この判断は目視によって行う。
光ビームがピンホールＰ１の中心にあると判断する場合（Ｙｅｓ）、すなわち、ＬＤ１０２のＸ方向調整ねじ、Ｙ方向調整ねじを操作しても、これ以上は、光ビームがピンホールＰ１の中心によらないと判断する場合には、調整は終了する。
一方、光ビームがピンホールＰ１の中心にあると判断しない場合（Ｎｏ）、には、ＬＤ１０２のＸ方向調整ねじ、Ｙ方向調整ねじを操作して光ビームをピンホールＰ１の中心に寄せる。

上述した第１実施形態の光学装置の調整方法の要点をまとめると、この調整方法は、筐体１０３に保持される光ビーム発光素子であるＬＤ１０２と、このＬＤ１０２からの発散光を平行光とする集光光学素子であるコリメートレンズ１０１との相互の位置関係を調整する光学装置の調整方法であって、筐体１０３の位置基準となる筐体基準面であるＸ方向基準面１０３aおよびＹ方向基準面１０３ｂと押し当てて接する直交する２つの基準土台基準面であるＸ方向基準面２１ａおよびＹ方向基準面２１ｂを有する基準土台２１と、基準土台２１から調整精度に応じて離間した第１の可動ステージである可動ステージ２２と、可動ステージ２２からさらに離間した第２の可動ステージである可動ステージ２３と、を直線上に配置する。

そして、平面を貫通する第１のピンホールであるピンホールＰ１を設けた第１のターゲットであるターゲット１１を第１の可動ステージである可動ステージ２２に配置する。

また、平面を貫通する第２のピンホールであるピンホールＰ２を設け、ピンホールＰ２の一方の開口部の表面に光ビームを反射する反射板であるミラー１３を設け、ピンホールＰ２と基準土台２１との位置関係を所定の位置とした、第２のターゲットであるターゲット１２を基準土台２１に配置する。

また、平行光とされた調整用光ビームを出射する調整用レーザ光源１５を第２の可動ステージである可動ステージ２３に配置する。

そして、調整用光ビームがピンホールＰ１およびピンホールＰ２を通過して、ミラー１３で反射して、ターゲット１１の表面に生じる回折リングの中心とピンホールＰ１の中心とが一致するように、調整用光ビームの出射方向およびターゲット１１の位置を調整する初期調整ステップを有する。この初期ステップによって、ターゲット１１のピンホールＰ１の中心位置は、筐体１０３を基準土台２１の上に配置した場合における、コリメートレンズ１０１光軸の延長線上に位置することとなる。

上述した初期ステップの終了後に、ターゲット１２に替えて筐体１０３を基準土台２１の上に載せる。ここで、Ｘ方向基準面１０３aとＸ方向基準面２１ａとが接し、Ｙ方向基準面１０３ｂとＹ方向基準面２１ｂとが接するので、Ｘ方向基準面１０３aとＹ方向基準面１０３ｂとは、直交している。そして、この筐体１０３のＸ方向基準面１０３ａを基準土台２１のＸ方向基準面２１ａに押し当て、筐体１０３のＹ方向基準面１０３ｂを基準土台２１のＹ方向基準面２１ｂに押し当てて配置し、筐体１０３に保持されるＬＤ１０２からの光ビームがピンホールＰ１に照射されるようにＬＤ１０２の位置関係を、図示しないＸ軸方向調整ねじおよびＹ軸方向調整ねじ４５によって調整する調整ステップを有するものである。

このようにして、本実施形態の光学装置の調整方法では、ＬＤ１０２のＸ軸方向とＹ軸方向の位置合わせの調整を筐体１０３の配置を変更することなく行うことができ、背景技術に示すように筐体１０３を回転させる必要がない。

また、本実施形態の光学装置の調整方法では、調整精度を高精度とする場合においては、基準土台２１とターゲット１１との離間距離を離すことで実現されるものであるが、基準土台２１と、ターゲット１１を保持する可動ステージとを背景技術に示すようなレールの上に配置する必要がない。そのために、多額の費用の負担なしに、基準土台２１とターゲット１１との離間距離を離すことが可能となる。

また、調整用レーザ光源１５を発光させることによって、ターゲット１１と基準土台２１との位置関係が適切なものであるか否かの調整精度の確認が随時できるものである。

さらに、反射板を設けた第２のターゲットであるターゲット１２を基準土台２１の所定の位置に配置する場合にも、この所定の位置はＺ軸方向のいずれの場所としても良いこととされる。すなわち、ターゲット１２のＸ方向基準面１２ａと基準土台２１のＸ方向基準面２１ａ、およびターゲット１２のＹ方向基準面１２ｂと基準土台２１のＹ方向基準面２１ｂとが接しさえすれば、ターゲット１２を基準土台２１のどの位置に配置しても良いものである。同様に、初期ステップの終了後に、ターゲット１２に替えて、筐体１０３を所定の位置に配置する場合においても、筐体１０３のＸ方向基準面１０３ａと基準土台２１のＸ方向基準面２１ａ、および筐体１０３のＹ方向基準面１０３ｂと基準土台２１のＹ方向基準面２１ｂとが接しさえすれば、筐体１０３を基準土台２１のどの位置に配置しても良いものである。

（第２実施形態）
上述した第１実施形態においては、筐体１０３のＸ方向基準面１０３aおよびＹ方向基準面１０３ｂに対してコリメートレンズ１０１の光軸は平行するものとした。しかしながら、筐体１０３の形状によっては、コリメートレンズ１０１の光軸と平行な２つの直交する面を筐体基準面に選ぶことが不可能な場合がありえる、このような場合における調整方法を以下に説明する。

第１実施形態においては、基準土台２１に対するターゲット１２および筐体１０３のＺ軸方向の位置は、重要な要素ではなかった。この理由は、上述したように、Ｘ方向基準面１０３aおよびＹ方向基準面１０３ｂに対してコリメートレンズ１０１の光軸は平行するものとしたために得られた効果であるが、逆に基準面に制約をもたらしてしまった。

第２実施形態においては、筐体１０３Ａ（図示せず）のＸ方向基準面１０３ＡaおよびＹ方向基準面１０３Ａｂ（いずれも図示せず）と、筐体１０３Ａに保持されたコリメートレンズ１０１との間に平行となる関係がない場合でも、筐体１０３Ａに取り付けられたＬＤ１０２の位置調整を同様な手順によって可能とするものである。

説明を簡単にするために、まず、筐体１０３Ａと筐体１０３とは、外形が異なるものであるが、Ｘ方向基準面１０３ＡaおよびＹ方向基準面１０３Ａｂは、Ｘ方向基準面１０３aおよびＹ方向基準面１０３ｂと同様に基準土台２１に接する平坦な直交する面であるとする。また、ターゲット１２に替えて用いるターゲット１２Ａの外形形状は、筐体１０３Ａと同じ形状であるとして以下説明をおこなう。しかしながら、後述するように、筐体の形状および基準面は基準土台に対して位置決めできるものであればどのような形状であっても構わない。また、コリメートレンズ１０１の取り付け、ＬＤ１０２の位置調整方法は図４に示すものと同様のものとする。

ターゲット１２Ａに配されたピンホールＰ２Ａ（図示せず）は、筐体１０３Ａとターゲット１２Ａとを基準土台２１の同位置おいたとする場合、筐体１０３Ａに配されたコリメートレンズ１０１の光軸と一致するように設けられている。このような、ターゲット１２Ａおよび筐体１０３Ａを用いて、筐体１０３Ａに配されたコリメートレンズ１０１に対するＬＤ１０２の調整方法を以下に説明する。基本的な調整手順は、第１実施形態と同様であるが、異なる点は、基準土台２１に置かれるターゲット１２Ａの位置と、基準土台２１に置かれる筐体１０３Ａの位置は同位置である点である。例えば、基準土台２１に設置位置がマークしてあるか、位置決めストッパを設けて同位置に保持される。

第２実施形態の光学装置の調整方法は、基準土台２１、可動ステージ２２および可動ステージ２３を第１実施形態と同様に直線上に配置する。そして、平面を貫通する第１のピンホールであるピンホールＰ１を設けた第１のターゲットであるターゲット１１を第１の可動ステージである可動ステージ２２に固着する。また、平面を貫通する第２のピンホールであるピンホールＰ２Ａ（図示せず）を設け、ピンホールＰ２Ａの開口部が形成される平面に光ビームを反射する反射板であるミラー１３Ａ（図示せず）を設け、ピンホールＰ２Ａと基準土台２１との位置関係を所定の位置とした第２のターゲットであるターゲット１２Ａを基準土台２１の上のマーキングされた位置に正確に配置する。また、マーキングをしない場合には、基準土台２１のターゲット１２Ａおよび筐体１０３Ａに接する面の寸法を等しくしておくことによって容易に位置決めができる。さらに、可動ステージ２２と基準土台２１との距離を長くすることによって、基準土台２１に配置するターゲット１２Ａおよび筐体１０３Ａの配置位置の位置誤差が与える調整精度への影響は少ないものとできる。

そして、第１実施形態と同様に、平行光とされた調整用光ビームを出射する調整用レーザ光源１５を第２の可動ステージである可動ステージ２３に固着し、調整用光ビームがピンホールＰ１およびピンホールＰ２Ａを通過して、ミラー１３Ａ（図示せず）で反射して、ターゲット１１の表面に照射される光ビームの中心とピンホールＰ１の中心とが一致するように、より望ましくは、ピンホールＰ１の付近に生じる回折リングの中心とピンホールＰ１の中心とが一致するように、調整用光ビームの出射方向およびターゲット１１の位置を調整する初期調整ステップを有する。この初期ステップによって、ターゲット１１のピンホールＰ１の中心位置は、筐体１０３を基準土台２１の上に配置した場合における、コリメートレンズ１０１の光軸上に位置することとなる。

上述した初期ステップの終了後に、ターゲット１２Ａに替えて筐体１０３Ａを基準土台２１の上に載せる、そして、この筐体１０３ＡのＸ方向基準面１０３ａを基準土台２１のＸ方向基準面２１ａに押し当て、筐体１０３ＡのＹ方向基準面１０３ｂを基準土台２１のＹ方向基準面２１ｂに押し当てて配置し、筐体１０３Ａに保持されるＬＤ１０２からの光ビームがピンホールＰ１に照射されるようにＬＤ１０２の位置関係を、図示しないＸ軸方向調整ねじおよびＹ軸方向調整ねじ４５によって調整する調整ステップを有するものである。

ここで、説明を分かりやすくするために、この筐体１０３ＡのＸ方向基準面１０３ａを基準土台２１のＸ方向基準面２１ａに押し当て、筐体１０３ＡのＹ方向基準面１０３ｂを基準土台２１のＹ方向基準面に押し付ける場合において説明したが、筐体１０３Ａの基準面および基準土台２１の基準面は直交する必要は全くない、すなわち、ピンホールＰ１およびピンホールＰ２Ａによって光線の経路が一義的に特定された後、これに基づいてターゲット１１のピンホールＰ１の位置が調整のために正しく特定されるので、基準面をどのように配置するかは全く問題とはならない。

このようにして、第２実施形態の光学装置の調整方法では、ＬＤ１０２のＸ軸方向とＹ軸方向の調整が、筐体１０３Ａの配置を変更することなく行うことができ、背景技術に示すように筐体１０３Ａを回転させるといったことが必要ない。

また、第２実施形態の光学装置の調整方法では、調整精度を高精度とする場合においては、基準土台２１とターゲット１１との離間距離を離すことで実現されるものであるが、基準土台２１と、ターゲット１１を保持する可動ステージとを背景技術に示すようなレールの上に配置する必要がない。そのために、多額の費用の負担なしに、基準土台２１とターゲット１１との離間距離を離すことが可能となる。

また、調整用レーザ光源１５を発光させることによって、ターゲット１１と基準土台２１との位置関係が適切なものであるか否かの調整精度の確認が随時できるものである。

さらに、基準土台２１に対して、ターゲット１２Ａおよび筐体１０３Ａとの位置関係が所定のものとされるものであれば、基準面がどのように選ばれようとも、筐体１０３Ａがどのような形状であっても正確にコリメートレンズ１０１に対するＬＤ１０２の位置の調整が可能である。

実施形態における第１のターゲットと第２のターゲットとを示すものである。 実施形態の初期調整ステップにおける第１のターゲットおよび第２のターゲットの設定を示す図である。 実施形態における調整ステップにおける第１のターゲットと筐体とを示すものである。 実施形態の筐体の構成概略図である。 実施形態における調整方法をフローチャートで示すものである。 背景技術の位置調整方法を示す概念図である。 背景技術の位置調整方法を示す概念図である。 背景技術の説明するコリメートレンズ、ＬＤおよび光軸を示す概念図である。

符号の説明

１１、１２ ターゲット、１２ａ、２１ａ、１０３ａ Ｘ方向基準面、１２ｂ、２１ｂ、１０３ｂ Ｙ方向基準面、１３、１３Ａ ミラー、１５ 調整用レーザ光源、２１ 基準土台、２２、２３ 可動ステージ、１０１ コリメートレンズ、１０３ 筐体、Ｐ１、Ｐ２ ピンホール

Claims (4)

1. 筐体に保持される光ビーム発光素子と前記光ビーム発光素子からの発散光を平行光とする集光光学素子とを含む光学装置の調整方法であって、
   前記筐体の位置基準となる筐体基準面と当接する基準土台基準面を有する基準土台と、前記基準土台から調整精度に応じて離間した第１の可動ステージと、前記第１の可動ステージからさらに離間した第２の可動ステージと、を略直線上に配置し、
   平面を貫通する第１のピンホールを設けた第１のターゲットを前記第１の可動ステージに配置し、
   平面を貫通するピンホールの中心の位置が前記基準土台基準面を基準として前記筐体に保持される前記集光光学素子の光軸と一致する第２のピンホールを設け、前記第２のピンホールの開口部が形成される平面に光ビームを反射する反射板を設けた第２のターゲットを前記基準土台の所定の位置に配置し、
   平行光とされた調整用光ビームを出射する調整用レーザ光源を前記第２の可動ステージに配置し、
   前記調整用光ビームが前記第１のピンホールおよび前記第２のピンホールを通過して、前記反射板で反射して、前記第１のターゲットの前記平面に照射される光ビームの中心と前記第１のピンホールの中心とが一致するように、前記調整用光ビームの出射方向および前記第１のターゲットの位置を調整する初期調整ステップと、
   前記初期ステップの終了後に、
   前記第２のターゲットに替えて、前記筐体基準面が前記基準土台の前記基準土台基準面に当接するように前記筐体を所定の位置に配置し、前記筐体に保持される前記光ビーム発光素子からの光ビームが前記第１のピンホールの中心に照射されるように前記光ビーム発光素子の前記直交する２つの基準土台基準面からの離間距離を調整する調整ステップと、を有する光学装置の調整方法。
2. 前記初期調整ステップにおいて、前記第１のターゲットの前記平面に生じる光ビームの中心と前記第１のピンホールの中心とが一致するように、前記調整用光ビームの出射方向および前記第１のターゲットの位置を調整する場合、前記第１のターゲットの前記平面に生じる回折リングの中心と前記第１のピンホールの中心とが一致するように、前記調整用光ビームの出射方向および前記第１のターゲットの位置を調整する請求項１に記載の光学装置の調整方法。
3. 前記筐体基準面および前記基準土台基準面の各々は直交する２つの平面を有し、前記２つの平面の各々が、前記筐体に保持される前記集光光学素子の光軸と平行するものであること特徴とする請求項１に記載の光学装置の調整方法。
4. 前記第２のターゲットに配される基準面は、第２のピンホールが前記筐体に保持される前記集光光学素子の光軸と一致させることが可能となるように形成されるとともに、前記調整ステップにおいて、前記第２のピンホールと前記集光光学素子の光軸とを一致させることを特徴とする請求項１に記載の光学装置の調整方法。
   
   
   

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