JP2008283117A - レーザダイオードの調整方法及び調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】矩形ビーム光の位置及びビーム幅を精度良く調整する。
【解決手段】調整装置６０は、６軸ステージ６１、支持部６２、撮影部６３、紫外線照射部６４、制御部６５とからなり、支持部６２に保持されたレーザダイオードユニット１０を６軸ステージ６１の把持クリップが把持する。電源をオンにすると、レーザダイオードユニット１０からの矩形ビームがＣＣＤカメラ７３〜７５で撮影される。ＣＣＤカメラ７４は、その画像配列の方向が矩形ビームに対して傾きを持つように設置される。制御部６５は、ＣＣＤカメラで７３〜７５で撮影した画像に基づいて６軸ステージ６１を駆動し、ＴＯＲレンズ５４の位置調整を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザダイオードの調整方法及び調整装置に関するものである。

従来より、レーザダイオードと、トーリックレンズなどの光学部材とを一体化したレーザダイオードユニットが知られており、このレーザダイオードユニットを構成するトーリックレンズは、レーザダイオードから照射されるビーム光を矩形状に形成して対象物に照射する。

一方、特許文献１に記載されているように、エックス線撮影システムでは、体内を透過したエックス線がイメージングプレート（エックス線像検出プレート）に結像した画像をスキャナなどの画像読取部で読み取ってデジタルの画像を形成する構成が一般的であるが、最近では、このイメージングプレートを読み取る際の走査光源として上述のようなレーザダイオードユニットを使用することが検討されている。
特開平９−１６６５５５号公報

上述のレーザダイオードユニットでは、適正な方向且つビーム幅で目的の物体に矩形ビームを照射することが重要である。特に上述したエックス線撮影システムなどの医療用撮影装置に組み込まれる場合、ビーム幅の寸法や位置を精度良くしなければならない。そこで、レーザダイオードユニットから照射される矩形状のビーム光をイメージセンサで撮影した画像からビーム光の位置及びビーム幅を計測し、ＴＯＲレンズなどの光学部材をレーザダイオードに対して高精度に位置調整した後、光学部材をレーザダイオードに対して固定することが求められている。

ところが、近年使用されることが多いレーザダイオードのビーム光、特に上述の医療用撮影装置に組み込まれるものは、要求されるビーム幅が非常に細いため、ビーム光を撮影するイメージセンサとして市販のＣＣＤセルを使用すると、ビーム光の幅が２０μｍの場合、ＣＣＤの２〜３画素分の寸法にしかならないため、１画素当たり約７μｍの分解能が限界となり、このような測定能力では、ビーム径を正確に計測することはできなかった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、矩形ビーム光の位置及びビーム幅を精度良く調整することが可能なレーザダイオードの調整装置及び調整方法を提供することを目的とする。

本発明のレーザダイオードの調整装置は、レーザダイオード及び光学レンズを備えた、前記光学レンズによって矩形状に形成される矩形レーザビームの照射方向に設置したイメージセンサと、前記光学レンズの位置を変更する位置変更手段と、前記イメージセンサによって撮影した前記矩形レーザービームの画像を解析し、この解析結果に基づいて前記位置変更手段を制御して前記レーザダイオードに対する前記光学レンズの位置を調整させる制御手段とからなるレーザダイオードの調整装置において、前記イメージセンサは、その撮影画素の配列方向が、矩形レーザビームの長手方向に対して傾けて配値されていることを特徴とする。

前記制御手段は、前記イメージセンサで撮影した画像のうち、所定範囲の複数列且つ複数行分の画素データを抽出して、前記複数列分の画素データを各行毎に加算した値に基づいて前記位置変更手段の制御を行うことが好ましい。

請求項４記載の調整方法では、レーザダイオード及び光学レンズを備えたレーザダイオードユニットの調整方法であって、前記光学レンズによって矩形状に形成される矩形レーザビームの照射方向に設置したイメージセンサによって撮像した前記矩形レーザービームの画像に基づいて前記レーザダイオードに対する前記光学部材の位置を調整するレーザダイオードユニットの調整方法において、前記イメージセンサは、前記矩形レーザビームの長手方向に対して画素の配列方向を傾けて撮像することを特徴とする。

前記イメージセンサで撮影した画像のうち、所定範囲の複数列且つ複数行分の画素データを抽出し、前記複数列分の画素データを各行毎に加算した値に基づいて前記光学レンズの位置調整を行うことが好ましい。

本発明によれば、光学レンズによって矩形状に形成される矩形レーザビームの照射方向に設置したイメージセンサを前記矩形レーザビームの長手方向に対して傾けて配値されているため、矩形ビーム光の位置及びビーム幅を精度良く調整することができる。

以下、図面に沿って本発明を説明する。先ず本発明を実施した調整方法及び調整装置で調整されたレーザーダイオードユニットを組み込んだ医療用画像撮影装置について説明する。この医療用画像撮影装置１は、エックス線照射機などとともに用いられ、撮影部２、この撮影部をスライド自在に支持する支持部３、操作パネル４、これらを制御する制御部５とからなる。

撮影部２の内部には、１枚のエックス線像検出プレート１２と画像読取部１３が配置されており、エックス線照射機（図示せず）から照射されたエックス線が、このエックス線像検出プレート１２に蓄積記録される。エックス線像検出プレート１２は、画像読取部１３に組み込まれたレーザダイオード（ＬＤ）アッシー１１（図２参照）から照射される矩形ビームによって１ラインずつ走査される。そして、この矩形ビームがエックス線像検出プレート１２で反射した光は、画像読取部１３に組み込まれたラインスキャナによって読み取られ、画像データが形成される。

このような撮影装置に組み込まれた画像読取部１３では非常に高精細な画像読み取りが要求されるため、その画像読取部１３に使用されるレーザーダイオード（ＬＤ）ユニット１０（図２、図３参照）は、高精度な矩形ビーム光が形成されることが要求される。

図２に示すように、ＬＤアッシー１１は、複数（図２では、２４個）のＬＤユニット１０が一列に並んで配列されている。ＬＤユニット１０は、このＬＤアッシー１１の状態で画像読取部１３に組み込まれている。このＬＤユニット１０は、詳しくは図３に示すように、ＬＤ基板５１と、支持部５２と、接着層５３と、トーリック（ＴＯＲ）レンズ５４とからなる。ＬＤ基板５１には、レーザダイオード（ＬＤ）５１ａが実装されており、通電時にこのＬＤ５１ａから発光したレーザ光がＴＯＲレンズ５４によって矩形のビームとなり、対象物に照射される。支持部５２は、ＬＤ基板５１に固着され、ＴＯＲレンズ５４は、接着層５３を介して支持部５２に固着されて支持されている。このＬＤユニット１０は、本発明を適用した調整方法によってＴＯＲレンズの位置が調整された後、接着層５３が硬化されて支持部５２に固着される。以下では、このＬＤユニットを調整する調整方法及装置について説明する。調整装置は、図４に示す構成となっている。この図４に示す調整装置６０は、６軸ステージ６１、支持部６２、撮影部６３、紫外線照射部６４、及これらを制御する制御部６５とからなる。

６軸ステージ６１は、先端部に把持クリップ６６を備え、この把持クリップ６６で支持部６２に固定されたＬＤユニット１０のＴＯＲレンズ５４を把持する。さらに６軸ステージ６１は、図示しないモータ、アクチュエータを備え、ドライバ６７に接続されている。このドライバ６７は、制御部６５に接続されており、制御部６５は、ドライバ６７を介して６軸ステージ６１を駆動し、把持クリップ６６で把持されたＴＯＲレンズ５４をＸ，Ｙ，Ｚ方向に直進移動させるとともに、θｘ、θｙ、θｚ方向に回転させる。なお、Ｘ，Ｙ方向は、ＬＤユニット１０を支持部６２に支持するときの基準面、例えばＬＤ基板５１に接する面に対して略平行且つ互いに直交する方向で、Ｚ方向は、これらＸ，Ｙ方向に直交する方向、θｘ、θｙ、θｚ方向は、Ｘ，Ｙ、Ｚ方向を中心にして回転する方向に設定されている。

支持部６２に支持されたＬＤユニット１０は、制御部６５に接続されており、制御部６５から電力が供給されたときに、ＬＤ５１ａが発光して矩形ビームを照射する。ＬＤ５１ａから照射される矩形ビームは、ＬＤ基板５１と略直交する方向、すなわち、Ｚ方向に近似する方向に沿って、対象物に照射される。撮影部６３は、支柱７１、カメラユニット７２、からなり、制御部６５に接続されている。カメラユニット７２は、３台のＣＣＤカメラ７３〜７５を備え、制御部６５の制御によって撮影を行う。イメージセンサとしての第１〜第３ＣＣＤカメラ７３〜７５は、一列に配され、ＬＤユニット１０から照射される矩形ビームの対象物、すなわち医療用画像撮影装置に組み込まれたときのエックス線像検出プレート１２の位置と同じ位置に配されている。第１及び第３ＣＣＤカメラ７３，７５は、矩形ビームの照射方向に対して左右の位置を、第２ＣＣＤカメラ７４は中央の位置を撮影するように設置されている

詳しくは図５に示すように、第１及び第３ＣＣＤカメラ７３、７５は、その有効画素範囲８１，８２の配列がＸ方向、Ｙ方向に沿って設置されているが、第２ＣＣＤカメラ７４の有効画素範囲８０は、Ｘ方向、Ｙ方向に対して傾斜角度α（本実施形態ではα＝３°）で傾斜して設置されている。なお、傾斜角度αは３°に限定するものではなく、Ｘ，Ｙ方向に対して第２ＣＣＤカメラ７４の画素配列が傾斜するように設置されていればよく、傾斜角度αが９０°や４５°の倍数の場合は、画素配列がＸ、Ｙ方向に平行となるため、これら以外の傾斜角度であればよい。

紫外線照射部６４は紫外線を照射する光源を備え、ＬＤユニット１０の接着層５３に紫外線を照射する。これにより接着層５３が硬化してＴＯＲレンズ５４が支持部５２に固着される

ＣＣＤカメラ７３，７５のように、Ｘ方向、Ｙ方向に沿って設置すると、Ｙ方向においては、単純に（矩形ビームの幅）／（各画素ピッチの寸法）の画素数でしか矩形ビームを撮影できず、例えば矩形ビームの幅が２０μｍ、ＣＣＤカメラの画素ピッチが７．４μｍとすると、Ｙ方向においては、２個または３個分の画素数でしか矩形ビームを撮影できない。これに対して本発明のようにＣＣＤカメラ７４を傾けたことで、矩形ビーム（図５の点線）が画素の配列方向に対して斜めに撮影されるので、Ｙ方向において矩形ビームを撮影できる画素数が増加する。

制御部６５は、図４に示すように、画像解析部７６および位置調整量決定部７７を備えている。画像解析部７６は、第１〜第３ＣＣＤカメラ７３〜７５で撮影した画像を解析してＬＤユニット１０からのビーム光を測定し、その測定結果を位置調整量決定部７７に送信する。位置調整量決定部７７は、画像解析部７６の測定結果から６軸ステージ６１の移動量を決定して駆動させる。

なお、本実施形態においては、画像解析部７６は、第２ＣＣＤカメラ７４で撮影した画像の解析を行うとき、図５に示すように、ＣＣＤカメラ７４の有効画素範囲８０のうち、その略中央の位置で４行×２０列の範囲内の画素を解析範囲８０ａ（点線で囲む範囲）とし、この解析範囲８０ａ内で取得された画素のデータからビーム光の測定を行う。なお、以下の説明では図６に示すように、解析範囲８０ａの各行列に行Ｙ１〜Ｙ４、列Ｘ１〜Ｘ２０と符号を付して説明する。また、画像解析部７６は、第１及び第３ＣＣＤカメラ７３，７５で撮影した画像については、ＣＣＤカメラ７３，７５の有効画素範囲８１，８２の全ての画素のデータからビーム光の測定を行う。

上記構成の調整装置６０を用いたＬＤユニット１０の調整方法について図７のフローチャートに沿って説明する。先ず調整を始める前に、支持部６２にＬＤユニット１０を固定する。この際、ＬＤユニット１０のＬＤ基板５１がＣＣＤカメラ７３〜７５の配列方向に対して平行となるように位置決めされている。そして、調整装置６０の電源をオンにして起動状態とすると（ステップＳ１）、制御部６５は基板５１に通電してＬＤ５１ａを発光させてビーム光を照射させるとともに第１〜第３ＣＣＤカメラ７３〜７５による撮影を開始させる（ステップＳ２）。

第１〜第３ＣＣＤカメラ７３〜７５による撮影が開始されると、制御部６５は、ＣＣＤカメラ７３〜７５による画像を解析する（ステップＳ３）。そしてＣＣＤカメラ７３，７５による画像の解析結果によるビーム光の幅、およびＹ方向の位置に応じて、次のステップＳ４以降に進む、先ず、第１及び第３ＣＣＤカメラ７３，７５におけるビーム光の幅が異なる場合、測定結果を位置調整量決定部７７に送信し、その測定結果から位置調整量決定部７７は、ＴＯＲレンズ５４をθｙ方向に所定量回転させる指示を６軸ステージに送信する。６軸ステージによってＴＯＲレンズ５４がθｙ方向に回転されると矩形ビームの左右のバランスが変化する。このようにしてそれぞれのビーム光の幅が変化してＣＣＤカメラ７３，７５におけるビーム光の幅が略均等（すなわち所定の閾値以内の誤差）となると、制御部６５は、６軸ステージを停止させる（ステップＳ４）。さらに、ビーム光のＹ方向の位置が第１及び第３ＣＣＤカメラ７３、７５で異なる場合は、位置調整量決定部７７は、ＴＯＲレンズ５４をθｚ方向に所定量回転させる指示を６軸ステージ６１に送信する。ＴＯＲレンズ５４がθｚ方向に回転されると、矩形ビームの左右の位置が変化し、それぞれのビーム光のＹ方向における位置が略均等になると、制御部６５は、６軸ステージ６１を停止させる（ステップＳ５）。

次に制御部６５は、第２ＣＣＤカメラ７４による画像の解析結果からプロファイルを作成する（ステップＳ６）。上述したようにＣＣＤカメラ７４では、解析範囲８０ａ内の画素におけるデータに基づいて解析が行われるが、この解析範囲８０ａ内の解析結果から先ず、各行Ｙ１〜Ｙ４について、列Ｘ１〜Ｘ２０分の各画素の輝度データを加算したプロファイルを作成する。このプロファイルを図８（符号Ｐ）に示す。上述したように、ＣＣＤカメラ７４を水平方向に対して傾斜して設置したことで、Ｙ方向において矩形ビームを撮影できる画素数が増加しているので、解析範囲８０ａ内の画素は確実に矩形ビームを撮影することができる。そしてこの解析範囲８０ａ内の画素データから作成したプロファイルＰの形状を点線で示す目標値と比較して解析を行う。なお、この目標値は、矩形ビームがＹ方向における適正な位置、及び適正なビーム幅で形成されている場合の画素データを、予め算出して作成されている。この目標値との比較では先ず、プロファイルのピークが目標値のピークに対してＸ、Ｙ方向に位置がずれているズレ量を測定し、測定結果を位置調整量決定部７７に送信する。位置調整量決定部７７は、その測定結果に基づいてＴＯＲレンズ５４をＸ、Ｙ方向に所定量移動させる指示を６軸ステージに送信し、プロファイルのピークが目標値のピークと所定の閾値以内の差になるまでＴＯＲレンズ５４を移動させた後、６軸ステージを停止させる（ステップＳ７）。

さらに、画像解析部７６は、プロファイルＰの行Ｙ１、行Ｙ４における加算置が、目標置とずれている位置ズレ量の測定結果を位置調整量決定部７７に送信する。位置調整量決定部７７は、その測定結果に基づいてＴＯＲレンズ５４をＺ方向に所定量移動させる指示を６軸ステージに送信し、プロファイルの行Ｙ１、行Ｙ４における加算置が、目標置と所定の閾値以内の差になるまでＴＯＲレンズ５４を移動させた後、６軸ステージを停止させる（ステップＳ８）。このステップＳ９を行うと、再びプロファイルＰと目標値のピークのＹ方向における位置がずれるので、画像解析部７６は、再びその位置ズレ量を測定し、測定結果を位置調整量決定部７７に送信する。位置調整量決定部７７は、その測定結果に基づいてＴＯＲレンズ５４をθｘ方向に所定量回転させる指示を６軸ステージに送信する。そしてプロファイルのピークが目標値のピークに対して所定の閾値以内の差になると、６軸ステージ６１を停止させる（ステップＳ９）。このようにしてＴＯＲレンズ５４を、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に直進移動、及θｘ、θｙ、θｚ方向に回転させると、矩形ビームのプロファイルＰが目標値に徐々に接近して適性な矩形ビームが形成されるようになる。

そして、これらの位置調整が完了すると（ステップＳ１０）、制御部６５は、紫外線照射部６４を制御して紫外線を接着層に照射させて接着を硬化させる（ステップＳ１１）。よって、ＴＯＲレンズ５４は適正な位置で支持部５２に固定され、ＬＤユニット１０の位置調整が終了する。このようにして位置調整を行っているので、ＬＤユニット１０は適正はビーム幅及び位置で高精度に調整された矩形ビームを常に照射することが可能となる。

以上説明した実施形態では、イメージセンサとしてＣＣＤを例に上げているが、本発明はこれに限定されることなく、ＣＭＯＳなど他のイメージセンサでもよい。

なお、本実施形態では、第２ＣＣＤカメラ７４のみを傾斜させて、第１及び第３ＣＣＤカメラ７３，７５はＸ方向、Ｙ方向に沿って配置させるようにしているが、これに限らず、ＣＣＤカメラ７３，７５も、例えば傾斜角度１〜２°で傾斜させるようにしてもよい。これによって、矩形ビームの左右の位置でも高精細にビーム幅の測定を行うことが可能となり、位置決めの精度が向上する。

また、上記実施形態においては、矩形ビームの解析のために３台のイメージセンサを設置して撮影を行っているが本発明はこれに限るものではなく、少なくとも１台のイメージセンサを備え、このイメージセンサを矩形ビームに沿って複数ポイントに移動させて、これらのポイントのうち、少なくとも一箇所でイメージセンサを矩形ビームに対して傾けて撮影すれは、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

医療用画像撮影装置を示す斜視図である。 レーザダイオードアッシーを示す斜視図である。 レーザダイオードユニットを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態を適用したレーザダイオードユニットの調整装置を示すブロック図である。 第１〜第３ＣＣＤが矩形ビームを撮影したときの状態を示す説明図である。 第２ＣＣＤの撮影範囲うち、矩形ビームを解析する解析範囲を示す説明である。 第１実施形態を適用した調整装置の位置合わせ手順を示すフローチャートである。 矩形ビームの解析を行うために作成するプロファイルを示す説明図である

符号の説明

１０ レーザダイオードユニット
５１ａ レーザダイオード
５４ トーリックレンズ
６０ 調整装置
６５ 制御部

Claims (4)

1. レーザダイオード及び光学レンズを備えたレーザダイオードの調整装置であって、前記光学レンズによって矩形状に形成される矩形レーザビームの照射方向に設置したイメージセンサと、前記光学レンズの位置を変更する位置変更手段と、前記イメージセンサによって撮影した前記矩形レーザービームの画像を解析し、この解析結果に基づいて前記位置変更手段を制御して前記レーザダイオードに対する前記光学レンズの位置を調整させる制御手段とからなるレーザダイオードの調整装置において、
   前記イメージセンサは、その撮影画素の配列方向が、矩形レーザビームの長手方向に対して傾けて配値されていることを特徴とするレーザダイオードの調整装置。
2. 前記制御手段は、前記イメージセンサで撮影した画像のうち、所定範囲の複数列且つ複数行分の画素データを抽出して、前記複数列分の画素データを各行毎に加算した値に基づいて前記位置変更手段の制御を行うことを特徴とする請求項１記載のレーザダイオードの調整装置。
3. レーザダイオード及び光学レンズを備えたレーザダイオードユニットの調整方法であって、前記光学レンズによって矩形状に形成される矩形レーザビームの照射方向に設置したイメージセンサによって撮像した前記矩形レーザービームの画像に基づいて前記レーザダイオードに対する前記光学部材の位置を調整するレーザダイオードの調整方法において、
   前記イメージセンサは、前記矩形レーザビームの長手方向に対して画素の配列方向を傾けて撮像することを特徴とするレーザダイオードの調整方法。
4. 前記イメージセンサで撮影した画像のうち、所定範囲の複数列且つ複数行分の画素データを抽出し、前記複数列分の画素データを各行毎に加算した値に基づいて前記光学レンズの位置調整を行うことを特徴とする請求項３記載のレーザダイオードの調整方法。

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