JP2011215246A

JP2011215246A - 光学ブロック及び光軸調整方法

Info

Publication number: JP2011215246A
Application number: JP2010081404A
Authority: JP
Inventors: Miki Okamura; 美紀岡村
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27

Abstract

【課題】光軸調整を容易に行うこと。
【解決手段】光学ブロック１０は、第１の面Ｍ１と、第１の面Ｍ１に対して３０°傾斜し、入射光ＬＡ２の一部を第１の面Ｍ１へ向けて反射するとともに、入射光ＬＡ２の他の一部を透過させる第２の面Ｍ２と、第１の面Ｍ１に対して６０°かつ第２の面Ｍ２に対して３０°傾斜し、第２の面Ｍ２からの透過光を第１の面Ｍ１へ向けて反射する第３の面Ｍ３と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学ブロック及び光軸調整方法に関する。

従来、２つの光学素子の光軸を位置合わせする際には、図６に示すように、一方の光学素子３０（コリメートレンズを含む）に光源２０から光を導入し、この光学素子３０から出射されたコリメート光Ｌをもう一方の光学素子４０（コリメートレンズを含む）で受光して、パワーメータ６０により測定される受光パワーが最大になるように、光軸Ｋに対する受光側の光学素子４０の位置Ｘ，Ｙや向き（角度）θ_Ｘ，θ_Ｙを調整するという方法が一般的に行われている。

特開２００４−１０１８４８号公報

しかしながら、光軸合わせにおける角度ずれの感度は、例えば光軸から角度が０．１°ずれただけでも結合効率が５０％程度に落ちてしまうほど敏感であり、極めて許容範囲が小さい。そのため、光軸調整の作業は熟練を要し、難易度が高かった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光軸調整を容易に行うことを可能とすることにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、第１の面と、前記第１の面に対して３０°傾斜し、入射光の一部を前記第１の面へ向けて反射するとともに、前記入射光の他の一部を透過させる第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の交線を通って前記第１の面に対して６０°かつ前記第２の面に対して３０°傾斜し、前記第２の面からの透過光を前記第１の面へ向けて反射する第３の面と、を備えた光学ブロックを提供する。

また、２つの上記光学ブロックを、各光学ブロックの前記第１の面が平行となりかつ各光学ブロックの前記第３の面が向かい合うようにして配置した光学ブロックとしてもよい。

さらに、２つの光学ブロックを、一方の光学ブロックの前記第１の面を含む平面と他方の光学ブロックの前記第１の面を含む平面とが一致するように配置してもよい。

また、本発明は、上記の光学ブロックを用いて光学素子の光軸を調整する光軸調整方法であって、前記光学素子からの光を前記光学ブロックの前記第２の面へ入射させ、前記第２の面からの反射光と前記第２の面を透過し前記第３の面で反射した光が前記第１の面上の同一点へ到達するように前記光学素子の光軸を調整する工程を含む光軸調整方法を提供する。

また、上記の光軸調整方法において、前記光学素子と光学結合させる光学素子の光軸に対して、前記第１の面が平行であり、前記第１の面と前記第２の面の交線が垂直である。
また、上記の光軸調整方法において、前記第２の面へ入射される光は平行光にコリメートされていることが望ましい。

本発明の構成によれば、光学ブロックの光軸（後述）と平行な光が第２の面へ入射する場合、第２の面からの反射光の光路と第２の面を透過し第３の面で反射した光の光路がそれぞれ第１の面と交差する点は一致するため、第１の面上にはビームスポットが１つのみ出現し、光学ブロックの光軸と平行ではない光が第２の面へ入射する場合、上記２つの光路はそれぞれ異なる点で第１の面と交差するため、第１の面上には２つのビームスポットが出現する。
したがって、本発明によれば、第１の面上のビームスポットが１つであるかにより、光軸合わせの状態を視覚的に簡単に把握することができ、光軸調整を容易に行うことが可能である。

第１の実施形態による光学ブロックの構成を示す図である。入射光ＬＡ１〜ＬＡ３に対して光路及びビームスポットが変化する様子を示す図である。入射光ＬＢ１〜ＬＢ３に対して光路及びビームスポットが変化する様子を示す図である。光学ブロックを使用して光学素子の光軸を調整する方法を示す図である。第２の実施形態による光学ブロックの構成を示す図である。従来の光軸調整方法を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による光学ブロック１０の構成を示す図であり、同図（Ａ）は斜め上から光学ブロック１０を見た斜視図を表し、同図（Ｂ）はＸ軸方向から光学ブロック１０を見た正面図を表している。

図１に示されるように、光学ブロック１０は、三角形ＡＢＣ及び三角形ＥＦＧを底面とする三角柱の第１光学ブロック１０Ａと三角形ＢＣＤ及び三角形ＦＧＨを底面とする三角柱の第２光学ブロック１０Ｂを、互いの側面ＢＣＧＦで貼り合わせた形を有する。以下、平面ＡＣＧＥを第１の面Ｍ１、平面ＢＣＧＦを第２の面Ｍ２、平面ＣＤＨＧを第３の面Ｍ３、平面ＡＢＦＥを第４の面Ｍ４とする。また、上記三角柱の底面の法線方向をＸ軸とし、三角柱の側面の１つである第１の面Ｍ１の法線方向をＹ軸とする。

第１光学ブロック１０Ａと第２光学ブロック１０Ｂは、後述する光軸調整で使用される光の波長において屈折率が同じ材質が用いられる。材質の例は、例えばガラスである。ガラス以外の材質として、上記波長において透明な材質を適宜用いることもできる。

光学ブロック１０の第２の面Ｍ２は、第１の面Ｍ１に対して３０°の角度をなしている。また、第３の面Ｍ３は、第１の面Ｍ１と第２の面Ｍ２の交線を通る平面であり（即ち、第３の面Ｍ３と第１の面Ｍ１の交線が第１の面Ｍ１と第２の面Ｍ２の交線と一致しており）、さらに、第２の面Ｍ２に対して３０°、即ち第１の面Ｍ１に対して６０°の角度をなしている。第４の面Ｍ４は、その法線方向がＺ軸を向いており、第１の面Ｍ１に対し直角をなしている。

第２の面Ｍ２には、誘電体薄膜による部分反射膜が形成されている。第３の面Ｍ３には、金属反射膜が形成されている。なお、第３の面Ｍ３に金属反射膜を設けず、第２光学ブロック１０Ｂと空気（図において第３の面Ｍ３より右側）の屈折率差による部分反射を利用してもよい。また、第３の面Ｍ３の金属反射膜に代えて、誘電体薄膜による反射膜としてもよい。
第１の面Ｍ１には、入射された光が表面で散乱されるように、多数の微小な凹凸を有したすりガラス状に表面加工が施されていてもよい。

次に、図２，図３を用いて光学ブロック１０の使用方法を説明する。図２（Ａ）及び図３（Ａ）は、光学ブロック１０をＸ軸方向から見た正面図であり、光学ブロック１０内の光路を表している。図２（Ｂ）〜（Ｄ）及び図３（Ｂ）〜（Ｄ）は、光学ブロック１０をＹ軸方向から見た上面図であり、第１の面Ｍ１に出現するビームスポットを表している。以下、Ｚ軸を光学ブロック１０の光軸と定義する。

図２（Ａ）において、光学ブロック１０の光軸（Ｚ軸）と平行な光ＬＡ２（平行光にコリメートされた光。以下同様）を、第４の面Ｍ４から光学ブロック１０へ入射させたとする。光ＬＡ２は、第４の面Ｍ４へ垂直に入射するので、第４の面Ｍ２で屈折せず、第１光学ブロック１０Ａ中をＺ軸と平行に伝搬していく。光ＬＡ２が第２の面Ｍ２へ入射する入射点を、点Ｐとする。

第２の面Ｍ２へ入射した光ＬＡ２は、その一部が第２の面Ｍ２により反射される。入射点Ｐにおいて光ＬＡ２の入射角は６０°であり、反射角も６０°であるから、第２の面Ｍ２からの反射光は、Ｚ軸から６０°傾いた方向へ反射されていき、第１の面Ｍ１へ到達する。この反射光が第１の面Ｍ１と交差する点を、点Ｒ_２とする。

また、第２の面Ｍ２上の点Ｐへ入射した光ＬＡ２の別の一部は、第２の面Ｍ２を透過して、第２光学ブロック１０Ｂへ入射される。第１光学ブロック１０Ａと第２光学ブロック１０Ｂの屈折率が等しいので、この透過光は、第２光学ブロック１０Ｂ中をＺ軸と平行に伝搬していく。上記透過光が第３の面Ｍ３へ入射する入射点を、点Ｑ_２とする。

すると、点Ｐからの反射光の光路ＰＲ_２と透過光の光路ＰＱ_２は第２の面Ｍ２に対して線対称となり、また、∠Ｒ_２ＰＱ_２＝６０°となるから、三角形Ｒ_２ＰＱ_２は正三角形であることになる。一方、点Ｑ_２において第３の面Ｍ３へ入射した光は、第３の面Ｍ３によって反射され、その入射角と反射角の和は６０°となっているから、点Ｑ_２からの反射光は、上記正三角形Ｒ_２ＰＱ_２の辺Ｑ_２Ｒ_２上を伝搬していき、第１の面Ｍ１へ到達することになる。
そのため、この反射光が第１の面Ｍ１へ到達して第１の面Ｍ１と交差する点Ｓ_２は、正三角形Ｒ_２ＰＱ_２の頂点Ｒ_２と一致する。

このように、光学ブロック１０への入射光が光軸（Ｚ軸）と平行である場合は、第２の面Ｍ２からの反射光と第２の面Ｍ２を透過し第３の面Ｍ３により反射された光が、図２（Ｃ）に示される如く、第１の面Ｍ１上の同一点Ｒ_２（＝Ｓ_２）へと到達し、第１の面Ｍ１上には、１つのビームスポットが出現することとなる。

次に、図２（Ａ）において、伝搬方向が光学ブロック１０の光軸（Ｚ軸）よりもＹ軸の負側に傾いた光ＬＡ１を、第４の面Ｍ４から光学ブロック１０へ入射させたとする。光ＬＡ１は、第４の面Ｍ４で屈折し、第１光学ブロック１０Ａにおいても光軸から傾いて伝搬する。ここでは説明の便宜上、光ＬＡ１の第２の面Ｍ２への入射点を、上記と同じ点Ｐであるとする。

このとき、入射点Ｐにおける光ＬＡ１の入射角は６０°より小さいので、第２の面Ｍ２からの反射光が第１の面Ｍ１と交差する点は、上述の点Ｒ_２よりも図中左側の点Ｒ_１となる。また、第２の面Ｍ２からの透過光が第３の面Ｍ３へ入射する入射点は、上述の点Ｑ_２よりも図中左下側の点Ｑ_１となり、さらに、この点Ｑ_１における入射角は３０°より小さいことから、点Ｑ_１で第３の面Ｍ３により反射された光が第１の面Ｍ１と交差する点は、点Ｒ_１よりも図中さらに左側の点Ｓ_１となる。

また同様に、図２（Ａ）において、伝搬方向が光軸（Ｚ軸）よりもＹ軸の正側に傾いた光ＬＡ３を光学ブロック１０へ入射させたとすると、今度は、第２の面Ｍ２からの反射光が第１の面Ｍ１と交差する点は、上述の点Ｒ_２よりも図中右側の点Ｒ_３となり、第２の面Ｍ２からの透過光が第３の面Ｍ３へ入射する入射点は、上述の点Ｑ_２よりも図中右上側の点Ｑ_３となり、点Ｑ_３で第３の面Ｍ３により反射された光が第１の面Ｍ１と交差する点は、点Ｒ_３よりも図中さらに右側の点Ｓ_３となる。

このように、光学ブロック１０への入射光が光軸（Ｚ軸）と平行ではない場合は、第２の面Ｍ２からの反射光と第２の面Ｍ２を透過し第３の面Ｍ３により反射された光が、図２（Ｂ），（Ｄ）に示される如く、第１の面Ｍ１上の異なる点（点Ｒ_１と点Ｓ_１、あるいは点Ｒ_３と点Ｓ_３）へと到達し、第１の面Ｍ１上には、２つのビームスポットが出現することとなる。

したがって、この光学ブロック１０を使えば、光学ブロック１０の光軸と平行な光と平行でない光を、第１の面Ｍ１上に出現したビームスポットが１つであるか２つであるかにより、視覚的に容易に判別することが可能である。

次に、図３（Ａ）において、光学ブロック１０の光軸（Ｚ軸）と平行であり、第４の面Ｍ４への入射位置がＹ軸方向に異なっている光ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３を、それぞれ光学ブロック１０へ入射させたとする。このとき、各光について、第２の面Ｍ２からの反射光の光路と、第２の面Ｍ２を透過し第３の面Ｍ３で反射された光の光路は、それぞれ正三角形Ｕ_１Ｐ_１Ｔ_１，正三角形Ｕ_２Ｐ_２Ｔ_２，正三角形Ｕ_３Ｐ_３Ｔ_３を描く。

そして、第１の面Ｍ１上のビームスポットは、図３（Ｂ）〜（Ｄ）に示されるように、各光ＬＢ１，ＬＢ２，ＬＢ３の第４の面Ｍ４における入射位置に応じて、Ｚ軸方向に異なる点Ｕ_１，Ｕ_２，Ｕ_３として出現する。よって、第１の面Ｍ１上に出現したビームスポットの位置により、光学ブロック１０への入射位置を判別することも可能である。

次に、図４を参照し、この光学ブロック１０を使用して光学素子の光軸を調整する方法を説明する。なお、本発明において光学素子の種類は特に限定されないものとする。

まず、同図（Ａ）に示すように、コリメートレンズ３１を有する光学素子３０に光源２０から赤外光を導入し、光学素子３０からのコリメート光を光学ブロック１０の第４の面Ｍ４から入射させる。そして、光学ブロック１０の第１の面Ｍ１に出現したビームスポットを赤外線カメラ５０により観察しながら、光学素子３０の角度（ＹＺ平面内の傾き角）を調整して、第１の面Ｍ１上のビームスポットが１つとなるような状態にする。これにより、光学素子３０の光軸（コリメート光の出射方向）が光学ブロック１０の光軸と平行になる。
なお、光学ブロック１０の第１の面Ｍ１にすりガラス状の表面加工が施されている場合は、散乱によりビームスポットが観察しやすくなり、光学素子３０の角度調整もやりやすくなる。

光学素子３０の角度を調整し終わったら、次に、同図（Ｂ）に示すように、光学ブロック１０をＹ軸の回りに（即ち第１の面Ｍ１を角度調整の終わった光学素子３０の光軸と平行に保ったまま）１８０°回転させて、第４の面Ｍ４が図中右側を向いて光学素子３０の光軸に垂直（第１の面Ｍ１と第２の面Ｍ２の交線が光学素子３０の光軸に垂直）となる配置とする。そして、この第４の面Ｍ４へ、コリメートレンズ４１を有し光源２０と繋いだ光学素子４０からのコリメート光を入射させて、上記と同様に、第１の面Ｍ１上のビームスポットが１つとなるように光学素子４０の角度（ＹＺ平面内の傾き角）を調整する。

これにより、光学素子４０の光軸（コリメート光の出射方向）が光学ブロック１０の光軸と平行になり、同図（Ｃ）に示すように、光学素子３０と光学素子４０を、それぞれの光軸が平行な状態に調整できたことになる。

なお、この後さらに、光学ブロック１０と赤外線カメラ５０をＺ軸の回りに９０°回転させて、再び上記と同様の手順により、光学素子３０，４０の角度（今度はＸＹ平面内の傾き角）を調整するようにしてもよい。これにより、光学素子３０と光学素子４０の光軸調整の精度をより一層高めることができる。
また、赤外光の代わりに可視光を用いてもよく、この場合は赤外線カメラ５０を使わずに目視によりビームスポットを観察してもよい。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態による光学ブロック１００の構成を示す図であり、Ｘ軸方向から光学ブロック１００を見た正面図を表している。

同図において、光学ブロック１００は、３つの光学ブロック１０，１１，１２を組み合わせて構成されている。このうち光学ブロック１０は、第１の実施形態と同一の光学ブロックである。また、光学ブロック１１も第１の実施形態と同一の光学ブロックであり、図示されるように第１の面Ｎ１、第２の面Ｎ２、第３の面Ｎ３、及び第４の面Ｎ４を有している。

光学ブロック１０と光学ブロック１１は、それぞれの第３の面Ｍ３，Ｎ３が互いに向かい合い、さらに、それぞれの第１の面Ｍ１，Ｎ１が同一平面をなして２つの光学ブロック１０，１１の光軸が平行となる配置とされている。なお、第１の面Ｍ１，Ｎ１は、互いに平行であればよく、同一平面上になくてもよい。光学ブロック１０と光学ブロック１１の配置を保持するために、光学ブロック１００がホルダを有していてもよい。

光学ブロック１２は、光学ブロック１０の第３の面Ｍ３と光学ブロック１１の第３の面Ｎ３に挟まれた空間に設けられている。なお、この光学ブロック１２は省略してもよい。

このような構成の光学ブロック１００を使用する際には、対向させた２つの光学素子３０，４０の間に光学ブロック１００を置き、光学素子３０からのコリメート光を光学ブロック１０の第４の面Ｍ４へ、また光学素子４０からのコリメート光を光学ブロック１１の第４の面Ｎ４へそれぞれ入射させて、第１の実施形態と同様に、赤外線カメラ５０で第１の面Ｍ１，Ｎ１のビームスポットを観察しながら光学素子３０，４０の角度を調整すればよい。光学ブロック１００を使うことで、第１の実施形態のように光学ブロック１０を回転させる必要がなくなり、光軸調整の精度を高めることができる。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

１０，１１，１００…光学ブロック２０…光源３０，４０…光学素子３１，４１…コリメートレンズ５０…赤外線カメラＭ１，Ｎ１…第１の面Ｍ２，Ｎ２…第２の面Ｍ３，Ｎ３…第３の面Ｍ４，Ｎ４…第４の面ＬＡ１〜ＬＡ３，ＬＢ１〜ＬＢ３…コリメート光

Claims

第１の面と、
前記第１の面に対して３０°傾斜し、入射光の一部を前記第１の面へ向けて反射するとともに、前記入射光の他の一部を透過させる第２の面と、
前記第１の面と前記第２の面の交線を通って前記第１の面に対して６０°かつ前記第２の面に対して３０°傾斜し、前記第２の面からの透過光を前記第１の面へ向けて反射する第３の面と、
を備えることを特徴とする光学ブロック。
請求項１に記載の光学ブロックを２つ備え、
前記２つの光学ブロックを、各光学ブロックの前記第１の面が平行となりかつ各光学ブロックの前記第３の面が向かい合うようにして配置したことを特徴とする光学ブロック。
前記２つの光学ブロックを、一方の光学ブロックの前記第１の面を含む平面と他方の光学ブロックの前記第１の面を含む平面とが一致するように配置したことを特徴とする請求項２に記載の光学ブロック。
請求項１から請求項３のいずれか１の項に記載の光学ブロックを用いて光学素子の光軸を調整する光軸調整方法であって、
前記光学素子からの光を前記光学ブロックの前記第２の面へ入射させ、前記第２の面からの反射光と前記第２の面を透過し前記第３の面で反射した光が前記第１の面上の同一点へ到達するように前記光学素子の光軸を調整する工程を含むことを特徴とする光軸調整方法。
前記光学素子と光学結合させる光学素子の光軸に対して、前記第１の面が平行であり、前記第１の面と前記第２の面の交線が垂直であることを特徴とする請求項４に記載の光軸調整方法。
前記第２の面へ入射される光は平行光にコリメートされていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の光軸調整方法。