JP2017156433A - 光軸調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、間接的に、光軸を調整することが可能な光軸調整装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の光軸調整装置は、光源と、前記光源からの光を出力する出力部と、前記光源と前記出力部との間に設置された、前記光の光軸を調整する第一の光軸調整部材と、前記光軸を確認する窓と、からなる光軸調整装置であって、第一の光軸調整部材の一部に入射し、前記一部から反射した前記光は前記窓に照射可能であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、光軸調整装置に関し、特に、反射光を利用した光軸調整装置に関する。

レーザーベンチなどの定盤台（レーザーなどの光源や集光レンズなどを、色々と自由な配置に並べて多様な実験する為の定盤台）を利用する際に、ニーズの一つに、光源、例えばレーザー光の光源を、用途部材、例えば、光ファイバーなどに導入させたい場合が有る。その際、レーザー光などの直径を、集光（または拡散）レンズを用いて、ファイバー端面の直径のサイズに合わせ込む必要がある。すなわち、効率良くファイバー端面に最適照射させることが重要となる。

例えば、レーザーを光源とした例において、筒状のホルダーと、ホルダーの一端に投光軸方向に圧入固定された半導体レーザーと、ホルダーに保持されて半導体レーザーから出力されるレーザー光を対象物上に集光させる投光レンズとからなるレーザー出力部の光軸調整装置であって、ホルダーを固定する固定部と、固定部で固定されるとともに投光レンズが装着されたホルダーに対して半導体レーザーを投光軸方向に押し込む押し込み部と、出力されるレーザー光の照射位置位置及びスポット径の観測用の観測部と、固定部で固定されたホルダーにおける投光レンズが装着された被調整部に対して投光軸方向と直交する２方向に力を加えてホルダーに塑性変形させる調整部とを備えていることを特徴とするレーザー出力部の光軸調整装置が知られている（特許文献１）。

特開２００３−１０１１１９号公報

しかしながら、上記特許文献1のものも含め、従来技術においては、光源からの光が人体に悪影響を及ぼす場合が光源によって生じる。例えば、光源として、レーザーである場合、レーザー光線は、目に非常に危険な光線である。したがって、レーザーなどを用いる作業の際には、使用するレーザー波長に合った専用のレーザー眼鏡を着用して行う。

しかしながら、前述の作業の内、ファイバーなどの細かい部材を光の出力に対する適用部材とする場合、ファイバー端面に注視しながらレーザーが照射径の位置を調節する細かい作業の為、レーザー眼鏡を装着していたとしても、目には、大きな負担を掛けることになる。

そこで、上記問題点を解決すべく、本発明は、間接的に、光軸を調整することが可能な光軸調整装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者は、光源と、光源からの光を用途部材へ適用する場合の態様について、鋭意検討を行った結果、本発明を見出すに至った。

すなわち、本発明の光軸調整装置は、光源と、前記光源からの光を出力する出力部と、前記光源と前記出力部との間に設置された、前記光の光軸を調整する第一の光軸調整部材と、前記光軸を確認する窓と、からなる光軸調整装置であって、第一の光軸調整部材の一部に入射し、前記一部から反射した前記光は前記窓に照射可能であることを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記窓は、蛍光物質を有することを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記窓は、１つ又はそれ以上であることを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記光源からの光が反射することが可能な、前記第一の光軸調整部材の一部は、光軸に垂直な面を基準として傾斜していることを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記光軸に垂直な面を基準として傾斜している傾斜角は、基準面から１５°〜７５°の角度範囲であることを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記第一の光軸調整部材は、光軸に垂直な面において可動可能であることを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、さらに、前記第一の光軸調整部材の位置を調整する位置調整部材を有することを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記第一の光軸調整部材は、前記光源の集光径に対応した孔を有することを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、さらに、前記光源の集光度を調整する第二の光軸調整部材を有することを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記出力部からの光は、光ファイバーへ導入されることを特徴とする。

本発明の光軸調整装置は、光を直視することなく、間接的に光軸を調整することが可能であるという有利な効果を奏する。

図１は、本発明の一実施態様における光軸調整装置の一例を示す図である。 図２は、本発明の一実施態様における光軸調整装置の一例であって、窓を閉じている場合を示す図である。 図３は、本発明の一実施態様における光軸調整装置において、光軸調整の説明を示す図である。 図４は、本発明の一実施態様における光軸調整装置において、光軸調整の説明を示す図である。 図５は、本発明の一実施態様における光軸調整装置において、光軸調整の説明を示す図である。図５（a）は、集光しすぎている場合、図５（ｂ）は、光の出力が適当である場合、図５（ｃ）は、集光が足りない場合を、それぞれ示す。

本発明の光軸調整装置は、光源と、前記光源からの光を出力する出力部と、前記光源と前記出力部との間に設置された、前記光の光軸を調整する第一の光軸調整部材と、前記光軸を確認する窓と、からなる光軸調整装置であって、第一の光軸調整部材の一部に入射し、前記一部から反射した前記光は前記窓に照射可能であることを特徴とする。本発明において、光源については特に限定されない。光源としては、例えば、レーザー光やキセノンランプ光等の可視光線範囲を超える波長をもつ光源を挙げることができる。出力部は、前記光源からの光を出力する部分である。本発明においては、前記光源と前記出力部との間に前記光の光軸を調整する第一の光軸調整部材を設置することができる。また、本発明において、光軸を確認する窓についても、特に限定されない。窓の形状、材質等についても、第一の光軸調整部材の一部から反射した光が、窓に照射可能であり、窓を透過した後は、可視光等の目に比較的無害な光に変換可能であれば、特に限定されない。本発明において、第一の光軸調整部材の一部に入射し、前記一部から反射した前記光は前記窓に照射可能である。すなわち、かかる構成により、間接的に、装置外部から、光軸の適切な位置を把握することが可能である。人体に無害の光であれば、窓を設けるのみで対応可能であるが、人体に有害な光については、窓については、多少の工夫が必要である。例えば、装置内の窓への光の照射により、装置外にシグナルを発信する仕組みが必要である。例えば、窓に対して紫外線カットの膜を施すなどである。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、レーザーなど可視光波長以外の光源を取り扱う際には、目に対して非常に危険であるため、安全で扱えることが、最も重要な課題であり、かかる観点、及び素材をより簡便に設計可能という観点から、前記窓は、蛍光物質を有することを特徴とする。例えば、光源がレーザーである場合について説明すると以下のようである。

光源からのレーザー光は、第一の光軸調整部材の一部に入射し、前記一部から反射した前記光は前記窓に照射可能である。窓に蛍光テープ（図名称は、蛍光膜）張り付けている場合、レーザー光は、蛍光テープに当たり止まる。すると、レーザーによって蛍光テープは可視光を発光する。もちろん、蛍光テープ自体の可視光発光であるので、表裏一体で発光する。蛍光テープの発光現象は、使用者から見れば、蛍光テープ（膜）裏側を観察することになる。なお、光源がレーザーである場合、テープ自体の膜厚は、レーザー光が透過しない程度の膜厚を選定することができる。したがって、使用者から見る側（裏面）は、総て可視光になる。また光は、膜の発光であるので、どこか一か所に偏った鋭い強度を持った光が出ることはない。この場合、もちろん、安全面からレーザー眼鏡を着用することができるが、この構造を用いれば、レーザー眼鏡が無くとも危険性はない。なお、後述する実施例では、200ｍWレーザーに対して0.2ｍｍ厚の蛍光テープ（膜）を使用している。光源の性質によって、膜は適宜選択可能であり、膜を境に、装置外部では、人体に無害なシグナルを発信できれば足りる。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記窓は、１つ又はそれ以上であることを特徴とする。また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記光源からの光が反射することが可能な、前記第一の光軸調整部材の一部は、光軸に垂直な面を基準として傾斜していることを特徴とする。傾斜面に光が反射し、反射光が設置された窓を透過し、装置外に無害のシグナルを発信することにより、間接的に、光軸調整が可能となる。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、強度ロスを抑えるという観点から、前記光軸に垂直な面を基準として傾斜している傾斜角は、基準面から１５°〜７５°の角度範囲、より好ましくは、基準面から３０°〜６０°の角度範囲、４０〜５０°の角度範囲であることを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、光軸をきめ細かく調整することができるという観点から、前記第一の光軸調整部材は、光軸に垂直な面において可動可能であることを特徴とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、さらに、前記第一の光軸調整部材の位置を調整する位置調整部材を有することを特徴とする。当該位置調整部材により、より細かく第一の光軸調整部材の位置を設定することができ、光源からの光を無駄なく出力可能とする。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記第一の光軸調整部材は、前記光源の集光径に対応した孔を有することを特徴とする。当該孔内を光が通過することができ、用途部材へ光を出力することができる。なお、出力部は、前記第一の光軸調整部材内に設置してもよく、前記第一の光軸調整部材を光が透過した後に、異なる部材で設定してもよい。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、さらに、前記光源の集光度を調整する第二の光軸調整部材を有することを特徴とする。光源の集光度を調整することにより、効率的に光源からの光を出力することができる。第二の光軸調整部材は、常法によるものでもよく、また、光軸による部材の焼け防止のため、レンズは故意に曲げて、互いに傾斜させて最終的に所望の光軸の軌道に戻るように設定することができる。

また、本発明の光軸調整装置の好ましい実施態様において、前記出力部からの光は、光ファイバーへ導入されることを特徴とする。なお、出力部の光は、どのような用途部材にも導入することが可能である。

ここで、本発明の光軸調整装置の一実施例を説明するが、本発明は、下記の実施例に限定して解釈されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であることは言うまでもない。

図面を参照して、本発明の光軸調整装置の一実施態様を説明すれば以下の通りである。

図１は、本発明の一実施態様における光軸調整装置の一例を示す図である。図２は、本発明の一実施態様における光軸調整装置の一例であって、窓を閉じている場合を示す図である。図１において、１は光源（レーザーUnit(発生部)）、２はレーザー保持ブロック(放熱ブロック)、３はレーザーユニットに搭載の出力側レンズ、４は第二の光軸調整部材（集光補正用レンズ群）、５は光軸確認用窓及び蛍光膜、６は位置調整部材（センターリング用ネジ）、７はレセプターハウジング、８は光ファイバーケーブル、９は光ファイバー、１０は保護被膜、１１は保護用のゴムリング、１２はスタンド、１３は第一の光軸調整部材（富士型ファイバー取り付けボス）、１４は光軸確認用窓のシャッター、１５は集光調整用つまみ：内部に、点補正用レンズやフィルターも装着可能、１６はBassプレート、１７はマウンター、１８は傾斜部、１９は出力部、２０は(他の態様における)出力部、２１は集光部を、それぞれ示す。

この実施態様においては、光源としてレーザーを、用途部材として、光ファイバーを用いている。この例において、一つの筒形状ユニット内に、レーザー光源、第二の光軸調整部材（集光レンズ群（またはFilterを含める））、およびレーザー光軸に対して光ファイバーの中心を合わせ込む調節が可能な、第一の光軸調整部材（富士型（円錐型）の形状ボス）を設けている。そのボス中心軸に光ファイバーがピッタリ挿しこめるサイズ径の貫通穴をあけ、光ファイバーを差し込んだ部位（図の名称では、富士型ファイバー取り付けボス）を設け、そのボスは、筒形状ユニットの中心軸に対して垂直な面において、富士型の勾配面を、調整ネジ、（４個がBest であるが、好ましくは３個であって、ラジアル方向等分配置とすることができる。）にて、押し合い圧し合いにて平行に移動できるようにして設計してある。すなわちレーザー光の照射位置の中心へ、ファイバーの中心位置を合わせられる構造となっている。

この富士山型の勾配（この例においては、45d°）面にて、散乱・反射したレーザー光は、入射光軸に対して、おおむね直角に曲がることを利用する。反射したレーザー光の方向へ窓を設定することができる。さらに、筒形状ユニットの軸から見れば、富士山の外周（R）であるので、ラジアル方向への拡散も伴う。その拡散したレーザー光は、筒形状ユニット筒に配した蛍光膜を貼った穴（観察窓）を設けており、その穴から飛び出すことになる。なお、観察窓の数は、調整ネジの数と同じ４個が使いやすいが、特に限定されない。例えば、富士型ファイバー取り付けボスを第一の光軸調整部材として使用する場合、センターリングの際に、人間工学的には、X軸Y軸の座標系で調整できると便利である。したがって、好ましい実施態様において、レセプターハウジングに、クロス方向に配する押し合い圧し合い用の調節ネジを４方向（９０度等分）で配した方が使いやすい。また、好ましい態様において、窓も調節ネジと同一方向に設置し、窓の数も４か所配分すると、使い勝手が良い。

本実施例では、レセプターハウジングの粗中央を通過する光を、富士型ファイバー取り付けボス照射させ、頂上（ファイバー面）からはみ出した光は、ボスの傾斜面（この面はミラーに仕上げている。）に反射し、レセプターハウジングの筒面へと屈折して広がる。強度ロスを最小限に抑えるのは、理想的の４５度の面で屈折させるものが適選とすることができる。また、強度が高い光源の場合、あえて適選な勾配角度を与える事で、レセプターハウジング内面に到達するまでの光路距離の設計が可能となる。それにより、ラジアル方向にも分散するボス状構造であるゆえ、蛍光膜に当たる際に、光路距離を確保することで蛍光膜面に達した際、単位面積当たりの照射強度を軽減させることも可能である。なお、市販品の蛍光膜を用いることも可能であり、かかる場合には、低コストで有利となる。

窓に照射したレーザー光は、穴(窓)に張り付けている、蛍光テープ（図名称は、蛍光膜）に当たり、止まる。すると、レーザーによって蛍光テープは可視光を発光する。もちろん、蛍光テープ自体の可視光発光であるので、装置内外において、表裏一体で発光する。蛍光テープの発光現象は、使用者から見れば、蛍光テープ（膜）裏側を観察していることになる。なお、テープ自体の膜厚は、レーザー光が透過しない程度の膜厚を選定することができる。したがって、使用者から見る側（裏面）は、総て目に無害な可視光になっている。また光は、膜の発光であるので、どこか一か所に偏った鋭い強度を持った光が放出されることはない。

もちろん、安全面からレーザー眼鏡は着用することが望ましいが、この構造を用いれば、レーザー眼鏡が無くとも危険性はないことになる。本実施例では、200ｍWレーザーに対して0.2ｍｍ厚の蛍光テープ（膜）を使用している。

図３は、本発明の一実施態様における光軸調整装置において、光軸調整の説明を示す図である。図３において、３１は微妙にずれたレーザー光軸、３２は光軸確認用窓及び蛍光膜、３３はセンターリング用ネジ、３４は光ファイバーケーブル、３５は光ファイバー、３６は保護被膜、３７は保護ゴムリング、３８はレセプターハウジング、３９は第一の光軸調整部材（富士型ファイバー取り付けボス）、４０は光軸確認用窓のシャッターをそれぞれ示す。図３は、レーザ―光が、中心軸上から微妙にずれて照射されている状態における光軸調整の説明をしめす。

図３においては、レーザー光軸がずれて照射されているので、中心に置かれている第一の光軸調整部材に対して、レーザー光が均等に当たっていない場合の状態を示す。すなわち、ファイバーの中心位置と、レーザーが到達している中心においては、互いの中心位置がずれていることを示す。この場合、上側の円錐の斜面へ、多くレーザー光が照射されている。円錐面に対して、外周へ均等にレーザー光が照射されていない。

前述のように、光軸は、第一及び第二の光軸調整部材により調整が可能である。例えば、最初に、出力部の方向への光軸を第二の光軸調整部材により調整が完了していれば、後は、第二の光軸調整部材による調整を行うことができる。

図４は、本発明の一実施態様における光軸調整装置において、光軸調整の説明を示す図である。図４において、５１は微妙にずれたレーザーの光軸、５２は可視光に変化した光、５３は蛍光膜、５４は屈折したレーザー光、をそれぞれ示す。図４は、図3と同様に、レーザ―光軸がずれているが、第一の光軸調整部材（富士型のファイバー取り付けボス）をレーザー到達位置へ追尾的にセンターリングした状態を示す。したがって、ファイバーの中心位置と、レーザ―到達中心においては、中心軸に調整されている。第一の光軸調整部材の円錐面に対して、外周へ均等にレーザー光が照射されている。

図５は、本発明の一実施態様における光軸調整装置において、光軸調整の説明を示す図である。図５（a）は、集光しすぎている場合、図５（ｂ）は、光の出力が適当である場合、図５（ｃ）は、集光が足りない場合を、それぞれ示す。補足すれば、図５は、レーザーの収束角度調節機構（収束角度可変のレンズ群）の役割を示すものである。図５（a）は、レーザーユニットに搭載されている出力レンズのコンバージェントがきつ過ぎの光軸を示す。ファイバー受光面の一部に集光している場合の光軸であり、この場合、ファイバーなどの用途部材が焼損する虞がある。

図５（ｂ）は、適切な収束の光軸を示す。ファイバーの受光面直径に、最適な集光角にて照射出来ている。ファイバーへの光の導入効率が最も良い条件を示す。

図５（ｃ）は、ダイバージェントが大きすぎの光軸を示す。ファイバーの受光面直径に対して光が広がり過ぎ、無駄が生じている。ファイバーへの光の導入効率が悪い条件を示す。

＜実施態様の運用手順（光軸調整の手順）＞
図５の中央の図は、すなわち、図５（ｂ）はベストな状態であるが、光軸を合わせる際、一旦、図５（ｃ）のように、あえてダイバージェントにFocusレンズを調整する。図５（ｃ）のようにレーザー光軸の中心と富士山の中心の位置が、完璧に合っていれば、レーザー光は、富士山の外周斜面の全域に当たることになる。したがって、外周に配した観察窓（実施例では４か所）に貼ってある蛍光膜のどれもがほぼ均等に、可視光で発光することになる。これでアライメントが合っていることが一目瞭然に把握できる。

しかし、例えば、上記図３の様に、光軸が合っていないと、どちら１方向の窓が強く発光する。本発明により、アライメントが合っていない状態であることが、一目瞭然に把握できる。すなわち、本発明においては、装置内部の光軸の状態を間接的に把握することが可能である。

このような場合に、アライメントを合わせることには、例えば以下の様にすればよい。調整ネジで、富士型ファイバーボスを、押しあい圧し合いしながら、3乃至4方の窓の発光が均等になるように合わせ込む。このようにすることで、非常に簡単に軸合わせが完了できるようなる。

次に、レーザーの集光角度を調整する。図５（ｂ）の様に、ファイバー径に寄せ合わせ込むにつれ、各窓の可視光発光は少なくなっていく。つまり集光度合いも簡単に調整することが出来ることになる。さらに、レーザーの集光角度を調整すると、蛍光膜がほとんど光らなくなるので、少々戻して、微小に発光する程度に合わせることができる。

概念的には、集光させるファイバー径より小さくすると、勾配面へレーザーは当たらないので、蛍光膜が光ることはないはずであるが、レーザーが届くまで複数のレンズを経由してくるので、レンズ球面収差の影響を受け、微妙にハレーション的に拡散している成分を含んでいる。そのため、当該ハレーション成分のレーザー光は、勾配面に当たるため、勾配面にて屈折して膜へも当たることになる。なお、集光させ過ぎると、図５（a）のようにスポットになるので、レーザーの集光角度の調整は、窓の輝度が減少し終わったタイミングから少々戻すように、ハレーション成分を活用できる。したがって、ハレーション成分のレーザー光も利用してファイン調整タイミングの識別に有効に活用出来ることになる。つまり、図５（a）の焼損事故を未然に防ぐことが出来る。

このような本発明の光軸調整装置は、間接的に光軸を調整することが可能であり、広範な範囲での分野において有益であることが期待できる。

１ 光源（レーザーUnit(発生部)）
２ レーザー保持ブロック(放熱ブロック)
３ レーザーユニットに搭載の出力側レンズ
４ 第二の光軸調整部材（集光補正用レンズ群）
５ 光軸確認用窓及び蛍光膜
６ 位置調整部材（センターリング用ネジ）
７ レセプターハウジング
８ 光ファイバーケーブル
９ 光ファイバー
１０ 保護被膜
１１ 保護用のゴムリング
１２ スタンド
１３ 第一の光軸調整部材（富士型ファイバー取り付けボス）
１４ 光軸確認用窓のシャッター
１５ 集光調整用つまみ：内部に、点補正用レンズやフィルターも装着可能
１６ Bassプレート
１７ マウンター
１８ 傾斜部
１９ 出力部
２０ (他の態様における)出力部
２１ 集光部
３１ 微妙にずれたレーザー光軸
３２ 光軸確認用窓及び蛍光膜
３３ センターリング用ネジ
３４ 光ファイバーケーブル
３５ 光ファイバー
３６ 保護被膜
３７ 保護ゴムリング
３８ レセプターハウジング
３９ 第一の光軸調整部材（富士型ファイバー取り付けボス）
４０ 光軸確認用窓のシャッター
５１ 微妙にずれたレーザーの光軸
５２ 可視光に変化した光
５３ 蛍光膜
５４ 屈折したレーザー光

Claims (10)

1. 光源と、前記光源からの光を出力する出力部と、前記光源と前記出力部との間に設置された、前記光の光軸を調整する第一の光軸調整部材と、前記光軸を確認する窓と、からなる光軸調整装置であって、第一の光軸調整部材の一部に入射し、前記一部から反射した前記光は前記窓に照射可能であることを特徴とする光軸調整装置。
2. 前記窓は、蛍光物質を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記窓は、１つ又はそれ以上である請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記光源からの光が反射することが可能な、前記第一の光軸調整部材の一部は、光軸に垂直な面を基準として傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記光軸に垂直な面を基準として傾斜している傾斜角は、基準面から１５°〜７５°の角度範囲である請求項１〜４のいずれか1項に記載の装置。
6. 前記第一の光軸調整部材は、光軸に垂直な面において可動可能である請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. さらに、前記第一の光軸調整部材の位置を調整する位置調整部材を有する請求項１〜６のいずれか1項に記載の装置。
8. 前記第一の光軸調整部材は、前記光源の集光径に対応した孔を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. さらに、前記光源の集光度を調整する第二の光軸調整部材を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記出力部からの光は、光ファイバーへ導入される請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。