JP2018189844A - 光ビーム整形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ビームを整形して等角度分布の光を出射する光ビーム整形装置を提供する。【解決手段】光ビーム整形装置３０は、集光光学系３１と、拡散板３２と、光ファイバ３３を備えている。光ファイバ３３は、入射端３３１と出射端３３２とを有する。拡散板３２は、光ファイバ３３の入射端３３１（または光ファイバ３３の途中位置）に配置される。集光光学系３１は、光源４０からの光を集光し拡散板３２を介して光ファイバ３３に入射させる。そして、この光ファイバ３３は、その出射端３３２から、等角度分布のプロファイルを持った光を出射する。【選択図】図２

Description

本発明は、光ビームを整形して出射する光ビーム整形装置に関する。

例えば遠視野像測定装置のキャリブレーション用として、所定の偏向角度以内のどの偏向角度であっても同じ光強度の光が必要となる。

図１は、遠視野像測定装置のキャリブレーションに用いられる既存の光学系を示した模式図である。

ここには、遠視野像測定装置の入力光学系１０とキャリブレーション光学系２０が示されている。

キャリブレーション光学系２０は、ターンテーブル２１と反射鏡２２を備えていて、入射してきたコリメータビーム２８を反射鏡２２で反射させ、その反射コリメータビーム２９をレンズ面１１から遠視野像測定装置の入力光学系１０に入射させる。このキャリブレーション光学系２０によれば、入力光学系１０の光軸１２からの偏角θによらず、一定強度のコリメータビーム２９を入射光学系１０に入射させることができる。

このキャリブレーション光学系２０の場合、遠視野像測定装置のキャリブレーションにあたり、偏角θを厳密に測定しながら遠視野像測定装置内のカメラ（不図示）の結像位置情報を得る。遠視野像測定装置のキャリブレーションを完了させるためには、この作業を多数回繰り返すという複雑なプロセスを経る必要があるという問題点がある。また、遠視野像測定装置のばらつきや人的要因によるばらつきを試験する国際ロビンテストを実施することを考える。この場合、この図１に示したような特殊なキャリブレーション法を導入することは出来ず、これも問題点の１つとなっている。

これらの問題点を解決するには、上記の偏角θによらず一定の光強度プロファイルを持った光ビーム、すなわち等角度分布の光ビームを出射する装置が必要となる。

ここで、特許文献１には、ガウス分布の光強度プロファイルを持った光ビームを整形して均一分布の光強度プロファイルに近づいた光ビームを生成するする光空間伝送装置が開示されている。しかしながら、この特許文献１に開示された光空間伝送装置の場合、光ビームのプロファイルがガウス分布よりは均一分布に近づいてはいるものの、上記のキャリブレーションに必要な等角度分布とは程遠い程度にしか整形されていない。

特開平１１−１４９３５号公報

本発明は、上記事情に鑑み、光ビームを整形して等角度分布の光を出射する光ビーム整形装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の光ビーム整形装置は、入射端と出射端とを有する導光体と、導光体の入射端または導光体の途中位置に配置された拡散板と、光源からの光を集光して導光体に入射させる集光光学系とを備え、導光体が、出射端から等角度分布の光を出射することを特徴とする。

導光体の入射端または導光体の途中位置に拡散板を配置して、拡散板を配置しないときの最大入射角以上の光を含む光を導光体に伝搬させる。こうすることにより、導光体の出射端から出射される光のプロファイルを等角度分布とすることができる。

ここで、本発明の光ビーム整形装置において、上記導光体が、ステップインデックス型マルチモード光ファイバであることが好ましい。

また、本発明の光ビーム整形装置において、上記拡散板が、６０°以上の拡散角度を有する拡散板であること、また、上記集光光学系が、０．４以上の開口数を有する光学系であることが好ましい。

これらの条件下では、一層高精度な等角度分布の光強度プロファイルを持った光を出射させることができる。

以上の本発明によれば、光ビームを整形して等角度分布の光を出射する光ビーム整形装置を提供することができる。

遠視野像測定装置のキャリブレーションに用いられる既存の光学系を示した模式図である。 本発明の第１実施形態の光ビーム整形装置を示した模式図である。 図２に示す光ビーム整形装置を構成する光整形モジュールを示した模式図である。 本発明の第２実施形態の光ビーム整形装置を示した模式図である。 図４に示す光ビーム整形装置を構成する光整形モジュールを示した模式図である。 図２に示した第１実施形態の光ビーム整形装置からの出射光のプロファイルを示した実験例を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図２は、本発明の第１実施形態の光ビーム整形装置を示した模式図である。

この図２の右側には、図１にも示した遠視野像測定装置の入力光学系１０も示されている。

この図２に示す光ビーム整形装置３０は、集光光学系３１と、拡散板３２と、光ファイバ３３とを備えている。ここで、光ファイバ３３は、本発明にいう導光体の一例である。

この光ファイバ３３は、入射端３３１と出射端３３２とを有し、本実施形態では長さ１．２ｍのものが採用されている。本実施形態では、光ファイバ３３として、ステップインデックス型マルチモード光ファイバが採用されている。

拡散板３２は、本実施形態では、光ファイバ３３の入射端３３１に配置されている。この拡散板３２としては、大きな拡散角度を有する拡散板が望ましい。本実施形態では、拡散角度６０°の拡散板が採用されている。

また、集光光学系３１は、光源４０からの出射光を集光し拡散板３２を介して光ファイバ３３に、その入射端３３１から入射させる役割を担っている。この集光光学系３１の開口数（ＮＡ）は、０．４以上であることが好ましく、ここでは開口数０．６の集光光学系が採用されている。

この光ビーム整形装置３０において、光ファイバ３３への入射光のプロファイルは、図２（ａ）に示すようなガウス分布であるが、光ファイバ３３からの出射光のプロファイルは、図２（ｂ）に示すような等角度分布となっている。

図３は、図２に示す光ビーム整形装置を構成する光整形モジュールを示した模式図である。

図２にも示した拡散板３２と光ファイバ３３は、一体の光整形モジュール３０Ａとして構成される。この光整形モジュール３０Ａに上記のＮＡの収束光を入射すると、出射端３３２から、図２（ｂ）に示したような等角度分布のプロファイルを持った光が出射される。

図４は、本発明の第２実施形態の光ビーム整形装置を示した模式図である。ここでは、図２に示した第１実施形態の光ビーム整形装置３０との相違点を中心に説明する。

この図４に示すビーム整形装置５０は、集光光学系５１と、拡散板５２と、光ファイバ５３と、光コネクタ５４とを備えている。ここで、光ファイバ５３は、本発明にいう導光体の一例であって、入射端５３１と出射端５３２とを有する。本実施形態では、光ファイバ５３として、図２に示した第１実施形態の場合と同様、ステップインデックス型マルチモード光ファイバが採用されている。また、拡散板５２も、図２に示した第１実施形態における拡散板３２と同様、拡散角度６０°の拡散板が採用されている。

ここで、この第２実施形態の場合、拡散板５２は、光コネクタ５４内に配置されている。すなわち、拡散板５２は、光ファイバ５３の途中位置に配置されている。このため、集光光学系５１は、光源４０からの光を光ファイバ５３の入射端５３１から光ファイバ５３に効率よく入射させることができればよく、大きなＮＡを有している必要はない。

この図４に示す第２実施形態の場合も、拡散板５２への入射側の光は、図４（ａ）に示すようなガウス分布のプロファイルの光であるが、光ファイバ５３からの出射光のプロファイルは、図４（ｂ）に示すような等角度分布のプロファイルとなっている。

図５は、図４に示す光ビーム整形装置を構成する光整形モジュールを示した模式図である。

図４に示した拡散板５２と光ファイバ５３は、一体の光整形モジュール５０Ａとして構成される。この光整形モジュール５０Ａの入射端５３１から光を入射すると、出射端５３２から、図４（ｂ）に示したような等角度分布のプロファイルを持った光が出射される。

図６は、図２に示した第１実施形態の光ビーム整形装置からの出射光のプロファイルの実験例を示した図である。

図２を参照して説明した光ビーム整形装置３０によれば、この図６に示したような、高精度な等角度分布のプロファイルを持った光ビームが出射される。図４を参照して説明したタイプの光ビーム整形装置５０の場合も同様である。

１０ 遠視野像測定装置の入力光学系
１１ 入力光学系のレンズ面
２０ キャリブレーション光学系
２１ ターンテーブル
２２ 反射鏡
２８ コリメータビーム
２９ 反射コリメータビーム
３０，５０ 光ビーム整形装置
３０Ａ，５０Ａ 光整形モジュール
３１、５１ 集光光学系
３２，５２ 拡散板
３３，５３ 光ファイバ
３３１，５３１ 入射端
３３２，５３２ 出射端
４０ 光源

Claims (4)

1. 入射端と出射端とを有する導光体と、該導光体の入射端または該導光体の途中位置に配置された拡散板と、光源からの光を集光して該導光体に入射させる集光光学系とを備え、該導光体が、該出射端から等角度分布の光を出射することを特徴とする光ビーム整形装置。
2. 前記導光体が、ステップインデックス型マルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光ビーム整形装置。
3. 前記拡散板が、６０°以上の拡散角度を有する拡散板であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ビーム整形装置。
4. 前記集光光学系が、０．４以上の開口数を有する光学系であることを特徴とする請求項1から３のうちのいずれか1項に記載の光ビーム整形装置。

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