JP2962947B2 - 測定方法及び測定装置 - Google Patents
測定方法及び測定装置Info
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- JP2962947B2 JP2962947B2 JP29300892A JP29300892A JP2962947B2 JP 2962947 B2 JP2962947 B2 JP 2962947B2 JP 29300892 A JP29300892 A JP 29300892A JP 29300892 A JP29300892 A JP 29300892A JP 2962947 B2 JP2962947 B2 JP 2962947B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学を応用したセンサ
などに用いられるレーザー光のコリメート性を測定する
為の測定方法と測定装置に関する。
などに用いられるレーザー光のコリメート性を測定する
為の測定方法と測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、位置、距離、速度等を計測する為
にレーザー光を光源として用いる光学センサーが広く使
用されている。これらの光学センサーの光源としては、
コリメート性の良好なレーザー光束を用いる事が多く、
又、コリメート性の度合により、そのセンサー自体の性
能が左右される場合も少なくない。通常、コリメート性
の良好な光源ユニットは、Ｈｅ−Ｎｅレーザーとビーム
エキスパンダーとの組み合わせや、レーザーダイオード
とコリメーターレンズとの組み合わせにより構成されて
おり、これらの光源ユニットは、コリメート性を厳密に
押さえて組み立てを行う必要がある。
にレーザー光を光源として用いる光学センサーが広く使
用されている。これらの光学センサーの光源としては、
コリメート性の良好なレーザー光束を用いる事が多く、
又、コリメート性の度合により、そのセンサー自体の性
能が左右される場合も少なくない。通常、コリメート性
の良好な光源ユニットは、Ｈｅ−Ｎｅレーザーとビーム
エキスパンダーとの組み合わせや、レーザーダイオード
とコリメーターレンズとの組み合わせにより構成されて
おり、これらの光源ユニットは、コリメート性を厳密に
押さえて組み立てを行う必要がある。
【０００３】従来、レーザー光のコリメート性を判断す
る方法としては、干渉計を用いて波面の歪みを計測する
方法があるが、大がかりで高価な為、光源ユニットの組
み立て時の測定装置としてはあまり用いられない。光源
ユニットの組み立て時の測定装置としては、平行光束が
レンズの焦点位置で最小スポットになる事を利用して、
レンズ焦点位置でのスポットの大きさを計測する方法が
主に用いられている。
る方法としては、干渉計を用いて波面の歪みを計測する
方法があるが、大がかりで高価な為、光源ユニットの組
み立て時の測定装置としてはあまり用いられない。光源
ユニットの組み立て時の測定装置としては、平行光束が
レンズの焦点位置で最小スポットになる事を利用して、
レンズ焦点位置でのスポットの大きさを計測する方法が
主に用いられている。
【０００４】図１は、従来のレーザー光コリメート性測
定装置の構成を示す。
定装置の構成を示す。
【０００５】光源ユニット１０はレーザーダイオード
１、コリメーターレンズ２からなり、レーザーダイオー
ド１から出射した光束はコリメーターレンズ２によりほ
ぼ平行な光束３を形成する。光束３はレンズ４を透過し
てレンズ４の焦点距離でほぼ収束する。レンズ４の焦点
位置は、対物レンズ５、対物レンズ鏡筒６、ＣＣＤカメ
ラ７により構成された観測光学系の観測位置に合わせて
あり、その部分での光のスポットの形状をＣＣＤカメラ
７で検出し、モニター８で観測する。モニター８上のス
ポット９の大きさを見る事により光束３のコリメート性
を判断する。
１、コリメーターレンズ２からなり、レーザーダイオー
ド１から出射した光束はコリメーターレンズ２によりほ
ぼ平行な光束３を形成する。光束３はレンズ４を透過し
てレンズ４の焦点距離でほぼ収束する。レンズ４の焦点
位置は、対物レンズ５、対物レンズ鏡筒６、ＣＣＤカメ
ラ７により構成された観測光学系の観測位置に合わせて
あり、その部分での光のスポットの形状をＣＣＤカメラ
７で検出し、モニター８で観測する。モニター８上のス
ポット９の大きさを見る事により光束３のコリメート性
を判断する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述の装置では、光源
ユニット１０の組み立てを行う際、コリメート性を最良
にする調整としてスポット９の大きさが最小なる様にレ
ーザーダイオード１とコリメータレンズ２の位置調整を
行う。しかし、元々光束３の大きさが小さい為にセンサ
面上で最小スポットとなる位置は焦点位置の前後で深度
をもっており、センサ面上がぴったり中心即ち焦点位置
に合わせ込まれているか深度内のずれた位置にあるのか
判断しにくい。又、スポット９の大きさだけでコリメー
ト性を判断している為に、コリメート性が良くない時、
即ちセンサ面が焦点位置からずれている時に、光源方向
から見て光束３が拡がっていく方向になっているか、逆
に収束方向になっているかは、焦点位置のずれ方向が不
明なので判断できない。
ユニット１０の組み立てを行う際、コリメート性を最良
にする調整としてスポット９の大きさが最小なる様にレ
ーザーダイオード１とコリメータレンズ２の位置調整を
行う。しかし、元々光束３の大きさが小さい為にセンサ
面上で最小スポットとなる位置は焦点位置の前後で深度
をもっており、センサ面上がぴったり中心即ち焦点位置
に合わせ込まれているか深度内のずれた位置にあるのか
判断しにくい。又、スポット９の大きさだけでコリメー
ト性を判断している為に、コリメート性が良くない時、
即ちセンサ面が焦点位置からずれている時に、光源方向
から見て光束３が拡がっていく方向になっているか、逆
に収束方向になっているかは、焦点位置のずれ方向が不
明なので判断できない。
【０００７】しかしながら精密な測定を行なうために
は、観測位置をレンズ４の焦点距離に厳密に合わせ込む
様にレーザーダイオード１とコリメータレンズ２の位置
調整をする必要があり、よってこの様な測定では装置の
較正が面倒であった。
は、観測位置をレンズ４の焦点距離に厳密に合わせ込む
様にレーザーダイオード１とコリメータレンズ２の位置
調整をする必要があり、よってこの様な測定では装置の
較正が面倒であった。
【０００８】本発明は前述従来技術の問題点に鑑み、コ
リメート性の高精度な測定が、コリメート性の収束発散
いずれの方向へのずれなのか、その方向の検出も含めて
簡易な構成で可能になる測定方法及び装置を提供する事
を目的とする。
リメート性の高精度な測定が、コリメート性の収束発散
いずれの方向へのずれなのか、その方向の検出も含めて
簡易な構成で可能になる測定方法及び装置を提供する事
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めの本願発明の測定方法は、コリメート性を計測すべき
光束の光路中に所定形状のスリットを設け、該スリット
を通過した光束の所定距離における光強度分布を測定
し、該測定された光強度分布の形状により前記光束のコ
リメート性を判定する様にしている。
めの本願発明の測定方法は、コリメート性を計測すべき
光束の光路中に所定形状のスリットを設け、該スリット
を通過した光束の所定距離における光強度分布を測定
し、該測定された光強度分布の形状により前記光束のコ
リメート性を判定する様にしている。
【００１０】また、前述の目的を達成するための本願発
明の測定装置は、コリメート性を計測すべき光束の光路
中に配置されるべき所定形状のスリットと、該スリット
から所定距離はなれた位置に前記スリットを透過する光
束を受光するように配置され、受光した光束の光強度分
布に対応する信号を発生する撮像素子とを有し、該撮像
素子からの信号により前記光束のコリメート性が判定可
能であるように構成されている。
明の測定装置は、コリメート性を計測すべき光束の光路
中に配置されるべき所定形状のスリットと、該スリット
から所定距離はなれた位置に前記スリットを透過する光
束を受光するように配置され、受光した光束の光強度分
布に対応する信号を発生する撮像素子とを有し、該撮像
素子からの信号により前記光束のコリメート性が判定可
能であるように構成されている。
【００１１】
【実施例】以下に述べる実施例は、レーザー光の光路に
所定の幅のスリットを設け、該スリットからの所定の距
離に光強度分布を計測する撮像素子を配置し、該計測さ
れた光強度分布の形状によりレーザー光のコリメート性
を判定するものである。
所定の幅のスリットを設け、該スリットからの所定の距
離に光強度分布を計測する撮像素子を配置し、該計測さ
れた光強度分布の形状によりレーザー光のコリメート性
を判定するものである。
【００１２】図２は、本実施例の原理を説明する図であ
り、以後、光の強度分布を波動光学的に計算する。
り、以後、光の強度分布を波動光学的に計算する。
【００１３】まずここでは、レーザーのコリメート性を
点光源からの曲率半径に置き変えており、幅２１のスリ
ット２０でのコリメート度（Δθ）と曲率半径Ｚ0 との
関係は、 Ｚ0 ＝１／ｔａｎ（Δθ） となり、点光源Ｏからのスリット面での光の伝播（空間
上の点（Ｘ0、Ｚ0 ）での光強度分布）Ｕ（Ｘ0、Ｚ0 ）
は、
点光源からの曲率半径に置き変えており、幅２１のスリ
ット２０でのコリメート度（Δθ）と曲率半径Ｚ0 との
関係は、 Ｚ0 ＝１／ｔａｎ（Δθ） となり、点光源Ｏからのスリット面での光の伝播（空間
上の点（Ｘ0、Ｚ0 ）での光強度分布）Ｕ（Ｘ0、Ｚ0 ）
は、
【００１４】
【外１】 であるので、ｚ＝０+ からｚ＝ｚへの光の伝播Ｕ（ｘ、
ｚ）は、
ｚ）は、
【００１５】
【外２】 となる。
【００１６】
【外３】 よって、光強度分布Ｉ（ｘ、ｚ）は、 Ｉ（ｘ、ｚ）＝ｕ×ｕ* ＝ＡR （ｘ、ｚ）2 ＋ＡI （ｘ、ｚ）2 （２）
【００１７】ここで、レーザー波長λを６８０ｎｍ、ス
リット幅２１を１．５ｍｍ、ｚ＝３７０ｍｍとすると、
コリメート度（Δθ）と光強度分布の形状は図３の様な
関係になる。図に於いて、横軸は観測位置のｘ軸、縦軸
は各Ｘ座標点における光強度に相当する。
リット幅２１を１．５ｍｍ、ｚ＝３７０ｍｍとすると、
コリメート度（Δθ）と光強度分布の形状は図３の様な
関係になる。図に於いて、横軸は観測位置のｘ軸、縦軸
は各Ｘ座標点における光強度に相当する。
【００１８】図から分かる様にコリメート性が非常に良
い時に、光強度分布の形状の中心部が水平となる。この
形状の特異点を利用して、その前後の形状の違い（特に
発散光では中心部に山、収束光では中心部に谷ができる
ので、これを識別して）によりコリメート性を判断す
る。つまりレーザー光束をスリット幅 1．５ｍｍで遮
り、３７０ｍｍ後方での光強度分布の形状と図３の光強
度分布の形状を比較する事により、レーザー光束のコリ
メート度を計測すると同時に、光束が拡がりか、収束か
も判断する。
い時に、光強度分布の形状の中心部が水平となる。この
形状の特異点を利用して、その前後の形状の違い（特に
発散光では中心部に山、収束光では中心部に谷ができる
ので、これを識別して）によりコリメート性を判断す
る。つまりレーザー光束をスリット幅 1．５ｍｍで遮
り、３７０ｍｍ後方での光強度分布の形状と図３の光強
度分布の形状を比較する事により、レーザー光束のコリ
メート度を計測すると同時に、光束が拡がりか、収束か
も判断する。
【００１９】図面を用いて本実施例の測定装置を詳細に
説明する。
説明する。
【００２０】図４は、本発明の実施例を説明する図であ
り、図 1と同様の部材には同じ符番を冠している。光源
ユニット１０からの光束３は、スリット幅 1．５ｍｍの
スリット２０により遮られ、対物レンズ５、対物レンズ
鏡筒６、ＣＣＤカメラ７により構成された観測光学系の
観測位置をスリット２０から３７０ｍｍの位置に合わせ
てその位置での光強度をＣＣＤカメラ７で検出する。観
測位置であるスリットから３７０ｍｍの位置に直接ＣＣ
Ｄの検出面を配置してもよい。
り、図 1と同様の部材には同じ符番を冠している。光源
ユニット１０からの光束３は、スリット幅 1．５ｍｍの
スリット２０により遮られ、対物レンズ５、対物レンズ
鏡筒６、ＣＣＤカメラ７により構成された観測光学系の
観測位置をスリット２０から３７０ｍｍの位置に合わせ
てその位置での光強度をＣＣＤカメラ７で検出する。観
測位置であるスリットから３７０ｍｍの位置に直接ＣＣ
Ｄの検出面を配置してもよい。
【００２１】ＣＣＤカメラ７で得られる信号を信号処理
装置８Ａに入力し、Ｘ軸方向の光強度分布をモニター８
で観測し、観測者はその形状を図３の形状と対比させる
事により、高精度にコリメート性を測定することができ
る。信号処理装置８Ａに図３に示す様なコリメート性と
光強度分布との関係を記憶しておき、得られた信号から
Δθの値を求めて、それを一緒にモニター表示する様に
しても良い。
装置８Ａに入力し、Ｘ軸方向の光強度分布をモニター８
で観測し、観測者はその形状を図３の形状と対比させる
事により、高精度にコリメート性を測定することができ
る。信号処理装置８Ａに図３に示す様なコリメート性と
光強度分布との関係を記憶しておき、得られた信号から
Δθの値を求めて、それを一緒にモニター表示する様に
しても良い。
【００２２】ここでは、レーザー波長を６８０ｎｍでス
リット幅を 1．５ｍｍとした例であるが、例えば、スリ
ット幅が等しくてもレーザー波長が７８０ｎｍだと観測
すべき距離も変わり光強度分布の形状の中心部が水平と
なる形状の特異点の観測距離を３２４ｍｍとするのが望
ましい。又、スリット幅を変えると、観測距離も変わる
が、（２）式から光強度分布の形状の特異点を算出して
観測距離を決定することができる。
リット幅を 1．５ｍｍとした例であるが、例えば、スリ
ット幅が等しくてもレーザー波長が７８０ｎｍだと観測
すべき距離も変わり光強度分布の形状の中心部が水平と
なる形状の特異点の観測距離を３２４ｍｍとするのが望
ましい。又、スリット幅を変えると、観測距離も変わる
が、（２）式から光強度分布の形状の特異点を算出して
観測距離を決定することができる。
【００２３】コリメータレンズ２の焦点距離が短く、ス
リット幅の所でガウシアン分布を考慮しなけれならない
場合は、（１）式にガウシアン分布の式を掛けた上で、
光強度分布の形状を算出して観測距離を決定すれば良
い。
リット幅の所でガウシアン分布を考慮しなけれならない
場合は、（１）式にガウシアン分布の式を掛けた上で、
光強度分布の形状を算出して観測距離を決定すれば良
い。
【００２４】又、本実施例では、１軸のスリットを使用
したが、矩形開口のスリットを用いても良く、円形開口
のスリットを用いても良い。
したが、矩形開口のスリットを用いても良く、円形開口
のスリットを用いても良い。
【００２５】コリメート性の判定においては、例えば図
３における光強度分布の中央部の様な一部の形状のみか
ら、目視または信号処理によって完全コリメート光か、
収束光か、発散光か、のみを判定する様な形にしても良
い。
３における光強度分布の中央部の様な一部の形状のみか
ら、目視または信号処理によって完全コリメート光か、
収束光か、発散光か、のみを判定する様な形にしても良
い。
【００２６】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明により簡単な
構成でレーザー光束のコリメート性を高精度に測定する
事が可能となる。その為、コリメート性の良好なレーザ
ー光束が必要な光学センサーの光源のコリメート性のチ
ェック及び組立て時の測定方法及び装置として使用で
き、光学センサー自体の高性能化や組立作業性の向上が
図られる。
構成でレーザー光束のコリメート性を高精度に測定する
事が可能となる。その為、コリメート性の良好なレーザ
ー光束が必要な光学センサーの光源のコリメート性のチ
ェック及び組立て時の測定方法及び装置として使用で
き、光学センサー自体の高性能化や組立作業性の向上が
図られる。
【図１】従来例の説明図。
【図２】本発明の実施例の説明図。
【図３】コリメート度（Δθ）と光強度分布の形状の関
係を示す図。
係を示す図。
【図４】本発明の実施例に係る測定装置の説明図。
１ レーザー ２ コリメーターレンズ ３ レーザー光束 ４ レンズ ５ 対物レンズ ６ 対物レンズ鏡筒 ７ ＣＣＤカメラ ８ モニター ８Ａ 信号処理装置 ９ スポット １０ 光源ユニット ２０ スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足羽 純 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 実開 平３−122312（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102
Claims (2)
- 【請求項１】 コリメート性を計測すべき光束の光路中
に所定形状のスリットを設け、該スリットを通過した光
束の所定距離における光強度分布を測定し、該測定され
た光強度分布の形状により前記光束のコリメート性を判
定することを特徴とする測定方法。 - 【請求項２】 コリメート性を計測すべき光束の光路中
に配置されるべき所定形状のスリットと、該スリットか
ら所定距離はなれた位置に前記スリットを透過する光束
を受光するように配置され、受光した光束の光強度分布
に対応する信号を発生する撮像素子とを有し、該撮像素
子からの信号により前記光束のコリメート性が判定可能
であるように構成された測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29300892A JP2962947B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 測定方法及び測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29300892A JP2962947B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 測定方法及び測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06137843A JPH06137843A (ja) | 1994-05-20 |
| JP2962947B2 true JP2962947B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=17789287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29300892A Expired - Fee Related JP2962947B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 測定方法及び測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2962947B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5032952B2 (ja) * | 2007-11-26 | 2012-09-26 | 駿河精機株式会社 | 光束波面の曲率測定方法 |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP29300892A patent/JP2962947B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06137843A (ja) | 1994-05-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |