JP3491464B2 - Laser beam divergence angle measuring device - Google Patents

Laser beam divergence angle measuring device

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JP3491464B2
JP3491464B2 JP24003696A JP24003696A JP3491464B2 JP 3491464 B2 JP3491464 B2 JP 3491464B2 JP 24003696 A JP24003696 A JP 24003696A JP 24003696 A JP24003696 A JP 24003696A JP 3491464 B2 JP3491464 B2 JP 3491464B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザビームの
特性の1つである、レーザビームの拡がり角(以下で
は、ビーム拡がり角と略称する)を測定する装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring a divergence angle of a laser beam (hereinafter, abbreviated as beam divergence angle), which is one of the characteristics of a laser beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ装置の特性を評価する場合、ビー
ム拡がり角は重要な項目の1つである。すなわち、ビー
ム拡がり角は、レーザ加工装置において、光学伝送系や
集光ビームのスポット径を決める要因である。ビーム拡
がり角を測定する方法としては、ビームを集光して、そ
のスポット径から求める方法がある。この方法は、レー
ザ発振器から出射されたレーザビームを、焦点距離fの
レンズで集光して、焦点位置におけるビーム直径dを計
測することにより、ビーム拡がり角θを、θ=d/fの
計算式により求める。
2. Description of the Related Art The beam divergence angle is one of the important items when evaluating the characteristics of a laser device. That is, the beam divergence angle is a factor that determines the optical transmission system and the spot diameter of the focused beam in the laser processing apparatus. As a method of measuring the beam divergence angle, there is a method of collecting the beam and obtaining it from the spot diameter. In this method, a laser beam emitted from a laser oscillator is condensed by a lens having a focal length f, and a beam diameter d at a focal position is measured to calculate a beam divergence angle θ, where θ = d / f. Calculate by formula.

【0003】図11は、ビーム拡がり角測定装置の概念図
である。このビーム拡がり角測定装置は、ビームスプリ
ッタ27、測定用レンズ17及びCCDカメラ18により構成
されている。ビーム拡がり角の測定は、被測定レーザビ
ーム30をビーム拡がり角測定装置15の被測定レーザビー
ム入口28に入射し、ビームスプリッタ27により数十mW
程度に減光し、測定用レンズ17に入光する。残りのレー
ザビームは、被測定レーザビーム出口29から測定装置15
の外に放出される。測定用レンズ17により、入射したビ
ームは集光されて、測定用レンズ17の焦点距離fの位置
が受光面となるように配置されているCCDカメラ18に
照射され、その信号が画像処理装置19に伝送され、ビー
ム拡がり角を得る。CCDカメラ18に照射される光の強
度が強すぎる場合には、アッテネータ31により調整す
る。
FIG. 11 is a conceptual diagram of a beam divergence angle measuring device. This beam divergence angle measuring device includes a beam splitter 27, a measuring lens 17, and a CCD camera 18. The measurement of the beam divergence angle is performed by injecting the measured laser beam 30 into the measured laser beam inlet 28 of the beam divergence measuring device 15 and tens of mW by the beam splitter 27.
The light is dimmed to some extent and enters the measuring lens 17. The remaining laser beam is emitted from the measured laser beam outlet 29 to the measuring device 15
Released out of. The incident beam is condensed by the measuring lens 17, and is radiated to the CCD camera 18 arranged so that the position of the focal length f of the measuring lens 17 becomes the light receiving surface, and the signal thereof is image processing device 19. To obtain the beam divergence. If the intensity of light applied to the CCD camera 18 is too high, the attenuator 31 adjusts the intensity.

【0004】この測定においては、測定用レンズ17とし
て、収差が少なく、レンズの焦点距離が正確に把握され
ており、ビーム拡がり角測定装置に見合った分解能をも
っている、などの条件を満たしているレンズを選択する
ことが必要である。特に、レンズの焦点距離は、製作精
度により、約1%程度前後する可能性があるので、レン
ズの個体差による焦点位置を正確に知ることが必要であ
る。
In this measurement, the lens 17 for measurement satisfies the conditions that it has little aberration, the focal length of the lens is accurately grasped, and the resolution is suitable for the beam divergence angle measuring device. It is necessary to select. In particular, the focal length of the lens may be about 1% around, depending on the manufacturing accuracy, so it is necessary to accurately know the focal position due to individual differences in the lens.

【0005】レンズの焦点距離の測定方法の一例を、図
12に示す。この例では、光源が発する照明光20を、精密
に間隔hに加工されたダブルスリット21に通し、2つの
光束を発生させ、被測定レンズ22に入射する。被測定レ
ンズ22を通過した光は、オートコリメータ23を利用し
て、焦点距離がfc であるコリメータレンズ24と測定目
盛25により、2つの光の線として検出される。この時、
ダブルスリット21の位置は、測定目盛25と接眼レンズ26
から構成される計測部において、2つの光束の像のピン
トが合う位置に配置される。この測定器において、ダブ
ルスリット21の間隔をh、測定目盛25上での2つの光束
の間隔をx、コリメータレンズ24の焦点距離をfc とす
ると、被測定レンズ22の焦点距離ft は、 ft =fc ×(h/x) で与えられる。
An example of a method for measuring the focal length of a lens is shown in FIG.
Shown in 12. In this example, the illumination light 20 emitted from the light source is passed through a double slit 21 which is precisely processed at intervals h to generate two light beams, which are then incident on a lens 22 to be measured. The light that has passed through the lens 22 to be measured is detected as two lines of light by the collimator lens 24 having a focal length of f c and the measuring scale 25 using the autocollimator 23. At this time,
The position of the double slit 21 is the measurement scale 25 and the eyepiece lens 26.
In the measuring unit configured by, the two light flux images are arranged at positions in focus. In this measuring device, if the distance between the double slits 21 is h, the distance between the two light beams on the measuring scale 25 is x, and the focal length of the collimator lens 24 is f c , the focal length f t of the lens 22 to be measured is It is given by f t = f c × (h / x).

【0006】しかし、この方法では、ダブルスリット21
を被測定レンズ22の焦点位置に正確に配置するための作
業となる、計測部における2つの光束の像のピント合わ
せが非常に難しく、困難な作業である。
However, in this method, the double slit 21
Is an extremely difficult task because it is very difficult to focus the images of the two light fluxes in the measuring section, which is an operation for accurately arranging the image at the focal position of the lens 22 to be measured.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術においては、レンズの焦点位置を正確に把握すること
が困難であり、ビーム拡がり角を測定するためのビーム
拡がり角測定装置の校正を容易に行うことができない。
レンズの焦点距離は、製作精度から約1%は前後する可
能性がある。しかし、焦点距離を正確に把握するために
は、図12のような、レンズの焦点距離測定装置をもたな
くてはならない。また、レンズの焦点距離を正確に把握
したとしても、CCDカメラの検出面の位置を正確に決
めることは、ビームウェストと焦点距離とが異なるため
に、不可能である。
As described above, in the prior art, it is difficult to accurately grasp the focal position of the lens, and the beam divergence angle measuring device for measuring the beam divergence angle must be calibrated. It can't be done easily.
The focal length of the lens may change about 1% due to manufacturing accuracy. However, in order to accurately grasp the focal length, it is necessary to have a lens focal length measuring device as shown in FIG. Even if the focal length of the lens is accurately grasped, it is impossible to accurately determine the position of the detection surface of the CCD camera because the beam waist and the focal length are different.

【0008】ビーム拡がり角測定装置に対する、焦点距
離からのズレの影響を調査した、発明者による実験結果
によれば、例えば、焦点距離120mm の無収差組レンズを
ビーム拡がり角測定装置内に使用し、拡がり角が30mrad
のYAGレーザビームを測定した場合に、使用レンズの
焦点距離相当位置に対して前後1mm(焦点距離の1%
弱)ずれた位置で測定すると、ビーム拡がり角の測定値
は、5%ずれることが分かった。すなわち、焦点位置か
ら1%ずれることが、ビーム拡がり角の測定値には5%
の誤差として現れることを意味している。
According to the results of experiments conducted by the inventor who investigated the influence of the deviation from the focal length on the beam divergence measuring device, for example, an aplanatic lens having a focal length of 120 mm was used in the beam divergence measuring device. , Divergence angle is 30mrad
When measuring the YAG laser beam of, the front and rear are 1 mm (1% of the focal length) with respect to the focal length equivalent position of the lens used.
It was found that the measurement value of the beam divergence angle was deviated by 5% when measured at the (weakly) shifted position. That is, a deviation of 1% from the focal position is 5% in the measured value of the beam divergence angle.
It means that it appears as an error of.

【0009】この発明の課題は、上述のような焦点距離
を正確に把握するための装置を必要とせず、しかも、C
CDカメラの位置決めの困難さを解消することができ、
装置の校正が容易なビーム拡がり角測定装置を提供する
ことである。
An object of the present invention is to eliminate the need for a device for accurately ascertaining the focal length as described above, and further, C
The difficulty of positioning the CD camera can be eliminated,
It is an object of the present invention to provide a beam divergence angle measuring device that can be easily calibrated.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、この発明においては、互いに既知の角度をも
つ複数の基準ビームを発生する拡がりビーム基準光発生
手段と、この基準ビームを測定用レンズに入射する手段
と、基準ビームを入射して測定レンズで集光した位置に
おけるビーム間の距離Wを焦点距離fで除した値W/f
が、前記αと一致するように、測定用レンズと、集光し
たレーザビーム間の距離Wを測定する手段との距離を調
整する手段と、を備えている。
In order to solve such a problem, according to the present invention, a diverging beam reference light generating means for generating a plurality of reference beams having mutually known angles, and the reference beam are measured. A value W / f obtained by dividing the distance W between the means for entering the lens for use and the reference beam and the position where the reference beam is focused by the measuring lens by the focal length f.
However, it is provided with a means for adjusting the distance between the measuring lens and a means for measuring the distance W between the focused laser beams so as to coincide with the above α.

【0011】既知の角度αをもつ基準ビームを入射し、
W/fがαと等しくなるように、Wを測定しながら測定
用レンズの位置を調整するのであるから、調整作業が非
常に容易となり、精度も高くなる。更に、この発明にお
いては、分割されたレーザビーム間の角度を計測する手
段を備えており、分割されたレーザビーム間の角度が正
確に把握される。
Injecting a reference beam with a known angle α,
Since the position of the measuring lens is adjusted while measuring W so that W / f becomes equal to α, the adjustment work becomes very easy and the accuracy becomes high. Further, in the present invention, a means for measuring the angle between the divided laser beams is provided, and the angle between the divided laser beams can be accurately grasped.

【0012】レーザビームを分割する手段としては、一
方の面には平面をもち、その面に対向する反対面には、
角度をもった2面、多面あるいは円錐面からなる、谷型
形状あるいは屋根型形状をもつ光学素子を備えており、
単純な構成でレーザビームを分割することができる。更
に、これらの素子の谷部の底あるいは屋根部の頂点にレ
ーザビームの中心を当てることによって、分割されたビ
ーム間の強度に大きなアンバランスを生じない。
As means for splitting the laser beam, one surface has a flat surface, and the opposite surface opposite to that surface has a flat surface.
Equipped with an optical element having a valley shape or a roof shape, which is composed of angled two-sided, multi-sided or conical surfaces,
The laser beam can be split with a simple configuration. Furthermore, by centering the laser beam on the bottom of the troughs or the apex of the roof of these elements, there is no significant imbalance in the intensity between the split beams.

【0013】なお、入射させるレーザビームは測定用レ
ンズの有効入射径D内に入射されていることが不可欠で
あり、そのために、基準ビーム間の角度αが、前記測定
用レンズの有効入射直径Dと基準レーザビームの始点か
ら測定用レンズまでの距離lとで決まる角度、 2 tan-1(D/2l) 以下であるように光学素子などが選択される。
It is essential that the laser beam to be incident is incident within the effective incident diameter D of the measuring lens. Therefore, the angle α between the reference beams is equal to the effective incident diameter D of the measuring lens. The optical element or the like is selected so that the angle is 2 tan −1 (D / 2l) or less, which is determined by the distance 1 from the starting point of the reference laser beam to the measuring lens.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】この発明によるビーム拡がり角測
定装置の実施の形態を、図1を用いて説明する。図1
は、この発明によるビーム拡がり角測定装置の構成を示
す概念図である。このビーム拡がり角測定装置15には、
従来のビーム拡がり角測定装置に加えて、装置を校正す
るために使用する、拡がりビーム基準光発生手段と、こ
れが射出する拡がりビーム基準光(以下では、基準光と
略称し、その個々のビームを分割ビームと呼ぶ)の分割
ビーム間の角度を測定する手段と、基準光を測定用レン
ズ17に入射させて装置を校正する手段とを備えている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a beam divergence angle measuring device according to the present invention will be described with reference to FIG. Figure 1
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration of a beam divergence angle measuring device according to the present invention. This beam divergence measuring device 15 has
In addition to the conventional beam divergence measuring device, the divergent beam reference light generating means used to calibrate the device and the divergent beam reference light emitted by the diverging beam reference light (hereinafter referred to as reference light (Referred to as split beams) and means for measuring the angle between the split beams and means for making reference light incident on the measuring lens 17 to calibrate the apparatus.

【0015】従来のビーム拡がり角測定装置は、従来技
術の項で説明したのと同様に、被測定レーザビーム入口
28から入射した被測定レーザビーム30を測定用レンズ17
側へのビームと被測定レーザビーム出口29から放出する
ビームとに分割するビームスプリッタ27と、測定用レン
ズ17と、光量を調節するためのアッテネータ31と光軸方
向に移動可能なCCDカメラ18と、CCDカメラ18の出
力を演算処理してビーム拡がり角を算出する画像処理装
置19とで構成されている。
The conventional beam divergence measuring device has a laser beam entrance to be measured as described in the section of the prior art.
Measuring laser beam 30 incident from 28
A beam splitter 27 that splits the beam to the side and a beam emitted from the laser beam outlet 29 to be measured, a measuring lens 17, an attenuator 31 for adjusting the amount of light, and a CCD camera 18 that is movable in the optical axis direction. , An image processing device 19 for calculating the beam divergence angle by arithmetically processing the output of the CCD camera 18.

【0016】被測定レーザビーム30のビーム拡がり角の
測定方法は、従来技術の項で説明したのと同様であるの
で、ここでは省略し、装置の校正を主に説明する。レー
ザ装置3から射出されるレーザビーム4は、拡がりビー
ム基準光発生手段(図では、基準光発生部と示すもの
で、以下では、基準光発生部と呼ぶ)7で、所定の角度
をもつ分割ビーム5に分割され、反射ミラー16a 及び16
b によって2回曲げられ、測定用レンズ17に入射し、集
光されて、CCDカメラ18の受光面を照射する。この受
光面の受けた情報が画像処理装置19で解析される。画像
処理装置19には、例えば2分割ビームの場合には、2つ
の集光された光の情報が映し出される。この2つの情報
のピーク位置間の間隔が、ビーム拡がり角を表す基本式
である“θ=d/f”(dは集光ビームの直径、fは測
定用レンズの焦点距離)のdに相当する。入射した分割
ビーム5は相互間に既知の角αをもっているから、画像
処理装置19の指示がαに一致するようにCCDカメラ18
の位置を前後させて調整することにより、CCDカメラ
18の受光面に測定用レンズ17の焦点位置を一致させるこ
とができ、ビーム拡がり角測定装置15の校正ができる。
Since the method of measuring the beam divergence angle of the laser beam 30 to be measured is the same as that described in the section of the prior art, it is omitted here and the calibration of the apparatus will be mainly described. A laser beam 4 emitted from the laser device 3 is divided by a diverging beam reference light generating means (which will be referred to as a reference light generating unit in the drawing, and hereinafter referred to as a reference light generating unit) 7 with a predetermined angle. Beam 5 is split into reflection mirrors 16a and 16
It is bent twice by b, enters the measuring lens 17, is condensed, and irradiates the light receiving surface of the CCD camera 18. The information received by the light receiving surface is analyzed by the image processing device 19. For example, in the case of a two-split beam, the image processing device 19 displays information on two condensed lights. The distance between the peak positions of these two pieces of information corresponds to d of "θ = d / f" (d is the diameter of the focused beam and f is the focal length of the measuring lens), which is a basic expression expressing the beam divergence angle. To do. Since the incident split beams 5 have a known angle α between them, the CCD camera 18 is set so that the instruction of the image processing device 19 coincides with α.
CCD camera by adjusting the position of
The focal position of the measuring lens 17 can be matched with the light receiving surface of 18, and the beam divergence angle measuring device 15 can be calibrated.

【0017】基準光の分割ビーム5間の角度の測定は、
反射ミラー16b を外して基準光を直進させ、スクリーン
6に照射し、CCDカメラ8とTVモニタ9により分割
ビームの照射位置間の距離を測定することにより実施さ
れる。図2は、分割ビーム5の間の角度の測定を説明す
るための概念図で、図1における反射ミラー16a 及び16
b をなくして、直線状にしたものであり、対応する部品
には図1と同じ符号を付している。
The angle between the split beams 5 of the reference light is measured by
This is carried out by removing the reflection mirror 16b, moving the reference light straight, irradiating the screen 6, and measuring the distance between the irradiation positions of the divided beams by the CCD camera 8 and the TV monitor 9. FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the measurement of the angle between the split beams 5, which is the reflection mirrors 16a and 16a in FIG.
It is a straight line without b, and the corresponding parts are designated by the same reference numerals as in FIG.

【0018】分割ビーム5の間の角度αの測定は、分割
ビーム5の分岐点から距離L離れた位置に設けられてい
るスクリーン6に照射された分割ビーム5の間隔Hを測
定し、次式により求める。 α=2× tan-1〔H/(2×L)〕 この測定に際し、スクリーンを方眼入りのものとし、T
V画面に方眼と分割ビーム5とを同時に表示すると、分
割ビーム5の間隔Hの測定が容易になる。
The angle α between the split beams 5 is measured by measuring the distance H between the split beams 5 irradiated on the screen 6 provided at a position separated by a distance L from the branch point of the split beams 5, Ask by. α = 2 × tan −1 [H / (2 × L)] In this measurement, the screen has a grid and T
When the grid and the split beams 5 are displayed on the V screen at the same time, it becomes easy to measure the interval H between the split beams 5.

【0019】以下に、実施例について説明する。 〔第1の実施例〕第1の実施例は、請求項2に対応する
ものであり、図3及び図5により説明する。図3は、基
準光発生部7においてレーザビーム4を分割する谷型光
学素子1の構造を示す断面図であり、図5は、谷型光学
素子1を備えた基準光発生部7が分割ビーム5を発生さ
せた状態を示す概念図である。
Examples will be described below. [First Embodiment] The first embodiment corresponds to claim 2 and will be described with reference to FIGS. 3 and 5. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the valley optical element 1 that divides the laser beam 4 in the reference light generator 7, and FIG. 5 shows that the reference light generator 7 including the valley optical element 1 divides the laser beam 4. It is a conceptual diagram which shows the state which generated 5.

【0020】谷型光学素子1は、一方の面が平面で、対
向する反対側の面が、前記平面に対して角度θV 傾いて
いる2面をもつ谷型形状をしている。図3のように光学
素子1に入射した光は、光学素子1への入射角をθ1
し、光学素子1の屈折率をn2 、その周囲の屈折率をn
1 とすると、図のように、角度θx1の方向に射出され
る。この場合の角度θx1は、
The trough type optical element 1 has a trough shape in which one surface is a flat surface and the opposite surfaces are two surfaces inclined by an angle θ V with respect to the above-mentioned flat surface. Light incident on the optical element 1 as shown in FIG. 3 has an incident angle on the optical element 1 of θ 1 , a refractive index of the optical element 1 of n 2 , and a surrounding refractive index of n 2 .
When set to 1 , the light is emitted in the direction of the angle θ x1 as shown in the figure. The angle θ x1 in this case is

【0021】[0021]

【数1】θx1= sin-1{(n2/n1) ×sin [sin-1 ( n1sin
θ1/n2) +θV ] }−θV で求められる。この谷型光学素子1の谷部の底101 にレ
ーザビーム4の中心部を合わせて、レーザビーム4が入
射されると、図5に示すように、光量の最大強度の方向
51の間の角度αをもつ、光量がバランスした分割ビーム
5に分割される。
[ Equation 1] θ x1 = sin -1 {(n 2 / n 1 ) × sin [sin -1 (n 1 sin
obtained by θ 1 / n 2) + θ V]} -θ V. When the laser beam 4 is incident by aligning the center of the laser beam 4 with the bottom 101 of the valley of the valley type optical element 1, as shown in FIG.
It is split into split beams 5 with an angle α between 51 and a balanced light intensity.

【0022】図3及び図5では、2面形状の谷型光学素
子1でレーザビーム4を2分割する例を示したが、多面
のものや円錐状の面をもつものを使うと、多分割ビーム
や、円形ビームとすることができる。なお、谷型光学素
子は谷の底の部分の加工が困難であるため、対称な形状
のものを複数個(2面のものでは2個)張り合わせて製
作されることが多い。
In FIGS. 3 and 5, an example in which the laser beam 4 is divided into two by the dihedral optical element 1 has been shown. However, if a multifaceted one or a one having a conical surface is used, it is multidivided. It can be a beam or a circular beam. Since it is difficult to process the valley bottom part of the valley type optical element, it is often manufactured by laminating a plurality of symmetrical shaped elements (two in a two-sided shape).

【0023】〔第2の実施例〕第2の実施例は、請求項
4に対応するものであり、図4及び図6により説明す
る。図4は、基準光発生部7においてレーザビーム4を
分割する屋根型光学素子2の構造を示す断面図であり、
図6は、屋根型光学素子2を備えた基準光発生部7が分
割ビーム5を発生させた状態を示す概念図である。
[Second Embodiment] The second embodiment corresponds to claim 4 and will be described with reference to FIGS. 4 and 6. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the roof-type optical element 2 that divides the laser beam 4 in the reference light generator 7.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a state in which the reference light generator 7 including the roof-type optical element 2 generates the split beam 5.

【0024】屋根型光学素子2は、一方の面が平面で、
対向する反対側の面が、前記平面に対して角度θR 傾い
ている2面をもつ屋根型形状をしている。図3のように
光学素子2に入射した光は、光学素子2への入射角をθ
1 とし、光学素子2の屈折率をn2 、その周囲の屈折率
をn1 とすると、図のように、角度θx2の方向に射出さ
れる。この場合の角度θx2は、
The roof type optical element 2 has a flat surface on one side,
The opposite surface facing each other has a roof shape having two surfaces inclined at an angle θ R with respect to the plane. The light incident on the optical element 2 as shown in FIG.
When the refractive index of the optical element 2 is 1 , the refractive index of the optical element 2 is n 2 , and the refractive index of the surroundings is n 1 , the light is emitted in the direction of the angle θ x2 as shown in the figure. The angle θ x2 in this case is

【0025】[0025]

【数2】θx2=θR − sin-1{(n2/n1) ×sin[θR − s
in-1 ( n1sinθ1/n2) ] } で求められる。この屋根型光学素子2の屋根部の頂点20
1 にレーザビーム4の中心部を合わせて、レーザビーム
4が入射されると、図6に示すように、光量の最大強度
の方向51の間の角度αをもつ、光量が上下でバランスし
た分割ビーム5に分割される。
[ Equation 2] θ x2 = θ R − sin −1 {(n 2 / n 1 ) × sin [θ R − s
in −1 (n 1 sin θ 1 / n 2 )]}. The top 20 of the roof of this roof-type optical element 2
When the laser beam 4 is incident with the center part of the laser beam 4 aligned with 1, as shown in FIG. 6, there is an angle α between the directions 51 of the maximum intensity of the light amount, and the light amount is balanced in the vertical direction. It is divided into beams 5.

【0026】図4及び図6では、2面形状の屋根型光学
素子2でレーザビームを2分割する例を示したが、多面
のものや円錐状の面をもつものを使うと、多分割できた
り、円形ビームとすることができる。図7(a) には、2
面形状の屋根型光学素子2aの斜視図を、図7(b) には、
4面形状の屋根型光学素子2bの斜視図を示した。4面形
状のものでは、ビームが上下左右に分割されるので、両
方向の校正が同時にできるという利点がある。
Although FIGS. 4 and 6 show an example in which the laser beam is divided into two parts by the two-sided roof type optical element 2, the multi-particulation can be performed by using a multi-sided one or one having a conical surface. Alternatively, it can be a circular beam. In Figure 7 (a), 2
A perspective view of the planar roof-type optical element 2a is shown in FIG. 7 (b).
A perspective view of a four-sided roof-type optical element 2b is shown. In the case of the four-sided shape, the beam is divided into the upper, lower, left and right sides, so that there is an advantage that the calibration in both directions can be performed simultaneously.

【0027】上記の2つの実施例では、レーザビーム4
を光学素子の平面側から入射させた場合を示したが、光
学素子のレーザビーム4の入射面と射出面を反対にして
も分割ビームを得ることはできる。図には示していない
が、この状態では、谷型光学素子の場合に、図6のよう
な状態で射出し、屋根型光学素子の場合に図5の状態で
射出する。
In the above two embodiments, the laser beam 4
Although the case where the laser beam 4 is incident from the plane side of the optical element is shown, a split beam can be obtained even if the incident surface and the emission surface of the laser beam 4 of the optical element are opposite. Although not shown in the drawing, in this state, in the case of the valley type optical element, the light is emitted in the state as shown in FIG. 6, and in the case of the roof type optical element, the light is emitted in the state of FIG.

【0028】更に、光学素子を複数個並べて多段にする
と、分割ビーム間の角度を変えることができる。図5の
状態の素子を並べると、角度は近似的には加算されて増
加する。図5の状態の素子と図6の状態の素子を並べる
と相殺されて、角度は小さくなる。なお、上述の光学素
子の場合には、分割ビーム5の分岐点は、素子の谷部の
底101 あるいは屋根部の頂点201 からずれており、角度
αを求める場合に用いるスクリーンまでの距離Lの値を
求める際に注意することが必要である。
Further, by arranging a plurality of optical elements in multiple stages, the angle between the divided beams can be changed. When the elements in the state of FIG. 5 are arranged, the angles approximately add and increase. When the element in the state of FIG. 5 and the element in the state of FIG. 6 are arranged side by side, they cancel each other and the angle becomes smaller. In the case of the above-mentioned optical element, the branch point of the split beam 5 is displaced from the bottom 101 of the valley of the element or the apex 201 of the roof, and the distance L to the screen used to obtain the angle α is Care must be taken when determining the value.

【0029】谷型光学素子1の場合では、図5に示すよ
うに、分割ビーム5の分岐点(図では、レーザビームの
分岐点102 )は、谷部の底101 よりl1 だけ入射側にず
れている。屋根型光学素子2の場合では、図6に示すよ
うに、分割ビーム5の分岐点(図では、レーザビームの
分岐点202 )は、屋根部の頂点201 よりl2 だけ出射側
にずれている。このずれは、レーザビームの最大強度部
の位置とαより求めることができる。
In the case of the valley type optical element 1, as shown in FIG. 5, the branch point of the split beam 5 (the laser beam branch point 102 in the figure) is located on the incident side by l 1 from the bottom 101 of the valley. Deviated. In the case of the roof type optical element 2, as shown in FIG. 6, the branch point of the split beam 5 (in the figure, the branch point 202 of the laser beam) is shifted from the apex 201 of the roof portion to the emitting side by l 2 . . This shift can be obtained from the position of the maximum intensity portion of the laser beam and α.

【0030】〔第3の実施例〕図8は、第3の実施例に
おける基準光発生部を示す概念図である。この実施例
は、請求項1に対応するもので、2台のレーザ装置3a及
び3bと4枚の反射ミラー10a, 10b, 10c 及び10d で構成
されており、1台のレーザ装置と2枚の反射ミラーで1
つビームをつくり、反射ミラーの角度を調整することに
より両ビーム間の角度が調整される。したがって、この
場合は、厳密には分割ビームではないが、他の実施例と
合わせるため、図では、分割ビーム5と記した。
[Third Embodiment] FIG. 8 is a conceptual diagram showing a reference light generator in a third embodiment. This embodiment corresponds to claim 1 and comprises two laser devices 3a and 3b and four reflection mirrors 10a, 10b, 10c and 10d, one laser device and two laser devices. 1 with a reflective mirror
By making one beam and adjusting the angle of the reflecting mirror, the angle between both beams is adjusted. Therefore, in this case, although it is not a split beam in a strict sense, it is referred to as a split beam 5 in the drawing in order to match with other examples.

【0031】〔第4の実施例〕図9は、第4の実施例に
おける基準光発生部を示す概念図である。この実施例
も、請求項1に対応するもので、1台のレーザ装置3の
レーザビーム4がビームスプリッタ11で2分割され、5
枚の反射ミラー10a, 10b, 10c, 10d及び10e で分割ビー
ム5間の角度が調整される。
[Fourth Embodiment] FIG. 9 is a conceptual diagram showing a reference light generator in a fourth embodiment. This embodiment also corresponds to claim 1, in which the laser beam 4 of one laser device 3 is divided into two by the beam splitter 11.
The angle between the split beams 5 is adjusted by the reflecting mirrors 10a, 10b, 10c, 10d and 10e.

【0032】〔第5の実施例〕図10は、第5の実施例に
おける基準光発生部を示す概念図である。この実施例
も、請求項1に対応するもので、1台のレーザ装置3の
レーザビーム4がビームスプリッタ11で2分割され、2
組の集光レンズ12、光ファイバー13及びコリメートレン
ズ14によって分割ビームが発生される。
[Fifth Embodiment] FIG. 10 is a conceptual diagram showing a reference light generator in a fifth embodiment. This embodiment also corresponds to claim 1, and the laser beam 4 of one laser device 3 is divided into two by the beam splitter 11.
A split beam is generated by a set of condenser lens 12, optical fiber 13 and collimator lens 14.

【0033】このようにして発生される基準光の分割ビ
ームは、測定用レンズの有効入射径D内に入射されない
と、装置を正確に校正することができなくなる。したが
って、分割ビーム間の角度αは、分割ビーム5の始点で
ある分岐点から測定用レンズまでの距離をlとすると、 α≦2 tan-1(D/2l) であることが必要である。
The split beam of the reference light generated in this way cannot be accurately calibrated unless it is incident within the effective incident diameter D of the measuring lens. Therefore, the angle α between the divided beams needs to be α ≦ 2 tan −1 (D / 2l), where l is the distance from the branch point, which is the starting point of the divided beam 5, to the measuring lens.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上に述べたように、この発明によれ
ば、従来のビーム拡がり角測定装置に加えて、基準光発
生部と、そこで発生した分割ビーム間の角度を計測する
手段と、基準光を測定用レンズに入射し、装置を校正す
る手段を設けており、基準光の既知の分割ビーム間角度
を測定することにより、その値に合うように装置を校正
するため、装置の校正が容易となり、精度も高くなる。
As described above, according to the present invention, in addition to the conventional beam divergence measuring device, the reference light generating section, the means for measuring the angle between the split beams generated therein, and the reference. A means for calibrating the device by making light incident on the measuring lens is provided, and the device is calibrated in order to calibrate the device by measuring the known angle between the split beams of the reference light, thereby calibrating the device. It will be easier and more accurate.

【0035】基準光を発生する基準光発生部には、谷型
光学素子あるいは屋根型光学素子が使用されることによ
って、装置の構成が簡単になり、振動などに対する安定
性も高くなる。また、光学素子を多段に使うことによっ
て分割ビーム間角度の変更も容易である。また、分割ビ
ーム間角度は、分割ビームの分岐点を計算で求めること
ができるので、計測も計算も容易に実施できる。特に、
方眼目盛付きのスクリーンを使用すると計測が容易であ
る。
A valley type optical element or a roof type optical element is used for the reference light generating section for generating the reference light, so that the structure of the apparatus is simplified and the stability against vibration is increased. Further, the angle between the split beams can be easily changed by using the optical elements in multiple stages. Further, since the angle between the divided beams can be obtained by calculating the branch point of the divided beams, the measurement and the calculation can be easily performed. In particular,
Measurement is easy when using a screen with grid scales.

【0036】以上のように、このビーム拡がり角測定装
置を用いれば、その校正をユーザでも実施することがで
きる。その一例として、発明者が、レーザ装置としてY
AGレーザを用い、基準光発生部に2種類の屋根型光学
素子を使用し、分割レーザビームの分岐点から約1m離
れた位置に方眼紙を置き、方眼紙の裏面からCCDカメ
ラを用いて分割ビームの間隔を測定し、分割ビーム間の
角度を求め、このようにして発生した3種類の基準光を
用いて装置を校正したところ、いずれの場合にも、測定
用レンズとCCDカメラの間隔が同じとなった。このよ
うに、装置の校正は容易で、しかも正確である。
As described above, by using this beam divergence measuring apparatus, the user can calibrate it. As an example of this, the inventor has adopted Y as a laser device.
An AG laser is used, two types of roof-type optical elements are used for the reference light generation part, a graph paper is placed at a position about 1 m away from the branch point of the split laser beam, and the back side of the graph paper is divided using a CCD camera. The distance between the beams was measured, the angle between the split beams was determined, and the device was calibrated using the three types of reference light thus generated. In each case, the distance between the measuring lens and the CCD camera was It became the same. Thus, the calibration of the device is easy and accurate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明によるレーザビーム拡がり角測定装置
の構成を示す概念図
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a laser beam divergence angle measuring device according to the present invention.

【図2】基準光発生部が発生した分割ビーム間の角度の
測定を説明するための概念図
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining measurement of an angle between split beams generated by a reference light generation unit.

【図3】分割レーザビームを発生させるための谷型光学
素子の断面図
FIG. 3 is a cross-sectional view of a valley optical element for generating a split laser beam.

【図4】分割レーザビームを発生させるための屋根型光
学素子の断面図
FIG. 4 is a sectional view of a roof-type optical element for generating a split laser beam.

【図5】谷型光学素子により分割レーザビームを発生さ
せた状態を示す概念図
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state in which a split laser beam is generated by a valley optical element.

【図6】屋根型光学素子により分割レーザビームを発生
させた状態を示す概念図
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a state in which a split laser beam is generated by a roof type optical element.

【図7】(a) 2面形状の屋根型光学素子の斜視図 (b) 4面形状の屋根型光学素子の斜視図FIG. 7A is a perspective view of a two-sided roof-type optical element. (B) Perspective view of a four-sided roof-type optical element

【図8】反射ミラーを使った分割レーザビームの発生状
態を示す概念図
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a generation state of a split laser beam using a reflection mirror.

【図9】ビームスプリッタと反射ミラーとを使った分割
レーザビームの発生状態を示す概念図
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a generation state of a split laser beam using a beam splitter and a reflection mirror.

【図10】ビームスプリッタと光ファイバーなどを使っ
た分割レーザビームの発生状態を示す概念図
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a generation state of a split laser beam using a beam splitter and an optical fiber.

【図11】従来技術のレーザビーム拡がり角測定装置の
構成を示す概念図
FIG. 11 is a conceptual diagram showing a configuration of a conventional laser beam divergence angle measuring device.

【図12】焦点距離測定装置の構成を示す概念図FIG. 12 is a conceptual diagram showing the configuration of a focal length measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 谷型光学素子 2 屋根型光学素子 2a 2面形状の屋根型光学素子 2b 4面形状の屋根型光学素子 3 レーザ装置 3a レーザ装置1 3b レーザ装置2 4 レーザビーム 5 分割ビーム 51 分割ビームの最大強度の方向 6 スクリーン 7 基準光発生部 8, 18 CCDカメラ 9 TVモニタ 10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e 反射ミラー 11 ビームスプリッタ 12 集光レンズ 13 光ファイバー 14 コリメートレンズ 15 レーザビーム拡がり角測定装置 16a, 16b 反射ミラー 17 測定用レンズ 18 CCDカメラ 19 画像処理装置 20 照明光 21 ダブルスリット 22 被測定レンズ 23 オートコリメータ 24 コリメータレンズ 25 測定目盛 26 接眼鏡 27 ビームスプリッタ 28 被測定レーザビーム入口 29 被測定レーザビーム出口 30 被測定レーザビーム 31 アッテネータ 51 光量が最大強度の方向 101 谷部の底 102 レーザビームの分岐点 201 屋根部の頂点 202 レーザビームの分岐点 1 Valley type optical element 2 Roof type optical element 2a Two-sided roof type optical element 2b Four-sided roof type optical element 3 Laser device 3a Laser device 1 3b laser device 2 4 laser beam 5 split beams 51 direction of maximum intensity of split beam 6 screens 7 Reference light generator 8, 18 CCD camera 9 TV monitor 10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e Reflective mirror 11 Beam splitter 12 Condensing lens 13 optical fiber 14 Collimating lens 15 Laser beam divergence measuring device 16a, 16b Reflective mirror 17 Measuring lens 18 CCD camera 19 Image processor 20 illumination light 21 double slit 22 Lens to be measured 23 Auto Collimator 24 collimator lens 25 measuring scale 26 eyepiece 27 Beam splitter 28 Measured laser beam entrance 29 Laser beam outlet to be measured 30 Measured laser beam 31 Attenuator 51 Direction of maximum intensity 101 Bottom of valley 102 Laser beam branch point 201 Roof top 202 Laser beam branch point

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G01M 11/00 - 11/08 H01S 3/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01M 11/00-11/08 H01S 3/02

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被測定レーザビームを、焦点距離fの測定
用レンズで集光し、その焦点位置におけるレーザビーム
の直径dを計測して、拡がり角θを、θ=d/fとして
測定するレーザビーム拡がり角測定装置において、 レーザビーム発生手段と、 レーザビームを分割して、互いに角度をもつ複数の基準
レーザビームを発生する拡がりビーム基準光発生手段
と、 基準レーザビーム間の角度αを計測する手段と、 基準レーザビームを測定用レンズに入射する手段と、 基準レーザビームを入射された測定レンズが集光したレ
ーザビーム間の距離Wを測定する手段と、 Wを焦点距離fで除した値W/fが、前記αに一致する
ように、測定用レンズと、集光したレーザビーム間の距
離Wを測定する手段との距離を調整する手段と、 を備えていることを特徴とするレーザビーム拡がり角測
定装置。
1. A laser beam to be measured is condensed by a measuring lens having a focal length f, a diameter d of the laser beam at the focal position is measured, and a divergence angle θ is measured as θ = d / f. Laser beam divergence angle measuring device, laser beam generating means, divergent beam reference light generating means for dividing the laser beam to generate a plurality of reference laser beams having angles with each other, and measuring the angle α between the reference laser beams Means, a means for injecting the reference laser beam into the measuring lens, a means for measuring the distance W between the laser beams focused by the measuring lens into which the reference laser beam is incident, and W divided by the focal length f. A means for adjusting the distance between the measuring lens and a means for measuring the distance W between the focused laser beams so that the value W / f matches the above α. Laser beam divergence angle measuring device according to symptoms.
【請求項2】拡がりビーム基準光発生手段が、一方の面
には平面をもち、その面に対向する反対面には、角度を
もった2面、多面あるいは円錐面からなる、谷型形状を
もつ光学素子を備えていることを特徴とする請求項1に
記載のレーザビーム拡がり角測定装置。
2. The divergent beam reference light generating means has a valley shape having a flat surface on one surface and an angled two surface, a polyhedral surface or a conical surface on the opposite surface facing the surface. The laser beam divergence angle measuring apparatus according to claim 1, further comprising an optical element having the same.
【請求項3】レーザビーム発生手段の出射するレーザビ
ームの中心が、前記谷型形状をもつ光学素子の谷部の底
に当たるよう、レーザビーム発生手段と前記光学素子が
配設されていることを特徴とする請求項2に記載のレー
ザビーム拡がり角測定装置。
3. The laser beam generating means and the optical element are arranged such that the center of the laser beam emitted by the laser beam generating means hits the bottom of the valley portion of the optical element having the valley shape. The laser beam divergence angle measuring device according to claim 2.
【請求項4】拡がりビーム基準光発生手段が、一方の面
には平面をもち、その面に対向する反対面には、角度を
もった2面、多面あるいは円錐面からなる、屋根型形状
をもつ光学素子を備えていることを特徴とする請求項1
に記載のレーザビーム拡がり角測定装置。
4. A diverging beam reference light generating means has a roof-like shape having a flat surface on one surface and an angled two-sided surface, a multi-sided surface or a conical surface on the opposite surface facing the surface. An optical element having
The laser beam divergence angle measuring device according to.
【請求項5】レーザビーム発生手段の出射するレーザビ
ームの中心が、前記屋根型形状をもつ光学素子の屋根部
の頂点に当たるよう、レーザビーム発生手段と前記光学
素子が配設されていることを特徴とする請求項4に記載
のレーザビーム拡がり角測定装置。
5. The laser beam generating means and the optical element are arranged so that the center of the laser beam emitted by the laser beam generating means hits the apex of the roof of the optical element having the roof shape. The laser beam divergence angle measuring device according to claim 4, which is characterized in that.
【請求項6】基準レーザビーム間の角度αが、前記測定
用レンズの有効入射径Dと基準レーザビームの始点から
測定用レンズまでの距離lとで決まる角度、 2 tan-1(D/2l) 以下であることを特徴とする請求項1から請求項5のい
ずれかに記載のレーザビーム拡がり角測定装置。
6. The angle α between the reference laser beams is determined by the effective incident diameter D of the measuring lens and the distance l from the starting point of the reference laser beam to the measuring lens, 2 tan −1 (D / 2l ) The laser beam divergence angle measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein:
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