JP3700848B2 - 微小光源位置測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置に関し、特に検査台に取り付けられた半導体レーザの正確な取付位置を測定するための微小光源位置測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重による光通信の送信装置に使用される半導体レーザの検査項目の１つとして、サイドモード抑圧比率（ＳＭＳＲ…Side-Mode Suppression Ratio）がある。ＳＭＳＲの測定ではスペクトルアナライザを用いるが、この際、スペクトルアナライザに接続された光ファイバの一端に半導体レーザの出力光を高レベルで入射させる必要がある。すなわち、ＳＭＳＲの測定においては、ピークの波長とサイドモードの波長との出力差が３５ｄＢ程度あるので、サイドモードの成分がノイズに埋もれないようにするためには、半導体レーザと光ファイバとの位置合わせを正確に行って、半導体レーザの出力光を的確に光ファイバに入射させる必要がある。
【０００３】
従来は、たとえば、スペクトルアナライザを観察しながら半導体レーザと光ファイバ端面の相対位置をＸＹＺの各方向について少しずつ動かして、入力が最大になる位置を見つけ出すことで位置合わせを行っていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３９３１１号公報
【特許文献２】
特開平７−１９０７７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような位置合わせ方法では、ＳＭＳＲの測定準備に長い時間を要し、検査効率を充分高めることができないという問題があった。一方、半導体レーザは既に検査台に固定されているので、その位置を正確に測定できれば、固定されている半導体レーザの位置に合わせて光ファイバを移動させることで、互いの位置合わせを自動化することが可能になる。
【０００６】
本発明は、このような点に着目してなされたもので、検査台に取り付けられた半導体レーザなどの微小光源の正確な位置データを取得すること、および、ＸＹＺの各方向における位置データを迅速に取得することのできる微小光源位置測定装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【０００８】
［２］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が左右対称に次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置との中心位置に基づいて前記微小光源（２）のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【０００９】
［３］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置との間をスリット（６１）の左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分した位置に基づいて前記微小光源（２）のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１０】
［４］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときもしくはスリット（６１）から出たときにおける前記移動光学系（５０）のＸ方向位置を、そのときの光束中心のＹ方向位置と前記スリット（６１）の広がり具合とから求めた当該Ｙ方向位置におけるスリットエッジのＸ方向オフセット量で補正することにより、前記微小光源（２）のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１１】
［５］前記レンズ部（５２）によって前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点もしくはその近傍に前記スリット（６１）が位置するように前記スリット部材（６０）を配置する
ことを特徴とする［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１２】
［６］前記スリット（６１）の幅方向と前記Ｘ方向との一致を検証する取付角検証手段（８２）をさらに有し、
前記取付角検証手段（８２）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性を、前記スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置で測定し、前記変化特性の相違と前記スリット部材（６０）のＹ方向への移動距離と前記スリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、前記スリット（６１）の幅方向の向きと前記Ｘ方向との差を求める
ことを特徴とする［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１３】
［７］前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際に前記受光手段（５４）の出力値の立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、前記移動光学系（５０）を前記光軸方向であるＺ方向にずらして、スリット（６１）が前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥側にある状態とでそれぞれ少なくとも２箇所ずつ行い、これらの測定結果から前記急峻度が最大になる前記移動光学系（５０）のＺ方向位置を算出し、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１４】
［８］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
スリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて、前記光軸方向であるＺ方向における前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際に前記受光手段（５４）の出力値の立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、前記移動光学系（５０）を前記光軸方向であるＺ方向にずらして、スリット（６１）が前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥側にある状態とでそれぞれ少なくとも２箇所ずつ行い、これらの測定結果から前記急峻度が最大になる前記移動光学系（５０）のＺ方向位置を算出し、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１５】
［９］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
スリット（７１）がその幅方向に多数併設された格子スリット部材（７０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸をＺ方向としかつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記レンズ部（５２）の光軸に垂直かつ前記スリット（６１）の併設方向とＸ方向とを一致させた状態に対して前記スリット（７１）の併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように斜めに倒した状態で前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記映像点の前後で前記多数のスリット（７１）をそれらの併設方向に横切って移動するように前記格子スリット部材（７０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２４）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）とを有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性を微分して絶対値をとり、これにおいて最大値が現れるであろう前記移動光学系（５０）のＸ方向位置を求め、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１６】
［１０］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
スリット（７１）がその幅方向に多数併設された格子スリット部材（７０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸をＺ方向としかつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記レンズ部（５２）の光軸に垂直かつ前記スリット（６１）の併設方向とＸ方向とを一致させた状態に対して前記スリット（７１）の併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように斜めに倒した状態で前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記映像点の前後で前記多数のスリット（７１）をそれらの併設方向に横切って移動するように前記格子スリット部材（７０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２４）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）とを有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性に現れた多数のピークから、最大ピーク値が現れるであろう前記移動光学系（５０）のＸ方向位置を求め、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１７】
［１１］［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置と、［９］または［１０］に記載の微小光源位置測定装置とを少なくともレンズ部（５２）を共用して備えるとともに、前記レンズ部（５２）によって集光された光束を第１光束と第２光束に分岐するビームスプリッタ（５３）を有し、
前記ビームスプリッタ（５３）の出力する前記第１光束を［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置で使用し、
前記ビームスプリッタ（５３）の出力する前記第２光束を［９］または［１０］に記載の微小光源位置測定装置で使用するように構成した
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１８】
［１２］前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させることに代えて前記光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように前記レンズ部（５２）を回転させるとともに、前記移動光学系（５０）のＸ方向の位置および移動距離に代えて前記レンズ部（５２）の角度および回転角を用いることを特徴とする［１］、［２］、［３］、［４］、［５］、［６］、［７］、［８］、［９］、［１０］または［１１］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１９】
前記本発明は次のように作用する。
検査台に固定された半導体レーザなどの微小光源（２）からの光はレンズ部（５２）を介して集光される。受光手段（５４）は、レンズ部（５２）で集光された光束を受光する。幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）は、レンズ部（５２）と受光手段（５４）の間に配置されている。またスリット部材（６０）は、レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、スリット（６１）の幅方向がＸ方向と一致する向きにして、レンズ部（５２）と受光手段（５４）の間に配置されている。好ましくは、スリット（６１）は、レンズ部（５２）によって形成される映像点もしくはその近傍に配置される。映像点とは、レンズ部（５２）によって微小光源（２）の映像（実像）が生成される箇所である。言い換えると、レンズ部（５２）によって集光された光束の径が最も細くなる部分（ビームウェスト）の存する点である。
【００２０】
スリット（６１）の形状は、たとえばその底辺をスリットの幅方向とした二等辺三角形であったり、一辺をＸ方向、他辺をＹ方向とした直角三角形であったりしてもよい。スリットの左右のエッジはＹ方向に対して必ずしも左右均等に広がる必要はない。さらにスリットのエッジは、必ずしも直線である必要はなく、幅が次第に広がるものであれば、曲線であってもよい。
【００２１】
移動手段（２３）は、スリット部材（６０）とレンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）をＸ方向に移動させる。スリット（６１）はその幅方向がＸ方向と一致するように設定されているので、この移動により、レンズ部（５２）を介して集光された光束が、スリット（６１）を幅方向に横切って移動する。移動光学系（５０）は、スリット部材（６０）のみでも良いし、レンズ部（５２）だけでもよい。さらにスリット部材（６０）とレンズ部（５２）の双方を一体として移動させてもよい。
【００２２】
位置解析手段（８１）は、移動手段（２３）が移動光学系（５０）を移動させた際における受光手段（５４）の出力値の変化特性から、光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置とを求め、これらの間の距離とスリット（６１）の幅の広がり具合との関係からＹ方向における微小光源（２）の位置を特定する。すなわち、光束の中心がスリット（６１）に入ってから出るまでの移動距離を把握することで光束の中心がスリット（６１）のどの幅の部分を横切ったかを認識する。スリット（６１）は、幅が次第に広がるように形成されているので、該当する幅になっている箇所が、スリット（６１）の幅方向と直交するＹ方向のどの位置であるかを求めることができ、さらにこれに基づいて微小光源（２）のＹ方向位置を特定することができる。
【００２３】
ここで、光束が横切って移動する部分におけるスリット（６１）の幅が光束の直径より大きくなるようにしておく。すなわち、横切る際に必ず光束の全体がスリット内に入り得るようにしておく。このようにすれば、光束がまったくスリット（６１）に入っていない状態と受光手段（５４）の出力特性がピークに達した位置（光束の全体がスリット（６１）に入った位置）との中間位置を、光束の中心がスリット（６１）に入った位置として特定することができる。たとえば、光束がスリット（６１）を通過する際のピーク値に対して、受光手段（５４）の出力の立ち上がり時に、その値がピークのＮ％（たとえば１０％など５０％より十分低い割合）になる位置と、Ｍ％（たとえば９０％など５０％より十分高い割合）になる位置とを求め、これらの位置の中心位置を光束の中心がスリット（６１）に入ったときの位置と判断する。
【００２４】
スリット（６１）の幅がスリット（６１）を通過する光束の直径より大きくするためには、光束の径が最も細くなる箇所（ビームウェスト）、言い換えるとレンズ部（５２）によって微小光源（２）の映像が生成される映像点、もしくはその近傍にスリット部材（６０）を配置することが望ましい。スリット（６１）を横切る光束の径が小さければ小さいほど、スリット（６１）の幅を狭くすることができる。その結果、移動光学系（５０）の移動範囲が少なくなり、検査をより迅速に行うことが可能になる。また光束がスリット（６１）に出入りする際の受光手段（５４）の出力値は、光束の径が小さいほど、急峻に変化するので、光束の中心がスリット（６１）に出入りする位置を的確に把握することができ、測定精度を高めることができる。
【００２５】
さらに、スリット（６１）をその幅が左右対称に広がるようにしておき、位置解析手段（８１）は、光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置との中心位置を求め、これをＸ方向における微小光源（２）の位置として特定する。このように、スリット（６１）が左右対称に広がっているので、出入りの中心位置を求めることで、光束がＹ方向のどの位置でスリット（６１）を横切ったかにかかわりなく、微小光源（２）のＸ方向の位置を特定することができる。
【００２６】
またスリット（６１）の幅が左右対称に広がっていない場合であっても、スリット（６１）の一方のエッジと他方のエッジがどのように広がっているかが既知であれば、光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置との間を、スリットの左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分した点に基づいて、微小光源（２）のＸ方向位置を求めることができる。たとえば、右のエッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左のエッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、光束の中心がスリット（６１）の右エッジを横切ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心が左エッジを横切ったときの移動光学系（５０）の位置との間をｔａｎθ１：ｔａｎθ２の比率で内分した位置を求めることで、微小光源（２）のＸ方向位置を特定することができる。
【００２７】
さらに、光束がスリット（６１）を横切った箇所における光束中心のＹ方向位置を特定できるので、当該Ｙ方向位置とスリット（６１）の広がり具合とから、当該Ｙ方向位置におけるスリットエッジの基準点に対するＸ方向オフセット量を求め、光束中心がスリット（６１）に入ったときもしくはスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置をＸ方向オフセット量で補正することにより、Ｘ方向における微小光源（２）の位置を特定するようにしてもよい。たとえば、三角形のスリット（６１）を用い、スリット（６１）を横切った際の光束中心のＹ方向位置を左右のスリットエッジの交点に対する相対位置で表したものをＹ１、右のエッジから光束中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）のＸ方向位置をＸ１、右のエッジのＹ方向に対する傾斜をθ１とすると、Ｘ方向オフセット量はＹ１×ｔａｎθ１となり、移動光学系（５０）のＸ方向位置であるＸ１からＹ１×ｔａｎθ１を差し引いてＸ１を補正すれば、これを基準として微小光源（２）のＸ方向位置を特定することができる。
【００２８】
スリット（６１）の幅方向がＸ方向と一致するようにスリット部材（６０）が配置されているか否かは以下のようにして検証する。たとえば、スリット（６１）として、その幅が一定の割合で広がるものを用いる。この例では、二等辺三角形のスリット（６１）を用いる。取付角検証手段（８２）は、移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際における受光手段（５４）の出力値の変化特性を、スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置で測定する。そしてこれらの変化特性の相違とスリット部材（６０）のＹ方向への移動距離とスリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、スリット（６１）の幅方向の向きと前記Ｘ方向との一致、不一致あるいは誤差を求める。
【００２９】
上記の変化特性の相違としては、たとえば、出力値の変化特性から光束が横切った箇所におけるスリット幅を求め、スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置におけるスリット幅の差を求める。すなわち、移動手段（２３）が移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際における受光手段（５４）の出力値の変化特性から光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置とから光束の中心がスリット（６１）に入ってからスリット（６１）を出るまでの距離を求めていることを、スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置で行い、これらの距離の差とスリット部材（６０）のＹ方向への移動距離とスリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、スリット（６１）の幅方向の向きとＸ方向との誤差を求める。また光束の中心がスリット（６１）に入った時点での移動光学系（５０）の位置の差を相違として求めたり、スリット（６１）を出た時点での移動光学系（５０）の位置の差を相違として求めたりしてもよい。
【００３０】
これら変化特性の相違として求めた距離とスリット部材（６０）のＹ方向への移動距離とスリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、スリット（６１）の幅方向の向きとＸ方向との誤差を求める方法として、たとえば、スリット（６１）が角度θで広がっている場合には、変化特性の相違として求めた距離とスリット（６１）のＹ方向への移動距離とから三角関数を用いてスリットエッジのＹ方向に対する角度を求め、これと本来の角度θとの一致不一致あるいは大小により、スリット（６１）の取付角度を検証するものがある。
【００３１】
またレンズ部（５２）の光軸方向（Ｚ方向）における微小光源（２）の位置は、次のようにして求める。位置解析手段（８１）は、移動手段（２３）が移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際に受光手段（５４）の出力値の変化特性における立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、移動光学系（５０）をＺ方向にずらして数箇所について行う。より詳細には、スリット（６１）が微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥にある状態のそれぞれで少なくとも２箇所ずつ上記測定を行い、これらの測定によって得た急峻度が最大になる移動光学系（５０）のＺ方向位置を算出し、これに基づいてＺ方向における前記微小光源（２）の位置を特定する。
【００３２】
急峻度としては、立ち上がり期間中における移動光学系（５０）の移動量、立下がり期間中における移動光学系（５０）の移動量、これら移動量の合計、もしくは光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置との差などを用いる。これらの距離が少ないほど急峻度が大きいことを表している。
【００３３】
たとえば、受光手段（５４）の出力のピーク値に対して出力が１０％になる位置を立ち上がり開始位置、出力が９０％に至った位置を立ち上がり終了位置とすることで、立ち上がり期間における移動光学系（５０）の移動量を求めることができる。立下がり側についても同様である。立ち上がり期間、立下がり期間をどのように定義するかは、上記した１０％と９０％を用いるものに限定されず、たとえば２０〜８０パーセントとしてもよい。
【００３４】
映像点では、ピントがシャープになるので光束の径が小さくなり、映像点から外れるほどピントがぼけて光束の径が大きくなる。したがって、光束がスリット（６１）に出入りする際に受光手段（５４）の出力が急峻に変化するか否かにより、ピントの良し悪しを認識することができる。そしてピントの合う映像点の前後でそれぞれ少なくとも２箇所ずつ測定を行えば、立ち上がり特性を最小二乗法等で回帰近似したグラフと立下がり特性を同じく回帰近似したグラフとの交点として映像点のＺ方向位置を見出すことができる。そしてこの位置とレンズ部（５２）の焦点距離や倍率とから微小光源（２）のＺ方向における実際の位置を特定することができる。
【００３５】
また以下のようにして微小光源（２）のＺ方向位置を求めてもよい。ここでは、スリット（６１）の幅方向に多数のスリット（７１）が併設された格子スリット部材（７０）を用いる。格子スリット部材（７０）は、レンズ部（５２）の光軸をＺ方向とし、かつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、レンズ部（５２）の光軸に垂直であってスリット（６１）の併設方向をＸ方向に一致させた状態に対して、スリット（６１）の併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように、例えば４５度斜めに倒した状態にして、微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置される。すなわち、併設された各スリット（６１）からレンズ部（５２）までの距離が、映像点を挟んで次第に長短に変わるように多数のスリット（７１）が配置されることになる。
【００３６】
移動手段（２３）は、レンズ部（５２）を介して集光された光束が映像点の前後で多数のスリット（７１）をそれらの併設方向に横切って移動するように、格子スリット部材（７０）とレンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）をＸ方向に移動させる。これによりたとえば、レンズ部（５２）に近いスリット（６１）を通過する状態からレンズ部（５２）から遠い位置のスリット（６１）を通過する状態へと光束が移動する。
【００３７】
このように移動光学系（５０）を移動させると、受光手段（５４）の出力値は、スリット（６１）の数に応じて波を有する変化特性になる。ここで、映像点に近い位置にあるスリット（６１）を光束が通過するときは、光束の径が小さいので、スリット（６１）へ光束が出入りする際の変化特性（波）が急峻に変化する。一方、スリット（６１）の位置が映像点から離れるにしたがって、ピントが外れて光束の径が大きくなるので、スリット（６１）へ出入りする際の変化特性がなだらかになる。
【００３８】
そこで、位置解析手段（８１）は、受光手段（５４）の出力値の変化特性を微分してその絶対値をとり、当該絶対値の最大値が現れるであろう移動光学系（５０）の位置を回帰近似等によって求め、これに基づいてＺ方向における微小光源（２）の位置を特定する。
【００３９】
なお、ピントが外れた状態ではスリット幅よりも光束の径が大きくなり、ピントが合うとスリット幅よりも光束の径が小さくなるようにしておけば、変化特性として現われる波のピーク値にも差が生じるので、波のピークが増加する部分を最小二乗法等で近似したグラフと波のピークが減少する部分を最小二乗法等で近似したグラフの交点として、映像点の位置を把握し、これに基づいて微小光源（２）のＺ方向位置を特定するようにしてもよい。
【００４０】
レンズ部（５２）によって集光された光束を第１光束と第２光束にビームスプリッタ（５３）で分岐し、幅が次第に広がるスリット（６１）に第１光束を通過させることで微小光源（２）のＸＹ方向における位置の特定を行い、第２光束を格子スリット部材（７０）に通すことで、微小光源（２）のＺ方向位置を特定するものでは、同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向の位置を特定することができ、微小光源（２）を固定したままで、すべての方向について位置を特定することができる。また同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向についての位置を測定できるので、測定作業を迅速化することができる。さらにレンズ部（５２）や鏡筒、移動手段（２３）としてのＸＹＺステージ等を共通化でき、装置構成が簡略化される。
【００４１】
さらに移動光学系（５０）をＸ方向に移動させることに代えて光束がスリット（６１）をその幅方向に横切って移動するようにレンズ部（５２）を回転させるとともに、移動光学系（５０）のＸ方向の位置および移動距離に代えてレンズ部（５２）の角度および回転角を用いる。レンズ部として望遠鏡光学系を用いて、数メートルまたはこれよりも遠方にある微小光源の位置を特定する場合には、Ｘ方向への移動に代えてレンズ部（鏡筒）の角度や回転角を用いるとよい。すなわち、移動光学系をスリットの幅方向であるＸ方向に移動させる場合、遠方のある程度広い測定範囲の中で微小光源の位置を特定するためには、その測定範囲のＸ方向幅に相当するだけ移動光学系を移動させなければならない。これに対してレンズ部を回転させれば、遠方であっても広い測定範囲をカバーすることができる。
【００４２】
微小光源の存在する方角（角度θ）と微小光源までの距離（ｒ）が分かれば、微小光源のＸ方向位置を特定することができる。またスリットを横切るに要した回転角に基づいて光束がスリットを横切ったＹ方向位置がわかるので、これに基づいて微小光源のＹ方向位置を特定することができる。すなわち、望遠鏡光学系の光軸の延長線がスリットと交差するＹ方向位置と微小光源からの光束がスリットを横切ったＹ方向位置との差から光束の光軸に対する傾き角（θｙ）が分かるので、これと微小光源までの距離（ｒ）とから実際の微小光源のＹ方向位置を求めることができる。なお、微小光源は、光が反射している箇所であってもよい。たとえば、ある物体に細いレーザ光を照射した際の当該物体における反射点を微小光源として扱い、その反射点の位置を特定するように構成してもよい。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。
各図は、本発明の一実施の形態を示している。
図２は、本実施の形態にかかる微小光源位置測定装置１０の側面図であり、図３は微小光源位置測定装置１０の正面図であり、図４は、微小光源位置測定装置１０の上面図である。各図に示すように微小光源位置測定装置１０は、ＸＹＺの各方向に移動可能なステージを有する測定台２０と、この測定台２０に取り付けられた光学部５０と、測定のための機械的制御や信号処理等を行う制御部８０とから構成される。
【００４４】
測定台２０は、床面に固定されるベース板２１と、ベース板２１から断面Ｔ字で鉛直に伸びる支柱部２２と、支柱部２２に載せて取り付けられたＸステージ２３と、Ｘステージ２３に載せて取り付けられたＹステージ２４と、Ｙステージ２４に載せて取り付けられたＺステージ２５と、Ｚステージ２５から水平に伸びるホルダーアーム２６とを有している。
【００４５】
Ｘステージ２３、Ｙステージ２４、Ｚステージ２５はそれぞれステッピングモータ２７ａ〜２７ｃで駆動されて移動する。図２の側面図における左右方向がＹ方向であり、鉛直方向がＺ方向になっている。またＺ方向と垂直な面内でＹ方向と直交する方向がＸ方向（図３参照）になっている。
【００４６】
光学部５０は、ホルダーアーム２６に鉛直に取り付けられた鏡筒５１と、鏡筒５１の下端に取り付けられた対物レンズ５２と、鏡筒５１の上端近傍に取り付けられたビームスプリッタ５３と、ビームスプリッタ５３の一方の出力側（第１光束の出力側）近傍に取り付けられた三角スリット部材６０と、ビームスプリッタ５３の他方の出力側（第２光束の出力側）近傍に取り付けられた格子スリット部材７０と、三角スリット部材６０の後方に配置された第１受光手段５４と、格子スリット部材７０の後方に配置された第２受光手段５５とから構成されている。第１受光手段５４および第２受光手段５５は、たとえば、フォトダイオードからなる。光学部５０は、対物レンズ５２以外の箇所から光が内部に進入しないように遮光されている。本実施の形態では、光学部５０全体が移動光学系を成している。また移動光学系の移動可能範囲内の所定点を原点に設定してあり、移動光学系の位置は、この原点からの相対位置で表すようになっている。
【００４７】
検査対象となる微小光源としての半導体レーザ２は、図示省略した遠方の軸を中心に回転する半径２〜３ｍほどの検査台３に固定されている。検査台３に固定された状態で半導体レーザ２は真上に向かってレーザ光を射出するようになっている。検査台３へ固定した状態の半導体レーザ２の発光点位置を微小光源位置測定装置１０で測定する際には、検査台３が回転することによって対物レンズ５２の真下に半導体レーザ２が到来して、静止するようになっている。
【００４８】
微小光源位置測定装置１０によって発光点の正確な位置を測定した後は、検査台３が再び回転して、ＳＭＳＲの測定箇所へと移動するようになっている。ＳＭＳＲの測定箇所の上方には、これまたステッピングモータによってＸＹＺ方向へ移動可能に光ファイバがその端面を下方に向けて取り付けてあり、微小光源位置測定装置１０で取得した位置データに基づいて光ファイバの位置を調整することで、半導体レーザ２からのレーザ光が光ファイバへ的確に入射するように位置合わせするようになっている。
【００４９】
制御部８０は、所定のプログラムを実行可能なコンピュータ装置を主要部として構成されている。制御部８０は、位置解析手段８１と取付角検証手段８２としての機能のほか、各ステージ２３〜２５の移動制御など、微小光源位置測定装置１０としての各種の機能を果たす。制御部８０には図示省略の信号線を通じて、各ステッピングモータ２７ａ〜２７ｃの制御回路、第１受光手段５４および第２受光手段５５と接続されている。
【００５０】
図５は、三角スリット部材６０の一例を示している。三角スリット部材６０には、幅が次第に広がるスリット６１が開設されている。三角スリット部材６０は厚みが０．１ミリほどの板上部材である。ここでは、二等辺三角形の形状を成したスリット６１を設けてある。二等辺三角形の底辺の方向（図中の矢印６２で示す方向）を、スリットの幅方向としている。
【００５１】
図６は、格子スリット部材７０の一例を示している。格子スリット部材７０には、スリット７１がその幅方向に多数併設されている。スリット７１は、細長い長方形を成している。図中の矢印７２は、スリット７１の幅方向であり、多数のスリット７１がその幅方向に併設されている。格子スリット部材７０は厚みが０．１ミリほどの板状部材である。ここではスリット７１の幅を０．２ミリに、スリット同士の間（光を通さない部分）を０．２ミリにしてある。したがって、スリットの併設ピッチは０．４ミリになっている。
【００５２】
図７は、光学部５０の上端部分を拡大示したものである。三角スリット部材６０は、ビームスプリッタ５３の第１光束出力側における対物レンズ５２の光軸に垂直に配置されている。またスリット６１の幅方向が図３に示したＸ方向と一致するように取り付けられる。格子スリット部材７０は、ビームスプリッタ５３の第２光束出力側における対物レンズ５２の光軸に対して垂直な状態からスリット７１の併設方向が所定の角度傾斜するようにして取り付けられている。この例では４５度傾けてある。
【００５３】
三角スリット部材６０の位置は、ビームスプリッタ５３の第１光束側において、半導体レーザ２の発光点の映像点もしくはその近傍に設定されている。映像点とは、対物レンズ５２によって半導体レーザ２の発光点の映像（実像）が生成される点であり、言い換えると、対物レンズによって集光された光束の径が最も細くなる部分（ビームウェスト）の存する箇所である。格子スリット部材７０も同様に、ビームスプリッタ５３の第２光束側における半導体レーザ２の映像点もしくはその近傍に配置される。
【００５４】
まず、半導体レーザ２のＸＹ方向位置の測定について説明する。
半導体レーザ２を光学部５０のほぼ真下に来るようにセットした状態で半導体レーザ２を発光させておく。この状態で制御部８０は、光学部５０が予め定めたＸ方向スキャン範囲を横断するようにＸステージ２３を移動させるとともに、そのときの光学部５０の位置座標と第１受光手段５４の出力値との関係を示す変化特性を記録する。Ｘ方向スキャン範囲は、ビームスプリッタ５３からの第１光束が三角スリット部材６０のスリット６１をＸ方向に横切るのに充分な範囲に設定してある。
【００５５】
図１は、対物レンズ５２によって集光された光束を三角スリット部材６０がＸ方向に横切る様子を模式的に示したものである。図８は、対物レンズ５２の側から三角スリット部材６０および第１受光手段５４を見た様子を示している。なお、スリットのみを移動させても、スリットと対物レンズの双方を移動させても、さらには、スリットと対物レンズと受光手段を一体として移動させるようにしても、光束はスリットを横切るように移動するので、これらは同様の結果を得ることができる。ただし、スリットと対物レンズもしくはこれらと受光手段とを一体に移動させる場合には、スリット幅÷光学倍率が、当該スリット幅の箇所を光束が横切る場合における半導体レーザ２の位置の検査可能範囲になる。
【００５６】
図９から図１２は、光束がスリット６１を横切るように光学部５０を移動させた場合における第１受光手段５４の出力値の変化特性を示している。図９は、スリット６１がほぼ映像点にあってほぼピントのあった状態で光束がスリット６１の比較的幅広の部分を横切った場合における出力値の変化特性１１１を示している。図１０は、スリット６１がほぼ映像点にあってピントのほぼあっている状態で光束がスリット６１の比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性１１２を示している。図１１は、スリット６１が映像点からＺ方向にある程度ずれた位置にあってピントの甘い状態で光束がスリット６１の比較的幅の広い部分を横切った場合の出力値の変化特性１１３を示している。図１２は、スリット６１が映像点からＺ方向にある程度ずれた位置にあってピントの甘い状態で光束がスリット６１の比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性１１４を示している。このように、三角スリット部材６０のスリット６１が映像点に近い位置にあるほど、変化特性の立ち上がりや立下がりは急峻になり、映像点から外れるほど、緩やかな立ち上がり、立下がり特性になる。また光束がスリット幅の広い部分を通過すれば、それに応じて変化特性として現れる波の幅が広くなる。
【００５７】
位置解析手段８１は、取得した変化特性に基づき、以下のように解析する。図１３は、光束がスリットの左エッジから右エッジへと横切る場合の変化特性１３１を示している。図示するように、出力値を最大値をＨmaxとして求める。さらに、出力レベルがＨmaxの１０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標をＸr1として、出力レベルがＨmaxの９０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標をＸr9として、出力レベルがＨmaxの９０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標をＸf9として、出力レベルがＨmaxの１０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標をＸf1として求める。ここでは位置座標を小数点１桁まで求めてある。
【００５８】
次に、出力レベルがＨmaxの１０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標Ｘr1と、出力レベルがＨmaxの９０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標Ｘr9の中間の位置座標を、
Ｘr5＝（Ｘr1＋Ｘr9）÷２ …（１）式
の演算により、Ｘr5として求める。
【００５９】
同様に、出力レベルがＨmaxの９０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標Ｘf9と、出力レベルがＨmaxの１０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標Ｘf1の中間の位置座標を、
Ｘf5＝（Ｘf1＋Ｘf9）÷２ …（２）式
の演算により、Ｘf5として求める。
【００６０】
Ｘr5は、光束の中心がスリットに入ったときの位置座標（光束中心がスリットの左エッジ上に来たときの位置座標）を、Ｘf5は、光束の中心がスリットを出たときの位置座標（光束中心がスリットの右エッジ上に来たときの位置座標）を示すことになる。
【００６１】
さらに、光束中心がスリットに入った位置座標であるＸr5と光束中心がスリットから出た位置座標であるＸf5の中間位置を、
Ｐx＝（Ｘr5＋Ｘf5）÷２ …（３）式
の演算により、Ｐxとして求める。
【００６２】
このＰxは、原点に対する半導体レーザ２の有する発光点のＸ方向の位置座標を示している。（３）式では（Ｘr5＋Ｘf5）を２で割ることにより、光束がスリット６１を横切ったＹ方向の位置にかかわらず発光点のＸ方向の位置座標を求めることができる。これは、スリット６１の左右のエッジがＹ方向に対して同一の角度を成しているからである。
【００６３】
なお、スリットの幅がＹ方向に対して左右対称に広がっていない場合には、光束中心がスリットに入ったときの位置座標と光束中心がスリットから出たときの位置座標との間をスリットの左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分することで、発光点のＸ方向の位置座標を得ることができる。たとえば、右エッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左エッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、光束中心がスリットの左エッジを横切ったときの位置座標Ｘr5と、光束中心がスリットの右エッジを横切ったときの位置座標Ｘf5との間を、ｔａｎθ１：ｔａｎθ２の比率で内分した位置に基づいて微小光源のＸ方向位置を求めることができる。すなわち、
Ｐx＝Ｘr5＋（Ｘf5−Ｘr5）×ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２） …（４）式
によって求めることができる。
【００６４】
光束中心のＹ方向位置Ｐyは、
Ｐy＝（Ｘf5−Ｘr5）÷２＋Ｙc …（５）式
の演算によって求める。ここでＹcは、スリットの左右のエッジの交点の位置座標である。（５）式は、スリットの左右のエッジがそれぞれＹ方向に対して４５度の角度を成している場合に成立する。
【００６５】
左右のエッジがそれぞれＹ方向に対して角θで左右対称に広がっている場合の一般式は、
Ｐy＝（Ｘf5−Ｘr5）÷２÷ｔａｎθ＋Ｙc …（６）式
になる。さらに、右エッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左エッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、
Ｐy＝（Ｘf5−Ｘr5）÷（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）＋Ｙc …（７）式
によって求めることができる。
【００６６】
このほか、左右のエッジが直線的に広がっていない場合であっても、Ｙ方向の位置とそのＹ方向位置座標における左右のエッジ間の距離とが１対１に対応するような形状をスリットが成している場合には、それらの左右のエッジ間の距離からＹ方向の位置座標を特定することができるので、発光点のＹ方向の位置座標を特定することができる。たとえば、スリットのエッジがある関数に従う曲線形状を成している場合には、その関数に基づく演算によって、光束中心がスリットを横切った際の距離に基づいて発光点のＹ方向位置座標を特定することができる。さらに特定の関数で表せない場合でも、スリットのエッジ間距離とＹ方向の位置座標との関係を予め測定してこれを参照テーブル等に記憶しておけば、光束中心がスリットを横切った際の距離に対応するＹ方向の位置座標をこの参照テーブルから読み出すことで、発光点のＹ方向位置座標を特定することが可能になる。
【００６７】
なお、Ｙ方向の位置座標が特定されれば、Ｘ方向の位置座標を以下のように求めてもよい。特定されたＹ方向の位置座標とスリットエッジの広がり具合や広がり角度とから、当該Ｙ方向の位置座標におけるスリットエッジのＸ方向オフセット量を求める。そして、光束中心がスリットに入ったとき、もしくはスリットから出たときにおける光学部５０のＸ方向の位置座標を先のＸ方向オフセット量で補正することにより、Ｘ方向における発光点の位置座標が特定される。
【００６８】
たとえば、右エッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左エッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、光束中心が通過したＹ方向の位置座標を左右のエッジの交点に対する相対位置Ｙ１で表すと、
Ｙ１＝（Ｘf5−Ｘr5）÷（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２） …（８）式
として求まり、左右のエッジの交点に対する左エッジの相対的なオフセット量Ｘ１は、
Ｘ１＝Ｙ１×ｔａｎθ２ …（９）式
となる。そこで発光点は、左エッジよりＸ１だけ右にシフトした位置にあるはずなので、発光点のＸ方向の位置座標Ｐxを、
Ｐx＝Ｘr5＋Ｘ１ …（１０）式
として求めることができる。なお光束中心が右エッジを通過したＸf5を基準とする場合には、Ｘ方向オフセット量は、
Ｘ２＝Ｙ１×ｔａｎθ１ …（１１）式
となりＰxは、
Ｐx＝Ｘf5−Ｘ２ …（１２）式
として求めることができる。
【００６９】
次に、三角スリット部材６０の取り付け角度の検証について説明する。
ここでは、スリットはその幅が一定の割合で広がるものにする。取付角検証手段８２は、光束中心がスリット６１をＸ方向に横切るように移動させた際における第１受光手段５４の出力値の変化特性を、三角スリット部材６０をＹ方向にずらした２つの位置で測定する。そして、これらの変化特性の相違とスリット部材６０のＹ方向への移動距離ｄＹとスリット６１の幅が広がる割合（エッジのＹ方向に対する角度）との関係から、スリット６１の幅方向の向きとＸ方向との一致、不一致、あるいは誤差の大きさを求めるようになっている。
【００７０】
たとえば、Ｙ方向へ移動させる前に光束中心が左エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸr5_0、Ｙ方向へｄＹだけ移動させた後に光束中心が左エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸr5_1とすると、左エッジのＹ方向に対する角度θｒは、
θｒ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｘr5_0−Ｘr5_1）／ｄＹ） …（１３）式
として求まる。
【００７１】
またＹ方向へ移動させる前に光束中心が右エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸf5_0、Ｙ方向へｄＹだけ移動させた後に光束中心が右エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸf5_1とすると、これより、右エッジのＹ方向に対する角度θｆは、
θｆ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｘf5_1−Ｘf5_0）／ｄＹ） …（１４）式
として求まる。
【００７２】
そして、θｒとθ２、あるいはθｆとθ１とを比較し、一致、不一致およびこれらの大小に基づいて、角度の検証およびいずれの方向に三角スリット部材６０を回せば、Ｙ方向に対するエッジの角度が本来の角度になるかを検証する。なお検証結果に基づいて、光学部５０の角度を自動で回転させてもよい。
【００７３】
次に、Ｚ方向の位置座標の測定について説明する。
Ｚ方向における半導体レーザ２の位置座標の測定を行う場合には、半導体レーザ２を発光させた状態で、Ｙステージ２４により光学部５０をＹ方向に移動させる。すると、ビームスプリッタ５３からの第２光束は、格子スリット部材７０をスリット７１が併設された方向に横切るように移動する。実際には、レーザ光はビームスプリッタ５３によって９０度屈折しているので、図７のＺ方向に第２光束が移動することになる。
【００７４】
図１４は、格子スリット部材７０のスリット７１を横切って光束が移動する様子と、そのときに観測される第２受光手段５５の出力値の変化特性１５１を示している。格子スリット部材７０は、図７および図１４に示すようにスリット７１の併設方向が４５度傾斜するように配置されているので、併設されたスリットの中の一端のスリット７１ａは、対物レンズ５２に最も近い位置となり、他端のスリット７１ｃに近いスリットほど、対物レンズ５２から遠ざかるようになっている。そして、スリット７１ａとスリット７１ｃの間に映像点が含まれるように格子スリット部材７０は配置されている。
【００７５】
先にも説明したように、スリットが映像点に近いほど、光束がスリットへ出入りする際における受光手段の出力値の立ち上がり、立下がり特性が急峻になり、映像点から外れるほど、緩やかになる。したがって、図１４の矢印１４０が示す方向に光束が移動して、多数併設されたスリット７１を横切ると、その際に観測される各スリット毎の波は、映像点に近いスリットに対応するものほど急峻に変化し、映像点から遠いスリットに対応するものほど緩やかに変化することになる。
【００７６】
位置解析手段８１は、得られた変化特性を微分してさらにその絶対値を取る。これにより、光束が横切ったスリットの数の２倍の数のピークが得られる。ピークの高さは、もとの波の変化率（急峻度）の大小を示している。位置解析手段８１は、微分して絶対値を取った波形をさらに数学的に処理することで、映像点に相当する位置座標を見出す。すなわち、対物レンズ５２から映像点までの距離を見出す。具体的には（図１４参照のこと）、格子スリット部材７０の傾斜角をθｚとすると、基準点から映像点に至るまでの矢印１４０方向への光束の移動距離Ｌ１をｔａｎθｚで除することで、Ｚ方向の基準点からのオフセット量Ｌ２が求まる。そして対物レンズから基準点までの距離と先のオフセット量Ｌ２とを加算することで、対物レンズ５２から映像点までの距離を求める。これを光学倍率に基づいて換算することで、対物レンズ５２から半導体レーザ２の発光点までの距離が求まり、その結果、発光点のＺ方向の位置座標が特定される。
【００７７】
数学的処理としては、微分して絶対値を取った波形のピークを繋ぐ包絡線を近似し、その包絡線のピークを、映像点が存在するであろう座標として特定する等である。このようにスリット７１をその幅方向に多数併設した格子スリット部材７０を、これらのスリットが映像点の前後に分散されるように斜めに配置したので、光束がこれら併設されたスリットを横切って移動するように光学部５０を一定方向に一度移動させるだけで発光点のＺ方向の位置座標を求めることが可能になっている。
【００７８】
なお、ピントが外れた状態ではスリット幅よりも光束の径が大きくなり、ピントが合うとスリット幅よりも光束の径が小さくなるようにしておけば、変化特性として現われる波のピーク値にも差が生じるので、波のピークが増加する部分を最小二乗法等で近似したグラフと波のピークが減少する部分を最小二乗法等で近似したグラフの交点として、映像点の位置を把握し、これに基づいて微小光源のＺ方向位置を特定するようにしてもよい。
【００７９】
次に、Ｚ方向の位置座標のさらに他の求め方について説明する。
先に説明したように、映像点に近いほど、光束がスリットへ出入りする際の受光手段の出力値の変化特性が急峻になる。そこで、光束が三角スリット部材６０をＸ方向に横切って移動する際における波形の立ち上がりや立下がりの急峻度を、三角スリット部材６０をＺ方向に何箇所かに移動させて測定する。より詳細には、少なくとも映像点の前後それぞれで２箇所ずつの測定を行う。急峻度は、たとえば、図１５に示すように、第１受光手段５４の変化特性１５１のピークに対して出力値が１０％になる位置を立ち上がり開始位置、９０％に至る位置を立ち上がり終了位置とすることで、立ち上がり期間における移動光学系の移動量Ｘｒを求め、これを急峻度として用いる。この場合、移動量が少ないほど急峻度が高いことになる。立下がり側についても同様にＸｆとして求められる。
【００８０】
ピントの合う映像点の前後でそれぞれ少なくとも２箇所ずつ測定した急峻度（移動量）に基づき、急峻度が増加するときの変化を最小二乗法等で回帰近似したグラフ１６１と、急峻度が低下するときの変化を最小二乗法等で回帰近似したグラフ１６２とを図１６に示すように求め、これらの交点を、急峻度が最も高くなる点、すなわち、映像点のＺ方向の位置座標として求める。
【００８１】
より具体的には、映像点を挟む両側のそれぞれで少なくとも２点の測定が確実に行われるように、たとえば９点ほどの測定点を設ける。一般的な半導体レーザ（ＣＡＮタイプ）の場合、Ｚ軸の誤差は±２０μｍ程度である。そこで、たとえば、−６０μｍ〜＋６０μｍの範囲でＺステージ２５を１５μｍ間隔で移動させて、９箇所で測定を行う。そして、急峻度が最大のものを１つ選び（立ち上がり期間の移動量を用いる場合には最小のもの）、測定値をその手前と後ろに分け、それぞれ最小二乗法によって直線で近似し、これらの交点を求めて、Ｚ方向の位置座標を特定する。
【００８２】
以上、本発明の実施形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成はこれら実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００８３】
たとえば、実施の形態ではＸステージ２３を移動させることによって半導体レーザ２の発光点のＸ方向とＹ方向の位置座標を測定し、Ｙステージ２４を移動させることによって格子スリット部材７０を用いたＺ方向の位置座標の測定を行ったが、たとえば、三角スリット部材６０を取り付ける向きを９０度変えて、スリットの幅方向がＹ方向になるように設定すれば、Ｙステージ２４を移動させるだけで、三角スリット部材６０を用いたＸＹ方向の測定と格子スリット部材７０を用いたＺ方向の測定を一度に行うことが可能になる。
【００８４】
また実施の形態では、半導体レーザを測定対象の微小光源としたが、これに相当するような微小な光源であれば、半導体レーザに限定されるものではない。さらに実施の形態では、顕微鏡光学系を用いたが、遠方の微小光源の位置を測定する場合には、望遠鏡光学系を使用すればよい。すなわち、移動光学系をＸ方向に移動させることに代えて光束がスリットをその幅方向に横切って移動するように望遠鏡光学系のレンズ部を回転させるとともに、移動光学系のＸ方向の位置および移動距離に代えてレンズ部の角度および回転角を用いる。これにより、遠方における広い範囲を測定範囲としてカバーすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明にかかる微小光源位置測定装置によれば、検査台に取り付けられた半導体レーザなど固定された微小光源の正確な位置データを容易に取得することができるので、ＳＭＳＲなど検査準備を迅速に進めることができる。
【００８６】
特に、微小光源からの光を対物レンズで集光した光束が、幅の次第に広がるスリットをその幅方向に横切って移動するようにスリット等を移動させ、そのときスリットを通過した光の強度の変化特性に基づいて、光軸に垂直なＸＹ平面内での微小光源の位置を特定するので、位置データの取得を容易かつ迅速に行うことができる。
【００８７】
また、光束の径が最も細くなり、微小光源の映像が生成される映像点もしくはその近傍にスリット部材を配置することにより、スリットの幅を狭くして移動光学系の移動量を少なくすることができるので、検査をより迅速に行うことが可能になる。また光束がスリットに出入りする際の受光手段の出力値は、光束の径が小さいほど、急峻に変化するので、映像点もしくはその近傍にスリットを配置することにより光束の中心がスリットに出入りする位置を的確に把握でき、測定精度を高めることができる。
【００８８】
移動光学系をＸ方向に移動させた際における受光手段の出力値の変化特性を、スリット部材をＹ方向にずらした２つの位置で測定し、これらの変化特性の相違とスリット部材のＹ方向への移動距離とスリットの幅が広がる割合との関係から、スリットの幅方向の向きとＸ方向との差を求めるものでは、スリットの向きを的確かつ容易に検証することができ、測定精度を高めることができる。
【００８９】
また移動光学系をＸ方向に移動させた際における受光手段の出力値の立ち上がりまたは立ち下がりの急峻度の測定を、移動光学系をＺ方向にずらして数箇所について行い、この測定に基づいて急峻度が最大になる移動光学系のＺ方向位置を導出して、Ｚ方向における微小光源の位置を特定するものでは、ＸＹ方向を特定するために用いるスリットや光学系を利用してＺ方向についての位置も特定することができ、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００９０】
またスリットの幅方向に多数のスリットが併設された格子スリット部材を、各スリットから対物レンズまでの距離が映像点を挟んで次第に変化するように斜めに倒して配置し、対物レンズで集光された光束をこれらのスリットを横切るように移動させ、このときの受光手段の出力値の変化特性を解析することでＺ方向における微小光源の位置を特定するものでは、移動光学系の移動を１回行うだけで微小光源のＺ方向の位置を特定することができ、迅速な位置測定が可能になる。
【００９１】
対物レンズによって集光された光束を第１光束と第２光束にビームスプリッタで分岐し、第１光束を幅が次第に広がるスリットを通過させることで微小光源のＸＹ方向における位置の特定を行い、第２光束を格子スリット部材に通すことで、微小光源のＺ方向位置を特定するものでは、同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向について位置を特定することができるので、微小光源を固定したままで、ＸＹＺのすべての方向について位置を特定することができる。また同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向についての位置を測定できるので、測定作業を迅速化することができる。さらに対物レンズや鏡筒、移動手段としてのＸＹＺステージ等を共通化でき、装置構成が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかわる微小光源位置測定装置の光学系を模式的に示した説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置を示す上面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置で用いる三角スリットを示す正面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置で用いる格子スリットを示す正面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置の有する光学部のスリット近傍部分を拡大して示す説明図である。
【図８】図１に示した三角スリットおよび第１受光手段を対物レンズ側から見た様子を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットがほぼ映像点にありかつ光束がスリットの比較的幅の広い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットがほぼ映像点にありかつ光束がスリットの比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットが映像点から外れた位置にありかつ光束がスリットの比較的幅の広い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットが映像点から外れた位置にありかつ光束がスリットの比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において光束がスリットを横切ったときの出力値の変化特性から光束中心がスリットのエッジを通る位置等を求める際に用いる基準位置等を示す説明図である。
【図１４】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において格子スリットを横切って光束が移動する様子と、そのときに観測される第２受光手段の出力値の変化特性の一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において三角スリットを用いてＺ方向の位置を測定する際に用いる急峻度を求めるための基準範囲を示す説明図である。
【図１６】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において測定した急峻度に基づいて、最も急峻度が大きくなる位置を割り出すための近似グラフの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２…半導体レーザ
３…検査台
１０…微小光源位置測定装置
２０…測定台
２１…ベース板
２２…支柱部
２３…Ｘステージ
２４…Ｙステージ
２５…Ｚステージ
２６…ホルダーアーム
２７ａ〜２７ｃ…ステッピングモータ
５０…光学部
５１…鏡筒
５２…対物レンズ
５３…ビームスプリッタ
５４…第１受光手段
５５…第２受光手段
６０…三角スリット部材
６１…三角形のスリット
７０…格子スリット部材
７１…スリット
８０…制御部
８１…位置解析手段
８２…取付角検証手段
１１１〜１１４、１３１、１５１…変化特性
１４０…光束の移動方向を示す矢印
１６２…回帰近似したグラフ
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置に関し、特に検査台に取り付けられた半導体レーザの正確な取付位置を測定するための微小光源位置測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重による光通信の送信装置に使用される半導体レーザの検査項目の１つとして、サイドモード抑圧比率（ＳＭＳＲ…Side-Mode Suppression Ratio）がある。ＳＭＳＲの測定ではスペクトルアナライザを用いるが、この際、スペクトルアナライザに接続された光ファイバの一端に半導体レーザの出力光を高レベルで入射させる必要がある。すなわち、ＳＭＳＲの測定においては、ピークの波長とサイドモードの波長との出力差が３５ｄＢ程度あるので、サイドモードの成分がノイズに埋もれないようにするためには、半導体レーザと光ファイバとの位置合わせを正確に行って、半導体レーザの出力光を的確に光ファイバに入射させる必要がある。
【０００３】
従来は、たとえば、スペクトルアナライザを観察しながら半導体レーザと光ファイバ端面の相対位置をＸＹＺの各方向について少しずつ動かして、入力が最大になる位置を見つけ出すことで位置合わせを行っていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３９３１１号公報
【特許文献２】
特開平７−１９０７７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような位置合わせ方法では、ＳＭＳＲの測定準備に長い時間を要し、検査効率を充分高めることができないという問題があった。一方、半導体レーザは既に検査台に固定されているので、その位置を正確に測定できれば、固定されている半導体レーザの位置に合わせて光ファイバを移動させることで、互いの位置合わせを自動化することが可能になる。
【０００６】
本発明は、このような点に着目してなされたもので、検査台に取り付けられた半導体レーザなどの微小光源の正確な位置データを取得すること、および、ＸＹＺの各方向における位置データを迅速に取得することのできる微小光源位置測定装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【０００８】
［２］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が左右対称に次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置との中心位置に基づいて前記微小光源（２）のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【０００９】
［３］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置との間をスリット（６１）の左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分した位置に基づいて前記微小光源（２）のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１０】
［４］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部（５２）と前記受光手段（５４）の間に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置と前記光束の中心がスリット（６１）から出たときの前記移動光学系（５０）のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリット（６１）の幅の広がり具合との関係から前記微小光源（２）のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリット（６１）に入ったときもしくはスリット（６１）から出たときにおける前記移動光学系（５０）のＸ方向位置を、そのときの光束中心のＹ方向位置と前記スリット（６１）の広がり具合とから求めた当該Ｙ方向位置におけるスリットエッジのＸ方向オフセット量で補正することにより、前記微小光源（２）のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１１】
［５］前記レンズ部（５２）によって前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点もしくはその近傍に前記スリット（６１）が位置するように前記スリット部材（６０）を配置する
ことを特徴とする［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１２】
［６］前記スリット（６１）の幅方向と前記Ｘ方向との一致を検証する取付角検証手段（８２）をさらに有し、
前記取付角検証手段（８２）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性を、前記スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置で測定し、前記変化特性の相違と前記スリット部材（６０）のＹ方向への移動距離と前記スリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、前記スリット（６１）の幅方向の向きと前記Ｘ方向との差を求める
ことを特徴とする［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１３】
［７］前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際に前記受光手段（５４）の出力値の立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、前記移動光学系（５０）を前記光軸方向であるＺ方向にずらして、スリット（６１）が前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥側にある状態とでそれぞれ少なくとも２箇所ずつ行い、これらの測定結果から前記急峻度が最大になる前記移動光学系（５０）のＺ方向位置を算出し、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１４】
［８］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
スリット（６１）を有するスリット部材（６０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリット（６１）の幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材（６０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２３）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて、前記光軸方向であるＺ方向における前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）を有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際に前記受光手段（５４）の出力値の立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、前記移動光学系（５０）を前記光軸方向であるＺ方向にずらして、スリット（６１）が前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥側にある状態とでそれぞれ少なくとも２箇所ずつ行い、これらの測定結果から前記急峻度が最大になる前記移動光学系（５０）のＺ方向位置を算出し、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１５】
［９］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
スリット（７１）がその幅方向に多数併設された格子スリット部材（７０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸をＺ方向としかつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記レンズ部（５２）の光軸に垂直かつ前記スリット（６１）の併設方向とＸ方向とを一致させた状態に対して前記スリット（７１）の併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように斜めに倒した状態で前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記映像点の前後で前記多数のスリット（７１）をそれらの併設方向に横切って移動するように前記格子スリット部材（７０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２４）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）とを有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性を微分して絶対値をとり、これにおいて最大値が現れるであろう前記移動光学系（５０）のＸ方向位置を求め、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１６】
［１０］微小光源（２）の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源（２）からの光を集光するレンズ部（５２）と、
前記レンズ部（５２）によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段（５４）と、
スリット（７１）がその幅方向に多数併設された格子スリット部材（７０）であって、前記レンズ部（５２）の光軸をＺ方向としかつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記レンズ部（５２）の光軸に垂直かつ前記スリット（６１）の併設方向とＸ方向とを一致させた状態に対して前記スリット（７１）の併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように斜めに倒した状態で前記微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部（５２）を介して集光された光束が前記映像点の前後で前記多数のスリット（７１）をそれらの併設方向に横切って移動するように前記格子スリット部材（７０）と前記レンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）を前記Ｘ方向に移動させる移動手段（２４）と、
前記移動光学系（５０）の位置と前記受光手段（５４）の出力値との関係に基づいて前記微小光源（２）の位置を解析する位置解析手段（８１）とを有し、
前記位置解析手段（８１）は、前記移動手段（２３）が前記移動光学系（５０）を移動させた際における前記受光手段（５４）の出力値の変化特性に現れた多数のピークから、最大ピーク値が現れるであろう前記移動光学系（５０）のＸ方向位置を求め、これに基づいて前記微小光源（２）のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１７】
［１１］［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置と、［９］または［１０］に記載の微小光源位置測定装置とを少なくともレンズ部（５２）を共用して備えるとともに、前記レンズ部（５２）によって集光された光束を第１光束と第２光束に分岐するビームスプリッタ（５３）を有し、
前記ビームスプリッタ（５３）の出力する前記第１光束を［１］、［２］、［３］または［４］に記載の微小光源位置測定装置で使用し、
前記ビームスプリッタ（５３）の出力する前記第２光束を［９］または［１０］に記載の微小光源位置測定装置で使用するように構成した
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。
【００１８】
［１２］前記移動光学系（５０）をＸ方向に移動させることに代えて前記光束が前記スリット（６１）をその幅方向に横切って移動するように前記レンズ部（５２）を回転させるとともに、前記移動光学系（５０）のＸ方向の位置および移動距離に代えて前記レンズ部（５２）の角度および回転角を用いることを特徴とする［１］、［２］、［３］、［４］、［５］、［６］、［７］、［８］、［９］、［１０］または［１１］に記載の微小光源位置測定装置。
【００１９】
前記本発明は次のように作用する。
検査台に固定された半導体レーザなどの微小光源（２）からの光はレンズ部（５２）を介して集光される。受光手段（５４）は、レンズ部（５２）で集光された光束を受光する。幅が次第に広がるスリット（６１）を有するスリット部材（６０）は、レンズ部（５２）と受光手段（５４）の間に配置されている。またスリット部材（６０）は、レンズ部（５２）の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、スリット（６１）の幅方向がＸ方向と一致する向きにして、レンズ部（５２）と受光手段（５４）の間に配置されている。好ましくは、スリット（６１）は、レンズ部（５２）によって形成される映像点もしくはその近傍に配置される。映像点とは、レンズ部（５２）によって微小光源（２）の映像（実像）が生成される箇所である。言い換えると、レンズ部（５２）によって集光された光束の径が最も細くなる部分（ビームウェスト）の存する点である。
【００２０】
スリット（６１）の形状は、たとえばその底辺をスリットの幅方向とした二等辺三角形であったり、一辺をＸ方向、他辺をＹ方向とした直角三角形であったりしてもよい。スリットの左右のエッジはＹ方向に対して必ずしも左右均等に広がる必要はない。さらにスリットのエッジは、必ずしも直線である必要はなく、幅が次第に広がるものであれば、曲線であってもよい。
【００２１】
移動手段（２３）は、スリット部材（６０）とレンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）をＸ方向に移動させる。スリット（６１）はその幅方向がＸ方向と一致するように設定されているので、この移動により、レンズ部（５２）を介して集光された光束が、スリット（６１）を幅方向に横切って移動する。移動光学系（５０）は、スリット部材（６０）のみでも良いし、レンズ部（５２）だけでもよい。さらにスリット部材（６０）とレンズ部（５２）の双方を一体として移動させてもよい。
【００２２】
位置解析手段（８１）は、移動手段（２３）が移動光学系（５０）を移動させた際における受光手段（５４）の出力値の変化特性から、光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置とを求め、これらの間の距離とスリット（６１）の幅の広がり具合との関係からＹ方向における微小光源（２）の位置を特定する。すなわち、光束の中心がスリット（６１）に入ってから出るまでの移動距離を把握することで光束の中心がスリット（６１）のどの幅の部分を横切ったかを認識する。スリット（６１）は、幅が次第に広がるように形成されているので、該当する幅になっている箇所が、スリット（６１）の幅方向と直交するＹ方向のどの位置であるかを求めることができ、さらにこれに基づいて微小光源（２）のＹ方向位置を特定することができる。
【００２３】
ここで、光束が横切って移動する部分におけるスリット（６１）の幅が光束の直径より大きくなるようにしておく。すなわち、横切る際に必ず光束の全体がスリット内に入り得るようにしておく。このようにすれば、光束がまったくスリット（６１）に入っていない状態と受光手段（５４）の出力特性がピークに達した位置（光束の全体がスリット（６１）に入った位置）との中間位置を、光束の中心がスリット（６１）に入った位置として特定することができる。たとえば、光束がスリット（６１）を通過する際のピーク値に対して、受光手段（５４）の出力の立ち上がり時に、その値がピークのＮ％（たとえば１０％など５０％より十分低い割合）になる位置と、Ｍ％（たとえば９０％など５０％より十分高い割合）になる位置とを求め、これらの位置の中心位置を光束の中心がスリット（６１）に入ったときの位置と判断する。
【００２４】
スリット（６１）の幅がスリット（６１）を通過する光束の直径より大きくするためには、光束の径が最も細くなる箇所（ビームウェスト）、言い換えるとレンズ部（５２）によって微小光源（２）の映像が生成される映像点、もしくはその近傍にスリット部材（６０）を配置することが望ましい。スリット（６１）を横切る光束の径が小さければ小さいほど、スリット（６１）の幅を狭くすることができる。その結果、移動光学系（５０）の移動範囲が少なくなり、検査をより迅速に行うことが可能になる。また光束がスリット（６１）に出入りする際の受光手段（５４）の出力値は、光束の径が小さいほど、急峻に変化するので、光束の中心がスリット（６１）に出入りする位置を的確に把握することができ、測定精度を高めることができる。
【００２５】
さらに、スリット（６１）をその幅が左右対称に広がるようにしておき、位置解析手段（８１）は、光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置との中心位置を求め、これをＸ方向における微小光源（２）の位置として特定する。このように、スリット（６１）が左右対称に広がっているので、出入りの中心位置を求めることで、光束がＹ方向のどの位置でスリット（６１）を横切ったかにかかわりなく、微小光源（２）のＸ方向の位置を特定することができる。
【００２６】
またスリット（６１）の幅が左右対称に広がっていない場合であっても、スリット（６１）の一方のエッジと他方のエッジがどのように広がっているかが既知であれば、光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置との間を、スリットの左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分した点に基づいて、微小光源（２）のＸ方向位置を求めることができる。たとえば、右のエッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左のエッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、光束の中心がスリット（６１）の右エッジを横切ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心が左エッジを横切ったときの移動光学系（５０）の位置との間をｔａｎθ１：ｔａｎθ２の比率で内分した位置を求めることで、微小光源（２）のＸ方向位置を特定することができる。
【００２７】
さらに、光束がスリット（６１）を横切った箇所における光束中心のＹ方向位置を特定できるので、当該Ｙ方向位置とスリット（６１）の広がり具合とから、当該Ｙ方向位置におけるスリットエッジの基準点に対するＸ方向オフセット量を求め、光束中心がスリット（６１）に入ったときもしくはスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置をＸ方向オフセット量で補正することにより、Ｘ方向における微小光源（２）の位置を特定するようにしてもよい。たとえば、三角形のスリット（６１）を用い、スリット（６１）を横切った際の光束中心のＹ方向位置を左右のスリットエッジの交点に対する相対位置で表したものをＹ１、右のエッジから光束中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）のＸ方向位置をＸ１、右のエッジのＹ方向に対する傾斜をθ１とすると、Ｘ方向オフセット量はＹ１×ｔａｎθ１となり、移動光学系（５０）のＸ方向位置であるＸ１からＹ１×ｔａｎθ１を差し引いてＸ１を補正すれば、これを基準として微小光源（２）のＸ方向位置を特定することができる。
【００２８】
スリット（６１）の幅方向がＸ方向と一致するようにスリット部材（６０）が配置されているか否かは以下のようにして検証する。たとえば、スリット（６１）として、その幅が一定の割合で広がるものを用いる。この例では、二等辺三角形のスリット（６１）を用いる。取付角検証手段（８２）は、移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際における受光手段（５４）の出力値の変化特性を、スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置で測定する。そしてこれらの変化特性の相違とスリット部材（６０）のＹ方向への移動距離とスリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、スリット（６１）の幅方向の向きと前記Ｘ方向との一致、不一致あるいは誤差を求める。
【００２９】
上記の変化特性の相違としては、たとえば、出力値の変化特性から光束が横切った箇所におけるスリット幅を求め、スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置におけるスリット幅の差を求める。すなわち、移動手段（２３）が移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際における受光手段（５４）の出力値の変化特性から光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置とから光束の中心がスリット（６１）に入ってからスリット（６１）を出るまでの距離を求めていることを、スリット部材（６０）をＹ方向にずらした２つの位置で行い、これらの距離の差とスリット部材（６０）のＹ方向への移動距離とスリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、スリット（６１）の幅方向の向きとＸ方向との誤差を求める。また光束の中心がスリット（６１）に入った時点での移動光学系（５０）の位置の差を相違として求めたり、スリット（６１）を出た時点での移動光学系（５０）の位置の差を相違として求めたりしてもよい。
【００３０】
これら変化特性の相違として求めた距離とスリット部材（６０）のＹ方向への移動距離とスリット（６１）の幅が広がる割合との関係から、スリット（６１）の幅方向の向きとＸ方向との誤差を求める方法として、たとえば、スリット（６１）が角度θで広がっている場合には、変化特性の相違として求めた距離とスリット（６１）のＹ方向への移動距離とから三角関数を用いてスリットエッジのＹ方向に対する角度を求め、これと本来の角度θとの一致不一致あるいは大小により、スリット（６１）の取付角度を検証するものがある。
【００３１】
またレンズ部（５２）の光軸方向（Ｚ方向）における微小光源（２）の位置は、次のようにして求める。位置解析手段（８１）は、移動手段（２３）が移動光学系（５０）をＸ方向に移動させた際に受光手段（５４）の出力値の変化特性における立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、移動光学系（５０）をＺ方向にずらして数箇所について行う。より詳細には、スリット（６１）が微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥にある状態のそれぞれで少なくとも２箇所ずつ上記測定を行い、これらの測定によって得た急峻度が最大になる移動光学系（５０）のＺ方向位置を算出し、これに基づいてＺ方向における前記微小光源（２）の位置を特定する。
【００３２】
急峻度としては、立ち上がり期間中における移動光学系（５０）の移動量、立下がり期間中における移動光学系（５０）の移動量、これら移動量の合計、もしくは光束の中心がスリット（６１）に入ったときの移動光学系（５０）の位置と光束の中心がスリット（６１）から出たときの移動光学系（５０）の位置との差などを用いる。これらの距離が少ないほど急峻度が大きいことを表している。
【００３３】
たとえば、受光手段（５４）の出力のピーク値に対して出力が１０％になる位置を立ち上がり開始位置、出力が９０％に至った位置を立ち上がり終了位置とすることで、立ち上がり期間における移動光学系（５０）の移動量を求めることができる。立下がり側についても同様である。立ち上がり期間、立下がり期間をどのように定義するかは、上記した１０％と９０％を用いるものに限定されず、たとえば２０〜８０パーセントとしてもよい。
【００３４】
映像点では、ピントがシャープになるので光束の径が小さくなり、映像点から外れるほどピントがぼけて光束の径が大きくなる。したがって、光束がスリット（６１）に出入りする際に受光手段（５４）の出力が急峻に変化するか否かにより、ピントの良し悪しを認識することができる。そしてピントの合う映像点の前後でそれぞれ少なくとも２箇所ずつ測定を行えば、立ち上がり特性を最小二乗法等で回帰近似したグラフと立下がり特性を同じく回帰近似したグラフとの交点として映像点のＺ方向位置を見出すことができる。そしてこの位置とレンズ部（５２）の焦点距離や倍率とから微小光源（２）のＺ方向における実際の位置を特定することができる。
【００３５】
また以下のようにして微小光源（２）のＺ方向位置を求めてもよい。ここでは、スリット（６１）の幅方向に多数のスリット（７１）が併設された格子スリット部材（７０）を用いる。格子スリット部材（７０）は、レンズ部（５２）の光軸をＺ方向とし、かつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、レンズ部（５２）の光軸に垂直であってスリット（６１）の併設方向をＸ方向に一致させた状態に対して、スリット（６１）の併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように、例えば４５度斜めに倒した状態にして、微小光源（２）の映像が生成される点である映像点の近傍に配置される。すなわち、併設された各スリット（６１）からレンズ部（５２）までの距離が、映像点を挟んで次第に長短に変わるように多数のスリット（７１）が配置されることになる。
【００３６】
移動手段（２３）は、レンズ部（５２）を介して集光された光束が映像点の前後で多数のスリット（７１）をそれらの併設方向に横切って移動するように、格子スリット部材（７０）とレンズ部（５２）の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系（５０）をＸ方向に移動させる。これによりたとえば、レンズ部（５２）に近いスリット（６１）を通過する状態からレンズ部（５２）から遠い位置のスリット（６１）を通過する状態へと光束が移動する。
【００３７】
このように移動光学系（５０）を移動させると、受光手段（５４）の出力値は、スリット（６１）の数に応じて波を有する変化特性になる。ここで、映像点に近い位置にあるスリット（６１）を光束が通過するときは、光束の径が小さいので、スリット（６１）へ光束が出入りする際の変化特性（波）が急峻に変化する。一方、スリット（６１）の位置が映像点から離れるにしたがって、ピントが外れて光束の径が大きくなるので、スリット（６１）へ出入りする際の変化特性がなだらかになる。
【００３８】
そこで、位置解析手段（８１）は、受光手段（５４）の出力値の変化特性を微分してその絶対値をとり、当該絶対値の最大値が現れるであろう移動光学系（５０）の位置を回帰近似等によって求め、これに基づいてＺ方向における微小光源（２）の位置を特定する。
【００３９】
なお、ピントが外れた状態ではスリット幅よりも光束の径が大きくなり、ピントが合うとスリット幅よりも光束の径が小さくなるようにしておけば、変化特性として現われる波のピーク値にも差が生じるので、波のピークが増加する部分を最小二乗法等で近似したグラフと波のピークが減少する部分を最小二乗法等で近似したグラフの交点として、映像点の位置を把握し、これに基づいて微小光源（２）のＺ方向位置を特定するようにしてもよい。
【００４０】
レンズ部（５２）によって集光された光束を第１光束と第２光束にビームスプリッタ（５３）で分岐し、幅が次第に広がるスリット（６１）に第１光束を通過させることで微小光源（２）のＸＹ方向における位置の特定を行い、第２光束を格子スリット部材（７０）に通すことで、微小光源（２）のＺ方向位置を特定するものでは、同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向の位置を特定することができ、微小光源（２）を固定したままで、すべての方向について位置を特定することができる。また同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向についての位置を測定できるので、測定作業を迅速化することができる。さらにレンズ部（５２）や鏡筒、移動手段（２３）としてのＸＹＺステージ等を共通化でき、装置構成が簡略化される。
【００４１】
さらに移動光学系（５０）をＸ方向に移動させることに代えて光束がスリット（６１）をその幅方向に横切って移動するようにレンズ部（５２）を回転させるとともに、移動光学系（５０）のＸ方向の位置および移動距離に代えてレンズ部（５２）の角度および回転角を用いる。レンズ部として望遠鏡光学系を用いて、数メートルまたはこれよりも遠方にある微小光源の位置を特定する場合には、Ｘ方向への移動に代えてレンズ部（鏡筒）の角度や回転角を用いるとよい。すなわち、移動光学系をスリットの幅方向であるＸ方向に移動させる場合、遠方のある程度広い測定範囲の中で微小光源の位置を特定するためには、その測定範囲のＸ方向幅に相当するだけ移動光学系を移動させなければならない。これに対してレンズ部を回転させれば、遠方であっても広い測定範囲をカバーすることができる。
【００４２】
微小光源の存在する方角（角度θ）と微小光源までの距離（ｒ）が分かれば、微小光源のＸ方向位置を特定することができる。またスリットを横切るに要した回転角に基づいて光束がスリットを横切ったＹ方向位置がわかるので、これに基づいて微小光源のＹ方向位置を特定することができる。すなわち、望遠鏡光学系の光軸の延長線がスリットと交差するＹ方向位置と微小光源からの光束がスリットを横切ったＹ方向位置との差から光束の光軸に対する傾き角（θｙ）が分かるので、これと微小光源までの距離（ｒ）とから実際の微小光源のＹ方向位置を求めることができる。なお、微小光源は、光が反射している箇所であってもよい。たとえば、ある物体に細いレーザ光を照射した際の当該物体における反射点を微小光源として扱い、その反射点の位置を特定するように構成してもよい。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。
各図は、本発明の一実施の形態を示している。
図２は、本実施の形態にかかる微小光源位置測定装置１０の側面図であり、図３は微小光源位置測定装置１０の正面図であり、図４は、微小光源位置測定装置１０の上面図である。各図に示すように微小光源位置測定装置１０は、ＸＹＺの各方向に移動可能なステージを有する測定台２０と、この測定台２０に取り付けられた光学部５０と、測定のための機械的制御や信号処理等を行う制御部８０とから構成される。
【００４４】
測定台２０は、床面に固定されるベース板２１と、ベース板２１から断面Ｔ字で鉛直に伸びる支柱部２２と、支柱部２２に載せて取り付けられたＸステージ２３と、Ｘステージ２３に載せて取り付けられたＹステージ２４と、Ｙステージ２４に載せて取り付けられたＺステージ２５と、Ｚステージ２５から水平に伸びるホルダーアーム２６とを有している。
【００４５】
Ｘステージ２３、Ｙステージ２４、Ｚステージ２５はそれぞれステッピングモータ２７ａ〜２７ｃで駆動されて移動する。図２の側面図における左右方向がＹ方向であり、鉛直方向がＺ方向になっている。またＺ方向と垂直な面内でＹ方向と直交する方向がＸ方向（図３参照）になっている。
【００４６】
光学部５０は、ホルダーアーム２６に鉛直に取り付けられた鏡筒５１と、鏡筒５１の下端に取り付けられた対物レンズ５２と、鏡筒５１の上端近傍に取り付けられたビームスプリッタ５３と、ビームスプリッタ５３の一方の出力側（第１光束の出力側）近傍に取り付けられた三角スリット部材６０と、ビームスプリッタ５３の他方の出力側（第２光束の出力側）近傍に取り付けられた格子スリット部材７０と、三角スリット部材６０の後方に配置された第１受光手段５４と、格子スリット部材７０の後方に配置された第２受光手段５５とから構成されている。第１受光手段５４および第２受光手段５５は、たとえば、フォトダイオードからなる。光学部５０は、対物レンズ５２以外の箇所から光が内部に進入しないように遮光されている。本実施の形態では、光学部５０全体が移動光学系を成している。また移動光学系の移動可能範囲内の所定点を原点に設定してあり、移動光学系の位置は、この原点からの相対位置で表すようになっている。
【００４７】
検査対象となる微小光源としての半導体レーザ２は、図示省略した遠方の軸を中心に回転する半径２〜３ｍほどの検査台３に固定されている。検査台３に固定された状態で半導体レーザ２は真上に向かってレーザ光を射出するようになっている。検査台３へ固定した状態の半導体レーザ２の発光点位置を微小光源位置測定装置１０で測定する際には、検査台３が回転することによって対物レンズ５２の真下に半導体レーザ２が到来して、静止するようになっている。
【００４８】
微小光源位置測定装置１０によって発光点の正確な位置を測定した後は、検査台３が再び回転して、ＳＭＳＲの測定箇所へと移動するようになっている。ＳＭＳＲの測定箇所の上方には、これまたステッピングモータによってＸＹＺ方向へ移動可能に光ファイバがその端面を下方に向けて取り付けてあり、微小光源位置測定装置１０で取得した位置データに基づいて光ファイバの位置を調整することで、半導体レーザ２からのレーザ光が光ファイバへ的確に入射するように位置合わせするようになっている。
【００４９】
制御部８０は、所定のプログラムを実行可能なコンピュータ装置を主要部として構成されている。制御部８０は、位置解析手段８１と取付角検証手段８２としての機能のほか、各ステージ２３〜２５の移動制御など、微小光源位置測定装置１０としての各種の機能を果たす。制御部８０には図示省略の信号線を通じて、各ステッピングモータ２７ａ〜２７ｃの制御回路、第１受光手段５４および第２受光手段５５と接続されている。
【００５０】
図５は、三角スリット部材６０の一例を示している。三角スリット部材６０には、幅が次第に広がるスリット６１が開設されている。三角スリット部材６０は厚みが０．１ミリほどの板上部材である。ここでは、二等辺三角形の形状を成したスリット６１を設けてある。二等辺三角形の底辺の方向（図中の矢印６２で示す方向）を、スリットの幅方向としている。
【００５１】
図６は、格子スリット部材７０の一例を示している。格子スリット部材７０には、スリット７１がその幅方向に多数併設されている。スリット７１は、細長い長方形を成している。図中の矢印７２は、スリット７１の幅方向であり、多数のスリット７１がその幅方向に併設されている。格子スリット部材７０は厚みが０．１ミリほどの板状部材である。ここではスリット７１の幅を０．２ミリに、スリット同士の間（光を通さない部分）を０．２ミリにしてある。したがって、スリットの併設ピッチは０．４ミリになっている。
【００５２】
図７は、光学部５０の上端部分を拡大示したものである。三角スリット部材６０は、ビームスプリッタ５３の第１光束出力側における対物レンズ５２の光軸に垂直に配置されている。またスリット６１の幅方向が図３に示したＸ方向と一致するように取り付けられる。格子スリット部材７０は、ビームスプリッタ５３の第２光束出力側における対物レンズ５２の光軸に対して垂直な状態からスリット７１の併設方向が所定の角度傾斜するようにして取り付けられている。この例では４５度傾けてある。
【００５３】
三角スリット部材６０の位置は、ビームスプリッタ５３の第１光束側において、半導体レーザ２の発光点の映像点もしくはその近傍に設定されている。映像点とは、対物レンズ５２によって半導体レーザ２の発光点の映像（実像）が生成される点であり、言い換えると、対物レンズによって集光された光束の径が最も細くなる部分（ビームウェスト）の存する箇所である。格子スリット部材７０も同様に、ビームスプリッタ５３の第２光束側における半導体レーザ２の映像点もしくはその近傍に配置される。
【００５４】
まず、半導体レーザ２のＸＹ方向位置の測定について説明する。
半導体レーザ２を光学部５０のほぼ真下に来るようにセットした状態で半導体レーザ２を発光させておく。この状態で制御部８０は、光学部５０が予め定めたＸ方向スキャン範囲を横断するようにＸステージ２３を移動させるとともに、そのときの光学部５０の位置座標と第１受光手段５４の出力値との関係を示す変化特性を記録する。Ｘ方向スキャン範囲は、ビームスプリッタ５３からの第１光束が三角スリット部材６０のスリット６１をＸ方向に横切るのに充分な範囲に設定してある。
【００５５】
図１は、対物レンズ５２によって集光された光束を三角スリット部材６０がＸ方向に横切る様子を模式的に示したものである。図８は、対物レンズ５２の側から三角スリット部材６０および第１受光手段５４を見た様子を示している。なお、スリットのみを移動させても、スリットと対物レンズの双方を移動させても、さらには、スリットと対物レンズと受光手段を一体として移動させるようにしても、光束はスリットを横切るように移動するので、これらは同様の結果を得ることができる。ただし、スリットと対物レンズもしくはこれらと受光手段とを一体に移動させる場合には、スリット幅÷光学倍率が、当該スリット幅の箇所を光束が横切る場合における半導体レーザ２の位置の検査可能範囲になる。
【００５６】
図９から図１２は、光束がスリット６１を横切るように光学部５０を移動させた場合における第１受光手段５４の出力値の変化特性を示している。図９は、スリット６１がほぼ映像点にあってほぼピントのあった状態で光束がスリット６１の比較的幅広の部分を横切った場合における出力値の変化特性１１１を示している。図１０は、スリット６１がほぼ映像点にあってピントのほぼあっている状態で光束がスリット６１の比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性１１２を示している。図１１は、スリット６１が映像点からＺ方向にある程度ずれた位置にあってピントの甘い状態で光束がスリット６１の比較的幅の広い部分を横切った場合の出力値の変化特性１１３を示している。図１２は、スリット６１が映像点からＺ方向にある程度ずれた位置にあってピントの甘い状態で光束がスリット６１の比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性１１４を示している。このように、三角スリット部材６０のスリット６１が映像点に近い位置にあるほど、変化特性の立ち上がりや立下がりは急峻になり、映像点から外れるほど、緩やかな立ち上がり、立下がり特性になる。また光束がスリット幅の広い部分を通過すれば、それに応じて変化特性として現れる波の幅が広くなる。
【００５７】
位置解析手段８１は、取得した変化特性に基づき、以下のように解析する。図１３は、光束がスリットの左エッジから右エッジへと横切る場合の変化特性１３１を示している。図示するように、出力値を最大値をＨmaxとして求める。さらに、出力レベルがＨmaxの１０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標をＸr1として、出力レベルがＨmaxの９０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標をＸr9として、出力レベルがＨmaxの９０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標をＸf9として、出力レベルがＨmaxの１０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標をＸf1として求める。ここでは位置座標を小数点１桁まで求めてある。
【００５８】
次に、出力レベルがＨmaxの１０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標Ｘr1と、出力レベルがＨmaxの９０％まで上昇した時点における光学部５０の位置座標Ｘr9の中間の位置座標を、
Ｘr5＝（Ｘr1＋Ｘr9）÷２ …（１）式
の演算により、Ｘr5として求める。
【００５９】
同様に、出力レベルがＨmaxの９０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標Ｘf9と、出力レベルがＨmaxの１０％まで下降した時点における光学部５０の位置座標Ｘf1の中間の位置座標を、
Ｘf5＝（Ｘf1＋Ｘf9）÷２ …（２）式
の演算により、Ｘf5として求める。
【００６０】
Ｘr5は、光束の中心がスリットに入ったときの位置座標（光束中心がスリットの左エッジ上に来たときの位置座標）を、Ｘf5は、光束の中心がスリットを出たときの位置座標（光束中心がスリットの右エッジ上に来たときの位置座標）を示すことになる。
【００６１】
さらに、光束中心がスリットに入った位置座標であるＸr5と光束中心がスリットから出た位置座標であるＸf5の中間位置を、
Ｐx＝（Ｘr5＋Ｘf5）÷２ …（３）式
の演算により、Ｐxとして求める。
【００６２】
このＰxは、原点に対する半導体レーザ２の有する発光点のＸ方向の位置座標を示している。（３）式では（Ｘr5＋Ｘf5）を２で割ることにより、光束がスリット６１を横切ったＹ方向の位置にかかわらず発光点のＸ方向の位置座標を求めることができる。これは、スリット６１の左右のエッジがＹ方向に対して同一の角度を成しているからである。
【００６３】
なお、スリットの幅がＹ方向に対して左右対称に広がっていない場合には、光束中心がスリットに入ったときの位置座標と光束中心がスリットから出たときの位置座標との間をスリットの左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分することで、発光点のＸ方向の位置座標を得ることができる。たとえば、右エッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左エッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、光束中心がスリットの左エッジを横切ったときの位置座標Ｘr5と、光束中心がスリットの右エッジを横切ったときの位置座標Ｘf5との間を、ｔａｎθ１：ｔａｎθ２の比率で内分した位置に基づいて微小光源のＸ方向位置を求めることができる。すなわち、
Ｐx＝Ｘr5＋（Ｘf5−Ｘr5）×ｔａｎθ２／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２） …（４）式
によって求めることができる。
【００６４】
光束中心のＹ方向位置Ｐyは、
Ｐy＝（Ｘf5−Ｘr5）÷２＋Ｙc …（５）式
の演算によって求める。ここでＹcは、スリットの左右のエッジの交点の位置座標である。（５）式は、スリットの左右のエッジがそれぞれＹ方向に対して４５度の角度を成している場合に成立する。
【００６５】
左右のエッジがそれぞれＹ方向に対して角θで左右対称に広がっている場合の一般式は、
Ｐy＝（Ｘf5−Ｘr5）÷２÷ｔａｎθ＋Ｙc …（６）式
になる。さらに、右エッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左エッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、
Ｐy＝（Ｘf5−Ｘr5）÷（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２）＋Ｙc …（７）式
によって求めることができる。
【００６６】
このほか、左右のエッジが直線的に広がっていない場合であっても、Ｙ方向の位置とそのＹ方向位置座標における左右のエッジ間の距離とが１対１に対応するような形状をスリットが成している場合には、それらの左右のエッジ間の距離からＹ方向の位置座標を特定することができるので、発光点のＹ方向の位置座標を特定することができる。たとえば、スリットのエッジがある関数に従う曲線形状を成している場合には、その関数に基づく演算によって、光束中心がスリットを横切った際の距離に基づいて発光点のＹ方向位置座標を特定することができる。さらに特定の関数で表せない場合でも、スリットのエッジ間距離とＹ方向の位置座標との関係を予め測定してこれを参照テーブル等に記憶しておけば、光束中心がスリットを横切った際の距離に対応するＹ方向の位置座標をこの参照テーブルから読み出すことで、発光点のＹ方向位置座標を特定することが可能になる。
【００６７】
なお、Ｙ方向の位置座標が特定されれば、Ｘ方向の位置座標を以下のように求めてもよい。特定されたＹ方向の位置座標とスリットエッジの広がり具合や広がり角度とから、当該Ｙ方向の位置座標におけるスリットエッジのＸ方向オフセット量を求める。そして、光束中心がスリットに入ったとき、もしくはスリットから出たときにおける光学部５０のＸ方向の位置座標を先のＸ方向オフセット量で補正することにより、Ｘ方向における発光点の位置座標が特定される。
【００６８】
たとえば、右エッジがＹ方向に対してθ１の角度で、左エッジがＹ方向に対してθ２の角度で広がっている場合には、光束中心が通過したＹ方向の位置座標を左右のエッジの交点に対する相対位置Ｙ１で表すと、
Ｙ１＝（Ｘf5−Ｘr5）÷（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２） …（８）式
として求まり、左右のエッジの交点に対する左エッジの相対的なオフセット量Ｘ１は、
Ｘ１＝Ｙ１×ｔａｎθ２ …（９）式
となる。そこで発光点は、左エッジよりＸ１だけ右にシフトした位置にあるはずなので、発光点のＸ方向の位置座標Ｐxを、
Ｐx＝Ｘr5＋Ｘ１ …（１０）式
として求めることができる。なお光束中心が右エッジを通過したＸf5を基準とする場合には、Ｘ方向オフセット量は、
Ｘ２＝Ｙ１×ｔａｎθ１ …（１１）式
となりＰxは、
Ｐx＝Ｘf5−Ｘ２ …（１２）式
として求めることができる。
【００６９】
次に、三角スリット部材６０の取り付け角度の検証について説明する。
ここでは、スリットはその幅が一定の割合で広がるものにする。取付角検証手段８２は、光束中心がスリット６１をＸ方向に横切るように移動させた際における第１受光手段５４の出力値の変化特性を、三角スリット部材６０をＹ方向にずらした２つの位置で測定する。そして、これらの変化特性の相違とスリット部材６０のＹ方向への移動距離ｄＹとスリット６１の幅が広がる割合（エッジのＹ方向に対する角度）との関係から、スリット６１の幅方向の向きとＸ方向との一致、不一致、あるいは誤差の大きさを求めるようになっている。
【００７０】
たとえば、Ｙ方向へ移動させる前に光束中心が左エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸr5_0、Ｙ方向へｄＹだけ移動させた後に光束中心が左エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸr5_1とすると、左エッジのＹ方向に対する角度θｒは、
θｒ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｘr5_0−Ｘr5_1）／ｄＹ） …（１３）式
として求まる。
【００７１】
またＹ方向へ移動させる前に光束中心が右エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸf5_0、Ｙ方向へｄＹだけ移動させた後に光束中心が右エッジを通過した際のＸ方向の位置座標をＸf5_1とすると、これより、右エッジのＹ方向に対する角度θｆは、
θｆ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｘf5_1−Ｘf5_0）／ｄＹ） …（１４）式
として求まる。
【００７２】
そして、θｒとθ２、あるいはθｆとθ１とを比較し、一致、不一致およびこれらの大小に基づいて、角度の検証およびいずれの方向に三角スリット部材６０を回せば、Ｙ方向に対するエッジの角度が本来の角度になるかを検証する。なお検証結果に基づいて、光学部５０の角度を自動で回転させてもよい。
【００７３】
次に、Ｚ方向の位置座標の測定について説明する。
Ｚ方向における半導体レーザ２の位置座標の測定を行う場合には、半導体レーザ２を発光させた状態で、Ｙステージ２４により光学部５０をＹ方向に移動させる。すると、ビームスプリッタ５３からの第２光束は、格子スリット部材７０をスリット７１が併設された方向に横切るように移動する。実際には、レーザ光はビームスプリッタ５３によって９０度屈折しているので、図７のＺ方向に第２光束が移動することになる。
【００７４】
図１４は、格子スリット部材７０のスリット７１を横切って光束が移動する様子と、そのときに観測される第２受光手段５５の出力値の変化特性１５１を示している。格子スリット部材７０は、図７および図１４に示すようにスリット７１の併設方向が４５度傾斜するように配置されているので、併設されたスリットの中の一端のスリット７１ａは、対物レンズ５２に最も近い位置となり、他端のスリット７１ｃに近いスリットほど、対物レンズ５２から遠ざかるようになっている。そして、スリット７１ａとスリット７１ｃの間に映像点が含まれるように格子スリット部材７０は配置されている。
【００７５】
先にも説明したように、スリットが映像点に近いほど、光束がスリットへ出入りする際における受光手段の出力値の立ち上がり、立下がり特性が急峻になり、映像点から外れるほど、緩やかになる。したがって、図１４の矢印１４０が示す方向に光束が移動して、多数併設されたスリット７１を横切ると、その際に観測される各スリット毎の波は、映像点に近いスリットに対応するものほど急峻に変化し、映像点から遠いスリットに対応するものほど緩やかに変化することになる。
【００７６】
位置解析手段８１は、得られた変化特性を微分してさらにその絶対値を取る。これにより、光束が横切ったスリットの数の２倍の数のピークが得られる。ピークの高さは、もとの波の変化率（急峻度）の大小を示している。位置解析手段８１は、微分して絶対値を取った波形をさらに数学的に処理することで、映像点に相当する位置座標を見出す。すなわち、対物レンズ５２から映像点までの距離を見出す。具体的には（図１４参照のこと）、格子スリット部材７０の傾斜角をθｚとすると、基準点から映像点に至るまでの矢印１４０方向への光束の移動距離Ｌ１をｔａｎθｚで除することで、Ｚ方向の基準点からのオフセット量Ｌ２が求まる。そして対物レンズから基準点までの距離と先のオフセット量Ｌ２とを加算することで、対物レンズ５２から映像点までの距離を求める。これを光学倍率に基づいて換算することで、対物レンズ５２から半導体レーザ２の発光点までの距離が求まり、その結果、発光点のＺ方向の位置座標が特定される。
【００７７】
数学的処理としては、微分して絶対値を取った波形のピークを繋ぐ包絡線を近似し、その包絡線のピークを、映像点が存在するであろう座標として特定する等である。このようにスリット７１をその幅方向に多数併設した格子スリット部材７０を、これらのスリットが映像点の前後に分散されるように斜めに配置したので、光束がこれら併設されたスリットを横切って移動するように光学部５０を一定方向に一度移動させるだけで発光点のＺ方向の位置座標を求めることが可能になっている。
【００７８】
なお、ピントが外れた状態ではスリット幅よりも光束の径が大きくなり、ピントが合うとスリット幅よりも光束の径が小さくなるようにしておけば、変化特性として現われる波のピーク値にも差が生じるので、波のピークが増加する部分を最小二乗法等で近似したグラフと波のピークが減少する部分を最小二乗法等で近似したグラフの交点として、映像点の位置を把握し、これに基づいて微小光源のＺ方向位置を特定するようにしてもよい。
【００７９】
次に、Ｚ方向の位置座標のさらに他の求め方について説明する。
先に説明したように、映像点に近いほど、光束がスリットへ出入りする際の受光手段の出力値の変化特性が急峻になる。そこで、光束が三角スリット部材６０をＸ方向に横切って移動する際における波形の立ち上がりや立下がりの急峻度を、三角スリット部材６０をＺ方向に何箇所かに移動させて測定する。より詳細には、少なくとも映像点の前後それぞれで２箇所ずつの測定を行う。急峻度は、たとえば、図１５に示すように、第１受光手段５４の変化特性１５１のピークに対して出力値が１０％になる位置を立ち上がり開始位置、９０％に至る位置を立ち上がり終了位置とすることで、立ち上がり期間における移動光学系の移動量Ｘｒを求め、これを急峻度として用いる。この場合、移動量が少ないほど急峻度が高いことになる。立下がり側についても同様にＸｆとして求められる。
【００８０】
ピントの合う映像点の前後でそれぞれ少なくとも２箇所ずつ測定した急峻度（移動量）に基づき、急峻度が増加するときの変化を最小二乗法等で回帰近似したグラフ１６１と、急峻度が低下するときの変化を最小二乗法等で回帰近似したグラフ１６２とを図１６に示すように求め、これらの交点を、急峻度が最も高くなる点、すなわち、映像点のＺ方向の位置座標として求める。
【００８１】
より具体的には、映像点を挟む両側のそれぞれで少なくとも２点の測定が確実に行われるように、たとえば９点ほどの測定点を設ける。一般的な半導体レーザ（ＣＡＮタイプ）の場合、Ｚ軸の誤差は±２０μｍ程度である。そこで、たとえば、−６０μｍ〜＋６０μｍの範囲でＺステージ２５を１５μｍ間隔で移動させて、９箇所で測定を行う。そして、急峻度が最大のものを１つ選び（立ち上がり期間の移動量を用いる場合には最小のもの）、測定値をその手前と後ろに分け、それぞれ最小二乗法によって直線で近似し、これらの交点を求めて、Ｚ方向の位置座標を特定する。
【００８２】
以上、本発明の実施形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成はこれら実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００８３】
たとえば、実施の形態ではＸステージ２３を移動させることによって半導体レーザ２の発光点のＸ方向とＹ方向の位置座標を測定し、Ｙステージ２４を移動させることによって格子スリット部材７０を用いたＺ方向の位置座標の測定を行ったが、たとえば、三角スリット部材６０を取り付ける向きを９０度変えて、スリットの幅方向がＹ方向になるように設定すれば、Ｙステージ２４を移動させるだけで、三角スリット部材６０を用いたＸＹ方向の測定と格子スリット部材７０を用いたＺ方向の測定を一度に行うことが可能になる。
【００８４】
また実施の形態では、半導体レーザを測定対象の微小光源としたが、これに相当するような微小な光源であれば、半導体レーザに限定されるものではない。さらに実施の形態では、顕微鏡光学系を用いたが、遠方の微小光源の位置を測定する場合には、望遠鏡光学系を使用すればよい。すなわち、移動光学系をＸ方向に移動させることに代えて光束がスリットをその幅方向に横切って移動するように望遠鏡光学系のレンズ部を回転させるとともに、移動光学系のＸ方向の位置および移動距離に代えてレンズ部の角度および回転角を用いる。これにより、遠方における広い範囲を測定範囲としてカバーすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明にかかる微小光源位置測定装置によれば、検査台に取り付けられた半導体レーザなど固定された微小光源の正確な位置データを容易に取得することができるので、ＳＭＳＲなど検査準備を迅速に進めることができる。
【００８６】
特に、微小光源からの光を対物レンズで集光した光束が、幅の次第に広がるスリットをその幅方向に横切って移動するようにスリット等を移動させ、そのときスリットを通過した光の強度の変化特性に基づいて、光軸に垂直なＸＹ平面内での微小光源の位置を特定するので、位置データの取得を容易かつ迅速に行うことができる。
【００８７】
また、光束の径が最も細くなり、微小光源の映像が生成される映像点もしくはその近傍にスリット部材を配置することにより、スリットの幅を狭くして移動光学系の移動量を少なくすることができるので、検査をより迅速に行うことが可能になる。また光束がスリットに出入りする際の受光手段の出力値は、光束の径が小さいほど、急峻に変化するので、映像点もしくはその近傍にスリットを配置することにより光束の中心がスリットに出入りする位置を的確に把握でき、測定精度を高めることができる。
【００８８】
移動光学系をＸ方向に移動させた際における受光手段の出力値の変化特性を、スリット部材をＹ方向にずらした２つの位置で測定し、これらの変化特性の相違とスリット部材のＹ方向への移動距離とスリットの幅が広がる割合との関係から、スリットの幅方向の向きとＸ方向との差を求めるものでは、スリットの向きを的確かつ容易に検証することができ、測定精度を高めることができる。
【００８９】
また移動光学系をＸ方向に移動させた際における受光手段の出力値の立ち上がりまたは立ち下がりの急峻度の測定を、移動光学系をＺ方向にずらして数箇所について行い、この測定に基づいて急峻度が最大になる移動光学系のＺ方向位置を導出して、Ｚ方向における微小光源の位置を特定するものでは、ＸＹ方向を特定するために用いるスリットや光学系を利用してＺ方向についての位置も特定することができ、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００９０】
またスリットの幅方向に多数のスリットが併設された格子スリット部材を、各スリットから対物レンズまでの距離が映像点を挟んで次第に変化するように斜めに倒して配置し、対物レンズで集光された光束をこれらのスリットを横切るように移動させ、このときの受光手段の出力値の変化特性を解析することでＺ方向における微小光源の位置を特定するものでは、移動光学系の移動を１回行うだけで微小光源のＺ方向の位置を特定することができ、迅速な位置測定が可能になる。
【００９１】
対物レンズによって集光された光束を第１光束と第２光束にビームスプリッタで分岐し、第１光束を幅が次第に広がるスリットを通過させることで微小光源のＸＹ方向における位置の特定を行い、第２光束を格子スリット部材に通すことで、微小光源のＺ方向位置を特定するものでは、同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向について位置を特定することができるので、微小光源を固定したままで、ＸＹＺのすべての方向について位置を特定することができる。また同一の測定装置でＸＹＺのすべての方向についての位置を測定できるので、測定作業を迅速化することができる。さらに対物レンズや鏡筒、移動手段としてのＸＹＺステージ等を共通化でき、装置構成が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかわる微小光源位置測定装置の光学系を模式的に示した説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置を示す上面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置で用いる三角スリットを示す正面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置で用いる格子スリットを示す正面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置の有する光学部のスリット近傍部分を拡大して示す説明図である。
【図８】図１に示した三角スリットおよび第１受光手段を対物レンズ側から見た様子を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットがほぼ映像点にありかつ光束がスリットの比較的幅の広い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットがほぼ映像点にありかつ光束がスリットの比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットが映像点から外れた位置にありかつ光束がスリットの比較的幅の広い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１２】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置においてスリットが映像点から外れた位置にありかつ光束がスリットの比較的幅の狭い部分を横切った場合の出力値の変化特性を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において光束がスリットを横切ったときの出力値の変化特性から光束中心がスリットのエッジを通る位置等を求める際に用いる基準位置等を示す説明図である。
【図１４】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において格子スリットを横切って光束が移動する様子と、そのときに観測される第２受光手段の出力値の変化特性の一例を示す説明図である。
【図１５】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において三角スリットを用いてＺ方向の位置を測定する際に用いる急峻度を求めるための基準範囲を示す説明図である。
【図１６】本発明の一実施の形態に係る微小光源位置測定装置において測定した急峻度に基づいて、最も急峻度が大きくなる位置を割り出すための近似グラフの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２…半導体レーザ
３…検査台
１０…微小光源位置測定装置
２０…測定台
２１…ベース板
２２…支柱部
２３…Ｘステージ
２４…Ｙステージ
２５…Ｚステージ
２６…ホルダーアーム
２７ａ〜２７ｃ…ステッピングモータ
５０…光学部
５１…鏡筒
５２…対物レンズ
５３…ビームスプリッタ
５４…第１受光手段
５５…第２受光手段
６０…三角スリット部材
６１…三角形のスリット
７０…格子スリット部材
７１…スリット
８０…制御部
８１…位置解析手段
８２…取付角検証手段
１１１〜１１４、１３１、１５１…変化特性
１４０…光束の移動方向を示す矢印
１６２…回帰近似したグラフ
Claims (12)
- 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
幅が次第に広がるスリットを有するスリット部材であって、前記レンズ部の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリットの幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部と前記受光手段の間に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段を有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリットの幅の広がり具合との関係から前記微小光源のＹ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。 - 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
幅が左右対称に次第に広がるスリットを有するスリット部材であって、前記レンズ部の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリットの幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部と前記受光手段の間に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段を有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリットの幅の広がり具合との関係から前記微小光源のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置との中心位置に基づいて前記微小光源のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。 - 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
幅が次第に広がるスリットを有するスリット部材であって、前記レンズ部の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリットの幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部と前記受光手段の間に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段を有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリットの幅の広がり具合との関係から前記微小光源のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置との間をスリットの左への広がり具合と右への広がり具合の比に応じて内分した位置に基づいて前記微小光源のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。 - 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
幅が次第に広がるスリットを有するスリット部材であって、前記レンズ部の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリットの幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記レンズ部と前記受光手段の間に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段を有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性から前記光束の中心がスリットに入ったときの前記移動光学系のＸ方向位置と前記光束の中心がスリットから出たときの前記移動光学系のＸ方向位置とを求め、これらの間の距離と前記スリットの幅の広がり具合との関係から前記微小光源のＹ方向位置を特定するとともに、前記光束の中心がスリットに入ったときもしくはスリットから出たときにおける前記移動光学系のＸ方向位置を、そのときの光束中心のＹ方向位置と前記スリットの広がり具合とから求めた当該Ｙ方向位置におけるスリットエッジのＸ方向オフセット量で補正することにより、前記微小光源のＸ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。 - 前記レンズ部によって前記微小光源の映像が生成される点である映像点もしくはその近傍に前記スリットが位置するように前記スリット部材を配置する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の微小光源位置測定装置。 - 前記スリットの幅方向と前記Ｘ方向との一致を検証する取付角検証手段をさらに有し、
前記取付角検証手段は、前記移動手段が前記移動光学系をＸ方向に移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性を、前記スリット部材をＹ方向にずらした２つの位置で測定し、前記変化特性の相違と前記スリット部材のＹ方向への移動距離と前記スリットの幅が広がる割合との関係から、前記スリットの幅方向の向きと前記Ｘ方向との差を求める
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の微小光源位置測定装置。 - 前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系をＸ方向に移動させた際に前記受光手段の出力値の立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、前記移動光学系を前記光軸方向であるＺ方向にずらして、スリットが前記微小光源の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥側にある状態とでそれぞれ少なくとも２箇所ずつ行い、これらの測定結果から前記急峻度が最大になる前記移動光学系のＺ方向位置を算出し、これに基づいて前記微小光源のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の微小光源位置測定装置。 - 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
スリットを有するスリット部材であって、前記レンズ部の光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記スリットの幅方向を前記Ｘ方向と一致する向きにして前記微小光源の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように、前記スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて、前記光軸方向であるＺ方向における前記微小光源の位置を解析する位置解析手段を有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系をＸ方向に移動させた際に前記受光手段の出力値の立ち上がりと立ち下がりのいずれか一方もしくは双方の急峻度を求めることを、前記移動光学系を前記光軸方向であるＺ方向にずらして、スリットが前記微小光源の映像が生成される点である映像点の手前にある状態と奥側にある状態とでそれぞれ少なくとも２箇所ずつ行い、これらの測定結果から前記急峻度が最大になる前記移動光学系のＺ方向位置を算出し、これに基づいて前記微小光源のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。 - 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
スリットがその幅方向に多数併設された格子スリット部材であって、前記レンズ部の光軸をＺ方向としかつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記レンズ部の光軸に垂直かつ前記スリットの併設方向とＸ方向とを一致させた状態に対して前記スリットの併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように斜めに倒した状態で前記微小光源の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記映像点の前後で前記多数のスリットをそれらの併設方向に横切って移動するように前記格子スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段とを有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性を微分して絶対値をとり、これにおいて最大値が現れるであろう前記移動光学系のＸ方向位置を求め、これに基づいて前記微小光源のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。 - 微小光源の位置を測定する微小光源位置測定装置において、
前記微小光源からの光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部によって集光された光束を受光し、その強度に応じた信号を出力する受光手段と、
スリットがその幅方向に多数併設された格子スリット部材であって、前記レンズ部の光軸をＺ方向としかつ光軸と垂直な面内で直交する二方向をＸ方向およびＹ方向としたとき、前記レンズ部の光軸に垂直かつ前記スリットの併設方向とＸ方向とを一致させた状態に対して前記スリットの併設方向と光軸の成す角が９０度から外れるように斜めに倒した状態で前記微小光源の映像が生成される点である映像点の近傍に配置されたものと、
前記レンズ部を介して集光された光束が前記映像点の前後で前記多数のスリットをそれらの併設方向に横切って移動するように前記格子スリット部材と前記レンズ部の何れか一方もしくは双方からなる移動光学系を前記Ｘ方向に移動させる移動手段と、
前記移動光学系の位置と前記受光手段の出力値との関係に基づいて前記微小光源の位置を解析する位置解析手段とを有し、
前記位置解析手段は、前記移動手段が前記移動光学系を移動させた際における前記受光手段の出力値の変化特性に現れた多数のピークから、最大ピーク値が現れるであろう前記移動光学系のＸ方向位置を求め、これに基づいて前記微小光源のＺ方向位置を特定する
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。 - 請求項１、２、３または４に記載の微小光源位置測定装置と、請求項９または１０に記載の微小光源位置測定装置とを少なくともレンズ部を共用して備えるとともに、前記レンズ部によって集光された光束を第１光束と第２光束に分岐するビームスプリッタを有し、
前記ビームスプリッタの出力する前記第１光束を請求項１、２、３または４に記載の微小光源位置測定装置で使用し、
前記ビームスプリッタの出力する前記第２光束を請求項９または１０に記載の微小光源位置測定装置で使用するように構成した
ことを特徴とする微小光源位置測定装置。 - 前記移動光学系をＸ方向に移動させることに代えて前記光束が前記スリットをその幅方向に横切って移動するように前記レンズ部を回転させるとともに、前記移動光学系のＸ方向の位置および移動距離に代えて前記レンズ部の角度および回転角を用いることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１に記載の微小光源位置測定装置。
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