JP4104427B2 - 光学特性計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射したレーザ光の光学特性を計測する光学特性計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光記録媒体の情報の記録、再生に用いられる光ヘッド装置では、フォトダイオードなどの半導体レーザ発光素子からの出射光を集光光学系を介して光記録媒体に収束させる。この際、光記録媒体に収束するスポット径は小さいほど好ましいとされている。それにはいろいろな技術要素が関わってくるが、とりわけ、集光光学系において集光レンズに入射する光の入射光軸、平行度、強度分布の最適化が必要である。そこで、レーザ光の光学特性を評価するために各種の光学特性計測装置が案出されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００３】
また、図１７〜図２０に示すような計測装置も使用されている。まず、図１７に示す光学特性計測装置は、半導体レーザ発光素子１０１から出射された発散光を平行光化するコリメートレンズ１０２と、このコリメートレンズ１０２から出射された光を検出するレーザオートコリメータ１１０と、表示装置１１１とを有しており、この計測装置によれば、レーザ光の光軸と平行度とを計測することができる。
【０００４】
図１８に示す光学特性計測装置は、半導体レーザ発光素子１０１から出射された発散光を平行光化するコリメートレンズ１０２と、このコリメートレンズ１０２から出射された光に対する対物レンズ１０３と、ＣＣＤ（撮像素子）１２１と、このＣＣＤ１２１での検出結果を解析するための画像処理装置１２２と、表示装置１２３とを有しており、この計測装置によれば、レーザ光の光量分布を計測することができる。
【０００５】
図１９に示す光学特性計測装置は、半導体レーザ発光素子１０１から出射された発散光を平行光化するコリメートレンズ１０２と、このコリメートレンズ１０２から出射された光を検出する光電変換式の位置検出素子１３１と、この位置検出素子１３１の検出結果を電気信号に変換する光電変換装置１３２と、表示装置１３３とを有しており、この計測装置によれば、レーザ光の光量分布重心を計測することができる。
【０００６】
図２０に示す光学特性計測装置は、半導体レーザ発光素子１０１から出射された発散光を平行光化するコリメートレンズ１０２と、干渉計１４１と、表示装置１４２とを有しており、この計測装置によれば、収差などを計測することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年の小型光学製品の場合、レーザ光の光軸、平行度、および強度分布の各々に対する光学特性計測装置を同時配置するのは空間的な制約により困難になりつつあり、また、各々の特性要素がトレードオフの関係をもって製品設計されることから、組立調整時に複数の要素を計測でき、かつ、光学特性計測装置の構成が安価であることが求められている。
【０００８】
しかしながら、従来の光学特性計測装置では、入射光軸、強度分布の双方を同時に計測できるものがなく、その結果、当然のこととして、レーザ光の光軸、平行度、および強度分布の３要素を同時に計測できるものがない。
【０００９】
図１７および図１８に示す計測装置は、ＣＲＴに出力されるのが一般的である。このため、それに表示されている画像データから光軸や強度分布の重心を数値的に読み取ろうとすると、作業者が表示画面から読み取る以外に方法がないため、作業者による読み取り誤差が発生しやすいという問題点がある。
【００１０】
図１９に示す計測装置によれば、開口を通過した直進性のあるレーザ光源の開口位置での光強度分布を評価する場合、センサーへの僅かな入射光の軸ずれと、開口と位置センサー受光面との距離との関係から、強度分布の重心の計測値に計測誤差が残ってしまうという問題点がある。
【００１１】
図２０に示す計測装置では、強度分布の数値的な評価はできるものの、計測およびデータ処理に長い時間を要する。このため、製造工程で使用しようとすると、相当数の光学特性計測装置が必要になるので、多大な設備費がかかるという問題点がある。
【００１２】
しかも、従来からある光学特性計測装置は、いずれも高価であり、経済的ではない。とりわけ、図２０に示す装置の場合、新たな開発設備でありため、多大な設備がかかるという問題点がある。
【００１３】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、入射したレーザ光の光学特性を計測する光学特性計測装置において、簡易な光学系で各種計測を可能とする構成を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る計測装置では、平行光束化されたレーザ光が開口を介して入射する光路分離素子と、該光路分離素子を透過してきたレーザ光を受光する第１の面状光検出器と、前記光路分離素子で反射してきたレーザ光を受光する第２の面状光検出器とを有し、前記開口から前記第１の面状光検出器までの光路の長さと、前記開口から前記第２の面状光検出器までの光路の長さとが相違していることに特徴を有している。
【００１５】
このような計測装置によれば、前記第１の面状光検出器における基準位置からの受光中心までの距離、前記第２の面状光検出器における基準位置からの受光中心までの距離、前記開口から前記第１の面状光検出器までの光路の長さ、および前記開口から前記第２の面状光検出器までの光路の長さに基づいて、前記レーザ光の入射角度、および前記開口を通過する際の光量分布の重心位置を計測可能である。
【００１６】
また、前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器はいずれも撮像素子であり、前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器の検出結果に基づいて、前記レーザ光の平行度を計測可能に構成されていることに特徴を有している。撮像素子ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いれば、レーザ光の平行度を計測することができる。
【００１７】
本発明において、前記光路分離素子から前記第１の面状光検出器に向かう光路上、あるいは前記光路分離素子から前記第２の面状光検出器に到る光路上のうちのいずれかに配置された光路合成素子と、該光路合成素子を介して前記光路分離素子に向けて校正用平行光を出射する校正用光源と、前記光路分離素子から出射された前記校正用平行光を当該光路分離素子に向けて反射して戻り光を前記第１の面状光検出器および前記第２の面状光検出器に受光させる校正用反射面とを有することが好ましい。このように構成すると、各光学素子の位置などを容易、かつ、高い精度で校正することができる。
【００２４】
本発明のさらに別の形態に係る計測装置では、平行光束化されたレーザ光が開口を介して入射する光路分離素子と、該光路分離素子を透過あるいは反射してきたレーザ光を受光する第１の面状光検出器と、前記光路分離素子で反射あるいは透過してきたレーザ光を受光する第２の面状光検出器と、前記光路分離素子から前記第２の面状光検出器に向かう光路上に配置された集光レンズとを有し、前記第２の面状光検出器は、前記集光レンズの焦点位置近傍に配置されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る計測装置によれば、前記第２の面状光検出器における基準位置から受光中心までの距離、および前記集光レンズから前記第２の面状光検出器までの光路の長さに基づいて、前記光路分離素子への前記平行光束の入射角度を計測することができ、かつ、当該入射角度、前記第１の面状光検出器における基準位置から受光中心までの距離、および前記開口から前記第１の面状光検出器までの光路の長さに基づいて、前記開口を通過する際の光量分布の重心位置を計測することができる。
【００２６】
また、前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器はいずれも撮像素子であり、前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器の検出結果に基づいて、前記レーザ光の平行度を計測可能に構成されていることに特徴を有している。撮像素子を用いれば、レーザ光の平行度を計測することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明を適用した光学特性計測装置を説明する。
【００２９】
［基本例１］
図１および図２はそれぞれ、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例を示す装置全体の構成図、およびこの光学特性計測装置における各光学素子のレイアウトを示す説明図である。図３および図４はそれぞれ、図１に示す光学特性計測装置における計測原理を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に用いた各光学素子を共通の光路上に展開して示す説明図である。
【００３０】
図１および図２に示すように、本形態の光学特性計測装置１Ａは、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射されたレーザ光Ｌ０がコリメートレンズ（図示せず）によって平行光化された状態で入射する開口１１と、この開口１１からの出射光の進路上に配置されたプリズムからなるビームスプリッタ１２（光路分離素子）と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の位置検出素子２１（第１の面状光検出器）と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。また、第１の位置検出素子２１および第２の位置検出素子２２での検出結果は、信号処理回路８１を介してデータ記憶部８２に出力されるとともに、計測結果が表示装置８３で表示されるようになっている。なお、信号処理回路および表示装置としては、Ａ／Ｄコンバータ８６を介して、パーソナルコンピュータ８７に入力されるように構成してもよい。
【００３１】
このように構成した光学特性計測装置１Ａにおいて、半導体レーザ発光素子から出射されたレーザ光Ｌ０は、図３に示すように、開口１１によって所定の光束に絞られた後、その一部は、ビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過して第１の位置検出素子２１で検出され、他の部分は、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射して第２の位置検出素子２２で検出される。
【００３２】
ここで、各光学素子を共通の光路上に展開すると、図４に示すように表わされる。従って、本形態の光学特性計測装置１Ａにおいて、機械的に設定した仮想基準線Ｌ１（一点鎖線で示す線）に対するレーザ光Ｌ０の光軸の傾き（入射角度）、およびこの仮想基準線Ｌ１からみたときの開口１１における光量分布の重心位置をそれぞれθ、Ｌとし、かつ、第１の位置検出素子２１および第２の位置検出素子２２における仮想基準線Ｌ１からのずれ量をそれぞれＰ１、Ｐ２とするとともに、開口１１からビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過して第１の位置検出素子２１に到るまでの距離、および開口１１からビームスプリッタ１２の透過反射膜を反射して第２の位置検出素子２２に到るまでの距離をそれぞれＤ１、Ｄ２（Ｄ１≠Ｄ２）としたとき、以下の式より、入射角度θが求める。
【００３３】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｄ２−Ｄ１）｝ ・・・（１）
【００３４】
Ｌ＝Ｐ１−Ｄ１＊ｔａｎθ ・・・（２）
【００３５】
従って、２つの位置検出素子２１、２２、および１つのビームスプリッタ１２によって、レーザ光Ｌ０の光軸を求めることができ、かつ、２つの位置検出素子２１、２２のうちの一方の位置検出素子２１での検出結果に基づいて光量分布の重心位置を求めることができる。
【００３６】
［基本例２］
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図、この光学特性計測装置を参考例として変位計として用いた構成図、および変位計としての原理を示す説明図である。なお、以下に説明する各形態は、基本的な構成が基本例１と同様であるため、共通する機能を有する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの詳細は省略する。
【００３７】
基本例１では、装置上に機械的に設定した仮想基準線Ｌ１に基づいて、２つの位置検出素子２１、２２の角度、および原点位置（基準位置）を設定したが、本形態では、２つの位置検出素子２１、２２の角度、および原点位置を光学的に校正できるように構成されている。
【００３８】
すなわち、図５（Ａ）に示すように、本形態の計測装置１Ｂでは、実施の形態１と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射されたレーザ光Ｌ０がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の位置検出素子２１（第１の面状光検出器）と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。
【００３９】
また、本形態では、ビームスプリッタ１２から第２の位置検出素子２２に到る光路上にハーフミラー３１（光路合成素子）を配置するとともに、このハーフミラー３１に向けて、基準光源３２から平行光を出射するように構成されている。また、開口１１が配置されている位置には、基準反射面３３を配置可能になっている。
【００４０】
このため、基準光源３２から出射された光は、ハーフミラー３１で反射してビームスプリッタ１２で反射して基準反射面３３に向かい、この基準反射面３３での反射光は、一部がビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過して第１の位置検出素子２１で検出され、他の部分は、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射した後、ハーフミラー３１を透過し、しかる後に、第２の位置検出素子２２で検出される。
【００４１】
このときの第１の位置検出素子２１、および第２の位置検出素子２２での検出結果（センサ出力）に基づいて、第１の位置検出素子２１、および第２の位置検出素子２２について、その角度、および原点位置を調整すれば、正確に校正することができる。
【００４２】
このような校正原理を利用すれば、図５（Ｂ）に示すように、光学式変位計を構成できる。この光学式変位計では、基準反射面３３が角度φ分だけわずかに傾くように配置され、かつ、基準反射面３３は、変位の計測対象であるワーク（図示せず）と一体に移動可能である。このため、図５（Ｃ）に示すように、ワークの移動によって、基準反射面３３が光軸方向に位置ｄ１から位置ｄ２に変位し、それに伴って、第１の位置検出素子２１での測定値が測定値Ｘ１から測定値Ｘ２に変化したとき、ワークの変位量δｄ（ｄ２−ｄ１）は、計測値の変化量δＸ（Ｘ２−Ｘ１）に基づいて下式より求まる。
【００４３】
δｄ＝δＸ／（ｔａｎ（２φ）） ・・・（３）
【００４４】
［基本例３］
図６は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図である。
【００４５】
図６に示すように、本形態では、基本例１と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射されたレーザ光Ｌ０がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の位置検出素子２１（第１の面状光検出器）と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。
【００４６】
また、本形態では、半導体レーザ発光素子からビームスプリッタ１２に向かう光路上には、ビームスプリッタ１３が配置され、このビームスプリッタ１３の透過反射膜を透過した光がビームスプリッタ１２に向かうようになっている。また、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射された光は、簡易干渉計４１に入射するようになっている。その他の構成は、基本例１と略同様である。
【００４７】
このため、本形態の光学特性計測装置１Ｃによれば、基本例１で説明したように、２つの位置検出素子２１、２２、およびビームスプリッタ１２によって、レーザ光Ｌ０の光軸を求めることができ、かつ、２つの位置検出素子２１、２２のうちの一方の位置検出素子２１での検出結果に基づいて光量分布の重心位置を求めることができる。また、ビームスプリッタ１３および簡易干渉計４１によって、レーザ光Ｌ０の平行度を計測することもできる。
【００４８】
［基本例４］
図７（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に第１の面状光検出器として用いたＣＣＤ（撮像素子）での検出結果を示す説明図である。
【００４９】
図７（Ａ）に示すように、本形態では、基本例１と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の面状光検出器と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。基本例１では、第１の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第１の面状光検出器として、ＣＣＤ５１が用いられている。
【００５０】
このように構成した光学特性計測装置１Ｄでも、第１の面状光検出器として用いたＣＣＤ５１では、図７（Ｂ）に示すようなデータが得られるので、実施の形態１と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００５１】
［基本例５］
図８（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図、およびこの光学式計測装置に第２の面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【００５２】
図８（Ａ）に示すように、本形態では、基本例１と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する位置検出素子２１（第１の面状光検出器）と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の面状光検出器とを有している。基本例１では、第２の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第２の面状光検出器として、ＣＣＤ５２が用いられている。
【００５３】
このように構成した光学特性計測装置１Ｅでも、第２の面状光検出器として用いたＣＣＤ５２には、図８（Ｂ）に示すようなデータが得られるので、基本例１と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００５４】
［実施の形態１］
図９（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【００５５】
図９（Ａ）に示すように、本形態では、基本例１と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の面状光検出器と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の面状光検出器とを有している。基本例１では、第１および第２の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第１の面状光検出器として第１のＣＣＤ５１が用いられ、第２の面状光検出器として第２のＣＣＤ５２が用いられている。
【００５６】
このように構成した光学特性計測装置１Ｆでも、面状光検出器として用いたＣＣＤ５１、５２には、図９（Ｂ）に示すようなデータが得られるので、基本例１と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００５７】
また、第１のＣＣＤ５１、および第２のＣＣＤ５２での検出結果は、図９（Ｂ）に示すように、発散光、平行光、および収束光のいずれであるかによって、異なる画像データが求められる。従って、第１のＣＣＤ５１および第２のＣＣＤ５２での検出結果を比較してその比などを求めれば、入射光の平行度を計測、評価することができる。
【００５８】
［基本例６］
図１０（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例における各光学素子のレイアウトを示す説明図、およびこの光学特性計測装置をベースに光軸位置の計測機能を付加したときの各光学素子のレイアウトを示す説明図である。図１１および図１２はそれぞれ、図１０（Ｂ）に示す光学特性計測装置における計測原理を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に用いた各光学素子を共通の光路上に展開して示す説明図である。
【００５９】
図１０（Ａ）に示す示すように、本形態の光学特性計測装置１Ｇは、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を反射してきた光を受光する第２の位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。また、本形態の光学特性計測装置１Ｇには、ビームスプリッタ１２から第２の位置検出素子２２に向かう光路の途中位置に集光レンズ６１が配置され、第２の位置検出素子２２は、この集光レンズ６１の焦点位置付近に配置されている。
【００６０】
このように構成した光学特性計測装置１Ｇでは、後述するように、第２の位置検出素子２２での検出結果に基づいて、入射光の光軸（入射角度）を求めることができる。
【００６１】
また、本形態では、図１０（Ｂ）に示すように、光学特性計測装置１Ｇに対して、ビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の位置検出素子２１（第２の面状光検出器）を設ければ、入射光軸に加えて、光量分布の重心を求めることができる。
【００６２】
このように構成した光学特性計測装置１Ｇでは、半導体レーザ発光素子から出射されたレーザ光Ｌ０は、図１１に示すように、開口１１によって所定の光束に絞られた後、その一部は、ビームスプリッタ１２の透過反射膜を反射して第１の位置検出素子２１で検出され、他の部分は、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で透過した後、集光レンズ６１によって収束光とされた後、第２の位置検出素子２２で検出される。
【００６３】
ここで、各光学素子を共通の光路上に展開すると、図１２に示すように表わされる。従って、本形態の光学特性計測装置１Ｇにおいて、仮想基準線Ｌ１（一点鎖線で示す線）に対するレーザ光Ｌ０の光軸の傾き（入射角度）をθとし、かつ、第２の位置検出素子２２における基準位置からのずれ量をそれぞれＰ２とするとともに、集光レンズ６１から第２の位置検出素子２２に到るまでの距離をＤ３としたとき、以下の式より、入射角度θが求まる。
【００６４】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛Ｐ２／Ｄ３｝ ・・・（４）
【００６５】
また、入射角度θが求めることができれば、第１の位置検出素子２１でのずれ量をＰ１、および開口１１からビームスプリッタ１２の透過反射膜を反射して第１の位置検出素子２１に到るまでの距離Ｄ１に基づいて、以下の式より、開口１１での光量分布の重心位置Ｌを求めることができる、
【００６６】
Ｌ＝Ｐ１−Ｄ１＊ｔａｎθ ・・・（５）
【００６７】
従って、１つの位置検出素子２２、および１つの集光レンズ６１によって、レーザ光Ｌ０の光軸（入射角度）を求めることができ、この入射角度、および１つの位置検出素子２２の検出結果に基づいて光量分布の重心位置を求めることができる。
【００６８】
［基本例７］
図１３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図、および本形態の別の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【００６９】
図１３（Ａ）に示す光学特性計測装置１Ｈは、図１０（Ａ）に示す計測装置の改良例であり、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を反射してきた光を受光する第２の位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。また、本形態の光学特性計測装置１には、ビームスプリッタ１２から第２の位置検出素子２２に向かう光路の途中位置に集光レンズ６１が配置され、第２の位置検出素子２２は、この集光レンズの焦点位置付近に配置されている。
【００７０】
このように構成した光学特性計測装置１に対して、基本例３のように、簡易干渉計４１を追加する場合には、ビームスプリッタ１２に対して光入射側とは反対側の位置に簡易干渉計４１を配置すればよい。このように構成すると、ビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光が簡易干渉計４１に入射するので、平行度を計測することができる。
【００７１】
これに対して、図１０（Ｂ）に示す装置構成の場合には、図１３（Ｂ）に示すように、半導体レーザ発光素子からビームスプリッタ１２に向かう光路上にビームスプリッタ１３を配置し、このビームスプリッタ１３の透過反射膜で反射された光を簡易干渉計４１が検出するように構成すればよい。
【００７２】
このような構成によれば、基本例６に係る光学特性計測装置に平行度を計測する機能を追加することができる。
【００７３】
［基本例８］
図１４（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に第１の面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【００７４】
図１４（Ａ）に示すように、本形態では、基本例６と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の面状光検出器と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。基本例６では、第１の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第１の面状光検出器として、ＣＣＤ５１が用いられている。
【００７５】
このように構成した光学特性計測装置１Ｉでも、第１の面状光検出器として用いたＣＣＤ５１には、図１４（Ｂ）に示すようなデータが得られるので、基本例６と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００７６】
［基本例９］
図１５は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図である。
【００７７】
図１５に示すように、本形態では、基本例６と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する位置検出素子（第１の面状光検出器）と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の面状光検出器とを有している。基本例６では、第２の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第２の面状光検出器として、ＣＣＤ５２が用いられている。
【００７８】
このように構成した光学特性計測装置１Ｊでも、基本例６と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００７９】
［実施の形態２］
図１６（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【００８０】
図１６（Ａ）に示すように、本形態では、基本例６と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の面状光検出器と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の面状光検出器とを有している。基本例６では、第１および第２の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第１の面状光検出器として第１のＣＣＤ５１が用いられ、第２の面状光検出器として第２のＣＣＤ５２が用いられている。
【００８１】
このように構成した光学特性計測装置１Ｋでも、面状光検出器として用いたＣＣＤ５１、５２には、図１６（Ｂ）に示すようなデータが得られるので、基本例６と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００８２】
ここで、第１のＣＣＤ５１での検出結果は、発散光、平行光、および収束光のいずれであるかによって、異なる画像データが求められる。また、第２のＣＣＤ５２での検出結果は、発散光、平行光、および収束光のいずれであるかによって、スポットのピーク値が異なる。従って、第１のＣＣＤ５１および第２のＣＣＤ５２での検出結果を比較すれば、入射光の平行度を計測、評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を説明するための基本例１に係る光学特性計測装置全体の構成図である。
【図２】 図１に示す光学特性計測装置における各光学素子のレイアウトを示す説明図である。
【図３】 図１に示す光学特性計測装置における計測原理を示す説明図である。
【図４】 図１に示す光学特性計測装置に用いた各光学素子を共通の光路上に展開して示す説明図である。
【図５】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明を説明するための基本例２に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、この光学特性計測装置を参考例として変位計として用いた場合の構成図、および変位計としての原理を示す説明図である。
【図６】 本発明を説明するための基本例３に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図７】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を説明するための基本例４に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に第１の面状光検出器として用いたＣＣＤ（撮像素子）での検出結果を示す説明図である。
【図８】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を説明するための基本例５に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に第２の面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【図９】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を説明するための基本例６に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【図１０】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る光学特性計測装置における各光学素子のレイアウトを示す説明図、およびこの光学特性計測装置をベースに光軸位置の計測機能を付加したときの各光学素子のレイアウトを示す説明図である。
【図１１】 図１０（Ｂ）に示す光学特性計測装置における計測原理を示す説明図である。
【図１２】 図１０（Ｂ）に示す光学特性計測装置に用いた各光学素子を共通の光路上に展開して示す説明図である。
【図１３】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を説明するための基本例７に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、および本形態の別の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図１４】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を説明するための基本例８に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に第１の面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【図１５】 本発明を説明するための基本例９に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図１６】 本発明の実施の形態２に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【図１７】 従来の第１の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図１８】 従来の第２の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図１９】 従来の第３の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図２０】 従来の第４の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｋ 光学特性計測装置
１１ 開口
１２、１３ ビームスプリッタ（光路分離素子）
２１ 第１の位置検出素子（第１の面状光検出器）
２２ 第２の位置検出素子（第２の面状光検出器）
３１ ハーフミラー（光路合成素子）
３２ 基準光源
３３ 基準反射面
４１ 干渉計
５１ 第１のＣＣＤ（第１の面状光検出器／撮像素子）
５２ 第２のＣＣＤ（第２の面状光検出器／撮像素子）
６１ 集光レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射したレーザ光の光学特性を計測する光学特性計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光記録媒体の情報の記録、再生に用いられる光ヘッド装置では、フォトダイオードなどの半導体レーザ発光素子からの出射光を集光光学系を介して光記録媒体に収束させる。この際、光記録媒体に収束するスポット径は小さいほど好ましいとされている。それにはいろいろな技術要素が関わってくるが、とりわけ、集光光学系において集光レンズに入射する光の入射光軸、平行度、強度分布の最適化が必要である。そこで、レーザ光の光学特性を評価するために各種の光学特性計測装置が案出されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００３】
また、図１７〜図２０に示すような計測装置も使用されている。まず、図１７に示す光学特性計測装置は、半導体レーザ発光素子１０１から出射された発散光を平行光化するコリメートレンズ１０２と、このコリメートレンズ１０２から出射された光を検出するレーザオートコリメータ１１０と、表示装置１１１とを有しており、この計測装置によれば、レーザ光の光軸と平行度とを計測することができる。
【０００４】
図１８に示す光学特性計測装置は、半導体レーザ発光素子１０１から出射された発散光を平行光化するコリメートレンズ１０２と、このコリメートレンズ１０２から出射された光に対する対物レンズ１０３と、ＣＣＤ（撮像素子）１２１と、このＣＣＤ１２１での検出結果を解析するための画像処理装置１２２と、表示装置１２３とを有しており、この計測装置によれば、レーザ光の光量分布を計測することができる。
【０００５】
図１９に示す光学特性計測装置は、半導体レーザ発光素子１０１から出射された発散光を平行光化するコリメートレンズ１０２と、このコリメートレンズ１０２から出射された光を検出する光電変換式の位置検出素子１３１と、この位置検出素子１３１の検出結果を電気信号に変換する光電変換装置１３２と、表示装置１３３とを有しており、この計測装置によれば、レーザ光の光量分布重心を計測することができる。
【０００６】
図２０に示す光学特性計測装置は、半導体レーザ発光素子１０１から出射された発散光を平行光化するコリメートレンズ１０２と、干渉計１４１と、表示装置１４２とを有しており、この計測装置によれば、収差などを計測することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年の小型光学製品の場合、レーザ光の光軸、平行度、および強度分布の各々に対する光学特性計測装置を同時配置するのは空間的な制約により困難になりつつあり、また、各々の特性要素がトレードオフの関係をもって製品設計されることから、組立調整時に複数の要素を計測でき、かつ、光学特性計測装置の構成が安価であることが求められている。
【０００８】
しかしながら、従来の光学特性計測装置では、入射光軸、強度分布の双方を同時に計測できるものがなく、その結果、当然のこととして、レーザ光の光軸、平行度、および強度分布の３要素を同時に計測できるものがない。
【０００９】
図１７および図１８に示す計測装置は、ＣＲＴに出力されるのが一般的である。このため、それに表示されている画像データから光軸や強度分布の重心を数値的に読み取ろうとすると、作業者が表示画面から読み取る以外に方法がないため、作業者による読み取り誤差が発生しやすいという問題点がある。
【００１０】
図１９に示す計測装置によれば、開口を通過した直進性のあるレーザ光源の開口位置での光強度分布を評価する場合、センサーへの僅かな入射光の軸ずれと、開口と位置センサー受光面との距離との関係から、強度分布の重心の計測値に計測誤差が残ってしまうという問題点がある。
【００１１】
図２０に示す計測装置では、強度分布の数値的な評価はできるものの、計測およびデータ処理に長い時間を要する。このため、製造工程で使用しようとすると、相当数の光学特性計測装置が必要になるので、多大な設備費がかかるという問題点がある。
【００１２】
しかも、従来からある光学特性計測装置は、いずれも高価であり、経済的ではない。とりわけ、図２０に示す装置の場合、新たな開発設備でありため、多大な設備がかかるという問題点がある。
【００１３】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、入射したレーザ光の光学特性を計測する光学特性計測装置において、簡易な光学系で各種計測を可能とする構成を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る計測装置では、平行光束化されたレーザ光が開口を介して入射する光路分離素子と、該光路分離素子を透過してきたレーザ光を受光する第１の面状光検出器と、前記光路分離素子で反射してきたレーザ光を受光する第２の面状光検出器とを有し、前記開口から前記第１の面状光検出器までの光路の長さと、前記開口から前記第２の面状光検出器までの光路の長さとが相違していることに特徴を有している。
【００１５】
このような計測装置によれば、前記第１の面状光検出器における基準位置からの受光中心までの距離、前記第２の面状光検出器における基準位置からの受光中心までの距離、前記開口から前記第１の面状光検出器までの光路の長さ、および前記開口から前記第２の面状光検出器までの光路の長さに基づいて、前記レーザ光の入射角度、および前記開口を通過する際の光量分布の重心位置を計測可能である。
【００１６】
また、前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器はいずれも撮像素子であり、前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器の検出結果に基づいて、前記レーザ光の平行度を計測可能に構成されていることに特徴を有している。撮像素子ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いれば、レーザ光の平行度を計測することができる。
【００１７】
本発明において、前記光路分離素子から前記第１の面状光検出器に向かう光路上、あるいは前記光路分離素子から前記第２の面状光検出器に到る光路上のうちのいずれかに配置された光路合成素子と、該光路合成素子を介して前記光路分離素子に向けて校正用平行光を出射する校正用光源と、前記光路分離素子から出射された前記校正用平行光を当該光路分離素子に向けて反射して戻り光を前記第１の面状光検出器および前記第２の面状光検出器に受光させる校正用反射面とを有することが好ましい。このように構成すると、各光学素子の位置などを容易、かつ、高い精度で校正することができる。
【００２４】
本発明のさらに別の形態に係る計測装置では、平行光束化されたレーザ光が開口を介して入射する光路分離素子と、該光路分離素子を透過あるいは反射してきたレーザ光を受光する第１の面状光検出器と、前記光路分離素子で反射あるいは透過してきたレーザ光を受光する第２の面状光検出器と、前記光路分離素子から前記第２の面状光検出器に向かう光路上に配置された集光レンズとを有し、前記第２の面状光検出器は、前記集光レンズの焦点位置近傍に配置されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る計測装置によれば、前記第２の面状光検出器における基準位置から受光中心までの距離、および前記集光レンズから前記第２の面状光検出器までの光路の長さに基づいて、前記光路分離素子への前記平行光束の入射角度を計測することができ、かつ、当該入射角度、前記第１の面状光検出器における基準位置から受光中心までの距離、および前記開口から前記第１の面状光検出器までの光路の長さに基づいて、前記開口を通過する際の光量分布の重心位置を計測することができる。
【００２６】
また、前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器はいずれも撮像素子であり、前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器の検出結果に基づいて、前記レーザ光の平行度を計測可能に構成されていることに特徴を有している。撮像素子を用いれば、レーザ光の平行度を計測することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明を適用した光学特性計測装置を説明する。
【００２９】
［基本例１］
図１および図２はそれぞれ、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例を示す装置全体の構成図、およびこの光学特性計測装置における各光学素子のレイアウトを示す説明図である。図３および図４はそれぞれ、図１に示す光学特性計測装置における計測原理を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に用いた各光学素子を共通の光路上に展開して示す説明図である。
【００３０】
図１および図２に示すように、本形態の光学特性計測装置１Ａは、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射されたレーザ光Ｌ０がコリメートレンズ（図示せず）によって平行光化された状態で入射する開口１１と、この開口１１からの出射光の進路上に配置されたプリズムからなるビームスプリッタ１２（光路分離素子）と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の位置検出素子２１（第１の面状光検出器）と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。また、第１の位置検出素子２１および第２の位置検出素子２２での検出結果は、信号処理回路８１を介してデータ記憶部８２に出力されるとともに、計測結果が表示装置８３で表示されるようになっている。なお、信号処理回路および表示装置としては、Ａ／Ｄコンバータ８６を介して、パーソナルコンピュータ８７に入力されるように構成してもよい。
【００３１】
このように構成した光学特性計測装置１Ａにおいて、半導体レーザ発光素子から出射されたレーザ光Ｌ０は、図３に示すように、開口１１によって所定の光束に絞られた後、その一部は、ビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過して第１の位置検出素子２１で検出され、他の部分は、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射して第２の位置検出素子２２で検出される。
【００３２】
ここで、各光学素子を共通の光路上に展開すると、図４に示すように表わされる。従って、本形態の光学特性計測装置１Ａにおいて、機械的に設定した仮想基準線Ｌ１（一点鎖線で示す線）に対するレーザ光Ｌ０の光軸の傾き（入射角度）、およびこの仮想基準線Ｌ１からみたときの開口１１における光量分布の重心位置をそれぞれθ、Ｌとし、かつ、第１の位置検出素子２１および第２の位置検出素子２２における仮想基準線Ｌ１からのずれ量をそれぞれＰ１、Ｐ２とするとともに、開口１１からビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過して第１の位置検出素子２１に到るまでの距離、および開口１１からビームスプリッタ１２の透過反射膜を反射して第２の位置検出素子２２に到るまでの距離をそれぞれＤ１、Ｄ２（Ｄ１≠Ｄ２）としたとき、以下の式より、入射角度θが求める。
【００３３】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｄ２−Ｄ１）｝ ・・・（１）
【００３４】
Ｌ＝Ｐ１−Ｄ１＊ｔａｎθ ・・・（２）
【００３５】
従って、２つの位置検出素子２１、２２、および１つのビームスプリッタ１２によって、レーザ光Ｌ０の光軸を求めることができ、かつ、２つの位置検出素子２１、２２のうちの一方の位置検出素子２１での検出結果に基づいて光量分布の重心位置を求めることができる。
【００３６】
［基本例２］
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図、この光学特性計測装置を参考例として変位計として用いた構成図、および変位計としての原理を示す説明図である。なお、以下に説明する各形態は、基本的な構成が基本例１と同様であるため、共通する機能を有する部分には同一の符号を付して図示することにして、それらの詳細は省略する。
【００３７】
基本例１では、装置上に機械的に設定した仮想基準線Ｌ１に基づいて、２つの位置検出素子２１、２２の角度、および原点位置（基準位置）を設定したが、本形態では、２つの位置検出素子２１、２２の角度、および原点位置を光学的に校正できるように構成されている。
【００３８】
すなわち、図５（Ａ）に示すように、本形態の計測装置１Ｂでは、実施の形態１と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射されたレーザ光Ｌ０がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の位置検出素子２１（第１の面状光検出器）と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。
【００３９】
また、本形態では、ビームスプリッタ１２から第２の位置検出素子２２に到る光路上にハーフミラー３１（光路合成素子）を配置するとともに、このハーフミラー３１に向けて、基準光源３２から平行光を出射するように構成されている。また、開口１１が配置されている位置には、基準反射面３３を配置可能になっている。
【００４０】
このため、基準光源３２から出射された光は、ハーフミラー３１で反射してビームスプリッタ１２で反射して基準反射面３３に向かい、この基準反射面３３での反射光は、一部がビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過して第１の位置検出素子２１で検出され、他の部分は、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射した後、ハーフミラー３１を透過し、しかる後に、第２の位置検出素子２２で検出される。
【００４１】
このときの第１の位置検出素子２１、および第２の位置検出素子２２での検出結果（センサ出力）に基づいて、第１の位置検出素子２１、および第２の位置検出素子２２について、その角度、および原点位置を調整すれば、正確に校正することができる。
【００４２】
このような校正原理を利用すれば、図５（Ｂ）に示すように、光学式変位計を構成できる。この光学式変位計では、基準反射面３３が角度φ分だけわずかに傾くように配置され、かつ、基準反射面３３は、変位の計測対象であるワーク（図示せず）と一体に移動可能である。このため、図５（Ｃ）に示すように、ワークの移動によって、基準反射面３３が光軸方向に位置ｄ１から位置ｄ２に変位し、それに伴って、第１の位置検出素子２１での測定値が測定値Ｘ１から測定値Ｘ２に変化したとき、ワークの変位量δｄ（ｄ２−ｄ１）は、計測値の変化量δＸ（Ｘ２−Ｘ１）に基づいて下式より求まる。
【００４３】
δｄ＝δＸ／（ｔａｎ（２φ）） ・・・（３）
【００４４】
［基本例３］
図６は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図である。
【００４５】
図６に示すように、本形態では、基本例１と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射されたレーザ光Ｌ０がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の位置検出素子２１（第１の面状光検出器）と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。
【００４６】
また、本形態では、半導体レーザ発光素子からビームスプリッタ１２に向かう光路上には、ビームスプリッタ１３が配置され、このビームスプリッタ１３の透過反射膜を透過した光がビームスプリッタ１２に向かうようになっている。また、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射された光は、簡易干渉計４１に入射するようになっている。その他の構成は、基本例１と略同様である。
【００４７】
このため、本形態の光学特性計測装置１Ｃによれば、基本例１で説明したように、２つの位置検出素子２１、２２、およびビームスプリッタ１２によって、レーザ光Ｌ０の光軸を求めることができ、かつ、２つの位置検出素子２１、２２のうちの一方の位置検出素子２１での検出結果に基づいて光量分布の重心位置を求めることができる。また、ビームスプリッタ１３および簡易干渉計４１によって、レーザ光Ｌ０の平行度を計測することもできる。
【００４８】
［基本例４］
図７（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に第１の面状光検出器として用いたＣＣＤ（撮像素子）での検出結果を示す説明図である。
【００４９】
図７（Ａ）に示すように、本形態では、基本例１と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の面状光検出器と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。基本例１では、第１の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第１の面状光検出器として、ＣＣＤ５１が用いられている。
【００５０】
このように構成した光学特性計測装置１Ｄでも、第１の面状光検出器として用いたＣＣＤ５１では、図７（Ｂ）に示すようなデータが得られるので、実施の形態１と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００５１】
［基本例５］
図８（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図、およびこの光学式計測装置に第２の面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【００５２】
図８（Ａ）に示すように、本形態では、基本例１と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する位置検出素子２１（第１の面状光検出器）と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の面状光検出器とを有している。基本例１では、第２の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第２の面状光検出器として、ＣＣＤ５２が用いられている。
【００５３】
このように構成した光学特性計測装置１Ｅでも、第２の面状光検出器として用いたＣＣＤ５２には、図８（Ｂ）に示すようなデータが得られるので、基本例１と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００５４】
［実施の形態１］
図９（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【００５５】
図９（Ａ）に示すように、本形態では、基本例１と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の面状光検出器と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の面状光検出器とを有している。基本例１では、第１および第２の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第１の面状光検出器として第１のＣＣＤ５１が用いられ、第２の面状光検出器として第２のＣＣＤ５２が用いられている。
【００５６】
このように構成した光学特性計測装置１Ｆでも、面状光検出器として用いたＣＣＤ５１、５２には、図９（Ｂ）に示すようなデータが得られるので、基本例１と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００５７】
また、第１のＣＣＤ５１、および第２のＣＣＤ５２での検出結果は、図９（Ｂ）に示すように、発散光、平行光、および収束光のいずれであるかによって、異なる画像データが求められる。従って、第１のＣＣＤ５１および第２のＣＣＤ５２での検出結果を比較してその比などを求めれば、入射光の平行度を計測、評価することができる。
【００５８】
［基本例６］
図１０（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例における各光学素子のレイアウトを示す説明図、およびこの光学特性計測装置をベースに光軸位置の計測機能を付加したときの各光学素子のレイアウトを示す説明図である。図１１および図１２はそれぞれ、図１０（Ｂ）に示す光学特性計測装置における計測原理を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に用いた各光学素子を共通の光路上に展開して示す説明図である。
【００５９】
図１０（Ａ）に示す示すように、本形態の光学特性計測装置１Ｇは、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を反射してきた光を受光する第２の位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。また、本形態の光学特性計測装置１Ｇには、ビームスプリッタ１２から第２の位置検出素子２２に向かう光路の途中位置に集光レンズ６１が配置され、第２の位置検出素子２２は、この集光レンズ６１の焦点位置付近に配置されている。
【００６０】
このように構成した光学特性計測装置１Ｇでは、後述するように、第２の位置検出素子２２での検出結果に基づいて、入射光の光軸（入射角度）を求めることができる。
【００６１】
また、本形態では、図１０（Ｂ）に示すように、光学特性計測装置１Ｇに対して、ビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の位置検出素子２１（第２の面状光検出器）を設ければ、入射光軸に加えて、光量分布の重心を求めることができる。
【００６２】
このように構成した光学特性計測装置１Ｇでは、半導体レーザ発光素子から出射されたレーザ光Ｌ０は、図１１に示すように、開口１１によって所定の光束に絞られた後、その一部は、ビームスプリッタ１２の透過反射膜を反射して第１の位置検出素子２１で検出され、他の部分は、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で透過した後、集光レンズ６１によって収束光とされた後、第２の位置検出素子２２で検出される。
【００６３】
ここで、各光学素子を共通の光路上に展開すると、図１２に示すように表わされる。従って、本形態の光学特性計測装置１Ｇにおいて、仮想基準線Ｌ１（一点鎖線で示す線）に対するレーザ光Ｌ０の光軸の傾き（入射角度）をθとし、かつ、第２の位置検出素子２２における基準位置からのずれ量をそれぞれＰ２とするとともに、集光レンズ６１から第２の位置検出素子２２に到るまでの距離をＤ３としたとき、以下の式より、入射角度θが求まる。
【００６４】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛Ｐ２／Ｄ３｝ ・・・（４）
【００６５】
また、入射角度θが求めることができれば、第１の位置検出素子２１でのずれ量をＰ１、および開口１１からビームスプリッタ１２の透過反射膜を反射して第１の位置検出素子２１に到るまでの距離Ｄ１に基づいて、以下の式より、開口１１での光量分布の重心位置Ｌを求めることができる、
【００６６】
Ｌ＝Ｐ１−Ｄ１＊ｔａｎθ ・・・（５）
【００６７】
従って、１つの位置検出素子２２、および１つの集光レンズ６１によって、レーザ光Ｌ０の光軸（入射角度）を求めることができ、この入射角度、および１つの位置検出素子２２の検出結果に基づいて光量分布の重心位置を求めることができる。
【００６８】
［基本例７］
図１３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図、および本形態の別の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【００６９】
図１３（Ａ）に示す光学特性計測装置１Ｈは、図１０（Ａ）に示す計測装置の改良例であり、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を反射してきた光を受光する第２の位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。また、本形態の光学特性計測装置１には、ビームスプリッタ１２から第２の位置検出素子２２に向かう光路の途中位置に集光レンズ６１が配置され、第２の位置検出素子２２は、この集光レンズの焦点位置付近に配置されている。
【００７０】
このように構成した光学特性計測装置１に対して、基本例３のように、簡易干渉計４１を追加する場合には、ビームスプリッタ１２に対して光入射側とは反対側の位置に簡易干渉計４１を配置すればよい。このように構成すると、ビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光が簡易干渉計４１に入射するので、平行度を計測することができる。
【００７１】
これに対して、図１０（Ｂ）に示す装置構成の場合には、図１３（Ｂ）に示すように、半導体レーザ発光素子からビームスプリッタ１２に向かう光路上にビームスプリッタ１３を配置し、このビームスプリッタ１３の透過反射膜で反射された光を簡易干渉計４１が検出するように構成すればよい。
【００７２】
このような構成によれば、基本例６に係る光学特性計測装置に平行度を計測する機能を追加することができる。
【００７３】
［基本例８］
図１４（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に第１の面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【００７４】
図１４（Ａ）に示すように、本形態では、基本例６と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の面状光検出器と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する位置検出素子２２（第２の面状光検出器）とを有している。基本例６では、第１の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第１の面状光検出器として、ＣＣＤ５１が用いられている。
【００７５】
このように構成した光学特性計測装置１Ｉでも、第１の面状光検出器として用いたＣＣＤ５１には、図１４（Ｂ）に示すようなデータが得られるので、基本例６と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００７６】
［基本例９］
図１５は、本発明を適用した光学特性計測を説明するための基本的な構成例の要部を示す説明図である。
【００７７】
図１５に示すように、本形態では、基本例６と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（いずれも図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する位置検出素子（第１の面状光検出器）と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の面状光検出器とを有している。基本例６では、第２の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第２の面状光検出器として、ＣＣＤ５２が用いられている。
【００７８】
このように構成した光学特性計測装置１Ｊでも、基本例６と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００７９】
［実施の形態２］
図１６（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した光学特性計測の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【００８０】
図１６（Ａ）に示すように、本形態では、基本例６と同様、半導体レーザ発光素子（図示せず）から出射された光がコリメートレンズおよび開口（図示せず）を介して入射するプリズムからなるビームスプリッタ１２と、このビームスプリッタ１２の透過反射膜を透過してきた光を受光する第１の面状光検出器と、ビームスプリッタ１２の透過反射膜で反射してきた光を受光する第２の面状光検出器とを有している。基本例６では、第１および第２の面状光検出器として、位置検出素子が用いられていたが、本形態では、第１の面状光検出器として第１のＣＣＤ５１が用いられ、第２の面状光検出器として第２のＣＣＤ５２が用いられている。
【００８１】
このように構成した光学特性計測装置１Ｋでも、面状光検出器として用いたＣＣＤ５１、５２には、図１６（Ｂ）に示すようなデータが得られるので、基本例６と同様、レーザ光Ｌ０の光軸、および光量分布の重心位置を求めることができる。
【００８２】
ここで、第１のＣＣＤ５１での検出結果は、発散光、平行光、および収束光のいずれであるかによって、異なる画像データが求められる。また、第２のＣＣＤ５２での検出結果は、発散光、平行光、および収束光のいずれであるかによって、スポットのピーク値が異なる。従って、第１のＣＣＤ５１および第２のＣＣＤ５２での検出結果を比較すれば、入射光の平行度を計測、評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を説明するための基本例１に係る光学特性計測装置全体の構成図である。
【図２】 図１に示す光学特性計測装置における各光学素子のレイアウトを示す説明図である。
【図３】 図１に示す光学特性計測装置における計測原理を示す説明図である。
【図４】 図１に示す光学特性計測装置に用いた各光学素子を共通の光路上に展開して示す説明図である。
【図５】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明を説明するための基本例２に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、この光学特性計測装置を参考例として変位計として用いた場合の構成図、および変位計としての原理を示す説明図である。
【図６】 本発明を説明するための基本例３に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図７】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を説明するための基本例４に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に第１の面状光検出器として用いたＣＣＤ（撮像素子）での検出結果を示す説明図である。
【図８】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を説明するための基本例５に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に第２の面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【図９】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を説明するための基本例６に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【図１０】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る光学特性計測装置における各光学素子のレイアウトを示す説明図、およびこの光学特性計測装置をベースに光軸位置の計測機能を付加したときの各光学素子のレイアウトを示す説明図である。
【図１１】 図１０（Ｂ）に示す光学特性計測装置における計測原理を示す説明図である。
【図１２】 図１０（Ｂ）に示す光学特性計測装置に用いた各光学素子を共通の光路上に展開して示す説明図である。
【図１３】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を説明するための基本例７に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、および本形態の別の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図１４】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を説明するための基本例８に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に第１の面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【図１５】 本発明を説明するための基本例９に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図１６】 本発明の実施の形態２に係る光学特性計測装置の要部を示す説明図、およびこの光学特性計測装置に面状光検出器として用いたＣＣＤでの検出結果を示す説明図である。
【図１７】 従来の第１の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図１８】 従来の第２の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図１９】 従来の第３の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【図２０】 従来の第４の光学特性計測装置の要部を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｋ 光学特性計測装置
１１ 開口
１２、１３ ビームスプリッタ（光路分離素子）
２１ 第１の位置検出素子（第１の面状光検出器）
２２ 第２の位置検出素子（第２の面状光検出器）
３１ ハーフミラー（光路合成素子）
３２ 基準光源
３３ 基準反射面
４１ 干渉計
５１ 第１のＣＣＤ（第１の面状光検出器／撮像素子）
５２ 第２のＣＣＤ（第２の面状光検出器／撮像素子）
６１ 集光レンズ
Claims (3)
- 平行光束化されたレーザ光が開口を介して入射する光路分離素子と、該光路分離素子を透過してきたレーザ光を受光する第１の面状光検出器と、前記光路分離素子で反射してきたレーザ光を受光する第２の面状光検出器とを有し、
前記開口から前記第１の面状光検出器までの光路の長さと、前記開口から前記第２の面状光検出器までの光路の長さとが相違し、
前記第１の面状光検出器における基準位置からの受光中心までの距離、前記第２の面状光検出器における基準位置からの受光中心までの距離、前記開口から前記第１の面状光検出器までの光路の長さ、および前記開口から前記第２の面状光検出器までの光路の長さに基づいて、前記レーザ光の入射角度、および前記開口を通過する際の光量分布の重心位置を計測可能に構成されており、
前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器はいずれも撮像素子であり、
前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器の検出結果に基づいて、前記レーザ光の平行度を計測可能に構成されていることを特徴とする光学特性計測装置。 - 請求項１において、前記光路分離素子から前記第１の面状光検出器に向かう光路上、あるいは前記光路分離素子から前記第２の面状光検出器に到る光路上のうちのいずれかに配置された光路合成素子と、該光路合成素子を介して前記光路分離素子に向けて校正用平行光を出射する校正用光源と、前記光路分離素子から出射された前記校正用平行光を当該光路分離素子に向けて反射して戻り光を前記第１の面状光検出器および前記第２の面状光検出器に受光させる校正用反射面とを有することを特徴とする光学特性計測装置。
- 平行光束化されたレーザ光が開口を介して入射する光路分離素子と、該光路分離素子を透過あるいは反射してきたレーザ光を受光する第１の面状光検出器と、前記光路分離素子で反射あるいは透過してきたレーザ光を受光する第２の面状光検出器と、前記光路分離素子から前記第２の面状光検出器に向かう光路上に配置された集光レンズとを有し、
前記第２の面状光検出器は、前記集光レンズの焦点位置近傍に配置され、
前記第２の面状光検出器における基準位置から受光中心までの距離、および前記集光レンズから前記第２の面状光検出器までの光路の長さに基づいて、前記光路分離素子への前記平行光束の入射角度を計測可能に構成され、
かつ、当該入射角度、前記第１の面状光検出器における基準位置から受光中心までの距離、および前記開口から前記第１の面状光検出器までの光路の長さに基づいて、前記開口を通過する際の光量分布の重心位置を計測可能に構成されており、
前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器はいずれも撮像素子であり、
前記第１の面状光検出器、および前記第２の面状光検出器の検出結果に基づいて、前記レーザ光の平行度を計測可能に構成されていることを特徴とする光学特性計測装置。
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