JPH07168072A - 光源の光軸調整方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レンズの焦点距離上に光源を簡単且つ確実に
位置させることができる光源の光軸調整方法と装置を提
供する。 【構成】 半導体レーザ１、この出力光を屈折させるロ
ッドレンズ２、この平行光を上方向に反射するキューブ
ミラー３、この反射光の一部を透過し残りを下方向に反
射して２光に分岐するハーフミラー４、ハーフミラー４
の透過光を下方向に反射するミラー５、分岐された２光
の他方と透過光を集光するレンズ６、光強度を検出する
光検出器７、ロッドレンズ２を光軸方向に変位させる圧
電素子８、ミラー５を変位させる圧電素子９、圧電素子
９を駆動する三角波発生器１０、圧電素子８を駆動制御
する制御回路１１から構成される。光検出器７の出力が
最大となるように圧電素子８を駆動してロッドレンズ２
を変位させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源の光軸調整方法と
装置に監視、特に光干渉計などにおいて光源とレンズと
の光軸方向の距離を調整して光源の出力光を平行光にす
るための方法と装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光干渉計では、参照光と計測光の波面が
一致した場合に最も干渉効率が良いことが知られてい
る。このように干渉効率を良くするためには、光干渉計
の光源を平行光にする必要がある。

【０００３】ところで、半導体レーザなどを光干渉計の
光源に使用する場合、半導体レーザの出力光をロッドレ
ンズなどのレンズを用いて平行光にすることが行われて
いる。この場合、半導体レーザとレンズとの光軸上での
距離は、レンズの焦点距離により決定される。つまり、
光軸上でこの焦点距離上に光源を正確に固定して位置さ
せることで、光源からのレーザ出力光がレンズにより平
行光（コリメート光）に変換できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にレンズの焦点距離上に半導体レーザなどの光源を固定
する際には、半導体レーザの波長の数倍程度、具体的に
は数ミクロン程度の工作精度が要求され、このため工作
精度が悪い場合にはレーザ出力光を平行光に変換するこ
とが困難となる。

【０００５】また、レンズの焦点距離にも固体差による
バラツキがあるため、光源とレンズとの間の距離を一律
に決定した場合には、バラツキによる誤差によって光源
の出力光を平行光にできず、上記の干渉効率を最大にす
ることが困難となる。この場合、干渉効率を最大にする
ために、１つ１つの半導体レーザとレンズについて光軸
上の光強度の広がりを測定し、この測定に基づいて光軸
上で光源ないしレンズを適宜移動させることにより、各
レンズの焦点距離上に光源を位置させてその出力光を平
行にする方法が考えられる。ところがこれでは、測定の
ための時間が甚大であり、また測定のため設備が必要と
なるため、時間的・空間的に手間ないしコストがかかっ
て面倒であるという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、レンズの焦点距離上に光
源を簡単且つ確実に位置させることができる光源の光軸
調整方法と装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１発明の光源の光軸調
整方法は、光源から出力されたレーザ光をレンズにより
屈折させ、前記屈折させたレーザ光を２光に分岐してこ
れら２光に光路長差を生じさせるとともに、前記光路長
差を変化させ、この変化における前記光路長差を有する
２光の干渉光の出力の変動が最大となるように、前記レ
ンズと前記光源との位置を調整するようにした。

【０００８】第２発明の光源の光軸調整装置は、光源か
ら出力されたレーザ光を屈折させるレンズと、前記レン
ズによって屈折させたレーザ光を２光に分岐する光分岐
手段と、前記２光に可変な光路長差を生じさせる変位手
段と、前記光路長差を有する２光の干渉光の出力を検出
する光検出手段と、前記光検出手段の出力に応じて前記
レンズを前記光源の光軸方向に変位させる変位制御手段
とからなるものである。

【０００９】

【作用】例えば光干渉計においては、干渉面に生成され
る干渉縞は、参照光と計測光の２光の波面の曲率により
決定される。つまり、これら２光の波面曲率が等しく、
即ち波面曲率がゼロであれば、２光の干渉光における干
渉縞は一様となる。またこの場合、干渉光の光強度は２
光の光路長差による。

【００１０】ここで、参照光の光路長を参照光の光軸方
向に変位させた場合、２光の波面曲率が等しくなければ
上記の干渉光の干渉面に干渉縞が生じ、また上記変位に
よって干渉縞が移動する。また、２光の波面曲率が等し
ければ、干渉光の干渉面における強度は一様で、また上
記変位による干渉光の強度の変動は最大となる。

【００１１】そこで、上記の２光の干渉光の強度の変動
が最大となるようにレンズと光源とを光源の光軸方向に
相対的に変位させることで、簡単且つ確実にレンズの焦
点距離上に光源を位置させることができて、光源からの
出力光をレンズにより平行光にすることができる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図１に示した。図１では実
施例を、光学系、機構系、及び電気制御系の各機能ブロ
ックで示している。

【００１３】実施例の光軸調整装置は、光源としての半
導体レーザ（ＬＤ）１、半導体レーザ１の出力光を屈折
させるレンズであるロッドレンズ２、この屈折させたレ
ーザ光を図１において上方向に反射するキューブミラー
３、この反射光の一部を透過し且つ残りを図１において
下方向に反射して上記反射光を２光（参照光と計測光）
に分岐するハーフミラー４、ハーフミラー４の透過光
（参照光）を図１において下方向に反射するミラー５、
上記分岐された２光の他方（計測光）と上記反射した透
過光を集光するレンズ６、この集光における光強度を検
出する光検出器（ＰＤ）７、ロッドレンズ２を半導体レ
ーザ１の出力光の光軸方向に変位させるための圧電素子
８、ミラー５を上記透過光の光軸方向に変位させるため
の圧電素子９、圧電素子９を駆動する三角波発生器１
０、圧電素子８を駆動制御する制御回路１１、などから
構成される。

【００１４】尚、この実施例では、キューブミラー３と
ハーフミラー４により光分岐手段が、ミラー５と圧電素
子９および三角波発生器１０により変位手段が、レンズ
６と光検出器７により光検出手段が、制御回路１１と圧
電素子８により変位制御手段が、それぞれ構成される。
またロッドレンズ２は、円柱状で入出力端面が平面の外
形で、また内部は屈折率分布によりレンズ作用を持った
ものであり、適切な位置関係の元で、入射端面からの点
光源の光を出射端面から平行光として出力することが可
能である。実施例ではこのロッドレンズ２として、日本
板硝子(株)製の「セルフォックレンズ」を用いた。そし
てこのようにキューブミラー３等を使用することで、光
干渉計を数センチ立方程度の大きさに納めることができ
る。

【００１５】この実施例では、半導体レーザ１からの出
力光（レーザ光）は、ロッドレンズ２により集光され、
キューブミラー３において反射されて垂直に導かれる。
キューブミラーでの反射光の一部はハーフミラー４を透
過し、残りはハーフミラー４の反射面Ｔ１において反射
される。またハーフミラー４の透過光は、反射面Ｔ１と
平行に保持されてミラー５に設けられた反射面Ｔ２にお
いて再び反射され、ハーフミラー４を透過して図１にお
いて下方向に移動する。そして、こうして反射面Ｔ１、
Ｔ２でそれぞれ反射した２光は、各々の光路長差により
干渉を起こす。この干渉光はレンズ６により集光されて
光検出器７に入れる。

【００１６】干渉面Ｔ３における干渉縞の例を図２、３
にそれぞれ示した。図２は、上記の干渉光が図１におい
て破線のようにして得られた場合、つまりロッドレンズ
２により集光された光の波面曲率が０でない場合の例
（例１）である。この場合、レンズ６の手前に設けられ
た干渉面Ｔ３上において光路長差が変動しており、干渉
面Ｔ３の光強度に暗部と明部ができる結果、干渉縞が発
生する。また図３は、上記の干渉光が図１において実線
のようにして得られた場合、つまりロッドレンズ２によ
り集光された光の波面曲率が０の場合の例（例２）であ
り、この場合は干渉面Ｔ３上での光路長差の差がないた
め、干渉面の光強度は一様となり、干渉縞は観測されな
い。

【００１７】ここで、上記２光の光路長差Δｌとこれら
の干渉光における干渉縞の光強度Ｐとは、Ｐ＝Ｃ1 ＋Ｃ
2 ｃｏｓ（２πΔｌ／λ＋φ1 ）の関係がある。但し、
Ｃ1、Ｃ2 、φ1 は定数、λは半導体レーザ１の出力光
の波長である。従って、光路長差Δｌを０からλまで変
化させると、強度Ｐは最大値から次の最大値まで変位す
る。そして、反射面Ｔ１と反射面Ｔ２との間を往復する
上記参照光は、同じ光路を往復するので、反射面Ｔ２を
振動させて光軸上でλ／２の振幅だけ変位させること
で、上記のように強度Ｐを最大値間で変位させることが
でき、これにより強度Ｐの振幅を知ることができる。実
用上は、上記の振動の振幅は波長λの数倍程度とすれば
良い。

【００１８】そして、圧電素子５によって反射面Ｔ２を
三角波振動させた場合、例１の場合には干渉面Ｔ３上の
ある１点において干渉光の明暗が繰返されるが、干渉面
全体においては干渉縞の移動となるため、干渉光の光強
度の変動は小さい。また例２の場合には、干渉面Ｔ３上
の干渉縞は一様に明暗が繰返されるため、干渉光の光強
度の変動は最大となる。

【００１９】図４に、上記の例１と例２の場合における
光検出器７の出力を示した。光検出器７の出力は、波面
曲率が０となる例２の場合は、実線のようにその振幅の
変動が大きくて最大値となる。また波面曲率が０でない
例１の場合は、破線のようにその出力は小さく変動も僅
かである。そしてこの出力を入力した制御回路１１は、
光検出器７の出力振幅が最大となるように、圧電素子８
を駆動制御、例えばその制御電圧を調整して、ロッドレ
ンズ２を光軸方向に移動させる。尚、圧電素子５による
反射面Ｔ２の振動周波数は光検出器７における検出可能
な周波数を上限とすれば良い。

【００２０】このように、ロッドレンズ２の光軸方向の
変位と上記干渉光の強度検出を電気的に行い、また干渉
光の強度の出力をロッドレンズ２の光軸方向の変位の制
御信号として使用することで、短時間でのロッドレンズ
の位置決めが可能となり、半導体レーザ１の出力光をロ
ッドレンズ２により平行光に確実に変換できるようにな
る。

【００２１】尚、実施例ではロッドレンズ２を半導体レ
ーザ１に対して移動させるようにしたが、逆に半導体レ
ーザをロッドレンズ２に対して移動させる構成とするこ
ともできる。

【００２２】

【発明の効果】本発明では、レンズの焦点距離上に光源
を簡単且つ確実に位置させて光源の出力光を平行光に変
換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の光軸調整装置の構成を示した
説明図である。

【図２】実施例における干渉光の干渉縞の一例を示した
説明図である。

【図３】実施例における干渉光の干渉縞の他例を示した
説明図である。

【図４】実施例において反射面Ｔ２を振動させた場合の
光検出器７の出力の変動を示したグラフである。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ ロッドレンズ ３ キューブミラー ４ ハーフミラー ５ ミラー ６ レンズ ７ 光検出器 ８ 圧電素子 ９ 圧電素子 １０ 制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出力されたレーザ光をレンズに
   より屈折させ、前記屈折させたレーザ光を２光に分岐し
   てこれら２光に光路長差を生じさせるとともに、前記光
   路長差を変化させ、この変化における前記光路長差を有
   する２光の干渉光の出力の変動が最大となるように、前
   記レンズと前記光源との位置を調整することを特徴とす
   る光源の光軸調整方法。
2. 【請求項２】 光源から出力されたレーザ光を屈折させ
   るレンズと、前記レンズによって屈折させたレーザ光を
   ２光に分岐する光分岐手段と、前記２光に可変な光路長
   差を生じさせる変位手段と、前記光路長差を有する２光
   の干渉光の出力を検出する光検出手段と、前記光検出手
   段の出力に応じて前記レンズを前記光源の光軸方向に変
   位させる変位制御手段とからなることを特徴とする光源
   の光軸調整装置。