JPH1047938A - レーザビーム拡がり角測定装置 - Google Patents
レーザビーム拡がり角測定装置Info
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- JPH1047938A JPH1047938A JP24003696A JP24003696A JPH1047938A JP H1047938 A JPH1047938 A JP H1047938A JP 24003696 A JP24003696 A JP 24003696A JP 24003696 A JP24003696 A JP 24003696A JP H1047938 A JPH1047938 A JP H1047938A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】装置の校正が容易で、精度が高いレーザビーム
拡がり角測定装置を提供する。 【解決手段】従来のレーザビーム拡がり角測定装置部に
加えて、レーザビーム４を射出するレーザ装置３と、そ
のレーザビーム４を分割ビーム５に分割する基準光発生
部７と、その分割ビーム５間の角度を計測する、スクリ
ーン６とＣＣＤカメラ８とＴＶモニタ９とを備え、この
角度が既知の分割ビーム５を測定用レンズ17に入射させ
る反射ミラー16b を備えている。角度が既知の分割ビー
ム５を測定系に入射し、測定用レンズ17とＣＣＤカメラ
18の距離を、画像処理装置19が既知の角度であると出力
するように調整することで装置を校正する。
拡がり角測定装置を提供する。 【解決手段】従来のレーザビーム拡がり角測定装置部に
加えて、レーザビーム４を射出するレーザ装置３と、そ
のレーザビーム４を分割ビーム５に分割する基準光発生
部７と、その分割ビーム５間の角度を計測する、スクリ
ーン６とＣＣＤカメラ８とＴＶモニタ９とを備え、この
角度が既知の分割ビーム５を測定用レンズ17に入射させ
る反射ミラー16b を備えている。角度が既知の分割ビー
ム５を測定系に入射し、測定用レンズ17とＣＣＤカメラ
18の距離を、画像処理装置19が既知の角度であると出力
するように調整することで装置を校正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザビームの
特性の１つである、レーザビームの拡がり角（以下で
は、ビーム拡がり角と略称する）を測定する装置に関す
る。
特性の１つである、レーザビームの拡がり角（以下で
は、ビーム拡がり角と略称する）を測定する装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】レーザ装置の特性を評価する場合、ビー
ム拡がり角は重要な項目の１つである。すなわち、ビー
ム拡がり角は、レーザ加工装置において、光学伝送系や
集光ビームのスポット径を決める要因である。ビーム拡
がり角を測定する方法としては、ビームを集光して、そ
のスポット径から求める方法がある。この方法は、レー
ザ発振器から出射されたレーザビームを、焦点距離ｆの
レンズで集光して、焦点位置におけるビーム直径ｄを計
測することにより、ビーム拡がり角θを、θ＝ｄ／ｆの
計算式により求める。
ム拡がり角は重要な項目の１つである。すなわち、ビー
ム拡がり角は、レーザ加工装置において、光学伝送系や
集光ビームのスポット径を決める要因である。ビーム拡
がり角を測定する方法としては、ビームを集光して、そ
のスポット径から求める方法がある。この方法は、レー
ザ発振器から出射されたレーザビームを、焦点距離ｆの
レンズで集光して、焦点位置におけるビーム直径ｄを計
測することにより、ビーム拡がり角θを、θ＝ｄ／ｆの
計算式により求める。
【０００３】図11は、ビーム拡がり角測定装置の概念図
である。このビーム拡がり角測定装置は、ビームスプリ
ッタ27、測定用レンズ17及びＣＣＤカメラ18により構成
されている。ビーム拡がり角の測定は、被測定レーザビ
ーム30をビーム拡がり角測定装置15の被測定レーザビー
ム入口28に入射し、ビームスプリッタ27により数十ｍＷ
程度に減光し、測定用レンズ17に入光する。残りのレー
ザビームは、被測定レーザビーム出口29から測定装置15
の外に放出される。測定用レンズ17により、入射したビ
ームは集光されて、測定用レンズ17の焦点距離ｆの位置
が受光面となるように配置されているＣＣＤカメラ18に
照射され、その信号が画像処理装置19に伝送され、ビー
ム拡がり角を得る。ＣＣＤカメラ18に照射される光の強
度が強すぎる場合には、アッテネータ31により調整す
る。
である。このビーム拡がり角測定装置は、ビームスプリ
ッタ27、測定用レンズ17及びＣＣＤカメラ18により構成
されている。ビーム拡がり角の測定は、被測定レーザビ
ーム30をビーム拡がり角測定装置15の被測定レーザビー
ム入口28に入射し、ビームスプリッタ27により数十ｍＷ
程度に減光し、測定用レンズ17に入光する。残りのレー
ザビームは、被測定レーザビーム出口29から測定装置15
の外に放出される。測定用レンズ17により、入射したビ
ームは集光されて、測定用レンズ17の焦点距離ｆの位置
が受光面となるように配置されているＣＣＤカメラ18に
照射され、その信号が画像処理装置19に伝送され、ビー
ム拡がり角を得る。ＣＣＤカメラ18に照射される光の強
度が強すぎる場合には、アッテネータ31により調整す
る。
【０００４】この測定においては、測定用レンズ17とし
て、収差が少なく、レンズの焦点距離が正確に把握され
ており、ビーム拡がり角測定装置に見合った分解能をも
っている、などの条件を満たしているレンズを選択する
ことが必要である。特に、レンズの焦点距離は、製作精
度により、約１％程度前後する可能性があるので、レン
ズの個体差による焦点位置を正確に知ることが必要であ
る。
て、収差が少なく、レンズの焦点距離が正確に把握され
ており、ビーム拡がり角測定装置に見合った分解能をも
っている、などの条件を満たしているレンズを選択する
ことが必要である。特に、レンズの焦点距離は、製作精
度により、約１％程度前後する可能性があるので、レン
ズの個体差による焦点位置を正確に知ることが必要であ
る。
【０００５】レンズの焦点距離の測定方法の一例を、図
12に示す。この例では、光源が発する照明光20を、精密
に間隔ｈに加工されたダブルスリット21に通し、２つの
光束を発生させ、被測定レンズ22に入射する。被測定レ
ンズ22を通過した光は、オートコリメータ23を利用し
て、焦点距離がｆc であるコリメータレンズ24と測定目
盛25により、２つの光の線として検出される。この時、
ダブルスリット21の位置は、測定目盛25と接眼レンズ26
から構成される計測部において、２つの光束の像のピン
トが合う位置に配置される。この測定器において、ダブ
ルスリット21の間隔をｈ、測定目盛25上での２つの光束
の間隔をｘ、コリメータレンズ24の焦点距離をｆc とす
ると、被測定レンズ22の焦点距離ｆt は、 ｆt ＝ｆc ×（ｈ／ｘ） で与えられる。
12に示す。この例では、光源が発する照明光20を、精密
に間隔ｈに加工されたダブルスリット21に通し、２つの
光束を発生させ、被測定レンズ22に入射する。被測定レ
ンズ22を通過した光は、オートコリメータ23を利用し
て、焦点距離がｆc であるコリメータレンズ24と測定目
盛25により、２つの光の線として検出される。この時、
ダブルスリット21の位置は、測定目盛25と接眼レンズ26
から構成される計測部において、２つの光束の像のピン
トが合う位置に配置される。この測定器において、ダブ
ルスリット21の間隔をｈ、測定目盛25上での２つの光束
の間隔をｘ、コリメータレンズ24の焦点距離をｆc とす
ると、被測定レンズ22の焦点距離ｆt は、 ｆt ＝ｆc ×（ｈ／ｘ） で与えられる。
【０００６】しかし、この方法では、ダブルスリット21
を被測定レンズ22の焦点位置に正確に配置するための作
業となる、計測部における２つの光束の像のピント合わ
せが非常に難しく、困難な作業である。
を被測定レンズ22の焦点位置に正確に配置するための作
業となる、計測部における２つの光束の像のピント合わ
せが非常に難しく、困難な作業である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術においては、レンズの焦点位置を正確に把握すること
が困難であり、ビーム拡がり角を測定するためのビーム
拡がり角測定装置の校正を容易に行うことができない。
レンズの焦点距離は、製作精度から約１％は前後する可
能性がある。しかし、焦点距離を正確に把握するために
は、図12のような、レンズの焦点距離測定装置をもたな
くてはならない。また、レンズの焦点距離を正確に把握
したとしても、ＣＣＤカメラの検出面の位置を正確に決
めることは、ビームウェストと焦点距離とが異なるため
に、不可能である。
術においては、レンズの焦点位置を正確に把握すること
が困難であり、ビーム拡がり角を測定するためのビーム
拡がり角測定装置の校正を容易に行うことができない。
レンズの焦点距離は、製作精度から約１％は前後する可
能性がある。しかし、焦点距離を正確に把握するために
は、図12のような、レンズの焦点距離測定装置をもたな
くてはならない。また、レンズの焦点距離を正確に把握
したとしても、ＣＣＤカメラの検出面の位置を正確に決
めることは、ビームウェストと焦点距離とが異なるため
に、不可能である。
【０００８】ビーム拡がり角測定装置に対する、焦点距
離からのズレの影響を調査した、発明者による実験結果
によれば、例えば、焦点距離120mm の無収差組レンズを
ビーム拡がり角測定装置内に使用し、拡がり角が30mrad
のＹＡＧレーザビームを測定した場合に、使用レンズの
焦点距離相当位置に対して前後１mm（焦点距離の１％
弱）ずれた位置で測定すると、ビーム拡がり角の測定値
は、５％ずれることが分かった。すなわち、焦点位置か
ら１％ずれることが、ビーム拡がり角の測定値には５％
の誤差として現れることを意味している。
離からのズレの影響を調査した、発明者による実験結果
によれば、例えば、焦点距離120mm の無収差組レンズを
ビーム拡がり角測定装置内に使用し、拡がり角が30mrad
のＹＡＧレーザビームを測定した場合に、使用レンズの
焦点距離相当位置に対して前後１mm（焦点距離の１％
弱）ずれた位置で測定すると、ビーム拡がり角の測定値
は、５％ずれることが分かった。すなわち、焦点位置か
ら１％ずれることが、ビーム拡がり角の測定値には５％
の誤差として現れることを意味している。
【０００９】この発明の課題は、上述のような焦点距離
を正確に把握するための装置を必要とせず、しかも、Ｃ
ＣＤカメラの位置決めの困難さを解消することができ、
装置の校正が容易なビーム拡がり角測定装置を提供する
ことである。
を正確に把握するための装置を必要とせず、しかも、Ｃ
ＣＤカメラの位置決めの困難さを解消することができ、
装置の校正が容易なビーム拡がり角測定装置を提供する
ことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、この発明においては、互いに既知の角度をも
つ複数の基準ビームを発生する拡がりビーム基準光発生
手段と、この基準ビームを測定用レンズに入射する手段
と、基準ビームを入射して測定レンズで集光した位置に
おけるビーム間の距離Ｗを焦点距離ｆで除した値Ｗ／ｆ
が、前記αと一致するように、測定用レンズと、集光し
たレーザビーム間の距離Ｗを測定する手段との距離を調
整する手段と、を備えている。
るために、この発明においては、互いに既知の角度をも
つ複数の基準ビームを発生する拡がりビーム基準光発生
手段と、この基準ビームを測定用レンズに入射する手段
と、基準ビームを入射して測定レンズで集光した位置に
おけるビーム間の距離Ｗを焦点距離ｆで除した値Ｗ／ｆ
が、前記αと一致するように、測定用レンズと、集光し
たレーザビーム間の距離Ｗを測定する手段との距離を調
整する手段と、を備えている。
【００１１】既知の角度αをもつ基準ビームを入射し、
Ｗ／ｆがαと等しくなるように、Ｗを測定しながら測定
用レンズの位置を調整するのであるから、調整作業が非
常に容易となり、精度も高くなる。更に、この発明にお
いては、分割されたレーザビーム間の角度を計測する手
段を備えており、分割されたレーザビーム間の角度が正
確に把握される。
Ｗ／ｆがαと等しくなるように、Ｗを測定しながら測定
用レンズの位置を調整するのであるから、調整作業が非
常に容易となり、精度も高くなる。更に、この発明にお
いては、分割されたレーザビーム間の角度を計測する手
段を備えており、分割されたレーザビーム間の角度が正
確に把握される。
【００１２】レーザビームを分割する手段としては、一
方の面には平面をもち、その面に対向する反対面には、
角度をもった２面、多面あるいは円錐面からなる、谷型
形状あるいは屋根型形状をもつ光学素子を備えており、
単純な構成でレーザビームを分割することができる。更
に、これらの素子の谷部の底あるいは屋根部の頂点にレ
ーザビームの中心を当てることによって、分割されたビ
ーム間の強度に大きなアンバランスを生じない。
方の面には平面をもち、その面に対向する反対面には、
角度をもった２面、多面あるいは円錐面からなる、谷型
形状あるいは屋根型形状をもつ光学素子を備えており、
単純な構成でレーザビームを分割することができる。更
に、これらの素子の谷部の底あるいは屋根部の頂点にレ
ーザビームの中心を当てることによって、分割されたビ
ーム間の強度に大きなアンバランスを生じない。
【００１３】なお、入射させるレーザビームは測定用レ
ンズの有効入射径Ｄ内に入射されていることが不可欠で
あり、そのために、基準ビーム間の角度αが、前記測定
用レンズの有効入射直径Ｄと基準レーザビームの始点か
ら測定用レンズまでの距離ｌとで決まる角度、 ２ tan-1（Ｄ/2ｌ） 以下であるように光学素子などが選択される。
ンズの有効入射径Ｄ内に入射されていることが不可欠で
あり、そのために、基準ビーム間の角度αが、前記測定
用レンズの有効入射直径Ｄと基準レーザビームの始点か
ら測定用レンズまでの距離ｌとで決まる角度、 ２ tan-1（Ｄ/2ｌ） 以下であるように光学素子などが選択される。
【００１４】
【発明の実施の形態】この発明によるビーム拡がり角測
定装置の実施の形態を、図１を用いて説明する。図１
は、この発明によるビーム拡がり角測定装置の構成を示
す概念図である。このビーム拡がり角測定装置15には、
従来のビーム拡がり角測定装置に加えて、装置を校正す
るために使用する、拡がりビーム基準光発生手段と、こ
れが射出する拡がりビーム基準光（以下では、基準光と
略称し、その個々のビームを分割ビームと呼ぶ）の分割
ビーム間の角度を測定する手段と、基準光を測定用レン
ズ17に入射させて装置を校正する手段とを備えている。
定装置の実施の形態を、図１を用いて説明する。図１
は、この発明によるビーム拡がり角測定装置の構成を示
す概念図である。このビーム拡がり角測定装置15には、
従来のビーム拡がり角測定装置に加えて、装置を校正す
るために使用する、拡がりビーム基準光発生手段と、こ
れが射出する拡がりビーム基準光（以下では、基準光と
略称し、その個々のビームを分割ビームと呼ぶ）の分割
ビーム間の角度を測定する手段と、基準光を測定用レン
ズ17に入射させて装置を校正する手段とを備えている。
【００１５】従来のビーム拡がり角測定装置は、従来技
術の項で説明したのと同様に、被測定レーザビーム入口
28から入射した被測定レーザビーム30を測定用レンズ17
側へのビームと被測定レーザビーム出口29から放出する
ビームとに分割するビームスプリッタ27と、測定用レン
ズ17と、光量を調節するためのアッテネータ31と光軸方
向に移動可能なＣＣＤカメラ18と、ＣＣＤカメラ18の出
力を演算処理してビーム拡がり角を算出する画像処理装
置19とで構成されている。
術の項で説明したのと同様に、被測定レーザビーム入口
28から入射した被測定レーザビーム30を測定用レンズ17
側へのビームと被測定レーザビーム出口29から放出する
ビームとに分割するビームスプリッタ27と、測定用レン
ズ17と、光量を調節するためのアッテネータ31と光軸方
向に移動可能なＣＣＤカメラ18と、ＣＣＤカメラ18の出
力を演算処理してビーム拡がり角を算出する画像処理装
置19とで構成されている。
【００１６】被測定レーザビーム30のビーム拡がり角の
測定方法は、従来技術の項で説明したのと同様であるの
で、ここでは省略し、装置の校正を主に説明する。レー
ザ装置３から射出されるレーザビーム４は、拡がりビー
ム基準光発生手段（図では、基準光発生部と示すもの
で、以下では、基準光発生部と呼ぶ）７で、所定の角度
をもつ分割ビーム５に分割され、反射ミラー16a 及び16
b によって２回曲げられ、測定用レンズ17に入射し、集
光されて、ＣＣＤカメラ18の受光面を照射する。この受
光面の受けた情報が画像処理装置19で解析される。画像
処理装置19には、例えば２分割ビームの場合には、２つ
の集光された光の情報が映し出される。この２つの情報
のピーク位置間の間隔が、ビーム拡がり角を表す基本式
である“θ＝ｄ／ｆ”（ｄは集光ビームの直径、ｆは測
定用レンズの焦点距離）のｄに相当する。入射した分割
ビーム５は相互間に既知の角αをもっているから、画像
処理装置19の指示がαに一致するようにＣＣＤカメラ18
の位置を前後させて調整することにより、ＣＣＤカメラ
18の受光面に測定用レンズ17の焦点位置を一致させるこ
とができ、ビーム拡がり角測定装置15の校正ができる。
測定方法は、従来技術の項で説明したのと同様であるの
で、ここでは省略し、装置の校正を主に説明する。レー
ザ装置３から射出されるレーザビーム４は、拡がりビー
ム基準光発生手段（図では、基準光発生部と示すもの
で、以下では、基準光発生部と呼ぶ）７で、所定の角度
をもつ分割ビーム５に分割され、反射ミラー16a 及び16
b によって２回曲げられ、測定用レンズ17に入射し、集
光されて、ＣＣＤカメラ18の受光面を照射する。この受
光面の受けた情報が画像処理装置19で解析される。画像
処理装置19には、例えば２分割ビームの場合には、２つ
の集光された光の情報が映し出される。この２つの情報
のピーク位置間の間隔が、ビーム拡がり角を表す基本式
である“θ＝ｄ／ｆ”（ｄは集光ビームの直径、ｆは測
定用レンズの焦点距離）のｄに相当する。入射した分割
ビーム５は相互間に既知の角αをもっているから、画像
処理装置19の指示がαに一致するようにＣＣＤカメラ18
の位置を前後させて調整することにより、ＣＣＤカメラ
18の受光面に測定用レンズ17の焦点位置を一致させるこ
とができ、ビーム拡がり角測定装置15の校正ができる。
【００１７】基準光の分割ビーム５間の角度の測定は、
反射ミラー16b を外して基準光を直進させ、スクリーン
６に照射し、ＣＣＤカメラ８とＴＶモニタ９により分割
ビームの照射位置間の距離を測定することにより実施さ
れる。図２は、分割ビーム５の間の角度の測定を説明す
るための概念図で、図１における反射ミラー16a 及び16
b をなくして、直線状にしたものであり、対応する部品
には図１と同じ符号を付している。
反射ミラー16b を外して基準光を直進させ、スクリーン
６に照射し、ＣＣＤカメラ８とＴＶモニタ９により分割
ビームの照射位置間の距離を測定することにより実施さ
れる。図２は、分割ビーム５の間の角度の測定を説明す
るための概念図で、図１における反射ミラー16a 及び16
b をなくして、直線状にしたものであり、対応する部品
には図１と同じ符号を付している。
【００１８】分割ビーム５の間の角度αの測定は、分割
ビーム５の分岐点から距離Ｌ離れた位置に設けられてい
るスクリーン６に照射された分割ビーム５の間隔Ｈを測
定し、次式により求める。 α＝２× tan-1〔Ｈ／（２×Ｌ）〕 この測定に際し、スクリーンを方眼入りのものとし、Ｔ
Ｖ画面に方眼と分割ビーム５とを同時に表示すると、分
割ビーム５の間隔Ｈの測定が容易になる。
ビーム５の分岐点から距離Ｌ離れた位置に設けられてい
るスクリーン６に照射された分割ビーム５の間隔Ｈを測
定し、次式により求める。 α＝２× tan-1〔Ｈ／（２×Ｌ）〕 この測定に際し、スクリーンを方眼入りのものとし、Ｔ
Ｖ画面に方眼と分割ビーム５とを同時に表示すると、分
割ビーム５の間隔Ｈの測定が容易になる。
【００１９】以下に、実施例について説明する。 〔第１の実施例〕第１の実施例は、請求項２に対応する
ものであり、図３及び図５により説明する。図３は、基
準光発生部７においてレーザビーム４を分割する谷型光
学素子１の構造を示す断面図であり、図５は、谷型光学
素子１を備えた基準光発生部７が分割ビーム５を発生さ
せた状態を示す概念図である。
ものであり、図３及び図５により説明する。図３は、基
準光発生部７においてレーザビーム４を分割する谷型光
学素子１の構造を示す断面図であり、図５は、谷型光学
素子１を備えた基準光発生部７が分割ビーム５を発生さ
せた状態を示す概念図である。
【００２０】谷型光学素子１は、一方の面が平面で、対
向する反対側の面が、前記平面に対して角度θV 傾いて
いる２面をもつ谷型形状をしている。図３のように光学
素子１に入射した光は、光学素子１への入射角をθ1 と
し、光学素子１の屈折率をｎ2 、その周囲の屈折率をｎ
1 とすると、図のように、角度θx1の方向に射出され
る。この場合の角度θx1は、
向する反対側の面が、前記平面に対して角度θV 傾いて
いる２面をもつ谷型形状をしている。図３のように光学
素子１に入射した光は、光学素子１への入射角をθ1 と
し、光学素子１の屈折率をｎ2 、その周囲の屈折率をｎ
1 とすると、図のように、角度θx1の方向に射出され
る。この場合の角度θx1は、
【００２１】
【数１】θx1＝ sin-1｛(n2/n1) ×sin [sin-1 ( n1sin
θ1/n2) ＋θV ] ｝−θV で求められる。この谷型光学素子１の谷部の底101 にレ
ーザビーム４の中心部を合わせて、レーザビーム４が入
射されると、図５に示すように、光量の最大強度の方向
51の間の角度αをもつ、光量がバランスした分割ビーム
５に分割される。
θ1/n2) ＋θV ] ｝−θV で求められる。この谷型光学素子１の谷部の底101 にレ
ーザビーム４の中心部を合わせて、レーザビーム４が入
射されると、図５に示すように、光量の最大強度の方向
51の間の角度αをもつ、光量がバランスした分割ビーム
５に分割される。
【００２２】図３及び図５では、２面形状の谷型光学素
子１でレーザビーム４を２分割する例を示したが、多面
のものや円錐状の面をもつものを使うと、多分割ビーム
や、円形ビームとすることができる。なお、谷型光学素
子は谷の底の部分の加工が困難であるため、対称な形状
のものを複数個（２面のものでは２個）張り合わせて製
作されることが多い。
子１でレーザビーム４を２分割する例を示したが、多面
のものや円錐状の面をもつものを使うと、多分割ビーム
や、円形ビームとすることができる。なお、谷型光学素
子は谷の底の部分の加工が困難であるため、対称な形状
のものを複数個（２面のものでは２個）張り合わせて製
作されることが多い。
【００２３】〔第２の実施例〕第２の実施例は、請求項
４に対応するものであり、図４及び図６により説明す
る。図４は、基準光発生部７においてレーザビーム４を
分割する屋根型光学素子２の構造を示す断面図であり、
図６は、屋根型光学素子２を備えた基準光発生部７が分
割ビーム５を発生させた状態を示す概念図である。
４に対応するものであり、図４及び図６により説明す
る。図４は、基準光発生部７においてレーザビーム４を
分割する屋根型光学素子２の構造を示す断面図であり、
図６は、屋根型光学素子２を備えた基準光発生部７が分
割ビーム５を発生させた状態を示す概念図である。
【００２４】屋根型光学素子２は、一方の面が平面で、
対向する反対側の面が、前記平面に対して角度θR 傾い
ている２面をもつ屋根型形状をしている。図３のように
光学素子２に入射した光は、光学素子２への入射角をθ
1 とし、光学素子２の屈折率をｎ2 、その周囲の屈折率
をｎ1 とすると、図のように、角度θx2の方向に射出さ
れる。この場合の角度θx2は、
対向する反対側の面が、前記平面に対して角度θR 傾い
ている２面をもつ屋根型形状をしている。図３のように
光学素子２に入射した光は、光学素子２への入射角をθ
1 とし、光学素子２の屈折率をｎ2 、その周囲の屈折率
をｎ1 とすると、図のように、角度θx2の方向に射出さ
れる。この場合の角度θx2は、
【００２５】
【数２】θx2＝θR − sin-1｛(n2/n1) ×sin[θR − s
in-1 ( n1sinθ1/n2) ] ｝ で求められる。この屋根型光学素子２の屋根部の頂点20
1 にレーザビーム４の中心部を合わせて、レーザビーム
４が入射されると、図６に示すように、光量の最大強度
の方向51の間の角度αをもつ、光量が上下でバランスし
た分割ビーム５に分割される。
in-1 ( n1sinθ1/n2) ] ｝ で求められる。この屋根型光学素子２の屋根部の頂点20
1 にレーザビーム４の中心部を合わせて、レーザビーム
４が入射されると、図６に示すように、光量の最大強度
の方向51の間の角度αをもつ、光量が上下でバランスし
た分割ビーム５に分割される。
【００２６】図４及び図６では、２面形状の屋根型光学
素子２でレーザビームを２分割する例を示したが、多面
のものや円錐状の面をもつものを使うと、多分割できた
り、円形ビームとすることができる。図７(a) には、２
面形状の屋根型光学素子2aの斜視図を、図７(b) には、
４面形状の屋根型光学素子2bの斜視図を示した。４面形
状のものでは、ビームが上下左右に分割されるので、両
方向の校正が同時にできるという利点がある。
素子２でレーザビームを２分割する例を示したが、多面
のものや円錐状の面をもつものを使うと、多分割できた
り、円形ビームとすることができる。図７(a) には、２
面形状の屋根型光学素子2aの斜視図を、図７(b) には、
４面形状の屋根型光学素子2bの斜視図を示した。４面形
状のものでは、ビームが上下左右に分割されるので、両
方向の校正が同時にできるという利点がある。
【００２７】上記の２つの実施例では、レーザビーム４
を光学素子の平面側から入射させた場合を示したが、光
学素子のレーザビーム４の入射面と射出面を反対にして
も分割ビームを得ることはできる。図には示していない
が、この状態では、谷型光学素子の場合に、図６のよう
な状態で射出し、屋根型光学素子の場合に図５の状態で
射出する。
を光学素子の平面側から入射させた場合を示したが、光
学素子のレーザビーム４の入射面と射出面を反対にして
も分割ビームを得ることはできる。図には示していない
が、この状態では、谷型光学素子の場合に、図６のよう
な状態で射出し、屋根型光学素子の場合に図５の状態で
射出する。
【００２８】更に、光学素子を複数個並べて多段にする
と、分割ビーム間の角度を変えることができる。図５の
状態の素子を並べると、角度は近似的には加算されて増
加する。図５の状態の素子と図６の状態の素子を並べる
と相殺されて、角度は小さくなる。なお、上述の光学素
子の場合には、分割ビーム５の分岐点は、素子の谷部の
底101 あるいは屋根部の頂点201 からずれており、角度
αを求める場合に用いるスクリーンまでの距離Ｌの値を
求める際に注意することが必要である。
と、分割ビーム間の角度を変えることができる。図５の
状態の素子を並べると、角度は近似的には加算されて増
加する。図５の状態の素子と図６の状態の素子を並べる
と相殺されて、角度は小さくなる。なお、上述の光学素
子の場合には、分割ビーム５の分岐点は、素子の谷部の
底101 あるいは屋根部の頂点201 からずれており、角度
αを求める場合に用いるスクリーンまでの距離Ｌの値を
求める際に注意することが必要である。
【００２９】谷型光学素子１の場合では、図５に示すよ
うに、分割ビーム５の分岐点（図では、レーザビームの
分岐点102 ）は、谷部の底101 よりｌ1 だけ入射側にず
れている。屋根型光学素子２の場合では、図６に示すよ
うに、分割ビーム５の分岐点（図では、レーザビームの
分岐点202 ）は、屋根部の頂点201 よりｌ2 だけ出射側
にずれている。このずれは、レーザビームの最大強度部
の位置とαより求めることができる。
うに、分割ビーム５の分岐点（図では、レーザビームの
分岐点102 ）は、谷部の底101 よりｌ1 だけ入射側にず
れている。屋根型光学素子２の場合では、図６に示すよ
うに、分割ビーム５の分岐点（図では、レーザビームの
分岐点202 ）は、屋根部の頂点201 よりｌ2 だけ出射側
にずれている。このずれは、レーザビームの最大強度部
の位置とαより求めることができる。
【００３０】〔第３の実施例〕図８は、第３の実施例に
おける基準光発生部を示す概念図である。この実施例
は、請求項１に対応するもので、２台のレーザ装置3a及
び3bと４枚の反射ミラー10a, 10b, 10c 及び10d で構成
されており、１台のレーザ装置と２枚の反射ミラーで１
つビームをつくり、反射ミラーの角度を調整することに
より両ビーム間の角度が調整される。したがって、この
場合は、厳密には分割ビームではないが、他の実施例と
合わせるため、図では、分割ビーム５と記した。
おける基準光発生部を示す概念図である。この実施例
は、請求項１に対応するもので、２台のレーザ装置3a及
び3bと４枚の反射ミラー10a, 10b, 10c 及び10d で構成
されており、１台のレーザ装置と２枚の反射ミラーで１
つビームをつくり、反射ミラーの角度を調整することに
より両ビーム間の角度が調整される。したがって、この
場合は、厳密には分割ビームではないが、他の実施例と
合わせるため、図では、分割ビーム５と記した。
【００３１】〔第４の実施例〕図９は、第４の実施例に
おける基準光発生部を示す概念図である。この実施例
も、請求項１に対応するもので、１台のレーザ装置３の
レーザビーム４がビームスプリッタ11で２分割され、５
枚の反射ミラー10a, 10b, 10c, 10d及び10e で分割ビー
ム５間の角度が調整される。
おける基準光発生部を示す概念図である。この実施例
も、請求項１に対応するもので、１台のレーザ装置３の
レーザビーム４がビームスプリッタ11で２分割され、５
枚の反射ミラー10a, 10b, 10c, 10d及び10e で分割ビー
ム５間の角度が調整される。
【００３２】〔第５の実施例〕図10は、第５の実施例に
おける基準光発生部を示す概念図である。この実施例
も、請求項１に対応するもので、１台のレーザ装置３の
レーザビーム４がビームスプリッタ11で２分割され、２
組の集光レンズ12、光ファイバー13及びコリメートレン
ズ14によって分割ビームが発生される。
おける基準光発生部を示す概念図である。この実施例
も、請求項１に対応するもので、１台のレーザ装置３の
レーザビーム４がビームスプリッタ11で２分割され、２
組の集光レンズ12、光ファイバー13及びコリメートレン
ズ14によって分割ビームが発生される。
【００３３】このようにして発生される基準光の分割ビ
ームは、測定用レンズの有効入射径Ｄ内に入射されない
と、装置を正確に校正することができなくなる。したが
って、分割ビーム間の角度αは、分割ビーム５の始点で
ある分岐点から測定用レンズまでの距離をｌとすると、 α≦２ tan-1（Ｄ/2ｌ） であることが必要である。
ームは、測定用レンズの有効入射径Ｄ内に入射されない
と、装置を正確に校正することができなくなる。したが
って、分割ビーム間の角度αは、分割ビーム５の始点で
ある分岐点から測定用レンズまでの距離をｌとすると、 α≦２ tan-1（Ｄ/2ｌ） であることが必要である。
【００３４】
【発明の効果】以上に述べたように、この発明によれ
ば、従来のビーム拡がり角測定装置に加えて、基準光発
生部と、そこで発生した分割ビーム間の角度を計測する
手段と、基準光を測定用レンズに入射し、装置を校正す
る手段を設けており、基準光の既知の分割ビーム間角度
を測定することにより、その値に合うように装置を校正
するため、装置の校正が容易となり、精度も高くなる。
ば、従来のビーム拡がり角測定装置に加えて、基準光発
生部と、そこで発生した分割ビーム間の角度を計測する
手段と、基準光を測定用レンズに入射し、装置を校正す
る手段を設けており、基準光の既知の分割ビーム間角度
を測定することにより、その値に合うように装置を校正
するため、装置の校正が容易となり、精度も高くなる。
【００３５】基準光を発生する基準光発生部には、谷型
光学素子あるいは屋根型光学素子が使用されることによ
って、装置の構成が簡単になり、振動などに対する安定
性も高くなる。また、光学素子を多段に使うことによっ
て分割ビーム間角度の変更も容易である。また、分割ビ
ーム間角度は、分割ビームの分岐点を計算で求めること
ができるので、計測も計算も容易に実施できる。特に、
方眼目盛付きのスクリーンを使用すると計測が容易であ
る。
光学素子あるいは屋根型光学素子が使用されることによ
って、装置の構成が簡単になり、振動などに対する安定
性も高くなる。また、光学素子を多段に使うことによっ
て分割ビーム間角度の変更も容易である。また、分割ビ
ーム間角度は、分割ビームの分岐点を計算で求めること
ができるので、計測も計算も容易に実施できる。特に、
方眼目盛付きのスクリーンを使用すると計測が容易であ
る。
【００３６】以上のように、このビーム拡がり角測定装
置を用いれば、その校正をユーザでも実施することがで
きる。その一例として、発明者が、レーザ装置としてＹ
ＡＧレーザを用い、基準光発生部に２種類の屋根型光学
素子を使用し、分割レーザビームの分岐点から約１ｍ離
れた位置に方眼紙を置き、方眼紙の裏面からＣＣＤカメ
ラを用いて分割ビームの間隔を測定し、分割ビーム間の
角度を求め、このようにして発生した３種類の基準光を
用いて装置を校正したところ、いずれの場合にも、測定
用レンズとＣＣＤカメラの間隔が同じとなった。このよ
うに、装置の校正は容易で、しかも正確である。
置を用いれば、その校正をユーザでも実施することがで
きる。その一例として、発明者が、レーザ装置としてＹ
ＡＧレーザを用い、基準光発生部に２種類の屋根型光学
素子を使用し、分割レーザビームの分岐点から約１ｍ離
れた位置に方眼紙を置き、方眼紙の裏面からＣＣＤカメ
ラを用いて分割ビームの間隔を測定し、分割ビーム間の
角度を求め、このようにして発生した３種類の基準光を
用いて装置を校正したところ、いずれの場合にも、測定
用レンズとＣＣＤカメラの間隔が同じとなった。このよ
うに、装置の校正は容易で、しかも正確である。
【図１】この発明によるレーザビーム拡がり角測定装置
の構成を示す概念図
の構成を示す概念図
【図２】基準光発生部が発生した分割ビーム間の角度の
測定を説明するための概念図
測定を説明するための概念図
【図３】分割レーザビームを発生させるための谷型光学
素子の断面図
素子の断面図
【図４】分割レーザビームを発生させるための屋根型光
学素子の断面図
学素子の断面図
【図５】谷型光学素子により分割レーザビームを発生さ
せた状態を示す概念図
せた状態を示す概念図
【図６】屋根型光学素子により分割レーザビームを発生
させた状態を示す概念図
させた状態を示す概念図
【図７】（ａ） ２面形状の屋根型光学素子の斜視図 （ｂ） ４面形状の屋根型光学素子の斜視図
【図８】反射ミラーを使った分割レーザビームの発生状
態を示す概念図
態を示す概念図
【図９】ビームスプリッタと反射ミラーとを使った分割
レーザビームの発生状態を示す概念図
レーザビームの発生状態を示す概念図
【図１０】ビームスプリッタと光ファイバーなどを使っ
た分割レーザビームの発生状態を示す概念図
た分割レーザビームの発生状態を示す概念図
【図１１】従来技術のレーザビーム拡がり角測定装置の
構成を示す概念図
構成を示す概念図
【図１２】焦点距離測定装置の構成を示す概念図
１ 谷型光学素子 ２ 屋根型光学素子 2a ２面形状の屋根型光学素子 2b ４面形状の屋根型光学素子 ３ レーザ装置 3a レーザ装置１ 3b レーザ装置２ ４ レーザビーム ５ 分割ビーム 51 分割ビームの最大強度の方向 ６ スクリーン ７ 基準光発生部 ８, 18 ＣＣＤカメラ ９ ＴＶモニタ 10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e 反射ミラー 11 ビームスプリッタ 12 集光レンズ 13 光ファイバー 14 コリメートレンズ 15 レーザビーム拡がり角測定装置 16a, 16b 反射ミラー 17 測定用レンズ 18 ＣＣＤカメラ 19 画像処理装置 20 照明光 21 ダブルスリット 22 被測定レンズ 23 オートコリメータ 24 コリメータレンズ 25 測定目盛 26 接眼鏡 27 ビームスプリッタ 28 被測定レーザビーム入口 29 被測定レーザビーム出口 30 被測定レーザビーム 31 アッテネータ 51 光量が最大強度の方向 101 谷部の底 102 レーザビームの分岐点 201 屋根部の頂点 202 レーザビームの分岐点
Claims (6)
- 【請求項１】被測定レーザビームを、焦点距離ｆの測定
用レンズで集光し、その焦点位置におけるレーザビーム
の直径ｄを計測して、拡がり角θを、θ＝ｄ／ｆとして
測定するレーザビーム拡がり角測定装置において、 レーザビーム発生手段と、 レーザビームを分割して、互いに角度をもつ複数の基準
レーザビームを発生する拡がりビーム基準光発生手段
と、 基準レーザビーム間の角度αを計測する手段と、 基準レーザビームを測定用レンズに入射する手段と、 基準レーザビームを入射された測定レンズが集光したレ
ーザビーム間の距離Ｗを測定する手段と、 Ｗを焦点距離ｆで除した値Ｗ／ｆが、前記αに一致する
ように、測定用レンズと、集光したレーザビーム間の距
離Ｗを測定する手段との距離を調整する手段と、 を備えていることを特徴とするレーザビーム拡がり角測
定装置。 - 【請求項２】拡がりビーム基準光発生手段が、一方の面
には平面をもち、その面に対向する反対面には、角度を
もった２面、多面あるいは円錐面からなる、谷型形状を
もつ光学素子を備えていることを特徴とする請求項１に
記載のレーザビーム拡がり角測定装置。 - 【請求項３】レーザビーム発生手段の出射するレーザビ
ームの中心が、前記谷型形状をもつ光学素子の谷部の底
に当たるよう、レーザビーム発生手段と前記光学素子が
配設されていることを特徴とする請求項２に記載のレー
ザビーム拡がり角測定装置。 - 【請求項４】拡がりビーム基準光発生手段が、一方の面
には平面をもち、その面に対向する反対面には、角度を
もった２面、多面あるいは円錐面からなる、屋根型形状
をもつ光学素子を備えていることを特徴とする請求項１
に記載のレーザビーム拡がり角測定装置。 - 【請求項５】レーザビーム発生手段の出射するレーザビ
ームの中心が、前記屋根型形状をもつ光学素子の屋根部
の頂点に当たるよう、レーザビーム発生手段と前記光学
素子が配設されていることを特徴とする請求項４に記載
のレーザビーム拡がり角測定装置。 - 【請求項６】基準レーザビーム間の角度αが、前記測定
用レンズの有効入射径Ｄと基準レーザビームの始点から
測定用レンズまでの距離ｌとで決まる角度、 ２ tan-1（Ｄ/2ｌ） 以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のい
ずれかに記載のレーザビーム拡がり角測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24003696A JP3491464B2 (ja) | 1996-05-30 | 1996-09-11 | レーザビーム拡がり角測定装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-135606 | 1996-05-30 | ||
| JP13560696 | 1996-05-30 | ||
| JP24003696A JP3491464B2 (ja) | 1996-05-30 | 1996-09-11 | レーザビーム拡がり角測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1047938A true JPH1047938A (ja) | 1998-02-20 |
| JP3491464B2 JP3491464B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=26469420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24003696A Expired - Fee Related JP3491464B2 (ja) | 1996-05-30 | 1996-09-11 | レーザビーム拡がり角測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3491464B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7327440B2 (en) | 2004-08-16 | 2008-02-05 | James N. Horn | Distance measuring device |
| JP2017116465A (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 株式会社フジクラ | 拡がり角測定装置、拡がり角測定方法、及びファイバレーザ装置 |
| WO2018173844A1 (ja) | 2017-03-24 | 2018-09-27 | 株式会社フジクラ | 拡がり角測定装置、拡がり角測定方法、レーザ装置、及びレーザシステム |
| CN109724955A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-05-07 | 南京理工大学 | 一种基于激发配准的塔姆耦合出射角测算方法与装置 |
-
1996
- 1996-09-11 JP JP24003696A patent/JP3491464B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7327440B2 (en) | 2004-08-16 | 2008-02-05 | James N. Horn | Distance measuring device |
| JP2017116465A (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 株式会社フジクラ | 拡がり角測定装置、拡がり角測定方法、及びファイバレーザ装置 |
| WO2018173844A1 (ja) | 2017-03-24 | 2018-09-27 | 株式会社フジクラ | 拡がり角測定装置、拡がり角測定方法、レーザ装置、及びレーザシステム |
| CN109724955A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-05-07 | 南京理工大学 | 一种基于激发配准的塔姆耦合出射角测算方法与装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3491464B2 (ja) | 2004-01-26 |
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