(57)【要約】【課題】微小ビームを生成するコリメート光学系の調整に適したコリメート調整用測定装置を提供する。【解決手段】光源２から射出される光を１ｍｍ以下の焦点距離を有するコリメートレンズ３にて平行光に整形するコリメート光学系１を測定対象とするコリメート調整用測定装置１０Ａにおいて、コリメートレンズ３の焦点距離に対して等倍以上かつ１０倍以内の焦点距離を有し、コリメートレンズ３から射出される光線束Ｂを集光する集光レンズ１１と、集光レンズ１１の焦点位置に配置される撮像素子１２と、コリメートレンズ３と集光レンズ１１との間に配置されるリレー光学系１３とを設ける。【選択図】図１
2020071414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出される光を１ｍｍ以下の焦点距離を有するコリメートレンズにて平行光に整形するコリメート光学系を測定対象とするコリメート調整用測定装置であって、
前記コリメートレンズの焦点距離に対して等倍以上かつ１０倍以内の焦点距離を有し、前記コリメートレンズから射出される光線束を集光する集光レンズと、
前記集光レンズの焦点位置に配置される撮像素子と、
前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に配置されるリレー光学系と、
を備えたコリメート調整用測定装置。
【請求項２】
前記コリメートレンズから射出される光線束を複数の光線束に分光する分光手段を備え、
前記集光レンズは前記分光手段にて分光された一の光線束を集光するように設けられ、
前記分光手段にて分光された他の光線束の光路上には、当該他の光線束を集光する集光レンズと、当該集光レンズの焦点位置に配置される撮像素子とが設けられている請求項１に記載のコリメート調整用測定装置。
【請求項３】
前記コリメートレンズから射出される光線束を複数の光線束に分光する分光手段を備え、
前記集光レンズは前記分光手段にて分光された一の光線束を集光するように設けられ、
前記分光手段にて分光された他の光線束の光路上には、当該他の光線束を集光する集光レンズと、当該集光レンズの焦点位置からずれた位置に配置される撮像素子とが設けられている請求項１に記載のコリメート調整用測定装置。
【請求項４】
前記コリメートレンズから射出される光線束を第１光線束、第２光線束及び第３光線束に分光する分光手段を備え、
前記集光レンズとして、前記第１光線束を集光する第１集光レンズが設けられるとともに、前記撮像素子として、前記第１集光レンズの焦点位置に配置される第１撮像素子が設けられ、
前記第２光線束の光路上には、前記第２光線束を集光する第２集光レンズと、前記第２集光レンズの焦点位置に配置される第２撮像素子とが設けられ、
前記第３光線束の光路上には、前記第３光線束を集光する第３集光レンズと、前記第３集光レンズの焦点位置からずれた位置に配置される第３撮像素子とが設けられている請求項１に記載のコリメート調整用測定装置。
【請求項５】
光源から射出される光を１ｍｍ以下の焦点距離を有するコリメートレンズにて平行光に整形するコリメート光学系を対象とするコリメート調整方法であって、
前記コリメートレンズから射出される光線束を、前記コリメートレンズの焦点距離に対して等倍以上かつ１０倍以内の焦点距離を有する集光レンズに対してリレー光学系を介して導き、
前記集光レンズの焦点位置に配置される撮像素子にて前記集光レンズから射出される光線束を受光し、
前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記コリメート光学系の前記光源又は前記コリメートレンズの少なくともいずれか一方を調整する、
コリメート光学系の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリメート光学系の調整のために用いられる測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオード等の点光源から射出される光をコリメートレンズにより平行光に整形するコリメート光学系は、デジタル複写機、光ディスクの読取装置、あるいはカメラの焦点検出装置といった各種の機器類に多用されている。このような機器類にコリメート光学系を用いる場合には、コリメートレンズから射出される光線束の状態を測定して、光源やコリメートレンズの位置、あるいは向き等を調整することが必要不可欠である。この種の調整（コリメート調整と呼ばれる。）に用いられる測定装置としては、例えばコリメートレンズから射出される光線束を集光レンズで集光し、その集光レンズで得られる像のスポット径を撮像素子にて検出し、得られたスポット径に基づいてコリメート光の調整状態を判別する測定装置が知られている（例えば特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１６６２０２号公報
【特許文献２】特開平８−２３４１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微小ビーム、例えば直径５００μｍ以下の微小径の平行光を生成するコリメート光学系では、焦点距離が１ｍｍ以下の非常に短焦点のコリメートレンズが用いられる。このようなコリメート光学系に測定装置を対応させるためには、集光レンズの焦点距離を十分に小さくする必要がある。焦点距離が大きいとレイリー長が長くなり、スポット径を適切な精度で検出することが難しくなるためである。しかしながら、集光レンズの焦点距離を小さく設定すると、集光レンズの有効径も小さくなり、コリメートレンズから射出される微小ビームを集光レンズに合わせることが困難となる。
【０００５】
そこで、本発明は微小ビームを生成するコリメート光学系の調整に適したコリメート調整用測定装置及びこれを用いたコリメート光学系の調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係るコリメート調整用測定装置は、光源から射出される光を１ｍｍ以下の焦点距離を有するコリメートレンズにて平行光に整形するコリメート光学系を測定対象とするコリメート調整用測定装置であって、前記コリメートレンズの焦点距離に対して等倍以上かつ１０倍以内の焦点距離を有し、前記コリメートレンズから射出される光線束を集光する集光レンズと、前記集光レンズの焦点位置に配置される撮像素子と、前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に配置されるリレー光学系と、を備えたものである。
【０００７】
本発明の一態様に係るコリメート光学系の調整方法は、光源から射出される光を１ｍｍ以下の焦点距離を有するコリメートレンズにて平行光に整形するコリメート光学系を対象とするコリメート調整方法であって、前記コリメートレンズから射出される光線束を、前記コリメートレンズの焦点距離に対して等倍以上かつ１０倍以内の焦点距離を有する集光レンズに対してリレー光学系を介して導き、前記集光レンズの焦点位置に配置される撮像素子にて前記集光レンズから射出される光線束を受光し、前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記コリメート光学系の前記光源又は前記コリメートレンズの少なくともいずれか一方を調整するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の形態に係るコリメート調整用測定装置を示す図。
【図２】本発明の第２の形態に係るコリメート調整用測定装置を示す図。
【図３】本発明の第３の形態に係るコリメート調整用測定装置を示す図。
【図４】本発明の第４の形態に係るコリメート調整用測定装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の形態）
図１を参照して本発明の第１の形態に係るコリメート調整用測定装置（以下、測定装置と略称することがある。）を説明する。図１の測定装置１０Ａはコリメート光学系１のコリメート調整に適用される。コリメート光学系１は、レーザダイオード等の点状の光源２から射出される光をコリメートレンズ３によって集光し、コリメートレンズ３の開口部３ａから平行光（コリメート光）としての光線束Ｂを射出する。コリメートレンズ３は、コリメート光学系１の用途に応じてその焦点距離、有効径等の仕様が決定されるが、本形態の測定装置１０Ａでは、コリメートレンズ３の焦点距離が１ｍｍ以下の範囲に設定されたコリメート光学系１を測定対象とするように構成されている。
【００１０】
測定装置１０Ａは、コリメートレンズ３から射出される光線束Ｂを集光する集光レンズ１１と、その集光レンズ１１にて集光された光を受光する撮像素子１２と、コリメートレンズ３と集光レンズ１１との間に配置されるリレー光学系１３とを備えている。集光レンズ１１はコリメートレンズ３の光軸ＡＸ１と同軸に配置されている。集光レンズ１１の焦点距離は、コリメートレンズ３の焦点距離に対して等倍以上かつ１０倍以下の範囲に設定されている。集光レンズ１１の焦点距離がコリメートレンズ３の焦点距離未満に設定されると、集光レンズ１１の有効径が小さくなり過ぎてコリメート光学系１からの光を集光レンズ１１に合わせ難くなるおそれがある。一方、集光レンズ１１の焦点距離がコリメートレンズ３の焦点距離の１０倍を超えるとレイリー長が大きくなり過ぎ、集光レンズ１１から射出される光線束のスポット径を適切な精度で検出することが困難となるおそれがある。つまり、レイリー長が長過ぎると、集光レンズ１１から射出される光線束の結像位置と撮像素子１２の受光面１２ａとのずれに応じたスポット径の変化に対する分解能を十分に確保できないおそれがある。
【００１１】
撮像素子１２は、集光レンズ１１にて集光された光線束が受光面１２ａに形成する光学像を電気信号に変換して出力する。撮像素子１２としては、例えばＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の各種の撮像素子が用いられてよい。撮像素子１２はその受光面１２ａが集光レンズ１１の焦点位置と一致し、かつコリメートレンズ３の光軸ＡＸ１と直交するように設けられている。したがって、コリメートレンズ３から射出される光線束Ｂが光軸ＡＸ１を中心とする正確な平行光に整形されていれば、集光レンズ１１から射出される光線束は受光面１２ａ上で結像する。
【００１２】
リレー光学系１３は、例えばコリメートレンズ３の光軸ＡＸ１と同軸上に配置された一対のリレーレンズ１３ａ、１３ｂを組み合わせた、いわゆる４ｆ光学系の一例として構成されている。リレー光学系１３は、コリメートレンズ３の開口部３ａから出射する光線束Ｂを集光レンズ１１の位置にリレーする。それにより、開口部３ａにおける光線束Ｂが集光レンズ１１には結像する。
【００１３】
コリメートレンズ３から射出される微小な光線束Ｂには回折広がりの影響が及ぶために、仮にリレー光学系１３が存在しなければ、集光レンズ１１にて光線束Ｂを結像させるためには、集光レンズ１１をコリメートレンズ３になるべく近付けて配置する必要がある。しかしながら、リレー光学系１３を用いることにより、集光レンズ１１をコリメートレンズ３から離して配置してもリレー光学系１３のリレーレンズ１３ａの位置に集光レンズ１１を配置した場合と同等の条件で光線束Ｂを撮像素子１２側に集光させることができる。それにより、集光レンズ１１の位置に関する制限を緩和し、集光レンズ１１を測定装置１０Ａを構成する上で都合がよい位置に配置することができる。集光レンズ１１の有効径が小さくても、光線束Ｂが集光レンズ１１外にずれて測定不能となるおそれを低減し、あるいは解消することが可能である。
【００１４】
以上の構成において、コリメート光学系１の光源２と撮像素子１２の受光面１２ａとは光学的に共役の位置にある。したがって、コリメート光学系１から射出される光線束Ｂが正確な平行光に整形されていれば、集光レンズ１１にて集光された光線束は受光面１２ａにてスポット状に結像する。一方、コリメートレンズ３から射出される光線束Ｂが発散し、又は収束を伴う場合、集光レンズ１１から射出される光線束は受光面１２ａからずれた位置で結像し、受光面１２ａのスポット径は増加する。つまり、受光面１２ａにおけるスポット径は、コリメート光学系１から射出される光線束Ｂの平行度と相関する。したがって、撮像素子１２の受光面１２ａにおけるスポット径が最小値となるようにコリメート調整を実施すれば、平行度が高い高精度のコリメート光が得られるようにコリメート光学系１を調整することができる。コリメート調整は、例えば光源２、及びコリメートレンズ３の少なくともいずれか一方の位置、又は向き等を調整することにより実施されてよい。
【００１５】
撮像素子１２の受光面１２ａにおけるスポット径の検出は、例えば撮像素子１２と接続された処理装置１４によって行われてよい。処理装置１４は、例えば、撮像素子１２の出力信号に基づいて受光面１２ａにおけるスポット径を演算し、演算結果を測定装置１０Ａのオペレータに対して提示するように構成される。この場合、オペレータは処理装置１４が提示するスポット径が最小値となるようにコリメート調整を実施すればよい。ただし、処理装置１４はスポット径の演算結果に基づいて、さらにコリメート光学系１の光源２、あるいはコリメートレンズ３の調整量を演算してオペレータに提示するように構成されてもよい。なお、処理装置１４は測定装置１０Ａの一部として予め測定装置１０Ａに実装されてもよいし、測定装置１０Ａとは別の装置として測定装置１０Ａに接続されてもよい。
【００１６】
（第２の形態）
次に、図２を参照して本発明の第２の形態に係る測定装置を説明する。図２において、図１と共通する部分には同一の参照符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。図２の測定装置１０Ｂは、第１の形態と同一のコリメート光学系１のコリメート調整に適用される。測定装置１０Ｂにおいては、リレー光学系１３の出射側のリレーレンズ１３ｂと集光レンズ１１との間にハーフミラー１５が分光手段の一例として設けられている。ハーフミラー１５は、その反射面１５ａがコリメート光学系１の光軸ＡＸ１に対して４５°傾くように設けられている。それにより、ハーフミラー１５は、リレー光学系１３から出射する光線束Ｂ１をコリメート光学系１の光軸ＡＸ１に沿って進む光線束Ｂ１と、光軸ＡＸ１に直交する光軸ＡＸ２に沿って進む光線束Ｂ２とに分光する。スポット径を検出するための集光レンズ１１は光線束Ｂ１を集光するように設けられている。
【００１７】
一方、光線束Ｂ２の光路上には別の集光レンズ１６及び撮像素子１７が設けられている。集光レンズ１６は光線束Ｂ２を集光する。集光レンズ１６の焦点距離は、上述した集光レンズ１１と同一範囲に設定されることを必ずしも要しない。集光レンズ１６の焦点距離は、集光レンズ１１の焦点距離の範囲を超えて大きい範囲、つまりコリメートレンズ３の焦点距離の１０倍を超える範囲に設定されてもよい。
【００１８】
撮像素子１７は集光レンズ１６にて集光された光線束Ｂ２が受光面１７ａに形成する光学像を電気信号に変換して出力する。撮像素子１７としては、例えばＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の各種の撮像素子が用いられてよい。撮像素子１７はその受光面１７ａが集光レンズ１６の焦点位置と一致し、かつ光軸ＡＸ２と直交するように設けられている。したがって、コリメートレンズ３から射出される光線束Ｂが光軸ＡＸ１に対して傾いていない場合、集光レンズ１６から射出される光線束は受光面１７ａ上の光軸ＡＸ２と交差する位置（以下、これを基準位置と呼ぶ。）にて結像する。
【００１９】
一方、コリメートレンズ３から射出される光線束Ｂが光軸ＡＸ１に対して傾いている場合、その傾きの角度及び方向に応じて受光面１７ａにおける光学像の位置が基準位置からずれる。そのため、撮像素子１７の出力信号に基づいて受光面１７ａにおける光学像の位置と基準位置とのずれ量及びずれ方向を検出すれば、コリメート光学系１から射出される光線束Ｂの光軸ＡＸ１に対する角度のずれを判別することができる。角度のずれに応じてコリメート調整を実施することにより、コリメート光学系１をさらに正確に調整することが可能である。なお、撮像素子１７における光学像の位置は、例えば第１の形態と同様に撮像素子１７の出力信号を処理装置１４に導き、その処理装置１４にて演算してもよい。
【００２０】
（第３の形態）
次に、図３を参照して本発明の第３の形態に係る測定装置を説明する。図３においても、図１又は図２と共通する部分には同一の参照符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。図３の測定装置１０Ｃは、第１及び第２の形態と同一のコリメート光学系１のコリメート調整に適用される。測定装置１０Ｃにおいても、リレー光学系１３の出射側のリレーレンズ１３ｂと集光レンズ１１との間にハーフミラー１５が分光手段の一例として設けられているが、ハーフミラー１５によって分光されて光軸ＡＸ２に沿って進む光線束Ｂ２の光路上には、さらに別の集光レンズ１８及び撮像素子１９が設けられている。
【００２１】
集光レンズ１８は光線束Ｂ２を集光する。その集光レンズ１８の焦点距離は、例えば、上述した集光レンズ１１の焦点距離と同一以上かつ３倍以下の範囲に設定される。撮像素子１９は、集光レンズ１８にて集光された光線束Ｂ２が受光面１９ａに形成する光学像を電気信号に変換して出力する。撮像素子１９としては、例えばＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の各種の撮像素子が用いられてよい。
【００２２】
撮像素子１９はその受光面１９ａが集光レンズ１８の焦点位置からずれた位置にあり、かつ光軸ＡＸ２と直交するように設けられている。したがって、コリメートレンズ３から射出される光線束Ｂが光軸ＡＸ１を中心とする正確な平行光に整形されていれば、集光レンズ１８から射出される光線束は受光面１９ａからずれた位置で結像する。つまり、集光レンズ１１にて集光された光線束が撮像素子１２の受光面１２ａにて結像するとき、集光レンズ１８にて集光された光線束は撮像素子１９の受光面１９ａ上では結像せず、受光面１９ａのスポット径は結像状態にあるときのそれよりも大きくなる。
【００２３】
一方、コリメート光学系１から射出される光線束Ｂが発散、又は収束のいずれか一方の誤差を伴う場合、撮像素子１９の受光面１９ａにおけるスポット径は減少し、いずれか他方の誤差を伴う場合には撮像素子１９の受光面１９ａにおけるスポット径は増加する。つまり、集光レンズ１１側の撮像素子１２の受光面１２ａにて光線束が正しく結像している状態を基準状態とし、その基準状態にあるときの撮像素子１９の受光面１９ａにおけるスポット径を基準径とすれば、コリメート光学系１からの光線束Ｂが発散又は収束のいずれにあるかによってスポット径は基準径よりも減少又は増加する。この性質を利用すれば、撮像素子１２の受光面１２ａにおけるスポット径が結像時のそれよりも大きい場合、撮像素子１９の出力信号に基づいて受光面１９ａ上のスポット径が基準径よりも大小いずれの側にずれているかを判別することにより、コリメート光学系１からの光線束Ｂが発散又は収束のいずれの誤差を伴っているかを判別することが可能である。さらに、基準径からのスポット径のずれ量を手がかりとして、発散又は収束の程度も判別することが可能である。
【００２４】
そのため、撮像素子１２、１９の出力信号に基づいて受光面１２ａ、１９ａのそれぞれのスポット径を検出すれば、コリメート光学系１から射出される光線束Ｂの光軸ＡＸ１の平行度のずれ量及びそのずれ方向（つまり、発散方向又は収束方向）を判別し、その判別結果に従ってコリメート調整における調整量、調整方向を割り出すことが可能である。なお、撮像素子１９におけるスポット径は、例えば第１の形態と同様に撮像素子１９の出力信号を処理装置１４に導き、その処理装置１４にて演算してもよい。
【００２５】
（第４の形態）
次に、図４を参照して本発明の第４の形態に係る測定装置を説明する。図４においても、図１〜図３と共通する部分には同一の参照符号を付し、以下では相違点を中心に説明する。図４の測定装置１０Ｄは、第１〜第３の形態と同一のコリメート光学系１のコリメート調整に適用される。測定装置１０Ｄにおいては、リレー光学系１３の出射側のリレーレンズ１３ｂと集光レンズ１１との間にハーフミラー１５が設けられるとともに、さらにそのハーフミラー１５に対して光軸ＡＸ２側に別のハーフミラー２０が設けられている。ハーフミラー２０は、その反射面２０ａが光軸ＡＸ２に対して４５°傾くように設けられている。これらのハーフミラー１５、２０の組が本形態における分光手段の一例として機能する。コリメート光学系１から射出される光線束Ｂは、ハーフミラー１５、２０により、光軸ＡＸ１に沿って進む第１光線束Ｂ１と、光軸ＡＸ２に沿って進む第２光線束Ｂ２と、光軸ＡＸ１と平行な光軸ＡＸ３に沿って進む第３光線束Ｂ３とに分光される。
【００２６】
測定装置１０Ｄには、３つの光線束Ｂ１〜Ｂ３に対応して、上記各形態で説明した集光レンズ１１、１６、１８が設けられている。集光レンズ１１は第１光線束Ｂ１を集光する第１集光レンズとして設けられ、集光レンズ１６は第２光線束Ｂ２を集光する第２集光レンズとして設けられ、集光レンズ１８は第３光線束Ｂ３を集光する第３集光レンズとして設けられている。集光レンズ１１、１８のそれぞれにて集光された光線束は、集光レンズ１１、１８間で共通の撮像素子２１に入射する。撮像素子２１は、第３の形態における撮像素子１２及び１９の機能を兼ねるものである。つまり、撮像素子２１は、第１集光レンズに対応する第１撮像素子、及び第３集光レンズに対応する第３撮像素子として兼用されている。ただし、撮像素子２１の受光面２１ａは集光レンズ１１からの光線束が入射する領域と、集光レンズ１８からの光線束が入射する領域とで区別されている。集光レンズ１１、１８間で撮像素子２１を共用しつつ、集光レンズ１１、１８とそれらの集光レンズ１１、１８のそれぞれが形成する光学像の結像位置との間の距離を差別化するため、集光レンズ１１、１８の焦点距離は互いに異なる値に設定されている。そして、撮像素子２１は、その受光面２１ａが集光レンズ１１の焦点位置に位置するように設けられている。
【００２７】
以上の測定装置１０Ｄによれば、上述した第１〜第３の形態における測定事項を同時に測定することが可能である。つまり、コリメート光学系１から射出される光線束Ｂの平行度のずれ量及びその平行度が発散方向又は収束方向のいずれの方向にずれているか、を撮像素子２１の出力信号に基づいて判別し、光線束Ｂの傾きの角度及び方向を撮像素子１７の出力信号に基づいて判別することができる。なお、本形態でも、撮像素子２１及び１７を処理装置１４に導いて、撮像素子２１の受光面２１ａにおけるスポット径、及び撮像素子１７の受光面１７ａにおける光学像の位置をそれぞれ求めるようにしてもよい。また、撮像素子２１に代えて、第１の形態の撮像素子１２が第１撮像素子として、第３の形態の撮像素子１９が第３撮像素子としてそれぞれ設けられてもよい。
【００２８】
本発明は、上述した形態に限定されることなく適宜の変形又は変更が施された形態にて実施されてよい。例えば、第２の形態及び第３の形態のハーフミラー１５、あるいは第４の形態のハーフミラー１５及び２０を、コリメートレンズ３とリレー光学系１３との間に配置してもよい。それにより、リレー光学系１３に入射する前の位置でコリメートレンズ３からの光線束Ｂを分光し、得られた光線束を集光レンズ１６、１８及び撮像素子１７、１９に導くようにしてもよい。また、上記の形態ではスポット径を検出するための集光レンズ１１及び撮像素子１２（又は２１）をコリメート光学系１の光軸ＡＸ１上に配置しているが、ハーフミラー１５等を設けてコリメート光学系１からの光線束Ｂを分光する場合には、光軸ＡＸ２側に集光レンズ１１及び撮像素子１２を設けることも可能である。
【００２９】
上述した実施の形態及び変形例のそれぞれから導き出される本発明の各種の態様を以下に記載する。なお、以下の説明では、本発明の各態様の理解を容易にするために添付図面に図示された対応する構成要素を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００３０】
本発明の一態様に係るコリメート調整用測定装置（１０Ａ〜１０Ｄ）は、光源（２）の射出光を１ｍｍ以下の焦点距離を有するコリメートレンズ（３）にて平行光に整形するコリメート光学系（１）を測定対象とするコリメート調整用測定装置であって、前記コリメートレンズの焦点距離に対して等倍以上かつ１０倍以内の焦点距離を有し、前記コリメートレンズから射出される光線束（Ｂ）を集光する集光レンズ（１１）と、前記集光レンズの焦点位置に配置される撮像素子（１２；２１）と、前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に配置されるリレー光学系（１３）と、を備えたものである。
【００３１】
上記の態様の測定装置によれば、コリメータレンズの焦点距離が１ｍｍ以下に設定されたコリメート光学系を測定対象とする場合でも、そのコリメータレンズから射出された光線束を集光するための集光レンズの焦点距離をコリメータレンズのそれに対して等倍から１０倍の範囲に制限しているため、集光レンズの有効径を適度に確保しつつ、集光レンズのレイリー長を適切な範囲に制限して、撮像素子上におけるスポット径の検出精度を確保し、又は向上させることができる。コリメートレンズと集光レンズとの間にリレー光学系を配置しているので、集光レンズをコリメートレンズから離して配置してもリレー光学系に入射する光線束を集光レンズにリレーして集光レンズに入射させることができる。しかも、リレー光学系を用いることにより、コリメートレンズから射出される光線束に傾きが生じても、その光線束を集光レンズに確実に入射させることが可能であり、コリメートレンズから射出される光線束が集光レンズ外にずれて測定不能となるおそれを低減し、あるいは解消することが可能である。
【００３２】
上記態様において、前記コリメートレンズから射出される光線束を複数の光線束（Ｂ１、Ｂ２；Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）に分光する分光手段（１５；１５、２０）を備え、前記集光レンズは前記分光手段にて分光された一の光線束（一例としてＢ１）を集光するように設けられ、前記分光手段にて分光された他の光線束（一例としてＢ２）の光路上には、当該他の光線束を集光する集光レンズ（１６）と、当該集光レンズの焦点位置に配置される撮像素子（１７）とが設けられてもよい。この場合には、一の光線束を集光レンズで集光してその光学像のスポット径を撮像素子で検出しつつ、他の光線束によって撮像素子上に形成される光学像の位置を検出することにより、コリメートレンズから射出される光線束の傾きの角度及び方向を判別することができる。これにより、コリメート光学系の調整状態をより正確に把握してコリメート調整を高精度に実施することが可能である。
【００３３】
上記態様において、前記コリメートレンズから射出される光線束を複数の光線束（Ｂ１、Ｂ２；Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）に分光する分光手段（１５；１５、２０）を備え、前記集光レンズは前記分光手段にて分光された一の光線束（一例としてＢ１）を集光するように設けられ、前記分光手段にて分光された他の光線束（一例としてＢ２又はＢ３）の光路上には、当該他の光線束を集光する集光レンズ（１８）と、当該集光レンズの焦点位置からずれた位置に配置される撮像素子（１９；２１）とが設けられてもよい。この場合には、一の光線束を集光レンズで集光してその光学像のスポット径を撮像素子で検出することにより、コリメート光学系から射出される光線束に発散又は収束の誤差が生じているか否かを判別しつつ、他の光線束によって撮像素子上に形成される光学像のスポット径を検出することにより、コリメート光学系から射出される光線束に生じている誤差が発散方向又は収束方向のいずれであるか、を判別することができる。これにより、コリメート光学系の調整状態をより正確に把握してコリメート調整を高精度に実施することが可能である。
【００３４】
上記態様において、前記コリメートレンズから射出される光線束を第１光線束（一例としてＢ１）、第２光線束（一例としてＢ２）及び第３光線束（一例としてＢ３）に分光する分光手段（１５、２０）を備え、前記集光レンズとして、前記第１光線束を集光する第１集光レンズ（１１）が設けられるとともに、前記撮像素子として、前記第１集光レンズの焦点位置に配置される第１撮像素子（２１）が設けられ、前記第２光線束の光路上には、前記第２光線束を集光する第２集光レンズ（１６）と、前記第２集光レンズの焦点位置に配置される第２撮像素子（１７）とが設けられ、前記第３光線束の光路上には、前記第３光線束を集光する第３集光レンズ（１８）と、前記第３集光レンズの焦点位置からずれた位置に配置される第３撮像素子（２１）とが設けられてもよい。この態様によれば、第１光線束を第１集光レンズで集光してその光学像のスポット径を第１撮像素子で検出することにより、コリメート光学系から射出される光線束に発散又は収束の誤差が生じているか否かを判別し、第２光線束によって第２撮像素子上に形成される光学像の位置を検出することにより、コリメートレンズから射出される光線束の傾きの角度及び方向を判別し、第３光線束によって第３撮像素子上に形成される光学像のスポット径を検出することにより、コリメート光学系から射出される光線束に生じている誤差が発散方向又は収束方向のいずれであるか、を判別することができる。これにより、コリメート光学系の調整状態をより多面的かつ正確に把握してコリメート調整をさらに高精度に実施することが可能である。
【００３５】
本発明の一態様に係るコリメート光学系の調整方法は、光源（２）から射出される光を１ｍｍ以下の焦点距離を有するコリメートレンズ（３）にて平行光に整形するコリメート光学系（１）を対象とするコリメート光学系の調整方法であって、前記コリメートレンズから射出される光線束（Ｂ）を、前記コリメートレンズの焦点距離に対して等倍以上かつ１０倍以内の焦点距離を有する集光レンズ（１１）に対してリレー光学系（１３）を介して導き、前記集光レンズの焦点位置に配置される撮像素子（１２）にて前記集光レンズから射出される光線束を受光し、前記撮像素子の出力信号に基づいて、前記コリメート光学系の前記光源又は前記コリメートレンズの少なくともいずれか一方を調整するものである。
【００３６】
上記態様の調整方法によれば、上述した態様の測定装置の作用効果を利用して撮像素子上におけるスポット径の検出精度を確保し、又は向上させ、それにより、コリメート光学系に対するコリメート調整を確実かつ高精度に実施することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  コリメート光学系
２  光源
３  コリメートレンズ
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ  コリメート調整用測定装置
１１  集光レンズ（第１集光レンズ）
１２  撮像素子（第１撮像素子）
１３  リレー光学系
１５、２０  ハーフミラー（分光手段）
１６  集光レンズ（第２集光レンズ）
１７  撮像素子（第２撮像素子）
１８  集光レンズ（第３集光レンズ）
１９  撮像素子（第３撮像素子）
２１  撮像素子（第１撮像素子、第３撮像素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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