(57)【要約】【課題】レーザ光を放出する光源部に対して、シリンドリカルレンズ、１次元配列したマイクロレンズアレイなどを高精度に調芯するための調芯装置、及びそれを用いた調芯方法を提供する。【解決手段】１次元配列した複数の発光点からレーザ光を放出する光源部１０に対して、該光源部からのレーザ光をコリメートするコリメート素子１１を調芯するための調芯装置１００は、コリメート素子から出射したレーザ光が投影されるスクリーン２０と、投影されたレーザ光の複数の像を撮像する撮像素子２１と、撮像された複数の像の形状を解析して調芯のための制御信号を発生させる制御部２２と、制御信号に従って光源部とコリメート素子との間の相対位置及び相対角度を調整するための可動部１３とを備える。調芯方法は、スクリーンに投影され且つ互いに重なった像が分離するように、光源部の出射端面に沿った面内でコリメート素子を回転させる工程を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元配列した複数の発光点からレーザ光を放出する光源部に対して、該光源部からのレーザ光をコリメートするコリメート素子を調芯するための調芯装置であって、
コリメート素子から出射したレーザ光が投影されるスクリーンと、
投影されたレーザ光の複数の像を撮像する撮像素子と、
撮像された複数の像の形状を解析して調芯のための制御信号を発生させる制御部と、
制御信号に従って光源部とコリメート素子との間の相対位置及び相対角度を調整するための可動部とを備えたことを特徴とする調芯装置。
【請求項２】
光源部は、レーザ光源、及び、該レーザ光源とコリメート素子との間に設けられた光ファイバアレイを有し、
制御部は、光ファイバアレイとコリメート素子との間の相対位置及び相対角度が調整されるように制御信号を発生させることを特徴とする、請求項１に記載の調芯装置。
【請求項３】
可動部は、コリメート素子を支持する６軸方向に移動可能なステージであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の調芯装置。
【請求項４】
コリメート素子の温度を調節する温調手段をさらに備えたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の調芯装置。
【請求項５】
制御部は、撮像された像の形状を解析してレーザ光の拡がり角及び照射角度を演算し、その演算結果を基に制御信号を発生させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の調芯装置。
【請求項６】
コリメート素子は、シリンドリカルレンズ又は１次元配列したマイクロレンズアレイであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の調芯装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の調芯装置を用いて、光源部に対してコリメート素子を調芯する調芯方法であって、
スクリーンに投影され且つ互いに重なった像が分離するように、光源部の出射端面に沿った第１面内でコリメート素子を回転させる第１調芯工程を含むことを特徴とする調芯方法。
【請求項８】
第１調芯工程の後、分離した複数の像の形状が同一の形状となるように、第１面と垂直な第２面内で回転させ、さらに第１面及び第２面に垂直な第３面内でコリメート素子を回転させる第２調芯工程を含むことを特徴とする、請求項７に記載の調芯方法。
【請求項９】
第２調芯工程の後、分離した複数の像が重なるように、第１面内で第１調芯工程とは逆方向にコリメート素子を回転させる第３調芯工程を含むことを特徴とする、請求項８に記載の調芯方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＤ（レーザダイオード）アレイ、光ファイバアレイなどに対して、レーザ光をコリメートするシリンドリカルレンズ、１次元配列したマイクロレンズアレイなどを調芯するための調芯装置、及びそれを用いた調芯方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光通信機器、レーザ加工機、レーザプロジェクタなどのレーザ使用機器においては、内蔵される半導体レーザなどから放出されるレーザ光の放射方向、放射形状及び放射特性をレンズなどの光学部品によって最適化させている。
【０００３】
従来、半導体レーザ及び集光レンズに代表される２つの光学素子の間の光軸位置を調整して光接続するために、アクティブアライメントと呼ばれる方法が用いられてきた。この方法では、半導体レーザから集光レンズに対してレーザ光を入射させ、そのレンズ内を伝搬して出射した光量及び光形状（プロファイル）を、パワーメータ、撮像素子などを用いて測定、観察しながら、その光量が最大となるまで、或いは光形状が一定となるまで、半導体レーザと集光レンズの位置を３次元調整するのが一般的である。そしてその後、接着剤、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザなどを用いて、各々の位置を固定している。
【０００４】
例えば特許文献１では、半導体レーザから発せられるレーザ光を、光ファイバコネクタに挿入する光ファイバのコア端面に結合させるためにレンズを用いて集光する構成において、集光レンズを通ったレーザ光を光軸方向に移動可能な撮像素子カメラにて受光し、撮像された画像のビーム形状から集光点を導出し、光ファイバコネクタのある１点と集光点が一致するように位置調整（アクティブアライメント）を行って集光レンズ及びファイバコネクタを固定している。
【０００５】
また、特許文献２では、半導体レーザに対して光ファイバを調芯する構成において、パワーメータを用いて、光ファイバから出射する光強度を測定し、光強度が最大となる位置に調整している。
【０００６】
また、特許文献３では、半導体レーザに対してレンズを調芯するために、撮像素子にてレンズの外形を観察し、微少放出させたレーザの発光領域光がレンズ中心となるようにＬＤ及びレンズの位置を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２９７２２９号公報
【特許文献２】特開２００４−２６４７５４号公報
【特許文献３】特開２００１−２４２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１，２に示された方法では、シリンドリカルレンズ、１次元配列したアレイレンズなど、レーザ使用機器で広く用いられるコリメートレンズが想定されていない。また、特許文献３の方法では、レンズの外形を基準に調芯するため、レンズの形状精度によってはビーム方向、拡がりにバラツキが発生してしまう。それゆえ、高精度に調芯を行うことができないという問題が生じる。
【０００９】
本発明の目的は、主として、１次元配列した複数の発光点からレーザ光を放出する光源部に対して、シリンドリカルレンズ、１次元配列したマイクロレンズアレイなどのコリメート素子を高精度に調芯可能な調芯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る調芯装置は、１次元配列した複数の発光点からレーザ光を放出する光源部に対して、該光源部からのレーザ光をコリメートするコリメート素子を調芯するための調芯装置であって、コリメート素子から出射したレーザ光が投影されるスクリーンと、投影されたレーザ光の複数の像を撮像する撮像素子と、撮像された複数の像の形状を解析して調芯のための制御信号を発生させる制御部と、制御信号に従って光源部とコリメート素子との間の相対位置及び相対角度を調整するための可動部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、上記のコリメート素子としては、例えばシリンドリカルレンズ、１次元配列したマイクロレンズアレイなど、レーザ使用機器で広く用いられるコリメートレンズを用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮像されたレーザ光の複数の像の形状が解析され、制御部が発生させた制御信号に従って、光源部とコリメート素子との間の相対位置及び相対角度が調整される。これにより、光源部とコリメート素子との光軸位置のずれの要因を明確化でき、また、光軸位置のずれを高精度に検知可能となる。その結果、光源部に対してコリメート素子を高精度に調芯可能となる。
【００１３】
さらに、光源部とコリメート素子との間の相対位置及び相対角度の変化が小さい場合でも、撮像される像の形状は明確に変化するため、光源部とコリメート素子とが接触することによる破損リスクを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１による調芯装置を概略的に示す構成図である。
【図２】図１に示す装置を用いた調芯手順を示すフローチャートである。
【図３】回転オフセットを実施したときの各発光点からのレーザ光の軌跡を示す図であり、図３（ａ）は、Ｙ軸方向に対してレンズの中心と発光点が同軸上に配置された場合について、図３（ｂ），（ｃ）は、発光点に対するレンズの中心位置が回転オフセットによりＹ方向にずれた場合について示している。
【図４】図４（ａ）は回転オフセット前の、図４（ｂ）は回転オフセット後の、スクリーン上のレーザ光の投影像を示す図である。
【図５】発光点の異常判定工程を説明するための図であり、図５（ａ）は、発光点の異常が存在しない場合を、図５（ｂ）は、一部の発光点に発光不良がある場合を、図５（ｃ），（ｄ）は、レーザ光にケラレが生じた場合を示す。
【図６】調芯制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図７】図６のフローチャートに示した各ステップに対応する、撮像素子が撮像した画像図である。
【図８】本発明の実施の形態２による調芯装置を概略的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による調芯装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。また、以下の説明は、本発明に係る調芯装置及び調芯方法を構成する。なお、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではない。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による調芯装置を概略的に示す構成図である。
調芯装置１００は、レーザ光源モジュール１０に対してレンズ１１を調芯、換言すると、レーザ光源モジュール１０から放出されるレーザ光の主光線の光軸とレンズ１１の光軸とを調整（アライメント）するための装置であって、スクリーン２０と、撮像素子２１と、制御部２２と、などを備えている。
【００１７】
図１で例示的に示すように、レーザ光源モジュール１０は、ステム１、ヒートシンク２、サブマウント３及びアレイレーザ素子４を有する所謂ＣＡＮパッケージで構成される。アレイレーザ素子４は、１次元配列した複数の発光点（エミッタ）からレーザ光を放出する素子である。レーザ光源モジュール１０の発光点（エミッタ）は、図１中のＸ方向に周期的に配列しているものとし、レーザ光はスクリーン側（図１中の＋Ｚ方向）に出射されるものとする。レーザ光源モジュール１０は、特許請求の範囲の「光源部」の一例に相当する。以下、レーザ光源モジュールを単にレーザ光源という。
【００１８】
アレイレーザ素子４は、サブマウント３の上面（図１中の＋Ｙ側の面）に接合材により固定されている。サブマウント３は、ステム１に設けられたヒートシンク２の上面に接合材により固定されている。また、アレイレーザ素子４が面発光型である場合は、ヒートシンク２に対してサブマウント３及びアレイレーザ素子４は側面（図１中の＋Ｚ側の面）に接合材により固定される。この接合材としては、各種はんだ材料、金属粒子を焼結させる方式の接合材、異なる金属同士を拡散させる接合材料、金属粒子を含む導電性接着剤、又はエポキシ樹脂若しくはシリコン樹脂などの樹脂材料からなる非導電性接着剤などの材料が適宜用いられる。接合材による固定は、例えばダイボンディングにより行われる。
【００１９】
本実施形態では、アレイレーザ素子４として、アレイ半導体レーザ（以下、アレイＬＤという）を想定しているが、一定周期ごとに発光領域を有するものであれば、例えばレーザ結晶からなる固体レーザ素子などを用いてもよい。アレイレーザ素子４がアレイＬＤである場合には、サブマウント３に配線パターンを形成し、図示しないリードピン、金属ワイヤなどを通して通電することにより、レーザ光を発生させることができる。また、アレイレーザ素子４が固体レーザ素子である場合には、別の半導体レーザなどを用いて光励起させることにより、レーザ光を発生させることができる。
【００２０】
レーザ光源１０は、光源取付け部１２によって保持されている。この光源取付け部１２には、凹凸の位置決め面が形成されている。また、ステム１には、光源取付け部１２の位置決め面の凹凸に嵌まるように凹凸が形成されている。それゆえ、このステム１を光源取付け部１２に押し付けることにより、レーザ光源１０を適正な位置に配置することができる。或いは、光源取付け部１２に例えば位置決めピンを設けて、ステム１を光源取付け部１２に押し付けてもよい。また、このように適正な位置に配置されたレーザ光源１０は、図示しないエアシリンダ、バネ、吸着などを用いて固定される。
【００２１】
光源取付け部１２の内部には、レーザ光源１０を駆動させるために、外部電源１５に接続されたソケット、プローブなどのコンタクト部品が組み込まれている。外部電源１５は、後述するパーソナルコンピュータに制御され、レーザ光源１０は、可変のレーザ強度のレーザ光を出力するようになっている。また、光源取付け部１２には、レーザ光源１０の劣化抑制の観点から、レーザ光源１０の温度調節をするための放熱フィン、ヒートパイプ、ペルチェ素子などの温調手段１４が組み込まれている。さらに、光源取付け部１２には、レーザ光源１０の温度測定のためにサーミスタ、熱電対などの温度センサが組み込まれてもよい。
【００２２】
レンズ１１は、レーザ光源１０からのレーザ光をコリメートするような幾何形状を有したコリメートレンズであり、例えばシリンドリカルレンズ、１次元配列したマイクロレンズアレイなどである。また、レンズ１１は、樹脂、ガラスなどで形成されており、表面に反射防止コーティングが施されてもよい。さらに、レンズ１１は、例えば金属製、樹脂製などのホルダに収納されてもよい。レンズ１１は、特許請求の範囲の「コリメート素子」の一例に相当する。
【００２３】
レンズ１１は、調整ステージ１３によって支持されている。この調整ステージ１３は、圧電アクチュエータ（図示せず）を有しており、制御部２２の制御により６軸（直動３軸・回転３軸）移動できるようになっている。圧電アクチュエータはポテンショメータに接続されており、ポテンショメータは各軸の位置を制御部２２にフィードバックする。このようにして、調整ステージ１３は、レーザ光源１０とレンズ１１との間の相対位置及び相対角度を調整するようになっている。なお、上記調整ステージ１３の移動機構は、圧電アクチュエータの他に、例えばモータにて構成してもよい。
【００２４】
当初、レンズ１１は、その入射端面がレーザ光源１０の出射端面に沿った面内に存在するように、好ましくは当該出射端面と平行な面内に存在するように配置される。また、レンズ１１の位置決めは、レーザ光源１０の位置決めと同様の方法によって行われる。調整ステージ１３の回転３軸の中心位置は、レンズ１１の入射端面の有効開口部の中心、出射端面の中心又はその他の位置とすることができる。
【００２５】
また、レンズ１１は、調整ステージ１３からレーザ光源側（図１中の−Ｚ方向）に若干張り出した状態で保持されている。これにより、レーザ光源１０に対してレンズ１１を調芯するときに、調整ステージ１３とレーザ光源１０との干渉を抑制することができる。また、レンズ１１の固定に接着剤を用いる場合には、接着部から接着剤がはみ出して調整ステージ１３へ付着しないようにすることが好ましい。
【００２６】
また、調整ステージ１３には、レーザ光源１０と同様に温調手段１６が組み込まれており、さらに、レンズ１１の温度測定のために温度センサが組み込まれてもよい。レンズ１１の固定時には、温度変化による膨張に起因して、調芯位置からのずれが生じうる。温調手段１６を用いてレンズの温度変化による膨張を抑制することにより、このずれを小さくすることができる。調整ステージ１３は、特許請求の範囲の「可動部」の一例に相当する。
【００２７】
なお、レーザ光源１０からのレーザ光はレンズ１１を通って空間に出射するため、調整ステージ１３によるレンズ１１の支持によりこのレーザ光が遮光されないようにすることが求められる。
【００２８】
スクリーン２０には、レーザ光源１０からレンズ１１を通って投射されるレーザ光ＬＢの像が投影される。このスクリーン２０は、例えばガラス、セラミック、布、紙などの材料からなる。スクリーン２０は、光源取付け部１２に位置決めされたレーザ光源１０の主光線の光軸に対して垂直、又は４５°，３０°などの任意の角度に保持される。また、スクリーン２０とレーザ光源１０との間の距離は、使用するレンズ１１の焦点距離を基に決定することができる。当該距離は、例えば焦点距離から任意の距離をオフセットした距離とされる。
【００２９】
なお、レンズ１１とスクリーン２０との間にミラー（図示せず）を設け、レーザ光ＬＢをミラーで任意の角度に反射させ、かつ反射光の主光線が投射されるようにスクリーン２０を配置してもよい。このとき、ミラーの表面に透過防止コーティングが施されてもよい。
【００３０】
撮像素子２１は、スクリーン２０に投影されたレーザ光の像を撮像すると共に、撮像された投影像をデジタル出力して処理部２２に伝送する。この撮像素子２１は、例えば投影レンズ（図示せず）が取付けられたＣＣＤカメラである。撮像素子２１は、スクリーン上のレーザ光の投影像を裏面側（図１中の＋Ｚ側）から撮像してもよく、或いはおもて面側（図１中の−Ｚ側）から撮像してもよい。
【００３１】
撮像素子２１の撮像範囲の中心は、好ましくは、レーザ光源１０に対してレンズ１１を調芯した際の、レーザ光ＬＢの像の理想中心位置とされる。これは、投影像を裏面側から撮像した場合もおもて面側から撮像した場合も同様である。この「理想中心位置」は、使用するレーザ光源１０の仕様、要求仕様などによって決まる位置である。以下の説明では、スクリーン上の投影像を裏面側から撮像するものとするが、おもて面側から撮像した場合も同様である。
【００３２】
制御部２２は、光形状処理部２３と、位置制御部２４とを有する。制御部２２は、ＣＰＵ、メモリなどで構成され、撮像素子２１及び調整ステージ１３とコネクタなどで接続されている。光形状処理部２３は、撮像素子２１から伝送されたレーザ光の投影像の形状を解析して、レーザ光の拡がり角及び照射角度を演算する。位置制御部２４は、調芯のために、光形状処理部２３の演算結果に応じた制御信号、例えば電圧パルスを調整ステージ１３に送信する。この制御信号に従って調整ステージ１３が６軸方向に移動することにより、レーザ光源１０とレンズ１１との間の相対位置及び相対角度が調整されるようになっている。
【００３３】
パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）は、外部電源１５、撮像素子２１及び制御部２２に、以下で説明する調芯手順に応じて、スタート信号などの各種信号を送信する。撮像素子２１により撮像された投影像がＰＣのモニタに表示されるようにしてもよい。勿論、制御部２２とＰＣとを一体化してもよい。
【００３４】
図２は、図１に示す調芯装置を用いた調芯手順を示すフローチャートである。この図２を用いて、調芯装置１００を用いた調芯手順について説明する。
【００３５】
まず、ステップＳ１で、光源取付け部１２にレーザ光源１０を、調整ステージ１３にレンズ１１をそれぞれ取り付ける。これにより、レーザ光源１０及びレンズ１１は、それぞれ位置決めされる。また、レーザ光源１０は、光源取付け部１２を介して外部電源１５と接続され、レーザ光を出力可能な状態になると共に、温調手段１４によって温度調節される。同様に、レンズ１１も温調手段１６によって温度調節される。
【００３６】
次のステップＳ２では、調整ステージ１３により、レンズ１１をレーザ光源１０の出射面に沿った面内、好ましくは出射面に平行な面内で所定の角度だけ回転させる。このステップＳ２は、後述するように、スクリーン上の互いに重なった投影像が分離するように実施する。レンズ１１をレーザ光源１０の出射面に平行な面内で回転させるとき、レンズ１１の回転軸はＺ方向に延びるので、この回転をθｚ軸移動とする。上記の「所定の角度」は、レンズ１１がレーザ光を完全にコリメートすると共に、レーザ光を損失なく透過させる理想的なコリメートレンズであると仮定し、さらに、レーザ光源１０の出力端面とレンズ１１の入力端面とが互いに平行であって、レンズ１１の回転中心がアレイレーザ素子４の中心と一致していると仮定した上で、レーザ光源１０とレンズ１１との間の距離などを考慮して算出される。
【００３７】
なお、これらとは異なる仮定をして所定の角度を算出してもよい。勿論、ユーザの操作により所定の角度が算出されるようにしてもよい。以下、このステップＳ２で、レーザ光源１０の電源をオンにする前にレンズ１１を回転させる制御を「回転オフセット（θｚ軸移動）」という。
【００３８】
次にステップＳ３で、回転オフセット後の位置でレーザ光源１０の電源をオンにし、ステップＳ４で、撮像されたスクリーン上の投影像を制御部２２に取り込む。レンズ１１の回転オフセットにより、撮像された投影像では、各発光点からのレーザ光が分離している。この状態で、光形状処理部２３にて画像処理を行い、投影像の中心位置を求める。また、光形状処理部２３は、投影像の形状を解析して、レーザ光の拡がり角及び照射角度を演算する。
【００３９】
次に、図３から図７を参照して、回転オフセット後に、レーザ光源１０に対してレンズ１１を調芯する方法について説明する。
【００４０】
図３は、回転オフセットを実施したときの各発光点からのレーザ光の軌跡を示す図である。
図３（ａ）は、Ｙ軸方向に対してレンズ１１の中心と同軸上に配置された発光点５０ａからのレーザ光の軌跡を示している。レンズ１１の中心とは、レンズ１１の入射端面の有効開口部の中心を指す。また、発光点５０ａは、アレイレーザ素子４のＸ方向中心に位置する。また、レンズ１１のθｚ軸移動の回転中心と光軸とが一致している。発光点５０ａからスクリーン側（図３中の＋Ｚ方向）に放出されたレーザ光は、レンズ１１の中心を通り、放出されたレーザ光の光軸と同軸上でコリメートされる。
【００４１】
一方、図３（ｂ），（ｃ）は、発光点に対するレンズ１１の中心位置が回転オフセットにより±Ｙ方向にずれた場合について示している。図３（ｂ），（ｃ）で、発光点５０ｂ，５０ｃは、アレイレーザ素子４のＸ方向中心にある発光点５０ａとは異なる位置にある。この場合、レンズ１１を通った光は、発光点５０ｂ，５０ｃから放出されたレーザ光の光軸に対して、それぞれ所定の角度θｂ，θｃだけ傾く。それゆえ、図３（ｄ）に示すように、アレイレーザ素子４の各発光点から放出されたレーザ光は、レンズ１１との位置関係により、それぞれ異なる角度でレンズ１１から出射する。
【００４２】
ここで、発光点の数が偶数である場合には、アレイレーザ素子４の発光点とレンズ１１の回転中心とが一致しない。この場合、発光点から放出されたレーザ光の光軸とレンズ１１から出射した光の光軸は同軸とはならないが、特に問題はなく、中央の２つの発光点の中心をレンズ１１の回転中心と一致させればよい。
【００４３】
図４（ａ）は回転オフセット前の、図４（ｂ）は回転オフセット後の、スクリーン上のレーザ光の投影像を示す図である。
図４（ａ）に示すように、回転オフセット前は、各発光点５０による複数の投影像は互いに重なっている。一方、図３を用いて説明したように、回転オフセット後は、レーザ光がそれぞれ異なる角度でレンズ１１から出射する。これにより、図４（ｂ）に示すように、複数の投影像はＹ方向に分離する。
【００４４】
図５は、発光点の異常判定工程を説明するための図である。以下では、レーザ光源１０の発光点の数が５である場合について説明する。
図５（ａ）に示すように、発光点の異常が存在しない場合には、レンズ１１の回転オフセットを行うと、スクリーン２０に発光点の数と同数のライン状の投影像が現れる。一方、一部の発光点に発光不良（輝点不良）がある場合、図５（ｂ）に示すように、ラインの本数は発光点の数と一致しない。また、発光点付近に付着した半田などの異物によってレーザ光に所謂ケラレが生じた場合、図５（ｃ），（ｄ）に示すように、通常は１本であるラインが分割され（ｃ）、或いは短くなる（ｄ）。
【００４５】
このようにして、ステップＳ５では、レーザ光源１０の信頼性を損なう要因となる発光点の異常が存在するか否かを判定する。この判定は、制御部２２に判定手段を設けて行ってもよいし、ユーザが行ってもよい。発光点の異常が存在すると判定されたときは、ステップＳ１から調芯工程をやり直す。
【００４６】
一方、発光点の異常が存在しないと判定されたときは、次のステップＳ６で調芯制御を行う。このステップＳ６について、図６及び図７を用いて詳しく説明する。なお、図７は、図６のフローチャートに示した各ステップに対応する、撮像素子が撮像した画像図である。また、図６では、各ステップと図７との関係について括弧内に示している。なお、レンズ１１の移動手順はこの図６のフローチャート順に限定されず、レンズ形状、必要となる調芯精度などに応じて、任意の手順で実施し、又は省略することができる。
【００４７】
まず、ステップＳ６ａでは、ステップＳ４で求めたレーザ光の投影像の中心位置Ｃ１が理想中心位置Ｃ０と重なるようにレンズ１１を移動させる。ここで、Ｃ０とＣ１との間にずれが生じる要因としては、レーザ光源１０に対するレンズ１１の位置においてＸＹ方向にずれが生じていることが支配的である。それゆえ、ステップＳ６ａでは、レンズ１１をＸＹ面内で移動させる。
【００４８】
次にステップＳ６ｂで、投影像に現れた全ラインの中央のライン幅Ｗ１Ｃが最小となるように、レンズ１１を±Ｚ方向に移動させる。これにより、スクリーン２０の位置がレーザ光ＬＢの集光点の位置と一致する。なお、発光点数が偶数の場合は、全ラインの中央付近の２本のライン幅の平均値が最小となるようにすればよい。
【００４９】
次にステップＳ６ｃで、任意のライン両端の幅Ｗ２Ｌ，Ｗ２Ｒが同一寸法となるように、回転オフセットの回転軸とは垂直なＹ方向を回転軸として、レンズ１１を回転させる。前記の通り、このＹ方向は、回転オフセットにより投影像が分離する方向である。この回転をθｙ軸移動とする。このとき、分離した各ライン内で幅が均一となるようになればよいので、両端ではなく中央と片端の幅とを比較してもよいし、或いは他のラインで同様の比較を行ってもよい。
【００５０】
次にステップＳ６ｄで、全ラインのライン幅が同一となるように、回転オフセットでの回転軸及び上記ステップＳ６ｃでの回転軸と垂直なＸ方向を回転軸として、レンズ１１を回転させる。これらのステップＳ６ｃ及びＳ６ｄが、特許請求の範囲の「第２調芯工程」に相当する。
【００５１】
そして、ステップＳ６ｅで、±ＸＹ（Ｚ）方向に微調節を行い、レーザ光の投影像の中心位置Ｃ１を理想中心位置Ｃ０に一致させる。最後に、ステップＳ６ｆで、Ｙ方向に分離していた投影像が合成されるように、ステップＳ２で回転オフセットした方向と逆方向にレンズ１１をθｚ軸移動させる。
【００５２】
以上で説明した調芯制御のステップＳ６ａからＳ６ｆで、レンズ１１をＸＹＺ方向に移動させる距離と、レンズ１１をθｘθｙθｚ軸移動させる角度とは、ステップＳ４で光形状処理部２３により演算された拡がり角及び照射角度を基に決定される。例えば、拡がり角及び照射角度と、レンズ１１の移動距離及び角度との間の関係を示すマップを制御部２２のメモリに保存しておき、拡がり角及び照射角度の演算のたびに当該マップを呼び出して比較することにより、レンズ１１の移動距離及び角度を決定することができる。或いは、ユーザの操作により、これらの移動距離及び角度が算出されるようにしてもよい。
【００５３】
調芯制御の各ステップＳ６ａからＳ６ｆの終了後、ステップＳ７で制御部２２により投影像を取り込み、再度投影像の形状を基にレーザ光の拡がり角及び照射角度を演算する。そして、次のステップＳ８で仕様を満たしたと判定されるまで、このステップＳ６，Ｓ７を繰り返し実施する。
【００５４】
なお、レーザ光が集光してライン幅が細くなると、単位面積当たりのエネルギー量は増加し、エネルギー中心の輝度値は高くなる。ステップＳ６ｂ〜Ｓ６ｆでは、上述したように各ライン幅に着目して調整を行う他に、投影された各ラインの輝度値を基に調整することも可能である。例えば、ステップＳ６ｂにおいては、中央のラインのエネルギーセンターの輝度値が最大となるようにし、或いはラインの稜線上にある輝度の積分値が最大となるように調整することが可能である。各ステップにおける調整は、例示した方法に限らず、ライン幅や輝度値などを用いた比較を適切に組合せて実施することが好ましい。
【００５５】
ステップＳ８で仕様を満たしたと判定されると、次のステップＳ９でＬＤを一旦オフにし、ステップＳ１０でレンズ１１を退避させ、ステップＳ１１でレーザ光源１０のレンズ固定部分に接着剤などを塗布する。
【００５６】
そして、次のステップＳ１２でレンズ１１を元の位置に復帰させる。塗布した接着剤が紫外線硬化型の接着剤であれば、ステップＳ１３で紫外線照射を行う。なお、レンズ１１が金属製のホルダに収納されている場合には、ＹＡＧレーザなどを用いた溶接によって接合してもよい。また、レーザ光源１０のレンズ固定部分では、ヒートシンク２、サブマウント３の他に、ステム１の形状を工夫することによりレンズ固定を行ってもよい。
【００５７】
このとき、調整ステージ１３の所謂繰り返し位置決め精度が無視できない場合には、レンズ１１の復帰後に、再度レーザ光源１０の電源をオンとして微調芯を行ってもよい。また、上記のステップＳ５で発光不良の頻度が微少である場合、或いは運用にてカバーするのであれば、レンズ１１の位置決め前に接着剤を塗布しておき、調芯完了後にすぐ紫外線照射して硬化させてもよい。
【００５８】
また、レンズ１１の焦点位置を無限遠としたい場合、或いは、焦点距離が非常に長い、例えば１０００ｍｍ以上であって、装置の構成上、スクリーン２０を設置するのが実質的に困難な場合などは、調芯完了位置からＺ方向にレンズ位置をオフセットしてもよい。なお、焦点位置を無限遠とした場合は、拡がり角が小さいコリメート光が得られる。
【００５９】
以上で説明した実施形態では、調整ステージ１３を動作させてレンズ１１を６軸移動（ＸＹＺ，θｘθｙθｚ）させ、レーザ光源１０に対するレンズ１１の位置及び角度を調整したが、逆にレーザ光源１０が６軸移動できるように構成して、レーザ光源１０に対するレンズ１１の位置及び角度を調整してもよい。
【００６０】
本実施形態で説明した調芯装置１００によれば、撮像されるスクリーン上の投影像の形状を基に調整ステージ１３が制御され、これによりレーザ光源１０とレンズ１１との間の相対位置及び相対角度が調整される。このときステップＳ２では、ステップＳ６での調芯制御の前に回転オフセットが実施されるため、アレイレーザ素子４の各発光点からのレーザ光による重なった投影像が、発光点の数と同数のライン形状に分離する。これにより、ステップＳ５で実施される輝点及び閾値不良の判定が容易になる。
【００６１】
また、このように投影像が分離することにより、レーザ光源１０とレンズ１１との光軸位置のずれの要因を、直動方向（Ｚ）及び回転方向（θｘ，θｙ）に分離して明確化することができる。また、その光軸位置のずれを高精度に検知可能となる。
【００６２】
また、６軸方向に移動できる調整ステージ１３によって、光軸位置のずれに対して軸ごとに調整を行うことができる。これにより、拡がり角が小さいコリメートレーザ光、又は任意の焦点距離となるレーザ光を得ることができる。
【００６３】
さらに、図７を参照すると分かるように、レーザ光源１０とレンズ１１との間の相対位置及び相対角度の変化が小さい場合でも、分離した各投影像の形状は明確に変化するため、調芯のときにレーザ光源１０とレンズ１１とが接触することによる破損リスクを低減させることができる。
【００６４】
以上のように、調芯装置１００により、レーザ光源１０に対してレンズ１１を高精度に調芯することが可能となる。
【００６５】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２による調芯装置を概略的に示す構成図である。なお、上記の実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。調芯装置２００は、光ファイバアレイ１１０に対してレンズ１１を調芯する。調芯装置２００の構成は、実施形態１と基本的に同一である。
【００６６】
光ファイバアレイ１１０は、１次元配列した複数の光ファイバ１００と、光ファイバ１００の一端に装着され、出射したレーザ光をレンズ１１に導入するためのファイバアダプタ１０１とを有する。光ファイバ１００の他端には、レーザ光源１１１と光ファイバアレイ１１０とを光接続するためのファイバコネクタ１１３が取り付けられている。なお、ファイバコネクタ１１３を設けず、光ファイバアレイ１１０とレーザ光源１１１との間に集光レンズ（図示せず）を設ける構成でもよい。この場合、レーザ光源１１１から放出されたレーザ光を光ファイバ１００の入射端面に集光させることにより、レーザ光源１１１と光ファイバアレイ１１０とを光接続することができる。
【００６７】
レーザ光源１１１は、実施形態１と同様にＣＡＮパッケージで構成されてもよいが、レーザ光源１１１が有するレーザ素子が複数の発光点を有する必要はない。
【００６８】
光ファイバアレイ１１０は、ファイバアレイ取付け部１１２に固定される。具体的には、ファイバアダプタ１０１が、吸着、チャックなどによりファイバアレイ取付け部１１２に固定される。この固定方法は、実施形態１のレーザ光源１０と同様に、ファイバアレイ取付け部１１２に凹凸を有する面を設け、或いはピンなどを設置し、エアシリンダ、バネ、吸着などの方法で保持を行う。
【００６９】
上記のファイバアダプタ１０１は、樹脂、ガラス、金属などの材料で構成されるところ、この材料は、レンズ１１の固定方法などにより選択することができる。
【００７０】
本実施形態で説明した調芯装置２００によれば、実施形態１で図２、図６などを用いて説明した調芯手順を用いることにより、実施形態１と同様の効果を得ることができる。即ち、光ファイバアレイ１１０に対してレンズ１１を高精度に調芯することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  ステム、  ２  ヒートシンク、  ３  サブマウント、  ４  アレイレーザ素子、
１０  レーザ光源モジュール、  １１  レンズ、  １２  光源取付け部、
１３  調整ステージ、  １４  （レーザ光源モジュールの）温調手段、
１５  外部電源、  １６  （レンズの）温調手段、  ２１  撮像素子、  ２２  制御部、
２３  光形状処理部、  ２４  位置制御部、  ＬＢ，ＬＴ  レーザ光、
５０，５０ａ〜５０ｃ  発光点、  １００  光ファイバ、  １０１  ファイバアダプタ、１１０  光ファイバアレイ、  １１１  レーザ光源、
１１２  ファイバアレイ取付け部、  １１３  ファイバコネクタ、
１００，２００  調芯装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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