(57)【要約】【課題】コリメート光の光路内に設置されその光学特性を変化させる対物レンズなどの特性バラつきによってコリメート光の指向性の評価精度が落ちる問題点を解決。【解決手段】コリメート光の指向性評価装置10では、撮像素子12がコリメート光22を、対物レンズなどの集光手段を介することなく、直接受光する。すなわち、撮像素子12は、ピンホール30およびレンズ34によってコリメートされたコリメート光22を、対物レンズなどの手段によって再び屈折させたりせず、指向性が保たれたままの状態で受光する。そして撮像素子12はコリメート光22の輝度分布を出力し、この輝度分布から、コリメート光22の指向性が評価される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コリメート光を直接受光し該コリメート光の輝度分布を表す情報を出力する撮像手段を含み、
前記輝度分布を表す情報によって前記コリメート光の指向性を評価可能であることを特徴とするコリメート光の指向性評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記撮像手段は、前記コリメート光の光軸と実質的に垂直な方向に沿って複数の位置へ移動し、該複数の位置それぞれにおいて前記コリメート光の輝度分布を表す情報を出力し、
これによって、前記撮像素子が一度には受光しきれない口径を有するコリメート光の指向性を評価可能であることを特徴とするコリメート光の指向性評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、前記撮像手段が直接受光するコリメート光は、白色光源から発せられた光束をコリメートしたものであることを特徴とするコリメート光の指向性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コリメート光の指向性を評価する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光の大きな特徴は、空間をほぼ一直線に進むことができるという高い指向性である。かかるレーザ光をより遠くまで飛ばしたり、効率よく集光したりするには、レーザビームを、長い距離を伝播しても拡散したり収束したりしない平行な光束にする必要がある。これを実現するには、一般的に、ミラーによる反射やレンズによる屈折を用いて、ビームを平行状態にする光学調整が行なわれる。かかる調整を「コリメート（する）」と言い、平行状態に調整された、すなわちコリメートされたビームは「コリメート光」と呼ばれる。
【０００３】
ただし、実際には完全な平行ビーム束というのは存在せず、いかにコリメートされたレーザ光であっても、波動光学で知られるところの回折の影響を受けて、遠方に進むにつれて僅かずつビームが拡がって行く。この拡がりの程度は、ビーム拡がり角や波面の曲率半径といった数値で表されるのが一般的である。
【０００４】
光学系を組む上では「コリメート」は不可避の問題である。光学系を構築するには、光路の途中でビーム径の拡大・縮小が必要になる場合があるからである。例えば、小さなスポットに効率良く光を絞り込んだり、広い面の干渉縞を観察したりするには、大口径のコリメート光を得ることが必要である。ビーム径の拡大には通常２枚のレンズを使用し、入射側のレンズで一旦ビーム光束を拡散させて広げた上で、出射側のレンズで再度コリメート状態へと調整する。
【０００５】
通常、コリメート光の指向性を評価する場合、ある程度の距離をおいた２箇所において、ターゲットや方眼紙を使用してビーム径を観察する方法がとられる。しかし、サンプルに充分な距離を確保できない場合や、ビーム径が小さい場合、精度の高いコリメートは非常に困難である。
【０００６】
そこで、コリメート光の指向性を評価する方法として、特許文献１のような評価方法が提案されている。特許文献１では、光束の光路中にスリットを設け、このスリットを通過した光束の光強度分布を測定することで、光束の指向性を判定する。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１３７８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の方法は、干渉性の強いレーザ光学系にしか適用できず、また、評価光学系に用いる対物レンズ等の特性も評価精度に影響を与えてしまう。本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、レーザ光学系のみならず、白色光学系でのコリメート光の指向性を評価可能であり、さらに、評価用の光学系を単純化することで、測定精度の向上を図るコリメート光の指向性評価装置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】
【０００９】
本発明によるコリメート光の指向性評価装置は、上述の課題を解決するために、コリメート光を直接受光しそのコリメート光の輝度分布を表す情報を出力する撮像手段を含み、この輝度分布を表す情報によってコリメート光の指向性を評価可能である。
【００１０】
また、本発明によるコリメート光の指向性評価装置の撮像手段は、コリメート光の光軸と実質的に垂直な方向に沿って複数の位置へ移動し、複数の位置それぞれにおいてコリメート光の輝度分布を表す情報を出力し、これによって、撮像素子が一度には受光しきれない口径を有するコリメート光の指向性を評価可能である。
【００１１】
さらに、本発明によるコリメート光の指向性評価装置の撮像手段が直接受光するコリメート光は、白色光源から発せられた光束をコリメートしたものとしてよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コリメート光の光路内に設置された、コリメート光の光学特性を変化させる対物レンズ等の特性がバラつくことによって、指向性評価の精度が低下するという、従来技術における問題点が解決される。すなわち、指向性評価の対象であるコリメート光を本発明では直接評価するため、評価精度の向上が期待できる。また、コリメート光の光路内に対物レンズ等を設置せず、直接にコリメート光を撮像素子が受光するため、評価装置の簡易化が図られている。これによって、評価装置導入の利便性や同装置の維持の簡易化にも寄与できる。
【００１３】
本発明によれば、撮像素子が一度には受光しきれないほどコリメート光の口径が大きくとも、その指向性を評価可能である。
【００１４】
本発明によれば、白色光源のような干渉性の弱い光源を用いたコリメート光の指向性を評価することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に添付図面を参照して本発明によるコリメート光の指向性評価装置の実施例を詳細に説明する。なお各図面において、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、本文中、信号はそれが現れる信号線の符号によって表記する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明によるコリメート光の指向性評価装置の第１の実施例を示す模式図である。指向性評価装置10は、同図に示すように、撮像素子12と、信号処理部14と、輝度表示部16とで構成されている。撮像素子12はその撮像面13にフォトダイオードなどの光電変換素子を配列した固体撮像素子としてよい。光電変換素子によって光から変換された電気信号は、同じく撮像素子12の撮像面13に縦横に配列された電荷結合素子（CCD; Charge Coupled Device）によって垂直および水平方向に転送され、信号処理部14に出力される。
【００１７】
信号処理部14は、撮像素子12から出力された電気信号18から輝度情報を抽出し、これを輝度信号20として輝度表示部16に出力する回路である。そして輝度表示部16は、液晶その他のモニタとしてよく、信号処理部14から受信した輝度信号20に基づいて、コリメート光22の撮像面13における輝度分布を表示する装置である。
【００１８】
図２は輝度表示部16に表示される輝度分布の一例を示す図である。コリメート光22は、もともと、図１の光源24から発せられた光26のうち、遮蔽物28を貫通するピンホール30を通過した光束32のみをレンズ34で屈折させることによって、指向性を持たせたものである。なお光源24は、レーザ光源としてもよいし、白色光源などの干渉性の弱い光源としてもよい。これは、後述のように、コリメート光22を直接に撮像素子12が受光するという本発明の特徴により得られる利点である。
【００１９】
上述のような指向性のあるコリメート光22の輝度分布は、理想的には、レンズ34の口径と等しい口径を有する、図２に示す小円36となる。しかし、実際には完全な平行ビーム束というものは存在せず、いかにコリメートされた光であっても、遠方に進むにつれて僅かずつビームが拡がって行く。したがって、実際の輝度分布は、図２に示す大円38となる。そしてこの大円38の口径が大きいほど、コリメート光22は拡がってしまっていて発散傾向を有することとなり、指向性が劣るものと評価される。
【００２０】
図３は図２の輝度分布図に、位置情報を示すｘ軸40を加えた図である。ｘ軸40は、図１に示す光軸42すなわちレンズ34の中心から撮像素子12の撮像面13に向かって伸びる垂線と、撮像面13との交点を通る、撮像面13に平行な直線である。なお図３ではｘ軸40は水平方向に伸びているが、上記の交点を通る撮像面13に平行な直線であれば、いかなる方向に伸びていてもよい。
【００２１】
図４は図３のｘ軸40上の位置ｘの関数として輝度を表したグラフであり、このグラフも輝度表示部16に表示してよい。図４に示す曲線36A、38Aは、それぞれ、図３に示す小円36、大円38の輝度分布を示す。指向性に優れている小円36の輝度分布は、曲線36Aに示すように、小円36の周辺および中心において、ほとんど輝度が変化しない。この曲線36Aに比較して、指向性に劣る大円38の輝度分布は、曲線38Aに示すように、大円38の周辺と中心とで、輝度の変化が激しい。すなわち、輝度分布にムラがある。
【００２２】
本発明の第１の実施例である指向性評価装置10の特徴は、上述の撮像素子12がコリメート光22を、対物レンズなどの光学特性変更手段を介することなく、直接受光することである。ここで「直接」という用語の意味を、従来技術との比較において、さらに詳しく説明する。本発明の実施例に言う、コリメート光22を直接受光するということは、既にピンホール30およびレンズ34によってコリメートされたコリメート光22を、対物レンズなどの手段によって再び屈折させたりせず、指向性が保たれたままの状態で受光する、という意味である。
【００２３】
図８は従来のコリメート光の指向性評価装置の一例を示す模式図である。なお図８において、図１と共通する要素については、図１の要素と同一の符号で示し、説明を省略する。図８に示すように、従来の指向性評価装置50は、撮像素子52と、信号処理部14と、輝度表示部16とを含む点では、図１に示す本発明の第１の実施例である指向性評価装置10と同様の構成を有する。しかし、図８の従来の指向性評価装置50は、撮像素子52にコリメート光22を集光する対物レンズ54を有する点で、図１の装置10と異なる。すなわち、従来の指向性評価装置50では、コリメート光22を撮像素子52が直接受光せず、対物レンズ54を介して受光する。
【００２４】
なお図９は図８に示す従来のコリメート光の指向性評価装置50によって得られるコリメート光の像の例を示す図である。言うまでもないが、像56に示すようにコリメート光の口径が小さい方が、像58に示す口径の大きいものより、指向性に優れている。
【００２５】
図８では、対物レンズ54によって、口径の大きいコリメート光22を小さめの撮像素子52に集光できるという利点はあるものの、コリメート光22の光路内に光学特性を変化させる物、すなわち対物レンズ54を設置したために、対物レンズ54の分解能をはじめとする特性のバラつき等によって、指向性の評価精度が落ちるという問題点がある。一方、図１に示す本発明の第１の実施例では、指向性評価対象であるコリメート光22を直接評価できるため、図８の従来技術に比較して、評価精度の向上が期待できる。また、図１に示す本発明の第１の実施例では、対物レンズがなく、指向性評価装置の構成を簡易化することができるため、導入の利便性や維持の容易性という利点も得られる。さらに、光源24を白色光源とすることも可能である。
【実施例２】
【００２６】
図５は本発明によるコリメート光の指向性評価装置の第２の実施例を示す模式図である。既に図１の第１の実施例について述べたように、本発明は、コリメート光を撮像素子が直接受光する点に特徴がある。しかし、コリメート光を直接受光するということは、コリメート光の口径を保ったまま受光するということであるから、大型の撮像素子を必要とする。しかし、そういった撮像素子が入手できない場合、大型撮像素子に変わる小型の撮像素子を用いた評価装置を用いざるを得ない。そして小型の撮像素子の撮像面は小さいため、コリメート光全体を一度には受光しきれない場合がある。そのような場合に威力を発揮するのが図５に示す本発明の第２の実施例である。
【００２７】
図５において、図１と共通する要素については説明を省略する。また、信号処理部14および輝度情報部16は、図５においても、図１と同様に、撮像素子62に接続されているが、これらは図示を省略している。
【００２８】
図５に斜線部で示す撮像素子62は、図１の撮像素子12と比較して小型であり、撮像面の面積が小さい。そのため、コリメート光22全体を一度には受光しきれない。そこで、第２の実施例では、撮像素子62は、コリメート光22の光軸42と実質的に垂直な方向に沿って複数の位置へ移動する。これは例えば図５の撮像素子62の上下に点線63で示すように、ｘ軸40に沿って複数の位置へ移動させればよい。そして撮像素子62は、複数の位置それぞれにおいてコリメート光22の輝度分布を表す情報を出力する。
【００２９】
図６は、上述のように複数の位置それぞれにおいて撮像素子62が取得した、輝度表示部16に表示される輝度分布の一例を示す図である。図６に示すように、輝度分布を示す円70は口径が大きく、撮像面に対応する表示枠72には入りきらない。しかし、同図に示すように、撮像素子62を複数の位置に移動させては輝度分布を出力させれば、コリメート光22の口径全体にわたる輝度分布を取得することができる。これにより、図７に示すように、ｘ軸上の位置ｘの関数として輝度を表したグラフも得られる。よって、撮像素子62が一度には受光しきれない口径を有するコリメート光22の指向性を評価可能である。
【００３０】
撮像素子62を移動させる方法は自由に決定してよい。例えば、撮像素子をモータその他の手段によって、ｘ軸40に沿った直線状の移動経路に沿って動かせばよい。また、撮像素子62の移動範囲は、レンズ34の口径から、適宜決定してよい。すなわち、移動範囲は、少なくともレンズ34の口径分の長さとすればよい。また移動ピッチも自由に決定してよいが、コリメート光22のすべての輝度分布を確実に取得するには、図５の点線63に示すように、移動前後の撮像素子62が重なり合う位置関係になるよう、移動ピッチを定めるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるコリメート光の指向性評価装置の第１の実施例を示す模式図である。
【図２】図１の輝度表示部に表示される輝度分布の一例を示す図である。
【図３】図２の輝度分布図に、位置情報を示すｘ軸を加えた図である。
【図４】図３のｘ軸上の位置ｘの関数として輝度を表したグラフである。
【図５】本発明によるコリメート光の指向性評価装置の第２の実施例を示す模式図である。
【図６】図５の撮像素子が複数の位置それぞれにおいて取得した輝度分布の一例を示す図である。
【図７】図６のｘ軸上の位置ｘの関数として輝度を表したグラフである。
【図８】従来のコリメート光の指向性評価装置の一例を示す模式図である。
【図９】図８に示す従来のコリメート光の指向性評価装置によって得られるコリメート光の像の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
10  指向性評価装置
12、52、62  撮像素子
22  コリメート光
24  光源
54  対物レンズ
【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】
2006266778.tif 000009
【図８】
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【図９】
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