(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光線を照射する光モジュールに予め設定された角度で設置され、入射した光線の少なくとも一部を透過させ、前記入射した光線の少なくとも一部を反射する光線分割部と、
波面センサの角度基準となる基準光線の照射方向と逆方向の第１の参照光線を、前記光線分割部に照射する参照光線照射光学系と、
前記参照光線照射光学系が照射した前記第１の参照光線が前記光線分割部で反射されて得られた第２の参照光線の波面傾斜を測定し、測定した前記波面傾斜から前記光モジュールとの相対角度を算出する波面検出部と、
前記光線分割部と前記波面検出部との間に光学系とを備え、
前記光学系の瞳面上に前記光線分割部および前記波面検出部が配置された波面センサ。
【請求項２】
前記波面検出部は、前記光モジュールが照射し、前記光線分割部を透過した前記被測定光線の波面傾斜を測定し、測定した前記被測定光線の波面傾斜から、前記光モジュールとの相対角度を減算し、前記光モジュールの設置角度を基準とした前記被測定光線の波面を検出することを特徴とする請求項１記載の波面センサ。
【請求項３】
前記参照光線照射光学系は、前記基準光線を集光するレンズと、当該レンズで集光された前記基準光線を結合させるシングルモードファイバとを備え、前記シングルモードファイバまたは前記基準光線は、前記基準光線の光強度に基づいて調整されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の波面センサ。
【請求項４】
前記参照光線照射光学系が照射する第３の参照光線を同軸逆方向に反射する再帰反射器を備え、
前記波面検出部は、前記再帰反射器が反射した前記第３の参照光線の波面傾斜を測定し、前記被測定光線の波面傾斜から、前記光モジュールとの相対角度および前記第３の参照光線の波面傾斜を減算し、前記光モジュールの配置角度を基準とした前記被測定光線の波面を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の波面センサ。
【請求項５】
光モジュールが照射する被測定光線の波面を測定する波面センサの参照光線照射光学系が、前記波面センサの角度基準となる基準光線の照射方向と逆方向の第１の参照光線を照射するステップと、
前記光モジュールに予め設定された角度で、光学系の瞳面上に設置された、入射する光線の少なくとも一部を透過させ、前記入射する光線の少なくとも一部を反射する光線分割部が、前記第１の参照光線を反射するステップと、
前記光学系の瞳面上に設置された、前記波面センサの波面検出部が、前記第１の参照光線が反射されて得られた第２の参照光線の波面傾斜を測定し、測定した波面傾斜から前記光モジュールとの相対角度を算出するステップとを備えた波面測定方法。
【請求項６】
光モジュールが照射する被測定光線の波面を測定する波面センサの参照光線照射光学系が、前記波面センサの角度基準となる基準光線の照射方向と逆方向の第１の参照光線を照射するステップと、
前記光モジュールに予め設定された角度で、光学系の瞳面上に設置された、入射する光線の少なくとも一部を透過させ、前記入射する光線の少なくとも一部を反射する光線分割部が、前記第１の参照光線を反射するステップと、
前記光学系の瞳面上に設置された、前記波面センサの波面検出部が、前記第１の参照光線が反射されて得られた第２の参照光線の波面傾斜を測定し、測定した波面傾斜を用いて前記光モジュールの設置角度を基準とした前記被測定光線の波面を検出するステップと、
位置調整部が、検出された前記被測定光線の波面から前記光モジュールを構成するレンズの位置補正量を算出し、算出した前記位置補正量を用いて前記レンズの位置を調整するステップとを備えた光モジュール位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光モジュールの光軸調整に関し、特に光モジュールの照射光の波面を測定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおける光モジュールは光源として重要な光部品である。光モジュールの光学系としては、単レンズ系、複合レンズ系などが存在する。このうち、複合レンズ系においては、光源から照射されたレーザ光をコリメータレンズで平行ビームに変換し、再度レンズで絞り、伝送手段である光ファイバに結合する。従来、コリメータレンズの位置決め方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、光源とコリメータレンズとの先に、コリメータレンズが変換した平行ビームと同径の受光径を有するフォトダイオードを配置し、フォトダイオードの受光電流が最大となる点でコリメータレンズの位置決めを行う位置決め調整方法が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、固定した光モジュールの光スポット位置を光検出器で測定し、測定した光スポットの位置で光検出器と光軸合わせ用位置に固定された光ファイバの入射端の光軸との相対位置を修正した分だけ光モジュールを移動させて、光モジュールと光ファイバの入射端との光軸を合わせる光軸調整装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−２１４０９号公報
【特許文献２】特開平９−４３４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１および特許文献２に記載された技術では、光モジュールと光軸調整を行う装置との相対角度が一定であることを前提としており、製造工程において、例えば製造公差に応じて光モジュール全体の角度を柔軟に変化させたい場合に、コリメータレンズの位置決めに必要となる光モジュールの配置角度を基準とした光モジュールの照射光の波面を測定することができないという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、光モジュールの配置角度を基準とした光モジュールの照射光の波面を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る波面センサは、被測定光線を照射する光モジュールに予め設定された角度で設置され、入射した光線の少なくとも一部を透過させ、前記入射した光線の少なくとも一部を反射する光線分割部と、波面センサの角度基準となる基準光線の照射方向と逆方向の第１の参照光線を、光線分割部に照射する参照光線照射光学系と、参照光線照射光学系が照射した第１の参照光線が光線分割部で反射されて得られた第２の参照光線の波面傾斜を測定し、測定した波面傾斜から光モジュールとの相対角度を算出する波面検出部と、光線分割部と波面検出部との間に光学系とを備え、光学系の瞳面上に光線分割部および波面検出部が配置されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、光モジュールの配置角度を基準とした場合でも、光モジュールの照射光の波面を検出し、光モジュールのフォーカスずれおよび光軸ずれを正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る波面センサの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１の波面センサの光軸測定前の調整を行う構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る波面センサの動作を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係る波面センサの光線角度を示す模式図である。
【図５】実施の形態１に係る波面センサの第１の光線分割部の構成例を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る波面センサの第１の光線分割部の構成例を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る波面センサの構成を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る波面センサの構成を示す図である。
【図９】実施の形態３に係る波面センサの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの構成を示す図である。
波面センサは、第１の光線分割部１、光源２、コリメータ３、ビームスプリッタ４、波面検出部５および基準光源６から構成される。なお、以下では、光モジュールとしてレーザモジュール２０を用いる場合を例に説明するが、その他の光モジュールで構成してもよい。
第１の光線分割部１は、調整対象となるレーザモジュール２０に予め設定された角度で取り付けられ、入射される光線の一部を透過し、一部を反射する。光源２は、第１の光線分割部１に第１の参照光線１０２を照射する、参照光線照射光学系である。コリメータ３は、レンズ３ａおよびレンズ３ａの焦点距離だけ離れたシングルモードファイバ３ｂのファイバ端３ｃから構成される。
【００１１】
ビームスプリッタ４は、コリメータ３から第１の光線分割部１に照射する第１の参照光線１０２と第１の光線分割部１が反射した第２の参照光線１０３を分離する。波面検出部５は、図示しないがShachk-Hartmann波面センサの場合は少なくともマイクロレンズアレイ、撮像素子および波面演算手段を備えて構成される。波面検出部５は、レーザモジュール２０のレーザ光源２１から照射される光線（以下、被測定光線と称する）の波面、第１の光線分割部１が反射した第２の参照光線１０３の波面、および後述する基準光源６が少佐する基準光線１０４の波面を検出する。波面検出部５は処理回路により実現され、処理回路は例えばメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、DSPともいう）である。
【００１２】
基準光源６は、波面検出部５と第１の参照光線１０２の角度基準となる光源である。さらに、波面センサは、被測定光線１０１を波面検出部５の開口に合わせて拡大および縮小する光学系７、および基準光源６から照射される基準光線１０４を分離する第２の光線分割部８を備えて構成してもよい。図１に示すように、光学系７はビームスプリッタ４と第１の光線分割部１との間に配置される。
【００１３】
レーザモジュール２０は、レーザ光源２１およびコリメータレンズ２２を備える。レーザ光源２１は被測定光線１０１を照射する。コリメータレンズ２２は、レーザ光源２１から照射された被測定光線１０１を平行光に変換するレンズである。コリメータレンズ２２の後段には、レーザモジュール２０の基板（不図示）に対して所定の角度で第１の光線分割部１が取り付けられている。
【００１４】
次に、波面センサの動作について説明する。
まず、波面センサが光軸測定処理を行う前に実施する光軸調整について、図２を参照しながら説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの光軸測定前の調整を行う構成を示す図である。
光軸測定前の調整では、基準光源６が照射する基準光線１０４を用いて、波面検出部５および第１の参照光線１０２の角度を調整する。基準光源６が照射した基準光線１０４は、第２の光線分割部８で分離されて光学系７で拡大または縮小され、ビームスプリッタ４で分割される。ビームスプリッタ４で分割された一方の基準光線１０４は波面検出部５に照射され、他方はコリメータ３に照射される。波面検出部５は、照射された基準光線１０４の波面を基準波面として保存する。波面センサは基準波面との相対値で波面を計測する。そのため、保存された基準波面は波面センサの基準になると同時に、光学系７の収差や波面検出部５を構成するマイクロレンズアレイの配置歪みなどを校正する際に用いられる。
【００１５】
ビームスプリッタ４で分割された基準光線１０４の他方が照射されたコリメータ３は、当該基準光線１０４をレンズ３ａで集光してファイバ端３ｃに入射させる。基準光線１０４がファイバ端３ｃに入射する際に、シングルモードファイバ３ｂに結合する光強度が最も高くなるように、基準光線１０４の角度またはファイバ端３ｃの位置を調整する。なお、基準光線１０４の角度またはファイバ端３ｃの位置調整は、シングルモードファイバ３ｂに結合する光強度が最も高くなる位置を目標に行うが、結合する光強度が必ずしも最高である必要ではなく、より高い光強度が得られれば良い。さらにシングルモードファイバ３ｂに結合する光線は必ず対向することから、ファイバ端３ｃから照射される第１の参照光線１０２の光軸とファイバ端３ｃに入射する基準光線１０４の光軸とが、同軸且つ逆向き方向となるように調整する。
【００１６】
シングルモードファイバ３ｂに基準光線１０４を結合する方法として、一般的にはシングルモードファイバ３ｂの他方にパワーメータ９を接続し、パワーメータ９が示す光線強度が最大になるように、ファイバ端３ｃを平行移動させる調整方法を適用する。なお、ファイバ端３ｃを平行移動させる調整機構は、図２には図示していない。なお、シングルモードファイバ３ｂに基準光線１０４を結合する方法は、上記の手法に限定されるものではなく、基準光線１０４がシングルモードファイバ３ｂに入射するように調整する手段であれば適宜適用可能である。
【００１７】
例えば、基準光線１０４の角度調整手段（不図示）、ビームスプリッタ４の角度調整手段（不図示）、レンズ３ａを平行移動させる調整手段（不図示）のいずれかであっても良い。基準光線１０４の角度調整手段は、例えば基準光源６を保持するジンバル式マウント、キネマティックマウント、回転ステージまたはゴニオステージなど、さらにこれらを複合した手段である。ビームスプリッタ４の角度調整手段は、例えばビームスプリッタ４を保持するジンバル式マウント、キネマティックマウント、回転ステージまたはゴニオステージなど、さらにこれらを複合した手段である。レンズ３ａを平行移動させる調整手段は、例えばレンズ３ａを保持する直動ステージなどである。上述した基準光線１０４の角度調整手段、ビームスプリッタ４の角度調整手段、またはレンズ３ａを平行移動させる調整手段は、調整が完了した後に波面センサから取り外すように構成することも可能である。
【００１８】
次に、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面傾斜を取得する処理について、図１、図３および図４を参照しながら説明する。
図３は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの動作を示すフローチャートである。図４は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの光線角度を示す模式図である。
まず、レーザモジュール２０と波面センサとの相対角度を取得する処理についてステップＳＴ１からステップＳＴ５に示す。
波面センサは、レーザモジュール２０のレーザ光源２１を消光させ、光源２を発光させる（ステップＳＴ１）。ステップＳＴ１において光源２から照射された第１の参照光線１０２はコリメータ３から照射され、ビームスプリッタ４で反射されて、第１の光線分割部１に照射される（ステップＳＴ２）。第１の光線分割部１は第１の参照光線１０２を反射し、反射された第２の参照光線１０３は第２の光線分割部８、光学系７およびビームスプリッタ４を通過して波面検出部５に入射する。波面検出部５は、入射した第２の参照光線１０３の波面を測定する（ステップＳＴ３）。
【００１９】
波面検出部５は、ステップＳＴ３で測定した第２の参照光線１０３の波面のＺｅｒｎｉｋｅ係数展開を行い、波面傾斜を取得する（ステップＳＴ４）。波面検出部５は、ステップＳＴ４で取得した波面傾斜を、レーザモジュール２０と波面センサの相対角度に変換する（ステップＳＴ５）。
【００２０】
ステップＳＴ１からステップＳＴ５の処理を図４の模式図を参照しながら説明する。
図４において、第１の光線分割部１はレーザモジュール２０の基板に対して予め設定された角度で取り付けられている。図４では、レーザモジュール２０と波面センサとの相対角度がθＢである例を示している。この場合、波面センサの波面検出部５が、ステップＳＴ３として第２の参照光線１０３の波面を測定し、ステップＳＴ４として測定した波面のＺｅｒｎｉｋｅ係数展開を行うと、最も低次の成分として波面傾斜２θＢを取得する。波面検出部５は、ステップＳＴ５として、取得した波面傾斜２θＢを１／２にする変換処理を行い、相対角度θＢを取得する。
【００２１】
次に、波面センサが、レーザモジュール２０に対する相対的な被測定光線の波面を検出する処理について、ステップＳＴ６からステップＳＴ１１に示す。
波面センサは光源２を消光させ、レーザモジュール２０のレーザ光源２１を発光させる（ステップＳＴ６）。レーザ光源２１から照射された波面はレーザモジュール２０のコリメータレンズ２２を通過して被測定光線１０１となる。被測定光線１０１は、第１の光線分割部１および第２の光線分割部８を透過し、光学系７で拡大または縮小され、ビームスプリッタ４を透過して波面検出部５に入射する（ステップＳＴ７）。
【００２２】
波面検出部５は、ステップＳＴ７で入射した被測定光線１０１の波面を測定し（ステップＳＴ８）、測定した波面のＺｅｒｎｉｋｅ係数展開を行って波面傾斜を取得する（ステップＳＴ９）。さらに波面検出部５は、ステップＳＴ９で取得した波面傾斜からステップＳＴ５で変換したレーザモジュール２０と波面センサの相対角度を減算し、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面傾斜、すなわちレーザモジュール２０に対する相対的な被測定光線の波面傾斜を取得する（ステップＳＴ１０）。波面検出部５は、ステップＳＴ１０で取得した波面傾斜から、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした被測定光線１０１の波面を検出し（ステップＳＴ１１）、処理を終了する。
【００２３】
ステップＳＴ６からステップＳＴ１１の処理を図４の模式図を参照しながら説明する。
ステップＳＴ９において、被測定光線１０１の波面に対して行われるＺｅｒｎｉｋｅ係数展開では、最も低次の成分として、波面傾斜θＬを含んでいる。波面検出部５は、ステップＳＴ１０として波面傾斜θＬからステップＳＴ５で取得したレーザモジュール２０と波面センサの相対角度θＢを減算し、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面傾斜δθ（δθ＝θＬ−θＢ）を取得する。
【００２４】
上述したように、第１の光線分割部１はレーザモジュール２０の基板に対して予め設定された角度で配置されている。例えば、第１の光線分割部１の反射面が目標とする光線角度に対して垂直となるように配置されている場合には、レーザモジュール２０のコリメータレンズ２２の調整目標値が波面傾斜δθ＝０となる。
【００２５】
なお、上述した図３および図４を参照した説明では、波面傾斜を１方向のみとして説明を行ったが、実際の波面傾斜は２方向であり、光軸をＺ方向とした場合に、ｘ方向の波面傾斜δθｘと、ｙ方向の波面傾斜δθｙがそれぞれ得られる。
【００２６】
上述したように第１の光線分割部１は、被測定光線１０１の少なくとも一部を透過させ、第１の参照光線１０２の少なくとも一部を反射させる機能を有する。そこで、第１の光線分割部１は、例えばビームスプリッタ、狭帯域フィルタ、ミラーおよび光路偏心機構のいずれかの組み合わせにより構成することができる。
【００２７】
図５は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの第１の光線分割部１の構成例を示す図であって、第１の光線分割部１にビームスプリッタを適用した場合を示している。
第１の光線分割部１としてビームスプリッタを用いる場合、当該ビームスプリッタが被測定光線１０１の一部をレーザモジュール２０のレーザ光源２１に向けて反射すると、レーザ光源２１が照射するレーザ光が変化する、あるいはレーザ光源２１の故障の原因となるという問題が発生する。そこで、例えば図５に示すように、ビームスプリッタ１ａとミラー１ｂとを組み合わせて第１の光線分割部１とする。ビームスプリッタ１ａは、被測定光線１０１の一部を波面センサ側に透過し、被測定光線１０１の一部をミラー１ｂ側に反射する。ミラー１ｂは入射した被測定光線１０１を反射し、ビームスプリッタ１ａが反射された被測定光線１０１を波面センサ側に反射する。
【００２８】
なお、ビームスプリッタ１ａに偏光ビームスプリッタを適用し、被測定光線１０１の偏光と第１の参照光線１０２の偏光とを変えて構成してもよい。
【００２９】
第１の光線分割部１に狭帯域フィルタを適用する場合には、被測定光線１０１の波長λ１と第１の参照光線１０２の波長λ２を異なる波長（λ１≠λ２）とし、波長λ１の被測定光線１０１を透過させ、波長λ２の第１の参照光線１０２を反射させるように構成する。この場合、狭帯域フィルタとして半値幅が１〜２０ｎｍ程度の帯域透過フィルタまたは帯域反射フィルタを適用するのが望ましく、この場合光学系の色収差は無視することができる。
【００３０】
図６は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの第１の光線分割部１の構成例を示す図であって、第１の光線分割部１にミラーおよび光路偏心機構を適用した場合を示している。
光路偏心機構１ｄは、被測定光線１０１を測定する場合と第１の参照光線１０２を測定する場合とで光路を切り替える処理を行う。被測定光線１０１を測定する場合には、波面センサ側に進む光路に切り替え、第１の参照光線１０２を測定する場合には、ミラー１ｃ側に進む光路に切り替える。第１の参照光線１０２は、ミラー１ｃで反射されて第２の参照光線１０３（不図示）となり、光路偏心機構１ｄを経由して波面センサに入射する。
【００３１】
次に、波面検出部５が取得した波面傾斜からレーザモジュール２０のコリメータレンズ２２の位置を調整する位置調整部２２ａについて説明する。なお、位置調整部２２ａは、波面センサが備えてもよいし、外部装置が備えてもよい。位置調整部２２ａは、位置補正量算出部２２ｂと位置補正部２２ｃとを備える。
なお、以下では第１の光線分割部１の反射面が目標の光線角度に対して垂直であるものとして説明を行う。
位置補正量算出部２２ｂは、被測定光線１０１の波面の最も低次の成分である波面傾斜δθｘと波面傾斜δθｙにより、レーザ光源２１の光軸に垂直な方向のコリメータレンズ２２の位置補正量を、以下の式（１）および式（２）に基づいて計算する。
Δｘ＝−ｆ×δθｘ    （１）
Δｙ＝−ｆ×δθｙ    （２）
【００３２】
また、位置補正量算出部２２ｂは、レーザ光源２１の光軸方向のコリメータレンズ２２の位置補正量を、以下の式（３）に基づいて計算する。
0006448497.tif 000002
式（１）から式（３）において、ｆはコリメータレンズ２２の焦点距離である。また、式（３）におけるωはビーム半径、Ｚ４はデフォーカスのＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｚである。式（３）に示したように、レーザ光源２１の光軸方向のコリメータレンズ２２の位置補正量は、波面の曲率とビーム半径から算出される。
【００３３】
位置補正部２２ｃは、位置補正量算出部２２ｂが計算したレーザ光源２１の光軸に垂直な方向の位置補正量ΔｘおよびΔｙ、レーザ光源２１の光軸方向の位置補正量Δｚに基づいて、コリメータレンズ２２をレーザ光源２１の光軸に垂直なｘ，ｙ方向およびレーザ光源２１の光軸方向であるｚ方向に調整する。
【００３４】
以上のように、この実施の形態１によれば、シングルモードファイバ３ｂへの結合効率が最大となるように基準光線１０４の角度またはファイバ端３ｃの位置を調整し、調整した基準光線１０４と同軸逆向き方向となるように第１の参照光線１０２を調整し、第２の参照光線１０３の波面傾斜からレーザモジュール２０と波面センサとの相対角度を取得し、被測定光線の波面傾斜から取得した相対角度を減算して波面傾斜を取得するように構成したので、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした被測定光線の波面を得ることができる。これにより、レーザモジュール２０のフォーカスずれおよび光軸ずれを正確に測定することができる。
【００３５】
なお、上述した実施の形態１では、波面センサが、レーザモジュール２０のレーザ光源２１の発光および消光、および光源２の発光および消光を行う構成を示した。図１において波面センサが図示しない制御部を備え、当該制御部が波面検出部５の検出結果を参照して、発光および消光を制御する制御信号をレーザモジュール２０のレーザ光源２１または光源２に出力する。制御部は、外部装置の構成として機能させてもよい。また、波面センサの制御部に換えて、ユーザが手動でレーザモジュール２０のレーザ光源２１または光源２に接続されたスイッチ（不図示）などを操作することにより発光または消光を切り替えてもよい。
【００３６】
なお、上述した実施の形態１において、第１の光線分割部１を取り付ける取付面は、レーザモジュール２０の基板の下面に対して例えば垂直な面であれば良い。また、レーザモジュール２０の製造装置に取付面を設けてもよい。さらに、レーザモジュール２０の構成として狭帯域フィルタが設けられている場合に、製造工程において当該狭帯域フィルタを第１の光線分割部１として用いることも可能である。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態２では、レーザモジュール２０と波面センサとの相対角度が大きい場合にも、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした被測定光線の波面を取得可能とする構成について説明する。この実施の形態２では、第１の光線分割部１で反射された第２の参照光線１０３が光学系を構成するレンズの口径内に入射可能である場合に適用可能な構成を示す。
図７は、この発明の実施の形態２に係る波面センサの構成を示す図である。
なお、以下では、実施の形態１に係る波面センサの構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
【００３８】
図７に示すように、実施の形態２の波面センサは、図１で示した光学系７に替えて、第１の光線分割部１と波面検出部５との間に光学系７ａを設けて構成している。光学系７ａは、第１の光線分割部１の配置位置および波面検出部５の配置位置に瞳面を有する。
光学系７ａは、例えば図７に示すように２枚の凸レンズによるケプラー型のビームエクスパンダーで構成可能である。図７の場合、レーザモジュール２０側の凸レンズ７ｂの焦点距離がｆ１、波面検出部５側の凸レンズ７ｃの焦点距離がｆ２である場合、第１の光線分割部１と凸レンズ７ｂとの間隔をｆ１、凸レンズ７ｂと凸レンズ７ｃとの間隔をｆ１＋ｆ２、凸レンズ７ｃと波面検出部５のマイクロレンズアレイ（不図示）との間隔をｆ２に設定する。上述した設定とすることにより、第１の光線分割部１と波面検出部５のマイクロレンズアレイの配置位置と光学系７ａの瞳面とが一致する。
【００３９】
次に、波面センサがレーザモジュール２０と波面検出部５の相対角度を取得する処理について、実施の形態１で示した図３のフローチャートに沿って説明する。
ステップＳＴ２において、コリメータ３から照射された第１の参照光線１０２は、光学系７ａの光軸を通過して第１の光線分割部１に照射される。第１の参照光線１０２は、第１の光線分割部１の瞳面の中央で反射されることから、反射された第２の参照光線１０３は、波面検出部５側のマイクロレンズアレイの瞳面の中央に照射される。即ち、波面検出部５の光軸付近に照射される。照射された第２の参照光線１０３は、ステップＳＴ３において波面が測定される。その後、ステップＳＴ４およびステップＳＴ５の処理が行われ、レーザモジュール２０と波面センサの相対角度が取得される。
【００４０】
このように、第１の光線分割部１で反射された第２の参照光線１０３が光学系７ａの凸レンズ７ｂ，７ｃの視野内である場合には、レーザモジュール２０と波面センサの相対角度の測定を行うことができる。
【００４１】
以上のように、この実施の形態２によれば、第１の光線分割部１と波面検出部５のマイクロレンズアレイとの配置位置に瞳面を有する光学系７ａを備え、第１の光線分割部１で反射された第２の参照光線１０３を波面検出部５の光軸付近に照射されるように構成したので、第１の光線分割部１で反射された第２の参照光線１０３が光学系７ａを構成する凸レンズ７ｂ，７ｃの視野角内であれば、レーザモジュール２０と波面センサの相対角度が大きい場合にも、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした被測定光線の波面を得ることができる。
【００４２】
実施の形態３．
上述した実施の形態１および実施の形態２では、波面センサが光軸測定処理を行う前に実施する光軸調整において、波面センサの光軸基準を基準光源６を用いて決定する構成を示した。一方、光軸調整後の時間経過により、第１の参照光線１０２の入射角度に変化が生じる場合や、波面検出部５のマイクロレンズの位置に変化が生じる場合がある。これらの変化が生じると、測定されたレーザモジュール２０と波面センサとの相対角度に誤差が生じることから、定期的に波面センサの光軸基準を調整する必要がある。そこで、この実施の形態３では、時間経過により発生する第１の参照光線１０２の入射角度の変化を補正する構成について示す。
【００４３】
図８は、この発明の実施の形態３に係る波面センサの構成を示す図である。
なお、以下では、実施の形態１に係る波面センサの構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
図８に示すように、実施の形態３に係る波面センサは、図１で示した波面センサに再帰反射器１０および光路切替機構１１を追加して設けている。
【００４４】
再帰反射器１０は、入射した光線を入射方向に向けて反射させる光学素子であり、例えばレンズ１０ａと、レンズ１０ａから当該レンズ１０ａの焦点距離離れた位置に配置されたミラー１０ｂで構成される。コリメータ３から照射された光線はレンズ１０ａによって集光され、ミラー１０ｂによって反射される。再帰反射器１０が反射した反射光はビームスプリッタ４で分割され、一部が波面検出部５に入射する。再帰反射器１０は、コーナーキューブリフレクタやコーナーキューブプリズムで構成してもよい。
【００４５】
光路切替機構１１は、コリメータ３から再帰反射器１０に向かう光路と、コリメータ３からレーザモジュール２０に向かう光路の切り替えを行う。光路切替機構１１は、例えばロータリーソレノイドなどによるシャッタで構成される。図８において、コリメータ３から再帰反射器１０に向かう光路に切り替えた場合、コリメータ３が照射した光線はビームスプリッタ４で分割されて一部が再帰反射器１０に入射する第３の参照光線１０５となる。一方、コリメータ３からレーザモジュール２０に向かう光路に切り替えた場合、コリメータ３が照射した光線はビームスプリッタ４で分割されて一部がレーザモジュール２０に設置された第１の光線分割部１に入射する第１の参照光線１０２となる。図８の例では、ビームスプリッタ４でコリメータが照射した光線を分割する例を示したが、異なる光線分割器を用いて光線を分割して、第１の参照光線１０２および第３の参照光線１０５とするように構成してもよい。
【００４６】
次に、波面センサの動作について説明する。なお、光軸測定処理を行う前に実施する光軸調整については、実施の形態１および実施の形態２と同一であるため、説明を省略する。図９のフローチャートを参照しながら、実施の形態３の波面センサのレーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面傾斜を取得する処理について説明する。
図９は、この発明の実施の形態３に係る波面センサの動作を示すフローチャートである。なお、以下では実施の形態１に係る波面センサと同一のステップには図３で使用した符号と同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。
【００４７】
ステップＳＴ１において光源２から光線が照射されると、ビームスプリッタ４が当該光線を、レーザモジュール２０に向かう第１の参照光線１０２と、再帰反射器１０に向かう第３の参照光線１０５とに分割する（ステップＳＴ２１）。光路切替機構１１は、レーザモジュール２０に向かう第１の参照光線１０２を遮断し、再帰反射器１０に向かう第３の参照光線１０５を通過させる（ステップＳＴ２２）。光路切替機構１１を通過した第３の参照光線１０５は、再帰反射器１０によって入射方向に向けて反射され、ビームスプリッタ４を介して波面検出部５に入射する（ステップＳＴ２３）。波面検出部５は、ステップＳＴ２３で入射した第３の参照光線１０５の波面を測定する（ステップＳＴ２４）。波面検出部５は、ステップＳＴ２４で測定した波面のＺｅｒｎｉｋｅ係数展開を行い、波面傾斜を取得する（ステップＳＴ２５）。再帰反射器１０が第３の参照光線１０５を入射方向に向けて反射させ、ビームスプリッタ４において波面検出部５に向かう第３の参照光線１０５の光軸と、ビームスプリッタ４で第１の光線分割部１に向かう第１の参照光線１０２との光軸とが、逆方向且つ同軸であることから、ステップＳＴ２５で取得した波面傾斜は図２で示した基準光線１０４の波面傾斜と同一となる。
【００４８】
次に、光路切替機構１１は、レーザモジュール２０に向かう第１の参照光線１０２を通過させ、再帰反射器１０に向かう第３の参照光線１０５を遮断する（ステップＳＴ２６）。ステップＳＴ２６で光路切替機構１１を通過した第１の参照光線１０２は、第１の光線分割部１で反射されて第２の参照光線１０３となり、波面検出部５が当該第２の参照光線１０３の波面を測定する（ステップＳＴ３）。波面検出部５は、ステップＳＴ３で測定した波面のＺｅｒｎｉｋｅ係数展開を行い、波面傾斜を取得する（ステップＳＴ４）。波面検出部５は、ステップＳＴ４で取得した波面傾斜から、ステップＳＴ２５で取得した第３の参照光線１０５の波面傾斜を減算し（ステップＳＴ２７）、減算後の波面傾斜を変換してレーザモジュール２０と波面センサの相対角度を取得する（ステップＳＴ２８）。
【００４９】
次に、波面センサがレーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面を取得する処理を行う。まず図３のフローチャートで示したステップＳＴ６からステップＳＴ９の処理を行う。波面検出部５は、ステップＳＴ９で取得した波面傾斜から、ステップＳＴ２５で取得した第３の参照光線１０５の波面傾斜と、ステップＳＴ２８で変換したレーザモジュール２０と波面センサの相対角度を減算し、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面傾斜を取得する（ステップＳＴ２９）。波面検出部５は、ステップＳＴ２９で取得した波面傾斜から、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした被測定光線１０１の波面を検出し（ステップＳＴ３０）、処理を終了する。
【００５０】
以上のように、この実施の形態３によれば、コリメータ３から照射された光線を入射方向に向けて反射する再帰反射器１０と、コリメータ３から再帰反射器１０に向かう光路と、コリメータ３からレーザモジュール２０に向かう光路の切り替えを行う光路切替機構１１とを備えるように構成したので、第１の参照光線１０２に角度変化が生じた場合にも、波面センサにおいて当該角度変化を取得し、取得した角度変化を第３の参照光線の波面傾斜から減算するように構成したので、第１の参照光線の角度変化を補正し、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面の取得を行うことができる。これにより、正確な波面測定を行うことができる。
【００５１】
なお、上述した実施の形態３では、第１の参照光線１０２に生じた角度変化が補正可能であることから、第１の参照光線１０２の光軸と基準光線１０４の光軸とを、同軸且つ逆向き方向となるように調整する必要がない。そのため、実施の形態１で示した基準光線１０４の角度調整手段、ビームスプリッタ４の角度調整手段、レンズ３ａを平行移動させる調整手段を設ける必要がない。
【００５２】
なお、上述した実施の形態１では、ファイバ端３ｃから照射される第１の参照光線１０２の光軸とファイバ端３ｃに入射する基準光線１０４の光軸とが、同軸且つ逆向き方向となるように調整する構成を示した。しかし、上述した実施の形態３で示した再帰反射器１０を用いて第１の参照光線１０２の光軸と基準光線１０４の光軸との相対角度の差を測定可能な構成とした場合、第１の参照光線１０２の光軸と基準光線１０４の光軸とが必ずしも同軸且つ逆向き方向でなくてもよい。
【００５３】
上記以外にも、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  第１の光線分割部、１ａ，４  ビームスプリッタ、１ｂ，１ｃ，１０ｂ  ミラー、１ｄ  光路偏心機構、２  光源、３  コリメータ、３ａ，１０ａ  レンズ、３ｂ  シングルモードファイバ、３ｃ  ファイバ端、５  波面検出部、６  基準光源、７，７ａ  光学系、７ｂ，７ｃ  凸レンズ、８  第２の光線分割部、９  パワーメータ、１０  再帰反射器、１１  光路切替機構、２０  レーザモジュール、２１  レーザ光源、２２  コリメータレンズ、１０１  被測定光線、１０２  第１の参照光線、１０３  第２の参照光線、１０４  基準光線、１０５  第３の参照光線。
【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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【図９】
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