(57)【要約】【課題】半導体レーザーからのレーザー光束の整形を、安価で簡単に行なえる光学装置を提供する。【解決手段】半導体レーザー１から発散される断面形状が縦長の略楕円形のレーザー光束Ｌが、コリメータレンズ２で平行光束にされた後、可動絞り板３の開口３ａを通過して、集光レンズ４により微小径のスポット光に集光される。可動絞り板３は、コリメータレンズ２の光軸に直交する平面内の二次元方向に移動可能で位置調節可能である。また、その開口３ａは横長の略楕円形であって、その楕円形の長軸と短軸の方向が半導体レーザー１から発散されるレーザー光束の楕円形と略９０度異なっている。このような構成では、可動絞り板の位置を調節することにより、レーザー光束を、集光点Ｐ３において断面形状が円形の微小なスポット光に整形することが可能になる。【選択図】図１
2005164973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザーと、
該半導体レーザーから発散されるレーザー光束を平行光束にするコリメータレンズと、
該コリメータレンズにより形成された平行光束の一部を通過させる絞りと、
該絞りを前記コリメータレンズの光軸にほぼ直交する面上で移動させて絞りの前記平行光束に対する位置を調節する位置調節手段と、
前記絞りを通過した平行光束をスポット光に集光する集光レンズと、
を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記絞りの開口がほぼ楕円形状であり、前記位置調節手段により、スポット光の断面形状がほぼ円形となるように、その位置が調節されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記コリメータレンズにより形成された平行光束の断面形状がほぼ楕円となっており、前記絞りはその開口の楕円長軸方向が、該平行光束の楕円の長軸方向と直交するように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記スポット光が対象物に照射され、該対象物からの側方散乱光が受光されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置、更に詳細には、光源として半導体レーザーを用い、これから発散されるレーザー光束を微小径のスポット光に集光して対象物に照射する光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー光束を微小径のスポット光に集光して対象物に照射する光学装置は、例えば下記の特許文献１に記載された光ディスク装置の光学ヘッドでディスク面に上記スポット光を照射するために用いられている。また、例えば特許文献２に記載された微粒子測定装置、あるいは特許文献３に記載された眼科測定装置など、上記スポット光を所定の測定対象物に照射し、その散乱光を受光して所定の測定を行なう測定装置に用いられている。この種の光学装置の一般的な用途では、照射するスポット光の光軸に直交する断面形状が円形に近いほど良いとされる。
【０００３】
これに対して、この種の光学装置の光源に半導体レーザーを使用する場合には、これから発散されるレーザービームの光軸に直交する断面形状がほぼ楕円形であること、及び発散角の個体差が大きいことが問題になる。すなわち、集光したときのスポット光の径は、集光直前のレーザービームの径と集光レンズの焦点距離で決まるので、楕円形のレーザービームをそのまま集光しただけでは、後述する図６に示すように、集光点でのスポット光の断面形状は楕円形のままであり、しかも元の光束の楕円形の長軸方向が集光点では短軸方向になり、集光点近傍でビームの断面形状が複雑に変化する。また上記発散角の個体差による誤差により、集光点の位置ずれが生じてしまう。
【０００４】
このため、従来、所定点で所望の大きさの円形のスポット光を得るために、アナモレンズや絞りなどを組み合わせてレーザービームの整形を行なう光学装置の構成が下記の特許文献１などにより知られている。
【０００５】
図５は、そのような光学装置の従来例の概略構成を示している。半導体レーザー１から発散される断面形状がほぼ楕円形のレーザー光束Ｌは、コリメータレンズ２により平行光束にされた後、アナモレンズ１１により断面形状をほぼ楕円形からほぼ円形に変形され、その後、アナモレンズ１１の鏡筒などに固定された固定絞り１２の円形の開口１２ａを通過し、集光レンズ４により微小径のスポット光に集光される。このような構成により、コリメータレンズからの平行光束をそのまま集光するだけの場合に比べて、集光点でより円形に近く大きさも所望の大きさに近いスポット光を得ることができる。
【特許文献１】特開昭６３−１４６２３８号公報
【特許文献２】特開平２−９３３４４号公報
【特許文献３】特開平４−８９０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図５の従来例のような光学装置の構成では、組立時の光学系の調整、特にアナモレンズ１１の調整が複雑で難しく、しかも検査で所望の集光点の位置で所望のスポット光の形状とサイズが得られない場合は、各部材の調整を最初からやり直すので、非常に手間がかかるという問題があった。また、アナモレンズのコストがかかるという問題もあった。
【０００７】
一方、特許文献１に記載された光ディスク装置の光学ヘッドでは、ディスク面の位置に対応する特定点だけでスポット光の形状が円形に近くて大きさも所望の大きさに近くなれば良いが、特許文献２，３に記載されたような測定装置では、集光点とその前後の光からの側方散乱光を受光して測定を行なうので、測定精度を保証するために、集光点の前後のある程度の距離範囲内の全体でスポット光の断面形状が円形に近く、大きさも所望の大きさに近いようにレーザービームが整形されていなければならない。これは上記従来例では実現が困難であった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、その課題は、上述した種類の光学装置において、安価で、組立時の調整を簡単に行なえ、半導体レーザーのレーザー光束の整形を上述した眼科測定装置などの測定装置に好適なように行なえる構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光学装置は、
半導体レーザーと、
該半導体レーザーから発散されるレーザー光束を平行光束にするコリメータレンズと、
該コリメータレンズにより形成された平行光束の一部を通過させる絞りと、
該絞りを前記コリメータレンズの光軸にほぼ直交する面上で移動させて絞りの前記平行光束に対する位置を調節する位置調節手段と、
前記絞りを通過した平行光束をスポット光に集光する集光レンズと、
を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明では、絞りの開口がほぼ楕円形状であり、位置調節手段により、スポット光の断面形状がほぼ円形となるように、その位置が調節される。この場合、コリメータレンズにより形成された平行光束の断面形状がほぼ楕円となっており、絞りはその開口の楕円長軸方向が、該平行光束の楕円の長軸方向と直交するように配置される。
【００１１】
このような光学装置は、それにより形成されるスポット光が対象物に照射され、該対象物からの側方散乱光が受光されるように構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学装置の構成によれば、絞りの位置調節により、半導体レーザーのレーザー光束の発散角などの個体差の影響を吸収し、レーザー光束の集光点の位置ずれを抑えることができ、さらに絞り開口の略楕円形状とその向きによる作用を合わせて、所望の集光点位置に近い集光点とその近傍の位置でスポット光の断面形状が円形に近くなり、大きさも所望の大きさに近く、集光点とその近傍の位置での大きさの差も小さくなるようにすることができる。従って、レーザー光束を集光した微小径のスポット光を所定の測定対象物に照射し、その側方散乱光を受光して所定の測定を行なう測定装置に好適に用いることができ、その測定精度を向上させることができる。また、装置の組立時の調整で、複雑で難しいアナモレンズの調整を不要とし、絞りの位置調節で対処できるので、光学系の調整を簡単に行なうことができる。さらに、アナモレンズのコストがかからず、装置を安価に構成できるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図を参照して本発明の実施例を説明する。以下に説明する実施例の光学装置は、レーザー光束を集光した微小径のスポット光を所定の測定対象物に照射し、その側方散乱光を受光して所定の測定を行なう測定装置、例えば液中微粒子の特性を測定する測定装置や、眼科測定装置で前眼部房水内の蛋白濃度を測定する測定装置や細胞数を測定する測定装置（レーザーフレアーセルメータ）などに用いられるものである。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明実施例の光学装置の構成を示している。また、光学装置の光学系により整形されるレーザー光束の各部での光軸に直交する断面形状が斜線あるいは塗りつぶしで概略図示されている。
【００１５】
１は半導体レーザーからなる光源であり、レーザー光束Ｌを発散する。このレーザー光束ＬのＰ０での断面形状は、横径Ｄ１が縦径Ｄ２より短い縦長のほぼ楕円形となっている。２は、コリメータレンズであり、半導体レーザー１から発散されるレーザー光束Ｌを平行光束にする。その平行光束のＰ１における断面形状も、横径Ｄ１が縦径Ｄ２より短く縦長のほぼ楕円形となっている。半導体レーザー１とコリメータレンズ２のレンズ鏡筒は図２に示すＬＤユニット５として一体化され、支持体６に取り付けられて支持される。
【００１６】
３は、可動絞り板として形成された絞りであり、コリメータレンズ２の光軸に直交するように配置され、その光軸に対応する中央の位置に開口３ａが形成されており、コリメータレンズ２により平行光束にされたレーザー光束の一部が開口３ａを通過するようになっている。図２〜図４に示すように、開口３ａの形状は、図中で横径Ｘ１が縦径Ｘ２より長い横長の楕円形、すなわちその長軸と短軸の方向が半導体レーザー１から発散されるレーザー光束Ｌの断面形状のほぼ楕円形の長軸と短軸の方向と９０度異なっており、互いに長軸方向と短軸方向が逆になっている。開口３ａの形状は厳密に楕円形状でなくてもよく、小判形などのほぼ楕円形状でも良い。
【００１７】
また、可動絞り板３は、四隅に穴３ｂが形成されており、図２に示すＬＤユニット５の先端部（コリメータレンズ２側の端部）が露出する支持体６の正面側にネジ１０が取り付けられる。ネジ１０のそれぞれは、支持体６の正面に形成された穴６ａを通じて、支持体６内に設けられた図３に示すスライド板７の四隅のネジ穴７ｂに締め付けられ、これにより可動絞り板３がスライド板７に固定される。
【００１８】
スライド板７は、第２のスライド板１４の上下に水平に固定して設けられたガイド１５に案内されてスライド板１４に対して図中で矢印Ａ、Ａ’で示した左右方向にスライド可能に取り付けられている。この矢印Ａ、Ａ’方向への移動は、図２に示すような、支持体６の左側面にねじ込まれる調節ネジ８と反対の右側の調節ネジ（不図示）により行われ、左右方向の位置調節は、一度両調節ネジを緩め、移動させたい方向にある調節ネジをねじ込んでスライド板７を所定量移動させ、所望の位置に位置決めしたら他方の調節ネジを締めてスライド板７を固定させることにより行われる。なお、スライド板７，１４の中央にはＬＤユニット５を避ける円形の開口７ａ，１４ａが形成されている。
【００１９】
また、スライド板１４は支持体６内の左右に垂直に設けられたガイド１６に案内されて矢印Ｂ，Ｂ′で示す図中で上下方向にスライド可能に設けられている。この矢印Ｂ、Ｂ’方向への移動は、図２に示すような、支持体６の上側面にねじ込まれる調節ネジ８と反対の下側の調節ネジ（不図示）により行われ、上下方向の位置調節は、一度両調節ネジを緩め、移動させたい方向にある調節ネジをねじ込んでスライド板１４を所定量移動させ、所望の位置に位置決めしたら他方の調節ネジを締めてスライド板１４を固定させることにより行われる。なお、スライド板１４の場合には、例えば、不図示の弾性部材により矢印Ｂ′方向にスライド板１４を付勢し、この付勢力を利用してあるいはそれに抗して調節ネジ９を回すことにより、スライド板１４を所望位置に位置決めすることもできる。
【００２０】
これにより、可動絞り板３は図１及び図２中に矢印で示す上下左右方向、すなわちコリメータレンズ２の光軸に直交する平面内の二次元方向に移動可能であり、調節ネジにより、二次元方向に移動させて絞り板の位置を調節することが可能となる。
【００２１】
また、図１において、４は集光レンズであり、可動絞り板３の開口３ａを通過した平行なレーザー光束を微小径のスポット光に集光する。
【００２２】
以上の光学装置の構成において、半導体レーザー１から発散される断面形状が略楕円形のレーザー光束Ｌがコリメータレンズ２で平行光束にされた後、その一部が可動絞り板３の開口３ａを通過して集光レンズ４により微小径のスポット光に集光され、照射対象物に照射される。半導体レーザー１の個体差によるレーザー光束Ｌの出射位置や発散角度のバラツキなどに応じて、可動絞り板３を上記の二次元方向に位置調節することにより、集光点の位置ずれを極力抑え、集光点とその近傍でスポット光の大きさを所望の大きさに調節することができる。
【００２３】
ここで、一例として図１に示すように、コリメータレンズ２と集光レンズ４の焦点距離ｆをそれぞれ１５ｍｍと３７ｍｍとし、コリメータレンズ２により平行光束にされたレーザー光束のＰ１における断面形状が、３．５ｍｍ程度の横径Ｄ１、６．０ｍｍ程度の縦径Ｄ２の楕円形状になるものとし、図４に示すように可動絞り板３の開口３ａの楕円形の大きさを横径（長軸）Ｘ１が３．０ｍｍ、縦径（短軸）Ｘ２が２．４ｍｍとして、可動絞り板３の位置を最適に調整したところ、レーザー光束の集光点（焦点）Ｐ３と、これから光軸方向に前後に０．２５ｍｍの距離Ｍ１ずつずれたデフォーカス位置Ｐ２、Ｐ４のそれぞれでのスポット光の横径Ｄ１と縦径Ｄ２の大きさは、次のようになった。すなわち、スポット光は、集光点Ｐ３では横径Ｄ１と縦径Ｄ２がともに１４．６μｍであって形状がほぼ真円になり、前のデフォーカス位置Ｐ２では横径Ｄ１は１８．７μｍ、縦径は１６．６μｍとなり、後のデフォーカス位置Ｐ４では横径Ｄ１が１８．２μｍ、縦径Ｄ２が１６．１μｍでそれぞれ僅かに横長で円形に近いほぼ楕円形状となった。光学装置が例えばレーザーフレアーセルメータに使用される場合、上記スポット光の大きさは、例えば白血球の直径１５μｍを目安にして、集光点では縦横ともに１６μｍ以下、前後のデフォーカス位置では縦横ともに２２μｍ以下というように規格が設定される。図１に示す本実施例でのスポット光の大きさはこのような規格を満足している。
【００２４】
これに対し、第１の比較例として、図６に示すように、絞りを設けず、それ以外は図１の実施例と共通の構成とした場合、スポット光は、集光点Ｐ３では横径Ｄ１が１１．９μｍ、縦径Ｄ２が７．２μｍという横長の略楕円形となり、大きさは上記規格を満足するが、前後のデフォーカス位置Ｐ２、Ｐ４では、横径がそれぞれ２１．０μｍ、２２．３μｍであるのに対して縦径Ｄ２がそれぞれ３０．０μｍ、４０．６μｍとなって規格を大幅にオーバーし、満足しない。
【００２５】
なお、ここで集光点Ｐ３では、集光レンズ４に入射する平行光束の径が大きいほどスポット光の径が小さくなるという関係から、スポット光の断面形状は、前記平行光束の断面形状である縦長の略楕円形と縦横が逆の横長の略楕円形になる。また、前後のデフォーカス位置Ｐ２、Ｐ４では、前記平行光束の径が大きいほどデフォーカスによるスポット光の径の増加分が大きくなる関係から、スポット光の断面形状は、前記平行光束に対応した縦長の略楕円形となる。
【００２６】
これに対して、上記の関係からすると、さらに第２の比較例として図７に示すように、コリメータレンズ２と集光レンズ４の間に絞り１３を設け、その開口１３ａを直径が３ｍｍの円形とし、それ以外は図１の実施例と共通とすれば、集光点Ｐ３と前後のデフォーカス位置Ｐ２、Ｐ４でスポット光の断面形状が円形になると考えられるが、実際には、集光点Ｐ３では横径Ｄ１が１５．４μｍ、縦径Ｄ２が１２．４μｍであり、前のデフォーカス位置Ｐ２では横径Ｄ１が１９．４μｍ、縦径Ｄ２が２１．７μｍであり、後のデフォーカス位置Ｐ４では横径Ｄ１が１９．９μｍ、縦径Ｄ２が２１．６μｍとなって、第１の比較例より良いものの、それぞれの縦横の径の数値が異なり、円形にはならず、集光点では横長、前後のデフォーカス位置では縦長の略楕円形になる。
【００２７】
その理由は、絞り１３の開口１３ａを通過したレーザー光束の光強度分布が、開口１３ａの直径Ｙ１（φ＝３.０ｍｍ）として、図８に示すように縦方向にはほぼフラットであるのに対し、横方向には中央から離れるほど低くなる山型の光強度分布になっているためと考えられる。これに対して図４の例のように可動絞り板３の開口３ａを横長の楕円形とすることにより、上記の光強度分布の影響を補正することができる。
【００２８】
また、第２の比較例では、集光点の前後のデフォーカス位置Ｐ２、Ｐ４でスポット光の径が縦横ともに図１の実施例より大きくなり、特に縦径Ｄ２は２１．７μｍと２１．６μｍであって、先述したレーザーフレアーセルメータでの規格の２２μｍに非常に近くなってしまい、殆どマージンがない。また、集光点では図１の実施例より縦横の径の違いが大きい。
【００２９】
以上から理解できるように、図１の実施例の光学装置は、第１と第２の比較例に比べて、集光点と前後のデフォーカス位置でスポット光の断面形状がより円形に近く、また径が小さく、径の差も小さくなるようにレーザー光束を整形することができる。従って、レーザーフレアーセルメータなどの測定装置に用いれば、測定エリアを照射する集光点前後のレーザー光束の断面形状とその大きさの差による散乱光強度の差が極力抑えられるので、測定装置の測定誤差を少なくすることができる。
【００３０】
また、装置の組立時に、従来例のように複雑で難しいアナモレンズの調整がなく、しかも検査で所望の集光点位置とデフォーカス位置で所望のスポット光の形状とサイズが得られない場合は、可動絞り板３の位置調節だけで簡単に対処することができ、調整を従来例より非常に簡単に行なうことができる。しかも、アナモレンズのコストがかからないので、光学装置を安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例による光学装置の光学系と、各部でのレーザー光束の断面形状及び大きさなどを示した説明図である。
【図２】同光学装置の要部の外観を示す斜視図である。
【図３】同光学装置の可動絞り板の位置調節に関わる構成を示す斜視図である。
【図４】同光学装置の可動絞り板の開口の形状を示す平面図である。
【図５】従来の光学装置の光学系の構成を示す説明図である。
【図６】第１の比較例の光学装置の構成を示す説明図である。
【図７】第２の比較例の光学装置の構成を示す説明図である。
【図８】第２の比較例で絞りの開口を通過したレーザー光束の縦方向と横方向の光強度分布を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  半導体レーザー
２  コリメータレンズ
３  可動絞り板
３ａ  開口
４  集光レンズ
５  ＬＤユニット
６  支持体
７，１４  スライド板
８，９  調節ネジ
１５，１６  ガイド
【図１】
2005164973.tif 000003
【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】
2005164973.tif 000009
【図８】
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