(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射され集光素子などで概略コリメートされた光束のコリメートの度合いを評価するコリメート評価装置であって、
概略コリメートされた光束を通過させる単一のアパーチャ部を有する単一のアパーチャ部材を備え、
前記アパーチャ部材から所定の距離を隔てた位置に配置され前記単一のアパーチャ部を通過した光束により発生する干渉縞からなるビームプロファイルを投影する投影部材、あるいは、前記単一のアパーチャ部を通過した光束中に配置され該光束により発生する干渉縞の光強度を検出する光検出器、を有することを特徴とするコリメート評価装置。
【請求項２】
請求項１記載のコリメート評価装置において、
前記アパーチャ部の開口形状を円形状としたアパーチャ部材と、
前記アパーチャ部材から所定の距離を隔てた位置に配置され前記円形状のアパーチャ部を通過した光束により発生する干渉縞からなるビームプロファイルを投影する投影部材とを有し、
前記投影部材に投影されたビームプロファイルから、コリメートの度合いを評価することを特徴とするコリメート評価装置。
【請求項３】
請求項２記載のコリメート評価装置において、
使用波長に応じて、前記ビームプロファイルの中心の光量の強弱が判別できるように、前記円形状のアパーチャ部の大きさを変化させることを特徴とするコリメート評価装置。
【請求項４】
請求項１記載のコリメート評価装置において、
前記アパーチャ部の開口形状をスリット状としたアパーチャ部材と、
前記アパーチャ部材から所定の距離を隔てた位置に配置され前記スリット状のアパーチャ部を通過した光束により発生する干渉縞からなるビームプロファイルを投影する投影部材とを有し、
前記投影部材に投影されたビームプロファイルから、コリメートの度合いを評価することを特徴とするコリメート評価装置。
【請求項５】
請求項４記載のコリメート評価装置において、
使用波長に応じて、前記スリット状のアパーチャ部のスリット幅を可変にすることを特徴とするコリメート評価装置。
【請求項６】
請求項２〜５の何れか一つに記載のコリメート評価装置において、
前記アパーチャ部材と前記投影部材の間隔を使用波長に応じて可変にすることを特徴とするコリメート評価装置。
【請求項７】
請求項２〜６の何れか一つに記載のコリメート評価装置において、
前記投影部材に投影されたビームプロファイルを拡大する拡大レンズ部材と、該拡大レンズ部材による拡大像を投影する第二の投影部材とを有することを特徴とするコリメート評価装置。
【請求項８】
請求項１記載のコリメート評価装置において、
概略コリメートされた光束を通過させる単一のアパーチャ部を有する単一のアパーチャ部材と、前記単一のアパーチャ部を通過した光束中に配置される少なくとも２つの検出部を有する２分割の光検出器とで構成され、
前記アパーチャ部を通過させることによって、該アパーチャ部から一定間隔を隔てた位置に発生する一つ以上の干渉縞のうち、少なくとも一つの干渉縞の縞の中心から分割するように前記２つの検出部が配置された２分割の光検出器を配置し、
該２分割の各々の光検出器の光量の差を演算し、干渉縞の移動を検出することによりコリメートの度合いを評価することを特徴とするコリメート評価装置。
【請求項９】
請求項１記載のコリメート評価装置において、
概略コリメートされた光束を通過させる単一のアパーチャ部を有する単一のアパーチャ部材と、前記単一のアパーチャ部を通過した光束を２分割する分割手段と、該２分割された光束のそれぞれの投影位置に配置される第１、第２の投影部材とを有し、
前記分割手段で分割された一方と他方の光束のアパーチャ部から投影位置までの距離を異なる位置関係とし、
前記第１、第２の投影部材に投影される干渉縞のパターン中心部の光量差を演算して、コリメートの度合いを評価することを特徴とするコリメート評価装置。
【請求項１０】
請求項１記載のコリメート評価装置において、
概略コリメートされた光束を通過させる単一のアパーチャ部を有する単一のアパーチャ部材と、前記単一のアパーチャ部を通過した光束を２分割する分割手段と、該２分割された光束のそれぞれの投影位置に配置される光検出器としての受光素子を有し、
前記分割手段で分割された一方と他方の光束のアパーチャ部から投影位置までの距離を異なる位置関係とし、
かつ、前記２分割された光束のそれぞれの投影位置に配置される前記受光素子は、各投影位置の干渉縞のパターンの中央部に配置し、
前記受光素子から出力される受光量を演算してコリメートの度合いを評価することを特徴とするコリメート評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学一般において、コリメートレンズや、反射ミラーの平面度などを評価する際に、光の平行度（コリメートの度合い）を評価するコリメート評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コリメータ評価方法およびコリメート評価装置に関する技術として、レーザービーム・エクスパンダやレーザー・コリメータ等のレーザーのコリメーションシステムが正確に機能しているか否かを測定・評価するために設計されたメレスグリオ製のシェアプレート（コリメーションテスター）が知られている（MELLES GRIOT 22-55）。
このシェアプレートは、図１３に示すように、概略平行光束の被検査ビームをシャアプレートに入射して、そのシェアプレートの表面と裏面で反射させてシェアすなわち分割させ、分割した各々の光束をスクリーン上で干渉させてビームが重なり合った範囲に干渉縞（フリンジパターン）を発生させる。そして、図１４に示すように、コリメータ光が発散状態にあるか、収束状態にあるかは、この干渉縞の傾きによって判定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のシェアプレートは、堅牢なチェンバー内にマウントされているくさび形オプチカルフラットからなり、鮮明度の高いスクリーンには平行度の参照ラインとなるコリメーション基準線が印されている。そして、シェアプレートをレーザービームの光軸中にセットするだけで、レーザービームの平行度を表すフリッジパターンをスクリーン上に発生させることができる。
しかしながら、シェアプレートは非常に高額なプリズムや平面ミラーなどを用いて構成されているため高価である。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みなされてものであり、高価な光学部品を必要とせず、非常に簡単な方法でコリメートの度合いを評価することができるコリメート評価装置を提供することを目的とする。また、コリメートの度合いを評価する装置として、非常に容易な構成を実現し、低コストなコリメート評価装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、光源から出射され集光素子などで概略コリメートされた光束のコリメートの度合いを評価するコリメート評価装置であって、概略コリメートされた光束を通過させる単一のアパーチャ部を有する単一のアパーチャ部材を備え、前記アパーチャ部材から所定の距離を隔てた位置に配置され前記単一のアパーチャ部を通過した光束により発生する干渉縞からなるビームプロファイルを投影する投影部材、あるいは、前記単一のアパーチャ部を通過した光束中に配置され該光束により発生する干渉縞の光強度を検出する光検出器、を有することを特徴とするものである。
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載のコリメート評価装置において、前記アパーチャ部の開口形状を円形状としたアパーチャ部材と、前記アパーチャ部材から所定の距離を隔てた位置に配置され前記円形状のアパーチャ部を通過した光束により発生する干渉縞からなるビームプロファイルを投影する投影部材とを有し、前記投影部材に投影されたビームプロファイルから、コリメートの度合いを評価することを特徴とするものである。
さらに、請求項３に係る発明は、請求項２記載のコリメート評価装置において、使用波長に応じて、前記ビームプロファイルの中心の光量の強弱が判別できるように、前記円形状のアパーチャ部の大きさを変化させることを特徴とするものである。
【０００６】
請求項４に係る発明は、請求項１記載のコリメート評価装置において、前記アパーチャ部の開口形状をスリット状としたアパーチャ部材と、前記アパーチャ部材から所定の距離を隔てた位置に配置され前記スリット状のアパーチャ部を通過した光束により発生する干渉縞からなるビームプロファイルを投影する投影部材とを有し、前記投影部材に投影されたビームプロファイルから、コリメートの度合いを評価することを特徴とするものである。
また、請求項５に係る発明は、請求項４記載のコリメート評価装置において、使用波長に応じて、前記スリット状のアパーチャ部のスリット幅を可変にすることを特徴とするものである。
さらに、請求項６に係る発明は、請求項２〜５の何れか一つに記載のコリメート評価装置において、前記アパーチャ部材と前記投影部材の間隔を使用波長に応じて可変にすることを特徴とするものである。
さらにまた、請求項７に係る発明は、請求項２〜６の何れか一つに記載のコリメート評価装置において、前記投影部材に投影されたビームプロファイルを拡大する拡大レンズ部材と、該拡大レンズ部材による拡大像を投影する第二の投影部材とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項８に係る発明は、請求項１記載のコリメート評価装置において、概略コリメートされた光束を通過させる単一のアパーチャ部を有する単一のアパーチャ部材と、前記単一のアパーチャ部を通過した光束中に配置される少なくとも２つの検出部を有する２分割の光検出器とで構成され、前記アパーチャ部を通過させることによって、該アパーチャ部から一定間隔を隔てた位置に発生する一つ以上の干渉縞のうち、少なくとも一つの干渉縞の縞の中心から分割するように前記２つの検出部が配置された２分割の光検出器を配置し、該２分割の各々の光検出器の光量の差を演算し、干渉縞の移動を検出することによりコリメートの度合いを評価することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項９に係る発明は、請求項１記載のコリメート評価装置において、概略コリメートされた光束を通過させる単一のアパーチャ部を有する単一のアパーチャ部材と、前記単一のアパーチャ部を通過した光束を２分割する分割手段と、該２分割された光束のそれぞれの投影位置に配置される第１、第２の投影部材とを有し、前記分割手段で分割された一方と他方の光束のアパーチャ部から投影位置までの距離を異なる位置関係とし、前記第１、第２の投影部材に投影される干渉縞のパターン中心部の光量差を演算して、コリメートの度合いを評価することを特徴とするものである。
また、請求項１０に係る発明は、請求項１記載のコリメート評価装置において、概略コリメートされた光束を通過させる単一のアパーチャ部を有する単一のアパーチャ部材と、前記単一のアパーチャ部を通過した光束を２分割する分割手段と、該２分割された光束のそれぞれの投影位置に配置される光検出器としての受光素子を有し、前記分割手段で分割された一方と他方の光束のアパーチャ部から投影位置までの距離を異なる位置関係とし、かつ、前記２分割された光束のそれぞれの投影位置に配置される前記受光素子は、各投影位置の干渉縞のパターンの中央部に配置し、前記受光素子から出力される受光量を演算してコリメートの度合いを評価することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作及び作用について図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の評価装置に用いる第１の評価方法について図１〜３を参照して説明する。
第１の評価方法は、光源から出射され集光素子などで概略コリメートされた光束のコリメートの度合いを評価するコリメート評価方法であって、アパーチャを通過させることによって、該アパーチャから一定間隔を隔てた位置に発生する干渉縞からなるビームプロファイルから、コリメートの度合いを評価するコリメート評価方法である。
構成としては、所望の形状のアパーチャを用い、光束がアパーチャを通過した際に、アパーチャから所望の距離を隔てた位置に現れる干渉縞からなるビームプロファイルの強度分布を観測または検出し、その強度分布から所望のプロファイルとなっているかどうかを判定するコリメート評価方法である。
【００１０】
次に本発明のコリメート評価方法の動作及び作用について説明する。
円形アパーチャ直後では、ビーム光軸上の光強度Ｉは次の式で表すことができる。
【００１１】
【数１】
0004114847.tif 000002
【００１２】
上式において、Ｉ0 はアパーチャが無いときの強度である。このときρはアパーチャからの距離であり、アパーチャは簡単のために円形アパーチャとし、ａは円形アパーチャの半径である。また、λを光源波長としたとき、ｋ＝２π／λとした。
この式で、アパーチャより距離が十分大きい場合、すなわち、a≪ρの場合、
Ｉ／Ｉ0＝４sin２(ｋａ２／４ρ)
が成り立つ。
ρ＝ａ２／λ
のとき、強度比の値：Ｉ／Ｉ0 が４となり極大となる。
また、
ρ＝ａ２／（２ｎ＋１）λ      （ｎ＝１，２，３，・・ ・）
のところに極大値があり、
ρ＝ａ２／２ｎλ
の位置では０となり、Ｉ／Ｉ0 が０と４の間で振動する。
尚、以上の説明は、文献“「光学」アーノルド・ゾンマーフェルト著、瀬谷正男／岩岡武  訳、p231〜232”に記載されている内容である。
【００１３】
ここで一例として、円形アパーチャの半径ａを０．５ｍｍとし、アパーチャからの距離をρとし、光源波長λを６３２．８ｎｍとした場合、
ρ＝ａ２／λ
の値は３９５．０７mmとなる。また、この値の半分の位置１９７．５３５ｍｍでは、強度が０となる位置となり、またその１／３の位置１３１．６９ｍｍの箇所は再び、強度比が４となる位置となる。また、１／４の位置では暗くなり、１／５の位置では再び明るくなる。
これらの現象を既存の光学シミュレーションツールを使って確かめたところ、図１〜３に示すビームプロファイルの結果となった。
尚、図１（ａ）はアパーチャからの距離が１９７．５３５ｍｍの位置、図１（ｂ）はアパーチャからの距離が１３１．６９ｍｍの位置、図２（ａ）はアパーチャからの距離が９８．７６７５ｍｍの位置、図２（ｂ）はアパーチャからの距離が７９．０１４ｍｍの位置、図３はアパーチャからの距離が６５．８４５ｍｍの位置でのビームプロファイルの結果であり、これらは各位置で投影部材に投影されたビームプロファイルを写真に撮ったものの写しである。また、入射光は無限遠から入射させた略平行光の場合の結果である。
【００１４】
ここで、円形アパーチャに入射させる光束を有限の距離の光源からの発散光とし、例えば円形アパーチャの中心軸上に点光源を配置し、半径０．５ｍｍのアパーチャのエッジに１分ほどの角度を付けた状態で入射させた場合、点光源と円形アパーチャの距離は、
０．５／ｘ＝tan(１／６０)
で求められるｘの値、すなわち、１７１９ｍｍの距離から光線を発生させて計算させてみると、ビームプロファイルは図４に示すように、中心部の強度が若干増える。
以上は１ｍｍ径の円形アパーチャでの値であるが、微小なアパーチャ径であった場合でも同様であり、例えば０．１ｍｍであった場合は、中心強度が０となる最もアパーチャから遠い箇所は、
ρ＝ａ２／λ
の値の半分であるから、ａ＝０．０５ｍｍ、λ＝６３２．８ｎｍのとき、１．９７５ｍｍの位置となる。
【００１５】
本発明では、以上で説明した現象を利用し、アパーチャを通り抜けた後のビーム光の強度分布を見てコリメートの度合いを判定できることを特徴としている。また、本発明の評価方法を用いて実際のコリメート調整などを行うことも勿論可能である。
コリメート調整方法の具体例としては、光源からの出射光束の使用波長λが予め判っており、また、円形アパーチャの半径ａを予め正確な値に設定しておけば、その時の前記した式や、シミュレーションなどで計算されるパターンを認識しておき、このパターンとなるように、コリメートの度合いを調整し、所望のパターンとなるようにすればよい。
所望のパターンの一例として、中心部分が最も暗くなる様に設定された位置で、最も暗くなるように設定すれば判定もしやすくなる。
【００１６】
また、以上の説明では、本発明の評価方法の一例として、円形アパーチャ（開口が円形状のアパーチャ）の場合で説明したが、本発明は矩形アパーチャ（開口が矩形状のアパーチャ）であっても、スリット状のアパーチャであってもよく、光を遮る部材に開口を設けたアパーチャであれば、そのアパーチャを通過した後のビームプロファイル（干渉縞のパターン）には、上記の様な現象により特徴的なプロファイルが発生するので、それを利用して、このプロファイルとなるようにしてコリメートの度合いを評価することができる。
尚、従来技術においては、非常に高額なプリズムや、平面ミラーなどを用いる必要があったが、本発明の方式を採用することにより、正確な形状が判っているアパーチャとアパーチャからの正確な距離を設定するだけで、コリメートの度合いを判別できるようになり、非常に簡単で安価で、また、正確な評価が可能となる。
【００１７】
次に本発明の評価装置に用いる第２の評価方法について説明する。
第２の評価方法は、第１のコリメート評価方法において、アパーチャには円形アパーチャを用い、図１〜３に示したように、ビームプロファイルの同心円状に生じる干渉縞の輪帯の数により、コリメートの度合いを評価する方法である。また、ρ＝ａ２／λの１／ｎとなる値のｎを大きくすると、この輪帯の数が増えていく。
以上のような現象に着目し、本発明では、この輪帯の数が複数現れる円形アパーチャからの距離を予め設定し、輪帯の数をカウントすることにより、所望の数となるようにコリメートの度合いを評価することを特徴とした。
これにより、第１の評価方法と同じく、非常に高額なプリズムや、平面ミラーなどを用いることなく、コリメートの度合いを判別できるようになる。
【００１８】
次に本発明の評価装置に用いる第３の評価方法について説明する。
第３の評価方法は、光源から出射され集光素子などで概略コリメートされた光束のコリメートの度合いを評価するコリメート評価方法であって、コリメートされた光束を微小スリットを通過させ、微小スリットから、微小間隔を隔てた位置に発生する干渉縞からなるビームプロファイルから、コリメートの度合いを評価するものである。すなわち、第１の評価方法のアパーチャとして、スリット状のアパーチャを用いたことを特徴とするものである。
【００１９】
第１の評価方法の説明では円形アパーチャでのシミュレーション結果を示したが、矩形スリット状のアパーチャでは、図５（ａ）〜（ｄ）に示すような結果となる。スリットは１ｍｍ幅で、長さ方向は設定しない。また、便宜上、入射ビームの直径は１０ｍｍとした。また、スリット状のアパーチャへの入射ビームは、半径５ｍｍの位置のビーム強度が中心強度に対して９０％の強度を有するガウスビームとした。
図５（ａ）は幅１ｍｍのスリット状のアパーチャを通過後の距離１９７．５３５ｍｍの位置での結果、（ｂ）は幅１ｍｍのスリット状のアパーチャを通過後の距離１３１．６９ｍｍの位置での結果、（ｃ）は幅１ｍｍのスリット状のアパーチャを通過後の距離９８．７６７５ｍｍの位置での結果、（ｄ）は幅１ｍｍのスリット状のアパーチャを通過後の距離６５．８４５ｍｍの位置での結果を示す。
【００２０】
このように、アパーチャをスリット形状とした場合は、スリットのエッジに平行となる縞状の強度分布となる。この強度分布のパターンは第１の評価方法の作用と同様に、スリットからの距離ρ＝ａ２／λの整数分の１で、順番に中心部分が暗くなったり明るくなったりする。また、スリット状のアパーチャに入射するビームが平行光で無くなると、計算で求めた位置では、生じるはずのビームプロファイルが現れなくなる。従って、所望のアパーチャからの位置で、計算から求められるビームプロファイルと同じになっているかどうかでコリメートの度合いを評価する。また、入射ビームのコリメートを調整することも勿論可能となる。
この第３のコリメート評価方法においても第１、第２の評価方法と同様の効果が得られ、非常に高額なプリズムや、平面ミラーなどを用いることなく、コリメートの度合いを判別できるようになる。
【００２１】
次に本発明に係るコリメート評価装置の第１の実施形態について説明する。
この第１の実施形態では、光源から出射され集光素子などで概略コリメートされた光束のコリメートの度合いを評価するコリメート評価装置であって、図６に示すように、アパーチャ部材１と、該アパーチャ部材１から一定間隔（距離ρ）を隔てて設けられたビームプロファイルを投影できる投影部材２を有し、前述した第１〜３の評価方法のうちの何れか一つのコリメート評価方法を用いたことを特徴とするものである。
すなわち、第１の実施形態の評価装置では、第１〜３の評価方法のうちの何れか一つの評価方法を元に、所望の開口形状のアパーチャ部１ａを有するアパーチャ部材１から所定の距離ρを隔てた位置にビームプロファイルを投影する投影部材２を配置するものであり、この投影部材２を観察することにより、即座にビームプロファイルを目視でき、コリメートの度合いを判定することができる。
【００２２】
ここで、アパーチャ部材１の実施例を上げると、透明基板に印刷技術によりアパーチャ部１ａを形成しても良いし、より正確なアパーチャ部材１を形成するには、フォトリソグラフィ技術でアパーチャのパターンを形成しても良い。また、金属薄板にレーザ加工によりアパーチャ（開口）を形成するなどして、正確なアパーチャ部を形成してもよい。透明基板に形成した場合は、ビーム出射側に透明媒体を向けないようにすれば、屈折率の補正も不要となる。
投影部材２の実施例としては、ビームプロファイルを投影できる部材であれば何れでも良く、白色塗料を塗布した平面基板など、また、酸化アルミニュウムを塗布した白色板などが上げられる。また、表面に粗し処理を施した拡散板を配置して、透過光によりビームプロファイルを観察する様にしてもよい。
尚、図６には図示していないが、アパーチャ部材１や投影部材２を保持するハウジング部材を設けて、携帯可能なコリメート評価装置としてもよい。
【００２３】
従来技術においては、非常に高額なプリズムや、平面ミラーなどを用いる必要があったが、本発明のコリメート評価装置では、非常に簡単な部材構成で、コリメートの度合いを判別できるようになり、非常に簡単で安価にコリメートの度合いを評価することができるコリメート評価装置を提供することができた。
【００２４】
次に本発明に係るコリメート評価装置の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態では、第１の実施形態のコリメート評価装置において、アパーチャ部材と投影部材の間隔を使用波長に応じて可変にしたことを特徴とするものである。すなわち、第２の実施形態の評価装置は、図６と同様に、アパーチャ部１ａを有したアパーチャ部材１と、アパーチャ部材１から所望の距離ρを隔てた位置に配置したビームプロファイルを投影する投影部材２を設け（第１の実施形態の構成）、さらに、アパーチャ部材１と投影部材２の間隔を使用波長に応じて可変としたことを特徴としている。
【００２５】
アパーチャ部材１のアパーチャ部１ａが円形の場合、アパーチャ部を通過した光束のビームプロファイルは、第１の評価方法で説明したように図１〜３に示すような干渉縞のパターンとなるが、このビームプロファイルは入射光の波長に依存する。すなわち、波長が変わった場合に、アパーチャ部からの距離が固定であれば、ビームプロファイルが変わってくる。例えば図１〜３は赤色のレーザ光の場合のビームプロファイルの例を示しているが、青色のレーザ光の場合には、アパーチャ部材１と投影部材２の位置が固定であると、波長の違いにより、アパーチャ部通過後のビームプロファイルが変化する。
【００２６】
第２の実施形態の評価装置は、上記事情に鑑みてなされたものであり、第１から第３の評価方法のもとに、アパーチャ部材１と投影部材２の間隔を使用波長に応じて可変とすることにより、即座にビームプロファイルを目視できるようにし、コリメートの度合いを判定することができるようにしたものである。
例えば、波長６３２．８ｎｍのＨｅＮｅのレーザ光を入射光とし、直径１ｍｍの円形状のアパーチャ部を有するアパーチャ部材１を用いた場合には、ビームプロファイルの干渉縞の輪帯が３つ生成され、中央が最も暗くなるような位置は、計算では、図３に示すようにアパーチャ部材１からの距離が６４．８４５ｍｍの位置であるので、この位置に投影部材２を配置しておき、投影部材２を観察することにより３つの輪帯が生成する様にして、中央が最も暗くなっているかどうかを評価すればよいが、これが、例えばＫｒレーザ光を用いた波長４１３ｎｍの場合には、アパーチャ部材１からの距離が１００．８８８ｍｍの位置に投影部材２を設定する必要がある。
そこで第２の実施形態のコリメータ評価装置では、予め評価する波長に応じて、アパーチャ部材１と投影部材２の間隔を調整する機構を設けることにより、観察するビームプロファイルが使用波長により変化しないようにしたものである。すなわち、アパーチャ部材１と投影部材２の間隔を調整する機構を設けることにより、如何なる波長の場合にもビームプロファイルが同様となるように調整できる評価装置を実現できる。
【００２７】
次に本発明に係るコリメート評価装置の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態では、第１の実施形態のコリメータ評価装置において、使用波長に応じて、中心強度の光量の強弱が判別できるように、円形状のアパーチャ部の大きさを変化させることを特徴とするものである。
ここで、例えば波長６３２．８ｎｍのＨｅＮｅのレーザ光を入射光とし、直径１ｍｍの円形状のアパーチャ部１ａを有するアパーチャ部材１を用いた場合には、ビームプロファイルの干渉縞の輪帯が３つ生成され、中央が最も暗くなるような位置は、計算では、図３に示すようにアパーチャ部材１からの距離が６４．８４５ｍｍの位置であるので、この位置に投影部材２を配置しておき、投影部材２を観察することにより３つの輪帯が生成する様になっているが、このままのアパーチャ部では、Ｋｒレーザ光を用いた４１３ｎｍの波長では、波長の違いにより、アパーチャ部通過後のビームプロファイルが変化する。
【００２８】
そこで、第３の実施形態の構成を採用し、Ｋｒレーザ光を用いた４１３ｎｍの波長の場合には、円形状のアパーチャ部の半径を０．４０４ｍｍに設定すれば、丁度同じ６５．８４５ｍｍの位置で３つの輪帯が生成され、中央が最も暗くなっている状態となり、ビームプロファイルを同じにできる。尚、アパーチャ部材１のアパーチャ部１ａを連続して変形することは、カメラレンズで用いている絞り機構を用いた連続可変アパーチャ部材を用いたり、また、不連続ではあるが、予め赤、緑、青に対応した波長に応じてアパーチャ部材を用意しておき、使用波長に応じて取り替える様にすればよい。
【００２９】
以上のように、第３の実施形態のコリメータ評価装置では、第１の実施形態の構成に加えて、使用波長に応じて、中心強度の光量の強弱が判別できるように、円形状のアパーチャ部を変化させるようにしたので、如何なる波長にもビームプロファイルが同様となるように調整できる評価装置を実現できる。
【００３０】
次に本発明に係るコリメート評価装置の第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態では、第１の実施形態のコリメータ評価装置において、第３のコリメート評価方法を用い、使用波長に応じて、スリット幅を可変にすることを特徴とするものである。
ここで、例えば波長６３２．８ｎｍのＨｅＮｅのレーザ光を入射光とし、直径１ｍｍのスリット幅のスリット状のアパーチャ部を有するアパーチャ部材を用いた場合には、明暗の干渉縞が３つ生成され、スリット中央が最も暗くなるような位置は、計算では、図５（ｄ）に示すようにアパーチャ部材からの距離が６４．８４５ｍｍの位置であるので、この位置に投影部材を配置しておき、投影部材を観察することにより３つの干渉縞が生成するようになっているが、このままのアパーチャ部では、Ｋｒレーザ光を用いた４１３ｎｍの波長では、波長の違いにより、アパーチャ部通過後の干渉パターンが変化する。
【００３１】
そこで、第４の実施形態の構成を採用し、Ｋｒレーザ光を用いた４１３ｎｍの波長の場合には、スリット状のアパーチャ部のスリット幅を０．４０４ｍｍに設定すれば、丁度同じ６５．８４５ｍｍの位置で３つの干渉縞が生成され、中央が最も暗くなっている状態となり、干渉縞のパターンを同じにできる。尚、アパーチャ部のスリット幅を連続して変化させることは、対峙した遮光部材の間隔を変化させることで実現できる。また、予め色別にスリット幅を設定したアパーチャ部材を用意しておいてもよい。
【００３２】
以上のように、第４の実施形態のコリメート評価装置では、第１の実施形態の構成に加えて、第３のコリメート評価方法を用い、使用波長に応じてスリット状のアパーチャ部のスリット幅を変化させるようにしたので、如何なる波長にもビームプロファイル（干渉縞のパターン）が同一となるように調整できる評価装置を実現できる。
【００３３】
次に本発明に係るコリメート評価装置の第５の実施形態について説明する。
この第５の実施形態では、第１〜４の実施形態のうちの何れか一つのコリメート評価装置において、観測位置を拡大した干渉縞のパターンを観測できるようにしたものである。
図７に第５の実施形態のコリメート評価装置の実施例を示す。このコリメート評価装置は、投影位置に焦点を予め設定した拡大装置を配置し、より微小なコリメート光に対応したビームプロファイルの判別を容易にしたことを特徴とする。具体的には、図７に示すように、アパーチャ部材１を通過した光束の投影部材２上の投影位置に焦点を予め設定した拡大レンズ部材３を配置し、投影部材２に投影したビームプロファイルの拡大パターンを目視できるように構成した装置である。
【００３４】
尚、図示していないが、このコリメート評価装置は、アパーチャ部材１、投影部材２、拡大レンズ部材３、及びこれらの部材を保持するハウジング部材で構成されており、必要に応じて、拡大像を投影する第二の投影部材４を配置するとよい。
また、拡大する手段としては、図示はしていないが、ＣＣＤカメラのような光電変換素子を用いて、一旦、画像として取り込み、電気的に拡大してもよい。画像として取り込めば、演算処理装置によりビームプロファイルの判定が容易になる。
【００３５】
次に図８は第５の実施形態の別の実施例であり、アパーチャ部材１と投影部材２の間に、光路分離ミラー５を配置し、光路分離ミラー５により分離された投影パターンを拡大レンズ部材３により拡大して第二の投影部材４に投影するようにした構成である。尚、光路分離ミラー５には、平行平板を用いたりプリズムを用いることができるが、このときは、媒体の屈折率に応じた光路の延び分を考慮して設定する。
【００３６】
以上のように、第５の実施形態のコリメータ評価装置では、第１〜４の実施形態のうちの何れか一つの構成及び効果に加え、コリメートの状態をより精度良く判定可能となる。また、ＣＣＤカメラ等によりビームプロファイルを画像として取り込み、それを演算する機構を設ければ、人による判定の誤差を除くことが可能となり、より高精度にコリメートの度合いを評価することが可能となる。
【００３７】
次に本発明に係るコリメート評価装置の第６の実施形態について説明する。
この第６の実施形態では、アパーチャ部材と、該アパーチャ部材通過後の光束中に配置され光強度を検出する光検出器を用い、アパーチャ部材通過後の光束中に、少なくとも一つの干渉縞の中心から分割された２分割の光検出器を配置し、その２分割の光検出器の光量の差を演算し、干渉縞の移動を検出することによりコリメートの評価を行うものである。
すなわち第６の実施形態では、アパーチャ部材通過直後に生じる光強度が強くなったり弱くなったりする干渉縞のパターンのうち、少なくとも一つの明の縞の中心から分割された２分割の光検出器を配置し、その２分割の光検出器の光量の差を演算して、縞の移動を検出することにより、コリメートの評価を行うことを特徴としている。
【００３８】
図９は第６の実施形態の一実施例を示しており、図示しないアパーチャ部材通過後の光束が干渉する位置（例えば第１の評価方法で述べたビームプロファイルの干渉縞の輪帯の位置）に、少なくとも一つの、明の縞の中央を２分割する同心円状の光検出器６を配置し、この光検出器６の２分割された受光エリアａ，ｂからの出力を演算手段である差動増幅器７に入力し、差動増幅器７の出力をコリメート判定信号とする。
このような状態で、コリメートの状態が変化すると、明の縞（輪帯）は、コリメートの度合い、すなわち、発散したり、収束したりすることに応じて、元からあった位置に比べて、アパーチャ中心（光軸中心）から離れたり、また、よったりして移動する。この移動量を、光検出器６の２分割の受光エリア（受光素子（ＰＤ））ａ，ｂに受光された受光量から差動増幅器７で演算して、縞のずれ量を判定し、コリメートの度合いを判定する信号とした。
ここで、２分割の受光エリア（受光素子（ＰＤ））ａ，ｂで受光されるそれぞれの受光量をＩａ、Ｉｂとしたとき、差動増幅器７の出力Ｆ＝Ｉａ−Ｉｂの値が０となるような位置がコリメートの状態であるように設定しておけば、Ｆの値を評価することにより、簡単にコリメートの状態とすることができる。
【００３９】
また、図１０は第６の実施形態の別の実施例を示しており、これは図示しないアパーチャ部材通過後の光束が干渉する位置（例えば第１の評価方法で述べたビームプロファイルの干渉縞の輪帯の位置）に、光検出器として明の縞の一部分を２分割した受光素子（ＰＤ）８を配置して、その受光エリアａ１，ｂ１の差を差動増幅器７で演算し、コリメート判定信号とした実施例である。この場合、１つの２分割受光素子の受光エリアａ１とｂ１で受光する光量から演算しても良いし、複数の２分割受光素子８，９，１０，１１を配置して、複数の２分割受光素子の受光エリアａ１〜ａ４とｂ１〜ｂ４で受光する光量から演算しても良い。また、図１０は複数の２分割受光素子８，９，１０，１１を４方向に対峙させて配置した例を描いているが、１つでもよいし、さらに複数配置してもよい。
【００４０】
以上のように、第６の実施形態では、２分割の光検出器により出力される受光量を演算して処理することにより、人による判定の誤差を除くことが可能となり、より高精度にコリメートの度合いを評価することができる。
【００４１】
次に本発明に係るコリメート評価装置の第７の実施形態について説明する。
この第７の実施形態では、コリメートされた光束を通過させるアパーチャ部材と、該アパーチャ部材を通過した光束を２分割する手段と、その２分割された光束の投影位置に配置される投影部材あるいは受光素子とを設け、コリメートされた光束をアパーチャ部材を通過させ、該アパーチャ部材を通過した光束を２分割して投影し、分割された一方と他方の光束のアパーチャ部材から投影位置までの距離を異なる位置関係とし、それぞれの干渉縞のパターン中心部の光量差を演算して、コリメートの度合いを判別するものである。
すなわち第７の実施形態では、アパーチャ部材を通過した光束を２分割し、分割された一方と他方のアパーチャ部材からの距離を異なる位置関係とし、一方は中心強度が強くなる位置に設定し、他方は、中心強度が弱くなる位置に設定し、それぞれの干渉縞のパターン中心部の光量差を演算することによりコリメートの度合いを判定することを特徴とする。
【００４２】
図１１は第７の実施形態の一実施例を示しており、コリメートされた光束（入射ビーム）を通過させるアパーチャ部材１２と、該アパーチャ部材１２を通過した光束を２分割する光路分離ミラー１３と、その２分割された光束を投影する第１、第２の投影部材１４，１５を設けており、第１、第２の投影部材１４，１５の位置は、光路分離ミラー１３により２分割されたそれぞれの光束に対して、それぞれのアパーチャ部からの距離がρ１，ρ２と異なった値となっている。
【００４３】
この値としては、例えばρ＝ａ２／λの値が１／２ｎとなる位置と１／（２ｍ＋１）（ｎ，ｍは整数）となる位置とすれば、中央部が最も暗くなる位置と最も明るくなる位置の２組となる。このとき、第１の投影部材１４と第２の投影部材１５に投影される干渉縞の輪帯のパターンは、図１２（ａ），（ｂ）に示すようなパターンとなり、中央部の光量の差を演算することによって、最も光量差が大きくなる箇所でコリメータの状態が最もよい状態とすることができる。また、この場合、図１２（ａ），（ｂ）に示すような第１、第２の投影位置の干渉縞の輪帯パターンの中央部の受光エリアｃ，ｄの位置に受光素子を配置しておき、その受光エリアｃ，ｄに配置された受光素子から出力される受光量を演算手段で演算して処理する構成とすることにより、人による判定の誤差を除くことが可能となり、より高精度にコリメートの度合いを評価することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明では、非常に高額なプリズムや、平面ミラーなどを用いることなく、アパーチャ部の正確な形状が判っているアパーチャ部材とアパーチャ部材から投影部材あるいは光検出器までの正確な距離を設定するだけで、コリメートの度合いを評価できるようになり、非常に簡単で安価で、また、正確なコリメート評価が可能となる。
【００４５】
請求項２，４に係る発明では、非常に高額なプリズムや、平面ミラーなどを用いることなく、非常に簡単な部材構成で、コリメートの度合いを判別できるようになり、非常に簡単で安価にコリメートの度合いを評価することができるコリメート評価装置を提供することができる。
請求項３に係る発明では、請求項２の構成及び効果に加え、使用波長に応じて、ビームプロファイルの中心の光量の強弱が判別できるように、円形状のアパーチャ部の大きさを変化させることにより、如何なる波長の場合にもビームプロファイル（干渉縞のパターン）が同様となるように調整できるコリメート評価装置を実現できる。
請求項５に係る発明では、請求項４の構成及び効果に加え、使用波長に応じて、スリット状のアパーチャ部のスリット幅を可変にするようにしたので、如何なる波長にもビームプロファイル（干渉縞のパターン）が同様となるように調整できるコリメート評価装置を実現できる。
請求項６に係る発明では、請求項２〜５の何れか一つの構成及び効果に加え、アパーチャ部材と投影部材の間隔を使用波長に応じて可変にするようにしたので、如何なる波長にもビームプロファイル（干渉縞のパターン）が同様となるように調整できるコリメート評価装置を実現できる。
請求項７に係る発明では、請求項２〜６のうちの何れか一つの構成及び効果に加え、投影部材に投影されたビームプロファイルを拡大する拡大レンズ部材と、該拡大レンズ部材による拡大像を投影する第二の投影部材とを有することにより、コリメートの度合いをより精度良く判定可能となる。また、ＣＣＤカメラ等により画像として取り込み、それを演算する機構を設ければ、人による判定の誤差を除くことが可能となり、より高精度にコリメートの度合いを評価することが可能となる。
【００４６】
請求項８に係る発明では、請求項１記載のコリメート評価装置において、概略コリメートされた光束を通過させる単一のアパーチャ部を有する単一のアパーチャ部材と、前記単一のアパーチャ部を通過した光束中に配置される少なくとも２つの検出部を有する２分割の光検出器とで構成され、前記アパーチャ部を通過させることによって、該アパーチャ部から一定間隔を隔てた位置に発生する一つ以上の干渉縞のうち、少なくとも一つの干渉縞の縞の中心から分割するように前記２つの検出部が配置された２分割の光検出器を配置し、該２分割の各々の光検出器の光量の差を演算し、干渉縞の移動を検出することによりコリメートの度合いを評価するものであり、２分割の光検出器により出力される受光量を演算して処理するので、人による判定の誤差を除くことが可能となり、より高精度にコリメートの度合いを評価することができる。
【００４７】
請求項９，１０に係る発明では、請求項１記載のコリメート評価装置において、概略コリメートされた光束を通過させる単一のアパーチャ部を有する単一のアパーチャ部材と、前記単一のアパーチャ部を通過した光束を２分割する分割手段と、該２分割された光束のそれぞれの投影位置に配置される第１、第２の投影部材あるいは受光素子とを有し、前記分割手段で分割された一方と他方の光束のアパーチャ部から投影位置までの距離を異なる位置関係とし、それぞれの投影位置の干渉縞のパターン中心部の光量差を演算して、コリメートの度合いを評価するものであり、中心部の光量の差を演算することによって、最も光量差が大きくなる箇所でコリメートの度合いが最もよい状態とすることができる。また、２分割された光束の投影位置の干渉縞のパターン中央部の位置に受光素子を配置しておき、その受光素子から出力される受光量を演算して処理することにより、人による判定の誤差を除くことが可能となり、より高精度にコリメートの度合いを評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  無限遠からの略平行光束を円形アパーチャに入射した場合に、円形アパーチャを通過した光束により、アパーチャから所定距離（（ａ）１９７．５３５ｍｍ，（ｂ）１３１．６９ｍｍ）を隔てた投影位置に発生するビームプロファイル（干渉縞のパターン）を表す図である。
【図２】  無限遠からの略平行光束を円形アパーチャに入射した場合に、円形アパーチャを通過した光束により、アパーチャから所定距離（（ａ）９８．７６７５ｍｍ，（ｂ）７９．０１４ｍｍ）を隔てた投影位置に発生するビームプロファイル（干渉縞のパターン）を表す図である。
【図３】  無限遠からの略平行光束を円形アパーチャに入射した場合に、円形アパーチャを通過した光束により、アパーチャから所定距離（６５．８４５ｍｍ）を隔てた投影位置に発生するビームプロファイル（干渉縞のパターン）を表す図である。
【図４】  有限の距離からの光束を円形アパーチャに入射した場合に、円形アパーチャを通過した光束により、アパーチャから所定距離を隔てた投影位置に発生するビームプロファイル（干渉縞のパターン）を表す図である。
【図５】  無限遠からの略平行光束を矩形スリット状のアパーチャに入射した場合に、アパーチャを通過した光束により、アパーチャから所定距離を隔てた投影位置に発生するビームプロファイル（干渉縞のパターン）を表す図であり、（ａ）は１９７．５３５ｍｍの位置での結果、（ｂ）は１３１．６９ｍｍの位置での結果、（ｃ）は９８．７６７５ｍｍの位置での結果、（ｄ）は６５．８４５ｍｍの位置での結果をそれぞれ示す図である。
【図６】  本発明の一実施例を示すコリメート評価装置の構成説明図である。
【図７】  本発明の別の実施例を示すコリメート評価装置の構成説明図である。
【図８】  本発明のさらに別の実施例を示すコリメート評価装置の構成説明図である。
【図９】  本発明のさらに別の実施例を示すコリメート評価装置の説明図である。
【図１０】  本発明のさらに別の実施例を示すコリメート評価装置の説明図である。
【図１１】  本発明のさらに別の実施例を示すコリメート評価装置の構成説明図である。
【図１２】  本発明のさらに別の実施例を示すコリメート評価装置の説明図である。
【図１３】  従来技術によるシェアプレートの構成説明図である。
【図１４】  従来技術によるシェアプレートの動作説明図である。
【符号の説明】
１：アパーチャ部材
１ａ：アパーチャ部
２：投影部材
３：拡大レンズ部材
４：第二の投影部材
５：光路分離ミラー
６：光検出器
７：差動増幅器
８，９，１０，１１：２分割受光素子（光検出器）
１２：アパーチャ部材
１３：光路分離ミラー
１４：第１の投影部材（第１投影位置）
１５：第２の投影部材（第２投影位置）
【図１】
0004114847.tif 000003
【図２】
0004114847.tif 000004
【図３】
0004114847.tif 000005
【図４】
0004114847.tif 000006
【図５】
0004114847.tif 000007
【図６】
0004114847.tif 000008
【図７】
0004114847.tif 000009
【図８】
0004114847.tif 000010
【図９】
0004114847.tif 000011
【図１０】
0004114847.tif 000012
【図１１】
0004114847.tif 000013
【図１２】
0004114847.tif 000014
【図１３】
0004114847.tif 000015
【図１４】
0004114847.tif 000016