光の特性測定方法、光源の取付位置調整方法、光の特性測定装置および光源の取付位置調整装置
【課題】光の各種の特性を精度良く算出することが可能な光の特性測定方法を提供すること。
【解決手段】光の強度分布がガウス分布である光源から出射される光の画像を取り込み、画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）での光の強度を算出する強度算出ステップＳ１、Ｓ２と、強度算出ステップＳ１、Ｓ２で算出された画像内の光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈを算出するフィッティングステップＳ３、Ｓ４と、フィッティングステップＳ３、Ｓ４で算出された各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて光の特性を算出する特性算出ステップＳ５とを備える光の特性測定方法で光の特性を算出する。
【解決手段】光の強度分布がガウス分布である光源から出射される光の画像を取り込み、画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）での光の強度を算出する強度算出ステップＳ１、Ｓ２と、強度算出ステップＳ１、Ｓ２で算出された画像内の光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈを算出するフィッティングステップＳ３、Ｓ４と、フィッティングステップＳ３、Ｓ４で算出された各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて光の特性を算出する特性算出ステップＳ５とを備える光の特性測定方法で光の特性を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の特性測定方法、光源の取付位置調整方法、光の特性測定装置および光源の取付位置調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ピックアップ等の光源にはレーザダイオードが使用されている。レーザダイオードが搭載される光ピックアップ等では、レーザ光のパワーを有効利用するために、レーザ光の強度分布の中心を光学系の中心に調整固定することが好ましい。そのため、たとえば、特許文献１では、光ピックアップに取り付けられるレーザダイオードの出射光軸を調整する光軸調整装置が提案されている。
【０００３】
この特許文献１に記載の光軸調整装置は、対物レンズからの出射光の強度分布像を検出する撮像装置と、撮像装置で検出された強度分布像から出射光の強度分布の中心位置と予め決められた所定位置とのずれ量を算出する計算機と、計算機で算出されたずれ量に基づいてレーザダイオードの取付位置を調整する移動ステージとを備えている。
【０００４】
また、レーザダイオードのレーザ光の強度分布は楕円のガウス分布（ガウシアン分布）であることが一般的に知られている。そのため、特許文献１に記載の光軸調整装置では、計算機は、まず、撮像装置から出力される輝度信号の１次元の強度分布をガウス分布に近似させ、その後、近似させた曲線の極大位置を求め、この極大位置をレーザ光の強度分布の中心としている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２１９５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の光軸調整装置では、一次元の光強度分布をガウス分布に近似させ、その近似させた曲線の極大位置をレーザ光の強度分布の中心としている。そのため、たとえば、光ピックアップの光学系に配置される回折格子によって生じる干渉縞の影響やノイズ等の影響を受けやすく、レーザ光の強度分布の中心を精度良く求めることは困難である。また、レーザ光の強度分布の中心位置のみでレーザ光の特性を評価することは困難であるが、特許文献１では、レーザ光の強度分布の中心位置以外のレーザ光の特性を算出するための手段は提案されていない。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、強度分布がガウス分布である光の各種の特性を精度良く算出することが可能な光の特性測定方法およびこの光の特性測定方法を用いて測定された光の特性に基づいて光の強度分布がガウス分布である光源の取付位置を調整する光源の取付位置調整方法を提供することにある。また、本発明の課題は、強度分布がガウス分布である光の各種の特性を精度良く算出することが可能な光の特性測定装置およびこの光の特性測定装置を備える光源の取付位置調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の光の特性測定方法は、光の強度分布がガウス分布である光源から出射される光の画像を取り込み、画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）での光の強度を算出する強度算出ステップと、強度算出ステップで算出された画像内の光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈを算出するフィッティングステップと、フィッティングステップで算出された各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて光の特性を算出する特性算出ステップとを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光の特性測定方法では、フィッティングステップにおいて、強度算出ステップで算出された画像内の光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出している。すなわち、フィッティングステップにおいて、２次曲線の一般式を利用した式に基づいて光の強度分布をフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出しており、各係数の算出には、２次元の光の強度分布が考慮されている。そのため、取り込まれた光の画像にノイズ等があっても、各係数を算出する際にノイズ等の影響を受けにくくなる。また、２次曲線の一般式を利用しているため、算出された各係数から２次曲線の一般式の解法を用いることで、特性算出ステップで各種の光の特性を算出することが可能になる。したがって、本発明では、フィッティングステップで算出された各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて各種の光の特性を精度良く算出することが可能になる。
【００１０】
本発明において、フィッティングステップでは、強度算出ステップで算出された光の強度の自然対数を取るとともに、光の強度の自然対数の分布を式
Ｌｎ（Ｉ（θｘ、θｙ））＝ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ
にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出することが好ましい。このようにすると、フィッティングに用いる式がそれぞれ独立した項の多項式になるため、フィッティングが容易になる。
【００１１】
本発明において、特性算出ステップでは、たとえば、光の強度分布となるファーフィールドパターンの中心、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角、および、ファーフィールドパターンの広がり角の少なくともいずれか１つを算出する。そのため、たとえば、フィールドパターンの中心、光軸回りの回転角および／または広がり角を精度良く求めることが可能になる。
【００１２】
本発明の光の特性測定方法は、たとえば、光源の取付位置を調整する光源の取付位置調整方法に適用することができる。すなわち、本発明の光源の取付位置調整方法では、上述の光の特性測定方法で測定された光の特性に基づいて、光源の取付位置を調整する。
【００１３】
たとえば、本発明の光源の取付位置調整方法では、特性算出ステップで、光の強度分布となるファーフィールドパターンの中心を算出し、ファーフィールドパターンの中心が所定位置となるように光源の光軸を調整する。具体的には、たとえば、光が通過する光学系の瞳の中心とファーフィールドパターンの中心とが略一致するように光源の光軸を調整する。本発明の光の特性測定方法を用いると、フィールドパターンの中心を精度良く求めることが可能になるため、この光源の取付位置調整方法を用いると、光源の光軸を精度良く調整することが可能になる。
【００１４】
また、たとえば、本発明の光源の取付位置調整方法では、特性算出ステップで、光の強度分布となるファーフィールドパターンの光軸回りの回転角を算出し、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角が所定の角度となるように光源を光軸回りに回転調整する。本発明の光の特性測定方法を用いると、フィールドパターンの光軸回りの回転角を精度良く求めることが可能になるため、この光源の取付位置調整方法を用いると、光源の光軸回りの回転角を精度良く調整することが可能になる。
【００１５】
また、上記の課題を解決するため、本発明の光の特性測定装置は、光の強度分布がガウス分布である光源から出射される光の画像を取り込むための画像取込手段と、取り込まれた画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）での光の強度を算出する強度算出手段と、強度算出手段で算出された画像内の光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈを算出するフィッティング手段と、フィッティング手段で算出された各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて光の特性を算出する特性算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光の特性測定装置では、強度算出手段で算出された画像内の光の強度分布をフィッティング手段が式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出している。すなわち、フィッティング手段は、光の強度分布を２次曲線の一般式を利用した式に基づいてフィッティングして、各係数を算出しており、各係数の算出には、２次元の光の強度分布が考慮されている。そのため、取り込まれた光の画像にノイズ等があっても、各係数を算出する際にノイズ等の影響を受けにくくなる。また、２次曲線の一般式を利用しているため、算出された各係数から２次曲線の一般式の解法を用いることで、特性算出手段は各種の光の特性を算出することが可能になる。したがって、本発明では、フィッティング手段で算出された各係数に基づいて各種の光の特性を精度良く算出することが可能になる。
【００１７】
本発明において、フィッティング手段は、強度算出手段で算出された光の強度の自然対数を取るとともに、光の強度の自然対数分布を式
Ｌｎ（Ｉ（θｘ、θｙ））＝ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ
にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出することが好ましい。このように構成すると、フィッティングに用いる式がそれぞれ独立した項の多項式になるため、フィッティングが容易になる。
【００１８】
本発明の光の特性測定装置は、特性算出手段で算出された光の特性に基づいて光源の取付位置を調整する位置調整機構を備える光源の取付位置調整装置に用いることができる。本発明の光源の特性測定装置では、光の特性を精度良く算出することが可能になるため、この光源の取付位置調整装置では、光源の取付位置を精度良く調整することが可能になる。
【００１９】
本発明において、光源の取付位置調整装置は、光源からの発散光を平行光にするコリメータレンズを備え、画像取込手段は、コリメータレンズを通過した平行光を取り込むことが好ましい。このように構成すると、コリメートレンズによって光源からの発散光を平行光にすることができるため、光軸方向における画像取込手段の配置位置の自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明の光の特性測定方法および光の特性測定装置では、光の各種の特性を精度良く算出することが可能になる。また、本発明の光源の取付位置調整方法および光源の取付位置調整装置では、光源の取付位置を精度良く調整することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（光の特性測定装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる光の特性測定装置１の構成を示す概略図である。
【００２３】
本形態の光の特性測定装置１（以下、「特性測定装置１」とする。）は、光源としてのレーザダイオード２のレーザ光の各種の特性を測定するための装置である。この特性測定装置１は、図１に示すように、レーザダイオード２が固定されるレーザ固定部３と、レーザダイオード２から出射される発散光を平行光にするコリメートレンズ４と、コリメートレンズ４からの平行光を立ち上げるプリズム５と、プリズム５で立ち上げられた平行光が投影されるスクリーン６とを備えている。
【００２４】
また、特性測定装置１は、スクリーン６上に投影された平行光（レーザ光）の画像を取り込む撮像装置７と、スクリーン６上のレーザ光の画像を撮像装置７へ導く反射ミラー８と、撮像装置７で取り込まれた画像を処理する画像処理装置９と、画像処理装置９での処理結果等を表示する画像表示装置１０とを備えている。
【００２５】
なお、上述のように、レーザダイオード２のレーザ光の強度分布は、ガウス分布となっており、本形態のレーザダイオード２は、光の強度分布がガウス分布である光源である。
【００２６】
撮像装置７は、所定の光学系と撮像素子とを備えている。撮像素子は、光学系を介して取り込まれたレーザ光の画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）における強度（輝度）をデジタル信号（電気信号）に変換して出力する。具体的には、撮像素子は、レーザ光の画像中の強度に対応して増減するデジタル信号を生成して出力する。すなわち、撮像装置７の撮像素子は、デジタル信号を生成することで、レーザ光の強度を算出しており、本形態では、撮像装置７の撮像素子は、レーザ光の画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）におけるレーザ光の強度を算出する強度算出手段となっている。また、本形態では、撮像装置７の光学系は、レーザダイオード２から出射されるレーザ光の画像を取り込むための画像取込手段となっている。
【００２７】
画像処理装置９は、撮像装置７（具体的には撮像素子）から出力されるデジタル信号が入力され記録されるメモリ１２と、メモリ１２に記録された各座標（θｘ、θｙ）のデジタル信号の分布（すなわち、レーザ光の強度分布）を後述の式（１）に基づいてフィッティングするフィッティング手段としてのフィッティング部１３と、フィッティング部１３でのフィッティング結果に基づいてレーザ光の各種の特性を算出する特性算出手段としての特性算出部１４とを備えている。なお、フィッティング部１３および特性算出部１４は、実際には、ＣＰＵ等の演算手段やＲＡＭ等の記憶手段等によって構成されている。
【００２８】
本形態のフィッティング部１３は、２次曲線の一般式
ｆ（ｘ、ｙ）＝ａｘ２＋ｂｙ２＋ｃ＋ｈｘｙ＋ｇｘ＋ｆｙ
を利用した下式（１）に基づいて、レーザ光の強度分布をフィッティングする。
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
・・・（式１）
具体的には、フィッティング部１３は、まず、各座標（θｘ、θｙ）のデジタル信号（すなわち、各座標（θｘ、θｙ）のレーザ光の強度）の自然対数を取り、レーザ光の画像内におけるデジタル信号の自然対数の分布を最小二乗法によって下式（２）にフィッティングして、下記の各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出する。
Ｌｎ（Ｉ（θｘ、θｙ））＝ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ
・・・（式２）
【００２９】
特性算出部１４は、フィッティング部１３で算出された各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいてレーザ光の特性を算出する。本形態の特性算出部１４は、レーザ光の強度分布となるファーフィールドパターンの中心（強度中心）と、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角と、ファーフィールドパターンの広がり角とを各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて算出する。具体的には、以下のように、ファーフィールドパターンの中心と、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角と、ファーフィールドパターンの広がり角とを算出する。
【００３０】
まず、ファーフィールドパターンの中心は、その座標を（θｘ０、θｙ０）とすると、下式（３）、（４）によって算出される。
θｘ０＝（ｆ×ｈ−２×ｂ×ｇ）／（４×ａ×ｂ−ｈ２）・・・（式３）
θｙ０＝（ｇ×ｈ−２×ａ×ｆ）／（４×ａ×ｂ−ｈ２）・・・（式４）
また、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角θは、下式（５）によって算出される。
θ＝０．５×ｔａｎ−１（ｈ／ａ−ｂ）・・・（式５）
【００３１】
また、レーザ光の強度分布は楕円のガウス分布であるため、ファーフィールドパターンの広がり角は、長軸方向の広がり角をθＬ、短軸方向の広がり角をθＳとすると、下式（６）、（７）によって算出される。
θＬ＝２×Ｍａｘ（ａ２、ｂ２）／（２１／２×１．６９８９×０．５）
・・・（式６）
θＳ＝２×Ｍｉｎ（ａ２、ｂ２）／（２１／２×１．６９８９×０．５）
・・・（式７）
ここで、ａ２＝（Ｆ／ａ１）１／２ ・・・（式８）
ｂ２＝（Ｆ／ｂ１）１／２ ・・・（式９）
Ｆ＝１＋（ｇ１２／４×ａ１）＋（ｆ１２／４×ｂ１） ・・・（式９）
であり、また、
ａ１＝ａ×ｃｏｓ２φ−ｈ×ｃｏｓφ×ｓｉｎφ＋ｂ×ｓｉｎ２φ
・・・（式１０）
ｂ１＝ａ×ｓｉｎ２φ＋ｈ×ｃｏｓφ×ｓｉｎφ＋ｂ×ｃｏｓ２φ
・・・（式１１）
ｇ１＝ｇ×ｃｏｓφ−ｆ×ｓｉｎφ ・・・（式１２）
ｆ１＝ｇ×ｓｉｎφ＋ｆ×ｃｏｓφ ・・・（式１３）
であり、さらに、
ｃｏｓφ＝ｃｏｓ（０．５×ｔａｎ−１（ｈ／ｂ−ａ）） ・・・（式１４）
ｓｉｎφ＝ｓｉｎ（０．５×ｔａｎ−１（ｈ／ｂ−ａ）） ・・・（式１５）
である。なお、Ｍａｘ（ａ２、ｂ２）は、ａ２、ｂ２のうちのいずれか大きい方であり、Ｍｉｎ（ａ２、ｂ２）は、ａ２、ｂ２のうちのいずれか小さい方である。
【００３２】
（光の特性測定方法）
図２は、図１に示す特性測定装置１を用いた光の特性測定方法を説明するためのフローチャートである。図３は、図１に示す画像表示装置１０に表示されたフィッティングステップ後のレーザ光の強度分布の一例を示す２次元図である。図４は、図３の２次元図に対応する３次元図である。図５は、図１に示す画像表示装置１０に表示されたフィッティングステップ前のレーザ光の強度分布を示す２次元図である。図６は、図５の２次元図に対応する３次元図である。
【００３３】
以下、特性測定装置１を用いた光の特性測定方法を説明する。
【００３４】
特性測定装置１において、レーザ光の特性を測定する際には、まず、レーザ光の画像を取り込み（ステップＳ１）、画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）でのレーザ光の強度を算出する（ステップＳ２）。具体的には、スクリーン６上に投影されたレーザ光の画像を撮像装置７に取り込み、撮像装置７の撮像素子で各座標（θｘ、θｙ）における強度（輝度）をデジタル信号に変換して出力する。
【００３５】
その後、ステップＳ２で算出された各座標（θｘ、θｙ）のレーザ光の強度の自然対数を取り（ステップＳ３）、レーザ光の画像内におけるレーザ光の強度の自然対数の分布を最小二乗法によって式（２）にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出する（ステップＳ４）。具体的には、フィッティング部１３において、メモリ１２に記録された各座標（θｘ、θｙ）のデジタル信号の自然対数を取り、デジタル信号の自然対数の分布を最小二乗法によって式（２）にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出する。
【００３６】
その後、レーザ光の各特性を算出する（ステップＳ５）。具体的には、特性算出部１４で、式（３）〜（１５）を用いて、ファーフィールドパターンの中心と、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角と、ファーフィールドパターンの広がり角とを算出する。
【００３７】
本形態では、ステップＳ１およびステップＳ２は、レーザダイオード２から出射されるレーザ光の画像を取り込み、画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）でのレーザ光の強度を算出する強度算出ステップであり、ステップＳ３およびステップＳ４は、強度算出ステップＳ１、Ｓ２で算出された画像内のレーザ光の強度分布を式（１）に基づいてフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出するフィッティングステップである。また、ステップＳ５は、フィッティングステップＳ３、Ｓ４で算出された各係数ａ〜、ｆ〜ｈに基づいてレーザ光の特性を算出する特性算出ステップである。
【００３８】
ここで、フィッティングが行われていないステップＳ２後のレーザ光の強度分布を画像表示装置１０に表示すると、たとえば、図５、図６のようになる。なお、図５、図６には、レーザダイオード２からスクリーン６に向かう光路中に回折格子が配置されている場合のレーザ光の強度分布が図示されており、図５に示すように、画像表示装置１０に表示される強度分布には干渉縞が現れる。また、この干渉縞の影響やノイズ等の影響で、図６に示すように、レーザ光の強度分布は、ガウス分布に近似した分布とはなっていない。
【００３９】
これに対して、フィッティングが行われた後のステップＳ４後のレーザ光の強度分布を画像表示装置１０に表示すると、たとえば、図３、図４のようになる。すなわち、フィッティングが行われた後のステップＳ４後のレーザ光の強度分布は２次元のガウス分布に近似した分布となる。なお、図３、図４に示す例では、瞳の中心座標を（０、０）とすると、特性算出部１４で算出されるファーフィールドパターンの中心座標は（−０．３１０、−０．０１６）（単位はｍｍ）である。また、この例では、特性算出部１４で算出されるファーフィールドパターンの光軸回りの回転角は、−１９．９７°であり、ファーフィールドパターンの長軸の長さは４．４８３ｍｍであり、短軸の長さは２．６８９ｍｍである。
【００４０】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、撮像装置７の撮像素子で算出された画像内のレーザ光の強度分布をフィッティング部１３が式（１）に基づいてフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出している。すなわち、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、フィッティング部１３が、レーザ光の強度分布を２次曲線の一般式を利用した式（１）に基づいてフィッティングして、各係数を算出しており、各係数の算出には、２次元のレーザ光の強度分布が考慮されている。そのため、取り込まれたレーザ光の画像にノイズ等があったとしても、各係数を算出する際にノイズ等の影響を受けにくくなる。また、２次曲線の一般式を利用しているため、算出された各係数から２次曲線の一般式の解法を用いることで、特性算出ステップＳ５において、特性算出部１４は各種のレーザ光の特性を算出することが可能になる。したがって、本形態では、フィッティング部１３で算出された各係数に基づいて各種のレーザ光の特性を精度良く算出することが可能になる。
【００４１】
たとえば、本形態では、特性算出部１４は、ファーフィールドパターンの中心、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角、および、ファーフィールドパターンの広がり角を算出している。そのため、本形態では、フィールドパターンの中心、光軸回りの回転角および／または広がり角を精度良く求めることが可能になる。
【００４２】
特に、本形態では、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、フィッティング部１３は、撮像装置７の撮像素子で算出されたレーザ光の強度の自然対数を取るとともに、レーザ光の強度の自然対数の分布を式（２）にフィッティングしている。フィッティングに用いる式（２）は、それぞれ独立した項の多項式であるため、本形態では、フィッティング部１３でのフィッティングが容易になる。したがって、フィッティング時の処理時間を短縮することができる。
【００４３】
（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。たとえば、図１の二点鎖線で示すように、レーザ固定部３を図１の上下方向や紙面垂直方向に移動させ、および／または、レーザ固定部３を光軸回りで回転させる移動ステージ２２を設け、特性算出部１４で算出されたレーザ光の特性に基づいて、コリメータレンズ４等に対するレーザダイオード２の取付位置を調整しても良い。すなわち、上述した形態の特性測定装置１の構成を、算出されたレーザ光の特性に基づいてレーザダイオード２の取付位置を調整する位置調整機構としての移動ステージ２２を備えるレーザダイオードの取付位置調整装置に適用しても良い。このレーザダイオードの取付位置調整装置によって取付位置の調整が行われたレーザダイオード２は、たとえば、光ヘッド装置の本体フレームに接着固定される。また、コリメータレンズ４やプリズム５等は、光ヘッド装置の本体フレームに固定されている。
【００４４】
この場合には、たとえば、特性算出ステップＳ５において特性算出部１４で算出されたファーフィールドパターンの中心を用いて、レーザダイオード２の光軸を調整する。すなわち、特性算出ステップＳ５において特性算出部１４で算出されたファーフィールドパターンの中心が所定位置となるようにレーザダイオード２の光軸を調整する。具体的には、レーザ光が通過する光学系の瞳の中心とファーフィールドパターンの中心とが略一致するようにレーザダイオード２の光軸を調整する。
【００４５】
また、この場合には、たとえば、特性算出ステップＳ５において特性算出部１４で算出されたファーフィールドパターンの光軸回りの回転角を用いて、レーザダイオード２を光軸回りに回転調整する。すなわち、特性算出ステップＳ５において特性算出部１４で算出されたファーフィールドパターンの光軸回りの回転角が所定の角度となるようにレーザダイオード２を光軸回りに回転調整する。
【００４６】
上述のように、特性測定装置１では、フィールドパターンの中心を精度良く求めることが可能になるため、このレーザダイオードの取付位置調整装置を用いたレーザダイオードの取付位置調整方法では、レーザダイオード２の光軸を精度良く調整することが可能になる。また、特性測定装置１では、光軸回りの回転角を精度良く求めることが可能になるため、このレーザダイオードの取付位置調整装置を用いたレーザダイオードの取付位置調整方法では、レーザダイオード２の光軸回りの回転角を精度良く調整することが可能になる。
【００４７】
また、このレーザダイオードの取付位置調整装置では、撮像装置７がコリメータレンズ４を通過した平行光を取り込むため、光軸方向における撮像装置７の配置位置の自由度を高めることができる。なお、プリズム５とスクリーン６との間に対物レンズを配置して、撮像装置７が対物レンズを通過した発散光を取り込むようにしても良い。
【００４８】
また、上述した形態の特性測定装置１の構成を、干渉計や光ヘッド装置の評価機等に適用して、レーザ光の波面の位相を測定するとともに、レーザ光の各種の特性を測定しても良い。
【００４９】
上述した形態では、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、フィッティング部１３は、各座標（θｘ、θｙ）のレーザ光の強度の自然対数を取り、レーザ光の画像内における強度分布を最小二乗法によって式（２）にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出している。この他にもたとえば、フィッティング部１３は、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、メモリ１２に記録されたレーザ光の強度分布を非線形な最小二乗法によって式（１）にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出しても良い。
【００５０】
上述した形態では、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、フィッティング部１３は、最小二乗法によってフィッティングを行っているが、チェビシェフ多項式を用いたフィッティング法等のその他のフィッティング方法でフィッティングを行っても良い。
【００５１】
上述した形態では、特性測定装置１を用いて、また、図２のフローに示す光の特性測定方法で、レーザダイオード２のレーザ光の特性を測定している。この他にもたとえば、特性測定装置１を用いて、また、図２のフローに示す光の特性測定方法で、ガスレーザや個体レーザ等の他のレーザ光源、あるいは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等のレーザ光源以外の光源から出射される光の特性を測定しても良い。すなわち、レーザダイオード２以外の光源であっても、光の強度分布がガウス分布である光源であれば、本発明の光の特性測定装置および光の特性測定方法を用いてこの光源から出射される光の特性を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態にかかる光の特性測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す特性測定装置を用いた光の特性測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示す画像表示装置に表示されたフィッティングステップ後のレーザ光の強度分布を示す２次元図である。
【図４】図３の２次元図に対応する３次元図である。
【図５】図１に示す画像表示装置に表示されたフィッティングステップ前のレーザ光の強度分布の一例を示す２次元図である。
【図６】図５の２次元図に対応する３次元図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 特性測定装置（光の特性測定装置）
２ レーザダイオード（光源）
４ コリメータレンズ
７ 撮像装置（画像取込手段、強度算出手段）
１３ フィッティング部（フィッティング手段）
１４ 特性算出部（特性算出手段）
２２ 移動ステージ（位置調整機構）
Ｓ１、Ｓ２ 強度算出ステップ
Ｓ３、Ｓ４ フィッティングステップ
Ｓ５ 特性算出ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の特性測定方法、光源の取付位置調整方法、光の特性測定装置および光源の取付位置調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ピックアップ等の光源にはレーザダイオードが使用されている。レーザダイオードが搭載される光ピックアップ等では、レーザ光のパワーを有効利用するために、レーザ光の強度分布の中心を光学系の中心に調整固定することが好ましい。そのため、たとえば、特許文献１では、光ピックアップに取り付けられるレーザダイオードの出射光軸を調整する光軸調整装置が提案されている。
【０００３】
この特許文献１に記載の光軸調整装置は、対物レンズからの出射光の強度分布像を検出する撮像装置と、撮像装置で検出された強度分布像から出射光の強度分布の中心位置と予め決められた所定位置とのずれ量を算出する計算機と、計算機で算出されたずれ量に基づいてレーザダイオードの取付位置を調整する移動ステージとを備えている。
【０００４】
また、レーザダイオードのレーザ光の強度分布は楕円のガウス分布（ガウシアン分布）であることが一般的に知られている。そのため、特許文献１に記載の光軸調整装置では、計算機は、まず、撮像装置から出力される輝度信号の１次元の強度分布をガウス分布に近似させ、その後、近似させた曲線の極大位置を求め、この極大位置をレーザ光の強度分布の中心としている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２１９５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の光軸調整装置では、一次元の光強度分布をガウス分布に近似させ、その近似させた曲線の極大位置をレーザ光の強度分布の中心としている。そのため、たとえば、光ピックアップの光学系に配置される回折格子によって生じる干渉縞の影響やノイズ等の影響を受けやすく、レーザ光の強度分布の中心を精度良く求めることは困難である。また、レーザ光の強度分布の中心位置のみでレーザ光の特性を評価することは困難であるが、特許文献１では、レーザ光の強度分布の中心位置以外のレーザ光の特性を算出するための手段は提案されていない。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、強度分布がガウス分布である光の各種の特性を精度良く算出することが可能な光の特性測定方法およびこの光の特性測定方法を用いて測定された光の特性に基づいて光の強度分布がガウス分布である光源の取付位置を調整する光源の取付位置調整方法を提供することにある。また、本発明の課題は、強度分布がガウス分布である光の各種の特性を精度良く算出することが可能な光の特性測定装置およびこの光の特性測定装置を備える光源の取付位置調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の光の特性測定方法は、光の強度分布がガウス分布である光源から出射される光の画像を取り込み、画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）での光の強度を算出する強度算出ステップと、強度算出ステップで算出された画像内の光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈを算出するフィッティングステップと、フィッティングステップで算出された各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて光の特性を算出する特性算出ステップとを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光の特性測定方法では、フィッティングステップにおいて、強度算出ステップで算出された画像内の光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出している。すなわち、フィッティングステップにおいて、２次曲線の一般式を利用した式に基づいて光の強度分布をフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出しており、各係数の算出には、２次元の光の強度分布が考慮されている。そのため、取り込まれた光の画像にノイズ等があっても、各係数を算出する際にノイズ等の影響を受けにくくなる。また、２次曲線の一般式を利用しているため、算出された各係数から２次曲線の一般式の解法を用いることで、特性算出ステップで各種の光の特性を算出することが可能になる。したがって、本発明では、フィッティングステップで算出された各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて各種の光の特性を精度良く算出することが可能になる。
【００１０】
本発明において、フィッティングステップでは、強度算出ステップで算出された光の強度の自然対数を取るとともに、光の強度の自然対数の分布を式
Ｌｎ（Ｉ（θｘ、θｙ））＝ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ
にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出することが好ましい。このようにすると、フィッティングに用いる式がそれぞれ独立した項の多項式になるため、フィッティングが容易になる。
【００１１】
本発明において、特性算出ステップでは、たとえば、光の強度分布となるファーフィールドパターンの中心、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角、および、ファーフィールドパターンの広がり角の少なくともいずれか１つを算出する。そのため、たとえば、フィールドパターンの中心、光軸回りの回転角および／または広がり角を精度良く求めることが可能になる。
【００１２】
本発明の光の特性測定方法は、たとえば、光源の取付位置を調整する光源の取付位置調整方法に適用することができる。すなわち、本発明の光源の取付位置調整方法では、上述の光の特性測定方法で測定された光の特性に基づいて、光源の取付位置を調整する。
【００１３】
たとえば、本発明の光源の取付位置調整方法では、特性算出ステップで、光の強度分布となるファーフィールドパターンの中心を算出し、ファーフィールドパターンの中心が所定位置となるように光源の光軸を調整する。具体的には、たとえば、光が通過する光学系の瞳の中心とファーフィールドパターンの中心とが略一致するように光源の光軸を調整する。本発明の光の特性測定方法を用いると、フィールドパターンの中心を精度良く求めることが可能になるため、この光源の取付位置調整方法を用いると、光源の光軸を精度良く調整することが可能になる。
【００１４】
また、たとえば、本発明の光源の取付位置調整方法では、特性算出ステップで、光の強度分布となるファーフィールドパターンの光軸回りの回転角を算出し、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角が所定の角度となるように光源を光軸回りに回転調整する。本発明の光の特性測定方法を用いると、フィールドパターンの光軸回りの回転角を精度良く求めることが可能になるため、この光源の取付位置調整方法を用いると、光源の光軸回りの回転角を精度良く調整することが可能になる。
【００１５】
また、上記の課題を解決するため、本発明の光の特性測定装置は、光の強度分布がガウス分布である光源から出射される光の画像を取り込むための画像取込手段と、取り込まれた画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）での光の強度を算出する強度算出手段と、強度算出手段で算出された画像内の光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈを算出するフィッティング手段と、フィッティング手段で算出された各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて光の特性を算出する特性算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光の特性測定装置では、強度算出手段で算出された画像内の光の強度分布をフィッティング手段が式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出している。すなわち、フィッティング手段は、光の強度分布を２次曲線の一般式を利用した式に基づいてフィッティングして、各係数を算出しており、各係数の算出には、２次元の光の強度分布が考慮されている。そのため、取り込まれた光の画像にノイズ等があっても、各係数を算出する際にノイズ等の影響を受けにくくなる。また、２次曲線の一般式を利用しているため、算出された各係数から２次曲線の一般式の解法を用いることで、特性算出手段は各種の光の特性を算出することが可能になる。したがって、本発明では、フィッティング手段で算出された各係数に基づいて各種の光の特性を精度良く算出することが可能になる。
【００１７】
本発明において、フィッティング手段は、強度算出手段で算出された光の強度の自然対数を取るとともに、光の強度の自然対数分布を式
Ｌｎ（Ｉ（θｘ、θｙ））＝ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ
にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出することが好ましい。このように構成すると、フィッティングに用いる式がそれぞれ独立した項の多項式になるため、フィッティングが容易になる。
【００１８】
本発明の光の特性測定装置は、特性算出手段で算出された光の特性に基づいて光源の取付位置を調整する位置調整機構を備える光源の取付位置調整装置に用いることができる。本発明の光源の特性測定装置では、光の特性を精度良く算出することが可能になるため、この光源の取付位置調整装置では、光源の取付位置を精度良く調整することが可能になる。
【００１９】
本発明において、光源の取付位置調整装置は、光源からの発散光を平行光にするコリメータレンズを備え、画像取込手段は、コリメータレンズを通過した平行光を取り込むことが好ましい。このように構成すると、コリメートレンズによって光源からの発散光を平行光にすることができるため、光軸方向における画像取込手段の配置位置の自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明の光の特性測定方法および光の特性測定装置では、光の各種の特性を精度良く算出することが可能になる。また、本発明の光源の取付位置調整方法および光源の取付位置調整装置では、光源の取付位置を精度良く調整することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（光の特性測定装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる光の特性測定装置１の構成を示す概略図である。
【００２３】
本形態の光の特性測定装置１（以下、「特性測定装置１」とする。）は、光源としてのレーザダイオード２のレーザ光の各種の特性を測定するための装置である。この特性測定装置１は、図１に示すように、レーザダイオード２が固定されるレーザ固定部３と、レーザダイオード２から出射される発散光を平行光にするコリメートレンズ４と、コリメートレンズ４からの平行光を立ち上げるプリズム５と、プリズム５で立ち上げられた平行光が投影されるスクリーン６とを備えている。
【００２４】
また、特性測定装置１は、スクリーン６上に投影された平行光（レーザ光）の画像を取り込む撮像装置７と、スクリーン６上のレーザ光の画像を撮像装置７へ導く反射ミラー８と、撮像装置７で取り込まれた画像を処理する画像処理装置９と、画像処理装置９での処理結果等を表示する画像表示装置１０とを備えている。
【００２５】
なお、上述のように、レーザダイオード２のレーザ光の強度分布は、ガウス分布となっており、本形態のレーザダイオード２は、光の強度分布がガウス分布である光源である。
【００２６】
撮像装置７は、所定の光学系と撮像素子とを備えている。撮像素子は、光学系を介して取り込まれたレーザ光の画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）における強度（輝度）をデジタル信号（電気信号）に変換して出力する。具体的には、撮像素子は、レーザ光の画像中の強度に対応して増減するデジタル信号を生成して出力する。すなわち、撮像装置７の撮像素子は、デジタル信号を生成することで、レーザ光の強度を算出しており、本形態では、撮像装置７の撮像素子は、レーザ光の画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）におけるレーザ光の強度を算出する強度算出手段となっている。また、本形態では、撮像装置７の光学系は、レーザダイオード２から出射されるレーザ光の画像を取り込むための画像取込手段となっている。
【００２７】
画像処理装置９は、撮像装置７（具体的には撮像素子）から出力されるデジタル信号が入力され記録されるメモリ１２と、メモリ１２に記録された各座標（θｘ、θｙ）のデジタル信号の分布（すなわち、レーザ光の強度分布）を後述の式（１）に基づいてフィッティングするフィッティング手段としてのフィッティング部１３と、フィッティング部１３でのフィッティング結果に基づいてレーザ光の各種の特性を算出する特性算出手段としての特性算出部１４とを備えている。なお、フィッティング部１３および特性算出部１４は、実際には、ＣＰＵ等の演算手段やＲＡＭ等の記憶手段等によって構成されている。
【００２８】
本形態のフィッティング部１３は、２次曲線の一般式
ｆ（ｘ、ｙ）＝ａｘ２＋ｂｙ２＋ｃ＋ｈｘｙ＋ｇｘ＋ｆｙ
を利用した下式（１）に基づいて、レーザ光の強度分布をフィッティングする。
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
・・・（式１）
具体的には、フィッティング部１３は、まず、各座標（θｘ、θｙ）のデジタル信号（すなわち、各座標（θｘ、θｙ）のレーザ光の強度）の自然対数を取り、レーザ光の画像内におけるデジタル信号の自然対数の分布を最小二乗法によって下式（２）にフィッティングして、下記の各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出する。
Ｌｎ（Ｉ（θｘ、θｙ））＝ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ
・・・（式２）
【００２９】
特性算出部１４は、フィッティング部１３で算出された各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいてレーザ光の特性を算出する。本形態の特性算出部１４は、レーザ光の強度分布となるファーフィールドパターンの中心（強度中心）と、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角と、ファーフィールドパターンの広がり角とを各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて算出する。具体的には、以下のように、ファーフィールドパターンの中心と、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角と、ファーフィールドパターンの広がり角とを算出する。
【００３０】
まず、ファーフィールドパターンの中心は、その座標を（θｘ０、θｙ０）とすると、下式（３）、（４）によって算出される。
θｘ０＝（ｆ×ｈ−２×ｂ×ｇ）／（４×ａ×ｂ−ｈ２）・・・（式３）
θｙ０＝（ｇ×ｈ−２×ａ×ｆ）／（４×ａ×ｂ−ｈ２）・・・（式４）
また、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角θは、下式（５）によって算出される。
θ＝０．５×ｔａｎ−１（ｈ／ａ−ｂ）・・・（式５）
【００３１】
また、レーザ光の強度分布は楕円のガウス分布であるため、ファーフィールドパターンの広がり角は、長軸方向の広がり角をθＬ、短軸方向の広がり角をθＳとすると、下式（６）、（７）によって算出される。
θＬ＝２×Ｍａｘ（ａ２、ｂ２）／（２１／２×１．６９８９×０．５）
・・・（式６）
θＳ＝２×Ｍｉｎ（ａ２、ｂ２）／（２１／２×１．６９８９×０．５）
・・・（式７）
ここで、ａ２＝（Ｆ／ａ１）１／２ ・・・（式８）
ｂ２＝（Ｆ／ｂ１）１／２ ・・・（式９）
Ｆ＝１＋（ｇ１２／４×ａ１）＋（ｆ１２／４×ｂ１） ・・・（式９）
であり、また、
ａ１＝ａ×ｃｏｓ２φ−ｈ×ｃｏｓφ×ｓｉｎφ＋ｂ×ｓｉｎ２φ
・・・（式１０）
ｂ１＝ａ×ｓｉｎ２φ＋ｈ×ｃｏｓφ×ｓｉｎφ＋ｂ×ｃｏｓ２φ
・・・（式１１）
ｇ１＝ｇ×ｃｏｓφ−ｆ×ｓｉｎφ ・・・（式１２）
ｆ１＝ｇ×ｓｉｎφ＋ｆ×ｃｏｓφ ・・・（式１３）
であり、さらに、
ｃｏｓφ＝ｃｏｓ（０．５×ｔａｎ−１（ｈ／ｂ−ａ）） ・・・（式１４）
ｓｉｎφ＝ｓｉｎ（０．５×ｔａｎ−１（ｈ／ｂ−ａ）） ・・・（式１５）
である。なお、Ｍａｘ（ａ２、ｂ２）は、ａ２、ｂ２のうちのいずれか大きい方であり、Ｍｉｎ（ａ２、ｂ２）は、ａ２、ｂ２のうちのいずれか小さい方である。
【００３２】
（光の特性測定方法）
図２は、図１に示す特性測定装置１を用いた光の特性測定方法を説明するためのフローチャートである。図３は、図１に示す画像表示装置１０に表示されたフィッティングステップ後のレーザ光の強度分布の一例を示す２次元図である。図４は、図３の２次元図に対応する３次元図である。図５は、図１に示す画像表示装置１０に表示されたフィッティングステップ前のレーザ光の強度分布を示す２次元図である。図６は、図５の２次元図に対応する３次元図である。
【００３３】
以下、特性測定装置１を用いた光の特性測定方法を説明する。
【００３４】
特性測定装置１において、レーザ光の特性を測定する際には、まず、レーザ光の画像を取り込み（ステップＳ１）、画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）でのレーザ光の強度を算出する（ステップＳ２）。具体的には、スクリーン６上に投影されたレーザ光の画像を撮像装置７に取り込み、撮像装置７の撮像素子で各座標（θｘ、θｙ）における強度（輝度）をデジタル信号に変換して出力する。
【００３５】
その後、ステップＳ２で算出された各座標（θｘ、θｙ）のレーザ光の強度の自然対数を取り（ステップＳ３）、レーザ光の画像内におけるレーザ光の強度の自然対数の分布を最小二乗法によって式（２）にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出する（ステップＳ４）。具体的には、フィッティング部１３において、メモリ１２に記録された各座標（θｘ、θｙ）のデジタル信号の自然対数を取り、デジタル信号の自然対数の分布を最小二乗法によって式（２）にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出する。
【００３６】
その後、レーザ光の各特性を算出する（ステップＳ５）。具体的には、特性算出部１４で、式（３）〜（１５）を用いて、ファーフィールドパターンの中心と、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角と、ファーフィールドパターンの広がり角とを算出する。
【００３７】
本形態では、ステップＳ１およびステップＳ２は、レーザダイオード２から出射されるレーザ光の画像を取り込み、画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）でのレーザ光の強度を算出する強度算出ステップであり、ステップＳ３およびステップＳ４は、強度算出ステップＳ１、Ｓ２で算出された画像内のレーザ光の強度分布を式（１）に基づいてフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出するフィッティングステップである。また、ステップＳ５は、フィッティングステップＳ３、Ｓ４で算出された各係数ａ〜、ｆ〜ｈに基づいてレーザ光の特性を算出する特性算出ステップである。
【００３８】
ここで、フィッティングが行われていないステップＳ２後のレーザ光の強度分布を画像表示装置１０に表示すると、たとえば、図５、図６のようになる。なお、図５、図６には、レーザダイオード２からスクリーン６に向かう光路中に回折格子が配置されている場合のレーザ光の強度分布が図示されており、図５に示すように、画像表示装置１０に表示される強度分布には干渉縞が現れる。また、この干渉縞の影響やノイズ等の影響で、図６に示すように、レーザ光の強度分布は、ガウス分布に近似した分布とはなっていない。
【００３９】
これに対して、フィッティングが行われた後のステップＳ４後のレーザ光の強度分布を画像表示装置１０に表示すると、たとえば、図３、図４のようになる。すなわち、フィッティングが行われた後のステップＳ４後のレーザ光の強度分布は２次元のガウス分布に近似した分布となる。なお、図３、図４に示す例では、瞳の中心座標を（０、０）とすると、特性算出部１４で算出されるファーフィールドパターンの中心座標は（−０．３１０、−０．０１６）（単位はｍｍ）である。また、この例では、特性算出部１４で算出されるファーフィールドパターンの光軸回りの回転角は、−１９．９７°であり、ファーフィールドパターンの長軸の長さは４．４８３ｍｍであり、短軸の長さは２．６８９ｍｍである。
【００４０】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、撮像装置７の撮像素子で算出された画像内のレーザ光の強度分布をフィッティング部１３が式（１）に基づいてフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出している。すなわち、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、フィッティング部１３が、レーザ光の強度分布を２次曲線の一般式を利用した式（１）に基づいてフィッティングして、各係数を算出しており、各係数の算出には、２次元のレーザ光の強度分布が考慮されている。そのため、取り込まれたレーザ光の画像にノイズ等があったとしても、各係数を算出する際にノイズ等の影響を受けにくくなる。また、２次曲線の一般式を利用しているため、算出された各係数から２次曲線の一般式の解法を用いることで、特性算出ステップＳ５において、特性算出部１４は各種のレーザ光の特性を算出することが可能になる。したがって、本形態では、フィッティング部１３で算出された各係数に基づいて各種のレーザ光の特性を精度良く算出することが可能になる。
【００４１】
たとえば、本形態では、特性算出部１４は、ファーフィールドパターンの中心、ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角、および、ファーフィールドパターンの広がり角を算出している。そのため、本形態では、フィールドパターンの中心、光軸回りの回転角および／または広がり角を精度良く求めることが可能になる。
【００４２】
特に、本形態では、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、フィッティング部１３は、撮像装置７の撮像素子で算出されたレーザ光の強度の自然対数を取るとともに、レーザ光の強度の自然対数の分布を式（２）にフィッティングしている。フィッティングに用いる式（２）は、それぞれ独立した項の多項式であるため、本形態では、フィッティング部１３でのフィッティングが容易になる。したがって、フィッティング時の処理時間を短縮することができる。
【００４３】
（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。たとえば、図１の二点鎖線で示すように、レーザ固定部３を図１の上下方向や紙面垂直方向に移動させ、および／または、レーザ固定部３を光軸回りで回転させる移動ステージ２２を設け、特性算出部１４で算出されたレーザ光の特性に基づいて、コリメータレンズ４等に対するレーザダイオード２の取付位置を調整しても良い。すなわち、上述した形態の特性測定装置１の構成を、算出されたレーザ光の特性に基づいてレーザダイオード２の取付位置を調整する位置調整機構としての移動ステージ２２を備えるレーザダイオードの取付位置調整装置に適用しても良い。このレーザダイオードの取付位置調整装置によって取付位置の調整が行われたレーザダイオード２は、たとえば、光ヘッド装置の本体フレームに接着固定される。また、コリメータレンズ４やプリズム５等は、光ヘッド装置の本体フレームに固定されている。
【００４４】
この場合には、たとえば、特性算出ステップＳ５において特性算出部１４で算出されたファーフィールドパターンの中心を用いて、レーザダイオード２の光軸を調整する。すなわち、特性算出ステップＳ５において特性算出部１４で算出されたファーフィールドパターンの中心が所定位置となるようにレーザダイオード２の光軸を調整する。具体的には、レーザ光が通過する光学系の瞳の中心とファーフィールドパターンの中心とが略一致するようにレーザダイオード２の光軸を調整する。
【００４５】
また、この場合には、たとえば、特性算出ステップＳ５において特性算出部１４で算出されたファーフィールドパターンの光軸回りの回転角を用いて、レーザダイオード２を光軸回りに回転調整する。すなわち、特性算出ステップＳ５において特性算出部１４で算出されたファーフィールドパターンの光軸回りの回転角が所定の角度となるようにレーザダイオード２を光軸回りに回転調整する。
【００４６】
上述のように、特性測定装置１では、フィールドパターンの中心を精度良く求めることが可能になるため、このレーザダイオードの取付位置調整装置を用いたレーザダイオードの取付位置調整方法では、レーザダイオード２の光軸を精度良く調整することが可能になる。また、特性測定装置１では、光軸回りの回転角を精度良く求めることが可能になるため、このレーザダイオードの取付位置調整装置を用いたレーザダイオードの取付位置調整方法では、レーザダイオード２の光軸回りの回転角を精度良く調整することが可能になる。
【００４７】
また、このレーザダイオードの取付位置調整装置では、撮像装置７がコリメータレンズ４を通過した平行光を取り込むため、光軸方向における撮像装置７の配置位置の自由度を高めることができる。なお、プリズム５とスクリーン６との間に対物レンズを配置して、撮像装置７が対物レンズを通過した発散光を取り込むようにしても良い。
【００４８】
また、上述した形態の特性測定装置１の構成を、干渉計や光ヘッド装置の評価機等に適用して、レーザ光の波面の位相を測定するとともに、レーザ光の各種の特性を測定しても良い。
【００４９】
上述した形態では、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、フィッティング部１３は、各座標（θｘ、θｙ）のレーザ光の強度の自然対数を取り、レーザ光の画像内における強度分布を最小二乗法によって式（２）にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出している。この他にもたとえば、フィッティング部１３は、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、メモリ１２に記録されたレーザ光の強度分布を非線形な最小二乗法によって式（１）にフィッティングして、各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出しても良い。
【００５０】
上述した形態では、フィッティングステップＳ３、Ｓ４において、フィッティング部１３は、最小二乗法によってフィッティングを行っているが、チェビシェフ多項式を用いたフィッティング法等のその他のフィッティング方法でフィッティングを行っても良い。
【００５１】
上述した形態では、特性測定装置１を用いて、また、図２のフローに示す光の特性測定方法で、レーザダイオード２のレーザ光の特性を測定している。この他にもたとえば、特性測定装置１を用いて、また、図２のフローに示す光の特性測定方法で、ガスレーザや個体レーザ等の他のレーザ光源、あるいは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等のレーザ光源以外の光源から出射される光の特性を測定しても良い。すなわち、レーザダイオード２以外の光源であっても、光の強度分布がガウス分布である光源であれば、本発明の光の特性測定装置および光の特性測定方法を用いてこの光源から出射される光の特性を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態にかかる光の特性測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す特性測定装置を用いた光の特性測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示す画像表示装置に表示されたフィッティングステップ後のレーザ光の強度分布を示す２次元図である。
【図４】図３の２次元図に対応する３次元図である。
【図５】図１に示す画像表示装置に表示されたフィッティングステップ前のレーザ光の強度分布の一例を示す２次元図である。
【図６】図５の２次元図に対応する３次元図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 特性測定装置（光の特性測定装置）
２ レーザダイオード（光源）
４ コリメータレンズ
７ 撮像装置（画像取込手段、強度算出手段）
１３ フィッティング部（フィッティング手段）
１４ 特性算出部（特性算出手段）
２２ 移動ステージ（位置調整機構）
Ｓ１、Ｓ２ 強度算出ステップ
Ｓ３、Ｓ４ フィッティングステップ
Ｓ５ 特性算出ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の強度分布がガウス分布である光源から出射される光の画像を取り込み、前記画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）での前記光の強度を算出する強度算出ステップと、
前記強度算出ステップで算出された前記画像内の前記光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈを算出するフィッティングステップと、
前記フィッティングステップで算出された前記各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて前記光の特性を算出する特性算出ステップとを備えることを特徴とする光の特性測定方法。
【請求項２】
前記フィッティングステップでは、前記強度算出ステップで算出された前記光の強度の自然対数を取るとともに、前記光の強度の自然対数の分布を式
Ｌｎ（Ｉ（θｘ、θｙ））＝ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ
にフィッティングして、前記各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出することを特徴とする請求項１記載の光の特性測定方法。
【請求項３】
前記特性算出ステップでは、前記光の強度分布となるファーフィールドパターンの中心、前記ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角、および、前記ファーフィールドパターンの広がり角の少なくともいずれか１つを算出することを特徴とする請求項１または２記載の光の特性測定方法。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載の光の特性測定方法で測定された前記光の特性に基づいて、前記光源の取付位置を調整することを特徴とする光源の取付位置調整方法。
【請求項５】
前記特性算出ステップで、前記光の強度分布となるファーフィールドパターンの中心を算出し、
前記ファーフィールドパターンの中心が所定位置となるように前記光源の光軸を調整することを特徴とする請求項４記載の光源の取付位置調整方法。
【請求項６】
前記光が通過する光学系の瞳の中心と前記ファーフィールドパターンの中心とが略一致するように前記光源の光軸を調整することを特徴とする請求項５記載の光源の取付位置調整方法。
【請求項７】
前記特性算出ステップで、前記光の強度分布となるファーフィールドパターンの光軸回りの回転角を算出し、
前記ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角が所定の角度となるように前記光源を光軸回りに回転調整することを特徴とする請求項４から６いずれかに記載の光源の取付位置調整方法。
【請求項８】
光の強度分布がガウス分布である光源から出射される光の画像を取り込むための画像取込手段と、
取り込まれた前記画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）での前記光の強度を算出する強度算出手段と、
前記強度算出手段で算出された前記画像内の前記光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈを算出するフィッティング手段と、
前記フィッティング手段で算出された前記各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて前記光の特性を算出する特性算出手段とを備えることを特徴とする光の特性測定装置。
【請求項９】
前記フィッティング手段は、前記強度算出手段で算出された前記光の強度の自然対数を取るとともに、前記光の強度の自然対数分布を式
Ｌｎ（Ｉ（θｘ、θｙ））＝ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ
にフィッティングして、前記各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出することを特徴とする請求項８記載の光の特性測定装置。
【請求項１０】
請求項８または９記載の光の特性測定装置と、前記特性算出手段で算出された前記光の特性に基づいて前記光源の取付位置を調整する位置調整機構とを備えることを特徴とする光源の取付位置調整装置。
【請求項１１】
前記光源からの発散光を平行光にするコリメータレンズを備え、
前記画像取込手段は、前記コリメータレンズを通過した平行光を取り込むことを特徴とする請求項９または１０記載の光源の取付位置調整装置。
【請求項１】
光の強度分布がガウス分布である光源から出射される光の画像を取り込み、前記画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）での前記光の強度を算出する強度算出ステップと、
前記強度算出ステップで算出された前記画像内の前記光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈを算出するフィッティングステップと、
前記フィッティングステップで算出された前記各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて前記光の特性を算出する特性算出ステップとを備えることを特徴とする光の特性測定方法。
【請求項２】
前記フィッティングステップでは、前記強度算出ステップで算出された前記光の強度の自然対数を取るとともに、前記光の強度の自然対数の分布を式
Ｌｎ（Ｉ（θｘ、θｙ））＝ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ
にフィッティングして、前記各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出することを特徴とする請求項１記載の光の特性測定方法。
【請求項３】
前記特性算出ステップでは、前記光の強度分布となるファーフィールドパターンの中心、前記ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角、および、前記ファーフィールドパターンの広がり角の少なくともいずれか１つを算出することを特徴とする請求項１または２記載の光の特性測定方法。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載の光の特性測定方法で測定された前記光の特性に基づいて、前記光源の取付位置を調整することを特徴とする光源の取付位置調整方法。
【請求項５】
前記特性算出ステップで、前記光の強度分布となるファーフィールドパターンの中心を算出し、
前記ファーフィールドパターンの中心が所定位置となるように前記光源の光軸を調整することを特徴とする請求項４記載の光源の取付位置調整方法。
【請求項６】
前記光が通過する光学系の瞳の中心と前記ファーフィールドパターンの中心とが略一致するように前記光源の光軸を調整することを特徴とする請求項５記載の光源の取付位置調整方法。
【請求項７】
前記特性算出ステップで、前記光の強度分布となるファーフィールドパターンの光軸回りの回転角を算出し、
前記ファーフィールドパターンの光軸回りの回転角が所定の角度となるように前記光源を光軸回りに回転調整することを特徴とする請求項４から６いずれかに記載の光源の取付位置調整方法。
【請求項８】
光の強度分布がガウス分布である光源から出射される光の画像を取り込むための画像取込手段と、
取り込まれた前記画像中の任意の座標（θｘ、θｙ）での前記光の強度を算出する強度算出手段と、
前記強度算出手段で算出された前記画像内の前記光の強度分布を式
Ｉ（θｘ、θｙ）＝ＥＸＰ（ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ）
に基づいてフィッティングして、各係数ａ、ｂ、ｃ、ｆ、ｇ、ｈを算出するフィッティング手段と、
前記フィッティング手段で算出された前記各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈに基づいて前記光の特性を算出する特性算出手段とを備えることを特徴とする光の特性測定装置。
【請求項９】
前記フィッティング手段は、前記強度算出手段で算出された前記光の強度の自然対数を取るとともに、前記光の強度の自然対数分布を式
Ｌｎ（Ｉ（θｘ、θｙ））＝ａθｘ２＋ｂθｙ２＋ｃ＋ｈθｘθｙ＋ｇθｘ＋ｆθｙ
にフィッティングして、前記各係数ａ〜ｃ、ｆ〜ｈを算出することを特徴とする請求項８記載の光の特性測定装置。
【請求項１０】
請求項８または９記載の光の特性測定装置と、前記特性算出手段で算出された前記光の特性に基づいて前記光源の取付位置を調整する位置調整機構とを備えることを特徴とする光源の取付位置調整装置。
【請求項１１】
前記光源からの発散光を平行光にするコリメータレンズを備え、
前記画像取込手段は、前記コリメータレンズを通過した平行光を取り込むことを特徴とする請求項９または１０記載の光源の取付位置調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２８８２１７（Ｐ２００９−２８８２１７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４４２２５（Ｐ２００８−１４４２２５）
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
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