光束平行度測定装置
【課題】被測定光束の光束断面形状や光束径のばらつき等の影響を受けることなく、被測定光束の平行度を高精度に測定し得る光束平行度測定装置を得る。
【解決手段】コリメートされた被測定光束が入射される非点収差レンズ系２と、４個の光検出領域に分割された受光面３１を有する分割センサ３とが、光軸Ｐ上において互いに共軸に配されるとともに、上記非点収差レンズ系３の前段に、入射された被測定光束の光束周縁部を遮光し得る大きさの円形の開口部を有する絞り手段１が、光軸Ｐ上に共軸に配される。
【解決手段】コリメートされた被測定光束が入射される非点収差レンズ系２と、４個の光検出領域に分割された受光面３１を有する分割センサ３とが、光軸Ｐ上において互いに共軸に配されるとともに、上記非点収差レンズ系３の前段に、入射された被測定光束の光束周縁部を遮光し得る大きさの円形の開口部を有する絞り手段１が、光軸Ｐ上に共軸に配される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種光学機器において平行光として用いられるレーザビーム等の光束の平行度を測定するための光束平行度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスクからの反射光を平行光に変換する光学系を備えた光ピックアップ装置において、シリンドリカルレンズ等の非点収差を有するレンズ系（以下、「非点収差レンズ系」と称する）により上記平行光に非点収差を与えるとともに、該非点収差が与えられた平行光を４分割センサに照射してその受光面に点像を形成し、４分割センサの４個の受光領域毎の各検出光量により把握される点像の形状の歪み（光量分布の偏り）に基づき、上記平行光の平行度（光束平行性）を測定する方式（以下、「非点収差方式」と称する）のものが知られている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９２６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、各種光学機器において平行光として用いられる光束の平行度を高精度に測定したいという要望が高まっており、このような測定において上述の非点収差方式を適用することも考えられる。
【０００５】
しかしながら、上記非点収差方式では、４分割センサの受光面に形成される点像の形状が、被測定光束が平行光である場合には所定形状（通常は円形）となり、収束光や発散光である場合には所定形状から歪んだ形状となることを前提としているが、このような前提が成立するのは、厳密には、非点収差レンズ系に入射される被測定光束の光束断面形状（光軸に垂直な断面上の形状）が上記所定形状と相似な形状である場合に限られてしまう。
【０００６】
光学機器の種類が異なれば、平行光として用いられる被測定光束の光束断面形状が異なり、また、同じ種類の光学機器においても、被測定光束の断面形状や光束径にばらつきが生じることも予想されるため、上記非点収差方式をそのまま適用しても各種被測定光束の平行度を高精度に測定することはできないことになる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、被測定光束の光束断面形状や光束径のばらつき等の影響を受けることなく、被測定光束の平行度を高精度に測定し得る光束平行度測定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】
【０００８】
本発明に係る光束平行度測定装置は、コリメートされた被測定光束が入射される非点収差レンズ系と、複数の光検出領域に分割された受光面を有する分割センサと、が互いに共通の光軸上に配されており、前記非点収差レンズ系により非点収差が与えられた前記被測定光束を前記受光面に照射し、前記複数の光検出領域毎の各検出光量に基づき、前記被測定光束の平行度を測定する装置であって、前記非点収差レンズ系の前段に、入射された前記被測定光束の光束断面の周縁部を遮光し得る大きさの開口部を有する絞り手段が前記光軸上に配されてなることを特徴とする。
【０００９】
前記開口部は、前記光軸を中心とする９０度回転対称な形状に形成されていることが好ましく、例えば、円形の他、頂点の数が４Ｍ個（Ｍは自然数）の正多角形とすることができる。
【００１０】
また、前記分割センサは、前記受光面が前記光軸を中心に４Ｎ個（Ｎは自然数）に等分され、該等分された各部分により前記複数の光検出領域が構成されてなるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光束平行度測定装置によれば、非点収差レンズ系の前段に、入射された前記被測定光束の光束断面の周縁部を遮光し得る大きさの開口部を有する絞り手段が配されていることにより、該開口部を通過した被測定光束の断面形状を、開口部と略同一の形状に整えることが可能となる。
【００１２】
したがって、被測定光束の光束断面形状や光束径のばらつき等の影響を受けることなく、被測定光束の平行度を高精度に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る光束平行度測定装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る光束平行度測定装置の概略構成図であり、図２は図１に示す絞り手段の正面図である。また、図３は図１に示す分割センサの受光面に形成される点像の状態を、被測定光束が平行光である場合（同図（ａ））、収束光である場合（同図（ｂ））、および発散光である場合（同図（ｃ））に分けて示す図である。なお、図１〜図３に示す３次元座標系（図４〜図９にも示す）は、各図間の方向を対応付けるためのものである。また、図２および図３には、光軸Ｐの位置が示されている（図４〜図９にも示す）。
【００１４】
図１に示す光束平行度測定装置は、コリメートされた被測定光束が入射される非点収差レンズ系２と、４個の光検出領域３２Ａ〜３２Ｄ（図３参照）に分割された受光面３１を有する分割センサ３とが、光軸Ｐ上において互いに共軸に配されるとともに、上記非点収差レンズ系３の前段（図中左側）に、入射された被測定光束の光束周縁部を、その全周に亘って遮光し得る大きさの円形の開口部１１（図２参照）を有する絞り手段１が、その中心軸が光軸Ｐと一致するように配されてなる。
【００１５】
上記非点収差レンズ系２は、絞り手段１を介して入射された被測定光束に非点収差を与えるものであり、本実施形態では、収束レンズ２１とシリンドリカルレンズ２２とから構成されている。シリンドリカルレンズ２２は、円筒状レンズ面２２ａと平板状レンズ面２２ｂとを有しており、光軸Ｐを含む縦横２つの断面（紙面に沿った垂直断面（以下「ＹＺ断面」と称する）と、紙面と直交する水平断面（以下「ＸＺ断面」と称する））のうち、ＹＺ断面上ではレンズ作用を有するが、ＸＺ断面上ではレンズ作用を有さないように配置されている。これにより、非点収差レンズ系２は、ＹＺ断面上での焦点距離とＸＺ断面上での焦点距離とが互いに異なる（ＸＺ断面上での焦点Ｆ１の位置とＹＺ断面上での焦点Ｆ２の位置とが光軸Ｐ上において互いに離間する）という特性、すなわち非点収差を有するようになっている。
【００１６】
なお、図１に示す態様では、シリンドリカルレンズ２２の円筒状レンズ面２２ａが収束レンズ２１と対向し、平板状レンズ面２２ｂが分割センサ３と対向するように配されているが、円筒状レンズ面２２ａが分割センサ３と対向し、平板状レンズ面２２ｂが収束レンズ２１と対向するように配してもよい。また、シリンドリカルレンズ２２を、図１に示す状態から光軸Ｐを中心に９０度回転して配置し、ＸＺ断面上ではレンズ作用を有するが、ＹＺ断面上ではレンズ作用を有さないようにしてもよい（この場合、ＸＺ断面上での焦点がシリンドリカルレンズ２２と分割センサ３との間に位置し、ＹＺ断面上での焦点が分割センサ３の後段（図中右側）に位置することとなる）。
【００１７】
上記分割センサ３は、図３に示すように、正方形をなす受光面３１が、互いに直交する一対の対称軸線３３Ａ，３３Ｂにより、各々が正方形をなす４個の光検出領域３２Ａ〜３２Ｄに分割されてなり、非点収差レンズ系２の２つの焦点Ｆ１，Ｆ２（図１参照）の間の位置、詳しくは、基準となるセットアップ用の平行光を入射した場合に、非点収差レンズ系２を介して受光面３１上に形成される点像の形状が、絞り手段１の開口部１１（図２参照）の形状（本実施形態では円形）と相似形となる位置に、配されている。また、この分割センサ３は、受光面３１上に形成された点像の光量を、４個の受光領域３２Ａ〜３２Ｄ毎にそれぞれ別個に検出し得るようになっている。
【００１８】
次に、本実施形態に係る光束平行度測定装置の作用について説明する。
レーザビーム等の被測定光束は、まず、絞り手段１に照射される。照射された被測定光束は、絞り手段１の開口部１１によって光束断面の周縁部が遮光され、光束断面形状が開口部１１の形状と略同一となった状態で、非点収差レンズ系２に入射する。
【００１９】
非点収差レンズ系２に入射した被測定光束は、該非点収差レンズ系２により非点収差が与えられた状態で分割センサ３の受光面３１に照射され、該受光面３１上に点像を形成する。
【００２０】
受光面３１上に形成される点像の形状は、被測定光束の平行度によって変化する。例えば、被測定光束が完全な平行光である場合には、図３（ａ）に示すような円形の点像Ｉ１となり、収束光である場合には、図３（ｂ）に示すような縦長の点像Ｉ２となり、発散光である場合には、図３（ｃ）に示すような横長の点像Ｉ３となる。
【００２１】
これら点像Ｉ１〜Ｉ３の形状が、分割センサ３の受光面３１において４個の光検出領域３２Ａ〜３２Ｄ毎に検出された各光量により把握され、それに基づいて被測定光束の平行度が測定される。なお、４個の光検出領域３２Ａ〜３２Ｄ毎の各検出光量に基づく被測定光束の平行度の測定は、例えば、下式（１）に基づいて行うことが可能である。
【００２２】
【数１】
【００２３】
ここで、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、光検出領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃおよび３２Ｄの各検出光量をそれぞれ示している。
【００２４】
上式（１）において、Ｈ１＝０となるのは、図３（ａ）に示す円形の点像Ｉ１が受光面３１に形成されている場合であり、これにより被測定光束が平行光であることが分かる。また、Ｈ１＞０となるのは、図３（ｂ）に示す縦長の点像Ｉ２が受光面３１に形成されている場合であり、これにより被測定光束が収束光であることが分かる。同様にＨ１＜０となるのは、図３（ｃ）に示す横長の点像Ｉ３が受光面３１に形成されている場合であり、これにより被測定光束が発散光であることが分かる。また、上式（１）により算出されるＨ１の値により、被測定光束の平行度（光束平行性の程度）を知ることができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、受光面３１を４分割する一対の対称軸線３３Ａ，３３Ｂ（図３参照）が、上述のＹＺ断面およびＸＺ断面に対し、光軸Ｐを中心に４５度回転した状態となるように配置されている。上式（１）に基づき平行度の測定を行う場合、このような配置関係をとることにより測定感度を高めることができるので好ましいが、これに限定されるものではない。ただし、一対の対称軸線３３Ａ，３３Ｂが、ＹＺ断面およびＸＺ断面上に位置していると、被測定光束が、平行光、収束光、発散光のいずれの場合であっても、上記Ｈ１の算出結果が０となってしまうので、このような状態とならないように配慮することは必要である。
【００２６】
本実施形態に係る光束平行度測定装置によれば、非点収差レンズ系２の前段に、入射された被測定光束の光束断面の周縁部を遮光し得る大きさの円形の開口部１１を有する絞り手段１が配されていることにより、該開口部１１を通過した被測定光束の光束断面形状を、開口部１１と略同一の円形状に整えることが可能となる。
【００２７】
したがって、被測定光束の光束断面形状や光束径のばらつき等の影響を受けることなく、被測定光束の平行度を高精度に測定することが可能となる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、収束レンズ２１とシリンドリカルレンズ２２とにより非点収差レンズ系２が構成されているが、トロイダルレンズを用いて非点収差レンズ系２を構成することも可能である。
【００２９】
また、絞り手段は、円形の開口部１１を有する図２の態様のもの（絞り手段１）に限られるものではなく、９０度回転対称な他の形状の開口部を有するもの、例えば、図４に示すように、正方形の開口部１１Ａを有する絞り手段１Ａや、図５に示すように、正八角形の開口部１１Ｂを有する絞り手段１Ｂなど、頂点の数が４Ｍ個（Ｍは自然数）の正多角形の開口部を有するものを用いることができる。
【００３０】
また、分割センサは、各々が正方形をなす４個の光検出領域３２Ａ〜３２Ｄに分割された受光面３１を有する図３に示す態様のもの（分割センサ３）に限られるものではなく、例えば、図６に示す分割センサ４や、図７に示す分割センサ５のように、受光面が光軸を中心に４Ｎ個（Ｎは自然数）に等分され、該等分された各部分により複数の光検出領域が構成されてなるものを用いることができる。
【００３１】
図６に示す分割センサ４は、互いに直交する一対の対称軸線４３Ａ，４３Ｂにより、正方形をなす受光面４１が、各々が直角二等辺三角形をなす４つの光検出領域４２Ａ〜４２Ｄに分割されているものである。一方、図７に示す分割センサ５は、互いに直交する一対の対称軸線５３Ａ，５３Ｂと、これらに対し交角４５度で交差する、互いに直交する一対の対称軸線５３Ｃ，５３Ｄとにより、正八角形をなす受光面５１が、各々が頂角４５度の二等辺三角形をなす８個の光検出領域５２Ａ１，５２Ａ２，５２Ｂ１，５２Ｂ２，５２Ｃ１，５２Ｃ２，５２Ｄ１，５２Ｄ２に分割されているものである。
【００３２】
なお、絞り手段１，１Ａ，１Ｂと分割センサ３〜５は、適宜組み合わせて用いることが可能である。図８は絞り手段１Ｂと分割センサ４とを組み合わせた場合に、受光面４１に形成される点像Ｉ４〜Ｉ６の状態を、被測定光束が平行光である場合（同図（ａ））、収束光である場合（同図（ｂ））、および発散光である場合（同図（ｃ））に分けて示している。また、図９は絞り手段１Ａと分割センサ５とを組み合わせた場合に、受光面５１に形成される点像Ｉ７〜Ｉ９の状態を、被測定光束が平行光である場合（同図（ａ））、収束光である場合（同図（ｂ））、および発散光である場合（同図（ｃ））に分けて示している。
【００３３】
また、分割センサ４を用いる場合、光検出領域４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃおよび４２Ｄの各検出受光量を、それぞれＡ、Ｂ、ＣおよびＤとすれば、上式（１）を用いて被測定光束の平行度を測定することが可能となる。
【００３４】
一方、分割センサ５を用いる場合には、光検出領域５２Ａ１，５２Ａ２，５２Ｂ１，５２Ｂ２，５２Ｃ１，５２Ｃ２，５２Ｄ１および５２Ｄ２の各検出受光量を、それぞれＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１およびＤ２とすれば、下式（２）を用いて被測定光束の平行度を測定することが可能となる。この場合、下式（２）において、Ｈ２＝０の場合には被測定光束が平行光であり、Ｈ２＞０の場合には被測定光束が収束光であり、Ｈ２＜０の場合には被測定光束が発散光であることが分かる。また、下式（２）により算出されたＨ２の値により、被測定光束の平行度を知ることができる。
【００３５】
【数２】
【００３６】
なお、絞り手段１Ａ，１Ｂを用いる場合には、開口部１１Ａ，１１Ｂの各中心に光軸Ｐが位置するように配置することは必要となるが、開口部１１Ａ，１１Ｂの光軸Ｐを中心とする回転方向の位置関係は、図示した態様のものに限定されるものではない。すなわち、図４および図５に示す状態から、光軸Ｐを中心として開口部１１Ａ，１１Ｂが任意の角度だけ回転した状態に、絞り手段１Ａ，１Ｂを設置することが可能である。
【００３７】
また、分割センサ４を用い上式（１）に基づく平行度の測定を行う場合には、分割センサ３を用いる場合と同様に、受光面４１上の一対の対称軸線４３Ａ，４３Ｂが、上述のＹＺ断面およびＸＺ断面上に位置しないように設置することが必要となる。
【００３８】
同様に、分割センサ５を用い上式（２）に基づく平行度の測定を行う場合には、受光面５１上の一対の対称軸線５３Ａ，５３Ｂが、上述のＹＺ断面およびＸＺ断面上に位置しないように設置することが必要となる。ただし、分割センサ５を用いる態様においては、一対の対称軸線５３Ａ，５３Ｂが、ＹＺ断面およびＸＺ断面上に位置するように設置された場合に、下式（３）を用いて被測定光束の平行度を測定することが可能となる。この場合、下式（３）において、Ｈ３＝０の場合には被測定光束が平行光であり、Ｈ３＞０の場合には被測定光束が収束光であり、Ｈ３＜０の場合には被測定光束が発散光であることが分かる。また、下式（３）により算出されたＨ３の値により、被測定光束の平行度を知ることができる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
上式（３）は、光検出領域５２Ａ１，５２Ａ２，５２Ｂ１，５２Ｂ２，５２Ｃ１，５２Ｃ２，５２Ｄ１，５２Ｄ２の各検出受光量Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１，Ｄ２を用いる点は上式（２）と同じであり、右辺の分子のみが上式（２）と異なるものである。上式（２）から上式（３）への切換は、演算ソフト上において簡単に行うことができるので、分割センサ５を用いる場合には、受光面５１上の一対の対称軸線５３Ａ，５３Ｂと、上述のＹＺ断面およびＸＺ断面との位置関係に細心の注意を払わなくても済むという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】一実施形態に係る光束平行度測定装置の概略構成図
【図２】図１の絞り手段の正面図
【図３】図１の分割センサの受光面に形成される点像の状態を示す図
【図４】他の絞り手段の正面図
【図５】その他の絞り手段の正面図
【図６】他の分割センサの正面図
【図７】その他の分割センサの正面図
【図８】図６の分割センサの受光面に形成される点像の状態を示す図
【図９】図７の分割センサの受光面に形成される点像の状態を示す図
【符号の説明】
【００４２】
１，１Ａ，１Ｂ 絞り手段
２ 非点収差レンズ系
３〜５ 分割センサ
１１，１１Ａ，１１Ｂ 開口部
２１ 収束レンズ
２２ シリンドリカルレンズ
２２ａ 円筒状レンズ面
２２ｂ 平板状レンズ面
３１，４１，５１ 受光面
３２Ａ〜３２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄ，５２Ａ１，５２Ａ２，５２Ｂ１，５２Ｂ２，５２Ｃ１，５２Ｃ２，５２Ｄ１，５２Ｄ２ 光検出領域
３３Ａ，３３Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ，５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ 対称軸線
Ｐ 光軸
Ｆ１，Ｆ２ 焦点
Ｉ１〜Ｉ９ 点像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種光学機器において平行光として用いられるレーザビーム等の光束の平行度を測定するための光束平行度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ディスクからの反射光を平行光に変換する光学系を備えた光ピックアップ装置において、シリンドリカルレンズ等の非点収差を有するレンズ系（以下、「非点収差レンズ系」と称する）により上記平行光に非点収差を与えるとともに、該非点収差が与えられた平行光を４分割センサに照射してその受光面に点像を形成し、４分割センサの４個の受光領域毎の各検出光量により把握される点像の形状の歪み（光量分布の偏り）に基づき、上記平行光の平行度（光束平行性）を測定する方式（以下、「非点収差方式」と称する）のものが知られている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９２６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、各種光学機器において平行光として用いられる光束の平行度を高精度に測定したいという要望が高まっており、このような測定において上述の非点収差方式を適用することも考えられる。
【０００５】
しかしながら、上記非点収差方式では、４分割センサの受光面に形成される点像の形状が、被測定光束が平行光である場合には所定形状（通常は円形）となり、収束光や発散光である場合には所定形状から歪んだ形状となることを前提としているが、このような前提が成立するのは、厳密には、非点収差レンズ系に入射される被測定光束の光束断面形状（光軸に垂直な断面上の形状）が上記所定形状と相似な形状である場合に限られてしまう。
【０００６】
光学機器の種類が異なれば、平行光として用いられる被測定光束の光束断面形状が異なり、また、同じ種類の光学機器においても、被測定光束の断面形状や光束径にばらつきが生じることも予想されるため、上記非点収差方式をそのまま適用しても各種被測定光束の平行度を高精度に測定することはできないことになる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、被測定光束の光束断面形状や光束径のばらつき等の影響を受けることなく、被測定光束の平行度を高精度に測定し得る光束平行度測定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】
【０００８】
本発明に係る光束平行度測定装置は、コリメートされた被測定光束が入射される非点収差レンズ系と、複数の光検出領域に分割された受光面を有する分割センサと、が互いに共通の光軸上に配されており、前記非点収差レンズ系により非点収差が与えられた前記被測定光束を前記受光面に照射し、前記複数の光検出領域毎の各検出光量に基づき、前記被測定光束の平行度を測定する装置であって、前記非点収差レンズ系の前段に、入射された前記被測定光束の光束断面の周縁部を遮光し得る大きさの開口部を有する絞り手段が前記光軸上に配されてなることを特徴とする。
【０００９】
前記開口部は、前記光軸を中心とする９０度回転対称な形状に形成されていることが好ましく、例えば、円形の他、頂点の数が４Ｍ個（Ｍは自然数）の正多角形とすることができる。
【００１０】
また、前記分割センサは、前記受光面が前記光軸を中心に４Ｎ個（Ｎは自然数）に等分され、該等分された各部分により前記複数の光検出領域が構成されてなるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る光束平行度測定装置によれば、非点収差レンズ系の前段に、入射された前記被測定光束の光束断面の周縁部を遮光し得る大きさの開口部を有する絞り手段が配されていることにより、該開口部を通過した被測定光束の断面形状を、開口部と略同一の形状に整えることが可能となる。
【００１２】
したがって、被測定光束の光束断面形状や光束径のばらつき等の影響を受けることなく、被測定光束の平行度を高精度に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る光束平行度測定装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る光束平行度測定装置の概略構成図であり、図２は図１に示す絞り手段の正面図である。また、図３は図１に示す分割センサの受光面に形成される点像の状態を、被測定光束が平行光である場合（同図（ａ））、収束光である場合（同図（ｂ））、および発散光である場合（同図（ｃ））に分けて示す図である。なお、図１〜図３に示す３次元座標系（図４〜図９にも示す）は、各図間の方向を対応付けるためのものである。また、図２および図３には、光軸Ｐの位置が示されている（図４〜図９にも示す）。
【００１４】
図１に示す光束平行度測定装置は、コリメートされた被測定光束が入射される非点収差レンズ系２と、４個の光検出領域３２Ａ〜３２Ｄ（図３参照）に分割された受光面３１を有する分割センサ３とが、光軸Ｐ上において互いに共軸に配されるとともに、上記非点収差レンズ系３の前段（図中左側）に、入射された被測定光束の光束周縁部を、その全周に亘って遮光し得る大きさの円形の開口部１１（図２参照）を有する絞り手段１が、その中心軸が光軸Ｐと一致するように配されてなる。
【００１５】
上記非点収差レンズ系２は、絞り手段１を介して入射された被測定光束に非点収差を与えるものであり、本実施形態では、収束レンズ２１とシリンドリカルレンズ２２とから構成されている。シリンドリカルレンズ２２は、円筒状レンズ面２２ａと平板状レンズ面２２ｂとを有しており、光軸Ｐを含む縦横２つの断面（紙面に沿った垂直断面（以下「ＹＺ断面」と称する）と、紙面と直交する水平断面（以下「ＸＺ断面」と称する））のうち、ＹＺ断面上ではレンズ作用を有するが、ＸＺ断面上ではレンズ作用を有さないように配置されている。これにより、非点収差レンズ系２は、ＹＺ断面上での焦点距離とＸＺ断面上での焦点距離とが互いに異なる（ＸＺ断面上での焦点Ｆ１の位置とＹＺ断面上での焦点Ｆ２の位置とが光軸Ｐ上において互いに離間する）という特性、すなわち非点収差を有するようになっている。
【００１６】
なお、図１に示す態様では、シリンドリカルレンズ２２の円筒状レンズ面２２ａが収束レンズ２１と対向し、平板状レンズ面２２ｂが分割センサ３と対向するように配されているが、円筒状レンズ面２２ａが分割センサ３と対向し、平板状レンズ面２２ｂが収束レンズ２１と対向するように配してもよい。また、シリンドリカルレンズ２２を、図１に示す状態から光軸Ｐを中心に９０度回転して配置し、ＸＺ断面上ではレンズ作用を有するが、ＹＺ断面上ではレンズ作用を有さないようにしてもよい（この場合、ＸＺ断面上での焦点がシリンドリカルレンズ２２と分割センサ３との間に位置し、ＹＺ断面上での焦点が分割センサ３の後段（図中右側）に位置することとなる）。
【００１７】
上記分割センサ３は、図３に示すように、正方形をなす受光面３１が、互いに直交する一対の対称軸線３３Ａ，３３Ｂにより、各々が正方形をなす４個の光検出領域３２Ａ〜３２Ｄに分割されてなり、非点収差レンズ系２の２つの焦点Ｆ１，Ｆ２（図１参照）の間の位置、詳しくは、基準となるセットアップ用の平行光を入射した場合に、非点収差レンズ系２を介して受光面３１上に形成される点像の形状が、絞り手段１の開口部１１（図２参照）の形状（本実施形態では円形）と相似形となる位置に、配されている。また、この分割センサ３は、受光面３１上に形成された点像の光量を、４個の受光領域３２Ａ〜３２Ｄ毎にそれぞれ別個に検出し得るようになっている。
【００１８】
次に、本実施形態に係る光束平行度測定装置の作用について説明する。
レーザビーム等の被測定光束は、まず、絞り手段１に照射される。照射された被測定光束は、絞り手段１の開口部１１によって光束断面の周縁部が遮光され、光束断面形状が開口部１１の形状と略同一となった状態で、非点収差レンズ系２に入射する。
【００１９】
非点収差レンズ系２に入射した被測定光束は、該非点収差レンズ系２により非点収差が与えられた状態で分割センサ３の受光面３１に照射され、該受光面３１上に点像を形成する。
【００２０】
受光面３１上に形成される点像の形状は、被測定光束の平行度によって変化する。例えば、被測定光束が完全な平行光である場合には、図３（ａ）に示すような円形の点像Ｉ１となり、収束光である場合には、図３（ｂ）に示すような縦長の点像Ｉ２となり、発散光である場合には、図３（ｃ）に示すような横長の点像Ｉ３となる。
【００２１】
これら点像Ｉ１〜Ｉ３の形状が、分割センサ３の受光面３１において４個の光検出領域３２Ａ〜３２Ｄ毎に検出された各光量により把握され、それに基づいて被測定光束の平行度が測定される。なお、４個の光検出領域３２Ａ〜３２Ｄ毎の各検出光量に基づく被測定光束の平行度の測定は、例えば、下式（１）に基づいて行うことが可能である。
【００２２】
【数１】
【００２３】
ここで、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、光検出領域３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃおよび３２Ｄの各検出光量をそれぞれ示している。
【００２４】
上式（１）において、Ｈ１＝０となるのは、図３（ａ）に示す円形の点像Ｉ１が受光面３１に形成されている場合であり、これにより被測定光束が平行光であることが分かる。また、Ｈ１＞０となるのは、図３（ｂ）に示す縦長の点像Ｉ２が受光面３１に形成されている場合であり、これにより被測定光束が収束光であることが分かる。同様にＨ１＜０となるのは、図３（ｃ）に示す横長の点像Ｉ３が受光面３１に形成されている場合であり、これにより被測定光束が発散光であることが分かる。また、上式（１）により算出されるＨ１の値により、被測定光束の平行度（光束平行性の程度）を知ることができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、受光面３１を４分割する一対の対称軸線３３Ａ，３３Ｂ（図３参照）が、上述のＹＺ断面およびＸＺ断面に対し、光軸Ｐを中心に４５度回転した状態となるように配置されている。上式（１）に基づき平行度の測定を行う場合、このような配置関係をとることにより測定感度を高めることができるので好ましいが、これに限定されるものではない。ただし、一対の対称軸線３３Ａ，３３Ｂが、ＹＺ断面およびＸＺ断面上に位置していると、被測定光束が、平行光、収束光、発散光のいずれの場合であっても、上記Ｈ１の算出結果が０となってしまうので、このような状態とならないように配慮することは必要である。
【００２６】
本実施形態に係る光束平行度測定装置によれば、非点収差レンズ系２の前段に、入射された被測定光束の光束断面の周縁部を遮光し得る大きさの円形の開口部１１を有する絞り手段１が配されていることにより、該開口部１１を通過した被測定光束の光束断面形状を、開口部１１と略同一の円形状に整えることが可能となる。
【００２７】
したがって、被測定光束の光束断面形状や光束径のばらつき等の影響を受けることなく、被測定光束の平行度を高精度に測定することが可能となる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、収束レンズ２１とシリンドリカルレンズ２２とにより非点収差レンズ系２が構成されているが、トロイダルレンズを用いて非点収差レンズ系２を構成することも可能である。
【００２９】
また、絞り手段は、円形の開口部１１を有する図２の態様のもの（絞り手段１）に限られるものではなく、９０度回転対称な他の形状の開口部を有するもの、例えば、図４に示すように、正方形の開口部１１Ａを有する絞り手段１Ａや、図５に示すように、正八角形の開口部１１Ｂを有する絞り手段１Ｂなど、頂点の数が４Ｍ個（Ｍは自然数）の正多角形の開口部を有するものを用いることができる。
【００３０】
また、分割センサは、各々が正方形をなす４個の光検出領域３２Ａ〜３２Ｄに分割された受光面３１を有する図３に示す態様のもの（分割センサ３）に限られるものではなく、例えば、図６に示す分割センサ４や、図７に示す分割センサ５のように、受光面が光軸を中心に４Ｎ個（Ｎは自然数）に等分され、該等分された各部分により複数の光検出領域が構成されてなるものを用いることができる。
【００３１】
図６に示す分割センサ４は、互いに直交する一対の対称軸線４３Ａ，４３Ｂにより、正方形をなす受光面４１が、各々が直角二等辺三角形をなす４つの光検出領域４２Ａ〜４２Ｄに分割されているものである。一方、図７に示す分割センサ５は、互いに直交する一対の対称軸線５３Ａ，５３Ｂと、これらに対し交角４５度で交差する、互いに直交する一対の対称軸線５３Ｃ，５３Ｄとにより、正八角形をなす受光面５１が、各々が頂角４５度の二等辺三角形をなす８個の光検出領域５２Ａ１，５２Ａ２，５２Ｂ１，５２Ｂ２，５２Ｃ１，５２Ｃ２，５２Ｄ１，５２Ｄ２に分割されているものである。
【００３２】
なお、絞り手段１，１Ａ，１Ｂと分割センサ３〜５は、適宜組み合わせて用いることが可能である。図８は絞り手段１Ｂと分割センサ４とを組み合わせた場合に、受光面４１に形成される点像Ｉ４〜Ｉ６の状態を、被測定光束が平行光である場合（同図（ａ））、収束光である場合（同図（ｂ））、および発散光である場合（同図（ｃ））に分けて示している。また、図９は絞り手段１Ａと分割センサ５とを組み合わせた場合に、受光面５１に形成される点像Ｉ７〜Ｉ９の状態を、被測定光束が平行光である場合（同図（ａ））、収束光である場合（同図（ｂ））、および発散光である場合（同図（ｃ））に分けて示している。
【００３３】
また、分割センサ４を用いる場合、光検出領域４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃおよび４２Ｄの各検出受光量を、それぞれＡ、Ｂ、ＣおよびＤとすれば、上式（１）を用いて被測定光束の平行度を測定することが可能となる。
【００３４】
一方、分割センサ５を用いる場合には、光検出領域５２Ａ１，５２Ａ２，５２Ｂ１，５２Ｂ２，５２Ｃ１，５２Ｃ２，５２Ｄ１および５２Ｄ２の各検出受光量を、それぞれＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１およびＤ２とすれば、下式（２）を用いて被測定光束の平行度を測定することが可能となる。この場合、下式（２）において、Ｈ２＝０の場合には被測定光束が平行光であり、Ｈ２＞０の場合には被測定光束が収束光であり、Ｈ２＜０の場合には被測定光束が発散光であることが分かる。また、下式（２）により算出されたＨ２の値により、被測定光束の平行度を知ることができる。
【００３５】
【数２】
【００３６】
なお、絞り手段１Ａ，１Ｂを用いる場合には、開口部１１Ａ，１１Ｂの各中心に光軸Ｐが位置するように配置することは必要となるが、開口部１１Ａ，１１Ｂの光軸Ｐを中心とする回転方向の位置関係は、図示した態様のものに限定されるものではない。すなわち、図４および図５に示す状態から、光軸Ｐを中心として開口部１１Ａ，１１Ｂが任意の角度だけ回転した状態に、絞り手段１Ａ，１Ｂを設置することが可能である。
【００３７】
また、分割センサ４を用い上式（１）に基づく平行度の測定を行う場合には、分割センサ３を用いる場合と同様に、受光面４１上の一対の対称軸線４３Ａ，４３Ｂが、上述のＹＺ断面およびＸＺ断面上に位置しないように設置することが必要となる。
【００３８】
同様に、分割センサ５を用い上式（２）に基づく平行度の測定を行う場合には、受光面５１上の一対の対称軸線５３Ａ，５３Ｂが、上述のＹＺ断面およびＸＺ断面上に位置しないように設置することが必要となる。ただし、分割センサ５を用いる態様においては、一対の対称軸線５３Ａ，５３Ｂが、ＹＺ断面およびＸＺ断面上に位置するように設置された場合に、下式（３）を用いて被測定光束の平行度を測定することが可能となる。この場合、下式（３）において、Ｈ３＝０の場合には被測定光束が平行光であり、Ｈ３＞０の場合には被測定光束が収束光であり、Ｈ３＜０の場合には被測定光束が発散光であることが分かる。また、下式（３）により算出されたＨ３の値により、被測定光束の平行度を知ることができる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
上式（３）は、光検出領域５２Ａ１，５２Ａ２，５２Ｂ１，５２Ｂ２，５２Ｃ１，５２Ｃ２，５２Ｄ１，５２Ｄ２の各検出受光量Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１，Ｄ２を用いる点は上式（２）と同じであり、右辺の分子のみが上式（２）と異なるものである。上式（２）から上式（３）への切換は、演算ソフト上において簡単に行うことができるので、分割センサ５を用いる場合には、受光面５１上の一対の対称軸線５３Ａ，５３Ｂと、上述のＹＺ断面およびＸＺ断面との位置関係に細心の注意を払わなくても済むという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】一実施形態に係る光束平行度測定装置の概略構成図
【図２】図１の絞り手段の正面図
【図３】図１の分割センサの受光面に形成される点像の状態を示す図
【図４】他の絞り手段の正面図
【図５】その他の絞り手段の正面図
【図６】他の分割センサの正面図
【図７】その他の分割センサの正面図
【図８】図６の分割センサの受光面に形成される点像の状態を示す図
【図９】図７の分割センサの受光面に形成される点像の状態を示す図
【符号の説明】
【００４２】
１，１Ａ，１Ｂ 絞り手段
２ 非点収差レンズ系
３〜５ 分割センサ
１１，１１Ａ，１１Ｂ 開口部
２１ 収束レンズ
２２ シリンドリカルレンズ
２２ａ 円筒状レンズ面
２２ｂ 平板状レンズ面
３１，４１，５１ 受光面
３２Ａ〜３２Ｄ，４２Ａ〜４２Ｄ，５２Ａ１，５２Ａ２，５２Ｂ１，５２Ｂ２，５２Ｃ１，５２Ｃ２，５２Ｄ１，５２Ｄ２ 光検出領域
３３Ａ，３３Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ，５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ 対称軸線
Ｐ 光軸
Ｆ１，Ｆ２ 焦点
Ｉ１〜Ｉ９ 点像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コリメートされた被測定光束が入射される非点収差レンズ系と、複数の光検出領域に分割された受光面を有する分割センサと、が互いに共通の光軸上に配されており、前記非点収差レンズ系により非点収差が与えられた前記被測定光束を前記受光面に照射し、前記複数の光検出領域毎の各検出光量に基づき、前記被測定光束の平行度を測定する装置であって、
前記非点収差レンズ系の前段に、入射された前記被測定光束の光束断面の周縁部を遮光し得る大きさの開口部を有する絞り手段が前記光軸上に配されてなることを特徴とする光束平行度測定装置。
【請求項２】
前記開口部は、前記光軸を中心とする９０度回転対称な形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光束平行度測定装置。
【請求項３】
前記開口部は、頂点の数が４Ｍ個（Ｍは自然数）の正多角形に形成されていることを特徴とする請求項２記載の光束平行度測定装置。
【請求項４】
前記分割センサは、前記受光面が前記光軸を中心に４Ｎ個（Ｎは自然数）に等分され、該等分された各部分により前記複数の光検出領域が構成されてなるものであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光束平行度測定装置。
【請求項１】
コリメートされた被測定光束が入射される非点収差レンズ系と、複数の光検出領域に分割された受光面を有する分割センサと、が互いに共通の光軸上に配されており、前記非点収差レンズ系により非点収差が与えられた前記被測定光束を前記受光面に照射し、前記複数の光検出領域毎の各検出光量に基づき、前記被測定光束の平行度を測定する装置であって、
前記非点収差レンズ系の前段に、入射された前記被測定光束の光束断面の周縁部を遮光し得る大きさの開口部を有する絞り手段が前記光軸上に配されてなることを特徴とする光束平行度測定装置。
【請求項２】
前記開口部は、前記光軸を中心とする９０度回転対称な形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光束平行度測定装置。
【請求項３】
前記開口部は、頂点の数が４Ｍ個（Ｍは自然数）の正多角形に形成されていることを特徴とする請求項２記載の光束平行度測定装置。
【請求項４】
前記分割センサは、前記受光面が前記光軸を中心に４Ｎ個（Ｎは自然数）に等分され、該等分された各部分により前記複数の光検出領域が構成されてなるものであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光束平行度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１８５５２８（Ｐ２００８−１８５５２８Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０９４６（Ｐ２００７−２０９４６）
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
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