特開 2017-227615 光ビームプロファイル測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-227615(P2017-227615A)

(43)【公開日】2017年12月28日

(54)【発明の名称】光ビームプロファイル測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/02 20060101AFI20171201BHJP

   G01J 1/04 20060101ALI20171201BHJP

   G01J 1/06 20060101ALI20171201BHJP

【ＦＩ】

   G01J1/02 L

   G01J1/04 D

   G01J1/06 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】書面

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2016-138018(P2016-138018)

(22)【出願日】2016年6月25日

(71)【出願人】

【識別番号】500433340

【氏名又は名称】株式会社ウェイブサイバー

(72)【発明者】

【氏名】白山 大地

(72)【発明者】

【氏名】余田 衛

(72)【発明者】

【氏名】森田 隆一

(72)【発明者】

【氏名】白 龍雲

【テーマコード（参考）】

2G065

【Ｆターム（参考）】

2G065AA11

2G065AB09

2G065BA01

2G065BB11

2G065BB14

2G065BB23

2G065BB27

2G065BB49

2G065BC13

2G065CA27

2G065DA05

(57)【要約】      （修正有）

【課題】光ビームのプロファイルデータのみならず光ビームの広がり特性や伝播軸方向を一動作で高精度に測定できる光ビームプロファイル測定装置を提供する。
【解決手段】光ビームを横切る回転ドラム１０の円周に複数のナイフエッジ１４ａ〜ｃと通光口１３ａ〜ｅを設け、回転ドラム１０の内側にハーフミラー１１及びミラー１２を設置し、ハーフミラー１１の透過方向の回転ドラム１０の外側に第一受光素子１６を配置し、ミラー１２の反射方向の回転ドラム１０の外側に第二受光素子１７を配置する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ビーム特性を測定する装置であって、回転ドラムの円周に等間隔で偶数の穴を設け、前記の穴をナイフエッジと通光口に振り分けて配置し、入射光の伝播方向の前記ドラム内側にハーフミラーを一定の向きで設置し、前記ハーフミラーの反射方向の前記ドラムの内側に反射ミラーを設置し、前記ハーフミラーの透過方向の前記ドラムの外側に第一受光素子を配置し、前記反射ミラーの反射方向の前記ドラムの外側に第二受光素子を配置することを特徴とする光ビームプロファイル測定装置。

【請求項2】

前記ドラムの内側に設置した反射ミラーの数を複数枚に増やすことを特徴とする光ビームプロファイル測定装置。

【請求項3】

前記反射ミラーを可視波長域の光を透過するショートパスフィルターに置き換え、前記ハーフミラーで反射された被検査の反対方向に向かって、前記ドラムの外側に配置した可視光源からコリメータビームを出射して、ガイド光として用いることを特徴とする光ビームプロファイル測定装置。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光ビームプロファイル測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

製造現場では光学系調整のため、光ビームの状況を正確に把握しなければならない場合が多い。
従来、光ビーム径を測定する方法としては、図８に示すように光ビームの光軸を走査する面内で被検査光ビームを横切るように配置された回転ドラムに三つ以上のナイフエッジまたはスリットを異なる角度で設け、ドラムの回転により、ナイフエッジまたはスリットが光軸を垂直に横切り、時間軸でドラムの内側に設置した受光素子を用いてパワーの変化量を計測することで、ビーム径の算出を行っていた。また、ビームの光軸向き角や広がり特性を測定するには通常ビームプロファイル測定ヘッドに移動機構を設けて、光伝播方向に沿って少なくとも３箇所に移動し、各箇所でビーム径を測定し、光ビームの焦点位置やビームの広がり角などの特性を算出していた。

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、上記のような従来の装置では、測定ヘッドを移動する機構に不確定性があり、大きな測定誤差を生んでいた。更に測定ヘッドの移動が完了して測定結果が算出されるまで待たねばならず、光モジュールの量産工程で用いるには、短ＴＡＴ化が必須であった。そのため、光ビームの伝播方向、焦点位置、ビームの広がり角等を瞬時に精度の良く測定する技術が求められている。

【0004】

本発明は前記問題点を解決するためのものであり、安価で簡単な機構を用いて、光ビームの伝播方向、焦点位置、ビーム広がり角等の特性が精度良く測定できる装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記問題点を解決するために、本発明の光ビームプロファイル測定装置（図１）では、光ビームを横切る回転ドラム１０の円周に複数のナイフエッジ１４ａ、１４ｂ、１４ｃと複数の通光口１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを設け、入射光の伝播方向の前記ドラム内側にハーフミラー１１を一定の向きで設置し、前記ハーフミラーの反射方向のドラムの内側に反射ミラー１２を設け、前記ハーフミラーの透過方向の前記ドラムの外側に第一受光素子１６を配置し、前記反射ミラーの反射方向の前記ドラムの外側に第二受光素子１７を配置する。前記ドラムの一回転で入射する光ビームの伝播軸上ＡとＢとＣの三個所でナイフエッジの通過によりビームを遮光し、前記ＡとＢとＣの三個所のビームプロファイルが測定できる。測定データを算術処理することで光ビームの焦点位置や広がり角特性を把握することができる。

【0006】

また、受光素子で変換した走査受光出力信号の算術処理によりビームの中心座標を算出し、既知の前記Ａ、Ｂ、Ｃ三個所の間隔データを利用してビームの伝播方向を容易に算出できる。

【0007】

更に、前記反射ミラー１２を可視光が透過できるショートパスフィルターに置き換え、前記ハーフミラー１１で反射された被検査光に向かって、前記ドラムの外側に配置した可視光源１５からコリメータビームを出射する。可視光源１５から出射されたコリメータビームは、前記ハーフミラー１１で反射され、被検査光ビームの入射窓から出射される。出射された可視光コリメータビームは、被検査光入射の際のガイド光として利用でき、本発明のビームプロファイル測定装置の設置が容易になる。

【0008】

更に前記ドラムの円周に設けた穴は回転中心に対し点対称位置にすることが必須である。

【発明の実施の形熊】

【0009】

本発明の光ビームプロファイル測定装置の原理図（図１）では、光ビームを横切る回転ドラム１０の円周に複数ナイフエッジ１４ａ、１４ｂ、１４ｃと複数の通光口１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅを設け、前記ドラム内部にハーフミラー１１を設置し、前記ハーフミラーの透過方向の前記ドラムの外に第一受光素子１６を配置し、反射ミラー１２の反射方向の前記ドラムの外に第二受光素子１７を配置する。前記ドラムの一回転で入射する光ビームの伝播軸上Ａ、Ｂ、Ｃ三個所をナイフエッジにより走査し、各個所のビーム径が精度良く測定でき、算術処理によって光ビームの焦点位置や広がり特性も把握することができる。

【0010】

一方、光ビーム径の定義によると光ビームの伝播方向に直交した面内における光強度の分布により、強度が最大強度の半分となるときの直径をビーム径とする半値全幅（ｆｕｌｌ−ｗｉｄｔｈｈａｌｆ−ｍａｘｉｍｕｍ，ＦＷＨＭ）もよく用いられるが、強度分布が中心対称であるガウシアンビームの場合、光強度が最大強度の１／ｅ^２になるときの直径をビーム径とする定義もある。よって、ハーフミラー１１の光透過率の面内均一性が確保できれば、前記ハーフミラー１１が光ビーム径の測定に与える影響は無視できる。同様に、前記反射ミラー１２も反射率の面内均一性を確保すれば、被検査光のビーム径の測定精度に与える影響は無視できる。

【実施例1】

【0011】

図２は本発明の実施例１の構造図である。前記ドラム１０の円周上８等分に穴を設け、三つのナイフエッジ穴１４ａ、１４ｂ、１４ｃと五つの通光口穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅの配置を示す概略図である。同図の示すように、前記ドラムの外側に二つの受光素子１６と１７と前記ドラムの内側にハーフミラー１１とショートパスフィルター１２を配置することが特徴とする光ビームプロファイル測定装置である。

【0012】

また前記反射ミラー１２を可視光が透過できるショートパスフィルターに置き換え、前記ハーフミラー１１で反射された被検査光に向かって、前記ドラムの外側に配置した可視光源１５からコリメータビームを出射する。可視光源１５から出射されたコリメータビームは、前記ハーフミラー１１で反射され、被検査光ビームの入射窓から出射される。出射された可視光コリメータビームは、被検査光入射の際のガイド光として利用でき、被検査光ビームの位置合わせが容易にできる。

【実施例2】

【0013】

図４は本発明の被測定ビームの広がり特性の測定を重視する光ビームプロファイル測定装置の概略図である。同図において、図３と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、前記ドラムの内側に設置した前記反射ミラー１２を複数の１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに増やすことにより被検査ビームの走査位置ＢとＣの間隔を広げることにつながり、計算上光ビームの広がり角度がより正確に測定できる。

【実施例3】

【0014】

図５は本発明の小型化の概略図である。同図において、図２と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示すように、受光素子を一つに減らし、前記ドラムの円周上に開ける穴の数が６つになり、三つのナイフエッジ穴と三つの通光口穴のように振り分けて配置する概略図である。前記ドラム円周に開ける穴数が減ることにより、前記ドラムの直径を小さくすることができ、装置の小型化に繋がる。

【0015】

図５は図１のドラムの円周上に配置したナイフエッジと通光口を平面展開した正面図である。また、図６はナイフエッジをスリットに置き換えた正面図である。図４は前記ドラムが一回転で被検査光ビームの光軸上三個所を横切る概略図である。三個所の間隔が前記ハーフミラー及び反射ミラーの設置により十分確保でき、ビームの広がり度合いやビームの向きなどが精度よく測定できる。

【0016】

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0017】

本発明は光源の光軸調整や光通信用の送信モジュールのコリメータビームの調整更に光焦点位置の測定にも利用可能である。

【発明の効果】

【0018】

以上説明したように本発明のビームプロファイル測定装置によれば、光ビームの伝播軸上三個所でのビーム径とビーム中心座標を、測定器ヘッドを移動することがなく、一動作で迅速にかつ高精度に測定することができる。ここで示した装置構成ではリアルタイムで簡単にビームの横断面の３次元プロファイルだけでなく、ビームの伝播方向や広がり特性を測定ことができるという従来にない優れた効果が得られる。更に測定ヘッドの内部から外に向け可視のガイド光ビームが出射することがもう一つ特徴でもある。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の光ビームプロファイル測定装置を示す原理図である。

【図2】ナイフエッジの光ビーム走査位置関係を示す図である。

【図3】本発明の第一実施例に係る装置の概略構成を示す図である。

【図4】本発明の第二実施例に係る装置の概略構成を示す図である。

【図5】本発明の第三実施例に係る装置の概略構成を示す図である。

【図6】ドラムの円周に配置したナイフエッジと通光口を平面展開した拡大正面図である。

【図7】ナイフエッジをスリットに置き換えた平面展開した拡大正面図である。

【図8】従来光ビームプロファイル測定装置を示す構造図である。

【符号の説明】

【0020】

１０：ドラム
１１：ハーフミラー
１２、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ：反射ミラー
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ：通光口
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ：ナイフエッジ
１５：可視光光源
１６：第一受光素子
１７：第二受光素子
Ａ、Ｂ、Ｃ：ナイフエッジにより光ビームの横切る位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】