JPH0198946A - 光学測定器用集光光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学測定器用集光光学系に関し、特に詳細には
、レーザ光等で被測定物である対象物上を走査して、又
は、レーザ光等を固定した状態で対象物を移動して対象
物からの反射光又は透過光のレベル、指向性等を検出す
ることにより対象物の情報を得るための光学測定器の集
光光学系に関する。

この様な光学測定器としては、例えば、対象物の表面の
傷の有無により対象物に照射した光の反射率、反射方向
がが異なることを利用した傷検査装置や、屈折率分布を
もった円柱上測定物の側面にレーザ光を照射してその透
過光の屈折角により測定物の屈折分布を求める屈折率分
布測定装置等が知られている。

これらの測定装置では、被測定物の詳細な情報を得よう
とする場合には、被測定物に照射する集光スポット径を
小さくする必要があり、更には、透過光の屈折角を利用
して、内部の屈折率分布を求めるためには、集光スポッ
ト径を小さくすることに加えてその照射光の拡がり角を
小さくする必要があった。

〔従来技術〕

このような光学測定器であるレンズの傷検査装置の従来
例の代表例を第３図に示す。この第３図では、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ１からの出力光はミラー２で反射され、集光レ
ンズ３で集束され、ハーフミラ−４を透過してレンズ５
、ミラー７により、集光スポットを被検レンズ８上に形
成する。この被検レンズ８を透過した光束は回帰反射ス
クリーン９により反射され、同じ光路を逆進する。この
逆進した反射光はハーフミラ−４により、分岐され検出
器６に入る。そして、この第３図では、ミラー７は、回
転可能であり、このミラー７を回転させることより、被
検レンズ８上でレーザスポットを走査し、その回帰反射
スクリーン９での反射光を検出器６で検出して、被検レ
ンズ８の状態を調べていた。

〔本発明の解決すべき問題点〕

第３図に示す従来の光学測定器の集光光学系では、レー
ザの集光スポットをレンズ５により被検体であるレンズ
８上結像にする構成をとっている。

そのため、レンズ５による集光スポット径を小さくする
ためには、レンズ５の結像倍率を小さくする必要がある
が、この場合には、レンズ５の集束光の拡がり角（図中
でθで示す。）が大きくなる。

また、この拡がり角を小さくするためにはレンズ５の結
像倍率を大きくする必要があり、この場合には、集束性
が悪くなり、集光スポット径を小さくすることができな
い。したがって、いわゆるトレードオフがあった。

このように、光学測定器において、正確な測定に必要と
される２つの条件、すばわち、集光スポット径を小さく
すること且つ拡がり角を小さくすること、を同時に満足
させることができなかった。

本発明は、上記問題点を解決し、集光点における集束光
の集束スポット径及び拡がり角を任意に且つ比較的小さ
く設定できる集光光学系を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に従う光学測定器用の集光光学系は、レーザ発光
装置より発せられたレーザ光を集光する−　　３　　＝ 第１のレンズ系と、第１のレンズ系により集光されたレ
ーザの集光点に配置されたピンホールと、透過照明され
たピンホールの像を所定の倍率で、測定されるべき物体
に投影する第２のレンズ系と、前記第２のレンズ系と前
記第２のレンズ系にょるレーザの集光点との間に設けた
絞りとを含むことを特徴とする。

〔作用〕

上記のように構成とし、ピンホールを設けたことにより
、光源の大きさを小さく出来るばかりでなく、比較的安
定な輝度分布を有する２次光源を提供でき、更に、絞り
を設けたことにより集光スポットの拡がりを防止できる
。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本発明に従う実施例について説明
する。

図面中において、同一の符号で示される要素は、同一の
機能を有し、その為、重複した説明は省略する。

第１図は本発明に従う集光光学系の構成を示す。

この図に示される集光光学系は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ１よ
り発したレーザ光を集束させる集光レンズ３と、集光レ
ンズ３により集束されられレーザ光の集束点に設けられ
たピンホール１０と、このピンホール１０から出射され
るレーザ光を被測定物体に向けて集光するレンズ５ａと
、このレンズ５ａにより集光されるレーザ光の集束点１
２と、このレンズ５ａとの間に設けられた絞り１１とよ
り構成されている。

ここで、対物レンズ３は先に説明した第３図に示す従来
のものと同様の働きをする。次に、ピンホール１０は、
そのピンホール径が数μｍ程度のものを使用し、通常、
レーザ光を用いてホログラム作成を行う際に用いるスペ
ーシャルフィルター（Ｓｌｌａｔｉａｌ　Ｆｉｌｔｅｒ
）用のピンホールを用イル。そして、このピンホールを
設け、このピンホールの透過光を２次光源として使用す
ることにより、光源のサイズを小さくできるばかりでな
く、レーザ光の時間的空間的干渉によるスペクトルノイ
ズを除去し、比較的安定化された輝度分布を有する光源
を得ることができる。

また、絞り１１は、レンズ５ａにより集束点１２に向け
て集束されるレーザ光の拡がり角（第１図においてθで
示す。）を制限する目的でこのような位置に設けである
。すなわち、この絞り１１を設けることによりレンズ５
ａの実質的な口径を選択可能にし、その結果、この口径
を小さくすることにより集光点１２への集束光の拡がり
角θを小さくすることができる。

そして、集束されたレーザ光が走査されるべき被測定物
は、集束点１２に設置される。この構成において、測定
に必要とするスポット径をＤとし、ピンホール径をｄと
すると、レンズ５ａの拡大率をＤ／ｄとすればよい。こ
こで、このレンズ５ａ解像度の点より対物レンズを使用
することが好ましい。例えば、Ｄ／ｄの値が５であると
きは、５倍の倍率を有する対物レンズをレンズ５ａに用
いる。

以上の構成の集光光学系を用いて、具体的にピンホール
の有無により集光点１２における集光スポット径の変化
を測定した。

この測定では、レンズ３として、倍率１０の対物レンズ
、レンズ５ａとして倍率５の対物レンズ、ピンホール１
０としてピンホールの口径が１μｍの物を用い、測定器
としては、直径１０μｍのコアを有するファイバ付き検
出器を用い、そのファイバ先端を第１図の２９面内でス
キャンし、その光に強度分布を測定し、集光スポット径
を測定した。その結果を第２（ａ）及び（ｂ）図に示す
。

ここで、第２（ａ）図はピンホールを設けなかった場合
の結果を示し、第２（ｂ）図はピンホールを設けた場合
を示す。第２（ａ）図では、集光スポットの半値幅が約
２９０μｍであり、第２（ｂ）図では集光スポットの半
値幅が約１７μｍである。

この測定結果からも判るように、ピンホールを設けた場
合の方が、より小さい集光スポット径のレーザ光を得る
ことができる。

また、絞りの口径と集光スポット径の拡がりとの関係に
ついては、第１図に示すＰρ′の位置、すなわち、Ｐ、
Ｑより絞り１１側の位置に、撮像管を設置して、絞り１
１の口径を直径２ｍｍ。

１．５ｍｍ、１ｍｍと、順に変化させ、撮像管上でのス
ポットの拡がりを測定したところ、絞り１１の口径の大
きさと、スポットの拡がりとが正比例することが確認で
きた。

更に、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、種
々の変形例が考えられ得る。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように構成することにより、光学測定器
の正確な測定に必要とされる、照射光のスポット径を小
さくでき、且つ、このスポット径を大きくすること無く
、その拡がり角をも小さくすることの出来る集光光学系
が実現できた。

更に、第２（ａ）図と第２（ｂ）図との比較からも判る
ように、スペックル（Ｓｐｅｃｋｌｅ　）起因する光量
の場所による変動も低減できる集光光学系が実現できる
。

特に、円柱状透明体、例えば、光フアイバ母材の側方か
ら集束光を入射し、その透過光の屈折角より円柱状透明
体の内部屈折率分布を求める測定器の光源最適な光源を
提供することができる集光光学系を実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る集光光学系の構成図、第２図は本
発明の実施例の集光光学系を用いて測定した結果を示す
図、及び 第３図は従来の集光光学系の構成図である。 １・・・Ｈｅ−Ｎｅレーザ、３・・・集光レンズ、５ａ
・・・対物レンズ、１０・・・ピンホール、１１・・・
絞り。 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光学測定器用の集光光学系であって、 レーザ発光装置より発せられたレーザ光を集光する第１
   のレンズ系と、 第１のレンズ系により集光されたレーザの集光点に配置
   されたピンホールと、 透過照明されたピンホールの像を所定の倍率で、測定さ
   れるべき物体に投影する第２のレンズ系と、前記第２の
   レンズ系と前記第２のレンズ系によるレーザの集光点と
   の間に設けた絞りとを含むことを特徴とする光学測定器
   用集光光学系。