JP6448497B2 - Wavefront sensor, wavefront measuring method, and optical module positioning method - Google Patents

Wavefront sensor, wavefront measuring method, and optical module positioning method Download PDF

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Description

この発明は、光モジュールの光軸調整に関し、特に光モジュールの照射光の波面を測定する技術に関するものである。   The present invention relates to an optical axis adjustment of an optical module, and more particularly to a technique for measuring a wavefront of irradiation light of an optical module.

光通信システムにおける光モジュールは光源として重要な光部品である。光モジュールの光学系としては、単レンズ系、複合レンズ系などが存在する。このうち、複合レンズ系においては、光源から照射されたレーザ光をコリメータレンズで平行ビームに変換し、再度レンズで絞り、伝送手段である光ファイバに結合する。従来、コリメータレンズの位置決め方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、光源とコリメータレンズとの先に、コリメータレンズが変換した平行ビームと同径の受光径を有するフォトダイオードを配置し、フォトダイオードの受光電流が最大となる点でコリメータレンズの位置決めを行う位置決め調整方法が開示されている。 An optical module in an optical communication system is an important optical component as a light source. As an optical system of the optical module, there are a single lens system and a compound lens system. Among these, in the compound lens system, the laser light emitted from the light source is converted into a parallel beam by a collimator lens, is again stopped by the lens, and is coupled to an optical fiber as a transmission means. Conventionally, various collimator lens positioning methods have been proposed.
For example, in Patent Document 1, a photodiode having a light receiving diameter that is the same diameter as the parallel beam converted by the collimator lens is disposed at the tip of the light source and the collimator lens, and the collimator has a maximum light receiving current. A positioning adjustment method for positioning a lens is disclosed.

また、特許文献２には、固定した光モジュールの光スポット位置を光検出器で測定し、測定した光スポットの位置で光検出器と光軸合わせ用位置に固定された光ファイバの入射端の光軸との相対位置を修正した分だけ光モジュールを移動させて、光モジュールと光ファイバの入射端との光軸を合わせる光軸調整装置が開示されている。   Further, in Patent Document 2, the light spot position of a fixed optical module is measured with a photodetector, and the incident end of an optical fiber fixed at the position for optical axis alignment with the photodetector at the measured light spot position. An optical axis adjusting device is disclosed in which the optical module is moved by an amount corresponding to the correction of the relative position to the optical axis, and the optical axes of the optical module and the incident end of the optical fiber are aligned.

特開昭６４−２１４０９号公報JP-A 64-21409 特開平９−４３４５６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-43456

しかしながら、上述した特許文献１および特許文献２に記載された技術では、光モジュールと光軸調整を行う装置との相対角度が一定であることを前提としており、製造工程において、例えば製造公差に応じて光モジュール全体の角度を柔軟に変化させたい場合に、コリメータレンズの位置決めに必要となる光モジュールの配置角度を基準とした光モジュールの照射光の波面を測定することができないという課題があった。   However, the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above are based on the premise that the relative angle between the optical module and the apparatus for adjusting the optical axis is constant. In the manufacturing process, for example, according to manufacturing tolerances. When it is desired to change the angle of the entire optical module flexibly, there is a problem that it is impossible to measure the wavefront of the irradiation light of the optical module based on the arrangement angle of the optical module necessary for positioning the collimator lens. .

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、光モジュールの配置角度を基準とした光モジュールの照射光の波面を検出することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to detect a wavefront of irradiation light of an optical module based on an arrangement angle of the optical module.

この発明に係る波面センサは、被測定光線を照射する光モジュールに予め設定された角度で設置され、入射した光線の少なくとも一部を透過させ、前記入射した光線の少なくとも一部を反射する光線分割部と、波面センサの角度基準となる基準光線の照射方向と逆方向の第１の参照光線を、光線分割部に照射する参照光線照射光学系と、参照光線照射光学系が照射した第１の参照光線が光線分割部で反射されて得られた第２の参照光線の波面傾斜を測定し、測定した波面傾斜から光モジュールとの相対角度を算出する波面検出部と、光線分割部と波面検出部との間に光学系とを備え、光学系の瞳面上に光線分割部および波面検出部が配置されたものである。 The wavefront sensor according to the present invention is installed in an optical module that irradiates a light beam to be measured at a preset angle, transmits at least part of the incident light beam, and reflects at least part of the incident light beam. A reference beam irradiation optical system that irradiates the beam splitting unit with a first reference beam in a direction opposite to the irradiation direction of a reference beam that is an angle reference of the wavefront sensor, and a first beam irradiated by the reference beam irradiation optical system A wavefront detector that measures a wavefront inclination of a second reference light beam obtained by reflecting the reference light beam at the light beam splitter, and calculates a relative angle with the optical module from the measured wavefront inclination ; a light beam splitter and a wavefront detector; An optical system is provided between the optical system and the light splitting unit and the wavefront detecting unit are arranged on the pupil plane of the optical system .

この発明によれば、光モジュールの配置角度を基準とした場合でも、光モジュールの照射光の波面を検出し、光モジュールのフォーカスずれおよび光軸ずれを正確に測定することができる。   According to the present invention, even when the arrangement angle of the optical module is used as a reference, the wavefront of the irradiation light of the optical module can be detected and the focus deviation and the optical axis deviation of the optical module can be accurately measured.

実施の形態１に係る波面センサの構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a wavefront sensor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の波面センサの光軸測定前の調整を行う構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which adjusts before the optical axis measurement of the wavefront sensor of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係る波面センサの動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing the operation of the wavefront sensor according to the first embodiment. 実施の形態１に係る波面センサの光線角度を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a light ray angle of the wavefront sensor according to the first embodiment. 実施の形態１に係る波面センサの第１の光線分割部の構成例を示す図である。4 is a diagram illustrating a configuration example of a first light beam splitting unit of the wavefront sensor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係る波面センサの第１の光線分割部の構成例を示す図である。4 is a diagram illustrating a configuration example of a first light beam splitting unit of the wavefront sensor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態２に係る波面センサの構成を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration of a wavefront sensor according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態３に係る波面センサの構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a wavefront sensor according to a third embodiment. 実施の形態３に係る波面センサの動作を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing the operation of the wavefront sensor according to the third embodiment.

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの構成を示す図である。
波面センサは、第１の光線分割部１、光源２、コリメータ３、ビームスプリッタ４、波面検出部５および基準光源６から構成される。なお、以下では、光モジュールとしてレーザモジュール２０を用いる場合を例に説明するが、その他の光モジュールで構成してもよい。
第１の光線分割部１は、調整対象となるレーザモジュール２０に予め設定された角度で取り付けられ、入射される光線の一部を透過し、一部を反射する。光源２は、第１の光線分割部１に第１の参照光線１０２を照射する、参照光線照射光学系である。コリメータ３は、レンズ３ａおよびレンズ３ａの焦点距離だけ離れたシングルモードファイバ３ｂのファイバ端３ｃから構成される。 Embodiment 1 FIG.
1 is a diagram showing a configuration of a wavefront sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
The wavefront sensor includes a first light beam splitting unit 1, a light source 2, a collimator 3, a beam splitter 4, a wavefront detection unit 5, and a reference light source 6. In the following, a case where the laser module 20 is used as an optical module will be described as an example, but other optical modules may be used.
The first light beam splitting unit 1 is attached to the laser module 20 to be adjusted at a preset angle, and transmits a part of the incident light beam and reflects a part thereof. The light source 2 is a reference light irradiation optical system that irradiates the first light beam splitting unit 1 with the first reference light beam 102. The collimator 3 includes a lens 3a and a fiber end 3c of a single mode fiber 3b separated by a focal length of the lens 3a.

ビームスプリッタ４は、コリメータ３から第１の光線分割部１に照射する第１の参照光線１０２と第１の光線分割部１が反射した第２の参照光線１０３を分離する。波面検出部５は、図示しないがShachk-Hartmann波面センサの場合は少なくともマイクロレンズアレイ、撮像素子および波面演算手段を備えて構成される。波面検出部５は、レーザモジュール２０のレーザ光源２１から照射される光線（以下、被測定光線と称する）の波面、第１の光線分割部１が反射した第２の参照光線１０３の波面、および後述する基準光源６が少佐する基準光線１０４の波面を検出する。波面検出部５は処理回路により実現され、処理回路は例えばメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、DSPともいう）である。   The beam splitter 4 separates the first reference light beam 102 irradiated from the collimator 3 onto the first light beam splitting unit 1 and the second reference light beam 103 reflected by the first light beam splitting unit 1. Although not shown, the wavefront detection unit 5 is configured to include at least a microlens array, an image sensor, and wavefront calculation means in the case of a Shachk-Hartmann wavefront sensor. The wavefront detection unit 5 includes a wavefront of a light beam (hereinafter referred to as a measured light beam) emitted from the laser light source 21 of the laser module 20, a wavefront of the second reference light beam 103 reflected by the first light beam splitting unit 1, and A wavefront of a reference light beam 104, which will be described later by a reference light source 6, is detected. The wavefront detection unit 5 is realized by a processing circuit, which is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP, for example) that executes a program stored in a memory. Say).

基準光源６は、波面検出部５と第１の参照光線１０２の角度基準となる光源である。さらに、波面センサは、被測定光線１０１を波面検出部５の開口に合わせて拡大および縮小する光学系７、および基準光源６から照射される基準光線１０４を分離する第２の光線分割部８を備えて構成してもよい。図１に示すように、光学系７はビームスプリッタ４と第１の光線分割部１との間に配置される。   The reference light source 6 is a light source serving as an angle reference between the wavefront detection unit 5 and the first reference light beam 102. Further, the wavefront sensor includes an optical system 7 that expands and contracts the measured light beam 101 in accordance with the opening of the wavefront detection unit 5, and a second light beam splitting unit 8 that separates the reference light beam 104 emitted from the reference light source 6. It may be provided. As shown in FIG. 1, the optical system 7 is disposed between the beam splitter 4 and the first light beam splitting unit 1.

レーザモジュール２０は、レーザ光源２１およびコリメータレンズ２２を備える。レーザ光源２１は被測定光線１０１を照射する。コリメータレンズ２２は、レーザ光源２１から照射された被測定光線１０１を平行光に変換するレンズである。コリメータレンズ２２の後段には、レーザモジュール２０の基板（不図示）に対して所定の角度で第１の光線分割部１が取り付けられている。   The laser module 20 includes a laser light source 21 and a collimator lens 22. The laser light source 21 irradiates the measured light beam 101. The collimator lens 22 is a lens that converts the measured light beam 101 emitted from the laser light source 21 into parallel light. The first beam splitting unit 1 is attached to the rear stage of the collimator lens 22 at a predetermined angle with respect to the substrate (not shown) of the laser module 20.

次に、波面センサの動作について説明する。
まず、波面センサが光軸測定処理を行う前に実施する光軸調整について、図２を参照しながら説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの光軸測定前の調整を行う構成を示す図である。
光軸測定前の調整では、基準光源６が照射する基準光線１０４を用いて、波面検出部５および第１の参照光線１０２の角度を調整する。基準光源６が照射した基準光線１０４は、第２の光線分割部８で分離されて光学系７で拡大または縮小され、ビームスプリッタ４で分割される。ビームスプリッタ４で分割された一方の基準光線１０４は波面検出部５に照射され、他方はコリメータ３に照射される。波面検出部５は、照射された基準光線１０４の波面を基準波面として保存する。波面センサは基準波面との相対値で波面を計測する。そのため、保存された基準波面は波面センサの基準になると同時に、光学系７の収差や波面検出部５を構成するマイクロレンズアレイの配置歪みなどを校正する際に用いられる。 Next, the operation of the wavefront sensor will be described.
First, the optical axis adjustment performed before the wavefront sensor performs the optical axis measurement process will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration for performing adjustment before measuring the optical axis of the wavefront sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
In the adjustment before the optical axis measurement, the angles of the wavefront detection unit 5 and the first reference light beam 102 are adjusted using the reference light beam 104 emitted from the reference light source 6. The reference light beam 104 irradiated by the reference light source 6 is separated by the second light beam dividing unit 8, enlarged or reduced by the optical system 7, and divided by the beam splitter 4. One reference light beam 104 divided by the beam splitter 4 is applied to the wavefront detector 5, and the other is applied to the collimator 3. The wavefront detection unit 5 stores the wavefront of the irradiated reference light beam 104 as a reference wavefront. The wavefront sensor measures the wavefront with a relative value to the reference wavefront. Therefore, the stored reference wavefront serves as a reference for the wavefront sensor, and at the same time is used to calibrate aberrations of the optical system 7 and arrangement distortion of the microlens array constituting the wavefront detection unit 5.

ビームスプリッタ４で分割された基準光線１０４の他方が照射されたコリメータ３は、当該基準光線１０４をレンズ３ａで集光してファイバ端３ｃに入射させる。基準光線１０４がファイバ端３ｃに入射する際に、シングルモードファイバ３ｂに結合する光強度が最も高くなるように、基準光線１０４の角度またはファイバ端３ｃの位置を調整する。なお、基準光線１０４の角度またはファイバ端３ｃの位置調整は、シングルモードファイバ３ｂに結合する光強度が最も高くなる位置を目標に行うが、結合する光強度が必ずしも最高である必要ではなく、より高い光強度が得られれば良い。さらにシングルモードファイバ３ｂに結合する光線は必ず対向することから、ファイバ端３ｃから照射される第１の参照光線１０２の光軸とファイバ端３ｃに入射する基準光線１０４の光軸とが、同軸且つ逆向き方向となるように調整する。   The collimator 3 irradiated with the other of the reference light beam 104 divided by the beam splitter 4 collects the reference light beam 104 by the lens 3a and makes it incident on the fiber end 3c. When the reference light beam 104 is incident on the fiber end 3c, the angle of the reference light beam 104 or the position of the fiber end 3c is adjusted so that the light intensity coupled to the single mode fiber 3b becomes the highest. The adjustment of the angle of the reference beam 104 or the position of the fiber end 3c is performed with the target at the position where the light intensity coupled to the single mode fiber 3b is the highest, but the coupled light intensity is not necessarily the highest. What is necessary is just to obtain high light intensity. Further, since the light beam coupled to the single mode fiber 3b always faces each other, the optical axis of the first reference light beam 102 irradiated from the fiber end 3c and the optical axis of the reference light beam 104 incident on the fiber end 3c are coaxial and Adjust to the opposite direction.

シングルモードファイバ３ｂに基準光線１０４を結合する方法として、一般的にはシングルモードファイバ３ｂの他方にパワーメータ９を接続し、パワーメータ９が示す光線強度が最大になるように、ファイバ端３ｃを平行移動させる調整方法を適用する。なお、ファイバ端３ｃを平行移動させる調整機構は、図２には図示していない。なお、シングルモードファイバ３ｂに基準光線１０４を結合する方法は、上記の手法に限定されるものではなく、基準光線１０４がシングルモードファイバ３ｂに入射するように調整する手段であれば適宜適用可能である。   As a method of coupling the reference light beam 104 to the single mode fiber 3b, generally, the power meter 9 is connected to the other of the single mode fiber 3b, and the fiber end 3c is set so that the light intensity indicated by the power meter 9 is maximized. Apply the adjustment method to translate. Note that an adjustment mechanism for translating the fiber end 3c is not shown in FIG. Note that the method of coupling the reference light beam 104 to the single mode fiber 3b is not limited to the above-described method, and any means for adjusting the reference light beam 104 to be incident on the single mode fiber 3b can be applied as appropriate. is there.

例えば、基準光線１０４の角度調整手段（不図示）、ビームスプリッタ４の角度調整手段（不図示）、レンズ３ａを平行移動させる調整手段（不図示）のいずれかであっても良い。基準光線１０４の角度調整手段は、例えば基準光源６を保持するジンバル式マウント、キネマティックマウント、回転ステージまたはゴニオステージなど、さらにこれらを複合した手段である。ビームスプリッタ４の角度調整手段は、例えばビームスプリッタ４を保持するジンバル式マウント、キネマティックマウント、回転ステージまたはゴニオステージなど、さらにこれらを複合した手段である。レンズ３ａを平行移動させる調整手段は、例えばレンズ３ａを保持する直動ステージなどである。上述した基準光線１０４の角度調整手段、ビームスプリッタ４の角度調整手段、またはレンズ３ａを平行移動させる調整手段は、調整が完了した後に波面センサから取り外すように構成することも可能である。   For example, any of angle adjusting means (not shown) of the reference light beam 104, angle adjusting means (not shown) of the beam splitter 4, and adjusting means (not shown) for moving the lens 3a in parallel may be used. The angle adjusting means for the reference light beam 104 is a means that combines these, for example, a gimbal mount that holds the reference light source 6, a kinematic mount, a rotary stage, or a gonio stage. The angle adjusting means of the beam splitter 4 is a means that combines these, for example, a gimbal mount, a kinematic mount, a rotary stage, or a gonio stage that holds the beam splitter 4. The adjusting means for moving the lens 3a in parallel is, for example, a linear motion stage that holds the lens 3a. The angle adjusting means for the reference beam 104, the angle adjusting means for the beam splitter 4, or the adjusting means for moving the lens 3a in parallel can be configured to be removed from the wavefront sensor after the adjustment is completed.

次に、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面傾斜を取得する処理について、図１、図３および図４を参照しながら説明する。
図３は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの動作を示すフローチャートである。図４は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの光線角度を示す模式図である。
まず、レーザモジュール２０と波面センサとの相対角度を取得する処理についてステップＳＴ１からステップＳＴ５に示す。
波面センサは、レーザモジュール２０のレーザ光源２１を消光させ、光源２を発光させる（ステップＳＴ１）。ステップＳＴ１において光源２から照射された第１の参照光線１０２はコリメータ３から照射され、ビームスプリッタ４で反射されて、第１の光線分割部１に照射される（ステップＳＴ２）。第１の光線分割部１は第１の参照光線１０２を反射し、反射された第２の参照光線１０３は第２の光線分割部８、光学系７およびビームスプリッタ４を通過して波面検出部５に入射する。波面検出部５は、入射した第２の参照光線１０３の波面を測定する（ステップＳＴ３）。 Next, a process for acquiring the wavefront inclination based on the arrangement angle of the laser module 20 will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the wavefront sensor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a schematic diagram showing the light ray angle of the wavefront sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
First, the process of acquiring the relative angle between the laser module 20 and the wavefront sensor is shown in steps ST1 to ST5.
The wavefront sensor extinguishes the laser light source 21 of the laser module 20 and causes the light source 2 to emit light (step ST1). The first reference light beam 102 irradiated from the light source 2 in step ST1 is irradiated from the collimator 3, reflected by the beam splitter 4, and irradiated to the first light beam splitting unit 1 (step ST2). The first light beam splitting unit 1 reflects the first reference light beam 102, and the reflected second reference light beam 103 passes through the second light beam splitting unit 8, the optical system 7, and the beam splitter 4 to be a wavefront detection unit. 5 is incident. The wavefront detector 5 measures the wavefront of the incident second reference light beam 103 (step ST3).

波面検出部５は、ステップＳＴ３で測定した第２の参照光線１０３の波面のＺｅｒｎｉｋｅ係数展開を行い、波面傾斜を取得する（ステップＳＴ４）。波面検出部５は、ステップＳＴ４で取得した波面傾斜を、レーザモジュール２０と波面センサの相対角度に変換する（ステップＳＴ５）。   The wavefront detection unit 5 performs Zernike coefficient expansion of the wavefront of the second reference light beam 103 measured in step ST3, and acquires the wavefront inclination (step ST4). The wavefront detection unit 5 converts the wavefront inclination acquired in step ST4 into a relative angle between the laser module 20 and the wavefront sensor (step ST5).

ステップＳＴ１からステップＳＴ５の処理を図４の模式図を参照しながら説明する。
図４において、第１の光線分割部１はレーザモジュール２０の基板に対して予め設定された角度で取り付けられている。図４では、レーザモジュール２０と波面センサとの相対角度がθＢである例を示している。この場合、波面センサの波面検出部５が、ステップＳＴ３として第２の参照光線１０３の波面を測定し、ステップＳＴ４として測定した波面のＺｅｒｎｉｋｅ係数展開を行うと、最も低次の成分として波面傾斜２θＢを取得する。波面検出部５は、ステップＳＴ５として、取得した波面傾斜２θＢを１／２にする変換処理を行い、相対角度θＢを取得する。 The processing from step ST1 to step ST5 will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
In FIG. 4, the first beam splitting unit 1 is attached to the substrate of the laser module 20 at a preset angle. In Figure 4, the relative angle between the laser module 20 and the wavefront sensor is shown an example where theta B. In this case, when the wavefront detection unit 5 of the wavefront sensor measures the wavefront of the second reference light beam 103 in step ST3 and performs Zernike coefficient expansion of the wavefront measured in step ST4, the wavefront slope 2θ is the lowest order component. B is acquired. Wavefront detection unit 5, as step ST5, performs conversion processing for the acquired wavefront slope 2 [Theta] B 1/2, to obtain a relative angle theta B.

次に、波面センサが、レーザモジュール２０に対する相対的な被測定光線の波面を検出する処理について、ステップＳＴ６からステップＳＴ１１に示す。
波面センサは光源２を消光させ、レーザモジュール２０のレーザ光源２１を発光させる（ステップＳＴ６）。レーザ光源２１から照射された波面はレーザモジュール２０のコリメータレンズ２２を通過して被測定光線１０１となる。被測定光線１０１は、第１の光線分割部１および第２の光線分割部８を透過し、光学系７で拡大または縮小され、ビームスプリッタ４を透過して波面検出部５に入射する（ステップＳＴ７）。 Next, processing in which the wavefront sensor detects the wavefront of the light beam to be measured relative to the laser module 20 is shown in steps ST6 to ST11.
The wavefront sensor extinguishes the light source 2 and causes the laser light source 21 of the laser module 20 to emit light (step ST6). The wavefront irradiated from the laser light source 21 passes through the collimator lens 22 of the laser module 20 and becomes the measured light beam 101. The measured light beam 101 passes through the first light beam splitting unit 1 and the second light beam splitting unit 8, is enlarged or reduced by the optical system 7, passes through the beam splitter 4, and enters the wavefront detection unit 5 (step). ST7).

波面検出部５は、ステップＳＴ７で入射した被測定光線１０１の波面を測定し（ステップＳＴ８）、測定した波面のＺｅｒｎｉｋｅ係数展開を行って波面傾斜を取得する（ステップＳＴ９）。さらに波面検出部５は、ステップＳＴ９で取得した波面傾斜からステップＳＴ５で変換したレーザモジュール２０と波面センサの相対角度を減算し、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面傾斜、すなわちレーザモジュール２０に対する相対的な被測定光線の波面傾斜を取得する（ステップＳＴ１０）。波面検出部５は、ステップＳＴ１０で取得した波面傾斜から、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした被測定光線１０１の波面を検出し（ステップＳＴ１１）、処理を終了する。   The wavefront detector 5 measures the wavefront of the light beam 101 to be measured incident at step ST7 (step ST8), performs Zernike coefficient expansion of the measured wavefront, and acquires the wavefront inclination (step ST9). Further, the wavefront detection unit 5 subtracts the relative angle between the laser module 20 converted in step ST5 and the wavefront sensor from the wavefront inclination acquired in step ST9, and the wavefront inclination based on the arrangement angle of the laser module 20, that is, the laser module 20 The wavefront inclination of the light beam to be measured relative to is acquired (step ST10). The wavefront detection unit 5 detects the wavefront of the measured light beam 101 with reference to the arrangement angle of the laser module 20 from the wavefront inclination acquired in step ST10 (step ST11), and ends the process.

ステップＳＴ６からステップＳＴ１１の処理を図４の模式図を参照しながら説明する。
ステップＳＴ９において、被測定光線１０１の波面に対して行われるＺｅｒｎｉｋｅ係数展開では、最も低次の成分として、波面傾斜θＬを含んでいる。波面検出部５は、ステップＳＴ１０として波面傾斜θＬからステップＳＴ５で取得したレーザモジュール２０と波面センサの相対角度θＢを減算し、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面傾斜δθ（δθ＝θＬ−θＢ）を取得する。 The processing from step ST6 to step ST11 will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
In step ST9, the Zernike coefficient expansion performed on the wavefront of the measurement beam 101, as the lowest order component includes a wavefront slope theta L. Wavefront detection unit 5, the relative angle theta B of the laser module 20 and the wavefront sensor obtained in step ST5 from wavefront slope theta L is subtracted in step ST10, wavefront slope .delta..theta relative to the placement angle of the laser module 20 (.delta..theta = θ L −θ B ) is acquired.

上述したように、第１の光線分割部１はレーザモジュール２０の基板に対して予め設定された角度で配置されている。例えば、第１の光線分割部１の反射面が目標とする光線角度に対して垂直となるように配置されている場合には、レーザモジュール２０のコリメータレンズ２２の調整目標値が波面傾斜δθ＝０となる。   As described above, the first beam splitting unit 1 is disposed at a preset angle with respect to the substrate of the laser module 20. For example, when the reflecting surface of the first light beam splitting unit 1 is arranged so as to be perpendicular to the target light beam angle, the adjustment target value of the collimator lens 22 of the laser module 20 is the wavefront slope δθ = 0.

なお、上述した図３および図４を参照した説明では、波面傾斜を１方向のみとして説明を行ったが、実際の波面傾斜は２方向であり、光軸をＺ方向とした場合に、ｘ方向の波面傾斜δθｘと、ｙ方向の波面傾斜δθｙがそれぞれ得られる。   In the description with reference to FIG. 3 and FIG. 4 described above, the wavefront inclination is described as only one direction. However, the actual wavefront inclination is two directions, and the x direction is obtained when the optical axis is the Z direction. Wavefront slope δθx and y-direction wavefront slope δθy are obtained.

上述したように第１の光線分割部１は、被測定光線１０１の少なくとも一部を透過させ、第１の参照光線１０２の少なくとも一部を反射させる機能を有する。そこで、第１の光線分割部１は、例えばビームスプリッタ、狭帯域フィルタ、ミラーおよび光路偏心機構のいずれかの組み合わせにより構成することができる。   As described above, the first light beam splitting unit 1 has a function of transmitting at least a part of the measured light beam 101 and reflecting at least a part of the first reference light beam 102. Therefore, the first light beam splitting unit 1 can be configured by any combination of, for example, a beam splitter, a narrow band filter, a mirror, and an optical path eccentric mechanism.

図５は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの第１の光線分割部１の構成例を示す図であって、第１の光線分割部１にビームスプリッタを適用した場合を示している。
第１の光線分割部１としてビームスプリッタを用いる場合、当該ビームスプリッタが被測定光線１０１の一部をレーザモジュール２０のレーザ光源２１に向けて反射すると、レーザ光源２１が照射するレーザ光が変化する、あるいはレーザ光源２１の故障の原因となるという問題が発生する。そこで、例えば図５に示すように、ビームスプリッタ１ａとミラー１ｂとを組み合わせて第１の光線分割部１とする。ビームスプリッタ１ａは、被測定光線１０１の一部を波面センサ側に透過し、被測定光線１０１の一部をミラー１ｂ側に反射する。ミラー１ｂは入射した被測定光線１０１を反射し、ビームスプリッタ１ａが反射された被測定光線１０１を波面センサ側に反射する。 FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the first light beam splitting unit 1 of the wavefront sensor according to the first embodiment of the present invention, in which a beam splitter is applied to the first light beam splitting unit 1. Yes.
When a beam splitter is used as the first beam splitting unit 1, when the beam splitter reflects a part of the beam to be measured 101 toward the laser light source 21 of the laser module 20, the laser light emitted by the laser light source 21 changes. Or the problem of causing a failure of the laser light source 21 occurs. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, a beam splitter 1a and a mirror 1b are combined to form a first light beam splitting unit 1. The beam splitter 1a transmits a part of the measured light beam 101 to the wavefront sensor side and reflects a part of the measured light beam 101 to the mirror 1b side. The mirror 1b reflects the incident measurement light beam 101, and reflects the measurement light beam 101 reflected by the beam splitter 1a to the wavefront sensor side.

なお、ビームスプリッタ１ａに偏光ビームスプリッタを適用し、被測定光線１０１の偏光と第１の参照光線１０２の偏光とを変えて構成してもよい。   Note that a polarization beam splitter may be applied to the beam splitter 1a to change the polarization of the measured light beam 101 and the polarization of the first reference light beam 102.

第１の光線分割部１に狭帯域フィルタを適用する場合には、被測定光線１０１の波長λ１と第１の参照光線１０２の波長λ２を異なる波長（λ１≠λ２）とし、波長λ１の被測定光線１０１を透過させ、波長λ２の第１の参照光線１０２を反射させるように構成する。この場合、狭帯域フィルタとして半値幅が１〜２０ｎｍ程度の帯域透過フィルタまたは帯域反射フィルタを適用するのが望ましく、この場合光学系の色収差は無視することができる。   When a narrow band filter is applied to the first beam splitting unit 1, the wavelength λ1 of the measured beam 101 and the wavelength λ2 of the first reference beam 102 are different wavelengths (λ1 ≠ λ2), and the wavelength λ1 is measured. The light beam 101 is transmitted, and the first reference light beam 102 having the wavelength λ2 is reflected. In this case, it is desirable to apply a band transmission filter or a band reflection filter having a half width of about 1 to 20 nm as the narrow band filter. In this case, the chromatic aberration of the optical system can be ignored.

図６は、この発明の実施の形態１に係る波面センサの第１の光線分割部１の構成例を示す図であって、第１の光線分割部１にミラーおよび光路偏心機構を適用した場合を示している。
光路偏心機構１ｄは、被測定光線１０１を測定する場合と第１の参照光線１０２を測定する場合とで光路を切り替える処理を行う。被測定光線１０１を測定する場合には、波面センサ側に進む光路に切り替え、第１の参照光線１０２を測定する場合には、ミラー１ｃ側に進む光路に切り替える。第１の参照光線１０２は、ミラー１ｃで反射されて第２の参照光線１０３（不図示）となり、光路偏心機構１ｄを経由して波面センサに入射する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the first light beam splitting unit 1 of the wavefront sensor according to the first embodiment of the present invention, where a mirror and an optical path eccentricity mechanism are applied to the first light beam splitting unit 1. Is shown.
The optical path decentering mechanism 1d performs a process of switching the optical path between when measuring the measured light beam 101 and when measuring the first reference light beam 102. When measuring the light beam 101 to be measured, the optical path is advanced to the wavefront sensor side. When measuring the first reference light beam 102, the optical path is advanced to the mirror 1c side. The first reference light beam 102 is reflected by the mirror 1c to become a second reference light beam 103 (not shown), and enters the wavefront sensor via the optical path decentering mechanism 1d.

次に、波面検出部５が取得した波面傾斜からレーザモジュール２０のコリメータレンズ２２の位置を調整する位置調整部２２ａについて説明する。なお、位置調整部２２ａは、波面センサが備えてもよいし、外部装置が備えてもよい。位置調整部２２ａは、位置補正量算出部２２ｂと位置補正部２２ｃとを備える。
なお、以下では第１の光線分割部１の反射面が目標の光線角度に対して垂直であるものとして説明を行う。
位置補正量算出部２２ｂは、被測定光線１０１の波面の最も低次の成分である波面傾斜δθｘと波面傾斜δθｙにより、レーザ光源２１の光軸に垂直な方向のコリメータレンズ２２の位置補正量を、以下の式（１）および式（２）に基づいて計算する。
Δｘ＝−ｆ×δθｘ （１）
Δｙ＝−ｆ×δθｙ （２） Next, the position adjustment unit 22a that adjusts the position of the collimator lens 22 of the laser module 20 from the wavefront inclination acquired by the wavefront detection unit 5 will be described. The position adjustment unit 22a may be included in a wavefront sensor or an external device. The position adjustment unit 22a includes a position correction amount calculation unit 22b and a position correction unit 22c.
In the following description, it is assumed that the reflection surface of the first light beam splitting unit 1 is perpendicular to the target light beam angle.
The position correction amount calculation unit 22b calculates the position correction amount of the collimator lens 22 in the direction perpendicular to the optical axis of the laser light source 21 based on the wavefront inclination δθx and the wavefront inclination δθy, which are the lowest-order components of the wavefront of the measured light beam 101. The calculation is performed based on the following equations (1) and (2).
Δx = −f × δθx (1)
Δy = −f × δθy (2)

また、位置補正量算出部２２ｂは、レーザ光源２１の光軸方向のコリメータレンズ２２の位置補正量を、以下の式（３）に基づいて計算する。

Figure 0006448497
式（１）から式（３）において、ｆはコリメータレンズ２２の焦点距離である。また、式（３）におけるωはビーム半径、Ｚ４はデフォーカスのＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｚである。式（３）に示したように、レーザ光源２１の光軸方向のコリメータレンズ２２の位置補正量は、波面の曲率とビーム半径から算出される。 In addition, the position correction amount calculation unit 22b calculates the position correction amount of the collimator lens 22 in the optical axis direction of the laser light source 21 based on the following equation (3).
Figure 0006448497
In Expressions (1) to (3), f is the focal length of the collimator lens 22. In Equation (3), ω is a beam radius, and Z 4 is a defocus Zernike coefficient Z. As shown in Expression (3), the position correction amount of the collimator lens 22 in the optical axis direction of the laser light source 21 is calculated from the curvature of the wavefront and the beam radius.

位置補正部２２ｃは、位置補正量算出部２２ｂが計算したレーザ光源２１の光軸に垂直な方向の位置補正量ΔｘおよびΔｙ、レーザ光源２１の光軸方向の位置補正量Δｚに基づいて、コリメータレンズ２２をレーザ光源２１の光軸に垂直なｘ，ｙ方向およびレーザ光源２１の光軸方向であるｚ方向に調整する。   The position correction unit 22c is based on the position correction amounts Δx and Δy in the direction perpendicular to the optical axis of the laser light source 21 and the position correction amount Δz in the optical axis direction of the laser light source 21 calculated by the position correction amount calculation unit 22b. The lens 22 is adjusted in the x and y directions perpendicular to the optical axis of the laser light source 21 and the z direction that is the optical axis direction of the laser light source 21.

以上のように、この実施の形態１によれば、シングルモードファイバ３ｂへの結合効率が最大となるように基準光線１０４の角度またはファイバ端３ｃの位置を調整し、調整した基準光線１０４と同軸逆向き方向となるように第１の参照光線１０２を調整し、第２の参照光線１０３の波面傾斜からレーザモジュール２０と波面センサとの相対角度を取得し、被測定光線の波面傾斜から取得した相対角度を減算して波面傾斜を取得するように構成したので、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした被測定光線の波面を得ることができる。これにより、レーザモジュール２０のフォーカスずれおよび光軸ずれを正確に測定することができる。   As described above, according to the first embodiment, the angle of the reference light beam 104 or the position of the fiber end 3c is adjusted so as to maximize the coupling efficiency to the single mode fiber 3b, and is coaxial with the adjusted reference light beam 104. The first reference light beam 102 is adjusted so as to be in the reverse direction, the relative angle between the laser module 20 and the wavefront sensor is obtained from the wavefront inclination of the second reference light beam 103, and obtained from the wavefront inclination of the light beam to be measured. Since the wavefront inclination is obtained by subtracting the relative angle, the wavefront of the light beam to be measured can be obtained with the arrangement angle of the laser module 20 as a reference. Thereby, the focus shift and the optical axis shift of the laser module 20 can be accurately measured.

なお、上述した実施の形態１では、波面センサが、レーザモジュール２０のレーザ光源２１の発光および消光、および光源２の発光および消光を行う構成を示した。図１において波面センサが図示しない制御部を備え、当該制御部が波面検出部５の検出結果を参照して、発光および消光を制御する制御信号をレーザモジュール２０のレーザ光源２１または光源２に出力する。制御部は、外部装置の構成として機能させてもよい。また、波面センサの制御部に換えて、ユーザが手動でレーザモジュール２０のレーザ光源２１または光源２に接続されたスイッチ（不図示）などを操作することにより発光または消光を切り替えてもよい。   In the first embodiment described above, the wavefront sensor is configured to emit and extinguish the laser light source 21 of the laser module 20 and emit and extinguish the light source 2. 1, the wavefront sensor includes a control unit (not shown), and the control unit refers to the detection result of the wavefront detection unit 5 and outputs a control signal for controlling light emission and quenching to the laser light source 21 or the light source 2 of the laser module 20. To do. The control unit may function as a configuration of the external device. Further, instead of the control unit of the wavefront sensor, the user may manually switch light emission or extinction by operating a switch (not shown) connected to the laser light source 21 or the light source 2 of the laser module 20.

なお、上述した実施の形態１において、第１の光線分割部１を取り付ける取付面は、レーザモジュール２０の基板の下面に対して例えば垂直な面であれば良い。また、レーザモジュール２０の製造装置に取付面を設けてもよい。さらに、レーザモジュール２０の構成として狭帯域フィルタが設けられている場合に、製造工程において当該狭帯域フィルタを第１の光線分割部１として用いることも可能である。   In the first embodiment described above, the attachment surface to which the first light beam splitting unit 1 is attached may be a surface that is perpendicular to the lower surface of the substrate of the laser module 20, for example. Further, a mounting surface may be provided on the manufacturing apparatus of the laser module 20. Furthermore, when a narrow band filter is provided as a configuration of the laser module 20, the narrow band filter can be used as the first light beam splitting unit 1 in the manufacturing process.

実施の形態２．
実施の形態２では、レーザモジュール２０と波面センサとの相対角度が大きい場合にも、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした被測定光線の波面を取得可能とする構成について説明する。この実施の形態２では、第１の光線分割部１で反射された第２の参照光線１０３が光学系を構成するレンズの口径内に入射可能である場合に適用可能な構成を示す。
図７は、この発明の実施の形態２に係る波面センサの構成を示す図である。
なお、以下では、実施の形態１に係る波面センサの構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。 Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, a configuration is described in which the wavefront of the light beam to be measured can be acquired with reference to the arrangement angle of the laser module 20 even when the relative angle between the laser module 20 and the wavefront sensor is large. The second embodiment shows a configuration applicable when the second reference light beam 103 reflected by the first light beam splitting unit 1 can be incident on the aperture of a lens constituting the optical system.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a wavefront sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
In the following description, the same or corresponding parts as those of the wavefront sensor according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the first embodiment, and the description thereof is omitted or simplified.

図７に示すように、実施の形態２の波面センサは、図１で示した光学系７に替えて、第１の光線分割部１と波面検出部５との間に光学系７ａを設けて構成している。光学系７ａは、第１の光線分割部１の配置位置および波面検出部５の配置位置に瞳面を有する。
光学系７ａは、例えば図７に示すように２枚の凸レンズによるケプラー型のビームエクスパンダーで構成可能である。図７の場合、レーザモジュール２０側の凸レンズ７ｂの焦点距離がｆ１、波面検出部５側の凸レンズ７ｃの焦点距離がｆ２である場合、第１の光線分割部１と凸レンズ７ｂとの間隔をｆ１、凸レンズ７ｂと凸レンズ７ｃとの間隔をｆ１＋ｆ２、凸レンズ７ｃと波面検出部５のマイクロレンズアレイ（不図示）との間隔をｆ２に設定する。上述した設定とすることにより、第１の光線分割部１と波面検出部５のマイクロレンズアレイの配置位置と光学系７ａの瞳面とが一致する。 As shown in FIG. 7, the wavefront sensor according to the second embodiment is provided with an optical system 7 a between the first light beam splitting unit 1 and the wavefront detection unit 5 instead of the optical system 7 shown in FIG. 1. It is composed. The optical system 7 a has a pupil plane at the arrangement position of the first light beam splitting unit 1 and the arrangement position of the wavefront detection unit 5.
For example, as shown in FIG. 7, the optical system 7a can be configured by a Kepler-type beam expander including two convex lenses. In the case of FIG. 7, when the focal length of the convex lens 7b on the laser module 20 side is f1, and the focal length of the convex lens 7c on the wavefront detection unit 5 side is f2, the distance between the first light beam splitting unit 1 and the convex lens 7b is f1. The distance between the convex lens 7b and the convex lens 7c is set to f1 + f2, and the distance between the convex lens 7c and the microlens array (not shown) of the wavefront detection unit 5 is set to f2. With the above-described setting, the arrangement positions of the microlens arrays of the first light beam splitting unit 1 and the wavefront detection unit 5 coincide with the pupil plane of the optical system 7a.

次に、波面センサがレーザモジュール２０と波面検出部５の相対角度を取得する処理について、実施の形態１で示した図３のフローチャートに沿って説明する。
ステップＳＴ２において、コリメータ３から照射された第１の参照光線１０２は、光学系７ａの光軸を通過して第１の光線分割部１に照射される。第１の参照光線１０２は、第１の光線分割部１の瞳面の中央で反射されることから、反射された第２の参照光線１０３は、波面検出部５側のマイクロレンズアレイの瞳面の中央に照射される。即ち、波面検出部５の光軸付近に照射される。照射された第２の参照光線１０３は、ステップＳＴ３において波面が測定される。その後、ステップＳＴ４およびステップＳＴ５の処理が行われ、レーザモジュール２０と波面センサの相対角度が取得される。 Next, processing in which the wavefront sensor acquires the relative angle between the laser module 20 and the wavefront detection unit 5 will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 described in the first embodiment.
In step ST2, the first reference light beam 102 irradiated from the collimator 3 passes through the optical axis of the optical system 7a and is irradiated to the first light beam splitting unit 1. Since the first reference beam 102 is reflected at the center of the pupil plane of the first beam splitting unit 1, the reflected second reference beam 103 is the pupil plane of the microlens array on the wavefront detection unit 5 side. The center of the light is irradiated. That is, the light is irradiated near the optical axis of the wavefront detector 5. The wavefront of the irradiated second reference light beam 103 is measured in step ST3. Thereafter, the processing of step ST4 and step ST5 is performed, and the relative angle between the laser module 20 and the wavefront sensor is acquired.

このように、第１の光線分割部１で反射された第２の参照光線１０３が光学系７ａの凸レンズ７ｂ，７ｃの視野内である場合には、レーザモジュール２０と波面センサの相対角度の測定を行うことができる。   In this way, when the second reference light beam 103 reflected by the first light beam splitting unit 1 is within the field of view of the convex lenses 7b and 7c of the optical system 7a, the relative angle between the laser module 20 and the wavefront sensor is measured. It can be performed.

以上のように、この実施の形態２によれば、第１の光線分割部１と波面検出部５のマイクロレンズアレイとの配置位置に瞳面を有する光学系７ａを備え、第１の光線分割部１で反射された第２の参照光線１０３を波面検出部５の光軸付近に照射されるように構成したので、第１の光線分割部１で反射された第２の参照光線１０３が光学系７ａを構成する凸レンズ７ｂ，７ｃの視野角内であれば、レーザモジュール２０と波面センサの相対角度が大きい場合にも、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした被測定光線の波面を得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the optical system 7a having the pupil plane is provided at the arrangement position of the first light beam splitting unit 1 and the microlens array of the wavefront detection unit 5, and the first light beam splitting is performed. Since the second reference light beam 103 reflected by the unit 1 is configured to be irradiated in the vicinity of the optical axis of the wavefront detection unit 5, the second reference light beam 103 reflected by the first light beam splitting unit 1 is optical. If the viewing angle of the convex lenses 7b and 7c constituting the system 7a is within the viewing angle, the wavefront of the light beam to be measured can be obtained based on the arrangement angle of the laser module 20 even when the relative angle between the laser module 20 and the wavefront sensor is large. Can do.

実施の形態３．
上述した実施の形態１および実施の形態２では、波面センサが光軸測定処理を行う前に実施する光軸調整において、波面センサの光軸基準を基準光源６を用いて決定する構成を示した。一方、光軸調整後の時間経過により、第１の参照光線１０２の入射角度に変化が生じる場合や、波面検出部５のマイクロレンズの位置に変化が生じる場合がある。これらの変化が生じると、測定されたレーザモジュール２０と波面センサとの相対角度に誤差が生じることから、定期的に波面センサの光軸基準を調整する必要がある。そこで、この実施の形態３では、時間経過により発生する第１の参照光線１０２の入射角度の変化を補正する構成について示す。 Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment and the second embodiment described above, the configuration in which the optical axis reference of the wavefront sensor is determined using the reference light source 6 in the optical axis adjustment performed before the wavefront sensor performs the optical axis measurement process is shown. . On the other hand, the incident angle of the first reference light beam 102 may change or the microlens position of the wavefront detection unit 5 may change with the passage of time after the optical axis adjustment. When these changes occur, an error occurs in the relative angle between the measured laser module 20 and the wavefront sensor. Therefore, it is necessary to periodically adjust the optical axis reference of the wavefront sensor. Therefore, the third embodiment shows a configuration for correcting a change in the incident angle of the first reference light beam 102 that occurs with the passage of time.

図８は、この発明の実施の形態３に係る波面センサの構成を示す図である。
なお、以下では、実施の形態１に係る波面センサの構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
図８に示すように、実施の形態３に係る波面センサは、図１で示した波面センサに再帰反射器１０および光路切替機構１１を追加して設けている。 FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a wavefront sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
In the following description, the same or corresponding parts as those of the wavefront sensor according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the first embodiment, and the description thereof is omitted or simplified.
As shown in FIG. 8, the wavefront sensor according to Embodiment 3 is provided with a retroreflector 10 and an optical path switching mechanism 11 in addition to the wavefront sensor shown in FIG.

再帰反射器１０は、入射した光線を入射方向に向けて反射させる光学素子であり、例えばレンズ１０ａと、レンズ１０ａから当該レンズ１０ａの焦点距離離れた位置に配置されたミラー１０ｂで構成される。コリメータ３から照射された光線はレンズ１０ａによって集光され、ミラー１０ｂによって反射される。再帰反射器１０が反射した反射光はビームスプリッタ４で分割され、一部が波面検出部５に入射する。再帰反射器１０は、コーナーキューブリフレクタやコーナーキューブプリズムで構成してもよい。   The retroreflector 10 is an optical element that reflects incident light rays in the incident direction, and includes, for example, a lens 10a and a mirror 10b disposed at a position away from the lens 10a by the focal length of the lens 10a. The light beam emitted from the collimator 3 is collected by the lens 10a and reflected by the mirror 10b. The reflected light reflected by the retroreflector 10 is divided by the beam splitter 4, and a part of the light enters the wavefront detector 5. The retroreflector 10 may be configured with a corner cube reflector or a corner cube prism.

光路切替機構１１は、コリメータ３から再帰反射器１０に向かう光路と、コリメータ３からレーザモジュール２０に向かう光路の切り替えを行う。光路切替機構１１は、例えばロータリーソレノイドなどによるシャッタで構成される。図８において、コリメータ３から再帰反射器１０に向かう光路に切り替えた場合、コリメータ３が照射した光線はビームスプリッタ４で分割されて一部が再帰反射器１０に入射する第３の参照光線１０５となる。一方、コリメータ３からレーザモジュール２０に向かう光路に切り替えた場合、コリメータ３が照射した光線はビームスプリッタ４で分割されて一部がレーザモジュール２０に設置された第１の光線分割部１に入射する第１の参照光線１０２となる。図８の例では、ビームスプリッタ４でコリメータが照射した光線を分割する例を示したが、異なる光線分割器を用いて光線を分割して、第１の参照光線１０２および第３の参照光線１０５とするように構成してもよい。   The optical path switching mechanism 11 switches the optical path from the collimator 3 to the retroreflector 10 and the optical path from the collimator 3 to the laser module 20. The optical path switching mechanism 11 is configured by a shutter such as a rotary solenoid. In FIG. 8, when the optical path from the collimator 3 toward the retroreflector 10 is switched, the light beam irradiated by the collimator 3 is divided by the beam splitter 4 and partly incident on the retroreflector 10. Become. On the other hand, when the optical path from the collimator 3 toward the laser module 20 is switched, the light beam irradiated by the collimator 3 is split by the beam splitter 4 and a part thereof enters the first light beam splitting unit 1 installed in the laser module 20. This becomes the first reference beam 102. In the example of FIG. 8, the beam splitter 4 splits the beam irradiated by the collimator. However, the beam is split using different beam splitters, and the first reference beam 102 and the third reference beam 105 are split. You may comprise as follows.

次に、波面センサの動作について説明する。なお、光軸測定処理を行う前に実施する光軸調整については、実施の形態１および実施の形態２と同一であるため、説明を省略する。図９のフローチャートを参照しながら、実施の形態３の波面センサのレーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面傾斜を取得する処理について説明する。
図９は、この発明の実施の形態３に係る波面センサの動作を示すフローチャートである。なお、以下では実施の形態１に係る波面センサと同一のステップには図３で使用した符号と同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。 Next, the operation of the wavefront sensor will be described. The optical axis adjustment performed before the optical axis measurement process is the same as in the first and second embodiments, and thus the description thereof is omitted. With reference to the flowchart of FIG. 9, a process for acquiring the wavefront inclination based on the arrangement angle of the laser module 20 of the wavefront sensor of the third embodiment will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the wavefront sensor according to the third embodiment of the present invention. In the following, the same steps as those of the wavefront sensor according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 3, and the description thereof is omitted or simplified.

ステップＳＴ１において光源２から光線が照射されると、ビームスプリッタ４が当該光線を、レーザモジュール２０に向かう第１の参照光線１０２と、再帰反射器１０に向かう第３の参照光線１０５とに分割する（ステップＳＴ２１）。光路切替機構１１は、レーザモジュール２０に向かう第１の参照光線１０２を遮断し、再帰反射器１０に向かう第３の参照光線１０５を通過させる（ステップＳＴ２２）。光路切替機構１１を通過した第３の参照光線１０５は、再帰反射器１０によって入射方向に向けて反射され、ビームスプリッタ４を介して波面検出部５に入射する（ステップＳＴ２３）。波面検出部５は、ステップＳＴ２３で入射した第３の参照光線１０５の波面を測定する（ステップＳＴ２４）。波面検出部５は、ステップＳＴ２４で測定した波面のＺｅｒｎｉｋｅ係数展開を行い、波面傾斜を取得する（ステップＳＴ２５）。再帰反射器１０が第３の参照光線１０５を入射方向に向けて反射させ、ビームスプリッタ４において波面検出部５に向かう第３の参照光線１０５の光軸と、ビームスプリッタ４で第１の光線分割部１に向かう第１の参照光線１０２との光軸とが、逆方向且つ同軸であることから、ステップＳＴ２５で取得した波面傾斜は図２で示した基準光線１０４の波面傾斜と同一となる。   When a light beam is emitted from the light source 2 in step ST1, the beam splitter 4 splits the light beam into a first reference light beam 102 directed to the laser module 20 and a third reference light beam 105 directed to the retroreflector 10. (Step ST21). The optical path switching mechanism 11 blocks the first reference light beam 102 toward the laser module 20 and passes the third reference light beam 105 toward the retroreflector 10 (step ST22). The third reference light beam 105 that has passed through the optical path switching mechanism 11 is reflected in the incident direction by the retroreflector 10 and enters the wavefront detector 5 via the beam splitter 4 (step ST23). The wavefront detector 5 measures the wavefront of the third reference light beam 105 incident in step ST23 (step ST24). The wavefront detection unit 5 performs Zernike coefficient expansion of the wavefront measured in step ST24, and acquires the wavefront inclination (step ST25). The retroreflector 10 reflects the third reference light beam 105 toward the incident direction, the optical axis of the third reference light beam 105 toward the wavefront detection unit 5 in the beam splitter 4, and the first light beam splitting by the beam splitter 4. Since the optical axis of the first reference light beam 102 toward the unit 1 is opposite and coaxial, the wavefront inclination acquired in step ST25 is the same as the wavefront inclination of the reference light beam 104 shown in FIG.

次に、光路切替機構１１は、レーザモジュール２０に向かう第１の参照光線１０２を通過させ、再帰反射器１０に向かう第３の参照光線１０５を遮断する（ステップＳＴ２６）。ステップＳＴ２６で光路切替機構１１を通過した第１の参照光線１０２は、第１の光線分割部１で反射されて第２の参照光線１０３となり、波面検出部５が当該第２の参照光線１０３の波面を測定する（ステップＳＴ３）。波面検出部５は、ステップＳＴ３で測定した波面のＺｅｒｎｉｋｅ係数展開を行い、波面傾斜を取得する（ステップＳＴ４）。波面検出部５は、ステップＳＴ４で取得した波面傾斜から、ステップＳＴ２５で取得した第３の参照光線１０５の波面傾斜を減算し（ステップＳＴ２７）、減算後の波面傾斜を変換してレーザモジュール２０と波面センサの相対角度を取得する（ステップＳＴ２８）。   Next, the optical path switching mechanism 11 passes the first reference light beam 102 toward the laser module 20 and blocks the third reference light beam 105 toward the retroreflector 10 (step ST26). The first reference light beam 102 that has passed through the optical path switching mechanism 11 in step ST <b> 26 is reflected by the first light beam splitting unit 1 to become the second reference light beam 103, and the wavefront detection unit 5 uses the second reference light beam 103. The wavefront is measured (step ST3). The wavefront detection unit 5 performs Zernike coefficient expansion of the wavefront measured in step ST3, and acquires the wavefront inclination (step ST4). The wavefront detector 5 subtracts the wavefront inclination of the third reference light beam 105 acquired in step ST25 from the wavefront inclination acquired in step ST4 (step ST27), converts the wavefront inclination after the subtraction, and the laser module 20 The relative angle of the wavefront sensor is acquired (step ST28).

次に、波面センサがレーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面を取得する処理を行う。まず図３のフローチャートで示したステップＳＴ６からステップＳＴ９の処理を行う。波面検出部５は、ステップＳＴ９で取得した波面傾斜から、ステップＳＴ２５で取得した第３の参照光線１０５の波面傾斜と、ステップＳＴ２８で変換したレーザモジュール２０と波面センサの相対角度を減算し、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面傾斜を取得する（ステップＳＴ２９）。波面検出部５は、ステップＳＴ２９で取得した波面傾斜から、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした被測定光線１０１の波面を検出し（ステップＳＴ３０）、処理を終了する。   Next, the wavefront sensor performs a process of acquiring a wavefront based on the arrangement angle of the laser module 20. First, the processing from step ST6 to step ST9 shown in the flowchart of FIG. 3 is performed. The wavefront detection unit 5 subtracts the wavefront inclination of the third reference light beam 105 acquired in step ST25 and the relative angle between the laser module 20 and the wavefront sensor converted in step ST28 from the wavefront inclination acquired in step ST9. The wavefront inclination with respect to the arrangement angle of the module 20 is acquired (step ST29). The wavefront detector 5 detects the wavefront of the measured light beam 101 with reference to the arrangement angle of the laser module 20 from the wavefront inclination acquired in step ST29 (step ST30), and ends the process.

以上のように、この実施の形態３によれば、コリメータ３から照射された光線を入射方向に向けて反射する再帰反射器１０と、コリメータ３から再帰反射器１０に向かう光路と、コリメータ３からレーザモジュール２０に向かう光路の切り替えを行う光路切替機構１１とを備えるように構成したので、第１の参照光線１０２に角度変化が生じた場合にも、波面センサにおいて当該角度変化を取得し、取得した角度変化を第３の参照光線の波面傾斜から減算するように構成したので、第１の参照光線の角度変化を補正し、レーザモジュール２０の配置角度を基準とした波面の取得を行うことができる。これにより、正確な波面測定を行うことができる。   As described above, according to the third embodiment, the retroreflector 10 that reflects the light beam irradiated from the collimator 3 toward the incident direction, the optical path from the collimator 3 toward the retroreflector 10, and the collimator 3 Since the optical path switching mechanism 11 that switches the optical path toward the laser module 20 is provided, even when an angle change occurs in the first reference light beam 102, the angle change is acquired and acquired by the wavefront sensor. Since the angle change is subtracted from the wavefront inclination of the third reference beam, the angle change of the first reference beam is corrected, and the wavefront can be acquired based on the arrangement angle of the laser module 20. it can. Thereby, an accurate wavefront measurement can be performed.

なお、上述した実施の形態３では、第１の参照光線１０２に生じた角度変化が補正可能であることから、第１の参照光線１０２の光軸と基準光線１０４の光軸とを、同軸且つ逆向き方向となるように調整する必要がない。そのため、実施の形態１で示した基準光線１０４の角度調整手段、ビームスプリッタ４の角度調整手段、レンズ３ａを平行移動させる調整手段を設ける必要がない。   In the third embodiment described above, since the change in angle generated in the first reference light beam 102 can be corrected, the optical axis of the first reference light beam 102 and the optical axis of the reference light beam 104 are coaxial and There is no need to adjust to the opposite direction. Therefore, there is no need to provide the angle adjusting means for the reference light beam 104, the angle adjusting means for the beam splitter 4 and the adjusting means for moving the lens 3a in parallel as shown in the first embodiment.

なお、上述した実施の形態１では、ファイバ端３ｃから照射される第１の参照光線１０２の光軸とファイバ端３ｃに入射する基準光線１０４の光軸とが、同軸且つ逆向き方向となるように調整する構成を示した。しかし、上述した実施の形態３で示した再帰反射器１０を用いて第１の参照光線１０２の光軸と基準光線１０４の光軸との相対角度の差を測定可能な構成とした場合、第１の参照光線１０２の光軸と基準光線１０４の光軸とが必ずしも同軸且つ逆向き方向でなくてもよい。   In the first embodiment described above, the optical axis of the first reference light beam 102 irradiated from the fiber end 3c and the optical axis of the reference light beam 104 incident on the fiber end 3c are coaxial and in opposite directions. The configuration to be adjusted is shown. However, when the retroreflector 10 shown in the above-described third embodiment is used to measure the relative angle difference between the optical axis of the first reference light beam 102 and the optical axis of the reference light beam 104, The optical axis of one reference beam 102 and the optical axis of the reference beam 104 are not necessarily coaxial and in opposite directions.

上記以外にも、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In addition to the above, within the scope of the present invention, the present invention can be freely combined with each embodiment, modified any component of each embodiment, or omitted any component in each embodiment. Is possible.

１ 第１の光線分割部、１ａ，４ ビームスプリッタ、１ｂ，１ｃ，１０ｂ ミラー、１ｄ 光路偏心機構、２ 光源、３ コリメータ、３ａ，１０ａ レンズ、３ｂ シングルモードファイバ、３ｃ ファイバ端、５ 波面検出部、６ 基準光源、７，７ａ 光学系、７ｂ，７ｃ 凸レンズ、８ 第２の光線分割部、９ パワーメータ、１０ 再帰反射器、１１ 光路切替機構、２０ レーザモジュール、２１ レーザ光源、２２ コリメータレンズ、１０１ 被測定光線、１０２ 第１の参照光線、１０３ 第２の参照光線、１０４ 基準光線、１０５ 第３の参照光線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st light beam splitting part, 1a, 4 beam splitter, 1b, 1c, 10b mirror, 1d optical path decentering mechanism, 2 light source, 3 collimator, 3a, 10a lens, 3b single mode fiber, 3c fiber end, 5 wavefront detection part , 6 Reference light source, 7, 7a Optical system, 7b, 7c Convex lens, 8 Second beam splitting unit, 9 Power meter, 10 Retroreflector, 11 Optical path switching mechanism, 20 Laser module, 21 Laser light source, 22 Collimator lens 101 measured beam, 102 first reference beam, 103 second reference beam, 104 reference beam, 105 third reference beam.

Claims (6)

被測定光線を照射する光モジュールに予め設定された角度で設置され、入射した光線の少なくとも一部を透過させ、前記入射した光線の少なくとも一部を反射する光線分割部と、
波面センサの角度基準となる基準光線の照射方向と逆方向の第１の参照光線を、前記光線分割部に照射する参照光線照射光学系と、
前記参照光線照射光学系が照射した前記第１の参照光線が前記光線分割部で反射されて得られた第２の参照光線の波面傾斜を測定し、測定した前記波面傾斜から前記光モジュールとの相対角度を算出する波面検出部と、
前記光線分割部と前記波面検出部との間に光学系とを備え、
前記光学系の瞳面上に前記光線分割部および前記波面検出部が配置された波面センサ。 A light beam splitting unit that is installed at a preset angle in the optical module that irradiates the light beam to be measured, transmits at least part of the incident light beam, and reflects at least part of the incident light beam;
A reference beam irradiation optical system that irradiates the beam splitting unit with a first reference beam in a direction opposite to the irradiation direction of a reference beam serving as an angle reference of the wavefront sensor;
The wavefront inclination of the second reference light beam obtained by reflecting the first reference light beam irradiated by the reference light beam irradiation optical system by the light beam splitting unit is measured, and the measured wavefront inclination is used to measure the wavefront inclination. A wavefront detector for calculating a relative angle ;
An optical system is provided between the light beam splitting unit and the wavefront detection unit,
A wavefront sensor in which the light beam splitting unit and the wavefront detection unit are arranged on a pupil plane of the optical system . 前記波面検出部は、前記光モジュールが照射し、前記光線分割部を透過した前記被測定光線の波面傾斜を測定し、測定した前記被測定光線の波面傾斜から、前記光モジュールとの相対角度を減算し、前記光モジュールの設置角度を基準とした前記被測定光線の波面を検出することを特徴とする請求項１記載の波面センサ。   The wavefront detection unit measures the wavefront inclination of the measured light beam irradiated by the optical module and transmitted through the light beam splitting unit, and calculates a relative angle with the optical module from the measured wavefront inclination of the measured light beam. 2. The wavefront sensor according to claim 1, wherein the wavefront sensor subtracts and detects the wavefront of the light beam to be measured with reference to the installation angle of the optical module. 前記参照光線照射光学系は、前記基準光線を集光するレンズと、当該レンズで集光された前記基準光線を結合させるシングルモードファイバとを備え、前記シングルモードファイバまたは前記基準光線は、前記基準光線の光強度に基づいて調整されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の波面センサ。   The reference beam irradiation optical system includes a lens that collects the reference beam and a single mode fiber that combines the reference beam collected by the lens, and the single mode fiber or the reference beam is the reference beam. The wavefront sensor according to claim 1, wherein the wavefront sensor is adjusted based on the light intensity of the light beam. 前記参照光線照射光学系が照射する第３の参照光線を同軸逆方向に反射する再帰反射器を備え、
前記波面検出部は、前記再帰反射器が反射した前記第３の参照光線の波面傾斜を測定し、前記被測定光線の波面傾斜から、前記光モジュールとの相対角度および前記第３の参照光線の波面傾斜を減算し、前記光モジュールの配置角度を基準とした前記被測定光線の波面を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の波面センサ。 A retroreflector for reflecting the third reference beam irradiated by the reference beam irradiation optical system in the coaxial reverse direction;
The wavefront detection unit measures a wavefront inclination of the third reference light beam reflected by the retroreflector, and determines a relative angle with respect to the optical module and the third reference light beam from the wavefront inclination of the light beam to be measured. The wavefront sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a wavefront of the light beam to be measured is detected by subtracting a wavefront inclination and using an arrangement angle of the optical module as a reference. 光モジュールが照射する被測定光線の波面を測定する波面センサの参照光線照射光学系が、前記波面センサの角度基準となる基準光線の照射方向と逆方向の第１の参照光線を照射するステップと、
前記光モジュールに予め設定された角度で、光学系の瞳面上に設置された、入射する光線の少なくとも一部を透過させ、前記入射する光線の少なくとも一部を反射する光線分割部が、前記第１の参照光線を反射するステップと、
前記光学系の瞳面上に設置された、前記波面センサの波面検出部が、前記第１の参照光線が反射されて得られた第２の参照光線の波面傾斜を測定し、測定した波面傾斜から前記光モジュールとの相対角度を算出するステップとを備えた波面測定方法。 A reference light beam irradiation optical system of a wavefront sensor for measuring a wavefront of a light beam to be measured irradiated by an optical module irradiates a first reference light beam in a direction opposite to a reference light beam irradiation direction as an angle reference of the wavefront sensor; ,
A light beam splitting unit that is installed on the pupil plane of an optical system at a preset angle in the optical module and transmits at least part of the incident light beam and reflects at least part of the incident light beam, Reflecting the first reference ray;
The wavefront detector of the wavefront sensor installed on the pupil plane of the optical system measures the wavefront inclination of the second reference light beam obtained by reflecting the first reference light beam, and the measured wavefront inclination Calculating a relative angle with respect to the optical module. 光モジュールが照射する被測定光線の波面を測定する波面センサの参照光線照射光学系が、前記波面センサの角度基準となる基準光線の照射方向と逆方向の第１の参照光線を照射するステップと、
前記光モジュールに予め設定された角度で、光学系の瞳面上に設置された、入射する光線の少なくとも一部を透過させ、前記入射する光線の少なくとも一部を反射する光線分割部が、前記第１の参照光線を反射するステップと、
前記光学系の瞳面上に設置された、前記波面センサの波面検出部が、前記第１の参照光線が反射されて得られた第２の参照光線の波面傾斜を測定し、測定した波面傾斜を用いて前記光モジュールの設置角度を基準とした前記被測定光線の波面を検出するステップと、
位置調整部が、検出された前記被測定光線の波面から前記光モジュールを構成するレンズの位置補正量を算出し、算出した前記位置補正量を用いて前記レンズの位置を調整するステップとを備えた光モジュール位置決め方法。 A reference light beam irradiation optical system of a wavefront sensor for measuring a wavefront of a light beam to be measured irradiated by an optical module irradiates a first reference light beam in a direction opposite to a reference light beam irradiation direction as an angle reference of the wavefront sensor; ,
A light beam splitting unit that is installed on the pupil plane of an optical system at a preset angle in the optical module and transmits at least part of the incident light beam and reflects at least part of the incident light beam, Reflecting the first reference ray;
The wavefront detector of the wavefront sensor installed on the pupil plane of the optical system measures the wavefront inclination of the second reference light beam obtained by reflecting the first reference light beam, and the measured wavefront inclination Detecting the wavefront of the light beam to be measured with reference to the installation angle of the optical module using
A position adjusting unit that calculates a position correction amount of a lens constituting the optical module from the detected wavefront of the light beam to be measured, and adjusts the position of the lens using the calculated position correction amount; Optical module positioning method.
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