JP4122902B2

JP4122902B2 - Aspherical mirror axis adjustment method and aspherical mirror assembly adjustment method

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Publication number: JP4122902B2
Application number: JP2002255414A
Authority: JP
Inventors: 英夫岡田; 伸一若菜
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004093944A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非球面ミラーの軸調整方法及び非球面ミラーの組み立て調整方法に係り、特に、非球面ミラー軸と非球面ミラーに入射される光の光軸とを正確な方向に調整可能で、且つ、実際の製品や高価な測定器を必要としないパッシブ調整が可能な非球面ミラーの軸調整方法、及び、組み立て調整中に生ずる非球面ミラーの角度の誤差を正確に検出できる非球面ミラーの組み立て調整方法に関する。
【０００２】
光ファイバを伝送媒体とした光伝送システムは、耐雑音特性が優れていること、高速なデジタル信号によって連続光信号を変調する電気−光変換素子と変調を受けた光信号から高速デジタル信号を抽出する光−電気変換素子に恵まれていること、伝送速度が高速化されても光ファイバ伝送路の伝送損失が小さいことによる長距離伝送又は長スパン伝送に適していること、及び、既に敷設されている光ファイバ伝送路を使用して波長多重方式を採用することにより容易に伝送容量を増強させ得ることなど多くの理由によって、１９５０年代前半に実用化されて以来世界中で基幹デジタル伝送システムとして適用されており、技術的にも発展し続けてきている。
【０００３】
光伝送システムにおいては、ミラーの面が非球面をなす凸面鏡又は凹面鏡、或いは、凸面鏡から凹面鏡へとミラーの面が連続的に変化する非球面ミラーなど様々な非球面ミラーがそれぞれの目的に使用される。いずれの非球面ミラーを使用する場合も、光軸とミラーの軸とを正確な方向に調整することが必須となる。
さて、電気信号を伝送する場合には、電気信号に歪みを与える主たる原因として損失の周波数特性（損失歪み）と群遅延時間の周波数特性（群遅延歪み又は位相歪み）があり、忠実な波形伝送を行なうためには損失歪みと群遅延歪みの双方を補償する必要があった。
【０００４】
一方、光信号を伝送する場合にも、電気信号を伝送する場合に比べて比較的低速では影響が少ないという利点はあるものの、高速化が進むほど損失歪みと群遅延歪みの影響を無視できなくなり、損失歪みと群遅延歪みの補償を行なう必要性が生ずるのは電気信号の伝送と同様である。
特に、光信号の伝送速度が高くなるほど、群遅延歪みと等価である波長分散による波形劣化の影響が顕著になり、波長多重伝送方式のように広い波長帯を使う光伝送システムにおいてはその影響が更に顕著になる。従って、種々の原理による波長分散補償器によって波長分散を補償するようになっているが、光ファイバ伝送路長によって波長分散量が異なるので、光ファイバ伝送路長に順応できる可変波長分散補償器を適用することが望ましい。
【０００５】
可変波長分散補償器には、凸面鏡から凹面鏡へとミラーの面が連続的に変化する非球面ミラーが用いられるが、正確な波長分散補償量を得るためにはその中心軸と光軸とを正確に直角に調整することが必要である。しかし、非球面ミラーは上記の如くミラー面が複雑な形状をしているために中心軸と光軸とを正確に直角に調整することが困難である。従って、非球面ミラーの中心軸と光軸の調整を容易に行ない得る調整方法を開発し、種々のミラーに適用できるようにすることは極めて重要である。上記のような背景から、まず、可変波長分散補償器に適用される非球面ミラーの中心軸と光軸の調整についての技術を中心に説明を進めてゆくことにしたい。
【０００６】
図１３は、波長分散の補償を示す図である。
図１３において、１０１は光送信機、１０２は光ファイバ伝送路、１０３は波長分散補償器、１０４は光受信機である。
最も基本的には光送信機１０１、光ファイバ伝送路１０２及び光受信機１０４によって光伝送システムを構成するが、光ファイバ伝送路の波長分散特性を無視しえないような光ファイバを光ファイバ伝送路１０２に適用する場合や高速伝送を行なう場合に、図１３の如く波長分散補償器１０３を挿入して光ファイバ伝送路の波長分散によって引き起こされる光波形の劣化を補償する。
【０００７】
図１３の構成による波長分散補償は下記のように行なわれる。即ち、光送信機１０１から送信される１ビットの送信波形は図１３▲１▼の如きもの（１ビットの送信波形は矩形になるべきものであるが、高速になると矩形波を形成するために必要な高周波成分の減衰の影響が大きくなって、現実的には矩形波を生成することが困難になることに配慮して送信波形を描いている。）で、光ファイバ伝送路の波長分散の影響を未だ受けていないものである。
【０００８】
光ファイバ伝送路１０２を通過した受信波形は、光ファイバ伝送路１０２の波長分散の影響を受けて、図１３▲２▼の如く半値幅が広がって、光ファイバ伝送路に損失がなくてもピーク値が小さくなる。
図１３の構成では、光ファイバ伝送路１０２とは逆の波長分散特性を有する波長分散補償器１０３を挿入しているので、波長分散補償器１０３を通過して光受信機１０４に入力される補償波形▲３▼は、送信波形▲１▼と同じ波形になる。即ち、半値幅とピーク値が送信波形▲１▼と同じになる。
【０００９】
この補償波形を受けて光受信機１０４において光信号を電気信号に変換して、変換された電気信号を識別して元のデジタル信号を再生するので、光送信機１０１において連続光信号を強度変調したデジタル信号を正確に再生することができる。
尚、図１３では、波長分散補償器１０３を光ファイバ伝送路１０２と光受信機１０４の接続点に挿入する例を示しているが、波長分散補償器１０３を光送信機１０１と光ファイバ伝送路１０２の接続点に挿入してもよい。前者を波長分散の等化といい、後者を波長分散の予等化という。
【００１０】
さて、波長分散補償器を構成する技術としては代表的な２つの技術がある。
その第一は、光ファイバ伝送路の波長分散特性と逆の波長分散特性を有する分散補償ファイバを光ファイバ伝送路の入力側又は出力側にタンデムに挿入するものである。
しかし、光ファイバ伝送路の波長分散特性と逆の波長分散特性を有する分散補償ファイバを光ファイバ伝送路にタンデムに挿入する方式では、光ファイバ伝送路の波長分散特性が温度によって変化する場合、光ファイバ伝送路の波長分散特性に経年変化がある場合、又は、光伝送路の障害に基づく伝送路切り替えが行なわれて光ファイバ伝送路の伝送路長が変化する場合における波長分散特性の変化に柔軟に追随できないという不利な点がある。
【００１１】
そこで開発されたのが、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array の頭文字による略語で、複数の波長の合成である光信号を波長毎に分岐し、波長毎に分岐された光を結合するものを指す。）と、凸面鏡から凹面鏡へとミラーの面の形状が連続的に変化する非球面ミラーとを組み合わせて、ＶＩＰＡによって分岐された異なる波長毎に異なる長さの経路を経由させ、再びＶＩＰＡによって結合して光ファイバ伝送路の波長分散の逆特性を実現するＶＩＰＡ波長分散補償器である。
【００１２】
図９は、ＶＩＰＡ波長分散補償器である。
図９において、１はＶＩＰＡアセンブリ、２は非球面ミラー、３は非球面ミラー２を搭載して移動させる移動ステージである。尚、非球面ミラー２は移動ステージ３上に搭載、固定されている。そして、非球面ミラーと移動ステージとによってミラー・アセンブリが構成される。
【００１３】
ここで、ＶＩＰＡアセンブリ１は、下記のように構成されている。
即ち、受信光をＶＩＰＡアセンブリ１内に出射すると共に、ＶＩＰＡアセンブリ１とミラー・アセンブリにおいて異なる波長毎に異なる経路を通ってきた光を受ける光ファイバ１−１、光ファイバ１−１から出射される光を平行光に変換して出射し、逆方向から入射される光を光ファイバ１−１の端面に集束するコリメート・レンズ１−２、コリメート・レンズ１−２から出射される平行光をＶＩＰＡの入射面に集束し、ＶＩＰＡから出射されてくる光を平行光に変換するコリメート・レンズ１−３、コリメート・レンズ１−３から入射される光を多重反射させて異なる波長毎に分岐し、反対側から入射される光を多重反射させて合成してコリメート・レンズ１−３に出射するＶＩＰＡ１−４、ＶＩＰＡ１−４が異なる波長毎に出射した光を波長毎に非球面ミラー２の異なる位置に集束し、非球面ミラー２で反射して戻ってくる光を平行光化するコリメート・レンズ１−５を備えている。
【００１４】
ここで便宜的に、ＶＩＰＡアセンブリ１の光軸は３次元座標のＺ軸方向、コリメート・レンズ１−５が異なる波長の光を非球面ミラー２に集束させる方向はＹ軸方向、移動ステージの移動方向はＸ軸方向であるものとする。
ここで、図１２は、非球面ミラーの搭載状態を若干詳細に示す図である。
図１２において、２は非球面ミラー、３は移動ステージである。
【００１５】
そして、図１２（ロ）に示す如く、非球面ミラー２はミラー搭載台３−１上に接着され、ミラー搭載台３−１はＬ字部材３−２の穴に突起を嵌め合う形で搭載されて溶接固定される。ここで、Ｌ字部材３−２の下面がＸ−Ｙ平面に平行になるようにしておけば、上記嵌め合い箇所を中心に非球面ミラー２をＸ−Ｙ平面上で回動させることができる。尚、非球面ミラー２をＸ−Ｙ平面上で回動させるには、通常調整ハンドを用いて行なう。
【００１６】
非球面ミラー２を接着したミラー搭載台３−１を搭載したＬ字部材３−２は、例えば、ネジによってＬ字部材固定台３−３に固定される。Ｌ字部材固定台３−３には固定軸３−４が貫通しており、固定軸３−４をステージ部材３−５の穴に嵌め込んで適切な角度調整の後に溶接することにより、非球面ミラー２をステージ３に固定することができる。そして、固定軸３−４をステージ部材３−５の穴に嵌め込んだ時に、Ｌ字部材固定台３−３の背面がステージ部材３−５の表面に密着するような寸法にしておくことで、Ｌ字部材固定台３−３がステージ部材３−５に対して回動することを防止することができる。
【００１７】
尚、図１２では、非球面ミラーの搭載状態及びミラー搭載台、Ｌ字部材、Ｌ字部材固定台、ステージ部材などの形状をそれほど正確には示していないが、これらの形状自体が本発明の本質ではないからである。又、調整ハンドの構成を正確には示していないのも同じ理由であり、調整ハンドを構成すること自体は当業者にとって容易であることによる。
【００１８】
上記の如く非球面ミラー２を設置することにより、非球面ミラー２の反射面となる曲面がＺ軸方向上を向く。
図１０は、非球面ミラーの役割を説明するための図である。
図１０（イ）において、２は非球面ミラー、３は移動ステージである。
図１０（イ）では、異なる波長の光λ₁、λ₂及びλ₃の３波が非球面ミラー２の特定のＸ座標においてＹ軸方向の異なる位置に集束されることを示している。
【００１９】
そして、非球面ミラー２は異なるＸ座標毎に異なる断面形状を有している。断面形状を示したのが図１０の（ロ）乃至（ニ）であり、図１０（ロ）は、図１０（イ）において▲１▼によって示したＸ座標における非球面ミラー２の断面図、図１０（ハ）は、図１０（イ）において▲２▼によって示したＸ座標における非球面ミラー２の断面図、図１０（ニ）は、図１０（イ）において▲３▼によって示したＸ座標における非球面ミラー２の断面図である。
【００２０】
即ち、非球面ミラー２の断面形状は、Ｘ座標が▲１▼近傍では凹面鏡、Ｘ座標が▲２▼近傍では平面鏡に近い鏡、Ｘ座標が▲３▼近傍では凸面鏡となっており、Ｘ座標の▲１▼から▲３▼方向への変化に応じて連続的に断面形状が変化している。
ここでは図１０（ハ）のみに、図１０（イ）のλ₁、λ₂及びλ₃の入射光と反射光を示しているが、非球面ミラー２の中心軸２−１上に入射した波長λ₂の光は入射光軸と同じ光軸方向に反射してゆく。これに対して、波長λ₂の光よりＹ軸方向高い位置に入射した波長λ₁の光は入射光軸より若干上方向に反射し、波長λ₂の光よりＹ軸方向低い位置に入射した波長λ₃の光は入射光軸より若干下方向に反射してゆく。
【００２１】
これに対して、図１０（ニ）の凸面鏡に図１０（イ）のλ₁、λ₂及びλ₃の光が、それぞれ、図１０（イ）と同じＹ座標の位置に入射された場合には、波長λ₂の光は入射光軸と同じ光軸方向に反射し、波長λ₁の光は図１０（ハ）の場合より上方向に反射し、波長λ₃の光は図１０（ハ）の場合より下方向に反射してゆく。
【００２２】
又、図１０（ロ）の凹面鏡に図１０（イ）のλ₁、λ₂及びλ₃の光が図１０（イ）と同じＹ座標の位置に入射された場合には、波長λ₂の光は入射光軸と同じ光軸方向に反射し、波長λ₁の光は入射方向より下方向に反射し、波長λ₃の光は入射方向より上方向に反射してゆく。
ここで、非球面ミラーに入射した光が入射光軸と同じ光軸方向に反射する点を結んだ線を非球面ミラーの中心軸２−１と呼ぶことにする。即ち、該中心軸２−１は非球面ミラーの表面上で直線である。
【００２３】
上記の如く、非球面ミラー２において反射した光は図９のコリメート・レンズ１−５、ＶＩＰＡ１−４、コリメート・レンズ１−３及びコリメート・レンズ１−２を介して光ファイバ１−１の端面に入射される。そして、光ファイバ１−１の端面を出射されてから光ファイバ１−１の端面に入射されるまでに異なる波長の光は異なる長さの経路を通ってくる。
【００２４】
例えば、図１０（ニ）の凸面鏡で反射した場合には波長λ₁の光が最長の経路を通り、波長λ₃の光が最短の経路を通って光ファイバ１−１の端面に戻り、図１０（ロ）の凹面鏡で反射した場合には波長λ₃の光が最長の経路を通り、波長λ₁の光が最短の経路を通って光ファイバ１−１の端面に戻ってくる。
上記の如く、非球面ミラー２のいずれの位置で反射するかによって異なる波長毎に経路長が異なって光ファイバ１−１の端面に戻ってくるので、移動ステージ３をＸ軸方向に移動することによってＶＩＰＡ波長分散補償器における波長分散特性を制御することができる。即ち、ＶＩＰＡ波長分散補償器は可変波長分散補償器である。
【００２５】
図１１は、非球面ミラーの断面形状と補償後の波形の関係を示す図である。
図１１（イ）は波長分散の影響を受けて波形が劣化した受信波形である。
これに対して、図１１（ハ）に示した如く、図１０▲２▼の位置での断面で反射した場合に、波長分散λ₂の光に対して波長λ₃の光が若干短い経路を通り、波長λ₁の光が若干長い経路を通って戻る結果、波長分散が適度に補償されるものとすると、図１１（ロ）に示した如く、図１０▲１▼の位置での断面で反射した場合には、波長分散λ₂の光に対して波長λ₃の光が長い経路を通り、波長λ₁の光が短い経路を通って戻る結果、光ファイバ伝送路の波長分散特性と同じ波長分散が加えられることになり、波形は更に広がることになる。
【００２６】
逆に、図１１（ニ）に示した如く、図１０▲３▼の位置での断面で反射した場合に、波長分散λ₂の光に対して波長λ₃の光が非常に短い経路を通り、波長λ₁の光が非常に長い経路を通って戻る結果、過補償の状態になり、波形は最適波形に比較して半値幅が狭くなる。
一方、更に大きな波長分散の影響を受けて図１１（イ）より波形が広がって受信された波形に対しては、異なる波長毎に分岐された光を図１０（ニ）の断面▲３▼において反射させると波長分散の影響が取り除かれ、逆に、負の分散の影響を受けて過補償の状態で受信された波形に対しては、図１０（ロ）の断面▲１▼において反射させると波長分散の影響が取り除かれる。
【００２７】
即ち、波長分散の影響による波形劣化の度合いに応じて非球面ミラーの最適な断面形状の箇所において異なる波長に分解された光を反射させることによって波長分散による波形劣化を補償することができる。従って、図９に示したＶＩＰＡ波長分散補償器において、移動ステージ３をＸ軸方向に移動させて、非球面ミラーの最適な断面形状において反射させることによって波長分散による波形劣化を補償することができる。
【００２８】
図示は省略しているが、上記の如く補償された波長分散特性を監視して、例えば、全ての波長における波長分散の絶対値が所定値以下になるように移動ステージ３の位置を制御する構成を備えれば、光ファイバ伝送路の波長分散特性に変化が生じても該変化に追随して波長分散特性を補償することができる。従って、図９に示したＶＩＰＡ波長分散補償器は分散補償ファイバより優れた波長分散補償性能を発揮することができる。
【００２９】
【従来の技術】
しかし、ＶＩＰＡ波長分散補償器によれば無条件で波長分散を補償できる訳ではなく、波長分散補償を正確に行なうことができるためには、
（１）ＶＩＰＡアセンブリの光軸と非球面ミラーの中心軸とが直交していること、
（２）非球面ミラーの中心軸と移動ステージの走行軸が平行であること
が条件となる。
【００３０】
これは、非球面ミラーの中心軸に当たる波長の光は、移動ステージを移動しても必ず該中心軸に当たること、異なる波長の光は該中心軸を中心に直角な線上で非球面ミラーに当たることを前提に、非球面ミラーの表面形状を設計しているためである。
このうち、ＶＩＰＡアセンブリの光軸と非球面ミラーの中心軸とを正確に直交させる技術が最も重要且つ難しい技術であり、本発明の対象の技術である。
【００３１】
図８は、ＶＩＰＡアセンブリの光軸と非球面ミラーの中心軸とを直交させるための、従来のミラーの軸調整を概念的に示した図である。尚、ＶＩＰＡアセンブリやミラー・アセンブリの構成は、図９及び図１２によって既に説明しているので、図８においては、ＶＩＰＡアセンブリ及びミラー・アセンブリの内部の説明は省略して、従来のミラーの軸調整についてだけ説明することにし、軸調整方式の構成要素についても符号を付するのを省略する。
【００３２】
この調整系は、可変な波長の光を出力できるチューナブル・レーザ、波長分散を測定する分散測定器、及び、ＶＩＰＡアセンブリとミラー・アセンブリとから構成されるＶＩＰＡ波長分散補償器とから構成される。
ここで、光サーキュレータは、３端子素子で、端子Ａに入射された光は端子Ｂから出力され、端子Ｂに入力された光は端子Ｃから出力されるので、端子Ａに光源であるチューナブル・レーザを接続し、端子ＢにＶＩＰＡ波長分散補償器を接続し、端子Ｃに分散測定器を接続して調整系を構成する。
【００３３】
まず、ＶＩＰＡアセンブリとミラー・アセンブリとを仮固定してＶＩＰＡ波長分散補償器を構成し、広い波長範囲の光を出力できるレーザから特定の波長の光を抽出して出力するチューナブル・レーザ（図では、「Ｔｕレーザ」と略記している。）が出力した光を光サーキュレータを介してＶＩＰＡ波長分散補償器に供給する。
【００３４】
先に説明した如く、ＶＩＰＡ波長分散補償器に入力された光は波長によって決まる光路でＶＩＰＡアセンブリからミラー・アセンブリに入力され、ミラー・アセンブリを構成する非球面ミラーの反射面上波長によって決まる入射点に入射され、入射点によって決まる角度で反射されて、波長によって決まる、光路長が異なる光路を伝搬してＶＩＰＡアセンブリに戻り、ＶＩＰＡアセンブリから出力される。この、ＶＩＰＡアセンブリからの出力光を光サーキュレータを介して分散測定器に入力して、ＶＩＰＡ波長分散補償器で受けた波長分散量を測定する。
【００３５】
以上で、特定の波長の光が受けた分散量が測定できたので、次いで、チューナブル・レーザにおいて抽出する波長を適宜変化させて、新たに抽出した波長の光がＶＩＰＡ波長分散補償器で受けた波長分散を測定する。従って、チューナブル・レーザの出力波長を可変に制御して上記の波長分散量の測定を繰り返すことによって、所望の波長範囲におけるＶＩＰＡ波長分散補償器の波長分散量対波長特性が得られる。
【００３６】
ＶＩＰＡ波長分散補償器の波長分散特性が所望の特性ではない場合、ＶＩＰＡアセンブリの光軸を適宜決定する傾きθだけ変化させて再度波長分散量対波長特性を測定する。そして、最終的にＶＩＰＡ波長分散補償器の波長分散特性が所望の特性に合致した時にＶＩＰＡアセンブリとミラー・アセンブリとを溶接固定して調整を終了する。
【００３７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、最初に得た波長分散量対波長特性が所望の特性と異なっていた場合、ＶＩＰＡアセンブリの光軸をどの方向に角度をどれだけ変化させれば所望の波長分散量たい波長特性に一致するかは不明なので、適宜角度を変化させて測定し直し、再度所望の特性ではない場合には以前の測定結果を参照して新たな角度を設定して再度測定をやり直すという、試行錯誤による調整となる。よって、調整に要する時間は決して短くはなく、しかも、調整を行なう作業者の経験が少ない場合には調整に更に長時間を要することになる。
【００３８】
その上、従来の調整系は、光源としてのチューナブル・レーザと波長分散を測定するための分散測定器とを準備しなければならず、調整系の価格が非常に高くなるというアクティブ調整に共通の問題がある。
そして、上記の問題はＶＩＰＡ波長分散補償器におけるＶＩＰＡアセンブリの光軸とミラー・アセンブリを構成する非球面ミラーの中心軸との角度調整に限らず、光伝送システムに適用される種々の非球面ミラーの軸と非球面ミラーに入射される光の光軸との調整に共通の問題である。
【００３９】
本発明は、かかる問題点に鑑み、非球面ミラーの軸と非球面ミラーに入射される光の光軸とを正確な方向に調整可能で、且つ、実際の製品と同一の光信号源や高価な測定器を必要としないパッシブ調整が可能な非球面ミラーの軸調整方法を提供することを目的とする。
又、ＶＩＰＡ波長分散補償器の組み立て調整に当たって、調整ハンドが非球面ミラーを押し付けることによる非球面ミラーの角度に誤差を与え、この誤差がＶＩＰＡ波長分散補償器の特性を左右するという恐れがある。
【００４０】
本発明は、かかる問題点にも鑑み、調整ハンドが非球面ミラーを押し付けることによる非球面ミラーの角度に与える誤差を正確に検出できる非球面ミラーの組み立て調整方法をも提供することを目的とする。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
第一の発明は、検知光学系の光軸をＺ軸とし、該検知光学系が検知した画像の撮像手段によって規定される、Ｚ軸と直交する２次元座標をＸ軸及びＹ軸とする時、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定してＸ座標毎に明るさが最大となる点の位置を求め、明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数の変化によって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角が所望の範囲にあると判定する処理を含むことを特徴とする非球面ミラーの軸調整方法である。
【００４２】
第一の発明によれば、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定してＸ座標毎に明るさが最大となる点の位置から求めた明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数は、平行光の照射範囲における非球面ミラーの曲率半径によって一義的に定まるため、明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数の変化によって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角が所望の範囲にあると判定することが可能である。しかも、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定するだけでよいので試行錯誤を必要としないパッシブ調整が可能になり、軸調整の確度とコストを改善することができる。
【００４３】
第二の発明は、第一の発明の非球面ミラーの軸調整方法において、上記明るさが最大となる点群の分布を示す分散の変化によって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角が所望の範囲にあると判定することを特徴とする非球面ミラーの軸調整方法である。
第二の発明によれば、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定してＸ座標毎に明るさが最大となる点の位置から求めた明るさが最大となる点群の分布を示す分散は、平行光の照射範囲における非球面ミラーの曲率半径によって一義的に定まるため、明るさが最大となる点群の分布を示す分散の変化によって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角が所望の範囲にあると判定することが可能である。しかも、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定するだけでよいので試行錯誤を必要としないパッシブ調整が可能になり、軸調整の確度とコストを改善することができる。
【００４４】
第三の発明は、第一の発明の非球面ミラーの軸調整方法において、上記明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数が最小であることによって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角が所望の範囲にあると判定することを特徴とする非球面ミラーの軸調整方法である。
第三の発明によれば、非球面ミラーの断面の曲率半径が非球面ミラーの軸において最大となる通常の非球面ミラーにおいて上記明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数が最小となるので、非球面ミラーのＸ軸回りの回動角が所望の範囲にあると判定することが可能である。しかも、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定するだけでよいので試行錯誤を必要としないパッシブ調整が可能になり、軸調整の確度とコストを改善することができる。
【００４５】
第四の発明は、第一の発明の非球面ミラーの軸調整方法において、更に、前記範囲における明るさの平均値を求め、該明るさの平均値の差が最小となることによって非球面ミラーのＹ軸回りの回動角が所望の範囲にあると判定する処理を含むことを特徴とする非球面ミラーの軸調整方法である。
【００４６】
第四の発明によれば、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において求めた該範囲における明るさの平均値は該非球面ミラーのＹ軸回りの回動角によって一義的に決まり、該回動角が最適な時に該平均値の差が最小になるので、該平均値の差が最小になることによって非球面ミラーのＹ軸回りの回動角が所望の範囲にあると判定することが可能である。しかも、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定するだけでよいので試行錯誤を必要としないパッシブ調整が可能になり、軸調整の確度とコストを改善することができる。
【００４７】
第五の発明は、第１の発明乃至第３発明のいずれかの非球面ミラーの軸調整方法を用いて、非球面ミラーのＸ−Ｙ平面に対する傾きにより、調整治具の非球面ミラーに対する押し付け力を判定し、非球面ミラーの該Ｘ−Ｙ平面に対する傾きが変動しないように該押し付け力を調整できることを特徴とする非球面ミラーの組み立て調整方法である。
【００４８】
第五の発明によれば、第１の発明乃至第３の発明のいずれかに記載の非球面ミラーの軸調整方法を適用して非球面ミラーがＸ軸回りに回動しているか否かを判定することによって調整治具が非球面ミラーに当たって非球面ミラーを傾けているか否かを判定することができるので、非球面ミラーの組み立て調整の信頼度を向上させることができる。しかも、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定するだけでよいので試行錯誤を必要としないパッシブ調整が可能になり、組み立て調整の確度とコストを改善することができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以降、図面を用いて本発明の技術を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態である。
図１において、２は非球面ミラー、３は非球面ミラー２を搭載、固定している移動ステージである。そして、非球面ミラー２と移動ステージとによってミラー・アセンブリが構成される。
【００５０】
４はＺ軸方向から非球面ミラー２に平行光を照射する平行照明源、４−１は平行照明源４が出射する平行光を反射させるハーフ・ミラー、５は非球面ミラー２の反射光のＺ軸方向の平行光成分を集光するテレセントリック・レンズ、６はテレセントリック・レンズ５が集光する光を受ける撮像手段としてのＣＣＤカメラである。そして、平行照明源４、テレセントリック・レンズ５及びＣＣＤカメラ６によって検知光学系を構成する。
【００５１】
尚、平行照明源４においては光ファイバから出射された光をコリメート・レンズによって平行光化してハーフ・ミラー４−１へと出射する。又、テレセントリック・レンズ５は複数のレンズを複合することによってＺ軸に平行な成分の光を集光するようになっている。いずれも、公知の技術を適用して構成されるので、これ以上の説明は省略する。
【００５２】
７は非球面ミラー２を搭載した移動ステージ３の下からＺ軸方向に光を発する透過照明源、８はＣＣＤカメラ６で撮影した画像を表示するディスプレイ、９はＣＣＤカメラで撮影した画像の特徴に従って画像処理し、後述するステージを制御するコントローラである。尚、コントローラ９は、自動でステージを制御する形式でも手動でステージを制御する形式でもよい。
【００５３】
１０はＸ−Ｙ平面上でＸ軸方向又はＹ軸方向に平行移動するＸ−Ｙステージ、１１はＸ−Ｙ平面をＺ軸まわりに回動させる回動ステージ、１２はＸ−Ｙ平面をＸ軸又はＹ軸まわりに回動させるＸ−Ｙゴニオ・ステージ、１３は非球面ミラー２の中心軸をＸ軸に平行な方向に向けるための調整ハンド、１４は上記検知光学系をＺ軸方向に移動させるＺステージである。
【００５４】
ここで、Ｘ−Ｙステージ１０、回動ステージ１１、Ｘ−Ｙゴニオ・ステージ１２及びＺステージ１４は、Ｘ−Ｙ−Ｚの３次元座標中において所定の関係になるように設定されており、調整ハンド１３はＸ−Ｙ−Ｚの３次元座標中において非球面ミラーをＸ−Ｙ平面上で回動できるように配置、設定されている。上記ステージの配置、設定自体は公知の技術であるので、これ以上の詳細な説明は省略する。又、非球面ミラーの移動ステージ上の搭載状態の詳細は図１では省略しているが、これは図１２において詳細に説明してある。
【００５５】
さて、平行照明源４、テレセントリック・レンズ５及びＣＣＤカメラ６よりなる検知光学系を、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸と平行に移動するＺステージ１４に固定し、平行照明源４の光をハーフ・ミラー４−１によって反射させる。上記の如く非球面ミラー２の曲面がＺ軸方向上を向いているので、ハーフ・ミラー４−１で反射した平行光は非球面ミラー２の曲面に当たって反射し、Ｚ軸に平行な反射光がテレセントリック・レンズ５で集光されてＣＣＤカメラ６で撮像される。
【００５６】
ＣＣＤカメラ６で撮像された画像はディスプレイ８で画像表示されると共に、コントローラ９において後述する画像処理が行なわれる。該画像処理の結果に基づいてコントローラ９によってＸ−Ｙステージ１０、回動ステージ１１及びＸ−Ｙゴニオ・ステージ１２を制御すると共に、調整ハンド１３による角度調整を行なうことによって非球面ミラー２の中心軸の法線を上記検知光学系の光学軸と平行にするための処理を下記の如く行なう。
【００５７】
先ず、図１の透過照明源７を非球面ミラーの下側から点灯して、検知画像から非球面ミラー２を取り付けるＬ字部材３−２の所定位置に設けられた基準穴３−６の位置を算出し、算出結果からＸ−Ｙ平面上での非球面ミラーの搭載位置ずれを求めて該位置ずれを補正する。
次いで、調整ハンド１３によって非球面ミラー２をＸ−Ｙ平面上で回動させて非球面ミラー２の中心軸をＸ軸に一致させる。
【００５８】
非球面ミラー２の中心軸がＸ軸に一致したら、平行照明源４を点灯して非球面ミラー２のＸ軸回りの回動角の調整作業に移る。これを行なうには、Ｘ−Ｙゴニオ・ステージをＸ軸回りに、例えば、±１度の範囲で分解能０．０１度で回動し、回動する毎に非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定してＸ座標毎に明るさが最大となる点の位置を求め、明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数を求める。
【００５９】
図２は、非球面ミラーのＸ軸回りの最適回動角を求める軸調整方法を示す図で、図２（イ）は、検知画像とＸ座標を決めた時の明るさが最大になる点を検知画像上に示した図、図２（ロ）は、明るさが最大になる点だけを示した図である。図１の検知光学系において、Ｚ軸方向の平行光線を非球面ミラー２に当てて、テレセットリック・レンズによって非球面ミラー２からの反射光のうちＺ軸成分を抽出して画像表示すると、概ね唇型の画像が得られる。尚、画像は、この場合は、Ｘ軸方向６４０画素、Ｙ軸方向４８０画素、明るさの階調は８ビット（２５６階調）である。
【００６０】
この唇型の画像のうち、Ｘ軸方向左右に張り出した部分が非球面ミラー２のＸ軸回りの回動角の情報を持っているので、Ｘ軸方向左右に張り出した部分に、典型的には、Ｙ軸に関して対称な１２０画素幅の２つの範囲を設定して、設定した範囲内でＸ座標毎に明るさが最大になる点を求め、該明るさが最大になる点のＸ座標及びＹ座標を求める。これを、図２（イ）に示している。尚、図２（イ）の写真の右側の図は、特定のＸ座標において明るさが最大になる点の求め方を示したもので、Ｙ軸方向４８０画素をスキャンして明るさを２５６階調で測定し、最大の明るさになる画素のＹ座標を求めるということを示している。
【００６１】
ここで、図２（イ）では、写真画像の上に該明るさが最大になる点を表示しているために見づらいので、該明るさが最大になる点だけを抽出して表示したのが図２（ロ）である。
上記のデータを、図１の非球面ミラー２をＸ軸回りに例えば±１度の範囲で分解能０．０１度で回動させ、回動角毎に求める。同時に、回動角毎に上記唇型の画像において所定値以上の明るさを持つ画素数を計数して、明るい領域の面積を求める。
【００６２】
こうして求めた明るさが最大になる点群の座標から、明るさが最大になる点間の相関係数を求める。即ち、Ｘ軸方向の分散をσ_X、Ｙ軸方向の分散をσ_Y、共分散をσ_XYとすると、相関係数ρ_XYは次の式で求められる。
ρ_XY＝σ_XY／（σ_X・σ_Y）（１）
ここで、
σ_X ²＝Σ（Ｘ_i−ΣＸ_i／ｎ）²／ｎ（２）
σ_Y ²＝Σ（Ｙ_i−ΣＹ_i／ｎ）²／ｎ（３）
σ_XY＝Σ（Ｘ_i−ΣＸ_i／ｎ）（Ｙ_i−ΣＹ_i／ｎ）／ｎ（４）
である。又、ｎはＸ軸方向左右に張り出した部分に設定した範囲のＸ軸方向の総画素数で２４０（１２０×２）、ｉは該総画素数のカウンタで０から２３９のいずれかであり、Σはｉが０から２３９の間での加算演算を示す。
【００６３】
図３は、非球面ミラーのＸ軸回りの回動角と相関係数及び明領域の面積の関係を示す図で、図３（イ）は非球面ミラーのＸ軸回りの回動角と相関係数及び明領域の面積の関係そのもの、図３（ロ）は、図３（イ）の回動角Ｂにおける検知画像、図３（ハ）は図３（イ）の回動角Ａにおける検知画像である。
実は、非球面ミラーをＸ軸回りに回動させると、図３（ハ）のように上下と左右がほぼ対称な唇型の検知画像や、図３（ロ）のように上下と左右の対称性が失われた検知画像が得られるが、検知画像の形状如何によらず上記のように明るさが最大になる点群を求めて明るさが最大になる点間の相関係数と明領域の面積を求める。
【００６４】
この結果をグラフに表示すると図３（イ）のように、相関係数は特定の角度（角度Ａ）で最小になり、回動角が大きいほど大きくなる。一方、明領域の面積は特定の角度（角度Ａ）近傍で最大になり、回動角が大きいほど小さくなる。
ところで、ＶＩＰＡ波長分散補償器に用いる非球面ミラーは中心軸を基準にして作られているのでミラー面の法線は、中心軸では一直線上に分布し、中心軸から離れると凹凸に応じて別々の方向を向く。従って、中心軸付近では比較的広い範囲で明るさが最大となる点を求めることになり、中心軸から離れるほど比較的狭い範囲で明るさが最大となる点を求めることになるので、明るさが最大になる点間の相関係数は中心軸付近で最小となり、中心軸から離れるほど１以下の大きな値となる。
【００６５】
そして、明領域の面積は、相関係数が最小な中心軸付近で最大になり、相関係数が大きい中心軸から離れた箇所では小さな値となる。
即ち、図３（イ）の、相関係数が最小となり、明領域の面積が最大となる角度Ａが非球面ミラーの中心軸の回動角、即ち、非球面ミラーのＸ軸回りの最適な回動角を示すことが判る。そして、最適な回動角近傍では相関係数の変化が急峻で、明領域の面積の変化は緩慢であるので、相関係数が最小となる回動角を以て最適と判断すれば正確に最適な回動角を求めることができる。また、最適な回動角を探索するために、比較的大きな回動角のステップで明領域の面積が最大になる回動角を求め、求めた回動角の近傍で細かな回動角のステップで相関係数が最小になる回動角を求めるようにすれば、最適回動角を求めるまでの時間を短縮することができる。
【００６６】
上記では、相関係数の変化によって最適回動角を求められることを説明したが、相関係数が（１）式で表わされることを利用すれば、分散の変化によっても最適回動角を求めることもできる。この場合、最も簡易な判定方法は、（３）式で与えられるσ_Yを指標とすることである。又、上記では、Ｙ軸に関して対称な範囲において明るさが最大になる点を求めるとして説明したが、必ずＹ軸に関して対称な範囲について明るさが最大になる点を求めることをしなくてもよい。これは、既述のミラー面の法線の向きと相関係数との関係から明らかなことである。
【００６７】
図４は、明るさが最大になる点を正確に求める方法を示すものである。
例えば、Ｘ座標を固定してＹ方向の明るさの変化を求めると図４左側の図のようになる。これを、明るさが最大になる点近傍で拡大すると図４右側の図のようになり、明るさが最大となる点の近傍で明るさの変化が小さくなったり、明るさが最大となるべきアドレスの画素ではないのに特定のアドレスの画素（Ａ）で雑音の影響を受けて明るさが最大になることがある。
【００６８】
このような場合に正確に明るさが最大になる点を求めるには、図４の場合には、画素Ａの明るさから所定の階調だけ暗い画素のアドレス（Ｃ及びＤ）を求め、Ｃ及びＤの平均値（Ｂ）を以て明るさが最大となる画素のアドレスとすればよい。この場合、上記所定の階調があまり小さいと、平均をとっても雑音の影響を除去しきれないことがあり、逆に該所定の階調があまり大きいと明るさが最大となる点近傍で明るさ曲線に非対称性がある場合に平均では正確な点を求めることができないことがあるので、適切な階調を選択する必要がある。例えば８ビット（２５６階調）の場合には、１０階調程度以下が適切である。
【００６９】
図５は、非球面ミラーのＹ軸回りの最適回動角を求める軸調整方法を示す図である。
Ｘ軸回りの回動角の調整作業を終えたら、Ｙ軸回りの回動角の調整作業に移る。この作業は下記のように行なう。即ち、唇型の画像の左右に張り出している部分において、所定数の画素よりなる２つの判定領域を設定し、Ｙ軸回りにゴニオ・ステージを回動させて該判定領域の平均明るさを個別に求め、更に、２つの判定領域の平均明るさの差を求める。尚、該判定領域の形状や画素数は任意であるが、雑音の影響を受け難くするには複数画素からなる判定領域を設定するのが好ましい。
【００７０】
さて、ＶＩＰＡ波長分散補償器に適用する非球面ミラーのミラー面は、Ｘ軸方向に凸面鏡から凹面鏡まで連続的に変化しており、中心軸上の明るさはほぼ等しくなっている。従って、非球面ミラーのＹ軸回りの回動角が最適な場合に左右の判定領域の平均明るさがほぼ等しくなり、最適回動角から離れるほど左右の判定領域の平均明るさに差が出てくる。
【００７１】
本発明は、上記事実に基づくもので、左右の判定領域の平均明るさの差が最小又は閾値以下になった時にＹ軸回りで最適な回動角と判定するものである。
尚、平均明るさを求める判定領域を設定する位置はＣＣＤカメラで撮影した画像の対称性を勘案して決めればよいので、必ずしもＹ軸に関して対称な位置に設定することはない。
【００７２】
そして、ＶＩＰＡ波長分散補償器に適用する非球面ミラーでは、上記の如く、Ｘ軸回りの最適回動角とＹ軸回りの最適回動角を求めて、Ｘ軸回りとＹ軸回りの回動角がそれぞれの最適回動角になった時に、図１のＺ軸と非球面ミラーの中心軸とが直交する最適な状態であると判定する。
上記の如く、非球面ミラーをＸ軸回りの最適回動角とＹ軸回りの最適回動角に調整できた後は、以下のようにしてＶＩＰＡアセンブリとミラー・アセンブリとを結合すればよい。
【００７３】
即ち、図１の構成の検知光学系の光軸、つまり、Ｚ軸に平行にＶＩＰＡアセンブリの光軸を設定し、Ｘ−Ｙステージによってミラー・アセンブリをＶＩＰＡアセンブリの直下に移動させ、Ｚ軸方向の位置合わせをした後に、ＶＩＰＡアセンブリとミラー・アセンブリとを溶接して結合すればよい。既に詳細に説明した通り、上記の非球面ミラーの軸調整方法によって非球面ミラーの中心軸とＺ軸とが直交するようになっているので、Ｚ軸と平行に光軸を設定されたＶＩＰＡアセンブリとミラー・アセンブリとを結合すれば、ＶＩＰＡアセンブリの光軸と非球面ミラーの中心軸とは直交するからである。
【００７４】
さて、上記の如く、ＶＩＰＡ波長分散補償器に適用する非球面ミラーにおいては、Ｘ軸回りとＹ軸回りの回動角の調整の双方が必須であるが、非球面ミラーのミラー面の形状によってはＸ軸回り又はＹ軸回りのいずれかの最適回動角を求めれば、入射光軸に対して非球面ミラーが最適な状態に調整されていると判定できる場合もある。
【００７５】
即ち、本発明は、Ｘ軸回りで上記手法によって最適回動角を求める処理を含む軸調整方法と、Ｙ軸回りで上記手法によって最適回動角を求める処理を含む軸調整方法を提供するものである。
図６は、調整ハンドの押し付けと非球面ミラーの傾きの関係を示すイメージ図である。
【００７６】
図６において、２は非球面ミラー、３−１はミラー搭載台、３−２はＬ字部材、１３は調整ハンドである。
先にも記載したように、非球面ミラーの軸調整を行なう場合には、図１の構成における調整ハンド１３によって非球面ミラー２をＸ−Ｙ平面内を左右に回動させて非球面ミラー２の中心軸をＸ軸に平行に調整するという作業がある。この時、調整ハンドが非球面ミラー２を押し付けることにより、図６に矢印で指し示している如く、非球面ミラーがミラー搭載台３−１上で傾き、この傾きがＶＩＰＡ波長分散補償器の特性を左右する恐れがあるので、非球面ミラーの傾きを正確に検出できる非球面ミラーの組み立て調整方法が必要になる。
【００７７】
ここで、既に説明した技術を適用して非球面ミラーの傾きを正確に検出するようにした。即ち、上記傾きはＸ軸回りの回動と等価であるので、非球面ミラー２の中心軸調整をしている間も図１の構成によって上記相関係数の変化を検出し、これによって非球面ミラーに傾きが生じたか否か判定する。
図７は、調整ハンドの移動距離と相関係数の関係を示す図である。
【００７８】
図７において、横軸は調整ハンドの移動距離、縦軸は相関係数である。元々、非球面ミラーがミラー搭載台３−１に接着されてＬ字部材３−２に搭載された時には、非球面ミラー２のＸ−Ｙ平面に対する傾きは大きくない。従って、搭載当初は相関係数は大きくないのが通常である。
それが、調整ハンドが非球面ミラーを押し付けて非球面ミラーに傾きを与えるようになると、既に説明した如く相関係数が変化（増加）する。従って、調整ハンドを用いて非球面ミラーの中心軸を調整している間に相関係数が変化し始めたら、その時点で調整ハンドが非球面ミラーを押し付けて非球面ミラーが傾き始めたと判定することができる。
【００７９】
図７において、「未接触」、「接触」と記載しているのはこのことを意味する。このように調整ハンドが非球面ミラーを傾かせたことが判るので、相関係数の変化が微小になる位置まで再度調整ハンドを移動させて、相関係数に変化が生じないように注意して中心軸の調整を行なえば、非球面ミラーの角度に誤差がない状態で非球面ミラーの中心軸をＸ軸に平行に調整でき、上記の軸調整を終了した時には非球面ミラーの中心軸がＺ軸に対して最適な角度に設定される。これは、とりもなおさず、非球面ミラーの中心軸がＺ軸に対して直角に設定されることを意味する。
【００８０】
尚、ここでは、調整ハンドの押し付け力によって非球面ミラーがＸ軸に関して回動することを想定した説明だけを行ったが、調整ハンドの押し付け力による非球面ミラーのＹ軸に関する回動は、判定領域の平均明るさの差を用いて検出することができる。
（付記１）検知光学系の光軸をＺ軸とし、該検知光学系が検知した画像の撮像手段によって規定される、Ｚ軸と直交する２次元座標をＸ軸及びＹ軸とする時、
Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定してＸ座標毎に明るさが最大となる点の位置を求め、
明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数の変化によって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角度が所望の範囲にあると判定する
ことを特徴とする非球面ミラーの軸調整方法。
【００８１】
（付記２）付記１記載の非球面ミラーの軸調整方法において、
上記明るさが最大となる点群の分布を示す分散の変化によって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角度が所望の範囲にあると判定することを特徴とする非球面ミラーの軸調整方法。
（付記３）付記１記載の非球面ミラーの軸調整方法において、
上記明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数が最小であることによって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角度が所望の範囲にあると判定することを特徴とする非球面ミラーの軸調整方法。
【００８２】
（付記４）検知光学系の光軸をＺ軸とし、該検知光学系が検知した画像の撮像手段によって規定される、Ｚ軸と直交する２次元座標をＸ軸及びＹ軸とする時、
Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めたＹ軸に関して対称な範囲において測定して該Ｙ軸に関して対称な範囲における明るさの平均値を求め、
該明るさの平均値の差が最小となることによって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角度が所望の範囲にあると判定する
ことを特徴とする非球面ミラーの軸調整方法。
【００８３】
（付記５）調整治具によって非球面ミラーの相対位置を調整する時に、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の非球面ミラーの軸調整方法を適用して非球面ミラーがＸ軸又はＹ軸回りに回動しているか否かを判定し、
調整治具の非球面ミラーに対する押し付け力を制御することを特徴とする非球面ミラーの組み立て調整方法。
【００８４】
（付記６）付記１乃至付記３のいずれかに記載の非球面ミラーの軸調整方法において、
上記明るさが最大になる点の位置を求める時に、該明るさが最大になる点の近傍における明るさの最大値から所定の階調だけ低い明るさとなる２つの座標の平均座標となる位置を該明るさが最大になる点の位置とする
ことを特徴とする非球面ミラーの軸調整方法。
【００８５】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明により、非球面ミラー軸と非球面ミラーに入射される光の光軸とを正確な方向に調整可能で、且つ、実際の製品や高価な測定器を必要としないパッシブ調整が可能な非球面ミラーの軸調整方法に波長分散補償器の光軸調整方法、及び、組み立て調整中に生ずる非球面ミラーの角度の誤差を正確に検出できる非球面ミラーの組み立て調整方法を実現することができる。
【００８６】
即ち、第一の発明によれば、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定してＸ座標毎に明るさが最大となる点の位置から求めた明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数は、平行光の照射範囲における非球面ミラーの曲率半径によって一義的に定まるため、明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数の変化によって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角度が所望の範囲にあると判定することが可能である。しかも、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定するだけでよいので試行錯誤を必要としないパッシブ調整が可能になり、軸調整の確度とコストを改善することができる。
【００８７】
又、第二の発明によれば、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定してＸ座標毎に明るさが最大となる点の位置から求めた明るさが最大となる点群の分布を示す分散は、平行光の照射範囲における非球面ミラーの曲率半径によって一義的に定まるため、明るさが最大となる点群の分布を示す分散の変化によって非球面ミラーのＸ軸回りの回動角度が所望の範囲にあると判定することが可能である。しかも、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定するだけでよいので試行錯誤を必要としないパッシブ調整が可能になり、軸調整の確度とコストを改善することができる。
【００８８】
又、第三の発明によれば、非球面ミラーの断面の曲率半径が非球面ミラーの軸において最大となる通常の非球面ミラーにおいて上記明るさが最大となる点群の分布を示す相関係数が最小となるので、非球面ミラーのＸ軸回りの回動角度が所望の範囲にあると判定することが可能である。しかも、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定するだけでよいので試行錯誤を必要としないパッシブ調整が可能になり、軸調整の確度とコストを改善することができる。
【００８９】
又、第四の発明によれば、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定して求めた該範囲における明るさの平均値は該非球面ミラーのＹ軸回りの回動角によって一義的に決まり、該回動角が最適な時に該平均値の差が最小になるので、該平均値の差が最小になることによって非球面ミラーのＹ軸回りの回動角度が所望の範囲にあると判定することが可能である。しかも、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定するだけでよいので試行錯誤を必要としないパッシブ調整が可能になり、軸調整の確度とコストを改善することができる。
【００９０】
更に、第五の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の非球面ミラーの軸調整方法を適用して非球面ミラーがＸ軸又はＹ軸回りに回動しているか否かを判定することによって調整治具が非球面ミラーに当たって非球面ミラーを傾けているか否かを判定することができるので、非球面ミラーの組み立て調整の信頼度を向上させることができる。しかも、Ｚ軸方向から非球面ミラーに平行光を照射して得られる該非球面ミラーからの反射光のＺ軸成分をＸ−Ｙ平面内の予め定めた範囲において測定するだけでよいので試行錯誤を必要としないパッシブ調整が可能になり、組み立て調整の確度とコストを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態。
【図２】非球面ミラーのＸ軸回りの最適回動角を求める軸調整方法を示す図。
【図３】非球面ミラーのＸ軸回りの回動角と相関係数及び明領域の面積の関係を示す図。
【図４】明るさが最大となる点を正確に求める方法を表す図。
【図５】非球面ミラーのＹ軸回りの最適回動角を求める軸調整方法を示す図。
【図６】調整ハンドの押し付けと非球面ミラーの傾きの関係を示すイメージ図。
【図７】調整ハンドの移動距離と相関係数の関係を示す図。
【図８】従来のミラーの軸調整を概念的に示した図。
【図９】ＶＩＰＡ波長分散補償器。
【図１０】非球面ミラーの役割。
【図１１】非球面ミラーの断面形状と補償後の波形。
【図１２】非球面ミラーの搭載状態。
【図１３】波長分散の補償。
【符号の説明】
１ＶＩＰＡアセンブリ
１−１光ファイバ
１−２コリメート・レンズ
１−３コリメート・レンズ
１−４ＶＩＰＡ
１−５コリメート・レンズ
２非球面ミラー
２−１中心軸
３移動ステージ
３−１ミラー搭載台
３−２Ｌ字部材
３−３Ｌ字部材固定台
３−４固定軸
３−５ステージ部材
３−６基準穴
４平行照明源
４−１ハーフ・ミラー
５テレセントリック・レンズ
６ＣＣＤカメラ
７透過照明源
８ディスプレイ
９コントローラ
１０Ｘ−Ｙステージ
１１回動ステージ
１２Ｘ−Ｙゴニオ・ステージ
１３調整ハンド
１４Ｚステージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an aspherical mirror axis adjustment method and an aspherical mirror assembly adjustment method, and in particular, the aspherical mirror axis and the optical axis of light incident on the aspherical mirror can be adjusted in an accurate direction. In addition, a method of adjusting the axis of an aspherical mirror that can be passively adjusted without requiring an actual product or an expensive measuring instrument, and an aspherical mirror that can accurately detect an angular error of the aspherical mirror that occurs during assembly adjustment. The present invention relates to an assembly adjustment method.
[0002]
An optical transmission system using an optical fiber as a transmission medium has excellent noise resistance characteristics, an electro-optical conversion element that modulates a continuous optical signal with a high-speed digital signal, and a high-speed digital signal extracted from the modulated optical signal It is suitable for long-distance transmission or long-span transmission due to the fact that it is endowed with opto-electrical conversion elements, the transmission loss of the optical fiber transmission line is small even if the transmission speed is increased, and already installed Since it was put into practical use in the first half of the 1950s, it was applied as a backbone digital transmission system worldwide for many reasons, including the fact that the transmission capacity can be easily increased by adopting a wavelength multiplexing method using existing optical fiber transmission lines. Has been developed technically.
[0003]
In an optical transmission system, various aspherical mirrors are used for each purpose, such as a convex or concave mirror whose surface is aspherical, or an aspherical mirror whose surface changes continuously from convex to concave. The Regardless of which aspherical mirror is used, it is essential to adjust the optical axis and the mirror axis in the correct direction.
When transmitting electrical signals, the main causes of distortion in electrical signals are loss frequency characteristics (loss distortion) and group delay time frequency characteristics (group delay distortion or phase distortion). It was necessary to compensate for both loss distortion and group delay distortion in order to perform the above.
[0004]
On the other hand, when transmitting an optical signal, there is an advantage that there is less influence at a relatively low speed compared to transmitting an electrical signal. However, as speed increases, the effects of loss distortion and group delay distortion cannot be ignored. The necessity of compensating for the loss distortion and the group delay distortion is similar to the transmission of electric signals.
In particular, the higher the transmission speed of an optical signal, the more noticeable the effect of waveform degradation due to chromatic dispersion, which is equivalent to group delay distortion, and this effect is significant in optical transmission systems that use a wide wavelength band, such as wavelength division multiplexing. It becomes even more prominent. Therefore, chromatic dispersion is compensated by chromatic dispersion compensators based on various principles, but since the amount of chromatic dispersion varies depending on the optical fiber transmission path length, a variable chromatic dispersion compensator that can adapt to the optical fiber transmission path length is provided. It is desirable to apply.
[0005]
The variable chromatic dispersion compensator uses an aspherical mirror whose surface changes continuously from a convex mirror to a concave mirror. To obtain an accurate amount of chromatic dispersion compensation, the center axis and the optical axis are accurately set. It is necessary to adjust the angle at right angles. However, since the mirror surface of the aspherical mirror has a complicated shape as described above, it is difficult to adjust the central axis and the optical axis at right angles. Therefore, it is extremely important to develop an adjustment method that can easily adjust the central axis and the optical axis of the aspherical mirror and to apply it to various mirrors. From the above background, we would like to proceed with the explanation centering on the technique for adjusting the central axis and the optical axis of the aspherical mirror applied to the variable wavelength dispersion compensator.
[0006]
FIG. 13 is a diagram illustrating compensation for chromatic dispersion.
In FIG. 13, 101 is an optical transmitter, 102 is an optical fiber transmission line, 103 is a chromatic dispersion compensator, and 104 is an optical receiver.
Most basically, an optical transmission system is constituted by the optical transmitter 101, the optical fiber transmission line 102, and the optical receiver 104. However, an optical fiber that cannot ignore the wavelength dispersion characteristic of the optical fiber transmission line is transmitted through the optical fiber. When applied to the path 102 or when performing high-speed transmission, a chromatic dispersion compensator 103 is inserted as shown in FIG. 13 to compensate for optical waveform degradation caused by chromatic dispersion in the optical fiber transmission path.
[0007]
The chromatic dispersion compensation by the configuration of FIG. 13 is performed as follows. That is, the 1-bit transmission waveform transmitted from the optical transmitter 101 is as shown in FIG. 13 (1) (the 1-bit transmission waveform should be rectangular, but in order to form a rectangular wave at high speed, The transmission waveform is drawn in consideration of the fact that the influence of the attenuation of the necessary high frequency component becomes large and it becomes difficult to generate a rectangular wave in reality.) It has not been affected yet.
[0008]
The received waveform that has passed through the optical fiber transmission line 102 is affected by the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line 102, and the half-value width is widened as shown in FIG. The value becomes smaller.
In the configuration of FIG. 13, since the chromatic dispersion compensator 103 having the chromatic dispersion characteristic opposite to that of the optical fiber transmission line 102 is inserted, the compensation that is input to the optical receiver 104 through the chromatic dispersion compensator 103 is inserted. Waveform (3) is the same waveform as transmission waveform (1). That is, the half width and the peak value are the same as the transmission waveform (1).
[0009]
In response to this compensation waveform, the optical receiver 104 converts the optical signal into an electrical signal, identifies the converted electrical signal, and reproduces the original digital signal, so that the optical transmitter 101 intensity-modulates the continuous optical signal. The reproduced digital signal can be accurately reproduced.
Although FIG. 13 shows an example in which the chromatic dispersion compensator 103 is inserted at the connection point between the optical fiber transmission line 102 and the optical receiver 104, the chromatic dispersion compensator 103 is connected to the optical transmitter 101 and the optical fiber transmission line. You may insert in the connection point of 102. The former is called chromatic dispersion equalization, and the latter is called chromatic dispersion pre-equalization.
[0010]
There are two typical techniques for configuring the chromatic dispersion compensator.
The first is to insert a dispersion compensating fiber having a wavelength dispersion characteristic opposite to the wavelength dispersion characteristic of the optical fiber transmission line in tandem on the input side or output side of the optical fiber transmission line.
However, in a method in which a dispersion compensation fiber having a wavelength dispersion characteristic opposite to that of the optical fiber transmission line is inserted in tandem into the optical fiber transmission line, when the wavelength dispersion characteristic of the optical fiber transmission line changes with temperature, Flexible to changes in chromatic dispersion characteristics when chromatic dispersion characteristics of fiber transmission lines change over time or when the transmission line length of optical fiber transmission lines changes due to switching of transmission lines based on optical transmission line failures There is a disadvantage that can not follow.
[0011]
Therefore, an abbreviation for VIPA (Virtually Imaged Phased Array) was developed, which splits an optical signal, which is a composite of a plurality of wavelengths, for each wavelength and combines the light branched for each wavelength. ) And an aspherical mirror whose shape of the mirror surface continuously changes from a convex mirror to a concave mirror, passes through paths of different lengths for different wavelengths branched by VIPA, and is combined by VIPA again. This is a VIPA chromatic dispersion compensator that realizes the inverse characteristics of chromatic dispersion in an optical fiber transmission line.
[0012]
FIG. 9 shows a VIPA chromatic dispersion compensator.
In FIG. 9, 1 is a VIPA assembly, 2 is an aspherical mirror, and 3 is a moving stage on which the aspherical mirror 2 is mounted and moved. The aspherical mirror 2 is mounted and fixed on the moving stage 3. The aspherical mirror and moving stage constitute a mirror assembly.
[0013]
Here, the VIPA assembly 1 is configured as follows.
That is, the received light is emitted into the VIPA assembly 1 and is also emitted from the optical fiber 1-1 and the optical fiber 1-1 that receive light that has passed through different paths for different wavelengths in the VIPA assembly 1 and the mirror assembly. The collimating lens 1-2 converts the light into parallel light and emits it, and focuses the light incident from the opposite direction onto the end face of the optical fiber 1-1. The parallel light emitted from the collimating lens 1-2 is VIPA. A collimating lens 1-3 that converts the light emitted from the VIPA into parallel light, and multi-reflects the light incident from the collimating lens 1-3, and branches the light at different wavelengths. VIPA1-4 and VIPA1-4 that emit light to collimate lens 1-3 by combining multiple incident lights that are incident from the opposite side are combined and emitted by different wavelengths. Focused at different positions aspherical mirror 2 for each length, the light reflected back by the aspherical mirror 2 and a collimating lens 1-5 to parallel light.
[0014]
Here, for convenience, the optical axis of the VIPA assembly 1 is the Z-axis direction of the three-dimensional coordinates, the collimating lens 1-5 focuses the light of different wavelengths on the aspherical mirror 2, the Y-axis direction, and the movement of the moving stage The direction is the X-axis direction.
Here, FIG. 12 is a diagram showing the mounting state of the aspherical mirror in some detail.
In FIG. 12, 2 is an aspherical mirror and 3 is a moving stage.
[0015]
Then, as shown in FIG. 12 (b), the aspherical mirror 2 is bonded onto the mirror mounting base 3-1, and the mirror mounting base 3-1 is mounted in such a manner that the projection is fitted in the hole of the L-shaped member 3-2. And fixed by welding. Here, if the lower surface of the L-shaped member 3-2 is parallel to the XY plane, the aspherical mirror 2 can be rotated on the XY plane around the fitting position. . In order to rotate the aspherical mirror 2 on the XY plane, a normal adjustment hand is used.
[0016]
The L-shaped member 3-2 on which the mirror mounting base 3-1, to which the aspherical mirror 2 is bonded, is fixed to the L-shaped member fixing base 3-3 with screws, for example. A fixed shaft 3-4 passes through the L-shaped member fixing base 3-3, and the fixed shaft 3-4 is fitted into the hole of the stage member 3-5 and welded after adjusting the angle appropriately. The spherical mirror 2 can be fixed to the stage 3. Then, when the fixed shaft 3-4 is fitted into the hole of the stage member 3-5, the dimension is set such that the back surface of the L-shaped member fixing base 3-3 is in close contact with the surface of the stage member 3-5. The L-shaped member fixing base 3-3 can be prevented from rotating with respect to the stage member 3-5.
[0017]
In FIG. 12, the mounting state of the aspherical mirror and the shapes of the mirror mounting base, the L-shaped member, the L-shaped member fixing base, the stage member, etc. are not shown so accurately, but these shapes themselves are of the present invention. This is not the essence. Also, the configuration of the adjusting hand is not accurately shown for the same reason, and it is easy for those skilled in the art to configure the adjusting hand.
[0018]
By installing the aspherical mirror 2 as described above, the curved surface serving as the reflecting surface of the aspherical mirror 2 faces upward in the Z-axis direction.
FIG. 10 is a diagram for explaining the role of the aspherical mirror.
In FIG. 10A, 2 is an aspherical mirror and 3 is a moving stage.
In FIG. 10A, light λ having different wavelengths₁, Λ₂And λ_ThreeThese three waves are focused at different positions in the Y-axis direction at a specific X coordinate of the aspherical mirror 2.
[0019]
The aspherical mirror 2 has a different cross-sectional shape for each different X coordinate. FIGS. 10B to 10D show the cross-sectional shapes, and FIG. 10B is a cross-sectional view of the aspherical mirror 2 at the X coordinate indicated by (1) in FIG. 10C is a cross-sectional view of the aspherical mirror 2 at the X coordinate indicated by (2) in FIG. 10 (A), and FIG. 10 (D) is an X indicated by (3) in FIG. 10 (A). It is sectional drawing of the aspherical mirror 2 in a coordinate.
[0020]
That is, the cross-sectional shape of the aspherical mirror 2 is a concave mirror when the X coordinate is near (1), a mirror close to a plane mirror when the X coordinate is near (2), and a convex mirror when the X coordinate is near (3). The cross-sectional shape continuously changes in accordance with the change from (1) to (3).
Here, only in FIG. 10C, λ in FIG.₁, Λ₂And λ_ThreeAre incident light and reflected light, but the wavelength λ incident on the central axis 2-1 of the aspherical mirror 2 is shown.₂Is reflected in the same optical axis direction as the incident optical axis. In contrast, the wavelength λ₂Wavelength λ incident on the Y-axis direction higher than the light of₁Light is reflected slightly above the incident optical axis and has a wavelength of λ₂Wavelength λ incident at a position lower in the Y-axis direction than the light of_ThreeIs reflected slightly below the incident optical axis.
[0021]
On the other hand, the convex mirror shown in FIG.₁, Λ₂And λ_ThreeAre incident on the same Y-coordinate position as in FIG. 10 (a), the wavelength λ₂Is reflected in the same optical axis direction as the incident optical axis, and the wavelength λ₁Is reflected upward from the case of FIG._ThreeIs reflected downward from the case of FIG.
[0022]
In addition, the concave mirror shown in FIG.₁, Λ₂And λ_ThreeIs incident on the same Y coordinate position as in FIG.₂Is reflected in the same optical axis direction as the incident optical axis, and the wavelength λ₁Light is reflected downward from the incident direction, and the wavelength λ_ThreeIs reflected upward from the incident direction.
Here, a line connecting points where light incident on the aspherical mirror is reflected in the same optical axis direction as the incident optical axis is referred to as a central axis 2-1 of the aspherical mirror. That is, the central axis 2-1 is a straight line on the surface of the aspherical mirror.
[0023]
As described above, the light reflected by the aspherical mirror 2 passes through the collimating lens 1-5, VIPA1-4, collimating lens 1-3, and collimating lens 1-2 in FIG. Is incident on. Then, light having different wavelengths passes through paths having different lengths from when it is emitted from the end face of the optical fiber 1-1 to when it enters the end face of the optical fiber 1-1.
[0024]
For example, when the light is reflected by the convex mirror in FIG.₁Of light passes through the longest path, wavelength λ_ThreeIs returned to the end face of the optical fiber 1-1 through the shortest path and reflected by the concave mirror in FIG._ThreeOf light passes through the longest path, wavelength λ₁Of light returns to the end face of the optical fiber 1-1 through the shortest path.
As described above, the path length is different for each wavelength depending on which position of the aspherical mirror 2 is reflected and returns to the end face of the optical fiber 1-1. Therefore, the moving stage 3 is moved in the X-axis direction. The chromatic dispersion characteristics in the VIPA chromatic dispersion compensator can be controlled. That is, the VIPA chromatic dispersion compensator is a variable chromatic dispersion compensator.
[0025]
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the cross-sectional shape of the aspherical mirror and the waveform after compensation.
FIG. 11 (a) shows a received waveform whose waveform has deteriorated due to the influence of chromatic dispersion.
On the other hand, as shown in FIG. 11C, when the light is reflected by the cross section at the position shown in FIG.₂Wavelength λ for light_ThreeOf light passes through a slightly shorter path, wavelength λ₁As a result of the return of the light beam through a slightly long path, if the chromatic dispersion is moderately compensated, as shown in FIG. , Wavelength dispersion λ₂Wavelength λ for light_ThreeWavelength of light λ₁As a result, the same wavelength dispersion as the chromatic dispersion characteristic of the optical fiber transmission line is added, and the waveform further expands.
[0026]
On the contrary, as shown in FIG. 11 (d), when the light is reflected by the cross section at the position of FIG.₂Wavelength λ for light_ThreeOf light through a very short path, wavelength λ₁As a result, the light returns through a very long path, resulting in an overcompensation state, and the waveform has a narrower half width than the optimum waveform.
On the other hand, with respect to a waveform received with a wider waveform than that shown in FIG. 11 (a) due to the influence of larger chromatic dispersion, the light branched for each different wavelength is shown in section (3) in FIG. 10 (d). When reflected, the influence of chromatic dispersion is removed, and conversely, if the waveform received in the overcompensated state due to the influence of negative dispersion is reflected in the section (1) in FIG. The effect of chromatic dispersion is removed.
[0027]
That is, the waveform degradation due to chromatic dispersion can be compensated by reflecting the light decomposed into different wavelengths at the location of the optimum cross-sectional shape of the aspherical mirror according to the degree of waveform degradation due to the influence of chromatic dispersion. Therefore, in the VIPA chromatic dispersion compensator shown in FIG. 9, the waveform stage due to the chromatic dispersion can be compensated by moving the moving stage 3 in the X-axis direction and reflecting it in the optimum cross-sectional shape of the aspherical mirror. .
[0028]
Although not shown in the figure, the configuration is such that the chromatic dispersion characteristics compensated as described above are monitored, and the position of the moving stage 3 is controlled so that, for example, the absolute value of chromatic dispersion at all wavelengths is below a predetermined value. If the chromatic dispersion characteristic of the optical fiber transmission line is changed, the chromatic dispersion characteristic can be compensated following the change. Therefore, the VIPA chromatic dispersion compensator shown in FIG. 9 can exhibit chromatic dispersion compensation performance superior to the dispersion compensating fiber.
[0029]
[Prior art]
However, according to the VIPA chromatic dispersion compensator, chromatic dispersion cannot be compensated unconditionally, and in order to perform chromatic dispersion compensation accurately,
(1) The optical axis of the VIPA assembly and the central axis of the aspherical mirror are perpendicular to each other.
(2) The central axis of the aspherical mirror and the traveling axis of the moving stage are parallel.
Is a condition.
[0030]
This means that light of a wavelength hitting the central axis of the aspherical mirror always hits the central axis even when the moving stage is moved, and light of a different wavelength hits the aspherical mirror on a line perpendicular to the central axis. This is because the surface shape of the aspherical mirror is designed on the premise.
Of these, the technology that makes the optical axis of the VIPA assembly and the central axis of the aspherical mirror exactly orthogonal is the most important and difficult technology, and is the subject technology of the present invention.
[0031]
FIG. 8 is a diagram conceptually showing the conventional axis adjustment of the mirror for making the optical axis of the VIPA assembly perpendicular to the central axis of the aspherical mirror. Since the constructions of the VIPA assembly and the mirror assembly have already been described with reference to FIGS. 9 and 12, the internal description of the VIPA assembly and the mirror assembly is omitted in FIG. Only the adjustment will be described, and the reference numerals for the components of the axis adjustment method are omitted.
[0032]
This adjustment system includes a tunable laser that can output light of a variable wavelength, a dispersion measuring device that measures chromatic dispersion, and a VIPA chromatic dispersion compensator that includes a VIPA assembly and a mirror assembly. .
Here, the optical circulator is a three-terminal element, the light incident on the terminal A is output from the terminal B, and the light input to the terminal B is output from the terminal C. Therefore, the terminal A is a tunable as a light source. A laser is connected, a VIPA chromatic dispersion compensator is connected to terminal B, and a dispersion measuring device is connected to terminal C to form an adjustment system.
[0033]
First, a VIPA chromatic dispersion compensator is constructed by temporarily fixing a VIPA assembly and a mirror assembly, and a tunable laser that extracts and outputs light of a specific wavelength from a laser that can output light in a wide wavelength range (see FIG. In this case, the light output from “Tu laser” is supplied to the VIPA chromatic dispersion compensator through an optical circulator.
[0034]
As described above, the light input to the VIPA chromatic dispersion compensator is input from the VIPA assembly to the mirror assembly through an optical path determined by the wavelength, and is incident on the reflecting surface of the aspherical mirror constituting the mirror assembly. Is reflected at an angle determined by the incident point, propagates through optical paths having different optical path lengths determined by the wavelength, returns to the VIPA assembly, and is output from the VIPA assembly. The output light from the VIPA assembly is input to the dispersion measuring device via the optical circulator, and the chromatic dispersion received by the VIPA chromatic dispersion compensator is measured.
[0035]
Now that the amount of dispersion received by light of a specific wavelength has been measured, the wavelength extracted by the tunable laser is then changed as appropriate, and the newly extracted wavelength of light is received by the VIPA chromatic dispersion compensator. Measure the chromatic dispersion. Therefore, the chromatic dispersion versus wavelength characteristic of the VIPA chromatic dispersion compensator in a desired wavelength range can be obtained by variably controlling the output wavelength of the tunable laser and repeating the above measurement of the chromatic dispersion.
[0036]
If the chromatic dispersion characteristic of the VIPA chromatic dispersion compensator is not a desired characteristic, the chromatic dispersion amount vs. wavelength characteristic is measured again while changing the inclination θ that appropriately determines the optical axis of the VIPA assembly. When the chromatic dispersion characteristic of the VIPA chromatic dispersion compensator finally matches the desired characteristic, the VIPA assembly and the mirror assembly are fixed by welding, and the adjustment is completed.
[0037]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the initially obtained chromatic dispersion vs. wavelength characteristic is different from the desired characteristic, the angle of the VIPA assembly in which direction and how much the angle is changed will match the desired chromatic dispersion amount. This is an adjustment by trial and error, in which the angle is appropriately changed and measured again, and if it is not the desired characteristic again, a new angle is set referring to the previous measurement result and the measurement is started again. Become. Therefore, the time required for the adjustment is never short, and more time is required for the adjustment when the operator performing the adjustment has little experience.
[0038]
In addition, the conventional adjustment system must be equipped with a tunable laser as a light source and a dispersion measuring instrument for measuring chromatic dispersion, and is common to active adjustment, which makes the adjustment system very expensive. There is a problem.
The above problem is not limited to the angle adjustment between the optical axis of the VIPA assembly and the central axis of the aspherical mirror constituting the mirror assembly in the VIPA chromatic dispersion compensator, but various aspherical mirrors applied to the optical transmission system. This problem is common to the adjustment of the axis of the light and the optical axis of the light incident on the aspherical mirror.
[0039]
In view of such a problem, the present invention can adjust the axis of the aspherical mirror and the optical axis of the light incident on the aspherical mirror in an accurate direction, and can be the same optical signal source as the actual product or an expensive one. An object of the present invention is to provide an axis adjustment method for an aspherical mirror that can be passively adjusted without requiring a measuring instrument.
Further, in assembling and adjusting the VIPA chromatic dispersion compensator, there is a possibility that an error is given to the angle of the aspherical mirror when the adjusting hand presses the aspherical mirror, and this error affects the characteristics of the VIPA chromatic dispersion compensator.
[0040]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an aspherical mirror assembly adjustment method that can accurately detect an error given to the angle of the aspherical mirror caused by the adjustment hand pressing the aspherical mirror. .
[0041]
[Means for Solving the Problems]
In the first invention, when the optical axis of the detection optical system is the Z axis, and the two-dimensional coordinates orthogonal to the Z axis defined by the imaging means for the image detected by the detection optical system are the X axis and the Y axis The Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror with parallel light from the Z-axis direction is measured in a predetermined range in the XY plane, and the brightness is determined for each X coordinate. Including a process of determining the position of the maximum point and determining that the rotation angle around the X axis of the aspherical mirror is within a desired range based on a change in a correlation coefficient indicating a distribution of a point group having the maximum brightness. This is a method for adjusting the axis of an aspherical mirror.
[0042]
According to the first invention, the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror with parallel light from the Z-axis direction is measured within a predetermined range in the XY plane. The correlation coefficient indicating the distribution of the point group having the maximum brightness obtained from the position of the point having the maximum brightness for each X coordinate is uniquely determined by the radius of curvature of the aspherical mirror in the irradiation range of the parallel light. Therefore, it is possible to determine that the rotation angle around the X axis of the aspherical mirror is within a desired range based on the change in the correlation coefficient indicating the distribution of the point group having the maximum brightness. Moreover, it is only necessary to measure the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror from the Z-axis direction within a predetermined range in the XY plane. Passive adjustment that is not required is possible, and the accuracy and cost of axis adjustment can be improved.
[0043]
According to a second aspect of the present invention, in the method for adjusting the axis of the aspherical mirror according to the first aspect of the invention, the rotation angle about the X axis of the aspherical mirror is desired by the change in dispersion indicating the distribution of the point group that maximizes the brightness. This is a method for adjusting the axis of an aspherical mirror.
According to the second invention, the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror with parallel light from the Z-axis direction is measured within a predetermined range in the XY plane. Since the dispersion indicating the distribution of the point group having the maximum brightness obtained from the position of the point having the maximum brightness for each X coordinate is uniquely determined by the radius of curvature of the aspherical mirror in the irradiation range of the parallel light, It is possible to determine that the rotation angle around the X axis of the aspherical mirror is within a desired range by the change in dispersion indicating the distribution of the point group with the maximum brightness. Moreover, it is only necessary to measure the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror from the Z-axis direction within a predetermined range in the XY plane. Passive adjustment that is not required is possible, and the accuracy and cost of axis adjustment can be improved.
[0044]
According to a third aspect of the present invention, in the method of adjusting the axis of the aspherical mirror according to the first aspect of the invention, the correlation coefficient indicating the distribution of the point group that maximizes the brightness is minimized so that A method of adjusting an axis of an aspherical mirror, wherein the rotational angle is determined to be in a desired range.
According to the third aspect of the present invention, the correlation coefficient indicating the distribution of the point group in which the brightness is maximum in the normal aspherical mirror in which the radius of curvature of the cross section of the aspherical mirror is maximum in the axis of the aspherical mirror is minimum. Therefore, it is possible to determine that the rotation angle around the X axis of the aspherical mirror is in a desired range. Moreover, it is only necessary to measure the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror from the Z-axis direction within a predetermined range in the XY plane. Passive adjustment that is not required is possible, and the accuracy and cost of axis adjustment can be improved.
[0045]
  The fourth invention isIn the method for adjusting the axis of the aspherical mirror of the first invention,Find the average value of the brightness in the range and minimize the difference in the average value of the brightnessByAspherical mirrorYA method of adjusting an axis of an aspherical mirror, comprising: a process of determining that a rotation angle about an axis is in a desired range.
[0046]
According to the fourth invention, the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror with parallel light from the Z-axis direction is obtained within a predetermined range in the XY plane. The average value of the brightness in the range is uniquely determined by the rotation angle of the aspherical mirror about the Y axis, and when the rotation angle is optimal, the difference in the average value is minimized. By minimizing, it is possible to determine that the rotation angle around the Y axis of the aspherical mirror is in a desired range. Moreover, it is only necessary to measure the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror from the Z-axis direction within a predetermined range in the XY plane. Passive adjustment that is not required is possible, and the accuracy and cost of axis adjustment can be improved.
[0047]
  The fifth invention isUsing the method for adjusting the axis of the aspherical mirror according to any one of the first to third aspects, the pressing force of the adjusting jig against the aspherical mirror is determined based on the inclination of the aspherical mirror with respect to the XY plane. The pressing force can be adjusted so that the inclination of the spherical mirror with respect to the XY plane does not fluctuate.This is an assembly adjustment method for an aspherical mirror.
[0048]
  According to the fifth invention,1st invention to 3rd inventionThe aspherical mirror is applied by applying the method for adjusting the axis of the aspherical mirror described in any of the above.Around the X axisIt is possible to determine whether or not the adjusting jig is in contact with the aspherical mirror and tilting the aspherical mirror, thereby improving the reliability of the assembling adjustment of the aspherical mirror. be able to. Moreover, it is only necessary to measure the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror from the Z-axis direction within a predetermined range in the XY plane. Passive adjustment that is not required is possible, and the accuracy and cost of assembly adjustment can be improved.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the technique of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 2 is an aspherical mirror, 3 is a moving stage on which the aspherical mirror 2 is mounted and fixed. The aspherical mirror 2 and the moving stage constitute a mirror assembly.
[0050]
4 is a parallel illumination source that irradiates the aspherical mirror 2 with parallel light from the Z-axis direction, 4-1 is a half mirror that reflects the parallel light emitted by the parallel illumination source 4, and 5 is the reflected light of the aspherical mirror 2. A telecentric lens 6 for condensing parallel light components in the Z-axis direction, and a CCD camera 6 as an image pickup means for receiving the light collected by the telecentric lens 5. The parallel illumination source 4, the telecentric lens 5, and the CCD camera 6 constitute a detection optical system.
[0051]
In the parallel illumination source 4, the light emitted from the optical fiber is converted into parallel light by a collimating lens and emitted to the half mirror 4-1. The telecentric lens 5 condenses light of a component parallel to the Z axis by combining a plurality of lenses. Since both are configured by applying known techniques, further explanation is omitted.
[0052]
7 is a transmission illumination source that emits light in the Z-axis direction from below the moving stage 3 on which the aspherical mirror 2 is mounted, 8 is a display that displays an image captured by the CCD camera 6, and 9 is a feature of the image captured by the CCD camera. Is a controller that controls the stage described later. The controller 9 may be of a type that automatically controls the stage or a type that manually controls the stage.
[0053]
10 is an XY stage that translates in the X-axis direction or the Y-axis direction on the XY plane, 11 is a rotation stage that rotates the XY plane about the Z-axis, and 12 is an X-Y plane that is X An XY gonio stage that rotates about the axis or the Y axis, 13 is an adjustment hand for directing the central axis of the aspherical mirror 2 in a direction parallel to the X axis, and 14 is the detection optical system in the Z axis direction. A Z stage to be moved.
[0054]
Here, the XY stage 10, the rotation stage 11, the XY gonio stage 12, and the Z stage 14 are set to have a predetermined relationship in the three-dimensional coordinates of XYZ. The adjusting hand 13 is arranged and set so that the aspherical mirror can be rotated on the XY plane in the three-dimensional coordinates of XYZ. Since the arrangement and setting of the stage are known techniques, further detailed description is omitted. The details of the mounting state of the aspherical mirror on the moving stage are omitted in FIG. 1, but this is described in detail in FIG.
[0055]
Now, a detection optical system including the parallel illumination source 4, the telecentric lens 5, and the CCD camera 6 is fixed to a Z stage 14 that moves in parallel with the Z axis perpendicular to the XY plane, and the light from the parallel illumination source 4 is transmitted. Reflected by the half mirror 4-1. As described above, since the curved surface of the aspherical mirror 2 is directed upward in the Z-axis direction, the parallel light reflected by the half mirror 4-1 hits the curved surface of the aspherical mirror 2 and is reflected, and the reflected light parallel to the Z-axis is reflected. The light is condensed by the telecentric lens 5 and picked up by the CCD camera 6.
[0056]
The image picked up by the CCD camera 6 is displayed on the display 8, and the controller 9 performs image processing to be described later. Based on the result of the image processing, the controller 9 controls the XY stage 10, the rotating stage 11 and the XY gonio stage 12, and adjusts the angle by the adjusting hand 13 to thereby adjust the center of the aspherical mirror 2. Processing for making the axis normal parallel to the optical axis of the detection optical system is performed as follows.
[0057]
First, the transmitted illumination source 7 of FIG. 1 is turned on from the lower side of the aspherical mirror, and the position of the reference hole 3-6 provided at a predetermined position of the L-shaped member 3-2 for attaching the aspherical mirror 2 from the detected image. Is calculated, and the mounting position shift of the aspherical mirror on the XY plane is obtained from the calculation result to correct the position shift.
Next, the adjusting hand 13 rotates the aspherical mirror 2 on the XY plane so that the central axis of the aspherical mirror 2 coincides with the X axis.
[0058]
When the central axis of the aspherical mirror 2 coincides with the X axis, the parallel illumination source 4 is turned on and the operation for adjusting the rotation angle of the aspherical mirror 2 around the X axis is started. In order to do this, the XY gonio stage is rotated around the X axis, for example, with a resolution of 0.01 degrees within a range of ± 1 degree, and the Z of reflected light from the aspherical mirror is rotated each time the XY gonio stage is rotated. The axis component is measured in a predetermined range in the XY plane, the position of the point having the maximum brightness is obtained for each X coordinate, and the correlation coefficient indicating the distribution of the point group having the maximum brightness is obtained. .
[0059]
FIG. 2 is a diagram showing an axis adjustment method for obtaining the optimum rotation angle around the X axis of the aspherical mirror. FIG. 2A shows that the brightness when the detected image and the X coordinate are determined is maximum. FIG. 2B is a diagram showing only the point where the brightness is maximum. In the detection optical system of FIG. 1, when a parallel light beam in the Z-axis direction is applied to the aspherical mirror 2 and the Z-axis component is extracted from the reflected light from the aspherical mirror 2 by the telesetric lens, an image is displayed. A generally lip-shaped image is obtained. In this case, the image has 640 pixels in the X-axis direction and 480 pixels in the Y-axis direction, and the brightness gradation is 8 bits (256 gradations).
[0060]
In this lip-shaped image, the portion that protrudes to the left and right in the X-axis direction has information on the rotational angle around the X-axis of the aspherical mirror 2, so Sets two ranges having a width of 120 pixels that are symmetric with respect to the Y axis, finds a point where the brightness is maximum for each X coordinate within the set range, and sets the X coordinate of the point where the brightness is maximum and Find the Y coordinate. This is shown in FIG. The right side of the photograph in FIG. 2 (a) shows how to find the point at which the brightness is maximum at a specific X coordinate. Scanning 480 pixels in the Y-axis direction, the brightness is 256th floor. It shows that the Y coordinate of the pixel having the maximum brightness is obtained by measuring with a tone.
[0061]
Here, in FIG. 2 (a), since the point where the brightness is maximum is displayed on the photographic image, it is difficult to see, so only the point where the brightness is maximum is extracted and displayed. FIG. 2 (b).
The above data is obtained for each rotation angle by rotating the aspherical mirror 2 of FIG. 1 around the X axis with a resolution of 0.01 degrees within a range of ± 1 degree, for example. At the same time, the number of pixels having brightness greater than or equal to a predetermined value in the lip image is counted for each rotation angle, and the area of the bright region is obtained.
[0062]
From the coordinates of the point group with the maximum brightness, the correlation coefficient between the points with the maximum brightness is determined. That is, the variance in the X-axis direction is σ_X, The variance in the Y-axis direction is σ_Y, The covariance σ_XYThen the correlation coefficient ρ_XYIs obtained by the following equation.
ρ_XY= Σ_XY/ (Σ_X・ Σ_Y(1)
here,
σ_X ²= Σ (X_i-ΣX_i/ N)²/ N (2)
σ_Y ²= Σ (Y_i-ΣY_i/ N)²/ N (3)
σ_XY= Σ (X_i-ΣX_i/ N) (Y_i-ΣY_i/ N) / n (4)
It is. Further, n is the total number of pixels in the X-axis direction in the range set in the portion extending to the left and right in the X-axis direction, and 240 is (120 × 2), i is a counter of the total number of pixels, and is any of 0 to 239, Σ indicates an addition operation when i is between 0 and 239.
[0063]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the aspherical mirror about the X axis, the correlation coefficient, and the area of the bright region. FIG. The relationship between the number of relations and the area of the bright region itself, FIG. 3B is a detection image at the rotation angle B in FIG. 3A, and FIG. 3C is the detection at the rotation angle A in FIG. It is an image.
In fact, when the aspherical mirror is rotated around the X axis, the lip-shaped detection image that is substantially symmetrical in the vertical and horizontal directions as shown in FIG. 3 (C), and the vertical and horizontal symmetry as shown in FIG. 3 (B). A detection image with a loss of brightness can be obtained, but the correlation coefficient between the points where the brightness is maximum and the bright region are obtained by finding the point group where the brightness is maximum as described above regardless of the shape of the detection image Find the area.
[0064]
When this result is displayed on a graph, as shown in FIG. 3 (a), the correlation coefficient becomes minimum at a specific angle (angle A), and increases as the rotation angle increases. On the other hand, the area of the bright region is maximized in the vicinity of a specific angle (angle A), and decreases as the rotation angle increases.
By the way, since the aspherical mirror used for the VIPA chromatic dispersion compensator is made with reference to the central axis, the normal of the mirror surface is distributed in a straight line on the central axis, and separated from the central axis according to the unevenness. Turn to the direction. Therefore, the point where the brightness is maximum in a relatively wide range near the central axis is obtained, and the point where the brightness is maximum in a comparatively narrow range is obtained as the distance from the central axis increases. The correlation coefficient between points at which the maximum value becomes the minimum near the central axis, and the larger the distance from the central axis, the larger the value becomes 1.
[0065]
The area of the bright region is maximized in the vicinity of the central axis where the correlation coefficient is minimum, and becomes a small value at a location away from the central axis where the correlation coefficient is large.
That is, in FIG. 3A, the angle A at which the correlation coefficient is the minimum and the area of the bright region is the maximum is the rotation angle of the central axis of the aspheric mirror, that is, the optimum around the X axis of the aspheric mirror. It can be seen that it shows a rotation angle. And since the change in the correlation coefficient is steep near the optimal rotation angle and the change in the area of the bright region is slow, if the rotation angle that minimizes the correlation coefficient is determined to be optimal, it is accurately optimal. The rotation angle can be obtained. In addition, in order to search for the optimum rotation angle, a rotation angle that maximizes the area of the bright region is obtained in a relatively large rotation angle step, and a fine rotation angle is obtained in the vicinity of the obtained rotation angle. If the rotation angle that minimizes the correlation coefficient is obtained in the step, the time required to obtain the optimum rotation angle can be shortened.
[0066]
In the above description, it has been explained that the optimum rotation angle can be obtained by changing the correlation coefficient. However, if the correlation coefficient is expressed by the equation (1), the optimum rotation angle can be obtained by changing the variance. You can also In this case, the simplest determination method is σ given by equation (3)_YIs an index. In the above description, the point where the brightness is maximum in the range symmetric with respect to the Y axis has been described. However, the point where the brightness is maximum in the range symmetric with respect to the Y axis may not be determined. . This is clear from the relationship between the normal direction of the mirror surface and the correlation coefficient.
[0067]
FIG. 4 shows a method for accurately obtaining the point at which the brightness is maximized.
For example, when the X coordinate is fixed and the change in brightness in the Y direction is obtained, the left side of FIG. 4 is obtained. If this is magnified near the point where the brightness is maximum, it will look like the figure on the right side of FIG. 4. The change in brightness should be small or the brightness should be maximized near the point where the brightness is maximum. Although the pixel is not an address pixel, the brightness of the pixel (A) having a specific address may be maximized due to the influence of noise.
[0068]
In order to obtain the point at which the brightness is maximized accurately in such a case, in the case of FIG. 4, the addresses (C and D) of the dark pixels by a predetermined gradation are obtained from the brightness of the pixel A, and C And the average value (B) of D and the address of the pixel having the maximum brightness. In this case, if the predetermined gradation is too small, the influence of noise may not be removed even if the average is taken. Conversely, if the predetermined gradation is too large, the brightness near the point where the brightness is maximum. If the curve has asymmetry, it may not be possible to obtain an accurate point on average, so it is necessary to select an appropriate gradation. For example, in the case of 8 bits (256 gradations), about 10 gradations or less are appropriate.
[0069]
FIG. 5 is a diagram showing an axis adjustment method for obtaining the optimum rotation angle around the Y axis of the aspherical mirror.
When the adjustment operation of the rotation angle about the X axis is finished, the operation of adjusting the rotation angle about the Y axis is started. This operation is performed as follows. In other words, in the lip-shaped image that protrudes to the left and right, two determination areas consisting of a predetermined number of pixels are set, and the gonio stage is rotated around the Y axis to individually determine the average brightness of the determination area. In addition, the difference in average brightness between the two determination areas is obtained. Although the shape and the number of pixels of the determination area are arbitrary, it is preferable to set a determination area composed of a plurality of pixels in order to be less susceptible to noise.
[0070]
Now, the mirror surface of the aspherical mirror applied to the VIPA chromatic dispersion compensator continuously changes in the X-axis direction from the convex mirror to the concave mirror, and the brightness on the central axis is substantially equal. Therefore, when the rotation angle around the Y axis of the aspherical mirror is optimal, the average brightness of the left and right determination areas is substantially equal, and the difference between the average brightness of the left and right determination areas increases with distance from the optimal rotation angle. Come.
[0071]
The present invention is based on the above fact, and determines the optimum rotation angle around the Y axis when the difference in average brightness between the left and right determination areas is minimum or less than a threshold value.
It should be noted that the position where the determination area for obtaining the average brightness is set may be determined in consideration of the symmetry of the image taken by the CCD camera, and therefore it is not necessarily set at a position symmetric with respect to the Y axis.
[0072]
In the aspherical mirror applied to the VIPA chromatic dispersion compensator, as described above, the optimum turning angle around the X axis and the optimum turning angle around the Y axis are obtained, and the turning around the X axis and the Y axis is performed. When the angle reaches the respective optimum rotation angle, it is determined that the Z axis in FIG. 1 and the central axis of the aspherical mirror are in an optimal state.
As described above, after the aspherical mirror is adjusted to the optimum rotation angle around the X axis and the optimum rotation angle around the Y axis, the VIPA assembly and the mirror assembly may be combined as follows.
[0073]
That is, the optical axis of the VIPA assembly is set parallel to the optical axis of the detection optical system having the configuration shown in FIG. 1, that is, the Z axis, and the mirror assembly is moved directly below the VIPA assembly by the XY stage. After the alignment, the VIPA assembly and the mirror assembly may be joined by welding. As already described in detail, the center axis of the aspherical mirror and the Z-axis are orthogonal to each other by the above-described method of adjusting the axis of the aspherical mirror, so that the VIPA assembly in which the optical axis is set parallel to the Z-axis. This is because the optical axis of the VIPA assembly and the central axis of the aspherical mirror are perpendicular to each other.
[0074]
As described above, in the aspherical mirror applied to the VIPA chromatic dispersion compensator, both adjustments of the rotation angles around the X axis and the Y axis are essential, but depending on the shape of the mirror surface of the aspherical mirror. In some cases, it can be determined that the aspherical mirror is adjusted to the optimum state with respect to the incident optical axis by obtaining the optimum rotation angle around the X axis or the Y axis.
[0075]
That is, the present invention provides an axis adjustment method including a process for obtaining the optimum rotation angle by the above method around the X axis, and an axis adjustment method including a process for obtaining the optimum rotation angle by the above method around the Y axis. It is.
FIG. 6 is an image diagram showing the relationship between the pressing of the adjusting hand and the inclination of the aspherical mirror.
[0076]
In FIG. 6, 2 is an aspherical mirror, 3-1 is a mirror mounting base, 3-2 is an L-shaped member, and 13 is an adjusting hand.
As described above, when the axis of the aspherical mirror is adjusted, the aspherical mirror 2 is rotated left and right in the XY plane by the adjusting hand 13 in the configuration of FIG. There is an operation of adjusting the central axis of the parallel to the X axis. At this time, when the adjusting hand presses the aspherical mirror 2, the aspherical mirror is inclined on the mirror mounting base 3-1 as indicated by the arrow in FIG. 6, and this inclination indicates the characteristic of the VIPA chromatic dispersion compensator. Therefore, there is a need for a method for assembling and adjusting the aspherical mirror that can accurately detect the inclination of the aspherical mirror.
[0077]
Here, the technique described above is applied to accurately detect the inclination of the aspherical mirror. That is, since the inclination is equivalent to rotation around the X axis, the change in the correlation coefficient is detected by the configuration shown in FIG. 1 while the central axis of the aspherical mirror 2 is being adjusted. It is determined whether or not the mirror is tilted.
FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the moving distance of the adjusting hand and the correlation coefficient.
[0078]
In FIG. 7, the horizontal axis represents the movement distance of the adjusting hand, and the vertical axis represents the correlation coefficient. Originally, when the aspherical mirror is bonded to the mirror mounting base 3-1, and mounted on the L-shaped member 3-2, the inclination of the aspherical mirror 2 with respect to the XY plane is not large. Therefore, the correlation coefficient is usually not large at the beginning of mounting.
However, when the adjusting hand presses the aspherical mirror and tilts the aspherical mirror, the correlation coefficient changes (increases) as described above. Therefore, if the correlation coefficient starts to change while the central axis of the aspherical mirror is being adjusted using the adjusting hand, it is determined that the aspherical mirror has started to tilt by the adjusting hand pressing the aspherical mirror at that time. be able to.
[0079]
In FIG. 7, “not contacted” and “contacted” mean this. Since it can be seen that the adjustment hand tilts the aspherical mirror in this way, be careful not to cause a change in the correlation coefficient by moving the adjustment hand again to a position where the change in the correlation coefficient becomes small. If the central axis is adjusted, the central axis of the aspherical mirror can be adjusted parallel to the X axis without any error in the angle of the aspherical mirror. When the above axial adjustment is completed, the central axis of the aspherical mirror becomes Z It is set to an optimum angle with respect to the axis. This means that the central axis of the aspherical mirror is set at right angles to the Z axis.
[0080]
Here, only the explanation was given assuming that the aspherical mirror rotates about the X axis by the pressing force of the adjusting hand, but the rotation of the aspherical mirror about the Y axis by the pressing force of the adjusting hand is determined. It can detect using the difference of the average brightness of an area | region.
(Supplementary Note 1) When the optical axis of the detection optical system is the Z-axis, and the two-dimensional coordinates orthogonal to the Z-axis defined by the imaging means for the image detected by the detection optical system are the X-axis and the Y-axis,
The Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror with parallel light from the Z-axis direction is measured in a predetermined range in the XY plane, and the brightness is maximum for each X coordinate. Find the position of the point
The rotation angle around the X axis of the aspherical mirror is determined to be within a desired range based on a change in the correlation coefficient indicating the distribution of the point group having the maximum brightness
A method for adjusting the axis of an aspherical mirror.
[0081]
(Supplementary Note 2) In the method for adjusting the axis of the aspherical mirror according to Supplementary Note 1,
A method of adjusting an axis of an aspherical mirror, wherein the rotation angle about the X-axis of the aspherical mirror is determined to be within a desired range based on a change in dispersion indicating a distribution of a point group having the maximum brightness.
(Supplementary note 3) In the axis adjustment method of the aspherical mirror according to supplementary note 1,
An aspherical mirror characterized by determining that the rotation angle about the X-axis of the aspherical mirror is within a desired range when the correlation coefficient indicating the distribution of the point group having the maximum brightness is minimum. Axis adjustment method.
[0082]
(Supplementary Note 4) When the optical axis of the detection optical system is the Z axis and the two-dimensional coordinates orthogonal to the Z axis defined by the imaging means for the image detected by the detection optical system are the X axis and the Y axis,
The Z axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror with parallel light from the Z axis direction is measured in a range symmetric with respect to the predetermined Y axis in the XY plane, and the Y axis is measured. Find the average brightness in a symmetric range with respect to
It is determined that the rotation angle around the X axis of the aspherical mirror is within a desired range by the difference in the average value of the brightness being minimized.
A method for adjusting the axis of an aspherical mirror.
[0083]
(Appendix 5) When adjusting the relative position of the aspherical mirror with the adjustment jig,
Applying the method of adjusting the axis of the aspherical mirror according to any one of claims 1 to 4, it is determined whether the aspherical mirror is rotating about the X axis or the Y axis,
A method for assembling and adjusting an aspherical mirror, wherein the pressing force of the adjusting jig against the aspherical mirror is controlled.
[0084]
(Supplementary note 6) In the axis adjustment method of the aspherical mirror according to any one of supplementary notes 1 to 3,
When obtaining the position of the point at which the brightness is maximized, a position that is an average coordinate of two coordinates that are lower in brightness by a predetermined gradation than the maximum brightness value in the vicinity of the point at which the brightness is maximized The position of the point where the brightness is maximum
A method for adjusting the axis of an aspherical mirror.
[0085]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the aspherical mirror axis and the optical axis of light incident on the aspherical mirror can be adjusted in the correct direction, and no actual product or expensive measuring instrument is required. An aspherical mirror axis adjustment method capable of passive adjustment includes an optical axis adjustment method of a chromatic dispersion compensator, and an aspherical mirror assembly adjustment method capable of accurately detecting an angle error of the aspherical mirror generated during assembly adjustment. Can be realized.
[0086]
That is, according to the first invention, the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror with parallel light from the Z-axis direction is measured in a predetermined range in the XY plane. The correlation coefficient indicating the distribution of the point group having the maximum brightness obtained from the position of the point having the maximum brightness for each X coordinate is uniquely determined by the curvature radius of the aspherical mirror in the irradiation range of the parallel light. Therefore, it is possible to determine that the rotation angle around the X axis of the aspherical mirror is within a desired range by changing the correlation coefficient indicating the distribution of the point group having the maximum brightness. Moreover, it is only necessary to measure the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror from the Z-axis direction within a predetermined range in the XY plane. Passive adjustment that is not required is possible, and the accuracy and cost of axis adjustment can be improved.
[0087]
According to the second invention, the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror with parallel light from the Z-axis direction is measured in a predetermined range in the XY plane. The dispersion indicating the distribution of the point group having the maximum brightness obtained from the position of the point having the maximum brightness for each X coordinate is uniquely determined by the radius of curvature of the aspherical mirror in the parallel light irradiation range. Therefore, it is possible to determine that the rotation angle around the X axis of the aspherical mirror is within a desired range based on the change in dispersion indicating the distribution of the point group with the maximum brightness. Moreover, it is only necessary to measure the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror from the Z-axis direction within a predetermined range in the XY plane. Passive adjustment that is not required is possible, and the accuracy and cost of axis adjustment can be improved.
[0088]
Further, according to the third invention, the correlation coefficient indicating the distribution of the point group in which the brightness is maximized in the normal aspherical mirror in which the radius of curvature of the cross section of the aspherical mirror is maximum in the axis of the aspherical mirror. Therefore, it is possible to determine that the rotation angle of the aspherical mirror about the X axis is within a desired range. Moreover, it is only necessary to measure the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror from the Z-axis direction within a predetermined range in the XY plane. Passive adjustment that is not required is possible, and the accuracy and cost of axis adjustment can be improved.
[0089]
According to the fourth invention, the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror with parallel light from the Z-axis direction is measured in a predetermined range in the XY plane. The average value of the brightness in the range thus determined is uniquely determined by the rotation angle around the Y axis of the aspherical mirror, and when the rotation angle is optimal, the difference between the average values is minimized. It is possible to determine that the rotation angle about the Y axis of the aspherical mirror is in a desired range by minimizing the difference between the average values. Moreover, it is only necessary to measure the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror from the Z-axis direction within a predetermined range in the XY plane. Passive adjustment that is not required is possible, and the accuracy and cost of axis adjustment can be improved.
[0090]
Furthermore, according to the fifth aspect, whether the aspherical mirror is rotated about the X axis or the Y axis by applying the method for adjusting the axis of the aspherical mirror according to any one of claims 1 to 4. By determining whether or not, it can be determined whether or not the adjustment jig hits the aspherical mirror and tilts the aspherical mirror, so that the reliability of assembly adjustment of the aspherical mirror can be improved. Moreover, it is only necessary to measure the Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror from the Z-axis direction within a predetermined range in the XY plane. Passive adjustment that is not required is possible, and the accuracy and cost of assembly adjustment can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an axis adjustment method for obtaining an optimum rotation angle around the X axis of an aspherical mirror.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a rotation angle of an aspherical mirror about an X axis, a correlation coefficient, and an area of a bright region.
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for accurately obtaining a point at which brightness is maximum.
FIG. 5 is a diagram showing an axis adjustment method for obtaining an optimum rotation angle around the Y axis of an aspherical mirror.
FIG. 6 is an image diagram showing a relationship between pressing of the adjusting hand and inclination of the aspherical mirror.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the moving distance of the adjustment hand and the correlation coefficient.
FIG. 8 is a diagram conceptually showing conventional axis adjustment of a mirror.
FIG. 9 shows a VIPA chromatic dispersion compensator.
FIG. 10 shows the role of an aspherical mirror.
FIG. 11 shows a cross-sectional shape of an aspherical mirror and a waveform after compensation.
FIG. 12 shows a mounted state of an aspherical mirror.
FIG. 13 shows chromatic dispersion compensation.
[Explanation of symbols]
1 VIPA assembly
1-1 Optical fiber
1-2 Collimating lens
1-3 Collimating lens
1-4 VIPA
1-5 Collimating lens
2 Aspherical mirror
2-1 Central axis
3 Moving stage
3-1 Mirror mount
3-2 L-shaped member
3-3 L-shaped member fixing base
3-4 Fixed shaft
3-5 Stage member
3-6 Reference hole
4 parallel illumination sources
4-1 Half mirror
5 Telecentric lens
6 CCD camera
7 Transmitted light source
8 display
9 Controller
10 XY stage
11 Rotating stage
12 XY Goniometer Stage
13 Adjustment hand
14 Z stage

Claims

When the optical axis of the detection optical system is the Z axis and the two-dimensional coordinates orthogonal to the Z axis defined by the imaging means for the image detected by the detection optical system are the X axis and the Y axis,
The Z-axis component of the reflected light from the aspherical mirror obtained by irradiating the aspherical mirror with parallel light from the Z-axis direction is measured in a predetermined range in the XY plane, and the brightness is maximum for each X coordinate. Find the position of the point
An aspherical mirror comprising: a process for determining that the rotation angle about the X axis of the aspherical mirror is within a desired range based on a change in a correlation coefficient indicating a distribution of a point group having the maximum brightness. Axis adjustment method.

The method of adjusting an axis of an aspherical mirror according to claim 1,
A method of adjusting an axis of an aspherical mirror, wherein the rotation angle about the X axis of the aspherical mirror is determined to be within a desired range based on a change in dispersion indicating a distribution of a point group having the maximum brightness.

The method of adjusting an axis of an aspherical mirror according to claim 1,
An aspherical mirror characterized in that a rotation angle around the X axis of the aspherical mirror is determined to be within a desired range by a minimum correlation coefficient indicating the distribution of the point group having the maximum brightness. Axis adjustment method.

The method of adjusting an axis of an aspherical mirror according to claim 1, further comprising:
An average value of the brightness in the range,
A method for adjusting an axis of an aspherical mirror, comprising: determining that the rotation angle about the Y- axis of the aspherical mirror is within a desired range when a difference in average value of the brightness is minimized.

Using the method of adjusting the axis of the aspherical mirror according to any one of claims 1 to 3, the pressing force of the adjusting jig against the aspherical mirror is determined based on the inclination of the aspherical mirror with respect to the XY plane, A method of assembling and adjusting an aspherical mirror , wherein the pressing force can be adjusted so that the inclination of the aspherical mirror with respect to the XY plane does not fluctuate .