JP2002228908A - 光軸調節装置および光軸調節方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既存の光路を通る光ビームの光軸を安定維持
させる。 【解決手段】 入射点Ｑinから射出点Ｑout へ向かって
光ビームが通っている基準光路Ｓ上に、ビーム分配器８
３を置き、ハーフミラーからなる光分配面ξからの反射
光の位置情報（受光素子８５上の照射点Ｑ１０の位置）
と向き情報（受光素子８７上の集光点Ｑ２０の位置）と
を基準情報として記憶装置９１に記憶しておく。基準光
路Ｓ上に光反射素子８１を挿入し、光ビームを光路Ｄ１
へ迂回させ、コーナリフレクタ８２を用いて光路Ｄ３か
ら光分配面ξへ導き、射出点Ｑoutへ向かう反射光と受
光素子８５へ向かう透過光とに分配する。この透過光の
位置情報および向き情報を検出し、制御装置９２によ
り、これらが記憶装置９１内の基準情報に近付くよう
に、光反射素子８１の角度およびコーナリフレクタ８２
の位置を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光軸調節装置および
光軸調節方法に関し、特に、光軸調節が既に完了してい
る光学系に挿入することにより、動作の不安定要素や経
年変化などに起因して光軸にずれが生じる現象を防止す
ることができる光軸調節装置および光軸調節方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光ビームは、微細パターンの露光プロセ
ス、材料の加工プロセス、情報通信など、あらゆる産業
分野において広く利用されている。光ビームを利用する
光学系では、光軸を調節することが重要であり、特に、
レーザビームなどを利用して精密な処理を行うプロセス
では、正確な光軸調節作業が必要になる。一般に、光ビ
ームの光軸調節は、反射鏡やプリズムなどの光学素子を
組み合わせた装置によって行われ、作業者が目視手作業
によって調節を行う場合もあれば、光ビームの位置セン
サからの出力信号に基く自動制御によって調節が行われ
る場合もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような光軸調節
を行うために、これまでに様々な光軸調節装置が用いら
れている。このような従来利用されている光軸調節装置
は、光源から発せられた光ビームを、ターゲットの所定
位置に導くための調節を行うことを目的としたものであ
り、光学系を新たに設置するような場合の光軸調節には
十分な効果を発揮することができる。しかしながら、光
軸調節が既に完了している光学系について、動作の不安
定要素や経年変化などに起因して光軸にずれが生じる現
象を防止する用途には必ずしも適していない。別言すれ
ば、従来の光軸調節装置は、光ビームを積極的に所望の
光路に誘導させるための調節を行う目的で設計されてお
り、既存の光路を通る光ビームが存在するときに、当該
光路を安定維持させる目的で利用するのには不適当であ
る。

【０００４】そこで本発明は、既存の光路を通る光ビー
ムを安定維持させるのに適した光軸調節装置および光軸
調節方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第１の態
様は、図１〜図１０を参照して、後述する§１で説明す
る検出原理に基く光軸調節装置に関するものである。す
なわち、所定の基準光路に沿って光ビームが存在すると
きに、入射光がこの基準光路を外れた場合にも、射出光
が基準光路に沿った状態を維持することができるような
自動光軸調節を行う光軸調節装置において、照射された
光の一部を反射、一部を透過させる光分配面を有し、基
準光路上に配置されたビーム分配手段と、基準光路に沿
って入射した光ビームが光分配面で反射することにより
得られる反射光について、光分配面上での位置および向
きを測定し、この測定結果を基準情報として取得する基
準情報取得手段と、作業者の操作に応じて、入射光の光
ビームを基準光路とは異なる迂回光路へ誘導し、この誘
導された光ビームの位置および向きを調節して光分配面
へ照射する光路迂回調節手段と、迂回光路を経由した光
ビームに基いて光分配面から得られる透過光または反射
光について、光分配面上での位置および向きを測定し、
この測定結果が基準情報に近付くように、光路迂回調節
手段を制御する制御手段と、を設けるようにしたもので
ある。

【０００６】(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１
の態様に係る光軸調節装置を用いて行われる光軸調節方
法に関するものである。すなわち、所定の基準光路に沿
って光ビームが存在するときに、入射光がこの基準光路
を外れた場合にも、射出光が基準光路に沿った状態を維
持することができるような自動光軸調節を行う光軸調節
方法において、照射された光の一部を反射、一部を透過
させる光分配面を、基準光路上に配置する準備段階と、
基準光路に沿って入射した光ビームが光分配面で反射す
ることにより得られる反射光について、光分配面上での
位置および向きを測定し、この測定結果を基準情報とし
て取得する基準情報取得段階と、基準光路を迂回する光
路であって、光ビームの位置および向きを調節する調節
手段が設けられた迂回光路を設定し、入射光の光ビーム
をこの迂回光路へ誘導し、この迂回光路を経由した光ビ
ームが光分配面に照射されるようにする迂回光路誘導段
階と、迂回光路を経由した光ビームに基いて光分配面か
ら得られる透過光または反射光について、光分配面上で
の位置および向きを測定し、この測定結果が基準情報に
近付くように、調節手段を制御する制御段階と、を行う
ようにしたものである。

【０００７】(3) 本発明の第３の態様は、図１１を参
照して、後述する§２で説明する実施形態Ａに係る光軸
調節装置に関するものであり、光ビームを迂回光路へ導
いた後、まず、角度調節を行い、続いて位置調節を行う
ような構成をもった光軸調節装置に関するものである。
すなわち、入射点と射出点とを通る基準光路に沿って光
ビームが存在するときに、入射点と射出点との間に配置
することにより、入射光が基準光路を外れた場合にも、
射出光が基準光路に沿った状態を維持するように光軸調
節を行う機能をもった光軸調節装置において、基準光路
上に配置され、照射された光の一部を反射、一部を透過
させる光分配面をもち、入射光を、反射した一部からな
る入射光反射光と、透過した一部からなる入射光透過光
と、に分配するビーム分配手段と、入射点とビーム分配
手段との間に配置され、入射光を透過させる第１の機能
と、入射光の向きを所定の迂回光路に向けて変化させ、
迂回光として射出する第２の機能と、の２つの機能を選
択的に実行可能な光路切換手段と、迂回光の向きを所定
の設定角度だけ変化させて角度調節光として射出する角
度調節手段と、角度調節光を入射し、この角度調節光に
対して平行で、所定の設定変位量だけずれた位置を通る
位置角度調節光を、ビーム分配手段の光分配面に向けて
射出することにより、この位置角度調節光が、反射した
一部からなる調節光反射光と、透過した一部からなる調
節光透過光と、に分配されるようにする位置調節手段
と、光路切換手段が第１の機能を実行しているときに
は、光分配面における入射光反射光の位置および向きを
検出し、光路切換手段が第２の機能を実行しているとき
には、光分配面における調節光透過光もしくは調節光反
射光の位置および向きを検出する検出手段と、光路切換
手段が第１の機能を実行しているときに、検出手段によ
って検出された位置および向きを基準情報として記憶す
る記憶手段と、光路切換手段が第２の機能を実行してい
るときに、検出手段によって検出される位置および向き
が、記憶手段に記憶されている基準情報の位置および向
きに近付くように、角度調節手段による設定角度および
位置調節手段による設定変位量を制御する機能をもった
制御手段と、を設けたものである。

【０００８】(4) 本発明の第４の態様は、図１２を参
照して、後述する§２で説明する実施形態Ｂに係る光軸
調節装置に関するものであり、光ビームを迂回光路へ導
いた後、上述の第３の態様とは逆に、まず、位置調節を
行い、続いて角度調節を行うような構成をもった光軸調
節装置に関するものである。すなわち、入射点と射出点
とを通る基準光路に沿って光ビームが存在するときに、
入射点と射出点との間に配置することにより、入射光が
基準光路を外れた場合にも、射出光が基準光路に沿った
状態を維持するように光軸調節を行う機能をもった光軸
調節装置において、基準光路上に配置され、照射された
光の一部を反射、一部を透過させる光分配面をもち、入
射光を、反射した一部からなる入射光反射光と、透過し
た一部からなる入射光透過光と、に分配するビーム分配
手段と、入射点とビーム分配手段との間に配置され、入
射光を透過させる第１の機能と、入射光の向きを所定の
迂回光路に向けて変化させ、迂回光として射出する第２
の機能と、の２つの機能を選択的に実行可能な光路切換
手段と、迂回光を入射し、この迂回光に対して平行で、
所定の設定変位量だけずれた位置を通る位置調節光を射
出する位置調節手段と、位置調節光の向きを所定の設定
角度だけ変化させることにより得られる位置角度調節光
を、ビーム分配手段の光分配面に向けて射出することに
より、この位置角度調節光が、反射した一部からなる調
節光反射光と、透過した一部からなる調節光透過光と、
に分配されるようにする角度調節手段と、光路切換手段
が第１の機能を実行しているときには、光分配面におけ
る入射光反射光の位置および向きを検出し、光路切換手
段が第２の機能を実行しているときには、光分配面にお
ける調節光透過光もしくは調節光反射光の位置および向
きを検出する検出手段と、光路切換手段が第１の機能を
実行しているときに、検出手段によって検出された位置
および向きを基準情報として記憶する記憶手段と、光路
切換手段が第２の機能を実行しているときに、検出手段
によって検出される位置および向きが、記憶手段に記憶
されている基準情報の位置および向きに近付くように、
角度調節手段による設定角度および位置調節手段による
設定変位量を制御する機能をもった制御手段と、を設け
たものである。

【０００９】(5) 本発明の第５の態様は、図１３を参
照して、後述する§２で説明する実施形態Ｃに係る光軸
調節装置に関するものであり、上述の第３の態様に係る
光軸調節装置において、光路切換手段と角度調節手段と
の双方を兼ねる手段を用いるようにした点に特徴があ
る。すなわち、入射点と射出点とを通る基準光路に沿っ
て光ビームが存在するときに、入射点と射出点との間に
配置することにより、入射光が基準光路を外れた場合に
も、射出光が基準光路に沿った状態を維持するように光
軸調節を行う機能をもった光軸調節装置において、基準
光路上に配置され、照射された光の一部を反射、一部を
透過させる光分配面をもち、入射光を、反射した一部か
らなる入射光反射光と、透過した一部からなる入射光透
過光と、に分配するビーム分配手段と、入射点とビーム
分配手段との間に配置され、入射光を透過させる第１の
機能と、入射光の向きを所定の設定角度だけ変化させる
ことにより得られる角度調節光を、所定の迂回光路に沿
って射出する第２の機能と、の２つの機能を選択的に実
行可能な光路切換角度調節手段と、角度調節光を入射
し、この角度調節光に対して平行で、所定の設定変位量
だけずれた位置を通る位置角度調節光を、ビーム分配手
段の光分配面に向けて射出することにより、位置角度調
節光が、反射した一部からなる調節光反射光と、透過し
た一部からなる調節光透過光と、に分配されるようにす
る位置調節手段と、光路切換角度調節手段が第１の機能
を実行しているときには、光分配面における入射光反射
光の位置および向きを検出し、光路切換角度調節手段が
第２の機能を実行しているときには、光分配面における
調節光透過光もしくは調節光反射光の位置および向きを
検出する検出手段と、光路切換角度調節手段が第１の機
能を実行しているときに、検出手段によって検出された
位置および向きを基準情報として記憶する記憶手段と、
光路切換角度調節手段が第２の機能を実行しているとき
に、検出手段によって検出される位置および向きが、記
憶手段に記憶されている基準情報の位置および向きに近
付くように、光路切換角度調節手段による設定角度およ
び位置調節手段による設定変位量を制御する機能をもっ
た制御手段と、を設けたものである。

【００１０】(6) 本発明の第６の態様は、図１４を参
照して、後述する§２で説明する実施形態Ｄに係る光軸
調節装置に関するものであり、上述の第４の態様に係る
光軸調節装置において、光路切換手段と位置調節手段と
の双方を兼ねる手段を用いるようにした点に特徴があ
る。すなわち、入射点と射出点とを通る基準光路に沿っ
て光ビームが存在するときに、入射点と射出点との間に
配置することにより、入射光が基準光路を外れた場合に
も、射出光が基準光路に沿った状態を維持するように光
軸調節を行う機能をもった光軸調節装置において、基準
光路上に配置され、照射された光の一部を反射、一部を
透過させる光分配面をもち、入射光を、反射した一部か
らなる入射光反射光と、透過した一部からなる入射光透
過光と、に分配するビーム分配手段と、入射点とビーム
分配手段との間に配置され、入射光を透過させる第１の
機能と、入射光を入射し、この入射光もしくはこの入射
光の向きを変えることにより得られる迂回光に対して平
行で、所定の設定変位量だけずれた位置を通る位置調節
光を、所定の迂回光路に沿って射出する第２の機能と、
の２つの機能を選択的に実行可能な光路切換位置調節手
段と、位置調節光の向きを所定の設定角度だけ変化させ
ることにより得られる位置角度調節光を、ビーム分配手
段の光分配面に向けて射出することにより、この位置角
度調節光が、反射した一部からなる調節光反射光と、透
過した一部からなる調節光透過光と、に分配されるよう
にする角度調節手段と、光路切換位置調節手段が第１の
機能を実行しているときには、光分配面における入射光
反射光の位置および向きを検出し、光路切換位置調節手
段が第２の機能を実行しているときには、光分配面にお
ける調節光透過光もしくは調節光反射光の位置および向
きを検出する検出手段と、光路切換位置調節手段が第１
の機能を実行しているときに、検出手段によって検出さ
れた位置および向きを基準情報として記憶する記憶手段
と、光路切換位置調節手段が第２の機能を実行している
ときに、検出手段によって検出される位置および向き
が、記憶手段に記憶されている基準情報の位置および向
きに近付くように、角度調節手段による設定角度および
光路切換位置調節手段による設定変位量を制御する機能
をもった制御手段と、を設けたものである。

【００１１】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第３
〜第６の態様に係る光軸調節装置において、ビーム分配
手段を、光分配面として機能するハーフミラーが形成さ
れた光学素子によって構成するようにしたものである。

【００１２】(8) 本発明の第８の態様は、上述の第３
〜第７の態様に係る光軸調節装置において、光路切換手
段、光路切換角度調節手段、または、光路切換位置調節
手段を、入射光を迂回させる機能を有する光学素子と、
この光学素子を基準光路上に着脱自在に支持する支持機
構と、によって構成し、光学素子を基準光路上から脱離
させることにより第１の機能が実行され、光学素子を基
準光路上に装着することにより第２の機能が実行される
ようにしたものである。

【００１３】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第３
〜第８の態様に係る光軸調節装置において、角度調節手
段または光路切換角度調節手段を、反射面を有する光学
素子と、この反射面上で直交する２つの回転軸に関して
この光学素子を回転させることにより角度調節を行う角
度調節機構と、によって構成するようにしたものであ
る。

【００１４】(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第
３〜第９の態様に係る光軸調節装置において、位置調節
手段または光路切換位置調節手段を、コーナリフレクタ
もしくはコーナキューブプリズムを有する光学素子と、
この光学素子を所定平面に沿って平行移動させる位置調
節機構と、によって構成するようにしたものである。

【００１５】(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第
３〜第１０の態様に係る光軸調節装置において、検出手
段を、光分配面からの検出用ビームを２つのビームに分
配する検出用ビーム分配器と、分配された第１のビーム
に基いて位置を検出する位置検出器と、分配された第２
のビームに基いて向きを検出する向き検出器と、によっ
て構成するようにしたものである。

【００１６】(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第
１１の態様に係る光軸調節装置において、位置検出器
を、所定の受光面上へのビームの照射位置を検出する受
光素子によって構成するようにしたものである。

【００１７】(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第
１１の態様に係る光軸調節装置において、向き検出器
を、平行光線を所定の焦点に集光する集光レンズと、こ
の集光レンズに対して焦点距離だけ離れた位置に配置さ
れた受光面を有しこの受光面上の集光位置を検出する受
光素子と、によって構成するようにしたものである。

【００１８】(14) 本発明の第１４の態様は、図１５〜
図２１を参照して、後述する§３で説明する光軸調節装
置に関するものであり、上述の第５の態様で述べた実施
形態Ｃに係る光軸調節装置をより具体化した点に特徴が
ある。すなわち、入射点と射出点とを通る基準光路に沿
って光ビームが存在するときに、入射点と射出点との間
に配置することにより、入射光が基準光路を外れた場合
にも、射出光が基準光路に沿った状態を維持するように
光軸調節を行う機能をもった光軸調節装置において、基
準光路上に配置され、照射された光の一部を反射、一部
を透過させる光分配面をもったビーム分配器と、入射点
とビーム分配器との間の基準光路上に着脱自在に配置す
ることができ、基準光路上に配置した場合に入射光を反
射させることができる反射面を有する光反射素子と、こ
の光反射素子の反射面の向きを調節する角度調節機構
と、光反射素子からの反射光を入射し、これに平行な逆
向光をビーム分配器に向けて射出することができるコー
ナリフレクタもしくはコーナキューブプリズムと、この
コーナリフレクタもしくはコーナキューブプリズムの位
置を調節する位置調節機構と、光反射素子を基準光路上
に配置しない第１の状態において、ビーム分配器から反
射されてきた光ビームについて、光分配面上での位置お
よび向きを検出する機能と、光反射素子を基準光路上に
配置した第２の状態において、ビーム分配器を透過して
きた光ビームについて、光分配面上での位置および向き
を検出する機能と、を有する検出器と、光反射素子が第
１の状態にあるときに、検出器が検出した位置および向
きを基準情報として記憶する記憶装置と、光反射素子が
第２の状態にあるときに、検出器が検出する位置および
向きが、記憶装置に記憶されている基準情報の位置およ
び向きに近付くように、角度調節機構および位置調節機
構を制御する制御装置と、を設けたものである。

【００１９】(15) 本発明の第１５の態様は、図２２を
参照して、後述する§３で説明する光軸調節装置に関す
るものであり、上述の第４の態様で述べた実施形態Ｂに
係る光軸調節装置をより具体化した点に特徴がある。す
なわち、入射点と射出点とを通る基準光路に沿って光ビ
ームが存在するときに、入射点と射出点との間に配置す
ることにより、入射光が基準光路を外れた場合にも、射
出光が基準光路に沿った状態を維持するように光軸調節
を行う機能をもった光軸調節装置において、基準光路上
に配置され、照射された光の一部を反射、一部を透過さ
せる光分配面をもったビーム分配器と、入射点とビーム
分配器との間の基準光路上に着脱自在に配置することが
でき、基準光路上に配置した場合に入射光を反射させる
ことができる反射面を有する第１の光反射素子と、この
第１の光反射素子からの反射光を入射し、これに平行な
逆向光を射出することができるコーナリフレクタもしく
はコーナキューブプリズムと、このコーナリフレクタも
しくはコーナキューブプリズムの位置を調節する位置調
節機構と、コーナリフレクタもしくはコーナキューブプ
リズムからの逆向光を、ビーム分配器に向けて射出する
ことができる反射面を有する第２の光反射素子と、この
第２の光反射素子の反射面の向きを調節する角度調節機
構と、第１の光反射素子を基準光路上に配置しない第１
の状態において、ビーム分配器から反射されてきた光ビ
ームについて、光分配面上での位置および向きを検出す
る機能と、第１の光反射素子を基準光路上に配置した第
２の状態において、ビーム分配器から反射されてきた光
ビームについて、光分配面上での位置および向きを検出
する機能と、を有する検出器と、第１の光反射素子が第
１の状態にあるときに、検出器が検出した位置および向
きを基準情報として記憶する記憶装置と、第１の光反射
素子が第２の状態にあるときに、検出器が検出する位置
および向きが、記憶装置に記憶されている基準情報の位
置および向きに近付くように、角度調節機構および位置
調節機構を制御する制御装置と、設けたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施形態
に基いて説明する。

【００２１】§１．本発明の基本原理 はじめに、本発明の基本原理を簡単に説明する。本発明
の主眼は、光軸調節が既に完了している光学系につい
て、動作の不安定要素や経年変化などに起因して光軸に
ずれが生じる現象を防止するような用途に適した光軸調
節装置を提供することにあり、既存の光路を通る光ビー
ムを安定維持させる機能をもった光軸調節装置を提供す
ることにある。

【００２２】いま、図１に示すように、ビーム源１００
からターゲット２００の目標点Ｑに対して、光ビームを
照射する場合を考える。ここで、ビーム源１００は、光
ビームを発生させる光源と、この光ビームに対する光軸
調節を行う光学系（光軸調節装置）とを内蔵しているも
のとし、光ビームに対する光軸調節は、この内蔵の光学
系を調節することにより行われるものとする。このよう
に、従来の一般的な光軸調節装置は、光ビームの照準を
所定の目標点に合致させるための積極的な位置調節を行
うことを目的としており、このビーム源１００に内蔵さ
れた光軸調節装置を利用した光軸調節作業により、光ビ
ームをターゲット２００上の目標点Ｑに到達させること
が可能になる。このような光軸調節作業が完了すると、
ビーム源１００から発せられた光ビームは、入射点Ｑin
から射出点Ｑout へ向かう基準光路Ｓ（図では、一点鎖
線で示す）に沿って進行し、目標点Ｑに到達する。

【００２３】この図１に示すように、一旦、光軸調節作
業が完了してしまえば、理論的には、ビーム源１００か
ら照射された光ビームは、常に、基準光路Ｓ上を通って
目標点Ｑへと導かれることになるが、実際には、ビーム
源１００自身の動作の不安定要素や経年変化などに起因
して、調節済みの光軸にずれが生じる現象が発生する。
たとえば、長期間にわたって使用していると、ビーム源
１００に対する振動などの影響により、ビーム源１００
自身の取付位置に変位が生じることがある。すると図２
に示すように、ビーム源１００から発せられた光ビーム
Ｂは、入射点Ｑinの位置に正しく入射しなくなり、基準
光路Ｓから外れたものとなる。このため、光ビームＢ
は、ターゲット２００上の目標点Ｑから外れてしまう。
もちろん、ビーム源１００自身の取付位置に変位が生じ
ていなくても、ビーム源１００の内部の光学系を構成す
る個々の光学素子に位置変位が生じても同様の結果とな
る。また、光学系自身に変位が生じていなくても、光源
に固有の不安定要素に基いて、光ビームＢに変動が生じ
る可能性もある。たとえば、レーザ光源などを用いた場
合、起動直後のしばらくの間、動作が不安定になる場合
も少なくない。また、電源電圧の変動などの外乱によ
り、光ビームＢに変動が生じることもある。

【００２４】本発明の狙いは、図１に示す例のように、
入射点Ｑinから射出点Ｑout へ向かう所定の基準光路Ｓ
が既に設定されており、この基準光路Ｓに沿って進む光
ビームが存在するときに、何らかの事情で将来、入射光
がこの基準光路Ｓを外れた場合にも、射出光が基準光路
Ｓに沿った状態を維持することができるような自動光軸
調節を行うことにある。別言すれば、本発明の狙いは、
図３に示すように、既に所定の基準光路Ｓが設定されて
いる状態において、本発明に係る光軸調節装置３００
を、入射点Ｑinと射出点Ｑout との間に挿入して設置し
ておくことにより、将来、何らかの事情で光軸調節装置
３００への入射光に変動が生じた場合にも、光軸調節装
置３００からの射出光をもとの状態に維持することがで
きるようにする点にある。すなわち、ビーム源１００か
らの光ビームに対して、基準光路Ｓに沿った正しい光軸
調節がなされている状態において、図３に示すように、
本発明に係る光軸調節装置３００を基準光路Ｓ上に挿入
しておけば、図４に示すように、ビーム源１００側の光
軸に変動が生じ、光ビームＢの光軸調節装置３００に対
する入射条件が変化したとしても、光軸調節装置３００
からの射出光は以前と同じ条件を維持するような自動的
な光軸調節が行われることになる。以下、このような自
動光軸調節を行うための基本原理を説明する。

【００２５】いま、図５に示すように、入射点Ｑinから
射出点Ｑout へ向けて基準光路Ｓが設定されている場合
に、この基準光路Ｓ上に光分配面ξを配置したとする。
この光分配面ξは、照射された光の一部を反射、一部を
透過させる性質をもった面である。実際には、ハーフミ
ラーなどからなる光分配面ξを有するビーム分配手段
を、基準光路Ｓ上に配置すればよい。このようなビーム
分配手段を基準光路Ｓ上に配置すると、入射点Ｑinに、
基準光路Ｓに沿って入射してきた光ビームＢは、このビ
ーム分配手段によって２つの光ビームに分配されること
になる。すなわち、一部は光分配面ξをそのまま透過し
て透過光Ｂｔとなり、一部は光分配面ξで反射して反射
光Ｂｒとなる。このとき、透過光Ｂｔは、基準光路Ｓに
沿って光分配面ξ上の位置Ｐ０を透過して射出点Ｑout
から射出する光になるが、反射光Ｂｒは、光分配面ξ上
の位置Ｐ０において向きを変えて図の上方へと向かう光
となる。ここで、光分配面ξ上の位置Ｐ０に立てた法線
をＮとすれば、光ビームＢの入射角と反射角とは等し
く、いずれも角度α０になる。

【００２６】そこで、このときに得られる反射光Ｂｒに
ついて、光分配面ξ上での位置Ｐ０および向き（たとえ
ば、反射角α０）を測定し、この測定結果を基準情報と
して取得しておく。図示の基準情報取得手段１は、この
ような基準情報Ｉ（Ｐ０，α０）を取得する機能をもっ
た構成要素（具体的な構成例については後述する）であ
る。このような基準情報の取得作業は、光ビームＢが、
基準光路Ｓに沿って正しく光軸調整されている状態（別
言すれば、透過光Ｂｔが基準光路Ｓに沿って、所定の目
標点にまで到達する状態）で行っておく必要がある。

【００２７】本発明を実施する上では、図６に示すよう
に、この系に、光路迂回調節手段２を追加する必要があ
る。図では便宜上、この光路迂回調節手段２を単なるブ
ロックとして示すが、実際には、この光路迂回調節手段
２は複数の光学素子によって構成される。この光路迂回
調節手段２は、必要に応じて作業者の操作により、入射
光の光ビームＢを基準光路Ｓとは異なる迂回光路Ｄへ誘
導し、この誘導された光ビームの位置および向きを調節
して光分配面ξへ照射する機能を有する。図示の例で
は、この迂回光路Ｄは、光路Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３によって
構成されており、いずれも二点鎖線で示してある。迂回
光路Ｄへ誘導された光ビームに対しては、光路迂回調節
手段２によって、位置および向きの調節が行われる。こ
こで、「位置の調節」とは、光ビームの光路を所定の設
定変位量だけ平行移動させる処理であり、「向きの調
節」とは、光ビームの光路を所定の設定角度だけ変化さ
せる処理である。もちろん、迂回光路Ｄ上で、このよう
な位置および向きの調節が行われると、迂回光路Ｄ自身
が変化することになる。したがって、本願における「迂
回光路Ｄ」とは、ある定まった特定の経路を意味するわ
けではなく、位置および向きの調節処理によって様々に
変化する不定形態の経路を意味している。なお、この
「位置の調節」および「向きの調節」については、後に
具体例を挙げて詳述する。

【００２８】こうして、迂回光路Ｄを経由した光ビーム
は、光分配面ξに照射されることになるが、光分配面ξ
のどの位置にどのような向きで照射されるかは、迂回光
路Ｄ上において施された位置および向きの調節次第であ
る。ここでは、迂回光路Ｄにおいて行われた位置および
向きの調節の結果、図６の光路Ｄ３に沿った光ビーム
が、光分配面ξ上の位置Ｐに照射されたものとしよう。
前述したように、光分配面ξは、照射された光の一部を
反射、一部を透過させる性質をもった面であり、迂回光
路Ｄを経由した光ビームは、この光分配面ξによって２
つの光ビームに分配されることになる。すなわち、一部
は光分配面ξをそのまま透過して透過光Ｂｔとなり、一
部は光分配面ξで反射して反射光Ｂｒとなる。このと
き、位置Ｐに立てた法線をＮとすれば、透過光Ｂｔと法
線Ｎとのなす角と、反射光Ｂｒと法線Ｎとのなす角と
は、互いに等しい角度αになる（もちろん、光路Ｄ３と
法線Ｎとのなす角も角度αになる）。

【００２９】続いて、このときに得られる透過光Ｂｔに
ついて、光分配面ξ上での位置Ｐおよび向き（たとえ
ば、反射角α）を測定する。もちろん、この測定結果
は、通常、図５に示す基準情報取得手段１によって予め
取得された基準情報Ｉ（Ｐ０，α０）とは異なっている
（図５と図６とを比較すればわかるように、位置Ｐと位
置Ｐ０とは一致せず、角度αと角度α０とは一致しな
い）。そこで、この測定結果が基準情報Ｉ（Ｐ０，α
０）に近付くように、光路迂回調節手段２を制御するこ
とにする。図６に示す制御手段３は、透過光Ｂｔについ
て、光分配面ξ上での位置および向きを測定し、この測
定結果が基準情報Ｉ（Ｐ０，α０）に近付くように、光
路迂回調節手段２を制御する機能をもった構成要素であ
る。前述したように、光路迂回調節手段２は、迂回光路
Ｄ上において、光ビームの位置および向きを調節する機
能を有しているので、制御手段３による測定結果が基準
情報Ｉ（Ｐ０，α０）に一致するようなフィードバック
制御を行うことが可能である。

【００３０】制御手段３によるフィードバック制御によ
り、測定結果が基準情報Ｉ（Ｐ０，α０）に完全に一致
するところまで到達した状態を図７に示す。光路迂回調
節手段２によって導かれる迂回経路Ｄａは、光路Ｄ１
ａ，Ｄ２ａ，Ｄ３ａから構成されており、図６に示す迂
回光路Ｄとは異なっている。その結果、迂回光路Ｄａを
経由した光ビームの光分配面ξへの照射位置Ｐは、図５
に示す位置Ｐ０に一致した状態となり、透過光Ｂｔにつ
いての光分配面ξ上での位置Ｐおよび向き（たとえば、
反射角α）は、基準情報Ｉ（Ｐ０，α０）に完全に一致
する（Ｐ＝Ｐ０，α＝α０）。図５と図７とを比較して
みれば、図５における反射光Ｂｒが図７における透過光
Ｂｔと完全に一致し、図５における透過光Ｂｔが図７に
おける反射光Ｂｒに完全に一致していることがわかる。
ここで重要な点は、図５に示す反射光Ｂｒおよび透過光
Ｂｔは、基準光路Ｓ上を経た光ビームを分配することに
よって得られた光ビームであるのに対し、図７に示す透
過光Ｂｔおよび反射光Ｂｒは、迂回光路Ｄａ上を経た光
ビームを分配することによって得られた光ビームであ
る、という点である。ここで、図５に示す透過光Ｂｔ
が、射出点Ｑout から基準光路Ｓに沿った光ビームとし
て射出されるのと全く同様に、図７に示す反射光Ｂｒ
が、射出点Ｑout から基準光路Ｓに沿った光ビームとし
て射出されることを考えれば、光路迂回調節手段２によ
る迂回が行われているにもかかわらず、「射出点Ｑout
から基準光路Ｓに沿った射出光が得られる」という点に
関しては、図７の状態は図５の状態に比べて何ら変化が
ないことになる。

【００３１】これは、図１に示すように、所定の基準光
路Ｓが設定されている状態において、図３に示すよう
に、この基準光路Ｓ上に本発明に係る光軸調節装置３０
０を挿入し、この光軸調節装置３００の内部において、
入射してきた光ビームを光路迂回調節手段２によって迂
回光路へと迂回させるようにしても、光軸調節装置３０
０から基準光路Ｓに沿って目標点Ｑへ向かう光ビームを
射出することが可能であることを意味している。より具
体的に手順を説明すれば、図３に示すように、光軸調節
装置３００を基準光路Ｓ上に挿入したら、まず、光路迂
回調節手段２による迂回を行わせずに、図５に示すよう
に、入射してきた光ビームＢをそのまま光分配面ξへと
導き、基準情報取得手段１によって基準情報Ｉ（Ｐ０，
α０）を取得する作業を行う。続いて、光路迂回調節手
段２による迂回を行わせ、入射してきた光ビームＢを迂
回光路Ｄへと導く。このように、入射してきた光ビーム
Ｂの経路を迂回光路Ｄに切り換えた当初には、図６に示
すように、光分配面ξからの反射光Ｂｒは基準光路Ｓに
沿った光ビームにはならないため、光軸調節装置３００
から射出される光ビームは、基準光路Ｓから外れた状態
になる。しかしながら、上述したフィードバック制御が
行われるため、やがて迂回光路Ｄは図７に示すような迂
回光路Ｄａへと変遷し、光分配面ξからの反射光Ｂｒは
基準光路Ｓに沿った光ビームになり、光軸調節装置３０
０から射出される光ビームは、基準光路Ｓに沿ったもの
になる。

【００３２】結局、図３に示すように、本発明に係る光
軸調節装置３００を、既存の基準光路Ｓ上に挿入する
と、光ビームの経路を迂回光路Ｄへ切り換えた当初は、
ビーム源１００からの光ビームがターゲット２００上の
目標点Ｑから外れた状態になるが、フィードバック制御
系が安定した状態になれば、光ビームはもとどおり目標
点Ｑに照射された状態に戻る。したがって、本発明に係
る光軸調節装置３００を、既に光軸調節が完了している
既存の基準光路Ｓに挿入したとしても、一時的な光軸の
変動は生じるものの、すぐにもとの状態に復帰するの
で、ビーム源１００からターゲット２００に至る全体の
系は、そのまま使用することができる。しかも、光軸調
節装置３００を挿入することにより、将来、何らかの事
情で光軸調節装置３００への入射光に変動が生じた場合
にも、光軸調節装置３００からの射出光をもとの状態に
維持する自動光軸調節が行われることになる。すなわ
ち、図４に示すように、ビーム源１００側の光軸に変動
が生じ、光ビームＢの光軸調節装置３００に対する入射
条件が変化したとしても、光軸調節装置３００からの射
出光は以前と同じ条件を維持するような自動的な光軸調
節が行われることになる。

【００３３】これは、次のようなフィードバック制御が
行われるためである。たとえば、本来は、図７に示すよ
うに、入射点Ｑinに対して基準光路Ｓに沿った光ビーム
Ｂが与えられるべきであったのに、何らかの事情で、図
８に示すように、光ビームＢの入射条件が変動してしま
ったとしよう。このような変動が生じると、制御手段３
によって測定される透過光Ｂｔの位置Ｐおよび向きαの
測定結果が、予め取得しておいた基準情報Ｉ（Ｐ０，α
０）に一致しなくなるので、両者を一致させる方向にフ
ィードバックが働くことになる。その結果、図７に示す
迂回光路Ｄａは、図８に示す迂回光路Ｄｂ（光路Ｄ１
ｂ，Ｄ２ｂ，Ｄ３ｂから構成されている）のように変更
され、再び、透過光Ｂｔについての光分配面ξ上での位
置Ｐおよび向き（たとえば、反射角α）が、基準情報Ｉ
（Ｐ０，α０）に完全に一致するようになる（Ｐ＝Ｐ
０，α＝α０）。かくして、光ビームＢの入射条件が変
動してしまったとしても、フィードバック制御系が安定
した状態になれば、光分配面ξからの反射光Ｂｒは、再
び、基準光路Ｓに沿って射出される状態に戻ることにな
る。

【００３４】以上が、本発明の基本原理であり、このよ
うな基本原理により、既存の光路を通る光ビームを安定
維持させる機能をもった光軸調節装置を提供することが
できる。

【００３５】なお、これまで述べた例では、迂回光路か
ら光分配面ξに照射された光ビームの透過光Ｂｔについ
ての位置および向きを制御手段３で測定するようにして
いるが、透過光Ｂｔではなく反射光Ｂｒについての位置
および向きを制御手段３で測定するような構成を採るこ
とも可能である。たとえば、図６に示した例では、迂回
光路Ｄからの光ビームの透過光Ｂｔについての測定を制
御手段３で行っているが、図９に示すような光路Ｄ４〜
Ｄ７からなる迂回光路を設定した場合には、迂回光路か
らの光ビームの反射光Ｂｒについての測定を制御手段３
で行うことになり、透過光Ｂｔはターゲット２００へ向
けて射出される光ビームということになる。もちろん、
この図９は、フィードバック制御の過渡状態を示してお
り、制御系が安定した状態では、図１０に示すような光
路Ｄ４ａ〜Ｄ７ａからなる迂回光路が設定され、ターゲ
ット２００へ向けて射出される透過光Ｂｔは、基準光路
Ｓに沿ったものになる。

【００３６】図６および図７に示す第１の構成例と図９
および図１０に示す第２の構成例との相違は、基準情報
取得時に基準光路Ｓに沿って入射してきた光ビームＢが
光分配面ξに照射される側と、迂回光路からの光ビーム
が光分配面ξに照射される側とが、第１の構成例では反
対であるのに対し、第２の構成例では同じになる点だけ
である。このため、制御手段３による測定対象は、第１
の構成例では、迂回光路からの光ビームの透過光Ｂｔと
なるのに対し、第２の構成例では、迂回光路からの光ビ
ームの反射光Ｂｒとなる。

【００３７】なお、これまでの原理説明は、二次元平面
上の図面を用いた説明であったため、位置や向きの自由
度を制限した説明を行ったが、実際には、光ビームの光
路は三次元空間内に形成され、当然、位置や向きの自由
度は、この三次元空間に応じたものになる。たとえば、
図６に示す例では、光分配面ξは一次元の線分として示
され、この光分配面ξ上の位置Ｐは、この線分上を移動
する一次元の自由度しかもたないように描かれている
が、実際には、位置Ｐは、図の紙面に垂直な方向にも移
動する二次元の自由度を有していることになる。同様
に、図６に示す例では、各光ビームの向きを、二次元平
面上における角度αで表現しているが、実際には、各光
ビームの向きはこの二次元平面上に限定されるわけでは
なく、三次元空間内の任意の方向を向くことができるの
で、角度で表現した場合には、たとえば、ＸＺ平面に対
する角度αxyとＹＺ平面に対する角度αyzのような２通
りの角度パラメータで表現されることになる。したがっ
て、光路迂回調節手段２は、光ビームの位置および向き
を、三次元空間内の自由度をもって調節する機能を有
し、制御手段３は、このような自由度を考慮したフィー
ドバック制御を行う機能を有する。

【００３８】§２．基本的な実施形態 続いて、本発明の基本的な実施形態を４通りについて述
べることにする。 （Ａ） 図１１は、本発明の基本的な実施形態Ａに係る
光軸調節装置の構成を示すブロック図である。この光軸
調節装置の特徴は、光ビームを迂回光路へ導いた後、ま
ず、角度調節（向きの調節）を行い、続いて位置調節を
行う点にある。

【００３９】既に§１で述べたように、この光軸調節装
置は、入射点Ｑinと射出点Ｑout とを通る基準光路Ｓに
沿って光ビームが存在するときに、入射点Ｑinと射出点
Ｑout との間に配置することにより、入射光が基準光路
を外れた場合にも、射出光が基準光路Ｓに沿った状態を
維持するように光軸調節を行う機能を有する。この光軸
調節装置の基本構成要素は、図示のとおり、ビーム分配
手段１０、光路切換手段２０、角度調節手段３０、位置
調節手段４０、検出手段５０、記憶手段６０、制御手段
７０である。§１の基本原理で説明した各構成要素との
関係では、ビーム分配手段１０は、たとえばハーフミラ
ーを有するプリズムなどの光学素子（いわゆるビームス
プリッター）によって構成され、基準光路Ｓ上に光分配
面ξを配置する機能を果たし、光路切換手段２０、角度
調節手段３０、位置調節手段４０は、光路迂回調節手段
２としての機能を果たす。また、検出手段５０、記憶手
段６０、制御手段７０は、基準情報取得手段１および制
御手段３としての機能を果たす。以下、これら各手段の
機能を個々に説明する。なお、図において一点鎖線は基
準光路Ｓ、二点鎖線は迂回光路、破線は検出用光路、実
線は電気信号の経路を示す。

【００４０】まず、ビーム分配手段１０は、光分配面ξ
を基準光路Ｓ（図の一点鎖線）上に配置する役割を果た
す。光分配面ξは、既に述べたように、照射された光の
一部を反射、一部を透過させる機能をもった面であり、
たとえば、図の右側から入射してきた入射光Ｌ１がこの
ビーム分配手段１０に照射されると、光分配面ξにおい
て、透過光と反射光とに分けられる。ここでは、入射光
Ｌ１に基いて生じた透過光（図においてビーム分配手段
１０から左方向に射出される光）を入射光透過光Ｌ２と
呼び、入射光Ｌ１に基いて生じた反射光（図においてビ
ーム分配手段１０から上方向に射出される光）を入射光
反射光Ｌ３と呼ぶことにする。

【００４１】光路切換手段２０は、入射点Ｑinとビーム
分配手段１０との間に配置され、入射光Ｌ１の光路を切
り換えるための構成要素である。すなわち、光路切換手
段２０は、入射光Ｌ１をそのまま透過させてビーム分配
手段１０へと導く第１の機能と、入射光Ｌ１の向きを所
定の迂回光路（図の二点鎖線）に向けて変化させ、迂回
光Ｌ４として射出する第２の機能と、の２つの機能を選
択的に実行することができる。角度調節手段３０は、こ
の迂回光Ｌ４の向きを所定の設定角度θだけ変化させて
角度調節光Ｌ５として射出する機能を果たし、位置調節
手段４０は、この角度調節光Ｌ５を入射し、この角度調
節光Ｌ５に対して平行で（図示の例の場合、平行で進行
方向が逆向き）、所定の設定変位量ｄだけずれた位置を
通る位置角度調節光Ｌ６（任意の設定変位量ｄに基く位
置調節と、任意の設定角度θに基く角度調節との双方が
施された光）を、ビーム分配手段１０の光分配面ξに向
けて射出する機能を果たす。

【００４２】ビーム分配手段１０に照射された位置角度
調節光Ｌ６は、光分配面ξによって透過光と反射光とに
分配される。ここでは、位置角度調節光Ｌ６に基いて生
じた透過光（図においてビーム分配手段１０から上方向
に射出される光）を調節光透過光Ｌ７と呼び、位置角度
調節光Ｌ６に基いて生じた反射光（図においてビーム分
配手段１０から左方向に射出される光）を調節光反射光
Ｌ８と呼ぶことにする。結局、光路切換手段２０が第１
の機能を実行しているときには、ビーム分配手段１０か
ら入射光透過光Ｌ２および入射光反射光Ｌ３が得られ、
光路切換手段２０が第２の機能を実行しているときに
は、ビーム分配手段１０から調節光透過光Ｌ７および調
節光反射光Ｌ８が得られることになる。

【００４３】検出手段５０は、このビーム分配手段１０
から図の上方へと進行する入射光反射光Ｌ３または調節
光透過光Ｌ７の位置および向きを検出する機能を有す
る。別言すれば、検出手段５０は、光路切換手段２０が
第１の機能を実行しているときには、光分配面ξにおけ
る入射光反射光Ｌ３の位置および向きを検出し、光路切
換手段２０が第２の機能を実行しているときには、光分
配面ξにおける調節光透過光Ｌ７の位置および向きを検
出する。なお、図９および図１０に示す構成を採る場
合、すなわち、角度調節手段３０および位置調節手段４
０の配置を図示の配置とは変えることにより、位置角度
調節光Ｌ６が光分配面ξの逆側に照射されるような構成
を採る場合には、調節光透過光が図の左方向のターゲッ
トに向けて射出する光となり、調節光反射光が図の上方
の検出手段５０に向けて射出する光となるので、この場
合には、検出手段５０によって調節光反射光の位置およ
び向きを検出する必要がある。

【００４４】記憶手段６０は、§１で述べた基準情報を
記憶する構成要素である。すなわち、光路切換手段２０
が第１の機能を実行しているときに、検出手段５０によ
って検出された位置および向き（入射光反射光Ｌ３の位
置および向き）を基準情報として記憶する機能を果た
す。もちろん、このような基準情報を記憶する処理は、
入射光Ｌ１が基準光路Ｓに沿って正しく入射してきてお
り、ビーム分配手段１０から射出される入射光透過光Ｌ
２が、ターゲット上の目標点Ｑに正しく照射されている
状態で行うことになる。

【００４５】制御手段７０は、光路切換手段２０が第２
の機能を実行しているときに、検出手段５０によって検
出される位置および向き（図示の例の場合、調節光透過
光Ｌ７の位置および向き）が、記憶手段６０に記憶され
ている基準情報の位置および向きに近付くように、角度
調節手段３０による設定角度θおよび位置調節手段４０
による設定変位量ｄを制御する機能を果たす。§１で述
べたように、このような制御はフィードバック制御とな
り、制御系が安定した状態になった時点で、検出手段５
０によって検出される位置および向きが、基準情報の位
置および向きに一致することになり、ビーム分配手段１
０からターゲットに向けて射出される調節光反射光Ｌ８
は、基準光路Ｓに沿った光ビームとなる。もちろん、こ
のようなフィードバック制御は、入射光Ｌ１の入射条件
に変動が生じた場合にも有効であり、入射光Ｌ１が基準
光路Ｓから外れた状態で入射してくるようになったとし
ても、制御手段７０によるフィードバック制御により、
ビーム分配手段１０から射出される調節光反射光Ｌ８
は、基準光路Ｓに沿った光ビームとなるように調節され
る。

【００４６】なお、このようなフィードバック制御で
は、制御対象となる量が、設定角度θ（向きの制御）と
設定変位量ｄ（位置の制御）との２つになるので、これ
ら２つの量を同時に制御しようとすると、制御動作が複
雑になる。そこで、実用上は、設定角度θの制御と設定
変位量ｄの制御とを、交互に繰り返して行うようにし、
検出手段５０による測定結果が記憶手段６０に記憶され
ている基準情報に徐々に近付いてゆくようにするのが好
ましい。

【００４７】（Ｂ） 図１２は、本発明の基本的な実施
形態Ｂに係る光軸調節装置の構成を示すブロック図であ
る。この実施形態Ｂの特徴は、光ビームを迂回光路へ導
いた後、まず、位置調節を行い、続いて角度調節（向き
の調節）を行う点にある。図１１に示す実施形態Ａとの
相違点は、角度調節と位置調節との実施順が逆転してい
るだけであり、具体的な構成の相違は、角度調節手段３
０と位置調節手段４０との位置関係が逆転している点だ
けである。

【００４８】すなわち、光路切換手段２０の第２の機能
により、入射光Ｌ１が迂回光路へと導かれ、迂回光Ｌ４
として射出されたら、まず、位置調節手段４０による位
置調節が行われる。この位置調節の結果、迂回光Ｌ４
は、所定の設定変位量ｄだけずれた位置を通る位置調節
光Ｌ９（図示の例の場合、迂回光Ｌ４と位置調節光Ｌ９
とは平行で進行方向も同じ）として射出される。続い
て、この位置調節光Ｌ９に対して、角度調節手段３０に
よる設定角度θの調節が行われ、位置角度調節光Ｌ６が
得られる。この位置角度調節光Ｌ６が、ビーム分配手段
１０へと照射された後に関与する各構成要素について
は、図１１に示す実施形態Ａと全く同様であり、また、
この光軸調節装置の動作も、図１１に示す実施形態Ａの
動作と全く同様である。

【００４９】（Ｃ） 図１３は、本発明の基本的な実施
形態Ｃに係る光軸調節装置の構成を示すブロック図であ
る。この実施形態Ｃの特徴は、図１１に示す実施形態Ａ
に係る光軸調節装置において、光路切換手段２０と角度
調節手段３０とを、その双方を兼ねる機能をもった光路
切換角度調節手段３５に置き換えた点にある。光路切換
角度調節手段３５は、入射点Ｑinとビーム分配手段１０
との間に配置され、入射光Ｌ１を透過させる第１の機能
と、入射光Ｌ１の向きを所定の設定角度θだけ変化させ
ることにより得られる角度調節光Ｌ５を、所定の迂回光
路に沿って射出する第２の機能と、の２つの機能を選択
的に実行することができる。この第２の機能を実行する
際の設定角度θは、制御手段７０による制御対象とな
り、この設定角度θを制御することにより、角度調節光
Ｌ５を、たとえば図に破線で示したＬ５^＊のような向き
に調節することが可能である。その他の構成要素や動作
については、図１１に示す実施形態Ａと同様である。

【００５０】（Ｄ） 図１４は、本発明の基本的な実施
形態Ｄに係る光軸調節装置の構成を示すブロック図であ
る。この実施形態Ｄの特徴は、図１２に示す実施形態Ｂ
に係る光軸調節装置において、光路切換手段２０と位置
調節手段４０とを、その双方を兼ねる機能をもった光路
切換位置調節手段４５に置き換えた点にある。光路切換
位置調節手段４５は、入射点Ｑinとビーム分配手段１０
との間に配置され、入射光Ｌ１を透過させる第１の機能
と、入射光Ｌ１の向きを変えることによって得られる迂
回光Ｌ４の位置を所定の設定変位量ｄだけ変化させるこ
とにより得られる位置調節光Ｌ９を、所定の迂回光路に
沿って射出する第２の機能と、の２つの機能を選択的に
実行することができる。この第２の機能を実行する際の
設定変位量ｄは、制御手段７０による制御対象となり、
この設定変位量ｄを制御することにより、位置調節光Ｌ
９を、たとえば図に破線で示したＬ９^＊のような位置に
調節することが可能である。図１４において、光路切換
位置調節手段４５を示すブロックから下方に向かう３本
の二点鎖線のうち、迂回光Ｌ４が通る二点鎖線は、入射
光Ｌ１の進行方向を単に曲げた光路に相当し（ｄ＝０の
場合）、その左右に位置する二点鎖線は、所定の設定変
位量だけ平行移動させた光路に相当する。この光軸調節
装置のその他の構成要素や動作については、図１２に示
す実施形態Ｂと同様である。なお、迂回光Ｌ４を所定の
設定変位量ｄだけ平行移動する代わりに、入射光Ｌ１を
直接、図示の設定変位量ｄｄだけ平行移動することによ
り、左水平方向を向いた位置調節光Ｌ９を得るようにし
てもかまわない。

【００５１】§３．具体的な実施形態 上述の§２では、発明の基本的な実施形態を４通り説明
したが、ここでは、これら４通りのうちの実施形態Ｂお
よび実施形態Ｃについて、より具体的な実施形態を述べ
る。

【００５２】図１５は、上述の実施形態Ｃについてのよ
り具体的な実施形態を示す図（光学的要素については平
面図、電気的要素および機械的要素についてはブロック
図として示す）であり、部品点数が少ないため、コスト
の低減を図る上では、最も理想的な構成と思われる実施
形態である。

【００５３】光反射素子８１は、入射光を反射させるこ
とができる反射面ηを有する光学素子であり、この反射
面ηで反射した光ビームは、図に二点鎖線で示す光路Ｄ
１を経て、コーナリフレクタ８２へと入射し、更に、光
路Ｄ２，Ｄ３を経て、ビーム分配器８３へと入射する。
ビーム分配器８３は、§２で述べたビーム分配手段１０
として機能する光学素子であり、ハーフミラーなどから
なる光分配面ξを有している。また、検出用ビーム分配
器８４も、ハーフミラーなどからなる光分配面μを有し
ており、ビーム分配器８３の光分配面ξから図の上方に
向かって進行してきた検出用光ビームを２つのビームに
分配する機能を有する。光分配面μによって分配された
第１のビーム（この例の場合、透過光）は、受光素子８
５によって受光され、分配された第２のビーム（この例
の場合、反射光）は、集光レンズ８６を経て受光素子８
７によって受光される。受光素子８５および受光素子８
７は、二次元平面状の受光面を有し、この受光面上への
光ビームの照射位置を示す検出信号を発生させる機能を
有している。具体的には、ＰＳＤ（Position Sensing D
etector ）素子やＣＣＤ（Charge Coupled Device ）素
子を用いて構成すればよい。集光レンズ８６は、平行光
線を所定の焦点に集光するレンズであり、受光素子８７
の受光面は、この集光レンズ８６からその焦点距離だけ
離れた位置に配置されている。したがって、受光素子８
７は、受光面上に集光された位置を検出する機能を有す
る。

【００５４】後述するように、受光素子８５は、光分配
面ξからの検出用光ビームについての位置を検出する位
置検出器として機能し、集光レンズ８６および受光素子
８７は、光分配面ξからの検出用光ビームについての向
きを検出する向き検出器として機能する。結局、検出用
ビーム分配器８４、受光素子８５、集光レンズ８６、受
光素子８７は、図１３に示す実施形態Ｃにおける検出手
段５０に対応する構成要素ということになる。受光素子
８５および受光素子８７からの検出信号は、記憶装置９
１および制御装置９２に与えられる。ここで、記憶装置
９１および制御装置９２は、図１３に示す実施形態Ｃに
おける記憶手段６０および制御手段７０に対応する構成
要素であり、実際には、メモリやマイクロプロセッサな
どを備えたコンピュータにより構成することができる。

【００５５】角度調節機構９３は、光反射素子８１の向
き（反射面ηの向き）を調節する機構であり、より具体
的には、この反射面η上で直交する２つの回転軸ω１
（基準光路Ｓと反射面ηとの交点Ａを通り図の紙面に垂
直な軸）およびω２に関して、光反射素子８１を回転さ
せる機能をもった機構である。実際には、高精度のステ
ッピングモータなどを用いた機構により実現されること
になるが、ここではその構造についての詳細な説明は省
略する。一方、位置調節機構９４は、コーナリフレクタ
８２の位置を調節する機構であり、ここに示す例の場
合、コーナリフレクタ８２をＸ軸方向（図において、＋
Ｘおよび−Ｘと示した左右方向）およびＹ軸方向（図の
紙面に垂直な方向）の二軸方向にそれぞれ独立して平行
移動させる機能を有している。別言すれば、位置調節機
構９４は、コーナリフレクタ８２を所定平面（ＸＹ平
面）に沿って平行移動させる機能を有していることにな
る。このような位置調節機構９４も、実際には、高精度
のステッピングモータなどを用いた機構により実現され
ることになるが、ここではその構造についての詳細な説
明は省略する。

【００５６】ここで、光反射素子８１についての説明を
更に補足すると、この光反射素子８１は、入射点Ｑinと
ビーム分配器８３との間の基準光路Ｓ上に着脱自在に配
置することができるようになっている。すなわち、光反
射素子８１は、図にハッチングを施して示した支持機構
８８によって取り付けられているが、支持機構８８は、
光反射素子８１を着脱自在に支持する機能を有してい
る。この支持機構８８は、たとえば、光反射素子８１を
支持するレールなどの単純な機械的構造物によって構成
すればよい。この場合、作業者が光反射素子８１を抜き
差しすることにより、光反射素子８１を配置したり、除
去したりすることができる。もちろん、支持機構８８を
電動駆動機能を備えた機構によって構成し、作業者の操
作指示に基いて、自動的に基準光路Ｓ上に配置された
り、基準光路Ｓ上から除去されたりするようにしてもか
まわない。要するに、光反射素子８１を、基準光路Ｓ上
に配置しない第１の状態と、基準光路Ｓ上に配置した第
２の状態と、を選択的に採ることができ、かつ、この光
反射素子８１を基準光路Ｓ上に配置した場合に、入射光
を所望の方向に反射させることができるように反射面η
の角度調節が可能な構成になっていれば、支持機構８８
としてどのような機械的構造物を用いてもかまわない。

【００５７】このように、光反射素子８１を支持機構８
８で支持することにより、この光反射素子８１は、図１
３に示す実施形態Ｃにおける光路切換角度調節手段３５
として機能することになる。すなわち、光反射素子８１
を基準光路Ｓ上から脱離させた第１の状態にすれば、入
射光をそのままビーム分配器８３へと導く第１の機能が
実行されることになり、光反射素子８１を基準光路Ｓ上
に配置した第２の状態にすれば、入射光を所定の迂回光
路へと導くとともに、所定の設定角度θに応じた角度調
節を行う第２の機能が実行されることになる。

【００５８】図１６は、このような角度調節を行う原理
を示すものである。いま、図１６の実線で示されている
向きに光反射素子８１が設置されており、この光反射素
子８１の反射面ηに対して実線で示す入射光Ｌinが図の
ような向きに照射され、その結果、図のような向きに実
線で示す射出光Ｌout が反射している状態を考える。こ
の状態で、光反射素子８１を紙面上で反時計回りにθ／
２だけ回転させて図の破線で示されている状態にし、反
射面ηの向きを変えたとすると、射出光は図に破線で示
すＬout ^＊のように変化する。ここで、射出光Ｌout と
Ｌout ^＊とのなす角はθである。結局、光ビームの向き
を角度θだけ変化させるような調節を行いたい場合に
は、光反射素子８１を角度θ／２だけ回転させるような
制御を行えばよいことになる。

【００５９】一方、コーナリフレクタ８２は、図１３に
示す実施形態Ｃにおける位置調節手段４０として機能す
る光学素子であり、光反射素子８１からの反射光（図１
５の光路Ｄ１を通って入ってくる光ビーム）を入射し、
これに平行な逆向光（図１５の光路Ｄ３を通って出て行
く光ビーム）を射出する機能を有している。一般に、コ
ーナリフレクタは、立方体を構成する６面のうち、同一
頂点Ｃを含む３面の内側を反射面とした光学素子であ
り、これら反射面内の任意の位置に、任意の向きで入射
光を照射すると、必ずこの入射光に平行で逆向きの射出
光が得られるという光学的な性質を有する。図１５に示
す例では、光路Ｄ１に沿った入射光が反射面ρ１上の入
射点Ｃinに入射すると、光路Ｄ２に沿った反射光とな
り、更に、この光路Ｄ２に沿った反射光が反射面ρ２上
の射出点Ｃout で反射して、光路Ｄ３に沿って射出する
ことになる。この場合、入射点Ｃinの位置や入射角度に
かかわらず、光路Ｄ１に沿った入射光と光路Ｄ３に沿っ
た射出光とは、必ず平行で逆向きの光となる。なお、こ
のような性質をもった光学素子としては、コーナリフレ
クタの他にも、コーナキューブプリズムが知られてお
り、位置調節手段としては、コーナリフレクタの代わり
にコーナキューブプリズムを用いてもかまわない。

【００６０】図１７は、コーナリフレクタ８２を用いた
位置調節を行う原理を示すものである。いま、図１７の
実線で示されている位置にコーナリフレクタ８２が設置
されており、このコーナリフレクタ８２に対して実線で
示す入射光Ｌinが図のような向きに照射され、その結
果、図のような向きに実線で示す射出光Ｌout が射出さ
れている状態を考える。この状態で、コーナリフレクタ
８２を紙面上で右方向（＋Ｘ方向）に距離ｄ／２だけ移
動させて図の破線で示されている状態にしたとすると、
射出光は図に破線で示すＬout ^＊のように変化する。こ
こで、射出光Ｌout とＬout ^＊との間の変位量はｄであ
る。結局、光ビームの位置を変位量ｄだけ変化させるよ
うな調節を行いたい場合には、コーナリフレクタ８２を
変位量ｄ／２だけ移動させるような制御を行えばよいこ
とになる。

【００６１】続いて、図１５に示す光軸調節装置におけ
る検出器、すなわち、検出用ビーム分配器８４、受光素
子８５、集光レンズ８６、受光素子８７の機能について
説明する。この検出器は、光反射素子８１を基準光路Ｓ
上に配置しない第１の状態において、ビーム分配器８３
の光分配面ξから反射されてきた検出用光ビームについ
て、光分配面ξ上での位置および向きを検出する第１の
機能と、光反射素子８１を基準光路Ｓ上に配置した第２
の状態において、ビーム分配器８３の光分配面ξを透過
してきた検出用光ビームについて、光分配面上での位置
および向きを検出する第２の機能と、を備えている。い
ずれの機能を実施する場合にも、検出の基本原理は同じ
であり、光分配面ξからの検出用光ビームについての位
置Ｐと向きとを測定することができればよい。そして、
第１の機能によって検出された位置および向きは、基準
情報として記憶装置９１に記憶されることになり、第２
の機能によって検出された位置および向きは、制御装置
９２へと与えられ、この検出結果が記憶装置９１に記憶
されている基準情報に近付くように、角度調節機構９３
および位置調節機構９４に対するフィードバック制御が
行われる。

【００６２】既に述べたように、検出用光ビームは、検
出用ビーム分配器８４によって、２つのビームに分配さ
れ、受光素子８５によって位置の検出が、受光素子８７
によって向きの検出が行われることになる。図１５に示
す例では、受光素子８５の受光面上では、点Ｑ１０の位
置にビームが照射されており、受光素子８７の受光面上
では、点Ｑ２０の位置にビームが照射されており、これ
ら点Ｑ１０および点Ｑ２０の受光面上での位置が、それ
ぞれ検出用光ビームの光分配面ξ上での位置Ｐおよび向
きに対応する情報になる。

【００６３】図１８は、受光素子８５によって、位置検
出が行われる原理を説明する図である。いま、図に実線
で示すような検出用光ビームＬ１０が、光分配面ξの位
置Ｐから検出用ビーム分配器８４の光分配面μを透過し
て受光素子８５まで到達したとすると、受光面上での照
射点は点Ｑ１０になる。このとき、光分配面μから反射
して集光レンズ８６で集光され、受光素子８７まで到達
した検出用光ビームの集光点は点Ｑ２０になる。ここ
で、もし、検出用光ビームの光分配面ξ上での位置だけ
が、ＰからＰ１にずれたとすると（向きは同じであった
とする）、検出用光ビームＬ１１は破線に示すような光
路を通って、受光素子８５および受光素子８７に照射さ
れることになる。すなわち、受光素子８５の受光面上で
の照射点は点Ｑ１１となり、もとの点Ｑ１０からずれる
ことになる。一方、受光素子８７の受光面上での集光点
は点Ｑ２１となり、もとの点Ｑ２０と同一の点になる。
これは、受光素子８７の受光面が集光レンズ８６の焦点
位置に置かれているためである。すなわち、集光レンズ
８６に入射する複数の光ビームがあったとしても、これ
らが互いに平行である限りは、受光素子８７の受光面上
の同一点に集光することになる。かくして、光分配面ξ
からの検出用光ビームＬ１０に生じた位置の変化は、位
置検出器として機能する受光素子８５においてのみ検出
されることになり、向き検出器として機能する受光素子
８７では検出されない。

【００６４】これに対して、図１９は、受光素子８７に
よって、向き検出が行われる原理を説明する図である。
いま、図に実線で示すような検出用光ビームＬ１０が、
光分配面ξの位置Ｐから検出用ビーム分配器８４の光分
配面μを透過して受光素子８５まで到達したとすると、
受光面上での照射点は点Ｑ１０になる。このとき、光分
配面μから反射して集光レンズ８６で集光され、受光素
子８７まで到達した検出用光ビームの集光点は点Ｑ２０
になる。ここで、もし、検出用光ビームＬ１０の光分配
面ξに対する向きだけがずれたとすると（検出用光ビー
ムの光分配面ξ上の位置Ｐは同じであったとする）、検
出用光ビームＬ１２は破線に示すような光路を通って、
受光素子８５および受光素子８７に照射されることにな
る。すなわち、受光素子８５の受光面上での照射点は点
Ｑ１２となり、もとの点Ｑ１０からずれることになる。
一方、受光素子８７の受光面上での集光点は点Ｑ２２と
なり、やはりもとの点Ｑ２０からずれることになる。こ
れは、実線で示す光ビームと破線で示す光ビームとが平
行ではないため、集光レンズ８６による集光点がずれる
からである。かくして、光分配面ξからの検出用光ビー
ムＬ１０に生じた向きの変化は、向き検出器として機能
する受光素子８７によって検出できる。ただ、このよう
な向きの変化は、受光素子８５においても検出されるこ
とになる。

【００６５】結局、受光素子８７の検出結果には、向き
の変化のみが含まれているのに対し、受光素子８５の検
出結果には、位置の変化と向きの変化との双方の成分が
含まれていることになる。このような事情から、理論的
には、図１５に示す光軸調節装置では、制御装置９２に
よるフィードバック制御は、まず、向きを一致させるた
めの角度制御（角度調節機構９３に対する制御）を先に
行い、続いて、位置を一致させるための位置制御（位置
調節機構９４に対する制御）を行うようにするのが好ま
しい。向きについての検出結果が基準情報に一致すれ
ば、受光素子８５の検出結果から向きについての変化成
分を除去することができ、位置についての変化成分のみ
を認識することができる。もっとも、実用上は、角度制
御と位置制御とを交互に繰り返して実行することによ
り、検出結果を基準情報に徐々に近付けてゆくフィード
バック制御が行われることになるので、角度制御と位置
制御との順を厳密に考慮する必要はない。

【００６６】続いて、この光軸調節装置による自動光軸
調節動作の一例を示す。たとえば、図２０に示すよう
に、入射点Ｑinから射出点Ｑout へ向かう基準光路Ｓ
（一点鎖線）が形成されている状態において、この基準
光路Ｓ上に、この光軸調節装置を挿入したとしよう。こ
の場合、まず、光反射素子８１を基準光路Ｓ上から取り
外し、基準光路Ｓに沿って入射してくる入射光をビーム
分配器８３の光分配面ξへと導き、この光分配面ξから
反射してきた検出用光ビーム（図の破線に示す光路を進
む）についての位置Ｐおよび向きを検出する。具体的に
は、受光素子８５上の点Ｑ１０の位置が、「位置Ｐを示
す情報」として検出され、受光素子８７上の点Ｑ２０の
位置が、「向きを示す情報」として検出され、これらの
情報が基準情報として記憶装置９１（図２０では図示省
略）に記憶される。次に、基準光路Ｓ上に光反射素子８
１を配置した状態にし、入射光を反射面η上の点Ａで反
射させて迂回光路（二点鎖線）へと導き、光分配面ξか
ら透過してきた検出用光ビームについての位置および向
きを検出し、これらの検出結果が、記憶装置９１に記憶
されている基準情報に一致するようなフィードバック制
御を行う。このようなフィードバック制御により、検出
用光ビームは、受光素子８５の点Ｑ１０および受光素子
８７の点２０に照射された状態となり、ビーム分配器８
３からは基準光路Ｓに沿った射出光が射出点Ｑout へ向
けて射出されることになる。いわば、図３に示すような
状態が得られたことになる。なお、このような状態にお
いて、「迂回光路を経てターゲット方向へ射出される光
ビーム強度」が、「検出用ビーム分配器８４へと導かれ
る検出用光ビームの強度」に比べて十分に大きくなるよ
うにするためには、ビーム分配器８３内の光分配面ξ
を、反射率９９％、透過率１％程度のハーフミラーによ
って構成しておくようにすればよい。

【００６７】さて、ここで、何らかの原因により、この
光軸調節装置への入射光の入射条件が変動し、図２０に
実線で示すような入射光Ｌ１５が与えられるようになっ
たとしよう。すなわち、これまでは、基準光路Ｓに沿っ
た入射光が与えられていたのに、この入射光の位置が若
干変動したことになる（ここでは、入射光の向きについ
ての変動はなかったものとしよう）。すると、迂回光路
は、図の二点鎖線で示す光路から、図の実線で示す光路
へと変化し、光ビームは光分配面ξにおける位置Ｐ１５
に照射されることになる。その結果、ビーム分配器８３
から図の左方へ射出される光ビームは、基準光路Ｓから
外れることになり、その最終照射位置は、ターゲット上
の目標点Ｑから外れてしまう。

【００６８】このような光軸変動は、受光素子８５およ
び受光素子８７によって検出される。すなわち、受光素
子８５上の照射点は点Ｑ１０から点Ｑ１５へと変動し、
受光素子８７上の集光点は点Ｑ２０から点Ｑ２５へと変
動する。もっとも、この例では、入射光の向きについて
の変動はなかったので、点Ｑ２０と点Ｑ２５とは同一点
となり、向きについての調節を行う必要はないことが認
識される。そこで、制御手段７０（図２０では図示省
略）は、位置についての変動量ｄ（点Ｑ１０と点Ｑ１５
との距離）を相殺すべく、位置調節機構９４（図２０で
は図示省略）に対して制御信号を送り、図２１に破線で
示すように、コーナリフレクタ８２を距離ｄ／２だけ図
の左方向へシフトさせる。すると、入射光Ｌ１５は、図
に実線で示す迂回光路を通って、光分配面ξの「変動が
生じる前の位置Ｐ」へと導かれるような位置調節が行わ
れることになり、受光素子８５上の照射点は点Ｑ１０へ
戻り、受光素子８７上の集光点は点Ｑ２０となる。かく
して、ビーム分配器８３から図の左方へ射出される光ビ
ームは、基準光路Ｓ上の位置に戻され、その最終照射位
置は、ターゲット上の目標点Ｑに戻される。

【００６９】以上、入射光について位置変動が生じた場
合を述べたが、向きの変動が生じた場合には、光反射素
子８１の角度が調節され、同様の自動光軸調節が行われ
ることになる。

【００７０】最後に、もうひとつの具体的な実施形態を
述べておく。図２２は、上述の実施形態Ｂについてのよ
り具体的な実施形態を示す図（光学的要素については平
面図、電気的要素および機械的要素についてはブロック
図として示す）である。この図２２に示す光軸調節装置
の構成および動作は、図１５に示す光軸調節装置の構成
および動作とほぼ同じであるため、ここでは両者の相違
点のみを述べておく。両者の根本的な相違点は、図１３
に示す実施形態Ｃと図１２に示す実施形態Ｂとの相違に
基く。すなわち、図２２に示す光軸調節装置では、図１
５に示す光反射素子８１が光反射素子９５に置き換えら
れており、更に、新たに光反射素子９６が追加されてい
る。これは、図１５の光反射素子８１が、図１３の光路
切換角度調節手段３５に相当する構成要素であるのに対
し、図２２の光反射素子９５および９６が、それぞれ図
１２の光路切換手段２０および角度調節手段３０に相当
する構成要素であるためである。

【００７１】要するに、光反射素子９５は、入射光を反
射面η１上の点Ａで反射させることにより、迂回光路Ｄ
１へと導く機能を有しているものの、角度の調節機能は
有しておらず、角度の調節は光反射素子９６によって行
うようにしているのである。コーナリフレクタ８２が位
置調節機能を果たす点は、図１５の光軸調節装置と同様
である。結局、この図２２に示す光軸調節装置では、光
反射素子９５によって光路Ｄ１へと迂回させられた光ビ
ームに対して、まず、コーナリフレクタ８２による位置
調節が施され、続いて、光反射素子９６による角度調節
が施されることになる。光反射素子９６は、反射面η２
上で直交する二軸ω３およびω４を回転軸として回転す
る構造となっており、角度調節機構９３によって向きの
制御が行われる。

【００７２】なお、この光軸調節装置においても、基準
情報を得て記憶装置９１に記憶させる作業を行うため
に、基準光路Ｓに沿って入射してきた入射光を、そのま
まビーム分配器８３まで導くことができるような構造に
しておく必要があるので、光反射素子９５を支持機構９
７によって着脱自在に支持し、光反射素子９６を支持機
構９８によって着脱自在に支持するようにしてある。基
準情報を得る作業を行う際には、光反射素子９５，９６
をともに基準光路Ｓ上から除去し、基準光路Ｓに沿った
入射光をそのままビーム分配器８３へと導けばよい。も
っとも、光反射素子９６を透明材料で構成しておき、反
射面η２を完全な反射面ではなく、光の一部を透過する
面にしておけば、光反射素子９６の内部を通じて、基準
光路Ｓに沿った入射光をビーム分配器８３まで導くこと
ができるので、光反射素子９６は必ずしも着脱自在な形
で配置する必要はない。また、光反射素子９６の配置を
工夫して、基準光路Ｓを妨げないような位置に配置する
ことが可能であれば、光反射素子９６を着脱自在にする
必要はない。

【００７３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、既存の
光路を通る光ビームを安定維持させるのに適した光軸調
節装置および光軸調節方法を実現することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光軸調節装置により光軸を安定さ
せる対象となる光学系の構成を示す図である。

【図２】図１に示す光学系におけるビーム源の変動要因
に基いて、光軸ずれが生じた状態を示す図である。

【図３】図１に示す光学系における基準光路Ｓ上に本発
明に係る光軸調節装置を挿入した状態を示す図である。

【図４】本発明に係る光軸調節装置の機能により、光軸
が安定維持される状態を示す図である。

【図５】本発明に係る光軸調節装置における基準情報取
得の原理を説明する図である。

【図６】本発明に係る光軸調節装置において形成される
迂回光路を示す図である。

【図７】図６に示す光軸調節装置によるフィードバック
制御の結果を示す図である。

【図８】図６に示す光軸調節装置によるフィードバック
制御により、光源側に変動が生じた場合にも、光軸が安
定維持される状態を示す図である。

【図９】本発明に係る光軸調節装置において形成される
迂回光路の別な態様を示す図である。

【図１０】図９に示す光軸調節装置によるフィードバッ
ク制御の結果を示す図である。

【図１１】本発明の基本的な実施形態Ａに係る光軸調節
装置の構成を示すブロック図である。

【図１２】本発明の基本的な実施形態Ｂに係る光軸調節
装置の構成を示すブロック図である。

【図１３】本発明の基本的な実施形態Ｃに係る光軸調節
装置の構成を示すブロック図である。

【図１４】本発明の基本的な実施形態Ｄに係る光軸調節
装置の構成を示すブロック図である。

【図１５】本発明の基本的な実施形態Ｃに対応した具体
的な光軸調節装置の構成を示す図である。

【図１６】図１５に示す光軸調節装置における光反射素
子による角度調節の原理を示す図である。

【図１７】図１５に示す光軸調節装置におけるコーナリ
フレクタによる位置調節の原理を示す図である。

【図１８】図１５に示す光軸調節装置における位置変動
の検出原理を示す図である。

【図１９】図１５に示す光軸調節装置における角度変動
の検出原理を示す図である。

【図２０】図１５に示す光軸調節装置において、入射光
に位置変動が生じた状態を示す図である。

【図２１】図１５に示す光軸調節装置において、入射光
に位置変動が生じた場合に行われる自動光軸調節を示す
図である。

【図２２】本発明の基本的な実施形態Ｂに対応した具体
的な光軸調節装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…基準情報取得手段 ２…光路迂回調節手段 ３…制御手段 １０…ビーム分配手段 ２０…光路切換手段 ３０…角度調節手段 ３５…光路切換角度調節手段 ４０…位置調節手段 ４５…光路切換位置調節手段 ５０…検出手段 ６０…記憶手段 ７０…制御手段 ８１…光反射素子 ８２…コーナリフレクタ（コーナキューブプリズム） ８３…ビーム分配器 ８４…検出用ビーム分配器 ８５…受光素子 ８６…集光レンズ ８７…受光素子 ８８…支持機構 ９１…記憶装置 ９２…制御装置 ９３…角度調節機構 ９４…位置調節機構 ９５，９６…光反射素子 ９７，９８…支持機構 １００…ビーム源 ２００…ターゲット ３００…本発明に係る光軸調節装置 Ａ…光ビームの入射位置 Ｂ…光ビーム Ｂｒ…光分配面ξからの反射光 Ｂｔ…光分配面ξからの透過光 Ｃ…コーナリフレクタの頂点 Ｃin…入射点 Ｃout …射出点 Ｄ，Ｄａ，Ｄ１〜Ｄ７，Ｄ１ａ〜Ｄ７ａ，Ｄ１ｂ〜Ｄ３
ｂ…迂回光路 ｄ，ｄｄ…位置の変位量 Ｉ（Ｐ０，α０）…基準情報 Ｌ１…入射光 Ｌ２…入射光透過光 Ｌ３…入射光反射光 Ｌ４…迂回光 Ｌ５，Ｌ５^＊…角度調節光 Ｌ６…位置角度調節光 Ｌ７…調節光透過光 Ｌ８…調節光反射光 Ｌ９，Ｌ９^＊…位置調節光 Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２…検出用光ビーム Ｌ１５…変動した光ビーム Ｌin…入射光 Ｌout ，Ｌout ^＊…射出光 Ｎ…光分配面ξ上の法線 Ｐ，Ｐ１…検出対象となる光ビームの位置 Ｐ０…基準情報となる位置 Ｑ…目標点 Ｑin…入射点 Ｑout …射出点 Ｑ１０，Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１５…照射点 Ｑ２０，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ２５…集光点 Ｓ…基準光路 α…検出対象となる光ビームの射出角度 α０…基準情報となる角度 η，η１，η２…反射面 θ…調節角度 μ…反射面 ξ…光分配面 ρ１，ρ２…反射面 ω１〜ω４…回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 利秀 埼玉県日高市下高萩新田17番２号 シグマ 光機株式会社内 (72)発明者 松山 哲也 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 柏木 剛 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 植田 健治 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 Ｆターム(参考） 2H043 AD02 AD11 AD16 AD21 2H044 AC01

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の基準光路に沿って光ビームが存在
   するときに、入射光が前記基準光路を外れた場合にも、
   射出光が前記基準光路に沿った状態を維持することがで
   きるような自動光軸調節を行う光軸調節装置であって、 照射された光の一部を反射、一部を透過させる光分配面
   を有し、前記基準光路上に配置されたビーム分配手段
   と、 前記基準光路に沿って入射した光ビームが前記光分配面
   で反射することにより得られる反射光について、前記光
   分配面上での位置および向きを測定し、この測定結果を
   基準情報として取得する基準情報取得手段と、 作業者の操作に応じて、前記入射光の光ビームを前記基
   準光路とは異なる迂回光路へ誘導し、この誘導された光
   ビームの位置および向きを調節して前記光分配面へ照射
   する光路迂回調節手段と、 前記迂回光路を経由した光ビームに基いて前記光分配面
   から得られる透過光または反射光について、前記光分配
   面上での位置および向きを測定し、この測定結果が前記
   基準情報に近付くように、前記光路迂回調節手段を制御
   する制御手段と、 を備えることを特徴とする光軸調節装置。
2. 【請求項２】 所定の基準光路に沿って光ビームが存在
   するときに、入射光が前記基準光路を外れた場合にも、
   射出光が前記基準光路に沿った状態を維持することがで
   きるような自動光軸調節を行う光軸調節方法であって、 照射された光の一部を反射、一部を透過させる光分配面
   を、前記基準光路上に配置する準備段階と、 前記基準光路に沿って入射した光ビームが前記光分配面
   で反射することにより得られる反射光について、前記光
   分配面上での位置および向きを測定し、この測定結果を
   基準情報として取得する基準情報取得段階と、 前記基準光路を迂回する光路であって、光ビームの位置
   および向きを調節する調節手段が設けられた迂回光路を
   設定し、前記入射光の光ビームを前記迂回光路へ誘導
   し、この迂回光路を経由した光ビームが前記光分配面に
   照射されるようにする迂回光路誘導段階と、 前記迂回光路を経由した光ビームに基いて前記光分配面
   から得られる透過光または反射光について、前記光分配
   面上での位置および向きを測定し、この測定結果が前記
   基準情報に近付くように、前記調節手段を制御する制御
   段階と、 を有することを特徴とする光軸調節方法。
3. 【請求項３】 入射点と射出点とを通る基準光路に沿っ
   て光ビームが存在するときに、前記入射点と前記射出点
   との間に配置することにより、入射光が前記基準光路を
   外れた場合にも、射出光が前記基準光路に沿った状態を
   維持するように光軸調節を行う機能をもった光軸調節装
   置であって、 前記基準光路上に配置され、照射された光の一部を反
   射、一部を透過させる光分配面をもち、前記入射光を、
   反射した一部からなる入射光反射光と、透過した一部か
   らなる入射光透過光と、に分配するビーム分配手段と、 前記入射点と前記ビーム分配手段との間に配置され、前
   記入射光を透過させる第１の機能と、前記入射光の向き
   を所定の迂回光路に向けて変化させ、迂回光として射出
   する第２の機能と、の２つの機能を選択的に実行可能な
   光路切換手段と、 前記迂回光の向きを所定の設定角度だけ変化させて角度
   調節光として射出する角度調節手段と、 前記角度調節光を入射し、この角度調節光に対して平行
   で、所定の設定変位量だけずれた位置を通る位置角度調
   節光を、前記ビーム分配手段の前記光分配面に向けて射
   出することにより、前記位置角度調節光が、反射した一
   部からなる調節光反射光と、透過した一部からなる調節
   光透過光と、に分配されるようにする位置調節手段と、 前記光路切換手段が前記第１の機能を実行しているとき
   には、前記光分配面における前記入射光反射光の位置お
   よび向きを検出し、前記光路切換手段が前記第２の機能
   を実行しているときには、前記光分配面における前記調
   節光透過光もしくは前記調節光反射光の位置および向き
   を検出する検出手段と、 前記光路切換手段が前記第１の機能を実行しているとき
   に、前記検出手段によって検出された位置および向きを
   基準情報として記憶する記憶手段と、 前記光路切換手段が前記第２の機能を実行しているとき
   に、前記検出手段によって検出される位置および向き
   が、前記記憶手段に記憶されている基準情報の位置およ
   び向きに近付くように、前記角度調節手段による設定角
   度および前記位置調節手段による設定変位量を制御する
   機能をもった制御手段と、 を備えることを特徴とする光軸調節装置。
4. 【請求項４】 入射点と射出点とを通る基準光路に沿っ
   て光ビームが存在するときに、前記入射点と前記射出点
   との間に配置することにより、入射光が前記基準光路を
   外れた場合にも、射出光が前記基準光路に沿った状態を
   維持するように光軸調節を行う機能をもった光軸調節装
   置であって、 前記基準光路上に配置され、照射された光の一部を反
   射、一部を透過させる光分配面をもち、前記入射光を、
   反射した一部からなる入射光反射光と、透過した一部か
   らなる入射光透過光と、に分配するビーム分配手段と、 前記入射点と前記ビーム分配手段との間に配置され、前
   記入射光を透過させる第１の機能と、前記入射光の向き
   を所定の迂回光路に向けて変化させ、迂回光として射出
   する第２の機能と、の２つの機能を選択的に実行可能な
   光路切換手段と、 前記迂回光を入射し、この迂回光に対して平行で、所定
   の設定変位量だけずれた位置を通る位置調節光を射出す
   る位置調節手段と、 前記位置調節光の向きを所定の設定角度だけ変化させる
   ことにより得られる位置角度調節光を、前記ビーム分配
   手段の前記光分配面に向けて射出することにより、前記
   位置角度調節光が、反射した一部からなる調節光反射光
   と、透過した一部からなる調節光透過光と、に分配され
   るようにする角度調節手段と、 前記光路切換手段が前記第１の機能を実行しているとき
   には、前記光分配面における前記入射光反射光の位置お
   よび向きを検出し、前記光路切換手段が前記第２の機能
   を実行しているときには、前記光分配面における前記調
   節光透過光もしくは前記調節光反射光の位置および向き
   を検出する検出手段と、 前記光路切換手段が前記第１の機能を実行しているとき
   に、前記検出手段によって検出された位置および向きを
   基準情報として記憶する記憶手段と、 前記光路切換手段が前記第２の機能を実行しているとき
   に、前記検出手段によって検出される位置および向き
   が、前記記憶手段に記憶されている基準情報の位置およ
   び向きに近付くように、前記角度調節手段による設定角
   度および前記位置調節手段による設定変位量を制御する
   機能をもった制御手段と、 を備えることを特徴とする光軸調節装置。
5. 【請求項５】 入射点と射出点とを通る基準光路に沿っ
   て光ビームが存在するときに、前記入射点と前記射出点
   との間に配置することにより、入射光が前記基準光路を
   外れた場合にも、射出光が前記基準光路に沿った状態を
   維持するように光軸調節を行う機能をもった光軸調節装
   置であって、 前記基準光路上に配置され、照射された光の一部を反
   射、一部を透過させる光分配面をもち、前記入射光を、
   反射した一部からなる入射光反射光と、透過した一部か
   らなる入射光透過光と、に分配するビーム分配手段と、 前記入射点と前記ビーム分配手段との間に配置され、前
   記入射光を透過させる第１の機能と、前記入射光の向き
   を所定の設定角度だけ変化させることにより得られる角
   度調節光を、所定の迂回光路に沿って射出する第２の機
   能と、の２つの機能を選択的に実行可能な光路切換角度
   調節手段と、 前記角度調節光を入射し、この角度調節光に対して平行
   で、所定の設定変位量だけずれた位置を通る位置角度調
   節光を、前記ビーム分配手段の前記光分配面に向けて射
   出することにより、前記位置角度調節光が、反射した一
   部からなる調節光反射光と、透過した一部からなる調節
   光透過光と、に分配されるようにする位置調節手段と、 前記光路切換角度調節手段が前記第１の機能を実行して
   いるときには、前記光分配面における前記入射光反射光
   の位置および向きを検出し、前記光路切換角度調節手段
   が前記第２の機能を実行しているときには、前記光分配
   面における前記調節光透過光もしくは前記調節光反射光
   の位置および向きを検出する検出手段と、 前記光路切換角度調節手段が前記第１の機能を実行して
   いるときに、前記検出手段によって検出された位置およ
   び向きを基準情報として記憶する記憶手段と、 前記光路切換角度調節手段が前記第２の機能を実行して
   いるときに、前記検出手段によって検出される位置およ
   び向きが、前記記憶手段に記憶されている基準情報の位
   置および向きに近付くように、前記光路切換角度調節手
   段による設定角度および前記位置調節手段による設定変
   位量を制御する機能をもった制御手段と、 を備えることを特徴とする光軸調節装置。
6. 【請求項６】 入射点と射出点とを通る基準光路に沿っ
   て光ビームが存在するときに、前記入射点と前記射出点
   との間に配置することにより、入射光が前記基準光路を
   外れた場合にも、射出光が前記基準光路に沿った状態を
   維持するように光軸調節を行う機能をもった光軸調節装
   置であって、 前記基準光路上に配置され、照射された光の一部を反
   射、一部を透過させる光分配面をもち、前記入射光を、
   反射した一部からなる入射光反射光と、透過した一部か
   らなる入射光透過光と、に分配するビーム分配手段と、 前記入射点と前記ビーム分配手段との間に配置され、前
   記入射光を透過させる第１の機能と、前記入射光を入射
   し、この入射光もしくはこの入射光の向きを変えること
   により得られる迂回光に対して平行で、所定の設定変位
   量だけずれた位置を通る位置調節光を、所定の迂回光路
   に沿って射出する第２の機能と、の２つの機能を選択的
   に実行可能な光路切換位置調節手段と、 前記位置調節光の向きを所定の設定角度だけ変化させる
   ことにより得られる位置角度調節光を、前記ビーム分配
   手段の前記光分配面に向けて射出することにより、前記
   位置角度調節光が、反射した一部からなる調節光反射光
   と、透過した一部からなる調節光透過光と、に分配され
   るようにする角度調節手段と、 前記光路切換位置調節手段が前記第１の機能を実行して
   いるときには、前記光分配面における前記入射光反射光
   の位置および向きを検出し、前記光路切換位置調節手段
   が前記第２の機能を実行しているときには、前記光分配
   面における前記調節光透過光もしくは前記調節光反射光
   の位置および向きを検出する検出手段と、 前記光路切換位置調節手段が前記第１の機能を実行して
   いるときに、前記検出手段によって検出された位置およ
   び向きを基準情報として記憶する記憶手段と、 前記光路切換位置調節手段が前記第２の機能を実行して
   いるときに、前記検出手段によって検出される位置およ
   び向きが、前記記憶手段に記憶されている基準情報の位
   置および向きに近付くように、前記角度調節手段による
   設定角度および前記光路切換位置調節手段による設定変
   位量を制御する機能をもった制御手段と、 を備えることを特徴とする光軸調節装置。
7. 【請求項７】 請求項３〜６のいずれかに記載の光軸調
   節装置において、 ビーム分配手段を、光分配面として機能するハーフミラ
   ーが形成された光学素子によって構成したことを特徴と
   する光軸調節装置。
8. 【請求項８】 請求項３〜７のいずれかに記載の光軸調
   節装置において、 光路切換手段、光路切換角度調節手段、または、光路切
   換位置調節手段を、入射光を迂回させる機能を有する光
   学素子と、この光学素子を基準光路上に着脱自在に支持
   する支持機構と、によって構成し、前記光学素子を前記
   基準光路上から脱離させることにより第１の機能が実行
   され、前記光学素子を前記基準光路上に装着することに
   より第２の機能が実行されるようにしたことを特徴とす
   る光軸調節装置。
9. 【請求項９】 請求項３〜８のいずれかに記載の光軸調
   節装置において、 角度調節手段または光路切換角度調節手段を、反射面を
   有する光学素子と、前記反射面上で直交する２つの回転
   軸に関して前記光学素子を回転させることにより角度調
   節を行う角度調節機構と、によって構成したことを特徴
   とする光軸調節装置。
10. 【請求項１０】 請求項３〜９のいずれかに記載の光軸
    調節装置において、 位置調節手段または光路切換位置調節手段を、コーナリ
    フレクタもしくはコーナキューブプリズムを有する光学
    素子と、この光学素子を所定平面に沿って平行移動させ
    る位置調節機構と、によって構成したことを特徴とする
    光軸調節装置。
11. 【請求項１１】 請求項３〜１０のいずれかに記載の光
    軸調節装置において、 検出手段を、光分配面からの検出用光ビームを２つのビ
    ームに分配する検出用ビーム分配器と、分配された第１
    のビームに基いて位置を検出する位置検出器と、分配さ
    れた第２のビームに基いて向きを検出する向き検出器
    と、によって構成したことを特徴とする光軸調節装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の光軸調節装置にお
    いて、 位置検出器を、所定の受光面上へのビームの照射位置を
    検出する受光素子によって構成したことを特徴とする光
    軸調節装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１に記載の光軸調節装置にお
    いて、 向き検出器を、平行光線を所定の焦点に集光する集光レ
    ンズと、この集光レンズに対して焦点距離だけ離れた位
    置に配置された受光面を有しこの受光面上の集光位置を
    検出する受光素子と、によって構成したことを特徴とす
    る光軸調節装置。
14. 【請求項１４】 入射点と射出点とを通る基準光路に沿
    って光ビームが存在するときに、前記入射点と前記射出
    点との間に配置することにより、入射光が前記基準光路
    を外れた場合にも、射出光が前記基準光路に沿った状態
    を維持するように光軸調節を行う機能をもった光軸調節
    装置であって、 前記基準光路上に配置され、照射された光の一部を反
    射、一部を透過させる光分配面をもったビーム分配器
    と、 前記入射点と前記ビーム分配器との間の基準光路上に着
    脱自在に配置することができ、前記基準光路上に配置し
    た場合に前記入射光を反射させることができる反射面を
    有する光反射素子と、 前記光反射素子の反射面の向きを調節する角度調節機構
    と、 前記光反射素子からの反射光を入射し、これに平行な逆
    向光を前記ビーム分配器に向けて射出することができる
    コーナリフレクタもしくはコーナキューブプリズムと、 前記コーナリフレクタもしくはコーナキューブプリズム
    の位置を調節する位置調節機構と、 前記光反射素子を前記基準光路上に配置しない第１の状
    態において、前記ビーム分配器から反射されてきた光ビ
    ームについて、前記光分配面上での位置および向きを検
    出する機能と、前記光反射素子を前記基準光路上に配置
    した第２の状態において、前記ビーム分配器を透過して
    きた光ビームについて、前記光分配面上での位置および
    向きを検出する機能と、を有する検出器と、 前記第１の状態において前記検出器が検出した位置およ
    び向きを基準情報として記憶する記憶装置と、 前記第２の状態において前記検出器が検出する位置およ
    び向きが、前記記憶装置に記憶されている基準情報の位
    置および向きに近付くように、前記角度調節機構および
    前記位置調節機構を制御する制御装置と、 を備えることを特徴とする光軸調節装置。
15. 【請求項１５】 入射点と射出点とを通る基準光路に沿
    って光ビームが存在するときに、前記入射点と前記射出
    点との間に配置することにより、入射光が前記基準光路
    を外れた場合にも、射出光が前記基準光路に沿った状態
    を維持するように光軸調節を行う機能をもった光軸調節
    装置であって、 前記基準光路上に配置され、照射された光の一部を反
    射、一部を透過させる光分配面をもったビーム分配器
    と、 前記入射点と前記ビーム分配器との間の基準光路上に着
    脱自在に配置することができ、前記基準光路上に配置し
    た場合に前記入射光を反射させることができる反射面を
    有する第１の光反射素子と、 前記第１の光反射素子からの反射光を入射し、これに平
    行な逆向光を射出することができるコーナリフレクタも
    しくはコーナキューブプリズムと、 前記コーナリフレクタもしくはコーナキューブプリズム
    の位置を調節する位置調節機構と、 前記逆向光を前記ビーム分配器に向けて射出することが
    できる反射面を有する第２の光反射素子と、 前記第２の光反射素子の反射面の向きを調節する角度調
    節機構と、 前記第１の光反射素子を前記基準光路上に配置しない第
    １の状態において、前記ビーム分配器から反射されてき
    た光ビームについて、前記光分配面上での位置および向
    きを検出する機能と、前記第１の光反射素子を前記基準
    光路上に配置した第２の状態において、前記ビーム分配
    器から反射されてきた光ビームについて、前記光分配面
    上での位置および向きを検出する機能と、を有する検出
    器と、 前記第１の状態において前記検出器が検出した位置およ
    び向きを基準情報として記憶する記憶装置と、 前記第２の状態において前記検出器が検出する位置およ
    び向きが、前記記憶装置に記憶されている基準情報の位
    置および向きに近付くように、前記角度調節機構および
    前記位置調節機構を制御する制御装置と、 を備えることを特徴とする光軸調節装置。