JP2003232606A - 角度検出システム、角度検出方法、及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象物の回転角度・回転の向き検出を一
体の構成で行う角度検出システムを提供する。 【解決手段】 システム２は、レーザ光源８と、レーザ
光源から出射したレーザ光をレーザ光１２ａ，１２ｂに
分離するハーフミラー１４と、２つのレーザ光をそれぞ
れ反射するために対象物６に設けた２つのコーナキュー
ブ１６ａ，１６ｂとを備える。ハーフミラーは、各コー
ナキューブで反射した２つのレーザ光を合成する。シス
テムはまた、合成されたレーザ光を受光する受光手段を
備え、受光した干渉光の強度変化に基づいて対象物の回
転角度を検出する。システムはさらに、２つのレーザ光
の一方に関し、Ｐ偏光とＳ偏光の光学距離に差を設ける
ための偏光ビームスプリッタ２２、２３を備える。受光
手段は、Ｓ偏光及びＰ偏光を受光するＳ偏光及びＰ偏光
受光素子３６、３８からなる。Ｐ偏光の強度変化とＳ偏
光の強度変化の位相差に基づいて対象物の回転の向きを
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、移動物体
の回転角度を検出するためのシステムに関する。本発明
は特に、分離した２つのレーザ光を移動物体に設けた２
つのコーナキューブで反射させ、反射した２つのレーザ
光を合成して干渉させることで、レーザ光の出射方向に
対して垂直な軸を回転中心とする移動物体の回転角度を
検出するシステムに関する。本発明はまた、上記角度検
出システムを用いて移動物体である走査ミラーの角度の
検出を行うレーザ加工装置に関する。本発明はさらに、
移動物体の回転角度を検出するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動物体の移動量や回転角度を測
定するための装置としてレーザ干渉計が知られている。

【０００３】図８は、このようなレーザ干渉計のうち移
動物体の回転角度を測定する形態の従来例として、特開
平１１−２３７２０７号に記載されたレーザ干渉計（角
度検出システム）を示す。この角度検出システム１００
は、可干渉性の良好なレーザ光源１０２と、レーザ光源
１０２から出射したレーザ光を２つのレーザ光に分離さ
せるとともに、測定対象物１０４に設けた２つのコーナ
キューブ１０６ａ，１０６ｂでそれぞれ反射して戻った
２つのレーザ光を合成する光学ユニット１０８と、合成
されたレーザ光を受光する受光信号処理部１１０とを備
える。

【０００４】光学ユニット１０８は、レーザ光源１０２
から出射したレーザ光を光ファイバ１１２を介して伝播
させ、光ファイバ１１２から発散角をもって出射したレ
ーザ光をレンズ１１３でコリメートする。光学ユニット
１０８は、コリメートされたレーザ光をビームスプリッ
タユニット１１４で２つのレーザ光１１６ａ，１１６ｂ
に分離し、一方のレーザ光１１６ａをそのまま出射し、
他方のレーザ光１１６ｂを反射面で反射させて、一方の
レーザ光１１６ａと平行にして出射する。２つのレーザ
光１１６ａ，１１６ｂは、それぞれ測定対象物１０４の
コーナキューブ１０６ａ，１０６ｂに入射して逆方向に
反射する。反射された２つのレーザ光１１６ａ、１１６
ｂは、ビームスプリッタユニット１１４に入射して合成
され、光学ユニット１０８の光学系１２０、１２２を介
して光ファイバ１２４の端面に導光され、受光信号処理
部１１０に入射する。

【０００５】測定対象物１０４がレーザ光の出射方向と
垂直な軸（紙面表裏方向に伸びる軸）を中心として回転
した場合、２つのレーザ光１１６ａ，１１６ｂ間に光路
差が生じ、干渉が起きる。干渉による光の強度は、２つ
レーザ光１１６ａ，１１６ｂの光路差がレーザ光の波長
の整数倍の場合に最も大きくなり、（整数＋１／２）倍
異なる場合に最も小さくなる。したがって、測定対象物
１０４が回転すると干渉による光の出力強度が周期的に
変化する。

【０００６】受光信号処理部１１０は、入射した光を電
気信号に変換し、この電気信号の変化のサイクル数を計
測することで測定対象物１０４の回転角度を検出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の角度検出システ
ム１００は、測定対象物１０４の回転角度を検出するこ
とは可能であるが、測定対象物１０４がどの向き（図面
上、時計回り方向又は反時計回り方向）に回転したかを
検出できない。したがって、この角度検出システム１０
０を用いて測定対象物１０４の回転の向きを検出するに
は、例えば、コーナキューブ１０６ａ、１０６ｂとは別
に測定対象物１０４に平面ミラーを設け、このミラーに
対し参照光を入射させ、入射光と反射光の角度差により
生じる変位量をＰＳＤ（位置検出センサ）などで検出す
る必要がある。

【０００８】しかしながら、上述の方法では、回転角度
の検出のためのユニットと回転の向きの検出のためのユ
ニットが別構成となっており、したがって装置が大型化
したり、コストが増大する。また、ゼロ点（２つのレー
ザ光１１６ａ，１１６ｂの光路差が０）付近における回
転の向き検出がノイズの影響により困難であるといった
問題が生じる。

【０００９】そこで、本発明は、測定対象物の回転角度
の検出及び回転の向き検出ともに一体の構成で行い、し
たがってコンパクト且つ低コストの角度検出システムを
提供することを目的とする。

【００１０】本発明はまた、高精度で測定対象物の回転
角度・向きを検出する角度検出方法を提供することを目
的とする。

【００１１】本発明はさらに、上記角度検出システムを
用いて走査ミラーの回転角度・向きの検出を行うレーザ
加工装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る角度検出システムの第１の態様は、レ
ーザ光源と、レーザ光源から出射したレーザ光を第１及
び第２のレーザ光に分離する分離手段と、第１及び第２
のレーザ光をそれぞれ反射するために、所定の間隔をあ
けて測定対象物に設けられた第１及び第２のコーナキュ
ーブと、第１及び第２のコーナキューブで反射した第１
及び第２のレーザ光を合成する合成手段と、合成された
第１及び第２のレーザ光を受光する受光手段とを備え、
受光手段により受光した干渉光の強度変化に基づいて、
所定の軸を回転中心とする測定対象物の回転角度を検出
する角度検出システムにおいて、第１及び第２のレーザ
光の一方に関し、分離手段から合成手段までの光路中に
偏光分離手段をさらに備え、これによりＰ偏光とＳ偏光
の光学距離に差を設け、前記受光手段は、Ｐ偏光を受光
するＰ偏光用受光手段及びＳ偏光を受光するＳ偏光受光
手段を有し、Ｐ偏光の強度変化とＳ偏光の強度変化の位
相差に基づいて、前記軸を回転中心とする測定対象物の
回転の向きを検出することを特徴とするものである。

【００１３】かかる角度検出システムでは、分離したレ
ーザ光の一方の関しＰ偏光とＳ偏光に光路差を設けるよ
う偏光分離手段を備えるとともに、受光手段で受光した
Ｐ偏光とＳ偏光の位相差を検出することで、軸周りに一
方向に回転した場合と別の方向に回転した場合の位相差
を判別でき、したがって軸周りに回転する測定対象物の
回転角度と回転の向きを同時に検出できる。

【００１４】本発明に係る角度検出システムの第２の態
様は、第１及び第２の軸周りに回転自在な測定対象物の
回転角度を検出する角度検出システムにおいて、第１及
び第２の軸周りの回転角度をそれぞれ検出する第１及び
第２の検出部と、各検出部に対応して、所定の間隔をあ
けて測定対象物に設けられた一組のコーナキューブとを
備え、各検出部は、レーザ光源と、レーザ光源から出射
したレーザ光を対応する一組のコーナキューブに出射す
るために第１及び第２のレーザ光に分離する分離手段
と、前記対応する一組のコーナキューブで反射した第１
及び第２のレーザ光を合成する合成手段と、合成された
第１及び第２のレーザ光を受光する受光手段とを備え、
受光手段により受光した干渉光の強度変化に基づいて、
前記対応する軸を回転中心とする測定対象物の回転角度
を検出し、第１及び第２のレーザ光の一方に関し、分離
手段から合成手段までの光路中に偏光分離手段をさらに
備え、これによりＰ偏光とＳ偏光の光学距離に差を設
け、前記受光手段は、Ｐ偏光を受光するＰ偏光用受光手
段及びＳ偏光を受光するＳ偏光受光手段を有し、Ｐ偏光
の強度変化とＳ偏光の強度変化の位相差に基づいて、前
記対応する軸を回転中心とする測定対象物の回転の向き
を検出することを特徴とするものである。

【００１５】かかる角度検出システムでは、各検出部に
関して、分離したレーザ光の一方の関しＰ偏光とＳ偏光
に光路差を設けるよう偏光分離手段を備えるとともに、
受光手段で受光したＰ偏光とＳ偏光の位相差を検出する
ことで、各軸周りに一方向に回転した場合と別の方向に
回転した場合の位相差を判別できる。その結果、２軸周
りに回転する測定対象物の回転角度と回転の向きを同時
に検出できる。

【００１６】第２の態様において、２つの軸は互いに直
交するように構成してもよい。この場合、各軸周りに測
定対象物を回転させる駆動機構を互いに独立させること
ができ、測定対象物の姿勢制御が容易になる。

【００１７】第２の態様においてさらに、各検出ユニッ
トは共通のレーザ光源を有し、該レーザ光源から出射し
たレーザ光を第２の分離手段で分離し、分離された２つ
のレーザ光を各検出部の分離手段に入射させるようにし
てもよい。したがってシステムの構成要素を減らすこと
ができ、したがってシステムを簡素化しコストを下げる
ことができる。

【００１８】本発明に係る角度検出方法は、所定の間隔
をあけて第１及び第２の反射部を設けた測定対象物を用
意し、レーザ光源から出射したレーザ光を第１及び第２
のレーザ光に分離し、それぞれ第１及び第２の反射部で
反射させ、戻ってきた第１及び第２のレーザ光を合成
し、合成された第１及び第２のレーザ光を受光し、受光
した干渉光の強度変化に基づいて、所定の軸を回転中心
とする測定対象物の回転角度を検出する角度検出方法に
おいて、第１及び第２のレーザ光の一方に関してＰ偏光
とＳ偏光の光学距離に差を設け、受光したＰ偏光の強度
変化とＳ偏光の強度変化の位相差に基づいて、前記軸を
回転中心とする測定対象物の回転の向きを検出すること
を特徴とするものである。

【００１９】かかる角度検出方法では、分離したレーザ
光の一方の関しＰ偏光とＳ偏光に光路差を設けて、Ｐ偏
光とＳ偏光の位相差を検出することで、軸周りに一方向
に回転した場合と別の方向に回転した場合の位相差を判
別でき、したがって軸周りに回転する測定対象物の回転
角度と回転の向きを同時に検出できる。

【００２０】本発明に係るレーザ加工装置は、上記角度
検出システムを用いて測定対象物である走査ミラーの回
転角度・向きを検出することを特徴とするものである。

【００２１】かかるレーザ加工装置では、高精度で走査
ミラーの姿勢を検出できる。したがって、この検出値に
基づいて走査ミラーを駆動することで被加工物（ワー
ク）の高精度の加工を行うことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、
方向を表す用語（「上方向」、「下方向」、「右方
向」、「左方向」）を適宜用いるが、これは説明のため
のものであって、これらの用語は本発明を限定するもの
でない。

【００２３】実施の形態１．図１は、本発明に係る角度
検出システムの実施の形態１を示す概略断面図である。
この角度検出システム２は、支点４を中心として（紙面
表裏方向に伸びる軸を回転中心として）時計回り方向又
は反時計回り方向に回転可能な測定対象物６の回転角度
及び回転の向きを検出するためのものである。

【００２４】具体的に、角度検出システム２は、レーザ
光源８と、レーザ光源８から右方向に出射したレーザ光
をコリメートするレンズ１０と、コリメートされたレー
ザ光を２つのレーザ光１２ａ，１２ｂに分離するハーフ
ミラー（広義には分離手段）１４とを有する。一方の光
１２ａは、ハーフミラー１４から上方向に出射し、測定
対象物６に設けたコーナキューブ１６ａに入射し、逆方
向に反射する。他方の光１２ｂは、ハーフミラー１４か
ら入射方向と同じ右方向に出射し、ミラー１８で上方向
に偏向され、測定対象物６に設けたコーナキューブ１６
ｂに入射し、逆方向に反射する。なお、図の例では、コ
ーナキューブ１６ａ，１６としてミラー型のものが用い
られているが、プリズム型を用いてもよい。コーナキュ
ーブ１６ａ、１６ｂでそれぞれ反射した光１２ａ，１２
ｂは、ハーフミラー１４（広義には合成手段）で合成さ
れ、下方向に出射されるようになっている。図に示すよ
うに、レンズ１０とハーフミラー１４との間にはアイソ
レータ２０が設けてあり、これにより、コーナキューブ
１６ａで反射した光１２ａのうちハーフミラー１４で左
方向に反射する成分と、コーナキューブ１６ｂで反射し
た光１２ｂのうちハーフミラー１４を透過して左方向に
出射する成分とが、レーザ光源８に戻らないようにして
ある。

【００２５】ハーフミラー１４からミラー１８に向かう
レーザ光１２ｂの光路に沿って、２つの偏光ビームスプ
リッタ（広義には偏光分離手段）２２、２３が順に配置
されている。偏光ビームスプリッタ２２は、右方向に向
かう光１２ｂのうちＳ偏光２４ｓを透過しＰ偏光２４ｐ
を下方向に反射する。偏光ビームスプリッタ２２、２３
の下側にはミラー２６が配置されており、偏光ビームス
プリッタ２２から下方向に出射したＰ偏光２４ｐを上方
向に反射し、偏光ビームスプリッタ２３に入射させるよ
うになっている。偏光ビームスプリッタ２３は、右方向
に向かうＳ偏光２４ｓを透過しＰ偏光２４ｐを右方向に
反射して、Ｓ偏光２４ｓとＰ偏光２４ｐを合成させるよ
うになっている。コーナキューブ１６ｂで反射した光１
２ｂに関しても同様に、Ｓ偏光２４ｓは偏光ビームスプ
リッタ２３、２２の順に進み、Ｐ偏光２４ｐは偏光ビー
ムスプリッタ２３、ミラー２６、偏光ビームスプリッタ
２２の順に進む。

【００２６】このように、レーザ光１２ｂに関して、ハ
ーフミラー１４とコーナキューブ１６ｂとの光路中にお
いて、Ｓ偏光２４ｓとＰ偏光２４ｐとで光学距離が異な
るように構成されている。両偏光のハーフミラー１４か
らコーナキューブ１６ｂまでの光路中における光路差
は、レーザ光源８の光の波長の（整数＋１／８）倍に設
定するのが好ましい。この理由は後述する。光路差は、
例えばミラー２６に圧電素子２８を設け、ミラー２６を
上下方向に移動できるようにすることで設定する。

【００２７】なお、アイソレータ２０を偏光依存型と
し、両偏光における偏光方向に対し、アイソレータ２０
の偏光方向が４５°をなすようにレーザ光源８を配置す
ることで、両偏光における光量を等しくすることが可能
である。また、レーザ光源８として、分離された両偏光
における光量が時間的に安定するよう直線偏光で発振す
る直線偏光型が好ましい。

【００２８】ハーフミラー１４の下側には偏光ビームス
プリッタ３０が配置され、ハーフミラー１４で合成され
下方向に出射された光３２に関し、Ｓ偏光成分３４ｓを
透過し、Ｐ偏光成分３４ｐを右方向に反射するようにな
っている。Ｓ偏光３４ｓは受光素子３６で受光され、Ｐ
偏光３４ｐは、ミラー３７で反射して受光素子３８で受
光される。偏光ビームスプリッタ３０から受光素子３
６、３８までの光学距離は等しく設定されている。

【００２９】受光素子３６、３８にそれぞれ受光される
Ｓ偏光３４ｓ、Ｐ偏光３４ｐはアナログ電気信号に変換
される。図２に示すように、これら電気信号の位相差
は、位相差判別回路４０により判別するようにしてあ
る。一方の受光素子（図では受光素子３６）で得られた
アナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ４２でデジタル信号
に変換され、この信号の変化のサイクル数をカウンタ回
路４４で計測するようにしてある。

【００３０】以下、上記のように構成された角度検出シ
ステム（レーザ干渉計）２における干渉条件について説
明する。コーナキューブ１６ａと１６ｂ間の距離をＲ、
測定対象物６の水平時（レーザの出射方向とコーナキュ
ーブ１６ａ、１６ｂの配列方向とが平行）からの傾斜角
をθ（時計回り方向を正）として、生じる位相差Ψは、 で与えられる。ここで、λはレーザ光の波長である。

【００３１】Ｓ偏光に関し電界振幅ベクトルをＥ_ｓ０、
光の角振動数をω（＝Ｃ（２π／λ）；Ｃ光速）とし
て、コーナキューブ１６ｂから受光部３６に向かう光の
電界ベクトルを、 とすると、コーナキューブ１６ａから受光部３６に向か
う光の電界ベクトルは、 となる。

【００３２】ハーフミラー１４から受光部３６までの光
路中において２つの光は進行方向が一致するため、合成
された光の電界ベクトルは、 となる。

【００３３】受光部３６において検出される光強度Ｉｓ
は電界振幅ベクトルの大きさの２乗に比例するため、 と表される。この式と式（１）を考慮すれば、干渉によ
り測定対象物の傾斜角θにより光強度Ｉｓが変化するこ
とがわかる。

【００３４】ここで、ハーフミラー１４からコーナキュ
ーブ１６ｂに向かう光路中でのＰ偏光の光学距離をＳ偏
光の光路距離に比べて例えば、 Ｌ＝（ｍ＋１／８）λ．．．（６） （但し、Ｌ＝（ｍ＋ｎ×１／４）λ．．．（７）を除
く。） だけ長く設定すると（ｍ、ｎは０以上の整数）、ハーフ
ミラー１４とコーナキューブ１６ｂとの間での両偏光の
光路差は往復分で２Ｌとなり、位相差は、Ψに２Ｌ（２
π／λ）＝２π（２ｍ＋１／４）だけ位相差が加わるた
め、受光部３８で検出される光の強度Ｉｐは、電界振幅
ベクトルをＥ_ｐ０として、 で表される。

【００３５】例えばｓｉｎθ＝θで近似される領域にお
いて測定対象物６が等角速度で運動する場合、受光素子
３６、３８からの電気信号の位相差は、図３に示すよう
になり、測定対象物６が時計回り方向に回転する場合
［図（ａ）］と、反時計回り方向に回転する場合［図
（ｂ）］とで異なる。したがって、位相差判別回路４０
により２つの信号の位相差を判別することで測定対象物
６の回転の向きが検出できる。ここで、式（６）で表さ
れるようにＰ偏光とＳ偏光の光路差Ｌを設定したのは、
式（８）に示すように両偏光の位相差をπ／２とするた
めで（図３（ａ）の場合、測定対象物６は時計回り方向
に回転し、θしたがってΨは正で、Ｓ偏光はＰ偏光に比
べて位相がπ／２進んでいるのに対し、図３（ｂ）の場
合、測定対象物６は反時計回り方向に回転し、θしたが
ってΨは負で、Ｓ偏光はＰ偏光に比べて位相がπ／２遅
れている。）、このとき位相差判別回路４０による位相
差の判別が最も容易である。しかしながら、両偏光の光
路差Ｌは式（６）に限らず、式（７）以外の値であれば
よい。式（７）は、両偏光の位相差がπの場合を意味
し、このとき位相差判別回路４０は位相差を判別できな
い。

【００３６】このように構成された角度検出システム２
は、回転の向きを検出する素子として光学素子２２、２
３、２６を用いているため、応答速度が極めて速く、向
き検出の誤動作が極めて少なく、したがって、高速に所
定方向又は逆方向に回転する測定対象物６に対し、本角
度検出システム２が適用できる。

【００３７】一方、測定対象物６の回転角度の絶対値
は、一方の受光素子例えば受光素子３６が受光した干渉
光をアナログ信号に変換し、このアナログ信号をＡ／Ｄ
コンバータ４２でデジタル変換し、このデジタル信号の
変化のサイクル数をカウンタ回路４４で計測することで
検出が可能である。図３の例では、Ａ／Ｄコンバータ４
２に入力されたアナログ信号は、明点（強度最大）と暗
点（強度最小）の中点を閾値として、２値信号として出
力される。このように、Ａ／Ｄコンバータ４２及びカウ
ンタ回路４４を用いて高分解能で測定対象物６の回転角
度を検出できる。また、回転角度の検出に光学素子を用
いているため、応答速度が極めて速く、高精度で誤作動
が極めて少ない角度検出が可能であり、したがって、高
速に所定方向又は逆方向に回転する測定対象物６に対
し、本角度検出システム２が適用できる。例えば、２つ
のコーナキューブ間の距離が３０ｍｍ程度の小型の測定
対象物であっても、１０^−５（ラジアン）程度の高分解
能で回転角度の絶対値検出が可能である。

【００３８】なお、本実施形態は、測定対象物６に設け
る反射部としてコーナキューブ１６ａ，１６ｂに限定さ
れるものではない。但し、システム２の構成をできる限
り簡易化する点及び光路調整を容易にする点で、入射方
向と同一の方向に反射する機能を備えた反射部、すなわ
ちコーナキューブを用いるのが好ましい。

【００３９】また、レーザ光の進行方向と一組のコーナ
キューブ１６ａ，１６ｂの配列方向は、同一平面内に限
るものでもなく、また、測定対象物６の回転軸と、レー
ザ光の進行方向及び／又は一組のコーナキューブ１６
ａ，１６ｂの配列方向は直交する必要はない。但し、シ
ステム２の構成をできる限り簡易化する点及び光路調整
を容易にする点で、レーザ光の進行方向と一組のコーナ
キューブ１６ａ，１６ｂの配列方向は、同一平面内に設
定され、且つ、これらの方向は測定対象物６の回転軸と
直交するのが好ましい。

【００４０】実施の形態２．図４は、本発明に係る角度
検出システムの実施の形態２を示す概略断面図である。
以下、実施の形態１と同一の構成要素に対しては同一の
符号又は同一の符号に適当な添字を付したものを用い
る。本実施形態に係る角度検出システム５０では、分離
した一方のレーザ光のＰ偏光とＳ偏光とで光学距離を異
ならせるために、図１の角度検出システム２の光学素子
２２、２３、２６の代わりに、一方の結晶軸方向に対し
それと直交するもう一方の結晶軸方向の光学距離を例え
ば１／８波長だけ余分に長くしたλ／８板などの波長板
５２が設けたものである。波長板５２の配置位置は、偏
光ビームスプリッタ３０で分離するＰ偏光、Ｓ偏光の偏
光方向と波長板５２の結晶軸方向が一致するように設定
されている。

【００４１】本実施形態は、実施の形態１に比べてＰ偏
光とＳ偏光の光学距離を異ならせるために使用する光学
素子が少なく、したがって光路調整が容易になる利点を
有する。

【００４２】実施の形態３．図５は、本発明に係る角度
検出システムの実施の形態３を示す概略斜視図である。
本実施形態に係る角度検出システム６０は、図１の角度
検出システム２の光学素子１４、１８、２２、２３、３
０の代わりに、これら光学素子の機能（全反射、半透
過、偏光分離機能）を有する光学膜１４’、１８’、２
２’、２３’、３０’が実装された一体型プリズム６２
を用いたものである。

【００４３】このように各光学素子の機能を備えた一体
型プリズム６２を用いることで、装置のコンパクトを図
るとともに光路調整を容易に行うことができる。また、
一体型プリズム６２を用いることは、大気雰囲気中にお
ける屈折率の揺らぎによる光線屈折を低減させる効果を
有する。

【００４４】なお、光学膜２２’，２３’、及び電気素
子２８の代わりに、波長板５２（図４）の機能を有する
光学膜を一体型プリズム内に実装してもよい。

【００４５】実施の形態４．図６は、本発明に係る角度
検出システムの実施の形態４を示す概略斜視図である。
本実施形態に係る角度検出システム７０は、支点４”を
中心として互いに直交するＸ、Ｙ軸周りに回転可能な測
定対象物６”の回転角度及び回転の向きを検出するため
のものである。

【００４６】具体的に、角度検出システム７０は、Ｘ方
向に沿って測定対象物６”に設けたコーナキューブ１６
ａＸ，１６ｂＸに対応して、図５に示すのと同様の構成
（Ｘ方向に沿って設けた一体型プリズム６２Ｘ、ミラー
２６Ｘ、圧電素子２８Ｘ、及び受光素子３６Ｘ、３８
Ｘ）を有するとともに、Ｙ方向に沿って測定対象物６”
に設けたコーナキューブ１６ａＹ，１６ｂＹに対応し
て、図５に示すのと同様の構成（Ｙ方向に沿って設けた
一体型プリズム６２Ｙ、ミラー２６Ｙ、圧電素子２８
Ｙ、及び受光素子３６Ｙ、３８Ｙ）を有する。アイソレ
ータ２０から出射した光は、ハーフミラー（広義には分
離手段）７２により、Ｘ方向及びＹ方向に分離され、そ
れぞれ一体型プリズム６２Ｘ、６２Ｙに入射されるよう
にしてある。

【００４７】上記のような構成を備えた角度検出システ
ム７０によれば、２軸周りに回転する測定対象物６”の
回転角度とともに回転の向きを検出することができる。

【００４８】図７は、図６に示す角度検出システム７０
を備えたレーザ加工装置の一実施形態の構成を示す概略
斜視図である。この装置８０は、レーザ発振器（図示せ
ず）、及びこのレーザ発振器で発振されたレーザ光を必
要なビーム形状及びエネルギ密度を有するように整形す
る光学系（図示せず）とからなるレーザ照射装置８２
と、出射したレーザ光８４を走査し、ワーク８６（ＸＹ
平面上に載置されているとする。）上の所望の位置に集
光させ、これによりワーク８６を加工するための照射位
置制御ユニット８７を備える。照射位置制御ユニット８
７は、図６に示す測定対象物６”に相当し２軸（Ｘ、Ｙ
軸）周りに回転自在に構成される走査ミラー８８と、該
ミラー８８の各軸周りの回転角度及び回転の向きを検出
するための角度検出システム７０と、角度検出システム
７０からの検出信号に基づいて走査ミラー８８を駆動す
る駆動部９０とを有する。

【００４９】このようなレーザ加工装置８０によれば、
高精度で走査ミラー８８の姿勢を検出でき、この検出値
に基づいて走査ミラー８８を駆動できる。したがってワ
ーク８６の高精度の加工を行うことができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、測定対象物の回転角度
及び回転の向きの検出を一体の構成で行うことができ、
したがって角度検出システムのコンパクト化及び低コス
ト化を実現できる。また、高精度で誤作動の少ない回転
角度・向き検出を行うことができる。さらに、高精度の
加工を行うことのできるレーザ加工装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る角度検出システムの実施の形態
１を示す概略断面図。

【図２】 図１の角度検出システムの回転角度及び回転
の向きを検出するための機能構成を示すブロック図。

【図３】 測定対象物の回転の向きに応じて図１の２つ
の受光素子から出力される電気信号の位相差が異なるこ
とを示す図。

【図４】 本発明に係る角度検出システムの実施の形態
２を示す概略断面図。

【図５】 本発明に係る角度検出システムの実施の形態
３を示す概略断面図。

【図６】 本発明に係る角度検出システムの実施の形態
４を示す概略断面図。

【図７】 本発明に係る角度検出システムを適用したレ
ーザ加工装置の一実施形態を示す概略斜視図。

【図８】 角度検出システムの従来例を示す概略断面
図。

【符号の説明】

２：角度検出システム ６：測定対象物 ８：レーザ光源 １４：ハーフミラー １６ａ，１６ｂ：コーナキューブ ２２、２３、３０：偏光ビームスプリッタ ３６：Ｓ偏光用受光素子 ３８：Ｐ偏光用受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F064 AA06 BB03 CC10 EE01 FF01 FF05 GG00 GG12 GG13 GG16 GG22 GG23 GG44 GG52 HH01 HH06 JJ01 JJ11 2F065 AA37 AA39 BB16 CC21 DD02 FF49 FF52 GG04 JJ01 JJ05 LL12 LL17 LL37 LL46 QQ00 QQ03 QQ51

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源と、 レーザ光源から出射したレーザ光を第１及び第２のレー
   ザ光に分離する分離手段と、 第１及び第２のレーザ光をそれぞれ反射するために、所
   定の間隔をあけて測定対象物に設けられた第１及び第２
   のコーナキューブと、 第１及び第２のコーナキューブで反射した第１及び第２
   のレーザ光を合成する合成手段と、 合成された第１及び第２のレーザ光を受光する受光手段
   とを備え、 受光手段により受光した干渉光の強度変化に基づいて、
   所定の軸を回転中心とする測定対象物の回転角度を検出
   する角度検出システムにおいて、 第１及び第２のレーザ光の一方に関し、分離手段から合
   成手段までの光路中に偏光分離手段をさらに備え、これ
   によりＰ偏光とＳ偏光の光学距離に差を設け、 前記受光手段は、Ｐ偏光を受光するＰ偏光用受光手段及
   びＳ偏光を受光するＳ偏光受光手段を有し、 Ｐ偏光の強度変化とＳ偏光の強度変化の位相差に基づい
   て、前記軸を回転中心とする測定対象物の回転の向きを
   検出することを特徴とする角度検出システム。
2. 【請求項２】 第１及び第２の軸周りに回転自在な測定
   対象物の回転角度を検出する角度検出システムにおい
   て、 第１及び第２の軸周りの回転角度をそれぞれ検出する第
   １及び第２の検出部と、 各検出部に対応して、所定の間隔をあけて測定対象物に
   設けられた一組のコーナキューブとを備え、 各検出部は、 レーザ光源と、 レーザ光源から出射したレーザ光を対応する一組のコー
   ナキューブに出射するために第１及び第２のレーザ光に
   分離する分離手段と、 前記対応する一組のコーナキューブで反射した第１及び
   第２のレーザ光を合成する合成手段と、 合成された第１及び第２のレーザ光を受光する受光手段
   とを備え、 受光手段により受光した干渉光の強度変化に基づいて、
   前記対応する軸を回転中心とする測定対象物の回転角度
   を検出し、 第１及び第２のレーザ光の一方に関し、分離手段から合
   成手段までの光路中に偏光分離手段をさらに備え、これ
   によりＰ偏光とＳ偏光の光学距離に差を設け、 前記受光手段は、Ｐ偏光を受光するＰ偏光用受光手段及
   びＳ偏光を受光するＳ偏光受光手段を有し、 Ｐ偏光の強度変化とＳ偏光の強度変化の位相差に基づい
   て、前記対応する軸を回転中心とする測定対象物の回転
   の向きを検出することを特徴とする角度検出システム。
3. 【請求項３】 前記第１の軸及び第２の軸は互いに直交
   することを特徴とする請求項２の角度検出システム。
4. 【請求項４】 前記各検出ユニットは共通のレーザ光源
   を有し、該レーザ光源から出射したレーザ光を第２の分
   離手段で分離し、分離された２つのレーザ光を各検出部
   の分離手段に入射させることを特徴とする請求項２又は
   ３の角度検出システム。
5. 【請求項５】 所定の間隔をあけて第１及び第２の反射
   部を設けた測定対象物を用意し、 レーザ光源から出射したレーザ光を第１及び第２のレー
   ザ光に分離し、それぞれ第１及び第２の反射部で反射さ
   せ、戻ってきた第１及び第２のレーザ光を合成し、合成
   された第１及び第２のレーザ光を受光し、受光した干渉
   光の強度変化に基づいて、所定の軸を回転中心とする測
   定対象物の回転角度を検出する角度検出方法において、 第１及び第２のレーザ光の一方に関してＰ偏光とＳ偏光
   の光学距離に差を設け、受光したＰ偏光の強度変化とＳ
   偏光の強度変化の位相差に基づいて、前記軸を回転中心
   とする測定対象物の回転の向きを検出することを特徴と
   する角度検出方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載の角度検
   出システムを用いて測定対象物である走査ミラーの回転
   角度・向きを検出するレーザ加工装置。