JP2012103487A - レーザー照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】副鏡の基準位置調整を行い、主鏡と副鏡との間隔に生じたアフォーカル状態からのずれを修正し、対象物に対し正確にレーザー光を照射するレーザー照射装置を提供する。
【解決手段】反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する検出系３０と、副鏡１２の光軸方向の位置を検出する位置センサ４０と、対象物までの距離を計測する測距計と、副鏡１２を光軸に沿って移動させる駆動機構６０と、射出光が平行光であると検出されたとき位置センサ４０により検出された副鏡１２の位置を基準位置として、対象物までの距離に応じて対象物にレーザー光を集光させるための副鏡１２の基準位置からの移動量及び移動方向を演算し、演算結果に基づいて、駆動機構６０の駆動制御を行う制御装置７０とを有し、主鏡１１と副鏡１２との間隔が対象物に対してレーザー光を正確に集光する距離に調整された反射光学系１０を介して、レーザー光を対象物に照射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象物にレーザー光を照射するレーザー照射装置に関するものである。

このようなレーザー照射装置として、例えば、光軸に沿って対向配置された主鏡と副鏡とから構成されたカセグレン型の反射光学系を介して、対象物にレーザー光を照射するものが知られている。

特開平７−１５１５３９号公報

昨今、レーザー照射装置では、照射レーザー光の対象物への集光性能の更なる向上が望まれている。しかしながら、温度変動や経時変化の影響等により、主鏡と副鏡との間隔が対象物に対して正確にレーザー光を集光する間隔からずれる場合がある。この場合、対象物の位置と、実際にレーザー光が送光されて集光される位置とがずれてしまう。こうしたずれを修正するためには、例えば主鏡と副鏡が一組となった反射光学系が、アフォーカル状態である場合の、副鏡の基準位置の調整を行う必要があるが、従来の装置には設けられていなかった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、主鏡と副鏡が一組となった反射光学系が、アフォーカル状態である場合の、副鏡の基準位置調整を行うことで、主鏡と副鏡との間隔に生じたアフォーカル状態からのずれを修正し、対象物に対してより正確にレーザー光を照射することができる、レーザー照射装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明を例示する態様に従えば、光軸に沿って対向配置された主鏡と副鏡とを有する光学系を介して、レーザー光源から射出されたレーザー光を対象物に照射するレーザー照射装置において、前記光学系からの射出光が平行光であるか否かを検出する検出系と、前記副鏡の光軸方向の位置を検出する位置センサと、前記対象物までの距離を計測する測距計と、前記副鏡を光軸に沿って移動させる駆動機構と、前記検出系により前記光学系からの射出光が平行光であると検出されるまで前記副鏡を移動させ、前記検出系により前記光学系からの射出光が平行光であると検出されると、このときに前記位置センサにより検出された前記副鏡の位置を基準位置として記憶し、前記測距計により計測された前記対象物までの距離に応じて、前記対象物にレーザー光を集光させるために必要な前記副鏡の前記基準位置からの移動量及び移動方向を演算し、この演算結果に基づいて前記副鏡が光軸に沿って移動するように、前記駆動機構の駆動制御を行う制御装置とを有し、前記制御装置により前記駆動機構を介して前記副鏡を移動させ、前記主鏡と前記副鏡との間隔が前記対象物に対して正確にレーザー光を集光する間隔に調整された前記光学系を介して、レーザー光を前記対象物に照射することを特徴とするレーザー照射装置が提供される。

本発明は、副鏡の基準位置調整を行うことで、主鏡と副鏡との間隔に生じたアフォーカル状態からのずれを修正し、対象物に対してより正確にレーザー光を照射することができ
る、レーザー照射装置を提供することができる。

第１の実施形態に係るレーザー照射装置を説明する図であり、レーザー光の照射が行われている状態を示す。 第１の実施形態に係るレーザー照射装置を説明する図であり、副鏡の調整が行われている状態を示す。 第１の実施形態に係るレーザー照射装置を用いて、レーザー光の照射を行う際の手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るレーザー照射装置を説明する図であり、レーザー光の照射が行われている状態を示す。 第２の実施形態に係るレーザー照射装置を説明する図であり、副鏡の調整が行われている状態を示す。 第２の実施形態に係るレーザー照射装置を用いて、レーザー光の照射を行う際の手順を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係るレーザー照射装置を説明する図であり、レーザー光の照射が行われている状態を示す。 第３の実施形態に係るレーザー照射装置を説明する図であり、副鏡の調整が行われている状態を示す。 第３の実施形態に係るレーザー照射装置を用いて、レーザー光の照射を行う際の手順を示すフローチャートである。 第４の実施形態に係るレーザー照射装置を説明する図であり、コリメータ光学系の調整が行われている状態を示す。 第４の実施形態に係るレーザー照射装置を用いて、レーザー光の照射を行う際の手順を示すフローチャートである。 第５の実施形態に係るレーザー照射装置を説明する図であり、副鏡の調整が行われている状態を示す。 第６の実施形態に係るレーザー照射装置を説明する図であり、副鏡の調整が行われている状態を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。第１の実施形態に係るレーザー照射装置１は、図１及び図２に示すように、光軸ＡＸに沿って対向配置された主鏡１１と副鏡１２とを有する反射光学系１０を介して、レーザー光源２０から射出されたレーザー光を対象物（不図示）に照射するレーザー照射装置であって、反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する検出系３０と、副鏡１２の光軸方向の位置を検出する位置センサ４０（例えば、リニアエンコーダや、ポテンショメータ等）と、対象物（不図示）までの距離を計測する測距計５０と、副鏡１２を光軸ＡＸに沿って移動させる駆動機構６０（例えば、ピエゾ素子を用いた駆動機構や、回転モータとボールネジとを組み合わせて用いた駆動機構等）と、駆動機構６０の駆動制御を行う制御装置７０とを有する。

主鏡１１は、表側（副鏡１２側）に形成された凹面状の反射面１１ａと、中央に形成された開口１１ｂとを有する凹面反射鏡である。副鏡１２は、表側（主鏡１１側）に形成された凸面状の反射面１２ａを有する凸面反射鏡である。すなわち、主鏡１１と副鏡１２とからなる反射光学系１０は、いわゆるカセグレン光学系である。

検出系３０は、検出用光源３１と、検出用光源３１から射出された光を透過する照明レチクル３２と、照明レチクル３２を透過した光を反射して後述のコリメータ光学系３４に向かわせるとともに、コリメータ光学系３４により結像された照明レチクル３２の像を透
過して撮像素子３５に向かわせるハーフプリズム３３と、ハーフプリズム３３を介して照明レチクル３２を透過した光を平行光に変換するコリメータ光学系３４と、コリメータ光学系３４から射出された光を副鏡１２の反射面１２ａへと偏向するとともに、副鏡１２の反射面１２ａで反射された光をコリメータ光学系３４へと偏向する第１のミラー部材Ｍ１と、第１のミラー部材Ｍ１により偏向され、副鏡１２の反射面１２ａ、主鏡１１の反射面１１ａを順に経た光を反射して折り返す第２のミラー部材Ｍ２と、第２のミラー部材Ｍ２により反射して折り返され、主鏡１１の反射面１１ａ、副鏡１２の反射面１２ａを順に経て、第１のミラー部材Ｍ１により偏向され、コリメータ光学系３４、ハーフプリズム３３を順に経て、撮像面上に結像された照明レチクル３２の像を撮像する撮像素子３５（例えば、二次元ＣＣＤ）と、撮像素子３５により撮像された照明レチクル３２の像の合焦状態に基づいて、反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する画像処理装置３６とを有する。

なお、第１のミラー部材Ｍ１及び第２のミラー部材Ｍ２は、それぞれ光路上から（自動又は手動により）挿脱可能に構成されている。

主鏡１１、副鏡１２及び第２のミラー部材Ｍ２の面形状は、レーザー光源２０から射出して、コリメータ光学系３４により平行光束に変換され、主鏡１１の開口１１ｂから入射した光が、副鏡１２の反射面１２ａ及び主鏡１１の反射面１１ａを順に経て、第２のミラー部材Ｍ２に至る入射光路と、第２のミラー部材Ｍ２で反射して折り返され、主鏡１１の反射面１１ａ及び副鏡１２の反射面１２ａを順に経て、主鏡１１の開口１１ｂに至る射出光路とが一致するように設定されている。

制御装置７０は、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出されるまで副鏡１２を移動させ、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出されると、このときに位置センサ４０により検出された副鏡１２の位置を新たな基準位置として記憶し、測距計５０により計測されたレーザー照射装置１から対象物（不図示）までの距離に応じて、対象物にレーザー光を集光させるために必要な副鏡１２の前記基準位置からの移動量及び移動方向を演算し、この演算結果に基づいて副鏡１２が光軸ＡＸに沿って移動するように、駆動機構６０の駆動制御を行う。

上記構成のレーザー照射装置１を用いてレーザー光を照射するときの手順について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。このレーザー照射装置１では、反射光学系１０からの射出光が平行光となるように副鏡１２の位置調整を行ってから、対象物へのレーザー光の照射を行うように構成されている。

図３に示すように、まず、第１のミラー部材Ｍ１及び第２のミラー部材Ｍ２を光路上に挿入する（ステップＳ１０）。次に、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する（ステップＳ１１）。具体的には、撮像素子３５により撮像された照明レチクル３２の像の合焦状態に基づいて、画像処理装置３６により反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する。このステップＳ１１において、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光ではないと検出された場合、すなわち画像処理装置３６により照明レチクル３２の像の合焦状態にないと判断された場合は、該検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出されるまで副鏡１２が光軸ＡＸに沿って移動するように、制御装置７０は駆動機構６０の駆動制御を行う（ステップＳ１２）。また、ステップＳ１１において、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出された場合、すなわち画像処理装置３６により照明レチクル３２の像の合焦状態にあると判断された場合は、位置センサ４０により副鏡１２の位置を検出させ（ステップＳ１３）、メモリ（不図示）をリセットして位置センサ４０により検出された副鏡１２の位置を（移動時の）基準位置としてメモリに新たに記憶させ（ステ
ップＳ１４）、第１のミラー部材Ｍ１及び第２のミラー部材Ｍ２を光路上から外し（ステップＳ１５）、測距計５０によりレーザー照射装置１から対象物（不図示）までの距離を計測させ（ステップＳ１６）、その距離に応じて、対象物にレーザー光を集光させるために必要な副鏡１２の前記基準位置からの移動量及び移動方向を演算し（ステップＳ１７）、この演算結果に基づいて副鏡１２が光軸ＡＸに沿って移動するように、制御装置７０は駆動機構６０の駆動制御を行う（ステップＳ１８）。そして、レーザー光源２０からレーザー光を射出させる（ステップＳ１９）。射出されたレーザー光は、上記のように対象物への照準動作が終了した反射光学系１０（より詳しくは、副鏡１２の反射面１２ａ、主鏡１１の反射面１１ａを順に）を介して、対象物に対して正確に照射（集光）される。

なお、レーザー照射装置１を用いて平行光の照射を行う場合には、ステップＳ１１において検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出されたときに、第１のミラー部材Ｍ１及び第２のミラー部材Ｍ２を光路上から外して、レーザー光源２０からレーザー光を射出させればよい。射出されたレーザー光は、主鏡１１と副鏡１２との間隔がアフォーカルな状態に調整された反射光学系１０を介して、高い精度の平行光となって照射される。

以上説明したように、第１の実施形態に係るレーザー照射装置１によれば、反射光学系１０がアフォーカル状態である場合の、副鏡１２の基準位置を調整し、温度変動や経時変化の影響等により主鏡１１と副鏡１２との間隔に生じたアフォーカル状態からのずれを修正してから、反射光学系１０を介してレーザー光の照射を行うように構成されているため、有限距離の対象物に対して正確に集光させたり、平行度が高いレーザー光の照射を行ったりすることが可能である。

以下、他の実施形態に係るレーザー照射装置について説明するが、第１の実施形態のレーザー照射装置１で用いた部品と同じもの、もしくは同様の機能を有するものについては、同じ記号を付し、その説明を省略する。

第２の実施形態に係るレーザー照射装置は、図４及び図５に示すように、第１のミラー部材Ｍ１を（上記実施形態と同様に）光路上から挿脱可能に構成し、第２のミラー部材Ｍ２Ａをその半径が主鏡１１の中央に形成されている開口１１ｂの半径より大きく、主鏡１１の外径よりも小さくし、光路上に常に固定する構成としている。

ここで、上記構成のレーザー照射装置を用いてレーザー光を照射するときの手順について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。このレーザー照射装置では、反射光学系１０からの射出光が平行光となるように副鏡１２の位置調整を行ってから、対象物へのレーザー光の照射を行うように構成されている。

図６に示すように、まず、第１のミラー部材Ｍ１を光路上に挿入する（ステップＳ２０）。次に、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する（ステップＳ２１）。具体的には、撮像素子３５により撮像された照明レチクル３２の像の合焦状態に基づいて、画像処理装置３６により反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する。このステップＳ２１において、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光ではないと検出された場合、すなわち画像処理装置３６により照明レチクル３２の像の合焦状態にないと判断された場合は、該検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出されるまで副鏡１２が光軸ＡＸに沿って移動するように、制御装置７０は駆動機構６０の駆動制御を行う（ステップＳ２２）。また、ステップＳ２１において、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出された場合、すなわち画像処理装置３６により照明レチクル３２の像の合焦状態にあると判断された場合は、位置センサ４０により副鏡１２の位置を検出させ（ステップＳ２
３）、メモリ（不図示）をリセットして位置センサ４０により検出された副鏡１２の位置を（移動時の）基準位置としてメモリに新たに記憶させ（ステップＳ２４）、第１のミラー部材Ｍ１を光路上から外し（ステップＳ２５）、測距計５０によりこのレーザー照射装置から対象物（不図示）までの距離を計測させ（ステップＳ２６）、その距離に応じて、対象物にレーザー光を集光させるために必要な副鏡１２の前記基準位置からの移動量及び移動方向を演算し（ステップＳ２７）、この演算結果に基づいて副鏡１２が光軸ＡＸに沿って移動するように、制御装置７０は駆動機構６０の駆動制御を行う（ステップＳ２８）。そして、レーザー光源２０からレーザー光を射出させる（ステップＳ２９）。射出されたレーザー光は、上記のように対象物への照準動作が終了した反射光学系１０（より詳しくは、副鏡１２の反射面１２ａ、主鏡１１の反射面１１ａを順に）を介して、対象物に対して正確に照射（集光）される。

なお、このレーザー照射装置を用いて平行光の照射を行う場合には、ステップＳ２１において検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出されたときに、第１のミラー部材Ｍ１を光路上から外して、レーザー光源２０からレーザー光を射出させればよい。射出されたレーザー光は、主鏡１１と副鏡１２との間隔がアフォーカルな状態に調整された反射光学系１０を介して、高い精度の平行光となって照射される。

以上のような構成の第２の実施形態に係るレーザー照射装置によれば、反射光学系１０がアフォーカル状態である場合の、副鏡１２の基準位置を調整し、温度変動や経時変化の影響等により主鏡１１と副鏡１２との間隔に生じたアフォーカル状態からのずれを修正してから、反射光学系１０を介してレーザー光の照射を行うように構成されているため、有限距離の対象物に対して正確に集光させたり、平行度が高いレーザー光の照射を行ったりすることが可能である。また、主鏡１１の中心部の光が遮蔽されてしまうものの、第２のミラー部材Ｍ２Ａを光路上に常設することができるため、副鏡１２の調整作業からレーザー光の照射作業に移行する際に、第２のミラー部材Ｍ２Ａを挿脱する手間を省き、作業の効率化を図ることが可能である。

第３の実施形態に係るレーザー照射装置は、図７及び図８に示すように、第１のミラー部材Ｍ１Ｂ及び第２のミラー部材Ｍ２Ｂを、レーザー光源２０から射出されたレーザー光を透過し、検出用光源３１から射出されたレチクル照明光を反射するダイクロイックミラーで構成している。このレーザー照射装置は、第２のミラー部材Ｍ２Ｂを透過した光が通過可能である窓部（不図示）が形成された筐体（不図示）に収納され、第２のミラー部材Ｍ２Ｂは前記窓部に配置される。

ここで、上記構成のレーザー照射装置を用いてレーザー光を照射するときの手順について、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。このレーザー照射装置では、反射光学系１０からの射出光が平行光となるように副鏡１２の位置調整を行ってから、対象物へのレーザー光の照射を行うように構成されている。

図９に示すように、まず、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する（ステップＳ３０）。具体的には、撮像素子３５により撮像された照明レチクル３２の像の合焦状態に基づいて、画像処理装置３６により反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する。このステップＳ３０において、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光ではないと検出された場合、すなわち画像処理装置３６により照明レチクル３２の像の合焦状態にないと判断された場合は、該検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出されるまで副鏡１２が光軸ＡＸに沿って移動するように、制御装置７０は駆動機構６０の駆動制御を行う（ステップＳ３１）。また、ステップＳ３０において、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出された場合、すなわち画像処理装置３６により照明レチクル３２の
像の合焦状態にあると判断された場合は、位置センサ４０により副鏡１２の位置を検出させ（ステップＳ３２）、メモリ（不図示）をリセットして位置センサ４０により検出された副鏡１２の位置を（移動時の）基準位置としてメモリに新たに記憶させ（ステップＳ３３）、測距計５０によりこのレーザー照射装置から対象物（不図示）までの距離を計測させ（ステップＳ３４）、その距離に応じて、対象物にレーザー光を集光させるために必要な副鏡１２の前記基準位置からの移動量及び移動方向を演算し（ステップＳ３５）、この演算結果に基づいて副鏡１２が光軸ＡＸに沿って移動するように、制御装置７０は駆動機構６０の駆動制御を行う（ステップＳ３６）。そして、レーザー光源２０からレーザー光を射出させる（ステップＳ３７）。射出されたレーザー光は、上記のように対象物への照準動作が終了した反射光学系１０（より詳しくは、副鏡１２の反射面１２ａ、主鏡１１の反射面１１ａを順に）を介して、対象物に対して正確に照射（集光）される。

なお、このレーザー照射装置を用いて平行光の照射を行う場合には、ステップＳ３０において検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出されたときに、レーザー光源２０からレーザー光を射出させればよい。射出されたレーザー光は、主鏡１１と副鏡１２との間隔がアフォーカルな状態に調整された反射光学系１０を介して、高い精度の平行光となって照射される。

以上のような構成の第３の実施形態に係るレーザー照射装置によれば、反射光学系１０がアフォーカル状態である場合の、副鏡１２の基準位置を調整し、温度変動や経時変化の影響等により主鏡１１と副鏡１２との間隔に生じたアフォーカル状態からのずれを修正してから、反射光学系１０を介してレーザー光の照射を行うように構成されているため、有限距離の対象物に対して正確に集光させたり、平行度が高いレーザー光の照射を行ったりすることが可能である。また、第１のミラー部材Ｍ１Ｂ及び第２のミラー部材Ｍ２Ｂをダイクロイックミラーにすることでコスト高になってしまうものの、主鏡１１の中心部の光を有効に使えるとともに、副鏡１２の調整作業からレーザー光の照射作業へと移行する際に、第１のミラー部材Ｍ１Ｂ及び第２のミラー部材Ｍ２Ｂを挿脱する手間を省き、作業の効率化を図ることが可能である。

第４の実施形態に係るレーザー照射装置は、図１０に示すように、コリメータ光学系３４を光軸方向（紙面上下方向）に沿って移動させるレンズ駆動機構３４ｍと、第１のミラー部材Ｍ１と主鏡１１との間に設けられ、光路上から挿脱可能に構成された第３のミラー部材Ｍ３とを有する。そして、検出用光源３１からの射出光を、照明レチクル３２を透過し、ハーフプリズム３３により反射され、コリメータ光学系３４により平行光に変換され、第１のミラー部材Ｍ１により偏向され、第３のミラー部材Ｍ３で反射して折り返され、第１のミラー部材Ｍ１を経て、コリメータ光学系３４により撮像素子３５の撮像面上に結像し、該撮像素子３５により撮像された照明レチクル３２の像の合焦状態に基づいて、コリメータ光学系３４からの射出光が平行光であるか否かを検出するように、画像処理装置３６´を構成するとともに、この画像処理装置３６´により検出された結果に応じて、コリメータ光学系３４からの射出光が平行光となるように、コリメータ光学系３４の位置調整を行うようにレンズ駆動機構３４ｍを構成している。

ここで、上記構成のレーザー照射装置を用いてレーザー光を照射するときの手順について、図１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。このレーザー照射装置では、まずコリメータ光学系３４からの射出光が平行光となるように該光学系の位置調整を行い、次に反射光学系１０からの射出光が平行光となるように副鏡１２の位置調整を行ってから（図２参照）、対象物へのレーザー光の照射を行う（図１参照）ように構成されている。

図１１に示すように、まず、第１のミラー部材Ｍ１及び第３のミラー部材Ｍ３を光路上
に挿入する（ステップＳ４０）。次に、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する（ステップＳ４１）。具体的には、画像処理装置３６´により撮像素子３５により撮像された照明レチクル３２の像の合焦状態に基づいて、コリメータ光学系３４からの射出光が平行光であるか否かを検出する。このステップＳ４１において、検出系３０によりコリメータ光学系３４からの射出光が平行光ではないと検出された場合、すなわち画像処理装置３６´により照明レチクル３２の像の合焦状態にないと判断された場合は、該検出系３０によりコリメータ光学系３４からの射出光が平行光であると検出されるまで、コリメータ光学系３４が光軸（紙面上下方向）に沿って移動するように、レンズ駆動機構３４ｍの駆動制御を行う（ステップＳ４２）。また、ステップＳ４１において、検出系３０によりコリメータ光学系３４からの射出光が平行光であると検出された場合、すなわち画像処理装置３６により照明レチクル３２の像の合焦状態にあると判断された場合は、第３のミラー部材Ｍ３を光路上から外し、第２のミラー部材Ｍ２を光路上に挿入する（ステップＳ４３）。

続いて、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する（ステップＳ４４）。具体的には、撮像素子３５により撮像された照明レチクル３２の像の合焦状態に基づいて、画像処理装置３６´により反射光学系１０からの射出光が平行光であるか否かを検出する。このステップＳ４４において、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光ではないと検出された場合、すなわち画像処理装置３６´により照明レチクル３２の像の合焦状態にないと判断された場合は、該検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出されるまで副鏡１２が光軸ＡＸに沿って移動するように、制御装置７０は駆動機構６０の駆動制御を行う（ステップＳ４５）。また、ステップＳ４４において、検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出された場合、すなわち画像処理装置３６´により照明レチクル３２の像の合焦状態にあると判断された場合は、位置センサ４０により副鏡１２の位置を検出させ（ステップＳ４６）、メモリ（不図示）をリセットして位置センサ４０により検出された副鏡１２の位置を（移動時の）基準位置としてメモリに新たに記憶させ（ステップＳ４７）、第１のミラー部材Ｍ１及び第２のミラー部材Ｍ２を光路上から外し（ステップＳ４８）、測距計５０によりこのレーザー照射装置から対象物（不図示）までの距離を計測させ（ステップＳ４９）、その距離に応じて、対象物にレーザー光を集光させるために必要な副鏡１２の前記基準位置からの移動量及び移動方向を演算し（ステップＳ５０）、この演算結果に基づいて副鏡１２が光軸ＡＸに沿って移動するように、制御装置７０は駆動機構６０の駆動制御を行う（ステップＳ５１）。そして、レーザー光源２０からレーザー光を射出させる（ステップＳ５２）。射出されたレーザー光は、上記のように対象物への照準動作が終了した反射光学系１０（より詳しくは、副鏡１２の反射面１２ａ、主鏡１１の反射面１１ａを順に）を介して、対象物に対して正確に照射（集光）される。

なお、このレーザー照射装置を用いて平行光の照射を行う場合には、ステップＳ４４において検出系３０により反射光学系１０からの射出光が平行光であると検出されたときに、第１のミラー部材Ｍ１を光路上から外して、レーザー光源２０からレーザー光を射出させればよい。射出されたレーザー光は、主鏡１１と副鏡１２との間隔がアフォーカルな状態に調整された反射光学系１０を介して、高い精度の平行光となって照射される。

以上のような構成の第４の実施形態に係るレーザー照射装置によれば、反射光学系１０がアフォーカル状態である場合の、副鏡１２の基準位置を調整し、温度変動や経時変化の影響等により主鏡１１と副鏡１２との間隔に生じたアフォーカル状態からのずれを修正してから、反射光学系１０を介してレーザー光の照射を行うように構成されているため、有限距離の対象物に対して正確に集光させたり、平行度が高いレーザー光の照射を行ったりすることが可能である。さらに、コリメータ光学系３４の調整機能を有して、常に該光学系から平行度の高い光を射出させることができるため、副鏡１２の位置調整の精度を高め
、ひいては対象物への集光性能や、平行度の確保に繋げることができる。

第５の実施形態に係るレーザー照射装置では、図１２に示すように、コリメータ光学系３４Ａをアサーマル（温度無依存）レンズとし、照明レチクル３２、コリメータ光学系３４Ａ及び撮像素子３５を、照明レチクル３２からコリメータ光学系３４Ａまでの距離と、撮像素子３５からコリメータ光学系３４Ａまでの距離とが一致するように、極低膨張部材製の鏡筒３７Ａで保持することで、温度変動に係わらず、コリメータ光学系３４Ａから平行光が射出されるように構成している。このように、温度が変動しても、照明レチクル３２からコリメータ光学系３４Ａまでの距離と、撮像素子３５からコリメータ光学系３４Ａまでの距離とが変化せず、該光学系３４Ａから平行度の高い光を射出することが可能であるため、常にこのような平行度の高い光を用いて副鏡１２の位置調整を行い、その精度の向上を図ることが可能である。さらに、一旦固定してしまえば、コリメータ光学系３４Ａの調整は不要となり、その手間を省くことができる。

第５の実施形態に係るレーザー照射装置を用いてレーザー光を照射する場合は、温度変動に係わらずコリメータ光学系３４Ａから射出される平行光を用いて、反射光学系１０からの射出光が平行光となるように副鏡１２の位置調整を行ってから（図２参照）、対象物へのレーザー光の照射を行う（図１参照）ように構成されている。なお、このレーザー照射装置を用いたレーザー光の照射手順については、第１の実施形態に係るレーザー照射装置１を用いた場合とほぼ同様であるため（図３参照）、ここでの説明を省略する。

また、第６の実施形態に係るレーザー照射装置では、図１３に示すように、コリメータ光学系３４Ｂを、光軸（紙面上下方向）に沿って対向配置された第１及び第２のアサーマル（温度無依存）ミラー３４１，３４２を有し、照明レチクル３２を透過した光が、第１のアサーマルミラー３４１の反射面、第２のアサーマルミラー３４２の反射面を順に経て、平行光に変換されるとともに、第１のミラー部材Ｍ１を介して反射光学系１０から入射した光を、第２のアサーマルミラー３４２の反射面、第１のアサーマルミラー３４１の反射面を順に経て、撮像素子３５の撮像面上に結像されるように構成し、照明レチクル３２、コリメータ光学系３４Ｂ及び撮像素子３５を、照明レチクル３２からコリメータ光学系３４Ｂまでの距離と、撮像素子３５からコリメータ光学系３４Ｂまでの距離とが一致するように、極低膨張部材製の鏡筒３７Ｂで保持されることにより、温度変動に係わらず、コリメータ光学系３４Ｂから平行光が射出されるように構成している。このように、温度が変動しても、照明レチクル３２からコリメータ光学系３４Ｂまでの距離と、撮像素子３５からコリメータ光学系３４Ｂまでの距離とが変化せず、該光学系３４Ｂから平行度の高い光を射出することが可能であるため、常にこのような平行度の高い光を用いて副鏡１２の位置調整を行い、その精度の向上を図ることが可能である。さらに、一旦固定してしまえば、コリメータ光学系３４Ｂの調整は不要となり、その手間を省くことができる。

第６の実施形態に係るレーザー照射装置を用いてレーザー光を照射する場合は、温度変動に係わらずコリメータ光学系３４Ｂから射出される平行光を用いて、反射光学系１０からの射出光が平行光となるように副鏡１２の位置調整を行ってから（図２参照）、対象物へのレーザー光の照射を行う（図１参照）ように構成されている。なお、このレーザー照射装置を用いたレーザー光の照射手順については、第１の実施形態に係るレーザー照射装置１を用いた場合とほぼ同様であるため（図３参照）、ここでの説明を省略する。

以上説明したように、上記実施形態に係るレーザー照射装置は、いずれも反射光学系がアフォーカル状態である場合の、副鏡の基準位置調整を行うことで、温度変動や経時変化の影響等により主鏡と副鏡との間隔に生じたアフォーカル状態からのずれを修正し、対象物に対してより正確にレーザー光を照射することができる。

ここまで本発明を分かりやすくするために、実施形態の構成要件を付して説明したが、本発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。

１ レーザー照射装置
１０ （カセグレン型反射）光学系
１１ 主鏡
１２ 副鏡
２０ レーザー光源
３０ 検出系
４０ 位置センサ
５０ 測距計
６０ 駆動機構
７０ 制御装置
ＡＸ 光軸

Claims (8)

1. 光軸に沿って対向配置された主鏡と副鏡とを有する光学系を介して、レーザー光源から射出されたレーザー光を対象物に照射するレーザー照射装置において、
   前記光学系からの射出光が平行光であるか否かを検出する検出系と、
   前記副鏡の光軸方向の位置を検出する位置センサと、
   前記対象物までの距離を計測する測距計と、
   前記副鏡を光軸に沿って移動させる駆動機構と、
   前記検出系により前記光学系からの射出光が平行光であると検出されるまで前記副鏡を光軸に沿って移動させ、前記検出系により前記光学系からの射出光が平行光であると検出されると、このときに前記位置センサにより検出された前記副鏡の位置を基準位置として記憶し、前記測距計により計測された前記対象物までの距離に応じて、前記対象物にレーザー光を集光させるために必要な前記副鏡の前記基準位置からの移動量及び移動方向を演算し、この演算結果に基づいて前記副鏡が光軸に沿って移動するように、前記駆動機構の駆動制御を行う制御装置とを有することを特徴とするレーザー照射装置。
2. 前記検出系は、
   検出用光源と、
   前記検出用光源からの射出光を透過させる照明レチクルと、
   前記照明レチクルを透過した光を平行光に変換するコリメータ光学系と、
   前記コリメータ光学系から射出された光を、前記副鏡の反射面へと偏向する第１のミラー部材と、
   前記第１のミラー部材により偏向され、前記副鏡の反射面、前記主鏡の反射面を順に経た光を反射して折り返す第２のミラー部材と、
   前記第２のミラー部材により反射して折り返され、前記主鏡の反射面、前記副鏡の反射面を順に経て、前記第１のミラー部材により偏向され、前記コリメータ光学系により撮像面上に結像された前記照明レチクルの像を撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子により撮像された前記照明レチクルの像の合焦状態に基づいて、前記光学系からの射出光が平行光であるか否かを検出する画像処理装置とを有して構成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザー照射装置。
3. 前記第１のミラー部材及び前記第２のミラー部材は、光路上から挿脱可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザー照射装置。
4. 前記第１のミラー部材は、光路上から挿脱可能に構成され、
   前記第２のミラー部材は、光路上に常に固定され、その半径が前記主鏡に形成されている中央開口部の半径より大きく、前記主鏡の外径よりも小さく構成されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザー照射装置。
5. 前記第１のミラー部材及び前記第２のミラー部材は、光路上に常に固定され、前記レーザー光源から射出されたレーザー光を透過し、前記検出用光源から射出された光を反射するダイクロイックミラーで構成されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザー照射装置。
6. 前記コリメータ光学系を光軸方向に沿って移動させるレンズ駆動機構と、
   前記第１のミラー部材と前記主鏡との間に設けられ、光路上から挿脱可能に構成された第３のミラー部材とを有し、
   前記画像処理装置は、前記検出用光源からの射出光が、前記照明レチクルを透過し、前記コリメータ光学系により平行光に変換され、前記第１のミラー部材により偏向され、前記第３のミラー部材で反射して折り返され、前記第１のミラー部材により偏向され、前記
   コリメータ光学系により結像され、前記撮像素子により撮像された前記照明レチクルの像の合焦状態に基づいて、前記コリメータ光学系からの射出光が平行光であるか否かを検出するように構成され、
   前記レンズ駆動機構は、前記画像処理装置による検出結果に応じて、前記コリメータ光学系からの射出光が平行光となるように、前記コリメータ光学系の位置調整を行うように構成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のレーザー照射装置。
7. 前記コリメータ光学系は、アサーマル（温度無依存）レンズにより構成され、
   前記照明レチクル、前記コリメータ光学系及び前記撮像素子は、前記照明レチクルから前記コリメータ光学系までの距離と、前記撮像素子から前記コリメータ光学系までの距離とが一致するように、極低膨張部材製の鏡筒で保持されることにより、
   温度変動に係わらず、前記コリメータ光学系から平行光を射出することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のレーザー照射装置。
8. 前記コリメータ光学系は、光軸に沿って対向配置された第１及び第２のアサーマル（温度無依存）ミラーを有し、前記照明レチクルを透過した光を、前記第１のアサーマルミラーの反射面、前記第２のアサーマルミラーの反射面を順に経て、平行光に変換し、前記第１のミラー部材を介して前記光学系から入射した光を、前記第２のアサーマルミラーの反射面、前記第１のアサーマルミラーの反射面を順に経て、前記撮像素子の撮像面上に結像するように構成され、
   前記照明レチクル、前記コリメータ光学系及び前記撮像素子は、前記照明レチクルから前記コリメータ光学系までの距離と、前記撮像素子から前記コリメータ光学系までの距離とが一致するように、極低膨張部材製の鏡筒で保持されることにより、
   温度変動に係わらず、前記コリメータ光学系から平行光を射出することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のレーザー照射装置。

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