JP4177058B2 - 光軸調節装置および光軸調節方法 - Google Patents
光軸調節装置および光軸調節方法 Download PDFInfo
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Description
【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】
本発明は、特願２００１−０２８３５４号明細書に開示された発明（以下、先願発明という）の実施例を更に改良した改良発明に相当するものであり、先願発明と共通した基本原理を用いている。
【０００６】
（１） 本発明の第１の態様は、図１〜図８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、§４で説明する改良点を盛り込んだものである。
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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過する光分配面をもち、基準光路の入射点側に配置された入射側ビーム分配手段と、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過する光分配面をもち、基準光路の射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
基準光路に沿って入射した第１の偏光面を有する平面偏光波のうち、入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して、射出側ビーム分配手段の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、射出側ビーム分配手段の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、
基準光路に沿って入射した第２の偏光面を有する平面偏光波のうち、入射側ビーム分配手段の光分配面で反射することにより得られる反射光を、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射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側に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射出側ビーム分配手段の光分配面から得られる透過光について、射出側ビーム分配手段の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。
【０００７】
（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において、
入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して射出側ビーム分配手段の光分配面へと向かう光を、必要に応じて遮断することができる第１の遮断手段と、
入射側ビーム分配手段の光分配面で反射して迂回光路を進む光を、必要に応じて遮断することができる第２の遮断手段と、
を更に設けるようにしたものである。
【０００８】
（３） 本発明の第３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、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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過する光分配面をもつ２組のビーム分配手段を、基準光路の入射点側および射出点側にそれぞれ配置する準備段階と、
基準光路に沿って入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波からなる光ビームを入射させ、この入射させた光ビームのうち、入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して、射出側ビーム分配手段の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、射出側ビーム分配手段の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、
入射点側のビーム分配手段に第２の偏光面を有する平面偏光波からなる光ビームを入射させ、この入射させた光ビームのうち、入射側ビーム分配手段の光分配面で反射することにより得られる反射光を、基準光路とは異なる迂回光路へ誘導し、この迂回光路を経由した光ビームが射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側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射出側ビーム分配手段の光分配面から得られる透過光について、射出側ビーム分配手段の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、迂回光路を経由する光ビームの位置および向きを制御する制御段階と、
を行うようにしたものである。
【０００９】
（４） 本発明の第４の態様は、上述の第３の態様に係る光軸調節方法において、
基準情報取得段階では、迂回光路を進む光を遮断し、制御段階では、入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して射出側ビーム分配手段の光分配面へと向かう光を遮断するようにしたものである。
【００１０】
（５） 本発明の第５の態様は、図９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、§４で説明する改良点を盛り込んだものであり、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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、基準光路の入射点側に配置された入射側ビーム分配手段と、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、基準光路の射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側に向けて射出することにより、位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の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、入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の光分配面における調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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。
【００１１】
（６） 本発明の第６の態様は、図１０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、§４で説明する改良点を盛り込んだものであり、光ビームを迂回光路へ導いた後、上述の第５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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、基準光路の入射点側に配置された入射側ビーム分配手段と、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、基準光路の射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側に向けて射出することにより、位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の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、入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の光分配面における調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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。
【００１２】
（７） 本発明の第７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Ｃに係る光軸調節装置に、§４で説明する改良点を盛り込んだものであり、上述の第５の態様に係る光軸調節装置において、入射側ビーム分配手段に角度調節手段を兼ねさせ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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、基準光路の入射点側に配置され、かつ、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機能をもった入射側ビーム分配手段と、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、基準光路の射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側に向けて射出することにより、位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の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、入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の光分配面における調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、入射側ビーム分配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。
【００１３】
（８） 本発明の第８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Ｄに係る光軸調節装置に、§４で説明する改良点を盛り込んだものであり、上述の第６の態様に係る光軸調節装置において、入射側ビーム分配手段に位置調節手段を兼ねさせ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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、基準光路の入射点側に配置され、かつ、迂回光を所定の設定変位量だけ平行移動させて位置調節光として射出する位置調節機能をもった入射側ビーム分配手段と、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、基準光路の射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側に向けて射出することにより、位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の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、入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の光分配面における調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、入射側ビーム分配手段による設定変位量および角度調節手段による設定角度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。
【００１４】
（９） 本発明の第９の態様は、上述の第５〜第８の態様に係る光軸調節装置において、
入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して射出側ビーム分配手段の光分配面へと向かう光を、必要に応じて遮断することができる第１の遮断手段と、
入射側ビーム分配手段の光分配面で反射して迂回光路を進む光を、必要に応じて遮断することができる第２の遮断手段と、
を更に設けるようにしたものである。
【００１５】
（１０） 本発明の第１０の態様は、上述の第５〜第９の態様に係る光軸調節装置において、
検出手段を、射出側ビーム分配手段の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、によって構成したものである。
【００１６】
（１１） 本発明の第１１の態様は、上述の第１０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したものである。
【００１７】
（１２） 本発明の第１２の態様は、上述の第１０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、によって構成したものである。
【００１８】
【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。
【００１９】
前述したように、本発明は、特願２００１−０２８３５４号明細書に開示された先願発明を更に改良した改良発明に相当するものであり、より具体的には、この先願発明における一部の光学素子として、偏光を利用したビーム分配手段、すなわち、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を用いるようにしたものである。
【００２０】
ただ、ここでは、説明の便宜上、まず、§１において先願発明および本発明に共通した基本原理を説明し、§２においてこの原理に基づく基本的な実施形態を説明し、§３において先願発明に係る実施形態を説明した後、最後の§４において、偏光ビームスプリッターを用いた本発明の改良部分の説明を行うことにする。
【００２１】
＜＜＜ §１．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り、ここでは、ハーフミラーなどの光分配面ξを有するビーム分配手段を、基準光路Ｓ上に配置した場合を考える。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、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，α０）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Ｄ１ａ，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，ｄ＝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３００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３００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３００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，α０）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Ｄ１ｂ，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＝Ｐ０，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、先願発明および本発明に共通した基本原理であり、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。
【００３６】
＜＜＜ §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。これら４通りの実施形態は、先願発明についての実施形態と共通する。
（Ａ） 図９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。
【００３７】
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、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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の射出点Ｑｏｕｔ側に向けて射出する機能を果たす。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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Ｌ２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。
【００４３】
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５０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１０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。
【００４４】
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。
【００４５】
（Ｂ） 図１０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９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３０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。
【００４６】
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９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９に示す実施形態Ａの動作と全く同様である。
【００４７】
（Ｃ） 図１１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９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９に示す実施形態Ａと同様である。
【００４８】
（Ｄ） 図１２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１０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Ｌ９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１２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１０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。
【００４９】
＜＜＜ §３．先願発明の具体的な実施例 ＞＞＞
上述の§２で説明した４通りの実施形態は、本発明の基本的な実施形態であるとともに、先願発明の基本的な実施形態でもある。先願発明の明細書には、上述の実施形態Ｃに相当する具体的な実施例が説明されている。そこで、ここでは、参考のため、当該先願実施例を説明し、更に、その問題点についての指摘を行うことにする。
【００５０】
図１３は、上述の実施形態Ｃについて先願発明の実施例を示す図（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。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Ｄ１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８５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８７によって受光される。受光素子８５および受光素子８７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 Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）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８７は、受光面上に集光された位置を検出する機能を有する。
【００５１】
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１１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９１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１１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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
このように、光反射素子８１を支持機構８８で支持することにより、この光反射素子８１は、図１１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。
【００５５】
図１４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１４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。
【００５６】
一方、コーナリフレクタ８２は、図１１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１３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１３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１３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。
【００５７】
図１５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１５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。
【００５８】
続いて、図１３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。
【００５９】
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１３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。
【００６０】
図１６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。
【００６１】
これに対して、図１７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。
【００６２】
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１３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。
【００６３】
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１８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１８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８１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８３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。
【００６４】
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１８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。
【００６５】
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１８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１８では図示省略）に対して制御信号を送り、図１９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。
【００６６】
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。
【００６７】
この図１３に示す先願発明の実施例の問題点は次の２点に集約される。第１の問題点は、光反射素子８１の抜き差し操作により光路の切換えを行う構造であるため、機構上、迂回光路にずれが生じる可能性があるという問題である。前述したように、入射光をそのままビーム分配器８３へと導く第１の機能を実行するためには、光反射素子８１を基準光路Ｓ上から抜き取った状態にし、入射光を所定の迂回光路へと導く第２の機能を実行するためには、光反射素子８１を支持機構８８に装着した状態にする必要がある。したがって、迂回光路の位置精度は、光反射素子８１を支持する支持機構８８の機械的な精度に大きく左右される。ところが、光反射素子８１の抜き差し操作を繰り返すと、支持機構８８が磨耗したり、位置ずれを生じたりするため、その機械的な精度は低下せざるを得ず、迂回光路に好ましくないずれが発生するおそれがある。
【００６８】
第２の問題点は、レーザ光のような高エネルギーの光ビームの光軸調節に利用する場合に、検出手段を構成する受光素子８５，８７を損傷させるおそれがあるという問題である。すなわち、図１３に示す構成において、光反射素子８１を基準光路Ｓ上に配置しない第１の状態では、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の検出が行われ、光反射素子８１を基準光路Ｓ上に配置した第２の状態では、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の検出が行われる。したがって、たとえば、光分配面ξを透過率５０％のハーフミラーで構成した場合、検出用光ビームのパワーは、入射点Ｑｉｎに入射した光ビームの５０％にも達することになり、レーザ光などが入射した場合には、受光素子８５，８７を焼きつけてしまう可能性がある。光分配面ξの透過率を、９９％のように非常に大きく設定したり、１％のように非常に小さく設定すると、上述の第１の状態と第２の状態とのいずれか一方においては、検出用光ビームのパワーが非常に小さくなるものの、他方においては、逆に検出用光ビームのパワーが非常に大きくなってしまう。このため、図１３に示す実施例に係る装置を、レーザ光などの光軸調節に利用すると、操作中に過って受光素子８５，８７を損傷させるおそれがある。
【００６９】
＜＜＜ §４．本発明における改良点 ＞＞＞
本発明における改良点は、先願発明の実施例における上述した２つの問題点を解決する技術に関するものである。この改良点の根本原理は、偏光を利用したビーム分配手段、すなわち、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を用いて、光ビームの分配を行うようにした点にある。
【００７０】
前述した§２では、４つの基本的な実施形態Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを説明した。ここでは、まず、実施形態Ａに、偏光ビームスプリッターを利用した例を、実施形態Ｅとして説明する。実施形態Ａでは、図９に示すように、光路切換手段２０によって迂回させた迂回光Ｌ４に対して、角度調節手段３０による角度調節と、位置調節手段４０による位置調節とを施し、ビーム分配手段１０の光分配面ξの射出点Ｑｏｕｔ側へと導く方式が採られている。ここで述べる実施形態Ｅは、この実施形態Ａにおけるビーム分配手段１０および光路切換手段２０として、偏光ビームスプリッターを用いるようにしたものであり、その構成を図２０のブロック図に示す。
【００７１】
図２０におけるビーム分配手段１０Ｘおよび２０Ｘは、それぞれ図９に示すビーム分配手段１０および光路切換手段２０に対応する構成要素であり、いずれも偏光ビームスプリッターによって構成されている。ここでは、入射点Ｑｉｎ側に配置されたビーム分配手段２０Ｘを入射側ビーム分配手段と呼び、射出点Ｑｏｕｔ側に配置されたビーム分配手段１０Ｘを射出側ビーム分配手段と呼ぶことにする。図示のとおり、入射側ビーム分配手段２０Ｘは光分配面ξ１ｘを有しており、射出側ビーム分配手段１０Ｘは光分配面ξ２ｘを有している。これら光分配面ξ１ｘ、ξ２ｘは、第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、この第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過するという基本的な特徴を有している。
【００７２】
ここでは、説明の便宜上、第１の偏光面を平面Ｘと呼び、第２の偏光面を平面Ｙと呼ぶことにする。平面Ｘと平面Ｙとは互いに直交しており、両平面が交差する直線に沿った方向が、入射光Ｌ１の進行方向ということになる。いま、光分配面ξ１ｘ、ξ２ｘのいずれもが、平面Ｘを偏光面とする平面偏光波が照射された場合には、その大部分（たとえば、９９％としよう）を透過し、残り（１％）を反射し、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波が照射された場合には、その大部分（たとえば、９９％としよう）を反射し、残り（１％）を透過する性質をもっていたものとしよう（符号１０Ｘ、２０Ｘ、ξ１ｘ、ξ２ｘにおける英文字Ｘは、このように平面Ｘを偏光面とする光の大部分を透過する性質を示すものである）。
【００７３】
さて、上述のような前提において、図２０に示す基準光路Ｓに沿った入射光Ｌ１として、平面Ｘを偏光面とする平面偏光波を与えた場合の現象を考えてみよう。この場合、入射光Ｌ１の大部分（９９％）が光分配面ξ１ｘを透過して基準光路Ｓに沿って進み、更にその大部分（９９％）が光分配面ξ２ｘを透過して、入射光透過光Ｌ２として射出することになる。このとき、検出手段５０へ入射光反射光Ｌ３として向かう光は、光分配面ξ２ｘに照射された光のうちのわずか１％ということになる。
【００７４】
次に、上述のような前提において、図２０に示す基準光路Ｓに沿った入射光Ｌ１として、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波を与えた場合の現象を考えてみよう。この場合、入射光Ｌ１の大部分（９９％）が光分配面ξ１ｘを反射して迂回光Ｌ４として迂回光路へと導かれ、角度調節手段３０を経て角度調節光Ｌ５となり、更に、位置調節手段４０を経て位置角度調節光Ｌ６となって、光分配面ξ２ｘの射出点Ｑｏｕｔ側に照射されることになる。そして、この光分配面ξ２ｘにおいても、照射された位置角度調節光Ｌ６の大部分（９９％）が反射し、調節光反射光Ｌ８として射出することになる。このとき、検出手段５０へ調節光透過光Ｌ７として向かう光は、光分配面ξ２ｘに照射された光のうちのわずか１％ということになる。
【００７５】
結局、図２０に示す実施例の場合、入射光Ｌ１として、平面Ｘを偏光面とする平面偏光波を与えても、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波を与えても、その大部分は射出点Ｑｏｕｔに向けた入射光透過光Ｌ２または調節光反射光Ｌ８として射出されることになり、検出手段５０に対して入射光反射光Ｌ３または調節光透過光Ｌ７として照射される光のエネルギーは非常に小さなものになる。これは、検出手段５０を構成する受光素子を損傷させるおそれがあるという問題を解決する上では極めて有効である。すなわち、入射光Ｌ１として、レーザ光のような高エネルギー光ビームを用いた場合であっても、検出手段５０へと導かれる検出用光ビームのエネルギーはそのほんの一部になるので、上述したように、平面Ｘもしくは平面Ｙを偏光面にもつレーザ光を入射光Ｌ１として用いる限り、検出手段５０を構成する受光素子に焼きつけが生じることを防ぐことができる。
【００７６】
また、図２０に示す実施例では、前述したもうひとつの問題も解決することが可能である。すなわち、図２０に示すビーム分配手段２０Ｘによるビーム分配動作は、入射光Ｌ１の偏光面によって自動的に決定される動作になるため、物理的な抜き差し作業を行う必要は全くなくなるのである。§１で述べた基本原理によれば、ビーム分配手段２０Ｘは、入射光Ｌ１を透過させる第１の状態（検出手段５０によって基準情報を取得し、記憶手段６０に格納するための状態）と、入射光Ｌ１を迂回光路へ向けて反射させる第２の状態（検出手段５０による検出値を記憶手段６０内に格納されている基準情報に近付けるようなフィードバック制御を行うための状態）と、を切り替える光路切換手段としての機能を果たす必要がある。ところが、図２０に示す実施例では、このような切換操作を光学素子の抜き差し作業によって行う必要はなくなり、入射光Ｌ１の偏光面を変える作業によって行うことが可能になる。したがって、図２０に示す実施形態Ｅの場合、ビーム分配手段２０Ｘを、完全に固定しておくことが可能になり、迂回光路の精度にずれが生じる弊害を防止することができるようになる。
【００７７】
この図２０に示す光軸調節装置による自動光軸調節動作は次のようにして行われる。まず、入射点Ｑｉｎに、平面Ｘを偏光面とする平面偏光波からなる光ビームを、基準光路Ｓに沿って入射光Ｌ１として入射させる。すると、その大部分は、光分配面ξ１ｘを透過し、更にその大部分は、光分配面ξ２ｘを透過して入射光透過光Ｌ２として射出する。このとき、検出手段５０には、わずかな光が入射光反射光Ｌ３として得られるので、その光分配面ξ２ｘ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記憶手段６０に格納する。次に、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波からなる光ビームを、入射光Ｌ１として入射させる。すると、その大部分は、光分配面ξ１ｘを反射して迂回光路を経た後、光分配面ξ２ｘを反射して調節光反射光Ｌ８として射出する。このとき、検出手段５０には、わずかな光が調節光透過光Ｌ７として得られるので、その光分配面ξ２ｘ上での位置および向きを測定し、この測定結果が、記憶手段６０に格納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えばよい。
【００７８】
結局、§３で述べた実施例において、光学素子の抜き差し作業によって行っていた光路切換操作を、図２０に示す実施例では、入射光Ｌ１の偏光面の切換作業によって行うことになる。もちろん、偏光面の切換作業を行ったときには、検出手段５０などに、現在、いずれの偏光面をもった光ビームが入射光Ｌ１として与えられているかを指示する入力を行い、検出手段５０等が適切な動作を実行できるようにする必要がある。偏光面の切換作業は、偏光面を９０°回転させる光学素子（たとえば、１／２波長板など）を用意しておき、入射点Ｑｉｎに向かう光ビームについての偏光面を回転させるようにすればよい。このような偏光面を回転させるための光学素子は、物理的な抜き差しを行ったとしても、光路精度に対する影響を及ぼすことはないので、特に問題は生じない。
【００７９】
このように、本発明は、光ビームの偏光を利用してビーム分配を行う必要があるので、光軸調節の対象となる入射光Ｌ１は、所定の偏光面をもった平面偏光波であることが前提となる。もっとも、レーザ光はコヒーレントな光であり、所定の偏光面をもった平面偏光波となるので、実用上、レーザ光の光軸調節を行う上では、本発明は非常に好都合である。もちろん、本発明に係る光軸調節は、必ずしもレーザ光を対象としたものに限定されるわけではなく、平面偏光波であれば、どのような光ビームを調節対象としてもかまわない。
【００８０】
なお、図２０におけるビーム分配手段１０Ｘ，２０Ｘとして用いる偏光ビームスプリッターは、入射光の偏光面に応じて、大部分を透過あるいは反射する性質を有しているが、「平面Ｘを偏光面とする平面偏光波を１００％透過し、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波を１００％反射する」という公称値をもった偏光ビームスプリッターを用いても、実用上、問題はない。これは、理論的な公称値が１００％であったとしても、現実的には、１００％透過あるいは１００％反射という現象は起こらず、わずかながらの漏れ成分が必ず存在するためである。特に、光軸調節の対象となる光ビームが高出力レーザ光であった場合、わずかな漏れ成分であってもかなりのパワーがあるため、検出手段５０による位置および角度検出には十分である。
【００８１】
本発明に用いるビーム分配手段１０Ｘ，２０Ｘは、「所定の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射する」という性質を有する構成要素であるが、ここでいう「大部分」と「残り」との割合は、光軸調節の対象となる光ビームのエネルギー強度、検出手段に用いられる受光素子の受光感度や受光許容エネルギー強度などを考慮して決定されるべき値ということになる。別言すれば、光軸調節の対象となる光ビームのエネルギーのうち、受光素子の適切な検出範囲に相当するエネルギーが検出手段側へと導かれるような割合、ということになる。
【００８２】
図２０に示す基本的な実施形態Ｅは、図９に示す基本的な実施形態Ａについて本発明に係る改良を適用した例であるが、本発明に係る改良は、もちろん、図１０〜図１２に示す基本的な実施形態Ｂ〜Ｄにも同様に適用可能である。たとえば、図１０に示す実施形態Ｂに適用する場合であれば、ビーム分配手段１０と光路切換手段２０を、偏光ビームスプリッターからなるビーム分配手段１０Ｘ，２０Ｘに置き換えればよい。また、図１１に示す実施形態Ｃに適用する場合であれば、ビーム分配手段１０と光路切換角度調節手段３５を、偏光ビームスプリッターからなるビーム分配手段１０Ｘ，３５Ｘに置き換えればよい（この場合、ビーム分配手段３５Ｘとして利用される偏光ビームスプリッターは、角度調節機能を有している必要がある）。更に、図１２に示す実施形態Ｄに適用する場合であれば、ビーム分配手段１０と光路切換位置調節手段４５を、偏光ビームスプリッターからなるビーム分配手段１０Ｘ，４５Ｘに置き換えればよい（この場合、ビーム分配手段４５Ｘとして利用される偏光ビームスプリッターは、位置調節機能を有している必要がある）。
【００８３】
図２１に示す基本的な実施形態Ｆは、図２０に示す実施形態Ｅの変形例であり、基準光路Ｓ上に遮断手段Ｇ１を付加するとともに、迂回光路上に遮断手段Ｇ２を付加したものである。遮断手段Ｇ１，Ｇ２は、それぞれ基準光路Ｓを通る光ビームおよび迂回光路を通る光ビームを光学的に遮断する光シャッターである。このような遮断手段Ｇ１，Ｇ２を設け、必要なときに光の遮断操作を行うようにすれば、光路差に基づく干渉の影響を排除した利用形態が可能になる。以下、そのメリットについて説明する。
【００８４】
既に述べたとおり、本発明に係る改良を施した実施例では、まず、入射光Ｌ１として、平面Ｘを偏光面にもつ光ビームを入射させ、検出手段５０によって基準情報を取得する作業が行われる。この作業では、光分配面ξ１ｘを透過し、光分配面ξ２ｘで反射した入射光反射光Ｌ３が利用される。ところが、このとき、迂回光路には、光分配面ξ１ｘを反射したわずかな光が迂回光として進行し、この迂回光の大部分は、光分配面ξ２ｘを透過して、調節光透過光Ｌ７として検出手段５０に入射することになる。また、この迂回光の一部は、光分配面ξ２ｘを反射して、調節光反射光Ｌ８として射出することになる。ここで、入射光反射光Ｌ３と調節光透過光Ｌ７とは、所定の光路差をもった光であるため、互いに干渉を生じることになり、入射光透過光Ｌ２と調節光反射光Ｌ８とは、やはり所定の光路差をもった光であるため、互いに干渉を生じることになる。このような干渉が生じると好ましくない場合には、基準情報取得段階では、遮断手段Ｇ１は機能させず（光シャッターを開いた状態にし）、遮断手段Ｇ２によって迂回光路を進む光を遮断し（光シャッターを閉じた状態にし）、入射光透過光Ｌ２および入射光反射光Ｌ３のみが得られるようにすればよい。
【００８５】
続いて、入射光Ｌ１として、平面Ｙを偏光面にもつ光ビームを入射させ、検出手段５０の検出値を基準情報に近付けるような制御段階が行われる。具体的には、光分配面ξ１ｘを反射して迂回光路を進み、光分配面ξ２ｘを透過した調節光透過光に基づく検出制御が行われる。ところが、このとき、基準光路Ｓには、光分配面ξ１ｘを透過したわずかな光が進行し、その大部分は、光分配面ξ２ｘを反射して、入射光反射光Ｌ３として検出手段５０に入射することになり、その一部は、光分配面ξ２ｘを透過して、入射光透過光Ｌ２として射出することになる。そこで、この場合も、入射光反射光Ｌ３と調節光透過光Ｌ７との干渉や、入射光透過光Ｌ２と調節光反射光Ｌ８との干渉が生じることになる。このような干渉が好ましくない場合には、制御段階では、遮断手段Ｇ１によって迂回光路を進む光を遮断し（光シャッターを閉じた状態にし）、遮断手段Ｇ２は機能させず（光シャッターを開いた状態にし）、調節光透過光Ｌ７および調節光反射光Ｌ８のみが得られるようにすればよい。
【００８６】
このように、基準情報取得段階と制御段階とでは、入射光の偏光面の切換、遮断手段の開閉切換、検出手段等の動作切換、という３つの事項についての切換操作が必要になる。そこで、実用上は、単一の切換スイッチを用意しておき、この切換スイッチを「基準情報取得動作」か「制御動作」かのいずれか一方に切り換える操作を行うことにより、上記３つの事項の切換が連動して自動的に実行されるような構成にしておくのが好ましい。すなわち、この切換スイッチを「基準情報取得動作」側に切り換えると、入射光の偏光面が平面Ｘとなるように設定され、遮断手段Ｇ１が開いて光を通す状態となり、遮断手段Ｇ２が閉じて光を遮断する状態となり、検出手段５０が、検出した位置および角度を基準情報として記憶手段６０に格納する動作を行うようにすればよい。逆に、この切換スイッチを「制御動作」側に切り換えると、入射光の偏光面が平面Ｙとなるように設定され、遮断手段Ｇ１が閉じて光を遮断する状態となり、遮断手段Ｇ２が開いて光を通す状態となり、検出手段５０が、検出した位置および角度を制御手段７０に与え、制御手段７０が、与えられた位置および角度が記憶手段６０内に格納されている基準情報に近付くようなフィードバック制御動作を行うようにすればよい。
【００８７】
上述した入射光の偏光面の切換操作は、入射光の光路上に１／２波長板などを設置し、モータなどの駆動手段でこれを９０°だけ回転させたり、元に戻したりする制御を行うようにすればよい。また、遮断手段Ｇ１，Ｇ２の開閉切換操作は、電磁式光シャッターなどを用いれば容易に行うことができ、検出手段や制御手段の動作切換操作は、マイクロプロセッサなどにより容易に制御することができる。このように、切換スイッチの操作によって、上記３つの事項の切換操作が連動して行われるような構成にしておけば、オペレータの作業負担は大幅に軽減される。すなわち、オペレータは、まず、切換スイッチを「基準情報取得動作」側に切り換える操作を行い、現在の基準光路Ｓについての基準情報の取得を行い、続いて、切換スイッチを「制御動作」側に切り換える操作を行い、光路を安定化するためのフィードバック制御を開始させればよい。
【００８８】
最後に、§３で述べた図１３の先願発明の実施例に、本発明に係る改良を適用した実施例のブロック図を図２２に示す。ちょうど、図１３におけるビーム分配器８３を偏光ビームスプリッターからなる射出側ビーム分配手段８３Ｘに置き換え、光反射素子８１を偏光ビームスプリッターからなる入射側ビーム分配手段８１Ｘに置き換え、遮断手段Ｇ１，Ｇ２を付加した構成に相当する。入射側ビーム分配手段８１Ｘは、角度調節機能を有しているため、回転軸ω１，ω２に関して回転が可能になっているものの、抜き差しは不要であるため、図１３に示す支持手段８８に相当する構成要素は設けられていない。光分配面ξ１ｘ，ξ２ｘは、いずれも平面Ｘを偏光面とする平面偏光波の大部分を透過し残りを反射し、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波の大部分を反射し残りを透過する性質をもった面である。
【００８９】
この図２２に示す実施例を用いた光軸調節の動作は、図１３の実施例とほぼ同じである。相違点は、入射光としてレーザ光などの平面偏光波の光ビームを用いるようにし、基準光路か迂回光路かの光路切換動作を、光学素子の抜き差しではなく、入射光の偏光面の切換によって行う点である。すなわち、まず、平面Ｘを偏光面にもつ光ビームを入射点Ｑｉｎに基準光路Ｓに沿って入射させる。このとき、遮断手段Ｇ１としての光シャッターは開き、遮断手段Ｇ２としての光シャッターは閉じるようにする（実際には、前述した切換スイッチによる連動操作で切り換えるのが好ましい）。これにより、光分配面ξ１ｘを透過し、光分配面ξ２ｘで反射した入射光反射光の位置および角度が検出され、基準情報として記憶装置９１に記憶されることになる。もちろん、このとき、射出点Ｑｏｕｔ側には、光分配面ξ２ｘを透過した入射光透過光が射出されることになる。続いて、入射する光ビームの偏光面を平面Ｙに切り換える。このとき、遮断手段Ｇ１としての光シャッターは閉じ、遮断手段Ｇ２としての光シャッターは開くようにする（こちらも、実際には、前述した切換スイッチによる連動操作で切り換えるのが好ましい）。これにより、入射光は、光分配面ξ１ｘを反射して迂回光路を進み、光分配面ξ２ｘを透過した調節光透過光として検出される。もちろん、このとき、射出点Ｑｏｕｔ側には、光分配面ξ２ｘを反射した調節光反射光が射出されることになる。制御装置は、このときの検出値を記憶装置９１内の基準情報に近付けるように、角度調節機構９３および位置調節機構９４を制御する。その結果、入射側ビーム分配手段８１Ｘとして利用されている偏光ビームスプリッターの角度調節が行われ、コーナリフレクタ（もしくはコーナキューブプリズム）８２の位置調節が行われる。
【００９０】
このように、図２２に示す実施例は、図１３に示す実施例と全く同じ基本原理で動作するものの、光路精度に影響を与える光学素子の抜き差し操作が不要になったため、光路ずれによる誤差発生を抑制することが可能になる。また、入射光として、平面Ｘを偏光面とする光ビームを入射した場合も、平面Ｙを偏光面とする光ビームを入射した場合も、検出用の光学素子８４〜８７へと導かれる光ビームは、入射した光ビームのごく一部になるため、受光素子の焼き付きを防ぐ効果も得られる。
【００９１】
【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り、また、光路の精度を高め、用いている光学素子の損傷を防ぐ効果も期待できる。
【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１０】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１１】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１２】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１３】図１１に示す基本的な実施形態Ｃに対応した光軸調節装置の構成例を示す図である。
【図１４】図１３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１５】図１３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１６】図１３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１７】図１３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１８】図１３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１９】図１３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２０】本発明に係る改良を施した基本的な実施形態Ｅに係る光軸調節装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】図２０に示す実施形態Ｅの変形例に対応する実施形態Ｆに係る光軸調節装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】図１３に示す実施例に、本発明に係る改良を適用した実施例のブロック図である。
【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
１０Ｘ…射出側ビーム分配手段（偏光ビームスプリッター）
２０…光路切換手段
２０Ｘ…入射側ビーム分配手段（偏光ビームスプリッター）
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
８１Ｘ…入射側ビーム分配手段（偏光ビームスプリッター）
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
８３Ｘ…射出側ビーム分配手段（偏光ビームスプリッター）
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
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〜Ｄ３，Ｄ１ａ〜Ｄ３ａ，Ｄ１ｂ〜Ｄ３ｂ…迂回光路
ｄ，ｄｄ…位置の変位量
Ｇ１，Ｇ２…遮断手段（光シャッター）
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…反射面
θ…調節角度
μ…反射面
ξ，ξ１ｘ，ξ２ｘ…光分配面
ρ１，ρ２…反射面
ω１〜ω２…回転軸
【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】
本発明は、特願２００１−０２８３５４号明細書に開示された発明（以下、先願発明という）の実施例を更に改良した改良発明に相当するものであり、先願発明と共通した基本原理を用いている。
【０００６】
（１） 本発明の第１の態様は、図１〜図８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、§４で説明する改良点を盛り込んだものである。
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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過する光分配面をもち、基準光路の入射点側に配置された入射側ビーム分配手段と、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過する光分配面をもち、基準光路の射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
基準光路に沿って入射した第１の偏光面を有する平面偏光波のうち、入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して、射出側ビーム分配手段の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、射出側ビーム分配手段の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、
基準光路に沿って入射した第２の偏光面を有する平面偏光波のうち、入射側ビーム分配手段の光分配面で反射することにより得られる反射光を、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射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側に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射出側ビーム分配手段の光分配面から得られる透過光について、射出側ビーム分配手段の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。
【０００７】
（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において、
入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して射出側ビーム分配手段の光分配面へと向かう光を、必要に応じて遮断することができる第１の遮断手段と、
入射側ビーム分配手段の光分配面で反射して迂回光路を進む光を、必要に応じて遮断することができる第２の遮断手段と、
を更に設けるようにしたものである。
【０００８】
（３） 本発明の第３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、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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過する光分配面をもつ２組のビーム分配手段を、基準光路の入射点側および射出点側にそれぞれ配置する準備段階と、
基準光路に沿って入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波からなる光ビームを入射させ、この入射させた光ビームのうち、入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して、射出側ビーム分配手段の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、射出側ビーム分配手段の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、
入射点側のビーム分配手段に第２の偏光面を有する平面偏光波からなる光ビームを入射させ、この入射させた光ビームのうち、入射側ビーム分配手段の光分配面で反射することにより得られる反射光を、基準光路とは異なる迂回光路へ誘導し、この迂回光路を経由した光ビームが射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側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射出側ビーム分配手段の光分配面から得られる透過光について、射出側ビーム分配手段の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、迂回光路を経由する光ビームの位置および向きを制御する制御段階と、
を行うようにしたものである。
【０００９】
（４） 本発明の第４の態様は、上述の第３の態様に係る光軸調節方法において、
基準情報取得段階では、迂回光路を進む光を遮断し、制御段階では、入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して射出側ビーム分配手段の光分配面へと向かう光を遮断するようにしたものである。
【００１０】
（５） 本発明の第５の態様は、図９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、§４で説明する改良点を盛り込んだものであり、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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、基準光路の入射点側に配置された入射側ビーム分配手段と、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、基準光路の射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側に向けて射出することにより、位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の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、入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の光分配面における調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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。
【００１１】
（６） 本発明の第６の態様は、図１０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、§４で説明する改良点を盛り込んだものであり、光ビームを迂回光路へ導いた後、上述の第５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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、基準光路の入射点側に配置された入射側ビーム分配手段と、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、基準光路の射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側に向けて射出することにより、位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の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、入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の光分配面における調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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。
【００１２】
（７） 本発明の第７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Ｃに係る光軸調節装置に、§４で説明する改良点を盛り込んだものであり、上述の第５の態様に係る光軸調節装置において、入射側ビーム分配手段に角度調節手段を兼ねさせ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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、基準光路の入射点側に配置され、かつ、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機能をもった入射側ビーム分配手段と、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、基準光路の射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側に向けて射出することにより、位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の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、入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の光分配面における調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、入射側ビーム分配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。
【００１３】
（８） 本発明の第８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Ｄに係る光軸調節装置に、§４で説明する改良点を盛り込んだものであり、上述の第６の態様に係る光軸調節装置において、入射側ビーム分配手段に位置調節手段を兼ねさせ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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、基準光路の入射点側に配置され、かつ、迂回光を所定の設定変位量だけ平行移動させて位置調節光として射出する位置調節機能をもった入射側ビーム分配手段と、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、基準光路の射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、射出側ビーム分配手段の光分配面の射出点側に向けて射出することにより、位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の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、入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、射出側ビーム分配手段の光分配面における調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
入射点に第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
入射点に第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、入射側ビーム分配手段による設定変位量および角度調節手段による設定角度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。
【００１４】
（９） 本発明の第９の態様は、上述の第５〜第８の態様に係る光軸調節装置において、
入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して射出側ビーム分配手段の光分配面へと向かう光を、必要に応じて遮断することができる第１の遮断手段と、
入射側ビーム分配手段の光分配面で反射して迂回光路を進む光を、必要に応じて遮断することができる第２の遮断手段と、
を更に設けるようにしたものである。
【００１５】
（１０） 本発明の第１０の態様は、上述の第５〜第９の態様に係る光軸調節装置において、
検出手段を、射出側ビーム分配手段の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、によって構成したものである。
【００１６】
（１１） 本発明の第１１の態様は、上述の第１０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したものである。
【００１７】
（１２） 本発明の第１２の態様は、上述の第１０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、によって構成したものである。
【００１８】
【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。
【００１９】
前述したように、本発明は、特願２００１−０２８３５４号明細書に開示された先願発明を更に改良した改良発明に相当するものであり、より具体的には、この先願発明における一部の光学素子として、偏光を利用したビーム分配手段、すなわち、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を用いるようにしたものである。
【００２０】
ただ、ここでは、説明の便宜上、まず、§１において先願発明および本発明に共通した基本原理を説明し、§２においてこの原理に基づく基本的な実施形態を説明し、§３において先願発明に係る実施形態を説明した後、最後の§４において、偏光ビームスプリッターを用いた本発明の改良部分の説明を行うことにする。
【００２１】
＜＜＜ §１．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り、ここでは、ハーフミラーなどの光分配面ξを有するビーム分配手段を、基準光路Ｓ上に配置した場合を考える。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、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，α０）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Ｄ１ａ，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，ｄ＝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３００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３００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３００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，α０）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Ｄ１ｂ，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＝Ｐ０，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、先願発明および本発明に共通した基本原理であり、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。
【００３６】
＜＜＜ §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。これら４通りの実施形態は、先願発明についての実施形態と共通する。
（Ａ） 図９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。
【００３７】
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、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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の射出点Ｑｏｕｔ側に向けて射出する機能を果たす。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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Ｌ２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。
【００４３】
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５０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１０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。
【００４４】
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。
【００４５】
（Ｂ） 図１０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９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３０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。
【００４６】
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９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９に示す実施形態Ａの動作と全く同様である。
【００４７】
（Ｃ） 図１１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９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９に示す実施形態Ａと同様である。
【００４８】
（Ｄ） 図１２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１０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Ｌ９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１２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１０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。
【００４９】
＜＜＜ §３．先願発明の具体的な実施例 ＞＞＞
上述の§２で説明した４通りの実施形態は、本発明の基本的な実施形態であるとともに、先願発明の基本的な実施形態でもある。先願発明の明細書には、上述の実施形態Ｃに相当する具体的な実施例が説明されている。そこで、ここでは、参考のため、当該先願実施例を説明し、更に、その問題点についての指摘を行うことにする。
【００５０】
図１３は、上述の実施形態Ｃについて先願発明の実施例を示す図（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。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Ｄ１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８５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８７によって受光される。受光素子８５および受光素子８７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 Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）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８７は、受光面上に集光された位置を検出する機能を有する。
【００５１】
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１１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９１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１１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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
このように、光反射素子８１を支持機構８８で支持することにより、この光反射素子８１は、図１１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。
【００５５】
図１４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１４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。
【００５６】
一方、コーナリフレクタ８２は、図１１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１３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１３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１３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。
【００５７】
図１５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１５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。
【００５８】
続いて、図１３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。
【００５９】
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１３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。
【００６０】
図１６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。
【００６１】
これに対して、図１７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。
【００６２】
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１３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。
【００６３】
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１８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１８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８１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８３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。
【００６４】
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１８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。
【００６５】
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１８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１８では図示省略）に対して制御信号を送り、図１９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。
【００６６】
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。
【００６７】
この図１３に示す先願発明の実施例の問題点は次の２点に集約される。第１の問題点は、光反射素子８１の抜き差し操作により光路の切換えを行う構造であるため、機構上、迂回光路にずれが生じる可能性があるという問題である。前述したように、入射光をそのままビーム分配器８３へと導く第１の機能を実行するためには、光反射素子８１を基準光路Ｓ上から抜き取った状態にし、入射光を所定の迂回光路へと導く第２の機能を実行するためには、光反射素子８１を支持機構８８に装着した状態にする必要がある。したがって、迂回光路の位置精度は、光反射素子８１を支持する支持機構８８の機械的な精度に大きく左右される。ところが、光反射素子８１の抜き差し操作を繰り返すと、支持機構８８が磨耗したり、位置ずれを生じたりするため、その機械的な精度は低下せざるを得ず、迂回光路に好ましくないずれが発生するおそれがある。
【００６８】
第２の問題点は、レーザ光のような高エネルギーの光ビームの光軸調節に利用する場合に、検出手段を構成する受光素子８５，８７を損傷させるおそれがあるという問題である。すなわち、図１３に示す構成において、光反射素子８１を基準光路Ｓ上に配置しない第１の状態では、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の検出が行われ、光反射素子８１を基準光路Ｓ上に配置した第２の状態では、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の検出が行われる。したがって、たとえば、光分配面ξを透過率５０％のハーフミラーで構成した場合、検出用光ビームのパワーは、入射点Ｑｉｎに入射した光ビームの５０％にも達することになり、レーザ光などが入射した場合には、受光素子８５，８７を焼きつけてしまう可能性がある。光分配面ξの透過率を、９９％のように非常に大きく設定したり、１％のように非常に小さく設定すると、上述の第１の状態と第２の状態とのいずれか一方においては、検出用光ビームのパワーが非常に小さくなるものの、他方においては、逆に検出用光ビームのパワーが非常に大きくなってしまう。このため、図１３に示す実施例に係る装置を、レーザ光などの光軸調節に利用すると、操作中に過って受光素子８５，８７を損傷させるおそれがある。
【００６９】
＜＜＜ §４．本発明における改良点 ＞＞＞
本発明における改良点は、先願発明の実施例における上述した２つの問題点を解決する技術に関するものである。この改良点の根本原理は、偏光を利用したビーム分配手段、すなわち、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を用いて、光ビームの分配を行うようにした点にある。
【００７０】
前述した§２では、４つの基本的な実施形態Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを説明した。ここでは、まず、実施形態Ａに、偏光ビームスプリッターを利用した例を、実施形態Ｅとして説明する。実施形態Ａでは、図９に示すように、光路切換手段２０によって迂回させた迂回光Ｌ４に対して、角度調節手段３０による角度調節と、位置調節手段４０による位置調節とを施し、ビーム分配手段１０の光分配面ξの射出点Ｑｏｕｔ側へと導く方式が採られている。ここで述べる実施形態Ｅは、この実施形態Ａにおけるビーム分配手段１０および光路切換手段２０として、偏光ビームスプリッターを用いるようにしたものであり、その構成を図２０のブロック図に示す。
【００７１】
図２０におけるビーム分配手段１０Ｘおよび２０Ｘは、それぞれ図９に示すビーム分配手段１０および光路切換手段２０に対応する構成要素であり、いずれも偏光ビームスプリッターによって構成されている。ここでは、入射点Ｑｉｎ側に配置されたビーム分配手段２０Ｘを入射側ビーム分配手段と呼び、射出点Ｑｏｕｔ側に配置されたビーム分配手段１０Ｘを射出側ビーム分配手段と呼ぶことにする。図示のとおり、入射側ビーム分配手段２０Ｘは光分配面ξ１ｘを有しており、射出側ビーム分配手段１０Ｘは光分配面ξ２ｘを有している。これら光分配面ξ１ｘ、ξ２ｘは、第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、この第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過するという基本的な特徴を有している。
【００７２】
ここでは、説明の便宜上、第１の偏光面を平面Ｘと呼び、第２の偏光面を平面Ｙと呼ぶことにする。平面Ｘと平面Ｙとは互いに直交しており、両平面が交差する直線に沿った方向が、入射光Ｌ１の進行方向ということになる。いま、光分配面ξ１ｘ、ξ２ｘのいずれもが、平面Ｘを偏光面とする平面偏光波が照射された場合には、その大部分（たとえば、９９％としよう）を透過し、残り（１％）を反射し、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波が照射された場合には、その大部分（たとえば、９９％としよう）を反射し、残り（１％）を透過する性質をもっていたものとしよう（符号１０Ｘ、２０Ｘ、ξ１ｘ、ξ２ｘにおける英文字Ｘは、このように平面Ｘを偏光面とする光の大部分を透過する性質を示すものである）。
【００７３】
さて、上述のような前提において、図２０に示す基準光路Ｓに沿った入射光Ｌ１として、平面Ｘを偏光面とする平面偏光波を与えた場合の現象を考えてみよう。この場合、入射光Ｌ１の大部分（９９％）が光分配面ξ１ｘを透過して基準光路Ｓに沿って進み、更にその大部分（９９％）が光分配面ξ２ｘを透過して、入射光透過光Ｌ２として射出することになる。このとき、検出手段５０へ入射光反射光Ｌ３として向かう光は、光分配面ξ２ｘに照射された光のうちのわずか１％ということになる。
【００７４】
次に、上述のような前提において、図２０に示す基準光路Ｓに沿った入射光Ｌ１として、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波を与えた場合の現象を考えてみよう。この場合、入射光Ｌ１の大部分（９９％）が光分配面ξ１ｘを反射して迂回光Ｌ４として迂回光路へと導かれ、角度調節手段３０を経て角度調節光Ｌ５となり、更に、位置調節手段４０を経て位置角度調節光Ｌ６となって、光分配面ξ２ｘの射出点Ｑｏｕｔ側に照射されることになる。そして、この光分配面ξ２ｘにおいても、照射された位置角度調節光Ｌ６の大部分（９９％）が反射し、調節光反射光Ｌ８として射出することになる。このとき、検出手段５０へ調節光透過光Ｌ７として向かう光は、光分配面ξ２ｘに照射された光のうちのわずか１％ということになる。
【００７５】
結局、図２０に示す実施例の場合、入射光Ｌ１として、平面Ｘを偏光面とする平面偏光波を与えても、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波を与えても、その大部分は射出点Ｑｏｕｔに向けた入射光透過光Ｌ２または調節光反射光Ｌ８として射出されることになり、検出手段５０に対して入射光反射光Ｌ３または調節光透過光Ｌ７として照射される光のエネルギーは非常に小さなものになる。これは、検出手段５０を構成する受光素子を損傷させるおそれがあるという問題を解決する上では極めて有効である。すなわち、入射光Ｌ１として、レーザ光のような高エネルギー光ビームを用いた場合であっても、検出手段５０へと導かれる検出用光ビームのエネルギーはそのほんの一部になるので、上述したように、平面Ｘもしくは平面Ｙを偏光面にもつレーザ光を入射光Ｌ１として用いる限り、検出手段５０を構成する受光素子に焼きつけが生じることを防ぐことができる。
【００７６】
また、図２０に示す実施例では、前述したもうひとつの問題も解決することが可能である。すなわち、図２０に示すビーム分配手段２０Ｘによるビーム分配動作は、入射光Ｌ１の偏光面によって自動的に決定される動作になるため、物理的な抜き差し作業を行う必要は全くなくなるのである。§１で述べた基本原理によれば、ビーム分配手段２０Ｘは、入射光Ｌ１を透過させる第１の状態（検出手段５０によって基準情報を取得し、記憶手段６０に格納するための状態）と、入射光Ｌ１を迂回光路へ向けて反射させる第２の状態（検出手段５０による検出値を記憶手段６０内に格納されている基準情報に近付けるようなフィードバック制御を行うための状態）と、を切り替える光路切換手段としての機能を果たす必要がある。ところが、図２０に示す実施例では、このような切換操作を光学素子の抜き差し作業によって行う必要はなくなり、入射光Ｌ１の偏光面を変える作業によって行うことが可能になる。したがって、図２０に示す実施形態Ｅの場合、ビーム分配手段２０Ｘを、完全に固定しておくことが可能になり、迂回光路の精度にずれが生じる弊害を防止することができるようになる。
【００７７】
この図２０に示す光軸調節装置による自動光軸調節動作は次のようにして行われる。まず、入射点Ｑｉｎに、平面Ｘを偏光面とする平面偏光波からなる光ビームを、基準光路Ｓに沿って入射光Ｌ１として入射させる。すると、その大部分は、光分配面ξ１ｘを透過し、更にその大部分は、光分配面ξ２ｘを透過して入射光透過光Ｌ２として射出する。このとき、検出手段５０には、わずかな光が入射光反射光Ｌ３として得られるので、その光分配面ξ２ｘ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記憶手段６０に格納する。次に、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波からなる光ビームを、入射光Ｌ１として入射させる。すると、その大部分は、光分配面ξ１ｘを反射して迂回光路を経た後、光分配面ξ２ｘを反射して調節光反射光Ｌ８として射出する。このとき、検出手段５０には、わずかな光が調節光透過光Ｌ７として得られるので、その光分配面ξ２ｘ上での位置および向きを測定し、この測定結果が、記憶手段６０に格納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えばよい。
【００７８】
結局、§３で述べた実施例において、光学素子の抜き差し作業によって行っていた光路切換操作を、図２０に示す実施例では、入射光Ｌ１の偏光面の切換作業によって行うことになる。もちろん、偏光面の切換作業を行ったときには、検出手段５０などに、現在、いずれの偏光面をもった光ビームが入射光Ｌ１として与えられているかを指示する入力を行い、検出手段５０等が適切な動作を実行できるようにする必要がある。偏光面の切換作業は、偏光面を９０°回転させる光学素子（たとえば、１／２波長板など）を用意しておき、入射点Ｑｉｎに向かう光ビームについての偏光面を回転させるようにすればよい。このような偏光面を回転させるための光学素子は、物理的な抜き差しを行ったとしても、光路精度に対する影響を及ぼすことはないので、特に問題は生じない。
【００７９】
このように、本発明は、光ビームの偏光を利用してビーム分配を行う必要があるので、光軸調節の対象となる入射光Ｌ１は、所定の偏光面をもった平面偏光波であることが前提となる。もっとも、レーザ光はコヒーレントな光であり、所定の偏光面をもった平面偏光波となるので、実用上、レーザ光の光軸調節を行う上では、本発明は非常に好都合である。もちろん、本発明に係る光軸調節は、必ずしもレーザ光を対象としたものに限定されるわけではなく、平面偏光波であれば、どのような光ビームを調節対象としてもかまわない。
【００８０】
なお、図２０におけるビーム分配手段１０Ｘ，２０Ｘとして用いる偏光ビームスプリッターは、入射光の偏光面に応じて、大部分を透過あるいは反射する性質を有しているが、「平面Ｘを偏光面とする平面偏光波を１００％透過し、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波を１００％反射する」という公称値をもった偏光ビームスプリッターを用いても、実用上、問題はない。これは、理論的な公称値が１００％であったとしても、現実的には、１００％透過あるいは１００％反射という現象は起こらず、わずかながらの漏れ成分が必ず存在するためである。特に、光軸調節の対象となる光ビームが高出力レーザ光であった場合、わずかな漏れ成分であってもかなりのパワーがあるため、検出手段５０による位置および角度検出には十分である。
【００８１】
本発明に用いるビーム分配手段１０Ｘ，２０Ｘは、「所定の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射する」という性質を有する構成要素であるが、ここでいう「大部分」と「残り」との割合は、光軸調節の対象となる光ビームのエネルギー強度、検出手段に用いられる受光素子の受光感度や受光許容エネルギー強度などを考慮して決定されるべき値ということになる。別言すれば、光軸調節の対象となる光ビームのエネルギーのうち、受光素子の適切な検出範囲に相当するエネルギーが検出手段側へと導かれるような割合、ということになる。
【００８２】
図２０に示す基本的な実施形態Ｅは、図９に示す基本的な実施形態Ａについて本発明に係る改良を適用した例であるが、本発明に係る改良は、もちろん、図１０〜図１２に示す基本的な実施形態Ｂ〜Ｄにも同様に適用可能である。たとえば、図１０に示す実施形態Ｂに適用する場合であれば、ビーム分配手段１０と光路切換手段２０を、偏光ビームスプリッターからなるビーム分配手段１０Ｘ，２０Ｘに置き換えればよい。また、図１１に示す実施形態Ｃに適用する場合であれば、ビーム分配手段１０と光路切換角度調節手段３５を、偏光ビームスプリッターからなるビーム分配手段１０Ｘ，３５Ｘに置き換えればよい（この場合、ビーム分配手段３５Ｘとして利用される偏光ビームスプリッターは、角度調節機能を有している必要がある）。更に、図１２に示す実施形態Ｄに適用する場合であれば、ビーム分配手段１０と光路切換位置調節手段４５を、偏光ビームスプリッターからなるビーム分配手段１０Ｘ，４５Ｘに置き換えればよい（この場合、ビーム分配手段４５Ｘとして利用される偏光ビームスプリッターは、位置調節機能を有している必要がある）。
【００８３】
図２１に示す基本的な実施形態Ｆは、図２０に示す実施形態Ｅの変形例であり、基準光路Ｓ上に遮断手段Ｇ１を付加するとともに、迂回光路上に遮断手段Ｇ２を付加したものである。遮断手段Ｇ１，Ｇ２は、それぞれ基準光路Ｓを通る光ビームおよび迂回光路を通る光ビームを光学的に遮断する光シャッターである。このような遮断手段Ｇ１，Ｇ２を設け、必要なときに光の遮断操作を行うようにすれば、光路差に基づく干渉の影響を排除した利用形態が可能になる。以下、そのメリットについて説明する。
【００８４】
既に述べたとおり、本発明に係る改良を施した実施例では、まず、入射光Ｌ１として、平面Ｘを偏光面にもつ光ビームを入射させ、検出手段５０によって基準情報を取得する作業が行われる。この作業では、光分配面ξ１ｘを透過し、光分配面ξ２ｘで反射した入射光反射光Ｌ３が利用される。ところが、このとき、迂回光路には、光分配面ξ１ｘを反射したわずかな光が迂回光として進行し、この迂回光の大部分は、光分配面ξ２ｘを透過して、調節光透過光Ｌ７として検出手段５０に入射することになる。また、この迂回光の一部は、光分配面ξ２ｘを反射して、調節光反射光Ｌ８として射出することになる。ここで、入射光反射光Ｌ３と調節光透過光Ｌ７とは、所定の光路差をもった光であるため、互いに干渉を生じることになり、入射光透過光Ｌ２と調節光反射光Ｌ８とは、やはり所定の光路差をもった光であるため、互いに干渉を生じることになる。このような干渉が生じると好ましくない場合には、基準情報取得段階では、遮断手段Ｇ１は機能させず（光シャッターを開いた状態にし）、遮断手段Ｇ２によって迂回光路を進む光を遮断し（光シャッターを閉じた状態にし）、入射光透過光Ｌ２および入射光反射光Ｌ３のみが得られるようにすればよい。
【００８５】
続いて、入射光Ｌ１として、平面Ｙを偏光面にもつ光ビームを入射させ、検出手段５０の検出値を基準情報に近付けるような制御段階が行われる。具体的には、光分配面ξ１ｘを反射して迂回光路を進み、光分配面ξ２ｘを透過した調節光透過光に基づく検出制御が行われる。ところが、このとき、基準光路Ｓには、光分配面ξ１ｘを透過したわずかな光が進行し、その大部分は、光分配面ξ２ｘを反射して、入射光反射光Ｌ３として検出手段５０に入射することになり、その一部は、光分配面ξ２ｘを透過して、入射光透過光Ｌ２として射出することになる。そこで、この場合も、入射光反射光Ｌ３と調節光透過光Ｌ７との干渉や、入射光透過光Ｌ２と調節光反射光Ｌ８との干渉が生じることになる。このような干渉が好ましくない場合には、制御段階では、遮断手段Ｇ１によって迂回光路を進む光を遮断し（光シャッターを閉じた状態にし）、遮断手段Ｇ２は機能させず（光シャッターを開いた状態にし）、調節光透過光Ｌ７および調節光反射光Ｌ８のみが得られるようにすればよい。
【００８６】
このように、基準情報取得段階と制御段階とでは、入射光の偏光面の切換、遮断手段の開閉切換、検出手段等の動作切換、という３つの事項についての切換操作が必要になる。そこで、実用上は、単一の切換スイッチを用意しておき、この切換スイッチを「基準情報取得動作」か「制御動作」かのいずれか一方に切り換える操作を行うことにより、上記３つの事項の切換が連動して自動的に実行されるような構成にしておくのが好ましい。すなわち、この切換スイッチを「基準情報取得動作」側に切り換えると、入射光の偏光面が平面Ｘとなるように設定され、遮断手段Ｇ１が開いて光を通す状態となり、遮断手段Ｇ２が閉じて光を遮断する状態となり、検出手段５０が、検出した位置および角度を基準情報として記憶手段６０に格納する動作を行うようにすればよい。逆に、この切換スイッチを「制御動作」側に切り換えると、入射光の偏光面が平面Ｙとなるように設定され、遮断手段Ｇ１が閉じて光を遮断する状態となり、遮断手段Ｇ２が開いて光を通す状態となり、検出手段５０が、検出した位置および角度を制御手段７０に与え、制御手段７０が、与えられた位置および角度が記憶手段６０内に格納されている基準情報に近付くようなフィードバック制御動作を行うようにすればよい。
【００８７】
上述した入射光の偏光面の切換操作は、入射光の光路上に１／２波長板などを設置し、モータなどの駆動手段でこれを９０°だけ回転させたり、元に戻したりする制御を行うようにすればよい。また、遮断手段Ｇ１，Ｇ２の開閉切換操作は、電磁式光シャッターなどを用いれば容易に行うことができ、検出手段や制御手段の動作切換操作は、マイクロプロセッサなどにより容易に制御することができる。このように、切換スイッチの操作によって、上記３つの事項の切換操作が連動して行われるような構成にしておけば、オペレータの作業負担は大幅に軽減される。すなわち、オペレータは、まず、切換スイッチを「基準情報取得動作」側に切り換える操作を行い、現在の基準光路Ｓについての基準情報の取得を行い、続いて、切換スイッチを「制御動作」側に切り換える操作を行い、光路を安定化するためのフィードバック制御を開始させればよい。
【００８８】
最後に、§３で述べた図１３の先願発明の実施例に、本発明に係る改良を適用した実施例のブロック図を図２２に示す。ちょうど、図１３におけるビーム分配器８３を偏光ビームスプリッターからなる射出側ビーム分配手段８３Ｘに置き換え、光反射素子８１を偏光ビームスプリッターからなる入射側ビーム分配手段８１Ｘに置き換え、遮断手段Ｇ１，Ｇ２を付加した構成に相当する。入射側ビーム分配手段８１Ｘは、角度調節機能を有しているため、回転軸ω１，ω２に関して回転が可能になっているものの、抜き差しは不要であるため、図１３に示す支持手段８８に相当する構成要素は設けられていない。光分配面ξ１ｘ，ξ２ｘは、いずれも平面Ｘを偏光面とする平面偏光波の大部分を透過し残りを反射し、平面Ｙを偏光面とする平面偏光波の大部分を反射し残りを透過する性質をもった面である。
【００８９】
この図２２に示す実施例を用いた光軸調節の動作は、図１３の実施例とほぼ同じである。相違点は、入射光としてレーザ光などの平面偏光波の光ビームを用いるようにし、基準光路か迂回光路かの光路切換動作を、光学素子の抜き差しではなく、入射光の偏光面の切換によって行う点である。すなわち、まず、平面Ｘを偏光面にもつ光ビームを入射点Ｑｉｎに基準光路Ｓに沿って入射させる。このとき、遮断手段Ｇ１としての光シャッターは開き、遮断手段Ｇ２としての光シャッターは閉じるようにする（実際には、前述した切換スイッチによる連動操作で切り換えるのが好ましい）。これにより、光分配面ξ１ｘを透過し、光分配面ξ２ｘで反射した入射光反射光の位置および角度が検出され、基準情報として記憶装置９１に記憶されることになる。もちろん、このとき、射出点Ｑｏｕｔ側には、光分配面ξ２ｘを透過した入射光透過光が射出されることになる。続いて、入射する光ビームの偏光面を平面Ｙに切り換える。このとき、遮断手段Ｇ１としての光シャッターは閉じ、遮断手段Ｇ２としての光シャッターは開くようにする（こちらも、実際には、前述した切換スイッチによる連動操作で切り換えるのが好ましい）。これにより、入射光は、光分配面ξ１ｘを反射して迂回光路を進み、光分配面ξ２ｘを透過した調節光透過光として検出される。もちろん、このとき、射出点Ｑｏｕｔ側には、光分配面ξ２ｘを反射した調節光反射光が射出されることになる。制御装置は、このときの検出値を記憶装置９１内の基準情報に近付けるように、角度調節機構９３および位置調節機構９４を制御する。その結果、入射側ビーム分配手段８１Ｘとして利用されている偏光ビームスプリッターの角度調節が行われ、コーナリフレクタ（もしくはコーナキューブプリズム）８２の位置調節が行われる。
【００９０】
このように、図２２に示す実施例は、図１３に示す実施例と全く同じ基本原理で動作するものの、光路精度に影響を与える光学素子の抜き差し操作が不要になったため、光路ずれによる誤差発生を抑制することが可能になる。また、入射光として、平面Ｘを偏光面とする光ビームを入射した場合も、平面Ｙを偏光面とする光ビームを入射した場合も、検出用の光学素子８４〜８７へと導かれる光ビームは、入射した光ビームのごく一部になるため、受光素子の焼き付きを防ぐ効果も得られる。
【００９１】
【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り、また、光路の精度を高め、用いている光学素子の損傷を防ぐ効果も期待できる。
【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１０】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１１】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１２】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１３】図１１に示す基本的な実施形態Ｃに対応した光軸調節装置の構成例を示す図である。
【図１４】図１３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１５】図１３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１６】図１３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１７】図１３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１８】図１３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１９】図１３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２０】本発明に係る改良を施した基本的な実施形態Ｅに係る光軸調節装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】図２０に示す実施形態Ｅの変形例に対応する実施形態Ｆに係る光軸調節装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】図１３に示す実施例に、本発明に係る改良を適用した実施例のブロック図である。
【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
１０Ｘ…射出側ビーム分配手段（偏光ビームスプリッター）
２０…光路切換手段
２０Ｘ…入射側ビーム分配手段（偏光ビームスプリッター）
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
８１Ｘ…入射側ビーム分配手段（偏光ビームスプリッター）
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
８３Ｘ…射出側ビーム分配手段（偏光ビームスプリッター）
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
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〜Ｄ３，Ｄ１ａ〜Ｄ３ａ，Ｄ１ｂ〜Ｄ３ｂ…迂回光路
ｄ，ｄｄ…位置の変位量
Ｇ１，Ｇ２…遮断手段（光シャッター）
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…反射面
θ…調節角度
μ…反射面
ξ，ξ１ｘ，ξ２ｘ…光分配面
ρ１，ρ２…反射面
ω１〜ω２…回転軸
Claims (12)
- 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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、前記第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過する光分配面をもち、前記基準光路の前記入射点側に配置された入射側ビーム分配手段と、
前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過する光分配面をもち、前記基準光路の前記射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
前記基準光路に沿って入射した前記第１の偏光面を有する平面偏光波のうち、前記入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して、前記射出側ビーム分配手段の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、前記射出側ビーム分配手段の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、
前記基準光路に沿って入射した前記第２の偏光面を有する平面偏光波のうち、前記入射側ビーム分配手段の光分配面で反射することにより得られる反射光を、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射出側ビーム分配手段の光分配面の前記射出点側に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射出側ビーム分配手段の光分配面から得られる透過光について、前記射出側ビーム分配手段の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。 - 請求項１に記載の光軸調節装置において、
入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して射出側ビーム分配手段の光分配面へと向かう光を、必要に応じて遮断することができる第１の遮断手段と、
入射側ビーム分配手段の光分配面で反射して迂回光路を進む光を、必要に応じて遮断することができる第２の遮断手段と、
を更に備えることを特徴とする光軸調節装置。 - 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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して残りを反射し、前記第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を反射して残りを透過する光分配面をもつ２組のビーム分配手段を、前記基準光路の前記入射点側および前記射出点側にそれぞれ配置する準備段階と、
前記基準光路に沿って前記入射点に前記第１の偏光面を有する平面偏光波からなる光ビームを入射させ、この入射させた光ビームのうち、前記入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して、前記射出側ビーム分配手段の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、前記射出側ビーム分配手段の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、
前記入射点側のビーム分配手段に前記第２の偏光面を有する平面偏光波からなる光ビームを入射させ、この入射させた光ビームのうち、前記入射側ビーム分配手段の光分配面で反射することにより得られる反射光を、前記基準光路とは異なる迂回光路へ誘導し、この迂回光路を経由した光ビームが前記射出側ビーム分配手段の光分配面の前記射出点側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射出側ビーム分配手段の光分配面から得られる透過光について、前記射出側ビーム分配手段の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、前記迂回光路を経由する光ビームの位置および向き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。 - 請求項３に記載の光軸調節方法において、
基準情報取得段階では、迂回光路を進む光を遮断し、制御段階では、入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して射出側ビーム分配手段の光分配面へと向かう光を遮断することを特徴とする光軸調節方法。 - 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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、前記第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を前記迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、前記基準光路の前記入射点側に配置された入射側ビーム分配手段と、
前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、前記基準光路の前記射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、前記射出側ビーム分配手段の光分配面の前記射出点側に向けて射出することにより、前記位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
前記入射点に前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、前記射出側ビーム分配手段の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、前記入射点に前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、前記射出側ビーム分配手段の光分配面における前記調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
前記入射点に前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
前記入射点に前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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。 - 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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、前記第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を前記迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、前記基準光路の前記入射点側に配置された入射側ビーム分配手段と、
前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、前記基準光路の前記射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、前記射出側ビーム分配手段の光分配面の前記射出点側に向けて射出することにより、前記位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
前記入射点に前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、前記射出側ビーム分配手段の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、前記入射点に前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、前記射出側ビーム分配手段の光分配面における前記調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
前記入射点に前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
前記入射点に前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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。 - 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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、前記第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を前記迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、前記基準光路の前記入射点側に配置され、かつ、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機能をもった入射側ビーム分配手段と、
前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、前記基準光路の前記射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、前記射出側ビーム分配手段の光分配面の前記射出点側に向けて射出することにより、前記位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
前記入射点に前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、前記射出側ビーム分配手段の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、前記入射点に前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、前記射出側ビーム分配手段の光分配面における前記調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
前記入射点に前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
前記入射点に前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、前記入射側ビーム分配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。 - 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、
第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を透過して、残りを所定の迂回光路に向けて反射し、前記第１の偏光面に対して直交する第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を前記迂回光路に向けた迂回光として反射して、残りを透過する光分配面をもち、前記基準光路の前記入射点側に配置され、かつ、前記迂回光を所定の設定変位量だけ平行移動させて位置調節光として射出する位置調節機能をもった入射側ビーム分配手段と、
前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を入射光透過光として透過して、残りを入射光反射光として反射し、前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射された場合には、その大部分を調節光反射光として反射して、残りを調節光透過光として透過する光分配面をもち、前記基準光路の前記射出点側に配置された射出側ビーム分配手段と、
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、前記射出側ビーム分配手段の光分配面の前記射出点側に向けて射出することにより、前記位置角度調節光が、反射した大部分からなる調節光反射光と、透過した残りの部分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、
前記入射点に前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、前記射出側ビーム分配手段の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、前記入射点に前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときには、前記射出側ビーム分配手段の光分配面における前記調節光透過光の位置および向きを検出する検出手段と、
前記入射点に前記第１の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、
前記入射点に前記第２の偏光面を有する平面偏光波が照射されているときに、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、前記入射側ビーム分配手段による設定変位量および前記角度調節手段による設定角度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。 - 請求項５〜８のいずれかに記載の光軸調節装置において、
入射側ビーム分配手段の光分配面を透過して射出側ビーム分配手段の光分配面へと向かう光を、必要に応じて遮断することができる第１の遮断手段と、
入射側ビーム分配手段の光分配面で反射して迂回光路を進む光を、必要に応じて遮断することができる第２の遮断手段と、
を更に備えることを特徴とする光軸調節装置。 - 請求項５〜９のいずれかに記載の光軸調節装置において、検出手段を、射出側ビーム分配手段の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。
- 請求項１０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。 - 請求項１０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。
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