JP5072478B2 - Optical axis automatic adjustment system - Google Patents

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  • Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)

Description

本発明は、光軸自動調節システムに関し、特に、予め設定した基準光路に沿って光ビームが存在するときに、システムへの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自動光軸調節を行う技術に関する。   The present invention relates to an optical axis automatic adjustment system, and in particular, when a light beam is present along a preset reference optical path, even if the incident light to the system deviates from the reference optical path, the emitted light enters the reference optical path. The present invention relates to a technique for performing automatic optical axis adjustment so as to maintain a state along the line.

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。一般的な光ビームの光軸調節装置は、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構成される。たとえば、下記の特許文献1や2には、複数の反射鏡とプリズムを組み合わせた光軸調節装置が開示されている。   The light beam is widely used in various industrial fields such as a fine pattern exposure process, a material processing process, and information communication. In an optical system using a light beam, it is important to adjust the optical axis. In particular, in a process of performing precise processing using a laser beam or the like, an accurate optical axis adjustment operation is required. A general optical beam adjusting device for a light beam is configured by a device combining optical elements such as a reflecting mirror and a prism. For example, Patent Documents 1 and 2 below disclose an optical axis adjusting device in which a plurality of reflecting mirrors and prisms are combined.

このような光軸調節装置を利用して、光ビームが所定の基準光路を通るように調節を行ったとしても、光源の物理的変動要因等により、光ビームが基準光路から外れてしまうことも少なくない。もちろん、このような光軸ずれが生じた場合には、再度、光軸調節を行えばよいが、毎回、手作業による光軸調節を行うことは効率的ではない。そこで、下記の特許文献3などには、入射光ビームが、予め設定した基準光路を外れた場合にも、射出光ビームが基準光路に沿った状態を維持するように、光軸をフィードバック制御によって自動調節するシステムが提案されている。
特開2002−229216号公報 特開2004−078131号公報 特開2005−331541号公報
Even if the optical beam is adjusted so that the light beam passes through a predetermined reference optical path using such an optical axis adjusting device, the light beam may be off the reference optical path due to a physical variation factor of the light source. Not a few. Of course, when such an optical axis shift occurs, the optical axis adjustment may be performed again, but it is not efficient to manually adjust the optical axis every time. Therefore, in Patent Document 3 below, the optical axis is controlled by feedback control so that the incident light beam maintains the state along the reference optical path even when the incident light beam deviates from the preset reference optical path. An automatic adjustment system has been proposed.
JP 2002-229216 A JP 2004-07831 A JP 2005-331541 A

従来の一般的な光軸調節装置は、反射鏡やプリズムを組み合わせた複雑な光学系を用いているため、装置全体の構造が複雑になり、また、装置内部での反射回数が多くなるため、装置を通過する光ビームの光量に損失が生じるとともに、光学系の収差やゴミの付着などによる波面の劣化が生じるという問題があった。一方、前掲の特許文献3に開示されたシステムでは、より単純な光学系を用いた光軸調節機構が提案されているが、フィードバック制御を行うために、光ビームの一部を検出用ビームとして分岐させるビームスプリッターを用いており、このビームスプリッターの部分での光量損失や波面の劣化が避けられない。   The conventional general optical axis adjusting device uses a complicated optical system combining a reflecting mirror and a prism, so the structure of the entire device becomes complicated, and the number of reflections inside the device increases. There is a problem in that the light amount of the light beam passing through the apparatus is lost, and the wavefront is deteriorated due to aberrations of the optical system or adhesion of dust. On the other hand, in the system disclosed in Patent Document 3 described above, an optical axis adjustment mechanism using a simpler optical system has been proposed. However, in order to perform feedback control, a part of the light beam is used as a detection beam. A beam splitter to be branched is used, and the light amount loss and the wavefront deterioration in the beam splitter portion are inevitable.

そこで本発明は、光量の損失や波面の劣化を必要最小限に抑えつつ、単純な構造で光軸の自動調節を行うことが可能な光軸自動調節システムを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an optical axis automatic adjustment system capable of performing automatic optical axis adjustment with a simple structure while minimizing the loss of light amount and the deterioration of the wavefront.

(1) 本発明の第1の態様は、XYZ三次元座標系における所定の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ように自動光軸調節を行う機能をもった光軸自動調節システムにおいて、
光軸調節を行う本体部と、本体部からきた光を射出する出力部と、本体部による光軸調節動作を制御する制御部と、を設け、
本体部は、
XY平面に平行な面をY軸に平行な回動軸について所定角α(0°<α<90°)だけ回動した反射面を有する第1の鏡と、
XZ平面に平行な面をX軸に平行な回動軸について所定角β(0°<β<90°)だけ回動した反射面を有する第2の鏡と、
第1の鏡と第2の鏡とを、入射光が少なくともこれら双方の鏡をこの順序で反射した後に出力部へ向けて射出するように、所定位置に支持する支持体と、
支持体に対して、第1の鏡をX軸もしくはZ軸方向に平行移動させるとともに、第2の鏡をY軸もしくはZ軸方向に平行移動させる位置調節手段と、
第1の鏡を、Y軸に平行な回動軸について回動させる操作と、第2の鏡を、X軸に平行な回動軸について回動させる操作と、を行う機能をもった角度調節手段と、
を有し、
出力部は、
本体部からきた光ビームを反射させる第3の鏡と、
第3の鏡を反射した光ビームを反射させて射出する第4の鏡と、
第3の鏡および第4の鏡のうち、いずれか一方を透過した光ビームの所定基準面に対する入射角度を検出する角度検出手段と、
第3の鏡および第4の鏡のうち、前記一方ではない他方を透過した光ビームの所定基準面上への入射位置を検出する位置検出手段と、
を有し、
制御部は、
入射光が基準光路に沿った状態において角度検出手段および位置検出手段が検出した角度および位置を記憶する記憶手段と、
角度検出手段および位置検出手段が検出した角度および位置が記憶手段に記憶されている値からずれたときに、当該ずれを解消するように角度調節手段および位置調節手段を制御する制御手段と、
を有し
出力部に入射した光が、第3の鏡および第4の鏡のみを反射して出力部から射出するようにし、第1〜第4の鏡として、反射率が99.5%以上の鏡を用いるようにしたものである。
(1) The first aspect of the present invention is that the incident light deviates from the reference optical path when the light beam exists along the reference optical path passing through the predetermined incident point and the exit point in the XYZ three-dimensional coordinate system In addition, in the optical axis automatic adjustment system having the function of performing automatic optical axis adjustment so that the emitted light maintains the state along the reference optical path,
A main body that performs optical axis adjustment, an output unit that emits light from the main body, and a control unit that controls the optical axis adjustment operation by the main body;
The main body is
A first mirror having a reflective surface obtained by rotating a plane parallel to the XY plane by a predetermined angle α (0 ° <α <90 °) about a rotation axis parallel to the Y axis;
A second mirror having a reflecting surface obtained by rotating a plane parallel to the XZ plane by a predetermined angle β (0 ° <β <90 °) about a rotation axis parallel to the X axis;
A support that supports the first mirror and the second mirror at a predetermined position so that incident light is emitted toward the output unit after at least reflecting both of the mirrors in this order;
Position adjusting means for translating the first mirror relative to the support in the X-axis or Z-axis direction, and translating the second mirror in the Y-axis or Z-axis direction;
Angle adjustment with the function of rotating the first mirror about a rotation axis parallel to the Y-axis and the operation of rotating the second mirror about a rotation axis parallel to the X-axis Means,
Have
The output section
A third mirror for reflecting the light beam coming from the main body,
A fourth mirror that reflects and emits the light beam reflected from the third mirror;
Angle detection means for detecting an incident angle of a light beam transmitted through one of the third mirror and the fourth mirror with respect to a predetermined reference plane;
Position detecting means for detecting an incident position on a predetermined reference plane of the light beam transmitted through the other one of the third mirror and the fourth mirror;
Have
The control unit
Storage means for storing the angle and position detected by the angle detection means and the position detection means in a state where the incident light is along the reference optical path;
Control means for controlling the angle adjusting means and the position adjusting means so as to eliminate the deviation when the angle and the position detected by the angle detecting means and the position detecting means deviate from the values stored in the storage means;
Have
The light incident on the output unit reflects only the third mirror and the fourth mirror and exits from the output unit. As the first to fourth mirrors, mirrors having a reflectance of 99.5% or more are used. It is intended to be used.

(2) 本発明の第2の態様は、XYZ三次元座標系における所定の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ように自動光軸調節を行う機能をもった光軸自動調節システムにおいて、
光軸調節を行う本体部と、本体部からきた光を射出する出力部と、本体部による光軸調節動作を制御する制御部と、を設け、
本体部は、
XY平面に平行な面をY軸に平行な回動軸について所定角α(0°<α<90°)だけ回動した反射面を有する第1の鏡と、
XZ平面に平行な面をX軸に平行な回動軸について所定角β(0°<β<90°)だけ回動した反射面を有する第2の鏡と、
第1の鏡と第2の鏡とを、入射光が少なくともこれら双方の鏡をこの順序で反射した後に出力部へ向けて射出するように、所定位置に支持する第1の支持体と、
第1の支持体を支持する第2の支持体と、
第1の支持体を第2の支持体に対して、X軸方向およびY軸方向に平行移動させる位置調節手段と、
第1の鏡を、Y軸に平行な回動軸について回動させる操作と、第2の鏡を、X軸に平行な回動軸について回動させる操作と、を行う機能をもった角度調節手段と、
を有し、
出力部は、
本体部からきた光ビームを反射させる第3の鏡と、
第3の鏡を反射した光ビームを反射させて射出する第4の鏡と、
第3の鏡および第4の鏡のうち、いずれか一方を透過した光ビームの所定基準面に対する入射角度を検出する角度検出手段と、
第3の鏡および第4の鏡のうち、前記一方ではない他方を透過した光ビームの所定基準面上への入射位置を検出する位置検出手段と、
を有し、
制御部は、
入射光が基準光路に沿った状態において角度検出手段および位置検出手段が検出した角度および位置を記憶する記憶手段と、
角度検出手段および位置検出手段が検出した角度および位置が記憶手段に記憶されている値からずれたときに、当該ずれを解消するように角度調節手段および位置調節手段を制御する制御手段と、
を有し
出力部に入射した光が、第3の鏡および第4の鏡のみを反射して出力部から射出するようにし、第1〜第4の鏡として、反射率が99.5%以上の鏡を用いるようにしたものである。
(2) The second aspect of the present invention is that the incident light deviates from the reference optical path when the light beam exists along the reference optical path passing through the predetermined incident point and the exit point in the XYZ three-dimensional coordinate system In addition, in the optical axis automatic adjustment system having the function of performing automatic optical axis adjustment so that the emitted light maintains the state along the reference optical path,
A main body that performs optical axis adjustment, an output unit that emits light from the main body, and a control unit that controls the optical axis adjustment operation by the main body;
The main body is
A first mirror having a reflective surface obtained by rotating a plane parallel to the XY plane by a predetermined angle α (0 ° <α <90 °) about a rotation axis parallel to the Y axis;
A second mirror having a reflecting surface obtained by rotating a plane parallel to the XZ plane by a predetermined angle β (0 ° <β <90 °) about a rotation axis parallel to the X axis;
A first support that supports the first mirror and the second mirror at a predetermined position so that incident light is emitted toward the output unit after at least reflecting both of the mirrors in this order;
A second support for supporting the first support;
Position adjusting means for translating the first support relative to the second support in the X-axis direction and the Y-axis direction;
Angle adjustment with the function of rotating the first mirror about a rotation axis parallel to the Y-axis and the operation of rotating the second mirror about a rotation axis parallel to the X-axis Means,
Have
The output section
A third mirror for reflecting the light beam coming from the main body,
A fourth mirror that reflects and emits the light beam reflected from the third mirror;
Angle detection means for detecting an incident angle of a light beam transmitted through one of the third mirror and the fourth mirror with respect to a predetermined reference plane;
Position detecting means for detecting an incident position on a predetermined reference plane of the light beam transmitted through the other one of the third mirror and the fourth mirror;
Have
The control unit
Storage means for storing the angle and position detected by the angle detection means and the position detection means in a state where the incident light is along the reference optical path;
Control means for controlling the angle adjusting means and the position adjusting means so as to eliminate the deviation when the angle and the position detected by the angle detecting means and the position detecting means deviate from the values stored in the storage means;
Have
The light incident on the output unit reflects only the third mirror and the fourth mirror and exits from the output unit. As the first to fourth mirrors, mirrors having a reflectance of 99.5% or more are used. It is intended to be used.

(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1または第2の態様に係る光軸自動調節システムにおいて、
角度検出手段を、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。
(3) A third aspect of the present invention is the optical axis automatic adjustment system according to the first or second aspect described above,
The angle detection means has a condensing lens for condensing parallel rays at a predetermined focal point, and a condensing position on the light receiving surface, the light receiving surface being disposed at a focal distance from the condensing lens. And a light receiving element for detecting.

(4) 本発明の第4の態様は、上述の第1〜第3の態様に係る光軸自動調節システムにおいて、
位置検出手段を、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。
(4) A fourth aspect of the present invention is the optical axis automatic adjustment system according to the first to third aspects described above,
The position detection means is constituted by a light receiving element that detects the irradiation position of the beam onto a predetermined light receiving surface.

本発明に係る光軸自動調節システムでは、本体部内の2つの鏡を特有の位置に配置し、これら鏡を特有の方向に平行移動させるとともに特有の向きに回動させることにより光ビームの位置および角度の調節を行うようにしたため、非常に単純な構造により、光ビームの光軸調節を行うことができる。しかも、本体部内の2組の鏡と出力部内の2組の鏡という合計4組の鏡により構成することが可能であり、出力部内の2組の鏡についての透過光を検出用ビームとして利用したフィードバック制御を行うことができるので、光量の損失や波面の劣化を必要最小限に抑えつつ、単純な構造で光軸の自動調節を行うことが可能になる。   In the optical axis automatic adjustment system according to the present invention, the two mirrors in the main body are arranged at specific positions, and these mirrors are translated in a specific direction and rotated in a specific direction. Since the angle is adjusted, the optical axis of the light beam can be adjusted with a very simple structure. In addition, it is possible to configure a total of four sets of mirrors, two sets of mirrors in the main unit and two sets of mirrors in the output unit, and the transmitted light from the two sets of mirrors in the output unit is used as a detection beam. Since feedback control can be performed, it is possible to automatically adjust the optical axis with a simple structure while minimizing the loss of light quantity and the deterioration of the wavefront.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1.本体部に用いる2組の鏡の特有の配置 >>>
本発明に係る光軸自動調節システムの本体部内には、図1に示すように、2組の鏡からなる光学系が用いられる。本発明では、この2組の鏡を特有の位置に配置し、これら鏡を特有の方向に平行移動させるとともに特有の向きに回動させることにより、光ビームの位置および角度の調節を行うことが重要になる。そこで、ここでは、説明の便宜上、図示のとおりXYZ三次元座標系を定義し、この三次元座標系上で、この2組の鏡の特有の配置とその特徴を説明することにする。この、図1に示す2組の鏡およびその位置角度調節手段(図1には示されていない)は、XYZ三次元座標系に入射した光の光軸を調節して、これを射出する機能を有する光軸調節装置ということができる。
<<< §1. Unique arrangement of two sets of mirrors used in the main body >>>
As shown in FIG. 1, an optical system comprising two sets of mirrors is used in the main body of the optical axis automatic adjustment system according to the present invention. In the present invention, the position and angle of the light beam can be adjusted by arranging the two sets of mirrors at specific positions and moving the mirrors in a specific direction and rotating them in a specific direction. Become important. Therefore, for convenience of explanation, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined as shown in the figure, and the specific arrangement and characteristics of the two sets of mirrors are explained on the three-dimensional coordinate system. The two sets of mirrors shown in FIG. 1 and their position angle adjusting means (not shown in FIG. 1) adjust the optical axis of light incident on the XYZ three-dimensional coordinate system and emit it. It can be said that the optical axis adjusting device has

この光軸調節装置の最も重要な構成要素は、第1の鏡10および第2の鏡20である。第1の鏡10および第2の鏡20は、図示のとおり、XYZ三次元座標系上で、その反射面が特有の位置にくるように配置されている。すなわち、第1の鏡10の反射面M1は、XY平面に平行な面をY軸に平行な回動軸11について所定角α(0°<α<90°)だけ回動した位置にくるように配置されており、第2の鏡20の反射面M2は、XZ平面に平行な面をX軸に平行な回動軸21について所定角β(0°<β<90°)だけ回動した位置にくるように配置されている。   The most important components of the optical axis adjusting device are the first mirror 10 and the second mirror 20. As shown in the figure, the first mirror 10 and the second mirror 20 are arranged such that their reflection surfaces are at specific positions on the XYZ three-dimensional coordinate system. That is, the reflecting surface M1 of the first mirror 10 is located at a position rotated by a predetermined angle α (0 ° <α <90 °) with respect to the rotation shaft 11 parallel to the Y axis on a surface parallel to the XY plane. The reflecting surface M2 of the second mirror 20 rotates a plane parallel to the XZ plane by a predetermined angle β (0 ° <β <90 °) with respect to a rotating shaft 21 parallel to the X axis. It is arranged to come to the position.

ここでは、このように配置された2つの鏡10,20からなる光学系に、X軸に平行な方向から光ビームL1を入射光として与えた場合を考えてみる。この場合、光ビームは、2つの鏡10,20によって図示のとおり反射する(図では、この光ビームの経路を一点鎖線で示す)。すなわち、光ビームL1が、第1の鏡10の反射面M1の入射点P1に入射すると、反射光として、図示の例では、図のほぼ上方へと向かう光ビームL2が得られることになり、この光ビームL2が、第2の鏡20の反射面M2の入射点P2に入射すると、反射光として、図のほぼ右方へ向かう光ビームL3が得られることになる。結局、入射光として与えられた光ビームL1は、この光学系で2回反射した後、光ビームL3として射出することになる。   Here, let us consider a case where the light beam L1 is given as incident light to the optical system including the two mirrors 10 and 20 arranged in this way from a direction parallel to the X axis. In this case, the light beam is reflected by the two mirrors 10 and 20 as shown (the path of this light beam is indicated by a one-dot chain line in the figure). That is, when the light beam L1 is incident on the incident point P1 of the reflecting surface M1 of the first mirror 10, in the illustrated example, a light beam L2 heading substantially upward in the figure is obtained as reflected light. When this light beam L2 is incident on the incident point P2 of the reflecting surface M2 of the second mirror 20, a light beam L3 directed substantially rightward in the figure is obtained as reflected light. Eventually, the light beam L1 given as incident light is reflected twice by this optical system and then emitted as the light beam L3.

ここに示す光軸調節装置は、上述した第1の鏡10および第2の鏡20の他、これらの鏡を支持する支持体と各鏡に対する位置および角度の調節手段(いずれも、図1には示されていない)によって構成される。   The optical axis adjusting apparatus shown here includes the first mirror 10 and the second mirror 20 described above, a support for supporting these mirrors, and means for adjusting the position and angle with respect to each mirror (both shown in FIG. Is not shown).

支持体は、2つの鏡10,20を上述した特有の条件を満たす位置に支持する機能をもった構成要素であれば、具体的にはどのような構造物で構成してもかまわない。たとえば、装置筐体となるフレームにより支持体を構成し、第1の鏡10および第2の鏡20を、このフレームに取り付けるようにしてもかまわない。ただ、位置および角度の調節手段による調節が可能となるような態様で取り付ける必要がある。   As long as the support member is a component having a function of supporting the two mirrors 10 and 20 at a position that satisfies the above-described specific conditions, the support member may be configured by any structure. For example, the support body may be configured by a frame serving as an apparatus housing, and the first mirror 10 and the second mirror 20 may be attached to the frame. However, it is necessary to attach in such a manner that adjustment by means of adjusting the position and angle is possible.

位置調節手段は、支持体に対して、各鏡10,20を所定軸方向に平行移動させることにより、その位置を調節する機能をもった構成要素である。本発明では、第1の鏡10については、X軸方向もしくはZ軸方向に平行移動させ、第2の鏡20については、Y軸方向もしくはZ軸方向に平行移動させる必要がある。このように、所定軸に沿って鏡を移動させる機構は、たとえば、ガイドレールと摺動子を用いた機構など、種々のものが公知であるため、ここでは具体的な移動機構の説明は省略する。後述するように、この位置調節手段は、制御部からの電気的な制御信号に基づいて位置調節を行う機能を有しており、実用上は、電動による移動機構によって構成される。   The position adjusting means is a component having a function of adjusting the position of the support 10 by moving the mirrors 10 and 20 in a predetermined axial direction. In the present invention, the first mirror 10 needs to be translated in the X-axis direction or the Z-axis direction, and the second mirror 20 needs to be translated in the Y-axis direction or the Z-axis direction. As described above, since various mechanisms for moving the mirror along the predetermined axis are known, such as a mechanism using a guide rail and a slider, a specific description of the moving mechanism is omitted here. To do. As will be described later, the position adjusting means has a function of adjusting the position based on an electrical control signal from the control unit, and is practically configured by an electrically-driven moving mechanism.

続いて、この光学系を構成する各鏡10,20を、位置調節手段を用いて所定方向に平行移動させた場合に、光ビームの光軸がどのように変化するかを考えてみる。   Next, let us consider how the optical axis of the light beam changes when the mirrors 10 and 20 constituting this optical system are translated in a predetermined direction using the position adjusting means.

図2は、図1に示す光学系において、反射面M1(第1の鏡10)をX軸方向に平行移動させることによって生じる光軸変化を示すXZ断面図である。図に実線で示す反射面M1は移動前の位置を示し、図に破線で示す反射面M1′は移動後の位置を示す。図示のとおり、移動前は、光ビームL1は反射面M1上の入射点P1で反射して、光ビームL2として射出するが、反射面M1をX軸に沿って変位量ΔM1xだけ平行移動させると、反射面M1′に対する入射点はP1′の位置となるため、光ビームL1は光ビームL2′として射出することになる。結局、反射面M1をX軸方向に変位量ΔM1xだけ平行移動させると、反射光として射出される光ビームは、X軸方向に変位量ΔLxだけ平行移動することになる。ここで、ΔLx=ΔM1xである。   FIG. 2 is an XZ sectional view showing an optical axis change caused by translating the reflecting surface M1 (first mirror 10) in the X-axis direction in the optical system shown in FIG. A reflective surface M1 indicated by a solid line in the figure indicates a position before the movement, and a reflective surface M1 ′ indicated by a broken line in the figure indicates a position after the movement. As shown in the figure, before the movement, the light beam L1 is reflected at the incident point P1 on the reflecting surface M1 and emitted as the light beam L2, but when the reflecting surface M1 is translated along the X axis by a displacement amount ΔM1x. Since the incident point with respect to the reflecting surface M1 ′ is at the position P1 ′, the light beam L1 is emitted as the light beam L2 ′. After all, when the reflecting surface M1 is translated in the X-axis direction by the displacement amount ΔM1x, the light beam emitted as reflected light is translated in the X-axis direction by the displacement amount ΔLx. Here, ΔLx = ΔM1x.

図3は、図1に示す光軸調節装置において、反射面M1(第1の鏡10)をZ軸方向に平行移動させることによって生じる光軸変化を示すXZ断面図である。やはり、図に実線で示す反射面M1は移動前の位置を示し、図に破線で示す反射面M1′は移動後の位置を示す。図示のとおり、反射面M1をZ軸に沿って変位量ΔM1zだけ平行移動させると、反射面M1′に対する入射点はP1′の位置となるため、光ビームL1は光ビームL2′として射出することになる。結局、反射面M1をZ軸方向に変位量ΔM1zだけ平行移動させると、反射光として射出される光ビームは、X軸方向に変位量ΔLxだけ平行移動することになる。ここで、L1がX軸に平行なら、ΔLx=ΔM1z/tan αである(L1が任意の向きの場合も、所定の幾何学的関係式が成り立つ。)。   FIG. 3 is an XZ sectional view showing an optical axis change caused by translating the reflecting surface M1 (first mirror 10) in the Z-axis direction in the optical axis adjusting apparatus shown in FIG. Again, the reflecting surface M1 indicated by the solid line in the figure indicates the position before the movement, and the reflecting surface M1 ′ indicated by the broken line in the figure indicates the position after the movement. As shown in the figure, when the reflecting surface M1 is translated by the displacement amount ΔM1z along the Z axis, the incident point with respect to the reflecting surface M1 ′ becomes the position of P1 ′, so that the light beam L1 is emitted as the light beam L2 ′. become. Eventually, when the reflecting surface M1 is translated in the Z-axis direction by the displacement amount ΔM1z, the light beam emitted as reflected light is translated in the X-axis direction by the displacement amount ΔLx. Here, if L1 is parallel to the X axis, ΔLx = ΔM1z / tan α (a predetermined geometric relational expression holds even when L1 is in an arbitrary direction).

一方、図4は、図1に示す光学系において、反射面M2(第2の鏡20)をZ軸方向に平行移動させることによって生じる光軸変化を示すYZ断面図である。図に実線で示す反射面M2は移動前の位置を示し、図に破線で示す反射面M2′は移動後の位置を示す。図示のとおり、移動前は、光ビームL2は反射面M2上の入射点P2で反射して、光ビームL3として射出するが、反射面M2をZ軸に沿って変位量ΔM2zだけ平行移動させると、反射面M2′に対する入射点はP2′の位置となるため、光ビームL2は光ビームL3′として射出することになる。結局、反射面M2をZ軸方向に変位量ΔM2zだけ平行移動させると、反射光として射出される光ビームは、Z軸方向に変位量ΔLzだけ平行移動することになる。ここで、ΔLz=ΔM2zである。   On the other hand, FIG. 4 is a YZ sectional view showing an optical axis change caused by translating the reflecting surface M2 (second mirror 20) in the Z-axis direction in the optical system shown in FIG. A reflective surface M2 indicated by a solid line in the figure indicates a position before the movement, and a reflective surface M2 ′ indicated by a broken line in the figure indicates a position after the movement. As shown in the figure, before the movement, the light beam L2 is reflected at the incident point P2 on the reflecting surface M2 and emitted as the light beam L3. However, when the reflecting surface M2 is translated by the displacement amount ΔM2z along the Z axis, as shown in FIG. Since the incident point with respect to the reflecting surface M2 'is at the position P2', the light beam L2 is emitted as the light beam L3 '. Eventually, when the reflecting surface M2 is translated in the Z-axis direction by the displacement amount ΔM2z, the light beam emitted as reflected light is translated in the Z-axis direction by the displacement amount ΔLz. Here, ΔLz = ΔM2z.

図5は、図1に示す光学系において、反射面M2(第2の鏡20)をY軸方向に平行移動させることによって生じる光軸変化を示すYZ断面図である。やはり、図に実線で示す反射面M2は移動前の位置を示し、図に破線で示す反射面M2′は移動後の位置を示す。図示のとおり、反射面M2をY軸に沿って変位量ΔM2yだけ平行移動させると、反射面M2′に対する入射点はP2′の位置となるため、光ビームL2は光ビームL3′として射出することになる。結局、反射面M2をY軸方向に変位量ΔM2yだけ平行移動させると、反射光として射出される光ビームは、Z軸方向に変位量ΔLzだけ平行移動することになる。ここで、L2がZ軸に平行なら、ΔLz=ΔM2y/tan βである(L2が任意の向きの場合も、所定の幾何学的関係式が成り立つ。)。   FIG. 5 is a YZ sectional view showing an optical axis change caused by translating the reflective surface M2 (second mirror 20) in the Y-axis direction in the optical system shown in FIG. Again, the reflecting surface M2 indicated by the solid line in the figure indicates the position before the movement, and the reflecting surface M2 ′ indicated by the broken line in the figure indicates the position after the movement. As shown in the figure, when the reflecting surface M2 is translated along the Y axis by a displacement amount ΔM2y, the incident point with respect to the reflecting surface M2 ′ becomes the position of P2 ′, so that the light beam L2 is emitted as the light beam L3 ′. become. Eventually, when the reflecting surface M2 is translated in the Y-axis direction by the displacement amount ΔM2y, the light beam emitted as reflected light is translated in the Z-axis direction by the displacement amount ΔLz. Here, if L2 is parallel to the Z axis, ΔLz = ΔM2y / tan β (a predetermined geometric relational expression holds even when L2 is in an arbitrary direction).

以上のとおり、図2および図3に示す結果から、第1の鏡10の反射面M1から反射光として射出される光ビームL2をX軸方向に平行移動させるには、第1の鏡10をX軸方向に平行移動させるか、Z軸方向に平行移動させるか、いずれかの方法をとればよいことがわかる。また、図4および図5に示す結果から、第2の鏡20の反射面M2から反射光として射出される光ビームL3をZ軸方向に平行移動させるには、第2の鏡20をY軸方向に平行移動させるか、Z軸方向に平行移動させるか、いずれかの方法をとればよいことがわかる。   As described above, based on the results shown in FIGS. 2 and 3, in order to translate the light beam L2 emitted as the reflected light from the reflecting surface M1 of the first mirror 10 in the X-axis direction, the first mirror 10 is moved. It can be seen that either the parallel movement in the X-axis direction or the parallel movement in the Z-axis direction may be taken. 4 and 5, in order to translate the light beam L3 emitted as the reflected light from the reflecting surface M2 of the second mirror 20 in the Z-axis direction, the second mirror 20 is moved in the Y-axis direction. It can be seen that either one of the methods may be taken, that is, translation in the direction or translation in the Z-axis direction.

前述したとおり、位置調節手段は、支持体に対して、第1の鏡10をX軸もしくはZ軸方向に平行移動させる機能と、第2の鏡20をY軸もしくはZ軸方向に平行移動させる機能とを有している。前者の機能は、光ビームL2をX軸方向に平行移動させるためのものであり、後者の機能は、光ビームL3をZ軸方向に平行移動させるためのものである。   As described above, the position adjusting means translates the first mirror 10 in the X-axis or Z-axis direction with respect to the support and translates the second mirror 20 in the Y-axis or Z-axis direction. It has a function. The former function is for translating the light beam L2 in the X-axis direction, and the latter function is for translating the light beam L3 in the Z-axis direction.

結局、図1に示す光学系を有する光軸調節装置に、入射光としてX軸に平行な光ビームL1が入射した場合、位置調節手段により、この光ビームの光路を2つの独立した軸方向に平行移動させる位置調節を行うことができる。以上、図1に示す光軸調節装置の動作原理を、X軸に平行な光ビームL1が入射した場合について説明したが、実際には、このような位置調節機能は、X軸に平行な光ビームL1が入射した場合にのみ有効なわけではない。すなわち、X軸に対して多少傾斜した光ビームが入射した場合であっても、当該光ビームが、第1の鏡10で反射した後、第2の鏡20で反射して射出する光路を通る限り、この光ビームの光路を2つの独立した軸方向に平行移動させる位置調節を行うことができる。したがって、位置調節手段による位置調節機能により、この光軸調節装置の射出光として得られる光ビームL3を任意の位置に平行移動させることが可能になる。また、光路の可逆性から、光ビームL3と逆向きの入射光を与えた場合には、光ビームL1と逆向きの射出光を得ることができ、同様に光軸調節が可能である。   Eventually, when a light beam L1 parallel to the X-axis is incident as incident light on the optical axis adjusting device having the optical system shown in FIG. 1, the optical path of this light beam is set in two independent axial directions by the position adjusting means. The position of the translation can be adjusted. The operation principle of the optical axis adjusting device shown in FIG. 1 has been described above for the case where the light beam L1 parallel to the X axis is incident. It is not effective only when the beam L1 is incident. That is, even when a light beam slightly inclined with respect to the X-axis is incident, the light beam is reflected by the first mirror 10 and then passes through an optical path that is reflected by the second mirror 20 and emitted. As long as the optical path of this light beam is translated in two independent axial directions, position adjustment can be performed. Therefore, the position adjusting function by the position adjusting means makes it possible to translate the light beam L3 obtained as the light emitted from the optical axis adjusting device to an arbitrary position. Further, due to the reversibility of the optical path, when incident light having a direction opposite to that of the light beam L3 is given, emitted light having a direction opposite to that of the light beam L1 can be obtained, and the optical axis can be adjusted similarly.

<<< §2.2組の鏡を同一支持体に固定する例 >>>
既に§1で述べたとおり、位置調節手段は、第1の鏡10については、X軸もしくはZ軸方向に平行移動させる機能をもち、第2の鏡20については、Y軸もしくはZ軸方向に平行移動させる機能をもっていればよい。したがって、たとえば、支持体上に第1の鏡10をX軸に沿って摺動させるレールもしくはZ軸に沿って摺動させるレールを配置し、第1の鏡10を摺動自在に支持体上に取り付けるようにし、同様に、支持体上に第2の鏡20をY軸に沿って摺動させるレールもしくはZ軸に沿って摺動させるレールを配置し、第2の鏡20を摺動自在に支持体上に取り付けるようにすれば、これらのレールを利用して位置調節手段を構成できる。
<< Example of fixing §2.2 pairs of mirrors to the same support >>>>
As already described in §1, the position adjusting means has a function of translating the first mirror 10 in the X-axis or Z-axis direction, and the second mirror 20 in the Y-axis or Z-axis direction. What is necessary is just to have the function to translate. Therefore, for example, a rail for sliding the first mirror 10 along the X axis or a rail for sliding along the Z axis is disposed on the support, and the first mirror 10 is slidably mounted on the support. Similarly, a rail for sliding the second mirror 20 along the Y-axis or a rail for sliding along the Z-axis is arranged on the support, and the second mirror 20 is slidable. If it mounts on a support body, a position adjustment means can be comprised using these rails.

このように、本発明を実施するにあたって、第1の鏡10および第2の鏡20を、それぞれ所定方向に別個独立して平行移動させる機構を設けることももちろん可能であるが、ここでは第1の鏡10および第2の鏡20を同一支持体に固定する実施形態を述べておく。ここで述べる実施形態では、第1の鏡10と第2の鏡20は、相互に図1に示すような位置関係を維持しながら、第1の支持体に固定される。そして、この第1の支持体を移動自在となるように支持する第2の支持体を用意し、位置調節手段によって、第1の支持体を第2の支持体に対して、X軸方向およびY軸方向に平行移動させることができるようにする。   As described above, in carrying out the present invention, it is of course possible to provide a mechanism for individually and independently translating the first mirror 10 and the second mirror 20 in a predetermined direction. An embodiment in which the mirror 10 and the second mirror 20 are fixed to the same support will be described. In the embodiment described here, the first mirror 10 and the second mirror 20 are fixed to the first support while maintaining the positional relationship as shown in FIG. And the 2nd support body which supports this 1st support body so that it can move freely is prepared, and the 1st support body with respect to the 2nd support body by the position adjusting means It is possible to translate in the Y-axis direction.

たとえば、図1に示す座標系XYZに完全に重なる別な座標系xyzを考え、座標系XYZを静止座標系とし、座標系xyzを移動座標系と定義しよう。図1は、この両座標系の原点Oが完全に重なった状態を示しているが、移動座標系xyzは、静止座標系XYZに対して、X軸方向およびY軸方向に平行移動が可能な可動座標系であるものとする。ここで、可動座標系xyzの各座標軸xyzに沿った物理的なフレームにより第1の支持体が構成され、静止座標系XYZの各座標軸XYZに沿った物理的なフレームにより第2の支持体が構成されているものとしよう。第2の支持体は、後述するように、本発明に係る光軸自動調節システムの本体部の筐体として機能する構成要素である。   For example, consider another coordinate system xyz that completely overlaps the coordinate system XYZ shown in FIG. 1, and define the coordinate system XYZ as a stationary coordinate system and the coordinate system xyz as a moving coordinate system. FIG. 1 shows a state where the origins O of both coordinate systems are completely overlapped, but the moving coordinate system xyz can be translated in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the stationary coordinate system XYZ. It is assumed that it is a movable coordinate system. Here, the first support is constituted by a physical frame along each coordinate axis xyz of the movable coordinate system xyz, and the second support is formed by a physical frame along each coordinate axis XYZ of the stationary coordinate system XYZ. Let's assume that it is configured. As will be described later, the second support is a component that functions as a housing of the main body of the optical axis automatic adjustment system according to the present invention.

いま、第1の鏡10および第2の鏡20を、第1の支持体(可動座標軸xyz)に固定し、第1の支持体(可動座標軸xyz)を第2の支持体(静止座標軸XYZ)に対して、X軸方向およびY軸方向に平行移動させることができる位置調節手段を設ける。このような構成にすれば、第1の鏡10および第2の鏡20の相互の位置関係は常に一定であるものの、静止座標系XYZに対する位置は変化する。   Now, the first mirror 10 and the second mirror 20 are fixed to the first support (movable coordinate axis xyz), and the first support (movable coordinate axis xyz) is fixed to the second support (stationary coordinate axis XYZ). On the other hand, a position adjusting means that can be translated in the X axis direction and the Y axis direction is provided. With such a configuration, although the positional relationship between the first mirror 10 and the second mirror 20 is always constant, the position with respect to the stationary coordinate system XYZ changes.

たとえば、位置調節手段により、第1の支持体(座標軸xyz)をX軸方向にΔXだけ平行移動させたとすると、第1の鏡10および第2の鏡20は、いずれも静止座標系XYZ上でX軸方向にΔXだけ変位する。ここで、第1の鏡10の変位に着目すれば、図2に示すように、この変位は光ビームL2をX軸方向にΔLxだけ変位させる機能を果たす。しかしながら、第2の鏡20の変位に着目すれば、図1の斜視図を見れば明らかなように、第2の鏡20がX軸方向に変位しても、光ビームL3の変位には寄与しない。結局、第1の支持体を第2の支持体に対してX軸方向に平行移動させるという位置調節操作は、図2に示すように、光ビームL2をX軸方向に変位させる独立した調節操作ということになる。   For example, if the first support body (coordinate axis xyz) is translated by ΔX in the X-axis direction by the position adjusting means, the first mirror 10 and the second mirror 20 are both on the stationary coordinate system XYZ. It is displaced by ΔX in the X axis direction. Here, when attention is paid to the displacement of the first mirror 10, as shown in FIG. 2, this displacement functions to displace the light beam L2 by ΔLx in the X-axis direction. However, paying attention to the displacement of the second mirror 20, as is apparent from the perspective view of FIG. 1, even if the second mirror 20 is displaced in the X-axis direction, it contributes to the displacement of the light beam L3. do not do. Eventually, the position adjustment operation of translating the first support relative to the second support in the X-axis direction is an independent adjustment operation for displacing the light beam L2 in the X-axis direction as shown in FIG. It turns out that.

一方、位置調節手段により、第1の支持体(座標軸xyz)をY軸方向にΔYだけ平行移動させたとすると、第1の鏡10および第2の鏡20は、いずれも静止座標系XYZ上でY軸方向にΔYだけ変位する。ここで、第2の鏡20の変位に着目すれば、図5に示すように、この変位は光ビームL3をZ軸方向にΔLzだけ変位させる機能を果たす。しかしながら、第1の鏡20の変位に着目すれば、図1の斜視図を見れば明らかなように、第1の鏡10がY軸方向に変位しても、光ビームL2の変位には寄与しない。結局、第1の支持体を第2の支持体に対してY軸方向に平行移動させるという位置調節操作は、図5に示すように、光ビームL3をZ軸方向に変位させる独立した調節操作ということになる。   On the other hand, if the first support (coordinate axis xyz) is translated by ΔY in the Y-axis direction by the position adjusting means, both the first mirror 10 and the second mirror 20 are on the stationary coordinate system XYZ. It is displaced by ΔY in the Y-axis direction. Here, focusing on the displacement of the second mirror 20, as shown in FIG. 5, this displacement functions to displace the light beam L3 by ΔLz in the Z-axis direction. However, paying attention to the displacement of the first mirror 20, as is apparent from the perspective view of FIG. 1, even if the first mirror 10 is displaced in the Y-axis direction, it contributes to the displacement of the light beam L2. do not do. After all, the position adjustment operation of translating the first support relative to the second support in the Y-axis direction is an independent adjustment operation for displacing the light beam L3 in the Z-axis direction as shown in FIG. It turns out that.

この§2で述べる実施形態の特徴は、第1の鏡10および第2の鏡20に対して、別個独立した位置調節操作(平行移動操作)を行う必要がなくなり、駆動系を単純化することができるという点である。すなわち、第1の鏡10および第2の鏡20は、第1の支持体という同一の支持体上に取り付けられており、位置調節手段により第1の支持体が第2の支持体に対して平行移動させられると、両者は一体となって同じ方向に同じ変位量だけ変位することになる。それにもかかわらず、X軸方向への平行移動が行われると、第1の鏡10の反射光である光ビームL2のX軸方向への変位のみが生じ、Y軸方向への平行移動が行われると、第2の鏡20の反射光である光ビームL3のZ軸方向への変位のみが生じることになり、この光軸調節装置からの最終的な射出光の2方向に関する位置制御を独立して行うことができることになる。   The feature of the embodiment described in this §2 is that it is not necessary to perform independent and independent position adjustment operations (translation operations) on the first mirror 10 and the second mirror 20, and the drive system is simplified. Is that you can. That is, the first mirror 10 and the second mirror 20 are mounted on the same support body as the first support body, and the first support body with respect to the second support body by the position adjusting means. When they are translated, they are displaced by the same amount of displacement in the same direction. Nevertheless, when the translation in the X-axis direction is performed, only the displacement in the X-axis direction of the light beam L2, which is the reflected light of the first mirror 10, occurs, and the translation in the Y-axis direction is performed. As a result, only the displacement of the light beam L3, which is the reflected light of the second mirror 20, in the Z-axis direction occurs, and position control in the two directions of the final emitted light from this optical axis adjusting device is independent. Can be done.

<<< §3.角度の調節機能 >>>
§1および§2では、図1に示すような特有の配置条件を満たす2組の鏡からなる光学系を用意し、各鏡を特有の方向に移動させれば、射出光として得られる光ビームを2方向に平行移動させる位置調節の機能が実現できることを示した。このように、射出光の2方向に関する位置調節を独立して行うことができれば、光ビームを任意の位置に平行移動させることができる。
<<< §3. Angle adjustment function >>>
In §1 and §2, when an optical system comprising two sets of mirrors satisfying the specific arrangement conditions as shown in FIG. 1 is prepared and each mirror is moved in a specific direction, a light beam obtained as emitted light It was shown that a position adjustment function for translating the two in two directions can be realized. Thus, if the position adjustment in two directions of the emitted light can be performed independently, the light beam can be translated to an arbitrary position.

本明細書では、このように、光ビームを平行移動させる光軸の調節を「位置調節」と呼んでいる。これに対して、光ビームの向きを変化させる光軸の調節を「角度調節」と呼ぶことにする。すなわち、調節前の光ビームと調節後の光ビームとが平行な関係を維持するような調節が「位置調節」であるのに対して、調節前の光ビームと調節後の光ビームとが平行な関係を維持しないような調節が「角度調節」ということになる。   In this specification, the adjustment of the optical axis that translates the light beam in this way is called “position adjustment”. On the other hand, the adjustment of the optical axis that changes the direction of the light beam is referred to as “angle adjustment”. That is, the adjustment that maintains the parallel relationship between the light beam before adjustment and the light beam after adjustment is “position adjustment”, whereas the light beam before adjustment and the light beam after adjustment are parallel. Adjustments that do not maintain this relationship are called “angle adjustments”.

射出光として得られる光ビームの位置の調節(平行移動による調節)と角度の調節(向きを変える調節)とを組み合わせた光軸調節を行うことができれば、実用上要求される全ての調節に対応することが可能になる。この§3では、図1に示す光学系についての「角度調節」の仕組を述べる。   If the optical axis adjustment that combines the adjustment of the position of the light beam obtained as the emitted light (adjustment by parallel movement) and the adjustment of the angle (adjustment to change the direction) can be performed, all adjustments required in practice can be handled. It becomes possible to do. In §3, a mechanism of “angle adjustment” for the optical system shown in FIG. 1 will be described.

図6は、図1に示す光学系において、反射面M1(第1の鏡10)を所定点P1(図では、光ビームL1の入射点)を通りY軸に平行な軸(図では、入射点P1に立てた紙面に垂直な軸)まわりに回動させる方向に傾斜させることによって生じる光軸変化を示すXZ断面図である。図に実線で示す反射面M1は傾斜前の位置を示し、図に破線で示す反射面M1′は傾斜後の位置を示す。図示のとおり、傾斜前は、光ビームL1は反射面M1上の入射点P1で反射して、光ビームL2として射出するが、反射面M1を破線で示すように回動させると、入射角が変化することになるため、光ビームL1は光ビームL2′として射出することになる。結局、反射面M1を図のように角度δだけ回動させると、反射光として射出される光ビームの向きは、角度2δだけ変化することになる。   FIG. 6 shows an axis (incident in the figure) passing through the reflecting surface M1 (first mirror 10) through a predetermined point P1 (in the figure, the incident point of the light beam L1) and parallel to the Y axis in the optical system shown in FIG. FIG. 10 is an XZ sectional view showing an optical axis change caused by tilting in a direction of rotation about an axis perpendicular to the paper surface set at the point P1. A reflective surface M1 indicated by a solid line in the figure indicates a position before the inclination, and a reflective surface M1 ′ indicated by a broken line in the figure indicates a position after the inclination. As shown in the figure, before tilting, the light beam L1 is reflected at the incident point P1 on the reflecting surface M1 and is emitted as the light beam L2, but when the reflecting surface M1 is rotated as indicated by the broken line, the incident angle is changed. Therefore, the light beam L1 is emitted as the light beam L2 '. Eventually, when the reflecting surface M1 is rotated by an angle δ as shown in the figure, the direction of the light beam emitted as reflected light changes by an angle 2δ.

なお、図6には、光ビームL1の入射点P1が反射面M1の回動軸上の点P1に一致している例が示されているが、光ビームL1の入射点が反射面M1上の任意の位置であり、Y軸に平行な任意の軸を回動軸として反射面M1を回動させても、光ビームL2の射出方向がXZ平面に平行な自由度に関して変化することに変わりはない。したがって、実用上は、Y軸に平行な任意の軸を回動軸として、反射面M1を回動させるような角度調節機構を用意すればよい。   FIG. 6 shows an example in which the incident point P1 of the light beam L1 coincides with the point P1 on the rotation axis of the reflecting surface M1, but the incident point of the light beam L1 is on the reflecting surface M1. Even if the reflecting surface M1 is rotated with an arbitrary axis parallel to the Y axis as a rotation axis, the emission direction of the light beam L2 changes with respect to the degree of freedom parallel to the XZ plane. There is no. Therefore, in practice, an angle adjustment mechanism that rotates the reflecting surface M1 about an arbitrary axis parallel to the Y axis as a rotation axis may be prepared.

図7は、図1に示す光学系において、反射面M2(第2の鏡20)を所定点P2(図では、光ビームL2の入射点)を通りX軸に平行な軸(図では、入射点P2に立てた紙面に垂直な軸)まわりに回動させる方向に傾斜させることによって生じる光軸変化を示すYZ断面図である。図に実線で示す反射面M2は傾斜前の位置を示し、図に破線で示す反射面M2′は傾斜後の位置を示す。図示のとおり、傾斜前は、光ビームL2は反射面M2上の入射点P2で反射して、光ビームL3として射出するが、反射面M2を破線で示すように傾斜させると、入射角が変化することになるため、光ビームL2は光ビームL3′として射出することになる。結局、反射面M2を図のように角度δだけ回動させると、反射光として射出される光ビームの向きは、角度2δだけ変化することになる。   FIG. 7 shows an axis parallel to the X axis (in the drawing, incident on the reflecting surface M2 (second mirror 20) through a predetermined point P2 (incident point of the light beam L2 in the figure) in the optical system shown in FIG. It is a YZ cross-sectional view showing an optical axis change caused by tilting in a direction of rotation about an axis perpendicular to the paper surface set at the point P2. A reflective surface M2 indicated by a solid line in the figure indicates a position before the inclination, and a reflective surface M2 ′ indicated by a broken line in the figure indicates a position after the inclination. As shown in the figure, before tilting, the light beam L2 is reflected at the incident point P2 on the reflecting surface M2 and emitted as the light beam L3. However, when the reflecting surface M2 is tilted as indicated by a broken line, the incident angle changes. Therefore, the light beam L2 is emitted as the light beam L3 ′. Eventually, when the reflecting surface M2 is rotated by an angle δ as shown in the figure, the direction of the light beam emitted as the reflected light changes by the angle 2δ.

なお、図7には、光ビームL2の入射点P2が反射面M2の回動軸上の点P2に一致している例が示されているが、光ビームL2の入射点が反射面M2上の任意の位置であり、X軸に平行な任意の軸を回動軸として反射面M2を回動させても、光ビームL3の射出方向がYZ平面に平行な自由度に関して変化することに変わりはない。したがって、実用上は、X軸に平行な任意の軸を回動軸として、反射面M2を回動させるような角度調節機構を用意すればよい。   FIG. 7 shows an example in which the incident point P2 of the light beam L2 coincides with the point P2 on the rotation axis of the reflecting surface M2, but the incident point of the light beam L2 is on the reflecting surface M2. Even if the reflecting surface M2 is rotated with an arbitrary axis parallel to the X axis as the rotation axis, the emission direction of the light beam L3 changes with respect to the degree of freedom parallel to the YZ plane. There is no. Therefore, in practice, an angle adjusting mechanism that rotates the reflecting surface M2 about an arbitrary axis parallel to the X axis as a rotation axis may be prepared.

このように、光ビームの角度調節は、第1の鏡10を、Y軸に平行な任意の回動軸について回動する操作によって行うこともできるし、第2の鏡20を、X軸に平行な任意の回動軸について回動する操作によって行うこともできる。しかも、第1の鏡10に対して上記回動操作を行うことによって変わる光ビームの向き調節方向(図6に示すように、光ビームの向きをXZ平面に平行な平面に沿って変える調節方向)と、第2の鏡20に対して上記回動操作を行うことによって変わる光ビームの向き調節方向(図7に示すように、光ビームの向きをYZ平面に平行な平面に沿って変える調節方向)とは異なるため、光ビームの角度について、第1の鏡10の回動操作と第2の鏡20の回動操作とによって、互いに独立した2つの自由度をもった調整が可能になり、この2つの自由度をもった角度調節を組み合わせることにより、光ビームの向きを三次元空間内の任意の方向に調節することが可能になる。   As described above, the angle adjustment of the light beam can be performed by rotating the first mirror 10 about an arbitrary rotation axis parallel to the Y axis, and the second mirror 20 can be adjusted to the X axis. It can also be performed by an operation of rotating about any parallel rotation axis. In addition, the direction adjustment direction of the light beam that is changed by performing the above-described rotation operation on the first mirror 10 (the adjustment direction that changes the direction of the light beam along a plane parallel to the XZ plane as shown in FIG. 6). ) And the direction adjustment direction of the light beam that is changed by performing the above rotation operation on the second mirror 20 (as shown in FIG. 7, adjustment to change the direction of the light beam along a plane parallel to the YZ plane). Therefore, the angle of the light beam can be adjusted with two independent degrees of freedom by rotating the first mirror 10 and rotating the second mirror 20. By combining the angle adjustment with these two degrees of freedom, it becomes possible to adjust the direction of the light beam in any direction in the three-dimensional space.

また、ここで重要な点は、第1の鏡10をY軸に平行な回動軸について所定量回動しても、図1に示す第1の鏡10の固有条件、すなわち、「XY平面に平行な面をY軸に平行な回動軸について所定角α(0°<α<90°)だけ回動した反射面M1を有する」という条件は維持され、第2の鏡20をX軸に平行な回動軸について所定量回動しても、図1に示す第2の鏡20の固有条件、すなわち、「XZ平面に平行な面をX軸に平行な回動軸について所定角β(0°<β<90°)だけ回動した反射面M2を有する」という条件は維持される。このため、入射した光ビームの光路を2つの独立した軸方向に平行移動させる位置調節機能(§1,§2で述べた位置調節機能)は、第1の鏡10および第2の鏡20を上記条件で回動させたとしても、何ら支障なく機能する。   Further, the important point here is that even if the first mirror 10 is rotated by a predetermined amount about the rotation axis parallel to the Y axis, the inherent condition of the first mirror 10 shown in FIG. The condition of having a reflecting surface M1 that is a plane parallel to the Y axis rotated by a predetermined angle α (0 ° <α <90 °) with respect to the rotation axis parallel to the Y axis is maintained, and the second mirror 20 is moved along the X axis. 1 is rotated by a predetermined amount about the rotation axis parallel to the second mirror 20 shown in FIG. 1, that is, “a plane parallel to the XZ plane is set to a predetermined angle β with respect to the rotation axis parallel to the X axis. The condition “having the reflecting surface M2 rotated by 0 ° <β <90 °” is maintained. For this reason, the position adjustment function (position adjustment function described in §1, §2) that translates the optical path of the incident light beam in two independent axial directions causes the first mirror 10 and the second mirror 20 to move. Even if it is rotated under the above conditions, it functions without any problem.

なお、鏡の反射面を所定軸を回動軸として傾斜させる機構は種々のものが公知であるため、ここでは角度調節手段の具体的な傾斜機構の説明は省略する。後述するように、この角度調節手段は、制御部からの電気的な制御信号に基づいて角度調節を行う機能を有しており、実用上は、電動による傾斜機構によって構成される。   Since various mechanisms for inclining the reflecting surface of the mirror with a predetermined axis as a rotation axis are known, a description of a specific inclination mechanism of the angle adjusting means is omitted here. As will be described later, the angle adjusting means has a function of adjusting the angle based on an electrical control signal from the control unit, and is practically configured by an electrically driven tilt mechanism.

<<< §4.光軸自動調節システムの全体構成 >>>
ここでは、図1に示す光軸調節装置を利用した光軸自動調節システムの実施形態を図8のブロック図を参照しながら説明する。この光軸自動調節システムは、XYZ三次元座標系における所定の入射点Piと射出点Po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ように自動光軸調節を行う機能を有している。
<<< §4. Overall configuration of optical axis automatic adjustment system >>>
Here, an embodiment of an automatic optical axis adjustment system using the optical axis adjustment device shown in FIG. 1 will be described with reference to the block diagram of FIG. This optical axis automatic adjustment system is also used in the case where a light beam is present along a reference optical path passing through a predetermined incident point Pi and exit point Po in an XYZ three-dimensional coordinate system, and the incident light is off the reference optical path. , And has a function of performing automatic optical axis adjustment so that the emitted light maintains a state along the reference optical path.

たとえば、図8に示す例では、入射点Piを通る光ビームL1がこの光軸自動調節システムへの入射光として与えられており、射出点Poを通る光ビームL5として射出している。ここで、光ビームL1が安定した入射光である限り、入射点Piと射出点Poとを通る一定の基準光路(図に一点鎖線で示した光ビームL1〜L5の光路)が確保されることになる。しかしながら、レーザ光源などを用いて光ビームL1を発生させるような場合、レーザ光源の起動時の不安定性や経年変化などの事情により、入射光としての光ビームL1が基準光路からはずれ、図示の入射点Piを通らなくなる事態が生じうる。ここに示す光軸自動調節システムは、このように、入射光としての光ビームL1が基準光路からはずれた場合にも、射出光としての光ビームL5は、変わりなく基準光路に沿った状態を維持するような自動光軸調節を行うことができる。   For example, in the example shown in FIG. 8, the light beam L1 passing through the incident point Pi is given as the incident light to the optical axis automatic adjustment system, and is emitted as the light beam L5 passing through the emission point Po. Here, as long as the light beam L1 is stable incident light, a certain reference optical path (optical paths of the light beams L1 to L5 indicated by a one-dot chain line in the figure) passing through the incident point Pi and the emission point Po is ensured. become. However, when the light beam L1 is generated using a laser light source or the like, the light beam L1 as the incident light deviates from the reference optical path due to instability or aging at the start of the laser light source, and the incident light shown in FIG. A situation may occur in which the point Pi is not passed. In the optical axis automatic adjustment system shown here, even when the light beam L1 as the incident light deviates from the reference optical path, the light beam L5 as the emitted light remains unchanged along the reference optical path. Automatic optical axis adjustment can be performed.

この光軸自動調節システムの基本構成要素は、図示のとおり、光軸調節を行う本体部100と、この本体部100からきた光を射出する出力部200と、本体部100による光軸調節動作を制御する制御部300である。   As shown in the figure, the basic components of the optical axis automatic adjustment system include a main body 100 that performs optical axis adjustment, an output unit 200 that emits light from the main body 100, and an optical axis adjustment operation performed by the main body 100. It is the control part 300 which controls.

ここに示す実施形態の場合、本体部100は、§2で述べた手法により光ビームを平行移動させて位置を調節する機構と、§3で述べた手法により各鏡を回動させて光ビームの向き(角度)を調節する機構とを備えている。以下、その構成をより詳細に説明する。   In the case of the embodiment shown here, the main body 100 has a mechanism for adjusting the position by translating the light beam by the method described in §2, and the light beam by rotating each mirror by the method described in §3. And a mechanism for adjusting the direction (angle) of the. Hereinafter, the configuration will be described in more detail.

図8に示すとおり、本体部100には、第1の支持体110が設けられており、この第1の支持体110に、第1の鏡10および第2の鏡20が、図1に示す相互位置関係を維持するように取り付けられている。すなわち、第1の鏡10の反射面M1は、XY平面に平行な面をY軸に平行な回動軸について所定角α(0°<α<90°)だけ回動した面になっており、第2の鏡20の反射面M2は、XZ平面に平行な面をX軸に平行な回動軸について所定角β(0°<β<90°)だけ回動した面になっている。また、この例では、第1の支持体110は箱状の構造体であり、内部に第1の鏡10および第2の鏡20が収容されている。要するに、第1の支持体110は、第1の鏡10と第2の鏡20とを、入射光L1が少なくともこれら双方の鏡をこの順序で反射した後に出力部200へ向けて射出するように、所定位置に支持する機能を有している。   As shown in FIG. 8, the main body 100 is provided with a first support 110, and the first mirror 10 and the second mirror 20 are shown in FIG. 1 on the first support 110. It is attached so as to maintain the mutual positional relationship. That is, the reflecting surface M1 of the first mirror 10 is a surface obtained by rotating a surface parallel to the XY plane by a predetermined angle α (0 ° <α <90 °) about a rotation axis parallel to the Y axis. The reflecting surface M2 of the second mirror 20 is a surface obtained by rotating a surface parallel to the XZ plane by a predetermined angle β (0 ° <β <90 °) with respect to a rotation axis parallel to the X axis. In this example, the first support 110 is a box-shaped structure, and the first mirror 10 and the second mirror 20 are accommodated therein. In short, the first support 110 emits the first mirror 10 and the second mirror 20 toward the output unit 200 after the incident light L1 reflects at least both the mirrors in this order. , Has a function of supporting at a predetermined position.

第1の支持体110内には、角度調節手段120が設けられている。この角度調節手段120は、第1の鏡10および第2の鏡20を回動させて、光ビームの角度(向き)の調節を行う構成要素である。具体的には、第1の鏡10に対しては、図6に示す例のように、Y軸に平行な回動軸について回動させる操作が行われる。この回動操作により、光ビームL2のXZ平面に平行な平面への投影像の向きが調節される。また、第2の鏡20に対しては、図7に示す例のように、X軸に平行な回動軸について回動させる操作が行われる。この回動操作により、光ビームL2のYZ平面に平行な平面上への投影像の向きが調節される。   Angle adjusting means 120 is provided in the first support 110. The angle adjusting means 120 is a component that adjusts the angle (direction) of the light beam by rotating the first mirror 10 and the second mirror 20. Specifically, an operation of rotating the first mirror 10 about a rotation axis parallel to the Y axis is performed as in the example shown in FIG. By this rotation operation, the direction of the projection image onto the plane parallel to the XZ plane of the light beam L2 is adjusted. The second mirror 20 is operated to rotate about a rotation axis parallel to the X axis, as in the example shown in FIG. By this rotation operation, the direction of the projected image on the plane parallel to the YZ plane of the light beam L2 is adjusted.

位置調節手段130は、第1の支持体110と第2の支持体140との間に設けられた駆動手段である。第2の支持体140は、この例では、台座となる構造体からなり、第1の支持体110全体を支持する機能を果たす。位置調節手段130は、第1の支持体110を第2の支持体140に対して、X軸方向およびY軸方向に平行移動させる機能を有する。この位置調節手段130は、たとえば、ステッピングモータによって駆動可能なXYステージなどによって構成することができる。   The position adjusting unit 130 is a driving unit provided between the first support 110 and the second support 140. In this example, the second support 140 is composed of a structure serving as a pedestal, and functions to support the entire first support 110. The position adjusting means 130 has a function of translating the first support 110 with respect to the second support 140 in the X-axis direction and the Y-axis direction. This position adjusting means 130 can be constituted by, for example, an XY stage that can be driven by a stepping motor.

なお、このような位置調節手段130は、§2で述べた手法により光ビームを平行移動させて位置調節する機構を備えたものであり、第1の鏡10および第2の鏡20を支持している第1の支持体110を、第2の支持体140に対して、X軸方向およびY軸方向に平行移動させるものであるが、位置調節手段としては、§1で述べた手法により光ビームを平行移動させて位置調節する機構を備えたものを用いてもよい。その場合、第1の鏡10および第2の鏡20を何らかの支持体によって支持させ、位置調節手段は、当該支持体に対して、第1の鏡10をX軸もしくはZ軸方向に平行移動させるとともに、第2の鏡20をY軸もしくはZ軸方向に平行移動させる機能を有していればよい。   Such position adjusting means 130 includes a mechanism for adjusting the position by translating the light beam by the method described in §2, and supports the first mirror 10 and the second mirror 20. The first support 110 is moved in parallel with the second support 140 in the X-axis direction and the Y-axis direction. You may use what was provided with the mechanism in which a beam is translated and adjusts a position. In that case, the first mirror 10 and the second mirror 20 are supported by some support, and the position adjusting means translates the first mirror 10 in the X-axis or Z-axis direction relative to the support. In addition, the second mirror 20 only needs to have a function of translating the second mirror 20 in the Y-axis or Z-axis direction.

一方、出力部200は、本体部100からきた光ビームL3(すなわち、第2の鏡20からの反射光)を反射させる第3の鏡30と、この第3の鏡30で反射した光ビームL4を反射させて外部へと射出する第4の鏡40と、第3の鏡30の反射面M3を透過した光ビームL30の角度(向き)を検出する角度検出手段210と、第4の鏡40の反射面M4を透過した光ビームL40の位置を検出する位置検出手段220と、を有している。第3の鏡30および第4の鏡40は、位置や角度の調節機能をもつ必要はなく、単純な固定鏡でよい。この実施例では、これらの鏡はいずれも、XY平面に平行な平面をX軸に平行な回動軸について回動した反射面を有している。   On the other hand, the output unit 200 includes a third mirror 30 that reflects the light beam L3 (that is, reflected light from the second mirror 20) coming from the main body unit 100, and a light beam L4 reflected by the third mirror 30. The fourth mirror 40 that reflects the light and emits it to the outside, the angle detection means 210 that detects the angle (direction) of the light beam L30 that has passed through the reflection surface M3 of the third mirror 30, and the fourth mirror 40 Position detecting means 220 for detecting the position of the light beam L40 transmitted through the reflecting surface M4. The third mirror 30 and the fourth mirror 40 do not need to have a position and angle adjustment function, and may be simple fixed mirrors. In this embodiment, each of these mirrors has a reflecting surface rotated about a rotation axis parallel to the X axis on a plane parallel to the XY plane.

角度検出手段210は、第3の鏡30の反射面M3を透過した光ビームL30の所定基準面に対する入射角度(2つの自由度に関する角度)を電気信号として検出する機能を有している。たとえば、XZ平面に平行な平面を所定基準面に設定した場合、XY平面に平行な平面上での向きを示す角度と、YZ平面に平行な平面上での向きを示す角度とを検出することができる。この角度検出手段210を実現するための具体的な測定系については後述する。   The angle detection unit 210 has a function of detecting an incident angle (an angle relating to two degrees of freedom) of the light beam L30 transmitted through the reflection surface M3 of the third mirror 30 with respect to a predetermined reference surface as an electrical signal. For example, when a plane parallel to the XZ plane is set as the predetermined reference plane, an angle indicating the direction on the plane parallel to the XY plane and an angle indicating the direction on the plane parallel to the YZ plane are detected. Can do. A specific measurement system for realizing the angle detection unit 210 will be described later.

一方、位置検出手段220は、第4の鏡40の反射面M4を透過した光ビームL40の所定基準面上への入射位置を検出する構成要素であり、光ビームL4の基準光路からのずれ位置、すなわち、平行移動の量を検出するための構成要素である。たとえば、XY平面に平行な平面を所定基準面とすれば、当該所定基準面上への光ビームL40の実際の到達点の位置のX座標値およびY座標値を位置の検出値として取得することができればよい。この位置検出手段220を実現するための具体的な測定系については後述する。   On the other hand, the position detecting means 220 is a component that detects the incident position of the light beam L40 that has passed through the reflecting surface M4 of the fourth mirror 40 onto the predetermined reference plane, and the position of the light beam L4 that is shifted from the reference optical path. That is, it is a component for detecting the amount of translation. For example, if a plane parallel to the XY plane is a predetermined reference plane, the X coordinate value and the Y coordinate value of the actual position of the light beam L40 on the predetermined reference plane are acquired as position detection values. If you can. A specific measurement system for realizing the position detection unit 220 will be described later.

なお、出力部200は、第2の支持体140と同様に静止系の構成要素であり、実用上、出力部200の筐体は、第2の支持体140に固定された状態となっていてよい。前述したように、XYZ座標系を静止座標系とすれば、出力部200および第2の支持体140は、このXYZ座標系上に固定された構成要素ということになる。これに対して、第1の支持体110は、位置調節手段130の調節動作により、このXYZ座標系上のX軸方向およびY軸方向に移動する構成要素であり、この第1の支持体110上に定義されたxyz座標系は、移動座標系ということになる。   The output unit 200 is a stationary component similar to the second support 140, and the housing of the output unit 200 is practically fixed to the second support 140. Good. As described above, if the XYZ coordinate system is a stationary coordinate system, the output unit 200 and the second support 140 are components fixed on the XYZ coordinate system. On the other hand, the first support 110 is a component that moves in the X-axis direction and the Y-axis direction on the XYZ coordinate system by the adjustment operation of the position adjusting means 130. The xyz coordinate system defined above is a moving coordinate system.

入射点Piを通る入射光の光ビームL1は、第1の鏡10の反射面M1上の入射点P1で反射して光ビームL2となり、更に、第2の鏡20の反射面M2上の入射点P2で反射して光ビームL3となる。この光ビームL3は、第3の鏡30の反射面M3で反射して光ビームL4となり、この光ビームL4は、第4の鏡40の反射面M4で反射して光ビームL5となり射出点Poから外部へと射出される。   The light beam L1 of the incident light passing through the incident point Pi is reflected at the incident point P1 on the reflecting surface M1 of the first mirror 10 to become the light beam L2, and further incident on the reflecting surface M2 of the second mirror 20. The light beam L3 is reflected at the point P2. The light beam L3 is reflected by the reflecting surface M3 of the third mirror 30 to become a light beam L4, and this light beam L4 is reflected by the reflecting surface M4 of the fourth mirror 40 to become the light beam L5. It is injected from the outside.

もっとも、反射率が100%となる理想的な反射面を形成することは現実的に困難であるから、実際には、各反射面M1,M2,M3,M4での反射率は100%にはならない。一般的な鏡の場合、99.5%程度の反射率しか得ることはできず、0.5%が透過光として反射面を透過し、光量の損失が生じる。本発明は、このように、現実的には不可避の透過光を有効利用して、角度検出および位置検出を行う構成を採っている。すなわち、第1の鏡10の反射面M1や第2の鏡20の反射面M2を透過した透過光は何ら利用されていないが、第3の鏡30の反射面M3を透過した透過光L30は、角度検出手段210による角度検出の用に供され、第4の鏡40の反射面M4を透過した透過光L40は、位置検出手段220による位置検出の用に供されることになる。透過光L30もL40も、本来は光量損失を招く無用な漏れ光であるが、現実的には不可避の漏れ光である。本発明では、このように不可避の漏れ光を角度検出や位置検出に有効利用しているため、光量の損失を極力抑えることが可能になる。   However, since it is practically difficult to form an ideal reflecting surface with a reflectance of 100%, the reflectance at each of the reflecting surfaces M1, M2, M3, and M4 is actually 100%. Don't be. In the case of a general mirror, only a reflectance of about 99.5% can be obtained, and 0.5% is transmitted through the reflecting surface as transmitted light, resulting in a loss of light amount. As described above, the present invention adopts a configuration in which angle detection and position detection are performed by effectively using inevitable transmitted light in practice. That is, no transmitted light transmitted through the reflective surface M1 of the first mirror 10 or the reflective surface M2 of the second mirror 20 is used, but the transmitted light L30 transmitted through the reflective surface M3 of the third mirror 30 is The transmitted light L40 that has been used for angle detection by the angle detection means 210 and has passed through the reflection surface M4 of the fourth mirror 40 is used for position detection by the position detection means 220. Both the transmitted light L30 and L40 are useless leaking light that originally causes a loss of light quantity, but are practically inevitable leaking light. In the present invention, inevitable leakage light is effectively used for angle detection and position detection as described above, and thus it is possible to suppress the loss of light amount as much as possible.

一方、制御部300は、図示のとおり、位置制御手段310、位置記憶手段320、角度制御手段330、角度記憶手段340によって構成されており、実際には、演算処理機能をもったプロセッサやコンピュータにより構成される。位置記憶手段320および角度記憶手段340は、入射光として与えられた光ビームL1が基準光路に沿って与えられている状態において、位置検出手段220および角度検出手段210が検出した位置および角度を記憶する機能を有する。光ビームL1が基準光路に沿った状態で与えられているときには、光ビームL5も基準光路に沿った状態で射出されることになる。そこで、オペレータは、その時点で、制御部300に対して記憶指示を与える。その結果、光ビームL5のその時点での位置および角度(向き)が、位置検出手段220および角度検出手段210によって検出され、位置記憶手段320および角度記憶手段340に基準値として記憶されることになる。   On the other hand, as shown in the figure, the control unit 300 includes a position control unit 310, a position storage unit 320, an angle control unit 330, and an angle storage unit 340. In practice, the control unit 300 is a processor or computer having an arithmetic processing function. Composed. The position storage means 320 and the angle storage means 340 store the positions and angles detected by the position detection means 220 and the angle detection means 210 in a state where the light beam L1 given as incident light is given along the reference optical path. It has the function to do. When the light beam L1 is given along the reference optical path, the light beam L5 is also emitted along the reference optical path. Therefore, the operator gives a storage instruction to the control unit 300 at that time. As a result, the current position and angle (orientation) of the light beam L5 are detected by the position detection unit 220 and the angle detection unit 210, and stored as reference values in the position storage unit 320 and the angle storage unit 340. Become.

こうして、位置記憶手段320および角度記憶手段340に位置および角度の基準値が記憶された後は、位置制御手段310および角度制御手段330による自動制御が行われる。すなわち、位置制御手段310は、位置検出手段220が検出した位置が位置記憶手段320に記憶されている値からずれたときに、当該ずれを解消するように位置調節手段130を制御する機能を有する。位置調節手段130は、このような制御入力を受けると、前述したように、第1の支持体110をX軸方向もしくはY軸方向に平行移動させる操作を行うことになる。一方、角度制御手段330は、角度検出手段210が検出した角度が角度記憶手段340に記憶されている値からずれたときに、当該ずれを解消するように角度調節手段120を制御する機能を有する。角度調節手段120は、このような制御入力を受けると、前述したように、第1の鏡10および第2の鏡20を所定方向に回動させる操作を行うことになる。   Thus, after the position and angle reference values are stored in the position storage means 320 and the angle storage means 340, automatic control by the position control means 310 and the angle control means 330 is performed. That is, the position control unit 310 has a function of controlling the position adjustment unit 130 so as to eliminate the shift when the position detected by the position detection unit 220 is shifted from the value stored in the position storage unit 320. . When receiving such a control input, the position adjusting unit 130 performs an operation of translating the first support 110 in the X-axis direction or the Y-axis direction as described above. On the other hand, the angle control unit 330 has a function of controlling the angle adjustment unit 120 so as to eliminate the deviation when the angle detected by the angle detection unit 210 deviates from the value stored in the angle storage unit 340. . When receiving such a control input, the angle adjusting unit 120 performs an operation of rotating the first mirror 10 and the second mirror 20 in a predetermined direction as described above.

このようなフィードバック制御により、入射光として与えられた光ビームL1が基準光路から外れた場合であっても、本体部100内で光ビームの位置および角度に関する光軸調節が自動的に行われ、射出光としての光ビームL5は、以前の状態と同じように基準光路に沿ったものになる。   By such feedback control, even when the light beam L1 given as incident light deviates from the reference optical path, the optical axis adjustment relating to the position and angle of the light beam is automatically performed in the main body 100, The light beam L5 as the emitted light is along the reference optical path as in the previous state.

最後に、角度検出手段210および位置検出手段220の具体的な構成例を、図9および図10を参照して述べる。まず、図9を参照して、角度検出手段210の具体的な測定系と、角度検出が行われる原理を説明する。この角度検出手段210は、図示のとおり、集光レンズ211と受光素子212によって構成されている。集光レンズ211は、平行光線を所定の焦点に集光する凸レンズであり、受光素子212は、この集光レンズ211に対してその焦点距離だけ離れた位置に配置された受光面(集光レンズ211の光軸に直交する)を有しこの受光面上の集光位置を検出する機能を有している。すなわち、この例の場合、受光素子212は、XZ平面に平行な受光面を有しており、この受光面上の点Q31が、集光レンズ211の焦点位置になっている。そして、この受光面に入射する光ビームの入射角(集光レンズ211がなかった場合の入射角)を2つの独立した数値として検出することができる。   Finally, specific configuration examples of the angle detection unit 210 and the position detection unit 220 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. First, a specific measurement system of the angle detection unit 210 and the principle of angle detection will be described with reference to FIG. This angle detection means 210 is comprised by the condensing lens 211 and the light receiving element 212 as shown in the figure. The condensing lens 211 is a convex lens that condenses parallel light rays at a predetermined focal point, and the light receiving element 212 is a light receiving surface (condensing lens) disposed at a position away from the condensing lens 211 by the focal length. And the function of detecting the condensing position on the light receiving surface. That is, in this example, the light receiving element 212 has a light receiving surface parallel to the XZ plane, and a point Q31 on the light receiving surface is the focal position of the condenser lens 211. The incident angle of the light beam incident on the light receiving surface (incident angle when the condensing lens 211 is not provided) can be detected as two independent numerical values.

たとえば、図に実線で示すような光ビームL31(図8に示す透過光L30に対応)が入射光として与えられている場合を考える。この光ビームL30は、集光レンズ211を透過して、受光素子212上の入射点Q31に照射される。受光素子212が、受光面(たとえば、XZ平面に平行な面)上の入射点位置をXZ座標値を示す電気信号として出力する機能を有していれば、図示の入射点Q31のXZ座標値が、角度の検出値として出力されることになる。   For example, consider a case where a light beam L31 (corresponding to the transmitted light L30 shown in FIG. 8) as indicated by a solid line is given as incident light. The light beam L30 passes through the condenser lens 211 and is applied to the incident point Q31 on the light receiving element 212. If the light receiving element 212 has a function of outputting the incident point position on the light receiving surface (for example, a plane parallel to the XZ plane) as an electrical signal indicating the XZ coordinate value, the XZ coordinate value of the incident point Q31 shown in the figure. Is output as the detected angle value.

ここで、光ビームL31の代わりに、これを若干上方へ平行移動した光ビームL32(図では、一点鎖線で示す)が与えられた場合を考えてみよう。この場合、光ビームL31と光ビームL32とは平行であるから、光ビームL31が焦点Q31に集光するのと同様に、光ビームL32も焦点Q31に集光する。したがって、受光素子212の出力は、光ビームL31が与えられた場合も、光ビームL32が与えられた場合も、焦点Q31のXZ座標値ということになる。   Here, let us consider a case where a light beam L32 (indicated by a one-dot chain line in the drawing) is given instead of the light beam L31. In this case, since the light beam L31 and the light beam L32 are parallel, the light beam L32 is condensed at the focal point Q31 in the same manner as the light beam L31 is condensed at the focal point Q31. Therefore, the output of the light receiving element 212 is the XZ coordinate value of the focal point Q31 regardless of whether the light beam L31 is given or the light beam L32 is given.

ところが、光ビームL31の角度(向き)がずれて、破線で示すような光ビームL33のように傾いたとしよう。すると、受光素子212上の入射点は点Q31から点Q33にずれる。これは、実線で示す光ビームL31と破線で示す光ビームL33とが平行ではないため、集光レンズ211による集光点がずれるからである。かくして、光ビームL33が与えられた場合の受光素子212の出力は、集光点Q33のXZ座標値ということになり、当該座標値は、光ビームL33の受光面に対する入射角(集光レンズ211がなかった場合の入射角)を2つの自由度で示す値になる。   However, suppose that the angle (direction) of the light beam L31 is shifted and tilted like a light beam L33 as indicated by a broken line. Then, the incident point on the light receiving element 212 is shifted from the point Q31 to the point Q33. This is because the light beam L31 indicated by the solid line and the light beam L33 indicated by the broken line are not parallel, so that the condensing point by the condensing lens 211 is shifted. Thus, when the light beam L33 is given, the output of the light receiving element 212 is the XZ coordinate value of the condensing point Q33, and the coordinate value is the incident angle (condensing lens 211) of the light beam L33 with respect to the light receiving surface. (Incident angle when there is no) is a value indicating two degrees of freedom.

このように、受光素子212が出力するXZ座標値は、入射光の角度に関するファクタ−のみを示すものであり、位置(平行移動)に関するファクターは含まれない。すなわち、集光レンズ211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212の受光面上の同一点に集光することになる。したがって、図8の光ビームL30に位置の変化が生じていたとしても(すなわち、光ビームL3が、基準光路を平行移動させた位置にずれていたとしても)、当該位置の変化は、後述するように、位置検出手段220においてのみ検出されることになり、角度検出手段210を構成する受光素子212では検出されない。しかも、角度の検出結果は、X座標値とZ座標値という2自由度をもったファクターであり、X座標値は、受光面に向かう光ビームのXY平面への投影像の向きを示すものになり、Z座標値は、受光面に向かう光ビームのYZ平面への投影像の向きを示すものになる。   As described above, the XZ coordinate value output from the light receiving element 212 indicates only a factor related to the angle of incident light, and does not include a factor related to the position (translation). In other words, even if there are a plurality of light beams incident on the condensing lens 211, they are condensed at the same point on the light receiving surface of the light receiving element 212 as long as they are parallel to each other. Therefore, even if a position change occurs in the light beam L30 in FIG. 8 (that is, even if the light beam L3 is shifted to a position translated from the reference optical path), the change in the position will be described later. Thus, it is detected only by the position detection means 220 and is not detected by the light receiving element 212 constituting the angle detection means 210. In addition, the angle detection result is a factor having two degrees of freedom, that is, the X coordinate value and the Z coordinate value, and the X coordinate value indicates the direction of the projection image of the light beam toward the light receiving surface onto the XY plane. Thus, the Z coordinate value indicates the direction of the projected image of the light beam directed to the light receiving surface onto the YZ plane.

したがって、角度制御手段330は、角度記憶手段340に記憶されている座標値を参照して、たとえば、受光素子212の受光面上のX座標値についてのずれが生じた場合には、第1の鏡10に対して当該ずれを解消する方向に回動操作を行い、受光素子212の受光面上のZ座標値についてのずれが生じた場合には、第2の鏡20に対して当該ずれを解消する方向に回動操作を行えばよい。   Therefore, the angle control unit 330 refers to the coordinate value stored in the angle storage unit 340 and, for example, if there is a shift in the X coordinate value on the light receiving surface of the light receiving element 212, the first control unit 330 When a rotation operation is performed on the mirror 10 in a direction to eliminate the shift, and a shift occurs with respect to the Z coordinate value on the light receiving surface of the light receiving element 212, the shift is corrected with respect to the second mirror 20. What is necessary is just to perform rotation operation in the direction canceled.

次に、図10を参照して、位置検出手段220の具体的な測定系と、位置検出が行われる原理を説明する。この位置検出手段220は、図示のとおり、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221によって構成されている。ここでは、受光素子221の受光面がXY平面に平行な平面であったとし、受光面上の入射点位置をXY座標値を示す電気信号として出力する機能を有しているものとしよう。   Next, a specific measurement system of the position detection unit 220 and the principle of position detection will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the position detection unit 220 includes a light receiving element 221 that detects a beam irradiation position on a predetermined light receiving surface. Here, it is assumed that the light receiving surface of the light receiving element 221 is a plane parallel to the XY plane, and has a function of outputting an incident point position on the light receiving surface as an electric signal indicating an XY coordinate value.

いま、図に実線で示すような光ビームL41(図8に示す透過光L40に対応)が入射光として得られている状態を考える。この光ビームL41は、図示のとおり、受光素子221上の入射点Q41に照射され、図示の入射点Q41のXY座標値が、位置の検出値として出力されることになる。   Consider a state where a light beam L41 (corresponding to the transmitted light L40 shown in FIG. 8) as shown by a solid line in FIG. As shown in the figure, the light beam L41 is applied to the incident point Q41 on the light receiving element 221, and the XY coordinate value of the illustrated incident point Q41 is output as a position detection value.

ここで、光ビームL41の代わりに、これを若干右方へ平行移動した光ビームL42(図では、一点鎖線で示す)が与えられた場合を考えてみよう。この場合、光ビームL42は、図示のとおり、受光素子221上の入射点Q42に照射され、図示の入射点Q42のXY座標値が、位置の検出値として出力されることになる。かくして、受光素子221が出力するXY座標値は、図8に示す透過光L40の位置のずれ(光ビームL4の基準光路に対する平行移動量)を2つの自由度で示す値になる。すなわち、X座標値のずれはX軸方向への平行移動量、Y座標値のずれはY軸方向への平行移動量を示す値になる。   Here, let us consider a case where a light beam L42 (indicated by a one-dot chain line in the figure) obtained by translating the light beam L41 slightly to the right is given instead of the light beam L41. In this case, the light beam L42 is irradiated to the incident point Q42 on the light receiving element 221 as illustrated, and the XY coordinate value of the illustrated incident point Q42 is output as a position detection value. Thus, the XY coordinate value output from the light receiving element 221 is a value indicating the positional deviation of the transmitted light L40 shown in FIG. 8 (the amount of parallel movement of the light beam L4 with respect to the reference optical path) in two degrees of freedom. That is, the deviation of the X coordinate value is a value indicating the amount of parallel movement in the X axis direction, and the deviation of the Y coordinate value is a value indicating the amount of translation in the Y axis direction.

したがって、位置制御手段310は、位置記憶手段320に記憶されている座標値を参照した結果、X座標値についてのずれが生じていることが確認できた場合には、第1の支持体110をX軸方向に平行移動し(図2の原理)、これにより、第1の鏡10で反射した光ビームL2がX軸方向に平行移動するようにしてずれを解消させればよい。また、位置記憶手段320に記憶されている座標値を参照した結果、Y座標値についてのずれが生じていることが確認できた場合には、第1の支持体110をY軸方向に平行移動し(図5の原理)、これにより、第2の鏡20で反射した光ビームL3がZ軸方向に平行移動するようにし、結果的に、第3の鏡30で反射した光ビームL4がY軸方向に平行移動するようにして、ずれを解消させればよい。   Accordingly, when the position control unit 310 refers to the coordinate values stored in the position storage unit 320 and can confirm that there is a deviation with respect to the X coordinate value, the position control unit 310 moves the first support 110. It is only necessary to eliminate the deviation by translating in the X-axis direction (the principle of FIG. 2), so that the light beam L2 reflected by the first mirror 10 translates in the X-axis direction. In addition, as a result of referring to the coordinate values stored in the position storage unit 320, when it is confirmed that a deviation with respect to the Y coordinate value has occurred, the first support 110 is translated in the Y-axis direction. (Principle of FIG. 5), thereby, the light beam L3 reflected by the second mirror 20 is translated in the Z-axis direction, and as a result, the light beam L4 reflected by the third mirror 30 becomes Y What is necessary is just to eliminate a shift | offset | difference so that it may translate in an axial direction.

もちろん、§1で述べた手法により光ビームを平行移動させて位置を調節する機構を採用する場合には、X座標値についてのずれが生じた場合には、第1の鏡10をX軸方向に平行移動させて当該ずれを解消させるか(図2の原理)、もしくは、第1の鏡10をZ軸方向に平行移動させて当該ずれを解消させ(図3の原理)、Y座標値についてのずれが生じた場合には、第2の鏡20をZ軸方向に平行移動させて当該ずれを解消させるか(図4の原理)、もしくは、第2の鏡20をY軸方向に平行移動させて当該ずれを解消させればよい(図5の原理)。   Of course, in the case of adopting a mechanism for adjusting the position by translating the light beam by the method described in §1, if there is a shift in the X coordinate value, the first mirror 10 is moved in the X axis direction. To eliminate the deviation (the principle of FIG. 2), or to move the first mirror 10 in the Z-axis direction to eliminate the deviation (the principle of FIG. 3). If a deviation occurs, the second mirror 20 is translated in the Z-axis direction to eliminate the deviation (the principle of FIG. 4), or the second mirror 20 is translated in the Y-axis direction. Thus, the deviation may be eliminated (the principle of FIG. 5).

ところで、図10において、光ビームL41の代わりに、これを若干傾斜させた光ビームL43(図では、破線で示す)が与えられた場合を考えてみよう。この場合、光ビームL43は、図示のとおり、受光素子221上の入射点Q43に照射され、図示の入射点Q43のXY座標値が、位置の検出値として出力されることになる(本来は、角度の検出値とすべき値である)。   Now, let us consider a case where a light beam L43 (indicated by a broken line in the drawing) is given in FIG. 10 instead of the light beam L41. In this case, the light beam L43 is irradiated to the incident point Q43 on the light receiving element 221 as illustrated, and the XY coordinate value of the illustrated incident point Q43 is output as a position detection value (originally, This is the value that should be the detected angle value).

このように、図9に示す受光素子212の検出結果には、角度の変化のみが含まれているのに対し、図10に示す受光素子221の検出結果には、位置の変化と角度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、制御部300によるフィードバック制御は、まず、角度を一致させるための角度制御(角度制御手段330による制御)を先に行い、続いて、位置を一致させるための位置制御(位置制御手段310による制御)を行うようにするのが好ましい。角度についての検出結果が基準値に一致すれば、受光素子221の検出結果から角度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、検出結果を基準値に徐々に近付けてゆくフィードバック制御を行うようにすれば、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。   As described above, the detection result of the light receiving element 212 illustrated in FIG. 9 includes only the change in angle, whereas the detection result of the light receiving element 221 illustrated in FIG. 10 includes the change in position and the change in angle. Both components are included. In view of such circumstances, theoretically, the feedback control by the control unit 300 is performed first by first performing angle control (control by the angle control means 330) for matching the angles, and then for matching the positions. It is preferable to perform position control (control by the position control means 310). If the detection result for the angle matches the reference value, the change component for the angle can be removed from the detection result of the light receiving element 221, and only the change component for the position can be recognized. In practice, however, if angle control and position control are executed alternately and repeatedly, feedback control that gradually brings the detection result closer to the reference value is performed. Need not be strictly considered.

なお、図8に示す実施例では、第3の鏡30の裏面側に角度検出手段210を配置し、反射面M3を透過した光ビームL30の角度(向き)を検出するとともに、第4の鏡40の裏面側に位置検出手段220を配置し、反射面M4を透過した光ビームL40の位置(平行移動のずれ量)を検出しているが、角度検出手段210と位置検出手段220の配置は入れ替えてもかまわない。すなわち、第3の鏡30の裏面側に位置検出手段220を配置し、反射面M3を透過した光ビームL30の位置(平行移動のずれ量)を検出するとともに、第4の鏡40の裏面側に角度検出手段210を配置し、反射面M4を透過した光ビームL40の角度(向き)を検出するようにしてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 8, the angle detector 210 is disposed on the back side of the third mirror 30 to detect the angle (orientation) of the light beam L30 transmitted through the reflecting surface M3 and the fourth mirror. The position detecting means 220 is arranged on the back side of 40 and the position of the light beam L40 that has passed through the reflecting surface M4 (the amount of shift in translation) is detected. The arrangement of the angle detecting means 210 and the position detecting means 220 is as follows. You can replace it. That is, the position detecting means 220 is arranged on the back surface side of the third mirror 30 to detect the position of the light beam L30 transmitted through the reflecting surface M3 (shift amount of translation), and on the back surface side of the fourth mirror 40. The angle detection means 210 may be arranged at the position to detect the angle (direction) of the light beam L40 that has passed through the reflecting surface M4.

要するに、出力部200には、本体部100からきた光ビームL3を反射させる第3の鏡30と、この第3の鏡30を反射した光ビームL4を反射させて射出する第4の鏡40とを設け、更に、第3の鏡30および第4の鏡40のうち、いずれか一方を透過した光ビームの所定基準面に対する入射角度を検出する角度検出手段210と、他方を透過した光ビームの所定基準面上への入射位置を検出する位置検出手段220とを設けるようにすればよい。   In short, the output unit 200 includes a third mirror 30 that reflects the light beam L3 coming from the main body 100, and a fourth mirror 40 that reflects and emits the light beam L4 reflected from the third mirror 30. Furthermore, an angle detecting means 210 for detecting an incident angle of a light beam transmitted through one of the third mirror 30 and the fourth mirror 40 with respect to a predetermined reference plane, and a light beam transmitted through the other Position detecting means 220 for detecting the incident position on the predetermined reference plane may be provided.

本発明の一実施形態に係る光軸自動調節システムの本体部内の光学系を構成する2組の鏡の配置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows arrangement | positioning of 2 sets of mirrors which comprise the optical system in the main-body part of the optical axis automatic adjustment system which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示す光学系において、反射面M1をX軸方向に平行移動させることによって生じる光軸変化を示すXZ断面図である。FIG. 3 is an XZ sectional view showing an optical axis change caused by translating a reflecting surface M1 in the X-axis direction in the optical system shown in FIG. 図1に示す光学系において、反射面M1をZ軸方向に平行移動させることによって生じる光軸変化を示すXZ断面図である。FIG. 3 is an XZ sectional view showing an optical axis change caused by translating a reflecting surface M1 in the Z-axis direction in the optical system shown in FIG. 図1に示す光学系において、反射面M2をZ軸方向に平行移動させることによって生じる光軸変化を示すYZ断面図である。FIG. 3 is a YZ sectional view showing an optical axis change caused by translating a reflecting surface M2 in the Z-axis direction in the optical system shown in FIG. 図1に示す光学系において、反射面M2をY軸方向に平行移動させることによって生じる光軸変化を示すYZ断面図である。FIG. 3 is a YZ sectional view showing an optical axis change caused by translating a reflecting surface M2 in the Y-axis direction in the optical system shown in FIG. 図1に示す光学系において、反射面M1を、入射点P1を通りY軸に平行な軸まわりに回動させる方向に傾斜させることによって生じる光軸変化を示すXZ断面図である。FIG. 2 is an XZ sectional view showing an optical axis change caused by tilting the reflecting surface M1 in a direction in which the reflecting surface M1 rotates around an axis parallel to the Y axis through the incident point P1 in the optical system shown in FIG. 図1に示す光学系において、反射面M2を、入射点P2を通りX軸に平行な軸まわりに回動させる方向に傾斜させることによって生じる光軸変化を示すYZ断面図である。FIG. 3 is a YZ cross-sectional view showing an optical axis change that occurs when the reflecting surface M2 is tilted in a direction to rotate around an axis parallel to the X axis through the incident point P2 in the optical system shown in FIG. 本発明の一実施形態に係る光軸自動調節システムの基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of the optical axis automatic adjustment system which concerns on one Embodiment of this invention. 図8に示す角度検出手段210による角度検出の原理を示す平面図である。It is a top view which shows the principle of the angle detection by the angle detection means 210 shown in FIG. 図8に示す位置検出手段220による位置検出の原理を示す平面図である。It is a top view which shows the principle of the position detection by the position detection means 220 shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10:第1の鏡
11:Y軸に平行な軸
20:第2の鏡
21:X軸に平行な軸
30:第3の鏡
40:第4の鏡
100:本体部
110:第1の支持体
120:角度調節手段
130:位置調節手段
140:第2の支持体
200:出力部
210:角度検出手段
211:集光レンズ
212:受光素子
220:位置検出手段
221:受光素子
300:制御部
310:位置制御手段
320:位置記憶手段
330:角度制御手段
340:角度記憶手段
L1,L2,L2′,L3,L3′,L4,L5:光ビーム
L30〜L43:検出用光ビーム
M1,M1′,M2,M2′,M3,M4:反射面
O:座標系の原点
P1,P1′,P2,P2′:入射点
Pi:入射点
Po:射出点
Q31,Q33,Q41,Q42,Q43:入射点
α,β:角度
δ:傾斜角度
ΔLx,ΔLz:光ビームの変位量
ΔM1x,ΔM1z:反射面M1の変位量
ΔM2y,ΔM2z:反射面M2の変位量
10: first mirror 11: axis parallel to Y axis 20: second mirror 21: axis parallel to X axis 30: third mirror 40: fourth mirror 100: main body 110: first support Body 120: Angle adjusting means 130: Position adjusting means 140: Second support 200: Output unit 210: Angle detecting means 211: Condensing lens 212: Light receiving element 220: Position detecting means 221: Light receiving element 300: Control part 310 : Position control means 320: Position storage means 330: Angle control means 340: Angle storage means L1, L2, L2 ', L3, L3', L4, L5: Light beams L30 to L43: Detection light beams M1, M1 ', M2, M2 ', M3, M4: Reflecting surface O: Origin P1, P1', P2, P2 'of coordinate system: Incident point Pi: Incident point Po: Ejection points Q31, Q33, Q41, Q42, Q43: Incident point α , Β: Angle δ: Inclination angle ΔLx DerutaLz: light beam displacement ΔM1x, ΔM1z: displacement ΔM2y of the reflecting surface M1, ΔM2z: displacement of the reflecting surface M2

Claims (4)

XYZ三次元座標系における所定の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ように自動光軸調節を行う機能をもった光軸自動調節システムであって、
光軸調節を行う本体部と、前記本体部からきた光を射出する出力部と、前記本体部による光軸調節動作を制御する制御部と、を備え、
前記本体部は、
XY平面に平行な面をY軸に平行な回動軸について所定角α(0°<α<90°)だけ回動した反射面を有する第1の鏡と、
XZ平面に平行な面をX軸に平行な回動軸について所定角β(0°<β<90°)だけ回動した反射面を有する第2の鏡と、
前記第1の鏡と前記第2の鏡とを、入射光が少なくともこれら双方の鏡をこの順序で反射した後に前記出力部へ向けて射出するように、所定位置に支持する支持体と、
前記支持体に対して、前記第1の鏡をX軸もしくはZ軸方向に平行移動させるとともに、前記第2の鏡をY軸もしくはZ軸方向に平行移動させる位置調節手段と、
前記第1の鏡を、Y軸に平行な回動軸について回動させる操作と、前記第2の鏡を、X軸に平行な回動軸について回動させる操作と、を行う機能をもった角度調節手段と、
を有し、
前記出力部は、
前記本体部からきた光ビームを反射させる第3の鏡と、
前記第3の鏡を反射した光ビームを反射させて射出する第4の鏡と、
前記第3の鏡および前記第4の鏡のうち、いずれか一方を透過した光ビームの所定基準面に対する入射角度を検出する角度検出手段と、
前記第3の鏡および前記第4の鏡のうち、前記一方ではない他方を透過した光ビームの所定基準面上への入射位置を検出する位置検出手段と、
を有し、
前記制御部は、
前記入射光が前記基準光路に沿った状態において前記角度検出手段および前記位置検出手段が検出した角度および位置を記憶する記憶手段と、
前記角度検出手段および前記位置検出手段が検出した角度および位置が前記記憶手段に記憶されている値からずれたときに、当該ずれを解消するように前記角度調節手段および前記位置調節手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記出力部に入射した光は、前記第3の鏡および前記第4の鏡のみを反射して前記出力部から射出し、前記第1〜第4の鏡として、反射率が99.5%以上の鏡が用いられていることを特徴とする光軸自動調節システム。
When a light beam is present along a reference optical path that passes through a predetermined incident point and an exit point in an XYZ three-dimensional coordinate system, even if the incident light deviates from the reference optical path, the emitted light follows the reference optical path. An optical axis automatic adjustment system having a function of performing automatic optical axis adjustment so as to maintain
A main body that performs optical axis adjustment, an output unit that emits light from the main body, and a control unit that controls an optical axis adjustment operation by the main body.
The main body is
A first mirror having a reflective surface obtained by rotating a plane parallel to the XY plane by a predetermined angle α (0 ° <α <90 °) about a rotation axis parallel to the Y axis;
A second mirror having a reflecting surface obtained by rotating a plane parallel to the XZ plane by a predetermined angle β (0 ° <β <90 °) about a rotation axis parallel to the X axis;
A support for supporting the first mirror and the second mirror at a predetermined position so that incident light is emitted toward the output unit after at least reflecting both of the mirrors in this order;
Position adjusting means for translating the first mirror in the X-axis or Z-axis direction with respect to the support, and translating the second mirror in the Y-axis or Z-axis direction;
A function of rotating the first mirror about a rotation axis parallel to the Y axis and an operation of rotating the second mirror about a rotation axis parallel to the X axis; Angle adjustment means;
Have
The output unit is
A third mirror for reflecting the light beam coming from the main body,
A fourth mirror that reflects and emits the light beam reflected by the third mirror;
An angle detection means for detecting an incident angle with respect to a predetermined reference plane of the light beam transmitted through one of the third mirror and the fourth mirror;
Position detecting means for detecting an incident position on a predetermined reference plane of a light beam transmitted through the other one of the third mirror and the fourth mirror;
Have
The controller is
Storage means for storing the angle and position detected by the angle detection means and the position detection means in a state where the incident light is along the reference optical path;
When the angle and position detected by the angle detection unit and the position detection unit deviate from the values stored in the storage unit, the angle adjustment unit and the position adjustment unit are controlled so as to eliminate the shift. Control means;
Have
The light incident on the output unit reflects only the third mirror and the fourth mirror and exits from the output unit. The first to fourth mirrors have a reflectance of 99.5% or more. An optical axis automatic adjustment system characterized by using a mirror .
XYZ三次元座標系における所定の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ように自動光軸調節を行う機能をもった光軸自動調節システムであって、
光軸調節を行う本体部と、前記本体部からきた光を射出する出力部と、前記本体部による光軸調節動作を制御する制御部と、を備え、
前記本体部は、
XY平面に平行な面をY軸に平行な回動軸について所定角α(0°<α<90°)だけ回動した反射面を有する第1の鏡と、
XZ平面に平行な面をX軸に平行な回動軸について所定角β(0°<β<90°)だけ回動した反射面を有する第2の鏡と、
前記第1の鏡と前記第2の鏡とを、入射光が少なくともこれら双方の鏡をこの順序で反射した後に前記出力部へ向けて射出するように、所定位置に支持する第1の支持体と、
前記第1の支持体を支持する第2の支持体と、
前記第1の支持体を前記第2の支持体に対して、X軸方向およびY軸方向に平行移動させる位置調節手段と、
前記第1の鏡を、Y軸に平行な回動軸について回動させる操作と、前記第2の鏡を、X軸に平行な回動軸について回動させる操作と、を行う機能をもった角度調節手段と、
を有し、
前記出力部は、
前記本体部からきた光ビームを反射させる第3の鏡と、
前記第3の鏡を反射した光ビームを反射させて射出する第4の鏡と、
前記第3の鏡および前記第4の鏡のうち、いずれか一方を透過した光ビームの所定基準面に対する入射角度を検出する角度検出手段と、
前記第3の鏡および前記第4の鏡のうち、前記一方ではない他方を透過した光ビームの所定基準面上への入射位置を検出する位置検出手段と、
を有し、
前記制御部は、
前記入射光が前記基準光路に沿った状態において前記角度検出手段および前記位置検出手段が検出した角度および位置を記憶する記憶手段と、
前記角度検出手段および前記位置検出手段が検出した角度および位置が前記記憶手段に記憶されている値からずれたときに、当該ずれを解消するように前記角度調節手段および前記位置調節手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記出力部に入射した光は、前記第3の鏡および前記第4の鏡のみを反射して前記出力部から射出し、前記第1〜第4の鏡として、反射率が99.5%以上の鏡が用いられていることを特徴とする光軸自動調節システム。
When a light beam is present along a reference optical path that passes through a predetermined incident point and an exit point in an XYZ three-dimensional coordinate system, even if the incident light deviates from the reference optical path, the emitted light follows the reference optical path. An optical axis automatic adjustment system having a function of performing automatic optical axis adjustment so as to maintain
A main body that performs optical axis adjustment, an output unit that emits light from the main body, and a control unit that controls an optical axis adjustment operation by the main body.
The main body is
A first mirror having a reflective surface obtained by rotating a plane parallel to the XY plane by a predetermined angle α (0 ° <α <90 °) about a rotation axis parallel to the Y axis;
A second mirror having a reflecting surface obtained by rotating a plane parallel to the XZ plane by a predetermined angle β (0 ° <β <90 °) about a rotation axis parallel to the X axis;
A first support that supports the first mirror and the second mirror at a predetermined position so that incident light is emitted toward the output unit after reflecting at least both of the mirrors in this order. When,
A second support for supporting the first support;
Position adjusting means for translating the first support relative to the second support in the X-axis direction and the Y-axis direction;
A function of rotating the first mirror about a rotation axis parallel to the Y axis and an operation of rotating the second mirror about a rotation axis parallel to the X axis; Angle adjustment means;
Have
The output unit is
A third mirror for reflecting the light beam coming from the main body,
A fourth mirror that reflects and emits the light beam reflected by the third mirror;
An angle detection means for detecting an incident angle with respect to a predetermined reference plane of the light beam transmitted through one of the third mirror and the fourth mirror;
Position detecting means for detecting an incident position on a predetermined reference plane of a light beam transmitted through the other one of the third mirror and the fourth mirror;
Have
The controller is
Storage means for storing the angle and position detected by the angle detection means and the position detection means in a state where the incident light is along the reference optical path;
When the angle and position detected by the angle detection unit and the position detection unit deviate from the values stored in the storage unit, the angle adjustment unit and the position adjustment unit are controlled so as to eliminate the shift. Control means;
Have
The light incident on the output unit reflects only the third mirror and the fourth mirror and exits from the output unit. The first to fourth mirrors have a reflectance of 99.5% or more. An optical axis automatic adjustment system characterized by using a mirror .
請求項1または2に記載の光軸自動調節システムにおいて、
角度検出手段を、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自動調節システム。
The optical axis automatic adjustment system according to claim 1 or 2,
The angle detection means has a condensing lens for condensing parallel rays at a predetermined focal point, and a condensing position on the light receiving surface, the light receiving surface being disposed at a focal distance from the condensing lens. An optical axis automatic adjustment system comprising: a light receiving element for detecting light.
請求項1〜3のいずれかに記載の光軸自動調節システムにおいて、
位置検出手段を、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自動調節システム。
The optical axis automatic adjustment system according to any one of claims 1 to 3,
An automatic optical axis adjustment system characterized in that the position detecting means is constituted by a light receiving element for detecting a beam irradiation position on a predetermined light receiving surface.
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