JPH02120816A - Method for adjusting laser light axis - Google Patents

Method for adjusting laser light axis

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JPH02120816A
JPH02120816A JP27567788A JP27567788A JPH02120816A JP H02120816 A JPH02120816 A JP H02120816A JP 27567788 A JP27567788 A JP 27567788A JP 27567788 A JP27567788 A JP 27567788A JP H02120816 A JPH02120816 A JP H02120816A
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JP
Japan
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optical axis
laser beam
installation angle
mirror
beam splitter
Prior art date
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Application number
JP27567788A
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Japanese (ja)
Inventor
Shin Murakami
伸 村上
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To accurately adjust the optical axis of a laser beam even if the installation angle of a reflecting device is insufficient by estimating the deviation of the incident light of the laser beam and the setting error of the installation angle of the reflecting device from a change in the disposition angle of the reflecting device and the positions of the transmitted laser beams. CONSTITUTION:The device consisting of a mirror 1, actuators 2, 3, 5, 6, beam splitters 4, 9, lenses 7, 10, and detectors 8, 11 are used. Namely, the deviation of the incident light of the laser beam from the standard and the setting error of the installation angle of the reflecting device are estimated from the change in the installation angle of the reflecting device and the positions of plural ways of the transmitted laser beams detected by the respective detectors. The optical axis of the laser beam is adjusted in accordance with the estimated values. The adjustment and control of the installation angle are accurately executed even if the positions of the optical parts are not accurately adjusted to meet the target.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザ光軸調整方法に関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a laser optical axis adjustment method.

(従来の技術) 大出力のレーザ装置ではレーザの伝送光路が長くなる傾
向がある。このレーザ装置の性能を維持するためには伝
送するレーザの光軸を精密に調整する必要があり、その
光−路が長いと調整も困難となる。また、−旦調整した
後もさまざまな要因により、光軸がずれてしまうという
ことが生じる。
(Prior Art) In high-output laser devices, the laser transmission optical path tends to be long. In order to maintain the performance of this laser device, it is necessary to precisely adjust the optical axis of the transmitting laser, and if the optical path is long, adjustment becomes difficult. Further, even after the first adjustment, the optical axis may shift due to various factors.

そこで、ミラー等にその向きを可変にするアクチュエー
タを付設し、光軸を自動−的に調整、制御する方法が従
来提案されている。
Therefore, a method of automatically adjusting and controlling the optical axis by attaching an actuator to a mirror or the like to change its direction has been proposed.

以下、第3図を参照して従来提案されている光軸の自動
調整、制御方法について説明する。図中符号1はミラー
であり、このミラー1は光軸p1を反射させて光軸I2
とする。また、このミラー1の裏面には、ミラー1の表
面中央の垂直軸まわりに回動させるアクチュエータ2と
、ミラー1の表面中央の水平軸まわりに回動させるアク
チュエータ3がそれぞれ設けられている。また、ミラー
1で反射した光軸II2を反射かつ透過するビームスプ
リッタ4が適宜箇所に設けられている。このビームスプ
リッタ4の裏面にも、ミラー1と同様に、ビームスプリ
ッタ4の表面中央の垂直軸まわりに回動させるアクチュ
エータ5と、ビームスプリッタ4の表面中央の水平軸ま
わりに回動させるアクチュエータ6がそれぞれ設けられ
ている。また、ビームスプリッタ4を透過した光軸j7
3を所望の大きさに調整するレンズ7、およびこのレン
ズ7を透過した光軸を照射するディテクタ8が適宜箇所
に設けられている。このディテクタ8はディテクタ面上
でのビームのスポットの2次元的な位置を検出するもの
であり、この検出値は上述アクチュエータ2およびアク
チュエータ3に接続された制御装置(図示せず)に入力
され、アクチュエータ2およびアクチュエータ3の作動
を制御して、ミラー1の位置を調節する。一方、ビーム
スプリッタで反射した光軸II4を反射かつ透過するビ
ームスプリッタ9が適宜箇所に設けられ、このビームス
プリッタ9を透過した光軸g5を所望の大きさに調整す
るレンズ10、およびこのレンズ10を透過した光軸を
照射するディテクタ11が適宜箇所に設けられている。
Hereinafter, a conventionally proposed automatic adjustment and control method of the optical axis will be explained with reference to FIG. Reference numeral 1 in the figure is a mirror, and this mirror 1 reflects the optical axis p1 and reflects the optical axis I2.
shall be. Furthermore, an actuator 2 for rotating the mirror 1 around a vertical axis at the center of the front surface of the mirror 1 and an actuator 3 for rotating the mirror 1 around a horizontal axis at the center of the front surface of the mirror 1 are provided on the back surface of the mirror 1, respectively. In addition, beam splitters 4 that reflect and transmit the optical axis II2 reflected by the mirror 1 are provided at appropriate locations. On the back side of the beam splitter 4, similarly to the mirror 1, there are an actuator 5 that rotates around the vertical axis at the center of the front surface of the beam splitter 4, and an actuator 6 that rotates around the horizontal axis at the center of the front surface of the beam splitter 4. Each is provided. In addition, the optical axis j7 transmitted through the beam splitter 4
A lens 7 for adjusting 3 to a desired size, and a detector 8 for illuminating the optical axis transmitted through this lens 7 are provided at appropriate locations. This detector 8 detects the two-dimensional position of the beam spot on the detector surface, and this detected value is input to a control device (not shown) connected to the above-mentioned actuators 2 and 3. The position of the mirror 1 is adjusted by controlling the operation of the actuator 2 and the actuator 3. On the other hand, a beam splitter 9 that reflects and transmits the optical axis II4 reflected by the beam splitter is provided at an appropriate location, and a lens 10 that adjusts the optical axis g5 that has passed through the beam splitter 9 to a desired size; Detectors 11 are provided at appropriate locations to irradiate the optical axis that has passed through.

このディテクタ11も上記ディテクタ8と同様に、ディ
テクタ面上でのビームのスポットの2次元的な位置検出
するものであり、この検出値はアクチュエータ5および
アクチュエータ6に接続された制御装置(図示せず)に
入力され、アクチュエータ5およびアクチュエータ6の
作動を制御してビームスプリッタ4の位置を調節する。
Like the detector 8, this detector 11 also detects the two-dimensional position of the beam spot on the detector surface, and this detected value is transmitted to a control device (not shown) connected to the actuators 5 and 6. ) and controls the operation of actuator 5 and actuator 6 to adjust the position of beam splitter 4.

しかして、光軸の調整を行なう場合には、まず、目標と
する光軸’ 40をビームスプリッタ4の中央の点とビ
ームスプリッタ9の所定の点を通るものであるとする。
When adjusting the optical axis, it is first assumed that the target optical axis '40 passes through the center point of the beam splitter 4 and a predetermined point on the beam splitter 9.

そして、ディテクタ8の出力を、ミラー1のアクチュエ
ータ、2.3の図示しない制御手段にフィードバック【
5、ミラー1を回転させ、光軸I3がディテクタ8の所
定の位置に当たり、すなわち光軸f12がビームスプリ
ッタ4の中央に当るようにする。さらに、ディテクタ1
1の出力をビームスプリッタ4のアクチュエータ5,6
の図示しない制御装置にフィードバックし、ビームスプ
リッタ4を回転させることにより、光軸がディテクタ1
1の所定の位置に当たるようにビームスプリッタ4の中
央で反射された光軸g4を目標光軸’40に一致させる
Then, the output of the detector 8 is fed back to the actuator of the mirror 1 and the control means (not shown) of 2.3.
5. Rotate the mirror 1 so that the optical axis I3 hits a predetermined position on the detector 8, that is, the optical axis f12 hits the center of the beam splitter 4. Furthermore, detector 1
1 output to actuators 5 and 6 of beam splitter 4.
By feeding back to the control device (not shown) and rotating the beam splitter 4, the optical axis is aligned with the detector 1.
The optical axis g4 reflected at the center of the beam splitter 4 is made to coincide with the target optical axis '40 so as to hit a predetermined position of '40.

(発明が解決しようとする課題) ところが、ビームのスポットの位置だけを検出するディ
テクタを使用すると、ディテクタ上でのビームのずれが
、ビームの角度のずれによるものなのか、平行的なずれ
によるものなのかを区別することができない。そのため
、例えば、ディテクタの所定の位置にビームが当たって
いたとしても、ビームが傾斜している場合には、そのビ
ームはビームスプリッタの中央にあるとは限らない。す
なわち、ビームスプリッタの反射光の光軸g4は所望の
ものとずれることとなり、光軸調整の精度が低下するこ
ととなる。
(Problem to be Solved by the Invention) However, when using a detector that detects only the position of the beam spot, it is difficult to determine whether the beam deviation on the detector is due to an angular deviation of the beam or a parallel deviation. It is not possible to distinguish between Therefore, for example, even if the beam hits a predetermined position on the detector, if the beam is tilted, the beam is not necessarily at the center of the beam splitter. That is, the optical axis g4 of the reflected light from the beam splitter will deviate from the desired one, and the accuracy of optical axis adjustment will deteriorate.

また、2つのディテクタの出力を組合せて、入射光の光
軸を計算によって推定し、ミラーおよびビームスプリッ
タを回動して、光軸を調整するといったことも考えられ
るが、入射光の光軸を計算するには、ミラー、ビームス
プリッタおよびディテクタの正確な位置を知っておく必
要がある。しかし、空間的に離れているミラー、ビーム
スプリッタおよびディテクタの相対的な位置および角度
を正確に目標どおりに調整することは困難な場合も多く
、さらには、ミラーおよびビームスプリッタの位置を正
確に把握していないと、推定する入射光の光軸の精度も
不十分となり、やはり精度の良い光軸の調整を行なうこ
とができない。例えばミラーおよびビ・−ムスブリツタ
の装置上の設置角度と実際の角度との差、すなわち設定
誤差が生じることがしばしば生じている。
It is also possible to estimate the optical axis of the incident light by combining the outputs of the two detectors and adjust the optical axis by rotating the mirror and beam splitter. The calculation requires knowing the exact positions of the mirror, beam splitter and detector. However, it is often difficult to accurately target the relative positions and angles of spatially separated mirrors, beam splitters, and detectors; Otherwise, the accuracy of the estimated optical axis of the incident light will be insufficient, and it will not be possible to adjust the optical axis with high precision. For example, differences between the installation angle of mirrors and beam slivers on the device and the actual angles, ie, setting errors, often occur.

本発明はt述のような問題点に鑑みてなされたもので、
ミラーおよびビームスプリッタ等の光学部品の位置が目
標どおりに精度よく調整されていない場合においても、
光軸の調整および制御を精度良く行なうことができるレ
ーザ光軸調整方法を提供することを目的とする。
The present invention was made in view of the problems mentioned above.
Even if the positions of optical components such as mirrors and beam splitters are not precisely adjusted to the target,
It is an object of the present invention to provide a laser optical axis adjustment method that allows accurate adjustment and control of the optical axis.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明は、レーザビームを反射させるとともに透過自在
の複数の反射装置と、この反射装置からの透過レーザビ
ームの位置を検出する複数の検出装置と、前記反射装置
の設置角を変更させるアクチュエータとを備え、前記レ
ーザビームの光軸を調整するレーザ光軸調整方法であっ
て、前記反射装置の設置角を変化させて前記各検出装置
によって複数通りの透過レーザビームの位置を検出17
、前記反射装置の設置角の変化と前記各検出装置によっ
て検出した透過Lノーザビームの位置とから、レーザビ
ームの入射光の基準からのずれおよび前記反射装置の設
置角の設定誤差を推定し、これらの推定値によりレーザ
ビームの光軸を調整することを特徴とする。また、本発
明は前記反射装置の設置角を変化させて前記各検出装置
によって複数通りの透過レーザビームの位置を検出し、
前記反射装置の設置角の変化と前記各検出装置によって
検出した透過レーザビームの位置とから、レーザビーム
の入射光の基準からのずれおよび前記反射装置の設置角
の設定誤差を推定し、これらの推定し、これらの推定値
によりレーザビームの光軸を調整することを特徴とする
(Means for Solving the Problems) The present invention includes a plurality of reflection devices that can reflect and transmit laser beams, a plurality of detection devices that detect the position of the transmitted laser beam from the reflection devices, and a plurality of detection devices that detect the positions of the transmitted laser beams from the reflection devices. and an actuator for adjusting the optical axis of the laser beam, the laser beam adjusting method adjusting the optical axis of the laser beam, the laser beam adjusting method adjusting the optical axis of the laser beam by changing the installation angle of the reflecting device so that each of the detection devices can transmit a plurality of transmitted laser beams. Detect the position of 17
, from the change in the installation angle of the reflection device and the position of the transmitted L nose beam detected by each of the detection devices, estimate the deviation of the incident light of the laser beam from the reference and the setting error of the installation angle of the reflection device; The optical axis of the laser beam is adjusted based on the estimated value of . Further, the present invention detects a plurality of positions of the transmitted laser beam by changing the installation angle of the reflection device and using each of the detection devices,
From the change in the installation angle of the reflection device and the position of the transmitted laser beam detected by each of the detection devices, the deviation of the incident light of the laser beam from the reference and the setting error of the installation angle of the reflection device are estimated, and these are estimated. The method is characterized in that the optical axis of the laser beam is adjusted based on these estimated values.

(作 用) 本発明によれば、反射装置の設置角の変化と、各検出装
置によって検出した複数通りの透過レーザビームの位置
とから、レーザビームの入射光の基準からのずれおよび
反射装置の設置角の設定誤差を推定し、この推定値に基
づいてレーザビームの光軸を調整することができるので
、正確なレーザビームの光軸調整を行なうことができる
(Function) According to the present invention, the deviation of the incident light of the laser beam from the reference and the deviation of the incident light of the laser beam from the reference and the position of the reflected device are determined based on the change in the installation angle of the reflection device and the plurality of positions of the transmitted laser beam detected by each detection device. Since the setting error of the installation angle can be estimated and the optical axis of the laser beam can be adjusted based on this estimated value, the optical axis of the laser beam can be adjusted accurately.

(実施例) 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について説
明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明における一実施例の光軸1調整の構成を
示す図である。図中符号1はミラーであり、このミラー
1は光軸Ω を反射させて光軸Ω2とする。また、この
ミラー1の裏面には、ミラー1の表面中央の垂直軸n 
まわりに回動させるジンv パル機構のアクチュエータ2と、ミラー1の表面中央の
水平軸nff1hまわりに回動させるジンバル機構のア
クチュエータ3がそれぞれ設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration for adjusting an optical axis 1 according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 in the figure is a mirror, and this mirror 1 reflects the optical axis Ω to form an optical axis Ω2. Also, on the back surface of this mirror 1, there is a vertical axis n at the center of the surface of the mirror 1.
An actuator 2 of a gimbal mechanism for rotation around the mirror 1 and an actuator 3 of a gimbal mechanism for rotation around the horizontal axis nff1h at the center of the surface of the mirror 1 are provided.

また、ミラー1で反射した光軸g、を反射かつ透過する
ビームスプリッタ4が適宜箇所に設けられている。この
ビームスプリッタ4の裏面にも、ミラー1と同様に、ビ
ームスプリッタ4のン面中央の垂直軸nbSvまわりに
回動させるジンバル機構のアクチュエータ5と、ビーム
スプリッタ4の表面中央の水平軸nbshまわりに回動
させるジンバル機構のアクチュエータ6がそれぞれ設け
られている。また、ビームスプリッタ4を透過した光軸
g3を所望の大きさに調整するレンズ7、およびこのレ
ンズ7を透過した光軸を照射するディテクタ8が適宜箇
所に設けられている。このディテクタ8はディテクタ面
上でのビームのスポットの2次元的な位置を検出するも
のであり、この検出値は上述アクチュエータ2およびア
クチュエータ3に接続された演算制御装置(図示せず)
に入力され、アクチュエータ2およびアクチュエータ3
の作動を制御して、ミラー1の位置を調節する。
Also, beam splitters 4 are provided at appropriate locations to reflect and transmit the optical axis g reflected by the mirror 1. On the back surface of this beam splitter 4, similarly to the mirror 1, there is an actuator 5 of a gimbal mechanism that rotates around the vertical axis nbSv at the center of the surface of the beam splitter 4, and an actuator 5 that rotates around the horizontal axis nbsh at the center of the surface of the beam splitter 4. An actuator 6 of a gimbal mechanism for rotation is provided respectively. Further, a lens 7 for adjusting the optical axis g3 transmitted through the beam splitter 4 to a desired size, and a detector 8 for illuminating the optical axis g3 transmitted through the lens 7 are provided at appropriate locations. This detector 8 detects the two-dimensional position of the beam spot on the detector surface, and this detected value is sent to an arithmetic and control unit (not shown) connected to the actuators 2 and 3.
is input to actuator 2 and actuator 3.
The position of the mirror 1 is adjusted by controlling the operation of the mirror 1.

方、ビームスプリッタで反射した光軸Ω4を反射かつ透
過するビームスプリッタ9が適宜箇所に設けられ、この
ビームスプリッタ9を透過した光軸I5を所望の大きさ
に調整するレンズ10.およびこのレンズ10を透過し
た光軸を照射するディテクタ11が適宜箇所に設けられ
ている。このディテクタ11も上記ディテクタ8と同様
に、ディテクタ面上でのビームのスポットの2次元的な
位置検出するものであり、この検出値はアクチュエータ
5およびアクチュエータ6に接続された演算制御装置(
図示せず)に入力され、アクチュエータ5およびアクチ
ュエータ6の作動を制御してビームスプリッタ4の位置
を調節する。
On the other hand, a beam splitter 9 is provided at an appropriate location to reflect and transmit the optical axis Ω4 reflected by the beam splitter, and a lens 10 is provided to adjust the optical axis I5 transmitted through the beam splitter 9 to a desired size. A detector 11 for irradiating the optical axis transmitted through this lens 10 is provided at an appropriate location. Like the detector 8, this detector 11 also detects the two-dimensional position of the beam spot on the detector surface, and this detected value is sent to the arithmetic and control unit (
(not shown) and controls the operation of actuator 5 and actuator 6 to adjust the position of beam splitter 4.

しかして、光軸g4あるいは光軸g6が所望の直線と一
致するようにミラー1、ビームスプリッタ4、ディテク
タ8、ビームスプリッタ9、ディテクタ11の設置位置
を目標とする位置に調整する。この調整時の光軸g4あ
るいは光軸g6をそれぞれ目標光軸’ 40” 80と
し、j710を基準の入射光とする。その時のディテク
タ8並びにディテクタ11の出力、およびアクチュエー
タ2、アクチュエータ3、アクチュエータ5、アクチュ
エータ6のそれぞれの位置のフィードバック値を演算制
御装置(図示せず)の中に記憶しておく。・そして、入
射光軸が変化した場合の基準の光軸と、実際の入射光と
のずれ、およびミラー1およびビームスプリッタ4、ビ
ームスプリッタ9の光学部品の目標とする基準の位置と
、実際の基準の位置とのずれを、ディテクタ8およびデ
ィテクタ11の出力に基づいて推定する方法について以
下に示す。
The installation positions of the mirror 1, beam splitter 4, detector 8, beam splitter 9, and detector 11 are then adjusted to the target positions so that the optical axis g4 or the optical axis g6 coincides with a desired straight line. The optical axis g4 or the optical axis g6 during this adjustment is set as the target optical axis '40''80, respectively, and j710 is set as the reference incident light.The outputs of the detectors 8 and 11 at that time, and the outputs of the actuators 2, 3, and 5 , the feedback values for each position of the actuator 6 are stored in an arithmetic and control unit (not shown).・Then, when the incident optical axis changes, the reference optical axis and the actual incident light are A method for estimating the deviation and the deviation between the target reference position and the actual reference position of the optical components of the mirror 1, beam splitter 4, and beam splitter 9 based on the outputs of the detector 8 and the detector 11 is described below. Shown below.

第2図において”40は目標とする光軸であり、’ 1
0” 20” 40” 50’ ” 80はミラー1、
ビームスプリッタ4およびビームスプリッタ9が基準の
位置にある時に目標光軸が得られるような基準の入射及
び反射の光軸である。そして入射光軸’10はミラー1
の中央で反射して曲がり光軸’ 20となり、光軸’ 
20はビームスプリッタ4の中央で反射して曲がり光軸
’ 40となり、更にビームスプリッタ9で曲がり光軸
’60となる。一方、ビームスプリッタ4およびビーム
スプリッタ9をそれぞれ透過した光軸g および光軸’
 50はレンズ7゜レンズ10を経て、ディテクタ8.
ディテクタ11の基準位置に当たるとされる。
In Figure 2, ``40'' is the target optical axis, and ``1''
0"20"40"50'" 80 is mirror 1,
These are reference incident and reflected optical axes such that a target optical axis is obtained when the beam splitter 4 and the beam splitter 9 are at the reference positions. And the incident optical axis '10 is mirror 1
It is reflected at the center of the optical axis '20, and the optical axis '
The beam 20 is reflected at the center of the beam splitter 4 and curved to become an optical axis '40, and further bent by the beam splitter 9 to become an optical axis '60. On the other hand, the optical axis g and the optical axis' transmitted through the beam splitter 4 and the beam splitter 9, respectively.
50 passes through lens 7° and lens 10 to detector 8.
It is assumed that this corresponds to the reference position of the detector 11.

光軸110上の点v1oは以下のように表わされる。A point v1o on the optical axis 110 is expressed as follows.

”10”v00+” l ”10        ”’
 (1)ここで、′Fooは’10上の1点、tlは媒
介変数、π1oは’10の方向ベクトルである。また、
実際のの関数として以下のように表わすことができる。
"10"v00+"l "10"'
(1) Here, 'Foo is a point on '10, tl is a parameter, and π1o is a direction vector of '10. Also,
It can be expressed as a function of the actual value as follows.

vi ”′Foo+ΔF oo+ t t−、(Tto
+Δu1o)閣V (Δ’oo’  6寸、。、tl)
 ・・・(2)二こでY +Δ′Fooはp1上の1点
であり、ΔrooはΩ1oに垂直なベクトルであり、π
10+Δu10はglの方向を示すベクトルであり、Δ
u10は’10に垂直であるとされるにのため、Δr 
とΔ寸、。はそれぞれ2次元であるので、Δ’F  −
<Δr  、Δp)T Go      OOX      OOy、ΔU  
 )    ・・・(3) Δu10″″(Δ’ IOX    toyのように記
述される。ただしく )Tは転置を表わす。
vi ”'Foo+ΔFoo+ t t-, (Tto
+Δu1o) Cabinet V (Δ'oo' 6 sun,., tl)
...(2) where Y + Δ'Foo is one point on p1, Δroo is a vector perpendicular to Ω1o, and π
10+Δu10 is a vector indicating the direction of gl, and Δ
Since u10 is taken to be perpendicular to '10, Δr
and Δ dimension. are two-dimensional, so Δ'F −
<Δr, Δp)T Go OOX OOy, ΔU
)...(3) Δu10'''' (described as Δ' IOX toy, where ) T represents transposition.

一方、ミラー1の反射面は、ミラー1の設置位置及び反
射面の角度によって記述される。ミラー1の2自由度の
回動のジンバル機構における角度をα 、β 、目標と
する基準の角度をα、。。
On the other hand, the reflective surface of the mirror 1 is described by the installation position of the mirror 1 and the angle of the reflective surface. The angles in the gimbal mechanism of the rotation of the mirror 1 with two degrees of freedom are α and β, and the target reference angle is α. .

IIIIl βn+0’実際の基準の角度をαmO+Δαmo’ β
ll1o+Δβ、。とすると、ミラー1の実際の基準の
反射面上の点V はΔα、o、Δβ、0の関数として以
下のように表せる。ここでΔαmO’Δβmoは、ミラ
ー1における装置上の設置角度と実際の角度との差、す
なわち設定誤差である。
IIIl βn+0'The actual reference angle is αmO+Δαmo' β
ll1o+Δβ,. Then, the point V on the actual reference reflective surface of mirror 1 can be expressed as a function of Δα, o, Δβ, 0 as follows. Here, ΔαmO′Δβmo is the difference between the installation angle of the mirror 1 on the device and the actual angle, that is, a setting error.

M (Δαmo’Δβ、o、 vll) −0・(4)
r したがって、上記入射光の光軸I11とミラー1の交点
を計算することによって反射点が記述できる。
M (Δαmo'Δβ, o, vll) -0・(4)
r Therefore, by calculating the intersection of the optical axis I11 of the incident light and the mirror 1, the reflection point can be described.

さらに、入射光の光軸の方向と、ミラーの角度とから反
射光の光軸g2が記述できる。光軸g2上の点v2は 7m1mマ (Δ’oo’Δ名0.Δα。。、Δβ。。
Furthermore, the optical axis g2 of the reflected light can be described from the direction of the optical axis of the incident light and the angle of the mirror. The point v2 on the optical axis g2 is 7m1m (Δ'oo'Δname0.Δα..,Δβ..

。 のように表わすことができる。ただし、t2)・・・(
5) t2は媒 介変数である。
. It can be expressed as However, t2)...(
5) t2 is a parametric variable.

さらに、ビームスプリッタ4の2自由度の回動のジンバ
ル機構における角度をαbs’  βbs’目標とする
基準の角度をα  、β  、実際の基準bsObs。
Furthermore, the angle in the gimbal mechanism of the two-degree-of-freedom rotation of the beam splitter 4 is αbs', βbs' is the target reference angle, α, β is the actual reference bsObs.

の角度をα  +Δα  、β  +ΔβbsOとbs
o    bso   bsO すると、ビームスプリッタ4の反射面は、反射面上の点
V およびΔα  、Δβbsoの関数としbs   
      bs。
Let the angles be α + Δα, β + ΔβbsO and bs
o bso bsO Then, the reflective surface of the beam splitter 4 is a function of the point V on the reflective surface, Δα, Δβbso, and bs
bs.

て B  (Δα   、Δβ    v )−〇 ・・・
(6)s      bso      bso  ″
  bsのように表すことができ、この反射面と上記の
反射の光軸jl12の交点を計算することにより、ビー
ムスプリッタ4での反射点が記述できる。ここでΔα 
 、Δβbsoは、ビームスプリッタ4の設sO 置角度と実際の角度との差、すなわち設定誤差である。
TeB (Δα, Δβ v)−〇...
(6) s bso bso ″
bs, and the reflection point at the beam splitter 4 can be described by calculating the intersection of this reflection surface and the above-mentioned reflection optical axis jl12. Here Δα
, Δβbso is the difference between the set angle and the actual angle of the beam splitter 4, that is, the setting error.

ビームスプリッタ4の透過光の光軸Ω3上の点v4は以
上と同様に V−7(ΔY Δπ Δα Δβ Δα Δβ  t 
)4  4    00’    10’    mo
’    moo   bsObsoゝ 4・・・(7
) のように表わすことができる。さらに、レンズ7を経た
上記透過光とディテクタ8の平面との交点を計算するこ
とにより、ディテクタ8に当たる光軸の位置v、1は以
下のように記述できる二M−v(ΔF  ΔHΔa、。
Similarly to the above, the point v4 on the optical axis Ω3 of the transmitted light of the beam splitter 4 is V-7 (ΔY Δπ Δα Δβ Δα Δβ t
)4 4 00'10' mo
'moo bsObsoゝ 4...(7
) can be expressed as Furthermore, by calculating the intersection of the transmitted light that has passed through the lens 7 and the plane of the detector 8, the position v,1 of the optical axis hitting the detector 8 can be written as 2M−v(ΔF ΔHΔa,.

、Δβ、。、ΔαbsO、AβdS□ )di   d
i    00’    10’=(?   v )” dlx’  d2y            ”””)
以下同様にビームスプリッタ4の反射光の光軸Ω4、ビ
ームスプリッタ9上での反射点、ビームスプリッタ9の
透過光の光軸ρ5を記述でき、ディテクタ11に当たる
光軸の位置”d2は以下のように記述できる。
,Δβ,. , ΔαbsO, AβdS□ )di d
i 00'10'=(? v )"dlx' d2y """)
Similarly, the optical axis Ω4 of the reflected light from the beam splitter 4, the reflection point on the beam splitter 9, and the optical axis ρ5 of the transmitted light from the beam splitter 9 can be described in the same way, and the position "d2" of the optical axis that hits the detector 11 is as follows. It can be written as

v=7(Δr Δπ ΔαmO’Δβ、。、ΔαbSo
、ΔβbSo)d2  d2  00°  10′ ” (vd2x 、vd2y )−(9)ところで、上
記の反射点、反射光、透過光、ディテクタへの照射点の
記述において sin  (θ0+Δθ0)存sinθ0+Δθ0’C
08cos (θ0+Δθ0)ミcosθ0−Δθo−
31nΔθ1×Δθ2)0 等の1次近似を行うと、(8) 、  (9)式はΔ’
oox ’Δp  、Δπ  、6寸  、Δα、。7
 Δβ、。。
v=7(Δr Δπ ΔαmO'Δβ, ., ΔαbSo
, ΔβbSo) d2 d2 00° 10' ” (vd2x, vd2y) - (9) By the way, in the above description of the reflection point, reflected light, transmitted light, and irradiation point to the detector, sin (θ0+Δθ0) exists sinθ0+Δθ0'C
08cos (θ0+Δθ0)mi cosθ0−Δθo−
31nΔθ1×Δθ2)0 etc., equations (8) and (9) become Δ'
oox 'Δp, Δπ, 6 dimensions, Δα,. 7
Δβ,. .

00y     fox     JoyΔαbSo、
ΔβbsOの一次式として記述できる。
00y fox JoyΔαbSo,
It can be described as a linear expression of ΔβbsO.

すなわち となる。ただしa  、b、(i−1〜4.j−11j
    J 〜8)は上記−次式の係数である。
In other words, it becomes. However, a, b, (i-1~4.j-11j
J~8) is the coefficient of the above equation.

ここで、り10)式左辺の第1項の行列をA1第2項の
列ベクトルをΔマ、右辺の列ベクトルをでとおくと、 A・ΔX=で           ・・・(11)と
なる。
Here, assuming that the matrix of the first term on the left side of equation (10) is A1, the column vector of the second term is Δma, and the column vector of the right side is A.ΔX=...(11).

この場合、左辺第1項のAは(2)式〜(9)式までの
方程式に用いた定数であり、従ってAは既知数である。
In this case, A in the first term on the left side is a constant used in the equations (2) to (9), and therefore A is a known number.

また、左辺第2項のΔXのうち、Δvoox ’Δr 
 、ΔU  、ΔU  はレーザビームの00Y   
   IOX      IOY入射光の基準からのず
れ((3)式)、Δα。0゜Δβ□。はミラー1の設置
角の設定誤差((4)式)、Δα  、Δβb8はビー
ムスプリッタ4の設置角sO の設定誤差((6)式)である。。従って、ΔXはすべ
て未知数となる。
Also, of ΔX in the second term on the left side, Δvoox 'Δr
, ΔU, ΔU are 00Y of the laser beam
IOX IOY Deviation of incident light from reference (formula (3)), Δα. 0゜Δβ□. is the setting error of the installation angle of the mirror 1 (formula (4)), and Δα and Δβb8 are the setting errors of the installation angle sO of the beam splitter 4 (formula (6)). . Therefore, all ΔX are unknown quantities.

また、(10)式中間違の列ベクトル各要素は、ディテ
クタ8およびディテクタ11によって検出されるレーザ
ビームの検出位置であるから既知数であるため、右辺の
列ベクトルでも既知となる。
Furthermore, since each element of the incorrect column vector in equation (10) is a known number since it is the detection position of the laser beam detected by the detector 8 and the detector 11, the column vector on the right side is also known.

さらに、ミラー1またはビームスプリッタ4の設置角度
をアクチュエータ2.アクチュエータ3゜アクチュエー
タ5.アクチュエータ6を所定m XK動することによ
って変化させ、その時のディテクタ8.ディテクタ11
による検出位置を読取ると、上記−次式の数が増え上記
行列Aの行および、Cの行を増やすことができる。
Furthermore, the installation angle of the mirror 1 or the beam splitter 4 is adjusted by the actuator 2. Actuator 3゜Actuator 5. The actuator 6 is moved a predetermined distance mXK to change the detector 8. Detector 11
When the detected position is read, the number of the above-mentioned - following equations increases, and the rows of the above-mentioned matrix A and C can be increased.

例えば、ミラー1またはビームスプリッタ4の設置角度
を変化させ、ディテクタ8、ディテクタ11による検出
位置を2通りに変化させると、(10)式および(11
)式におけるAの行およびでの行は2倍の8行となる。
For example, if the installation angle of the mirror 1 or the beam splitter 4 is changed and the detection positions by the detectors 8 and 11 are changed in two ways, then equations (10) and (11)
) In the formula, the rows of A and the rows of are doubled to eight rows.

(11)式は両辺に左からAの転置行列ATをかけると
、 ATAΦΔマ■AT・で     ・・(12)となり
、これをΔXについて解くと、ΔXの最小二乗近似解が
得られる。すなわち、ディテクタ8゜ディテクター1の
出力を用いてレーザビームの入射光の基準からのずれ、
およびミラー1の設置角の設定誤差、およびビームスプ
リッタ4の設置角の設定誤差を推定することができる。
When formula (11) is multiplied by the transposed matrix AT of A from the left on both sides, ATAΦΔma■AT· becomes (12), and when this is solved for ΔX, the least squares approximation solution of ΔX is obtained. That is, using the output of detector 8° and detector 1, the deviation of the incident light of the laser beam from the standard,
It is also possible to estimate the setting error of the installation angle of the mirror 1 and the setting error of the installation angle of the beam splitter 4.

そして、この推定値に基づいて光軸II4を目標光軸”
 40に一致させるためのミラー1およびビームスプリ
ッタ4の設置角度を演算し、ミラー1およびビームスプ
リッタ4を駆動して光軸I4を目標光軸ρ4oに一致さ
せることができる。あるいは光軸g が目標光軸’ 4
0となる時のディテクタ8、ディテクター1の出力の目
標値を演算することができ、ミラー1およびビームスプ
リッタ4を駆動して光軸Ω を目標光軸Ω4oに合わせ
ることができる。
Then, based on this estimated value, the optical axis II4 is set as the target optical axis.
It is possible to calculate the installation angles of the mirror 1 and the beam splitter 4 to make the optical axis I4 coincide with the target optical axis ρ4o, and drive the mirror 1 and the beam splitter 4 to make the optical axis I4 coincide with the target optical axis ρ4o. Or the optical axis g is the target optical axis' 4
It is possible to calculate the target values of the outputs of the detector 8 and the detector 1 when the output becomes 0, and it is possible to drive the mirror 1 and the beam splitter 4 to align the optical axis Ω with the target optical axis Ω4o.

なお、上述の実施例においてはミラーおよびビームスプ
リッタの設置角度の設定誤差を推定するようにしたが、
ミラー、ビームスプリッタ、レンズおよびディテクタの
設置位置に設定誤差があるとして、この設定誤差を推定
してもよい。すなわち、高精度な基準の設定が容易でな
く、光軸調整の精度への影響が大きいずれの要因を必要
最小限だけ、任意に選び推定するようにすればよい。こ
れにより推定の演算が簡易になり、効率的に精度が向上
できる。
In addition, in the above embodiment, the setting error of the installation angle of the mirror and beam splitter was estimated.
Assuming that there is a setting error in the installation positions of the mirror, beam splitter, lens, and detector, this setting error may be estimated. In other words, it is not easy to set a highly accurate standard, and any factor that has a large influence on the accuracy of optical axis adjustment may be arbitrarily selected and estimated in the minimum necessary amount. This simplifies the calculation of estimation and improves accuracy efficiently.

また、上述の実施例においては、推定した設置角度の設
定誤差を用いて光軸の調整を行なっているが、推定した
設定誤差を基準値に加えたものを新たな基準値として、
再度推定の動作を行なうようにしてもよい。そうすれば
精度がさらに向上する。
In addition, in the above embodiment, the optical axis is adjusted using the estimated setting error of the installation angle, but the estimated setting error is added to the reference value as a new reference value.
The estimation operation may be performed again. This will further improve accuracy.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は上述のように、反射装置の配置角の変化と1各
検出装置によって検出した複数通りの透過レーザビーム
の位置とから、レーザビームの入射光の基準からのずれ
および反射装置の設置角の設定誤差を推定し、これによ
って光軸調整を行なうことができる。このように入射光
のずれのみならず、反射装置の設置角の設定誤差を推定
することができるので、これら反射装置の設置精度が不
十分な場合でも光軸調整を精度良く行なうことができる
等の効果を奏する。
As described above, the present invention detects the deviation of the incident light of the laser beam from the reference and the installation angle of the reflection device based on the change in the arrangement angle of the reflection device and the plurality of positions of the transmitted laser beam detected by each detection device. The setting error can be estimated and the optical axis can be adjusted based on this estimation. In this way, it is possible to estimate not only the deviation of the incident light but also the setting error of the installation angle of the reflection device, so even if the installation accuracy of the reflection device is insufficient, the optical axis can be adjusted with high precision. It has the effect of

ズ、 11・・・ディテクタ。Z, 11...Detector.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、レーザビームを反射させるとともに透過自在の複数
の反射装置と、この反射装置からの透過レーザビームの
位置を検出する複数の検出装置と、前記反射装置の設置
角を変更させるアクチュエータとを備え、前記レーザビ
ームの光軸を調整するレーザ光軸調整方法において、前
記反射装置の設置角を変化させて前記各検出装置によっ
て複数通りの透過レーザビームの位置を検出し、前記反
射装置の設置角の変化と前記各検出装置によって検出し
た透過レーザビームの位置とから、レーザビームの入射
光の基準からのずれおよび前記反射装置の設置角の設定
誤差を推定し、これらの推定値によりレーザビームの光
軸を調整することを特徴とするレーザ光軸調整方法。 2、レーザビームを反射させるとともに透過自在の複数
の反射装置と、この反射装置からの透過レーザビームの
位置を検出する複数の検出装置と、前記反射装置の設置
角を変更させるアクチュエータとを備え、前記レーザビ
ームの光軸を調整するレーザ光軸調整方法において、前
記反射装置の設置角を変化させて前記各検出装置によっ
て複数通りの透過レーザビームの位置を検出し、前記反
射装置の設置角の変化と前記各検出装置によって検出し
た透過レーザビームの位置とから、レーザビームの入射
光の基準からのずれおよび前記反射装置または検出装置
の設置位置の設定誤差を推定し、これらの推定値により
レーザビームの光軸を調整することを特徴とするレーザ
光軸調整方法。
[Claims] 1. A plurality of reflection devices that can reflect and freely transmit laser beams, a plurality of detection devices that detect the position of the transmitted laser beam from the reflection devices, and changing the installation angle of the reflection devices. and an actuator for adjusting the optical axis of the laser beam. Estimate the deviation of the incident light of the laser beam from the reference and the setting error of the installation angle of the reflection device from the change in the installation angle of the reflection device and the position of the transmitted laser beam detected by each of the detection devices, and estimate these. A laser optical axis adjustment method characterized by adjusting the optical axis of a laser beam according to a value. 2, comprising a plurality of reflection devices that can reflect and freely transmit laser beams, a plurality of detection devices that detect the position of the transmitted laser beam from the reflection devices, and an actuator that changes the installation angle of the reflection device, In the laser optical axis adjustment method of adjusting the optical axis of the laser beam, the installation angle of the reflection device is changed, and each of the detection devices detects a plurality of positions of the transmitted laser beam, and the installation angle of the reflection device is changed. Based on the change and the position of the transmitted laser beam detected by each of the detection devices, the deviation of the incident light of the laser beam from the standard and the setting error of the installation position of the reflection device or detection device are estimated. A laser optical axis adjustment method characterized by adjusting the optical axis of a beam.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002228908A (en) * 2001-02-05 2002-08-14 Dainippon Printing Co Ltd Apparatus and method for adjusting optical axis
JP2008096778A (en) * 2006-10-13 2008-04-24 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Two-photon laser microscope with automatic optical-axis adjusting function

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