JPH04351282A - レーザ光軸調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【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。

【０００２】

【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、
一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。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。

【０００３】以下、図４を参照して従来提案されている
光軸の自動装置、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ｌ１を反射させ
て光ｌ２　とする。また、このミラー１のミラーホール
ダ（図示せず）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。アクチュエータ２，３は、図示し
ないエンコーダ付モータ、減速機・送りねじスライドヘ
ッドから構成される。また、ミラー１で反射した光軸ｌ
２　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のミラーホ
ールダ（図示せず）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
ｌ３　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を透過したレーザ光が照射されるディテクタ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射ｌ４　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ｌ５　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。

【０００４】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ｌ４０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。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らフィード
バックし、アクチュエータ２，３のサーボモータの回転
角に相当するエンコーダのパルス数を演算して、サーボ
モータ（図示せず）を回転させることで、ミラー１を回
転させ、光軸ｌ３　がディテクタ８の所定の位置に当た
り、すなわち光軸ｌ２　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１１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１１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ｌ４　を目標光軸ｌ４０に一致させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、光軸ｌ１　
は必ずしもミラー１の中央に当たるわけではないので、
ミラー１の回転に伴って光軸の角度が変わるだけではな
く、反射する位置に応じて平行ずれも生じる。したがっ
て、反射光の光軸ｌ２　をビームスプリッタ４の中央に
当てるためのミラー１の正確な目標回転をディテクタ８
の出力だけから知ることは原理的に不可能である。また
、ディテクタ８の非線形性やドリフト等により、検出さ
れる光軸の位置に誤差があったり、さらに、ディテクタ
８、ミラー１、レンズ７等の設置においても基準とする
位置と実際の位置との間に誤差が含まれていると、ミラ
ー１の回転角を精度良く演算することが困難になる。さ
らに、アクチュエータ２，３の減速機や送りねじに存在
するバックラッシュ等により、位置決めそのものにも誤
差が生じたりする。回転角度の精度が低下すると、ミラ
ーの回転にオーバーシュートや持続的な振動が発生し、
光軸調整の精度が低下してレーザ装置の信頼性が低下す
る恐れがある。さらに、レーザ光のパワーや光軸の位置
が時間とともに頻繁に変動したりする場合にも、ミラー
が過敏に追従して、持続的な振動が発生する恐れがある
。もちろん、同様のことは、下流のビームスプリッタ４
を回転させる時にも問題になる。

【０００６】本発明は上述のような問題点に鑑みてなさ
れたもので、レーザ光軸調整方法において、ミラーおよ
びビームスプリッタ等の光学部品の正確な目標回転角度
の演算が不可能であったり、その演算に誤差があったり
、ディテクタの誤差やアクチュエータの位置決め誤差が
あったり、レーザ光が頻繁に変動したりする場合におい
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。 ［発明の構成］

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明は、回動自在に支持され、入射されたレー
ザ光を反射または一部透過させる反射装置から、反射ま
たは透過したレーザ光軸の位置を検出するレーザ光軸検
出工程と、

【０００８】このレーザ光軸検出工程で検出されたレー
ザ光軸位置からレーザ光軸目標位置までの途中の位置に
移動するのに必要である、反射装置の設置角を調整する
アクチュエ−タの駆動量を演算する駆動量演算工程と前
記の一連の工程を繰り返し、段階的にレーザ光軸目標位
置へ、レーザ光軸位置を漸近させることを特徴とするも
のである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、レーザ光軸調整方法において
、反射装置の正確な設置角度の演算が不可能であったり
、反射装置等の光学部品の設置誤差や、レーザ光軸位置
の検出誤差、アクチュエータの位置決め誤差があったり
、レーザ光が頻繁に変動したりする場合においても、反
射装置の設置角度を常に少なめに調整するので、オーバ
ーシュートや持続的な振動の発生を防止でき、光軸の調
整および制御を精度良く行なうことができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。

【００１１】図１は本発明における一実施例の光軸調整
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ｌ１　を反射させて光軸ｌ２　とする
。また、このミラー１のミラーホールダ（図示せず）に
は、ミラー１の表面中央の垂直軸ｎｍｖまわりに回転さ
せるジンバ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ｎｍｈ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。アクチ
ュエータ２，３は図示しないエンコーダ付モータ、減速
機、送りねじ、スライドヘッドから構成される。また、
ミラー１で反射した光軸ｌ２　を反射かつ一部を透過す
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のホールダ（図示ぜず）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ｎｂｓｈ　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
ｎｂｓｎ　まわりに回動させるジンジル機構のアクチュ
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ｌ３　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を透過したレーザ光が
照射されるディテクタ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
された後述演算制御装置に入力され、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ｌ４　を反射かつ一部を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ｌ５　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次元的な位置を検出するものであ
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に接続された後述演算制御装置に入力され、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。

【００１２】初期調整の時にはレーザ装置のレーザ光が
所望の状態になり、かつ、光軸ｌ２がビームスプリッタ
４のジンバル軸ｎｂｓｈ　，ｎｂｓｖ　の交点に当たる
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の位置や角度を設
定し、この時の、ディテクタ８、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のそれぞれの位置を後述
する制御装置の中に基準とする目標位置として記憶して
おく。

【００１３】ここで、前記の制御装置の構成について説
明する。図２は、本実施例の制御装置の構成を示すブロ
ック図であり、２ａ，３ａはそれぞれミラー１を回転さ
せるアクチュエータ２，３を構成するエンコーダ付サー
ボモータ、１ａはミラー１のミラーホールダのジンバル
機構、２０は光軸の位置を演算する光軸位置演算手段、
２１は光軸位置からサーボーモータ２ａ，３ａの目標回
転角度を演算するモータ目標回転角度演算手段、２２は
上記の目標回転角の入力に基づいてサーボモータ２ａ，
３ａを制御するモータ回転角度制御手段である。

【００１４】以上のように構成された光軸位置調整装置
において、入射光軸が変化した場合の作用について説明
する。まず、ディテクタ８の出力から光軸の位置を光軸
位置演算手段２０により演算し、前記の目標位置と光軸
位置とのずれを演算する。次に、ミラー１とディテクタ
８との距離、ミラーホールダのジンバル機構回転軸とア
クチュエータの作用点との距離、レンズ７による影響等
の設置状態に基づいて、このずれを修正するためのアク
チュエータ２，３の目標駆動量をモータ目標回転角演算
手段２１により演算する。ただし、入射光軸がミラー１
の中央（ジンバル軸の交点）に当たっていない時には前
述のように回転角を正確に知ることはできないので、中
央に当たっていると仮定して演算する。モータ目標回転
角演算手段２１において、この演算された目標駆動量を
少なくして、新たな目標駆動量とする。この値に基づい
て、モータ回転角制御手段２２によりアクチュエータ２
，３を制御し、ミラー１を回転させる。次に、下流のデ
ィテクタ１１の出力に基づいてビームスプリッタ９を同
様に少なめに回転させる。これらの一連の動作を繰り返
すことにより、光軸を目標位置に漸近させて調整する。

【００１５】ここで、上記のように光軸を目標位置に漸
近させるようすを図３を用いて説明する。本図は横軸が
時間、縦軸が光軸の位置であり、アクチュエータの位置
決めの制御周期ごとに、常に光軸を少なめに移動してい
るようすを示している。本図においては、目標位置まで
の約５０％の位置に移動させるようにしている。これに
より、前記のようないろいろな誤差があっても光軸の位
置を滑らかに目標位置に漸近させることができる。

【００１６】１回の駆動で目標位置にミラーを移動する
場合では、演算された目標駆動量に誤差が含まれていた
り、駆動系に起因する誤差を防止することができない。 しかし本実施例においては、目標駆動量を常に少なくし
て、目標位置へ光軸を移動するのに複数回駆動すること
で、目標の光軸位置に漸近的に移動するようにモータの
回転角を制御している。そのため目標移動量の正確な演
算ができない場合や、ディテクタの誤差やアクチュエー
タの位置決め誤差がある場合、さらにレーザ光が頻繁に
変動したりする場合においても、振動的にならないよう
に光軸を調整できる効果がある。

【００１７】以上の実施例では、光軸を目標位置に漸近
させる説明においては、目標位置までの約５０％の位置
に移動させるようにしていたが、この場合は適宜に決定
すれば良く、常に一定の値でなくても良い。たとえば、
移動量が大きいときには、大きな割合とし、移動量が小
さいときには小さな割合としても良い。これにより、大
きなずれが生じたときにも、速く光軸を漸近させること
ができるとともに、レーザ光の細かい変動に対しては、
ミラーの回転の応答を遅くして過敏な応答による振動的
な動作を防止できる。

【００１８】また、以上の実施例においては、ビームス
プリッタの一部の透過光により、光軸の位置を検出する
ディテクタを使用したが、ビームスプリッタの反射光を
用いる構成にしたり、光路の途中に設置した状態で光軸
の位置を検出できるタイプのディテクタを使用しても同
じ効果が得られる。

【００１９】

【発明の効果】本発明のレーザ光軸調整方法によれば、
ミラーおよびビームスプリッタ等の光学部品の正確な設
置角度の演算が不可能であったり、その演算に誤差があ
ったり、レーザ光軸位置の検出値やアクチュエータの位
置決めに誤差があったり、レーザ光が頻繁に変動したり
する場合においても、レーザ光軸の調整および制御を精
度良く行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ光軸調整方法を実施する装
置の一例の概略図である。

【図２】図１の装置を制御する制御装置の概略のブロッ
ク図である。

【図３】光軸を基準位置に漸近させるようすを説明する
図である。

【図４】従来のレーザ光軸調整方法を実施する装置の概
略図である。

【符号の説明】

１…ミラー、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　２…アクチュエータ、３…アクチュエータ、
　　　　　　　　　　　　　　　　４…ビームスプリッ
タ、５…アクチュエータ、　　　　　　　　　　６…ア
クチュエータ、７…レンズ、　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　８…ディテクタ、９…ビーム
スプリッタ、　　　　　　　　　　　　　　１０…レン
ズ、１１…ディテクタ、　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２０…光軸位置演算手段、２１…モータ目
標回転角演算手段、　　　　　　２２…モータ回転角制
御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回動自在に支持され、入射されたレー
   ザ光を反射または一部透過させる反射装置から、反射ま
   たは透過したレーザ光軸の位置を検出するレーザ光軸検
   出工程と、このレーザ光軸検出工程で検出されたレーザ
   光軸位置からレーザ光軸目標位置までの途中の位置に移
   動するのに必要である、反射装置の設置角を調整するア
   クチュエ−タの駆動量を演算する駆動量演算工程と前記
   の一連の工程を繰り返し、段階的にレーザ光軸目標位置
   へ、レーザ光軸位置を漸近させることを特徴とするレー
   ザ光軸調整方法。