JPH05228672A - 自動アライメント調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】レーザ光の光軸位置を補正して高精度な光軸制
御を実現する自動アライメント調整装置を提供すること
を目的としている。 【構成】光源から被照射対象物に照射した光の光軸ずれ
を検出して光軸補正を行うものにおいて、光源からの光
を複数の反射部材で反射させて偏向させる偏向手段１０
と、偏向手段１０で偏向した光の輪郭中心、光軸角度、
光軸位置を検出する光軸情報検出手段２０と、光軸情報
検出手段２０で検出した光軸位置から光軸平行ずれを補
正するための光軸位置制御信号を生成する光軸位置補正
手段６２と、光軸角度から角度補正を行なうための光軸
角度制御信号を生成る光軸角度補正手段６５と、輪郭中
心から平行ずれ補正を行なうための光軸ずれ制御信号を
生成すると共に光軸位置情報を更新する輪郭中心補正手
段５６と、上記各種制御信号に基づいて偏向手段１０を
駆動制御する駆動制御手段４０とを具備してなるものと
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ増幅器、レーザ
加工器等におけるレーザ光の光軸を自動的に調整する自
動アライメント調整装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザ加工装置、レーザ測定装
置等では、精密加工、高精度測定を実現するためにレー
ザ光のアライメント調整が行われており、このようなア
ライメント調整を行なう装置として自動アライメント調
整装置がある。

【０００３】従来の自動アライメント調整装置は、光源
で発生したレーザ光を光軸偏向装置に入射させ、この入
射光を角度調整可能な複数のミラーで反射させて被加工
対象物等のターゲットへ導いている。その一方で、ター
ゲット側に反射されたレーザ光をビームスプリッタで分
離して光軸ずれ検出手段に取込んでいる。光軸ずれ検出
手段に取込まれたレーザ光は、図３に示すように、レン
ズ１を介してビームスプリッタ２に入射し、その透過光
成分が光軸角度検出部３の検出面に照射され、その反射
光成分は光軸位置検出部４の検出面に照射される。光軸
角度検出部３の検出面は一様な抵抗に設定された長方形
状をなすフォトダイオード３ａで形成されており、集光
レンズ１の焦点位置に設定されている。そして、フォト
ダイオード３ａの各辺から取出された４つの検出信号を
増幅器３ｂを介して制御演算装置へ出力する。また、光
軸位置検出部４の検出面は例えば４分割されたフォトダ
イオード４ａで形成されており、集光レンズ１の非焦点
位置に設置されている。そして、フォトダイオード４ａ
の各分割領域からの検出信号を増幅器４ｂを介して制御
演算装置へ出力する。制御演算装置では、入力した検出
信号からレーザ光の光軸の角度ずれおよび平行ずれを算
出し、この算出結果に基づいて偏向装置のミラーの角度
を調整する。

【０００４】ところで、上記自動アライメント調整装置
では、図４（ａ）に示すように、多分割光検出器４ａで
検出したレーザ光のビームスポットＰの光強度中心が、
予め設定されている光軸位置と一致するように制御し
て、光軸の平行ずれを補正している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザ光がビ
ーム増幅器内の側壁からの反射波の影響を受けたり、ビ
ーム増幅器内の反射ミラーに損傷等がある場合には、光
の強度分布に偏りが生じてしまい、実際の光軸位置と測
定される光の強度中心とがずれてしまう。例えば、図４
（ｂ）に示す斜線部のような強度分布の場合には、光の
強度中心Ｍに基づいて光軸位置の平行ずれを補正する
と、図４（ｃ）に示す状態に補正され、実際の光軸Ｎは
予め設定されている光軸位置からずれた位置になるよう
に補正される。

【０００６】したがって、従来の自動アライメント調整
装置は、レーザ光の強度分布に偏りがあると、高精度な
アライメント調整を行なうことができないという問題が
あった。

【０００７】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、光の強度分布に影響されることなく、高精度なアラ
イメント調整を行なうことのできる自動アライメント調
整装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、光源から被照射対象物に照射した光の光軸
ずれを検出し、この検出した光軸ずれに基づいて光軸補
正を自動的に行なう自動アライメント調整装置におい
て、前記光源からの光を複数の反射部材で反射させて任
意の方向へ偏向させる偏向手段と、この偏向手段で反射
された光の輪郭中心、光軸角度、光軸位置を検出する光
軸情報検出手段と、この光軸情報検出手段で検出された
前記光軸位置と予め設定されている光軸位置との偏差に
基づいて光軸の平行ずれを補正するための光軸位置制御
信号を出力する光軸位置補正手段と、前記光軸情報検出
手段で検出された光軸角度と予め設定されている光軸角
度との偏差に基づいて光軸の角度補正を行なうための光
軸角度制御信号を出力する光軸角度補正手段と、前記光
軸情報検出手段で検出された光の輪郭中心と予め設定さ
れている輪郭中心との偏差に基づいて光軸の平行ずれ補
正を行なうための光軸ずれ制御信号を出力すると共に、
この補正結果から前記光軸位置補正手段の光軸位置の設
定値を更新する輪郭中心補正手段と、前記光軸位置補正
手段、光軸角度補正手段および輪郭中心補正手段から各
々出力される制御信号に基づいて前記偏向手段の反射部
材の角度を駆動制御する駆動制御手段とを備える構成と
した。

【０００９】

【作用】本発明は以上のような手段を講じたことによ
り、光軸情報検出手段で被照射対象物へ照射される光の
輪郭中心、光軸角度、光軸位置が検出される。光軸位置
補正手段では予め設定されている光軸位置と検出した光
軸位置との偏差が求められ、この偏差に基づいて生成さ
れた光軸位置制御信号が駆動制御手段に出力され、この
駆動制御手段が偏向手段の反射部材の角度を調節して、
光軸の平行ずれを補正する。同様に、光軸角度補正手段
では、予め設定されている光軸角度と検出した光軸角度
との偏差から生成した光軸角度制御信号を、駆動制御手
段に出力し反射部材を駆動制御して光軸角度のずれを補
正する。また、輪郭中心補正手段では、ビームの輪郭か
ら求めた輪郭中心と予め設定されている輪郭中心との偏
差から生成した光軸ずれ制御信号を駆動制御手段に出力
し、反射部材を駆動制御して光軸の平行ずれを補正す
る。輪郭中心による光軸位置補正がなされたならば、こ
の補正後の光軸位置が光軸位置補正手段の設定値として
更新される。そして、光軸情報検出手段ではこの更新さ
れた光軸位置を設定値として偏差の算出が行われる。し
たがって、ビームスポットの輪郭中心で光軸位置の補正
が行われ、光の強度分布の偏りに影響されない光軸位置
の補正がなされる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１および
図２を参照して説明する。

【００１１】図１は本実施例に係る自動アライメント調
整装置の構成を示す図である。この自動アライメント調
整装置は、発光源からのレーザ光Ｃを偏向装置１０の第
１のミラー１１および第２のミラー１２で反射させてタ
ーゲットへ導き、一方で、第２のミラー１２で反射した
レーザ光Ｃを、そのレーザ光Ｃの光軸上に設置した第１
のビームスプリッタ２１で分離してその反射光成分を光
軸ずれ検出手段２０に導いている。そして、光軸ずれ検
出手段２０で検出した光軸ずれ情報に基づいて、モータ
駆動制御装置４０から偏向装置１０へ送出される駆動制
御信号により、第１および第２のミラー１１，１２の反
射角を調整し光軸ずれを補正する構成となっている。

【００１２】ここで、偏向装置１０の第１および第２の
ミラー１１，１２には、Ｘ軸およびＹ軸方向の角度調整
を行なうミラー駆動モータ１Ｘ，１Ｙおよび２Ｘ，２Ｙ
が取付けられており、モータ駆動制御装置４０から送ら
れてくる駆動制御信号により駆動制御される。また、光
軸ずれ検出手段２０は、第１のビームスプリッタ２１の
反射光成分を集光レンズ２２を介して第２のビームスプ
リッタ２３に入射して分離し、その反射光成分をＣＣＤ
からなる輪郭中心検出部２４に入射し、透過光成分を第
３のビームスプリッタ２５でさらに分離して、反射光成
分を光軸位置検出部２６に入射し、透過光成分を光軸角
度検出部２７に入射している。輪郭中心位置検出部２４
は、ＣＣＤの結像面上に形成されたビームスポットを光
電変換し、ビームスポットの輪郭を示す検出信号をＣＣ
Ｄ信号処理部２８へ出力する。ＣＣＤ信号処理部２８
は、輪郭中心検出部２４から送られてくる検出信号を１
画面毎にＡ／Ｄ変換し、ビームスポットの輪郭中心情報
として記憶すると共に、所定のタイミングで演算制御部
３０へ出力する。また、光軸位置検出部２６は、集光レ
ンズ２２の非焦点位置に設置されており、ビームスポッ
トが形成される検出面が４分割されたフォトダイオード
で構成されている。そして、フォトダイオードの各分割
領域から、このフォトダイオード上に形成されたビーム
スポットの光軸の平行ずれに応じた検出信号が出力され
る。光軸角度検出部２７は、集光レンズ２２の焦点位置
に設置されており、ビームスポットの形成される検出面
が一様な抵抗に設定された長方形状をなすフォトダイオ
ードで構成されている。そして、このフォトダイオード
の各々対向する４辺から光軸の角度に応じた検出信号が
出力される。光軸位置検出部２６および光軸角度検出部
２７から出力される検出信号は、各々に対応して設けら
れた増幅器３１，３２で増幅され、さらにＡ／Ｄ変換器
３３でＡ／Ｄ変換された後、光軸位置情報および光軸角
度情報として制御演算部３０に送出される。

【００１３】演算制御部３０は、図２に示すように、Ｃ
ＣＤ信号処理部２８から送られてくる輪郭中心情報を比
較器５１に入力し、光軸位置検出部２６から送られてく
る光軸位置情報を比較器５２に入力し、さらに光軸角度
検出部２７から送られてくる光軸角度情報を比較器５３
にそれぞれ入力している。比較器５１は、送られてきた
輪郭中心情報と、最適輪郭中心位置設定器５４で設定さ
れた設定値とを比較し、その偏差をスイッチ５５を介し
て駆動量演算部５６へ送出すると共に、制御部５７へ制
御終了信号を送出する。比較器５２は、送られてくる光
軸位置情報と、最適光軸位置設定器５９で設定した設定
値とを比較し、その偏差をスイッチ６１を介して駆動量
演算部６２に出力すると共に、制御部５７に制御終了信
号を出力する。なお、スイッチ５５，６１の開閉は、制
御部５７から出力される光軸位置／輪郭中心制御切換え
信号により制御される。また、最適光軸位置設定器５９
の設定値の更新は、輪郭中心の偏差に基づいた光軸の平
行ずれ補正を行なった後に行われ、制御部５７から最適
光軸位置更新信号が出力され、かつ光軸位置／輪郭中心
制御切換え信号が出力されていない場合に、スイッチ６
３が閉じて光軸位置情報が新たに設定される。比較器５
３は、送られてくる光軸角度情報と、光軸設定器６４で
設定した設定値とを比較し、その偏差を駆動量演算部６
５へ出力すると共に、制御部５７へ制御終了信号を出力
する。各駆動量演算部５６，６２，６５では、それぞれ
に対応した比較器５１〜５３から出力された偏差から第
１および第２のミラー１１，１２の偏向量および偏向方
向を算出し、光軸制御切換部６６を介してモータ駆動制
御部４０へ光軸制御信号を出力する。光軸制御切換部６
６は、制御部５７から出力される光軸制御選択信号で各
駆動量演算部５６，６２，６５から出力される光軸制御
信号を選択して切換える。

【００１４】次に、以上のように構成された自動アライ
メント調整装置の具体的な作用について説明する。光源
から出力されたレーザ光Ｃは、第１のミラー１１で反射
し、さらに第２のミラー１２で反射して第１のビームス
プリッタ２１に入射する。第１のビームスプリッタ２１
に入射したレーザ光Ｃは、透過光成分と反射光成分とに
分離され、透過光成分は被照射対象物となるターゲット
に導かれ、反射光成分は集光レンズ２２を介して第２の
ビームスプリッタ２３に入射する。第２ビームスプリッ
タ２３に入射したレーザ光は、再び分離され、反射光成
分は多分割光検出部２４に入射してＣＣＤの検出面上に
ビームスポットを形成する。一方、透過光成分は第３の
ビームスプリッタ２５に入射して分離され、反射光成
分、光軸位置検出部２６に入射し、透過光成分は光軸角
度検出部２７に入射する。

【００１５】ここで、初期設定は、作業員がマニュアル
操作により最適光軸調整を行なう。そして、レーザ光に
光軸ずれが生じた場合は、光軸角度検出部２７で光軸ず
れを含んだ光軸角度が検出され、検出信号として出力さ
れる。この検出信号は増幅器３１で増幅され、Ａ／Ｄ変
換器３３でＡ／Ｄ変換されて光軸角度情報として制御演
算部３０に出力される。制御演算部３０では、比較器５
３において取込んだ光軸角度情報と予め設定されている
最適光軸角度とを比較し、測定した光軸角度と最適光軸
角度との偏差をＸ，Ｙ成分について求める。そして、第
２のミラー１２の偏向量と偏向方向を駆動量演算部６５
で算出する。この算出して得た偏向量と偏向方向を示す
光軸制御信号をモータ駆動制御部へ送出し、このモータ
駆動制御部４０でミラー駆動モータ２Ｘ，２Ｙを駆動し
て光軸の角度補正を行ない、最適光軸と平行にする。

【００１６】次に、光軸位置検出部２６で検出された光
軸位置は、検出信号に変換され、増幅器３１で増幅した
後Ａ／Ｄ変換器３３でデジタル信号に変換される。そし
て、光軸位置情報として演算制御部３０に入力し、比較
器５２において測定した光軸位置と予め設定されている
最適光軸位置との偏差（光軸平行ずれ）をＸ，Ｙ成分に
ついて求め、この求めた偏差から駆動量演算部６２で第
１のミラー１１と第２のミラー１２の偏向量および偏向
方向を算出する。なお、第１のミラー１１の偏向量と第
２のミラー１２の偏向量とは等しい。そして、この算出
した偏向量および偏向方向を示す光軸制御信号をモータ
駆動制御装置４０に送出し、このモータ駆動制御装置４
０により第１および第２のミラー１１，１２のミラー駆
動モータ１Ｘ，１Ｙ，２Ｘ，２Ｙを駆動して光軸平行ず
れの補正が行われる。

【００１７】また、多分割光検出部２４では、検出面上
に形成されたビームスポットの輪郭が検出され、この輪
郭検出信号がＣＣＤ信号処理部２８でＡ／Ｄ変換され
る。そして、ビームスポットの輪郭中心情報が演算制御
部３０の比較器５１に入力する。比較器５１で測定した
輪郭中心と予め設定されている最適輪郭中心との偏差を
求め、この求めた偏差から駆動量演算部５６で第１およ
び第２のミラー１１，１２の偏向量および偏向方向を算
出する。そして、この算出した偏向量および偏向方向を
示す光軸制御信号をモータ駆動制御装置４０へ出力し、
このモータ駆動制御装置４０によりミラー駆動モータ１
Ｘ，１Ｙ，２Ｘ，２Ｙを駆動して輪郭中心に基づいた光
軸の平行ずれ補正が行われる。この輪郭に基づいた補正
が終了したならば、直ちに制御部５７より最適光軸位置
更新信号を出力してスイッチ６３を閉じ、輪郭中心によ
り光軸補正のなされた光軸位置を比較器５２の設定値と
して登録する。

【００１８】なお、輪郭中心による光軸位置の補正は、
多量のデータを扱うため光軸位置検出部２６で検出され
る光軸位置情報を用いた補正時間に比べて長時間を要す
る。そこで、輪郭中心を用いた補正は、光軸角度および
光軸位置による補正よりも長い周期で行なうようにす
る。

【００１９】このように本実施例によれば、光軸位置検
出部２５で検出した光軸位置情報および光軸角度検出部
２７で検出した光軸角度情報に基づいて光軸ずれを検出
すると共に、多分割光検出部２４でビームスポットの輪
郭を検出し、この輪郭から輪郭中心を求め、輪郭中心の
ずれから光軸の平行ずれを検出するようにしたので、レ
ーザ光の強度分布に偏りがある場合でも、高精度な自動
アライメント調整が可能となる。また、光軸角度情報お
よび光軸位置情報による光軸補正を実行する制御ループ
よりも、輪郭中心情報に基づいて光軸補正を行なう制御
ループを長い周期で実行させるようにしたので、光軸補
正時間を従来のものと同等の速さに保つことができる。

【００２０】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、輪
郭中心に基づいて光軸位置を補正でき、高精度な光軸制
御を行なうことのできる自動アライメント調整装置を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図。

【図２】演算制御部の構成図。

【図３】光軸角度検出部および光軸位置検出部の構成
図。

【図４】ビームスポットの平面図。

【符号の説明】

１０…偏向装置、２０…光軸ずれ検出手段、３０…演算
制御部、４０…モータ駆動制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から被照射対象物に照射した光の光
   軸ずれを検出し、この検出した光軸ずれに基づいて光軸
   補正を自動的に行なう自動アライメント調整装置におい
   て、前記光源からの光を複数の反射部材で反射させて任
   意の方向へ偏向させる偏向手段と、この偏向手段で反射
   された光の輪郭中心、光軸角度、光軸位置を検出する光
   軸情報検出手段と、この光軸情報検出手段で検出された
   前記光軸位置と予め設定されている光軸位置との偏差に
   基づいて光軸の平行ずれを補正するための光軸位置制御
   信号を出力する光軸位置補正手段と、前記光軸情報検出
   手段で検出された光軸角度と予め設定されている光軸角
   度との偏差に基づいて光軸の角度補正を行なうための光
   軸角度制御信号を出力する光軸角度補正手段と、前記光
   軸情報検出手段で検出された光の輪郭中心と予め設定さ
   れている輪郭中心との偏差に基づいて光軸の平行ずれ補
   正を行なうための光軸ずれ制御信号を出力すると共に、
   この補正結果から前記光軸位置補正手段の光軸位置の設
   定値を更新する輪郭中心補正手段と、前記光軸位置補正
   手段、光軸角度補正手段および輪郭中心補正手段から各
   々出力される制御信号に基づいて前記偏向手段の反射部
   材の角度を駆動制御する駆動制御手段とを具備したこと
   を特徴とする自動アライメント調整装置。