JPH0562210A - レーザ光軸制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基準光軸に対する入射ビーム光軸の制御可能
な範囲を広げると共に、その光軸調整の作業を簡素化す
ることが可能なレーザ光軸制御装置を提供する。 【構成】 出射光路上に第１及び第２凸レンズ１，２を
順次配設し、第１凸レンズ１に入射するビームの位置を
検出する第１ビーム位置検出光学系４を設け、この検出
光学系により検出された信号をもとに第１凸レンズ１を
光軸方向に移動させそのレンズから出射するビームのビ
ーム光軸を基準光軸Ａに対して平行化させるビーム光軸
平行化制御手段８を設け、第２凸レンズ２の後方の光路
上に平行平板９を配設し、この平行平板９に入射する平
行化ビームＢの位置を検出する第２ビーム位置検出光学
系１２を設け、この検出光学系により検出された信号を
もとに平行平板９を回動させこれより出射するビームＣ
のビーム光軸を基準光軸Ａと一致させるように補正する
ビーム光軸補正制御手段１３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光軸制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ディスク原盤露光機で用いられ
るレーザ光軸制御装置の一例を図１４に基づいて説明す
る。図示しないレーザ光源から出射されたビームａは、
一対のレンズ１ａ，２ａを介して、第１偏光ビームスプ
リッタ３ａにより反射されて、コーナーキューブ４ａに
入射し、これにより順次反射された後出射して第２偏光
ビームスプリッタ５ａにより透過光と反射光とに分離さ
れる。その透過光は４分割受光素子６ａに導かれること
により、その検出信号をもとにコーナーキューブ４ａを
移動させてその光軸からのズレを補正する。このように
光軸補正された光すなわち第２偏光ビームスプリッタ５
ａにより反射された反射光は、その後、レーザ光軸制御
用のビームｂとして用いられる。なお、第１偏光ビーム
スプリッタ３ａと第２偏光ビームスプリッタ５ａとの間
には、光を遮断するための遮光板７ｂが配設されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この場合、一対のレン
ズ１ａ，２ａは固定されているため、これらのレンズ１
ａ，２ａに入射するビームａの一定値以上の角度変動
や、入射位置の変動等があった場合、上述したようなビ
ーム光軸の制御を行っても、レンズ２ａからの出射され
たビームを基準光軸７ａに対して完全に平行にすること
ができないという問題がある。また、微小な光軸角度の
変動を基準光軸７ａに対して平行にする場合でも、ビー
ムの入射位置をレンズ１ａ，２ａの基準光軸の中心に対
して、高精度に位置合わせをしなければならず、その光
軸調整の作業が非常に面倒である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光源か
ら出射された光路上に第１及び第２凸レンズを順次配設
し、前記第１凸レンズに入射するビームの位置を検出す
る第１ビーム位置検出光学系を設け、この第１ビーム位
置検出光学系により検出された信号をもとに前記第１凸
レンズを光軸方向に移動させその第１凸レンズから出射
するビームのビーム光軸を基準光軸に対して平行化させ
るビーム光軸平行化制御手段を設け、前記第２凸レンズ
の後方の光路上に平行平板を配設し、この平行平板に入
射する平行化ビームの位置を検出する第２ビーム位置検
出光学系を設け、この第２ビーム位置検出光学系により
検出された信号をもとに前記平行平板を回動させその平
行平板から出射するビームのビーム光軸を前記基準光軸
と一致させるように補正するビーム光軸補正制御手段を
設けた。

【０００５】

【作用】本発明においては、ビーム光軸平行化制御手段
により第１凸レンズを光軸方向に移動させることによ
り、第１凸レンズから出射するビームのビーム光軸を基
準光軸に対して平行化させた後、その平行化ビームを平
行平板に入射させ、この平行平板をビーム光軸補正制御
手段により回動させることにより、平行平板から出射す
るビームのビーム光軸を基準光軸とほぼ一致させること
が可能となり、これにより、基準光軸に対して入射ビー
ムを平行化する制御可能な範囲を一段と広げることが可
能となり、しかも、従来のような基準光軸に対するビー
ムの高精度な位置合わせ作業が不要となる。

【０００６】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図１３に基づいて
説明する。まず、本装置の全体構成を図１に基づいて述
べる。図示しないレーザ光源から出射された光路上には
第１凸レンズ１，第２凸レンズ２がビームスプリッタ３
を挾んで順次配設されている。ビームスプリッタ３によ
り反射された光路上には、前記第１凸レンズ１に入射す
るビームの位置を検出する第１ビーム位置検出光学系４
が設けられている。この第１ビーム位置検出光学系４
は、ビームスプリッタ５と、２つの光点位置検出素子
６，７とにより構成されている。ビームスプリッタ３
は、これに入射するビームの一部（１０％以下）をビー
ムスプリッタ５側に分岐させる働きがある。

【０００７】また、このような第１ビーム位置検出光学
系４には、図示しない信号演算部とレンズ駆動制御部と
からなるビーム光軸平行化制御手段としてのビーム光軸
平行化制御回路８が接続されている。この場合、ビーム
光軸平行化制御回路８は、前記第１ビーム位置検出光学
系４により検出された信号をもとに前記第１凸レンズ１
を光軸方向Ｘに移動させ、その第１凸レンズ１から出射
するビーム（平行化ビームＢ）のビーム光軸を基準光軸
Ａに対して平行化させる働きがある。

【０００８】さらに、前記第２凸レンズ２の後方の光路
上には平行平板９が配設され、この平行平板９の後方の
光路上にはビームスプリッタ１０が配設されている。こ
のビームスプリッタ１０により反射された光の光路上に
は、光点位置検出素子１１が設けられている。この場
合、前記ビームスプリッタ１０と前記光点位置検出素子
１１とは、前記平行平板９に入射する平行化ビームＢの
位置を検出する第２ビーム位置検出光学系１２を構成し
ている。この第２ビーム位置検出光学系１２には、図示
しない平行平板駆動制御回路を備えたビーム光軸補正制
御手段としてのビーム光軸補正制御回路１３が接続され
ている。このビーム光軸補正制御回路１３は、第２ビー
ム位置検出光学系１２により検出された信号をもとに前
記平行平板９を回動させ、その平行平板９から出射する
ビームＣのビーム光軸を前記基準光軸Ａと一致させるよ
うに補正する働きがある。前記平行平板９は、その中心
点Ｑを中心としてＹ軸又はＺ軸回りに回動するジンバル
機構になっている。

【０００９】このような構成において、図示しないレー
ザ光源から出射された光は第１凸レンズ１を通過してビ
ームスプリッタ３によりその一部の光が反射され、さら
に、ビームスプリッタ５により透過光と反射光とに分離
される。その透過光は光点位置検出素子６に検出され、
一方の反射光は光点位置検出素子７に検出される。これ
ら２つの検出素子により検出された信号はビーム光軸平
行化制御回路８に送られ演算処理されることにより、第
１凸レンズ１を光軸方向Ｘに移動させる。また、このよ
うに移動制御される第１凸レンズ１を通過した光は第２
凸レンズ２を通過して平行平板９に入射し、これを通過
した光はビームスプリッタ１０に分岐されその反射光は
光点位置検出素子１１に導かれる。この検出素子により
検出された信号はビーム光軸補正制御回路１３に送られ
ることにより、平行平板９をその中心点Ｑを中心として
Ｙ軸回り、Ｚ軸回りに回転させる。このような回転制御
される平行平板９を通過した光はビームスプリッタ１０
を透過することにより、光軸制御された光となって進ん
でいく。

【００１０】図１において、左側から入射するビーム１
４（矢印でその移動方向を示す）は、基準光軸Ａに対し
てある角度をもって入射した時の光路状態を示すもので
ある。その光路中のＰ点は、第２凸レンズ２の光軸中心
上の焦点位置であり、このＰ点と等価な位置に光点位置
検出素子６の中心が位置するように設置する。また、光
点位置検出素子７は、仕様最大の入射ビーム角度ずれ又
は位置ずれの場合に光軸中心上を通過する焦点よりも十
分に離して光軸中心上に光点位置検出素子７の中心が位
置するように設置する。

【００１１】図２〜図５において、図２は光点位置検出
部及び焦点位置が光点位置検出素子６の後方でかつ光点
位置検出素子７の前方にある場合の模式図を示すもので
あり、また、図３（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）、図
５（ａ）（ｂ）はその時の光点位置検出素子６，７の光
点位置の存在可能な領域の様子を示すものであり、さら
に、図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）はその時に検
出される信号の正、負の演算表を示すものである。

【００１２】そこで、図２〜図５に基づいて第１凸レン
ズ１の動作説明を行う。今、焦点が光点位置検出素子６
の後方にあり、図２（ａ）に示すようにＹ平面ではビー
ムａのような角度で入射しているものとする。この時、
図２（ｂ）に示すようにＺ平面ではビームｂ，ｃ，ｄの
ような３通りの光路が考えられる。まず、ビームａ，ｂ
の組合わせについて考える。この時、光点位置検出素子
７，６における光点の取り得る領域は図３（ａ）（ｂ）
のようになる。また、この時のＹ，Ｚ平面でのそれぞれ
の符号は図３（ｃ）のようになり、この場合、「光点位
置検出素子７の符号×光点位置検出素子６の符号」を演
算し、さらに、それらの和集合を求め全体の符号（−）
を決める。このようにして得られた演算結果の符号
（−）をもとにして第１凸レンズ１を変位させる方向
（Ｘ方向）を決めることができるため、ビーム光軸平行
化制御回路８により第１凸レンズ１を変位させる。ま
た、これと同様な方法により、ビームａ，ｃの組合わせ
については図４（ａ）〜（ｃ）を基にして第１凸レンズ
１の変位方向を決め、ビームａ，ｄの組合わせについて
は図５（ａ）〜（ｃ）を基にして第１凸レンズ１の変位
方向を決めることができる。

【００１３】また、図６〜図９は、ビームｅ，ｆ，ｇ，
ｈについて焦点が光点位置検出素子６の前方にある場合
の様子を示すものである。この場合にも、前述した図２
〜図５と同様な原理により第１凸レンズ１の変位方向を
決めることができ、ここでは演算結果の符号が＋となる
ように変位させる。

【００１４】これまで述べてきた図２〜図５又は図６〜
図９のように演算結果の符号が＋又は−となる方向へ第
１凸レンズ１を変位させ、最終的には図１０〜図１３に
示すようにビームｉ，ｊ，ｋ，ｌについて焦点が平面上
に位置するような状態、すなわち、演算結果の符号が０
となる光点位置検出素子６の中心に光点の中心が来るま
で第１凸レンズ１を変位させるように演算、制御を行
う。そして、このような図１０の状態になった時には、
主光軸はＰ点上にあるので、第２凸レンズ２を通過した
後の平行化ビームＢの光軸は基準光軸Ａと平行な状態と
なる。しかし、この時点では、平行化ビームＢの光軸位
置は基準光軸Ａとはズレているため、平行平板９を回転
させＹ，Ｚ軸方向に光路を変え一致させる。この場合、
その基準光軸Ａからのズレ量は光点位置検出素子１１に
より検出し、その検出量に基づいてビーム光軸補正制御
回路１３により演算を行い平行平板９を回動制御させる
ことによりビーム光軸を一致させる。このようにして平
行平板９を通過することにより基準光軸Ａと一致したビ
ームＣは、その後、ビームスプリッタ１０を透過するこ
とによりレーザ光軸制御用のビームとして用いることが
可能となる。なお、ビームスプリッタ１０と光点位置検
出素子１１とは、本装置より分離して制御対象となる装
置側に直接取り付けるようにしてもよい。

【００１５】上述したように、従来においては入射ビー
ムの角度や位置の「微少な変動」に対してしか基準光軸
Ａに対して平行にするということができなかったのに対
して、本実施例においてはその入射ビームを平行化する
制御可能な範囲を一段と広げることが可能となり、しか
も、その平行化された平行化ビームＢを簡単な構成で基
準光軸Ａに一致させることが可能となる。また、ビーム
スプリッタ１０と光点位置検出素子１１の部分を制御対
象となる装置側に取付けておけば、本装置の取付けの際
の面倒な調整作業が不要となる。さらに、ここでは、第
１凸レンズ１と第２凸レンズ２との間に第１ビーム位置
検出光学系４を配設し、入射ビームは途中折り曲げられ
ることなくほぼ一直線に通過するような構成となってい
るため、装置の小型化を図ることが可能となる。

【００１６】

【発明の効果】本発明は、レーザ光源から出射された光
路上に第１及び第２凸レンズを順次配設し、前記第１凸
レンズに入射するビームの位置を検出する第１ビーム位
置検出光学系を設け、この第１ビーム位置検出光学系に
より検出された信号をもとに前記第１凸レンズを光軸方
向に移動させその第１凸レンズから出射するビームのビ
ーム光軸を基準光軸に対して平行化させるビーム光軸平
行化制御手段を設け、前記第２凸レンズの後方の光路上
に平行平板を配設し、この平行平板に入射する平行化ビ
ームの位置を検出する第２ビーム位置検出光学系を設
け、この第２ビーム位置検出光学系により検出された信
号をもとに前記平行平板を回動させその平行平板から出
射するビームのビーム光軸を前記基準光軸と一致させる
ように補正するビーム光軸補正制御手段を設けたので、
基準光軸に対して入射ビームを平行化する制御可能な範
囲を一段と広げることが可能となり、また、従来のよう
な基準光軸に対するビームの高精度な位置合わせ作業が
不要となり、光軸調整作業を一段と簡単に行うことがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるレーザ光軸制御装置の
様子を示す構成図である。

【図２】（ａ）はＹ平面上における光点位置検出素子の
後方にビームａの焦点がある場合の様子を示す光路図、
（ｂ）はその時のＺ平面上でのビームｂ，ｃ，ｄの様子
を示す光路図である。

【図３】（ａ）及び（ｂ）はビームの入射する検出素子
面上の様子を示す正面図、（ｃ）は検出された信号の正
負の状態を示す状態図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）はビームの入射する検出素子
面上の様子を示す正面図、（ｃ）は検出された信号の正
負の状態を示す状態図である。

【図５】（ａ）及び（ｂ）はビームの入射する検出素子
面上の様子を示す正面図、（ｃ）は検出された信号の正
負の状態を示す状態図である。

【図６】（ａ）はＹ平面上における光点位置検出素子の
前方にビームｅの焦点がある場合の様子を示す光路図、
（ｂ）はその時のＺ平面上でのビームｆ，ｇ，ｈの様子
を示す光路図である。

【図７】（ａ）及び（ｂ）はビームの入射する検出素子
面上の様子を示す正面図、（ｃ）は検出された信号の正
負の状態を示す状態図である。

【図８】（ａ）及び（ｂ）はビームの入射する検出素子
面上の様子を示す正面図、（ｃ）は検出された信号の正
負の状態を示す状態図である。

【図９】（ａ）及び（ｂ）はビームの入射する検出素子
面上の様子を示す正面図、（ｃ）は検出された信号の正
負の状態を示す状態図である。

【図１０】（ａ）はＹ平面上における光点位置検出素子
の前方にビームｉの焦点がある場合の様子を示す光路
図、（ｂ）はその時のＺ平面上でのビームｊ，ｋ，ｌの
様子を示す光路図である。

【図１１】（ａ）及び（ｂ）はビームの入射する検出素
子面上の様子を示す正面図、（ｃ）は検出された信号の
正負の状態を示す状態図である。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）はビームの入射する検出素
子面上の様子を示す正面図、（ｃ）は検出された信号の
正負の状態を示す状態図である。

【図１３】（ａ）及び（ｂ）はビームの入射する検出素
子面上の様子を示す正面図、（ｃ）は検出された信号の
正負の状態を示す状態図である。

【図１４】従来におけるレーザ光軸制御装置の一例を示
す構成図である。

【符号の説明】

１ 第１凸レンズ ２ 第２凸レンズ ４ 第１ビーム位置検出光学系 ８ ビーム光軸平行化制御手段 ９ 平行平板 １２ 第２ビーム位置検出光学系 １３ ビーム光軸補正制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源から出射された光路上に順次
   配設された第１及び第２凸レンズと、前記第１凸レンズ
   に入射するビームの位置を検出する第１ビーム位置検出
   光学系と、この第１ビーム位置検出光学系により検出さ
   れた信号をもとに前記第１凸レンズを光軸方向に移動さ
   せその第１凸レンズから出射するビームのビーム光軸を
   基準光軸に対して平行化させるビーム光軸平行化制御手
   段と、前記第２凸レンズの後方の光路上に配設された平
   行平板と、この平行平板に入射する平行化ビームの位置
   を検出する第２ビーム位置検出光学系と、この第２ビー
   ム位置検出光学系により検出された信号をもとに前記平
   行平板を回動させその平行平板から出射するビームのビ
   ーム光軸を前記基準光軸と一致させるように補正するビ
   ーム光軸補正制御手段とよりなることを特徴とするレー
   ザ光軸制御装置。