JP3773414B2 - 光学部品の光軸検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光学機器を構成する光学部品の光軸検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、レーザ光を利用したレーザ光学機器として、例えば、レーザ加工装置やレーザ測定装置等が採用されている。この種のレーザ光学機器では、レーザ光を所定の照射位置に導くために、レンズ系や反射鏡等の多種類の光学部品が組み込まれている。さらに、反射鏡は、平面鏡、放物面鏡および楕円面鏡等の種々の形態を有している。
【0003】
従って、レーザ光学機器を組み立てる際には、各種光学部品のレイアウト調整や焦点測定等のアライメント調整を精度よく行うことが望まれている。高品質なレーザ加工作業や高精度なレーザ測定作業を確実に実施するためである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、上記のアライメント調整作業では、光学部品に基準光を照射して前記光学部品からの反射光を検出し、検出された反射光軸に基づいて該光学部品の位置および角度調整が行われている。
【0005】
ところが、光学部品を精度よくアライメント調整するためには、機械軸に一致した唯一の正確な反射光軸を検出する必要がある。しかしながら、このような反射光軸を正確に検出することは相当に困難であり、光学部品を高精度にアライメント調整することができないという問題が指摘されている。
【0006】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、反射光軸を高精度に検出することができ、光学部品のアライメント調整を効率的かつ精度よく行うことが可能な光学部品の光軸検出方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学部品の光軸検出方法では、まず、基準レーザ光を光軸検出ユニットに照射してこの基準レーザ光の第1の光軸位置(光点位置)が検出された後、前記光軸検出ユニットを光路上から離脱させて前記基準レーザ光を光学部品に照射する。その際、光学部品からの反射光がこの反射光の光路上に配置された光軸検出ユニットに導入されることにより、該基準レーザ光の第2の光軸位置が検出される。そして、第1の光軸位置と第2の光軸位置とが一致するように、光学部品の位置調整が行われる。従って、基準レーザ光が光学部品で反射した反射光の光軸位置を高精度に実測することができ、前記光学部品からの反射光の絶対位置を容易に検出することが可能になる。
【0010】
その際、光軸検出ユニットの光軸(光軸)測定面を基準レーザ光の光軸に交差する軸回りに回転させる。ここで、光軸測定面と回転軸とが一致しないと、検出される光軸が光軸検出ユニットの回転によって移動する。このため、基準レーザ光の光軸位置が変動しないように、光軸測定面を光軸方向に位置調整させることにより、前記基準レーザ光の光軸測定面位置が検出されることになる。
【0011】
さらにまた、本発明では、基準レーザ光が光学部品で反射してその反射光が光軸検出ユニットに導入され、前記基準レーザ光の第1の光軸位置が検出される。次いで、光軸検出ユニットが基準レーザ光の光軸方向に所定距離だけ移動された後、前記基準レーザ光が光学部品に照射され、その反射光が前記光軸検出ユニットに導入されて該基準レーザ光の第2の光軸位置が検出される。そして、第1および第2の光軸位置が一致するように、光学部品の位置調整が行われることにより、光軸の芯出し調整が容易に遂行される。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に使用される光学部品の光軸検出装置を構成する基準光ユニット10の斜視図であり、図2は、前記基準光ユニット10の側面図である。
【0013】
基準光ユニット10は、種々の光学部品の測定等に使用される基準レーザ光Lを照射する機能を有しており、He−Neレーザ等のレーザ発振器12が組み込まれるレーザ光ユニット14と、前記レーザ光ユニット14を支持筒16に対して光軸回りに回転させる回転機構18と、前記レーザ光ユニット14から導出される前記基準レーザ光Lの光軸を前記基準光ユニット10の回転中心に一致させるための光中心調整機構20とを備える。
【0014】
基準光ユニット10は、測定ベース22上に固定されるユニットベース24を備え、このユニットベース24に左右スライド機構26および上下スライド機構28を介して支持筒16が装着される。左右スライド機構26は、ユニットベース24上に光軸方向(矢印A方向)に直交する矢印B方向に延在して設けられるガイドレール30を有するとともに、このガイドレール30に矢印B方向に進退自在なスライドベース32が配置される。ユニットベース24上に水平方向に向かって第1マイクロメータ34が固定され、この第1マイクロメータ34のロッド36がスライドベース32に固定される。
【0015】
スライドベース32上にコラム38が設けられ、このコラム38の内面側には、上下スライド機構28を構成する一対のガイドレール40が鉛直方向に向かって固定される。支持筒16の両側部には、ガイドレール40に係合して昇降自在な一対のガイド部42が設けられるとともに、コラム38の一端側上部には鉛直下方向に向かって第2マイクロメータ44が装着される。第2マイクロメータ44から下方に突出するロッド46が支持筒16に固定される。
【0016】
支持筒16内には、回転機構18を構成する一対のベアリング48を介して回転筒体50が回転自在に支持されており、この回転筒体50内にレーザ発振器12が収容される。レーザ発振器12の両端に保持部材52が装着され、この保持部材52の小径部54が回転筒体50内に挿入される。
【0017】
光中心調整機構20は、回転筒体50の両端縁部に等角度間隔ずつ離間してねじ込まれるそれぞれ3つの調整ねじ56を備え、前記調整ねじ56の先端が保持部材52の小径部54に当接することにより、レーザ発振器12の光軸が傾動調整される。
【0018】
図2に示すように、レーザ光ユニット14の先端側には、基準レーザ光Lのビーム径を拡大させるためのビーム径拡大手段66が着脱自在に設けられる。このビーム径拡大手段66は、例えば、直径0.8mm程度の基準レーザ光Lを直径25mmの平行光(コリメート光)に変換するものであり、多種類のピンホールアセンブリとフォーカシングレンズとを組み合わせたフィルタユニット68と、ビームエキスパンダ用レンズセットを含むレンズユニット69とを備えている。
【0019】
図3は、光軸検出装置を構成し基準光ユニット10の光軸を調整するための光軸ユニット70の斜視図であり、図4は、前記光軸ユニット70の側面図である。
【0020】
光軸ユニット70は、測定ベース22に固定されるユニットベース72を備え、このユニットベース72上に第1および第2ピンホール板74、76が所定間隔離間して装着される。第1ピンホール板74は、ユニットベース72上に固定された第1支持板78に支持されており、この第1ピンホール板74の中央部には、所定の直径を有する第1細孔80が形成されている。
【0021】
第1ピンホール板74には、第1細孔80を光軸(矢印A方向)に交差する左右方向(矢印B方向)および上下方向(矢印C方向)に位置調整するための第1細孔位置調整機構82が設けられる。第1細孔位置調整機構82は、水平方向に配置されて第1ピンホール板74を左右方向に進退させるための第1調整ねじ84と、鉛直方向に配置されて前記第1ピンホール板74を上下方向に位置調整するための第2調整ねじ86とを備える。
【0022】
第2ピンホール板76は、第1ピンホール板74と同様に第2支持板88上に支持されるとともに、この第2ピンホール板76の中央部には、所定の直径を有する第2細孔90が形成されている。第2ピンホール板76には、第2細孔位置調整機構92が設けられている。この第2細孔位置調整機構92は前記第1細孔位置調整機構82と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0023】
第1および第2ピンホール板74、76は、基準レーザ光Lのように直径が0.8mm程度の、所謂、ポイント光を調整するために用いられるものであり、例えば、直径が25mm程度のコリメート光であるコリメート基準レーザ光L0を調整するためには、図5に示す第1および第2ピンホール板94a、94bが、前記第1および第2ピンホール板74、76と交換して使用される。この第1および第2ピンホール板94a、94bは、中心に細孔96a、96bを設けるとともに、この細孔96a、96bを中心にして所定の直径を有する円周上にそれぞれ4つの細孔98a、98bを設けている。
【0024】
図6は、光軸検出装置を構成し基準光ユニット10から照射される基準レーザ光Lの光軸位置、具体的には光軸位置を検出するための光軸(光点)検出ユニット100の斜視説明図であり、図7は、前記光軸検出ユニット100の側面説明図である。
【0025】
光軸検出ユニット100は、測定ベース22上に固定されるユニットベース102を備え、このユニットベース102上には、第1スライドベース104が進退機構105を介して光軸方向(矢印A方向)に進退自在に配置される。第1スライドベース104の側方には、進退機構105を構成しユニットベース102に支持された第1スライドつまみ106の端部が固定されており、この第1スライドつまみ106を回転させることによって前記第1スライドベース104が矢印A方向に進退可能である。
【0026】
第1スライドベース104上には、回転機構108を構成する回転ベース110が設けられ、この回転ベース110は、回転つまみ112を操作することによって基準レーザ光Lの光軸に交差するZ軸(鉛直軸)回りに回転自在である。回転ベース110上には、第2スライドベース114が矢印A方向に進退自在に配置される。第2スライドベース114には、第2スライドつまみ116の端部が連結され、この第2スライドつまみ116が回転されることによって矢印A方向に微小距離だけ進退自在である。
【0027】
第2スライドベース114上に光軸位置検出センサ118が装着され、この光軸位置検出センサ118には、モニタ122が接続されている(図8参照)。モニタ122には、後述するように、光軸位置検出センサ118の光軸(光点)測定面120に導入される基準レーザ光Lの位置が可視像として表示される。
【0028】
次に、このように構成される光軸検出装置の動作について、本発明の第1の実施形態に係る光軸検出方法との関連で以下に説明する。
【0029】
まず、基準光ユニット10から導出される基準レーザ光Lの光軸が前記基準光ユニット10の回転中心に一致するように、前記基準レーザ光Lの光軸調整作業が遂行される。次いで、光軸が設定された基準レーザ光Lを使用して、光軸ユニット70および光軸検出ユニット100の光軸合わせ作業が行われる。
【0030】
具体的には、図9に示すように、基準光ユニット10の光軸上には、所定の位置に対応して光軸検出ユニット100が配置される。そこで、基準光ユニット10から基準レーザ光Lが導出されると、この基準レーザ光Lが光軸検出ユニット100を構成する光点測定面120に照射される。この状態で、回転機構108を構成する回転ベース110を揺動させるとともに、第2スライドつまみ116の作用下に第2スライドベース114を光軸方向に進退させる。
【0031】
そして、図8に示すように、モニタ122上の光軸位置Pが移動しない位置に第2スライドベース114を停止させる。これにより、光点測定面120と回転機構108の回転軸とが一致し、前記光点測定面120の位置が検出されることになる。
【0032】
一方、光軸ユニット70の光軸合わせ作業は、図10に示すように、基準光ユニット10と光軸検出ユニット100との間に第1ピンホール板74が配置される。そして、基準光ユニット10から基準レーザ光Lが導出され、この基準レーザ光Lが第1ピンホール板74に形成された第1細孔80を通って光軸検出ユニット100の光点測定面120に照射される。この光軸検出ユニット100では、第1細孔80を通過した基準レーザ光Lの強度をモニタしており、この強度が最大になるように、第1細孔位置調整機構82が操作される。
【0033】
具体的には、第1および第2調整ねじ84、86が操作されることにより、第1ピンホール板74が上下および左右方向に位置調整され、第1細孔80を通過する光の強度が最大となる位置で、前記第1細孔80が光軸と一致することになる。
【0034】
同様にして、基準光ユニット10と光軸検出ユニット100との間に第2ピンホール板76が配置され、この第2ピンホール板76に形成されている第2細孔90を光軸と一致させる作業が行われる。これにより、光軸ユニット70の光軸調整が遂行されることになる。
【0035】
図11は、本発明の第1の実施形態に係る光軸検出方法が適応される位置調整ユニット140の斜視説明図であり、図12は、前記位置調整ユニット140の側面図である。
【0036】
この位置調整ユニット140は、光学部品である反射鏡(非平面反射鏡を含む)142を一体的にレーザ加工装置やレーザ測定装置等に実装されるとともに、予め前記反射鏡142の位置および角度を調整する機能を有している。
【0037】
位置調整ユニット140は、測定ベース22上に載置されるユニットベース144を備え、このユニットベース144上に支持ブロック146が設けられる。支持ブロック146上には、第1つまみ148を介して水平方向に角度調整可能な第1傾斜部材150が設けられる。第1傾斜部材150には、第2つまみ152を介して鉛直方向に傾動自在な第2傾斜部材154が支持され、この第2傾斜部材154に反射鏡142が装着されている。
【0038】
そこで、図13に示すように、基準光ユニット10の光軸S1上に反射鏡142を組み込んだ位置調整ユニット140が配置されるとともに、この反射鏡142による反射光Laの光軸S2上に光軸ユニット70が配置されている。そして、基準光ユニット10から基準レーザ光Lが導出されると、この基準レーザ光Lは、光軸S1に沿って反射鏡142に照射される。この反射鏡142が所定の位置に正確に位置決めされていると、前記反射鏡142からの反射光Laは、光軸S2上に配置されている光軸ユニット70の第1および第2ピンホール板74、76に形成された第1および第2細孔80、90を透過して測定部位130に照射される。
【0039】
その際、光軸ユニット70では、第1および第2ピンホール板74、76が光軸S2に沿って所定の間隔で離間しており、反射鏡142からの反射光Laがこの光軸S2に一致する場合にのみ、前記反射光Laが第1および第2細孔80、90を透過して測定部位130に照射される。従って、反射鏡142が、図13中、二点鎖線で示すように、所望の位置からずれている際には、第1ピンホール板74および/または第2ピンホール板76に阻止されて反射光Laが測定部位130に照射されることはない。
【0040】
次に、位置調整ユニット140を構成する第1および第2つまみ148、152が選択的に操作され、第1および第2傾斜部材150、154を介して反射鏡142の位置調整が行われる。そして、反射鏡142で反射された反射光Laが、第1および第2ピンホール板74、76を透過して測定部位130に照射される位置で、前記反射鏡142の位置合わせが高精度かつ確実になされることになる。
【0041】
特に、第1の実施形態では、基準光ユニット10から導出される基準レーザ光Lの光芯が機械的軸芯に一致するように高精度に調整されるとともに、光軸S2上で所定の間隔だけ離間して配置される第1および第2ピンホール板74、76を備えている。これにより、反射鏡142の光軸合わせが、簡単な構成で高精度かつ効率的に遂行されるという効果が得られる。
【0042】
なお、第1の実施形態では、反射光Laの光軸上に測定部位130を配置してこの測定部位130に照射される前記反射光Laを目視により検出しているが、この目視による検査作業を一層容易かつ正確に行うために、反射鏡とレチクルとを組み込んだ測定構造を採用することができる。
【0043】
次いで、基準光ユニット10と光軸検出ユニット100とを用いて、反射鏡142の光芯位置を調整する本発明の第2の実施形態に係る光軸検出方法について、以下に説明する。
【0044】
図14に示すように、光軸S1上には、基準光ユニット10と反射鏡142との間に位置して光軸検出ユニット100が一旦配置される(二点鎖線参照)。そこで、基準光ユニット10から基準レーザ光Lが導出されると、この基準レーザ光Lが光軸検出ユニット100を構成する光点測定面120に照射される。このため、図15に示すように、光軸位置検出センサ118に電気的に接続されているモニタ122には、基準レーザ光Lの第1の光軸位置P1が表示される。
【0045】
次に、光軸検出ユニット100が光軸S1上から離脱されるとともに、この光軸検出ユニット100、あるいは、別の光軸検出ユニット100が反射鏡142による反射光Laの光軸S2上に配置される。この状態で、基準光ユニット10から基準レーザ光Lが照射されると、この基準レーザ光Lが反射鏡142で反射し、その反射光Laが光軸S2上に配置されている光軸検出ユニット100に導入される。この光軸検出ユニット100では、光点測定面120に反射光Laが導入されることにより、モニタ122上に第2の光軸位置P2が表示される(図15参照)。
【0046】
そして、光軸S1上で予め検出された第1の光軸位置P1と、反射鏡142からの反射光Laの第2の光軸位置P2とが一致するように、前記反射鏡142の位置調整が行われる。これにより、第2の実施形態では、基準光ユニット10と光軸検出ユニット100とを用いるだけでよく、簡単な構成および工程で、反射鏡142の光軸位置P1、P2を光軸S1、S2に対して高精度かつ容易に一致させることが可能になるという利点がある。
【0047】
次いで、基準光ユニット10、光軸ユニット70および光軸検出ユニット100を用いて行われる本発明の第3の実施形態に係る光軸検出方法について、図16を参照して説明する。この第3の実施形態では、反射鏡142として放物面鏡や楕円面鏡等の非平面反射鏡の位置調整作業にも有効に用いられる。
【0048】
反射鏡142からの反射光Laの光軸S2上に光軸ユニット70が配置されるとともに、この光軸ユニット70の出口側に光軸検出ユニット100が配置される。この第3の実施形態では、基準光ユニット10から導出される基準レーザ光Lが反射鏡142で反射し、その反射光Laが光軸ユニット70を構成する第1および第2ピンホール板74、76を透過して光軸検出ユニット100の光点測定面120に照射されるように、前記反射鏡142の位置および角度調整が行われる。
【0049】
図17は、基準光ユニット10と光軸検出ユニット100とを用いて反射鏡142の調整を行う第4の実施形態に係る光軸検出方法の説明図である。
【0050】
この第4の実施形態では、まず、光軸検出ユニット100が光軸S2上で反射鏡142に近接する第1の位置(図17中、二点鎖線参照)に配置され、基準光ユニット10が駆動されて基準レーザ光Lが照射される。この基準レーザ光Lは、反射鏡142で反射され、その反射光Laが第1の位置に配置されている光軸検出ユニット100の光点測定面120に照射される。このため、反射光Laの第1の光軸位置が検出される。
【0051】
次いで、光軸検出ユニット100が光軸S2上で反射鏡142から離間する第2の位置に配置される(図17中、実線参照)。この状態で、基準光ユニット10から導出される基準レーザ光Lが反射鏡142で反射され、その反射光Laが光軸検出ユニット100を構成する光点測定面120に照射され、前記反射光Laの第2の光軸位置P2が検出される。そして、予め得られている第1の位置での反射光Laの第1の光軸位置P1と、第2の位置での前記反射光Laの第2の光軸位置P2とが一致するように、反射鏡142の位置が調整される。
【0052】
上記のように、第1乃至第4の実施形態では、光軸が設定された基準レーザ光Lを導出する基準光ユニット10を用意し、光軸ユニット70と光軸検出ユニット100とを選択的に、あるいは組み合わせて用いることにより、反射鏡142を含む種々の光学部品の光軸調整が、高精度かつ効率的に遂行される。これにより、構成が簡素化するとともに、極めて汎用性に優れるという効果が得られる他、各種光学部品のアライメント調整が精度よく遂行され、高品質なレーザ加工作業やレーザ測定作業等が遂行されるという利点が得られる。
【0053】
【発明の効果】
本発明に係る光学部品の光軸検出方法では、光軸が設定された基準レーザ光を光学部品に照射し、前記光学部品からの反射光を光軸検出ユニットに照射することにより、各種光学部品の光軸調整作業が高精度に遂行可能になる。
【0054】
しかも、光学部品の反射光軸を高精度に検出することができ、簡単な工程および構造で、各種光学部品の光軸検出および調整作業が高精度かつ効率的に遂行される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る光軸検出装置を構成する基準光ユニットの斜視図である。
【図2】前記基準光ユニットの側面図である。
【図3】前記光軸検出装置を構成する光軸ユニットの斜視説明図である。
【図4】前記光軸ユニットの側面説明図である。
【図5】ピンホール板が装着された光軸ユニットの斜視図である。
【図6】前記光軸検出装置を構成する光軸検出ユニットの斜視説明図である。
【図7】前記光軸検出ユニットの側面説明図である。
【図8】前記光軸検出ユニットを構成するモニタの表示画面の説明図である。
【図9】前記光軸検出ユニットの調整作業を説明する平面図である。
【図10】前記光軸ユニットの調整を行う際の側面説明図である。
【図11】位置調整ユニットの斜視説明図である。
【図12】前記位置調整ユニットの側面図である。
【図13】本発明の第1の実施形態に係る光軸検出方法の説明図である。
【図14】本発明の第2の実施形態に係る光軸検出方法の説明図である。
【図15】図14に示す検出方法を説明するモニタの表示画面の正面図である。
【図16】本発明の第3の実施形態に係る光軸検出方法の説明図である。
【図17】本発明の第4の実施形態に係る光軸検出方法の説明図である。
【符号の説明】
10…基準光ユニット 12…レーザ発振器
14…レーザ光ユニット 16…支持筒
18…回転機構 20…光中心調整機構
22…測定ベース 24…ユニットベース
26…左右スライド機構 28…上下スライド機構
50…回転筒体 56…調整ねじ
66…ビーム径拡大手段 70…光軸ユニット
72…ユニットベース
74、76、94a、94b…ピンホール板
80、90、96a、96b、98a、98b…細孔
82、92…細孔位置調整機構
100…光軸検出ユニット 102…ユニットベース
105…進退機構 118…光軸位置検出センサ
120…光点測定面 122…モニタ
130…測定部位 140…位置調整ユニット
142…反射鏡 L…基準レーザ光
La…反射光
Claims (3)
- レーザ光学機器を構成する光学部品の光軸検出方法であって、
光軸が設定された基準レーザ光を導出する基準光ユニットと、光学部品との間に光軸検出ユニットを配置し、前記基準レーザ光を前記光軸検出ユニットに照射して前記基準レーザ光の第1の光軸位置を検出する工程と、
前記光軸検出ユニットを光路上から離脱させた後、前記基準レーザ光を前記光学部品に照射して前記光学部品からの反射光を該反射光の光路上に配置された光軸検出ユニットに導入し、前記基準レーザ光の第2の光軸位置を検出する工程と、
前記第1の光軸位置と前記第2の光軸位置とが一致するように、前記光学部品の位置調整を行う工程と、
を有することを特徴とする光学部品の光軸検出方法。 - 請求項1記載の光軸検出方法において、前記光軸検出ユニットの光軸測定面を前記基準レーザ光の光軸に交差する軸回りに回転させ、前記光軸測定面に照射される前記基準レーザ光の光軸位置が変動しない位置に該光軸検出ユニットを位置決めする工程を有することを特徴とする光学部品の光軸検出方法。
- レーザ光学機器を構成する光学部品の光軸検出方法であって、
光軸検出ユニットの光軸測定面を光軸が設定された基準レーザ光の光軸に交差する軸回りに回転させ、前記光軸測定面に照射される前記基準レーザ光の光軸位置が変動しない位置に前記光軸検出ユニットを位置決めする工程と、
前記基準レーザ光を前記光学部品に照射して前記光学部品からの反射光を前記光軸検出ユニットに導入し、前記基準レーザ光の第1の光軸位置を検出する工程と、
前記光軸検出ユニットを前記基準レーザ光の光軸方向に移動させた後、該基準レーザ光を前記光学部品に照射して前記光学部品からの反射光を前記光軸検出ユニットに導入し、前記基準レーザ光の第2の光軸位置を検出する工程と、
前記第1の光軸位置と前記第2の光軸位置とが一致するように、前記光学部品の位置調整を行う工程と、
を有することを特徴とする光学部品の光軸検出方法。
Priority Applications (6)
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