JPH04282414A - レーザビームの位置および角度制御装置 - Google Patents
レーザビームの位置および角度制御装置Info
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- JPH04282414A JPH04282414A JP4528391A JP4528391A JPH04282414A JP H04282414 A JPH04282414 A JP H04282414A JP 4528391 A JP4528391 A JP 4528391A JP 4528391 A JP4528391 A JP 4528391A JP H04282414 A JPH04282414 A JP H04282414A
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
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- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームを移動物
体の位置計測用基準として用いた測定装置などに適用さ
れるレーザビームの位置および角度制御装置に関するも
のである。
体の位置計測用基準として用いた測定装置などに適用さ
れるレーザビームの位置および角度制御装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、レーザビームを用いた測定装置
では、レーザ自体の発熱による熱変形に起因してレーザ
ビームの位置が不安定になる傾向にある。この対策とし
て、レーザから出射されたレーザビームの進行方向を補
正することが行なわれている。これに関する従来のレー
ザビームの位置および角度制御装置として図４に示すも
のが知られている。
では、レーザ自体の発熱による熱変形に起因してレーザ
ビームの位置が不安定になる傾向にある。この対策とし
て、レーザから出射されたレーザビームの進行方向を補
正することが行なわれている。これに関する従来のレー
ザビームの位置および角度制御装置として図４に示すも
のが知られている。
【０００３】図４において、１はレーザビームＬを出射
するレーザ、２はレーザビームＬを所定方向へ反射する
平面ミラー、３，４はレーザビーム偏向角度調整用のピ
エゾアクチュエータであり、上記平面ミラー２とでビー
ム角度調整器Ｍ１を構成している。５は上記反射ミラー
２で反射されたレーザビームＬを反射する平面ミラー、
６，７はレーザビーム位置調整用のピエゾアクチュエー
タであり、上記平面ミラー５とでビーム位置調整器Ｍ２
を構成している。８，９はビームスプリッタである。１
０，１１はそれぞれビームスプリッタ１０に対応した凸
レンズおよび４分割受光素子であり、両者１０，１１に
よりレーザビームＬの偏向角度を検出する角度センサ１
２を構成している。１３はビームスプリッタ９に対応し
た４分割受光素子であり、ビーム位置偏差量を検出する
位置センサを構成している。１４は角度センサ１２の出
力に応じて角度調整器Ｍ１を制御するコントローラ、１
５は位置センサ１３の出力に応じてビーム位置調整器Ｍ
２を制御するコントローラである。
するレーザ、２はレーザビームＬを所定方向へ反射する
平面ミラー、３，４はレーザビーム偏向角度調整用のピ
エゾアクチュエータであり、上記平面ミラー２とでビー
ム角度調整器Ｍ１を構成している。５は上記反射ミラー
２で反射されたレーザビームＬを反射する平面ミラー、
６，７はレーザビーム位置調整用のピエゾアクチュエー
タであり、上記平面ミラー５とでビーム位置調整器Ｍ２
を構成している。８，９はビームスプリッタである。１
０，１１はそれぞれビームスプリッタ１０に対応した凸
レンズおよび４分割受光素子であり、両者１０，１１に
よりレーザビームＬの偏向角度を検出する角度センサ１
２を構成している。１３はビームスプリッタ９に対応し
た４分割受光素子であり、ビーム位置偏差量を検出する
位置センサを構成している。１４は角度センサ１２の出
力に応じて角度調整器Ｍ１を制御するコントローラ、１
５は位置センサ１３の出力に応じてビーム位置調整器Ｍ
２を制御するコントローラである。
【０００４】つぎに、上記従来構成の動作について説明
する。レーザ１から出射されたレーザビームＬは、平面
ミラー２および５に反射した後、ビームスプリッタ８お
よび９によって分割され、ビーム位置がモニタされる。 レーザビームＬの偏向角は凸レンズ１０と４分割受光素
子１１とからなる角度センサ１２で検出される。その検
出信号をコントローラ１４で処理し、そのフィードバッ
ク量をピエゾアクチュエータ３，４に送り、平面ミラー
２の姿勢を制御することにより、レーザビームＬの偏向
角度を零にしている。
する。レーザ１から出射されたレーザビームＬは、平面
ミラー２および５に反射した後、ビームスプリッタ８お
よび９によって分割され、ビーム位置がモニタされる。 レーザビームＬの偏向角は凸レンズ１０と４分割受光素
子１１とからなる角度センサ１２で検出される。その検
出信号をコントローラ１４で処理し、そのフィードバッ
ク量をピエゾアクチュエータ３，４に送り、平面ミラー
２の姿勢を制御することにより、レーザビームＬの偏向
角度を零にしている。
【０００５】同様にして、位置センサ１３で検出した信
号をコントローラ１５で処理し、そのフィードバック量
をピエゾアクチュエータ６および７に送り、平面ミラー
５の姿勢を制御することにより、レーザビームＬの位置
偏差量を零にしている。
号をコントローラ１５で処理し、そのフィードバック量
をピエゾアクチュエータ６および７に送り、平面ミラー
５の姿勢を制御することにより、レーザビームＬの位置
偏差量を零にしている。
【０００６】上記平面ミラー２，５に対して、それぞれ
２組のアクチュエータ３，４および６，７を用いている
のは、レーザビーム方向に対し直角な面内で２次元的な
制御を行なうためである。すなわち、この制御系では、
図６に示す位置偏差量（ｘ，ｙ）および偏向角度（θｘ
，θｙ）の４つの量を外乱入力とする目標値制御を行な
うことにより、出力側へ安定なレーザビームを供給して
いる。
２組のアクチュエータ３，４および６，７を用いている
のは、レーザビーム方向に対し直角な面内で２次元的な
制御を行なうためである。すなわち、この制御系では、
図６に示す位置偏差量（ｘ，ｙ）および偏向角度（θｘ
，θｙ）の４つの量を外乱入力とする目標値制御を行な
うことにより、出力側へ安定なレーザビームを供給して
いる。
【０００７】上記制御系を図５に示す。この場合、レー
ザビームＬの位置保持を目的とした定値制御であるので
、設定値は、図４におけるレーザビーム出射位置Ｑの座
標値（Ｑを原点にとれば、これは（０，０）となる）お
よび方向余弦（０，０，１）である。ここに、外乱（△
ｘ，△ｙ，△θｘ，△θｙ）が加わるが、角度および位
置調整器Ｍ１およびＭ２を経ることによって安定したビ
ーム出力が得られることになる。
ザビームＬの位置保持を目的とした定値制御であるので
、設定値は、図４におけるレーザビーム出射位置Ｑの座
標値（Ｑを原点にとれば、これは（０，０）となる）お
よび方向余弦（０，０，１）である。ここに、外乱（△
ｘ，△ｙ，△θｘ，△θｙ）が加わるが、角度および位
置調整器Ｍ１およびＭ２を経ることによって安定したビ
ーム出力が得られることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のものは、上記の
ように構成されており、角度センサ１２および位置セン
サ１３がビーム角度調整器Ｍ１の平面ミラー２とビーム
位置調整器Ｍ２の平面ミラー５の影響を受けた出力を検
出することになるので、ビーム位置調整器Ｍ２のフィー
ドバックループはマイナーループとなってしまう。この
ようなマイナーループを持つ制御系は、制御特性の解折
や制御系の設計に特別な配慮が必要となる。
ように構成されており、角度センサ１２および位置セン
サ１３がビーム角度調整器Ｍ１の平面ミラー２とビーム
位置調整器Ｍ２の平面ミラー５の影響を受けた出力を検
出することになるので、ビーム位置調整器Ｍ２のフィー
ドバックループはマイナーループとなってしまう。この
ようなマイナーループを持つ制御系は、制御特性の解折
や制御系の設計に特別な配慮が必要となる。
【０００９】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
、安定したレーザビームが得られるうえ、制御系の簡略
化を図れ、解析等を行ないやすいレーザビームの位置お
よび角度制御装置を提供することを目的とする。
、安定したレーザビームが得られるうえ、制御系の簡略
化を図れ、解析等を行ないやすいレーザビームの位置お
よび角度制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、レーザからのレーザビームを所定方向へ反
射させる平面ミラーを有し、該平面ミラーの法線方向を
調整可能なビーム角度調整器と、上記ビーム角度調整器
の平面ミラーで反射されたレーザビームを所定方向へ出
射する互いに平行な２枚の平面ミラーを有し、該平面ミ
ラーの法線方向を調整可能なビーム角度調整器と、コリ
メーティングレンズと４分割受光素子とを有し、レーザ
ビーム角度を検出する角度センサと、４分割受光素子で
構成されてレーザビームの位置を検出する位置センサと
、レーザビームの角度と位置を別々に制御するコントロ
ーラとを備えたものである。
に本発明は、レーザからのレーザビームを所定方向へ反
射させる平面ミラーを有し、該平面ミラーの法線方向を
調整可能なビーム角度調整器と、上記ビーム角度調整器
の平面ミラーで反射されたレーザビームを所定方向へ出
射する互いに平行な２枚の平面ミラーを有し、該平面ミ
ラーの法線方向を調整可能なビーム角度調整器と、コリ
メーティングレンズと４分割受光素子とを有し、レーザ
ビーム角度を検出する角度センサと、４分割受光素子で
構成されてレーザビームの位置を検出する位置センサと
、レーザビームの角度と位置を別々に制御するコントロ
ーラとを備えたものである。
【００１１】
【作用】上記構成の本発明によれば、ビーム角度調整器
とビーム位置調整器とにより、レーザビームの位置およ
び角度のずれを是正でき、しかも、上記ビーム位置調整
器に互いに平行な２枚の平面ミラーを設けたことによっ
て、ビーム位置調整器の動きがビーム角度の調整に影響
を与えず、レーザビームの位置および角度の制御系が独
立ループとなり、解析等が容易となる。
とビーム位置調整器とにより、レーザビームの位置およ
び角度のずれを是正でき、しかも、上記ビーム位置調整
器に互いに平行な２枚の平面ミラーを設けたことによっ
て、ビーム位置調整器の動きがビーム角度の調整に影響
を与えず、レーザビームの位置および角度の制御系が独
立ループとなり、解析等が容易となる。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面にもとづい
て説明する。図１は本発明の一実施例によるレーザビー
ムの位置および角度制御装置を示す構成図であり、従来
のものと同一の部所には、同一の符号を付して、それら
の説明を省略する。
て説明する。図１は本発明の一実施例によるレーザビー
ムの位置および角度制御装置を示す構成図であり、従来
のものと同一の部所には、同一の符号を付して、それら
の説明を省略する。
【００１３】図１において、２１，２２は互いに平行に
配置されて、平面ミラー２からのレーザビームを反射さ
せるビームスプリッタ８側へ出力する２枚の平面ミラー
であり、互いに相対位置が変わらないように架台２３に
堅固に固定されている。２４，２５は架台２３に対する
アクチュエータであり、上記平面ミラー２１，２２等と
共にビーム位置調整器ＰＭを構成している。
配置されて、平面ミラー２からのレーザビームを反射さ
せるビームスプリッタ８側へ出力する２枚の平面ミラー
であり、互いに相対位置が変わらないように架台２３に
堅固に固定されている。２４，２５は架台２３に対する
アクチュエータであり、上記平面ミラー２１，２２等と
共にビーム位置調整器ＰＭを構成している。
【００１４】上記ビーム位置調整器ＰＭは、たとえば図
２に示すように弾性ヒンジ機構２６，２７を有し、一方
の弾性ヒンジ機構２６とアクチュエータ２４によって架
台２３に水平軸廻りの回転変位を与えてレーザビームＬ
の垂直方向の変位を補正し、また、弾性ヒンジ機構２７
とアクチュエータ２５によって架台２３に垂直軸廻りの
回転変位を与えてレーザビームＬの水平方向の変位を補
正するようになっている。
２に示すように弾性ヒンジ機構２６，２７を有し、一方
の弾性ヒンジ機構２６とアクチュエータ２４によって架
台２３に水平軸廻りの回転変位を与えてレーザビームＬ
の垂直方向の変位を補正し、また、弾性ヒンジ機構２７
とアクチュエータ２５によって架台２３に垂直軸廻りの
回転変位を与えてレーザビームＬの水平方向の変位を補
正するようになっている。
【００１５】２８はコリメーティングレンズで、その焦
平面および焦点はそれぞれ４分割受光素子１１の受光面
および受光中心点に一致しており、両者１１，２８によ
り、角度センサ１４を構成している。なお、一方のコン
トローラ１４は上記角度センサ１２で検出した角度ずれ
量θｘ，θｙを信号処理して制御量を決定する制御回路
（図示せず）と、制御信号を増幅してビーム角度調整器
Ｍを駆動する駆動回路（図示せず）を含んでいる。また
、他方のコントローラ１５は上記位置センサ１３で検出
した位置ずれ量ｘ，ｙを信号処理して制御量を決定する
制御回路（図示せず）と、その制御信号を増幅してビー
ム位置調整器ＰＭを駆動する駆動回路（図示せず）を含
んでいる。
平面および焦点はそれぞれ４分割受光素子１１の受光面
および受光中心点に一致しており、両者１１，２８によ
り、角度センサ１４を構成している。なお、一方のコン
トローラ１４は上記角度センサ１２で検出した角度ずれ
量θｘ，θｙを信号処理して制御量を決定する制御回路
（図示せず）と、制御信号を増幅してビーム角度調整器
Ｍを駆動する駆動回路（図示せず）を含んでいる。また
、他方のコントローラ１５は上記位置センサ１３で検出
した位置ずれ量ｘ，ｙを信号処理して制御量を決定する
制御回路（図示せず）と、その制御信号を増幅してビー
ム位置調整器ＰＭを駆動する駆動回路（図示せず）を含
んでいる。
【００１６】つぎに、上記構成の動作について説明する
。レーザ１から出射されたレーザビームＬは平面ミラー
２で反射し、平行な２枚の平面ミラー２１，２２および
ビームスプリッタ８，９を経て出力される。この時、レ
ーザビームＬの偏位角度θｘ，θｙ（図６）がビーム角
度センサ１２で検出され、レーザビームＬの位置ずれｘ
，ｙが位置センサ１３で検出される点については、従来
と同様である。
。レーザ１から出射されたレーザビームＬは平面ミラー
２で反射し、平行な２枚の平面ミラー２１，２２および
ビームスプリッタ８，９を経て出力される。この時、レ
ーザビームＬの偏位角度θｘ，θｙ（図６）がビーム角
度センサ１２で検出され、レーザビームＬの位置ずれｘ
，ｙが位置センサ１３で検出される点については、従来
と同様である。
【００１７】ここで、注意しなければならないのは、位
置センサ１３で検出する位置ずれｘ，ｙには、ビーム角
度偏向とビーム平行偏差からの両者の成分が含まれてお
り、これを分離することはできず、この量を零にするよ
うにビーム位置調整器ＰＭを動かすことになる。ところ
が、ビーム位置調整器ＰＭの動きはレーザビームＬの角
度偏向には影響を与えず、結果的にビーム位置調整器Ｐ
Ｍはビーム角度調整器Ｍによってビーム角度偏向成分が
取り去られた後のビーム平行偏差成分のみを零にするよ
うに動き、２つの制御系が分離できたことになる。
置センサ１３で検出する位置ずれｘ，ｙには、ビーム角
度偏向とビーム平行偏差からの両者の成分が含まれてお
り、これを分離することはできず、この量を零にするよ
うにビーム位置調整器ＰＭを動かすことになる。ところ
が、ビーム位置調整器ＰＭの動きはレーザビームＬの角
度偏向には影響を与えず、結果的にビーム位置調整器Ｐ
Ｍはビーム角度調整器Ｍによってビーム角度偏向成分が
取り去られた後のビーム平行偏差成分のみを零にするよ
うに動き、２つの制御系が分離できたことになる。
【００１８】この制御系は図３のようになる。この制御
系において、ビーム位置および角度の外乱△ｘ，△ｙ，
△θｘ，△θｙが入力され、まずビーム角度調整器Ｍと
角度センサ１４のフィードバックループで角度外乱△θ
ｘ，△θｙ（図４）が制御され、次に、ビーム位置調整
器ＰＭと位置センサ１５のフィードバックループで位置
外乱△ｘ，△ｙが制御される。このようにして、両フィ
ードバックループを分離することができる結果、制御系
の解析等を容易におこなえる。
系において、ビーム位置および角度の外乱△ｘ，△ｙ，
△θｘ，△θｙが入力され、まずビーム角度調整器Ｍと
角度センサ１４のフィードバックループで角度外乱△θ
ｘ，△θｙ（図４）が制御され、次に、ビーム位置調整
器ＰＭと位置センサ１５のフィードバックループで位置
外乱△ｘ，△ｙが制御される。このようにして、両フィ
ードバックループを分離することができる結果、制御系
の解析等を容易におこなえる。
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザビ
ームの偏位角度や偏位位置をビーム角度調整器およびビ
ーム位置調整器によって是正してレーザビームの安定化
させることができるうえ、ビーム位置調整器に互いに平
行な２つの平面鏡を付設したことによって、レーザビー
ムの位置制御と角度制御とを互いに分離することが可能
となり、制御系の簡略化を図れ、解析や設計の容易化に
貢献できる効果を奏する。
ームの偏位角度や偏位位置をビーム角度調整器およびビ
ーム位置調整器によって是正してレーザビームの安定化
させることができるうえ、ビーム位置調整器に互いに平
行な２つの平面鏡を付設したことによって、レーザビー
ムの位置制御と角度制御とを互いに分離することが可能
となり、制御系の簡略化を図れ、解析や設計の容易化に
貢献できる効果を奏する。
【図１】本発明の一実施例に係るレーザビームの姿勢お
よび角度制御装置を示す構成図である。
よび角度制御装置を示す構成図である。
【図２】ビーム位置調整器を示す斜視図である。
【図３】本発明のレーザビームの姿勢および角度制御装
置の制御系を示すブロック図である。
置の制御系を示すブロック図である。
【図４】従来のレーザビームの姿勢および角度制御装置
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図５】従来のレーザビームの姿勢および角度制御装置
の制御系を示すブロック図である。
の制御系を示すブロック図である。
【図６】レーザビームのずれ量を示す概念図である。
１ レーザ
２，２１，２２ 平面ミラー
１２ 角度センサ
１３ 位置センサ
１４，１５ コントローラ
Ｌ レーザビーム
Ｍ ビーム角度調整器
ＰＭ ビーム位置調整器
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザからのレーザビームを所定方向
へ反射させる平面ミラーを有し、該平面ミラーの法線方
向を調整可能なビーム角度調整器と、このビーム角度調
整器の平面ミラーで反射されたレーザビームを所定方向
へ出射する互いに平行な２枚の平面ミラーを有し、該平
面ミラーの法線方向を調整可能なビーム角度調整器と、
コリメーティングレンズと４分割受光素子とを有し、レ
ーザビーム角度を検出する角度センサと、４分割受光素
子で構成されてレーザビームの位置を検出する位置セン
サと、レーザビームの角度と位置を別々に制御するコン
トローラとを備えたことを特徴とするレーザビームの位
置および角度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4528391A JPH04282414A (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | レーザビームの位置および角度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4528391A JPH04282414A (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | レーザビームの位置および角度制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04282414A true JPH04282414A (ja) | 1992-10-07 |
Family
ID=12714984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4528391A Pending JPH04282414A (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | レーザビームの位置および角度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04282414A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009524109A (ja) * | 2006-01-20 | 2009-06-25 | ブーカム テクノロジー ピーエルシー | 光のビームステアリングおよびサンプリング装置ならびに方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55142307A (en) * | 1979-04-24 | 1980-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical axis position correcting device |
| JPS57161606A (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-05 | Agency Of Ind Science & Technol | Inline homogram displacement gauge |
| JPS60200219A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-10-09 | カール・ツアイス‐スチフツング | 偏向光学系を介して導かれるレーザ光線の変位を補償する装置 |
-
1991
- 1991-03-12 JP JP4528391A patent/JPH04282414A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55142307A (en) * | 1979-04-24 | 1980-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical axis position correcting device |
| JPS57161606A (en) * | 1981-03-31 | 1982-10-05 | Agency Of Ind Science & Technol | Inline homogram displacement gauge |
| JPS60200219A (ja) * | 1984-02-24 | 1985-10-09 | カール・ツアイス‐スチフツング | 偏向光学系を介して導かれるレーザ光線の変位を補償する装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009524109A (ja) * | 2006-01-20 | 2009-06-25 | ブーカム テクノロジー ピーエルシー | 光のビームステアリングおよびサンプリング装置ならびに方法 |
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