JPH1114330A - 光軸状態検出方法および光軸状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望とする光路の中心軸Ｌ₀ に対するビーム
のずれ具合を検出する。 【解決手段】 直角な頂角を形成する第１、第２の面11
a,11b と、直角な頂角と対向する第３の面11c とを有す
る直角プリズムの、直角な頂角部分を、第３の面と平行
なかつ所定広さの第４の面11d となるように加工し、第
１のプリズム11とする。第１のプリズムと同様な構造の
第２のプリズム21を用意する。第１、第２のプリズム
を、中心軸Ｌ₀ を挟んで対称に配置する。ただし第１の
面11a,21a が、中心軸Ｌ₀ と直交する平面に対し平行に
なるように、然も、第１の面および第３の面がなす稜1
5,25 が中心軸Ｌ₀ の側に位置するようにする。第１の
プリズムの第２の面11b に第１、第２の受光手段Ｄ₁ 、
Ｄ₂ を設け、第２のプリズムの第２の面21b に第３、第
４の受光手段Ｄ₃ 、Ｄ₄ を設ける。Ｄ₁ 〜Ｄ₄ の出力で
ビームのずれ具合を把握する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光軸のずれ具合
を検出する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学系内にビームを所定通り伝播させる
ためには、この光学系での所望とする光路に対しビーム
の光路をある範囲内に調整する必要がある。そのため、
所望とする光路の中心軸にビームの中心軸を極力一致さ
せる調整、すなわち光軸調整が行なわれる。

【０００３】光軸調整を行なう際の従来の典型的な方法
として、ピンホールを形成した板を２枚用意し、かつ、
これら２枚の板のピンホールが所望とする光路の中心軸
上の別々の点に位置するように、これら２枚の板を配置
し、そして、これら配置した２枚の板のピンホールをビ
ームが通過するように、ビームの出射位置および方向を
調整する方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来方法の場合、光軸調整の精度を高めるためには、ピン
ホールを有した２枚の板の間隔をある程度広くする必要
がある。したがって、ピンホールを有した２枚の板を例
えば光学系に常時組み込むとした場合、光学系は大型に
なるという問題点がある。

【０００５】また、光軸調整を行なう場合、(a) 所望と
する光路の中心軸に対しビームの中心軸がどのようなず
れ成分（後に図２を用い説明する芯ずれとか、傾き）が
原因でずれているか、および、(b) 芯ずれや傾きがいず
れの方向に生じているかを（これら(a)、(b) を併せて、
説明の都合上「軸のずれ具合の程度」ともいう。）検出
できれば、光軸調整は容易になる。しかし、上記の従来
方法では、軸のずれ具合の程度を検出することは出来な
いという問題点がある。

【０００６】さらに、従来の方法ではピンホール周囲の
板部分によりビームがけられ易いため、元のビームに対
してビームの光量やビームの強度分布の変化が生じ易い
という問題点がある。

【０００７】従って、光学系を大型にすることなく、然
も、軸のずれ具合の程度を検出できる光軸状態検出方法
が望まれる。また、より好ましくは、ビームの光量や強
度分布への影響が従来より少ない状態で軸のずれ具合の
程度を検出できる方法が望まれる。

【０００８】また、このような光軸状態検出方法の実施
に好適な光軸状態検出装置が望まれる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

（１）．そこで、この出願の光軸状態検出方法の発明に
よれば、利用予定のビームの中心軸が、所望とする光路
の中心軸に対しどのような状態かを検出するに当たり、
先ず、直角な頂角を形成する第１および第２の面と、前
記直角な頂角と対向する第３の面とを有する直角プリズ
ムの、前記直角な頂角部分を、前記第３の面と平行なか
つ所定広さの第４の面となるように加工した構造に相当
する構造の第１のプリズムと、該第１のプリズムと同様
な構造の第２のプリズムとを用意する。

【００１０】次に、これら第１および第２のプリズム
を、前記光路の中心軸を挟んで対称に、然も、それぞれ
の前記第１の面が、前記光路の中心軸と直交する平面に
対し平行になるように、かつ、前記第１の面および第３
の面がなす稜が前記光路の中心軸の側に位置するよう
に、配置する。

【００１１】次に、このように配置した第１および第２
のプリズムの間隙を含む領域に前記ビームを前記第１の
面側から入射する。

【００１２】そして、このようにビームが入射された状
態の第１および第２のプリズムそれぞれの前記第２の面
それぞれの、前記第４の面に近接する部分と前記第３の
面に近接する部分とからの光出力をそれぞれ測定する。
そして、これら光出力の状態に基づいて前記ビームの中
心軸が前記光路の中心軸に対しどのような状態かを検出
する。

【００１３】なお、この光軸状態検出方法の発明および
後の装置発明において、直角な頂角とか、第３の面に平
行な第４の面とか、光路の中心軸と直交する等の記述で
の直角、平行、直交という意味は、それぞれ、この発明
の目的を達成出来る範囲で、ほぼ直角、ほぼ平行、ほぼ
直交を含む意味である。

【００１４】この光軸状態検出方法の発明によれば、所
定の第１および第２のプリズムを所定配置し、これに使
用予定のビームを入力する。そのため、詳細は図１〜図
５および表１を参照して後述するが、第１および第２の
プリズムそれぞれの第２の面それぞれの、第４の面に近
接する部分と前記第３の面に近接する部分、すなわち第
１および第２のプリズムでの合計４箇所の測定領域から
の光出力は、所望の光路の中心軸に対しビームの中心軸
がいかなる状態であるかに応じて、変化する。したがっ
て、この光出力の状態から、ビームの中心軸が所望の光
路の中心軸に対し、いかなる状態であるかを把握するこ
とができる。

【００１５】然も、第１および第２のプリズムは、所望
とする光路に直交する方向に配置する。そのため、少な
くとも光路に沿う方向での光学系の寸法は、ピンホール
を有した２枚の板を用いる従来方法に比べ、小さくでき
る。

【００１６】さらに、この光軸状態検出方法の発明によ
れば、第１および第２のプリズムが、前記光路の中心軸
と直交する方向に沿って接近および遠ざかるように移動
させることも可能である。すると、すなわち、第１およ
び第２のプリズムを、ビームの光量や強度分布に影響し
ない位置で、ビームに接しさせたり、光軸状態の検出が
済んだ後に第１および第２のプリズムをビームに触れな
いように遠ざけることも可能である。そのため、ビーム
の光量や強度分布への影響が従来より少ない状態で軸の
ずれ具合の程度を検出できる。

【００１７】なお、光軸状態検出方法の発明を実施する
に当たり、第１および第２のプリズムそれぞれの第１の
面に、前記ビームの入射領域を規定するための遮光マス
クを設けるのが好ましい。

【００１８】遮光マスクを設けると、軸のずれ具合の程
度を検出するために必要な光以外の光がプリズム内に入
射されるのを低減できるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。そ
のため、軸のずれ具合の程度を検出する際の精度を高め
ることができる。

【００１９】また、この発明でいう所定の広さは、最大
でも、前記の直角プリズムの直角な頂角部分を、該頂角
の頂点から前記第１の面および第２の面にそれぞれ前記
ビームの径と同じ寸法切りとって生じる広さ（詳細は図
１を参照して後述する。）とするのが好適である。なぜ
なら、これより広いと、ビームの中心軸が所望とする光
路の中心軸に対し傾いた場合の検出感度が低下するから
である（後に図１、図３、図４を参照して詳細に説明す
る。）。

【００２０】（２）．また、この出願の光軸状態検出装
置の発明によれば、上記の第１および第２のプリズムで
あって、所望とする光路の中心軸を挟んで対称に、然
も、それぞれの前記第１の面が、前記光路の中心軸と直
交する平面に対し平行になるように、かつ、前記第１の
面および第３の面がなす稜が前記光路の中心軸の側に位
置するように、配置された第１および第２のプリズム
と、前記第１のプリズムの前記第２の面の、前記第４の
面に近接する部分に、前記第２の面と対向させて配置し
た第１の受光手段と、前記第１のプリズムの前記第２の
面の、前記第３の面に近接する部分に、前記第２の面と
対向させて配置した第２の受光手段と、前記第２のプリ
ズムの前記第２の面の、前記第４の面に近接する部分
に、前記第２の面と対向させて配置した第３の受光手段
と、前記第２のプリズムの前記第２の面の、前記第３の
面に近接する部分に、前記該第２の面と対向させて配置
した第４の受光手段とを具えたことを特徴とする。

【００２１】この光軸状態検出装置によれば、詳細は図
１〜図５および表１を参照して後述するが、第１および
第２のプリズムの間隙に使用予定のビームを入射する
と、所望とする光路の中心軸に対するビームの中心軸の
状態に応じた光出力が、第１〜第４の受光手段の全部ま
たは一部から出力される。したがって、上記の光軸状態
検出方法の発明を容易に実施することができる。

【００２２】なお、光軸状態検出装置の発明を実施する
に当たり、光軸状態検出方法の発明の場合と同様、第１
および第２のプリズムそれぞれの第１の面に遮光マスク
を設けるのが好適である。また、第１および第２のプリ
ズムそれぞれの第４の面についての所定の広さは、光軸
状態検出方法の発明で説明したと同様な広さとするのが
好適である。

【００２３】また、光軸状態検出装置の発明を実施する
に当たり、第１のプリズム、第１の受光手段および第２
の受光手段で構成される第１の検出ユニットと、第２の
プリズム、第３の受光手段および第４の受光手段で構成
される第２の検出ユニットとを、所望とする光路の中心
軸と直交する方向に沿って接近および遠ざける検出ユニ
ット移動機構を、さらに設けるのが好適である。

【００２４】この検出ユニット移動機構によれば、ビー
ムの光量や強度分布になるべく影響のない位置に第１お
よび第２のプリズムを配置して光軸状態検出動作を行な
わせたり、或は、光軸状態検出動作が終了した後に、第
１および第２のプリズムをビームに触れない位置に移動
させることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面および表を参照して光
軸状態検出方法の発明の実施の形態と、光軸状態検出装
置の発明の実施の形態とについて併せて説明する。しか
しながら、説明に用いる各図はこれらの発明を理解出来
る程度に各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略
的に示してあるにすぎない。また、各図において同様な
構成成分については同一の番号を付して示し、その重複
する説明を省略することもある。

【００２６】１．第１の実施の形態 先ず、図１〜図５および表１を参照して、各発明の第１
の実施の形態について説明する。

【００２７】図１は、第１の実施の形態の光軸状態検出
装置の構造を示した図である。この光軸状態検出装置
は、第１のプリズム１１、第２のプリズム２１および第
１〜第４の受光手段Ｄ₁ 〜Ｄ₄ を具える。さらに、第１
のプリズム１１の第１の面１１ａに遮光マスク１３を具
え、第２のプリズム２１の第１の面２１ａに遮光マスク
２３を具える。さらに、検出ユニット移動機構４０を具
える。

【００２８】第１のプリズム１１は、例えば、直角な頂
角を形成する第１および第２の面１１ａ，１１ｂと、直
角な頂角と対向する第３の面１１ｃとを有する直角プリ
ズムの、前記直角な頂角部分を、第３の面１１ｃと平行
なかつ所定広さの第４の面１１ｄとなるように加工して
得られるプリズムで構成する。

【００２９】第２のプリズム２１は、例えば、直角な頂
角を形成する第１および第２の面２１ａ，２１ｂと、直
角な頂角と対向する第３の面２１ｃとを有する直角プリ
ズムの、前記直角な頂角部分を、第３の面２１ｃと平行
なかつ所定広さの第４の面２１ｄとなるように加工して
得られるプリズムで構成する。

【００３０】これら第１および第２のプリズム１１、２
１を、所望とする光路の中心軸Ｌ₀を挟んで対称に、然
も、それぞれの第１の面１１ａ，２１ａが、光路の中心
軸Ｌ₀ と直交する平面に対し平行になるように、かつ、
第１の面１１ａ（２１ａ）および第３の面１１ｃ（２１
ｃ）がなす稜１５，２５が光路の中心軸Ｌ₀ の側に位置
するように、配置してある。

【００３１】なお、第１および第２のプリズム１１、２
１を配置するに当たり、好ましくは、第１および第２の
プリズム１１、２１の第１の面１１ａ，２１ａが同一平
面に含まれるように（実質同一平面でももちろん良
い）、これらプリズム１１、２１を配置するのが良い。
こうすると、第１および第２のプリズム１１、２１は、
光路の中心軸Ｌ₀ に沿う方向で見た場合、同じ位置にな
る。そのため、ビームを第１および第２のプリズム１
１、２１の第１の面に同様な条件で入射させることが出
来る。これに対し、もし、第１のプリズム１１の第１の
面１１ａと第２のプリズム２１の第１の面２１ａとが、
光路の中心軸Ｌ₀ の方向でずれた場合、第１および第２
のプリズム１１、２１のうち後段となったプリズムは、
前段となったプリズムで干渉されたビームを受光するこ
とになる。すると、両プリズム１１、２１の光入力条件
が異なることになる。これは、ずれ状態検出精度を低下
させると考えられるから、好ましくない。

【００３２】また、第１〜第４の受光手段Ｄ₁ 〜Ｄ₄ は
次のように配置してある。第１のプリズム１１の第２の
面１１ｂの、第４の面１１ｄに近接する部分１１ｂｄ
に、第２の面１１ｂと対向させて、第１の受光手段Ｄ₁
を配置してある。

【００３３】また、第１のプリズム１１の第２の面１１
ｂの、第３の面１１ｃに近接する部分１１ｂｃに、第２
の面１１ｂと対向させて、第２の受光手段Ｄ₂ を配置し
てある。

【００３４】また、第２のプリズム２１の第２の面２１
ｂの、第４の面２１ｄに近接する部分２１ｂｄに、第２
の面２１ｂと対向させて、第３の受光手段Ｄ₃ を配置し
てある。

【００３５】また、第２のプリズム２１の第２の面２１
ｂの、第３の面２１ｃに近接する部分２１ｂｃに、第２
の面２１ｂと対向させて、第４の受光手段Ｄ₄ を配置し
てある。

【００３６】これら受光手段Ｄ₁ 〜Ｄ₄ は、例えばフォ
トダイオードで構成する。第１〜第４の受光手段Ｄ₁ 〜
Ｄ₄ をフォトダイオードで構成すると、各プリズム１
１，２１がビームの端に僅かにかかる程度でも、各受光
手段はそこに光が及ぶと光を検出することができる。し
たがって、受光手段によるビームへの影響を小さくする
ことができる。

【００３７】また、遮光マスク１３、２３それぞれは、
第１および第２のプリズムそれぞれの第１の面に使用予
定のビームを入射する際に、該ビームの入射領域を規定
するためのマスクである。

【００３８】これら遮光マスク１３、２３は、各プリズ
ム１１、２１の第１の面を、第１の面と第３の面とがな
す稜１５、２５から所定幅ｄ₀ だけ露出するように形成
する（図１の拡大図ａ参照）。これら遮光マスク１３、
２３は、光を吸収する吸収体で構成するのが好ましい。
遮光マスクとして光を反射するマスクを用いると、反射
光がビームに戻る場合があるので、軸状態の検出に悪影
響すると考えられるからである。

【００３９】これら遮光マスク１３、２３は、必須とい
うことではないが、軸のずれ具合の程度を検出する際の
精度を上げる意味で、用いるのが好ましい。なぜなら、
遮光マスクを用いると、軸のずれ具合の程度を検出する
に必要な光以外の光がプリズム内に入射されるのを低減
できるので、Ｓ／Ｎ比が向上するからである。

【００４０】また、各プリズム１１、２１の第４の面１
１ｄ，２１ｄの広さは、最大でも、直角プリズムの直角
な頂角部分を、その頂点Ｐ（図１の拡大図ｂ参照）から
前記第１の面および第２の面にそれぞれ、使用予定のビ
ームの径と同じ寸法切りとって生じる広さとする。これ
より広いと、ビームの中心軸が所望の光路の中心軸に対
し傾いた際に、その検出が行ないにくくなる。より好ま
しくは、遮光マスク１３、２３との関係を考慮すると、
直角プリズムの直角な頂角部分を、その頂点Ｐ（図１の
拡大図ｂ参照）から前記第１の面および第２の面にそれ
ぞれ、上記の寸法ｄ₀ だけ切りとって生じる広さとする
のが良い。こうしておくと、ビームの中心軸が所望とす
る光路の中心軸に対しもし傾いた場合、プリズム内を進
むビームには第４の面から外れる成分が生じるので、ビ
ームの中心軸が光路の中心軸に対し傾いていることがた
だちに検出できる（後の例えば図３、図４を比較参
照）。

【００４１】また、検出ユニット移動機構４０は、第１
のプリズム１１、第１の受光手段Ｄ₁ および第２の受光
手段Ｄ₂ で構成される第１の検出ユニット４１と、第２
のプリズム２１、第３の受光手段Ｄ₃ および第４の受光
手段Ｄ₄ で構成される第２の検出ユニット４３とを、前
記光路の中心軸Ｌ₀ と直交する方向に沿って接近および
遠ざける移動機構である。ここでは、第１および第２の
検出ユニット４１、４３が、光路の中心軸Ｌ₀ に対し、
対称に移動する移動機構としてある。

【００４２】このような移動機構は、例えば、第１およ
び第２の検出ユニット４１、４３を別々に搭載する２つ
の台座と、これら台座の前記光路の中心軸Ｌ₀ と直交す
る方向に沿っての移動をガイドするガイド部材と、これ
ら台座を接近および遠ざける送り機構とを含む、従来公
知の任意の機構で構成できる。

【００４３】次に、光軸状態の検出動作について説明す
る。そのため、上述した光軸状態検出装置の第１および
第２のプリズム１１、２１の間隙Ｗを含む領域３０（ビ
ーム入射領域３０ともいう）に、以下の、〜の各条
件でビームを入射する。

【００４４】：ビームの中心軸と所望とする光路の中
心軸とが平行な状態（芯ずれがある場合も含む）でビー
ムを入射する。：ビームの中心軸が所望とする光路の
中心軸に対しマイナスの傾きをもった状態でビームを入
射する。：ビームの中心軸が所望とする光路の中心軸
に対しプラスの傾きをもった状態でビームを入射する。

【００４５】ただし、ここでいう芯ずれや、マイナスの
傾き、プラスの傾きとは、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した
ように定義する。すなわち、ビームの中心軸Ｌ_B が光路
の中心軸Ｌ₀ に対し第１のプリズム１１側に芯ずれした
場合を、プラスの芯ずれ（＋の芯ずれ）、逆に第２のプ
リズム２１側に芯ずれした場合を、マイナスの芯ずれ
（−の芯ずれ）とする。また、ビームの中心軸Ｌ_B が光
路の中心軸Ｌ₀ に対し反時計方向に傾いた場合を、プラ
スの傾き（＋の傾き）、逆に時計方向に傾いた場合を、
マイナスの傾き（−の傾き）とする。

【００４６】また、ビームを光軸状態検出装置に入射す
るに当たり、ビームの直径に応じ、第１および第２のプ
リズム１１、２１の間隙Ｗを、光軸状態検出に好適な位
置に調整する。これは上記の検出ユニット移動機構４０
により行なえる。

【００４７】上記の〜それぞれの状態でビームを図
１の光学系に入力した場合それぞれの光線の様子を、図
３、図４、図５に模式的に示す。

【００４８】ただし、図３〜図５では、第２のプリズム
２１側での光線の様子を主に示し、第１のプリズム１１
側での光線の様子はほとんど省略してある。また、この
光線の様子はレイトレースプログラム（具体的には、Ma
thematica 上で動作するOptica）で計算した結果を示し
てある。なお、光は波の性質を持つので、ビームは回折
現象を生じるが、その影響はこの発明では無視できる。

【００４９】先ず、ビームＢｅの中心軸が光路の中心軸
に対し平行な場合（図３）、ビームは、プリズム２１に
入ると、第３の面２１ｃ、第４の面２１ｄおよび第３の
面２１ｃそれぞれと空気とで生じる反射面で順に反射さ
れた後に、第２の面２１ｂの第３の面近傍部分２１ｂｃ
からプリズム外部に出る。

【００５０】またこのような条件でかつビームの中心軸
が光路の中心軸に一致しているとしたなら、第１のプリ
ズム１１および第２のプリズム２１それぞれの前記２１
ｂｃに相当する部分からは、同様な強さの光が出力され
る。

【００５１】また、ビームの中心軸が光路の中心軸に対
しプラスの芯ずれをしている場合は、第１のプリズム１
１側に光が多く入力されるので、第１のプリズム１１お
よび第２のプリズム２１それぞれの前記２１ｂｃに相当
する部分からは、第１のプリズム＞第２のプリズム（第
２のプリズムの光出力がゼロの場合もある）という光強
度で光が出力される。逆に、ビームの中心軸が光路の中
心軸に対しマイナスの芯ずれをしている場合は、第２の
プリズム２１側に光が多く入力されるので、第１のプリ
ズム１１および第２のプリズム２１それぞれの前記２１
ｂｃに相当する部分からは、第２のプリズム＞第１のプ
リズム（第１のプリズムの光出力がゼロの場合もある）
という光強度で光が出力される。

【００５２】すなわち、ビームの中心軸が光路の中心軸
に対し平行な場合は、第２の受光手段Ｄ₂ と第４の受光
手段Ｄ₄ とで光が検出される。ただし、芯ずれがある場
合は、第２の受光手段Ｄ₂ と第４の受光手段Ｄ₄ とで異
なる強度の光（一方で光が検出されない場合も含む）が
検出される。

【００５３】次に、ビームの中心軸が光路の中心軸に対
しマイナスに傾いた状態の場合（図４）、ビームは、第
２のプリズム２１に入ると、第３の面２１ｃと空気とで
生じる反射面で反射された後に、第４の面２１ｄと第２
の面２１ｂとに至る。然も、第２の面２１ｂに至ったビ
ームは、第２の面に対しほぼ垂直であるためそのままプ
リズム外部に出力される。これに対し、第４の面２１ｄ
に至ったビームは、この第４の面２１ｄと空気とで生じ
る反射面で反射され、さらに、第２の面２１ｂ、第３の
面２１ｃそれぞれと空気とで生じる反射面でそれぞれ反
射された後に、プリズム２１外部に出力される。したが
って、ビームがマイナスに傾いた場合の第２のプリズム
２１では、第３および第４の受光手段Ｄ₃ 、Ｄ₄ それぞ
れで光が検出される。しかも、ビームの傾きが大きくな
る程、第４の受光手段Ｄ₄ へ入射される光量が減り、第
３の受光手段Ｄ₃ へ入射される光量は増える。一方、第
１のプリズム１１側では、第１のプリズム１１が第２の
プリズム２１に対し軸対称の配置関係であるため、ビー
ムがプラスに傾いた場合に第２のプリズムで生じる状態
（後に図５を用い説明する状態）が生じる。そのため、
第１のプリズム１１では、光は、第２の面の第３の面に
近接する部分から、すなわち第２の面の１箇所から出力
される。したがって、第１のプリズム１１では第２の受
光手段Ｄ₂ で光が検出される。

【００５４】次に、ビームの中心軸が光路の中心軸に対
しプラスに傾いた状態の場合（図５）、ビームは、第２
のプリズム２１に入ると、第３の面２１ｃと空気とで生
じる反射面で反射された後に、第１の面２１ａと第４の
面２１ｄとに至る。然も、第１の面２１ａに至ったビー
ムは、第１の面２１ａと空気とで生じる反射面で反射さ
れて第４の面２１ｄに至る。第３の面２１ｃから直接第
４の面２１ｄに至ったビームと、第１の面２１ａと空気
とで生じる反射面で反射された後に第４の面２１ｄに至
ったビームは、いずれも第４の面２１ｄと空気とで生じ
る反射面で反射された後に第３の面２１ｃに至る。そし
て、第３の面２１ｃと空気とで生じる反射面で反射され
た後、プリズム２１外部に出力される。したがって、ビ
ームがプラスに傾いた場合の第２のプリズム２１では、
第４の受光手段Ｄ₄ で光が検出される。ただし、ビーム
の傾きが大きくなれば、第４の受光手段Ｄ₄ のある位置
以外から光がプリズム外に出力される可能性がある。そ
して、プラスの傾きが大きい程、第４の受光手段Ｄ₄ で
検出される光の強度は低下すると推測できる。さらに、
プラスの角度が大きくなると第２のプリズム２１の第３
の面２１ｃにおける全反射条件を満たさなくなりビーム
は第３の面２１ｃをそのまま通過してしまう。このと
き、第３および第４の受光手段Ｄ₃ ，Ｄ₄ では光は検出
されない。

【００５５】ここで、第３および第４の受光手段Ｄ₃ 、
Ｄ₄ で受光できるビームの角度範囲についての解析は、
可能である。しかし、光軸調整で微調整をする程度にビ
ーム角度が小さい場合なら、第３および第４の受光手段
Ｄ₃ 、Ｄ₄ で光は検出できると考えられる。一方、第１
のプリズム１１側では、第１のプリズム１１が第２のプ
リズム２１に対し軸対称の配置関係であるため、ビーム
がマイナスに傾いた場合に第２のプリズムで生じる状態
（図４を用いて上述した状態）が生じる。そのため、第
１のプリズム１１では、第１の受光手段Ｄ₁ と第２の受
光手段Ｄ₂ とで、光が検出される。

【００５６】これら図３〜図５を用いて説明した光線光
学的結果から、ビームの中心軸と光路の中心軸とが種々
の状態での、第１〜第４の受光手段Ｄ₁ 〜Ｄ₄ で検出さ
れる光の状態（すなわち光が検出されるか否かおよび検
出された場合の強度）を、類推することができる。その
結果を下記の表１にまとめて示す。なお、表１におい
て、Ｂｅはビームである。また、四角内に０を付した記
号は受光手段で光が検出されない状態を意味する。ま
た、四角内に１〜４を付した各記号は、数字が大きい
程、強い強度で光が検出される状態を意味する。

【００５７】この表１から、第１の受光手段Ｄ₁ および
第３の受光手段Ｄ₃ の光出力同士の差分Δ₁₃＝Ｄ₁ −Ｄ
₃ は、所望の光路の中心軸に対するビームの中心軸の傾
き具合を示すことが分かる。さらに、第２の受光手段Ｄ
₂ および第４の受光手段Ｄ_４の光出力同士の差分Δ_２４
＝Ｄ₂ −Ｄ₄ は、所望の光路の中心軸に対するビームの
中心軸の芯ずれ具合を示すことが分かる。すなわち、差
分Δ₁₃は、ビームの傾きのみに依存し、差分Δ₂₄は、ビ
ームの芯ずれのみに依存することが分かる。

【００５８】したがって、この発明の光軸状態検出方法
および装置によれば、所望とする光路の中心軸に対しビ
ームの中心軸がどのようなずれ成分が原因でずれている
か、および、ずれの方向がいかなるものかを把握でき
る。しかも、所望の光路の中心軸に対するビームの状態
を常時モニターすることも出来る。

【００５９】また、このように検出されるずれ情報を光
軸調整にフィードバックすることにより、所望の光路の
中心軸に対するビームの中心軸を自動調整することも可
能になる。

【００６０】

【表１】

【００６１】２．第２の実施の形態 上述の第１の実施の形態では、発明の基本原理を説明す
る意味で、１軸方向の芯ずれと１平面内でのビーム傾き
の例を説明した。これに対し、この第２の実施の形態で
は、より実用的な実施の形態を説明する。その説明を図
６を参照して行なう。ここで、図６は第２の実施の形態
の光軸状態検出装置を概略的に示した斜視図である。た
だし、検出ユニット移動機構の図示は省略してある。

【００６２】この第２の実施の形態の光軸状態検出装置
では、ｘ，ｙ，ｚの直交座標を考え、かつ、前記所望と
する光路の中心軸をｘ軸と考えたとき、前記第１の検出
ユニット４１および第２の検出ユニット４３を、ｙ方向
に沿ってビームＢｅを挟むように配置し、さらに、ｚ方
向に沿ってビームＢｅを挟むように配置する。ｙ方向、
ｚ方向への各検出ユニット４１，４３の配置は、図１を
参照して説明した配置方法に従って行なう。

【００６３】この第２の実施の形態の光軸状態検出装置
の場合、所望とする光路の中心軸に対するビームのｙ方
向のずれΔｙと、ｚ方向のずれΔｚと、ｘｙ平面での角
度ずれφと、ｘｚ平面での角度ずれθの状況を把握する
ことができる。

【００６４】なお、上述した実施の形態と等価な構成と
して、第１のプリズム１１および第２のプリズム２１を
用いる代わりに、図７に示したように、４枚の反射手段
５１〜５４（例えばミラー）を、ビームＢｅの入射領域
と、受光手段Ｄ₁ 〜Ｄ₄ への光出射領域とを除く位置に
配置した構造体を用いることも考えられる。しかしなが
ら、第１のプリズム１１および第２のプリズム２１を用
いる方が、この発明の実施は容易である。

【００６５】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
出願の光軸状態検出方法の発明によれば、所定の第１お
よび第２のプリズムを所定配置し、これに使用予定のビ
ームを入力する。そのため、第１および第２のプリズム
での合計４箇所の測定領域からの光出力は、所望の光路
の中心軸に対しビームの中心軸がいかなる状態であるか
に応じ、変化する。そのため、この光出力の状態から、
ビームの中心軸が所望の光路の中心軸に対し、いかなる
状態であるかを把握することができる。

【００６６】また、第１および第２のプリズムは、所望
とする光路に直交する方向に配置する。そのため、少な
くとも光路に沿う方向での光学系の寸法を、ピンホール
を有した２枚の板を用いる従来方法に比べ、小さくでき
る。したがって、光軸状態検出装置を光学系に組み込ん
でも、光学系が大型化することを防止出来る。

【００６７】また、この出願の光軸状態検出装置の発明
によれば、所定配置された所定の第１および第２のプリ
ズムと、これに対し所定配置した第１〜第４の受光手段
とを具える。そのため、第１および第２のプリズムの間
隙に使用予定のビームを入射すると、所望とする光路の
中心軸に対するビームの中心軸の状態に応じた光出力
が、第１〜第４の受光手段の全部または一部から出力さ
れる。従って、光軸状態検出方法の発明を容易に実施す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の説明図（その１）であり、
第１の実施の形態の光軸状態検出装置の一構成例を説明
する図である。

【図２】第１の実施の形態の説明図（その２）であり、
動作の説明上でのビームの芯ずれや傾きの定義を説明す
る図である。

【図３】第１の実施の形態の説明図（その３）であり、
ビームの中心軸が所望とする光路の中心軸と平行な場合
の光線の様子を模式的に示した図である。

【図４】第１の実施の形態の説明図（その４）であり、
ビームの中心軸が所望とする光路の中心軸に対しマイナ
スの傾きをもつ場合の光線の様子を模式的に示した図で
ある。

【図５】第１の実施の形態の説明図（その５）であり、
ビームの中心軸が所望とする光路の中心軸に対しプラス
の傾きをもつ場合の光線の様子を模式的に示した図であ
る。

【図６】第２の実施の形態の説明図である。

【図７】変形例の説明図である。

【符号の説明】

１１：第１のプリズム ２１：第２のプリズム １１ａ，２１ａ：第１の面 １１ｂ，２１ｂ：第２の面 １１ｃ，２１ｃ：第３の面 １１ｄ，２１ｄ：第４の面 １１ｂｃ，２１ｂｃ：第２の面の第３の面に近接する部
分 １１ｂｄ，２１ｂｄ：第２の面の第４の面に近接する部
分 １３，２３：遮光マスク １５、２５：第１の面と第３の面とがなす稜 Ｗ：第１および第２のプリズムの間隙 ３０：ビーム入射領域 ４０：検出ユニット移動機構 ４１：第１の検出ユニット ４３：第２の検出ユニット Ｄ₁ ：第１の受光手段 Ｄ₂ ：第２の受光手段 Ｄ₃ ：第３の受光手段 Ｄ₄ ：第４の受光手段 Ｌ_B ：ビームの中心軸 Ｂｅ：ビーム ５１〜５４：反射手段

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 利用予定のビームの中心軸が、所望とす
   る光路の中心軸に対しどのような状態かを検出するに当
   たり、 直角な頂角を形成する第１および第２の面と、前記直角
   な頂角と対向する第３の面とを有する直角プリズムの、
   前記直角な頂角部分を、前記第３の面と平行なかつ所定
   広さの第４の面となるように加工した構造に相当する構
   造の第１のプリズムと、該第１のプリズムと同様な構造
   の第２のプリズムとを用意し、 前記第１および第２のプリズムを、前記光路の中心軸を
   挟んで対称に、然も、それぞれの前記第１の面が、前記
   光路の中心軸と直交する平面に対し平行になるように、
   かつ、前記第１の面および第３の面がなす稜が前記光路
   の中心軸の側に位置するように、配置し、 前記配置した第１および第２のプリズムの間隙を含む領
   域に前記ビームを前記第１の面側から入射し、 該ビームが入射された状態の第１および第２のプリズム
   それぞれの前記第２の面それぞれの、前記第４の面に近
   接する部分と前記第３の面に近接する部分とからの光出
   力をそれぞれ測定し、 これら光出力の状態に基づいて前記ビームの中心軸が前
   記光路の中心軸に対しどのような状態かを検出すること
   を特徴とする光軸状態検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光軸状態検出方法にお
   いて、 前記第１および第２のプリズムとして、前記ビームの入
   射領域を規定するための遮光マスクを前記第１の面に具
   えたプリズムを用いることを特徴とする光軸状態検出方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の光軸状態検出方法にお
   いて、 ｘ，ｙ，ｚの直交座標を考え、かつ、前記光路の中心軸
   をｘ軸と考えたとき、前記第１および第２のプリズムを
   ｙ方向およびｚ方向に沿って前記配置の通りそれぞれ配
   置し、前記光路の中心軸に対する前記ビームの中心軸の
   ｙ方向のずれΔｙと、ｚ方向のずれΔｚと、ｘｙ平面で
   の角度ずれφと、ｘｚ平面での角度ずれθとを検出する
   ことを特徴とする光軸状態検出方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の光軸状態検出方法にお
   いて、 前記所定広さが、最大でも、前記直角な頂角部分を、該
   頂角の頂点から前記第１の面および第２の面にそれぞれ
   前記ビームの径と同じ寸法切りとって生じる広さである
   ことを特徴とする光軸状態検出方法。
5. 【請求項５】 利用予定のビームの中心軸が、所望とす
   る光路の中心軸に対しどのような状態かを検出する装置
   において、 直角な頂角を形成する第１および第２の面と、前記直角
   な頂角と対向する第３の面とを有する直角プリズムの、
   前記直角な頂角部分を、前記第３の面と平行なかつ所定
   広さの第４の面となるように加工した構造に相当する構
   造の第１のプリズムおよび、該第１のプリズムと同様な
   構造の第２のプリズムであって、 前記光路の中心軸を挟んで対称に、然も、それぞれの前
   記第１の面が、前記光路の中心軸と直交する平面に対し
   平行になるように、かつ、前記第１の面および第３の面
   がなす稜が前記光路の中心軸の側に位置するように、配
   置された第１および第２のプリズムと、 前記第１のプリズムの前記第２の面の、前記第４の面に
   近接する部分に、前記第２の面と対向させて配置した第
   １の受光手段と、 前記第１のプリズムの前記第２の面の、前記第３の面に
   近接する部分に、前記第２の面と対向させて配置した第
   ２の受光手段と、 前記第２のプリズムの前記第２の面の、前記第４の面に
   近接する部分に、前記第２の面と対向させて配置した第
   ３の受光手段と、 前記第２のプリズムの前記第２の面の、前記第３の面に
   近接する部分に、前記第２の面と対向させて配置した第
   ４の受光手段とを具えたことを特徴とする光軸状態検出
   装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の光軸状態検出装置にお
   いて、 前記第１のプリズムおよび第２のプリズムそれぞれの前
   記第１の面に、前記ビームの入射領域を規定する遮光マ
   スクを具えたことを特徴とする光軸状態検出装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の光軸状態検出装置にお
   いて、 前記第１のプリズム、前記第１の受光手段および前記第
   ２の受光手段で構成される第１の検出ユニットと、前記
   第２のプリズム、前記第３の受光手段および前記第４の
   受光手段で構成される第２の検出ユニットとを、前記光
   路の中心軸と直交する方向に沿って接近および遠ざける
   検出ユニット移動機構を具えたことを特徴とする光軸状
   態検出装置。
8. 【請求項８】 請求項５に記載の光軸状態検出装置にお
   いて、 前記所定広さが、最大でも、前記直角な頂角部分を、該
   頂角の頂点から前記第１の面および第２の面にそれぞれ
   前記ビームの径と同じ寸法切りとって生じる広さである
   ことを特徴とする光軸状態検出装置。