JP4633484B2 - Optical element support mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子の位置および角度を調整することができる光学素子の支持機構に関する。例えば、光アンテナ、光偏向器、光結合器などの光通信用装置や、光記録媒体(例えば、光磁気ディスクドライブ、CD−ROM、DVD、光カードなど)に対して情報を記録および/再生する情報記録装置などに好適に用いることができる光学素子の支持機構に関する。 The present invention relates to a support mechanism for an optical element capable of adjusting the position and angle of the optical element. For example, information is recorded and / or reproduced on an optical communication device such as an optical antenna, an optical deflector, an optical coupler, or an optical recording medium (for example, a magneto-optical disk drive, CD-ROM, DVD, optical card, etc.) The present invention relates to a support mechanism for an optical element that can be suitably used for an information recording apparatus.
従来、例えば光通信用装置の光偏向器などでは、光を偏向したり集光したりするために反射鏡や集光レンズなどの光学素子を装置内に高精度に配置し、その位置・姿勢を保持する必要がある。そのため光学素子を支持機構に支持して固定するのが一般的である。そして、支持された光学素子の光学面が歪まないようにするために、光学素子を互いに異なる6箇所で点支持により拘束することが知られている。これは剛体の自由度が6であることに基づく。
例えば、特許文献1の従来の技術には、このような支持機構として、キネマティックマウントの一種であるケルビン・クランプが記載されている。この支持機構は、被支持部材から先端が球形の脚部が3箇所設けられ、そのうち1脚が台座上の三角錐穴を構成する3つの支持面に当接され、他の1脚が台座上のV字溝を構成する2つの支持面に当接され、さらに他の1脚が台座上の平面に当接されたものである。
また、特許文献1には、このケルビン・クランプの支持面に代えて軸間距離を可変できる2つの円柱部材により脚部を支持し、円柱部材の軸間を変えることにより、脚部の高さ方向の位置を可変して位置姿勢を調整するようにした支持機構が記載されている。
For example, the conventional technique of Patent Document 1 describes a Kelvin clamp, which is a kind of kinematic mount, as such a support mechanism. This support mechanism is provided with three leg portions having a spherical tip from the supported member, one of which is in contact with the three support surfaces constituting the triangular pyramid hole on the pedestal, and the other one on the pedestal. The other one leg is in contact with the flat surface on the pedestal.
Further, in Patent Document 1, a leg portion is supported by two columnar members that can change the distance between the shafts in place of the support surface of the Kelvin clamp, and the height of the leg portion is changed by changing the distance between the axes of the columnar members. A support mechanism is described in which the position and orientation are adjusted by changing the direction position.
しかしながら、上記のような従来の光学素子の支持機構には以下のような問題があった。
特許文献1の従来の技術に記載されたケルビン・クランプは固定支持機構なので、例えば光通信用装置などに用いる光学素子のように位置調整が必要となる支持機構に用いることができないという問題がある。また、脚部を被支持部材に設けるので、構造上あるいは製造上、脚部を設けにくい光学素子の支持には適さないという問題がある。
また、特許文献1に記載された他の技術では、脚部の支持面に代えて2つの円柱部材の組合せにより脚部の支持高さを可変して位置調整できるものの、3箇所の脚部の高さ方向を可変するので、調整は高さ方向の並進移動および2軸方向まわりの回転移動に限られるものである。したがって、平面ミラーや軸対称光学素子の調整には対応できるが、自由曲面を有する光学素子や偏心光学系を構成する光学素子などの場合には調整自由度が不足するという問題がある。また、脚部を被支持部材に設けなければならない点はケルビン・クランプと同様であり、構造上あるいは製造上、脚部を設けにくい光学素子の支持に適さないという問題がある。
However, the conventional optical element support mechanism as described above has the following problems.
Since the Kelvin clamp described in the prior art of Patent Document 1 is a fixed support mechanism, there is a problem that it cannot be used for a support mechanism that requires position adjustment, such as an optical element used in an optical communication device or the like. . Further, since the leg portion is provided on the supported member, there is a problem that the leg portion is not suitable for supporting an optical element in which the leg portion is difficult to be provided due to the structure or manufacturing.
Further, in another technique described in Patent Document 1, although the position of the leg can be adjusted by changing the support height of the leg by a combination of two cylindrical members instead of the support surface of the leg, Since the height direction is variable, the adjustment is limited to translational movement in the height direction and rotational movement about the biaxial direction. Therefore, although it can cope with adjustment of a plane mirror or an axially symmetric optical element, there is a problem that the degree of freedom of adjustment is insufficient in the case of an optical element having a free-form surface or an optical element constituting an eccentric optical system. Further, the point that the leg portion must be provided on the supported member is the same as that of the Kelvin clamp, and there is a problem that the leg portion is not suitable for supporting the optical element in which the leg portion is difficult to be provided due to the structure or manufacture.
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、光学素子を高精度に支持するとともに、光学素子の位置、姿勢を任意方向に調整できる簡素な光学素子の支持機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a simple optical element support mechanism that supports an optical element with high accuracy and can adjust the position and orientation of the optical element in an arbitrary direction. For the purpose.
上記の課題を解決するために、本発明の光学素子の支持機構は、同一平面上にない異なる3方向をそれぞれの法線方向とする支持面を有する光学素子と、該光学素子を前記支持面のいずれかに当接して支持するための6つの支持部材と、前記光学素子を前記支持部材に対してそれぞれ付勢する弾性部材と、該弾性部材および前記支持部材を保持するための保持部材とを備え、前記支持部材が前記保持部材に対してそれぞれ所定方向に移動可能に保持され、前記支持面をそれぞれ異なる3方向ごとに、第1支持面、第2支持面、第3支持面と称するとき、前記支持部材のうち3つが前記第1支持面に当接され、前記支持部材のうち2つが前記第2支持面に当接され、前記支持部材のうち1つが前記第3支持面に当接され、前記支持部材が移動する所定方向が、それぞれ当接する前記支持面に交差する方向とされた構成とする。
このような構成によれば、光学素子が弾性部材により6つの支持部材に対して付勢されて支持された状態で保持部材に保持される。
そして、光学素子の第1支持面に3つの支持部材が当接されることで、第1支持面の姿勢が決定される。また、第1支持面に交差する位置関係にある第2支持面に2つの支持部材が当接されて第1支持面の面内方向の1つと面内の回転角度が決定される。また、第1および第2支持面に交差する位置関係にある第3支持面に1つの支持部材が当接されて第2支持面の面内方向の位置が決定される。そのため、光学素子の6自由度がそれぞれ拘束され、光学素子が剛体と見なしうる状態で、位置、姿勢が固定される。そのため、光学素子が正確に位置決めされる。
そして、6つの支持部材が、それぞれ当接する支持面に交差する方向に移動可能に保持部材に支持されているので、これら支持部材を適宜移動することにより、保持部材に対する光学素子の位置、姿勢を6自由度すべてにわたって可変できる。
また、位置、姿勢の調整を6つの支持部材の移動により行うことができるので、簡素な機構とすることができる。
なお、異なる3方向をそれぞれ法線方向とする支持面は、それぞれの法線方向の支持面を、それに当接する支持部材の数に応じた複数としてもよい。
In order to solve the above-described problems, an optical element support mechanism according to the present invention includes an optical element having a support surface in which three different directions that are not on the same plane are normal directions, and the optical element is the support surface. 6 support members for abutting and supporting any of the above, an elastic member for urging the optical element against the support member, and a holding member for holding the elastic member and the support member, The support member is movably held in a predetermined direction with respect to the holding member, and the support surface is referred to as a first support surface, a second support surface, and a third support surface in each of three different directions. Three of the support members are in contact with the first support surface, two of the support members are in contact with the second support surface, and one of the support members is in contact with the third support surface. The support member moves. Predetermined direction, a structure that is a direction crossing the support surface abutting respectively.
According to such a configuration, the optical element is held by the holding member in a state in which the optical element is urged and supported by the elastic member against the six supporting members.
And the attitude | position of a 1st support surface is determined because three support members contact | abut on the 1st support surface of an optical element. In addition, two support members are brought into contact with the second support surface that is in a positional relationship intersecting the first support surface, and one in-plane direction of the first support surface and the in-plane rotation angle are determined. In addition, one support member is brought into contact with the third support surface that is in a positional relationship intersecting the first and second support surfaces, and the position of the second support surface in the in-plane direction is determined. Therefore, the six degrees of freedom of the optical element are constrained, and the position and posture are fixed in a state where the optical element can be regarded as a rigid body. Therefore, the optical element is accurately positioned.
Since the six support members are supported by the holding member so as to be movable in a direction intersecting with the support surfaces that come into contact with each other, the position and posture of the optical element with respect to the holding member can be adjusted by appropriately moving these support members. Variable over all 6 degrees of freedom.
In addition, since the position and orientation can be adjusted by moving the six support members, a simple mechanism can be achieved.
In addition, it is good also considering the support surface which makes three different directions a normal direction, respectively. The support surface of each normal direction is good also as plural according to the number of the support members contact | abutted to it.
本発明の光学素子の支持機構では、前記支持部材の移動を組み合わせることにより、前記光学素子が、互いに直交する3軸方向にそれぞれ沿う並進移動および前記3軸方向まわりのそれぞれの回転移動が可能となるように支持した構成とすることが好ましい。
この場合、互いに直交する3軸方向にそれぞれ沿う並進移動および3軸方向まわりのそれぞれの回転移動が可能となるように支持するので、XYZ直角座標系における位置と、XYZ直角座標系のX、Y、Z各軸まわりの回転角度とにより光学素子の位置、姿勢を可変できるので、調整作業が容易となる。
In the optical element support mechanism of the present invention, by combining the movement of the support member, the optical element can be translated along the three axial directions orthogonal to each other and can be rotated around the three axial directions. It is preferable that the structure is supported as described above.
In this case, since it is supported so that translational movement along each of the three axial directions orthogonal to each other and rotational movement around the three axial directions are possible, the position in the XYZ rectangular coordinate system and the X, Y in the XYZ rectangular coordinate system Since the position and orientation of the optical element can be varied depending on the rotation angle around each Z axis, adjustment work is facilitated.
また、本発明の光学素子の支持機構では、前記光学素子の位置および角度姿勢を検出する位置姿勢検出センサと、前記支持部材を前記それぞれの所定方向に移動する移動手段とを備え、前記位置姿勢検出センサの検出出力に基づいて前記移動手段を制御して、前記光学素子の位置および角度姿勢を目標値に自動調整できるようにした構成とすることが好ましい。
この場合、位置姿勢検出センサの検出出力に基づいて移動手段を制御して光学素子の位置および角度姿勢を目標値に自動調整できるので、光学素子の位置、姿勢を高精度かつ容易に調整できる。
The optical element support mechanism of the present invention includes a position / orientation detection sensor that detects a position and an angle / orientation of the optical element, and a moving unit that moves the support member in each of the predetermined directions. It is preferable that the moving unit is controlled based on the detection output of the detection sensor so that the position and angle orientation of the optical element can be automatically adjusted to a target value.
In this case, since the moving means can be controlled based on the detection output of the position / orientation detection sensor to automatically adjust the position and angle / orientation of the optical element to the target value, the position / orientation of the optical element can be easily adjusted with high accuracy.
また、本発明の光学素子の支持機構では、前記光学素子を一定方向に付勢する前記弾性部材が、前記一定方向に交差する方向に沿って付勢力が可変できるようにした構成とすることが好ましい。
この場合、弾性部材が、光学素子を一定方向に付勢する際、一定方向に交差する方向に沿って付勢力を可変できるので、光学素子が一定方向に交差する方向において傾斜角度を変えるような回転移動をしようとする場合でも、付勢力がその移動に合わせて可変できるので、一定方向への付勢を維持しつつそのような回転移動を許容することができる。したがって、並進移動および回転移動が混在した調整を行う場合でも、確実な付勢を行うことができるから、高精度な位置、姿勢の調整を行うことができる。
In the optical element support mechanism according to the present invention, the elastic member that urges the optical element in a certain direction may be configured to vary the urging force along a direction that intersects the certain direction. preferable.
In this case, when the elastic member urges the optical element in a certain direction, the urging force can be varied along the direction intersecting the certain direction, so that the inclination angle is changed in the direction where the optical element intersects the certain direction. Even when a rotational movement is to be made, the urging force can be varied in accordance with the movement, so that such a rotational movement can be allowed while maintaining the urging in a certain direction. Therefore, even when performing adjustment in which translational movement and rotational movement are mixed, reliable urging can be performed, so that highly accurate position and posture adjustment can be performed.
また、本発明の光学素子の支持機構のうち、弾性部材が一定方向に交差する方向に沿って付勢力を可変できるようにした構成では、前記弾性部材が、前記一定方向に交差する方向を幅方向とし、該幅方向に複数のスリットが設けられた板バネからなる構成とすることが好ましい。
この場合、弾性部材を、複数のスリットが設けられた板バネから構成するので、弾性部材を安価かつ簡素な構成とすることができる。
In the optical element support mechanism according to the present invention, in the configuration in which the urging force can be varied along the direction in which the elastic member intersects with a certain direction, the direction in which the elastic member intersects with the certain direction has a width. It is preferable to use a leaf spring provided with a plurality of slits in the width direction.
In this case, since the elastic member is composed of a leaf spring provided with a plurality of slits, the elastic member can be made inexpensive and simple.
また、本発明の光学素子の支持機構では、前記光学素子が、自由曲面ミラーであることが好ましい。
この場合、自由曲面ミラーの3次元的な位置、姿勢を簡素かつコンパクトな機構で正確に調整して支持することが可能となる。
In the optical element support mechanism of the present invention, it is preferable that the optical element is a free-form curved mirror.
In this case, the three-dimensional position and posture of the free-form curved mirror can be accurately adjusted and supported by a simple and compact mechanism.
本発明の光学素子の支持機構によれば、光学素子に設けられた3つの支持面を合計6つの支持部材で支持するので、光学素子が歪むことなく正確に位置決めされ、これら支持部材をそれぞれ1軸方向に移動することにより保持部材に対する光学素子の位置、姿勢を6自由度すべてにわたって可変できるから、簡素な機構により、光学素子を高精度に支持しその位置、姿勢を任意方向に調整できるという効果を奏する。 According to the support mechanism for an optical element of the present invention, the three support surfaces provided on the optical element are supported by a total of six support members, so that the optical element is accurately positioned without distortion, and each of these support members is 1 By moving in the axial direction, the position and orientation of the optical element relative to the holding member can be varied over all six degrees of freedom, so that a simple mechanism can support the optical element with high accuracy and adjust its position and orientation in any direction. There is an effect.
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態に係る光学素子の支持機構について説明する。
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る光学素子の支持機構の概略構成について説明するための斜視説明図である。図1(b)は、同じく図1(a)と反対方向から見た斜視説明図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る光学素子の支持機構の分解斜視図である。図3(a)、(b)は、本発明の第1の実施形態に係る光学素子について説明するための正面説明図および側面説明図である。図4(a)、(b)は、本発明の第1の実施形態に係る弾性部材について説明するための斜視説明図である。図5(a)は、本発明の第1の実施形態に係る支持部材について説明するための側面説明図である。図5(b)、(c)は、同じく支持部材の変形例について説明するための側面説明図および斜視説明図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and common description is omitted.
[First Embodiment]
The support mechanism for the optical element according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1A is an explanatory perspective view for explaining a schematic configuration of a support mechanism for an optical element according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 (b) is a perspective explanatory view as seen from the opposite direction to FIG. 1 (a). FIG. 2 is an exploded perspective view of the support mechanism for the optical element according to the first embodiment of the present invention. 3A and 3B are a front explanatory view and a side explanatory view for explaining the optical element according to the first embodiment of the present invention. 4 (a) and 4 (b) are perspective explanatory views for explaining the elastic member according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5A is a side view for explaining the support member according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 5B and 5C are a side view and a perspective view for explaining a modified example of the support member.
なお、以下では便宜上、方向を参照するために各図面共通のXYZ直角座標系を用いる場合がある。この座標系は右手系であり、X軸、Y軸、Z軸の正方向に右ねじが進む回転方向を正として、それぞれの軸まわりの回転角をα、β、θと称する。 In the following, for convenience, an XYZ rectangular coordinate system common to the drawings may be used to refer to the direction. This coordinate system is a right-handed system, and the rotation direction in which the right screw advances in the positive directions of the X, Y, and Z axes is positive, and the rotation angles around the respective axes are referred to as α, β, and θ.
本実施形態の調整支持機構50(光学素子の支持機構)は、例えば、反射ミラー、ハーフミラー、レンズ、プリズム、DOE(Diffractive Optical Element、回折光学素子)、ホログラム素子などの位置、姿勢の調整を要する光学素子を所定位置、姿勢に調整し、その状態を保持するための機構である。以下では光学素子の一例として、自由曲面ミラー1を用いるとして説明する。
調整支持機構50の概略構成は、図1(a)、(b)に示すように、ミラーホルダ2(保持部材)、自由曲面ミラー1(光学素子)、押えバネ3、4、5、6(弾性部材)、調整ねじ7a、7b、7c(支持部材)、調整ねじ8a、8b(支持部材)、および調整ねじ9(支持部材)からなる。
The adjustment support mechanism 50 (optical element support mechanism) of the present embodiment adjusts the position and orientation of, for example, a reflection mirror, a half mirror, a lens, a prism, a DOE (Diffractive Optical Element), a hologram element, and the like. This is a mechanism for adjusting a required optical element to a predetermined position and posture and maintaining the state. In the following description, the free-form curved mirror 1 is used as an example of the optical element.
As shown in FIGS. 1A and 1B, the schematic structure of the
ミラーホルダ2は、図1、2に示すように、ZX平面に平行な固定面2nを有する固定部2Aの上部(Y軸正方向)にXY平面に平行に延ばされた壁2bが形成されたX軸方向視略L字状の部材である。
固定部2Aには、調整支持機構50を装置に取り付けるための取付孔2j、2jが厚さ方向に貫通して設けられている。
壁2bの外周には、Z軸正方向から見て略矩形状に配置され、それぞれZ軸正方向に延ばされた側壁2c、2d、2e、2fが形成されている。すなわち、壁2b、側壁2c、2d、2e、2fは、Z軸正方向に開口する函状の空間を形成している。この空間は、後述する自由曲面ミラー1を適宜の隙間を空けて納めることができる大きさとされる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
Mounting holes 2j and 2j for mounting the
壁2bの略中央には、自由曲面ミラー1が取り付けられたときその裏面1bが露出可能な開口2kが形成され、その近傍に調整ねじ7a、7b、7cをZ軸方向(所定方向)に移動可能に保持するための3箇所のねじ穴2gが厚さ方向に貫通して形成されている(図2参照)。
ねじ穴2g…は、例えば、1つが開口2kの上方側(Y軸正方向)、他の2つが開口2kの下方側(Y軸負方向)の左右(X軸方向)に配置され、それらを結ぶ仮想線が略正三角形をなす位置で壁2bに略直交するZ軸方向に形成されている。
開口2kは、本実施形態では、例えば検知ビームを裏面1bに照射して、自由曲面ミラー1の位置姿勢検出を行えるように設けられたものである。その場合、検知ビームが入出射できる程度の大きさの矩形状に形成される。一方、例えば、光学素子として、例えばレンズなどの光透過性の光学素子を用いる場合には、光学素子の透過光を通過させるための開口として用いることもできる。
At the approximate center of the
For example, one
In this embodiment, the
側壁2c、2eは、それぞれX軸方向の負側、正側に配置されY軸方向に沿って互いに略平行に延ばされている。
側壁2c、2eには、それぞれ固定ねじ穴2m、2mが設けられ、押えバネ3、5をそれぞれねじ12、12で固定できるようになっている。
また側壁2eには、調整ねじ8a、8bをX軸方向(所定方向)に移動可能に保持するねじ穴2h、2hが厚さ方向に貫通して設けられている
The
The
The side wall 2e is provided with
側壁2d、2fは、それぞれY軸方向の負側、正側に配置されY軸方向に沿って互いに略平行に延ばされている。
側壁2c、2eには、それぞれ固定ねじ穴2m、2mが設けられ、押えバネ3、5をそれぞれねじ12、12で固定できるようになっている。
また側壁2fには、調整ねじ9をY軸方向(所定方向)に移動可能に保持するねじ穴2iが厚さ方向に貫通して設けられている
The
The
The
ミラーホルダ2は、自由曲面ミラー1を精度よく保持できる材質であれば、どのような材質でもよく、例えば金属、合成樹脂などを採用することができる。金属の場合、例えば、超ジュラルミンを切削加工するなどして製造することができる。
The
自由曲面ミラー1は、図3(a)、(b)に示すように、略矩形状の平面からなる裏面1b(第1支持面)を有するフランジ部1Bの表面側の中央部に、自由曲面形状の反射面1a(光学面)を有するミラー部1Aが突出して設けられた反射光学素子である。
フランジ部1Bの側方の端部には、裏面1bと直交し、平面視(Z軸方向視)の矩形の各辺をなす側面1c、1d、側面1e(第2支持面)、側面1f(第3支持面)が形成されている。フランジ部1Bの表面側には、側面1e、1fに隣接して裏面1bと平行なフランジ上面1i、1jが形成されるとともに、側面1c、1dに隣接して矩形の稜線を面取りした形成した傾斜面である面取り部1g、1hがそれぞれ設けられている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the free-form surface mirror 1 has a free-form surface at the center on the front side of the
Side surfaces 1c and 1d, a
フランジ上面1i、1jは、押えバネ5、6によるZ軸負方向への付勢力の受け面である。また、面取り部1g(1h)は、押えバネ3(4)によるZ軸負方向およびX軸正方向(Y軸正方向)への付勢力の受け面である(図3(b)参照)。
The flange
そして、自由曲面ミラー1は、ミラーホルダ2の壁2b、側壁2c、2d、2e、2fからなる函状空間に対して、裏面1b、側面1c、1d、1e、1fがそれぞれ壁2b、側壁2c、2d、2e、2fに対向する位置関係となるように収容される。
The free-form curved mirror 1 has a
自由曲面ミラー1とミラーホルダ2との間の隙間は、位置姿勢調整に要する可動範囲に応じて設定する。例えば、フランジ部1Bの一辺の長さが50mmとし、例えばX軸方向の並進移動に1mm、θ回転移動に2°の可動範囲を設ける場合、側面1eと側壁2eとの間の隙間は、1mm+50mm×sin2°=2.75mm以上の隙間に設定する。
フランジ部1Bの厚さは、ミラーホルダ2へ保持する際に反射面1aの変形が許容範囲となる程度の剛性を備えていればよいが、本実施形態では、保持時に側壁2cなどのZ軸正方向側の端面より突出しないような厚さに設定されている。
The gap between the free-form mirror 1 and the
The thickness of the
反射面1aは、必要に応じて回転非対称な自由曲面や対称性を有しない自由曲面など、3次元的な湾曲を有する自由曲面を採用できる。このような自由曲面を光学系の設計上の位置に配置するためには、自由曲面上の各点の位置を基準座標に対して一意に決まる位置に合わせる必要がある。そのため、3方向の並進移動と3軸まわりの回転移動とを組み合わせた6自由度の位置姿勢調整を行う必要がある。
調整の自由度が6より少ないと位置が不定となり、6より多いと調整時に移動が拘束され自由曲面ミラー1に変形が生じる。
As the reflecting
If the degree of freedom of adjustment is less than 6, the position becomes indefinite. If it is more than 6, the movement is restricted during adjustment and the free-form curved mirror 1 is deformed.
自由曲面ミラー1は、反射面1aが加工可能で、必要な寸法安定性と剛性とが得られる材質であれば、どのような材質でもよい。例えば、ガラス、合成樹脂、金属などを採用することができる。
例えば、光通信用装置などに用いる自由曲面ミラー1を合成樹脂で製造する場合、一例として日本ゼオン社製ZEONEX480R(商品名)などの成形品を切削加工してから、波長800nm〜1600nmの光に対して高い反射率を有する例えば金コートなどの反射コーティングを施した構成を好適に採用することができる。
The free-form surface mirror 1 may be made of any material as long as the
For example, when the free-form surface mirror 1 used for an optical communication device or the like is manufactured with a synthetic resin, a molded product such as ZEONEX 480R (trade name) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. is cut as an example, and then light having a wavelength of 800 nm to 1600 nm is obtained. On the other hand, it is possible to suitably employ a configuration having a reflective coating such as a gold coat having a high reflectance.
押えバネ3、4、5、6は、ミラーホルダ2の函状空間に納められた自由曲面ミラー1をそれぞれ面取り部1g、1h、フランジ上面1i、1fにおいて押圧し、自由曲面ミラー1を支持部材に向けて付勢するための弾性部材である。
本実施形態では、図2に示すように、押えバネ5、6とは略同様の形状を有し、押えバネ3、4は同一形状を有する。
The presser springs 3, 4, 5, and 6 press the free curved mirror 1 stored in the box-shaped space of the
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the presser springs 5 and 6 have substantially the same shape, and the presser springs 3 and 4 have the same shape.
押えバネ6は、図4(a)に示すように、ねじ12、12を用いて固定するための取付孔6b、6bを有する平板状の固定部6Bと、固定部6Bから固定部6Bの幅方向(X軸方向)の両端部で、それぞれ固定部6Bに対して側面視(X軸方向視)略直角方向に延ばされたそれぞれ幅Wのバネ部6A、6Aとからなる。固定部6Bの幅方向の中間部には、後述する調整ねじ9の取付スペースを設けるための切欠きが設けられている。
バネ部6Aは、本実施形態の場合、側面視でZ軸負方向に凸の湾曲を有する波形とされ、Z軸方向に撓むことによりフランジ上面1jに押圧され、自由曲面ミラー1をZ軸方向に付勢できるようになっている。そして、平面視(Z軸方向視)で幅方向に沿って適宜ピッチ(例えば3mm間隔)で設けられたスリット6a…により櫛形状に分割された複数の(例えば4つの)板バネからなる。このため、バネ部6Aは幅方向の複数の板バネが外力に応じてそれぞれ独立に撓むことができるようになっている。
As shown in FIG. 4A, the presser spring 6 includes a flat plate-
In the case of the present embodiment, the
押えバネ5は、図2に示すように、バネ部6Aと同様のバネ部5Aを備え、固定部6Bに代えて、その中間部の切欠きの代りに幅方向(図2のY軸方向)の両端部に、後述する調整ねじ8a、8bを通すための切欠きを設けた固定部5Bとからなる。
As shown in FIG. 2, the
押えバネ3(4)は、図4(b)に示すように、ねじ12、12を用いて固定するための取付孔4b(3b)、4b(3b)を有する平板状の固定部4B(3B)と、固定部4B(3B)から固定部4B(3B)の幅方向(X軸方向)の両端部で、それぞれ固定部4B(3B)に対して側面視(X軸方向視)でZ軸負方向に凸となるように屈曲された幅Wのバネ部4A(3A)、4A(3B)とからなる。
バネ部4A(3A)は、本実施形態の場合、凸部が面取り部1h(1g)に押圧されZ軸方向に撓むことにより、面取り部1h(1g)の傾斜に応じて、自由曲面ミラー1をZ軸方向負方向およびY軸正方向(X軸正方向)に付勢できるようになっている。
またバネ部4A(3A)は、Z軸方向視では幅方向に沿って適宜ピッチ(例えば3mm間隔)で設けられたスリット4a(3a)…により櫛形状に分割された複数(例えば4つ)の板バネからなる。このため、バネ部4A(3A)は幅方向の複数の板バネが外力に応じてそれぞれ独立に撓むことができるようになっている。
As shown in FIG. 4 (b), the presser spring 3 (4) has a flat plate-
In the present embodiment, the
Further, the
押えバネ3、4、5、6は、例えば、ステンレス板、りん青銅板などのバネ性に優れた金属板をプレス加工して製造することができる。 The presser springs 3, 4, 5, 6 can be manufactured by pressing a metal plate having excellent spring properties such as a stainless steel plate and a phosphor bronze plate, for example.
調整ねじ7a、7b、7c、8a、8b、9は、本実施形態の場合、図2に示すように、同一形状とされている。そこで、調整ねじ7aの例により詳細形状を説明する。
調整ねじ7aは、図5(a)に示すように、長手方向の先端に自由曲面ミラー1の裏面1bに当接して支持する当接部70a、同じく中間部にねじ穴2gと螺合する雄ネジ部70b、同じく後端に調整ねじ7aを軸方向まわりに回転させるためのねじ頭部70cが形成された軸状のねじである。
In the case of this embodiment, the adjusting
As shown in FIG. 5 (a), the
当接部70aは、裏面1bに対してガタなく安定して当接するとともに、摺動抵抗が低減され摺動抵抗の方向性も発生しないように略点接触となる形状とすることが好ましい。本実施形態では、当接部70aを半球面としている。ただし、裏面1bの当接面の曲率より小さな曲率を有する曲面であれば、半球面に限定されない。
It is preferable that the
ねじ頭部70cは、本実施形態では六角穴付き形状とし、例えばヘクスキーなどの工具・治具を用いて回転できる構成としている。ただし、調整ねじ7aを軸方向まわりに回転させることができれば、どのような形状であってもよく、例えば、六角ボルト頭形状、十字穴付き形状などが好適に採用できる。
In this embodiment, the screw head portion 70c has a hexagonal hole shape and can be rotated using a tool / jig such as a hex key. However, as long as the adjusting
また、工具や治具を用いることなく手動回転できるようにするために、支持部材として、図5(c)に示す調整ねじ17などを採用してもよい。
調整ねじ17は、調整ねじ7aのねじ頭部70cに代えて、雄ネジ部70bに比べて大径を有する円板状の操作把持部17cを備えるものである。操作把持部17cの外周部には手動回転しやすいように滑り止めのためのローレットなどを形成しておくことが好ましい。
例えば、雄ネジ部70bの直径が2mm、ねじピッチが0.4mmに対して操作把持部17cの直径を20mmとする。この場合、操作把持部17cを周方向に2mm回転させると、回転角が2mm/(20mm/2)=0.2radとなるから、当接部70aが螺進する量は、0.4mm×0.2/(2π)=0.0127mmとなり、手動回転であっても、微調整が容易となる。例えば、操作把持部17cの直径を倍にすれば、螺進量は半分の約0.006mmとなるので、粗微調の程度を適宜に設定することができる。
Further, in order to enable manual rotation without using a tool or jig, an
The
For example, the diameter of the
この場合、図5(b)に示すように、ミラーホルダ2のホルダ部2Bと操作把持部17cとの間に、ねじ部17bに外挿されたコイルバネ10を配置し、ホルダ部2Bに対して調整ねじ17を操作把持部17c側(図示矢印方向)に付勢できるようにすることが好ましい。このようにすれば、ねじ部17bがねじ穴2gに対して軸方向に付勢されるからねじ嵌合の軸方向のガタが解消され、ミラーホルダ2に対する当接部70aの位置がより安定し、高精度な調整を行うことができるという利点がある。
In this case, as shown in FIG. 5B, the
次に調整支持機構50の作用について説明する。
図6(a)、(b)は、調整支持機構50の作用について説明するための正面視および平面視の模式的な動作説明図である。
調整支持機構50は、組立状態で図1(a)に示すように、ミラーホルダ2の壁2b、側壁2c、2d、2e、2fで形成される函状空間内に自由曲面ミラー1のフランジ部1Bが配置され、フランジ上面1j、1iが押えバネ6、5によりZ軸負方向に付勢され、面取り部1g、1h(図3(a)参照)がそれぞれ、押えバネ3、4によりZ軸負方向、およびX軸正方向、Y軸正方向に付勢される。
そのため、図6(a)、(b)に示すように、自由曲面ミラー1の裏面1bが調整ねじ7a、7b、7cに対して押圧されることによりそれぞれ当接部70aに当接しそれらにより3点支持される。また、側面1eが調整ねじ8a、8bに対して押圧されることによりそれぞれ当接部70aに当接しそれらにより2点支持される。また側面1fが調整ねじ9に対して押圧されることにより当接部70aに当接し1点支持される。
したがって、自由曲面ミラー1は、Z軸方向に3点支持され、X軸方向に2点支持され、Y軸方向に1点支持されることにより、6点支持されるので、剛体の6自由度がすべて拘束された状態でミラーホルダ2に保持される。
Next, the operation of the
6A and 6B are schematic operation explanatory views in front view and plan view for explaining the operation of the
As shown in FIG. 1A in the assembled state, the
For this reason, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
Therefore, the free-form curved mirror 1 is supported at three points in the Z-axis direction, supported at two points in the X-axis direction, and supported at one point in the Y-axis direction. Are held by the
このため、各調整ねじをそれぞれ独立に移動することにより、自由曲面ミラー1の位置、姿勢が一意的に決まる。そして、1つの調整ねじ(例えば調整ねじ8a)を移動すると、それが当接する支持面(例えば側面1e)が所定方向(例えばX軸負方向)に移動する。その際、弾性部材により自由曲面ミラー1がそれぞれの調整ねじに対して付勢されているので、各調整ねじの当接部70aと各支持面とは当接した状態で摺動移動可能に保持されている。
各支持面は他の調整ねじ(例えば調整ねじ7a、7b、7c、8b、9)に点接触しながらそれぞれの調整ねじの移動方向と交差する方向に移動する。例えば、図6(a)に示すように、調整ねじ7a、7b、7cで決定される平面内で自由曲面ミラー1がθ=θ0の回転移動を行うことなどが可能となる。
For this reason, the position and posture of the free-form surface mirror 1 are uniquely determined by moving each adjustment screw independently. When one adjustment screw (for example, the
Each support surface moves in a direction intersecting with the moving direction of each adjusting screw while making point contact with other adjusting screws (for example, adjusting
つまり、自由曲面ミラー1は、調整ねじ7a、7b、7cを同方向に同距離だけ移動させることにより、Z軸方向の並進移動が可能となり、調整ねじ8a、8bを同方向に同距離だけ移動させることにより、X軸方向の並進移動が可能となり、調整ねじ9を移動させることによりY軸方向の並進移動が可能となる。
また、自由曲面ミラー1は、図6(b)に示すように、調整ねじ7aの位置を固定し、調整ねじ7b、7cをそれぞれ反対方向に同距離だけ移動することにより、例えばβ=β0のようなY軸まわりの回転移動が可能となる。また、調整ねじ8a、8bをそれぞれ反対方向に同距離だけ移動することによりZ軸まわりの回転移動が可能となる。また、調整ねじ7b、7cを同方向に同距離だけ移動し、調整ねじ7aをそれらと反対方向に同距離だけ移動することにより、X軸まわりの回転移動が可能となる。
そして、これらを適宜組み合わせることにより、それぞれの可動範囲内で、任意方向への並進移動と回転移動とを同時に実現することができる。
That is, the free-form mirror 1 can be translated in the Z-axis direction by moving the adjusting
In addition, as shown in FIG. 6B, the free-form surface mirror 1 fixes the position of the
Then, by appropriately combining these, translational movement and rotational movement in any direction can be realized simultaneously within each movable range.
フランジ部1Bは、光学面である反射面1aの外周側に、反射面1aと段差をなして十分な剛性を有するように設けられるので、弾性部材からの付勢力が、フランジ上面1i、1j、面取り部1g、1hにそれぞれ分布荷重として加わる。したがって比較的大きな付勢力が点荷重として加わることがないため、付勢力による反射面1aの変形を防止できる。また、自由曲面ミラー1の位置が移動しても付勢力の作用点は、全体として変わらないから、バランスよく付勢することが可能となる。
また本実施形態では、各押えバネにスリット3a、4a、5a、6aが設けられているため、付勢力の方向と交差する方向に付勢力を可変できる。そのため、自由曲面ミラー1の回転移動が容易となり、かつ確実な付勢を行うことができるという利点がある。
Since the
In the present embodiment, since the presser springs are provided with the
なお、付勢力は、自由曲面ミラー1の変形が許容範囲内であれば、集中荷重に近いものとして与えてもよい。その場合、フランジ部1Bの変形を抑制するために調整ねじ7a、7b、7cに対してフランジ部1Bを挟んで当接部70a…に略対向する位置に付勢力を加えることができるように、弾性部材、支持部材の位置を配置することが好ましい。
このような集中荷重に近い付勢力を加える弾性部材としては、例えばコイルバネ、ワイヤースプリングなどが採用できる。また合成ゴム、エラストマーなどを適宜形状に成形した部材なども採用できる。
Note that the biasing force may be given as close to a concentrated load as long as the deformation of the free-form curved mirror 1 is within an allowable range. In that case, in order to suppress deformation of the
For example, a coil spring, a wire spring, or the like can be used as the elastic member that applies an urging force close to the concentrated load. In addition, a member obtained by appropriately shaping a synthetic rubber, an elastomer, or the like can be used.
このように本実施形態によれば、光学素子の位置姿勢を任意方向に調整することができ、例えば自由曲面を有する光学素子などの支持機構として好適である。
その調整・支持の際、光学素子に移動を妨げる拘束が発生しないので、光学素子の光学面を歪むことがなく、高精度に支持することができる。
また、このような支持機構は、支持部材として6本の調整ねじ、弾性部材として3つの押えバネを用いて簡素かつ安価に構成することができるという利点がある。
As described above, according to the present embodiment, the position and orientation of the optical element can be adjusted in an arbitrary direction, which is suitable as a support mechanism for an optical element having a free-form surface, for example.
During the adjustment and support, the optical element is not restrained from moving, so that the optical surface of the optical element is not distorted and can be supported with high accuracy.
Further, such a support mechanism has an advantage that it can be configured simply and inexpensively using six adjustment screws as the support member and three presser springs as the elastic member.
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態に係る光学素子の支持機構について説明する。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る光学素子の支持機構の概略構成について説明するための斜視説明図である。図8は、本発明の第2の実施形態に係る光学素子の支持機構の移動手段の概略構成について説明するための軸方向の断面説明図である。図9は、本発明の第2の実施形態に係る光学素子の支持機構に用いる位置姿勢検出センサの概略構成を説明するための図7のA−A断面図および検出動作について説明するための動作説明図である。図10は、本発明の第2の実施形態に係る光学素子の支持機構の位置姿勢調整制御手段の概略構成を説明するための機能ブロック図である。
[Second Embodiment]
An optical element support mechanism according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a perspective explanatory view for explaining a schematic configuration of a support mechanism for an optical element according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view in the axial direction for explaining the schematic configuration of the moving means of the support mechanism of the optical element according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9 is an AA cross-sectional view of FIG. 7 for explaining the schematic configuration of the position and orientation detection sensor used in the optical element support mechanism according to the second embodiment of the present invention, and an operation for explaining the detection operation. It is explanatory drawing. FIG. 10 is a functional block diagram for explaining a schematic configuration of the position and orientation adjustment control means of the optical element support mechanism according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態の調整支持機構51(光学素子の支持機構)は、光学素子の位置および角度姿勢を検出する位置姿勢検出センサと、光学素子を移動可能に支持する支持部材の移動手段とを備え、光学素子の位置および角度姿勢を自動調整可能としたものである。
調整支持機構51の概略構成は、図7に示すように、第1の実施形態の調整支持機構50のミラーホルダ2に代えて、ミラーホルダ20を備え、調整ねじ7a、7b、7c、8a、8b、9に代えて、調整ピン28(支持部材)を有するアクチュエータ21a、21b、21c、22a、22b、23(移動手段)を備え、それらに加えて位置姿勢検出センサ24、25、26、および図7に図示しない自動調整制御手段100(図10参照)を備えたものである。
以下、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
The adjustment support mechanism 51 (optical element support mechanism) of the present embodiment includes a position / orientation detection sensor that detects a position and an angle / orientation of the optical element, and a support member moving unit that movably supports the optical element. The position and angle orientation of the optical element can be automatically adjusted.
As shown in FIG. 7, the schematic configuration of the
Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.
ミラーホルダ20は、ZX平面に平行な固定面2nを有する固定部20Aの上部(Y軸正方向)にXY平面に平行に延ばされた壁20bが形成され、壁20bと対向してセンサ取付部20Eが設けられた部材である。
固定部20Aには、調整支持機構51を装置に取り付けるための取付孔2jが厚さ方向に貫通して設けられている。
壁20bの外周には、ミラーホルダ2の側壁2c、2d、2e、2fと略同様の側壁20c、20d、20e、20fが形成されている。すなわち、壁20b、側壁20c、20d、20e、20fは、Z軸正方向に開口する函状の空間を形成している。この空間は、自由曲面ミラー1を第1の実施形態と同様の隙間を空けて納めることができる大きさとされる。
また、側壁20c、20d、20e、20fには、裏面側となるため全部は図示されていないが、固定部2Aと同様に押えバネ3、4、5、6が、ねじ12…により取り付けられている。
The
An attachment hole 2j for attaching the
Further, the
固定部2Aと異なる点として、固定部20Aでは、ねじ穴2g、2i、2hに代えて、同様の位置に調整ピン28が貫通できる貫通孔29…が設けられている。
また、側壁20c、20fの長手方向の略中央部には、それぞれ側面1c、側面1fが見える位置に、開口20q、20pが設けられている。
そして、開口20q(20p)の近傍には、側壁20c(20f)からX軸視(Z軸視)で逆L字状とされたセンサ取付部20C(20D)が、Y軸正方向(X軸負方向)から見て開口20q(20p)を覆うように設けられている。開口20q(20p)とそれを多うセンサ取付部20C(20D)との間、Y軸方向(X軸方向)に一定距離だけ離間されている。
また、壁20bには、開口2kに代えて、開口20kが設けられている。
Unlike the fixing
In addition,
Further, in the vicinity of the
The
本実施形態の場合、自由曲面ミラー1は、少なくとも開口20k、20q、20pにより露出される部分の裏面1b、側面1c、1fは、鏡面が形成されているものとする。
そして、開口20k、20q、20pは、斜め方向から所定径の光ビームを入射したとき、裏面1b、側面1c、1f上のスポットおよびその反射光がけられることのないような大きさ・形状とされている。
In the case of the present embodiment, it is assumed that the free-form surface mirror 1 has a mirror surface formed on at least the
The
また、貫通孔29…の軸上には、それぞれ、アクチュエータ21a、21b、21c、22a、22b、23が設けられている。
アクチュエータ21a、21b、21cは壁2b上に、アクチュエータ22a、22bは側壁20e上に、アクチュエータ23は側壁20f上にそれぞれ設けられている。
The
これらアクチュエータは、図8に示すように、調整ピン28(支持部材)と駆動部27とからなる共通の構成を有している。
調整ピン28は、先端に当接部70aを備えた軸状部材であり、駆動部27により軸方向に進退可能とされている。
駆動部27は、自動調整制御手段100の制御信号により調整ピン28を取付面である壁20b、側壁20e、20fに直交する方向に進退させることができる機構である。
例えば、駆動部27としてステッピングモータなど定角回転駆動機構を採用する場合、調整ピン28として軸部に雄ネジを形成し、駆動部27側に雌ねじを形成し、調整ピン28を回転駆動することにより進退させる機構を構成することができる。
また例えば、駆動部27として、リニアモータなどの直動機構を採用する場合、調整ピン28としては、リニアモータの可動部に接合されたピン部材としてもよいし、調整ピン28自体を例えば着磁された棒部材などとして、リニアモータの可動部を形成する構成としてもよい。
As shown in FIG. 8, these actuators have a common configuration including an adjustment pin 28 (support member) and a
The
The
For example, when a constant angle rotation drive mechanism such as a stepping motor is employed as the
Further, for example, when a linear motion mechanism such as a linear motor is employed as the
位置姿勢検出センサ24、25、26は、図9(a)に示すように、所定径に整形された検知ビーム32を、それぞれ鏡面が形成された自由曲面ミラー1の側面1f、1c、裏面1bに向けて投射するビーム光源31と、各鏡面で反射される検知ビーム32のスポット形状を撮像する2次元撮像素子としてのCCD30とからなる。
本実施形態では、ビーム光源31から投射される検知ビーム32は、断面が円形の平行ビームとされる。例えば半導体レーザにより発生させたレーザ光束をコリメートレンズで平行光束とする構成が採用できる。
CCD30は、その撮像面30aの位置、姿勢が、各鏡面が位置決めの基準位置にあるとき各鏡面からそれぞれ適宜の所定距離だけ離間された位置にあり、各鏡面により反射される検知ビーム32の光軸に直交する姿勢となるように配置されている。
As shown in FIG. 9A, the position /
In the present embodiment, the
The
自動調整制御手段100は、図10に示すように、画像処理部101、位置検出部102、移動量演算部103、および駆動制御部104により構成されている。
画像処理部101は、位置姿勢検出センサ24、25、26の各CCD30に接続され、各CCD30から送られる画像信号を位置検出演算を行えるように画像処理するためのものである。例えば、各CCD30で撮像された画像信号を二値化し、エッジ部の平滑化などの整形処理を行うものである。
位置検出部102は、画像処理部101により画像処理されたスポットの画像信号から、スポットの中心位置とスポットの外形状を算出するためのものである。スポットの中心位置は、例えば画像信号の重心を演算することにより算出される。また、スポットの外形状は、例えば外形線のデータをエッジ抽出処理により抽出し、そのデータを楕円の曲線当てはめを行うことにより算出される。例えば楕円の主軸方向、長径、短径などが算出される。
As shown in FIG. 10, the automatic
The
The
移動量演算部103は、位置検出部102により算出されたスポットの中心位置、スポットの外形状から、鏡面の並進移動量と回転移動量を算出するためのものである。
本実施形態では、検知ビーム32が断面円形の平行光束とされているので、鏡面が基準位置にある場合、検知ビーム32は、中心が撮像面30a上で位置P0となる円形のスポット32Aを形成する(図9(b)、(c)参照)。
そして、図9(a)に面S1で示すように、自由曲面ミラー1が位置姿勢検出センサ25に対して基準位置から平行移動する場合、撮像面30a上では、図9(b)に示すように、スポット32Aと同様の円形で、中心位置が位置P1に移動したスポット32Bが形成される。
また、図9(a)に面S2で示すように、自由曲面ミラー1が位置姿勢検出センサ25に対して基準位置から回転移動する場合、撮像面30aが反射光の光軸に対して傾斜するために、図9(c)に示すように、スポット形状が楕円となり、中心位置がP2に移動したスポット32Cが形成される。
The movement
In the present embodiment, since the
As shown in terms S 1 in FIG. 9 (a), if the free-form surface mirror 1 is moved in parallel from the reference position with respect to the position and
Further, as shown in terms S 2 in FIG. 9 (a), if the free-form surface mirror 1 is rotated and moved from the reference position with respect to the position and
このように、スポットの楕円の度合は鏡面の基準位置に対する傾斜角度に対応し、中心位置の移動量は鏡面の並進移動量および傾斜角度に対応する。そのため、それらの量を検出すれば、鏡面に対するCCD30の距離および検知ビーム32の投射角度に基づいて、鏡面の基準位置に対する傾斜角度および並進移動量が算出できる。
As described above, the degree of the ellipse of the spot corresponds to the inclination angle of the mirror surface with respect to the reference position, and the movement amount of the center position corresponds to the translational movement amount and inclination angle of the mirror surface. Therefore, if these amounts are detected, the tilt angle and the translational movement amount with respect to the reference position of the mirror surface can be calculated based on the distance of the
上記では、簡単のため、1軸方向の並進移動と回転移動の場合について説明したが、一般的な並進移動、回転移動においても同様である。
すなわち、移動量演算部103により、X軸、Y軸、Z軸方向の並進移動量と、X軸まわり、Y軸まわり、Z軸まわりの回転移動量とからなる6つの移動量が算出される。
例えば、3軸方向の複合的な移動ではスポットの楕円の主軸方向の回転角度や楕円の短径、長径の絶対値の変化を検出することにより、各移動成分が正確に算出される。
ただし本実施形態では、位置姿勢検出センサ24、25、26がそれぞれ互いに直交する3つの鏡面に対して設けられているので、それぞれの移動量が微小の場合は、他の移動による影響はより高次の微小量となって無視することができる。そのため位置姿勢検出センサに対して上記の説明の演算を行うのみでも十分である。
In the above, for the sake of simplicity, the case of translational movement and rotational movement in one axial direction has been described, but the same applies to general translational movement and rotational movement.
That is, the movement
For example, in a complex movement in the three-axis directions, each movement component is accurately calculated by detecting changes in the rotation angle in the principal axis direction of the ellipse of the spot and the absolute value of the minor axis and major axis of the ellipse.
However, in this embodiment, since the position /
駆動制御部104は、移動量演算部103により算出された各鏡面の基準位置からの6つの移動量に基づいて、アクチュエータ21a、21b、21c、22a、22b、23のそれぞれの駆動量を算出し、それに応じた制御信号を生成するためのものである。
駆動量の目標値は、基準位置そのものであってもよいし、基準位置と異なる調整目標位置、姿勢であってもよい。また、これらの目標値は、調整支持機構51が設置される装置から自動調整制御手段100に入力することにより可変されるものであってもよい。
The
The target value of the drive amount may be the reference position itself, or may be an adjustment target position and posture different from the reference position. Further, these target values may be varied by inputting to the automatic adjustment control means 100 from an apparatus in which the
6つの移動量と各アクチュエータの駆動量との間には、例えば各アクチュエータの支持位置に応じて6元連立方程式で表される一定の関係が成り立つから、それを解くことにより、各アクチュエータの駆動量が同時に求めることができる。そのため、必要な調整移動量に基づいて、各アクチュエータを同時に駆動して、自由曲面ミラー1の位置、姿勢を調整することができる。
これらの調整は、必要であれば、適宜間隔でサンプリングして位置姿勢検出を行い、目標値に対するずれ量が許容値以下となるように、常時、位置姿勢調整を行うようにしてもよい。
Between the six movement amounts and the drive amount of each actuator, for example, a certain relationship represented by a six-way simultaneous equation is established according to the support position of each actuator. The quantity can be determined simultaneously. Therefore, it is possible to adjust the position and posture of the free-form surface mirror 1 by simultaneously driving the actuators based on the necessary adjustment movement amount.
For these adjustments, if necessary, the position and orientation may be detected by sampling at appropriate intervals, and the position and orientation may be constantly adjusted so that the deviation amount with respect to the target value is equal to or less than the allowable value.
本実施形態の調整支持機構51によれば、自由曲面ミラー1をミラーホルダ20に組み込んだ状態で、位置姿勢検出センサ24、25,26から検知ビーム32を、それぞれ側面1f、裏面1b、側面1cに投射し、その反射光をそれぞれのCCD30により撮像し、その画像信号を、自動調整制御手段100に送出することにより、基準位置からのずれ量が検出される。そして、そのずれ量に応じて、アクチュエータ21a、21b、21c、22a、22b、23が駆動されることにより、自由曲面ミラー1の位置、姿勢が目標値に向けて自動的に調整される。
したがって、6自由度の調整を容易かつ迅速に行うことができる。
また調整支持機構51は、それが設置される装置からの入力に基づいて、目標値を可変できるようにする場合、例えば光偏向器として用いることができる。
According to the
Therefore, adjustment with six degrees of freedom can be performed easily and quickly.
The
なお、上記の説明では、光学素子として光学面が反射面である場合の反射光学素子として説明したが、透過光学素子として、例えば、ハーフミラー、レンズ、プリズム、DOE、ホログラム素子を用いる場合でも、保持部材に、透過光路を確保するための開口を設ける以外は、上記と略同様の構成とすることができる。 In the above description, the optical element is described as a reflective optical element when the optical surface is a reflective surface, but as a transmissive optical element, for example, a half mirror, a lens, a prism, a DOE, or a hologram element is used. The holding member can have substantially the same configuration as described above except that an opening for securing a transmitted light path is provided.
また、上記の説明では、光学素子の互いに平行でない3つの支持面が光学素子の底面、側面となっている例で説明したが、支持面は、支持部材の数に応じた複数であってもよい。
図11(a)は、光学素子の第1変形例について説明するための斜視説明図である。
第1変形例のレンズ40は、略円板状の中央部にレンズ部40Aが形成され、その外周側にフランジ部40Bが設けられている。そして、フランジ部40Bの厚さ方向の一方に第1支持面として図示XY平面に平行な裏面1bが形成され、フランジ部40Bの側方に、凹部40a、40b、40cが設けられている。凹部40a、40bには、第2支持面として図示YZ平面に平行な支持面41、41が形成されている。また凹部40cには、第3支持面として図示ZX平面に平行な支持面42が形成されている。
Further, in the above description, the example in which the three support surfaces of the optical element that are not parallel to each other are the bottom surface and the side surface of the optical element has been described, but there may be a plurality of support surfaces depending on the number of support members. Good.
FIG. 11A is a perspective explanatory view for explaining a first modification of the optical element.
In the
このような構成により、光学素子の外形が円形であっても、支持面を設けることができ、例えば軸対称面などを有するために、外形を円形とする必要がある光学素子などにも本発明を容易に適用することができる。例えば外形が円形のガラスレンズを用いる場合などに好適である。 With such a configuration, even if the outer shape of the optical element is circular, a support surface can be provided. For example, the present invention is also applied to an optical element that has a circular outer shape in order to have an axially symmetric surface. Can be easily applied. For example, it is suitable when a glass lens having a circular outer shape is used.
図11(b)は、光学素子の第2変形例について説明するための斜視説明図である。
第2変形例のレンズ43は、略円板状の中央部にレンズ部40Aが形成され、その外周側にフランジ部40Bが設けられている。そして、フランジ部40Bの厚さ方向の一方に第1支持面として図示XY平面に平行な裏面1bが形成され、フランジ部40Bの側方に、凸部43a、43bが設けられている。凸部43aには、第2支持面として図示YZ平面に平行な支持面41が形成されている。また凸部43bには、第3支持面として図示ZX平面に平行な支持面42が形成されている。
FIG. 11B is a perspective explanatory view for explaining a second modification of the optical element.
The lens 43 of the second modified example has a
このような構成により、支持面を必要な箇所に凸部を設けるので、材料の使用効率がよい光学素子とすることができる。例えば、光学面が円形状などの合成樹脂成形レンズを採用する場合に、材料費を低減でき、成形性のよい形状とすることができるという利点がある。 With such a configuration, the support surface is provided with a convex portion where necessary, so that an optical element with good material use efficiency can be obtained. For example, when a synthetic resin molded lens having a circular optical surface is employed, there is an advantage that the material cost can be reduced and the shape can be improved.
また、上記の第2の実施形態の説明では、位置姿勢検出センサとして、平行光束の反射光の形状を画像処理する場合の例で説明したが、収束光束、拡散光束であっても、算出方法を適宜変更すれば、反射面の位置、姿勢によるスポット形状、位置の変化を特定できるから、平行光束に限定されるものではない。
また、位置姿勢検出センサの方式は、一例であって、光学素子の位置、姿勢を検出できるものであれば、他の方式を採用してもよい。
例えば、検出面に複数の非接触測距センサを配置し、検出面の並進移動と配点移動とを検出する方式を採用できる。非接触測距センサは、例えば光学式、静電式など適宜のセンサを採用することができる。
Further, in the description of the second embodiment, the example in the case of performing image processing on the shape of the reflected light of the parallel light beam as the position / orientation detection sensor has been described. If it is appropriately changed, the spot shape and the change in position depending on the position and posture of the reflecting surface can be specified.
Further, the position and orientation detection sensor system is an example, and other systems may be employed as long as the position and orientation of the optical element can be detected.
For example, it is possible to employ a method in which a plurality of non-contact distance measuring sensors are arranged on the detection surface and the translation movement and the point movement of the detection surface are detected. As the non-contact distance measuring sensor, for example, an appropriate sensor such as an optical type or an electrostatic type can be adopted.
また、上記の説明では、すべて手動調整するか、すべて自動調整するようにした例で説明したが、位置姿勢検出センサと移動手段とを一部に設け、例えば手動調整しにくい方向を自動化するようにしてもよい。
また、位置姿勢検出センサと移動手段とを着脱可能に設けて、組立時に装着して自動調整を行い、調整後に外せるようにしてもよい。
Further, in the above description, the example is described in which all are manually adjusted or all are automatically adjusted. However, the position / orientation detection sensor and the moving unit are provided in part, for example, to automate the direction in which manual adjustment is difficult. It may be.
Further, the position / orientation detection sensor and the moving means may be provided so as to be detachable, and may be attached at the time of assembly and automatically adjusted, and removed after the adjustment.
また、上記の説明では、第1〜3支持面を互いに直交する方向に配置した例で説明した。このようにすれば、調整量が直観的に分かりやすいという利点がある。しかしながら、支持面は、同一平面上にない異なる3方向がそれぞれの法線方向であれば、互いに90°とは異なる角度で交差していてもよい。これらの法線上の移動量は任意の直角座標系成分に分解されるから、移動量を適宜調整することにより、互いに直交する方向に配置した場合と等価な移動を行うことができるものである。 In the above description, the first to third support surfaces are described as being arranged in directions orthogonal to each other. This has the advantage that the adjustment amount is intuitively easy to understand. However, the support surfaces may intersect each other at an angle different from 90 ° if the three different directions that are not on the same plane are the normal directions. Since the movement amount on these normal lines is decomposed into arbitrary rectangular coordinate system components, the movement equivalent to the case where they are arranged in directions orthogonal to each other can be performed by appropriately adjusting the movement amount.
1、40、43 自由曲面ミラー(光学素子)
1b 裏面(第1支持面)
1e 側面(第2支持面)
1f 側面(第3支持面)
1g、1h 面取り部
2、20 ミラーホルダ(保持部材)
2k、20k、20p、20q 開口
3、4、5、6 押えバネ(弾性部材)
3a、4a、5a、6a スリット
7a、7b、7c、8a、8b、9 調整ねじ(支持部材)
10 コイルバネ10
17 調整ねじ(支持部材)
17c 操作把持部
21a、21b、21c、22a、22b、23 アクチュエータ(移動手段)
24、25、26 位置姿勢検出センサ
28 調整ピン(支持部材)
30 CCD
31 ビーム光源
32 検知ビーム
32A、32B、32C スポット
40、43 レンズ(光学素子)
40a、40b、40c 凹部
43a、43b 凸部
41 支持面(第2支持面)
42 支持面(第3支持面)
50、51 調整支持機構(光学素子の支持機構)
70a 当接部
100 自動調整制御手段
101 画像処理部
102 位置検出部
103 移動量演算部
104 駆動制御部
1, 40, 43 Free-form surface mirror (optical element)
1b Back surface (first support surface)
1e Side surface (second support surface)
1f Side surface (third support surface)
1g,
2k, 20k, 20p, 20q
3a, 4a, 5a,
10
17 Adjustment screw (support member)
17c
24, 25, 26 Position and
30 CCD
31 Beam
40a, 40b,
42 Support surface (third support surface)
50, 51 Adjustment support mechanism (support mechanism for optical elements)
Claims (6)
該光学素子を前記支持面のいずれかに当接して支持するための6つの支持部材と、
前記光学素子を前記支持部材に対してそれぞれ付勢する弾性部材と、
該弾性部材および前記支持部材を保持するための保持部材とを備え、
前記支持部材が前記保持部材に対してそれぞれ所定方向に移動可能に保持され、
前記支持面をそれぞれ異なる3方向ごとに、第1支持面、第2支持面、第3支持面と称するとき、
前記支持部材のうち3つが前記第1支持面に当接され、
前記支持部材のうち2つが前記第2支持面に当接され、
前記支持部材のうち1つが前記第3支持面に当接され、
前記支持部材が移動する所定方向が、それぞれ当接する前記支持面に交差する方向とされたことを特徴とする光学素子の支持機構。 An optical element having a support surface in which three different directions that are not on the same plane are normal directions;
6 support members for supporting the optical element in contact with any of the support surfaces;
An elastic member for urging the optical element with respect to the support member;
A holding member for holding the elastic member and the support member,
The support member is held movably in a predetermined direction with respect to the holding member,
When the support surface is referred to as a first support surface, a second support surface, or a third support surface in three different directions,
Three of the support members are in contact with the first support surface,
Two of the support members are in contact with the second support surface,
One of the support members is in contact with the third support surface;
A support mechanism for an optical element, wherein a predetermined direction in which the support member moves is a direction that intersects the support surfaces that contact each other.
前記支持部材を前記それぞれの所定方向に移動する移動手段とを備え、
前記位置姿勢検出センサの検出出力に基づいて前記移動手段を制御して、前記光学素子の位置および角度姿勢を目標値に自動調整できるようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子の支持機構。 A position and orientation detection sensor for detecting the position and angular orientation of the optical element;
Moving means for moving the support member in the respective predetermined directions,
3. The apparatus according to claim 1, wherein the moving unit is controlled based on a detection output of the position / orientation detection sensor so that a position and an angle / orientation of the optical element can be automatically adjusted to a target value. 4. Support mechanism for optical elements.
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