光学系のアライメント装置および方法
【課題】 簡素な構成にしたがって、光量損失を実質的に発生させることなく、光学系中の主鏡と副鏡とを位置合わせすることのできるアライメント装置。
【解決手段】 光軸（ＡＸ）に沿って対向するように配置された主鏡（２１）と副鏡（２２）とを有する光学系において主鏡と副鏡とを位置合わせするためのアライメント装置。副鏡の表側の面に形成されて光学系の使用光を反射し且つアライメント光を透過させるダイクロイック膜（４）と、副鏡の裏側に形成されてアライメント光を反射する裏側反射面（５）と、副鏡のダイクロイック膜に入射し、裏側反射面、主鏡の反射面、および裏側反射面で順次反射されたアライメント光に基づいて主鏡と副鏡との位置ずれを検出する検出系（６，７，８）とを備えている。
【解決手段】 光軸（ＡＸ）に沿って対向するように配置された主鏡（２１）と副鏡（２２）とを有する光学系において主鏡と副鏡とを位置合わせするためのアライメント装置。副鏡の表側の面に形成されて光学系の使用光を反射し且つアライメント光を透過させるダイクロイック膜（４）と、副鏡の裏側に形成されてアライメント光を反射する裏側反射面（５）と、副鏡のダイクロイック膜に入射し、裏側反射面、主鏡の反射面、および裏側反射面で順次反射されたアライメント光に基づいて主鏡と副鏡との位置ずれを検出する検出系（６，７，８）とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系のアライメント装置および方法に関し、特にレーザ照射装置、レーザ測距装置等のレーザ光学装置における主鏡と副鏡とのアライメント（位置合わせ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のレーザ光学装置として、たとえば特開２０００−１２１７２４号公報に記載されているように、上空に向けてレーザ光を送出する送光光学系と、送光光学系から送出したレーザ光の散乱レーザ光を受光する受光光学系とを備えたレーザレーダ装置が知られている。特許文献１には、レーザレーダ装置のように大口径反射光学系が採用されたレーザ光学装置において、カセグレン光学系の主鏡と副鏡との位置合わせに利用可能なアライメント光学系が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２７９８３８Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、副鏡の周辺部に密着するように付設されたヌル光学系としての円環状の球面鏡を用いるアライメント光学系が提案されている。しかしながら、この構成では、互いに密着した球面鏡および副鏡の製作が困難であるという不都合がある。また、ヌル球面鏡の面積分だけ光束の中心遮蔽量が増えるという不都合がある。
【０００５】
また、特許文献１には、主鏡と同程度の大口径で且つ大きな中央貫通部を有する穴あき平面鏡を用いるアライメント光学系が提案されている。しかしながら、この構成では、大口径の穴あき平面鏡の面積分だけ送光光量および受光光量が損なわれるという不都合がある。また、大口径の穴あき平面鏡を所望の精度で製作して所定位置に所望の精度で位置決めすることが困難であり、大きなコストがかかるという不都合がある。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成にしたがって、光量損失を実質的に発生させることなく、光学系中の主鏡と副鏡とを位置合わせすることのできるアライメント装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光軸に沿って対向するように配置された主鏡と副鏡とを有する光学系において前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせするためのアライメント装置であって、
前記副鏡の表側の面に形成されて前記光学系の使用光を反射し且つアライメント光を透過させるダイクロイック膜と、
前記副鏡の裏側に形成されて前記アライメント光を反射する裏側反射面と、
前記副鏡の前記ダイクロイック膜に入射し、前記裏側反射面、前記主鏡の反射面、および前記裏側反射面で順次反射された前記アライメント光に基づいて前記主鏡と前記副鏡との位置ずれを検出する検出系とを備えていることを特徴とするアライメント装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２形態では、第１形態のアライメント装置を用いて前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせするアライメント方法であって、
前記検出系で検出された前記主鏡と前記副鏡との位置ずれ情報に基づいて、前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせすることを特徴とするアライメント方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のアライメント装置では、光軸に沿って対向するように配置された主鏡と副鏡とを有する光学系において主鏡と副鏡とを位置合わせするために、光学系の使用光を反射し且つアライメント光を透過させるダイクロイック膜が副鏡の表側の面に形成され、アライメント光を反射する裏側反射面が副鏡の裏側に形成されている。裏側反射面の面形状は、例えばダイクロイック膜に平行光束の状態で入射したアライメント光が主鏡の反射面に垂直入射するように設定されている。
【００１０】
その結果、副鏡のダイクロイック膜に入射し、裏側反射面、主鏡の反射面、および裏側反射面で順次反射されたアライメント光に基づいて主鏡と副鏡との位置ずれを検出し、検出した主鏡と副鏡との位置ずれ情報に基づいて主鏡と副鏡とを位置合わせすることができる。すなわち、本発明のアライメント装置および方法では、簡素な構成にしたがって、光量損失を実質的に発生させることなく、光学系中の主鏡と副鏡とを位置合わせすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかるアライメント装置の構成を概略的に示す図である。第１実施形態では、カセグレン光学系の主鏡と副鏡とを位置合わせするアライメント装置に対して本発明を適用している。図１を参照すると、例えばレーザレーダ装置のようなレーザ光学装置が、光軸ＡＸに沿って対向するように配置された主鏡２１と副鏡２２とを備えている。
【００１２】
主鏡２１は、中央に形成された貫通部２１ａと、表側（副鏡２２側）に形成された凹面状の反射面２１ｂとを有する凹面反射鏡である。副鏡２２は、表側（主鏡２１側）に形成された凸面状の反射面４を有する凸面反射鏡である。すなわち、主鏡２１と副鏡２２とは、カセグレン光学系を構成している。副鏡２２の表側反射面４の構成および作用については後述する。
【００１３】
第１実施形態のアライメント装置は、例えば円環状の断面を有するアライメント光を供給するための光源１を備えている。光源１から射出されたアライメント光は、ダイクロイックミラー２に入射する。ダイクロイックミラー２は、主鏡２１と副鏡２２とからなるカセグレン光学系の使用光であるレーザ光を反射し且つアライメント光を透過させる特性を有する。したがって、光源１からのアライメント光は、ダイクロイックミラー２を透過し、ビームスプリッター３に入射する。
【００１４】
ビームスプリッター３を透過したアライメント光は、主鏡２１の中央貫通部２１ａを通過し、平行光束の状態で副鏡２２に入射する。図２に示すように、副鏡２２の表側の面には、カセグレン光学系（２１，２２）の使用光Ｌｂを反射し且つアライメント光Ｌａを透過させるダイクロイック膜４が形成されている。一方、副鏡２２の裏側（主鏡２１とは反対側）には、アライメント光Ｌａを反射する裏側反射面５が形成されている。
【００１５】
裏側反射面５の面形状は、副鏡２２のダイクロイック膜４に平行光束の状態で入射したアライメント光が主鏡２１の反射面２１ｂに垂直入射するように設定されている。さらに具体的には、裏側反射面５の面形状および副鏡２２の本体を形成する光学材料（石英など）のアライメント光に対する屈折率は、ダイクロイック膜４に平行光束の状態で入射したアライメント光が主鏡２１の反射面２１ｂに垂直入射するように設定されている。
【００１６】
したがって、副鏡２２に平行光束の状態で入射したアライメント光は、ダイクロイック膜４を透過し、副鏡２２の本体内部を伝播した後、裏側反射面５に入射する。裏側反射面５で反射されたアライメント光は、副鏡２２の本体内部を伝播し、ダイクロイック膜４を透過した後、主鏡２１の反射面２１ｂに垂直入射する。主鏡２１の反射面２１ｂで反射されたアライメント光は、往路と同一の光路に沿って、ビームスプリッター３へ戻る。
【００１７】
すなわち、主鏡２１の反射面２１ｂで反射されたアライメント光は、ダイクロイック膜４を透過し、裏側反射面５で反射され、ダイクロイック膜４を再び透過し、主鏡２１の中央貫通部２１ａを通過した後、ビームスプリッター３に入射する。ビームスプリッター３で反射されたアライメント光は、集光光学系６を介して、例えば二次元ＣＣＤのような光検出器７に入射する。光検出器７は、集光光学系６の後側焦点位置に位置決めされた検出面を有する。光検出器７の出力は、信号処理系８に供給される。
【００１８】
レーザレーダ装置の使用状態では、レーザ光源（不図示）が、例えば円環状の断面を有するレーザ光を供給する。レーザ光源からのレーザ光は、ダイクロイックミラー２で反射され、ビームスプリッター３を透過して、カセグレン光学系（２１，２２）へ導かれる。カセグレン光学系（２１，２２）へ導かれたレーザ光は、図３に示すように、主鏡２１の中央貫通部２１ａを通過して、平行光束の状態で副鏡２２に入射する。
【００１９】
副鏡２２に入射したレーザ光は、副鏡２２の表側反射面を構成するダイクロイック膜４および主鏡２１の反射面２１ｂで順次反射された後、例えば平行光束の状態で上空に向けて送出される。レーザ光の照射を受けた目標物からの散乱レーザ光は、主鏡２１の反射面２１ｂおよび副鏡２２のダイクロイック膜４で順次反射され、主鏡２１の中央貫通部２１ａを通過し、ビームスプリッター３を透過し、ダイクロイックミラー２で反射された後、受光部（不図示）に達する。
【００２０】
レーザレーダ装置において主鏡２１と副鏡２２とが光軸ＡＸに沿って正確に位置合わせされた状態では、主鏡２１の反射面２１ｂに垂直入射した後にビームスプリッター３へ戻ったアライメント光は、ビームスプリッター３から副鏡２２のダイクロイック膜４へ入射したアライメント光と同様に、平行光束の状態にある。したがって、アライメント光は、光検出器７の検出面上において光軸ＡＸと交わる所定位置（たとえば検出面の中心位置）に小さなスポット光を形成する。
【００２１】
一方、主鏡２１と副鏡２２とが相対的に位置ずれした状態では、アライメント光は、光検出器７の検出面上において所定位置から外れた位置にスポット光を形成する。信号処理系８では、光検出器７からの出力に基づいて光検出器７の検出面上に形成されるスポット光の位置情報（所定位置からの位置ずれ）を求め、このスポット光の位置情報に基づいて主鏡２１と副鏡２２との位置ずれ（光軸ＡＸと直交する方向のシフト、光軸ＡＸに対する傾き（チルト）など）に関する情報、すなわちアライメント誤差を検出する。このように、集光光学系６、光検出器７および信号処理系８は、副鏡２２のダイクロイック膜４に入射し、裏側反射面５、主鏡２１の反射面２１ｂ、および裏側反射面５で順次反射されたアライメント光に基づいて主鏡２１と副鏡２２との位置ずれを検出する検出系を構成している。
【００２２】
第１実施形態のアライメント装置では、信号処理系８で検出された主鏡２１と副鏡２２との位置ずれ情報に基づいて、光検出器７の検出面上に形成されるスポット光が所定位置に近づくように、主鏡２１と副鏡２２とのアライメント（位置合わせ）を行う。具体的には、主鏡２１および副鏡２２のうちの少なくとも一方の位置または姿勢を変化させることにより、主鏡２１と副鏡２２とのアライメントを行う。
【００２３】
なお、主鏡２１と副鏡２２とのアライメントは、手動で行っても良いし、例えば信号処理系８からの指令に基づいて動作する駆動系を介して自動で行っても良い。こうして、第１実施形態のアライメント装置では、簡素な構成にしたがって、光量損失を実質的に発生させることなく、レーザレーダ装置のカセグレン光学系中の主鏡２１と副鏡２２とを位置合わせすることができる。
【００２４】
レーザレーダ装置では、例えば副鏡２２を光軸ＡＸに沿って移動させることにより、有限距離の目標物に対するフォーカシングを行うことがある。その際には、第１実施形態のアライメント装置において、光検出器７の検出面上に形成されるスポット光が十分に小さくなるように、集光光学系６を光軸ＡＸに沿って移動させてフォーカシングを行うことができる。以下、第１実施形態の具体的な数値実施例である第１実施例について説明する。
【００２５】
［第１実施例］
次の表（１）に、レーザレーダ装置の無限遠目標物に対する使用状態におけるカセグレン光学系の諸元の値を掲げる。表（１）において、面番号はレーザレーダ装置の使用光（波長１０６４ｎｍ）が入射する面の順序を、ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ；非球面の場合には頂点曲率半径）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち次の面までの面間隔（単位：ｍｍ）を、κは各面の非球面形状を規定する円錐係数（コーニック定数）をそれぞれ示している。
【００２６】
非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。後述の表（１）、（２）、（４）および（５）において、非球面形状に形成された面には面番号の右側に＊印を付している。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（κ＋１）・ｙ2／ｒ2｝1/2］ （ａ）
【００２７】
曲率半径ｒは、光源側に向かって凸面の曲率半径を正とし、光源側に向かって凹面の曲率半径を負としている。なお、第１実施例のカセグレン光学系では、入射瞳径が３７．５ｍｍであり、使用光の中心遮蔽の径が７．０ｍｍであり、ビーム拡大倍率が８倍である。表（１）における表記は、以降の表（４）においても同様である。
【００２８】
表（１）
面番号 ｒ ｄ κ
1* 125.0000 -437.50(d1) -1 （副鏡２２のダイクロイック膜４）
2* 1000.0000 ∞ (d2) -1 （主鏡２１の反射面２１ｂ）
【００２９】
次の表（２）に、無限遠目標物に対する使用状態にあるカセグレン光学系の位置合わせに適用されるアライメント装置のアライメント光学系の諸元の値を掲げる。表（２）において、面番号はアライメント光が入射する面の順序を、ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ；非球面の場合には頂点曲率半径）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち次の面までの面間隔（単位：ｍｍ）を、κは各面の非球面形状を規定する円錐係数（コーニック定数）を、ｎは各面と次の面までの媒質のアライメント光に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００３０】
曲率半径ｒは、光源側に向かって凸面の曲率半径を正とし、光源側に向かって凹面の曲率半径を負としている。ただし、集光光学系６については、曲率半径ｒは、光の入射側に向かって凸面の曲率半径を負とし、光の入射側に向かって凹面の曲率半径を正としている。また、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。なお、第１実施例のアライメント光学系では、入射瞳径が３７．５ｍｍであり、アライメント光の中心遮蔽の径が１８．７５ｍｍであり、アライメント光の波長が６３２．８ｎｍである。表（２）における表記は、以降の表（５）においても同様である。
【００３１】
表（２）
（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ κ ｎ
1* 125.0000 12.50 -1 1.457021 （副鏡２２の膜４）
2 308.8271 -12.50 1.457021 （副鏡２２の反射面５）
3* 125.0000 -437.50(d1) -1 （副鏡２２の膜４）
4* 1000.0000 437.50(d3) -1 （主鏡２１の反射面２１ｂ）
5* 125.0000 12.50 -1 1.457021 （副鏡２２の膜４）
6 308.8271 -12.50 1.457021 （副鏡２２の反射面５）
7* 125.0000 -537.50(d4) -1 （副鏡２２の膜４）
8 ∞ -50.00(d5) （ビームスプリッター３）
9 -89.7382 -10.00 1.457021 （集光光学系６）
10 347.3046 -150.00(d6)
【００３２】
次の表（３）に、無限遠の目標物に対するカセグレン光学系およびアライメント光学系中の面間隔、および有限距離（１００ｍ）の目標物に対するカセグレン光学系およびアライメント光学系中の面間隔の値を掲げる。表（３）において、面間隔ｄ１は、表（１）および表（２）に示すように、副鏡２２のダイクロイック膜４から主鏡２１の反射面２１ｂまでの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ２は、表（１）に示すように、主鏡２１の反射面２１ｂから無限遠目標物までの距離である。
【００３３】
面間隔ｄ３は、表（２）に示すように、主鏡２１の反射面２１ｂから副鏡２２のダイクロイック膜４までの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ４は、表（２）に示すように、副鏡２２のダイクロイック膜４からビームスプリッター３までの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ５は、表（２）に示すように、ビームスプリッター３から集光光学系６の入射面までの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ６は、表（２）に示すように、集光光学系６の射出面から光検出器７の検出面までの光軸ＡＸに沿った距離である。
【００３４】
表（３）
面間隔 無限遠の目標物 有限距離の目標物
d1 -437.50 -440.08
d2 ∞ 100000.00
d3 437.50 440.08
d4 -537.50 -540.08
d5 -50.00 -50.37
d6 -150.00 -149.63
【００３５】
表（３）を参照すると、第１実施例にかかるレーザレーダ装置のカセグレン光学系では、副鏡２２を光軸ＡＸに沿って２．５８ｍｍだけ図１中右側へ移動させることにより、無限遠の目標物から１００ｍ先の有限距離の目標物に対するフォーカシングを行うことができる。このとき、第１実施例のアライメント光学系では、集光光学系６を光軸ＡＸに沿って０．３７ｍｍだけ図１中下側へ移動させることによりフォーカシングを行うことができる。
【００３６】
図４は、本発明の第２実施形態にかかるアライメント装置の構成を概略的に示す図である。第２実施形態では、グレゴリー光学系の主鏡と副鏡とを位置合わせするアライメント装置に対して本発明を適用している。図４を参照すると、例えばレーザレーダ装置のようなレーザ光学装置が、光軸ＡＸに沿って対向するように配置された主鏡２３と副鏡２４とを備えている。
【００３７】
主鏡２３は、中央に形成された貫通部２３ａと、表側（副鏡２４側）に形成された凹面状の反射面２３ｂとを有する凹面反射鏡である。副鏡２４は、表側（主鏡２３側）に形成された凹面状の反射面４ａを有する凹面反射鏡である。すなわち、主鏡２３と副鏡２４とは、グレゴリー光学系を構成している。副鏡２４の表側反射面４ａの構成および作用については後述する。
【００３８】
第２実施形態のアライメント装置は、第１実施形態と類似の構成を有する。以下、第１実施形態との相違点に着目して、第２実施形態のアライメント装置の構成および動作を説明する。第２実施形態のアライメント装置では、光源１から射出されたアライメント光は、例えば円環状の断面を有し、ダイクロイックミラー２、ビームスプリッター３、主鏡２３の中央貫通部２３ａを介して、平行光束の状態で副鏡２４に入射する。
【００３９】
図５に示すように、副鏡２４の表側の面には、グレゴリー光学系（２３，２４）の使用光Ｌｂを反射し且つアライメント光Ｌａを透過させるダイクロイック膜４ａが形成されている。副鏡２４の裏側（主鏡２３とは反対側）には、アライメント光Ｌａを反射する裏側反射面５ａが形成されている。裏側反射面５ａの面形状および副鏡２４の本体を形成する光学材料のアライメント光に対する屈折率は、ダイクロイック膜４ａに平行光束の状態で入射したアライメント光が主鏡２３の反射面２３ｂに垂直入射するように設定されている。
【００４０】
したがって、副鏡２４に平行光束の状態で入射したアライメント光は、ダイクロイック膜４ａを透過し、裏側反射面５ａで反射され、ダイクロイック膜４ａを介して、主鏡２３の反射面２３ｂに垂直入射する。主鏡２３の反射面２３ｂで反射されたアライメント光は、往路と同一の光路に沿って、ビームスプリッター３へ戻る。すなわち、主鏡２３の反射面２３ｂで反射されたアライメント光は、ダイクロイック膜４ａを透過し、裏側反射面５ａで反射され、ダイクロイック膜４ａおよび主鏡２３の中央貫通部２３ａを介して、ビームスプリッター３に入射する。ビームスプリッター３で反射されたアライメント光は、集光光学系６を介して、光検出器７に達する。
【００４１】
第２実施形態におけるレーザレーダ装置の使用状態では、レーザ光源（不図示）からのレーザ光が、例えば円環状の断面を有し、ダイクロイックミラー２およびビームスプリッター３を介して、グレゴリー光学系（２３，２４）へ導かれる。グレゴリー光学系（２３，２４）へ導かれたレーザ光は、図６に示すように、主鏡２３の中央貫通部２３ａを通過して、平行光束の状態で副鏡２４に入射する。
【００４２】
副鏡２４に入射したレーザ光は、副鏡２４のダイクロイック膜４ａおよび主鏡２３の反射面２３ｂで順次反射された後、例えば平行光束の状態で上空に向けて送出される。レーザ光の照射を受けた目標物からの散乱レーザ光は、主鏡２３の反射面２３ｂおよび副鏡２４のダイクロイック膜４ａで順次反射され、主鏡２３の中央貫通部２３ａ、ビームスプリッター３、およびダイクロイックミラー２を介して、受光部（不図示）に達する。
【００４３】
第２実施形態のアライメント装置では、第１実施形態と同様に、信号処理系８で検出された主鏡２３と副鏡２４との位置ずれ情報に基づいて、光検出器７の検出面上に形成されるスポット光が所定位置に近づくように、主鏡２３と副鏡２４とのアライメントを行うことができる。すなわち、第２実施形態においても、簡素な構成にしたがって、光量損失を実質的に発生させることなく、レーザレーダ装置のグレゴリー光学系中の主鏡２３と副鏡２４とを位置合わせすることができる。以下、第２実施形態の具体的な数値実施例である第２実施例について説明する。
【００４４】
［第２実施例］
次の表（４）に、レーザレーダ装置の無限遠目標物に対する使用状態におけるグレゴリー光学系の諸元の値を掲げる。第２実施例のグレゴリー光学系では、入射瞳径が３７．５ｍｍであり、使用光の中心遮蔽の径が７．０ｍｍであり、ビーム拡大倍率が８倍である。
【００４５】
表（４）
面番号 ｒ ｄ κ
1* -125.0000 -562.50(d7) -1 （副鏡２４のダイクロイック膜４ａ）
2* 1000.0000 ∞ (d8) -1 （主鏡２３の反射面２３ｂ）
【００４６】
次の表（５）に、無限遠目標物に対する使用状態にあるグレゴリー光学系の位置合わせに適用されるアライメント装置のアライメント光学系の諸元の値を掲げる。第２実施例のアライメント光学系では、入射瞳径が３７．５ｍｍであり、アライメント光の中心遮蔽の径が１８．７５ｍｍであり、アライメント光の波長が６３２．８ｎｍである。
【００４７】
表（５）
（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ κ ｎ
1* -125.0000 12.50 -1 1.457021 （副鏡２４の膜４ａ）
2 -594.9449 -12.50 1.457021 （副鏡２４の反射面５ａ）
3* -125.0000 -562.50(d7) -1 （副鏡２４の膜４ａ）
4* 1000.0000 562.50(d9) -1 （主鏡２３の反射面２３ｂ）
5* -125.0000 12.50 -1 1.457021 （副鏡２４の膜４ａ）
6 -594.9449 -12.50 1.457021 （副鏡２４の反射面５ａ）
7* -125.0000 -662.50(d10) -1 （副鏡２４の膜４ａ）
8 ∞ -50.00(d11) （ビームスプリッター３）
9 -86.8150 -10.00 1.457021 （集光光学系６）
10 402.1376 -150.00(d12)
【００４８】
次の表（６）に、無限遠の目標物に対するグレゴリー光学系およびアライメント光学系中の面間隔、および有限距離（１００ｍ）の目標物に対するグレゴリー光学系およびアライメント光学系中の面間隔の値を掲げる。表（６）において、面間隔ｄ７は、表（４）および表（５）に示すように、副鏡２４のダイクロイック膜４ａから主鏡２３の反射面２３ｂまでの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ８は、表（４）に示すように、主鏡２３の反射面２３ｂから無限遠目標物までの距離である。
【００４９】
面間隔ｄ９は、表（５）に示すように、主鏡２３の反射面２３ｂから副鏡２４のダイクロイック膜４ａまでの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ１０は、表（５）に示すように、副鏡２４のダイクロイック膜４ａからビームスプリッター３までの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ１１は、表（５）に示すように、ビームスプリッター３から集光光学系６の入射面までの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ１２は、表（５）に示すように、集光光学系６の射出面から光検出器７の検出面までの光軸ＡＸに沿った距離である。
【００５０】
表（６）
面間隔 無限遠の目標物 有限距離の目標物
d7 -562.50 -565.08
d8 ∞ 100000.00
d9 562.50 565.08
d10 -662.50 -665.08
d11 -50.00 -50.59
d12 -150.00 -149.41
【００５１】
表（６）を参照すると、第２実施例にかかるレーザレーダ装置のグレゴリー光学系では、副鏡２４を光軸ＡＸに沿って２．５８ｍｍだけ図４中右側へ移動させることにより、無限遠の目標物から１００ｍ先の有限距離の目標物に対するフォーカシングを行うことができる。このとき、第２実施例のアライメント光学系では、集光光学系６を光軸ＡＸに沿って０．５９ｍｍだけ図４中下側へ移動させることによりフォーカシングを行うことができる。
【００５２】
なお、上述の説明では、例えばレーザレーダ装置のようなレーザ光学装置のカセグレン光学系またはグレゴリー光学系中の主鏡と副鏡とを位置合わせするアライメント装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、光軸に沿って対向するように配置された主鏡と副鏡とを有する光学系において主鏡と副鏡とを位置合わせするためのアライメント装置に対して本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるアライメント装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】第１実施形態において副鏡の表側の面にダイクロイック膜が形成され、副鏡の裏側に裏側反射面が形成されている様子を示す図である。
【図３】第１実施形態のアライメント装置が適用されるレーザレーダ装置の使用状態を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかるアライメント装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】第２実施形態において副鏡の表側の面にダイクロイック膜が形成され、副鏡の裏側に裏側反射面が形成されている様子を示す図である。
【図６】第２実施形態のアライメント装置が適用されるレーザレーダ装置の使用状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 光源
２ ダイクロイックミラー
３ ビームスプリッター
４，４ａ ダイクロイック膜
５，５ａ 裏側反射面
６ 集光光学系
７ 光検出器
８ 信号処理系
２１，２３ 主鏡
２２，２４ 副鏡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系のアライメント装置および方法に関し、特にレーザ照射装置、レーザ測距装置等のレーザ光学装置における主鏡と副鏡とのアライメント（位置合わせ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のレーザ光学装置として、たとえば特開２０００−１２１７２４号公報に記載されているように、上空に向けてレーザ光を送出する送光光学系と、送光光学系から送出したレーザ光の散乱レーザ光を受光する受光光学系とを備えたレーザレーダ装置が知られている。特許文献１には、レーザレーダ装置のように大口径反射光学系が採用されたレーザ光学装置において、カセグレン光学系の主鏡と副鏡との位置合わせに利用可能なアライメント光学系が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２７９８３８Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、副鏡の周辺部に密着するように付設されたヌル光学系としての円環状の球面鏡を用いるアライメント光学系が提案されている。しかしながら、この構成では、互いに密着した球面鏡および副鏡の製作が困難であるという不都合がある。また、ヌル球面鏡の面積分だけ光束の中心遮蔽量が増えるという不都合がある。
【０００５】
また、特許文献１には、主鏡と同程度の大口径で且つ大きな中央貫通部を有する穴あき平面鏡を用いるアライメント光学系が提案されている。しかしながら、この構成では、大口径の穴あき平面鏡の面積分だけ送光光量および受光光量が損なわれるという不都合がある。また、大口径の穴あき平面鏡を所望の精度で製作して所定位置に所望の精度で位置決めすることが困難であり、大きなコストがかかるという不都合がある。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成にしたがって、光量損失を実質的に発生させることなく、光学系中の主鏡と副鏡とを位置合わせすることのできるアライメント装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光軸に沿って対向するように配置された主鏡と副鏡とを有する光学系において前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせするためのアライメント装置であって、
前記副鏡の表側の面に形成されて前記光学系の使用光を反射し且つアライメント光を透過させるダイクロイック膜と、
前記副鏡の裏側に形成されて前記アライメント光を反射する裏側反射面と、
前記副鏡の前記ダイクロイック膜に入射し、前記裏側反射面、前記主鏡の反射面、および前記裏側反射面で順次反射された前記アライメント光に基づいて前記主鏡と前記副鏡との位置ずれを検出する検出系とを備えていることを特徴とするアライメント装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２形態では、第１形態のアライメント装置を用いて前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせするアライメント方法であって、
前記検出系で検出された前記主鏡と前記副鏡との位置ずれ情報に基づいて、前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせすることを特徴とするアライメント方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のアライメント装置では、光軸に沿って対向するように配置された主鏡と副鏡とを有する光学系において主鏡と副鏡とを位置合わせするために、光学系の使用光を反射し且つアライメント光を透過させるダイクロイック膜が副鏡の表側の面に形成され、アライメント光を反射する裏側反射面が副鏡の裏側に形成されている。裏側反射面の面形状は、例えばダイクロイック膜に平行光束の状態で入射したアライメント光が主鏡の反射面に垂直入射するように設定されている。
【００１０】
その結果、副鏡のダイクロイック膜に入射し、裏側反射面、主鏡の反射面、および裏側反射面で順次反射されたアライメント光に基づいて主鏡と副鏡との位置ずれを検出し、検出した主鏡と副鏡との位置ずれ情報に基づいて主鏡と副鏡とを位置合わせすることができる。すなわち、本発明のアライメント装置および方法では、簡素な構成にしたがって、光量損失を実質的に発生させることなく、光学系中の主鏡と副鏡とを位置合わせすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかるアライメント装置の構成を概略的に示す図である。第１実施形態では、カセグレン光学系の主鏡と副鏡とを位置合わせするアライメント装置に対して本発明を適用している。図１を参照すると、例えばレーザレーダ装置のようなレーザ光学装置が、光軸ＡＸに沿って対向するように配置された主鏡２１と副鏡２２とを備えている。
【００１２】
主鏡２１は、中央に形成された貫通部２１ａと、表側（副鏡２２側）に形成された凹面状の反射面２１ｂとを有する凹面反射鏡である。副鏡２２は、表側（主鏡２１側）に形成された凸面状の反射面４を有する凸面反射鏡である。すなわち、主鏡２１と副鏡２２とは、カセグレン光学系を構成している。副鏡２２の表側反射面４の構成および作用については後述する。
【００１３】
第１実施形態のアライメント装置は、例えば円環状の断面を有するアライメント光を供給するための光源１を備えている。光源１から射出されたアライメント光は、ダイクロイックミラー２に入射する。ダイクロイックミラー２は、主鏡２１と副鏡２２とからなるカセグレン光学系の使用光であるレーザ光を反射し且つアライメント光を透過させる特性を有する。したがって、光源１からのアライメント光は、ダイクロイックミラー２を透過し、ビームスプリッター３に入射する。
【００１４】
ビームスプリッター３を透過したアライメント光は、主鏡２１の中央貫通部２１ａを通過し、平行光束の状態で副鏡２２に入射する。図２に示すように、副鏡２２の表側の面には、カセグレン光学系（２１，２２）の使用光Ｌｂを反射し且つアライメント光Ｌａを透過させるダイクロイック膜４が形成されている。一方、副鏡２２の裏側（主鏡２１とは反対側）には、アライメント光Ｌａを反射する裏側反射面５が形成されている。
【００１５】
裏側反射面５の面形状は、副鏡２２のダイクロイック膜４に平行光束の状態で入射したアライメント光が主鏡２１の反射面２１ｂに垂直入射するように設定されている。さらに具体的には、裏側反射面５の面形状および副鏡２２の本体を形成する光学材料（石英など）のアライメント光に対する屈折率は、ダイクロイック膜４に平行光束の状態で入射したアライメント光が主鏡２１の反射面２１ｂに垂直入射するように設定されている。
【００１６】
したがって、副鏡２２に平行光束の状態で入射したアライメント光は、ダイクロイック膜４を透過し、副鏡２２の本体内部を伝播した後、裏側反射面５に入射する。裏側反射面５で反射されたアライメント光は、副鏡２２の本体内部を伝播し、ダイクロイック膜４を透過した後、主鏡２１の反射面２１ｂに垂直入射する。主鏡２１の反射面２１ｂで反射されたアライメント光は、往路と同一の光路に沿って、ビームスプリッター３へ戻る。
【００１７】
すなわち、主鏡２１の反射面２１ｂで反射されたアライメント光は、ダイクロイック膜４を透過し、裏側反射面５で反射され、ダイクロイック膜４を再び透過し、主鏡２１の中央貫通部２１ａを通過した後、ビームスプリッター３に入射する。ビームスプリッター３で反射されたアライメント光は、集光光学系６を介して、例えば二次元ＣＣＤのような光検出器７に入射する。光検出器７は、集光光学系６の後側焦点位置に位置決めされた検出面を有する。光検出器７の出力は、信号処理系８に供給される。
【００１８】
レーザレーダ装置の使用状態では、レーザ光源（不図示）が、例えば円環状の断面を有するレーザ光を供給する。レーザ光源からのレーザ光は、ダイクロイックミラー２で反射され、ビームスプリッター３を透過して、カセグレン光学系（２１，２２）へ導かれる。カセグレン光学系（２１，２２）へ導かれたレーザ光は、図３に示すように、主鏡２１の中央貫通部２１ａを通過して、平行光束の状態で副鏡２２に入射する。
【００１９】
副鏡２２に入射したレーザ光は、副鏡２２の表側反射面を構成するダイクロイック膜４および主鏡２１の反射面２１ｂで順次反射された後、例えば平行光束の状態で上空に向けて送出される。レーザ光の照射を受けた目標物からの散乱レーザ光は、主鏡２１の反射面２１ｂおよび副鏡２２のダイクロイック膜４で順次反射され、主鏡２１の中央貫通部２１ａを通過し、ビームスプリッター３を透過し、ダイクロイックミラー２で反射された後、受光部（不図示）に達する。
【００２０】
レーザレーダ装置において主鏡２１と副鏡２２とが光軸ＡＸに沿って正確に位置合わせされた状態では、主鏡２１の反射面２１ｂに垂直入射した後にビームスプリッター３へ戻ったアライメント光は、ビームスプリッター３から副鏡２２のダイクロイック膜４へ入射したアライメント光と同様に、平行光束の状態にある。したがって、アライメント光は、光検出器７の検出面上において光軸ＡＸと交わる所定位置（たとえば検出面の中心位置）に小さなスポット光を形成する。
【００２１】
一方、主鏡２１と副鏡２２とが相対的に位置ずれした状態では、アライメント光は、光検出器７の検出面上において所定位置から外れた位置にスポット光を形成する。信号処理系８では、光検出器７からの出力に基づいて光検出器７の検出面上に形成されるスポット光の位置情報（所定位置からの位置ずれ）を求め、このスポット光の位置情報に基づいて主鏡２１と副鏡２２との位置ずれ（光軸ＡＸと直交する方向のシフト、光軸ＡＸに対する傾き（チルト）など）に関する情報、すなわちアライメント誤差を検出する。このように、集光光学系６、光検出器７および信号処理系８は、副鏡２２のダイクロイック膜４に入射し、裏側反射面５、主鏡２１の反射面２１ｂ、および裏側反射面５で順次反射されたアライメント光に基づいて主鏡２１と副鏡２２との位置ずれを検出する検出系を構成している。
【００２２】
第１実施形態のアライメント装置では、信号処理系８で検出された主鏡２１と副鏡２２との位置ずれ情報に基づいて、光検出器７の検出面上に形成されるスポット光が所定位置に近づくように、主鏡２１と副鏡２２とのアライメント（位置合わせ）を行う。具体的には、主鏡２１および副鏡２２のうちの少なくとも一方の位置または姿勢を変化させることにより、主鏡２１と副鏡２２とのアライメントを行う。
【００２３】
なお、主鏡２１と副鏡２２とのアライメントは、手動で行っても良いし、例えば信号処理系８からの指令に基づいて動作する駆動系を介して自動で行っても良い。こうして、第１実施形態のアライメント装置では、簡素な構成にしたがって、光量損失を実質的に発生させることなく、レーザレーダ装置のカセグレン光学系中の主鏡２１と副鏡２２とを位置合わせすることができる。
【００２４】
レーザレーダ装置では、例えば副鏡２２を光軸ＡＸに沿って移動させることにより、有限距離の目標物に対するフォーカシングを行うことがある。その際には、第１実施形態のアライメント装置において、光検出器７の検出面上に形成されるスポット光が十分に小さくなるように、集光光学系６を光軸ＡＸに沿って移動させてフォーカシングを行うことができる。以下、第１実施形態の具体的な数値実施例である第１実施例について説明する。
【００２５】
［第１実施例］
次の表（１）に、レーザレーダ装置の無限遠目標物に対する使用状態におけるカセグレン光学系の諸元の値を掲げる。表（１）において、面番号はレーザレーダ装置の使用光（波長１０６４ｎｍ）が入射する面の順序を、ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ；非球面の場合には頂点曲率半径）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち次の面までの面間隔（単位：ｍｍ）を、κは各面の非球面形状を規定する円錐係数（コーニック定数）をそれぞれ示している。
【００２６】
非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。後述の表（１）、（２）、（４）および（５）において、非球面形状に形成された面には面番号の右側に＊印を付している。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（κ＋１）・ｙ2／ｒ2｝1/2］ （ａ）
【００２７】
曲率半径ｒは、光源側に向かって凸面の曲率半径を正とし、光源側に向かって凹面の曲率半径を負としている。なお、第１実施例のカセグレン光学系では、入射瞳径が３７．５ｍｍであり、使用光の中心遮蔽の径が７．０ｍｍであり、ビーム拡大倍率が８倍である。表（１）における表記は、以降の表（４）においても同様である。
【００２８】
表（１）
面番号 ｒ ｄ κ
1* 125.0000 -437.50(d1) -1 （副鏡２２のダイクロイック膜４）
2* 1000.0000 ∞ (d2) -1 （主鏡２１の反射面２１ｂ）
【００２９】
次の表（２）に、無限遠目標物に対する使用状態にあるカセグレン光学系の位置合わせに適用されるアライメント装置のアライメント光学系の諸元の値を掲げる。表（２）において、面番号はアライメント光が入射する面の順序を、ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ；非球面の場合には頂点曲率半径）を、ｄは各面の軸上間隔すなわち次の面までの面間隔（単位：ｍｍ）を、κは各面の非球面形状を規定する円錐係数（コーニック定数）を、ｎは各面と次の面までの媒質のアライメント光に対する屈折率をそれぞれ示している。
【００３０】
曲率半径ｒは、光源側に向かって凸面の曲率半径を正とし、光源側に向かって凹面の曲率半径を負としている。ただし、集光光学系６については、曲率半径ｒは、光の入射側に向かって凸面の曲率半径を負とし、光の入射側に向かって凹面の曲率半径を正としている。また、面間隔ｄは、反射される度にその符号を変えるものとする。なお、第１実施例のアライメント光学系では、入射瞳径が３７．５ｍｍであり、アライメント光の中心遮蔽の径が１８．７５ｍｍであり、アライメント光の波長が６３２．８ｎｍである。表（２）における表記は、以降の表（５）においても同様である。
【００３１】
表（２）
（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ κ ｎ
1* 125.0000 12.50 -1 1.457021 （副鏡２２の膜４）
2 308.8271 -12.50 1.457021 （副鏡２２の反射面５）
3* 125.0000 -437.50(d1) -1 （副鏡２２の膜４）
4* 1000.0000 437.50(d3) -1 （主鏡２１の反射面２１ｂ）
5* 125.0000 12.50 -1 1.457021 （副鏡２２の膜４）
6 308.8271 -12.50 1.457021 （副鏡２２の反射面５）
7* 125.0000 -537.50(d4) -1 （副鏡２２の膜４）
8 ∞ -50.00(d5) （ビームスプリッター３）
9 -89.7382 -10.00 1.457021 （集光光学系６）
10 347.3046 -150.00(d6)
【００３２】
次の表（３）に、無限遠の目標物に対するカセグレン光学系およびアライメント光学系中の面間隔、および有限距離（１００ｍ）の目標物に対するカセグレン光学系およびアライメント光学系中の面間隔の値を掲げる。表（３）において、面間隔ｄ１は、表（１）および表（２）に示すように、副鏡２２のダイクロイック膜４から主鏡２１の反射面２１ｂまでの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ２は、表（１）に示すように、主鏡２１の反射面２１ｂから無限遠目標物までの距離である。
【００３３】
面間隔ｄ３は、表（２）に示すように、主鏡２１の反射面２１ｂから副鏡２２のダイクロイック膜４までの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ４は、表（２）に示すように、副鏡２２のダイクロイック膜４からビームスプリッター３までの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ５は、表（２）に示すように、ビームスプリッター３から集光光学系６の入射面までの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ６は、表（２）に示すように、集光光学系６の射出面から光検出器７の検出面までの光軸ＡＸに沿った距離である。
【００３４】
表（３）
面間隔 無限遠の目標物 有限距離の目標物
d1 -437.50 -440.08
d2 ∞ 100000.00
d3 437.50 440.08
d4 -537.50 -540.08
d5 -50.00 -50.37
d6 -150.00 -149.63
【００３５】
表（３）を参照すると、第１実施例にかかるレーザレーダ装置のカセグレン光学系では、副鏡２２を光軸ＡＸに沿って２．５８ｍｍだけ図１中右側へ移動させることにより、無限遠の目標物から１００ｍ先の有限距離の目標物に対するフォーカシングを行うことができる。このとき、第１実施例のアライメント光学系では、集光光学系６を光軸ＡＸに沿って０．３７ｍｍだけ図１中下側へ移動させることによりフォーカシングを行うことができる。
【００３６】
図４は、本発明の第２実施形態にかかるアライメント装置の構成を概略的に示す図である。第２実施形態では、グレゴリー光学系の主鏡と副鏡とを位置合わせするアライメント装置に対して本発明を適用している。図４を参照すると、例えばレーザレーダ装置のようなレーザ光学装置が、光軸ＡＸに沿って対向するように配置された主鏡２３と副鏡２４とを備えている。
【００３７】
主鏡２３は、中央に形成された貫通部２３ａと、表側（副鏡２４側）に形成された凹面状の反射面２３ｂとを有する凹面反射鏡である。副鏡２４は、表側（主鏡２３側）に形成された凹面状の反射面４ａを有する凹面反射鏡である。すなわち、主鏡２３と副鏡２４とは、グレゴリー光学系を構成している。副鏡２４の表側反射面４ａの構成および作用については後述する。
【００３８】
第２実施形態のアライメント装置は、第１実施形態と類似の構成を有する。以下、第１実施形態との相違点に着目して、第２実施形態のアライメント装置の構成および動作を説明する。第２実施形態のアライメント装置では、光源１から射出されたアライメント光は、例えば円環状の断面を有し、ダイクロイックミラー２、ビームスプリッター３、主鏡２３の中央貫通部２３ａを介して、平行光束の状態で副鏡２４に入射する。
【００３９】
図５に示すように、副鏡２４の表側の面には、グレゴリー光学系（２３，２４）の使用光Ｌｂを反射し且つアライメント光Ｌａを透過させるダイクロイック膜４ａが形成されている。副鏡２４の裏側（主鏡２３とは反対側）には、アライメント光Ｌａを反射する裏側反射面５ａが形成されている。裏側反射面５ａの面形状および副鏡２４の本体を形成する光学材料のアライメント光に対する屈折率は、ダイクロイック膜４ａに平行光束の状態で入射したアライメント光が主鏡２３の反射面２３ｂに垂直入射するように設定されている。
【００４０】
したがって、副鏡２４に平行光束の状態で入射したアライメント光は、ダイクロイック膜４ａを透過し、裏側反射面５ａで反射され、ダイクロイック膜４ａを介して、主鏡２３の反射面２３ｂに垂直入射する。主鏡２３の反射面２３ｂで反射されたアライメント光は、往路と同一の光路に沿って、ビームスプリッター３へ戻る。すなわち、主鏡２３の反射面２３ｂで反射されたアライメント光は、ダイクロイック膜４ａを透過し、裏側反射面５ａで反射され、ダイクロイック膜４ａおよび主鏡２３の中央貫通部２３ａを介して、ビームスプリッター３に入射する。ビームスプリッター３で反射されたアライメント光は、集光光学系６を介して、光検出器７に達する。
【００４１】
第２実施形態におけるレーザレーダ装置の使用状態では、レーザ光源（不図示）からのレーザ光が、例えば円環状の断面を有し、ダイクロイックミラー２およびビームスプリッター３を介して、グレゴリー光学系（２３，２４）へ導かれる。グレゴリー光学系（２３，２４）へ導かれたレーザ光は、図６に示すように、主鏡２３の中央貫通部２３ａを通過して、平行光束の状態で副鏡２４に入射する。
【００４２】
副鏡２４に入射したレーザ光は、副鏡２４のダイクロイック膜４ａおよび主鏡２３の反射面２３ｂで順次反射された後、例えば平行光束の状態で上空に向けて送出される。レーザ光の照射を受けた目標物からの散乱レーザ光は、主鏡２３の反射面２３ｂおよび副鏡２４のダイクロイック膜４ａで順次反射され、主鏡２３の中央貫通部２３ａ、ビームスプリッター３、およびダイクロイックミラー２を介して、受光部（不図示）に達する。
【００４３】
第２実施形態のアライメント装置では、第１実施形態と同様に、信号処理系８で検出された主鏡２３と副鏡２４との位置ずれ情報に基づいて、光検出器７の検出面上に形成されるスポット光が所定位置に近づくように、主鏡２３と副鏡２４とのアライメントを行うことができる。すなわち、第２実施形態においても、簡素な構成にしたがって、光量損失を実質的に発生させることなく、レーザレーダ装置のグレゴリー光学系中の主鏡２３と副鏡２４とを位置合わせすることができる。以下、第２実施形態の具体的な数値実施例である第２実施例について説明する。
【００４４】
［第２実施例］
次の表（４）に、レーザレーダ装置の無限遠目標物に対する使用状態におけるグレゴリー光学系の諸元の値を掲げる。第２実施例のグレゴリー光学系では、入射瞳径が３７．５ｍｍであり、使用光の中心遮蔽の径が７．０ｍｍであり、ビーム拡大倍率が８倍である。
【００４５】
表（４）
面番号 ｒ ｄ κ
1* -125.0000 -562.50(d7) -1 （副鏡２４のダイクロイック膜４ａ）
2* 1000.0000 ∞ (d8) -1 （主鏡２３の反射面２３ｂ）
【００４６】
次の表（５）に、無限遠目標物に対する使用状態にあるグレゴリー光学系の位置合わせに適用されるアライメント装置のアライメント光学系の諸元の値を掲げる。第２実施例のアライメント光学系では、入射瞳径が３７．５ｍｍであり、アライメント光の中心遮蔽の径が１８．７５ｍｍであり、アライメント光の波長が６３２．８ｎｍである。
【００４７】
表（５）
（光学部材諸元）
面番号 ｒ ｄ κ ｎ
1* -125.0000 12.50 -1 1.457021 （副鏡２４の膜４ａ）
2 -594.9449 -12.50 1.457021 （副鏡２４の反射面５ａ）
3* -125.0000 -562.50(d7) -1 （副鏡２４の膜４ａ）
4* 1000.0000 562.50(d9) -1 （主鏡２３の反射面２３ｂ）
5* -125.0000 12.50 -1 1.457021 （副鏡２４の膜４ａ）
6 -594.9449 -12.50 1.457021 （副鏡２４の反射面５ａ）
7* -125.0000 -662.50(d10) -1 （副鏡２４の膜４ａ）
8 ∞ -50.00(d11) （ビームスプリッター３）
9 -86.8150 -10.00 1.457021 （集光光学系６）
10 402.1376 -150.00(d12)
【００４８】
次の表（６）に、無限遠の目標物に対するグレゴリー光学系およびアライメント光学系中の面間隔、および有限距離（１００ｍ）の目標物に対するグレゴリー光学系およびアライメント光学系中の面間隔の値を掲げる。表（６）において、面間隔ｄ７は、表（４）および表（５）に示すように、副鏡２４のダイクロイック膜４ａから主鏡２３の反射面２３ｂまでの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ８は、表（４）に示すように、主鏡２３の反射面２３ｂから無限遠目標物までの距離である。
【００４９】
面間隔ｄ９は、表（５）に示すように、主鏡２３の反射面２３ｂから副鏡２４のダイクロイック膜４ａまでの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ１０は、表（５）に示すように、副鏡２４のダイクロイック膜４ａからビームスプリッター３までの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ１１は、表（５）に示すように、ビームスプリッター３から集光光学系６の入射面までの光軸ＡＸに沿った距離である。面間隔ｄ１２は、表（５）に示すように、集光光学系６の射出面から光検出器７の検出面までの光軸ＡＸに沿った距離である。
【００５０】
表（６）
面間隔 無限遠の目標物 有限距離の目標物
d7 -562.50 -565.08
d8 ∞ 100000.00
d9 562.50 565.08
d10 -662.50 -665.08
d11 -50.00 -50.59
d12 -150.00 -149.41
【００５１】
表（６）を参照すると、第２実施例にかかるレーザレーダ装置のグレゴリー光学系では、副鏡２４を光軸ＡＸに沿って２．５８ｍｍだけ図４中右側へ移動させることにより、無限遠の目標物から１００ｍ先の有限距離の目標物に対するフォーカシングを行うことができる。このとき、第２実施例のアライメント光学系では、集光光学系６を光軸ＡＸに沿って０．５９ｍｍだけ図４中下側へ移動させることによりフォーカシングを行うことができる。
【００５２】
なお、上述の説明では、例えばレーザレーダ装置のようなレーザ光学装置のカセグレン光学系またはグレゴリー光学系中の主鏡と副鏡とを位置合わせするアライメント装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、光軸に沿って対向するように配置された主鏡と副鏡とを有する光学系において主鏡と副鏡とを位置合わせするためのアライメント装置に対して本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるアライメント装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】第１実施形態において副鏡の表側の面にダイクロイック膜が形成され、副鏡の裏側に裏側反射面が形成されている様子を示す図である。
【図３】第１実施形態のアライメント装置が適用されるレーザレーダ装置の使用状態を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかるアライメント装置の構成を概略的に示す図である。
【図５】第２実施形態において副鏡の表側の面にダイクロイック膜が形成され、副鏡の裏側に裏側反射面が形成されている様子を示す図である。
【図６】第２実施形態のアライメント装置が適用されるレーザレーダ装置の使用状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 光源
２ ダイクロイックミラー
３ ビームスプリッター
４，４ａ ダイクロイック膜
５，５ａ 裏側反射面
６ 集光光学系
７ 光検出器
８ 信号処理系
２１，２３ 主鏡
２２，２４ 副鏡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に沿って対向するように配置された主鏡と副鏡とを有する光学系において前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせするためのアライメント装置であって、
前記副鏡の表側の面に形成されて前記光学系の使用光を反射し且つアライメント光を透過させるダイクロイック膜と、
前記副鏡の裏側に形成されて前記アライメント光を反射する裏側反射面と、
前記副鏡の前記ダイクロイック膜に入射し、前記裏側反射面、前記主鏡の反射面、および前記裏側反射面で順次反射された前記アライメント光に基づいて前記主鏡と前記副鏡との位置ずれを検出する検出系とを備えていることを特徴とするアライメント装置。
【請求項２】
前記裏側反射面の面形状は、前記ダイクロイック膜に平行光束の状態で入射した前記アライメント光が前記主鏡の反射面に垂直入射するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のアライメント装置。
【請求項３】
前記裏側反射面の面形状および前記副鏡の本体を形成する光学材料の前記アライメント光に対する屈折率は、前記ダイクロイック膜に平行光束の状態で入射した前記アライメント光が前記主鏡の反射面に垂直入射するように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のアライメント装置。
【請求項４】
前記検出系は、前記アライメント光を所定面に集光する集光光学系と、前記所定面に検出面が位置決めされた光検出器とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアライメント装置を用いて前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせするアライメント方法であって、
前記検出系で検出された前記主鏡と前記副鏡との位置ずれ情報に基づいて、前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせすることを特徴とするアライメント方法。
【請求項６】
光軸に沿って対向するように配置された主鏡と副鏡とを有する光学系と、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアライメント装置とを備えていることを特徴とする光学装置。
【請求項１】
光軸に沿って対向するように配置された主鏡と副鏡とを有する光学系において前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせするためのアライメント装置であって、
前記副鏡の表側の面に形成されて前記光学系の使用光を反射し且つアライメント光を透過させるダイクロイック膜と、
前記副鏡の裏側に形成されて前記アライメント光を反射する裏側反射面と、
前記副鏡の前記ダイクロイック膜に入射し、前記裏側反射面、前記主鏡の反射面、および前記裏側反射面で順次反射された前記アライメント光に基づいて前記主鏡と前記副鏡との位置ずれを検出する検出系とを備えていることを特徴とするアライメント装置。
【請求項２】
前記裏側反射面の面形状は、前記ダイクロイック膜に平行光束の状態で入射した前記アライメント光が前記主鏡の反射面に垂直入射するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のアライメント装置。
【請求項３】
前記裏側反射面の面形状および前記副鏡の本体を形成する光学材料の前記アライメント光に対する屈折率は、前記ダイクロイック膜に平行光束の状態で入射した前記アライメント光が前記主鏡の反射面に垂直入射するように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のアライメント装置。
【請求項４】
前記検出系は、前記アライメント光を所定面に集光する集光光学系と、前記所定面に検出面が位置決めされた光検出器とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアライメント装置を用いて前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせするアライメント方法であって、
前記検出系で検出された前記主鏡と前記副鏡との位置ずれ情報に基づいて、前記主鏡と前記副鏡とを位置合わせすることを特徴とするアライメント方法。
【請求項６】
光軸に沿って対向するように配置された主鏡と副鏡とを有する光学系と、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアライメント装置とを備えていることを特徴とする光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−７５０３１（Ｐ２００９−７５０３１Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４６４４０（Ｐ２００７−２４６４４０）
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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