(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光及びレーザ光が入射され、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発するレーザ利得媒質と、
前記レーザ利得媒質において前記レーザ光の反射スポットの位置を検出する検出器と
を有し、
前記検出器は、前記蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域の位置を前記反射スポットとして検出する
レーザ光の反射スポットの位置検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出システムと、
前記レーザ利得媒質を含む複数の光学要素と、
前記複数の光学要素のうちの少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記反射スポットの位置と基準位置との間の距離に基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する
レーザ光軸アライメントシステム。
【請求項３】
前記基準位置は、前記反射スポットの中心が存在すべき位置であり、
前記制御装置は、前記反射スポットの中心と前記基準位置との間の距離をずれ量として算出し、前記算出されたずれ量がゼロとなるように、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する
請求項２に記載のレーザ光軸アライメントシステム。
【請求項４】
前記制御装置の制御対象である前記少なくとも一つの光学要素は、前記レーザ光の光路に配置されたミラーである
請求項２又は３に記載のレーザ光軸アライメントシステム。
【請求項５】
前記レーザ利得媒質は、
前記レーザ光が入射される表面と
前記表面と反対の裏面と
を有し、
前記検出器は、前記表面の側に配置されており、前記裏面において発生する前記反射スポットの位置を前記表面の側から検出する
請求項２から４のいずれか一項に記載のレーザ光軸アライメントシステム。
【請求項６】
前記複数の光学要素は、
前記レーザ利得媒質としての第１レーザ利得媒質と、
前記励起光及び前記レーザ光が入射され、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発する第２レーザ利得媒質と
を含み、
前記検出器は、前記第１レーザ利得媒質において前記レーザ光の前記反射スポットである第１反射スポットの位置を検出し、更に前記第２レーザ利得媒質において前記レーザ光の第２反射スポットの位置を検出し、
前記制御装置は、前記第１反射スポットの位置と前記第１レーザ利得媒質における前記基準位置である第１基準位置との間の第１距離と、前記第２反射スポットの位置と前記第２レーザ利得媒質における第２基準位置との間の第２距離とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する
請求項２から５のいずれか一項に記載のレーザ光軸アライメントシステム。
【請求項７】
前記検出器は、前記レーザ利得媒質において、前記レーザ光の前記反射スポットである第１反射スポットの位置を検出し、更に前記レーザ光の第２反射スポットの位置を検出し、
前記制御装置は、前記第１反射スポットの位置と前記基準位置である第１基準位置との間の第１距離と、前記第２反射スポットの位置と第２基準位置との間の第２距離とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する
請求項２から５のいずれか一項に記載のレーザ光軸アライメントシステム。
【請求項８】
前記レーザ利得媒質の相状態は、固体、又は液体である
請求項１に記載のレーザ光の反射スポットの位置検出システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記反射スポットの位置と基準位置との間の距離に加え、前記反射スポットの前記基準位置回りの角度に基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する
請求項２に記載のレーザ光軸アライメントシステム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記第１反射スポットの位置と前記第１基準位置との間の前記第１距離、及び前記第２反射スポットの位置と前記第２基準位置との間の前記第２距離に加え、前記第１反射スポットの前記第１基準位置回りの第１角度と、前記第２反射スポットの前記第２基準位置回りの第２角度とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する
請求項６又は７に記載のレーザ光軸アライメントシステム。
【請求項１１】
前記レーザ利得媒質を冷却する冷却ユニットと、
前記冷却ユニットを制御する冷却ユニット制御装置と
を更に備え、
前記検出器は、前記レーザ利得媒質から発せられる蛍光スペクトルを更に検出し、
前記冷却ユニット制御装置は、前記検出器によって検出された前記蛍光スペクトルに基づいて、前記冷却ユニットの冷却の強さを制御する
請求項２から１０のいずれか一項に記載のレーザ光軸アライメントシステム。
【請求項１２】
前記制御装置の制御対象である前記少なくとも一つの光学要素は、前記レーザ光の光路に配置されたレンズを含み、
前記検出器は、前記反射スポットの蛍光の強度分布を検出し、
前記制御装置は、前記検出器によって検出された前記反射スポットの前記蛍光の強度分布に基づいて、前記レンズの角度又は位置を制御する
請求項２から１１のいずれか一項に記載のレーザ光軸アライメントシステム。
【請求項１３】
励起光及びレーザ光をレーザ利得媒質へ入射する入射ステップと、
前記レーザ利得媒質において前記レーザ光の反射スポットの位置を検出する検出ステップと
を有し、
前記レーザ利得媒質は、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発光し、
前記検出ステップでは、前記蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域の位置を前記反射スポットとして検出する
レーザ光の反射スポットの位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の反射スポットの位置検出システム、レーザ光軸アライメントシステム及びレーザ光軸アライメント方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高い照射精度を持つレーザシステムの需要がある。高い照射精度を得るためには、レーザ光軸が最適に調整されていることが望まれる。
【０００３】
しかしながら、たとえ、レーザ光軸が予め最適に初期設定されていても、レーザシステムの置かれた環境によっては、レーザ光軸が所望のレーザ光軸からずれることがある。その理由の一つは、レーザシステムの構成部品（例えば、光学部品）が振動及び熱の影響を受けやすいためである。この観点から、レーザ光軸を調整すること（レーザ光軸アライメント）が欠かせない。
【０００４】
関連技術として、特許文献１は、銅蒸気レーザ増幅装置に適用されるレーザ光軸調整装置を開示している。特許文献１によれば、銅蒸気レーザ増幅装置は、レーザ発振器と、レーザ増幅器と、全反射ミラーとを備える。レーザ発振器からレーザ増幅器へのレーザ光軸を調整するために、全反射ミラーが用いられる。全反射ミラーには、ダイクロイックミラーが使用される。ダイクロイックミラーは、銅蒸気レーザを全反射させる。また、参照用レーザがレーザ光軸に平行に入射される。参照用レーザは、銅蒸気レーザの波長と異なる波長を持つ。レーザ光軸調整装置は、ダイクロイックミラーを透過した参照用レーザの位置を位置検出器で検出する。そして、レーザ光軸調整装置は、参照用レーザのビーム位置がずれたときに、全反射ミラーの角度を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−９７６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の方法では、レーザ光軸を調整するために、参照用レーザが用いられる。そのためには、参照用レーザの光源を新たに設ける必要がある。本発明の目的は、レーザ光軸を調整するための光源を新たに設けることなく、レーザ光軸を調整することが可能なレーザ光の反射スポットの位置検出システム、レーザ光軸アライメントシステム及びレーザ光軸アライメント方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、「発明を実施するための形態」で使用される符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、「特許請求の範囲」の記載と「発明を実施するための形態」との対応関係を明確にするために付加されたものである。これらの符号は、「特許請求の範囲」に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いられるものではない。
【０００８】
実施の形態における第１の観点のレーザ光の反射スポットの位置検出システム（ＳＹＳ１）は、
励起光（ＥＬ）及びレーザ光（Ｌ）が入射され、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発するレーザ利得媒質（１）と、
前記レーザ利得媒質において前記レーザ光の反射スポット（ＲＳ）の位置を検出する検出器（２）とを有する。
前記検出器は、前記蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域（ＲＳ）の位置を前記反射スポットとして検出する。
【０００９】
実施の形態における第２の観点のレーザ光軸アライメントシステム（ＳＹＳ２）は、
第１の観点のレーザ光の反射スポットの位置検出システム（ＳＹＳ１）と、
前記レーザ利得媒質を含む複数の光学要素（１、３０１、３０２）と、
前記複数の光学要素のうちの少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する制御装置（４）と
を有する。
前記制御装置は、前記反射スポットの位置と基準位置（ＣＦＲ）との間の距離（Ｄ）に基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御する。
【００１０】
前記基準位置は、前記反射スポットの中心（ＣＲＳ）が存在すべき位置であってもよい。
前記制御装置は、前記反射スポットの中心と前記基準位置（ＣＦＲ）との間の距離（Ｄ）をずれ量として算出し、前記算出されたずれ量がゼロとなるように、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御してもよい。
【００１１】
前記制御装置の制御対象である前記少なくとも一つの光学要素は、前記レーザ光の光路（ＯＰ）に配置されたミラー（３０１、３０２）であってもよい。
【００１２】
前記レーザ利得媒質は、
前記レーザ光が入射される表面（１１）と
前記表面と反対の裏面（１２）と
を有していてもよい。
前記検出器は、前記表面の側に配置されており、前記裏面において発生する前記反射スポットの位置を前記表面の側から検出してもよい。
【００１３】
前記複数の光学要素は、
前記レーザ利得媒質としての第１レーザ利得媒質（１Ａ）と、
前記励起光及び前記レーザ光が入射され、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発する第２レーザ利得媒質（１Ｂ）と
を含んでいてもよい。
前記検出器は、前記第１レーザ利得媒質において前記レーザ光の前記反射スポットである第１反射スポット（ＲＳ１）の位置を検出し、更に前記第２レーザ利得媒質において前記レーザ光の第２反射スポット（ＲＳ２）の位置を検出してもよい。
前記制御装置は、前記第１反射スポットの位置と前記第１レーザ利得媒質における前記基準位置である第１基準位置（ＣＦＲ１）との間の第１距離と、前記第２反射スポットの位置と前記第２レーザ利得媒質における第２基準位置（ＣＦＲ２）との間の第２距離とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御してもよい。
【００１４】
前記検出器は、前記レーザ利得媒質において、前記レーザ光の前記反射スポットである第１反射スポット（ＲＳ１）の位置を検出し、更に前記レーザ光の第２反射スポット（ＲＳ２）の位置を検出してもよい。
前記制御装置は、前記第１反射スポットの位置と前記基準位置である第１基準位置（ＣＦＲ１）との間の第１距離と、前記第２反射スポットの位置と第２基準位置（ＣＦＲ２）との間の第２距離とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御してもよい。
【００１５】
前記レーザ利得媒質の相状態は、固体、又は液体であってもよい。
【００１６】
前記制御装置は、前記反射スポットの位置と基準位置（ＣＦＲ）との間の距離（Ｄ）に加え、前記反射スポットの前記基準位置（ＣＦＲ）回りの角度（α）に基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御してもよい。
【００１７】
前記制御装置は、前記第１反射スポットの位置と前記第１基準位置（ＣＦＲ１）との間の前記第１距離、及び前記第２反射スポットの位置と前記第２基準位置（ＣＦＲ２）との間の前記第２距離に加え、前記第１反射スポットの前記第１基準位置（ＣＦＲ１）回りの第１角度と、前記第２反射スポットの前記第２基準位置（ＣＦＲ２）回りの第２角度とに基づいて、前記少なくとも一つの光学要素の角度又は位置を制御してもよい。
【００１８】
実施の形態における第２の観点のレーザ光軸アライメントシステムは、
前記レーザ利得媒質を冷却する冷却ユニット（１００）と、
前記冷却ユニットを制御する冷却ユニット制御装置（６）と
を更に備えていてもよい。
前記検出器は、前記レーザ利得媒質から発せられる蛍光スペクトルを更に検出してもよい。
前記冷却ユニット制御装置は、前記検出器によって検出された前記蛍光スペクトルに基づいて、前記冷却ユニットの冷却の強さを制御してもよい。
【００１９】
前記制御装置の制御対象である前記少なくとも一つの光学要素は、前記レーザ光の光路に配置されたレンズ（９）を含んでいてもよい。
前記検出器は、前記反射スポットの蛍光の強度分布を検出してもよい。
前記制御装置は、前記検出器によって検出された前記反射スポットの前記蛍光の強度分布に基づいて、前記レンズの角度又は位置を制御してもよい。
【００２０】
実施の形態における第３の観点のレーザ光の反射スポットの位置検出方法は、
励起光及びレーザ光をレーザ利得媒質へ入射する入射ステップ（ＳＴ１）と、
前記レーザ利得媒質において前記レーザ光の反射スポットの位置を検出する検出ステップ（ＳＴ２）と
を有する。
前記レーザ利得媒質は、前記励起光の一部を吸収することで蛍光を発光する。
前記検出ステップでは、前記蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域の位置を前記反射スポットとして検出する。
【発明の効果】
【００２１】
レーザ光軸を調整するための光源を新たに設けることなく、レーザ光軸を最適に調整することが可能なレーザ光の反射スポットの位置検出システム、レーザ光軸アライメントシステム及びレーザ光軸アライメント方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、あるレーザシステムに適用されたレーザ光軸アライメントの例を説明するための模式図である。
【図２】図２は、あるレーザシステムに適用されたレーザ光軸アライメントの他の例を説明するための模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１の構成例を示す模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、励起光のみがレーザ利得媒質１へ照射された場合に発生する現象を説明するための模式図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、励起光がレーザ光と同軸にレーザ利得媒質へ照射された場合に発生する現象を説明するための模式図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、レーザ光軸にずれがある場合に発生する反射スポットを説明するための模式図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１の変形例を説明するための模式図である。
【図４】図４は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２の構成例を示すブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは、レーザ光軸にずれがない場合の表示画面５１を例示する図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、レーザ光軸にずれがある場合の表示画面５１を例示する図である。
【図６】図６は、光学系３の制御機構を説明するための概念図である。
【図７】図７は、レーザ光軸アライメント方法を例示するフローチャートである。
【図８】図８は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２を適用したレーザシステムＳＹＳ３の構成例を示すブロック図である。
【図９】図９は、制御装置４による制御対象がレーザ利得媒質１である場合のレーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ａの構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｂの構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、検出器２の数が１つである場合のレーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｃを示すブロック図である。
【図１３】図１３は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｄの構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、検出器２ａによって検出された蛍光スペクトルの分布の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲと一致しているものの、Ｘ−Ｙ平面における基準位置回りの角度にずれが発生している場合を示す模式図である。
【図１６】図１６は、反射スポットおよび反射スポットの周囲の部分拡大図である。
【図１７】図１７は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｅの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に関連づけて説明する。
【００２４】
１．本発明者によって認識された事項
二つの例を用いて、本発明者によって認識された事項を説明する。
【００２５】
１．１．レーザ光軸アライメントの例１
図１は、あるレーザシステムに適用されたレーザ光軸アライメントの例を説明するための模式図である。図１に示すレーザシステムは、例えば、種光源ａ１と、全反射ミラーａ２と、部分透過ミラーａ３と、検出器ａ４と、制御装置ａ５と、レーザ増幅器ａ６とを有する。図１に示すように、種光源ａ１からレーザ増幅器ａ６までのレーザ光路ＯＰ（破線を参照）に、全反射ミラーａ２及び部分透過ミラーａ３が配置されている。レーザ光路ＯＰに着目すると、種光源ａ１から出力されたレーザ光Ｌａは、全反射ミラーａ２及び部分透過ミラーａ３で反射され、レーザ光路ＯＰに沿ってレーザ増幅器ａ６へ供給される。レーザ増幅器ａ６は、供給されたレーザ光Ｌａを増幅して出力する。
【００２６】
例えば、全反射ミラーａ２の角度が所望の角度（初期設定された角度）からずれている場合を考える。この場合は、現在のレーザ光軸ＡＸ（１点鎖線参照）が初期設定されたレーザ光軸からずれていることを意味する。この場合、次の不利益が生じる。
【００２７】
一つ目は、レーザシステムの出力の低下である。つまり、レーザ増幅器ａ６によって増幅されたレーザ光Ｌａの増幅率が所望の増幅率よりも下がることである。その一つの理由として、種光源ａ１から出力されたレーザ光Ｌａが、レーザ増幅器ａ６の内部にあるレーザ利得媒質の所定の位置へ入射（照射）されないことが考えられる。この場合、レーザ増幅器ａ６は、供給されたレーザ光Ｌａを所望の増幅率で増幅することができない。二つ目は、照射精度の低下である。レーザ光軸ＡＸのずれがある場合、レーザ増幅器ａ６から出力されたレーザ光Ｌａの光軸もずれたままである。
【００２８】
そこで、図１に示すレーザシステムでは、レーザ光軸アライメントを実施するために、検出器ａ４及び制御装置ａ５が用いられる。部分透過ミラーａ３は、受光したレーザ光Ｌａの一部を透過させる特性を持つ。検出器ａ４は、部分透過ミラーａ３を透過したレーザ光Ｌａを受光し、レーザ光軸ＡＸと所望のレーザ光軸との間のずれを検出する。ずれが検出された場合、制御装置ａ５は、検出されたずれ量に応じて、全反射ミラーａ２の角度又は位置を所望の角度又は位置へ調整する。
【００２９】
しかしながら、図１の例では、部分透過ミラーａ３が使われている。部分透過ミラーａ３は、受光したレーザ光Ｌａの一部を透過させる特性を持つ。そのため、部分透過ミラーａ３によるレーザ光Ｌａのエネルギー損失が発生する。つまり、レーザ光Ｌａの一部が部分透過ミラーａ３を透過することにより、レーザ増幅器ａ６へ供給されるレーザ光Ｌａのエネルギーが低下する。その結果として、レーザシステムの出力も低下する。
【００３０】
１．２．レーザ光軸アライメントの例２
そこで、次の方法が考えられる。図２は、あるレーザシステムに適用されたレーザ光軸アライメントの他の例を説明するための模式図である。図２に示すレーザシステムは、例えば、更に、ダイクロイックミラーａ７と、アライメント光源ａ８とを有する。図２の例では、図１に示す部分透過ミラーａ３の代わりに、ダイクロイックミラーａ３が用いられている。ダイクロイックミラーａ７は、種光源ａ１と全反射ミラーａ２との間のレーザ光路ＯＰに配置されている。アライメント光源ａ８は、レーザ光の一種であるアライメント光Ｌｂを発生させる。アライメント光Ｌｂは、レーザ光Ｌａの波長と異なる波長を持っている。
【００３１】
図２に示すレーザシステムで実施されるレーザ光軸アライメントは、図１の例で説明されたレーザ光軸アライメントと次の点で異なる。一つ目は、レーザ光Ｌａでななく、アライメント光Ｌｂを用いてレーザ光軸アライメントを実施することである。そのために、アライメント光軸がレーザ光軸と一致するように、アライメント光源ａ８から出力されたアライメント光Ｌｂ（斜線部分を参照）がレーザ光路ＯＰに供給される。二つ目は、ダイクロイックミラーａ３の特性に関する。ダイクロイックミラーａ３は、検出器ａ４にアライメント光Ｌｂの一部を供給することができるように、アライメント光Ｌｂの一部を透過させる特性を持つ。
【００３２】
具体的には、アライメント光源ａ８から出力されたアライメント光Ｌｂは、ダイクロイックミラーａ７で反射されて、レーザ光路ＯＰに供給される。そして、アライメント光Ｌｂは、全反射ミラーａ２で反射されて、ダイクロイックミラーａ３へ入射する。検出器ａ４は、ダイクロイックミラーａ３を透過したアライメント光Ｌｂを受光する。そして、検出器ａ４は、レーザ光軸の代わりに、アライメント光軸（アライメント光Ｌｂの光軸）を用いて、アライメント光軸と所望のレーザ光軸との間のずれを検出する。制御装置ａ５の動作は、図１の例で述べた通りである。
【００３３】
図１の例と比較すると、図２の例では、レーザ光Ｌａではなく、アライメント光Ｌｂがダイクロイックミラーａ３を介して検出器ａ４へ供給される。そのため、ダイクロイックミラーａ３によるレーザ光Ｌａ自体のエネルギー損失は、発生しないかもしれない。
【００３４】
しかしながら、図２の例では、アライメント光源ａ８を別途用意しなければならない。光源の数が増えるので、レーザシステムの構成が複雑化する。また、図２の例では、アライメント光Ｌｂをレーザ光Ｌａと同軸にレーザ光路ＯＰに供給しなければならない。もし、アライメント光軸がレーザ光軸と一致しない場合、アライメント光軸を検出することによって、レーザ光軸と所望のレーザ光軸との間のずれを正確に検出することが難しい。その上、アライメント光Ｌｂをレーザ光Ｌａと同軸に供給するための調整に手間がかかる。更に、アライメント光Ｌｂをレーザ光Ｌａと同軸に供給するために、波長に依存しにくい光学部品を用いなければならない。
【００３５】
２．第１の実施の形態
第１の実施の形態は、反射スポットの位置検出システム、光軸アライメントシステム、及び光軸アライメント方法に関する。
【００３６】
２．１．反射スポットの位置検出システム
（概要）
図３Ａは、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１の構成例を示す模式図である。概要は、次の通りである。励起光ＥＬ及びレーザ光Ｌがレーザ利得媒質１に照射されると、レーザ利得媒質１においてレーザ光Ｌの反射スポットＲＳが発生する。反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１は、反射スポットＲＳの位置を検出するように構成されている。もし、レーザ光軸ＡＸＬにずれがある場合、反射スポットＲＳの位置が所望の位置からずれる。反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１では、レーザ利得媒質１が励起光ＥＬによって蛍光を発する。更に、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１では、反射スポットＲＳにおいて蛍光の強度が低下することを利用して、反射スポットＲＳの位置が検出される。
【００３７】
（構成）
図３Ａに示すように、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１は、レーザ利得媒質１と、検出器２とを有する。レーザ利得媒質１は、表面（おもて面）１１と、表面１１に平行な裏面１２とを備える。レーザ利得媒質１は、表面１１がＸ−Ｙ平面と平行になるように、Ｘ−Ｙ平面に配置されている。なお、座標系は、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を持つ直交座標である。
【００３８】
検出器２は、例えば、レーザ利得媒質１の上方に配置されている。代替的に、検出器２がレーザ利得媒質１の下方に配置されていてもよい。励起光ＥＬ及びレーザ光Ｌがレーザ利得媒質１に入射すると、検出器２は、レーザ利得媒質１においてレーザ光の反射スポットＲＳの位置を検出する。その際に、検出器２は、蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域の位置を反射スポットＲＳの位置として検出する。
【００３９】
励起光ＥＬは、例えば、励起用のレーザ光である。励起光ＥＬは、例えば、レーザダイオード（半導体レーザ）によって発生したレーザ光であってもよい。なお、励起光の照射方式は、例えば、端面励起（End  Pump）方式である。端面励起方式の代わりに、例えば、側面励起（Side  Pump）方式を用いてもよい。
【００４０】
レーザ光Ｌの出力の大きさは、任意である。レーザ光Ｌは、例えば、高出力のレーザ光であってもよい。以下の説明では、レーザ光Ｌのスポット径φＬが、励起光ＥＬのスポット径φＥＬよりも小さい場合を例に挙げる（φＬ＜φＥＬ）。
【００４１】
２．２．反射スポットの位置の検出方法
図３Ａに示すように、端面励起方式では、例えば、励起光ＥＬがレーザ光Ｌと同軸に、レーザ利得媒質１の上方からレーザ利得媒質１の表面１１へ向けて斜めに照射される。本発明者は、通常、端面励起方式（又は側面励起方式）では励起光ＥＬが使われることに着目し、励起光ＥＬを利用して反射スポットＲＳの位置を検出することを考えた。
【００４２】
以下に、反射スポットの位置の検出方法を次の順に説明する。先ず、（Ａ）励起光ＥＬのみがレーザ利得媒質１へ照射された場合に、どのような現象が発生するかについて述べる。次に、（Ｂ）励起光ＥＬがレーザ光Ｌと同軸にレーザ利得媒質１へ照射された場合に、反射スポットＲＳがどのように発生するかについて述べる。ここでは、レーザ光軸ＡＸＬにずれがない場合を例に挙げる。最後に、（Ｃ）レーザ光軸ＡＸＬにずれがある場合に発生する反射スポットＲＳついて述べる。
【００４３】
（Ａ）励起光のみがレーザ利得媒質へ照射された場合
図３Ｂは、励起光のみがレーザ利得媒質１へ照射された場合に発生する現象を説明するための模式図である。図３Ｂの（ａ）は、図３Ｂの（ｂ）に示すＸ１−Ｘ１におけるレーザ利得媒質１の断面図である。図３Ｂの（ｂ）は、レーザ利得媒質１の表面１１を示す平面図である。
【００４４】
図３Ｂの（ａ）に示すように、励起光ＥＬは、レーザ利得媒質１へ入射すると、レーザ利得媒質１で反射し、レーザ利得媒質１から出射する。
【００４５】
なお、励起光ＥＬの入射角θＩＮは、予め決まっている。更に、励起光ＥＬがレーザ利得媒質１へ入射する位置も、予め決まっている。励起光ＥＬの反射角θＯＵＴは、入射角θＩＮに等しい。ここで、入射角θＩＮは、入射時の励起光軸ＡＸＥＬとレーザ利得媒質１に垂直な法線Ｈとのなす角である。同様に、反射角θＯＵＴは、出射時の励起光軸ＡＸＥＬと法線Ｈとのなす角である。
【００４６】
例えば、励起光ＥＬが裏面１２で反射することがある。以下、説明を簡単にするため、励起光ＥＬが裏面１２で反射する場合を例に挙げる。また、実際には、励起光ＥＬは、レーザ利得媒質１の内部で屈折する。しかしながら、説明を簡単にするため、励起光ＥＬの屈折については、無視する。同様に、レーザ光の屈折についても、無視する。
【００４７】
レーザ利得媒質１は、励起光ＥＬが入射すると、励起光ＥＬの一部を吸収することで、蛍光を発する。言い換えれば、レーザ利得媒質１は、励起光ＥＬを受光すると、レーザ利得媒質１と励起光ＥＬとの相互作用により、励起光ＥＬを吸収した領域から光を放出する。レーザ利得媒質１が励起光ＥＬを吸収して蛍光を発する領域を「蛍光領域」と呼ぶ。なお、励起光ＥＬによってレーザ利得媒質１が蛍光する現象は、既に知られているように、励起状態にある電子が基底状態に戻るときに発生する自然放出に起因する。レーザ光Ｌは、蛍光領域で増幅される。
【００４８】
図３Ｂの（ｂ）に示すように、レーザ利得媒質１を表面１１から裏面１２の方向に見ると、蛍光領域ＦＲが見える。蛍光領域ＦＲは、レーザ利得媒質１において励起光ＥＬが透過した領域に発生している。なお、実際には、蛍光領域ＦＲは、空間的な広がりを持つ。また、蛍光領域ＦＲにおける蛍光の強度は、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲから離れるにつれて、徐々に低くなる。ただし、図３Ｂの（ａ）及び（ｂ）の説明では、蛍光領域ＦＲにおける蛍光の強度が一定であると単純化する。
【００４９】
（Ｂ）励起光がレーザ光と同軸にレーザ利得媒質へ照射された場合
図３Ｃは、励起光がレーザ光と同軸にレーザ利得媒質へ照射された場合に発生する現象を説明するための模式図である。図３Ｃの（ａ）は、図３Ｃの（ｂ）に示すＸ１−Ｘ１におけるレーザ利得媒質１の断面図である。図３Ｃの（ｂ）は、レーザ利得媒質１の表面１１を示す平面図である。図３Ｃの（ｃ）は、図３Ｃの（ｂ）に示すＡにおける蛍光領域ＦＲ及び反射スポットＲＳの部分拡大図である。
【００５０】
図３Ｃの（ａ）に示すように、レーザ光Ｌが励起光ＥＬと同軸にレーザ利得媒質１の表面１１へ照射される。このとき、端面励起方式では、レーザ光Ｌは、基本的に励起光ＥＬと同じ軌跡をたどる。つまり、レーザ光Ｌは、レーザ利得媒質１へ入射すると、レーザ利得媒質１において反射し、レーザ利得媒質１から出射する。レーザ光Ｌがレーザ利得媒質１において反射する領域を「反射スポット」と呼ぶ。
【００５１】
レーザ光Ｌは、例えば、裏面１２で反射する。なお、裏面１２は、レーザ光Ｌが反射（全反射）される面を指す。裏面１２のＺ軸の負方向に反射コーティングが設けられていてもよい。また、励起光軸ＡＸＥＬがレーザ光軸ＡＸＬと厳密に一致していなくても差支えはない。
【００５２】
もし、レーザ光軸ＡＸＬにずれがない場合、レーザ利得媒質１を表面１１から裏面１２の方向に見ると、図３Ｃの（ｂ）に示す反射スポットＲＳが見える。反射スポットＲＳは、蛍光領域ＦＲの中央に発生する。言い換えれば、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲと一致する。その上、反射スポットＲＳの大きさ（面積）は、蛍光領域ＦＲの大きさ（面積）よりも小さい。これは、レーザ光軸ＡＸＬが励起光軸ＡＸＥＬと同軸である上、レーザ光Ｌのスポット径φＬが励起光ＥＬのスポット径φＥＬよりも小さいためである。なお、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳは、例えば、反射スポットＲＳの重心であってもよい。同様に、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲは、例えば、蛍光領域ＦＲの重心であってもよい。
【００５３】
図３Ｃの（ｃ）に示すように、反射スポットＲＳの領域と反射スポットＲＳの周囲の領域とでは、蛍光の強度（レベル）が異なる。具体的には、反射スポットＲＳの領域における蛍光の強度は、反射スポットＲＳの周囲の領域における強度よりも低下する。このことは、反射スポットＲＳが蛍光領域ＦＲと重なる領域では、蛍光の強度が相対的に下がるとも言える。なお、以下の説明では、反射スポットＲＳの領域における蛍光の強度が一定であると単純化する。
【００５４】
蛍光の強度は、例えば、相対的な数値で表される。図３Ｃの（ｃ）の凡例に示すように、蛍光の強度は、例えば、レベル１からレベル３の三段階で表される。この場合、レベル１は、最も高い強度を表している。レベル２は、レベル１よりも低い強度を表している。レベル３は、レベル２よりも低い強度を表している。図３Ｃの（ｃ）に示すように、蛍光領域ＦＲ（反射スポットＲＳの領域を除く）における蛍光の強度は、例えば、レベル１又は２で表される。反射スポットＲＳの領域における蛍光の強度は、例えば、レベル３で表される。
【００５５】
（Ｃ）レーザ光軸にずれがある場合
図３Ｄは、レーザ光軸にずれがある場合に発生する反射スポットを説明するための模式図である。図３Ｄの（ａ）は、図３Ｄの（ｂ）に示すＸ１−Ｘ１におけるレーザ利得媒質１の断面図である。図３Ｄの（ｂ）は、レーザ利得媒質１の表面１１を示す平面図である。図３Ｄの（ｃ）は、図３Ｄの（ｂ）に示すＡにおける蛍光領域ＦＲ及び反射スポットＲＳの部分拡大図である。
【００５６】
もし、レーザ光軸ＡＸＬにずれがある場合、レーザ利得媒質１を表面１１から裏面１２の方向に見ると、図３Ｄの（ｂ）に示す反射スポットＲＳが見える。この場合、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲと一致していない。つまり、反射スポットＲＳと蛍光領域ＦＲとの間にずれが発生している。
【００５７】
基本的に、このずれは、レーザ光Ｌの照射角度（入射角度）、及びレーザ光Ｌの照射位置（入射位置）のうちの少なくとも一方に起因する。図３Ｄの（ａ）及び（ｂ）は、レーザ光Ｌの照射角度が所望の照射角度よりも小さく、レーザ光Ｌの照射位置が所望の位置からＸ軸の負方向にずれている場合を例示している。図３Ｃの（ａ）及び（ｂ）に示す例と比較すると、蛍光領域ＦＲの大きさに変化はないものの、反射スポットＲＳの大きさが小さくなっている。ここで、レーザ光Ｌの照射角度は、例えば、レーザ光軸ＡＸＬと法線Ｈとがなす角を指す。レーザ光Ｌの照射位置は、例えば、レーザ利得媒質１の表面１１上の位置を指す。
【００５８】
上述のように、励起光ＥＬによって発生する蛍光領域ＦＲは、反射スポットの位置のずれを知るための基準としての役割を持つと言える。反射スポットＲＳの位置を得ることで、調整対象のレーザ光軸ＡＸＬが所望のレーザ光軸からずれているかを知ることができる。そのため、蛍光の強度が周囲の領域よりも低い領域の位置を反射スポットＲＳとして検出す検出器２が設けられている。
【００５９】
２．３．効果
図２に示す例と比較すると、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１は、次の効果を奏する。第１に、励起光を利用するため、アライメント光源を別途用意する必要がない。このことにより、レーザシステムの構成が複雑化することを防ぐことができる。第２に、アライメント光源と比べると、励起光には、レーザ利得媒質１への高い照射精度が要求されない。したがって、必ずしも、励起光をレーザ光と同軸にレーザ光路に供給する必要がない。第３に、使用する光学部品（例えば、ミラー）の制限が緩和される。例えば、図２に示す例では、レーザ光の波長と異なる波長を持つアライメント光が使用されるため、波長に依存しにくい光学部品を使用する必要があった。
【００６０】
２．４．変形例
上述のように、励起光は反射スポットの位置のずれを知るための基準としての役割を持つ。この観点から、端面励起方式の代わりに、例えば、側面励起方式を適用することもできる。
【００６１】
図３Ｅは、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１の変形例を説明するための模式図である。側面励起方式では、図３Ｅに示すように、例えば、レーザ利得媒質１の裏面１２から表面１１の向きに励起光ＥＬが照射されている。なお、レーザ利得媒質１の全体に励起光ＥＬを照射することもできる。この観点から、励起光ＥＬのスポット径φＥＬは、レーザ光Ｌのスポット径φＬと同じであってもよいし、レーザ光Ｌのスポット径φＬより大きくてもよい。
【００６２】
２．５．レーザ光軸アライメントシステム
（概要）
反射スポットの位置検出システムは、レーザ光軸アライメントシステムに適用される。図４は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２の構成例を示すブロック図である。概要は、次の通りである。レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２は、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１によって検出された反射スポットの位置を基に、光学系３を調整するように構成されている。もし、レーザ光軸ＡＸＬにずれがある場合、上述のように、反射スポットの位置が所望の位置からずれる。その場合、反射スポットの位置が所望の位置となるように、制御装置４が光学系３を調整する。このことによって、ずれていたレーザ光軸ＡＸＬが所望のレーザ光軸と一致する。例えば、レーザ利得媒質１から出射したレーザ光Ｌを絞るレンズが設けられている場合、レンズの光軸がレーザ利得媒質１から出射したレーザ光Ｌの光軸と一致する。
【００６３】
（構成）
図４に示すように、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２は、レーザ利得媒質１及び検出器２に加え、光学系３と、制御装置４と、ディスプレイ５とを有する。上述の通り、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１は、レーザ利得媒質１と、検出器２とを含む。なお、説明の便宜を図るため、後述の冷却ユニット１００が仮想的に図示されている。
【００６４】
レーザ利得媒質１は、固体結晶（ガラスを含む）、又は液体で形成されている。レーザ利得媒質１には、レーザ光Ｌの波長に適した物質が使用される。固体結晶としては、例えば、イッテルビウム３価イオン（Ｙｂ３＋）を含んだイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）が挙げられる。液体としては、例えば、蛍光性の有機色素（例えば、オキサジン系色素）が溶剤（例えば、アルコール）に融解した液体が挙げられる。なお、反射スポットＲＳの位置を明確に検出するという観点からは、気体のレーザ利得媒質を利用することは技術的に難しい。したがって、レーザ利得媒質１の相状態は、固体、又は液体である。レーザ利得媒質１は、例えば、発振器、又は増幅器として利用される。
【００６５】
検出器２は、固体撮像素子、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサで構成されている。ＣＭＯＳイメージセンサは、他の固体撮像素子と比べて感度が非常に高いという特性を持つ。検出器２は、反射スポットＲＳの位置を検出するために、レーザ利得媒質１の表面１１を撮像する。そのため、検出器２は、レーザ利得媒質１の表面１１よりも上方（Ｚ軸の正方向）に配置されている。言い換えれば、検出器２は、レーザ利得媒質１の裏面１２の側ではなく、レーザ利得媒質１の表面１１の側に配置されている。このことは、次の理由による。
【００６６】
レーザ利得媒質１の裏面１２で発生する温度上昇は、表面１１で発生する温度上昇よりも大きくなりやすい。そこで、検出器２をレーザ利得媒質１の表面１１の側に配置することにより、レーザ利得媒質１の裏面１２の側に冷却ユニット１００を配置することが可能となる。その結果、レーザ利得媒質１の裏面１２を効果的に冷却することができる。
【００６７】
検出器２は、制御装置４及びディスプレイ５にそれぞれ電気的に接続されている。検出器２は、反射スポットＲＳとその周囲をリアルタイムで撮像して、撮像データＤＡを生成する。検出器２は、生成された撮像データＤＡを制御装置４及びディスプレイ５にそれぞれ出力する。撮像データＤＡは、例えば、ＲＧＢ（Red  Green  Blue）処理が施された画像データ（動画像データを含む）である。撮像データＤＡは、例えば、輝度データであってもよい。なお、検出器２は、反射スポットＲＳを含む、レーザ利得媒質１の表面１１の全体を撮像してもよい。
【００６８】
光学系３は、例えば、第１全反射ミラー３０１と、第２全反射ミラー３０２とを有する。第１全反射ミラー３０１及び第２全反射ミラー３０２は、レーザ光Ｌがレーザ利得媒質１の入射点ＰＩＮへ入射するように、出射点ＰＯＵＴよりも入射点ＰＩＮの側で、レーザ利得媒質１の上方に配置されている。
【００６９】
レーザ光路ＯＰは、予め設計されている。図４に示すように、レーザ光路ＯＰは、例えば、点Ｐ１、点Ｐ２、点Ｐ３、入射点ＰＩＮ、反射スポットＲＳ及び出射点ＰＯＵＴを通る。ここで、点Ｐ１は、出射点ＰＯＵＴよりも入射点ＰＩＮの側でレーザ利得媒質１の上方にある。点Ｐ２は、点Ｐ１からＸ軸の正方向に所定の距離を隔てた位置にある。点Ｐ３は、点Ｐ２から下方（Ｚ軸の負方向）へ所定の距離を隔てた位置にある。入射点ＰＩＮは、レーザ光Ｌがレーザ利得媒質１へ入射する点である。出射点ＰＯＵＴは、レーザ光Ｌがレーザ利得媒質１から出射する点であり、入射点ＰＩＮと法線Ｈに対して対称の位置にある。
【００７０】
第１全反射ミラー３０１は、レーザ光Ｌが点Ｐ２から点Ｐ３へ向けて全反射されるように、レーザ光路ＯＰに配置されている。第２全反射ミラー３０２は、第１全反射ミラー３０１によって全反射したレーザ光Ｌが点Ｐ３から入射点ＰＩＮへ向けて反射されるように、レーザ光路ＯＰに配置されている。２つの全反射ミラー３０１、３０２により、レーザ利得媒質１に所定の角度で所定の位置にレーザ光Ｌを照射することが可能となる。
【００７１】
なお、光学系３の構成は、任意である。光学系３は、所望のレーザ光路ＯＰに合わせて好適に構成されればよい。例えば、光学系３は、第２全反射ミラー３０２が省略されていてもよい。他の種類の光学部品（例えば、レンズ）がレーザ光路ＯＰに設けられていてもよい。
【００７２】
制御装置４は、検出器２から撮像データＤＡを受信する。制御装置４は、撮像データＤＡに基づいて、複数の光学部品（光学要素）のうちの少なくとも一つの光学部品の角度又は位置を制御する。例えば、制御装置４が設けられていることにより、光学系３の調整を自動で実施することができる。
【００７３】
複数の光学部品には、第１全反射ミラー３０１及び第２全反射ミラー３０２に加え、レーザ利得媒質１が含まれる。レーザ利得媒質１は、励起光ＥＬ及びレーザ光Ｌを反射する性質を持つ。したがって、レーザ利得媒質１を光学部品の一つとして取り扱うことができる。図４の例では、制御装置４は、光学系３、例えば、第１全反射ミラー３０１及び第２全反射ミラー３０２を制御する。制御にあたって、制御装置４は、第１全反射ミラー３０１及び第２全反射ミラー３０２を連動して制御してもよいし、両者を個別に制御してもよい。なお、制御装置４の制御対象は、第１全反射ミラー３０１及び第２全反射ミラー３０２のうちのいずれか一方であってもよい。
【００７４】
ディスプレイ５は、表示画面５１を備える。ディスプレイ５が設けられていることにより、作業者は目視で反射スポットＲＳのずれを容易に確認することができる。ディスプレイ５は、検出器２から撮像データＤＡを受信する。ディスプレイ５は、受信した撮像データＤＡに基づいて、反射スポットＲＳとその周囲を表示画面５１に表示する。もし、検出器２が反射スポットＲＳを含むレーザ利得媒質１の表面１１の全体を撮像している場合、ディスプレイ５は、レーザ利得媒質１の表面１１の全体を表示画面５１に表示する。
【００７５】
２．６．表示画面
反射スポットは、表示画面に次のように表示される。始めに、レーザ光軸にずれがない場合を説明する。次いで、レーザ光軸にずれがある場合を説明する。
【００７６】
（レーザ光軸のずれがない場合）
図５Ａは、レーザ光軸にずれがない場合の表示画面５１を例示する図である。この場合、表示画面５１には、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲと一致している画像が表示される。したがって、レーザ光軸アライメントが不要である。なお、図５Ａは、反射スポットＲＳ及び蛍光領域ＦＲの周囲を示している。
【００７７】
（レーザ光軸にずれがある場合）
図５Ｂは、レーザ光軸にずれがある場合の表示画面５１を例示する図である。この場合、表示画面５１には、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲからずれている画像が表示される。したがって、レーザ光軸アライメントが必要である。ずれたレーザ光軸を所望のレーザ光軸に一致させるためには、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲと一致するように、光学系３を調整すればよいことが分かる。なお、図５Ｂは、反射スポットＲＳ及び蛍光領域ＦＲの周囲を示している。後述するように、符号「Ｄ」は、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳと、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲとの間の距離を示している。
【００７８】
２．７．光学系の制御機構
光学系の制御機構について、図６を参照しながら説明する。図６は、光学系３の制御機構を説明するための概念図である。適宜、図５Ａ及び図５Ｂも参照されたい。以下、制御装置４の制御対象として、第１全反射ミラー３０１を例に挙げる。以下の説明は、第２全反射ミラー３０２を制御対象とする場合、第２全反射ミラー３０２ついても適用される。始めに、光学系について述べる。
【００７９】
（第１全反射ミラー）
図６に示すように、第１全反射ミラー３０１は、鏡面３０１を備える。第１全反射ミラー３０１は、２つの軸の回りに回転する。２つの軸のうちの一つは、φ軸である。φ軸は、鏡面３０１の中心を通る回転軸であって、Ｚ軸に平行である。したがって、φ軸回りの角度を調整することができる。もう一つは、θ軸である。θ軸は、鏡面３０１の中心を回転軸であって、Ｘ軸（Ｙ軸でもよい）に平行である。したがって、θ軸回りの角度を調整することができる。更に、第１全反射ミラー３０１は、Ｘ−Ｙ平面において所定の軸上を自在に可動する。図６の例では、第１全反射ミラー３０１は、Ｘ軸に沿って自在に移動する。なお、第１全反射ミラー３０１の移動方向は、Ｘ−Ｙ平面において任意である。また、第１全反射ミラー３０１がＺ軸方向に自在に可動してもよい。
【００８０】
（ミラーユニット）
図６に示すように、光学系３は、ミラーユニット３１を備える。第１全反射ミラー３０１は、例えば、ミラーユニット３１に取り付けられている。ミラーユニット３１は、第１全反射ミラー３０１を所望の角度及び位置に固定するための器具である。ミラーユニット３１は、レーザ光軸が鏡面３０１の中心Ｏに入射するように配置されている。ミラーユニット３１は、第１全反射ミラー３０１がφ軸及びθ軸の回りに自在に回転することができるように構成されている。更に、ミラーユニット３１は、例えば、第１全反射ミラー３０１が所定の軸（例えば、Ｘ軸）上を自在に移動するようにも構成されている。また、第１全反射ミラー３０１がＺ軸に沿って自在に可動するように、ミラーユニット３１が構成されていてもよい。
【００８１】
具体的には、ミラーユニット３１は、例えば、土台３１１と、レール３１２と、ブロック３１３と、支持台３１４と、ミラー固定部３１５と、第１調整金具３１６と、第２調整金具３１７とを有する。ミラー固定部３１５は、第１軸部３１５１と、第２軸部３１５２とを有する。
【００８２】
土台３１１は、Ｘ−Ｙ平面に配置されている。レール３１２は、土台３１１の上に配置されている。図６の例では、レール３１２は、Ｘ軸方向に延伸している。ブロック３１３は、レール３１２の上を自在に移動する。支持台３１４は、ミラー固定部３１５を支持するための台であって、ブロック３１３の上に固定されている。支持台３１４の内部は、例えば、円筒形の空洞を有する。ミラー固定部３１５は、所望するφ軸回りの角度、又はθ軸回りの角度で、第１全反射ミラー３０１を固定する部品である。そのため、第１軸部３１５１は、第１全反射ミラー３０１がφ軸の回りに回転するように、支持台３１４の内部に挿入されている。更に、第１全反射ミラー３０１がＺ軸に沿って可動するように、第１軸部３１５１が支持台３１４の内部をＺ軸の正方向又は負方向に可動してもよい。第２軸部３１５２は、第１全反射ミラー３０１がθ軸の回りに回転するように、第１全反射ミラー３０１に取り付けられている。第１調整金具３１６は、第１全反射ミラー３０１を所望するφ軸回りの角度で固定するための金具である。第２調整金具３１７は、第１全反射ミラー３０１を所望するθ軸回りの角度で固定するための金具である。
【００８３】
（制御装置の概要）
制御装置４について述べる。概要は、次の通りである。制御装置４は、反射スポットの位置と基準位置との間の距離に基づいて、第１全反射ミラー３０１の角度又は位置を制御する。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、基準位置は、例えば、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲである。即ち、基準位置としての蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲは、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが存在すべき位置である。より詳細には、制御装置４は、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳと、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲとの間の距離Ｄ（図５Ｂを参照）をずれ量として算出する。反射スポットＲＳの中心ＣＲＳ及び蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲは、例えば、相対的な座標で表される。距離Ｄは、例えば、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳの座標と、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲの座標とを用いて算出することができる。
【００８４】
なお、上述の説明では、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲが基準位置に採用されている。ただし、反射スポットＲＳの位置のずれを検出することができれば、基準位置は、任意の位置でよい。基準位置は、例えば、レーザ利得媒質１の表面１１の中心であってもよい。例えば、レーザ利得媒質１の表面１１の形状が四角形の場合、表面１１の中心は、レーザ利得媒質１の四隅の位置から決定される。したがって、四隅の位置から決定された表面１１の中心を基準位置とすることができる。代替的に、アライメントマークをレーザ利得媒質１に付与し、付与されたアライメントマークの位置を基準位置とすることもできる。
【００８５】
図５Ａに示すように、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲと一致している場合、距離Ｄはゼロである。この場合、レーザ光軸アライメントが不要であるため、制御装置４は、何もしない。一方、図５Ｂに示すように、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲからずれている場合、距離Ｄは、０よりも大きい値を持つ。この場合、レーザ光軸アライメントが必要である。そこで、制御装置４は、算出されたずれ量（即ち、距離Ｄ）がゼロとなるように、第１全反射ミラー３０１の角度又は位置を制御する。
【００８６】
（制御装置の構成）
上述の制御装置４は、次のように構成されている。制御装置４は、例えば、演算ユニット４１と、モータ４１２と、駆動機構４１３とを有する。
【００８７】
演算ユニット４１は、例えば、マイクロコンピュータ、記憶装置（例えば、メモリ）、及び種々の制御回路で構成されている。演算ユニット４１は、検出器から受信した撮像データに基づいて、制御処理を実行する。制御処理は、第１全反射ミラー３０１の角度又は位置を制御するための処理の一つである。モータ４１２は、例えば、演算ユニット４１から制御信号ＣＮＲＬを受けると、制御信号ＣＮＲＬに基づいて回転軸を回転させる。駆動機構４１３は、例えば、種々のギアー、複数のシャフトで構成されている。駆動機構４１３は、例えば、モータ４１２の回転軸から伝達された回転動力を用いて、ブロック３１３、第１調整金具３１６及び第２調整金具３１７を個別に駆動するように構成されている。
【００８８】
（制御装置の動作）
演算ユニット４１によって実行される制御処理は、大別して、次の３つに分けられる。一つ目は、Ａ）距離Ｄの算出である。二つ目は、Ｂ）レーザ光軸アライメントの実施の判断である。三つ目は、Ｃ）駆動機構４１３の制御である。
【００８９】
Ａ）距離Ｄの算出
演算ユニット４１は、検出器から撮像データを受信し、撮像データに基づいて、距離Ｄ（例えば、図５Ｂを参照）を算出する。その際に、演算ユニット４１は、撮像データを画像解析して、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳの座標ＣＲＳ（ｘ１、ｙ１）と、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲの座標ＣＦＲ（ｘ２、ｙ２）とを取得する。画像解析の方法は、公知の方法でよい。例えば、相対的な数値で表された蛍光の強度の分布を用いれば、２つの座標を取得することができる。そして、演算ユニット４１は、演算：√［（ｘ１−ｘ２）２＋（ｙ１−ｙ２）２］を実行することにより、距離Ｄを算出する。距離Ｄの算出方法は、他の方法であってもよい。
【００９０】
Ｂ）レーザ光軸アライメントの実施の判断
算出の結果、距離Ｄ＝０の場合、演算ユニット４１は、レーザ光軸にずれがないと判断（決定）し、何もしない。一方、距離Ｄ＞０の場合、演算ユニット４１は、レーザ光軸にずれがあると判断する。
【００９１】
Ｃ）駆動機構４１３の制御
距離Ｄ＞０の場合、演算ユニット４１は、距離Ｄがゼロとなるように、駆動機構４１３を制御する。そのために、演算ユニット４１は、２つの座標｛ＣＲＳ（ｘ１、ｙ１）、ＣＦＲ（ｘ２、ｙ２）｝を用いて、距離Ｄがゼロとなる第１全反射ミラー３０１の角度、又は位置を取得する。即ち、演算ユニット４１は、距離Ｄがゼロとなる第１全反射ミラー３０１の調整量を取得する。調整量の取得方法は、公知の方法でよい。演算ユニット４１は、距離Ｄがゼロとなるように制御信号ＣＮＲＬをモータ４１２に出力する。制御信号自体は、例えば、ハイレベル、又はローレベルの電圧信号である。
【００９２】
距離Ｄ＞０の場合、モータ４１２は、演算ユニット４１から制御信号ＣＮＲＬを受けると、制御信号ＣＮＲＬに基づいて、モータ４１２のシャフトを回転させる。駆動機構４１３は、モータ４１２のシャフトから伝達された回転動力を用いて、ブロック３１３、第１調整金具３１６及び第２調整金具３１７を個別に駆動する。
【００９３】
例えば、第１全反射ミラー３０１のθ軸回りの角度のみが所望の角度からずれている場合を考える。この場合、駆動機構４１３は、第１全反射ミラー３０１のθ軸回りの角度が所望の角度と一致するように、第２調整金具３１７を駆動する。例えば、第１全反射ミラー３０１のＸ軸方向の位置のみが所望の位置からずれている場合を考える。この場合、駆動機構４１３は、第１全反射ミラー３０１のＸ軸方向の位置が所望の位置と一致するように、ブロック３１３をレール３１２に沿って移動させる。
【００９４】
２．８．レーザ光軸アライメント方法
レーザ光軸アライメント方法について説明する。図７は、レーザ光軸アライメント方法を例示するフローチャートである。図８に示すように、レーザ光軸アライメント方法は、４つのステップＳＴ１−ＳＴ４を有する。以下の説明では、第１全反射ミラー３０１の調整を例に挙げる。図４も適宜参照されたい。
【００９５】
先ず、励起光ＥＬ及びレーザ光Ｌがレーザ利得媒質１に入射する（ＳＴ１）。すると、レーザ利得媒質１においてレーザ光Ｌの反射スポットＲＳが発生する。次いで、検出器２は、レーザ利得媒質１においてレーザ光Ｌの反射スポットＲＳの位置を検出する（ＳＴ２）。
【００９６】
もし、反射スポットＲＳのずれがある場合、即ち、反射スポットＲＳの中心が蛍光領域ＦＲの中心からずれている場合（ＳＴ３：ＹＥＳ）、レーザ光軸アライメントが必要である。そのため、制御装置４は、反射スポットＲＳの中心が蛍光領域ＦＲの中心と一致するように、第１全反射ミラー３０１の角度又は位置を制御する（ＳＴ４）。ステップＳＴ４の実行により、第１全反射ミラー３０１の調整が完了する。ステップＳＴ４によって、レーザ光軸が所望のレーザ光軸と一致する。例えば、レーザ利得媒質１から出射したレーザ光Ｌを絞るレンズが設けられている場合、そのレンズの光軸がレーザ利得媒質１から出射したレーザ光Ｌの光軸と一致する。
【００９７】
もし、反射スポットＲＳのずれがない場合（ＳＴ３：ＮＯ）、レーザ光軸アライメントが不要である。したがって、制御装置４は、何もしない。
【００９８】
（補足）
光学系３の調整は、人手によって実施されてもよい。この場合、ステップＳＴ３において、作業者がディスプレイ５の表示画面５１を目視しながら、反射スポットＲＳの中心が蛍光領域ＦＲの中心と一致しているかを判断すればよい。そして、ステップＳＴ４において、作業者は、距離Ｄがゼロとなるように、調整対象の光学部品の角度、又は位置を調整すればよい。例えば、第１全反射ミラー３０１のφ軸回りの角度にずれがある場合を考える。この場合、作業者は、第１調整金具３１６を動かすことにより、第１全反射ミラー３０１のφ軸回りの角度を調整すればよい。
【００９９】
２．９．効果
反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１を適用したレーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２により、レーザ光軸を調整するための光源を新たに設けることなく、レーザ光軸を調整することが可能となる。更に、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１で述べた効果と同様の効果も奏する。
【０１００】
２．１０．レーザシステム
レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２は、レーザシステムに好適である。図８は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２を適用したレーザシステムＳＹＳ３の構成例を示すブロック図である。レーザシステムＳＹＳ３は、励起光を利用して、種光（例えば、レーザ光）を増幅又は発生させる方式（光励起方式）であればよい。レーザシステムＳＹＳ３は、レーザ光Ｌを連続発振してもよいし、パルス発振してもよい。
【０１０１】
図８に示すように、レーザシステムＳＹＳ３は、レーザ利得媒質１と、検出器２と、光学系３と、制御装置４と、ディスプレイ５と、コンピュータ装置（ＰＣ）６と、励起光源７と、種光源８と、レーザ増幅器１０とを有する。なお、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２は、レーザ利得媒質１（レーザ増幅器１０）、検出器２、光学系３、制御装置４及びディスプレイ５に加え、コンピュータ装置６を更に包含している。レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２は、反射スポットの位置検出システムＳＹＳ１を包含している。ここでは、コンピュータ装置６、励起光源７、種光源８、及びレーザ増幅器１０について説明する。
【０１０２】
コンピュータ装置６は、例えば、パーソナルコンピュータ（物理マシン）である。コンピュータ装置６は、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、揮発性メモリ、不揮発性の記憶装置（例えば、ハードディスク）、及び入力デバイス（例えば、キーボード）を備える。例えば、コンピュータ装置６を用いて、制御装置４の演算ユニットで実行される制御処理を実行してもよい。この場合、コンピュータ装置６は、検出器２、制御装置４及びディスプレイ５と協働して、上述の制御処理を実行する。
【０１０３】
励起光源７は、励起光ＥＬの発生源であって、例えば、レーザダイオード（半導体ダイオード）である。励起光源７から出力された励起光ＥＬは、光学系３を介してレーザ増幅器１０へ入射する。
【０１０４】
種光源８は、レーザ光Ｌの発生源である。種光源８から出力されたレーザ光Ｌは、光学系３を介してレーザ増幅器１０へ入射する。
【０１０５】
レーザ増幅器１０は、レーザ利得媒質１と、冷却ユニット１００とを含む。レーザ増幅器１０は、種光源８から供給されたレーザ光Ｌを増幅して出力する。レーザ増幅器の種類は、例えば、アクティブ・ミラー型である。なお、アクティブ・ミラー型の代わりに、例えば、ロッド型を用いてもよい。冷却ユニット１００は、例えば、ヒートシンクで構成されている。冷却ユニット１００がヒートシンクで構成されている場合、ヒートシンクは、例えば、レーザ利得媒質１の裏面に取り付けられている。
【０１０６】
レーザシステムＳＹＳ３には、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２が適用されているので、照射精度が高いという利点がある。
【０１０７】
２．１１．変形例
上述のように、レーザ利得媒質１を光学部品の一種として取り扱うことができる。図９は、制御装置４による制御対象がレーザ利得媒質１である場合のレーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２を示すブロック図である。反射スポットＲＳの位置が所望の位置からずれている場合、図９に示すように、制御装置４がレーザ利得媒質１の角度、又は位置を制御すればよい。
【０１０８】
３．第２の実施の形態
３．１．概要
第２の実施の形態は、レーザ光軸アライメントシステムに関する。高出力のレーザ光を得るための方法として、例えば、複数のレーザ利得媒質を光学的に多段（カスケード）接続する方式が知られている。この方式に対応するため、複数のレーザ利得媒質の各々に１つの検出器が設けられている。
【０１０９】
３．２．詳細
以下に、第１の実施の形態と異なる点について説明する。図１０は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ａの構成例を示すブロック図である。図１０に示すように、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ａは、複数の光学部品（光学要素）と、第１検出器２１と、第２検出器２２とを含んでいる。複数の光学部品は、第１レーザ利得媒質１Ａと、第２レーザ利得媒質１Ｂと、第１全反射ミラー３０１と、第２全反射ミラー３０２とを含んでいる。
【０１１０】
第１レーザ利得媒質１Ａについては、第１の実施の形態で述べた通りである。励起光ＥＬ及びレーザ光Ｌが第１レーザ利得媒質１Ａに入射すると、第１レーザ利得媒質１Ａにおいて第１反射スポットＲＳ１が発生する。第１反射スポットＲＳ１に対応する第１基準位置は、第１レーザ利得媒質１Ａにおいて発生する第１蛍光領域ＦＲ１の中心ＣＦＲ１である。
【０１１１】
第２レーザ利得媒質１Ｂ自体の構成は、第１レーザ利得媒質１Ａの構成と同じである。ただし、第２レーザ利得媒質１Ｂを第１レーザ利得媒質１Ａに多段接続するため、両者の配置が互いに異なる。具体的には、第２レーザ利得媒質１Ｂは、第１レーザ利得媒質１Ａから出射した励起光ＥＬ及びレーザ光Ｌが入射するように配置されている。したがって、図１０の例では、第２レーザ利得媒質１Ｂは、第１レーザ利得媒質１Ａの入射点ＰＩＮよりも出射点ＰＯＵＴの側で、第１レーザ利得媒質１Ａよりも上方に配置されている。また、第２レーザ利得媒質１Ｂの表面１１の向きが、第１レーザ利得媒質１Ａの表面１１の向きと逆である。励起光ＥＬ及びレーザ光Ｌが第２レーザ利得媒質１Ｂに入射すると、第２レーザ利得媒質１Ｂにおいて第２反射スポットＲＳ２が発生する。第２反射スポットＲＳ２に対応する第２基準位置は、第２レーザ利得媒質１Ｂにおいて発生する第２蛍光領域ＦＲ２の中心ＣＦＲ２である。
【０１１２】
第１検出器２１は、第１レーザ利得媒質１Ａに発生した第１反射スポットＲＳ１の位置を検出する。
【０１１３】
第２検出器２２自体の構成は、第１検出器２１の構成と同じである。ただし、両者の配置が互いに異なる。図１０の例では、第２検出器２２は、第２レーザ利得媒質１Ｂの表面１１よりも下方（Ｚ軸の負方向）に配置されている。当配置により、冷却ユニット１００２を第２レーザ利得媒質１Ｂの裏面１２の側に配置することが可能となる。第２検出器２２は、第２レーザ利得媒質１Ｂに発生した第２反射スポットＲＳ２の位置を検出する。
【０１１４】
制御装置４は、第１検出器２１から受信した撮像データＤＡ１と、第２検出器２２から受信した撮像データＤＡ２とに基づいて、複数の光学部品のうちの少なくとも一つの光学部品（例えば、第１全反射ミラー３０１）の角度又は位置を制御する。
【０１１５】
以上、第２の実施の形態について説明した。レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ａは、上述の効果を奏するばかりか、複数のレーザ利得媒質を多段接続する方式にも有効である。なお、３つ以上のレーザ利得媒質が多段接続された場合にも、第２の実施の形態を適用することができる。このことは、当業者によって、容易に理解されるであろう。
【０１１６】
４．第３の実施の形態
４．１．概要
第３の実施の形態は、レーザ光軸アライメントシステムに関する。高出力のレーザ光を得るための方法として、例えば、単一のレーザ利得媒質においてレーザ光を複数回反射させる方式が知られている。この方式の場合、レーザ利得媒質において２つ以上の反射スポットが発生する。レーザ光軸を調整するためには、少なくとも１つの反射スポットの位置が分かればよい。
【０１１７】
しかしながら、１つの反射スポットの位置だけでは、レーザ光軸がどの方向にずれているのかを把握するのに手間がかかるかもしれない。また、光学部品の調整自体にも手間がかかるかもしれない。この観点から、検出する反射スポットの位置の数は、複数（例えば、２つ）であることが望ましい。その場合、レーザ光軸がどの方向にずれているのかを容易に把握することができる。
【０１１８】
４．２．詳細
以下に、第１及び第２の実施の形態と異なる点について説明する。図１１は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｂの構成例を示すブロック図である。図１１に示すように、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｂは、レーザ利得媒質１Ｃと、第１検出器２１と、第２検出器２２とを含む。
【０１１９】
レーザ利得媒質１Ｃは、第１の実施の形態で述べたレーザ利得媒質１と比べると、Ｘ軸方向に長く形成されている。これは、レーザ光Ｌを複数回反射させるためである。無論、レーザ光Ｌを複数回反射させるために、レーザ光Ｌの照射角度を調整してもよい。
【０１２０】
励起光ＥＬ及びレーザ光Ｌがレーザ利得媒質１Ｃに入射すると、レーザ光Ｌは、レーザ利得媒質中で複数回反射する。そのため、レーザ利得媒質１Ｃにおいて、反射の回数に等しい数の反射スポットが発生する。図１１の例では、第１反射スポットＲＳ１、第２反射スポットＲＳ２、及び第３反射スポットＲＳ３が発生する。
【０１２１】
第１反射スポットＲＳ１は、例えば、レーザ利得媒質１Ｃの裏面１２に発生する。第１反射スポットＲＳ１に対応する基準位置は、第１蛍光領域ＦＲ１の中心ＣＦＲ１である。第２反射スポットＲＳ２は、例えば、レーザ利得媒質１Ｃの表面１１に発生する。第２反射スポットＲＳ２は、第１反射スポットＲＳ１からＸ軸の正方向に離間している。第２反射スポットＲＳ２に対応する基準位置は、第２蛍光領域ＦＲ２の中心ＣＦＲ２である。第３反射スポットＲＳ３は、例えば、レーザ利得媒質１Ｃの裏面１２に発生する。第３反射スポットＲＳ３は、第２反射スポットＲＳ２からＸ軸の正方向に離間している。第３反射スポットＲＳ３に対応する基準位置は、第３蛍光領域ＦＲ３の中心ＣＦＲ３である。
【０１２２】
以下の説明では、使用する反射スポットＲＳとして、第１反射スポットＲＳ１、及び第３反射スポットＲＳ３を例に挙げる。無論、使用する反射スポットとして、例えば、第１反射スポットＲＳ１、及び第２反射スポットＲＳ２を用いてもよいことは明らかである。なお、原理上、レーザ利得媒質１Ｃにおいて発生する全ての反射スポットＲＳの位置を用いることは可能である。しかしながら、レーザ光軸の位置及び方向を一義的に求めるためには、使用すべき反射スポットＲＳの位置の数は、２つで十分である。
【０１２３】
第１検出器２１は、第１反射スポットＲＳ１の位置を検出する。
【０１２４】
第２検出器２２自体の構成は、第１検出器２１の構成と同じである。ただし、両者の配置及び検出対象が互いに異なる。図１１の例では、第２検出器２２は、第３反射スポットＲＳ３の位置を検出する。第２検出器２２は、第３反射スポットＲＳ３を撮像することができるように、第１検出器２１からＸ軸の正方向に離間した位置で、レーザ利得媒質１Ｃの上方に配置されている。
【０１２５】
制御装置４は、第１検出器２１から受信した撮像データＤＡ１と、第２検出器２２から受信した撮像データＤＡ２とに基づいて、複数の光学部品のうちの少なくとも一つの光学部品（例えば、第１全反射ミラー３０１）の角度又は位置を制御する。
【０１２６】
以上、第３の実施の形態について説明した。レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｂは、上述の効果を奏するばかりか、単一のレーザ利得媒質においてレーザ光を複数回反射させる方式にも有効である。更に、２つの反射スポットＲＳの位置が用いられるので、レーザ光軸アライメントをより容易に実施することができる。
【０１２７】
４．３．変形例
検出器２の数は、１つでもよい。図１２は、検出器２の数が１つである場合のレーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｃを示すブロック図である。レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｃでは、１つの検出器２が、複数の反射スポットＲＳの各々の位置を検出する。図１２の例では、検出器２は、第１反射スポットＲＳ１の位置、及び第３反射スポットＲＳ３の位置を検出する。検出器２は、両者の位置を同時に撮像することができるように、レーザ利得媒質１の上方に配置されている。
【０１２８】
５．第４の実施の形態
５．１．概要
第４の実施の形態は、レーザ利得媒質の冷却に関する。上述のように、レーザ利得媒質は、レーザ光又は励起光を受光すると、蛍光を発する。したがって、レーザ利得媒質から発せられる蛍光スペクトルの分布が分かる。蛍光スペクトルの分布が分かれば、レーザ利得媒質の温度を知ることができる。得られた温度を利用することにより、レーザ利得媒質を最適な温度に冷却することができる。
【０１２９】
図１３は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｄの構成例を示すブロック図である。図１３の例では、検出器２ａは、反射スポットＲＳの位置に加え、レーザ利得媒質１から発せられる蛍光のスペクトルを検出するように構成されている。検出器２ａは、蛍光スペクトルを検出すると、検出された蛍光スペクトルをコンピュータ装置６に出力する。コンピュータ装置６は、冷却ユニット１００を制御する冷却ユニット制御装置として使用される。冷却ユニット１００は、冷却の強さを制御可能な冷却機構（例えば、ファン）を備える。冷却ユニット１００は、コンピュータ装置６の制御の下で、レーザ利得媒質１を冷却する。
【０１３０】
図１４は、検出器２ａによって検出された蛍光スペクトルの分布の一例を示す図である。図１４において、横軸は、検出された蛍光スペクトルの周波数ｆを示す。縦軸は、蛍光スペクトルの相対強度Ｉを示す。蛍光スペクトルの分布から、レーザ利得媒質１の最新（現在）の温度が分かる。
【０１３１】
コンピュータ装置６は、検出器２ａによって検出された蛍光スペクトルに基づいて、冷却ユニット１００の冷却の強さを制御する。具体的には、コンピュータ装置６は、検出された蛍光スペクトルを分析して、蛍光スペクトルの分布を取得する。蛍光スペクトルの分布の取得方法は、公知の方法でよい。そして、コンピュータ装置６は、蛍光スペクトルの分布を用いて、レーザ利得媒質１の最新の温度を算出（推定）する。レーザ利得媒質１の温度の算出は、レーザ利得媒質１の温度と蛍光スペクトルの分布との対応関係、及び取得された蛍光スペクトルの分布に基づいて行われてもよい。なお、レーザ利得媒質１の温度と蛍光スペクトルの分布との対応関係は、実験等により予め求めておくことができる。そして、コンピュータ装置６は、算出された温度が目標値（レーザ利得媒質１の所望温度）となるように、冷却ユニット１００を制御する。冷却ユニット１００の制御方法は、例えば、ネガティブ・フィードバック制御でよい。
【０１３２】
なお、代替的に、制御装置４が蛍光スペクトルの分布の取得及びレーザ利得媒質１の温度の算出を実行してもよい。ディスプレイ５が蛍光スペクトルの分布を表示できるように、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｄが構成されていてもよい。
【０１３３】
第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態で述べた効果を奏するばかりか、レーザ利得媒質を最適な温度に冷却することができる。
【０１３４】
６．第５の実施の形態
６．１．概要
第５の実施の形態は、レーザ光軸アライメントに関する。例えば、第１の実施の形態では、図３Ｄの（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、レーザ光Ｌの照射位置が所望の位置からＸ軸の負方向にずれている場合におけるレーザ光軸アライメントについて説明した。第１の実施の形態では、反射スポットの中心と基準位置（例えば、蛍光領域の中心）との間の距離（ずれ量）がゼロとなるように、レーザ光軸が調整される。しかしながら、たとえ反射スポットの中心が基準位置と一致していても、レーザ光軸がずれている場合がある。この場合、上述の距離に加え、平面視（Ｘ−Ｙ平面）における基準位置回りの角度が調整される。２つのパラメータ（距離及び上述の角度）を用いることにより、レーザ光軸アライメントの精度がさらに向上する。
【０１３５】
６．２．詳細
先ず、反射スポットの中心が基準位置と一致しているにもかかわらず、レーザ光軸がずれている場合について説明する。図１５は、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが基準位置（例えば、蛍光領域の中心ＣＦＲ）と一致しているものの、Ｘ−Ｙ平面における基準位置回りの角度αにずれが発生している場合を示す模式図である。なお、図１５では、蛍光領域及び励起光の図示は省略されている。
【０１３６】
図１５に示すように、第１基準軸１３に対して、レーザ光Ｌがレーザ利得媒質１へ斜めに入射している。ここで、第１基準軸１３は、例えば、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳを通り、Ｘ軸に平行な軸である。なお、第２基準軸１４は、例えば、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳを通り、第１基準軸１３に垂直な軸である。
【０１３７】
図１５に示す例では、反射スポットＲＳ（例えば、反射スポットの長軸）が基準位置（つまり、蛍光領域ＦＲの中心ＣＦＲ）回りにずれている。そこで、制御装置（例えば、図４を参照）は、Ｘ−Ｙ平面における基準位置回りの角度α（アルファ）に基づいて、光学系（例えば、図４参照）の角度又は位置を制御する。つまり、制御装置は、角度αが所望の角度となるように、光学系の角度又は位置を制御する。ここで、角度αは、例えば、第１基準軸１３とレーザ光軸ＡＸＬとの間の角度である。図１５の例では、角度αがゼロとなるように、光学系の角度又は位置が制御される。なお、角度αは、例えば、第２基準軸１４とレーザ光軸ＡＸＬとの間の角度であてもよい。代替的に、角度αに基づいて、制御装置が光学系の一つであるレーザ利得媒質１の角度又は位置を制御してもよい。
【０１３８】
次に、反射スポットＲＳの位置と基準位置との間にずれがある場合（つまり、距離Ｄ＞０）について説明する。この場合、制御装置は、反射スポットＲＳの位置と基準位置との間の距離に加え、角度αに基づいて、光学系の角度又は位置を制御すればよい。このことは、当業者によって、容易に理解されるであろう。また、第５の実施の形態の方法が複数の反射スポットがある場合（例えば、図１１及び図１２に示す例）に適用可能であることも、当業者によって、容易に理解されるであろう。
【０１３９】
第５の実施の形態によれば、反射スポットの位置と基準位置との間の距離に加え、基準位置回りの角度に基づいて、レーザ光軸が調整される。したがって、距離だけを用いてレーザ光軸アライメントが実施される場合と比べて、レーザ光軸アライメントの精度がより向上する。その上、レーザ光軸アライメントをより容易に実施することが可能となる。無論、第１の実施の形態で述べた効果も得ることができる。
【０１４０】
７．第６の実施の形態
【０１４１】
レーザ利得媒質にレーザ光を導入するために、例えば、レンズが用いられる。レーザ光をレーザ利得媒質に適切に導入するためには、レンズが所望の角度および位置に配置されていることが求められる。レンズが所望の角度および位置に配置されている場合と、レンズが所望の角度および位置に配置されていない場合とを比べると、反射スポットの内部で蛍光の強度分布が異なっている。両者の場合で反射スポットの内部で蛍光の強度分布が異なっている点について、以下に例を挙げる。
【０１４２】
図１６は、反射スポットおよび反射スポットの周囲の部分拡大図である。レンズが所望の角度および位置に配置されている場合、図１６の（ａ）に示すように、反射スポットＲＳの内部で蛍光の強度が一定（例えば、レベル３）であると仮定する。もし、レンズが所望の角度および位置に配置されていない場合、例えば、図１６の（ｂ）に示すように、反射スポットＲＳの内部で、蛍光の強度がレベル３よりも低い領域（例えば、レベル４）が発生することがある。つまり、図１６の（ｂ）に示す蛍光の強度分布が図１６の（ａ）に示す蛍光の強度分布と異なっている。また、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが基準位置（例えば、蛍光領域の中心ＣＦＲ）からずれている場合もある。
【０１４３】
図１６の例では、反射スポットＲＳの内部で蛍光の強度が変化している場合、反射スポットＲＳの内部で蛍光の強度が一定となるように、レンズの角度又は位置を調整すればよいことが分かる。また、反射スポットＲＳの中心ＣＲＳが基準位置となるように、光学系の角度又は位置も調整すればよい。
【０１４４】
図１７は、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｅの構成例を示すブロック図である。図１７に示すように、レーザ光軸アライメントシステムＳＹＳ２ｅは、レンズ９を更に備える。レンズ９は、光学要素の一つである。レンズ９は、レーザ光Ｌの光路ＯＰに配置され、レーザ光Ｌをレーザ利得媒質１へ導入する。なお、レンズ９は、複数個あってもよい。例えば、図１７の例では、レンズ９は、光学系３よりも手前（Ｘ軸の負方向）に配置されている。検出器２ｂは、レーザ利得媒質１から発せられる反射スポットの蛍光の強度分布を検出するように構成されている。制御装置４ａは、検出器２ｂによって検出された反射スポットＲＳの蛍光の強度分布に基づいて、レンズ９の角度又は位置を制御する。例えば、検出器２ｂによって検出された反射スポットＲＳの蛍光の強度分布が図１６の（ｂ）に示す強度分布であったとする。この場合、検出された反射スポットＲＳの蛍光の強度分布が図１６の（ａ）に示す強度分布になればよい。制御装置４ａは、検出された反射スポットＲＳの蛍光の強度分布を所望の強度分布と比較し、両者が一致するように、レンズ９の角度又は位置を制御する。なお、図１６の例では、制御装置４ａは、図１６の（ａ）に示す強度分布を所望の強度分布として記憶している記憶装置を備えている。所望の強度分布は、実験などによって得ることができる。
【０１４５】
上述のように、反射スポットの蛍光の強度分布を取得することにより、レンズの調整が必要であるかを把握することができる。そのため、レーザ光軸アライメントだけではなく、レンズの調整も実施することができる。
【０１４６】
以上、全ての実施の形態について説明した。本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、本発明に種々の変更を加えることができる。
【０１４７】
技術的な矛盾が生じない範囲内で、全ての実施の形態及び全ての変形例を好適に組み合わせることができる。例えば、第２の実施の形態を第３の実施の形態と組み合わせてもよい。例えば、第３の実施の形態で述べた変形例を第２の実施の形態と組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１４８】
１…レーザ利得媒質、２…検出器、３…光学系、４…制御装置、５…ディスプレイ、６…コンピュータ装置、７…励起光源、８…種光源、１０…レーザ増幅器、１１…表面、１２…裏面、３０１…第１全反射ミラー、３０２…第２全反射ミラー、１００…冷却ユニット、ＡＸＥＬ…励起光軸、ＡＸＬ…レーザ光軸、ＥＬ…励起光、ＦＲ…蛍光領域、Ｌ…レーザ光、ＯＰ…レーザ光路、ＲＳ…反射スポット
【図１】
0006385898.tif 000002
【図２】
0006385898.tif 000003
【図３Ａ】
0006385898.tif 000004
【図３Ｂ】
0006385898.tif 000005
【図３Ｃ】
0006385898.tif 000006
【図３Ｄ】
0006385898.tif 000007
【図３Ｅ】
0006385898.tif 000008
【図４】
0006385898.tif 000009
【図５Ａ】
0006385898.tif 000010
【図５Ｂ】
0006385898.tif 000011
【図６】
0006385898.tif 000012
【図７】
0006385898.tif 000013
【図８】
0006385898.tif 000014
【図９】
0006385898.tif 000015
【図１０】
0006385898.tif 000016
【図１１】
0006385898.tif 000017
【図１２】
0006385898.tif 000018
【図１３】
0006385898.tif 000019
【図１４】
0006385898.tif 000020
【図１５】
0006385898.tif 000021
【図１６】
0006385898.tif 000022
【図１７】
0006385898.tif 000023