CN104115051B - 光扫描装置及激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

光扫描装置（13）具备在使入射的激光绕投光中心（C）发生角位移的同时发射入射的激光的投光单元（30）、和具有将来自于投光单元（30）的激光进行反射而落射的抛物面（32a）的反射单元（32）。投光中心（C）配置在抛物面（32a）的焦点（F）上。投光单元（30）以激光的旋转角越远离作为在抛物面（32a）的顶点（V）上反射时的旋转角的基准角而激光的角速度越小的形式发射激光。激光加工装置（10）具备该光扫描装置（13），由反射单元（32）使激光落射至工件（90）上，从而在该工件（90）上形成加工线（93）。

Description

光扫描装置及激光加工装置
技术领域
本发明涉及使激光扫描的光扫描装置、以及具备这样的光扫描装置而在工件上通过激光形成加工线的激光加工装置。
背景技术
在薄膜太阳能电池的生产工厂中，对在玻璃基板的一面上使金属膜、硅膜等的半导体成膜而形成的工件，使用激光加工装置进行图形加工处理。在图形加工处理中，使激光在工件的薄膜层的表面上直线扫描，从而沿着激光的扫描线局部地去除薄膜层，以此形成直线状的槽（划线）。
一般而言，在图形加工处理用激光加工装置中，考虑到进行微细加工、容易抑制热影响等，而在激光中应用脉冲激光。在激光中应用脉冲激光时，使激光以使在某一正时振荡的激光的照射区域与仅提前一个脉冲宽度振荡的激光的照射区域在工件上局部重叠的方式扫描，借助于此确保划线的连续性。另外，相邻的两个脉冲的激光的照射区域相重叠的区域被称为“重叠区”。
以往，已知形成为通过安装于弧上的反射镜使来自于偏向器的激光反射，并且使激光从该反射镜落射至工件上的结构的激光加工装置（例如，参照专利文献1）。在该激光加工装置中，偏向器的偏向中心配置在弧的中心。根据该结构，进行了与偏向器的旋转角无关地使激光大致垂直地入射至工件上、和与偏向器的旋转角无关地使从偏向中心至工件的光程长度大致保持恒定等的尝试。而且，与光束同轴地配置有摄像机的图像摄像轴，并且基于由该图像得到的加工对象的位置及种类信息控制激光的位置及输出。又，通过在工件的落射范围内覆盖掩膜，以此可以实现多样化的加工。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1：日本特开2011-000625号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
然而，在专利文献1公开的激光加工装置中，将运动性好的马达使用于驱动偏向器的马达，但是并未考虑到偏向器的动作速度及激光的扫描速度。因此，假如使用专利文献1公开的激光加工装置形成直线的加工线的情况下，如果仅仅以等速旋转驱动偏向器，则从偏向器发射的激光以等速发生角位移。于是，从弧的顶点附近落射的激光的扫描速度、和从远离弧的顶点的位置落射的激光的扫描速度之间产生差异。像这样在使激光以非等速进行扫描时，在一条划线内根据位置不同而重叠区的大小发生变化，从而导致发生加工不均。
本发明是为了解决上述问题而形成的，其目的是使激光的入射角尽可能垂直而使激光在扫描线上尽可能连续聚焦，且使激光的扫描速度尽可能为等速。
解决问题的手段：
根据本发明的光扫描装置具备在使激光绕投光中心发生角位移的同时发射激光的投光单元、和具有将来自于所述投光单元的激光进行反射而落射的抛物面的反射单元；所述投光中心配置在所述抛物面的焦点上；所述投光单元在使激光以激光的旋转角越远离作为激光在所述抛物面的顶点上反射时的旋转角的基准角而激光的角速度越小的形式以非等速发生角位移的同时发射激光。
假设激光以等速发生角位移，则在激光的旋转角为基准角的附近时的激光的扫描速度比较小。相反地，在激光的旋转角远离基准角时的激光的扫描速度比较大。像这样，激光的扫描速度随着激光的旋转角的变化而变化。
相对于此，根据所述结构，激光以非等速发生角位移。而且，激光的旋转角越远离基准角，激光的角速度越小。因此，可以减小激光的扫描速度的变化。因此，可以使激光的扫描速度尽可能等速。又，将投光中心配置在抛物面的焦点上，因此可以与激光的旋转角无关地使激光的入射角垂直，可以与激光的旋转角无关地使从投光中心至扫描线的光程长度保持恒定。又，抛物面的制作比较容易，因此可以抑制光扫描装置的制作成本提高。
也可以是所述投光单元具备具有多个反射面的旋转多面镜；在入射至所述旋转多面镜的激光通过所述多个反射面中的一个反射面的期间形成一条扫描线，在形成所述一条扫描线的期间所述旋转多面镜的旋转角通过所述基准角。
根据所述结构，通过在改变激光的角速度的同时使旋转多面镜（多面反射镜）向相同方向旋转，以此可以使激光沿着多条扫描线进行扫描。
也可以是在激光的旋转角为所述基准角时，激光入射至所述多个反射面中的任意的反射面的中间点。
根据所述结构，在激光通过相邻的反射面相连接的棱部时，可以使激光的角速度连续。
也可以是在将所述焦点和所述顶点的距离作为a、将激光的扫描速度作为VX、将从激光的旋转角为所述基准角的时刻起所经过的时间作为t、将激光的角速度作为ω的情况下，所述投光单元在使激光以满足ω=VX/a{1＋(VX×t/2a)2}的形式以非等速发生角位移的同时发射激光。
根据所述结构，可以使激光以等速直线移动。另外，从激光的旋转角为所述基准角的时刻起所经过的时间t可以是正值，也可以是零，又可以是负值。t为负值时，t表示激光的旋转角达到基准角的所需时间。
根据本发明的激光加工装置具备如上述那样的光扫描装置，并且由所述反射单元使激光落射至工件上，从而在工件上形成加工线。
根据所述结构，可以使在工件上的激光的扫描速度尽可能等速，可以使激光向工件入射的入射角度与激光的旋转角无关地保持垂直，可以使从投光中心至工件的光程长度与激光的旋转角无关地保持恒定。因此，可以在抑制加工不均的同时改善加工效率。
也可以是具备以一定的搬运速度向搬运方向搬运工件的搬运装置；所述抛物面在相对于所述搬运方向交叉的方向上延伸配置；在通过所述搬运装置搬运工件的同时连续运行所述投光单元，借助于此在工件上以在所述搬运方向上排列的形式形成在相对于所述搬运方向成直角的扫描方向上延伸的多条加工线。
根据所述结构，可以在搬运工件的同时形成加工线，因此可以缩短节拍时间。
发明效果：
本发明在使激光向工件入射的入射角尽可能保持垂直且使激光在工件上尽可能连续聚焦的同时使在工件上的激光的扫描速度尽可能保持等速。
附图说明
图1是概念性地示出根据本发明的实施形态的激光加工装置的结构的立体图；
图2是示出图1所示的激光加工装置的概要结构的框图；
图3是示出工件的搬运方向Y、划线的加工方向X和激光的实际扫描方向X’之间的关系性的概念图；
图4是在以划线的加工方向X作为横轴、以激光的落射方向Z作为纵轴的平面直角坐标系中示出的激光扫描头的概念图，是示出抛物镜和多面反射镜的投光中心之间的位置关系、且示出激光在加工方向X上的位置、激光在加工方向X上的扫描速度、多面反射镜的旋转角度和多面反射镜的角速度之间的关系的概念图；
图5是示出图1所示的激光加工装置的动作的一个示例的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施形态。关于相同或对应的要素，对所有附图标以相同符号，省略重复的详细说明。
（激光加工装置的概要结构）
图1是概念性地示出根据本发明的实施形态的激光加工装置10的结构的立体图。根据本实施形态的激光加工装置10例如在薄膜太阳能电池的生产工厂中较好地利用于图形加工处理中。在将激光加工装置10利用于图形加工处理时，在工件90中应用在基板91的一面使薄膜层92成膜而形成的板状或薄膜状构件，且激光入射至与薄膜层92的表面相反侧的面（以下称为“入射面90a”）。在薄膜层92中包含在基板91的一面上直接成膜的透明电极层、和在透明电极层的表面上成膜的光电转换层等。
根据本实施形态的激光加工装置10向在与入射面90a平行的面内的一方向Y（以下称为“搬运方向Y”）恒速搬运工件90。与此同时，向相对于入射面90a垂直的方向Z（以下称为“落射方向Z”）照射激光，并且使该激光在工件90上直线扫描。借助于此，使激光透过基板91，薄膜层92的表层在激光的照射位置上被去除，从而在薄膜层92上形成直线状的槽93（以下称为“划线93”）。激光的扫描是在搬运方向Y上改变位置的同时执行多次，借助于此在同一个工件90上形成多条划线93。多条划线93形成为在搬运方向Y上隔着等间隔配置且平行于与搬运方向Y正交的方向X（以下称为“加工方向X”）地延伸的结构。
在本实施形态中，使入射面90a处于朝向水平的状态地搬运工件90，因此，加工方向X及搬运方向Y为水平方向，落射方向Z为铅垂方向。在以下说明中，以该工件90的姿势为前提，但是该姿势只是一个示例，可以适当变更。
如图1所示，根据本实施形态的激光加工装置10主要具备搬运装置11、激光振荡器12及激光扫描头13。
搬运装置11具备支持工件90并将工件90向搬运方向Y搬运的搬运机构21、和驱动搬运机构21的搬运执行器22（参照图2）。例如，搬运机构21具备在加工方向X上延伸且在搬运方向Y上排列的多个旋转轴23、和设置于各旋转轴23上并与对应的旋转轴23一起旋转的辊24。工件90以使入射面90a朝下方而使薄膜层92朝上方的姿势载置于辊24的周面上。搬运执行器22例如是电动马达，同步地旋转驱动多个旋转轴23。于是，辊24上的工件90向搬运方向Y被搬运。
激光振荡器12以毫秒～微秒数量级的脉冲宽度（即，千赫～兆赫数量级的频率）振荡脉冲激光，并且将该激光向激光扫描头13出射。另外，激光可以是固体激光，也可以是液体激光，又可以是气体激光。在从激光振荡器12至入射面90a的光路上以能够使激光在薄膜层92上聚焦的形式设置有透镜15。在图1中，例示将透镜15设置在激光振荡器12和激光扫描头13之间的情况，但是透镜15的配置并不特别限定。
激光扫描头13在使来自于激光振荡器12的激光偏向的同时向工件90照射激光，并且使激光沿着在工件90上或工件90内直线延伸的扫描线进行扫描。在本实施形态中，激光扫描头13配置在比搬运机构21靠近下方的位置上，激光的落射方向Z为铅垂向上的方向。激光以避开旋转轴23的形式从下方向上方照射，并且从下方入射至入射面90a。
激光扫描头13具备在使激光绕着投光中心C发生角位移的同时进行发射的发射部30、和具有反射来自于发射部30的激光而使其落射至工件90上的抛物面的反射部。更具体而言，作为构成使激光扫描的光学系统的元件，具备使入射的激光绕着投光中心C发生角位移的多面反射镜31、和反射来自于多面反射镜31的激光的抛物镜32。来自于抛物镜32的激光向上通过在落射方向Z上延伸的光路，并从下方垂直入射至入射面90a。激光扫描头13还具备旋转驱动多面反射镜31的偏向执行器33、和内设多面反射镜31及抛物镜32的框体34。多面反射镜31及偏向执行器33构成投光部30，抛物镜32构成反射部。
多面反射镜31具有正多角柱状的外形，多个反射镜面41～46分别设置在多面反射镜31的侧面上。在图1中，例示了多面反射镜31具有六个反射镜面41～46，且这些反射镜面41～46在从多面反射镜31的中心轴线方向观察时形成正六角形的情况，但是多面反射镜31的反射镜面数量不限于六个。偏向执行器33例如是电动马达，将多面反射镜31绕着多面反射镜31的中心轴线旋转驱动。
来自于激光振荡器12的激光在框体34内朝向落射方向Z正方向侧（铅垂方向上侧），并且从下方入射至多面反射镜31。在入射的激光通过某一个反射镜面的期间，多面反射镜31旋转360/N[度]（N：反射镜面数）。“激光通过某一个反射镜面的期间”是指从激光入射至由该反射镜面（例如面41）、和在镜旋转方向正方向侧与该反射镜面连续的反射镜面（例如面46）所形成的始点棱部（例如棱部41a）的时刻开始至入射至由该反射镜面（例如面41）、和在镜旋转方向反方向侧与该反射镜面连续的反射镜面（例如面42）所形成的终点棱部（例如棱部41b）的时刻的期间，即激光在该反射镜面（例如面41）上反射的期间。在该期间，激光在旋转的该反射镜面上反射，并且绕着位于该反射镜面上的投光中心C以360×2/N[度]的旋转角度范围发生角位移（N：反射镜面数）。在激光在某一个反射镜面（例如面41）上结束通过时，激光开始通过（例如面41）在镜旋转方向反方向侧与该反射镜面连续的反射镜面（例如面42）。因此，相邻的两个反射镜面所形成的棱部（例如棱部41b）对于镜旋转方向正方向侧的反射镜面（例如面41）来说相当于终点棱部，对于镜旋转方向反方向侧的反射镜面（例如面42）来说相当于始点棱部。
抛物镜32具有从多面反射镜31的中心轴线方向观察时形成抛物线的反射镜面32a。像这样构成反射部的抛物镜32具有形成抛物面的反射镜面32a，但是在这里所称的“抛物面”并非是所谓的旋转抛物面而是截面形成抛物线的面。多面反射镜31及抛物镜32以使投光中心C位于抛物面的焦点F（更具体而言，作为该抛物面的截面形状的抛物线的焦点。以下称为“抛物线的焦点F”）上、又，将抛物面的顶点V（更具体而言，作为该抛物面的截面形状的抛物线的顶点。以下称为“抛物线的顶点V”）与中心C连接的直线（即，抛物线对称轴）在落射方向Z上延伸的形式配置。
因此，在投光中心C位于始点棱部41a和终点棱部41b之间的中间点上的情况下，激光从投光中心C向落射方向Z反方向侧（铅垂方向下侧）发射，并且在抛物镜32的反射镜面32a上且抛物线的顶点V上反射。在投光中心C位于比中间点靠近始点棱部41a侧的位置上的情况下，激光在比抛物线的顶点V靠近加工方向X上游侧（图1纸面右下侧）的位置上反射。在投光中心C位于比中间点靠近终点棱部41b侧的位置上的情况下，激光在比抛物线的顶点V靠近加工方向X下游侧（图1纸面左上侧）的位置上反射。
在抛物镜32上反射的激光与其反射位置无关地（即与多面反射镜31的旋转角度无关地）朝向落射方向Z正方向侧（铅垂方向上侧），并且从下方垂直入射至入射面90a。又，投光中心C位于抛物线的焦点F上，因此从投光中心C至入射面90a的光程长度与在抛物镜32上的反射位置无关地保持恒定。另外，激光通过设置于框体34的上表面的缝隙34a，并且从框体34的内部向外部出射。
在本实施形态中，在投光中心C位于始点棱部41a上的情况下的激光的照射位置相当于划线93的始点93A，在投光中心C位于终点棱部41b上的情况下的激光的照射位置相当于划线93的终点93B，在激光通过某一个反射镜面的期间，形成将始点93A与终点93B连接的一条划线93。激光在划线93的任意位置上均垂直地入射，因此改善加工效率。又，激光的光程长度在划线93的任意位置上均相同，因此即使不使用根据多面反射镜31的旋转角度改变激光的焦距的装置，也可以使激光在入射面90a上连续聚焦。
图2是示出图1所示的激光加工装置10的概要结构的框图。另外，在图2中，激光表示为实线，机械连接表示为双重线，电气连接表示为点线。如图2所示，激光加工装置10具备控制搬运执行器22、激光振荡器12及偏向执行器33的控制器14。在图形加工处理时，控制器14使搬运执行器22、激光振荡器12及偏向执行器33同时工作。借助于此，在向搬运方向Y搬运工件90的同时激光在入射面90a上扫描，从而在工件90上形成多条划线93。
控制器14以使工件90以一定的搬运速度搬运（即，使旋转轴23及辊24以与该搬运速度相对应的一定的角速度旋转）的方式控制搬运执行器22。控制器14以使脉冲激光以一定的频率振荡的方式控制激光振荡器12。控制器14以使激光在工件90上或工件90内以一定扫描速度进行扫描的方式控制偏向执行器33。因此，控制器14以使激光的角速度（与多面反射镜31的角速度有对应关系）随着激光的旋转角（与多面反射镜31的旋转角有对应关系）而变化的方式控制偏向执行器33。
（加工方向和实际扫描方向之间的关系）
图3是示出工件90的搬运方向Y、划线93的加工方向X、激光实际扫描的方向X’（以下称为“实际扫描方向X’”或“对地扫描方向X’”）之间的关系性的概念图。根据本实施形态的激光加工装置10在将工件90以一定的搬运速度VY向搬运方向Y搬运的同时向入射面90a照射激光，借助于此在工件90上形成在加工方向X上延伸的划线93。因此，为了确保激光在从搬运的工件90观察时向加工方向X进行扫描，而需要使激光向从设置框体34的地面观察时在与入射面90a平行的面内既相对于搬运方向Y倾斜又相对于加工方向X倾斜的实际扫描方向X’进行扫描。另外，从工件90观察或从地面观察时，落射方向Z均为相同的方向（例如铅垂方向），因此XY平面（即，与入射面90a平行的平面）也处于相同的姿势（例如水平姿势）。
为了使激光像这样进行扫描，而多面反射镜31（参照图1）以使其中心轴线朝向与实际扫描方向X’正交的方向的形式配置。抛物镜32（参照图1）以在实际扫描方向X’上延伸的形式配置。
在以下说明中，将从地面观察时的XY平面内的激光的扫描路径称为“实际扫描线95”。实际扫描线95以在XY平面内与划线93形成倾斜角φ、且从划线93的始点93A向搬运方向Y的下游侧倾斜的形式在实际扫描方向X’上延伸。在本实施形态中，与搬运速度VY相同地激光的加工方向X上的扫描速度VX也恒定。因此，在实际扫描线95上的激光的扫描速度（以下称为“实际扫描速度VX’”或“对地扫描速度VX’”）也恒定。因此，倾斜角φ的正弦由式（1）表示。
[数学式1]
；
如果满足式（1），则通过在向搬运方向Y以恒速搬运工件90的同时使激光向实际扫描方向X’以恒速扫描，以此可以在工件90上以恒速形成在加工方向X（与搬运方向Y正交的方向）上延伸的划线93。
在本实施形态中，在激光通过多面反射镜31的某一个反射镜面的期间，在搬运的工件90上形成将始点93A与终点93B连接的划线93。在该期间，从地面观察的激光从实际扫描线95的始点95A至终点95B沿着在实际扫描方形X’上延伸的实际扫描线95进行扫描。
在该情况下，某一个反射镜面的终点棱部与在镜旋转方向反方向侧连续的反射镜面的始点棱部相同。因此，激光在某一个反射镜面上结束通过后到达实际扫描线95的终点95B的同时返回至实际扫描线95的始点95A而开始通过下一个反射镜面。对应于该重新开始的扫描的实际扫描线95的始点95A与对应于该重新开始的扫描的划线93的始点93A一致。另一方面，该实际扫描线95的始点95A从与前一次的扫描相对应的划线93的始点93A在搬运方向Y上仅远离间隔LY。该间隔LY相当于相邻的两条划线93之间的搬运方向Y的距离（以下称为“划线间隔LY”）。划线间隔LY等于一次扫描开始至结束的期间内工件90的搬运距离，该搬运距离等于在XY平面内的从划线93的终点93B至实际扫描线95的终点95B的距离。因此，当以划线93在加工方向X上的长度（即，在从搬运的工件90处观察时的扫描方向上的扫描线的长度。以下称为“划线长度”）作为LX时，倾斜角φ的正切由式（2）表示。
[数学式2]
；
划线长度LX及划线间隔LY可以根据产品的规格在较早期决定，倾斜角φ也可以据此由式（2）进行决定。搬运速度VY及实际扫描速度VX’根据倾斜角φ被决定为适当的值以满足式（1）。另外，扫描速度VX使用倾斜角φ的余弦由式（3）表示。
[数学式3]
；
像这样在本实施形态中，激光的实际扫描方向X’既相对于加工方向X倾斜也相对于搬运方向Y倾斜。借助于此，可以在连续搬运工件90且使多面反射镜31连续旋转的同时（即，在连续运行投光部30的同时）以在搬运方向Y上隔着间隔排列的形式形成多条划线93。即，在无需进行重复搬运执行器22及偏向执行器33的起动及停止等的控制的情况下即可形成多条划线93。因此，改善图形加工处理的节拍时间。
另外，激光应用脉冲激光，因此激光的扫描速度VX及实际扫描速度VX’以设置重叠区的形式进行设定。像这样，扫描速度VX及实际扫描速度VX’是为了改善节拍时间以及确保划线93的连续性，而不仅考虑划线长度LX、划线间隔LY、倾斜角φ及搬运速度VY而且还考虑脉冲激光的频率及工件90上的激光的尺寸后设定为适当的值。
（激光扫描头的配置）
图4是示出抛物镜32与投光中心C之间的位置关系，且示出激光在加工方向X上的位置、激光在加工方向X上的扫描速度VX、激光的旋转角θ和激光的角速度ω之间的关系性的概念图。另外，在图4中，为了便于说明，使用以划线93的加工方向X（即，从搬运的工件90处观察时的激光的扫描方向）作为横轴，以激光的落射方向Z作为纵轴的平面直角坐标系（所谓的工件坐标系）。
如图4所示，在这里认为划线93由平行于横轴的直线：Z=w（w＜0）表示，并且抛物镜32向上凸出。即，将落射方向Z反方向侧（铅垂方向下侧）示为纵轴方向上侧，将落射方向Z正方向侧（铅垂方向上侧）示为纵轴方向下侧。又，认为投光中心C及抛物线的焦点F位于原点O上，抛物线的对称轴位于纵轴上。如果焦点F和顶点V之间的距离为a，则可以将顶点V表示为坐标（0，a），将准线D表示为直线：Z=2a，将抛物线表示为曲线：Z=－X2/4a+a（a＞0）。划线93的始点93A和终点93B之间的中间点位于纵轴上，因此可以将始点93A的坐标表示为（－LX/2，W），将终点93B的作为表示为（LX/2，W）（LX＞0）。
在投光中心C位于某一个反射镜面的始点棱部和终点棱部之间的中间点上的情况下，从投光中心C向抛物镜32照射的激光通过纵轴上的光路。在以下说明中，将此时的激光的旋转角作为0[度]，并且称为基准角。又，将在激光的旋转角为基准角时的多面反射镜31的旋转角也称为基准角。在本实施形态中，多面反射镜31的反射镜面数为六个，因此在多面反射镜31旋转一次的期间，存在每隔60度的六个基准角。
在激光的旋转角为基准角的情况下，激光在顶点V上反射，并且通过纵轴上的光路后垂直地入射至入射面90a，从而照射划线93上的始点93A和终点93B之间的中间点。
在旋转中心C位于终点棱部上的情况下，激光的旋转角变成作为前述旋转角度范围的一半值的最大角θMAX。即，满足式：θMAX[度]=（360×2/N）/2=360/N（θMAX＞0，N：反射镜面数）。在该情况下，从投光中心C朝向抛物镜32的激光的光路100B表示为通过原点O的向右上升的直线（倾斜度：tan（90－θMAX）），纵轴与该直线所形成的角度相当于最大角θMAX。激光在该交点上反射后，通过平行于纵轴的光路后垂直地入射至入射面90a，并且照射划线93的终点93B。因此，光路100B和抛物线的交点的X坐标与划线93的终点93B的X坐标相同（LX/2）。
在旋转中心C位于始点棱部上的情况下，关于纵轴线对称地发生与上述相同的情况。即，激光的旋转角变成负的最小角θMIN，最小角θMIN的绝对值与最大角θMAX相等（θMIN=－θMAX）。从旋转中心C朝向抛物镜32的激光的光路100A表示为通过原点O的向右下降的直线（倾斜度：tan（90－θMIN））。在光路100A和抛物线的交点上反射的激光通过平行于纵轴的光路后垂直地入射至入射面90a，并且照射划线93的始点93A。
假设多面反射镜31以等速旋转且从旋转中心C延伸的光路以等速发生角位移时，激光的旋转角越远离基准角（即，多面反射镜31的旋转角越远离基准角），在工件90上的激光的加工方向X的扫描速度越大。于是，在脉冲激光的频率恒定的范围内，越靠近划线93的始点93A或者越靠近终点93B，重叠区越小。在重叠区的大小变化时，会导致形成划线93所产生的薄膜层92的去除量在加工方向X上产生梯度，而该梯度以加工不均的形式显现出。
因此，在本实施形态中，控制器14以激光的旋转角越远离基准角而激光的角速度越小的方式控制偏向执行器33。换而言之，偏向执行器33以多面反射镜31的旋转角越远离基准角而多面反射镜31的角速度越小的方式以非等速旋转驱动多面反射镜31。借助于此，可以减小在使多面反射镜31以等速旋转的情况下发生的扫描速度的变化。因此，可以抑制加工不均。
（激光的角速度）
接着，参照图4说明为了使激光的扫描速度VX恒定而应该如何设定激光的角速度ω。在以下说明中，将从激光的旋转角为基准角的时刻至达到任意角度θ的经过时间作为t。又，在激光的旋转角为该角度θ时，将从投光中心C朝向抛物镜32的激光的光路100与抛物线的交点P的X坐标作为x。
在图4中例示该任意角度θ为正值的情况，因此经过时间t也为正值，但是经过时间t也可以包括零及负值。例如，激光在与始点棱部和终点棱部之间的中间点相比靠近始点棱部侧的位置上入射，并且激光的旋转角未达到基准角的情况下，可以使经过时间t作为负值，并且作为直至激光的旋转角达到基准角的所需时间来进行处理。
从前述交点P向准线D画出垂线A1，并且画出将准线D和该垂线A1的交点Q与原点O连接的直线A2时，根据抛物线的定义，该直线A2成为角度θ的二等分线。准线D如上所述表示为直线：Z=2a，因此点Q的X坐标表示为2a×tan（θ/2）。点Q位于通过点P的垂线A1上，因此点P的X坐标x与点Q的X坐标相等，表示为式（4）。另外，式（4）的反函数表示为式（5）。
[数学式4]
。
[数学式5]
；
角度θ随着经过时间t而变化，因此点P的X坐标x也随着经过时间t而变化。因此，激光的角速度ω是通过对角度θ进行一阶求导而得到。于是，根据式（5），角速度ω表示为式（6）。
[数学式6]
；
在点P上反射的激光通过平行于纵轴的光路入射至入射面90a，因此激光的照射位置的X坐标等于点P的X坐标x。该照射位置的X坐标也相当于在时间t所经过的期间激光在工件90上向加工方向X移动的距离。在本实施形态中，使激光的扫描速度VX恒定，因此可以将x表示为式（7），并且可以将VX表示为式（8）。
[数学式7]
。
[数学式8]
；
于是，根据式（6）～式（8），激光的角速度ω表示为式（9）。
[数学式9]
；
在式（9）中a及VX为常数。因此，激光的角速度ω仅依赖经过时间t，并随着激光的旋转角而变化。根据式（9），经过时间t的绝对值越大，即，激光的旋转角越远离基准角，多面反射镜31的旋转角越远离基准角或者投光中心C越靠近棱部，激光的角速度ω越小。
另外，在将激光的旋转角为基准角时的多面反射镜31的旋转角作为零的基准角时，多面反射镜31的旋转角相当于激光的旋转角的一半值。又，在图4中为了方便说明而使用工件坐标系，但是在从地面观察时，激光向相对于加工方向X仅倾斜倾斜角φ的实际扫描方向（对地扫描方向）X’进行扫描。
因此，在通过控制器14执行偏向执行器33的控制时，在考虑多面反射镜31的旋转角和激光的旋转角之间的对应关系、和加工方向X与实际扫描方向X’所形成的倾斜角φ等的基础上对式（9）进行修正，导出多面反射镜31的角速度和经过时间t之间的关系式。控制器14根据像这样导出的关系式控制偏向执行器33。例如，在将从划线93的始点93A至当前位置的搬运方向Y的对地距离作为y时，可以将该当前位置上的激光的对地角速度ωA表示为式（10）。
[数学式10]
；
（激光加工装置的动作）
图5是示出图1所示的激光加工装置10的动作的一个示例的时序图。图5从上方依次示出激光的旋转角、激光的角速度、激光在工件90上的加工方向X上的位置（以下简称为“X位置”）、激光的扫描速度随时间的变化。另外，多面反射镜31的旋转角显示出与激光的旋转角相类似的倾向，多面反射镜31的角速度显示出与激光的角速度相类似的倾向。在图5的最上层，与时间轴相对应地大致示出入射至多面反射镜31的激光在哪一个反射镜面上反射。在图5的最下层，与时间轴相对应地大致示出应代入式（9）的t中的数值。
在激光入射至第一面41的始点棱部时，激光的旋转角为最小角θMIN，激光的X位置为划线93的始点93A。从激光的旋转角为基准角的时刻起的经过时间t为最小值tMIN（tMIN＜0），激光的角速度为根据该最小值tMIN而决定的最小值ωMIN。激光的角速度随着时间根据式（9）以非线性变化。伴随于此，激光的旋转角也以非线性变化。
在激光输入至始点棱部和终点棱部之间的中间点时，激光的旋转角变成基准角（0[度]），激光的X位置位于划线93的始点93A和终点93B之间的中间点。又，经过时间t变成0，激光的角速度变成最大值ωMAX。
在激光入射至第一面41的终点棱部时，激光的旋转角变成最大角θMAX，激光的X位置成为划线93的终点93B。借助于此，完成一条划线93的形成。
在激光通过第一面41的期间，激光的角速度ω根据式（9）而持续变化，借助于此，激光的扫描速度VX恒定地推移，激光的X位置线性变化。因此，即使使用抛物镜32且使脉冲激光的频率恒定，也可以抑制重叠区的大小的变化，从而可以抑制加工不均。此外，激光垂直入射至入射面90a。因此，改善加工效率。又，从投光中心C至入射面90a的激光的光程长度与激光的旋转角无关地保持恒定。因此，即使激光的焦距不可变，也可以使激光在薄膜层92上连续聚焦。
第一面41和第二面42所形成的棱部对于第一面41来说相当于终点棱部，对于第二面42来说相当于始点棱部。因此，在激光入射至该棱部上时，激光的旋转角从最大角θMAX变化为最小角θMIN，激光的X位置从终点93B变化为始点93A。像这样，激光的旋转角的基准角对于多面反射镜31的每个反射镜面分别地设定，因此在激光入射至棱部时，经过时间t也从最大值tMAX复位至最小值tMIN。而且，在本实施形态中，在激光的旋转角为基准角时，激光入射至始点棱部和终点棱部之间的中间点。因此，激光的旋转角的最小角θMIN的绝对值等于最大角θMAX，经过时间t的最小值tMIN的绝对值等于最大值tMAX（tMIN=－tMAX）。
因此，在式（9）的t中代入tMAX所得到的激光的角速度等于在t中代入tMIN所得到的角速度，该值为最小值ωMIN。因此，在激光通过棱部时，角速度在最小值ωMIN处连续。因此，可以在使多面反射镜31连续旋转的同时形成多条划线93。
以上说明了本发明的实施形态，但是上述结构只是一个示例，在本发明的范围内可以适当变更。例如，在上述实施形态中，使用整个反射镜面形成一条扫描线或划线，但是也可以不使多面反射镜的棱部与扫描线或划线的始点及终点相对应。“在激光通过某一个反射镜面的期间形成加工线”不限于使用整个反射镜面形成加工线的情况，而也包括使用该反射镜面的一部分形成加工线而在向棱部入射激光时不形成加工线的情况。而且，根据本发明的激光加工装置只要是通过激光在工件上形成一条或多条加工线的用途，则并不仅限于太阳能电池的图形加工处理，而也可以较好地利用于其他的用途。
工业应用性：
根据本发明，发挥能够在使激光的入射角尽可能保持垂直且使激光尽可能连续聚焦的同时使激光的扫描速度尽可能保持等速的作用效果，并且在应用于通过激光在工件上形成加工线的激光加工装置中时有益处。

Claims (5)

1.一种光扫描装置，
具备在使激光绕投光中心发生角位移的同时发射激光的投光单元、和具有将来自于所述投光单元的激光进行反射而落射的抛物面的反射单元；
所述投光中心配置在所述抛物面的焦点上；
以激光在所述抛物面的顶点上反射时的旋转角作为基准角，所述投光单元在使激光以激光的旋转角越远离所述基准角而激光的角速度越小的形式、以非等速发生角位移的同时发射激光；
在将所述焦点和所述顶点的距离作为a、将激光的扫描速度作为VX、将从激光的旋转角为所述基准角的时刻起所经过的时间作为t、将激光的角速度作为ω的情况下，所述投光单元在使激光以满足ω=VX/a{1＋(VX×t/2a)2}的形式发生角位移的同时发射激光。
2.根据权利要求1所述的光扫描装置，其特征在于，
所述投光单元具备具有多个反射面的旋转多面镜；
在入射至所述旋转多面镜的激光通过所述多个反射面中的一个反射面的期间形成一条扫描线，在形成所述一条扫描线的期间所述旋转多面镜的旋转角通过所述基准角。
3.根据权利要求2所述的光扫描装置，其特征在于，在激光的旋转角为所述基准角时，激光入射至所述多个反射面中的任意的反射面的中间点。
4.一种激光加工装置，具备权利要求1至3中任意一项所述的光扫描装置，由所述反射单元使激光落射至工件上，从而在该工件上形成加工线。
5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，
具备以一定的搬运速度向搬运方向搬运工件的搬运装置；
所述抛物面在相对于所述搬运方向交叉的方向上延伸配置；
在通过所述搬运装置搬运工件的同时连续运行所述投光单元，借助于此在工件上以在所述搬运方向上排列的形式形成在相对于所述搬运方向成直角的扫描方向上延伸的多条加工线。
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