JP2006323361A5

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Publication number: JP2006323361A5
Application number: JP2006078305A
Authority: JP
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2026-03-22

Claims

レーザビームをベクトル走査する方法において、
第１のミラーを位置決めするための第１の回転駆動装置に連結された第１のミラーと、第２のミラーを位置決めするための第２の回転駆動装置に連結された第２のミラーを備えた走査装置に、レーザ光源からのレーザビームを方向付ける工程であって、前記レーザビームが、前記走査装置の前記第１のミラーから前記第２のミラーへと、次いで、作業面へと方向付けられる工程、および
前記ミラーのそれぞれを回転させるように、前記第１と第２の回転駆動装置の各々に命令位置信号を提供することによって、前記レーザビームをベクトルに沿って走査する工程であって、前記ミラーの各々が、前記ベクトルの始めと終わりで加速を経験するものであり、前記命令位置信号が、前記走査装置の慣性の作用を考慮に入れた前記ミラーの加速度の物理的数学モデルに基づいて計算される工程、
を有してなる方法。
前記数学モデルが、第１の時間間隔中に増加する大きさを、前記第１の時間間隔に続く第２の時間間隔中に減少する大きさを有するものとして、前記ミラーの各々の加速度をモデル化する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記ミラーの各々の加速度が、前記第１の時間間隔中に所定の第１の割合で増加する大きさを、前記第２の時間間隔中に所定の第２の割合で減少する大きさを有するものとしてモデル化されることを特徴とする請求項２記載の方法。
前記ミラーの各々の加速度が、式：
α（ｔ）＝α₀＋Ｊｔ
ここで、α（ｔ）は時間ｔでの加速度であり、α₀は、時間ｔ＝０での加速度であり、Ｊは、前記ミラーの加速中に大きさが変動する所定の関数である：
にしたがってモデル化されることを特徴とする請求項１記載の方法。
Ｊは、前記加速の第１の時間間隔中に第１の関数定義を、前記加速の第２の時間間隔中に第２の関数定義を有し、さらに前記第２の時間間隔に続く第３の時間間隔中に第３の関数定義を有することを特徴とする請求項４記載の方法。
Ｊが、
０≦Ｔ≦Ｔ₁では、Ｊ₁であり、
Ｔ₁≦Ｔ≦Ｔ₂では、Ｊ₂であり、
Ｔ₂≦Ｔでは、０である、
ここで、Ｔは、加速の始まりからの経過時間であり、Ｊ₁およびＪ₂は定数であり、Ｔ₁およびＴ₂は所定の時間値である：
ように定義されていることを特徴とする請求項５記載の方法。
式：
ｖ（ｔ）＝ｖ₀＋α₀ｔ＋（１／２）Ｊｔ²
ここで、ｖ（ｔ）は時間ｔでの前記ミラーの予測速度であり、ｖ₀は時間ｔ＝０での前記ミラーの速度である：
にしたがって、前記ミラーの各々の予測速度を計算する工程、および
式
ｘ（ｔ）＝ｘ₀＋ｖ₀ｔ＋（１／２）α₀ｔ²＋（１／６）Ｊｔ³
ここで、ｘ（ｔ）は時間ｔでの前記ミラーの予測位置であり、ｘ₀は時間ｔ＝０での前記ミラーの位置である：
にしたがって、前記ミラーの各々の予測位置を計算する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
Ｊが、
０≦Ｔ≦Ｔ₁では、Ｊ₁であり、
Ｔ₁≦Ｔ≦Ｔ₂では、Ｊ₂であり、
Ｔ₂≦Ｔでは、０である、
ここで、Ｔは、加速の始まりからの経過時間であり、Ｊ₁およびＪ₂は定数であり、Ｔ₁およびＴ₂は所定の時間値である：
ように定義されていることを特徴とする請求項７記載の方法。
ベクトルの走査中に複数の連続時間段階の各々で前記ミラーの各々の実際の位置を定期的に測定する工程、
前記時間段階の各々での前記ミラーの各々の前記予測位置を計算する工程、
前記時間段階の各々での前記ミラーの各々の前記実際の位置と前記予測位置との間の位置誤差を計算する工程、および
フィードバック制御スキームを用いて、前記時間段階の各々での前記位置誤差をゼロにする工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
ベクトルの走査中に複数の連続時間段階の各々で前記ミラーの各々の実際の位置を干渉型エンコーダを用いて定期的に測定する工程、
前記走査装置の物理的数学モデルに基づいて、前記時間段階の各々での前記ミラーの各々の前記予測位置を計算する工程、
前記時間段階の各々での前記ミラーの各々の前記実際の位置と前記予測位置との間の位置誤差を計算する工程、および
フィードバック制御スキームを用いて、前記時間段階の各々での前記位置誤差をゼロにする工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記ミラーの各々の前記予測位置が、式：
ｘ（ｔ）＝ｘ₀＋ｖ₀ｔ＋（１／２）α₀ｔ²＋（１／６）Ｊｔ³
ここで、ｘ（ｔ）は時間ｔでの前記ミラーの予測位置であり、ｘ₀、ｖ₀およびα₀は、それぞれ、時間ｔ＝０での前記ミラーの位置、速度、および加速度であり、Ｊは、前記ミラーの加速相中に大きさが変動する所定の関数である：
にしたがって、計算されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
連続して走査すべき複数のベクトルが、走査前に分析され、所定の値よりも長い長さを持つベクトルが、前記所定の値よりも短い長さを持つベクトルについて用いられるものとは異なる物理的数学モデルを用いて分析されることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記所定の値より長い長さを持つベクトルの前記物理的数学モデルが、前記ミラーの動きの等速相を考慮するものであることを特徴とする請求項１２記載の方法。
デジタル化された前記ミラーの測定された実際の位置に基づいて、該ミラーの位置を制御するようにデジタル信号プロセッサが用いられ、制御がデジタル領域で行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記命令位置信号が、周期頻度で前記回転駆動装置に送信され、前記デジタル信号プロセッサが、前記ミラーの共鳴を励起する傾向のある前記信号の振動数を除去するためにフィルタ操作を用いることを特徴とする請求項１４記載の方法。
第１のミラーを位置決めするための第１の回転駆動装置に連結された第１のミラーと、第２のミラーを位置決めするための第２の回転駆動装置に連結された第２のミラーとを備えた走査装置に、レーザ光源からのレーザビームを方向付ける工程であって、前記レーザビームが、前記走査装置の前記第１のミラーから前記第２のミラーへと、次いで、作業面へと方向付けられる工程、および
前記ミラーのそれぞれを回転させるように、前記第１と第２の回転駆動装置の各々に命令位置信号を提供することによって、前記レーザビームを第１のベクトルに沿って走査し、次いで、前記第１のベクトルと非共線の第２のベクトルに沿って前記レーザビームを走査する工程、
をさらに含み、
前記ミラーが、前記第１のベクトルと前記第２のベクトルとの間で、該ベクトルのそれぞれの接線である滑らかな曲線に沿って前記レーザビームを走査し、かつ前記レーザの方向の瞬時の変化を避けるように制御されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記滑らかな曲線が三次多項式であることを特徴とする請求項１６記載の方法。