JP2020028891A - 光学装置及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の目標位置に目標角度で光を入射させるのに有利な光学装置を提供する。【解決手段】光源からの光を対象物に照射する光学装置であって、光学部材を含み、当該光学部材を駆動することで前記対象物に対する前記光の入射位置を調整する第１調整部と、光学部材を含み、当該光学部材を駆動することで前記対象物に対する前記光の入射角度を調整する第２調整部と、前記第１調整部及び前記第２調整部を通過した前記光を集光する集光光学系と、前記集光光学系と前記対象物との間へのガス供給に応じて、前記第１調整部及び前記第２調整部の少なくとも一方を制御することにより、前記光の前記対象物に対する入射位置及び入射角度の少なくとも一方を調整する制御部と、を有することを特徴とする光学装置を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、光学装置及び加工装置に関する。

レーザ加工装置は、一般的に、入射位置調整機構と、焦点距離調整機構と、入射角度調整機構と、集光光学系とを有している（特許文献１参照）。入射位置調整機構は、加工対象物の所定の入射位置（ｘ、ｙ）にレーザ光が照射されるように、レーザ光の光路を調整する機構である。焦点距離調整機構は、所定の焦点位置（ｚ）にレーザ光の焦点が形成されるように、レーザ光の光路を調整する機構である。入射角度調整機構は、加工対象物に対して所定の入射角度（θｘ、θｙ）でレーザ光が照射されるように、レーザ光の光路を調整する機構である。集光光学系は、レーザ光を集光するための光学系である。レーザ加工装置は、このような調整機構や光学系を介して、加工対象物に対して所定の入射位置に所定の入射角度でレーザ光を照射（集光）し、熱や波動的な効果によって加工対象物を加工（例えば、穴あけ）する。レーザ加工装置では、加工対象物の加工促進、加工対象物を加工した際に発生する加工ゴミの除去、レーザ加工装置を構成する光学部材などへの加工ゴミの付着防止を目的として、集光光学系と加工対象物との間にアシストガスを供給している（特許文献２参照）。

特開２０１６−１０３００７号公報 特開２０１６−２１５２２２号公報

しかしながら、アシストガスを供給すると、アシストガスの組成や圧力の影響によって、集光光学系から加工対象物までの雰囲気における屈折率（レーザ加工装置で使用するレーザ光の波長における屈折率）が変化する。これにより、加工対象物に対して所定の入射位置に所定の入射角度でレーザ光を照射することが困難となる。

特許文献２には、アシストガスの種類や圧力を考慮し、焦点距離調整機構の駆動量（焦点位置（ｚ））を設定する技術が開示されているが、アシストガスの種類や圧力からどのように焦点距離調整機構の駆動量を求めるのかが開示されていない。また、アシストガスの種類や圧力を考慮して焦点距離調整機構の駆動量を設定したとしても、入射位置（ｘ、ｙ）や入射角度（θｘ、θｙ）を補正することはできない。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、対象物の目標位置に目標角度で光を入射させるのに有利な光学装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての光学装置は、光源からの光を対象物に照射する光学装置であって、光学部材を含み、当該光学部材を駆動することで前記対象物に対する前記光の入射位置を調整する第１調整部と、光学部材を含み、当該光学部材を駆動することで前記対象物に対する前記光の入射角度を調整する第２調整部と、前記第１調整部及び前記第２調整部を通過した前記光を集光する集光光学系と、前記集光光学系と前記対象物との間へのガス供給に応じて、前記第１調整部及び前記第２調整部の少なくとも一方を制御することにより、前記光の前記対象物に対する入射位置及び入射角度の少なくとも一方を調整する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、対象物の目標位置に目標角度で光を入射させるのに有利な光学装置を提供することができる。

本発明の一側面としての加工装置の構成を示す概略図である。 図１に示す加工装置のガス供給部の構成の一例を示す概略図である。 対象物に対するレーザ光の入射位置、入射角度及び集光位置を補正する処理を説明するためのフローチャートである。 対象物に対するレーザ光の入射位置、入射角度及び集光位置を補正する処理を説明するためのフローチャートである。 対象物に対するレーザ光の入射位置、入射角度及び集光位置を補正する処理を説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての加工装置１の構成を示す概略図である。加工装置１は、光源からの光（レーザ光）を用いて対象物（物体）を加工するレーザ加工装置である。加工装置１は、本実施形態では、レーザ光源部２から射出されたレーザ光を対象物上に集光させて集光点（集光位置）８を形成し、かかる集光点８を移動させながら対象物の加工エリア（目標位置）９に対して加工を行う。

加工装置１は、入射角度調整部３と、集光位置調整部４と、入射位置調整部５と、集光光学系６と、制御部７と、ユーザインタフェース１０と、記憶部１１と、ガス供給部１００と、計測部２００とを有する。本実施形態では、レーザ光源部２から順に、入射角度調整部３、集光位置調整部４、入射位置調整部５、集光光学系６が配置されているが、これに限定されるものではない。換言すれば、入射角度調整部３、集光位置調整部４、入射位置調整部５及び集光光学系６は、その配置順を任意に設定することが可能である。

レーザ光源部２は、レーザ発振器を含む。また、レーザ光源部２は、レーザは発振器からのレーザ光を所定の光量、光束径及びコリメート光にするための光学系を含んでいてもよい。更に、レーザ光源部２は、加工装置１にレーザ光を導光するために、レーザ光源部２から射出されたレーザ光を引き回す光学系を含んでいてもよい。

入射角度調整部３は、対象物に対して所定の入射角度、即ち、目標角度（θｘ、θｙ）でレーザ光が入射するように、レーザ光の光路を調整する。入射角度調整部３は、本実施形態では、光学部材を含み、かかる光学部材を駆動することで対象物に対するレーザ光の入射角度を調整する調整機構（第２調整部）として機能する。具体的には、入射角度調整部３は、光学部材として、図１に示すように、２つの偏向ミラー３１及び３２を含み、リング状の光路を形成するように配置された複数のミラーで構成されている。入射角度調整部３において、２つの偏向ミラー３１及び３２を駆動することで対象物に対して目標角度（θｘ、θｙ）でレーザ光を入射させることができる。但し、入射角度調整部３は、図１に示す構成に限定されるものではなく、対象物に対して目標角度（θｘ、θｙ）でレーザ光を入射させる機能を有していればよい。

集光位置調整部４は、対象物に対して所定のｚ位置、即ち、目標位置（ｚ）にレーザ光が集光するように、レーザ光の光路を調整する。集光位置調整部４は、本実施形態では、光学部材を含み、かかる光学部材を駆動することで対象物に対するレーザ光の集光位置を調整する調整機構（第３調整部）として機能する。具体的には、集光位置調整部４は、光学部材として、図１に示すように、レンズ４２と、レンズ４２に対して相対的に駆動可能な駆動レンズ４１とを含む。集光位置調整部４において、駆動レンズ４１を駆動することで目標位置（ｚ）を集光位置（焦点位置）にすることができる。但し、集光位置調整部４は、図１に示す構成に限定されるものではなく、目標位置（ｚ）を集光位置にする機能を有していればよい。

入射位置調整部５は、対象物に対して所定の入射位置、即ち、目標位置（ｘ、ｙ）にレーザ光が入射するように、レーザ光の光路を調整する。入射位置調整部５は、本実施形態では、光学部材を含み、かかる光学部材を駆動することで対象物に対するレーザ光の入射位置を調整する調整機構（第１調整部）として機能する。具体的には、入射位置調整部５は、光学部材として、図１に示すように、２つの直交した偏向ミラー５１及び５２を含む。入射位置調整部５において、２つの偏向ミラー５１及び５２を駆動することで対象物に対して目標位置（ｘ、ｙ）にレーザ光を入射させることができる。但し、入射位置調整部５は、図１に示す構成に限定されるものではなく、対象物に対して目標位置（ｘ、ｙ）にレーザ光を入射させる機能を有していればよい。

集光光学系６は、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５を通過したレーザ光を集光する。具体的には、集光光学系６は、１つ以上のレンズで構成され、入射位置調整部５から射出されたレーザ光を集光する。

制御部７は、ＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータで構成され、メモリに記憶されたプログラムに従って加工装置１の各部を統括的に制御して加工装置１を動作させる。例えば、制御部７は、加工エリア９に対して所定の加工（例えば、穴あけ）を行うために、加工装置１の各部に加工指令を与える。加工指令は、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５の各調整部に対する駆動指令であって、各調整部の駆動量、駆動速度、駆動順序、駆動待機時間などを含む。

ユーザインタフェース１０は、加工装置１（制御部７）とユーザとの間で情報を共有するためのインタフェースである。ユーザインタフェース１０は、例えば、スイッチ、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネルなどを含む入力機器と、ディスプレイ、プリンタ、スピーカなどを含む出力機器とを含む。

ガス供給部１００は、対象物を加工する際の加工促進、対象物を加工した際に発生する加工ゴミの除去、加工装置１を構成する各調整機構の光学部材などへの加工ゴミの付着防止を目的として、加工装置１の内部にアシストガスを供給する。ここで、加工装置１の内部は、本実施形態では、集光光学系６と対象物との間の空間ＳＰであるが、これに限定されるものではなく、入射位置調整部５と対象物との間の空間や入射角度調整部３と対象物との間の空間なども含む。アシストガスの種類や圧力は、対象物の材質や加工内容などに基づいて決定される。

図２は、ガス供給部１００の構成の一例を示す概略図である。ガス供給部１００は、ノズルユニット６１と、供給管６３とを含む。ノズルユニット６１は、集光光学系６に近接（密着）して配置され、ガス供給源（不図示）から供給されるアシストガスを集光点８に供給するためのユニットである。また、ノズルユニット６１は、対象物を加工した際に発生する加工ゴミが集光光学系６に付着することを防止する機能も有している。

供給管６３は、一端がガス供給源に接続され、他端が集光光学系６とノズルユニット６１との間に配置されたガス供給口１０１を構成する。ガス供給口１０１からノズルユニット６１（の内部）にアシストガスが供給され、ノズルユニット６１の噴射口６２から集光点８に向けてアシストガスが噴射される。

ガス供給部１００から供給されるアシストガスは、集光光学系６の構造によっては、ノズルユニット６１に供給されるだけではなく、集光光学系６の内部に供給されることもある。また、図２では、集光光学系６とノズルユニット６１との間にガス供給口１０１を設けた例を示したが、かかる構成に限定されず、ガス供給口１０１を設ける位置は、加工装置１の内部の任意の位置であってもよい。

ガス供給部１００から空間ＳＰに供給されるアシストガスに関する情報は、本実施形態では、制御部７で管理（取得）されるが、制御部７とは別に、アシストガスに関する情報を管理するアシストガス制御部を設けてもよい。アシストガスに関する情報は、アシストガスの屈折率、濃度、圧力、組成及び温度のうちの少なくとも１つを含む。

ガス供給部１００が集光光学系６と対象物との間の空間ＳＰにアシストガスを供給すると、アシストガスの組成や圧力の影響によって、空間ＳＰの屈折率（加工装置１で使用するレーザ光の波長における屈折率）が変化する。また、上述したように、アシストガスが供給される加工装置１の内部の任意の位置においても、かかる位置を含む空間の屈折率が変化する。

加工装置１では、レーザ光が対象物の目標位置に目標角度で入射するように予め設定された、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５のそれぞれの光学部材の基準駆動量が記憶部１１に格納されている。本実施形態では、基準駆動量は、ガス供給部１００から空間ＳＰにアシストガスが供給されていない状態（基準状態）において、レーザ光が対象物の目標位置に目標角度で入射するために各調整部で必要となる光学部材の駆動量とする。従って、ガス供給部１００から空間ＳＰにアシストガスが供給されることで空間ＳＰの屈折率が変化すると、レーザ光を対象物の目標位置に目標角度で入射させることができず、対象物に対して所定の加工を行うことができなくなってしまう。なお、基準駆動量は、上述したものに限定されず、空間ＳＰにアシストガスが供給された状態において、レーザ光が対象物の目標位置に目標角度で入射するために各調整部で必要となる光学部材の駆動量としてもよい。この場合、空間ＳＰに供給されるアシストガスの種類が変更されることで空間ＳＰの屈折率が変化すると、レーザ光を対象物の目標位置に目標角度で入射させることができず、対象物に対して所定の加工を行うことができなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、空間ＳＰへのガス供給に応じて、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５を制御することにより、光の対象物に対する入射角度、集光位置及び入射位置を調整する。例えば、光の対象物に対する入射角度、集光位置及び入射位置のそれぞれを目標角度、目標集光位置及び目標位置に近づけるように、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５を制御する。具体的には、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５のそれぞれについて、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率に応じて、基準駆動量に対する補正量を求めることで各調整部の光学部材の駆動量を決定する。

また、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率ではなく、アシストガスに関する情報から、集光位置調整部４及び入射位置調整部５のそれぞれについて、基準駆動量に対する補正量を求めてもよい。例えば、アシストガスを実際の加工時の状態（圧力や流量など）に設定し、かかる状態での対象物に対するレーザ光の入射位置、入射角度及び集光位置の変化量を実測する。次いで、かかる実測結果から、アシストガスに関する情報と補正量との関係を表す式やアシストガスに関する情報と補正量との対応関係を示すテーブルを求めて、例えば、記憶部１１に格納する。そして、実際の加工時には、記憶部１１に格納したアシストガスに関する情報と補正量との関係を表す式やアシストガスに関する情報と補正量との対応関係を示すテーブルを参照し、基準駆動量に対する補正量を求めて各調整部の光学部材の駆動量を決定してもよい。

＜第１実施形態＞
図３を参照して、加工装置１において、ガス供給部１００が空間ＳＰにアシストガスを供給することに起因する空間ＳＰの屈折率の変化の影響を低減する、即ち、対象物に対するレーザ光の入射位置、入射角度及び集光位置を補正する処理について説明する。

Ｓ３０２において、制御部７は、ガス供給部１００から空間ＳＰに供給されるアシストガスに関する情報を取得する。アシストガスに関する情報は、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率を求めるための情報であって、上述したように、アシストガスの屈折率、濃度、圧力、組成及び温度のうちの少なくとも１つを含む。

制御部７は、例えば、ユーザによってユーザインタフェース１０に入力されたアシストガスに関する情報を取得する。ユーザは、ユーザインタフェース１０にアシストガスに関する情報を直接入力してもよいし、ユーザインタフェース１０に表示された複数のアシストガスに関する情報から１つのアシストガスに関する情報を選択してもよい。また、制御部７は、アシストガスの供給を指示する加工指令やアシストガスの種類の変更を指示する加工指令をトリガーとしてガス供給部１００から制御部７に送信されるアシストガスに関する情報を取得してもよい。なお、制御部７は、ガス供給部１００に対してアシストガスに関する情報を送信するように要求し、かかる要求に応じてガス供給部１００から送信されるアシストガスに関する情報を取得してもよい。

また、制御部７は、計測部２００で実際に計測されたアシストガスに関する情報を取得してもよい。計測部２００は、集光光学系６と対象物との間の空間ＳＰの近傍、例えば、図２に示すように、集光光学系６とノズルユニット６１との間に配置され、アシストガスに関する情報を計測する。計測部２００は、アシストガスの濃度を計測する濃度計測器、アシストガスの圧力を計測する圧力計測器、アシストガスの組成を計測するガス成分計測器、アシストガスが供給される空間の温度を計測する温度計測器などを含む。制御部７は、計測部２００から制御部７に送信されるアシストガスに関する情報を取得してもよいし、ユーザによってユーザインタフェース１０に入力された、計測部２００で計測されたアシストガスに関する情報を取得してもよい。

Ｓ３０４において、制御部７は、Ｓ３０２で取得したアシストガスに関する情報に基づいて、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率を求める。なお、アシストガスが空間ＳＰを含む複数の空間に供給される場合には、制御部７は、かかる複数の空間のそれぞれの屈折率を求める。

制御部７は、例えば、Ｇｌａｄｓｔｏｎｅ−Ｄａｌｅ則に基づいて、以下の式（１）に従って空間ＳＰの屈折率ｎを求める。
ｎ＝１＋Ｒｇ×ρ ・・・（１）
式（１）において、Ｒｇは、Ｇｌａｄｓｔｏｎｅ−Ｄａｌｅ定数を示し、ρは、アシストガスの密度を示す。また、アシストガスの密度ρは、以下の式（２）で求められる。
ρ＝Ｐ／（Ｔ×Ｒ）＝（Ｐ×Ｍ）／（Ｔ×Ｒ_０） ・・・（２）
式（２）において、Ｐは、アシストガスの圧力を示し、Ｔは、空間ＳＰの温度を示し、Ｒは、ガス定数を示し、Ｒ_０は、モル気体定数を示し、Ｍは、気体分子量を示す。

なお、式（１）の代わりに、Ｅｄｌｅｎの実験式やＣｉｄｄｏｒの経験式を用いて、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率を求めてもよい。また、アシストガスに関する情報と、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率との対応関係を、例えば、記憶部１１に予め格納し、記憶部１１に格納された対応関係を用いて空間ＳＰの屈折率を求めてもよい。Ｓ３０２において、アシストガスに関する情報としてアシストガスの屈折率を取得している場合には、アシストガスの屈折率を空間ＳＰの屈折率としてもよい。

Ｓ３０６−１において、制御部７は、集光位置調整部４について、Ｓ３０４で求めた空間ＳＰの屈折率に基づいて、基準駆動量に対する補正量を求める。ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率が変化すると、集光位置調整部４から射出するレーザ光の射出角が変化するため、集光位置が変化してしまう。かかる集光位置の変化（ずれ）を補正するために、基準駆動量に対する補正量を求める。例えば、計算式を用いて光線トレースなどを行うことで、集光位置調整部４における基準駆動量に対する補正量を求めてもよい。また、記憶部１１に格納したアシストガスに関する情報と補正量との関係を表す式やアシストガスに関する情報と補正量との対応関係を示すテーブルを参照して、集光位置調整部４における基準駆動量に対する補正量を求めてもよい。

例えば、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率が０．０００８だけ変化し、集光位置が＋９４μｍだけ変化した場合を考える。この場合、集光位置調整部４を構成する光学部材の光学設計情報及び空間ＳＰの屈折率を用いて光線トレースを行うことによって、集光位置を−９４μｍだけ変化させるために必要な基準駆動量に対する補正量を求めると、＋２００μｍが得られる。但し、基準駆動量に対する補正量をより短時間で求めることが要求される場合には、光線トレースを行うのではなく、空間ＳＰの屈折率の変化量と、集光位置調整部４における基準駆動量に対する補正量との対応関係を示すテーブルを参照してもよい。

Ｓ３０６−２において、制御部７は、入射角度調整部３について、Ｓ３０４で求めた空間ＳＰの屈折率に基づいて、基準駆動量に対する補正量を求める。ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率が変化すると、入射角度調整部３から射出するレーザ光の射出角が変化するため、対象物に対する入射角度が変化してしまう。かかる入射角度の変化（ずれ）を補正するために、基準駆動量に対する補正量を求める。例えば、計算式を用いて光線トレースなどを行うことで、入射角度調整部３における基準駆動量に対する補正量を求めてもよい。また、記憶部１１に格納したアシストガスに関する情報と補正量との関係を表す式やアシストガスに関する情報と補正量との対応関係を示すテーブルを参照して、入射角度調整部３における基準駆動量に対する補正量を求めてもよい。

例えば、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率が０．０００８だけ変化し、入射角度が−０．０２度だけ変化した場合を考える。この場合、入射角度調整部３を構成する光学部材の光学設計情報及び空間ＳＰの屈折率を用いて光線トレースを行うことによって、入射角度を＋０．０２度だけ変化させるために必要な基準駆動量に対する補正量を求めると、−０．０００８度が得られる。但し、基準駆動量に対する補正量をより短時間で求めることが要求される場合には、光線トレースを行うのではなく、空間ＳＰの屈折率の変化量と、入射角度調整部３における基準駆動量に対する補正量との対応関係を示すテーブルを参照してもよい。

Ｓ３０６−３において、制御部７は、入射位置調整部５について、Ｓ３０４で求めた空間ＳＰの屈折率に基づいて、基準駆動量に対する補正量を求める。ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率が変化すると、入射位置調整部５から射出するレーザ光の射出角が変化するため、対象物に対する入射位置が変化してしまう。かかる入射位置の変化（ずれ）を補正するために、基準駆動量に対する補正量を求める。例えば、計算式を用いて光線トレースなどを行うことで、入射位置調整部５における基準駆動量に対する補正量を求めてもよい。また、記憶部１１に格納したアシストガスに関する情報と補正量との関係を表す式やアシストガスに関する情報と補正量との対応関係を示すテーブルを参照して、入射位置調整部５における基準駆動量に対する補正量を求めてもよい。

例えば、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率が０．０００８だけ変化し、入射位置がｘ方向に−１７μｍだけ変化した場合を考える。この場合、入射位置調整部５を構成する光学部材の光学設計情報及び空間ＳＰの屈折率を用いて光線トレースを行うことによって、入射位置をｘ方向に＋１７μｍだけ変化させるために必要な基準駆動量に対する補正量を求めると、−０．００８度が得られる。但し、基準駆動量に対する補正量をより短時間で求めることが要求される場合には、光線トレースを行うのではなく、空間ＳＰの屈折率の変化量と、入射位置調整部５における基準駆動量に対する補正量との対応関係を示すテーブルを参照してもよい。

Ｓ３０８−１において、制御部７は、集光位置調整部４について、基準駆動量をＳ３０６−１で求めた補正量を用いて補正する（レーザ光が目標位置で集光するように集光位置調整部４の光学部材の駆動量を決定する）。

Ｓ３０８−２において、制御部７は、入射角度調整部３について、基準駆動量をＳ３０６−２で求めた補正量を用いて補正する（対象物に対してレーザ光が目標角度で入射するように入射角度調整部３の光学部材の駆動量を決定する）。

Ｓ３０８−３において、制御部７は、入射位置調整部５について、基準駆動量をＳ３０６−３で求めた補正量を用いて補正する（対象物に対してレーザ光が目標位置に入射するように入射位置調整部５の光学部材の駆動量を決定する）。

本実施形態では、図３に示す処理を行うことで、アシストガスの供給に起因する空間ＳＰの屈折率の変化があっても、レーザ光が対象物の目標位置に目標角度で入射するように、各調整部の光学部材の駆動量を決定することができる。このようにして決定された駆動量に従って、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５のそれぞれの光学部材を駆動することで、加工装置１は、レーザ光を対象物の目標位置に目標角度で入射させ、対象物に対して所定の加工を行うことができる。

本実施形態では、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５の全ての調整部について、光学部材の駆動量を決定する（基準駆動量に対する補正量を求める）場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、集光位置調整部４における光学部材の駆動量を決定することに加えて、入射角度調整部３及び入射位置調整部５のうちの少なくとも一方の調整部について、光学部材の駆動量を決定するようにしてもよい。また、集光位置調整部４における光学部材の駆動量は決定せずに、入射角度調整部３及び入射位置調整部５のうちの少なくとも一方の調整部について、光学部材の駆動量を決定するようにしてもよい。

＜第２実施形態＞
図４を参照して、加工装置１において、ガス供給部１００が空間ＳＰにアシストガスを供給することに起因する空間ＳＰの屈折率の変化の影響を低減する、即ち、対象物に対するレーザ光の入射位置、入射角度及び集光位置を補正する別の処理について説明する。

本実施形態では、図３に示す処理におけるＳ３０４の工程の後にＳ３０５の工程が追加されている。なお、Ｓ３０２、Ｓ３０４、Ｓ３０６−１、Ｓ３０６−２、Ｓ３０６−３、Ｓ３０８−１、Ｓ３０８−２及びＳ３０８−３の工程については、第１実施形態と同じであるため、ここでの詳細な説明は省略する。

Ｓ３０５では、対象物に対するレーザ光の目標位置及び目標角度のそれぞれに対する公差から得られる閾値に基づいて、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５のうち、光学部材の駆動量を決定する（即ち、補正量を求める）調整部を選択する。かかる公差や閾値は、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５の各調整部に対して、例えば、ユーザインタフェース１０を介して、ユーザによって設定されている。ここで、公差とは、例えば、ユーザが許容可能な加工公差（即ち、対象物に入射するレーザ光の目標位置及び目標角度からのずれ）を含む。また、閾値は、例えば、集光光学系６と対象物との間の空間ＳＰの屈折率の変化量を含む。Ｓ３０５では、各調整部における光学部材の基準駆動量を求めた際の空間ＳＰの屈折率と、Ｓ３０４で求めた空間ＳＰの屈折率との差が閾値を超えている調整部を選択する。そして、選択した調整部についてのみ、Ｓ３０６−１乃至Ｓ３０６−３及びＳ３０８−１乃至Ｓ３０８−３の工程を行う。

例えば、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率が０．０００８だけ変化し、集光位置が＋９４μｍだけ変化し、入射角度が−０．０２度だけ変化し、入射位置がｘ方向に−１７μｍだけ変化した場合を考える。また、ガス供給部１００からアシストガスが供給された空間ＳＰの屈折率が０．００４だけ変化し、集光位置が＋３７７μｍだけ変化し、入射角度が−０．０７度だけ変化し、入射位置がｘ方向に−６８μｍだけ変化した場合を考える。

ユーザが許容できる公差が、集光位置に関しては９４μｍ、入射角度に関しては０．０２度、入射位置に関しては６８μｍであるとする。ユーザインタフェース１０を介して、ユーザが上述した公差を設定すると、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５のそれぞれについて、空間ＳＰの屈折率の変化量の閾値として、０．０００８、０．０００８及び０．００４が設定される。従って、空間ＳＰの屈折率の変化量が０．００１である場合には、Ｓ３０５において、駆動量を決定する調整部として、入射角度調整部３及び集光位置調整部４の２つの調整部が選択される。また、空間ＳＰの屈折率の変化量が０．００５である場合には、Ｓ３０５において、駆動量を決定する調整部として、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５の３つの調整部が選択される。

本実施形態では、図４に示す処理を行うことで、アシストガスの供給に起因する空間ＳＰの屈折率の変化があっても、レーザ光が対象物の目標位置に目標角度で入射するように、各調整部の光学部材の駆動量を決定することができる。また、本実施形態では、空間ＳＰの屈折率の変化量が閾値を超える、即ち、空間ＳＰの屈折率の変化の影響が大きい調整部のみについて、光学部材の駆動量を決定することができる。このようにして決定された駆動量に従って、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５のそれぞれの光学部材を駆動することで、加工装置１は、レーザ光を対象物の目標位置に目標角度で入射させ、対象物に対して所定の加工を行うことができる。

本実施形態では、空間ＳＰの屈折率の変化量から光学部材の駆動量を決定する調整部を選択する場合を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、Ｓ３０２で取得したアシストガスに関する情報から光学部材の駆動量を決定する調整部を選択してもよい。この場合、Ｓ３０２の工程の後でＳ３０５を行い、光学部材の駆動量を決定する調整部があれば、Ｓ３０４、Ｓ３０６−１乃至Ｓ３０６−３及びＳ３０８−１乃至Ｓ３０８−３の工程を行うようにしてもよい。また、閾値は、アシストガスに関する情報に関する閾値であればよい。なお、光学部材の駆動量を決定する調整部がない場合には、Ｓ３０５の工程の後で処理を終了すればよい。

＜第３実施形態＞
図５を参照して、加工装置１において、ガス供給部１００が空間ＳＰにアシストガスを供給することに起因する空間ＳＰの屈折率の変化の影響を低減する、即ち、対象物に対するレーザ光の入射位置、入射角度及び集光位置を補正する別の処理について説明する。

本実施形態では、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５から光学部材の駆動量を決定する調整部を選択する工程を、Ｓ３０６−１、Ｓ３０６−２及びＳ３０６−３の工程の後に行う。なお、Ｓ３０２、Ｓ３０４、Ｓ３０６−１、Ｓ３０６−２、Ｓ３０６−３、Ｓ３０８−１、Ｓ３０８−２及びＳ３０８−３の工程については、第１実施形態と同じであるため、ここでの詳細な説明は省略する。

Ｓ３０７−１において、制御部７は、集光位置調整部４における光学部材の駆動量を決定するかどうかを判定する。かかる判定は、例えば、第２実施形態で説明したＳ３０５と同様に、対象物に対するレーザ光の目標位置及び目標角度のそれぞれに対する公差から得られる閾値を用いて行われる。また、Ｓ３０７−１では、集光位置調整部４における光学部材の基準駆動量に対する補正量に関して予め設定された閾値と、基準駆動量をＳ３０６−１で求めた補正量とを比較してもよい。そして、Ｓ３０６−１で求めた補正量が閾値を超えている場合には、集光位置調整部４における光学部材の駆動量を決定すると判定してもよい。

Ｓ３０７−１において、集光位置調整部４における光学部材の駆動量を決定すると判定した場合には、Ｓ３０８−１に移行する。一方、Ｓ３０７−１において、集光位置調整部４における光学部材の駆動量を決定しないと判定した場合には、処理を終了する。

Ｓ３０７−２において、制御部７は、入射角度調整部３における光学部材の駆動量を決定するかどうかを判定する。かかる判定は、例えば、第２実施形態で説明したＳ３０５と同様に、対象物に対するレーザ光の目標位置及び目標角度のそれぞれに対する公差から得られる閾値を用いて行われる。また、Ｓ３０７−２では、入射角度調整部３における光学部材の基準駆動量に対する補正量に関して予め設定された閾値と、基準駆動量をＳ３０６−２で求めた補正量とを比較してもよい。そして、Ｓ３０６−２で求めた補正量が閾値を超えている場合には、入射角度調整部３における光学部材の駆動量を決定すると判定してもよい。

Ｓ３０７−２において、入射角度調整部３における光学部材の駆動量を決定すると判定した場合には、Ｓ３０８−２に移行する。一方、Ｓ３０７−２において、入射角度調整部３における光学部材の駆動量を決定しないと判定した場合には、処理を終了する。

Ｓ３０７−３において、制御部７は、入射位置調整部５における光学部材の駆動量を決定するかどうかを判定する。かかる判定は、例えば、第２実施形態で説明したＳ３０５と同様に、対象物に対するレーザ光の目標位置及び目標角度のそれぞれに対する公差から得られる閾値を用いて行われる。また、Ｓ３０７−３では、入射位置調整部５における光学部材の基準駆動量に対する補正量に関して予め設定された閾値と、基準駆動量をＳ３０６−３で求めた補正量とを比較してもよい。そして、Ｓ３０６−３で求めた補正量が閾値を超えている場合には、入射位置調整部５における光学部材の駆動量を決定すると判定してもよい。

Ｓ３０７−３において、入射位置調整部５における光学部材の駆動量を決定すると判定した場合には、Ｓ３０８−３に移行する。一方、Ｓ３０７−３において、入射位置調整部５における光学部材の駆動量を決定しないと判定した場合には、処理を終了する。

本実施形態では、図５に示す処理を行うことで、アシストガスの供給に起因する空間ＳＰの屈折率の変化があっても、レーザ光が対象物の目標位置に目標角度で入射するように、各調整部の光学部材の駆動量を決定することができる。また、本実施形態では、第２実施形態と同様に、空間ＳＰの屈折率の変化の影響が大きい調整部のみについて、光学部材の駆動量を決定することができる。このようにして決定された駆動量に従って、入射角度調整部３、集光位置調整部４及び入射位置調整部５のそれぞれの光学部材を駆動することで、加工装置１は、レーザ光を対象物の目標位置に目標角度で入射させ、対象物に対して所定の加工を行うことができる。

第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態では、Ｓ３０２で取得したアシストガスに関する情報を用いて、Ｓ３０４で空間ＳＰの屈折率を求めているが、これに限定されるものではなく、Ｓ３０４の工程は省略することが可能である。この場合、Ｓ３０２で取得したアシストガスに関する情報を用いて、Ｓ３０６−１乃至Ｓ３０６−３で各調整部における光学部材の基準駆動量に対する補正量を求めればよい。

また、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態では、各調整部における光学部材の基準駆動量に対する補正量を求める場合を例に説明したが、各調整部における光学部材の駆動速度、駆動順序、駆動待機時間などを補正してもよい。

また、対象物に対するレーザ光の入射位置、入射角度及び集光位置を補正する処理（各調整部における光学部材の基準駆動量に対する補正量を求める処理）は、加工装置１が対象物を加工している間に繰り返し行ってもよい。この場合、計測部２００でリアルタイム計測されたアシストガスに関する情報に対応する補正量を順次求めることになる。なお、加工装置１が対象物を加工している間に空間ＳＰの屈折率が変化しないことが補償されている場合には、対象物を加工する前に一度だけ、対象物に対するレーザ光の入射位置、入射角度及び集光位置を補正する処理を行えばよい。

本実施形態における加工装置１は、物品の製造方法に用いることができる。かかる物品の製造方法は、加工装置１を用いて対象物（物体）の加工を行う工程と、当該工程で加工が行われた対象物を処理する工程と、を含む。当該処理は、例えば、上述した加工とは異なる加工、搬送、検査、選別、組立（組付）及び包装のうちの少なくとも１つを含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストのうちの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明は、光源からの光を用いて対象物を加工する加工装置を例に説明したが、光源からの光を対象物に照射する光学装置にも適用可能である。

１：加工装置 ３：入射角度調整部 ４：集光位置調整部 ５：入射位置調整部 ６：集光光学系 ７：制御部 １００：ガス供給部

Claims (20)

1. 光源からの光を対象物に照射する光学装置であって、
   光学部材を含み、当該光学部材を駆動することで前記対象物に対する前記光の入射位置を調整する第１調整部と、
   光学部材を含み、当該光学部材を駆動することで前記対象物に対する前記光の入射角度を調整する第２調整部と、
   前記第１調整部及び前記第２調整部を通過した前記光を集光する集光光学系と、
   前記集光光学系と前記対象物との間へのガス供給に応じて、前記第１調整部及び前記第２調整部の少なくとも一方を制御することにより、前記光の前記対象物に対する入射位置及び入射角度の少なくとも一方を調整する制御部と、
   を有することを特徴とする光学装置。
2. 前記制御部は、前記光の前記対象物に対する入射位置を目標位置に近づけるように、前記第１調整部を制御することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記制御部は、前記光の前記対象物に対する入射角度を目標角度に近づけるように、前記第２調整部を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 前記集光光学系と前記対象物との間にガスを供給する供給部を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光学装置。
5. 光学部材を含み、当該光学部材を駆動することで前記光の集光位置を調整する第３調整部を更に有し、
   前記制御部は、前記集光光学系と前記対象物との間へのガス供給に応じて、前記第３調整部を制御することにより、前記光の集光位置を調整することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記制御部は、前記ガス供給が行われた前記集光光学系と前記対象物との間の屈折率に応じて、前記光が前記対象物の目標位置に目標角度で入射するように、前記第１調整部、前記第２調整部及び前記第３調整部を制御することを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
7. 前記光が前記対象物の前記目標位置に前記目標角度で入射するように予め設定された、前記第１調整部、前記第２調整部及び前記第３調整部のそれぞれの光学部材の基準駆動量が格納された記憶部を更に有し、
   前記制御部は、前記第１調整部、前記第２調整部及び前記第３調整部のそれぞれについて、前記ガス供給が行われた前記集光光学系と前記対象物との間の屈折率に応じて、前記基準駆動量に対する補正量を求めることで前記第１調整部、前記第２調整部及び前記第３調整部のそれぞれの光学部材の駆動量を決定することを特徴とする請求項６に記載の光学装置。
8. 前記制御部は、前記目標位置及び前記目標角度のそれぞれに対する公差から得られる閾値に基づいて、前記第１調整部、前記第２調整部及び前記第３調整部のうち前記駆動量を決定する調整部を選択することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
9. 前記公差又は前記閾値をユーザが設定するためのユーザインタフェースを更に有することを特徴とする請求項８に記載の光学装置。
10. 前記制御部は、決定した前記駆動量に従って前記第１調整部、前記第２調整部及び前記第３調整部のそれぞれの光学部材を駆動することを特徴とする請求項７乃至９のうちいずれか１項に記載の光学装置。
11. 前記制御部は、前記第１調整部、前記第２調整部及び前記第３調整部のそれぞれの光学部材の駆動量に対する補正量に関して予め設定された閾値と、求めた前記補正量とを比較し、前記第１調整部、前記第２調整部及び前記第３調整部のうち求めた前記補正量が前記閾値を超える調整部について、決定した前記駆動量に従って光学部材を駆動することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
12. 前記閾値をユーザが設定するためのユーザインタフェースを更に有することを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
13. 前記制御部は、前記集光光学系と前記対象物との間に供給されたガスに関する情報を取得し、前記情報と前記補正量との関係を表す式に基づいて、取得した前記情報に対応する前記補正量を求めることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
14. 前記制御部は、前記集光光学系と前記対象物との間に供給されたガスに関する情報を取得し、前記情報と前記補正量との対応関係を示すテーブルに基づいて、取得した前記情報に対応する前記補正量を求めることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
15. 前記情報をユーザが入力するためのユーザインタフェースを更に有し、
    前記制御部は、前記ユーザインタフェースに入力された前記情報を取得することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光学装置。
16. 前記情報を計測する計測部を更に有し、
    前記制御部は、前記計測部で計測された前記情報を取得することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光学装置。
17. 前記情報は、前記集光光学系と前記対象物との間に供給されたガスの屈折率、濃度、圧力、組成及び温度のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１３乃至１６のうちいずれか１項に記載の光学装置。
18. 光源からの光を対象物に照射する光学装置であって、
    光学部材を含み、当該光学部材を駆動することで前記対象物に対する前記光の入射位置を調整する調整部と、
    前記調整部と前記対象物との間へのガス供給に応じて、前記調整部を制御することにより、前記光の前記対象物に対する入射位置を調整する制御部と、
    を有することを特徴とする光学装置。
19. 光源からの光を対象物に照射する光学装置であって、
    光学部材を含み、当該光学部材を駆動することで前記対象物に対する前記光の入射角度を調整する調整部と、
    前記調整部と前記対象物との間へのガス供給に応じて、前記調整部を制御することにより、前記光の前記対象物に対する入射角度を調整する制御部と、
    を有することを特徴とする光学装置。
20. 光源からの光を用いて対象物を加工する加工装置であって、
    前記光源からの光を前記対象物に照射する請求項１乃至１９のうちいずれか１項に記載の光学装置を有することを特徴とする加工装置。

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