JP2021173617A - ビーム計測装置、光透過部材、及び計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数部材のアライメント調整が不要であるビーム計測装置を提供する。【解決手段】光学ビームのパラメータを計測するビーム計測装置において、光透過部材と、光透過部材を通過した光学ビームの光強度を検出する検出手段と、光強度の検出結果から光学ビームのパラメータを算出する算出手段と、を有し、光透過部材は、内部に形成された、光が透過する第１領域より透過率の低い第２領域、を備え、検出手段は、光学ビーム内を第２領域が通過したときの光学ビームの光強度を検出することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ビーム計測装置、光透過部材、及び計測方法置に関する。

レーザ加工機において、所望の加工品質を確保するためには、ビーム（レーザ）のスポット位置や照射角度、もしくはビーム光強度、ビーム径、ビームの集光性等を示す数値であるＭ^２といった光学パラメータを把握する必要がある。そのため、ビームの光学パラメータを計測する装置が求められている。

特許文献１では、Ｍ^２を計測するビーム計測装置及び計測方法を開示している。特許文献１では、ビームを遮蔽することのできるブレード（計測面）でビームを遮蔽した際のビーム光強度の変化を計測することで、ブレードで遮蔽したビーム伝搬方向位置でのビーム径を算出する。そして、ビーム伝搬方向において異なる複数の位置にブレードを配置することで、各ビーム伝搬方向位置でのビーム径が算出できるため、Ｍ^２を算出することができる。

特表２０１５−５３５５９６号公報

ここで、特許文献１のような方法では、複数のブレードの位置についてアライメント調整が必要であり、ブレードの枚数によってアライメント調整に時間が掛かってしまう問題があった。

そこで本発明は、例えば、複数部材のアライメント調整が不要であるビーム計測装置を提供することを目的とする。

その目的を達成するために、本発明は、光学ビームのパラメータを計測するビーム計測装置において、光透過部材と、光透過部材を通過した光学ビームの光強度を検出する検出手段と、光強度の検出結果から光学ビームのパラメータを算出する算出手段と、を有し、光透過部材は、内部に形成された、光が透過する第１領域より透過率の低い第２領域、を備え、検出手段は、光学ビーム内を第２領域が通過したときの光学ビームの光強度を検出することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、複数部材のアライメント調整が不要であるビーム計測装置を提供することができる。

実施例１に係るビーム計測装置の構成の一例を示した図である。 実施例１に係るユニットの測定面の上面側及び側面側の一例を示した図である。 実施例１に係るビーム計測装置の処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１に係るビーム計測装置の光学ビームが遮蔽領域を通過する際の光強度の検出結果の一例を示した図である。 実施例１に係るビーム計測装置の光学ビームが測定面上の遮蔽領域を通過する際の光強度の検出結果の一例を示した図である。 実施例１に係るユニットの測定面上の遮蔽領域と透過領域の構成の一例を示した図である。 実施例１に係る測定面上に遮蔽領域が２つある場合の遮蔽領域と透過領域の構成の一例を示した図である。 図７のように遮蔽領域を配置した場合の光学ビームの光強度の検出結果の一例を示した図である。 実施例１に係るユニットに対して光学ビームが斜めに入射した際の光路の一例を示した図である。 実施例２に係るビーム計測装置の構成の一例を示した図である。

以下に、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実施例を用いて説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。

〔実施例１〕
図１は本実施例に係るビーム計測装置１の一例を示した図である。以下、図１を参照して、本実施例に係るビーム計測装置１を説明する。ビーム計測装置１は、ユニット（光学部材）２を通過する不図示の光源より照射された光学ビーム（レーザ、ビーム光）８の光学パラメータを計測する計測装置である。ビーム計測装置１は、ユニット２と、ユニット駆動装置３と、光検出器４と、演算処理器５とで構成されうる。なお、図１に例示しているように、光検出器４に対して光学ビーム８を照射する光源の光軸に平行な方向であるビーム伝搬方向（ビーム照射方向）をＺ軸とし、Ｚ軸に垂直な平面内において互いに直交する方向をＸ軸及びＹ軸とする。

ユニット２は、単一の光透過部材で形成されており、測定面６（第２の測定面）及び測定面７（第１の測定面）を備えうる。測定面６は、ユニット２の表面側、即ちユニット２のユニット２の外部側に構成される。なお、測定面６は、ユニット２の表面側に限らず裏面側に構成するようにしてもよく。表面側と裏面側にそれぞれ構成するようにしてもよい。測定面７は、ユニット２の内側、即ちユニット２の内部側に構成される。これらの測定面の数および位置は図１に例示したものに限定されない。例えば、測定面は全て、ユニット２の内部に構成されていてもよいし、測定面を２つ以上構成するようにしてもよい。後述のように、ユニット２の表面側と内部側の測定面である測定面６，７はそれぞれ、光学ビーム８が透過する透過領域（第１領域）１０と、光学ビーム８を遮蔽する遮蔽領域（第２領域）９を形成する。

また、ユニット２は後述するユニット駆動装置３を用いて駆動する。本実施例におけるユニット２の測定面は、光学ビーム８の照射中にユニット２の表面または内部の少なくとも一方に形成される遮蔽領域を通過した光学ビーム８の光パラメータを測定した光学ビーム８の被測定面（遮蔽領域が形成される面）とする。遮蔽領域に照射する光学ビーム８は、ユニット駆動装置３によってユニット２を駆動させている状態で照射する。

ユニット２の形状は、図１に例示しているように、ユニット２の中心（回転中心）に貫通孔を有する中空円筒形の形状をしているが、これに限らず、中空円筒形でＺ軸方向の面を凹面または凸面形状に加工した形状であってもよい。さらに矩形の平板であってもよい。ユニット２の貫通孔をユニット駆動装置３のシャフトに取付けた後、ユニット２がシャフトから脱落または傾きの無いように固定機構（不図示）によってシャフトに固定される。ユニット２の貫通孔の径はシャフトの径によって変更されうる。またユニット２は、単一の光透過部材に限らず、複数の光透過部材を貼り合わせて形成するようにしてもよい。

ユニット２を形成する光透過部材は、本実施例においてはガラスを使用するが、ユニット２を形成する光透過部材はガラスのみに限られない。例えば、アクリルのような樹脂材料や、透明セラミックスであってもよい。ガラスは耐熱性に優れ、光学ビームを照射した際に熱的影響を抑制できる。また、耐薬品性にも優れるため、硫酸やアセトンなどの薬品を用いてユニット２を洗浄できる。アクリルのような樹脂材料は、材料のコストを抑えることができ、ユニット２の軽量化も可能となる。透明セラミックスは、紫外領域において高い透過性を有するため、紫外線等を用いたレーザの計測に利用できる。

また、ユニット２の少なくとも一部分に膜状のコーティングを施してもよい。膜状のコーティングは、表面もしくは裏面またはその両方に施すようにしてもよい。例えば、光学ビーム８を減光する特性を有する薄膜をユニット２の表面にコーティングする。一般的に、光学ビーム８の光強度が強い場合には光検出器４が計測不可となるまたは破壊される可能性がある。しかし、ユニット２の表面上に施したコーティングによって、ユニット２を通過した光学ビーム８の光強度を弱めることができる。そのため、光学ビーム８の光強度が強い場合でも光検出器４が計測不可となるまたは破壊されることなく光学ビーム８の光学パラメータ計測が可能になる。ここで、光学ビームを減光する特性を有するコーティングは、薄膜のコーティングを例として説明したが、コーティングする薄膜はこれに限らない。コーティングする薄膜は特定の波長帯域のみを減光する薄膜でもよいし、特定の波長帯域の波長をカットする薄膜でもよいし、ユニット２の表面反射を防止する薄膜でもよいし、ユニット２に汚れが付着するのを防止する薄膜でもよい。

ユニット駆動装置（駆動部）３は、ユニット駆動装置３の中央に配置され、光源の方向（−Ｚ軸方向）に延設しているシャフトを駆動させることで、シャフトに固定されるユニット２を駆動させることのできる駆動手段として機能する。ユニット駆動装置３は、θ（Ｚ軸周りの回転）方向に回転駆動する。本実施例では、ユニット駆動装置３としてアクチュエータを用いており、ユニット駆動装置３に適用可能なアクチュエータは、例えば、リニアモータやサーボモータまたはステッピングモータ等を含みうる。また、駆動方法はアクチュエータに限られない。例えば、ユニット駆動装置３は並進方向に駆動できる駆動ステージで構成されてもよい。この場合、ユニット駆動装置３は、光学ビーム８のビーム伝搬方向と垂直に交わる平面において、１次元方向に駆動できてもよいし、２次元方向に駆動できてもよい。さらに、ユニット駆動装置３は操作者が手動で駆動するような構成にしてもよい。また、ユニット駆動装置３は、ユニット２のθ（Ｚ軸周りの回転）方向の位置やユニット２の傾きを調整するためのチルト機能を有するように構成されていてもよい。

光検出器（検出部）４は、不図示の光源から照射され、ユニット２を通過した光学ビーム８の光強度を検出する検出手段として機能する。光検出器４は、例えば光量センサを用いるが、光検出器４として使用されるものは光量センサのみに限定されない。例えば、ＣＣＤセンサや、ＣＭＯＳセンサといったイメージセンサを使用してもよい。イメージセンサを使用した場合では、光学ビーム８の光強度分布を直接計測することが可能となる。光検出器４で検出された光学ビーム８の光強度の検出結果は、演算処理器５に伝送される。

演算処理器（制御部）５は、光検出器４で検出された光強度の検出結果から光学ビーム８の光パラメータを算出する算出手段として機能する。また、演算処理器５としてＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータを用いたが、演算処理器５として使用されるものはコンピュータのみに限定されない。例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などを用いた電気回路であってもよい。演算処理器５は、光学パラメータの算出に加え、演算処理器５をユニット駆動装置３に有線また無線によって接続することで、ユニット駆動装置３の動作及び調整や回転速度などをメモリに格納されたプログラムに従って制御する制御手段としても機能してもよい。演算処理器５は、演算処理器５をユニット駆動装置３に有線また無線によって接続されている場合、ユニット駆動装置３の他の部分と一体で（共通の筐体内に）構成してもよい。

図２は、本実施例に係るユニット２の測定面の上面側及び側面側の一例を示す図である。図２（Ａ）は、ユニット２の測定面の上面側を示す一例の図である。図２（Ｂ）は、ユニット２の測定面の側面側を示す一例の図である。測定面６，７はそれぞれ、光学ビーム８が透過する透過領域１０と、光学ビーム８を遮蔽する遮蔽領域９を有する。透過領域１０と遮蔽領域９は、１つの測定面、例えば測定面６，７に対して少なくとも１つ以上形成され、図２に例示しているように本実施例のユニット２は、それぞれ透過領域１０と遮蔽領域９を１つ形成している。しかしこれに限らず、１つの測定面に透過領域１０と遮蔽領域９を複数形成するようにしてもよい。例えば、遮蔽領域９を複数設け、透過領域を１つ設けるようにしてもよく、その逆であってもよい。さらに透過領域１０と遮蔽領域９はユニット２の内部の異なる位置に複数形成されるように構成してもよい。

なお、本実施例において透過領域１０は、光学ビーム８の通過させることのできる透過率の高い領域として説明する。遮蔽領域９は、完全に光学ビーム８を遮蔽する構造ではなく、光学ビーム８を減光または散乱させるような構造等で光学ビーム８の通過を抑制する透過率の低い領域として説明する。しかしこれに限らず、遮蔽領域９は完全に光学ビーム８を遮蔽する構造を有する領域としてもよい。

また、図２（Ｂ）に例示しているように、測定面６，７は、ユニット２の厚さ方向にずらして構成している。即ち、ユニット２に対して照射する光学ビーム８のビーム伝搬方向に対して間隔を空けて構成している。さらに、測定面６，７の少なくとも一方は、ビーム伝搬方向に対して垂直な平面として構成される。また、本実施例の測定面６の透過領域１０と遮蔽領域９及び測定面７の透過領域１０と遮蔽領域９は、それぞれ位相をずらして形成している。即ち、光学ビーム８のビーム伝搬方向に対して重ならないように形成する。しかしこれに限らず、例えば、遮蔽領域９をそれぞれの計測面で位相を揃えるように形成してもよい。また、透過領域１０と遮蔽領域９は厚さ方向にずらして形成してもよい。

遮蔽領域９には、光学ビーム８を減光または散乱させるような構造（光遮蔽構造）として、いわゆるクラックが形成されている。該クラックは、通常の機械加工では加工することは困難であるため、レーザ加工をするものとして、例えばレーザ彫刻技術等を用いる。これにより、ユニット２の内部に任意の形状をした遮蔽領域を形成することが可能となる。また、光学ビーム８を減光または散乱させるような構造はこれに限らず、光学ビーム８の遮蔽領域９と透過領域１０を通過した際の光学ビーム８の光強度が変化する構造であればよい。さらに、遮蔽構造は、光透過部材を変質させることで、遮蔽領域９の屈折率を変化させるまたは吸光性を持たせるようにしてもよい。

以下、本実施例におけるビーム計測装置１を用いた光学ビーム８の光学パラメータの算出について、図３を参照して説明する。図３は、本実施例のビーム計測装置１の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、ステップ（工程）Ｓ１００では、ユニット駆動装置３によってユニット２を回転駆動させる。ユニット駆動装置３は演算処理器５によって駆動を制御してもよいし、操作者が手動で駆動させるようにしてもよい。次に、ステップＳ１０１では、不図時の光源より光学ビーム８をユニット２を通過するように光検出器４に対し照射させる。光学ビーム８の照射の時間や強度等は、操作者が任意の値に調整するようにしてもよい。ユニット２が回転駆動している際に遮蔽領域９が光学ビーム８を横切ると、光学ビーム８は遮蔽され、透過領域１０が光学ビーム８を横切ると、光学ビーム８はユニット２を通過する。次に、ステップＳ１０２で、光学ビーム８が遮蔽される際の光強度を光検出器４で検出する。ここで、光学ビーム８が遮蔽される際とは、光学ビーム内を遮蔽領域が通過したときである。次に、ステップＳ１０３では演算処理器５は、光検出器４で検出した光学ビーム８の光強度の検出結果から光学ビーム８の光学パラメータを算出する。

なお、ステップＳ１００の前にステップＳ１０１を実施するようにしてもよい。具体的には、光学ビーム８をユニット２を通過するように光検出器４に対し照射させた後に、ユニット駆動装置３によってユニット２を回転駆動させるようにしてもよい。

ここで、ステップＳ１０３での光学パラメータの算出に際し、本実施例においては測定面６，７にそれぞれ遮蔽領域９が存在するため、異なるビーム伝搬方向位置での光学ビーム８の光学パラメータが算出される。光学ビーム８が遮蔽領域９に照射された際に、光学ビーム８がクラックに当たり散乱、減光もしくは回折する。これにより、光学ビーム８が遮蔽領域９を通過した場合では、光学ビーム８が透過領域１０を通過した場合と比べて、光検出器４で検出される光量が小さくなる。

そして、光学ビーム８のビーム伝搬方向に対して測定面６，７の間隔を短くすることで、ビーム伝搬方向位置の計測分解能を高くできる。計測分解能は各測定面の間隔によって決まる。従来技術では、計測分解能はブレードの厚みによって決定される。そして、計測分解能を高くするためにはブレードを薄くし、ビーム伝搬方向においてブレード同士の間隔を小さく（狭く）する必要があるが、ブレードの剛性を保つためにはブレードは所定の厚みを必要とする。そのため、ビーム伝搬方向の計測分解能がブレードの厚みによって制限され、所望の計測分解能が得られないという問題があった。本実施例のビーム計測装置１では測定面７がユニット２の内部に存在するため、ユニット２の厚みに制限されることなく、各測定面のＺ軸方向における間隔を短くすることができる。つまり、ビーム伝搬方向位置の計測分解能を高くすることができる。

図４は、本実施例に係るユニット２の測定面上の遮蔽領域９が光学ビーム８を通過する過程での光強度の検出結果の一例を示す図である。図４に示すように、遮蔽領域９が光学ビーム８を通過する過程では、光学ビーム８が遮られることにより光強度が徐々に低下し、完全に光学ビーム８が遮られると光強度が下限値をとる。測定面上での光学ビーム８のビーム径によって、光強度の遷移領域の幅は異なりうる。

図５は、本実施例に係るユニット２の測定面６，７上の遮蔽領域９を通過した際の光強度の検出結果の一例を示す図である。図５に示すように、測定面６上の遮蔽領域９を通過した場合の遷移領域が測定面７上の遮蔽領域９を通過した場合の遷移領域より大きい場合、測定面７上の光学ビーム８のビーム径が測定面６上のビーム径よりも小さいことが分かる。このことから、光学ビーム８の焦点位置は、測定面６よりも測定面７の方が近いことが分かる。なお、本実施例では、測定面が２つの場合を説明しているが、これに限らず、さらに測定面を増やすことでより詳細な焦点位置を把握することが可能になる。

図６は、本実施例に係るユニット２の遮蔽領域９と透過領域１０における構成例について示す図である。ここで測定面６，７は、遮蔽領域１１のような短冊形の遮蔽領域を備えていてもよいし、透過領域１３のようなピンホール型の透過領域や、透過領域１４のようなスリット型の透過領域を備えていてもよい。ピンホール型の透過領域を用いた場合では、ピンホールが光学ビーム８の外周部を遮る空間フィルタの役割を持ち、光学ビーム８の不規則な散乱の影響を抑制して光強度を計測することができる。また、各測定面に複数の透過領域もしくは複数の遮蔽領域を備えていてもよい。

図７は、測定面上に短冊型の遮蔽領域が２つある場合の遮蔽領域と透過領域の構成例を示す図である。図７に例示するように、ある測定面上に遮蔽領域１７，１８がある場合を考える。ここで、光学ビーム８のスポット位置は、ユニット２の回転中心１９を基準とした半径（半径位置）Ｒｓ、ある位置を基準とした角度位置θ_ｓ（ここでは、Ｘ軸を基準とする）で表現できる。ユニット２の回転中心１９を基準として光学ビーム８のスポット位置を線上に持つ半径Ｒｓの円２０は、遮蔽領域１７，１８の光学ビーム８を横切る境界線と、それぞれ交点２１，２２で交わる。交点２１は、光学ビーム８を横切る遮蔽領域１７の境界線と円２０の交点であり、交点２２は、光学ビーム８を横切る遮蔽領域１８の境界線と円２０の交点である。回転中心１９を頂点として交点２１，２２と回転中心１９からなる角度をθ_ｖとする。ここで、遮蔽領域１７，１８は、角度θ_ｖが半径Ｒｓの値によって変化するように配置される。つまり、角度θ_ｖは半径Ｒｓの関数である。

図８は、図７の遮蔽領域１７の配置での光強度の検出結果の一例を示す図である。図８に例示するように、所定の角度位置を基準として、ユニット２がθ_１回転した際に光強度が立ち下りはじめる。即ち、光学ビーム８が遮蔽領域１８を通過し始める。そして、θ_２回転後に光強度が立ち上がり終わる。即ち、光学ビーム８が遮蔽領域１８を通過し終える。そして、ユニット２がθ_３回転後に再度光強度が立ち下りはじめる。即ち、光学ビーム８が遮蔽領域１７を通過し始める。このとき、光学ビーム８のスポット角度位置は、θ_１とθ_２の中心であるため、θ_１とθ_２の角度位置情報から角度θ_ｓが計算できる。θ_２とθ_３の間隔から、角度θ_ｖが分かる。ここで、角度θ_ｖは半径Ｒｓの関数であり、遮蔽領域１７，１８の位置関係から半径Ｒｓと角度θｖの関係が分かるため、角度θ_ｖから半径Ｒｓが計算できる。つまり、θ_２とθ_３の角度位置情報から半径Ｒｓが計算できる。したがって、ある測定面上における光学ビーム８の半径Ｒｓおよび位置θ_ｓが特定できるため、光学ビーム８のスポット位置が特定できる。

また、上記の方法は短冊型の遮蔽領域の場合に限らず、スリット型の透過領域を用いた場合にも適用できる。さらに、上記の方法で光学ビーム８のスポット位置を特定するためには、ある遮蔽領域もしくはある透過領域が、光学ビーム８を互いに異なる２つ以上の方向から横断できる形状または姿勢とする必要があり、これらを測定面６，７の一方または両方に形成する。ここで、姿勢は、３次元空間におけるロール（Ｒｏｌｌ）、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）、ヨー（Ｙａｗ）の３つの角度成分（３次元角度情報）によって表されるもので、回転または傾き具合のことである。また、例えば、遮蔽領域１７，１８が光学ビーム８を横断しない部分において繋がっており、１つの遮蔽領域として形成されていてもよい。また、並進駆動の場合でも、光学ビーム８を互いに異なる２方向から横断できるように遮蔽領域（もしくはスリット型の遮蔽領域）を形成することで、光学ビーム８の位置を計算することができる。

本実施例におけるビーム計測装置１は、光学ビーム８をユニット２に対し照射する際に入射角度を調整して入射させて、光学パラメータを計測することも可能である。以下、図９を参照しながら説明する。図９は、光学ビーム８がユニット２に対して斜めに入射した際の光路の一例を示す図である。なお、図９において、光学ビーム８がユニット２を通過する場合の光路２３は実践矢印で、空気中を通過する場合の光路２４は破線矢印で示している。

光学ビーム８はユニット２を通過して光検出器４で光強度を検出されるが、前述のように本実施例ではユニット２は光透過部材で形成されているため、空気と屈折率が異なる。そのため、空気中を通過する光学ビーム８の光学パラメータとユニット２を通過する場合の光学パラメータには差異が生じる。本実施例では、ユニット２はガラスで形成するため、光学ビームが入射角φ_ａｉｒでユニット２に入射した場合、ガラスと空気の屈折率が異なるため、光学ビームは屈折角φ_{ｇｌａｓｓ}で屈折する。空気の屈折率をｎ_ａｉｒ、ガラスの屈折率をｎ_{ｇｌａｓｓ}とすると、入射角φ_ａｉｒと屈折角φ_{ｇｌａｓｓ}の関係はスネルの法則より、以下の式（１）で表わされる。
ｎ_ａｉｒ×ｓｉｎ（φ_ａｉｒ）＝ｎ_{ｇｌａｓｓ}×ｓｉｎ（φ_{ｇｌａｓｓ}）・・・（１）
ここで、測定面上のスポット位置は上記で示した通り計測可能であるため、測定面６，７上のスポット位置の幾何学的位置関係から屈折角φ_{ｇｌａｓｓ}が計算できる。

また、ガラスの屈折率は空気の１．５倍（ｎ_{ｇｌａｓｓ}／ｎ_ａｉｒ＝１．５）であるとすると、上記式（１）の関係から入射角φ_ａｉｒが計算できる。屈折の影響により、光学ビーム８は空気とガラスを通過した場合に異なる光路２３，２４を通る。光学ビーム８が光路２３もしくは光路２４を通過した際、両者の測定面７上におけるスポット位置の差分ｅとする。この差分ｅは、屈折角φ_{ｇｌａｓｓ}と測定面６と測定面７との間隔Δｚを用いて、以下の式（２）で表される。
ｅ＝Δｚ×｛ｔａｎ（φ_ａｉｒ）−ｔａｎ（φ_{ｇｌａｓｓ}）｝・・・（２）
ここで、Δｚはユニット２の設計情報であるから既知の値であり、入射角φ_ａｉｒと屈折角φ_{ｇｌａｓｓ}も計算できることから、差分ｅも計算できる。

測定面７上のスポット位置の計算結果に対して差分ｅを加算することで、光学ビーム８が空気中を通過する際のスポット位置を計算できる。このように、光学ビーム８の光学パラメータを計算する際に、ユニット２の光学的影響を考慮して計測された値（計測値）を補正することで、空気中を通過した場合の光学パラメータを計算できる。光学的影響として、屈折率の違いによる位置ズレ等に限らず、光学パラメータを計算する際に生じる他の影響も考慮してもよい。また、光学ビーム８をユニット２に対して垂直に入射させた場合でも計測された値を補正するようにしてもよい。また、測定面６と測定面７の間隔Δｚを光学距離に換算して、光学ビーム８の光学パラメータを計算してもよい。

以上、本実施例のビーム計測装置１は、ユニット２を単一の部材で構成しているため、アライメント調整が不要になる。また、ユニット２における測定面を少なくとも１つ以上内部に設けることができ、さらに測定面同士の間隔を任意の間隔にすることができるため、より詳細な焦点位置を把握した上で光学パラメータを計測することが可能となる。

〔実施例２〕
本実施例におけるビーム計測装置１は、実施例１のビーム計測装置１におけるユニット駆動装置３に、駆動量計測器１６を備える。以下、実施例２に係るビーム計測装置１について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、実施例２のビーム計測装置１の構成の一例を示す概略図である。なお、実施例１のビーム計測装置１及びユニット２と同様の構成については説明を省略する。

駆動量計測器１６は、ユニット２の駆動速度を計測する計測手段として機能する。駆動量計測器１６として、例えば、回転角度計測方法がインクリメンタル方式のロータリエンコーダを用いる。これにより、ユニット２を連続的に駆動させながらユニット２の相対的な回転角度変化を算出できる。そのため、ユニット２の駆動と光学ビーム８の光学パラメータ計測を同時に実施できる。これにより、ユニット２を駆動させながらユニット２の相対的な位置変化を算出することができる。

駆動量計測器１６は、所定の位置を基準とした駆動量を計測できる機能を含む計測器であってもよい。駆動量計測器１６として用いるロータリエンコーダが、例えば、基準位置の検出機能を有する機能（Ｚ相出力）を持つインクリメンタル方式や、アブソリュート方式のものであってもよい。これにより、所定の位置を基準として光学ビーム８の光強度を検出できる。さらに、駆動量計測器１６をユニット２の内部に配置するようにしてよい。駆動量計測器１６を用いることで、測定面上の光学ビーム８のスポット位置やビーム径を計測することができる。また、各測定面上でのビーム径の計測結果から、Ｍ^２を求めることができる。ここで、ユニット２を並進駆動させる場合では、並進方向の計測器として例えば、リニアエンコーダを用いればよい。

以上より、本実施例のビーム計測装置１は、実施例１のビーム計測装置１の構成にさらに駆動量計測器１６を備えさせることにより、光学ビーム８の光学パラメータ計測に加え、ユニット２の相対的な位置変化を算出することができる。

〔その他の実施例〕
以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。

１ ビーム計測装置
２ ユニット
３ ユニット駆動部
４ 光検出器
５ 演算処理器
６ 測定面
７ 測定面
８ 光学ビーム

Claims (15)

1. 光学ビームのパラメータを計測するビーム計測装置において、
   光透過部材と、
   前記光透過部材を通過した前記光学ビームの光強度を検出する検出手段と、
   前記光強度の検出結果から前記光学ビームの前記パラメータを算出する算出手段と、を有し、
   前記光透過部材は、内部に形成された、光が透過する第１領域より透過率の低い第２領域、を備え、
   前記検出手段は、前記光学ビーム内を前記第２領域が通過したときの前記光学ビームの前記光強度を検出することを特徴とするビーム計測装置。
2. 前記第２領域は、前記光透過部材の表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のビーム計測装置。
3. 前記第２領域は、前記光透過部材の内部または表面のいずれかを含む異なる位置に複数形成されていることを特徴とする請求項２に記載のビーム計測装置。
4. 前記光透過部材の内部に形成された前記第２領域は、前記光透過部材の表面に形成された前記第２領域と位相がずれていることを特徴とする請求項２または３に記載のビーム計測装置。
5. 前記光透過部材の内部に形成された前記第２領域と、前記光透過部材の表面に形成された前記第２領域とが前記光学ビームを横切るように前記光透過部材を駆動させる駆動手段を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
6. 前記駆動手段によって駆動される前記光透過部材の駆動速度を計測する計測手段を有することを特徴とする請求項５に記載のビーム計測装置。
7. 前記計測手段は、所定の位置を基準として前記光透過部材の駆動量を計測することを特徴とする請求項６に記載のビーム計測装置。
8. 前記光透過部材の内部と表面にそれぞれ形成された前記第２領域は、前記光学ビームを互いに異なる２つ以上の方向から横断する形状または姿勢のいずれかで構成されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
9. 前記算出手段は、前記光学ビームが前記光透過部材を通過した際の計測値を補正し、前記補正した計測値に基づいて前記パラメータを算出することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
10. 少なくとも前記第２領域は、レーザ加工によって形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
11. 前記光透過部材の少なくとも一部にコーティングが施されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
12. 前記光透過部材の内部に形成された前記第２領域を有する面と、前記光透過部材の表面に形成された前記第２領域を有する面の少なくとも一方は、前記光学ビームの照射方向に対して垂直な平面であることを特徴とする請求項２〜１１のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
13. 前記光透過部材の内部に形成された前記第２領域を有する面と、前記光透過部材の表面に形成された前記第２領域を有する面は前記光透過部材の厚さ方向にずれていることを特徴とする請求項２〜１２のいずれか１項に記載のビーム計測装置。
14. 光学ビームのパラメータを計測するビーム計測装置に用いる光透過部材であって、
    前記光透過部材は内部に形成された、光が透過する第１領域より透過率の低い第２領域を備えることを特徴とする光透過部材。
15. 光学ビームのパラメータを計測する計測方法であって、
    前記光学ビームを通過させる光透過部材は内部に形成された、光が透過する第１領域より透過率の低い第２領域を備え、
    前記光透過部材を通過した前記光学ビームの光強度を検出する検出ステップと、
    前記光強度の検出結果から前記光学ビームの前記パラメータを算出する算出ステップと、を有し、
    前記検出ステップは、前記光学ビーム内を前記第２領域が通過したときの前記光学ビームの前記光強度を検出することを特徴とする計測方法。
    
    

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