JP2022149267A - レーザ走査装置及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い加工精度のレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ走査装置（４）は、レーザビームを第１方向に偏向可能なガルバノスキャナ（１３）と、ミラー（１３ａ）の倒れ方向の振動を検出可能な検出手段（１３ｄ）と、回転駆動するミラーを使用せずに第１方向と直交する第２方向にレーザビームを偏向可能な走査手段（１２）と、ガルバノスキャナ（１３）を制御する第１制御手段（１８ａ）と、走査手段（１２）を制御する第２制御手段（１７ｂ）と、を備えている。第２制御手段（１７ｂ）は、検出手段（１３ｄ）からの出力に基づいて、ミラー（１３ａ）の倒れ方向の振動に基づくレーザ照射位置の誤差を求め、当該求められた誤差を補償するように前記走査手段（１２）を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ走査装置及びレーザ加工装置に関する。

従来、レーザビームを用いてプリント基板等の対象物に対して穴明け加工を行うレーザ加工装置において、ガルバノスキャナと、音響光学偏光素子（以下、ＡＯＤともいう）と、を組み合わせて使用することが提案されている（特許文献１参照）。

上記特許文献１記載のレーザ加工装置では、加工用のレーザビームの光路系に、測定用のレーザビームの光路系を重畳して配置している。上記加工用のレーザビームの光路系には、加工用のレーザ源、ＡＯＤ、ガルバノスキャナが配置されている。また、測定用のレーザビームの光路系には、計測用レーザ源、２次元フォトセンサアレイ、計測用レーザ源から出射されたレーザビームをＡＯＤに入射させる第１のダイクロイックミラー、ＡＯＤから出射された計測用レーザ光を２次元フォトセンサアレイへと入射させる第２のダイクロイックミラーが配置されており、上記２次元フォトセンサアレイによりＡＯＤの偏向角を計測するように構成されている。

そして、加工機コントローラから加工指令を受けると、目標位置にレーザビームが照射されるようにガルバノスキャナを動作させ、ガルバノスキャナのミラーの回転角度に基づいて算出される目標位置までの距離がＡＯＤの偏向範囲に入ると、残りの移動量をＡＯＤによって位置決めするようになっている。

特開２００３－１３６２７０号公報

上記特許文献１記載のレーザ加工装置のように、ガルバノスキャナにＡＯＤを組み合わせてレーザビームの位置決めを行うと、ＡＯＤの応答速度は、ガルバノスキャナの応答速度よりも速いため、レーザビームの位置決め速度を向上させることができる。しかしながら、近年、プリント基板の加工等においては微細化が進んでおり、より高い加工精度が求められている。

そこで、本発明は、高い加工精度のレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ミラーと、前記ミラーを回転駆動させる駆動源と、を有し、レーザ源から出射されたレーザビームを第１方向に偏向可能なガルバノスキャナと、前記ミラーの倒れ方向の振動を検出可能な検出手段と、回転駆動するミラーを使用せずに前記第１方向と直交する第２方向にレーザビームを偏向可能な走査手段と、前記ガルバノスキャナを制御する第１制御手段と、前記走査手段を制御する第２制御手段と、を備え、前記第２制御手段は、前記検出手段からの出力に基づいて、前記ミラーの倒れ方向の振動に基づくレーザ照射位置の誤差を求め、当該求められた誤差を補償するように前記走査手段を制御する、ことを特徴とするレーザ走査装置である。

本発明によると、高い加工精度のレーザ加工装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略図。 ＡＯＤによる高速高精度位置決めの原理を説明する概念図。 ミラーの倒れ振動を説明するための模式図。 ロータリーエンコーダの並進変位からミラーの倒れ変位を算出するモデルを表す図。 レーザ加工装置の動作を示すタイムチャート。 他のミラーの倒れ振動の検出方法を説明するための模式図。 他のミラーの倒れ振動の検出方法を説明するための模式図。

以下、本発明の実施の形態に係るレーザ走査装置及びレーザ加工装置について、図面に基づいて説明をする。なお、以下の説明において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とは、加工対象を平面視で視た際の状態を基準とする。

＜レーザ加工装置の概略構成＞
図１に示すように、本実施の形態に係るレーザ加工装置１は、レーザ源２と、レーザ源２から出射されたレーザビームを走査するレーザ走査装置４と、を備えている。また、レーザ走査装置４は、レーザ源２から出射されたレーザビームの位置決めを行う走査部３、走査部３によって位置決めされたレーザビームを目標位置へ集光させるＦθレンズ５、制御部６等を備えている。上記レーザ源２は、例えば、炭酸ガス（ＣＯ_２）レーザ発振器などによって構成されており、後述するショット制御部７からショット信号が入力されることによって、レーザパルスを出射するようになっている。

走査部３は、レーザビームの光路上において、レーザ源２の下流側に配置されており、２つの走査部９，１０を備えている。第１走査部９は、第２走査部１０の上流側に設けられており、第２走査部１０に比して、レーザビームの走査範囲（位置決め範囲）が狭い一方で、位置決め速度については第２走査部１０よりも速い走査部となっている。

より具体的には、上記第１走査部９は、Ｘ軸方向の位置決めを行う第１音響光学素子（以下、第１ＡＯＤという）１１と、Ｙ軸方向の位置決めを行う第２音響光学素子（以下、第２ＡＯＤという）１２と、を備えて構成されている。第２走査部１０は、Ｘ軸方向の位置決めを行う第１ガルバノスキャナ１３と、Ｙ軸方向の位置決めを行う第２ガルバノスキャナ１５と、を備えて構成されている。

上記ガルバノスキャナ１３，１５は、それぞれミラー（以下、スキャナミラー、ガルバノミラーとも言う）１３ａ，１５ａの回転角度を軸回転用モータ１３ｂ，１５ｂによって調整可能に構成されており、Ｘ軸方向の位置決めを行う第１ガルバノスキャナ１３のミラー１３ａの回転軸１３ｃと、Ｙ軸方向の位置決めを行う第２ガルバノスキャナ１５のミラー１５ａの回転軸１５ｃとが直交するように配置されている。なお、各ガルバノスキャナ１３，１５には、ミラー１３ａ，１５ａの回転角度を検出する検出手段として、ロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄが設けられている。

また、ＡＯＤ１１，１２は、それぞれ、レーザビームに対して透明で屈折率の大きな結晶と、結晶の一端に接着され超音波を発生させるトランスデューサと、トランスデューサを駆動する高周波信号源と、を備えている。トランスデューサを動作させない場合、ＡＯＤ１１，１２に入射したレーザビームは、０次回折光としてＡＯＤ１１，１２を透過する。トランスデューサにより、結晶に対して超音波を伝搬させると、超音波の波長に対応して結晶の屈折率が変化し、屈折率の空間的な変化が位相型の回折格子として作用する。この結果、ＡＯＤ１１，１２に入射したレーザビームは回折され、光路が偏向した１次回折光としてＡＯＤ１１，１２から出射する。

本実施の形態において、上述したガルバノスキャナ１３，１５の応答帯域（応答速度）が、約１０［ｋＨｚ］であるのに対し、ＡＯＤ１１，１２は、１００［ｋＨｚ］以上の応答帯域（応答速度）を有している。このため、ＡＯＤ１１，１２は、ガルバノスキャナ１３，１５に対して、位置決め可能な範囲は小さいが、１０倍以上の速さで位置決めすることができる。

レーザ加工装置１の制御部６は、レーザビームの走査位置を指令する位置決め制御装置１６と、第１走査部９（第１ＡＯＤ１１及び第２ＡＯＤ１２）を制御するＡＯＤ制御装置１７と、第２走査部１０を制御するガルバノ制御装置１８と、を備えて構成されている。また、ガルバノ制御装置１８は、第１及び第２ガルバノスキャナ１３，１５のそれぞれに対応したフィードバック（ＦＢ）演算部１９ａ，１９ｂと、ガルバノ駆動アンプ２０ａ，２０ｂと、を備えている。ＡＯＤ制御装置１７は、第１及び第２ＡＯＤ１１，１２にそれぞれ対応した、ＡＯＤ制御部２１ａ，２１ｂと、ドライバ２２ａ，２２ｂと、詳しくは後述するミラー倒れ振動補正演算部２３ａ，２３ｂと、を備えている。なお、位置決め制御装置１６には、レーザ源２を制御する上述のショット制御部７が設けられている。

このため、レーザ加工装置１は、例えばプリント基板等のワークＷの所定位置に対してレーザビームを照射して穴明け加工を行う場合、位置決め制御装置１６によって第１及び第２ガルバノスキャナ１３，１５に対する指令値（ＣＨ１指令値、ＣＨ２指令値）がフィードバック演算部１９ａ，１９ｂへと出力される。フィードバック演算部１９ａ，１９ｂには、それぞれ第１及び第２ガルバノスキャナ１３，１５のロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄからミラー１３ａ，１５ａの回転角度に対応した検出信号（ＣＨ１エンコーダ角度信号、ＣＨ２エンコーダ角度信号）が入力されており、フィードバック演算部１９ａ，１９ｂによって、位置決め制御装置１６からの指令値（ＣＨ１指令値、ＣＨ２指令値）とロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄの検出値との偏差が演算される。そして、この偏差が０となるように、フィードバック演算部１９ａ，１９ｂによって、第１及び第２ガルバノスキャナ１３，１５がそれぞれ、フィードバック制御される。なお、上記位置決め制御装置１６．第１フィードバック演算部１９ａ，第１ガルバノ駆動アンプ２０ａは、第１ガルバノスキャナ１３を制御する第１ガルバノ制御部（第２制御手段）１８ａを構成している。また、上記位置決め制御装置１６．第２フィードバック演算部１９ｂ，第２ガルバノ駆動アンプ２０ｂは、第２ガルバノスキャナ１５を制御する第２ガルバノ制御部（第４制御手段）１８ｂを構成している。

上述した位置決め制御装置１６からの指令値（ＣＨ１指令値、ＣＨ２指令値）とロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄの検出値との偏差（ＣＨ１偏差、ＣＨ２偏差）は、ＡＯＤ制御部２１ａ，２１ｂでも演算される。そして、第１ＡＯＤ１１及び第２ＡＯＤ１２は、上記偏差（ＣＨ１偏差、ＣＨ２偏差）に基づく目標位置に対するレーザビームの照射位置のずれ（誤差）を補償するように制御されると共に、ＡＯＤ制御部２１ａ，２１ｂは、ショット制御部７に対してレーザビームの出射を許可するショットＯＫ信号を出力する。

上記ショットＯＫ信号を受信すると、ショット制御部７はレーザ源２に対してショット信号を出力する。レーザ源２はショット信号を受信するとレーザビームを出射する。レーザ源２から出射されたレーザビームは、不図示のコリメータやアパチャーなどで構成される光学処理部によってビームの外形が整形された後、第１走査部９へと入射する。第１走査部９に入射したレーザビームは、第１ＡＯＤ１１によってＸ軸方向に、第２ＡＯＤ１２によってＹ軸方向に偏向され、第２走査部１０に入射する。

第２走査部１０に入射したレーザビームは、第１ガルバノスキャナ１３によってＸ軸方向に、第２ガルバノスキャナ１５によってＹ軸方向に偏向され、Ｆθレンズ５に入射する。そして、ワークＷ上の所定位置にて集光され、ワークＷに穴明け加工が行われる。なお、上述した位置決め制御装置１６、ＦＢ演算部１９ａ，１９ｂ、ＡＭＰ２０ａ・２０ｂ、ＡＯＤ制御部２１ａ，２１ｂ、ドライバ２２ａ，２２ｂ、ミラー倒れ振動補正演算部２３ａ，２３ｂ、ショット制御部７は、それぞれ、レーザ加工装置１の制御プログラムの一つの機能（処理）として実現されても、独立した回路として実現されても良い。このため、制御部６は、上記制御プログラムが格納された少なくとも１つの記憶部と、当該制御プログラムを実行する少なくとも１つのＣＰＵを備えている。

＜ＡＯＤによる位置決め動作＞
ついで、上述した第１ＡＯＤ１１及び第２ＡＯＤ１２による位置決め動作の原理について、図２に基づいて説明をする。図２は、それぞれ、ガルバノスキャナ単体にてレーザビームを位置決めした場合のガルバノスキャナ整定波形、ＡＯＤの動作波形、ガルバノスキャナ整定波形とＡＯＤの動作波形との合成波形を示している。ガルバノスキャナ整定波形に示すように、ガルバノスキャナ単体にてレーザビームを位置決めする場合、レーザビームの照射位置は目標位置に向かって移動し、目標位置に到達したところで、許容範囲内の残留振動を伴って整定する。この残留振動は制御系の調整により抑制することは可能であるが、レーザビームの位置決め速度とトレードオフの関係にあり、完全にゼロにすることは難しい。

これに対してガルバノスキャナにＡＯＤを組み合わせた場合、ガルバノスキャナ整定波形がＡＯＤの可動範囲内（例えば、本実施の形態では、プラス・マイナス５０［μｍ］）に入ったところで、応答速度の速いＡＯＤがガルバノスキャナ整定波形を打ち消すように動作することができる（ＡＯＤの動作波形参照）。このため、ガルバノスキャナ整定波形がＡＯＤの可動範囲内に入ったところで、レーザビームの照射位置は目標位置Ｘに位置決めされる。そして、その後の残留振動もリアルタイムで検出し、その分を更新してＡＯＤの位置決めを繰返すことによって、上記残留振動についてもキャンセルすることができる（ガルバノスキャナ整定波形とＡＯＤの動作波形との合成波形参照）。

上記ガルバノスキャナ整定波形（ガルバノスキャナによって位置決めされたレーザビームの照射位置）と目標位置との間の差分（偏差）は、上述した位置決め制御装置１６からの指令値（ＣＨ１指令値、ＣＨ２指令値）とロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄの検出値から求められる。このため、本実施の形態のように、上記偏差を打ち消すように（補償するように）にＡＯＤを動作させると、レーザビームの照射位置を上記目標位置Ｘへ到達させるための時間が速くなる。加えて、目標位置Ｘへ到達した後の残留振動の影響も排除することができる。従って、ガルバノスキャナ単体でレーザビームを位置決めする場合に比べて、より速く、かつ、正確にレーザビームを位置決めすることができる。

＜ミラー倒れ振動の補正＞
ついで、ミラー倒れ振動について説明をする。図３に示すように、ガルバノスキャナで位置決めするとき、ミラー及び回転軸を含む回転体の機械的なアンバランス、トルクのアンバランスなどにより、ミラーの回転軸をたわませる力が短時間に作用し、振動が発生することがある（以下、この振動をミラー倒れ振動という）。このミラー倒れ振動が起きると、本来の位置決め方向と直交する方向への位置決め誤差が現れる。

このミラー倒れ振動は、上述した残留振動のようにガルバノスキャナのミラーの回転角度に関する指令値と、ガルバノスキャナのミラーの回転角度を検出するロータリーエンコーダの検出値との偏差としては現れないため、実機で発生すると発見が困難な現象である。本実施の形態では、従来、ガルバノスキャナのミラーの回転角度を検出するためだけに使用されていたロータリーエンコーダの２つのセンサの出力から、加算平均することにより並進成分を抽出する。そして、このロータリーエンコーダの並進成分を用いてミラー倒れ振動によるレーザ照射位置の誤差を定量的に把握する。

具体的には、図３に示すように、本実施の形態に係るロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄは、それぞれ、ミラー１３ａ，１５ａの回転軸１３ｃ，１５ｃを回転中心とした円板に複数のスリット２５ａが所定のピッチで設けられたスケール２５を備えている。また、上記ロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄは、それぞれ、回転軸１３ｃ（１５ｃ）を中心として点対称、すなわち１８０度ずらして配置された２つのヘッド（検出部）２６，２７を備えている。これら第１及び第２のヘッド２６，２７は、それぞれ、光源（不図示）と、光電変換素子を有するセンサ（検出器）２９，３０と、を備えており、これらセンサ２９，３０からの出力により、円板の絶対回転角度を算出するアブソリュートロータリーエンコーダを構成している。

上記第１及び第２センサ２９，３０は、点対称となるように１８０度ずらして配置されているため、その出力値は、以下の式（１）及び式（２）のように表すことができる。

また、上記式（１）及び式（２）から、ロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄの回転成分（回転変位）及び並進成分（並進変位）は、以下の式（３）及び式（４）のように表すことができる。

ついで、上記式（３）からロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄの並進変位からミラー倒れ振動を求める方法について説明をする。図４は、ロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄの並進変位ｕ_１（ｔ），ｕ_２（ｔ）とミラー１３ａ，１５ａの倒れ変位（倒れ振動）に基づくレーザ照射位置の誤差との関係を示すモデル（以下、ミラー倒れ振動モデルという）を示す図である。ガルバノスキャナ１３，１５のミラー１３ａ，１５ａを含めた回転体（ロータ部）は、ミラー倒れ振動に関連する軸の曲げ変形モードの重ね合わせでモデル化することができる。各モードは、２次遅れ要素でよく近似できるので、低次のモードから順番に影響係数Ｋｔとして加算し、入力をロータリーエンコーダの並進変位ｕ（ｔ）とすればミラー１３ａ，１５ａの変位に基づくレーザ照射位置の誤差を逐次計算することができる。なお、２次遅れ要素は、以下の式（５）によって表すことができる。また、式（５）において、Ｋはゲイン定数、ζは減衰係数、ω_ｎは固有振動数である。

影響係数Ｋｔの同定には、ＦＥＭ解析や実験モード解析を用いることができる。また、何次までモードが必要かは実験によって決める。このようにして求めたパラメータによりミラー倒れ振動のモデルを決定する。第１及び第２ミラー倒れ振動補正演算部２３ａ，２３ｂは、それぞれ、上述した第１及び第２ガルバノスキャナ１３，１５のミラー倒れ振動モデルに第１及び第２ロータリーエンコーダ１３ｄ，１５ｄの並進変位ｕ_１（ｔ），ｕ_２（ｔ）を入力し、ミラーの倒れ変位（ミラーの倒れ振動）に基づくレーザ照射位置の誤差を求め、それを反転させることでミラー倒れ振動による位置誤差の補正量（調整係数）ｋ_ｂ１，ｋ_ｂ２を求める。本実施の形態では、第１及び第２ＡＯＤ制御部２１ａ，２１ｂは、上述したガルバノスキャナによって移動されたレーザビームの照射位置と目標位置との差分の補正量（調整係数Ｋ_ｒ１，Ｋ_ｒ２）に、上記補正量（調整係数）ｋ_ｂ１，ｋ_ｂ２を加味して、第１及び第２ＡＯＤ制御部２１ａ，２１ｂを制御している。

ついで、上記調整係数Ｋ_ｒ１，Ｋ_ｒ２に、調整係数ｋ_ｂ１，ｋ_ｂ２を加味して第１及び第２ＡＯＤ制御部２１ａ，２１ｂを制御した場合のレーザ加工装置１の各部の動作について図５に基づいて説明をする。図５のＣＨ１位置決め整定波形は、加工時に第１フィードバック演算部１９ａが第１ロータリーエンコーダ１３ｄの検出値とＣＨ１指令値との偏差が０となるように第１ガルバノスキャナ１３のミラー１３ａの回転角度をフィードバック制御した際のレーザビームの照射位置のＸ軸方向の整定波形である。また、ＣＨ２位置決め整定波形は、加工時に第２フィードバック演算部１９ｂが第２ロータリーエンコーダ１５ｄの検出値とＣＨ２指令値との偏差が０となるように第２ガルバノスキャナ１５のミラー１５ａの回転角度をフィードバック制御した際のレーザビームの照射位置のＹ軸方向の整定波形である。

更に、ＣＨ１ミラー倒れ振動は、第１ガルバノスキャナ１３の倒れ振動によるレーザ照射位置の変化を、ＣＨ２ミラー倒れ振動は、第２ガルバノスキャナ１５の倒れ振動によるレーザ照射位置の変化を示している。第１及び第２ガルバノスキャナ１３，１５が目標位置に向かって整定していく過程で、上記ミラー倒れ振動は発生する。また、ミラー倒れ振動は、ミラーの回転方向と直交する方向にレーザビームの照射位置を変位させる。このため、レーザビームの照射位置のＸ軸方向の位置決め偏差（目標位置に到達するまでの差分）及び誤差は、ＣＨ１位置決め整定波形にＣＨ２ミラー倒れ振動を重畳させたものとなる。また、レーザビーム照射位置のＹ軸方向の位置決め偏差及び誤差は、ＣＨ２位置決め整定波形にＣＨ１ミラー倒れ振動を重畳させたものとなる。

第１ＡＯＤ制御部２１ａ、第２ミラー倒れ振動補正演算部２３ｂ、第１ドライバ２２ａは、本実施の形態において、第１ＡＯＤ１３を制御する第１ＡＯＤ制御手段（第１制御手段）１７ａとして機能しており、この第１ＡＯＤ制御手段１７ａは、加工コマンドを受けると、位置決め偏差、残留振動、ミラー倒れ振動の計算を行い、分担する移動量の計算を繰り返す。そして、補正量が可動範囲内に入ると、これら位置決め偏差、残留振動、ミラー倒れ振動をキャンセルするように逆位相で位置決め動作を行う（ＡＯＤ１動作波形参照）。

また、第２ＡＯＤ制御部２１ｂ、第１ミラー倒れ振動補正演算部２３ａ、第２ドライバ２２ｂは、本実施の形態において、第２ＡＯＤ１５を制御する第２ＡＯＤ制御手段（第３制御手段）１７ｂとして機能しており、この第２ＡＯＤ制御手段１７ｂは、加工コマンドを受けると、位置決め偏差、残留振動、ミラー倒れ振動の計算を行い、分担する移動量の計算を繰り返す。そして、補正量が可動範囲内に入ると、これら位置決め偏差、残留振動、ミラー倒れ振動をキャンセルするように逆位相で位置決め動作を行う（ＡＯＤ２動作波形参照）。

このため、ガルバノスキャナの位置決め整定波形とＡＯＤ動作波形とを重畳したＡＯＤ１補正後波形及びＡＯＤ１補正後波形では、ガルバノスキャナの位置決め整定波形単体（ガルバノスキャナ単体で位置決めした場合）と比較して、目標位置への到達時間を速くすることができると共に位置決め精度も向上させることができる。

また、上記第１及び第２ＡＯＤ制御手段１７ａ，１７ｂは、それぞれ、第１及び第２ＡＯＤ１１，１２の動作が開始したタイミングでショットＯＫ信号を出力し、これら第１及び第２ＡＯＤ制御手段１７ａ，１７ｂの両方からショットＯＫ信号が出力されたことを条件にショットＯＫ信号をショット制御部７に入力させる。

ショット制御部７は、上記ショットＯＫ信号を受けてレーザショットを開始するが、ＡＯＤの特性上、ＡＯＤ内の結晶中の弾性波が安定するのを待ってショット信号をレーザ源２に出力する。具体的には、図５の例では、ＣＨ１ショットＯＫ信号とＣＨ２ショットＯＫ信号のうちの遅い方であるＣＨ２ショットＯＫ信号が出力されたタイミング（ＣＨ１ショットＯＫ信号、ＣＨ２ショットＯＫ信号の両方が出力されたタイミング）よりも、ショット信号の出力が遅くなるようになっている。

より詳しくは、ショット制御部７からは、第１ＡＯＤ制御手段１７ａの第１ドライバ２２ａ及び第２ＡＯＤ制御手段１７ｂの第１ドライバ２２に対して同期信号が出力されており、第１ドライバ２２ａ及び第１ドライバ２２は、この同期信号の立ち上がりに合わせて第１及び第２ＡＯＤ１１，１２に対して移動量（指令値）を出力してレーザビームの目標追従を始める。ショット制御部７は、上記同期信号の立ち下がりに合わせてレーザ源２に対してショット信号を出力するようにしているため、ＡＯＤ１１，１２による位置決めが完了した状態でレーザビームを出力でき、レーザビームの位置決め精度を向上させることができるようになっている。

なお、上述した実施の形態では、回転駆動するミラーを使用せずにレーザビームを偏向可能な走査手段の例として第１及び第２第ＡＯＤ１１，１２を挙げたが、走査手段はＡＯＤに限らず、回転駆動するミラーを使用せず、ガルバノスキャナよりも応答速度の速い走査手段であればどのようなものでも良い。例えば、電気光学偏向器（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＥＯＤ）や、ピエゾアクチュエータによって駆動される直動型のミラー（例えば曲面ミラー）などでも良い。

また、上述した実施の形態では、ロータリーエンコーダ１３ｄを用いてミラーの倒れ振動を検出したが、このミラーの倒れ振動を検出する検出手段としては、他にも、レーザ位置検出素子（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳＤ）５０を用いても良い。例えば、図６（ａ）に示すように、ミラー１３ａの裏面に設けられた微小な反射鏡５１に対して検出用レーザ源５２からレーザビームを照射し、この反射鏡５１によって反射された反射光の変位をＰＳＤ５０によって検出するようにしても良い。そして、当該レーザスポットの変位からミラーの倒れ振動を求めるようにしても良い。なお、レーザスポットは、上記反射鏡５１の代わりに、ミラー１３ａの裏面の一部を鏡面研磨して形成しても良い。

更に、ミラーの倒れ振動は、図６（ｂ）に示すように、ミラー１３ａの裏面に加速度ピックアップ（加速度センサ）６０を設け、この加速度ピックアップの出力からミラ－の倒れ振動を検出するようにしても良い。

また、図７（ａ）に示すように、静電容量型非接触変位計や、レーザドップラー変位計などの非接触変位計７０によって、ミラーの変位を計測し、ミラ－の倒れ振動を検出するようにしても良い。更に、図７（ｂ）に示すように、ミラー１３ａの裏面に歪みゲージ８０を設け、この歪みゲージ８０が検出したミラーの歪みから倒れ振動成分を検出するようにしても良い。

＜まとめ＞
レーザ走査装置（４）は、ミラー（１３ａ）と、前記ミラー（１３ａ）を回転駆動させる駆動源（１３ｂ）と、と、を有し、レーザ源（２）から出射されたレーザビームを第１方向に偏向可能なガルバノスキャナ（１３）と、
前記ミラー（１３ａ）の倒れ方向の振動を検出可能な検出手段（１３ｄ，５０，６０，７０，８０）と、
回転駆動するミラーを使用せずに前記第１方向と直交する第２方向にレーザビームを偏向可能な走査手段（１２）と、
前記ガルバノスキャナ（１３）を制御する第１制御手段（１８ａ）と、
前記走査手段（１２）を制御する第２制御手段（１７ｂ）と、を備え、
前記第２制御手段（１７ｂ）は、前記検出手段（１３ｄ）からの出力に基づいて、前記ミラー（１３ａ）の倒れ方向の振動に基づくレーザ照射位置の誤差を求め、当該求められた誤差を補償するように前記走査手段（１２）を制御する。

より具体的には、前記検出手段（１３ｄ）は、前記ミラー（１３ａ）の回転軸（１３ｃ）に取り付けられたスケール（２５）と、前記回転軸（１３ｃ）を中心に点対称に設けられた第１及び第２ヘッド（２６，２７）と、を備えたロータリーエンコーダであり、
前記第２制御手段（１７ｂ）は、前記第１ヘッド（２６）からの出力と、前記第２ヘッド（２７）からの出力とに基づいて、前記ミラーの倒れ方向の振動を求めている。

更に具体的には、前記第２制御手段（１７ｂ）は、
前記第１ヘッド（２６）からの出力と、前記第２ヘッド（２７）からの出力と、を加算平均して前記ロータリーエンコーダ（１３ｄ）の並進方向の変位を求め、
求められた前記ロータリーエンコーダ（１３ｄ）の並進方向の変位と、予め記憶している前記ロータリーエンコーダ（１３ｄ）の並進方向の変位と前記ミラー（１３ａ）の倒れ方向の変位に基づくレーザ照射位置の誤差との関係を示すモデルと、に基づいて、前記ミラー（１３ａ）の倒れ方向の振動に基づくレーザ照射位置の誤差を求めている。

このように、本実施の形態では、ガルバノスキャナ１３のロータリーエンコーダ１３ｄをミラー１３ａの回転角度の検出のみならず、ミラー１３ａの倒れ振動を検出にも利用している。そして、この倒れ振動に起因するレーザビームの照射位置の誤差を、ミラーを使用しない走査手段１２によって補償することによって、レーザビームの照射位置の精度を向上させることができる。

また、前記ガルバノスキャナ（１３）と協働して前記レーザビームの照射位置を前記第１方向に位置決めする第２走査手段（１１）と、
前記第２走査手段を制御する第３制御部（１７ａ）と、を備え、
前記第１及び第２走査手段（１２，１１）の応答速度は、前記ガルバノスキャナ（１３）の応答速度よりも速く、
前記第１制御手段（１８ａ）は、前記ガルバノスキャナ（１３）のミラー（１３ａ）の回転角度の指令値と前記検出手段（１３ｄ）の検出値との偏差に基づいて、前記ミラー（１３ａ）の回転角度をフィードバック制御し、
前記第３制御手段（１７ａ）は、前記偏差に基づく目標位置からの前記レーザビームの照射位置のずれを補償するように前記第２走査手段（１１）を制御する。

更に、第２ミラー（１５ａ）と、前記第２ミラー（１５ａ）を回転させる第２駆動源（１５ｂ）と、前記第２ミラー（１５ａ）の回転角度を検出する第２検出手段（１５ｄ）と、を有し、前記レーザ源（２）から出射されたレーザビームを前記第２方向に偏向可能な第２ガルバノスキャナ（１５）と、
前記第２ガルバノスキャナ（１５）を制御する第４制御部（１８ｂ）と、を備え、
前記第１及び第２走査手段（１１，１２）の応答速度は、前記第２ガルバノスキャナ（１５）の応答速度よりも速く、
前記第４制御手段（１８ｂ）は、前記第２ガルバノスキャナ（１５）のミラー（１５ａ）の回転角度の指令値と前記第２検出手段（１５ｄ）の検出値との偏差に基づいて、前記第２ガルバノスキャナ（１５）のミラー（１５）の回転角度をフィードバック制御し、
前記第２制御手段（１７ｂ）は、前記偏差に基づく目標位置からのレーザビームの照射位置のずれを補償するように前記走査手段（１１）を制御する。

このため、ガルバノスキャナ１３，１５に比較して応答速度の速い走査手段１１，１２と協働してレーザビームの照射位置の位置決めを行うことができ、レーザ照射位置が目標位置に到達するまでの時間を短くすることができると共に、残留振動を走査手段１１，１２によって補償することができるため、レーザビームの位置決め精度を向上させることができる。

前記第２制御手段（１７ｂ）は、前記第２検出手段（１５ｄ）からの出力に基づいて、前記第２ミラー（１５ａ）の倒れ方向の振動に基づくレーザ照射位置の誤差を求め、当該求められた誤差を補償するように前記第２走査手段（１２）を制御する。

このように、倒れ振動に起因するレーザビームの照射位置の誤差を、ミラーを使用しない走査手段１１によって補償することによって、レーザビームの照射位置の精度を向上させることができる。

また、前記第１及び第２走査手段（１１，１２）は、それぞれ音響光学素子を含み、
前記第２及び第３制御手段（１７ｂ，１７ａ）は、それぞれ、前記音響光学素子（１１，１２）の駆動を開始する際に前記ショット制御部（７）にレーザビームの出射を許可する許可信号を出力し、
前記ショット制御部（７）は、前記第２及び第３制御手段（１７ｂ，１７ａ）の両方から前記許可信号を出力されることによって、前記レーザ源（２）にレーザビームを出射させるショット信号を出力可能となり、
前記ショット信号の出力タイミングは、前記第２及び第３制御手段（１７ｂ，１７ａ）の両方から許可信号が前記ショット制御部に出力されたタイミングよりも、遅くなるように構成されている。

このため、第１及び第２ＡＯＤ１１，１２内の結晶が安定した後、レーザパルスをショットすることができ、高精度にレーザビームを位置決めすることができる。

２：レーザ源
４：レーザ走査装置
７：ショット制御部
１１：第２走査手段（第１ＡＯＤ）
１２：走査手段（第２ＡＯＤ）
１３／１５：ガルバノスキャナ
１３ａ／１５ａ：ミラー
１３ｂ／１５ｂ：駆動源（モータ）
１３ｄ／１５ｄ：検出手段（ロータリーエンコーダ）
１７ａ：第３制御手段（第１ＡＯＤ制御手段）
１７ｂ：第２制御手段（第２ＡＯＤ制御手段）
１８ａ：第１制御手段（第１ガルバノ制御手段）
１８ｂ；第４制御手段（第２ガルバノ制御手段）
２５：スケール
２６：第１ヘッド
２７：第２ヘッド

Claims (8)

1. ミラーと、前記ミラーを回転駆動させる駆動源と、を有し、レーザ源から出射されたレーザビームを第１方向に偏向可能なガルバノスキャナと、
   前記ミラーの倒れ方向の振動を検出可能な検出手段と、
   回転駆動するミラーを使用せずに前記第１方向と直交する第２方向にレーザビームを偏向可能な走査手段と、
   前記ガルバノスキャナを制御する第１制御手段と、
   前記走査手段を制御する第２制御手段と、を備え、
   前記第２制御手段は、前記検出手段からの出力に基づいて、前記ミラーの倒れ方向の振動に基づくレーザ照射位置の誤差を求め、当該求められた誤差を補償するように前記走査手段を制御する、
   ことを特徴とするレーザ走査装置。
2. 前記検出手段は、前記ミラーの回転軸に取り付けられたスケールと、前記回転軸を中心に点対称に設けられた第１及び第２ヘッドと、を備えたロータリーエンコーダであり、
   前記第２制御手段は、前記第１ヘッドからの出力と、前記第２ヘッドからの出力とに基づいて、前記ミラーの倒れ方向の振動を求める、
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ走査装置。
3. 前記第２制御手段は、
   前記第１ヘッドからの出力と、前記第２ヘッドからの出力と、を加算平均して前記ロータリーエンコーダの並進方向の変位を求め、
   求められた前記ロータリーエンコーダの並進方向の変位と、予め記憶している前記ロータリーエンコーダの並進方向の変位と前記ミラーの倒れ方向の振動に基づくレーザ照射位置の誤差との関係を示すモデルと、に基づいて、前記ミラーの倒れ方向の振動に基づくレーザ照射位置の誤差を求める、
   ことを特徴とする請求項２記載のレーザ走査装置。
4. 前記ガルバノスキャナと協働して前記レーザビームの照射位置を前記第１方向に位置決めする第２走査手段と、
   前記第２走査手段を制御する第３制御手段と、を備え、
   前記第１及び第２走査手段の応答速度は、前記ガルバノスキャナの応答速度よりも速く、
   前記第１制御手段は、前記ガルバノスキャナのミラーの回転角度の指令値と前記検出手段の検出値との偏差に基づいて、前記ミラーの回転角度をフィードバック制御し、
   前記第３制御手段は、前記偏差に基づく目標位置からのレーザビームの照射位置のずれを補償するように前記第２走査手段を制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のレーザ走査装置。
5. 第２ミラーと、前記第２ミラーを回転させる第２駆動源と、前記第２ミラーの回転角度を検出する第２検出手段と、を有し、前記レーザ源から出射されたレーザビームを前記第２方向に偏向可能な第２ガルバノスキャナと、
   前記第２ガルバノスキャナを制御する第４制御手段と、を備え、
   前記第１及び第２走査手段の応答速度は、前記第２ガルバノスキャナの応答速度よりも速く、
   前記第４制御手段は、前記第２ガルバノスキャナのミラーの回転角度の指令値と前記第２検出手段の検出値との偏差に基づいて、前記第２ガルバノスキャナのミラーの回転角度をフィードバック制御し、
   前記第２制御手段は、前記第２ガルバノスキャナのミラーの回転角度の指令値と前記第２検出手段の検出値との偏差を補償するように前記走査手段を制御する、
   ことを特徴とする請求項４記載のレーザ走査装置。
6. 前記第２制御手段は、前記第２検出手段からの出力に基づいて、前記第２ミラーの倒れ方向の振動に基づくレーザ照射位置の誤差を求め、当該求められた誤差を補償するように前記第２走査手段を制御する、
   ことを特徴とする請求項５記載のレーザ走査装置。
7. レーザ源と、
   前記レーザ源を制御するショット制御部と、
   請求項１乃至６のいずれか１項記載のレーザ走査装置と、を備えた、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
8. 前記レーザ走査装置は、請求項４乃至６のいずれか１項記載のレーザ走査装置であり、
   前記第１及び第２走査手段は、それぞれ音響光学素子を含み、
   前記第１及び第２制御手段は、それぞれ、前記音響光学素子の駆動を開始する際に前記ショット制御部にレーザビームの出射を許可する許可信号を出力し、
   前記ショット制御部は、前記第１及び第２制御手段の両方から前記許可信号を出力されることによって、前記レーザ源にレーザビームを出射させるショット信号を出力可能となり、
   前記ショット信号の出力タイミングは、前記第１及び第２制御手段の両方から許可信号が前記ショット制御部に出力されたタイミングよりも、遅くなるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項７記載のレーザ加工装置。

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