JP2023067484A - 光軸検出装置、光軸補正装置、加工装置、および、物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光の光軸の位置情報が正しく検知でき、計測誤差を低減する光軸検出装置、及び光軸補正装置を提供する。【解決手段】光源から出力されたレーザ光の少なくとも一部を複数の光に分割する第１分割部と、複数の光のそれぞれの光軸位置を検出する検出部と、分割された複数の光をそれぞれ異なる光路長で検出部へ導く導光部と、検出部により検出された光軸位置に基づいて、基準とするレーザ光が入射する基準入射位置からの複数の光のそれぞれの光軸位置のずれ量とずれ方向を算出する制御部と、を備え、検出部は、導光部により導かれた複数の光のそれぞれの光軸位置を検出する一つのセンサである。【選択図】図１

Description

本発明は、光軸検出装置、光軸補正装置、加工装置、および、物品の製造方法に関する。

レーザ光源から発せられたレーザ光の光軸を補正する技術がある。このようなレーザ光軸の調整方法として、特許文献１では、光軸上に２枚の可動ミラーと２個のセンサを設け、検出されたレーザ光の位置ずれ情報から２枚の可動ミラーの駆動量を計算し、所定量を動かすことでレーザ光の光軸ずれの補正を実現している。特許文献１では、レーザ発振器より出射したレーザ光は、光軸上に配置された２枚のミラーで反射される。このミラーには、それぞれ２対の回転機構と２組のアクチュエータが設けられており、２軸の自由度で所望の角度調整が可能である。ミラーを透過したレーザ光の一部は、２個のセンサにより各々受光され、レーザ光の２次元的な位置が検出される。この検出値はアクチュエータに接続された演算制御装置に入力され、アクチュエータの作動を制御して２枚のミラーの角度を調整することで、レーザ光の光軸位置と角度を補正する。

特開平４－３５１２８２号公報

しかし、特許文献１では、２個のセンサの感度ばらつきにより位置情報が正しく検知できない。また、熱影響等で２個のセンサ間の位置関係（距離）が変化した場合、計測誤差が発生する。

そこで、本発明は、レーザ光の光軸の位置情報が正しく検知でき、計測誤差を低減する光軸検出装置、及び光軸補正装置を提供することを例示的目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、光源から出力されたレーザ光の少なくとも一部を複数の光に分割する第１分割部と、前記複数の光のそれぞれの光軸位置を検出する検出部と、分割された前記複数の光をそれぞれ異なる光路長で前記検出部へ導く導光部と、前記検出部により検出された前記光軸位置に基づいて、基準とする前記レーザ光が入射する基準入射位置からの前記複数の光のそれぞれの前記光軸位置のずれ量とずれ方向を算出する制御部と、を備え、前記検出部は、前記導光部により導かれた前記複数の光のそれぞれの光軸位置を検出する一つのセンサであることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光の光軸の位置情報が正しく検知でき、計測誤差を低減する光軸検出装置、及び光軸補正装置を提供することができる。

第１実施形態に係る光軸補正ユニットの構成例を示す図である。 第１実施形態に係る光軸変動の補正処理のフロー図である。 第１実施形態に係る光軸変動の補正処理を説明する図である。 光軸変動の計算処理のフロー図である。 実施例１に係る光軸補正ユニットの構成例を示す図である。 アクチュエータミラー部を構成する４対のガルバノスキャナの配置を説明する図である。 実施例１に係る光軸補正処理のフロー図である。 実施例２に係る光軸補正処理のフロー図である。 第２実施形態に係るレーザ加工装置の構成例を示す図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る光軸補正ユニット１００の構成例を示す図である。光軸補正ユニット１００は、レーザ発振器等のレーザ光源から出力されたレーザ光線１０１の光軸位置または加工対象物への入射角度を補正する光軸補正装置である。光軸補正ユニット１００は、第１アクチュエータミラー１０４、第２アクチュエータミラー１０５、サンプラー１０６、制御ユニット１１３および測定部２００を備える。

光源から出力され、光軸補正ユニット１００に入射するレーザ光線１０１は、まず、第１アクチュエータミラー１０４および第２アクチュエータミラー１０５の２つの光反射部材で反射する。第１アクチュエータミラー１０４、第２アクチュエータミラー１０５は、それぞれ２対の回転機構と２組のアクチュエータにより２軸の自由度で所望の角度調整が可能である。

第１アクチュエータミラー１０４および第２アクチュエータミラー１０５で反射されたレーザ光線１０１は、その後、所望の比率で光を分岐（分割）するサンプラー１０６で２方向に分岐される。光軸補正ユニット１００に入射するレーザ光線１０１の大部分はサンプラー１０６を透過して光軸補正ユニット１００より射出し、一部はサンプラー１０６を反射して測定部２００に送出される。

測定部２００は、第１ハーフミラー１０７（第１分割部）、第１ミラー１０８、第２ミラー１０９、第２ハーフミラー１１０（第２分割部）、ダンパー１１１、およびカメラ１１２（検出部）を備える。

測定部２００に入射した一部のレーザ光線１０１は、まず、所望の比率で光を分岐（分割）する第１ハーフミラー１０７によって光路Ａ１０２と光路Ｂ１０３の２方向に分岐する。光路Ａ１０２には、同じく所望の比率で光を分岐する第２ハーフミラー１１０が配置される。光路Ａ１０２のレーザ光は、第２ハーフミラー１１０で一部が透過し、カメラ１１２に入射する。光路Ｂ１０３には、第１ミラー１０８および第２ミラー１０９が配置される。光路Ｂ１０３のレーザ光は、第１ミラー１０８および第２ミラー１０９で反射した後、第２ハーフミラー１１０で一部が反射し、カメラ１１２に入射する。光路Ｂ１０３に、第１ミラー１０８および第２ミラー１０９が配置されることにより、光路Ｂ１０３の光路長は、光路Ａ１０２の光路長よりも長くなり、光路Ａ１０２と光路Ｂ１０３の光路長が異なることとなる。すなわち、第１ミラー１０８および第２ミラー１０９は、第１ハーフミラー１０７により分割された複数の光の光路長を異ならせるための光学部材である。

第２ハーフミラー１１０は、光路Ａ１０２の透過光と光路Ｂ１０３の反射光を、後述するカメラ１１２のセンサ１１４の受光面上の異なる位置へと導く。ここで、センサ１１４の受光面上の異なる位置とは、カメラ１１２内の一つのセンサ（同一の半導体基板に形成された一つセンサ）の受光面上において、それぞれの光が重ならない位置である。第２ハーフミラー１１０による光路Ａ１０２の反射光と光路Ｂ１０３の透過光は、光吸収性のダンパー１１１によって遮蔽・吸収される。本実施形態において、第１ミラー１０８、第２ミラー１０９、および第２ハーフミラー１１０は、分割された複数の光を異なる光路長でそれぞれカメラ１１２へ導く導光部である。なお、サンプラー１０６で分岐した光の量が十分に弱く、光路Ａ１０２からの光と、光路Ｂ１０３からの光の光量がセンサ１１４にダメージを与えない程度に十分に弱い場合には、第２ハーフミラー１１０により光の一部をダンパー１１１に逃がす必要ない。この場合、例えば、光路Ａ１０２からの光、および光路Ｂ１０３からの光のいずれか一方を反射部材によって反射させてセンサ１１４の受光面上の異なる位置へ導くようしてもよい。

この様に、光路Ａ１０２と光路Ｂ１０３の光路長は異なって設定される。図１では、光路Ｂ１０３の光路長が光路Ａ１０２に対し長く構成されるが、逆でも構わない。また、第１アクチュエータミラー１０４、第２アクチュエータミラー１０５は、それぞれ一体構造である必要はない。例えば、単軸のモータ等の駆動機構と、レーザ光を反射するミラー等の反射部材をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚの３軸と角度θを組み合わせた位置決め機構を用いることもできる。

カメラ１１２は、１つのセンサ１１４を備え、センサ１１４によって光路Ａ１０２と光路Ｂ１０３からの２つのレーザ光の入射位置、すなわち、センサ１１４の受光面上における光軸位置をそれぞれ計測し、計測結果を制御部としての制御ユニット１１３に送信する。センサ１１４は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサである。

制御ユニット１１３は、図示しないＣＰＵ（コンピュータ）、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）を有し、ＣＰＵはメモリからロードしたコンピュータプログラムに従い、光軸補正ユニット１００の各機能ブロックの制御およびそのために必要な演算を行う。具体的には、光軸補正ユニット１００は、カメラ１１２の制御に加え、カメラ１１２の計測結果に対する変動成分計算機能、アクチュエータ制御機能を有し、アクチュエータミラーの角度を制御する。

以下に、本実施形態における光軸変動の補正処理に関する一連の工程について述べる。図２は、第１実施形態に係る光軸変動の補正処理のフロー図である。このフローチャートで示す各動作（ステップ）は、制御ユニット１１３による各部の制御によって実行されうる。Ｓ１では、まず基準となるレーザ光（基準レーザ光）を計測し記憶する。具体的には、光軸補正ユニット１００に基準となるレーザ光を入射させ、光路Ａ１０２および光路Ｂ１０３からのレーザ光のセンサ１１４上における２つの入射位置をそれぞれ計測し、基準位置（基準入射位置ともいう）として記憶する。

Ｓ２では、計測対象のレーザ光の入射位置を計測する。具体的には、光軸補正ユニット１００に計測対象のレーザ光を入射させ、光路Ａ１０２および光路Ｂ１０３からのレーザ光のセンサ１１４上における２つの入射位置をそれぞれ計測する。

Ｓ３では、基準レーザ光からの光軸変動を算出する。光軸補正ユニット１００に入射する計測対象のレーザ光の位置や角度の変化に伴い、センサ１１４上における光路Ａ１０２および光路Ｂ１０３からの２つの光の入射位置がそれぞれ変化する。このため、カメラ１１２は、Ｓ２での計測結果から、基準位置との偏差、すなわち基準位置からの変化量を算出する。具体的には、制御ユニット１１３は基準とするレーザ光が入射する基準位置からの複数の光のそれぞれの光軸位置のずれ量とずれ方向を算出する。そして、算出されたずれ量とずれ方向に基づいて、光軸変動の角度成分（角度の変化量）および光軸変動の位置成分（光軸位置の変化量）を算出する。本工程の詳細については後述する。

Ｓ４では、レーザ光の光軸変動を補正（修正）する。制御ユニット１１３は、Ｓ３において算出した偏差にもとづいて、光軸変動を解消できるアクチュエータミラーの角度を計算し、アクチュエータミラーを駆動する。

Ｓ５ではカメラ１１２は、レーザ光の入射位置をセンサ１１４で再計測する。具体的には、補正後、すなわち、アクチュエータミラー駆動させた後の光路Ａ１０２および光路Ｂ１０３からの２つの光の入射位置を計測する。そして、Ｓ６において、記憶した基準位置に対して補正後のレーザ光の入射位置が所望の精度で一致している事を判定する。具体的には、補正後のレーザ光の入射位置と基準位置との偏差が閾値以下か否かを判定する。Ｓ６において、偏差が閾値以下の場合（Ｙｅｓ）は、処理を終了する。一方、偏差が閾値以下でないの場合（Ｎｏ）は、偏差が閾値以下となるまで、Ｓ３～Ｓ６を繰り返す。

以上一連の工程により、レーザ光の光軸変動を補正し、光軸補正ユニット１００に入射するレーザ光の変動に対して、光軸補正ユニット１００より射出するレーザ光の光軸の位置および加工対象物への入射角度を安定させることが可能となる。

図３は、第１実施形態に係る光軸変動の補正処理を説明する図である。図３（Ａ）は、図１における測定部２００を部分的に示した図であり、図３（Ｂ）は、カメラ１１２を用いた計測原理の説明図である。

図３（Ｂ）において、基準光軸２０４は基準として記憶するレーザ光の光軸である。被測定光軸２０１は、光軸補正ユニットに入射する、レーザ光の位置や角度が変動した状態の光軸、すなわち計測対象となるレーザ光の光軸である。サンプラー面２０５は、図３（Ａ）におけるサンプラー１０６の反射面を光軸に沿って模擬的に示した面である。角度ズレθ１、位置ズレｄ１は、サンプラー面２０５上における被測定光軸２０１の基準光軸２０４からの変動成分である。第１センサ受光面２０６は、図３（Ａ）において、光路Ａ１０２を介した場合のセンサ１１４の受光面を模擬的に示した面である。第２センサ受光面２０７は、図３（Ａ）において、光路Ｂ１０３を介した場合のセンサ１１４の受光面を模式的に示した面である。Ｄ１は、サンプラー１０６の受光面から第１センサ受光面２０６までの設計上の距離であり、図３（Ａ）における光路Ａ１０２の設計上の光路長に相当する。Ｄ２は、サンプラー１０６の受光面から第２センサ受光面２０７までの設計上の距離であり、図３（Ａ）における光路Ｂ１０３の設計上の光路長に相当する。

光路２０２は、変動後の光路Ａ１０２におけるレーザ光の光路を模擬的に示している。光路２０３は、変動後の光路Ｂ１０３におけるレーザ光の光路を模擬的に示している。図３（Ａ）では、光路Ａ１０２と光路Ｂ１０３の光を計測するためのセンサ１１４の受光面（センサ受光面）は同一であるが、図３（Ｂ）では、サンプラー面２０５からのＤ１、Ｄ２に応じた２つのセンサ受光面として模擬的に設定している。従って、図３（Ａ）における光路Ａ１０２と光路Ｂの光路長の差分は、図３（Ｂ）ではＤ２とＤ１の差分となる。

ｄ２は、第１センサ受光面２０６における光軸変動後の入射点移動量、すなわち第１センサ受光面２０６における被測定光軸２０１の基準光軸２０４からの入射点移動量である。ｄ２は、図３（Ａ）における光路Ａ１０２からの光のセンサ１１４への入射位置の変化を模擬的に示したものである。ｄ３は、同じく第２センサ受光面２０７における光軸変動後の入射点移動量、すなわち、すなわち第２センサ受光面２０７における被測定光軸２０１の基準光軸２０４からの入射点移動量である。ｄ３は、図３（Ａ）における光路Ｂ１０３からの光のセンサ１１４への入射位置の変化を模擬的に示したものである。

角度ズレθ２は、測定部２００内におけるレーザ光の角度変動成分であり、角度ズレθ１と原理的に一致する。

以下に、光軸変動の計算方法に関する一連の工程、すなわち、図２のＳ３の詳細な工程について述べる。図４は、光軸変動の計算処理のフロー図である。このフローチャートで示す各動作（ステップ）は、制御ユニット１１３によって実行されうる。Ｓ１１では、カメラ１１２での計測結果、具体的には、図２のＳ２における計測結果に基づいて算出された光軸位置のずれ量とずれ方向に基づいて、光軸変動の角度成分を計算する。図３（Ｂ）におけるθ２は、ａｔａｎ（（ｄ３－ｄ２）／（Ｄ２－Ｄ１））で示される。θ２は原理的にθ１と一致するため、本式により光軸変動の角度ズレθ１を計算する事ができる。

Ｓ１２では、カメラ１１２での計測結果、具体的には、図２のＳ２における計測結果に基づいて算出された光軸位置のずれ量とずれ方向に基づいて、光軸変動の位置成分を計算する。図３（Ｂ）におけるｄ１は、ｄ２－Ｄ１×ｔａｎ（θ２）で示される。本式により光軸変動の位置成分である位置ズレｄ１を計算する事ができる。

以上一連の工程により、カメラ１１２での計測結果より光軸変動の角度成分と位置成分をそれぞれ計算する事ができる。なお、測定部２００の光路中にレンズ等の組合せにより光学倍率を変化させた光学系を挿入する事により、角度成分と位置成分の相対的な効き率を変化させても構わない。例えば、倍率２倍の光学系では、入射レーザ光の変動に対して射出後のレーザ光は、角度成分は１／２倍、位置成分は２倍の変化となる。

本実施形態では、光軸補正ユニット１００に入射するレーザ光を、光路長の異なる光路Ａ１０２と光路Ｂ１０３の２つに分岐させたが、複数のそれぞれ光路長の異なる光路に分岐させればよく、２つの分岐に限られるものではない。分岐の数を増やす場合、算出される変動成分の精度が上がる。

また、光路Ａ１０２からの光と、光路Ｂ１０３からの光は、少なくとも一部が重なるようにセンサ１１４の受光面に導光されてもよい。この場合、例えば、シャッター等を用いてセンサ１１４で光軸を検出するタイミングを異ならせることにより、光路Ａ１０２からの光および光路Ｂ１０３からの光のそれぞれの光軸位置を一つのセンサによって計測することが可能となる。

（実施例１）
以下に、第１実施形態における具体的な実施例を示す。図５は、実施例１に係る光軸補正ユニット３００の構成例を示す図である。光軸補正ユニット３００に入射するレーザ光３０１は、アクチュエータミラー部３０２に入射する。アクチュエータミラー部３０２は、レーザ光３０１のＸ、Ｙ、Ｚ、の３軸方向と角度θを調整可能であり、モータとガルバノミラーで構成されたガルバノスキャナであり、それぞれ所望の角度調整が可能である。

その後、レーザ光３０１は所望の比率で光を分岐するサンプラー３０３で２方向に分岐する。光軸補正ユニット３００に入射したレーザ光３０１の大部分はサンプラー３０３を透過して光軸補正ユニット３００より射出し、一部はサンプラー３０３を反射して測定部３０４に送出される。本実施例におけるサンプラー３０３は、光軸補正ユニット３００に入射したレーザ光３０１の９９.９％を透過する。レーザ光３０１のうちの０.１％がサンプラー３０３に反射されて測定部３０４に入射する。

測定部３０４に入射した一部のレーザ光３０１は、変倍光学系３０５を通過する。本実施例における変倍光学系３０５は、複数のレンズにより０.７倍の倍率に設定される。これにより変倍光学系３０５を通過後のビーム径は、通過前の７／１０に縮小される。加えて入射したレーザ光の変動に対する射出後のレーザ光は、角度成分は１０／７倍、位置成分は７／１０倍の変化となる。

変倍光学系３０５を通過後のレーザ光３０１は、所望の比率で光を分岐する第１ハーフミラー３０６によって光路Ａ３０７と光路Ｂ３０９の２方向に分岐する。光路Ａ３０７のレーザ光は、同じく所望の比率で光を分岐する第２ハーフミラー３０８で一部が透過し、カメラ３１２に入射する。光路Ｂ３０９のレーザ光は、第１ミラー３１０および第２ミラー３１１で反射した後、第２ハーフミラー３０８で一部が反射し、カメラ３１２に入射する。第２ハーフミラー３０８は、光路Ａ３０７の透過光と光路Ｂ３０８の反射光を、カメラ３１２のセンサ３１６の受光面上の異なる位置へと導く。本実施例における第１ハーフミラー３０６、及び第２ハーフミラー３０８は、いずれも入射したレーザ光３０１の５０％を透過し、５０％を反射する。第２ハーフミラー３０８による光路Ａ３０７の反射光と光路Ｂ３０９の透過光は、光吸収性のダンパー３１３によって遮蔽・吸収される。本実施例では、光路Ａ３０７に対して光路Ｂ３０９の光路長は約２.５倍の長さになる様に設定されている。

カメラ３１２は、１つのセンサ３１６を備え、センサ３１６によって光路Ａ３０７と光路Ｂ３０９からの２つのレーザ光の入射位置をそれぞれ計測し、計測結果を制御ユニット３１４に送信する。本実施例におけるカメラ３１２は、一例として、ＣＭＯＳカメラであり、ＬＡＮケーブルによって制御ユニット３１４と信号伝達を行う。

制御ユニット３１４は、カメラ３１２の制御に加え、カメラ３１２の計測結果に対する変動成分計算機能、アクチュエータ制御機能を有し、アクチュエータミラーの角度を制御する。本実施例における制御ユニット３１４は、カメラ制御、及び専用の計算処理ソフトウェアを備えたＰＣと、ガルバノスキャナ用のドライバを備える。また、制御ユニット３１４は、単独動作に加えて光軸補正ユニット３００の外部に設けたホストコンピュータ３１５よりリモート動作する事ができる。

ホストコンピュータ３１５は、情報処理装置であって、典型的にはパーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータが用いられる。すなわち、ホストコンピュータ３１５には、コンピュータとしてのＣＰＵが内蔵されており、記憶媒体としてのメモリに記憶されたコンピュータプログラムに基づき装置全体の各部の動作を制御する。ホストコンピュータ３１５は、例えば、ネットワークを介して光軸補正ユニット３００と接続され、これらの制御を行うことが可能である。

サンプラーやハーフミラーなどの部分透過光学素子は、必要に応じて光学面にウェッジ角度を設けてもよい。本実施例では、１°のウェッジ角度を設定し、透過面からのゴースト光成分を抑制した。

図６は、アクチュエータミラー部３０２を構成する４対のガルバノスキャナの配置を説明する図である。図６（Ａ）は、ガルバノスキャナを図５と同じ方向から示した配置図であり、図６（Ｂ）は、ガルバノスキャナを図５のＡ－Ａ断面方向から示した配置図である。

アクチュエータミラー部３０２に入射するレーザ光４０１は、第１ガルバノスキャナ４０２、第２ガルバノスキャナ４０３、第３ガルバノスキャナ４０４、および第４ガルバノスキャナ４０５、をそれぞれ反射し、サンプラー４０６に入射する。サンプラー４０６の透過光は光軸補正ユニット３００より射出し、反射光は測定部４０７に送出される。本実施例における各ガルバノスキャナのミラーは、レーザ波長に対して反射率９９.９５％を有する誘電多層膜ミラーを用いた。ガルバノスキャナは内部に設けたエンコーダによりモータ角度が検出される。それぞれのガルバノスキャナは駆動制御ユニット４０８と接続されている。駆動制御ユニット４０８は、ガルバノスキャナのエンコーダ信号をもちいてミラーが所望の角度になる様にモータ駆動信号を送出し、ガルバノスキャナの制御を行う。本実施例では、駆動制御ユニット４０８は、制御ユニット３１４とは異なるユニットとしたが、制御ユニット３１４が駆動制御ユニット４０８の機能を実行してもよい。

本実施例におけるレーザ光の光軸変動の計算処理は、図４で示した一連の工程と同様である。本実施例における光軸変動の補正手段に関しても、図２と同様であるが、制御ユニット３１４の計算処理と光軸補正動作について、より詳細な説明を以下に述べる。

図７は、実施例１に係る光軸補正処理のフロー図である。本実施例では、入射レーザ光（計測対象のレーザ光）の変動に応じて、常時アクチュエータミラーを駆動し補正を行う例について説明する。

Ｓ３１では、測定部３０４は、まず基準となるレーザ光の入射位置を計測する。Ｓ３２では、制御ユニット３１４は、測定部３０４によって計測された基準となるレーザ光の入射位置（基準位置）を記憶する。具体的には、基準位置として、基準となるレーザ光のセンサ３１６への入射位置、および入射角度を記憶する。なお、Ｓ３１およびＳ３２は、図２のＳ１に相当する。

Ｓ３３では、計測対象となるレーザ光が測定部３０４に入射する。Ｓ３４では、測定部３０４のカメラ３１２は、計測対象となるレーザ光のセンサ３１６上における入射位置をそれぞれ計測する。ここで、カメラ３１２は、一例として、一定間隔毎にレーザ光の光軸角度、位置の計測を行い、計測結果を制御ユニット３１４に送信するものとする。なお、Ｓ３４は、図２のＳ２に相当する。

Ｓ３５では、制御ユニット３１４は計測された計測対象となるレーザ光の入射位置から、基準位置との偏差を計算する。Ｓ３６では、制御ユニット３１４は計測結果ごとに、計測対象のレーザ光の基準光軸に対する角度、位置の差分量を計算する。なお、Ｓ３５およびＳ３６は、図２のＳ３に相当する。

Ｓ３７では、制御ユニット３１４のソフトウェア処理により、基準光軸との差分量をなくすための各ガルバノスキャナの角度を計算する。そして、制御ユニット３１４は、算出された角度を駆動制御ユニット４０８に送信する。

Ｓ３８では、駆動制御ユニット４０８は制御ユニット３１４から取得した角度で各ガルバノスキャナを駆動し、光軸補正ユニット３００に入射したレーザ光の変動を補正する。なお、Ｓ３７およびＳ３８は、図２のＳ４に相当する。

そして、Ｓ３９において、変動が補正されたレーザ光が光軸補正ユニット３００から射出される。

このような構成により、入射するレーザ光の変動に応じて、常時アクチュエータミラーを駆動し補正を行うことが可能となり、光軸補正ユニット３００より射出するレーザ光は安定性が向上することとなる。

なお、本実施例では、光軸補正ユニット３００に入射するレーザ光の一部を測定部３０４に入射させることで、加工対象物への加工処理と並行して光軸位置の計測および光軸変動成分の算出を行っている。しかし、光軸補正ユニット３００に入射するレーザ光の全部を測定部３０４に入射させることで、加工対象物への加工処理とは異なるタイミングで光軸変動の補正処理を行ってもよい。

（実施例２）
図８は、実施例２に係る光軸補正処理のフロー図である。実施例２では、入射レーザ光の変動に対して、ユーザが指定したタイミングでアクチュエータミラーを駆動し補正を行うための補正フローについて説明する。本フローにおいて、実施例１の図７と同じステップについては、同じステップ番号を付し、説明を省略する。なお、本実施例においてもカメラ３１２は一定間隔毎にレーザ光の光軸角度、位置の計測を行い、計測結果を制御部としての制御ユニット３１４に送信するものとする。

Ｓ４０では、ホストコンピュータ３１５より光軸補正動作用のコマンドが送信される。Ｓ４１では、制御ユニット３１４がホストコンピュータ３１５から送信されたコマンドを検出し、制御ユニット３１４は計測結果ごとに、計測対象のレーザ光の基準光軸に対する角度、位置の差分量を計算する。Ｓ３７では、制御ユニット３１４のソフトウェア処理により、基準光軸との差分量をなくすための各ガルバノスキャナの角度を計算する。そして、制御ユニット３１４は、算出された角度を駆動制御ユニット４０８に送信する。

Ｓ３８では、駆動制御ユニット４０８は制御ユニット３１４から取得した角度で各ガルバノスキャナを駆動し、光軸補正ユニット３００に入射したレーザ光の変動を補正する。Ｓ４２では、測定部３０４のカメラ３１２は、補正後のレーザ光のセンサ３１６上における入射位置をそれぞれ計測する。

Ｓ４３では、制御ユニット３１４は計測された補正後のレーザ光の入射位置から、基準位置との偏差を計算する。Ｓ４４では、制御ユニット３１４は計測結果ごとに、補正後のレーザ光の基準光軸に対する角度、位置の差分量を計算する。Ｓ４５では、制御ユニット３１４は差分量が予め設定した公差（閾値）内であるか否かを判定する。Ｓ４５において、差分量が公差内（閾値以下）でない場合（Ｎｏ）は、差分量を修正するための補正動作を再実行する。具体的には、差分量が公差内となるまで、Ｓ３７～Ｓ４５を繰り返す。一方、Ｓ４５において、差分量が閾値以下の場合（Ｙｅｓ）は、補正動作を完了し、制御ユニット３１４はホストコンピュータ３１５に補正完了のコマンドを送信し補正動作を終了する。なお、Ｓ４２～Ｓ４５は、図２のＳ５～Ｓ６に相当する。

本実施例では、光軸補正後の公差として、角度０.０１°、位置０.１ｍｍを設定した。なお、補正動作の繰り返しは、制御ユニット３１４の設定によりキャンセルする事も可能である。また、ＣＭＯＳカメラのダークノイズ成分が影響したり、入射レーザ光に強度変化が生じる場合、必要に応じてカメラ側で検出閾値を設けるなどの画像処理を行ってもよい。また、入射レーザ光に振動や大気揺らぎなどのノイズ成分がある場合、必要に応じてカメラ側で平均化処理などのノイズ低減手段を設けてもよい。また使用するレーザの特性に対応するために、必要に応じて光軸補正ユニットの前後や内部にビームエキスパンダなどの光学系や、偏光制御素子、光減衰フィルタなどの光学素子を追加してもよい。

本実施例によれば、ユーザの所望のタイミングで光軸の補正処理を行うことが可能となるため、例えば、補正処理によって加工の生産性を低減することがなく、生産性向上の点で有利となる。

＜第２実施形態＞
以下、第１実施形態で示した光軸補正ユニット１００から射出した光を対象物へ導く光学素子を含む加工装置５００の例を説明する。なお、光軸補正ユニット３００を適用してもよい。図９は、第２実施形態に係るレーザ加工装置５００の構成例を示す図である。本実施形態におけるレーザ加工装置５００は、レーザ光源としてのレーザ発振器５０１の後段に第１実施形態で示した光軸補正ユニット１００を含む。その後段には集光光学系５０２が配置され、焦点面に配置した加工対象物５０３にレーザ光線が集光照射される。

この構成において、光軸補正ユニット１００の第１アクチュエータミラー１０４および第２アクチュエータミラー１０５を駆動させることで、レーザ光が走査され、加工対象物５０３を加工することができる。

加工装置５００において、レーザ光の光軸変動を補正するためのアクチュエータミラーの駆動は、加工対象物５０３への加工工程とは異なるタイミングで実行されることが望ましい。言い換えると、光軸変動を補正するためのアクチュエータミラーの駆動は、レーザ光によって加工対象物５０３に対して加工を行っている期間とは異なるタイミングで実行されることが望ましい。このようなタイミングで光軸変動を補正するためのアクチュエータミラーの駆動を行うことで、該駆動による加工への影響を低減することが可能となる。

また、レーザ光の光軸変動を補正するためのレーザ光軸位置の検出は、加工対象物５０３への加工工程と同じタイミングで実行されることが望ましい。このようなタイミングとすることで、補正処理を効率的に行うことが可能となり、生産性向上の点で有利となる。

＜物品の製造方法に係る実施形態＞
以上に説明した実施形態に係る加工装置は、物品の製造方法に使用しうる。当該物品の製造方法は、当該加工装置を用いて物体（対象物）の加工を行う工程と、当該工程で加工を行われた物体を処理する工程と、を含みうる。当該処理は、例えば、当該加工とは異なる加工、搬送、検査、選別、組立（組付）、および包装のうちの少なくともいずれか一つを含みうる。本実施形態の物品製造方法は、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。

＜その他の実施形態＞
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、サンプラー１０６と測定部２００と制御ユニット１１３などを組み合わせて独立させ、光軸の変動成分を算出する一つの光軸検出装置としてもよい。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００，３００ 光軸補正ユニット
１０４ 第１アクチュエータミラー
１０５ 第２アクチュエータミラー
１０７，３０６ 第１ハーフミラー
１０８，３１０ 第１ミラー
１０９，３１１ 第２ミラー
１１０，３０８ 第２ハーフミラー
１１２，３１２ カメラ
１１３，３１４ 制御ユニット
１１４，３１６ センサ
２００，３０４，４０７ 測定部
４０８ 駆動制御ユニット
５００ 加工装置
５０１ レーザ発振器
５０２ 集光光学系
５０３ 加工対象物

Claims (16)

1. 光源から出力されたレーザ光の少なくとも一部を複数の光に分割する第１分割部と、
   前記複数の光のそれぞれの光軸位置を検出する検出部と、
   分割された前記複数の光をそれぞれ異なる光路長で前記検出部へ導く導光部と、
   前記検出部により検出された前記光軸位置に基づいて、基準とする前記レーザ光が入射する基準入射位置からの前記複数の光のそれぞれの前記光軸位置のずれ量とずれ方向を算出する制御部と、を備え、
   前記検出部は、前記導光部により導かれた前記複数の光のそれぞれの光軸位置を検出する一つのセンサであることを特徴とする光軸検出装置。
2. 前記制御部は、前記ずれ量と、前記ずれ方向に基づいて、基準とする前記レーザ光からの、前記光軸検出装置に入射する前記レーザ光の角度の変化量を算出することを特徴とする請求項１に記載の光軸検出装置。
3. 前記制御部は、前記ずれ量と、前記ずれ方向に基づいて、基準とする前記レーザ光からの、前記光軸検出装置に入射する前記レーザ光の光軸位置の変化量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の光軸検出装置。
4. 前記導光部は、
   前記第１分割部により分割された前記複数の光の光路長を異ならせるための光学部材と、
   前記異なる光路長で導光された前記複数の光それぞれを更に分割し、前記センサの受光面上の異なる位置へと導く第２分割部と、を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光軸検出装置。
5. 前記センサは、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光軸検出装置。
6. 前記第１分割部は、前記レーザ光の少なくとも一部を二つの光路に分割することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光軸検出装置。
7. 光源から出力されたレーザ光の対象物への入射角度を補正する光軸補正装置であって、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光軸検出装置と、
   前記レーザ光の光軸上に配置された光反射部材と、
   前記光反射部材の位置または角度を調整する駆動機構と、を備え、
   前記制御部は、算出した前記ずれ量と前記ずれ方向に基づき、前記光反射部材の位置または角度を調整することで、前記光軸補正装置から射出され前記対象物に入射する前記レーザ光の前記入射角度を補正することを特徴とする光軸補正装置。
8. 前記制御部は、前記ずれ量と前記ずれ方向に基づいて算出した、基準とする前記レーザ光からの、前記レーザ光の光軸位置の変化量に基づき、前記光反射部材の位置または角度を調整することで、前記光軸補正装置から射出される前記レーザ光の前記光軸位置を補正することを特徴とする請求項７に記載の光軸補正装置。
9. 前記制御部は、前記基準とするレーザ光との前記ずれ量が、所定の閾値以下になるように前記補正を行う請求項７または８に記載の光軸補正装置。
10. 前記制御部は、前記補正を実行するためのコマンドを検出し、前記コマンドが検出された場合に、前記補正を行うことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の光軸補正装置。
11. 前記光反射部材は、ガルバノミラーを含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の光軸補正装置。
12. 前記光反射部材は、少なくとも前記レーザ光の３軸方向および角度の調整を行うことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の光軸補正装置。
13. 物体の加工を行う加工装置であって、
    請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の光軸補正装置と、
    前記光軸補正装置から射出した光を前記物体へ導く光学素子を含むことを特徴とする加工装置。
14. 前記制御部は、前記光軸補正装置による光軸補正を、前記物体の加工とは異なるタイミングで行わせることを特徴とする請求項１３に記載の加工装置。
15. 前記制御部は、前記光軸補正装置による光軸位置の検出を、前記物体の加工と同じタイミングで行わせることを特徴とする請求項１３または１４に記載の加工装置。
16. 請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の加工装置を用いて前記物体の加工を行う加工工程を含み、処理された前記物体から物品を得ることを特徴とする物品の製造方法。
    
    

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