JP5195649B2 - レーザ加工装置、および、レーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、円筒パイプ状の加工対象物の表面をレーザ加工するレーザ加工装置、および、レーザ加工装置におけるレーザ光の焦点位置を加工対象物の適正位置に合わせるフォーカスサーボ制御方法に関する。

従来から、ドラム状の固定治具の外周面にシート状の加工対象物を固定し、固定治具をその中心軸周りに回転させながら軸方向に沿って移動させるとともに、加工ヘッドにより加工用レーザ光を対物レンズで集光して加工対象物の表面に照射することで、加工対象物表面に螺旋状にレーザ加工（ピット、溝、反応跡等の形成）を施すレーザ加工装置が知られている。このようなレーザ加工装置は、例えば、特許文献１に提案されている。

ドラム式レーザ加工装置において、加工対象物に微細なレーザ加工を行う場合は、例えば、特許文献２に提案されているように、光ディスク装置におけるフォーカスサーボ制御と同様、加工対象物からの反射光を４分割された受光領域を有するフォトディテクタで受光し、非点収差法等により、各受光領域の受光信号からレーザ光の焦点位置と加工対象物の表面との光軸方向のずれに相当するフォーカスエラー信号を生成する。そして、このフォーカスエラー信号の値がゼロになるように、レーザ光を集光する対物レンズをレーザ光の光軸方向に移動させることで、レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するようにしている。

特開平８−１３２２６８号公報 特開２００１−２４３６６３号公報

しかしながら、上記フォーカスサーボ制御は、レーザ光を加工対象物の表面に垂直に照射できることを前提としているが、加工対象物が非常に細い円筒パイプ（例えば、直径が５０μｍの円筒パイプ）である場合には、レーザ光の光軸が円筒パイプの中心軸からずれている（交差しない）と、レーザ光を加工対象物の表面に対して斜めに照射してしまうため、適切なフォーカスエラー信号を生成することができない。こうした場合においては、加工対象物のレーザ光の光軸方向の変動に加えて光軸に垂直な方向の変動も考慮しなければならない。従って、従来のフォーカスサーボ制御では、レーザ光の焦点が加工対象物の適正位置になるように制御することは不可能であった。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、直径が非常に小さい円筒パイプ状の加工対象物の表面をレーザ加工する場合であっても、レーザ光の焦点が加工対象物の適正位置になるように制御することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレーザ加工装置の特徴は、円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸回りに前記加工対象物の周囲にあるものに対して相対的に回転させる回転手段と、加工用レーザ光を対物レンズにより集光して、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記加工対象物の表面を照射してレーザ加工する加工用レーザ光照射手段と、前記加工対象物に照射される加工用レーザ光の照射位置を前記Ｘ軸方向に移動させる加工用レーザ光照射位置移動手段とを備えたレーザ加工装置において、照射方向がＺ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向が前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段と、前記Ｚ軸方向に照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出手段と、前記Ｙ軸方向に照射されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出手段と、前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段と、前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段とを備えたことにある。

本発明においては、回転手段により円筒パイプ状の加工対象物をその中心軸回りに回転させながら、加工用レーザ光照射手段が加工用レーザ光を対物レンズで集光して加工対象物の表面に照射する。同時に、加工用レーザ光照射位置移動手段が加工用レーザ光の照射位置を加工対象物の中心軸線方向に移動させる。これにより、加工対象物の表面が螺旋状にレーザ加工される。例えば、加工対象物の表面に微細なピット（断続的に形成される溝）、連続した溝、または、それらを形成するための反応跡（現像液等により変化する部分）が螺旋状に形成される。

本発明では、加工対象物の中心軸線方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に対して垂直方向となり加工用レーザ光を加工対象物に照射する方向をＺ軸方向、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方に対して垂直方向となる方向をＹ軸方向と定義する。従って、加工用レーザ光の照射位置は、Ｘ軸方向に移動することになる。照射位置をＸ軸方向に移動させるにあたっては、加工対象物をＸ軸方向に移動させても良いし、加工用レーザ光をＸ軸方向に移動させても良い。

一般に、レーザ加工を行う場合、加工用レーザ光の反射光を受光してフォーカスエラー信号を生成し、焦点位置が加工対象物の表面と一致するように対物レンズを光軸方向に駆動するが、本発明においては、加工対象物が円筒パイプ状であるため、その径が非常に細い場合には加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差しない位置に外れてしまうと、加工用レーザ光の反射光からフォーカスエラー信号を適正に生成することができない。そこで、本発明は、加工対象物が加工されない非加工強度のサーボ用レーザ光を、加工対象物に対してＺ軸方向とＹ軸方向とに照射して、その射影あるいは反射光の検出位置に基づいて対物レンズをＺ軸方向とＹ軸方向とに駆動してフォーカスサーボ制御を行う。

サーボ用レーザ光照射手段は、加工対象物に対してＺ軸方向とＹ軸方向との２つの方向からサーボ用レーザ光（サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光）を照射する。サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、別々のレーザ光源から出射されるものに限らず、１つのレーザ光源から出射されたレーザ光を分離してＺ軸方向とＹ軸方向とに照射されるものであっても良い。

Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、受光面における射影あるいは反射光の位置に応じた受光信号を出力する。Ｙ軸方向サーボ手段は、このＺ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをＹ軸方向に駆動する。例えば、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光として、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を用いれば、Ｚ軸方向レーザ光検出手段の受光面には加工対象物の棒状の射影が映し出され、その射影の位置は、加工対象物のＹ軸方向における位置に対応したものとなる。また、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光として、加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を用いれば、加工対象物の表面にレーザスポットが形成され、加工対象物の中心軸位置がレーザ光の光軸から外れている場合にはそれに応じてレーザ光の反射方向が変動するため、Ｚ軸方向レーザ光検出手段の受光面に受光される反射光の位置は、加工対象物のＹ軸方向における位置に対応したものとなる。このことを利用して、Ｙ軸方向サーボ手段は、射影あるいは反射光が検出された位置に基づいて、対物レンズをＹ軸方向に駆動する。これにより、レーザ加工中に加工対象物がＹ軸方向に変動しても、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するようになる。つまり、加工用レーザ光のＹ軸方向における照射位置が適正となる。

同様に、Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、受光面における射影あるいは反射光の位置に応じた受光信号を出力する。Ｚ軸方向サーボ手段は、このＹ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するように対物レンズをＺ軸方向に駆動する。例えば、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を用いれば、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面には加工対象物の棒状の射影が写し出され、その射影の位置は、加工対象物のＺ軸方向における位置に対応したものとなる。また、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として、加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を用いれば、加工対象物の表面にレーザスポットが形成され、加工対象物の中心軸位置がレーザ光の光軸から外れている場合にはそれに応じてレーザ光の反射方向が変動するため、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面に受光される反射光の位置は、加工対象物のＺ軸方向における位置に対応したものとなる。このことを利用して、Ｚ軸方向サーボ手段は、射影あるいは反射光が検出された位置に基づいて、対物レンズをＺ軸方向に駆動する。これにより、レーザ加工中に加工対象物がＺ軸方向に変動しても、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するようになる。

この結果、本発明においては、加工対象物の径が非常に小さい場合であっても、加工用レーザ光を加工対象物の表面の適正位置に照射することができ、加工対象物を良好に加工することができる。特に、直径が１００μｍ以下となる微細径の円筒パイプ状の加工対象物に対して有効である。
更に、本発明の請求項１に係るレーザ加工装置の特徴は、前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記対物レンズにより前記加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工用レーザ光と同軸となる位置で前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段と、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段とを備え、前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力し、前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することにある。
本発明においては、Ｚ軸方向照射手段が、対物レンズにより加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として加工用レーザ光と同軸となる位置で加工対象物へＺ軸方向に照射する。Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の加工対象物の反射光を受光面に受けて、受光面における反射光の位置に応じた受光信号を出力する。例えば、Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、加工対象物のＹ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の加工対象物の反射光が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するＺ軸方向レーザ光検出器を備えているとよい。分割された受光領域の受光信号の大きさ（光の強度）の差を求めた場合、加工対象物の反射光のＺ軸方向レーザ光検出器での受光位置が受光面の中央から離れるほど、受光信号出力の差が大きくなる。従って、受光信号出力の差は、加工用レーザ光の光軸と加工対象物の中心軸とのＹ軸方向の位置関係に対応したものとなる。このことを利用して、Ｙ軸方向サーボ手段は、Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、対物レンズをＹ軸方向に駆動する。これにより、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するようになる。
一方、Ｙ軸方向照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射する。Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影を受光面に受けて、受光面における射影の位置に応じた受光信号を出力する。例えば、Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、加工対象物のＺ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するＹ軸方向レーザ光検出器を備えているとよい。分割された受光領域の受光信号の大きさ（光の強度）の差を求めた場合、加工対象物の射影のＹ軸方向レーザ光検出器での形成位置が受光面の中央から離れるほど、受光信号出力の差が大きくなる。従って、受光信号出力の差は、加工用レーザ光の焦点位置と加工対象物の表面とのＺ軸方向の位置関係に対応したものとなる。このことを利用して、Ｚ軸方向サーボ手段は、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、対物レンズをＺ軸方向に駆動する。これにより、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するようになる。
このように、本発明によれば、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の加工対象物からの反射光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の映し出す加工対象物の射影の検出位置に基づいて対物レンズを駆動するため、加工対象物の位置がＸ軸方向とＹ軸方向に変動しても、簡単に、加工用レーザ光を加工対象物の表面の適正位置に照射することができ、加工対象物を良好に加工することができる。
また、本発明の請求項２に係るレーザ加工装置の特徴は、前記Ｚ軸方向サーボ手段は、前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面への入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズを備え、前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをＺ軸方向に駆動することにある。
本発明においては、Ｚ軸方向サーボ手段が、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影がＹ軸方向レーザ光受光手段の受光面の中央に位置するようにリレーレンズ（例えば、結像レンズ）を駆動する。リレーレンズを光軸に対して垂直方向に移動させると、それに伴って、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面に映し出されるサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影が移動する。従って、Ｚ軸方向サーボ手段は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影の位置をフィードバックして、射影がＹ軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するようにリレーレンズを駆動制御することができる。
例えば、加工対象物のＺ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するＹ軸方向レーザ光検出器を備え、Ｚ軸方向サーボ手段が、分割された受光領域の受光信号の大きさ（光の強度）の差がゼロとなるようにクローズドループ制御によりリレーレンズを駆動すればよい。
Ｚ軸方向サーボ手段は、このリレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動することにより、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物の表面に一致させる。この結果、Ｚ軸方向サーボ手段の精度が向上するとともに、加工用レーザ光のＺ軸方向の焦点位置調整範囲を広くすることができる。

本発明の請求項３に係るレーザ加工装置の特徴は、前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段と、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段とを備え、前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することにある。

本発明においては、Ｚ軸方向照射手段が、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として加工対象物へＺ軸方向に照射する。Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の加工対象物の射影を受光面に受けて、受光面における射影の位置に応じた受光信号を出力する。例えば、Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、加工対象物のＹ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するＺ軸方向レーザ光検出器を備えているとよい。分割された受光領域の受光信号の大きさ（光の強度）の差を求めた場合、加工対象物の射影のＺ軸方向レーザ光検出器での形成位置が受光面の中央から離れるほど、受光信号出力の差が大きくなる。従って、受光信号出力の差は、加工用レーザ光の光軸と加工対象物の中心軸とのＹ軸方向の位置関係に対応したものとなる。このことを利用して、Ｙ軸方向サーボ手段は、Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、対物レンズをＹ軸方向に駆動する。これにより、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するようになる。

一方、Ｙ軸方向照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射する。Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影を受光面に受けて、受光面における射影の位置に応じた受光信号を出力する。例えば、Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、加工対象物のＺ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の棒状の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するＹ軸方向レーザ光検出器を備えているとよい。分割された受光領域の受光信号の大きさ（光の強度）の差を求めた場合、加工対象物の射影のＹ軸方向レーザ光検出器での形成位置が受光面の中央から離れるほど、受光信号出力の差が大きくなる。従って、受光信号出力の差は、加工用レーザ光の焦点位置と加工対象物の表面とのＺ軸方向の位置関係に対応したものとなる。このことを利用して、Ｚ軸方向サーボ手段は、Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、対物レンズをＺ軸方向に駆動する。これにより、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するようになる。

このように、本発明によれば、Ｚ軸方向とＹ軸方向との２方向における加工対象物の射影の検出位置に基づいて対物レンズを駆動するため、加工対象物の位置がＸ軸方向とＹ軸方向に変動しても、簡単に、加工用レーザ光を加工対象物の表面の適正位置に照射することができ、加工対象物を良好に加工することができる。

本発明の請求項４に係るレーザ加工装置の特徴は、前記Ｚ軸方向照射手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、前記加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、前記加工対象物に対して前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、前記加工用レーザ光照射手段は、前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射するための光路の途中に、前記光路に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記光路から分離して前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の受光面に導く分離用光学素子を備えたことにある。

本発明においては、加工対象物に対して、加工用レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とを同一の光軸上で向かい合わせて照射し、かつ、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を加工用レーザ光の光路から分離して検出する。従って、加工用レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光との光軸が一致しているため、Ｚ軸方向レーザ光検出手段の受光信号を常時フィードバックして、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをＹ軸方向に駆動することができる。このため、Ｙ軸方向サーボ手段の精度が向上する。例えば、Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、加工対象物のＹ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の加工対象物の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有するＺ軸方向レーザ光検出器を備えているとよい。そして、Ｙ軸方向サーボ手段が、分割された受光領域の受光信号の大きさ（光の強度）の差がゼロとなるようにクローズドループ制御にて対物レンズをＹ軸方向に駆動することで、精度良く加工用レーザ光の光軸を加工対象物の中心軸と交差させることができる。

本発明の請求項５に係るレーザ加工装置の特徴は、前記Ｙ軸方向照射手段は、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第１Ｙ軸方向照射手段と、前記加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第２Ｙ軸方向照射手段とを備え、前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、前記第１Ｙ軸方向照射手段により照射された第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と、前記第２Ｙ軸方向照射手段により照射された第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第２Ｙ軸方向レーザ光検出器とを備え、前記Ｚ軸方向サーボ手段は、前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズと、前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをＺ軸方向に駆動する第１Ｚ軸方向サーボ手段と、前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光が前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをＺ軸方向に駆動する第２Ｚ軸方向サーボ手段と、前記第１Ｚ軸方向サーボ手段の作動の後に、前記第２Ｚ軸方向サーボ手段が作動するように作動切替を行う作動切替手段とを備えたことにある。

本発明においては、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として２つのサーボ用レーザ光が用いられる。第１Ｙ軸方向照射手段は、加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射する。第２Ｙ軸方向照射手段は、加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として加工対象物へＹ軸方向に照射する。第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影は、第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に入射し、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の反射光は、第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に入射する。

２つのＹ軸方向レーザ光検出器の共通の入射光路には、入射光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズ（例えば、結像レンズ）が設けられている。Ｚ軸方向サーボ手段は、第１Ｚ軸方向サーボ手段と第２Ｚ軸方向サーボ手段と作動切替手段とを備える。第１Ｚ軸方向サーボ手段と第２Ｚ軸方向サーボ手段とは、同時に作動せず、作動切替手段により、第１Ｚ軸方向サーボ手段の作動の後に、第２Ｚ軸方向サーボ手段が作動するように切り換えられる。

第１Ｚ軸方向サーボ手段は、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影が第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにリレーレンズを駆動するとともに、リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動する。例えば、加工対象物のＺ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有する第１Ｙ軸方向レーザ光検出器を設け、分割された受光領域の受光信号の大きさ（光の強度）の差がゼロとなるようにリレーレンズを駆動し、この駆動量に応じた量だけ対物レンズをＺ軸方向に駆動する。従って、第１Ｚ軸方向サーボ手段は、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影の位置をフィードバックして、射影が第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにクローズドループ制御によりリレーレンズを駆動することができる。そして、リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動することで、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物の表面に一致させる。

続いて、第２Ｚ軸方向サーボ手段が、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物からの反射光が第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにリレーレンズを駆動するとともに、リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動する。例えば、加工対象物のＺ軸方向の位置変動に応じてサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の反射光が移動する方向に受光領域が分割された受光面を有する第２Ｙ軸方向レーザ光検出器を設け、分割された受光領域の受光信号の大きさ（光の強度）の差がゼロとなるようにリレーレンズを駆動し、この駆動量に応じた量だけ対物レンズをＺ軸方向に駆動する。従って、第２Ｚ軸方向サーボ手段は、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の反射光の位置をフィードバックして、反射光が第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するようにクローズドループ制御によりリレーレンズを駆動することができる。そして、リレーレンズの駆動と合わせて対物レンズをＺ軸方向に駆動することで、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物の表面に一致させる。

レーザ光の焦点位置と加工対象物の表面とのずれを検出する場合、加工対象物の射影位置を用いれば検出範囲が広くなり、加工対象物の反射光位置を用いれば検出精度が高くなる。従って、先に、加工対象物の射影位置に基づいてＺ軸方向のフォーカスサーボ制御を開始し（サーボ制御の引き込みを行い）、その後、加工対象物の反射光位置に基づいてＺ軸方向のフォーカスサーボ制御を行うことで、Ｚ軸方向のフォーカスサーボ制御の引き込みを確実に行え、Ｚ軸方向のフォーカスサーボ制御を高精度に行うことができる。

本発明の請求項６に係るレーザ加工装置の特徴は、前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを照射するための共通のレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行光にして前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とに分離する分離光路とを備え、前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段と前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、受光領域が十字状に分割された受光面を有し、各受光領域ごとに光強度に応じた受光信号を出力する共通のレーザ光検出器と、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを、それぞれの前記加工対象物の射影が十字状にクロスするように合成して前記レーザ光検出器の受光面に導く合成光路とを備え、前記Ｙ軸方向サーボ手段は、前記レーザ光検出器の左右あるいは上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動し、前記Ｚ軸方向サーボ手段は、前記レーザ光検出器の上下あるいは左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動することにある。

本発明においては、サーボ用レーザ光照射手段が、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを照射するための共通のレーザ光源を備えており、このレーザ光源から出射されたレーザ光を加工対象物の直径よりも大きな直径の平行光にし、分離光路を通過させてサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とに分離して加工対象物へＺ軸方向とＹ軸方向とに照射する。

加工対象物に照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とは、合成光路において、それぞれ加工対象物の射影が十字状にクロスするように合成される。合成されたレーザ光は、受光領域が十字状に分割された受光面を有するレーザ光検出器に導かれる。この場合、レーザ光検出器は、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差し、かつ、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するときに、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の射影とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の射影との交差部が受光面の中心となるように配置されるものである。

そして、Ｙ軸方向サーボ手段は、レーザ光検出器の左右あるいは上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをＹ軸方向に駆動する。この場合、加工対象物がＹ軸方向に変動したときにサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の射影が移動する方向の受光領域における受光信号の差を用いればよい。例えば、加工対象物がＹ軸方向に変動したときにサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の射影が受光面を上下に移動する場合には、レーザ光検出器の上下の受光領域における受光信号の差に基づいて対物レンズを駆動する。尚、本発明において、上下、左右とは、絶対的な方向を意味するものではなく、受光面における一方の方向を上下と定義したときに、それに対して垂直な方向を左右と定義するものである。

加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸位置から離れるほど、レーザ光検出器の受光面におけるサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の加工対象物の射影の位置が中心からずれ、これに伴って左右あるいは上下の受光領域における受光信号の大きさ(光の強度）の差も大きくなる。このことを利用して、Ｙ軸方向サーボ手段は、左右あるいは上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工用レーザ光の光軸が加工対象物の中心軸と交差するように対物レンズをＹ軸方向に駆動することができる。

一方、Ｚ軸方向サーボ手段は、レーザ光検出器の上下あるいは左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するように対物レンズをＺ軸方向に駆動する。この場合、加工対象物がＺ軸方向に変動したときにサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の射影が移動する方向の受光領域における受光信号の差を用いればよい。例えば、加工対象物がＺ軸方向に変動したときにサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の射影が受光面を左右に移動する場合には、レーザ光検出器の左右の受光領域における受光信号の差に基づいて対物レンズを駆動する。

加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面から離れるほど、レーザ光検出器の受光面におけるサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物の射影の位置が中心からずれ、これに伴って上下あるいは左右の受光領域における受光信号の大きさ(光の強度）の差も大きくなる。このことを利用して、Ｚ軸方向サーボ手段は、上下あるいは左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の表面と一致するように対物レンズをＺ軸方向に駆動することができる。

このように、本発明によれば、フォーカスサーボ用のレーザ光源、レーザ光検出器、その他の光学素子を減らすことができるため、低コスト化を図ることができる。

本発明の請求項７に係るレーザ加工装置の特徴は、前記加工用レーザ光照射手段により前記加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、前記加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判断する焦点位置不適正判定手段を備えたことにある。

本発明においては、焦点位置不適正判定手段が、加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判断する。従って、レーザ加工を開始する前に、Ｙ軸方向サーボ手段とＺ軸方向サーボ手段とを作動させた状態で、焦点位置不適正判定手段によりフォーカスサーボ制御が適正に行われているか否かを確認することができる。このため、レーザ加工の失敗を防止することが可能となる。

更に、本発明の実施にあたっては、レーザ加工装置の発明に限定されることなく、レーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法の発明としても実施し得るものである。

本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置のシステム構成図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドとサーボ用Ｚ軸方向光ヘッドの概略構成図である。 第１実施形態に係るレーザ加工装置のサーボ用Ｙ軸方向光ヘッドとＹ軸方向受光装置の概略構成図である。 Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を表す説明図である。 フォトディテクタに照射された射影の状態を表す説明図である。 加工対象物の変位とエラー信号波形値との関係を表す特性図である。 フォトディテクタに照射された射影の状態を表す説明図である。 レーザ加工制御ルーチンを表すフローチャートである。 第２実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドの概略構成図である。 加工対象物の変位とフォトディテクタに照射された反射光の位置変化との関係を表す説明図である。 第３実施形態に係るレーザ加工装置のＹ軸方向受光装置とＺ軸方向サーボ系回路の概略構成図である。 第４実施形態に係るレーザ加工装置のＹ軸方向受光装置とＺ軸方向サーボ系回路の概略構成図である。 第４実施形態に係るレーザ加工装置のレーザ加工制御ルーチンを表すフローチャート（変更部分）である。 第５実施形態に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドとサーボ系回路の概略構成図である。 フォトディテクタに照射された十字状の射影の状態を表す説明図である。 第５実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の加工用ヘッドの概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係るレーザ加工装置のシステム構成図である。このレーザ加工装置は、細い円筒パイプ状の加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を螺旋状に照射してレーザ加工を行うものである。レーザ加工装置は、加工対象物ＯＢを保持して加工対象物ＯＢの中心軸回りに回転させるとともに加工対象物ＯＢをその中心軸方向に移動させるワーク駆動装置５０と、加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射する加工用ヘッド１０と(図２参照）、加工対象物ＯＢの表面にサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を照射するサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０と(図２参照）、同じく加工対象物ＯＢの表面にサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射するサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と（図３参照）、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から照射されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を受光するＹ軸方向受光装置４０と（図３参照）、各種の電気回路（後述する）と、レーザ加工装置全体の作動を制御するコントローラ９０とを備えている。

ここで、レーザ加工装置における方向を定義する。図４に示すように、ワーク駆動装置５０に固定された加工対象物ＯＢの中心軸線方向をＸ軸方向と呼ぶ。また、Ｘ軸方向に対して垂直方向であって加工用ヘッド１０から加工対象物ＯＢに照射される加工用レーザ光の光軸の方向をＺ軸方向と呼ぶ。また、Ｘ軸方向とＺ軸方向との両方に対して垂直となる方向をＹ軸方向と呼ぶ。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、加工対象物ＯＢに照射するサーボ用レーザ光の光軸がＹ軸方向となるように固定されている。従って、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０とＹ軸方向受光装置４０は、図１中において、紙面の前後に位置するものであるが、ここでは、両者が重ならないように左右に配置して記載している。

本実施形態における加工対象物ＯＢは、表面にフォトレジストが被覆された直径５０μｍのニッケルパイプである。この加工対象物ＯＢは、最終的に直径５０μｍのマイクロスプリングの製作に使用されるパイプに加工されるもので、本実施形態のレーザ加工装置は、フォトレジストの表面に加工用レーザ光を螺旋状に照射することにより、フォトレジストに螺旋状の反応跡を形成する装置として使用される。加工対象物ＯＢは、その後、現像液に浸漬されて反応跡が除去され、残ったフォトレジストをマスクとして使ってエッチングされる。これにより、ニッケルパイプに螺旋状の開口が形成されてマイクロスプリング製作用のパイプが作られる。

このように非常に細い径のパイプ状の加工対象物ＯＢに対してレーザ加工を行う場合には、従来から知られているように加工用レーザ光の反射光から非点収差法などによりフォーカスエラー信号を生成しても、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸から外れてしまうと、適正なフォーカスエラー信号が得られない。そこで、本実施形態においては、加工対象物ＯＢにサーボ用レーザ光をＺ軸方向とＹ軸方向とに照射し、加工対象物ＯＢが映し出される射影の位置に基づいて加工用レーザ光の焦点位置を制御する。

まず、ワーク駆動装置５０から説明する。ワーク駆動装置５０は、加工対象物ＯＢの両端をチャッキングして回転可能に保持する移動ステージ５１と、移動ステージ５１に保持された加工対象物ＯＢをその中心軸回りに回転させるスピンドルモータ５２と、移動ステージ５１をＸ軸方向に移動させるねじ送り機構５３とを備えている。

ねじ送り機構５３は、移動ステージ５１に固定されたナット(図示略）に螺合するスクリューロッド５４と、スクリューロッド５４を回転させるフィードモータ５５とを備えている。スクリューロッド５４は、移動ステージ５１に保持された加工対象物ＯＢの中心軸（即ち、スピンドルモータ５２の回転軸）と平行となるＸ軸方向に延びて設けられ、その一端側が、レーザ加工装置本体フレーム（図示略）に固定されたフィードモータ５５の出力軸に連結され、他端側が、レーザ加工装置本体フレームに固定された軸受部（図示略）に回転可能に軸支される。また、移動ステージ５１は、図示しない案内ガイドにより、回転規制されており、Ｘ軸方向にのみ移動可能となっている。従って、フィードモータ５５を正転あるいは逆転駆動すると、フィードモータ５５の回転運動が移動ステージ５１の直線運動に変換され、加工対象物ＯＢがＸ軸方向に前進あるいは後退できるようになっている。

スピンドルモータ５２内には、エンコーダ５２ａが組み込まれている。エンコーダ５２ａは、スピンドルモータ５２が所定の微小回転角度だけ回転する度に、その出力がハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を出力する。エンコーダ５２ａから出力されるパルス列信号は、スピンドルモータ制御回路５６に入力される。スピンドルモータ制御回路５６は、コントローラ９０からの指示により作動開始し、エンコーダ５２ａから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ５２の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ９０によって設定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ５２の回転を制御する。

フィードモータ５５内にも、エンコーダ５５ａが組み込まれている。このエンコーダ５５ａは、フィードモータ５５が所定の微小回転角度だけ回転する度に、その出力がハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を出力する。エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号は、フィードモータ制御回路５７と移動位置検出回路５８に入力される。移動位置検出回路５８は、コントローラ９０からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ５５ａから出力されるパルス信号が入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をフィードモータ制御回路５７に出力し、カウント値を「０」として、以後、エンコーダ５５ａが出力するパルス信号のパルス数をカウントする。そして積算したカウント数から移動ステージ５１の移動位置を計算してコントローラ９０およびフィードモータ制御回路５７に出力する。このカウント値が「０」となる移動限界位置が、移動ステージ５１の移動位置を制御する原点位置となる。

フィードモータ制御回路５７は、コントローラ９０からの指示により作動開始し、コントローラ９０から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路５８から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ９０から入力した設定値になるまでフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、フィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路５８から移動限界位置を表す信号を入力するとフィードモータ５５への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路５８から出力される移動位置がコントローラ９０から入力した移動位置の設定値になるまでフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を移動させる。

また、フィードモータ制御回路５７には、移動ステージ５１の移動速度の設定値（設定速度）がコントローラ９０により入力される。そして、コントローラ９０から移動開始の指示を入力すると、エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数から移動ステージ５１の移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにフィードモータ５５を駆動制御する。

次に、加工用ヘッド１０について図２を用いて説明する。加工用ヘッド１０は、加工対象物ＯＢの円筒表面に加工用レーザ光を照射する機能と、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を受光して加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれに応じた信号を出力する機能を有する。加工用ヘッド１０は、加工用レーザ光を出射するレーザ光源１０２と、レーザ光源１０２から出射される加工用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ１０４，偏光ビームスプリッタ１０６，１／４波長板１０８，ダイクロイックミラー１１０，対物レンズ１１２を備えている。

レーザ光源１０２は、加工用レーザ駆動回路１５０から供給される電流および電圧により駆動されて加工用レーザ光を出射する。レーザ光源１０２から出射された加工用レーザ光は、コリメートレンズ１０４により平行光となって偏光ビームスプリッタ１０６に入射する。加工用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ１０６をそのまま透過し、１／４波長板１０８を通過して直線偏光から円偏光に変換される。１／４波長板１０８を通過した加工用レーザ光は、ダイクロイックミラー１１０を透過して対物レンズ１１２に入射する。こうして、加工用レーザ光は、対物レンズ１１２により加工対象物ＯＢの表面で集光する。

対物レンズ１１２には、フォーカスアクチュエータ１１４が設けられている。フォーカスアクチュエータ１１４は、対物レンズ１１２を加工用レーザ光の光軸方向、つまり、Ｚ軸方向に移動させるＺ軸アクチュエータ１１４ｚと、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させるＹ軸アクチュエータ１１４ｙとを備えている。従って、Ｚ軸アクチュエータ１１４ｚを作動させることにより加工用レーザ光の焦点位置をＺ軸方向（光軸方向）に移動でき、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙを作動させることにより加工用レーザ光の焦点位置をＹ軸方向に移動できるようになっている。尚、対物レンズ１１２は、アクチュエータ１１４ｚ、１１４ｙが通電されていないときに、Ｚ軸方向およびＹ軸方向の可動範囲の中心に位置する。以下、この位置を対物レンズ１１２の原点位置と呼ぶ。また、対物レンズを２軸方向に駆動するアクチュエータは、例えば、特開２００４−３９０６５等において知られている。

対物レンズ１１２で集光された加工用レーザ光は、加工対象物ＯＢの表面に照射され反射する。加工対象物ＯＢで反射した反射光は、対物レンズ１１２、ダイクロイックミラー１１０、１／４波長板１０８を通過する。この場合、反射光は、１／４波長板１０８を２回通過したことになるため、レーザ光源から出射されたレーザ光とは偏光方向が９０°相違したものとなる。従って、１／４波長板１０８を通過した反射光は、偏光ビームスプリッタ１０６で反射する。偏光ビームスプリッタ１０６の反射方向には、集光レンズ１２０、フォトディテクタ１２２が設けられている。このため、偏光ビームスプリッタ１０６で反射した反射光は、集光レンズ１２０によりフォトディテクタ１２２に集光する。

フォトディテクタ１２２は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ１２２は、加工用レーザ光が加工対象物ＯＢで反射した反射光の強度に対応した受光信号を出力する。フォトディテクタ１２２の出力する受光信号は、増幅回路１５２により増幅され、Ａ／Ｄ変換器１５３に供給される。Ａ／Ｄ変換器１５３は、コントローラ９０からの指令により作動し、増幅回路１５２から供給された受光信号をデジタル信号に変換してコントローラ９０に出力する。コントローラ９０は、この受光信号が表す反射光強度から、後述するＺ軸方向とＹ軸方向のサーボ制御が適切に行われているかを判断する。

また、加工用ヘッド１０は、レーザ光源１０２から出射された加工用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ１０６で反射させ、その反射光を集光レンズ１２４によりフォトディテクタ１２６の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ１２６は、フォトディテクタ１２２と同様に、その受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ１２６は、レーザ光源１０２が出射した加工用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、加工用レーザ駆動回路１５０に供給される。

加工用レーザ駆動回路１５０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、レーザ光源に対して加工用強度、つまり、加工対象物ＯＢの表面を適切に加工できる強度（この例では、フォトレジストに反応跡を形成できる強度）のレーザ光を出射するための電流および電圧を供給する回路である。本実施形態においては、加工用レーザ駆動回路１５０は、フォトディテクタ１２６が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源１０２に出力する電流あるいは電圧を調整する。これにより、加工対象物ＯＢに照射される加工用レーザ光の強度が設定加工用強度に維持される。

また、加工用レーザ駆動回路１５０は、発光信号供給回路１５１によりレーザ光源１０２への駆動信号の出力形態が制御される。発光信号供給回路１５１は、コントローラ９０から加工模様を表すデータを入力して、レーザ加工中に、そのデータに対応したパルス列信号、あるいは、連続信号を加工用レーザ駆動回路１５０に供給する。本実施形態では、加工対象物ＯＢの表面のフォトレジストに連続した螺旋状の反応跡を形成するものであるため、発光信号供給回路１５１からは連続信号が出力されるが、例えば、複数の微細ピットを列状に形成する場合には、ピットの長さ、ピットの形成間隔に応じた時間幅のハイレベル信号とローレベル信号からなるパルス列信号が出力される。

加工用ヘッド１０には、更に、ダイクロイックミラー１１０の反射方向にリレーレンズ（結像レンズ）１１６とフォトディテクタ１１８が設けられている。このリレーレンズ１１６およびフォトディテクタ１１８は、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を検出するために設けられたものである。従って、先に、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０について説明する。

サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、図２に示すように、加工対象物ＯＢを挟んで加工用ヘッド１０と向き合うように、加工用ヘッド１０と対になってレーザ加工装置の本体フレーム（図示略）に固定される。サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源２０２と、レーザ光源２０２から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ２０４，偏光ビームスプリッタ２０６と、偏光ビームスプリッタ２０６の反射方向に設けられる集光レンズ２０８，フォトディテクタ２１０を備えている。

レーザ光源２０２は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０から供給される電流および電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源２０２から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ２０４により平行光となって偏光ビームスプリッタ２０６に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ２０６をそのまま透過してサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射する。このサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射したレーザ光が、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光である。サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光となる。

サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の出射方向がＺ軸方向となり、しかも、その光軸が、加工用ヘッド１０の対物レンズ１１２が原点位置にある時に加工用ヘッド１０から出射する加工用レーザ光の光軸と一致するように位置決めされている。この場合、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０と加工用ヘッド１０は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光および加工用レーザ光の光軸がワーク駆動装置５０の回転軸（スピンドルモータ５２の回転軸）と直交するように、ワーク駆動装置５０に対する相対位置関係が定められている。

サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物ＯＢに遮られなかったレーザ光が加工用ヘッド１０の対物レンズ１１２に入射する。この場合、対物レンズ１１２に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、受光すると中央に加工対象物ＯＢの棒状の影が形成されたものとなる。この加工対象物ＯＢによってできた影を射影と呼び、射影とその周囲の光とを合わせて射影光と呼ぶ。

対物レンズ１１２に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、集光されてダイクロイックミラー１１０に入射する。ダイクロイックミラー１１０は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学素子であり、レーザ光源２０２から出射されるサーボ用レーザ光に対しては反射し、レーザ光源１０２から出射される加工用レーザ光に対しては透過するように、各レーザ光の波長が設定されている。従って、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、ダイクロイックミラー１１０で反射する。ダイクロイックミラー１１０の反射方向には、リレーレンズ１１６（結像レンズ）、フォトディテクタ１１８が設けられており、ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光がリレーレンズ１１６により平行光になりフォトディテクタ１１８の受光面に入射する。フォトディテクタ１１８の受光面には、加工対象物ＯＢの影である棒状の射影が映し出される。

フォトディテクタ１１８は、図５に示すように、受光領域が左右に（Ｙ軸方向）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ａ，Ｂに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ）として出力する。このフォトディテクタ１１８は、受光したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光（射影光Ｌ）における棒状の射影Ｓが受光領域Ａ，Ｂの分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、Ｚ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影Ｓが受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。

フォトディテクタ１１８から出力される受光信号（ａ，ｂ）は、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１に入力される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１は、受光信号（ａ，ｂ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ａ−ｂ）を演算し、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）としてＹ軸方向サーボ回路１６２に出力する。Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＹ軸方向におけるずれ量を表すものである。

図６は、加工対象物ＯＢの位置をＹ軸方向に変化させたときのＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の波高値を表したものである。図示するように、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は、Ｓ字状波形となる。従って、Ｓ字状波形の山（ｃ位置）から谷（ａ位置）までの範囲ｒ（Ｓ字検出範囲ｒと呼ぶ）においては、加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれ量とＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさとが一対一に対応する。このため、Ｓ字検出範囲ｒ内において、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて加工対象物ＯＢのＹ軸方向のずれ量を検出することができる。

例えば、加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向にずれていない場合、（ｂ）に示すように、フォトディテクタ１１８に映し出される射影Ｓは、受光面の中央に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）はゼロとなる。一方、加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向における一方側（左側と呼ぶ）にずれている場合には、（ａ）に示すように、フォトディテクタ１１８に映し出される射影Ｓが受光面の左側に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は負の値をとる。また、加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向における他方側（右側と呼ぶ）にずれている場合には、（ｃ）に示すように、フォトディテクタ１１８に映し出される射影Ｓが受光面の右側に位置するため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）は正の値をとる。

Ｙ軸方向サーボ回路１６２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成してＹ軸方向ドライブ回路１６３に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路１６３は、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ１１８に映し出される射影が受光面の中央に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向の位置が制御されることとなる。対物レンズ１１２のＹ軸方向の移動は、加工対象物ＯＢに照射する加工用レーザ光の光軸をＹ軸方向に移動させることになる。このため、対物レンズ１１２のＹ軸方向の位置制御により、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように維持される。

サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０は、レーザ光源２０２から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ２０６で反射させ、その反射光を集光レンズ２０８によりフォトディテクタ２１０の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ２１０は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ２１０は、レーザ光源２０２が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０に供給される。

サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、レーザ光源２０２に対して、加工対象物ＯＢの表面を変化させず、かつ、加工用ヘッド１０のフォトディテクタ１１８で射影光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流および電圧を供給する回路である。本実施形態においては、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０は、フォトディテクタ２１０が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源２０２に出力する電流あるいは電圧を制御する。これにより、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０から出射するサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。

次に、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０とＹ軸方向受光装置４０とについて説明する。図３に示すように、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０とＹ軸方向受光装置４０とは、互いに加工対象物ＯＢをＹ軸方向に挟んで向かい合うようにレーザ加工装置の本体フレーム（図示略）に固定される。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源３０２と、レーザ光源３０２から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ３０４，偏光ビームスプリッタ３０６と、偏光ビームスプリッタ３０６の反射方向に設けられる集光レンズ３０８，フォトディテクタ３１０を備えている。

レーザ光源３０２は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０から供給される電流および電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源３０２から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ３０４により平行光となって偏光ビームスプリッタ３０６に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ３０６をそのまま透過してサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射する。このサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射したレーザ光がサーボ用Ｙ軸方向レーザ光である。サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光となる。

サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の出射方向がＹ軸方向となり、しかも、その光軸が、ワーク駆動装置５０の回転軸と交差するように位置決めされている。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と向かい合うＹ軸方向受光装置４０には、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を受光するフォトディテクタ４０２が設けられる。フォトディテクタ４０２は、その受光面の中心にサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の光軸が通るように位置決めされている。サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、フォトディテクタ４０２の受光面には加工対象物ＯＢの影である棒状の射影が映し出される。

フォトディテクタ４０２は、図７に示すように、受光領域が上下に（Ｚ軸方向に）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｃ，ｄ）として出力する。このフォトディテクタ４０２は、受光したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光（射影光Ｌ）における棒状の射影Ｓが受光領域Ｃ，Ｄの分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、Ｙ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影Ｓが受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。

フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１に入力される。Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１は、受光信号（ｃ，ｄ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｃ−ｄ）を演算し、その演算結果をＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）としてＺ軸方向サーボ回路１７２に出力する。Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）の大きさは、加工対象物ＯＢの位置をＺ軸方向に変化させると、上述したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の特性と同様にＳ字状に変化する（図６参照）。従って、Ｓ字検出範囲ｒにおいては、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量（加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＺ軸方向におけるずれ量）とＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）の大きさとが一対一に対応する。このため、Ｓ字検出範囲ｒ内において、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出することができる。

Ｚ軸方向サーボ回路１７２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１から入力したＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分に相当する対物レンズ１１２のＺ軸方向移動量を表すＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１７３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路１７３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。従って、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ１１２が原点位置からＺ軸方向に離れた位置に維持される。尚、フォトディテクタ４０２に映し出される射影の位置は、対物レンズ１１２のＺ軸方向移動によっては変化しない。

加工用ヘッド１０は、対物レンズ１１２が原点位置にあり、かつ、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致している場合に、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物ＯＢの表面に一致するように位置決めされている。このため、加工対象物ＯＢの位置がＺ軸方向に変動しても、その変動量だけ対物レンズ１１２を原点位置からＺ軸方向に移動させることにより、常に、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物ＯＢの表面と一致させることができる。つまり、加工用レーザ光の焦点位置を、ワーク駆動装置５０の回転軸よりも加工対象物ＯＢの半径分だけ対物レンズ１１２側に維持させることができる。

サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０は、レーザ光源３０２から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ３０６で反射させ、その反射光を集光レンズ３０８によりフォトディテクタ３１０の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ３１０は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ３１０は、レーザ光源３０２が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０に供給される。

サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、レーザ光源３０２に対して、加工対象物ＯＢの表面を変化させず、かつ、Ｙ軸方向受光装置４０のフォトディテクタ４０２で射影光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流および電圧を供給する回路である。本実施形態においては、サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０は、フォトディテクタ３１０が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるようにレーザ光源３０２に出力する電流あるいは電圧を制御する。これにより、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射するサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。

コントローラ９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータと、ハードディスクや不揮発性メモリなどの記憶装置と、入出力インタフェース等から構成される電子制御装置である。コントローラ９０には、作業者が各種パラメータや処理等を指示するための入力装置９１と、作業者に対して作動状況等を視覚的に知らせるための表示装置９２とが接続されている。

次に、レーザ加工を行う際の制御について説明する。図８は、コントローラ９０が実行するレーザ加工制御ルーチンを表すフローチャートである。レーザ加工制御ルーチンは、コントローラ９０のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されている。作業者は、加工対象物ＯＢをワーク駆動装置５０にセットした後、入力装置９１を使ってレーザ加工の開始指示操作を行う。これにより、本制御ルーチンが起動する。

本制御ルーチンがステップＳ１００にて起動すると、コントローラ９０は、ステップＳ１０２において、各種回路の作動を開始させる。続いて、ステップＳ１０４において、フィードモータ制御回路５７に対して加工開始位置への移動指令を出力する。この指令により、フィードモータ制御回路５７は、移動位置検出回路５８により検出される移動位置を取り込みながらフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を加工開始位置にまで移動させる。続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１０６において、スピンドルモータ制御回路５６に対して回転開始指令を出力する。これにより、スピンドルモータ５２が起動して加工対象物ＯＢの回転が始まる。このとき、スピンドルモータ制御回路５６は、エンコーダ５２ａにより検出されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ５２の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ９０によって設定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ５２の回転を制御する。

続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１０８において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０とサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０とに対して、サーボ用レーザ光の照射開始指令を出力する。従って、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からサーボ用Ｚ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＺ軸方向に照射され、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０からサーボ用Ｙ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＹ軸方向に照射される。この処理は、本発明のＺ軸方向照射ステップとＹ軸方向照射ステップとを含んだサーボ用レーザ光照射ステップに相当する。また、このサーボ用レーザ光の照射により、フォトディテクタ１１８が受光信号（ａ，ｂ）を出力する処理が、本発明のＺ軸方向レーザ光検出ステップに相当し、フォトディテクタ４０２が受光信号（ｃ，ｄ）を出力する処理が、本発明のＹ軸方向レーザ光検出ステップに相当する。

続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１０において、Ｙ軸方向サーボ回路１６２とＺ軸方向サーボ回路１７２とに対して、サーボ制御の開始指令を出力する。これにより、Ｙ軸方向サーボ回路１６２は、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１からＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）を入力し、このＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成してＹ軸方向ドライブ回路１６３に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路１６３は、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ１１８に映し出される射影が受光面の中央に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向位置が制御され、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように維持される。この処理は、本発明のＹ軸方向サーボステップに相当する。

同様に、Ｚ軸方向サーボ回路１７２は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１からＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）を入力し、このＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分の対物レンズ１１２のＺ軸方向移動量を表すＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１７３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路１７３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。従って、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ１１２が原点位置からＺ軸方向に離れた位置に制御され、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物ＯＢの表面と常に一致するようになる。この処理は、本発明のＺ軸方向サーボステップに相当する。

続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１２において、加工用レーザ駆動回路１５０に対して、加工用レーザ光の照射開始指令を出力する。この場合、コントローラ９０は、加工用レーザ光の強度を、加工対象物ＯＢが変化しない低レベルに設定した照射開始指令を出力する。これにより、加工用レーザ駆動回路１５０は、レーザ光源１０２に供給する電圧および電流の強度を低いレベルに設定してレーザ光源１０２を駆動させる。従って、加工用ヘッド１０からは、非加工強度のレーザ光が加工対象物ＯＢに向けて出射されることになる。加工対象物ＯＢは、この非加工強度のレーザ光に対してはレーザ加工されない。

続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１１４において、加工用ヘッド１０に設けられたフォトディテクタ１２２の出力する受光信号を増幅回路１５２，Ａ／Ｄ変換器１５３を介して取り込んで加工用レーザ光の反射光強度Ｒを検出する。次に、ステップＳ１１６において、反射光強度Ｒが下限値Ｒrefを上回っているか否かを判断する。反射光強度Ｒが下限値Ｒrefを上回っていれば、上述したＺ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御とが正常に行われていると判断して、その処理をステップＳ１１８に進める。一方、反射光強度Ｒが下限値Ｒref以下であれば、Ｚ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御とが正常に行われていないと判断して、ステップＳ１３８において、表示装置９２にその旨を表示し、その処理をステップＳ１３０に進める。このステップＳ１１６，Ｓ１３８の処理が、本発明の焦点位置不適正判定ステップに相当する。

コントローラ９０は、ステップＳ１１６において「Ｙｅｓ」、つまり、Ｚ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御とが正常に行われていると判断した場合には、ステップＳ１１８において、加工用レーザ駆動回路１５０に対して、レーザ光源１０２から出射されているレーザ光の強度を非加工強度から加工強度に変更する指令を出力する。これにより、加工用レーザ駆動回路１５０は、レーザ光源１０２に供給する電圧および電流の強度を加工用レベルに切り換えてレーザ光源１０２を作動させる。従って、加工用ヘッド１０からは、加工強度のレーザ光が加工対象物ＯＢに向けて出射されることになる。

続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１２０において、フィードモータ制御回路５７に対して移動ステージ５１のＸ軸方向への移動開始指令を出力する。フィードモータ制御回路５７は、エンコーダ５５ａから出力されるパルス列信号の単位時間当たりのパルス数から移動ステージ５１の移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにフィードモータ５５を駆動制御する。

これにより、加工対象物ＯＢは、その中心軸回りに回転するとともにＸ軸方向に移動し、その表面に加工用レーザ光が照射される。従って、加工対象物ＯＢは、螺旋状に加工用レーザ光が照射され、その照射軌跡に沿ってフォトレジストに反応跡が形成される。また、同時に、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差し、かつ、焦点位置が加工対象物ＯＢの表面に一致するように、対物レンズ１１２のＺ軸方向とＹ軸方向の位置が制御される。従って、加工対象物ＯＢの表面には、適正に集光された加工用レーザ光が垂直に照射され、適正幅の螺旋状の反応跡がフォトレジストに形成される。

続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１２２において、移動位置検出回路５８により検出される移動ステージ５１の移動位置を取り込み、ステップＳ１２４において、現時点の移動位置が加工終了位置に到達したか否かを判断する。ステップＳ１２２，Ｓ１２４の処理は、移動ステージ５１の移動位置が加工終了位置に到達するまで繰り返される。従って、この間は、上述したように、加工対象物ＯＢのレーザ加工、および、サーボ制御が継続される。

移動ステージ５１の移動位置が加工終了位置に達すると（Ｓ１２４：Ｙｅｓ）、コントローラ９０は、ステップＳ１２６において、加工用レーザ駆動回路１５０に対して加工用レーザ光の照射停止指令を出力する。これにより、加工用レーザ光の照射が停止される。次に、ステップＳ１２８において、フィードモータ制御回路５７に対して移動ステージ５１の移動停止指令を出力する。これによりフィードモータ５５への通電が停止され移動ステージ５１が停止する。続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１３０において、Ｙ軸方向サーボ回路１６２とＺ軸方向サーボ回路１７２とに対して、サーボ制御の停止指令を出力する。これにより、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｚおよびＺ軸アクチュエータ１１４ｚの作動が停止する。次に、ステップＳ１３２において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０とサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０とに対して、サーボ用レーザ光の照射停止指令を出力する。これにより、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からのサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の照射、および、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０からのサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の照射が停止される。

続いて、コントローラ９０は、ステップＳ１３４において、スピンドルモータ制御回路５６に対して回転停止指令を出力する。これにより、スピンドルモータ５２への通電が停止され、加工対象物ＯＢの回転が停止する。次に、ステップＳ１３６において、フィードモータ制御回路５７に対して加工対象物ＯＢの取り外し位置への移動指令を出力する。これによりフィードモータ制御回路５７は、移動位置検出回路５８により検出される移動位置を取り込みながらフィードモータ５５を駆動して移動ステージ５１を加工対象物ＯＢの取り外し位置にまで移動させる。作業者は、この位置で加工対象物ＯＢをワーク駆動装置５０から取り外す。こうして、移動ステージ５１が所定の取り外し位置にまで移動すると、ステップＳ１４０により本レーザ加工制御ルーチンが終了する。

以上説明した第１実施形態のレーザ加工装置によれば、加工対象物ＯＢに対して、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物ＯＢに照射し、その射影の位置に基づいて、加工用レーザ光の光軸の位置が加工対象物ＯＢの中心軸と交差し、かつ、焦点位置が加工対象物ＯＢの表面に一致するように、対物レンズ１１２のＺ軸方向とＹ軸方向の位置が制御される。従って、本実施形態のように５０μｍという非常に細いパイプ状の加工対象物ＯＢの表面をレーザ加工する場合でも、適正に集光した加工用レーザ光を加工対象物ＯＢの表面に垂直に照射することができ、これにより、適正幅の螺旋状の反応跡をフォトレジストに形成することができる。この結果、高精度にマイクロスプリング製作用のパイプを製造することが可能となる。

また、本実施形態においては、加工用レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とを同一の光軸上で照射し、フォトディテクタ１１８の受光信号から得られたＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）をフィードバックして、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようにクローズドループ制御によりＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動するため、特にＹ軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。

また、加工用レーザ光の反射光強度Ｒと下限値Ｒrefとの比較に基づいて、Ｚ軸方向サーボ制御とＹ軸方向サーボ制御の異常発生の有無を判定し、異常が検出されたときには、加工用レーザ光の焦点位置が適正となっていないためレーザ加工を中止する。これにより、レーザ加工の失敗を防止することができる。

また、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光およびサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を出射するにあたり、フォトディテクタ２１０，３１０で検出した光の強度が設定強度となるようにレーザ光源２０２，３０２の出力を制御するため、Ｚ軸方向およびＹ軸方向のサーボ制御を精度良く行うことができる。

次に、第２実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図９は、第２実施形態のレーザ加工装置における加工用ヘッド１２の概略構成を表す。第２実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態のレーザ加工装置の加工用ヘッド１０とサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０に代えて、加工用ヘッド１２を設けたもので、他の構成については第１実施形態と同一である。この加工用ヘッド１２は、加工用レーザ光を照射／受光する構成に加えて、サーボ用Ｚ軸レーザ光を照射／受光する構成を備えている。以下、第１実施形態と同様な構成については、図面に第１実施形態と同一の符号を付して簡単な説明に留める。

加工用ヘッド１２は、第１実施形態の加工用ヘッド１０と同様に、加工用レーザ光を加工対象物ＯＢに照射する構成としてレーザ光源１０２，コリメートレンズ１０４，偏光ビームスプリッタ１０６，１／４波長板１０８，ダイクロイックミラー１１０，対物レンズ１１２を備え、加工用レーザ光の反射光強度を検出する構成として集光レンズ１２０、フォトディテクタ１２２を備え、レーザ光源１０２から出射する加工用レーザ光の強度を検出する構成として集光レンズ１２４，フォトディテクタ１２６を備え、対物レンズ１１２をＺ軸方向とＹ軸方向とに駆動する構成としてＺ軸アクチュエータ１１４ｚとＹ軸アクチュエータ１１４ｙからなるフォーカスアクチュエータ１１４を備える。

更に、加工用ヘッド１２は、サーボ用レーザ光を照射するレーザ光源１３０と、レーザ光源１３０から出射されるサーボ用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ１３２，偏光ビームスプリッタ１３４，１／４波長板１３６を備えている。レーザ光源１３０は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０から供給される電流および電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。レーザ光源１３０から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ１３２により平行光となって偏光ビームスプリッタ１３４に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ１３４をそのまま透過して１／４波長板１３６を通過して直線偏光から円偏光に変換される。１／４波長板１３６を通過したサーボ用レーザ光は、加工用レーザ光の光路途中に設けられるダイクロイックミラー１１０に入射し、そこで反射する。従って、サーボ用レーザ光と加工用レーザ光とが合成されて対物レンズ１１２に入射する。この場合、ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用レーザ光の光軸と、ダイクロイックミラー１１０を透過した加工用レーザ光の光軸とが一致するように、サーボ用レーザ光と加工用レーザ光の光路が設定されている。

サーボ用レーザ光は、加工用レーザ光と同様に、対物レンズ１１２により加工対象物ＯＢの直径よりも小さな径に集光されて加工対象物ＯＢの表面にスポット状に照射される。この加工対象物ＯＢの照射されるサーボ用レーザ光がサーボ用Ｚ軸方向レーザ光である。加工用レーザ光およびサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの表面で反射して対物レンズ１１２に入射し平行光に戻される。この場合、加工用レーザ光は、そのままダイクロイックミラー１１０を透過するが、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、ダイクロイックミラー１１０で反射する。従って、ダイクロイックミラー１１０で加工用レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とが分離されることになる。

ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、１／４波長板１３６を通過する。この場合、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光（反射光）は、１／４波長板を２回通過したことになるため、レーザ光源１３０から出射されたレーザ光とは偏光方向が９０°相違したものとなる。従って、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、偏光ビームスプリッタ１３４で反射する。

偏光ビームスプリッタ１３４の反射方向には、フォトディテクタ１４０が設けられている。従って、加工対象物ＯＢの表面を反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、フォトディテクタ１４０に入射する。このフォトディテクタ１４０は、第１実施形態のフォトディテクタ１１８と同様に、受光領域が左右に（Ｙ軸方向）２分割された２つの受光素子を備え、その受光領域Ａ，Ｂに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ）として出力する。また、フォトディテクタ１４０は、対物レンズ１１２が原点位置にあり、かつ、Ｚ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに、図１０（ｂ）に示すように、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。

フォトディテクタ１４０から出力される受光信号（ａ，ｂ）は、第１実施形態と同様にＹ軸方向エラー信号生成回路１６１に入力される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６１は、受光信号（ａ，ｂ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ａ−ｂ）演算し、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）としてＹ軸方向サーボ回路１６２に出力する。加工対象物ＯＢの位置がＹ軸方向に変動すると、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、その変動位置に応じて加工対象物ＯＢに照射されるサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の位置が変化し、これに伴って、フォトディテクタ１４０に受光される反射光ＲＬの位置が変化する。このため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＹ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。

Ｙ軸方向サーボ回路１６２およびＹ軸方向ドライブ回路１６３の動作についても第１実施形態と同様である。つまり、Ｙ軸方向サーボ回路１６２が、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１６３から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成し、Ｙ軸方向ドライブ回路１６３が、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙに駆動信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ１４０に受光されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の反射光が、受光面の中央に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向位置が制御されることとなる。このため、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように維持される。

加工用ヘッド１２は、更に、レーザ光源１３０から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ１３４で反射させ、その反射光を集光レンズ１４２によりフォトディテクタ１４４の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ１４４は、第１実施形態のフォトディテクタ２１０と同様に、レーザ光源１３０が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０に供給される。サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０は、フォトディテクタ１４４が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した強度となるようにレーザ光源１３０の出力を調整する。これにより、加工用ヘッド１２から加工対象物ＯＢに向けて出射するサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の強度が一定の適正値に維持される。

また、第２実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態と同様のレーザ加工制御ルーチンを実行する。

以上説明した第２実施形態のレーザ加工装置においては、加工用ヘッド１２によりサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を集光して加工対象物ＯＢに照射し、その反射光の位置に基づいて加工用レーザ光の光軸の位置が加工対象物ＯＢの中心軸と交差するように対物レンズ１１２のＹ軸方向の位置を制御するとともに、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０により加工対象物ＯＢの直径より大きな直径のサーボ用レーザ光（平行光）を加工対象物ＯＢに照射して、その射影光をＹ軸方向受光装置４０にて受光し、射影の位置に基づいて加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物ＯＢの表面位置と一致するように対物レンズ１１２のＺ軸方向の位置を制御する。従って、第１実施形態と同様な効果を奏する。また、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の反射光の検出位置は、加工対象物ＯＢのＹ軸方向の変位に対して大きく変動するため、Ｙ軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。

次に、第３実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。この第３実施形態のレーザ加工装置は、Ｚ軸方向のサーボ制御をクローズドループ制御で実施できるようにしたもので、第１実施形態のレーザ加工装置とは、Ｙ軸方向受光装置、Ｚ軸方向のサーボ系回路が相違し、他の構成については第１実施形態と同一である。

図１１に示すように、第３実施形態のレーザ加工装置におけるＹ軸方向受光装置４３は、第１実施形態におけるＹ軸方向受光装置４０のフォトディテクタ４０２の入射部に第１リレーレンズ４０４、第２リレーレンズ４０６を設け、更に、第１リレーレンズ４０４をＺ軸方向に駆動するリレーレンズアクチュエータ４０８を設けたものである。第１リレーレンズ４０４は、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光（加工対象物ＯＢの射影光）を集光し、第２リレーレンズ４０６は、第１リレーレンズ４０４で集光したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を平行光に戻す。フォトディテクタ４０２は、第２リレーレンズ４０６を通過したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を受光する。第１リレーレンズ４０４は、その位置がリレーレンズアクチュエータ４０８によりＺ軸方向に移動可能となっている。第１リレーレンズ４０４は、リレーレンズアクチュエータ４０８が通電されていないときに、Ｚ軸方向の可動範囲の中心に位置する（この位置を原点位置と呼ぶ）。フォトディテクタ４０２は、第１リレーレンズ４０４が原点位置にあるとき、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の光軸が受光面の中心を通るように位置決めされている。

フォトディテクタ４０２の受光面には、加工対象物ＯＢの棒状の射影が映し出されるが、リレーレンズアクチュエータ４０８により第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動された場合には、その移動に伴って射影の位置もＺ軸方向に移動する。

フォトディテクタ４０２は、上述したように、受光領域が上下に（Ｚ軸方向）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｃ，ｄ）として出力する。また、フォトディテクタ４０２は、受光したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光における棒状の射影が受光領域の分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、第１リレーレンズ４０４が原点位置にありＹ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。

第３実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態のＺ軸方向サーボ回路１７２，Ｚ軸方向ドライブ回路１７３に代えて、Ｚ軸方向サーボ回路１８２，Ｚ軸方向ドライブ回路１８３を備えている。尚、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１については、第１実施形態と同一である。フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１に入力される。Ｚ軸方向エラー信号生成回路１７１は、受光信号（ｃ，ｄ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｃ−ｄ）を演算し、その演算結果をＺ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）としてＺ軸方向サーボ回路１８２に出力する。Ｚ軸方向サーボ回路１８２は、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）を入力し、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１８３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路１８３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてリレーレンズアクチュエータ４０８を駆動する信号を出力して第１リレーレンズ４０４をＺ軸方向に移動させるとともに、加工用ヘッド１０のＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。この場合、第１リレーレンズ４０４の移動量と対物レンズ１１２の移動量とが同一となるように、それぞれの駆動信号は設定されている。従って、対物レンズ１１２と第１リレーレンズ４０４とは、Ｚ軸方向における相対位置がほとんど変化しない。

第１実施形態においては、対物レンズ１１２のみをＺ軸方向に移動させる構成であったため、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影は移動しないが、第３実施形態においては、第１リレーレンズ４０４もＺ軸方向サーボ信号によりＺ軸方向に移動するため、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影がＺ軸方向に移動する。従って、この第３実施形態におけるＺ軸方向サーボ制御では、フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影が、常に、受光面の中央、つまり、受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置となるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これに合わせて対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動されることになる。従って、Ｙ軸方向サーボ制御だけでなくＺ軸方向サーボ制御においてもクローズドループ制御を行うため、Ｚ軸方向サーボ制御も高精度となる。また、加工対象物ＯＢがＺ軸方向に大きく変動しても、それに合わせてリレーレンズアクチュエータ４０８が、フォトディテクタ４０２に映し出される射影の位置が受光面の中央側にくるように第１リレーレンズ４０４を移動させるため、加工対象物ＯＢのＺ軸方向の検出エリアが広くなる。

また、第３実施形態のレーザ加工装置は、第１実施形態と同様のレーザ加工制御ルーチンを実行する。この場合、ステップＳ１１０においては、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動するとともに、Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号に基づいてリレーレンズアクチュエータ４０８を駆動し、それと等しい駆動量でＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する。

以上説明した第３実施形態のレーザ加工装置によれば、第１実施形態の効果に加えて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ検出範囲が広くなるため、Ｚ軸方向のサーボ制御可能範囲を広くすることができる。また、クローズドループ制御を行うためＺ軸方向サーボ制御も高精度に行うことができる。

次に、第４実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。第３実施形態においては、１つのサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物ＯＢに照射し、その加工対象物ＯＢの射影の位置に基づいて、Ｚ軸方向サーボ制御を行ったが、この第４実施形態においては、さらに別のサーボ用Ｙ軸方向レーザ光を加工対象物ＯＢに照射してその反射光の位置を検出することにより、射影と反射光との両方の位置に基づいてＺ軸方向サーボ制御を行うものである。第４実施形態のレーザ加工装置は、図１２に示すように、第３実施形態のレーザ加工装置におけるＹ軸方向受光装置４３に代えて、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４を備えている。

尚、第４実施形態のレーザ加工装置は、以下に説明する構成以外については第３実施形態のレーザ加工装置と同一であるが、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４と区別するために、このサーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０を第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０と呼ぶ。また、第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射されるサーボ用レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光と呼び、レーザ光源３０２を第１レーザ光源３０２と呼び、第１レーザ光源３０２を駆動するサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０と呼ぶ。

まず、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４における、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物ＯＢの射影を検出する構成から説明する。図１２に示すように、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４は、第３実施形態のＹ軸方向受光装置４３と同様に、第１リレーレンズ４０４、第２リレーレンズ４０６、フォトディテクタ４０２、リレーレンズアクチュエータ４０８を備えるが、更に、第１リレーレンズ４０４と第２リレーレンズ４０６と間にダイクロイックミラー４１８を介装している。第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、その波長がダイクロイックミラー４１８で反射するように設定されている。従って、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の進む光路は、ダイクロイックミラー４１８で９０度曲がった構成となっている。

第１リレーレンズ４０４に入射する第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの射影光となる。射影光は、第１リレーレンズ４０４を通過して集光されダイクロイックミラー４１８で反射する。そして、第２リレーレンズ４０６で平行光に戻されてフォトディテクタ４０２の受光面に入射する。これにより、フォトディテクタ４０２の受光面には、加工対象物ＯＢの棒状の射影が映し出される。以下、フォトディテクタ４０２を第１フォトディテクタ４０２と呼ぶ。

第１フォトディテクタ４０２は、受光領域が左右に（Ｙ軸方向に）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｃ，ｄ）として出力する。この第１フォトディテクタ４０２は、受光した第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光における棒状の射影が受光領域の分割線ＤＩＶと平行になるように、かつ、第１リレーレンズ４０４が原点位置にありＹ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢの射影が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。

第１リレーレンズ４０４は、その位置がリレーレンズアクチュエータ４０８によりＺ軸方向に移動可能となっている。第１リレーレンズ４０４は、リレーレンズアクチュエータ４０８が通電されていないときに、Ｚ軸方向の可動範囲の中心、つまり、原点に位置する。

第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４は、更に、加工対象物ＯＢに対して第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とは反対方向から第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射し、その反射光を検出する構成として、第２レーザ光源４１０、コリメートレンズ４１２、偏光ビームスプリッタ４１４、１／４波長板４１６、第２フォトディテクタ４２０を備えている。第２レーザ光源４１０は、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０から供給される電流および電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。第２レーザ光源４１０から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ４１２により平行光となって偏光ビームスプリッタ４１４に入射する。サーボ用レーザ光は、その大半（例えば、９５％）が偏光ビームスプリッタ４１４をそのまま透過し、１／４波長板４１６を通過して直線偏光から円偏光に変換される。１／４波長板４１６を通過したサーボ用レーザ光は、ダイクロイックミラー４１８を透過し、第１リレーレンズ４０４に入射する。第１リレーレンズ４０４は、対物レンズとして働くためサーボ用レーザ光を集光する。こうして加工対象物ＯＢの直径よりも小さな径に集光されたレーザスポットが加工対象物ＯＢの表面に照射される。

加工対象物ＯＢに照射されたサーボ用レーザ光（第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光）は、加工対象物ＯＢの表面で反射して第１リレーレンズ４０４に入射し平行光に戻されて、ダイクロイックミラー４１８をそのまま通過し、さらに、１／４波長板４１６を通過する。この場合、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第２レーザ光源４１０から出射されたサーボ用レーザ光とは偏光方向が９０°相違したものとなるため、偏光ビームスプリッタ４１４で反射する。偏光ビームスプリッタ４１４の反射方向には、第２フォトディテクタ４２０が設けられている。従って、加工対象物ＯＢの表面で反射した第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第２フォトディテクタ４２０に入射する。この第２フォトディテクタ４２０は、受光領域が左右に（Ｙ軸方向に）２分割された受光素子を備え、その受光領域Ｅ，Ｆに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ｅ，ｆ）として出力する。この第２フォトディテクタ４２０は、第１リレーレンズ４０４が原点位置にあり、かつ、Ｙ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに加工対象物ＯＢで反射した反射光が受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置に配置される。

また、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４は、第２レーザ光源４１０から出射されたサーボ用レーザ光の一部（例えば、５％）を偏光ビームスプリッタ４１４で反射させ、その反射光を集光レンズ４２２によりフォトディテクタ４２４の受光面に集光させる構成を備えている。フォトディテクタ４２４は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ４２４は、第２レーザ光源４１０が出射したサーボ用レーザ光の強度に対応した受光信号を出力する。この受光信号は、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０に供給される。

第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０は、コントローラ９０からの指令に基づいて、第２レーザ光源４１０に対して、加工対象物ＯＢの表面を変化させず、かつ、第２フォトディテクタ４２０で加工対象物ＯＢからの反射光を検出できる強度のサーボ用レーザ光を出射するための電流および電圧を供給する回路である。第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０は、フォトディテクタ４２４が出力する受光信号をフィードバックして、受光信号の強度が予め設定した設定強度となるように第２レーザ光源４１０に出力する電流あるいは電圧を調整する。これにより、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４から出射するサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の強度が一定に維持される。

第４実施形態のレーザ加工装置は、第３実施形態のＺ軸方向エラー信号生成回路１７１，Ｚ軸方向サーボ回路１８２に代えて、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１９１，Ｚ軸方向サーボ回路１９２を備えている。尚、Ｚ軸方向ドライブ回路１８３に関しては、第３実施形態と同一である。

第１フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）、および、第２フォトディテクタ４２０から出力される受光信号（ｅ，ｆ）は、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１９１に入力される。Ｚ軸方向エラー信号生成回路１９１は、第１生成部１９１１と第２生成部１９１２とからなり、第１フォトディテクタ４０２から出力される受光信号（ｃ，ｄ）が第１生成部１９１１に入力され、第２フォトディテクタ４２０から出力される受光信号（ｅ，ｆ）が第２生成部１９１２に入力される。第１生成部１９１１は、受光信号（ｃ，ｄ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｃ−ｄ）を演算し、その演算結果を第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）として出力する。第２生成部１９１２は、受光信号（ｅ，ｆ）を増幅した後、この信号を使って光強度の差（ｅ−ｆ）を演算し、その演算結果を第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）として出力する。

第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）、および、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−f）は、Ｚ軸方向サーボ回路１９２に入力される。Ｚ軸方向サーボ回路１９２は、第１サーボ部１９２１と第２サーボ部１９２２とからなり、第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が第１サーボ部１９２１に入力され、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−f）が第２サーボ部１９２２に入力される。

第１サーボ部１９２１は、コントローラ９０から出力されるサーボ開始指令により作動を開始し、第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）に基づいて、第１Ｚ軸方向エラー信号（ｃ−ｄ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１８３に出力する。従って、第１フォトディテクタ４０２に映し出される加工対象物ＯＢの射影が、受光面の中央、つまり、受光領域の分割線ＤＩＶにより２等分される位置となるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動される。また、第１サーボ部１９２１は、コントローラ９０からのサーボ切替指令に基づいて作動を停止する。

第２サーボ部１９２２は、コントローラ９０から出力されるサーボ切替指令により、第１サーボ部１９２１に代わって作動を開始し、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）に基づいて、第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）が常にゼロとなるようなＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１８３に出力する。従って、第２フォトディテクタ４２０に受光された第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の反射光が受光領域の中央に維持されるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動される。

次に、第４実施形態におけるコントローラ９０の実行するレーザ加工制御ルーチンについて説明する。第４実施形態のレーザ加工制御ルーチンは、第１実施形態のものとステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理、および、ステップＳ１３０〜Ｓ１３２の処理が相違する。図１３は、第１実施形態におけるステップＳ１０８〜Ｓ１１０，ステップＳ１３０〜Ｓ１３２の処理に代えて行う第４実施形態の処理を表す部分フローチャートである。

コントローラ９０は、ステップＳ１０６において、スピンドルモータ制御回路５６に対して回転開始指令を出力すると、続いて、ステップＳ２０１において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０と第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０とに対して、それぞれのサーボ用レーザ光の照射開始指令を出力する。従って、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からサーボ用Ｚ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＺ軸方向に照射され、第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光が加工対象物ＯＢに対してＹ軸方向に照射される。この第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射する処理は、本発明の第１Ｙ軸方向照射ステップに相当する。また、第１サーボ用Ｙ軸レーザ光の照射により、第１フォトディテクタ４０２が受光信号（ｃ，ｄ）を出力する処理が、本発明の第１Ｙ軸方向レーザ光検出ステップに相当する。

続いて、コントローラ９０は、ステップＳ２０２において、Ｚ軸方向サーボ回路１９２とＹ軸方向サーボ回路１６２に対して、サーボ開始指令を出力する。これにより、各サーボ回路は、上述したＺ軸方向サーボおよびＹ軸方向サーボ制御を開始する。この場合、Ｚ軸方向サーボ回路１９２では、第１サーボ部１９２１のみが作動してＺ軸方向サーボ信号を生成する。この場合の第１生成部１９１１，第１サーボ部１９２１，Ｚ軸方向ドライブ回路１８３の処理が、本発明の第１Ｚ軸方向サーボステップに相当する。

続いて、コントローラ９０は、ステップＳ２０３において、サーボ開始指令の出力から所定時間経過するまで待機する。この間、上述したサーボ制御が継続される。この場合、Ｚ軸方向サーボにおいては、第１サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０から出射された第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物ＯＢの射影が、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４の第１フォトディテクタ４０２の受光面の中央位置にくるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動されるため、Ｚ軸方向のサーボ制御可能範囲が広い。従って、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転中心軸に対してＺ軸方向に大きくずれていても、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物ＯＢの表面にまで移動させることができる。

サーボ開始指令の出力から所定時間経過すると（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、コントローラ９０は、ステップＳ２０４において、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０、Ｚ軸方向サーボ回路１９２に対してサーボ切替指令を出力する。これにより、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０による第１レーザ光源３０２の駆動が停止され、代わりに、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路４４０による第２レーザ光源４１０の駆動が開始される。従って、加工対象物ＯＢには、第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光に代わって第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光が照射される。この第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４から第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光を照射する処理は、本発明の第２Ｙ軸方向照射ステップに相当する。また、第２サーボ用Ｙ軸レーザ光の照射により、第２フォトディテクタ４２０が受光信号（ｅ，ｆ）を出力する処理が、本発明の第２Ｙ軸方向レーザ光検出ステップに相当する。

また、同時に、Ｚ軸方向サーボ回路１９２においては、第１サーボ部１９２１に代わって第２サーボ部１９２２が作動を開始する。これにより、Ｚ軸方向のサーボ制御態様が切り替わり、第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の加工対象物ＯＢからの反射光が第２フォトディテクタ４２０の受光面の中央位置にくるように第１リレーレンズ４０４がＺ軸方向に駆動され、これと同じ駆動量で対物レンズ１１２がＺ軸方向に駆動される。この場合、反射光位置に基づいてＺ軸方向サーボ制御を行うため、加工対象物ＯＢのＺ軸方向の変位に対して第２サーボ部１９２２の出力する第２Ｚ軸方向エラー信号（ｅ−ｆ）の変化が大きくなり、高精度にＺ軸方向サーボ制御を行うことができる。この場合の第２生成部１９１２，第１サーボ部１９２２，Ｚ軸方向ドライブ回路１８３の処理が、本発明の第２Ｚ軸方向サーボステップに相当する。コントローラ９０は、ステップＳ２０４においてＺ軸方向のサーボ制御態様を切り換えると、上述したステップＳ１１２からの処理を実行する。

コントローラ９０は、第１実施形態のステップＳ１３０，Ｓ１３２の処理に代えて、ステップＳ２０５，Ｓ２０６の処理を実行する。コントローラ９０は、ステップＳ２０５において、Ｚ軸方向サーボ回路１９２とＹ軸方向サーボ回路１６２に対して、サーボ制御の停止指令を出力する。これにより、Ｚ軸アクチュエータ１１４ｚ、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙ、リレーレンズアクチュエータ４０８の作動が停止する。続いて、ステップＳ２０６において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０と第２サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路４４０とに対して、サーボ用レーザ光の照射停止指令を出力する。これにより、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０からのサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の照射、および、第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド４４からの第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の照射が停止される。

以上説明した第４実施形態のレーザ加工装置によれば、最初に加工対象物ＯＢの射影の検出位置に基づいてＺ軸方向のフォーカスサーボ制御を開始し（サーボ制御の引き込みを行い）、その後、加工対象物ＯＢの反射光の検出位置に基づいてＺ軸方向サーボ制御を行うようにしているため、Ｚ軸方向サーボ制御の引き込みを確実に行え、Ｚ軸方向サーボ制御を高精度に行うことができる。

次に、第５実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。上述した第１〜第４実施形態のレーザ加工装置においては、サーボ用レーザ光の照射源としてＺ軸方向とＹ軸方向とで別々のレーザ光源を備え、また、それらサーボ用レーザ光を検出する別々のフォトディテクタを備えた構成であったが、第５実施形態においては、Ｚ軸方向とＹ軸方向とでレーザ光源とフォトディテクタとを共通化した構成を採用している。

図１４は、第５実施形態のレーザ加工装置における加工用ヘッド１５の概略構成を表す。この加工用ヘッド１５は、第１実施形態における加工用ヘッド１０，サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０，サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０，Ｙ軸方向受光装置４０に代えて設けられるもので、加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射する機能と、加工対象物ＯＢにサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを照射する機能と、加工対象物ＯＢに照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光との両方の射影光を検出する機能を有する。図中において、第１実施形態と同じものについては、第１実施形態で使用した符号と同一の符号を付して簡単な説明に留める。

加工用ヘッド１５は、その中央に加工対象物ＯＢが挿通される領域Ｈ（空間）が設けられており、その領域Ｈに加工用レーザ光およびサーボ用レーザ光を出射するように構成されている。加工用ヘッド１５は、加工対象物ＯＢの表面に加工用レーザ光を照射する構成として、加工用レーザ駆動回路１５０により駆動されるレーザ光源１０２と、レーザ光源１０２から出射される加工用レーザ光の光軸に沿って設けられるコリメートレンズ１０４，偏光ビームスプリッタ１０６，１／４波長板１０８，ダイクロイックミラー１１０，対物レンズ１１２と、対物レンズ１１２の位置をＺ軸方向とＹ軸方向とに調整するフォーカスアクチュエータ１１４（Ｚ軸アクチュエータ１１４ｚ，Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙ）とを備えている。また、加工用レーザ光が加工対象物ＯＢで反射した反射光の強度を検出するための構成として、集光レンズ１２０とフォトディテクタ１２２とを備えている。また、加工用レーザ光の強度を検出するための構成として、集光レンズ１２４とフォトディテクタ１２６とを備えている。これらの構成は、第１実施形態と同一である。従って、加工用レーザ光の進む経路や、フォトディテクタ１２２，１２６の出力に基づく制御についても第１実施形態と同一である。

加工用ヘッド１５は、対物レンズ１１２が原点位置にあり、かつ、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致している場合に、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物ＯＢの表面に一致するように位置決めされている。

次に、サーボ用レーザ光を加工対象物ＯＢに照射する構成について説明する。加工用ヘッド１５は、第１実施形態のサーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０と同様な、サーボ用レーザ光を出射するレーザ光源２０２と、レーザ光源２０２から出射されるサーボ用レーザ光を平行光にするコリメートレンズ２０４と、平行光の大半（例えば９５％）を透過し残りを反射する偏光ビームスプリッタ２０６と、偏光ビームスプリッタ２０６の反射方向に設けられる集光レンズ２０８と、集光レンズ２０８により集光されたサーボ用レーザ光の強度を検出するフォトディテクタ２１０を備えている。レーザ光源２０２は、サーボ用レーザ駆動回路５４０から供給される電流および電圧により駆動されてサーボ用レーザ光を出射する。このサーボ用レーザ駆動回路５４０は、第１実施形態のサーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０に相当するもので、フォトディテクタ２１０により検出したサーボ用レーザ光の光強度が設定強度となるようにレーザ光源２０２に出力する電流あるいは電圧を調整する。

サーボ用レーザ光が偏光ビームスプリッタ２０６を透過する方向には、ビームスプリッタ２１２が設けられる。ビームスプリッタ２１２は、入射したサーボ用レーザ光の半分を透過し残り半分を反射する。従って、サーボ用レーザ光は、光強度が同程度となる２つのサーボ用レーザ光に分けられる。ビームスプリッタ２１２を透過したサーボ用レーザ光は、加工対象物ＯＢに対して加工用レーザ光とは反対方向からＺ軸方向に照射される。以下、ビームスプリッタ２１２を透過したサーボ用レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と呼ぶ。このサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、第１実施形態のサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と同様に、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であり、その光軸が、加工用ヘッド１５の対物レンズ１１２が原点位置にある時に加工用レーザ光の光軸と一致するように光路が位置決めされている。

サーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物ＯＢに遮られなかったレーザ光が対物レンズ１１２に入射する。この場合、対物レンズ１１２に入射するサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、受光すると中央に加工対象物ＯＢの棒状の射影が形成された射影光となる。対物レンズ１１２に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、集光されてダイクロイックミラー１１０に入射して反射する。ダイクロイックミラー１１０の反射方向には、リレーレンズ１１６（結像レンズ）、偏光ビームスプリッタ２２８、フォトディテクタ２３０が設けられている。偏光ビームスプリッタ２２８は、透過方向がレーザ光源２０２を出射したレーザ光の偏光方向に設定されている。従って、ダイクロイックミラー１１０で反射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光は、リレーレンズ１１６を通過して平行光となり、偏光ビームスプリッタ２２８を透過してフォトディテクタ２３０の受光面に入射する。こうしてフォトディテクタ２３０の受光面には、加工対象物ＯＢの影であるＸ軸方向に延びた棒状の射影が映し出される。

フォトディテクタ２３０は、図１５に示すように、受光領域が十字状に４分割された４つの同一正方形状の受光素子を備え、時計回りに配置された受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）として出力する。このフォトディテクタ２３０は、十字状の分割線ＤＩＶがＺ軸方向とＸ軸方向とに向くように配置されている。以下、分割線ＤＩＶのうち、Ｘ軸方向に向いた分割線をＸ軸方向分割線ＤＩＶＸと呼び、Ｚ軸方向に向いた分割線をＺ軸方向分割線ＤＩＶＺと呼ぶ。

また、ビームスプリッタ２１２で反射したサーボ用レーザ光は、第１反射ミラー２１４と第２反射ミラー２１６とで反射して加工対象物ＯＢに対してＹ軸方向に照射される。以下、ビームスプリッタ２１２で反射したサーボ用レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光と呼ぶ。このサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第１実施形態のサーボ用Ｙ軸方向レーザ光と同様に、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であり、その光軸がワーク駆動装置５０の回転軸と交差するように光路が位置決めされている。

加工対象物ＯＢを挟んで第２反射ミラー２１６と向かい合う位置に第３反射ミラー２１８が設けられる。第２反射ミラー２１６で反射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの直径よりも大きな直径の平行光であるため、加工対象物ＯＢに遮られなかったレーザ光（射影光）が第３反射ミラー２１８に入射する。サーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第３反射ミラー２１８で反射し、更に、第４反射ミラー２２０で反射する。第４反射ミラー２２０の反射方向には、像回転プリズム（ダブプリズム）２２２および第５反射ミラー２２４が設けられる。第４反射ミラー２２０で反射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、像回転プリズム２２２で像が９０度回転する。従って、像回転プリズム２２２から出射するサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、加工対象物ＯＢの射影の向きがＺ軸方向となる。像回転プリズム２２２から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は、第５反射ミラー２２４で反射して進行方向を変え、１／２波長板２２６を通過することで偏光方向が９０度変化して偏光ビームスプリッタ２２８に入射する。偏光ビームスプリッタ２２８は透過方向がレーザ光源２０２を出射したレーザ光の偏光方向に設定されているため、入射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光は偏光ビームスプリッタ２２８で反射する。これにより、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とが合成される。

フォトディテクタ２３０には、図１５に示すように、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光とによる加工対象物ＯＢの射影Ｓが映し出されるが、この射影Ｓは、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに延びた十字形状となる。このフォトディテクタ２３０は、Ｙ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに射影Ｓが受光領域のＺ軸方向分割線ＤＩＶＺにより２等分される位置で、かつ、対物レンズ１１２が原点位置にありＺ軸方向から見て加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸と一致しているときに射影Ｓが受光領域のＸ軸方向分割線ＤＩＶＸにより２等分される位置に配置される。

フォトディテクタ２３０の出力する受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）は、ぞれぞれ、Ｙ軸方向エラー信号生成回路５６１とＺ軸方向エラー信号生成回路５７１とに入力される。この第５実施形態においては、Ｙ軸方向エラー信号生成回路５６１は、受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を使って（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））の演算を行い、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））として出力する。Ｙ軸方向エラー信号（（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＹ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。また、Ｚ軸方向エラー信号生成回路５７１は、受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を使って（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））の演算を行い、その演算結果をＺ軸方向エラー信号（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））として出力する。Ｚ軸方向エラー信号（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））の大きさは、加工対象物ＯＢの中心軸とワーク駆動装置５０の回転軸とのＺ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。

Ｙ軸方向サーボ回路５６２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｙ軸方向エラー信号生成回路５６１から入力したＹ軸方向エラー信号（（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（（（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ））が常にゼロとなるようなＹ軸方向サーボ信号を生成してＹ軸方向ドライブ回路５６３に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路５６３は、Ｙ軸方向サーボ信号に基づいてＹ軸アクチュエータ１１４ｙを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＹ軸方向に移動させる。従って、フォトディテクタ２３０に映し出される十字形状の射影におけるＸ軸方向に向いた部分が受光領域のＸ軸方向分割線ＤＩＶＸにより２等分される位置に維持されるように対物レンズ１１２のＹ軸方向位置が制御される。この結果、加工用レーザ光の光軸が加工対象物ＯＢの中心軸と交差する位置に維持される。

また、Ｚ軸方向サーボ回路５７２は、コントローラ９０からの指令により作動を開始し、Ｚ軸方向エラー信号生成回路５７１から入力したＺ軸方向エラー信号（（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ））に基づいて、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量を検出し、このずれ量分の対物レンズ１１２のＺ軸方向移動量を表すＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路５７３に出力する。Ｚ軸方向ドライブ回路５７３は、Ｚ軸方向サーボ信号に基づいてＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動する信号を出力して、対物レンズ１１２をＺ軸方向に移動させる。従って、加工対象物ＯＢのＺ軸方向のずれ量だけ、対物レンズ１１２が原点位置からＺ軸方向に離れた位置に維持される。このため、加工対象物ＯＢの位置がＺ軸方向に変動しても、加工対象物ＯＢの中心軸がワーク駆動装置５０の回転軸とずれている量だけ対物レンズ１１２を原点位置から移動させることにより、常に、加工用レーザ光の焦点位置を加工対象物ＯＢの表面と一致させることができる。

尚、本実施形態においても、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の光路上に第１リレーレンズ４０４，第２リレーレンズ４０６を設け、第３実施形態と同様、第１リレーレンズ４０４をリレーレンズアクチュエータ４０８で駆動し、それと等しい駆動量でＺ軸アクチュエータ１１４ｚを駆動して、クローズドループ制御によりＺ軸方向サーボ制御を行うようにすることができる。

また、加工対象物ＯＢに形成されるビームスポットの径が大きくてもよい場合は、図１６に示すように、対物レンズ１１２の焦点距離を長くすることができるので、加工対象物ＯＢと対物レンズ１１２の間にビームスプリッタ２３２を設け、像回転プリズム２２２から出射したサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とサーボ用Ｚ軸方向レーザ光をビームスプリッタ２３２で合成させるようにしてもよい。この場合、加工対象物ＯＢから対物レンズ１１２までの光路長を２つの方向のレーザ光において等しくする必要があるため、リレーレンズ２３４，２３６を設ける。これによれば、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光も対物レンズ１１２を通過させることができるので、リレーレンズを設けなくてもクローズドループ制御によりＺ軸方向サーボ制御を行うことができる。

以上説明した第５実施形態のレーザ加工装置によれば、第１実施形態の効果を奏するだけでなく、サーボ用レーザ光のレーザ光源、サーボ用レーザ駆動回路、フォトディテクタ、その他の光学素子の数を減らすことができ、装置の低コスト化を図ることができる。

尚、第１実施形態では、レーザ加工制御ルーチンにおけるステップＳ１０８，Ｓ１３２の処理において、サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路２４０とサーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路３４０との両方に対して照射開始指令あるいは照射停止指令を出力したが、第５実施形態においては、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光とサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを共通のレーザ光源２０２から出射するように構成しているため、照射開始指令および照射停止指令は、レーザ光源２０２を駆動するサーボ用レーザ駆動回路５４０のみに対して出力されることになる。

以上、本発明の５つの実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。

例えば、第１実施形態においては、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、加工用レーザ光を集光させる対物レンズ１１２を介してフォトディテクタ１１８で受光する構成を採用しているが、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の光軸を加工用レーザ光の光軸から僅かにずらし、対物レンズ１１２の近傍に設けたフォトディテクタでサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を受光する構成であってもよい。この構成では、加工対象物ＯＢの変動を加工用レーザ光の焦点位置の近傍で検出することになるが、加工対象物ＯＢの変動が大きくなければサーボ制御は可能である。

また、上記各実施形態においては、アクチュエータ１１４による対物レンズ１１２の駆動のみにより加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物ＯＢの適正位置になるように制御したが、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙに変位センサを設け、この変位センサが出力する信号の直流成分（オフセット部分）を検出し、この直流成分がゼロになるように加工用ヘッドおよびサーボ用Ｚ軸方向光ヘッドをＹ軸方向に一体的に移動させるアクチュエータを別に設けるようにしてもよい。この場合には、対物レンズ１１２が原点位置を中心に駆動されるため、さらに精度の高いサーボ制御を行うことができる。尚、Ｙ軸アクチュエータ１１４ｙに変位センサを設けずに、Ｙ軸方向サーボ回路１６２、５６２が出力する信号の直流成分を検出するようにしてもよい。

また、上記各実施形態においては、加工用レーザ光の照射位置をＸ軸方向に移動させるにあたって、ワーク駆動装置５０により加工対象物ＯＢをＸ軸方向に移動させているが、例えば、加工用ヘッド１０、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０、Ｙ軸方向受光装置４０を一体化したユニットをＸ軸方向に移動させる構成であってもよい。

また、上記各実施形態においては、加工対象物ＯＢをその中心軸回りに回転させているが、加工対象物ＯＢを固定し、加工用ヘッド１０、サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド２０、サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド３０、Ｙ軸方向受光装置４０を加工対象物ＯＢの中心軸回りに回転させる構成であってもよい。

また、上記各実施形態においては、加工対象物ＯＢを横方向に向けて固定しているが、加工対象物ＯＢを固定する向きは任意の方向に設定できるものである。また、これに伴って、加工用レーザ光、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光、サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の向きに関しても、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の関係を満たす条件で任意に設定できるものである。

ＯＢ…加工対象物、１０，１２，１５…加工用ヘッド、２０…サーボ用Ｚ軸方向光ヘッド、３０…サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド、４０，４３…Ｙ軸方向受光装置、４４…第２サーボ用Ｙ軸方向光ヘッド、５０…ワーク駆動装置、５１…移動ステージ、５２…スピンドルモータ、５５…フィードモータ、５６…スピンドルモータ制御回路、５７…フィードモータ制御回路、５８…移動位置検出回路、９０…コントローラ、１０２，２０２，１３０，３０２，４１０…レーザ光源、１１０…ダイクロイックミラー、１１２…対物レンズ、１１４…フォーカスアクチュエータ、１１４ｙ…Ｙ軸アクチュエータ、１１４ｚ…Ｚ軸アクチュエータ、１１８，１２２，１２６，１４０，１４４，２１０，２３０，３１０，４０２，４２０，４２４…フォトディテクタ、４０４…第１リレーレンズ、４０８…リレーレンズアクチュエータ、１６１，５６１…Ｙ軸方向エラー信号生成回路、１６２，５６２…Ｙ軸方向サーボ回路、１６３，５６３…Ｙ軸方向ドライブ回路、１７１，１９１，５７１…Ｚ軸方向エラー信号生成回路、１７２，１８２，１９２，５７２…Ｚ軸方向サーボ回路、１７３，１８３、５７３…Ｚ軸方向ドライブ回路、２１２…ビームスプリッタ、２２２…像回転プリズム、２４０…サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路、３４０…サーボ用Ｙ軸方向レーザ駆動回路、４４０…第２サーボ用Ｚ軸方向レーザ駆動回路、５４０…サーボ用レーザ駆動回路。

Claims (14)

1. 円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸回りに前記加工対象物の周囲にあるものに対して相対的に回転させる回転手段と、
   加工用レーザ光を対物レンズにより集光して、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記加工対象物の表面を照射してレーザ加工する加工用レーザ光照射手段と、
   前記加工対象物に照射される加工用レーザ光の照射位置を前記Ｘ軸方向に移動させる加工用レーザ光照射位置移動手段と
   を備えたレーザ加工装置において、
   前記対物レンズにより前記加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工用レーザ光と同軸となる位置で前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段と、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段とを備えたサーボ用レーザ光照射手段と、
   前記Ｚ軸方向に照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出手段と、
   前記Ｙ軸方向に照射されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出手段と、
   前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段と、
   前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段と
   を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸回りに前記加工対象物の周囲にあるものに対して相対的に回転させる回転手段と、
   加工用レーザ光を対物レンズにより集光して、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記加工対象物の表面を照射してレーザ加工する加工用レーザ光照射手段と、
   前記加工対象物に照射される加工用レーザ光の照射位置を前記Ｘ軸方向に移動させる加工用レーザ光照射位置移動手段と
   を備えたレーザ加工装置において、
   照射方向がＺ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向が前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段と、
   前記Ｚ軸方向に照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出手段と、
   前記Ｙ軸方向に照射されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出手段と、
   前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段と、
   前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面への入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズを備え、前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをＺ軸方向に駆動することにより、前記加工用レーザ光の焦点位置を前記加工対象物の表面に一致させるＺ軸方向サーボ手段と
   を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
3. 前記サーボ用レーザ光照射手段は、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射手段と、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射手段とを備え、
   前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、
   前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とする請求項２記載のレーザ加工装置。
4. 前記Ｚ軸方向照射手段は、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、前記加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、前記加工対象物に対して前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、
   前記加工用レーザ光照射手段は、前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射するための光路の途中に、前記光路に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記光路から分離して前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の受光面に導く分離用光学素子を備えたことを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
5. 前記Ｙ軸方向照射手段は、
   前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第１Ｙ軸方向照射手段と、
   前記加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第２Ｙ軸方向照射手段と
   を備え、
   前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、
   前記第１Ｙ軸方向照射手段により照射された第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と、
   前記第２Ｙ軸方向照射手段により照射された第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第２Ｙ軸方向レーザ光検出器と
   を備え、
   前記Ｚ軸方向サーボ手段は、
   前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズと、
   前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをＺ軸方向に駆動する第１Ｚ軸方向サーボ手段と、
   前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光が前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをＺ軸方向に駆動する第２Ｚ軸方向サーボ手段と、
   前記第１Ｚ軸方向サーボ手段の作動の後に、前記第２Ｚ軸方向サーボ手段が作動するように作動切替を行う作動切替手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか一項記載のレーザ加工装置。
6. 円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸回りに前記加工対象物の周囲にあるものに対して相対的に回転させる回転手段と、
   加工用レーザ光を対物レンズにより集光して、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記加工対象物の表面を照射してレーザ加工する加工用レーザ光照射手段と、
   前記加工対象物に照射される加工用レーザ光の照射位置を前記Ｘ軸方向に移動させる加工用レーザ光照射位置移動手段と
   を備えたレーザ加工装置において、
   照射方向がＺ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向が前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射手段と、
   前記Ｚ軸方向に照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出手段と、
   前記Ｙ軸方向に照射されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光を受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出手段と、
   前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボ手段と、
   前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段の出力する受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボ手段と
   を備え、
   前記サーボ用レーザ光照射手段は、
   前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを照射するための共通のレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行光にして前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とに分離する分離光路とを備え、
   前記Ｚ軸方向レーザ光検出手段と前記Ｙ軸方向レーザ光検出手段は、
   受光領域が十字状に分割された受光面を有し、各受光領域ごとに光強度に応じた受光信号を出力するレーザ光検出器と、
   前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを、それぞれの前記加工対象物の射影が十字状にクロスするように合成して前記レーザ光検出器の受光面に導く合成光路とを備え、
   前記Ｙ軸方向サーボ手段は、前記レーザ光検出器の左右あるいは上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動し、
   前記Ｚ軸方向サーボ手段は、前記レーザ光検出器の上下あるいは左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動することを特徴とするレーザ加工装置。
7. 前記加工用レーザ光照射手段により前記加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、前記加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判断する焦点位置不適正判定手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか一項記載のレーザ加工装置。
8. 円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸回りに前記加工対象物の周囲にあるものに対して相対的に回転させる回転手段と、
   加工用レーザ光を対物レンズにより集光して、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記加工対象物の表面を照射してレーザ加工する加工用レーザ光照射手段と、
   前記加工対象物に照射される加工用レーザ光の照射位置を前記Ｘ軸方向に移動させる加工用レーザ光照射位置移動手段と
   を備えたレーザ加工装置に適用され、前記加工用レーザ光の焦点位置を制御するフォーカスサーボ制御方法において、
   前記対物レンズにより前記加工用レーザ光と同程度に集光したレーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工用レーザ光と同軸となる位置で前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射ステップと、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に照射するＹ軸方向照射ステップとを含むサーボ用レーザ光照射ステップと、
   前記Ｚ軸方向に照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光をＺ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出ステップと、
   前記Ｙ軸方向に照射されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影をＹ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出ステップと、
   前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップにより出力された受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボステップと、
   前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップにより出力された受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボステップと
   を含むことを特徴とするレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
9. 円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸回りに前記加工対象物の周囲にあるものに対して相対的に回転させる回転手段と、
   加工用レーザ光を対物レンズにより集光して、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記加工対象物の表面を照射してレーザ加工する加工用レーザ光照射手段と、
   前記加工対象物に照射される加工用レーザ光の照射位置を前記Ｘ軸方向に移動させる加工用レーザ光照射位置移動手段と
   を備えたレーザ加工装置に適用され、前記加工用レーザ光の焦点位置を制御するフォーカスサーボ制御方法において、
   照射方向がＺ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向が前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射ステップと、
   前記Ｚ軸方向に照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光をＺ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出ステップと、
   前記Ｙ軸方向に照射されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影をＹ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出ステップと、
   前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップにより出力された受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボステップと、
   前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面への入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズを設けて、前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の出力する受光信号に基づいて、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをＺ軸方向に駆動することにより、前記加工用レーザ光の焦点位置を前記加工対象物の表面に一致させるＺ軸方向サーボステップと
   を含むことを特徴とするレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
10. 前記サーボ用レーザ光照射ステップは、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｚ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｚ軸方向に照射するＺ軸方向照射ステップと、前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光をサーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射するＹ軸方向照射ステップとを含み、
    前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を前記Ｚ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力し、
    前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップは、前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を前記Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力することを特徴とする請求項９記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
11. 前記Ｚ軸方向照射ステップは、前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光を、前記加工用レーザ光照射手段から照射される加工用レーザ光と光軸が同一となる位置で、かつ、前記加工対象物に対して前記加工用レーザ光の照射方向とは反対方向から照射し、
    前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップは、前記加工用レーザ光を前記加工対象物に照射するための光路の途中に設けた分離用光学素子により、前記光路に入射したサーボ用Ｚ軸方向レーザ光を前記光路から分離して前記Ｚ軸方向レーザ光検出器の受光面に導くことを特徴とする請求項１０記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
12. 前記Ｙ軸方向照射ステップは、
    前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行レーザ光を第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第１Ｙ軸方向照射ステップと、
    前記加工対象物の直径よりも小さな直径に集光したレーザ光を第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光として前記加工対象物へ前記Ｙ軸方向に照射する第２Ｙ軸方向照射ステップとを含み、
    前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップは、
    前記第１Ｙ軸方向照射ステップにより照射された第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影を第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影の位置に応じた受光信号を出力する第１Ｙ軸方向レーザ光検出ステップと、
    前記第２Ｙ軸方向照射ステップにより照射された第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光を第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記反射光の位置に応じた受光信号を出力する第２Ｙ軸方向レーザ光検出ステップとを含み、
    前記Ｚ軸方向サーボステップは、
    第１Ｙ軸方向レーザ光検出器と前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器との共通の入射光路に、その光路に対して直角方向に移動可能なリレーレンズを設けて、前記第１サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影が前記第１Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをＺ軸方向に駆動する第１Ｚ軸方向サーボステップと、
    第１Ｚ軸方向サーボステップの後に行われ、前記第２サーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の反射光が前記第２Ｙ軸方向レーザ光検出器の受光面の中央に位置するように前記リレーレンズを駆動するとともに、前記リレーレンズの駆動と合わせて前記対物レンズをＺ軸方向に駆動する第２Ｚ軸方向サーボステップと
    を含むことを特徴とする請求項８ないし請求項１１の何れか一項記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
13. 円筒パイプ状の加工対象物を、その中心軸回りに前記加工対象物の周囲にあるものに対して相対的に回転させる回転手段と、
    加工用レーザ光を対物レンズにより集光して、前記加工対象物の中心軸線方向であるＸ軸方向に対して垂直方向となるＺ軸方向に前記加工対象物の表面を照射してレーザ加工する加工用レーザ光照射手段と、
    前記加工対象物に照射される加工用レーザ光の照射位置を前記Ｘ軸方向に移動させる加工用レーザ光照射位置移動手段と
    を備えたレーザ加工装置に適用され、前記加工用レーザ光の焦点位置を制御するフォーカスサーボ制御方法において、
    照射方向がＺ軸方向に設定されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光と、照射方向が前記Ｚ軸方向と前記Ｘ軸方向とに対して垂直方向となるＹ軸方向に設定されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを加工対象物に照射するサーボ用レーザ光照射ステップと、
    前記Ｚ軸方向に照射されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光をＺ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＺ軸方向レーザ光検出ステップと、
    前記Ｙ軸方向に照射されたサーボ用Ｙ軸方向レーザ光の前記加工対象物の射影あるいは反射光をＹ軸方向レーザ光検出器の受光面に受けて、前記受光面における前記射影あるいは前記反射光の位置に応じた受光信号を出力するＹ軸方向レーザ光検出ステップと、
    前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップにより出力された受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動するＹ軸方向サーボステップと、
    前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップにより出力された受光信号に基づいて前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動するＺ軸方向サーボステップと
    を含み、
    前記サーボ用レーザ光照射ステップは、１つのレーザ光源から出射されたレーザ光を前記加工対象物の直径よりも大きな直径の平行光にして前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とに分離し、
    前記Ｚ軸方向レーザ光検出ステップと前記Ｙ軸方向レーザ光検出ステップは、
    前記サーボ用Ｚ軸方向レーザ光と前記サーボ用Ｙ軸方向レーザ光とを、それぞれの前記加工対象物の射影が十字状にクロスするように合成して、受光領域が十字状に分割された受光面を備え各受光領域ごとに光強度に応じた受光信号を出力するレーザ光検出器の受光面に導き、
    前記Ｙ軸方向サーボステップは、前記レーザ光検出器の左右あるいは上下の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の光軸が前記加工対象物の中心軸と交差するように前記対物レンズを前記Ｙ軸方向に駆動し、
    前記Ｚ軸方向サーボステップは、前記レーザ光検出器の上下あるいは左右の受光領域における受光信号の差に基づいて、前記加工用レーザ光の焦点位置が前記加工対象物の表面と一致するように前記対物レンズを前記Ｚ軸方向に駆動することを特徴とするレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。
14. 前記加工用レーザ光照射ステップにより前記加工対象物の表面に照射された加工用レーザ光の反射光の強度を検出し、前記検出した反射光の強度が基準値以下となる場合に、前記加工用レーザ光の焦点位置が適正でないと判断する焦点位置不適正判定ステップを含むことを特徴とする請求項８ないし請求項１３の何れか一項記載のレーザ加工装置のフォーカスサーボ制御方法。

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