JP6345064B2 - 形状可変鏡およびレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームなどの光波の波面歪み、特に非点収差を補正する形状可変鏡および形状可変鏡を用いるレーザ加工装置に関するものである。

形状可変鏡は光波の波面歪みを補正するもので、さまざまな光学製品で使用されている。例えば、天体望遠鏡では大気の揺らぎなどによる波面の歪み（収差）を補正し、像質を改善するために用いられる（例えば、特許文献１後半部参照。）。また、ＣＤやＤＶＤなどの光ピックアップでは、光ディスク面の傾きやうねりなどによって発生する収差を補正するために用いられる（例えば、特許文献２参照。）。さらにレーザ加工機では真円度が高くスポット径が小さいレーザビームを得ることができるように、レンズや反射鏡などの歪みによるレーザビームの波面歪みを補正するために用いられる（例えば、特許文献１後半部参照。）。

上記のような形状可変鏡は、いずれも多数の駆動素子を駆動させることによって鏡面を所望の形状に変化させていた。しかし、多数の駆動素子を用いることは構造が複雑になるとともに制御も複雑になる。そこで、例えばレーザ加工機のように、光波の非点収差のみを補正すればよい用途もあり、そのような用途に対して１個の駆動素子によって、鏡面を鞍型に変形させる形状可変鏡が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平７−６６４６３号公報（０００７〜０００９、図１〜図２／段落００１９〜００１２、図６〜図７） 特開２００５−１２２８７８号公報（段落００２８〜００３３、図１） 特開２００７−１７１７０３号公報（段落００１２〜００１５、図１〜図２）

これらの形状可変鏡は、特許文献３のように単なる鞍型に変形させる場合でも、反射鏡を変形させるための部材の少なくとも一部が鏡面の裏側に接着され、鏡面を裏側から引っ張るように構成されていた。しかしながら、このような構成では、例えば、反射鏡にガラス円板基板を用い、接着材等が使用できない環境では、鏡面の裏側から押す方向にしか力を加えることができず、所望の形状に反射鏡を変形させることが困難になる。

この発明は、反射鏡に対する接着の制約を受けず、非点収差を補正可能な形状可変鏡およびレーザ加工装置を得ることを目的としている。

本発明にかかる形状可変鏡は、反射鏡と、前記反射鏡の反射面の外周部の対向する２箇所に接触し、前記反射鏡を前記反射面側から押圧する第一押圧部材と、前記反射鏡の裏面の外周部の対向する２箇所に接触し、前記反射鏡を前記裏面側から押圧する第二押圧部材と、前記第一押圧部材が前記反射面を押圧する位置と前記第二押圧部材が前記裏面を押圧する位置が、前記反射面の中心を通る軸まわりで異なる位置となるように、前記第一押圧部材に対する前記第二押圧部材の前記軸まわりの位置を位置決めするとともに、前記軸方向での前記第一押圧部材と前記第二押圧部材の間隔を変化させて、前記押圧による前記反射鏡の変形量を調整する変形量調整部と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、反射鏡に対して接着した部材を用いることなく、変形力を与えられるので、反射鏡に対する接着の制約を受けず、非点収差を補正可能な形状可変鏡およびレーザ加工装置を得ることを目的としている。

本発明の実施の形態１にかかる形状可変鏡において反射鏡の形状変化の概念を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる形状可変鏡の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる形状可変鏡の構造を説明するための組立図である。 本発明の実施の形態２にかかる形状可変鏡の断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる形状可変鏡の構造を説明するための組立図である。 本発明の実施の形態３にかかる形状可変鏡の断面図である。 本発明の実施の形態４にかかるレーザ加工装置の構成図である。 本発明の実施の形態５にかかる形状可変鏡において、反射鏡に入射するビームが第一例の形状を有することを示す図である。 本発明の実施の形態５にかかる形状可変鏡において、反射鏡に第一例の形状のビームが入射したときの反射面における入射光の分布を示す図である。 本発明の実施の形態５にかかる形状可変鏡において、反射鏡に入射するビームが第二例の形状を有することを示す図である。 本発明の実施の形態５にかかる形状可変鏡において、反射鏡に第二例の形状のビームが入射したときの反射面における入射光の分布を示す図である。 本発明の実施の形態５にかかる形状可変鏡において、反射鏡に入射するビームが第三例の形状を有することを示す図である。 本発明の実施の形態５にかかる形状可変鏡において、反射鏡に第三例の形状のビームが入射したときの反射面における入射光の分布を示す図である。 本発明の実施の形態５にかかる形状可変鏡において、反射鏡に入射するビームが真円であることを示す図である。 本発明の実施の形態５にかかる形状可変鏡において、反射鏡に真円のビームが入射したときの反射面における入射光の分布を示す図である。 本発明の実施の形態５にかかる形状可変鏡において、反射鏡に入射するビームの形状を考慮した第一保持部材の形状を示す図である。 本発明の実施の形態６にかかる形状可変鏡の断面図である。 本発明の実施の形態６にかかる形状可変鏡の構造を説明するための組立図である。

実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１にかかる形状可変鏡の構成について説明するためのもので、図１は形状可変鏡において反射鏡に荷重をかけて形状変化をさせる概念を示す図、図２は形状可変鏡の反射面に垂直な面（ＸＺ面）による断面図、図３は形状可変鏡の構造を説明するための各部品をばらした状態を示す組立図である。

本発明の実施の形態１にかかる形状可変鏡の具体的な構成を説明する前に、反射鏡に形状変化を起こさせる概念について図１を用いて説明する。
反射鏡１は、光を反射する反射面であるミラー面１ｓｆと裏面１ｓｂが円形のお互いに平行な平面を有する薄板状の円盤である。ミラー面１ｓｆ上で、外周円の中心を通る第１軸であるＸ軸と外周円の中心でＸ軸に対して直交する第２軸であるＹ軸を定義する。また、裏面１ｓｂ上で、Ｙ軸と平行で外周円の中心 で交差する第２軸であるＹｂ軸を定義する。

そして、裏面１ｓｂの外周円とＹｂ軸との２箇所の交点Ｐｙｂ付近で、裏面１ｓｂに対して垂直に押す方向である＋Ｚ方向で荷重Ｆｂを加える。一方、ミラー面１ｓｆの外周円とＸ軸との２箇所の交点Ｐｘｆ付近では、荷重Ｆｂに対抗して荷重Ｆｆが−Ｚ方向にかかるように支持し、＋Ｚ方向に移動しないようにする。こうすると、反射鏡１のミラー面１ｓｆがＸ軸に平行な直線上では中央が突き出た凸形状に、Ｙ軸な平行な直線上では中央がへこんだ凹形状となり、ミラー面１ｓｆ全体として鞍型に変形する。このとき、Ｘ軸上での凸形の曲線形状と、Ｙ軸上での凹形の曲線形状とは、向きが反対で同じような形状になる。

反射鏡１で反射する光の焦点距離が短い、すなわちパワーが強い方向をＸ軸に合わせると、Ｘ軸では凸面なので反射する光の焦点距離が長くなり、Ｙ軸では凹面なので反射する光の焦点距離が短くなる。これは、Ｘ軸とＹ軸とのパワーの差を減少させることを意味する。つまり、鞍型の変形の度合いを適切に調整すれば、Ｘ軸とＹ軸のパワーを同じにして非点収差を補正できることになる。反射鏡１の変形の度合いは、数１０ｍｍの直径の反射鏡１に対して、０．１〜数μｍ程度を想定している。なお、変形の度合いがこの想定よりも大きい場合も小さい場合にも、この発明を適用できる。

つぎに、上述した反射鏡１に変形を生じさせる形状可変鏡１０の構成について、図２と図３を用いて説明する。この実施の形態１での形状可変鏡１０では、反射鏡１の裏面１ｓｂには、押圧部材５に形成された２箇所の突起部５ｐによって、図１に示す２箇所のＹｂ軸との交点Ｐｙｂ付近で反射鏡１を押す方向である＋Ｚ軸方向の荷重Ｆｂをかけることができる。そして、ミラー面１ｓｆ側には、第一保持部材３に形成された２箇所の突起部３ｐによって、円周とＸ軸との２箇所の交点Ｐｘｆ付近で反射鏡１を＋Ｚ軸方向に対して移動しないように支えられている。また、反射鏡１の裏面１ｓｂ側には、押圧部材５を含み、反射鏡１のミラー面１ｓｆを鞍型に変形させるための力（Ｆｂ）を発生させるとともに変形量を調整する変形量調整部４が形成されている。以下、詳細に説明する。

第一保持部材３は、軸方向の一端（天面３ｔ）側に反射鏡１を設置するよう、反射鏡１の外径よりも大きな内径を有する筒状をなす。なお、ミラー面１ｓｆが露出する天面３ｔ側の開口３ａは、第一保持部材３の外形と同心で、反射鏡１の外径よりも小さい円形になるように形成されている。つまり、第一保持部材３の内径部分には、例えば、開口３ａに相当する貫通孔を有する中空の円柱に、天面３ｔの反対側（底面３ｂ）の端部から、反射鏡１の外径よりも大きな径で、天面３ｔから所定厚みを残してザグリ加工をしたときのような面（ザグリ面３ｚと称する）が形成されている。

そして、ザグリ面３ｚには、ミラー面１ｓｆの外周円とＸ軸との２箇所の交点Ｐｘｆのそれぞれに対応する箇所で、ミラー面１ｓｆに接触して支える（押圧する）突起部３ｐが形成されている。

２つの突起部３ｐはそれぞれ、ザグリ面３ｚから同じ長さの角柱状の足を立てたようなものであり、ザグリ面、天面３ｔ、底面３ｂはそれぞれ平行である。そのため、反射鏡１が突起部３ｐに接触しただけで荷重がかかっていない状態では、ミラー面１ｓｆ、ザグリ面３ｚ、底面３ｂおよび天面３ｔはみな平行な関係にある。なお、突起部３ｐの軸方向に垂直な断面形状は、ほぼ正方形とし、突起部３ｐのミラー面１ｓｆに接する面を支持面３ｐｓと称する。２本の突起部３ｐは、軸に対して点対称になるようにザグリ面３ｚの両端にあり、２つの支持面３ｐｓの中心を結ぶ線分は第一保持部材３の軸（中心）を通る。ここで、２つの支持面３ｐｓの中心を結ぶ直線が、上述したＸ軸となる。

なお、突起部３ｐと第一保持部材３は、一体に形成してもよいし、別部品として形成したものを合わせたものでも良い。一方、底面３ｂ側の内壁には、変形量調整部４を第一保持部材３に固定するために、底面３ｂから所定の長さで、第一保持部材３の外形と同心の雌ネジが切られているネジ部３ｓが形成されている。

変形量調整部４は、裏面１ｓｂの外周円とＹｂ軸との２箇所の交点Ｐｙｂに対応する２箇所で、反射鏡１の裏面１ｓｂに接触する突起部５ｐを有する押圧部材５と、押圧部材５の反射鏡１に対向する面の反対側で、第一保持部材３のネジ部３ｓによって固定される第二保持部材６と、第二保持部材６と押圧部材５との間隔を変化させるネジ部品２と、押圧部材５と第二保持部材との回転を拘束する２個の回転止部材７から構成される。

ネジ部品２は、軸報向の両端側に、それぞれ、異なるピッチの雄ネジが形成されたネジ２ｓｔ、２ｓｂが設けられ、ネジ２ｓｂ側の端部に、回転力を与えるための例えば、六角穴のようなレンチ用の穴２ｂが形成されている。

押圧部材５は、反射鏡１とほぼ同じ径の円形で所定の厚みを有する円盤部５ｄと、円盤部５ｄの反射鏡１側の面の軸中心を挟む両端部分から、垂直に反射鏡１に向かって立ち上がるように形成された角柱状の２本の突起部５ｐとを有し、ネジ部品２の雄ネジ２ｓｔに対応するように円盤部５ｄの中心にネジ穴５ｓが設けられている。２本の突起部５ｐの長さは同じなので、反射鏡１の裏面１ｓｂに接触しただけで荷重がかかっていない状態では、円盤部５ｄは反射鏡１と平行になる。突起部５ｐの軸方向に垂直な断面での形状は、第一保持部材３の突起部３ｐと同様に、ほぼ正方形で、裏面１ｓｂに接する支持面５ｐｓが形成されている。２本の突起部５ｐは、軸に対して点対照の位置にあり、２つの支持面５ｐｓの中心を結ぶ線分は円盤部５ｄの軸（中心）を通る。ここで、２つの支持面５ｐｓの中心を結ぶ直線が、上述したＹｂ軸となる。

また、円盤部５ｄには、ネジ穴５ｓよりも径方向の外側で、突起部５ｐよりも内側の位置に２個の位置決め穴５ｈが形成されている。円盤部５ｄと突起部５ｐは一体に形成してもよいし、別部品として形成したものを接触させたものでもよい。ネジ穴５ｓは貫通穴となっているが、所定の長さを持っていればとまり穴でもよい。ここで、位置決め穴５ｈは２箇所配置しているが、押圧部材５と第二保持部材６との回転方向を拘束できれば、それ以上（３箇所以上）でもそれ以下（１箇所）でもよく、径方向において突起部５ｐよりも内側に配置する必要もない。また、押圧部材５は円形である必要もなく、例えば、板ばねの両端に２つの突起部５ｐを設けたようなものでもよい。

第二保持部材６は、反射鏡１よりも少し大きい円形で所定の厚みの円盤部６ｄの中心に、ネジ部品２の片側の雄ネジ２ｓｂに対応する雌ネジとなるネジ穴６ｓｉが形成されている。また、円盤部６ｄの外径面には、第一保持部材３のネジ部３ｓに対応する雄ネジとなるネジ部６ｓｅが形成されている。さらに、円盤部６ｄには、ネジ穴６ｓｉよりも径方向の外側で、押圧部材５の位置決め穴５ｈに対応するように位置と径（厳密には後述する回転止部材７が挿入できる径）を調節した２つの位置決め穴６ｈが設けられている。ここで、位置決め穴６ｈは、２箇所配置しているが、押圧部材５の位置決め穴５ｈと同様、押圧部材５と第二保持部材６との回転方向を拘束できれば、それ以上の数でもそれ以下の数（１）でもよい。

回転止部材７は、位置決め穴５ｈおよび位置決め穴６ｈに自在に抜き差しするための円柱部７ｃの一端側に頭部７ｄを設けて構成している。円柱部７ｃは、位置決め穴５ｈおよび位置決め穴６ｈに自在に抜き差しできるよう、位置決め穴５ｈおよび位置決め穴６ｈの径よりも外径が小さく、第二保持部材６の位置決め穴６ｈを通り、押圧部材５の位置決め穴５ｈに挿入できるだけの長さに調整している。頭部７ｄは、円盤部６ｄに接して止まるように、第二保持部材６の位置決め穴６ｈの径よりも外径を大きくしている。ここで、回転止部材７は２個使用しているが、押圧部材５と第二保持部材６との回転方向を拘束できれば、それ以上（３箇所以上）でもそれ以下（１箇所）でもよい。

ここで、形状可変鏡１０の動作について説明する。
上述した各部材を組み上げる際、第二保持部材６を第一保持部材３にねじ込んだ時点で、第二保持部材６と第一保持部材３の位置関係が固定される。そして、押圧部材５と第二保持部材のネジ穴５ｓ、６ｓｉに、ネジ部品２の雄ネジ２ｓｔと２ｓｂを挿入して、押圧部材５と第二保持部材６の間隔の初期値を調整し、押圧部材５に対する第二保持部材の回転を回転止部材７により拘束する。この状態で、押圧部材５に対してネジ部品２を押し込む方向に回転させると、ネジ部品２の異なるピッチによりピッチ差に伴って、押圧部材５と第二保持部材６の間隔が初期値から変化する。この時、押圧部材５側の雄ネジ２ｓｔのピッチよりも第二保持部材６側の雄ネジ２ｓｂのピッチの方が大きい場合、押し込む方向に回転させると、押圧部材５と第二保持部材６の間隔は、ピッチ差に伴った距離分広がることになる。

すると、押圧部材５がザグリ面３ｚに接近する方向に移動するので、突起部５ｐが裏面１ｓｂの２箇所の交点Ｐｙｂ近傍を、突起部３ｐがミラー面１ｓｆの２箇所の交点Ｐｘｆ近傍を垂直に押すことになる。これにより、反射鏡１の面の外周端側の、中心軸まわりの角度が９０度ずれる位置ごとに、面に垂直な逆向きの力をかけ、ミラー面１ｓｆを鞍型に変形させることができる。つまり、反射鏡１に対して、面（１ｓｆ、１ｓｂ）を押す力だけで、鞍型に変形させることができる。その結果、反射鏡１に対して接着剤を用いた接合を用いなくとも、鞍型に変形できる形状可変鏡１０を得ることができる。

なお、反射鏡１、押圧部材５および第一保持部材３、第二保持部材６の剛性は、適度な変形が発生できるように材料や構造を調整する。例えば、押圧部材５の剛性を反射鏡１の剛性よりも小さくすれば、変形量調整部４による間隔の変化に対する反射鏡１の変形の比が小さくなり、反射鏡１の細かな変形の制御がしやすくなる。

次に、レーザ加工装置のレーザビームの非点収差を形状可変鏡１０で補正する場合を例にして動作を説明する。レーザ加工装置の構成の詳細については、後の実施の形態で説明するとして、ここでは示さないが、レーザ発振器から加工点までの伝送光路の途中に、形状可変鏡１０が設置されているとする。なお、レーザ加工装置以外に適用する場合でも、同様な動作により非点収差を補正できる。非点収差がある場合には、レーザビーム形状が楕円になる。円柱状の形状可変鏡１０を鏡筒ホルダーの中で回転させて、レーザビーム形状の径が長い方向または短い方向と形状可変鏡のＸ軸またはＹ軸を一致させる。

間隔が初期値の場合、はじめにネジ部品２を押圧部材５に対して、押し込む方向に所定量回転させる。その際、レーザビーム形状が楕円から真円に近づくようであれば、そのままネジ部品２を同じ方向に回転させていき、レーザビーム形状が最も真円に近くなる回転位置に設定する。逆に押し込む方向で所定量だけ回転させたときに、扁平の度合いが大きくなる場合は、鏡筒ホルダー内の形状可変鏡１０自体を軸中心に９０度回転させた後、ネジ部品２を再び押し込む方向に回転させていく。このように、レーザビーム形状を監視しながらネジ部品２の回転量を変化させて、レーザビーム形状が最も真円に近くなる回転位置に設定する。

ここでは、形状可変鏡１０の軸方向断面形状を円形としたが、円形でなくてもよい。ただし、円形にした方が、上述したように、扁平の度合いが大きくなるか小さくなるかによって、形状可変鏡１０自体を軸中心に回転させることができる利点が有る。なお、前段落の冒頭で「初期値の場合」と記載したのは、運転中のように、押し込む方向に回転していて、反射鏡１にすでに一定の荷重がかかっている場合には、緩める方向に回転させることから始めることが好ましいからである。また、反射鏡についても等方性を考慮すると円形が好ましいが、必ずしも円形に限ることはなく、楕円や多角形でもよい。

なお、上記説明では、反射鏡１を変形させるために荷重をかける位置を決めるための２つの軸（Ｘ、Ｙｒ）を直交させるとしたが、必ずしも直交していなくてもよい。荷重をかける位置を決める２つの軸が直交していない場合でも、軸まわりの位置（角度）が異なっていれば、変形が凹に最大となる箇所と凸に最大となる箇所の角度はほぼ９０度になる。そのため、変形が凹に最大となる箇所を通る直線をＸ軸と考え、変形が凸に最大となる箇所を通る直線をＹ軸と考えて、Ｘ軸またはＹ軸のどちらかを光の形状の長さが長い方または短い方の方向と合わせて、反射鏡１を変形させることにより、非点収差を補正できる。

なお、変形量調整部４では、応力（変形量）を調整するためにネジ部品２を用いたが、それに限ることはなく、例えば各特許文献に記載されたアクチュエータを用いるようにしてもよい。しかし、機械的に位置（間隔）が決まるネジ部品２を用いると、反射鏡１にかかる荷重を容易に維持することができるので、非点収差が時間によりほとんど変化しない対象には、ネジ部品２が適している。一方、ネジ部品２の両側のネジ２ｓｔ、２ｓｂは、所定のピッチ差があればよく、右ネジと左ネジというようにネジの向きを逆にすることで、ピッチ差を出すようにしてもよい。ただし、ネジ２ｓｔ、２ｓｂ間のピッチの差を小さくする方が、反射鏡１の鞍型変形を微妙に調整することが容易になる。なお、ネジ２ｓｔ、２ｓｂは雄ネジに限ることはなく、両側にピッチが異なるネジ穴を設けたネジ部品を使用し、押圧部材５と第二保持部材６には、雄ネジを設けた棒状の部分を設け、ネジ部品のネジ穴に挿入するようにしてもよい。

また、以降の各実施の形態においても、詳細な記載を省略することはあるが、本実施の形態１と同様の構成を有する部分については、上記効果や形態の変形例（とくに好適な例）が適用可能なことは、言うまでもない。

以上のように、本発明の実施の形態１にかかる形状可変鏡１０によれば、反射鏡１と、反射鏡１の反射面（ミラー面１ｓｆ）の外周部の対向する２箇所（Ｐｘｆ）に接触し、反射鏡１を反射面（ミラー面１ｓｆ）側から押圧する第一押圧部材（第一保持部材３および第二保持部材６、以降簡略化して第一保持部材３のみ示す。）と、反射鏡１の裏面１ｓｂの外周部の対向する２箇所（Ｐｙｂ）に接触し、反射鏡１を裏面１ｓｂ側から押圧する第二押圧部材（押圧部材５）と、第一押圧部材（第一保持部材３）が反射面（ミラー面１ｓｆ）を押圧する位置と第二押圧部材（押圧部材５）が裏面１ｓｂを押圧する位置が、反射面（ミラー面１ｓｆ）の中心を通る軸（を仮想すると、仮想した軸）まわりで異なる位置（Ｐｘｆ、Ｐｙｂ）となるように、第一押圧部材（第一保持部材３）に対する第二押圧部材（押圧部材５）の前記軸まわりの位置を位置決めするとともに、軸方向での第一押圧部材（第一保持部材３）と第二押圧部材（押圧部材５）の間隔を変化させて、前記押圧による反射鏡１の変形量を調整する変形量調整部４と、を備えるように構成したので、反射鏡１と支持面３ｐｓ、５ｐｓとの接着の制約を受けず、非点収差を補正可能な形状可変鏡１０を得ることができる。

また、変形量調整部４は、互いにピッチが異なるネジ２ｓｔ、２ｓｂを軸方向の両側のそれぞれに各別に設けたネジ部品２を用いて、第一押圧部材（第一保持部材３の天面３ｔ）と第二押圧部材（押圧部材５の円盤部５ｄ）の間隔を変化させるように構成したので、振動等が伝わっても、変形量を安定して維持することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２にかかる形状可変鏡は、実施の形態１の形状可変鏡に対し、変形量調整部にロック機構を追加したことと、押圧部材を２つの部材で構成するようにしたものである。図４と図５は、本発明の実施の形態２にかかる形状可変鏡の構成について説明するためのもので、図４は形状可変鏡の反射面に垂直な面（ＸＺ面）による断面図、図５は形状可変鏡の構造を説明するための各部品をばらした状態を示す組立図である。図中、上記実施の形態１で説明したものと同様のものには、同じ符号を付している。また、実施の形態１で用いた図１を本実施の形態２においても援用する。

この実施の形態２の形状可変鏡１０でも、反射鏡１の裏面１ｓｂには、押圧部材５に形成された２箇所の突起部５ｐによって、図１に示す２箇所のＹｂ軸との交点Ｐｙｂ付近で反射鏡１を押す方向である＋Ｚ軸方向の荷重Ｆｂをかけることができる。そして、ミラー面１ｓｆ側には、第一保持部材３に形成された２箇所の突起部３ｐによって、円周とＸ軸との２箇所の交点Ｐｘｆ付近で反射鏡１を＋Ｚ軸方向に対して移動しないように支えられている。また、反射鏡１の裏面１ｓｂ側には、押圧部材５を含み、反射鏡１のミラー面１ｓｆを鞍型に変形させるための力（Ｆｂ）を発生させる変形量調整部４が形成されている。一方、本実施の形態２にかかる形状可変鏡１０では、変形量調整部４に、ネジ部品２の第二保持部材６に対する無用な回転を止める（ロックする）ためのロック部材が備えられている。そして、押圧部材５が、反射鏡１を押圧する押圧部５Ａと、変形力を発生させるために変位する変位部５Ｂとに分かれていることを特徴とする。以下、詳細に説明する。

第一保持部材３は、軸方向の一端（天面３ｔ）側に反射鏡１を設置するよう、反射鏡１の外径よりも大きな内径を有する筒状をなす。なお、ミラー面１ｓｆが露出する天面３ｔ側の開口３ａは、第一保持部材３の外形と同心で、反射鏡１の外径よりも小さい円形になるように形成されている。つまり、第一保持部材３の内径部分には、例えば、開口３ａに相当する貫通孔を有する中空の円柱に、天面３ｔの反対側（底面３ｂ）の端部から、反射鏡１の外径よりも大きな径で、天面３ｔから所定厚みを残してザグリ加工をしたときのようなザグリ面３ｚが形成されている。

そして、ザグリ面３ｚには、ミラー面１ｓｆの外周円とＸ軸との２箇所の交点Ｐｘｆのそれぞれに対応する箇所で、ミラー面１ｓｆに接触して支える突起部３ｐが形成されている。

２つの突起部３ｐはそれぞれ、ザグリ面３ｚから同じ長さの角柱状の足を立てたようなものであり、ザグリ面、天面３ｔ、底面３ｂはそれぞれ平行である。そのため、反射鏡１が突起部３ｐに接触しただけで荷重がかかっていない状態では、ミラー面１ｓｆ、ザグリ面３ｚ、底面３ｂおよび天面３ｔはみな平行な関係にある。なお、突起部３ｐの軸方向に垂直な断面形状は、ほぼ正方形とし、突起部３ｐのミラー面１ｓｆに接する面を支持面３ｐｓと称する。２本の突起部３ｐは、軸に対して点対称になるようにザグリ面３ｚの両端にあり、２つの支持面３ｐｓの中心を結ぶ線分は第一保持部材３の軸（中心）を通る。ここで、２つの支持面３ｐｓの中心を結ぶ直線が、上述したＸ軸となる。

なお、突起部３ｐと第一保持部材３は、一体に形成してもよいし、別部品として形成したものを合わせたものでも良い。一方、底面３ｂ側の内壁には、変形量調整部４を第一保持部材３に固定するために、底面３ｂから所定の長さで、第一保持部材３の外形と同心の雌ネジが切られているネジ部３ｓが形成されている。

変形量調整部４は、裏面１ｓｂの外周円とＹｂ軸との２箇所の交点Ｐｙｂに対応する２箇所で、反射鏡１の裏面１ｓｂに接触する突起部５ｐを有する押圧部材５と、押圧部材５の反射鏡１に対向する面の反対側で、第一保持部材３のネジ部３ｓによって固定される第二保持部材６と、第二保持部材６と押圧部材５との間隔を変化させるネジ部品２と、押圧部材５と第二保持部材との回転を拘束する２個の回転止部材７と、第二保持部材６の押圧部材５に対向する面の反対側の面に位置し、ネジ部品２の無用な回転を防止するロック部材９から構成される。

ネジ部品２は、軸方向の両端側に、それぞれ、異なるピッチの雄ネジが形成されたネジ２ｓｔ、２ｓｂが設けられ、ネジ２ｓｂ側の端部に、回転力を与えるための例えば、六角穴のようなレンチ用の穴２ｂが形成されている。そして、本実施の形態２では、ネジ２ｓｂは、想定される回転範囲において、第二保持部材６の押圧部材５に対向する面の反対側の面から突き出て、ロック部材９と締結できるよう、実施の形態１で用いたものよりも軸長を長くしている。

押圧部材５は、押圧部５Ａと変位部５Ｂとに分かれている。押圧部５Ａは、反射鏡１とほぼ同じ径の円形で所定の厚みを有する円盤部５Ａｄと、円盤部５Ａｄの反射鏡１側の面の軸中心を挟む両端部分から、垂直に反射鏡１に向かって立ち上がるように形成された角柱状の２本の突起部５ｐとを有する。変位部５Ｂは、円盤部５ｄよりも径が小さく、所定の厚みの円盤状をなし、ネジ部品２の雄ネジ２ｓｔに対応するように中心にネジ穴５ｓが設けられるとともに、ネジ穴５ｓよりも径方向の外側で、押圧部５Ａの突起部５ｐよりも内側の位置に２個の位置決め穴５ｈが形成されている。

この場合も、２本の突起部５ｐの長さは同じなので、反射鏡１の裏面１ｓｂに接触しただけで荷重がかかっていない状態では、円盤部５Ａｄは反射鏡１と平行になる。突起部５ｐの軸方向に垂直な断面での形状は、第一保持部材３の突起部３ｐと同様に、ほぼ正方形で、裏面１ｓｂに接する支持面５ｐｓが形成されている。２本の突起部５ｐは、軸に対して点対照の位置にあり、２つの支持面５ｐｓの中心を結ぶ線分は円盤部５Ａｄの軸（中心）を通る。ここで、２つの支持面５ｐｓの中心を結ぶ直線が、上述したＹｂ軸となる。

なお、変位部５Ｂと分離した押圧部５Ａについても、円盤部５Ａｄと突起部５ｐは一体に形成してもよいし、別部品として形成したものを接触させたものでもよい。ネジ穴５ｓは貫通穴となっているが、所定の長さを持っていればとまり穴でもよい。ここで、位置決め穴５ｈは２箇所配置しているが、変位部５Ｂと第二保持部材６との回転方向を拘束できれば、それ以上（３箇所以上）でもそれ以下（１箇所）でもよく、径方向において突起部５ｐよりも内側に配置する必要もない。

第二保持部材６は、反射鏡１よりも少し大きい円形で所定の厚みの円盤部６ｄの中心に、ネジ部品２の片側の雄ネジ２ｓｂに対応する雌ネジとなるネジ穴６ｓｉが形成されている。また、円盤部６ｄの外径面には、第一保持部材３のネジ部３ｓに対応する雄ネジとなるネジ部６ｓｅが形成されている。さらに、円盤部６ｄには、ネジ穴６ｓｉよりも径方向の外側で、変位部５Ｂの位置決め穴５ｈに対応するように位置と径（厳密には後述する回転止部材７が挿入できる径）を調節した２つの位置決め穴６ｈが設けられている。ここで、位置決め穴６ｈは、２箇所配置しているが、変位部５Ｂの位置決め穴５ｈと同様、変位部５Ｂと第二保持部材６との回転方向を拘束できれば、それ以上の数でもそれ以下の数（１）でもよい。さらに、押圧部５Ａにも貫通孔を設け、押圧部５Ａの回転も同時に拘束するようにしてもよい。

回転止部材７は、位置決め穴５ｈおよび位置決め穴６ｈに自在に抜き差しするための円柱部７ｃの一端側に頭部７ｄを設けて構成している。円柱部７ｃは、位置決め穴５ｈおよび位置決め穴６ｈに自在に抜き差しできるよう、位置決め穴５ｈおよび位置決め穴６ｈの径よりも外径が小さく、第二保持部材６の位置決め穴６ｈを通り、変位部５Ｂの位置決め穴５ｈに挿入できるだけの長さに調整している。頭部７ｄは、円盤部６ｄに接して止まるように、第二保持部材６の位置決め穴６ｈの径よりも外径を大きくしている。ここで、回転止部材７は２個使用しているが、変位部５Ｂと第二保持部材６との回転方向を拘束できれば、それ以上（３箇所以上）でもそれ以下（１箇所）でもよい。

ロック部材９は、円盤部６ｄよりも小さい六角形で所定の厚みを持ち、六角形の中心には、ネジ部品２のネジ２ｓｂに対応する雌ネジを有するロックナットである。なお、ロック部材９には、を六角形のナットを用いる例を示したが、これに限ることはなく、円形でもよい。

ここで、形状可変鏡１０の動作について説明する。
上述した各部材を組み上げる際、第二保持部材６を第一保持部材３にねじ込んだ時点で、第二保持部材６と第一保持部材３の位置関係が固定される。そして、変位部５Ｂと第二保持部材のネジ穴５ｓ、６ｓｉに、ネジ部品２の雄ネジ２ｓｔと２ｓｂを挿入して、変位部５Ｂと第二保持部材６の間隔の初期値を調整し、変位部５Ｂに対する第二保持部材の回転を回転止部材７により拘束する。この状態で、変位部５Ｂに対してネジ部品２を押し込む方向に回転させると、ネジ部品２の異なるピッチによりピッチ差に伴って、押圧部材５と第二保持部材６の間隔が初期値から変化する。この時、変位部５Ｂ側の雄ネジ２ｓｔのピッチよりも第二保持部材６側の雄ネジ２ｓｂのピッチの方が大きい場合、押し込む方向に回転させると、押圧部材５と第二保持部材６の間隔は、ピッチ差に伴った距離分広がることになる。

すると、変位部５Ｂに押された押圧部５Ａがザグリ面３ｚに接近する方向に移動するので、突起部５ｐが裏面１ｓｂの２箇所の交点Ｐｙｂ近傍を、突起部３ｐがミラー面１ｓｆの２箇所の交点Ｐｘｆ近傍を垂直に押すことになる。これにより、反射鏡１の面の外周端側の、角度が９０度ずれる位置ごとに、面に垂直な逆向きの力をかけ、ミラー面１ｓｆを鞍型に変形させることができる。つまり、反射鏡１に対して、面（１ｓｆ、１ｓｂ）を押す力だけで、鞍型に変形させることができる。その結果、反射鏡１に対して接着剤を用いた接合を用いなくとも、鞍型に変形できる形状可変鏡１０を得ることができる。

なお、反射鏡１、押圧部材５（変位部５Ｂ、押圧部５Ａ）および第一保持部材３、第二保持部材６の剛性は、適度な変形が発生できるように材料や構造を調整する。例えば、押圧部５Ａの剛性を反射鏡１の剛性よりも小さくすれば、変形量調整部４による間隔の変化に対する反射鏡１の変形の比が小さくなり、反射鏡１の細かな変形の制御がしやすくなる。例えば、押圧部５Ａの剛性を反射鏡１よりも小さく、具体的には押圧部５Ａの厚みを薄くすることにより、変形量調整部４による間隔の変化に対する反射鏡１の変形の比が小さくなり、反射鏡１の細かな変形の制御がしやすくなる。

しかし、押圧部５Ａの厚みを薄くすると、実施の形態１のような構成では、ネジ部品２と押圧部材５の接触面積が小さくなり、変形量を与え保持した場合、加工機の持つ振動により緩む可能性があった。そのため、本実施の形態２では、押圧部材５を押圧部５Ａと、ネジ部品とかみ合わせる変位部５Ｂの２つの部材に分け、剛性を下げるために押圧部５Ａの厚みを薄くしても、ネジ部品２とかみあう変位部５Ｂの厚さを保持できるようにした。つまり、加工機の持つ振動が伝わっても、ネジ部品２と変位部５Ｂとのかみ合いが緩まないだけの接触面積を持つだけの厚みを確保することと、変形の細かな制御が可能とするように、押圧部５Ａを薄くすることを両立できるようになる。これにより、反射鏡１の細かな制御が実施でき、なおかつ、接着等を用いず、振動等緩み防止を具備した形状可変鏡を提供できる。

次に、レーザ加工装置のレーザビームの非点収差を形状可変鏡１０で補正する場合を例にして動作を説明する。レーザ加工装置の構成については、後の実施の形態で説明するとして、ここでは示さないが、レーザ発振器から加工点までの伝送光路の途中に、形状可変鏡１０が設置されているとする。なお、レーザ加工装置以外に適用する場合でも、同様な動作により非点収差を補正できる。非点収差がある場合には、レーザビーム形状が楕円になる。円柱状の形状可変鏡１０を鏡筒ホルダーの中で回転させて、レーザビーム形状の径が長い方向または短い方向と形状可変鏡のＸ軸またはＹ軸を一致させる。

間隔が初期値の場合、ロック部材９を緩め、はじめにネジ部品２を変位部５Ｂに対して、押し込む方向に所定量回転させる。その際、レーザビーム形状が楕円から真円に近づくようであれば、そのままネジ部品２を同じ方向に回転させていき、レーザビーム形状が最も真円に近くなる回転位置に設定する。逆に押し込む方向で所定量だけ回転させたときに、扁平の度合いが大きくなる場合は、鏡筒ホルダー内の形状可変鏡１０自体を軸中心に９０度回転させた後、ネジ部品２を再び押し込む方向に回転させていく。このように、レーザビーム形状を監視しながらネジ部品２の回転量を変化させて、レーザビーム形状が最も真円に近くなる回転位置に設定し、ロック部材９によりネジ部品２の回転をロックする。

ここでは、形状可変鏡１０の軸方向断面形状を円形としたが、円形でなくてもよい。ただし、円形にした方が、上述したように、扁平の度合いが大きくなるか小さくなるかによって、形状可変鏡１０自体を軸中心に回転させることができる利点が有る。また、開始時に緩めるか押し込むかについては、実施の形態１で説明したように、適宜変更していいのは言うまでもない。

なお、上記説明では、反射鏡１を変形させるために荷重をかける位置を決めるための２つの軸（Ｘ、Ｙｒ）を直交させるとしたが、必ずしも直交していなくてもよい。荷重をかける位置を決める２つの軸が直交していない場合でも、変形が凹に最大となる箇所と凸に最大となる箇所の角度はほぼ９０度になる。そのため、変形が凹に最大となる箇所を通る直線をＸ軸と考え、変形が凸に最大となる箇所を通る直線をＹ軸と考えて、Ｘ軸またはＹ軸のどちらかを光の形状の長さが長い方または短い方の方向と合わせて、反射鏡１を変形させることにより、非点収差を補正できる。

なお、変形量調整部４では、応力（変形量）を調整するためにネジ部品２を用いたが、それに限ることはなく、例えば各特許文献に記載されたアクチュエータを用いるようにしてもよい。しかし、機械的に位置（間隔）が決まるネジ部品２を用いると、反射鏡１にかかる荷重を容易に維持することができるので、非点収差が時間によりほとんど変化しない対象には、ネジ部品２が適している。さらに、非点収差を補正したまま変形を固定する場合、ロック機構としてロックナット（ロック部材９）をネジ部品２に締めこむことにより、ダブルロック機構となり、さらに緩み防止となる。

一方、ネジ部品２の両側のネジ２ｓｔ、２ｓｂは、所定のピッチ差があればよく、右ネジと左ネジというようにネジの向きを逆にすることで、ピッチ差を出すようにしてもよい。ただし、ネジ２ｓｔ、２ｓｂ間のピッチの差を小さくする方が、反射鏡１の鞍型変形を微妙に調整することが容易になる。なお、ネジ２ｓｔ、２ｓｂは雄ネジに限ることはなく、両側にピッチが異なるネジ穴を設けたネジ部品を使用し、押圧部材５と第二保持部材６には、雄ネジを設けた棒状の部分を設け、ネジ部品のネジ穴に挿入するようにしてもよい。

また、押圧部５Ａと変位部５Ｂは、ばらばらである必要はなく、一つにまとめた部品として用いてもよい。その際、押圧部５Ａに変位部５Ｂのネジ穴５ｓに対応するネジ穴を配置するようにしてもよい。

また、本実施の形態２における実施の形態１との差異分を他の各実施の形態に適用した際、その効果を生じさせることができることは、言うまでもない。また、本実施の形態において説明した変形例（とくに好適な例）が他の実施の形態や組合せ例に対して適用可能なことは、言うまでもない。

以上のように、本実施の形態２にかかる形状可変鏡１０によれば、第二押圧部材（押圧部材５）は、板材（円盤部５Ａｄ）の周縁部の２箇所に裏面１ｓｂに接触する突起（突起部５ｐ）を形成したものであり、板材（円盤部５Ａｄ）の剛性が反射鏡１の剛性よりも低いように構成したので、変形量調整部４による間隔の変化に対する反射鏡１の変形の比が小さくなり、反射鏡１の細かな変形の制御がしやすくなる。その効果は、実施の形態１でも生じさせることができるが、本実施の形態２では、押圧部材５を変位部５Ｂと押圧部５Ａに分離し、分離した変位部５Ｂの厚みを厚くして、ネジ部品２とのかみ合わせも確保することができる。

また、変形量調整部４には、ネジ部品２の回転をロックさせるロック機構（ロック部材９）が形成されているので、反射鏡１の変形量をさらに安定して維持することができる。

実施の形態３．
本実施の形態３にかかる形状可変鏡は、実施の形態２の形状可変鏡に対して、ネジ部品に回転制限機構を設け、設定値以上にネジが回転しないようにしたものである。図６は、本発明の実施の形態３にかかる形状可変鏡の構成について説明するためのもので、形状可変鏡の反射面に垂直な面（ＸＺ面）による断面図である。図中、上記実施の形態１あるいは２で説明したものと同様のものには、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。また、実施の形態１で用いた図１および実施の形態２で用いた図５を本実施の形態３においても援用する。

本実施の形態３にかかる形状可変鏡１０では、図６に示すように、ネジ部品２の構成が上記実施の形態１あるいは２と異なっている。本実施の形態３でも、ネジ部品２は、軸方向の両端側に、それぞれ、異なるピッチの雄ネジが形成されたネジ２ｓｔ、２ｓｂが設けられ、ネジ２ｓｂ側の端部に、回転力を与えるための例えば、六角穴のようなレンチ用の穴２ｂが形成されている。そして、ネジ２ｓｂは、想定される回転範囲において、第二保持部材６の押圧部材５に対向する面の反対側の面から突き出て、ロック部材９と締結できるようにしている。一方、他の実施の形態と異なるところは、軸方向における両端の中間の任意の位置に位置決めできる、ネジ止円板２Ｗを設置するようにしたことである。ネジ止円板２Ｗを、例えば、中央にネジ２ｓｔに対応する雌ネジが切られた円盤状をなすように形成すると、ネジ２ｓｔの任意の位置に位置決めできる。

このように位置決めできるネジ止円板２Ｗを設置したネジ部品２を用いた場合でも、第二保持部材６を第一保持部材３にねじ込んだ時点で、第二保持部材６と第一保持部材３の位置関係が固定される。そして、変位部５Ｂと第二保持部材のネジ穴５ｓ、６ｓｉに、ネジ部品２の雄ネジ２ｓｔと２ｓｂを挿入して、変位部５Ｂと第二保持部材６の間隔の初期値を調整し、変位部５Ｂに対する第二保持部材の回転を回転止部材７により拘束する。この状態で、変位部５Ｂに対してネジ部品２を押し込む方向に回転させると、ネジ部品２の異なるピッチによりピッチ差に伴って、押圧部材５と第二保持部材６の間隔が初期値から変化する。この時、変位部５Ｂ側の雄ネジ２ｓｔのピッチよりも第二保持部材６側の雄ネジ２ｓｂのピッチの方が大きい場合、押し込む方向に回転させると、押圧部材５と第二保持部材６の間隔は、ピッチ差に伴った距離分広がることになる。

すると、変位部５Ｂに押された押圧部５Ａがザグリ面３ｚに接近する方向に移動するので、突起部５ｐが裏面１ｓｂの２箇所の交点Ｐｙｂ近傍を、突起部３ｐがミラー面１ｓｆの２箇所の交点Ｐｘｆ近傍を垂直に押すことになる。これにより、反射鏡１の面の外周端側の、角度が９０度ずれる位置ごとに、面に垂直な逆向きの力をかけ、ミラー面１ｓｆを鞍型に変形させることができる。

一方、ネジ部品２の変位部５Ｂに対して押し込む方向への回転を続けていくと、変位部５Ｂにネジ止円板２Ｗが接触し、それ以上ネジ部品２を押し込むことが不可能となる。つまり、所望の変形量を発生させるために、必要なネジ止円板２Ｗと変位部５Ｂの距離Ｄｓをあらかじめ測定しておき、その必要な測定値となるようにミラー変形前の初期位置として、ネジ部品２と変位部５Ｂの距離１０を決定する。このように組立時に距離設定することにより、所望の変形量以上の変形を物理的に発生させない機能を持たすことが可能となる。また、ネジ部品２とネジ止円板２Ｗは別部品でも一体部品でも構わない。以上のことは他の実施の形態にもあてはまる。ただし、本実施の形態３のように、ネジ止円板２Ｗによって変形の限界に対して制限を設ける場合、ネジ２ｓｔ、２ｓｂは、ピッチは異なるが、同じ向きのネジである必要があり、ピッチの小さな方のネジ側に取り付ける必要がある。

なお、本実施の形態３にかかる形状可変鏡１０は、実施の形態２にかかる形状可変鏡１０の構成に対して、変更した場合を示したが、その差異分を例えば、実施の形態１やその他の形態に適用した際、その効果を生じさせることができることは、言うまでもない。

以上のように、本実施の形態３にかかる形状可変鏡１０によれば、（ザグリ面３ｚと円盤部５Ａｄの）間隔が所定以下になったら、ネジ部品２の回転を止める回転止め機構（ネジ止円板２Ｗ）が設けられているので、反射鏡１の変形量の上限を任意に設定できる。

実施の形態４．
本実施の形態４は、上述した実施の形態１〜３の何れかにかかる形状可変鏡をレーザ加工装置に適用した場合を示すものである。図７に本実施の形態４にかかるレーザ加工装置の構成図を示す。

レーザ加工装置１００は、図７に示すように、レーザビームＬＢの光源であるレーザ発振器５０と、形状可変鏡１０を含む図示しない複数の反射鏡で構成され、レーザ発振器５０より出射されたレーザビームＬＢの伝送光路を形成するミラー群と、伝送光路から伝わったレーザビームＬＢを光軸に垂直な２次元方向にスキャンするための２つのガルバノスキャナミラー２０と、ガルバノスキャナミラー２０によってスキャンされたレーザビームＬＢを被加工物２００にむけて集光する集光レンズ６０と、被加工物２００を設置するテーブル７０と、テーブル７０を２次元方向に駆動する駆動機構８０と、を備えている

なお、２つのガルバノスキャナミラー２０に対しては、それぞれを独立して回転駆動するガルバノメータ２１が接続されている。また、形状可変鏡１０には、レーザ発振器５０から発振されたレーザビームＬＢの状態に応じて、反射鏡１の変形量や形状可変鏡１０自体の向きを調節する非点収差調整装置１１が接続されている。なお、非点収差調整装置１１等の回転数や角度調整は、例えば、ステッピングモータのような一般的に用いられるもので実現できる。なお、手動での調整で事足りるのであれば、非点収差調整装置１１等の制御装置は必ずしも必要ではない。

つぎに、動作について説明する。
レーザ発振器５０より出射されたレーザビームＬＢは、形状可変鏡１０を含む図示しない複数の反射鏡によって伝送され、２つのガルバノスキャナミラー２０で２次元スキャンされ、集光レンズ６０によって被加工物２００上に位置決め、照射される。被加工物２００上の点線で囲んだ四角の範囲は、ビームスキャンによる加工範囲Ｒｗである。被加工物２００はテーブル７０に載せられ、テーブル７０は、互いに直交する方向に駆動する２個の駆動部位８１、８２を有する駆動機構８０によって、ビーム軸に垂直な２次元方向の所定の範囲で移動可能である。

この加工光学系に対し、実施の形態１〜３の何れかの形状可変鏡１０を反射鏡のひとつとして使用し、非点収差を補正する。非点収差を補正することにより、レーザ加工時の加工穴の真円度を向上させることができ、また非点収差の減少により焦点深度が拡大する。このとき、実施の形態１〜３で説明したように、レーザ加工装置１００の振動に対して形状可変鏡１０のミラー変形量は変化せず、また反射鏡１と支持面（５ｐｓ、３ｐｓ）とを固定するために接着剤を使用していないため、光路中に接着剤等の有機溶剤が発生することは無い。なお、形状可変鏡１０は、図で示した位置に配置する必要はなく、光路途中の図示しない別の位置の反射鏡に形状可変鏡１０を用いてもよい。

本実施の形態４では、図７に示すようにレーザビームＬＢも、被加工物２００を保持するテーブル７０も２次元スキャン（移動）可能なレーザ加工装置１００を示したがこれに限ることはない。形状可変鏡１０を使用する効果は加工光学系の非点収差に対して作用するものであり、スキャンの方法に依存するものではないからである。すなわち、レーザビームＬＢ、集光レンズ６０、テーブル７０のいずれかが１次元、２次元もしくは３次元のスキャンをする場合、あるいは全くスキャンをしないレーザ加工装置においても、同様の効果が得られる。

また、レーザビームＬＢは、単パルス、複数パルスあるいは連続発振の何れであってもよい。加工内容は、穴あけに限定されず、切断、変形、溶接、熱処理、あるいはマーキングなどのレーザにより加工可能なものであればどのようなものでもよい。また、被加工物２００には、燃焼、溶融、昇華あるいは変色などのレーザにより変化を生じさせる加工であれば、どのような変化を生じさせる加工でもよい。

上述したように、どのような発振形態のレーザビームＬＢを用い、被加工物２００面にどのような変化を生じさせる加工を行うレーザ加工装置でも、各実施の形態１〜３で説明した形状可変鏡１０を用いると、接着等を用いずともミラー面１ｓｆを鞍形または蒲鉾形になるように変形でき、加工装置の振動等があっても変形量が変化しないように固定可能である。つまり、レーザビームの非点収差を補正でき、加工精度を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態４にかかるレーザ加工装置１００によれば、レーザビームＬＢを発振するレーザ発振器５０と、被加工物２００を設置する設置台（テーブル７０）と、複数の反射鏡を有し、レーザ発振器５０から発振されたレーザビームＬＢを設置台（テーブル７０）に設置された被加工物２００まで伝送する伝送光路とを備え、伝送光路を構成する複数の反射鏡のいずれかに、上述した各実施の形態にかかる形状可変鏡１０を用いたので、反射鏡１に対する接着の制約を受けず、非点収差を補正可能なレーザ加工装置１００を得ることができる。

実施の形態５．
上述した各実施の形態においては、反射鏡を変形させるための構成やその構成による作用効果について説明した。本実施の形態５では、とくに、形状可変鏡をレーザ加工装置に適用した際の、反射面自体の構成、および反射面側の突起部の構成について検討した。

図８〜図１６は、本実施の形態５にかかる形状可変鏡について説明するためのもので、図８は形状可変鏡に入射するビームの第一例として、垂直方向に長軸があらわれる場合を示す図であり、図９は反射鏡に第一例の形状のビームが入射したときの反射面における入射光の分布を示す図である。図１０は形状可変鏡に入射するビームの第二例として、水平方向に長軸があらわれる場合を示す図であり、図１１は反射鏡に第二例の形状のビームが入射したときの反射面における入射光の分布を示す図である。図１２は形状可変鏡に入射するビームの第三例として、４５度の位置に長軸があらわれる場合を示す図であり、図１３は反射鏡に第三例の形状のビームが入射したときの反射面における入射光の分布を示す図である。図１４は形状可変鏡に真円のビームが入射する例を示す図であり、図１５は反射鏡に真円のビームが入射したときの反射面における入射光の分布を示す図である。また、図１６は反射鏡に入射するビーム形状を考慮した第一保持部材の形状を示す図である。

通常レーザ加工装置１００において、非点収差がある場合には、レーザビームＬＢの形状は楕円になる。一般的に、レーザ加工装置１００に使用するレーザ発振器５０から出射されるレーザビームＬＢの楕円率（短軸÷長軸）は最大８０％程度である。また、レーザ加工装置１００において、レーザ発振器５０から加工点まで３次元的な光路が適用される場合が多く、使用される反射鏡には、９０度折り返しミラーを使用するのが一般的である。そのため、反射鏡の有効径はレーザビームＬＢの長軸方向の径の√２倍の径が必要となる。

上記レーザビームＬＢの性質をもとに、形状可変鏡１０の第一保持部材３の突起部３ｐの形状について詳細に述べる。
＜第一ビーム形状例＞
例えば、図８のように垂直方向にビーム形状の楕円の長軸方向ａ（短軸方向ｂに対して最大でｂ＝０．８ａ）があり、形状可変鏡を図８の水平方向に反射する反射鏡として搭載した場合、形状可変鏡１０に入射される光は図９（ａ）の領域Ｒｐのようになる。そのため、ミラー面１ｓｆがＣｍを中心とする半径√２ａの円形領域Ｒｍの場合、垂直方向での入射光が当たらない領域Ｒｓ（√２ａ−ａ＝（√２−１）ａ）が発生する。そのため、ビーム形状の楕円の長軸方向に対して第一保持部材３の突起部３ｐを図９（ａ）の領域Ｒｓの位置に配置し、支持面３ｐｓの形状を（（√２−１）ａ×（√２−１）ａ）以下とすれば、入射光をさえぎることは無い。

この状態においてネジ部品２を押圧部材５（または変位部５Ｂ）に対して押し込む方向に回転させる。所定量だけ回転させるとレーザビームＬＢの形状が楕円から真円に近くなれば、そのままネジ部品２を同じ方向に回転させていき、レーザビームＬＢの形状が最も真円に近くなる回転位置に設定する。ネジ部品２を所定量だけ回転させると、レーザビームＬＢの形状の扁平の度合いが大きくなる場合は、図示しない垂直方向に反射する反射鏡として搭載する。

その場合、ミラー面１ｓｆに入射される光は図９（ｂ）のようになる。ミラー面１ｓｆがＣｍを中心とする半径√２ａの円形領域Ｒｍの場合、先ほどとは９０度回転した方向に入射光が当たらない領域Ｒｓ（√２ａ−ｂ＝（√２−０．８）ａ）が発生する。そのため、先ほどとは９０度回転した方向に、第一保持部材３の突起部３ｐを図９（ｂ）の領域Ｒｓの位置に配置し、支持面３ｐｓの形状を（（√２−０．８）ａ×（√２−０．８）ａ）以下とすれば、入射光をさえぎることは無い。

そのため、垂直方向、水平方向いずれの方向に反射する場合でも、入射光をさえぎらない突起部３ｐの支持面３ｐｓの形状は、（√２−１）ａ×（√２−１）ａ以下となる。なお、支持面３ｐｓが正方形の場合を述べたが、上記の入射光をさえぎらなければ正方形でなくてもよい。

＜第二ビーム形状例＞
次に、図１０のように水平方向にビーム形状の楕円の長軸方向ａがあり、形状可変鏡１０を図１０の水平方向に反射する反射鏡として搭載した場合、形状可変鏡１０に入射される光は図１１（ａ）のようになる。そのため、ミラー面１ｓｆがＣｍを中心とする半径√２ａの円形領域Ｒｍの場合、垂直方向での入射光が当たらない領域Ｒｓ（√２ａ−ｂ＝（√２−０．８）ａ）が発生する。そのため、ビーム形状の楕円の長軸方向に対して第一保持部材の突起部３ｐを図１１（ａ）の領域Ｒｓの位置に配置し、支持面３ｐｓの形状を（（√２−０．８）ａ×（√２−０．８）ａ）以下とすれば、入射光をさえぎることは無い。

この状態においてネジ部品２を押圧部材５（または変位部５Ｂ）に対して押し込む方向に回転させる。所定量だけ回転させるとレーザビームＬＢの形状が楕円から真円に近くなれば、そのままネジ部品２を同じ方向に回転させていき、レーザビームＬＢの形状が最も真円に近くなる回転位置に設定する。ネジ部品２を所定量だけ回転させると、レーザビームＬＢの形状の扁平の度合いが大きくなる場合は、図示しない垂直方向に反射する反射鏡として搭載する。

その場合、ミラー面１ｓｆに入射される光は図１１（ｂ）のようになる。反射鏡が反射鏡１のように円形（領域Ｒｍ）の場合、先ほどとは９０度回転した方向に入射光が当たらない領域Ｒｓ（√２ａ−ａ＝（√２−１）ａ）が発生する。そのため、先ほどとは９０度回転した方向に、第一保持部材３の突起部３ｐを領域Ｒｓの位置に配置し、支持面３ｐｓ形状を（√２−１）ａ×（√２−１）ａ以下とすれば、入射光をさえぎることは無い。

そのため、垂直方向、水平方向いずれの方向に反射する場合でも、入射光をさえぎらない突起部３ｐの支持面３ｐｓの形状は、（√２−１）ａ×（√２−１）ａ以下となる。なお、支持面３ｐｓが正方形の場合を述べたが、上記の入射光をさえぎらなければ正方形でなくてもよい。

＜第三ビーム形状例＞
次に、図１２のように、水平方向＋４５度方向に、ビーム形状の楕円の長軸方向があり、形状可変鏡１０を水平方向に反射する反射鏡として搭載した場合、形状可変鏡１０に入射される光は図１３（ａ）のようになる。そのため、ミラー面１ｓｆがＣｍを中心とする半径√２ａの円形領域Ｒｍの場合、４５度方向での入射光が当たらない領域Ｒｓが発生する。そのため、ビーム形状の楕円の長軸方向に対して第一保持部材の突起部３ｐを図１３（ａ）の領域Ｒｓの位置に配置すれば、入射光をさえぎることは無い。

この状態においてネジ部品２を押圧部材５（または変位部５Ｂ）に対して押し込む方向に回転させる。所定量だけ回転させるとレーザビームＬＢの形状が楕円から真円に近くなれば、そのままネジ部品２を同じ方向に回転させていき、レーザビームＬＢの形状が最も真円に近くなる回転位置に設定する。ネジ部品２を所定量だけ回転させると、レーザビーム形状の扁平の度合いが大きくなる場合は、図１３（ｂ）の領域Ｒｓの位置（先ほどとは９０度回転した方向）に、第一保持部材３の突起部３ｐを配置し、この状態においてネジ部品２を押圧部材５に押し込む方向に回転させる。

図１３（ａ）と図１３（ｂ）では、図１３（ａ）の方が、領域Ｒｓの大きさが小さいので、図１３（ａ）において入射ビームをさえぎらない形状にすれば、図１３（ｂ）においても領域Ｒｓの範囲内に収まることになる。そこで、支持面３ｐｓの形状を正方向とした場合に、実際に入射光をさえぎらない支持面３ｐｓの最大形状を求める。図１３（ａ）の形状可変鏡１０に入射されるビーム径の計算式は水平方向をＸ、垂直方向をＹとした場合、水平方向＋４５度方向の楕円ビーム形状の式（ｘ，Ｙ）)は、以下のようになる。
Ｘ=cos45×a×cosθ-sin45×b×sinθ
Ｙ=sin45×a×cosθ+cos45×b×sinθ
(θは0〜360)

この楕円ビーム形状が半径√２ａの円形領域Ｒｍのミラー面１ｓｆに投射された場合、以下のようになる。
Ｘ_Ｔ=√2X=√2(cos45×a×cosθ-sin45×b×sinθ)
Ｙ_Ｔ= sin45×a×cosθ+cos45×b×sinθ

また、楕円の長軸方向（水平方向＋４５度）の直線と、ミラー有効径との交点をＰαとした場合、Ｐαの座標（Ｘ_１，Ｘ_２）は、以下のようになる。
Ｘ_１=√2×a×cos45
Ｙ_１=√2×a×sin45

さらに、突起部３ｐの断面形状、つまり支持面３ｐｓが正方形の場合は、交点Ｐαから支持面３ｐｓの内径側の角点Ｐβに向かう線Ｌγが存在する。線Ｌγは、支持面３ｐｓの形状を正方形に保ったまま、大きさを変化させた場合の角点Ｐβの軌跡であり、以下のようにして示すことが出来る。
Ｙ_Ｔ=3(Ｘ_Ｔ-a)+a

つまり、線Ｌγの式とミラー面１ｓｆに投射された（Ｘ_Ｔ，Ｙ_Ｔ）の交点が支持面３ｐｓを有する突起部３ｐがレーザビームＬＢをさえぎらない最大形状となる。この解から最大形状の正方形の1辺の長さδは以下のように導き出される。
δ=0.225279a

また、仮にレーザビーム形状が図１４のように真円の場合（半径ａの円）で、形状可変鏡１０を水平方向に反射する反射鏡として搭載した場合、形状可変鏡１０に入射される光は図１５のようになる。そのため、ミラー面１ｓｆがＣｍを中心とする場合、垂直方向での入射光が当たらない領域Ｒｓ（√２ａ−ａ＝（√２−１）ａ）が発生する。そのため、ビーム形状の楕円の長軸方向に対して第一保持部材３の突起部３ｐを図１３（ａ）の領域Ｒｓの位置に配置し、支持面３ｐｓの形状を（（√２−１）ａ）×（√２−１）ａ））以下とすれば、入射光をさえぎることは無い。

上記各ビーム形状での結果を全て満足するためには、突起部３ｐの断面形状、つまり支持面３ｐｓの形状を（０．２２５２７９ａ）×（０．２２５２７９ａ）以下とすれば、入射光をさえぎることは無い。

また、第一保持部材３のミラー面１ｓｆ側の形状を、開口３ａの径を√２×ａとし、支持面３ｐｓを（０．２２５２７９ａ）×（０．２２５２７９ａ）以下の大きさとする。そして、図１６に示すように、突起部３ｐを天面３ｔに向かって狭まるように厚み方向に対して４５度の面取り（テーパー）をとれば、ミラー面１ｓｆの面積を通常よりも大きくすること無く、入射光のビームをさえぎらない形状可変鏡１０を提供できる。

なお、反射鏡の反射面側に光路障害となるものを配置することは、一般的な光学設計では、全く想定されておらず、本発明の各実施の形態にかかる形状可変鏡１０のように、ミラー面１ｓｆを押圧する部材を設置することなど、あり得ないことである。しかし、例えば、レーザ加工装置１００を対象とするものでは、使用するレーザビームＬＢの性質や装置の配置に応じて、支持面３ｐｓの配置を考慮すれば、支障なく使用できることが分かった。さらに、レーザ加工装置１００は、ＣＤやＤＶＤのようなＡＶ機器と比べて装置内のスペースに余裕があるため、形状可変鏡１０部分が大きくなる許容度が大きく、適用性が増す。

以上のように、本実施の形態５にかかるレーザ加工装置１００によれば、反射面（ミラー面１ｓｆ）は、レーザ発振器５０から発振されたレーザビームＬＢの長軸方向の径ａに対して√２倍の径を有する円を包含し、第一押圧部材（第一保持部材３）が反射面（ミラー面１ｓｆ）に接触する接触面（支持面３ｐｓ）が、長軸方向の径ａに対して０．２３倍の長さの辺を有する正方形内に収まるように構成したので、反射面（ミラー面１ｓｆ）に入射するレーザビームＬＢを損なうことなく、被加工物２００まで伝送して、確実な加工ができる。

実施の形態６．
本実施の形態６にかかる形状可変鏡は、実施の形態１〜３の形状可変鏡に対して、第一保持部材３に、反射鏡１の径方向のロック機構を設け、反射鏡１が径方向に対して移動しないようにしたものである。さらに第一保持部材３のネジ部３ｓに対してロック機構を設け、第二保持部材６が第１保持部材３に対してネジが回転しないようにしたものである。

図１７と図１８は、本発明の実施の形態６にかかる形状可変鏡の構成について説明するためのもので、図１７は形状可変鏡の反射面に垂直な面（ＸＺ面）による断面図、図１８は形状可変鏡の構造を説明するための各部品をばらした状態を示す組立図である。図中、上記実施の形態１あるいは２、３で説明したものと同様のものには、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態６にかかる形状可変鏡１０では、図１７および図１８に示すように、第一保持部材の構成が上記実施の形態１〜３と異なっている。本実施の形態６における第一保持部材３は、反射鏡１を径方向に保持する部分において、径方向に対して１２０°振り分けた位置の３ヶ所に径方向雌ねじ部３ｃを形成し、径方向止めネジ１１をそれぞれの径方向雌ねじ部３ｃに２個（１１ａ、１１ｂ）ねじ込むことができるようにしたことである。これにより、反射鏡１の径方向の固定を実施でき、なおかつ、接着等を用いず、振動等径方向の移動防止を具備した形状可変鏡を提供できる。なお、反射鏡１に接触する径方向固定ネジ１１ａを、デルリン(登録商標)等の樹脂部材とすることにより、変形方向に対して反射鏡１の側面が滑りやすくなり、反射鏡１の反射面１ｓｆの変形を妨げない。なお、ここで、径方向雌ねじ部３ｃは３箇所配置しているが、反射鏡１の径方向を拘束できれば、それ以上（４箇所以上）でもそれ以下（２箇所、１箇所）でもよい。また、径方向止めネジ１１をそれぞれの径方向雌ねじ部３ｃに２個（１１ａ、１１ｂ）設置するようにしているが、１個の設置でも構わない。

さらに、第一保持部材３は、第２保持部材をネジ止めする雌ネジ部３ｓに対応する部分において、雌ねじ部３ｓの径方向に対して１２０°振り分けた位置に３ヶ所の径方向雌ねじ部３ｄを形成し、径方向止めネジ１１をそれぞれの径方向雌ねじ部３ｄに２個（１１ｃ、１１ｄ）ねじ込むことができるようにしたことである。これにより、第二保持部材の径方向の固定を実施でき、なおかつ、接着等を用いず、振動等第二保持部材と第一保持部材のネジの緩み防止を具備した形状可変鏡を提供できる。なお、ここで、径方向雌ねじ部３ｄは３箇所配置しているが、反射鏡１の径方向を拘束できれば、それ以上（４箇所以上）でもそれ以下（２箇所、１箇所）でもよい。また、径方向止めネジ１１をそれぞれの径方向雌ねじ部３ｄに２個（１１ｃ、１１ｄ）設置するようにしているが、１個の設置でも構わない。

以上のように、本実施の形態６にかかるレーザ加工装置１００によれば、第一押圧部材（第一保持部材３）は、反射鏡１を径方向に保持する部分においては径方向雌ねじ部３ｃを形成し、第２保持部材をネジ止めする雌ネジ部３ｓに対応する部分においては径方向雌ねじ部３ｄを形成し、それぞれ径方向止めネジ１１をねじ込むことができるように構成したので、反射鏡１の径方向の固定及び第二保持部材の径方向の固定を実施でき、かつ、接着等を用いず、振動等による径方向の移動や第一保持部材のネジの緩みを防止でき、反射鏡１の変形量をさらに安定して維持することができる。

なお、この発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：反射鏡、 １ｓｆ：ミラー面（反射面）、 １ｓｂ：裏面、 Ｐｘｆ：ミラー面の外周円とＸ軸との交点、 Ｐｙｂ：裏面の外周円とＹｂ軸との交点、 ２：ネジ部品、 ２ｓｔ，２ｓｂ：ネジ部、 ２Ｗ：ネジ止円板（回転止め機構）、 ３ 第一保持部材（第一押圧部材）、 ３ａ：開口、 ３ｃ：径方向雌ネジ部、３ｄ：径方向雌ネジ部、 ３ｐ：突起部、 ３ｐｓ：支持面、 ３ｓ：ネジ部、 ３ｔ：天面、３ｚ：ザグリ面、 ４：変形量調整部、 ５：押圧部材（第二押圧部材）、 ５Ａ：押圧部、 ５Ｂ：変位部、
５ｄ：円盤部、 ５ｈ：位置決め穴、 ５ｐ：突起部、 ５ｐｓ：支持面、 ５ｓ：ネジ穴、 ６：第二保持部材（第一押圧部材）、 ６ｈ：位置決め穴、 ６ｓｅ：外側ネジ部、 ６ｓｉ：ネジ穴、 ７：回転止部材、 ７ｄ：頭部、 ７ｃ：円柱部、 ９：ロック部材、 １０：形状可変鏡、１１：径方向止めネジ ５０：レーザ発振器、 ２０：ガルバノスキャナミラー、 ２１：ガルバノメータ、 ６０：集光レンズ、 ７０：テーブル（設置台）、 ８０：駆動機構、 ２００：被加工物、 Ｄｓ：ネジ部品と押圧部材との距離、 ＬＢ：レーザビーム、 Ｒｓ：入射光が当たらない領域、 Ｒｗ：加工範囲。

Claims (8)

1. 反射鏡と、
   前記反射鏡の反射面の外周部の対向する２箇所に接触し、前記反射鏡を前記反射面側から押圧する第一押圧部材と、
   前記反射鏡の裏面の外周部の対向する２箇所に接触し、前記反射鏡を前記裏面側から押圧する第二押圧部材と、
   前記第一押圧部材が前記反射面を押圧する位置と前記第二押圧部材が前記裏面を押圧する位置が、前記反射面の中心を通る軸まわりで異なる位置となるように、前記第一押圧部材に対する前記第二押圧部材の前記軸まわりの位置を位置決めするとともに、前記軸方向での前記第一押圧部材と前記第二押圧部材の間隔を変化させて、前記押圧による前記反射鏡の変形量を調整する変形量調整部と、を備えたことを特徴とする形状可変鏡。
2. 前記第二押圧部材は、板材の周縁部の２箇所に前記裏面に接触する突起を形成したものであり、前記板材の剛性が前記反射鏡の剛性よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の形状可変鏡。
3. 前記変形量調整部は、互いにピッチが異なるネジを前記軸方向の両側のそれぞれに各別に設けたネジ部品を用いて、前記間隔を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の形状可変鏡。
4. 前記変形量調整部には、前記ネジ部品の回転をロックさせるロック機構が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の形状可変鏡。
5. 前記変形量調整部には、前記間隔が所定以下になったら、前記ネジ部品の回転を止める回転止め機構が設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の形状可変鏡。
6. 前記第一押圧部材には、前記反射鏡の外周部に対応する位置から前記反射鏡を径方向に固定するロック機構が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の形状可変鏡。
7. レーザビームを発振するレーザ発振器と、
   被加工物を設置する設置台と、
   複数の反射鏡を有し、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを前記設置台に設置された被加工物まで伝送する伝送光路と、を備え、
   前記複数の反射鏡のいずれかに、請求項１から６のいずれか１項に記載の形状可変鏡を用いたことを特徴とするレーザ加工装置。
8. 前記反射面は、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームの長軸方向の径に対して√２倍の径を有する円を包含し、
   前記第一押圧部材が前記反射面に接触する接触面が、前記長軸方向の径に対して０．２３倍の長さの辺を有する正方形内に収まることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。

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