JP7489543B2

JP7489543B2 - 光走査装置及び光走査方法

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Publication number: JP7489543B2
Application number: JP2023520808A
Authority: JP
Inventors: 年賢難波
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2042-02-28
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Description

レーザ光によって対象物を走査する光走査装置及び光走査方法に関する。

レーザ加工の分野では、レーザ光によって対象物を走査する光走査装置が広く利用されている。例えば、特許文献１には、ピエゾ素子を用いた光走査装置が記載されている。

日本国公開特許公報特開２０１４－２１７８７５号

ピエゾ素子を用いてミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージが知られている。２軸チルトステージは、第１指令波形に従って第１方向に対してミラーを傾ける機能と、第２指令波形に従って第２方向に対してミラーを傾ける機能と、を有している。しかしながら、このような２軸チルトステージを用いた光走査装置においては、以下のような問題があった。

すなわち、第１指令波形に従って第１方向に対するミラーの傾きを周期的に変化させると、これに連動して第２方向に対するミラーの傾きが変化してしまう。このため、第２方向に対する実際のミラーの傾きは、第２指令波形が表す傾きに、第１方向に対するミラーの傾きの周期的な変化に起因する傾きが重畳したものになる。つまり、第２方向に対するミラーの傾きは、第２指令波形が表すミラーの傾きと異なるものになる。

同様に、第２指令波形に従って第２方向に対するミラーの傾きを周期的に変化させると、これに連動して第１方向に対するミラーの傾きが変化してしまう。このため、第１方向に対するミラーの実際の傾きは、第１指令波形が表す傾きに、第２方向に対するミラーの傾きの周期的な変化に起因する傾きが重畳したものになる。つまり、第１方向に対するミラーの傾きは、第１指令波形が表すミラーの傾きと異なるものになる。

これにより、例えば、レーザ光の照射点が円軌道を描くように、第１指令波形として正弦波を２軸チルトステージに入力し、第２指令波形として第１指令波形よりも９０°遅れた正弦波を２軸チルトステージに入力しても、レーザ光の照射点の描く軌道は、円軌道ではなく、楕円軌道となってしまう。また、上述したような傾きの２軸間の干渉は、動作周波数が高くなるほど大きくなる。したがって、レーザ光の照射点が描く軌道の崩れ（目的とする軌道からのずれ）も、動作周波数が高くなるほど大きくなる。

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、第１方向及び第２方向に対するミラーの実際の傾きの、第１指令波形及び第２指令波形が表すミラーの傾きからのずれを抑制した光走査装置又は光走査方法を実現することを目的とする。

本発明の一態様に係る光走査装置は、レーザ光を反射するミラーと、前記ミラーを載置し、ピエゾ素子によって（を用いて）前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージと、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを制御するための第２指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを低減するための第１補正波形を生成する第１補正波形生成部と、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを制御するための第１指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを低減するための第２補正波形を生成する第２補正波形生成部と、前記第１指令波形と前記第１補正波形とを合成した第１合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第１方向に対する傾きを制御すると共に、前記第２指令波形と前記第２補正波形とを合成した第２合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第２方向に対する傾きを制御する駆動部と、を備えている。

本発明の一態様に係る光走査方法は、レーザ光を反射するミラーと、ピエゾ素子を用いて前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージと、を用いた光走査方法であって、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを制御するための第２指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを低減するための第１補正波形を生成する第１補正波形生成工程と、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを制御するための第１指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを低減するための第２補正波形を生成する第２補正波形生成工程と、前記第１指令波形と前記第１補正波形とを合成した第１合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第１方向に対する傾きを制御すると共に、前記第２指令波形と前記第２補正波形とを合成した第２合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第２方向に対する傾きを制御する駆動工程と、を含んでいる。

本発明の一態様によれば、第１方向及び第２方向に対するミラーの実際の傾きの、第１指令波形及び第２指令波形が表すミラーの傾きからのずれを抑制した光走査装置又は光走査方法を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る光走査装置の構成を示すブロック図である。（ａ）は、図１に示す光走査装置における第１指令波形及び第２指令波形の振幅の周波数依存性を表すグラフである。（ｂ）は、図１に示す光走査装置における第１指令波形及び第２指令波形の位相差の周波数依存性を表すグラフである。（ａ）は、図１に示す光走査装置における第１補正波形及び第２補正波形の振幅の周波数依存性を表すグラフである。（ｂ）は、図１に示す光走査装置における第１補正波形及び第２補正波形の位相差の周波数依存性を表すグラフである。ここで、位相差は、第１指令波形に対する位相差である。第１指令波形及び第２指令波形により２軸チルトステージを駆動した場合（比較例）にレーザ光の照射点が描く軌跡の真円度、及び、第１合成波形及び第２合成波形により２軸チルトステージを駆動した場合（実施例）にレーザ光の照射点が描く軌跡の真円度の周波数依存性を示すグラフである。１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、４０００Ｈｚにおける円形走査に関し、第１モニタ波形及び第２モニタ波形並びにレーザ光の照射点が描く軌跡のグラフである。（ａ）は、第１指令波形及び第２指令波形により２軸チルトステージを駆動した場合（比較例）に得られるグラフであり、（ｂ）は、第１合成波形及び第２合成波形により２軸チルトステージを駆動した場合（実施例）に得られるグラフである。第１方向２０００Ｈｚ・第２方向１０００Ｈｚ、及び、第１方向４０００Ｈｚ・第２方向２０００Ｈｚにおける八字走査に関し、第１モニタ波形及び第２モニタ波形並びにレーザ光の照射点が描く軌跡のグラフである。（ａ）は、第１指令波形及び第２指令波形により２軸チルトステージを駆動した場合（比較例）に得られるグラフであり、（ｂ）は、第１合成波形及び第２合成波形により２軸チルトステージを駆動した場合（実施例）に得られるグラフである。

（光走査装置の基本的構成）
本発明の一実施形態に係る光走査装置１の基本的構成について、図１を参照して説明する。図１は、光走査装置１の構成を示すブロック図である。

光走査装置１は、基本的構成として、ミラー１１と、２軸チルトステージ１２と、第１補正波形生成部１３ａと、第２補正波形生成部１３ｂと、第１合成波形生成部１４ａと、第２合成波形生成部１４ｂと、駆動部１５と、を備えている。光走査装置１は、例えば、レーザ加工機に内蔵され、レーザ光の照射点を対象物上で移動させるために利用される。

ミラー１１は、レーザ光を反射するための構成である。例えば、ミラー１１にて反射されたレーザ光は、直接、対象物に照射される。或いは、ミラー１１にて反射されたレーザ光は、ガルバノスキャナを介して、対象物に照射される。

２軸チルトステージ１２は、ピエゾ素子を用いてミラー１１の傾きを変化させるための構成である。本実施形態においては、２軸チルトステージ１２として、（１）第１柱状ピエゾ素子の伸縮によって、ミラー１１を載置するステージを、ｘ軸を支点として傾かせること、及び、（２）第２柱状ピエゾ素子の伸縮によって、ミラー１１を載置するステージを、ｙ軸を支点として傾かせることが可能な２軸一体ピエゾステージを用いている。２軸チルトステージ１２は、例えば、ミラー１１により反射されたレーザ光の照射点が対象物上で円軌道を描くようにミラー１１の傾きを変化させる。この場合、対象物の並進移動、又は、ガルバノスキャナによるレーザ光の照射点の並進移動を組み合わせることによって、レーザ光の照射点が対象物上で螺旋軌道を描くウォブリングを実現することができる。

第１補正波形生成部１３ａは、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを制御するための第２指令波形に基づいて、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きに起因して生じる２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを低減する（例えば、打ち消す）ための第１補正波形を生成するための構成である。本実施形態においては、第１補正波形として、第２指令波形に従って２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる２軸チルトステージ１２の第１方向の傾きを表す第１干渉波形の逆相波形を用いている。第１補正波形生成部１３ａにて生成された第１補正波形は、第１合成波形生成部１４ａに提供される。

第１合成波形生成部１４ａは、第１指令波形と第１補正波形とを合成することによって、第１合成波形を生成するための構成である。本実施形態においては、第１合成波形生成部１４ａとして、加算回路を用いている。第１合成波形生成部１４ａにて生成された第１合成波形は、駆動部１５に提供される。

第２補正波形生成部１３ｂは、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを制御するための第１指令波形に基づいて、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きに起因して生じる２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを低減する（例えば、打ち消す）ための第２補正波形を生成するための構成である。本実施形態においては、第２補正波形として、第１指令波形に従って２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる２軸チルトステージ１２の第２方向の傾きを表す第２干渉波形の逆相波形を用いている。第２補正波形生成部１３ｂにて生成された第２補正波形は、第２合成波形生成部１４ｂに提供される。

第２合成波形生成部１４ｂは、第２指令波形と第２補正波形とを合成することによって、第２合成波形を生成するための構成である。本実施形態においては、第２合成波形生成部１４ｂとして、加算回路を用いている。第２合成波形生成部１４ｂにて生成された第２合成波形は、駆動部１５に供給される。

駆動部１５は、第１合成波形に従って２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを制御すると共に、第２合成波形に従って２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを制御するための構成である。

第１指令波形に従って２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを制御する場合、第２干渉波形が生じるので、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを第２指令波形どおりに制御することができない。これに対して、光走査装置１においては、第１指令波形に第１補正波形を加算した第１合成波形に従って２軸チルトステージ１２を制御しているので、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを第２指令波形どおりに制御することができる。

また、第２指令波形に従って２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを制御する場合、第１干渉波形が生じるので、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを第１指令波形どおりに制御することができない。これに対して、光走査装置１においては、第２指令波形に第２補正波形を加算した第２合成波形に従って２軸チルトステージ１２を制御しているので、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを第１指令波形どおりに制御することができる。

（基本的構成により得られる効果）
以上のように、光走査装置１は、（１）レーザ光を反射するミラー１１と、（２）ピエゾ素子を用いてミラー１１の傾きを変化させる２軸チルトステージ１２と、（３）２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを制御するための第２指令波形に基づいて、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きに起因して生じる２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを低減する（例えば、打ち消す）ための第１補正波形を生成する第１補正波形生成部１３ａと、（４）２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを制御するための第１指令波形に基づいて、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きに起因して生じる２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを低減する（例えば、打ち消す）ための第２補正波形を生成する第２補正波形生成部１３ｂと、（５）第１指令波形と第１補正波形とを合成した第１合成波形に従って、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを制御すると共に、第２指令波形と第２補正波形とを合成した第２合成波形に従って、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを制御する駆動部と、を備えている。

このため、光走査装置１によれば、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きの、第１の指令波形が表す傾きからのずれを抑制する共に、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きの、第２の指令波形が表す傾きからのずれを抑制することができる。

また、光走査装置１においては、（１）第１補正波形として、第２指令波形に従って２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる２軸チルトステージ１２の第１方向の傾きを表す第１干渉波形の逆相波形を用い、（２）第２補正波形として、第１指令波形に従って２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる２軸チルトステージ１２の第２方向の傾きを表す第２干渉波形の逆相波形を用いている。

このため、光走査装置１によれば、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きの、第１の指令波形が表す傾きからのずれを更に抑制する共に、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きの、第２の指令波形が表す傾きからのずれを更に抑制することができる。

（光走査装置の追加的構成）
光走査装置１の追加的構成について、引き続き図１を参照して説明する。

光走査装置１は、上述した基本的構成に加えて、第１指令波形生成部１６ａと、第２指令波形生成部１６ｂと、制御部１７と、を、追加的構成として備えている。

第１指令波形生成部１６ａは、第１指令波形を生成するための構成である。例えば、第１指令波形生成部１６ａは、第１指令波形として、制御部１７により指定された振幅及び周波数を有する正弦波を生成する。第１指令波形生成部１６ａにて生成された第１指令波形は、第２補正波形生成部１３ｂ及び第１合成波形生成部１４ａに提供される。

第２指令波形生成部１６ｂは、第２指令波形を生成するための構成である。例えば、第２指令波形生成部１６ｂは、第２指令波形として、制御部１７により指定された振幅及び周波数を有する正弦波を生成する。第２指令波形生成部１６ｂにて生成された第２指令波形は、第１補正波形生成部１３ａ及び第２合成波形生成部１４ｂに提供される。

制御部１７は、第２指令波形の振幅及び周波数から、第１補正波形の振幅及び位相を導出する。上述したとおり、第１補正波形は、第２指令波形に従って２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる第１干渉波形の逆相波形であり、第１補正波形の周波数は、第２指令波形の周波数と同一である。一例として、制御部１７は、第２指令波形の振幅及び周波数と、第１補正波形の振幅及び位相との関係を表す第１テーブルを参照して、第２指令波形の振幅及び周波数から、第１補正波形の振幅及び位相を導出する。なお、第１テーブルには、幾つかの第２指令波形の振幅及び周波数と、これらに対応する幾つかの第１補正波形の振幅及び位相が登録されていればよい。第１テーブルに登録されていない第２指令波形の振幅及び周波数に対応する第１補正波形の振幅及び位相は、第１テーブルに登録されている第２指令波形の振幅及び周波数に対応する第１補正波形の振幅及び位相から、線形補完により求めればよい。別の例として、制御部１７は、第２指令波形の振幅及び周波数と、第１干渉波形の振幅及び位相との関係を表す第１テーブルを参照して、第２指令波形の振幅及び周波数から、第１干渉波形の振幅及び位相を導出する。この場合、第１干渉波形の位相を反転させることによって、第１補正波形を生成する。線形補完を利用可能なことは、本例においても同様である。

また、制御部１７は、第１指令波形の振幅及び周波数から、第２補正波形の振幅及び位相を導出する。上述したとおり、第２補正波形は、第１指令波形に従って２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる第２干渉波形の逆相波形であり、第２補正波形の周波数は、第１指令波形の周波数と同一である。一例として、制御部１７は、第１指令波形の振幅及び周波数と、第２補正波形の振幅及び位相との関係を表す第２テーブルを参照して、第１指令波形の振幅及び周波数から、第２補正波形の振幅及び位相を導出する。なお、第２テーブルには、幾つかの第１指令波形の振幅及び周波数と、これらに対応する幾つかの第２補正波形の振幅及び位相が登録されていればよい。第２テーブルに登録されていない第１指令波形の振幅及び周波数に対応する第２補正波形の振幅及び位相は、第２テーブルに登録されている第１指令波形の振幅及び周波数に対応する第２補正波形の振幅及び位相から、線形補完により求めればよい。別の例として、制御部１７は、第１指令波形の振幅及び周波数と、第２干渉波形の振幅及び位相との関係を表す第２テーブルを参照して、第１指令波形の振幅及び周波数から、第２干渉波形の振幅及び位相を導出する。この場合、第２干渉波形の位相を反転させることによって、第２補正波形を生成する。線形補完を利用可能なことは、本例においても同様である。

（追加的構成により得られる効果）
以上のように、光走査装置１は、第２指令波形の振幅及び周波数と第１干渉波形又は第１補正波形の振幅及び位相との関係を表す第１テーブル、及び、第１指令波形の振幅及び周波数と第２干渉波形又は第２補正波形の振幅及び位相との関係を表す第２テーブルを参照し、第１補正波形を生成するように第１補正波形生成部１３ａを制御すると共に、第２補正波形を生成するように第２補正波形生成部１３ｂを制御する制御部１７を更に備えている。

このため、光走査装置１によれば、第２指令波形に応じた第１補正波形、及び、第１指令波形に応じた第２補正波形を、複雑な演算を行うことなく簡便に生成することが可能になる。また、例えば、第２指令波形に応じた第１補正波形、及び、第１指令波形に応じた第２補正波形を、短時間で作成することが可能になる。

（テーブルの自動作成）
上述した第１テーブル及び第２テーブルは、光走査装置１の製造者又は使用者が手動で作成したものであってもよいし、光走査装置１が自動で作成したものであってもよい。後者の場合、２軸チルトステージ１２のモニタ機能、すなわち、第１方向に対する傾きを表す第１モニタ波形、及び、第２方向に対する傾きを表す第２モニタ波形を出力する機能を利用する。このモニタ機能は、例えば、プログラムをプロセッサが実行することによって、実現することができる。以下、第２指令波形の振幅及び周波数と第１干渉波形の振幅及び位相との関係を表す第１テーブル、及び、第１指令波形の振幅及び周波数と第２干渉波形の振幅及び位相との関係を表す第２テーブルを自動作成する方法について説明する。

ステップ１ａ：特定の振幅及び周波数を有する第２指令波形（正弦波）を用いて、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを周期的に変化させながら、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを表す第１モニタ波形を取得する。

ステップ２ａ：ステップ１ａにて取得した第１モニタ波形の振幅及び位相を特定する。

ステップ３ａ：ステップ２ａにて特定した振幅及び位相を、第１干渉波形の振幅及び位相として、第２指令波形の振幅及び周波数と関連付けて第１テーブルに登録する。

ステップ１ａ、ステップ２ａ、及びステップ３ａを第２指令波形の振幅及び周波数を変化させながら繰り返すことによって、第１テーブルが作成される。

なお、ステップ２ａは、光走査装置１の制御部１７が実施してもよいし、光走査装置１の製造者又は使用者が実施してもよい。後者の場合、例えば、ステップ１ａにて取得した第１モニタ波形をオシロスコープに出力する。この場合、光走査装置１の製造者又は使用者は、オシロスコープを用いて第１モニタ波形の振幅及び位相を特定し、特定した振幅及び位相を制御部１７に入力する。第１干渉波形の振幅及び位相と関連付ける第２指令波形の振幅及び周波数についても、オシロスコープを用いて測定してもよい。

ステップ１ｂ：特定の振幅及び周波数を有する第１指令波形（正弦波）を用いて、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを周期的に変化させながら、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを表す第２モニタ波形を取得する。

ステップ２ｂ：ステップ１ｂにて取得した第２モニタ波形の振幅及び位相を特定する。

ステップ３ｂ：ステップ２ｂにて特定した振幅及び位相を、第２干渉波形の振幅及び位相として、第１指令波形の振幅及び周波数と関連付けて第２テーブルに登録する。

ステップ１ｂ、ステップ２ｂ、及びステップ３ｂを第１指令波形の振幅及び周波数を変化させながら繰り返すことによって、第２テーブルが作成される。

なお、ステップ２ｂは、光走査装置１の制御部１７が実施してもよいし、光走査装置１の製造者又は使用者が実施してもよい。後者の場合、例えば、ステップ１ｂにて取得した第２モニタ波形をオシロスコープに出力する。この場合、光走査装置１の製造者又は使用者は、オシロスコープを用いて第２モニタ波形の振幅及び位相を特定し、特定した振幅及び位相を制御部１７に入力する。第２干渉波形の振幅及び位相と関連付ける第１指令波形の振幅及び周波数についても、オシロスコープを用いて測定してもよい。

（テーブルの自動生成による効果）
光走査装置１において、２軸チルトステージ１２は、第１方向に対する傾きを表す第１モニタ波形、及び、第２方向に対する傾きを表す第２モニタ波形を出力するモニタ機能を有している。また、光走査装置１において、制御部１７は、ある振幅及び周波数を有する第２指令波形に従って２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを周期的に変化させたときに得られる第１モニタ波形の振幅及び位相を、当該第２指令波形に対応する第１干渉波形の振幅及び位相として設定することによって、第１テーブルを自動生成すると共に、ある振幅及び周波数を有する第１指令波形に従って２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを周期的に変化させたときに得られる第２モニタ波形の振幅及び位相を、当該第１指令波形に対応する第２干渉波形の振幅及び位相として設定することによって、第２テーブルを自動生成する。

このため、光走査装置１においては、第１テーブル及び第２テーブルを自動的に生成することができる。したがって、光走査装置１の製造者又は使用者が手動で第１テーブル又は第２テーブルを作成した場合と比べて、第１補正波形及び第２補正波形を作成する手間を減らすことが可能になる。

（動作例１）
光走査装置１の第１の動作例を図２～図５を参照して説明する。本動作例は、１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、３０００Ｈｚ、及び４０００Ｈｚにおける円形走査の動作例である。

図２において、（ａ）は、第１指令波形及び第２指令波形の振幅の周波数依存性を表すグラフであり、（ｂ）は、第１指令波形及び第２指令波形の位相差の周波数依存性を表すグラフである。ここで、位相差は、第１指令波形に対する位相差である。

図２の（ａ）に示すように、各周波数において第１指令波形の振幅と第２指令波形の振幅は略一致する。また、図２の（ｂ）に示すように、各周波数において第１指令波形の位相と第２指令波形の位相差とは略９０°異なる。したがって、２軸チルトステージ１２の第１方向及び第２方向に対する傾きが、それぞれ、第１指令波形及び第２指令波形どおりに変化すれば、ミラー１１にて反射されたレーザ光の照射点は、対象物上で円を描く。

図３において、（ａ）は、第１補正波形及び第２補正波形の振幅の周波数依存性を表すグラフであり、（ｂ）は、第１補正波形及び第２補正波形の位相差の周波数依存性を表すグラフである。ここで、位相差は、第１指令波形に対する位相差である。

図４は、第１指令波形及び第２指令波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合（比較例）にミラー１１により反射されたレーザ光の照射点が描く軌跡の真円度、及び、第１合成波形及び第２合成波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合（実施例）にミラー１１により反射されたレーザ光の照射点が描く軌跡の真円度の周波数依存性を示すグラフである。ここで、第１合成波形は、第１指令波形に第１補正波形を加えたものであり、第２合成波形は、第２指令波形に第２補正波形を加えたものである。

図４に示すグラフによれば、以下のことが分かる。すなわち、第１指令波形及び第２指令波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合、周波数が高くなるほどレーザ光の照射点が描く軌跡の真円度が低下する。例えば、４０００Ｈｚにおいては、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度が６４％程度まで低下する。これは、第１干渉波形及び第２干渉波形の影響による。一方、第１合成波形及び第２合成波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合、周波数が高くなってもレーザ光の照射点が描く軌跡の真円度が保たれる。例えば、４０００Ｈｚにおいても、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度は９５％程度に保たれる。これは、第１干渉波形及び第２干渉波形の影響が第１補正波形及び第２補正波形により打ち消されたことによる。また、図４に示すグラフによれば、レーザ光の照射点が描く軌跡を円に近づける効果、すなわち、２軸チルトステージ１２の第１方向及び第２方向に対する傾きを第１指令波形及び第２指令波形どおりに変化させる効果が１０００Ｈｚ以上で十分に得られることが分かる。

図５は、１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、４０００Ｈｚにおける第１モニタ波形及び第２モニタ波形並びにレーザ光の照射点が描く軌跡のグラフである。図５の（ａ）においては、第１指令波形及び第２指令波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合（比較例）に得られるグラフを示し、図５の（ｂ）においては、第１合成波形及び第２合成波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合（実施例）に得られるグラフを示している。

図５に示すグラフからも、第１指令波形及び第２指令波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合には、周波数が高くなるほどレーザ光の照射点が描く軌跡の真円度が低下するのに対して、第１合成波形及び第２合成波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合には、周波数が高くなってもレーザ光の照射点が描く軌跡の真円度が保たれることが確かめられる。

（動作例２）
光走査装置１の第２の動作例を図６を参照して説明する。本動作例は、第１方向２０００Ｈｚ・第２方向１０００Ｈｚ、及び、第１方向４０００Ｈｚ・第２方向２０００Ｈｚにおける八字走査の動作例である。

図６は、第１方向２０００Ｈｚ・第２方向１０００Ｈｚ、及び、第１方向４０００Ｈｚ・第２方向２０００Ｈｚにおける第１モニタ波形及び第２モニタ波形並びにレーザ光の照射点が描く軌跡のグラフである。図６の（ａ）においては、第１指令波形及び第２指令波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合（比較例）に得られるグラフを示し、図６の（ｂ）においては、第１合成波形及び第２合成波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合（実施例）に得られるグラフを示している。

図６に示すグラフによれば、第１指令波形及び第２指令波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合には、周波数が高くなるほどレーザ光の照射点が描く軌跡の八字形状が崩れるのに対して、第１合成波形及び第２合成波形により２軸チルトステージ１２を駆動した場合には、周波数が高くなってもレーザ光の照射点が描く軌跡の八字形状が保たれることが確かめられる。

（付記事項）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

また、上述した実施形態では、本発明を装置（光走査装置）として表現したが、本発明は方法（光走査方法）としても表現することができる。すなわち、「レーザ光を反射するミラーと、ピエゾ素子を用いて前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージと、を用いた光走査方法であって、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを制御するための第２指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを低減するための第１補正波形を生成する第１補正波形生成工程と、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを制御するための第１指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを低減するための第２補正波形を生成する第２補正波形生成工程と、前記第１指令波形と前記第１補正波形とを合成した第１合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第１方向に対する傾きを制御すると共に、前記第２指令波形と前記第２補正波形とを合成した第２合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第２方向に対する傾きを制御する駆動工程と、を含んでいる、ことを特徴とする光走査方法」も本発明の範疇に含まれる。

（まとめ）
本発明の態様１に係る光走査装置は、レーザ光を反射するミラーと、前記ミラーを載置し、ピエゾ素子によって（を用いて）前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージと、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを制御するための第２指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを低減するための第１補正波形を生成する第１補正波形生成部と、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを制御するための第１指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを低減するための第２補正波形を生成する第２補正波形生成部と、前記第１指令波形と前記第１補正波形とを合成した第１合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第１方向に対する傾きを制御すると共に、前記第２指令波形と前記第２補正波形とを合成した第２合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第２方向に対する傾きを制御する駆動部と、を備えている。

本発明の態様２に係る光走査装置においては、態様１の構成に加えて、前記第１補正波形は、前記第２指令波形に従って前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる前記２軸チルトステージの第１方向の傾きを表す第１干渉波形の逆相波形であり、前記第２補正波形は、前記第１指令波形に従って前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを表す第２干渉波形の逆相波形である、という構成が採用されている。

本発明の態様３に係る光走査装置においては、態様１の構成に加えて、前記第２指令波形の振幅及び周波数と前記第１補正波形の振幅及び位相との関係を表す第１テーブル、及び、前記第１指令波形の振幅及び周波数と前記第２補正波形の振幅及び位相との関係を表す第２テーブルを参照し、前記第１補正波形を生成するように前記第１補正波形生成部を制御すると共に、前記第２補正波形を生成するように前記第２補正波形生成部を制御する制御部を更に備えている、という構成が採用されている。

本発明の態様４に係る光走査装置においては、態様２の構成に加えて、前記第２指令波形の振幅及び周波数と前記第１干渉波形又は前記第１補正波形の振幅及び位相との関係を表す第１テーブル、及び、前記第１指令波形の振幅及び周波数と前記２干渉波形又は前記第２補正波形の振幅及び位相との関係を表す第２テーブルを参照し、前記第１補正波形を生成するように前記第１補正波形生成部を制御すると共に、前記第２補正波形を生成するように前記第２補正波形生成部を制御する制御部を更に備えている、という構成が採用されている。

本発明の態様５に係る光走査装置においては、態様４の構成に加えて、前記２軸チルトステージは、ある振幅及び周波数を有する前記第２指令波形に従って前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる第１方向に対する傾きを表す第１モニタ波形、及び、ある振幅及び周波数を有する前記第１指令波形に従って前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる第２方向に対する傾きを表す第２モニタ波形を出力するモニタ機能を有しており、前記制御部は、前記第１モニタ波形の振幅及び位相を、当該第２指令波形に対応する前記第１干渉波形の振幅及び位相として設定することによって、前記第１テーブルを自動生成すると共に、前記第２モニタ波形の振幅及び位相を、当該第１指令波形に対応する前記第２干渉波形の振幅及び位相として設定することによって、前記第２テーブルを自動生成する、という構成が採用されている。

本発明の態様６に係る光走査方法は、レーザ光を反射するミラーと、ピエゾ素子を用いて前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージと、を用いた光走査方法であって、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを制御するための第２指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを低減するための第１補正波形を生成する第１補正波形生成工程と、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを制御するための第１指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを低減するための第２補正波形を生成する第２補正波形生成工程と、前記第１指令波形と前記第１補正波形とを合成した第１合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第１方向に対する傾きを制御すると共に、前記第２指令波形と前記第２補正波形とを合成した第２合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第２方向に対する傾きを制御する駆動工程と、を含んでいる。

１光走査装置
１１ミラー
１２２軸チルトステージ
１３ａ第１補正波形生成部
１３ｂ第２補正波形生成部
１４ａ第１合成波形生成部
１４ｂ第２合成波形生成部
１５駆動部
１６ａ第１指令波形生成部
１６ｂ第２指令波形生成部
１７制御部

Claims

レーザ光を反射するミラーと、
前記ミラーを載置し、ピエゾ素子によって前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージと、
前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを制御するための第２指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを低減するための第１補正波形を生成する第１補正波形生成部と、
前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを制御するための第１指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを低減するための第２補正波形を生成する第２補正波形生成部と、
前記第１指令波形と前記第１補正波形とを合成した第１合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第１方向に対する傾きを制御すると共に、前記第２指令波形と前記第２補正波形とを合成した第２合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第２方向に対する傾きを制御する駆動部と、を備えている、
ことを特徴とする光走査装置。
前記第１補正波形は、前記第２指令波形に従って前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる前記２軸チルトステージの第１方向の傾きを表す第１干渉波形の逆相波形であり、
前記第２補正波形は、前記第１指令波形に従って前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを表す第２干渉波形の逆相波形である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
前記第２指令波形の振幅及び周波数と前記第１補正波形の振幅及び位相との関係を表す第１テーブル、及び、前記第１指令波形の振幅及び周波数と前記第２補正波形の振幅及び位相との関係を表す第２テーブルを参照し、前記第１補正波形を生成するように前記第１補正波形生成部を制御すると共に、前記第２補正波形を生成するように前記第２補正波形生成部を制御する制御部を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
前記第２指令波形の振幅及び周波数と前記第１干渉波形又は前記第１補正波形の振幅及び位相との関係を表す第１テーブル、及び、前記第１指令波形の振幅及び周波数と前記第２干渉波形又は前記第２補正波形の振幅及び位相との関係を表す第２テーブルを参照し、前記第１補正波形を生成するように前記第１補正波形生成部を制御すると共に、前記第２補正波形を生成するように前記第２補正波形生成部を制御する制御部を更に備えている、ことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
前記２軸チルトステージは、ある振幅及び周波数を有する前記第２指令波形に従って前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる前記第１方向に対する傾きを表す第１モニタ波形、及び、ある振幅及び周波数を有する前記第１指令波形に従って前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを周期的に変化させたときに生じる前記第２方向に対する傾きを表す第２モニタ波形を出力するモニタ機能を有しており、
前記制御部は、前記第１モニタ波形の振幅及び位相を、当該第２指令波形に対応する前記第１干渉波形の振幅及び位相として設定することによって、前記第１テーブルを自動生成すると共に、前記第２モニタ波形の振幅及び位相を、当該第１指令波形に対応する前記第２干渉波形の振幅及び位相として設定することによって、前記第２テーブルを自動生成する、
ことを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
レーザ光を反射するミラーと、ピエゾ素子を用いて前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージと、を用いた光走査方法であって、
前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを制御するための第２指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを低減するための第１補正波形を生成する第１補正波形生成工程と、
前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きを制御するための第１指令波形に基づいて、前記２軸チルトステージの第１方向に対する傾きに起因して生じる前記２軸チルトステージの第２方向に対する傾きを低減するための第２補正波形を生成する第２補正波形生成工程と、
前記第１指令波形と前記第１補正波形とを合成した第１合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第１方向に対する傾きを制御すると共に、前記第２指令波形と前記第２補正波形とを合成した第２合成波形に従って、前記２軸チルトステージの前記第２方向に対する傾きを制御する駆動工程と、を含んでいる、
ことを特徴とする光走査方法。