WO1997021132A1

WO1997021132A1 - Detecteur angulaire a miroir et procede de detection

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Publication number: WO1997021132A1
Application number: PCT/JP1996/003538
Authority: WO
Inventors: Teiichiro Chiba
Original assignee: Komatsu Ltd.
Priority date: 1995-12-04
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1997-06-12
Also published as: KR970048691A; EP0869384A4; EP0869384A1; TW318894B; JPH09159945A

Description

明細書ミラー角度検出装置及び検出方法技術分野

本発明は、ガルバノメータ型オプティカルスキャナを使用して光ビームを走査し、加工する光加工機における可動ミラーの角度検出装置及び検出方法に関する背景技術

光ビームを走査し加工する光加工機には、例えば厚膜及び薄膜のトリミング装置、半導体パッケージ等の表面に絵柄や文字を刻印するレーザマーカ装置等がある。これらの装置は、高速に回転する可動ミラーに光ビームを入射し、その反射光を加工対象物の表面に照射して加工している。可動ミラーを回転させるァクチユエ一タとして、従来からガルバノメータ型オプティカルスキャナ（以下、ガルバノスキャナと言う）が使用されている。通常、ガルバノスキャナは位置検出センサを内蔵している力く、この位置検出センサの出力は温度ドリフ卜し易いので、周囲温度の変化によってガルバノスキャナの停止角度にドリフ卜が生じる。この温度ドリフ卜の問題を解決するために、従来からガルバノスキャナの回転角度を補正する様々な提案がなされている。例えば、実開平 3— 4 9 5 2 2号の公報には、図 1 1及び図 1 2に示されるような位置検出センサの補正手段を備えたレーザ光走査装置の一例が提案されている。図 1 1及び図 1 2は、それぞれ可動ミラーの角度補正手段を有するレーザ光走査装置の構成図及びその制御系を示すブロック図であり、以下これらの図面を参照して説明する。

ガルバノスキャナ 8 1によって回動される可動ミラー 8 2には加工のための主レーザ光 9 5力 <所定角度（例えば 45° ) で入射し、その反射光は f 0レンズ 8 4 を介して加工対象の試料面 8 5上に集光される。なお、主レーザ光 9 5は図示しないレーザ発振器からミラー 8 3を介して、可動ミラー 8 2に入射している。また、位置検出用レーザ光 9 6は半導体レーザ 8 6から出射され、コリメートレンズ 8 7によって平行光にされた後、主レーザ光 9 5の入射角度とは異なる所定角度で可動ミラー 8 2に入射する。可動ミラー 8 2による反射光は、円柱レンズ 8 8を介してラインセンサ 8 9上に集光され、可動ミラ一 8 2が回転すると、集光位置はラインセンサ 8 9の長手方向に移動する。ここで、ラインセンサ 8 9 は受光位置の光の強度を電気的な信号（例えば、電圧信号や電流信号）に変換して受光位置を検出するものであり、その受光位置に基づいて可動ミラー 8 2の回転角度を検出している。

ラインセンサ 8 9によって検出された集光位置情報は、図 1 2に示すように偏差信号出力回路 9 0に入力され、偏差信号出力回路 9 0はこの位置情報に応じてアナログの偏差信号を D/Aコンバータ 9 1に出力する。 DZAコンバータ 9 1 は、この偏差信号によって DZA出力の基準電圧を変化させている。 DZAコンバータ 9 1は、図示しない外部装置等からのディジタル信号の位置指令を前記基準電圧に基づいてアナ口グ信号に変換し、そのアナ口グ位置指令をサーボアンプ 9 2に出力する。また、サーボアンプ 9 2にはガルバノスキャナ 8 1に内蔵された位置検出センサ（図示せず）力、らの位置信号が入力されていて、サ一ボアンプ 9 2は前記アナ口グ位置指令とこの位置検出.センサからの位置信号とを比較し、その偏差がゼロになるようにガルバノスキャナ 8 1の回転を制御する。さらに、温度制御アンプ 9 3はガルバノスキャナ 8 1の周囲に巻き付けられたシート状のヒータ（図示せず）の電流を制御して、ガルバノスキャナ 8 1のヒータ温度を制御している。

かかる構成において、先ずガルバノスキャナ 8 1の温度が一定になったとき、ガルバノスキャナ 8 1を最大振幅にして、半導体レーザ 8 6のレーザ光 9 6を可動ミラ一 8 2に入射する。そして、この反射光がラインセンサ 8 9の長さの中心に戻ってくるように、ラインセンサ 8 9や半導体レーザ 8 6等の位置を予め調整しておく。このとき、偏差信号出力回路 9 0からの偏差信号はゼロにしているので、 Dノ Aコンバータ 9 1は出力の基準電圧を捕正しない。従って、 DZA コンバータ 9 1は位置指令を捕正せずに、そのままサーボアンプ 9 2に出力する o

稼働中に、ガルバノスキャナ 8 1の周囲温度や自身の発熱による温度変化が生じると、ガルバノスキャナ 8 1に内蔵の位置センサの出力ゲインの温度ドリフトが発生する。これにより、ガルバノスキャナ 8 1の最大振幅のときの可動ミラー 8 2の振れ角度が変化するので、レーザ光 9 6のラインセンサ 8 9上での集光位置が変化する。ラインセンサ 8 9からのこの位置情報の変化量に応じて、偏差信号出力回路 9 0は偏差信号を D/Aコンバータ 9 1に出力し、 DZAコンバータ 9 1はこの偏差信号により出力の基準電圧を変化させる。これにより、 DZAコンバータ 9 1に入力されたディジタルの位置指令はこの偏差信号によりゲイン捕正され、サーボアンプ 9 2に出力されることになる。従って、サ一ボアンプ 9 2 は補正された位置指令でガルバノスキャナ 8 1を駆動するので、可動ミラ一 8 2 はゲインドリフトの影響を受けることなく回転され、主レーザ光 9 5が正確に位置決めされる。

しかしながら、従来の可動ミラー 8 2の角度捕正手段によって捕正を行うときは、通常使用している角度範囲と異なる捕正のための所定角度（上記の例では、最大振幅）に可動ミラ一 8 2を駆動し、この角度でのラインセンサ 8 9上の集光位置の偏差に基づいて位置指令の補正を行っている。このため、しばしば実加工作業を中断して捕正作業を行わなければならず、光加工機の稼働効率が低下し、作業性力悪くなつている。

また、かかる補正手段によつて通常使用するような微小角度での補正を行おうとすると、半導体レーザ 8 6からのレーザ光 9 6の反射光がラインセンサ 8 9上に集光する位置の変化量は非常に小さくなる。このとき、ラインセンサ 8 9の位置検出分解能では、この集光位置の微小の変化量を検出できない。よって、このような微小角度で可動ミラー 8 2の角度補正を行おうとすると、半導体レーザ 8 6から可動ミラ一 8 2を介してラインセンサ 8 9までのレーザ光 9 6の光路長を大きくする必要がある。し力、しな力くら、このためにはこれらの光学ュニッ卜間の距離を長くしなければならず、これは光加工機の大きさの制約により実現が困難となっている。発明の開示

本発明は、かかる従来の問題点に着目してなされたもので、通常使用する微小角度範囲での可動ミラーの角度偏差が検出できると共に、光加工機の小型化にも対応可能なミラ一角度検出装置及び検出方法を提供することを目的としている。本発明の第 1は、主レーザ光を反射しながら回転して対象物を加工し、且つ位置検出用光を反射して回転角度を検出される可動ミラ一と、この可動ミラーが反射した位置検出用光を受光することによつてこの可動ミラ一の回転角度を検出する位置センサとを有する光加工機のミラー角度検出装置において、前記可動ミラ一の一つの面に主レーザ光を反射する第 1 ミラーを形成すると共に、この可動ミラーの他の面には位置検出用光を反射して位置センサに導く第 2ミラーを形成又は取着している。

かかる構成により、第 2ミラーは位置検出用光を反射して位置センサに導き、この位置センサによって可動ミラーの回転角度が検出される。この第 2 ミラーは主レ一ザ光を反射する第 1 ミラ一と異なった面に設けているので、第 2ミラ一の表面は出力パワーの大きい主レーザ光による発熱のために、歪み等の影響を受けることがない。よって、第 2ミラーから反射した位置検出用光による可動ミラ一の微小回転角度の検出が正確にできる。

本発明の第 2は、主レーザ光を反射しながら回転して対象物を加工し、且つ位置検出用光を反射して回転角度を検出される可動ミラーと、この可動ミラ一が反射した位置検出用光を受光することによってこの可動ミラーの回転角度を検出する位置センサとを有する光加工機のミラー角度検出装置において、前記位置検出用光の可動ミラーによる反射光が伝搬する光路中に配設された結像レンズと、この結像レンズの像側焦点位置に配設された位置センサとを備えている。

かかる構成により、位置検出用光は可動ミラ一により反射され、結像レンズを介してその像側焦点位置に配設された位置センサ上に集光される。このとき、可動ミラーの微小回転角度による位置センサ上での集光位置の移動量 yは、結像レンズの焦点距離 f によつて増幅され、

y = f X 2

で表される。よって、可動ミラーの微小回転角度が位置センサの最小検出分解能より小さい場合でも、結像レンズの焦点距離 f を所定値に設定することにより、位置センサ上での集光位置の移動量 yを前記最小検出分解能より大きくできる。従って、通常使用している可動ミラーの微小角度範囲でミラー角度検出が可能となる。また、この結像レンズを可動ミラ一による反射光の光路中に配設するのみでよいため、光学ュニットもコンパク卜になり、加工機の小型化に対応でき本発明の第 3は、前記位置検出用光の可動ミラーによる反射光の伝搬する光路中で、且つこの可動ミラ一と結像レンズとの間に、ァフォーカル系を構成する光学系を配設している。

かかる構成により、位置検出用光は可動ミラ一により反射され、ァフォーカル系を構成する光学系及び結像レンズを介してその像側焦点位置に配設された位置センサ上に集光される。これにより、結像レンズの焦点距離 f はァフォーカル系を構成する光学系の焦点距離の比率によって増幅される。従って、この光学系の焦点距離の比率を所定の大きさに設定することにより、等価的に大きな焦点距離の結像レンズが得られ、位置センサ上での集光位置の移動量 yを位置センサの最小検出分解能より大きくできる。この結果、通常使用している可動ミラーの微小角度範囲でミラ一角度検出が可能となる。また、これらの結像レンズ及び光学系を光路中に配設するのみでよいため、光学ュニットもコンパクトになり、加工機の小型化に対応できる。

本発明の第 4は、前記位置検出用光の可動ミラーによる反射光の伝搬する光路中で、且つこの可動ミラ一と結像レンズとの間に、反射を繰り返しながら光路を延長する光学系を配設している。かかる構成により、位置検出用光は可動ミラーにより反射され、反射を繰り返しながら光路を延長する光学系を介して位置センサ上に集光される。これによつて、この光学系の光路を含む可動ミラーから位置センサまでの全光路長 Lは、可動ミラーから位置センサまでの物理的な寸法 L _R に比して長くなる。このとき、可動ミラ一の微小回転角度 Δ Θによる位置センサ上での集光位置の移動量 yは、この光学系の光路を含む全光路長 Lによつて增幅され、

y = L X 2厶 0

で表される。よって、可動ミラーの微小回転角度が位置センサの最小検出分解能より小さレ、場合でも、この反射を繰り返しながら光路を延長する光学系の光路を所定値に設定することにより、位置センサ上での集光位置の移動量 yを前記最小検出分解能より大きくできる。従って、通常使用している可動ミラ一の微小角度範囲でミラ一角度検出が可能となる。また、反射を繰り返しながら光路を延長する光学系を可動ミラ一による反射光の光路中に配設するのみでよいため、光学ュニットもコンパクトになり、加工機の小型化に対応できる。

本発明の第 5は、回転可能な可動ミラ一によって主レーザ光を反射して対象物を加工すると共に、この可動ミラーが反射した位置検出用光を位置センサで受光することによってこの可動ミラーの回転角度を検出する光加工機のミラー角度検出方法において、前記可動ミラーの一つの面に形成した第 1 ミラーで主レーザ光を反射して加工し、この可動ミラ一の他の面に形成又は取着した第 2ミラーに位置検出用光を入射し、この第 2ミラーの反射光を前記位置センサで受光しているかかる構成により、第 2ミラーが位置検出用光を反射して位置センサに導き、この位置センサによって可動ミラ一の回転角度が検出される。よって、出力パヮ一の大きい主レーザ光による発熱のために第 2ミラ一の表面が歪み等の影響を受けることがなくなる。この結果、第 2ミラーから反射した位置検出用光による可動ミラーの微小回転角度の検出が正確にできる。

本発明の第 6は、回転可能な可動ミラーによって主レーザ光を反射して対象物を加工すると共に、この可動ミラーが反射した位置検出用光を位置センサで受光することによってこの可動ミラ一の回転角度を検出する光加工機のミラ一角度検出方法において、前記位置検出用光の可動ミラーによる反射光を結像レンズに入射し、この結像レンズからの出射光を結像レンズの像側焦点位置に配設された位置センサで受光することにより、前記可動ミラーの回転角度の変移量を増幅して、前記位置センサ上の集光位置の移動量に変換している。

力、かる構成により、位置検出用光は可動ミラーにより反射され、結像レンズを介してその像側焦点位置に配設された位置センサ上に集光される。このとき、可動ミラーの微小回転角度 Δ Θによる位置センサ上での集光位置の移動量 yは、結像レンズの焦点距離 f によって増幅され、

y = f X 2厶 0

で表される。よって、可動ミラ一の微小回転角度が位置センサの最小検出分解能より小さ、場合でも、結像レンズの焦点距離 f を所定値に設定することにより、位置センサ上での集光位置の移動量 yを前記最小検出分解能より大きくできる。したがって、通常使用している可動ミラーの微小角度範囲でミラー角度検出が可能となる。また、結像レンズを可動ミラ一による反射光の光路中に配設するのみでよいので、光学ュニットもコンパクトになり、加工機の小型化に対応でき o

本発明の第 7は、前記位置検出用光の可動ミラーによる反射光をァフォーカル系を構成する光学系に入射し、このァフォーカル系を構成する光学系からの出射光を前記結像レンズに入射して、この結像レンズからの出射光を前記位置センサで受光している。

かかる構成により、位置検出用光は可動ミラーにより反射され、ァフォーカル系を構成する光学系及び結像レンズを介してその像側焦点位置に配設された位置センサ上に集光される。これにより、結像レンズの焦点距離 f はァフォーカル系を構成する光学系の焦点距離の比率によって.増幅される。従って、この光学系の焦点距離の比率を所定の大きさに設定することにより、等価的に大きな焦点距離の結像レンズが得られ、位置センサ上での集光位置の移動量 yを位置センサの最小検出分解能より大きくできる。この結果、通常使用している可動ミラ一の微小角度範囲でミラー角度検出が可能となる。また、これらの結像レンズ及び光学系を可動ミラーによる反射光の光路中に配設するのみでよいため、光学ュニットもコンパク卜になり、加工機の小型化に対応できる。

本発明の第 8は、前記位置検出用光の可動ミラーによる反射光を、反射を繰り返しながら光路を延長する光学系に入射し、この反射を繰り返しながら光路を延長する光学系からの出射光を前記結像レンズに入射して、この結像レンズからの出射光を前記位置センサで受光している。

かかる構成により、位置検出用光は可動ミラーにより反射され、反射を繰り返しながら光路を延長する光学系を介して位置センサ上に集光される。これによつて、この光学系の光路を含む可動ミラーから位置センサまでの全光路長 Lは、可動ミラーから位置センサまでの物理的な寸法 L _R に比して長くなる。このとき、可動ミラーの微小回転角度 Δ Θによる位置センサ上での集光位置の移動量 yは、この光学系の光路を含む全光路長 Lによつて増幅され、

y = :L x 2厶 0

で表される。よって、可動ミラーの微小回転角度厶が位置センサの最小検出分解能より小さい場合でも、前記反射を繰り返しながら光路を延長する光学系の光路を所定値に設定することにより、位置センサ上での集光位置の移動量 yを上記最小検出分解能より大きくできる。したがって、通常使用している可動ミラーの微小角度範囲でミラー角度検出が可能となる。また、反射を繰り返しながら光路を延長する光学系を可動ミラ一による反射光の光路中に配設するのみでよいので、光学ュニットもコンパクトになり、加工機の小型化に対応できる。

図面の簡単な説明

図 1は本発明に係るミラ一角度検出装置及び検出方法の基本説明図である。図 2は図 1におけるミラ一での反射角度の変化量の説明図である。図 3は図 1における位置検出センサでの検出位置変位量の説明図である。

図 4は本発明に係る第 I実施例のミラー角度検出装置の構成図である。

図 5は図 4における各レンズの作用の説明図である。

図 6は図 4における各レンズの作用を 1枚のレンズに置き換えた場合の説明図でめる。

図 7は図 6における 1枚のレンズの作用の説明図である。

図 8は本発明に係る第 2実施例のミラ一角度検出装置の構成図である。

図 9は本発明に係る第 3実施例のミラー角度検出装置の構成図である。

図 1 0本発明に係る第 4実施例のミラー角度検出装置の構成図である。

図 1 1は従来技術の可動ミラ一の角度補正手段を有するレーザ光走査装置の構成図である。

図 1 2は図 1 1の可動ミラーの角度補正手段の制御系を示すプロック図である。発明を実施するための最良の形態

本発明に係るミラー角度検出装置及び方法の実施例を、図面を参照して説明す。

まず、図 1〜図 3に基づいて本発明の解決手段の基本的な考え方を説明する。図 1は、この基本的考え方を説明する構成図である。加工用の主レーザ光 9 5は図示しないレーザ発振器によって発振され、可動ミラー 8 2の一つの面に形成された第 1 ミラー 9によって反射されて、加工対象物に照射される。可動ミラ一 8 2は、図示しない制御装置及びサーボアンプを介して角度指令を受けるガルバノスキャナにより回転駆動されている。また、光源 1は位置検出用光 1 0を出射するものであり、例えば半導体レーザや発光ダイオード等で構成される。これらの光源の出射光が多少の広がり角を有しているので、コリメ一夕レンズ 4を介して平行光にしている。この平行光は、可動ミラ一 8 2の第 1 ミラー 9と異なる他の面に形成又は取着された第 2ミラー 2に入射され、第 2ミラー 2による反射光は結像レンズ 5によって位置センサ 3上に集光される。なお、第 2ミラー 2を主レ一ザ光を反射する第 1 ミラー 9と異なった面に設けるのは、出力パワーの大きい主レーザ光 9 5による発熱のために第 2 ミラー 2の表面が歪み等の影響を受けることがないようにするためである。これにより、第 2 ミラ一 2の反射光による可動ミラ一 8 2の微小角度の検出が正確にできる。

位置センサ 3は受光位置の光の強度によって位置が検出でき、例えば C C D ( Charge-Coupl ed Devi ce)や P S D (Pos i t i on Sens ing Detector)等で構成される位置センサである。ここで、可動ミラー 8 2から位置センサ 3までの光路長を L とする。

なお、図 1では、コリメータレンズ 4で平行光にした後、結像レンズ 5によつて集光させている力 \ コリメータレンズ 4によって平行光にせずに、結像レンズ 5によって位置センサ 3上に直接集光させることも考えられる。

いま、図 2のように可動ミラ一 8 2が回転角度厶 0だけ回転したとすると、可動ミラー 8 2による反射光の方向は、この回転角度と同じ方向に 2 Δ だけ回転する。このとき、位置センサ 3上の集光位置は、光路長はだから、略

2厶 6

で表される距離だけ移動する。但し、ここでは、結像レンズ 5と位置センサ 3との距離（結像レンズ 5の焦点距離） fが光路長 Lに比べて小さいとする。これによって、位置センサ 3ではこの移動距離から可動ミラー 8 2の回転角度が検出される。し力、しな力、'ら、この角度が微小角度であるときには、位置センサ 3上の集光位置の移動距離が位置センサ 3の最小検出分解能より小さくなる場合が生じる。このときは、位置センサ 3上でこの集光位置の移動距離を検出できない。

このような問題点を解決する方法として、位置センサ 3上での集光位置の移動距離が L X 2厶 0 で表されることから、次のような二つの基本的な考え方があ

(1) 回転角度に掛かる係数を大きくする、即ち角度を増幅する。

なお、ここでの係数は、可動ミラー 8 2での反射光の微小回転角度を増幅する係数である。図 1では、この係数は " 2 " で固定である。

(2) 光路長 Lを大きくする。

図 1において、単純に光路長 Lを大きくすると、それに伴って光学ュニッ卜の距離が長くなつてしまうので、加工機全体が大型になり実用的でなくなる。次に、以上の考え方を基本にして、回転角度に掛かる係数を大きくした第 1実施例を詳細に説明する。

図 4では、図 1と同じ構成には同じ符号を付けて、説明を省略する。コリメ一タレンズ 4により平行光にされた位置検出用光 1 0は可動ミラー 8 2の第 2 ミラ —2により反射し、第 2 ミラ一 2の反射光は可動ミラ一 8 2から光路の距離にある第 1 レンズ 6に入射する。第 1 レンズ 6の出射光は、第 2 レンズ 7及び結像レンズ 5を介して位置センサ 3上に集光される。第 1 レンズ 6は焦点距離 f , を有し、また第 2 レンズ 7は焦点距離 f ₂ を有していて、それぞれのレンズは第 1 レンズ 6の像側焦点と第 2レンズ 7の物体側焦点とがー致するように配設されている。また、結像レンズ 5は焦点距離 f ₃ を有し、結像レンズ 5の像側焦点が位置センサ 3の検出面と光軸 8との交点に一致するように、結像レンズ 5が配設されている。

このような構成における各レンズ 6， 7， 5の作用を、図 5に基づいて説明する。図 5は第 1 レンズ 6、第 2 レンズ 7及び結像レンズ 5の組み合わせレンズを詳細に記述している。同図において、各レンズ 6， 7 , 5と光軸 8との交点をそれぞれ D、 G、 Kとし、第 1 レンズ 6の像側焦点（第 2レンズ 7の物体側焦点）の位置を Β、結像レンズ 5の像側焦点（位置センサ 3の検出面）を Cとする。また、第 1 レンズ 6に入射する平行光の片側最大広がり幅を hu 、第 1 レンズ 6における交点 Dから広がり幅 h , の距離にある点を E、第 1 レンズ 6からの出射光が焦点 Bを通って第 2レンズ 7に入射したときの点 Gから片側最大広がり幅 h ₂ の距離にある点を I、そして第 2レンズ 7から出射した平行光が結像レンズ 5に入射したときの点 Kから片側最大広がり幅 h ₂ の距離にある点を Mとする。さらに、点 Cと点 Mを結ぶ線を結像レンズ 5の入射側に延長し、この線と第 1 レンズ 6の点 Eから光軸 8に平行に延長した線との交点を Jとし、点 Jから線分 E Dに平行に引いた線と光軸 8との交点を Aとする。

このとき、三角形 DEBと三角形 G I Bは相似なので、式

I 1 / h 1 = f 2 / n 2

が成立し、また三角形 A J Cと三角形 KMCは相似なので、式

f 4 h! = f 3 /h₂

が成立する。よって、これら力、ら式

f ₄ = (f , /f ₂ ) x f ₃

が成立する。この f ₄ は、第 1 レンズ 6、第 2レンズ 7及び結像レンズ 5の組み合わせレンズの焦点距離を表している。したがって、図 4の構成は、図 6のように焦点距離 f ₄ を有する 1枚の結像レンズ 5 aを使用した構成に置き換えることができる。

図 7は、この 1枚の結像レンズ 5 aによる可動ミラー 82の回転角度の増幅作用を説明している。いま、可動ミラー 82によって反射した平行光が結像レンズ 5 aに入射し、その結像レンズ 5 aからの出射光が焦点距離 f < と一致する位置にある位置センサ 3上の点 d に集光されているものとする。ここで、可動ミラ —82がだけ回転したとき、位置センサ 3上での集光位置 C ₂ の点 C, からの移動距離 yは、式

y = f 4 xtan(2 厶 0)

で表されることは良く知られている。回転角度 Δ 0が微小角度のときは

tan(2 Δ^) =2 θ

で表されることより、前記移動距離 yは式

y = f 4 Χ2 Δ

で表され、回転角度に掛かる係数を組み合わせレンズの焦点距離 f < によつて大きくすることが可能となる。

前述の式 f 4 = ( f 1 / f 2 ) f 3

より、第 i レンズ 6及び第 2レンズ 7の焦点距離の比 f i / f ₂ を所定の大きさに設定することによって、組み合わせレンズの焦点距離 f ₄ を所定値に設定可能である。し力、も、この焦点距離 f 4 は前記のように焦点距離の比 f 】 f ₂ を結像レンズ 5の焦点距離 f ₃ にかけた値として求められるので、焦点距離 f ₄ に相当するような焦点距離を有する一枚の結像レンズ 5 aで構成するよりも物理的な寸法を小さくできる。従って、このような組み合わせレンズを使用し、等価的に焦点距離の大きなレンズによつて回転角度 Δ Θを増幅できると共に、加工機全体の小型化にも対応が可能となる。

これまで説明したように、第 1レンズ 6と第 2レンズ 7の組み合わせは光軸 8 に平行な入射光を光軸 8に平行に出射しているが、このような光学系をァフォ一カル系（Aforcal Sys tem) を構成する光学系と呼んでいる。本実施例のように、組み合わせレンズにより等価的に焦点距離の大きなレンズを構成することは、一般的にァフォ一カル系を構成する光学系によって実現可能となる。すなわち、可動ミラ一 8 2と結像レンズ 5との間にこのァフォーカル系を構成する光学系を配設し、ァフォーカル系を構成する光学系に平行光を入射し、そのァフォーカル系を構成する光学系からの出射光を結像レンズ 5に入射して位置センサ 3に集光するようにする。そして、ァフォーカル系を構成する光学系の焦点距離の比率を所定値に設定することによって、前述同様に所定の焦点距離の等価的な結像レンズ 5 aが得られる。この結果、同様に可動ミラ一 8 2の回転角度を増幅できると共に、加工機全体の小型化にも対応が可能となる。次に、光路長 Lを大きくする第 2実施例を図 8により詳細に説明する。なお、第 1実施例と同じ構成には同符号を付して説明を省略する。本実施例では、可動ミラ一 8 2と結像レンズ 5との間で、且つ可動ミラ一 8 2からの反射光が伝搬する光路中に、プリズム】 1を配設している。プリズム 1 1に入射した平行光はプリズム 1 1内で所定回数の反射を繰り返した後、反対側から出射して結像レンズ 5に入射し、位置センサ 3上に集光される。

本実施例においてプリズム 1 1は、反射を繰り返しながら光路を延長する光学系として使用している。これによつて、この光学系の光路を含む可動ミラー 8 2 から位置センサ 3までの全光路長 Lは、可動ミラ一から 8 2位置センサ 3までの物理的な寸法 L _R に比して長くなる。前述のように、可動ミラー 8 2が微小角度厶 Θだけ回転したとき、位置センサ 3上での集光位置の移動距離 yは、

y = L X 2厶 0

となるので、実際の反射光の光路長 Lを大きくすることによってこの集光位置の移動距離 yを増幅することが可能となる。この結果、集光位置を位置センサ 3の最小検出分解能より大きく移動させることができ、微小回転角度 Δ の検出が容易になると共に、加工機全体の小型化にも対応できる。次に、三角プリズム 1 2を使用して光路長 Lを延長する第 3実施例を、図 9により詳細に説明する。なお、第 1— 2実施例と同じ構成には同符号を付して説明を省略する。本実施例では、可動ミラ一 8 2からの反射光の光路中に 2個の三角プリズム 1 , 1 2を配設しており、第 1の三角プリズム 1 2の直角面で入射光を受けてこの反射光を出射し、第 2の三角プリズム 1 2に導くようにしている。第 2の三角プリズム 1 2の出射光は、結像レンズ 5を介して位置センサ 3上に集光されている。なお、三角プリズム 1 2の個数は図 9のように 2個に限定されず、少なくとも 1個以上であればよい。このように本実施例では、 2個の三角プリズム 1 2 , 1 2は反射を繰り返しながら光路を延長する光学系として使用されている。

この光学系の光路を含む可動ミラー 8 2から位置センサ 3までの全光路長 Lは、可動ミラ一から 8 2位置センサ 3までの物理的な寸法 L _R に比して長くなる。これによつて、前述同様に可動ミラー 8 2が微小角度だけ回転したときでも、位置センサ 3上での集光位置の移動距離 yを増幅することが可能となり、集光位置を位置センサ 3の最小検出分解能より大きく移動させることができる。この結果、可動ミラ一 8 2の微小回転角度の検出が容易になると共に、加工機全体の小型化にも対応できる。次に、固定ミラ一 1 3を使用して光路長 Lを延長する第 4実施例を、図 1 0ににより詳細に説明する。なお、第 1— 3実施例と同じ構成には同符号を付して説明を省略する。本実施例では、可動ミラ一 8 2からの反射光の光路中に 2個の固定ミラー 1 3 , 1 3を配設しており、第 1の固定ミラ一 1 3の反射面で入射光を反射し、第 2の固定ミラー 1 3に導くようにしている。第 2の固定ミラー 1 3の反射光は結像レンズ 5を介して位置センサ 3上に集光されている。なお、固定ミラー 1 3の個数は図 1 0のように 2個に限定されず、少なくとも 1個以上であればよい。本実施例でも、 2個の固定ミラー 1 3 , 1 3は反射を繰り返しながら光路を延長する光学系として使用されている。

この光学系の光路を含む可動ミラー 8 2から位置センサ 3までの全光路長 Lは、可動ミラーから 8 2位置センサ 3までの物理的な寸法 L _R に比して長くなる。これによつて、前述同様に可動ミラー 8 2が微小角度だけ回転したときでも、位置センサ 3上での集光位置の移動距離 yを増幅することが可能となり、集光位置を位置センサ 3の最小検出分解能より大きく移動させることができる。この結果、可動ミラー 8 2の微小回転角度厶 Sの検出が容易になると共に、加工機全体の小型化にも対応できる。産業上の利用可能性

本発明は、ガルバノスキャナを使用して光ビームを走査する光加工機において、通常使用する微小角度範囲での可動ミラーの角度偏差が検出できると共に、光加工機の小型化にも対応可能なミラー角度検出装置及び検出方法として有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 主レーザ光 (95)を反射しながら回転して対象物を加工し、且つ位置検出用光 (10)を反射して回転角度を検出される可動ミラー（82)と、この可動ミラーが反射した位置検出用光を受光することによってこの可動ミラ一の回転角度を検出する位置センサ (3) とを有する光加工機のミラ一角度検出装置において、

前記可動ミラー（82)の一つの面に前記主レーザ光 (95)を反射する第 1 ミラ一（9

) を形成すると共に、この可動ミラーの他の面には前記位置検出用光 (10)を反射して前記位置センサ (3) に導く第 2ミラ一（2) を形成又は取着したことを特徴とするミラー角度検出装置。

2 . 主レーザ光 (95)を反射しながら回転して対象物を加工し、且つ位置検出用光 (10)を反射して回転角度を検出される可動ミラー（82)と、この可動ミラーが反射した位置検出用光を受光することによってこの可動ミラ一の回転角度を検出する位置センサ（3) とを有する光加工機のミラー角度検出装置において、

前記位置検出用光 (10)の可動ミラー (82)による反射光が伝搬する光路中に配設された結像レンズ (5) と、この結像レンズの像側焦点位置に配設された位置センサ (3) とを備えたことを特徴とするミラー角度検出装置。

3 . 前記位置検出用光 (10)の可動ミラー（82)による反射光の伝搬する光路中で、且つこの可動ミラ一と前記結像レンズ (5) との間に、ァフォ一カル系を構成する光学系 (6, 7) を配設したことを特徴とする請求の範囲 2記載のミラー角度検出装

4 . 前記位置検出用光 (10)の可動ミラ一（82)による反射光の伝搬する光路中で、且つこの可動ミラーと前記結像レンズ (5) との間に、反射を繰り返しながら光路を延長する光学系（11, 12, 13)を配設したことを特徴とする請求の範囲 2記載のミラー角度検出装置。

5 . 回転可能な可動ミラ一（82)によって主レーザ光 (95)を反射して対象物を加工すると共に、この可動ミラーが反射した位置検出用光 (10)を位置センサ (3) で受光することによってこの可動ミラ一の回転角度を検出する光加工機のミラー角度検出方法において、

前記可動ミラー（82)の一つの面に形成した第 1 ミラー（9) で前記主レーザ光 (9 5)を反射して加工し、この可動ミラーの他の面に形成又は取着した第 2 ミラ一（2 ) に前記位置検出用光 (10)を入射し、この第 2ミラ一の反射光を前記位置センサ (3) で受光することを特徴とするミラー角度検出方法。

6 . 回転可能な可動ミラー（82)によって主レーザ光 (95)を反射して対象物を加工すると共に、この可動ミラ一が反射した位置検出用光（10)を位置センサ (3) で受光することによってこの可動ミラーの回転角度を検出する光加工機のミラ一角度検出方法において、

前記位置検出用光 (10)の可動ミラー（82)による反射光を、結像レンズ (5) に入射して、この結像レンズからの出射光をこの結像レンズの像側焦点位置に配設された前記位置センサ (3) で受光することにより、前記可動ミラーの回転角度の変移量を増幅して、この位置センサ上の集光位置の移動量に変換することを特徴とするミラ一角度検出方法。

7 . 前記位置検出用光 (10)の可動ミラー（82)による反射光をァフォーカル系を構成する光学系 (6， 7) に入射し、このァフォーカル系を構成する光学系からの出射光を前記結像レンズ (5) に入射して、この結像レンズからの出射光を前記位置センサ (3) で受光することを特徴とする請求の範囲 6記載のミラ一角度検出方法。

8 . 前記位置検出用光 (10)の可動ミラ一（82)による反射光を、反射を繰り返しな力くら光路を延長する光学系（11, 12, 13)に入射し、この反射を繰り返しながら光路を延長する光学系からの出射光を前記結像レンズ (5) に入射して、この結像レンズからの出射光を前記位置センサで受光することを特徴とする請求の範囲 6記載のミラー角度検出方法。