(57)【要約】  高速に、かつ、走査速度を可変させながら光で対象物を走査しつつ、安定した光走査を可能にする。  レーザ発振器２から出力されたレーザ光を、被加工物９８の加工面に照射してレーザ加工するレーザ加工装置１であって、前記レーザ光の強度を調整するＡＯＭ５と、前記レーザ光を偏向し、ゼロレベルから所定の走査速度で前記被加工物の加工面を前記レーザ光でベクトル走査するスキャナヘッド７とを備え、前記ＡＯＭ５は、前記スキャナヘッド７による前記レーザ光のベクトル走査速度に比例して、或いは、前記レーザ光のエネルギー密度が略一定となるように、前記レーザ光の強度を調整する構成とした。
2008053915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出力された光を、対象物に照射し走査するスキャナ光学システムであって、
前記光の強度を調整する光強度調整手段と、
前記光を前記対象物の所定位置に向けて偏向すると共に、ゼロレベルから所定の走査速度となるように前記光を偏向する偏向手段とを備え、
前記光強度調整手段は、前記偏向手段による光の走査速度に比例して、或いは、前記光のエネルギー密度が略一定となるように、前記光の強度を調整することを特徴とするスキャナ光学システム。
【請求項２】
請求項１に記載のスキャナ光学システムにおいて、
前記偏向手段は、スキャナミラーと、このスキャナミラーを駆動する駆動モータと、この駆動モータを制御するコントローラとを有し、
前記スキャナミラーの駆動量に応じたデジタルパルス信号を出力するエンコーダを前記駆動モータに設け、
前記コントローラは、前記デジタルパルス信号をカウントして前記駆動量を特定し、当該駆動量に基づいて前記駆動モータに制御信号を出力するフィードバック制御を実行する
ことを特徴とするスキャナ光学システム。
【請求項３】
請求項１に記載のスキャナ光学システムにおいて、
前記偏向手段は、
前記対象物の平面内を互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに前記光を偏向するＸ軸偏向手段及びＹ軸偏向手段を備え、
前記Ｘ軸偏向手段による偏向及びＹ軸偏向手段による偏向を共に同一のコントローラで同時に両軸を制御したことを特徴とするスキャナ光学システム。
【請求項４】
請求項３に記載のスキャナ光学システムにおいて、
前記Ｘ軸偏向手段による偏向及び前記Ｙ軸偏向手段による偏向によって規定される前記光の前記対象物への照射位置に応じて、レンズ間の距離を調整して前記光の焦点距離を調整するフォーカス調整手段を更に備え、
前記Ｘ軸偏向手段による偏向及び前記Ｙ軸偏向手段による偏向と共に、前記フォーカス調整手段による焦点距離調整を同一のコントローラで同時に全軸を制御する
ことを特徴とするスキャナ光学システム。
【請求項５】
請求項４に記載のスキャナ光学システムにおいて、
前記コントローラは、前記対象物の表面凹凸に応じて前記光の焦点距離が調整されるように前記フォーカス調整手段を制御する
ことを特徴とするスキャナ光学システム。
【請求項６】
請求項１に記載のスキャナ光学システムにおいて、
前記対象物の形状及び前記光の走査態様に基づいて、前記偏向手段による前記光の偏向軌道を演算する軌道演算手段と、
前記軌道演算手段による偏向軌道と、前記光の偏向の検出値とに基づいて、前記偏向手段による前記光の偏向をフィードバック制御す偏向制御手段とを備え、
前記軌道演算手段と前記偏向制御手段とを各々個別のＣＰＵで構成したことを特徴とするスキャナ光学システム。
【請求項７】
請求項１に記載のスキャナ光学システムにおいて、
前記光で走査する予定の軌道上に、前記光の走査方向が切り替わる切替点が存在する場合、
前記切替点の手前から、前記光の走査方向を前記切替後の走査方向に徐々に変化させて走査しつつ、前記光の走査方向が前記切替後の走査方向に切り替わったときの前記光の走査位置が、前記切替後の走査方向で走査すべき軌道上に位置するように前記偏向手段を制御する
ことを特徴とするスキャナ光学システム。
【請求項８】
請求項６または７に記載のスキャナ光学システムにおいて、
前記光源は、レーザ光を発振するレーザ装置を有し、
前記光強度調整手段は、前記レーザ装置がＱスイッチを内蔵する場合には当該Ｑスイッチ、前記レーザ装置がレーザ光を遮蔽するシャッターを有する場合には当該シャッター、前記レーザ装置が強度変調用の音響光学素子を有する場合には当該音響光学素子、及び、前記レーザ装置がパルスレーザ光を発振する場合には発振周期の少なくともいずれか１つを調整し、前記レーザ光の強度を調整することを特徴とするスキャナ光学システム。
【請求項９】
レーザ発振器から出力されたレーザ光を、被加工物の加工面に照射してレーザ加工するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光の強度を調整する光強度調整手段と、
前記レーザ光を偏向し、ゼロレベルから所定の走査速度で前記被加工物の加工面を前記レーザ光でベクトル走査する偏向手段とを備え、
前記光強度調整手段は、前記偏向手段による前記レーザ光のベクトル走査速度に比例して、或いは、前記レーザ光のエネルギー密度が略一定となるように、前記レーザ光の強度を調整することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１０】
光源から出力された光を対象物に向けて偏向する偏向モジュールを有し、前記偏向モジュールにより前記光を偏向し対象物を走査するスキャナ光学装置であって、
直線状のレール部材に前記偏向モジュールを固定すると共に、
前記光源から出力された光の焦点距離を調整するフォーカス調整手段を前記レール部材に着脱自在に設け、
前記フォーカス調整手段から出力された光を整形し前記偏向モジュールに入力する光学素子を前記レール部材に位置決め自在に設けた
ことを特徴とするスキャナ光学装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のスキャナ光学装置において、
前記フォーカス調整ユニットに入射するレーザ光のレーザ光強度を調整するレーザ光強度調整モジュールを前記レール部材に着脱自在に設けたことを特徴とするスキャナ光学装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のスキャナ光学装置において、
前記レール部材を石定盤に固定したことを特徴とするスキャナ光学装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のスキャナ光学装置において、
前記光源と、前記光源が出力する光を前記スキャナ光学装置に導く光学素子とを共に前記石定盤に固定したことを特徴とするスキャナ光学装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載のスキャナ光学装置において、
前記偏向モジュールを前記レール部材及び前記石定盤で支持したことを特徴とするスキャナ光学装置。
【請求項１５】
請求項１０に記載のスキャナ光学装置において、
前記レール部材を長手方向に沿って複数のレール片に分断し、各レール片を互いに隙間をあけて配列したことを特徴とするスキャナ光学装置。
【請求項１６】
請求項１０に記載のスキャナ光学装置において、
前記レール部材に取り付けられる部材ごとに、取付位置の目安を示すマーク部を有することを特徴とするスキャナ光学装置。
【請求項１７】
光源から出力された光を対象物に向けて偏向する偏向モジュールを有し、前記偏向モジュールにより前記光を偏向し対象物を走査するスキャナ光学装置であって、直線状のレール部材に前記偏向モジュールを固定すると共に、前記光源から出力された光の焦点距離を調整するフォーカス調整手段を前記レール部材に着脱自在に設け、前記フォーカス調整手段から出力された光を整形し前記偏向モジュールに入力する光学素子を前記レール部材に位置決め自在に設けたスキャナ光学装置と、
前記スキャナ光学装置にレーザ光を出力するレーザ装置とを備え、
前記スキャナ光学装置が前記レーザ光を偏向し、被加工物の加工面を前記レーザ光で走査して加工することを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から放射された光の対象物における照射位置を偏向するスキャナ光学システム、及び、このスキャナ光学システムを備えたレーザ加工装置に関する。また、本発明は、光源が放射した光を偏向して対象物を走査するスキャナ光学装置、及び、このスキャナ光学装置を備えたレーザ加工装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物にレーザ光を照射して加工するレーザ加工装置は、一般に、レーザ光の光路を偏向して被加工物における照射位置を可変にするスキャナ光学システムを備えている（例えば、特許文献１参照）。また近年では、スキャナ光学システムとして、回転軸の回りに回転自在に保持され、反射面を任意の角度に位置決め可能なガルバノミラーを備え、サーボ制御によりガルバノミラーの回転を制御して、高速に、かつ、高精度に照射位置を可変可能にしたガルバノスキャナが知られている。このガルバノスキャナをレーザ加工装置に用いることで、被加工物を高速に加工し加工時間を短縮可能となる。
【特許文献１】特開２００４−３５８５０７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ガルバノスキャナのように照射位置を高速に可変するスキャナ光学システムを用いてレーザ光の走査速度を可変しながらレーザ加工する場合、走査速度の変動により照射位置におけるレーザ光のエネルギー密度が一定しないため、加工深度が不均一となり加工品質が低下する、といった問題がある。
レーザ走査時のエネルギー密度の不安定さによる問題は、レーザ加工装置に限った問題ではなく、例えば、描画面に対して光を高速に走査させて描画像を描画する描画装置においては描画像にムラが生じ、描画像の品質が低下するといった問題を生じ、また例えば、試料に対してレーザ光を高速に走査させて検査・測定を行う測定装置においては検出値に誤差が生じ、正確な測定結果が得られないといった問題を生じる。【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、高速に、かつ、走査速度を可変させながら光で対象物を走査しつつ、安定した光走査を可能にするスキャナ光学システム、及び、レーザ光で被加工物を高速に走査しつつ、高品位な加工を可能にするレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、光源から出力された光を、対象物に照射し走査するスキャナ光学システムであって、前記光の強度を調整する光強度調整手段と、前記光を前記対象物の所定位置に向けて偏向すると共に、ゼロレベルから所定の走査速度となるように前記光を偏向する偏向手段とを備え、前記光強度調整手段は、前記偏向手段による光の走査速度に比例して、或いは、前記光のエネルギー密度が略一定となるように、前記光の強度を調整することを特徴とする。【０００６】
また本発明は、上記スキャナ光学システムにおいて、前記偏向手段は、スキャナミラーと、このスキャナミラーを駆動する駆動モータと、この駆動モータを制御するコントローラとを有し、前記スキャナミラーの駆動量に応じたデジタルパルス信号を出力するエンコーダを前記駆動モータに設け、前記コントローラは、前記デジタルパルス信号をカウントして前記駆動量を特定し、当該駆動量に基づいて前記駆動モータに制御信号を出力するフィードバック制御を実行することを特徴とする。【０００７】
また本発明は、上記スキャナ光学システムにおいて、前記偏向手段は、前記対象物の平面内を互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに前記光を偏向するＸ軸偏向手段及びＹ軸偏向手段を備え、前記Ｘ軸偏向手段による偏向及びＹ軸偏向手段による偏向を共に同一のコントローラで同時に両軸を制御したことを特徴とする。【０００８】
また本発明は、上記スキャナ光学システムにおいて、前記Ｘ軸偏向手段による偏向及び前記Ｙ軸偏向手段による偏向によって規定される前記光の前記対象物への照射位置に応じて、レンズ間の距離を調整して前記光の焦点距離を調整するフォーカス調整手段を更に備え、前記Ｘ軸偏向手段による偏向及び前記Ｙ軸偏向手段による偏向と共に、前記フォーカス調整手段による焦点距離調整を同一のコントローラで同時に全軸を制御することを特徴とする。【０００９】
また本発明は、上記スキャナ光学システムにおいて、前記コントローラは、前記対象物の表面凹凸に応じて前記光の焦点距離が調整されるように前記フォーカス調整手段を制御することを特徴とする。【００１０】
また本発明は、上記スキャナ光学システムにおいて、前記対象物の形状及び前記光の走査態様に基づいて、前記偏向手段による前記光の偏向軌道を演算する軌道演算手段と、前記軌道演算手段による偏向軌道と、前記光の偏向の検出値とに基づいて、前記偏向手段による前記光の偏向をフィードバック制御す偏向制御手段とを備え、前記軌道演算手段と前記偏向制御手段とを各々個別のＣＰＵで構成したことを特徴とする。【００１１】
また本発明は、上記スキャナ光学システムにおいて、前記光で走査する予定の軌道上に、前記光の走査方向が切り替わる切替点が存在する場合、前記切替点の手前から、前記光の走査方向を前記切替後の走査方向に徐々に変化させて走査しつつ、前記光の走査方向が前記切替後の走査方向に切り替わったときの前記光の走査位置が、前記切替後の走査方向で走査すべき軌道上に位置するように前記偏向手段を制御することを特徴とする。【００１２】
また本発明は、上記スキャナ光学システムにおいて、前記光源は、レーザ光を発振するレーザ装置を有し、前記光強度調整手段は、前記レーザ装置のレーザ電源の出力、前記レーザ装置がＱスイッチを内蔵する場合には当該Ｑスイッチ、前記レーザ装置がレーザ光を遮蔽するシャッターを有する場合には当該シャッター、前記レーザ装置が強度変調用の音響光学素子を有する場合には当該音響光学素子、及び、前記レーザ装置がパルスレーザ光を発振する場合には発振周期の少なくともいずれか１つを調整し、前記レーザ光の強度を調整することを特徴とする。【００１３】
また上記目的を達成するために、本発明は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を、被加工物の加工面に照射してレーザ加工するレーザ加工装置であって、前記レーザ光の強度を調整する光強度調整手段と、前記レーザ光を偏向し、ゼロレベルから所定の走査速度で前記被加工物の加工面を前記レーザ光でベクトル走査する偏向手段とを備え、前記光強度調整手段は、前記偏向手段による前記レーザ光のベクトル走査速度に比例して、或いは、前記レーザ光のエネルギー密度が略一定となるように、前記レーザ光の強度を調整することを特徴とする。【００１４】
なお、本発明に係るレーザ加工装置において、ゲート信号を入力しつつ、前記パルスレーザ光の発振トリガとなるトリガパルス信号を前記レーザ発振器に入力し、当該トリガパルス信号に合わせてパルスレーザ光を出力させるレーザ発振制御手段と、前記パルスレーザ光を遮蔽する遮蔽手段とを備え、前記ゲート信号を入力した後、所定パルス数の前記トリガパルス信号が入力されるまで前記遮蔽手段によりパルスレーザ光を遮蔽し、発振当初のジャイアントパルスが被加工物に照射される事を防止する構成としても良い。【００１５】
また上記目的を達成するために、本発明は、光源から出力された光を対象物に向けて偏向する偏向モジュールを有し、前記偏向モジュールにより前記光を偏向し対象物を走査するスキャナ光学装置であって、直線状のレール部材に前記偏向モジュールを固定すると共に、前記光源から出力された光の焦点距離を調整するフォーカス調整手段を前記レール部材に着脱自在に設け、前記フォーカス調整手段から出力された光を整形し前記偏向モジュールに入力する光学素子を前記レール部材に位置決め自在に設けたことを特徴とする。【００１６】
また本発明は、上記スキャナ光学装置において、前記フォーカス調整ユニットに入射するレーザ光のレーザ光強度を調整するレーザ光強度調整モジュールを前記レール部材に着脱自在に設けたことを特徴とする。
なお、レーザ光にはパルスレーザ光と連続発振レーザ光とがあるが、前記フォーカス調整ユニットに入射するレーザ光はどちらでも良い。
また、当該フォーカス調整ユニットを前記レール部材に設ける際に、当該フォーカス調整ユニットに入射するレーザ光を整形する光学素子を要する場合には、当該光学素子も前記レールに前記フォーカス調整ユニットと共に着脱自在に設けられることになる。【００１７】
また本発明は、上記スキャナ光学装置において、前記偏向モジュールを前記レール部材及び前記石定盤で支持したことを特徴とする。なお、前記偏向モジュールを前記レール部材及び前記石定盤に両持支持する構成としても良い。【００１８】
また本発明は、上記スキャナ光学装置において、前記光源と、前記光源が出力する光を前記スキャナ光学装置に導く光学素子とを共に前記石定盤に固定したことを特徴とする。【００１９】
また本発明は、上記スキャナ光学装置において、前記偏向モジュールを前記石定盤に保持させたことを特徴とする。【００２０】
また本発明は、上記スキャナ光学装置において、前記レール部材を長手方向に沿って複数のレール片に分断し、各レール片を互いに隙間をあけて配列したことを特徴とする。
なお、各レール片を上記石定盤をベース部材として配列する構成としても良い。【００２１】
また、本発明は、上記スキャナ光学装置において、前記レール部材に取り付けられる部材ごとに、取付位置の目安を示すマーク部を有することを特徴とする。【００２２】
また上記目的を達成するために、本発明は、上述したいずれかのスキャナ光学装置と、前記スキャナ光学装置にレーザ光を出力するレーザ装置とを備え、前記スキャナ光学装置が前記レーザ光を偏向し、被加工物の加工面を前記レーザ光で走査して加工することを特徴とするレーザ加工装置を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のスキャナ光学システム及び当該スキャナ光学システムを有するレーザ加工装置によれば、光の走査速度に比例して、或いは、光のエネルギー密度が略一定となるように、光の強度を調整するため、光で対象物を高速に走査しつつ、光走査時においては、対象物の照射位置における光のエネルギー密度が略一定に維持され、安定した光走査が実現される。
また本発明のスキャナ光学装置及び当該スキャナ光学装置を有するレーザ加工装置によれば、直線状のレール部材に偏向モジュールを固定すると共に、光源から出力された光の焦点距離を調整するフォーカス調整手段を前記レール部材に着脱自在に設ける構成としたため、フォーカス調整機能が一体化されたスキャナ光学装置が提供される。さらに、前記フォーカス調整手段から出力された光を整形し前記偏向モジュールに入力する光学素子が前記レール部材に位置決め自在に設けられているため、前記フォーカス調整手段を取り外し、或いは、交換した際に、前記光学素子と前記偏向モジュールとの間の距離を調整する必要が生じた場合であっても、前記光学素子は前記レール部材にガイドされながら移動するため、前記光学素子と前記偏向モジュールとの間の光軸を合わせたまま、距離だけを簡単に調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】コントロールユニットの構成を示す図である。
【図３】切替点を含む軌道のレーザ光走査を説明するための図である。
【図４】図２に示すコントロールユニットの変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図６】第２実施形態に係るレーザ発振器を示す図である。
【図７】第２実施形態に係るスキャナ光学装置の構成を示す図である。
【図８】スキャナ光学装置への光学素子の取付を説明するための図である。
【図９】第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図１０】第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図１１】第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図１２】第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図１３】第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図１４】第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図１５】第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図１６】第２実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図１７】第２実施形態の変形例に係るスキャナ光学装置の構成を示す図である。
【図１８】第２実施形態の他の変形例に係るスキャナ光学装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１、１００  レーザ加工装置
２、１０２  レーザ発振器
５  ＡＯＭ（光強度調整手段）
６  ダイナミックフォーカスレンズユニット（焦点距離調整手段）
７  スキャナヘッド（偏向手段）
８、８Ａ  コントロールユニット
１３  コンピュータシステム
２０  スキャナ光学システム
７２Ａ  Ｘ軸モータ
７２Ｂ  Ｙ軸モータ
８０Ａ、８０Ｂ  ＤＳＰ
９０Ａ〜９０Ｃ  エンコーダ
９１  ＤＦモータ
９２Ａ〜９２Ｃ  ドライバ回路
９８  被加工物（対象物）
１０３  スキャナ光学装置
１３１  ダイナミックフォーカスレンズ（フォーカス調整手段）
１３２  スキャナヘッド
１３３、１６６  レール（レール部材）
１３３Ａ〜１３３Ｅ  レール片
１３４、１３５Ａ、１３５Ｂ  レンズ（光学素子）
１３６、１３６Ａ  保持片
１４０  あり
１４２  位置合用脚
１５０  位置決用マーク
１５１  位置合用マーク
１３３０  あり溝（ガイド溝）
１３４０  延出部
ＢＣＳ  描画条件指令信号
ＳＡ〜ＳＣ  デジタルパルス信号
Ｑ  切替点
Ｑｓ  走査方向切替開始点
Ｑｅ  合流点
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係るスキャナ光学システムが適用されたレーザ加工装置１の概略構成を示す図である。この図に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ発振器２、及び、このレーザ発振器２のレーザ発振を制御する、電源を有するレーザコントロール装置３とを有するレーザ装置４と、レーザ光強度調整手段としてのＡＯＭ（音響光学素子）５と、焦点距離調整手段としてのダイナミックフォーカスレンズユニット６と、ワークステージ９９に載置された被加工物９８の加工面におけるレーザ光照射位置を可変して加工面内をレーザ光で走査する偏向手段としてのスキャナヘッド７とを有し、さらに、レーザ装置４、ＡＯＭ５、ダイナミックフォーカスレンズユニット６及びスキャナヘッド７の各々を制御する制御手段としてのコントロールユニット８を備えている。そして、上記ＡＯＭ５、スキャナヘッド７及びコントロールユニット８とによって、レーザ光の強度を調整しながら加工面を高速にレーザ光で走査するスキャナ光学システム２０が構成されている。【００２７】
各構成要素について、より詳細に説明すると、レーザ発振器２は、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、液体レーザ発振器或いは気体レーザ発振器であり、レーザ媒質に応じた波長のレーザ光を出力する。本実施形態では、このレーザ発振器２として、レーザ光を連続発振するものが用いられている。
ＡＯＭ５は、コントロールユニット８の制御の下、所定の周波数でレーザ光を強度変調して出力するものであり、このＡＯＭ５には、レーザ発振器２から出力され、２枚の集光レンズ９Ａ及び９Ｂを通過して整形されたレーザ光が入力される。
ダイナミックフォーカスレンズユニット６は、コントロールユニット８の制御の下、被加工物９８の加工面におけるレーザ光の照射位置に応じて、ＡＯＭ５を経由したレーザ光の焦点距離を可変するものであり、このダイナミックフォーカスレンズユニット６の焦点距離調整により、被加工物９８における照射スポット面積が略一定に維持される。
なお、ダイナミックフォーカスレンズユニット６に代えて、ｆθレンズを用いても良いことは勿論である。
さらに、焦点距離が比較的長く、なおかつ、加工領域（レーザ光を走査する領域）が狭い場合には、加工面における焦点位置のズレが小さいため、ダイナミックフォーカスレンズユニット６やｆθレンズ等の焦点距離調整手段をスキャナ光学システム２０に設ける必要はない。【００２８】
スキャナヘッド７は、コントロールユニット８の制御の下、ダイナミックフォーカスレンズユニット６を経由したレーザ光の光路を偏向し、被加工物９８の加工面内で照射位置をワークステージ９９に対して相対的に可変してレーザ光を走査するものであり、光路をＸ軸方向に偏向するスキャナミラー７１Ａ、及び、このスキャナミラー７１Ａを軸回転するＸ軸モータ７２Ａと、光路をＸ軸と直交するＹ軸方向に偏向するスキャナミラー７１Ｂ、及び、このスキャナミラー７１Ｂを軸回転するＹ軸モータ７２Ｂとを有し、ダイナミックフォーカスレンズユニット６を経由したレーザ光が集光レンズ１０を介して上記スキャナミラー７１Ａに入射され、このスキャナミラー７１Ａ及びスキャナミラー７１Ｂの各反射面の角度によって規定される方向にレーザ光の光路が偏向される。なお、上記Ｘ軸及びＹ軸からなるＸＹ平面はワークステージ９９の上面と略平行な面として規定され、また、このＸＹ平面に直交する軸がＺ軸として規定される。【００２９】
コントロールユニット８には、表示装置としてのディスプレイ１１及び入力装置としてのキーボード１２を有するコンピュータシステム１３に接続（内蔵でも良い）されている。コンピュータシステム１３には、被加工物９８の３次元形状や材質、当該被加工物９８に対してレーザ光を照射して加工する加工位置（レーザ照射位置）、加工深度、レーザマーキングやトリミング、孔あけ加工といった加工の種類等を含む加工データが入力されており、コンピュータシステム１３は、レーザ加工時に、加工データに基づく描画条件指令信号ＢＣＳをコントロールユニット８に出力し、コントロールユニット８は、描画条件指令信号ＢＣＳに基づいてレーザ装置４、ＡＯＭ５、ダイナミックフォーカスレンズユニット６及びスキャナヘッド７を制御する。【００３０】
図２は、上記コントロールユニット８の構成を模式的に示すブロック図である。この図に示すように、コントロールユニット８は、演算処理装置としての２つのＤＳＰ８０Ａ及びＤＳＰ８０Ｂを有している。なお、ＤＳＰ８０Ａ及びＤＳＰ８０Ｂの演算処理装置には、ＤＳＰに代えてＣＰＵを用いても良い事は勿論である。
ＤＳＰ８０Ａは、上記描画条件指令信号ＢＣＳにより示される被加工物９８の形状（例えばＣＡＤデータ）、及び、当該被加工物９８に対するレーザ光の走査態様に基づいて、被加工物９８におけるレーザ光の照射位置の移動軌道（すなわち走査軌道）を演算する軌道演算部８１と、ＸＹ平面内で照射位置を移動することによって生じる照射位置（結像点）のズレ（ディストーション）を補正するディストーション補正部８２として機能するものであり、主として、コンピュータシステム１３から入力された描画条件指令信号ＢＣＳに基づく演算処理を実行する。これら軌道演算部８１及びディストーション補正部８２の演算により、所定時間（例えば数十μｓ以内）毎に、レーザ光照射位置のＸＹ座標指令値、このＸＹ座標値に応じた焦点距離指令値、及び、レーザ光強度を指示するレーザ出力指令値の各種指令値が出力される。【００３１】
ＤＳＰ８０Ｂは、レーザ装置４に対するレーザパワー制御、ダイナミックフォーカスレンズユニット６による焦点位置可変制御、スキャナヘッド７によるレーザ光の偏向制御、及び、照射位置や走査速度、照射スポット面積に応じたレーザ光強度制御といった、各部の駆動制御を主として実行するものである。これらＤＳＰ８０Ａ及びＤＳＰ８０Ｂは、図示せぬクロックジェネレータが生成するクロック信号に基づいて互いに同期して処理を実行する。【００３２】
また、コントロールユニット８には、２つのＤＳＰ８０Ａ、８０Ｂの各々からアクセス可能な共有データメモリ８３が設けられており、各ＤＳＰ８０Ａ、８０Ｂは共有データメモリ８３を介してデータを共有する。この共有データには、例えば、ＤＳＰ８０ＡがＤＳＰ８０Ｂに対して指令すべき指令コマンドや、当該指令コマンドに対するＤＳＰ８０ＢからＤＳＰ８０Ａの確認コマンド、当該ＤＳＰ８０Ｂが指令コマンドを実行終了した旨をＤＳＰ８０Ａに対して通知する終了コマンドといったＤＳＰ８０Ａ、８０Ｂの間での各種コマンドの他、ＤＳＰ８０Ａが所定時間毎に出力するレーザ光照射位置のＸＹ座標指令値、このＸＹ座標指令値に応じた焦点距離指令値、及び、レーザ光強度を指示するレーザ出力指令値の各種指令値がある。
そして、ＤＳＰ８０Ａが共有データメモリ８３に出力した各種指令値をＤＳＰ８０Ｂが読み込み、これらの指令値に基づいて、各部の駆動制御を実行する。【００３３】
このように、コントロールユニット８が、２つのＤＳＰ８０Ａ及びＤＳＰ８０Ｂを備え、軌道演算やディストーション補正等の演算処理と、各部を駆動制御する駆動制御処理とを、各々異なるＤＳＰ８０Ａ、８０Ｂにより実行する構成としているため、演算処理によって、スキャナヘッド７の偏向制御及びＡＯＭ５の光強度制御に遅滞が生じることが無く、レーザ光の走査速度の高速化が実現され加工速度が向上する。【００３４】
さて、上記ＤＳＰ８０Ｂによる駆動制御について詳述すると、ＤＳＰ８０Ｂは、レーザ出力指令値に基づいて、Ｄ／Ａ変換器８８を介してレーザコントロール装置３にパワー制御信号を出力し、レーザパワーを制御すると共に、レーザ光強度を調整すべくＡＯＭ５に対して強度制御信号を出力し、また、ＸＹ座標指令値及び焦点距離指令値に基づいて、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１を制御してダイナミックフォーカスレンズユニット６による焦点距離及びスキャナヘッド７による偏向を制御し、被加工物９８の加工面におけるレーザ光の照射位置を制御する。
本実施形態では、高精度な照射位置制御を実現すべく、ダイナミックフォーカスレンズユニット６及びスキャナヘッド７の制御系としてクローズドループ制御系が構成されており、以下、かかる構成について説明する。【００３５】
図２に示すように、スキャナヘッド７のＸ軸モータ７２Ａ及びＹ軸モータ７２Ｂには、スキャナミラー７１Ａ、７１Ｂの回転量に応じたパルス数のデジタルパルス信号ＳＡ、ＳＢをコントロールユニット８に出力するエンコーダ９０Ａ及び９０Ｂが設けられていると共に、ダイナミックフォーカスレンズユニット６には、焦点距離を可変する図示せぬ光学系を駆動するＤＦ（ダイナミックフォーカス）モータ９１及び光学系の駆動量に応じたパルス数のデジタルパルス信号ＳＣをコントロールユニット８に出力するエンコーダ９０Ｃを有し、また、コントロールユニット８には、各エンコーダ９０Ａ〜９０Ｃから出力されたデジタルパルス信号ＳＡ〜ＳＣが入力され、これらのデジタルパルス信号ＳＡ〜ＳＣをカウントしてＤＳＰ８０Ｂに出力するカウンタ回路８４が設けられている。【００３６】
ＤＳＰ８０Ｂは、カウンタ回路８４によってカウントされた各デジタルパルス信号ＳＡ〜ＳＣのカウンタ値に基づいて、スキャナミラー７１Ａ、７１Ｂの回転量、及び、ダイナミックフォーカスレンズユニット６の光学系の駆動量を特定し、現在のレーザ光照射位置のＸＹ座標値、及び、現在の焦点距離を特定する。
また、このＤＳＰ８０Ｂは、共有データメモリ８３に格納されたレーザ光照射位置のＸＹ座標指令値、及び、このＸＹ座標指令値に応じた焦点距離指令値を取得し、これら指令値と現在値とを比較して偏差信号をモータ制御部８７に出力する位置比較部８５、及び、上記ＸＹ座標指令値及び焦点距離指令値と同期して共有データメモリ８３に格納されたレーザ出力指令値を取得し、ＡＯＭ５（必要に応じてレーザコントロール装置３）に対して制御信号を出力する信号出力調整部８６を有している。【００３７】
上記モータ制御部８７は、ＤＳＰ８０Ｂからの偏差信号に基づいて、偏差を打ち消すためのデジタル制御信号を、Ｘ軸モータ７２Ａのドライバ回路９２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂのドライバ回路９２Ｂ、及び、ＤＦモータ９１のドライバ回路９２Ｃのそれぞれに出力してネガティブフィードバック制御を実行するものである。各ドライバ回路９２Ａ〜９２Ｃは、デジタル制御信号が入力されると、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ、及び、ＤＦモータ９１に駆動電流を出力し、これにより、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１が駆動される。【００３８】
このように、コントロールユニット８においては、デジタルパルス信号ＳＡ〜ＳＣを出力するエンコーダ９０Ａ〜９０Ｃ、カウンタ回路８４、ＤＳＰ８０Ｂ、モータ制御部８７、及び、ドライバ回路９２Ａ〜９２Ｃによりクローズドループ制御系が構成されており、各モータ７２Ａ、７２Ｂ、９１の駆動が高精度に補償される。これにより、高精度なモータ制御、すなわち、被加工物９８の加工面における高精度な照射位置制御が実現される。【００３９】
さらに、各モータ７２Ａ、７２Ｂ、９１の回転量の検出手段として、デジタルパルス信号ＳＡ〜ＳＣを出力するエンコーダ９０Ａ〜９０Ｃを用いる構成としているため、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１のデジタル制御が可能になり、回転量に応じたアナログ検出信号に基づいてモータ回転量を制御する構成に比べて、検出誤差を最小に抑え、以って、より高精度な照射位置制御が実現されることとなる。【００４０】
また、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１の各々をＤＳＰ８０Ｂが同時にフォードバック制御するため、レーザ光のＸ軸方向及びＹ軸方向の偏向と、Ｚ軸方向の焦点距離とが互いに同期し、かつ、軸間のズレを抑制しながら制御され、より高精度な照射位置制御が実現される。【００４１】
以上の構成の下、コンピュータシステム１３から描画条件指令信号ＢＣＳがコントロールユニット８に入力されると、コントロールユニット８のＤＳＰ８０Ａは、この描画条件指令信号ＢＣＳに基づいて、被加工物９８の加工面内をレーザ光で走査するときの照射位置の軌道を演算すると共に、各照射位置のＸＹ座標値に対してディストーション補正を行う。また、ＤＳＰ８０Ａは、各照射位置ごとに、加工深度や被加工物９８の材質、加工の種類に応じてレーザ光強度を演算すると共に、走査時のライン幅、ＸＹ座標値及び加工面の凹凸に応じて焦点距離を演算する。
上記照射位置の軌道演算においては、被加工物９８の加工面に描画するラインをベクトル走査するための軌道、或いは、加工面における複数の加工点を最短距離で結ぶラインをベクトル走査するための軌道が演算される。【００４２】
また、上記レーザ光強度演算においては、ＤＳＰ８０Ａは、レーザ光の走査速度によらず、照射位置の単位面積あたりのレーザ光のエネルギー密度が略一定となるように、各焦点位置でのレーザ光強度を算出する。
詳述すると、レーザ装置４のレーザ光出力、及び、照射スポット面積が一定である場合、レーザ光の走査速度が速くなるにしたがって、単位面積あたりのエネルギー密度は小さくなり、遅い走査速度で加工した箇所と、速い走査速度で加工した箇所との間に、加工深度等のバラツキが生じ、加工品質が損なわれる。
そこで、ＤＳＰ８０Ａは、レーザ装置４のレーザ光出力、及び、照射スポット面積が一定である場合には、レーザ光の走査速度が速くなるにしたがってレーザ光強度を高め、また、レーザ光の走査速度又は／及び照射スポットが可変する場合、或いは、レーザ装置４のレーザ光出力が変動する場合には、照射スポットにおける単位面積あたりのエネルギー密度が略一定となるレーザ光強度を演算する。【００４３】
そして、ＤＳＰ８０Ａは、所定時間ごとに、被加工物９８の加工面における照射位置を示すＸＹ座標指令値、その照射位置での焦点距離指令値、及び、レーザ光強度指令値を共有データメモリ８３に書き込み、ＤＳＰ８０Ｂが、ＤＳＰ８０Ａによる書き込みに同期して、ＡＯＭ５と、ダイナミックフォーカスレンズユニット６のＤＦモータ９１と、スキャナヘッド７のＸ軸モータ７２Ａ及びＹ軸モータ７２Ｂのそれぞれを互いに同期させて同時に制御して、加工面をレーザ光でベクトル走査させて被加工物９８を加工する。【００４４】
このとき、ＤＳＰ８０Ｂは、レーザ光の照射位置を、前掲図１に示すように、被加工物９８から外れた位置（ホームポジション）ＰＨからベクトル走査開始点Ｓｔまで移動させる際、及び、ベクトル走査終了点から、次のベクトル走査開始点Ｓｔまで移動させる際には、Ｘ軸モータ７２Ａ及びＹ軸モータ７２Ｂの駆動ピッチを大きくし、照射位置をベクトル走査開始点に高速に移動させ、また、ベクトル走査中においては、駆動ピッチを小さくし、所定の照射位置に正確にレーザ光が照射されるように制御する。【００４５】
また、レーザ光の照射位置を、ホームポジションＰＨからベクトル走査開始点Ｓｔまで移動させたときには、ベクトル走査開始点Ｓｔにおけるビーム径が所定値となるように、ＤＳＰ８０Ｂは、ＤＦモータ９１のみを粗動動作させて焦点距離を調整し、また、ベクトル走査中においては、加工面における照射位置によらずビーム径が所定値となるように、Ｘ軸モータ７２Ａ及びＹ軸モータ７２Ｂの駆動（すなわち、レーザ光の照射位置）と同期してＤＦモータ９１を微動動作させる。【００４６】
また、加工面に凹凸のある被加工物９８をレーザ光でベクトル走査する際には、ベクトル走査中に、ＤＳＰ８０Ｂは、照射位置における凹凸の高低に合わせてダイナミックフォーカスレンズユニット６のＤＦモータ９１を上記微動動作させてビーム径を一定に維持する。このとき、加工面の凹凸における高低差が比較的大きい場合には、ベクトル走査中にＤＦモータ９１の微動動作のみでビーム径を一定に維持する事は困難であるため、この場合には、Ｘ軸モータ７２Ａ及びＹ軸モータ７２Ｂの駆動と同期してＤＦモータ９１を粗動動作させる。【００４７】
なお、Ｘ軸モータ７２Ａ及びＹ軸モータ７２Ｂの駆動と同期してＤＦモータ９１を粗動動作及び微動動作させて、ベクトル走査中における焦点位置調整を行っても良いことは勿論である。
また、上記加工面における凹凸の高低差は、被加工物９８の加工面の形状を示すＣＡＤデータに基づいて判定する事が可能であり、また、加工面の形状を示すデータに凹凸のデータが含まれていない場合には、加工面までの距離を計測する距離センサを用いてベクトル走査中にリアルタイム、或いは、ベクトル走査前に予め加工面の凹凸の高低差を計測するようにしても良い。【００４８】
次いで、レーザ加工装置１による被加工物９８の加工面に対するレーザ光のベクトル走査について説明する。
図３は、ベクトル走査する軌道Ｌの一態様を示す図である。
図２に示して説明したＤＳＰ８０Ｂは、軌道Ｌ上をレーザ光でベクトル走査する際、走査方向Ｋが一定（軌道Ｌが直線）である場合には、走査速度が所定の走査速度（最大走査速度）に達するまで走査速度を加速させながらベクトル走査開始点Ｓｔからレーザ光走査を開始し、走査速度が所定の走査速度に達した後は、その走査速度を保ったまま軌道Ｌ上を走査するように制御することで、加工時間の高速化を図っている。【００４９】
このとき、図３に示すように、走査方向Ｋを切り替える切替点Ｑが軌道Ｌ上に存在する場合、一般に、レーザ走査方向Ｋを不連続に切替えることは機構上困難であるため、切替点Ｑでレーザ走査が一端停止するように当該切替点Ｑの手前で走査速度を減速させ、そして、切替点Ｑにてレーザ走査方向Ｋを切替えて走査を開始させるという制御が従来から行われている。【００５０】
しかしながら、切替点Ｑにて一端走査を停止させると、軌道Ｌの走査に要する時間、すなわち、レーザ加工時間が延びてしまうという問題がある。
そこで、本実施形態では、切替点Ｑが軌道Ｌ上に存在する場合に、走査時間が延びることを防止すべく、次のようなレーザ光走査（偏向）制御を行うこととしている。
すなわち、図２に示して説明したＤＳＰ８０Ａの軌道演算部８１は、レーザ光をベクトル走査する軌道Ｌを演算した後、図３に示すように、その軌道上に切替点Ｑが存在する場合に、軌道Ｌ上において切替点Ｑよりも手前に設定される走査方向切替開始点Ｑｓと、軌道Ｌ上において切替点Ｑよりも先に設定される合流点Ｑｅとを緩やかな曲線軌道Ｒｒにて結んだ軌道Ｌに補正する。【００５１】
そして、ＤＳＰ８０Ｂは、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１を駆動して軌道Ｌに沿ったレーザ光走査制御を実行する場合、レーザ光の照射位置が走査方向切替開始点Ｑｓに達したときに、走査速度を維持したまま曲線軌道Ｒｒに沿ったレーザ光走査を継続する。これにより、レーザ光の走査方向Ｋが切替点Ｑ通過後の走査方向Ｋになるように徐々に変化し、曲線軌道Ｒｒの終点位置、つまり、合流点Ｑｅにてレーザ光の走査方向Ｋの切替えが完了し、当初の軌道Ｌに沿ってレーザ光走査が行われる。この結果、切替点Ｑにおけるレーザ走査の一端停止が不要となるため、軌道Ｌの走査に要する時間の延長を防止し、高速なレーザ加工が実現される。【００５２】
上記走査方向切替開始点Ｑｓ及び合流点Ｑｅの各々は、軌道Ｌに沿って切替点Ｑから所定距離Ｔｓ、Ｔｅだけ離れた点に設定される。このとき、曲線軌道Ｒｒの曲率は、切替点Ｑにおける走査方向Ｋの切替角度θに依存し、所定距離Ｔｓ、Ｔｅを常に一定とした場合、切替角度θが小さくなるほど、曲線軌道Ｒｒの曲率が大となる。例えば、図３において、切替点Ｑ１、Ｑ２の切替角度θ１、θ２よりも、切替点Ｑ３の切替角度θ３の方が小さいため、所定距離Ｔｓ、Ｔｅが常に一定である場合には、切替点Ｑ１、Ｑ２における曲線軌道Ｒｒ１、Ｒｒ２よりも切替点Ｑ３における曲線軌道Ｒｒ３の方が曲率が大きくなる。【００５３】
曲線軌道Ｒｒの曲率が大きくなる程、曲線軌道Ｒｒに沿ってレーザ光を走査する際に、走査方向Ｋの急激な変更制御が必要となり、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１が困難となる。そこでＤＳＰ８０Ａは、所定距離Ｔｓ、Ｔｅを常に一定にして走査方向切替開始点Ｑｓ及び合流点Ｑｅを設定する場合、切替点Ｑの切替角度θが所定のしきい値θｔｈ以下であるときには、軌道Ｌ上において走査方向切替開始点Ｑｓよりも更に手前に走査速度の減速開始点Ｑｄを設定し、当該減速開始点Ｑｄから走査速度が減速されるようにＸＹ座標指令値を生成する。所定のしきい値θｔｈは、最大走査速度を維持したまま走査可能な曲率が得られる切替角度の最小値である。【００５４】
上記のようにＤＳＰ８０Ａが減速開始点Ｑｄを設定及び当該減速開始点Ｑｄから走査速度が減速されるようにＸＹ座標指令値を生成する制御を実行することで、ＤＳＰ８０Ｂの制御によって、レーザ光照射位置が走査方向切替開始点Ｑｓに達する前に走査速度を十分に減速した後、そのときの走査速度を維持したまま曲線軌道Ｒｒが走査されるため、単位時間辺りの走査方向Ｋの変化量が小さく抑えられ、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１の駆動制御による照射位置制御が容易となる。
また、レーザ光の照射位置が合流点Ｑｅに達した場合、ＤＳＰ８０Ａは、走査速度が所定の走査速度（最大走査速度）に達するまで加速させ、所定の走査速度に達した後は、その走査速度を維持してレーザ光走査を継続することになる。【００５５】
なお、走査速度が減速及び加速された場合には、ＤＳＰ８０Ａは、エネルギー密度を一定にするために、走査速度の減速及び加速に応じてレーザ光強度が高め、或いは、低められるようにレーザ出力指令値を出力する。
また、切替点Ｑが軌道Ｌ上に存在する場合に、ＤＳＰ８０Ａが所定距離Ｔｓ、Ｔｅが常に一定となるように、走査方向切替開始点Ｑｓ及び合流点Ｑｅを軌道Ｌ上に設定する構成に限らず、曲線軌道Ｒｒの曲率が常に一定となるように走査方向切替開始点Ｑｓ及び合流点Ｑｅを設定する構成としても良い。この構成によれば、曲線軌道Ｒｒの曲率を最大走査速度で走査可能な曲率に設定することで、切替点Ｑの切替角度θに依らず最大走査速度で曲線軌道Ｒｒを走査することが可能となる。【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＤＳＰ８０ＢがＡＯＭ５を制御して、被加工物９８の加工面におけるレーザ光の走査速度に比例してレーザ光強度を高め、或いは、照射位置ごとのレーザ光のエネルギー密度が略一定となるようにレーザ光強度を調整する構成としたため、レーザ光の走査速度が速い場合であっても、加工面における加工深度のバラツキを防止し、高品位な加工が可能となる。【００５７】
また、本実施形態によれば、デジタルパルス信号を出力するエンコーダ９０Ａ〜９０Ｃ、カウンタ回路８４、ＤＳＰ８０Ｂ、モータ制御部８７、及び、ドライバ回路９２Ａ〜９２Ｃがクローズドループ制御系を構成し、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１の駆動を高精度に補償可能としたため、被加工物９８の加工面における照射位置を高精度に制御し、高品位な加工が可能となる。【００５８】
特に、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１の回転量の検出手段として、デジタルパルス信号ＳＡ〜ＳＣを出力するエンコーダ９０Ａ〜９０Ｃを用いる構成としているため、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１のデジタル制御が可能になり、回転量に応じたアナログ検出信号に基づいてモータ回転量を制御する構成に比べて、検出誤差を最小に抑え、以って、より高精度な照射位置制御が可能となる。
特に、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１の回転量に応じたアナログ信号を出力するアナログ検出器においては、モータ温度の上昇に伴って回転量に応じた信号が非線形に変化するため、モータ温度に応じた補正が必要となり、また、その補正精度によっては、検出誤差が大きくなる。さらに、アナログ検出器は、回転量検出素子の経年劣化によっても検出精度に影響が生じる。
これに対して、本実施形態によれば、上記エンコーダ９０Ａ〜９０Ｃを用いてＸ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１のデジタル制御を行う構成としたため、モータ温度の影響、及び、経年劣化の影響を受け難く、高精度な照射位置制御を維持できる。【００５９】
また、本実施形態によれば、Ｘ軸モータ７２Ａ、Ｙ軸モータ７２Ｂ及びＤＦモータ９１の各々を１つのＤＳＰ８０Ｂが同時にフォードバック制御する構成としたため、レーザ光のＸ軸方向及びＹ軸方向の偏向と、Ｚ軸方向の焦点距離とが互いに同期し、かつ、軸間のズレを抑制しながら制御可能となり、これにより、照射位置が更に高精度に制御され、より高品位な加工が可能となる。【００６０】
さらに、本実施形態によれば、コントロールユニット８が、２つのＤＳＰ８０Ａ、８０Ｂを備え、軌道演算やディストーション補正等の演算処理と、各部を駆動制御する駆動制御処理とを、各々異なるＤＳＰ８０Ａ、８０Ｂにより実行する構成としているため、演算処理によって、スキャナヘッド７の偏向制御及びＡＯＭ５のレーザ光強度制御に遅滞が生じることが無く、上記の高精度な照射位置制御を実現しつつ、レーザ光の走査速度の高速化が実現可能となり、高品位な加工を短時間で行うことができる。【００６１】
また、本実施形態によれば、被加工物９８の加工面の凹凸に基づいて、レーザ光の焦点距離を調整するため、加工面が平らな被加工物９８に限らず、加工面が曲面を描くような被加工物９８に対するレーザ加工も可能になる。【００６２】
さらにまた、本実施形態によれば、軌道Ｌ上に、切替点Ｑが存在する場合、切替点Ｑの手前（走査方向切替開始点Ｑｓ）から、レーザ光の走査方向Ｋを切替後の走査方向Ｋに徐々に変化させて走査しつつ、レーザ光の走査方向Ｋが切替後の走査方向Ｋに切り替わったときの照射位置が、切替後の走査方向Ｋで走査すべき軌道Ｌ上（合流点Ｑｅ）に位置するようにレーザ光の走査を制御するため、切替点Ｑにおけるレーザ走査の一端停止が不要となり、軌道Ｌの走査に要する時間の延長を防止し、高速なレーザ加工が実現される。【００６３】
なお、上述した第１実施形態においては、コントロールユニット８が、２つのＤＳＰ８０Ａ、８０Ｂの各々からアクセス可能な共有データメモリ８３を備える構成を例示した。
これに対して、コントロールユニット８Ａの構成を、図４に示すように、ＤＳＰ８０Ａがメモリ８３Ａを、ＤＳＰ８０Ｂがメモリ８３Ｂをそれぞれ備え、ＤＳＰ８０Ａ、８０Ｂが互いの処理に要するデータを通信により送受する構成としても良い。【００６４】
例えば、上述した第１実施形態では、レーザ光を連続発振するレーザ発振器２を例示したが、これに限らず、パルス光を出力するレーザ発振器を用いる構成としても良い。この構成においてレーザ光強度を可変する場合には、例えば、レーザ発振器がＱスイッチを用いてレーザ発振するものであれば、このＱスイッチのタイミングを可変してレーザ光強度を可変すれば良く、また、レーザ発振器がレーザ光を遮蔽するシャッターを有している場合には、当該シャッターの開閉タイミング（開又は閉時間）、レーザ発振器が強度変調用の音響光学素子（ＡＯＭ）を有している場合には当該音響光学素子の少なくともいずれか１を調整してレーザ光強度を可変しても良い。【００６５】
また、上述した第１実施形態では、レーザ加工時に、常にレーザ光をベクトル走査することとしたが、これに限らず、比較的長い直線を描画する等、軌道Ｌに切替点Ｑや屈曲部が無い場合には、レーザ光強度及び走査速度を常に一定に維持したままレーザ光走査するラスター走査を行っても良い。【００６６】
また、上述した第１実施形態では、本発明に係るスキャナ光学システム２０をレーザ加工装置に適用した場合を例示したが、これに限らず、例えば、光源からの光（レーザ光に限らない）で描画面を高速に走査して描画像を描画する描画装置や、試料に対してレーザ光を高速に走査させて検査測定を行う測定装置といった光を高速に偏向する必要のある各種装置にも応用可能である。【００６７】
＜第２実施形態＞
次いで本発明の第２実施形態について説明する。
従来から、ミラーを回転軸に回転自在に保持し、当該ミラーの反射面を任意の角度に調整可能に構成したスキャナ光学装置が知られている。そして、このようなスキャナ光学装置は、例えば、特開２００４−３５８５０７公報に示されているように、被加工物の加工面をレーザ光で走査する際の偏向手段としてレーザ加工装置に広く用いられている。【００６８】
しかしながら、被加工物等の対象物を光走査する際、多くの場合には、照射光の強度や焦点位置等も制御されるものの、従来のスキャナ光学装置は、光の偏向手段を提供するのみであるため、強度調整や焦点位置調整のための光学モジュール或いは光学素子をユーザが別途用意し、これらの光学モジュール或いは光学素子とスキャナ光学装置とを適宜に配列して１つの光学システムを構築する必要がある。
さらに、光学システムの構築の際には、光学モジュールや光学素子、スキャナ光学装置の各々の光軸を合わせたり、光のビーム径を光学素子や光学モジュールごとに調整したりする、いわゆるアライメント作業が必要となる。
光学システムのアライメント作業は、熟練が必要なものであり、経験の浅い者等には、非常に手間のかかる作業である。
そこで本実施形態では、光走査のための光学システムを簡単に構築することのできるスキャナ光学装置、及び、このスキャナ光学装置を用いて好適なレーザ加工装置について説明する。【００６９】
図５は、本実施形態に係るレーザ加工装置１００の構成を示す図である。
レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１０２と、スキャナ光学装置１０３と、レーザ発振器１０２から放射されたレーザ光をスキャナ光学装置１０３に導く光学素子たる１対のミラー１０４Ａ、１０４Ｂとを有し、これらが板状の石定盤１０５に載置・固定されている。石定盤１０５は、一般に、平面精度が非常に高く、このような石定盤１０５に各光学要素を載置、固定することで、各光学要素間の光軸のずれが防止され、さらに、各光学要素間の光軸合わせが容易となる。なお、上記ミラー１０４Ａ、１０４Ｂは、反射型光学素子たるミラーに代えて、例えばプリズムレンズ等の透過型光学素子を用いても良い。また、レーザ発振器１０２とスキャナ光学装置１０３とが直線状に配置されている場合には、レーザ発振器１０２から放射されたレーザ光をスキャナ光学装置１０３に導く光学素子は不要である。【００７０】
レーザ発振器１０２は、固体レーザ発振器、液体レーザ発振器、気体レーザ発振器、半導体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、或いは、自由電子レーザ発振器であり、図示せぬレーザ制御装置により制御され、レーザ媒質に応じた波長のレーザ光を発振する。レーザ発振器１０２は、図６に示すように、レーザ共振器を内蔵する直方体形状の発振器本体１２０と、発振器本体１２０の先端部１２０Ａに開口するレーザ出射口１２１とを有して構成されている。【００７１】
また、発振器本体１２０の底面の先端部１２０Ａ側及び後端部１２０Ｂ側には、ＸＹＺ軸ステージ１２２が設けられ、これらＸＹＺ軸ステージ１２２が石定盤１０５にねじ止め固定されており、ＸＹＺ軸ステージ１２２を調整することで、レーザ発振器１０２の光軸が微調整可能となっている。このように、本実施形態では、レーザ発振器１０２を石定盤１０５に載置されているが、石定盤１０５は熱伝導率が非常に小さいため、レーザ発振器１０２が発熱しても他の光学要素に与える熱影響を最小に抑えることが可能となる。【００７２】
図７は、スキャナ光学装置１０３を拡大して示す図である。
スキャナ光学装置１０３は、レーザ発振器１０２から出力されたレーザ光の強度を変調するＡＯＭ（音響光学変調素子）１３０と、レーザ光のフォーカスを調整するダイナミックフォーカスレンズ１３１と、レーザ光を偏向して対象物に照射するスキャナヘッド１３２とを有し、これらの光学要素が直線状に延びるレール１３３に取り付けられている。さらに、このレール１３３には、ダイナミックフォーカスレンズ１３１及びスキャナヘッド１３２の間に設けられ、ダイナミックフォーカスレンズ１３１から出力された光を整形してスキャナヘッド１３２に入力する光学素子としてのレンズ１３４と、ＡＯＭ１３０に入射するレーザ光を整形する光学素子としての２組のレンズ１３５Ａ、１３５Ｂとのそれぞれが位置決め自在に取り付けられている。【００７３】
スキャナヘッド１３２は、レーザ光を偏向するスキャナミラー１３２１Ａ、及び、スキャナミラー１３２１Ａの偏向方向に対して所定の角度となる方向にレーザ光を偏向するスキャナミラー１３２１Ｂと、これらのスキャナミラー１３２１Ａ、１３２１Ｂを駆動するモータ１３２２Ａ、１３２２Ｂと、スキャナミラー１３２１Ａ、１３２１Ｂを収容する、底面が開口した箱型の筐体１３２３を有している。【００７４】
筐体１３２３には、図示せぬレーザ光の導入口が側面に形成されている。前掲図５に示すように、レール１３３は、石定盤１０５の端部１０５Ｂから延出する延出部１３４０を有し、この延出部１３４０にスキャナヘッド１３２の筐体１３２３が配置されると共に、当該レール１３３に立設した保持片１３６により側面が保持され、いわゆる、両持支持構造によりレール１３３に保持されている。なお、レール１３３には、上記スキャナミラー１３２１Ａ、１３２１Ｂにて偏向された光を出射する出射口１３２４が設けられている。そして、本実施形態では、スキャナヘッド１３２、レンズ１３４及び出射口１３２４により、偏向モジュールが構成されている。【００７５】
ダイナミックフォーカスレンズ１３１は、レーザ光をスキャナヘッド１３２で偏向し対象物をレーザ光で走査する際に、対象物の走査面におけるレーザ光の照射スポット径を照射位置によらず略一定に維持するようにレーザ光の焦点距離を可変するものである。ダイナミックフォーカスレンズ１３１は、図示せぬモータによってレンズ系が駆動されレーザ光の焦点距離が可変される。この図示せぬモータ、及び、上記スキャナヘッド１３２のモータ１３２２Ａ、１３２２Ｂは、前掲図５に示すコントロールユニット１０６により制御されている。このコントロールユニット１０６は、走査面におけるレーザ光の照射位置に基づいて焦点距離を調整すべく、ダイナミックフォーカスレンズ１３１のモータと、スキャナヘッド１３２のモータ１３２２Ａ、１３２２Ｂとを互いに同期させながら制御する。なお、ダイナミックフォーカスレンズ１３１に代えてｆθレンズを焦点距離調整手段として用いても良い。【００７６】
ＡＯＭ１３０は、上記の通り、レーザ発振器１０２から出力された連続発振レーザ光、或いは、パルスレーザ光の強度変調を行うものであり、上記コントロールユニット１０６により制御されており、コントロールユニット１０６は、対象物の走査面におけるレーザ加工深度等の加工度合いを常に一定に維持すべく、スキャナヘッド１３２のモータ１３２２Ａ、１３２２Ｂの駆動量によって規定されるレーザ光の走査速度に応じて、レーザ光強度を可変する。すなわち、コントロールユニット１０６は、レーザ光の走査速度が速い場合には、単位面積あたりのエネルギーが低下するためレーザ光強度もしくはレーザ光密度を高め、これとは逆に、走査速度が遅い場合にはレーザ光強度もしくはレーザ光密度を低める制御を行い、レーザ光走査時の単位面積あたりのエネルギーを略一定に維持する制御を行う。
なお、上記レーザ光密度は、パルスレーザ光の単位時間当たりのパルス数により定義され、当該レーザ光密度を可変することで、単位面積当たりのレーザ光のエネルギーを可変することができる。【００７７】
これらＡＯＭ１３０及びダイナミックフォーカスレンズ１３１は、図７に示すように、台座１３７にマウントされており、この台座１３７がレール１３３に位置決め自在に取り付けられる。また、各レンズ１３４、１３５Ａ、１３５Ｂはレンズホルダ１３８に保持されており、このレンズホルダ１３８の底部にレール取付部１３９が設けられ、このレール取付部１３９がレール１３３に位置決め自在に取り付けられている。さらに、台座１３７及びレール取付部１３９には、多数のねじ孔１４４が穿設されており、ＡＯＭ１３０等の取付位置の調整後に各ねじ孔１４４にねじを螺合してレール１３３にねじ止め固定される。【００７８】
台座１３７及びレンズホルダ１３８のレール取付部１３９には、図８に示すように、あり溝構造のあり１４０が設けられており、また、レール１３３の上面には、長手方向に延びる一条のあり溝１３３０が形成されている。
したがって、台座１３７及びレール取付部１３９のあり１４０をレール１３３の一端からあり溝１３３０に通し嵌合させることで、各光学要素のレール１３３への取付が行われる。このとき、台座１３７及びレンズホルダ１３８の直線的な配列は、レール１３３のあり溝１３３０によって規制されるため、レール１３３への取付と同時に、ＡＯＭ１３０やダイナミックフォーカスレンズ１３１、各レンズ１３４、１３５Ａ、１３５Ｂの直線的な光軸の位置合わせが完了する。特に、各光学要素のレール１３３への取付構造に、あり溝構造を採用することで、レール１３３と各光学要素との間のガタツキが抑えられ、レール１３３に取り付けるだけで、各光学要素同士の光軸を精度良く合わせることができる。さらに、ねじ孔１４４にねじをねじ込むことによりレール１３３と台座１３７及びレール取付部１３９とを強く固定することができる。【００７９】
また、前掲図７に示すように、レール１３３の上面には、ＡＯＭ１３０、ダイナミックフォーカスレンズ１３１、及びレンズ１３４、１３５Ａ、１３５Ｂのそれぞれの取付位置に位置決用マーク１５０が描かれており、また、台座１３７及びレンズホルダ１３８のレール取付部１３９のそれぞれの側面には、位置合用マーク１５１が描かれており、これら位置決用マーク１５０及び位置合用マーク１５１を合わせることで、ＡＯＭ１３０、ダイナミックフォーカスレンズ１３１、及びレンズ１３４、１３５Ａ、１３５Ｂの位置決めが完了する。【００８０】
このように、位置決用マーク１５０及び位置合用マーク１５１を予め設けておくことで、スキャナ光学装置１０３を搬送する際等に、ＡＯＭ１３０、ダイナミックフォーカスレンズ１３１、及びレンズ１３４、１３５Ａ、１３５Ｂのそれぞれをレール１３３から取り外して搬送した場合であっても、これらをレール１３３に取り付ける時のアライメントが容易となる。
さらに、経年劣化やレンズや光学素子の個体差等によって、各部の取付位置を微調整する際には、位置決用マーク１５０及び位置合用マーク１５１を基準にレール１３３のあり溝１３３０に沿って各部を前後させるだけで良く、取付位置の目安が全く無い場合と比較して、位置決め作業が容易となる。【００８１】
なお、これら位置決用マーク１５０及び位置合用マーク１５１の位置は、ダイナミックフォーカスレンズ１３１やレンズ１３４、１３５Ａ、１３５Ｂ等の光学要素の光学特性、換言すれば、スキャナ光学装置３の光学設計（特に、レーザ光の走査角範囲やスポット径）に応じて当然に変更され得るものである。したがって、これら位置決用マーク１５０及び位置合用マーク１５１を、幾つかの光学設計値ごとに設ける構成としても良い。これにより、ユーザがスキャナ光学装置３を異なる光学設計値で運用する際に、各光学要素を簡単に交換し、かつ、位置決めすることが可能となる。【００８２】
また、位置決用マーク１５０及び位置合用マーク１５１がレール１３３、台座１３７及びレール取付部１３９の各々に直接描画された構成としたが、これに限らない。すなわち、これらの位置決用マーク１５０及び位置合用マーク１５１は、レール１３３に取り付けられる各光学要素間の相対的な距離が規定されるように設けられていれば十分であり、例えば、位置決用マーク１５０を別部材の板材に標し、これをレール１３３に貼設しても良く、さらに、位置合用マーク１５１についても同様に別部材としても良い。【００８３】
ここで、ＡＯＭ１３０がレーザ発振器１０２に既に内蔵されている場合や、レーザ発振器１０２でエネルギー制御が可能な場合、そもそもエネルギー制御が不要な場合、スキャナ光学装置１０３には、上記ＡＯＭ１３０が不要となり、当該ＡＯＭ１３０をレーザ光の光軸（経路）上から取り除く必要がある。このような場合であっても、本実施形態においては、レール１３３への各光学要素の取付に、あり溝構造を採用しているため、ＡＯＭ１３０及び当該ＡＯＭ１３０をマウントする台座１３７をレール１３３から簡単に取り外すことが可能となる。【００８４】
これとは逆に、ＡＯＭ１３０をレール１３３に取り付ける際には、上記のように、位置決用マーク１５０及び位置合用マーク１５１を合わせることで、ＡＯＭ１３０の取付及び位置決めを簡単に行うことが可能となる。また、ＡＯＭ１３０をレール１３３に取り付ける際には、ＡＯＭ１３０をレール１３３から取り外されている状態で、レール１３３に取り付けられている各光学要素同士の光軸を合わせ、その後に、ＡＯＭ１３０を取り付けることで、各光学要素同士の光軸を合わせる際にＡＯＭ１３０の影響を無くすことができる。【００８５】
さらに、スキャナヘッド１３２による走査角範囲が比較的狭い場合や、対象物の走査面での照射スポット径の変化が小さい場合等には、ダイナミックフォーカスレンズ１３１が（ｆθレンズも勿論）不要となる場合がある。このような場合には、ダイナミックフォーカスレンズ１３１（或いはｆθレンズ）に代えて、レンズ１３４の前段に他のレンズが配設される。このような場合でも、ＡＯＭ１３０と同様に、ダイナミックフォーカスレンズ１３１を簡単に取り外し、さらに、このダイナミックフォーカスレンズ１３１に代わるレンズを取り付けることが可能となる。【００８６】
このように、ダイナミックフォーカスレンズ１３１をレール１３３から取り外した場合、或いは、ダイナミックフォーカスレンズ１３１を異なる光学特性のものに変更した場合、スキャナヘッド１３２の上記スキャナミラー１３２１Ａ、１３２１Ｂに入射するレーザ光のビーム径が変わってしまうため、当該スキャナヘッド１３２の前段に配置されたレンズ１３４の位置を調整する必要が生じる場合がある。このような場合であっても、レンズ１３４が直線上のレール１３３に位置決め自在に取り付けられているため、あり溝１３３０に沿ってレンズ１３４を前後に移動して調整することで、光軸をずらすことなく、位置決め調整を行うことが可能となる。【００８７】
さて、レール１３３は、図７及び図８に示すように、長手方向に沿って複数のレール片１３３Ａ〜１３３Ｅに分断されている。各レール片１３３Ａ〜１３３Ｅは略同一寸法の形状に構成されており、先頭のレール片１３３Ａにのみ、上記スキャナヘッド１３２を載置するための延出部１３４０が設けられている。これらのレール片１３３Ａ〜１３３Ｅは、石定盤１０５に取り付けられることで、レールガイド部材の機能を維持しており、換言すれば、石定盤１０５が各レール片１３３Ａ〜１３３Ｅを連結するためのベース材として機能している。【００８８】
石定盤１０５への取付構造について説明すると、各レール片１３３Ａ〜１３３Ｅが側面視Ｌ字状に形成され、上記石定盤１０５の端面１０５Ａに面接触する位置合用脚１４２を有している。すなわち、石定盤１０５の一辺に沿って、各レール片１３３Ａ〜１３３Ｅの位置合用脚１４２を石定盤１０５の端面１０５Ａに宛がいながら固定することで、石定盤１０５の端面１０５Ａを使っての各レール片１３３Ａ〜１３３Ｅの各々が直線状に位置合わせされて連結される。各レール片１３３Ａ〜１３３Ｅを石定盤１０５に固定する際には、間隔δ（図７参照）をあけて各々が固定されており、あるレール片１３３Ａ〜１３３Ｅが熱膨張等を起こしても、他のレール片１３３Ａ〜１３３Ｅと分断されることで位置ズレ（特に、光学要素間の相対距離の変動）の発生が防止される。なお、上記間隔δは例えば隙間ゲージを用いて調整されている。【００８９】
以上説明したように、本実施形態によれば、レーザ加工装置１００が備えるスキャナ光学装置１０３において、レール１３３の端部にスキャナヘッド１３２を固定すると共に、ダイナミックフォーカスレンズ１３１をレール１３３に着脱自在に設けると共に、レンズ１３４をレール１３３に位置決め自在に設ける構成としている。この構成によれば、スキャナヘッド１３２及びダイナミックフォーカスレンズ１３１がレール１３３に共に取り付けられてユニット化されているため、レーザ光をスキャナヘッド１３２で偏向し対象物をレーザ光で走査する際に、レーザ光の照射スポット径を照射位置によらず常に一定とすることを可能としつつ、さらに、ダイナミックフォーカスレンズ１３１を変更或いは取り外して、スキャナ光学装置１０３の光学設計値を簡単に変更することができる。【００９０】
さらに、ダイナミックフォーカスレンズ１３１を変更或いは取り外した事により、レンズ１３４とスキャナヘッド１３２との間の距離を調整する必要が生じた場合であっても、直線上のレール１３３に位置決め自在に取り付けられているため、レンズ１３４とスキャナヘッド１３２との間の光軸を合わせたまま、当該レンズ１３４をレール１３３に沿って前後させて距離を調整することが可能となり、光学設計変更時のアライメント作業が容易となる。【００９１】
また、本実施形態によれば、ＡＯＭ１３０をレール１３３に着脱自在に取付可能な構成とした。この構成によれば、レーザ光をスキャナヘッド１３２で偏向し対象物をレーザ光で走査する際に、レーザ光の強度調整する機能が一体的に組み込まれたスキャナ光学装置１０３が提供される。さらに、ＡＯＭ１３０がレーザ発振器２に既に内蔵されている場合や、レーザ発振器１０２がレーザ光をパルス発振する場合には、レール１３３からＡＯＭ１３０を着脱し、スキャナ光学装置１０３と共に用いられるレーザ発振器１０２の仕様に簡単に合わせることができる。【００９２】
また、本実施形態によれば、レール１３３を石定盤１０５に固定する構成としたため、レール１３３に取り付けられる各光学要素間の光軸のずれが防止され、さらに、各光学要素間の光軸合わせが容易となる。【００９３】
さらにまた、本実施形態によれば、上記石定盤１０５には、スキャナ光学装置１０３と共に、レーザ発振器１０２及び１対のミラー１０４Ａ、１０４Ｂを載置・固定する構成としている。この構成によれば、石定盤１０５に載置されている各光学要素間の光軸のずれが防止され、さらに、各光学要素間の光軸合わせが容易となる。また、レーザ発振器１０２を石定盤１０５に載置したとしても、石定盤１０５は熱伝導率が非常に小さいため、レーザ発振器１０２の発熱が他の光学要素に与える熱影響を最小に抑えることができる。【００９４】
また、本実施形態によれば、レール１３３を長手方向に沿って複数のレール片１３３Ａ〜１３３Ｅに分断し、各レール片１３３Ａ〜１３３Ｅを石定盤１０５の一辺に沿って配列して互いの軸（あり溝１３３０）を合わせつつ、各レール片１３３Ａ〜１３３Ｅを互いに間隔δの隙間をあけて配列する構成とした。
この構成によれば、あるレール片１３３Ａ〜１３３Ｅが熱膨張等を起こしても、他のレール片１３３Ａ〜１３３Ｅと分断されることで位置ズレの発生が防止される。さらに、複数のレール片１３３Ａ〜１３３Ｅを、平面精度の高い石定盤１０５の一辺に沿って配列したため、互いのあり溝１３３０を簡単に、かつ、精度良く合わせることが可能となる。【００９５】
なお、第２実施形態は、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
第２実施形態では、複数のレール片１３３Ａ〜１３３Ｅの先頭のレール片１３３Ａに延出部１３４０を設け、この延出部１３４０にスキャナヘッド１３２を配置すると共に延出部１３４０に立設した保持片１３６でスキャナヘッド１３２を保持する構造とした。
これに対して、例えば、図９に示すように、レール片１３３Ａを石定盤１０５の端部１０５Ｂよりも手前に配置すると共に、レール片１３３Ａの先端部１３５０に保持片１３６Ａを設け、石定盤１０５にスキャナヘッド１３２を載置すると共に保持片１３６Ａに保持させる構造のスキャナ光学装置１０３Ａ、及び、このスキャナ光学装置１０３Ａを用いたレーザ加工装置１００Ａを構成しても良い。かかる構成によれば、スキャナヘッド１３２が石定盤１０５側に載置され、スキャナヘッド１３２の振動が他の光学素子に伝達し難くなるため、当該スキャナヘッド１３２の振動による光学素子の位置ズレ等を防止することができる。【００９６】
第２実施形態では、ダイナミックフォーカス１３１の後段に集光用のレンズ１３４を設けてスキャナ光学装置１０３を構成した。
これに対して、例えば図１０に示すように、レンズ１３４をダイナミックフォーカス１３１の前段に設けたスキャナ光学装置１０３Ｂを構成し、このスキャナ光学装置１０３Ｂを備えたレーザ加工装置１０１Ｂとしても良い。【００９７】
また第２実施形態では、ダイナミックフォーカス１３１の前段にＡＯＭ１３０及びレンズ１３５Ａ、１３５Ｂを設けてスキャナ光学装置１０３を構成した。
これに対して、例えば図１１に示すように、ダイナミックフォーカス１３１の前段にＡＯＭ１３０及びレンズ１３５Ａ、１３５Ｂを省略してスキャナ光学装置１０３Ｃを構成し、このスキャナ光学装置１０３Ｃを備えたレーザ加工装置１０１Ｃとしても良い。【００９８】
また第２実施形態では、ダイナミックフォーカス１３１の前段にＡＯＭ１３０及びレンズ１３５Ａ、１３５Ｂを設け、さらに、ダイナミックフォーカス１３１の後段に集光用のレンズ１３４を設けてスキャナ光学装置１０３を構成した。
これに対して、例えば図１２に示すように、ダイナミックフォーカス１３１の前段にＡＯＭ１３０及びレンズ１３５Ａ、１３５Ｂを省略し、また、レンズ１３４をダイナミックフォーカス１３１の前段に設けてスキャナ光学装置１０３Ｄを構成し、このスキャナ光学装置１０３Ｄを備えたレーザ加工装置１０１Ｄとしても良い。【００９９】
また第２実施形態では、レーザ発振器１０２から出力されたレーザ光を一対のミラー１０４Ａ、１０４Ｂにより偏向させてスキャナ光学装置１０３に導く構成とした。
これに対して、例えば図１３に示すように、レーザ発振器１０２とスキャナ光学装置１０３とを光軸を合わせて直線上に配置して、レーザ発振器１０２から出力されたレーザ光をそのままスキャナ光学装置１０３に入射する構成のレーザ加工装置１０１Ｅとしても良い。
なお、レーザ発振器１０２とスキャナ光学装置１０３とを光軸を合わせて直線上に配置する構成においては、例えば図１４に示すように、スキャナ光学装置１０３に代えて上記のスキャナ光学装置１０３Ｂを用いてレーザ加工装置１０１Ｆを構成しても良く、また例えば図１５に示すように、上記のスキャナ光学装置１０３Ｃを用いてレーザ加工装置１０１Ｇを構成しても良く、また例えば図１６に示すように、上記のスキャナ光学装置１０３Ｄを用いてレーザ加工装置１０１Ｈを構成しても良い。【０１００】
第２実施形態では、先頭のレール片１３３Ａを除く他のレール片１３３Ｂ〜１３３Ｅのそれぞれを略同一寸法のものとしたが、これに限らず、図１７に示すように、取り付けられる光学要素ごとにレール１３３をレール片１３３Ａ’〜１３３Ｅ’に分断し、スキャナ光学装置１０３Ｅを構成しても良い。
さらに、図１８に示すように、１本のレール１６０を用いてスキャナ光学装置１０３Ｆを構成しても良い。また、図１７及び図１８に示すように、スキャナヘッド１３２を、レール片１３３Ａ’の端部、或いは、レール１６０の端部に立設した保持片１３６にのみ保持する、片持支持構造としても良い。【０１０１】
なお、これら図１０〜図１８においては、位置決用マーク１５０及び位置合用マーク１５１の図示を省略している。【０１０２】
また上述したレール１３３に代えて、直線案内用軸軸受として一般的に利用されているリニアガイドを用いる構成としても良い。
また、第２実施形態では、レール１３３と各光学要素との取り付け構造をあり溝構造としたが、これに限らない。例えば、レール１３３の上面に互いに平行に延びる１或いは複数の凸条を設けると共に、台座１３７及びレール取付部１３９の各々の底面に、レール１３３の凸条に係合する凹条を設け、これら凸条及び凹条の係合構造により、レール１３３に各光学要素を取り付ける構成としても良い。これにより、レール１３３に溝を設けて各光学要素を取り付ける構造に比べ、各光学要素をレール１３３から個別に取り外すことができる。【０１０３】
また、第１及び第２実施形態では、レーザ発振器１，１０２から放射された光をスキャナヘッド７或いはスキャナ光学装置１０３により鉛直下方に偏向して被加工物に照射する構成を例示したが、これに限らない。すなわち、レーザ光の光軸（入射側）を中心軸としてスキャナヘッド７或いはスキャナ光学装置１０３を所定角度回転させて設け、鉛直下方を０度と定義した場合に、水平方向に例えば±９０度範囲の任意の角度を持たせてレーザ光を照射したり、水平方向１８０度として鉛直上方にレーザ光を照射する構成としても良い。このような構成とすることで、スキャナヘッド７或いはスキャナ光学装置１０３を回転させない構成に比べて、レーザ光の照射範囲を広げることができる。
なお、スキャナヘッド７或いはスキャナ光学装置１０３の上記所定角度を任意の角度に調整する回転駆動手段を別途に設ける構成としても良い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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