(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも可視光に対して透明な第１の透明部材と第２の透明部材との界面に、前記第１及び第２の透明部材を透過するレーザ光を照射する際に、前記レーザ光の焦点を前記界面に合わせることが可能なレーザ照射装置であって、
重ね合わされた前記第１及び第２の透明部材を載置可能なステージと、
前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の前記界面の法線方向から、第１のレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、
前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の前記界面の法線方向から、第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光を、前記第１及び第２の透明部材の内部で前記界面から離れた地点に焦点を合わせるように集光する第１の集光レンズと、
前記第２のレーザ光を、前記第１及び第２の透明部材の内部に焦点を合わせるように集光する第２の集光レンズと、
前記第２の集光レンズを移動させる移動手段と、
少なくとも前記第１のレーザ光が照射されている間に、前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の端面側から、前記第１及び第２の透明部材の内部に発生されている発光を計測する計測手段と、
前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記第２のレーザ光の焦点の前記界面からの変位を取得する変位取得手段と、
前記第２のレーザ光の焦点の位置を移動させて前記変位を相殺するように前記移動手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記変位取得手段は、
前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記第１及び第２の透明部材の内部における、前記第１のレーザ光の焦点における発光と、前記第１のレーザ光の焦点から前記界面を挟んで等距離に位置する反対点における発光との間の距離を取得する手段と、
前記取得される距離の、前記第２のレーザ光の焦点が前記界面に合っている基準状態における値からの差分を、前記変位として算出する手段と、
を備えることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
少なくとも可視光に対して透明な第１の透明部材と第２の透明部材との界面に、前記第１及び第２の透明部材を透過するレーザ光を照射する際に、前記レーザ光の焦点を前記界面に合わせることが可能なレーザ照射装置であって、
重ね合わされた前記第１及び第２の透明部材を載置可能なステージと、
前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の前記界面の法線方向から、第１のレーザ光及び第２のレーザ光を切り替えて出射するレーザ光源と、
前記第１及び第２のレーザ光を、前記第１及び第２の透明部材の内部に焦点を合わせるように集光する集光レンズと、
前記集光レンズを移動させる移動手段と、
少なくとも前記第１のレーザ光が照射されている間に、前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の端面側から、前記第１及び第２の透明部材の内部に発生されている発光を計測する計測手段と、
前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記第２のレーザ光の焦点の前記界面からの変位を取得する変位取得手段と、
前記移動手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記変位取得手段は、
前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記第１及び第２の透明部材の内部における、前記第１のレーザ光の焦点における発光と、前記第１のレーザ光の焦点から前記界面を挟んで等距離に位置する反対点における発光との間の距離を取得する手段と、
前記取得される距離の、前記第２のレーザ光の焦点が前記界面に合っている基準状態における値からの差分を、前記変位として算出する手段と、
を備え、
前記変位を取得する時には、前記レーザ光源が前記第１のレーザ光を出射し、前記集光レンズが前記第１のレーザ光を前記第１及び第２の透明部材の内部で前記界面から離れた地点に焦点を合わせるように集光するように作動し、
前記界面の接合を行う時には、前記レーザ光源が前記第２のレーザ光を出射し、前記集光レンズが前記第２のレーザ光を前記第１及び第２の透明部材の内部に焦点を合わせるように集光し、前記制御手段が前記第２のレーザ光の焦点の位置を移動させて前記変位を相殺するように前記移動手段を制御するように作動する
ことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
前記計測手段は、前記第１及び第２の透明部材の内部に発生されている発光の一次元又は二次元の分布を計測することを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
前記ステージが、該ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材を所定の方向に搬送するように構成され、
前記計測手段が、前記所定の方向に搬送されている前記第１及び第２の透明部材内で前記第１のレーザ光が照射されている領域に対して、所定の間隔毎に前記発光を複数回計測するように構成され、
前記変位取得手段が、前記所定の間隔毎に計測された前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記発光が計測された領域毎に対応する前記変位を算出するように構成され、
前記制御手段が、１番目の前記発光が計測された領域に対して前記第２のレーザ光の照射を行う前に、前記第２の集光レンズの位置が前記１番目の前記発光が計測された領域に対応する前記変位を相殺するように前記移動手段を制御し、ｋ−１（ｋは、２以上の整数）番目の前記発光が計測された領域に対する前記第２のレーザ光の照射が終了し、かつｋ番目の前記発光が計測された領域に対して前記第２のレーザ光の照射を行う前に、前記第２の集光レンズの位置が前記ｋ番目の前記発光が計測された領域に対応する前記変位を相殺するように前記移動手段を制御するように構成されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の各領域に対応する前記変位を記憶する記憶手段をさらに備え、
前記制御手段が、前記発光が計測された領域の各々に対して、前記第２のレーザ光の照射が行われる前に、前記記憶手段から前記発光が計測された領域の各々に対応する前記変位を読み出し、前記第２の集光レンズの位置が前記読み出された変位を相殺するように前記移動部を移動させるように構成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
少なくとも可視光に対して透明な第１の透明部材と第２の透明部材との界面に、前記第１及び第２の透明部材を透過するレーザ光を照射する際に、前記レーザ光の焦点を前記界面に合わせることが可能なレーザ照射方法であって、
重ね合された前記第１及び第２の透明部材の前記界面の法線方向から、前記第１及び第２の透明部材の内部で前記界面から離れた地点に焦点を合わせて第１のレーザ光を照射することと、
前記第１及び第２の透明部材の前記界面の法線方向から、前記第１及び第２の透明部材の内部に焦点を合わせて第２のレーザ光を照射することと、
少なくとも前記第１のレーザ光が照射されている間に、前記第１及び第２の透明部材の端面側から、前記第１及び第２の透明部材の内部に発生されている発光を計測することと、
前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記第２のレーザ光の焦点の前記界面からの変位を取得することと、
前記変位を相殺するように前記第２のレーザ光の焦点の位置を移動させることと、
を備え、
前記変位を取得することは、
前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記第１及び第２の透明部材の内部における、前記第１のレーザ光の焦点における発光と、前記第１のレーザ光の焦点から前記界面を挟んで等距離に位置する反対点における発光との間の距離を取得することと、
前記取得される距離の、前記第２のレーザ光の焦点が前記界面に合っている基準状態における値からの差分を、前記変位として算出することと、
を備えることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項７】
前記計測することでは、前記第１及び第２の透明部材の内部に発生されている発光の一次元又は二次元の分布を計測する
ことを特徴とする、請求項６に記載のレーザ照射方法。
【請求項８】
前記計測することが、所定の方向に搬送されている前記第１及び第２の透明部材内で前記第１のレーザ光が照射されている領域に対して、所定の間隔毎に前記発光を複数回計測するように適合され、
前記変位を取得することが、前記所定の間隔毎に計測された前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記発光が計測された領域毎に対応する前記変位を算出するように適合され、
前記移動させることが、１番目の前記発光が計測された領域に対して前記第２のレーザ光の照射を行う前に、前記１番目の前記発光が計測された領域に対応する前記変位を相殺するように前記第２のレーザ光の焦点の位置を移動させ、ｋ−１（ｋは、２以上の整数）番目の前記発光が計測された領域に対する前記第２のレーザ光の照射が終了し、かつｋ番目の前記発光が計測された領域に対して前記第２のレーザ光の照射を行う前に、前記ｋ番目の前記発光が計測された領域に対応する前記変位を相殺するように前記第２のレーザ光の焦点の位置を移動させるように適合されている
ことを特徴とする、請求項６に記載のレーザ照射方法。
【請求項９】
前記第１及び第２の透明部材の各領域に対応する前記変位を記憶することをさらに備え、
前記移動させることが、前記発光が計測された領域の各々に対して、前記第２のレーザ光の照射が行われる前に、前記発光が計測された領域の各々に対応する前記記憶された変位を読み出し、前記読み出された変位を相殺するように前記第２のレーザ光の焦点の位置を移動させるように適合されている
ことを特徴とする、請求項６に記載のレーザ照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重ね合わされた透明な部材の界面にレーザ光を照射して行うレーザ接合において、レーザ光焦点を界面に合わせる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス等の透明部材同士の界面にレーザ光を照射して接合する手法が知られている。しかしながら、重ね合わせられた透明部材同士の界面を検出することは難しいため、その界面上にレーザ光の焦点を合わせることは困難である。そのため、レーザ光の焦点が界面からずれてしまい、接合が部分的に行われない、又は接合強度が低下してしまうという問題が発生することがあった。
【０００３】
特許文献１に記載されている技術においては、重ね合わされた２枚の透明部材の界面にレーザ光の吸収剤を塗布してからレーザ光を照射し、溶接を行う。これにより、レーザ光の焦点が界面から多少ずれたとしても、レーザ光のエネルギーを界面上の吸収剤が吸収するため、透明部材同士の接合が行われる。
【０００４】
特許文献２に記載されている技術は、被加工物の表面にレーザ光の焦点を合わせて溶接を行うための装置を提供する。そのために、溶接対象箇所に低出力のレーザ光を照射し、発生するプラズマの輝度を光センサにより計測する。レーザ光の焦点が表面に合っている時にプラズマ輝度が最大になるため、プラズマ輝度が最大になるようにレーザ光の焦点位置を調整することによって、高精度のレーザ溶接を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７０２９０号公報
【特許文献２】特開昭５９−２１８２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術では、レーザ光の焦点が透明部材同士の界面からずれたとしても接合が可能であるが、レーザ光の焦点を該界面に合わせるように補正することはできない。また、界面にレーザ光の吸収剤を塗布するためのコストと手間が必要であり、また吸収剤が接合後にも残留するという問題がある。
【０００７】
特許文献２に開示された技術は、レーザ光を被加工物の表面に照射して溶接するものであるため、被加工物と空気との界面にレーザ光の焦点を合わせることを前提としている。その前提に基づけば、レーザ光の焦点が被加工物の表面に合っていない場合は、被加工物表面でのレーザスポット径が大きくなり、プラズマ輝度が変化する。しかしながら、この手法は、用いるレーザ光に対して透明な透明部材同士の界面を接合する際には適用できない。透明部材同士を密着させて重ね合わせると、用いるレーザに対して略一体となった透明体となる。その状態では、たとえレーザ光の焦点が透明部材同士の界面に合っていないとしても、焦点が透明部材中に位置することには変わりなく、プラズマ輝度の変化はほとんど起こらない。
【０００８】
本発明の目的は、透明部材同士の界面にレーザ光を照射して接合を行う際に、レーザ光焦点を界面に合わせることが可能な方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記の目的を達成するために鋭意研究を行った結果、重ね合わせた２つの少なくとも可視光に対して透明な透明部材の一方の内部に、該透明部材を透過するレーザ光を該透明部材の内部に焦点を合わせて照射し、プラズマを発生させた状態で、該２つの透明部材の端面側から目視又はカメラ撮影することにより、他方の透明部材の内部にも発光を観測できることを見出した。本明細書においては、焦点とは別に該発光が観測される場所を、反対点と呼ぶこととする。また、該プラズマ光と該発光とは、２つの透明部材の界面を挟んでほぼ等距離にあることも見出した。本発明は、この現象を利用することによって、レーザ光の焦点を界面に合わせることができる。
【００１０】
本発明の第１の態様は、少なくとも可視光に対して透明な第１の透明部材と第２の透明部材との界面に、前記第１及び第２の透明部材を透過するレーザ光を照射する際に、前記レーザ光の焦点を前記界面に合わせることが可能なレーザ照射装置であって、重ね合わされた前記第１及び第２の透明部材を載置可能なステージと、前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の前記界面の法線方向から、第１のレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の前記界面の法線方向から、第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、前記第１のレーザ光を、前記第１及び第２の透明部材の内部で前記界面から離れた地点に焦点を合わせるように集光する第１の集光レンズと、前記第２のレーザ光を、前記第１及び第２の透明部材の内部に焦点を合わせるように集光する第２の集光レンズと、前記第２の集光レンズを移動させる移動手段と、少なくとも前記第１のレーザ光が照射されている間に、前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の端面側から、前記第１及び第２の透明部材の内部に発生されている発光を計測する計測手段と、前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記第２のレーザ光の焦点の前記界面からの変位を取得する変位取得手段と、前記第２のレーザ光の焦点の位置を移動させて前記変位を相殺するように前記移動手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の態様は、少なくとも可視光に対して透明な第１の透明部材と第２の透明部材との界面に、前記第１及び第２の透明部材を透過するレーザ光を照射する際に、前記レーザ光の焦点を前記界面に合わせることが可能なレーザ照射装置であって、重ね合わされた前記第１及び第２の透明部材を載置可能なステージと、前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の前記界面の法線方向から、第１のレーザ光及び第２のレーザ光を切り替えて出射するレーザ光源と、前記第１及び第２のレーザ光を、前記第１及び第２の透明部材の内部に焦点を合わせるように集光する集光レンズと、前記集光レンズを移動させる移動手段と、少なくとも前記第１のレーザ光が照射されている間に、前記ステージ上に載置されている前記第１及び第２の透明部材の端面側から、前記第１及び第２の透明部材の内部に発生されている発光を計測する計測手段と、前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記第２のレーザ光の焦点の前記界面からの変位を取得する変位取得手段と、前記移動手段を制御する制御手段と、を備え、前記変位を取得する時には、前記レーザ光源が前記第１のレーザ光を出射し、前記集光レンズが前記第１のレーザ光を前記第１及び第２の透明部材の内部で前記界面から離れた地点に焦点を合わせるように集光するように作動し、前記界面の接合を行う時には、前記レーザ光源が前記第２のレーザ光を出射し、前記集光レンズが前記第２のレーザ光を前記第１及び第２の透明部材の内部に焦点を合わせるように集光し、前記制御手段が前記第２のレーザ光の焦点の位置を移動させて前記変位を相殺するように前記移動手段を制御するように作動することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の態様は、少なくとも可視光に対して透明な第１の透明部材と第２の透明部材との界面に、前記第１及び第２の透明部材を透過するレーザ光を照射する際に、前記レーザ光の焦点を前記界面に合わせることが可能なレーザ照射方法であって、重ね合された前記第１及び第２の透明部材の前記界面の法線方向から、前記第１及び第２の透明部材の内部で前記界面から離れた地点に焦点を合わせて第１のレーザ光を照射することと、前記第１及び第２の透明部材の前記界面の法線方向から、前記第１及び第２の透明部材の内部に焦点を合わせて第２のレーザ光を照射することと、少なくとも前記第１のレーザ光が照射されている間に、前記第１及び第２の透明部材の端面側から、前記第１及び第２の透明部材の内部に発生されている発光を計測することと、前記発光及び前記発光から取得される情報の少なくとも一方から、前記第２のレーザ光の焦点の前記界面からの変位を取得することと、前記変位を相殺するように前記第２のレーザ光の焦点の位置を移動させることと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、透明部材同士の接合時に、レーザ光の焦点を界面に正確に合わせることができ、高精度のレーザ接合を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る、レーザ照射装置の概略図である。
【図２】（ａ）焦点が基準状態からずれていない場合の発光位置を表す模式図である。（ｂ）焦点が基準状態からずれている場合の発光位置を表す模式図である。（ｃ）焦点が基準状態からずれている場合の発光位置を表す模式図である。
【図３】（ａ）発光強度の分布を示す図である。（ｂ）発光強度の分布を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る、レンズを移動させる移動部を制御するためのブロック図である。
【図５】接合動作の各ステップにおけるレーザ光照射位置を示す図である。
【図６】（ａ）焦点が界面に合っている場合の発光位置を表す模式図である。（ｂ）焦点が界面に合っていない場合の発光位置を表す模式図である。
【図７】（ａ）焦点ずれが発生していない状態で透明部材を撮影した像を示す図である。（ｂ）焦点ずれが発生している状態で透明部材を撮影した像を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る、レーザ照射装置の概略図である。
【図９】発光位置と界面位置の関係を示す模式図である。
【図１０】発光強度の分布を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る、レンズを移動させる移動部を制御するためのブロック図である。
【図１２】接合動作の各ステップにおけるレーザ光照射位置を示す図である。
【図１３】（ａ）焦点ずれが発生していない状態で透明部材を撮影した像を示す図である。（ｂ）焦点ずれが発生している状態で透明部材を撮影した像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るレーザ照射装置１００の概略構成図である。レーザ照射装置１００は、重ね合わされた透明部材１０１ａ、１０１ｂにレーザ光を照射するための接合用レーザ１０２と、該接合用レーザ１０２から出射されるレーザ光の光軸方向と平行にレーザ光を出射するモニタ用レーザ１１４と、透明部材１０１ａ、１０１ｂを端面側から撮影するための計測部１０３と、透明部材１０１ａ、１０１ｂを載置するための可動ステージ１０４と、可動ステージ１０４を矢印Ａ（透明部材１０１ａ、１０１ｂの搬送方向）に沿って移動させるためのモータ及び該モータに設けられたロータリエンコーダ１０８ｂを有するステージ駆動部１０８ａと、接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを矢印Ｂ（接合用レーザ１０２から出射されるレーザ光の光軸方向）に沿って移動させるための移動部１１５と、を備える。接合用レーザ１０２、モニタ用レーザ１１４、移動部１１５、計測部１０３、及びステージ駆動部１０８ａは、各部位を協調的に制御するための制御部１０５に接続される。制御部１０５には、ユーザに情報を出力するための表示部１０６及びユーザからの入力を受けるための入力操作部１０７が設けられる。
【００１７】
本発明において、透明部材１０１ａ、１０１ｂには、可視光の少なくとも一部に対して透明であり、かつ用いるレーザ光を透過可能なものを用いる。また、本発明の基となる現象は異素材間の接合でも同様に発生するため、透明部材１０１ａ、１０１ｂは、同一の素材でなくてもよい。透明部材１０１ａ、１０１ｂには、例えば、ソーダガラス（青板ガラス又は白板ガラス）、ホウケイ酸ガラスが利用できる。
【００１８】
透明部材１０１ａ、１０１ｂは各部位において多少なりとも厚さや表面形状に差があるため、レーザ光を照射する位置によって、レーザ光の光軸方向に対する界面の位置が相対的に変わることがある。例えば、レーザ光を照射する位置において、下側の透明部材１０１ｂが厚くなれば、界面は図中の上方向、つまり接合用レーザ１０２に近付く方向にシフトし、下側の透明部材１０１ｂが薄くなれば、界面は図中の下方向、つまり接合用レーザ１０２から遠ざかる方向にシフトする。そのため、透明部材１０１ａ、１０１ｂを移動させながらレーザ接合を行っていると、レーザ光の焦点が、界面に合わないことがある。その結果、部分的に接合が行われなかったり、接合強度が低下したりして、接合品質の低下が起こる。本発明によれば、レーザ光の光軸方向に沿って透明部材同士の界面の位置が一定ではない場合にも、該界面に該レーザ光の焦点を合わせるように補正しながら接合を行うことができるため、接合品質を改善することができる。
【００１９】
接合用レーザ１０２は、接合用レーザ光源１０２ｂとレンズ１０２ａとを備える。透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面の法線方向から接合用レーザ光源１０２ｂにより出射されるレーザ光は、レンズ１０２ａによって、透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面に焦点が合うように集光され、それによって透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面を接合させる。接合用レーザ１０２からのレーザ光は、透明部材１０１ａ、１０１ｂを融解して接合できる出力になるよう構成されている。その際に、レーザ光の焦点の近傍には、プラズマが発生する。なお、図１では接合用レーザ光源１０２ｂとレンズ１０２ａとが離れて構成されているが、接合用レーザ光源１０２ｂとレンズ１０２ａとが一体で設けられていてもよい。
【００２０】
モニタ用レーザ１１４は、モニタ用レーザ光源１１４ｂとレンズ１１４ａとを備える。透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面の法線方向からモニタ用レーザ光源１１４ｂにより出射されるレーザ光は、レンズ１１４ａによって、透明部材１０１ａ及び１０１ｂのいずれか一方の内部であって、透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面から所定の距離離れた地点に焦点が合うように集光され、それによって透明部材１０１ａ又は１０１ｂの内部にプラズマを発生させる。モニタ用レーザ１１４からのレーザ光は、透明部材１０１ａ、１０１ｂを融解せずにプラズマを発生させる程度の低出力であることが好ましい。そうすることで、接合したい界面以外の場所の融解又は劣化を低減させることができる。なお、図１ではモニタ用レーザ光源１１４ｂとレンズ１１４ａとが一体的に構成されているが、モニタ用光源レーザ１１４ｂとレンズ１１４ａとが離れて設けられていてもよい。
【００２１】
モニタ用レーザ１１４のレンズ１１４ａは、可動ステージ１０４に対して、レンズ１１４ａから出射されるレーザ光の光軸方向において相対的に固定されている。例えば、図１において可動ステージ１０４が載置面の法線方向（ｚ軸方向とする）、すなわちモニタ用レーザ１１４の光軸方向に移動可能ならば、レンズ１１４ａもｚ軸方向に追随するように移動するように構成される必要がある。なぜなら、ある基準状態でのモニタ用レーザ１１４の焦点の位置を基準として、透明部材の厚さ変動等によりｚ軸方向の界面位置のずれが生じた場合の、モニタ用レーザ１１４の焦点のずれ量をモニタリングし、該ずれ量を用いて結合用レーザ１０２の焦点の位置を補正するため、可動ステージ１０４の載置面をｚ軸方向の原点とした場合の、レンズ１１４ａの座標は一定である必要があるのである。
【００２２】
移動部１１５は、例えばピアゾアクチュエータ等であり、制御部１０５によって制御される。そして、移動部１１５は、レンズ１０２ａを、矢印Ｂに沿って、接合用レーザ１０２から出射されるレーザ光の光軸方向に移動させることができる。その結果、移動部１１５は、レンズ１０２ａを所望の位置に移動することができる。
【００２３】
ステージ駆動部１０８ａは、計測及び接合と並行して透明部材１０１ａ、１０１ｂを矢印Ａの方向に移動させる。この際に、ステージ駆動部１０８ａの有するモータの回転数をロータリエンコーダ１０８ｂにより取得することで、計測及び接合を行っている位置を正確に計測することができる。別の方法としては、接合用レーザ１０２、移動部１１５、モニタ用レーザ１１４、及び計測部１０３を、矢印Ａの逆方向に動かしても同様の作用が得られる。
【００２４】
計測部１０３は、少なくともモニタ用レーザ１１４からのレーザ光が透明部材１０１ａ、１０１ｂに照射されている間に、透明部材１０１ａ、１０１ｂの端面側から像を撮影する。計測部１０３は、少なくともモニタ用レーザ１１４からのレーザ光の焦点の周辺を含む領域を撮影できるように構成される。レーザ光により透明部材１０１ａ、１０１ｂの内部で発生されたプラズマからの発光が、透明部材１０１ａ、１０１ｂの内部を通過し、計測部１０３により像として記録される。計測部１０３には、例えばＣＣＤカメラ、一次元イメージセンサなど、一次元又は二次元で発光の分布を取得できるものであればいずれも利用することができる。
【００２５】
図１に示すように、透明部材１０１ａ、１０１ｂは、計測位置Ｃを経て接合位置Ｄへと矢印Ａで示す方向に、接合予定線に沿って搬送される。そして、計測部１０３は、接合用レーザ１０２に対して透明部材１０１ａ、１０１ｂの搬送方向上流で、少なくともモニタ用レーザ１１４からのレーザ光の焦点の周辺を含む領域を、透明部材１０１ａ、１０１ｂの端面側から撮影できるように配置されている。
【００２６】
制御部１０５は、所望のタイミングでレーザ光を出射させるように接合用レーザ１０２及びモニタ用レーザ１１４を制御することができる。また、制御部１０５は、透明部材１０１ａ、１０１の端面側からの像を撮影するように計測部１０３を制御し、該像から所望の情報を取得することができる。さらに、制御部１０５は、移動部１１５の動作を制御して接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを所望の位置に移動させることができる。さらに、制御部１０５は、ステージ駆動部１０８ａの動作を制御することができ、ロータリエンコーダ１０８ｂから、駆動部１０８ａが有するモータの回転情報を受信するように構成されている。
【００２７】
制御部１０５は、記憶部１２０やＣＰＵ（不図示）等を有している。該ＣＰＵは、記憶部１２０に記憶されたプログラム等に基づいて、レーザ照射装置１００を統括的に制御する。記憶部１２０は、ＣＰＵが動作するためのシステムワークメモリであるＲＡＭ、及び上記プログラムやシステムソフトウェア等を格納するＲＯＭ、ハードディスクドライブ等を有する。本実施形態では、ＣＰＵが、ＲＯＭやハードディスクドライブに記憶された本実施形態に係る処理などの制御プログラムに従って、種々の演算、制御、判別などの処理動作を実行することができる。
【００２８】
表示部１０６は、計測部１０３により撮影される像や、該像から取得される情報を表示するためのディスプレイを含む。さらに、表示部１０６は、ずれの発生をユーザに音や光を用いて通知するための音声スピーカーや、インジケータランプ等の通知機能を備えてもよい。入力操作部１０７は、ユーザが制御部に指示を行うためのキーボードやスイッチ等のインターフェースを含む。
【００２９】
本実施形態では、レーザ接合される前段階において、接合予定領域に対して計測位置Ｃにおいてモニタ用レーザ１１４の焦点のずれが計測され、該ずれの変位が算出される。その後、接合位置Ｄにおいて接合用レーザ１０２がずれ計測箇所を接合するときに、該変位を相殺するように移動部１１５を制御してレンズ１０２ａを移動させておく。この状態で接合用レーザ１０２からレーザ光を照射することによって、該レーザ光の焦点を界面に正確に合わせることができる。
【００３０】
図２（ａ）は、モニタ用レーザ１１４からのレーザ光１１７を透明部材１０１ａの内部に照射する際に、ずれの基準とする状態（基準状態と呼ぶ）において、計測部１０３により撮影される像の中で観測される発光の位置を模式的に示す図である。基準状態においては、接合用レーザ１０２の焦点が透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面に合うように調整されている。図２（ｂ）は、モニタ用レーザ１１４からのレーザ光１１７を透明部材１０１ａの内部に照射する際に、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａが基準状態に比べて図中の上方向、つまりモニタ用レーザ１１４に近付く方向にずれている場合に、計測部１０３により撮影される像の中で観測される発光の位置を模式的に示す図である。図２（ｃ）は、モニタ用レーザ１１４からのレーザ光１１７を透明部材１０１ａの内部に照射する際に、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａが基準状態に比べて図中の下方向、つまりモニタ用レーザ１１４から遠ざかる方向にずれている場合に、計測部１０３により撮影される像の中で観測される発光の位置を模式的に示す図である。
【００３１】
図２（ａ）に示す基準状態においては、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａにおいて発生されるプラズマによる発光に加えて、焦点１１８ａから界面１１１をはさんで反対側の地点１１８ｂ（反対点１１８ｂと呼ぶ）においても発光が観測される。焦点１１８ａと反対点１１８ｂとは、界面１１１に対して等しい距離Ｍに位置している。このとき、焦点１１８ａと反対点１１８ｂとの間の距離は２Ｍである。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａが基準状態に比べて図中の上方向に距離Ｎの分ずれる、すなわち界面１１１が焦点１１８ａに対して相対的に下方向に距離Ｎの分ずれると、反対点１１８ｂは基準状態に比べて図中の下方向に距離Ｎの分ずれる。このとき、焦点１１８ａと反対点１１８ｂとの間の距離は２Ｍ＋２Ｎに変化する。
【００３３】
図２（ｃ）に示すように、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａが基準状態に比べて図中の下方向に距離Ｎの分ずれる、すなわち界面１１１が焦点１１８ａに対して相対的に上方向に距離Ｎの分ずれると、反対点１１８ｂは基準状態に比べて図中の上方向に距離Ｎの分ずれる。このとき、焦点１１８ａと反対点１１８ｂとの間の距離は２Ｍ−２Ｎに変化する。
【００３４】
したがって、焦点１１８ａと反対点１１８ｂとの間の距離を測定することによって、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａの、基準状態に対するずれの大きさと向き（図中の上方向又は下方向）を検知することができる。基準状態での焦点１１８ａと反対点１１８ｂとの間の距離をＸ０とし、測定時の該距離をＸとすると、変位ΔＸは次の式（１）で求められる。
【００３５】
ΔＸ＝（Ｘ−Ｘ０）／２      （１）
【００３６】
変位ΔＸが０のとき、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａに基準状態からのずれは発生していないため、接合用レーザ１０２の焦点は界面からずれていないと判定できる。変位ΔＸが０より大きいとき、焦点１１８ａは基準状態から図中の上方向に変位ΔＸの絶対値の分だけずれが発生しているため、その領域における界面は下方向にΔＸの絶対値の分だけずれていると判定できる。変位ΔＸが０より小さいとき、焦点１１８ａは基準状態から図中の下方向に変位ΔＸの絶対値の分だけずれが発生しているため、その領域における界面は上方向にΔＸの絶対値の分だけずれていると判定できる。
【００３７】
このように算出した基準状態からの変位ΔＸを相殺するように、移動部１１５が接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを移動させることによって、接合用レーザ１０２の焦点を界面に合わせることができる。
【００３８】
焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂにおいて観察される発光はそれぞれある程度の面積を持つように観察される。そのため、焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂの間の距離を求めるためには、何らかの手法を用いて焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂにおける発光の像から焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂを定める必要がある。この判定を行うためには、必要とする精度に応じていかなる手法を用いてもよい。
【００３９】
例えば、計測部１０３により撮影される像から焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂを含む領域の発光強度分布を取得し、その形状を利用して焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂの位置を定めてもよい。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、計測部１０３により撮影される像から取得できる焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂを含む領域の発光強度分布を模式的に表すグラフである。図３（ａ）及び図３（ｂ）の実線は、図２（ａ）の状態（基準状態）で撮影される像から取得できる発光強度分布を模式的に表すグラフである。図３（ａ）の破線は、図２（ｂ）の状態（基準状態より焦点が上方向にずれている状態）で撮影される像から取得できる発光強度分布を模式的に表すグラフである。図３（ｂ）の破線は、図２（ｃ）の状態（基準状態より焦点が下方向にずれている状態）で撮影される像から取得できる発光強度分布を模式的に表すグラフである。図３（ａ）及び図３（ｂ）の横軸は透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面からの、透明部材１０１ａ、１０１ｂの厚さ方向における距離を表し、縦軸は発光強度を表す。
【００４０】
このような発光強度分布においては、焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂにおいて発光強度はピークとなるものとみなせる。したがって、図３（ａ）の実線のピーク１１９ａ、１１９ｂの位置を、それぞれ基準状態の焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂの位置とし、図３（ａ）の破線のピーク１１９ｃ、１１９ｄの位置を、それぞれモニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａが基準状態より上方向にずれている状態の焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂの位置とすることができる。よって、ピーク１１９ａ、１１９ｂ間の距離が式（１）におけるＸ０となり、ピーク１１９ｃ、１１９ｄ間の距離が式（１）におけるＸとなるため、変位ΔＸが計算できる。同様に、図３（ｂ）の実線のピーク１１９ａ、１１９ｂの位置を、基準状態の焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂの位置とみなし、図３（ｂ）の破線のピーク１１９ｅ、１１９ｆの位置を、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａが基準状態より下方向にずれている状態の焦点１１８ａ及び反対点１１８ｂの位置とみなすことができる。よって、ピーク１１９ａ、１１９ｂ間の距離が式（１）におけるＸ０となり、ピーク１１９ｅ、１１９ｆ間の距離が式（１）におけるＸとなるため、変位ΔＸが計算できる。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る移動部１１５の移動を制御するための構成を示すブロック図である。
発光間距離取得部１０５ａは、透明部材１０１ａ、１０１ｂを端面側から撮影するように計測部１０３を制御し、該計測部１０３から受信した像から、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａにおける発光と、反対点１１８ｂにおける発光との間の距離（式（１）におけるＸ）を算出する。距離Ｘを算出するためには、上述の発光強度分布を用いることができる。取得された距離Ｘは、記憶部１２０に格納される。発光間距離取得部１０５ａからの計測指令により計測部１０３は、計測位置Ｃにおいて、距離Ｘを取得するための計測を行うが、該計測時において計測位置Ｃに位置する透明部材１０１ａ、１０１ｂの領域を、「計測点」と呼ぶことにする。すなわち、該計測点における距離Ｘが計測されることになる。なお、本実施形態では、発光間距離取得部１０５ａは、接合予定線に沿って所定の間隔ｄ毎に距離Ｘを取得するように構成されている。よって、計測開始時に計測位置Ｃに位置する透明部材１０１ａ、１０１ｂの領域が１番目の計測点となり、該計測開始時に計測位置Ｃに位置する領域から、接合予定線と一致する搬送方向（矢印方向Ａ）に沿って所定の間隔ｄだけずれた位置が２番目の計測点となる。よって、ｋ番目（ｋは２以上の整数）の計測点は、ｋ−１番目の計測点から上記所定の間隔ｄだけ離間している。発光間距離取得部１０５ａは、計測点の順序に関連付けて距離Ｘを記憶部１２０に格納する。よって、記憶部１２０には、１番目〜ｋ番目の計測点の各々について、対応する距離Ｘが関連付けて格納されている。
【００４２】
基準値取得部１０５ｄは、焦点ずれの基準とする基準値を取得する。本実施形態においては、１つ前の計測時（ｋ−１番目の計測点、ｋは２以上の整数）を基準状態とする。したがって、基準値取得部１０５ｄは、２番目〜ｋ番目の計測点の各々について、１つ前の計測時の距離Ｘを記憶部１２０から抽出して基準距離（式（１）におけるＸ０）として利用する。１番目の計測点においては、焦点が界面に合うように予め調整を行い、それ自身の距離を基準状態として利用する。
別の方法としては、１番目の計測点を基準状態として、１番目の計測点における距離Ｘを基準距離Ｘ０としてもよい。
【００４３】
変位算出部１０５ｂは、発光間距離取得部１０５ａにて取得された距離Ｘと基準値取得部１０５ｄにて取得された基準距離Ｘ０とにより、式（１）を用いて変位ΔＸを算出する。変位算出部１０５ｂは、１番目〜ｋ番目の計測点の各々について、対応する変位ΔＸを関連付けて記憶部１２０に格納する。
【００４４】
位置検出部１０５ｅは、透明部材１０１ａ、１０１ｂの計測点が接合位置Ｄに位置することを検出し、計測点が接合位置Ｄに位置することを移動部駆動制御部１０５ｃに通知する。具体的には、位置検出部１０５ｅは、ロータリエンコーダ１０８ｂから受信したステージ駆動部１０８ａが有するモータの回転情報に基づいて、各計測点が接合位置Ｄに位置することを検知する。本実施形態では、接合用レーザ１０２とモニタ用レーザ１１４との位置関係は、透明部材１０１ａ、１０１ｂの搬送方向（矢印Ａ）については不変であるので、計測位置Ｃと接合位置Ｄとの間の距離は一定である。よって、ステージ駆動部１０８ａが有するモータの回転により透明部材１０１ａ、１０１ｂが搬送される場合において、計測位置Ｃを通過したある領域が接合位置Ｄに位置することを上記回転情報から検知することができるのである。本実施形態では、位置検出部１０５ｅは、１番目の計測点が接合位置Ｄに位置することを上記回転情報に基づいて検出し、該検出結果を移動部駆動制御部１０５ｃに通知する。２番目の計測点については、位置検出部１０５ｅは、上記回転情報に基づいて、１番目の計測点の検出（計測点が接合位置Ｄに位置することの検出）から上記所定の間隔ｄだけ透明部材１０１ａ、１０１ｂが移動した後に、移動部駆動制御部１０５ｃに２番目の計測点の検出を通知する。すなわち、位置検出部１０５ｅは、移動部駆動制御部１０５ｃへの、ｋ番目の計測点の検出通知（計測点が接合位置Ｄに位置することを検出したことの通知）については、上記回転情報に基づいて、ｋ−１番目の検出から所定の間隔ｄだけ透明部材１０１ａ、１０１ｂが移動する毎に行うように構成されている。従って、移動部駆動制御部１０５ｃは、各計測点が接合位置Ｄに位置することを知ることができる。
【００４５】
移動部駆動制御部１０５ｃは、透明部材１０１ａ、１０１ｂの、計測部１０３にて距離Ｘを計測した領域（計測点）について、接合用レーザ１０２の光軸方向に沿って接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを移動させることによって、変位算出部１０５ｂにて算出された変位ΔＸを相殺するように、移動部１１５を作動させる。具体的には、移動部駆動制御部１０５ｃは、上記回転情報に基づいて１番目の計測点が接合位置Ｄに位置する前に、該１番目の計測点に対応する変位ΔＸを記憶部１２０から読み出す。変位ΔＸが０より大きい場合には、接合用レーザ１０２の焦点の位置が界面より上方向に変位ΔＸの絶対値分ずれているため、移動部駆動制御部１０５ｃは移動部１１５を作動させて、レンズ１０２ａを下方向に変位ΔＸの絶対値分移動させることによって、変位ΔＸを相殺する。変位ΔＸが０より小さい場合には、接合用レーザ１０２の焦点の位置が界面より下方向に変位ΔＸの絶対値分ずれているため、移動部駆動制御部１０５ｃは移動部１１５を作動させて、レンズ１０２ａを上方向に変位ΔＸの絶対値分移動させることによって、変位ΔＸを相殺する。変位ΔＸが０に等しい場合には、接合用レーザ１０２の焦点の位置が界面に合っているため、何もしない。また、移動部駆動制御部１０５ｃには、位置検出部１０５ｅから計測点の序数通り（計測部１０３による計測の順番通り）に上記検出通知が送信されるので、移動部駆動制御部１０５ｃは、ｋ−１（ｋは２以上の整数）番目の検出通知を受信してからｋ番目の計測点に対応する変位ΔＸを記憶部１２０から読み出し、ｋ番目の検出通知を受信する前に、レンズ１０２ａを光軸方向に沿って移動させることによって、変位算出部１０５ｂにて算出された変位ΔＸを相殺するように、移動部１１５を作動させる。例えば、位置検出部１０５ｅより１番目の検出通知を受信すると、移動部駆動制御部１０５ｃは２番目の計測点に対応する変位ΔＸを記憶部１２０から読み出し、２番目の検出通知を受信する前に、該読み出された変位ΔＸを相殺する。また、２番目の検出通知を受信すると、３番目の計測点に対応する変位ΔＸを記憶部１２０から読み出し、３番目の検出通知を受信する前に、該読み出された変位ΔＸを相殺する。このように制御することにより、ある計測点にとっては、該計測点が接合位置Ｄに位置する時には、上記ある計測点に応じた変位ΔＸを相殺しておく、つまり接合用レーザ１０２の焦点の位置を界面に合わせておくことができる。
【００４６】
なお、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）においては、上側の透明部材１０１ａの内部に焦点１１８ａを合わせているが、下側の透明部材１０１ｂの内部に焦点１１８ａを合わせてもよい。その場合には、反対点１１８ｂが上側の透明部材１０１ａの内部に形成される点が異なるのみであり、式（１）の符号を逆にすれば、上述の界面に焦点を合わせる方法は同様に適用できることは理解されたい。
【００４７】
以下に本実施形態に係る接合動作の一例を説明する。
図５は、本実施形態に係る接合動作の各ステップにおけるレーザ光の照射位置を模式的に示す図である。最初に、ユーザは、透明部材１０１ａ、１０１ｂを重ね合わせて可動ステージ１０４上に載置する。このとき、接合の開始地点Ｅが接合用レーザ１０２の光軸方向にある接合位置Ｄに位置するようにする（図５のａ）。この状態で、接合用レーザ１０２の焦点が界面に合うように開始地点Ｅにおける焦点合わせ（初期調整と呼ぶ）を行う。
【００４８】
例えば、初期調整を、接合用レーザ１０２の焦点及び反対点を観察することにより行うことができる。その場合には、計測部１０３は、モニタ用レーザ１１４の焦点の周辺を含む領域に加えて、接合用レーザ１０２の焦点の周辺を含む領域を撮影できるように構成される。ユーザが初期調整の指示を入力操作部１０７から行うと、制御部１０５は、計測部１０３を制御して透明部材１０１ａ、１０１ｂの接合用レーザ１０２の焦点の周辺を含む領域を撮影させ、撮影された像を表示部１０６に表示させる。その際に、計測部１０３により撮影される像の中で観測される発光の位置の模式図を、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。図６（ａ）に示すように、接合用レーザ１０２の焦点１１２ａが界面１１１に合っている場合には、焦点１１２ａにおいて発生されるプラズマによってのみ発光が観測される。それに対して、図６（ｂ）に示すように、接合用レーザ１０２の焦点１１２ａが、界面１１１から接合用レーザ１０２の光軸方向にずれている場合には、焦点１１２ａにおいて発生されるプラズマによる発光に加えて、焦点１１２ａから界面１１１をはさんで反対側の地点１１２ｂ（反対点１１２ｂと呼ぶ）においても発光が観測される。なお、焦点１１２ａと反対点１１２ｂとは、界面に対して等しい距離Ｌに位置している。
【００４９】
したがって、ユーザは表示部１０６を見て、焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂに係る２つの発光が観測される場合には、発光が１つになるように（つまり、図６（ｂ）の状態から図６（ａ）の状態になるように）、接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａの位置を光軸方向に沿って調整することによって、接合用レーザ１０２の焦点が界面に合うようにする。具体的には、ユーザが入力操作部１０７から、レンズ１０２ａを上方向又は下方向へ所望の距離移動させる指示を出し、該指示に従って制御部１０５が移動部１１５を作動させてレンズ１０２ａを光軸方向に沿って移動させる。ユーザが直接、レンズ１０２ａの位置を調整しても構わない。本実施形態ではレンズ１０２ａのみが移動されているが、接合用レーザ光源１０２ｂとレンズ１０２ａとが一体化されて移動されるように構成されてもよい。
【００５０】
なお、初期位置における焦点合わせの具体的な手法は、上述の手法に限らず、当技術分野で周知の手段を利用して焦点合わせを行ってもよい。
【００５１】
その後、初期位置においてモニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａが、上側の透明部材１０１ａの内部であって、界面１１１から離間した位置に焦点が合うように調整する。初期位置において、制御部１０５は、計測部１０３を制御して透明部材１０１ａ、１０１ｂの像を撮影させ、該像を表示部１０６に表示させる。ユーザは表示部１０６を見て、焦点１１８ａにおける発光及び反対点１１８ｂにおける発光の両方が計測部１０３によって撮影可能な範囲に入るように、モニタ用レーザ１１４の位置を調整する。そのために、モニタ用レーザ１１４の取り付け位置を手動で変更してもよいし、モニタ用レーザ１１４を光軸方向に移動するための移動部をさらに設けてもよい。モニタ用レーザ１１４のレンズ１１４ａのみの位置を調整してもよい。モニタ用レーザ１１４の位置は、焦点１１８ａにおける発光と反対点１１８ｂにおける発光とが十分に分離されるように調整することが望ましい。
【００５２】
初期位置での調整を行った後、ユーザは入力操作部１０７から制御部１０５に対して接合処理の開始指示を行う。開始指示を受けると、制御部１０５は、ステージ駆動部１０８ａを制御して、初期調整が行われた開始地点Ｅが、モニタ用レーザ１１４の光軸方向にある計測位置Ｃに位置するように透明部材１０１ａ、１０１ｂを移動させる（図５のｂ）。次いで、ステージ駆動部１０８ａを制御して透明部材１０１ａ、１０１ｂを矢印Ａの方向に沿って搬送を開始する。この搬送開始と共に、制御部１０５は、モニタ用レーザ１１４を駆動し、透明部材１０１ａ、１０１ｂに対してレーザ光の照射を開始させる。同時に、制御部１０５は、計測部１０３を制御して透明部材１０１ａ、１０１ｂのモニタ用レーザ１１４の焦点の周辺を含む領域を撮影させ、撮影された像を取得し、該像から発光間の距離Ｘを算出する。すなわち、搬送開始時において計測位置Ｃに位置する透明部材１０１ａ、１０１ｂの領域（開始地点Ｅ）が、１番目の計測点となり、該１番目の計測点における距離Ｘを算出する。制御部１０５は、１番目の計測点が接合位置Ｄに到着する前に、接合用レーザ１０２を駆動してレーザ光の照射を開始し、接合時にはレーザ光を連続照射させる。接合用レーザ１０２からのレーザ光の照射開始は、ロータリエンコーダ１０８ｂからの回転情報に基づいて行えばよい。
【００５３】
１番目の計測点（開始地点Ｅ）が接合位置Ｄに到達すると接合が開始され（図５のｃ）、それ以降は計測位置Ｃにおいて計測された距離Ｘ及び基準距離Ｘ０（１つ前の計測点における距離Ｘを用いる）から式（１）によって算出される変位ΔＸを基づいて、接合用レーザ１０２の焦点位置の調整が行われる。２番目の計測点は、透明部材１０１ａ、１０１ｂにおいて、１番目の計測点から所定の間隔ｄだけ離間した位置であり、該２番目の計測点が計測位置Ｃに到達すると、計測部１０３は２番目の計測点における距離Ｘを取得する。制御部１０５の変位算出部１０５ｂは、２番目の計測点における距離Ｘ及び記憶部１２０に記憶されている基準距離Ｘ０（１番目の計測点における距離Ｘを用いる）に基づいて、該２番目の計測点における変位ΔＸを算出する。制御部１０５の移動部駆動制御部１０５ｃは、位置検出部１０５ｅから１番目の検出通知を受けると、２番目の検出通知を受信する前に、上記算出された変位ΔＸを相殺するように、移動部１１５を制御して接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを光軸方向に沿って移動させる。３番目以降の計測点についても、上記２番目の計測点における処理と同様の処理が行われる。
【００５４】
モニタ用レーザ１１４からのレーザ光の照射は、少なくとも接合の終了地点Ｆが計測位置Ｃに到達する（図５のｄ）まで行われる。その後、終了地点Ｆが接合位置Ｄに到達し（図５のｅ）、終了地点Ｆの接合がされた時点で、１つの接合予定線に沿った接合処理は終了となり、制御部１０５は、接合用レーザ１０２、移動部１１５、モニタ用レーザ１１４及びステージ駆動部１０８ａの動作を停止させる。
【００５５】
なお、本実施形態では、上記１番目の計測点における、上記距離Ｘの取得から、変位ΔＸを相殺する移動部１１５の移動までの間にも、２番目〜ｋ番目〜Ｎ（Ｎはｋ以上の整数）番目の計測点の各々について距離Ｘを取得している。従って、各計測点に対する距離Ｘの取得から算出された変位ΔＸを相殺するための移動部１１５の移動までの動作については、他の計測点に対する諸動作と同時に行ってもよい。従って、この場合は、算出された変位ΔＸの相殺を逐次行いながら連続照射されたレーザによる接合を行い、それと同時にレーザ照射される前の接合予定部の距離Ｘを逐次計測し、該接合予定部の変位ΔＸの算出を逐次行う。
【００５６】
本実施形態によれば、透明部材１０１ａ、１０１ｂの端面から観測される２つの発光の間の距離の変位を算出し、当該算出した変位に基づいて焦点の位置の補正が行われる。これにより、透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面位置のばらつきを反映して、界面に焦点をより正確に形成することができる。すなわち、本実施形態では、透明部材１０１ａ、１０１ｂの接合予定線に沿った複数の領域（計測点）の各々において接合用のレーザ照射の前に予め透明部材１０１ａ、１０１ｂの内部に観測される２つの発光間の距離を求め、該求められた各々の距離から上記複数の領域の各々について界面位置の変位を求める。そして、上記複数の領域の各々がレーザ照射位置である接合位置Ｄに位置する時には、該変位を相殺するように接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを移動させる。従って、透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面位置が上記接合予定線に沿って変動していても、その変動に追従して該変動を緩和するようにレンズ１０２ａを移動させることができる。よって、透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面位置の変動があっても、接合予定線に沿って接合用レーザ１０２の焦点を界面に位置させることができる。そのため、透明部材１０１ａ、１０１ｂを確実にレーザ接合することができる。
【００５７】
本実施形態では、変位ΔＸを相殺するようにレンズ１０２ａを移動させているが、ずれが発生した（つまり、変位ΔＸが０でなくなった）時に、接合用レーザ１０２の動作を自動的に停止してもよい。また、ずれが発生した時に、表示部１０６から音や光を発することによってユーザにずれの発生を通知してもよい。これらの場合には、表示部１０６に、変位ΔＸを表示することが好ましい。ユーザは変位ΔＸの値を見て、接合処理を続行するか否かを判断することができる。ユーザは、接合処理を停止することを決断すると、入力操作部１０７から停止指示を行うことができる。停止指示を受けると、制御部１０５は、接合用レーザ１０２、移動部１１５、モニタ用レーザ１１４及びステージ駆動部１０８ａの動作を停止させ、接合処理を停止する。
【００５８】
（第１の実施例）
本実施形態に係る実施例として、モニタ用レーザ１１４から透明部材１０１ａ、１０１ｂの内部に焦点を合わせてレーザ光を照射し、該透明部材の端面から発光の観測を行った。透明部材１０１ａ、１０１ｂには、それぞれ１ｍｍ厚の青板ガラスを用いた。モニタ用レーザ１１４にはフェムト秒ファイバレーザを用い、パルス幅５００ｆｓ、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、平均強度４００ｍＷ、波長１．０４μｍとした。モニタ用レーザのレンズ１１４ａにはＮＡ＝０．４のものを用いた。また、雰囲気は大気とした。モニタ用レーザ１１４の平均強度は、透明部材を融解しない程度の低出力、例えば１００ｍＷにするとより望ましい。
【００５９】
この条件でレーザ光の照射を行った際に、計測部１０３により撮影された像を図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す。各図中の線Ｚは透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面の位置（不可視）を表すために引いた線である。図７（ａ）は、基準状態の像である。この像から、線Ｚより上にモニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａにおける発光が観察され、線Ｚより下にモニタ用レーザ１１４の反対点１１８ｂにおける発光が観察されていることがわかる。なお、この状態では、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａは、モニタ用レーザ１１４の光軸方向に沿って界面より上側の５０μｍの地点に合わせられている。図７（ｂ）は、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａの位置が、基準状態よりモニタ用レーザ１１４の光軸方向に沿って上側に５０μｍずれている状態（つまり、焦点１１８ａは界面より１００μｍ上側にある状態）の像である。これらの像から、例えば上述の発光強度分布を取得して、焦点１１８ａにおける光と、反対点１１８ｂにおける発光との間の距離を計算することによって、特定の計測点においてモニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａが基準状態からずれていると判定でき、さらにずれの方向及び大きさを求めることができる。その後、該計測点が接合される時に、該ずれを相殺するように接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａの位置を調整することができる。
【００６０】
なお、本実施例においては、意図的にレーザ光焦点の基準状態からのずれを生じさせるために、モニタ用レーザ１１４のレンズ１１４ａの位置を、図中の上方向、つまりモニタ用レーザ１１４の光軸方向に沿って透明部材１０１ａ、１０１ｂから遠ざかる方向に５０μｍ移動させた。これにより、モニタ用レーザ１１４の焦点１１８ａの位置に、モニタ用レーザ１１４の光軸方向に沿って基準状態より図中の上方向に５０μｍのずれが生じた。
なお、本実施例と異なり、焦点位置のずれが透明部材１０１ａ、１０１ｂの厚さが変わることにより生じたとしても、撮影される像は本実施例の場合と本質的に変わらないことを理解されたい。
【００６１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、接合用レーザとモニタ用レーザとを設け、モニタ用レーザによって計測したずれを、逐次接合用レーザの位置に反映させている。本実施形態では、前もって各地点の界面位置を測定して記憶しておき、接合時に記憶されている該界面位置を読み出して、レーザ光の焦点が界面に合うように接合用レーザの位置を制御する。本実施形態では接合用レーザが、モニタ用レーザの機能を兼ねて、界面位置の測定と接合との両方を行っている。
【００６２】
図８は、本実施形態に係るレーザ照射装置２００の概略構成図である。第１の実施形態との違いは、モニタ用レーザ１１４を備えない点である。
【００６３】
レーザ照射装置２００は、重ね合わされた透明部材１０１ａ、１０１ｂにレーザ光を照射するための接合用レーザ１０２と、透明部材１０１ａ、１０１ｂを端面側から撮影するための計測部１０３と、透明部材１０１ａ、１０１ｂを載置するための可動ステージ１０４と、可動ステージ１０４を矢印Ａ（透明部材１０１ａ、１０１ｂの搬送方向）に沿って移動させるためのモータ及び該モータに設けられたロータリエンコーダ１０８ｂを有するステージ駆動部１０８ａと、接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを矢印Ｂ（接合用レーザ１０２から出射されるレーザ光の光軸方向）に沿って移動させるための移動部１１５と、を備える。接合用レーザ１０２、移動部１１５、計測部１０３、及びステージ駆動部１０８ａは、各部位を協調的に制御するための制御部１０５に接続される。制御部１０５には、ユーザに情報を出力するための表示部１０６及びユーザからの入力を受けるための入力操作部１０７が設けられる。
【００６４】
接合用レーザ１０２は、透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面位置を測定する時及び接合を行う時の両方に用いられる。界面位置を測定する時には、透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面の法線方向から接合用レーザ光源１０２ｂにより出射されるレーザ光は、レンズ１０２ａによって、透明部材１０１ａ及び１０１ｂのいずれか一方の内部であって、透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面から所定の距離離れた地点に焦点が合うように集光され、それによって透明部材１０１ａ又は１０１ｂの内部にプラズマを発生させる。界面位置を測定する時には、接合用レーザ１０２からのレーザ光は、透明部材１０１ａ、１０１ｂを融解せずにプラズマを発生させる程度の低出力になるように調節される。そうすることで、接合したい界面以外の場所での融解又は劣化を低減させることができる。
接合を行う時には、透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面の法線方向から接合用レーザ光源１０２ｂにより出射されるレーザ光は、レンズ１０２ａによって、透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面に焦点が合うように集光され、それによって透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面を接合させる。接合を行う時には、接合用レーザ１０２からのレーザ光は、透明部材１０１ａ、１０１ｂを融解して接合できる出力になるよう調節される。その際に、レーザ光の焦点の近傍には、プラズマが発生する。なお、図８では接合用レーザ光源１０２ｂとレンズ１０２ａとが離れて設けられているが、接合用レーザ光源１０２ｂとレンズ１０２ａとが一体的に構成されていてもよい。
【００６５】
計測部１０３は、第１の実施形態と異なり、接合用レーザ１０２からのレーザ光の照射位置Ｇの周辺を含む領域を撮影できるように構成される。
【００６６】
図９は、界面位置を測定するために接合用レーザ１０２からのレーザ光１１０を透明部材１０１ａの内部に照射する際に、計測部１０３により撮影される像の中で観測される発光の位置を模式的に示す図である。接合用レーザ１０２の焦点１１２ａは、界面１１１より図中の上方向、つまり接合用レーザ１０２に近付く方向に所定の距離（図ではＭ）移動されている。この時、接合用レーザ１０２の焦点１１２ａにおいて発生されるプラズマによる発光に加えて、焦点１１２ａから界面１１１をはさんで反対側の地点１１２ｂ（反対点１１２ｂと呼ぶ）においても発光が観測される。焦点１１２ａと反対点１１２ｂとは、界面１１１に対して等しい距離Ｍに位置している。すなわち、接合用レーザ１０２の光軸方向に沿った界面位置Ｚは、焦点１１２ａの位置と反対点１１２ｂの位置との中点である。
【００６７】
したがって、焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂの位置を測定することによって、接合用レーザ１０２の光軸方向に沿った界面位置を測定することができる。焦点１１２ａの位置をＺ１とし、反対点１１２ｂの位置をＺ２とすると、界面位置Ｚは次の式（２）で求められる。なお、Ｚ、Ｚ１、及びＺ２の位置は、測定及び接合で共通に用いられる任意の基準により定義する。例えば、計測部１０３が撮影する像の下端を０とし、接合用レーザ１０２からのレーザ光１１０の光軸に沿った上方向を正方向と定義することができる。
【００６８】
Ｚ＝（Ｚ１＋Ｚ２）／２      （２）
【００６９】
本実施形態では、接合予定線に含まれる各地点の界面位置Ｚを前もって測定して、該界面位置Ｚを各地点に紐付けて記憶しておき、接合を行う際に各地点において移動部１１５が接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを移動させることによって、接合用レーザ１０２の焦点を該界面位置Ｚに合わせることができる。
【００７０】
焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂにおいて観察される発光はそれぞれある程度の面積を持つように観察される。そのため、焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂの位置を求めるためには、何らかの手法を用いて焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂにおける発光の像から焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂを定める必要がある。この判定を行うためには、必要とする精度に応じていかなる手法を用いてもよい。
【００７１】
例えば、計測部１０３により撮影される像から焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂを含む領域の発光強度分布を取得し、その形状を利用して焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂの位置を定めてもよい。図１０は、計測部１０３により撮影される像から取得できる焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂを含む領域の発光強度分布を模式的に表すグラフである。図１０の横軸は透明部材１０１ａ、１０１ｂの厚さ方向における、上述の任意の基準からの距離を表し、縦軸は発光強度を表す。
【００７２】
このような発光強度分布においては、焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂにおいて発光強度はピークとなるものとみなせる。したがって、図１０のピーク１１９ａ、１１９ｂの位置を、それぞれ基準状態の焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂの位置とすることができる。よって、ピーク１１９ａの位置が式（２）におけるＺ２となり、ピーク１１９ｂの位置が式（２）におけるＺ１となるため、界面位置Ｚが計算できる。
【００７３】
図１１は、本実施形態に係る移動部１１５の移動を制御するための構成を示すブロック図である。以下では接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａの光軸方向に沿った位置をＨとし、位置Ｈは界面位置の測定及び接合で共通に用いられる任意の基準により定義する。例えば、測定開始時のレンズ１０２ａの位置Ｈを０として光軸に沿って上方向（接合用レーザ１０２に近付く方向）を正方向としてもよい。又は、同様に可動ステージ１０４の位置を０として上方向を正方向としてもよい。
まず、接合予定線内の各地点における界面位置の測定を行う。界面位置の測定の開始時には、接合用レーザ１０２の焦点１１２ａの位置が、界面にあっている状態（このときのレンズ１０２ａの位置Ｈを基準レーザ位置Ｈ０とする）より所定の距離Ｍの分、接合用レーザ１０２の光軸に沿った上方向に位置するように調整しておく。このとき、接合用レーザ１０２の位置はＨ０＋Ｍである。界面位置取得部１０５ｆは、透明部材１０１ａ、１０１ｂを端面側から撮影するように計測部１０３を制御し、該計測部１０３から受信した像から、接合用レーザ１０２の焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂの位置（式（２）におけるＺ１、Ｚ２）を測定し、式（２）の界面位置Ｚを算出する。界面位置Ｚを算出するためには、上述の発光強度分布を用いることができる。取得された界面位置Ｚは、記憶部１２０に格納される。界面位置取得部１０５ｆからの計測指令により計測部１０３は、照射位置Ｇにおいて、界面位置Ｚを取得するための計測を行うが、該計測時において照射位置Ｇに位置する透明部材１０１ａ、１０１ｂの領域を、「計測点」と呼ぶことにする。すなわち、該計測点における界面位置Ｚが計測されることになる。なお、本実施形態では、界面位置取得部１０５ｆは、接合予定線に沿って所定の間隔ｄ毎に界面位置Ｚを取得するように構成されている。よって、計測開始時に照射位置Ｇに位置する透明部材１０１ａ、１０１ｂの領域が１番目の計測点となり、該計測開始時に照射位置Ｇに位置する領域から、接合予定線と一致する搬送方向（矢印方向Ａ）に沿って所定の間隔ｄだけずれた位置が２番目の計測点となる。よって、ｋ番目（ｋは２以上の整数）の計測点は、ｋ−１番目の計測点から上記所定の間隔ｄだけ離間している。発光位置取得部１０５ｆは、計測点の順序に関連付けて界面位置Ｚを記憶部１２０に格納する。よって、記憶部１２０には、１番目〜ｋ番目の計測点の各々について、対応する界面位置Ｚが関連付けて格納されている。
【００７４】
界面位置の測定時には、位置検出部１０５ｇは、透明部材１０１ａ、１０１ｂの各計測点が照射位置Ｇに位置することを検出し、照射位置Ｇに各計測点が位置するたびに界面位置取得部１０５ｆに通知する。具体的には、位置検出部１０５ｇは、ロータリエンコーダ１０８ｂから受信したステージ駆動部１０８ａが有するモータの回転情報に基づいて、各計測点が照射位置Ｇに位置することを検知する。本実施形態では、位置検出部１０５ｅは、１番目の計測点が照射位置Ｇに位置することを上記回転情報に基づいて検出し、該検出結果を界面位置取得部１０５ｆに通知する。２番目の計測点については、位置検出部１０５ｇは、上記回転情報に基づいて、１番目の計測点の検出（計測点が照射位置Ｇに位置することの検出）から上記所定の間隔ｄだけ透明部材１０１ａ、１０１ｂが移動した後に、界面位置取得部１０５ｆに２番目の計測点の検出を通知する。すなわち、位置検出部１０５ｇは、界面位置取得部１０５ｆへの、ｋ番目の計測点の検出通知（計測点が照射位置Ｇに位置することを検出したことの通知）については、上記回転情報に基づいて、ｋ−１番目の検出から所定の間隔ｄだけ透明部材１０１ａ、１０１ｂが移動する毎に行うように構成されている。従って、界面位置取得部１０５ｆは、各計測点が照射位置Ｇに位置することを知ることができる。
【００７５】
接合予定線内の各地点における界面位置の測定が終わった後に、接合が開始される。接合の開始時に、１番目の計測点が再度照射位置Ｇに位置するように透明部材１０１ａ、１０１ｂがセットされる。このとき、接合用レーザ１０２の焦点が界面に合うよう、接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａの位置を基準レーザ位置Ｈ０に移動しておく。
【００７６】
基準値取得部１０５ｉは、レーザ位置調整の基準とする基準値を取得する。そのために、計測開始時（１番目の計測点）のレンズ１０２ａの位置を基準レーザ位置Ｈ０として、計測開始時（１番目の計測点）の界面位置Ｚを基準界面位置Ｚ０として、記憶部１２０に予め格納しておく。
【００７７】
レーザ位置算出部１０５ｈは、各地点について記憶部１２０に記憶された界面位置Ｚを読み出し、該界面位置Ｚと、基準値取得部１０５ｉにて取得された基準レーザ位置Ｈ０及び基準界面位置Ｚ０とにより、以下の式（３）を用いて、該界面位置Ｚに対して適用すべきレーザ位置Ｈを算出する。
【００７８】
Ｈ＝Ｈ０＋（Ｚ−Ｚ０）      （３）
【００７９】
このように算出したレーザ位置Ｈになるように、移動部１１５が接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを移動させることによって、接合用レーザ１０２の焦点を界面に合わせることができる。なお、式（３）は式（１）とは形態が異なるが、第１の実施形態では発光間の距離を用いているのに対して、第２の実施形態では界面位置を用いている点が異なるだけであって、基準状態からの変位を相殺するように接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａの位置を移動させ、それによって接合用レーザ１０２の焦点を界面に合わせる点は同じである。
【００８０】
接合時には、位置検出部１０５ｇは、透明部材１０１ａ、１０１ｂの計測点が照射位置Ｇに位置することを検出し、計測点が照射位置Ｇに位置することを移動部駆動制御部１０５ｊに通知する。具体的には、界面の測定時と同様に行うことができる。
【００８１】
移動部駆動制御部１０５ｊは、透明部材１０１ａ、１０１ｂの、計測部１０３にて界面位置を計測した領域（計測点）について、該界面位置からレーザ位置算出部１０５ｈにて算出されたレーザ位置Ｈになるように、移動部１１５を作動させて接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを光軸方向に沿って移動させる。具体的には、移動部駆動制御部１０５ｊは、上記回転情報に基づいて２番目の計測点が照射位置Ｇに位置する前に、該２番目の計測点に対応する界面位置Ｚを記憶部１２０から読み出す。該読み出された界面位置Ｚに基づいてレーザ位置算出部１０５ｈによってレーザ位置Ｈを算出し、移動部駆動制御部１０５ｃは移動部１１５を作動させて、レンズ１０２ａを該レーザ位置Ｈに移動させる。また、移動部駆動制御部１０５ｊには、位置検出部１０５ｇから計測点の序数通り（計測部１０３による計測の順番通り）に上記検出通知が送信されるので、移動部駆動制御部１０５ｊは、ｋ−１（ｋは２以上の整数）番目の検出通知を受信してからｋ番目の計測点に対応する界面位置Ｚを記憶部１２０から読み出し、ｋ番目の検出通知を受信する前に、移動部１１５を作動させてレンズ１０２ａをレーザ位置算出部１０５ｈにて算出されたレーザ位置Ｈに移動させる。例えば、位置検出部１０５ｇより１番目の検出通知を受信すると、移動部駆動制御部１０５ｊは２番目の計測点に対応する界面位置Ｚを記憶部１２０から読み出し、２番目の検出通知を受信する前に、レーザ位置算出部１０５ｈにて該界面位置Ｚから算出されたレーザ位置Ｈにレンズ１０２ａを移動させる。また、２番目の検出通知を受信すると、３番目の計測点に対応する界面位置Ｚを記憶部１２０から読み出し、３番目の検出通知を受信する前に、レーザ位置算出部１０５ｈにて該界面位置Ｚから算出されたレーザ位置Ｈにレンズ１０２ａを移動させる。このように制御することにより、ある計測点にとっては、該計測点が照射位置Ｇに位置する時には、上記ある計測点に応じた界面位置Ｚから算出されたレーザ位置Ｈにレンズ１０２ａを移動させておく、つまり接合用レーザ１０２の焦点を界面に合わせておくことができる。
【００８２】
なお、図９においては、上側の透明部材１０１ａの内部に焦点１１８ａを合わせているが、下側の透明部材１０１ｂの内部に焦点１１８ａを合わせてもよい。その場合には、反対点１１８ｂが上側の透明部材１０１ａの内部に形成される点が異なるのみであり、上述の界面に焦点を合わせる方法は同様に適用できることは理解されたい。
【００８３】
以下に本実施形態に係る接合動作の一例を説明する。
図１２は、本実施形態に係る接合動作の各ステップにおけるレーザ光の照射位置を模式的に示す図である。最初に、ユーザは、透明部材１０１ａ、１０１ｂを重ね合わせて可動ステージ１０４上に載置する。このとき、開始地点Ｐ０が接合用レーザ１０２の光軸方向にある照射位置Ｇに位置するようにする（図１２のａ）。この状態で、接合用レーザ１０２の焦点が界面に合うように開始地点Ｐ０における焦点合わせ（初期調整と呼ぶ）を行う。
【００８４】
例えば、初期調整を、接合用レーザ１０２の焦点及び反対点を観察することにより行うことができる。ユーザが初期調整の指示を入力操作部１０７から行うと、制御部１０５は、計測部１０３を制御して透明部材１０１ａ、１０１ｂの接合用レーザ１０２の焦点の周辺を含む領域を撮影させ、撮影された像を表示部１０６に表示させる。その際に、計測部１０３により撮影される像の中で観測される発光の位置の模式図を、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。図６（ａ）に示すように、接合用レーザ１０２の焦点１１２ａが界面１１１に合っている場合には、焦点１１２ａにおいて発生されるプラズマによってのみ発光が観測される。それに対して、図６（ｂ）に示すように、接合用レーザ１０２の焦点１１２ａが、界面１１１から接合用レーザ１０２の光軸方向にずれている場合には、焦点１１２ａにおいて発生されるプラズマによる発光に加えて、焦点１１２ａから界面１１１をはさんで反対側の地点１１２ｂ（反対点１１２ｂと呼ぶ）においても発光が観測される。なお、焦点１１２ａと反対点１１２ｂとは、界面に対して等しい距離Ｌに位置している。
【００８５】
したがって、ユーザは表示部１０６を見て、焦点１１２ａ及び反対点１１２ｂに係る２つの発光が観測される場合には、発光が１つになるように（つまり、図６（ｂ）の状態から図６（ａ）の状態になるように）、接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａの位置を光軸方向に沿って調整することによって、接合用レーザ１０２の焦点が界面に合うようにする。具体的には、ユーザが入力操作部１０７から、レンズ１０２ａを上方向又は下方向へ所望の距離移動させる指示を出し、該指示に従って制御部１０５が移動部１１５を作動させてレンズ１０２ａを光軸方向に沿って移動させる。ユーザが直接、レンズ１０２ａの位置を調整しても構わない。本実施形態ではレンズ１０２ａのみが移動されているが、接合用レーザ光源１０２ｂとレンズ１０２ａとが一体化されて移動されるように構成されてもよい。
【００８６】
なお、初期位置における焦点合わせの具体的な手法は、上述の手法に限らず、当技術分野で周知の手段を利用して焦点合わせを行ってもよい。
【００８７】
初期位置での調整を行った後、ユーザは入力操作部１０７から制御部１０５に対して処理の開始指示を行う。開始指示を受けると、接合処理に先立って、各計測点における界面位置の測定処理が行われる。まず、測定開始時の接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａの位置Ｈを基準レーザ位置Ｈ０として記憶部１２０に記憶した後、レンズ１０２ａを所定の距離Ｍの分、接合用レーザ１０２の光軸に沿った上方向に移動する。所定の距離Ｍは、透明部材１０１ａ、１０１ｂの各々の厚さよりも小さく、かつ接合用レーザ１０２の焦点における発光と反対点における発光とが十分に分離される程度の距離であることが望ましい。また、界面位置の測定時の接合用レーザ１０２からのレーザ出力は、透明部材１０１ａ、１０１ｂを融解せずにプラズマを発生させる程度の低出力であることが望ましい。次いで、制御部１０５は、ステージ駆動部１０８ａを制御して透明部材１０１ａ、１０１ｂを矢印Ａの方向に沿って搬送を開始する。この搬送開始と共に、制御部１０５は、接合用レーザ１０２を駆動し、透明部材１０１ａ、１０１ｂに対してレーザ光の照射を開始させる。同時に、制御部１０５は、計測部１０３を制御して透明部材１０１ａ、１０１ｂの接合用レーザ１０２の焦点の周辺を含む領域を撮影させ、撮影された像を取得し、該像から界面位置Ｚを算出する。
【００８８】
搬送開始時において照射位置Ｇに位置する透明部材１０１ａ、１０１ｂの領域（開始地点Ｐ０）が、１番目の計測点となり、該１番目の計測点における界面位置Ｚを算出し、記憶部１２０に記憶する。また、該１番目の計測点は、上述の初期調整によって接合用レーザ１０２の焦点が界面に合うように調整された開始地点Ｐ０であるから、該界面位置Ｚを基準界面位置Ｚ０として、記憶部１２０に記憶する。次いで、制御部１０５の位置検出部１０５ｇが、２番目の計測点（地点Ｐ１）が照射位置Ｇに位置したこと（図１２のｂ）を検出すると、制御部１０５の界面位置取得部１０５ｆは該２番目の計測点における界面位置Ｚを算出し、記憶部１２０に記憶する。３番目以降の計測点についても、上記２番目の計測点における処理と同様の処理が行われ、各計測点と界面位置Ｚとが紐付けられて記憶部１２０に記憶される。その後、終了地点ＰＮが照射位置Ｇに到達し（図１２のｃ）、該終了地点ＰＮにおける界面位置Ｚの測定がされた時点で、１つの接合予定線に沿った測定処理は終了となり、制御部１０５は、接合用レーザ１０２、移動部１１５及びステージ駆動部１０８ａの動作を停止させる。
【００８９】
界面位置の測定処理が終了すると、次いで接合処理が行われる。まず、制御部１０５は、ステージ駆動部１０８ａを制御して、透明部材１０１ａ、１０１ｂの開始地点Ｐ０が接合用レーザ１０２の光軸方向にある照射位置Ｇに位置するように、透明部材１０１ａ、１０１ｂを搬送する（図１２のｄ）。また、記憶部１２０から基準レーザ位置Ｈ０を読み出し、制御部１０５は、移動部１１５を制御して接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを光軸に沿って該基準レーザ位置Ｈ０に移動させる。その後、制御部１０５は、ステージ駆動部１０８ａを制御して透明部材１０１ａ、１０１ｂを矢印Ａの方向に沿って搬送を開始する。この搬送開始と共に、制御部１０５は、接合用レーザ１０２を駆動し、透明部材１０１ａ、１０１ｂに対してレーザ光の照射を開始させる。接合時の接合用レーザ１０２からのレーザ出力は、透明部材１０１ａ、１０１ｂを融解して接合させることが可能な出力にする。
【００９０】
接合用レーザ１０２からのレーザ光の連続照射により行われる接合と並行して、接合予定線に含まれる各地点に関して、記憶部１２０から読み出される界面位置Ｚ、基準界面位置Ｚ０、及び基準レーザ位置Ｈ０から式（３）によって算出されるレーザ位置Ｈに基づいて、接合用レーザ１０２の焦点位置の調整が行われる。２番目の計測点（地点Ｐ１）は、透明部材１０１ａ、１０１ｂにおいて、１番目の計測点から所定の間隔ｄだけ離間した位置である。制御部１０５は、該２番目の計測点が照射位置Ｇに到達する前に、記憶部１２０から２番目の計測点における界面位置Ｚを取得する。制御部１０５のレーザ位置算出部１０５ｈは、２番目の計測点における界面位置Ｚ、基準界面位置Ｚ０及び基準レーザ位置Ｈ０に基づいて、該２番目の計測点におけるレーザ位置Ｈを算出する。制御部１０５の移動部駆動制御部１０５ｊは、位置検出部１０５ｇから、２番目の検出通知を受信する前に、上記算出されたレーザ位置Ｈになるように、移動部１１５を制御して接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａを光軸方向に沿って移動させる。その結果、２番目の計測点が照射位置Ｇに到達すると、接合用レーザ１０２の焦点が界面に合っている状態で接合がおこなわれる（図１２のｅ）。３番目以降の計測点についても、上記２番目の計測点における処理と同様の処理が行われる。
【００９１】
その後、終了地点ＰＮが照射位置Ｇに到達し（図１２のｆ）、該終了地点ＰＮの接合がされた時点で、１つの接合予定線に沿った接合処理は終了となり、制御部１０５は、接合用レーザ１０２、移動部１１５及びステージ駆動部１０８ａの動作を停止させる。
【００９２】
（第２の実施例）
本実施形態に係る実施例として、接合用レーザ１０２から透明部材１０１ａ、１０１ｂの内部に焦点を合わせてレーザ光を照射し、該透明部材の端面から発光の観測を行った。透明部材１０１ａ、１０１ｂには、それぞれ１ｍｍ厚の青板ガラスを用いた。接合用レーザ１０２にはフェムト秒ファイバレーザを用い、パルス幅５００ｆｓ、繰り返し周波数１００ｋＨｚ、平均強度４００ｍＷ、波長１．０４μｍとした。接合用レーザのレンズ１０２ａにはＮＡ＝０．４のものを用いた。また、雰囲気は大気とした。界面位置の測定時の接合用レーザ１０２の平均強度は、透明部材を融解しない程度の低出力、例えば１００ｍＷにするとより望ましい。
【００９３】
この条件でレーザ光の照射を行った際に、計測部１０３により撮影された像を図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示す。各図中の線Ｚは透明部材１０１ａ、１０１ｂの界面の位置（不可視）を表すために引いた線である。図１３（ａ）は、基準状態の像である。この像から、線Ｚより上に接合用レーザ１０２の焦点１１２ａにおける発光が観察され、線Ｚより下に接合用レーザ１０２の反対点１１２ｂにおける発光が観察されていることがわかる。なお、この状態では、接合用レーザ１０２の焦点１１２ａは、接合用レーザ１０２の光軸方向に沿って界面より上側の５０μｍの地点に合わせられている。図１３（ｂ）は、接合用レーザ１０２の焦点１１２ａの位置が、基準状態より接合用レーザ１０２の光軸方向に沿って上側に５０μｍずれている状態（つまり、焦点１１２ａは界面より１００μｍ上側にある状態）の像である。これらの像から、例えば上述の発光強度分布を取得して、焦点１１２ａにおける光の位置と、反対点１１２ｂの位置とを特定することによって、特定の計測点における界面位置を算出することができる。その後、該計測点が接合される時に、該界面位置に焦点が合うように接合用レーザ１０２の位置を調整することができる。
【００９４】
なお、本実施例においては、意図的にレーザ光焦点の基準状態からのずれを生じさせるために、接合用レーザ１０２のレンズ１０２ａの位置を、図中の上方向、つまり接合用レーザ１０２の光軸方向に沿って透明部材１０１ａ、１０１ｂから遠ざかる方向に５０μｍ移動させた。これにより、接合用レーザ１０２の焦点１１２ａの位置に、接合用レーザ１０２の光軸方向に沿って基準状態より図中の上方向に５０μｍのずれが生じた。
なお、本実施例と異なり、焦点位置のずれが透明部材１０１ａ、１０１ｂの厚さが変わることにより生じたとしても、撮影される像は本実施例の場合と本質的に変わらないことを理解されたい。
【００９５】
本実施形態では接合用レーザのみで界面位置の測定と接合との両方を行っているが、モニタ用レーザを別に設け、モニタ用レーザによって各計測点における界面位置の計測及び記憶を行った後に、記憶された界面位置を読み出して接合用レーザの位置を補正して接合を行うように構成しても構わない。その場合には装置構成としては第１の実施形態と同一となる。
【００９６】
上述の第１の実施形態及び第２の実施形態は、両方とも焦点と反対点とが界面を挟んで等距離に観測できるという事実を利用してレーザ光焦点の界面からのずれを測定している。すなわち、第１の実施形態では焦点と反対点との間の距離の変化を用いており、第２の実施形態では焦点と反対点との間の中点の位置（つまり界面位置）の変化を用いているが、これらは実質的には同じことである。したがって、レーザ光焦点の界面からのずれを測定するために、第１の実施形態の装置構成において焦点と反対点との間の中点の位置の変化を用いてもよいし、第２の実施形態の装置構成においてで焦点と反対点との間の距離の変化を用いてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１００、２００  レーザ照射装置
１０１ａ、１０１ｂ  透明部材
１０２  接合用レーザ
１０２ａ  接合用レーザのレンズ
１０２ｂ  接合用レーザ光源
１０３  計測部
１０４  可動ステージ
１０５  制御部
１０５ａ  発光間距離取得部
１０５ｂ  変位算出部
１０５ｃ、１０５ｊ  移動部駆動制御部
１０５ｄ  基準値取得部
１０５ｅ、１０５ｇ  位置検出部
１０５ｆ  界面位置取得部
１０５ｈ  レーザ位置算出部
１０５ｉ  位置検出部
１０６  表示部
１０７  入力操作部
１０８ａ  ステージ駆動部
１０８ｂ  ロータリエンコーダ
１１０、１１７  レーザ光
１１１  界面
１１２ａ、１１８ａ  焦点
１１２ｂ、１１８ｂ  反対点
１１４  モニタ用レーザ
１１４ａ  モニタ用レーザのレンズ
１１４ｂ  モニタ用レーザ光源
１１５  移動部
１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄ、１１９ｅ、１１９ｆ  ピーク
１２０  記憶部
Ａ  搬送方向
Ｂ  移動方向
Ｃ  測定位置
Ｄ  接合位置
Ｅ  開始地点
Ｆ  終了地点
Ｇ  照射位置
Ｚ  界面位置
【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７】
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【図１３】
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