(57)【要約】本発明は、装置のキャリブレーションプレートを行うステップ（Ｅ１）であり、キャリブレーションプレートにおける複数の決定された点を照らすべく、検流ヘッドが、２つの軸に沿って、ある深さのところに位置するキャリブレーションプレートを照らし、一方で、カメラがそのキャリブレーションプレートを観察し、制御ユニットが、その深さのところにあるキャリブレーションプレートにおける複数の照らされた点のそれぞれの照明位置と、それら複数の照らされた点に関するカメラによって観察された位置との間の関係を構築し、複数回の、検流ヘッドによる照明、カメラによる観察、及び、制御ユニットによる関係の構築を可能にすべく、キャリブレーションステップ中に、そのキャリブレーションプレートが複数の深さのところに連続的に位置付けられ、制御ユニットが対応関係を構築するところのステップ（Ｅ１）と、キャリブレーションステップ（Ｅ１）に基づいて三角測量によりその切除される表面の三次元形状を決定するステップ（Ｅ２）と、三次元表面を切除するステップ（Ｅ３）であり、制御ユニットが、平面を定める複数の軸と深さに沿って、その切除される表面にビームを集中させ且つ方向付けるために、その表面の決定された形状に応じて検流ヘッドを制御するところのステップ（Ｅ３）と、を有することを特徴とする方法に関する。また、本発明は、上述の方法を実行するための装置に関する。
2013514889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アブレーション装置を用いて三次元表面を切除する方法であって、
前記装置は、
パルスレーザビームを発生させるレーザ源と、
平面（Ｘ、Ｙ）を定める複数の軸に沿って、且つ、深さ（ｚ）に沿って、前記切除される表面に前記ビームを集中させ且つ方向付ける光学モジュールと、
前記切除される表面を観察する少なくとも１つのカメラと、
前記モジュール及び前記カメラに接続される制御ユニットと、を含み、
当該方法は、
前記装置のキャリブレーションステップであり、前記キャリブレーションステップにしたがって、キャリブレーションプレートにおける決定された複数の点を照らすために、前記モジュールが、前記複数の軸（Ｘ、Ｙ）に沿って、深さ（ｚ）のところに位置付けられた前記キャリブレーションプレートを照らし、一方で、前記カメラが前記キャリブレーションプレートを観察し、前記制御ユニットが、前記キャリブレーションプレートにおける前記照らされた複数の点のそれぞれの照明位置ｓｘと、前記照らされた複数の点の前記カメラによって観察された位置ｐｘとの間の対応を構築し、前記キャリブレーションプレートは、当該キャリブレーションステップ中、複数回の、前記モジュールによる照明、前記カメラによる観察、及び、前記制御ユニットによる対応の構築を可能にすべく、複数の深さ（ｚ）のところに連続的に位置付けられ、前記制御ユニットは、複数の対応の間の関係を構築するところのキャリブレーションステップと、
前記キャリブレーションステップに基づいて、三角測量により、前記切除される表面の三次元形状を決定するステップと、
前記三次元形状のアブレーションステップであり、前記アブレーションステップにしたがって、前記制御ユニットが、平面（Ｘ、Ｙ）を定める複数の軸に沿って、且つ、深さ（ｚ）に沿って、前記切除される表面に前記ビームを集中させ且つ方向付けるために、前記表面の決定された形状に応じて前記モジュールを制御するところのアブレーションステップと、を有する、
方法。
【請求項２】
キャリブレーションステップ中に、深さ（ｚ）毎に、前記深さ（ｚ）にある前記キャリブレーションプレートにおける前記照らされた複数の点のそれぞれの前記照明位置ｓｘと、前記カメラによって観察された位置ｐｘとの間の前記対応を構築するために、前記制御ユニットは、ｐｘ（ｓｘ）＝ａ×ｓｘ２＋ｂ×ｓｘ＋ｃ（ＥＱ１）のような二次の多項式の形で（ｐｘ）と（ｓｘ）とをリンクする係数ａ、ｂ、及びｃを決定し、且つ、前記制御ユニットは、ｚ（ｃ）＝α×ｃ２＋β×ｃ＋γ（ＥＱ２）のような二次の多項式の形で事前に決定されたｚとｃの全ての組み合わせをリンクするパラメータα、β、及びγを決定する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記キャリブレーションステップのために、前記キャリブレーションプレートにおける前記決定された複数の点は、連続線若しくは点線の行、及び／又は、連続線若しくは点線の列に沿って分布する、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記キャリブレーションプレートの深さ（ｚ）毎に、ｓｘ及びｐｘの少なくとも５つの組み合わせが、対応するように配置され、キャリブレーションのために、前記キャリブレーションプレートは、少なくとも５つの異なる深さ（ｚ）のところに配置される、
請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記制御ユニットは、歪みの影響を相殺するために、前記照らされた複数の点に関する、前記カメラによって観察された点ｐｘの補正を実行する、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記表面の三次元形状を決定するステップのために、前記モジュールは、前記表面における決定された複数の点ｓｘｅを照らすべく、前記複数の軸（Ｘ、Ｙ）に沿って、前記切除される表面を照らし、一方で、前記カメラは、前記表面と、照らされた複数の点ｐｘｅとを観察し、前記制御ユニットは、前記キャリブレーションステップ中に前記制御ユニットによって構築された前記対応及び前記関係を用いて、前記表面の三次元形状を決定する、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記モジュールによって照らされた複数の点ｓｘｅに関する、前記カメラで観察された点ｐｘｅに基づいて、前記表面の三次元形状を決定するステップのために、前記制御ユニットは、前記キャリブレーションステップ中に前記制御ユニットによって決定された係数ａ及びｂを用いることによって、ｃｅ＝ｐｘｅ−ａ×ｓｘｅ２−ｂ×ｓｘｅ（ＥＱ３）の式により値ｐｘｅ及びｓｘｅを用いて値ｃｅを決定し、その後、前記キャリブレーションステップ中に前記制御ユニットによって決定されたパラメータα、β、及びγを用いることによって、ｚｅ＝α×ｃｅ２＋β×ｃｅ＋γ（ＥＱ４）の式を用いて深さｚｅを決定する、
請求項２乃至６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記制御ユニットは、前記キャリブレーションステップ中に決定された係数ａ及びｂを用いて、ｐｘｅとｓｘｅの補間を完了する、
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
アブレーションステップのために、前記制御ユニットは、連続する深さ（ｚ）に応じて、前記切除される表面に前記ビームを集中させ且つ方向付けるために、前記モジュールを制御する、
請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
パルスレーザビームを発生させるレーザ源と、
平面（Ｘ、Ｙ）を定める複数の軸に沿って、且つ、深さ（ｚ）に沿って、前記切除される表面に前記ビームを集中させ且つ方向付ける光学モジュールと、
前記切除される表面を観察する少なくとも１つのカメラと、を備える装置であって、
当該装置は、前記モジュール及び前記カメラに接続され、且つ、請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法を実行するよう構成される制御ユニットを備える、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アブレーション装置を用いて三次元表面を切除するプロセスに関する。
【０００２】
その装置は、
−パルスレーザビームを生成するレーザ源と、
−深さｚに沿ってレーザビームの焦点を変えるレンズと、
−平面（Ｘ、Ｙ）を定める複数の軸に沿って、切除される表面にそのビームを向ける検流ヘッドと、
−球面ではなく平面にそのレーザビームを広げるｆθレンズと、
−切除される表面を観察する少なくとも１つのカメラと、
−少なくとも検流ヘッド、レンズ、及びカメラに接続される制御ユニットと、
を含む。
【０００３】
本発明はまた、上述のプロセスを実行する装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
図１に示すように、例えば、建物の外観の修復のため、或いは、核施設の除染のために表面１のアブレーションをもたらす既知の解決策は、レーザアブレーションの使用で構成される。
【０００５】
レーザアブレーションは、干渉性の、集束される、パルス状レーザから生じる光と除去対象の物質（例えば、粉塵、塗料、又は汚染物質である。）との相互作用を用いたその物質の薄い層の除去から成る。
【０００６】
この層の表面の迅速な加熱は、その物質の第１層の蒸発ひいては噴出をもたらす。
【０００７】
既知のレーザアブレーション装置２は、通常、パルスレーザビーム４を生成するために提供されるレーザ源３と、レーザ源３の下流に置かれる光学モジュール６へのそのビームの伝達手段とを含む。また、それは、レンズ５と、検流ヘッド７と、そのパルスビームを集中させ、Ｘ軸及びＹ軸に沿って、切除される表面１にそのパルスビームを向けるｆθレンズ８とを備える。装置２はまた、切除される物質の排出のための出口１３及び排出管１２を含む。
【０００８】
レンズ５の出口及び検流ヘッド７の出口のところで、焦点の座標は、球面上に位置付けられる。これは、そのビームの制御を複雑にする場合がある。この困難を克服するために、ｆθレンズ８が、その焦点を平面上に位置付けるために、そのレーザビームの経路上に配置される。
【０００９】
このことは、その層のアブレーション閾値を実現するのに十分な量のエネルギをその層に与えることを意味する。しかしながら、このことは、その層に当たるレーザビームによる唯一の効果ではない。実際には、レーザ衝撃の瞬間には、衝撃波が創出され、その衝撃波は、その衝撃波が適用される表面１の物質の分離に貢献する。
【００１０】
図２は、ビーム４の典型的な形態を概略的に示す。
【００１１】
物質のアブレーションを引き起こすために必要な流量密度すなわちエネルギ密度（Ｊ／ｍ２）は、その物質の性質、切除される厚さ、及び、その表面の構成に依存する。
【００１２】
試験は、１〜５０Ｊ／ｃｍ２の流量が必要とされることを示す。結果として、伝えられるエネルギの量は、ビーム４が輸送するエネルギの量、及び、処理される物質と相互作用するこのビームの断面に依存する。そのビームの最小断面は、焦点距離Ｌのところに位置付けられる。焦点距離Ｌは、所望のアブレーション点が位置付けられるところである（図１も参照。）。それは、例えば、レンズ８から約５０ｃｍのところである。
【００１３】
図２で示すように、ビーム４は、表面の平面性の問題(planeity defect)から自身を解放しながらの表面での作業のために、レイリー距離に相当する、すなわち約１ｃｍの、かなりの焦点深度（depth of filed）Ｉを有する。それ故に、その装置は、二次元表面によく適している。
【００１４】
目的が三次元表面１でのアブレーションを実行することである場合、図３に示すように、可変焦点レンズ５が、焦点距離Ｌを補正するために、レーザ源３にリンクされなければならない。
【００１５】
また、図４に示すように、制御ユニット９を用いて焦点距離Ｌを動的に変更することは、三次元表面１におけるアブレーション距離の制御を可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／１７３７９２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／１４４７６０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／２２０３４９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、既知の先行する技術は、複数の不利点を有する。
【００１８】
三次元表面は、その装置によって考慮され得るように、制御ユニット９内に事前に記憶されなければならない。
【００１９】
事前に知らされておらず、また、例えばセオドライト、干渉計、コノスコープセンサ等の、表面を決定するための追加的な装置によって、事前に決定されていない表面におけるアブレーションを実行することは不可能である。
【００２０】
また、表面の事前の決定に必要な、従来技術における三次元表面を決定するための追加的な装置は、高価で且つ巨大であり、また、表面アブレーション適用に適していない。
【００２１】
最後に、追加的な装置は、歪みを発生させるアブレーション装置と同じフレームワーク内で動作することはない。追加的な装置は、切除される表面に関し、アブレーション装置と同じ視界を有していないためであり、また、レーザビームの位置決めの際に誤差を引き起こし得るためである。
【００２２】
米国特許出願公開第２００７／１７３７９２号は、レーザシステムの適格性確認及びキャリブレーションのための技術を開示する。その技術によると、レーザシステムは、画像システムによって観察される、望ましい方向に対する、レーザビームの平面における偏差に応じて、適格性の確認が行われ、且つ／或いは、キャリブレーションが行われる。
【００２３】
米国特許出願公開第２００４／１４４７６０号は、画像システムによって観察される面に対向する面にマークを付けるレーザのキャリブレーション技術を開示する。
【００２４】
米国特許出願公開第２００９／２２０３４９号は、画像システムによる三次元表面の三角測量のための技術を開示する。また、画像システムはその表面を照らす。なお、そのシステムは、表面アブレーション装置とは異なる。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明によってそれらの不利点のうちの少なくとも１つを取り除くことが提案される。
【００２６】
この目的のため、本発明にしたがって、請求項１におけるアブレーションプロセスが提案される。
【００２７】
本発明は、単一で採用される、或いは、技術的に可能な任意の組み合わせで採用される請求項２〜９の特徴によって有利的に補完される。
【００２８】
また、本発明は、上述のプロセスを実行する装置に関する。
【００２９】
本発明は、多くの有利点を有する。
【００３０】
三次元表面は、制御ユニットによって考慮され得るように事前に知らされている必要はない。本発明は、事前に知らされていない表面でアブレーションを実行する。
【００３１】
また、本発明は、三次元表面を決定するための追加的な装置の使用を必要としない。本発明は、結果的に同じフレームワークを有し且つ歪みを発生させないアブレーション装置の要素のみを利用する。
【００３２】
このため、その装置は、より安価で且つかさばることが無く、表面アブレーション適用に適する。
【００３３】
本発明の他の特徴、目的、及び有利点は、純粋に例示的で非限定的であり、且つ、添付図に関連して検討される必要がある以下の記載から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】既に言及された、既知のアブレーション装置を概略的に示す。
【図２】既に言及された、既知のアブレーションレーザビームを概略的に示す。
【図３】既に言及された、三次元表面のアブレーションを概略的に示す。
【図４】既に言及された、三次元表面のアブレーションを概略的に示す。
【図５】本発明にしたがったプロセスの主要なステップを概略的に示す。
【図６】本発明にしたがったプロセスを実行する装置の実現可能な例を概略的に示す。
【図７】三角測量の原理を概略的に示す。
【図８】本発明にしたがった制御ユニットによる、ヘッドの基準面における座標ｓｘ及び座標ｓｙの決定を概略的に示す。
【図９】本発明にしたがった制御ユニットによる、カメラのマトリクスの基準面における座標ｐｘ及び座標ｐｙの決定を概略的に示す。
【図１０】本発明にしたがったキャリブレーションステップにおける主要なステップを概略的に示す。
【図１１】許容公差を示すために、平面図で見られる一連のプレートを、（点線で示す）斜めのプレートとともに概略的に示す。
【図１２】様々な深さｚにおけるｓｘの関数としてのｐｘの対応カーブを概略的に示す。
【図１３】ｐｘの関数としてのａ、ｂ、及びｃの各対応カーブを概略的に示す。
【図１４】ｃの関数としてのｚの関連カーブを概略的に示す。
【図１５】切除される表面の三次元形状を決定するためのステップにおける主要なステップを概略的に示す。
【図１６】切除される表面の三次元形状を決定するためのステップにおける主要なステップを概略的に示す。
【図１７】ヘッド７の光軸におけるヘッド７のレーザビームの主要な調整ステップを概略的に示す。
【図１８】平面（ｘＯｚ）に関するマトリクスの直交性のための主要なステップを概略的に示す。
【図１９】切除される表面の三次元形状を決定するためのステップ中の制御ユニットによる挿入ステップを概略的に示す。
【図２０】２つのカメラを含む装置を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
全ての図において、同様の要素は同じ参照番号を有する。
【００３６】
図５及び図６は、アブレーション装置２で実行される、三次元表面１のアブレーションプロセスの主要ステップを概略的に示す。
【００３７】
装置２は、通常、パルスレーザビーム４を生成するレーザ源３と、深さｚに沿ってレーザビーム４の焦点を調整するためのレンズ５と、平面（Ｘ、Ｙ）を定める複数の軸に沿って、切除される表面１にビーム４を向けるための検流ヘッド７と、焦点を平面上に位置付けるｆθレンズ８と、切除される表面を観察する少なくとも１つのカメラ１０と、を含む。
【００３８】
レーザ源３は、例えば、良好なビーム質（Ｍ２＝１．５）を備える、低出力パルスファイバレーザ（例えば２０ｋＨｚのレートで平均出力２０Ｗの、すなわち、１ｍＪのパルスレーザ(impulsion laser)）であり、ビーム／物質の相互作用断面が上述の切除フローを達成するのに十分に小さいことを意味する。衝突点（point of impact）は、３０〜２００μｍの直径を有する。
【００３９】
図６において、レンズ５、ヘッド７、及びレンズ８は、符号６で参照される光学モジュールを形成する。また、レンズ８は、モジュール６から独立していてもよい。
【００４０】
ヘッド７は、通常、２つの電動回転ミラーのセットを含む。それらミラーのそれぞれは、（１６０ｍｍの焦点距離で７ｍ／ｓまでの）極めて迅速なビームの動きで、Ｘ及びＹの２つの軸に沿ってレーザビームを逸らす。
【００４１】
ｆθレンズ８は、そのレーザビームの焦点を平面上に位置付けるために、（そのレーザビームの伝搬方向における）ヘッド７の下流に配置される。このｆθレンズ８は、何れのコマンドも存在しない場合、そのレーザビームの初期の焦点を元に戻す。
【００４２】
図７に示すように、カメラ１０は、例えば、（１辺が約８μｍの、５１２×５１２のピクセルを有する）ＣＣＤタイプのマトリクス１００を含む低解像度カメラである。このピクセルサイズは、概して、推奨される適用には十分である。１ピクセルの不確実性は、１ｍｍの１００分の１程度の、表面１の深さｚにおける誤差を引き起こす。８ｍｍのカメラ１０のレンズ１０１に関しては、上述の不確実性は、１度の１００分の６程度の角度誤差を引き起こす。１６ｍｍのレンズ１０１に関しては、上述のように測定される角度誤差は、１度の１００分の３程度である。
【００４３】
また、装置２は、一方で、モジュール６、すなわち少なくともレンズ５及び検流ヘッド７に取り付けられ、他方でカメラ１０に取り付けられる制御ユニット９を含む。レンズ５及びヘッド７は、制御ユニット９によって十分に制御される。この主旨において、制御ユニット９は、従来のメモリ、制御ユニット、及びデータ処理手段の全てを含む。
【００４４】
図５は、
装置２のキャリブレーションステップＥ１と、
三角測量により、キャリブレーションステップＥ１から、切除される表面１の三次元形状を決定するステップＥ２と、
三次元表面のアブレーションステップＥ３と、
を主に含むプロセスを概略的に示す。
【００４５】
アブレーションステップＥ３にしたがい、制御ユニット９は、切除される表面１上にビーム４を集中させ、且つ、平面（Ｘ、Ｙ）を定める複数の軸に沿って、また、深さｚに沿ってビーム４を方向付けるために、モジュール６、具体的には少なくともレンズ５及び検流ヘッド７を、その表面に関する決定された形状に応じて制御する。
【００４６】
以下の展開は、キャリブレーションステップＥ１が三角測量ステップＥ２を可能にすることを示す。
【００４７】
図７で示すように、装置２は、切除される表面１において処理される点Ｐ１の深さｚを測定するために三角測量の原理を利用する。
【００４８】
三角形（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２）における三角測量を用い、構成からカメラ１０（Ｐ２）とヘッド７（Ｐ０）との間の距離Ｄを知り、且つ、２つの角度β及びθを測定することによって、制御ユニット９は、当業者に知られた関係である
【００４９】
【数１】
2013514889.tif 000003
を用いて、照らされた点Ｐ１のｚにおける深さを返すことができる。
【００５０】
マトリクス１００／レンズ１０１のアセンブリは、その照らされた点Ｐ１のビーム像がレンズ１０１の光軸１０２とともに作る角度θの測定を可能にする。
【００５１】
レンズ１０１の光学中心Ｐ２とカメラのマトリクス１００の中心ｃ’との間の距離、及び、その照らされたピクセルｐとマトリクスｃ’の中心ピクセルとを隔てる距離（ｐ−ｃ’）を知ることによって、制御ユニット９は、以下の三角法の公式を用いて、角度θを算出する。
【００５２】
【数２】
2013514889.tif 000004
なお、レンズ１０１は薄レンズで近似されるものとする。
【００５３】
検流ヘッド７を用いることによって、制御ユニット９は、以下の三角法の公式により、レーザビームが検流ヘッド７の光軸７０とともに作る角度βを返すことができる。
【００５４】
【数３】
2013514889.tif 000005
図７で示すように、焦点をｚに合わせる同じ深さの平面では、三角測量における２つの基準点Ｐ０（ヘッド７）及びＰ２（カメラ１０）がヘッド７の光軸を含む平面（ｘＯｚ）にある場合で且つその場合に限り、（Ｙ軸に沿った）垂直線における複数の点は、同じ三角測量パラメータ（Ｄ、β、及びθ）を有する。深さ平面ｚでは、Ｙ軸に沿った２つの点は、Ｙ軸上の座標のそれぞれのみによって差別化され、また、点Ｐ１は、制御ユニットが測定したい点の、Ｙ軸に沿った、平面（ｘＯｚ）上への正射影である。
【００５５】
それ故に、それは、制御ユニット９が三角測量によって深さｚを決定できるようにする、求められる点のＸ軸に沿った位置にすぎない。
【００５６】
結果として、装置２の構成により三角形（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２）が平面（ｘＯｚ）にある場合、すなわち、カメラ１０がヘッド７に関して正確に位置付けられる場合、測定される点のＹ軸に沿った位置の変化によってもたらされる三角測量システムにおける変化が除去される。
【００５７】
また、図８に示すように、検流ヘッド７を通過するレーザビーム４の軌跡は、ビーム４とヘッド７の基準面Ｒとの交点Ｐにおける２つの座標（ｓｘ、ｓｙ）によって完全に定められる。ヘッド７の基準面Ｒは、光軸７０に直交する面であり、基準面Ｒでは、（ｆθ光学システム８の特性によってサイズが限定される矩形において）全ての点がヘッド７に関する既知の座標を有する。
【００５８】
また、図９に示すように、ｐｘは、例えばＣＣＤであるカメラ１０のマトリクス１００においてＸ軸に沿って測定され、且つ、レーザビーム４’を捕捉する焦点ｚの面１１に事実上位置付けられる位置ｘに対応する、実観測位置と呼ばれる。
【００５９】
図７を参照すると、測定される点は、Ｄ、β、及びθで定義される。点Ｐ１（平面（ｘＯｚ）上で測定される点の正射影）が移動すると測定系において変化するパラメータは、検流ヘッド７の基準面Ｒにおけるその測定される点のＸ軸に沿った座標ｓｘ、点Ｐ１を含む焦点面の深さｚ、及び、カメラ１０のマトリクス１００上のこの点の像のＸ軸に沿った座標ｐｘである。
【００６０】
深さｚの点に関し、唯一無二の組み合わせ（ｓｘ、ｐｘ）が存在し、そして、キャリブレーションステップＥ１は、制御ユニット９がｚにおける各点の組み合わせ（ｓｘ、ｐｘ）を繋ぐ対応を見つけることで構成される。深さｚは、制御ユニット９が見つけようとしている大きさであるため、制御ユニット９は、ｓｘから、測定対象の点ｘの照明、及び、カメラ１０によって行われるその照らされた点の測定ｐｘを可能し、且つ、制御ユニット９がｚを返すことができるようにする関係を決定しなければならない。
【００６１】
そのため、既知の深さｚの焦点面に関し、制御ユニットは、点（ｓｘ、ｐｘ）の複数の組み合わせを測定し、且つ、複数のｚを有する様々な焦点面のためのカーブｐｘ（ｓｘ）を描き出す。
【００６２】
この目的のため、また、図９と組み合わせて図１０に示すように、キャリブレーションステップＥ１は、モジュール６、より正確には検流ヘッド７が、深さｚに位置付けられるキャリブレーションプレート１１の点１１１をビーム４’で照らすステップＳ１を含む。それ故、座標ｓｘは、検流ヘッド７を用いて、制御ユニット９に知らされる。この深さｚは、レイリー距離ｌよりも高い精度、望ましくは、その距離の１０分の１未満の精度で知られていなければならない。同様に、平面（ｘＯｙ）を有するキャリブレーションプレート１１の平行度誤差εは、図１１に示すように、レイリー距離ｌの１０分の１を超えてはならない。
【００６３】
これらの条件の下、プレート１１は、レーザビーム４’が到達可能なフィールド全体で、プレート１１の深さｚに関係なく、レーザビーム４’を捕捉するのに十分に平らで且つ十分に大きいものでなければならない。キャリブレーションプレート１１は、図１１及び図１７に概略的に示される。
【００６４】
ビーム４’は、低減された出力で使用されるレーザアブレーションのビーム、又は、レーザ源３における補助的なアライメントビーム（例えば、ＨｅＮｅレーザ）であり、その構成により、レーザ源３で利用可能であり、且つ、レーザ源３と同一直線上にある。ビーム４’の出力は、キャリブレーションプレート１１のアブレーションを実行するのに必要ではなく、以下で説明するように、カメラ１０が各点１１１を観察できるように各点１１１を照らすことができる照明のためだけのものであるため、低減される。ステップＳ２中、カメラ１０は、キャリブレーションプレート１１と、照らされた点１１１とを観察する。そして、制御ユニット９は、カメラ１０のマトリクス１００で観察される座標ｐｘを決定する。
【００６５】
ステップＳ２’中、Ｘ軸、Ｙ軸に沿って、モジュール６のヘッド７は、キャリブレーションプレート１１における複数の決定された点１１１を照らすために、見える範囲でビーム４’をシフトさせる。
【００６６】
キャリブレーションプレート１１におけるそれら決定された複数の点１１１は、連続線又は点線の行、及び／又は、連続線又は点線の列に沿って分布する。
【００６７】
点１１１の数が十分（例えば約５個）である場合、制御ユニットはステップＳ３に進む。
【００６８】
ステップＳ３中、制御ユニット９は、深さｚでのキャリブレーションプレート１１におけるそれら照らされた複数の点１１１のそれぞれの照明位置ｓｘと、それら照らされた複数の点のカメラ１０によって観察された位置ｐｘとの間の対応を構築する。
【００６９】
この目的のため、制御ユニット９は、ステップＳ３に含まれるステップＳ３１中、カーブｐｘ＝ｆ（ｓｘ）をトレースする。
【００７０】
これらのカーブの例（ｘ印を伴うカーブ）を図１２に示す。これらのカーブは二次の多項式によって近似され得る点に注目すべきである。
【００７１】
その後、ステップＳ３２中、ステップＳ３１のカーブから、制御ユニット９は、ｐｘ（ｓｘ）＝ａ×ｓｘ２＋ｂ×ｓｘ＋ｃ（ＥＱ１）のような二次の多項式の形でｐｘとｓｘとをリンクする係数ａ、ｂ、及びｃを決定する。
【００７２】
図１３に示すように、ａ、ｂ、及びｃは実質的にｓｘの一次関数であるため、この近似が可能である。
【００７３】
ステップＳ３３中、制御ユニット９は、（図１２の全ラインにおける）対応するカーブをトレースする。
【００７４】
ステップＳ４中、別の深さｚのために上述のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ２’、及びＳ３が繰り返され、それ故に、キャリブレーションプレート１１が別の深さｚのところに配置される。ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ２’、及びＳ３の繰り返しは、モジュール６による複数の照明（Ｓ１）、カメラ１０による複数の観察（Ｓ２）、及び、制御ユニット９による複数の対応構築（Ｓ３）を可能にする。
【００７５】
その結果、制御ユニット９は、図１２に示すように、複数のカーブのネットワークを有し、各カーブが所与の深さｚに対応する。
【００７６】
深さｚの数が十分（例えば約５個）である場合、制御ユニット９は、ステップＳ５に進む。
【００７７】
図１２における複数のカーブのうちの１つをトレースするために、例えば、点ｓｘ及び点ｐｘの５つの組み合わせが、キャリブレーションプレート１１の深さｚ毎に、対応するように置かれる。ビーム４’は、例えば、深さｚのキャリブレーションプレート１１のそれぞれにおいて、−１２０、−６０、０、６０、１２０（ミリメートル単位のｓｘ軸における座標）に投射される。
【００７８】
同様に、５つの深さｚに関して測定が行われる。具体的には、例えば、−１００、−５０、０、５０、１００（例えば、目盛り付きの定規を用いて測定される、ミリメートル単位のｚ軸における座標）の深さに関して測定が行われる。
【００７９】
深さｚが０ｍｍのところにある座標焦点面は、検流ヘッド７の基準面である。
【００８０】
ステップＳ５中、制御ユニット９は、それらの対応の間の関係を決定する。
【００８１】
この目的のため、ステップＳ５に含まれるステップＳ５１中、制御ユニット９はカーブｚ＝ｇ（ｃ）をトレースする。
【００８２】
そのようなカーブの例（ｘ印を伴うカーブ）を図１４に示す。
【００８３】
このカーブは、二次の多項式によって近似され得る点に注目すべきである。
【００８４】
ステップＳ５２中、制御ユニットは、ｚ（ｃ）＝α×ｃ２＋β×ｃ＋γ（ＥＱ２）のような二次の多項式の形で、事前に決定されたｚとｃの全ての組み合わせをリンクするパラメータα、β、及びγを決定する。
【００８５】
その結果、制御ユニット９は、（図１４の実線で示す）対応するカーブをトレースできる。
【００８６】
キャリブレーションステップＥ１は、キャリブレーションプレート１１を用いて終了させられる。
【００８７】
図５を参照すると、そのプロセスはまた、キャリブレーションステップＥ１から、三角測量により、切除される表面１の三次元形状を決定するためのステップＥ２を含む。
【００８８】
以下の展開は、ステップＥ２に関する。
【００８９】
図１５及び図１６を参照すると、表面１の三次元形状を決定するためのステップＥ２のために、検流ヘッド７、すなわちモジュール６は、ステップＳ６中、切除される表面１の点ｅを照らす。照明は、低減された出力のビーム４’によって、ステップＥ１のときと同じように実現される。
【００９０】
その結果、ステップＳ６中、制御ユニット９は、検流ヘッド７を用いて、Ｘ軸に沿って座標ｓｘｅを決定する。
【００９１】
ステップＳ７中、カメラ１０は、表面１を観察する。
【００９２】
その後、制御ユニット９は、カメラ１０のマトリクス１００で観察された座標ｐｘｅを決定する。
【００９３】
ステップＳ８中、制御ユニット９は、キャリブレーションステップＥ１中に制御ユニット９によって構築された対応を用いて、表面１の三次元形状を決定する。
【００９４】
そして、ステップＳ８に含まれるステップＳ８１中、制御ユニット９は、キャリブレーションステップＥ１中に制御ユニット９によって決定された係数ａ及び係数ｂを用いることによって、ｃｅ＝ｐｘｅ−ａ×ｓｘｅ２−ｂ×ｓｘｅ（ＥＱ３）の式より、値ｐｘｅ及び値ｓｘｅを用いて値ｃｅを決定する。
【００９５】
係数ａ及び係数ｂは、以下に示すように、制御ユニット９によって選択される。
【００９６】
図１９に示すように、ステップＥ１におけるステップＳ４の完了時に、制御ユニット９は、図１９における複数の実線で示される複数のカーブＣのネットワークを有する。カーブＣのそれぞれは、係数ａ、ｂ、及びｃの異なる値に対応する。
【００９７】
さらに、ステップＥ２におけるステップＳ６及びステップＳ７中、制御ユニット９は、（図１９のｘ印１０００で示される）ｓｘｅ及びｐｘｅを決定する。
【００９８】
式（ＥＱ３）におけるａ及びｂの適切な値を選択するために、制御ユニット９は、補間Δを実行する。
【００９９】
制御ユニット９は、図１９のキャリブレーションネットワークにおける複数のカーブＣに属する複数の点であり、且つ、求められている点であるｓｘｅの座標に等しい座標ｓｘを有する複数の点の座標ｐｘを算出して保存する。次に、一連の逐次テストによって、制御ユニット９は、測定される点の真上に位置付けられるキャリブレーションネットワークのカーブＣ１を決定する。その点の上にカーブが存在しない場合、制御ユニット９は、真下に位置するカーブＣ２を採用する。最後に、制御ユニット９は、ａ及びｂの対応する値とともに、決定されたカーブに対応する関係（ＥＱ３）を利用する。
【０１００】
また、ステップＳ８に含まれるステップＳ８２中、制御ユニット９は、キャリブレーションステップＥ１中に制御ユニット９によって決定されたパラメータα、β、及びγを用いることによって、ｚｅ＝α×ｃｅ２＋β×ｃｅ＋γ（ＥＱ４）の式より、深さｚｅを決定する。
【０１０１】
図１５に示すように、表面１における、ビーム４’によって照らされた点ｅ１毎に、制御ユニット９は、関連する深さｚｅ１を決定することができる。
【０１０２】
図１６のステップＳ９に示すように、前述のステップＳ６、Ｓ７、及びＳ８は、表面１を決定するための望ましい正確さに応じて、その表面における必要なだけ多くの点に関して繰り返される。２つの連続する測定点の間の、Ｘ軸及びＹ軸に沿った最大間隔は、使用されるレーザビームのレイリー距離、及び、切除される表面１で観察された深さｚに沿った最大変位に依存する。
【０１０３】
図１５は、ｚｅ１及びｚｅ２に関する、２つの例ｅ１、ｅ２のみを示す。制御ユニット９は、キャリブレーションステップ中に制御ユニット９によって構築された複数の対応を用いて、表面１の三次元形状を決定する。
【０１０４】
その結果、切除される表面１の三次元形状を決定するためのステップＥ２は、終了させられる。
【０１０５】
図５を参照すると、そのプロセスはまた、三次元表面のアブレーションステップＥ３を含む。それにしたがって、制御ユニット９は、平面（Ｘ、Ｙ）を定める複数の軸に沿って、且つ、深さｚに沿って、切除される表面１上にビーム４を集中させ且つ方向付けるために、その表面の決定された形状に応じてモジュール６を制御する
このステップは、当業者が知っているアブレーションに関するものであるため、このステップについては、本明細書全体を通じて、これ以上詳細に説明することはない。
【０１０６】
しかしながら、アブレーションステップＥ３のために、制御ユニット９は、有利的には、連続する複数の深さｚに応じて、切除される表面１上の全ての点にビーム４を集中させ且つ方向付けるために、モジュール６を制御する。このように、制御ユニット９は、より少ない回数だけモジュール６を制御し、その結果、アブレーションのための時間を稼ぐことができる。制御ユニット９は、同じ深さｚのところに位置付けられるキャリブレーション対象の全ての点が、別の深さのところに位置付けられる、表面１における複数の点の処理に先立って処理されるように、モジュール６を制御する。
【０１０７】
図２０に示すように、その装置は、２つのカメラ１０を有利的に含む。その装置は、切除される表面１に関するより詳細な情報を与え、また、それら２つのカメラによって観察される領域にビーム４がアクセスできる場合には、必要に応じてより良好なアブレーション（単一のカメラの場合に観察されない領域のアブレーション）をもたらす。
【０１０８】
以下の展開は、装置２のキャリブレーションステップＥ１のより高い精度のために行われる調整に関する。
【０１０９】
ヘッド７及びカメラ１０は、同じ平面（ｘＯｚ）になければならない（図７参照。）。キャリブレーションプレート１１は、使用されるレーザビームのレイリー距離ｌ未満、望ましくはその距離の１０分の１より良好な最大許容公差で、平面（ｘＯｙ）に平行でなければならない。しかしながら、その公差を超える場合には、制御ユニット９は、歪みの影響を相殺するために、それら照らされた点のカメラ１０によって観察された位置ｐｘの補正を実行し得る。
【０１１０】
ヘッド７は、その光軸７０を定めるためにその基準面Ｒの中心にレーザビームを向けるようにパラメータ化される。ヘッド７のビームは、平面（ｘＯｚ）になければならない。当業者が知っている単純なアクチュエータは、ヘッド７の光軸に沿って、基準キャリブレーションプレート１１をシフトさせる。図１７に示すように、ヘッド７のレーザビーム４’は、光軸７０が同じ点０のところで２つの平面ｚ及びｚ’と交差する場合、光軸７０に合わせられる。
【０１１１】
一旦、光軸７０が平面（ｘＯｚ）に入ると、点Ｐ０及び点Ｐ１は、上述のパラメータ化によって、光軸７０上に位置付けられ、その結果、２つの点Ｐ０及びＰ１は、同じ平面（ｘＯｚ）に位置付けられる。なお、点Ｐ１は、光軸７０とキャリブレーションプレート１１との交点である。
【０１１２】
また、マトリクス１００の中心、及び、レンズ１０１の中心Ｐ２は、実質的に、Ｐ１と同じ直線上に置かれる。このとき、３つの点（Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２）によって定められる三角形は、同じ平面（ｘＯｚ）に置かれる。
【０１１３】
マトリクス１００が平面（ｘＯｚ）に対して直角であることを確かなものとするため、図１７及び図１８に示すように、ヘッド７は、キャリブレーションプレート１１で、Ｙ軸に沿った座標ｙ１の所与の点を照らす。画像処理を用いることによって、制御ユニット９は、カメラ１０のマトリクス１００における点像のＹ軸に沿ったピクセル座標ｐｙ１を測定する。さらに、同じ深さｚにあるキャリブレーションプレート１１で、ヘッド７は、ｘでは同じ座標であるがｙでは前述の座標の反対にある座標ｙ２を有する第２の点を照らす。同様に、制御ユニット９は、マトリクス１００におけるｙにおけるピクセル座標ｐｙ２を測定する。この座標が、マトリクス１００の中心点に関して、第１の点の座標の反対にあるならば、マトリクス１００は、平面（ｘＯｚ）に対して垂直である。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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