(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有する反射鏡と、
前記反射鏡における前記反射面の裏面に対向する第１の板部と、前記第１の板部から伸ばされて前記反射鏡に当てられた２つの第１の足部とを有する第１の部材と、
前記第１の板部に対向する第２の板部と、前記第２の板部から前記第１の部材を跨いで伸ばされて前記反射鏡に当てられた２つの第２の足部とを有する第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材とを保持する保持部材と、
前記第２の板部のうち前記反射鏡側の面である第２面を前記保持部材のうち前記反射鏡側の面である基準面に対して移動させ、かつ、前記第１の板部のうち前記反射鏡側とは逆側の面である第３面を前記基準面に対して移動させる距離変更部と、
を備え、
前記反射鏡において、前記２つの第１の足部のそれぞれが当てられた箇所の間を結ぶ線分と前記２つの第２の足部のそれぞれが当てられた箇所の間を結ぶ線分とが交差し、
前記距離変更部は、前記反射面の中心と前記基準面の中心とを通る直線の方向において前記第２面と前記第３面とを互いに逆向きに移動させることを特徴とする形状可変鏡。
【請求項２】
前記２つの第１の足部と前記２つの第２の足部とは、前記裏面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の形状可変鏡。
【請求項３】
前記２つの第１の足部は、前記裏面に接触しており、
前記２つの第２の足部は、前記反射面に接触していることを特徴とする請求項１に記載の形状可変鏡。
【請求項４】
前記距離変更部は、前記第２面と前記第３面とを互いに同じ距離だけ移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の形状可変鏡。
【請求項５】
前記距離変更部は、前記第２の板部に固定されている固定部と、前記第１の板部に当てられて前記固定部と前記第１の板部との間にて伸縮可能な第１のピエゾアクチュエータと、前記保持部材に当てられて前記固定部と前記保持部材との間にて伸縮可能な第２のピエゾアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の形状可変鏡。
【請求項６】
前記距離変更部は、前記第１の板部にねじ込まれる第１のねじと、前記第２の板部にねじ込まれる第２のねじと、前記保持部材にねじ込まれる第３のねじと、を有し、
前記第３のねじのピッチから前記第２のねじのピッチを差し引いた差と、前記第３のねじのピッチから前記第１のねじのピッチを差し引いた差との正負が逆であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の形状可変鏡。
【請求項７】
前記第１のねじ、前記第２のねじ及び前記第３のねじの回転をロックするロック機構を備えることを特徴とする請求項６に記載の形状可変鏡。
【請求項８】
レーザビームを発振するレーザ発振器と、
被加工物を設置する設置台と、
複数の反射鏡を有し、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを前記設置台に設置された被加工物まで伝送する伝送光路と、を備え、
前記複数の反射鏡が請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の形状可変鏡であ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、形状可変鏡及びこの形状可変鏡を備えるレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学機器において光波の波面歪みを補正する形状可変鏡が知られている。特許文献１には、片側に反射面を有する反射鏡と、反射鏡の裏面に２箇所で固定された第１軸部材と、反射鏡の裏面に固定された２本の足を有し第１軸部材を跨ぐ第２軸部材と、第２軸部材と第１軸部材の間の距離を変化させる距離変更機構とを備え、第１軸部材を固定する箇所を結ぶ線分と第２軸部材の前記足を固定する箇所を結ぶ線分とが交差する形状可変鏡が開示されており、１個の駆動素子を用いて光波の非点収差を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７１７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術によれば、第２軸部材の足の位置は、基準面である第１軸部材に対して変化することで形状可変鏡が変形しており、鏡面の中心位置は基準面に対して、距離変更機構による距離変更方向に移動する。そのため、鏡面の中心位置の移動により反射したレーザビームの位置がずれる、という問題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、変形時における、形状可変鏡を保持する部材に対する鏡面の中心位置の変化が抑制された形状可変鏡を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の形状可変鏡は、反射面を有する反射鏡と、反射鏡における反射面の裏面に対向する第１の板部と、第１の板部から伸ばされて反射鏡に当てられた２つの第１の足部とを有する第１の部材と、第１の板部に対向する第２の板部と、第２の板部から第１の部材を跨いで伸ばされて反射鏡に当てられた２つの第２の足部とを有する第２の部材と、第１の部材と第２の部材とを保持する保持部材と、第２の板部のうち反射鏡側の面である第２面を保持部材のうち反射鏡側の面である基準面に対して移動させ、かつ、第１の板部のうち反射鏡側とは逆側の面である第３面を基準面に対して移動させる距離変更部と、を備える。反射鏡において、２つの第１の足部のそれぞれが当てられた箇所の間を結ぶ線分と２つの第２の足部のそれぞれが当てられた箇所の間を結ぶ線分とが交差する。距離変更部は、反射面の中心と基準面の中心とを通る直線の方向において第２面と第３面とを互いに逆向きに移動させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、変形時における、形状可変鏡を保持する部材に対する鏡面の中心位置の変化を抑制することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る形状可変鏡の概念を説明するための概念図
【図２】実施の形態１に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図
【図３】図２に示す形状可変鏡の形状変化を説明するための第１概念図
【図４】図２に示す形状可変鏡の形状変化を説明するための第２概念図
【図５】図２に示す形状可変鏡が備える円形反射鏡の形状変化を説明するための概念図
【図６】図２に示す形状可変鏡の形状変化を説明するための第３概念図
【図７】図２に示す形状可変鏡が備える円形反射鏡の形状変化を説明するための概念図
【図８】実施の形態２に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図
【図９】実施の形態３に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図
【図１０】実施の形態４に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図
【図１１】図１０に示す形状可変鏡の形状変化を説明するための第１概念図
【図１２】図１０に示す形状可変鏡の形状変化を説明するための第２概念図
【図１３】図１０に示す形状可変鏡の形状変化を説明するための第３概念図
【図１４】図１０に示す形状可変鏡が備える円形反射鏡の形状変化を説明するための概念図
【図１５】実施の形態５に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図
【図１６】実施の形態６に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図
【図１７】実施の形態７に係るレーザ加工装置の一構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態にかかる形状可変鏡及びレーザ加工装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る形状可変鏡の概念を説明するための概念図である。図１には、本発明の実施の形態１に係る形状可変鏡が備える円形反射鏡１が示されている。図１に示す円形反射鏡１は、光を反射する反射面であるミラー面１ｓｆ及び裏面１ｓｂを有し、ミラー面１ｓｆ及び裏面１ｓｂは円形であり、互いに平行な平面である。図１に示すように、ミラー面１ｓｆ上において、ミラー面１ｓｆの外周円の中心を通る第１軸であるＸ軸と、このＸ軸に直交に外周円の中心で交差する第２軸であるＹ軸とを定義する。また、裏面１ｓｂ上において、Ｙ軸と平行であり、裏面１ｓｂの外周円の中心でＸ軸と平行な軸と交差する第２軸であるＹｂ軸を定義する。また、Ｘ軸及びＹ軸とともに左手系座標系を形成するＺ軸を定義する。Ｚ軸の方向のうち、後述する図２に示す保持部材６から円形反射鏡１へ向かう方向を＋Ｚ方向とし、＋Ｚ方向とは逆の方向を−Ｚ方向とする。
【００１１】
裏面１ｓｂの外周円とＹｂ軸との交点であるＹｂ軸交点Ｐｙｂ１においては、裏面１ｓｂに対して垂直に押す方向である＋Ｚ方向の荷重Ｆｂ１を加え、もう一つの交点であるＹｂ軸交点Ｐｙｂ２においては、裏面１ｓｂに対して垂直に押す方向である＋Ｚ方向の荷重Ｆｂ２を加える。一方、ミラー面１ｓｆの外周円とＸ軸との交点であるＸ軸交点Ｐｘｆ１では、ミラー面１ｓｆに対して＋Ｚ方向に対して移動しないように、−Ｚ方向の荷重Ｆｆ１を加え、もう一つの交点であるＸ軸交点Ｐｘｆ２では、ミラー面１ｓｆに対して＋Ｚ方向に対して移動しないように、−Ｚ方向の荷重Ｆｆ２を加える。このように荷重をかけると、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆが鞍形に変形する。この鞍形は、具体的には、Ｘ軸に平行な直線上ではミラー面１ｓｆの中央が突出した凸形状であり、Ｙ軸に平行な直線上では中央が窪んだ凹形状である。また、Ｘ軸上における凸形の曲線形状と、Ｙ軸上における凹形の曲線形状とは、向きが逆の同様の形状となる。
【００１２】
円形反射鏡１で反射する光の焦点距離が短い、すなわちパワーが強い方向をＸ軸に合わせると、Ｘ軸では凸面なので反射する光の焦点距離が長くなり、Ｙ軸では凹面なので反射する光の焦点距離が短くなる。そのため、Ｘ軸方向の光のパワーとＹ軸方向の光のパワーとの差は減少する。つまり、鞍形の変形の度合いを調整することで、Ｘ軸方向のパワーとＹ軸方向のパワーとを等しくすることができ、非点収差を補正することができる。ここで、円形反射鏡１の変形の度合いは、直径が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の円形反射鏡１に対して、０．１μｍ以上１０μｍ以下とすればよいが、円形反射鏡１の変形の度合いは、これに限定されるものではない。
【００１３】
図２は、本発明の実施の形態１に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図である。図２に示す形状可変鏡１０は、円形反射鏡１と、距離変更部２、Ｙ軸部材４、Ｘ軸部材５及び保持部材６を含む変形力発生機構部３とを備える。
【００１４】
距離変更部２は、Ｘ軸裏板５ａに固定されている固定部であるピエゾアクチュエータ接続部材２ｂと、Ｙ軸裏板４ａに当てられてピエゾアクチュエータ接続部材２ｂとＹ軸裏板４ａとの間にて伸縮可能な第１のピエゾアクチュエータ２ａと、保持部材６に当てられてピエゾアクチュエータ接続部材２ｂと保持部材６との間で伸縮可能な第２のピエゾアクチュエータ２ｃとを備える。第１のピエゾアクチュエータ２ａ及び第２のピエゾアクチュエータ２ｃは、ピエゾ逆圧電効果によって、電圧を印加することにより長さを正確に制御可能なアクチュエータである。ピエゾアクチュエータ接続部材２ｂは、第１のピエゾアクチュエータ２ａと第２のピエゾアクチュエータ２ｃとを接続する。距離変更部２によれば、図１に示すＸ軸交点Ｐｘｆ１では、円形反射鏡１を引く方向である−Ｚ方向の荷重Ｆｆ１を発生させることができ、Ｘ軸交点Ｐｘｆ２では、円形反射鏡１を引く方向である−Ｚ方向の荷重Ｆｆ２を発生させることができ、図１に示すＹｂ軸交点Ｐｙｂ１では、円形反射鏡１を押す方向である＋Ｚ方向の荷重Ｆｂ１を発生させることができ、Ｙｂ軸交点Ｐｙｂ２では、円形反射鏡１を押す方向である＋Ｚ方向の荷重Ｆｂ２を発生させることができる。距離変更部２を用いることで、Ｘ軸部材５と円形反射鏡１との間の距離とＹ軸部材４と円形反射鏡１との間の距離とを円形反射鏡１と対称に変化させることができる。また、Ｘ軸部材５と円形反射鏡１との間の距離とＹ軸部材４と円形反射鏡１との間の距離とは、円形反射鏡１と対称に同一量変化させることができる。
【００１５】
変形力発生機構部３は、円形反射鏡１の裏面側に配され、ミラー面１ｓｆを鞍形に変形させる力を発生させる。簡易な構造の変形力発生機構部３によって円形反射鏡１を鞍形に変形させることができる。変形力発生機構部３は、図１に示すＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２に対応する位置の２ヶ所で円形反射鏡１の裏面１ｓｂに固定される第１の部材であるＹ軸部材４と、Ｘ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２に対応する位置の２ヶ所で円形反射鏡１の裏面１ｓｂに固定されてＹ軸部材４を跨いで配置される第２の部材であるＸ軸部材５と、距離変更部２とを備える。距離変更部２の第１のピエゾアクチュエータ２ａは、Ｙ軸部材４とＸ軸部材５との距離を変化させる。距離変更部２の第２のピエゾアクチュエータ２ｃは、Ｘ軸部材５と保持部材６との距離を変化させる。Ｙ軸部材４が固定された箇所同士を結ぶ線分でありＸ軸に平行な線分と、Ｘ軸部材５が固定された箇所同士を結ぶ線分でありＹ軸に平行な線分とは、裏面１ｓｂにおいて互いに交差する。
【００１６】
第１の部材であるＹ軸部材４は、円形反射鏡１と同径の円形で厚さを有するＹ軸裏板４ａと、Ｙ軸裏板４ａの円形反射鏡１側の面でＹ軸裏板４ａ上に垂直に形成された角形状の２本の足であるＹ軸足４ｂ１，４ｂ２とを備える。Ｙ軸裏板４ａは、円形反射鏡１の裏面１ｓｂに対向する第１の板部である。Ｙ軸足４ｂ１，４ｂ２は、Ｙ軸裏板４ａから＋Ｚ方向へ伸ばされて円形反射鏡１の裏面１ｓｂに当てられた第１の足部である。Ｙ軸足４ｂ１の長さとＹ軸足４ｂ２の長さとは等しいため、円形反射鏡１に固定された状態ではＹ軸裏板４ａは円形反射鏡１と平行に配される。Ｙ軸足４ｂ１，４ｂ２の長さ方向に垂直な断面における形状は正方形であり、長さ方向に同じ断面形状である。また、Ｙ軸足底面４ｃ１，４ｃ２は、Ｙ軸足４ｂ１，４ｂ２の底面である。Ｙ軸足４ｂ１，４ｂ２は、Ｙ軸裏板４ａの端部に配され、Ｙ軸足４ｂ１のＹ軸足底面４ｃ１の中心とＹ軸足４ｂ２のＹ軸足底面４ｃ２の中心とを結ぶ線分がＹ軸裏板４ａの中心を通過するように設けられている。ここで、Ｙ軸足底面４ｃ１の中心とＹ軸足底面４ｃ２の中心とを結ぶ直線がＹ軸になる。Ｙ軸は、Ｙ軸裏板４ａの中心を通り、Ｘ軸と直交する。Ｙ軸裏板４ａにおけるＸ軸と外周円との交点には、Ｘ軸部材５を通すための切り欠き４ｄ１，４ｄ２が設けられている。ただし、Ｙ軸足４ｂ１，４ｂ２の長さ方向に垂直な断面における形状は正方形に限定されるものではなく、円形でもよい。
【００１７】
なお、Ｙ軸裏板４ａ及びＹ軸足４ｂ１，４ｂ２は、一体に成形されたものであってもよいし、別々に形成された部品が接合されたものであってもよい。更には、Ｙ軸部材４と円形反射鏡１とが、同一の加工対象物を切削することで形成されてもよい。また、円形反射鏡１とＸ軸部材５とが、同一の加工対象物を切削することで形成されてもよい。更には、円形反射鏡１と、Ｘ軸部材５と、Ｙ軸部材４とが、同一の加工対象物を切削することで形成されてもよい。
【００１８】
Ｙ軸足底面４ｃ１は、Ｙ軸足４ｂ１に対して垂直な平面において正方形の形状であり、Ｙ軸足底面４ｃ２は、Ｙ軸足４ｂ２に対して垂直な平面において正方形の形状である。２つのＹ軸足底面４ｃ１，４ｃ２は、円形反射鏡１の裏面１ｓｂに対して、ねじ止め、ろう付け又は接着材による接着といった固定方法によって、引張力で固定面が剥がれないように固定される。なお、形状可変鏡１０のうち、裏面１ｓｂにＹ軸足底面４ｃ１，４ｃ２が固定された部分以外の部分における固定においても、裏面１ｓｂとＹ軸足底面４ｃ１，４ｃ２とにおける固定と同様の手法が用いられる。
【００１９】
第２の部材であるＸ軸部材５は、Ｙ軸部材４と同様の形状であり、円形反射鏡１と同径の円形で厚さを有するＸ軸裏板５ａと、Ｘ軸裏板５ａの円形反射鏡１側の面でＸ軸裏板５ａ上に垂直に形成された角形状の足であるＸ軸足５ｂ１，５ｂ２とを備える。Ｘ軸裏板５ａは、Ｙ軸裏板４ａに対向する第２の板部である。Ｘ軸足５ｂ１，５ｂ２は、Ｘ軸裏板５ａからＹ軸部材４を跨いで伸ばされて円形反射鏡１の裏面１ｓｂに当てられた第２の足部である。Ｘ軸部材５のＸ軸足底面５ｃ１，５ｃ２は、円形反射鏡１の裏面１ｓｂに固定される。Ｘ軸部材５の形状とＹ軸部材４の形状とで異なる点は、Ｘ軸足５ｂ１，５ｂ２の長さがＹ軸足４ｂ１，４ｂ２よりも長い点、Ｘ軸裏板５ａには切り欠きが設けられていない点、Ｘ軸裏板５ａの中心に貫通穴５ｆが形成されている点の３点である。円形反射鏡１の裏面１ｓｂにおいて、２つのＹ軸足４ｂ１，４ｂ２のそれぞれが当てられた箇所の間を結ぶ線分と２つのＸ軸足５ｂ１，５ｂ２のそれぞれが当てられた箇所を結ぶ線分とは交差する。
【００２０】
貫通穴５ｆの径は、第２のピエゾアクチュエータ２ｃの径よりも大きく、ピエゾアクチュエータ接続部材２ｂの径以下である。ここで、Ｘ軸裏板５ａとピエゾアクチュエータ接続部材２ｂとは、ピエゾアクチュエータ接続部材２ｂの側面と貫通穴５ｆの側面とを、ねじ止め、ろう付け又は接着材による接着といった固定方法によって、引張力で固定面が剥がれないように固定される。又は、ピエゾアクチュエータ接続部材２ｂのＸ軸部材５側の面とＸ軸裏板５ａの円形反射鏡１側の面とをねじ止め、ろう付け又は接着材による接着といった固定方法によって、引張力で固定面が剥がれないように固定されていてもよい。なお、いずれの固定方法によっても、第２のピエゾアクチュエータ２ｃは、貫通穴５ｆを貫通するように配される。
【００２１】
距離変更部２は、円形反射鏡１よりも径が小さいピエゾアクチュエータ接続部材２ｂに対して、円形反射鏡１側に第１のピエゾアクチュエータ２ａを固定し、保持部材６側に第２のピエゾアクチュエータ２ｃを固定している。
【００２２】
なお、Ｘ軸部材５及びピエゾアクチュエータ接続部材２ｂは、同一の加工対象物を切削することで形成されてもよい。
【００２３】
なお、第１のピエゾアクチュエータ２ａの円形反射鏡１側の面は、Ｙ軸裏板４ａの円形反射鏡１の逆側の中心に固定されている。第２のピエゾアクチュエータ２ｃの保持部材６側の面は、保持部材６の円形反射鏡１側の保持部材中心６ｅに固定されている。
【００２４】
保持部材６は、円形反射鏡１と同径の円形であり、第２のピエゾアクチュエータ２ｃの保持部材６側の面と保持部材中心６ｅとが固定されている。保持部材６は、距離変更部２を介してＹ軸部材４とＸ軸部材５とを保持する。
【００２５】
次に、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆの鞍形への変形について説明する。ここで、基準面は以下のように定義される。基準面は、保持部材６の円形反射鏡１側の面とする。この基準面の中心には、距離変更部２の第２のピエゾアクチュエータ２ｃの一端が固定されている。第２のピエゾアクチュエータ２ｃの他端はピエゾアクチュエータ接続部材２ｂに固定され、ピエゾアクチュエータ接続部材２ｂはＸ軸部材５の中心に固定されている。Ｘ軸裏板５ａの円形反射鏡１側の面は、第２面とする。さらに、ピエゾアクチュエータ接続部材２ｂの第２のピエゾアクチュエータ２ｃが固定されている面とは逆側の面には第１のピエゾアクチュエータ２ａの一端が固定され、第１のピエゾアクチュエータ２ａの他端は、Ｙ軸裏板４ａの円形反射鏡１の逆側の面の中心に固定されている。Ｙ軸裏板４ａの円形反射鏡１と逆側の面は、第３面とする。さらに、Ｘ軸足５ｂ１，５ｂ２及びＹ軸足４ｂ１，４ｂ２が固定されている円形反射鏡１の裏面１ｓｂは、第４面とする。Ｙ軸裏板４ａの中心及びＸ軸裏板５ａの中心は、いずれも、円形反射鏡１の中心を通り円形反射鏡１に垂直な直線上に存在する。そのため、第１のピエゾアクチュエータ２ａ及び第２のピエゾアクチュエータ２ｃも、この直線上に存在する。すなわち、第１のピエゾアクチュエータ２ａと第２のピエゾアクチュエータ２ｃとは、円形反射鏡１に垂直な直線上で、その両端の距離を変化させることになる。Ｙ軸足４ｂ１，４ｂ２とＸ軸足５ｂ１，５ｂ２との長さの差は、第１のピエゾアクチュエータ２ａの長さをその変化可能範囲の中間にあるときの長さと同じになるように設定する。第１のピエゾアクチュエータ２ａに電圧を印加し、第１のピエゾアクチュエータ２ａの長さがＹ軸足４ｂ１，４ｂ２とＸ軸足５ｂ１，５ｂ２との長さの差となる状態で、Ｙ軸足底面４ｃ１，４ｃ２とＸ軸足底面５ｃ１，５ｃ２とが円形反射鏡１の裏面１ｓｂに固定される。
【００２６】
次に、第１のピエゾアクチュエータ２ａ及び第２のピエゾアクチュエータ２ｃの制御方法について説明する。図３は、図２に示す形状可変鏡１０の形状変化を説明するための第１概念図である。図３に示すように、第２のピエゾアクチュエータ２ｃに電圧を印加すると、基準面に対して、第２面が＋Ｚ方向に移動する。第２面が＋Ｚ方向に移動すると、これに伴って第３面及び第４面も同様に移動し、基準面に対して円形反射鏡１のミラー面１ｓｆが＋Ｚ方向に移動するのみである。
【００２７】
図４は、図２に示す形状可変鏡１０の形状変化を説明するための第２概念図である。図４に示すように、第１のピエゾアクチュエータ２ａを長くすると、基準面に対して第２面は変化せず、第３面は＋Ｚ方向に移動する。このとき、第４面である円形反射鏡１の裏面１ｓｂでは、Ｘ軸部材５のＸ軸足底面５ｃ１，５ｃ２と固定されているＸ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２は＋Ｚ方向へ移動せず、Ｙ軸部材４のＹ軸足底面４ｃ１，４ｃ２と固定されているＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２は＋Ｚ方向へ移動する。
【００２８】
図５は、図２に示す形状可変鏡１０が備える円形反射鏡１の形状変化を説明するための概念図である。上記のように形状変化することで、図５に示すように円形反射鏡１のミラー面１ｓｆは鞍形に変形する。しかしながら、基準面に対しては、ミラー面中心１ｅも＋Ｚ方向に変化してしまう。
【００２９】
図６は、図２に示す形状可変鏡１０の形状変化を説明するための第３概念図である。図６に示すように、第２のピエゾアクチュエータ２ｃに電圧を印加し、第２のピエゾアクチュエータ２ｃを長くした分だけ、第１のピエゾアクチュエータ２ａを第２のピエゾアクチュエータ２ｃを長くした方向とは逆方向に２倍短くする。すると、第２面は基準面に対して＋Ｚ方向に変化し、第３面は基準面に対して−Ｚ方向に変化する。また、第３面の基準面に対する−Ｚ方向の変化量は、第２面の基準面に対する＋Ｚ方向の変化量と同じである。これにより、距離変更部２は、Ｙ軸裏板４ａを−Ｚ方向へ移動させるとともにＸ軸裏板５ａを＋Ｚ方向へ移動させることで、Ｚ軸方向において互いに逆向きにＹ軸裏板４ａとＸ軸裏板５ａとを移動させる。距離変更部２は、Ｚ軸方向において互いに逆向きにＹ軸裏板４ａとＸ軸裏板５ａとを移動させて、Ｙ軸裏板４ａと円形反射鏡１との間の距離とＸ軸裏板５ａと円形反射鏡１との間の距離とを対称に変化させる。ここでは、２つの距離のうち一方の距離を長くするとともに他方の距離を短くするように変化させることを、２つの距離を対称に変化させるものとしている。また、距離変更部２は、Ｙ軸裏板４ａと円形反射鏡１との間の距離とＸ軸裏板５ａと円形反射鏡１との間の距離とを、対称に同一量変化させる。ここでは、２つの距離のうちの一方を長くした距離と、他方を短くした距離とが同じであることを、２つの距離を対称に同一量変化させるものとしている。−Ｚ方向へのＹ軸裏板４ａの移動に伴い、Ｙ軸足４ｂ１，４ｂ２は、−Ｚ方向へ移動する。＋Ｚ方向へのＸ軸裏板５ａの移動に伴い、Ｘ軸足５ｂ１，５ｂ２は、＋Ｚ方向へ移動する。第４面である円形反射鏡１の裏面１ｓｂでは、Ｘ軸部材５のＸ軸足底面５ｃ１と固定されているＸ軸交点Ｐｘｆ１及びＸ軸部材５のＸ軸足底面５ｃ２と固定されているＸ軸交点Ｐｘｆ２は＋Ｚ軸方向に変化し、Ｙ軸部材４のＹ軸足底面４ｃ１と固定されているＹｂ軸交点Ｐｙｂ１及びＹ軸部材４のＹ軸足底面４ｃ２と固定されているＹｂ軸交点Ｐｙｂ２は−Ｚ方向にＸ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２の変化量と同じだけ変化する。
【００３０】
図７は、図２に示す形状可変鏡１０が備える円形反射鏡１の形状変化を説明するための概念図である。上記のように形状変化することで、図７に示すように円形反射鏡１のミラー面１ｓｆは鞍形に変形する。さらには、ミラー面中心１ｅのＺ方向の基準面に対する距離は変化しない。ここでは、第１のピエゾアクチュエータ２ａの長さを第２のピエゾアクチュエータ２ｃの長さの変化に対して逆方向に２倍としたが、逆方向に変化させれば変化させない場合よりも円形反射鏡１のミラー面中心１ｅの基準面に対するＺ方向の変化は小さくなる。そのため、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆを鞍形に変形させても、保持部材６の基準面に対して、円形反射鏡１のミラー面中心１ｅのＺ方向の変化を抑制することができる。
【００３１】
なお、円形反射鏡１、Ｙ軸部材４、Ｘ軸部材５及び保持部材６の剛性は、形状変化を許容可能な程度に材料及び構造が調整される。一例として、Ｙ軸部材４、Ｘ軸部材５及び保持部材６の剛性が円形反射鏡１の剛性よりも小さくなると、距離変更部２による距離変化に対する円形反射鏡１の変形の比が小さくなり、円形反射鏡１の細かな変形の制御が可能となる。
【００３２】
次に、レーザ加工装置のレーザビームの非点収差を形状可変鏡１０で補正する場合を例示して説明する。レーザ加工装置の構成の詳細については後述するが、レーザ発振器から加工点までの伝送光路の途中に、形状可変鏡１０が設置されているものとする。なお、レーザ加工装置以外に適用する場合でも、同様な動作により非点収差を補正し、ミラー反射位置が変化しないため光軸ずれが発生しない。非点収差がある場合にはレーザビーム形状が楕円になる。円柱状の形状可変鏡１０自体を保持部材６と固定された鏡筒ホルダーの中で回転させて、レーザビーム形状の径が長い方向又は短い方向と形状可変鏡１０のＸ軸又はＹ軸とを一致させる。
【００３３】
第１のピエゾアクチュエータ２ａ及び第２のピエゾアクチュエータ２ｃが初期値の場合には、まず、第２のピエゾアクチュエータ２ｃを長くし、第１のピエゾアクチュエータ２ａを第２のピエゾアクチュエータ２ｃの変化量の２倍短くする。このとき、レーザビーム形状が楕円から真円に近付くようであれば、そのまま第２のピエゾアクチュエータ２ｃを長くし、第１のピエゾアクチュエータ２ａを第２のピエゾアクチュエータ２ｃの変化量の２倍短くしていき、レーザビーム形状が真円に近くなるように調整する。逆に、第２のピエゾアクチュエータ２ｃを長くし、第１のピエゾアクチュエータ２ａを第２のピエゾアクチュエータ２ｃの長くなった量の２倍短くした場合には、扁平の度合いが大きくなるのであれば、鏡筒ホルダー内の形状可変鏡１０自体を軸中心に９０度回転させた後、第２のピエゾアクチュエータ２ｃを長くし、第１のピエゾアクチュエータ２ａを第２のピエゾアクチュエータ２ｃの変化量の２倍短くする。このように、レーザビーム形状を監視しつつ第１のピエゾアクチュエータ２ａ及び第２のピエゾアクチュエータ２ｃの長さを変化させて、レーザビーム形状が真円に近くなるように調整する。
【００３４】
なお、ここでは、形状可変鏡１０の軸方向の断面形状を円形としたが、本発明はこれに限定されず、円形でなくてもよい。ただし、円形にした方が、上述したように、扁平の度合いが大きくなるか小さくなるかによって、形状可変鏡１０自体を軸中心に回転させることができる。また、反射鏡についても等方性を考慮すると円形が好ましいが、本発明はこれに限定されず、楕円又は多角形としてもよい。
【００３５】
なお、上述の説明では、円形反射鏡１を変形させるために荷重の位置を決めるための２つの軸であるＸ軸とＹ軸とを直交させているが、本発明はこれに限定されず、Ｘ軸とＹ軸とは直交させなくてもよい。荷重の位置を決める２つの軸が直交していない場合でも、軸まわりの位置、すなわち角度を異ならせると、変形が凹に最大となる箇所と凸に最大となる箇所との角度は、９０度になる。そのため、変形が凹に最大となる箇所を通る直線をＹ軸とし、変形が凸に最大となる箇所を通る直線をＸ軸とし、Ｘ軸又はＹ軸のいずれかを光の形状の長さが長い方又は短い方に合わせて、円形反射鏡１を変形させることにより、非点収差を補正することができる。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１ではピエゾアクチュエータを備える距離変更部によって円形反射鏡１を変形させる形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本実施の形態２にて説明するようにピエゾアクチュエータに代えて調整ねじによって円形反射鏡１を変形させてもよい。なお、本実施の形態２において特に説明しない部分については、実施の形態１の説明を援用するものとする。
【００３７】
図８は、本発明の実施の形態２に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図である。なお、図８において、図２と同じ構成については同じ符号を付している。図８に示す形状可変鏡１０ａは、円形反射鏡１と変形力発生機構部３Ａとを備える。変形力発生機構部３Ａは、ミラー面１ｓｆを鞍形に変形させる力を発生させる。変形力発生機構部３Ａは、Ｙ軸部材４Ａと、Ｘ軸部材５Ａと、保持部材６Ａと、距離変更部である調整ねじ７と、回転止部材８，８Ａとを備える。調整ねじ７は、第１のねじ７ａと、第２のねじ７ｂと、第３のねじ７ｃとを備える。第１のねじ７ａと、第２のねじ７ｂと、第３のねじ７ｃとは、互いにねじピッチが異なる。なお、図８の構成において、図２の構成に対応するが異なる構成には、符号に「Ａ」を付している。すなわち、図８におけるＹ軸部材４Ａは、図２におけるＹ軸部材４に対応する。
【００３８】
Ｙ軸部材４Ａは、Ｙ軸裏板４ＡａとＹ軸足４Ａｂ１，４Ａｂ２とを備える。Ｙ軸裏板４Ａａは、円形反射鏡１の裏面１ｓｂに対向する第１の板部である。Ｙ軸足４Ａｂ１，４Ａｂ２は、Ｙ軸裏板４Ａａから＋Ｚ方向へ伸ばされて円形反射鏡１の裏面１ｓｂに当てられた第１の足部である。Ｙ軸部材４Ａは、中心にＹ軸ねじ穴４Ａｆを有する点が図２に示すＹ軸部材４と異なり、その他はＹ軸部材４と同じである。なお、Ｙ軸足底面４Ａｃ１，４Ａｃ２は、Ｙ軸足４Ａｂ１，４Ａｂ２の底面である。また、Ｙ軸部材４Ａには切り欠き４Ａｄ１，４Ａｄ２が設けられている。Ｙ軸部材位置決め穴４Ａｇ１，４Ａｇ２は、Ｙ軸裏板４ＡａのうちＹ軸ねじ穴４Ａｆよりも径方向における外側であって切り欠き４Ａｄ１，４Ａｄ２よりも径方向における内側に設けられている。回転止部材８，８Ａの円柱部８ｃ，８Ａｃは、Ｙ軸部材位置決め穴４Ａｇ１，４Ａｇ２にそれぞれ挿入される。
【００３９】
Ｘ軸部材５Ａは、Ｘ軸裏板５ＡａとＸ軸足５Ａｂ１，５Ａｂ２とを備える。Ｘ軸裏板５Ａａは、Ｙ軸裏板４Ａａに対向する第２の板部である。Ｘ軸足５Ａｂ１，５Ａｂ２は、Ｘ軸裏板５ＡａからＹ軸部材４Ａを跨いで伸ばされて円形反射鏡１の裏面１ｓｂに当てられた第２の足部である。Ｘ軸部材５Ａは、中心に貫通穴５ｆに代えてＸ軸ねじ穴５Ａｆを有し、Ｘ軸ねじ穴５Ａｆよりも径方向の外側であってＸ軸足５Ａｂ１，５Ａｂ２よりも内側に、２つの位置決め穴５Ａｇ１，５Ａｇ２を有する点が図２に示すＸ軸部材５と異なり、その他はＸ軸部材５と同じである。なお、Ｘ軸足底面５Ａｃ１，５Ａｃ２は、Ｘ軸足５Ａｂ１，５Ａｂ２の底面である。
【００４０】
保持部材６Ａは、中心にねじピッチの異なる保持部材ねじ穴６Ａｆを有し、Ｘ軸部材５Ａの位置決め穴５Ａｇ１に対応する保持部材位置決め穴６Ａｇ１を有し、位置決め穴５Ａｇ２に対応する保持部材位置決め穴６Ａｇ２を有する点が図２に示す保持部材６と異なる。保持部材６Ａは、調整ねじ７を介してＹ軸部材４ＡとＸ軸部材５Ａとを保持する。
【００４１】
調整ねじ７は、Ｙ軸裏板４Ａａにねじ込まれる第１のねじ７ａと、Ｘ軸裏板５Ａａにねじ込まれる第２のねじ７ｂと、保持部材６Ａにねじ込まれる第３のねじ７ｃとを備える。第１のねじ７ａは、Ｙ軸ねじ穴４Ａｆと対応する。第２のねじ７ｂは、Ｘ軸ねじ穴５Ａｆに対応する。第３のねじ７ｃは、保持部材ねじ穴６Ａｆに対応する。第１のねじ７ａ、第２のねじ７ｂ及び第３のねじ７ｃは、ねじピッチが各々異なる雄ねじが形成されている。なお、図示しないが、第３のねじ７ｃ側の端部には、回転力を与えるためのレンチ用の穴が形成されている。このレンチ用の穴には、六角穴を例示することができる。調整ねじ７は、Ｙ軸裏板４Ａａと円形反射鏡１との間の距離とＸ軸裏板５Ａａと円形反射鏡１との間の距離とを対称に変化させる。調整ねじ７は、Ｙ軸裏板４Ａａと円形反射鏡１との間の距離とＸ軸裏板５Ａａと円形反射鏡１との間の距離とを、対称に同一量変化させる。
【００４２】
回転止部材８は、円柱部８ｃと、円柱部８ｃの一端側に設けられた頭部８ｄを備える。回転止部材８Ａは、円柱部８Ａｃと、円柱部８Ａｃの一端側に設けられた頭部８Ａｄを備える。円柱部８ｃは、Ｙ軸部材位置決め穴４Ａｇ１の径、位置決め穴５Ａｇ１の径及び保持部材位置決め穴６Ａｇ１の径よりも外径が小さく、保持部材位置決め穴６Ａｇ１を通ってＸ軸部材５Ａの位置決め穴５Ａｇ１及びＹ軸部材位置決め穴４Ａｇ１に挿入可能な長さであり、Ｙ軸部材位置決め穴４Ａｇ１、位置決め穴５Ａｇ１及び保持部材位置決め穴６Ａｇ１に自在に抜き差し可能である。円柱部８Ａｃは、Ｙ軸部材位置決め穴４Ａｇ２の径、位置決め穴５Ａｇ２の径及び保持部材位置決め穴６Ａｇ２の径よりも外径が小さく、保持部材位置決め穴６Ａｇ２を通ってＸ軸部材５Ａの位置決め穴５Ａｇ２及びＹ軸部材位置決め穴４Ａｇ２に挿入可能な長さであり、Ｙ軸部材位置決め穴４Ａｇ２、位置決め穴５Ａｇ２及び保持部材位置決め穴６Ａｇ２に自在に抜き差し可能である。頭部８ｄは、保持部材位置決め穴６Ａｇ１よりも外径が大きく、保持部材６Ａに接すると回転止部材８が止まるように設けられている。頭部８Ａｄは、保持部材位置決め穴６Ａｇ２よりも外径が大きく、保持部材６Ａに接すると回転止部材８Ａが止まるように設けられている。
【００４３】
なお、図８には回転止部材は２つ示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｙ軸部材４ＡとＸ軸部材５Ａと保持部材６Ａとの回転方向を拘束可能な個数とすればよい。
【００４４】
次に、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆの鞍形変形について説明する。ここで、基準面を以下のように定義する。基準面は、保持部材６Ａの円形反射鏡１側の面とする。この基準面の中心には、調整ねじ７の第３のねじ７ｃの中心が配置されている。第３のねじ７ｃの中心と第２のねじ７ｂの中心とは同軸上にあり、第２のねじ７ｂの中心はＸ軸裏板５Ａａの中心に配置されている。Ｘ軸裏板５Ａａの円形反射鏡１側の面は、第２面とする。第２のねじ７ｂと第１のねじ７ａの中心とは同軸上にあり、第１のねじ７ａの中心はＹ軸裏板４Ａａの中心に配置されている。そして、Ｙ軸裏板４Ａａの中心と円形反射鏡１のミラー面中心１ｅとは、同軸上に配置されている。Ｙ軸裏板４Ａａの円形反射鏡１と逆側の面は、第３面とする。さらに、Ｘ軸足５Ａｂ１，５Ａｂ２及びＹ軸足４Ａｂ１，４Ａｂ２が固定されている円形反射鏡１の裏面１ｓｂは、第４面とする。
【００４５】
Ｙ軸裏板４Ａａの中心とＸ軸裏板５Ａａの中心は、いずれも円形反射鏡１の中心を通り、円形反射鏡１に垂直な直線上に存在する。そのため、第１のねじ７ａと、第２のねじ７ｂと、第３のねじ７ｃとは、直線上に存在する。すなわち、第１のねじ７ａと、第２のねじ７ｂと、第３のねじ７ｃとは、円形反射鏡１に垂直な直線上で、その両端の距離を変化させることになる。Ｙ軸足４Ａｂ１とＸ軸足５Ａｂ１との長さの差は、第１のねじ７ａの長さ方向の中央部が、Ｙ軸裏板４Ａａの厚み方向の中央部と同じ位置であり、且つ第２のねじ７ｂの長さ方向の中央部が、Ｘ軸裏板５Ａａの厚み方向の中央部と同じ位置にあるときの長さと同じになるように設定する。Ｙ軸足４Ａｂ２とＸ軸足５Ａｂ２との長さの差は、第１のねじ７ａの長さ方向の中央部が、Ｙ軸裏板４Ａａの厚み方向の中央部と同じ位置であり、且つ第２のねじ７ｂの長さ方向の中央部が、Ｘ軸裏板５Ａａの厚み方向の中央部と同じ位置にあるときの長さと同じになるように設定する。
【００４６】
次に、第１のねじ７ａ、第２のねじ７ｂ及び第３のねじ７ｃのねじピッチについて説明する。ここで、第１のねじ７ａについてはピッチ幅Ｐａとし、第２のねじ７ｂについてはピッチ幅Ｐｂとし、第３のねじ７ｃについてはピッチ幅Ｐｃとする。実施の形態２において、第３のねじ７ｃのピッチ幅Ｐｃから第２のねじ７ｂのピッチ幅Ｐｂを差し引いた差であるＰｃ−Ｐｂと、第３のねじ７ｃのピッチ幅Ｐｃから第１のねじ７ａのピッチ幅Ｐａを差し引いた差であるＰｃ−Ｐａとの正負が逆とされる。ピッチ幅Ｐｃに対してピッチ幅Ｐｂが小さい場合には、ピッチ幅Ｐａはピッチ幅Ｐｃよりも大きくされる。さらに、ピッチ幅Ｐｃとピッチ幅Ｐｂとの差であるＰｃ−Ｐｂの絶対値と、ピッチ幅Ｐｃとピッチ幅Ｐａとの差とであるＰｃ−Ｐａの絶対値とが等しい。
【００４７】
次に、調整ねじ７を回転させたときの円形反射鏡１の変形について説明する。まず、調整ねじ７をねじ込む方向に１回転させると、調整ねじ７は、基準面に対して第３のねじ７ｃのピッチ幅Ｐｃ分だけ＋Ｚ方向に変化する。このとき、Ｘ軸部材５Ａは、第２のねじ７ｂのピッチ幅Ｐｂ分だけ−Ｚ方向に変化する。すなわち、第３のねじ７ｃのピッチ幅Ｐｃが第２のねじ７ｂのピッチ幅Ｐｂよりも大きい場合には、Ｘ軸部材５Ａは、ねじ基準面に対してＰｃ−Ｐｂ分だけ＋Ｚ方向に変化する。また、Ｙ軸部材４Ａは、第１のねじ７ａのピッチ幅Ｐａ分だけ−Ｚ方向に変化する。すなわち、第３のねじ７ｃのピッチ幅Ｐｃが第１のねじ７ａのピッチ幅Ｐａよりも小さい場合には、Ｙ軸部材４Ａは、ねじ基準面に対してＰｃ−Ｐａ分だけ−Ｚ方向に変化する。このとき、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆは鞍形に変形する。また、ミラー面１ｓｆにおけるミラー面中心１ｅについては、基準面に対してのＺ方向の変化は抑制される。この結果、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆを鞍形に変形させつつ、保持部材６Ａの基準面に対して、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆにおけるミラー面中心１ｅのＺ方向の変化が抑制された形状可変鏡１０ａを得ることができる。なお、ねじ基準面は、ねじの水平方向の面であれば特定の面に限定されるものではなく、ねじ基準面には、第２のねじ７ｂと第３のねじ７ｃとの境である段差部の平面を例示することができる。
【００４８】
上述のように、ピッチ幅Ｐｃよりピッチ幅Ｐｂが小さく、かつピッチ幅Ｐｃよりピッチ幅Ｐａが大きい場合には、調整ねじ７は、ミラー面１ｓｆを変形させる際において＋Ｚ方向へねじ込む向きへ回転させて使用される。なお、ピッチ幅Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにおいて、ピッチ幅Ｐｃより大きいピッチ幅Ｐｂと、ピッチ幅Ｐｃより小さいピッチ幅Ｐａとが設定されてもよい。ピッチ幅Ｐｃよりピッチ幅Ｐｂが大きく、かつピッチ幅Ｐｃよりピッチ幅Ｐａが小さい場合には、調整ねじ７は、ミラー面１ｓｆを変形させる際において−Ｚ方向へ緩める向きへ回転させて使用される。
【００４９】
次に、実施の形態１と同様に、レーザ加工装置のレーザビームの非点収差を形状可変鏡１０ａで補正する場合を例示して説明する。レーザ加工装置の構成の詳細については後述するが、レーザ発振器から加工点までの伝送光路の途中に、形状可変鏡１０ａが設置されているものとする。円柱状の形状可変鏡１０ａ自体を保持部材６Ａと固定された鏡筒ホルダーの中で回転させて、レーザビーム形状の径が長い方向又は短い方向と形状可変鏡１０ａのＸ軸又はＹ軸とを一致させる。
【００５０】
まず、調整ねじ７をねじ込む方向に回転させる。このとき、レーザビーム形状が楕円から真円に近付くようであれば、そのまま調整ねじ７をねじ込む方向に回転させ、レーザビーム形状が真円に近くなるように調整する。逆に、調整ねじ７をねじ込む方向に回転させると、扁平の度合いが大きくなるのであれば、鏡筒ホルダー内の形状可変鏡１０ａ自体を軸中心に９０度回転させた後、調整ねじ７をねじ込む方向に回転させる。このように、レーザビーム形状を監視しつつ、レーザビーム形状が真円に近くなる長さに調整する。
【００５１】
なお、ここでは、形状可変鏡１０ａの軸方向の断面形状を円形としたが、本発明はこれに限定されず、円形でなくてもよい。ただし、円形にした方が、上述したように、扁平の度合いが大きくなるか小さくなるかによって、形状可変鏡１０ａ自体を軸中心に回転させることができる。また、反射鏡についても等方性を考慮すると円形が好ましいが、本発明はこれに限定されず、楕円又は多角形としてもよい。
【００５２】
なお、上述の説明では、円形反射鏡１を変形させるために荷重の位置を決めるための２つの軸であるＸ軸とＹ軸とを直交させているが、本発明はこれに限定されず、Ｘ軸とＹ軸とは直交させなくてもよい。荷重の位置を決める２つの軸が直交していない場合でも、軸まわりの位置、すなわち角度を異ならせると、変形が凹に最大となる箇所と凸に最大となる箇所との角度は、９０度になる。そのため、変形が凹に最大となる箇所を通る直線をＹ軸とし、変形が凸に最大となる箇所を通る直線をＸ軸とし、Ｘ軸又はＹ軸のいずれかを光の形状の長さが長い方又は短い方に合わせて、円形反射鏡１を変形させることにより、非点収差を補正することができる。
【００５３】
実施の形態３．
本実施の形態では、上記説明した実施の形態２の形状可変鏡１０ａに対し、調整ねじ７をロックするロック機構を追加した形態について説明する。図９は、本発明の実施の形態３に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図である。図９に示す形状可変鏡１０ｂは、ロック部材９を備える点が形状可変鏡１０ａと異なる。なお、図９において、図２，８と同じ構成については同じ符号を付している。
【００５４】
図９に示す形状可変鏡１０ｂは、円形反射鏡１と変形力発生機構部３Ｂとを備える。変形力発生機構部３Ｂは、ミラー面１ｓｆを鞍形に変形させる力を発生させる。変形力発生機構部３Ｂは、実施の形態２の変形力発生機構部３Ａの構成にロック部材９が追加されたものである。ロック部材９は、保持部材６Ａの外径よりも小さい六角形で厚さを有し、中心には第３のねじ７ｃに対応する雌ねじを有するロックナットである。なお、ロック部材９は六角形のロックナットに限定されるものではなく、円形であってもよい。
【００５５】
なお、図９において、第３のねじ７ｃは、想定される回転範囲において、保持部材６Ａの円形反射鏡１に対向する面の逆側の面から突き出ており、ロック部材９と締結できる長さを有する。
【００５６】
本実施の形態３にて説明したように、形状可変鏡１０ｂは、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆを鞍形に変形させても、保持部材６Ａの基準面に対して、円形反射鏡１のミラー面中心１ｅのＺ方向の変化が抑制され、調整ねじ７の回転をロックさせるロック部材９により円形反射鏡１の変形量を安定して維持することができる。
【００５７】
実施の形態１から３において、形状可変鏡１０，１０ａ，１０ｂは、裏面１ｓｂに固定された第１の部材であるＹ軸部材４，４Ａと、裏面１ｓｂに固定された第２の部材であるＸ軸部材５，５Ａとを含む。Ｙ軸足底面４ｃ１，４Ａｃ１，４ｃ２，４Ａｃ２とＸ軸足底面５ｃ１，５Ａｃ１，５ｃ２，５Ａｃ２とは、引張力により裏面１ｓｂから剥がれないように、ねじ止め、ろう付け又は接着材により裏面１ｓｂに固定される。本発明は、第１の部材と第２の部材とが裏面１ｓｂに固定されているものに限られない。第１の部材と第２の部材とは、裏面１ｓｂに固定されず接触されたものであっても良い。下記の実施の形態４から６では、裏面１ｓｂに接触されている第１の部材と第２の部材とを含む形状可変鏡の構成について説明する。実施の形態４から６によると、形状可変鏡は、ねじ止め、ろう付け又は接着材による第１の部材と第２の部材との固定が不可である円形反射鏡１を、実施の形態１から３と同様に変形させることができる。なお、実施の形態４から６において、「接触」とは、物同士が固定されずに当てられていることを指すものとする。
【００５８】
実施の形態４．
実施の形態４では、ピエゾアクチュエータを備える距離変更部２によって円形反射鏡１を変形させる構成について説明する。図１０は、本発明の実施の形態４に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図である。本実施の形態４では、実施の形態１から３の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。本実施の形態４では、実施の形態１から３と重複する説明を省略する。
【００５９】
図１０に示す形状可変鏡１０ｃは、円形反射鏡１と変形力発生機構部３Ｃとを備える。変形力発生機構部３Ｃは、距離変更部２、Ｙ軸部材４Ｃ、Ｘ軸部材５Ｃ及び保持部材６を含む。距離変更部２は、Ｘ軸裏板５Ｃａに固定されている固定部であるピエゾアクチュエータ接続部材２ｂと、Ｙ軸裏板４Ｃａに当てられてピエゾアクチュエータ接続部材２ｂとＹ軸裏板４Ｃａとの間にて伸縮可能な第１のピエゾアクチュエータ２ａと、保持部材６に当てられてピエゾアクチュエータ接続部材２ｂと保持部材６との間で伸縮可能な第２のピエゾアクチュエータ２ｃとを備える。距離変更部２は、Ｙ軸裏板４Ｃａと円形反射鏡１との間の距離とＸ軸裏板５Ｃａと円形反射鏡１との間の距離とを対称に変化させる。距離変更部２は、Ｙ軸裏板４Ｃａと円形反射鏡１との間の距離とＸ軸裏板５Ｃａと円形反射鏡１との間の距離とを、対称に同一量変化させる。
【００６０】
変形力発生機構部３Ｃは、ミラー面１ｓｆを鞍形に変形させる力を発生させる。第１の部材であるＹ軸部材４Ｃは、図１に示すＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２に対応する位置の２ヶ所で円形反射鏡１の裏面１ｓｂに接触する。第２の部材であるＸ軸部材５Ｃは、Ｘ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２に対応する位置の２ヶ所で円形反射鏡１のミラー面１ｓｆに接触する。Ｘ軸部材５Ｃは、Ｙ軸部材４Ｃを跨いで配置される。Ｘ軸部材５Ｃを接触させた箇所同士を結ぶ線分を裏面１ｓｂに投影させた線分でありＹ軸に平行な線分と、Ｙ軸部材４Ｃを接触させた箇所同士を結ぶ線分でありＸ軸に平行な線分とは、裏面１ｓｂにおいて互いに交差する。保持部材６は、円形反射鏡１の径と同じか円形反射鏡１の径より大きい径の円形をなす。
【００６１】
Ｙ軸部材４Ｃは、円形反射鏡１と同径の円形で厚さを有するＹ軸裏板４Ｃａと、Ｙ軸裏板４Ｃａにおける円形反射鏡１側の面に形成され、当該面に垂直に立てられた角形状の足であるＹ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２とを備える。Ｙ軸裏板４Ｃａは、円形反射鏡１の裏面１ｓｂに対向する第１の板部である。Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２は、Ｙ軸裏板４Ｃａから＋Ｚ方向へ伸ばされて円形反射鏡１の裏面１ｓｂに当てられた第１の足部である。Ｚ軸方向においてＹ軸足４Ｃｂ１の長さとＹ軸足４Ｃｂ２の長さとは等しいため、Ｙ軸部材４Ｃが円形反射鏡１に接触する状態ではＹ軸裏板４Ｃａは円形反射鏡１と平行に配される。Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２の長さ方向であるＺ軸方向に垂直な断面において、Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２は正方形をなす。Ｙ軸足底面４Ｃｃ１，４Ｃｃ２は、Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２の底面である。
【００６２】
Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２は、Ｙ軸裏板４Ｃａの端部に配されている。Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２は、Ｙ軸足底面４Ｃｃ１の中心とＹ軸足底面４Ｃｃ２の中心とを結ぶ線分がＹ軸裏板４Ｃａの中心を通るように設けられている。Ｙ軸足底面４Ｃｃ１の中心とＹ軸足底面４Ｃｃ２の中心とを結ぶ線分は、Ｙ軸に平行な線分である。Ｙ軸裏板４Ｃａの中心を通りＸ軸に平行な線分とＹ軸裏板４Ｃａの外周円との交点には、Ｘ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２を通すための切り欠き４Ｃｄ１，４Ｃｄ２が設けられている。なお、本実施の形態４では、切り欠き４Ｃｄ１，４Ｃｄ２が設けられていなくても良い。Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２の長さ方向に垂直な断面における形状は正方形に限られず、円形であっても良い。Ｙ軸裏板４Ｃａ及びＹ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２は、一体に成形されたものであってもよいし、別々に形成された部品が接合されたものであってもよい。
【００６３】
Ｘ軸部材５Ｃは、円形反射鏡１より大きい径の円形で厚さを有するＸ軸裏板５Ｃａと、Ｘ軸裏板５Ｃａにおける円形反射鏡１側の面に形成され、当該面に垂直に立てられた角形状の足であるＸ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２とを備える。Ｘ軸裏板５Ｃａは、Ｙ軸裏板４Ｃａに対向する第２の板部である。Ｘ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２は、Ｘ軸裏板５ＣａからＹ軸部材４Ｃを跨いで伸ばされて円形反射鏡１のミラー面１ｓｆに当てられた第２の足部である。Ｘ軸裏板５Ｃａの中心からＸ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２までの長さは、円形反射鏡１の径およびＹ軸裏板４Ｃａの径より長い。Ｘ軸裏板５Ｃａの中心には、実施の形態１の貫通穴５ｆと同様の貫通穴５Ｃｆが形成されている。
【００６４】
Ｚ軸方向におけるＸ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２の長さは、Ｚ軸方向におけるＹ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２の長さより長い。Ｘ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２のうち＋Ｚ方向における先端には、Ｘ軸裏板５Ｃａの中心側へ突出された突起部５Ｃｈ１，５Ｃｈ２が設けられている。突起部５Ｃｈ１，５Ｃｈ２は、円形反射鏡１より＋Ｚ方向側に位置している。突起部底面５Ｃｊ１，５Ｃｊ２は、突起部５Ｃｈ１，５Ｃｈ２のうち−Ｚ方向へ向けられた面である。突起部底面５Ｃｊ１，５Ｃｊ２は、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆに接触する。円形反射鏡１の裏面１ｓｂにおいて、２つのＹ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２のそれぞれが当てられた箇所の間を結ぶ線分と２つのＸ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２のそれぞれが当てられた箇所を結ぶ線分とは交差する。ここで、２つのＸ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２のそれぞれが当てられた箇所を結ぶ線分には、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆにおける２つのＸ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２のそれぞれが当てられた箇所を結ぶ線分を裏面１ｓｂに投影させた線分が含まれるものとする。なお、図１０では、Ｘ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２は、Ｘ軸裏板５Ｃａ側の部分と突起部５Ｃｈ１，５Ｃｈ２側の部分との間を離して示している。
【００６５】
次に、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆの鞍形への変形について説明する。以下の説明において、基準面は、保持部材６の円形反射鏡１側の面とする。第２面は、Ｘ軸裏板５Ｃａにおける円形反射鏡１側の面とする。第３面は、Ｙ軸裏板４ＣａにおけるＸ軸裏板５Ｃａ側の面とする。第４面は、円形反射鏡１の裏面１ｓｂとする。
【００６６】
Ｙ軸裏板４Ｃａの中心及びＸ軸裏板５Ｃａの中心は、いずれも、円形反射鏡１の中心を通り円形反射鏡１に垂直な直線上に存在する。変形力発生機構部３Ｃは、当該直線上にて第１のピエゾアクチュエータ２ａの長さを変化させることで、Ｘ軸裏板５ＣａとＹ軸裏板４Ｃａとの間隔を変化させる。変形力発生機構部３Ｃは、当該直線上にて第２のピエゾアクチュエータ２ｃの長さを変化させることで、保持部材６とＸ軸裏板５Ｃａとの間隔を変化させる。
【００６７】
Ｚ軸方向における円形反射鏡１、Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２及びＹ軸裏板４Ｃａの合計長さと、第２面及び突起部底面５Ｃｊ１，５Ｃｊ２の間の長さとの差分が、第１のピエゾアクチュエータ２ａの可変長さ範囲における中心の長さと同じとなるように、変形力発生機構部３Ｃは構成されている。第１のピエゾアクチュエータ２ａの長さが当該差分に相当する長さとなることで、Ｙ軸足底面４Ｃｃ１，４Ｃｃ２は裏面１ｓｂに接触する。また、突起部底面５Ｃｊ１，５Ｃｊ２はミラー面１ｓｆに接触する。
【００６８】
次に、第１のピエゾアクチュエータ２ａ及び第２のピエゾアクチュエータ２ｃの制御方法について説明する。図１１は、図１０に示す形状可変鏡１０ｃの形状変化を説明するための第１概念図である。図１１に示す形状変化では、初期状態のときより低い電圧を第２のピエゾアクチュエータ２ｃへ印加することで、第２のピエゾアクチュエータ２ｃを初期状態より短くさせる。ここで、初期状態とは、第１のピエゾアクチュエータ２ａと第２のピエゾアクチュエータ２ｃとの長さが、それぞれの可変長さ範囲における中心の長さである状態とする。図１１には、初期状態における形状可変鏡１０ｃと、初期状態より第２のピエゾアクチュエータ２ｃが短くされた形状可変鏡１０ｃとを示している。第２のピエゾアクチュエータ２ｃが短くなることで、第２面は−Ｚ方向へ移動する。第２面の移動に伴って、第３面及び第４面は−Ｚ方向へ移動する。この場合、ミラー面１ｓｆは、単に−Ｚ方向へ移動する。各面の移動とは、基準面を基準とした場合における移動とする。
【００６９】
図１２は、図１０に示す形状可変鏡１０ｃの形状変化を説明するための第２概念図である。図１２に示す形状変化では、初期状態のときより高い電圧を第１のピエゾアクチュエータ２ａへ印加することで、第１のピエゾアクチュエータ２ａを初期状態より長くさせる。図１２には、初期状態における形状可変鏡１０ｃと、初期状態より第１のピエゾアクチュエータ２ａが長くされた形状可変鏡１０ｃとを示している。第１のピエゾアクチュエータ２ａの長さを変化させる前後にて、Ｚ軸方向における第２面の位置は変化しない。Ｚ軸方向におけるＸ軸部材５Ｃの位置が変化しないことで、ミラー面１ｓｆのうち突起部底面５Ｃｊ１，５Ｃｊ２が接触しているＸ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２のＺ軸方向における位置も変化しない。第１のピエゾアクチュエータ２ａが長くなることで、第３面は＋Ｚ方向へ移動する。Ｙ軸部材４Ｃが＋Ｚ方向へ移動することで、裏面１ｓｂのうちＹ軸足底面４Ｃｃ１，４Ｃｃ２が接触しているＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２が＋Ｚ方向へ移動する。
【００７０】
Ｘ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２のＺ軸方向における位置が変化せず、かつＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２が＋Ｚ方向へ移動することで、図５に示すように、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆは、鞍形に変形する。しかしながら、ミラー面１ｓｆの変形に伴い、ミラー面中心１ｅは＋Ｚ方向へ移動することとなる。
【００７１】
図１３は、図１０に示す形状可変鏡１０ｃの形状変化を説明するための第３概念図である。図１３に示す形状変化では、第１のピエゾアクチュエータ２ａを初期状態より長くさせ、第２のピエゾアクチュエータ２ｃを初期状態より短くさせる。図１３には、初期状態における形状可変鏡１０ｃと、初期状態から第１のピエゾアクチュエータ２ａの長さと第２のピエゾアクチュエータ２ｃの長さとを変化させた形状可変鏡１０ｃとを示している。第１のピエゾアクチュエータ２ａを伸長させる長さは、第２のピエゾアクチュエータ２ｃを短縮させる長さの２倍となるように調整される。
【００７２】
第２のピエゾアクチュエータ２ｃの短縮により、第２面は−Ｚ方向へ移動する。第１のピエゾアクチュエータ２ａの伸長と第２のピエゾアクチュエータ２ｃの短縮とにより、第３面は＋Ｚ方向へ移動する。第１のピエゾアクチュエータ２ａの伸長長さが第２のピエゾアクチュエータ２ｃの短縮長さの２倍であることで、＋Ｚ方向への第３面の移動長さは、−Ｚ方向への第２面の移動長さと同じとなる。これにより、距離変更部２は、Ｙ軸裏板４Ｃａを＋Ｚ方向へ移動させるとともにＸ軸裏板５Ｃａを−Ｚ方向へ移動させることで、Ｚ軸方向において互いに逆向きにＹ軸裏板４ＣａとＸ軸裏板５Ｃａとを移動させる。距離変更部２は、Ｚ軸方向において互いに逆向きにＹ軸裏板４ＣａとＸ軸裏板５Ｃａとを移動させて、Ｙ軸裏板４Ｃａと円形反射鏡１との間の距離とＸ軸裏板５Ｃａと円形反射鏡１との間の距離とを対称に変化させる。また、距離変更部２は、Ｙ軸裏板４Ｃａと円形反射鏡１との間の距離とＸ軸裏板５Ｃａと円形反射鏡１との間の距離とを、対称に同一量変化させる。＋Ｚ方向へのＹ軸裏板４Ｃａの移動に伴い、Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２は、＋Ｚ方向へ移動する。−Ｚ方向へのＸ軸裏板５Ｃａの移動に伴い、Ｘ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２は、−Ｚ方向へ移動する。
【００７３】
Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２が＋Ｚ方向へ移動することで、裏面１ｓｂのうちＹ軸足底面４Ｃｃ１，４Ｃｃ２が接触しているＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２が＋Ｚ方向へ移動する。Ｘ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２が−Ｚ方向へ移動することで、ミラー面１ｓｆのうち突起部底面５Ｃｊ１，５Ｃｊ２が接触しているＸ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２が−Ｚ方向へ移動する。＋Ｚ方向へのＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２の移動長さと、−Ｚ方向へのＸ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２の移動長さとは同じである。
【００７４】
図１４は、図１０に示す形状可変鏡１０ｃが備える円形反射鏡１の形状変化を説明するための概念図である。Ｙｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２が＋Ｚ方向へ移動し、かつＸ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２が−Ｚ方向へ移動することで、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆは、鞍形に変形する。また、＋Ｚ方向へのＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２の移動長さと、−Ｚ方向へのＸ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２の移動長さとが同じであることで、Ｚ軸方向におけるミラー面中心１ｅの位置は変化しない。これにより、形状可変鏡１０ｃは、ミラー面１ｓｆの変形に伴うＺ軸方向におけるミラー面中心１ｅの位置の変化を抑制することができる。
【００７５】
第１のピエゾアクチュエータ２ａの伸長長さは、第２のピエゾアクチュエータ２ｃの短縮長さの２倍でなくても良い。第１のピエゾアクチュエータ２ａの伸長に伴い第２のピエゾアクチュエータ２ｃを短縮させるか、第１のピエゾアクチュエータ２ａの短縮に伴い第２のピエゾアクチュエータ２ｃを伸長させることで、形状可変鏡１０ｃは、ミラー面中心１ｅのＺ軸方向における位置の変化を抑制することができる。
【００７６】
円形反射鏡１、Ｙ軸部材４Ｃ、Ｘ軸部材５Ｃ及び保持部材６の剛性は、形状変化を許容可能な程度に材料及び構造が調整される。一例として、Ｙ軸部材４Ｃ、Ｘ軸部材５Ｃ及び保持部材６の剛性が円形反射鏡１の剛性よりも小さくなると、距離変更部２による距離変化に対する円形反射鏡１の変形の比が小さくなり、円形反射鏡１の細かな変形の制御が可能となる。
【００７７】
形状可変鏡１０ｃは、レーザ加工装置におけるレーザビームの非点収差の補正、あるいはレーザ加工装置以外の装置における非点収差の補正に適用された場合に、反射位置の変化を抑制できる。これにより、形状可変鏡１０ｃは、反射位置の変化による光軸ずれを低減できる。非点収差がある場合には、レーザビーム形状が楕円になる。保持部材６が固定される鏡筒ホルダー内にてＺ軸回りに形状可変鏡１０ｃを回転させて、レーザビーム形状の楕円の長軸の方向又は短軸の方向と、形状可変鏡１０ｃのＸ軸又はＹ軸とを一致させる。
【００７８】
ここで、第２のピエゾアクチュエータ２ｃを初期状態から短くさせ、かつ第１のピエゾアクチュエータ２ａを初期状態から長くさせて、円形反射鏡１の変形を試みるとする。第１のピエゾアクチュエータ２ａの伸長長さは、第２のピエゾアクチュエータ２ｃの短縮長さの２倍に調整される。かかる円形反射鏡１の変形によりレーザビーム形状が楕円から真円に近くなる場合、鏡筒ホルダーにおける形状可変鏡１０ｃの回転位置を変更させずに、形状可変鏡１０ｃは、レーザビーム形状が真円になるまで円形反射鏡１の変形量を調整する。
【００７９】
一方、円形反射鏡１の変形により、レーザビーム形状の楕円の扁平度合いが大きくなる場合、鏡筒ホルダー内にて形状可変鏡１０ｃを９０度回転させて、第２のピエゾアクチュエータ２ｃの短縮及び第１のピエゾアクチュエータ２ａの伸長による円形反射鏡１の変形を試みる。このように、レーザビーム形状を監視しつつ第１のピエゾアクチュエータ２ａの長さと第２のピエゾアクチュエータ２ｃの長さを変化させることで、レーザビーム形状が真円に近くなるように円形反射鏡１の形状が調整される。形状可変鏡１０ｃは、第２のピエゾアクチュエータ２ｃの短縮及び第１のピエゾアクチュエータ２ａの伸長による調整と同様に、第２のピエゾアクチュエータ２ｃの伸長及び第１のピエゾアクチュエータ２ａの短縮による調整を実施してもよい。
【００８０】
実施の形態４に係る形状可変鏡１０ｃのＺ軸方向に垂直な断面形状は、円形とされる。形状可変鏡１０ｃの当該断面形状が円形であることで、レーザビーム形状の扁平度合いの変化を基に、形状可変鏡１０ｃを回転させる調整を容易に行うことができる。なお、本発明において、形状可変鏡１０ｃの当該断面形状は、円形以外の形状であってもよい。
【００８１】
実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態４のピエゾアクチュエータに代えて、実施の形態２と同様の調整ねじによって円形反射鏡１を変形させる構成について説明する。図１５は、本発明の実施の形態５に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図である。本実施の形態５では、実施の形態１から４の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。本実施の形態５では、実施の形態１から４と重複する説明を省略する。
【００８２】
図１５に示す形状可変鏡１０ｄは、円形反射鏡１と変形力発生機構部３Ｄとを備える。変形力発生機構部３Ｄは、ミラー面１ｓｆを鞍形に変形させる力を発生させる。変形力発生機構部３Ｄは、Ｙ軸部材４Ｄと、Ｘ軸部材５Ｄと、保持部材６Ａと、距離変更部である調整ねじ７と、回転止部材８，８Ａとを備える。調整ねじ７は、Ｙ軸裏板４Ｄａにねじ込まれる第１のねじ７ａと、Ｘ軸裏板５Ｄａにねじ込まれる第２のねじ７ｂと、保持部材６Ａにねじ込まれる第３のねじ７ｃとを備える。第１のねじ７ａと、第２のねじ７ｂと、第３のねじ７ｃとは、互いにねじピッチが異なる。調整ねじ７は、Ｙ軸裏板４Ｄａと円形反射鏡１との間の距離とＸ軸裏板５Ｄａと円形反射鏡１との間の距離とを対称に変化させる。調整ねじ７は、Ｙ軸裏板４Ｄａと円形反射鏡１との間の距離とＸ軸裏板５Ｄａと円形反射鏡１との間の距離とを、対称に同一量変化させる。
【００８３】
Ｙ軸部材４Ｄは、円形反射鏡１と同径の円形で厚さを有するＹ軸裏板４Ｄａと、Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２とを備える。Ｙ軸裏板４Ｄａは、円形反射鏡１の裏面１ｓｂに対向する第１の板部である。Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２は、Ｙ軸裏板４Ｄａから＋Ｚ方向へ伸ばされて円形反射鏡１の裏面１ｓｂに当てられた第１の足部である。Ｙ軸ねじ穴４Ｄｆは、Ｙ軸裏板４Ｄａの中心に設けられている。第１のねじ７ａは、Ｙ軸ねじ穴４Ｄｆにねじ込まれる。Ｙ軸部材位置決め穴４Ｄｇ１，４Ｄｇ２は、Ｙ軸裏板４ＤａのうちＹ軸ねじ穴４Ｄｆよりも径方向における外側であって切り欠き４Ｃｄ１，４Ｃｄ２よりも径方向における内側に設けられている。回転止部材８，８Ａの円柱部８ｃ，８Ａｃは、Ｙ軸部材位置決め穴４Ｄｇ１，４Ｄｇ２にそれぞれ挿入される。なお、本実施の形態５では、切り欠き４Ｃｄ１，４Ｃｄ２が設けられていなくても良い。
【００８４】
Ｘ軸部材５Ｄは、円形反射鏡１より大きい径の円形で厚さを有するＸ軸裏板５Ｄａと、Ｘ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２とを備える。Ｘ軸裏板５Ｄａは、Ｙ軸裏板４Ｄａに対向する第２の板部である。Ｘ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２は、Ｘ軸裏板５ＤａからＹ軸部材４Ｄを跨いで伸ばされて円形反射鏡１のミラー面１ｓｆに当てられた第２の足部である。Ｘ軸ねじ穴５Ｄｆは、Ｘ軸裏板５Ｄａの中心に設けられている。第２のねじ７ｂは、Ｘ軸ねじ穴５Ｄｆにねじ込まれる。位置決め穴５Ｄｇ１，５Ｄｇ２は、Ｘ軸裏板５ＤａのうちＸ軸ねじ穴５Ｄｆよりも径方向における外側であってＸ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２よりも径方向における内側に設けられている。回転止部材８，８Ａの円柱部８ｃ，８Ａｃは、位置決め穴５Ｄｇ１，５Ｄｇ２にそれぞれ挿入される。
【００８５】
保持部材６Ａは、調整ねじ７を介してＹ軸部材４ＤとＸ軸部材５Ｄとを保持する。回転止部材８，８Ａは、保持部材６Ａに対するＹ軸部材４Ｄ及びＸ軸部材５ＤのＺ軸回りにおける回転ずれを防止する。なお、変形力発生機構部３Ｄは、２つの回転止部材８，８Ａを備えるものに限られない。Ｙ軸部材４Ｄ及びＸ軸部材５Ｄの回転ずれを防止可能であれば、回転止部材の個数は任意であっても良い。
【００８６】
次に、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆの鞍形への変形について説明する。以下の説明において、基準面は、保持部材６Ａの円形反射鏡１側の面とする。第２面は、Ｘ軸裏板５Ｄａにおける円形反射鏡１側の面とする。第３面は、Ｙ軸裏板４ＤａにおけるＸ軸裏板５Ｄａ側の面とする。第４面は、円形反射鏡１の裏面１ｓｂとする。
【００８７】
Ｙ軸裏板４Ｄａの中心及びＸ軸裏板５Ｄａの中心は、いずれも、円形反射鏡１の中心を通り円形反射鏡１に垂直な直線上に存在する。変形力発生機構部３Ｄは、当該直線上にて、Ｙ軸ねじ穴４Ｄｆにおける第１のねじ７ａのねじ込み量を変化させることで、Ｘ軸裏板５ＤａとＹ軸裏板４Ｄａとの間隔を変化させる。変形力発生機構部３Ｄは、当該直線上にて、保持部材ねじ穴６Ａｆにおける第３のねじ７ｃのねじ込み量を変化させることで、保持部材６ＡとＸ軸裏板５Ｄａとの間隔を変化させる。
【００８８】
Ｚ軸方向における円形反射鏡１、Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２及びＹ軸裏板４Ｄａの合計長さと、第２面及び突起部底面５Ｃｊ１，５Ｃｊ２の間の長さとの差分が設定長さと同じとなるように、変形力発生機構部３Ｄは構成されている。設定長さは、Ｚ軸方向における第１のねじ７ａの中心がＺ軸方向におけるＹ軸裏板４Ｄａの中心と一致しており、かつＺ軸方向における第２のねじ７ｂの中心がＺ軸方向におけるＸ軸裏板５Ｄａの中心としているときの、Ｚ軸方向における第２面からの第１のねじ７ａの長さとする。
【００８９】
次に、第１のねじ７ａ、第２のねじ７ｂ及び第３のねじ７ｃのねじピッチについて説明する。実施の形態５において、第３のねじ７ｃのピッチ幅Ｐｃから第２のねじ７ｂのピッチ幅Ｐｂを差し引いた差であるＰｃ−Ｐｂと、第３のねじ７ｃのピッチ幅Ｐｃから第１のねじ７ａのピッチ幅Ｐａを差し引いた差であるＰｃ−Ｐａとの正負が逆とされる。ピッチ幅Ｐｃよりピッチ幅Ｐｂが大きい場合には、ピッチ幅Ｐａはピッチ幅Ｐｃよりも小さくされる。さらに、ピッチ幅Ｐｃとピッチ幅Ｐｂとの差であるＰｃ−Ｐｂの絶対値と、ピッチ幅Ｐｃとピッチ幅Ｐａとの差とであるＰｃ−Ｐａの絶対値とが等しい。以下、かかるピッチ幅Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの設定において、調整ねじ７を回転させたときの円形反射鏡１の変形について説明する。
【００９０】
＋Ｚ方向へねじ込む向きへ調整ねじ７を１回転させると、調整ねじ７は、基準面に対して＋Ｚ方向に第３のねじ７ｃのピッチ幅Ｐｃに相当する長さを移動する。このとき、Ｘ軸裏板５Ｄａは、基準面に対して−Ｚ方向へ第２のねじ７ｂのピッチ幅Ｐｂに相当する長さを移動する。ピッチ幅Ｐｃがピッチ幅Ｐｂよりも小さいことから、Ｘ軸裏板５Ｄａは、ねじ基準面に対して−Ｚ方向へＰｃ−Ｐｂに相当する長さを移動する。ここで、ねじ基準面は、調整ねじ７のうち水平方向であるＸＹ方向に平行な面とする。ねじ基準面は、例えば、第２のねじ７ｂと第３のねじ７ｃとの境の段差を構成する平面である。なお、ねじ基準面は、当該平面に限られず、水平方向に平行な面であればよい。
【００９１】
Ｙ軸裏板４Ｄａは、基準面に対して＋Ｚ方向へ第１のねじ７ａのピッチ幅Ｐａに相当する長さを移動する。ピッチ幅Ｐｃがピッチ幅Ｐａよりも大きいことから、Ｙ軸裏板４Ｄａは、ねじ基準面に対して＋Ｚ方向へＰｃ−Ｐａに相当する長さを移動する。＋Ｚ方向へのＹ軸裏板４Ｄａの移動に伴い、Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２は、＋Ｚ方向へ移動する。−Ｚ方向へのＸ軸裏板５Ｄａの移動に伴い、Ｘ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２は、−Ｚ方向へ移動する。
【００９２】
Ｙ軸足４Ｃｂ１，４Ｃｂ２が＋Ｚ方向へ移動することで、裏面１ｓｂのうちＹ軸足底面４Ｃｃ１，４Ｃｃ２が接触しているＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２が＋Ｚ方向へ移動する。Ｘ軸足５Ｃｂ１，５Ｃｂ２が−Ｚ方向へ移動することで、ミラー面１ｓｆのうち突起部底面５Ｃｊ１，５Ｃｊ２が接触しているＸ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２が−Ｚ方向へ移動する。−Ｚ方向へのＸ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２の移動長さと、＋Ｚ方向へのＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２の移動長さとは同じである。
【００９３】
Ｘ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２が−Ｚ方向へ移動し、かつＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２が＋Ｚ方向へ移動することで、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆは、鞍形に変形する。また、−Ｚ方向へのＸ軸交点Ｐｘｆ１，Ｐｘｆ２の移動長さと、＋Ｚ方向へのＹｂ軸交点Ｐｙｂ１，Ｐｙｂ２の移動長さとが同じであることで、Ｚ軸方向におけるミラー面中心１ｅの位置は変化しない。これにより、形状可変鏡１０ｄは、ミラー面１ｓｆの変形に伴うＺ軸方向におけるミラー面中心１ｅの位置の変化を抑制することができる。
【００９４】
上述のように、ピッチ幅Ｐｃよりピッチ幅Ｐｂが大きく、かつピッチ幅Ｐｃよりピッチ幅Ｐａが小さい場合には、調整ねじ７は、ミラー面１ｓｆを変形させる際において＋Ｚ方向へねじ込む向きへ回転させて使用される。なお、ピッチ幅Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにおいて、ピッチ幅Ｐｃより小さいピッチ幅Ｐｂと、ピッチ幅Ｐｃよりも大きいピッチ幅Ｐａとが設定されてもよい。ピッチ幅Ｐｃよりピッチ幅Ｐｂが小さく、かつピッチ幅Ｐｃよりピッチ幅Ｐａが大きい場合には、調整ねじ７は、ミラー面１ｓｆを変形させる際において−Ｚ方向へ緩める向きへ回転させて使用される。
【００９５】
形状可変鏡１０ｄは、レーザ加工装置におけるレーザビームの非点収差の補正、あるいはレーザ加工装置以外の装置における非点収差の補正に適用された場合に、反射位置の変化を抑制できる。これにより、形状可変鏡１０ｄは、反射位置の変化による光軸ずれを低減できる。
【００９６】
実施の形態６．
実施の形態６では、実施の形態５の構成に、実施の形態３と同様のロック機構が追加された構成について説明する。図１６は、本発明の実施の形態６に係る形状可変鏡の構造を説明するための組立図である。本実施の形態６では、実施の形態１から５の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。本実施の形態６では、実施の形態１から５と重複する説明を省略する。
【００９７】
図１６に示す形状可変鏡１０ｅは、円形反射鏡１と変形力発生機構部３Ｅとを備える。変形力発生機構部３Ｅは、ミラー面１ｓｆを鞍形に変形させる力を発生させる。変形力発生機構部３Ｅは、実施の形態５の変形力発生機構部３Ｄの構成にロック部材９が追加されたものである。ロック部材９は、第１のねじ７ａ、第２のねじ７ｂ及び第３のねじ７ｃを含む調整ねじ７の回転をロックするロック機構である。形状可変鏡１０ｅは、ロック部材９により調整ねじ７の回転をロックすることで、円形反射鏡１を変形させた後の調整ねじ７の回転により円形反射鏡１の形状が元に戻ることを防止可能とする。これにより、形状可変鏡１０ｅは、円形反射鏡１が変形された状態を安定して維持することができる。
【００９８】
実施の形態７．
本実施の形態７では、図２に示す形状可変鏡１０を有するレーザ加工装置の構成の詳細について説明する。なお、レーザ加工装置は、形状可変鏡１０に代えて形状可変鏡１０ａ又は形状可変鏡１０ｂを有していてもよい。レーザ加工装置は、形状可変鏡１０に代えて形状可変鏡１０ｃ、形状可変鏡１０ｄ又は形状可変鏡１０ｅを有していても良い。
【００９９】
図１７は、本発明の実施の形態７に係るレーザ加工装置の一構成例を示す図である。図１７に示すレーザ加工装置１００は、レーザビームＬＢの光源であるレーザ発振器５０と、形状可変鏡１０を含む図示しない複数の反射鏡で構成され、レーザ発振器５０より出射されたレーザビームＬＢの伝送光路を形成するミラー群と、伝送光路からのレーザビームＬＢを光軸に垂直な２次元方向にスキャンするための２つのガルバノスキャナミラー２０と、ガルバノスキャナミラー２０によってスキャンされたレーザビームＬＢを被加工物２００に照射する前に集光する集光レンズ６０と、被加工物２００を載置するテーブル７０と、テーブル７０を２次元方向に駆動する駆動機構８０とを備える。
【０１００】
なお、２つのガルバノスキャナミラー２０に対しては、各々を独立に回転駆動するガルバノメータ２１が接続されている。
【０１０１】
なお、形状可変鏡１０には、レーザ発振器５０から発振されたレーザビームＬＢの状態に応じて、形状可変鏡１０が備える円形反射鏡１の変形量及び形状可変鏡１０自体の向きを調節する非点収差調整装置１１が接続されている。
【０１０２】
なお、非点収差調整装置１１による回転数及び角度調整は、一例として、ステッピングモータによって実現することができる。
【０１０３】
なお、形状可変鏡１０が備える円形反射鏡１の変形量及び形状可変鏡１０自体の向きの調節が手動で可能であれば、非点収差調整装置１１が設けられていなくてもよい。
【０１０４】
次に、レーザ加工装置１００の一動作例について説明する。レーザ発振器５０より出射されたレーザビームＬＢは、形状可変鏡１０を含む図示しない複数の反射鏡によって伝送され、２つのガルバノスキャナミラー２０で２次元スキャンされ、集光レンズ６０によって被加工物２００上に位置決めされて、照射される。被加工物２００上の点線で囲んだ矩形領域Ｒｗは、ビームスキャンによる加工領域を示している。被加工物２００が載置されたテーブル７０は、互いに直交する方向に駆動する駆動部位８１，８２を有する駆動機構８０によって、ビーム軸に垂直な２次元方向の範囲で移動可能である。
【０１０５】
この加工光学系に対して、形状可変鏡１０を反射鏡の一つとして使用して非点収差を補正することで、レーザ加工時の加工穴の真円度が向上し、非点収差の減少により焦点深度が拡大する。このとき、上記実施の形態１にて説明したように、形状可変鏡１０によって非点収差を補正しても、円形反射鏡１のミラー面１ｓｆにおけるミラー面中心１ｅは高さ方向であるＺ方向の変化が抑制されているため、非点収差を補正しても形状可変鏡１０から反射したビームの光軸のずれが抑制される。
【０１０６】
なお、形状可変鏡１０は、図１７に示した位置に必ずしも配置する必要はなく、光路途中の他の位置の反射鏡に形状可変鏡１０を適用してもよい。
【０１０７】
なお、図１７に示すレーザ加工装置１００は、レーザビームＬＢ及びテーブル７０の双方が２次元スキャン可能であるが、本発明はこれに限定されるものではない。形状可変鏡１０は、加工光学系の非点収差に対して作用するものであり、スキャンの方法に影響を受けるものではないからである。すなわち、レーザビームＬＢ、集光レンズ６０及びテーブル７０のいずれかが１次元、２次元若しくは３次元スキャンをする場合又はこれらがスキャンをしないレーザ加工装置であっても形状可変鏡１０を適用した非点収差の補正は可能である。
【０１０８】
なお、レーザビームＬＢは、単パルス、複数パルス又は連続発振のいずれであってもよい。
【０１０９】
なお、レーザ加工装置１００による加工は、穴あけ加工に限定されるものではなく、切断、変形、溶接、熱処理又はマーキングであってもよく、被加工物２００に、燃焼、溶融、昇華又は変色といったレーザによる変化を生じさせる加工であればよい。
【０１１０】
実施の形態１から６にて説明したように、接着を行うことなくミラー面１ｓｆを鞍形に変形させることができ、振動が生じても変形量が変化しないように固定することができるので、レーザビームＬＢの非点収差を補正してレーザ加工装置１００の加工精度を向上させることができる。なお、上記の説明において、円形反射鏡１の変形後の形状を鞍形として説明しているが、蒲鉾形と表現することも可能である。
【０１１１】
以上説明したように、実施の形態１から６に係る形状可変鏡１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを備えるレーザ加工装置１００によれば、レーザビームＬＢの非点収差を補正してレーザ加工装置１００の加工精度を向上させることができる。
【０１１２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  円形反射鏡、２  距離変更部、２ａ  第１のピエゾアクチュエータ、２ｂ  ピエゾアクチュエータ接続部材、２ｃ  第２のピエゾアクチュエータ、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ  変形力発生機構部、４，４Ａ，４Ｃ，４Ｄ  Ｙ軸部材、４ａ，４Ａａ，４Ｃａ，４Ｄａ  Ｙ軸裏板、４ｂ１，４ｂ２，４Ａｂ１，４Ａｂ２，４Ｃｂ１，４Ｃｂ２  Ｙ軸足、４ｃ１，４ｃ２，４Ａｃ１，４Ａｃ２，４Ｃｃ１，４Ｃｃ２  Ｙ軸足底面、４ｄ１，４ｄ２，４Ａｄ１，４Ａｄ２，４Ｃｄ１，４Ｃｄ２  切り欠き、４Ａｆ，４Ｄｆ  Ｙ軸ねじ穴、４Ａｇ１，４Ａｇ２，４Ｄｇ１，４Ｄｇ２  Ｙ軸部材位置決め穴、５，５Ａ，５Ｃ，５Ｄ  Ｘ軸部材、５ａ，５Ａａ，５Ｃａ，５Ｄａ  Ｘ軸裏板、５ｂ１，５ｂ２，５Ａｂ１，５Ａｂ２，５Ｃｂ１，５Ｃｂ２  Ｘ軸足、５ｃ１，５ｃ２，５Ａｃ１，５Ａｃ２  Ｘ軸足底面、５ｆ，５Ｃｆ  貫通穴、５Ａｆ，５Ｄｆ  Ｘ軸ねじ穴、５Ａｇ１，５Ａｇ２，５Ｄｇ１，５Ｄｇ２  位置決め穴、５Ｃｈ１，５Ｃｈ２  突起部、５Ｃｊ１，５Ｃｊ２  突起部底面、６，６Ａ  保持部材、６Ａｆ  保持部材ねじ穴、６Ａｇ１，６Ａｇ２  保持部材位置決め穴、７  調整ねじ、７ａ  第１のねじ、７ｂ  第２のねじ、７ｃ  第３のねじ、８，８Ａ  回転止部材、８ｃ，８Ａｃ  円柱部、８ｄ，８Ａｄ  頭部、９  ロック部材、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ  形状可変鏡、１１  非点収差調整装置、２０  ガルバノスキャナミラー、２１  ガルバノメータ、５０  レーザ発振器、６０  集光レンズ、８０  駆動機構、８１，８２  駆動部位、１００  レーザ加工装置、２００  被加工物。
【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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