(57)【要約】【課題】レーザ光の進行方向を振って、該レーザ光を射出するタイミングを制御して任意の指示点のみを照射するレーザ照射装置において、上記指示点の明るさを向上する。【解決手段】レーザ光を射出する発光手段（１０，１１）と、上記レーザ光が照射される反射面が形成された可動板を直交する二軸方向に揺動し、該レーザ光の進行方向を振って所定の領域内を走査し得る光走査手段（１４，１８）と、上記可動板の振れ角を基に上記レーザ光を射出するタイミングを制御する制御手段２１と、を備えて成るレーザ照射装置において、上記光走査手段の可動板が揺動する二軸方向の共振周波数を同一とし、該可動板の二軸方向の振れ角の位相差を検出して一定となるように補償する補償手段（３０，３１）を備えた。これにより、指示点の明るさを向上することができる。【選択図】　図１
2004020873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出する発光手段と、
上記レーザ光が照射される反射面が形成された可動板を直交する二軸方向に揺動し、該レーザ光の進行方向を振って所定の領域内を走査し得る光走査手段と、上記可動板の振れ角を基に上記レーザ光を射出するタイミングを制御する制御手段と、
を備えて成るレーザ照射装置において、
上記光走査手段の可動板が揺動する二軸方向の共振周波数を同一とし、該可動板の二軸方向の振れ角の位相差を検出して一定となるように補償する補償手段を備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
上記補償手段は、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差を検出する位相差検出回路と、該検出された位相差が設定した値となるように補償する位相差補償回路とを備えて成ることを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
上記制御手段に、所定の領域内に照射されるレーザ光の座標を、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差と、該可動板の一軸方向の走査角度とに変換する変換テーブルを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
上記制御手段に、所定の領域内にて走査されたレーザ光を受光して受信信号を生成する受光手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
上記制御手段に、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差と、該可動板の一軸方向の走査角度とを記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
上記光走査手段は、基板に対し一軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射されるレーザ光の進行方向を一次元方向に走査し得る一次元半導体ガルバノミラーを、それぞれの可動板を直交する二軸方向に揺動可能に複数個組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
上記光走査手段は、基板に対し直交する二軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射されるレーザ光の進行方向を二次元方向に走査し得る二次元半導体ガルバノミラーから成ることを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光の進行方向を振って、該レーザ光を射出するタイミングを制御して任意の指示点のみを照射するレーザ照射装置に関し、特に、上記指示点の明るさを向上することができるレーザ照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば多品種・少量の商品を生産する生産現場において、レーザ光により所定の指示点のみを照射し、組立て作業者に構成部品を取り付ける位置を指示するレーザ照射装置が用いられている。この種のレーザ照射装置は、図１１に示すように、レーザ光を射出する発光部１と、このレーザ光が照射される反射面２が形成された可動板３が基板に対し揺動可能に軸支された半導体ガルバノミラー４を、それぞれの可動板３を直交する二軸方向に揺動可能に２個組み合わせて構成された光走査部と、この光走査部（４，４）の可動板３の振れ角を基に上記発光部１がレーザ光を射出するタイミングを制御する制御部５とを備えて成っていた。
【０００３】
このような従来のレーザ照射装置は、上記光走査部を構成する半導体ガルバノミラー４の可動部３の振れ角を制御することにより、上記発光部１から射出されるレーザ光の進行方向を振って、図１２に示すように、該レーザ光を所定の領域Ａ内においてラスター走査し得るようになっていた。そして、上記制御部５で発光部１のレーザ光射出のタイミングを制御することにより、所定の領域Ａ内における任意の指示点Ｐのみにレーザ光を照射していた。これにより、組立て作業者は、図１１に示すように、このレーザ光が照射された指示点Ｐの位置に構成部品６を取り付ける作業を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなレーザ光をラスター走査して指示点を照射する従来のレーザ照射装置においては、上記発光部１から射出されるレーザ光が所定の領域Ａ内にてラスター走査される時間に比べ、該レーザ光を射出する時間の割合が少ないため、図１１及び図１２に示す指示点Ｐに照射されるレーザ光の残像が作業者の視覚に残り難く、指示点Ｐが非常に見難いことがあった。また、上記指示点Ｐを見え易くするために発光部１から射出されるレーザ光の発光強度を増大することは、作業者への安全上一定の限界があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、発光手段から射出されるレーザ光の進行方向を振って、該レーザ光を射出するタイミングを制御して任意の指示点のみを照射するレーザ照射装置において、上記指示点の明るさを向上することができるレーザ照射装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるレーザ照射装置は、レーザ光を射出する発光手段と、上記レーザ光が照射される反射面が形成された可動板を直交する二軸方向に揺動し、該レーザ光の進行方向を振って所定の領域内を走査し得る光走査手段と、上記可動板の振れ角を基に上記レーザ光を射出するタイミングを制御する制御手段と、を備えて成るレーザ照射装置において、上記光走査手段の可動板が揺動する二軸方向の共振周波数を同一とし、該可動板の二軸方向の振れ角の位相差を検出して一定となるように補償する補償手段を備えたものである。
【０００７】
このような構成により、上記補償手段によって、上記発光手段から射出されたレーザ光の進行方向を振って走査し得る光走査手段に形成された可動板が直交する二軸方向に揺動する共振周波数が同一となり、該可動板の二軸方向の振れ角の位相差が一定となるように補償される。これにより、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差が一定となって揺動し、該可動板の一軸方向の走査角度に対応してレーザ光を射出する。
【０００８】
ここで、上記補償手段は、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差を検出する位相差検出回路と、該検出された位相差が設定した値となるように補償する位相差補償回路とを備えて成るものである。これにより、上記位相差検出回路で、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差を検出し、上記位相差補償回路によって、上記位相差検出回路で検出された位相差が設定した値となるように補償される。
【０００９】
また、上記制御手段には、所定の領域内に照射されるレーザ光の座標を、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差と、該可動板の一軸方向の走査角度とに変換する変換テーブルを備えている。これにより、上記変換テーブルによって、所定の領域内に照射されるレーザ光の座標が、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差と、該可動板の一軸方向の走査角度とに変換される。
【００１０】
さらに、上記制御手段に、所定の領域内にて走査されたレーザ光を受光して受信信号を生成する受光手段を備えている。これにより、上記受光手段によって、所定の領域内にて走査されたレーザ光を受光して受信信号を生成し、その受信信号が制御手段に送出される。
【００１１】
さらにまた、上記制御手段には、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差と、該可動板の一軸方向の走査角度とを記憶する記憶手段を備えている。これにより、上記記憶手段で、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差と、該可動板の一軸方向の走査角度とが記憶される。
【００１２】
また、上記光走査手段は、基板に対し一軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射されるレーザ光の進行方向を一次元方向に走査し得る一次元半導体ガルバノミラーを、それぞれの可動板を直交する二軸方向に揺動可能に複数個組み合わせて構成されたものである。これにより、上記一次元半導体ガルバノミラーを複数個組み合わせて構成された光走査手段によって、発光手段から射出されるレーザ光の進行方向を振って、該レーザ光を所定の領域内にて走査することができる。
【００１３】
そして、上記光走査手段は、基板に対し直交する二軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射されるレーザ光の進行方向を二次元方向に走査し得る二次元半導体ガルバノミラーから成るものである。これにより、上記二次元半導体ガルバノミラーから成る光走査手段によって、発光手段から射出されるレーザ光の進行方向を振って、該レーザ光を所定の領域内にて走査することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるレーザ照射装置の実施の形態を示すブロック図である。このレーザ照射装置は、発光部から射出されるレーザ光の進行方向を振って、該レーザ光の射出のタイミングを制御して任意の指示点のみを照射するもので、レーザ光源１０と、レーザ駆動回路１１と、発振回路１２と、Ｘ軸駆動回路１３と、Ｘ軸走査用の半導体ガルバノミラー１４と、Ｘ軸走査原点検出手段１５と、遅延回路１６と、Ｙ軸駆動回路１７と、Ｙ軸走査用の半導体ガルバノミラー１８と、Ｙ軸走査原点検出手段１９と、Ｘ軸走査角度φ演算回路２０と、コントローラ２１と、操作部２２とを有し、さらにＸＹ位相差θ検出回路３０と、ＸＹ位相差θ補償回路３１と、変換テーブル３２と、受光部３３と、蓄積メモリ３４とを備えて成る。
【００１５】
レーザ光源１０は、所要の波長のレーザ光を射出する発光部となるもので、後述のレーザ駆動回路１１から送られるパルス信号を受けて作動するようになっている。また、レーザ駆動回路１１は、上記レーザ光源１０を駆動するパルス信号を生成するもので、所定のタイミングでレーザ光を射出するようになっている。なお、上記レーザ光源１０とレーザ駆動回路１１とで、レーザ光を射出する発光手段を構成している。
【００１６】
発振回路１２は、所定の周波数を有するクロック信号を生成するもので、該クロック信号を後述のＸ軸駆動回路１３に送出するようになっている。また、Ｘ軸駆動回路１３は、上記発振回路１２で生成されたクロック信号を基に、後述のＸ軸走査用の半導体ガルバノミラー（以下「Ｘ軸光走査部」と略称する。）１４を駆動する信号を生成するもので、該駆動信号の大きさを調整できるようになっている。
【００１７】
さらに、Ｘ軸光走査部１４は、上記レーザ光源１０から射出されたレーザ光の進行方向を所定の領域Ａ内にてＸ軸方向に振って走査し得るもので、図２に示すように、シリコン基板４０に対して一軸方向に揺動可能に軸支された可動板４１に反射面（ミラー）４２を有し、該反射面４２の中心部付近に、図１に示すレーザ光源１０からのレーザ光が照射されるように配置されている。
【００１８】
このＸ軸光走査部１４の基本的な構成は、図３に示すように、シリコン基板４０の内側に、トーションバー４３，４３と、該トーションバー４３に支持された可動板４１とを一体に形成し、該可動板４１の上面にてその周縁部に駆動コイル４４を設け、該駆動コイル４４で囲まれた可動板４１の略中央には反射面４２を設け、枠形状の絶縁基板４５上に載置されている。そして、このようなシリコン基板４０の対向する両側に、Ｎ極、Ｓ極を対向させた永久磁石４６，４７が配置されている。なお、符号４８は、駆動コイル４４と電気的に接続された電極端子を示しており、図１に示すＸ軸駆動回路１３に接続され、該Ｘ軸駆動回路１３からの駆動信号を入力するようになっている。
【００１９】
そして、上記Ｘ軸駆動回路１３が動作して図３に示すＸ軸光走査部１４の駆動コイル４４に交流電流が流れると、永久磁石４６，４７から磁力を受けている駆動コイル４４にローレンツ力が働き、図３中の矢印に示すように、反射面４２を有する可動板４１は、トーションバー４３，４３を中心に振れ角αで周期的に揺動するようになっている。これにより、図２に示すように、レーザ光源１０から射出されＸ軸光走査部１４の反射面４２に入射したレーザ光は、後述するＹ軸走査用の半導体ガルバノミラー（以下「Ｙ軸光走査部」と略称する。）１８の反射面（図２中にて図示せず）に向けて反射するようになっている。なお、上記Ｘ軸駆動回路１３で生成する駆動信号の周波数を、Ｘ軸光走査部１４の共振周波数に合わせて設定すれば、低いレベルの駆動信号で図３に示す可動板４１の振れ角αを大きくすることができる。
【００２０】
また、図１に示すＸ軸走査原点検出手段１５は、図３に示すＸ軸光走査部１４の可動板４１の振れ角αが走査原点、例えば最大値となるのを検出するもので、Ｘ軸走査原点信号となるパルス信号を生成するようになっている。
【００２１】
さらに、遅延回路１６は、上記発振回路１２で生成されたクロック信号を遅延させるもので、該クロック信号を後述のＹ軸駆動回路１７に送出するようになっている。また、Ｙ軸駆動回路１７は、後述のＹ軸光走査部１８を駆動する信号を生成するもので、上記Ｘ軸駆動回路１３と同様に構成されている。さらに、Ｙ軸光走査部１８は、図２に示すＸ軸光走査部１４で反射されたレーザ光の進行方向を所定の領域Ａ内にてさらにＹ軸方向に振って走査し得るもので、該Ｘ軸光走査部１４と同様に構成されている。ここで、上記Ｘ軸光走査部１４及びＹ軸光走査部１８は、図２に示すように、それぞれの可動板４１が直交する二軸方向に揺動可能に組み合わせて配置されている。
【００２２】
これにより、上記Ｘ軸光走査部１４及びＹ軸光走査部１８の各可動板４１を揺動することで、レーザ光源１０から射出されたレーザ光は、Ｘ軸光走査部１４の反射面４２で反射され、さらにＹ軸光走査部１８の反射面（図示せず）で反射されてその進行方向を振って、該レーザ光を所定の領域Ａ内にて走査することができる。なお、上記Ｘ軸光走査部１４とＹ軸光走査部１８とで、レーザ光の進行方向を振って走査し得る光走査手段を構成している。
【００２３】
また、図１に示すＹ軸走査原点検出手段１９は、Ｙ軸光走査部１８の可動板４１の振れ角αが走査原点となるのを検出するもので、上記Ｘ軸走査原点検出手段１５と同様に構成されている。
【００２４】
さらにまた、Ｘ軸走査角度φ演算回路２０は、上記Ｘ軸走査原点検出手段１５で生成されたＸ軸走査原点信号に基づいて、Ｘ軸光走査部１４の可動板４１（図３参照）の振れ角αを算出し、レーザ光のＸ軸方向における実際の走査角度φを演算してＸ軸走査角度信号φを生成するものである。なお、上記レーザ駆動回路１１は、このＸ軸走査角度信号φに基づいてパルス信号を生成し、このパルス信号を受けて上記レーザ光源１０がレーザ光を射出する。
【００２５】
そして、図１に示すコントローラ２１は、上記Ｘ軸光走査部１４の可動板４１（図３参照）の振れ角αを算出してレーザ光を射出するタイミングを制御する制御手段となるもので、装置全体の動作を制御するようになっている。このコントローラ２１の前段には、操作部２２が設けられている。この操作部２２は、レーザ光の照射位置などを設定するもので、この設定された値は上記コントローラ２１に出力される。
【００２６】
ここで、本発明においては、図１に示すように、Ｘ軸走査原点検出手段１５及びＹ軸走査原点検出手段１９の後段に、補償手段（３０，３１）が設けられている。この補償手段は、上記光走査手段（１４，１８）の可動板、すなわちＸ軸走査ミラー１４に設けられた可動板４１（図２参照）と、Ｙ軸光走査部１８に設けられた可動板（図２中にて図示せず）とが揺動する二軸方向の共振周波数を同一とし、各可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θを検出して一定となるように補償するもので、位相差検出回路３０と、位相差補償回路３１とを備えて成る。
【００２７】
この位相差検出回路３０は、上記光走査手段（１４，１８）に設けられた各可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差を検出するもので、具体的には、Ｘ軸走査原点検出手段１５で生成されたＸ軸走査原点信号と、Ｙ軸走査原点検出手段１９で生成されたＹ軸走査原点信号との位相差θを検出し、ＸＹ位相差信号を生成するようになっている。また、位相差補償回路３１は、上記位相差検出回路３０で検出された実際の位相差θが設定された値となるように補償するもので、該位相差検出回路３０で生成されたＸＹ位相差信号と、上記コントローラ２１からのＸＹ位相差設定値とに基づいてＸＹ位相差補償信号を生成し、それを上記遅延回路１６に送出するようになっている。
【００２８】
このような構成により、上記補償手段（３０，３１）によって、上記レーザ光の進行方向を振って走査し得る光走査手段（１４，１８）の可動板４１が揺動する二軸方向の共振周波数が同一となり、該可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θが検出されて一定となるように補償することができる。これにより、上記可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θが一定となって揺動し、該可動板４１によって進行方向を振られたレーザ光は、図２に示すように、所定の領域Ａ内にていわゆるリサージュ曲線を描いて走査する。なお、上記位相差θとリサージュ曲線の形状との関係については、図５を参照して後に説明する。
【００２９】
また、図１に示すコントローラ２１には、変換テーブル３２が設けられている。この変換テーブル３２は、図２に示す領域Ａ内に照射されるレーザ光による指示点Ｐの座標（ｘ，ｙ）を、上記可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θと、該可動板４１の一軸方向の走査角度φとに変換するものである。これにより、図１に示す操作部２２で設定された指示点Ｐの座標（ｘ，ｙ）が、上記可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θと、該可動板４１の一軸方向の走査角度φとに変換され、この位相差θと走査角度φの信号がコントローラ２１に送られる。したがって、上記コントローラ２１は、上記可動板４１の振れ角を基にレーザ光を射出することができ、そのタイミングを制御して所定の領域Ａ内における任意の指示点Ｐにレーザ光を照射することができる。
【００３０】
さらに、上記コントローラ２１には、受光部３３が設けられている。この受光部３３は、所定の領域内に照射されるレーザ光を受光して受信信号を生成する受光手段となるもので、受光したレーザ光を受信信号に変換るフォトダイオードのような光電素子を備えて成る。また、上記コントローラ２１には、蓄積メモリ３４が設けられている。この蓄積メモリ３４は、上記可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θと、該可動板４１の一軸方向の走査角度φとを記憶する記憶手段となるもので、データの読み出し及び書き込みが可能となっている。
【００３１】
次に、このように構成されたレーザ照射装置の動作について、図１及び図４，図５を参照して説明する。まず、図１に示す発振回路１２は、Ｘ軸光走査部１４及びＹ軸光走査部１８の共振周波数と一致又はそれに近似するクロック信号を生成し、このクロック信号を入力したＸ軸駆動回路１３は、図４（ａ）に示すように、走査周期Ｔの駆動信号を生成する。これにより、図１に示すＸ軸光走査部１４の可動板は、図４（ｂ）に示すように、振れ角αで周期的に揺動し、またＸ軸走査原点検出手段１５は、図４（ｃ）に示すように、上記Ｘ軸光走査部１４の可動板の振れ角α（図３参照）の走査原点を検出して、Ｘ軸走査原点信号となるパルス信号を生成する。
【００３２】
また、図１に示す遅延回路１６は、上記発振回路１２で生成されたクロック信号を遅延させ、この遅延されたクロック信号を入力したＹ軸駆動回路１７は、図４（ｅ）に示すように、走査周期Ｔの遅延された駆動信号を生成する。これにより、図１に示すＹ軸光走査部１８の可動板は、図４（ｆ）に示すように、Ｘ軸光走査部１４の可動板の位相より時間Ｔｘｙだけ遅れて周期的に揺動する。また、図１に示すＹ軸走査原点検出手段１９は、図４（ｇ）に示すように、上記Ｙ軸光走査部１８の可動板４１の走査原点を検出して、Ｙ軸走査原点信号となるパルス信号を生成する。
【００３３】
ここで、図１に示すＸＹ位相差検出回路３０は、上記Ｘ軸走査原点信号（図４（ｃ）参照）とＹ軸走査原点信号（図４（ｇ）参照）との位相差θを検出し、ＸＹ位相差信号θを生成する。そして、図１に示す位相差補償回路３１は、上記位相差検出回路３０で生成されたＸＹ位相差信号θと、コントローラ２１から指示されるＸＹ位相差設定値との差が０となるようにＸＹ位相差補償信号を生成し、この信号が上記遅延回路１６に送出される。
【００３４】
これにより、上記光走査手段（１４，１８）の二軸方向に揺動する可動板４１の共振周波数が同一となり、該可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θが一定となるように補償することができる。したがって、上記光走査手段の可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θが一定となって揺動し、該可動板４１によって進行方向を振られたレーザ光は、いわゆるリサージュ曲線を描いて走査させることができる。ここで、上記可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θ、すなわち図２に示すＸ軸光走査部１４に設けられた可動板４１の振れ角αと、Ｙ軸光走査部１８に設けられた可動板（図示せず）の振れ角との位相差θが０°と設定された場合には、図５（ａ）に示すように、レーザ光が座標（０，０）を通過する右上がりの線形の軌跡３５ａを描くようになる。
【００３５】
また、上記各可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θが４５°と設定された場合には、図５（ｂ）に示すように、レーザ光が右上がりの楕円形状の軌跡３５ｂを描くようになる。さらに、上記各可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θが９０°と設定された場合には、図５（ｃ）に示すように、レーザ光が正円形の軌跡３５ｃを描き、また位相差θが１８０°と設定された場合には、図５（ｄ）に示すように、レーザ光が右下がりの線形の軌跡３５ｄを描くようになる。したがって、上記位相差θを０°〜１８０°まで可変することにより、所定の領域Ａ内における任意の指示点をレーザ光が必ず通過するようにできる。
【００３６】
一方、図１に示すＸ軸走査角度φ演算回路２０は、レーザ光のＸ軸方向における実際の走査角度φであるＸ軸走査角度信号φを生成し、この信号φとレーザ放射角度設定値とがコントローラ２１で比較される。そして、両者が一致した場合には、図４（ｈ）に示すように、レーザ放射パルス信号を生成し、これをレーザ駆動回路１１に出力する。これにより、上記可動板４１の二軸方向の振れ角の位相差θと、該可動板４１の一軸方向の走査角度φとの設定により、上記レーザ光源１０がレーザ光を射出するタイミングが制御され、所定の領域Ａ内における任意の指示点Ｐ（ｘ，ｙ）のみにレーザ光を照射することができる。
【００３７】
例えば、図５（ａ）に示すように、位相差θを０°とし、また走査角度をφ１とすれば、任意の指示点Ｐ１（ｘ１，ｙ１）のみにレーザ光を照射することができる。また、図５（ｂ）に示すように、位相差θを４５°として走査角度をφ２とすれば、他の指示点Ｐ２（ｘ２，ｙ２）のみにレーザ光を照射することができる。さらに、図５（ｃ）に示すように、位相差θを９０°とし、走査角度をφ３とすれば、他の指示点Ｐ３（ｘ３，ｙ３）のみにレーザ光を照射することができ、図５（ｄ）に示すように、位相差θを１８０°、走査角度をφ４とすれば、さらに他の指示点Ｐ４（ｘ４，ｙ４）のみにレーザ光を照射することができる。このとき、任意の指示点Ｐ（ｘ，ｙ）にレーザ光を照射するには、例えばＸ軸方向の一周期に１回だけレーザ光を射出すればよい。したがって、上記レーザ光がリサージュ走査される時間に比べ、該レーザ光を射出する時間の割合が多くなり、指示点Ｐの明るさを向上することができる。
【００３８】
次に、所定の指示点に対応する位相差θ及び走査角度φを記憶させる動作について、図１及び図６，図７を参照して説明する。まず、図１に示すレーザ光源１０は、レーザ光を連続して射出する状態とし、また受光部３３の先端のフォトセンサ３３ａを、図６に示すように、領域Ａ内における任意の位置にセットする。このような状態で、図１に示す光走査手段（１４，１８）の可動板４１（図３参照）の二軸方向の振れ角の位相差θと、該可動板４１の一軸方向の走査角度φとを可変するようにコントローラ２１を制御する。
【００３９】
具体的には、図７のステップＳ１に示すように、まず上記位相差をθ＝０°とし、また上記走査角度をφ＝０°としてから、該走査角度φのみを一単位、例えば１°ずつ増やしていく（ステップＳ２）。これにより、図６に示す領域Ａ内を走査するレーザ光の軌跡は、座標（０，０）を通過する右上がりの線形の軌跡３５ａを描くようになる。このとき、受光部３３のフォトセンサ３３ａは、レーザ光を受光したか否かを常に検出している（ステップＳ３）。受光部３３がレーザ光を受光しなければ、ステップＳ３は“Ｎｏ”側に進んでステップＳ４に入り、走査角度φが一周するまで、すなわちφ＝３６０°となるまで可動板の走査角度を振る。これにより、ステップＳ４は“Ｎｏ”側に進み、上記ステップＳ２に戻る。そして、受光部３３は、レーザ光を受光したか否かを検出し続ける（ステップＳ２〜Ｓ４）。
【００４０】
また、レーザ光の走査角度φが一周しても、上記受光部３３がレーザ光を受光しないときには、作業者のインクリメント信号に基づいて、位相差θを順次切り換えていく。これにより、ステップＳ４は“Ｙｅｓ”側に進み、位相差θのみを一単位、例えば１°ずつ増やし（ステップＳ５）、ステップＳ６に進む。位相差θが１８０°となるまでは、ステップＳ６は“Ｎｏ”側に進んで上記ステップＳ２に戻り、上述の動作を繰り返す（ステップＳ２〜Ｓ６）。
【００４１】
ここで、図６に示すように、上記受光部３３のフォトセンサ３３ａ上をレーザ光が通過し、該フォトセンサ３３ａがレーザ光を受光したとする。このとき、ステップＳ３は“Ｙｅｓ”に進み、このときの位相差θ及び走査角度φを、図１に示す蓄積メモリ３４に記憶し（ステップＳ７）、検索を終了する（ステップＳ８）。これにより、領域Ａ内の任意の位置にセットされた受光部３３の座標を、位相差θ及び走査角度φとして記憶することができる。これにより、図６に示す受光部３３がセットされた位置にレーザ光を照射するときには、上記蓄積メモリ３４に記憶された位相差θ及び走査角度φを参照すればよい。
【００４２】
図８は、任意の指示点に対応する全ての位相差θ及び走査角度φを記憶させる動作について説明するフローチャートである。この実施例によれば、図７に示す動作と同様に、上記位相差θを０°とし、上記走査角度φを０°としてから（ステップＳ１）、該走査角度φが３６０°となるまで変化させる（ステップＳ２〜Ｓ４）。このとき、上記受光部３３がレーザ光を受光したときには、ステップＳ４は“Ｙｅｓ”に進み、このときの位相差θ及び走査角度φを、図１に示す蓄積メモリ３４に記憶し（ステップＳ７）、結合子「１」を介してステップＳ２に戻る。以上の動作を位相差θが１８０°となるまで繰り返す（ステップＳ２〜Ｓ６）。このとき、レーザ光を走査する軌跡は、図６に示すように、領域Ａ内のすべての点を通過するようになる。これにより、任意の指示点に対応する全ての位相差θ及び走査角度φの組み合わせを記憶することができる。
【００４３】
ここで、上記光走査手段（１４，１８）の可動板４１の位相差θを変化させるには、図１に示すＸ軸光走査部１４及びＹ軸光走査部１８の駆動位相の変更が必要であり、あるポイントから別のポイントに指示点Ｐが移動するように可動部４１（図３参照）の揺動状態を変化させるのには多少時間がかかる。また、図６に示す領域Ａ内における任意の指示点に対応する位相差θと走査角度φとの組み合わせは、１つとは限らず、複数組存在する場合がある。したがって、以上の動作によって検索された全ての位相差θと走査角度φとの組み合わせを、図１に示す蓄積メモリ３４に記憶しておくことにより、あるポイントから別のポイントに指示点を移動するときには、元のポイントに対応する位相差θの値に最も近い位相差θ及び走査角度φの値を選択すればよい（図８のステップＳ８）。これにより、次にレーザ光を照射するポイントに対応する値を適切に選択することができ、最短時間で指示点の変更を行うことができる。
【００４４】
なお、以上の説明において、上記光走査手段（１４，１８）は、図３に示すように、シリコン基板４０に対し一軸方向に揺動可能に軸支された可動板４１に反射面４２を有し、該可動板４１を揺動して反射面４２に照射されるレーザ光の進行方向を一次元方向に走査し得る一次元半導体ガルバノミラー１４を２個組み合わせて構成されたものとして説明したが、本発明はこれに限られず、レーザ光の進行方向を振って所定の領域内を走査し得るものであればどのようなものでもよい。
【００４５】
また、図９に示すように、シリコン基板５１に対し二軸方向に揺動可能に軸支された可動板５２に反射面５３を有し、該可動板５２を二軸方向に揺動して反射面５３に照射されるレーザ光の進行方向を二次元方向に走査し得る二次元半導体ガルバノミラー５０から成るものでもよい。この二次元半導体ガルバノミラー５０は、シリコン基板５１に、枠状の外側可動板５４及びその内側に配置される内側可動板５２からなる可動部と、上記外側可動板５４を揺動可能に軸支する第１トーションバー５５と、該第１トーションバー５５に対して軸方向が直交し上記内側可動板５２を揺動可能に軸支する第２トーションバー５６とを一体形成し、上記外側可動板５４及び内側可動板５２の各周縁部に第１駆動コイル５７及び第２駆動コイル５８を形成したものである。なお、符号５９は、各駆動コイル５７，５８に接続された電極端子を示す。また、図示省略したが、シリコン基板５１の対向する両側に、Ｎ極、Ｓ極を対向させた永久磁石が配置される。
【００４６】
これにより、図１０に示すように、１個の二次元半導体ガルバノミラー５０から成る光走査手段によって、レーザ光源１０から射出されるレーザ光の進行方向を二軸方向に振って、該レーザ光を所定の領域Ａ内にて走査することができる。したがって、装置全体の構成を簡略化することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る発明によれば、レーザ光の進行方向を光走査手段で振って、該レーザ光を射出するタイミングを制御して任意の指示点のみを照射するレーザ照射装置において、上記光走査手段に形成された可動板の振れ角の位相差を補償する補償手段を備えたことにより、上記可動板が二軸方向に揺動する共振周波数が同一となり、該可動板の二軸方向の振れ角の位相差が一定となるように補償することができる。これにより、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差が一定となって揺動し、該可動板の一軸方向の走査角度に対応してレーザ光を射出することができる。したがって、上記可動板によって進行方向を振られたレーザ光が所定の領域内にてリサージュ曲線を描いて走査し得るようになり、該レーザ光の射出のタイミングを制御することにより、任意の指示点にのみレーザ光を照射することができる。このことから、上記レーザ光がリサージュ走査される時間に比べ、該レーザ光を射出する時間の割合が多くなり、指示点の明るさを向上することができる。
【００４８】
ここで、請求項２に係る発明によれば、上記補償手段は、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差を検出する位相差検出回路と、該検出された位相差が設定した値となるように補償する位相差補償回路とを備えたことにより、上記位相差検出回路で、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差を検出し、上記位相差補償回路によって、上記位相差検出回路で検出された位相差が設定した値となるように補償される。これにより、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差が一定となって揺動することができる。
【００４９】
また、請求項３に係る発明によれば、上記制御手段には、所定の領域内に照射されるレーザ光の座標を、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差と、該可動板の一軸方向の走査角度とに変換する変換テーブルを備えたことにより、所定の領域内に照射されるレーザ光の座標が、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差と該可動板の一軸方向の走査角度とに変換される。これにより、任意の指示点の座標を、上記位相差と走査角度とに変換することができる。
【００５０】
さらに、請求項４に係る発明によれば、上記制御手段に、所定の領域内にて走査されたレーザ光を受光する受光手段を備えたことにより、該受光手段によって、所定の領域内にて走査されたレーザ光を受光して受信信号を生成し、その受信信号を制御手段に送出することができる。
【００５１】
さらにまた、請求項５に係る発明によれば、上記制御手段には、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差と、該可動板の一軸方向の走査角度とを記憶する記憶手段を備えたことにより、該記憶手段で、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差と、該可動板の一軸方向の走査角度とを記憶することができる。
【００５２】
また、請求項６に係る発明によれば、上記光走査手段は、基板に対し一軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射されるレーザ光の進行方向を一次元方向に走査し得る一次元半導体ガルバノミラーを、それぞれの可動板を直交する二軸方向に揺動可能に複数個組み合わせて構成されたものであることにより、発光手段から射出されるレーザ光の進行方向を振って、該レーザ光を所定の領域内にて走査することができる。
【００５３】
そして、請求項７に係る発明によれば、上記光走査手段は、基板に対し直交する二軸方向に揺動可能に軸支された可動板に反射面を有し、該可動板を揺動して反射面に照射されるレーザ光の進行方向を二次元方向に走査し得る二次元半導体ガルバノミラーから成るものであることにより、発光手段から射出されるレーザ光の進行方向を振って、該レーザ光を所定の領域内にて走査することができる。したがって、装置全体の構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ照射装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】上記レーザ照射装置の構成を説明する概略図である。
【図３】上記レーザ照射装置に適用される一次元半導体ガルバノミラーの基本的な構成を示す斜視図である。
【図４】上記レーザ照射装置の光走査手段の動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】上記光走査手段に形成された可動板の二軸方向の位相差と、レーザ光の軌跡との関係を示す説明図である。
【図６】上記レーザ照射装置を構成する受光部を任意の指示点にセットする状態を示す説明図である。
【図７】上記レーザ照射装置により照射される指示点の座標に対応する位相差及び走査角度を記憶させる動作を説明するフローチャートである。
【図８】上記指示点に対応する全ての位相差及び走査角度を記憶させる動作を説明するフローチャートである。
【図９】上記レーザ照射装置に適用される二次元半導体ガルバノミラーの基本的な構成を示す斜視図である。
【図１０】上記二次元半導体ガルバノミラーを用いたレーザ照射装置の構成を示す概略図である。
【図１１】従来のレーザ照射装置を示す概略図である。
【図１２】上記レーザ照射装置によりラスター走査されたレーザ光の軌跡を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…レーザ光源
１１…レーザ駆動回路
１２…発振回路
１３…Ｘ軸駆動回路
１４…Ｘ軸光走査部
１５…Ｘ軸走査原点検出手段
１６…遅延回路
１７…Ｙ軸駆動回路
１８…Ｙ軸光走査部
１９…Ｙ軸走査原点検出手段
２０…Ｘ軸走査角度演算回路
２１…コントローラ
２２…操作部
３０…ＸＹ位相差θ検出回路
３１…ＸＹ位相差θ補償回路
３２…変換テーブル
３３…受光部
３４…蓄積メモリ
３５ａ〜３５ｄ…レーザ光の軌跡
４１，５２…可動板
４２，５３…反射面
Ａ…レーザ光の走査領域
【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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