(57)【要約】【課題】スキャナの回転速度を速くしても高品質な描画が可能なスキャナ駆動回路等を提供する。【解決手段】スキャナ駆動回路は、光を全反射する複数のミラーと、ミラーをそれぞれ回転軸に固定して回動させるモータと、モータを駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部７３と、ミラーの回転角を検出し、位置信号としてスキャナ駆動部７３に送出する位置検出部７５と、ミラーを所望の回転角に制御させる制御信号をスキャナ駆動部７３に入力するためのスキャナ制御部７４と、スキャナ制御部７４から出力される制御信号及び位置検出部７５から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対しミラーの回転角が時間変化する軌跡を、各ミラー同士で略一致させるよう調整するための調整機構７６とを備える。【選択図】  図８
2004354781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から受光した光を複数のミラーの回動により反射させて対象面上を走査させるスキャナ駆動回路であって、
光を全反射する複数のミラーと、
前記ミラーをそれぞれ回転軸に固定して回動させるモータと、
前記モータを駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部（７３）と、
前記ミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部（７３）に送出する位置検出部（７５）と、
前記ミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部（７３）に入力するためのスキャナ制御部（７４）と、
前記スキャナ制御部（７４）から出力される制御信号及び前記位置検出部（７５）から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記ミラーの回転角が時間変化する軌跡を、各ミラー同士で略一致させるよう調整するための調整機構（７６）と、
を備えることを特徴とするスキャナ駆動回路。
【請求項２】
外部から受光した光を一対のミラーの回動により反射させて対象面上を走査させるスキャナ駆動回路であって、
光を全反射する第１のミラーと、
前記第１のミラーよりも慣性モーメントの大きい第２のミラーと、
前記第１のミラーを回転軸に固定して回動させる第１のモータと、
前記第２のミラーを回転軸に固定して回動させる第２のモータと、
前記第１、第２のモータをそれぞれ駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部（７３）と、
前記第１、第２のミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部（７３）に送出する位置検出部（７５）と、
前記第１、第２のミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部（７３）に入力するためのスキャナ制御部（７４）と、
前記スキャナ制御部（７４）から出力される制御信号及び前記位置検出部（７５）から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記第１のミラーの回転角が時間変化する軌跡を、制御信号に対し前記第２のミラーの回転角が時間変化する軌跡に略一致させるよう調整するための調整機構（７６）と、
を備えることを特徴とするスキャナ駆動回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスキャナ駆動回路であって、前記調整機構（７６）が、スキャナ駆動部（７３）を動作させる複数のパラメータを調整する可変抵抗であることを特徴とするスキャナ駆動回路。
【請求項４】
レーザ媒質（８）を励起して励起光を放出させるためのレーザ励起部（６）を備えるレーザ制御部（１）と、
前記レーザ制御部（１）と光学的に結合され、レーザ制御部（１）から送出される励起光で励起され、端面からレーザ発振を出射するレーザ媒質（８）を備えるレーザ発振部（５０）と、
光を全反射する第１のミラーと、
前記第１のミラーを回転軸に固定して回動させる第１のモータと、
前記第１のミラーよりも慣性モーメントが大きく、かつ前記第１のミラーと回転軸を直交させて配置される第２のミラーと、
前記第２のミラーを回転軸に固定して回動させる第２のモータと、
前記第１、第２のモータをそれぞれ駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部（７３）と、
前記第１、第２のミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部（７３）に送出する位置検出部（７５）と、
前記第１、第２のミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部（７３）に入力するためのスキャナ制御部（７４）と、
前記スキャナ制御部（７４）から出力される制御信号及び前記位置検出部（７５）から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記第１のミラーの回転角が時間変化する軌跡を、制御信号に対し前記第２のミラーの回転角が時間変化する軌跡に略一致させるよう調整するための調整機構（７６）と、
を備える走査部（９）と、
前記走査部（９）からの走査光を集光してレーザ出力として外部に出射するための集光部（１５）と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
外部から受光した光を一対のミラーの回動により反射させて対象面上を走査させるスキャナ駆動回路の調整方法であって、
ミラーを回動させる所定の制御信号を、ミラーを回転軸に固定して回動させる各モータに入力し、モータを回動させると共に、ミラーの回転角を検出して位置信号として受信することで測定される、制御信号に対するミラーの回転角が時間変化する軌跡を各ミラー毎に取得する工程と、
測定された各軌跡がミラー同士で略一致するように、モータを駆動するスキャナ駆動部（７３）の所定のパラメータを調整する工程と、
を備えることを特徴とするスキャナ駆動回路の調整方法。
【請求項６】
請求項５に記載のスキャナ駆動回路の調整方法であって、前記スキャナ駆動部（７３）の所定のパラメータを調整する工程が、
走査光として描かれるべき軌跡が直線上を所定周期で往復する軌跡となる所定周期の制御信号を、双方のモータに同一のタイミングで入力し、この制御信号に基づいて実際に描かれる軌跡と、本来の軌跡との差が所定範囲内に収まるようにパラメータを調整する工程であることを特徴とするスキャナ駆動回路の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスキャナ駆動回路及びスキャナ駆動回路の調整方法に関し、例えばレーザ光を加工対象物に照射して印字などの加工を行うレーザ加工装置においてレーザ光を加工対象面上に走査させるスキャナ駆動回路及びスキャナ駆動回路の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工装置は、レーザ光を所定の領域内において走査して、部品や製品などの加工対象物（ワーク）の表面に対しレーザ光を照射して印字やマーキングなどの加工を行う。レーザ加工装置の構成の一例を図１に示す。この図に示すレーザ加工装置は、レーザ制御部１とレーザ出力部２と入力部３とを備える。レーザ制御部１のレーザ励起部６で発生される励起光を、レーザ出力部２のレーザ発振部５０で発振器を構成するレーザ媒質８に照射し、レーザ発振を生じさせる。レーザ発振光はレーザ媒質８の出射端面から出射され、ビームエキスパンダ５３でビーム径を拡大されて、光学部材５４により反射されて走査部９に導かれる。走査部９は、レーザ光を反射させて所望の方向に偏光し、集光部１５から出力されるレーザ光は、ワークＷの表面で走査されて印字や加工を行う。
【０００３】
特に近年ではより高速且つ高品質な印字能力が求められており、スキャナの走査速度も高速化される傾向にある。レーザ加工装置は、レーザ出力光をワーク上で走査させるために、図２に示すような走査部９を備える。走査部９は、一対のガルバノミラーを構成するＸ・Ｙ軸スキャナ１４ａ、１４ｂと、各ガルバノミラーをそれぞれ回動軸に固定し回動するためのガルバノモータ５１ａ、５１ｂとを備えている。Ｘ・Ｙ軸スキャナ１４ａ、１４ｂは、図２に示すように直交する姿勢で配置されており、レーザ光をＸ方向、Ｙ方向に反射させて走査させることができる。また、走査部９の下方には、集光部１５が備えられる。集光部１５は集光レンズで構成され、ｆθレンズが使用される。ガルバノミラーを用いたレーザマーキング装置には、例えば特許文献１に示すようなものがある。
【０００４】
このようなガルバノミラーで構成されるスキャナを駆動するための制御回路は、図３に示すような構成となる。この図に示す回路は、ガルバノミラーを回動するガルバノモータ５１を備えるスキャナ１４と、スキャナ１４を駆動するスキャナ駆動部７３と、スキャナ駆動部７３を制御するスキャナ制御部７４とを備える。スキャナ制御部７４は、スキャナ駆動部７３に制御信号を送出すると共に、スキャナ駆動部７３を駆動する電力を供給する電源を備える。スキャナ駆動部７３はスキャナ制御部７４から制御信号が入力されると、この制御信号に基づいてスキャナ１４を駆動する。一方スキャナ１４は、回動するガルバノミラーの回転角を位置信号として検出する位置検出部７５を備えており、位置信号をリアルタイムにスキャナ駆動部７３にフィードバックする。スキャナ駆動部７３は、スキャナ１４からフィードバックされる位置信号とスキャナ制御部７４から入力される制御信号とを比較して、スキャナ１４の回転角を正確に制御する。各々のスキャナ１４は、このような制御回路によってそれぞれ回動される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−８６３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなスキャナにおいては、レーザ光をＸ方向とＹ方向に走査させるため、図２に示すように２枚のガルバノミラーが必要となる。しかしながら、これらＸ軸用、Ｙ軸用の２枚のガルバノミラーは、その構成上、同じ大きさにすることができない。例えばＸ軸スキャナ１４ａでレーザ光を受けて、Ｙ軸スキャナ１４ｂに反射し、Ｙ軸スキャナ１４ｂがレーザ光を出力する場合、Ｘ軸スキャナ１４ａは常に一方向からレーザ光を受光するため、受光面が小さくなり、ガルバノミラーの大きさも小さくて済む。一方、Ｘ軸スキャナ１４ａで反射された光を受けるＹ軸スキャナ１４ｂは、Ｘ軸スキャナ１４ａの回動により反射されるレーザ光の走査範囲が広くなるため、その走査範囲に応じた受光面を用意する必要があり、必然的に受光面がＸ軸スキャナ１４ａより大きくなりガルバノミラーが大型化する。一方、仮にＸ軸スキャナ１４ａをＹ軸スキャナ１４ｂに合わせて大きくしようとすると、大型化されたＸ軸スキャナ１４ａの回動範囲にＹ軸スキャナ１４ｂの回動範囲が抵触しないよう、これらを離間して配置する必要がある。その結果スキャナ１４の回動できる範囲が狭くなって、レーザ光を走査できる範囲が狭くなる。このような理由から、Ｘ軸スキャナ１４ａとＹ軸スキャナ１４ｂとは、構造上同じ形状のガルバノミラーとすることができない。
【０００７】
スキャナ１４のガルバノミラーの大きさが異なると、慣性モーメント（イナーシャ）も異なる。ガルバノミラーの慣性モーメントの差が大きくなると、スキャナ１４を回動させる際の初期の応答性に差異が生じる。例えば制御信号として矩形波を入力すると、制御信号に対してスキャナ１４の立ち上がり時に回転角が時間とともに変化していく軌跡が図４に示すように測定される。図において、矩形波状の制御信号を一点鎖線、Ｘ軸スキャナ１４ａの応答軌跡を実線、Ｙ軸スキャナ１４ｂの応答軌跡を破線で示している。このように、矩形波の制御信号を入力しても、Ｘ軸スキャナ１４ａ、Ｙ軸スキャナ１４ｂのいずれもトリガ入力から制御信号に従った回転角に安定するまでの安定時間に遅れが生じる。ここでＹ軸スキャナ１４ｂはＸ軸スキャナ１４ａよりも慣性モーメントが大きいため、回転の軌跡も異なってしまう。
【０００８】
従来は、図５に示すように、制御信号に対してＸ軸スキャナ、Ｙ軸スキャナの立ち上がり時間を合わせるように調整していた。このような調整を行うために、図６に示す回路において、任意の制御信号をスキャナ駆動部７３に入力し、これに応じたスキャナ１４の回転の位置信号を位置検出部７５からスキャナ駆動部７３に出力させて、スキャナ１４の回転を把握しながら、スキャナ１４への制御信号すなわちガルバノモータの駆動電流を制御するパラメータを調整する。この回路で、Ｘ軸スキャナの安定時間を図５のようにＹ軸スキャナと合わせるように、オシロスコープ等で波形を確認しながらスキャナ駆動部７３のパラメータを調整していた。従来のスキャナは回転速度が遅い、すなわち描画があまり速くないので、このような立ち上がりの安定時間を一致させる調整によって、スキャナの同期が維持されて、走査された結果の印字や加工の品質に目立った影響は生じなかった。
【０００９】
しかしながらこの方法では、スキャナが高速に回動するようになると慣性モーメントの差による影響が顕著になり、走査に悪影響が生じるという問題があった。例えば、レーザマーカで高速に円を描画する場合、立ち上がり時間を合わせる方法では慣性モーメントの異なるＸ軸スキャナ、Ｙ軸スキャナの軌跡の差による影響が大きくなり、スキャナ同士の同期がとれなくなって慣性モーメントの大きいガルバノミラーを搭載したＹ軸スキャナの動作が遅れ、図７に示すようにＸ軸スキャナの移動距離ＡよりもＹ軸スキャナの移動距離Ｂが短くなり、円が楕円形として描画されてしまう。したがって、従来のスキャナ立ち上がりの安定時間を調整する方法では、スキャナの回転速度を向上させるに従って正しい走査ができなくなり、描画の品質が悪くなるという問題があった。
【００１０】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、スキャナの回転速度を速くしても高品質な描画が可能なスキャナ駆動回路、レーザ加工装置及びスキャナ駆動回路の調整方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載されるスキャナ駆動回路は、外部から受光した光を複数のミラーの回動により反射させて対象面上を走査させるスキャナ駆動回路であって、光を全反射する複数のミラーと、前記ミラーをそれぞれ回転軸に固定して回動させるモータと、前記モータを駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部７３と、前記ミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部７３に送出する位置検出部７５と、前記ミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部７３に入力するためのスキャナ制御部７４と、前記スキャナ制御部７４から出力される制御信号及び前記位置検出部７５から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記ミラーの回転角が時間変化する軌跡を、各ミラー同士で略一致させるよう調整するための調整機構７６とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この構成によって、走査速度すなわちモータの回転速度に関わらず各ミラーの同期が維持され、高精度な描画が実現される。
【００１３】
また、請求項２のスキャナ駆動回路は、外部から受光した光を一対のミラーの回動により反射させて対象面上を走査させるスキャナ駆動回路であって、光を全反射する第１のミラーと、前記第１のミラーよりも慣性モーメントの大きい第２のミラーと、前記第１のミラーを回転軸に固定して回動させる第１のモータと、前記第２のミラーを回転軸に固定して回動させる第２のモータと、前記第１、第２のモータをそれぞれ駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部７３と、前記第１、第２のミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部７３に送出する位置検出部７５と、前記第１、第２のミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部７３に入力するためのスキャナ制御部７４と、前記スキャナ制御部７４から出力される制御信号及び前記位置検出部７５から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記第１のミラーの回転角が時間変化する軌跡を、制御信号に対し前記第２のミラーの回転角が時間変化する軌跡に略一致させるよう調整するための調整機構７６とを備えることを特徴とする。
【００１４】
この構成によって、走査速度すなわちモータの回転速度が速くなっても第１のミラーを第２のミラーに合わせて同期が維持され、高精度な描画が実現される。
【００１５】
さらにまた、請求項３のスキャナ駆動回路は、請求項１又は２に記載のスキャナ駆動回路であって、前記調整機構７６が、スキャナ駆動部７３を動作させる複数のパラメータを調整する可変抵抗であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４のレーザ加工装置は、レーザ媒質８を励起して励起光を放出させるためのレーザ励起部６を備えるレーザ制御部１と、前記レーザ制御部１と光学的に結合され、レーザ制御部１から送出される励起光で励起され、端面からレーザ発振を出射するレーザ媒質８を備えるレーザ発振部５０と、光を全反射する第１のミラーと、前記第１のミラーを回転軸に固定して回動させる第１のモータと、前記第１のミラーよりも慣性モーメントが大きく、かつ前記第１のミラーと回転軸を直交させて配置される第２のミラーと、前記第２のミラーを回転軸に固定して回動させる第２のモータと、前記第１、第２のモータをそれぞれ駆動し、光を所望の方向に走査させるよう制御するためのするスキャナ駆動部７３と、前記第１、第２のミラーの回転角を検出し、位置信号として前記スキャナ駆動部７３に送出する位置検出部７５と、前記第１、第２のミラーを所望の回転角に制御させる制御信号を前記スキャナ駆動部７３に入力するためのスキャナ制御部７４と、前記スキャナ制御部７４から出力される制御信号及び前記位置検出部７５から出力される位置信号に基づいて測定される、制御信号に対し前記第１のミラーの回転角が時間変化する軌跡を、制御信号に対し前記第２のミラーの回転角が時間変化する軌跡に略一致させるよう調整するための調整機構７６とを備える走査部と、前記走査部９からの走査光を集光してレーザ出力として外部に出射するための集光部１５とを備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成によって、レーザ光の走査速度すなわちモータの回転速度が速くなっても第１のミラーを第２のミラーに合わせて同期が維持され、高精度な描画が実現される。
【００１８】
さらに、請求項５のスキャナ駆動回路の調整方法は、外部から受光した光を一対のミラーの回動により反射させて対象面上を走査させるスキャナ駆動回路の調整方法であって、ミラーを回動させる所定の制御信号を、ミラーを回転軸に固定して回動させる各モータに入力し、モータを回動させると共に、ミラーの回転角を検出して位置信号として受信することで測定される、制御信号に対するミラーの回転角が時間変化する軌跡を各ミラー毎に取得する工程と、測定された各軌跡がミラー同士で略一致するように、モータを駆動するスキャナ駆動部７３の所定のパラメータを調整する工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】
これによって、走査速度すなわちモータの回転速度が速くなっても各ミラーの同期が維持され、高精度な描画が実現される。
【００２０】
さらにまた、請求項６のスキャナ駆動回路の調整方法は、請求項５に記載のスキャナ駆動回路の調整方法であって、前記スキャナ駆動部７３の所定のパラメータを調整する工程が、走査光として描かれるべき軌跡が直線上を所定周期で往復する軌跡となる所定周期の制御信号を、双方のモータに同一のタイミングで入力し、この制御信号に基づいて実際に描かれる軌跡と、本来の軌跡との差が所定範囲内に収まるようにパラメータを調整する工程であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのスキャナ駆動回路、レーザ加工装置及びスキャナ駆動回路の調整方法を例示するものであって、本発明はスキャナ駆動回路、レーザ加工装置及びスキャナ駆動回路の調整方法を以下のものに特定しない。
【００２２】
さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２３】
本発明の実施の形態に係るスキャナ駆動回路を、図３に示す。この回路において、スキャナ１４はＸ軸スキャナ１４ａ、Ｙ軸スキャナ１４ｂを構成する全反射ミラーであるガルバノミラーと、ガルバノミラーを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部７５を備える。またスキャナ１４は、スキャナ１４を駆動するスキャナ駆動部７３に接続れる。スキャナ駆動部７３はスキャナ制御部７４に接続され、スキャナ１４を制御する制御信号をスキャナ制御部７４から受けて、これに基づいてスキャナ１４を駆動する。例えばスキャナ駆動部７３は、制御信号に基づいてスキャナ１４を駆動する駆動電流を調整する。またスキャナ駆動部７３は、制御信号に対する各スキャナ１４の回転角の時間変化を調整する調整機構７６を備える。調整機構７６は、スキャナ駆動部７３の各パラメータを調整する可変抵抗等の半導体部品で構成される。
【００２４】
本発明の実施の形態に係るスキャナ駆動回路の調整方法は、図６の回路において、制御信号に対する各スキャナの回転角の時間履歴を一致させるように調整するものである。すなわち、制御信号に対してＸ軸スキャナの回転角が時間変化する履歴、つまり図８に示す波形の軌跡と、Ｙ軸スキャナの波形の軌跡とが合うように調整を施す。すなわち、従来のように立ち上がりの安定時間に着目する調整方法でなく、各スキャナの回転角の時間変化に着目してこれを一致させるように調整している。
【００２５】
この方法によれば、スキャナの回転速度が速くなっても、Ｘ軸スキャナとＹ軸スキャナは略等しい軌跡でスキャナの回転角が変化するため、同期が維持される。このため、スキャナの立ち上がり時間のみを一致させる調整方法のように、スキャナの回転速度を速くしたときにスキャナの回転の同期が維持されず、一方の回転が速く、あるいは一方の回転が遅くなって、走査パターンに狂いが生じることがない。したがって、高速で走査して円を描画させても、Ｘ軸方向とＹ軸方向の移動距離が略等しく維持され、図７のような楕円状に歪むことなく、図９のように綺麗な円が描画される。このため、この方法によれば高速な走査でも高精度な描画が実現される。このようなスキャナの軌跡を一致させるための調整は、図６の回路において、オシロスコープ等で波形を確認しながらＸ軸スキャナの軌跡の曲線を図８のようにＹ軸スキャナと略一致させるように、スキャナ駆動部７３の調整機構７６でパラメータを調整する。なお、本明細書においてＸ軸、Ｙ軸とは、描画時のＸ軸、Ｙ軸を指しており、これらを入れ替えても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００２６】
実際に波形の軌跡を合わせるための調整方法は、以下のようにして行う。まずＸ軸スキャナとＹ軸スキャナに同期した正弦波をそれぞれ入力し、両スキャナの位置信号のリサージュ波形を観測する。すると、本来であれば図１０（ａ）のように基準点から（１）右斜め上、（２）左斜め下、（３）右斜め上に移動する斜線の軌跡に描画される。正弦波の周波数が低い状態では上記のような所望の斜線通りに描画されるが、周波数を上げていくにつれて徐々に波形が崩れて、例えば図１０（ｂ）に示すように捻れた状態に描画される。この崩れた斜線が、所定の範囲内となるようにスキャナ駆動部７３の調整機構７６を用いて調整していく。所定範囲は、例えば図１０（ｂ）に破線で示す楕円幅の範囲を基準として、この範囲内に実際の描画軌跡が収まるように調整する。例えば、スキャナの最高回転速度において周波数が数ｋＨｚの正弦波を入力し、楕円の短軸と長軸の比が１〜１０％となるように調整機構７６を調整する。
【００２７】
調整作業は、スキャナ駆動部７３の動作を決定するパラメータを調整し、実際の描画を行わせてさらに調整を繰り返すという手順になる。このような調整を各スキャナ１４のスキャナ駆動部７３、好ましくはＸ軸スキャナをＹ軸スキャナに合わせるように調整する際の設定のパラメータとしては、スキャナセンサ出力の調整、スキャナセンサ出力のリニアリティ（左右の対称性）調整、信号入力電圧対スキャナ回転角の調整、信号入力ＯＦＦ時の設定（スキャナの原点調整）、低周波ダンピング（速度フィードバック量）調整、サーボのゲイン（エラー信号の加算値）調整、高周波ダンピング（サーボの加速度フィードバック量）調整、高周波ダンピングのバンド幅調整（サーボの加速度フィードバック量の微調整）、ノッチフィルタの中心周波数調整、ノッチフィルタの減衰量調整等の項目がある。調整機構７６は、これらのパラメータ毎に可変抵抗を備えており、可変抵抗の値を変化させることで各パラメータ値の調整が行われる。
【００２８】
図８に示すようにＸ軸スキャナとＹ軸スキャナの波形の軌跡を合わせるように調整すると、例えばスキャナを高速に回動させて円を描画させても、Ｘ軸スキャナの移動距離ＡとＹ軸スキャナの移動距離Ｂがほぼ等しくなって、正しく円として描画される。このように、スキャナを高速に回動させても所望のパターンを描画でき、高品質な印字や加工が実現される。
【００２９】
なお図３の例では、スキャナ駆動部７３とスキャナ制御部７４を個別の部材で構成しているが、この構成に限られず、例えばスキャナ制御部７４にスキャナ制御部７４の機能を統合して一の部材で構成することもできる。
【００３０】
［レーザ加工装置］
次に、上記のスキャナ制御部７４をレーザ加工装置に適用する例について、図１に基づいて説明する。図１はレーザ加工装置を構成するブロック図を示し、この図に示すレーザ加工装置は、レーザ制御部１とレーザ出力部２と入力部３とを備える。
【００３１】
レーザ加工装置は、その名称に拘わらずレーザ応用機器一般に利用でき、例えばレーザ発振器や各種のレーザ加工装置、穴あけ、マーキング、トリミング、スクライビング、表面処理などのレーザ加工や、レーザ光源として他のレーザ応用分野、例えばＤＶＤやＢｌｕ−ｒａｙ等の光ディスクの高密度記録再生用光源や通信用の光源、印刷機器、照明用光源、ディスプレイなどの表示装置用の光源、医療機器等において、好適に利用できる。以下の例では、レーザ加工装置の一例としてレーザマーカに適用する例について説明する。また、本明細書において印字とは文字や記号、図形などのマーキングの他、上述した各種の加工も含む概念で使用する。
【００３２】
［入力部３］
入力部３はレーザ制御部１に接続され、レーザ加工装置を操作するための必要な設定を入力してレーザ制御部１に送信する。設定内容はレーザ加工装置の動作条件や具体的な印字内容等である。入力部３はキーボードやマウス、コンソール等の入力デバイスである。また、入力部３は入力情報を確認したり、レーザ制御部１の状態等を表示する表示部を別途設けることもできる。表示部はＬＣＤやブラウン管等のモニタであり、タッチパネル方式として入力部と表示部を兼用することもできる。これによって、コンピュータなどを外部接続することなく入力部でレーザ加工装置の必要な設定を行うことができる。
【００３３】
［レーザ制御部１］
レーザ制御部１は、制御部４とメモリ部５とレーザ励起部６と電源７とを備える。入力部３から入力された設定内容をメモリ部５に記録する。制御部４は必要時にメモリから設定内容を読み込み、印字内容に応じた印字信号に基づいてレーザ励起部６を動作させてレーザ出力部２のレーザ媒質８を励起する。メモリ部５はＲＡＭやＲＯＭ等の半導体メモリが利用できる。またメモリ部５はレーザ制御部１に内蔵する他、挿抜可能なＰＣカードやＳＤカード等の半導体メモリカード、カード型ハードディスクなどのメモリカードを利用することもできる。メモリカードで構成されるメモリ部５は、コンピュータ等の外部機器で容易に書き換え可能であり、コンピュータで設定した内容をメモリカードに書き込み、レーザ制御部１にセットすることで、入力部をレーザ制御部に接続することなく設定を行うことができる。特に半導体メモリはデータの読み込み・書き込みが高速で、しかも機械的動作部分がないため振動等に強く、ハードディスクのようなクラッシュによるデータ消失事故を防止できる。
【００３４】
さらに制御部４は、設定された印字を行うようレーザ媒質８で発振されたレーザ光をワークＷ上で走査させるため、レーザ出力部２の走査部９を動作させる走査信号を走査部９に出力する。電源７は、定電圧電源として、レーザ励起部６へ所定電圧を印加する。印字動作を制御する印字信号は、そのＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じてレーザ光のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられ、その１パルスが発振されるレーザ光の１パルスに対応するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、その周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度が定められるが、周波数に基づいた走査速度によってもレーザ強度が変化するよう構成することもできる。
【００３５】
（レーザ励起部６）
レーザ励起部６は、光学的に接合されたレーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１を備える。レーザ励起部６の内部の一例を図１１の斜視図に示す。この図に示すレーザ励起部６は、レーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１をレーザ励起部ケーシング１２内に固定している。レーザ励起部ケーシングは、熱伝導性の良い真鍮などの金属で構成され、レーザ励起光源１０を効率よく外部に放熱する。レーザ励起光源１０は半導体レーザ等で構成される。図１１の例では、複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイを使用しており、各素子からのレーザ発振がライン状に出力される。レーザ発振はレーザ励起光源集光部１１の入射面に入射されて、出射面から集光されたレーザ励起光として出力される。レーザ励起光源集光部１１はフォーカシングレンズ等で構成される。レーザ励起光源集光部１１からのレーザ励起光は光ファイバケーブル１３等によりレーザ出力部２のレーザ媒質８に入射される。レーザ励起光源１０とレーザ励起光源集光部１１、光ファイバケーブル１３は、空間あるいは光ファイバを介して光学的に結合されている。
【００３６】
［レーザ出力部２］
レーザ出力部２は、レーザ発振部５０を備える。レーザ光を発生させるレーザ発振部５０は、レーザ媒質８と、レーザ媒質８が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ等を備える。レーザ媒質８が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Ｑスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザ光を出力する。図１に示すレーザ出力部２は、レーザ媒質８と走査部９を備える。レーザ媒質８は光ファイバケーブル１３を介してレーザ励起部６から入射されるレーザ励起光で励起されて、レーザ発振される。レーザ媒質８はロッド状の一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザ光を出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式を採用している。
【００３７】
（レーザ媒質８）
上記の例では、レーザ媒質８としてロッド状のＮｄ：ＹＶＯ４の固体レーザ媒質を用いた。また固体レーザ媒質の励起用半導体レーザの波長は、このＮｄ：ＹＶＯ４の吸収スペクトルの中心波長である８０９ｎｍに設定した。ただ、この例に限られず他の固体レーザ媒質として、例えば希土類をドープしたＹＡＧ、ＬｉＳｒＦ、ＬｉＣａＦ、ＹＬＦ、ＮＡＢ、ＫＮＰ、ＬＮＰ、ＮＹＡＢ、ＮＰＰ、ＧＧＧ等も用いることもできる。また、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光の波長を任意の波長に変換できる。
【００３８】
さらに、固体レーザ媒質を使用せず、言い換えるとレーザ光を発振させる共振器を構成せず、波長変換のみを行う波長変換素子を使用することもできる。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行う。波長変換素子としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ４）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ３）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ４）、ＢＢＯ、ＬＢＯや、バルク型の分極反転素子（ＬｉＮｂＯ３（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｌｅｄ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ  ：ＰＰＬＮ）、ＬｉＴａＯ３等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。このように、本実施の形態においてはレーザ発生源として様々なタイプを適宜利用できる。
【００３９】
（走査部９）
走査部９は、レーザ光を反射させて所望の方向に出力し、ワークＷの表面でレーザ光を走査して印字する。走査部９は、図２に示すように一対のＸ軸スキャナ１４ａ、Ｙ軸スキャナ１４ｂと、これらをそれぞれ回動するガルバノモータ５１ａ、５１ｂとを備えている。ガルバノモータ５１ａ、５１ｂは、スキャナ駆動回路５２で駆動される。スキャナ駆動回路５２は、制御部４から与えられる走査信号に基づいて、ガルバノモータ５１ａ、５１ｂを駆動させることにより、ガルバノモータ５１ａ、５１ｂの出力軸に設けられたＸ軸スキャナ１４ａ、Ｙ軸スキャナ１４ｂの全反射ミラーを回動させて、レーザ媒質８から発振されたレーザ光を偏向・走査する。偏向・走査されたレーザ光は、略偏向方向に設けられたｆθレンズを介してワークＷの表面に照射されてマーキングする。ｆθレンズは、スキャナがニュートラル位置にある状態において偏向されたレーザ光がその中央を平行光として入射されるように設けられている。
【００４０】
［集光部１５］
集光部１５は、ｆθレンズ等の集光レンズが使用される。レーザビームは、ガルバノミラーにより反射された後、集光レンズにより集光して照射面に照射されるが、小スポットへの集光を効果的に行わせるため、図１に示すようにガルバノミラーにビームエキスパンダ５３を前置し、レーザ発振部５０から出力されるレーザビームのビーム径を拡げるようにしている。ビームエキスパンダ５３からの出射ビームは、ミラーなどの光学部材５４により反射して走査部９のガルバノミラーに導かれる。
【００４１】
以上のように、レーザ加工装置にスキャナ駆動回路の調整方法を適用することによって、従来と同じ構成であっても２０〜３０％程度印字品質を向上させることに成功した。しかもこの調整方法は、新たなハードウェアを追加することなく既存のスキャナ駆動回路を利用したまま、制御方法の変更のみで対応できるので、実装が容易で安価に実現でき、しかも高速印字における印字品質が格段に向上するという高い効果が得られるというメリットがある。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明のスキャナ駆動回路、レーザ加工装置及びスキャナ駆動回路の調整方法によれば、スキャナの制御方法を変更するのみで高速走査時においても品質の劣化しない高精度な描画が可能となる。それは、本発明のスキャナ駆動回路、レーザ加工装置及びスキャナ駆動回路の調整方法が、スキャナの調整に立ち上がり時の安定時間よりもその時間変化の軌跡に着目し、スキャナ同士の波形パターンが一致するように調整しているからである。この方法であれば、低速な走査のみならず、高速な走査においてもミラーの慣性モーメント差に起因する同期のずれを抑制し、精度良く走査パターンを得ることができ、スキャナの走査速度を上げて高品質な高速印字や高速加工を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】走査部におけるＸ・Ｙ軸スキャナの配置状態を示す透明斜視図である。
【図３】スキャナの駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図４】制御信号に基づきスキャナの回転角が時間変化する経過を示すグラフである。
【図５】図４において、スキャナの立ち上がり時の安定時間を一致させるよう調整した例を示すグラフである。
【図６】図３のスキャナ駆動回路を調整する方法を示すブロック図である。
【図７】図５の調整方法においてスキャナが円を描くように高速に走査させた際の実際の描画結果を示す概略図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係るスキャナ駆動回路の調整方法で、スキャナの回転角の時間変化する軌跡を一致させるように調整した例を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施の形態に係るスキャナ駆動回路の調整方法において、スキャナが円を描くように高速に走査させた際の実際の描画結果を示す概略図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係るスキャナ駆動回路の調整方法の一例を示す概略図である。
【図１１】図１のレーザ励起部の内部構造の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１・・・レーザ制御部
２・・・レーザ出力部
３・・・入力部
４・・・制御部
５・・・メモリ部
６・・・レーザ励起部
７・・・電源
８・・・レーザ媒質
９・・・走査部
１０・・・レーザ励起光源
１１・・・レーザ励起光源集光部
１２・・・レーザ励起部ケーシング
１３・・・光ファイバケーブル
１４・・・スキャナ
１４ａ・・・Ｘ軸スキャナ
１４ｂ・・・Ｙ軸スキャナ
１５・・・集光部
５０・・・レーザ発振部
５１、５１ａ、５１ｂ・・・ガルバノモータ
５２・・・スキャナ駆動回路
５３・・・ビームエキスパンダ
５４・・・光学部材
７３・・・スキャナ駆動部
７４・・・スキャナ制御部
７５・・・位置検出部
７６・・・調整機構
【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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