(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を走査させて対象物を加工する加工装置であって、
前記光を反射するミラーを有し、前記ミラーを駆動して前記光を走査させる走査部と、
前記走査部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記光の走査を開始させる前記ミラーの角度が目標角度になるように、前記走査部に前記ミラーの駆動を開始させる前記ミラーの角度を目標走査速度に基づいて得ることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記目標走査速度を第１速度Ｖ１とし、前記走査部に前記ミラーの駆動を開始させる位置をＰとし、前記走査部に前記ミラーの駆動を開始させてから前記光の走査を開始させるまでの時間をＴａとした場合、前記目標走査速度を前記第１速度とは異なる第２速度Ｖ２とするのに、前記走査部に前記ミラーの駆動を開始させる位置Ｐ’を
Ｐ’＝（Ｖ２−Ｖ１）・Ｔａ＋Ｐ
を満たすように得、前記位置Ｐ’に基づいて、前記走査部に前記ミラーの駆動を開始させるときの前記ミラーの角度を得、
前記位置ＰおよびＰ’は、前記光が走査されていると仮定した場合に前記光が照射される前記対象物上の位置であることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記光を走査させる距離が目標距離になるように、前記光の走査を開始してから終了するまでの照射時間を前記目標走査速度に基づいて得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記目標走査速度を第１速度とし、前記照射時間をＴとし、前記目標距離をＬとした場合、前記目標走査速度を前記第１速度とは異なる第２速度Ｖ２とするのに、前記照射時間の調整時間Ｔ’を
Ｔ’＝Ｔ−Ｌ／Ｖ２
を満たすように得ることを特徴とする請求項３に記載の加工装置。
【請求項５】
前記走査部は、第１方向に光を走査させるための第１走査部と、前記第１方向とは異なる第２方向に光を走査させるための第２走査部とを含み、
前記制御部は、前記第１走査部および前記第２走査部のそれぞれに関して、前記ミラーの駆動を開始させる前記ミラーの角度を得ることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項６】
光を走査させて対象物を加工する加工装置であって、
前記光を反射するミラーを有し、前記ミラーを駆動して前記光を走査させる走査部と、
前記走査部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記光の走査を開始させる前記ミラーの角度が目標角度になるように、前記走査部に前記ミラーの駆動を開始させてから前記光の走査を開始させるまでの時間を目標走査速度に基づいて得ることを特徴とする加工装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記目標走査速度を第１速度とし、前記走査部に前記ミラーの駆動を開始させる位置をＰ１とし、前記目標角度に対応する前記対象物上の位置をＰ２とした場合、前記目標走査速度を前記第１速度とは異なる第２速度Ｖ２とするのに、前記走査部に前記ミラーの駆動を開始させてから前記光の走査を開始させるまでの時間Ｔ１を
Ｔ１＝（Ｐ２−Ｐ１）／Ｖ２
を満たすように得、
前記位置Ｐ１は、前記光が走査されていると仮定した場合に前記光が照射される前記対象物上の位置であることを特徴とする請求項６に記載の加工装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記光を走査させる距離が目標距離になるように、前記光の走査を開始してから終了するまでの照射時間を前記目標走査速度に基づいて得ることを特徴とする請求項６又は７に記載の加工装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記目標走査速度を第１速度とし、前記照射時間をＴとし、前記目標距離をＬとした場合、前記目標走査速度を前記第１速度とは異なる第２速度Ｖ２とするのに、前記照射時間の調整時間Ｔ２を
Ｔ２＝Ｔ−Ｌ／Ｖ２
を満たすように得ることを特徴とする請求項８に記載の加工装置。
【請求項１０】
前記走査部は、第１方向に前記光を走査させるための第１走査部と、前記第１方向と異なる第２方向に前記光を走査させるための第２走査部とを含み、
前記制御部は、前記第１走査部および前記第２走査部のそれぞれに関して、そのミラーの駆動を開始させてから前記光の走査を開始させるまでの時間を得ることを特徴とする請求項６乃至９のうちいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項１１】
前記走査部は、ガルバノミラーを含むことを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を走査させて対象物を加工する加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源から射出された光（レーザ光）を対象物上で移動させることにより対象物を加工する加工装置がある。加工装置では、例えば、光源から射出された光を反射するミラーの回転を制御することにより対象物上で光を移動させる移動部（例えばガルバノスキャナ）が用いられる。しかしながら、移動部では、ミラーの回転を開始させるための指令値が入力されてから、ミラーの回転速度が目標回転速度に達するまでの間に遅れ（サーボ遅れ）が生じうる。このようにサーボ遅れが生じてしまうと、サーボ遅れが生じている期間において対象物上で光を目標速度で移動させることができず、対象物を精度よく加工することが困難になりうる。
【０００３】
特許文献１には、光を対象物に照射する周期を示す時系列データをサーボ遅れに応じて生成する方法が提案されている。特許文献１に記載の方法では、ミラーの駆動を開始することと、対象物への光の照射を開始することとがほぼ同じタイミングで行われうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７０７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
加工装置では、対象物の加工条件に応じて、対象物上での光の移動速度（走査速度）を変更する場合がある。この場合、特許文献１に記載の方法では、光を対象物に照射する周期を示す時系列データを、走査速度を変更する度に新たに生成する必要があるため、被検面上での光の走査を制御するための処理が煩雑になりうる。
【０００６】
そこで、本発明は、光の走査速度の変更に有利な技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての加工装置は、光を走査させて対象物を加工する加工装置であって、前記光を反射するミラーを有し、前記ミラーを駆動して前記光を走査させる走査部と、前記走査部を制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記光の走査を開始させる前記ミラーの角度が目標角度になるように、前記走査部に前記ミラーの駆動を開始させる前記ミラーの角度を目標走査速度に基づいて得ることを特徴とする。
【０００８】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、例えば、光の走査速度の変更に有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の加工装置を示す概略図である。
【図２】対象物の加工を説明するための図である。
【図３】光の走査を開始する位置および加工距離を説明するための図である。
【図４】ミラーの駆動を開始するときのミラーの角度を決定する方法を説明するための図である。
【図５】調整時間を決定する方法を説明するための図である。
【図６】変更時間を決定する方法を説明するための図である。
【図７】調整時間を決定する方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態の加工装置１０について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の加工装置１０を示す概略図である。加工装置１０は、例えば、射出部１と、調整部２と、走査部３と、光学系４と、制御部５とを含み、射出部１から射出された光（レーザ光）を対象物上で移動させる（走査する）ことにより対象物６を加工する。制御部５は、例えばＣＰＵやメモリなどを有し、対象物６の加工を制御する（加工装置１０の各部を制御する）。
【００１３】
射出部１は、例えばＹＡＧレーザなどの光源を含み、対象物６の加工に用いられる光（レーザ光）を射出する。射出部１は、光の射出と非射出との制御を、光源のオン／オフで行ってもよいが、例えば遮光部材を光路上に出し入れすることで行ってもよい。調整部２は、射出部１から射出された光を並進移動させ、走査部３における所定の位置に光が入射するように光軸の位置を調整する。走査部３は、例えば、ガルバノミラーを含むガルバノスキャナとしうる。走査部３は、対象物上で光を第１方向（例えばＸ方向）に走査させるための第１走査部３ａと、対象物上で光を第１方向と異なる第２方向（例えばＹ方向）に走査させるための第２走査部３ｂとを含みうる。第１走査部３ａおよび第２走査部３ｂのそれぞれは、射出部１から射出された光を反射するミラー３１とミラー３１を駆動する駆動部３２を有し、ミラー３１を駆動することによりミラー３１で反射された光を対象物上で走査させることができる。光学系４（例えばＦ−θレンズ）は、第１走査部３ａのミラー３１および第２走査部３ｂのミラー３１で反射された光を焦点距離Ｆで集光する。ここで、第１実施形態における第１走査部３ａおよび第２走査部３ｂのそれぞれは、例えばガルバノスキャナを含み、駆動部３２としてのモータによってミラー３１を回転させることにより光を対象物上で走査させるように構成されている。しかしながら、それに限られるものではなく、第１走査部３ａおよび第２走査部３ｂのそれぞれは、例えば、ミラー３１を並進移動させることにより光を対象物上で走査させるように構成されてもよい。
【００１４】
このように構成された加工装置１０における走査部３では、ミラー３１の駆動を開始させるための指令値が入力されてから、ミラー３１の回転速度が目標回転速度に達するまでの間に遅れ（サーボ遅れ）が生じうる。そのため、走査部３によるミラー３１の駆動と射出部１に光の射出とを同じタイミングで開始させてしまうと、対象物上の目標位置から目標走査速度で光の走査を開始することができず、対象物を精度よく加工することが困難になりうる。したがって、第１実施形態の加工装置１０（制御部５）は、目標走査速度で光の走査を開始することができるように、射出部１に光の射出を開始させるより前に走査部３にミラー３１の駆動を開始させている。このとき、制御部５は、例えば、走査部３にミラー３１の駆動を開始させてから射出部１に光の射出を開始させるまでの時間（第１時間）が規定されたデータに基づいて、射出部１および走査部３を制御し、対象物の加工を制御している。また、このデータには、例えば、光の走査を開始してから終了するまでの照射時間（第２時間）も規定されうる。例えば、「Ａ」の文字を一筆書きで対象物上に加工する場合、制御部５は、図２に示すように、対象物上で光を走査させて「Ａ」の各線の加工を開始する前にミラー３１の駆動が開始されるように走査部３を制御する。
【００１５】
ところで、加工装置１０では、対象物６の加工条件に応じて、対象物上での光の走査速度を変更する場合がある。対象物６の加工条件は、例えば、対象物上での光の走査によって対象物上に形成されるパターンの線幅や、光の照射によって対象物上に生じた焦げの状態などを含みうる。この場合、走査部３にミラー３１の駆動を開始させるときのミラー３１の角度を変えずに、既に作成されたデータに基づいて射出部１および走査部３を制御してしまうと、光の走査を開始すべき対象物上の目標位置から光の走査を開始することが困難となりうる。加えて、対象物上で光を走査させた距離（加工距離）を目標距離にすることも困難となりうる。
【００１６】
ここで、加工距離は、Ｘ方向およびＹ方向の２次元上のベクトル距離によって表されうる。一般に知られている算出方法としては、光の走査を開始する対象物上の位置（ｘ１，ｙ１）、光の走査を終了する対象物上の位置を（ｘ２，ｙ２）とすると、加工距離Ｌは｛（ｘ２−ｘ１）２＋（ｙ２−ｙ１）２｝０．５によって表されうる。また、加工距離は、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の３次元上のベクトル距離によって表されてもよい。この場合、光の走査を開始する対象物上の位置を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、光の走査を終了する対象物上の位置を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とすると、加工距離Ｌは、｛（ｘ２−ｘ１）２＋（ｙ２−ｙ１）２＋（ｚ２−ｚ１）２｝０．５によって表されうる。
【００１７】
図３は、対象物上での光の目標走査速度を第１速度（例えば３０００ｍｍ／ｓ）にした場合、および第２速度（例えば４０００ｍｍ／ｓ）にした場合のそれぞれにおいて、光の走査を開始する位置および加工距離を説明するための図である。図３において、横軸は時刻、縦軸は光が照射されると推定される対象物上の位置（推定位置）を表している。推定位置は、射出部１に光を射出させる前においては、射出部１から光が射出されていると仮定したときに光が照射されると推定される対象物上の位置のことである。また、射出部１に光を射出させている間においては、光が実際に照射されると推定される対象物上の位置のことである。どちらの位置もミラー３１の角度に対応する。また、横軸の０μｓは走査部３にミラー３１の駆動を開始させる時刻であり、図中の期間Ａは、射出部１に指令値が供給されて射出部１が光を射出している期間、即ち、光の走査を開始してから終了するまでの期間を表している。図３は、説明を簡単にするため、対象物上で一方向に光を走査させる場合について示している。
【００１８】
例えば、ミラー３１の駆動を開始させるときのミラー３１の角度を一定とし、第１速度および第２速度のそれぞれについて対象物上で光を走査させる場合を想定する。そして、第１速度で光を走査させる場合と第２速度で光を走査させる場合との双方において、既に作成された同じデータに基づいて射出部１および走査部３を制御する。この場合、図３に示すように、第１速度と第２速度との間において、光の走査を開始する対象物上の位置、即ち、光の走査を開始するときのミラー３１の角度が互いに異なってしまう。また、第１速度で光を走査させる場合の加工距離は距離Ｌａ、および第２速度で光を走査させる場合の加工距離は距離Ｌｂとなり、第１速度と第２速度との間において加工距離も異なってしまう。
【００１９】
このような問題を解決するためには、光の走査速度を変える度に、光の走査速度に応じてデータを新たに作成し直すことが考えられる。しかしながら、光の走査速度に応じてデータを新たに作成し直すことは、当該データを作成する処理が煩雑になるため好ましくない。そこで、第１実施形態の加工装置１０は、対象物上で光を走査させるべき目標走査速度に基づき、射出部１に光の射出を開始させるときのミラー３１の角度が目標角度になるように、走査部３にミラー３１の駆動を開始させるときのミラー３１の角度を決定する。そして、加工装置１０は、決定したミラー３１の角度から走査部３にミラー３１を駆動させる。これにより、対象物上での光の走査速度を変更した場合であっても、対象物上の目標位置から光の走査を開始することができる。また、加工装置１０は、光の走査を開始してから終了するまでの照射時間である第２時間を調整するための調整時間を、目標走査速度に基づいて、加工距離が目標距離になるように決定する。そして、加工装置１０は、決定した調整時間によってデータを補正する。このように補正したデータに基づいて射出部１および走査部３を制御することにより、対象物６を精度よく加工することができる。
【００２０】
以下に、対象物上での光の走査速度を変更する場合における、ミラー３１の駆動を開始するときのミラー３１の角度、および調整時間を決定する方法について説明する。以下の説明では、データには、走査部３にミラー３１の駆動を開始させてから射出部１に光の射出を開始させるまでの第１時間Ｔａ、および第１速度で光の走査を開始してから終了するまでの第２時間Ｔが規定されているものとする。また、当該データには、目標走査速度を第１速度とする場合に走査部３にミラー３１の駆動を開始させるときのミラー３１の角度（第１角度）も規定されているものとする。そして、以下の説明では、第１速度Ｖ１とは異なる第２速度Ｖ２で光を走査させる場合において、ミラー３１の駆動を開始するときのミラー３１の角度、および調整時間を決定する方法について説明する。
【００２１】
まず、第２速度Ｖ２で光を走査させる場合に、ミラー３１の駆動を開始するときのミラー３１の角度（第２角度）を決定する方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、ミラー３１の駆動を開始するときのミラー３１の角度を決定する方法を説明するための図であり、図３における前半部分を示す図である。図４において横軸は時刻、縦軸は推定位置をそれぞれ示す。制御部５は、対象物上で光を走査させるべき目標走査速度である第２速度およびデータに基づいて、推定位置Ｐ’を式（１）から決定する。そして、制御部は、式（１）から決定された推定位置Ｐ’に基づいて、当該推定位置Ｐ’に対応するミラー３１の角度を第２角度として求める。推定位置Ｐ’に対応するミラー３１の角度は、例えば、推定位置とミラーの角度との対応関係を示す情報に基づいて求めることができる。これにより、加工装置１０は、第２速度で光の走査を開始するときのミラーの角度を目標角度にし、対象物上の目標位置Ｐ０から第２速度で光の走査を開始することができる。式（１）において、Ｖ１は第１速度を、Ｖ２は第２速度を、Ｔａは第１時間を、Ｐは第１角度における推定位置をそれぞれ表す。
Ｐ’＝（Ｖ２−Ｖ１）・Ｔａ＋Ｐ          ・・・（１）
【００２２】
次に、第２速度で光を走査させる場合における調整時間を決定する方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、調整時間を決定する方法を説明するための図である。制御部５は、対象物上で光を走査させるべき目標走査速度である第２速度およびデータに基づいて、調整時間Ｔ’を式（２）から決定する。そして、制御部５は、決定した調整時間Ｔ’により当該データを補正し、補正されたデータに基づいて対象物６の加工を制御することにより、加工距離が目標距離になるように対象物上で光を走査させることができる。式（２）において、Ｔは第２時間を、Ｌは目標距離をそれぞれ表す。ここで、Ｔには、射出部１に指令値を供給してから射出部１が光を射出するまでの遅れ（ディレイ）が含まれていてもよい。
Ｔ’＝Ｔ−Ｌ／Ｖ２                      ・・・（２）
【００２３】
上述したように、第１実施形態の加工装置１０は、目標走査速度を第１速度Ｖ１とは異なる第２速度Ｖ２とするのに、走査部３にミラーの駆動を開始させる位置Ｐ’を、式（１）を満たすように得る。そしてこのＰ’に基づいて、走査部３にミラーの駆動を開始させるときのミラーの角度を得る。また、加工装置１０は、目標走査速度を第１速度Ｖ１から第２速度Ｖ２とするのに、照射時間の調整時間Ｔ’を、式（２）を満たすように得る。加工装置１０は、こうして得られた値を用いて対象物の加工を制御することにより、対象物上で光を走査させて対象物を精度よく加工することができる。ここで、走査部３に、第１走査部３ａおよび第２走査部３ｂが含まれる場合は、第１走査部３ａおよび第２走査部３ｂのそれぞれについて、ミラー３１の駆動を開始させるときのミラー３１の角度、および調整時間が決定されうる。
【００２４】
＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態の加工装置について説明する。第１実施形態の加工装置１０は、射出部１に光の射出を開始させるときのミラー３１の角度が目標角度になるように、目標走査速度に基づいて、走査部３にミラー３１の駆動を開始させるときのミラー３１の角度を決定した。第２実施形態の加工装置は、射出部１に光の射出を開始させるときのミラー３１の角度が目標角度になるように、目標走査速度に基づいて、第１時間を変更するための変更時間を決定する。第１時間とは、上述したように、走査部３にミラー３１の駆動を開始させてから射出部１に光の射出を開始させるまでの時間のことである。また、第２実施形態の加工装置は、射出部１に光の射出を開始させて光の走査を開始してから終了するまでの第２時間を調整するための調整時間を、目標走査速度に基づいて、加工距離が目標距離になるように決定する。そして、加工装置は、決定した変更時間および調整時間によってデータを補正し、補正したデータに基づいて対象物の加工を制御する。
【００２５】
以下に、対象物上での光の目標走査速度を変更する場合における変更時間および調整時間を決定する方法について説明する。以下の説明では、データには、走査部３にミラー３１の駆動を開始させてから射出部１に光の射出を開始させるまでの第１時間Ｔａ、および第１速度で光の走査を開始してから終了するまでの第２時間Ｔが規定されているものとする。また、当該データには、第１速度で光を走査させる場合に走査部３にミラー３１の駆動を開始させるときのミラー３１の角度も規定されているものとする。そして、以下の説明では、第１速度Ｖ１とは異なる第２速度Ｖ２で光を走査させる場合における変更時間および調整時間を決定する方法について説明する。ここで、第２実施形態の加工装置は、第１実施形態の加工装置１０と装置構成が同様であるため、装置構成の説明は省略する。
【００２６】
まず、第２速度で光を走査させる場合における変更時間を決定する方法について、図６を参照しながら説明する。図６は、変更時間を決定する方法を説明するための図であり、図３における前半部分を示す図である。図６において横軸は時刻、縦軸は推定位置をそれぞれ示す。制御部５は、対象物上で光を走査させるべき目標走査速度である第２速度およびデータに基づいて、変更時間Ｔ１を式（３）から決定する。そして、制御部５は、決定した変更時間Ｔ１により当該データを補正する。例えば、制御部５は、第１時間Ｔａから変更時間Ｔ１を減ずる（Ｔａ−Ｔ１）ように当該データを補正する。これにより、第２速度で光を走査させる場合における、走査部３にミラー３１の駆動を開始させてから射出部１に光の射出を開始させるまでの時間を求めることができる。その結果、加工装置は、補正されたデータに基づいて対象物の加工を制御することにより、対象物上の目標位置Ｐ０から第２速度で光の走査を開始することができる。式（３）において、Ｖ２は第２速度を表す。また、位置Ｐ２は目標角度における推定位置を、位置Ｐ１は第１速度で光を走査させる場合に走査部３にミラー３１の駆動を開始させるときの推定位置をそれぞれ表す。
Ｔ１＝（Ｐ２−Ｐ１）／Ｖ２              ・・・（３）
【００２７】
次に、第２速度で光を走査させる場合における調整時間を決定する方法について、図７を参照しながら説明する。図７は、調整時間を決定する方法を説明するための図である。制御部５は、対象物上で光を走査させるべき目標走査速度である第２速度およびデータに基づいて、調整時間Ｔ２を式（４）から決定する。そして、制御部５は、決定した調整時間Ｔ２により当該データを補正する。制御部５は、このように補正されたデータに基づいて対象物の加工を制御することにより、加工距離が目標距離になるように対象物上で光を走査させることができる。式（４）において、Ｔは第２時間を、Ｌは目標距離をそれぞれ表す。ここで、Ｔには、射出部１に指令値を供給してから射出部１が光を射出するまでの遅れ（ディレイ）が含まれていてもよい。
Ｔ２＝Ｔ−Ｌ／Ｖ２                      ・・・（４）
【００２８】
上述したように、第２実施形態の加工装置は、目標走査速度を第１速度Ｖ１とは異なる第２速度Ｖ２とするのに、走査部にミラーの駆動を開始させてから光の走査を開始させるまでの変更時間Ｔ１を、式（３）を満たすように得る。また、加工装置１０は、目標走査速度を第１速度Ｖ１とは異なる第２速度Ｖ２とするのに、照射時間の調整時間Ｔ２を、式（４）を満たすように得る。そして、加工装置は、こうして得られた時間によってデータを補正し、補正したデータを用いて対象物の加工を制御する。これにより、対象物上で光を走査させて対象物を精度よく加工することができる。ここで、走査部３に、第１走査部３ａおよび第２走査部３ｂが含まれる場合は、第１走査部３ａおよび第２走査部３ｂのそれぞれについて、変更時間および調整時間が決定されうる。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１：射出部、２：調整部、３：走査部、４：光学系、５：制御部、６：対象物、１０：加工装置
【図１】
0006431333.tif 000002
【図２】
0006431333.tif 000003
【図３】
0006431333.tif 000004
【図４】
0006431333.tif 000005
【図５】
0006431333.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006431333.tif 000008