(57)【要約】【課題】ワークの加工面の反射の状態に関わらず、変位センサの測定方式を切り換えたり、変位センサを交換したりせずにオートフォーカスを行えるようにする。【解決手段】エラーアンプ２１３、モータドライバ２１４により構成される焦点調整部は、ワーク１０２の加工面でプローブ光が正反射された場合、正反射されたプローブ光が拡散反射板２１２により拡散反射された後、加工面で反射された反射光を用いて変位センサ２１１により測定された測定結果に基づいて、対物レンズ２１７の焦点の位置を調整する。また、焦点調整部は、加工面でプローブ光が正反射された場合、その拡散反射された反射光を用いて変位センサ２１１により測定された測定結果に基づいて、対物レンズ２１７の焦点の位置を調整する。本発明は、例えば、レーザ加工装置に適用できる。【選択図】図３
2013094816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工装置の焦点調整装置において、
加工用のレーザ光を出射する対物レンズと、
測定光を出射し、その反射光により物体の変位または物体までの距離を測定する変位センサと、
ワークの表面で正反射された前記測定光が入射する位置に配置されている拡散反射体と、
前記変位センサの測定結果に基づいて、前記対物レンズの焦点の位置を調整する焦点調整部と
を備え、
前記焦点調整部は、前記ワークの表面で前記測定光が正反射された場合、前記ワークの表面で正反射された前記測定光が前記拡散反射体により拡散反射された後、前記ワークの表面で反射された第１の反射光を用いて前記変位センサにより測定された第１の測定結果に基づいて、前記対物レンズの焦点の位置を調整する
ことを特徴とする焦点調整装置。
【請求項２】
前記焦点調整部は、前記ワークの表面で前記測定光が拡散反射された場合、前記ワークの表面で拡散反射された第２の反射光を用いて前記変位センサにより測定された第２の測定結果に基づいて、前記対物レンズの焦点の位置を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の焦点調整装置。
【請求項３】
前記焦点調整部は、前記ワークの表面の反射の状態に基づいて、正反射面または拡散反射面のいずれに対して前記対物レンズの焦点の位置を調整するかを選択する
ことを特徴とする請求項２に記載の焦点調整装置。
【請求項４】
前記焦点調整部は、前記変位センサの測定結果が所定の範囲から外れた場合、正反射面または拡散反射面のいずれに対して前記対物レンズの焦点の位置を調整するかを切り換える
ことを特徴とする請求項３に記載の焦点調整装置。
【請求項５】
前記変位センサと前記拡散反射体の組が２つ以上設けられ、
前記拡散反射体が、同じ組の前記変位センサと前記対物レンズとの間であって、前記対物レンズの近傍に設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の焦点調整装置。
【請求項６】
第１の変位センサと第２の変位センサとの間に前記対物レンズが配置され、前記第１の変位センサと前記第２の変位センサとの間の相対方向が、互いに直交する第１の加工方向および第２の加工方向に対して斜めに設定されている
ことを特徴とする請求項５に記載の焦点調整装置。
【請求項７】
第１の変位センサの前記対物レンズに対する第１の相対方向が、所定の第１の加工方向に設定され、
第２の変位センサの前記対物レンズに対する第２の相対方向が、前記第１の加工方向に直交する第２の加工方向に設定されている
ことを特徴とする請求項５に記載の焦点調整装置。
【請求項８】
前記変位センサと前記拡散反射体の組が少なくとも４つ設けられ、
第１の変位センサと第２の変位センサとの間および第３の変位センサと第４の変位センサとの間に前記対物レンズが配置され、前記第１の変位センサと前記第２の変位センサとの間の相対方向と前記第３の変位センサと前記第４の変位センサとの間の相対方向が互いに直交する
ことを特徴とする請求項５に記載の焦点調整装置。
【請求項９】
各前記拡散反射体が、前記対物レンズの周囲に装着される部材に設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の焦点調整装置。
【請求項１０】
前記変位センサの測定点が、前記ワークの加工方向において前記対物レンズの焦点の位置より前方に設定されている
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の焦点調整装置。
【請求項１１】
前記変位センサ、前記拡散反射体、および、前記対物レンズが接続され、
前記変位センサ、前記拡散反射体、および、前記対物レンズを一体として前記ワークに対して垂直な方向に移動させる移動機構を
さらに備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の焦点調整装置。
【請求項１２】
前記対物レンズの前記ワークに対して垂直な方向の移動量を検出する移動量検出部をさらに備え、
前記焦点調整部は、前記移動量検出部の検出結果に基づいて、前記対物レンズの焦点の位置を調整する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の焦点調整装置。
【請求項１３】
前記対物レンズは、複数のレンズにより構成され、
前記焦点調整部は、前記対物レンズのレンズ間の間隔を調整することにより、前記対物レンズの焦点の位置を調整する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の焦点調整装置。
【請求項１４】
前記変位センサと前記拡散反射体が接続され、
前記変位センサと前記拡散反射体を一体として前記ワークに対して平行移動させる移動機構を
さらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の焦点調整装置。
【請求項１５】
前記変位センサと前記拡散反射体との間の相対方向が、互いに直交する第１の加工方向および第２の加工方向に対して斜めに設定されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の焦点調整装置。
【請求項１６】
前記変位センサと前記拡散反射体が接続された組が少なくとも２つ設けられ、
第１の組の前記変位センサと前記拡散反射体との間の相対方向が、所定の第１の加工方向に設定され、
第２の組の前記変位センサと前記拡散反射体との間の相対方向が、前記第１の加工方向に直交する第２の加工方向に設定されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の焦点調整装置。
【請求項１７】
前記変位センサと前記拡散反射体が接続され、
前記変位センサと前記拡散反射体を一体として前記対物レンズを中心に前記ワークに対して平行に回転させる回転機構を
さらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の焦点調整装置。
【請求項１８】
前記変位センサと前記拡散反射体を一体として前記ワークに対して平行移動させる移動機構を
さらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の焦点調整装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の焦点調整装置を
備え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、焦点調整装置およびレーザ加工装置に関し、特に、オートフォーカス機能を搭載した焦点調整装置およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池パネルのレーザ加工を行う場合、薄膜が蒸着されるガラス基板の撓みなどにより、加工用のレーザ光を出射する対物レンズと加工面との間の距離が変動するため、レーザ光の焦点位置を加工面に追従させる必要がある。そのため、レーザ加工装置には、加工面の上下方向の変動に合わせて対物レンズの焦点位置を自動調整するオートフォーカス機能が通常搭載されている。
【０００３】
また、そのようなオートフォーカス機能の制御用に、薄膜太陽電池パネル等のワークに測定用のレーザ光であるプローブ光を照射し、ワークからの反射光によりワークの変位またはワークまでの距離を測定する変位センサがよく用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１１５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、変位センサの測定方式は、被測定物からの正反射光を用いる正反射方式と、被測定物からの拡散反射光を用いる拡散反射方式と２種類に分かれている。そのため、ワークの加工面が正反射面の場合と拡散反射面の場合とで、変位センサの測定方式を切り換えたり、変位センサを交換したりする必要がある。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ワークの加工面の反射の状態に関わらず、変位センサの測定方式を切り換えたり、変位センサを交換したりせずにオートフォーカスを行えるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面のレーザ加工装置は、レーザ加工装置の焦点調整装置であって、加工用のレーザ光を出射する対物レンズと、測定光を出射し、その反射光により物体の変位または物体までの距離を測定する変位センサと、ワークの表面で正反射された測定光が入射する位置に配置されている拡散反射体と、変位センサの測定結果に基づいて、対物レンズの焦点の位置を調整する焦点調整部とを備え、焦点調整部は、ワークの表面で測定光が正反射された場合、ワークの表面で正反射された測定光が拡散反射体により拡散反射された後、ワークの表面で反射された第１の反射光を用いて変位センサにより測定された第１の測定結果に基づいて、対物レンズの焦点の位置を調整する。
【０００８】
本発明の第１の側面のレーザ加工装置においては、ワークの表面で測定光が正反射された場合、ワークの表面で正反射された測定光が拡散反射体により拡散反射された後、ワークの表面で反射された第１の反射光を用いて変位センサにより測定された第１の測定結果に基づいて、対物レンズの焦点の位置が調整される。
【０００９】
従って、ワークの表面（加工面）が正反射面の場合でも、拡散反射光を用いて変位センサにより測定された測定結果に基づいて、対物レンズの焦点の位置を調整することができる。その結果、ワークの表面（加工面）の反射の状態に関わらず、変位センサの測定方式を切り換えたり、変位センサを交換したりせずにオートフォーカスを行うことができる。
【００１０】
この拡散反射体は、例えば、金属ブロックの表面に梨地メッキやサンドブラストを施したもの、あるいは、セラミックス系のブロックにより構成される。また、拡散反射体の形状は、板状、球状など任意である。この焦点調整部は、例えば、エラーアンプ、モータドライバ等により構成される。
【００１１】
この焦点調整部には、ワークの表面で測定光が拡散反射された場合、ワークの表面で拡散反射された第２の反射光を用いて変位センサにより測定された第２の測定結果に基づいて、対物レンズの焦点の位置を調整させることができる。
【００１２】
これにより、ワークの表面（加工面）の反射の状態に関わらず、変位センサの測定方式を切り換えたり、変位センサを交換したりせずにオートフォーカスを行うことができる。
【００１３】
この焦点調整部には、ワークの表面の反射の状態に基づいて、正反射面または拡散反射面のいずれに対して対物レンズの焦点の位置を調整するかを選択させることができる。
【００１４】
これにより、ワークの表面（加工面）の反射の状態に基づいて、適切にオートフォーカスを行うことができる。
【００１５】
この焦点調整部には、変位センサの測定結果が所定の範囲から外れた場合、正反射面または拡散反射面のいずれに対して対物レンズの焦点の位置を調整するかを切り換えることができる。
【００１６】
これにより、ワークの表面（加工面）の反射の状態に応じて、自動的に焦点位置の調整方法を切り換えることができる。
【００１７】
この焦点調整装置には、変位センサと拡散反射体の組を２つ以上設け、拡散反射体を、同じ組の変位センサと対物レンズとの間であって、対物レンズの近傍に設けることができる。
【００１８】
これにより、変位センサと拡散反射体との間の距離を短くすることができる。
【００１９】
この焦点調整装置においては、第１の変位センサと第２の変位センサとの間に対物レンズを配置し、第１の変位センサと第２の変位センサとの間の相対方向を、互いに直交する第１の加工方向および第２の加工方向に対して斜めに設定することができる。
【００２０】
これにより、２組の変位センサと拡散反射体を用いて、例えば、Ｘ＋方向、Ｘ−方向、Ｙ＋方向、Ｙ−方向の４方向の加工方向について、ワークの表面（加工面）の変位の先読みを行うことができる。
【００２１】
この焦点調整装置においては、第１の変位センサの対物レンズに対する第１の相対方向を、所定の第１の加工方向に設定し、第２の変位センサの対物レンズに対する第２の相対方向を、第１の加工方向に直交する第２の加工方向に設定することができる。
【００２２】
これにより、２組の変位センサと拡散反射体を用いて、例えば、Ｘ＋方向、Ｘ−方向、Ｙ＋方向、Ｙ−方向のワークの４方向の加工方向について、ワークの表面（加工面）の変位を測定することができる。
【００２３】
この焦点調整装置においては、変位センサと拡散反射体の組を少なくとも４つ設け、第１の変位センサと第２の変位センサとの間および第３の変位センサと第４の変位センサとの間に対物レンズを配置し、第１の変位センサと第２の変位センサとの間の相対方向と第３の変位センサと第４の変位センサとの間の相対方向を互いに直交させることができる。
【００２４】
これにより、例えば、Ｘ＋方向、Ｘ−方向、Ｙ＋方向、Ｙ−方向の４方向の加工方向について、より正確にワークの表面（加工面）の変位の先読みを行うことができる。
【００２５】
各拡散反射体を、対物レンズの周囲に装着される部材に設けることができる。
【００２６】
これにより、焦点調整装置をシンプルかつ小型化することができる。
【００２７】
この変位センサの測定点を、ワークの加工方向において対物レンズの焦点の位置より前方に設定することができる。
【００２８】
これにより、ワークの表面（加工面）の変位の先読みを行うことができる。
【００２９】
この焦点調整装置においては、変位センサ、拡散反射体、および、対物レンズを接続し、変位センサ、拡散反射体、および、対物レンズを一体としてワークに対して垂直な方向に移動させる移動機構をさらに設けることができる。
【００３０】
これにより、対物レンズの焦点の位置の誤差を小さくするとともに、焦点の調整方法をシンプルにすることができる。
【００３１】
この移動機構は、例えば、モータ、ガルバノメータ、ネジ等により構成される。
【００３２】
この焦点調整装置には、対物レンズのワークに対して垂直な方向の移動量を検出する移動量検出部をさらに設け、この焦点調整部には、移動量検出部の検出結果に基づいて、対物レンズの焦点の位置を調整させることができる。
【００３３】
これにより、対物レンズの焦点の位置の誤差を小さくすることができる。
【００３４】
この移動量検出部は、例えば、ロータリエンコーダ、リニアエンコーダ、静電キャパシタ型のセンサ等により構成される。
【００３５】
この焦点調整装置においては、前記対物レンズを、複数のレンズにより構成し、この焦点調整部には、前記対物レンズのレンズ間の間隔を調整することにより、前記対物レンズの焦点の位置を調整させるようにすることができる。なお、対物レンズは固定焦点であって、別の焦点を調整するレンズを組み合わせることで実現されてもよい。
【００３６】
これにより、対物レンズを移動させずに、焦点の位置を調整することができる。
【００３７】
この焦点調整装置においては、変位センサと拡散反射体を接続し、変位センサと拡散反射体を一体としてワークに対して平行移動させる移動機構をさらに設けることができる。
【００３８】
これにより、ワークの変位の測定点とレーザ加工点との間の距離を調整することができる。
【００３９】
この移動機構は、例えば、各種のアクチュエータにより構成される。
【００４０】
この焦点調整装置においては、変位センサと拡散反射体との間の相対方向を、互いに直交する第１の加工方向および第２の加工方向に対して斜めに設定することができる。
【００４１】
これにより、１組の変位センサと拡散反射体を用いて、例えば、Ｘ＋方向、Ｘ−方向、Ｙ＋方向、Ｙ−方向の４方向の加工方向について、ワークの表面（加工面）の変位の先読みを行うことができる。
【００４２】
この焦点調整装置においては、変位センサと拡散反射体が接続された組を少なくとも２つ設け、第１の組の変位センサと拡散反射体との間の相対方向を、所定の第１の加工方向に設定し、第２の組の変位センサと拡散反射体との間の相対方向を、第１の加工方向に直交する第２の加工方向に設定することができる。
【００４３】
これにより、例えば、Ｘ＋方向、Ｘ−方向、Ｙ＋方向、Ｙ−方向の４方向の加工方向について、より正確にワークの表面（加工面）の変位の先読みをより正確に行うことができる。
【００４４】
この焦点調整装置においては、変位センサと拡散反射体を接続し、変位センサと拡散反射体を一体として対物レンズを中心にワークに対して平行に回転させる回転機構をさらに設けることができる。
【００４５】
これにより、ワークの表面（加工面）の変位の先読みを行う方向を任意に設定することができる。
【００４６】
この回転機構は、例えば、モータ、回転ギア等により構成される。
【００４７】
この焦点調整装置においては、変位センサと拡散反射体を一体としてワークに対して平行移動させる移動機構をさらに設けることができる。
【００４８】
これにより、ワークの表面（加工面）の変位の先読みを行う方向を任意に設定することができるとともに、ワークの変位の測定点とレーザ加工点との間の距離を調整することができる。
【００４９】
この移動機構は、例えば、各種のアクチュエータにより構成される。
【００５０】
本発明の第２の側面のレーザ加工装置においては、上記の焦点調整装置を設けることができる。
【００５１】
従って、ワークの表面（加工面）の反射の状態に関わらず、変位センサの測定方式を切り換えたり、変位センサを交換したりせずにオートフォーカスを行うことができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の第１の側面または第２の側面によれば、ワークの加工面の反射の状態に関わらず、変位センサの測定方式を切り換えたり、変位センサを交換したりせずにオートフォーカスを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明を適用したレーザ加工装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】ワークの一例である薄膜太陽電池パネルの構成例を模式的に示した図である。
【図３】レーザ加工装置に搭載される焦点調整装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】ワークの加工面が拡散反射面である場合の焦点調整方法について説明するための図である。
【図５】ワークの加工面が拡散反射面である場合の焦点調整方法について説明するための図である。
【図６】ワークの加工面が正反射面である場合の焦点調整方法について説明するための図である。
【図７】ワークの加工面が正反射面である場合の焦点調整方法について説明するための図である。
【図８】レーザ加工装置に搭載される焦点調整装置の第１の変形例を示すブロック図である。
【図９】レーザ加工装置に搭載される焦点調整装置の第２の変形例を示すブロック図である。
【図１０】拡散反射面と正反射面が混在する場合の一例を示す図である。
【図１１】ワークの加工面の反射の状態を検出する方法を説明するための図である。
【図１２】ワークの加工面の反射の状態を検出する方法を説明するための図である。
【図１３】変位センサと拡散反射板の設置方法の第１の実施の形態を示す図である。
【図１４】変位センサと拡散反射板の設置方法の第１の実施の形態を示す図である。
【図１５】変位センサと拡散反射板の設置方法の第１の実施の形態の変形例を示す図である。
【図１６】加工ユニットの構成例を示すブロック図である。
【図１７】変位センサと拡散反射板の設置方法の第２の実施の形態を示す図である。
【図１８】変位センサと拡散反射板の設置方法の第２の実施の形態の第１の変形例を示す図である。
【図１９】変位センサと拡散反射板の設置方法の第２の実施の形態の第２の変形例を示す図である。
【図２０】変位センサと拡散反射板の設置方法の第２の実施の形態の第３の変形例を示す図である。
【図２１】変位センサと拡散反射板の設置方法の第２の実施の形態の第４の変形例を示す図である。
【図２２】焦点位置の調整方法の変形例を説明するための図である。
【図２３】焦点位置の調整方法の変形例を説明するための図である。
【図２４】焦点位置の調整方法の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．レーザ加工装置の実施の形態
２．変位センサと拡散反射板の設置方法の例
３．変形例
【００５５】
＜１．レーザ加工装置の実施の形態＞
［レーザ加工装置１０１の構成例］
図１は、本発明を適用したレーザ加工装置１０１の一実施の形態を模式的に示す外観図である。
【００５６】
なお、以下、レーザ加工装置１０１の長手方向において図１の左側に見えている側を前側とし、その逆側を後ろ側とする。また、以下、レーザ加工装置１０１の短手方向において、図１で手前に見えている側を右側とし、その逆側を左側とする。
【００５７】
さらに、以下、レーザ加工装置１０１の横方向（左右方向）をＸ方向と称し、左から右に向かう方向を正の方向とする。また、以下、Ｘ方向の正の方向をＸ＋方向と称し、負の方向をＸ−方向と称する。さらに、以下、レーザ加工装置１０１の奥行き方向をＹ方向と称し、前から後ろに向かう方向を正の方向とする。また、以下、Ｙ方向の正の方向をＹ＋方向と称し、負の方向をＹ−方向と称する。さらに、以下、レーザ加工装置１０１の上下方向をＺ方向と称し、下から上に向かう方向を正の方向とする。また、以下、Ｚ方向の正の方向をＺ＋方向と称し、負の方向をＺ−方向と称する。Ｘ方向、Ｙ方向、および、Ｚ方向は、互いに直交する。
【００５８】
レーザ加工装置１０１は、レーザ光を用いてワーク１０２に対して各種の加工を行う装置である。レーザ加工装置１０１は、架台１１１、Ｙ軸駆動部１１２、載物台１１３、ガントリ１１４、および、加工ヘッド１１５ａ乃至１１５ｆを含むように構成される。
【００５９】
Ｙ軸駆動部１１２は、架台１１１の上にＹ方向に延びるように設けられており、ワーク１０２が載置されている載物台１１３をＹ方向に移動させる。そして、載物台１１３がＹ方向に移動することにより、レーザ光によるワーク１０２の加工位置がＹ方向に進行する。換言すれば、ワーク１０２の加工方向がＹ方向となる。
【００６０】
架台１１１のＹ方向の中央やや後ろ寄りには、門型のガントリ１１４が、架台１１１の上をＸ方向に横断するように設けられている。また、ガントリ１１４の梁の前面には、加工ヘッド１１５ａ乃至１１５ｆが設けられている。
【００６１】
加工ヘッド１１５ａ乃至１１５ｆは、それぞれレーザ光をワーク１０２に照射することにより、ワーク１０２の加工を行う。加工ヘッド１１５ａ乃至１１５ｆは、図示せぬ駆動系により、ガントリ１１４の梁に沿ってそれぞれＸ方向に移動させることが可能である。そして、加工ヘッド１１５ａ乃至１１５ｆがＸ方向に移動することにより、レーザ光によるワーク１０２の加工位置がＸ方向に進行する。換言すれば、ワーク１０２の加工方向がＸ方向となる。
【００６２】
また、加工ヘッド１１５ａ乃至１１５ｆは、図示せぬ駆動系により、それぞれＺ方向に移動させることが可能である。
【００６３】
なお、以下、加工ヘッド１１５ａ乃至１１５ｆを個々に区別する必要がない場合、単に、加工ヘッド１１５と称する。また、図１に示される加工ヘッドの数は、その一例であり、任意の数に設定することができる。
【００６４】
［ワーク１０２の構成例］
ワーク１０２の種類は特に限定されるものではないが、図２にその一例を示す。具体的には、図２は、ＣＩＧＳ（Copper Indium Gallium DiSelenide）を用いた薄膜太陽電池パネル１５１の構成例を模式的に示している。
【００６５】
薄膜太陽電池パネル１５１は、ガラス基板１５１Ａ、裏面電極層１５１Ｂ、発電層１５１Ｃ、および、透明電極層１５１Ｄの４層構造からなり、例えば、透明電極層１５１Ｄ側からレーザ光を照射して加工する。そして、裏面電極層１５１Ｂは、例えば、Ｍｏ等からなる金属層であり、レーザ光を正反射する。発電層１５１Ｃは、例えば、ＣＩＧＳ等からなる光吸収層、および、ＺｎＳ、ＩｎＳ等からなるバッファ層により構成され、レーザ光を拡散反射する。透明電極層１５１Ｄは、例えば、ＺｎＯ等からなり、レーザ光を拡散反射する。
【００６６】
従って、従来の変位センサでは、ガラス基板１５１Ａ、発電層１５１Ｃ、および、透明電極層１５１Ｄに対する変位または距離を、拡散反射方式を用いて測定し、裏面電極層１５１Ｂに対する変位または距離を、正反射方式を用いて測定する必要がある。
【００６７】
なお、レーザ加工装置１０１の加工対称となる薄膜太陽電池パネルの構成は、この例に限定されるものではない。例えば、他にも、裏面電極層１５１Ｂと透明電極層１５１Ｄが逆に配置され、ガラス基板１５１Ａ側からレーザ光を照射して加工されるような薄膜太陽電池パネル等が想定される。
【００６８】
［焦点調整装置２０１の構成例］
図３は、レーザ加工装置１０１の各加工ヘッド１１５に搭載される焦点調整装置２０１の構成例を示すブロック図である。
【００６９】
焦点調整装置２０１は、変位センサ２１１、拡散反射板２１２、エラーアンプ（ＥＡ）２１３、モータドライバ２１４、Ｚ軸駆動用モータ２１５、Ｚ軸駆動用ネジ２１６、および、対物レンズ２１７を含むように構成される。
【００７０】
変位センサ２１１は、所定の波長（例えば、６５０ｎｍ）の測定用のレーザ光であるプローブ光（測定光）を用いて、被測定物の変位または被測定物までの距離を測定する変位センサである。変位センサ２１１は、レーザ光源２３１、受光レンズ２３２、リニアセンサ２３３、および、信号処理部２３４を内蔵している。
【００７１】
レーザ光源２３１は、所定の波長（例えば、６５０ｎｍ）の測定用のレーザ光であるプローブ光（測定光）を出射する。レーザ光源２３１から出射されたプローブ光は、レーザ光源２３１とともに投光部を構成するレンズ等（不図示）を介して、ワーク１０２の表面である加工面に対して斜め方向に照射される。
【００７２】
なお、レーザ光源２３１から出射したプローブ光のワーク１０２の加工面への入射角θは、０度＜θ＜９０度の範囲内に設定される。
【００７３】
受光レンズ２３２は、レーザ光源２３１から出射されたプローブ光の反射光を受光し、受光した反射光をリニアセンサ２３３上に結像させる。
【００７４】
リニアセンサ２３３は、例えば、受光素子が１次元に配列されたＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサにより構成される。リニアセンサ２３３の各受光素子は、受光レンズ２３２を介して入射したプローブ光の反射光の光量を検出する。そして、リニアセンサ２３３は、各受光素子の受光量を示す検出信号を信号処理部２３４に供給する。
【００７５】
信号処理部２３４は、リニアセンサ２３３におけるプローブ光の反射光の結像位置（受光量がピークとなる位置）または受光量の分布に基づいて、被測定物の変位または被測定物までの距離を検出する。そして、信号処理部２３４は、検出結果を示す測定信号をエラーアンプ２１３に供給する。なお、以下、信号処理部２３４が、被測定物までの距離を示す測定信号を出力する場合について説明する。
【００７６】
拡散反射板２１２は、レーザ光源２３１から出射されたプローブ光がワーク１０２の加工面で正反射された場合に、正反射したプローブ光が入射する位置に設置される。そして、拡散反射板２１２は、ワーク１０２の加工面を介して入射したプローブ光を拡散反射する。
【００７７】
なお、拡散反射板２１２の向きは、ワーク１０２の加工面で正反射されたプローブ光が確実に入射する向きであれば良く、例えば、ワーク１０２の加工面で正反射されたプローブ光が垂直に入射する向きに設定される。
【００７８】
また、拡散反射板２１２は、鏡面反射するもの以外であれば特に限定されるものではなく、例えば、金属ブロックの表面に梨地メッキやサンドブラストを施したもの、あるいは、セラミックス系のブロックにより構成される。ただし、拡散反射板２１２により拡散反射されたプローブ光がより多く変位センサ２１１の受光レンズ２３２に入射し、変位センサ２１１の受光感度が上がるように、プローブ光の波長に対して反射率が高い素材またはコーティングを拡散反射板２１２に用いるのが望ましい。
【００７９】
エラーアンプ２１３には、変位センサ２１１から出力される測定信号の目標値を示すフォーカス設定値が入力される。フォーカス設定値は、例えば、対物レンズ２１７の焦点の位置がワーク１０２の加工面に合っているときに変位センサ２１１から出力される測定信号の値に設定される。そして、エラーアンプ２１３には、変位センサ２１１から供給される測定信号の値とフォーカス設定値との差を増幅したエラー信号をモータドライバ２１４に供給する。従って、エラー信号は、対物レンズ２１７の焦点の位置とワーク１０２の加工面との間のズレ（誤差）を反映した値となる。
【００８０】
モータドライバ２１４は、エラー信号に示される誤差を解消し、対物レンズ２１７の焦点がワーク１０２の加工面に合うように、Ｚ軸駆動用モータ２１５を駆動して、対物レンズ２１７をＺ方向に移動させることにより、対物レンズ２１７の焦点の位置を調整する。
【００８１】
Ｚ軸駆動用モータ２１５は、Ｚ軸駆動用ネジ２１６を介して対物レンズ２１７に接続されている。そして、Ｚ軸駆動用モータ２１５の回転方向の運動が、Ｚ軸駆動用ネジ２１６を介して対物レンズ２１７に伝達されることにより、矢印Ａで示されるワーク１０２の加工面に対して垂直な方向（Ｚ方向）に対物レンズ２１７が移動する。これにより、対物レンズ２１７の焦点位置がＺ方向に移動する。
【００８２】
対物レンズ２１７は、加工用のレーザ光ＬＢが入射し、ワーク１０２の加工面において結像させる。
【００８３】
［焦点調整装置２０１の焦点調整方法］
次に、図４乃至図７を参照して、焦点調整装置２０１の焦点調整方法について説明する。
【００８４】
（拡散反射面に対する焦点調整方法）
まず、図４および図５を参照して、ワーク１０２の加工面が拡散反射面である場合の焦点調整方法について説明する。
【００８５】
ワーク１０２の加工面が拡散反射面である場合、レーザ光源２３１から出射されたプローブ光は、矢印Ａの方向に進み、ワーク１０２の加工面で拡散反射される。拡散反射されたプローブ光の一部は、矢印Ｂ１乃至Ｂ４で示されるように、変位センサ２１１の方向に反射される。そのうち、矢印Ｂ２および矢印Ｂ３で示されるように、受光レンズ２３２に入射した反射光が、リニアセンサ２３３上に結像する。
【００８６】
一方、ワーク１０２の加工面で拡散反射されたプローブ光の一部は、矢印Ｂ５乃至Ｂ７に示されるように、拡散反射板２１２の方向に反射され、さらに拡散反射板２１２により拡散反射される。拡散反射板２１２で拡散反射された反射光は、２度拡散反射されることにより非常に弱くなっているため、再度ワーク１０２の加工面で拡散反射され、変位センサ２１１の受光レンズ２３２に入射することはほとんどない。
【００８７】
従って、変位センサ２１１は、通常の拡散反射方式の場合と同様に、ワーク１０２の加工面で１度目に拡散反射された反射光により測定を行う。
【００８８】
図５は、変位センサ２１１、拡散反射板２１２、および、対物レンズ２１７の位置関係を模式的に示している。
【００８９】
ここで、対物レンズ２１７の焦点がワーク１０２の加工面に合っている状態（以下、合焦状態と称する）において、ワーク１０２の加工面から変位センサ２１１（のプローブ光の出射口）までの高さをｈ１、対物レンズ２１７とワーク１０２の加工面との間の距離（ワークディスタンス）をＷＤ、変位センサ２１１から出射されたプローブ光がワーク１０２の加工面に入射するまでの距離をｄ１とする。また、変位センサ２１１から出射されたプローブ光のワーク１０２の加工面への入射角をθとする。このとき、次式（１）が成り立つ。
【００９０】
h1＝d1×cosθ  ・・・（１）
【００９１】
距離ｄ１は、式（１）より次式（２）により表される。
【００９２】
d1＝h1／cosθ  ・・・（２）
【００９３】
このとき、変位センサ２１１は、ワーク１０２の加工面により拡散反射された反射光により測定を行うため、変位センサ２１１の測長距離は距離ｄ１となる。従って、変位センサ２１１は、測定結果として距離ｄ１を示す測定信号をエラーアンプ２１３に供給する。
【００９４】
一方、エラーアンプ２１３には、フォーカス設定値として、このときの合焦状態における距離ｄ１を示す測定信号の値が入力される。より簡単に言えば、フォーカス設定値が距離ｄ１に設定される。従って、エラーアンプ２１３から出力されるエラー信号の値は０になる。
【００９５】
また、合焦状態からワーク１０２がＺ−方向（下方向）に距離δだけ動いた場合に、プローブ光がワーク１０２の加工面に入射するまでの距離ｄ１’は、次式（３）により表される。
【００９６】
d1'＝（h1＋δ）／cosθ  ・・・（３）
【００９７】
従って、ワーク１０２が移動する前の距離ｄ１と移動した後の距離ｄ１’との差は、次式（４）により表される。
【００９８】
d1'−d1＝δ／cosθ  ・・・（４）
【００９９】
このとき、変位センサ２１１は、測定結果として距離ｄ１’を示す測定信号をエラーアンプ２１３に供給する。従って、エラーアンプ２１３から出力されるエラー信号の値は、式（４）の右辺のδ／cosθを示す値となる。
【０１００】
ここで、入射角θは設計値であり既知なので、モータドライバ２１４は、エラー信号の値に基づいて、ワーク１０２の加工面のＺ方向の変位δを求めることができる。そして、モータドライバ２１４は、Ｚ軸駆動用モータ２１５を駆動して、対物レンズ２１７を下方向に距離δだけ移動させることにより、対物レンズ２１７の焦点をワーク１０２の加工面に合わせることができる。
【０１０１】
（正反射面に対する焦点調整方法）
次に、図６および図７を参照して、ワーク１０２の加工面が正反射面である場合の焦点調整方法について説明する。
【０１０２】
ワーク１０２の加工面が正反射面である場合、レーザ光源２３１から出射されたプローブ光は、矢印Ａの方向に進み、ワーク１０２の加工面で正反射され、矢印Ｂの方向に進む。そして、矢印Ｂの方向に進んだプローブ光は拡散反射板２１２に入射し、拡散反射板２１２により拡散反射される。
【０１０３】
拡散反射板２１２により拡散反射されたプローブ光のうち矢印Ｃ１,Ｃ２の方向に進んだプローブ光は、ワーク１０２の加工面で再び正反射され、矢印Ｄ１,Ｄ２の方向に進み、受光レンズ２３２に入射する。このように、拡散反射板２１２により拡散反射されたプローブ光の一部が、受光レンズ２３２に入射し、リニアセンサ２３３上に結像する。そして、変位センサ２１１は、拡散反射板２１２により拡散反射された後、ワーク１０２の加工面で正反射された反射光の一部により測定を行う。
【０１０４】
図７は、図５と同様に、変位センサ２１１、拡散反射板２１２、および、対物レンズ２１７の位置関係を模式的に示している。
【０１０５】
ここで、合焦状態において、ワーク１０２の加工面で正反射されたプローブ光が、拡散反射板２１２に入射するまでの距離をｄ２とする。また、ワーク１０２の加工面からプローブ光の拡散反射板２１２への入射位置までの高さをｈ２とする。
【０１０６】
ここで、ワーク１０２の加工面で正反射されたプローブ光の反射角は、入射角θと等しくなるため、次式（５）が成り立つ。
【０１０７】
h2＝d2×cosθ  ・・・（５）
【０１０８】
従って、変位センサ２１１から出射されたプローブ光がワーク１０２の加工面を介して拡散反射板２１２に入射するまでの距離は、次式（６）により表される。
【０１０９】
d1＋d2＝（h1＋h2）／cosθ  ・・・（６）
【０１１０】
このとき、変位センサ２１１は、拡散反射板２１２により拡散反射された後、ワーク１０２の加工面で正反射された反射光により測定を行うため、変位センサ２１１の測長距離は距離ｄ１＋ｄ２となる。従って、変位センサ２１１は、測定結果として距離ｄ１＋ｄ２を示す測定信号をエラーアンプ２１３に供給する。
【０１１１】
一方、エラーアンプ２１３には、フォーカス設定値として、このときの合焦状態における距離ｄ１＋ｄ２を示す測定信号の値が入力される。より簡単に言えば、フォーカス設定値が距離ｄ１＋ｄ２に設定される。従って、エラーアンプ２１３から出力されるエラー信号の値は０になる。
【０１１２】
また、上述した図５の例と同様に、合焦状態からワーク１０２がＺ−方向（下方向）に距離δだけ動いた場合に、プローブ光がワーク１０２の加工面を介して拡散反射板２１２に入射するまでの距離ｄ１’＋ｄ２’は、次式（７）により表される。
【０１１３】
d1'＋d2'＝（h1＋h2＋2δ）／cosθ  ・・・（７）
【０１１４】
従って、ワーク１０２が移動する前の距離ｄ１＋ｄ２と移動した後の距離ｄ１’＋ｄ２’との差は、次式（８）により表される。
【０１１５】
d1'＋d2'−（d1＋d2）＝2δ／cosθ  ・・・（８）
【０１１６】
このとき、変位センサ２１１は、測定結果として距離ｄ１’＋ｄ２’を示す測定信号をエラーアンプ２１３に供給する。従って、エラーアンプ２１３から出力されるエラー信号の値は、式（８）の右辺の２δ／cosθを示す値となる。
【０１１７】
ここで、入射角θは設計値であり既知なので、モータドライバ２１４は、エラー信号の値に基づいて、ワーク１０２の加工面のＺ方向の変位δを求めることができる。そして、モータドライバ２１４は、Ｚ軸駆動用モータ２１５を駆動して、対物レンズ２１７を下方向に距離δだけ移動させることにより、対物レンズ２１７の焦点をワーク１０２の加工面に合わせることができる。
【０１１８】
そして、焦点調整装置２０１は、ワーク１０２の加工面の反射の状態に基づいて、外部からの指令や設定により、あるいは、後述するように自動的に、正反射面または拡散反射面のいずれに対して対物レンズ２１７の焦点を調整するかを選択する。すなわち、焦点調整装置２０１は、ワーク１０２の加工面の反射の状態に基づいて、正反射面に対する焦点調整方法または拡散反射面に対する焦点調整方法のいずれか一方を選択して、対物レンズ２１７の焦点の位置を調整する。
【０１１９】
このように、ワーク１０２の加工面が正反射面か拡散反射面かに関わらず、変位センサ２１１の測定方式を切り換えたり、変位センサ２１１を交換したりせずに、オートフォーカスを行うことができる。また、変位センサ２１１の測定方式の切り換え時や、変位センサ２１１を交換時に必要な各種の調整や設定等の作業が不要になる。
【０１２０】
なお、図７では、図を分かりやすくするために距離δを大きく示しており、ワーク１０２が移動する前と後で、拡散反射板２１２へのプローブ光の入射位置が大きくずれて示されている。しかし、実際には、変位δはごく小さい値であり、ワーク１０２が移動する前と後の拡散反射板２１２へのプローブ光の入射位置の変化は非常に小さい。
【０１２１】
また、ワーク１０２が傾くことにより入射角θおよび反射角θは変動し、拡散反射板２１２へのプローブ光の入射位置が変動する。しかし、ワーク１０２の傾きの変動はごく僅かであり、ワーク１０２が傾く前と後の拡散反射板２１２へのプローブ光の入射位置の変化は非常に小さい。
【０１２２】
さらに、変位センサ２１１では、拡散反射板２１２で四方八方に拡散反射された後、ワーク１０２の加工面で反射され変位センサ２１１に戻ってきた反射光の受光量の分布に基づいて測定が行われるため、拡散反射板２１２へのプローブ光の入射位置の変化が変位センサ２１１の測定結果に与える影響は非常に小さく、無視することができる。
【０１２３】
なお、入射角θは固定値なので、cosθは定数となる。従って、例えば、変位センサ２１１から測定結果に定数cosθを乗じた値を出力するようにしてもよい。これにより、ワーク１０２の加工面が拡散反射面である場合、高さｈ１または高さｈ１＋δを示す測定信号が変位センサ２１１から出力され、変位δを示すエラー信号がエラーアンプ２１３から出力されるようになる。また、ワーク１０２の加工面が正反射面である場合、高さｈ１＋ｈ２または高さｈ１＋ｈ２＋２δを示す測定信号が変位センサ２１１から出力され、変位δ×２を示すエラー信号がエラーアンプ２１３から出力されるようになる。
【０１２４】
また、例えば、エラーアンプ２１３からフォーカス設定値と測定信号の値との差分に定数cosθを乗じた値を出力するようによい。これにより、ワーク１０２の加工面が拡散反射面である場合、変位δを示すエラー信号がエラーアンプ２１３から出力されるようになる。また、ワーク１０２の加工面が正反射面である場合、変位δ×２を示すエラー信号がエラーアンプ２１３から出力されるようになる。
【０１２５】
なお、以下、ワーク１０２の加工面のＺ方向の変位のことを、単にワーク１０２の変位とも称する。
【０１２６】
［焦点調整装置の第１の変形例］
例えば、オートフォーカスの応答速度を高速化するために、Ｚ軸駆動用モータ２１５を高速動作させようとすると、動作開始時のＺ軸駆動用モータ２１５の負荷が重くなるため、Ｚ軸駆動用モータ２１５の脱調が発生する場合がある。例えば、Ｚ軸駆動用モータ２１５がパルスモータにより構成され、オープンループ制御を行う場合、Ｚ軸駆動用モータ２１５の脱調が生じると、モータドライバ２１４が認識している対物レンズ２１７のＺ方向の位置と、実際の位置との間にズレが生じる。そして、オートフォーカスを行う度にこのズレが蓄積され、最終的に対物レンズ２１７の焦点がワーク１０２の加工面に合わなくなり、加工品質が低下する恐れがある。
【０１２７】
この現象を防止するために、例えば、定期的に累積誤差をリセットする初期化作業を行うことが考えられるが、このような初期化作業はユーザにとって面倒な作業である。また、レーザ加工装置１０１が連続稼動している場合には、初期化作業を行うことができない。
【０１２８】
図８の焦点調整装置３０１は、このような現象の発生を防止できるようにするものである。
【０１２９】
焦点調整装置３０１は、図３の焦点調整装置２０１と比較して、接続部材３１１が追加されている点が異なる。
【０１３０】
変位センサ２１１、拡散反射板２１２、および、対物レンズ２１７は、接続部材３１１を介して接続されている。また、接続部材３１１は、Ｚ軸駆動用ネジ２１６を介してＺ軸駆動用モータ２１５に接続されている。そして、Ｚ軸駆動用モータ２１５の回転方向の運動が、Ｚ軸駆動用ネジ２１６を介して接続部材３１１に伝達されることにより、矢印Ａで示されるワーク１０２の加工面に対して垂直な方向（Ｚ方向）に接続部材３１１が移動する。その結果、接続部材３１１に接続されている変位センサ２１１、拡散反射板２１２、および、対物レンズ２１７が一体としてＺ方向に移動する。
【０１３１】
これにより、Ｚ軸駆動用モータ２１５の脱調の発生の有無に関わらず、また、ワーク１０２の加工面が拡散反射面であるか正反射面であるかに関わらず、変位センサ２１１の測定信号の値がフォーカス設定値に等しくなり、エラーアンプ２１３から出力されるエラー信号の値が０になるように、接続部材３１１のＺ方向の位置を調整するだけで、対物レンズ２１７の焦点をワーク１０２の加工面に合わせることができる。
【０１３２】
従って、Ｚ軸駆動用モータ２１５の脱調が発生しても、対物レンズ２１７の焦点をワーク１０２の加工面に正確に合わせることができる。
【０１３３】
また、ワーク１０２の加工面の反射の状態により、モータドライバ２１４の制御方法を変更する必要がなくなる。すなわち、ワーク１０２の加工面が拡散反射面か正反射面かの違いにより、エラー信号の値が上述した式（４）のδ／cosθか式（８）の2δ／cosθかになるが、モータドライバ２１４は、その値の変動に関わらず、エラー信号の値が０になるように対物レンズ２１７のＺ方向の位置を調整すればよい。
【０１３４】
［焦点調整装置の第２の変形例］
図９の焦点調整装置３５１は、図８の焦点調整装置３０１と同様に、Ｚ軸駆動用モータ２１５の脱調に対する対策を施したものである。
【０１３５】
焦点調整装置３５１は、図８の焦点調整装置３０１と比較して、接続部材３１１の代わりに架台３６１が設けられ、モータドライバ２１４の代わりにモータドライバ３６２が設けられ、ロータリエンコーダ３６３が追加されている点が異なる。
【０１３６】
焦点調整装置３５１では、変位センサ２１１および拡散反射板２１２は架台３６１に固定されており、オートフォーカス時に対物レンズ２１７のみＺ方向に移動する。
【０１３７】
モータドライバ３６２は、ロータリエンコーダ３６３によりカウントされるＺ軸駆動用モータ２１５の回転数に基づいて、対物レンズ２１７のＺ方向の移動量を検出して、対物レンズ２１７のＺ方向の位置を検出する。従って、モータドライバ３６２は、Ｚ軸駆動用モータ２１５の脱調が発生しても、実際のＺ軸駆動用モータ２１５の回転数に基づいて、対物レンズ２１７のＺ方向の位置を正確に検出することができる。
【０１３８】
これにより、Ｚ軸駆動用モータ２１５の脱調が発生し、対物レンズ２１７を目標位置まで移動できなくても、その誤差を検出して、次回のオートフォーカス時に補正することができる。従って、対物レンズ２１７のＺ方向の位置のズレが蓄積されることが防止される。
【０１３９】
なお、Ｚ軸駆動用モータ２１５がリニアモータにより構成される場合、例えば、ロータリエンコーダ３６３の代わりにリニアエンコーダが設けられる。
【０１４０】
また、対物レンズ２１７を高速に駆動させるために、Ｚ軸駆動用モータ２１５をボイスコイルモータ等により構成する場合、例えば、ロータリエンコーダ３６３の代わりにリニアエンコーダや静電キャパシタ型のセンサを用いて、対物レンズ２１７の位置検出が行われる。
【０１４１】
さらに、高速動作可能なガルバノメータを用いて対物レンズ２１７のＺ方向の駆動を行う場合、例えば、ロータリエンコーダ３６３の代わりにエンコーダ付のデジタルガルバノメータを用いて、対物レンズ２１７の位置検出が行われる。
【０１４２】
なお、焦点調整装置３５１では、図８の焦点調整装置３０１と比較して、対物レンズ２１７だけをＺ方向に移動させるため、オートフォーカス用のＺ方向の駆動機構の負荷を軽くすることができる。従って、駆動機構の応答速度を高速化し、オートフォーカスの反応速度を高速化することができる。あるいは、駆動機構を小型化し、レーザ加工装置１０１の小型化および低コスト化を実現することができる。
【０１４３】
［拡散反射面と正反射面が混在する場合の焦点調整方法］
次に、図１０乃至図１２を参照して、拡散反射面と正反射面が混在する場合の焦点調整方法について説明する。
【０１４４】
図１０は、拡散反射面と正反射面が混在する場合の一例として、ワーク１０２がＣＩＧＳを用いた薄膜太陽電池パネル４０１により構成され、その薄膜太陽電池パネル４０１を基板ホルダ４０２に載置して加工する場合を示している。なお、図１０の上の図は、基板ホルダ４０２に載置された薄膜太陽電池パネル４０１を上から見た模式図であり、下の図は、基板ホルダ４０２に載置された薄膜太陽電池パネル４０１の断面を模式的に示す図である。
【０１４５】
この例において、薄膜太陽電池パネル４０１は、Ｐ１工程のレーザ加工を行う前の状態であり、ガラス基板４０１Ａの上にＭｏ等からなる金属層である裏面電極層４０１Ｂが積層されている。上述したように、この裏面電極層４０１Ｂは、レーザ光を正反射する。
【０１４６】
一方、基板ホルダ４０２は、黒アルマイト加工したアルミニウムからなり、レーザ光を拡散反射する。
【０１４７】
なお、以下、説明を分かりやすくするために、薄膜太陽電池パネル４０１の裏面電極層４０１Ｂの表面と基板ホルダ４０２の表面が同じ高さであるものとして説明する。
【０１４８】
例えば、加工ヘッド１１５を矢印Ａの方向に動かしながら、薄膜太陽電池パネル４０１の裏面電極層４０１Ｂの加工を行う場合、加工ヘッド１１５が基板ホルダ４０２上に来たとき、基板ホルダ４０２の表面に対してオートフォーカスが行われる。その後、加工ヘッド１１５が薄膜太陽電池パネル４０１上に来たとき、薄膜太陽電池パネル４０１の裏面電極層４０１Ｂの表面に対してオートフォーカスが行われる。
【０１４９】
ここで、裏面電極層４０１Ｂの加工を行う場合、裏面電極層４０１Ｂは正反射面であるため、エラーアンプ２１３に入力されるフォーカス設定値は、図７を参照して上述したように、距離ｄ１＋ｄ２に設定される。
【０１５０】
一方、基板ホルダ４０２の表面に対してオートフォーカスを行う場合、基板ホルダ４０２の表面は拡散反射面であるため、対物レンズ２１７の焦点が基板ホルダ４０２の表面に合っていたとしても、変位センサ２１１の測長距離は距離ｄ１となり、フォーカス設定値より距離ｄ２だけ短くなる。
【０１５１】
従って、図８の焦点調整装置３０１のように、変位センサ２１１、拡散反射板２１２、および、対物レンズ２１７を一体としてＺ方向に移動させる場合、変位センサ２１１の測長距離がｄ１＋ｄ２になるように制御されるため、対物レンズ２１７が、Ｚ＋方向に距離ｄ２×cosθだけ移動する。
【０１５２】
また、図９の焦点調整装置３５１のように、対物レンズ２１７のみをＺ方向に移動させる場合、対物レンズ２１７が、Ｚ＋方向に距離ｄ２×cosθ／２だけ移動する。
【０１５３】
ここで、一般的に、プローブ光がワーク１０２の加工面で正反射されてから拡散反射板２１２に入射するまでの距離ｄ２は、ワーク１０２のＺ方向の変位と比較して非常に大きい。従って、上記のいずれの場合にせよ、基板ホルダ４０２上での対物レンズ２１７の移動距離は、通常のオートフォーカス時より大きくなる。
【０１５４】
従って、その後、薄膜太陽電池パネル４０１の裏面電極層４０１Ｂの表面に対してオートフォーカスを行う場合、対物レンズ２１７の移動距離が長くなり、オートフォーカスの反応速度が遅くなる。
【０１５５】
ところで、市販の変位センサでは、測長範囲を設定し、測長範囲を超えた場合にエラー信号を出力する機能を有するものがある。従って、変位センサ２１１の測長範囲をフォーカス設定値±αに設定しておき、測長距離が測長範囲を超えたことを示すエラー信号が変位センサ２１１から出力された場合、オートフォーカスを停止し、対物レンズ２１７のＺ方向の移動を停止したり、移動前の位置に戻したりするようにすることが考えられる。
【０１５６】
なお、αは、薄膜太陽電池パネル４０１のＺ方向の変位の想定範囲より大きく、距離ｄ２より小さい値に設定される。
【０１５７】
これにより、図１０の例では、基板ホルダ４０２の表面に対するオートフォーカスが途中で中止され、薄膜太陽電池パネル４０１の裏面電極層４０１Ｂの表面に対してオートフォーカスを行う場合に、対物レンズ２１７の移動距離が短くなり、オートフォーカスの反応速度が速くなる。
【０１５８】
なお、ここでは、基板ホルダ４０２が加工対象でなく、加工対象の反射の状態が拡散反射面（薄膜太陽電池パネル４０１の裏面電極層４０１Ｂ）の１種類のみである場合について説明した。一方、加工の途中で加工面の反射の状態が拡散反射面から正反射面、あるいは、正反射面から拡散反射面に切り替わる場合も想定される。
【０１５９】
この場合、例えば、測長距離が測長範囲から外れたことを示すエラー信号が変位センサ２１１から出力された場合、加工面の反射の状態が変化したと判定することができる。そして、加工面の反射の状態が変化したと判定された場合、正反射面または拡散反射面のいずれに対して対物レンズ２１７の焦点を調整するかを切り換えることが可能である。すなわち、拡散反射面に対する焦点調整方法から正反射面に対する焦点調整方法に切り換えたり、正反射面に対する焦点調整方法から拡散反射面に対する焦点調整方法に切り換えたりすることが可能である。
【０１６０】
例えば、図８の焦点調整装置３０１のように、変位センサ２１１、拡散反射板２１２、および、対物レンズ２１７を一体としてＺ方向に移動させる場合、加工面の反射の状態に応じて、エラーアンプ２１３に入力するフォーカス設定値を拡散反射面に対する値（距離ｄ１）または正反射面に対する値（距離ｄ１＋ｄ２）に切り換えるようにすればよい。
【０１６１】
また、図９の焦点調整装置３５１のように、対物レンズ２１７のみをＺ方向に移動させる場合、例えば、加工面の反射の状態に応じて、フォーカス設定値を切り換えるのに加えて、モータドライバ２１４のワーク１０２の変位の求め方を切り換えるようにすればよい。すなわち、加工面が拡散反射面である場合、上述した式（４）の右辺に基づいて変位δを求め、加工面が正反射面である場合、上述した式（８）の右辺に基づいて変位δを求めるようにすればよい。
【０１６２】
なお、変位センサ２１１に上述した測長範囲の設定機能が搭載されていない場合、例えば、拡散反射板に入射するプローブ光の強度に基づいて、ワーク１０２の加工面の反射の状態を検出するようにしてもよい。
【０１６３】
図１１および図１２は、拡散反射板に入射するプローブ光の強度に基づいて、ワーク１０２の加工面の反射の状態を検出するようにした焦点調整装置４５１の構成例の一部を示している。なお、図１１は、ワーク１０２の加工面が正反射面である場合を示し、図１２は、ワーク１０２の加工面が拡散反射面である場合を示している。
【０１６４】
焦点調整装置４５１では、図３の焦点調整装置２０１と比較して、拡散反射板２１２の代わりに、拡散反射板４６１が設けられ、フォトセンサ４６２および増幅比較器４６３が設けられている点が異なる。
【０１６５】
拡散反射板４６１の中央にはピンホール４６１Ａが設けられている。拡散反射板４６１は、変位センサ２１１のレーザ光源２３１から出射されたプローブ光がワーク１０２の加工面で正反射した場合、正反射したプローブ光の一部がピンホール４６１Ａに入射するように配置される。
【０１６６】
そして、フォトセンサ４６２は、ピンホール４６１Ａを通過するプローブ光の光量を検出し、検出値を示す検出信号を増幅比較器４６３に供給する。増幅比較器４６３は、フォトセンサ４６２からの検出信号を増幅した後、増幅後の検出信号の値を所定の閾値と比較することにより、ワーク１０２の加工面が正反射面または拡散反射面のいずれであるかを判定する。
【０１６７】
例えば、ワーク１０２の加工面が正反射面である場合、図１１に示されるように、レーザ光源２３１から出射され矢印Ａの方向に進んだプローブ光がワーク１０２の加工面で正反射され、そのほとんどが矢印Ｂの方向に進み、その一部が拡散反射板４６１のピンホール４６１Ａに入射する。従って、フォトセンサ４６２により検出されるプローブ光の光量は大きくなる。
【０１６８】
一方、ワーク１０２の加工面が拡散反射面である場合、図１２に示されるように、レーザ光源２３１から出射され矢印Ａの方向に進んだプローブ光がワーク１０２の加工面で拡散反射され、その一部のみが矢印Ｂの方向に進み、さらにその一部が拡散反射板４６１のピンホール４６１Ａに入射する。従って、フォトセンサ４６２により検出されるプローブ光の光量は小さくなる。
【０１６９】
従って、増幅比較器４６３は、増幅後の検出信号の値が所定の閾値以上である場合、ワーク１０２の加工面が正反射面であると判定し、所定の閾値未満である場合、ワーク１０２の加工面が拡散反射面であると判定する。そして、増幅比較器４６３は、判定結果を示す信号を変位センサ２１１やモータドライバ２１４等に供給する。
【０１７０】
これにより、ワーク１０２の加工面の反射の状態を自動検出し、その結果に基づいて、上述したように対物レンズ２１７の焦点の調整方法を自動で切り換えることができる。
【０１７１】
＜２．変位センサと拡散反射板の設置方法の例＞
次に、変位センサ２１１と拡散反射板２１２の設置方法の例について説明する。
【０１７２】
なお、以下、特に断りがない限り、レーザ加工装置１０１の加工方向は、Ｘ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−の４方向であるものとする。
【０１７３】
［変位センサ２１１と拡散反射板２１２の設置方法の第１の実施の形態］
まず、図１３乃至図１５を参照して、変位センサ２１１と拡散反射板２１２の設置方法の第１の実施の形態について説明する。
【０１７４】
変位センサ２１１の測定点、すなわち、レーザ光源２３１から出射されたプローブ光がワーク１０２の加工面に照射される位置は、レーザ加工点、すなわち、対物レンズ２１７から出射されたレーザ光がワーク１０２の加工面に照射される位置にできる限り近い方が望ましい。しかし、測定点をレーザ加工点に近づけすぎると、レーザ加工する際に発せられるレーザプラズマによる外乱をプローブ光が受け、測定精度が低下する恐れがある。従って、測定点は、レーザプラズマによる外乱を受けないように、レーザ加工点から所定の距離（例えば、５〜１０ｍｍ）以上離すのが望ましい。
【０１７５】
このとき、測定点をレーザ加工点から加工方向の前方にオフセットした位置に設定することにより、これから加工するワーク１０２の変位を先読みし、先読みした結果に基づいてオートフォーカスを行うことが可能になる。これにより、変位センサ２１１や制御系の応答速度に限界があったり、加工速度が高速化したり、あるいは、ワーク１０２のＺ軸方向の変位が大きなったりしても、対物レンズ２１７の焦点の位置をワーク１０２の変位に正確に追従させることができる。
【０１７６】
図１３および図１４は、測定点をレーザ加工点から加工方向にオフセットした位置に設定できるようにした変位センサ２１１と拡散反射板２１２の設置方法の例を示している。図１３は、変位センサ２１１と拡散反射板２１２の位置関係を上から見た図であり、図１４は、変位センサ２１１と拡散反射板２１２の位置関係を横から見た図である。なお、図１３において、左から右方向をＸ＋方向とし、下から上方向をＹ＋方向とする。
【０１７７】
この例では、変位センサ２１１と拡散反射板２１２の組が４つ設けられている。なお、図１４では、図を分かりやすくするために、変位センサ２１１ｃの図示を省略している。
【０１７８】
また、以下、変位センサ２１１ａ乃至２１１ｄを個々に区別する必要がない場合、単に変位センサ２１１と称し、拡散反射板２１２ａ乃至２１２ｄを個々に区別する必要がない場合、単に拡散反射板２１２と称する。さらに、以下、測定点ＭＰａ乃至ＭＰｄを個々に区別する必要がない場合、単に測定点ＭＰと称する。これは、以下に述べる他の実施の形態についても同様である。
【０１７９】
変位センサ２１１ａと変位センサ２１１ｂは、Ｘ方向おいて、対物レンズ２１７を中心に対称となる位置に設けられている。換言すれば、変位センサ２１１ａと変位センサ２１１ｂの間に対物レンズ２１７が配置され、変位センサ２１１ａと変位センサ２１１ｂとの間の相対方向がＸ方向に設定されている。また、変位センサ２１１ａの対物レンズ２１７に対する相対方向がＸ−方向に設定され、変位センサ２１１ｂの対物レンズ２１７に対する相対方向がＸ＋方向に設定されている。
【０１８０】
変位センサ２１１ｃと変位センサ２１１ｄは、Ｙ方向おいて、対物レンズ２１７を中心に対称となる位置に設けられている。換言すれば、変位センサ２１１ｃと変位センサ２１１ｄの間に対物レンズ２１７が配置され、変位センサ２１１ｃと変位センサ２１１ｄとの間の相対方向がＹ方向に設定されている。また、変位センサ２１１ｃの対物レンズ２１７に対する相対方向がＹ−方向に設定され、変位センサ２１１ｄの対物レンズ２１７に対する相対方向がＹ＋方向に設定されている。
【０１８１】
対物レンズ２１７の下部には、拡散反射ブロック５０１が装着されている。拡散反射ブロック５０１は、断面が八角形の板状の下部に、八角形の一辺を上端とし、斜め下方向を向く４つの矩形の面が９０度間隔で設けられ、下面が正方形となる形状を有している。また、４つの矩形の面に、それぞれ拡散反射板２１２ａ乃至２１２ｄが設けられている。
【０１８２】
拡散反射板２１２ａは、変位センサ２１１ａと対物レンズ２１７との間に、Ｘ−方向に向かって斜め下方向に向くように設けられている。拡散反射板２１２ｂは、変位センサ２１１ｂと対物レンズ２１７との間に、Ｘ＋方向に向かって斜め下方向に向くように設けられている。また、拡散反射板２１２ａと拡散反射板２１２ｂは、Ｘ方向おいて、対物レンズ２１７を中心に対称となる位置に設けられている。
【０１８３】
拡散反射板２１２ｃは、変位センサ２１１ｃと対物レンズ２１７との間に、Ｙ−方向に向かって斜め下方向に向くように設けられている。拡散反射板２１２ｄは、変位センサ２１１ｄと対物レンズ２１７との間に、Ｙ＋方向に向かって斜め下方向に向くように設けられている。また、拡散反射板２１２ｃと拡散反射板２１２ｄは、Ｙ方向おいて、対物レンズ２１７を中心に対称となる位置に設けられている。
【０１８４】
なお、拡散反射板２１２ａ乃至２１２ｄは、例えば、プローブ光に対する反射率が高いセラミック板などを拡散反射ブロック５０１に貼り付けるようにしてもよいし、あるいは、アルミニウム材などで拡散反射ブロック５０１を製造し、サンドブラスト処理やアルマイト処理等により拡散反射ブロック５０１の表面に拡散反射板２１２ａ乃至２１２ｄを形成するようにしてもよい。
【０１８５】
変位センサ２１１ａから出射されたプローブ光は、図１４の矢印Ａａで示されるように、Ｘ＋方向かつ斜め下方向に進み、変位センサ２１１ａと対物レンズ２１７の間の測定点ＭＰａに照射される。ワーク１０２の加工面が正反射面である場合、測定点ＭＰａにおいて反射されたプローブ光は、拡散反射板２１２ａの反射点ＲＰａに入射し、反射点ＲＰａにおいて拡散反射される。従って、変位センサ２１１ａと拡散反射板２１２ａとの組み合わせにより、対物レンズ２１７の焦点であるレーザ加工点ＦＰからＸ−方向にオフセットした測定点ＭＰａにおけるワーク１０２の変位を測定することができる。そして、加工方向がＸ−方向である場合、変位センサ２１１ｂと拡散反射板２１２ｂとの組み合わせを用いることにより、ワーク１０２の変位を先読みすることができる。
【０１８６】
同様に、変位センサ２１１ｂと拡散反射板２１２ｂとの組み合わせにより、レーザ加工点ＦＰからＸ＋方向にオフセットした測定点ＭＰｂにおけるワーク１０２の変位を測定することができる。従って、加工方向がＸ＋方向である場合、変位センサ２１１ｂと拡散反射板２１２ｂとの組み合わせを用いることにより、ワーク１０２の変位を先読みすることができる。
【０１８７】
また、変位センサ２１１ｃと拡散反射板２１２ｃとの組み合わせにより、レーザ加工点ＦＰからＹ−方向にオフセットした測定点ＭＰｃにおけるワーク１０２の変位を測定することができる。従って、加工方向がＹ−方向である場合、変位センサ２１１ｃと拡散反射板２１２ｃとの組み合わせを用いることにより、ワーク１０２の変位を先読みすることができる。
【０１８８】
さらに、変位センサ２１１ｄと拡散反射板２１２ｄとの組み合わせにより、レーザ加工点ＦＰからＹ＋方向にオフセットした測定点ＭＰｄにおけるワーク１０２の変位を測定することができる。従って、加工方向がＹ＋方向である場合、変位センサ２１１ｄと拡散反射板２１２ｄとの組み合わせを用いることにより、ワーク１０２の変位を先読みすることができる。
【０１８９】
このように、この実施の形態では、加工方向がＸ＋、Ｘ−、Ｙ＋、Ｙ−のいずれの方向であっても、ワーク１０２の変位を先読みすることができる。
【０１９０】
また、対物レンズ２１７に拡散反射ブロック５０１を装着することにより、図１の加工ヘッド１１５の構造をシンプルかつ小型化することができる。また、拡散反射ブロック５０１は加工が容易な形状であり、堅牢かつ安価に製作することができる。
【０１９１】
さらに、組となる変位センサ２１１と拡散反射板２１２との間の距離を短くし、各変位センサ２１１の測長距離を短くすることができるため、各変位センサ２１１が受光する拡散反射光の光量を大きくすることができる。その結果、各変位センサ２１１の測定精度が向上する。
【０１９２】
なお、ワーク１０２の変位を先読みする場合、ワーク１０２のエッジ付近において、測定点ＭＰがワーク１０２の外にはみ出し、変位を測定できなくなる場合がある。これに対して、例えば、使用する変位センサ２１１を切り換えるようにしてもよい。
【０１９３】
例えば、加工方向がＸ＋方向で、変位センサ２１１ｂを用いてワーク１０２の変位を測定している場合、ワーク１０２の右端（Ｘ＋方向の端）のエッジ付近で、測定点ＭＰｂがワーク１０２の外にはみ出してしまう。この場合、測定点ＭＰｂがワーク１０２の外にはみ出す前に、使用する変位センサ２１１ａに切り換えるようにすればよい。
【０１９４】
あるいは、使用する変位センサ２１１を切り換える代わりに、例えば、測定点ＭＰがワーク１０２の外にはみ出る直前の測定値を記憶し、測定点ＭＰがワーク１０２の外にはみ出ている間は、記憶した測定値を用いてオートフォーカスを行うようにしてもよい。
【０１９５】
なお、図１におけるＹ軸駆動部１１２と載物台１１３からなるＹ軸ステージの位置およびＸ軸ステージに搭載されている加工ヘッド１１５の位置は、リニアエンコーダ等によりリアルタイムに検出しているので、測定点ＭＰがワーク１０２の外にはみ出る位置を正確に把握し、それに合わせて上述した制御を厳密に行うことが可能である。
【０１９６】
なお、特にワーク１０２の加工面の変位の先読みを行う必要がない場合、例えば、図１３の変位センサ２１１ａ乃至２１１ｄのうち、対物レンズ２１７を基準にして互いに９０度の方向に配置されている２つの変位センサ２１１と、各変位センサ２１１に対応する拡散反射板２１２のみを設けるようにしてもよい。すなわち、変位センサ２１１ａと変位センサ２１１ｃ、変位センサ２１１ａと変位センサ２１１ｄ、変位センサ２１１ｂと変位センサ２１１ｃ、または、変位センサ２１１ｂと変位センサ２１１ｄのいずれかの組み合わせと、各変位センサ２１１に対応する拡散反射板２１２のみを設けるようにしてもよい。
【０１９７】
例えば、変位センサ２１１ａと変位センサ２１１ｃのみを設けるようにした場合、加工方向がＸ＋方向またはＸ−方向であるとき、変位センサ２１１ａを用いてワーク１０２の変位が測定され、加工方向がＹ＋方向またはＹ−方向であるとき、変位センサ２１１ｃを用いてワーク１０２の変位が測定される。
【０１９８】
このようにして、変位センサ２１１および拡散反射板２１２の組を削減することができ、加工ヘッド１１５を小型化することができる。
【０１９９】
なお、この実施の形態では、測定点ＭＰをレーザ加工点ＦＰに可能な限り近づけることができるため、ワーク１０２の変位を先読みできないことによる影響は小さい。
【０２００】
また、図１５に示されるように、変位センサ２１１と拡散反射板２１２を配置することにより、２組の変位センサ２１１と拡散反射板２１２を用いて、ワーク１０２の変位の先読みを実行することが可能になる。
【０２０１】
具体的には、図１５の実施の形態では、図１３の実施の形態から、変位センサ２１１ｃと変位センサ２１１ｄ、および、拡散反射板２１２ｃと拡散反射板２１２ｄが削除されている。また、変位センサ２１１ａと変位センサ２１１ｂとの間の相対方向が、Ｘ方向およびＹ方向に対して斜めに設定されている。その結果、測定点ＭＰａは、対物レンズ２１７（レーザ加工点ＦＰ）に対してＸ−方向とＹ−方向の間の方向に設置され、測定点ＭＰｂは、対物レンズ２１７（レーザ加工点ＦＰ）に対してＸ＋方向とＹ＋方向の間の方向に設置されている。
【０２０２】
これにより、２つの変位センサ２１１を用いてＸ＋方向、Ｘ−方向、Ｙ＋方向、および、Ｙ−方向のいずれの加工方向についてもワーク１０２の変位の先読みを行うことが可能になる。具体的には、加工方向がＸ＋方向またはＹ＋方向である場合、変位センサ２１１ｂを用いて測定点ＭＰｂにおいてワーク１０２の変位が先読みされ、加工方向がＸ−方向またはＹ−方向である場合、変位センサ２１１ａを用いて測定点ＭＰａにおいてワーク１０２の変位が先読みされる。
【０２０３】
なお、測定点ＭＰａおよび測定点ＭＰｂは、レーザ加工点ＦＰを基準にしてＸ方向およびＹ方向に対して斜め方向に設定されているため、実際にレーザ加工が行われる位置からずれた位置の変位が測定される。ただし、この測定位置のズレは僅かであるため、ズレに伴う変位の測定値の誤差は無視することができる。
【０２０４】
また、この場合、ワーク１０２の端部に沿ってレーザ加工するときに先読みを行おうとすると、測定点ＭＰがワーク１０２の外にはみ出てしまうことがある。例えば、ワーク１０２のＸ＋方向の端部に沿ってＹ＋方向にレーザ加工する場合、変位センサ２１１ｂの測定点ＭＰｂは、ワーク１０２の外にはみ出てしまう。
【０２０５】
このような場合には、先読みを行わずに、もう一方の変位センサ２１１を用いるようにすればよい。例えば、先の例では、変位センサ２１１ｂの代わりに変位センサ２１１ａを用いて、測定点ＭＰａにおけるワーク１０２の変位を測定するようにすればよい。
【０２０６】
なお、測定点ＭＰａと測定点ＭＰｂと間の相対方向は、Ｘ方向およびＹ方向に対して斜め方向であれば任意である。ただし、Ｘ方向およびＹ方向に対して４５度または４５度に近い方向に設定するのが望ましい。
【０２０７】
また、必ずしも、測定点ＭＰａと測定点ＭＰｂを、必ずしもレーザ加工点ＦＰに対称な位置に配置する必要はない。例えば、測定点ＭＰａとレーザ加工点ＦＰとの間の距離と、測定点ＭＰｂとレーザ加工点ＦＰとの間の距離が異なっていたり、レーザ加工点ＦＰから測定点ＭＰａへの相対方向とレーザ加工点ＦＰから測定点ＭＰｂへの相対方向が正反対になっていなくてもよい。
【０２０８】
［変位センサ２１１と拡散反射板２１２の設置方法の第２の実施の形態］
次に、図１６乃至図２０を参照して、変位センサ２１１と拡散反射板２１２の設置方法の第２の実施の形態について説明する。
【０２０９】
図１６は、レーザ加工点ＦＰと測定点ＭＰとの間の距離（以下、先読み距離と称する）を調整できるようにした測定ユニット６０１および移動機構駆動系６０２の構成例を示している。
【０２１０】
測定ユニット６０１は、変位センサ２１１、拡散反射板２１２、接続部材６１１、および、移動機構６１２を含むように構成される。変位センサ２１１と拡散反射板２１２は、接続部材６１１により所定の間隔を空けて接続されている。また、変位センサ２１１と拡散反射板２１２の間に、対物レンズ２１７が配置され、変位センサ２１１、対物レンズ２１７、拡散反射板２１２が、加工方向に並ぶように配置されている。
【０２１１】
移動機構６１２は、移動機構駆動系６０２により駆動されることにより、矢印Ａの方向（すなわち、加工方向またはその逆方向）に、変位センサ２１１、拡散反射板２１２、および、接続部材６１１を一体として移動させる。そして、変位センサ２１１と拡散反射板２１２が間隔を保ったまま矢印Ａの方向に移動することにより、矢印Ａの方向に測定点ＭＰが移動し、測定点ＭＰとレーザ加工点ＦＰとの間の先読み距離Ｌが調整される。
【０２１２】
移動機構駆動系６０２は、加工速度および変位センサ２１１の応答時間等の情報を取得し、取得した情報に基づいて、先読み距離Ｌの適正値を算出する。そして、移動機構駆動系６０２は、移動機構６１２を駆動して、測定ユニット６０１を矢印Ａの方向に移動させ、先読み距離Ｌを適正な距離に調整する。
【０２１３】
例えば、加工速度をＶ（ｍｍ／ｓ）とした場合、Ｌ／Ｖ（ｓ）後に加工される位置のワーク１０２の変位が測定される。従って、例えば、変位センサ２１１内部処理に要する時間をＴ１（ｓ）、変位センサ２１１の測定結果に基づいてオートフォーカスの制御を行うのに要する時間をＴ２（ｓ）とした場合、移動機構駆動系６０２は、Ｌ／Ｖ≧Ｔ１＋Ｔ２となるように先読み距離Ｌを設定する。
【０２１４】
これにより、加工速度や処理時間等に応じて、先読み距離Ｌを適切に設定することができ、より正確にオートフォーカスを行うことができる。その結果、ワーク１０２の加工品質が向上する。
【０２１５】
図１７は、測定ユニット６０１の設置方法の例を示している。この例では、測定ユニット６０１ａ乃至６０１ｄの４つの測定ユニットが設けられている。
【０２１６】
測定ユニット６０１ａは、変位センサ２１１ａと拡散反射板２１２ａの間に対物レンズ２１７が配置され、変位センサ２１１ａから拡散反射板２１２ａへの相対方向がＸ＋方向になるように設置されている。そして、変位センサ２１１ａの測定点ＭＰａは、レーザ加工点ＦＰからＸ＋方向にオフセットされた位置に設定されている。
【０２１７】
測定ユニット６０１ｂは、変位センサ２１１ｂと拡散反射板２１２ｂの間に対物レンズ２１７が配置され、変位センサ２１１ｂから拡散反射板２１２ｂへの相対方向がＸ−方向になるように設置されている。そして、変位センサ２１１ｂの測定点ＭＰｂは、レーザ加工点ＦＰからＸ−方向にオフセットされた位置に設定されている。
【０２１８】
測定ユニット６０１ｃは、変位センサ２１１ｃと拡散反射板２１２ｃの間に対物レンズ２１７が配置され、変位センサ２１１ｃから拡散反射板２１２ｃへの相対方向がＹ＋方向になるように設置されている。そして、変位センサ２１１ｃの測定点ＭＰｃは、レーザ加工点ＦＰからＹ＋方向にオフセットされた位置に設定されている。
【０２１９】
測定ユニット６０１ｄは、変位センサ２１１ｄと拡散反射板２１２ｄの間に対物レンズ２１７が配置され、変位センサ２１１ｄから拡散反射板２１２ｄへの相対方向がＹ−方向になるように設置されている。そして、変位センサ２１１ｄの測定点ＭＰｄは、レーザ加工点ＦＰからＹ−方向にオフセットされた位置に設定されている。
【０２２０】
なお、図を分かりやすくするために、測定点ＭＰａ乃至ＭＰｄが、レーザ加工点ＦＰに対して斜め方向になるように図示しているが、実際には、測定点ＭＰａ、測定点ＭＰｂ、および、レーザ加工点ＦＰは、Ｘ方向にほぼ一直線に並び、測定点ＭＰｃ、測定点ＭＰｄ、および、レーザ加工点ＦＰは、Ｙ方向にほぼ一直線に並ぶように配置される。
【０２２１】
加工システム制御系６５１は、図１のレーザ加工装置１０１によるレーザ加工の全体の制御を行う。例えば、加工システム制御系６５１は、移動機構駆動系６０２に指令を与え、測定点ＭＰａ乃至ＭＰｄの位置を調整させる。また、例えば、加工システム制御系６５１は、ＸＹステージ制御部６５２に指令を与え、加工方向や加工速度等を制御させる。さらに、例えば、加工システム制御系６５１は、ＡＦ方向制御部６５３に指令を与え、使用する変位センサ２１１を切り換える。
【０２２２】
ＸＹステージ制御部６５２は、例えば、Ｙ軸駆動部１１２および加工ヘッド１１５のＸ方向の駆動系を制御することにより、加工方向や加工速度等を制御する。
【０２２３】
ＡＦ方向制御部６５３は、例えば、図３の変位センサ２１１とエラーアンプ２１３の間に設けられる。そして、ＡＦ方向制御部６５３は、加工方向に応じて、スイッチ６５４の接点を切り換え、エラーアンプ２１３に測定信号を供給する変位センサ２１１を選択する。例えば、加工方向がＸ＋方向の場合、変位センサ２１１ａが選択され、加工方向がＸ−方向の場合、変位センサ２１１ｂが選択され、加工方向がＹ＋方向の場合、変位センサ２１１ｃが選択され、加工方向がＹ−方向の場合、変位センサ２１１ｄが選択される。
【０２２４】
これにより、加工方向がＸ＋方向、Ｘ−方向、Ｙ＋方向、または、Ｙ−方向のいずれであっても、ワーク１０２の変位を先読みすることができ、かつ、先読みする位置を適切に設定することができる。
【０２２５】
なお、測定点ＭＰの位置を調整できることを利用して、図１８に示されるように、測定ユニット６０１の数を２つに削減することが可能である。
【０２２６】
図１８の例では、図１７の例から、測定ユニット６０１ｂおよび測定ユニット６０１ｄが削除され、測定ユニット６０１ａおよび測定ユニット６０１ｃが残されている。
【０２２７】
例えば、加工方向がＸ＋方向である場合、移動機構駆動系６０２は、移動機構６１２ａを駆動して、測定点ＭＰａがレーザ加工点ＦＰからＸ＋方向にオフセットするように（例えば、測定点ＭＰａ１）、測定ユニット６０１ａを実線で示される位置に設定する。また、ＡＦ方向制御部６５３は、スイッチ６５４を介して、変位センサ２１１ａを選択する。
【０２２８】
加工方向がＸ−方向である場合、移動機構駆動系６０２は、移動機構６１２ａを駆動して、測定点ＭＰａがレーザ加工点ＦＰからＸ−方向にオフセットするように（例えば、測定点ＭＰａ２）、測定ユニット６０１ａを点線で示される位置に設定する。また、ＡＦ方向制御部６５３は、スイッチ６５４を介して、変位センサ２１１ａを選択する。
【０２２９】
加工方向がＹ＋方向である場合、移動機構駆動系６０２は、移動機構６１２ｃを駆動して、測定点ＭＰｃがレーザ加工点ＦＰからＹ＋方向にオフセットするように、測定ユニット６０１ｃを実線で示される位置（測定点ＭＰｃ１）に設定する。また、ＡＦ方向制御部６５３は、スイッチ６５４を介して、変位センサ２１１ｃを選択する。
【０２３０】
加工方向がＹ−方向である場合、移動機構駆動系６０２は、移動機構６１２ｃを駆動して、測定点ＭＰｃがレーザ加工点ＦＰからＹ−方向にオフセットするように、測定ユニット６０１ｃを点線で示される位置（測定点ＭＰｃ２）に設定する。また、ＡＦ方向制御部６５３は、スイッチ６５４を介して、変位センサ２１１ｃを選択する。
【０２３１】
このようにして、測定ユニット６０１の数を２つに削減しても、Ｘ＋方向、Ｘ−方向、Ｙ＋方向、または、Ｙ−方向のいずれの加工方向に対してもワーク１０２の変位の先読みを行うことが可能になる。
【０２３２】
なお、測定ユニット６０１ａおよび測定ユニット６０１ｃを削除し、測定ユニット６０１ｂおよび測定ユニット６０１ｄを残すようにしてもよい。
【０２３３】
また、図１５の実施の形態と同様に、測定点ＭＰとレーザ加工点ＦＰとの間の相対方向を、Ｘ方向およびＹ方向に対して斜めに設定することにより、図１９に示されるように、測定ユニット６０１の数を１つに削減することができる。
【０２３４】
具体的には、測定ユニット６０１は、変位センサ２１１と拡散反射板２１２の間に対物レンズ２１７が配置され、変位センサ２１１から拡散反射板２１２への相対方向がＸ方向およびＹ方向に対して斜めになるように設置されている。また、変位センサ２１１は、対物レンズ２１７（レーザ加工点ＦＰ）に対してＸ＋方向とＹ＋方向の間の方向に配置され、拡散反射板２１２は、対物レンズ２１７（レーザ加工点ＦＰ）に対してＸ−方向とＹ−方向の間の方向に配置されている。
【０２３５】
例えば、加工方向がＸ＋方向またはＹ＋方向である場合、移動機構駆動系６０２は、移動機構６１２を駆動して、測定点ＭＰがレーザ加工点ＦＰからＸ＋方向およびＹ＋方向にオフセットするように（例えば、測定点ＭＰ１）、測定ユニット６０１を実線で示される位置に設定する。
【０２３６】
一方、加工方向がＸ−方向またはＹ−方向である場合、移動機構駆動系６０２は、移動機構６１２を駆動して、測定点ＭＰがレーザ加工点ＦＰからＸ−方向およびＹ−方向にオフセットするように（例えば、測定点ＭＰ２）、測定ユニット６０１を点線で示される位置に設定する。
【０２３７】
このようにして、測定ユニット６０１の数を１つに削減しても、Ｘ＋方向、Ｘ−方向、Ｙ＋方向、または、Ｙ−方向のいずれの加工方向に対してもワーク１０２の変位の先読みを行うことが可能になる。また、ＡＦ方向制御部６５３およびスイッチ６５４を削除することができる。
【０２３８】
なお、変位センサ２１１から拡散反射板２１２への相対方向は、Ｘ方向およびＹ方向に対して斜めであれば任意である。例えば、図２０に示されるように、変位センサ２１１から拡散反射板２１２への相対方向を、図１９の例から１８０度回転させた方向に設定するようにしてもよい。
【０２３９】
ただし、変位センサ２１１と拡散反射板２１２の間の相対方向を、Ｘ方向およびＹ方向に対して４５度または４５度に近い方向に設定するのが望ましい。
【０２４０】
また、測定点ＭＰがワーク１０２の外にはみ出る場合には、図１５の実施の形態と同様にワーク１０２の外にはみ出る直前の測定値を記憶して用いるようにしたり、測定点ＭＰがはみ出ない位置に測定ユニット６０１を移動させるようにすればよい。
【０２４１】
さらに、図２１に示されるように、レーザ加工点ＦＰを中心にワーク１０２の加工面に対して平行に測定ユニット６０１を回転させる回転機構を設け、レーザ加工点ＦＰを中心に測定点ＭＰを回転させるようにしてもよい。
【０２４２】
この回転機構は、例えば、モータ７０１および回転ギア７０２により構成される。なお、回転ギア７０２の中央には、対物レンズ２１７に加工用のレーザ光を入射させるための開口７０２Ａが設けられている。
【０２４３】
そして、モータ７０１を駆動し回転ギア７０２を回転させることにより、測定ユニット６０１が対物レンズ２１７の周りを矢印Ａの方向に回転し、測定点ＭＰがレーザ加工点ＦＰを中心に回転する。
【０２４４】
これにより、Ｘ方向およびＹ方向以外の方向に加工方向が設定されても、加工方向に合わせてワーク１０２の変位を先読みする方向を設定することができる。
【０２４５】
なお、この例において、移動機構駆動系６０２および移動機構６１２を削除して、先読み距離Ｌの調整機能を削除するようにすることも可能である。
【０２４６】
また、測定ユニット６０１を回転させる機構は任意であり、例えば、中空モータ等を用いて回転させるようにしてもよい。
【０２４７】
＜３．変形例＞
以下、本発明の実施の形態の変形例について説明する。
【０２４８】
図１のレーザ加工装置１０１では、ガントリ１１４を固定する例を示したが、例えば、図１のＹ軸駆動部１１２をなくし、ガントリ１１４自体をＹ方向に駆動させる構成（移動ガントリ方式ステージ）としてもよい。
【０２４９】
また、以上の説明では、板状の拡散反射板２１２を用いる例を示したが、板状以外の形状（例えば、球状等）の拡散反射体を用いるようにしてもよい。
【０２５０】
さらに、例えば、エラーアンプ２１３の機能を変位センサ２１１に内蔵するようにしてもよい。
【０２５１】
また、例えば、変位センサ２１１の信号処理部２３４が、測定結果に基づいて、ワーク１０２の変位δを算出し、変位δを示す測定信号を出力するようにしてもよい。この場合、例えば、信号処理部２３４が、ワーク１０２の加工面の反射の状態の検出結果に基づいて、上述した式（４）に基づく拡散反射面に対する変位δの算出方法と、上述した式（８）に基づく正反射面に対する変位δの算出方法を自動で切り換えるようにしてもよい。
【０２５２】
さらに、例えば、変位センサ２１１の信号処理部２３４が、測長距離が測長範囲内であるか否かに基づいて、ワーク１０２の加工面の反射の状態を検出するようにしてもよい。例えば、正反射面に対する測長範囲を設定している場合に、測長距離が測長範囲から外れたとき、ワーク１０２の加工面が正反射面から拡散反射面に変わったことを検出し、拡散反射面に対する測長範囲を設定している場合に、測長距離が測長範囲から外れたとき、ワーク１０２の加工面が拡散反射面から正反射面に変わったことを検出することができる。
【０２５３】
また、以上の説明では、対物レンズ２１７のＺ方向の位置により対物レンズ２１７の焦点の位置を調整する例を示したが、本発明は、例えば、対物レンズ２１７を複数のレンズにより構成し、レンズ間の間隔等により焦点の位置を調整する場合にも適用できる。
【０２５４】
さらに、リニアセンサ２３３の代わりに、２次元のイメージセンサ等を用いるようにしてもよい。
【０２５５】
また、以上の説明では、ワーク１０２の加工面で正反射または拡散反射されたプローブ光を用いて、加工面に対物レンズ２１７の焦点を合わせる例を示した。しかし、本発明は、加工面とは異なる面で正反射または拡散反射されたプローブ光を用いて、加工面に対物レンズ２１７の焦点を合わせるようにすることも可能である。
【０２５６】
例えば、図２２の矢印Ａ１に示されるように、ガラス基板８０１側から正反射膜８０２（例えば、Ｍｏ膜等）にレーザ光を照射して加工する場合について検討する。この場合、まず、上述したように、ガラス基板８０１の表面８０１ａで拡散反射されたプローブ光を用いて、ガラス基板８０１の表面８０１ａに焦点位置を合わせることが可能である。このとき、ガラス基板８０１の表面８０１ａからガラス基板８０１の厚みだけ深い位置に焦点位置をオフセットするように設定することにより、ガラス基板８０１の表面８０１ａで拡散反射されたプローブ光を用いて、実際の加工面である正反射膜８０２の表面８０２ａに焦点位置を合わせることができる。
【０２５７】
これは、例えば、図２３の矢印Ａ２に示されるように、透明または半透明なフィルム基板８１１（例えば、PIシート、PETシート、COCシート等のフレキシブルシート等）側から正反射膜８１２にレーザ光を照射して加工する場合も同様である。すなわち、フィルム基板８１１の表面８１１ａで拡散反射されたプローブ光を用いて、実際の加工面である正反射膜８１２の表面８１２ａに焦点位置を合わせることができる。
【０２５８】
また、本発明は、図２４に示されるように、ワーク１０２の表面だけでなく、ワーク１０２の表面より深い加工面で反射したプローブ光を用いて、当該加工面に焦点位置を合わせる場合にも適用できる。
【０２５９】
具体的には、例えば、プローブ光の波長をフィルム基板８２１に対して透過率の良い波長に設定するとともに、フィルム基板８２１の表面８２１ａにプローブ光が拡散反射しにくくなるようなコーティングを施しておく。そうすると、矢印Ａ３に示されるように、フィルム基板８２１側から入射したプローブ光は、フィルム基板８２１を透過し、正反射膜８２２の表面８２２ａで正反射される。この正反射膜８２２の表面８２２ａで正反射されたプローブ光を用いて、正反射膜８２２の表面８２２ａに焦点位置を合わせることが可能である。
【０２６０】
また、例えば、図１３および図１４の実施の形態で、Ｘ方向およびＹ方向に対して斜めの方向にレーザ加工する場合、拡散反射ブロック５０１の拡散反射板２１２が設けられている面と面の間の逆三角形の面に拡散反射板を設けることも可能である。
【０２６１】
なお、本発明は、レーザ加工装置以外でオートフォーカスを行う装置にも適用することが可能である。
【０２６２】
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０２６３】
１０１  レーザ加工装置
１０２  ワーク
１１２  Ｙ軸駆動部
１１３  載物台
１１４  ガントリ
１１５ａ乃至１１５ｆ  加工ヘッド
２０１  焦点調整装置
２１１，２１１ａ乃至２１１ｄ  変位センサ
２１２，２１２ａ乃至２１２ｄ  拡散反射板
２１３  エラーアンプ
２１４  モータドライバ
２１５  Ｚ軸駆動用モータ
２１６  Ｚ軸駆動用ネジ
２１７  対物レンズ
２３１  レーザ光源
２３２  受光レンズ
２３３  リニアセンサ
２３４  信号処理部
３０１  焦点調整装置
３１１  接続部材
３５１  焦点調整装置
３６１  架台
３６２  モータドライバ
３６３  ロータリエンコーダ
４５１  焦点調整装置
４６１  拡散反射板
４６１Ａ  ピンホール
４６２  フォトセンサ
４６３  増幅比較器
５０１  拡散反射ブロック
６０１，６０１ａ乃至６０１ｄ  測定ユニット
６０２  移動機構駆動系
６１１，６１１ａ乃至６１１ｄ  接続部材
６１２，６１２ａ乃至６１２ｄ  移動機構
６５１  加工システム制御系
６５２  ＸＹステージ制御部
６５３  ＡＦ方向制御部
６５４  スイッチ
７０１  モータ
７０２  回転ギア
ＦＰ  レーザ加工点
ＭＰ  測定点
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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