JP4212305B2 - レーザ照射装置 - Google Patents
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Description
【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上記所定の領域内の指示点に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、上記制御手段に、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と、上記レーザ光の進行方向を振って走査し得る上記所定の領域内の指示点に上記レーザ光を照射するために、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び上記可動板の一軸方向の走査角度を設定する設定手段とを設けたものである。
【0007】
このような構成により、上記制御手段に設けられた補償手段によって、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し、さらに上記制御手段に設けられた設定手段によって、上記レーザ光の進行方向を振って走査し得る上記所定の領域内の指示点に上記レーザ光を照射するために、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び上記可動板の一軸方向の走査角度を設定することができる。これにより、上記可動板を、該可動板が揺動する二軸方向の共振周波数が同一で、上記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して揺動させた状態で、レーザ光の進行方向を振って走査し得る上記所定の領域内の指示点に該レーザ光を照射するために、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び上記可動板の一軸方向の走査角度を設定して該レーザ光を射出するタイミングを制御することができる。
【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、上記設定手段には、上記所定の領域内の指示点に照射されるレーザ光の該指示点における二次元座標を、上記レーザ光を該指示点に照射するために、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、所定の領域内の指示点に照射されるレーザ光の該指示点における二次元座標が、上記レーザ光を該指示点に照射するために、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に変換される。
【0010】
さらに、上記設定手段に、上記所定の領域内の指示点に照射されたレーザ光を受光して受信信号を生成する受光部と、該受光部が生成する受光信号を受信したときの上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び該可動板の一軸方向の走査角度のデータを記憶する蓄積メモリとを備えて、上記データを参照可能とする参照手段を備えている。これにより、上記受光部によって、所定の領域内の指示点に照射されたレーザ光を受光して受信信号を生成し、上記蓄積メモリによって、該受光部が生成する受光信号を受信したときの上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び該可動板の一軸方向の走査角度のデータが記憶され、上記データを参照することができる。
【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、本発明においては、コントローラ21には設定手段が設けられている。この設定手段は、レーザ光の進行方向を振って走査し得る所定の領域内の指示点Pにレーザ光を照射するために、可動板41の二軸方向の振れ角の位相差θ及び可動板41の一軸方向の走査角度φを設定するものである。この設定手段には、図1に示す変換テーブル32と参照手段とが備えられている。まず、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、上記参照手段には、図1に示す受光部33と蓄積メモリ34とが備えられている。この参照手段は、受光部33によって、所定の領域内の指示点Pに照射されたレーザ光を受光して受信信号を生成し、受光部33が生成する受光信号を受信したときの可動板41の二軸方向の振れ角の位相差θ及び可動板41の一軸方向の走査角度φのデータが蓄積メモリ34に記憶され上記データを参照することができるものである。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もので、受光したレーザ光を受信信号に変換す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、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の値を選択して設定すればよい(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、上記制御手段に設けられた補償手段によって、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し、さらに上記制御手段に設けられた設定手段によって、上記レーザ光の進行方向を振って走査し得る上記所定の領域内の指示点に上記レーザ光を照射するために、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び上記可動板の一軸方向の走査角度を設定することができる。これにより、上記可動板を、該可動板が揺動する二軸方向の共振周波数が同一で、上記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して揺動させた状態で、レーザ光の進行方向を振って走査し得る上記所定の領域内の指示点に該レーザ光を照射するために、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び上記可動板の一軸方向の走査角度を設定して該レーザ光を射出するタイミングを制御することができる。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ように上記位相差と上記走査角度を設定することができる。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、上記設定手段に、上記所定の領域内の指示点に照射されるレーザ光の該指示点における二次元座標を、上記レーザ光を該指示点に照射するために、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に変換する変換テーブルを備えたことにより、変換テーブルによって、所定の領域内の指示点に照射されるレーザ光の該指示点における二次元座標が、上記レーザ光を該指示点に照射するために、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に変換される。これにより、任意の指示点の座標を、上気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、上記設定手段に、上記所定の領域内の指示点に照射されたレーザ光を受光して受信信号を生成する受光部と、該受光部が生成する受光信号を受信したときの上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び該可動板の一軸方向の走査角度のデータを記憶する蓄積メモリとを備えて、上記データを参照可能とする参照手段を備えたことにより、該受光部によって、所定の領域内の指示点に照射されたレーザ光を受光して受信信号を生成し、上記蓄積メモリによって、該受光部が生成する受光信号を受信したときの上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び該可動板の一軸方向の走査角度のデータが記憶され、上記データを参照することができる。
【0052】
また、請求項5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6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
Claims (6)
- 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上記所定の領域内の指示点に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、
上記制御手段に、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と、上記レーザ光の進行方向を振って走査し得る上記所定の領域内の指示点に上記レーザ光を照射するために、上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び上記可動板の一軸方向の走査角度を設定する設定手段とを設けたことを特徴とするレーザ照射装置。 - 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。
- 上記設定手段は、上記所定の領域内の指示点に照射されるレーザ光の該指示点における二次元座標を、上記レーザ光を該指示点に照射するために、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。
- 上記設定手段は、上記所定の領域内の指示点に照射されたレーザ光を受光して受信信号を生成する受光部と、該受光部が生成する受光信号を受信したときの上記可動板の二軸方向の振れ角の位相差及び該可動板の一軸方向の走査角度のデータを記憶する蓄積メモリとを備えて、上記データを参照可能とする参照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。
- 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。
- 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。
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