JP4925934B2 - 合焦装置及びこれを備えた加工装置 - Google Patents
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Description
本発明は、測定光を出射する投光手段と、前記投光手段と対象物との間に位置し、前記投光手段からの前記測定光を集光して前記対象物に照射し、前記対象物からの反射光を集光させる対物レンズを有する集光手段と、前記対物レンズにより集光される前記測定光の焦点を、前記対象物に対して前記測定光の光軸方向に沿う所定範囲で相対的に移動可能な焦点位置駆動手段と、前記焦点位置駆動手段を駆動制御する制御手段と、前記反射光を第1の分岐光と第2の分岐光とに分岐させる光分岐手段と、前記光分岐手段により分岐された前記第1の分岐光が入射されて前記測定光の焦点位置に応じた第1の受光量を受けると共に、前記測定光の焦点が前記対象物表面に位置するときに前記第1の受光量が最大となるように設けられた第1の受光手段とを備え、前記制御手段は、前記焦点位置の変化と前記第1の受光量の変化とに基づいて、前記第1の受光量が最大となるように制御する合焦装置であって、前記光分岐手段により分岐された前記第2の分岐光が入射されて前記測定光の焦点位置に応じた第2の受光量を受けると共に、前記第1の受光量が最大となる焦点位置とは異なる焦点位置で前記第2の受光量が最大となるように設けられた第2の受光手段を備え、前記第2の受光手段は、前記測定光の焦点が前記対象物表面にあるときに、前記測定光の焦点位置の変化量に対する前記第2の受光量の変化量の変化率が最大となるように設定されており、前記制御手段は、前記第2の受光量の変化に基づいて、前記測定光の焦点の移動方向を決定し、この決定された移動方向に前記測定光の焦点を移動させて前記第1の受光量が最大となるように制御する構成としたところに特徴を有する。
また、前者の構成によれば、記憶手段に記憶された基準受光量に基づいて、比較手段により第2の受光量の増減を判定することができる。
また、後者の構成によれば、測定光の焦点位置がわずかに変化しても、第2の受光量が大きく変化するため、より精度の高い焦点位置の調整が可能になる。
集光手段は、第1の分岐光を集光する第1の集光レンズと、第1の分岐光の光軸上にピンホールを有し、測定光の焦点が対象物表面に位置するときに第1の集光レンズにより集光される第1の分岐光の焦点に設置された第1の遮蔽板とを備える構成としてもよい。このような構成によれば、測定光の焦点が対象物表面からずれたときに、第1の分岐光の焦点も第1の遮蔽板からずれるため、ピンホールを通過する光の量が減少して第1の受光量が減少する。
本発明の実施形態1にかかるレーザ加工装置1について図面を参照しながら説明する。本実施形態におけるレーザ加工装置1は、載置テーブル30上に載置された被加工対象物Wに、加工用レーザ光源20から出射されたレーザビームL2を照射して加工を施す装置である。レーザ加工装置1は、図1に示すように、加工用レーザ光源20等を有する加工ヘッド部2と、この加工ヘッド部2に対して載置テーブル30を移動させる焦点位置駆動手段3とを備えている。また、レーザ加工装置1は、レーザビームL2の出射や載置テーブル30の移動等の動作を制御する制御手段40を備えている。
被加工対象物Wが所定の載置位置にある載置テーブル30上に載置された状態で、「加工開始」の入力があると、被加工対象物Wにマーキングする文字形状、加工位置、レーザビームL2の出力等のデータが書き込まれた加工プログラムを記憶手段から読み出すと共に、焦点位置調整モードに移行する。被加工対象物Wは、焦点位置駆動手段3により所定の載置位置から所定の加工位置に移動される。
1.本実施形態によれば、受光量D2の変化さえ知ることができれば、測定光L1の焦点位置のずれ方向を特定することができる。つまり、各受光手段18,19の機差や、複雑な光軸調整等の影響を考慮しなくてもよく、また、複雑な演算処理を行う必要もない。したがって、被加工対象物Wの表面を測定光L1の焦点F1に向けて最短距離で移動させることができ、もって焦点位置の調整に要する時間を短縮することができる。
実施形態2におけるレーザ加工装置50について図面を参照しながら説明する。本実施形態のレーザ加工装置50は、実施形態1における第2受光手段19を光位置センサ51に変更すると共に、第2遮蔽板22をなくしたものである。この光位置センサ51は受光量に応じた電圧を発生させる検出面51aを有し、この検出面51aに照射された第2の分岐光S2の照射スポットの重心位置を検出する。本実施形態では、光位置センサ51は、その下端部が第2の分岐光S2の光軸と一致することで第2の分岐光S2の上半分を受光すると共に、その下半分をそのまま通過させるように設けられている。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)本実施形態では合焦装置をレーザ加工装置1に適用しているものの、本発明によれば、合焦装置をレーザ顕微鏡等の共焦点顕微鏡に適用してもよいし、距離測定等を行う測定装置に適用してもよい。
2…加工ヘッド部
3…焦点位置駆動手段
11…投光手段
12…第1ダイクロイックミラー(光合流手段)
14…偏光ビームスプリッタ(光分岐手段)
15…対物レンズ
16…第1集光レンズ
17…第2集光レンズ
18…第1受光手段
19…第2受光手段
20…加工用レーザ光源
21…第1遮蔽板
22…第2遮蔽板
40…制御手段
51…光位置センサ(受光手段)
D1…受光量(第1の受光量)
D2…受光量(第2の受光量)
F1…測定光の焦点
F2…第1の分岐光の焦点
F3…第2の分岐光の焦点
L1…測定光
L2…レーザビーム(レーザ光)
S1…第1の分岐光
S2…第2の分岐光
W…被加工対象物(対象物)
Claims (6)
- 測定光を出射する投光手段と、
前記投光手段と対象物との間に位置し、前記投光手段からの前記測定光を集光して前記対象物に照射し、前記対象物からの反射光を集光させる対物レンズを有する集光手段と、
前記対物レンズにより集光される前記測定光の焦点を、前記対象物に対して前記測定光の光軸方向に沿う所定範囲で相対的に移動可能な焦点位置駆動手段と、
前記焦点位置駆動手段を駆動制御する制御手段と、
前記反射光を第1の分岐光と第2の分岐光とに分岐させる光分岐手段と、
前記光分岐手段により分岐された前記第1の分岐光が入射されて前記測定光の焦点位置に応じた第1の受光量を受けると共に、前記測定光の焦点が前記対象物表面に位置するときに前記第1の受光量が最大となるように設けられた第1の受光手段とを備え、
前記制御手段は、前記焦点位置の変化と前記第1の受光量の変化とに基づいて、前記第1の受光量が最大となるように制御する合焦装置であって、
前記光分岐手段により分岐された前記第2の分岐光が入射されて前記測定光の焦点位置に応じた第2の受光量を受けると共に、前記第1の受光量が最大となる焦点位置とは異なる焦点位置で前記第2の受光量が最大となるように設けられた第2の受光手段を備え、
前記制御手段は、
前記第1の受光量が最大となるときにおける前記第2の受光量を基準受光量として記憶する記憶手段と、
前記第2の受光量と前記基準受光量とを比較して前記第2の受光量の増減を判定する比較手段とを備え、前記第2の受光量の変化に基づいて、前記測定光の焦点の移動方向を決定し、この決定された移動方向に前記測定光の焦点を移動させて前記第1の受光量が最大となるように制御することを特徴とする合焦装置。 - 測定光を出射する投光手段と、
前記投光手段と対象物との間に位置し、前記投光手段からの前記測定光を集光して前記対象物に照射し、前記対象物からの反射光を集光させる対物レンズを有する集光手段と、
前記対物レンズにより集光される前記測定光の焦点を、前記対象物に対して前記測定光の光軸方向に沿う所定範囲で相対的に移動可能な焦点位置駆動手段と、
前記焦点位置駆動手段を駆動制御する制御手段と、
前記反射光を第1の分岐光と第2の分岐光とに分岐させる光分岐手段と、
前記光分岐手段により分岐された前記第1の分岐光が入射されて前記測定光の焦点位置に応じた第1の受光量を受けると共に、前記測定光の焦点が前記対象物表面に位置するときに前記第1の受光量が最大となるように設けられた第1の受光手段とを備え、
前記制御手段は、前記焦点位置の変化と前記第1の受光量の変化とに基づいて、前記第1の受光量が最大となるように制御する合焦装置であって、
前記光分岐手段により分岐された前記第2の分岐光が入射されて前記測定光の焦点位置に応じた第2の受光量を受けると共に、前記第1の受光量が最大となる焦点位置とは異なる焦点位置で前記第2の受光量が最大となるように設けられた第2の受光手段を備え、
前記第2の受光手段は、前記測定光の焦点が前記対象物表面にあるときに、前記測定光の焦点位置の変化量に対する前記第2の受光量の変化量の変化率が最大となるように設定されており、
前記制御手段は、前記第2の受光量の変化に基づいて、前記測定光の焦点の移動方向を決定し、この決定された移動方向に前記測定光の焦点を移動させて前記第1の受光量が最大となるように制御することを特徴とする合焦装置。 - 前記集光手段は、
前記第1の分岐光を集光する第1の集光レンズと、
前記第1の分岐光の光軸上にピンホールを有し、前記測定光の焦点が前記対象物表面に位置するときに前記第1の集光レンズにより集光される前記第1の分岐光の焦点に設置された第1の遮蔽板とを備える請求項1又は請求項2に記載の合焦装置。 - 前記集光手段は、
前記第2の分岐光を集光する第2の集光レンズと、
前記第2の分岐光の光軸上にピンホールを有し、前記測定光の焦点が前記対象物表面に位置するときに前記第2の集光レンズにより集光される前記第2の分岐光の焦点に対して前記第2の分岐光の光軸方向にずれて設置された第2の遮蔽板とを備える請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の合焦装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の合焦装置と、レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記投光手段から出射される前記測定光の光軸上に配され、前記レーザ光と前記測定光とを合流させる光合流手段とを備える加工装置。 - 前記光合流手段は、前記レーザ光と前記測定光とを同軸となるように合流させるようにしたものにおいて、
前記焦点位置の調整を行う焦点位置調整モードと前記対象物に対してレーザ加工を行う加工モードとを実行可能にすると共に、前記焦点位置調整モードで、前記第1の受光量が最大となったことを条件に前記加工モードに移行することを特徴とする請求項5に記載の加工装置。
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