特許 7526889 光走査装置及び光走査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-24

(45)【発行日】2024-08-01

(54)【発明の名称】光走査装置及び光走査方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/10 20060101AFI20240725BHJP

   G02B 26/08 20060101ALI20240725BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20240725BHJP

【ＦＩ】

G02B26/10 C

G02B26/08 E

G02B26/10 104Z

B23K26/082

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023524006

(86)(22)【出願日】2022-02-28

(86)【国際出願番号】 JP2022008111

(87)【国際公開番号】W WO2022249607

(87)【国際公開日】2022-12-01

【審査請求日】2023-09-29

(31)【優先権主張番号】P 2021087101

(32)【優先日】2021-05-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】難波 年賢

【審査官】山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０２０８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０３０７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１６０５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２５４４４４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２６／１０，２６／１２

Ｇ０２Ｂ ２６／０８

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｈ０２Ｎ ２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部と、
前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成部と、
前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得部と、
前記第１指令波形および前記第２指令波形の少なくとも何れかを補正する指令波形補正部と、を備え、
前記指令波形補正部は、前記軌跡の真円度を高めるように、前記第１指令波形の振幅である第１振幅、および、前記第２指令波形の振幅である第２振幅の少なくとも何れかと、前記第１指令波形と前記第２指令波形との位相差とを補正する、
ことを特徴とする光走査装置。

【請求項2】

前記第１指令波形および前記第２指令波形は、各々の周波数が等しく、かつ、前記第１振幅および前記第２振幅が等しく、かつ、前記位相差が９０°である正弦波である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。

【請求項3】

前記走査部は、ピエゾ素子を用いて前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージを更に備え、
前記第１指令波形および前記第２指令波形の各々は、ぞれぞれ、前記２軸チルトステージの前記第１方向および前記第２方向に対する傾きを制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。

【請求項4】

前記ピエゾ素子は、前記第１指令波形に応じて変位する第１ピエゾ素子と、前記第２指令波形に応じて変位する第２ピエゾ素子と、により構成されており、
前記第１ピエゾ素子の変位である第１変位を検出する第１変位センサと、
前記第２ピエゾ素子の変位である第２変位を検出する第２変位センサと、
前記第１変位センサが検出した前記第１変位の振幅中心が第１目標値に近づくように、前記第１指令波形を補正する第１補正値を生成する第１補正値生成部と、
前記第２変位センサが検出した前記第２変位の振幅中心が第２目標値に近づくように、前記第２指令波形を補正する第２補正値を生成する第２補正値生成部と、
前記第１指令波形と前記第１補正値とを合成することによって第１合成波形を生成する第１合成波形生成部と、
前記第２指令波形と前記第２補正値とを合成することによって第２合成波形を生成する第２合成波形生成部と、
前記第１合成波形にしたがって前記第１ピエゾ素子を駆動する第１駆動部と、
前記第２合成波形にしたがって前記第２ピエゾ素子を駆動する第２駆動部と、を更に備えている、
ことを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。

【請求項5】

前記走査部は、前記ミラーの後段に設けられたガルバノスキャナであって、レーザ光を反射する第１ミラーおよび第２ミラーと、前記第１ミラーの傾きを変化させる第１モータと、前記第２ミラーの傾きを変化させる第２モータと、を備えたガルバノスキャナを更に備え、
前記第１指令波形は、前記第１モータを制御することにより前記第１ミラーの前記第１方向における傾きを制御し、
前記第２指令波形は、前記第２モータを制御することにより前記第２ミラーの前記第２方向における傾きを制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。

【請求項6】

レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部と、
前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成部と、
前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得部と、を備え、
前記第１指令波形および前記第２指令波形は、各々に共通する周波数と、各々の振幅である第１振幅および第２振幅と、各々の位相差とにより規定される正弦波であり、
指令波形生成部は、（１）前記レーザ光を走査する周波数と、前記軌跡の直径と、前記第１振幅と、前記第２振幅と、前記位相差との関係を表すテーブルを参照し、（２）所望の周波数を有し、かつ、当該所望の周波数および所望の直径に対応する第１振幅、第２振幅、および位相差を有する前記第１指令波形および前記第２指令波形を生成し、
前記テーブルは、前記第１振幅と前記第２振幅とが等しく、かつ、前記位相差が９０°である場合と比較して、前記軌跡の真円度を高めるように前記第１振幅、前記第２振幅、および前記位相差が定められている、
ことを特徴とする光走査装置。

【請求項7】

前記走査部は、ピエゾ素子を用いて前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージを更に備え、
前記第１指令波形および前記第２指令波形の各々は、ぞれぞれ、前記２軸チルトステージの前記第１方向および前記第２方向に対する傾きを制御し、
前記ピエゾ素子は、前記第１指令波形に応じて変位する第１ピエゾ素子と、前記第２指令波形に応じて変位する第２ピエゾ素子と、により構成されており、
前記第１ピエゾ素子の変位である第１変位を検出する第１変位センサと、
前記第２ピエゾ素子の変位である第２変位を検出する第２変位センサと、
前記第１変位センサが検出した前記第１変位の振幅中心が第１目標値に近づくように、前記第１指令波形を補正する第１補正値を生成する第１補正値生成部と、
前記第２変位センサが検出した前記第２変位の振幅中心が第２目標値に近づくように、前記第２指令波形を補正する第２補正値を生成する第２補正値生成部と、
前記第１指令波形と前記第１補正値とを合成することによって第１合成波形を生成する第１合成波形生成部と、
前記第２指令波形と前記第２補正値とを合成することによって第２合成波形を生成する第２合成波形生成部と、
前記第１合成波形にしたがって前記第１ピエゾ素子を駆動する第１駆動部と、
前記第２合成波形にしたがって前記第２ピエゾ素子を駆動する第２駆動部と、を更に備えている、
ことを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。

【請求項8】

前記軌跡を表す画像を撮像する撮像部を更に備え、
前記軌跡取得部は、前記画像に画像処理を施すことによって当該画像から前記軌跡を取得する、
ことを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の光走査装置。

【請求項9】

レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部を用いた光走査方法であって、
前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成工程と、
前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得工程と、
前記第１指令波形および前記第２指令波形の少なくとも何れかを補正する指令波形補正工程と、を含み、
前記指令波形補正工程は、前記軌跡の真円度を高めるように、前記第１指令波形の振幅である第１振幅、および、前記第２指令波形の振幅である第２振幅の少なくとも何れかと、前記第１指令波形と前記第２指令波形との位相差とを補正する、
ことを特徴とする光走査方法。

【請求項10】

前記指令波形生成工程は、各々の周波数が等しく、かつ、前記第１振幅および前記第２振幅が等しく、かつ、前記位相差が９０°である正弦波である前記第１指令波形および前記第２指令波形を生成する、
ことを特徴とする請求項９に記載の光走査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

レーザ光によって対象物を走査する光走査装置及び光走査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工の分野では、レーザ光によって対象物を走査する光走査装置が広く利用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】日本国公開特許公報特開２０１５－３００１１号

【文献】日本国公開特許公報特開２０１４－２１７８７５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光走査装置としては、例えば、特許文献１に記載のように、レーザ光を走査する走査部としてガルバノスキャナを用いた装置が知られている。ガルバノスキャナは、レーザ光を反射する一対のミラーである第１ミラーおよび第２ミラーと、前記第１ミラーの第１方向における傾きを変化させる第１モータと、前記第２ミラーの第２方向における傾きを変化させる第２モータと、を備えている。第１モータは、第１指令波形により制御され、第２モータは、第２指令波形により制御される。また、別のタイプの光走査装置として、特許文献２に記載のように、走査部として２軸チルトステージを用いた装置が知られている。２軸チルトステージは、第１指令波形に従って第１方向に対してミラーを傾ける（例えば、ｘ軸を回転軸としてミラーを微小回転させる）機能と、第２指令波形に従って第２方向に対してミラーを傾ける（例えば、ｙ軸を回転軸としてミラーを微小回転させる）機能と、を有している。

【0005】

しかしながら、実際の光走査装置においては、レーザ光の照射点が描く軌跡に歪みが生じ、軌跡の真円度が低下する。

【0006】

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、円軌道を描くようにレーザ光を走査する場合に、照射点が描く軌跡の真円度を高めることができる光走査装置または光走査方法を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光走査装置は、レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部と、前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成部と、前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得部と、前記第１指令波形および前記第２指令波形の少なくとも何れかを補正する指令波形補正部と、を備え、前記指令波形補正部は、前記軌跡の真円度を高めるように、前記第１指令波形の振幅である第１振幅、および、前記第２指令波形の振幅である第２振幅の少なくとも何れかと、前記第１指令波形と前記第２指令波形との位相差とを補正する。

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光走査装置は、レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部と、前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成部と、前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得部と、を備え、前記第１指令波形および前記第２指令波形は、各々に共通する周波数と、各々の振幅である第１振幅および第２振幅と、各々の位相差とにより規定される正弦波であり、指令波形生成部は、（１）前記レーザ光を走査する周波数と、前記軌跡の直径と、前記第１振幅と、前記第２振幅と、前記位相差との関係を表すテーブルを参照し、（２）所望の周波数を有し、かつ、当該所望の周波数および所望の直径に対応する第１振幅、第２振幅、および位相差を有する前記第１指令波形および前記第２指令波形を生成し、前記テーブルは、前記第１振幅と前記第２振幅とが等しく、かつ、前記位相差が９０°である場合と比較して、前記軌跡の真円度を高めるように前記第１振幅、前記第２振幅、および前記位相差が定められている。

【0009】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光走査方法は、レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部を用いた光走査方法であって、前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成工程と、前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得工程と、前記第１指令波形および前記第２指令波形の少なくとも何れかを補正する指令波形補正工程と、を含み、前記指令波形補正工程は、前記軌跡の真円度を高めるように、前記第１指令波形の振幅である第１振幅、前記第２指令波形の振幅である第２振幅、および前記第１指令波形と前記第２指令波形との位相差のうち少なくとも何れかを補正する。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、円軌道を描くようにレーザ光を走査する場合に、照射点が描く軌跡の真円度を高めることができる光走査装置または光走査方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る光走査装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示す光走査装置が備えている第１補正値生成部の構成を示すブロック図である。

【図3】図１に示す光走査装置における指令波形を示すグラフである。

【図4】図１に示す光走査装置が備えているミラーの動作を説明する模式図である。

【図5】本発明の一実施例およびその比較例における振幅中心の指令振幅依存性を示すグラフである。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る光走査装置の構成を示すブロック図である。

【図7】図６に示す光走査装置を用いて実施したウォブル走査の結果得られる照射点の軌跡を示すリサジュー図形である。（ａ）は、真円である軌跡を示し、（ｂ）は、楕円である軌跡を示す。

【図8】図６に示す光走査装置が実施する光走査方法のフローチャートである。

【図9】図６に示す光走査装置が備えている走査部の一変形例の構成を示す模式図である。

【図10】本発明の一実施例により得られた第１振幅、第２振幅、および位相差の周波数依存性である。

【図11】本発明の比較例により得られた第１振幅、第２振幅、および位相差の周波数依存性である。

【図12】本発明の一実施例および比較例の各々により得られた軌跡の真円度の周波数依存性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る光走査装置１の基本的構成について、図１～図４を参照して説明する。図１は、光走査装置１の構成を示すブロック図である。図２は、光走査装置１が備えている第１補正値生成部１３ａの構成を示すブロック図である。図３は、光走査装置１における指令波形を示すグラフである。図４は、光走査装置１が備えているミラー１１の動作を説明する模式図である。なお、図４においては、光走査装置１が備えている２軸チルトステージ１２の図示を省略している。

【0013】

（光走査装置の基本的構成）
光走査装置１は、基本的構成として、ミラー１１と、２軸チルトステージ１２と、第１補正値生成部１３ａと、第２補正値生成部１３ｂと、第１合成波形生成部１４ａと、第２合成波形生成部１４ｂと、駆動部１５と、を備えている。光走査装置１は、例えば、レーザ加工機に内蔵され、レーザ光の照射点を対象物上で移動させるために利用される。

【0014】

ミラー１１は、レーザ光を反射するための構成である。例えば、ミラー１１にて反射されたレーザ光は、直接、対象物に照射される。或いは、ミラー１１にて反射されたレーザ光は、ガルバノスキャナを介して、対象物に照射される。

【0015】

２軸チルトステージ１２は、ピエゾ素子を用いてミラー１１の傾きを変化させるための構成である。２軸チルトステージ１２は、第１柱状ピエゾ素子と、第２柱状ピエゾ素子と、第１変位センサ１２ａと、第２変位センサ１２ｂと、を備えている。なお、図１においては、第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子の図示を省略している。

【0016】

本実施形態においては、２軸チルトステージ１２として、（１）第１柱状ピエゾ素子の伸縮によって、ミラー１１を載置するステージをｘ軸を回転軸として微小回転させること、及び、（２）第２柱状ピエゾ素子の伸縮によって、ミラー１１を載置するステージをｙ軸を回転軸として微小回転させることが可能な２軸一体ピエゾステージを用いている。第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子の各々が伸縮することによって、第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子の各々の高さが変化する。以下において、第１柱状ピエゾ素子の高さの変化量を第１変位とよび、第２柱状ピエゾ素子の高さの変化量を第２変位とよぶ。なお、第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子の各々は、それぞれ、第１ピエゾ素子および第２ピエゾ素子の一例である。

【0017】

また、本実施形態において、第１変位センサ１２ａは、第１柱状ピエゾ素子における第１変位を検出し、第２変位センサ１２ｂは、第２柱状ピエゾ素子における第２変位を検出する。

【0018】

２軸チルトステージ１２は、例えば、ミラー１１により反射されたレーザ光の照射点が対象物上で円軌道を描くようにミラー１１の傾きを変化させる。この場合、対象物の並進移動、又は、ガルバノスキャナによるレーザ光の照射点の並進移動を組み合わせることによって、レーザ光の照射点が対象物上で螺旋軌道を描くウォブリングを実現することができる。

【0019】

なお、２軸チルトステージ１２のステージをｘ軸を回転軸Ａ_ｒとして微小回転させることを、本明細書においては、２軸チルトステージ１２を第１方向に対して傾ける、とも記載する。また、ｘ軸を回転軸Ａ_ｒとするステージの第１基準位置Ｐ_０からの回転角のことを、本明細書においては、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きとも記載する（図３参照）。なお、第１基準位置Ｐ_０は、第１柱状ピエゾ素子に印加される電圧が０Ｖである場合におけるステージの第１方向における位置である。すなわち、第１基準位置Ｐ_０は、第１変位がゼロである場合におけるステージの第１方向における位置である。

【0020】

一方、ｙ軸を回転軸としてステージを微小回転させることを、本明細書においては、２軸チルトステージ１２を第２方向に傾ける、とも記載する。また、ｙ軸を回転軸とするステージの第２基準位置からの回転角のことを、本明細書においては、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きとも記載する。ここでは、ｙ軸を回転軸としてステージを微小回転させる場合の回転軸と、第２基準位置とについては図示を省略するが、ｘ軸を回転軸としてステージを微小回転させる場合の回転軸Ａ_ｒと、第１基準位置Ｐ_０と同様である。なお、第２基準位置は、第２柱状ピエゾ素子に印加される電圧が０Ｖである場合におけるステージの第１方向における位置である。すなわち、第２基準位置は、第２変位がゼロである場合におけるステージの第１方向における位置である。

【0021】

（指令波形および２軸チルトステージの動作）
指令波形は、ピエゾ素子の変位を制御するために用いられる制御信号の波形である。ピエゾ素子は、印加される電圧に応じて変位するため、指令波形は、電圧信号の波形であることが好ましい。

【0022】

上述したように、２軸チルトステージ１２は、２軸チルトステージ１２を第１方向に対して傾けるために用いる第１柱状ピエゾ素子と、２軸チルトステージ１２を第２方向に対して傾けるために用いる第２柱状ピエゾ素子と、備えている。したがって、指令波形は、第１柱状ピエゾ素子の第１変位を制御するために用いられる第１指令波形と、第２柱状ピエゾ素子の第２変位を制御するために用いられる第２指令波形とを含む。以下では、第１指令波形を例として用いて、２軸チルトステージ１２を第１方向に対して傾ける場合のミラー１１の動作について図３および図４を参照して説明する。第２指令波形を用いて、２軸チルトステージ１２を第２方向に対して傾ける場合のミラー１１の動作は、回転軸がｘ軸とｙ軸とで異なる以外は、第１指令波形を例として用いて、２軸チルトステージ１２を第１方向に対して傾ける場合のミラー１１の動作と同様である。したがって、ここでは、第２指令波形を用いて、２軸チルトステージ１２を第２方向に対して傾ける場合のミラー１１の動作の詳しい説明を省略する。

【0023】

図３に示すように、第１指令波形は、時間変化する正の電圧により表される電圧信号の波形である。ウォブル走査を実施するために、第１指令波形は、周期的に振動し、且つ、振幅中心電圧Ｖ_ｃに対して対称な波形を有する。振幅中心電圧Ｖ_ｃは、指令波形が電圧信号の波形である場合における振幅中心である。本実施形態において、第１指令波形は、周波数ｆと、振幅中心電圧Ｖ_ｃと、振幅Ｖ_Ｉとにより規定される正弦波の形状を有する。第１指令波形の最大電圧Ｖ_Ｗ＋および最小電圧Ｖ_Ｗーの各々は、それぞれ、Ｖ_Ｗ＋＝Ｖ_ｃ＋Ｖ_Ｉ／２、および、Ｖ_Ｗー＝Ｖ_ｃ－Ｖ_Ｉ／２で与えられる。

【0024】

第１柱状ピエゾ素子は、印加される電圧が０Ｖである場合、すなわち、第１指令波形がオフである場合、第１変位がゼロである。その結果、図４に示すように、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きは第１基準位置Ｐ_０をとり、ミラー１１の反射面は、ｙ軸と平行な状態をとる。

【0025】

また、第１柱状ピエゾ素子は、正電圧を印加された場合、その正電圧に応じた第１変位を示す。その結果、図４に示すように、２軸チルトステージ１２は、第１方向（図４においては反時計回りの方向）に対して傾く。

【0026】

図４においては、（１）振幅中心電圧Ｖ_ｃが印加された場合のミラー１１の位置を振幅中心位置Ｐ_ｃで表し、（２）最大電圧Ｖ_Ｗ＋が印加された場合のミラー１１の位置を振幅最大位置Ｐ_Ｗ＋で表し、（３）最小電圧Ｖ_Ｗーが印加された場合のミラー１１の位置を振幅最小位置Ｐ_Ｗーで表している。また、図４においては、振幅中心位置Ｐ_ｃにおけるミラー１１と第１基準位置Ｐ_０におけるミラー１１とのなす角を角θ_ｃと表す。また、振幅最大位置Ｐ_Ｗ＋におけるミラー１１と振幅中心位置Ｐ_ｃにおけるミラー１１とのなす角を角θ_Ｗと表す。

【0027】

上述したように、第１指令波形は、正弦波であり、振幅中心電圧Ｖ_ｃに対して対称な波形を有する。したがって、振幅最大位置Ｐ_Ｗ＋と振幅最小位置Ｐ_Ｗ－とは、振幅中心位置Ｐ_ｃに対して対称である。結果として、振幅最小位置Ｐ_Ｗ－におけるミラー１１と振幅中心位置Ｐ_ｃにおけるミラー１１とのなす角も角θ_Ｗとなる。

【0028】

ところで、第１柱状ピエゾ素子は、ヒステリシスを有する。そのため、第１柱状ピエゾ素子に同じ電圧（例えば、振幅中心電圧Ｖ_ｃ）を印加した場合であっても、角θ_ｃの値が異なる場合が多い。このように、角θ_ｃの値がばらつくことによって、第１柱状ピエゾ素子に同じ電圧を印加した場合であってもミラー１１により反射されたレーザ光の照射点の位置がばらつく。光走査装置１においては、第１補正値生成部１３ａが生成する第１補正値を用いて第１指令波形を補正することによって、この照射点のばらつきを抑制することができる。なお、第１補正値生成部１３ａの詳しい機能については、図２を参照して後述する。

【0029】

（指令波形の補正）
第１変位センサ１２ａは、時間的に変化する第１変位を表す第１モニタ波形を生成する。

【0030】

第２変位センサ１２ｂは、時間的に変化する第２変位を表す第２モニタ波形を生成する。

【0031】

第１補正値生成部１３ａは、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを制御するための第１モニタ波形および第１目標値に基づいて第１補正値を生成する。第１補正値は、周期的に振動する第１変位の振幅中心（ひいては第１方向における振幅中心位置Ｐ_ｃ）に生じ得る経時的なドリフトを補正するための補正値であり、第１変位の振幅中心を第１目標値に近づけるための補正値である。第１補正値は、例えば、第１目標値と第１変位の振幅中心との差分（第１目標値－第１変位の振幅中心）を算出することにより得られる。第１変位の振幅中心が第１目標値よりも小さい場合、第１補正値は正となり、第１変位の振幅中心が第１目標値よりも大きい場合、第１補正値は負となる。第１補正値は、第１合成波形生成部１４ａに提供される。

【0032】

第１補正値生成部１３ａの構成例を図２に示す。図２に示すように、第１補正値生成部１３ａの構成例は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３ａ１と、平均化部１３ａ２と、比較部１３ａ３と、ＰＩＤ制御部１３ａ４と、リミッタ１３ａ５とを備えている。

【0033】

ＬＰＦ１３ａ１は、所定の中心周波数と、所定の帯域とにより規定される通過帯域を有する。ＬＰＦ１３ａ１は、第１モニタ波形のうち、通過帯域に含まれる成分を信号として通過させ、それ以外の成分をノイズとして遮断する。本実施形態において、ＬＰＦ１３ａ１の通過帯域は、第１指令波形の周波数ｆを含んでいる。ＬＰＦ１３ａ１を通過した第１モニタ波形は、平均化部１３ａ２に供給される。

【0034】

平均化部１３ａ２は、第１モニタ波形のうちＬＰＦ１３ａ１が通過させた成分を平均化することによって、第１変位の振幅中心を算出する第１変位の振幅中心は、比較部１３ａ３に供給される。

【0035】

比較部１３ａ３は、第１目標値と第１変位の振幅中心との差分を算出することによって第１補正値を生成する。本実施形態においては、比較部１３ａ３として減算回路を用いている。第１目標値および第１補正値は、ＰＩＤ制御部１３ａ４に供給される。

【0036】

ＰＩＤ制御部１３ａ４は、第１変位の振幅中心が第１目標値に近づけるために（より好ましくは一致させるために）、第１補正値をＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御する。ＰＩＤ制御された第１補正値は、リミッタ１３ａ５に供給される。

【0037】

リミッタ１３ａ５においては、上限値および下限値が定められている。リミッタ１３ａ５は、ＰＩＤ制御部１３ａ４から供給された第１補正値と、上限値および下限値とを参照し、（１）第１補正値が下限値以上かつ上限値未満である場合には第１補正値を第１合成波形生成部１４ａに供給し、（２）第１補正値が下限値未満である場合には第１補正値として下限値を第１合成波形生成部１４ａに供給し、（３）第１補正値が上限値以上である場合には第１補正値として上限値を第１合成波形生成部１４ａに供給する。

【0038】

なお、第１補正値生成部１３ａにおいて、ＰＩＤ制御部１３ａ４およびリミッタ１３ａ５は省略可能である。

【0039】

第１合成波形生成部１４ａは、第１指令波形と第１補正値とを合成することによって、第１合成波形を生成するための構成である。本実施形態においては、第１合成波形生成部１４ａとして、加算回路を用いている。第１合成波形生成部１４ａにて生成された第１合成波形は、駆動部１５に提供される。

【0040】

第２補正値生成部１３ｂは、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを制御するための第２モニタ波形および第２目標値に基づいて第２補正値を生成する。第２補正値は、周期的に振動する第２変位の振幅中心（ひいては第２方向における振幅中心位置Ｐ_ｃ）に生じ得る経時的なドリフトを補正するための補正値であり、第２変位の振幅中心を第２目標値に近づけるための補正値である。第２補正値は、第１補正値と同様に、例えば、第２目標値と第２変位の振幅中心との差分（第２目標値－第２変位の振幅中心）を算出することにより得られる。第２補正値は、第２合成波形生成部１４ｂに提供される。

【0041】

第２補正値生成部１３ｂの構成例は、図２に示した第１補正値生成部１３ａの構成例と同様に構成することができる。したがって、ここでは、第２補正値生成部１３ｂの構成例の詳しい説明を省略する。

【0042】

第２合成波形生成部１４ｂは、第２指令波形と第２補正値とを合成することによって、第２合成波形を生成するための構成である。本実施形態においては、第２合成波形生成部１４ｂとして、加算回路を用いている。第２合成波形生成部１４ｂにて生成された第２合成波形は、駆動部１５に供給される。

【0043】

駆動部１５は、第１合成波形に従って２軸チルトステージ１２を駆動することにより、２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを制御するための構成である。同様に、駆動部１５は、第２合成波形に従って２軸チルトステージ１２を駆動することにより、２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを制御するための構成である。

【0044】

上述したように、第１補正値生成部１３ａが生成する第１補正値は、第１変位の振幅中心を第１目標値に近づけるように定められている。第１指令波形と第１補正値とを合成することによって得られる第１合成波形に従って駆動部１５が２軸チルトステージ１２の第１方向に対する傾きを制御することによって、第１変位の振幅中心を第１目標値に近づけることができる。同様に、第２補正値生成部１３ｂが生成する第２補正値は、第２変位の振幅中心を第２目標値に近づけるように定められている。第２指令波形と第２補正値とを合成することによって得られる第２合成波形を用いて２軸チルトステージ１２の第２方向に対する傾きを制御することによって、第２変位の振幅中心を第２目標値に近づけることができる。

【0045】

ピエゾ素子の振幅中心において生じ得る経時的なドリフトは、指令波形の１周期と比較して遅い現象である。これは以下の理由による。すなわち、フィードバック制御（補正）は制御対象の変化に対して、十分に速い周期(頻度)で制御対象の角度や位置をサンプリングし、目標値と一致するように補正値を出力する必要がある。ここで、ピエゾ素子のドリフトは徐々に変化する（例えば、１０分で０．１ｍｒａｄ変化）為、その変化に間に合う周期でフィードバック制御を行えばドリフトを抑制できる（例えば１０ｓ周期で補正すればフィードバック制御が間に合う。一方、指令波形が振幅０．１ｍｒａｄ、周波数１０００Ｈｚの正弦波の条件にて角度フィードバック制御してピエゾ素子を駆動する場合（角度補正あり）、指令波形の周期1msよりも十分に速い周期でフィードバック制御を行う必要がある（例えば１μｓ以下の周期で補正）。このようにドリフトの周期は指令波形の周期より十分に遅い為、ドリフトの補正頻度は指令波形の補正頻度に比べて非常に低い（例えば、ドリフトの補正頻度は指令波形の補正頻度の１／１０００００００以下）。このことから、指令波形の数百～数千周期に１回、ドリフトの補正を行えばドリフトを抑制できる。そのため、第１補正値生成部１３ａが第１補正値を生成する頻度を第１指令波形の周波数に大きく依存せずに定めることができる。また、第２補正値生成部１３ｂが第２補正値を生成する頻度を指令波形の周波数に大きく依存せずに定めることができる。したがって、光走査装置１は、ピエゾ素子の変位に生じ得る経時的なドリフトを抑制しつつ、走査を高速化することができる。

【0046】

（基本的構成により得られる効果）
以上のように、光走査装置１は、レーザ光を反射するミラー１１と、ミラー１１を載置し、指令波形（第１指令波形，第２指令波形）に応じて変位するピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子）によってミラー１１の傾きを変化させるチルトステージ（２軸チルトステージ１２）と、ピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子）の変位（第１変位，第２変位）を検出する変位センサ（第１変位センサ１２ａ，第２変位センサ１２ｂ）と、変位センサ（第１変位センサ１２ａ，第２変位センサ１２ｂ）が検出した変位（第１変位，第２変位）に応じて指令波形（第１指令波形，第２指令波形）を補正する補正値（第１補正値，第２補正値）を生成する補正値生成部（第１補正値生成部１３ａ，第２補正値生成部１３ｂ）と、指令波形（第１指令波形，第２指令波形）と補正値（第１補正値，第２補正値）とを合成することによって合成波形（第１合成波形，第２合成波形）を生成する合成波形生成部（第１合成波形生成部１４ａ，第２合成波形生成部１４ｂ）と、合成波形（第１合成波形，第２合成波形）にしたがってピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子）を駆動する駆動部１５と、を備え、指令波形（第１指令波形，第２指令波形）は、周期的に振動し、且つ、振幅中心に対して対称な波形であり、補正値生成部（第１補正値生成部１３ａ，第２補正値生成部１３ｂ）は、周期的に振動する前記変位の振幅中心を目標値（第１目標値，第２目標値）に近づけるように補正値（第１補正値，第２補正値）を定める。

【0047】

補正値生成部（第１補正値生成部１３ａ，第２補正値生成部１３ｂ）は、周期的に振動する前記変位の振幅中心を算出したうえで、当該振幅中心を用いて補正値（第１補正値，第２補正値）を生成する。ピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子）の振幅中心において生じ得る経時的なドリフトは、指令波形（第１指令波形，第２指令波形）の１周期と比較して遅い現象である。そのため、光走査装置１においては、補正値生成部（第１補正値生成部１３ａ，第２補正値生成部１３ｂ）が補正値（第１補正値，第２補正値）を生成する頻度を指令波形（第１指令波形，第２指令波形）の周波数ｆに大きく依存せずに定めることができる。したがって、光走査装置１は、ピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子）の変位に生じ得る経時的なドリフトを抑制しつつ、ウォブル走査の動作周波数をより高めることができる。すなわち、光走査装置１は、ドリフトを抑制しつつ走査を高速化することができる。

【0048】

また、光走査装置１において、補正値生成部（第１補正値生成部１３ａ，第２補正値生成部１３ｂ）は、変位センサ（第１変位センサ１２ａ，第２変位センサ１２ｂ）の出力の平均値を算出し、当該平均値を前記振幅中心とする、という構成が採用されている。

【0049】

このように、変位（第１変位，第２変位）の振幅中心は、例えば、変位センサ（第１変位センサ１２ａ，第２変位センサ１２ｂ）の出力の平均値を算出することによって得ることができる。上述したように、ピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子）の振幅中心において生じ得る経時的なドリフトは、指令波形（第１指令波形，第２指令波形）の１周期と比較して遅い現象である。そのため、変位センサ（第１変位センサ１２ａ，第２変位センサ１２ｂ）の出力の平均値を振幅中心として用い、目標値と振幅中心との差分を取ることによって補正値を算出できるので、ピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子）の経時的なドリフトを容易に抑制することができる。

【0050】

また、光走査装置１において、補正値生成部（第１補正値生成部１３ａ，第２補正値生成部１３ｂ）は、ＰＩＤ制御を用いて補正値（第１補正値，第２補正値）を生成する、という構成が採用されている。

【0051】

このように、振幅中心を目標値に近づけるフィードバック制御としては、ＰＩＤ制御が好適である。

【0052】

また、光走査装置１において、ピエゾ素子は、第１方向に対する前記ミラーの傾きを変化させる第１ピエゾ素子と、第２方向に対する前記ミラーの傾きを変化させる第２ピエゾ素子と、を含み、チルトステージ（２軸チルトステージ１２）は、前記第１ピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子）と、前記第２ピエゾ素子（第２柱状ピエゾ素子）と、を備えた２軸チルトステージであり、変位センサ（第１変位センサ１２ａ，第２変位センサ１２ｂ）は、第１ピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子）の変位である第１変位を検出する第１変位センサ１２ａと、第２ピエゾ素子（第２柱状ピエゾ素子）の変位である第２変位を検出する第２変位センサ１２ｂとを含み、指令波形は、前記第１ピエゾ素子を制御するための第１指令波形であって、周期的に振動し、且つ、振幅中心に対して対称な波形である第１指令波形と、前記第２ピエゾ素子を制御するための第２指令波形であって、周期的に振動し、且つ、振幅中心に対して対称な波形である第２指令波形と、を含み、補正値生成部（第１補正値生成部１３ａ，第２補正値生成部１３ｂ）は、周期的に振動する前記第１変位の振幅中心が第１目標値に近づくように第１補正値を生成し、且つ、周期的に振動する前記第２変位の振幅中心が第２目標値に近づくように第２補正値を生成し、駆動部１５は、第１指令波形と第１補正値との和である第１合成波形にしたがって第１ピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子）を駆動し、且つ、第２指令波形と前記第２補正値との和である第２合成波形にしたがって第２ピエゾ素子（第２柱状ピエゾ素子）を駆動する、という構成が採用されている。

【0053】

上記の構成によれば、レーザ光の照射点を独立した２つの方向である第１方向及び第２方向に沿って走査することができる。そのため、対象物上に描く照射点の軌道を設定する場合の自由度を高めることができる。光走査装置１は、例えば、対象物上に円軌道または螺旋軌道を描くことができる。また、上記の構成によれば、第１ピエゾ素子および第２ピエゾ素子の変位に生じ得る経時的なドリフトを抑制しつつ、走査を高速化し得る。

【0054】

また、光走査装置１においては、指令波形（第１指令波形，第２指令波形）の周波数が１０００Ｈｚ以上である、という構成が採用されている。

【0055】

光走査装置１においては、補正値生成部（第１補正値生成部１３ａ，第２補正値生成部１３ｂ）が補正値（第１補正値，第２補正値）を生成する頻度を指令波形（第１指令波形，第２指令波形）の周波数に大きく依存せずに定めることができる。したがって、光走査装置１は、指令波形（第１指令波形，第２指令波形）の周波数が１０００Ｈｚ以上の場合に効果的である。

【0056】

（光走査装置の変形例）
本実施形態では、光走査装置１が２つのピエゾ素子である第１柱状ピエゾ素子と第２柱状ピエゾ素子とを備えている場合について説明した。ただし、光走査装置１においては、二次元の描画（例えば円描画）ではなく一次元の描画（例えば直線描画）の場合、第２柱状ピエゾ素子を省略することができる。

【0057】

光走査装置１において、第２柱状ピエゾ素子を省略した場合（第１柱状ピエゾ素子のみを備えている場合）、光走査装置１は、２軸チルトステージ１２を第１方向に対してのみ傾けることができる。したがって、光走査装置１は、対象物上においてレーザ光の照射点を第１方向に対応した方向に沿って走査することができる。そのうえで、ガルバノスキャナを用いて、第１方向に対応した方向に交わる方向（好ましくは直交する方向）に照射点を並進移動させることによって、照射点が対象物上でジグザグな軌道を描くウォブリングを実現することができる。

【0058】

（光走査装置の追加的構成）
光走査装置１の追加的構成について、引き続き図１を参照して説明する。光走査装置１は、上述した基本的構成に加えて、第１指令波形生成部１６ａと、第２指令波形生成部１６ｂと、制御部１７と、を、追加的構成として備えている。

【0059】

第１指令波形生成部１６ａは、第１指令波形を生成するための構成である。例えば、第１指令波形生成部１６ａは、第１指令波形として、制御部１７により指定された周波数ｆ、振幅中心電圧Ｖ_ｃ、および振幅Ｖ_Ｉを有する正弦波を生成する。第１指令波形生成部１６ａにて生成された第１指令波形は、第１合成波形生成部１４ａに供給される。

【0060】

第２指令波形生成部１６ｂは、第２指令波形を生成するための構成である。例えば、第２指令波形生成部１６ｂは、第２指令波形として、制御部１７により指定された周波数ｆ、振幅中心電圧Ｖ_ｃ、および振幅Ｖ_Ｉを有する正弦波を生成する。第２指令波形生成部１６ｂにて生成された第２指令波形は、第２合成波形生成部１４ｂに提供される。

【0061】

制御部１７は、第１変位センサ１２ａおよび第２変位センサ１２ｂの各々より、それぞれ、第１モニタ波形および第２モニタ波形を取得する。また、制御部１７は、ユーザが選択したウォブル走査に応じて、第１指令波形および第２指令波形の各々における周波数ｆ、振幅中心電圧Ｖ_ｃ、および振幅Ｖ_Ｉと、第１目標値と、第２目標値と、第１指令波形と第２指令波形との位相差と、を生成する。例えば、第１指令波形および第２指令波形の各々における周波数ｆ、振幅中心電圧Ｖ_ｃ、および振幅Ｖ_Ｉが等しく、第１指令波形と第２指令波形との位相差がπ／２である場合、レーザ光の照射点が対象物上で円軌道を描くことができる。この場合、例えば、ガルバノスキャナによるレーザ光の照射点の並進移動を組み合わせることによって、レーザ光の照射点が対象物上で螺旋軌道を描くウォブリングを実現することができる。

【0062】

第１指令波形の周波数ｆ、振幅中心電圧Ｖ_ｃ、および振幅Ｖ_Ｉは、第１指令波形生成部１６ａに供給され、第１モニタ波形および第１目標値は、第１補正値生成部１３ａに供給される。また、第２指令波形の周波数ｆ、振幅中心電圧Ｖ_ｃ、および振幅Ｖ_Ｉは、第２指令波形生成部１６ｂに供給され、第２モニタ波形および第２目標値は、第２補正値生成部１３ｂに供給される。

【0063】

〔実施例〕
光走査装置１の実施例と、当該実施例に対する比較例とについて、以下に説明する。本実施例では、第１指令波形の周波数ｆ、振幅中心電圧Ｖ_ｃ、および振幅Ｖ_Ｉとして、それぞれ、ｆ＝３０００Ｈｚ、Ｖ_ｃ＝３．５９Ｖ、およびＶ_Ｉ＝０．６８Ｖを採用した。Ｖ_ｃ＝３．５９Ｖは、第１目標値であるθ_ｃ＝１．３ｍｒａｄ．に対応し、Ｖ_Ｉ＝０．６８Ｖは、θ_Ｗ＝０．２ｍｒａｄ．に対応する。

【0064】

なお、比較例は、本実施例をベースにして、第１補正値生成部１３ａ、第１合成波形生成部１４ａ、を省略することによって得られた。すなわち、比較例においては、第１指令波形に対する補正を実施していない。

【0065】

光走査装置１の実施例および比較例の各々を用いて、１０分間にわたって第１ピエゾ素子のみを連続動作させてウォブル走査を実施した結果であって、第１方向に対する傾きの結果を、以下の表１に示す。なお、比較例の振幅中心電圧Ｖ_ｃは、Ｖ_ｃ＝３．４０Ｖである。

【0066】

【表1】

表１を参照すれば、本実施例は、比較例と比較して、周波数が３０００Ｈｚであるウォブル走査を１０分間にわたって実施した場合に、ピエゾ素子の振幅中心である角θ_ｃにおいて生じる経時的なドリフトを抑制できることが分かった。なお、従来の角度フィードバック制御を用いた光走査装置においては、ウォブル走査の周波数が高くなると（例えば１０００Ｈｚを超えると）ウォブル走査の周波数に角度フィードバック制御が追いつかなくなり、ウォブル走査が乱れる。本実施例においては、角度フィードバック制御を用いていないので、３０００Ｈｚのように高い周波数であっても、ウォブル走査が乱れることはなかった。

【0067】

次に、本実施例および比較例の各々において、第２指令波形の振幅Ｖ_Ｉとして、Ｖ_Ｉ＝０．７０Ｖ，２．１１Ｖ，３．５１Ｖと変化させた場合について説明する。Ｖ_Ｉ＝０．７０Ｖ，２．１１Ｖ，３．５１Ｖの各々は、それぞれ、θ_Ｗ＝０．２ｍｒａｄ，０．６ｍｒａｄ，１．０ｍｒａｄ．に対応する。また本実施例では、第２指令波形の周波数ｆ、振幅中心電圧Ｖｃとして、それぞれ、ｆ＝３０００Ｈｚ、Ｖｃ＝３．５０Ｖを採用した。Ｖｃ＝３．５０Ｖは、第２目標値であるθｃ＝１．２２５ｍｒａｄ．に対応する。このような光走査装置１の実施例および比較例の各々を用いて、ウォブル走査を実施した結果であって、θwを順次０．２ｍｒａｄ，０．６ｍｒａｄ，１．０ｍｒａｄと変化させたときの第２方向に対する傾きの結果を図５に示す。なお、比較例の振幅中心電圧Ｖ_ｃは、Ｖ_ｃ＝３．４０Ｖである。

【0068】

図５を参照すれば、比較例においては、（１）θ_Ｗ＝０．２ｍｒａｄ．のとき、θ_ｃ＝１．１８５ｍｒａｄ．であり、（２）θ_Ｗ＝０．６ｍｒａｄ．のとき、θ_ｃ＝１．２２５ｍｒａｄ．であり、（３）θ_Ｗ＝１．０ｍｒａｄ．のとき、θ_ｃ＝１．２５７ｍｒａｄ．であった。その一方で、本実施例においては、角θ_ｃがθ_Ｗ＝０．２ｍｒａｄ，０．６ｍｒａｄ，１．０ｍｒａｄ．の何れの場合においても、１０分後の角θ_ｃがθ_ｃ＝１．２２５ｍｒａｄ．でほぼ変化しないことが分かった。

【0069】

図５の結果より、本実施例は、比較例と比較して、角θwを変化させながら周波数が３０００Ｈｚであるウォブル走査を実施した場合に、ピエゾ素子の振幅中心である角θ_ｃにおける角θ_Ｗに依存するドリフトを抑制できることが分かった。

【0070】

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る光走査装置２の構成について、図６～図９を参照して説明する。図６は、光走査装置２の構成を示すブロック図である。図７は、光走査装置２を用いて実施したウォブル走査の結果得られた照射点の軌跡を示すリサジュー図形である。図７の（ａ）は、真円である軌跡を示し、図７の（ｂ）は、楕円である軌跡を示す。図８は、光走査装置２が実施する光走査方法Ｍ１０のフローチャートである。図９は、光走査装置２が備えている走査部２０の一変形例である走査部３０の構成を示す模式図である。

【0071】

（光走査装置の構成）
光走査装置２は、基本的構成として、ミラー２１と、２軸チルトステージ２２と、第１指令波形補正部２３ａと、第２指令波形補正部２３ｂと、駆動部２５と、軌跡取得部２８と、判定部２９と、を備えている。なお、ミラー２１および２軸チルトステージ２２は、走査部の一例である。光走査装置２は、光走査装置１と同様に、例えば、レーザ加工機に内蔵され、レーザ光の照射点を対象物上で移動させるために利用される。

【0072】

ミラー２１および２軸チルトステージ２２の各々は、それぞれ、光走査装置１が備えているミラー１１および２軸チルトステージ１２と同じ構成であり、第１変位センサ２２ａおよび第２変位センサ２２ｂの各々は、それぞれ、２軸チルトステージ１２が備えている第１変位センサ１２ａおよび第２変位センサ１２ｂと同じ構成である（図１および図６参照）。したがって、本実施形態では、ミラー２１および２軸チルトステージ２２の説明を省略する。

【0073】

また、光走査装置２は、上述した基本的構成２加えて、第１指令波形生成部２６ａと、第２指令波形生成部２６ｂと、制御部２７と、を、追加的構成として備えている。第１指令波形生成部２６ａ、第２指令波形生成部２６ｂ、および制御部２７は、光走査装置１が追加的構成として備えている第１指令波形生成部１６ａ、第２指令波形生成部１６ｂ、および制御部１７と同様の構成である。したがって、本実施形態では、第１指令波形生成部２６ａ、第２指令波形生成部２６ｂ、および制御部２７の詳しい説明を省略する。

【0074】

（指令波形および軌跡のリサジュー図形）
本実施形態では、第１柱状ピエゾ素子に入力する第１指令波形および第２柱状ピエゾ素子に入力する第２指令波形の各々として、それぞれ、正弦波を用いてウォブル走査を実施する。後述する第１指令波形補正部２３ａおよび第２指令波形補正部２３ｂの各々が、それぞれ、第１指令波形および第２指令波形に補正を施していない状態（例えば、ウォブル走査開始直後の状態）において、第１指令波形および第２指令波形は、各々の周波数ｆが等しく、かつ、各々の振幅である第１振幅Ｉ_１および第２振幅Ｉ_２が等しく、かつ、各々の位相差Δが９０°である。なお、以下において、第１振幅Ｉ_１および第２振幅Ｉ_２のことを単に振幅Ｉ_１および振幅Ｉ_２とも称する。

【0075】

ところで、２軸チルトステージを用いた光走査装置においては、軸干渉と呼ばれる問題が知られている。すなわち、第１指令波形に従って第１方向に対するミラー２１の傾きを周期的に変化させると、これに連動して第２方向に対するミラー２１の傾きが周期的に変化してしまう。このため、第２方向に対する実際のミラー２１の傾きは、第２指令波形が表す傾きに、第１方向に対するミラー２１の傾きの周期的な変化に起因する傾きが重畳したものになる。つまり、第２方向に対するミラー２１の傾きは、第２指令波形が表すミラー２１の傾きと異なるものになる。同様に、第２指令波形に従って第２方向に対するミラー２１の傾きを周期的に変化させると、これに連動して第１方向に対するミラー２１の傾きが周期的に変化してしまう。このため、第１方向に対するミラー２１の実際の傾きは、第１指令波形が表す傾きに、第２方向に対するミラー２１の傾きの周期的な変化に起因する傾きが重畳したものになる。つまり、第１方向に対するミラー２１の傾きは、第１指令波形が表すミラー２１の傾きと異なるものになる。このような現象を、軸干渉と呼ぶ。

【0076】

例えば、レーザ光の照射点が円軌道を描くように、第１指令波形として正弦波を２軸チルトステージに入力し、第２指令波形として第１指令波形よりも９０°遅れた正弦波を２軸チルトステージに入力しても、相互に軸干渉が生じるため、レーザ光の照射点が描く軌跡に歪みが生じ、軌跡の真円度が低下する。

【0077】

２軸チルトステージ２２において生じ得る軸干渉を想定しない理想的な場合、上述した第１指令波形および第２指令波形の各々を、それぞれ、第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子に入力することにより、ミラー２１により反射されたレーザ光の照射点は、図７の（ａ）に示すような円形の軌跡を描く。図７の（ａ）に示した軌跡においては、直径を測定する角度を変化させた場合においても直径が一定である。したがって、図７の（ａ）に示した軌跡は、真円度が１００％である。

【0078】

なお、図７に示すｘ軸は、２軸チルトステージ２２を第１方向に対して傾けた場合に、照射点が描く直線状の軌跡と平行になるように定められている。同様に、図７に示すｙ軸は、２軸チルトステージ２２を第２方向に対して傾けた場合に、照射点が描く直線状の軌跡と平行になるように定められている。

【0079】

一方、２軸チルトステージ２２において軸干渉が生じている場合、上述した第１指令波形および第２指令波形の各々を、それぞれ、第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子に入力することにより、照射点は、図７の（ｂ）に示すような楕円の軌跡を描く。図７の（ｂ）に示す軌跡において、長軸および短軸は、ｘ軸およびｙ軸に対して傾いている。ここで、ｘ軸上における軌跡の直径をｘ軸直径と呼び、ｙ軸上における軌跡の直径をｙ軸直径と呼ぶ。

【0080】

光走査装置２は、従来のフィードバック制御とは異なる手法を用いて、図７の（ｂ）のように楕円である軌跡を、図７の（ａ）のように円の軌跡に近づけることを目的にしている。なお、従来のフィードバック制御とは、柱状ピエゾ素子の変位またはミラーの傾きを逐次モニタし、モニタしたミラーの傾きが所望の傾きになるように第１指令波形および第２指令波形を補正し続けるフィードバック制御のことを指す。

【0081】

（光走査方法Ｍ１０）
光走査装置２がウォブル走査を実施する光走査方法Ｍ１０であって、楕円である軌跡を円に近づけるための光走査方法Ｍ１０について、図８を参照して説明する。図８に示すように、光走査方法Ｍ１０は、工程Ｓ１１～Ｓ２４を含んでいる。

【0082】

工程Ｓ１１は、ウォブル走査における周波数ｆおよび直径ｄを設定する工程である。光走査装置２において、周波数ｆおよび直径ｄは、ユーザが設定するように構成されていてもよいし、対象物の素材や対象物の厚みなどに応じて、光走査装置２が自動的に設定するように構成されていてもよい。本実施形態においては、周波数ｆとしてｆ＝３０００Ｈｚを採用し、直径ｄとしてｄ＝５００μｍを採用する。

【0083】

工程Ｓ１２は、ウォブル走査の中心位置を固定した状態で、すなわち、照射点を並進移動させない状態で、ウォブル走査を実施する工程である。制御部２７は、工程Ｓ１１において設定された周波数ｆと、直径ｄに応じて定めた振幅Ｉ_１と、振幅中心電圧とを第１指令波形生成部２６ａに供給するとともに、周波数ｆと、直径ｄに応じて定めた振幅Ｉ_２と、振幅中心電圧とを第２指令波形生成部２６ｂに供給する。第１指令波形生成部２６ａは、取得した周波数ｆ、振幅Ｉ_１、および振幅中心電圧に応じて、第１指令波形を生成する。第２指令波形生成部２６ｂは、取得した周波数ｆ、振幅Ｉ_２、および振幅中心電圧に応じて、第２指令波形を生成する。駆動部２５は、第１指令波形および第２指令波形にしたがって２軸チルトステージ２２を制御することによりウォブル走査を実施する。

【0084】

工程Ｓ１３は、照射点の軌跡を用いてｘ軸直径を測定する工程である。軌跡取得部２８は、制御部２７を介して２軸チルトステージ２２から取得した第１モニタ波形および第２モニタ波形を用いて、リサジュー図形を作成し、照射点の軌跡を得る。照射点の軌跡は、判定部２９に供給される。判定部２９は、照射点の軌跡を用いてｘ軸直径を測定する。

【0085】

なお、本実施形態において、軌跡取得部２８は、リサジュー図形を作成することで軌跡を得るように構成されている。ただし、図９に示した変形例のように、光走査装置２が軌跡を表す画像（以下において、軌跡画像と称する）を撮影する撮像部３４（例えばデジタルカメラ）を備えている場合、軌跡取得部２８は、制御部２７を介して軌跡画像を取得し、軌跡画像に画像処理を施すことによって軌跡画像から軌跡を得るように構成されていてもよい。

【0086】

工程Ｓ１４において、判定部２９は、ｘ軸直径の測定値がｘ軸直径の設定値と等しいか否かを判定する。本実施形態において、ｘ軸直径の設定値は５００μｍである。なお、この判定においては、有効数字の桁数を例えば３桁というように予め定めておき、４桁目の数字を四捨五入すればよい。四捨五入したｘ軸直径の測定値が設定値と等しい場合、判定部２９は、「Ｙｅｓ」と判定する。

【0087】

ｘ軸直径の測定値が設定値と等しくない場合、工程Ｓ１５において、第１指令波形補正部２３ａは、ｘ軸直径の測定値が設定値に近づくように第１指令波形の振幅Ｉ_１を補正する。振幅Ｉ_１が補正された第１指令波形は、駆動部２５に供給される。

【0088】

工程Ｓ１６において、駆動部２５は、ウォブル走査を実施する。このとき、駆動部２５は、振幅Ｉ_１が補正された第１指令波形に従って２軸チルトステージ２２の第１方向に対する傾きを制御する。

【0089】

２軸チルトステージ２２は、振幅Ｉ_１が補正された第１指令波形に従いミラー２１の第１方向に対する傾きを変化させる。そのうえで、２軸チルトステージ２２は、第１モニタ波形および第２モニタ波形を生成し、制御部２７に供給する。

【0090】

軌跡取得部２８は、新たな第１モニタ波形および第２モニタ波形を用いて、リサジュー図形を作成し、照射点の新たな軌跡を得る。照射点の新たな軌跡は、判定部２９に供給される。

【0091】

再び工程Ｓ１３に戻り、判定部２９は、照射点の新たな軌跡を用いてｘ軸直径を測定し、ｘ軸直径の測定値が所望の直径である設定値と等しいか否かを判定する。光走査方法Ｍ１０においては、ｘ軸直径の測定値が所望の直径である設定値と等しくなるまで、工程Ｓ１３～Ｓ１６を繰り返す。

【0092】

工程Ｓ１７は、ｘ軸直径が補正された照射点の軌跡を用いてｙ軸直径を測定する工程である。ｘ軸直径の測定値が所望の直径である設定値と等しい場合、工程Ｓ１７において、判定部２９は、ｘ軸直径が補正された照射点の軌跡を用いてｙ軸直径を測定する。

【0093】

工程Ｓ１８において、判定部２９は、ｙ軸直径の測定値がｙ軸直径の設定値と等しいか否かを判定する。本実施形態において、ｙ軸直径における設定値は５００μｍである。なお、この判定においては、有効数字の桁数を例えば３桁というように予め定めておき、４桁目の数字を四捨五入すればよい。四捨五入したｙ軸直径の測定値が設定値と等しい場合、判定部２９は、「Ｙｅｓ」と判定する。

【0094】

ｙ軸直径の測定値が設定値と等しくない場合、工程Ｓ１９において、第２指令波形補正部２３ｂは、ｙ軸直径の測定値が設定値に近づくように第２指令波形の振幅Ｉ_２を補正する。振幅Ｉ_２が補正された第２指令波形は、駆動部２５に供給される。

【0095】

工程Ｓ２０において、駆動部２５は、ウォブル走査を実施する。このとき、駆動部２５は、振幅Ｉ_２が補正された第２指令波形に従って２軸チルトステージ２２の第２方向に対する傾きを制御する。

【0096】

２軸チルトステージ２２は、振幅Ｉ_２が補正された第２指令波形に従いミラー２１の第２方向に対する傾きを変化させる。そのうえで、２軸チルトステージ２２は、第１モニタ波形および第２モニタ波形を生成し、制御部２７に供給する。

【0097】

軌跡取得部２８は、第１モニタ波形および新たな第２モニタ波形を用いて、リサジュー図形を作成し、照射点の新たな軌跡を得る。照射点の新たな軌跡は、判定部２９に供給される。

【0098】

再び工程Ｓ１７に戻り、判定部２９は、照射点の新たな軌跡を用いてｙ軸直径を測定し、ｙ軸直径の測定値がｙ軸直径の設定値と等しいか否かを判定する。光走査方法Ｍ１０においては、ｙ軸直径の測定値が所望の直径である設定値と等しくなるまで、工程Ｓ１７～工程Ｓ２０を繰り返す。

【0099】

工程Ｓ２１は、ｘ軸直径およびｙ軸直径が補正された照射点の軌跡を用いて軌跡の真円度を算出する工程である。ｙ軸直径の測定値が所望の直径である設定値と等しい場合、工程Ｓ２１において、判定部２９は、ｘ軸直径およびｙ軸直径が補正された照射点の軌跡の真円度を算出する。

【0100】

工程Ｓ２２において、判定部２９は、算出された真円度が真円度の設定値以上であるか否かを判定する。真円度は、最新の軌跡の短軸の長さを長軸の長さで割ることによって得られる。本実施形態において、真円度における設定値として９５％を採用している。

【0101】

算出した真円度が所望の真円度である設定値未満である場合、工程Ｓ２３において、第２指令波形補正部２３ｂは、算出した真円度が設定値に近づくように、第１指令波形に対する第２指令波形の位相差Δを補正する。位相差Δが補正された第２指令波形は、駆動部２５に供給される。

【0102】

工程Ｓ２４において、駆動部２５は、ウォブル走査を実施する。このとき、駆動部２５は、振幅Ｉ_２が補正された第２指令波形に従って２軸チルトステージ２２の第２方向に対する傾きを制御する。

【0103】

２軸チルトステージ２２は、振幅Ｉ_２が補正された第２指令波形に従いミラー２１の第２方向に対する傾きを変化させる。そのうえで、２軸チルトステージ２２は、第１モニタ波形および第２モニタ波形を生成し、制御部２７に供給する。

【0104】

軌跡取得部２８は、第１モニタ波形および新たな第２モニタ波形を用いて、リサジュー図形を作成し、照射点の新たな軌跡を得る。照射点の新たな軌跡は、判定部２９に供給される。

【0105】

再び工程Ｓ２１に戻り、判定部２９は、照射点の新たな軌跡を用いて、軌跡の真円度を算出し、算出された真円度が設定値以上であるか否かを判定する。光走査方法Ｍ１０においては、算出された真円度が設定値以上になるまで、工程Ｓ２１～Ｓ２４を繰り返す。

【0106】

（テーブルを用いた補正）
図８に示した光走査方法Ｍ１０では、（１）ウォブル走査を実施することにより得られた照射点の軌跡を用いて、当該軌跡のｘ軸直径、ｙ軸直径、および真円度を取得し、（２）工程Ｓ１３～Ｓ１６、工程Ｓ１７～工程Ｓ２０、および工程Ｓ２１～Ｓ２４を繰り返す構成を採用していた。このように構成された光走査方法Ｍ１０は、補正後の軌跡における真円度が真円度の設定値を超えるように、かつ、補正後の軌跡におけるｘ軸直径およびｙ軸直径が各々の設定値に近づくように、第１指令波形および第２指令波形を補正する。

【0107】

ただし、光走査装置２の一変形例においては、典型的な周波数ｆおよび直径ｄに関して、周波数ｆ、直径ｄ、振幅Ｉ_１、振幅Ｉ_２、および位相差Δの関係を表すテーブルを予め作成しておき、当該テーブルを光走査装置２が備えている記憶部に格納しておいてもよい。

【0108】

表２に、ｄ＝５００μｍであり、ｆ＝１００，１０００，２０００，３０００，４０００Ｈｚの各々である場合についてのテーブルを例示する。このテーブルは、ｄ＝５００μｍであり、ｆ＝１００，１０００，２０００，３０００，４０００Ｈｚの各々である各場合について、図８に示した光走査方法Ｍ１０を実施することにより得られる。すなわち、このテーブルは、第１指令波形および第２指令波形において、振幅Ｉ_１と振幅Ｉ_２とが等しく、かつ、位相差Δが９０°である場合と比較して、軌跡の真円度を高めるように位相差Δが定められており、かつ、直径ｄが設定値である５００μｍに近づくように振幅Ｉ_１および振幅Ｉ_２が定められている。

【0109】

【表2】

第１指令波形生成部２６ａは、表２のテーブルを参照することにより、所望の周波数ｆおよび直径ｄに対応する振幅Ｉ_１および位相差Δを有する第１指令波形を容易に生成することができる。また、第２指令波形生成部２６ｂは、表２のテーブルを参照することにより、所望の周波数ｆおよび直径ｄに対応する振幅Ｉ_２および位相差Δを有する第２指令波形を容易に生成することができる。第１指令波形生成部２６ａおよび第２指令波形生成部２６ｂは、ともに指令波形生成部の一例を構成する。

【0110】

なお、表２のテーブルは、ｄ＝５００μｍである場合のテーブルであるが、ｄ＝３００，４００，６００μｍというように用いる頻度が高い直径ｄに関するテーブルを併せて作成しておくことが好ましい。

【0111】

これらのテーブルに登録されていない周波数ｆおよび直径ｄを用いたウォブル走査を実施する場合には、１又は複数のテーブルに登録されている周波数ｆおよび直径ｄに対応する振幅Ｉ_１、振幅Ｉ_２、および位相差Δから、線形補間により求めればよい。

【0112】

例えば、ｆ＝３５００Ｈｚであり、ｄ＝５００μｍである場合の振幅Ｉ_１、振幅Ｉ_２、および位相差Δは、表２に示したテーブルに登録されているｆ＝３０００Ｈｚかつｄ＝５００μｍの行と、ｆ＝４０００Ｈｚかつｄ＝５００μｍの行とを用いて線形補間することにより得ることができる。

【0113】

また、ｆ＝３０００Ｈｚであり、ｄ＝４５０μｍである場合の振幅Ｉ_１、振幅Ｉ_２、および位相差Δは、表２のテーブルに登録されたｆ＝３０００Ｈｚかつｄ＝５００μｍの行と、ｄ＝４００μｍに対応する振幅Ｉ_１、振幅Ｉ_２、および位相差Δが登録されているテーブルのｆ＝３０００Ｈｚかつｄ＝４００μｍの行とを用いて線形補間することにより得ることができる。

【0114】

（走査部の変形例）
図６に示した光走査装置２では、２軸チルトステージ２２を含む走査部２０を用いてウォブル走査を実施した。しかし、光走査装置２は、走査部２０の代わりに走査部３０（図９参照）を用いてウォブル走査を実施するように構成されていてもよい。走査部３０は、走査部２０を構成していたミラー２１及び２軸チルトステージ２２の後段にガルバノスキャナを設けたものである。また、図９においては、光走査装置２が備えている対物レンズＯＬと、対象物Ｗと、対象物Ｗを載置するテーブルＴと、撮像部３４と、を走査部３０に加えて図示している。

【0115】

図９に示すように、走査部３０は、第１ミラー３１ａと、第２ミラー３１ｂと、第１ガルバノモータ３２ａと、第２ガルバノモータ３２ｂと、を備えているガルバノスキャナである。第１ガルバノモータ３２ａは、２軸チルトステージ２２の第１柱状ピエゾ素子に対応し、第１ミラー３１ａを第１方向に対して傾けるために用いられる。第１ガルバノモータ３２ａは、第１指令波形により制御される。同様に、第２ガルバノモータ３２ｂは、２軸チルトステージ２２の第２柱状ピエゾ素子に対応し、第２ミラー３１ｂを第２方向に対して傾けるために用いられる。走査部３０においては、第１ガルバノモータ３２ａ及び第２ガルバノモータ３２ｂが一体化されておらず、第１ミラー３１ａおよび第２ミラー３１ｂが独立して設けられている。

【0116】

このように構成された走査部３０においては、第１ガルバノモータ３２ａおよび第２ガルバノモータ３２ｂが独立しているため、軸干渉は生じにくい。ただし、走査部２０のミラー２１と比較して第１ミラー３１ａおよび第２ミラー３１ｂが大型化するため、ウォブル走査の周波数ｆを高めることが難しいという課題が走査部３０にはある。

【0117】

また、ガルバノスキャナにおいては、例えば省スペース化を図るといった理由で、第１ミラー３１ａ、第２ミラー３１ｂ、第１ガルバノモータ３２ａ、および第２ガルバノモータ３２ｂの各々の配置が制約される。たとえば、第１ミラー３１ａと第１ガルバノモータ３２ａとに共通する回転軸である第１回転軸、および、第２ミラー３１ｂと第２ガルバノモータ３２ｂとに共通する回転軸である第２回転軸の少なくとも何れかが理想的な角度からずれて配置される場合がある。この場合、ガルバノスキャナの第１回転軸および第２回転軸は、互いに直行しない。第１ミラー３１ａ、第２ミラー３１ｂ、第１ガルバノモータ３２ａ、および第２ガルバノモータ３２ｂの各々が理想的に配置されている場合、第１指令波形として正弦波を第１ガルバノモータ３２ａに入力し、第２指令波形として第１指令波形よりも位相が９０°遅れた正弦波を第２ガルバノモータ３２ｂに入力することによって、照射点は円軌道を描く。２軸チルトステージの後段に、第１回転軸および第２回転軸が互いに直交しない２軸ガルバノスキャナを配置した構成を用いて、２軸チルトステージにより円描画した場合、軌跡の真円度が低下する。

【0118】

また、特開２００９－０６６４１号公報の背景技術の欄に記載されているように、ガルバノスキャナを構成する光学系には、糸巻き型歪みおよび樽型歪みと呼ばれる歪みが生じ得ることが知られている。糸巻き型歪みは、ガルバノスキャナの第１ミラー３１ａおよび第２ミラー３１ｂのピンクッションエラーに起因する。また、樽型歪みは、第１ミラー３１ａおよび第２ミラー３１ｂの後段に設けられる対物レンズＯＬの歪曲収差に起因する。これらの糸巻き型歪みおよび樽型歪みも、照射点が描く軌跡を歪ませ、軌跡の真円度を低下させる。

【0119】

光走査装置２は、２軸チルトステージ２２の後段に、第１回転軸および第２回転軸が互いに直交しない２軸ガルバノスキャナを配置した構成を用いて、２軸チルトステージ２２により円描画した場合、糸巻き型歪み、樽型歪みに起因する真円度の低下を抑制できる。

【0120】

（第２の実施形態により得られる効果）
以上のように、光走査装置２は、レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部２０，３０と、走査部２０，３０の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および走査部２０，３０の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成部（第１指令波形生成部２６ａ，第２指令波形生成部２６ｂ）と、レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得部２８と、第１指令波形および第２指令波形の少なくとも何れかを補正する指令波形補正部（第１指令波形補正部２３ａ，第２指令波形補正部２３ｂ）と、を備え、指令波形補正部（第１指令波形補正部２３ａ，第２指令波形補正部２３ｂ）は、軌跡の真円度を高めるように、第１振幅Ｉ_１および第２振幅Ｉ_２の少なくとも何れかと、位相差Δとを補正する。

【0121】

なお、走査部２０は、ミラー２１を備えており、走査部３０は、第１ミラー３１ａ，第２ミラー３１ｂ、ミラー２１を備えている。

【0122】

上記の構成によれば、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度を高めることができる。

【0123】

また、光走査装置２において、第１指令波形および第２指令波形は、各々の周波数が等しく、かつ、第１振幅Ｉ_１および第２振幅Ｉ_２が等しく、かつ、位相差Δが９０°である正弦波である、ことが好ましい。

【0124】

上記の構成によれば、レーザ光の照射点が円軌道を描くように描画する事を容易に実現できる。これにより、いずれの走査方向においても加工幅が概ね一定とすることを容易に実現できる。

【0125】

また、光走査装置２において、走査部２０は、ピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子，第２柱状ピエゾ素子）を用いてミラー２１の傾きを変化させる２軸チルトステージ２２を更に備え、第１指令波形および第２指令波形の各々は、ぞれぞれ、２軸チルトステージ２２の第１方向および第２方向に対する傾きを制御する、という構成が採用されている。

【0126】

上記の構成によれば、走査部の一部として２軸チルトステージを採用することによって、軸干渉が生じ得る場合であっても、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度を高めることができる。

【0127】

また、光走査装置２において、走査部３０は、レーザ光を反射する第１ミラー３１ａおよび第２ミラー３１ｂと、第１ミラー３１ａの傾きを変化させる第１モータ（第１ガルバノモータ３２ａ）と、第２ミラー３１ｂの傾きを変化させる第２モータ（第２ガルバノモータ３２ｂ）と、を備えたガルバノスキャナであり、第１指令波形は、第１モータ（第１ガルバノモータ３２ａ）を制御することにより第１ミラー３１ａの第１方向における傾きを制御し、第２指令波形は、第２モータ（第２ガルバノモータ３２ｂ）を制御することにより第２ミラー３１ｂの第２方向における傾きを制御する、という構成が採用されている。

【0128】

上記の構成によれば、ミラー２１及び２軸チルトステージ２２の後段にガルバノスキャナが設けられた走査部３０を採用することによって、円描画した場合に生じ得る、糸巻き型歪み、樽型歪みに起因する真円度の低下を抑制できる。

【0129】

また、光走査装置２の一変形例は、走査部２０，３０と、走査部２０，３０の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および走査部２０，３０の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成部（第１指令波形補正部２３ａ，第２指令波形補正部２３ｂ）と、レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得部２８と、を備え、第１指令波形および第２指令波形は、各々に共通する周波数ｆと、各々の振幅である第１振幅Ｉ_１および第２振幅Ｉ_２と、各々の位相差Δとにより規定される正弦波であり、指令波形生成部（第１指令波形生成部２６ａ，第２指令波形生成部２６ｂ）は、（１）周波数ｆと、レーザ光の軌跡の直径ｄと、第１振幅Ｉ_１と、第２振幅Ｉ_２と、位相差Δとの関係を表すテーブル（例えば表１参照）を参照し、（２）所望の周波数ｆを有し、かつ、当該所望の周波数および所望の直径ｄに対応する第１振幅Ｉ_１、第２振幅Ｉ_２、および位相差Δを有する第１指令波形および第２指令波形を生成し、テーブルは、第１振幅Ｉ_１と第２振幅Ｉ_２とが等しく、かつ、位相差Δが９０°である場合と比較して、軌跡の真円度を高めるように第１振幅Ｉ_１、第２振幅Ｉ_２、および位相差Δが定められている。

【0130】

光走査装置２の一変形例は、光走査装置２と同様の効果を奏する。さらに、光走査装置２の一変形例によれば、指令波形生成部（第１指令波形生成部２６ａ，第２指令波形生成部２６ｂ）は、テーブルを参照することによって、所望の周波数ｆおよび所望の直径ｄに対応する第１振幅Ｉ_１、第２振幅Ｉ_２、および位相差Δを有する第１指令波形および第２指令波形を生成することができる。したがって、光走査装置２の一変形例は、光走査装置２と比較して、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度を容易に高めることができる。

【0131】

また、光走査装置２においては、第１指令波形および第２指令波形の周波数ｆが１０００Ｈｚ以上である、という構成が採用されている。

【0132】

２軸チルトステージ２２に起因する軸干渉や、ガルバノスキャナ光学系に起因する糸巻き型歪みおよび樽型歪みなどを解消するために、ピエゾ素子（第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子）の変位またはミラーの傾きを逐次モニタし、モニタしたミラーの傾きが所望の傾きになるように第１指令波形および第２指令波形を補正し続けるフィードバック制御が広く行われている。しかしながら、このようなフィードバックには時間を要する。そのため、ウォブル走査の周波数ｆを高周波化していった場合に、やがてフィードバック制御がウォブル走査の周波数ｆに追いつかなくなる。一方、光走査装置２では、このようなフィードバック制御を用いずに、第１振幅Ｉ_１、第２振幅Ｉ_２、および位相差Δのうち少なくとも何れかを補正することによって照射点の軌跡の真円度を高めることができる。したがって、光走査装置２は、第１指令波形および第２指令波形の高周波化に好適である。

【0133】

また、光走査装置２においては、レーザ光の軌跡を表す画像（軌跡画像）を撮像する撮像部３４を更に備え、軌跡取得部２８は、画像（軌跡画像）に画像処理を施すことによって当該画像（軌跡画像）から前記軌跡を取得する、という構成が採用されている。

【0134】

このように、レーザ光の軌跡は、撮像部３４が撮像した軌跡を表す画像（軌跡画像）に画像処理を施すことによって取得することもできる。

【0135】

また、上述した実施形態では、本発明を装置（光走査装置）として表現したが、本発明は方法（光走査方法）としても表現することができる。すなわち、「レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部を用いた光走査方法であって、前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成工程と、前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得工程と、前記第１指令波形および前記第２指令波形の少なくとも何れかを補正する指令波形補正工程と、を含み、前記指令波形補正工程は、前記軌跡の真円度を高めるように、前記第１指令波形の振幅である第１振幅Ｉ_１、および、前記第２指令波形の振幅である第２振幅Ｉ_２の少なくとも何れかと、前記第１指令波形と前記第２指令波形との位相差Δとを補正する、ことを特徴とする光走査方法」も本発明の範疇に含まれる。

【0136】

なお、この光走査方法において、前記指令波形生成工程は、各々の周波数が等しく、かつ、第１振幅Ｉ_１および第２振幅Ｉ_２が等しく、かつ、前記位相差が９０°である正弦波である前記第１指令波形および前記第２指令波形を生成する、ことが好ましい。この点については、上述した光走査装置２の場合と同様である。

【0137】

〔第１の実施形態および第２の実施形態の組み合わせ〕
本発明の一実施形態に係る光走査装置においては、第１の実施形態に係る光走査装置１（図１参照）の構成と、第２の実施形態に係る光走査装置２（図６）の構成とを兼ね備えた構成が採用されていてもよい。このように構成された光走査装置は、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度を高めることができ、当該軌跡の直径ｄを設定値に近づけることができ、かつ、第１柱状ピエゾ素子および第２柱状ピエゾ素子の変位である第１変位および第２変位に生じ得る経時的なドリフトを抑制することができる。

【0138】

また、本発明の一実施形態に係る光走査装置においては、上述した光走査装置１の構成と光走査装置２の構成とを兼ね備えた光走査装置において、典型的な周波数ｆおよび直径ｄに関して、周波数ｆ、直径ｄ、振幅Ｉ_１、振幅Ｉ_２、および位相差Δの関係を表すテーブルを予め作成しておき、当該テーブルを当該光走査装置が備えている記憶部に格納しておいてもよい。このように構成された光走査装置は、上述した効果に加えて、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度を容易に高めることができる。テーブルを参照することによって、指令波形生成部が第１指令波形および第２指令波形を生成することができるためである。

【0139】

〔実施例〕
光走査装置２に光走査装置１を組み合わせた光走査装置の実施例と、当該実施例に対する比較例とについて、以下に説明する。図１０および図１１の各々は、それぞれ、本実施例および比較例により得られた振幅Ｉ_１、振幅Ｉ_２、および位相差Δの周波数依存性である。図１２は、実施例および比較例の各々により得られた軌跡の真円度の周波数依存性を示すグラフである。

【0140】

本実施例では、起動時における第１指令波形の周波数ｆ、振幅中心電圧Ｖ_ｃ、および振幅Ｖ_Ｉとして、それぞれ、ｆ＝３０００Ｈｚ、Ｖ_ｃ＝４．２７Ｖ、およびＶ_Ｉ＝５．５４Ｖを採用した。Ｖ_ｃ＝４．２７Ｖは、第１目標値であるθ_ｃ＝１．５５ｍｒａｄ．に対応し、Ｖ_Ｉ＝５．５４Ｖは、θ_Ｗ＝１．６３ｍｒａｄ．に対応する。また、本実施例では、起動時における第２指令波形の周波数ｆ、振幅中心電圧Ｖ_ｃ、および振幅Ｖ_Ｉとして、それぞれ、ｆ＝３０００Ｈｚ、Ｖ_ｃ＝５．１６Ｖ、およびＶ_Ｉ＝７．３２Ｖを採用した。Ｖ_ｃ＝５．１６Ｖは、第２目標値であるθ_ｃ＝１．８２ｍｒａｄ．に対応し、Ｖ_Ｉ＝７．３２Ｖは、θ_Ｗ＝２．０９ｍｒａｄ．に対応する。

【0141】

また、本実施例では、光走査方法Ｍ１０を実施した。本実施例では、ｘ軸直径の設定値およびｙ軸直径の設定値の各々として、ｄ＝５００μｍを用い、真円度の設定値として９５％を用いた。また、周波数ｆとして、ｆ＝１００，１０００，２０００，３０００，４０００Ｈｚの各々を採用した。

【0142】

なお、比較例においては、本実施例をベースにして、比較例においては、第１指令波形および第２指令波形に対する補正を実施しなかった。

【0143】

図１０を参照すれば、本実施例では、光走査方法Ｍ１０を実施することにより、補正後の振幅Ｉ_１、振幅Ｉ_２、および位相差Δが周波数ｆに応じて異なる値になった。その結果、何れの場合においても、照射点の軌跡の真円度は、９５％以上になった。

【0144】

一方、図１１を参照すれば、比較例では、光走査方法Ｍ１０を実施していないため、振幅Ｉ_１、振幅Ｉ_２、および位相差Δは、何れも起動時の振幅Ｉ_１、振幅Ｉ_２、および位相差Δのままだった。図１２を参照すれば、比較例においては、周波数ｆと真円度との間に負の相関があり、周波数ｆが高くなればなるほど真円度が低下することが分かった。この真円度の低下は、軸干渉に起因するものと考えられる。一方、本実施例においては、周波数ｆと真円度との間に相関は認められず、周波数ｆを変化させた場合でも真円度は、低下しなかった。

【0145】

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【0146】

また、上述した実施形態では、本発明を装置（光走査装置）として表現した。ただし、本発明は、方法（光走査方法）としても表現することができる。すなわち、「レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部を用いた光走査方法であって、前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成工程と、前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得工程と、前記第１指令波形および前記第２指令波形の少なくとも何れかを補正する指令波形補正工程と、を含み、前記指令波形補正工程は、前記軌跡の真円度を高めるように、前記第１指令波形の振幅である第１振幅、および、前記第２指令波形の振幅である第２振幅の少なくとも何れかと、前記第１指令波形と前記第２指令波形との位相差とを補正する、ことを特徴とする光走査方法」も本発明の範疇に含まれる。

【0147】

なお、この光走査方法において、前記指令波形生成工程は、各々の周波数が等しく、かつ、前記第１振幅および前記第２振幅が等しく、かつ、前記位相差が９０°である正弦波である前記第１指令波形および前記第２指令波形を生成する、ことが好ましい。

【0148】

（まとめ）
本発明の第１の態様に係る光走査装置は、レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部と、前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成部と、前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得部と、前記第１指令波形および前記第２指令波形の少なくとも何れかを補正する指令波形補正部と、を備え、前記指令波形補正部は、前記軌跡の真円度を高めるように、前記第１指令波形の振幅である第１振幅、および、前記第２指令波形の振幅である第２振幅の少なくとも何れかと、前記第１指令波形と前記第２指令波形との位相差とを補正する。

【0149】

上記の構成によれば、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度を高めることができる。

【0150】

本発明の第２の態様に係る光走査装置においては、第１の態様に係る光走査装置の構成に加えて、前記第１指令波形および前記第２指令波形は、各々の周波数が等しく、かつ、前記第１振幅および前記第２振幅が等しく、かつ、前記位相差が９０°である正弦波である、という構成が採用されている。

【0151】

上記の構成によれば、レーザ光の照射点が円軌道を描くように描画する事を容易に実現できる。これにより、いずれの走査方向においても加工幅が概ね一定とすることを容易に実現できる。

【0152】

本発明の第３の態様に係る光走査装置においては、第１の態様または第２の態様に係る光走査装置の構成に加えて、前記走査部は、ピエゾ素子を用いて前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージを更に備え、前記第１指令波形および前記第２指令波形の各々は、ぞれぞれ、前記２軸チルトステージの前記第１方向および前記第２方向に対する傾きを制御する、という構成が採用されている。

【0153】

上記の構成によれば、走査部の一部として２軸チルトステージを採用することによって、軸干渉が生じ得る場合であっても、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度を高めることができる。

【0154】

本発明の第４の態様に係る光走査装置においては、上述した第３の態様に係る光走査装置の構成に加えて、前記ピエゾ素子は、前記第１指令波形に応じて変位する第１ピエゾ素子と、前記第２指令波形に応じて変位する第２ピエゾ素子と、により構成されており、前記第１ピエゾ素子の変位である第１変位を検出する第１変位センサと、前記第２ピエゾ素子の変位である第２変位を検出する第２変位センサと、前記第１変位センサが検出した前記第１変位の振幅中心が第１目標値に近づくように、前記第１指令波形を補正する第１補正値を生成する第１補正値生成部と、前記第２変位センサが検出した前記第２変位の振幅中心が第２目標値に近づくように、前記第２指令波形を補正する第２補正値を生成する第２補正値生成部と、前記第１指令波形と前記第１補正値とを合成することによって第１合成波形を生成する第１合成波形生成部と、前記第２指令波形と前記第２補正値とを合成することによって第２合成波形を生成する第２合成波形生成部と、前記第１合成波形にしたがって前記第１ピエゾ素子を駆動する第１駆動部と、前記第２合成波形にしたがって前記第２ピエゾ素子を駆動する第２駆動部と、を更に備えている、という構成が採用されている。

【0155】

上記の構成によれば、前記第１補正値生成部は、前記第１変位の振幅中心を算出したうえで、当該振幅中心を用いて第１補正値を生成し、前記第２補正値生成部は、前記第２変位の振幅中心を算出したうえで、当該振幅中心を用いて第２補正値を生成する。第１変位および第２変位の振幅中心において生じ得る経時的なドリフトは、第１指令波形および第２指令波形の１周期と比較して遅い現象である。そのため、本光走査装置においては、第１補正値生成部が補正値を生成する頻度、および、第２補正値生成部が補正値を生成する頻度を、第１指令波形および第２指令波形の周波数に大きく依存せずに定めることができる。したがって、本光走査装置は、ピエゾ素子の変位に生じ得る経時的なドリフトを抑制することができる。

【0156】

本発明の第５の態様に係る光走査装置においては、上述した第１の態様または第２の態様に係る光走査装置の構成に加えて、前記走査部は、前記ミラーの後段に設けられたガルバノスキャナであって、レーザ光を反射する第１ミラーおよび第２ミラーと、前記第１ミラーの傾きを変化させる第１モータと、前記第２ミラーの傾きを変化させる第２モータと、を備えたガルバノスキャナを更に備え、前記第１指令波形は、前記第１モータを制御することにより前記第１ミラーの前記第１方向における傾きを制御し、前記第２指令波形は、前記第２モータを制御することにより前記第２ミラーの前記第２方向における傾きを制御する、という構成が採用されている。

【0157】

上記の構成によれば、走査部としてガルバノスキャナを採用することによって、糸巻き型歪みおよび樽型歪みと呼ばれる歪みが生じ得る場合であっても、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度を高めることができる。

【0158】

本発明の第６の態様に係る光走査装置は、レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部と、前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成部と、前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得部と、を備え、前記第１指令波形および前記第２指令波形は、各々に共通する周波数と、各々の振幅である第１振幅および第２振幅と、各々の位相差とにより規定される正弦波であり、指令波形生成部は、（１）前記レーザ光を走査する周波数と、前記軌跡の直径と、前記第１振幅と、前記第２振幅と、前記位相差との関係を表すテーブルを参照し、（２）所望の周波数を有し、かつ、当該所望の周波数および所望の直径に対応する第１振幅、第２振幅、および位相差を有する前記第１指令波形および前記第２指令波形を生成し、前記テーブルは、前記第１振幅と前記第２振幅とが等しく、かつ、前記位相差が９０°である場合と比較して、前記軌跡の真円度を高めるように前記第１振幅、前記第２振幅、および前記位相差が定められている。

【0159】

第６の態様に係る光走査装置は、第１の態様に係る光走査装置と同様の効果を奏する。さらに、上記の構成によれば、指令波形生成部は、テーブルを参照することによって、所望の周波数および所望の直径に対応する第１振幅、第２振幅、および位相差を有する前記第１指令波形および前記第２指令波形を生成することができる。したがって、本光走査装置は、本発明の第１の態様に係る光走査装置と比較して、レーザ光の照射点が描く軌跡の真円度を容易に高めることができる。

【0160】

本発明の第７の態様に係る光走査装置においては、第６の態様に係る光走査装置の構成に加えて、前記走査部は、ピエゾ素子を用いて前記ミラーの傾きを変化させる２軸チルトステージを更に備え、前記第１指令波形および前記第２指令波形の各々は、ぞれぞれ、前記２軸チルトステージの前記第１方向および前記第２方向に対する傾きを制御し、前記ピエゾ素子は、前記第１指令波形に応じて変位する第１ピエゾ素子と、前記第２指令波形に応じて変位する第２ピエゾ素子と、により構成されており、前記第１ピエゾ素子の変位である第１変位を検出する第１変位センサと、前記第２ピエゾ素子の変位である第２変位を検出する第２変位センサと、前記第１変位センサが検出した前記第１変位の振幅中心が第１目標値に近づくように、前記第１指令波形を補正する第１補正値を生成する第１補正値生成部と、前記第２変位センサが検出した前記第２変位の振幅中心が第２目標値に近づくように、前記第２指令波形を補正する第２補正値を生成する第２補正値生成部と、前記第１指令波形と前記第１補正値とを合成することによって第１合成波形を生成する第１合成波形生成部と、前記第２指令波形と前記第２補正値とを合成することによって第２合成波形を生成する第２合成波形生成部と、前記第１合成波形にしたがって前記第１ピエゾ素子を駆動する第１駆動部と、前記第２合成波形にしたがって前記第２ピエゾ素子を駆動する第２駆動部と、を更に備えている、という構成が採用されている。

【0161】

第７の態様に係る光走査装置は、第４の態様に係る光走査装置と同様の効果を奏する。すなわち、上記の構成によれば、テーブルを参照することによってレーザ光の軌跡の真円度を高める場合であってもピエゾ素子の変位に生じ得る経時的なドリフトを抑制することができる。

【0162】

本発明の第８の態様に係る光走査装置においては、上述した第１の態様～第７の態様の何れか一態様に係る光走査装置の構成に加えて、前記軌跡を表す画像を撮像する撮像部を更に備え、前記軌跡取得部は、前記画像に画像処理を施すことによって当該画像から前記軌跡を取得する、という構成が採用されている。

【0163】

このように、レーザ光の軌跡は、撮像部が撮像した軌跡を表す画像に画像処理を施すことによって取得することもできる。

【0164】

本発明の第９の態様に係る光走査方法は、レーザ光を反射するミラーを備え、当該ミラーの傾きを変えることにより前記レーザ光を走査する走査部を用いた光走査方法であって、前記走査部の第１方向における走査を制御するための第１指令波形および前記走査部の第２方向における走査を制御するための第２指令波形を生成する指令波形生成工程と、前記レーザ光の軌跡を取得する軌跡取得工程と、前記第１指令波形および前記第２指令波形の少なくとも何れかを補正する指令波形補正工程と、を含み、前記指令波形補正工程は、前記軌跡の真円度を高めるように、前記第１指令波形の振幅である第１振幅、前記第２指令波形の振幅である第２振幅、および前記第１指令波形と前記第２指令波形との位相差のうち少なくとも何れかを補正する。

【0165】

第９の態様に係る光走査方法は、第１の態様に係る光走査装置と同様の効果を奏する。

【0166】

本発明の第１０の態様に係る光走査方法においては、上述した第９の態様に係る光走査方法の構成に加えて、前記指令波形生成工程は、各々の周波数が等しく、かつ、各々の振幅である第１振幅および第２振幅が等しく、かつ、各々の位相差が９０°である正弦波である前記第１指令波形および前記第２指令波形を生成する、という構成が採用されている。

【0167】

上記の構成によれば、レーザ光の照射点が円軌道を描くように描画する事を容易に実現できる。これにより、いずれの走査方向においても加工幅が概ね一定とすることを容易に実現できる。

【符号の説明】

【0168】

１ 光走査装置
１１ ミラー
１２ ２軸チルトステージ
１２ａ 第１変位センサ
１２ｂ 第２変位センサ
１３ａ 第１補正値生成部
１３ａ１ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１３ａ２ 平均化部
１３ａ３ 比較部
１３ａ４ ＰＩＤ制御部
１３ａ５ リミッタ
１３ｂ 第２補正値生成部
１４ａ 第１合成波形生成部
１４ｂ 第２合成波形生成部
１５ 駆動部
１６ａ 第１指令波形生成部
１６ｂ 第２指令波形生成部
１７ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】