変位センサ
【課題】被測定物の表面の反射の状態によって、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ことを不要にする。
【解決手段】拡散反射板２１２は、レーザ光源２３１から出射され、ワーク１０２の加工面で正反射されたプローブ光が入射する位置に配置されている。リニアセンサ２３３は、拡散反射板２１２により拡散反射されたプローブ光がさらにワーク１０２の加工面で反射された第１の反射光、レーザ光源２３１から出射されたプローブ光がワーク１０２の加工面で拡散反射された第２の反射光を受光する。信号処理部２３４は、第１の反射光によりプローブ光がワーク１０２の加工面を介して拡散反射板２１２に入射するまでの第１の距離を検出するか、または、第２の反射光によりプローブ光がワーク１０２の加工面に入射するまでの第２の距離を検出する。
【解決手段】拡散反射板２１２は、レーザ光源２３１から出射され、ワーク１０２の加工面で正反射されたプローブ光が入射する位置に配置されている。リニアセンサ２３３は、拡散反射板２１２により拡散反射されたプローブ光がさらにワーク１０２の加工面で反射された第１の反射光、レーザ光源２３１から出射されたプローブ光がワーク１０２の加工面で拡散反射された第２の反射光を受光する。信号処理部２３４は、第１の反射光によりプローブ光がワーク１０２の加工面を介して拡散反射板２１２に入射するまでの第１の距離を検出するか、または、第２の反射光によりプローブ光がワーク１０２の加工面に入射するまでの第２の距離を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位センサに関し、特に、オートフォーカスの制御に用いて好適な変位センサに関する。
【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）。
【０００４】
ところで、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。
【０００５】
一方、従来、反射光の受光量分布のピークの数、ピーク値、および、受光波形の幅に基づいて、物体表面の反射の状態によらずに物体の検出精度を向上させる光電センサが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１１５３４号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の光電センサでは、物体表面の反射の状態に関わらず、測定方式を切り換えないで、物体の変位や物体までの距離を精度よく測定することは特に検討されていてない。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、被測定物の表面の反射の状態によって、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ことを不要にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面の変位センサは、被測定物の表面に対して斜め方向に測定光を照射する投光部と、被測定物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、拡散反射体により拡散反射された測定光がさらに被測定物の表面で反射された第１の反射光、または、投光部から照射された測定光が被測定物の表面で拡散反射された第２の反射光を受光する受光部と、受光部により受光された第１の反射光により投光部から出射された測定光が被測定物の表面を介して拡散反射体に入射するまでの第１の距離を検出するか、または、受光部により受光された第２の反射光により投光部から出射された測定光が被測定物の表面に入射するまでの第２の距離を検出する信号処理部とを備える。
【００１０】
本発明の一側面の変位センサにおいては、投光部から被測定物の表面に対して斜め方向に測定光が照射され、被測定物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により拡散反射された測定光がさらに被測定物の表面で反射された第１の反射光、または、投光部から照射された測定光が被測定物の表面で拡散反射された第２の反射光が受光され、第１の反射光により投光部から出射された測定光が被測定物の表面を介して拡散反射体に入射するまでの第１の距離が検出されるか、または、第２の反射光により投光部から出射された測定光が被測定物の表面に入射するまでの第２の距離が検出される。
【００１１】
従って、被測定物の表面の反射の状態によって、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ことが不要になる。
【００１２】
この投光部は、例えば、レーザ光源、レンズ等により構成される。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。この受光部は、例えば、１次元のＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等のリニアセンサにより構成される。この信号処理部は、例えば、アナログまたはデジタルの信号処理回路や、ＣＰＵ等の演算装置等により構成される。
【００１３】
この信号処理部には、検出した距離が所定の範囲内であるか否かに基づいて、被測定物の表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させることができる。
【００１４】
これにより、簡単かつ正確に被測定物の表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ことができる。
【００１５】
この信号処理部には、被測定物の表面が正反射面である場合、第１の距離および被測定物の表面への測定光の入射角に基づいて被測定物の変位を算出させ、被測定物の表面が拡散反射面である場合、第２の距離および入射角に基づいて被測定物の変位を算出させることができる。
【００１６】
これにより、被測定物の表面の反射の状態に関わらず、被測定物の変位を正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一側面によれば、被測定物の表面の反射の状態によって、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ことが不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】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１４】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１５】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】
【００１９】
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．変形例
【００２０】
＜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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
［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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
［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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
［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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
h1＝d1×cosθ ・・・（１）
【００５６】
距離ｄ１は、式（１）より次式（２）により表される。
【００５７】
d1＝h1／cosθ ・・・（２）
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
d1'＝（h1＋δ）／cosθ ・・・（３）
【００６２】
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。
【００６３】
d1'−d1＝δ／cosθ ・・・（４）
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
（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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
h2＝d2×cosθ ・・・（５）
【００７３】
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。
【００７４】
d1＋d2＝（h1＋h2）／cosθ ・・・（６）
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
d1'＋d2'＝（h1＋h2＋2δ）／cosθ ・・・（７）
【００７９】
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。
【００８０】
d1'＋d2'−（d1＋d2）＝2δ／cosθ ・・・（８）
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
［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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
［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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
［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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
＜２．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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
例えば、図１３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。
【０１４６】
これは、例えば、図１４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。
【０１４７】
また、本発明は、図１５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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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】
【０１５１】
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位センサに関し、特に、オートフォーカスの制御に用いて好適な変位センサに関する。
【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）。
【０００４】
ところで、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。
【０００５】
一方、従来、反射光の受光量分布のピークの数、ピーク値、および、受光波形の幅に基づいて、物体表面の反射の状態によらずに物体の検出精度を向上させる光電センサが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１１５３４号公報
【特許文献２】特開２００７−２２１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の光電センサでは、物体表面の反射の状態に関わらず、測定方式を切り換えないで、物体の変位や物体までの距離を精度よく測定することは特に検討されていてない。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、被測定物の表面の反射の状態によって、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ことを不要にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面の変位センサは、被測定物の表面に対して斜め方向に測定光を照射する投光部と、被測定物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、拡散反射体により拡散反射された測定光がさらに被測定物の表面で反射された第１の反射光、または、投光部から照射された測定光が被測定物の表面で拡散反射された第２の反射光を受光する受光部と、受光部により受光された第１の反射光により投光部から出射された測定光が被測定物の表面を介して拡散反射体に入射するまでの第１の距離を検出するか、または、受光部により受光された第２の反射光により投光部から出射された測定光が被測定物の表面に入射するまでの第２の距離を検出する信号処理部とを備える。
【００１０】
本発明の一側面の変位センサにおいては、投光部から被測定物の表面に対して斜め方向に測定光が照射され、被測定物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により拡散反射された測定光がさらに被測定物の表面で反射された第１の反射光、または、投光部から照射された測定光が被測定物の表面で拡散反射された第２の反射光が受光され、第１の反射光により投光部から出射された測定光が被測定物の表面を介して拡散反射体に入射するまでの第１の距離が検出されるか、または、第２の反射光により投光部から出射された測定光が被測定物の表面に入射するまでの第２の距離が検出される。
【００１１】
従って、被測定物の表面の反射の状態によって、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ことが不要になる。
【００１２】
この投光部は、例えば、レーザ光源、レンズ等により構成される。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。この受光部は、例えば、１次元のＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等のリニアセンサにより構成される。この信号処理部は、例えば、アナログまたはデジタルの信号処理回路や、ＣＰＵ等の演算装置等により構成される。
【００１３】
この信号処理部には、検出した距離が所定の範囲内であるか否かに基づいて、被測定物の表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させることができる。
【００１４】
これにより、簡単かつ正確に被測定物の表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ことができる。
【００１５】
この信号処理部には、被測定物の表面が正反射面である場合、第１の距離および被測定物の表面への測定光の入射角に基づいて被測定物の変位を算出させ、被測定物の表面が拡散反射面である場合、第２の距離および入射角に基づいて被測定物の変位を算出させることができる。
【００１６】
これにより、被測定物の表面の反射の状態に関わらず、被測定物の変位を正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一側面によれば、被測定物の表面の反射の状態によって、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ことが不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】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１４】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１５】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】
【００１９】
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．変形例
【００２０】
＜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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
［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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
［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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
［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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
h1＝d1×cosθ ・・・（１）
【００５６】
距離ｄ１は、式（１）より次式（２）により表される。
【００５７】
d1＝h1／cosθ ・・・（２）
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
d1'＝（h1＋δ）／cosθ ・・・（３）
【００６２】
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。
【００６３】
d1'−d1＝δ／cosθ ・・・（４）
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
（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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
h2＝d2×cosθ ・・・（５）
【００７３】
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。
【００７４】
d1＋d2＝（h1＋h2）／cosθ ・・・（６）
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
d1'＋d2'＝（h1＋h2＋2δ）／cosθ ・・・（７）
【００７９】
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。
【００８０】
d1'＋d2'−（d1＋d2）＝2δ／cosθ ・・・（８）
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
［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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
［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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
［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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
＜２．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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
例えば、図１３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。
【０１４６】
これは、例えば、図１４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。
【０１４７】
また、本発明は、図１５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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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】
【０１５１】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面に対して斜め方向に測定光を照射する投光部と、
前記被測定物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、
前記拡散反射体により拡散反射された前記測定光がさらに前記被測定物の表面で反射された第１の反射光、または、前記投光部から照射された前記測定光が前記被測定物の表面で拡散反射された第２の反射光を受光する受光部と、
前記受光部により受光された前記第１の反射光により前記投光部から出射された前記測定光が前記被測定物の表面を介して前記拡散反射体に入射するまでの第１の距離を検出するか、または、前記受光部により受光された前記第２の反射光により前記投光部から出射された前記測定光が前記被測定物の表面に入射するまでの第２の距離を検出する信号処理部と
を備えることを特徴とする変位センサ。
【請求項２】
前記信号処理部は、検出した距離が所定の範囲内であるか否かに基づいて、前記被測定物の表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
ことを特徴とする請求項１に記載の変位センサ。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記被測定物の表面が正反射面である場合、前記第１の距離および前記被測定物の表面への前記測定光の入射角に基づいて前記被測定物の変位を算出し、前記被測定物の表面が拡散反射面である場合、前記第２の距離および前記入射角に基づいて前記被測定物の変位を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の変位センサ。
【請求項１】
被測定物の表面に対して斜め方向に測定光を照射する投光部と、
前記被測定物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、
前記拡散反射体により拡散反射された前記測定光がさらに前記被測定物の表面で反射された第１の反射光、または、前記投光部から照射された前記測定光が前記被測定物の表面で拡散反射された第２の反射光を受光する受光部と、
前記受光部により受光された前記第１の反射光により前記投光部から出射された前記測定光が前記被測定物の表面を介して前記拡散反射体に入射するまでの第１の距離を検出するか、または、前記受光部により受光された前記第２の反射光により前記投光部から出射された前記測定光が前記被測定物の表面に入射するまでの第２の距離を検出する信号処理部と
を備えることを特徴とする変位センサ。
【請求項２】
前記信号処理部は、検出した距離が所定の範囲内であるか否かに基づいて、前記被測定物の表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
ことを特徴とする請求項１に記載の変位センサ。
【請求項３】
前記信号処理部は、前記被測定物の表面が正反射面である場合、前記第１の距離および前記被測定物の表面への前記測定光の入射角に基づいて前記被測定物の変位を算出し、前記被測定物の表面が拡散反射面である場合、前記第２の距離および前記入射角に基づいて前記被測定物の変位を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の変位センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−９６８５３（Ｐ２０１３−９６８５３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０１９４（Ｐ２０１１−２４０１９４）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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