JP2002542042A - レーザ校正装置及び方法 - Google Patents

レーザ校正装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を正確に配置するために走査座標を決定する方法（１４０）及びシステム（１０）。収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）は、レーザスキャナ（２２，２４）によってワーク表面（３６）上の関心のある領域（例えば、孔（３４））の領域に亘って走査される。収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）の位置は、予め設定された時間若しくは空間で、又は、収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）がワーク表面（３６）の孔（３４）を通じて出現したときに光検出器によって検出される。収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）の検出された位置を用いて、収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を検出したときのレーザスキャナ（２２，２４）の位置に基づいてビーム位置データに対する走査位置を発生させる。ビーム位置データに対する走査位置を用いて、孔の中心又は収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）の所望の位置に一致する走査位置座標を決定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 関連出願のクロス・リファレンス この出願は、１９９９年４月２７日に出願された米国仮出願番号第６０／１３
１，１３８号の利益を主張する。
【０００２】 技術の分野 本発明は、レーザ校正の分野に関し、特に、収束レーザビームを処理領域に亘
って高い精度で位置決めするシステムに関する。
【０００３】 背景技術 多数の材料処理アプリケーションにおいて、収束レーザビームを処理領域に渡
って非常に高い精度で位置決めする必要がある。種々の従来の方法は、移動可能
なレーザビームの位置を決定することを提案している。
【０００４】 ある方法では、ＣＣＤカメラと、処理用のビームの一部を使用して、ビーム位
置の変化を間接的に測定する。このアプローチは、ほとんど変化しないビームの
少ない変化に対する補正としてのみ良好に作用する。その理由は、処理のために
ビームの分離部分が１個ではない互いに相違するレンズを通じて収束されるから
である。
【０００５】 他の方法では、ワークピースからの散乱光をＣＣＤカメラによってモニタして
、ビームの実際の位置を決定している。
【０００６】 更に別の方法では、テスト部分をアレイの形態を用いて処理し、処理した部分
を測定するとともに実際の形態の位置を予定した位置と比較し、かつ、これらの
差を用いて補正係数のテーブルを計算する。
【０００７】 さらに、ビームプロファイラは、しばしば、レーザビームの形状を決定するた
めに移動孔／検出器アッセンブリを使用するが、これらの装置は、例えば、ビー
ム形状が材料処理装置の座標系を参照することを考慮していない。
【０００８】 発明の開示 本発明の目的は、レーザビーム位置決め構成方法及びシステムを向上させるこ
とである。
【０００９】 本発明の目的は、自動的かつ調和のとれたレーザビーム位置決め構成方法及び
システムを提供することである。
【００１０】 本発明の目的は、レーザビームを位置決めするために走査位置を決定する方法
及びシステムを提供することである。
【００１１】 本発明の一態様によれば、レーザスキャナの走査位置座標を収束レーザビーム
のビーム位置座標に相関させて、その収束レーザビームの位置精度を向上させる
方法であって、この方法が、ワーク表面上の関心のある領域上で前記収束レーザ
ビームを走査するステップと、前記ワーク表面に隣接する光検出器で受光した前
記収束レーザビームを検出し、検出した収束レーザビームの位置によって、ビー
ム位置座標を発生させるステップと、前記収束レーザビームが検出されたときに
、前記ビーム位置座標と、前記レーザスキャナの位置に対応する走査位置座標と
の間の関連を形成することによってビーム位置データに対する走査位置を決定す
るステップとを具えることを特徴とする方法を提供する。
【００１２】 本発明の他の態様は、収束レーザビームを位置決めする際の精度を向上させる
方法であって、この方法が、走査位置座標を有するレーザスキャナを用いてワー
ク表面上の関心のある領域上で前記収束レーザビームを走査するステップと、前
記ワーク表面に隣接する光検出器で受信した前記収束レーザビームを検出し、検
出した収束レーザビームの位置によってビーム位置座標を発生させるステップと
、前記収束レーザビームが検出されたときに、前記ビーム位置座標と、前記レー
ザスキャナの位置に対応する走査位置座標との間の関連を形成することによって
ビーム位置データに対する走査位置を決定するステップと、前記収束レーザビー
ムに対する所望の位置のビーム位置座標を決定するステップと、ビーム位置デー
タに対する前記走査位置に基づいて、前記所望の位置に一致する所望の走査位置
座標を計算するステップとを具えることを特徴とする方法を提供する。
【００１３】 本発明の他の態様によれば、レーザ走査位置座標を決定して収束レーザビーム
を決定する方法であって、ワーク表面上の孔の上で前記収束レーザビーム（を走
査するステップと、前記収束レーザビームによって前記孔を伝播するパワーを光
検出器によってモニタして、ビーム位置データに対する走査位置を発生させるス
テップと、前記ビーム位置データに対する走査位置から、前記孔の中心位置に対
応する操作位置を取得するステップとを具えることを特徴とする方法を提供する
。
【００１４】 本発明の他の態様によれば、加工面上の孔の形状を収束レーザビームによって
決定する方法であって、前記加工面上の孔の周辺を前記収束レーザビームによっ
て走査するステップと、光検出器上の前記孔を通過する光を収集して、走査ビー
ム位置に対する検出信号のプロファイルを決定するステップと、前記検出信号の
しきい値を規定して、前記孔のエッジを規定する走査ビーム位置を規定するステ
ップとを具えることを特徴とする方法を提供する。
【００１５】 本発明による他の態様によれば、収束レーザビームの位置精度を向上させる装
置であって、走査位置座標を有し、ワーク表面上の関心のある領域上で前記走査
レーザビームを走査するレーザスキャナと、前記収束レーザビームを前記ワーク
表面上で受光するときを検出し、検出した収束レーザビームによってビーム位置
座標を発生させる光検出器と、ビーム位置座標と走査位置座標との間の関連を形
成することによってビーム位置データに対する走査位置を形成し、前記走査位置
座標が、前記収束レーザビームを検出したときの前記レーザスキャナの位置に対
応するデータ形成手段とを具えることを特徴とする装置を提供する。
【００１６】 本発明による他の態様によれば、収束レーザビームの位置決めの際の精度を向
上させる装置であって、走査位置座標を有し、ワーク表面上の関心のある領域上
で前記走査レーザビームを走査するレーザスキャナと、前記収束レーザビームを
前記ワーク表面上で受光するときを検出し、検出した収束レーザビームによって
ビーム位置座標を発生させる光検出器と、ビーム位置座標と走査位置座標との間
の関連を形成することによってビーム位置データに対する走査位置を形成し、前
記走査位置座標が、前記収束レーザビームを検出したときの前記レーザスキャナ
の位置に対応するデータ形成手段と、前記収束レーザビームに対する所望の位置
のビーム位置座標を決定するとともに、前記走査位置に対するビーム位置データ
に基づいた前記所望の位置に対応する所望の走査位置座標を計算するステップと
を具えることを特徴とする装置を提供する。
【００１７】 本発明の他の態様によれば、レーザ走査位置を決定して収束レーザビームを位
置決めする装置であって、ワーク表面上の孔の上の前記収束レーザビームを走査
する手段と、前記収束レーザビームによって前記孔を通過するパワーを光検出器
によってモニタして、前記ビーム位置データに対する走査位置を発生させる手段
と、前記走査位置に対するビーム位置データから、前記孔の中心位置に対応する
走査座標を取得する手段とを具えることを特徴とする装置を提供する。
【００１８】 本発明の他の態様によれば、加工面上の孔の形状を収束レーザビームによって
決定する装置であって、前記加工面の前記孔の周辺で前記収束レーザビームを走
査する手段と、光検出器の上の前記孔を通過する光を収集して、走査されたビー
ム位置に対する光検出器信号のプロファイルを決定する手段と、前記光検出器の
しきい値を規定して、前記孔のエッジを規定する前記走査されたビーム位置を規
定する手段とを具えることを特徴とする装置を提供する。
【００１９】 発明を実施するための最良の形態 レーザ校正装置及び方法を、表題が「複数のレーザビームを用いて材料を処理
する装置及び方法」である１９９９年４月２７日に出願された出願人の同時係属
出願である米国特許出願番号第６０／１３１，１３９号に開示された材料処理装
置に関連して説明し、この出願を、参照することによってここに組み込む。 本発明のレーザ校正装置を組み込んだ一般的な材料処理装置１０を図１に示す
。装置１０は、単一レーザビーム１４を発生させるレーザ源１２を有する。ビー
ム１４は、ビーム１４のエネルギー密度を減少させるために減衰器１６を通過し
て、減衰ビーム１７を発生させる。減衰ビーム１７は、ビーム１７を２成分２０
ａ，２０ｂに分離するためにスプリッタ１８を通過する。ビーム２０ａは、検流
計（ｇａｌｖｏ）対２２のような第１走査位置決めシステムを通過して、ビーム
２６が発生し、ビーム２０ｂは、検流計対２４のような第２走査位置決めシステ
ムを通過して、ビーム２９が発生する。ｇａｌｖｏ２２及び２４を、出力ビーム
２６及び２８の角度を調整するのに使用される多重反射器とする。 ビーム２６及び２８は、走査レンズ３０を通じて指導されて、出力ビーム３２
ａ，ｂの対が発生する。出力ビーム３２ａ，ｂは、Ｘ−Ｙテーブル３６の孔３４
に指導される。検出器３８は、Ｘ−Ｙテーブル３６の孔３４に対して直列(in-li
ne)で近接して装着される。制御モジュール４０は、検出器３８、レーザ１２、
減衰器１６、スプリッタ１８及びｇａｌｖｏ対２２，２４の動作を制御する。本
発明の当業者には理解できるように、単一ビーム又は複数のビームに対して同一
の方法を同様に適用できる。
【００２０】 孔３４及び検出器３８の拡大図を図２Ａ及び２Ｂに示す。本発明の校正方法は
、検出器３８及びその上に配置した孔３４を用いることによって、孔３４の既知
の位置に対する移動可能な収束レーザビーム３２ａ，ｂの位置を検出する。 ビーム３２ａ又はｂは、制御モジュール４０が検出器３８をモニタする間、孔
３４の上で走査される。検出器３８から制御モジュール４０まで通過した信号は
、走査位置に対する検出信号のプロファイルを決定することによってビーム３２
ａ又はｂを制御するのに用いられる。検出器３８におけるユーザが規定したしき
い値に対応する孔３４の端に一致した走査位置を記録することによって、孔３４
の中心６０に一致する走査位置を、しきい値レベルが検出される走査位置間の中
間として決定することができる。例えば、 ｘ中心６０＝（Ｘ位置の左側しきい値＋Ｘ位置の右側しきい値）／２ この手順の典型的な実現の図形的な表示を図３Ｂに示す。
【００２１】 当業者には既知のように、ｘ中心６０を計算するために他の式を用いて、ビー
ム３２ａ，ｂの形状の不均一性を補償し又は信号対雑音比を向上させることがで
きる。孔３４を横切るレーザビーム３２ａ又は３２ｂの第２の走査は、孔３４の
ｙ中心に一致する走査位置を限定するために垂直方向に行われる。レーザビーム
３２ａ又は３２ｂの二つの垂直方向の走査から、孔３４の中心６０の既知の位置
にビーム３２ａ又は３２ｂを正確に配置するｘ及びｙ走査座標を計算する。これ
ら計算された座標にｇａｌｖｏ対２２又は２４の座標を設定することによって、
レーザビーム３２ａ，ｂを、最初の走査中の孔３４の位置と同一位置に配置する
ことができる。
【００２２】 孔の中心を見つける他の方法では、複数の点を孔３４の周辺に配置する（走査
Ｘ，Ｙ座標は各点として記録される。）ために孔３４を横切るように、又は、孔
３４が円形でない場合には孔３４の周辺に沿ってビーム３４ａ，ｂを走査し、そ
の後、当業者に既知の式を用いて、孔３４の中心６０を計算する。
【００２３】 本発明の一実施の形態において、２個の検流計ミラーを用いてレーザビーム３
２ａ又は３２ｂを走査する場合、走査座標は、検流計２２，２４の２個の検流計
ミラーの角度に対応する。しかしながら、任意のビーム走査方法（例えば、ポリ
ゴン(polygon)、音響光学）を用いて、レーザビーム２０ａ，ｂを、走査レンズ
３０を通じて指導することができる。
【００２４】 孔３４の中心６０に一致する走査位置に配置した後、孔３４を、走査レンズ３
０の操作領域６２内の互いに相違する位置に移動させる。典型的には、孔３４を
、１μｍの目安の分解能を有する精密な移動ステージによって移動させる。新た
な孔の位置で、（既に説明した）孔配置プロセスを繰り返して、新たな位置に対
応する検流計２２，２４の位置を決定する。一連のサイクルを通じて、孔の位置
のグリッド６４（図２Ｃ参照）に対応する走査位置座標を決定する。領域６２の
範囲内の任意の点に対する走査座標を、既知の内挿又は外挿方法を用いて計算す
ることができる。技術の分解能及び精度は、走査機構及び穴の位置決め装置の分
解能によってのみ制約される。
【００２５】 減衰器１６は、レーザビーム１４の強度を（偏移なく）減少させるために使用
する。本発明による方法は、既に説明した孔の処理方法中に、レーザビーム１４
のほぼ中心に小孔８２を有するシャッタ８０を収束レンズ８４の前に配置する。
レンズ８４の前に孔８２を配置することによって、強度がレンズ焦点において著
しく低減し、したがって、検出器３８又は孔３４に対する損傷の問題が減少する
。孔８２によって、二つの機構による（Ｘ−Ｙテーブル３６上に配置された）任
意のワークピース上の強度を減少させる。第１に、孔８２はレーザビーム１４よ
りも小さく、これによって、レンズ８４によって収束されるエネルギー量が減少
する。第２に、孔８２によって、収束レンズ８４におけるレーザビーム１４の寸
法が減少する。この影響によって、（図３Ａに示したように）レンズ焦点におけ
るレーザビーム１４の寸法が増大する。
【００２６】 一例を、以下に示す。 焦点におけるスポット径 ≒２．４４＊（焦点距離）＊（波長）／レンズにおけるスポット径） 理想的でないレーザ及びレンズを用いた場合でさえも、上記式を実質的に適用す
ることができる。例えば、収束レンズ８４の前でビーム１４に配置された孔８２
がその点のビーム径の１０％に等しい径を有する場合、作業面におけるビーム３
２ａ，ｂの強度（Ｗ／ｃｍ２）は、約１００００の因子によって減少される。孔
８２を通過した光が全く変位しないので、収束ビームの中心は、プレレンズ孔に
よって減衰されないビームの中心にほぼ一致する。
【００２７】 レーザビーム１４を減衰する他の方法は、部分的な送信系光学又はレンズの前
のビーム中の一連の部分的な送信系光学に配置する。効率よくするために、部分
的な伝達器(partial transmitter)は、伝達されたビームの角度又は位置を変位
させない必要がある。更に別の方法は、レンズの後方のターゲート孔の損傷を回
避するためにレーザ出力を十分低いレベルまで減衰するが、これは、典型的な利
用できるレーザの制限された動的な動作範囲に起因して不可能となる場合もある
。 更に別の例として、単一の検出器３８の代わりに、光検出器１００（例えばＣ
ＣＤ）のアレイを用いて、図４Ａに示すような孔３４を用いることなくレーザビ
ーム１４を検出する。図４Ａに示す配置は、レーザビーム１４を走査する必要な
く正確な収束ビーム位置を提供する。収束レーザビームの中心位置を、各画素の
強度によって重み付けられる照らされた画素の重心(centroid)を計算することに
よって決定する。計算を、（時間又は移動の増分の）周期的な間隔又は予め設定
された走査座標で実行することができる。
【００２８】 また、孔３４を、図４Ｂに示すように多素子検出器１００（すなわち、２次元
アレイ検出器）とともに用いることができる。この場合、孔３４を、収束ビーム
の位置を決定する基準マークとして用いることができる。多素子検出器１００か
らの信号を、加算するとともに基準となるしきい値と比較し、又は、個別に検査
するとともにビームの重心を直接計算するために使用する。
【００２９】 １次元アレイの検出器１２０又は２次元アレイ１００を用いることによって、
図４Ｃに示すような２個のスキャナに対する走査座標を同時に決定することがで
きる。各スキャナは、２個の個別の収束スポットが検出器１２０に存在するよう
に、ビームを微小にオフセットした位置に指導する。制御モジュール４０は、各
ビームの中心位置を決定するとともに、測定された位置にレーザビームを移動さ
せる走査座標をセーブする。図４Ｃの配置において、レンズ領域で校正された点
は、互いに相違するスキャナに対して同一の規則的なグリッド上に必ずしも存在
しない。各ビームを処理位置に指導するために走査位置を計算するのに必要な内
挿及び外挿ルーチンは、結果として僅かに相違する。
【００３０】 複数のレーザビームを用いて孔／ビアス(holes/vias)を形成する既に参照した
出願人の係属出願で開示したシステム及び本願の図１を参照すると、ビーム３２
ａ，ｂは、Ｘ−Ｙテーブル３６に固定されたパネルに孔を形成（し又はビアスを
見えなく）する。ビーム３２ａ，ｂは、パネルの上に配置された少なくとも１戸
の走査レンズ３０によってパネル上の領域に収束される。複数のビームを単一の
走査レンズ３０を通じて収束してもよい。走査レンズ３０の上に配置された検流
計２２，２４の対は、下方に存在する（、すなわち、テーブル３６上に載せ置か
れた）パネル上のレンズ形成領域（例えば、典型的なサイズを２″×２″とする
。）を通じてレーザビーム３２ａ，ｂを走査する。
【００３１】 検流計２２，２４の位置は、制御モジュール４０からの制御信号によって命令
される。制御モジュール４０は、（テーブル３６を用いた）パネルのＸ−Ｙ平面
における移動に応答し、（パネルのレーザビーム焦点を調整するために）走査レ
ンズ３０のＺ軸方向の高さを制御し、Ｘ−Ｙ平面におけるレーザビーム３２ａ，
ｂの位置を設定するｇａｌｖｏ２２，２４を命令し、かつ、孔の形成中に必要に
応じてレーザ１２のオンオフを行う。レンズの欠陥、光学系の全ての構成要素で
形成される誤差及びｇａｌｖｏ制御信号の非線形性によって、領域に歪みが生じ
、したがって、システムを正確に構成する手段が要求される。
【００３２】 一実施の形態において、本発明の装置及び方法は、Ｘ−Ｙ領域におけるレーザ
ビームの位置を正確かつ自動的に校正する自動化プロセスを提供する。 本発明の方法は、独立して又は同時にビームを校正するのに使用される。シス
テムは、校正が必要とされているか否かを決定するために少なくとも一つのビー
ムの校正を自動的にテストするとともに、必要に応じて特定のビームにおける校
正を実行することができ、又は、予め設定された間隔で校正を行うことができる
。システムによって、オペレータは、自動的な校正すなわち必要に応じて開始す
べき自動的なテストを要求することもできる。
【００３３】 校正方法は、Ｘ−Ｙ領域６２（例えば、２"×２"の領域）で走査を行う際にレ
ーザビーム３２ａ，ｂを配置する検出器３８を使用する。領域６２を、孔が形成
されるパネルの表面に配置した平面とする。走査レンズ３０ごとに一つの領域６
２が存在する。検出器３８をＸ−Ｙテーブル３６に配置し、これによって、レー
ザビーム３２ａ，ｂを検知すると常に、制御モジュール４０へのフィードバック
を通じて正確な位置情報を提供することができる。
【００３４】 検出器３８の上に配置された孔３４を、検出器３８の正確な基準位置を規定す
るために使用する。孔３４の計を、レーザビーム３２ａ，ｂの径より大きくし又
は小さくすることができる。レーザビーム３２ａ，ｂを領域６２内で走査する際
に配置されるのは孔３４のエッジである。Ｚ軸を、孔３４の表面又はその付近に
レーザビーム３２ａ，ｂの焦点を配置するために走査レンズ３０を移動させるの
に使用する。校正プロセスは、校正すべき光センサ／孔の組合せを領域６２に配
置するためにＸ−Ｙテーブル３６を移動させる制御モジュール４０によって開始
する。
【００３５】 制御モジュール４０は、レーザ１２をターンオンするとともに、レーザビーム
３２ａ，ｂを領域６２内で走査するようｇａｌｖｏ２２，２４にコマンドを発す
る。レーザビーム３２ａ，ｂが検出器３８によって検知されると、制御モジュー
ル４０は、探索アルゴリズム（例えば、図３Ｂ参照）を用いて孔３４のエッジを
見つける。各エッジが配置されると、制御モジュール４０は、命令されたｇａｌ
ｖｏ位置及びテーブル位置を記録するとともに、この情報を用いて領域６２にお
ける位置に対する走査座標を計算する。制御モジュール４０は、Ｘ−Ｙテーブル
３６を領域６２中の他の位置に移動し、孔のエッジを見つけるプロセスを繰り返
す。
【００３６】 このプロセスは、走査座標における領域６２の正確なマッピングを行うために
必要に応じて領域６２の複数の位置（例えば、２"×２"区域における２５位置−
図２Ｃ参照）で繰り返される。制御モジュール４０は、領域６２の座標マップを
内挿するために、収集された位置情報を処理するために少なくとも１次の多項式
を有する制御アルゴリズムを使用する。座標マップを、測定された位置に対する
走査座標からのターゲットとされた位置に対して新たな検流計のコマンドが発さ
れた位置を外挿することによって領域の歪みを修正するのに使用することができ
る。
【００３７】 図５は、レーザビーム３２ａ，ｂの位置とレーザスキャナ２２，２４の位置と
の間の相関を確立するようにレーザ１２を校正する方法１４０を要約するフロー
チャートである。レーザビーム１４は、光検出器３８の損傷を回避するためにエ
ネルギー密度を減少させるステップ１４２で減衰される。レーザビーム３２ａ，
ｂは、ステップ１４４において、ワーク表面３６上を走査し、ステップ１４６で
レーザビームが検出される。光検出器によっ手検出されたレーザビーム３２ａ，
ｂの位置は、レーザビーム３２ａ，ｂが検出されたときのレーザスキャナ２２，
２４の位置に相関される。このように相関されたデータは、ワーク表面３６上の
孔３４の中心又はレーザビーム３２ａ，ｂの所望の位置に一致するスキャナ位置
座標を決定するのに用いられる。
【００３８】 校正プロセスは、単一の走査レンズを通過する単一又は複数のビームに適用す
ることができる。単一のセンサを、各走査レンズを通過する複数のレーザビーム
を有する複数の領域を校正するのに用いることができる。複数のセンサを、複数
のビームを同時に校正し及び複数の領域を構成する複数器走査レンズを通過する
複数のビームを校正するのに使用することができる。これらの選択は、次ぎのよ
うな利点を有する。更に少ないセンサを用いることによるコストの減少、更に多
くのセンサを用いることによる校正時間及びテスト時間の減少。
【００３９】 互いに相違するタイプのセンサを使用することによって、互いに相違するレー
ザ波長（ＩＲ，ＵＶ，可視）を有するレーザを校正することができる。互いに相
違するレーザ波長を校正することによって、システムは、互いに相違するタイプ
の材料を処理することができる。
【００４０】 光センサの孔（センサの上に配置された孔）の一つを、Ｘ−Ｙテーブル３６に
固定したパネルに対して正確にレーザビームを位置合わせするビジョンシステム
によって用いることができる。レーサ゛ビームに対してビジョンシステムを配置する この孔を使用することの利点は、誤差が更に追加されるおそれがないことである
。その理由は、レーザビームが孔のエッジに対して正確に校正されるからである
。
【００４１】 位置合わせに対してＸ−Ｙテーブル３６に他の形態を使用した場合、位置の誤
差を発生させるおそれがある光センサの孔３４の変化を検出できないおそれがあ
る。その変化は、孔３４のほこり又は損傷の結果であるおそれがある。他の利点
は、ビジョンシステムの位置合わせを行うのに使用されるパネルに孔を形成する
必要がなくなる点である。これによって、ビジョンアラインメントのコストが軽
減する。その理由は、テストパネルを手動で設置するのに消耗し得る（テストパ
ネル）の使用及び操作時間が減少するからである。
【００４２】 レーザビーム３２ａ，ｂが光センサ及び光センサの孔を損傷するおそれがある
ので、これらを保護する手段が必要となる。検出器３８が飽和しないとともに孔
３４に損傷を与えないレベルまでレーザビームのエネルギー密度を減少させる二
つの方法が発見されている。また、これら方法によって、校正誤差となり得るレ
ーザビームの指示の安定性に変化が生じない。これら二つの方法は、校正前に減
衰光学系又は円形孔をレーザビーム経路に自動的に移動させることを伴う。
【００４３】 レーザビームの校正をテストするプロセスを、校正プロセスより高速にする。
領域内の全ての点（２５）の校正情報を収集する代わりに、ポイントのサブセッ
ト（例えば９）を、テストのために収集する。テスト中に収集されたデータは、
校正データと比較され、テストデータが形成される。テスト時間の減少は、完全
に自動化されたプロセスの全体に亘る速度の増大に寄与する。
【００４４】 要約すると、本発明の校正方法／システムは、以下の利点を提供する。 （１）システムは、オペレータが介在することなく周期的かつ自動的に動作する
ことができる。 （２）オペレータが校正の孔を設置する必要がないため、時間が省略される。 （３）プロセスが自動化されるので、校正の整合性及び繰返し可能性が向上する
。 （４）校正データを、統計的な調査に対して収集し及び記録することができる。 （５）校正データを他の処理に対して供給し、その処理は、スケジューリングメ
ンテナンスに対するように情報を用いることができる。 （６）校正速度が増大するので、パネルに孔を形成するための全体に亘るコスト
が減少し、整合性が増大するためにパネルの不良品が減少し、かつ、消耗し得る
（テストパネル）が校正に対して必要とされない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明のレーザ校正システムを組み込んだ材料切削装置の線
形図を示す。
【図２】 図２Ａは、図１に示す孔／検出器形態の拡大図であり、図２Ｂは、図
２Ａのテーブル上の孔の上面図であり、図２Ｃは、本発明のレーザ校正方法で用
いられるグリッドレイアウトの上面図である。
【図３】 図３Ａは、図１の減衰器の線形図であり、図３Ｂは、孔の中心位置を
見つけるために使用される技術の線形図である。
【図４】 図４Ａは、本発明の一実施の形態による２次元アレイ検出器の線形図
を示し、図４Ｂは、本発明の他の実施の形態による孔を有する２次元アレイ検出
器の線形図を示し、図４Ｃは、本発明の他の実施の形態による１次元アレイ検出
器の線形図である。
【図５】 本発明の一実施の形態によるレーザの校正方法を示す。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１１月９日（２００１．１１．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 イアン ジェームス ミラー カナダ国 オンタリオ ケイ１ティー ３ エス１ グロスター クウェイル ラン アヴェニュー 3042 (72)発明者 ロバート グレン パーカー カナダ国 オンタリオ ケイ１ゼッド ７ ゼッド３ オッタワ シリントン アヴェ ニュー 11−1149 Ｆターム(参考） 4E068 CA09 CB01 CC01 CE03

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザスキャナ（２２，２４）の走査位置座標を収束レーザビー
    ム（３２ａ，３２ｂ）のビーム位置座標に相関させて、その収束レーザビーム（
    ３２ａ，３２ｂ）の位置精度を向上させる方法（１４０）であって、この方法（
    １４０）が、 ワーク表面（３６）上の関心のある領域上で前記収束レーザビーム（３２ａ，
    ３２ｂ）を走査するステップと、 前記ワーク表面（３６）に隣接する光検出器（３８）で受光した前記収束レー
    ザビーム（３２ａ，３２ｂ）を検出し、検出した収束レーザビーム（３２ａ，３
    ２ｂ）の位置によって、ビーム位置座標を発生させるステップと、 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）が検出されたときに、前記ビーム位
    置座標と、前記レーザスキャナ（２２，２４）の位置に対応する走査位置座標と
    の間の関連を形成することによってビーム位置データに対する走査位置を決定す
    るステップとを具えることを特徴とする方法（１４０）。
  2. 【請求項２】 収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を位置決めする際の精度を
    向上させる方法（１４０）であって、この方法（１４０）が、 走査位置座標を有するレーザスキャナ（２２，２４）を用いてワーク表面（３
    ６）上の関心のある領域上で前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を走査す
    るステップと、 前記ワーク表面（３６）に隣接する光検出器（３８）で受信した前記収束レー
    ザビーム（３２ａ，３２ｂ）を検出し、検出した収束レーザビーム（３２ａ，３
    ２ｂ）の位置によってビーム位置座標を発生させるステップと、 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）が検出されたときに、前記ビーム位
    置座標と、前記レーザスキャナ（２２，２４）の位置に対応する走査位置座標と
    の間の関連を形成することによってビーム位置データに対する走査位置を決定す
    るステップと、 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）に対する所望の位置のビーム位置座
    標を決定するステップと、 ビーム位置データに対する前記走査位置に基づいて、前記所望の位置に一致す
    る所望の走査位置座標を計算するステップとを具えることを特徴とする方法（１
    ４０）。
  3. 【請求項３】 前記所望の走査位置座標を用いて、前記収束レーザビーム（３２
    ａ，３２ｂ）を前記所望の位置に配置するステップを更に有することを特徴とす
    る請求項２記載の方法（１４０）。
  4. 【請求項４】 前記所望の走査位置座標を計算するステップが、 前記所望の位置の座標が、前記ビーム位置データに対する走査位置のビーム位
    置座標に整合するか否かを決定するステップと、 前記所望の位置の座標が前記ビーム位置座標に整合する場合、前記所望の走査
    位置座標に対する整合したビーム位置座標に相関する走査位置座標を用いるステ
    ップとを具えることを特徴とする請求項２記載の方法（１４０）。
  5. 【請求項５】 前記所望の走査位置座標を計算するステップが、 前記所望の位置の座標が、前記ビーム位置データに対する走査位置のビーム位
    置座標に整合するか否かを決定するステップと、 前記所望の位置の座標が前記ビーム位置座標に整合しない場合、内挿技術を用
    いて、前記ビーム位置でーだに対する走査位置に基づいた前記所望の位置に近接
    するビーム位置座標に基づく前記所望の走査位置座標を決定するステップとを具
    えることを特徴とする請求項２記載の方法（１４０）。
  6. 【請求項６】 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を検出する光検出器（
    ３８）を、光検出器のアレイ（１００）とし、各光検出器が、複数の画素を有し
    、前記方法（１４０）が、 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）によって照射された前記光検出器の
    画素の強度を重み付けした重心を計算するステップと、 前記ビーム位置データに対する走査位置を形成するときに、前記強度を重み付
    けした重心を、前記ビーム位置座標として使用するステップとを更に有すること
    を特徴とする請求項２記載の方法（１４０）。
  7. 【請求項７】 レーザ走査位置座標を決定して収束レーザビーム（３２ａ，３２
    ｂ）を決定する方法（１４０）であって、 ワーク表面（３６）上の孔（３４）の上で前記収束レーザビーム（３２ａ，３
    ２ｂ）を走査するステップと、 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）によって前記孔（３４）を伝播する
    パワーを光検出器（３８）によってモニタして、ビーム位置データに対する走査
    位置を発生させるステップと、 前記ビーム位置データに対する走査位置から、前記孔（３４）の中心位置に対
    応する操作位置を取得するステップとを具えることを特徴とする方法（１４０）
    。
  8. 【請求項８】 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を検出する前記光検出
    器（３８）を、光検出器のアレイとし、各光検出器が複数の画素を有し、前記画
    素が前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）によって照射されたときに発生し
    た前記光検出器（３８）の画素からの信号を評価することによる前記孔（３４）
    のエッジに対する前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）の位置を計算するス
    テップによって、前記ビーム位置データに対する走査位置を発生させることを特
    徴とする請求項７記載の方法（１４０）。
  9. 【請求項９】 加工面（３６）上の孔（３４）の形状を収束レーザビーム（３２
    ａ，３２ｂ）によって決定する方法（１４０）であって、 前記加工面（３６）上の孔（３４）の周辺を前記収束レーザビーム（３２ａ，
    ３２ｂ）によって走査するステップと、 光検出器（３８）上の前記孔を通過する光を収集して、走査ビーム位置に対す
    る検出信号のプロファイルを決定するステップと、 前記検出信号のしきい値を規定して、前記孔（３４）のエッジを規定する走査
    ビーム位置を規定するステップとを具えることを特徴とする方法（１４０）。
  10. 【請求項１０】 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を走査するステップ
    が、予め設定された走査位置を用いて前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）
    を走査し及び検出するステップを有することを特徴とする請求項１と２のうちの
    いずれか一方に記載の方法（１４０）。
  11. 【請求項１１】 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を、予め設定された
    間隔の前記光検出器（３８）によって検出することを特徴とする請求項１と２の
    うちのいずれか一方に記載の方法（１４０）。
  12. 【請求項１２】 前記予め設定された間隔を時間の間隔とすることを特徴とする
    請求項１１記載の方法（１４０）。
  13. 【請求項１３】 前記予め設定された間隔を空間の間隔とすることを特徴とする
    請求項１１記載の方法（１４０）。
  14. 【請求項１４】 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を走査する前に前記
    収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）のエネルギー密度を減少させるステップを
    更に有することを特徴とする請求項１，２，７又は９記載の方法（１４０）。
  15. 【請求項１５】 収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）の位置精度を向上させる
    装置（１０）であって、 走査位置座標を有し、ワーク表面（３６）上の関心のある領域上で前記走査レ
    ーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を走査するレーザスキャナ（２２，２４）と、 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を前記ワーク表面（３６）上で受光
    するときを検出し、検出した収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）によってビー
    ム位置座標を発生させる光検出器（３８）と、 ビーム位置座標と走査位置座標との間の関連を形成することによってビーム位
    置データに対する走査位置を形成し、前記走査位置座標が、前記収束レーザビー
    ム（３２ａ，３２ｂ）を検出したときの前記レーザスキャナ（２２，２４）の位
    置に対応するデータ形成手段（４０）とを具えることを特徴とする装置（１０）
    。
  16. 【請求項１６】 収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）の位置決めの際の精度を
    向上させる装置（１０）であって、 走査位置座標を有し、ワーク表面（３６）上の関心のある領域上で前記走査レ
    ーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を走査するレーザスキャナ（２２，２４）と、 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を前記ワーク表面（３６）上で受光
    するときを検出し、検出した収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）によってビー
    ム位置座標を発生させる光検出器（３８）と、 ビーム位置座標と走査位置座標との間の関連を形成することによってビーム位
    置データに対する走査位置を形成し、前記走査位置座標が、前記収束レーザビー
    ム（３２ａ，３２ｂ）を検出したときの前記レーザスキャナ（２２，２４）の位
    置に対応するデータ形成手段（４０）と、 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）に対する所望の位置のビーム位置座
    標を決定するとともに、前記走査位置に対するビーム位置データに基づいた前記
    所望の位置に対応する所望の走査位置座標を計算するステップとを具えることを
    特徴とする装置（１０）。
  17. 【請求項１７】 前記収束レーザビームを検出する光検出器（３８）を、光検出
    器（１００）のアレイとし、各光検出器が複数の画素を有し、前記位置決定手段
    が、 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）によって照射された前記光検出器の
    画素の強度の重み付けられた重心を計算し、前記走査位置に対するビーム位置デ
    ータを形成する際に、前記強度の重み付けられた重心を前記走査位置座標として
    用いる手段を具えることを特徴とする請求項１６記載の装置（１０）。
  18. 【請求項１８】 レーザ走査位置を決定して収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ
    ）を位置決めする装置（１０）であって、 ワーク表面（３６）上の孔の上の前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）を
    走査する手段（２２，２４）と、 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）によって前記孔（３４）を通過する
    パワー（３８）を光検出器（３８）によってモニタして、前記ビーム位置データ
    に対する走査位置を発生させる手段（３８）と、 前記走査位置に対するビーム位置データから、前記孔（３４）の中心位置に対
    応する走査座標を取得する手段（４０）とを具えることを特徴とする装置（１０
    ）。
  19. 【請求項１９】 前記光検出器（３８）を光検出器（１００）のアレイとし、各
    光検出器が複数の画素を有し、前記走査位置に対する光検出器信号データから取
    得する手段（４０）が、 前記画素が前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）に照射されたときに発生
    した前記光検出器（３８）の前記画素からの信号を評価することによって、前記
    孔（３４）のエッジに対する前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）の位置を
    計算して、前記ビーム位置データに対する走査位置を発生させる手段を具えるこ
    とを特徴とする請求項１８記載の装置（１０）。
  20. 【請求項２０】 加工面上の孔（３４）の形状を収束レーザビーム（３２ａ，３
    ２ｂ）によって決定する装置（１０）であって、 前記加工面（３６）の前記孔（３４）の周辺で前記収束レーザビーム（３２ａ
    ，３２ｂ）を走査する手段（２２，２４）と、 光検出器（３８）の上の前記孔（３４）を通過する光を収集して、走査された
    ビーム位置に対する光検出器信号のプロファイルを決定する手段（３８）と、 前記光検出器のしきい値を規定して、前記孔（３４）のエッジを規定する前記
    走査されたビーム位置を規定する手段（４０）とを具えることを特徴とする装置
    （１０）。
  21. 【請求項２１】 前記収束レーザビーム（３２ａ，３２ｂ）のエネルギー密度を
    減少させるレーザビーム減衰器（１６）を更に有することを特徴とする請求項１
    ５，１６，１８又は２０記載の装置（１０）。
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