JPH0222617A - 光ビーム位置誤差補正方法と装置 - Google Patents

光ビーム位置誤差補正方法と装置

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JPH0222617A
JPH0222617A JP1101826A JP10182689A JPH0222617A JP H0222617 A JPH0222617 A JP H0222617A JP 1101826 A JP1101826 A JP 1101826A JP 10182689 A JP10182689 A JP 10182689A JP H0222617 A JPH0222617 A JP H0222617A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術の分野) この発明は光ビーム位置決め装置に係り、特に光ビーム
位置誤差補正能力のある装置に関するものである。
(発明の背景) 通常の自動化された光ビーム位置決め装置は、典型的に
は光ビーム ポジショナ(light beampos
itioner) とシステム制御コンビ二一夕を含ん
でいる。可動光方向付は面を有する光学素子を典型的に
含む光ビーム ポジショナはシステム制御コンビコータ
により処理されるビーム位置と速度コマンド データ(
“コマンド データ′″)を受信する。光学素子は反射
か屈折かの光方向付は特性を有する。光ビーム ポジシ
ョナはコマンドデータ(command data)に
応じて、ry−クビ−x(workpiece)上予定
の位置に方向づけられる入射光ビームの伝播通路を決定
する。
光ビームがワークピースに沿って走行するその通路を変
えるには、光ビーム ポジショナは異なったコマンド 
データに応じて、光学素子の可動光方向付は面の方位を
変化させる。か−る素子の1例はガルバノメータ ビー
ム ポジショナ(galvanorneter bea
m positioner)で、それは標的面上の所望
の位置に入射光ビームを方向付けるコマンド データに
応じて共働する選択的に旋回可能なミラー(mirro
r)の対を使用する。
第1A図および第1B図は従来技術の光ビーム位置決め
装置の線図で、それは平面標的面(planartar
get 5urface) 18上の所望の位置ヘレー
ザ源16から放射する入射光ビーム14を方向付けるた
めガルバノメータ ビーム ポジショナ12を使用して
いる。第1A図はガルバノメータ ビーム ポジショナ
12制御用のデータ処理モジュール(dataproc
essing module)のブOyり線図で、第1
B図は光ビーム位置決め装置10の光学素子の絵画線図
である。
第1A図と第1B図を参照するに、磁気ディスクのよう
な周辺記憶媒体20はシステム制御コンピュータ22に
コマンド データを提供する。システム制御コンビニー
タ22は典型的には多くの仕事を実行し、それらの少な
くとも一部は光ビーム位置決め演算に関係する。コマン
ド データは可能な通路の始めと緯りの位置の“表(t
ables)”とワークピースに沿っての光ビーム走行
のそれら関連速度を表わす。システム制御コンピュータ
22は電気的測定データを獲得し、そのデータに応じて
光ビームの可能な通路と速度の各々の1つを選択する。
例えば、レーザに基づく抵抗トリマ(trimmer)
用のコマンド データは、公知のパターンを設えた特定
の抵抗ネットワーク上でトリミング演算を実行するべく
、レーザ ビーム14をそれからおよびそれへ移動させ
るそれぞれ始めと終りの位置の一組を表わしている。
システム制御コンピュータ22はコマンド データを位
置データ発生器24へ伝達し、発生器24はX位置座標
ディジタル ワード信号(“X信号”)とY位置座標デ
ィジタル ワード信号(“Y信号”を求める。Xおよび
Y信号は2つのガルバノ メータ モータ(図示せず)
の異なったモータに伝達される直流電圧に変換されるデ
ィジタル ワードを表わす。ガルバノメータ モータは
直流モータでその軸は旋回軸のまわりを運動するミラー
に作用的に接続される。ガルバノメータ ビームポジシ
ョナ12は直交して整列された旋回軸のまわりで旋回運
動をするガルバノメータ モータに作用的に接続される
ブラケット(bracket)に搭載された別々のミラ
ー26と28の対を使用する。ミラー26と28は入射
レーデ ビーム14を受取りそして標的面18上の所望
の位置へビーム14を方向付けるため、XおよびY信号
に応じてそれらそれぞれの旋回軸のまわりに旋回的に運
動する。ガルバノメータ ビーム ポジショナ12はま
たフォーカス ビーム14用F−θ型のレンズ30と標
的面18へビーム14を方向付けるミラー32とを含ん
でいる。ミラー26と28の旋回運動は一般に標的面1
8上で円形のアドレス可能な画像領域33を描く。
光ビーム位置決め装置10に関連した問題の1つは、装
置の光学素子でガルバノメータ ミラーの単位の旋回運
動が標的面18上のレーザ ビーム14の単位の線形運
動を結果として生じさせないこともあることである。こ
のような非線形ビーム運動の第1の原因は、装置の光学
素子が旋回運動を線形運動00正確に変換する時に常に
結果として生じる非線形歪にある。例えば、それが光学
軸からはずれて位置する時は常に、ガルバノメータ ミ
ラー26はビーム14がガルバノメータ ミラー28や
レンズ30の方へ伝播する時そのビームを誤って方向付
ける。ガルバノメータ位置決め誤差は結果として“ビン
クツション”歪となり、その歪はビーム14がガルバノ
メータ ミラー26と28の単位の角度変位に対応して
移動するとき、標的面18の周辺近傍の隣接間のそれら
の位置間間隔が不等間隔を表わすものとなる。
第2図は、コマンド データ位置の値の単位の変化に応
じてガルバノメータ ミラー26と28の単位の角度変
位により標的面18上に描かれる光ビーム格子パターン
を示す実例のアドレス可能な区域34のマツプを示して
いる。以下にガルバノメータミラー26と28のXおよ
びY軸のまわりそれぞれの旋回運動について説明する。
第2図は標的面18のアドレス可能な区域34が標的面
の中心36の近傍では隣接位置間が2.5mmの等しい
間隔で、X方向の周辺部分40では“キーストーン(k
eystone)”形で外方向に向く輪郭で、Y方向の
周辺部分38では内方向に向く輪郭でビンクツション形
であるのを示している。結果としてのビーム位置決め非
線形性は標的面の周辺近傍では典型的には数%である。
ガルバノメータ ビーム ポジショナ光学素子により導
入される非線形ビーム位置決めを取扱う試みとしてはい
くつかの技術がある。その1つの技術は単純にその問題
を無視し、結果としてのビンクツション歪も許容するこ
とである。第2の技術は作業者が所望の始まり位置でレ
ーザ ビームを位置付けるべくジョイスティック(jo
ystick)を手動で使用する目に見える饋還を必要
とする。この技術は明らかにひどい労力がいるという不
利益さかあり、レーザ ビームが標的面の周辺近傍の始
まり位置から移動する時に生じる位置決め非線形の問題
は補正されない。補正された始まり位置でレーザ ビー
ムを方向付ける目に見える饋還の使用は、それ故、結果
として標的面に沿った真直なビーム位置決めとはならな
い。
ビーム位置決め誤差を補正する第3の技術は、システム
制御コンピュータ22により処理されるコマンド デー
タの補正を必要とする。これはコマンド データに対す
る所望の標的面位置に対応する補正データを有するルッ
ク アップ テーブル(look−υp table)
の形で較正マツプをシステム制御コンピュータ内に設け
ることにより達成される。
システム制御コンピュータ22はビーム位置誤差を排除
するためコマンド データを修正する補正データを使用
する。この誤差補正技術はシステム制御コンピュータ2
2に置かれたソフトウェア ファイルが、システム制御
コンピュータ22に関連して異なったビーム ポジショ
ナが使用されるごとに変えられねばならぬから不便であ
る。さらにシステム制御コンピュータ22は割当てられ
た優先のための多くの他の余分の仕事を実行するため、
コマンド データの変化に対するシステム制御コンピュ
ータの応答時間が本質的に長くなるという別の不利益が
ある。それ故、ビーム位置の所望の変化はコマンド デ
ータの受信後かなりの時間が経過されて生じる。
(発明の要約) 本発明の目的は、それ故、光ビーム位置決め装置にビー
ム位置誤差補正を提供するにある。
本発明の他の目的は、ビーム位置誤差補正を実時間で実
行するような装置を提供するにある。
さらに本発明の他の目的は、異なった光ビームポジショ
ナの使用に際してもシステム制御コンピュータ ソフト
ウェアを変える必要のないような装置を提供するにある
さらにまた本発明の他の目的は、標的面のアドレス可能
な全結像領域にわたり、よいビーム位置決め線形特性を
有するコンピュータ制御された光ビーム位置決め装置を
提供するにある。
また本発明の他の目的は、ガルバノメータ光ビーム ポ
ジショナを使用するような装置を提供するにある。
この発明ではガルバノメータ レーザ ビームポジショ
ナを使用するレーザに基づく抵抗トリマ装置を参照した
実施例で説明される。この発明はまたガルバノメータ 
レーザ ビーム ポジショナの位置決め誤差を実時間で
補正し、それ故に、標的面上任意の2点間でプログラム
された速度で正確に位置決めされた真直な線を発生する
能力を有する。
この発明は、通常の位置データ発生器により発生するX
信号とY信号を受信し、補償されたXディジタル ワー
ド信号(“Xc倍信号)と補償されたYディジタル ワ
ード信号(“Y、信号”)それぞれをガルバノメータ 
ビーム ポジショナへ伝達するためにそれらを求める誤
差補正プロセッサを使用する。位置データ発生器とガル
バノメータ ビーム ポジショナに関連する誤差補正プ
ロセッサの使用は、異なった光ビーム ポジショナ使用
の可能な装置のシステム制御コンピュータで、共通のト
リマ位置データ ファイルの使用を許す。本発明により
履行される多くのコンビ5−夕制御されたビーム位置決
め装置の利点は、それ故、システム制御コンピュータで
同じコマンドデータを有する異なったビーム位置決め装
置で同じ抵抗ネットワーク ワークピースを処理できる
能力があることである。
誤差補正プロセッサは実時間で補正ステップを実行し、
それにより光ビーム ポジショナの旋回運動の可能なガ
ルバノメータ ミラーの応答時間より短かい時間でXc
およびYc倍信号供給する。
誤差補正プロセッサは、使用に際し特定の光ビーム ポ
ジショナにとり適切な補正因子を持った誤差補正プロセ
ッサを搭載することで、簡単に同じモデルの異なったレ
ーザ トリミング装置に使用のため適応させることがで
きる。か\る柔軟性はシステム制御コンピュータのソフ
トウェア ファイルに変化を与えないですむ。
この発明のさらに別の目的とか利点は添付図面を参照し
てなされる以下にのべる好適な実施例の詳細な説明から
明らかにされるであろう。
(実施例) 以下添付図面を参照し実施例により本発明の詳細な説明
する。
第3図は本発明に係るビーム位置誤差補正を備えるコン
ピュータで制御された光ビーム位置決め装置50のブロ
ック線図である。ビーム位置決め装置50が、抵抗トリ
ミング システムで典型的に使用される型のガルバノメ
ータ レーザ ビームポジショナ12を有する例でこ\
では説明される。
ビーム位置決め装置50は同じモデル型の別のガルバノ
メータ レーザ ビーム ポジショナにより導入される
レーザ ビーム位置決め誤差を補正することが可能であ
る。これは誤差補正プロセッサ52に、ビーム位置決め
装置で使用される特定のガルバノメータ ビーム ポジ
ショナの光方向づけ特性を特徴づける補正係数の組を提
供することにより完成される。ビーム位置決め装置50
は、■ミラー(mirror)旋回運動やレンズ特性に
起因する非線形歪、■X−Y座標軸の直交関係からの偏
倚に起因するアライメント誤差(alignment 
error)■X軸とY軸のスケール(scale)因
子と原点偏倚誤差および■標的(target)面18
に対する結像区域(imaging field)の回
転ミスアライメント(misalignment)、か
ら結果する誤差を補正することが可能である。好適な実
施例では、標的面18は平面でレーザに基づくマイクロ
機械加工した素子(micr。
−machining device)の作用面である
第3図を参照するに、ビーム位置決め装置50は従来技
術のビーム位置決め装置10とは部分的に相異し、位置
データ発生器24とガルバノメータ ビーム ポジショ
ナ12間に位置する誤差補正プロセッサ52を有してい
る。誤差補正プロセッサ52はある補正形式を実施し、
その結果がガルバノメータビーム ポジショナ12への
伝達用x0およびYc信号を計算すべくメモ!J (m
emory)に記録される。
誤差補正プロセッサ52はレーデ トリミング作業中実
時間で補正を実行する。誤差補正処理は駆動されるガル
バノメータ ミラーの応答時間と少なくとも同じ速さで
実行される。
コマンド データ(command data)に対す
る補正はソフトウェア(software)で履行され
、その処理ステップ(step)はXcおよびYc信号
を表わす予定の複数方程式の複数項を操作する。これら
の方程式は各コマンド データ点のXちよびY軸の位置
誤差について補正する。これら方程式はまた複数方程式
の複数項の区域補正係数(“係数”)の特定の組を発生
する較正処理によりある特定のビーム ポジショナ12
に整合させられる。
係数を発生する較正処理は、調整または修復の結果長時
間のシステム ドリフト(drift)または変化を補
償するに必要なものとして実施される。
それら係数はシステム制御コンビ二−タ22とデータ通
信をする較正データ ファイル54に記憶され、データ
 バス56を介して誤差補正プロセッサ52に電力がビ
ーム位置決め装置に印加される時に常に伝達される。較
正データ ファイル54の内容は特定のビーム位置決め
装置50の一連の番号により区別され、それで係数のそ
の補正の組がこの装置で使用されるガルバノメータ ビ
ーム ポジショナ12と関連するのを確実にする。それ
ら係数が誤差補正プロセッサ52と直接のデータ通信で
不揮発性メモリに記憶され得ることが認められよう。
誤差補正プロセッサ52はコマンド データ点を表わす
XおよびY信号を受信し、次の変換方程式に係るXcお
よびYc信号を計算するため適切な数学的演算を実行す
る。
Xc  =  八+ +B+X、+c、x’+n、x”
+E+Y+P+Y’+G+XY+H+XY2Yc = 
A2 + B2Y+C2Y”+02Y’+F!2X+F
2X2+ G2YX 十H2YX2こ\でA、、 B、
、 C,、D、、 E、、 F、、 G、、 Hlおよ
びA2+82+ C2,02,E2. F2. G2.
)+2は各係数を表わす。
これら係数は矩形で境界づけられるアドレス可能な区域
中の13の予定の特定位置でのワークピース(work
piece)の走査から得られる測定データの組から導
出される。
第4図はXcおよびYc信号用係数を導出するための較
正処理ステップの流れ線図を示す。較正処理は6つの主
な処理ステップを必要とし、それらは■アドレス可能な
区域に中心を有する13の較圧点の正規のアレイを選択
すること、■レーザビームを13の選択された較正点の
各々に正確に位置させるために要求されるコマンド デ
ータを決定すること、■それぞれの変換方程式Xcおよ
びYcのために要求される16の係数A、からHlとA
2からH2を導出すること、■誤差補正プロセッサ52
により実行される16ビツト整数数学演算で数値的オー
バーフロー(overf low)を防ぐために導出さ
れた係数を正規化したリスケーリング(scaling
)  L/たりすること、0乗算演算が実行される時に
常におこる固有の2で割る演算を補償するためある係数
を調整すること、0分数の2進形式へ係数を変換するこ
とである。上述の6つのステップの各々の詳細な説明は
第4図を参照して以下に与えられる。
処理ブロック60は13の較正点の選択を示す。較正点
の各々はその境界がアドレス可能な区域の限界の内側的
5%にある矩形内にあり、それでビンクツション(p 
1ncush 1on)歪に起因する中心誤差や収差は
アドレス可能な区域の外側にいかなる較正点も置かない
。較正点はXcおよびYc方程式へ代入用の“独立変数
”とじてこ\では参照され、13の順次の対として命令
された(IX、、 IYI)から(IXl3. IYI
3)まで配列される。例えば、IX、とIY、は較正点
1のそれぞれX座標とY座標を表わす。
第5図は上述の表示法により区別された130区域較正
点の特定位置を示す図式である。ガルバノメータ ミラ
ー26と28用のガルバノメータ モータの各増分は、
例えば、標的面のX軸かY軸のいずれかに沿ったレーザ
 ビームの0.0025mmの移動を表わす。増加移動
の大きさはガルバノメータビーム ポジショナ12の特
定な手段に依存する。
ガルバノメータ モータ カウントはアドレス可能区域
の中心点(IXl、 IYt)を基準に計算される。
13の較正点は水平軸(Y=O)に沿い、x=Qを中心
とし、はゾ比例−10,−6,0,6,10に従った間
隔で位置する5つの点;垂直軸(X=0)に沿い、Y=
0を中心とし、はゾ比例−10,−6゜0、 6.’1
0に従った間隔で位置する5つの点;と矩形(好適な実
施例では正方形である)の4つのコーナ点を含んでいる
。特に、水平軸に沿って位置する5つの点は、順次の対
(IXs、 IYs)、  (IXs=IY、)、 (
IK?、 ryJ、(IXs、 IYa)と(IXs、
 IYs)を含んでいる。垂直軸に沿って位置する5つ
の点は順次の対(IX2. IY2)、 (IX4. 
IY4)、 (IX?、 IY7)。
(IX+o、 ILo)と(IXl2. IYI2)を
含んティる。また正方形の4つのコーナ点は順次の対(
IX、、 IY、)。
(IX3. IY3)、  (IXII、 ILt)、
(IXl3.IYI3)を含んでいる。中心点(IX、
、 ty7)が水平および垂直軸に沿って位置する5つ
の点の2つの組に共通であることが認められよう。
処理ブロック62は処理ブロック60を参照して説明し
てきた方法で確立された13の較正点の各々で、正確に
レーデ ビームを位置させるのに要求されるXおよびY
信号の決定を示している。方法は、例えば、13の較正
点のどれか1つを表わす標的を見出す走査ルーチンによ
って完成される。標的は固定された較正板上の13の標
的特定位置か、ステップ・アンド・リピー) (ste
p−and−repeat)機構により13の異なった
位置に移動可能な板上の唯1つの標的特定位置かである
ことが可能である。それら13の測定された位置はこ\
ではXcおよびYc変換方程式へ置換用の“従属変数”
として参照され、(DX、、 DYE)から(Dx13
9口Y13)と命名される。
例えば、OX、 とDy、 ハ、(IX、、 IY、)
l;:位置サレル区域1の中心にビームを位置付けるた
め誤差補正プロセッサ52に伝達されねばならぬXおよ
びY信号をそれぞれを表わす。
処理ブロック64は独立変数IXとIYおよび従属変数
DXとDYからの係数の導出を示す。独立および従属変
数から係数すべてを導出する処理は6つのサブステップ
を必要とし、そのあるものは通常の最小自乗曲線フィツ
ト アルゴリズム(fittingalgorithm
)の使用を必要とする。アルゴリズムは次のことが必要
とされ、■lXl0−”はど小さな浮動少数点数の解が
すくなくとも6桁の有効数字を維持するよう十分に正確
であること、■5つの較正点に対し2次か3次の曲線を
選択的にフィツトさせる能力があり、所望の係数と得ら
れるフィツトの質を表わすフィギュア オブ メリット
(figure of merit)が求まること。こ
のフィギュア オブ メリットは誤差チエツク用には有
用である。
サブステップ64aはAI+ Bl+ clとり、係数
の導出を示す。この導出はXc変換方程式をXの関数と
して解くことにより完成される。A、、 B、、 C,
とD+係数は水平またはY=0軸に沿っておかれる5つ
の較正点から導出され、変数IX5とDXS、 IX6
とOX、。
rx7とOX、、 IX、とOX、、 IX、とDx、
ヘノ3次多項式最小自乗曲線のライン)(fit)を実
行して完成される。最小自乗曲線フィツトから導出され
る係数は、零次の係数がA、となりそれはX軸オフセッ
トに等しく;1次の係数が81となりそれはX軸スケー
ル因子に等しく;2次の係数がC1となり13次の係数
がり、となる。、X軸オフセットを表わす零次の係数が
従属変数DX、に等しくあるべきことが認められよう。
ガルバノメータ モータのはゾ5つの増分より大きなA
、とOX、の差は疑わしいデータとして示される。
サブステップ64bはElとF、係数の導出を示す。
この導出はXc変換方程式をYの関数として解くことに
より完成される。E、とF1係数は垂直またはx=0軸
に沿っておかれた5つの較正点から変数ILzとDY 
I 2.  I Y r oとDYIa、  IY7と
DY?、  IY、とDY、。
IY2とDY2へ2次多項式最小自乗フィツトを実行し
て導出される。2次多項式最小自乗曲線フィツトから導
出される係数は、零次の係数が誤差チエツクの目的以外
には使用されず、1次の係数が8゜となり、2次の係数
がF、となる。零次の係数がDXcとA1係数にはゾ等
しくあるべきことが認められるだろう。ガルバノメータ
 モータのはゾ5つの増分より大きな別の使用されない
零次の係数とA1(またはOX、 )  との差は疑わ
しいデータとして示される。
サブステップ64CはG、とH1係数の計算を示す。
G1とH+係数は以下の方程式に従って求められる6つ
の値から直接導出される。
P、 = DX3−DXc Q、 = DX、3−DXI R,= DX、−DXS こ−でPX、Q、とR,はデータ区域の水平幅にはゾ等
しい公称的には正数である。G1とH3係数はPX、 
Q、とR,に関する上述の式から以下のようにして計算
される。
G I= (P、 −Q、) / (4x IX3 X
 IY3)旧=(PK+Q、−2XRX)/(4XIX
3XIY3XIY3)G、係数は正または負の値である
ことができ、G1の大きさは典型的にはlXl0−’よ
り小さいだろう。
H1係数は常に正でHlの大きさは典型的にははゾ5x
lQ−If であろう。
G、とH,係数に関する方程式はビンクツション歪を有
するアドレス可能な区域パターンから経験的に導出され
る。第6A図は第2図示マツプの不正確なアドレス可能
な区域パターンの部分拡大を示す。
第6八図はX方向にのみのビンクツション歪を示す。
誤差補正変換方程式の形式化として本発明に係る発明者
の一人は第6A図のパターンは第6B図示のくさび形成
分と第60図示の放物線形成分との重ね合わせで表わさ
れるとした。第6B図はそのくさびがY軸からの距離の
関数としての角度変位で増加することを示し、第6C図
は放物線曲線がY軸からの距離の関数として増加するこ
とを示している。
Xc変換方程式の項G1XYは第6B図示くさび形の補
正である。G1係数の項(P、 −Q、)はX軸から点
(DXI、 DYI)、  (DX3.0Y3)、  
(DXII、 DYll)および(DXI3. DYI
3) ヘ延在するライン(l 1ne)の平均X軸成分
の4倍を表わす。G1方程式の4での除算は、それ故、
G1を計算するのに要求される。G1係数はそれがアド
レス可能な区域の第1象限にあるから点(IX3. I
Y3)テ計算されるが、点(IX、、 IY、)もまた
使用される。
Xc変換方程式の項H1XY2は放物線の形を補正し、
H1係数の項(P、 十〇、 −2x R,) ハ点印
X l+DYI)、(DX3. DY3)、  (DX
II、 DYll)と(DXI3. DYI3)での放
物線X軸成分の4倍を表わす。放物線の1ツバ点(OX
、、 DY、)、 ([lXS、 DYS)と(DXz
、 DYll)を通過し;他の放物線は点(DX3. 
DY3) 、(DXs、 DYs)ト(OX l 3.
DY I 3)の組を通過する。
H,方程式での4による除算は、それ故、■1を計算す
るのに必要である。H1係数はそれが第1象限にあるか
ら、点(IX3. IY3)で計算されるが、点(IL
、 IL)、  (IL I+ IY+7+)と(IX
I3. IYI3) モまた使用される。項G1XYと
H1XY’はビーム位置がY軸からはなれて移動するに
つれ非線形に増加するのが認められよう。
サブステップ64dはA2.82. Caと02係数の
導出を示す。この導出はYc変換方程式をそのなかのY
項の関数として解くことで完成される。^2+ 82+
C2と02係数は垂直またはX=O軸におかれた5つの
較正点から導出され、変数IY、2とDY、□、 IY
、。と口Y1゜、  IYvと口Yt、  IY4とD
Y、、  IY、とDY2 への3次の多項式最小自乗
曲線フィツトを実行することで完成される。最小自乗曲
線フィツトから導出される係数は、零次の係数がY軸オ
フセットに等しいA2となり、1次の係数がY軸スケー
ル因子に等しいB2となり、2次の係数がC2となり、
3次の係数がB2になる。Y軸オフセットを表わす零次
の係数は従属変数DY、に等しくあるべきことが認めら
れるだろう。ガルバノメータ モータのはゾ5つの増分
より大きなA2とffYtの差は疑わしいデータとして
示される。
サブステップ64eは巳、とF2係数の導出を示す。
この導出はYc変換方程式をそのなかのX項の関数とし
て解くことにより完成される。B2とF2係数は水平ま
たはY=0軸に沿っておかれた5つの較正点から、変数
H,とICY、、 IX、どOY、、 IX、とIIY
、。
rx、とDY、、 IX、とDY、ヘノ2次多項式最小
自乗フィツトを実行することにより導出される。2次多
項式最小自乗曲線フィツトから導出される係数は、零次
係数が誤差チエツクの目的以外には使用されないような
ものである。1次の係数が82となり、2次の係数がF
2になる。零次の係数がDY、とA2係数にはゾ等しく
あるべきことが認められよう。ガルバノメータ モータ
のはゾ5つの増分より大きな別の使用されない零次の係
数とA2 (またはDY7)との差は再び疑わしいデー
タとして示される。
サブステップ64fはG2とR2係数の計算を示す。
G2とR2係数は次の方程式により求まる6つの値から
直接導出される。
P、= DY3  DY13 Q、  = DY+−DY++ R,=  DY、−ロY12 こ\でP、 、 Q、とR,はデータ区域の垂直幅には
ゾ等しく公称的には正数である。G2とR2係数はP、
、QアとR7に関する上述の式から以下のように計算さ
れる。
G2 = (py 1)y) /(4X IX3 X 
IY3)H,= (P、+0y   2XRY)/(4
XIX3XIX3XIY3)G2係数は正値でも負値で
もあり得て、G2の大きさは典型的にI Xl0−”よ
り小さい。R2係数は常に負で、R2の大きさは典型的
に約5X10−”であろう。
G2とR2係数に関する方程式はビンクツション歪を有
するアドレス可能な区域パターンから、第6A図から第
6C図を参照して上に詳述したと類似の方法で経験的に
導出される。サブステップ64aから64cとサブステ
ップ64dから64fは第4図の流れ線図で示されてい
るように平行して実行され得ることが認められよう。
処理ブロック66はA1からH,およびA2からF3係
数の規格化およびブリスケールを示している。これら演
算は係数が1よりずっと小さいかずっと大きいか故に実
行される。可能な係数値の広い範囲は好適な誤差補正プ
ロセッサ52が16ビツト整数数学で演算するから高次
の項のオーバーフロー状態をひきおこす。このようなオ
ーバーフロー状態を妨げるためには、導出係数はXcふ
よびYc変換方程式の各項に(32768)” / (
32768)”の乗算をする必要のあるプリスケール 
プロセスをうけ、こ\でnは項の次数−1を表わす。こ
のブリスケール処理は、より高次の項が16ビツトを越
えて大きくなるのを妨げたり、より小さな係数を16ビ
ツトでの零より大きな大きさまでスケール、アップした
り、中間の積を16ビツトの2に対する補数方式で有効
数字の最大数を生じる大きさに保持するなどの点で有利
である。
表■は係数計算用のプリスケール因子を概括したもので
ある。
表I 係 数  典型的値   乗 数 AI+ A2  +/−10001 Bll B2  +/−11 CIl C2+/−4xlO″”   32768D、
、 02  +/−5xlO−”  10737418
24E、、 82  +/−3xlO−’    IF
In F2  +/−30xlO−9327686II
 G2  +/−1xlO−’   32768N+、
 H2+/〜50X10伺21073741824典型
的結果 +/−too。
+/−1 +/−1,3Xl0−3 +/−5,5X 10−’ +/−3X10−’ +/−lXl0−’ +/−3,3X 10−’ +/−5,3Xl0−2 表■の最右端の欄にリストされた典型的結果は、ブリス
ケール因子によって乗算された後、係数の各々は小数の
2進表記法で扱い易い大きさであることを示している。
処理ブロック68は乗算が実行された後固有の2で割る
演算を補償するためのある係数の調整を示している。こ
のステップはTRW社製モデルTMC2010乗算/累
算集積回路の構成に問題がある故に必要で、好適な実施
例では使用される。この集積回路は乗算/累算演算の結
果を2つの別の16ビツトのワード(word)として
提供する。この集積回路は小数の2に対する補数丸めの
モード(fractionaltwo’s compl
ement round mode)で演算すべく選択
されるから、2つの15ビツトと加うる1符号ビットの
数は30ビツトの積と1符号ビットを提供する。
より下位の16ビツト出力は結果のより下位の16ビツ
トを表わし、より上位の16ビツト出力は結果のより上
位の14ビツトを表わす。符号ビットは別の3ビツト 
ワードの部分として提供される。このビット配列の効果
は、より上位の16ビツト出力が使用される時は常に、
2つの15ビツトと加うる1符号ビットの数は14ビツ
トと加うる1符号ビットの出力を提供するように乗算さ
れるということである。この配列の結果、解の1有効ビ
ツトは積が入力に提供されるか饋還される時は常に失な
われる。このデータの消失は確度には致命的である。
この問題はより上位の16ビツトからの14ビツトとと
もにより下位の16ビツトの最上位ビット(MSB)を
使用できさえすれば回避することができる。不幸にして
、このことは“丸め”演算が乗算用に選択される時は、
“丸め”演算がより下位の16ビツトのMSBに論理1
を常に加えるためになすことができない。
この問題の解はより上位の15ビツト (14ビツトと
1符号ビット)を使用し、それによって出力に暗に2で
割る演算を生じさせることである。これは項の展開に必
要とされる各乗算演算に際し、−時に因子の1つに2を
前乗算することで補償される。好適な実施例では、それ
らが前乗算後も1より小さいま5であればこの前乗算が
それら係数に実行される。AI+ −A2. B+と8
2係数は典型的に1より大きい。A、とA2係数は整数
として使用され、それ故に、それらが1より小さいとい
う問題には該当しない。B1と82係数は約1という典
型的な大きさを有する。B1と82係数に関する前乗算
因子は2であり、それ故に、B1と82係数の大きさは
約2となる。確実に1より小さい値にするには前乗算さ
れたB1と82係数を3で割りB、XXとB2XY演算
を各3回実行することでなされる。このような方法での
B、と82係数の操作は1.5までのか\る係数のスケ
ールされない値に適応される。
暗に2で割る演算が実行される他の例が、誤差補正プロ
セッサ52が“スクラッチ パッド メモリ(scra
tch pad memory)”から前の結果を呼び
戻し、それを累算器に伝達するためその結果に1を乗す
る時に常に生じる。2で割る影響を補償するため、スク
ラッチ パッド メモリから2度結果を呼び戻し、その
結果にその都度1を乗じそしてその結果を累算器内容に
加えることが必要である。
表■はA1からHIとA2からH2係数の各々用に計算
される前乗算因子を示す。処理ブロック66と68を参
照して説明される前乗算処理と正規化およびプリスケー
ル処理は組合わされ1つの演算で実行されてもよい。
表■ A、、A2  +/−1000 B11 82    1 C1,C2+/−1,3X10−3 Dll  B2  +/−5,5xlO−3Bll  
B2    +/−3,0X10″″3P1.  P2
  +/−1,0X10−3G、、 G2  +/−3
,3xlO−’H1,B2    +/−5,3X10
’2    +/−2000 2/3     2/3 4    +/−5.2X10−3 8    +/−4,4X10−2 2    +/−6X10−3 4    +/−4.0X10−’ 4    +/−1.3X10−’ 8    +/−4,2X10−’ 処理ブロック70は小数の2進方式から2進整数方式へ
の係数の変換を示す。処理ブロック66と68を参照し
て説明される処理に従って作られる係数は、乗算/累算
により小数の2進数として説明されるが、誤差補正プロ
セッサ メモリで記憶用2進整数として提供される必要
のある数であろう。
しかしながら、このことはA、とA2係数については、
それらが2に対する補数整数として直接記憶されるが故
に成立しない。B1からH,とB2からB2係数の2進
整数方式への変換は、選択された係数に32768を乗
じその結果を最も近い整数に丸めそして2に対する補数
整数として16ビツトでその数を記憶することを必要と
する。
第7図は誤差補正プロセッサ52の簡単化したブロック
線図を示している。第7図を参照するに、誤差補正プロ
セッサ52はX人力ラッチ(input 1atch)
82とY入力ラッチ84それぞれにより送信されてきた
XおよびY信号を16並列ビット ディジタルワードの
形で受信する。X信号データとY信号データは、それぞ
れの人力ラッチ82と84に順次制御器88の出力導線
86に供給されるラッチおよび出力制御信号により適切
な時間記憶される。順次制御器88はXcおよびYc変
換方程式の項を計算および累算するためプロセッサ52
の種々の関数を調整および制御すべく適当な順次でクロ
ックおよびタイミング信号を求める。
ランダム アクセス メモリ (RAM) 90は較正
データ ファイル54からシステム制御コンピュータ2
2を介してデータ バス56により運ばれた係数を記憶
する(第3図参照)。係数は順次制御器88の出力92
に生ずる読取り/書込み制御信号およびアドレス バス
93により順次制御器88から運び出される8並列ビッ
ト アドレス ワードに応じてRAM 90に読取られ
たりから読出されたりする。
RAM 90の較正データ読出しはその出力導線に現わ
れ、内部プロセッサ バス94で乗算器/累算器98の
“R”人力に伝達される。乗算器/累算器98はその“
S″″″入力れぞれの入力ラッチ82および84の出力
で異なる時間に供給されるXおよびY信号データを受信
する。乗算器/累算器98は順次制御器88の出力10
0に供給された算術関数制御信号に応答して、“R″ふ
よび“S”入力に印加されるデータを乗算しその積を内
部の“スクラッチパッド”メモリに記憶するよう動作す
る。乗算器/累算器98の算術演算の結果はプロセッサ
 バス94に接続されるその“P″出力現われる。乗算
器/累算器98の“P”出力と“R”人力は累算器饋還
通路を形成すべく接続される。
プロセッサ バス94と入力ラッチ82および84の出
力は3状態双方向スイツチ102の異なった入力に接続
される。3状態スイツチ102は制御器88の出力10
4に生じる双方向スイッチ制御信号に応答して、較正の
間に粗いXおよびY位置信号データを入力ラッチ82お
よび84から出力ラッチ106および108それぞれに
伝達すべく機能する。
順次制御器88はその出力86.92.100と104
上にXおよびY信号データと係数を乗算器/累算器98
に伝達し、その数学演算を制御するため適当な時間順次
に制御信号を供給し、それでXcおよびY、変換方程式
を合成するに必要な乗算と加算作用を実行することがで
きる。例えば、順次制御器88はRAM 90からの8
.係数と入力ラッチ82からのX信号情報とをそれらを
乗算し、その積を保持する乗算器/累算器98のそれぞ
れの“R”および“S″入力伝達するために必要な制御
信号を現わす。
順次制御器88は次にRAM 90からのA1係数をA
tを前に計算した積B、XXに加える乗算器/累算器9
8の“R”入力に伝達するために必要な制御信号を現わ
す。誤差補正プロセッサ52はRAM 90の一部を形
成するスクラッチ パッド メモリを有する。変換方程
式の項を展開する方法が実行され、誤差補正プロセッサ
520機能はスクラッチ パッド メモリがその展開の
量計算される1つの中間値のみを記憶することを要求す
る。しかしながら、誤差補正プロセッサ52は必要とあ
らば1中間値以上を記憶するよう構成される。すべての
他の値は累算器に記憶される。
Xc変換方程式の合成は類似の方法で多項式の各項で、
A1からH,の係数の各々がRAM 90から読出され
、要求される代数演算のすべてがx0変換方程式に従っ
て実行されてしまうまで継続される。
か\る合成での項の処理順序は乗算器/累算器98の限
界値をオーバーフローさせずに最も効率的であるもので
ある。Yc変換方程式の合成は類似の方法で同様に実行
される。
乗算器/累算器98の“P”出力に現われる計算された
結果は、それぞれのXc出力ラッチ108 とYc出力
ラッチ106の入力に伝達され、そこに順次制御器88
の出力110に供給される記憶信号に応答してXcおよ
びYc信号を記憶する。それぞれの出力ラッチ106と
108の出力に現われるXcおよびYc倍信号ガルバノ
メータ ビーム ポジショナ12(第3図参照)に印加
され、そこでレーザビーム14を標的面18上のコマン
ドされた位置に方向づける。
第8図はコマンド データ(command data
)位置の値での単位の変化に応答してガルバノメータミ
ラー26と28の単位の角度変位により標的面18上に
記載された光ビーム格子パターンを示す実例のアドレス
可能な区域120のマツプである。第8図によれば、標
的面18のアドレス可能な区域120は実質的に全アド
レス可能な区域にわたり隣接位置間が2.5mff1の
等距離間隔であることを示している。
これは従来技術により生じたアドレス可能な区域34と
対照的である(第2図参照)。誤差補正プロセッサ52
の演算は、それ故、ビンクツション歪を排除し、それに
よって従来技術の光ビーム位置決め装置の特徴であった
ビーム位置決めの非線形を排除することになる。
この発明の好適な実施例の前述の詳細な説明でその基本
原理からはずれることなく多くの変形が可能であること
は当業者に自明であろう。この発明のはんちゅうは、そ
れ故、特許請求の範囲を参照して決定されるべきである
【図面の簡単な説明】
第1A図および第1B図は、それぞれ従来技術のコンピ
ュータ制御ビーム位置決め装置のブロック線図と絵画線
図であり、 第2図は、第1A図および第1B図に図示された型の誤
差補正のない従来技術のガルバノメータ ビーム位置決
め装置に、固有のビーム位置ビンクツション歪を有する
実例のアドレス可能な区域のマツプであり、 第3図は、本発明に係るビーム位置誤差補正を備えるコ
ンピュータ制御光ビーム位置決め装置のブロック線図で
あり、 第4図は、XcおよびYc信号を表わす多項式の項の区
域補正係数を導出するために実行される較正処理ステッ
プの流れ線図であり、 第5図は、第4図の流れ線図による区域補正係数を導出
するに使用される13の較正点の特定位置を示す線図で
あり、 第6A図は、第2図示の特徴を有するアドレス可能な区
域パターンのX方向のみのビンクツション歪を示し、第
6B図と第6C図とは、第6A図のアドレス可能な区域
パターンを形成するのに重積合わすことのできるくさび
形成分と放物線形成分とをそれぞれ示し、 第7図は、第3図の装置で履行される誤差補正プロセッ
サの簡単化されたブロック線図であり、第8図は、ビー
ム位置ビンクツション歪を排除する本発明の位置誤差補
正技術の効果を示す実例のアドレス可能な区域のマツプ
である。 10・・・光ビーム位置決め装置 12・・・ガルバノメータ ビーム ポジショナ14・
・・入射光ビーム 16・・・レーザ源 18・・・平面標的面 20・・・周辺記憶媒体 22・・・システム制御コンピュータ 24・・・位置データ発生器 26、 28. 32・・・ミラー 30・・・レンズ 33・・・アドレス可能な結像領域 34・・・アドレス可能な区域 36・・・ターゲツト面の中心 38・・・Y方向の周辺部分 40・・・X方向の周辺部分 50・・・光ビーム位置決め装置 52・・・誤差補正プロセッサ 54・・・較正データ ファイル 82、84・・・入力ラッチ 88・・・順次制御器 90・・・ランダム アクセス 98・・・乗算器/累算器 102・・・3状態双方向性スイツチ 106、108・・・出力ラッチ メモリ (RAM) FIG、2 F I G、旧 F I G、 4 FIG、6A FIG、6B FIG、6C FIG、8 1どU

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ビーム位置コマンドデータに応じて光ビームの伝播
    通路を方向付けるために複数の光学素子を使用する光ビ
    ーム位置誤差補正装置において、 ビーム通路に沿って伝播する光ビームを発生する光源手
    段と、 標的面上のある位置へその伝播の通路を方向付けるため
    ビームを受取るビーム位置決め手段と、 標的面上の前選択された位置に対応して位置座標信号を
    発生するためビーム位置コマンドデータを受信する位置
    データ発生手段と、ビーム位置決め手段に伝達する補償
    された 位置座標信号を求めるため位置座標信号を受信する誤差
    補正処理手段とを具え、 前記補償された位置座標信号が装置の光学素子により導
    入される光ビーム位置決めの誤差を補正するため位置座
    標データ信号を修正し、それでビーム位置決め手段が標
    的面上の前選択された位置に光ビームを方向付けること
    を特徴とする光ビーム位置誤差補正装置。 2、請求項1記載の装置において、前記補償された位置
    座標信号がX_c信号とY_c信号とを具え、前記ビー
    ム位置決め手段が光ビームを受取る第1および第2の独
    立に可動な光反射面の対を具え、その第1および第2の
    光反射面が前選択された位置での光ビームを位置決めす
    るため、標的面に沿ってそれぞれ第1のおよび第2の直
    角方向に光ビームを移動させるべくX_cおよびY_c
    信号を受信することを特徴とする光ビーム位置誤差補正
    装置。 3、請求項2記載の装置において、前記ビーム位置決め
    手段がさらにレンズを具えることを特徴とする光ビーム
    位置誤差補正装置。 4、請求項3記載の装置において、そのレンズがF−θ
    型であることを特徴とする光ビーム位置誤差補正装置。 5、請求項1記載の装置において、前記光源手段がレー
    ザを具えることを特徴とする光ビーム位置誤差補正装置
    。 6、請求項1記載の装置において、前記位置座標信号が
    光ビームの瞬時のコマンドされた位置を示すX信号とY
    信号を具え、前記補償された位置座標信号がX_c信号
    とY_c信号を含み、そのX_c信号が多項式 B_1X+C_1X^2+D_1X^3+E_1Y+F
    _1Y^2+G_1XY+H_1XY^2の関数であり
    、Y_c信号が多項式 B_2Y+C_2Y^2+D_2Y^3+E_2X+F
    _2X^2+G_2XY+H_2YX^2の関数であり
    、こゝでB_1、C_1、D_1、E_1、F_1、G
    _1、H_1、B_2、C_2、D_2、E_2、F_
    2、G_2、H_2は装置素子の光学的特性を方向付け
    る光に対応する定数値の区域補正係数を表わすことを特
    徴とする光ビーム位置誤差補正装置。 7、請求項6記載の装置において、項A_1がX_cが
    関数である多項式に加えられ、項A_2がY_cが関数
    である多項式に加えられ、A_1およびA_2項がそれ
    ぞれX−Y座標系のXおよびY軸オフセットを表わすこ
    とを特徴とする光ビーム位置誤差補正装置。8、請求項
    6記載の装置において、当該装置が特定装置の特定の光
    方向付け特性を特徴づける区域補正係数を選択的に記憶
    するため、誤差補正処理手段とデータ通信にある較正デ
    ータファイル手段を具えることを特徴とする光ビーム位
    置誤差補正装置。 9、請求項1記載の装置において、前記位置座標信号が
    光ビームの瞬時のコマンドされた位置を示すX信号とY
    信号を具え、前記補償された位置座標信号がX_c信号
    とY_c信号を含み、そのX_cとY_c信号がくさび
    角度歪の結果の位置誤差を補正するためのそれぞれの項
    G_1XYとG_2YXおよび放物線曲線歪の結果の位
    置誤差を補正するためのそれぞれの項H_1XY^2と
    H_2X^2Yを含む多項式に比例することを特徴とす
    る光ビーム位置誤差補正装置。
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