JPH0661633B2

JPH0661633B2 - レーザ装置用焦点位置検出装置

Info

Publication number: JPH0661633B2
Application number: JP63168422A
Authority: JP
Inventors: 正雄出雲
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1988-07-06
Publication date: 1994-08-17
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: JPH0220680A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、レーザ加工装置等においてそのレーザ光の
焦点位置を検出する装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図は例えば特開昭59-1959290号公報に開示された従
来のレーザ加工装置の焦点位置検出装置を示す構成図で
ある。図において、(1)は加工用レーザ光、(2)はハーフ
ミラー、(3)は集光レンズ、(4)はハーフミラー、(5)は
ハーフミラー(2)，集光レンズ(3)を透過し、ハーフミラ
ー(4)で反射した加工用レーザ光(1)がほぼ直角に入射す
る加工面で、加工用レーザ光(1)の入射軸（Ｚ軸）の方
向に移動可能なＺテーブル(6)の上面をなす。(7)は加工
面(5)に形成されたＸＹ平面である。(8)は加工用レーザ
光(1)と同軸、同焦点となるようハーフミラー(2)で反射
した後集光レンズ(3)を透過し、更にハーフミラー(4)で
反射して加工面(5)に照射される検出用レーザ光、(9)は
その検出用レーザ発生手段、(10)はＸＹ平面(7)上に結
像された検出用レーザ光(8)の光像、(11)はＸＹ平面(7)
を走査して光像(10)を受光し電気信号として出力する光
像検出手段としての光電変換手段、(12)は光電変換手段
(11)からの光像(10)の出力を２値化像に変換する２値化
回路、(13)は２値化像の最大幅を検出する最大幅検出回
路、(14)はＺテーブル(6)をＺ軸方向に移動させたとき
の２値化像の最大幅の変化から検出用レーザ光(8)の焦
点位置を検出する焦点位置検出回路で、２値化回路(1
2)、最大幅検出回路(13)および焦点位置検出回路(14)に
より焦点位置演算手段(15)を構成する。

次に動作について説明する。先ず、Ｚテーブル(6)が所
定の初期位置にセツトされ、この状態で、加工面(5)の
ＸＹ平面(7)上に検出用レーザ光(8)を結像させその光像
(10)を得る。光電変換手段(11)がＸＹ平面(7)を走査
し、２値化回路(12)が更に各走査線毎の光像(10)の座標
値としての２値化像に変換する。最大幅検出回路(13)は
以上の２値化像から上記初期位置における最大幅を検出
する。焦点位置検出回路(14)は、以上の操作をＺテーブ
ル(6)をＺ軸方向に順次移動させて行うことにより求ま
る２値化像の最大幅とＺテーブル(6)の位置との関係特
性からこの最大幅の最小値を検出しそのときの加工面
(5)の位置を焦点位置として出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の焦点位置検出装置は、以上のように、検出用レー
ザ光を被照射物である加工面に照射結像させ、その光像
の反射光を受光して焦点位置を演算せんとするものであ
る。従つて、被照射物の種類によつては検出用レーザ光
を十分反射せず焦点位置の検出に支障を来たす場合が生
じる。特に、レーザ光を利用して薄膜を加工する場合、
被照射物となる当該薄膜は、成膜時の膜厚コントロール
の難しさのためサンプルによつてその膜厚にバラツキが
生じそれに対応してその反射特性が異なり、結果として
焦点位置の検出能力がサンプルに影響されるという問題
点があつた。

この発明は以上のような問題点を解消するためになされ
たもので、種々の被照射物に対しても安定した性能を発
揮するレーザ装置用焦点位置検出装置を得ることを目的
とする。

〔課題を解決するための手段および作用〕

この発明に係るレーザ装置用焦点位置検出装置は、検出
用レーザ発生手段が相互に波長が異なる複数の検出用レ
ーザ光を発生し、レーザ光選別手段によつて上記各検出
用レーザ光に対応する各出力からその値が最大のものを
選別し、当該最大出力から焦点位置を演算する。

また、他の装置のものは、検出用レーザ発生手段として
その検出用レーザ光の波長を変化させうるものとし、レ
ーザ波長調整手段によつて光像検出手段の出力が所定値
以上となるよう上記検出用レーザ光の波長を調整し、当
該調整後の出力から焦点位置を演算する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例におけるレーザ加工装置の
焦点位置検出装置を示す構成図である。図において、
(1)(3)〜(7)(11)〜(15)は従来の場合と同一である。(2)
は検出用レーザ光(8)を加工用レーザ光(1)の光軸と同一
の光軸から集光レンズ(3)に入射するためのハーフミラ
ーで、(2a)(2b)の２個のハーフミラーからなる。(9a)は
第１の検出用レーザ光(8a)をハーフミラー(2a)へ出射す
る第１のレーザ発生器、(9b)は第１の検出用レーザ光(8
a)とは波長が異なる第２の検出用レーザ光(8b)をハーフ
ミラー(2b)へ出射する第２のレーザ発生器で、両レーザ
発生器(9a)(9b)は両検出用レーザ光(8a)(8b)が共に加工
用レーザ光(1)と同軸、同焦点となるよう配置される。
そして、両レーザ発生器(9a)(9b)により検出用レーザ発
生手段(9)を構成する。(16)は、各検出用レーザ光(8a)
(8b)に対する光電変換手段(11)の出力のうちその値が大
きい方のものを選別するレーザ光選別手段である。

次に動作について説明する。先ず、従来と同様にＺテー
ブル(6)を初期位置にセットし、加工面(5)のＸＹ平面
(7)上に第１の検出用レーザ光(8a)による光像(10a)を結
像させ、その反射光を光電変換手段(11)が検出する。次
に、同様にして、ＸＹ平面(7)上に第２の検出用レーザ
光(8b)による光像(10b)を結像させ、その反射光を光電
変換手段(111)が検出する。

ここで、加工面(5)従つて被照射物の表面の反射率は、
それに照射されるレーザ光の波長に大きく影響される。
従つて、相互に波長が異なる両検出用レーザ光(8a)およ
び(8b)に対応する光電変換手段(11)の出力には差が生
じ、レーザ光選別手段(16)が、この両出力のいずれか大
きい方を選別しその出力を２値化回路(12)へ送る。これ
以降の処理は従来と同様である。即ち、反射光がより大
きくなる検出用レーザ光の出力データにより、２値化像
を求め、その最大幅が最小となる加工面(5)の位置から
焦点位置を検出する。

従つて、被照射物が種々異なると、従来の場合、その検
出用レーザ光の波長は一種類のものであつたので、その
波長光に対する被照射物の反射率が低いために焦点位置
の検出が不可能となる場合が生じたが、第１図のものに
おいては、検出用レーザ光として波長の異なる２種類の
レーザ光を使用し、反射光がより大となる方を選んで処
理する方式を採用したので、より多くの種類の被照射物
における検出が可能となる訳である。特に、同一ロツト
内でもその反射特性が変動する薄膜加工における焦点位
置の検出に有益である。

なお、上記実施例では、検出用レーザ光を２種類とした
が、この種類をもつと増やすことにより、より広範囲の
被照射物での焦点位置の検出が可能となり、この場合レ
ーザ光選別手段(16)は、入力されたデータの内の最大の
ものを選別する。

第２図は他の実施例における同検出装置を示す。図にお
いて、(1)〜(15)は従来の場合と同様である。但し検出
用レーザ発生手段(9)は液体レーザや半導体レーザ等を
用いた色素レーザをその光源とするもので、出射する検
出用レーザ光(8)の波長を所定の範囲で変化させ得るも
のとしている。そして、(17)は検出用レーザ発生手段
(9)と光電変換手段(11)との間に接続されたレーザ波長
調整手段である。

本装置においても、従来と同様に検出用レーザ光(8)を
加工面(5)のＸＹ平面(7)上に照射し、その光像(10)の反
射光を、ＸＹ平面(7)を走査する光電変換手段(11)が受
光する。ここで、光電変換手段(11)の出力の大きさが、
それ以降の焦点位置演算手段(15)における処理に支障が
ないレベル以上であれば、そのまま同処理を行うが、同
レベルに満たない場合はレーザ波長調整手段(17)から検
出用レーザ発生手段(9)にその波長を順次変更するよう
に信号を送り、光電変換手段(11)の出力が所定のレベル
以上となる検出用レーザ光(8)の波長が選択され、その
出力に基づいて以下の処理演算を行い焦点位置を検出す
る。

従つて、本装置においては、反射特性が異なるより多く
の種類の引照射物に対して、その焦点位置を迅速に検出
することができるという効果を有し、この反射特性が変
動しやすい薄膜加工において特に有効である。

なお、第２図の実施例では、検出用レーザ発生手段(9)
の光源として色素レーザを用いたが、必ずしも、これに
限られることはなく、波長が可変のレーザであればどん
なものでもよい。

また、上記実施例はいずれもレーザ加工装置に適用する
ものについて説明したが、本発明はレーザ加工以外のレ
ーザ装置、例えばレーザ計測装置等にも同様に適用する
ことができる。

更に、上記各実施例はいずれもその焦点位置の検出を２
値化像の最大幅検出により行つているが、本発明は他の
方法、例えば検出用レーザ光の反射光の強度変化から演
算検出する方法により焦点位置を検出するような場合に
も同様の効果を発揮するものである。

また、上記各実施例はいずれも集光レンズ(3)と加工面
(5)との距離を変化させる方法として、Ｚテーブル(6)を
Ｚ軸方向に移動させる方式を採用したが、Ｚテーブル
(6)は固定し、集光レンズ(3)をその光軸の方向に移動さ
せる方式としてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、請求項１の発明では、検出用レーザ発生
手段が相互に波長が異なる複数の検出用レーザ光を発生
し、被照射物からの反射光の最大のものを選別して処理
する構成としたので、反射特性が異なるより多くの種類
の被照射物における焦点位置の検出が可能となる。

また、請求項２の発明では、波長可変の検出用レーザ発
生手段を備え、被照射物からの反射光が所定値以上とな
るよう検出用レーザ光の波長を調整するようにしたの
で、同様に、反射特性が異なるより多くの種類の被照射
物における焦点位置の検出が可能となる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例におけるレーザ加工装置用
焦点位置検出装置を示す構成図、第２図は他の実施例に
おける同検出装置を示す構成図、第３図は従来の同検出
装置を示す構成図である。図において、(1)はレーザ光としての加工用レーザ光、
(3)は集光レンズ、(5)は被照射物としての加工面、(8)
(8a)(8b)は検出用レーザ光、(9)(9a)(9b)は検出用レー
ザ発生手段、(10)(10a)(10b)は光像、(11)は光像検出手
段としての光電変換手段、(15)は焦点位置演算手段、(1
6)はレーザ光選別手段、(17)はレーザ波長調整手段であ
る。なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を集光レンズを介して被照射物に
集光させるレーザ装置の上記レーザ光の焦点位置を検出
するものであつて、上記レーザ光の光軸と同一の光軸か
ら上記集光レンズを介して上記被照射物に集光させる検
出用レーザ光を出射する検出用レーザ発生手段と、上記
被照射物上に結像された上記検出用レーザ光による光像
の反射光を受光する光像検出手段と、上記被照射物と集
光レンズとの距離を変化させたときの上記光像検出手段
の出力変化から上記焦点位置を演算する焦点位置演算手
段とを備えたものにおいて、上記検出用レーザ発生手段は相互に波長が異なる複数の
検出用レーザ光を発生するものとし、その各検出用レー
ザ光に対応する上記光像検出手段の各出力からその値が
最大のものを選別して上記焦点位置演算手段に出力する
レーザ光選別手段を備えたことを特徴とするレーザ装置
用焦点位置検出装置。
【請求項２】レーザ光を集光レンズを介して被照射物に
集光させるレーザ装置の上記レーザ光の焦点位置を検出
するものであつて、上記レーザ光の光軸と同一の光軸か
ら上記集光レンズを介して上記被照射物に集光させる検
出用レーザ光を出射する検出用レーザ発生手段と、上記
被照射物上に結像された上記検出用レーザ光による光像
の反射光を受光する光像検出手段と、上記被照射物と集
光レンズとの距離を変化させたときの上記光像検出手段
の出力変化から上記焦点位置を演算する焦点位置演算手
段とを備えたものにおいて、上記検出用レーザ発生手段は検出用レーザ光の波長を変
化させうるものとし、上記光像検出手段の出力が所定値
以上となるよう上記検出用レーザ光の波長を調整するレ
ーザ波長調整手段を備えたことを特徴とするレーザ装置
用焦点位置検出装置。