KR101513107B1 - Adjusting apparatus laser beam machining apparatus adjusting method and adjusting program - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조정 장치, 레이저 가공 장치, 조정 방법 및 조정 프로그램에 관한 것으로서, 공간 변조된 광의 조사를 자동적으로 효율적으로 조정하는 것을 과제로 한다.The present invention relates to an adjusting device, a laser machining device, an adjusting method, and an adjusting program, and an object thereof is to automatically and automatically adjust the irradiation of the space-modulated light.
본 발명에 의하면, 제어부(113)가 DMD(106)에 교정 패턴을 지정하면, LED 광원(116)으로부터의 LED 광은, DMD(106)에 의해 공간 변조되어 피가공물(102) 상에 조사된다. CCD 카메라(112)는 피가공물(102)을 촬상한다. 제어부(113)는, 촬상된 화상을 받아들이고, 교정 패턴에 대응하여 화상 상에 생기는 출력 패턴과 교정 패턴을 변환하는 변환 파라미터를 산출한다. 조작부(114) 등으로부터 지정된 조사 패턴에 따라, 레이저 발진기(103)로부터의 레이저광을 DMD(106)에서 공간 변조하여 피가공물(102)에 조사할 때, 제어부(113)는 변환 파라미터에 기초하여 레이저광의 조사를 조정한다.According to the present invention, when the control section 113 designates the calibration pattern on the DMD 106, the LED light from the LED light source 116 is spatially modulated by the DMD 106 and irradiated onto the work 102 . The CCD camera 112 picks up the workpiece 102. The control unit 113 receives the captured image and calculates a conversion parameter for converting an output pattern and a calibration pattern occurring on the image in accordance with the calibration pattern. When the laser beam from the laser oscillator 103 is subjected to spatial modulation by the DMD 106 and irradiated to the workpiece 102 in accordance with the irradiation pattern designated by the operation unit 114 or the like, Adjust the irradiation of the laser beam.
Description
본 발명은, 공간 변조 소자에 의해 공간 변조된 광의 조사를 조정하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for adjusting the irradiation of light that has been spatially modulated by a spatial modulation element.
종래, 레이저광을 피가공물에 조사함으로써 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치가 사용되고 있다. 가공에는, 문자나 그림의 묘화, 노광, 기판의 제조 과정에서의 복구(리페어: repair) 등의 종류가 있다. 또한, 기판에는, 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display)나 플라즈마 디스플레이 패널(PDP: Plasma Display Panel) 등의 평판 디스플레이(FPD: Flat Panel Display), 반도체 웨이퍼(wafer), 적층 프린트 기판(multilayer printed circuit board) 등의 종류가 있다.Conventionally, a laser processing apparatus for processing a workpiece by irradiating a laser beam to the workpiece is used. There are various kinds of processing such as drawing of letters and drawings, exposure, and repair (repair) in the manufacturing process of a substrate. The substrate may be a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display (LCD) or a plasma display panel (PDP), a semiconductor wafer, a multilayer printed circuit board and so on.
이와 같은 레이저 가공 장치에는, 지정된 위치, 방향 및 형상으로 레이저광을 조사하기 위한 메카니즘이 갖추어져 있다. 종래부터, 이 메카니즘으로서 슬릿 등이 사용되고 있다. 최근에는, 이 메카니즘으로서 미소 미러가 어레이형으로 배 열된 DMD(Digital Micromirror Device) 등의 공간 변조 소자도 사용되고 있다. 공간 변조 소자는 공간 광변조기(SLM: spatial light modulator)라고도 한다.Such a laser machining apparatus is provided with a mechanism for irradiating the laser light in a specified position, direction and shape. Conventionally, a slit or the like has been used as this mechanism. Recently, a space modulation device such as a DMD (Digital Micromirror Device) in which micromirrors are arrayed is used as this mechanism. The spatial modulation element is also referred to as a spatial light modulator (SLM).
그런데, 결과적으로, 지정된 위치, 방향 및 형상과 실제로 레이저광이 조사된 위치, 방향 및 형상이 다른 경우가 있다. 왜냐하면, 레이저 광원으로부터 피가공물까지의 광로 상에는 복수의 광학 부품이 존재하고, 이들 광학 부품의 불균일, 장착 위치의 어긋남, 장착 방향의 어긋남 등의 영향을 받기 때문이다.However, as a result, the position, direction and shape of the laser beam actually irradiated with the designated position, direction and shape may be different from each other. This is because there are a plurality of optical components on the optical path from the laser light source to the workpiece, and are influenced by non-uniformity of these optical components, misalignment of mounting position, misalignment of mounting direction, and the like.
그래서, 지정된 위치, 방향 및 형상과 실제로 레이저광이 조사되는 위치, 방향 및 형상이 일치하도록, 교정(calibration)를 행하고, 레이저광의 조사의 방법을 조정할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to calibrate and adjust the method of irradiating the laser light so that the specified position, direction and shape match the position, direction and shape of the laser light actually irradiated.
그리고, "교정"이라는 말은 "조정"을 포함하는 의미로 사용되는 경우도 있지만, 이하에서는 "교정"에는 "조정"이 포함되지 않은 것으로서 설명한다. 또한, 이하에서는 특별히 언급하지 않는 이상 "조정"은 교정의 결과에 따른 조정을 의미한다.The term "calibration" is sometimes used to mean "calibration ", but hereinafter," calibration " Further, unless otherwise stated, "adjustment" means adjustment according to the result of calibration.
특허 문헌 1∼특허 문헌 3에는, 레이저광의 조사를 조정하는 종래의 기술이 기재되어 있다.Patent Literatures 1 to 3 disclose conventional techniques for adjusting the irradiation of laser light.
특허 문헌 1에 기재된 레이저 가공 장치는, 레이저빔을 조사하는 대상인 가공 패턴의 화상 상의 좌표 위치와, 레이저빔이 조사되는 점의 화상 상의 좌표 위치를 구하여, 양측의 위치 편차량을 산출한다. 그리고, 위치 편차량을 스테이지를 이동시키기 위한 보정량으로 환산하여 스테이지를 이동시키고, 레이저빔의 조사 위치에 가공 패턴의 위치가 일치하도록 조정한다.The laser processing apparatus described in Patent Document 1 calculates coordinate positions on an image of a processing pattern to be irradiated with a laser beam and coordinate positions on an image of a point irradiated with the laser beam to calculate the position deviation on both sides. Then, the stage is moved by converting the position deviation amount into a correction amount for moving the stage, and the position of the processing pattern is adjusted to coincide with the irradiation position of the laser beam.
그러나, 특허 문헌 1에는, X 방향 또는 Y 방향의 위치 어긋남의 조정이 기재되어 있을 뿐이며, 비정상 회전, 확대 또는 축소 등의 스케일 변환, 형상의 불균일에 대한 기재가 없다.However, in Patent Document 1, only the adjustment of the positional deviation in the X direction or the Y direction is described, and there is no description about scale conversion such as abnormal rotation, enlargement or reduction, or irregularity of the shape.
특허 문헌 2의 표본 관찰 시스템에서는, 소정 종류의 비정상 회전이나 불균일이 고려되고 있다. 이 시스템은, 현미경에 레이저 주사 장치와 화상 취득 장치가 장착된 구성이다. 이 시스템에서는, 레이저 주사 장치에 의해 조사된 레이저광의 조사 위치가, 화상 취득 장치에서 취득된 화상으로부터 측정된다. 그리고, 이 측정에 의해 얻어진 조사 위치와, 레이저 주사 장치에 대하여 지시된 레이저광 조사의 조사 지시 위치와의 차이를 나타낸 정보에 기초하여 교정과 조정이 행해진다.In the specimen observation system of Patent Document 2, a predetermined type of abnormal rotation or irregularity is considered. This system is a configuration in which a laser scanning device and an image acquisition device are mounted on a microscope. In this system, the irradiation position of the laser beam irradiated by the laser scanning device is measured from the image acquired by the image acquisition device. Calibration and adjustment are performed based on the information indicating the difference between the irradiation position obtained by this measurement and the irradiation designation position of the laser light irradiation instructed to the laser scanning device.
이 시스템에서는, 조사 위치와 조사 지시 위치와의 차이에 관한 4개의 요인이 고려되고, 이러한 요인에 따른 조정 방법이 취해진다. 예를 들면, 화상 취득 장치와 레이저 주사 장치 각각의 광학계의 광축의 위치 어긋남이나 비정상 회전은, 레이저광을 편향시키는 편향용 미러의 편향 동작을 보정하는 제어에 의해, 오프셋(offset)된다.In this system, four factors regarding the difference between the irradiation position and the irradiation designation position are considered, and an adjustment method according to these factors is taken. For example, misalignment or unsteady rotation of the optical axis of the optical system of each of the image acquisition device and the laser scanning device is offset by a control for correcting the deflection operation of the deflection mirror for deflecting the laser beam.
특허 문헌 3에는, YAG 레이저 가공기에서 YAG 레이저광의 초점 위치를 공작물의 레이저 가공점에 맞추는 티칭 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는, YAG 레이저광의 광축 방향인 Z 방향의 교정, Z 방향에 수직인 X 방향 및 Y 방향의 교정이 행해진다.Patent Document 3 discloses a teaching method for aligning the focal point position of a YAG laser beam to a laser machining point of a workpiece in a YAG laser processing machine. In this method, the Z-directional calibration of the YAG laser light in the optical axis direction and the X- and Y-directional calibration perpendicular to the Z-direction are performed.
Z 방향의 교정에는, Z축에 대하여 경사진 방향으로 공작물(workpiece) 상에 조사되고, 공작물 상에서는 X축에 평행한 선으로서 보이는, 측정용 슬릿 광이 사용 된다. 레이저 가공 헤드의 Z 방향의 움직임과 공작물을 촬상한 화상에서의 슬릿 광의 Y 좌표의 관계로부터 Z 방향의 교정 데이터가 얻어진다. 이 데이터에 기초하여, YAG 레이저광의 초점을 공작물의 표면에 위치시키기 위한 Z 방향의 교정이 행해진다.For the calibration in the Z direction, slit light for measurement is used which is irradiated on a workpiece in an inclined direction with respect to the Z axis and viewed as a line parallel to the X axis on the workpiece. Calibration data in the Z direction is obtained from the relationship between the movement in the Z direction of the laser machining head and the Y coordinate of the slit light in the image picked up by the workpiece. Based on this data, correction in the Z direction for positioning the focal point of the YAG laser light on the surface of the workpiece is performed.
X-Y 방향의 교정은, Z 방향의 보정후에 행해진다. 구체적으로 설명하면, 레이저 가공 헤드가, 툴 좌표계(XYZ 좌표계)에서의 원점으로 이동하고, 레이저광이 1샷(shot)만큼 조사되고, 이 조사에 의해 형성된 비드(bead) 흔적이 촬상되어 얻어진 화상에서의 비드 흔적의 좌표가 취득된다. 마찬가지로, 툴(tool) 좌표계에서의, X축 상에 있는 X축 정의점과, Y축 상에 있는 Y축 정의점에도 차례로 레이저 가공 헤드가 이동하여 레이저광의 조사, 촬상 및 좌표의 취득이 행해진다.The correction in the X-Y direction is performed after the correction in the Z direction. More specifically, the laser processing head moves to the origin in the tool coordinate system (XYZ coordinate system), the laser light is irradiated by one shot, the bead trace formed by the irradiation is captured, The coordinates of the bead traces at the coordinates are obtained. Similarly, the laser machining head moves in order to the X-axis defining point on the X-axis and the Y-axis defining point on the Y-axis in order to irradiate the laser beam, capture the image, and obtain coordinates .
이들 3점의 툴 좌표계에서의 좌표와, 화상의 좌표계인 픽셀(pixel) 좌표계에서의 좌표를 사용하여, 툴 좌표계로부터 픽셀 좌표계로의 변환 행렬이 구해진다. 이 변환 행렬은 병진 이동과 회전 이동의 조합을 나타낸다.The transformation matrixes from the tool coordinate system to the pixel coordinate system are obtained using the coordinates in the tool coordinate system and the coordinates in the pixel coordinate system, which are coordinate systems of the image. This transformation matrix represents a combination of translational and rotational movement.
이 변환 행렬에 의한 변환의 역변환에 의해, 픽셀 좌표계로 나타낸 검출점의 좌표가 툴 좌표계로 변환된다. 그리고, 툴 좌표계에서의 보정량이 산출되고, 레이저 가공 헤드가 보정량만큼 X-Y 방향으로 이동한다.By the inverse transformation of the transformation by this transformation matrix, the coordinate of the detection point indicated by the pixel coordinate system is converted into the tool coordinate system. Then, the correction amount in the tool coordinate system is calculated, and the laser machining head moves in the X-Y direction by the correction amount.
[특허 문헌 1] 일본 특허출원 공개번호 평6-277864호 공보[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-277864
[특허 문헌 2] 일본 특허출원 공개번호 2004-109565호 공보[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-109565
[특허 문헌 3] 일본 특허출원 공개번호 2000-263273호 공보[Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-263273
전술한 특허 문헌 1∼특허 문헌 3은 모두, 조사하는 레이저광이 공간 변조되어 있지 않은 경우의 교정과 조정 방법을 기재하고 있다. 또한, 공간 변조 소자를 통한 광의 조사의 교정과 조정은 지금까지 사람에 의한 수작업으로 행해지는 경우가 많았다.The above-described Patent Documents 1 to 3 all describe a calibration and adjustment method when the irradiated laser beam is not subjected to spatial modulation. In addition, calibration and adjustment of light irradiation through a spatial modulation element has been performed by hand by man so far.
본 발명의 하나의 태양에 의하면, 지정된 입력 패턴에 따라, 공간 변조 소자에 의해 공간 변조된 광의, 대상물로의 조사를 조정하는 조정 장치가 제공된다. 상기 조정 장치는, 상기 공간 변조 소자에 의해 공간 변조된 광이 조사된 상기 대상물을 촬상한 화상을 받아들이는 취입부와, 상기 화상 상에 상기 입력 패턴에 대응하여 생기는 출력 패턴과, 상기 입력 패턴을 변환하는 변환 파라미터를 산출하는 산출부와, 상기 입력 패턴으로서 교정 패턴을 사용했을 때 상기 산출부가 산출한 상기 변환 파라미터에 기초하여, 지정된 조사 패턴에 따른 상기 대상물로의 광의 조사를 조정하는 조정부를 구비한다.According to one aspect of the present invention, there is provided an adjustment device for adjusting irradiation of an object, which is spatially modulated by a spatial modulation element, according to a designated input pattern. Wherein the adjustment device includes: a take-in portion that receives an image of the object irradiated with light that has been spatially modulated by the spatial modulation element; an output pattern that corresponds to the input pattern on the image; And an adjustment section for adjusting the irradiation of light to the object in accordance with the designated irradiation pattern based on the conversion parameter calculated by the calculation section when the calibration pattern is used as the input pattern do.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 레이저 가공 장치가 제공된다. 상기 레이저 가공 장치는, 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을 대상물 상으로 안내하는 광학계와, 상기 레이저 광원으로부터 상기 대상물로의 광로 상에 설치되고, 입사광을 공간 변조하는 공간 변조 소자와, 상기 조정 장치를 구비하고, 상기 조사 패턴에 따라서, 상기 대상물에 조사되는 광으로서 상기 레이저광을 사용하고, 상기 대상물 에 대한 상기 레이저광의 조사를 상기 조정 장치에 의해 조정하여, 상기 대상물을 가공하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a laser processing apparatus is provided. The laser processing apparatus includes an optical system for guiding laser light emitted from a laser light source onto an object, a spatial modulation element provided on an optical path from the laser light source to the object to space-modulate incident light, Wherein the laser light is used as light to be irradiated on the object in accordance with the irradiation pattern and the irradiation of the laser light with respect to the object is adjusted by the adjustment device to process the object.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 컴퓨터가 상기 조정 장치를 실현하기 위해 실행하는 방법, 및 컴퓨터를 상기 조정 장치로서 기능하게 하는 프로그램이 제공된다. 상기 프로그램은, 컴퓨터가 판독 가능한 기억 매체에 저장되어 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of causing a computer to realize the adjustment device, and a program causing the computer to function as the adjustment device. The program is stored in a computer-readable storage medium.
전술한 어느 태양에서도, 산출된 상기 변환 파라미터에 기초하여 상기 대상물에 대한 광의 조사가 조정된다. 따라서, 지정된 상기 조사 패턴과 실제로 조사된 상기 광의 패턴의 차이가 조정되지 않는 경우에 비해 저감한다.In any of the above-described modes, irradiation of light to the object is adjusted based on the calculated conversion parameter. Therefore, compared with the case in which the difference between the specified irradiation pattern and the actually irradiated light pattern is not adjusted, it is reduced.
본 발명에 의하면, 공간 변조 소자에 의해 공간 변조된 광의 조사가 변환 파라미터에 따라 자동적으로 조정되므로, 보다 정확한 조사를 실현할 수 있다.According to the present invention, since the irradiation of the light that is spatially modulated by the spatial modulation element is automatically adjusted in accordance with the conversion parameter, more accurate irradiation can be realized.
또한, 본 발명에 의하면, 하나의 교정 패턴으로부터 변환 파라미터가 산출되므로, 변환 파라미터를 얻기 위한 광의 조사는 1회만으로 충분하고, 종래와 같이 조사와 구조물의 기계적인 이동을 반복할 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 의하면, 효율적으로 교정을 행하고, 광의 조사를 조정할 수 있다.Further, according to the present invention, since the conversion parameter is calculated from one calibration pattern, it is sufficient to irradiate light only once to obtain the conversion parameter, and it is not necessary to repeat the irradiation and the mechanical movement of the structure as in the conventional method. Therefore, according to the present invention, it is possible to efficiently perform calibration and adjust irradiation of light.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 서로 다른 실시예를 나타내는 복수의 도면에서, 서로 대응하는 구성 요소에는 동일한 부호를 기재하고 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings showing the different embodiments, the same reference numerals are given to the components corresponding to each other, and the description is omitted.
이하에서는, 먼저 제1 실시예에 대하여 설명하고, 그 후, 제1 실시예를 변형 한 제2 실시예∼제8 실시예에 대하여 설명한다. 제1 실시예∼제8 실시예는 모두, 레이저 가공 장치에서의 레이저광의 조사를 조정하는 것에 본 발명을 적용하는 예이다. 다음에, 프로젝터에 의한 광의 조사를 조정하는 것에 본 발명을 적용하는 예로서, 제9 실시예에 대하여 설명하고, 마지막으로 그 외의 변형예에 대하여 설명한다.Hereinafter, the first embodiment will be described first, and the second to eighth embodiments in which the first embodiment is modified will be described. The first to eighth embodiments are all examples in which the present invention is applied to adjusting the irradiation of the laser beam in the laser processing apparatus. Next, the ninth embodiment will be described as an example in which the present invention is applied to adjusting the irradiation of light by the projector, and finally, other modified examples will be described.
도 1은 제1 실시예에서의 레이저 가공 장치의 구성을 나타낸 모식도이다. 제2 실시예∼제8 실시예에서도, 도 1과 동일한 구성의 레이저 가공 장치가 사용된다.Fig. 1 is a schematic view showing a configuration of a laser machining apparatus in the first embodiment. Fig. In the second to eighth embodiments, a laser processing apparatus having the same configuration as that of Fig. 1 is used.
도 1의 레이저 가공 장치(100)는, 스테이지(101) 상에 탑재된 피가공물(102)을, 레이저 발진기(103)로부터 출사된 레이저광에 의해 가공하는 장치이다. 레이저 가공 장치(100)는, 용융, 절단, 그림이나 문자 등의 인화, 노광, 또는 회로 패턴의 복구(리페어) 등, 소정의 가공을 피가공물(102)에 대하여 행한다. 그리고, 이하에서는 간단하게 하기 위하여, 스테이지(101)의 상면은 연직 방향에 대하여 수직으로 가정한다. 1 is a device for processing a
피가공물(102)은, FPD 기판, 반도체 웨이퍼, 적층 프린트 기판 등이라도 되고, 그 외 일반적인 시료라도 된다.The
레이저 발진기(103)로부터 출사된 레이저광은, 하프 미러(104)를 투과하고, 미러(105)에서 반사되어 DMD(106)에 입사한다.The laser light emitted from the
DMD(106)는, 미소 미러가 2차원 어레이형으로 배열된 공간 변조 소자이다. 미소 미러의 경사각은 적어도 2종류로 전환 가능하다. 경사각이 제1 각도와 제2 각도일 때의 미러 상태를, 각각 이하에서는 "온 상태"와 "오프 상태"라고 한다. The
DMD(106)는, 후술하는 제어부(113)로부터의 지시에 기초하여, 개개의 미소 미러의 경사각, 즉 개개의 미소 미러 상태를 독립적으로 전환한다. DMD(106)에 대한 지시는, 예를 들면 레이저광을 조사해야 할지의 여부를 나타내는 2진값 데이터를 2차원 어레이형으로 배열된 데이터에 의해 나타내고, 제어부(113)로부터 송신된다.The
미러(105)로부터 DMD(106)에 입사된 입사광이, 온 상태의 미소 미러에서 반사 되었을 때, 반사광의 방향이 연직 방향이 되도록, 레이저 발진기(103), 하프 미러(104), 미러(105) 및 DMD(106)가 배치되어 있다. 온 상태의 미소 미러에서 반사된 레이저광의, 피가공물(102)의 표면에 도달하는 광로 상에는, 하프 미러(107)와 결상 렌즈(108)와 하프 미러(109)와 대물 렌즈(110)를 가지는 투영 광학계가 배치되어 있다. 온 상태의 미소 미러에서 반사된 레이저광은, 투영 광학계를 통하여, 피가공물(102)의 표면에 투영, 즉 조사된다. 투영 광학계는, 피가공물(102)의 표면과 DMD(106)를 공역의 위치로 하도록 구성되어 있다.The
오프 상태의 미소 미러는 경사각이 온 상태일 때와는 상이하다. 따라서, 미러(105)로부터 DMD(106)에 입사된 입사광은, 오프 상태의 미소 미러에서, 하프 미러(107)에 도달하는 방향과는 상이한 방향으로 반사되어 피가공물(102) 상에는 조사되지 않는다. 도 1에서는, 오프 상태의 미소 미러에 의한 반사광의 광로를 파선 화살표로 나타낸다.The off-state micromirrors are different from when the tilt angle is on. Therefore, the incident light incident on the
따라서, 개개의 미소 미러를 온 상태 또는 오프 상태로 제어함으로써, 각 미 소 미러에 대응하는 피가공물(102) 상의 위치에 레이저광을 조사할지의 여부를 제어할 수 있다. 즉, DMD(106)를 사용함으로써, 임의의 위치, 방향 및 형상으로 레이저광을 피가공물(102) 상에 조사할 수 있다.Therefore, by controlling the individual micromirrors to be in an on state or an off state, it is possible to control whether laser light is irradiated to the position on the
레이저 가공 장치(10O)는, LED(Light Emitting Diode: 발광 다이오드) 광원(116)을 구비한다. LED 광원(116)으로부터 조사된 광(이하 "LED 광"이라고 함)은 하프 미러(104)에서 반사되어 미러(105)에 입사한다.The
여기서, 레이저 발진기(103)와 하프 미러(104)와 LED 광원(116)은, 하프 미러(104)를 투과한 레이저광과, 하프 미러(104)에서 반사된 LED 광의 광축이 일치하도록 배치되어 있다. 따라서, 하프 미러(104)에서 반사된 후의 LED 광의 광로는, 레이저광의 광로와 같으며, LED 광도 피가공물(102)에 조사된다.The
본 실시예에서는, DMD(106)를 통한 레이저광의 조사를 조정하기 위해 교정이 행해지고, LED 광은 교정을 위해 사용된다.In this embodiment, calibration is performed to adjust irradiation of laser light through the
또한, 레이저 가공 장치(10O)는, 조명용 광원(111)과 CCD(Charge Coupled Device: 전하 결합 소자) 카메라(112)를 구비한다. 촬상에 조명광이 필요한 경우, 조명용 광원(111)으로부터의 조명광이 하프 미러(109)에서 반사되어 대물 렌즈(110)를 통하여 피가공물(102)의 표면에 조사된다. 그리고, CCD 카메라(112) 대신, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor: 상호보완형 금속 산화물 반도체) 카메라 등의 촬상 장치를 사용해도 된다.The
레이저광, LED 광 및 조명광의, 피가공물(102)의 표면에서의 반사광은, 모두 대물 렌즈(110), 하프 미러(109), 결상 렌즈(108), 하프 미러(107)를 가지는 광학 계를 통하여 CCD 카메라(112)의 광전 변환 소자에 입사한다. 이에 따라, CCD 카메라(112)는 피가공물(102)의 표면을 촬상한다.The reflected light from the surface of the
본 실시예에서는, 반사광을 CCD 카메라(112)로 촬상할 수있는 파장의 레이저광, LED 광 및 조명광이 사용된다. 따라서, DMD(106)를 사용하여 레이저광 또는 LED 광을 조사한 상태에서 피가공물(102)을 CCD 카메라(112)가 촬상하면, 촬상된 화상에는, 피가공물(102) 상에 조사된 레이저광 또는 LED 광의 패턴이 나타난다.In this embodiment, laser light, LED light, and illumination light of a wavelength capable of capturing the reflected light by the
레이저 가공 장치(100)가 불균일이나 어긋남을 전혀 포함하지 않으면, 화상에 나타난 패턴은 DMD(106)에 지정된 패턴과 위치, 방향(각도) 및 형상이 모두 일치한다. 그러나, 실제로는 2개의 패턴은 일치하지 않는 경우가 있다. 이 불일치가 교정의 대상이다.If the
레이저 가공 장치(100)는, 제어부(113)와 조작부(114)와 모니터(115)를 더 구비한다.The
제어부(113)는 레이저 가공 장치(100) 전체를 제어한다. 조작부(114)는, 키보드나 포인팅 디바이스 등의 입력 기기에 의해 실현된다. 조작부(114)로부터 입력된 지시는, 제어부(113)에 보내진다.The
또한, 모니터(115)는, 제어부(113)로부터의 지시에 따라, 화상이나 문자 등을 표시한다. 모니터(115)는, 예를 들면 CCD 카메라(112)가 촬상한 피가공물(102)의 화상을 거의 실시간으로 표시해도 된다. 이하에서는, CCD 카메라(112)가 촬상하고 제어부(113)가 판독한 화상을 "라이브(live) 화상"이라고 할 경우도 있다.In addition, the
제어부(113)의 상세한 것은 도 2와 함께 후술하지만, 간단하게 설명하면 다 음과 같다The
제어부(113)로의 입력은 조작부(114)로부터의 지시와, CCD 카메라(112)로부터 화상 데이터이다. 제어부(113)에 의해 제어되는 것은 스테이지(101), 레이저 발진기(103), DMD(l06), 모니터(115) 및 LED 광원(116)이다.The input to the
또한, 제어부(113)는 범용 컴퓨터일 수도 있고 전용 제어 장치일 수도 있다. 제어부(113)의 기능은, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들 조합 중에서 어느 하나에 의해 실현되어도 된다.The
예를 들면, CPU(Central Processlng Unit)와, R0M(Read 0nly Memory) 등의 불휘발성 메모리와, 워킹 영역(working area)으로 사용되는 RAM(Random Access Memory)과, 하드 디스크 장치 등의 외부 기억 장치와, 외부 기기와의 접속 인터페이스를 구비하고, 이들이 버스로 서로 접속된, PC(Personal Computer) 등의 컴퓨터에 의해 제어부(113)가 실현되어도 된다.For example, a CPU (Central Process Unit), a nonvolatile memory such as ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory) used as a working area, an external storage device And a
이 경우, 스테이지(101), 레이저 발진기(103), DMD(106), 모니터(115), LED 광원(116)이, 각각의 접속 인터페이스에 의해 이 컴퓨터와 접속된다. CPU는, 하드디스크 장치, 또는 컴퓨터가 판독 가능한 휴대형 기억 매체 등에 저장된 프로그램을 RAM에 로드(load)하여 실행함으로써, 제어부(113)의 기능을 실현한다.In this case, the
다음에, 피가공물(102)이 기판이고, 레이저 가공 장치(100)가 기판 표면의 결함에 레이저광을 조사하여 결함을 복구하는 레이저 리페어 장치인, 구체예를 사용하여, 제1 실시예의 레이저 가공 장치(100)의 동작의 개요를 설명한다.Next, the
도 1에 나타낸 바와 같이, 레이저 가공 장치(100)는, 결상 렌즈(108)와 대물 렌즈(110)를 포함하는 현미경을 구비한다. 따라서, CCD 카메라(112)는, 현미경을 통하여 피가공물(102) 상의 미세한 회로 패턴이나 미세한 결함을 촬상할 수 있다. 촬상된 라이브 화상은 거의 실시간으로 모니터(115)에 표시된다.1, the
피가공물(102)의 표면에서 결함이 존재하는 영역을 "결함 영역"이라고 하고, 모니터(115)에 표시되는 화상 중에서 결함 영역이 촬상된 영역을 "결함 표시 영역"이라고 하기로 한다. 레이저 리페어 장치는, 결함 영역에 레이저광을 조사함으로써 기판을 복구한다. 예를 들면, 티끌이나 불필요한 레지스트는 결함이기는 하지만, 레이저광을 조사하여 증발시킬 수 있으므로, 복구 가능한 결함이다. 예를 들면, 이와 같은 결함이 레이저 리페어 장치에 의한 복구의 대상이다.A region in which a defect exists on the surface of the
결함이 없는 영역에 레이저광이 조사됨으로써, 정상적으로 형성된 회로 패턴이 손상되는 것을 방지하기 위해서는, 레이저광이 조사되는 영역은, 결함 영역과 양호한 정밀도로 일치되어야 한다. 그러므로, 교정과 조정이 요구된다.In order to prevent damage to the normally formed circuit pattern due to irradiation of the laser light to the defect-free region, the region irradiated with the laser light must match with the defect region with good accuracy. Therefore, calibration and adjustment are required.
예를 들면, 오퍼레이터가 조작부(114)를 통하여 결함 표시 영역을 선택, 즉 지정한다. 지정된 결함 표시 영역은 결함 영역을 나타낸 패턴이다. 이 패턴을 제어부(113)가 DMD(106)에 지정함으로써, "결함 영역에 레이저광을 조사하고, 결함 영역 외의 영역에는 레이저광을 조사하지 않는다"라고 제어된 조사가 가능하게 된다. 다시 말하면, 결함 표시 영역에 포함되는 화소에 대응하는 DMD(106)의 미소 미러에 대하여 온 상태를 지시하고, 그 외의 미소 미러에 대하여 오프 상태를 지시함으로써, 결함 영역에 레이저광이 조사되어 결함이 복구되고, 그 외의 영역에는 레이저광이 조사되지 않는다.For example, the operator selects or designates the defect display area through the
만약, 레이저 가공 장치(100)에 불균일이나 어긋남이 전혀 없으면, 결함 표시 영역에 포함되는 화소에 대응하는 DMD(106)의 미소 미러는, 이 미소 미러에 대응하는 피가공물(102) 상의 위치에 레이저광을 조사하기 위해 온 상태로 되어야 한다. 또한, 결함 영역에 포함되지 않은 화소에 대응하는 미소 미러는, 이 미소 미러에 대응하는 피가공물(102) 상의 위치에 레이저광을 조사하지 않도록 하기 위해 오프 상태로 되어야 한다.If there is no unevenness or deviation in the
그러나, 실제로는 레이저 가공 장치(100)에는 불균일이나 어긋남이 있는 경우가 있다. 그래서 교정이 행해진다. 그리고, 레이저광이, 교정 결과에 기초하여 조정되고, 기판인 피가공물(102) 상에 조사된다. 이에 따라, 기판 상의 결함 영역과 양호한 정밀도로 일치하는 패턴으로 레이저광이 조사된다. 즉, 레이저 리페어 장치인 레이저 가공 장치(100)는, 정상적인 부분을 레이저광에 의해 손상시키지 않도록 하면서, 기판의 결함을 복구할 수 있다.However, in reality, the
다음에, 제어부(113)를 상세하게 설명한다.Next, the
도 2는 제1 실시예에서의 제어부(113)의 기능을 나타낸 기능 블록도이다.2 is a functional block diagram showing the function of the
제어부(113)는, CCD 카메라(112)로부터 화상을 받아들이는 취입부(201)와, 교정을 행하는 산출부(202)와, 교정의 결과에 기초하여 광의 조사를 조정하는 조정부(203)와, DMD(106)를 제어하는 공간 변조 제어부(204)와, 스테이지(101)를 제어하는 스테이지 제어부(205)와, 레이저 발진기(103) 또는 LED 광원(116) 중에서 한쪽을 광원으로서 선택하는 선택부(206)를 구비한다. 본 발명에 의한 조정 장치를 제1 실시예에서 실현하는 것은, 취입부(201)와 산출부(202)와 조정부(203)이다.The
취입부(201)는, 피가공물(102)을 촬상한 화상을 CCD 카메라(112)로부터 입력한다. 예를 들면, 제어부(113)가 PC에 의해 실현되는 경우, PC에 장착된 화상 캡쳐 보드에 의해 취입부(201)를 실현해도 된다.The accepting
취입부(201)가 받아들이는 화상의 종류는 실시예에 따라 상이하지만, 어떤 실시예에서도 취입부(201)가 반드시 받아들이는 화상은, 교정 패턴에 따른 조사를 행할 때의 피가공물(102)의 화상이다.Although the type of the image to be received by the accepting
교정 패턴은, DMD(106)에 대하여 지시되는 입력 패턴의 일종이다. 이하의 설명에서, "입력 패턴"은 DMD(106)에 대한 지시를 나타내는 패턴이며, 광을 조사하는 영역(에리어: area)을, 개개의 미소 미러에 대한 "온" 또는 "오프"의 지시에 의해 나타내는 패턴이다. 교정을 위한, 또는 레이저광에 의한 가공을 위한 목적에 따라, 입력 패턴으로서 구체적으로 지정되는 패턴은 상이하다.The calibration pattern is a kind of input pattern instructed to the
어떤 입력 패턴에 따라, 광이 조사된 피가공물(102)을 촬상한 화상 상에는, 이 입력 패턴에 대응한 패턴이 생긴다. 이하에서는, 화상 상에 생긴 패턴을 "출력 패턴"이라고 한다.In accordance with a certain input pattern, a pattern corresponding to the input pattern is generated on the image of the
출력 패턴은, "광이 조사되었다" 또는 "광이 조사되지 않았다"의 2진값으로, 화상 상의 각 점이 나타난 패턴이다. 입력 패턴에서의 "온"과 "오프"의 지시가, 출력 패턴에서의 "광이 조사되었다" 상태와 "광이 조사되지 않았다" 상태에 각각 대응한다.The output pattern is a binary value of "light is irradiated" or "light is not irradiated" Quot; on "and" off "in the input pattern correspond to the states" light irradiated "and" no light irradiated "in the output pattern, respectively.
그러나, 일반적으로, 레이저 가공 장치(100)에 존재하는 불균일이나 어긋남 등에 기인하여, 입력 패턴과 출력 패턴은 상이하다. 예를 들면, 교정 패턴은, 교 정을 위해 사용되는 기준 패턴이지만, 출력 패턴은 기준 패턴과 상이하다.Generally, however, the input pattern and the output pattern are different due to the non-uniformity, deviation, and the like existing in the
즉, 입력 패턴을 기준으로 하면, 출력 패턴은, 기준 위치로부터 어긋나 있거나, 기준 각도로부터 회전되어 있거나, 형상이 확대 혹은 축소되어 있거나 변형되어 있다.That is, with reference to the input pattern, the output pattern is shifted from the reference position, rotated from the reference angle, or the shape is enlarged or reduced or deformed.
그래서, 산출부(202)는, 입력 패턴을 출력 패턴으로 변환하는 변환 파라미터를 산출한다. 이하의 각 실시예에서, 교정은 변환 파라미터를 산출하는 것이다. 변환 파라미터의 구체예는 실시예에 의해 상이하므로, 자세한 것은 후술한다.Thus, the calculating
산출부(202)는, 입력 패턴으로서 교정 패턴이 이용되었을 때 산출한 변환 파라미터를 조정부(203)에 출력한다. 그리고, 산출부(202)는, 도시하지 않은 기억 장치에 저장된 미리 정해진 교정 패턴을 판독하여 변환 파라미터의 산출에 이용해도 되고, 교정할 때마다 교정 패턴을 작성해도 된다.The
조정부(203)는, 제어부(113)의 외부로부터 지정된 조사 패턴에 따른 레이저광의 조사를 변환 파라미터에 기초하여 조정한다. 조정을 위해 제어할 대상은 실시예에 따라 상이하지만, 제1 실시예에서는, 조작부(114)로부터 부여되는 조사 패턴을 조정부(203)가 조정한다.The
제어부(113)가 PC에 의해 실현되는 경우, 산출부(202)와 조정부(203)는, 프로그램을 RAM에 로드하여 실행하는 CPU에 의해 실현되어도 된다. 또한, 교정 패턴을 미리 기억 장치에 저장해 둘 경우, 이 기억 장치는 PC가 구비하는 RAM 또는 하드 디스크 장치 등이라도 된다.When the
공간 변조 제어부(204)는, DMD(106)에 지시해야 할 입력 패턴을 받고, 이 입 력 패턴에 따라, DMD(106)의 개개의 미소 미러를, 온 상태 또는 오프 상태로 하는 제어를 행한다. 그 결과, 레이저 발진기(103) 또는 LED 광원(116)으로부터 조사된 광은, DMD(106)에 의해 공간 변조되고, 피가공물(102) 상에 조사된다.The spatial
공간 변조 제어부(204)는, 교정을 위한 LED 광의 조사에 있어서, 산출부(202)로부터 입력 패턴으로서 교정 패턴을 받는다. 또한, 가공을 위한 레이저광의 조사에 있어서, 공간 변조 제어부(204)는, 조정부(203)에 의해 조정된 입력 패턴을 조정부(203)로부터 받는다.The spatial
스테이지 제어부(205)는, 광학계를 구성하는 도 1의 각 구성 요소와 스테이지(101)와의 상대 위치를 변화시키기 위해 스테이지(101)를 제어한다. 다른 실시예에서는, 스테이지(101)가 아닌 광학계를 이동시킴으로써 상대 위치를 변화시켜도 된다.The
예를 들면, 레이저 가공 장치(100)가 레이저 리페어 장치인 경우, 복구해야 할 결함의 대략의 위치가 결함 검사 장치로부터 레이저 가공 장치(100)에 미리 통지된다. 그리고, 스테이지 제어부(205)는, 통지된 피가공물(102) 상의 위치가, 레이저광의 조사 범위 내이고, CCD 카메라(112)의 촬상 범위 내로 되도록, 스테이지(101)를 제어하여 이동시킨다.For example, when the
그 후, CCD 카메라(112)가 피가공물(102)을 촬상하고, 촬상된 화상을 취입부(201)가 받아들이고, 이 화상을 모니터(115)가 표시한다. 레이저광을 조사하여 복구해야 할 패턴, 즉 결함 표시 영역은, 예를 들면, 모니터(115)에 표시된 화상에 기초하여, 오퍼레이터가 조작부(114)로부터 지시한다. 또한, 우량품의 피가공물로 부터 얻은 화상과의 비교에 의한 주지의 기술에 의해, 결함 표시 영역을 추출해도 된다. Thereafter, the
선택부(206)는, 레이저 발진기(103)와 LED 광원(116) 중에서 어느 하나를 광원으로서 선택하고, 선택된 쪽의 광원을 온으로, 선택되지 않은 쪽의 광원을 오프로 한다. 구체적으로 설명하면, 선택부(206)는, 교정일 때는 레이저 발진기(103)를 오프로 하고 LED 광원(116)을 온으로 하는 제어를 행하고, 가공일 때는 레이저 발진기(103)를 온으로 하고 LED 광원(116)을 오프로 하는 제어를 행한다. 또한, 양쪽의 광원을 함께 오프로 하는 제어를 선택부(206)가 행하는 경우도 있다.The
제어부(113)가 PC에 의해 실현되는 경우, 공간 변조 제어부(204)와 스테이지 제어부(205)와 선택부(206) 모두는, 프로그램을 RAM에 로드하여 실행하는 CPU와, 외부 장치와 PC와의 접속 인터페이스에 의해 실현될 수 있다.In the case where the
다음에, 도 3을 참조하여, 교정 대상에 대하여 설명한다.Next, with reference to Fig. 3, an object to be calibrated will be described.
도 3은 레이저 가공 장치(100)에 존재하는 어긋남이나 불균일에 기인하는 조사 패턴의 변형, 즉 입력 패턴으로부터 출력 패턴으로의 변형을 예시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating deformation of an irradiation pattern due to a shift or unevenness existing in the
설명의 편의를 위해, 이하에서는 CCD 카메라(112)에 의해 촬상되는 화상의 가로 방향의 좌표 축을 x축, 세로 방향의 좌표 축을 y축이라고 한다. 그리고, 화상의 크기는 임의이지만, 본 실시예에서는, x 방향으로 640화소, y 방향으로 480화소로 한다. 또한, 이 크기를 " 640×480 화소"라고 표기한다. 화상 내의 각 화소의 위치는, x 좌표와 y 좌표의 세트(x, y)에 의해 나타낸다. 도 3에서의 조사 패 턴(310)의 좌상 꼭지점과 우하 꼭지점의 좌표는 각각 (0, 0)와 (639, 479)이다.For convenience of explanation, the coordinate axis in the horizontal direction of the image captured by the
도 3의 조사 패턴(310)은, CCD 카메라(112)에 의해 촬상된 화상에 대하여, 그 화상의 어느 부분에 레이저광을 조사해야 하는지를 나타낸 패턴이다. 따라서, 조사 패턴(310) 내의 위치도 x 좌표와 y 좌표의 세트 (x, y)에 의해 나타낼 수 있고, 조사 패턴(310)의 크기는, CCD 카메라(112)에 의해 촬상되는 화상과 같은 640×480 화소이다.The
여기서, 레이저광을 조사하는 것을 백색으로, 조사하지 않는 것을 검은색으로 도시하면, 조사 패턴(310)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 흑백 2진값 화상으로서 표현할 수 있다. 도 3의 예에서는, 조사 패턴(310)은, 화상의 중심부에 있는, x축에 평행한 굵은 선과 y축에 평행한 굵은 선이 만나는 흰 십자 형상과 배경의 검은색으로 이루어지고, 흰 십자 형상에 해당하는 피가공물(102) 상의 부분에 레이저광을 조사해야 할 것을 나타낸다.Here, when the irradiation of laser light is shown as white and the irradiation is not shown as black, the
본 실시예에서는, 조사 패턴(310)은 다음과 같이 하여 조작부(114)로부터 지시된다. 먼저, 조명용 광원(111)으로부터의 조명광에 의한 조명 하에서, 레이저광도 LED 광도 조사하지 않은 상태에서, 피가공물(102)을 CCD 카메라(112)가 촬상한다. 그리고, 제어부(113)의 취입부(201)가, 촬상된 화상을 받아들여서 모니터(115)에 출력한다.In this embodiment, the
그 후, 오퍼레이터가, 모니터(115)에 출력된 화상을 보고, 레이저광을 조사해야 할 범위를 조작부(114)로부터 지시한다. 이 지시는, 조작부(114)와 제어부(113)을 접속하는 인터페이스를 통하여, 640×480 화소 크기의 조사 패턴(310)의 데이터의 형태로 제어부(113)에 주어진다.Thereafter, the operator looks at the image output to the
다른 실시예에서는, 다른 장치로부터 조사 패턴(310)의 데이터가 제어부(113)에 보내져도 된다. 예를 들면, 레이저 가공 장치(100)가 FPD 기판 등의 레이저 리페어 장치인 경우, 결함 검사 장치로부터 조사 패턴(310)의 데이터가 제어부(113)에 보내져도 된다. 또는, 레이저 리페어 장치가 화상 인식부를 구비하고, 화상 인식부가 화상 인식 처리에 의해 결함의 형상을 인식하고, 인식된 형상을 나타내는 조사 패턴(310)의 데이터를 생성하여 제어부(113)에 출력해도 된다.In another embodiment, the data of the
어떤 방법을 사용하더라도, 조사 패턴(310)의 데이터가 제어부(113)에 주어진다. 그러면, 제어부(113)는, 개개의 미소 미러의 온과 오프를 DMD(106)에 지시하기 위한 DMD 전송용 데이터(320)를 조사 패턴(310)으로부터 생성한다. DMD 전송용 데이터(320)는 입력 패턴을 나타내는 데이터이며, DMD(106)에 전송(즉, 송신)된다.Regardless of which method is used, data of the
DMD(106)에서는 미소 미러가 2차원 어레이형으로 배열되어 있고, 미소 미러의 위치를 u 좌표와 v 좌표의 조 (u, v)에 의해 나타낼 수 있다. 또한, 이하에서는 설명을 간단하게 하기 위하여, 화상 내의 화소의 좌표 (x, y)와 미소 미러의 좌표 (u, v)에는,In the
x=u, y=vx = u, y = v
의 관계가 있다고 가정한다. 미소 미러를 적절하게 배치하고, uv 좌표계의 원점을 적절하게 정하는 것만으로, 이 관계는 성립하므로, 이하의 설명의 일반성은 없어지지 않는다.. This relationship is established merely by appropriately arranging the micromirrors and appropriately defining the origin of the uv coordinate system, so that the generality of the following description is not lost.
여기서, 조사 패턴(310)의 도면과 마찬가지로, 레이저광을 조사하는 것을 백색으로, 조사하지 않는 것을 검은색으로 나타내기로 하면, DMD 전송용 데이터(320)도 흑백 2진값 화상으로서 표현할 수 있다. 다시 말하면, 미소 미러를 온 상태로 하는 것을 나타내는 백색, 또는 미소 미러를 오프 상태로 하는 것을 나타내는 검은색에 의해, 위치(u, v)의 점을 나타낸 흑백 2진값 화상으로서 DMD 전송용 데이터(320)를 표현할 수 있다.Here, similarly to the drawing of the
본 실시예에서는, DMD(106)에 800×600개의 미소 미러가 배열되어 있다고 가정한다. 즉, CCD 카메라(112)가 촬상한 화상의 화소 수보다 미소 미러의 개수가 많다. 따라서, DMD 전송용 데이터(320)를 나타내는 화상은, 조사 패턴(310)을 나타내는 화상의 주위를, 검은색 마진으로 둘러싼 화상이 된다. 이와 같은 마진이 있는 이유에 대해서는 후술한다.In this embodiment, it is assumed that 800 x 600 micromirrors are arranged in the
즉, 조사 패턴(310)을 나타내는 화상의 위치(x, y)에서의 색(백색 또는 검은색)과, DMD 전송용 데이터(320)를 나타내는 화상의, u=x, v=y가 되는 위치(u, v)에서의 색은 같다. 그리고, 위치(u, v)가 (White or black) at the position (x, y) of the image representing the
u<0 또는 640≤u 또는 v<0 또는 480≤v u < 0 or 640? u or v < 0 or 480? v
로 되는 범위에 있는 경우, DMD 전송용 데이터(320)를 나타내는 화상의 위치(u, v)에서의 색은 검은색이다., The color at the position (u, v) of the image indicating the
그리고, 도 3에서는, DMD 전송용 데이터(320)에는 백색 직사각형의 테두리선이 있지만, 이 테두리선은 설명의 편의 상, 조사 패턴(310)에 해당하는 640×480화소의 범위를 표시한 것이며, 백색 테두리선 상의 미소 미러를 온 상태로 하는 것을 나타낸 것은 아니다. 또한, 본 실시예에서는, DMD 전송용 데이터(320)에서 백색 테두리선보다 위의 마진과 아래의 마진의 폭이 같고, 또한 우측의 마진과 좌측의 마진의 폭도 같다. 그러나, 마진의 폭은 실시예에 따라 적절하게 정해져도 된다.In FIG. 3, the
조사 패턴(310)과 DMD 전송용 데이터(320) 사이의 전술한 바와 같은 관계에 기초하여, 제어부(113)는, 조사 패턴(310)의 데이터로부터 DMD 전송용 데이터(320)를 생성한다. 전술한 바와 같이, DMD 전송용 데이터(320)를 생성하기 위해서는, 제어부(113)는, 간단하게 조사 패턴(310)의 주위에 검은 마진을 추가하면 된다.The
그리고, 제어부(113) 내의 공간 변조 제어부(204)는, DMD 전송용 데이터(320)를 DMD(106)에 출력함으로써, 800×600개의 미소 미러 각각에 대하여, 온 또는 오프의 지시를 내린다.The spatial
여기서, 교정에 따른 조정을 행하지 않고, 주어진 DMD 전송용 데이터(320) 그 자체에 따라, DMD(106)의 미소 미러가 온 상태 또는 오프 상태가 되고, 레이저 발진기(103)로부터 레이저광이 출사된다고 가정한다.Here, the micromirror of the
이 경우, 일반적으로는, 피가공물(102) 상에 조사된 레이저광의 패턴은, 원하는 조사 패턴(310)과는 상이하다. 왜냐하면, 레이저 가공 장치(100)의 광학계 및/또는 촬상계에는 어긋남이나 불균일이 있기 때문이다.In this case, generally, the pattern of the laser beam irradiated on the
예를 들면, 미러나 렌즈가 비뚤어져 있거나, 레이저 가공 장치(100)의 각 구성 요소의 장착 위치가 어긋나 있거나, 장착 각도가 어긋나서 본래의 각도로부터 회전되어 장착된 부품이 있을 수도 있다.For example, there may be a mirror or lens that is skewed, a mounting position of each component of the
도 3의 라이브 화상(330)은, 이와 같이, 원하는 조사 패턴(310)과는 상이한 패턴이 피가공물(102) 상에 조사된 경우, CCD 카메라(112)에 의해 촬상되는 화상의 예이다. 따라서, 라이브 화상(330) 상의 위치도, xy 좌표계에 의해 나타낼 수 있고, 라이브 화상(330)의 크기는 640×480화소이다.The
도 3의 라이브 화상(330)에서는, 레이저광이 실제로 조사된 부분이 백색으로, 조사되지 않았던 부분이 검은색으로 나타나 있다. 라이브 화상(330)을 조사 패턴(310)과 비교하면, 흰 십자 형상이 x축의 플러스 방향으로 이동하고, 또한 반시계 방향으로 약 15°회전되어 있다. 조사 패턴(310)으로부터 라이브 화상(330)으로의 변형은, 실제로는, 이와 같은 평행이동(시프트)과 회전 뿐만아니라, 확대 혹은 축소, 즉 스케일 변환이나, 전단 변형 등의 형상의 불균일을 포함할 수도 있다.In the
따라서, 이와 같은 변형을 방지하기 위하여, 교정을 행하고, 교정의 결과에 기초하여, 레이저광의 조사를 조정할 필요가 있다. 본 실시예에서는, 레이저 가공 장치(100)에 존재하는 어긋남이나 불균일에 기인하는 전술한 바와 같은 조사 패턴의 변형을 일종의 변환의 결과로 보고, 이 변환을 수학적으로 모델화하고 있다.Therefore, in order to prevent such deformation, it is necessary to calibrate the irradiation of the laser light based on the result of the calibration. In the present embodiment, the above-described deformation of the irradiation pattern caused by the shift or unevenness existing in the
다음에, 이 수학적으로 모델화된 변환을 나타내는 파라미터를 교정에 의해 취득하고, 취득한 파라미터에 기초하여 조정하는 처리에 대하여 설명한다.Next, a process of calibrating the parameters representing the mathematically modeled conversion by calibration and adjusting based on the acquired parameters will be described.
도 3에서, DMD 전송용 데이터(320)는, 마진 이외는 조사 패턴(310)과 같다. 따라서, 조사 패턴(310)은 사실상, DMD(106)에 지정되는 입력 패턴이라고 할 수 있다. 그리고, 라이브 화상(330)은, 이 입력 패턴에 대응하여, 아무것도 조정되지 않고 변형된 레이저광이 피가공물(102) 상에 조사되는 경우에 화상에 생기는 출력 패턴이다. 따라서, 조사 패턴(310)으로부터 라이브 화상(330)으로의 변형은, 상기 입력 패턴으로부터 상기 출력 패턴으로의 변환에 의한 것이라고 볼 수 있다.In FIG. 3, the
본 실시예에서는, 이 변환이 변환 행렬 T에 의해 나타내는 아핀(affine) 변환이라는 수학적 모델을 채용한다. 즉, 변환 행렬 T의 각 요소가, 교정에 있어서 산출해야 할 변환 파라미터이다.In this embodiment, this transformation employs a mathematical model called an affine transformation indicated by the transformation matrix T. [ That is, each element of the transformation matrix T is a transformation parameter to be calculated in the calibration.
전술한 바와 같이, 입력 패턴과 출력 패턴은 모두 xy 좌표계로 나타낼 수 있고, 또한 항상 u=x, v=y이므로, uv 좌표계와 xy 좌표계를 동일시해도, 변환 파라미터의 산출에는 문제가 없다. 즉, 본 실시예에서의 수학적 모델은, "DMD 전송용 데이터(320)에서의 좌표(u, v)와 동일한 조사 패턴(310)에서의 좌표(x, y)가 아핀 변환을 나타내는 변환 행렬 T에 의해, 라이브 화상(330)에서의 좌표(x', y')로 변환된다"이다.As described above, both the input pattern and the output pattern can be represented by the xy coordinate system, and since u = x, v = y at all times, there is no problem in calculation of the conversion parameter even if the uv coordinate system and the xy coordinate system are equal. That is, the mathematical model in this embodiment is such that the coordinate (x, y) in the
이 수학적 모델을 식으로 나타내면 식 1과 같다.This mathematical model can be expressed as the following equation.
[식 1][Formula 1]
여기서, 변환 행렬 T가 식 2의 3×3행렬로 정의된다.Here, the transformation matrix T is defined by a 3x3 matrix of Equation (2).
[식 2][Formula 2]
그러면, 식 3의 행렬 연산에 의해, 입력 패턴으로부터 출력 패턴으로의 변환 을 나타낼 수 있다.Then, the conversion from the input pattern to the output pattern can be represented by the matrix operation of Equation (3).
[식 3][Formula 3]
여기서, 변환 행렬 T의 제3 열의 요소 d1과 d2는 평행이동의 양을 나타낸다. 그리고, 변환 행렬 T 중에서, 요소 a1, b1, a2, b2로 이루어지는 부분을 2×2행렬로 보면, 이 2×2행렬은 아핀 변환의 정의로부터 정칙행렬이며, 회전, 확대, 축소 및 전단 변형이 합성된 변형을 나타낸다. 이것은, 하기의 식 4∼식 12로부터도 이해될 수 있다.Here, the elements d 1 and d 2 in the third column of the transformation matrix T represent the amount of parallel movement. And, from the transformation matrix T, elements a 1, b 1, a 2, b In the part made of a 2 × 2 matrix 2, a 2 × 2 matrix is nonsingular matrix from the definition of the affine transformation, rotation, enlargement, reduction And shear deformation. This can be understood from the following equations (4) to (12).
즉, 임의의 정칙 2×2행렬 S는 식 4와 같이 분해될 수 있다.That is, any regular 2x2 matrix S can be decomposed as shown in Equation (4).
[식 4][Formula 4]
또한, 일반적으로, 회전을 나타내는 행렬 X는 식 5에 의해 나타내고, 확대 또는 축소를 나타내는 행렬 Y는 식 6에 의해 나타내고, 전단 변형을 나타내는 행렬 Z는 식 7에 의해 나타낸다.In general, a matrix X representing rotation is represented by Expression 5, a matrix Y representing enlargement or reduction is represented by Expression 6, and a matrix Z representing shear deformation is represented by Expression 7.
[식 5][Formula 5]
[식 6][Formula 6]
[식 7][Equation 7]
여기서, α, β, γ가 각각 식 8, 식 9, 식 10으로 나타내고, θ가 식 11 및 식 12를 만족하면, 행렬 S는 식 13을 만족시킨다.Here, when?,?, And? Are expressed by Equations 8, 9, and 10 and? Satisfies Equations 11 and 12, the matrix S satisfies Equation 13.
[식 8][Equation 8]
[식 9][Equation 9]
[식 10][Equation 10]
[식 11][Equation 11]
[식 12][Equation 12]
[식 13][Formula 13]
S = XYZS = XYZ
즉, 변환 행렬 T를 산출함으로써, 평행이동, 회전, 확대, 축소, 및 전단 변형을 고려한 교정이 가능해진다. 그래서, 다음으로 변환 행렬 T를 산출하는 방법에 대하여 설명한다.In other words, by calculating the transformation matrix T, it becomes possible to perform correction taking into consideration translation, rotation, expansion, reduction, and shearing deformation. Next, a method of calculating the transformation matrix T will be described.
일반적으로, 3점 a, b, c가 아핀 변환에 의해 점 a', b', c'로 사상될 때, 이 아핀 변환을 나타내는 변환 행렬 T는, 점 a, b, c의 좌표와 점 a', b', c'의 좌표로부터 다음과 같이 산출할 수 있다.In general, when three points a, b, and c are mapped to points a ', b', and c 'by affine transformation, the transformation matrix T representing affine transformation is obtained by multiplying the coordinates of points a, b, ', b', c 'as follows.
먼저, xy 좌표계에서,First, in the xy coordinate system,
점 a의 좌표를 (xa, ya)T Let the coordinates of point a be (x a , y a ) T
점 b의 좌표를 (xb, yb)T Let the coordinates of point b be (x b , y b ) T
점 c의 좌표를 (xc, yc)T Let the coordinates of point c be (x c , y c ) T
점 a'의 좌표를 (xa', ya')T Let the coordinates of point a 'be (x a ', y a ') T
점 b'의 좌표를 (xb', yb')T Let the coordinates of point b 'be (x b ', y b ') T
점 c'의 좌표를 (xc', yc')T Let the coordinates of point c 'be (x c ', y c ') T
가 되는 열 벡터로 나타낸다. 여기서, 전술한 위첨자 문자인 "T"는 전치를 나타낸다. 그러면, 점 a, b, c와 점 a', b', c'의 좌표를 사용하여, 하기의 식 14에 의해 나타내는 행렬 P와 하기의 식 15에 의해 나타내는 행렬 Q를 정의할 수 있다.As shown in FIG. Here, the superscript character "T" represents transposition. Then, using the coordinates of the points a, b, c and the points a ', b', c ', a matrix P represented by the following expression 14 and a matrix Q represented by the following expression 15 can be defined.
[식 14][Equation 14]
[식 15][Formula 15]
여기서, 식 3으로부터, 3점 a, b, c와 3점 a', b', c'와의 관계는, 하기의 식 16과 같이 나타낼 수 있다.From the equation 3, the relationship between the three points a, b, and c and the three points a ', b', and c 'can be expressed by the following equation (16).
[식 16][Formula 16]
TP=QTP = Q
이다. 3점 a, b, c의 위치를 적절하게 선택하면, 행렬 P는 정칙 행렬이 되고, 역행열 P-1가 존재한다. 그래서, 양 변의 우측으로부터, 역행열 P-1를 곱하여 식 17을 얻을 수 있다.to be. When the positions of the three points a, b, and c are appropriately selected, the matrix P becomes a regular matrix, and the backward column P -1 exists. Thus, Equation 17 can be obtained by multiplying the inverse column P -1 by the right side of both sides.
[식 17][Formula 17]
T =QP-1 T = QP -1
따라서, 산출부(202)는, 식 17로부터 변환 행렬 T를 산출할 수 있다. 즉, 행렬 P가 정칙 행렬이 되도록 적절한 위치의 3점 a, b, c를 정하고, 이 3점이 변환 행렬 T에 의해 사상된 점 a', b', c'의 위치를 알 수 있으면, 변환 행렬 T는 산출될 수 있다. 본 실시예에서는, 점 a', b', c'의 위치를 알기 위해 교정 패턴에 따른 LED 광의 조사가 행해진다.Therefore, the
도 4는 교정 패턴의 예를 나타낸 도면이다. 도 4에는 3개의 교정 패턴의 예를 나타내지만, 이들은 모두 행렬 P가 정칙 행렬이 되도록 위치가 결정된 3점 a, b, c를 서로 구별 가능하도록 표현한 패턴이다.4 is a diagram showing an example of a calibration pattern. FIG. 4 shows an example of three calibration patterns, but these are patterns in which three points a, b, and c determined to be positioned so that the matrix P becomes a regular matrix are distinguishable from each other.
교정 패턴은, 교정량마다, 예를 들면 산출부(202)가 생성해도 되고, 미리 생성되어 기억 장치에 기억되어 있어도 된다.The calibration pattern may be generated by the
교정 패턴은 DMD(106)로의 입력 패턴의 일종이므로, 도 3과 마찬가지로, 온 상태를 나타낸 백색과 오프 상태를 나타낸 검은색의 2진값 화상으로서 나타낼 수 있다. 또한, 도 3에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서 uv 좌표계는 xy 좌표계와 동일하다고 볼 수 있으므로, 도 4에는 x축과 y축을 도시하였다.Since the calibration pattern is a kind of input pattern to the
교정 패턴(340)에는, 직경이 상이한 3개의 원(써클)이 배치되어 있고, 직경의 상이에 따라 3점이 구별될 수 있다. 즉, 가장 직경의 작은 원의 중심이 점 a이며, 직경이 2번째로 작은 원의 중심이 점 b이며, 가장 직경의 큰 원의 중심이 점 c이다. 서로 직경이 상이한 원은, 서로 면적도 상이하므로, 화상 처리에 의해 용이하게 서로를 구별하여 인식할 수 있다.In the
교정 패턴(341)에서는, 형상의 상이에 따라 3점을 구별하고 있다. 즉, 직사각형의 중심이 점 a이며, 마름모의 중심이 점 b이며, 삼각형의 중심이 점 c이다.In the
교정 패턴(342)에서는, 2개의 선분으로 이루어지는 도형을 사용하여 3점을 구별하고 있다. 교정 패턴(342)에서, y축에 평행한 선분의 한쪽의 끝점이 점 a이며, 다른 한쪽의 끝점이 점 b이다. 또한, x축에 평행한 선분의, 선분 ab에 접하고 있지 않은 쪽의 끝점이 점 c이다. 여기서, 선분 ab와 x축에 평행한 선분과의 접점을 점 w라고 하면, 점 a와 점 w의 거리 aw와 점 b와 점 w의 거리 bw가 서로 상이하도록, 점 a, b, c의 위치가 결정될 수 있다.In the
물론, 도 4에 예시한 이외의 교정 패턴도 이용 가능하다. 예를 들면, 3변의 길이가 서로 상이한 삼각형만으로 이루어지는 패턴이라도, 3변의 길이에 기초하여, 3개의 정점을 서로 구별 가능하므로, 교정 패턴으로서 이용할 수 있다. 또한, 서로 구별 가능한 4점 이상의 점을 표현한 패턴을 사용하여, 그 중에서 특정한 3점만을 교정에 사용해도 된다. 요컨대, 변환 행렬 T가 아핀 변환을 나타내는 수학적 모델을 채용하는 경우, 3점을 서로 구별하는 것이 가능하면, 교정 패턴은 어떠한 형상의 패턴이라도 된다.Of course, other calibration patterns than those illustrated in Fig. 4 are available. For example, even in the case of a pattern consisting only of triangles whose three sides are different from each other, since the three vertices can be distinguished from each other based on the length of three sides, they can be used as a calibration pattern. It is also possible to use a pattern expressing four or more points that can be distinguished from each other, and only a specific three points among them may be used for calibration. In short, when the transformation matrix T adopts a mathematical model indicating the affine transformation, the calibration pattern may be any shape of the pattern as long as it is possible to distinguish the three points from each other.
그런데, 교정 패턴에 따라, 광이 조사된 피가공물(102)을 CCD 카메라(112)가 촬상하면, 전술한 바와 같이, 변환 행렬 T에 의해 변형된 출력 패턴을 포함하는 화상을 얻을 수 있다. 변환 행렬 T를 산출하기 위해서는, 이 출력 패턴으로부터, 점 a', b', c'의 위치를 인식할 필요가 있다.By the way, according to the calibration pattern, when the
여기서, 변환 행렬 T에 의한 변형의 원인은, 레이저 가공 장치(100)에 잠복하는 어긋남이나 불균일이므로, 변환 행렬 T에 의한 변형의 정도는, 극단적을 크지는 않다. 따라서, 다소 교정 패턴이 변형되어도 "3점이 구별 가능하다"라는 성질이 유지되도록, "3점 a, b, c의 구별하기 쉬운 정도"를 높게한 교정 패턴을 사용함으로써, 출력 패턴에서의 점 a', b', c'를 서로 구별하여 인식할 수 있게 된다.Here, the cause of deformation due to the transformation matrix T is a deviation or unevenness that is latent in the
예를 들면, 교정 패턴(340)의 예에서는, 3개의 원의 직경이 상이하면, 3점 a, b, c가 구별 가능하다. 그러나, 이 구별하기 용이한 정도는 3개의 원의 직경의 비에 따라 상이하다.For example, in the example of the
만약, 3개의 직경의 값이 근사하다면, 3개의 원은, 변환 행렬 T에 의해, 거의 구별 불가능한 3개의 타원(또는 원)으로 사상될 수도 있다. 그러나, 3개의 직경의 값이 서로 많이 다르면, 3개의 원은, 변환 행렬 T에 의해 변형된 출력 패턴에서도, 서로 면적이 많이 다르고, 구별이 용이한 3개의 타원(또는 원)으로 사상된다. 따라서, 3 점 a', b', c'는 구별 가능하다. 즉, 3개의 타원(또는 원) 각각의 중심을 3 점 a', b', c'로서 인식할 수 있다.If the values of the three diameters are approximate, the three circles may be mapped to three ellipses (or circles) which are almost indistinguishable by the transformation matrix T. However, if the values of the three diameters are much different from each other, the three circles are mapped to three ellipses (or circles) which are different in area from each other and easy to distinguish even in the output pattern modified by the transformation matrix T. Thus, the three points a ', b', c 'are distinguishable. That is, the center of each of the three ellipses (or circles) can be recognized as three points a ', b', and c '.
즉, 교정 패턴(340)의 예에서는, 3개의 원의 직경이 서로 많이 다를수록, 3점 a, b, c를 구별하기 용이한 정도가 높다. 교정 패턴(340)에서 3개의 원의 직경 이 어느 정도 상이하면, 출력 패턴에서 3점 a', b', c'가 구별 가능한지는 실시예에 따라 상이하다. 따라서, 예비적인 실험을 행하여, 3개의 원의 직경을 정해도 된다.That is, in the example of the
교정 패턴(341)에서는, 삼각형과 사각형은 출력 패턴에서도 용이하게 구별 가능하다. 또한, 예를 들면, 직사각형의 2변의 길이가 많이 다르도록 하거나, 직사각형과 마름모의 면적이 많이 다르면, 출력 패턴에서 "3점이 구별 가능하다"라는 성질이 유지된다. 따라서, 출력 패턴에서 3개의 도형 각각의 중심을 3점 a', b', C'로서 인식할 수 있다.In the
교정 패턴(342)에 대해서도, 2개의 거리 aw와 bw가 서로 많이 다르게 함으로써, 출력 패턴에서 "3점이 구별 가능하다"라는 성질이 유지되고, 3점 a', b', c'를 서로 구별하여 인식할 수 있다.As for the
다음에, 도 5를 참조하여, 이와 같은 교정 패턴을 사용하여 변환 행렬 T를 산출하는 처리에 대하여 설명한다.Next, with reference to FIG. 5, a process of calculating the transformation matrix T using such a calibration pattern will be described.
도 5는 제1 실시예에서의 변환 파라미터로서의 변환 행렬 T의 산출 단계를 나타내는 흐름도이다.5 is a flowchart showing the calculation step of the transformation matrix T as the transformation parameter in the first embodiment.
단계 S101에서, 산출부(202)는, 예를 들면 도 4에 예시한 바와 같은 교정 패턴을 작성하고, 공간 변조 제어부(204)에 출력한다. 또는, 산출부(202)는, 미리 기억 장치에 저장된 교정 패턴을 단계 S101에서 판독해도 된다.In step S101, the
교정 패턴은 DMD(106)에 입력 패턴으로서 지정되며, 2진값 화상으로서 표현될 수 있다. 따라서, 도 5에서는 단계 S101을 "DMD 화상 작성"이라고 표현하고 있 다.The calibration pattern is designated as an input pattern in the
다음에, 단계 S102에서, 산출부(202)는 교정 패턴의 데이터로부터 3점 a, b, c의 좌표를 취득한다.Next, in step S102, the calculating
예를 들면, 도 4의 교정 패턴(340)의 경우, 산출부(202)는, 화상 인식 처리에 의해, 교정 패턴으로부터 "백색"의 원을 3개 인식하고, 인식된 3개의 원의 중심(즉 무게 중심)의 좌표를 각각 산출하여 취득한다. 이들 3개의 좌표가 점 a, b, c의 좌표이다.For example, in the case of the
그리고, 단계 S103에서, 선택부(206)가 LED 광원(116)을 광원으로서 선택한다. 또한, 교정 패턴에 따라, 미소 미러의 온 상태와 오프 상태를 전환하도록, 공간 변조 제어부(204)가 DMD(106)를 제어한다. 이에 따라, LED 광원(116)으로부터 출사된 LED 광이, 교정 패턴에 따라 공간 변조되고, DMD(106)를 통하여 피가공물(102)의 표면에 투영된다(즉, 조사된다).In step S103, the
이어서, 단계 S104에서, CCD 카메라(112)가 피가공물(102)을 촬상하고, 취입부(201)가 촬상된 화상의 데이터를 CCD 카메라(112)로부터 받아들인다[즉, 캡쳐(capture)한다]. 이 화상에는, 교정 패턴에 대응하는 출력 패턴이 존재한다.Then, in step S104, the
다음의 단계 S105에서, 산출부(202)는, 취입부(201)가 받아들인 화상의 출력 패턴으로부터, 3점 a', b', c'의 좌표를 다음과 같이 취득한다.In the next step S105, the calculating
본 실시예에서는, 취입부(201)가 받아들인 화상은 그레이 스케일 화상이다. 물론, 다른 실시예에서는, 컬러 화상을 촬상하는 CCD 카메라(112)를 사용해도 되지만, 그러한 경우도 하기와 마찬가지로 하여, 산출부(202)는 3점 a', b', c'의 좌표 를 취득한다.In this embodiment, the image received by the accepting
산출부(202)는, 먼저 취입부(201)가 받아들인 화상을 흑백 2진값 화상으로 변환한다. 이 2진값화는, 예를 들면, 각 화소의 휘도값과 임계값의 비교에 기초하여 행해진다. 변환된 흑백 2진값 화상에서, 백색 영역은 LED 광이 조사된 영역 부분이며, 검은색 영역은 LED 광이 조사되지 않은 영역이다. 산출부(202)는 변환된 흑백 2진값 화상을 사용하여 이하의 처리를 행한다.The calculating
예를 들면, 도 4의 교정 패턴(340)이 사용되는 경우, 산출부(202)는, 화상 인식 처리에 의해, 원 또는 타원에 가까운 형상의 존재 및 위치를 인식한다. 그 결과, 3개의 형상이 인식된다. 교정 패턴(340)의 예에서는, 3개의 원의 면적이 작은 순서대로, 각각 점 a, b, c에 대응한다. 따라서, 산출부(202)는, 인식된 3개의 형상의 면적을 산출하고, 그 면적이 작은 차례대로 각각 형상을 점 a', b', c'에 대응시킨다. 또한, 산출부(202)는, 인식된 3개의 형상 각각의 중심의 좌표를 산출하고, 이들 3개의 좌표를 3점 a', b', c'의 좌표로서 취득한다.For example, when the
다른 교정 패턴이 사용되는 경우도 마찬가지로서, 산출부(202)는 출력 패턴을 나타내는 흑백 2진값 화상으로부터 3점 a', b', c'의 좌표를 단계 S105에서 취득한다.Similarly, when another calibration pattern is used, the calculating
이어서, 단계 S106에서 산출부(202)는 전술한 식 17에 따라 변환 행렬 T를 산출한다. 여기서, 행렬 Q는 단계 S105에서 얻은 3점 a', b', c'의 좌표로부터 식 15에 의해 정의되고, 행렬 P는 단계 S102에서 얻은 3점 a, b, c의 좌표로부터 식 14에 의해 정의된다.Subsequently, in step S106, the
또한, 식 16에 대하여 설명한 바와 같이, 본 실시예에서 행렬 P는 정칙 행렬이므로 산출부(202)는 단계 S106에서 역행열 P-1를 산출할 수 있다. 역행열의 계산 방법은 다양한 방법이 알려져 있고, 임의의 방법을 채용할 수 있다.Further, as described with respect to the expression (16), in the present embodiment, the matrix P is a regular matrix, and therefore the
산출부(202)는, 이와 같이 하여 작성된 변환 행렬 T의 데이터를, 도 2에서는 도시하지 않은 RAM 또는 하드 디스크 등의 기억 장치에 저장한다.The
마지막으로, 단계 S107에서 산출부(202)는, 변환 행렬 T로부터 그 역행열인 역변환 행렬 T'(=T-1)를 산출한다. 역변환 행렬 T'는, 변환 파라미터로서의 변환 행렬 T에 의한 변환의 역변환을 나타내는 역변환 파라미터이다. 산출부(202)는 역변환 행렬 T'의 데이터도 기억 장치에 저장한다.Finally, in step S107, the
이상, 도 5의 처리, 즉 교정은 종료한다. 교정 종료 후, 역변환 행렬 T'에 따른 조정이 행해진 레이저 발진기(103)로부터의 레이저광의 조사가 행해진다. 그리고, 역변환 행렬 T'는 변환 행렬 T로부터 산출되므로 역변환 행렬 T'에 기초한 조정은, 간접적으로는 변환 행렬 T에 기초한 조정인 것에 주의해야 한다.Thus, the process of Fig. 5, that is, the calibration is terminated. After the end of the calibration, irradiation with the laser beam from the
도 6은 제1 실시예에서의 조정 방법을 설명하는 도면이다.6 is a diagram for explaining an adjustment method in the first embodiment.
도 6의 조사 패턴(310)과 DMD 전송용 데이터(320)는 도 3과 같다. 또한, 도 6은 도 3과 같은 변환 행렬 T를 사용하여 설명하는 도면이다.The
제1 실시예에서는, 도 2의 산출부(202)가, 이미 산출하여 기억 장치에 저장된 변환 행렬 T와 역변환 행렬 T'를 조정부(203)에 출력한다.In the first embodiment, the
또한, 조정부(203)가, 조작부(114)로부터 조사 패턴(310)을 받아서, DMD 전 송용 데이터(320)를 생성한다. 조정부(203)는, 또한 DMD 전송용 데이터(320)를 역변환 행렬 T'에 의해 변환하여 DMD 전송용 데이터(321)를 생성하고, 공간 변조 제어부(204)에 출력한다.The
그리고, 공간 변조 제어부(204)는, DMD 전송용 데이터(321)를 DMD(106)로의입력 패턴으로서 지정하고, DMD(106)를 제어한다. 즉, 조정부(203)는, 공간 변조 제어부(204)를 통하여, DMD(106)에 입력 패턴으로서 DMD 전송용 데이터(321)를 지정하는 기능을 가진다.The spatial
도 6에 나타낸 예에서는, 도 3과 마찬가지로, 변환 행렬 T는, x축의 플러스 방향으로의 이동과 반시계 방향의 약 15°의 회전을 합성한 변환을 나타낸다. 따라서, 도 6에서, 역변환 행렬 T'에 의해 변환된 DMD 전송용 데이터(321)는, DMD 전송용 데이터(320)의 패턴을 시계 방향으로 약 15° 회전시키고, x축의 마이너스 방향으로 이동한 패턴이다.In the example shown in Fig. 6, as in Fig. 3, the transformation matrix T represents a transformation in which the movement in the positive direction of the x-axis and the rotation in the counterclockwise direction of about 15 are combined. 6, the
여기서, 도 2의 선택부(206)가 레이저 발진기(103)를 광원으로서 선택하면, 레이저 발진기(103)로부터 레이저광이 출사된다. 이 레이저광은, DMD 전송용 데이터(321)가 입력 패턴으로서 지정된 DMD(106)를 통하여 피가공물(102) 상에 조사된다. 본 실시예에서는, 여기서 CCD 카메라(112)가 피가공물(102)을 촬상하고, 조정부(203)가 CCD 카메라(112)로부터 화상을 받아들인다. 이와 같이 하여 받아들여진 화상이 도 6의 라이브 화상(331)이다.Here, when the
도 6에 나타낸 바와 같이, 라이브 화상(331)에 나타내는 출력 패턴은, 역변환 행렬 T'에 의한 변형과 변환 행렬 T에 의한 변형이 상쇄되므로, 조사 패턴(310) 과 동일한 패턴이다. 그리고, "라이브 화상(331) 상의 출력 패턴과 조사 패턴(310)이 동일하다"는 것은 정확하게는, "식 3에 의한 수학적 모델과 실제로 생기는 변환과의 차이 등에 의한 오차를 무시하면 동일하다"는 의미이다. 이하의 설명에서도, 특별히 언급하지 않는 한 이 의미로 "동일하다"라는 용어를 사용한다.6, the output pattern shown in the
라이브 화상(331) 상의 출력 패턴이 조사 패턴(310)과 동일하다는 것은, 조정부(203)에 의한 조정에 의해, 가공해야 할 위치에 가공해야 할 형상으로 정확하게 레이저광이 조사되고, 이 정확한 조사가 라이브 화상(331)으로서 촬상되었다는 의미이다.The fact that the output pattern on the
그리고, DMD 전송용 데이터(320과 321)를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 역변환 행렬 T'에 의한 변환의 결과, 미소 미러를 온 상태로 해야 할 것을 나타내는 백색 부분이, DMD 전송용 데이터(321)에서는As can be seen by comparing the
u<0 또는 640≤u 또는 v<0 또는 480≤vu < 0 or 640? u or v < 0 or 480? v
가 되는 범위를 초과할 가능성이 있다. 그러므로, 본 실시예에서는, 조사 패턴(310)을 나타내는 화상의 화소 수(예를 들면, 640×480화소)보다 많은(예를 들면, 800×600개의) 미소 미러를 구비한 DMD(106)가 사용된다. 이 경우, 도 3 또는 도 6에 나타낸 바와 같이, DMD(106)에 지정되는 입력 패턴인 DMD 전송용 데이터(320)를 나타내는 화상은, 조사 패턴(310)을 나타내는 화상의 주위를 검은색(즉, 광을 조사 하지 않는 것을 나타내는) 마진으로 둘러싼 화상이다.May be exceeded. Therefore, in the present embodiment, the
여기서, 변환 행렬 T는, 레이저 가공 장치(100)에 존재하는 불균일이나 어긋남의 영향을 나타낸다. 또한, 이와 같은 불균일이나 어긋남은 레이저 가공 장 치(100)의 사양에서 허용되는 범위 내에 들어간다. 따라서, 변환 행렬 T에 의한 변형의 정도도 극단적으로 크지는 않다. 즉, 극단적으로 큰 마진은 필요없다. 예를 들면, 실험적으로 필요한 마진의 양을 추측하고, 추측된 마진의 양에 따라 DMD(106)에 필요한 미소 미러의 개수를 정해도 된다.Here, the transformation matrix T represents the influence of non-uniformity or deviation existing in the
다음에, 도 7∼도 11을 참조하여, 제2 실시예와 제3 실시예에 대하여 설명한다. 제2 실시예와 제3 실시예에서는, 변환 파라미터를 취득한 후의, 레이저광의 조사를 조정하는 조정 방법, 즉 조정부(203)의 동작이 제1 실시예와 상이하다. 변환 파라미터에 의해 나타내는 변환을 상쇄하는 조정 방법은 여러가지 존재하므로, 실시예에 따라 적절한 조정 방법을 채용하는 것이 바람직하다.Next, the second embodiment and the third embodiment will be described with reference to Figs. 7 to 11. Fig. In the second embodiment and the third embodiment, the adjustment method of adjusting the irradiation of the laser light, that is, the operation of the
도 7은 제2 실시예와 제3 실시예에서의 조정 방법을 설명하는 전제로서 입력 패턴으로부터 출력 패턴으로의 변환의 예를 설명하는 도면이다. 도 7의 내용은 도 3과 유사하지만, 설명의 편의 상, 도시하는 방법이 도 3과 도 7은 상이하다.7 is a diagram for explaining an example of conversion from an input pattern to an output pattern as a premise for explaining the adjustment method in the second embodiment and the third embodiment. The contents of FIG. 7 are similar to those of FIG. 3, but the method shown in FIG. 3 differs from that of FIG. 7 for convenience of explanation.
그리고, 제2 실시예와 제3 실시예에서는, 도 8과 도 10에 나타낸 바와 같이 제어부(113)의 구성이, 제1 실시예에서의 도 2의 구성과는 일부 상이하지만, 도 7에 대해서는, 도 2와의 차이에 의한 영향은 없다.In the second and third embodiments, as shown in Figs. 8 and 10, the configuration of the
도 7의 화상(300)은, 스테이지(101)에 탑재된 피가공물(102)을, 조명용 광원(111)으로부터의 조명광만이 조사된 상태에서, CCD 카메라(112)가 촬상한 화상이다. 도 7의 예에서는, 피가공물(102) 상에 3개의 직선형의 회로 패턴이 존재한다.7 is an image captured by the
화상(300)이 취입부(201)에 의해 받아들여지고, 모니터(115)에 출력되면, 오퍼레이터는, 조작부(114)를 통하여 가공 대상 범위를 지정한다. 지정된 범위는, 화상(300) 점으로 칠한 직사각형의 범위이다.When the
공간 변조 제어부(204)는, 조작부(114)로부터의 지정을 받고, 이 지정에 기초하여 조사 패턴(311)을 생성한다. 조사 패턴(311)을 나타내는 화상은, 화상(300) 상에서 지정된 직사각형의 범위가 백색이며, 그 외는 검은색 화상이다. 조사 패턴(311)에 대응하여 DMD(106)에 지정되는 입력 패턴은, 도시하지 않지만, 조사 패턴(311)의 주위를 단지 검은색 마진으로 둘러싼 화상에 의해 나타낼 수 있다. 공간 변조 제어부(204)는 조사 패턴(311)에 대응하는 DMD(106)로의 입력 패턴도 생성한다.The spatial
만약, 조사 패턴(311)에 대응하는 입력 패턴의 지시에 따라 DMD(106)에 의해 공간 변조된 레이저광이 피가공물(102) 상에 조사되고, 피가공물(102)을 CCD 카메라(112)가 촬상하면, 라이브 화상(332)을 얻을 수 있다. 도 7의 예에서는, 라이브 화상(332)에서 실제로 레이저광이 조사된 범위는, 점으로 칠한 직사각형의 범위이며, 화상(300)에 대하여 지정된 가공해야 할 범위와는 상이하다.Modulated by the
화상(300)과 라이브 화상(332)을 비교하면, 회로 패턴의 위치, 방향 및 형상은 같다. 그러나, 화상(300)에서 지정되고, DMD(106)에 주어진 입력 패턴과는 상이한 패턴으로 레이저광이 조사된 것을 알 수 있다. 이 입력 패턴으로부터 출력 패턴의 변환은 변환 행렬 T에 의해 나타낸다. 그리고, 도 3과 도 7에서 같은 "T"라는 문자를 사용하고 있지만, 변환 행렬 T의 개개의 요소의 구체적인 값은 도 3과 도 7에서 상이하다. 도 7에서는 간단하게 하기 위하여, 변환 행렬 T가, 라이브 화상(332)의 중심 부근을 중심으로 하는 반시계 방향으로 약 30°의 회전을 나타내는 경우를 도시하고 있다.When the
이상, 도 7을 참조하여 설명했다는 전제 하에, 다음에, 도 8과 도 9를 참조하여 제2 실시예에 대하여 설명한다.The second embodiment will be described below with reference to Figs. 8 and 9 on the assumption that it has been described with reference to Fig.
도 8은 제2 실시예에서의 제어부(113)의 기능을 나타내는 기능 블록도이다. 제1 실시예를 나타낸 도 2와 비교하면, 제어부(113)가 취입부(201), 산출부(202), 조정부(203), 공간 변조 제어부(204), 스테이지 제어부(205) 및 선택부(206)를 구비하는 점에서, 도 8은 도 2와 같다.8 is a functional block diagram showing the function of the
도 8에서 도 2와 다른 점은, 화살표로 나타낸 데이터 및/또는 제어의 흐름이다. 즉, 제1 실시예와 제2 실시예는 조정 방법이 상이하므로, 조정부(203)를 향하는 화살표와 조정부(203)로부터 나가는 화살표가 도 2와 도 8에서 상이하다. 도 8에서의 화살표의 의미는, 도 9를 참조하여 이하에서 설명하는 조정 방법으로부터 명백하게 된다.The difference from FIG. 2 in FIG. 8 is the flow of data and / or control indicated by arrows. That is, since the first embodiment and the second embodiment are different in the adjustment method, an arrow pointing to the
도 9는 제2 실시예에서의 조정 방법을 설명하는 도면이다.9 is a view for explaining an adjustment method in the second embodiment.
도 8에 나타낸 스테이지 제어부(205)가 스테이지(101)의 움직임을 제어함으로써, 레이저 가공 장치(100)의 광학계와 스테이지(101)와의 상대 위치가 변화한다. 제어 가능한 스테이지(101)의 움직임의 종류는 실시예에 따라 상이해도 되지만, 제2 실시예에서, 스테이지 제어부(205)는 다음과 같은 종류의 스테이지(101)의 움직임을 제어한다.The relative position between the optical system of the
(a) 연직 방향의 이동(a) Vertical movement
(b) 연직 축에 수평인 평면 내에서의 평행이동(b) translation in a plane horizontal to the vertical axis
(c) 연직 축에 수평인 평면 내에서의 회전(c) Rotation in a plane horizontal to the vertical axis
(d) 스테이지(101)의 상면과 연직 축과 이루는 각도을 바꾸는 움직임(d) a movement of changing the angle between the upper surface of the
즉, 제2 실시예에서는, 이들 종류의 움직임을 가능하게 하는 도시하지 않은 구동 모터 및/또는 액츄에이터(actuator)가 스테이지(1O1)에 장착되어 있다. 스테이지 제어부(205)는, 구동 모터 및/또는 액츄에이터를 제어하여 스테이지(101)를 움직이게 한다.That is, in the second embodiment, a driving motor and / or an actuator (not shown) for enabling these types of motions are mounted on the
그리고, 제2 실시예에서는, 필요에 따라 스토퍼(stopper) 등으로 피가공물(102)이 스테이지(101) 상에 고정되어 있고, 상기 (d)의 움직임에 의해 스테이지(101)가 경사져도, 피가공물(102)은 미끌어져서 떨어지지 않는다.In the second embodiment, the
이와 같은 구성에서, 산출부(202)는, 이미 산출하여 기억 장치에 저장되어 있는 변환 행렬 T의 데이터를 조정부(203)에 출력한다. 그리고, 조정부(203)는, 변환 행렬 T에 기초하여 스테이지(101)를 움직이게 하는 제어를 스테이지 제어부(205)에 지시한다. 스테이지 제어부(205)는, 조정부(203)로부터의 지시에 따라 스테이지(101)를 움직이게 한다. 이 제어의 결과, 레이저 가공 장치(100)의 광학계와 피가공물(102)과의 상대 위치도 변환 행렬 T에 따라 변화한다.In this configuration, the calculating
이 시점에서, 설명의 편의 상, CCD 카메라(112)가 피가공물(102)을 촬상한다고 가정한다. 그러면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 변환 행렬 T에 의해 화상(300)이 변형된 화상과 동등한 화상(301)이 촬상된다. 도 9에서는, 화상(300과 301)에 각각 촬상된 피가공물(102) 상의 회로 패턴의 비교에 의해, 변환 행렬 T에 의한 변형이 눈으로 확인될 수 있다.At this point, for convenience of explanation, it is assumed that the
한편, 도 7에서 설명한바와 마찬가지로 화상(300)에 기초하여 조사 패턴(311)이 지정된다. 그리고, 지정된 조사 패턴(311)에 기초하여 공간 변조 제어부(204)가 DMD(106)에 입력 패턴을 지정한다. 그리고, 선택부(206)가 광원으로서 레이저 발진기(103)를 선택한다.On the other hand, the
그러면, 레이저 발진기(103)로부터 조사되는 레이저광은, 변환 행렬 T에 의해 나타내는 어긋남이나 불균일의 영향을 받아 피가공물(102) 상에 조사된다. 그러나, 도 7의 경우와는 달리 제2 실시예에서는, 화상(301)에 나타낸 바와 같이, 레이저광이 조사되는 시점에서 피가공물(102) 자체나 변환 행렬 T에 대응하는 움직임을 행한 후의 상태이다. 이와 같이, 조사되는 레이저광과 피가공물(102)이 모두 같은 변환 행렬 T의 영향을 받은 상태이므로, 변환 행렬 T에 의한 영향은 상쇄된다. 즉, 조정의 결과, 지정된 영역에 정확하게 레이저광이 조사된다.Then, the laser light emitted from the
이는, 도 9에서 다음과 같이 도시되어 있다. 레이저광이 조사된 상태에서 CCD 카메라(112)가 피가공물(102)을 촬상한 라이브 화상(333)에서, 실제로 레이저광이 조사된 범위는 점으로 칠해져 나타나 있다. 또한, 화상(300)과 라이브 화상(333)을 비교하면, 3개의 회로 패턴의 선의 방향이나 화상에 찍혀 있는 부분은 상이하지만, 3개의 회로 패턴의 선과 망으로 칠한 영역의 상대적인 관계는 같다. 즉, 지정된 바라는 영역에 정확하게 레이저광이 조사되고 있다.This is illustrated in FIG. 9 as follows. In the
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제2 실시예에서는, 도 5의 단계 S107의 처리가 생략될 수 있다.As apparent from the above description, in the second embodiment, the processing in step S107 in Fig. 5 can be omitted.
그리고, 변환 행렬 T에 따라 스테이지(101)를 움직이게 하기 위해서 필요한 제어 파라미터의 값은, 실험적으로 결정되어도 되고, 레이저 가공 장치(100)의 사양 등으로 계산되어도 된다.The value of the control parameter necessary for moving the
예를 들면, 상기 (a)의 움직임에 대해서는, 스테이지(101)를 연직 축을 따라 위 또는 아래로 1mm 움직이게 했을 때의, CCD 카메라(112)에 의해 촬상되는 화상에서의 확대 비율 또는 축소 비율의 값을 미리 실험적으로 검토해 두어도 된다. 조정부(203)는, 변환 행렬 T에 포함되는 확대 또는 축소의 요소로부터, 미리 검토한 값에 기초하여 연직 방향의 이동량을 산출하고, 산출된 이동량을 스테이지(101)의 제어 파라미터로서 스테이지 제어부(205)에 출력해도 된다. 상기 (b) 내지 (d)의 움직임에 대해서도 마찬가지로 하여, 조정부(203)는 제어 파라미터의 값을 취득할 수 있다.For example, the movement of (a) may be performed by moving the
또한, 전술한 설명으로부터 명백하지만, 제2 실시예의 조정 방법은, 스테이지(101)의 이동을 행하는 기구의 기계적인 정밀도가 높은 경우에 적합하다.It is apparent from the above description that the adjusting method of the second embodiment is suitable for a case where the mechanism for moving the
다음에, 도 10과 도 11을 참조하여, 제3 실시예에서의 조정 방법을 설명한다. 제3 실시예에서는, 조정부(203)가 화상 처리에 의해 조정을 행한다.Next, referring to Figs. 10 and 11, the adjustment method in the third embodiment will be described. In the third embodiment, the
도 10은 제3 실시예에서의 제어부(113)의 기능을 나타내는 기능 블록도이다. 제1 실시예를 나타낸 도 2와 비교하면, 제어부(113)가 취입부(201), 산출부(202), 조정부(203), 공간 변조 제어부(204), 스테이지 제어부(205) 및 선택부(206)를 구비하는 점에서, 도 10은 도 2와 같다.10 is a functional block diagram showing the function of the
도 10에서 도 2와 다른 점은, 화살표로 나타낸 데이터 및/또는 제어의 흐름이다. 즉, 제1 실시예와 제3 실시예는 조정 방법이 상이하므로, 조정부(203)를 향 하는 화살표와 조정부(203)로부터 나가는 화살표가, 도 2와 도 10에서 상이하다.The difference from Fig. 10 and Fig. 2 is the flow of data and / or control indicated by arrows. That is, since the first embodiment and the third embodiment are different in the adjustment method, the arrows pointing to the
또한, 도 2에는, 조사 패턴을 지정하기 위하여, CCD 카메라(112)로부터 판독된 화상을 모니터(115)에 출력하는 것을 나타내는 취입부(201)로부터 모니터(115)로 가는 화살표가 있지만, 도 10에는 없다. 이하에 설명하는 바와 같이, 제3 실시예에서는, 조사 패턴의 지정 단계부터 조정이 행해지기 때문이다. 그 외의 화살표의 의미도, 도 11을 참조하여 이하에서 설명하는 조정 방법으로부터 명백하게 된다.2 shows an arrow from the
도 11은 제3 실시예에서의 조정 방법을 설명하는 도면이다.11 is a view for explaining an adjustment method in the third embodiment.
도 11에서, 화상(302)은 CCD 카메라(112)가 촬상하고, 취입부(201)가 CCD 카메라(112)로부터 받아들인 화상이다. 도 7이나 도 10의 화상(300)과 마찬가지의 3개의 회로 패턴의 선이 화상(302)에도 찍혀져 있다.11, the
제3 실시예에서의 조정에서는, 먼저 산출부(202)가, 이미 산출하여 기억 장치에 저장되어 있는 역변환 행렬 T'의 데이터를 조정부(203)에 출력한다. 그리고, 조정부(203)가 화상(302)을 역변환 행렬 T'에 의해 변형하여 화상(303)을 생성하는 화상 처리를 행하고, 화상(303)을 모니터(115)에 출력한다.In the adjustment in the third embodiment, first, the
도 7과 같이 도 11에서도, 변환 행렬 T는 반시계 방향으로 약 30°의 회전을 나타낸다. 따라서, 화상(303)에서는, 3개의 회로 패턴의 선이 화상(302)과 비교하여 시계 방향으로 약 30° 경사져 있다.In Fig. 11, as shown in Fig. 7, the transformation matrix T represents a rotation of about 30 degrees counterclockwise. Therefore, in the
오퍼레이터는, 모니터(115)에 표시된 화상(303)을 보고, 조작부(114)를 통하여, 레이저광을 조사해야 할 영역을 지정한다. 도 11의 화상(304)에서는, 지정된 영역이 점으로 칠해져 나타나 있다. 공간 변조 제어부(204)는 조작부(114)로부터의 지정을 받고, 이 지정에 기초하여 조사 패턴(312)을 생성한다. 조사 패턴(312)은 화상(304)의 점으로 칠한 영역에 대응한다.The operator looks at the
공간 변조 제어부(204)는, 또한 조사 패턴(312)에 기초하여, DMD(106)에 지정하는 입력 패턴을 생성한다. 그리고, 공간 변조 제어부(204)는, 입력 패턴을 DMDl(06)에 대하여 지정한다. 또한, 선택부(206)가, 광원으로서 레이저 발진기(103)를 선택한다.The spatial
그러면, 레이저 발진기(103)로부터 조사되는 레이저광은, 변환 행렬 T에 의해 나타내는 어긋남이나 불균일의 영향을 받아 피가공물(102) 상에 조사된다. 그러나, 역변환 행렬 T'에 의해 변형된 화상(304)을 기준으로 하여 지정된 조사 패턴(312)에 기초하여 레이저광이 조사되고, 이 조사가 변환 행렬 T의 영향을 받으면, 역변환 행렬 T'에 의한 영향과 변환 행렬 T에 의한 영향이 상쇄된다. 즉, 조정의 결과, 지정된 바라는 영역에 정확하게 레이저광이 조사된다.Then, the laser light emitted from the
이는, 도 11에서 다음과 같이 도시되어 있다. 레이저광이 조사된 상태에서 CCD 카메라(112)가 피가공물(102)을 촬상한 라이브 화상(334)에서, 실제로 레이저광이 조사된 범위는 점으로 칠해져 나타나 있다. 또한, 화상(304)과 라이브 화상(334)을 비교하면, 3개의 회로 패턴의 선의 방향이나 화상에 찍혀져 있는 부분은 상이하지만, 3개의 회로 패턴의 선과 점으로 칠한 영역의 상대적인 관계는 같다. 즉, 지정된 원하는 영역에 정확하게 레이저광이 조사되어 있다.This is illustrated in FIG. 11 as follows. In the
이상, 제2 실시예와 제3 실시예에 대하여, 변환 행렬 T가 비교적 단순한 변 형을 나타내는 경우를 예로 들어 도시하여 설명하였으나, 변환 행렬 T에 의한 변형이, 평행이동, 회전, 전단 변형, 확대 혹은 축소의 모든 것을 포함하는 복잡한 변형일 수도 있다.Although the transformation matrix T has been described as an example in which the transformation matrix T represents a relatively simple variant with respect to the second and third embodiments, the transformation by the transformation matrix T is not limited to parallel movement, rotation, Or a complex variant involving all of the reduction.
다음에, 제4 실시예∼제6 실시예에 대하여 설명한다. 제4 실시예∼제6 실시예는, 입력 패턴으로부터 출력 패턴로의 변환의 수학적 모델이 제1 실시예와 상이하고, 수학적 모델의 차이에 따라 제어부(113)의 동작이 상이한 점 외는, 제1 실시예와 마찬가지이다. 어느 수학적 모델을 채용하는 것이 바람직한지는, 실제 레이저 가공 장치(10O)에 있는 불균일이나 어긋남의 특성이나 정도에 의존한다.Next, the fourth to sixth embodiments will be described. The fourth to sixth embodiments are different from the first embodiment in that the mathematical model of the conversion from the input pattern to the output pattern is different from that of the first embodiment and the operation of the
제4 실시예에서는, 평행이동(시프트)과 회전만을 고려한 수학적 모델을 채용한다. 제4 실시예의 교정 패턴은, 서로 구별 가능한 2점 a, b를 나타낼 수 있으면 된다. 예를 들면, 제4 실시예에서는, 서로 직경이 상이한 2개의 원으로 이루어지는 패턴을 도 4의 교정 패턴(340) 대신 사용할 수 있다.In the fourth embodiment, a mathematical model considering only parallel movement (shift) and rotation is employed. The calibration pattern of the fourth embodiment is only required to be able to indicate two points a and b which are distinguishable from each other. For example, in the fourth embodiment, a pattern composed of two circles having diameters different from each other can be used in place of the
제1 실시예와 마찬가지로,Similar to the first embodiment,
점 a의 좌표를 (xa, ya)T Let the coordinates of point a be (x a , y a ) T
점 b의 좌표를 (xb, yb)T Let the coordinates of point b be (x b , y b ) T
점 a'의 좌표를 (xa', ya')T Let the coordinates of point a 'be (x a ', y a ') T
점 b'의 좌표를 (xb', yb')T Let the coordinates of point b 'be (x b ', y b ') T
가 되는 열 벡터로 나타낸다. 제4 실시예에서는, 산출부(202)가 이들 4개의 좌표로부터,As shown in FIG. In the fourth embodiment, the calculating
x 방향의 평행이동의 양: The amount of translation in the x direction:
[식 18][Formula 18]
d1=xa' - xa d 1 = x a '- x a
y 방향의 평행이동의 양: The amount of translation in the y direction:
[식 19][Formula 19]
d2=ya' - ya d 2 = y a '- y a
회전량: Amount of rotation:
[식 20][Formula 20]
θ=tan-1{(yb' - ya')/(xb' - xa')} - tan-1{(yb - ya)/(xb - xa)} θ = tan -1 {(y b '- y a') / (x b '- x a')} - tan -1 {(y b - y a) / (x b - x a)}
의 3개의 변환 파라미터를 산출한다. 이들 변환 파라미터는, 제1 실시예와 마찬가지로 식 2의 변환 행렬 T의 형태로 나타낼 수도 있다. 즉,The conversion parameters are calculated. These conversion parameters may be expressed in the form of a transformation matrix T of Equation 2 as in the first embodiment. In other words,
[식 21][Formula 21]
a1 = cosθa 1 = cos?
[식 22][Formula 22]
b1 = -sinθb 1 = -sin?
[식 23][Equation 23]
a2 = sinθa 2 = sin?
[식 24][Equation 24]
b2 = cosθb 2 = cos?
와 식 2에 대입하면 된다. 이와 같이 하여 산출부(202)가 변환 행렬 T를 산출한 후의 레이저 가공 장치(100)의 동작은, 제1 실시예와 마찬가지이다.And Equation (2). The operation of the
제5 실시예에서는, 평행이동(시프트)만을 고려한 수학적 모델을 채용한다. 제5 실시예의 교정 패턴은, 하나의 점 a만을 나타낼 수 있으면 된다. 예를 들면, 제5 실시예에서는, 하나의 원만으로 이루어지는 패턴을 도 4의 교정 패턴(340) 대신 사용할 수 있다.In the fifth embodiment, a mathematical model considering only parallel movement (shift) is employed. The calibration pattern of the fifth embodiment is only required to be able to represent only one point a. For example, in the fifth embodiment, a pattern consisting of only one circle can be used in place of the
제1 실시예와 마찬가지로,Similar to the first embodiment,
점 a의 좌표를 (xa, ya)T Let the coordinates of point a be (x a , y a ) T
점 a'의 좌표를 (xa', ya')T Let the coordinates of point a 'be (x a ', y a ') T
가 되는 열 벡터로 나타낸다. 제5 실시예에서는, 산출부(202)가, 이들 2개의 좌표로부터, 제4 실시예와 마찬가지로, 식 18과 식 19에 의해, x 방향의 평행이동의 양 d1과 y 방향의 평행이동의 양 d2의 2개의 변환 파라미터를 산출한다. 이들 변환 파라미터는, 제1 실시예와 마찬가지로 식 2의 변환 행렬 T의 형태로 나타낼 수도 있다. 즉, As shown in FIG. In the fifth embodiment, the calculating
[식 25][Formula 25]
a1 = 1a 1 = 1
[식 26][Equation 26]
b1 = 0b 1 = 0
[식 27][Equation 27]
a2 = 0a 2 = 0
[식 28][Equation 28]
b2 = 1b 2 = 1
과 식 2에 대입하면 된다. 이와 같이 하여 산출부(202)가 변환 행렬 T를 산출한 후의 레이저 가공 장치(100)의 동작은, 제1 실시예와 마찬가지이다.And Equation (2). The operation of the
제6 실시예에서는, 수학적 모델로서 유사 아핀 변환을 채용한다. 유사 아핀 변환에서는, 아핀 변환에서 고려되는 평행사변형 변형(전단 변형) 외에, 사다리꼴 변형도 고려된다. 제6 실시예에서는, 서로 구별 가능한 4점 a, b, c, d를 나타내는 교정 패턴이 사용된다. 예를 들면, 제6 실시예에서는, 서로 직경이 다른 4개의 원으로 이루어지는 패턴을 도 4의 교정 패턴(340) 대신 사용할 수 있다.In the sixth embodiment, pseudo-affine transformation is adopted as a mathematical model. In the pseudo-affine transformation, trapezoidal deformation is considered in addition to parallelogram deformation (shear deformation) considered in the affine transformation. In the sixth embodiment, a calibration pattern indicating four points a, b, c, and d distinguishable from each other is used. For example, in the sixth embodiment, a pattern composed of four circles having diameters different from each other can be used in place of the
제1 실시예와 마찬가지로,Similar to the first embodiment,
점 a의 좌표를 (xa, ya)T Let the coordinates of point a be (x a , y a ) T
점 b의 좌표를 (xb, yb)T Let the coordinates of point b be (x b , y b ) T
점 c의 좌표를 (xc, yc)T Let the coordinates of point c be (x c , y c ) T
점 a'의 좌표를 (xa', ya')T Let the coordinates of point a 'be (x a ', y a ') T
점 b'의 좌표를 (xb', yb')T Let the coordinates of point b 'be (x b ', y b ') T
점 c'의 좌표를 (xc', yc')T Let the coordinates of point c 'be (x c ', y c ') T
가 되는 열 벡터로 나타낸다. 또한, 마찬가지로,As shown in FIG. Also, similarly,
점 d의 좌표를 (xd, yd)T Let the coordinates of the point d be (x d , y d ) T
점 d'의 좌표를 (xd', yd')T Let the coordinates of the point d 'be (x d ', y d ') T
가 되는 열 벡터로 나타낸다.As shown in FIG.
유사 아핀 변환은 식 29에 의해 모델화된다.The pseudo-affine transformation is modeled by Eq. (29).
[식 29][Equation 29]
변환 행렬 T는 식 30과 같이 정의된다.The transformation matrix T is defined as Equation 30.
[식 30][Formula 30]
또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 점 a, b, c, d와 점 a', b', c', d'의 좌표를 사용하여, 식 31 및 식 32와 같이 행렬 P와 Q를 정의할 수 있다.Similarly to the first embodiment, by using the coordinates of the points a, b, c and d and the coordinates of the points a ', b', c 'and d', the matrices P and Q can be defined .
[식 31][Formula 31]
[식 32][Formula 32]
여기서 식 29로부터, 4 점 a, b, c, d와 4점 a', b', c', d'의 관계는, 하기 식 33에 의해 나타낸 수 있다.From Equation 29, the relationship between the four points a, b, c, and d and the four points a ', b', c ', and d'
[식 33][Equation 33]
TP=QTP = Q
4점 a, b, c, d의 위치를 적절하게 선택하면, 행렬 P는 정칙 행렬이 되고, 역행열 P-1가 존재하므로, 식 33으로부터 식 34를 얻을 수 있다.If the positions of the four points a, b, c, and d are appropriately selected, the matrix P becomes a regular matrix, and since the inverse matrix P -1 exists, Expression 34 can be obtained from Expression 33.
[식 34][Equation 34]
T=QP-1 T = QP -1
따라서, 식 34로부터 산출부(202)는 변환 행렬 T를 산출할 수 있다. 또한, 산출부(202)는 변환 행렬 T로부터 역변환 행렬 T'를 산출할 수도 있다.Therefore, the
그리고, 제1 실시예∼제6 실시예에서 설명한 바와 같이, 입력 패턴으로부터 출력 패턴으로의 변환의 수학적 모델은 다양하다. 그리고, 전술한 바에 의하면, 채용한 수학 모델에서의 변환 파라미터를 산출하기 위하여 최소한 필요한 개수의 점을 교정 패턴에 의해 나타내는 예에 대하여 설명하였다.As described in the first to sixth embodiments, the mathematical model of the conversion from the input pattern to the output pattern varies. According to the above description, an example in which the minimum number of points required by the calibration pattern is calculated in order to calculate the conversion parameters in the adopted mathematical model has been described.
그러나, 보다 많은 점을 나타내는 교정 패턴을 사용해도 상관없다. 예를 들면, 제1 실시예∼제3 실시예와 마찬가지로, 수학적 모델로서 아핀 변환을 작용하는 경우, m≥4가 되는 서로 구별 가능한 m점을 나타내는 교정 패턴을 사용해도 된다. 이 경우, 1≤i≤m이 되는 각 i에 대하여 식 35와 같이, 예를 들면 최소 자승법에 따라 식 2의 변환 행렬 T의 요소인 al, bl, dl, a2, b2, d2의 값을 산출부(202)가 산출해도 된다.However, a calibration pattern indicating more points may be used. For example, similarly to the first to third embodiments, when affine transformation is applied as a mathematical model, a calibration pattern showing m points that can be distinguished from each other by m? 4 may be used. In this case, for each i that satisfies 1? I? M, the elements a l , b l , d l , a 2 , b 2 , the
[식 35][Formula 35]
(xi', yi', 1)T = T(xi, yi, 1)T (x i ', y i ', 1) T = T (x i , y i , 1) T
그리고, 여기서 (xi, yi)T는 교정 패턴으로 나타낸 i번째의 점의 좌표를 나타내는 열 벡터이며, (xi', yi')T는 이 i번째의 점의 출력 패턴에서의 좌표를 나타내는 열 벡터이다.And wherein (x i, y i) T is a column that indicates the coordinate of the i-th point of the representation of the calibration pattern vector, (x i ', y i') T is the coordinate of the output pattern of the dots of the i-th Lt; / RTI >
다음에, 도 12와 도 13을 참조하여 제7 실시예에 대하여 설명한다. 제7 실시예에 의하면, 피가공물(102)의 표면에 요철이 있어도 교정의 정밀도가 악화되지 않는다.Next, the seventh embodiment will be described with reference to Figs. 12 and 13. Fig. According to the seventh embodiment, even if the surface of the
일반적으로, 피가공물(102)의 표면 상에 입체적인 3차원 형상, 즉 요철이 있으면, 교정의 정밀도가 저하되는 경우가 있다. 왜냐하면, 교정 패턴에 대응하는 출력 패턴의 형상이, 요철의 영향이나 표면 재료의 반사율 등의 영향으로 비뚤어져 있을 가능성이 있기 때문이다.Generally, if there is a three-dimensional three-dimensional shape on the surface of the
예를 들면, 도 4의 교정 패턴(340)을 사용한 경우, 우연히 점 a를 나타내는 원의 윤곽이 피가공물(102) 상의 요철 부분을 횡단할 경우가 있다. 이 때, 출력 패턴에서 점 a를 나타내는 형상은 비뚤어진다.For example, when the
따라서, 점 a에 대응하는 점 a'의 위치로서 산출부(202)가 산출하는 좌표는, 그 불균일한 형상의 중심 좌표이며, 분명히 오차를 포함한다. 예를 들면, 오차의 양이 몇 개의 픽셀일 경우도 있다. 이 경우, 변환 행렬 T는 오차를 포함하는 좌표에 기초하여 산출되므로, 교정의 정밀도가 저하된다. 그 결과, 고정밀도로 조정하기 곤란하게 된다.Therefore, the coordinate calculated by the calculating
예를 들면, 피가공물(102)이 FPD 기판이나 적층 프린트 기판 등인 경우, 피가공물(102) 상에는 3차원 형상의 회로 패턴이 형성되어 있다. 회로 패턴은 교정 패턴이 조사되었을 때의 형상을 비뚤어지게 하는 장애물이 될 수 있다. 따라서, 교정 패턴이 조사되는 위치에 따라서는, 교정의 정밀도가 저하되는 경우가 있다.For example, when the
이 문제를 방지하여 양호한 정밀도로 교정을 행하기 위해서는, 회로 패턴이 형성되어 있지 않은 기판이나, 회로 패턴이 형성되어 있지 않은, 기판의 외측 둘레부의 마진 영역을 교정에 사용해도 된다. 그러나, 상세한 것에 대해서는 후술하지만, 실제 피가공물(102)의 가공 대상의 영역을 사용하여 교정을 행하는 것이 요구될 경우도 있다. 제7 실시예에 따르면, 그와 같은 경우라도 교정의 정밀도 저하를 방지할 수 있다.In order to prevent this problem and perform calibration with good accuracy, a substrate on which no circuit pattern is formed or a margin area on the outer periphery of the substrate on which no circuit pattern is formed may be used for calibration. However, the detail will be described later, but it may be required to perform the calibration by using the region of the
도 12는 제 7 실시예에서 교정 패턴을 조사했을 때 촬상되는 화상의 예이다. 도 12의 화상(306)은, 피가공물(102)인 기판(401) 상에 교정 패턴이 조사되었을 때, CCD 카메라(112)가 촬상한 화상이다. 화상(306)에는, 기판(401) 상에 형성된 3차원 상태의 회로 패턴(402)과, 교정 패턴에 대응하는 출력 패턴을 구성하는 원(403, 404, 405)이 찍혀 있다. 화상(306)에서는, 원(403, 404, 405) 모두가 회로 패턴(402)과 중첩되어 있지 않으므로, 형상은 많이 비뚤어져 있지는 않다.12 is an example of an image that is captured when a calibration pattern is irradiated in the seventh embodiment. The
피가공물(102)의 표면에서, 상대적으로 요철이 작은 평평한 부분을 "배경부"라고 한다면, 기판(401)에서는, 회로 패턴(402)이 형성되어 있지 않은 부분이 배경부이다. 그리고, 교정 패턴을 배경부에 조사하도록 제어부(113)가 제어를 행함으로써, 피가공물(102)의 표면에 요철이 있어도 교정 정밀도의 저하를 방지할 수 있 다.In the
도 13은 제7 실시예에서의 제어부(113)의 기능을 설명하는 기능 블록도이다. 작성부(207)가 추가 되어 있는 점에서, 도 13은 도 2와 상이하다. 작성부(207)는, 요철을 피해 피가공물(102)의 배경부에 광이 조사되도록 교정 패턴을 작성한다. 그러므로, 제7 실시예에서는, 예비적인 교정과 예비적인 조정이 실행된다. 이하, 예비적인 교정에서 입력 패턴으로서 지정되는 패턴을 "예비 교정 패턴"이라고 한다.13 is a functional block diagram for explaining the function of the
이하, 제1 실시예와 비교하면서, 제7 실시예에서의 레이저 가공 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the
먼저, 작성부(207)는, 적당한 3점 a 내지 c를 선택하고, 점 a 내지 c를 서로 구별 가능한 형상의 예비 교정 패턴을 작성한다. 여기서, 점 a 내지 c의 좌표를 각각,First, the creating
(xa, ya)T와 (xb, yb)T와 (xc, yc)T (x a , y a ) T and (x b , y b ) T and (x c , y c ) T
가 되는 열 벡터로 나타낸다. 그리고, 이 예비 교정 패턴을 사용한 예비적인 교정이 실행된다.As shown in FIG. Then, a preliminary calibration using this preliminary calibration pattern is performed.
즉, 선택부(206)가 LED 광원(116)을 광원으로서 선택하고, 작성부(207)가 예비 교정 패턴을 공간 변조 제어부(204)에 출력하고, 공간 변조 제어부(204)가 예비 교정 패턴을 입력 패턴으로서 DMD(106)에 지정한다. 이에 따라, 예비 교정 패턴에 따른 LED 광의 조사가 행해진다.That is, the selecting
그리고, LED 광이 조사된 피가공물(102)을 CCD 카메라(112)가 촬상하고, 취입부(201)가 화상을 받아들인다.Then, the
산출부(202)는, 예비 교정 패턴에 대응하여 화상 상에 생긴 출력 패턴 상에서, 점 a, b, c에 각각 대응하는 점 a', b', c'의 좌표를 산출한다. 산출된 좌표를 각각,The calculating
(xa', ya)T와 (xb', yb)T와 (xc', yc)T (x a ', y a ) T and (x b ', y b ) T and (x c ', y c ) T
가 되는 열 벡터로 나타낸다. 또한, 예비 교정 패턴을 규정한 3점 a, b, c의 좌표가, 작성부(207)로부터 산출부(202)에 출력된다.As shown in FIG. The coordinates of the three points a, b, and c defining the preliminary calibration pattern are output from the creating
여기서, 제1 실시예에서 변환 행렬 T를 산출한 것과 마찬가지의 방법에 의해, 산출부(202)는,Here, by the same method as that of the conversion matrix T calculated in the first embodiment, the calculating
(xa, ya)T와 (xb, yb)T와 (xc, yc)T와(x a , y a ) T and (x b , y b ) T and (x c , y c ) T and
(xa', ya)T와 (xb', yb)T와 (xc', yc)T (x a ', y a ) T and (x b ', y b ) T and (x c ', y c ) T
에 기초하여 변환 행렬 T1을 산출한다. 또한, 산출부(202)는, 변환 행렬 T1을 작성부(207)에 출력한다.The transformation matrix T 1 is calculated. The
작성부(207)는, 변환 행렬 T1의 역변환 행렬 T1'=T1 -1를 산출한다. 또는, 산출부(202)가 역변환 행렬 T1'를 산출하여 작성부(207)에 출력해도 된다.
이상의 처리가, 예비적인 교정이다. 예비적인 교정에서는, 전술한 바와 같 이, 피 가공물(102) 상의 요철의 영향으로, 무시할 수 없을 정도의 오차를, 산출된 점 a', b', c'의 좌표, 변환 행렬 T1, 및 역변환 행렬 T1'가 포함하는 경우도 있다. 그러나, 변환 행렬 T1은, 최종적으로 취득해야 할 변환 행렬과 많이 다르지 않기 때문에, 예비적인 조정에 사용하기에는 충분히 유효하다.The above process is a preliminary calibration. In the preliminary calibration, as described above, errors that can not be neglected by the influence of the concavity and convexity on the
다음에, 조명용 광원(111)에 의해 조명되어 있을 뿐이며, 레이저광이나 LED 광이 조사되고 있지 않은 상태의 피가공물(102)을 CCD 카메라(112)가 촬상한다. 취입부(201)가 촬상된 화상(이하 "배경 검출용 화상"이라고 함)을 받아들이고, 작성부(207)는 배경 검출용 화상을 사용하여 배경 검출 처리를 행한다.Next, the
배경 검출 처리는, 배경 검출용 화상에서 피가공물(102) 상의 배경부가 찍힌 영역(이하 "배경 영역"이라고 함)을 검출하는 처리이다.The background detection processing is processing for detecting a region (hereinafter referred to as "background region") on the background of the
예를 들면, 작성부(207)는, 배경 검출용 화상 음영 필터를 적용시키고, 배경 검출용 화상에 찍힌 피가공물(102) 상의 요철(예를 들면, 회로 패턴)의 상을 제거하고 배경 화상을 취득한다. 그리고, 작성부(207)는, 화소마다 배경 검출용 화상에서의 화소값과 배경 화상에서의 화소값의 차분을 산출한다.For example, the creating
배경 영역에서는 차분의 절대값은 작으며, 피가공물(102) 상의 요철이 찍힌 영역(이하 "비배경 영역"이라고 함)에서는 차분의 절대값이 크다. 그래서, 작성부(207)는, 예를 들면 미리 결정된 임계값보다 차분의 절대값이 작은 영역을 배경 영역으로서 검출한다.In the background region, the absolute value of the difference is small, and the absolute value of the difference is large in the region where the projections and depressions on the
배경 영역을 검출하기 위해서는, 전술한 바와 같이 음영 필터를 사용하는 방 법 외에도, 에지 추출이나 특징점 추출 등, 다양한 화상 처리 방법을 이용할 수 있다.In order to detect the background area, various image processing methods such as edge extraction and feature point extraction can be used in addition to the method of using the shading filter as described above.
또한, 작성부(207)는, 검출된 배경 영역에 속하는 적당한 3점 d1, e1, f1을 선택한다. 3점 d1, e1, f1의 좌표를 각각,Further, the creating
(xd1, yd1)T와 (xe1, ye1)T와 (xf1, yf1)T (x d1 , y d1 ) T , (x e1 , y e1 ) T and (x f1 , y f1 ) T
가 되는 열 벡터로 나타낸다.As shown in FIG.
그리고, 여기서, 3점 d1, e1, f1으로서, 배경 영역 중에서 비배경 영역으로부터 먼 위치에 있는 점을 선택하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 피가공물(102) 상의 요철에 광이 조사되지 않는 교정 패턴을 만들기 용이해지기 때문이다.Here, it is preferable to select, as the three points d 1 , e 1 , and f 1 , a point located far from the background area in the background area. This is because it is easy to form a calibration pattern in which light is not irradiated on the concavities and convexities on the
작성부(207)는 다음에, 역변환 행렬 T1'를 사용하여 3점 d1, e1, f1의 좌표를 각각 변환한다. 변환된 좌표로 나타내는 3점을 d, e, f라고 한다. 제1 실시예에서, 조정부(203)가 도 6의 DMD 전송용 데이터(320)를 역변환 행렬 T'로 변환하여 DMD 전송용 데이터(321)를 얻은 처리와 비교로부터, 역변환 행렬 T1'를 사용하여 3점을 d, e, f의 좌표를 얻는 처리가 예비적인 조정인 것을 이해할 수 있게 된다.Next, the creating
작성부(207)는, 예비적인 조정에 의해 얻어진 3점 d, e, f의 좌표에 기초하여, 3점 d, e, f를 서로 구별 가능한 교정 패턴을 작성하고, 산출부(202)에 출력한다. 3점 d, e, f의 좌표를 각각,The creating
(xd, yd)T와 (xe, ye)T와 (xf, yf)T (x d , y d ) T and (x e , y e ) T and (x f , y f ) T
가 되는 열 벡터로 나타낸다. 교정 패턴은 이들 3개의 좌표를 나타내는 패턴이다.As shown in FIG. The calibration pattern is a pattern representing these three coordinates.
그리고, 제7 실시예에서의 교정 패턴은, 실제로 광이 조사되는 범위가 가능한 한 배경부에 포함되도록, 즉 배경부 외에는 가능한 한 광이 조사되지 않도록, 검출된 배경 영역에 기초하여 설정된다.The calibration pattern in the seventh embodiment is set based on the detected background area so that the range where the light is actually irradiated is included in the background part as much as possible, that is, the light is not irradiated as much as possible outside the background part.
예를 들면, 도 4의 교정 패턴(340)과 같이 서로 상이한 직경의 3개의 원에 의해 3점 d, e, f를 나타내는 경우, 불필요하게 큰 직경의 원을 사용하면, 피가공물(102) 상의 3차원 형상으로 광이 조사되는 경우가 있다.For example, when three points d, e, and f are indicated by three circles having diameters different from each other as in the
즉, 그 상태의 피가공물(102)을 촬상한 화상에서, 실제로 광이 조사된 범위가 비배경 영역과 중첩될 경우가 있다. 따라서, 서로 다른 직경의 3개의 원으로 이루어지는 교정 패턴을 채용하는 경우에는, 작성부(207)는 3개의 원의 직경을 배경 영역의 형상 및 위치에 따라 정하는 것이 바람직하다.In other words, in the image of the
도 4의 교정 패턴(341 혹은 342), 또는 그 외의 종류의 교정 패턴을 채용하는 경우에도, 마찬가지로, 작성부(207)는, 실제로 광이 조사되는 범위가 가능한 한 배경부에 포함되도록 교정 패턴을 작성한다.Likewise, when the
예를 들면, 작성부(207)는, 3점 d1, e1, f1을 나타내는 잠정적 패턴을 작성하고, 잠정적 패턴에 기초하여 교정 패턴을 작성해도 된다.For example, the creating
예를 들면, 광을 조사하는 것을 나타내는 부분이 모두 배경 영역에 포함되도 록, 작성부(207)는 잠정적 패턴을 작성한다. 또한, 잠정적 패턴은, 광을 조사하는 것을 나타내는 부분의 비배경 영역으로부터의 거리가 가능한 한 임계값 이상이 되도록, 작성부(207)에 의해 형상 및 위치가 결정된다.For example, the creating
전술한 바와 같이 변환 행렬 T1이나 역변환 행렬 T1'는 오차를 포함할 수도 있지만, 최종적으로 취득해야 할 변환 행렬과 많이 다른 것이 아니다. 따라서, 임계값의 값이 적절하면, 잠정적 패턴을 역변환 행렬 T1'로 변환하여 얻어지는 패턴을 입력 패턴으로서 이용하면, 실제로는 배경부에만 광이 조사되는 것으로 기대된다. 따라서, 잠정적 패턴을 역변환 행렬 T1'로 변환하여 얻어진 패턴을 교정 패턴으로서 사용하는 것은 적절하다. 적절한 임계값은, 예를 들면, 실험에 의해 구할 수 있다.As described above, the transformation matrix T 1 or the inverse transformation matrix T 1 'may include errors, but it is not much different from the transformation matrix to be finally obtained. Therefore, if the value of the threshold value is appropriate, when a pattern obtained by converting the provisional pattern into the inverse transformation matrix T 1 'is used as the input pattern, it is expected that light is actually irradiated only to the background portion. Therefore, it is appropriate to use a pattern obtained by converting a provisional pattern into an inverse transformation matrix T 1 'as a calibration pattern. An appropriate threshold value can be obtained, for example, by an experiment.
또한, 잠정적 패턴에서의 형상이 교정 패턴에서 유지되지 않을 수도 다. 이 경우, 예를 들면 원의 중심에 의해 점 d1을 나타내고 있으면, 교정 패턴에서 점 d는 원이 아닌 형상에 의해 나타내어 지고, 출력 패턴으로부터 점 d의 좌표를 산출하기에 지장이 생길 수도 있다. 그러나, 예를 들면, 하나의 짧은 선분의 중점에 의해 점 d1을 나타내고, 2개의 짧은 선분의 교점에 의해 점 e1을 나타내고, 3개의 짧은 선분의 교점에 의해 점 f1을 나타내는 패턴이라면, 잠정적 패턴에서의 형상이 교정 패턴에서 유지되지 않아도 문제는 없다.Also, the shape in the provisional pattern may not be maintained in the calibration pattern. In this case, for example, if the point d1 is represented by the center of the circle, the point d in the calibration pattern is represented by the shape other than the circle, and it may be difficult to calculate the coordinates of the point d from the output pattern. However, for example, if the point d1 is represented by the midpoint of one short line segment, the point e1 is represented by the intersection of two short line segments, and the point f1 is represented by the intersection of the three short line segments, There is no problem even if the shape of the pattern is not maintained in the calibration pattern.
어찌되었든, 작성부(207)는, 가능한 한 배경부에만 광이 조사되도록, 역변환 행렬 T1'를 사용하여, 배경 영역에 속하는 3점 d1, e1, f1에 기초하여, 3점 d, e, f 에 의해 정의되는 교정 패턴을 작성한다. 교정 패턴이 작성된 후의 처리, 즉 교정과 조정은, 제1 실시예와 마찬가지이다.Anyway, the creating
즉, 선택부(206)가 LED 광원(116)을 광원으로서 선택하고, 공간 변조 제어부(204)가 교정 패턴에 기초하여 DMD(106)를 제어함으로써, 교정 패턴에 따라, LED 광이 피가공물(102)에 조사된다. 그리고, LED 광이 조사된 피가공물(102)을 CCD 카메라(112)가 촬상하고, 취입부(201)가 화상을 받아들인다.That is, the
전술한 바와 같이 작성된 교정 패턴이 조사되면, 예를 들면, 도 12에 나타낸 바와 같이, 받아들여진 화상에서, 광이 조사된 부분은 배경 영역에 포함되어 있는 것으로 기대된다. 즉, 전술한 바와 같이 작성된 교정 패턴은, 교정의 정밀도 저하를 방지하는 것으로 기대된다.When the calibration pattern created as described above is examined, for example, as shown in Fig. 12, in the accepted image, the portion irradiated with light is expected to be included in the background area. That is, the calibration pattern prepared as described above is expected to prevent a reduction in the accuracy of calibration.
산출부(202)는, 받아들여진 화상 상에 교정 패턴에 대응하여 생긴 출력 패턴으로부터, 점 d, e, f에 각각 대응하는 3점 d', e', f'의 좌표The
(xd', yd')T와 (xe', ye')T와 (xf', yf')T (x d ', d y') T and (x e ', y e' ) T and (x f ', f y') T
를 산출한다. 또한, 산출부(202)는, 점 d, e, f의 좌표와 점 d', e', f'의 좌표로부터, 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 변환 행렬 T2와 그 역행열인 역변환 행렬 T2'= T2 -1를 산출한다. 변환 행렬 T2와 역변환 행렬 T2'의 산출에 의해 교정은 종료한다.. The
그 후는, 역변환 행렬 T2'를 사용하여 조정부(203)가 제1 실시예와 마찬가지 의 조정을 행한다.Thereafter, the
그런데, 전술한 제1 실시예∼제7 실시예에서는, 가공용의 레이저광과 다른 LED 광을 교정에 사용하고 있었다. 그 이유는, 교정을 위한 광의 조사에 의해 피가공물(102)에 영향을 주지 않도록 하기 위해서이다.In the first to seventh embodiments described above, LED light other than the laser light for processing has been used for calibration. The reason for this is to prevent the
따라서, 조사되어도 피가공물(102)가 영향을 받지 않을 정도로까지 레이저광을 약하게 할 수 있고, 레이저광이 CCD 카메라(112)가 촬상 가능한 파장의 광이면, 다른 실시예에서는, 레이저광을 교정량으로 사용해도 된다. 이 경우, 도 1의 LED 광원(116)과 하프 미러(104)는 불필요하게 된다.Therefore, even if irradiated, the laser beam can be weakened to such an extent that the
그러나, 레이저광이나 피가공물(102)의 성질에 따라서는, 교정에 레이저광을 사용할 수가 없거나, 또는 교정에 레이저광을 사용하는 것이 바람직하지 않을 경우가 있다.However, depending on the characteristics of the laser beam or the
그래서, 교정에 사용되는 광과 가공에 사용되는 광이, 상이한 광원으로부터의 상이한 광인 것의 영향에 대하여 고찰하면, 실제로는, 전술한 제1 실시예∼제7 실시예에는 암묵의 전제가 있으므로, 그 전제가 성립하지 않을 때, 교정을 보다 정밀하게 해야할 여지가 있다.Therefore, considering the influence of the light used for calibration and the light used for processing in different light sources from different light sources, in fact, there is an implied premise in the above-described first to seventh embodiments, When the premise is not established, there is room for more precise correction.
이 암묵의 전제는, 도 1에서 레이저광이 하프 미러(104)를 투과하여 미러(105)에 입사할 때의 레이저광의 광축과, LED 광이 하프 미러(104)에서 반사되어 미러(105)에 입사할 때의 LED 광의 광축이 일치한다는 가정이다. 또는, 양자가 완전하게 일치하지 않는다 하더라도, 무시하여 문제가 없을 정도의 근소한 어긋남 밖에 없다는 가정이다.This tentative premise is that the optical axis of the laser beam when the laser beam passes through the
그러나, 이 암묵의 가정이 항상 성립된다고는 할 수 없다. 그래서, 제8 실시예에서는, 이 가정이 성립되지 않는 경우에, 도 1에 있어서 레이저 발진기(103), 하프 미러(104), 미러(105) 및 LED 광원(116)으로 이루어지는 광원 광학계에 기인하여 출력 패턴이 받는 변형에 대해서도, 교정 대상으로서, 교정량을 보다 정밀화한다.However, this implicit assumption can not always be established. Therefore, in the eighth embodiment, in the case where this assumption is not satisfied, the light source optical system including the
도 14는 제8 실시예에서의 제어부(113)의 기능을 설명하는 기능 블록도이다. 제2 산출부(208)가 추가 되어 있는 점에서, 도 14는 도 2와 다르다. 제2 산출부(208)는, LED 광과 레이저광의 광축의 어긋남에 관한 교정을 행한다.14 is a functional block diagram for explaining the function of the
제8 실시예에서는 다음과 같은 수학적 모델을 채용한다.The eighth embodiment adopts the following mathematical model.
·광원으로서 LED 광원(116)을 선택한 상태에서의 입력 패턴으로부터 출력 패턴으로의 변환은 아핀 변환이다.The conversion from the input pattern to the output pattern when the
·이 변환은, 식 2의 변환 행렬 T에 의해 나타낸다.This transformation is represented by the transformation matrix T of equation (2).
·광원으로서 LED 광원(116)이 선택된 상태에서, 어떤 입력 패턴에 대응하는 제1 출력 패턴과, 광원으로서 레이저 발진기(103)가 선택된 상태에서, 같은 입력 패턴에 대응하는 제2 출력 패턴에는 어긋남이 있다. 이 어긋남도 아핀 변환에 의해 모델화된다.With the first output pattern corresponding to an input pattern and the
·제1 출력 패턴과 제2 출력 패턴의 어긋남을 나타내는 어긋남 파라미터는, 변환 행렬 T와 마찬가지의 형식의 식 36에 나타내는 변환 행렬 R에 의해 표현된다. 즉, 제1 출력 패턴은 변환 행렬 R에 의해 제2 출력 패턴으로 변환된다.The shift parameter indicating the shift between the first output pattern and the second output pattern is represented by the transformation matrix R shown in Equation 36 in the same format as the transformation matrix T. [ That is, the first output pattern is converted into the second output pattern by the conversion matrix R.
[식 36][Formula 36]
·아무런 조정을 행하지 않으면, 입력 패턴에서 좌표 (x, y)T에 있는 점은, 광원으로서 레이저 발진기(103)를 선택하면, 출력 패턴에서 좌표 (x", y")T로 변환된다. 이 2개의 좌표의 관계는 식 37이다.The point in the coordinate (x, y) T in the input pattern is converted into the coordinate (x ", y") T in the output pattern when the
[식 37][Formula 37]
이상의 수학적 모델에 따라, 제8 실시예에서는, 변환 행렬 T와 역변환 행렬 T'를 취득하는 제1 교정과, 변환 행렬 R과 역변환 행렬 R'=R-1를 취득하는 제2 교정과, 역변환 행렬 T'와 역변환 행렬 R'를 사용한 조정이 행해진다.According to the above mathematical model, in the eighth embodiment, the first calibration for obtaining the conversion matrix T and the inverse transformation matrix T ', the second calibration for obtaining the conversion matrix R and the inverse transformation matrix R' = R- 1 , T 'and an inverse transformation matrix R'.
변환 행렬 T와 역변환 행렬 T'를 취득하는 제1 교정은 제1 실시예와 마찬가지이다.The first calibration for obtaining the transformation matrix T and the inverse transformation matrix T 'is the same as in the first embodiment.
변환 행렬 R과 역변환 행렬 R'를 취득하는 제2 교정는 다음과 같이 행해진다. 먼저, 제2 산출부(208)가 적당한 3점 a, b, c를 선택하고, 3점 a, b, c를 서로 구별 가능한 교정 패턴을 작성한다. 이 교정 패턴도, 도 4의 예와 같아도 된다. 이하, 제2 교정에서의 교정 패턴을, 제1 교정에서의 교정 패턴과 구별하기 위 하여, "시험 패턴"이라고 한다.The second calibration for obtaining the transformation matrix R and the inverse transformation matrix R 'is performed as follows. First, the
3점 a, b, c의 좌표를 각각,The coordinates of the three points a, b,
(xa, ya)T와 (xb, yb)T와 (xc, yc)T (x a , y a ) T and (x b , y b ) T and (x c , y c ) T
가 되는 열 벡터로 나타낸다.As shown in FIG.
제2 산출부(208)는 시험 패턴을 공간 변조 제어부(204)에 출력한다. 그리고, 가공 대상의 피가공물(102)과 같은 종류의 시료가 스테이지(101) 상에 탑재된 상태에서, 공간 변조 제어부(204)에 의해 DMD(106)가 제어되고, 시험 패턴에 기초한 LED 광의 조사와 레이저광의 조사가 행해진다. 광원의 전환은, 선택부(206)에 의해 행해진다. 그리고, 조사의 순서는 임의로 정해진다.The
선택부(206)가 LED 광원(116)을 광원으로서 선택하고, LED 광이 시료에 조사되었을 때, CCD 카메라(112)가 시료를 촬상하고, 취입부(201)가 촬상된 화상을 받아들인다. 시험 패턴에 대응하여 화상에 생긴 출력 패턴에서, 점 a, b, c에 대응하는 점을 a', b', c'라 하고, 이들 3점 a', b', c'의 좌표를 각각,The
(xa', ya')T와 (xb', yb')T와 (xc', yc')T (x a ', y a ') T and (x b ', y b ') T and (x c ', y c ') T
가 되는 열 벡터로 나타낸다.As shown in FIG.
또한, 선택부(206)가 레이저 발진기(103)를 광원으로서 선택하고, 레이저광이 시료에 조사되었을 때, CCD 카메라(112)가 시료를 촬상하고, 취입부(201)가 촬상된 화상을 받아들인다. 시험 패턴에 대응하여 화상에 생긴 출력 패턴에서, 점 a, b, c에 대응하는 점을 a", b", c"라고 하고, 이들 3점 a", b", c"의 좌표를 각각,When the
(xa", ya")T와 (xb", yb")T와 (xc", yc")T (x a ", y a" ) T and (x b ", y b" ) T and (x c ", y c" ) T
가 되는 열 벡터로 나타낸다.As shown in FIG.
제1 실시예에서, 산출부(202)가, 행렬 P와 행렬 Q로부터 변환 행렬 T를 산출한 것과 마찬가지의 방법으로, 제2 산출부(208)는, 식 37에 기초하여 3점 a', b', c'의 좌표와 3점 a", b", c"의 좌표로부터, 변환 행렬 R을 산출한다. 또한, 제2 산출부(208)는, 변환 행렬 R로부터 역변환 행렬 R'를 산출한다. 이상에 의해, 제2 교정이 종료한다.In the same manner as the
제8 실시예에서의 조정은, 제1 실시예와 마찬가지로, 조정부(203)가 DMD 전송용 데이터를 변환하고, 공간 변조 제어부(204)가 이 변환된 DMD 전송용 데이터를 입력 패턴으로서 사용하여 DMD(106)를 제어함으로써 실현된다.The adjustment in the eighth embodiment is similar to the first embodiment in that the
조정부(203)는, 제1 실시예에서는 역변환 행렬 T'를 사용한 변환을 행하지만, 제8 실시예에서는 역변환 행렬 T'와 역변환 행렬 R'의 적인 행렬(T' R')를 사용한 변환을 행한다. 이 변환에 의해, 원하는 부분에 정확하게 레이저광이 조사되어 가공되었는지는, 다음과 같이 확인된다.In the eighth embodiment, the
제1 실시예와 마찬가지로 하여 조작부(114)로부터 오퍼레이터에 의해 지정된 조사 패턴에서, 좌표(xp1, yp1)T의 점 p가 광을 조사해야 할 부분에 포함되어 있다고 가정한다. 조정부(203)에 의한 조정의 결과, 공간 변조 제어부(204)가 DMD(106)에 지시하는 입력 패턴에서, 점 p는, 식 38에 의해 나타내는 좌표(xp2, yp2)T로 변환되어 있다.It is assumed that a point p of coordinates (x p1 , y p1 ) T is included in a portion to be irradiated with light in the irradiation pattern designated by the operator from the
[식 38][Equation 38]
(xp2, yp2, 1)T = T' R'(xp1, yp1, 1)T (x p2 , y p2 , 1) T = T 'R' (x p1 , y p1 , 1) T
여기서, 광원으로서 레이저 발진기(103)를 선택했을 때, 입력 패턴에서의 좌표(xp2, yp2)T에 대응하는 출력 패턴 상의 점의 좌표를 (xp3, yp3)T라고 한다. 그러면 식 37과 식 38로부터 식 39가 유도된다.Here, when the
[식 39][Equation 39]
(xp3, yp3, 1)T (x p3 , y p3 , 1) T
= RT(xp2, yp2, 1)T = RT (x p2 , y p2 , 1) T
= RTT'R'(xp1, yp1, 1)T RTT'R = '(p1 x, p1 y, 1) T
= (xp1, yp1, 1)T = (x p1 , y p1 , 1) T
즉, 조정부(203)에 의한 조정의 결과, 레이저광이 조사되어야 한다고 조사 패턴에서 지정된 좌표와, 실제로 레이저광이 조사된 위치를 나타내는 출력 패턴 상의 좌표가 일치하고, 레이저광은 원하는 위치에 정확하게 조사되었다.That is, as a result of the adjustment by the
다음에, 제9 실시예에 대하여 설명한다. 제9 실시예는, 공간 변조 소자를 사용한 프로젝터에 본 발명을 적용하는 예이다. 투영용의 광원으로부터의 광을, DMD 등의 공간 변조 소자로 공간 변조하고, 벽이나 스크린 등에 문자, 기호, 그림, 화상 등을 투영하는 프로젝터(조명 광학계)에서, 광의 투영을 조정할 때, 본 발명을 적용할 수 있다.Next, the ninth embodiment will be described. The ninth embodiment is an example in which the present invention is applied to a projector using a spatial modulation element. In the projector (illumination optical system) for spatially modulating light from a projection light source with a spatial modulation element such as a DMD and projecting characters, symbols, pictures, images and the like on a wall or a screen, Can be applied.
광학계 또는 스크린에 존재하는 어긋남이나 불균일의 영향으로, 지정된 그대로의 형상과 지정된 그대로의 위치에 광이 투영되지 않고, 투영된 상에서 이동, 회전, 확대, 축소, 불균일 등이 생기는 경우가 있다. 그래서, 제9 실시예에서는, 전술한 프로젝터가, 스크린을 촬상하는 촬상부와 제어부를 구비한다. 촬상부는, 예를 들면 CCD 카메라이다. 제어부는, 도 2의 취입부(201), 산출부(202), 조정부(203) 및 공간 변조 제어부(204)와 마찬가지의 기능을 가진다.Rotation, enlargement, reduction, unevenness, or the like may occur on the projected image without the light being projected to the designated shape and the specified position as the result of the shift or unevenness existing in the optical system or the screen. Thus, in the ninth embodiment, the above-described projector includes an image pickup section for picking up a screen and a control section. The image pickup unit is, for example, a CCD camera. The control unit has the same function as the taking
이와 같이 구성된 프로젝터에 의하면, 전술한 각 실시예와 마찬가지로 하여, 교정을 행하고, 교정의 결과에 따라 조정된 투영을 행할 수 있다. 그리고, 제9 실시예는 프로젝터를 대상으로 하므로 "투영"이라는 말을 사용하였지만, 본 명세서의 제9 실시예에서의 "투영"은, 제1 실시예∼제8 실시예에서의 "조사"와 같은 의미이다.According to the projector thus configured, calibration can be performed in the same manner as in each of the above-described embodiments, and projection adjusted according to the result of calibration can be performed. Since the ninth embodiment refers to the projector, the term "projection" is used, but the term " projection "in the ninth embodiment of the present invention is not limited to the" It means the same.
그리고, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지로 변형 가능하다. 이하 몇개의 예를 설명한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be modified in various ways. Some examples are described below.
레이저 가공 장치(100)의 물리적인 구성은 도 1에 예시한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 반사형의 공간 변조 소자인 DMD(106) 대신, 액정을 사용한 투 과형의 공간 변조 소자를 사용해도 된다. 즉, 조정하여 조사해야 할 제1 광과, 조정에 필요한 데이터를 얻기 위한 교정에 사용되는 제2 광이, 함께 공간 변조 소자로 공간 변조되어 피가공물(102) 상에 조사되고, 피가공물(102)을 촬상할 수 있는 구성에 의하면, 레이저 가공 장치(100)의 구체적인 구성은 실시예에 따라 상이하게 되어 있어도 된다. 또한, 제1 광과 제2 광은 상이해도 되고 같아도 된다.The physical configuration of the
또한, 예를 들면, 도 2에 나타낸 각 부 중에서, 공간 변조 제어부(204)와 스테이지 제어부(205)와 선택부(206)만이 도 1의 레이저 가공 장치(100)의 제어부(113) 내에 실장되고, 도 2의 취입부(201)와 산출부(202)와 조정부(203)는, 레이저 가공 장치(100)의 외부의 컴퓨터에 의해 실현되어 있어도 된다.2, only the spatial
조정 방법도, 전술한 예시로 한정되지 않는다. 예를 들면, 제2 실시예에서는 조정부(203)로부터의 지시에 기초하여 스테이지 제어부(205)가 스테이지(101)를 움직이게 하는 조정이 행해졌다. 다른 실시예에서는, 스테이지(101) 대신 DMD(106)의 위치나 각도를 바꾸는 것에 의해 조정이 행해져도 된다.The adjusting method is not limited to the example described above. For example, in the second embodiment, an adjustment is made to cause the
즉, DMD(106)에 각도나 위치를 바꾸기 위한 액츄에이터가 장착되어 있고, 도 2의 구성을, 공간 변조 제어부(204)가 입력 패턴의 지정 이외에, 액츄에이터의 제어도 행하도록 변형된 구성을 채용해도 된다. 이 경우에는, 조정부(203)가, 역변환 행렬 T'에 따라 DMD(106)를 움직이도록 공간 변조 제어부(204)에 지시함으로써, 조정을 행해도 된다. DMD(106)의 움직임에 의해, 레이저광의 샷 위치가 평행이동(시프트)하거나, 어느 점을 중심으로 회전이동하거나, 조사되는 영역의 크기나 형상이 변화한다.That is, even if an actuator for changing the angle or position is mounted on the
전술한 복수의 실시예는, 서로 모순되지 않는 한 임의로 조합할 수 있다. 예를 들면, 다음과 같이 3개 이상의 실시예를 조합할 수도 있다.The above-described plurality of embodiments can be arbitrarily combined as long as they do not contradict each other. For example, three or more embodiments may be combined as follows.
·피가공물(102) 상의 요철을 피하는 교정 패턴을 작성하는 제7 실시예에 있어서,In the seventh embodiment in which a calibration pattern is formed to avoid unevenness on the
·레이저광과 LED 광의 광축의 어긋남도 교정의 대상으로 하는 제8 실시예와 유사한 제2 산출부(208)를 추가하고,A
·수학적 모델로서 제6 실시예의 유사 아핀 변환을 채용하고,Employs a pseudo-affine transformation of the sixth embodiment as a mathematical model,
·상기 수학적 모델 하에서, 제8 실시예와 유사한 방법에 의해, 레이저광과 LED 광의 광축의 어긋남을 고려하기 위한 변환 행렬 R과 역변환 행렬 R'를 제2 산출부(208)가 산출하고Under the above mathematical model, the
·조정부(203)는, 공간 변조 제어부(204)에 주는 DMD 전송용 데이터를 조정하는 대신, 제3 실시예와 마찬가지로 하여, 조사 패턴을 지정하기 위한 화상을 변형함으로써 조정을 행한다.Instead of adjusting the data for DMD transfer to the spatial
또한, 교정을 행하는 타이밍은 실시예에 따라 다양하다. 그러므로, 전술한 각 실시예의 설명에서도, 교정을 행하고 나서 조정을 하는 순서 외에, 특별히 교정의 타이밍에 대하여 언급하지 않았다.Further, the timing of performing the calibration varies according to the embodiment. Therefore, in the description of each of the embodiments described above, in addition to the order of calibration after calibration, the timing of calibration is not particularly mentioned.
제1 실시예의 예로 설명하면, 레이저 가공 장치(100)를 처음으로 사용할 때 1회만 교정을 행하고, 그 이후는 항상 같은 역변환 행렬 T'에 기초하여 레이저광의 조사를 조정해도 된다. 또는, 레이저 가공 장치(100)의 시간 경과에 의한 변화에 대응하기 위하여, 정기적으로 교정을 행해도 된다.Describing with the example of the first embodiment, calibration may be performed only once when the
또는, 하나의 피가공물(102)에 대하여 1회 교정을 행해도 된다. 물론, 하나의 피가공물(102)의 복수 개소를 레이저 가공 장치(100)로 가공하는 경우, 가공 대상 개소마다 교정을 행해도 된다.Alternatively, one
예를 들면, 피가공물(102)이 대형 FPD 기판이며, 스테이지(101)가 에어 캐스터를 사용한 부상식 스테이지인 경우, 피가공물(102)이 휘어져 있을 수 있다. 이 경우, 휨의 영향으로, 가공의 대상 개소가 FPD 기판 상의 어느 위치에 있는 가에 의해, 피가공물(102)과 레이저 가공 장치(100)의 광학계[예를 들면, 대물 렌즈(110)]와의 거리가 상이하다.For example, if the
피가공물(102)과 광학계와의 거리의 변동은 아주 적지만, 거리의 변동에 따라 DMD(106)를 통하여 조사되는 광의 확대율이나 어긋남의 크기가 변화한다. 따라서, 그와 같은 아주 작은 변동의 영향도 고려한 고정밀도의 조정이 요구되는 경우에는, 가공의 대상 개소마다 교정을 행해도 된다.The magnitude of the magnification of the light irradiated through the
또한, 교정 패턴이 조사되는 피가공물(102) 상의 영역과, 가공하기 위해 조정된 조사 패턴이 조사되는 피가공물(102) 상의 영역의 관계도, 실시예에 따라 다양하다.The relationship between the area on the
예를 들면, 피가공물(102)이 기판인 경우를 예로 설명한다. 처음에 1회만, 또는 정기적으로 교정을 행하는 경우, 가공 대상의 기판과 같은 종류의 임의의 기판을 사용하여 교정을 행하는 것이 바람직하다.For example, the case where the
하나의 기판에 대하여 1회 교정을 행하는 경우, 기판의 단부에 마진이 있으면, 이 마진을 교정에 사용해도 된다. 즉, 마진에 LED 광이 조사되는 위치에 스테 이지(101)를 이동시킨 후에, 교정을 행하고, 그 후, 교정의 결과에 따라 조정한 레이저광의 조사를 행하도록, 제어부(113)가 레이저 가공 장치(100)를 제어해도 된다.When one substrate is calibrated once, if there is a margin at the end of the substrate, this margin may be used for calibration. That is, the
또는, 하나의 기판에 대하여 1회 또는 복수회 교정을 행하는 경우, 가공 대상 개소에 레이저광이 조사되는 위치에 스테이지(101)를 이동시킨 후에, 교정을 행하도록, 제어부(113)가 레이저 가공 장치(100)를 제어해도 된다. 이 경우에는, 교정에 의해 피가공물(102)이 영향을 받지 않도록, 교정에는, 가공용 레이저광과는 다른 LED 광이나, 출력을 약하게 한 레이저광을 사용하는 것이 바람직하다.Alternatively, when performing calibration once or plural times with respect to one substrate, the
이 외에도, 본 발명은 여러 가지로 변형되어 행할 수 있다. 예를 들면, 도 5의 흐름도에 나타낸 처리의 단계는, 여러 가지로 변경될 수 있다.In addition, the present invention can be modified in various ways. For example, the process steps shown in the flowchart of Fig. 5 can be changed in various ways.
예를 들면, 단계 S102의 처리와, 단계 S103∼단계 S105의 처리는, 독립적으로 병행하여 실행할 수 있다. 따라서, 단계 S102의 처리와 동시에 단계 S103∼단계 S105의 처리를 실행해도 되고, 단계 S103, S104, S105, S102의 순서로 처리를 실행해도 된다.For example, the processing of step S102 and the processing of steps S103 to S105 can be executed independently and in parallel. Therefore, the processing of steps S103 to S105 may be executed simultaneously with the processing of step S102, or the processing may be executed in the order of steps S103, S104, S105, and S102.
또한, 복수회의 교정에서 동일한 하나의 교정 패턴을 사용해도 된다. 이 경우, 산출부(202)는, 1회째 교정의 단계 S1O1에서 교정 패턴을 작성했을 때, 이 교정 패턴을 기억 장치에 저장해도 된다. 그리고, 2회째 이후의 교정의 단계 S101에서, 산출부(202)는 기억 장치로부터 교정 패턴을 판독해도 된다.Further, the same one calibration pattern may be used in a plurality of calibrations. In this case, the
또한, 교정 패턴은, 먼저 결정된 3점 a, b, c의 좌표에 기초하여 작성된다. 따라서, 단계 S102에서 다시 3점 a, b, c의 좌표를 취득하지 않아도 되고, 단계 S102를 생략할 수 있다. 즉, 산출부(202)는, 교정 패턴을 작성할 때 3점 a, b, c의 좌표도 함께 기억 장치에 저장하고, 단계 S106에서 3점의 좌표를 기억 장치로부터 판독해도 된다.In addition, the calibration pattern is created based on the coordinates of the three points a, b, and c determined first. Therefore, it is not necessary to acquire the coordinates of the three points a, b, and c again in step S102, and step S102 can be omitted. In other words, when calculating the calibration pattern, the calculating
또한, 제2 실시예와 같이, 조정에 역변환 행렬 T'를 이용하지 않는 실시예에서는, 마지막 단계 S107이 불필요하다.Further, as in the second embodiment, in the embodiment in which the inverse transformation matrix T 'is not used for adjustment, the last step S107 is unnecessary.
이상, 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 전술한 실시예에 공통되는 효과에 대하여 대략 살펴보면, 이하와 같다.Although the various embodiments have been described above, the effects common to the above-described embodiments will be described as follows.
DMD(106) 등의 공간 변조 소자를 사용하여 임의의 교정 패턴에 따라, 광을 피가공물(102) 상에 조사할 수 있다. 즉, 복수의 점의 위치를 하나의 교정 패턴으로 나타낼 수 있고, 교정을 한번에 효율적으로 행할 수 있다.Light can be irradiated onto the
또한, 광학계 또는 스테이지(101)의 기계적인 이동과 광의 조사를 교정을 위해 반복할 필요가 없다. 따라서, 예를 들면, 광학계의 물리적인 배치를 기계적으로 이동시키기 위한 액츄에이터의 동작에 포함되는 오차의 영향을 배제하여, 교정을 행할 수 있다.Further, mechanical movement of the optical system or the
또한, 교정 패턴의 형상이 임의이므로, 교정에 사용하는 피가공물(102)의 성질에 따라 적절한 형상의 교정 패턴을 취득하기가 용이하다. 여기서 "피가공물(102)의 성질"은, 3차원 형상이나 재질 등의 다양한 성질을 일컫는다. 또한, 적절한 형상의 교정 패턴을 취득하기 위해서는, 미리 작성되고 기억된 복수의 교정 패턴 중에서 적절한 교정 패턴을 선택해도 되고, 그 자리에서 적절한 교정 패턴을 작성해도 된다.In addition, since the shape of the calibration pattern is arbitrary, it is easy to obtain a calibration pattern of an appropriate shape according to the properties of the
예를 들면, 제7 실시예에 관하여 설명한 바와 같이, 어느 교정 패턴에 따라서 광을 조사하고자 하는 피가공물(102) 상의 영역에, 교정 패턴의 형상을 비뚤어지게 하는 입체적인 구성물이 있는 경우, 그 교정 패턴은 사용하지 않는 것이 좋다. 이 경우, 구성물을 피해 광을 조사하는 다른 교정 패턴을 사용하는 것이 바람직하다.For example, as described in connection with the seventh embodiment, when there is a three-dimensional structure in which the shape of the calibration pattern is distorted in a region on the
제7 실시예와 같이, 사전에 정보가 아무것도 주어져 있지 않아도, CCD 카메라(112)가 촬상한 화상에 기초하여, 피가공물(102) 상의 입체적인 구성물을 피하도록, 적절한 형상의 교정 패턴을 그 자리에서 작성부(207)가 생성할 수도 있다.As in the seventh embodiment, even if no information is given in advance, a calibration pattern of a proper shape is formed on the spot so that the three-dimensional structure on the
또한, 항상 예비적인 교정을 행하지 않고, 필요할 때만 예비적인 교정을 행하도록 제7 실시예를 변형해도 된다. 예를 들면, 교정의 실행중에, 피가공물(102)의 표면 상의 요철에 기인한 것으로 여겨지는 출력 패턴의 불균일을 산출부(202)가 검출하고, 불균일이 검출되었을 때만, 제7 실시예에 따라서, 교정 패턴을 다시 설정해도 된다.In addition, the seventh embodiment may be modified so that preliminary calibration is not always performed but preliminary calibration is performed only when necessary. For example, during the execution of the calibration, only when the calculating
또는, 제7 실시예 외의 실시예에서, 산출부(202)가, 피가공물(102)의 설계 데이터 등의 정보를 사전에 취득하고, 설계 데이터로부터 배경부의 범위를 추출하고, 배경부에 광이 조사되도록 한 교정 패턴을 생성해도 된다. 어느 경우라 하더라도, 교정량 패턴은 임의이므로, 적절한 교정 패턴을 작성부(207) 또는 산출부(202)가 용이하게 찾아낼 수 있다.Alternatively, in an embodiment other than the seventh embodiment, the calculating
또한, 광의 반사율이 상이한 복수의 물질로부터 피가공물(102)이 만들어지고 있는 경우, 이들 복수의 물질 중에서 광의 반사율이 낮은 물질이 사용되고 있은 영 역을 피해 광이 조사되도록, 적절한 교정 패턴을 취득하고, 이용해도 된다. 제7 실시예와 같이 화상에 기초하면, 혹은 설계 데이터에 기초하면, 적절한 교정 패턴을 용이하게 취득할 수 있다.When a
이와 같이, 교정의 정밀도를 낮출 가능성이 있는 피가공물(102)을 사용하여 교정을 행하는 경우에도, 피가공물(102)의 성질에 따른 적절한 교정 패턴을 취득하고, 이용하는 것이 용이하므로, 교정의 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.Thus, even when the
또한, 특허 문헌 1∼특허 문헌3에 기재된 종래의 기술에서는, 교정의 대상이 한정되어 있고, 예를 들면, 회전, 불균일, 또는 스케일 변환이 고려되지 않을 경우가 있었다. 그러나, 본 발명의 실시예서는, 요구되는 교정의 정밀도나, 교정 대상의 장치[예를 들면, 레이저 가공 장치(100)]의 특성에 따라, 적절하게 선택한 수학 모델에 따라 교정을 행할 수 있다.In addition, in the conventional techniques described in Patent Documents 1 to 3, the object of calibration is limited, and for example, rotation, non-uniformity, or scale conversion is not considered in some cases. However, in the embodiment of the present invention, calibration can be performed according to the mathematical model appropriately selected according to the required accuracy of calibration or the characteristics of the apparatus to be calibrated (for example, the laser processing apparatus 100).
왜냐하면, 교정 패턴이 임의이므로, 종래 기술에 비해 다양한 수학적 모델이 채용 가능하기 때문이다. 따라서, 보다 정밀한 수학적 모델을 채용하면, 다양한 요소가 고려되어, 보다 정밀도가 높은 조정이 행해진다.This is because, since the calibration pattern is arbitrary, various mathematical models can be adopted as compared with the conventional technique. Thus, if a more precise mathematical model is employed, various factors are taken into account and more precise adjustments are made.
그리고, 교정을 위한 수학적 모델은, 전술한 예시 외라도 된다. 예를 들면, 영역에 의해 상이하게 변형되는 수학적 모델을 채용해도 된다. 즉, CCD 카메라(112)가 촬상한 화상을 복수의 영역으로 분할하고, 영역마다 산출부(202)가 변환 행렬 T와 역변환 행렬 T'를 산출하고, 영역마다 상이한 역변환 행렬 T'에 기초하여 조정부(203)가 조정을 행해도 된다.The mathematical model for calibration may be other than the above-mentioned examples. For example, a mathematical model that is modified differently by regions may be employed. That is, the image captured by the
도 1은 제1 실시예에서의 레이저 가공 장치의 구성을 나타낸 모식도이다.Fig. 1 is a schematic view showing a configuration of a laser machining apparatus in the first embodiment. Fig.
도 2는 제1 실시예에서의 제어부의 기능을 나타낸 기능 블록도이다.2 is a functional block diagram showing functions of the control unit in the first embodiment.
도 3은 레이저 가공 장치에 존재하는 어긋남이나 불균일에 기인하는 조사 패턴의 변형을 예시하는 도면이다.Fig. 3 is a diagram illustrating deformation of an irradiation pattern caused by misalignment or unevenness existing in the laser processing apparatus.
도 4는 교정 패턴의 예를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing an example of a calibration pattern.
도 5는 제1 실시예에서의 변환 파라미터의 산출 단계를 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart showing a step of calculating conversion parameters in the first embodiment.
도 6은 제1 실시예에서의 조정 방법을 설명하는 도면이다.6 is a diagram for explaining an adjustment method in the first embodiment.
도 7은 입력 패턴으로부터 출력 패턴으로의 변환의 예를 설명하는 도면이다.7 is a diagram for explaining an example of conversion from an input pattern to an output pattern.
도 8은 제2 실시예에서의 제어부의 기능을 나타낸 기능 블록도이다.8 is a functional block diagram showing functions of the control unit in the second embodiment.
도 9는 제2 실시예에서의 조정 방법을 설명하는 도면이다.9 is a view for explaining an adjustment method in the second embodiment.
도 10은 제3 실시예에서의 제어부의 기능을 나타낸 기능 블록도이다.10 is a functional block diagram showing functions of the control unit in the third embodiment.
도 11은 제3 실시예에서의 조정 방법을 설명하는 도면이다.11 is a view for explaining an adjustment method in the third embodiment.
도 12는 제7 실시예에서 교정 패턴을 조사했을 때의 화상의 예이다.12 is an example of an image when a calibration pattern is examined in the seventh embodiment.
도 13은 제7 실시예에서의 제어부의 기능을 나타낸 기능 블록도이다.13 is a functional block diagram showing functions of the control unit in the seventh embodiment.
도 14는 제8 실시예에서의 제어부의 기능을 나타낸 기능 블록도이다.14 is a functional block diagram showing functions of the control unit in the eighth embodiment.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
100: 레이저 가공 장치 101: 스테이지100: laser processing apparatus 101: stage
102: 피가공물 103: 레이저 발진기102: workpiece 103: laser oscillator
104, 107, 109: 하프 미러 105: 미러104, 107, 109: half mirror 105: mirror
106: DMD 108: 결상 렌즈106: DMD 108: imaging lens
110: 대물 렌즈 111: 조명용 광원110: objective lens 111: illumination light source
112: CCD 카메라 113: 제어부112: CCD camera 113:
114: 조작부 115: 모니터114: Operation part 115: Monitor
116: LED 광원 201: 취입부116: LED light source 201:
202: 산출부 203: 조정부202: Calculator 203:
204: 공간 변조 제어부 205: 스테이지 제어부204: spatial modulation control unit 205: stage control unit
206: 선택부 207: 작성부206: selection unit 207:
208: 제2산출부 300∼304: 화상208: second calculating
310∼312: 조사 패턴 320, 321: DMD 전송용 데이터310 to 312:
330∼334: 라이브 화상 340∼342: 교정 패턴330 to 334:
401: 기판 402: 회로 패턴401: substrate 402: circuit pattern
403∼405: 원403-405: won
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