(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指定された入力パターンにしたがって空間変調素子により空間変調された光の、対象  物への照射を調整する調整装置であって、
前記空間変調素子により空間変調された光が照射された前記対象物を撮像した画像を  取り込む取込手段と、
前記画像上に前記入力パターンに対応して生じる出力パターンへと、前記入力パター  ンを変換する変換パラメータを算出する算出手段と、
前記入力パターンとしてキャリブレーションパターンを用いたときに前記算出手段が  算出した前記変換パラメータに基づいて、指定された照射パターンにしたがった前記対  象物への光の照射を調整する調整手段と、
を備える調整装置。
【請求項２】
前記調整手段が、前記変換パラメータによる変換の逆変換を表す逆変換パラメータ を算出し、前記逆変換パラメータに基づいて調整を行うことを特徴とする請求項１に記 載の調整装置。
【請求項３】
前記調整手段が、前記照射パターンを前記逆変換パラメータで変換した第２の照射パ ターンを、前記入力パターンとして指定することによって調整を行うことを特徴とする 請求項２に記載の調整装置。
【請求項４】
前記調整手段が、前記対象物を撮像した第１の画像を前記逆変換パラメータで変換し て第２の画像を取得し、前記照射パターンを指定するための位置を表すのに使われる画 像として前記第２の画像を提供することによって、調整を行うことを特徴とする請求項 ２に記載の調整装置。
【請求項５】
前記調整手段が、前記空間変調素子の位置と方向の少なくとも一方を前記逆変換パラ メータに基づいて調整することを特徴とする請求項２に記載の調整装置。
【請求項６】
前記調整手段が、前記対象物の位置と方向の少なくとも一方を前記変換パラメータに 基づいて調整することを特徴とする請求項１に記載の調整装置。
【請求項７】
前記変換パラメータは行列により表されることを特徴とする請求項１に記載の調整装 置。
【請求項８】
前記キャリブレーションパターンが前記入力パターンとして指定されたときに、前記  対象物の表面の背景部に前記光が照射されるように、前記対象物の前記表面の情報に基  づいて前記キャリブレーションパターンを作成する作成手段をさらに備えることを特徴  とする請求項１に記載の調整装置。
【請求項９】
前記作成手段は、
予備キャリブレーションパターンを前記入力パターンとして指定して、前記算出手段  に第２の変換パラメータを算出させ、
前記第２の変換パラメータにより表される変換の逆変換を表す第２の逆変換パラメー  タを算出し、
前記対象物を撮像した背景検出用画像において前記背景部が写った背景領域を検出し  、
前記背景領域に基づいて、前記背景部に光が照射されるように、前記第２の逆変換パ  ラメータを用いて前記キャリブレーションパターンを作成する、
ことを特徴とする請求項８に記載の調整装置。
【請求項１０】
第１の光源と第２の光源のうち一方から出射された光が前記空間変調素子に入射され  るように、前記第１の光源と前記第２の光源のうち一方を選択する選択手段と、
前記入力パターンとして試験パターンが指定されたとき、前記第１の光源と前記第２  の光源のいずれが選択されているかによって前記出力パターンに生じるずれを表すずれ  パラメータを算出する第２の算出手段と、をさらに備え、
前記選択手段は、前記キャリブレーションパターンにしたがって照射する光の光源と  して前記第１の光源を選択し、
前記第２の光源が選択された状態で、前記調整手段が、前記変換パラメータと前記ず  れパラメータの両者に基づいて、前記第２の光源から前記対象物への前記照射パターン  にしたがった光の照射を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の調整装置。
【請求項１１】
レーザ光源から出射されたレーザ光を対象物上に導く光学系と、
前記レーザ光源から前記対象物への光路上に設けられ、入射光を空間変調する空間変  調素子と、
請求項１に記載の前記調整装置とを備え、
請求項１に記載の前記照射パターンにしたがって前記対象物へ照射される光として前  記レーザ光を用い、
前記対象物への前記レーザ光の照射を前記調整装置により調整して、前記対象物を加  工する、
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１２】
コンピュータが、
指定されたキャリブレーションパターンにしたがって空間変調素子により空間変調さ  れた光が照射された対象物を撮像した画像を取り込み、
前記画像上に前記キャリブレーションパターンに対応して生じるパターンへと、前記  キャリブレーションパターンを変換する変換パラメータを算出し、
指定された照射パターンにしたがった前記対象物への光の照射を、前記変換パラメー  タに基づいて調整する、
ことを特徴とする調整方法。
【請求項１３】
指定されたキャリブレーションパターンにしたがって空間変調素子により空間変調さ  れた光が照射された対象物を撮像した画像を取り込むステップと、
前記画像上に前記キャリブレーションパターンに対応して生じるパターンへと、前記  キャリブレーションパターンを変換する変換パラメータを算出するステップと、
指定された照射パターンにしたがった前記対象物への光の照射を、前記変換パラメー  タに基づいて調整するステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする調整プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間変調素子により空間変調された光の照射を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を被加工物に照射することによって被加工物を加工するレーザ加工装置が使われている。加工には、文字や絵の描画、露光、基板の製造過程における修復（リペア）等の種類がある。また、基板には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）、半導体ウエハ、積層プリント基板等の種類がある。
【０００３】
そのようなレーザ加工装置には、指定された位置・方向・形状でレーザ光を照射するためのメカニズムが設けられている。従来より、そのメカニズムとしてスリット等が使われている。近年では、そのメカニズムとして、微小ミラーがアレイ状に配列されたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などの空間変調素子も使われている。空間変調素子は空間光変調器（ＳＬＭ：spatial light modulator）とも呼ばれる。
【０００４】
ところが、結果的に、指定された位置・方向・形状と、実際にレーザ光が照射された位置・方向・形状とが異なる場合がある。なぜなら、レーザ光源から被加工物までの光路上には複数の光学部品が存在し、それらの光学部品の歪み、取り付け位置のずれ、取り付け方向のずれなどの影響を受けるためである。
【０００５】
そこで、指定された位置・方向・形状と、実際にレーザ光が照射される位置・方向・形状とが一致するように、キャリブレーションを行い、レーザ光の照射の仕方を調整する必要がある。
【０００６】
なお、「キャリブレーション」という語は、「調整」を含む意味に使われることもあるが、以下では「キャリブレーション」には「調整」が含まれないものとして説明する。また、以下では特に断らない限り、「調整」とはキャリブレーションの結果に基づく調整を意味する。
【０００７】
特許文献１〜３には、レーザ光の照射を調整する従来の技術が記載されている。
特許文献１に記載のレーザ加工装置は、レーザビームを照射する対象である加工パターンの画像上の座標位置と、レーザビームが照射される点の画像上の座標位置とを求めて、両者の位置ずれ量を算出する。そして、位置ずれ量を、ステージを移動するための補正量に換算してステージを移動させ、レーザビームの照射位置に加工パターンの位置が一致するように調整する。
【０００８】
しかし、特許文献１には、Ｘ方向またはＹ方向の位置ずれの調整が記載されているのみで、回転ずれ、拡大または縮小といったスケール変換、形状の歪みについて記載がない。
特許文献２の標本観察システムでは、ある種の回転ずれや歪みが考慮される。このシステムは、顕微鏡にレーザ走査装置と画像取得装置が取り付けられた構成である。このシステムでは、レーザ走査装置によって照射されたレーザ光の照射位置が、画像取得装置で取得された画像から測定される。そして、この測定により得られた照射位置と、レーザ走査装置に対して指示されたレーザ光照射の照射指示位置との差異を示す情報に基づいて校正と調整が行われる。
【０００９】
このシステムでは、照射位置と照射指示位置との差異の４つの要因が考慮され、要因に応じた調整方法が取られる。例えば、画像取得装置とレーザ走査装置のそれぞれの光学系の光軸の位置ずれや回転ずれは、レーザ光を偏向させる偏向用ミラーの偏向動作を補正する制御により、オフセットされる。
【００１０】
しかし、このシステムでは、校正に必要なデータを得るために、レーザ光を複数の点に照射したり、特定の軌跡を指定してレーザ光をスキャン（走査）させたりする必要がある。すなわち、校正のためのレーザ光の照射には、ある程度の時間がかかる。
【００１１】
特許文献３には、ＹＡＧレーザ加工機においてＹＡＧレーザ光の焦点位置をワークのレーザ加工点に合わせるティーチング方法が開示されている。この方法では、ＹＡＧレーザ光の光軸方向であるＺ方向のキャリブレーション、Ｚ方向に垂直なＸ方向およびＹ方向のキャリブレーションが行われる。
【００１２】
Ｚ方向のキャリブレーションには、Ｚ軸に対して傾斜した向きでワーク上に照射され、ワーク上ではＸ軸に平行な線として見える、測定用のスリット光が使用される。レーザ加工ヘッドのＺ方向の動きと、ワークを撮像した画像におけるスリット光のＹ座標との関係から、Ｚ方向のキャリブレーションデータが得られる。そのデータに基づき、ＹＡＧレーザ光の焦点をワークの表面に位置させるためのＺ方向のキャリブレーションが行われる。
【００１３】
Ｘ−Ｙ方向のキャリブレーションは、Ｚ方向の補正が行われた後に行われる。具体的には、レーザ加工ヘッドが、ツール座標系（ＸＹＺ座標系）における原点に移動され、レーザ光が１ショットだけ照射され、その照射により形成されたビード痕が撮像され、得られた画像におけるビード痕の座標が取得される。同様に、ツール座標系における、Ｘ軸上にあるＸ軸定義点と、Ｙ軸上にあるＹ軸定義点にも順次レーザ加工ヘッドが移動され、レーザ光の照射、撮像、座標の取得が行われる。
【００１４】
これら３点のツール座標系における座標と、画像の座標系であるピクセル座標系における座標とから、ツール座標系からピクセル座標系への変換行列が求められる。その変換行列は、並進移動と回転移動の組み合わせを表す。
【００１５】
その変換行列による変換の逆変換により、ピクセル座標系で表された検出点の座標がツール座標系に変換される。そして、ツール座標系における補正量が算出され、レーザ加工ヘッドが補正量の分だけＸ−Ｙ方向に移動される。
【００１６】
しかし、特許文献３に記載の方法では、予め定義された３点の位置に順次レーザ加工ヘッドを移動させて撮像しなければならず、時間がかかり、効率的ではない。また、レーザ加工ヘッドを移動するための機構の機械的な精度の影響でキャリブレーションの精度が低下する可能性がある。すなわち、機械的な誤差の影響でキャリブレーションの精度が低下する可能性がある。また、特許文献３では、形状の歪みや、拡大／縮小について考慮されていない。
【特許文献１】特開平６−２７７８６４号公報
【特許文献２】特開２００４−１０９５６５号公報
【特許文献３】特開２０００−２６３２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記の特許文献１〜３はいずれも、照射するレーザ光が空間変調されていない場合のキャリブレーションと調整の方法を記載している。また、空間変調素子を介した光の照射のキャリブレーションと調整は、今まで、人間による手作業で行われることが多かった。
【００１８】
そこで本発明は、空間変調素子により空間変調された光の照射を自動的に調整する方法を提供することを目的とする。
また、上記の特許文献１〜３では、キャリブレーションのためにステージを移動させたり、複数の点に順次レーザ光を照射したりする必要があり、時間がかかる。そこで本発明は、キャリブレーションを効率的に行うことも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一つの態様によれば、指定された入力パターンにしたがって空間変調素子により空間変調された光の、対象物への照射を調整する調整装置が提供される。前記調整装置は、前記空間変調素子により空間変調された光が照射された前記対象物を撮像した画像を取り込む取込手段と、前記画像上に前記入力パターンに対応して生じる出力パターンへと、前記入力パターンを変換する変換パラメータを算出する算出手段と、前記入力パターンとしてキャリブレーションパターンを用いたときに前記算出手段が算出した前記変換パラメータに基づいて、指定された照射パターンにしたがった前記対象物への光の照射を調整する調整手段と、を備える。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、レーザ加工装置が提供される。前記レーザ加工装置は、レーザ光源から出射されたレーザ光を対象物上に導く光学系と、前記レーザ光源から前記対象物への光路上に設けられ、入射光を空間変調する空間変調素子と、前記調整装置とを備え、前記照射パターンにしたがって前記対象物へ照射される光として前記レーザ光を用い、前記対象物への前記レーザ光の照射を前記調整装置により調整して、前記対象物を加工する、ことを特徴とする。
【００２１】
本発明のさらに別の態様によれば、コンピュータが前記調整装置を実現するために実行する方法、およびコンピュータを前記調整装置として機能させるプログラムが提供される。
【００２２】
上記のいずれの態様においても、算出された前記変換パラメータに基づいて前記対象物への光の照射が調整される。したがって、指定された前記照射パターンと、実際に照射された前記光のパターンとの差が、調整されない場合に比べて低減する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、空間変調素子により空間変調された光の照射が変換パラメータに基づいて自動的に調整されるので、より正確な照射を実現することができる。
また、本発明によれば、１つのキャリブレーションパターンから変換パラメータが算出されるので、変換パラメータを得るための光の照射は１回のみで十分であり、従来のように照射と構造物の機械的な移動とを繰り返す必要がない。したがって、本発明によれば、効率的にキャリブレーションを行い、光の照射を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。異なる実施形態を示す複数の図において、互いに対応する構成要素には同じ符号をつけ、説明を省略する。
【００２５】
以下では、まず第１実施形態について説明し、その後、第１実施形態を変形した第２〜第８実施形態について説明する。第１〜第８実施形態はいずれも、レーザ加工装置におけるレーザ光の照射を調整するのに本発明を適用する例である。次に、プロジェクタによる光の照射を調整するのに本発明を適用する例として、第９実施形態について説明し、最後にその他の変形例について説明する。
【００２６】
図１は、第１実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す模式図である。第２〜第８実施形態においても、図１と同様の構成のレーザ加工装置が用いられる。
図１のレーザ加工装置１００は、ステージ１０１の上に載置された被加工物１０２を、レーザ発振器１０３から出射されたレーザ光によって加工する装置である。レーザ加工装置１００は、溶融、切断、絵や文字等の焼き付け、露光、または回路パターンの修復（リペア）など、何らかの加工を被加工物１０２に対して行う。なお、以下では簡単のため、ステージ１０１の上面は鉛直方向に対して垂直であると仮定する。
【００２７】
被加工物１０２は、ＦＰＤ基板、半導体ウエハ、積層プリント基板などでもよく、その他の一般的な試料でもよい。
レーザ発振器１０３から出射されたレーザ光は、ハーフミラー１０４を透過し、ミラー１０５で反射され、ＤＭＤ１０６に入射する。
【００２８】
ＤＭＤ１０６は、微小ミラーが２次元アレイ状に配列された空間変調素子である。微小ミラーの傾斜角は、少なくとも２種類に切り替え可能である。傾斜角が第１と第２の角度であるときの微小ミラーの状態を、それぞれ以下では「オン状態」と「オフ状態」という。
【００２９】
ＤＭＤ１０６は、後述の制御部１１３からの指示に基づいて、個々の微小ミラーの傾斜角、すなわち個々の微小ミラーの状態を独立に切り替える。ＤＭＤ１０６に対する指示は、例えば、レーザ光を照射すべきか否かを表す２値データを２次元アレイ状に並べたデータにより表され、制御部１１３から送信される。
【００３０】
ミラー１０５からＤＭＤ１０６へ入射した入射光が、オン状態の微小ミラーにおいて反射されたとき、反射光の向きが鉛直方向となるように、レーザ発振器１０３、ハーフミラー１０４、ミラー１０５、およびＤＭＤ１０６が配置されている。オン状態の微小ミラーで反射されたレーザ光の、被加工物１０２の表面へ至る光路上には、ハーフミラー１０７と結像レンズ１０８とハーフミラー１０９と対物レンズ１１０とを有する投影光学系が配置されている。オン状態の微小ミラーで反射されたレーザ光は、投影光学系を介して、被加工物１０２の表面に投影、すなわち照射される。投影光学系は、被加工物１０２の表面とＤＭＤ１０６とを共役の位置とするよう構成されている。
【００３１】
オフ状態の微小ミラーは傾斜角がオン状態のときと異なる。よって、ミラー１０５からＤＭＤ１０６へ入射した入射光は、オフ状態の微小ミラーにおいて、ハーフミラー１０７へ至る方向とは異なる方向に反射され、被加工物１０２上には照射されない。図１では、オフ状態の微小ミラーによる反射光の光路を破線矢印で示した。
【００３２】
したがって、個々の微小ミラーをオン状態またはオフ状態に制御することによって、各微小ミラーに対応する被加工物１０２上の位置にレーザ光を照射するか否かを制御することができる。つまり、ＤＭＤ１０６を用いることにより、任意の位置・方向・形状でレーザ光を被加工物１０２上に照射することができる。
【００３３】
レーザ加工装置１００はさらに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）光源１１６を備える。ＬＥＤ光源１１６から照射された光（以下「ＬＥＤ光」という）は、ハーフミラー１０４で反射され、ミラー１０５に入射する。
【００３４】
ここで、レーザ発振器１０３とハーフミラー１０４とＬＥＤ光源１１６は、ハーフミラー１０４を透過したレーザ光と、ハーフミラー１０４で反射されたＬＥＤ光との光軸が一致するように配置されている。したがって、ハーフミラー１０４で反射した後のＬＥＤ光の光路は、レーザ光の光路と同じであり、ＬＥＤ光も被加工物１０２に照射される。
【００３５】
本実施形態では、ＤＭＤ１０６を介したレーザ光の照射を調整するためにキャリブレーションが行われ、ＬＥＤ光はキャリブレーションのために使われる。
また、レーザ加工装置１００は、照明用光源１１１とＣＣＤ（Charge Coupled Device；電化結合素子）カメラ１１２を備える。撮像に照明光が必要な場合は、照明用光源１１１からの照明光がハーフミラー１０９で反射され、対物レンズ１１０を介して被加工物１０２の表面に照射される。なお、ＣＣＤカメラ１１２の代わりに、ＣＭＯＳ（Complementary Mental-Oxide Semiconductor；相補型金属酸化物半導体）カメラ等の撮像装置を用いてもよい。
【００３６】
レーザ光、ＬＥＤ光、および照明光の、被加工物１０２の表面における反射光は、いずれも、対物レンズ１１０、ハーフミラー１０９、結像レンズ１０８、ハーフミラー１０７を有する光学系を介してＣＣＤカメラ１１２の光電変換素子に入射する。それにより、ＣＣＤカメラ１１２は被加工物１０２の表面を撮像する。
【００３７】
本実施形態では、反射光をＣＣＤカメラ１１２で撮像することが可能な波長のレーザ光、ＬＥＤ光、および照明光が使われる。したがって、ＤＭＤ１０６を用いてレーザ光またはＬＥＤ光を照射した状態で被加工物１０２をＣＣＤカメラ１１２が撮像すると、撮像された画像には、被加工物１０２上に照射されたレーザ光またはＬＥＤ光のパターンが現れている。
【００３８】
レーザ加工装置１００がまったく歪みやずれを含まなければ、画像に現れたパターンはＤＭＤ１０６に指定されたパターンと位置・方向（角度）・形状がすべて一致するはずである。しかし、実際には２つのパターンは一致しないことがある。その不一致がキャリブレーションの対象である。
【００３９】
レーザ加工装置１００は、さらに、制御部１１３と操作部１１４とモニタ１１５を備える。
制御部１１３はレーザ加工装置１００の全体を制御する。操作部１１４は、キーボードやポインティングデバイスなどの入力機器により実現される。操作部１１４から入力された指示は、制御部１１３に送られる。
【００４０】
また、モニタ１１５は、制御部１１３からの指示にしたがって、画像や文字等を表示する。モニタ１１５は、例えば、ＣＣＤカメラ１１２が撮像した被加工物１０２の画像を、ほぼリアルタイムに表示してもよい。以下では、ＣＣＤカメラ１１２が撮像し制御部１１３が取り込んだ画像を「ライブ画像」ということもある。
【００４１】
制御部１１３の詳細は図２とあわせて後述するが、簡単に説明すると次のとおりである。
制御部１１３への入力は操作部１１４からの指示と、ＣＣＤカメラ１１２から画像データである。制御部１１３により制御されるのはステージ１０１、レーザ発振器１０３、ＤＭＤ１０６、モニタ１１５、ＬＥＤ光源１１６である。
【００４２】
また、制御部１１３は、汎用的なコンピュータでも専用の制御装置でもよい。制御部１１３の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせ、のいずれかにより実現されてもよい。
【００４３】
例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリと、ワーキングエリアとして使われるＲＡＭ（Random Access Memory）と、ハードディスク装置等の外部記憶装置と、外部機器との接続インターフェイスとを備え、これらがバスで相互に接続された、ＰＣ（Personal Computer）などのコンピュータによって制御部１１３が実現されてもよい。
【００４４】
この場合、ステージ１０１、レーザ発振器１０３、ＤＭＤ１０６、モニタ１１５、ＬＥＤ光源１１６が、それぞれの接続インターフェイスによりこのコンピュータと接続される。ＣＰＵは、ハードディスク装置、またはコンピュータ読み取り可能な可搬型記憶媒体等に格納されたプログラムを、ＲＡＭにロードして実行することにより、制御部１１３の機能を実現する。
【００４５】
次に、被加工物１０２が基板であり、レーザ加工装置１００が、基板表面の欠陥にレーザ光を照射して欠陥を修復するレーザリペア装置であるという具体例を使って、第１実施形態のレーザ加工装置１００の動作の概要を説明する。
【００４６】
図１に示すとおり、レーザ加工装置１００は、結像レンズ１０８と対物レンズ１１０を含む顕微鏡を備える。よって、ＣＣＤカメラ１１２は、顕微鏡を介して被加工物１０２上の微細な回路パターンや微細な欠陥を撮像することができる。撮像されたライブ画像は、ほぼリアルタイムに、モニタ１１５に表示される。
【００４７】
被加工物１０２の表面において欠陥が存在する領域を「欠陥領域」といい、モニタ１１５に表示される画像のうち、欠陥領域が写った領域を「欠陥表示領域」ということにする。レーザリペア装置は、欠陥領域にレーザ光を照射することにより基板を修復する。例えば、塵や不要なレジストは、欠陥ではあるが、レーザ光を照射して蒸発させることができるため、修復可能な欠陥である。例えばこのような欠陥が、レーザリペア装置による修復の対象である。
【００４８】
欠陥のない領域にレーザ光が照射されることによって、正常に形成された回路パターンが損傷されるのを防ぐためには、レーザ光が照射される領域は、欠陥領域と精度よく一致していなくてはならない。そのために、キャリブレーションと調整が求められる。
【００４９】
例えば、オペレータが操作部１１４を介して欠陥表示領域を選択すなわち指定する。指定された欠陥表示領域は欠陥領域を示すパターンである。このパターンを制御部１１３がＤＭＤ１０６に指定することで、「欠陥領域にレーザ光を照射し、欠陥領域以外の領域にはレーザ光を照射しない」という制御がされた照射が可能となる。換言すると、欠陥表示領域に含まれる画素に対応するＤＭＤ１０６の微小ミラーに対してオン状態を指示し、それ以外の微小ミラーに対してオフ状態を指示することで、欠陥領域にレーザ光が照射されて欠陥が修復され、それ以外の領域にはレーザ光が照射されない。
【００５０】
もし、レーザ加工装置１００にまったく歪みやずれがなければ、欠陥表示領域に含まれる画素に対応するＤＭＤ１０６の微小ミラーは、その微小ミラーに対応する被加工物１０２上の位置にレーザ光を照射するためにオン状態にされるべきである。また、欠陥領域に含まれない画素に対応する微小ミラーは、その微小ミラーに対応する被加工物１０２上の位置にレーザ光を照射しないようにするためにオフ状態にされるべきである。
【００５１】
しかしながら、実際にはレーザ加工装置１００には歪みやずれがあることがある。そこで、キャリブレーションが行われる。そして、レーザ光が、キャリブレーションの結果に基づいて調整されて、基板である被加工物１０２上に照射される。それにより、基板上の欠陥領域と精度よく一致するパターンでレーザ光が照射される。すなわち、レーザリペア装置であるレーザ加工装置１００は、正常な部分をレーザ光によって損傷しないようにしつつ、基板の欠陥を修復することができる。
【００５２】
次に、制御部１１３の詳細について説明する。
図２は、第１実施形態における制御部１１３の機能を示す機能ブロック図である。
制御部１１３は、ＣＣＤカメラ１１２から画像を取り込む取込部２０１と、キャリブレーションを行う算出部２０２と、キャリブレーションの結果に基づいて光の照射を調整する調整部２０３と、ＤＭＤ１０６を制御する空間変調制御部２０４と、ステージ１０１を制御するステージ制御部２０５と、レーザ発振器１０３またはＬＥＤ光源１１６の一方を光源として選択する選択部２０６とを備える。本発明による調整装置を第１実施形態において実現するのは、取込部２０１と算出部２０２と調整部２０３である。
【００５３】
取込部２０１は、被加工物１０２を撮像した画像をＣＣＤカメラ１１２から取り込む。例えば、制御部１１３がＰＣにより実現される場合、ＰＣに取り付けられた画像キャプチャボードにより取込部２０１を実現してもよい。
【００５４】
取込部２０１が取り込む画像の種類は実施形態によって異なるが、どの実施形態でも取込部２０１が必ず取り込む画像は、キャリブレーションパターンにしたがった照射が行われたときの被加工物１０２の画像である。
【００５５】
キャリブレーションパターンは、ＤＭＤ１０６に対して指示される入力パターンの一種である。以下の説明において、「入力パターン」とは、ＤＭＤ１０６に対する指示を表すパターンであり、光を照射する領域（エリア）を、個々の微小ミラーに対する「オン」または「オフ」の指示によって表すパターンである。キャリブレーションのため、あるいはレーザ光による加工のため、といった目的に応じて、入力パターンとして具体的に指定されるパターンは異なる。
【００５６】
何らかの入力パターンにしたがって光が照射された被加工物１０２を撮像した画像上には、その入力パターンに対応したパターンが生じる。以下では、画像上に生じたパターンを「出力パターン」という。
【００５７】
出力パターンは、「光が照射された」または「光が照射されなかった」という２値で、画像上の各点が表されたパターンである。入力パターンにおける「オン」と「オフ」の指示が、出力パターンにおける「光が照射された」状態と「光が照射されなかった」状態にそれぞれ対応する。
【００５８】
しかし、一般に、レーザ加工装置１００に存在する歪みやずれ等に起因して、入力パターンと出力パターンは異なる。例えば、キャリブレーションパターンは、キャリブレーションのために使われる基準パターンであるが、出力パターンは基準パターンと異なる。
【００５９】
つまり、入力パターンを基準として見ると、出力パターンは、基準位置からずれていたり、基準角度から回転していたり、形状が拡大・縮小されていたり変形していたりする。
そこで、算出部２０２は、入力パターンを出力パターンに変換する変換パラメータを算出する。以下の各実施形態において、キャリブレーションとは変換パラメータの算出のことである。変換パラメータの具体例は実施形態により異なるので、詳細は後述する。
【００６０】
算出部２０２は、入力パターンとしてキャリブレーションパターンが用いられたときに算出した変換パラメータを、調整部２０３に出力する。なお、算出部２０２は、不図示の記憶装置に格納された予め定められたキャリブレーションパターンを読み出して、変換パラメータの算出に利用してもよく、キャリブレーションのたびにキャリブレーションパターンを作成してもよい。
【００６１】
調整部２０３は、制御部１１３の外部から指定された照射パターンにしたがったレーザ光の照射を、変換パラメータに基づいて調整する。調整のために制御する対象は実施形態に応じて異なるが、第１実施形態では、操作部１１４から与えられる照射パターンを調整部２０３が調整する。
【００６２】
制御部１１３がＰＣにより実現される場合、算出部２０２と調整部２０３は、プログラムをＲＡＭにロードして実行するＣＰＵによって実現されてもよい。また、キャリブレーションパターンを予め記憶装置に格納しておく場合、その記憶装置は、ＰＣの備えるＲＡＭまたはハードディスク装置等であってもよい。
【００６３】
空間変調制御部２０４は、ＤＭＤ１０６へ指示すべき入力パターンを受け取り、その入力パターンにしたがって、ＤＭＤ１０６の個々の微小ミラーを、オン状態またはオフ状態にする制御を行う。その結果、レーザ発振器１０３またはＬＥＤ光源１１６から照射された光は、ＤＭＤ１０６により空間変調されて、被加工物１０２上に照射される。
【００６４】
空間変調制御部２０４は、キャリブレーションのためのＬＥＤ光の照射において、算出部２０２から入力パターンとしてキャリブレーションパターンを受け取る。また、加工のためのレーザ光の照射において、空間変調制御部２０４は、調整部２０３により調整された入力パターンを調整部２０３から受け取る。
【００６５】
ステージ制御部２０５は、光学系を構成する図１の各構成要素と、ステージ１０１との相対位置を変化させるためにステージ１０１を制御する。別の実施形態では、ステージ１０１ではなく光学系を移動させることにより相対位置を変化させてもよい。
【００６６】
例えば、レーザ加工装置１００がレーザリペア装置である場合、修復すべき欠陥の大まかな位置が欠陥検査装置からレーザ加工装置１００に予め通知される。そして、ステージ制御部２０５は、通知された被加工物１０２上の位置が、レーザ光の照射範囲に入り、ＣＣＤカメラ１１２の撮像範囲に入るように、ステージ１０１を制御して移動させる。
【００６７】
その後、ＣＣＤカメラ１１２が被加工物１０２を撮像し、撮像された画像を取込部２０１が取り込み、その画像をモニタ１１５が表示する。レーザ光を照射して修復すべきパターン、すなわち欠陥表示領域は、例えば、モニタ１１５に表示された画像に基づいて、オペレータが操作部１１４から指示する。また、良品の被加工物から得た画像との比較による周知の技術により、欠陥表示領域を抽出してもよい。
【００６８】
選択部２０６は、レーザ発振器１０３とＬＥＤ光源１１６のうち何れか１つを光源として選択し、選択した方の光源をオンに、選択しなかった方の光源をオフにする。具体的には、選択部２０６は、キャリブレーションのときにはレーザ発振器１０３をオフにしてＬＥＤ光源１１６をオンにする制御を行い、加工のときにはレーザ発振器１０３をオンにしてＬＥＤ光源１１６をオフにする制御を行う。また、両方の光源をともにオフにする制御を選択部２０６が行う場合もある。
【００６９】
制御部１１３がＰＣにより実現される場合、空間変調制御部２０４とステージ制御部２０５と選択部２０６はいずれも、プログラムをＲＡＭにロードして実行するＣＰＵと、外部装置とＰＣとの接続インターフェイスとによって、実現することができる。
【００７０】
次に、図３を参照して、キャリブレーションの対象について説明する。
図３は、レーザ加工装置１００に存在するずれや歪みに起因する照射パターンの変形、すなわち入力パターンから出力パターンへの変形を例示する図である。
【００７１】
説明の便宜上、以下ではＣＣＤカメラ１１２により撮像される画像の横方向の座標軸をｘ軸、縦方向の座標軸をｙ軸と呼ぶ。そして、画像の大きさは任意であるが、本実施形態では、ｘ方向に６４０画素、ｙ方向に４８０画素であるとする。また、この大きさを「６４０×４８０画素」と表記する。画像内の各画素の位置は、ｘ座標とｙ座標の組（ｘ，ｙ）により表される。図３における照射パターン３１０の左上隅と右下隅の座標はそれぞれ、（０，０）と（６３９，４７９）である。
【００７２】
図３の照射パターン３１０は、ＣＣＤカメラ１１２により撮像された画像に対して、その画像のどの部分にレーザ光を照射すべきかを表すパターンである。したがって、照射パターン３１０内の位置もｘ座標とｙ座標の組（ｘ，ｙ）により表すことができ、照射パターン３１０の大きさは、ＣＣＤカメラ１１２により撮像される画像と同じ６４０×４８０画素である。
【００７３】
ここで、レーザ光を照射することを白で、照射しないことを黒で図示することにすると、照射パターン３１０は、図３に示すように、白黒２値画像として表現することができる。図３の例では、照射パターン３１０は、画像の中心部にある、ｘ軸に平行な太線とｙ軸に平行な太線が交わった白い十字形状と、背景の黒からなり、白い十字形状に相当する被加工物１０２上の部分にレーザ光を照射すべきことを表す。
【００７４】
本実施形態では、照射パターン３１０は次のようにして操作部１１４から指示される。まず、照明用光源１１１からの照明光による照明のもとで、レーザ光もＬＥＤ光も照射しない状態で、被加工物１０２をＣＣＤカメラ１１２が撮像する。そして、制御部１１３の取込部２０１が、撮像された画像を取り込んでモニタ１１５に出力する。
【００７５】
その後、オペレータが、モニタ１１５に出力された画像を見て、レーザ光を照射すべき範囲を操作部１１４から指示する。その指示は、操作部１１４と制御部１１３を接続するインターフェイスを介して、６４０×４８０画素の大きさの照射パターン３１０のデータの形で、制御部１１３に与えられる。
【００７６】
他の実施形態では、他の装置から照射パターン３１０のデータが制御部１１３に送られてもよい。例えば、レーザ加工装置１００がＦＰＤ基板等のレーザリペア装置である場合には、欠陥検査装置から照射パターン３１０のデータが制御部１１３に送られてもよい。あるいは、レーザリペア装置が画像認識部を備え、画像認識部が画像認識処理によって欠陥の形状を認識し、認識した形状を表す照射パターン３１０のデータを生成して制御部１１３に出力してもよい。
【００７７】
いずれにしろ、照射パターン３１０のデータが制御部１１３に与えられる。すると、制御部１１３は、個々の微小ミラーのオンとオフをＤＭＤ１０６に指示するためのＤＭＤ転送用データ３２０を、照射パターン３１０から生成する。ＤＭＤ転送用データ３２０は入力パターンを表すデータであり、ＤＭＤ１０６に転送（すなわち送信）される。
【００７８】
ＤＭＤ１０６では微小ミラーが２次元アレイ状に配列されており、微小ミラーの位置をｕ座標とｖ座標の組（ｕ，ｖ）により表すことができる。また、以下では説明を簡単にするため、画像内の画素の座標（ｘ，ｙ）と微小ミラーの座標（ｕ，ｖ）には、
ｘ＝ｕ，ｙ＝ｖ
なる関係があるものとする。微小ミラーを適当に配置し、ｕｖ座標系の原点を適当に定めるだけで、この関係は成立するので、以下の説明の一般性は失われない。
【００７９】
ここで、照射パターン３１０の図と同様に、レーザ光を照射することを白で、照射しないことを黒で表すことにすると、ＤＭＤ転送用データ３２０も、白黒２値画像として表現することができる。換言すれば、微小ミラーをオン状態にすることを示す白、または微小ミラーをオフ状態にすることを示す黒により、位置（ｕ，ｖ）の点を表した白黒２値画像としてＤＭＤ転送用データ３２０を表現することができる。
【００８０】
本実施形態では、ＤＭＤ１０６に８００×６００個の微小ミラーが配列されていると仮定する。すなわち、ＣＣＤカメラ１１２が撮像した画像の画素数よりも微小ミラーの個数のほうが多い。よって、ＤＭＤ転送用データ３２０を表す画像は、照射パターン３１０を表す画像の周囲を、黒いマージンで囲んだ画像となる。このようなマージンがある理由は後述する。
【００８１】
すなわち、照射パターン３１０を表す画像の位置（ｘ，ｙ）における色（白または黒）と、ＤＭＤ転送用データ３２０を表す画像の、ｕ＝ｘ、ｖ＝ｙなる位置（ｕ，ｖ）における色は等しい。そして、位置（ｕ，ｖ）が
ｕ＜０  または  ６４０≦ｕ  または  ｖ＜０  または  ４８０≦ｖ
なる範囲にある場合、ＤＭＤ転送用データ３２０を表す画像の位置（ｕ，ｖ）における色は黒である。
【００８２】
なお、図３では、ＤＭＤ転送用データ３２０には白い矩形状の枠線があるが、この枠線は説明の便宜上、照射パターン３１０に相当する６４０×４８０画素の範囲を表示したものであり、白い枠線上の微小ミラーをオン状態にすることを示すものではない。また、本実施形態では、ＤＭＤ転送用データ３２０において白い枠線よりも上のマージンと下のマージンの幅が等しく、かつ右のマージンと左のマージンの幅も等しい。しかし、マージンの幅は実施形態に応じて適宜定めてよい。
【００８３】
照射パターン３１０とＤＭＤ転送用データ３２０との間の上記のような関係に基づいて、制御部１１３は、照射パターン３１０のデータからＤＭＤ転送用データ３２０を生成する。上記のとおり、ＤＭＤ転送用データ３２０を生成するには、制御部１１３は、単に照射パターン３１０の周囲に黒いマージンを追加すればよい。
【００８４】
そして、制御部１１３内の空間変調制御部２０４は、ＤＭＤ転送用データ３２０をＤＭＤ１０６に出力することによって、８００×６００個の微小ミラーのそれぞれに対し、オンまたはオフの指示を与える。
【００８５】
ここで、キャリブレーションに基づく調整を行わずに、与えられたＤＭＤ転送用データ３２０そのものにしたがってＤＭＤ１０６の微小ミラーがオン状態またはオフ状態となり、レーザ発振器１０３からレーザ光が出射されると仮定する。
【００８６】
この場合、一般には、被加工物１０２上に照射されたレーザ光のパターンは、所望の照射パターン３１０とは異なる。なぜなら、レーザ加工装置１００の光学系および／または撮像系にはずれや歪みがあるためである。
【００８７】
例えば、ミラーやレンズが歪んでいたり、レーザ加工装置１００の各構成要素の取り付け位置がずれていたり、取り付け角度がずれて本来の角度から回転して取り付けられた部品があったりするかもしれない。
【００８８】
図３のライブ画像３３０は、そのように、所望の照射パターン３１０とは異なるパターンが被加工物１０２上に照射された場合に、ＣＣＤカメラ１１２によって撮像される画像の例である。したがって、ライブ画像３３０上の位置も、ｘｙ座標系により表すことができ、ライブ画像３３０の大きさは６４０×４８０画素である。
【００８９】
図３のライブ画像３３０では、レーザ光が実際に照射された部分が白で、照射されなかった部分が黒で表されている。ライブ画像３３０を照射パターン３１０と比較すると、白い十字形状がｘ軸のプラス方向に移動し、さらに、反時計回りに約１５度回転している。照射パターン３１０からライブ画像３３０への変形は、実際には、このような平行移動（シフト）と回転だけではなく、拡大・縮小すなわちスケール変換や、剪断ひずみ等の形状の歪みを含むこともある。
【００９０】
したがって、このような変形を防ぐために、キャリブレーションを行い、キャリブレーションの結果に基づいて、レーザ光の照射を調整する必要がある。本実施形態では、レーザ加工装置１００に存在するずれや歪みに起因する上記のような照射パターンの変形を、一種の変換の結果であると見なし、その変換を数学的にモデル化している。
【００９１】
次に、その数学的にモデル化された変換を表すパラメータをキャリブレーションにより取得し、取得したパラメータに基づいて調整する処理について説明する。
図３において、ＤＭＤ転送用データ３２０は、マージン以外は照射パターン３１０と同じである。よって、照射パターン３１０は事実上、ＤＭＤ１０６に指定される入力パターンと言える。そして、ライブ画像３３０は、その入力パターンに対応して、何も調整されずに変形を受けたレーザ光が被加工物１０２上に照射される場合に画像に生じる出力パターンである。したがって、照射パターン３１０からライブ画像３３０への変形は、上記入力パターンから上記出力パターンへの変換によるものと見なせる。
【００９２】
本実施形態では、この変換が変換行列Ｔにより表されるアフィン変換であるという数学的モデルを採用する。すなわち、変換行列Ｔの各要素が、キャリブレーションにおいて算出すべき変換パラメータである。
【００９３】
上述のごとく、入力パターンと出力パターンはいずれもｘｙ座標系で表すことができ、また、常にｕ＝ｘかつｖ＝ｙであるから、ｕｖ座標系とｘｙ座標系を同一視しても、変換パラメータの算出には問題がない。つまり、本実施形態における数学的モデルは、「ＤＭＤ転送用データ３２０における座標（ｕ，ｖ）と等しい照射パターン３１０における座標（ｘ，ｙ）が、アフィン変換を表す変換行列Ｔによって、ライブ画像３３０における座標（ｘ’，ｙ’）に変換される」というものである。
【００９４】
この数学的モデルを数式で表すと式（１）のとおりである。
【００９５】
【数１】
0005090121.tif 000002
ここで、変換行列Ｔが式（２）の３×３行列であると定義する。
【００９６】
【数２】
0005090121.tif 000003
すると、式（３）の行列演算によって、入力パターンから出力パターンへの変換を表すことができる。
【００９７】
【数３】
0005090121.tif 000004
ここで、変換行列Ｔの第３列の要素ｄ１とｄ２は平行移動の量を表す。そして、変換行列Ｔのうち、要素ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２からなる部分を２×２行列と見ると、この２×２行列はアフィン変換の定義から正則であり、回転、拡大、縮小、および剪断ひずみが合成された変形を表す。このことは、下記の式（４）〜（１２）からも理解される。
【００９８】
すなわち、任意の正則な２×２行列Ｓは式（４）のように分解可能である。
【００９９】
【数４】
0005090121.tif 000005
また、一般に、回転を表す行列Ｘは式（５）により表され、拡大・縮小を表す行列Ｙは式（６）により表され、剪断ひずみを表す行列Ｚは式（７）により表される。
【０１００】
【数５】
0005090121.tif 000006
【０１０１】
【数６】
0005090121.tif 000007
【０１０２】
【数７】
0005090121.tif 000008
ここで、α、β、γがそれぞれ式（８）、（９）、（１０）で表され、θが式（１１）および（１２）を満たせば、行列Ｓは、式（１３）を満たす。
【０１０３】
【数８】
0005090121.tif 000009
【０１０４】
【数９】
0005090121.tif 000010
【０１０５】
【数１０】
0005090121.tif 000011
【０１０６】
【数１１】
0005090121.tif 000012
【０１０７】
【数１２】
0005090121.tif 000013
Ｓ＝ＸＹＺ                    （１３）
つまり、変換行列Ｔを算出することにより、平行移動、回転、拡大、縮小、および剪断ひずみを考慮に入れたキャリブレーションが可能となる。そこで、次に変換行列Ｔを算出する方法について説明する。
【０１０８】
一般に、３点ａ、ｂ、ｃがアフィン変換によって点ａ’、ｂ’、ｃ’に写像されるとき、このアフィン変換を表す変換行列Ｔは、点ａ、ｂ、ｃの座標と、点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標とから次のようにして算出することができる。
【０１０９】
まず、ｘｙ座標系において、
点ａの座標を  （ｘａ，  ｙａ）Ｔ
点ｂの座標を  （ｘｂ，  ｙｂ）Ｔ
点ｃの座標を  （ｘｃ，  ｙｃ）Ｔ
点ａ’の座標を（ｘａ’，ｙａ’）Ｔ
点ｂ’の座標を（ｘｂ’，ｙｂ’）Ｔ
点ｃ’の座標を（ｘｃ’，ｙｃ’）Ｔ
なる列ベクトルで表す。ここで、上記の上付き文字の「Ｔ」は転置を表す。すると、点ａ、ｂ、ｃと点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標を使って、下記の式（１４）により表される行列Ｐと下記の式（１５）により表される行列Ｑを定義することができる。
【０１１０】
【数１３】
0005090121.tif 000014
【０１１１】
【数１４】
0005090121.tif 000015
ここで、式（３）より、３点ａ、ｂ、ｃと３点ａ’、ｂ’、ｃ’との関係は、下記の式（１６）のように表すことができる。
【０１１２】
ＴＰ＝Ｑ                    （１６）
である。３点ａ、ｂ、ｃの位置を適当に選べば、行列Ｐは正則となり、逆行列Ｐ−１が存在する。そこで、両辺の右から、逆行列Ｐ−１をかけて式（１７）が得られる。
【０１１３】
Ｔ＝ＱＰ−１                    （１７）
よって、算出部２０２は、式（１７）から変換行列Ｔを算出することができる。すなわち、行列Ｐが正則となるような適当な位置の３点ａ、ｂ、ｃを定め、その３点が変換行列Ｔにより写像された点ａ’、ｂ’、ｃ’の位置を知ることができれば、変換行列Ｔは算出可能である。本実施形態では、点ａ’、ｂ’、ｃ’の位置を知るためにキャリブレーションパターンにしたがったＬＥＤ光の照射が行われる。
【０１１４】
図４は、キャリブレーションパターンの例を示す図である。図４には３つのキャリブレーションパターンの例を示したが、これらはいずれも、行列Ｐが正則となるように位置が決められた３点ａ、ｂ、ｃを、互いに区別可能なように表現したパターンである。
【０１１５】
キャリブレーションパターンは、キャリブレーションのたびに例えば算出部２０２が生成してもよく、予め生成されて記憶装置に記憶されていてもよい。
キャリブレーションパターンはＤＭＤ１０６への入力パターンの一種であるから、図３と同様に、オン状態を示す白と、オフ状態を示す黒との２値画像として表すことができる。また、図３で説明したように、本実施形態においてｕｖ座標系はｘｙ座標系と同一であると見なせるので、図４にはｘ軸とｙ軸を図示した。
【０１１６】
キャリブレーションパターン３４０には、直径の異なる３つの円（サークル）が配置されており、直径の違いによって３点が区別可能である。すなわち、最も直径の小さい円の中心が点ａであり、直径が２番目に小さい円の中心が点ｂであり、最も直径の大きな円の中心が点ｃである。互いに直径が異なる円は、互いに面積も異なるので、画像処理によって容易に互いを区別して認識することができる。
【０１１７】
キャリブレーションパターン３４１では、形状の違いによって３点を区別している。すなわち、長方形の重心が点ａであり、菱形の重心が点ｂであり、三角形の重心が点ｃである。
【０１１８】
キャリブレーションパターン３４２では、２つの線分からなる図形を使って３点を区別している。キャリブレーションパターン３４２において、ｙ軸に平行な線分の一方の端点が点ａであり、もう一方の端点が点ｂである。また、ｘ軸に平行な線分の、線分ａｂに接していないほうの端点が点ｃである。ここで、線分ａｂと、ｘ軸に平行な線分との接点を点ｗとすると、点ａと点ｗの距離ａｗと、点ｂと点ｗの距離ｂｗとが互いに異なるように、点ａ、ｂ、ｃの位置が決められる。
【０１１９】
もちろん、図４に例示した以外のキャリブレーションパターンも利用可能である。例えば、３辺の長さが互いに異なる三角形のみからなるパターンでも、３辺の長さに基づいて３つの頂点を互いに区別可能であるから、キャリブレーションパターンとして利用することができる。また、互いに区別可能な４点以上の点を表現したパターンを使って、そのうちの特定の３点のみをキャリブレーションに使ってもよい。要するに、変換行列Ｔがアフィン変換を表すという数学的モデルを採用する場合には、３点を互いに区別することが可能であれば、キャリブレーションパターンはどのような形状のパターンでもよい。
【０１２０】
さて、キャリブレーションパターンにしたがって光が照射された被加工物１０２をＣＣＤカメラ１１２が撮像すると、上記のとおり、変換行列Ｔによって変形された出力パターンを含む画像が得られる。変換行列Ｔを算出するには、この出力パターンから、点ａ’、ｂ’、ｃ’の位置を認識する必要がある。
【０１２１】
ここで、変換行列Ｔによる変形の原因は、レーザ加工装置１００に潜むずれや歪みであるから、変換行列Ｔによる変形の程度は、極端に大きくはない。したがって、多少キャリブレーションパターンが変形されても「３点が区別可能である」という性質が保たれるように、「３点ａ、ｂ、ｃの区別のしやすさの程度」を高めにしたキャリブレーションパターンを用いることによって、出力パターンにおいて点ａ’、ｂ’、ｃ’を互いに区別して認識することが可能となる。
【０１２２】
例えば、キャリブレーションパターン３４０の例では、３つの円の直径が異なれば３点ａ、ｂ、ｃが区別可能である。しかし、その区別のしやすさの程度は３つの円の直径の比によって異なる。
【０１２３】
もし、３つの直径の値が近ければ、３つの円は、変換行列Ｔによって、ほとんど区別不能な３つの楕円（または円）に写像されるかもしれない。しかし、３つの直径の値が互いに大きく異なれば、３つの円は、変換行列Ｔによって変形された出力パターンにおいても、互いに面積が大きく異なり、区別が容易な３つの楕円（または円）に写像される。したがって、３点ａ’、ｂ’、ｃ’は区別可能である。つまり、３つの楕円（または円）のそれぞれの重心を３点ａ’、ｂ’、ｃ’として認識することができる。
【０１２４】
すなわち、キャリブレーションパターン３４０の例では、３つの円の直径が互いに大きく異なるほど、３点ａ、ｂ、ｃの区別のしやすさの程度が高い。キャリブレーションパターン３４０においてどの程度３つの円の直径が異なっていれば出力パターンにおいて３点ａ’、ｂ’、ｃ’が区別可能であるかは実施形態によって異なる。よって、予備的な実験を行って、３つの円の直径を定めてもよい。
【０１２５】
キャリブレーションパターン３４１においては、三角形と四角形は出力パターンにおいても容易に区別可能である。また、例えば、長方形の２辺の長さが大きく異なるようにしたり、長方形と菱形の面積が大きく異なるようにしたりすれば、出力パターンにおいて「３点が区別可能である」という性質が保たれる。したがって、出力パターンにおいて３つの図形それぞれの重心を３点ａ’、ｂ’、ｃ’として認識することができる。
【０１２６】
キャリブレーションパターン３４２についても、２つの距離ａｗとｂｗが互いに大きく異なるようにすることで、出力パターンにおいて「３点が区別可能である」という性質が保たれ、３点ａ’、ｂ’、ｃ’を互いに区別して認識することができる。
【０１２７】
次に、図５を参照して、このようなキャリブレーションパターンを使って変換行列Ｔを算出する処理について説明する。
図５は、第１実施形態における変換パラメータとしての変換行列Ｔの算出手順を示すフローチャートである。
【０１２８】
ステップＳ１０１で、算出部２０２は、例えば図４に例示したようなキャリブレーションパターンを作成し、空間変調制御部２０４に出力する。あるいは、算出部２０２は、予め記憶装置に格納されたキャリブレーションパターンをステップＳ１０１で読み出してもよい。
【０１２９】
キャリブレーションパターンはＤＭＤ１０６に入力パターンとして指定されるものであり、２値画像として表現することができる。よって、図５ではステップＳ１０１を「ＤＭＤ画像作成」と表現している。
【０１３０】
次に、ステップＳ１０２で、算出部２０２は、キャリブレーションパターンのデータから３点ａ、ｂ、ｃの座標を取得する。
例えば、図４のキャリブレーションパターン３４０の場合、算出部２０２は、画像認識処理により、キャリブレーションパターンから「白」の円を３つ認識し、認識した３つの円の中心（すなわち重心）の座標をそれぞれ算出して取得する。これら３つの座標が、点ａ、ｂ、ｃの座標である。
【０１３１】
そして、ステップＳ１０３で、選択部２０６がＬＥＤ光源１１６を光源として選択する。また、キャリブレーションパターンにしたがって微小ミラーのオン状態とオフ状態を切り替えるように、空間変調制御部２０４がＤＭＤ１０６を制御する。それにより、ＬＥＤ光源１１６から出射されたＬＥＤ光が、キャリブレーションパターンにしたがって空間変調され、ＤＭＤ１０６を介して被加工物１０２の表面に投影される（すなわち照射される）。
【０１３２】
続いてステップＳ１０４で、ＣＣＤカメラ１１２が被加工物１０２を撮像し、取込部２０１が撮像された画像のデータをＣＣＤカメラ１１２から取り込む（すなわちキャプチャする）。この画像には、キャリブレーションパターンに対応する出力パターンが存在する。
【０１３３】
次のステップＳ１０５で、算出部２０２は、取込部２０１が取り込んだ画像の出力パターンから、３点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標を以下のようにして取得する。
本実施形態では、取込部２０１が取り込んだ画像はグレースケール画像である。もちろん、他の実施形態においては、カラー画像を撮像するＣＣＤカメラ１１２を用いてもよいが、その場合も下記と同様にして、算出部２０２は３点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標を取得する。
【０１３４】
算出部２０２は、まず取込部２０１が取り込んだ画像を白黒２値画像に変換する。この２値化は、例えば各画素の輝度値と閾値との比較に基づいて行われる。変換された白黒２値画像において、白い領域はＬＥＤ光が照射された領域部分であり、黒い領域はＬＥＤ光が照射されなかった領域である。算出部２０２は、変換された白黒２値画像を使って、以下の処理を行う。
【０１３５】
例えば、図４のキャリブレーションパターン３４０が使われる場合、算出部２０２は、画像認識処理により、円または楕円に近い形状の存在および位置を認識する。その結果、３つの形状が認識される。キャリブレーションパターン３４０の例では、３つの円の面積が小さい順に、それぞれ点ａ、ｂ、ｃに対応する。したがって、算出部２０２は、認識した３つの形状の面積を算出し、その面積が小さい順にそれぞれ形状を点ａ’、ｂ’、ｃ’に対応づける。さらに算出部２０２は、認識した３つの形状それぞれの重心の座標を算出し、それら３つの座標を３点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標として取得する。
【０１３６】
他のキャリブレーションパターンが使われる場合も同様に、算出部２０２は、出力パターンを表す白黒２値画像から、３点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標をステップＳ１０５で取得する。
【０１３７】
続いて、ステップＳ１０６で算出部２０２は上記の式（１７）に基づいて、変換行列Ｔを算出する。ここで、行列ＱはステップＳ１０５で得た３点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標から式（１５）により定義され、行列ＰはステップＳ１０２で得た３点ａ、ｂ、ｃの座標から式（１４）により定義される。
【０１３８】
また、式（１６）に関して説明したように、本実施形態において行列Ｐは正則であるから算出部２０２はステップＳ１０６で逆行列Ｐ−１を算出することができる。逆行列の計算方法は様々な方法が知られており、任意の方法を採用することができる。
【０１３９】
算出部２０２は、こうして作成した変換行列Ｔのデータを、図２には不図示のＲＡＭまたはハードディスク等の記憶装置に格納する。
最後に、ステップＳ１０７で算出部２０２は、変換行列Ｔからその逆行列である逆変換行列Ｔ’（＝Ｔ−１）を算出する。逆変換行列Ｔ’は、変換パラメータとしての変換行列Ｔによる変換の逆変換を表す逆変換パラメータである。算出部２０２は、逆変換行列Ｔ’のデータも、記憶装置に格納する。
【０１４０】
以上で、図５の処理、すなわちキャリブレーションは終了する。キャリブレーションの終了後、逆変換行列Ｔ’に基づく調整がなされたレーザ発振器１０３からのレーザ光の照射が行われる。なお、逆変換行列Ｔ’は変換行列Ｔから算出されるため、逆変換行列Ｔ’に基づく調整は、間接的には変換行列Ｔに基づく調整でもあることに注意されたい。
【０１４１】
図６は第１実施形態における調整方法を説明する図である。
図６の照射パターン３１０とＤＭＤ転送用データ３２０は図３と同様である。また、図６は、図３と同様の変換行列Ｔを用いて説明する図である。
【０１４２】
第１実施形態では、図２の算出部２０２が、既に算出して記憶装置に格納済みの変換行列Ｔと逆変換行列Ｔ’を調整部２０３に出力する。
また、調整部２０３が、操作部１１４から照射パターン３１０を受け取り、ＤＭＤ転送用データ３２０を生成する。調整部２０３はさらに、ＤＭＤ転送用データ３２０を逆変換行列Ｔ’によって変換してＤＭＤ転送用データ３２１を生成し、空間変調制御部２０４に出力する。
【０１４３】
そして、空間変調制御部２０４は、ＤＭＤ転送用データ３２１をＤＭＤ１０６への入力パターンとして指定し、ＤＭＤ１０６を制御する。すなわち、調整部２０３は、空間変調制御部２０４を介して、ＤＭＤ１０６に入力パターンとしてＤＭＤ転送用データ３２１を指定する機能を有する。
【０１４４】
図６に示した例では、図３と同様に、変換行列Ｔは、ｘ軸のプラス方向への移動と、反時計回りの約１５度の回転とを合成した変換を表す。したがって、図６において、逆変換行列Ｔ’により変換されたＤＭＤ転送用データ３２１は、ＤＭＤ転送用データ３２０のパターンを時計回りに約１５度回転させ、ｘ軸のマイナス方向に移動したパターンである。
【０１４５】
ここで、図２の選択部２０６がレーザ発振器１０３を光源として選択すると、レーザ発振器１０３からレーザ光が出射される。そのレーザ光は、ＤＭＤ転送用データ３２１が入力パターンとして指定されたＤＭＤ１０６を介して被加工物１０２上に照射される。本実施形態では、ここでＣＣＤカメラ１１２が被加工物１０２を撮像し、調整部２０３がＣＣＤカメラ１１２から画像を取り込む。こうして取り込まれた画像が図６のライブ画像３３１である。
【０１４６】
図６に示したように、ライブ画像３３１に現れる出力パターンは、逆変換行列Ｔ’による変形と変換行列Ｔによる変形が相殺されるため、照射パターン３１０と等しいパターンである。なお、「ライブ画像３３１上の出力パターンと照射パターン３１０が等しい」とは、正確には、「式（３）による数学的モデルと実際に生じる変換との差異などによる誤差を無視すれば等しい」という意味である。以下の説明でも、特に断らない限りこの意味で「等しい」という語を用いる。
【０１４７】
ライブ画像３３１上の出力パターンが照射パターン３１０と等しいということは、調整部２０３による調整によって、加工すべき位置に加工すべき形状で正しくレーザ光が照射され、その正しい照射がライブ画像３３１として撮像されたということである。
【０１４８】
なお、ＤＭＤ転送用データ３２０と３２１を比較すると分かるように、逆変換行列Ｔ’による変換の結果、微小ミラーをオン状態とすべきことを示す白い部分が、ＤＭＤ転送用データ３２１においては
ｕ＜０  または  ６４０≦ｕ  または  ｖ＜０  または  ４８０≦ｖ
なる範囲にはみ出す可能性がある。そのため、本実施形態では、照射パターン３１０を表す画像の画素数（例えば６４０×４８０画素）よりも多い（例えば８００×６００個の）微小ミラーを備えたＤＭＤ１０６が用いられる。この場合、図３や図６に示すように、ＤＭＤ１０６に指定される入力パターンであるＤＭＤ転送用データ３２０を表す画像は、照射パターン３１０を表す画像の周りを黒い（すなわち光を照射しないことを示す）マージンで囲んだ画像である。
【０１４９】
ここで、変換行列Ｔは、レーザ加工装置１００に存在する歪みやずれの影響を表すものである。また、そのような歪みやずれはレーザ加工装置１００の仕様上許容される範囲に収まるものである。したがって、変換行列Ｔによる変形の度合いも、極端に大きなものではない。すなわち、極端に大きなマージンは必要ない。例えば、実験的に必要なマージンの量を見積もり、見積もられたマージンの量に基づいて、ＤＭＤ１０６に必要な微小ミラーの個数を定めてもよい。
【０１５０】
次に、図７〜図１１を参照して、第２実施形態と第３実施形態について説明する。第２実施形態と第３実施形態では、変換パラメータを取得した後の、レーザ光の照射を調整する調整方法、すなわち、調整部２０３の動作が第１実施形態と異なる。変換パラメータで表される変換を相殺する調整方法は複数存在するので、実施形態に応じて適切な調整方法を採用することが望ましい。
【０１５１】
図７は、第２実施形態と第３実施形態における調整方法を説明する前提として、入力パターンから出力パターンへの変換の例を説明する図である。図７の内容は図３と類似であるが、説明の便宜上、図示の仕方が図３と図７で異なる。
【０１５２】
なお、第２実施形態と第３実施形態では、図８と図１０に示すように制御部１１３の構成が、第１実施形態における図２の構成とは一部異なるが、図７に関しては、図２との違いの影響はない。
【０１５３】
図７の画像３００は、ステージ１０１に載置された被加工物１０２を、照明用光源１１１からの照明光のみが照射された状態で、ＣＣＤカメラ１１２が撮像した画像である。図７の例では、被加工物１０２上に３本の直線状の回路パターンが存在する。
【０１５４】
画像３００が取込部２０１により取り込まれ、モニタ１１５に出力されると、オペレータは、操作部１１４を介して加工の対象範囲を指定する。指定された範囲は、画像３００の網がけの矩形の範囲である。
【０１５５】
空間変調制御部２０４は、操作部１１４からの指定を受け取り、その指定に基づいて、照射パターン３１１を生成する。照射パターン３１１を表す画像は、画像３００上において指定された矩形の範囲が白く、それ以外は黒い画像である。照射パターン３１１に対応してＤＭＤ１０６に指定される入力パターンは、図示を省略したが、照射パターン３１１の周りを単に黒いマージンで囲んだ画像により表すことができる。空間変調制御部２０４は照射パターン３１１に対応するＤＭＤ１０６への入力パターンも生成する。
【０１５６】
もし、照射パターン３１１に対応する入力パターンの指示にしたがってＤＭＤ１０６により空間変調されたレーザ光が、被加工物１０２上に照射され、被加工物１０２をＣＣＤカメラ１１２が撮像すると、ライブ画像３３２が得られる。図７の例では、ライブ画像３３２において実際にレーザ光が照射された範囲は、網がけの矩形の範囲であり、画像３００に対して指定された加工すべき範囲とは異なる。
【０１５７】
画像３００とライブ画像３３２を比較すると、回路パターンの位置・方向・形状は同じである。しかし、画像３００で指定され、ＤＭＤ１０６に与えられた入力パターンとは異なるパターンでレーザ光が照射されたことが見て取れる。この入力パターンから出力パターンへの変換は変換行列Ｔにより表される。なお、図３と図７で同じ「Ｔ」という文字を用いているが、変換行列Ｔの個々の要素の具体的な値は図３と図７で異なる。図７では簡単のため、変換行列Ｔが、ライブ画像３３２の中心付近を中心とする反時計回りの約３０度の回転を表す場合を図示してある。
【０１５８】
以上、図７を参照して説明した前提のもとで、次に、図８と図９を参照して第２実施形態について説明する。
図８は、第２実施形態における制御部１１３の機能を示す機能ブロック図である。第１実施形態を示す図２と比較すると、制御部１１３が取込部２０１、算出部２０２、調整部２０３、空間変調制御部２０４、ステージ制御部２０５、選択部２０６を備える点で、図８は図２と同様である。
【０１５９】
図８において図２と異なるのは、矢印で示されたデータおよび／または制御の流れである。すなわち、第１実施形態と第２実施形態では調整方法が異なるため、調整部２０３へ向かう矢印と調整部２０３から出て行く矢印が、図２と図８で異なる。図８における矢印の意味は、図９を参照して以下で説明する調整方法から明らかであろう。
【０１６０】
図９は、第２実施形態における調整方法を説明する図である。
図８に示したステージ制御部２０５がステージ１０１の動きを制御することにより、レーザ加工装置１００の光学系とステージ１０１との相対位置が変化する。制御可能なステージ１０１の動きの種類は実施形態によって異なっていてよいが、第２実施形態では、ステージ制御部２０５は、以下のような種類のステージ１０１の動きを制御する。
【０１６１】
（ａ）鉛直方向の移動
（ｂ）鉛直軸に水平な平面内における平行移動
（ｃ）鉛直軸に水平な平面内における回転
（ｄ）ステージ１０１の上面と鉛直軸とのなす角を変える動き
すなわち、第２実施形態においては、これらの種類の動きを可能とする不図示の駆動モータおよび／またはアクチュエータがステージ１０１に取り付けられている。ステージ制御部２０５は、駆動モータおよび／またはアクチュエータを制御してステージ１０１を動かす。
【０１６２】
なお、第２実施形態では、必要に応じてストッパ等で被加工物１０２がステージ１０１上に固定されており、上記（ｄ）の動きによってステージ１０１が傾いても、被加工物１０２はすべり落ちない。
【０１６３】
このような構成において、算出部２０２は、既に算出して記憶装置に格納してある変換行列Ｔのデータを調整部２０３に出力する。そして、調整部２０３は、変換行列Ｔに基づいてステージ１０１を動かす制御をステージ制御部２０５に指示する。ステージ制御部２０５は、調整部２０３からの指示にしたがってステージ１０１を動かす。この制御の結果、レーザ加工装置１００の光学系と被加工物１０２との相対位置も変換行列Ｔにしたがって変化する。
【０１６４】
この時点で、説明の便宜上、ＣＣＤカメラ１１２が被加工物１０２を撮像するものとする。すると、図９に示すとおり、変換行列Ｔにより画像３００が変形された画像に等しい画像３０１が撮像される。図９では、画像３００と３０１にそれぞれ写った被加工物１０２上の回路パターンの比較から、変換行列Ｔによる変形が視認可能である。
【０１６５】
他方で、図７で説明したのと同様に画像３００に基づいて照射パターン３１１が指定される。そして、指定された照射パターン３１１に基づいて空間変調制御部２０４がＤＭＤ１０６に入力パターンを指定する。そして、選択部２０６が光源としてレーザ発振器１０３を選択する。
【０１６６】
すると、レーザ発振器１０３から照射されるレーザ光は、変換行列Ｔで表されるずれや歪みの影響を受けて被加工物１０２上に照射される。しかし、図７の場合と異なり第２実施形態では、画像３０１に示すように、レーザ光が照射される時点において被加工物１０２自体も変換行列Ｔに対応する動きをした後の状態である。このように、照射されるレーザ光と被加工物１０２がともに同じ変換行列Ｔの影響を受けた状態なので、変換行列Ｔによる影響は相殺される。すなわち、調整の結果、指定された領域に正しくレーザ光が照射される。
【０１６７】
このことは、図９において次のように図示されている。レーザ光が照射された状態でＣＣＤカメラ１１２が被加工物１０２を撮像したライブ画像３３３において、実際にレーザ光が照射された範囲は網かけで示されている。また、画像３００とライブ画像３３３を比較すると、３本の回路パターンの線の向きや画像に写っている部分は異なるが、３本の回路パターンの線と網かけの領域との相対的な関係は同じである。すなわち、指定された所望の領域に正しくレーザ光が照射されている。
【０１６８】
以上の説明から明らかなように、第２実施形態では、図５のステップＳ１０７の処理が省略可能である。
なお、変換行列Ｔにしたがってステージ１０１を動かすために必要な制御パラメータの値は、実験的に決定してもよく、レーザ加工装置１００の仕様などから計算してもよい。
【０１６９】
例えば、上記（ａ）の動きに関しては、ステージ１０１を鉛直軸に沿って上または下に１ｍｍ動かしたときの、ＣＣＤカメラ１１２により撮像される画像における拡大率または縮小率の値を予め実験的に調べておいてもよい。調整部２０３は、変換行列Ｔに含まれる拡大または縮小の要素から、予め調べた値に基づいて鉛直方向の移動量を算出し、算出した移動量をステージ１０１の制御パラメータとしてステージ制御部２０５に出力してもよい。上記（ｂ）〜（ｄ）の動きについても同様にして、調整部２０３は制御パラメータの値を取得することができる。
【０１７０】
また、上記の説明から明らかであるが、第２実施形態の調整方法は、ステージ１０１の移動を行う機構の機械的な精度が高い場合に適している。
次に、図１０と図１１を参照して、第３実施形態における調整方法を説明する。第３実施形態では、調整部２０３が画像処理によって調整を行う。
【０１７１】
図１０は、第３実施形態における制御部１１３の機能を示す機能ブロック図である。第１実施形態を示す図２と比較すると、制御部１１３が取込部２０１、算出部２０２、調整部２０３、空間変調制御部２０４、ステージ制御部２０５、選択部２０６を備える点で、図１０は図２と同様である。
【０１７２】
図１０において図２と異なるのは、矢印で示されたデータおよび／または制御の流れである。すなわち、第１実施形態と第３実施形態では調整方法が異なるため、調整部２０３へ向かう矢印と調整部２０３から出て行く矢印が、図２と図１０で異なる。
【０１７３】
また、図２には、照射パターンを指定するために、ＣＣＤカメラ１１２から取り込んだ画像をモニタ１１５に出力することを表す取込部２０１からモニタ１１５への矢印があるが、図１０にはない。以下に述べるように、第３実施形態では、照射パターンの指定の段階から調整が行われるためである。その他の矢印の意味も、図１１を参照して以下で説明する調整方法から明らかであろう。
【０１７４】
図１１は、第３実施形態における調整方法を説明する図である。
図１１において、画像３０２は、ＣＣＤカメラ１１２が撮像し、取込部２０１がＣＣＤカメラ１１２から取り込んだ画像である。図７や図１０の画像３００と同様の３本の回路パターンの線が画像３０２にも写っている。
【０１７５】
第３実施形態における調整では、まず、算出部２０２が、既に算出して記憶装置に格納してある逆変換行列Ｔ’のデータを調整部２０３に出力する。そして、調整部２０３が画像３０２を逆変換行列Ｔ’によって変形して画像３０３を生成する画像処理を行い、画像３０３をモニタ１１５に出力する。
【０１７６】
図７と同じく図１１でも、変換行列Ｔは反時計回りの約３０度の回転を表す。したがって、画像３０３では、３本の回路パターンの線が画像３０２と比較して時計回りに約３０度傾いている。
【０１７７】
オペレータは、モニタ１１５に表示された画像３０３を見て、操作部１１４を介して、レーザ光を照射すべき領域を指定する。図１１の画像３０４では、指定された領域が網かけで示されている。空間変調制御部２０４は操作部１１４からの指定を受け取り、その指定に基づいて、照射パターン３１２を生成する。照射パターン３１２は、画像３０４の網かけの領域に対応する。
【０１７８】
空間変調制御部２０４はさらに、照射パターン３１２に基づいて、ＤＭＤ１０６に指定する入力パターンを生成する。そして空間変調制御部２０４は、入力パターンをＤＭＤ１０６に対して指定する。また、選択部２０６が、光源としてレーザ発振器１０３を選択する。
【０１７９】
すると、レーザ発振器１０３から照射されるレーザ光は、変換行列Ｔで表されるずれや歪みの影響を受けて被加工物１０２上に照射される。しかし、逆変換行列Ｔ’によって変形された画像３０４を基準にして指定された照射パターン３１２に基づいてレーザ光が照射され、その照射が変換行列Ｔの影響を受けると、逆変換行列Ｔ’による影響と変換行列Ｔによる影響が相殺する。つまり、調整の結果、指定された所望の領域に正しくレーザ光が照射される。
【０１８０】
このことは、図１１において次のように図示されている。レーザ光が照射された状態でＣＣＤカメラ１１２が被加工物１０２を撮像したライブ画像３３４において、実際にレーザ光が照射された範囲は網かけで示されている。また、画像３０４とライブ画像３３４を比較すると、３本の回路パターンの線の向きや画像に写っている部分は異なるが、３本の回路パターンの線と網かけの領域との相対的な関係は同じである。すなわち、指定された所望の領域に正しくレーザ光が照射されている。
【０１８１】
以上、第２と第３実施形態について、変換行列Ｔが比較的単純な変形を示す場合を例にして図示して説明したが、変換行列Ｔによる変形が、平行移動、回転、剪断ひずみ、拡大・縮小のすべてを含む複雑な変形であってもよい。
【０１８２】
次に、第４〜第６実施形態について説明する。第４〜第６実施形態は、入力パターンから出力パターンへの変換の数学的モデルが第１実施形態と異なり、数学的モデルの違いに応じて制御部１１３の動作が異なる以外は、第１実施形態と同様である。どの数学的モデルを採用するのが好ましいかは、実際のレーザ加工装置１００にある歪みやずれの特性や程度に依存する。
【０１８３】
第４実施形態では、平行移動（シフト）と回転のみを考慮した数学的モデルを採用する。第４実施形態のキャリブレーションパターンは、互いに区別可能な２点ａ、ｂを表すことができればよい。例えば、第４実施形態では、互いに直径が異なる２つの円からなるパターンを図４のキャリブレーションパターン３４０の代わりに用いることができる。
【０１８４】
第１実施形態と同様に、
点ａの座標を  （ｘａ，  ｙａ）Ｔ
点ｂの座標を  （ｘｂ，  ｙｂ）Ｔ
点ａ’の座標を（ｘａ’，ｙａ’）Ｔ
点ｂ’の座標を（ｘｂ’，ｙｂ’）Ｔ
なる列ベクトルで表す。第４実施形態では、算出部２０２が、これら４つの座標から、
ｘ方向の平行移動の量：
ｄ１＝ｘａ’−ｘａ                    （１８）
ｙ方向の平行移動の量：
ｄ２＝ｙａ’−ｙａ                    （１９）
回転の量：
θ＝ｔａｎ−１｛（ｙｂ’−ｙａ’）／（ｘｂ’−ｘａ’）｝−
ｔａｎ−１｛（ｙｂ  −ｙａ）  ／（ｘｂ  −ｘａ）｝              （２０）
という３つの変換パラメータを算出する。これらの変換パラメータは、第１実施形態と同様に式（２）の変換行列Ｔの形で表すこともできる。すなわち、
ａ１＝  ｃｏｓθ                    （２１）
ｂ１＝−ｓｉｎθ                    （２２）
ａ２＝  ｓｉｎθ                    （２３）
ｂ２＝  ｃｏｓθ                    （２４）
と式（２）に代入すればよい。このようにして算出部２０２が変換行列Ｔを算出した後のレーザ加工装置１００の動作は、第１実施形態と同様である。
【０１８５】
第５実施形態では、平行移動（シフト）のみを考慮した数学的モデルを採用する。第５実施形態のキャリブレーションパターンは、１点ａのみを表すことができればよい。例えば、第５実施形態では、１つの円のみからなるパターンを図４のキャリブレーションパターン３４０の代わりに用いることができる。
【０１８６】
第１実施形態と同様に、
点ａの座標を  （ｘａ，  ｙａ）Ｔ
点ａ’の座標を（ｘａ’，ｙａ’）Ｔ
なる列ベクトルで表す。第５実施形態では、算出部２０２が、これら２つの座標から、第４実施形態と同様に、式（１８）と（１９）によって、ｘ方向の平行移動の量ｄ１とｙ方向の平行移動の量ｄ２という２つの変換パラメータを算出する。これらの変換パラメータは、第１実施形態と同様に式（２）の変換行列Ｔの形で表すこともできる。すなわち、
ａ１＝１                    （２５）
ｂ１＝０                    （２６）
ａ２＝０                    （２７）
ｂ１＝１                    （２８）
と式（２）に代入すればよい。このようにして算出部２０２が変換行列Ｔを算出した後のレーザ加工装置１００の動作は、第１実施形態と同様である。
【０１８７】
第６実施形態では、数学的モデルとして擬似アフィン変換を採用する。擬似アフィン変換では、アフィン変換で考慮される平行四辺形ひずみ（剪断ひずみ）のほかに、台形ひずみも考慮される。第６実施形態では、互いに区別可能な４点ａ、ｂ、ｃ、ｄを表すキャリブレーションパターンが使われる。例えば、第６実施形態では、互いに直径が異なる４つの円からなるパターンを図４のキャリブレーションパターン３４０の代わりに用いることができる。
【０１８８】
第１実施形態と同様に、
点ａの座標を  （ｘａ，  ｙａ）Ｔ
点ｂの座標を  （ｘｂ，  ｙｂ）Ｔ
点ｃの座標を  （ｘｃ，  ｙｃ）Ｔ
点ａ’の座標を（ｘａ’，ｙａ’）Ｔ
点ｂ’の座標を（ｘｂ’，ｙｂ’）Ｔ
点ｃ’の座標を（ｘｃ’，ｙｃ’）Ｔ
なる列ベクトルで表す。また、同様に、
点ｄの座標を  （ｘｄ，  ｙｄ）Ｔ
点ｄ’の座標を（ｘｄ’，ｙｄ’）Ｔ
なる列ベクトルで表す。
【０１８９】
擬似アフィン変換は式（２９）によりモデル化される。
【０１９０】
【数１５】
0005090121.tif 000016
変換行列Ｔは式（３０）のように定義される。
【０１９１】
【数１６】
0005090121.tif 000017
また、第１実施形態と同様に、点ａ、ｂ、ｃ、ｄと点ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’の座標を使って、式（３１）および（３２）のように行列ＰとＱを定義することができる。
【０１９２】
【数１７】
0005090121.tif 000018
【０１９３】
【数１８】
0005090121.tif 000019
ここで式（２９）より、４点ａ、ｂ、ｃ、ｄと４点ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’との関係は、下記の式（３３）により表すことができる。
【０１９４】
ＴＰ＝Ｑ                    （３３）
４点ａ、ｂ、ｃ、ｄの位置を適当に選べば、行列Ｐは正則となり、逆行列Ｐ−１が存在するので、式（３３）より、式（３４）が得られる。
【０１９５】
Ｔ＝ＱＰ−１                    （３４）
よって、式（３４）から算出部２０２は変換行列Ｔを算出することができる。また、算出部２０２は変換行列Ｔから逆変換行列Ｔ’を算出することもできる。
【０１９６】
なお、第１〜第６実施形態で説明したように、入力パターンから出力パターンへの変換の数学的モデルは様々である。そして、上記では、採用した数学モデルにおける変換パラメータを算出するのに最低限必要な個数の点をキャリブレーションパターンにより表す例について説明した。
【０１９７】
しかしながら、より多くの点を表すキャリブレーションパターンを使っても構わない。例えば、第１〜第３実施形態と同様に、数学的モデルとしてアフィン変換を作用する場合に、ｍ≧４なる互いに区別可能なｍ点を表すキャリブレーションパターンを使ってもよい。その場合、１≦ｉ≦ｍなる各ｉについて式（３５）のようにおき、例えば最小二乗法によって、式（２）の変換行列Ｔの要素であるａ１，ｂ１，ｄ１，ａ２，ｂ２，ｄ２の値を算出部２０２が算出してもよい。
【０１９８】
（ｘｉ’，ｙｉ’，１）Ｔ＝Ｔ（ｘｉ，ｙｉ，１）Ｔ                  （３５）
なお、ここで（ｘｉ，ｙｉ）Ｔはキャリブレーションパターンに表されたｉ番目の点の座標を示す列ベクトルであり、（ｘｉ’，ｙｉ’）Ｔは、そのｉ番目の点の出力パターンにおける座標を示す列ベクトルである。
【０１９９】
次に、図１２と図１３を参照して第７実施形態について説明する。第７実施形態によれば、被加工物１０２の表面に凹凸があってもキャリブレーションの精度が悪化しない。
一般に、被加工物１０２の表面上に立体的な３次元形状、すなわち凹凸があると、キャリブレーションの精度が低下することがある。なぜなら、キャリブレーションパターンに対応する出力パターンの形状が、凹凸の影響や表面の材料の反射率等の影響で歪んでいる可能性があるためである。
【０２００】
例えば、図４のキャリブレーションパターン３４０を用いた場合に、たまたま点ａを表す円の輪郭が被加工物１０２上の凹凸部分を横切ってしまうことがある。このとき、出力パターンにおいて点ａを表す形状は歪んでしまう。
【０２０１】
したがって、点ａに対応する点ａ’の位置として算出部２０２が算出する座標は、その歪んだ形状の重心の座標であり、明らかに誤差を含む。例えば誤差の量が数ピクセルの場合もある。この場合、変換行列Ｔは誤差を含む座標に基づいて算出されるので、キャリブレーションの精度が低下してしまう。その結果、高精度で調整することが困難となる。
【０２０２】
例えば被加工物１０２がＦＰＤ基板や積層プリント基板などである場合、被加工物１０２上には３次元形状の回路パターンが形成されている。回路パターンはキャリブレーションパターンが照射されたときの形状を歪める障害物となりうる。したがって、キャリブレーションパターンが照射される位置によっては、キャリブレーションの精度が低下することがある。
【０２０３】
この問題を避けて精度よくキャリブレーションを行うためには、回路パターンが形成されていない基板や、回路パターンが形成されていない、基板の外縁部の余白エリアをキャリブレーションに使ってもよい。しかし、詳しくは後述するが、実際の被加工物１０２の加工対象の領域を使ってキャリブレーションを行うことが求められる場合もある。第７実施形態によれば、そのような場合でもキャリブレーションの精度低下を防ぐことができる。
【０２０４】
図１２は、第７実施形態においてキャリブレーションパターンを照射したときに撮像される画像の例である。図１２の画像３０６は、被加工物１０２である基板４０１上にキャリブレーションパターンが照射されたときに、ＣＣＤカメラ１１２が撮像した画像である。画像３０６には、基板４０１上に形成された３次元状の回路パターン４０２と、キャリブレーションパターンに対応する出力パターンを構成する円４０３、４０４、４０５が写っている。画像３０６では、円４０３、４０４、４０５のいずれも回路パターン４０２と重なっていないので、形状は大きく歪んではいない。
【０２０５】
被加工物１０２の表面において、相対的に凹凸の小さい平らな部分を「背景部」と呼ぶことにすれば、基板４０１においては、回路パターン４０２の形成されていない部分が背景部である。そして、キャリブレーションパターンを背景部に照射するように制御部１１３が制御を行うことにより、被加工物１０２の表面に凹凸があってもキャリブレーションの精度低下を防ぐことができる。
【０２０６】
図１３は、第７実施形態における制御部１１３の機能を説明する機能ブロック図である。作成部２０７が追加されている点で、図１３は図２と異なる。作成部２０７は、凹凸を避けて被加工物１０２の背景部に光が照射されるようにキャリブレーションパターンを作成する。そのために、第７実施形態では、予備的なキャリブレーションと予備的な調整が実行される。以下では予備的なキャリブレーションにおいて入力パターンとして指定されるパターンを「予備キャリブレーションパターン」という。
【０２０７】
以下、第１実施形態と比較しながら、第７実施形態におけるレーザ加工装置１００の動作について説明する。
まず、作成部２０７は、適当な３点ａ〜ｃを選択し、点ａ〜ｃを互いに区別可能な形状の予備キャリブレーションパターンを作成する。ここで、点ａ〜ｃの座標をそれぞれ、
（ｘａ，ｙａ）Ｔ  と  （ｘｂ，ｙｂ）Ｔ  と  （ｘｃ，ｙｃ）Ｔ
なる列ベクトルで表す。そして、この予備キャリブレーションパターンを使った予備的なキャリブレーションが実行される。
【０２０８】
すなわち、選択部２０６がＬＥＤ光源１１６を光源として選択し、作成部２０７が予備キャリブレーションパターンを空間変調制御部２０４に出力し、空間変調制御部２０４が予備キャリブレーションパターンを入力パターンとしてＤＭＤ１０６に指定する。これにより、予備キャリブレーションパターンにしたがったＬＥＤ光の照射が行われる。
【０２０９】
そして、ＬＥＤ光が照射された被加工物１０２をＣＣＤカメラ１１２が撮像し、取込部２０１が画像を取り込む。
算出部２０２は、予備キャリブレーションパターンに対応して画像上に生じた出力パターン上において、点ａ、ｂ、ｃにそれぞれ対応する点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標を算出する。算出された座標をそれぞれ、
（ｘａ’，ｙａ’）Ｔ  と  （ｘｂ’，ｙｂ’）Ｔ  と  （ｘｃ’，ｙｃ’）Ｔ
なる列ベクトルで表す。また、予備キャリブレーションパターンを規定する３点ａ、ｂ、ｃの座標が、作成部２０７から算出部２０２へ出力される。
【０２１０】
ここで、第１実施形態において変換行列Ｔを算出したのと同様の方法により、算出部２０２は、
（ｘａ，  ｙａ）Ｔ    と  （ｘｂ，  ｙｂ）Ｔ    と  （ｘｃ，  ｙｃ）Ｔ    と
（ｘａ’，ｙａ’）Ｔ  と  （ｘｂ’，ｙｂ’）Ｔ  と  （ｘｃ’，ｙｃ’）Ｔ
に基づいて、変換行列Ｔ１を算出する。また、算出部２０２は、変換行列Ｔ１を作成部２０７に出力する。
【０２１１】
作成部２０７は、変換行列Ｔ１の逆変換行列Ｔ１’＝Ｔ１−１を算出する。あるいは、算出部２０２が逆変換行列Ｔ１’を算出して作成部２０７に出力してもよい。
以上の処理が、予備的なキャリブレーションである。予備的なキャリブレーションにおいては、上記のとおり、被加工物１０２上の凹凸の影響で、無視することができない程度の誤差を、算出された点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標、変換行列Ｔ１、および逆変換行列Ｔ１’が含む場合もある。しかし、変換行列Ｔ１は、最終的に取得するべき変換行列と大きくかけ離れているわけでもないので、予備的な調整に使うには十分に有効である。
【０２１２】
次に、照明用光源１１１によって照明されているだけで、レーザ光やＬＥＤ光が照射されていない状態の被加工物１０２を、ＣＣＤカメラ１１２が撮像する。取込部２０１が撮像された画像（以下「背景検出用画像」という）を取り込み、作成部２０７は背景検出用画像を使って背景検出処理を行う。
【０２１３】
背景検出処理は、背景検出用画像において被加工物１０２上の背景部が写った領域（以下「背景領域」という）を検出する処理である。
例えば、作成部２０７は、背景検出用画像にぼかしフィルタをかけて、背景検出用画像に写った被加工物１０２上の凹凸（例えば回路パターン）の像を消去した背景画像を取得する。そして、作成部２０７は、画素ごとに背景検出用画像における画素値と背景画像における画素値との差分を算出する。
【０２１４】
背景領域では差分の絶対値は小さく、被加工物１０２上の凹凸が写った領域（以下「非背景領域」という）では差分の絶対値が大きい。そこで、作成部２０７は、例えば、予め決められた閾値よりも差分の絶対値が小さな領域を背景領域として検出する。
【０２１５】
背景領域を検出するには、上記のぼかしフィルタを使う方法以外にも、エッジ抽出や特徴点抽出など、様々な画像処理方法を利用することができる。
さらに、作成部２０７は、検出された背景領域に属する適当な３点ｄ１、ｅ１、ｆ１を選択する。３点ｄ１、ｅ１、ｆ１の座標をそれぞれ、
（ｘｄ１，ｙｄ１）Ｔ  と  （ｘｅ１，ｙｅ１）Ｔ  と  （ｘｆ１，ｙｆ１）Ｔ
なる列ベクトルで表す。
【０２１６】
なお、ここで、３点ｄ１、ｅ１、ｆ１として、背景領域のうち非背景領域から遠い位置にある点を選択することが望ましい。なぜなら、被加工物１０２上の凹凸に光が照射されないようなキャリブレーションパターンを作りやすくなるためである。
【０２１７】
作成部２０７は次に、逆変換行列Ｔ１’を使って３点ｄ１、ｅ１、ｆ１の座標をそれぞれ変換する。変換された座標で示される３点をｄ、ｅ、ｆと呼ぶことにする。第１実施形態において、調整部２０３が図６のＤＭＤ転送用データ３２０を逆変換行列Ｔ’で変換してＤＭＤ転送用データ３２１を得た処理との類比から、逆変換行列Ｔ１’を使って３点をｄ、ｅ、ｆの座標を得る処理が予備的な調整であることが理解されるであろう。
【０２１８】
作成部２０７は、予備的な調整により得られた３点ｄ、ｅ、ｆの座標に基づき、３点ｄ、ｅ、ｆを互いに区別可能なキャリブレーションパターンを作成し、算出部２０２に出力する。３点ｄ、ｅ、ｆの座標をそれぞれ、
（ｘｄ，ｙｄ）Ｔ  と  （ｘｅ，ｙｅ）Ｔ  と  （ｘｆ，ｙｆ）Ｔ
なる列ベクトルで表す。キャリブレーションパターンはこれら３つの座標を表すパターンである。
【０２１９】
なお、第７実施形態におけるキャリブレーションパターンは、実際に光が照射される範囲がなるべく背景部に含まれるように、すなわち、背景部以外にはなるべく光が照射されないように、検出された背景領域に基づいて設定される。
【０２２０】
例えば、図４のキャリブレーションパターン３４０のように互いに異なる直径の３つの円によって３点ｄ、ｅ、ｆを表す場合、不必要に大きな直径の円を用いると、被加工物１０２上の３次元形状に光が照射されることがある。
【０２２１】
つまり、その状態の被加工物１０２を撮像した画像において、実際に光が照射された範囲が非背景領域に重なってしまうことがある。よって、互いに異なる直径の３つの円からなるキャリブレーションパターンを採用する場合には、作成部２０７は３つの円の直径を背景領域の形状および位置に応じて定めることが望ましい。
【０２２２】
図４のキャリブレーションパターン３４１や３４２、あるいはその他の種類のキャリブレーションパターンを採用する場合にも、同様に、作成部２０７は、実際に光が照射される範囲がなるべく背景部に含まれるようにキャリブレーションパターンを作成する。
【０２２３】
例えば、作成部２０７は、３点ｄ１、ｅ１、ｆ１を表す暫定的パターンを作成し、暫定的パターンに基づいてキャリブレーションパターンを作成してもよい。
例えば、光を照射することを示す部分がすべて背景領域に含まれるように、作成部２０７は暫定的パターンを作成する。また、暫定的パターンは、光を照射することを示す部分の非背景領域からの距離がなるべく閾値以上となるように、作成部２０７によって、形状および位置が決められる。
【０２２４】
上記のとおり変換行列Ｔ１や逆変換行列Ｔ１’は誤差を含むかもしれないが、最終的に取得するべき変換行列と大きくかけ離れているわけでもない。よって、閾値の値が適切なら、暫定的パターンを逆変換行列Ｔ１’で変換して得られるパターンを入力パターンとして用いれば、実際には、ほぼ背景部にのみ光が照射されると期待される。よって、暫定的パターンを逆変換行列Ｔ１’で変換して得られたパターンをキャリブレーションパターンとして用いることは適切である。適切な閾値は、例えば実験によって求めることができる。
【０２２５】
また、暫定的パターンにおける形状がキャリブレーションパターンにおいて保たれないこともある。その場合、例えば円の重心により点ｄ１を表していると、キャリブレーションパターンにおいて点ｄは円ではない形状により表され、出力パターンから点ｄの座標を算出するのに支障が生じることもある。しかし、例えば、１本の短い線分の中点により点ｄ１を表し、２本の短い線分の交点により点ｅ１を表し、３本の短い線分の交点により点ｆ１を表すといったパターンであれば、暫定的パターンにおける形状がキャリブレーションパターンにおいて保たれなくても問題はない。
【０２２６】
いずれにしろ、作成部２０７は、なるべく背景部にのみ光が照射されるように、逆変換行列Ｔ１’を用いて、背景領域に属する３点ｄ１、ｅ１、ｆ１に基づき、３点ｄ、ｅ、ｆによって定義されるキャリブレーションパターンを作成する。キャリブレーションパターンが作成された後の処理、すなわちキャリブレーションと調整は、第１実施形態と同様である。
【０２２７】
すなわち、選択部２０６がＬＥＤ光源１１６を光源として選択し、空間変調制御部２０４がキャリブレーションパターンに基づいてＤＭＤ１０６を制御することにより、キャリブレーションパターンにしたがってＬＥＤ光が被加工物１０２に照射される。そして、ＬＥＤ光が照射された被加工物１０２をＣＣＤカメラ１１２が撮像し、取込部２０１が画像を取り込む。
【０２２８】
上記のように作成されたキャリブレーションパターンが照射されると、例えば図１２に示したように、取り込まれた画像において、光が照射された部分は背景領域に含まれていると期待される。すなわち、上記のように作成されたキャリブレーションパターンは、キャリブレーションの精度低下を防ぐと期待される。
【０２２９】
算出部２０２は、取り込まれた画像上にキャリブレーションパターンに対応して生じた出力パターンから、点ｄ、ｅ、ｆにそれぞれ対応する３点ｄ’、ｅ’、ｆ’の座標
（ｘｄ’，ｙｄ’）Ｔ  と  （ｘｅ’，ｙｅ’）Ｔ  と  （ｘｆ’，ｙｆ’）Ｔ
を算出する。さらに算出部２０２は、点ｄ、ｅ、ｆの座標と点ｄ’、ｅ’、ｆ’の座標から、第１実施形態と同様にして、変換行列Ｔ２とその逆行列である逆変換行列Ｔ２’＝Ｔ２−１を算出する。変換行列Ｔ２と逆変換行列Ｔ２’の算出によってキャリブレーションは終了する。
【０２３０】
その後は、逆変換行列Ｔ２’を使って調整部２０３が第１実施形態と同様の調整を行う。
ところで、上記の第１〜第７実施形態では、加工用のレーザ光とは別のＬＥＤ光をキャリブレーションに用いていた。その理由は、キャリブレーションのための光の照射によって被加工物１０２に影響を与えないようにするためである。
【０２３１】
したがって、照射されても被加工物１０２が影響を受けない程度にまでレーザ光を弱めることができ、レーザ光がＣＣＤカメラ１１２の撮像可能な波長の光であれば、他の実施形態では、レーザ光をキャリブレーションに用いてもよい。その場合、図１においてＬＥＤ光源１１６とハーフミラー１０４は不要となる。
【０２３２】
しかし、レーザ光や被加工物１０２の性質によっては、キャリブレーションにレーザ光を使うことができない、あるいはキャリブレーションにレーザ光を使うことが好ましくない場合がある。
【０２３３】
そこで、キャリブレーションに使われる光と加工に使われる光が、異なる光源からの異なる光であることの影響について考察すると、実は、上記の第１〜第７実施形態には暗黙の前提があり、その前提が成立しないとき、さらにキャリブレーションをより精密にする余地がある。
【０２３４】
その暗黙の前提とは、図１においてレーザ光がハーフミラー１０４を透過してミラー１０５に入射するときのレーザ光の光軸と、ＬＥＤ光がハーフミラー１０４で反射されてミラー１０５に入射するときのＬＥＤ光の光軸とが一致するという仮定である。あるいは、両者が完全に一致しないとしても、無視して問題がない程度のわずかなずれしかないという仮定である。
【０２３５】
しかし、この暗黙の仮定が常に成り立つとは限らない。そこで、第８実施形態では、この仮定が成り立たない場合に、図１においてレーザ発振器１０３、ハーフミラー１０４、ミラー１０５、ＬＥＤ光源１１６からなる光源光学系に起因して出力パターンが受ける変形についても、キャリブレーションの対象とし、キャリブレーションをより精密化する。
【０２３６】
図１４は、第８実施形態における制御部１１３の機能を説明する機能ブロック図である。第２算出部２０８が追加されている点で、図１４は図２と異なる。第２算出部２０８は、ＬＥＤ光とレーザ光の光軸のずれに関するキャリブレーションを行う。
【０２３７】
第８実施形態では以下のような数学的モデルを採用する。
・光源としてＬＥＤ光源１１６を選択した状態での入力パターンから出力パターンへの変換はアフィン変換である。
【０２３８】
・この変換は、式（２）の変換行列Ｔにより表される。
・光源としてＬＥＤ光源１１６が選択された状態で、ある入力パターンに対応する第１の出力パターンと、光源としてレーザ発振器１０３が選択された状態で、同じ入力パターンに対応する第２の出力パターンにはずれがある。このずれもアフィン変換によりモデル化される。
【０２３９】
・第１と第２の出力パターンのずれを表すずれパラメータは、変換行列Ｔと同様の形式の式（３６）に示す変換行列Ｒにより表現される。すなわち、第１の出力パターンは変換行列Ｒにより第２の出力パターンへと変換される。
【０２４０】
【数１９】
0005090121.tif 000020
・何も調整を行わなければ、入力パターンにおいて座標（ｘ，ｙ）Ｔにある点は、光源としてレーザ発振器１０３を選択すると、出力パターンにおいて座標（ｘ”，ｙ”）Ｔに移る。この２つの座標の関係は式（３７）である。
【０２４１】
【数２０】
0005090121.tif 000021
以上の数学的モデルにしたがって、第８実施形態では、変換行列Ｔと逆変換行列Ｔ’を取得する第１のキャリブレーションと、変換行列Ｒと逆変換行列Ｒ’＝Ｒ−１を取得する第２のキャリブレーションと、逆変換行列Ｔ’と逆変換行列Ｒ’とを使った調整が行われる。
【０２４２】
変換行列Ｔと逆変換行列Ｔ’を取得する第１のキャリブレーションは第１実施形態と全く同様である。
変換行列Ｒと逆変換行列Ｒ’を取得する第２のキャリブレーションは次のように行われる。まず、第２算出部２０８が適当な３点ａ、ｂ、ｃを選択し、３点ａ、ｂ、ｃを互いに区別可能なキャリブレーションパターンを作成する。このキャリブレーションパターンも、図４の例と同様でもよい。以下、第２のキャリブレーションにおけるキャリブレーションパターンを、第１のキャリブレーションにおけるキャリブレーションパターン特別するため、「試験パターン」という。
【０２４３】
３点ａ、ｂ、ｃの座標をそれぞれ、
（ｘａ，ｙａ）Ｔ  と  （ｘｂ，ｙｂ）Ｔ  と  （ｘｃ，ｙｃ）Ｔ
なる列ベクトルで表す。
【０２４４】
第２算出部２０８は試験パターンを空間変調制御部２０４に出力する。そして、加工対象の被加工物１０２と同種の試料がステージ１０１上に載置された状態で、空間変調制御部２０４によってＤＭＤ１０６が制御され、試験パターンに基づくＬＥＤ光の照射とレーザ光の照射とが行われる。光源の切り替えは、選択部２０６により行われる。なお、照射の順序は任意である。
【０２４５】
選択部２０６がＬＥＤ光源１１６を光源として選択、ＬＥＤ光が試料に照射されたとき、ＣＣＤカメラ１１２が試料を撮像し、取込部２０１が撮像された画像を取り込む。試験パターンに対応して画像に生じた出力パターンにおいて、点ａ、ｂ、ｃに対応する点をａ’、ｂ’、ｃ’と呼び、これら３点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標をそれぞれ、
（ｘａ’，ｙａ’）Ｔ  と  （ｘｂ’，ｙｂ’）Ｔ  と  （ｘｃ’，ｙｃ’）Ｔ
なる列ベクトルで表す。
【０２４６】
また、選択部２０６がレーザ発振器１０３を光源として選択し、レーザ光が試料に照射されたとき、ＣＣＤカメラ１１２が試料を撮像し、取込部２０１が撮像された画像を取り込む。試験パターンに対応して画像に生じた出力パターンにおいて、点ａ、ｂ、ｃに対応する点をａ”、ｂ”、ｃ”と呼び、これら３点ａ”、ｂ”、ｃ”の座標をそれぞれ、
（ｘａ”，ｙａ”）Ｔ  と  （ｘｂ”，ｙｂ”）Ｔ  と  （ｘｃ”，ｙｃ”）Ｔ
なる列ベクトルで表す。
【０２４７】
第１実施形態において、算出部２０２が、行列Ｐと行列Ｑから変換行列Ｔを算出したのと同様の方法で、第２算出部２０８は、式（３７）に基づいて、３点ａ’、ｂ’、ｃ’の座標と３点ａ”、ｂ”、ｃ”の座標とから、変換行列Ｒを算出する。さらに第２算出部２０８は、変換行列Ｒから逆変換行列Ｒ’を算出する。以上により、第２のキャリブレーションが終了する。
【０２４８】
第８実施形態における調整は、第１実施形態と同様に、調整部２０３がＤＭＤ転送用データを変換し、空間変調制御部２０４がその変換されたＤＭＤ転送用データを入力パターンとして用いてＤＭＤ１０６を制御することにより実現される。
【０２４９】
調整部２０３は、第１実施形態では逆変換行列Ｔ’を使った変換を行うが、第８実施形態では逆変換行列Ｔ’と逆変換行列Ｒ’の積である行列（Ｔ’Ｒ’）を使った変換を行う。この変換により、所望の部分に正しくレーザ光が照射されて加工されることは、以下のようにして確かめられる。
【０２５０】
第１実施形態と同様にして操作部１１４からオペレータにより指定された照射パターンにおいて、座標（ｘｐ１，ｙｐ１）Ｔの点ｐが光を照射すべき部分に含まれているとする。調整部２０３による調整の結果、空間変調制御部２０４がＤＭＤ１０６に指示する入力パターンにおいて、点ｐは、式（３８）により表される座標（ｘｐ２，ｙｐ２）Ｔに移っている。
【０２５１】
（ｘｐ２，ｙｐ２，１）Ｔ＝Ｔ’Ｒ’（ｘｐ１，ｙｐ１，１）Ｔ          （３８）
ここで、光源としてレーザ発振器１０３を選択したときに、入力パターンにおける座標（ｘｐ２，ｙｐ２）Ｔに対応する出力パターン上の点の座標を（ｘｐ３，ｙｐ３）Ｔとする。すると、式（３７）と式（３８）から式（３９）が導かれる。
【０２５２】
（ｘｐ３，ｙｐ３，１）Ｔ
＝ＲＴ（ｘｐ２，ｙｐ２，１）Ｔ
＝ＲＴＴ’Ｒ’（ｘｐ１，ｙｐ１，１）Ｔ
＝（ｘｐ１，ｙｐ１，１）Ｔ                    （３９）
すなわち、調整部２０３による調整の結果、レーザ光が照射されるべきであると照射パターンにおいて指定された座標と、実際にレーザ光が照射された位置を示す出力パターン上の座標とが一致し、レーザ光は所望の位置に正しく照射された。
【０２５３】
次に、第９実施形態について説明する。第９実施形態は、空間変調素子を用いたプロジェクタに本発明を適用する例である。投影用の光源からの光を、ＤＭＤ等の空間変調素子で空間変調し、壁やスクリーン等に文字・記号・絵・画像等を投影するプロジェクタ（照明光学系）において、光の投影を調整するのに、本発明を適用することができる。
【０２５４】
光学系あるいはスクリーンに存在するずれや歪みの影響で、指定されたとおりの形状で指定されたとおりの位置に光が投影されず、投影された像において移動、回転、拡大、縮小、歪み等が生じていることがある。そこで、第９実施形態では、上記プロジェクタが、スクリーンを撮像する撮像部と、制御部とを備える。撮像部は例えばＣＣＤカメラである。制御部は、図２の取込部２０１、算出部２０２、調整部２０３、空間変調制御部２０４と同様の機能を有する。
【０２５５】
このような構成のプロジェクタによれば、上記の各実施形態と同様にして、キャリブレーションを行い、キャリブレーションの結果に基づいて調整された投影を行うことができる。なお、第９実施形態はプロジェクタを対象とするため、上記では「投影」という語を用いたが、本明細書では、第９実施形態における「投影」は、第１〜第８実施形態における「照射」と同じ意味である。
【０２５６】
なお、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、様々に変形可能である。以下にその例をいくつか述べる。
レーザ加工装置１００の物理的な構成は図１に例示した構成に限らない。例えば、反射型の空間変調素子であるＤＭＤ１０６の代わりに、液晶を用いた透過型の空間変調素子を用いてもよい。すなわち、調整して照射すべき第１の光と、調整に必要なデータを得るためのキャリブレーションに使われる第２光とが、ともに空間変調素子で空間変調されて被加工物１０２上に照射され、被加工物１０２を撮像することが可能な構成であれば、レーザ加工装置１００の具体的な構成は実施形態に応じて異なっていてよい。また、第１の光と第２の光は、異なっていてもよく、同じでもよい。
【０２５７】
また、例えば図２に示した各部のうち、空間変調制御部２０４とステージ制御部２０５と選択部２０６のみが図１のレーザ加工装置１００の制御部１１３内に実装され、図２の取込部２０１と算出部２０２と調整部２０３は、レーザ加工装置１００の外部のコンピュータにより実現されていてもよい。
【０２５８】
調整方法も、上記の例示に限定されない。例えば、第２実施形態では調整部２０３からの指示に基づいてステージ制御部２０５がステージ１０１を動かす調整が行われた。別の実施形態では、ステージ１０１の代わりにＤＭＤ１０６の位置や角度を変えることによって調整が行われてもよい。
【０２５９】
すなわち、ＤＭＤ１０６に角度や位置を変えるためのアクチュエータが取り付けられており、図２の構成を、空間変調制御部２０４が入力パターンの指定のほかに、アクチュエータの制御も行うように変形した構成を採用してもよい。この場合には、調整部２０３が、逆変換行列Ｔ’にしたがってＤＭＤ１０６を動かすよう空間変調制御部２０４に指示することによって、調整を行ってもよい。ＤＭＤ１０６の動きにより、レーザ光のショット位置が平行移動（シフト）したり、ある点を中心に回転移動したり、照射される領域の大きさや形状が変化する。
【０２６０】
上記に示した複数の実施形態は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせることが可能である。例えば、以下のように３つ以上の実施形態を組み合わせることも可能である。
・被加工物１０２上の凹凸を避けるキャリブレーションパターンを作成する第７実施形態において、
・レーザ光とＬＥＤ光の光軸のずれもキャリブレーションの対象とする第８実施形態と類似の第２算出部２０８を追加し、
・数学的モデルとして第６実施形態の擬似アフィン変換を採用し、
・その数学的モデルのもとで、第８実施形態と類似の方法により、レーザ光とＬＥＤ光の光軸のずれを考慮するための変換行列Ｒと逆変換行列Ｒ’を第２算出部２０８が算出し、
・調整部２０３は、空間変調制御部２０４に与えるＤＭＤ転送用データを調整する代わりに、第３実施形態と同様にして、照射パターンを指定するための画像を変形することによって調整を行う。
【０２６１】
また、キャリブレーションを行うタイミングは実施形態に応じて様々である。そのため、上記の各実施形態の説明でも、キャリブレーションを行ってから調整をするという順序以外に、特にキャリブレーションのタイミングについて言及しなかった。
【０２６２】
第１実施形態の例で説明すると、レーザ加工装置１００を初めて使うときに１回だけキャリブレーションを行い、以後は常に同じ逆変換行列Ｔ’に基づいてレーザ光の照射を調整してもよい。あるいは、レーザ加工装置１００の経時変化に対応するため、定期的にキャリブレーションを行ってもよい。
【０２６３】
または、１つの被加工物１０２につき１回キャリブレーションを行ってもよい。もちろん、１つの被加工物１０２の複数の箇所をレーザ加工装置１００で加工する場合に、加工の対象箇所ごとにキャリブレーションを行ってもよい。
【０２６４】
例えば、被加工物１０２が大型のＦＰＤ基板であり、ステージ１０１がエアキャスタを用いた浮上式ステージである場合、被加工物１０２がたわんでいることがある。その場合、たわみの影響で、加工の対象箇所がＦＰＤ基板上のどの位置にあるかによって、被加工物１０２とレーザ加工装置１００の光学系（例えば対物レンズ１１０）との距離が異なる。
【０２６５】
被加工物１０２と光学系との距離の変動はわずかであるが、距離の変動に応じて、ＤＭＤ１０６を介して照射される光の拡大率やずれの大きさが変化する。よって、そのようなわずかな変動の影響も考慮した高精度の調整が求められる場合には、加工の対象箇所ごとにキャリブレーションを行ってもよい。
【０２６６】
また、キャリブレーションパターンが照射される被加工物１０２上の領域と、加工のための調整された照射パターンが照射される被加工物１０２上の領域との関係も、実施形態に応じて様々である。
【０２６７】
例えば、被加工物１０２が基板である場合を例に説明する。初めに１回だけ、あるいは定期的にキャリブレーションを行う場合は、加工の対象の基板と同種の任意の基板を使ってキャリブレーションを行うことが好ましい。
【０２６８】
１枚の基板につき１回キャリブレーションを行う場合には、基板の端部にマージンがあれば、そのマージンをキャリブレーションに用いてもよい。すなわち、マージンにＬＥＤ光が照射されるような位置にステージ１０１を移動させてから、キャリブレーションを行い、その後、キャリブレーションの結果にしたがって調整したレーザ光の照射を行うように、制御部１１３がレーザ加工装置１００を制御してもよい。
【０２６９】
あるいは、１枚の基板につき１回または複数回キャリブレーションを行う場合は、加工の対象箇所にレーザ光が照射されるような位置にステージ１０１を移動させてから、キャリブレーションを行うように、制御部１１３がレーザ加工装置１００を制御してもよい。この場合は、キャリブレーションによって被加工物１０２が影響を受けないように、キャリブレーションには、加工用のレーザ光とは別のＬＥＤ光か、出力を弱くしたレーザ光を用いることが望ましい。
【０２７０】
以上のほかにも、本発明は様々に変形して実施することが可能である。例えば、図５のフローチャートに示した処理の手順は、様々に変更することが可能である。
例えば、ステップＳ１０２の処理と、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０５の処理は、独立に並行して実行することができる。よって、ステップＳ１０２の処理と同時にステップＳ１０３〜ステップＳ１０５の処理を実行してもよく、ステップＳ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０２の順で処理を実行してもよい。
【０２７１】
また、複数回のキャリブレーションにおいて同じ１つのキャリブレーションパターンを使ってもよい。その場合、算出部２０２は、１回目のキャリブレーションのステップＳ１０１でキャリブレーションパターンを作成したときに、そのキャリブレーションパターンを記憶装置に格納してもよい。そして、２回目以降のキャリブレーションのステップＳ１０１において、算出部２０２は、記憶装置からキャリブレーションパターンを読み出してもよい。
【０２７２】
また、キャリブレーションパターンは、先に決められた３点ａ、ｂ、ｃの座標に基づいて作成されるものである。したがって、ステップＳ１０２で改めて３点ａ、ｂ、ｃの座標を取得しなくてもよく、ステップＳ１０２を省略することが可能である。すなわち、算出部２０２は、キャリブレーションパターンを作成するときに３点ａ、ｂ、ｃの座標もあわせて記憶装置に格納し、ステップＳ１０６で３点の座標を記憶装置から読み出してもよい。
【０２７３】
また、第２実施形態のように、調整に逆変換行列Ｔ’を利用しない実施形態においては、最後のステップＳ１０７が不要である。
以上、様々な実施形態について説明したが、上記の実施形態に共通の効果について概観すると、以下のとおりである。
【０２７４】
ＤＭＤ１０６等の空間変調素子を用いて任意のキャリブレーションパターンにしたがって光を被加工物１０２上に照射することが可能である。すなわち、複数の点の位置を１つのキャリブレーションパターンで表すことができ、キャリブレーションを一度に効率よく行うことが可能である。
【０２７５】
また、光学系またはステージ１０１の機械的な移動と光の照射とをキャリブレーションのために繰り返す必要がない。よって、例えば光学系の物理的な配置を機械的に移動させるためのアクチュエータの動作に含まれる誤差の影響を排除して、キャリブレーションを行うことが可能である。
【０２７６】
また、キャリブレーションパターンの形状が任意であるため、キャリブレーションに使用する被加工物１０２の性質に応じて、適切な形状のキャリブレーションパターンを取得することは容易である。ここで「被加工物１０２の性質」とは、３次元的な形状や材質等の様々な性質のことである。また、適切な形状のキャリブレーションパターンを取得するためには、予め作成され記憶された複数のキャリブレーションパターンの中から適切なキャリブレーションパターンを選択してもよく、その場で適切なキャリブレーションパターンを作成してもよい。
【０２７７】
例えば、第７実施形態に関して説明したように、あるキャリブレーションパターンにしたがって光を照射しようとする被加工物１０２上の領域に、キャリブレーションパターンの形状を歪めるような立体的な構成物がある場合、そのキャリブレーションパターンは使わないほうがよい。この場合、構成物を避けて光を照射するような別のキャリブレーションパターンを用いることが望ましい。
【０２７８】
第７実施形態のように、事前に情報が何も与えられていなくても、ＣＣＤカメラ１１２が撮像した画像に基づいて、被加工物１０２上の立体的な構成物を避けるように、適切な形状のキャリブレーションパターンをその場で作成部２０７が生成することも可能である。
【０２７９】
また、常に予備的なキャリブレーションを行うのではなく、必要なときのみ予備的なキャリブレーションを行うように、第７実施形態を変形してもよい。例えば、キャリブレーションの実行中に、被加工物１０２の表面上の凹凸に起因すると思われる出力パターンの歪みを算出部２０２が検出し、歪みが検出されたときのみ、第７実施形態にしたがってキャリブレーションパターンを設定しなおしてもよい。
【０２８０】
あるいは、第７実施形態以外の実施形態において、算出部２０２が、被加工物１０２の設計データ等の情報を事前に取得し、設計データから背景部の範囲を抽出し、背景部に光が照射されるようなキャリブレーションパターンを生成してもよい。いずれにしろ、キャリブレーションパターンは任意なので、適切なキャリブレーションパターンを作成部２０７あるいは算出部２０２が見出すのは容易である。
【０２８１】
また、光の反射率が異なる複数の物質から被加工物１０２が作られている場合、それら複数の物質の中で光の反射率が低い物質が使われている領域を避けて光が照射されるように、適切なキャリブレーションパターンを取得し、利用してもよい。第７実施形態のように画像に基づけば、あるいは設計データに基づけば、適切なキャリブレーションパターンを取得することは容易である。
【０２８２】
このように、キャリブレーションの精度を落とす可能性がある被加工物１０２を用いてキャリブレーションを行う場合でも、被加工物１０２の性質に応じた適切なキャリブレーションパターンを取得し、利用することが容易であるため、キャリブレーションの精度の向上を図ることが可能である。
【０２８３】
また、特許文献１〜３に記載された従来の技術では、キャリブレーションの対象が限定されており、例えば回転、歪み、あるいはスケール変換が考慮されないことがあった。しかし、本発明の上記実施形態においては、求められるキャリブレーションの精度や、キャリブレーションの対象の装置（例えばレーザ加工装置１００）の特性に応じて、適宜に選択した数学モデルにしたがってキャリブレーションを行うことができる。
【０２８４】
なぜなら、キャリブレーションパターンが任意であるため、従来技術に比べて多種の数学的モデルが採用可能であるためである。したがって、より精密な数学的モデルを採用すれば、様々な要素が考慮されて、より精度の高い調整が行われる。
【０２８５】
なお、キャリブレーションのための数学的モデルは、上記に例示したもの以外でもよい。例えば、領域によって異なる変形を受けるという数学的モデルを採用してもよい。つまり、ＣＣＤカメラ１１２が撮像した画像を複数の領域に分割して、領域ごとに算出部２０２が変換行列Ｔと逆変換行列Ｔ’を算出し、領域ごとに異なる逆変換行列Ｔ’に基づいて調整部２０３が調整を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２８６】
【図１】第１実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態における制御部の機能を示す機能ブロック図である。
【図３】レーザ加工装置に存在するずれや歪みに起因する照射パターンの変形を例示する図である。
【図４】キャリブレーションパターンの例を示す図である。
【図５】第１実施形態における変換パラメータの算出手順を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態における調整方法を説明する図である。
【図７】入力パターンから出力パターンへの変換の例を説明する図である。
【図８】第２実施形態における制御部の機能を示す機能ブロック図である。
【図９】第２実施形態における調整方法を説明する図である。
【図１０】第３実施形態における制御部の機能を示す機能ブロック図である。
【図１１】第３実施形態における調整方法を説明する図である。
【図１２】第７実施形態においてキャリブレーションパターンを照射したときの画像の例である。
【図１３】第７実施形態における制御部の機能を示す機能ブロック図である。
【図１４】第８実施形態における制御部の機能を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【０２８７】
１００  レーザ加工装置
１０１  ステージ
１０２  被加工物
１０３  レーザ発振器
１０４、１０７、１０９  ハーフミラー
１０５  ミラー
１０６  ＤＭＤ
１０８  結像レンズ
１１０  対物レンズ
１１１  照明用光源
１１２  ＣＣＤカメラ
１１３  制御部
１１４  操作部
１１５  モニタ
１１６  ＬＥＤ光源
２０１  取込部
２０２  算出部
２０３  調整部
２０４  空間変調制御部
２０５  ステージ制御部
２０６  選択部
２０７  作成部
２０８  第２算出部
３００〜３０４  画像
３１０〜３１２  照射パターン
３２０、３２１  ＤＭＤ転送用データ
３３０〜３３４  ライブ画像
３４０〜３４２  キャリブレーションパターン
４０１  基板
４０２  回路パターン
４０３〜４０５  円
【図２】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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