JPH0435274B2 - - Google Patents

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JPH0435274B2
JPH0435274B2 JP58033072A JP3307283A JPH0435274B2 JP H0435274 B2 JPH0435274 B2 JP H0435274B2 JP 58033072 A JP58033072 A JP 58033072A JP 3307283 A JP3307283 A JP 3307283A JP H0435274 B2 JPH0435274 B2 JP H0435274B2
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JP
Japan
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laser beam
processing
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Application number
JP58033072A
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English (en)
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JPS59159290A (ja
Inventor
Yukio Tomizawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS59159290A publication Critical patent/JPS59159290A/ja
Publication of JPH0435274B2 publication Critical patent/JPH0435274B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ加工装置における、加工用レー
ザ光の光軸方向の焦点位置の検出を行なうレーザ
光の焦点位置検出方法に関する。
第1図に集光レンズ1により集光されたレーザ
光2を示す。集光レンズの焦点位置を3とする
と、レーザ光はこの焦点位置3の箇所の断面積が
最も小さく、パワー密度が最も高くなる。しか
し、この焦点位置3を自動検出することは難かし
く、従来は加工面を上下してレーザ光による加工
面の加工を施し、実際の加工径をマイクロメータ
等で測定することにより、加工の断面積が最小と
なる位置を、レーザ光の焦点位置として検出して
いた。
しかし、この方法は1回の検出に時間がかかる
だけでなく、加工径が小さいため、人手による高
精度検出ができないという欠点があつた。
本発明の目的は上述の欠点を除去し、レーザ光
の焦点位置の自動検出を行なうことにより、焦点
合せ時間の短縮をはかり、高精度な焦点位置検出
ができるレーザ光の焦点位置検出方法を提供する
ことにある。
すなわち、加工用レーザ光がほぼ直角に入射す
るレーザ加工面と、前記加工用レーザ光の入射方
向とほぼ平行に、前記レーザ加工面を移動し位置
決めできるZテーブルとを備えたレーザ加工装置
において、レーザ加工面に集光照射する加工用レ
ーザ光の光軸と焦点とが一致するように、ハーフ
ミラーを介して入射した検出用レーザ光のスポツ
ト状の光像を、光電変換手段でスキヤンすること
により得られる2値化像の最大幅を検出し、上記
Zテーブルを順次微小移動することにより得られ
る前記検出用レーザ光の光像の2値化像の最大幅
列を順次比較し、この最小値を検出することによ
り、検出用レーザ光の光像の2値化像の最大幅が
最小となるZテーブルの位置を加工用レーザ光の
焦点位置とすることを特徴とする焦点位置検出方
法が得られる。
以下図面を参照して本発明を詳しく説明する。
本発明の実施例を第2図に示す。
加工用レーザ光4にハーフミラー5を介して入
射した検出用レーザ光6は、加工用レーザ光4と
同一光軸で集光レンズ7により集光し、ハーフミ
ラー8を介して加工面9に照射する。この検出用
レーザ光6の光像10は、第3図に示すように加
工面9の位置により異なり、集光レンズ7の焦点
位置3に加工面9があるとき光像22となり断面
積は最小となり、加工面9が焦点位置3より上方
または下方にあるとき光像21または光像23と
なり断面積は最小値より大きくなる。
上記検出用レーザ光6の光像10は、xy平面
11でスキヤンできる光電変換手段12によりス
キヤンされる。このスキヤンは第4図に示すよう
に光像10に対して左から右、S1,S2,……
Sk-1,Sk,……,So-1,Snの順で行なわれる。
このスキヤンにより得られた像は2値化回路13
により2値化像となる。この2値化像の最大幅
(レーザ光は光軸に対して直角な平面上ではスポ
ツト状となる。)を最大幅検出回路14により検
出する。焦点位置検出回路15はZテーブル17
の位置を順次位置決めすることにより変更して得
られた2値化像の最大幅列の最小値を検出し、そ
のときの加工面9の位置を出力端子101に出力
する。したがつて加工面9の位置をZテーブル1
7により位置決めすることにより焦点位置の調整
が可能となる。
次に検出用レーザ光の加工上の光像の2値化像
の最大幅検出の詳細について説明する。
第5図は光像の加工面上での通常の工業用カメ
ラ等の光電変換手段によるスキヤンを示す図であ
る。スキヤンラインSk-1が2値化像を初めに横ぎ
る点をPk-1、そのときの座標値をlk-1S、スキヤ
ンラインSk-1が2値化像を最後に横ぎる点を
Qk-1、そのときの座標値をlk-1Eとする。さらにス
キヤンラインSkが2値化像を初めに横ぎる点を
Pk、そのときの座標値をlks、スキヤンラインSk
が2値化像を最後に横ぎる点をQk、そのときの
座標値をlkEとする。
第6図は各ラインスキヤンS1,S2,……Sk-1
Sk,……SN-1,SNにおける2値化信号B1,
B2,……Bk-1,Bk……BN-1,BNと、x方向の
位置を示すクロツク信号CKと、各ラインスキヤ
ンの終了を示す水平同期クロツク信号HDとの関
係を示す図である。
第7図は第2図の最大幅検出回路14の1構成
例を示す図であり入力端子201は前記CKをカ
ウント回路により計数したカウント出力信号SK
が印加される。このSKはスキヤンのx方向の位
置座標である。入力端子202は前記HDを印加
し、入力端子203は前記光像の2値化信号列を
印加する。第1のレジスタ31はテキサスインス
ツルメント社製SN74LS175N等で構成し、初期
値は“0”であり第2のレジスタ33の初期値は
“0”である。さらに第3のレジスタ36の初期
値はx方向の位置の最大値“Xmax”であり第4
のレジスタ37の初期値は“0”である。
ここでスキヤンラインSkにおいて光像は2値
化信号Bkとなりこの信号が論理“0”から論理
“1”に変化する点(第5図のPk)においてSK
の値lksを、第1のレジスタ31に又上記Bkをイ
ンバータ回路32によりインバートした信号が論
理“0”から論理“1”に変化する点(第5図
Qk)においてSKの値lksを第2のレジスタ33
に格納する。このとき第3のレジスタ36はスキ
ヤンラインSk-1の2値化信号Bk-1が論理“0”か
ら論理“1”に変化する点(第5図のPk-1)にお
けるSKの値lk-1sが、第4のレジスタ37は上記
Bk-1をインバート回路32によりインバートし
た信号が論理“0”から論理“1”に変化する点
(第5図のQk-1)におけるSKの値lk-1Eがそれぞれ
格納されている。ここでSkのラインスキヤン終
了後入力端子202に印加されたHD信号は、テ
キサスインスツルメント社製のSN74LS85N等で
構成された第1の比較器34、第2の比較器35
の比較入力信号となる。第1の比較器34は第1
のレジスタ31の値lksと第3のレジスタ36の
値lk-1sと比較しlks≦lk-1sのとき比較出力信号C1
により第3のレジスタ36にlksを格納する。lks
>lk-1sのとき前記C1は出力されず第3のレジス
タ36はlk-1sが格納されたままとなる。同様に第
2の比較器35は上記HD信号により第2のレジ
スタ33の出力信号lkEと第4のレジスタ37の
出力信号lk-1Eとを比較し、lkE≧lk-1Eのとき比較出
力信号C2を出力し、この信号により第4のレジ
スタ37にlkEを格納する。lkE<lk-1Eのとき前記
C2は出力されず第4のレジスタ37はlk-1Eが格
納されたままとなる。したがつてこの光像の2値
化画像のSkのスキヤンラインの2値化信号が最
大値であるとすると全スキヤン終了後第3のレジ
スタ36はlks、第4のレジスタ37はlkEを格納
しており減算器38はlkE−lksなる差分を算出し
出力端子301に出力する。ゆえに出力端子30
1に光像の2値化像の最大幅を出力したことにな
る。
次に検出用レーザ光の焦点位置検出の詳細につ
いて説明する。第8図は加工面の位置を基準点に
対してZ1,Z2……,Zf,……Zn-1,Zmと順次Z
テーブルにより位置決めすることにより得られる
検出用レーザ光の光像の2値化像E1,E2……,
Ef,……En-1,Emとの関係を示す図である。こ
のとき2値化像の最大幅は2値化像E1,E2……
Ef,……En-1,Emに対してl1,l2……,lf,……
ln-1,lmとなる。第9図は第2図の焦点位置検出
回路15の1構成例を示す図である。第9図にお
いて、加工面の位置を基準点に対してZ1,Z2……
Zf……Zn-1,Zmと順次位置決めすることにより
得られる検出用レーザ光の光像の2値化像の最大
幅列l1,l2……lf……ln-1,lmを入力端子205に
印加し、入力端子204に全スキヤン終了後出力
される垂直同期クロツク信号VDを印加する。入
力端子206には前記加工面の位置列Z1,Z2
…,Zf,……Zn-1,Zmが印加されている。ここ
で第5のレジスタ40の初期値を“最大幅の最大
値”、第6のレジスタ41の初期値を“0”とす
る。ここで加工面の位置がZfとすると、第5のレ
ジスタ40は加工面の位置がZf-1のときの検出用
レーザ光の2値化像の最大幅lf-1が、第6のレジ
スタ41には加工面の位置Zf−1がそれぞれ格納
されている。したがつて入力端子205にlfが印
加されると第3の比較器39の入力信号はlfと
lf-1となり、入力端子205にVDを印加するこ
とにより、lf≦lf-1のときC3なる比較出力信号を
出力し、lfを第5のレジスタ40に、Zfを第6の
レジスタ41に格納する。lf>lf-1のときは第5
のレジスタ40にはlf-1、第6のレジスタ41に
はZf-1がそれぞれ格納されたままである。ここで
lfを最小値とすると第6のレジスタ41には加工
面の位置Zfが格納されたことになり、この値が出
力端子101に出力されたことになる。よつて上
記方法により検出用レーザ光の加工面の光像の2
値化像の最大幅の最小値を検出することができレ
ーザ光の焦点位置の検出が可能となる。
以上説明したように、本発明によればレーザ加
工装置において、レーザ光の集光特性を利用し、
検出用レーザ光の焦点位置を検出することによ
り、実際のレーザ加工を行なうことなく、加工用
レーザ光の焦点位置の自動検出ができる。
したがつて従来のように焦点位置検出に作業者
を必要とせず高精度自動焦点調整が可能となるだ
けでなく、加工品種の切替等による焦点再調整の
時間短縮等多大な効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はレーザ光の集光特性を示す図、第2図
は本発明の実施例、第3図は加工面の位置と検出
用レーザ光の光像との関係を示す図、第4図は光
電変換手段のスキヤン順序、第5図は光像のスキ
ヤン図、第6図は最大幅検出のタイミング図、第
7図は最大幅検出回路の1構成例、第8図は光像
の2値化像と加工面との関係を示す図、第9図は
焦点位置検出回路の一構成例である。 なお図において、1,7……集光レンズ、2…
…レーザ光、3……焦点位置、4……加工用レー
ザ光、5,8……ハーフミラー、6……検出用レ
ーザ光、9……加工面、10,21,22,23
……光像、11……光電変換手段のスキヤンエリ
ア、12……光電変換手段、13……2値化回
路、14……最大幅検出回路、15……焦点位置
検出回路、17……Zテーブル、31……第1の
レジスタ、32……インバート回路、33……第
2のレジスタ、34……第1の比較器、35……
第2の比較器、36……第3のレジスタ、37…
…第4のレジスタ、38……減算器、39……第
3の比較器、40……第5のレジスタ、41……
第6のレジスタ、S1,S2……Sk-1,Sk,……,
SN-1,SN……スキヤンライン、C1,C2,C3……
比較出力信号、Pk-1,Qk-1……スキヤンライン
Sk-1上の点、Pk,Qk……スキヤンラインSK上の
点、HD……水平同期クロツク信号、CK……x
方向の位置決めクロツク、B1,B2……Bk-1,Bk
……BN-1,BN……2値化信号、Z1,Z2,……,
Zf,……Zn-1,Zm……加工面の位置、E1,E2
…,Ef,……En-1,Em……2値化像、l1,l2
…,lf,……ln-1,lm……最大幅、101,30
1……出力端子、201,〜,206……入力端
子である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 加工用レーザ光がほぼ直角に入射するレーザ
    加工面と、前記加工用レーザ光の入射方向とほぼ
    平行に前記レーザ加工面を移動し位置決めできる
    Zテーブルとを備えたレーザ加工装置での加工方
    法において、レーザ加工面に集光照射する加工用
    レーザ光の光軸と焦点とが一致するように、ハー
    フミラーを介して入射した検出用レーザ光のスポ
    ツト状の光像を、光電変換手段でスキヤンするこ
    とにより得られる2値化像の最大幅を検出し、前
    記Zテーブルを順次微小移動することにより得ら
    れる前記検出用レーザ光の光像の2値化像の最大
    幅列を順次比較し、この最小値を検出することに
    より、前記検出用レーザ光の光像の2値化像の最
    大幅が最小となる前記Zテーブルの位置を加工用
    レーザ光の焦点位置とすることを特徴とする焦点
    位置検出方法。
JP58033072A 1983-03-01 1983-03-01 焦点位置検出方法 Granted JPS59159290A (ja)

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JPS59159290A JPS59159290A (ja) 1984-09-08
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