レーザ加工方法及びその方法を用いて製造されるマイクロセル
【課題】レーザ加工機固有の誤差などを補正し、精度良く製品を加工する事が可能となるレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】レーザ光を用いて同一形状を繰り返す所定のパターンを被加工体に形成するレーザ加工方法において、当該パターンの加工データに基づいて被加工体に形成する工程、
該被加工体に形成されマイクロセルを構成するブロック内に代表点を設定し該位置を測定する工程、該代表点の測定位置データに基づきそれぞれの代表点の位置を補正する工程、該被加工体に形成されたブロック形状を測長する工程、当該測定されたブロック形状寸法に基づきそれぞれのブロック形状を補正する工程、該補正された各ブロック形状に対応する補正された各代表点位置に前記補正されて変形した各ブロックを配置する。
【解決手段】レーザ光を用いて同一形状を繰り返す所定のパターンを被加工体に形成するレーザ加工方法において、当該パターンの加工データに基づいて被加工体に形成する工程、
該被加工体に形成されマイクロセルを構成するブロック内に代表点を設定し該位置を測定する工程、該代表点の測定位置データに基づきそれぞれの代表点の位置を補正する工程、該被加工体に形成されたブロック形状を測長する工程、当該測定されたブロック形状寸法に基づきそれぞれのブロック形状を補正する工程、該補正された各ブロック形状に対応する補正された各代表点位置に前記補正されて変形した各ブロックを配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザを用いて加工を行うレーザ照射方法に関し、特にミラーやレンズの光学系を介してレーザを対象物に照射し、照射位置を変化させながら加工を行う装置に適用可能なレーザ照射方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、切断・マーキング・トリミング等の用途にレーザ加工装置が用いられている。レーザ光をワーク上で２次元に走査する方法としては、ガルバノスキャナを使用する方法や、ワークを設置するステージを移動する方法等が有る。ガルバノスキャナを使用する方法は、ステージを移動させる方式と比較すると、高速で精度が高く構成が簡単で小型にできる為、広く利用されている。
【０００３】
ガルバノスキャナを使用した場合の構成を簡単に説明すると、レーザ発振器から出力されたレーザ光は、２つのガルバノスキャナにより、それぞれＸ方向とＹ方向に振られる。このレーザ光は、製品上で焦点を結び周辺部と中心部で走査速度が一定になるように設計されたfθレンズにより、ワーク上に照射され加工が行われる。
【０００４】
しかし、その構成上レーザ光の加工エリアの中で数十〜数百ミクロンの誤差が発生することが避けられない。この誤差の要因は複数有り、Ｘ方向・Ｙ方向二つのミラーを使用する構成の為、スキャンミラーの制御角と加工位置との関係から発生するピンクッション歪を原因とするものや、ｆθレンズの設計上のリニアリティ誤差が原因となって生じる幾何学的な誤差が有り、これらは構成上避けられない。また、ミラーやレンズ自体の持つ歪や、各部品の組付け精度を原因としても加工の誤差が発生する。
【０００５】
これらの誤差を補正し、所望の位置にレーザを照射させる方法が各種提案されている。従来の手法では、光学的な歪を論理的に求め、近似的な歪成分を入射目標位置の座標に対して加減算する補正回路を付加して指令位置の座標を求めている。（例えば、特許文献１参照）
また他の従来の手法では、走査する線分を微小に分割し、その単位毎に予め計算・測定しておいた値を元にガルバノミラーに与える制御信号に補正を行っている。（例えば、特許文献２参照）
また他の従来の手法では、スキャナの挙動が指定の位置になるように、オフラインあるいはオンラインでガルバノミラーへの指令信号への補正値を計算している。これらの補正値の計算には、ガルバノミラーの速度と加速度のフィード・フォワード等の手法が取られている。（例えば、特許文献３参照）
【特許文献１】特開昭６１−２４１７２０号公報
【特許文献２】特開２００６−４７９００号公報
【特許文献３】特開２００１−１７０７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の構成では、特定の歪に対する補正を回路として組み込む場合、光学系により必ず発生する歪に関しては理論的に計算可能な為補正可能であるが、部品の誤差や組立ての誤差等により発生する歪に関しては補正が不可能という課題を有していた。
【０００７】
また、スキャナの挙動に対して予め補正値を与える場合も同様に、光学系の歪やガルバノミラーの動作に対しては補正可能であるが、部品の誤差の影響に関しては補正を行う事が出来ないという課題を有していた。
【０００８】
更に、これらの手法では汎用的な対応を行う為に精度の向上が難しく、精密な加工を必要とする場合には不十分な場合があった。また、既存の装置のデータ生成プロセス中に機能を追加する為には既存のシステムを大きく改造する必要が生じ、組み込みの負荷が大きくなり得策ではない。
【０００９】
本発明は、従来の課題を解決するもので、光学系の歪だけでなく、レンズや組み立ての誤差によって発生した歪についても補正可能な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来の課題を解決する為に、本発明のレーザ加工方法は、レーザ光を用いて同一形状を繰り返す所定のパターンを被加工体に形成するレーザ加工方法において、前記パターンの加工データに基づいて被加工体に形成する工程、前記被加工体に形成されマイクロセルを構成するブロック内に代表点を設定し該位置を測定する工程、前記代表点の測定位置データに基づきそれぞれの代表点の位置を補正する工程、前記被加工体に形成されたブロック形状を測長する工程、前記測定されたブロック形状寸法に基づきそれぞれのブロック形状を補正する工程、前記補正された各ブロック形状に対応する補正された各代表点位置に前記補正されて変形した各ブロックを配置する工程、とを有することを特徴としたものである。
【００１１】
また、本発明のマイクロセルは、請求項１に記載のレーザ加工方法により製作される所定のパターンを有するブロックのマイクロセルであることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレーザ照射方法によれば、レーザ加工装置において、光学系の歪や、部品単体の誤差や組み付け誤差を補正可能で、対象物を精度良く加工する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明のレーザ加工装置における加工形状補正方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例におけるレーザ加工方法の位置ずれ補正方法を説明する為の図であり、図２は本発明の実施例におけるレーザ加工装置のレーザ加工機の概略構成を模式的に示す図である。
【００１５】
図３は、繰り返しパターンの加工データを示すもので、1つのセル、即ち、マイクロセルは、各ブロックに所定のパターンが形成される。そして、各セルの境界となるブロック外形も加工され、図４は、加工後のブロック形状の測長すべき箇所である幅Ｗと長さＨを示す。図５は差分を用いて代表点を補正する計算方法を説明する為の図であり、図６は比例を用いて代表点を補正する計算方法を説明する為の図である。
【００１６】
図７はスケーリング変換によるブロック内の座標変化を説明する為の図であり、図８はせん断変換に必要な測定位置を説明する為の図であり、図９は射影変換による変換結果の例を示す図である。
【００１７】
図１０は補正の手順を示すフローチャートである。図１１は補正の際の代表点を示す図であり、図１２は同様に各ブロックの代表点の測定位置と補正の例を示す図であり、図１３はブロックを射影変換により任意の４角形に変形させた例の図である。図１４は補正の流れを説明する為の図である。
【００１８】
図１５はブロック内の形状例を説明するための図である。
【００１９】
本発明は、レーザ加工機１の光学系に発生する歪等により発生する加工ずれを補正する為の方法であり、本発明に係るレーザ加工機１は、図２に示すように、一対のガルバノスキャナとｆθレンズ９とを用いる。レーザ加工装置１について図２を用いて簡単に説明すると、レーザ発振器６から照射されたレーザ光１２は回転駆動するミラーを有するガルバノスキャナ（Ｘ軸）７により反射し、そのミラー角度に応じて向きを変化しガルバノスキャナ（Ｙ軸）８に入射する。
【００２０】
レーザ光１２はガルバノスキャナ（Ｙ軸）８のミラー角度に応じて再度反射し被加工物である製品２の方向に向きを変え、ｆθレンズ９を通り製品２上で焦点を結ぶ。ｆθレンズ９は、平面である製品２上でレーザ光１２が焦点を結び、周辺部と中心部で走査速度が一定になるように設計されている。
【００２１】
なお、一対のガルバノスキャナは制御部１１によって制御されている。制御部１１に任意の加工データを与えることにより、それぞれのガルバノスキャナは加工データに基づく形状に合わせた角度をとり、レーザ光１２を所望の位置に移動することが出来る。また、制御部１１はレーザ発振器６についても制御している為、ガルバノスキャナの位置に合わせて任意の強度のレーザ光１２を、任意のタイミングで照射することが出来る。すなわち、製品上を加工データが表す同一の形状で照射することが可能であり、製品２を加工することが可能となっている。また、レーザ光１２の強度に応じて、切断・マーキング・トリミング等、製品の各種加工を行うことが可能である。
【００２２】
加工の例として、金属膜を蒸着したフィルムにレーザでトリミング加工を行い、任意の場所の金属膜を除去し電気回路を形成する事が挙げられる。レーザを用いて回路を形成する為、回路中の電極の位置や寸法を精度良く加工でき、回路パターンを容易に変更可能である等の特徴がある。この様な特徴により、センサの電極部の作成等に有用である。ただし、レーザ加工機が固有に持つ誤差の数十ミクロンでも製品性能に大きな影響を与える場合があり、この誤差を補正作業が必須となっている。
【００２３】
本発明による補正作業では、製品と材質の異なる専用のテストワークや、テスト加工パターンを準備する必要は無く、製品を加工する際と同一の作業で行う事が可能である。最初にターゲット形状と同一の加工データを加工装置に入力し、実際の製品と同一のテストワークに対して加工を行う。初回の補正作業時に使用される加工データの形状は、製品として必要なターゲット寸法の通りの形状である。即ち、最初に基準となる初期の加工データを用いて、レーザ光線１２を実際の製品２と同一のワークである被加工体に照射して基準の形状を形成する。
【００２４】
次に、その加工データに基づいて加工されたテストワークを計測部にて測定する。ここでは、例えば図３に示すような長方形のパターンが一度の加工で連続して加工される場合を考える。ブロック分割のブロック形状を１つの長方形パターンと設定した場合、１度の加工範囲に４行５列で２０個のパターンが存在することになる。
【００２５】
各ブロックに対して、代表点を一つ設定し、その位置を測定する。代表点の位置測定は、後述するように、ワークの基準点からの絶対座標で求めても構わないし、各々のブロック間の相対的な位置でも構わない。なお、代表点は、各ブロックを配置する基準であり、各ブロックの変形の基準位置となる為、各ブロックの中で最も位置精度の出易い点となる。
【００２６】
この為、製品の性能上最も位置精度や寸法を必要とする位置、例えば回路パターンを形成する場合であれば、寸法精度の比較的緩い端子部分でなく、性能を左右するセンサの電極部を選択する事が望ましい。特にそのような点が無い場合はブロック中央を選択すると、端点までの距離が均等になり、ブロックの変形による歪の影響が小さくなる。
【００２７】
また、全てのブロックに対して、図４に示すように高さＨ、幅Ｗを測定し、この結果を元にそれぞれのブロックの形状の補正を行う。
【００２８】
この形状の補正が行われたブロックを、対応する補正された代表点に配置する事により、全体のパターンとして補正された加工データが作成される。
【００２９】
以下に補正の手法について代表点の座標位置の補正とブロック補正について具体的に説明する。
（１）絶対位置を使う代表点の差分補正
加工パターン全面で、ワークに存在する基準点からの絶対座標を全ての代表点について測定できるのであれば、目標とする位置と実際に加工された位置の差分だけ逆方向に補正すると良い。例えば、図５に示すように、絶対座標（ｘ０，ｙ０）の位置に加工を行いたい場合で、初期の加工データ上、即ち、（ｘ，ｙ）の位置に加工した結果が（ｘ'，ｙ'）となったとすると、差分補正により補正された加工データ位置（Ｘ，Ｙ）は次式で表す事が出来る。
Ｘ＝ｘ０−δｘ＝ｘ０−（ｘ’−ｘ）
Ｙ＝ｙ０−δｙ＝ｙ０−（ｙ’−ｙ）
この計算を全ての代表点に対して実施する事により、代表点が位置の差分だけ逆方向に移動する事になり、加工データの代表点が補正されることになる。
（２）各点の間隔を使う代表点の比率補正
別の方法として、隣接する上下左右の代表点間の間隔を測定する事により補正する方法がある。代表点の絶対座標を測定する事が出来ない場合や、十分な広さの測定エリアを得られない場合に有効である。簡単にする為にＸ方向の２点間の補正のみを考えると、例えば図６に示すように、ｌ０の長さに加工を行いたい場合で、加工データ上で長さｌとして加工した結果がｌ'となったとすると、補正された長さＬは次式で求められる。
Ｌ＝ｌ０×ｌ／ｌ’
この計算をＸ方向だけでなくＹ方向にも全ての代表点で実施し、各代表点の上下左右のブロックに対する補正された相対距離を求める。その後、構造的に最も加工精度の高いガルバノミラーのスキャンエリア中央付近のブロックを基準として、補正された間隔で代表点を配置していく事により、初期の加工データで表される距離と加工された被加工体上の実測距離の比率を元に加工データの代表点の位置座標が補正されることになる。
【００３０】
具体例で説明すると、加工シート全面が、２００ｍｍ×２００ｍｍの比較的大きい測定範囲に対応できる測定機を使用する場合には、加工シートに在る加工の基準となる基準穴からの絶対座標を測定する。測定顕微鏡など測定範囲が狭い場合には、各代表点の間隔を測定して補正を行う。また、加工シートの中の１つのセル（ブロック）が３０ｍｍ×６ｍｍのような縦横比が大きな形状の場合、短辺の６ｍｍピッチは比率補正、長辺の３０ｍｍの方向は、差分補正をとり入れるなどの補正を行っている。いずれの方法でも可能であるので、使用できる測定方法と、精度の出易い補正方法を選択すればよい。
【００３１】
従って、代表点の位置の絶対座標が測定できる場合でも、測定値の差分から代表点の比率補正を用いる事が出来る。また、逆に各点の間隔の測定から求める場合でも比率計算ではなく差分計算を行う事が出来る。どちらの場合も、累積誤差の発生などを考慮し、製品の寸法の取り方に合わせ、結果として精度の出る手法を選択すると良い。更に、Ｘ方向とＹ方向で違う手法を選択しても良い。
【００３２】
各代表点の補正位置が決定すると、変形させたブロックをその場所を基準として配置することになる。各ブロックを変形させる際は、外形の四角形を基準に行うが、それに合わせて、内部に加工されるパターンもそれぞれの補正方式に合わせた数式により変形する。
【００３３】
以下に、各ブロックの形状を各変換により変形させて補正する方法を説明する。以下、ｗ０は目標となるブロック形状の幅でありｈ０は目標となるブロック形状の高さである。また、ｗは、初期の加工データで表されるブロック形状の幅であり、ｈは、初期の加工データで表されるブロック形状の高さであり、ｗ’は、実際にレーザ加工された被加工体上の測定されたブロック形状の幅でありｈ’は、実際にレーザ加工された被加工体上の測定されたブロック形状の幅である。なお初回の加工では、ターゲットとなる寸法を表す加工データを用いて加工を行う為、ｗ＝ｗ０、ｈ＝ｈ０となる。
（３）スケール変換によるブロック補正
以下にスケール変換によりブロックの補正を行う手法を以下に説明する。
【００３４】
一般的に、線形変換であるスケール変換では以下の（数１）が用いられる。
【００３５】
【数１】
ここで、Ｓｘ，Ｓｙは、それぞれｘ方向、ｙ方向の拡大（または縮小）率で、その値が１より大きな場合は拡大、１より小さな場合は縮小である。スケーリングによる補正の場合、Ｓｘ、Ｓｙは、Ｓｘ＝ｗ／ｗ’、Ｓｙ＝ｈ／ｈ’の関係式より求められる。
【００３６】
これよりターゲットとなる形状のブロック上の点（ｘ，ｙ）を変換すると、補正されたブロック形状の点（Ｘ，Ｙ）は、（数２）の関係式で表され、図７に示すように幅と高さで別々のスケーリング変換を行った補正が行われる。
【００３７】
【数２】
この（数２）で表せる式によりそれぞれのブロックにおいて、ブロック上の各点をスケール変換しブロックの形状を補正する。このスケール変換されたブロックを、別途補正された代表点に配置することによって、全体の補正が完了する。
【００３８】
スケール変換によってブロックの変形をする場合は、ガルバノミラーによる描画領域全体に対して、ブロックの大きさが比較的小さな場合に有効である。有る程度以上ブロックが大きくなると、ブロック間の継ぎ目のズレが加工線幅に対して目立つ様になり、加工品質が悪化する。ただし、計算が簡単な為、誤差が規定の加工精度より小さくなる場合は変換速度の点において他の変形方法と比較し有利である。
（４）スケール変換とせん断変換の合成変換によるブロック補正
以下にスケール変換とせん断変換の合成変換によりブロックの補正を行う手法を以下に説明する。
【００３９】
例えば、Ｘ方向と比較してＹ方向にブロックの長さが長い場合、スケール変換による変形だけでは、ブロック上端・下端でのブロック間での継ぎ目にズレが目立つ場合がある。Ｙ方向にブロックが長い為、注目しているブロックと上下のブロックの代表点の配置座標に、Ｘ方向の大きなズレが発生する事が主な原因である。
【００４０】
このズレを防ぐ為、スケール変換によるブロックの変形を行った後、せん断変形を行う。一般的に、線形変換であるせん断変形では以下の（数３）の関係式が用いられる。
【００４１】
【数３】
ここでｂは、図８に示すように、傾ける角度をθとすると、ｂ＝ｔａｎθの関係が有る。ここでθは、上下のブロックのＹ方向距離をｌ、上下のブロックのＸ方向の差をｄｘと置くと、θ＝ａｒｃｔａｎ（ｄｘ／ｌ）となるので、ｂ＝ｄｘ／ｌとなる。
【００４２】
以上より、ターゲットとなる形状のブロック上の点（ｘ，ｙ）を変換すると、補正されたブロック形状の点（Ｘ、Ｙ）は以下の（数４）で表せる。
【００４３】
【数４】
この（数４）で表せる式によりそれぞれのブロックにおいて、ブロック上の各点をスケール変換及びせん断変換しブロックの形状を補正する。このスケール変換及びせん断変換されたブロックを、別途補正された代表点に配置することによって、全体の補正が完了する。
【００４４】
なお、この説明では縦方向に長いブロックを想定しているが、座標を入れ替えることにより横方向に長いブロックにも対応可能である。
（５）射影変換によるブロック補正
以下に射影変換によりブロックの補正を行う手法を以下に説明する。
【００４５】
ガルバノの照射範囲に対して、比較的ブロックが大きな場合や、ブロックの接続部での精度が必要な場合には射影変換による変形が有効である。射影変換では、線分の直線性は保たれたまま、平行性が失われる為、任意の四角形を別の任意の四角形に変形させる事が出来る。なお、射影変換は線形変換であるスケーリング変換やせん断変換を含む変換である。
【００４６】
射影変換の一般的な式は、（数５）のように表される。
【００４７】
【数５】
これは同次座標であり、その定義から（ｘ'、ｙ'）は展開すると（数６）のようになる。
【００４８】
【数６】
この式は、分子分母をスカラーで通分可能なので、独立した未知数は８個となり、この８個の係数は変形元と変形先のブロックの４つの頂点の座標を代入し、８元連立方程式を解くことにより求められる。
【００４９】
この式を用いることにより、各ブロックを任意の形状に変形することが出来る。例えば、図９に示すように、
（０，０）-（８，０）-（８，１６）-（０，１６）
が外周となり、内部に間隔が２である個々の格子点を表す白丸を頂点とする正方形を合成した全体の長方形ブロックを想定した場合に、
（０，０）-（８.４，０.８）-（８.８，１７.６）-（０.４，１６.８）
の４点を頂点とする四角形に変形させると、それぞれの格子の点も黒丸で描かれた形状に変形させられる。
【００５０】
変形に必要なブロックの４つの頂点座標は、変形させようとしているブロックと、その上下左右の周囲８ブロックの相対関係から求める事が出来る。例えば、変形対象のブロックの左上の頂点を求めようとする場合、隣接する左・上・左上の３つのブロックとの配置座標の相対位置と、それぞれのブロックの高さと幅から計算可能である。すなわち、対象ブロックの左上頂点、左ブロックの右上頂点、上ブロックの左下頂点、左上ブロックの右下頂点が同一の座標となることを利用し頂点座標を求める事が出来る。これを変形対象となるブロックの頂点全てに行い、頂点４つの座標を求める。
【００５１】
この（数６）で表せる式によりそれぞれのブロックにおいて、ブロック上の各点を射影変換しブロックの形状を補正する。このスケール変換されたブロックを、別途補正された代表点に配置することによって、全体の補正が完了する。
【００５２】
これらの各種変換によるブロック形状の補正のいずれかを行ったブロックが、それぞれのブロック間の間隔を補正された代表点に対応して配置される。これにより、全体としてブロック形状が補正され、実際にレーザ加工するため、補正された加工データが作成される。
【００５３】
実際の補正は、以上説明した手法を単独でまた、組み合わせて使用することができる。例えば、加工シートの中の１つのブロックが３０ｍｍ×６ｍｍのような縦横比が大きな形状の場合、
（１）横方向の６ｍｍピッチの補正（代表点のＸ方向補正）のみでＹ方向の配置座標の補正は、行わない。
（２）（１）の手法に、高さ方向の３０ｍｍの長さ方向の補正を追加する。
（３）更に、せん断変換を行なう。
（４）以上の代表点のＸ方向の補正にＹ方向の補正を加え、代表点をＸＹ方向両方に補正する。
（５）ブロック形状補正の射影変換を追加する。
【００５４】
以上の様に必要な製品精度と許容できる測長時間に合わせて、どの組み合わせで補正を行っても構わない。
【００５５】
ここで、図１０のフローチャートを用いて、補正の手順を説明する。
【００５６】
加工する形状が、図１１（ａ）に示すような４行５列のパターンで表せる場合、長方形の中心を代表点と置くと、各ブロックの代表点は図１１（ｂ）に示すようになる。
【００５７】
Step1において、各ブロックの代表点の位置を測定する。図１２（ａ）に示す例では、各代表点間の間隔を測定しているが、加工対象となるワークに位置基準のマーキングが有る場合はその点を基準に絶対位置を求めても良い。
【００５８】
Step2において、代表点の間隔の測定結果を元に、図１２（ｂ）の例に示すような補正した代表点の加工データを作成する。この時、差分補正を用いても良いし、比例補正を用いても良い。経験的には、有る程度長い距離は差分補正が有効であり、小さなブロックの並びには比例補正が有効である。
【００５９】
Step3において、各ブロックの高さおよび幅を図４に示すように測定する。この寸法を元に、Step4において各ブロックの形状補正を行う。
【００６０】
Step4での各ブロックの補正において、ここでは射影変換によるブロック補正を例とする。射影変換によるブロック補正では、各ブロックの外周４点の座標が必要となるが、この座標の計算方法の一例として次の方法がある。まず、各ブロックに対して、スケール変換による補正を行い、補正後の代表点に合わせて仮に配置していく。この状態では、注目するブロックの内の１つの頂点は、他の隣接するブロックの頂点３つと重ならない。そこで同一座標になるべきこの４つの頂点の平均値を求めそれぞれのブロックに対して反映させる。これを全ての交点に対して計算し、各ブロックの外周4点の座標を求めていく。次にブロック毎に、4点の座標を元にして８元連立方程式を解き、係数８つを求め、これを元に射影変換の式に従ってブロック内の点を変形させる。
【００６１】
全てにブロックに対して変形が完了したら、Step5において、対応した補正された代表点に対して各ブロックを配置する事により、補正データの作成が完了する。
【００６２】
この作業の流れを、図１４を用いて具体的に説明する。図１４（ａ）の加工された対象物に対して補正を行う場合、図１４（ｂ）の代表点と、図１４（ｄ）の各ブロックの形状に分けて考える。
【００６３】
図１４（ｂ）についてStep1の代表点の測長を行い、それぞれの代表点の位置を補正したものが図１４（ｃ）となり、これがStep2に当たる。
【００６４】
また、図１４（ｄ）に当たる各ブロックについてStep3の測長を行い、それぞれのブロックに対して形状を補正する。図１４（ｅ）においてはそれぞれ射影変換による形状の補正を行っており、Step4に当たる。各ブロック内のパターンも補正され、当該ブロックに補正されたパターンが形成されそれぞれのマイクロセルを構成する。
【００６５】
このように補正された代表点の位置に、形状変形を行ったブロックを配置したものが、図１４（ｆ）でありStep5に当たる。このような作業を行う事により、加工パターン全体の補正が行われる事となる。
【００６６】
なお、説明を簡単にする為に代表点の位置測定と、各ブロックの寸法測定を別々に行っているが、効率的に作業を行う為、同時に測定する事が望ましい。
【００６７】
また、簡略化したブロック内部のパターンで説明を行っているが、実際の製品形状は、例えば、図１５（ａ）に示すように、各ブロック内に端子部と電極部が形成されたパターンを有してマイクロセルを構成する。各マイクロセルは、詳細は、省略するが、所定の部位に試薬（図示せず）を配置しセンサ部として用いられる。図１５（ｂ）がこれを射影変換により変形させた場合の例である。
【００６８】
本発明は、上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の態様で実施し得ることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明にかかるレーザ加工装置における加工形状補正方法は、レーザ加工装置において発生する光学系の歪や部品単体の誤差や組み付け誤差を補正可能で、対象物を精度良く加工できる機能を有し、レーザ加工装置の加工ずれ補正方法として有用である。そして、当該レーザ加工方法を用いて加工シート上の各ブロック内に所定の同一のパターンを形成して均一なマイクロセルを製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の位置ずれ補正方法を説明する為の図
【図２】本発明の実施例におけるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置のレーザ加工機の概略構成を模式的に示す図
【図３】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロック分割を示す図
【図４】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロックの測定部分を示す図
【図５】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の代表点の差分補正方法を説明する為の図
【図６】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の代表点の比例補正方法を説明する為の図
【図７】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロックのスケール変換を説明する為の図
【図８】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロックのせん断変換を説明する為の図
【図９】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロックの射影変換を説明するための図
【図１０】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の補正の手順を示すフローチャート
【図１１】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の各ブロックの代表点を示す図
【図１２】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の各ブロックの代表点の位置測定と補正を説明するための図
【図１３】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロックの射影変換を説明するための図
【図１４】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の補正の流れを説明するための図
【図１５】本発明の実施例におけるマイクロセル内の形状例を説明するための図
【符号の説明】
【００７１】
１ レーザ加工機
２ 製品
３ 計測部
４ 演算部
５ 加工データ
６ レーザ発振器
７ ガルバノスキャナ（Ｘ軸）
８ ガルバノスキャナ（Ｙ軸）
９ ｆθレンズ
１１ 制御部
１２ レーザ光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザを用いて加工を行うレーザ照射方法に関し、特にミラーやレンズの光学系を介してレーザを対象物に照射し、照射位置を変化させながら加工を行う装置に適用可能なレーザ照射方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、切断・マーキング・トリミング等の用途にレーザ加工装置が用いられている。レーザ光をワーク上で２次元に走査する方法としては、ガルバノスキャナを使用する方法や、ワークを設置するステージを移動する方法等が有る。ガルバノスキャナを使用する方法は、ステージを移動させる方式と比較すると、高速で精度が高く構成が簡単で小型にできる為、広く利用されている。
【０００３】
ガルバノスキャナを使用した場合の構成を簡単に説明すると、レーザ発振器から出力されたレーザ光は、２つのガルバノスキャナにより、それぞれＸ方向とＹ方向に振られる。このレーザ光は、製品上で焦点を結び周辺部と中心部で走査速度が一定になるように設計されたfθレンズにより、ワーク上に照射され加工が行われる。
【０００４】
しかし、その構成上レーザ光の加工エリアの中で数十〜数百ミクロンの誤差が発生することが避けられない。この誤差の要因は複数有り、Ｘ方向・Ｙ方向二つのミラーを使用する構成の為、スキャンミラーの制御角と加工位置との関係から発生するピンクッション歪を原因とするものや、ｆθレンズの設計上のリニアリティ誤差が原因となって生じる幾何学的な誤差が有り、これらは構成上避けられない。また、ミラーやレンズ自体の持つ歪や、各部品の組付け精度を原因としても加工の誤差が発生する。
【０００５】
これらの誤差を補正し、所望の位置にレーザを照射させる方法が各種提案されている。従来の手法では、光学的な歪を論理的に求め、近似的な歪成分を入射目標位置の座標に対して加減算する補正回路を付加して指令位置の座標を求めている。（例えば、特許文献１参照）
また他の従来の手法では、走査する線分を微小に分割し、その単位毎に予め計算・測定しておいた値を元にガルバノミラーに与える制御信号に補正を行っている。（例えば、特許文献２参照）
また他の従来の手法では、スキャナの挙動が指定の位置になるように、オフラインあるいはオンラインでガルバノミラーへの指令信号への補正値を計算している。これらの補正値の計算には、ガルバノミラーの速度と加速度のフィード・フォワード等の手法が取られている。（例えば、特許文献３参照）
【特許文献１】特開昭６１−２４１７２０号公報
【特許文献２】特開２００６−４７９００号公報
【特許文献３】特開２００１−１７０７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の構成では、特定の歪に対する補正を回路として組み込む場合、光学系により必ず発生する歪に関しては理論的に計算可能な為補正可能であるが、部品の誤差や組立ての誤差等により発生する歪に関しては補正が不可能という課題を有していた。
【０００７】
また、スキャナの挙動に対して予め補正値を与える場合も同様に、光学系の歪やガルバノミラーの動作に対しては補正可能であるが、部品の誤差の影響に関しては補正を行う事が出来ないという課題を有していた。
【０００８】
更に、これらの手法では汎用的な対応を行う為に精度の向上が難しく、精密な加工を必要とする場合には不十分な場合があった。また、既存の装置のデータ生成プロセス中に機能を追加する為には既存のシステムを大きく改造する必要が生じ、組み込みの負荷が大きくなり得策ではない。
【０００９】
本発明は、従来の課題を解決するもので、光学系の歪だけでなく、レンズや組み立ての誤差によって発生した歪についても補正可能な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来の課題を解決する為に、本発明のレーザ加工方法は、レーザ光を用いて同一形状を繰り返す所定のパターンを被加工体に形成するレーザ加工方法において、前記パターンの加工データに基づいて被加工体に形成する工程、前記被加工体に形成されマイクロセルを構成するブロック内に代表点を設定し該位置を測定する工程、前記代表点の測定位置データに基づきそれぞれの代表点の位置を補正する工程、前記被加工体に形成されたブロック形状を測長する工程、前記測定されたブロック形状寸法に基づきそれぞれのブロック形状を補正する工程、前記補正された各ブロック形状に対応する補正された各代表点位置に前記補正されて変形した各ブロックを配置する工程、とを有することを特徴としたものである。
【００１１】
また、本発明のマイクロセルは、請求項１に記載のレーザ加工方法により製作される所定のパターンを有するブロックのマイクロセルであることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレーザ照射方法によれば、レーザ加工装置において、光学系の歪や、部品単体の誤差や組み付け誤差を補正可能で、対象物を精度良く加工する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明のレーザ加工装置における加工形状補正方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例におけるレーザ加工方法の位置ずれ補正方法を説明する為の図であり、図２は本発明の実施例におけるレーザ加工装置のレーザ加工機の概略構成を模式的に示す図である。
【００１５】
図３は、繰り返しパターンの加工データを示すもので、1つのセル、即ち、マイクロセルは、各ブロックに所定のパターンが形成される。そして、各セルの境界となるブロック外形も加工され、図４は、加工後のブロック形状の測長すべき箇所である幅Ｗと長さＨを示す。図５は差分を用いて代表点を補正する計算方法を説明する為の図であり、図６は比例を用いて代表点を補正する計算方法を説明する為の図である。
【００１６】
図７はスケーリング変換によるブロック内の座標変化を説明する為の図であり、図８はせん断変換に必要な測定位置を説明する為の図であり、図９は射影変換による変換結果の例を示す図である。
【００１７】
図１０は補正の手順を示すフローチャートである。図１１は補正の際の代表点を示す図であり、図１２は同様に各ブロックの代表点の測定位置と補正の例を示す図であり、図１３はブロックを射影変換により任意の４角形に変形させた例の図である。図１４は補正の流れを説明する為の図である。
【００１８】
図１５はブロック内の形状例を説明するための図である。
【００１９】
本発明は、レーザ加工機１の光学系に発生する歪等により発生する加工ずれを補正する為の方法であり、本発明に係るレーザ加工機１は、図２に示すように、一対のガルバノスキャナとｆθレンズ９とを用いる。レーザ加工装置１について図２を用いて簡単に説明すると、レーザ発振器６から照射されたレーザ光１２は回転駆動するミラーを有するガルバノスキャナ（Ｘ軸）７により反射し、そのミラー角度に応じて向きを変化しガルバノスキャナ（Ｙ軸）８に入射する。
【００２０】
レーザ光１２はガルバノスキャナ（Ｙ軸）８のミラー角度に応じて再度反射し被加工物である製品２の方向に向きを変え、ｆθレンズ９を通り製品２上で焦点を結ぶ。ｆθレンズ９は、平面である製品２上でレーザ光１２が焦点を結び、周辺部と中心部で走査速度が一定になるように設計されている。
【００２１】
なお、一対のガルバノスキャナは制御部１１によって制御されている。制御部１１に任意の加工データを与えることにより、それぞれのガルバノスキャナは加工データに基づく形状に合わせた角度をとり、レーザ光１２を所望の位置に移動することが出来る。また、制御部１１はレーザ発振器６についても制御している為、ガルバノスキャナの位置に合わせて任意の強度のレーザ光１２を、任意のタイミングで照射することが出来る。すなわち、製品上を加工データが表す同一の形状で照射することが可能であり、製品２を加工することが可能となっている。また、レーザ光１２の強度に応じて、切断・マーキング・トリミング等、製品の各種加工を行うことが可能である。
【００２２】
加工の例として、金属膜を蒸着したフィルムにレーザでトリミング加工を行い、任意の場所の金属膜を除去し電気回路を形成する事が挙げられる。レーザを用いて回路を形成する為、回路中の電極の位置や寸法を精度良く加工でき、回路パターンを容易に変更可能である等の特徴がある。この様な特徴により、センサの電極部の作成等に有用である。ただし、レーザ加工機が固有に持つ誤差の数十ミクロンでも製品性能に大きな影響を与える場合があり、この誤差を補正作業が必須となっている。
【００２３】
本発明による補正作業では、製品と材質の異なる専用のテストワークや、テスト加工パターンを準備する必要は無く、製品を加工する際と同一の作業で行う事が可能である。最初にターゲット形状と同一の加工データを加工装置に入力し、実際の製品と同一のテストワークに対して加工を行う。初回の補正作業時に使用される加工データの形状は、製品として必要なターゲット寸法の通りの形状である。即ち、最初に基準となる初期の加工データを用いて、レーザ光線１２を実際の製品２と同一のワークである被加工体に照射して基準の形状を形成する。
【００２４】
次に、その加工データに基づいて加工されたテストワークを計測部にて測定する。ここでは、例えば図３に示すような長方形のパターンが一度の加工で連続して加工される場合を考える。ブロック分割のブロック形状を１つの長方形パターンと設定した場合、１度の加工範囲に４行５列で２０個のパターンが存在することになる。
【００２５】
各ブロックに対して、代表点を一つ設定し、その位置を測定する。代表点の位置測定は、後述するように、ワークの基準点からの絶対座標で求めても構わないし、各々のブロック間の相対的な位置でも構わない。なお、代表点は、各ブロックを配置する基準であり、各ブロックの変形の基準位置となる為、各ブロックの中で最も位置精度の出易い点となる。
【００２６】
この為、製品の性能上最も位置精度や寸法を必要とする位置、例えば回路パターンを形成する場合であれば、寸法精度の比較的緩い端子部分でなく、性能を左右するセンサの電極部を選択する事が望ましい。特にそのような点が無い場合はブロック中央を選択すると、端点までの距離が均等になり、ブロックの変形による歪の影響が小さくなる。
【００２７】
また、全てのブロックに対して、図４に示すように高さＨ、幅Ｗを測定し、この結果を元にそれぞれのブロックの形状の補正を行う。
【００２８】
この形状の補正が行われたブロックを、対応する補正された代表点に配置する事により、全体のパターンとして補正された加工データが作成される。
【００２９】
以下に補正の手法について代表点の座標位置の補正とブロック補正について具体的に説明する。
（１）絶対位置を使う代表点の差分補正
加工パターン全面で、ワークに存在する基準点からの絶対座標を全ての代表点について測定できるのであれば、目標とする位置と実際に加工された位置の差分だけ逆方向に補正すると良い。例えば、図５に示すように、絶対座標（ｘ０，ｙ０）の位置に加工を行いたい場合で、初期の加工データ上、即ち、（ｘ，ｙ）の位置に加工した結果が（ｘ'，ｙ'）となったとすると、差分補正により補正された加工データ位置（Ｘ，Ｙ）は次式で表す事が出来る。
Ｘ＝ｘ０−δｘ＝ｘ０−（ｘ’−ｘ）
Ｙ＝ｙ０−δｙ＝ｙ０−（ｙ’−ｙ）
この計算を全ての代表点に対して実施する事により、代表点が位置の差分だけ逆方向に移動する事になり、加工データの代表点が補正されることになる。
（２）各点の間隔を使う代表点の比率補正
別の方法として、隣接する上下左右の代表点間の間隔を測定する事により補正する方法がある。代表点の絶対座標を測定する事が出来ない場合や、十分な広さの測定エリアを得られない場合に有効である。簡単にする為にＸ方向の２点間の補正のみを考えると、例えば図６に示すように、ｌ０の長さに加工を行いたい場合で、加工データ上で長さｌとして加工した結果がｌ'となったとすると、補正された長さＬは次式で求められる。
Ｌ＝ｌ０×ｌ／ｌ’
この計算をＸ方向だけでなくＹ方向にも全ての代表点で実施し、各代表点の上下左右のブロックに対する補正された相対距離を求める。その後、構造的に最も加工精度の高いガルバノミラーのスキャンエリア中央付近のブロックを基準として、補正された間隔で代表点を配置していく事により、初期の加工データで表される距離と加工された被加工体上の実測距離の比率を元に加工データの代表点の位置座標が補正されることになる。
【００３０】
具体例で説明すると、加工シート全面が、２００ｍｍ×２００ｍｍの比較的大きい測定範囲に対応できる測定機を使用する場合には、加工シートに在る加工の基準となる基準穴からの絶対座標を測定する。測定顕微鏡など測定範囲が狭い場合には、各代表点の間隔を測定して補正を行う。また、加工シートの中の１つのセル（ブロック）が３０ｍｍ×６ｍｍのような縦横比が大きな形状の場合、短辺の６ｍｍピッチは比率補正、長辺の３０ｍｍの方向は、差分補正をとり入れるなどの補正を行っている。いずれの方法でも可能であるので、使用できる測定方法と、精度の出易い補正方法を選択すればよい。
【００３１】
従って、代表点の位置の絶対座標が測定できる場合でも、測定値の差分から代表点の比率補正を用いる事が出来る。また、逆に各点の間隔の測定から求める場合でも比率計算ではなく差分計算を行う事が出来る。どちらの場合も、累積誤差の発生などを考慮し、製品の寸法の取り方に合わせ、結果として精度の出る手法を選択すると良い。更に、Ｘ方向とＹ方向で違う手法を選択しても良い。
【００３２】
各代表点の補正位置が決定すると、変形させたブロックをその場所を基準として配置することになる。各ブロックを変形させる際は、外形の四角形を基準に行うが、それに合わせて、内部に加工されるパターンもそれぞれの補正方式に合わせた数式により変形する。
【００３３】
以下に、各ブロックの形状を各変換により変形させて補正する方法を説明する。以下、ｗ０は目標となるブロック形状の幅でありｈ０は目標となるブロック形状の高さである。また、ｗは、初期の加工データで表されるブロック形状の幅であり、ｈは、初期の加工データで表されるブロック形状の高さであり、ｗ’は、実際にレーザ加工された被加工体上の測定されたブロック形状の幅でありｈ’は、実際にレーザ加工された被加工体上の測定されたブロック形状の幅である。なお初回の加工では、ターゲットとなる寸法を表す加工データを用いて加工を行う為、ｗ＝ｗ０、ｈ＝ｈ０となる。
（３）スケール変換によるブロック補正
以下にスケール変換によりブロックの補正を行う手法を以下に説明する。
【００３４】
一般的に、線形変換であるスケール変換では以下の（数１）が用いられる。
【００３５】
【数１】
ここで、Ｓｘ，Ｓｙは、それぞれｘ方向、ｙ方向の拡大（または縮小）率で、その値が１より大きな場合は拡大、１より小さな場合は縮小である。スケーリングによる補正の場合、Ｓｘ、Ｓｙは、Ｓｘ＝ｗ／ｗ’、Ｓｙ＝ｈ／ｈ’の関係式より求められる。
【００３６】
これよりターゲットとなる形状のブロック上の点（ｘ，ｙ）を変換すると、補正されたブロック形状の点（Ｘ，Ｙ）は、（数２）の関係式で表され、図７に示すように幅と高さで別々のスケーリング変換を行った補正が行われる。
【００３７】
【数２】
この（数２）で表せる式によりそれぞれのブロックにおいて、ブロック上の各点をスケール変換しブロックの形状を補正する。このスケール変換されたブロックを、別途補正された代表点に配置することによって、全体の補正が完了する。
【００３８】
スケール変換によってブロックの変形をする場合は、ガルバノミラーによる描画領域全体に対して、ブロックの大きさが比較的小さな場合に有効である。有る程度以上ブロックが大きくなると、ブロック間の継ぎ目のズレが加工線幅に対して目立つ様になり、加工品質が悪化する。ただし、計算が簡単な為、誤差が規定の加工精度より小さくなる場合は変換速度の点において他の変形方法と比較し有利である。
（４）スケール変換とせん断変換の合成変換によるブロック補正
以下にスケール変換とせん断変換の合成変換によりブロックの補正を行う手法を以下に説明する。
【００３９】
例えば、Ｘ方向と比較してＹ方向にブロックの長さが長い場合、スケール変換による変形だけでは、ブロック上端・下端でのブロック間での継ぎ目にズレが目立つ場合がある。Ｙ方向にブロックが長い為、注目しているブロックと上下のブロックの代表点の配置座標に、Ｘ方向の大きなズレが発生する事が主な原因である。
【００４０】
このズレを防ぐ為、スケール変換によるブロックの変形を行った後、せん断変形を行う。一般的に、線形変換であるせん断変形では以下の（数３）の関係式が用いられる。
【００４１】
【数３】
ここでｂは、図８に示すように、傾ける角度をθとすると、ｂ＝ｔａｎθの関係が有る。ここでθは、上下のブロックのＹ方向距離をｌ、上下のブロックのＸ方向の差をｄｘと置くと、θ＝ａｒｃｔａｎ（ｄｘ／ｌ）となるので、ｂ＝ｄｘ／ｌとなる。
【００４２】
以上より、ターゲットとなる形状のブロック上の点（ｘ，ｙ）を変換すると、補正されたブロック形状の点（Ｘ、Ｙ）は以下の（数４）で表せる。
【００４３】
【数４】
この（数４）で表せる式によりそれぞれのブロックにおいて、ブロック上の各点をスケール変換及びせん断変換しブロックの形状を補正する。このスケール変換及びせん断変換されたブロックを、別途補正された代表点に配置することによって、全体の補正が完了する。
【００４４】
なお、この説明では縦方向に長いブロックを想定しているが、座標を入れ替えることにより横方向に長いブロックにも対応可能である。
（５）射影変換によるブロック補正
以下に射影変換によりブロックの補正を行う手法を以下に説明する。
【００４５】
ガルバノの照射範囲に対して、比較的ブロックが大きな場合や、ブロックの接続部での精度が必要な場合には射影変換による変形が有効である。射影変換では、線分の直線性は保たれたまま、平行性が失われる為、任意の四角形を別の任意の四角形に変形させる事が出来る。なお、射影変換は線形変換であるスケーリング変換やせん断変換を含む変換である。
【００４６】
射影変換の一般的な式は、（数５）のように表される。
【００４７】
【数５】
これは同次座標であり、その定義から（ｘ'、ｙ'）は展開すると（数６）のようになる。
【００４８】
【数６】
この式は、分子分母をスカラーで通分可能なので、独立した未知数は８個となり、この８個の係数は変形元と変形先のブロックの４つの頂点の座標を代入し、８元連立方程式を解くことにより求められる。
【００４９】
この式を用いることにより、各ブロックを任意の形状に変形することが出来る。例えば、図９に示すように、
（０，０）-（８，０）-（８，１６）-（０，１６）
が外周となり、内部に間隔が２である個々の格子点を表す白丸を頂点とする正方形を合成した全体の長方形ブロックを想定した場合に、
（０，０）-（８.４，０.８）-（８.８，１７.６）-（０.４，１６.８）
の４点を頂点とする四角形に変形させると、それぞれの格子の点も黒丸で描かれた形状に変形させられる。
【００５０】
変形に必要なブロックの４つの頂点座標は、変形させようとしているブロックと、その上下左右の周囲８ブロックの相対関係から求める事が出来る。例えば、変形対象のブロックの左上の頂点を求めようとする場合、隣接する左・上・左上の３つのブロックとの配置座標の相対位置と、それぞれのブロックの高さと幅から計算可能である。すなわち、対象ブロックの左上頂点、左ブロックの右上頂点、上ブロックの左下頂点、左上ブロックの右下頂点が同一の座標となることを利用し頂点座標を求める事が出来る。これを変形対象となるブロックの頂点全てに行い、頂点４つの座標を求める。
【００５１】
この（数６）で表せる式によりそれぞれのブロックにおいて、ブロック上の各点を射影変換しブロックの形状を補正する。このスケール変換されたブロックを、別途補正された代表点に配置することによって、全体の補正が完了する。
【００５２】
これらの各種変換によるブロック形状の補正のいずれかを行ったブロックが、それぞれのブロック間の間隔を補正された代表点に対応して配置される。これにより、全体としてブロック形状が補正され、実際にレーザ加工するため、補正された加工データが作成される。
【００５３】
実際の補正は、以上説明した手法を単独でまた、組み合わせて使用することができる。例えば、加工シートの中の１つのブロックが３０ｍｍ×６ｍｍのような縦横比が大きな形状の場合、
（１）横方向の６ｍｍピッチの補正（代表点のＸ方向補正）のみでＹ方向の配置座標の補正は、行わない。
（２）（１）の手法に、高さ方向の３０ｍｍの長さ方向の補正を追加する。
（３）更に、せん断変換を行なう。
（４）以上の代表点のＸ方向の補正にＹ方向の補正を加え、代表点をＸＹ方向両方に補正する。
（５）ブロック形状補正の射影変換を追加する。
【００５４】
以上の様に必要な製品精度と許容できる測長時間に合わせて、どの組み合わせで補正を行っても構わない。
【００５５】
ここで、図１０のフローチャートを用いて、補正の手順を説明する。
【００５６】
加工する形状が、図１１（ａ）に示すような４行５列のパターンで表せる場合、長方形の中心を代表点と置くと、各ブロックの代表点は図１１（ｂ）に示すようになる。
【００５７】
Step1において、各ブロックの代表点の位置を測定する。図１２（ａ）に示す例では、各代表点間の間隔を測定しているが、加工対象となるワークに位置基準のマーキングが有る場合はその点を基準に絶対位置を求めても良い。
【００５８】
Step2において、代表点の間隔の測定結果を元に、図１２（ｂ）の例に示すような補正した代表点の加工データを作成する。この時、差分補正を用いても良いし、比例補正を用いても良い。経験的には、有る程度長い距離は差分補正が有効であり、小さなブロックの並びには比例補正が有効である。
【００５９】
Step3において、各ブロックの高さおよび幅を図４に示すように測定する。この寸法を元に、Step4において各ブロックの形状補正を行う。
【００６０】
Step4での各ブロックの補正において、ここでは射影変換によるブロック補正を例とする。射影変換によるブロック補正では、各ブロックの外周４点の座標が必要となるが、この座標の計算方法の一例として次の方法がある。まず、各ブロックに対して、スケール変換による補正を行い、補正後の代表点に合わせて仮に配置していく。この状態では、注目するブロックの内の１つの頂点は、他の隣接するブロックの頂点３つと重ならない。そこで同一座標になるべきこの４つの頂点の平均値を求めそれぞれのブロックに対して反映させる。これを全ての交点に対して計算し、各ブロックの外周4点の座標を求めていく。次にブロック毎に、4点の座標を元にして８元連立方程式を解き、係数８つを求め、これを元に射影変換の式に従ってブロック内の点を変形させる。
【００６１】
全てにブロックに対して変形が完了したら、Step5において、対応した補正された代表点に対して各ブロックを配置する事により、補正データの作成が完了する。
【００６２】
この作業の流れを、図１４を用いて具体的に説明する。図１４（ａ）の加工された対象物に対して補正を行う場合、図１４（ｂ）の代表点と、図１４（ｄ）の各ブロックの形状に分けて考える。
【００６３】
図１４（ｂ）についてStep1の代表点の測長を行い、それぞれの代表点の位置を補正したものが図１４（ｃ）となり、これがStep2に当たる。
【００６４】
また、図１４（ｄ）に当たる各ブロックについてStep3の測長を行い、それぞれのブロックに対して形状を補正する。図１４（ｅ）においてはそれぞれ射影変換による形状の補正を行っており、Step4に当たる。各ブロック内のパターンも補正され、当該ブロックに補正されたパターンが形成されそれぞれのマイクロセルを構成する。
【００６５】
このように補正された代表点の位置に、形状変形を行ったブロックを配置したものが、図１４（ｆ）でありStep5に当たる。このような作業を行う事により、加工パターン全体の補正が行われる事となる。
【００６６】
なお、説明を簡単にする為に代表点の位置測定と、各ブロックの寸法測定を別々に行っているが、効率的に作業を行う為、同時に測定する事が望ましい。
【００６７】
また、簡略化したブロック内部のパターンで説明を行っているが、実際の製品形状は、例えば、図１５（ａ）に示すように、各ブロック内に端子部と電極部が形成されたパターンを有してマイクロセルを構成する。各マイクロセルは、詳細は、省略するが、所定の部位に試薬（図示せず）を配置しセンサ部として用いられる。図１５（ｂ）がこれを射影変換により変形させた場合の例である。
【００６８】
本発明は、上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の態様で実施し得ることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明にかかるレーザ加工装置における加工形状補正方法は、レーザ加工装置において発生する光学系の歪や部品単体の誤差や組み付け誤差を補正可能で、対象物を精度良く加工できる機能を有し、レーザ加工装置の加工ずれ補正方法として有用である。そして、当該レーザ加工方法を用いて加工シート上の各ブロック内に所定の同一のパターンを形成して均一なマイクロセルを製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の位置ずれ補正方法を説明する為の図
【図２】本発明の実施例におけるレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置のレーザ加工機の概略構成を模式的に示す図
【図３】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロック分割を示す図
【図４】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロックの測定部分を示す図
【図５】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の代表点の差分補正方法を説明する為の図
【図６】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の代表点の比例補正方法を説明する為の図
【図７】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロックのスケール変換を説明する為の図
【図８】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロックのせん断変換を説明する為の図
【図９】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロックの射影変換を説明するための図
【図１０】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の補正の手順を示すフローチャート
【図１１】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の各ブロックの代表点を示す図
【図１２】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の各ブロックの代表点の位置測定と補正を説明するための図
【図１３】本発明の実施例におけるレーザ加工方法のブロックの射影変換を説明するための図
【図１４】本発明の実施例におけるレーザ加工方法の補正の流れを説明するための図
【図１５】本発明の実施例におけるマイクロセル内の形状例を説明するための図
【符号の説明】
【００７１】
１ レーザ加工機
２ 製品
３ 計測部
４ 演算部
５ 加工データ
６ レーザ発振器
７ ガルバノスキャナ（Ｘ軸）
８ ガルバノスキャナ（Ｙ軸）
９ ｆθレンズ
１１ 制御部
１２ レーザ光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を用いて同一形状を繰り返す所定のパターンを被加工体に形成するレーザ加工方法において、
前記パターンの加工データに基づいて被加工体に形成する工程、
前記被加工体に形成されマイクロセルを構成するブロック内に代表点を設定し該位置を測定する工程、
前記代表点の測定位置データに基づきそれぞれの代表点の位置を補正する工程、
前記被加工体に形成されたブロック形状を測長する工程、
前記測定されたブロック形状寸法に基づきそれぞれのブロック形状を補正する工程、
前記補正された各ブロック形状に対応する補正された各代表点位置に前記補正されて変形した各ブロックを配置する工程、
とを有することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記各ブロックに設定される代表点の位置の測定は、前記被加工体の基準点からの絶対座標の測定又は各々のブロック間の相対位置の測定であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記ブロック形状を補正する工程は、各ブロック形状を線形変換におけるスケール変換を用いて各ブロック形状の補正データを作成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記ブロック形状を補正する工程は、各ブロック形状を線形変換におけるスケール変換とせん断変換の合成変換を用いて各ブロック形状の補正データを作成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記ブロック形状を補正する工程は、各ブロック形状を射影変換を用いて各ブロック形状の補正データを作成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記ブロックの１つの頂点の座標位置と該頂点に対応すべき他の隣接するブロックの３つの頂点の座標位置との４つの頂点の座標位置の平均値を当該ブロックの一頂点位置とし、それぞれの頂点の座標位置の該平均値を用いて各ブロックの頂点位置を求め、該ブロックを構成する４つの頂点の座標を基に射影変換すると共に、該ブロック内の所定のパターンを射影変換することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
各ブロック内に所定のパターンが形成されたマイクロセルであって、請求項１に記載のレーザ加工方法により製作されることを特徴とするマイクロセル。
【請求項８】
前記マイクロセルを構成する各ブロックの補正は、前記各ブロックに設定される代表点の位置の測定において、前記被加工体の基準点からの絶対座標の測定又は各々のブロック間の相対位置の測定に基づいて補正されるものあることを特徴とする請求項７に記載のマイクロセル。
【請求項１】
レーザ光を用いて同一形状を繰り返す所定のパターンを被加工体に形成するレーザ加工方法において、
前記パターンの加工データに基づいて被加工体に形成する工程、
前記被加工体に形成されマイクロセルを構成するブロック内に代表点を設定し該位置を測定する工程、
前記代表点の測定位置データに基づきそれぞれの代表点の位置を補正する工程、
前記被加工体に形成されたブロック形状を測長する工程、
前記測定されたブロック形状寸法に基づきそれぞれのブロック形状を補正する工程、
前記補正された各ブロック形状に対応する補正された各代表点位置に前記補正されて変形した各ブロックを配置する工程、
とを有することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記各ブロックに設定される代表点の位置の測定は、前記被加工体の基準点からの絶対座標の測定又は各々のブロック間の相対位置の測定であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記ブロック形状を補正する工程は、各ブロック形状を線形変換におけるスケール変換を用いて各ブロック形状の補正データを作成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記ブロック形状を補正する工程は、各ブロック形状を線形変換におけるスケール変換とせん断変換の合成変換を用いて各ブロック形状の補正データを作成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記ブロック形状を補正する工程は、各ブロック形状を射影変換を用いて各ブロック形状の補正データを作成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記ブロックの１つの頂点の座標位置と該頂点に対応すべき他の隣接するブロックの３つの頂点の座標位置との４つの頂点の座標位置の平均値を当該ブロックの一頂点位置とし、それぞれの頂点の座標位置の該平均値を用いて各ブロックの頂点位置を求め、該ブロックを構成する４つの頂点の座標を基に射影変換すると共に、該ブロック内の所定のパターンを射影変換することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
各ブロック内に所定のパターンが形成されたマイクロセルであって、請求項１に記載のレーザ加工方法により製作されることを特徴とするマイクロセル。
【請求項８】
前記マイクロセルを構成する各ブロックの補正は、前記各ブロックに設定される代表点の位置の測定において、前記被加工体の基準点からの絶対座標の測定又は各々のブロック間の相対位置の測定に基づいて補正されるものあることを特徴とする請求項７に記載のマイクロセル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−１３２５１４（Ｐ２００８−１３２５１４Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１９８７０（Ｐ２００６−３１９８７０）
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]