TWI510810B - 透鏡單元及雷射加工裝置 - Google Patents

Description

透鏡單元及雷射加工裝置

本發明係關於一種將雷射射束(laser beam)垂直聚光照射於被加工對象物的透鏡單元、及使用該透鏡單元的雷射加工裝置。

利用電流掃描器(galvano scanner)的雷射加工裝置，以往係使用在雷射雕刻機或雷射刻印機等，一般亦被稱為雷射標線器(laser marker)，此已為眾所週知。

最近，此雷射加工裝置已用在多層印刷基板或精密電子零件等的開孔製造步驟上，以作為替代以往之鑽孔(drill)等之工法之微細又高速且具彈性的加工方法。

近年來，隨著半導體之小型化及集積度的提升，電子電路及電子零件的高精細化已日益顯著。對於用在此種經高精細化的電子電路或電子零件之加工的雷射加工裝置，已要求以往的雷射標線器等所無法達成的μm單位的加工位置精確度。

作為對應此種超高精確度之加工精確度之要求的雷射加工裝置，已提出一種具備電流鏡(galvano mirror)之溫度檢測手段、透鏡溫度檢測手段、以及根據來自該等溫 度檢測手段之溫度信號而動作之電流鏡之偏向變位動作位置之控制手段的雷射加工裝置。

此種雷射加工裝置係可依照設置環境周圍的溫度變化、伴隨高能量雷射射束的吸收所產生光學零件之發熱所導致的溫度變化、或者在構成雷射加工裝置之單元或零件層級(level)下的溫度變化等之雷射加工裝置的溫度變化來進行加工位置偏移的修正(請參照例如專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特許4320524(第4-5頁，第1圖)

在專利文獻1所記載之以往的雷射加工裝置中，係以安裝於透鏡單元之橫面的溫度檢測器來檢測出屬於透鏡單元之f θ透鏡的溫度。

一般而言，由於f θ透鏡係具備光學透鏡與保持光學透鏡的鏡筒，因此在以往的雷射加工裝置中，所謂在f θ透鏡的橫面設置溫度檢測器，就是在鏡筒的側面部分設有溫度檢測器。

以往的雷射加工裝置係以設在屬於透鏡單元之f θ透鏡之鏡筒側面的溫度檢測器來測量溫度。因此，在光學透鏡瞬間吸收高能量雷射(例如msec單位精確度)射束，而瞬間產生溫度上升之情形下，由於溫度測量點距雷射射束照射區域較遠，且鏡筒的熱容較大，因此會有無法以良好 精確度測量溫度變化，而無法修正加工位置的偏移的問題。

本發明係為了解決上述問題而研創者，其第一目的在獲得一種即使在光學透鏡瞬間吸收高能量的雷射射束，而瞬間產生溫度上升的情形下，亦可藉由溫度檢測器以良好精確度來測量光學透鏡之溫度變化的透鏡單元。

本發明之第2目的係在獲得一種雷射加工裝置，係使用該透鏡單元作為f θ透鏡，且可將因為形成f θ透鏡之光學透鏡瞬間吸收高能量的雷射射束所產生之加工位置的偏移，以良好精確度予以修正。

本發明係提供一種透鏡單元，係將雷射射束聚光照射於對象物者，該透鏡單元係具備：光學透鏡；用以保持光學透鏡的鏡筒；及複數個溫度檢測器：複數個溫度檢測器係設在位於光學透鏡之雷射射束照射區域與光學透鏡之外周之間的雷射射束非照射部分，用來測量用以求出光學透鏡的平均溫度、或光學透鏡之平均溫度及面內之溫度分布的溫度信號。

本發明係提供一種雷射加工裝置，係具備：雷射振盪器；電流鏡，將從雷射振盪器所輸出的雷射射束予以偏向；電流掃描器，用以驅動電流鏡；透鏡單元，具有：光學透鏡；保持光學透鏡的鏡筒；及設在位於光學透鏡之雷射射束照射區域與光學透鏡之外周之間的雷射射束非照射部分，用來測量用以求出光學透鏡的平均溫度、或光學透鏡的平均溫度及面內的溫度分布之溫度信號的複數個溫度檢 測器；且透鏡單元將在電流鏡所偏向入射的雷射射束予以朝向對象物聚光照射；XY平台(table)，用以載置對象物且在水平面內移動；電流驅動器(galvano driver)，用以驅動電流掃描器；控制裝置，用以控制雷射振盪器、電流驅動器、及XY平台；及信號線，用以將溫度檢測器連接於控制裝置；控制裝置係根據從複數個溫度檢測器所測量的溫度信號，求出光學透鏡之上升溫度的平均值、或光學透鏡之上升溫度的平均值及面內的溫度分布，且根據所獲得的結果，來修正雷射射束的聚光點位置。

由於本發明之透鏡單元係以上述方式構成，因此可精確度良好地測量因為高能量雷射射束之瞬間吸收所導致的光學透鏡的平均溫度。

由於本發明之雷射加工裝置係以上述方式構成，因此即使是在高能量雷射輸出下的加工，也可修正雷射射束聚光點的位置偏移，而可達成高精確度的雷射加工。

1‧‧‧雷射振盪器

2‧‧‧雷射射束

3a‧‧‧第1電流鏡

3b‧‧‧第2電流鏡

4a‧‧‧第1電流掃描器

4b‧‧‧第2電流掃描器

5‧‧‧f θ透鏡

6‧‧‧工件

7‧‧‧XY平台

8‧‧‧電流驅動器

9‧‧‧控制裝置

10‧‧‧信號線

11a、11b‧‧‧光學透鏡

12‧‧‧保護窗

13‧‧‧鏡筒

14‧‧‧溫度檢測器

14a‧‧‧第1溫度檢測器

14b‧‧‧第2溫度檢測器

14c‧‧‧第3溫度檢測器

14d‧‧‧第4溫度檢測器

15‧‧‧雷射射束照射區域

16‧‧‧雷射射束非照射部分

20‧‧‧透鏡單元

25‧‧‧雷射射束照射區域

26‧‧‧雷射射束非照射部分

30、40、50‧‧‧透鏡單元

100‧‧‧雷射加工裝置

第1圖係為本發明之實施形態1之雷射加工裝置的整體構成圖。

第2圖(a)及(b)係為本發明之實施形態1之用在雷射加工裝置之f θ透鏡之透鏡單元的側面剖面示意圖、及雷射射束入射之側的上面示意圖。

第3圖(a)及(b)係為本發明之實施形態2之用在雷射加工裝置之f θ透鏡之透鏡單元的側面剖面示意圖、 及雷射射束入射之側的上面示意圖。

第4圖(a)及(b)係為本發明之實施形態3之用在雷射加工裝置之f θ透鏡之透鏡單元的側面剖面示意圖、及該側面剖面示意圖中之A-A剖面的示意圖。

第5圖(a)及(b)係為本發明之實施形態3之用在雷射加工裝置之f θ透鏡之透鏡單元的側面剖面示意圖、及該側面剖面示意圖中之A-A剖面的示意圖。

(實施形態1)

第1圖係為本發明之實施形態1之雷射加工裝置的整體構成圖。

如第1圖所示，本實施形態之雷射加工裝置100係具備：雷射振盪器1；第1電流鏡3a；第2電流鏡3b；第1電流掃描器4a；第2電流掃描器4b；由透鏡單元所構成的f θ透鏡5；XY平台7；電流驅動器8；及控制裝置9。

第1電流鏡3a係用以使從雷射振盪器1朝水平方向輸出的雷射射束2在水平面內偏向者。

第2電流鏡3b係用以使在第1電流鏡3a偏向的雷射射束2進一步在垂直面內偏向者。

第1電流掃描器4a係用以驅動第1電流鏡3a者，而第2電流掃描器4b係用以驅動第2電流鏡3b者。

f θ透鏡5係用以接受在第2電流鏡3b偏向的雷射射束2入射且將該入射的雷射射束2朝向要加工之對象物(簡稱工件(work))6上大致垂直地聚光照射者。

XY平台7係用以載置工件6且在水平面內移動動作者。

電流驅動器8係用以驅動第1、第2電流掃描器4a、4b者。

控制裝置9係用以控制雷射振盪器1與電流驅動器8與XY平台7者。

在第1圖中，箭頭X係顯示在XY平台7之水平面內之一方的移動方向，而箭頭Y係顯示在XY平台7之水平面內之相對於X方向為垂直方向的另一方的移動方向。再者，X、Y之各方向亦為工件6的加工方向。

此外，在本實施形態的雷射加工裝置100中，係於f θ透鏡5設有溫度檢測器14(請參照第2圖)，而溫度檢測器14與控制裝置9係以信號線10連接。再者，控制裝置9係根據從溫度檢測器14所輸入的溫度信號控制電流驅動器8，藉此來控制第1、第2電流掃描器4a、4b。

以下將第1、第2電流鏡3a、3b、第1、第2電流掃描器4a、4b、及電流驅動器8整體稱為電流機構。

第2圖(a)係為本發明之實施形態1之用在雷射加工裝置之f θ透鏡5之透鏡單元的側面剖面示意圖，第2圖(b)係為接受雷射射束2入射之側之透鏡單元的上面示意圖。

如第2圖(a)所示，本實施形態之用在f θ透鏡的透鏡單元20係具備第1光學透鏡11a及第2光學透鏡11b、保護窗(window)12、鏡筒13、及2個溫度檢測器14。

第1光學透鏡11a及第2光學透鏡11b係隔開預定的間隔配置成2段。

保護窗12係具有雷射射束2可穿透的構成。再者，對第2光學透鏡11b以隔開預定間隔方式配置，來保護光學透鏡11a、11b。

鏡筒13係用以保持光學透鏡11a、11b及保護窗12者。

2個溫度檢測器14係設置在第1光學透鏡11a之接受雷射射束2入射之側的表面。

再者，如第2圖(b)所示，溫度檢測器14係設置在通過第1光學透鏡11a之中心點(表面之圓的中心)之弦之兩端部的各者。

之後說明中所使用的「弦」，只要未特別指定，均為通過光學透鏡之中心點的弦，而「弦的兩端部」則係指雷射射束非照射部分16中，位於弦之兩端附近的區域。

以下將第1光學透鏡11a與第2光學透鏡11b與保護窗12整體稱為光學系統零件群。

此外，第1光學透鏡11a與第2光學透鏡11b時則總稱為光學透鏡。

此外，在本實施形態之透鏡單元20中，係從接受第2圖(a)之上方側的雷射射束2入射之側，朝向第2圖(a)之下方側之雷射射束2出射之側，依序配置第1光學透鏡11a、第2光學透鏡11b、保護窗12。

亦即，在雷射射束入射部配置有第1光學透鏡11a，而在雷射射束出射部配置有保護窗12。

通常，在雷射加工裝置中，由於使2個電流鏡偏向進行工件加工的範圍係為正方形，因此f θ透鏡5之光學透鏡之面中接受雷射射束照射的區域，係為正方形或長方形。

因此，使用本實施形態之透鏡單元20作為f θ透鏡時，如第2圖(b)所示，2個溫度檢測器14係設在位於第1光學透鏡11a之屬於正方形或長方形之雷射射束照射區域15、及第1光學透鏡11a之圓形之外周之間的雷射射束非照射部分16。

具體而言，在第1光學透鏡11a中，位於與雷射射束照射區域15之一方之相對向之2邊正交之弦之兩端部的雷射射束非照射部分16的各者，配設有1個溫度檢測器14。

或者，在第1光學透鏡11a中，位於與雷射射束照射區域15之另一方之相對向之2邊正交之弦之兩端部的雷射射束非照射部分16的各者，配設有1個溫度檢測器14。

此外，與雷射射束照射區域15之一方之相對向之2邊正交的方向，係與使第2電流鏡3b偏向的方向一致，而與雷射射束照射區域15之另一方之相對向之2邊正交的方向，係與使第1電流鏡3a偏向的方向一致。

本實施形態之透鏡單元20中之第1、第2光學透鏡11a、11b，雖係為單面非球面且單面平面的透鏡，但亦可為雙面非球面形狀的透鏡、或雙面球面的透鏡，此外，亦可為凸面透鏡或凹面透鏡的任一者。

此外，在本實施形態之透鏡單元20中，雖係使用2片光學透鏡，但亦可使用1片光學透鏡，或亦可使用3片 以上的光學透鏡，以隔開預定間隔方式多段配置。

此外，保護窗12的雙面係為平面。

鏡筒13雖係以1個構件形成，但亦可組合複數個構件來形成。

本實施形態之透鏡單元20，係在作為雷射加工裝置之f θ透鏡使用時，於熱容較鏡筒13小的第1光學透鏡11a中之雷射射束非照射部分16，配設有溫度檢測器14。因此，雷射射束非照射部分16接近雷射射束照射區域15，因而即使因為高能量等雷射射束2之瞬間吸收(例如msec單位精確度)而使第1光學透鏡11a的溫度瞬間上升之情形下，也可精確度良好地測量第1光學透鏡11a的溫度作為溫度信號。

此外，由於使用2個溫度檢測器14，因此可測量求出溫度上升之第1光學透鏡11a之平均溫度的溫度信號。

在本實施形態中，為了測量求出第1光學透鏡11a之平均溫度的溫度信號，雖使用了2個溫度檢測器14，但亦可將2個以上的溫度檢測器14設在第1光學透鏡11a的雷射射束非照射部分16。

此外，本實施形態之雷射加工裝置100係在f θ透鏡5使用了透鏡單元20，且將f θ透鏡5之第1光學透鏡11a因為瞬間吸收(例如msec單位精確度)高能量雷射射束2而溫度上升時之第1光學透鏡11a的溫度，藉由設置於第1光學透鏡11a的2個溫度檢測器14來測量。再者，藉由該雷射射束2個溫度檢測器14所測量的溫度係作為溫度信 號而輸入於控制裝置9。

再者，控制裝置9係根據從2個溫度檢測器14所輸入的溫度信號，求出第1光學透鏡11a之溫度上升前後的溫度差(以下稱上升溫度)的平均值。

再者，控制裝置9係根據光學透鏡11a之上升溫度的平均值來控制電流驅動器8，藉此來控制第1、第2電流掃描器4a、4b。

亦即，在本實施形態之雷射加工裝置100中，係將起自雷射射束2之因為伴隨著光學零件群之溫度上升所產生之折射率變化所引起之雷射射束2之工件6之加工位置(稱為聚光點位置)的偏移，代表性地測量第1光學透鏡11a的平均溫度，且藉由根據此溫度信號來控制第1、第2電流掃描器4a、4b進行修正。

茲說明本實施形態之雷射加工裝置100修正伴隨著f θ透鏡5中之光學系統零件群之溫度上升所產生之雷射射束2之聚光點位置的偏移的具體方法。

首先，將工件6之各加工點之X方向之修正量資料△X(X、Y、△ta)、及Y方向之修正量資料△Y(X、Y、△ta)保持於控制裝置9作為初期資料，該等修正量資料係從第1光學透鏡11a之上升溫度之平均值為△ta時所產生之雷射射束2之聚光點位置的偏移所求出者。

接著，以2個溫度檢測器14來測量在雷射加工裝置100將工件6進行雷射加工時之第1光學透鏡11a的溫度作為溫度資料，且以該溫度資料為溫度信號而輸入於控制 裝置9，來求出上升溫度的平均值△Ta。

接著，使用預先保持在控制裝置9之工件6之加工點的修正量資料，來算出△ta=△Ta時之X方向之修正量資料△X(X、Y、△Ta)與Y方向之修正量資料△Y(X、Y、△Ta)。

接著，以X方向之修正量資料△X(X、Y、△Ta)來修正修正前之位置偏移之雷射射束2之聚光點之X方向的位置Xs，使雷射射束2之聚光點之X方向的位置成為下述(1)式所示之Xr。

同時，將修正前之位置偏移之雷射射束2之聚光點之Y方向的位置Ys以Y方向之修正量資料△Y(X、Y、△Ta)來修正，使雷射射束2之聚光點之Y方向的位置成為下述(2)式所示之Yr。

換言之，以使雷射射束2之聚光點之X方向的位置成為Xr、Y方向的位置成為Yr之方式控制第1、第2電流掃描器4a、4b，來修正雷射射束2之聚光點位置的偏移。

Xr=Xs+△X(X、Y、△Ta) (1)

Yr=Ys+△Y(X、Y、△Ta) (2)

亦即，雷射射束2之聚光點位置之偏移的修正，係藉由控制、修正電流機構的動作來實施。

實際上，係加上從溫度資料預測的位置偏移，且為使照射至所希望的位置，藉由將以修正量資料修正後的目標位置從控制裝置9輸出至電流驅動器8，且從電流驅動器8指示第1、第2電流掃描器4a、4b來進行。

由於本實施形態之雷射加工裝置100即使是在高能量雷射輸出下的加工亦可修正雷射射束2的聚光點位置的偏移，因此可進行高精確度之工件6的雷射加工。

在本實施形態中，控制裝置9亦可根據從溫度檢測器14所輸入的溫度信號來控制XY平台7。

此外，在本實施形態中，亦可將設在第1光學透鏡11a之雷射射束非照射部分16的溫度檢測器14設為2個以上，由控制裝置9根據將來自該等複數個溫度檢測器14之溫度信號輸入至控制裝置9所獲得之上升溫度的平均值，來控制第1、第2電流掃描器4a、4b進行修正。

在本實施形態中，雖係使用第1、第2電流鏡3a、3b作為使雷射射束2偏向的機構，但只要是使雷射射束2偏向的機構，則不限定於此。

(實施形態2)

第3圖(a)係為本發明之實施形態2之用在雷射加工裝置之f θ透鏡之透鏡單元之側面剖面示意圖，第3圖(b)係為雷射射束入射之側之透鏡單元之上面示意圖(b)。

如第3圖所示，本實施形態之用在f θ透鏡之透鏡單元30，除在接受第1光學透鏡11a之雷射射束2入射之側的表面設有4個溫度檢測器以外，均與實施形態1之透鏡單元20相同。

再者，如第3圖(b)所示，第1、第2、第3、第4溫度檢測器14a、14b、14c、14d係設置在第1光學透鏡11a中之彼此正交之2條弦之兩端部的各者。

使用本實施形態之透鏡單元30作為f θ透鏡時，如第3圖(b)所示，4個溫度檢測器係設在位於第1光學透鏡11a之屬於正方形或長方形之雷射射束照射區域15、與第1光學透鏡11a之圓形之外周之間的雷射射束非照射部分16。

例如，在第1光學透鏡11a中，第1溫度檢測器14a係設置在相當於時鐘文字板中之12時之位置的雷射射束非照射部分16。

第2溫度檢測器14b係設置在相當於時鐘文字板中之6時之位置的雷射射束非照射部分16。

第3溫度檢測器14c係設置在相當於時鐘文字板中之9時之位置的雷射射束非照射部分16。

第4溫度檢測器14d係設置在相當於時鐘文字板中之3時之位置的雷射射束非照射部分16。

亦即，本實施形態之透鏡單元30係以與通過第1溫度檢測器14a與第2溫度檢測器14b之弦(以下記為D1)、及通過第3溫度檢測器14c與第4溫度檢測器14d之弦(以下記為D2)正交之方式，在第1光學透鏡11a配置有各溫度檢測器。

再者，與D1平行的方向，係與使第1電流鏡3a偏向的方向一致，而與D2平行的方向，係與使第2電流鏡3b偏向的方向一致。

本實施形態之透鏡單元30，亦在作為雷射加工裝置之f θ透鏡使用之情形下，於熱容較鏡筒13小的第1光學透 鏡11a中之雷射射束非照射部分16，配設有第1、第2、第3、第4溫度檢測器14a、14b、14c、14d。藉此，雷射射束非照射部分16即接近雷射射束照射區域15，因此即使第1光學透鏡11a之溫度因為高能量雷射射束2之瞬間吸收(例如msec單位精確度)而瞬間上升時，也可精確度良好地測量第1光學透鏡11a的溫度作為溫度信號。

尤其因為4個溫度檢測器係設置在第1光學透鏡11a的雷射射束非照射部分16，因此在控制裝置9所求出之第1光學透鏡11a之上升溫度之平均值的參差不齊較小，可更進一步提升上升溫度的測量精確度。

此外，本實施形態之透鏡單元30係在第1光學透鏡11a的正交之2條弦中之一方之弦D1的兩端部配置有第1溫度檢測器14a與第2溫度檢測器14b，且在另一弦D2的兩端部配置有第3溫度檢測器14c與第4溫度檢測器14d。

因此，可從第1光學透鏡11a之溫度上升所形成之第1溫度檢測器14a的溫度信號與第2溫度檢測器14b的溫度信號，求出在D1方向的溫度分布。再者，可從第3溫度檢測器14c的溫度信號與第4溫度檢測器14d的溫度信號，求出D2方向的溫度分布。

本實施形態之雷射加工裝置，除在f θ透鏡5使用透鏡單元30以外，均與實施形態1的雷射加工裝置相同。

本實施形態之雷射加工裝置係在f θ透鏡5使用透鏡單元30者，且由f θ透鏡5之第1光學透鏡11a瞬間吸收(例如msec單位精確度)高能量雷射射束2，並將溫度上 升時之第1光學透鏡11a的溫度，以第1、第2、第3、第4溫度檢測器14a、14b、14c、14d來測量。再者，該等溫度係作為溫度信號輸入至控制裝置9。

此外，在本實施形態之雷射加工裝置中，控制裝置9係根據所輸入之來自第1、第2、第3、第4溫度檢測器14a、14b、14c、14d的各溫度信號，而求出第1光學透鏡11a的上升溫度的平均值。

此外，控制裝置9係從所輸入之第1溫度檢測器14a的溫度信號與第2溫度檢測器14b的溫度信號，求出第1光學透鏡11a之D1方向的溫度分布。再者，從所輸入之第3溫度檢測器14c的溫度信號與第4溫度檢測器14d的溫度信號，求出第1光學透鏡11a之D2方向的溫度分布。

在本實施形態之雷射加工裝置中，係將起自雷射射束2之因為伴隨著光學零件群之溫度上升所產生之折射率變化所引起之雷射射束2之聚光點位置的偏移，代表性地求為第1光學透鏡11a之上升溫度的平均值資料。再者，根據該資料來控制第1、第2電流掃描器4a、4b進行修正。

此外，在本實施形態之雷射加工裝置中，係使f θ透鏡5之第1光學透鏡11a中之D1之方向與工件6的X方向一致，且使D2的方向與工件6的Y方向一致。

藉此，即可將將起自雷射射束2之因為伴隨著光學零件群之與工件6之X方向相同方向之溫度分布及與工件之Y方向相同方向之溫度分布所產生之折射率變化所引起之雷射射束2之聚光點位置的偏移，藉由代表性地求出第1 光學透鏡11a之D1方向的溫度分布資料與D2方向之溫度分布資料，且根據此資料來控制第1、第2電流掃描器4a、4b進行修正。

茲說明本實施形態之雷射加工裝置修正伴隨著f θ透鏡5之光學系統零件群之溫度上升所產生之雷射射束2之聚光點位置之偏移的具體方法。

首先，將各加工點之X方向之修正量資料△X(X、Y、△ta)、及Y方向之修正量資料△Y(X、Y、△ta)保持於控制裝置9作為初期資料，該等修正量資料係從第1光學透鏡11a之上升溫度之平均值為△ta時所產生之雷射射束2之聚光點位置的偏移所求出者。

此外，將工件6之各加工點之X方向之修正量資料△Xx(X、Y、△tx)、及Y方向之修正量資料△Yx(X、Y、△tx)保持於控制裝置9，該等修正量資料係從第1光學透鏡11a中之因為D1方向亦即X方向之溫度分布△tx所產生之雷射射束聚光點位置的偏移所求出者。

再者，將各加工點之X方向之修正量資料△Xy(X、Y、△ty)、及Y方向之修正量資料△Yy(X、Y、△ty)保持於控制裝置9，該等修正量資料係從因為D2方向亦即Y方向之溫度分布△ty所產生之雷射射束聚光點位置的偏移所求出者。

接著，在雷射加工裝置中，以將工件6進行雷射加工時之第1光學透鏡11a中之第1、第2、第3、第4溫度檢測器14a、14b、14c、14d來測量溫度，且將該溫度資料輸 入於控制裝置9，來求出上升溫度的平均值△Ta。

此外，從在第1溫度檢測器14a與第2溫度檢測器14b所測得的溫度求出第1光學透鏡11a中之X方向的溫度分布△Tx，且從在第3溫度檢測器14c與第4溫度檢測器14d所測得的溫度來求出第1光學透鏡11a中之Y方向的溫度分布△Ty。

接著使用預先保持於控制裝置9之加工點的修正量資料，算出△ta=△Ta時之X方向之修正量資料△X(X、Y、△Ta)與Y方向之修正量資料△Y(X、Y、△Ta)。

此外，算出△tx=△Tx時之X方向之修正量資料△Xx(X、Y、△Tx)與Y方向之修正量資料△Yx(X、Y、△Tx)。

此外，算出△ty=△Ty時之X方向之修正量資料△Xy(X、Y、△Ty)與Y方向之修正量資料△Yy(X、Y、△Ty)。

接著，將修正前之位置偏移之雷射射束聚光點之X方向的位置Xs，以X方向之修正量資料、△X(X、Y、△Ta)與△Xx(X、Y、△Tx)與△Xy(X、Y、△Ty)來修正，而雷射射束聚光點之X方向的位置即成為如下述(3)式所示的Xr。

同時，將修正前之位置偏移之雷射射束聚光點之Y方向的位置Ys，以Y方向之修正量資料、△Y(X、Y、△Ta)與△Yx(X、Y、△Tx)與△Yy(X、Y、△Ty)來修正，而雷射射束聚光點之Y方向的位置即成為如下述(4)式 所示的Yr。

亦即，以雷射射束聚光點之X方向的位置成為Xr、Y方向的位置成為Yr之方式控制第1、第2電流掃描器4a、4b，來修正雷射射束聚光點位置的偏移。

Xr=Xs+△X(X、Y、△Ta)+△Xx(X、Y、△Tx)+△Xy(X、Y、△Ty) (3)

Yr=Ys+△Y(X、Y、△Ta)+△Yx(X、Y、△Tx)+△Yy(X、Y、△Ty) (4)

換言之，雷射射束聚光點位置之偏移的修正，係藉由控制裝置9來控制修正電流機構的動作而實施。

實際上，係加上從溫度資料預測的位置偏移，且為使照射至所希望的位置，藉由將以修正量資料所修正的目標位置從控制裝置9輸出至電流驅動器8，且從電流驅動器8指示第1、第2電流掃描器4a、4b來進行。

由於本實施形態之雷射加工裝置即使是在高能量雷射輸出下的加工亦可更精確度良好地修正雷射射束聚光點位置的偏移，因此可進行更高精確度的雷射加工。

在本實施形態中，控制裝置9亦可根據從第1、第2、第3、第4溫度檢測器14a、14b、14c、14d所輸入的溫度信號來控制XY平台7。

在本實施形態中，雖係在透鏡單元30的第1光學透鏡11a設置4個溫度檢測器的第1、第2、第3、第4溫度檢測器14a、14b、14c、14d，但亦可在第1光學透鏡11a中之弦的兩端部，亦即與第1光學透鏡11a之中心對稱的位 置，僅設置各一個，亦即合計2個溫度檢測器。

此外，只要可測量與第1光學透鏡11a之D1方向平行之方向的溫度分布及與D2方向平行之方向的溫度分布，則亦可設置4個以上的溫度檢測器。

此外，雖使用第1、第2電流鏡3a、3b作為使雷射射束2偏向的機構，但只要是使雷射射束2偏向的機構，則不予限定。

(實施形態3)

第4圖(a)係為本發明之實施形態3之用在雷射加工裝置之f θ透鏡之透鏡單元之側面剖面示意圖，第4圖(b)係為該側面剖面示意圖中之透鏡單元之A-A剖面的示意圖。

如第4圖所示，本實施形態之用在f θ透鏡之透鏡單元40，除在接受第2光學透鏡11b之雷射射束2入射之側的表面設有2個溫度檢測器14以外，均與實施形態1之透鏡單元20相同。

再者，如第4圖(b)所示，溫度檢測器14係設置在通過第2光學透鏡11b之中心點之弦之兩端部的各者。

使用本實施形態之透鏡單元40作為f θ透鏡時，如第4圖(b)所示，接受第2光學透鏡11b之面中之雷射射束2照射的區域，係為正方形或長方形。

因此，2個溫度檢測器14係設在位於第2光學透鏡11b之面中之雷射射束照射區域25、及第2光學透鏡11b之圓形之外周之間的雷射射束非照射部分26。

具體而言，係在第2光學透鏡11b中之位於與雷射射束照射區域25之一方之相對向之2邊正交之弦之兩端部之雷射射束非照射部分26的各者，配設一個溫度檢測器14。

或者，在第2光學透鏡11b中之位於與雷射射束照射區域25之另一方之相對向之2邊正交之弦之兩端部之雷射射束非照射部分26的各者，配設一個溫度檢測器14。

此外，雷射射束照射區域25中之與一方之相對向之2邊正交的方向係與使第2電流鏡3b偏向的方向一致，而與另一方之相對向之2邊正交的方向係與使第1電流鏡3a偏向的方向一致。

本實施形態之透鏡單元40，在作為雷射加工裝置之f θ透鏡使用之情形下，於熱容較鏡筒13小的第2光學透鏡11b中之雷射射束非照射部分16，配設有溫度檢測器14，由於雷射射束非照射部分26接近雷射射束照射區域25，因此即使第2光學透鏡11b之溫度因為高能量雷射射束2之瞬間吸收(例如msec單位精確度)而瞬間上升時，也可精確度良好地測量第2光學透鏡11b的溫度作為溫度信號。

此外，由於第2光學透鏡11b之溫度檢測器14的設置面並非為與外部之大氣接觸的面，因此不會受到工件6加工時所產生之粉塵的影響。

此外，由於使用2個溫度檢測器14，因此可測量求出溫度上升之第2光學透鏡11b之平均溫度的溫度信號。

在本實施形態中，為了測量求出第2光學透鏡11b之平均溫度的溫度信號，雖使用了2個溫度檢測器14，但亦 可將2個以上的溫度檢測器14設在第2光學透鏡11b之雷射射束非照射部分26。

本實施形態之雷射加工裝置，除了在f θ透鏡5使用透鏡單元40以外，均與實施形態1的雷射加工裝置相同。

在本實施形態之雷射加工裝置中，即使在第2光學透鏡11b之溫度因為f θ透鏡5中之第2光學透鏡11b之高能量雷射射束2之瞬間吸收(例如msec單位精確度)而瞬間上升時，也可藉由設置於第2光學透鏡11b之2個溫度檢測器14來測量第2光學透鏡11b的溫度，且可將藉由該2個溫度檢測器14所測量的溫度作為溫度信號來輸入於控制裝置9。

再者，控制裝置9係根據從2個溫度檢測器14所輸入的溫度信號，來求出第2光學透鏡11b的上升溫度的平均值。

再者，控制裝置9係根據第2光學透鏡11b之上升溫度的平均值，來控制電流驅動器8，藉此來控制第1、第2電流掃描器4a、4b。

在本實施形態之雷射加工裝置中，係將起自雷射射束2之因為伴隨著光學零件群之溫度上升所產生之折射率變化所引起之雷射射束2之聚光點位置的偏移，代表性地測量第2光學透鏡11b之平均溫度。再者，根據該溫度信號來控制第1、第2電流掃描器4a、4b進行修正。

亦即，根據在第2光學透鏡11b之上升溫度之平均值的資料，藉由與實施形態1之雷射加工裝置100相同的機 構，以控制第1、第2電流掃描器4a、4b方式來修正雷射射束聚光點位置的偏移。

實際上，係加上從溫度資料預測的位置偏移，且為使照射至所希望的位置，藉由將以修正量資料所修正的目標位置從控制裝置9輸出至電流驅動器8，且從電流驅動器8指示第1、第2電流掃描器4a、4b來進行。

由於本實施形態之雷射加工裝置即使是在高能量雷射輸出下的加工亦可精確度良好地修正雷射射束聚光點位置的偏移，因此可進行高精確度的雷射加工。

在本實施形態中，控制裝置9亦可根據從溫度檢測器所輸入的溫度信號來控制XY平台7。

此外，在本實施形態中，亦可將設在第2光學透鏡11b之雷射射束非照射部分26的溫度檢測器14設為2個以上，由控制裝置9根據將來自該等複數個溫度檢測器14之溫度信號輸入至控制裝置9所獲得之上升溫度的平均值，來控制第1、第2電流掃描器4a、4b進行修正。

在本實施形態中，雖係使用第1、第2電流鏡3a、3b作為使雷射射束2偏向的機構，但只要是使雷射射束2偏向的機構，則不限定於此。

在本實施形態之用在f θ透鏡5的透鏡單元40中，雖係將溫度檢測器14設在第2光學透鏡11b，但只要是設在不與外部之大氣接觸之光學透鏡的面，則可設在任何光學透鏡。

此外，亦可將溫度檢測器14設在保護窗12之雷射射束出射面之相反側之面的雷射射束非照射部分。

(實施形態4)

第5圖(a)係為本發明之實施形態4之用在雷射加工裝置之f θ透鏡之透鏡單元之側面剖面示意圖、與該側面剖面示意圖中之透鏡單元之A-A剖面的示意圖b)。

如第5圖所示，本實施形態之用在f θ透鏡之透鏡單元50，除在接受第2光學透鏡11b之雷射射束2入射之側的表面設有4個溫度檢測器14a、14b、14c、14d檢測器14以外，均與實施形態2之透鏡單元30相同。

再者，如第5圖(b)所示，第1、第2、第3、第4溫度檢測器14a、14b、14c、14d係設置在第2光學透鏡11b中之彼此正交之2條弦之兩端部的各者。

使用本實施形態之透鏡單元50作為f θ透鏡時，如第5圖(b)所示，接受第2光學透鏡11b之面中之雷射射束2照射的區域，係為正方形或長方形。

因此，第2光學透鏡11b中之各溫度檢測器14a、14b、14c、14d的設置位置，係為位於雷射射束照射區域25、與第2光學透鏡11b之圓形之外周之間4個位置的雷射射束非照射部分26。

如第5圖(b)所示，例如，在第2光學透鏡11b中，第1溫度檢測器14a係設置在相當於時鐘文字板中之12時之位置的雷射射束非照射部分26。

第2溫度檢測器14b係設置在相當於時鐘文字板中之6時之位置的雷射射束非照射部分26。

第3溫度檢測器14c係設置在相當於時鐘文字板中之 9時之位置的雷射射束非照射部分26。

第4溫度檢測器14d係設置在相當於時鐘文字板中之3時之位置的雷射射束非照射部分26。

亦即，本實施形態之透鏡單元50係以通過第1溫度檢測器14a與第2溫度檢測器14b之弦的D1、及通過第3溫度檢測器14c與第4溫度檢測器14d之弦的D2正交之方式，在第2光學透鏡11B配置有各溫度檢測器。

此外，與D1平行的方向，係與使第1電流鏡3a偏向的方向一致，而與D2平行的方向，係與使第2電流鏡3b偏向的方向一致。

本實施形態之透鏡單元50，亦在作為雷射加工裝置之f θ透鏡使用之情形下，於熱容較鏡筒13小的第2光學透鏡11b中之雷射射束非照射部分26，配設有第1、第2、第3、第4溫度檢測器14a、14b、14c、14d，雷射射束非照射部分26即接近雷射射束照射區域25。

藉此，即使第2光學透鏡11b之溫度因為高能量雷射射束2之瞬間吸收(例如msec單位精確度)而瞬間上升時，也可精確度良好地測量第2光學透鏡11b的溫度作為溫度信號。

尤其因為4個溫度檢測器係設置在第2光學透鏡11b的雷射射束非照射部分26，因此第2光學透鏡11b之上升溫度之平均值的參差不齊較小，而可更進一步提升上升溫度的測量精確度。

此外，由於第2光學透鏡11b之溫度檢測器設置面並 非為與外部之大氣接觸的面，因此不會受到工件6加工時所產生之粉塵的影響。

本實施形態之雷射加工裝置，除在f θ透鏡5使用透鏡單元50以外，均與實施形態2的雷射加工裝置相同。

此外，使透鏡單元50中之D1之方向與工件6之X方向一致，且使D2之方向與工件6的Y方向一致。

在本實施形態之雷射加工裝置中，係以4個溫度檢測器來測量f θ透鏡5中之第2光學透鏡11b之因為高能量雷射射束2之瞬間吸收(例如msec單位精確度)而溫度上升時之第2光學透鏡11b的溫度，且將此等溫度作為溫度信號而輸入於控制裝置9。

再者，控制裝置9係從4個溫度檢測器的溫度信號，來求出第2光學透鏡11b之上升溫度的平均值。

此外，從第1溫度檢測器14a與第2溫度檢測器14b的溫度信號，求出第2光學透鏡11b之D1方向的溫度分布，且從第3溫度檢測器14c與第4溫度檢測器14d的溫度信號，求出D2方向的溫度分布。

再者，在本實施形態之雷射加工裝置中，係將起自雷射射束2之因為伴隨著光學零件群之溫度上升所產生之折射率變化所引起之雷射射束2之聚光點位置的偏移，藉由根據第2光學透鏡11b之上升溫度之平均值資料來控制第1、第2電流掃描器4a、4b進行修正。

同時，將起自雷射射束2之因為伴隨著光學零件群之與工件6之X方向相同方向的溫度分布及與工件6之Y方 向相同方向的溫度分布所產生之折射率變化所引起之雷射射束2之聚光點位置的偏移，藉由根據第2光學透鏡11b之D1方向之溫度分布資料與D2方向之溫度分布資料來控制第1、第2電流掃描器4a、4b進行修正。

亦即，在本實施形態之雷射加工裝置中，係從第2光學透鏡11b之上升溫度之平均值的資料、第2光學透鏡11b中之與工件6之X方向相同方向之溫度分布的資料、及第2光學透鏡11b中之與工件6之Y方向相同方向之溫度分布的資料，藉由與實施形態2之雷射加工裝置相同的機構，來控制第1、第2電流掃描器4a、4b。藉此，來修正雷射射束2之聚光點位置的偏移。

換言之，雷射射束2之聚光點位置之偏移的修正，係藉由控制裝置9來控制修正電流機構之動作而實施。

實際上，係加上從溫度資料預測的位置偏移，且為使照射至所希望的位置，藉由將以修正量資料所修正的目標位置從控制裝置9輸出至電流驅動器8，且從電流驅動器8指示第1、第2電流掃描器4a、4b來進行。

由於本實施形態之雷射加工裝置100即使是在高能量雷射輸出下的加工亦可更精確度良好地修正雷射射束2的聚光點位置的偏移，因此可進行更高精確度之雷射加工。

在本實施形態中，控制裝置9亦可根據從溫度檢測器所輸入的溫度信號來控制XY平台7。

在本實施形態之用在f θ透鏡的透鏡單元50中，雖係4個溫度檢測器14a、14b、14c、14d設在第2光學透鏡11b， 但只要是設在不與外部之大氣接觸之光學透鏡的面，則可設在任何光學透鏡。

此外，亦可將4個溫度檢測器14a、14b、14c、14d，設在保護窗12之雷射射束入射面之相反側之面的雷射射束非照射部分。

此外，在各實施形態中，雖係以將溫度檢測器設在光學透鏡之接受雷射射束2入射之側之表面為例進行了說明，但亦可設在與接受雷射射束2入射之側相反側之光學透鏡的面(光學透鏡的背面)。

在本實施形態中，雖係於透鏡單元50之第2光學透鏡11b中設有4個溫度檢測器14a、14b、14c、14d，但亦可在第2光學透鏡11b中之弦的兩端部，亦即對稱位置各設置1個，亦即合計2個溫度檢測器。

此外，只要可測量第2光學透鏡11b之與D1方向平行之方向之溫度分布及與D2方向平行之方向之溫度分布，亦可設置4個以上的溫度檢測器。

此外，雖係使用第1、第2電流鏡3a、3b作為使雷射射束2偏向的機構，惟只要是使雷射射束2偏向的機構，則不予限定。

本發明中之雷射射束2，亦可為單脈衝(pulse)、複數脈衝或連續振盪的任一者。

在本發明之雷射加工裝置中的加工內容，並不限定於開孔，只要是可藉由切斷、變形、熔接、熱處理、或標線等的雷射等進行加工者，則可為任何的加工內容。此外， 在被加工物中，只要是可藉由燃燒、熔融、昇華或變色等之雷射所產生的變化，則可使產生任何的變化。

另外，本發明在該發明的範圍內，可自由組合各實施的型態，或可適當變更、省略各實施形態。

[產業上的可利用性]

由於本發明之雷射加工裝置係可精確度良好地修正聚光點位置的偏移，且可進行高精確度的雷射加工，因此可用在已高精細化之電子電路或電子零件的加工。

1‧‧‧雷射振盪器

2‧‧‧雷射射束

3a‧‧‧第1電流鏡

3b‧‧‧第2電流鏡

4a‧‧‧第1電流掃描器

4b‧‧‧第2電流掃描器

5‧‧‧f θ透鏡

6‧‧‧工件

7‧‧‧XY平台

8‧‧‧電流驅動器

9‧‧‧控制裝置

10‧‧‧信號線

Claims (9)

1. 一種透鏡單元，係將雷射射束聚光照射於對象物者，該透鏡單元係具備：光學透鏡；用以保持上述光學透鏡的鏡筒；及複數個溫度檢測器：上述複數個溫度檢測器係在上述光學透鏡之接受上述雷射射束入射之側之表面或與接受該雷射射束入射之側相反側之表面，並設在位於上述光學透鏡之雷射射束照射區域與上述光學透鏡之外周之間的雷射射束非照射部分，用來測量用以求出上述光學透鏡的平均溫度、或上述光學透鏡之平均溫度及面內之溫度分布的溫度信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡單元，其中，在通過上述光學透鏡之中心點之弦中之兩端部之各者，配置至少一個上述溫度檢測器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡單元，其中，在通過上述光學透鏡之中心點之正交的2條弦中之一方之弦之兩端部的各者、及另一方之弦之兩端部的各者，配置至少一個上述溫度檢測器。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之透鏡單元，其中，上述溫度檢測器係配置在於雷射射束入射部配置之上述光學透鏡。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之透鏡單 元，其中，上述溫度檢測器係配置在上述光學透鏡之與上述鏡筒外部之大氣接觸之面以外的面。
6. 一種雷射加工裝置，係具備：雷射振盪器；電流鏡，將從上述雷射振盪器所輸出的雷射射束予以偏向；電流掃描器，用以驅動上述電流鏡；透鏡單元，具有：光學透鏡；保持上述光學透鏡的鏡筒；及在上述光學透鏡之接受上述雷射射束入射之側之表面或與接受該雷射射束入射之側相反側之表面，並設在位於上述光學透鏡之雷射射束照射區域與上述光學透鏡之外周之間的雷射射束非照射部分，用來測量用以求出上述光學透鏡的平均溫度、或上述光學透鏡的平均溫度及面內的溫度分布之溫度信號的複數個溫度檢測器；且將在上述電流鏡所偏向入射的上述雷射射束予以朝向對象物聚光照射；XY平台，用以載置上述對象物且在水平面內移動；電流驅動器，用以驅動上述電流掃描器；控制裝置，用以控制上述雷射振盪器、上述電流驅動器、及上述XY平台；及信號線，用以將上述溫度檢測器連接於上述控制裝置；上述控制裝置係根據從上述複數個溫度檢測器所測量的溫度信號，求出上述光學透鏡之上升溫度的平 均值、或上述光學透鏡之上升溫度的平均值及面內的溫度分布所獲得的結果，來修正上述雷射射束的聚光點位置。
7. 如申請專利範圍第6項所述之雷射加工裝置，其中，在通過上述光學透鏡之中心點之弦中之兩端部之各者，配置至少一個上述溫度檢測器。
8. 如申請專利範圍第6項所述之雷射加工裝置，其中，上述複數個溫度檢測器係為第1溫度檢測器、第2溫度檢測器、第3溫度檢測器、及第4溫度檢測器的4個；在通過上述光學透鏡之中心點之彼此正交的2條弦中之一方之弦的兩端部，配置有上述第1溫度檢測器與上述第2溫度檢測器，而在另一方之弦的兩端部，配置有上述第3溫度檢測器與上述第4溫度檢測器；上述控制裝置係從上述複數個溫度檢測器所測量的所有溫度信號，求出上述光學透鏡之上升溫度的平均值，且從上述第1溫度檢測器與上述第2溫度檢測器的上述溫度信號，求出上述光學透鏡中之X方向的溫度分布，且從上述第3溫度檢測器與上述第4溫度檢測器的上述溫度信號，求出上述光學透鏡中之Y方向的溫度分布；根據所求得的各結果，來修正雷射射束的聚光點位置。
9. 如申請專利範圍第6至8項中任一項所述之雷射加工 裝置，藉由上述控制裝置，透過上述電流驅動器來控制上述電流掃描器，且修正上述雷射射束的聚光點位置。