CN103128439B - 透镜单元以及激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透镜单元以及激光加工装置。在激光加工装置（100）中，在fθ透镜（5）中使用了能够用温度检测器（14）测定高能量的激光波束（2）的瞬间的吸收所致的光学透镜（11a、11b）的温度变化的透镜单元（20）。在光学透镜（11a、11b）的激光波束非照射部分（16）中设置了多个温度检测器（14），控制装置（9）根据由温度检测器（14）测定的温度信号，校正激光波束（2）的聚光点位置来进行控制。

Description

透镜单元以及激光加工装置

技术领域

本发明涉及向被加工对象物垂直地聚光照射激光波束的透镜单元和使用了该透镜单元的激光加工装置。

背景技术

利用了电流扫描器（galvano scanner）的激光加工装置以往被用于激光雕刻机、激光刻印机等中，一般被称为激光打标机（lasermarker）而被大众所熟知。

最近，作为代替以往的钻孔机等的施工方法的精细并且高速且灵活的加工方法，该激光加工装置被用于多层印刷基板、精密电子部件等的开孔制造工序。

近年来，伴随着半导体的小型化、集成度的提高，电子电路、电子部件的高精细化变得显著。在这样的高精细化的电子电路、电子部件的加工中使用的激光加工装置中，要求通过以往的激光打标机等无法实现的μm单位的加工位置精度。

作为与这样的超高精度的加工精度的要求对应的激光加工装置，提出了如下激光加工装置，该激光加工装置具备：电流镜（galvanomirror）的温度检测单元；透镜温度检测单元；以及电流镜的偏转变位动作位置的控制单元，该控制单元根据来自这些温度检测单元的温度信号进行动作。

这样的激光加工装置能够校正由设置环境周围的温度变化、与高能量的激光波束的吸收相伴的光学部件的发热所致的温度变化、或者构成激光加工装置的单元或部件级别中的温度变化等的激光加工装置的温度变化引起的加工位置的偏移（例如，参照专利文献1）。

专利文献1：日本专利第4320524号公报（第4－5页、图1）

发明内容

在专利文献1记载的以往的激光加工装置中，利用在透镜单元的横面上安装的温度检测器来检测作为透镜单元的fθ透镜的温度。

一般，fθ透镜具备光学透镜和保持光学透镜的镜筒，所以在以往的激光加工装置中，在fθ透镜的横面上设置有温度检测器是指，在镜筒的侧面部分设置有温度检测器。

以往的激光加工装置通过在作为透镜单元的fθ透镜的镜筒侧面设置的温度检测器来测定温度。因此，光学透镜瞬间吸收（例如，msec单位精度）高能量的激光波束，在瞬间发生了温度上升的情况下，温度测定点远离激光波束照射区域，镜筒的热容量大，所以存在如下问题：无法高精度地测定温度变化，无法校正加工位置的偏移。

本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其第1目的在于得到一种透镜单元，即使在光学透镜瞬间吸收高能量的激光波束而瞬间发生了温度上升的情况下，也能够通过温度检测器高精度地测定光学透镜的温度变化。

第2目的在于得到一种激光加工装置，该透镜单元被用作fθ透镜，能够高精度地校正由于形成fθ透镜的光学透镜瞬间地吸收高能量的激光波束而发生的加工位置的偏移。

本发明的透镜单元是向对象物聚光照射激光波束的透镜单元，具备：

光学透镜；

镜筒，保持光学透镜；以及

多个温度检测器，其中，

多个温度检测器设置于在光学透镜的激光波束照射区域与光学透镜的外周之间存在的激光波束非照射部分，对用于求出光学透镜的平均温度或者用于求出光学透镜的平均温度以及面内的温度分布的温度信号进行测定。

本发明的激光加工装置具备：

激光振荡器；

电流镜，使从激光振荡器输出的激光波束偏转；

电流扫描器，驱动电流镜；

透镜单元，具有光学透镜、保持光学透镜的镜筒、以及设置于在光学透镜的激光波束照射区域与光学透镜的外周之间存在的激光波束非照射部分并对用于求出光学透镜的平均温度或者用于求出光学透镜的平均温度以及面内的温度分布的温度信号进行测定的多个温度检测器，朝向对象物聚光照射通过电流镜偏转并入射的激光波束；

XY平台，载置对象物并在水平面内移动；

电流驱动器（galvano driver），驱动电流扫描器；

控制装置，控制激光振荡器、电流驱动器以及XY平台；以及

信号线，将温度检测器连接到控制装置，其中，

控制装置根据由多个温度检测器测定的温度信号，求出光学透镜的上升温度的平均值或者求出光学透镜的上升温度的平均值以及面内的温度分布，并根据所得到的结果，校正激光波束的聚光点位置。

本发明的透镜单元如上述那样构成，所以能够高精度地测定高能量的激光波束的瞬间的吸收所致的光学透镜的平均温度。

本发明的激光加工装置如上述那样构成，所以即使是高能量的激光输出下的加工，也能够校正激光波束聚光点的位置偏移，能够实现高精度的激光加工。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的激光加工装置的整体结构图。

图2是本发明的实施方式1的激光加工装置的fθ透镜中使用的透镜单元的侧面剖面示意图和激光波束入射的一侧的俯视示意图。

图3是本发明的实施方式2的激光加工装置的fθ透镜中使用的透镜单元的侧面剖面示意图和激光波束入射的一侧的俯视示意图。

图4是本发明的实施方式3的激光加工装置的fθ透镜中使用的透镜单元的侧面剖面示意图和该侧面剖面示意图中的A－A剖面的示意图。

图5是本发明的实施方式4的激光加工装置的fθ透镜中使用的透镜单元的侧面剖面示意图和该侧面剖面示意图中的A－A剖面的示意图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1的激光加工装置的整体结构图。

如图1所示，本实施方式的激光加工装置100具备激光振荡器1、第1电流镜3a、第2电流镜3b、第1电流扫描器4a、第2电流扫描器4b、由透镜单元构成的fθ透镜5、XY平台7、电流驱动器8、以及控制装置9。

第1电流镜3a使从激光振荡器1向水平方向输出的激光波束2在水平面内偏转。

第2电流镜3b使由第1电流镜3a偏转了的激光波束2进一步在垂直面内偏转。

第1电流扫描器4a驱动第1电流镜3a，第2电流扫描器4b驱动第2电流镜3b。

fθ透镜5被入射由第2电流镜3b偏转了的激光波束2，并且朝向要加工的对象物（记载为工件）6上大致垂直地聚光照射该入射的激光波束2。

XY平台7载置工件6并在水平面内移动动作。

电流驱动器8对第1、第2电流扫描器4a、4b进行驱动。

控制装置9控制激光振荡器1、电流驱动器8、以及XY平台7。

在图1中，箭头X表示XY平台7在水平面内的一个移动方向，箭头Y表示作为与XY平台7在水平面内的X方向垂直的方向的另一个移动方向。另外，X、Y的各方向也是工件6的加工方向。

另外，在本实施方式的激光加工装置100中，在fθ透镜5中设置了温度检测器14（参照图2），温度检测器14和控制装置9通过信号线10连接。并且，控制装置9根据从温度检测器14输入的温度信号来控制电流驱动器8，从而控制第1、第2电流扫描器4a、4b。

以后，将第1、第2电流镜3a、3b、第1、第2电流扫描器4a、4b、以及电流驱动器8的整体总称为电流机构。

图2的（a）是本发明的实施方式1的激光加工装置的fθ透镜5中使用的透镜单元的侧面剖面示意图，图2的（b）是激光波束2入射的一侧的透镜单元的俯视示意图。

如图2的（a）所示，本实施方式的fθ透镜5中使用的透镜单元20具备第1光学透镜11a及第2光学透镜11b、保护窗12、镜筒13、以及2个温度检测器14。

隔开规定的间隔，两级地配置了第1光学透镜11a以及第2光学透镜11b。

保护窗12具有激光波束2能够透射的结构。另外，相对第2光学透镜11b隔开规定的间隔而配置，保护了光学透镜11a、11b。

镜筒13保持第1、第2光学透镜11a、11b以及保护窗12。

2个温度检测器14设置于第1光学透镜11a的激光波束2入射的一侧的表面。

另外，如图2的（b）所示，在通过第1光学透镜11a的中心点（表面的圆的中心）的弦的两端部的各个中设置了温度检测器14。

关于以后的说明中使用的“弦”，只要没有特别指定，就指通过光学透镜的中心点的弦，“弦的两端部”是指，在激光波束非照射部分16中位于弦的两端附近的区域。

以后，将第1光学透镜11a、第2光学透镜11b以及保护窗12的整体总称为光学***部件组。

另外，在对第1光学透镜11a和第2光学透镜11b进行总称的情况下，记载为光学透镜。

另外，在本实施方式的透镜单元20中，从图2的（a）中的上方侧的激光波束2入射的一侧，朝向图2的（a）中的下方侧的激光波束2射出的一侧，按照第1光学透镜11a、第2光学透镜11b、保护窗12的顺序进行了配置。

即，在激光波束入射部配置了第1光学透镜11a，在激光波束射出部配置了保护窗12。

通常，在激光加工装置中，使2个电流镜偏转而对工件进行加工的范围是正方形，所以fθ透镜的光学透镜的面中的被照射激光波束的区域是正方形或者长方形。

因此，在将本实施方式的透镜单元20用作fθ透镜的情况下，如图2的（b）所示，在第1光学透镜11a的正方形或者长方形的激光波束照射区域15与第1光学透镜11a的圆形的外周之间存在的激光波束非照射部分16中，设置了2个温度检测器14。

具体而言，在第1光学透镜11a中的与激光波束照射区域15的一方的相对的2个边正交的弦的两端部处的激光波束非照射部分16的各个中，配设了1个温度检测器14。

或者，在第1光学透镜11a中的与激光波束照射区域15的另一方的相对的2个边正交的弦的两端部处的激光波束非照射部分16的各个中，配设了1个温度检测器14。

另外，与激光波束照射区域15的一方的相对的2个边正交的方向、和使第2电流镜3b偏转的方向一致，与激光波束照射区域15的另一方的相对的2个边正交的方向、和使第1电流镜3a偏转的方向一致。

本实施方式的透镜单元20中的第1、第2光学透镜11a、11b是一面为非球面且一面为平面的透镜，但也可以是两面为非球面形状的透镜、两面为球面的透镜，另外也可以是凸面透镜或者凹面透镜中的任一个。

另外，在本实施方式的透镜单元20中，使用了2个光学透镜，但也可以是1个光学透镜，还可以使用3个以上的光学透镜，并隔开规定的间隔而多级地配置。

另外，保护窗12的两面是平面。

镜筒13由1个部件形成，但也可以组合多个部件而形成。

本实施方式的透镜单元20在用作激光加工装置的fθ透镜的情况下，在热容量比镜筒13小的第1光学透镜11a中的激光波束非照射部分16中，配设了温度检测器14。因此，激光波束非照射部分16接近激光波束照射区域15，所以即使由于高能量的激光波束2的瞬间的吸收（例如，msec单位精度）而使第1光学透镜11a的温度瞬间上升的情况下，也能够高精度地测定第1光学透镜11a的温度而作为温度信号。

另外，由于使用了2个温度检测器14，所以能够对求出温度上升的第1光学透镜11a的平均温度的温度信号进行测定。

在本实施方式中，为了测定求出第1光学透镜11a的平均温度的温度信号，使用了2个温度检测器14，但也可以将2个以上的温度检测器14设置于第1光学透镜11a的激光波束非照射部分16。

另外，在本实施方式的激光加工装置100中，在fθ透镜5中使用了透镜单元20，通过设置于第1光学透镜11a的2个温度检测器14，来测定通过由fθ透镜5的第1光学透镜11a瞬间吸收（例如，msec单位精度）高能量的激光波束2而使温度上升了时的第1光学透镜11a的温度。然后，将由这2个温度检测器14测定的温度作为温度信号而输入到控制装置9。

然后，控制装置9根据从2个温度检测器14输入的温度信号，求出第1光学透镜11a的温度上升前后的温度差（以后，记载为上升温度）的平均值。

进而，控制装置9根据光学透镜11a的上升温度的平均值来控制电流驱动器8，从而控制第1、第2电流扫描器4a、4b。

即，在本实施方式的激光加工装置100中，通过代表性地测定第1光学透镜11a的平均温度，并根据该温度信号来控制第1、第2电流扫描器4a、4b，由此校正激光波束2所致的与光学***部件组的温度上升相伴的折射率变化引起的激光波束2的工件6的加工位置（记载为聚光点位置）的偏移。

说明本实施方式的激光加工装置100对fθ透镜5中的与光学***部件组的温度上升相伴的激光波束2的聚光点位置的偏移进行校正的具体的方法。

首先，在控制装置9中保持根据在第1光学透镜11a的上升温度的平均值是Δta的情况下发生的激光波束2的聚光点位置的偏移而求出的工件6的各加工点的X方向的校正量数据ΔX（X，Y，Δta）和Y方向的校正量数据ΔY（X，Y，Δta），而作为初始数据。

接下来，利用2个温度检测器14来测定由激光加工装置100对工件6进行激光加工时的第1光学透镜11a的温度作为温度数据，将该温度数据作为温度信号而输入到控制装置9，求出上升温度的平均值ΔTa。

接下来，使用控制装置9中预先保持的工件6的加工点的校正量数据，计算Δta=ΔTa时的X方向的校正量数据ΔX（X，Y，ΔTa）和Y方向的校正量数据ΔY（X，Y，ΔTa）。

接下来，利用X方向的校正量数据ΔX（X，Y，ΔTa）来修正校正前的位置偏移了的激光波束2的聚光点的X方向的位置Xs，激光波束2的聚光点的X方向的位置成为下述（1）式所示的Xr。

同时，利用Y方向的校正量数据ΔY（X，Y，ΔTa）来修正校正前的位置偏移了的激光波束2的聚光点的Y方向的位置Ys，激光波束2的聚光点的Y方向的位置成为下述（2）式所示的Yr。

即，以使激光波束2的聚光点的X方向的位置成为Xr、Y方向的位置成为Yr的方式，控制第1、第2电流扫描器4a、4b来校正激光波束2的聚光点位置的偏移。

Xr=Xs+ΔX（X，Y，ΔTa）（1）

Yr=Ys+ΔY（X，Y，ΔTa）（2）

即，通过对电流机构的动作进行控制/校正，由此实施激光波束2的聚光点位置的偏移的校正。

实际上，通过如下来进行：考虑根据温度数据而预测的位置偏移，为了照射到期望位置，将用校正量数据修正后的目标位置从控制装置9输出到电流驱动器8，并从电流驱动器8对第1、第2电流扫描器4a、4b进行指示。

在本实施方式的激光加工装置100中，即使是高能量的激光输出下的加工，也能够校正激光波束2的聚光点位置的偏移，所以能够实现高精度的工件6的激光加工。

在本实施方式中，控制装置9也可以根据从温度检测器14输入的温度信号来控制XY平台7。

另外，在本实施方式中，也可以将第1光学透镜11a的激光波束非照射部分16中设置的温度检测器14设为2个以上，控制装置9根据将来自这些多个温度检测器14的温度信号输入到控制装置9而得到的上升温度的平均值来控制第1、第2电流扫描器4a、4b，由此进行校正。

在本实施方式中，作为使激光波束2偏转的机构，使用了第1、第2电流镜3a、3b，但只要是使激光波束2偏转的机构，就不限于此。

实施方式2.

图3的（a）是本发明的实施方式2的激光加工装置的fθ透镜中使用的透镜单元的侧面剖面示意图，图3的（b）是激光波束入射的一侧的透镜单元的俯视示意图（b）。

如图3所示，本实施方式的fθ透镜中使用的透镜单元30除了在第1光学透镜11a的激光波束2入射的一侧的表面设置了4个温度检测器以外，与实施方式1的透镜单元20相同。

并且，如图3的（b）所示，在第1光学透镜11a中的相互正交的2根弦的两端部的各个中，设置有第1、第2、第3、第4温度检测器14a、14b、14c、14d。

在将本实施方式的透镜单元30用作fθ透镜的情况下，如图3的（b）所示，在第1光学透镜11a的正方形或者长方形的激光波束照射区域15与第1光学透镜11a的圆形的外周之间存在的激光波束非照射部分16中，设置了4个温度检测器。

例如，在第1光学透镜11a中，第1温度检测器14a设置于时钟的表盘中的与12点相当的位置的激光波束非照射部分16。

第2温度检测器14b设置于时钟的表盘中的与6点相当的位置的激光波束非照射部分16。

第3温度检测器14c设置于时钟的表盘中的与9点相当的位置的激光波束非照射部分16。

第4温度检测器14d设置于时钟的表盘中的与3点相当的位置的激光波束非照射部分16。

即，在本实施方式的透镜单元30中，以使通过第1温度检测器14a和第2温度检测器14b的弦（记载为D1）、与通过第3温度检测器14c和第4温度检测器14d的弦（记载为D2）正交的方式，在第1光学透镜11a中配置了各温度检测器。

并且，和D1平行的方向与使第1电流镜3a偏转的方向一致，和D2平行的方向与使第2电流镜3b偏转的方向一致。

关于本实施方式的透镜单元30，在用作激光加工装置的fθ透镜的情况下，也在热容量比镜筒13小的第1光学透镜11a中的激光波束非照射部分16中，配设了第1、第2、第3、第4温度检测器14a、14b、14c、14d。由此，激光波束非照射部分16接近激光波束照射区域15，所以即使在由于高能量的激光波束2的瞬间的吸收（例如，msec单位精度）而使第1光学透镜11a的温度瞬间上升的情况下，也能够高精度地测定第1光学透镜11a的温度作为温度信号。

特别是，4个温度检测器设置于第1光学透镜11a的激光波束非照射部分16，所以由控制装置9求出的第1光学透镜11a的上升温度的平均值的偏差小，能够进一步提高上升温度的测定精度。

另外，在本实施方式的透镜单元30中，在第1光学透镜11a的正交的2根弦中的1根弦D1的两端部配置了第1温度检测器14a和第2温度检测器14b，并在另1根弦D2的两端部配置了第3温度检测器14c和第4温度检测器14d。

因此，能够根据第1光学透镜11a的温度上升所致的第1温度检测器14a的温度信号和第2温度检测器14b的温度信号，求出D1方向上的温度分布。并且，能够根据第3温度检测器14c的温度信号和第4温度检测器14d的温度信号，求出D2方向的温度分布。

本实施方式的激光加工装置除了在fθ透镜5中使用了透镜单元30以外，与实施方式1的激光加工装置相同。

在本实施方式的激光加工装置中，在fθ透镜5中使用了透镜单元30，利用第1、第2、第3、第4温度检测器14a、14b、14c、14d，来测定fθ透镜5的第1光学透镜11a瞬间吸收（例如，msec单位精度）高能量的激光波束2而使温度上升了时的第1光学透镜11a的温度。然后，将这些温度作为温度信号而输入到控制装置9。

另外，在本实施方式的激光加工装置中，控制装置9根据所输入的来自第1、第2、第3、第4温度检测器14a、14b、14c、14d的各温度信号，求出第1光学透镜11a的上升温度的平均值。

另外，控制装置9根据所输入的第1温度检测器14a的温度信号和第2温度检测器14b的温度信号，求出第1光学透镜11a的D1方向的温度分布。然后，根据所输入的第3温度检测器14c的温度信号和第4温度检测器14d的温度信号，求出第1光学透镜11a的D2方向的温度分布。

在本实施方式的激光加工装置中，关于激光波束2所致的光学***部件组的与温度上升相伴的折射率变化引起的激光波束2的聚光点位置的偏移，代表性地求出第1光学透镜11a的上升温度的平均值数据。然后，根据该数据来控制第1、第2电流扫描器4a、4b，从而进行校正。

另外，在本实施方式的激光加工装置中，使fθ透镜5的第1光学透镜11a中的D1的方向与工件6的X方向一致、D2的方向与工件6的Y方向一致。

由此，能够通过代表性地求出第1光学透镜11a的D1方向的温度分布数据和D2方向的温度分布数据，并根据该数据来控制第1、第2电流扫描器4a、4b，由此校正激光波束2所致的光学***部件组的与和工件6的X方向相同的方向的温度分布以及和工件的Y方向相同的方向的温度分布相伴的折射率变化引起的激光波束2的聚光点位置的偏移。

说明本实施方式的激光加工装置对与fθ透镜5的光学***部件组的温度上升相伴的激光波束2的聚光点位置的偏移进行校正的具体的方法。

首先，在控制装置9中保持根据在第1光学透镜11a的上升温度的平均值是Δta的情况下发生的激光波束2的聚光点位置的偏移而求出的各加工点的X方向的校正量数据ΔX（X，Y，Δta）和Y方向的校正量数据ΔY（X，Y，Δta），而作为初始数据。

另外，在控制装置9中保存第1光学透镜11a中的根据由于D1方向即X方向的温度分布Δtx而发生的激光波束聚光点位置的偏移来求出的工件6的各加工点的X方向的校正量数据ΔXx（X，Y，Δtx）和Y方向的校正量数据ΔYx（X，Y，Δtx）。

进而，在控制装置9中保持根据由于D2方向即Y方向的温度分布Δty而发生的激光波束聚光点位置的偏移来求出的各加工点的X方向的校正量数据ΔXy（X，Y，Δty）和Y方向的校正量数据ΔYy（X，Y，Δty）。

接下来，在激光加工装置中，利用对工件6进行激光加工时的第1光学透镜11a中的第1、第2、第3、第4温度检测器14a、14b、14c、14d来测定温度，并将该温度数据输入到控制装置9，求出上升温度的平均值ΔTa。

另外，根据第1温度检测器14a和第2温度检测器14b中的测定温度，求出第1光学透镜11a中的X方向的温度分布ΔTx，根据第3温度检测器14c和第4温度检测器14d中的测定温度，求出第1光学透镜11a中的Y方向的温度分布ΔTy。

接下来，使用在控制装置9中预先保持的加工点的校正量数据，计算Δta=ΔTa时的X方向的校正量数据ΔX（X，Y，ΔTa）和Y方向的校正量数据ΔY（X，Y，ΔTa）。

另外，计算Δtx=ΔTx时的X方向的校正量数据ΔXx（X，Y，ΔTx）和Y方向的校正量数据ΔYx（X，Y，ΔTx）。

另外，计算Δty=ΔTy时的X方向的校正量数据ΔXy（X，Y，ΔTy）和Y方向的校正量数据ΔYy（X，Y，ΔTy）。

接下来，利用X方向的校正量数据ΔX（X，Y，ΔTa）、ΔXx（X，Y，ΔTx）以及ΔXy（X，Y，ΔTy）来修正校正前的位置偏移了的激光波束聚光点的X方向的位置Xs，激光波束聚光点的X方向的位置成为下述（3）式所示的Xr。

同时，利用Y方向的校正量数据ΔY（X，Y，ΔTa）、ΔYx（X，Y，ΔTx）以及ΔYy（X，Y，ΔTy）来修正校正前的位置偏移了的激光波束聚光点的Y方向的位置Ys，激光波束聚光点的Y方向的位置成为下述（4）式所示的Yr。

即，以使激光波束聚光点的X方向的位置成为Xr、Y方向的位置成为Yr的方式，对第1、第2电流扫描器4a、4b进行控制来校正激光波束聚光点位置的偏移。

Xr=Xs+ΔX（X，Y，ΔTa）+ΔXx（X，Y，ΔTx）+ΔXy（X，Y，ΔTy）（3）

Yr=Ys+ΔY（X，Y，ΔTa）+ΔYx（X，Y，ΔTx）+ΔYy（X，Y，ΔTy）（4）

即，由控制装置9对电流机构的动作进行控制/校正，由此实施激光波束聚光点位置的偏移的校正。

实际上，通过如下进行：考虑根据温度数据而预测的位置偏移，为了照射到期望位置，将利用校正量数据修正后的目标位置从控制装置9输出到电流驱动器8，并从电流驱动器8对第1、第2电流扫描器4a、4b进行指示。

本实施方式的激光加工装置即使在高能量的激光输出下的加工中，也能够更高精度地校正激光波束聚光点位置的偏移，所以能够实现更高精度的激光加工。

在本实施方式中，控制装置9也可以根据从第1、第2、第3、第4温度检测器14a、14b、14c、14d输入的温度信号来控制XY平台7。

在本实施方式中，在透镜单元30的第1光学透镜11a中设置了4个温度检测器即第1、第2、第3、第4温度检测器14a、14b、14c、14d，但也可以在第1光学透镜11a中的弦的两端部、即相对于第1光学透镜11a的中心而对称的位置，各设置1个即合计2个温度检测器。

另外，只要能够测定光学透镜11a的与D1方向平行的方向的温度分布以及与D2方向平行的方向的温度分布，则也可以设置4个以上的温度检测器。

另外，作为使激光波束2偏转的机构，使用了第1、第2电流镜3a、3b，但只要是使激光波束2偏转的机构，就不限于此。

实施方式3.

图4的（a）是本发明的实施方式3的激光加工装置的fθ透镜中使用的透镜单元的侧面剖面示意图，图4的（b）是该侧面剖面示意图中的透镜单元的A－A剖面的示意图。

如图4所示，本实施方式的fθ透镜中使用的透镜单元40除了2个温度检测器14设置于第2光学透镜11b的激光波束2入射的一侧的表面以外，与实施方式1的透镜单元20相同。

另外，如图4的（b）所示，在通过第2光学透镜11b的中心点的弦的两端部的各个中设置有温度检测器14。

在将本实施方式的透镜单元40用作fθ透镜的情况下，如图4的（b）所示，第2光学透镜11b的面中的被照射激光波束2的区域成为正方形或者长方形。

因此，在第2光学透镜11b的面中的激光波束照射区域25与第2光学透镜11b的圆形的外周之间存在的激光波束非照射部分26中，设置了2个温度检测器14。

具体而言，在第2光学透镜11b中的与激光波束照射区域25的一方的相对的2个边正交的弦的两端部处的激光波束非照射部分26的各个中，配设了1个温度检测器14。

或者，在第2光学透镜11b中的与激光波束照射区域25的另一方的相对的2个边正交的弦的两端部处的激光波束非照射部分26的各个中，配设了1个温度检测器14。

另外，激光波束照射区域25中的与一方的相对的2个边正交的方向与使第2电流镜3b偏转的方向一致，与另一方的相对的2个边正交的方向与使第1电流镜3a偏转的方向一致。

本实施方式的透镜单元40在用作激光加工装置的fθ透镜的情况下，在热容量比镜筒13小的第2光学透镜11b中的激光波束非照射部分26中，配设了温度检测器14，激光波束非照射部分26接近激光波束照射区域25，所以即使在由于高能量的激光波束2的瞬间的吸收（例如，msec单位精度）而使第2光学透镜11b的温度瞬间上升的情况下，也能够高精度地测定第2光学透镜11b的温度作为温度信号。

另外，第2光学透镜11b的温度检测器14的设置面不是与外部气体接触的面，所以不会受到在工件6的加工时发生的粉尘的影响。

另外，由于使用了2个温度检测器14，所以能够测定用于求出温度上升了的第2光学透镜11b的平均温度的温度信号。

在本实施方式中，为了测定用于求出第2光学透镜11b的平均温度的温度信号，使用了2个温度检测器14，但也可以将2个以上的温度检测器14设置于第2光学透镜11b的激光波束非照射部分26。

本实施方式的激光加工装置除了在fθ透镜5中使用了透镜单元40以外，与实施方式1的激光加工装置相同。

在本实施方式的激光加工装置中，由于fθ透镜5中的第2光学透镜11b的高能量的激光波束2的瞬间的吸收（例如，msec单位精度）而使第2光学透镜11b的温度瞬间上升的情况下，也能够用第2光学透镜11b中设置的2个温度检测器14来测定第2光学透镜11b的温度，并将由该2个温度检测器14测定的温度作为温度信号而输入到控制装置9。

然后，控制装置9根据从2个温度检测器14输入的温度信号，求出第2光学透镜11b的上升温度的平均值。

进而，控制装置9根据第2光学透镜11b的上升温度的平均值来控制电流驱动器8，从而控制第1、第2电流扫描器4a、4b。

在本实施方式的激光加工装置中，关于激光波束2所致的光学***部件组的由与温度上升相伴的折射率变化引起的激光波束2的聚光点位置的偏移，代表性地测定第2光学透镜11b的平均温度。然后，根据该温度信号来控制第1、第2电流扫描器4a、4b而进行校正。

即，根据第2光学透镜11b中的上升温度的平均值的数据，通过与实施方式1的激光加工装置100同样的机构，控制第1、第2电流扫描器4a、4b，从而校正激光波束聚光点位置的偏移。

实际上，通过如下来进行：考虑根据温度数据而预测的位置偏移为了照射到期望位置，将用校正量数据修正后的目标位置从控制装置9输出到电流驱动器8，并从电流驱动器8对第1、第2电流扫描器4a、4b进行指示。

本实施方式的激光加工装置即使在高能量的激光输出下的加工中，也能够高精度地校正激光波束聚光点位置的偏移，所以能够实现高精度的激光加工。

在本实施方式中，控制装置9也可以根据从温度检测器输入的温度信号，控制XY平台7。

另外，在本实施方式中，也可以将第2光学透镜11b的激光波束非照射部分26中设置的温度检测器14设为2个以上，控制装置9根据将来自这些多个温度检测器14的温度信号输入到控制装置9而得到的上升温度的平均值，控制第1、第2电流扫描器4a、4b，从而进行校正。

在本实施方式中，作为使激光波束2偏转的机构，使用了第1、第2电流镜3a、3b，但只要是使激光波束2偏转的机构，就不限于此。

在本实施方式的fθ透镜5中使用的透镜单元40中，将温度检测器14设置于第2光学透镜11b，但只要设置于不与外部气体接触的光学透镜的面中，就可以设置于任意光学透镜。

另外，也可以在保护窗12的与激光波束射出面相反一侧的面中的激光波束非照射部分，设置温度检测器14。

实施方式4.

图5的（a）是本发明的实施方式4的激光加工装置的fθ透镜中使用的透镜单元的侧面剖面示意图，（b）是该侧面剖面示意图中的透镜单元的A－A剖面的示意图。

如图5所示，本实施方式的fθ透镜中使用的透镜单元50除了4个温度检测器14a、14b、14c、14d设置于第2光学透镜11b的激光波束2入射的一侧的表面以外，与实施方式2的透镜单元30相同。

并且，如图5的（b）所示，第1、第2、第3、第4温度检测器14a、14b、14c、14d设置于第2光学透镜11b中的相互正交的2根弦的两端部的各个中。

在将本实施方式的透镜单元50用作fθ透镜的情况下，如图5的（b）所示，第2光学透镜11b的被照射激光波束2的区域成为正方形或者长方形。

因此，第2光学透镜11b中的各温度检测器14a、14b、14c、14d的设置位置是在激光波束照射区域25与第2光学透镜11b的圆形的外周之间存在的4个部位的激光波束非照射部分26。

如图5的（b）所示，例如在第2光学透镜11b中，第1温度检测器14a设置于时钟的表盘中的与12点相当的位置的激光波束非照射部分26。

第2温度检测器14b设置于时钟的表盘中的与6点相当的位置的激光波束非照射部分26。

第3温度检测器14c设置于时钟的表盘中的与9点相当的位置的激光波束非照射部分26。

第4温度检测器14d设置于时钟的表盘中的与3点相当的位置的激光波束非照射部分26。

即，在本实施方式的透镜单元50中，以使作为通过第1温度检测器14a和第2温度检测器14b的弦的D1、与作为通过第3温度检测器14c和第4温度检测器14d的弦的D2正交的方式，将各温度检测器配置于第2光学透镜11b。

另外，和D1平行的方向与使第1电流镜3a偏转的方向一致，和D2平行的方向与使第2电流镜3b偏转的方向一致。

本实施方式的透镜单元50在用作激光加工装置的fθ透镜的情况下，也在热容量比镜筒13小的第2光学透镜11b中的激光波束非照射部分26中，配设了第1、第2、第3、第4温度检测器14a、14b、14c、14d，激光波束非照射部分26接近激光波束照射区域25。

由此，即使在由于高能量的激光波束2的瞬间的吸收（例如，msec单位精度）而使第2光学透镜11b的温度瞬间上升的情况下，也能够高精度地测定第2光学透镜11b的温度作为温度信号。

特别是，4个温度检测器设置于第2光学透镜11b的激光波束非照射部分26，所以第2光学透镜11b的上升温度的平均值的偏差小，能够进一步提高上升温度的测定精度。

另外，第2光学透镜11b的温度检测器设置面不是与外部气体接触的面，所以不会受到在工件6的加工时发生的粉尘的影响。

本实施方式的激光加工装置除了在fθ透镜5中使用了透镜单元50以外，与实施方式2的激光加工装置相同。

于是，使透镜单元50中的D1的方向与工件6的X方向一致，使D2的方向与工件6的Y方向一致。

在本实施方式的激光加工装置中，用4个温度检测器来测定fθ透镜5中的第2光学透镜11b由于瞬间吸收（例如，msec单位精度）高能量的激光波束2而使温度上升了时的第2光学透镜11b的温度，并将这些温度作为温度信号而输入到控制装置9。

然后，控制装置9根据4个温度检测器的温度信号，求出第2光学透镜11b的上升温度的平均值。

另外，根据第1温度检测器14a和第2温度检测器14b的温度信号，求出第2光学透镜11b的D1方向的温度分布，根据第3温度检测器14c和第4温度检测器14d的温度信号，求出D2方向的温度分布。

然后，在本实施方式的激光加工装置中，根据第2光学透镜11b的上升温度的平均值数据来控制第1、第2电流扫描器4a、4b，从而校正激光波束2所致的光学***部件组的由与温度上升相伴的折射率变化引起的激光波束2的聚光点位置的偏移。

同时，根据第2光学透镜11b的D1方向的温度分布数据和D2方向的温度分布数据来控制第1、第2电流扫描器4a、4b，从而校正激光波束2所致的光学***部件组的由与和工件6的X方向相同的方向的温度分布以及和工件6的Y方向相同的方向的温度分布相伴的折射率变化引起的激光波束2的聚光点位置的偏移。

即，在本实施方式的激光加工装置中，根据第2光学透镜11b的上升温度的平均值的数据、第2光学透镜11b中的与工件6的X方向相同的方向的温度分布的数据、以及第2光学透镜11b中的与工件6的Y方向相同的方向的温度分布的数据，通过与实施方式2的激光加工装置同样的机构，来控制第1、第2电流扫描器4a、4b。由此，校正激光波束2的聚光点位置的偏移。

即，通过控制装置9对电流机构的动作进行控制/校正，由此校正激光波束2的聚光点位置的偏移。

实际上，通过如下来进行：考虑根据温度数据而预测的位置偏移，为了照射到期望位置，将用校正量数据修正后的目标位置从控制装置9输出到电流驱动器8，并从电流驱动器8对第1、第2电流扫描器4a、4b进行指示。

本实施方式的激光加工装置即使在高能量的激光输出下的加工中，也能够更高精度地校正激光波束2的聚光点位置的偏移，所以能够实现更高精度的激光加工。

在本实施方式中，控制装置9也可以根据从温度检测器输入的温度信号来控制XY平台7。

在本实施方式的fθ透镜中使用的透镜单元50中，将4个温度检测器14a、14b、14c、14d设置于第2光学透镜11b，但只要设置于不与外部气体接触的光学透镜的面中，就可以设置于任意光学透镜。

另外，也可以在保护窗12的与激光波束入射面相反一侧的面中的激光波束非照射部分中，设置4个温度检测器14a、14b、14c、14d。

另外，在各实施方式中，举出在光学透镜的激光波束2入射的一侧的表面设置了温度检测器的例子而进行了说明，但也可以设置到与激光波束2入射的一侧相反的一侧的光学透镜的面（光学透镜的背面）。

在本实施方式中，在透镜单元50的第2光学透镜11b中设置了4个温度检测器14a、14b、14c、14d，但也可以在第2光学透镜11b中的弦的两端部即对称位置处，各设置1个即合计2个温度检测器。

另外，如果能够测定第2光学透镜11b的与D1方向平行的方向的温度分布以及与D2方向平行的方向的温度分布，则也可以设置4个以上的温度检测器。

另外，作为使激光波束2偏转的机构，使用了第1、第2电流镜3a、3b，但只要是使激光波束2偏转的机构，就不限于此。

本发明中的激光波束2可以是单脉冲、多脉冲或者连续振荡中的任意一个。

本发明的激光加工装置中的加工内容不限于开孔，只要是切断、变形、焊接、热处理、或者标记等能够通过激光进行加工的例子，就可以是任意的加工内容。另外，在被加工物中，只要是燃烧、熔融、升华或者变色等通过激光而能够发生的变化，就可以发生任意的变化。

另外，本发明能够在其发明的范围内，自由地组合各实施方式、或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

产业上的可利用性

本发明的激光加工装置能够高精度地校正聚光点位置的偏移，能够实现高精度的激光加工，所以能够用于高精细化的电子电路、电子部件的加工。

Claims (9)

1.一种透镜单元，向对象物聚光照射激光波束，具备：

光学透镜；

镜筒，保持所述光学透镜；以及

多个温度检测器，其中，

所述多个温度检测器设置于所述光学透镜的入射激光波束的一侧的面或者与入射激光波束的一侧相反的一侧的面、且在所述光学透镜的激光波束照射区域与所述光学透镜的外周之间存在的激光波束非照射部分，对用于求出所述光学透镜的平均温度或者用于求出所述光学透镜的平均温度以及面内的温度分布的温度信号进行测定。

2.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，

在通过所述光学透镜的中心点的弦上的两端部的各个中，配置了至少1个所述温度检测器。

3.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，

在通过所述光学透镜的中心点的正交的2根弦中的一根弦的两端部的各个以及另一根弦的两端部的各个中，配置了至少1个所述温度检测器。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的透镜单元，其特征在于，

在配置于激光波束入射部的所述光学透镜中配置有所述温度检测器。

5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的透镜单元，其特征在于，

所述温度检测器配置于所述光学透镜的与外部气体接触的面以外的面。

6.一种激光加工装置，具备：

激光振荡器；

电流镜，使从所述激光振荡器输出的激光波束偏转；

电流扫描器，驱动所述电流镜；

透镜单元，具有光学透镜、保持所述光学透镜的镜筒、以及设置于所述光学透镜的入射激光波束的一侧的面或者与入射激光波束的一侧相反的一侧的面且在所述光学透镜的激光波束照射区域与所述光学透镜的外周之间存在的激光波束非照射部分并对用于求出所述光学透镜的平均温度或者用于求出所述光学透镜的平均温度以及面内的温度分布的温度信号进行测定的多个温度检测器，所述透镜单元朝向对象物聚光照射通过所述电流镜偏转并入射的所述激光波束；

XY平台，载置所述对象物并在水平面内移动；

电流驱动器，驱动所述电流扫描器；

控制装置，控制所述激光振荡器、所述电流驱动器以及所述XY平台；以及

信号线，将所述温度检测器连接到所述控制装置，其中，

所述控制装置根据由所述多个温度检测器测定的温度信号，求出所述光学透镜的上升温度的平均值或者求出所述光学透镜的上升温度的平均值以及面内的温度分布，并根据所得到的结果，校正所述激光波束的聚光点位置。

7.根据权利要求6所述的激光加工装置，其特征在于，

在通过所述光学透镜的中心点的弦上的两端部的各个中，配置了至少1个所述温度检测器。

8.根据权利要求6所述的激光加工装置，其特征在于，

所述多个温度检测器是第1温度检测器、第2温度检测器、第3温度检测器以及第4温度检测器这4个，

在通过所述光学透镜的中心点的相互正交的2根弦中的一根弦的两端部配置了所述第1温度检测器和所述第2温度检测器，在另一根弦的两端部配置了所述第3温度检测器和所述第4温度检测器，

所述控制装置根据由所述多个温度检测器测定的所有温度信号而求出所述光学透镜的上升温度的平均值，根据所述第1温度检测器和所述第2温度检测器的所述温度信号而求出所述光学透镜中的X方向的温度分布，根据所述第3温度检测器和所述第4温度检测器的所述温度信号而求出所述光学透镜中的Y方向的温度分布，并根据所得到的各结果，校正激光波束的聚光点位置。

9.根据权利要求6～8中的任意一项所述的激光加工装置，其特征在于，

由所述控制装置经由所述电流驱动器来控制所述电流扫描器，校正所述激光波束的聚光点位置。