TW202411000A - 包括雷射感測器系統的雷射加工設備和測量光束特性的方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種光學設備。在一個具體實例中，該設備包括：光偵測器設備，其具有光偵測器；第一光學組件，其經排列以引導第一光束路徑，雷射能量光束可沿著該第一光束路徑傳播至經配置以將該第一光束路徑引導至該光偵測器的第一光學元件串；及第二光學組件，其經排列以引導第二光束路徑，該雷射能量光束可沿著該第二光束路徑傳播至經配置以將該第二光束路徑引導至該光偵測器的第二光學元件串。該第一光學元件串及該第二光學元件串包括部分透射式鏡及曲面鏡，該部分透射式鏡及該曲面鏡經配置以允許該雷射能量光束之第一部分傳播通過該部分透射式鏡及該曲面鏡，藉此在相對於該偵測器設備之位置處成像AOD樞軸點。該光偵測器可定位於積分球之偵測埠中。

Description

包括雷射感測器系統的雷射加工設備和測量光束特性的方法

本文描述之具體實例大致上係關於雷射加工設備，且更特定言之，係關於雷射感測器系統、其組件以及用於操作其以便加工工件之技術。 相關申請案之交叉參考

本申請案主張於2022年6月2日申請之美國臨時申請案第63/348,165號之權益，該臨時申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。

雷射加工系統或設備用於廣泛多種應用，包括印刷電路板（printed circuit board；PCB）機械加工、積層製造及類似者。為了加工PCB，當例如使用雷射加工在其中形成孔或通孔時，需要精確控制PCB材料（例如，用於形成通孔之金屬、絕緣體等）之剝蝕。加工雷射光束之功率或能量的準確及可重複量測對於控制用於形成此等孔或通孔之剝蝕加工係重要的。用於此等精確量測所需之雷射感測器系統可係複雜、昂貴且巨大的。因而，需要運用低系統複雜度及成本提供一致且精確結果的雷射感測器系統。開發本文所論述之具體實例以認識到本發明人發現之此等及其他問題。

圖1說明一雷射感測器系統30。該雷射感測器系統30分別包括鏡32a、32b、34a、34b以及光偵測器36a及36b。鏡32a及32b經提供以將沿著來自第一***106之光束路徑14a及14b傳播之光引導至鏡34a及34b。鏡32a及32b作為轉向鏡提供且鏡34a及34b作為經配置以反射入射雷射能量光束中之大部分光並透射少量光至偵測器36a的部分透射式鏡提供。未藉由部分透射式鏡34a及34b透射的雷射能量光束之部分經分別引導至掃描頭120a及120b。偵測器36a經排列以接收藉由部分透射式鏡34a透射之光且偵測器36b經排列以接收藉由部分透射式鏡34b透射之光。偵測器36a及36b經配置以感測或量測透射至其中的雷射能量或功率，並基於感測或量測值產生感測器資料。

本發明之一個具體實例可表徵為一設備，該設備包括：一偵測器設備，其包含一光偵測器；至少一個第一光學組件，其經排列以引導一第一光束路徑，一雷射能量光束可沿著該第一光束路徑傳播至經配置以將該第一光束路徑引導至該偵測器設備的一第一光學元件串；及至少一個第二光學組件，其經排列以引導一第二光束路徑，該雷射能量光束可沿著該第二光束路徑傳播至經配置以將該第二光束路徑引導至該偵測器設備的一第二光學元件串。第一光學元件串及第二光學元件串經配置以在相對於偵測器設備之位置處成像一AOD樞軸點。該設備進一步包含可操作以產生雷射能量光束之至少一個雷射源。

第一光學元件串及第二光學元件串可包括一部分透射式鏡及一曲面鏡，其中該部分透射式鏡經排列且經配置以接收該雷射能量光束，允許該雷射能量光束之第一部分傳播通過該部分透射式鏡，且反射該雷射能量光束之第二部分。曲面鏡經排列以自部分透射式鏡接收雷射能量光束之第一部分並將雷射能量光束之第一部分反射至偵測器設備。在一個具體實例中，偵測器設備為積分球。設備可進一步包含經配置以選擇性地傳播雷射能量光束至第一光束路徑或第二光束路徑的開關。開關可為AOD系統或電流計系統。光偵測器設備可包含一積分球，該積分球具有一積分球本體，該積分球本體中形成有一收集埠及一偵測埠，其中光偵測器定位於該偵測埠中。

本發明之另一具體實例可表徵為一設備，該設備包括：一偵測器設備，其包含一光偵測器；一第一雷射源，其可操作以產生一第一雷射能量光束；一第二雷射源，其可操作以產生一第二雷射能量光束；至少一個第一光學組件，其經排列以引導一第一光束路徑，該第一雷射能量光束或該第二雷射能量光束可沿著該第一光束路徑傳播至經配置以將該第一光束路徑引導至該偵測器設備的一第一光學元件串；及至少一個第二光學組件，其經排列以引導一第二光束路徑，該第一雷射能量光束或該第二雷射能量光束可沿著該第二光束路徑傳播至經配置以將該第二光束路徑引導至該偵測器設備的一第二光學元件串。第一光學元件串及第二光學元件串經配置以在相對於偵測器設備之位置處成像一AOD樞軸點。第一光學元件串及第二光學元件串可包括部分透射式鏡及曲面鏡，其中該部分透射式鏡經排列且經配置以接收第一雷射能量光束或第二雷射能量光束；允許第一雷射能量光束之第一部分或第二雷射能量光束之第一部分傳播通過該部分透射式鏡，且反射第一雷射能量光束之第二部分或第二雷射能量光束之第二部分。曲面鏡經排列以自部分透射式鏡接收第一雷射能量光束之第一部分或第二雷射能量光束之第一部分並將第一雷射能量光束之第一部分或第二雷射能量光束之第一部分反射至偵測器設備。該設備可進一步包含經配置以選擇性地傳播第一雷射能量光束或第二雷射能量光束至第一光束路徑或第二光束路徑的開關。開關可為AOD系統或電流計系統。光偵測器設備可包含一積分球，該積分球具有一積分球本體，該積分球本體中形成有一收集埠及一偵測埠，其中光偵測器定位於該偵測埠中。

本文中參看隨附圖式來描述實例具體實例。除非另外明確地陳述，否則在圖式中，組件、特徵、元件等之大小、位置等以及其間的任何距離未必按比例，而是出於清楚之目的而放大。在圖式中，相同編號通篇指相同元件。因此，可能在參看其他圖式時描述相同或類似編號，即使該等編號在對應圖式中未提及亦未描述。又，即使未經參考數字指示之元件亦可參考其他圖式加以描述。

本文中所使用之術語僅出於描述特定實例具體實例之目的，且並不意欲為限制性的。除非另外定義，否則本文中所用之所有術語（包括技術及科學術語）均具有如一般熟習此項技術者通常理解之相同含義。如本文中所使用，除非上下文另外清晰地指示，否則單數形式「一」以及「該」意欲亦包括複數形式。應認識到，術語「包含（comprises及/或comprising）」在用於本說明書中時指定所陳述之特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但並不排除一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或添加。除非另外說明，否則在敍述值範圍時，值範圍包括該範圍之上限與下限以及在其間之任何子範圍。除非另外指示，否則諸如「第一」、「第二」等術語僅用於區別一個元件與另一元件。舉例而言，一個節點可稱為「第一節點」，且類似地，另一節點可稱為「第二節點」，或反之亦然。

除非另外指示，否則術語「約」、「大約」等意謂量、大小、配方、參數及其他量及特性並非且不必為精確的，而視需要可為大致的及/或更大或更小，從而反映容限、轉換因數、捨入、量測誤差及其類似者，以及熟習此項技術者已知之其他因數。諸如「在...下方」、「在...下面」、「在...下部」、「在...上方」及「在...上部」及類似者的空間相對術語本文中可出於易於描述而使用以描述如諸圖中所說明的一個元件或特徵對於另一元件或特徵的關係。應認識到，除諸圖中所描繪之定向外，空間相對術語意欲涵蓋不同定向。舉例而言，若諸圖中的物件經翻轉，則描述為「在」其他元件或特徵「下方」或「下面」的元件將接著定向為「在」其他元件或特徵「上方」。因此，例示性術語「在...下方」可涵蓋在...上方及在...下方之定向。物件可以其他方式定向（例如，旋轉90度或處於其他定向），且本文中所使用的空間相對描述詞可相應地進行解釋。

本文中所使用之章節標題僅用於組織目的，且除非另外明確地陳述，否則該等章節標題不應被理解為限制所描述之主題。將瞭解，許多不同形式、具體實例及組合係可能的，而不會背離本發明之精神及教示，且因此，本發明不應被視為限於本文中所闡述之實例具體實例。確切而言，提供此等實例及具體實例，使得本發明將為透徹且完整的，且將向所屬領域中具有通常知識者傳達本發明之範圍。 I. 系統概述

圖2示意性說明根據本發明之一個具體實例之雷射加工設備。

參考圖2中所展示之具體實例，用於加工工件102a及102b（各自一般被稱作「工件102」）之雷射加工設備100（在本文中亦簡稱為「設備」）可表徵為包括：雷射源104，其用於產生雷射能量光束；第一***106；複數個第二***（例如，第二***108a及108b，各自一般被稱作「第二***108」）；第三***110；及複數個掃描透鏡（例如，掃描透鏡112a及112b，各自一般被稱作「掃描透鏡112」）。儘管圖2說明雷射加工設備100包括兩個第二***108之具體實例，但將瞭解，本文中所揭示之眾多具體實例可應用於包括多於兩個第二***108之雷射加工設備。雷射加工設備100亦包括一雷射感測器系統（諸如雷射感測器系統130），其經配置以量測雷射能量光束之性質（例如，功率、能量、光束直徑及其類似者），並提供表示此等性質之量測資料至控制器122。

掃描透鏡112及對應第二***108可視情況整合至共同外殼或「掃描頭」中。舉例而言，掃描透鏡112a及對應第二***108（亦即，第二***108a）可整合至共同掃描頭120a中。同樣，掃描透鏡112b及對應第二***108（亦即，第二***108b）可整合至共同掃描頭120b中。如本文中所使用，掃描頭120a及掃描頭120b中之各者在本文中亦一般被稱作「掃描頭120」。

儘管圖2說明通常支撐複數個工件102之單一第三***110，但將瞭解，可提供複數個第三***110（例如，以各自支撐不同工件102，支撐共同工件102，或其類似操作或其任何組合）。然而，鑒於以下描述，應認識到，若不需要由任何第二***108或第三***110提供之功能，則包括任何第二***108或第三***110係視情況選用的。

如下文更詳細地論述，第一***106可操作以使雷射能量光束繞射、反射、折射或以其他方式偏轉，以便使光束路徑114偏轉至第二***108中之任一者。如本文中所使用，術語「光束路徑」係指雷射能量光束中之雷射能量在自雷射源104傳播至掃描透鏡112時行進所沿的路徑。當使光束路徑114偏轉至第二***108a時，光束路徑114可在第一角度範圍（在本文中亦被稱作「第一主要角度範圍116a」）內偏轉任何角度（例如，如相對於入射於第一***106上之光束路徑114所量測）。同樣，當使光束路徑114偏轉至第二***108b時，光束路徑114可在第二角度範圍（在本文中亦被稱作「第二主要角度範圍116b」）內偏轉任何角度（例如，如相對於入射於第一***106上之光束路徑114所量測）。如本文中所使用，第一主要角度範圍116a及第二主要角度範圍116b中之各者亦可在本文中統稱為「主要角度範圍116」。大體而言，第一主要角度範圍116a不與第二主要角度範圍116b重疊且不相鄰。第一主要角範圍116a可大於、小於或等於第二主要角範圍116b。如本文中所使用，使光束路徑114在主要角範圍116中之一或多者內偏轉的動作在本文中被稱作「光束分支」。

各第二***108可操作以對由雷射源104產生且由第一***106偏轉（亦即，以使雷射能量光束「偏轉」）之雷射能量光束進行繞射、反射、折射或其類似者或其任何組合，以便使光束路徑114偏轉至對應掃描透鏡112。舉例而言，第二***108a可使光束路徑114偏轉至掃描透鏡112a。同樣，第二***108b可使光束路徑114偏轉至掃描透鏡112b。當使光束路徑114偏轉至掃描透鏡112a時，第二***108a可在第一角度範圍（在本文中亦被稱作「第一次要角度範圍118a」）內使光束路徑114偏轉任何角度（例如，如相對於掃描透鏡112a之光軸所量測）。同樣，當使光束路徑114偏轉至掃描透鏡112b時，第二***108b可使光束路徑114在第二角度範圍（在本文中亦被稱作「第二次要角度範圍118b」內偏轉任何角度（例如，如相對於掃描透鏡112b之光軸所量測）。第一次要角度範圍118a可大於、小於或等於第二次要角度範圍118b。

偏轉至掃描透鏡112之雷射能量典型地由掃描透鏡112聚焦且經透射以沿光束軸線傳播，以便遞送至工件102。舉例而言，偏轉至掃描透鏡112a之雷射能量被遞送至工件102a，且偏轉至掃描透鏡112b之經透射雷射能量被遞送至工件102b。遞送至工件102之雷射能量可表徵為具有高斯型空間強度剖面或非高斯型（亦即，「成形」）空間強度剖面（例如，「頂帽型」空間強度剖面、超高斯空間強度剖面等）。

儘管圖1說明複數個工件102，其中之各者經排列以便與不同光束軸線相交，但將瞭解，單一較大工件102可由已自多個掃描透鏡遞送之雷射能量加工。另外，儘管圖1說明複數個掃描透鏡112，其中之各者經排列以便透射沿已由不同第二***108偏轉之光束路徑傳播之雷射能量，但將瞭解，設備100可經配置（例如，利用鏡、稜鏡、分光器或其類似者或其任何組合）以使得沿由多個第二***108偏轉之光束路徑傳播之雷射能量由共同掃描透鏡112透射。 A. 雷射源

在一個具體實例中，雷射源104可操作以產生雷射脈衝。因而，雷射源104可包括脈衝雷射源、CW雷射源、QCW雷射源、突發模式雷射或類似者或其任何組合。在雷射源104包括QCW或CW雷射源之情況下，雷射源104可在脈衝模式中操作，或可在非脈衝模式中操作但進一步包括脈衝閘控單元（例如，聲光（acousto-optic；AO）調變器（acousto-optic modulator；AOM）、截光器等）以在時間上調變自QCW或CW雷射源輸出之雷射輻射光束。雷射源104可在「突發模式」下操作，其中多個個別脈衝可在突發包絡內分組。在脈衝包絡內，各個脈衝之功率及各個脈衝之間的時間可根據特定雷射加工要求進行調適。因此，雷射源104可廣泛地表徵為可操作以產生雷射能量光束，該雷射能量光束可具體實現為一系列雷射脈衝或者連續或準連續雷射光束，該雷射能量光束此後可沿光束路徑114傳播。儘管本文中所論述之一些具體實例參考雷射脈衝，但應認識到，每當適當或需要時，可替代地或另外採用連續或準連續光束。

除波長、平均功率以及當雷射能量光束具體實現為一系列雷射脈衝時之脈衝持續時間及脈衝重複率之外，遞送至工件102之雷射能量光束可表徵為諸如脈衝能量、峰值功率等之一或多個其他特性，該等特性可經選擇（例如，視情況基於諸如光束大小、光束剖面、偏振、光束參數乘積（M ²）光點大小、脈衝持續時間、平均功率及脈衝重複率等之一或多個其他特性）而以足以加工工件102（例如，形成一或多個特徵）之光學強度（以W/cm ²量測）、通量（以J/cm ²量測）等輻照加工光點處的工件102。 B. 第一***

第一***106經排列、定位或以其他方式安置於光束路徑114中且經操作以對由雷射源104產生之雷射脈衝進行繞射、反射、折射或類似者或其任何組合，以便偏轉或賦予光束路徑114（例如，相對於掃描透鏡112）之移動且因此偏轉或賦予光束路徑114相對於工件102之移動。舉例而言，在一個具體實例中，第一***106作為一AO偏轉器（AO deflector；AOD）系統提供，其可操作以藉由繞射入射雷射光束來偏轉光束路徑114。大體而言，第一***106可操作以賦予光束軸線相對於工件102沿X軸（或方向）、Y軸（或方向）或其組合之移動（例如，藉由使光束路徑114在第一主要角範圍116a內、在第二主要角範圍116b內偏轉，或其組合）。儘管未說明，但Y軸（或Y方向）應理解為指正交於所說明之X及Z軸（或方向）之軸（或方向）。

在一個具體實例中，可控制第一***106之操作以使光束路徑114偏轉至第二***108a（例如，在第一分支時段期間）且接著使光束路徑114偏轉至第二***108b（例如，在第一分支時段之後的第二分支時段期間），或反之亦然，或其任何組合。在另一實例中，可控制第一***106之操作以同時使光束路徑114偏轉至第二***108a及第二***108b。 C. 第二***

第二***108經排列於光束路徑114中且經操作以對由雷射源104產生並藉由第一***106傳遞（亦即，使雷射脈衝「繞射」）之雷射脈衝進行繞射、反射、折射或類似者或其任何組合，以便偏轉或賦予光束路徑114（例如，相對於掃描透鏡112）之移動且因此偏轉或賦予光束路徑114相對於工件102之移動。大體而言，第二***108可操作以賦予光束軸線相對於工件102沿X軸（或方向）、Y軸（或方向）或其組合之移動（例如，藉由使光束路徑114在第一主要角範圍118a內或在第二主要角範圍118b內偏轉）。

鑒於以上內容，應瞭解，第二***108可提供為AOD系統、電流計鏡掃描系統、旋轉多邊形鏡系統、可變形鏡、微機電系統（micro electro-mechanical system；MEMS）反射器或類似者或其任何組合。 D. 第三***

第三***110可操作以賦予工件102（例如，工件102a及102b）相對於掃描頭120a及120b之移動，且因此賦予工件102相對於光束路徑114之移動。

在所說明之具體實例中，第三***110包括一或多個線性載物台（例如，各自能夠賦予工件102沿著X、Y及/或Z方向之平移移動）、一或多個旋轉載物台（例如，各自能夠賦予工件102圍繞平行於X、Y及/或Z方向之軸線的旋轉移動）或類似者或其任何組合，該等旋轉載物台經排列且經配置以賦予工件102與掃描透鏡112之間的相對移動，且因此賦予工件102與光束路徑114之間的相對移動。在所說明的具體實例中，第三***110可操作以移動工件102。然而，在另一具體實例中，第三***110經排列且可操作以移動掃描頭，且視情況，諸如第一***106及工件102之一或多個組件可保持靜止。 E. 掃描透鏡

掃描透鏡112（例如，提供為單透鏡或化合物透鏡）大致上經配置以聚焦沿著光束路徑引導之雷射能量光束，典型地以便產生可定位於所要加工光點處或附近的光束腰。 F. 控制器

大體而言，設備100包括一或多個控制器，諸如控制器122，以控制或促進控制設備100之操作。在一個具體實例中，控制器122（例如，經由一或多個有線或無線通信鏈路、光纖鏈路及其類似者或其任何組合）以通信方式耦接至設備100之一或多個組件，諸如雷射源104、第一***106、第二***108、第三***110等，該一或多個組件因此回應於藉由控制器122輸出之一或多個控制信號而操作。 G. 關於雷射感測器系統之具體實例 i. 使用單一雷射及單一偵測器的雷射感測器系統之具體實例

在一些具體實例中，設備100可經提供有具有可操作以量測經引導至多個工件的光功率之共同偵測器的一雷射感測器系統，藉此與具有多個偵測器之系統相比較，降低系統複雜度及成本。舉例而言，在具有多個掃描頭之加工系統中，在單獨分支時段（例如，藉由如上文所描述之光束分支或脈衝分片）期間，雷射能量光束可使用第一***以將光束路徑引導至單獨光學元件串藉由共同偵測器來量測。單獨光學元件串接著將光束之一部分引導（例如，藉由部分透射式鏡）至共同偵測器以量測光功率，同時光束功率之大部分經引導至各別掃描頭。

參考圖3，諸如雷射系統130之雷射感測器系統包括光學組件132a、132b、光學元件串140a及140b以及偵測器設備160。在此具體實例中，第一光學元件串140a包括第一鏡142a及第一曲面鏡144a，且第二光學元件串140b包括第二鏡142b及第二曲面鏡144b。偵測器設備160包括具有一積分球本體164的積分球162，該積分球本體164具有收集埠166、內表面168、偵測埠170及安裝於偵測埠170中之光偵測器172。

光學組件132a及132b可操作以沿著藉由第一***106在第一主要角度範圍116a及第二主要角度範圍116b（例如，分別在第一分支時段及第二分支時段期間）內偏轉的光束路徑114a及114b傳播之光分別引導至第一光學元件串140a及第二光學元件串140b。期間量測光束的分支時段之判定可藉由建立控制命令藉由控制器122發送至第一***106之時間與雷射量測資料藉由控制器自共同偵測器接收的時間之間的關係來判定。因而，控制器122可經配置以藉由比較特定分支時段（例如，如上文所描述之第一分支時段或第二分支時段）之時序與藉由控制器122接收的量測資料而判定哪一光束路徑（例如，圖3中展示之光束路徑114a或光束路徑114b）經引導至雷射感測器系統130。

光學組件132a及132b可例如作為刀緣鏡（例如，其中諸如平度、粗糙度及刮擦/戳阻力之指定表面特性一直延伸至鏡之至少一個邊緣）而提供且鏡142a及142b可例如作為經配置以反射入射雷射能量光束中之大部分光並透射少量光（例如，2%或上下）至經排列以接收藉由對應部分透射式鏡透射之光並反射彼光至偵測器設備160的鏡144a及144b的部分透射式鏡提供。未由部分透射式鏡142a及142b透射的光經分別引導至掃描頭120a及120b。在一些具體實例中，成像光學件（例如，可操作以改變光束直徑並控制雷射通量的聚焦或準直光學件）亦可經引入光學元件串140a、140b或雷射感測器系統130中之別處中。在其他具體實例中，光學組件132a及132b可作為轉向鏡提供。

在所展示之具體實例中，偵測器設備160包括經配置以感測或量測透射至其中的雷射能量或功率並產生表示感測或量測值之感測器資料的光偵測器172。在其他具體實例中，偵測器設備160可包括經配置以量測任何數目個光束特性（包括但不限於光束直徑、M ²光束傳播因數及其類似者）並產生表示光束輪廓量測值之感測器資料的雷射光束分析器（圖中未示）。感測器資料可藉由任何適合手段輸出至控制器122，其中該感測器資料此後可經加工以支援設備100之各種功能，諸如即時脈衝能量控制（例如，用以補償雷射功率之改變）、系統校準（例如，用以補償第一***106之AOD系統相對於RF功率及頻率等之透射率改變）或其類似者或其任何組合。

由於偵測器設備160光學定位於第一***106之下游，因此藉由光偵測器172獲得的讀數可視入射至其的能量之光束的位置或角度而變化。因此，入射雷射能量光束在光偵測器172上方之移動可引起讀數誤差，其可導致錯誤功率控制、系統校準等。為了減小或消除與光偵測器相關聯之空間及方向敏感度，雷射感測器系統中之各者可包括光束擴展器及/或擴散器（圖中未示），該光束擴展器及/或擴散器經排列以便在雷射能量光束照在光偵測器172上之前擴展及/或擴散雷射能量光束。因而，在圖3中所示之具體實例中，雷射感測器系統130可經提供有光學排列於光偵測器172之上游以減少與光偵測器172相關聯之空間及方向敏感度的積分球162。積分球162可提供為光束擴展器/擴散器之前述使用的替代方案或補充。大體而言，且如此項技術中已知，積分球162為包括具有空腔之中空球形（或至少實質上球形）本體之光學組件，該空腔之內表面塗佈有擴散反射塗層。積分球162經排列以使得自部分地透射式鏡（亦即，自鏡142a或142b）傳播之光可通過收集埠166進入至積分球162之空腔中併入射於內表面168。入射於空腔之內表面168上之任何點上的光之至少一部分經散射，且最終在偵測埠170處離開積分球162，以便入射於光偵測器172上。未由部分透射式鏡142a及142b透射至偵測器設備160的光經分別引導至掃描頭120a及120b。

在一些具體實例中，第一***106可充當可操作以選擇雷射能量傳播所沿著的光束路徑（亦即，第一光束路徑114a及/或第二光束路徑114b）的開關。 ii. 使用具有多個雷射源之單一偵測器的雷射感測器系統之具體實例

本發明之一些具體實例提供具有多個雷射源之設備（在本文中亦被稱作「多源設備」）。雷射源中之各者可將雷射能量引導至多個工件中之一者，或雷射源之二者可將雷射能量引導至單一工件。兩個雷射源之使用可提供具有額外加工可撓性及/或較高產出量之雷射加工設備。雷射源可經提供以在實質上相同波長及實質上相同光譜頻寬下操作。舉例而言，在一個具體實例中，第一雷射源及第二雷射源可操作以產生具有在電磁光譜之可見（例如，綠色）範圍中之一或多個波長的雷射能量光束。在另一具體實例中，藉由第一雷射源產生的雷射能量之波長及光譜頻寬中之至少一者可不同於（例如，大於、小於，或其任何組合）藉由第二雷射源產生的雷射能量。

圖4示意性說明經配置有多個雷射源及如上文關於圖3所描述之雷射感測器系統130的多源設備（諸如設備200）之具體實例。如圖4中所展示，設備200包括第一雷射源204a及第二雷射源204b。大體而言，第一雷射源204a及第二雷射源204b兩者均可操作以產生足以加工圖1中所示之工件102a及102b的雷射能量。第一雷射源204a及第二雷射源204b中之各者可如上文關於雷射源104例示性描述而提供。來自第一雷射源204a之雷射能量沿著第一光束路徑214a傳播至第一主要***206a，且來自第二雷射源204b之雷射能量沿著第二光束路徑214b傳播至第二主要***206b。第一主要***206a可操作以使雷射能量光束繞射、反射、折射或以其他方式偏轉，以便使光束路徑214a偏轉至第一掃描頭120a或第二掃描頭120b。同樣，第二主要***206b亦可操作以使雷射能量光束繞射、反射、折射或以其他方式偏轉，以便使光束路徑214b偏轉至第一掃描頭120a或第二掃描頭120b。第一主要***206a及第二主要***206b各自作為AOD系統（諸如上文所描述的第一***106）提供，但可作為任何其他所要或合適類型之***（例如，電流計鏡掃描系統、旋轉多邊形鏡系統、可變形鏡、微型機電系統（micro electro-mechanical system；MEMS）反射器、或其類似者或其任何組合）提供。

當使光束路徑214a偏轉至第一掃描頭120a時，光束路徑214a可藉由第一主要***206a偏轉在第一角度範圍（在本文中亦被稱作「第一主要角度範圍216a」）內之任何角度（例如，如相對於入射於第一主要***206a上之光束路徑214a所量測）。另外，第一主要***206a可在替代第一角度範圍（在本文中亦被稱作「替代第一主要角度範圍216c」）內使光束路徑214a偏轉至第二掃描頭120b（例如，如相對於入射於第二主要***206b的光束路徑214a而量測）。

同樣，當使光束路徑214b偏轉至第二掃描頭120b時，光束路徑214b可藉由第二主要***206b偏轉在第二角度範圍（在本文中亦被稱作「第二主要角度範圍216b」）內之任何角度（例如，如相對於入射於第二主要***206b上之光束路徑214b所量測）。另外，第二主要***206b可在替代第二角度範圍（在本文中亦被稱作「替代第二主要角度範圍216d」）內使光束路徑214b偏轉至第一掃描頭120a（例如，如相對於入射於第二主要***206b的光束路徑214b而量測）。

在此具體實例中，雷射感測器系統130（如上文關於圖3所描述）光學定位於第一主要***206a及第二主要***206b之下游，以使得在光束路徑214a及214b到達第一掃描頭120a及第二掃描頭120b之前，光束路徑214a及214b中之任一者可經引導至偵測器設備160（例如，當光束路徑214a及214b分別在例如第一、第二、第三或第四分支時段或切片時段期間在整個角度範圍216a、216b、216c或216d中偏轉時）。

雷射感測器系統130係以與上文關於圖3所描述之方式實質上相同的方式提供。光束路徑214a及214b可分別藉由鏡132a及132b引導至第一光學元件串140a或第二光學元件串140b。藉由部分透射式鏡142a及142b透射的光之部分分別藉由彎曲鏡144a及144b引導至偵測器設備160，其中該等部分進入積分球162之收集埠166並離開偵測埠170以待藉由光偵測器172偵測。未由部分透射式鏡142a及142b透射的光之部分分別經引導至掃描頭120a及120b。

期間量測光束的分支時段之判定可藉由建立藉由控制器122發送控制命令至第一主要***206a或第二主要***206b的時間與藉由控制器自偵測器設備160接收雷射量測資料的時間之間的關係而判定。因而，控制器122可經配置以藉由比較特定分支時段（例如，如上文所描述之第一分支時段或第二分支時段）之時序與藉由控制器122接收的量測資料而判定哪一光束路徑（例如，圖4中展示之214a或214b）藉由雷射感測器系統130量測。

圖5示意性說明經配置有多個雷射源及如上文關於圖3所描述之雷射感測器系統130的多源設備（諸如設備300）之具體實例。如圖5中所展示，設備300包括第一雷射源304a及第二雷射源304b。大體而言，第一雷射源304a及第二雷射源304b兩者均可操作以產生足以加工圖1中所示之工件102a及102b的雷射能量。第一雷射源304a及第二雷射源304b中之各者可如上文關於雷射源204a及204b例示性描述而提供。在其他具體實例中，可提供多於兩個雷射源。

在此具體實例中，來自第一雷射源304a之雷射能量沿著第一光束路徑314a傳播且來自第二雷射源304b之雷射能量沿著第二光束路徑314b傳播。沿著第一光束路徑314a及第二光束路徑314b傳播之雷射能量可以任何適合方式在空間上組合。舉例而言，摺疊鏡380可經提供以將第一光束路徑314a引導至光束組合器382中，該光束組合器亦經安置於第二光束路徑314b中。在離開光束組合器382後，雷射能量可沿著共同光束路徑314c（例如，對應於圖1中所示之光束路徑114）傳播至第一***306。第一***306可操作以使雷射能量光束繞射、反射、折射或以其他方式偏轉，以便使共同光束路徑314c偏轉在一第一主要角度範圍316a（例如，在一第一分支時段或切片(slice)時段期間）中的任何角度（例如，如相對於入射於第一***306之共同光束路徑314c所量測）通過雷射感測器系統130至第一掃描頭120a並在一第二主要角度範圍316b（例如，在一第二分支時段或切片時段期間）中的任何角度通過雷射感測器系統130至第二掃描頭120b。期間量測光束的分支時段之判定可藉由建立在藉由控制器122發送控制命令至第一主要***306的時間與藉由控制器自偵測器設備160接收雷射量測資料的時間之間的關係而判定。因而，控制器122可經配置以藉由比較特定分支時段（例如，如上文所描述之第一分支時段或第二分支時段）之時序與藉由控制器122接收的量測資料而判定哪一角度範圍（例如，圖5中展示之316a或316b）藉由雷射感測器系統130量測。

雷射感測器系統130係以與上文關於圖3所描述之方式實質上相同的方式提供。光束路徑314c可分別藉由鏡132a及132b在第一主要角度範圍316a中引導至第一光學元件串140a及在第二主要角度範圍316b中引導至第二光學元件串140b。藉由部分透射式鏡142a及142b透射的光之部分分別藉由彎曲鏡144a及144b引導至偵測器設備160，其中該等部分進入積分球162之收集埠166並離開偵測埠170以待藉由光偵測器172偵測。未由部分透射式鏡142a及142b透射的光之部分分別經引導至掃描頭120a及120b。 iii. 關於樞軸點相對於積分球之收集埠的位置之控制的具體實例

大體而言，如上文所描述，用於光功率量測之積分球的使用可減少與藉由光偵測器進行之量測相關聯的空間及方向敏感度。然而，在使用積分球的一些具體實例中，表示進入積分球的光束之經量測特性的感測器資料可隨光束路徑進入積分球之收集埠所在的位置而不同，或隨光束入射於的積分球之內表面上的位置而不同。另外，表示進入積分球的光束（及離開偵測埠的散射光）之經量測特性的感測器資料可在光束進入積分球之收集埠時隨光束路徑之角度而不同（例如，在光束路徑114a、114b、214a、214b及314c藉由其各別***106、206a、206b或306偏轉的角度範圍中）。為控制或減少此類變化，光束路徑可經引導至偵測器設備160（例如，藉由光學元件串140a及140b）以使得AOD樞軸點之影像（當***作為AOD提供時）相對於積分球162（例如，收集埠166或內表面168）一致地定位。因此，在特定點（例如，入口埠之中心）處定位AOD樞軸點確保光束以可減少對掃描位置或角度之偵測器信號敏感度的空間上一致方式進入球體。

圖6及圖7示意性地說明偵測器設備160之具體實例，其中樞軸點定位於相對於積分球162之收集埠166或內表面168的不同位置處。在此等具體實例中，偵測器設備160如上文關於圖3所描述而提供。

如圖6中所展示，當第一光束路徑114a在第一角度範圍116a內偏轉時，取決於第一光學元件串140a（圖3中所展示）的曲面鏡144a之曲率，或第一光學元件串140a中（或光學定位於其上游）之其他光學元件的存在，曲面鏡144a將光束路徑114a引導至積分球162並在積分球162之內表面168上的樞軸點134a處成像AOD樞軸點。以類似方式，當第二光束路徑114b在第二主要角度範圍116b內偏轉時，取決於第二光學元件串140b（圖3中所展示）的曲面鏡144b之曲率，或第二光學元件串140b中（或其光學上游）之其他光學元件的存在，曲面鏡144b將光束路徑114b引導至積分球162並在積分球162之內表面168上的樞軸點134b處成像AOD樞軸點。在此情況下，樞軸點134a及134b在積分球162之表面168處或附近的定位可減少藉由光偵測器172感測的光功率之位置敏感度。當如此提供時，雷射感測器系統130及偵測器設備160可用以提供沿著光束路徑114a及114b傳播的光束之一致量測。儘管在圖6中未展示，但對於光束路徑214a及214b（例如，當其如圖4中所展示在其各別角度範圍216a、216c、216b及216d內偏轉時）及314c（例如，當其在角度範圍316a及316b內偏轉時）亦是如此。

如圖7中所展示，當第一光束路徑114a在第一角度範圍116a內偏轉時，取決於第一光學元件串140a（圖3中所展示）的曲面鏡144a之曲率，或第一光學元件串140a中（或光學定位於其上游）之其他光學元件的存在，曲面鏡144a將光束路徑114a引導至積分球162並在位於積分球162之收集埠166之中心處或附近的樞軸點136處成像AOD樞軸點。樞軸點136在收集埠166之中心處或附近的定位可導致光束路徑以空間上一致方式入射於積分球162之內表面168。以類似方式，取決於曲面鏡144b（圖3中展示）之曲率或第二光學元件串140b中（或光學定位於其上游）之其他光學元件的存在，曲面鏡144b將光束路徑114b引導至積分球162並在位於積分球162之收集埠166之中心處或附近的相同樞軸點136處成像AOD樞軸點。因而，樞軸點136在收集埠166之中心處或附近的定位可減少藉由光偵測器172感測的光功率之位置敏感度。當如此提供時，雷射感測器系統130及偵測器設備160可用以提供沿著光束路徑114a及114b傳播的光束之一致量測。儘管在圖7中未展示，對於光束路徑214a及214b（例如，當其如圖4中所展示在其各別角度範圍216a、216c、216b及216d內偏轉時）及314c（例如，當其如圖5中所展示在角度範圍316a及316b內偏轉時）亦是如此。 II. 結論

前述內容說明本發明之具體實例及實例，且不應解釋為對其之限制。儘管已參看圖式描述幾個特定具體實例及實例，但所屬領域中具通常知識者將易於瞭解，對所揭示具體實例及實例以及其他具體實例的諸多修改在不顯著背離本發明之新穎教示及優點的情況下為可能的。相應地，所有此等修改意欲包括於如申請專利範圍中所界定的本發明之範圍內。舉例而言，所屬領域中具通常知識者將瞭解，任何句子、段落、實例或具體實例之主題可與其他句子、段落、實例或具體實例中之一些或全部的主題組合，除非此等組合彼此互斥。本發明之範圍因此應由以下申請專利範圍判定，且該等技術方案之等效物包括於本發明之範圍中。

14a:光束路徑 14b:光束路徑 30:雷射感測器系統 32a:鏡 32b:鏡 34a:鏡 34b:鏡 36a:光偵測器 36b:光偵測器 100:雷射加工設備 104:雷射源 106:第一*** 108a:第二*** 108b:第二*** 110:第三*** 112a:掃描透鏡 112b:掃描透鏡 114:光束路徑 114a:光束路徑 114b:光束路徑 116a:第一主要角度範圍 116b:第二主要角度範圍 118a:第一次要角度範圍 118b:第二次要角度範圍 120a:第一掃描頭 120b:第一掃描頭 122:控制器 130:雷射感測器系統 132a:鏡/光學組件 132b:鏡/光學組件 134a:樞軸點 134b:樞軸點 136:樞軸點 140a:第一光學元件串 140b:第二光學元件串 142a:第一鏡 142b:第二鏡 144a:第一曲面鏡 144b:第二曲面鏡 160:偵測器設備 162:積分球 164:積分球本體 166:收集埠 168:內表面 170:偵測埠 172:光偵測器 200:設備 204a:第一雷射源 204b:第二雷射源 206a:第一主要*** 206b:第二主要*** 214a:第一光束路徑 214b:第二光束路徑 216a:第一主要角度範圍 216b:第二主要角度範圍 216c:替代第一主要角度範圍 216d:替代第二主要角度範圍 300:設備 304a:第一雷射源 304b:第二雷射源 306:第一*** 314a:第一光束路徑 314b:第二光束路徑 314c:共同光束路徑 316a:第一主要角度範圍 316b:第二主要角度範圍 380:摺疊鏡 382:光束組合器

[圖1]示意性說明用於雷射加工設備之雷射感測器系統。

[圖2]示意性地說明根據一個具體實例之雷射加工設備。

[圖3]示意性說明根據一個具體實例之雷射感測器系統。

[圖4]示意性地說明根據一個具體實例之多源雷射加工設備。

[圖5]示意性地說明根據另一具體實例之多源雷射加工設備。

[圖6]示意性說明根據一個具體實例之進入積分球的光束路徑之位置。

[圖7]示意性說明根據另一具體實例之進入積分球的光束路徑之位置。

106:第一***

114a:光束路徑

114b:光束路徑

116a:第一主要角度範圍

116b:第二主要角度範圍

120a:第一掃描頭

120b:第一掃描頭

130:雷射感測器系統

132a:光學組件

132b:光學組件

140a:第一光學元件串

140b:第二光學元件串

142a:第一鏡

142b:第二鏡

144a:第一曲面鏡

144b:第二曲面鏡

160:偵測器設備

162:積分球

164:積分球本體

166:收集埠

168:內表面

170:偵測埠

172:光偵測器

Claims (20)

1. 一種設備，其包含： 偵測器設備，其包括光偵測器； 至少一個第一光學組件，其經排列以引導第一光束路徑，雷射能量光束可沿著該第一光束路徑傳播至經配置以將該第一光束路徑引導至該偵測器設備的第一光學元件串；及 至少一個第二光學組件，其經排列以引導第二光束路徑，該雷射能量光束可沿著該第二光束路徑傳播至經配置以將該第二光束路徑引導至該偵測器設備的第二光學元件串。
2. 如請求項1之設備，其中該第一光學元件串及該第二光學元件串經配置以在相對於該偵測器設備之位置處成像AOD樞軸點。
3. 如請求項1之設備，其進一步包含可操作以產生該雷射能量光束之至少一個雷射源。
4. 如請求項1之設備，其中該第一光學元件串及該第二光學元件串包括：  一部分透射式鏡；及 一曲面鏡。
5. 如請求項4之設備，其中該部分透射式鏡經排列以： 接收該雷射能量光束； 允許該雷射能量光束之第一部分傳播通過該部分透射式鏡，且反射該雷射能量光束之第二部分。
6. 如請求項5之設備，其中該曲面鏡經排列以自該部分透射式鏡接收該雷射能量光束之該第一部分並且將該雷射能量光束之該第一部分反射至該偵測器設備。
7. 如請求項1之設備，其中該偵測器設備為積分球。
8. 如請求項1之設備，其進一步包含經配置以選擇性地傳播該雷射能量光束至該第一光束路徑或該第二光束路徑的開關。
9. 如請求項8之設備，其中該開關為AOD系統。
10. 如請求項8之設備，其中該開關為電流計系統。
11. 如請求項1之設備，其中該偵測器設備包含： 積分球，其具有積分球本體，該積分球本體中形成有收集埠及偵測埠， 其中該光偵測器定位於該偵測埠中。
12. 一種設備，其包含： 偵測器設備，其包括光偵測器； 第一雷射源，其可操作以產生第一雷射能量光束； 第二雷射源，其可操作以產生第二雷射能量光束； 至少一個第一光學組件，其經排列以引導第一光束路徑，該第一雷射能量光束或該第二雷射能量光束沿著該第一光束路徑可傳播至經配置以將該第一光束路徑引導至該偵測器設備的第一光學元件串；及 至少一個第二光學組件，其經排列以引導一第二光束路徑，該第一雷射能量光束或該第二雷射能量光束沿著該第二光束路徑可傳播至經配置以將該第二光束路徑引導至該偵測器設備的第二光學元件串。
13. 如請求項12之設備，其中該第一光學元件串及該第二光學元件串經配置以在相對於該偵測器設備之位置處成像AOD樞軸點。
14. 如請求項12之設備，其中該第一光學元件串及該第二光學元件串包括： 部分透射式鏡；及 曲面鏡。
15. 如請求項14之設備，其中該部分透射式鏡經排列以： 接收該第一雷射能量光束或該第二雷射能量光束； 允許該第一雷射能量光束或該第二雷射能量光束之第一部分傳播通過該部分透射式鏡；及 反射該第一雷射能量光束或該第二雷射能量光束之第二部分。
16. 如請求項15之設備，其中該曲面鏡經排列以自該部分透射式鏡接收該第一雷射能量光束或該第二雷射能量光束之該第一部分並且將該第一雷射能量光束或該第二雷射能量光束之該第一部分反射至該偵測器設備。
17. 如請求項12之設備，其進一步包含經配置以選擇性地傳播該第一雷射能量光束或該第二雷射能量光束至該第一光束路徑或該第二光束路徑的開關。
18. 如請求項17之設備，其中該開關為AOD系統。
19. 如請求項17之設備，其中該開關為電流計系統。
20. 如請求項12之設備，其中該偵測器設備包含： 積分球，其具有積分球本體，該積分球本體中形成有收集埠及偵測埠， 其中該光偵測器定位於該偵測埠中。

Images