特許 7509575 熱輻射光検出装置及びレーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】熱輻射光検出装置及びレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   G01J 5/00 20220101AFI20240625BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

G01J5/00 101Z

B23K26/00 P

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020087973

(22)【出願日】2020-05-20

(65)【公開番号】P2021181947

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-04-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】伊東 勝久

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 正樹

(72)【発明者】

【氏名】松本 聡

(72)【発明者】

【氏名】大宮 丈典

【審査官】小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－１９８８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５６１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４７０８４９３（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平１１－２８１４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２１０９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２６７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３３７４１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － Ｂ２３Ｋ ２６／７０

Ｇ０１Ｊ １／００ － Ｇ０１Ｊ １／６０

Ｇ０１Ｊ ５／００ － Ｇ０１Ｊ ５／９０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の壁部を有する筐体と、
前記複数の壁部のうちの１つの壁部に取り付けられ、前記筐体内に熱輻射光を入射させる光入射部と、
前記筐体内に配置され、第１波長の光及び前記第１波長とは異なる第２波長の光を前記熱輻射光から抽出する光抽出部と、
前記複数の壁部のうちの１つの壁部に取り付けられ、前記第１波長の光を検出する第１光検出部と、
前記複数の壁部のうちの１つの壁部に取り付けられ、前記第２波長の光を検出する第２光検出部と、
前記複数の壁部のうち、前記第１光検出部が取り付けられた前記壁部とは異なる壁部に取り付けられた第１温度検出部と、を備え、
前記第１光検出部は、第１パッケージ、及び、前記第１パッケージ内に配置された第１光検出素子を有し、
前記第２光検出部は、第２パッケージ、及び、前記第２パッケージ内に配置された第２光検出素子を有する、熱輻射光検出装置。

【請求項2】

前記第１温度検出部は、前記複数の壁部のうち、前記第１光検出部が取り付けられた前記壁部と対向する壁部に取り付けられている、請求項１に記載の熱輻射光検出装置。

【請求項3】

前記光抽出部及び前記第１光検出部の少なくとも１つは、前記第１光検出素子に前記第１波長の光を集光する第１集光レンズを有し、
前記第１温度検出部は、前記第１温度検出部が取り付けられた前記壁部において前記第１集光レンズのＦＯＶ内に位置している、請求項１又は２に記載の熱輻射光検出装置。

【請求項4】

前記複数の壁部のうち、前記第２光検出部が取り付けられた前記壁部とは異なる壁部に取り付けられた第２温度検出部を更に備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の熱輻射光検出装置。

【請求項5】

前記第２温度検出部は、前記複数の壁部のうち、前記第２光検出部が取り付けられた前記壁部と対向する壁部に取り付けられている、請求項４に記載の熱輻射光検出装置。

【請求項6】

前記光抽出部及び前記第２光検出部の少なくとも１つは、前記第２光検出素子に前記第２波長の光を集光する第２集光レンズを有し、
前記第２温度検出部は、前記第２温度検出部が取り付けられた前記壁部において前記第２集光レンズのＦＯＶ内に位置している、請求項４又は５に記載の熱輻射光検出装置。

【請求項7】

前記第１光検出部が取り付けられた前記壁部、及び前記第２光検出部が取り付けられた前記壁部は、異なる壁部であり、
前記第１温度検出部が取り付けられた前記壁部、及び前記第２温度検出部が取り付けられた前記壁部は、同じ壁部である、請求項４～６のいずれか一項に記載の熱輻射光検出装置。

【請求項8】

前記第１光検出部が取り付けられた前記壁部、及び前記第２光検出部が取り付けられた前記壁部は、同じ壁部であり、
前記第１温度検出部は、前記複数の壁部のうち、前記第１光検出部及び前記第２光検出部が取り付けられた前記壁部と対向する壁部に取り付けられている、請求項１に記載の熱輻射光検出装置。

【請求項9】

前記光抽出部及び前記第１光検出部の少なくとも１つは、前記第１光検出素子に前記第１波長の光を集光する第１集光レンズを有し、
前記光抽出部及び前記第２光検出部の少なくとも１つは、前記第２光検出素子に前記第２波長の光を集光する第２集光レンズを有し、
前記第１温度検出部は、前記第１温度検出部が取り付けられた前記壁部において前記第１集光レンズのＦＯＶ及び前記第２集光レンズのＦＯＶが重なる領域内に位置している、請求項１に記載の熱輻射光検出装置。

【請求項10】

前記第１光検出部から出力された信号及び前記第２光検出部から出力された信号に基づいて、前記熱輻射光を発した領域の温度を求める信号処理部を更に備え、
前記信号処理部は、前記第１温度検出部から出力された信号に基づいて、少なくとも、前記第１光検出部から出力された前記信号を補正する、請求項１～９のいずれか一項に記載の熱輻射光検出装置。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の熱輻射光検出装置と、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
被加工物において前記レーザ光が照射された領域から発せられた熱輻射光を前記熱輻射光検出装置に導光する導光部と、を備える、レーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱輻射光検出装置及びレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

被加工物にレーザ光を照射することで被加工物を加工しつつ、被加工物においてレーザ光が照射された領域から発せられた熱輻射光を検出することで当該領域の温度を測定するレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－３４１５６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したようなレーザ加工装置では、被加工物においてレーザ光が照射された領域の温度の測定精度が環境温度の影響によって低下するおそれがある。特に、被加工物においてレーザ光が照射された領域の温度が低温（例えば、２５０℃以下の温度）である場合には、環境温度の影響が顕著になる。

【0005】

本発明は、高精度な温度の測定を可能にする熱輻射光検出装置及びレーザ加工装置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】

【0006】

本発明の熱輻射光検出装置は、複数の壁部を有する筐体と、複数の壁部のうちの１つの壁部に取り付けられ、筐体内に熱輻射光を入射させる光入射部と、筐体内に配置され、第１波長の光及び第１波長とは異なる第２波長の光を熱輻射光から抽出する光抽出部と、複数の壁部のうちの１つの壁部に取り付けられ、第１波長の光を検出する第１光検出部と、複数の壁部のうちの１つの壁部に取り付けられ、第２波長の光を検出する第２光検出部と、複数の壁部のうち、第１光検出部が取り付けられた壁部とは異なる壁部に取り付けられた第１温度検出部と、を備える。

【0007】

本発明の熱輻射光検出装置では、光抽出部によって熱輻射光から第１波長の光及び第２波長の光が抽出され、第１光検出部によって第１波長の光が検出されると共に第２光検出部によって第２波長の光が検出される。これにより、第１光検出部から出力された信号及び第２光検出部から出力された信号に基づいて、熱輻射光を発した領域の温度を求めることが可能になる。ここで、少なくとも第１光検出部には、筐体から発せられた熱輻射光が入射するおそれがある。特に、第１光検出部が取り付けられた壁部とは異なる壁部から発せられた熱輻射光が第１光検出部に入射し易い。そこで、本発明の熱輻射光検出装置では、第１光検出部が取り付けられた壁部とは異なる壁部に第１温度検出部が取り付けられている。これにより、第１温度検出部から出力された信号に基づいて、少なくとも、第１光検出部から出力された信号を補正することが可能になる。以上により、本発明の熱輻射光検出装置は、高精度な温度の測定を可能にする。

【0008】

本発明の熱輻射光検出装置では、第１温度検出部は、複数の壁部のうち、第１光検出部が取り付けられた壁部と対向する壁部に取り付けられていてもよい。これにより、第１温度検出部から出力された信号に基づいて、第１光検出部から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。その理由は、第１光検出部には、第１光検出部が取り付けられた壁部と対向する壁部から発せられた熱輻射光がより入射し易いからである。

【0009】

本発明の熱輻射光検出装置では、第１光検出部は、第１波長の光を検出する第１光検出素子を有し、光抽出部及び第１光検出部の少なくとも１つは、第１光検出素子に第１波長の光を集光する第１集光レンズを有し、第１温度検出部は、第１温度検出部が取り付けられた壁部において第１集光レンズのＦＯＶ内に位置していてもよい。これにより、第１温度検出部から出力された信号に基づいて、第１光検出部から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。その理由は、第１光検出部には、第１温度検出部が取り付けられた壁部のうち第１集光レンズのＦＯＶ内の部分から発せられた熱輻射光がより入射し易いからである。

【0010】

本発明の熱輻射光検出装置は、複数の壁部のうち、第２光検出部が取り付けられた壁部とは異なる壁部に取り付けられた第２温度検出部を更に備えてもよい。これにより、第１温度検出部から出力された信号に基づいて、第１光検出部から出力された信号を補正すること、及び、第２温度検出部から出力された信号に基づいて、第２光検出部から出力された信号を補正することが可能になる。

【0011】

本発明の熱輻射光検出装置では、第２温度検出部は、複数の壁部のうち、第２光検出部が取り付けられた壁部と対向する壁部に取り付けられていてもよい。これにより、第２温度検出部から出力された信号に基づいて、第２光検出部から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。その理由は、第２光検出部には、第２光検出部が取り付けられた壁部と対向する壁部から発せられた熱輻射光がより入射し易いからである。

【0012】

本発明の熱輻射光検出装置では、第２光検出部は、第２波長の光を検出する第２光検出素子を有し、光抽出部及び第２光検出部の少なくとも１つは、第２光検出素子に第２波長の光を集光する第２集光レンズを有し、第２温度検出部は、第２温度検出部が取り付けられた壁部において第２集光レンズのＦＯＶ内に位置していてもよい。これにより、第２温度検出部から出力された信号に基づいて、第２光検出部から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。その理由は、第２光検出部には、第２温度検出部が取り付けられた壁部のうち第２集光レンズのＦＯＶ内の部分から発せられた熱輻射光がより入射し易いからである。

【0013】

本発明の熱輻射光検出装置では、第１光検出部が取り付けられた壁部、及び第２光検出部が取り付けられた壁部は、異なる壁部であり、第１温度検出部が取り付けられた壁部、及び第２温度検出部が取り付けられた壁部は、同じ壁部であってもよい。これにより、筐体における各構成の配置を単純化することができる。

【0014】

本発明の熱輻射光検出装置では、第１光検出部が取り付けられた壁部、及び第２光検出部が取り付けられた壁部は、同じ壁部であり、第１温度検出部は、複数の壁部のうち、第１光検出部及び第２光検出部が取り付けられた壁部と対向する壁部に取り付けられていてもよい。これにより、第１温度検出部から出力された信号に基づいて、第１光検出部から出力された信号、及び第２光検出部から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。

【0015】

本発明の熱輻射光検出装置では、第１光検出部は、第１波長の光を検出する第１光検出素子を有し、第２光検出部は、第２波長の光を検出する第２光検出素子を有し、光抽出部及び第１光検出部の少なくとも１つは、第１光検出素子に第１波長の光を集光する第１集光レンズを有し、光抽出部及び第２光検出部の少なくとも１つは、第２光検出素子に第２波長の光を集光する第２集光レンズを有し、第１温度検出部は、第１温度検出部が取り付けられた壁部において第１集光レンズのＦＯＶ及び第２集光レンズのＦＯＶが重なる領域内に位置していてもよい。これにより、第１温度検出部から出力された信号に基づいて、第１光検出部から出力された信号、及び第２光検出部から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。

【0016】

本発明の熱輻射光検出装置は、第１光検出部から出力された信号及び第２光検出部から出力された信号に基づいて、熱輻射光を発した領域の温度を求める信号処理部を更に備え、信号処理部は、第１温度検出部から出力された信号に基づいて、少なくとも、第１光検出部から出力された信号を補正してもよい。これにより、熱輻射光を発した領域の温度を高精度に求めることができる。

【0017】

本発明のレーザ加工装置は、上記熱輻射光検出装置と、レーザ光を出射するレーザ光源と、被加工物においてレーザ光が照射された領域から発せられた熱輻射光を熱輻射光検出装置に導光する導光部と、を備える。

【0018】

本発明のレーザ加工装置は、被加工物においてレーザ光が照射された領域について、高精度な温度の測定を可能にする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、高精度な温度の測定を可能にする熱輻射光検出装置及びレーザ加工装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】一実施形態のレーザ加工装置の構成図である。

【図2】図１に示される熱輻射光検出装置の断面図である。

【図3】図２に示されるIII－III線に沿っての熱輻射光検出装置の断面図である。

【図4】変形例の熱輻射光検出装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［レーザ加工装置の構成］

【0022】

図１に示されるように、レーザ加工装置１は、レーザ加工ヘッド１０と、レーザ光源２０と、熱輻射光検出装置３０と、を備えている。レーザ加工装置１は、被加工物Ｓにレーザ光Ｌを照射することで被加工物Ｓを加工しつつ、被加工物Ｓにおいてレーザ光Ｌが照射された領域Ｓａ（以下、「レーザ光照射領域Ｓａ」という）から発せられた熱輻射光Ｒを検出することでレーザ光照射領域Ｓａの温度を測定する。レーザ光Ｌの照射による被加工物Ｓの加工の一例は、切断、溶接、表面処理等である。被加工物Ｓにおけるレーザ光照射領域Ｓａの温度の測定目的の一例は、レーザ光の出力制御、加工不良の検出等である。

【0023】

レーザ加工ヘッド１０は、筐体１１と、光入射部１２と、第１光学系１３と、ダイクロイックミラー１４と、ビームトラップ１５と、第２光学系１６と、光出射部１７と、を有している。レーザ加工ヘッド１０は、被加工物Ｓに対して移動可能になるように構成されている。

【0024】

筐体１１は、中心部１１ａ、１対の側方延在部１１ｂ，１１ｃ、及び上方延在部１１ｄによって構成されている。１対の側方延在部１１ｂ，１１ｃは、水平方向に沿って中心部１１ａから互いに反対側に延在している。上方延在部は、鉛直方向に沿って中心部１１ａから上側に延在している。中心部１１ａにおける下側の壁部には、開口１１ｅが形成されている。

【0025】

光入射部１２は、側方延在部１１ｂの先端部に取り付けられている。光入射部１２には、光ファイバ１８の一端部１８ａが接続されている。光ファイバ１８の他端部１８ｂは、レーザ光源２０に接続されている。光入射部１２は、レーザ光源２０から出射されて、光ファイバ１８によって導光されたレーザ光Ｌを筐体１１内に入射させる。一例として、レーザ光源２０は、半導体レーザによって構成されており、８１０ｎｍの中心波長を有するレーザ光Ｌを出射する。

【0026】

第１光学系１３は、側方延在部１１ｂ内に配置されている。第１光学系１３は、光入射部１２側から入射したレーザ光Ｌを被加工物Ｓに集光する。一例として、第１光学系１３は、２つの単レンズによって構成されており、各単レンズの表面には、レーザ光Ｌの反射を防止する反射防止膜が形成されている。

【0027】

ダイクロイックミラー１４は、中心部１１ａ内に配置されている。ダイクロイックミラー１４は、第１光学系１３によって集光されたレーザ光Ｌを開口１１ｅ側に反射する。ダイクロイックミラー１４によって反射されたレーザ光Ｌは、開口１１ｅを通過して被加工物Ｓに照射される。被加工物Ｓにおけるレーザ光照射領域Ｓａからは、熱輻射光Ｒが発せられる。レーザ光照射領域Ｓａから発せられた熱輻射光Ｒは、開口１１ｅを通過してダイクロイックミラー１４に入射する。ダイクロイックミラー１４は、開口１１ｅ側から入射した熱輻射光Ｒを透過させる。

【0028】

ビームトラップ１５は、側方延在部１１ｃ内に配置されている。ビームトラップ１５は、レーザ光Ｌのうちダイクロイックミラー１４を透過した僅かな光を吸収する。これにより、筐体１１内でのレーザ光Ｌの乱反射が抑制される。

【0029】

第２光学系１６は、上方延在部１１ｄ内に配置されている。第２光学系１６は、ダイクロイックミラー１４側から入射した熱輻射光Ｒを光出射部１７に集光する。一例として、第２光学系１６は、２つの複合レンズによって構成されている。ダイクロイックミラー１４側に配置された複合レンズは、例えば、２つの単レンズによって構成されたコリメート用のアクロマティクレンズである。光出射部１７側に配置された複合レンズは、例えば、３つの単レンズによって構成されたフォーカス用のアクロマティクレンズである。各複合レンズでは、熱輻射光Ｒに含まれる第１波長の光Ｒ１及び第２波長の光Ｒ２（図２参照）について色収差が補正されている。

【0030】

光出射部１７は、上方延在部１１ｄの先端部に取り付けられている。光出射部１７には、光ファイバ１９の一端部１９ａが接続されている。光ファイバ１９の他端部１９ｂは、熱輻射光検出装置３０に接続されている。光出射部１７は、第２光学系１６によって集光された熱輻射光Ｒを光ファイバ１９内に入射させる。熱輻射光Ｒは、光ファイバ１９によって熱輻射光検出装置３０に導光される。レーザ加工装置１では、レーザ加工ヘッド１０及び光ファイバ１９が、レーザ光照射領域Ｓａから発せられた熱輻射光Ｒを熱輻射光検出装置３０に導光する導光部として機能する。
［熱輻射光検出装置の構成］

【0031】

図２及び図３に示されるように、熱輻射光検出装置３０は、筐体３１と、光入射部３２と、光抽出部３３と、第１光検出部３４と、第２光検出部３５と、第１温度検出部３６と、第２温度検出部３７と、信号処理部３８と、を有している。なお、図３では、信号処理部３８の図示が省略されている。

【0032】

筐体３１は、複数の壁部３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６を有している。１対の壁部３１１，３１２は、Ｘ軸方向おいて対向している。１対の壁部３１３，３１４は、Ｙ軸方向おいて対向している。１対の壁部３１５，３１６は、Ｚ軸方向おいて対向している。各壁部３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６は、角部によって互いに仕切られた平坦な壁部である。ただし、各壁部３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６は、角部によって互いに仕切られた壁部であれば、平坦な壁部に限定されず、湾曲した壁部であってもよい。なお、各壁部３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６を互いに仕切る角部は、面取りされた角部であってもよいし、面取りされていない角部であってもよい。

【0033】

光入射部３２は、壁部３１１に取り付けられている。光入射部３２には、光ファイバ１９の他端部１９ｂが接続されている。光入射部３２は、熱輻射光Ｒを筐体３１内に入射させる。熱輻射光Ｒは、レーザ光照射領域Ｓａから発せられて、レーザ加工ヘッド１０及び光ファイバ１９によって導光された光である（図１参照）。

【0034】

光抽出部３３は、筐体３１内に配置されている。光抽出部３３は、熱輻射光Ｒから第１波長の光Ｒ１及び第２波長の光Ｒ２を抽出する。第２波長は、第１波長とは異なっている。本実施形態では、第２波長は、第１波長よりも短い。一例として、第１波長は、２０００ｎｍであり、第２波長は、１８００ｎｍである。

【0035】

より具体的には、光抽出部３３は、ダイクロイックミラー３３１、第１光学系３３２及び第２光学系３３３によって構成されている。ダイクロイックミラー３３１は、Ｘ軸方向において光入射部３２と対向している。ダイクロイックミラー３３１は、光入射部３２側から入射した熱輻射光Ｒのうち第１波長の光Ｒ１を含む光を壁部３１２側に透過させ、光入射部３２側から入射した熱輻射光Ｒのうち第２波長の光Ｒ２を含む光を壁部３１４側に反射する。

【0036】

第１光学系３３２は、ダイクロイックミラー３３１と壁部３１２との間に配置されている。第１光学系３３２は、第１光学フィルタ３３２ａ及び第１集光レンズ３３２ｂによって構成されている。第１光学フィルタ３３２ａは、ダイクロイックミラー３３１を透過した光のうちの第１波長の光Ｒ１を第１集光レンズ３３２ｂ側に透過させる。第１集光レンズ３３２ｂは、第１光学フィルタ３３２ａ側から入射した第１波長の光Ｒ１をＸ軸方向に沿って集光する。

【0037】

第２光学系３３３は、ダイクロイックミラー３３１と壁部３１４との間に配置されている。第２光学系３３３は、第２光学フィルタ３３３ａ及び第２集光レンズ３３３ｂによって構成されている。第２光学フィルタ３３３ａは、ダイクロイックミラー３３１によって反射された光のうちの第２波長の光Ｒ２を第２集光レンズ３３３ｂ側に透過させる。第２集光レンズ３３３ｂは、第２光学フィルタ３３３ａ側から入射した第２波長の光Ｒ２をＸ軸方向に沿って集光する。

【0038】

第１光検出部３４は、壁部３１２に取り付けられている。第１光検出部３４は、Ｘ軸方向において第１光学系３３２と対向している。第１光検出部３４は、第１光検出素子３４ａを有している。第１光検出素子３４ａは、第１集光レンズ３３２ｂによって集光された第１波長の光Ｒ１を検出する。第１光検出素子３４ａは、例えば、ＣＡＮパッケージ内に配置されたフォトダイオード等の受光素子である。

【0039】

第２光検出部３５は、壁部３１４に取り付けられている。第１光検出部３４が取り付けられた壁部３１２、及び第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４は、異なる壁部である。第２光検出部３５は、Ｙ軸方向において第２光学系３３３と対向している。第２光検出部３５は、第２光検出素子３５ａを有している。第２光検出素子３５ａは、第２集光レンズ３３３ｂによって集光された第２波長の光Ｒ２を検出する。第２光検出素子３５ａは、例えば、ＣＡＮパッケージ内に配置されたフォトダイオード等の受光素子である。

【0040】

第１温度検出部３６は、第１光検出部３４が取り付けられた壁部３１２とは異なる壁部３１３に取り付けられている。第１温度検出部３６は、第１光検出部３４が取り付けられた壁部３１２と交差する壁部３１３に取り付けられており、壁部３１３において第１集光レンズ３３２ｂのＦＯＶ（field of view）内に位置している。図２及び図３では、第１集光レンズ３３２ｂのＦＯＶが一点鎖線で示されている。第１温度検出部３６は、例えば、小さい熱時定数（例えば、６秒程度の熱時定数）を有するサーミスタ等の温度検出素子である。なお、一点鎖線で示されたＦＯＶは、第１波長の光Ｒ１に対するＦＯＶではなく、熱雑音となる波長の光に対するＦＯＶである。その理由は、第１光検出部３４が、第１波長の光Ｒ１に対してだけでなく、熱雑音となる波長の光に対しても感度を有しており、第１波長の光Ｒ１だけでなく、熱雑音となる波長の光も、第１光検出部３４に入射するからである。

【0041】

第２温度検出部３７は、第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４とは異なる壁部３１３に取り付けられている。第１温度検出部３６が取り付けられた壁部３１３、及び第２温度検出部３７が取り付けられた壁部３１３は、同じ壁部である。第２温度検出部３７は、第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４と対向する壁部３１３に取り付けられており、壁部３１３において第２集光レンズ３３３ｂのＦＯＶ内に位置している。図２及び図３では、第２集光レンズ３３３ｂのＦＯＶが二点鎖線で示されている。第２温度検出部３７は、例えば、小さい熱時定数（例えば、６秒程度の熱時定数）を有するサーミスタ等の温度検出素子である。なお、二点鎖線で示されたＦＯＶは、第２波長の光Ｒ２に対するＦＯＶではなく、熱雑音となる波長の光に対するＦＯＶである。その理由は、第２光検出部３５が、第２波長の光Ｒ２に対してだけでなく、熱雑音となる波長の光に対しても感度を有しており、第２波長の光Ｒ２だけでなく、熱雑音となる波長の光も、第２光検出部３５に入射するからである。

【0042】

信号処理部３８は、第１光検出部３４から出力された信号及び第２光検出部３５から出力された信号に基づいて、熱輻射光Ｒを発した領域（すなわち、レーザ光照射領域Ｓａ）の温度を求める。このとき、信号処理部３８は、第１温度検出部３６から出力された信号に基づいて、第１光検出部３４から出力された信号を補正すると共に、第２温度検出部３７から出力された信号に基づいて、第２光検出部３５から出力された信号を補正する。信号処理部３８は、例えば、マイクロプロセッサーが組み込まれた信号処理基板、又は中央演算処理装置が組み込まれた信号処理基板によって、構成されている。

【0043】

一例として、被加工物Ｓから発せられた第１波長の光Ｒ１の光量をＭｓ_１とし、筐体３１等から発せられた第１波長の光の光量をＩ_１とし、第１光検出部３４によって検出された第１波長の光の光量をＭｍ_１とすると、下記式（１）が成立する。第１波長をλ_１とし、第１温度検出部３６によって検出された温度をＴ_１とすると、下記式（２）が成立する（下記式（２）においてＤ_１，β_１，Ｃ_１は定数）。下記式（１）及び（２）から、被加工物Ｓから発せられた第１波長の光Ｒ１の光量Ｍｓ_１を算出する。これにより、筐体３１等から発せられた第１波長の光の光量Ｉ_１の影響を排除することができる。以上の処理が、第１温度検出部３６から出力された信号に基づいて、第１光検出部３４から出力された信号を補正する補正処理に相当する。
Ｍｓ_１＝Ｍｍ_１－Ｉ_１…（１）
Ｉ_１＝Ｄ_１＋（β_１／λ_１ ^５）・exp［－Ｃ_１／｛λ_１（Ｔ_１＋273.15）｝］…（２）

【0044】

同様に、被加工物Ｓから発せられた第２波長の光Ｒ２の光量をＭｓ_２とし、筐体３１等から発せられた第２波長の光の光量をＩ_２とし、第２光検出部３５によって検出された第１波長の光の光量をＭｍ_２とすると、下記式（３）が成立する。第２波長をλ_２とし、第２温度検出部３７によって検出された温度をＴ_２とすると、下記式（４）が成立する（下記式（４）においてＤ_２，β_２，Ｃ_２は定数）。下記式（３）及び（４）から、被加工物Ｓから発せられた第２波長の光Ｒ２の光量Ｍｓ_２を算出する。これにより、筐体３１等から発せられた第２波長の光の光量Ｉ_２の影響を排除することができる。以上の処理が、第２温度検出部３７から出力された信号に基づいて、第２光検出部３５から出力された信号を補正する補正処理に相当する。
Ｍｓ_２＝Ｍｍ_２－Ｉ_２…（３）
Ｉ_２＝Ｄ_２＋（β_２／λ_２ ^５）・exp［－Ｃ_２／｛λ_２（Ｔ_２＋273.15）｝］…（４）

【0045】

信号処理部３８は、被加工物Ｓから発せられた第１波長の光Ｒ１の光量Ｍｓ_１と、被加工物Ｓから発せられた第２波長の光Ｒ２の光量Ｍｓ_２との比率から、レーザ光照射領域Ｓａの温度を求める。これは、二色式放射温度計の原理である。

【0046】

熱輻射光検出装置３０は、レーザ光源４１と、ダイクロイックミラー４２と、光学フィルタ４３と、を更に備えている。

【0047】

レーザ光源４１は、壁部３１４に取り付けられている。レーザ光源４１は、Ｙ軸方向に沿って可視域のレーザ光Ｖを筐体３１内に出射する。

【0048】

ダイクロイックミラー４２は、Ｘ軸方向において光入射部３２と対向し且つＹ軸方向においてレーザ光源４１と対向するように、筐体３１内に配置されている。ダイクロイックミラー４２は、光入射部３２側から入射した熱輻射光Ｒをダイクロイックミラー３３１側に透過させ、レーザ光源４１側から入射したレーザ光Ｖを光入射部３２側に反射する。レーザ光Ｖは、光ファイバ１９及びレーザ加工ヘッド１０によって導光されて、被加工物Ｓに照射される。レーザ光Ｖをガイド光として利用することで、被加工物Ｓにレーザ光Ｌが照射される位置を目視で確認することができる。また、レーザ光Ｖをガイド光として利用することで、被加工物Ｓにおいて加工位置と温度測定位置とが一致するようにレーザ加工装置１の各構成を調整することができる。

【0049】

光学フィルタ４３は、ダイクロイックミラー４２とダイクロイックミラー３３１との間に位置するように、筐体３１内に配置されている。光学フィルタ４３は、ダイクロイックミラー４２側から入射した熱輻射光Ｒをダイクロイックミラー３３１側に透過させ、ダイクロイックミラー４２側から入射した散乱光等（レーザ光Ｌに起因する散乱光等）を除去する。
［作用及び効果］

【0050】

熱輻射光検出装置３０では、光抽出部３３によって熱輻射光Ｒから第１波長の光Ｒ１及び第２波長の光Ｒ２が抽出され、第１光検出部３４によって第１波長の光Ｒ１が検出されると共に第２光検出部３５によって第２波長の光Ｒ２が検出される。これにより、第１光検出部３４から出力された信号及び第２光検出部３５から出力された信号に基づいて、レーザ光照射領域Ｓａの温度を求めることが可能になる。ここで、第１光検出部３４及び第２光検出部３５のそれぞれには、筐体３１から発せられた熱輻射光が入射するおそれがある。特に、第１光検出部３４が取り付けられた壁部３１２とは異なる壁部３１３等から発せられた熱輻射光が第１光検出部３４に入射し易い。また、第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４とは異なる壁部３１３等から発せられた熱輻射光が第２光検出部３５に入射し易い。そこで、熱輻射光検出装置３０では、第１光検出部３４が取り付けられた壁部３１２とは異なる壁部３１３に第１温度検出部３６が取り付けられており、第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４とは異なる壁部３１３に第２温度検出部３７が取り付けられている。これにより、第１温度検出部３６から出力された信号に基づいて、第１光検出部３４から出力された信号を補正すること、及び、第２温度検出部３７から出力された信号に基づいて、第２光検出部３５から出力された信号を補正することが可能になる。以上により、熱輻射光検出装置３０及びレーザ加工装置１は、高精度な温度の測定を可能にする。

【0051】

また、第１光検出部３４から出力された信号、及び第２光検出部３５から出力された信号を補正するために、熱輻射光検出装置３０にシャッタ等の機械的機構を設けることも考えられる。その場合には、被加工物Ｓから発せられた熱輻射光Ｒが筐体３１内に入射することがシャッタ等の機械的機構によって防止された状態で、筐体３１等から発せられた熱輻射光が第１光検出部３４及び第２光検出部３５によって検出され、その信号によって、第１光検出部３４から出力された信号、及び第２光検出部３５から出力された信号が補正される。しかし、熱輻射光検出装置３０にシャッタ等の機械的機構が設けられていると、不具合が生じ易くなる。それに対し、上述した熱輻射光検出装置３０では、シャッタ等の機械的機構が不要になるため、不具合が生じ難くなる。更に、上述した熱輻射光検出装置３０では、シャッタ等の機械的機構が追従することができない高速での繰り返し測定も可能になる。

【0052】

また、熱輻射光検出装置３０では、第１温度検出部３６が、第１温度検出部３６が取り付けられた壁部３１３において第１集光レンズ３３２ｂのＦＯＶ内に位置している。これにより、第１温度検出部３６から出力された信号に基づいて、第１光検出部３４から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。その理由は、第１光検出部３４には、第１温度検出部３６が取り付けられた壁部３１３のうち第１集光レンズ３３２ｂのＦＯＶ内の部分から発せられた熱輻射光がより入射し易いからである。

【0053】

また、熱輻射光検出装置３０では、第２温度検出部３７が、第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４と対向する壁部３１３に取り付けられており、第２温度検出部３７が取り付けられた壁部３１３において第２集光レンズ３３３ｂのＦＯＶ内に位置している。これにより、第２温度検出部３７から出力された信号に基づいて、第２光検出部３５から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。その理由は、第２光検出部３５には、第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４と対向する壁部３１３から発せられた熱輻射光がより入射し易いからである。また、第２光検出部３５には、第２温度検出部３７が取り付けられた壁部３１３のうち第２集光レンズ３３３ｂのＦＯＶ内の部分から発せられた熱輻射光がより入射し易いからである。

【0054】

また、熱輻射光検出装置３０では、第１光検出部３４が取り付けられた壁部３１２、及び第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４が、異なる壁部であり、第１温度検出部３６が取り付けられた壁部３１３、及び第２温度検出部３７が取り付けられた壁部３１３が、同じ壁部である。これにより、筐体３１における各構成の配置を単純化することができる。

【0055】

また、熱輻射光検出装置３０では、信号処理部３８が、第１光検出部３４から出力された信号及び第２光検出部３５から出力された信号に基づいて、レーザ光照射領域Ｓａの温度を求める。このとき、信号処理部３８が、第１温度検出部３６から出力された信号に基づいて、第１光検出部３４から出力された信号を補正すると共に、第２温度検出部３７から出力された信号に基づいて、第２光検出部３５から出力された信号を補正する。これにより、レーザ光照射領域Ｓａの温度を高精度に求めることができる。
［変形例］

【0056】

上記実施形態では、ダイクロイックミラー３３１、第１光学系３３２及び第２光学系３３３によって光抽出部３３が構成されていたが、光抽出部３３は、例えば、ハーフミラー、第１光学系３３２及び第２光学系３３３によって構成されていてもよい。当該ハーフミラーは、光入射部３２側から入射した熱輻射光Ｒの一部を第１光学系３３２側に透過させ且つ当該熱輻射光Ｒの残部を第２光学系３３３側に反射するビームスプリッタである。つまり、光抽出部３３は、熱輻射光Ｒから第１波長の光Ｒ１及び第２波長の光Ｒ２を抽出するように構成されていればよい。

【0057】

また、上記実施形態では、第１光検出素子３４ａに第１波長の光Ｒ１を集光する第１集光レンズ３３２ｂが光抽出部３３に設けられていたが、第１光検出素子３４ａに第１波長の光Ｒ１を集光する第１集光レンズは、第１光検出部３４に設けられていてもよいし、光抽出部３３及び第１光検出部３４の両方に設けられていてもよい。

【0058】

また、上記実施形態では、第２光検出素子３５ａに第２波長の光Ｒ２を集光する第２集光レンズ３３３ｂが光抽出部３３に設けられていたが、第２光検出素子３５ａに第２波長の光Ｒ２を集光する第２集光レンズは、第２光検出部３５に設けられていてもよいし、光抽出部３３及び第２光検出部３５の両方に設けられていてもよい。

【0059】

また、上記実施形態では、第１光検出部３４が取り付けられた壁部３１２と交差する壁部３１３に第１温度検出部３６が取り付けられていたが、第１温度検出部３６は、第１光検出部３４が取り付けられた壁部３１２とは異なる複数の壁部３１１，３１３，３１４，３１５，３１６のいずれかの壁部に取り付けられていればよい。ただし、第１光検出部３４が取り付けられた壁部３１２と対向する壁部３１１に第１温度検出部３６が取り付けられていると、第１温度検出部３６から出力された信号に基づいて、第１光検出部３４から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。更に、第１温度検出部３６が取り付けられた壁部において第１集光レンズ（光抽出部３３及び第１光検出部３４の少なくとも１つが有する第１集光レンズ）のＦＯＶ内に第１温度検出部３６が位置していると、第１温度検出部３６から出力された信号に基づいて、第１光検出部３４から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。

【0060】

また、上記実施形態では、第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４と対向する壁部３１３に第２温度検出部３７が取り付けられていたが、第２温度検出部３７は、第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４とは異なる複数の壁部３１１，３１２，３１３，３１５，３１６のいずれかの壁部に取り付けられていればよい。ただし、第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４と対向する壁部３１３に第２温度検出部３７が取り付けられていると、第２温度検出部３７から出力された信号に基づいて、第２光検出部３５から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。更に、第２温度検出部３７が取り付けられた壁部において第２集光レンズ（光抽出部３３及び第２光検出部３５の少なくとも１つが有する第２集光レンズ）のＦＯＶ内に第２温度検出部３７が位置していると、第２温度検出部３７から出力された信号に基づいて、第２光検出部３５から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。

【0061】

また、図４に示されるように、第１光検出部３４が取り付けられた壁部、及び第２光検出部３５が取り付けられた壁部は、同じ壁部であってもよい。その場合に、第１温度検出部３６は、第１光検出部３４及び第２光検出部３５が取り付けられた壁部と対向する壁部に取り付けられていてもよい。これにより、第１温度検出部３６から出力された信号に基づいて、第１光検出部３４から出力された信号、及び第２光検出部３５から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。つまり、熱輻射光検出装置３０に第２温度検出部３７を設けることが不要となる。

【0062】

また、図４に示されるように、第１温度検出部３６は、第１温度検出部３６が取り付けられた壁部において第１集光レンズ（光抽出部３３及び第１光検出部３４の少なくとも１つが有する第１集光レンズ）のＦＯＶ及び第２集光レンズ（光抽出部３３及び第２光検出部３５の少なくとも１つが有する第２集光レンズ）のＦＯＶが重なる領域内に位置していてもよい。これにより、第１温度検出部３６から出力された信号に基づいて、第１光検出部３４から出力された信号、及び第２光検出部３５から出力された信号をより高精度に補正することが可能になる。つまり、熱輻射光検出装置３０に第２温度検出部３７を設けることが不要となる。

【0063】

以下、図４に示される熱輻射光検出装置３０の構成について説明する。図４に示されるように、第１光検出部３４及び第２光検出部３５は、壁部３１４に取り付けられている。第２光検出部３５は、第１光検出部３４に対して壁部３１１側に位置している。光入射部３２は、壁部３１１に取り付けられている。レーザ光源４１は、壁部３１２に取り付けられている。レーザ光源４１は、Ｘ軸方向において光入射部３２と対向している。

【0064】

筐体３１内には、光抽出部３３及び光学フィルタ４３が配置されている。光抽出部３３は、第１ダイクロイックミラー３３４、第２ダイクロイックミラー３３５、第１光学系３３２及び第２光学系３３３によって構成されている。第１ダイクロイックミラー３３４は、光入射部３２とレーザ光源４１との間に配置されており、Ｙ軸方向において第１光検出部３４と対向している。第２ダイクロイックミラー３３５は、光入射部３２と第１ダイクロイックミラー３３４との間に配置されており、Ｙ軸方向において第２光検出部３５と対向している。第１光学系３３２は、第１ダイクロイックミラー３３４と第１光検出部３４との間に配置されている。第２光学系３３３は、第２ダイクロイックミラー３３５と第２光検出部３５との間に配置されている。光学フィルタ４３は、光入射部３２と第２ダイクロイックミラー３３５との間に配置されている。

【0065】

光入射部３２から筐体３１内に入射した熱輻射光Ｒは、光学フィルタ４３を透過して光抽出部３３に入射する。光入射部３２から筐体３１内に入射した散乱光等（レーザ光Ｌに起因する散乱光等）は、光学フィルタ４３によって除去される。光抽出部３３に入射した熱輻射光Ｒのうち第２波長の光Ｒ２を含む光は、第２ダイクロイックミラー３３５によって第２光学系３３３側に反射される。第２ダイクロイックミラー３３５によって反射された光のうち第２波長の光Ｒ２は、第２光学フィルタ３３３ａを透過して、第２集光レンズ３３３ｂによって集光される。第２集光レンズ３３３ｂによって集光された第２波長の光Ｒ２は、第２光検出部３５によって検出される。光抽出部３３に入射した熱輻射光Ｒのうち第１波長の光Ｒ１を含む光は、第２ダイクロイックミラー３３５を透過して、第１ダイクロイックミラー３３４によって第１光学系３３２側に反射される。第１ダイクロイックミラー３３４によって反射された光のうち第１波長の光Ｒ１は、第１光学フィルタ３３２ａを透過して、第１集光レンズ３３２ｂによって集光される。第１集光レンズ３３２ｂによって集光された第１波長の光Ｒ１は、第１光検出部３４によって検出される。レーザ光源４１から出射されたレーザ光Ｖは、第１ダイクロイックミラー３３４、第２ダイクロイックミラー３３５及び光学フィルタ４３を透過して、光入射部３２に入射する。

【0066】

第１温度検出部３６は、第１光検出部３４及び第２光検出部３５が取り付けられた壁部３１４と対向する壁部３１３に取り付けられている。第１温度検出部３６は、壁部３１３において第１集光レンズ３３２ｂ（光抽出部３３及び第１光検出部３４の少なくとも１つが有する第１集光レンズであればよい）のＦＯＶ及び第２集光レンズ３３３ｂ（光抽出部３３及び第２光検出部３５の少なくとも１つが有する第２集光レンズであればよい）のＦＯＶが重なる領域内に位置している。図４では、第１集光レンズ３３２ｂのＦＯＶが一点鎖線で示されており、第２集光レンズ３３３ｂのＦＯＶが二点鎖線で示されている。信号処理部３８は、第１光検出部３４から出力された信号及び第２光検出部３５から出力された信号に基づいて、熱輻射光Ｒを発した領域（すなわち、レーザ光照射領域Ｓａ）の温度を求める。このとき、信号処理部３８は、第１温度検出部３６から出力された信号に基づいて、第１光検出部３４から出力された信号及び第２光検出部３５から出力された信号を補正する。なお、第１温度検出部３６が取り付けられた壁部において第１集光レンズ３３２ｂ（光抽出部３３及び第１光検出部３４の少なくとも１つが有する第１集光レンズであればよい）のＦＯＶ及び第２集光レンズ３３３ｂ（光抽出部３３及び第２光検出部３５の少なくとも１つが有する第２集光レンズであればよい）のＦＯＶが重なる領域内に、第１温度検出部３６が位置している場合、第１温度検出部３６が取り付けられた当該壁部は、第１光検出部３４及び第２光検出部３５が取り付けられた壁部と対向する壁部でなくてもよい。

【符号の説明】

【0067】

１…レーザ加工装置、１０…レーザ加工ヘッド（導光部）、１９…光ファイバ（導光部）、２０…レーザ光源、３０…熱輻射光検出装置、３１…筐体、３２…光入射部、３３…光抽出部、３４…第１光検出部、３４ａ…第１光検出素子、３５…第２光検出部、３５ａ…第２光検出素子、３６…第１温度検出部、３７…第２温度検出部、３８…信号処理部、３１１，３１２，３１３，３１４…壁部、３３２ｂ…第１集光レンズ、３３３ｂ…第２集光レンズ、Ｌ…レーザ光、Ｒ…熱輻射光、Ｒ１…第１波長の光、Ｒ２…第２波長の光、Ｓ…被加工物、Ｓａ…レーザ光照射領域（領域）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】