特開 2024-133266 レーザ加工装置及びレーザ加工システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024133266

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工システム

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/082 20140101AFI20240920BHJP

   B23K 26/02 20140101ALI20240920BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20240920BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20240920BHJP

   B23K 26/00 20140101ALN20240920BHJP

【ＦＩ】

B23K26/082

B23K26/02 A

B23K26/03

G02B26/10 C

B23K26/00 B

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024113107

(22)【出願日】2024-07-16

(62)【分割の表示】P 2023066381の分割

【原出願日】2019-07-09

(71)【出願人】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】小野田 純也

(72)【発明者】

【氏名】山川 英樹

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼畠 優

(57)【要約】

【課題】制御系の負荷を抑制しつつ、撮像部の撮像視野を広げる。
【解決手段】レーザ加工装置Ｌは、レーザ光を筐体１０の外部に出射する透過ウインドウ１９と、透過ウインドウ１９から出射されるレーザ光が透過する透明部材１９ｂと、透過ウインドウ１９を通じてワークＷを撮像することにより、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を含んだワーク画像Ｐｗを生成する広域カメラ６と、を備える。透明部材１９ｂは、レンズ効果が略非発生の扁平な部材からなり、広域カメラ６は、その撮像光軸Ａｃと、位置情報の基準となる加工基準面Ｒｂと、を直交させた姿勢で筐体１０内に配置されている。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

励起光を生成する励起光生成部と、
前記励起光生成部により生成された励起光に基づいてレーザ光を生成するとともに、該レーザ光を出射するレーザ光出力部と、
前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光を被加工物に照射するとともに、該被加工物の表面上に設定された加工領域内で２次元走査するレーザ光走査部と、
少なくとも前記レーザ光出力部及び前記レーザ光走査部が内部に設けられた筐体と、
前記筐体に形成され、前記レーザ光走査部によって２次元走査されたレーザ光を前記筐体の外部に出射する出射窓部と、
前記出射窓部に設けられ、該出射窓部から出射されるレーザ光が透過する透明部材と、
前記出射窓部を通じて前記被加工物を撮像することにより、前記加工領域の少なくとも一部を含んだワーク画像を生成する撮像部と、を備え、
前記透明部材を挟んで前記レーザ光走査部の反対側に位置しかつ前記透明部材とは平行に延びる加工基準面を基準とした位置情報に基づいて、該加工基準面に平行な平面に沿ってレーザ光を走査させるレーザ加工装置であって、
前記透明部材は、レンズ効果が略非発生の扁平な部材からなり、
前記撮像部は、その撮像光軸と、前記加工基準面と、を直交させた姿勢で前記筐体内に配置されている
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

請求項１に記載されたレーザ加工装置において、
前記撮像光軸は、前記出射窓部から出射されるレーザ光の光軸と非同軸になるように構成されている
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載されたレーザ加工装置において、
前記撮像部は、その撮像視野に前記レーザ光走査部が含まれない位置に設けられている
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載されたレーザ加工装置において、
前記撮像部は、その撮像視野に、前記出射窓部における縁の一部が含まれる位置に設けられている
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項5】

請求項４に記載されたレーザ加工装置において、
前記加工領域に対応した設定面を表示する表示部を備え、
前記表示部は、前記ワーク画像から前記縁の一部を除いた部分画像を前記設定面上に表示する
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項6】

請求項５に記載されたレーザ加工装置において、
前記レーザ光走査部を制御することにより、前記加工領域内に所定の加工パターンを形成する走査制御部と、
前記設定面上に、前記加工パターンを含んだ加工ブロックを設定する加工ブロック設定部と、を備え、
前記加工ブロック設定部は、前記部分画像に基づいて、前記設定面における前記加工ブロックの位置を補正する
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項7】

請求項１又は２に記載されたレーザ加工装置において、
前記撮像部は、その撮像視野に前記レーザ光走査部が含まれる位置に設けられている
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項8】

請求項７に記載されたレーザ加工装置において、
前記加工領域に対応した設定面を表示する表示部を備え、
前記表示部は、前記ワーク画像から前記レーザ光走査部を除いた部分画像を前記設定面上に表示する
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項9】

請求項８に記載されたレーザ加工装置において、
前記レーザ光走査部を制御することにより、前記加工領域内に所定の加工パターンを形成する走査制御部と、
前記設定面上に、前記加工パターンを含んだ加工ブロックを設定する加工ブロック設定部と、を備え、
前記加工ブロック設定部は、前記部分画像に基づいて、前記設定面における前記加工ブロックの位置を補正する
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載されたレーザ加工装置において、
前記レーザ光走査部は、
前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光を第１方向に走査する第１スキャナと、
前記第１スキャナにより走査されたレーザ光を前記第１方向と略直交する第２方向に走査する第２スキャナと、からなり、
前記撮像部は、前記第１スキャナに比して、前記第２スキャナに近接して配置されている
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項11】

請求項１０に記載されたレーザ加工装置において、
前記レーザ光出力部から前記レーザ光走査部へ至る光路の途中に設けられ、前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光の焦点位置を調整する焦点調整部を備え、
前記焦点調整部と前記レーザ光走査部を結ぶ光軸に対して直交する方向に沿って、前記第１スキャナ、前記第２スキャナ及び前記撮像部の順番で並んでいる
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか１項に記載されたレーザ加工装置において、
前記透明部材の曲率半径は、１００００ｍｍ以上かつ１０００００ｍｍ以下の範囲内に設定される
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示する技術は、レーザマーキング装置等、被加工物にレーザ光を照射することによって加工を行うレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、カメラ等の撮像部を具備したレーザ加工装置が知られている。

【0003】

例えば特許文献１には、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を２次元的に走査する走査手段と、被マーキング対象物を撮像するための撮像手段と、を備えたレーザ加工装置（レーザマーキング装置）が開示されている。

【0004】

前記特許文献１に係る撮像手段は、その撮像光軸が、加工用のレーザ光と同軸になるように構成されている。具体的に、前記特許文献１に開示されているレーザ加工装置は、レーザ光源と走査手段との間に光路を分岐させる光路分岐手段を備えており、同文献に係る撮像手段は、光路分岐手段を介して走査手段に向かう光軸が、レーザ光の光軸と一致するように設けられている。

【0005】

また特許文献２には、被加工物（ワーク）を加工するためのレーザ光を出射するマーカレーザヘッドと、被加工物における加工面を撮像する観察光学系と、を備えたレーザ加工装置が開示されている。

【0006】

前記特許文献２に係るレーザヘッドは、加工面上でレーザ光を走査するための走査手段を収容しており、同文献に係る観察光学系は、高さ方向において走査手段と加工面との間に設けられている。具体的に、前記特許文献２に開示されている観察光学系は、レーザヘッドの底面の下に配置されている。この観察光学系は、レーザ光の光軸に対して非同軸となっており、加工面を斜め上側から撮像するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４－１４８３７９号公報

【特許文献2】特開２０１５－４４２１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、前記特許文献１に記載されているような撮像手段を用いた場合、その撮像視野の大きさは、走査手段の構成に依存することになる。特に、ガルバノミラーによって走査手段を構成した場合、撮像手段における撮像視野の大きさは、ガルバノミラーの面積に応じて増減することになる。一般的なガルバノミラーでは、被加工物における表面の一部しか撮像することができないため不都合となる。

【0009】

一方、前記特許文献２に記載されているように、観察光学系としての撮像部を、レーザヘッドの底面の下に配置することが考えられる。このように配置した場合、被加工物を広範囲にわたって撮像することができるものの、斜め方向から撮像することになるため、撮像画像に歪みが生じてしまう。撮像画像の歪みを解消するためには、歪み補正等の画像処理が必要となるため、レーザ加工装置における制御系に余分な負荷がかかる。

【0010】

そこで、前記特許文献２に係る撮像部を、例えば、レーザヘッドの内部に収容せしめることも考えられる。このように配置した場合、レーザ光を出射するための出射窓部を介して、被加工物を直上方から撮像することができる。ところが、一般的な出射窓部には、加工用のレーザ光を合焦させるためのｆθレンズが嵌め込まれることになる。このｆθレンズを通して被加工物を撮像すると、その撮像画像が歪んでしまうため、やはり制御系に余分な負荷がかかってしまう。

【0011】

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、制御系の負荷を抑制しつつ、撮像部の撮像視野を広げることにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

具体的に、本開示の第１の側面は、励起光を生成する励起光生成部と、前記励起光生成部により生成された励起光に基づいてレーザ光を生成するとともに、該レーザ光を出射するレーザ光出力部と、前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光を被加工物に照射するとともに、該被加工物の表面上に設定された加工領域内で２次元走査するレーザ光走査部と、少なくとも前記レーザ光出力部及び前記レーザ光走査部が内部に設けられた筐体と、前記筐体に形成され、前記レーザ光走査部によって２次元走査されたレーザ光を前記筐体の外部に出射する出射窓部と、前記出射窓部に設けられ、該出射窓部から出射されるレーザ光が透過する透明部材と、前記出射窓部を通じて前記被加工物を撮像することにより、前記加工領域の少なくとも一部を含んだワーク画像を生成する撮像部と、を備え、前記透明部材を挟んで前記レーザ光走査部の反対側に位置しかつ前記透明部材とは平行に延びる加工基準面を基準とした位置情報に基づいて、該加工基準面に平行な平面に沿ってレーザ光を走査させるレーザ加工装置に係る。

【0013】

そして、本開示の第１の側面によれば、前記透明部材は、レンズ効果が略非発生の扁平な部材（言い換えると、レンズ効果がない、又は、レンズ効果が低い扁平な部材）からなり、前記撮像部は、その撮像光軸と、前記加工基準面と、を直交させた姿勢で前記筐体内に配置されている。

【0014】

この構成によれば、レーザ加工装置が被加工物を加工するときには、レーザ光出力部がレーザ光を出射する。レーザ光出力部から出射されたレーザ光は、レーザ光走査部と、出射窓部と、を介して被加工物に照射される。被加工物に照射されるレーザ光を走査することで、この被加工物を加工することができる。

【0015】

ここで、被加工物の表面上には、所定の加工領域が設定される。加工領域を設定することで、被加工物において加工が施されるべき部位を指定することができる。

【0016】

また、加工領域内に照射されるレーザ光は、加工基準面を基準とした位置情報に基づいて制御される。この加工基準面は、筐体の外部に設定され、かつ透明部材と平行に延びるように設定される。加工基準面を用いることで、例えば、高さの異なる複数の被加工物に対し、共通の加工パターンを容易に形成することができる。そのことで、被加工物間で加工精度、加工品質等にバラツキが生じるのを抑制することができる。

【0017】

前記の構成によれば、撮像部は、その撮像光軸と、加工基準面と、を直交させた姿勢で筐体内に配置されている。このように配置することで、被加工物を斜め上側からではなく、直上方から撮像することができる。そのことで、撮像画像としてのワーク画像の歪みが解消される。また、撮像部における撮像光軸と、加工用のレーザ光と、の同軸化が必須ではなくなるため、撮像視野を広げることが可能となる。

【0018】

ところが、前記のように配置した場合、撮像部は、透明部材を通して被加工物を撮像することになる。そのため、透明部材によるワーク画像の歪みが懸念される。しかし、本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、透明部材として、レンズ効果が略非発生の（レンズ効果がない、又は、レンズ効果が低い）扁平な部材を意図的に用いることを着想した。

【0019】

すなわち、レンズ効果が略非発生の（レンズ効果がない、又は、レンズ効果が低い）透明部材を用いることで、同部材によるワーク画像の歪みが抑制される。これにより、制御系の負荷を抑制することができる。

【0020】

このように、本開示の第１の側面によれば、制御系の負荷を抑制しつつ、撮像部の撮像視野を広げることができる。

【0021】

また、本開示の第２の側面によれば、前記撮像光軸は、前記出射窓部から出射されるレーザ光の光軸と非同軸になるように構成されている、としてもよい。

【0022】

この構成によれば、撮像視野の大きさが、走査手段の構成とは無関係になる。これにより、撮像部の撮像視野を広げる上で有利になる。

【0023】

また、本開示の第３の側面によれば、前記撮像部は、その撮像視野に前記レーザ光走査部が含まれない位置に設けられている（言い換えれば、その撮像視野からレーザ光走査部を除外するように配置されている）、としてもよい。

【0024】

この構成によれば、ワーク画像を生成する上で、レーザ光走査部が邪魔にならないようにすることができる。

【0025】

また、本開示の第４の側面によれば、前記撮像部は、その撮像視野に、前記出射窓部における縁の一部が含まれる位置に設けられている、としてもよい。

【0026】

また、本開示の第５の側面によれば、前記レーザ加工装置は、前記加工領域に対応した設定面を表示する表示部を備え、前記表示部は、前記ワーク画像から前記縁の一部を除いた部分画像を前記設定面上に表示する、としてもよい。

【0027】

この構成によれば、撮像部により生成されるワーク画像に、出射窓部における縁の一部が映り込むことになる。ワーク画像から縁の一部を除いた部分画像を表示することで、レーザ加工装置の使い勝手を向上させることができる。

【0028】

また、本開示の第６の側面によれば、前記レーザ加工装置は、前記レーザ光走査部を制御することにより、前記加工領域内に所定の加工パターンを形成する走査制御部と、前記設定面上に、前記加工パターンを含んだ加工ブロックを設定する加工ブロック設定部と、を備え、前記加工ブロック設定部は、前記部分画像に基づいて、前記設定面における前記加工ブロックの位置を補正する、としてもよい。

【0029】

この構成によれば、部分画像に基づいて加工ブロックの位置を調整することができる。そのことで、より精密なレーザ加工を実現することが可能になる。

【0030】

また、本開示の第７の側面によれば、前記撮像部は、その撮像視野に前記レーザ光走査部が含まれる位置に設けられている、としてもよい。

【0031】

また、本開示の第８の側面によれば、前記レーザ加工装置は、前記加工領域に対応した設定面を表示する表示部を備え、前記表示部は、前記ワーク画像から前記レーザ光走査部を除いた部分画像を前記設定面上に表示する、としてもよい。

【0032】

この構成によれば、撮像部により生成されるワーク画像に、レーザ光走査部が映り込むことになる。ワーク画像からレーザ光走査部を除いた部分画像を表示することで、レーザ加工装置の使い勝手を向上させることができる。

【0033】

また、本開示の第９の側面によれば、前記レーザ加工装置は、前記レーザ光走査部を制御することにより、前記加工領域内に所定の加工パターンを形成する走査制御部と、前記設定面上に、前記加工パターンを含んだ加工ブロックを設定する加工ブロック設定部と、を備え、前記加工ブロック設定部は、前記部分画像に基づいて、前記設定面における前記加工ブロックの位置を補正する、としてもよい。

【0034】

この構成によれば、部分画像に基づいて加工ブロックの位置を調整することできる。そのことで、より精密なレーザ加工を実現することが可能になる。

【0035】

また、本開示の第１０の側面によれば、前記レーザ光走査部は、前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光を第１方向に走査する第１スキャナと、前記第１スキャナにより走査されたレーザ光を前記第１方向と略直交する第２方向に走査する第２スキャナと、からなり、前記撮像部は、前記第１スキャナに比して、前記第２スキャナに近接して配置されている、としてもよい。

【0036】

この構成によれば、撮像部と第２スキャナとを近接させることができる。これにより、撮像部の撮像視野と、レーザ光が実際に照射される領域と、のズレを抑制し、加工領域の設定等をより適切に行うことが可能になる。

【0037】

また、本開示の第１１の側面によれば、前記レーザ加工装置は、前記レーザ光出力部から前記レーザ光走査部へ至る光路の途中に設けられ、前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光の焦点位置を調整する焦点調整部を備え、前記焦点調整部と前記レーザ光走査部を結ぶ光軸に対して直交する方向に沿って、前記第１スキャナ、前記第２スキャナ及び前記撮像部の順番で並んでいる、としてもよい。

【0038】

この構成によれば、焦点調整部からレーザ光走査部に伝搬するレーザ光と撮像部とを可能な限り離間させつつ、撮像部と第２スキャナとを近接させることができる。これにより、撮像部の撮像視野と、レーザ光が実際に照射される領域と、のズレを抑制し、加工領域の設定等をより適切に行うことが可能になる。

【0039】

また、本開示の第１２の側面によれば、前記透明部材の曲率半径は、１００００ｍｍ以上かつ１０００００ｍｍ以下の範囲内に設定される、としてもよい。

【0040】

本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、得られた知見によれば、透明部材の曲率半径を１００００ｍｍ以上に設定することで、この透明部材によるワーク画像の歪みを許容範囲内に収めることができる。

【発明の効果】

【0041】

以上説明したように、前記レーザ加工装置によれば、制御系の負荷を抑制しつつ、撮像部の撮像視野を広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】図１は、レーザ加工システムの全体構成を例示する図である。

【図2】図２は、レーザ加工装置の概略構成を例示するブロック図である。

【図3A】図３Ａは、マーカヘッドの概略構成を例示するブロック図である。

【図3B】図３Ｂは、マーカヘッドの概略構成を例示するブロック図である。

【図4】図４は、マーカヘッドの外観を例示する斜視図である。

【図5】図５は、レーザ光走査部の構成を例示する図である。

【図6】図６は、レーザ光案内部、レーザ光走査部及び測距ユニットの構成を例示する図である。

【図7】図７は、レーザ光案内部、レーザ光走査部及び測距ユニットを結ぶ光路を例示する断面図である。

【図8】図８は、レーザ光案内部、レーザ光走査部及び測距ユニットを結ぶ光路を例示する斜視図である。

【図9】図９は、三角測距方式について説明する図である。

【図10】図１０は、加工基準面について説明する図である。

【図11】図１１は、透過ウインドウ及び広域カメラの構成を例示する下面図である。

【図12】図１２は、透過ウインドウ及び広域カメラの構成を例示する横断面図である。

【図13】図１３は、透過ウインドウ及び広域カメラの構成を例示する縦断面図である。

【図14】図１４は、レーザ加工システムの使用方法を示すフローチャートである。

【図15】図１５は、印字設定の作成手順を例示するフローチャートである。

【図16】図１６は、レーザ加工装置の運用手順を例示するフローチャートである。

【図17】図１７は、ワークの加工領域と、表示部における設定面との関係を例示する図である。

【図18】図１８は、ワーク画像による部分画像の生成について説明する図である。

【図19】図１９は、マーカヘッドの変形例を示す図１０対応図である。

【発明を実施するための形態】

【0043】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。

【0044】

すなわち、本明細書では、レーザ加工装置の一例としてのレーザマーカについて説明するが、ここに開示する技術は、レーザ加工装置及びレーザマーカという名称に拘わらず、レーザ応用機器一般に適用することができる。

【0045】

また、本明細書においては、加工の代表例として印字加工について説明するが、印字加工に限定されず、画像のマーキング等、レーザ光を使ったあらゆる加工処理において利用することができる。

【0046】

＜全体構成＞
図１はレーザ加工システムＳの全体構成を例示する図であり、図２はレーザ加工システムＳにおけるレーザ加工装置Ｌの概略構成を例示する図である。図１に例示するレーザ加工システムＳは、レーザ加工装置Ｌと、これに接続される操作用端末８００及び外部機器９００と、を備えている。

【0047】

そして、図１及び図２に例示するレーザ加工装置Ｌは、マーカヘッド１から出射されたレーザ光を、被加工物としてのワークＷへ照射するとともに、そのワークＷの表面上で３次元走査することによって加工を行うものである。なお、ここでいう「３次元走査」とは、レーザ光の照射先をワークＷの表面上で走査する２次元的な動作（いわゆる「２次元走査」）と、レーザ光の焦点位置を調整する１次元的な動作と、の組み合わせを総称した概念を指す。

【0048】

特に、本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、ワークＷを加工するためのレーザ光として、１０６４ｎｍ付近の波長を有するレーザ光を出射することができる。この波長は、近赤外線（Near-InfraRed：ＮＩＲ）の波長域に相当する。そのため、以下の記載では、ワークＷを加工するためのレーザ光を「近赤外レーザ光」と呼称して、他のレーザ光と区別する場合がある。もちろん、他の波長を有するレーザ光を、ワークＷの加工に用いてもよい。

【0049】

また、本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、マーカヘッド１に内蔵された測距ユニット５を介してワークＷまでの距離を測定するとともに、その測定結果を利用して近赤外レーザ光の焦点位置を調整することができる。

【0050】

図１及び図２に示すように、レーザ加工装置Ｌは、レーザ光を出射するためのマーカヘッド１と、マーカヘッド１を制御するためのマーカコントローラ１００と、を備えている。

【0051】

マーカヘッド１及びマーカコントローラ１００は、この実施形態においては別体とされており、電気配線を介して電気的に接続されているとともに、光ファイバーケーブルを介して光学的に結合されている。

【0052】

より一般には、マーカヘッド１及びマーカコントローラ１００の一方を他方に組み込んで一体化することもできる。この場合、光ファイバーケーブル等を適宜省略することができる。

【0053】

操作用端末８００は、例えば中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）及びメモリを有しており、マーカコントローラ１００に接続されている。この操作用端末８００は、印字設定など、種々の加工条件を設定するとともに、レーザ加工に関連した情報をユーザに示すための端末として機能する。この操作用端末８００は、ユーザに情報を表示するための表示部８０１と、ユーザによる操作入力を受け付ける操作部８０２と、種々の情報を記憶するための記憶装置８０３と、を備えている。

【0054】

具体的に、表示部８０１は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬパネルにより構成されている。表示部８０１には、レーザ加工に関連した情報として、レーザ加工装置Ｌの動作状況及び加工条件等が表示される。一方、操作部８０２は、例えばキーボード及び／又はポインティングデバイスにより構成されている。ここで、ポインティングデバイスには、マウス及び／又はジョイスティック等が含まれる。操作部８０２は、ユーザによる操作入力を受け付けるように構成されており、マーカコントローラ１００を介してマーカヘッド１を操作するために用いられる。

【0055】

上記のように構成される操作用端末８００は、ユーザによる操作入力に基づいて、レーザ加工における加工条件を設定することができる。この加工条件には、例えば、ワークＷに印字されるべき文字列、図形等の内容（マーキングパターン）、レーザ光に求める出力（目標出力）、及び、ワークＷ上でのレーザ光の走査速度（スキャンスピード）が含まれる。

【0056】

また、本実施形態に係る加工条件には、前述の測距ユニット５に関連した条件及びパラメータ（以下、これを「測距条件」ともいう）も含まれる。そうした測距条件には、例えば、測距ユニット５による検出結果を示す信号と、ワークＷの表面までの距離と、を関連付けるデータ等が含まれる。

【0057】

操作用端末８００により設定される加工条件は、マーカコントローラ１００に出力されて、その条件設定記憶部１０２に記憶される。必要に応じて、操作用端末８００における記憶装置８０３が加工条件を記憶してもよい。

【0058】

なお、操作用端末８００は、例えばマーカコントローラ１００に組み込んで一体化することができる。この場合は「操作用端末」ではなく、コントロールユニット等の呼称が用いられることになるが、少なくとも本実施形態においては、操作用端末８００とマーカコントローラ１００は互いに別体とされている。

【0059】

外部機器９００は、必要に応じてレーザ加工装置Ｌのマーカコントローラ１００に接続される。図１に示す例では、外部機器９００として、画像認識装置９０１及びプログラマブルロジックコントローラ（Programmable Logic Controller：ＰＬＣ）９０２が設けられている。

【0060】

具体的に、画像認識装置９０１は、例えば製造ライン上で搬送されるワークＷの種別及び位置を判定する。画像認識装置９０１として、例えばイメージセンサを用いることができる。ＰＬＣ９０２は、予め定められたシーケンスに従ってレーザ加工システムＳを制御するために用いられる。

【0061】

レーザ加工装置Ｌには、上述した機器や装置以外にも、操作及び制御を行うための装置、その他の各種処理を行うためのコンピュータ、記憶装置、周辺機器等を接続することもできる。この場合の接続は、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ－２３２、ＲＳ－４２２及びＵＳＢ等のシリアル接続、又はパラレル接続としてもよい。あるいは、１０ＢＡＳＥ－Ｔ、１００ＢＡＳＥ－ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ－Ｔ等のネットワークを介して電気的、磁気的、又は光学的な接続を採用することもできる。また、有線接続以外にも、ＩＥＥＥ８０２等の無線ＬＡＮ、又は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続でもよい。さらに、データの交換や各種設定の保存等を行うための記憶装置に用いる記憶媒体としては、例えば、各種メモリカード、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、ハードディスク等を利用することができる。

【0062】

以下、マーカコントローラ１００及びマーカヘッド１それぞれのハード構成に係る説明と、マーカコントローラ１００によるマーカヘッド１の制御に係る構成と、について順番に説明をする。

【0063】

＜マーカコントローラ１００＞
図２に示すように、マーカコントローラ１００は、上述した加工条件を記憶する条件設定記憶部１０２と、これに記憶されている加工条件に基づいてマーカヘッド１を制御する制御部１０１と、レーザ励起光（励起光）を生成する励起光生成部１１０と、を備えている。

【0064】

（条件設定記憶部１０２）
条件設定記憶部１０２は、操作用端末８００を介して設定された加工条件を記憶するとともに、必要に応じて、記憶された加工条件を制御部１０１へと出力するように構成されている。

【0065】

具体的に、条件設定記憶部１０２は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ハードディスクドライブ（Hard Disk Drive：ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（Solid State Drive：ＳＳＤ）等を用いて構成されており、加工条件を示す情報を一時的または継続的に記憶することができる。なお、操作用端末８００をマーカコントローラ１００に組み込んだ場合には、記憶装置８０３が条件設定記憶部１０２を兼用するように構成することができる。

【0066】

（制御部１０１）
制御部１０１は、条件設定記憶部１０２に記憶された加工条件に基づいて、少なくとも、マーカコントローラ１００における励起光生成部１１０、並びに、マーカヘッド１におけるレーザ光出力部２、レーザ光案内部３、レーザ光走査部４、測距ユニット５、及び、後述の広域カメラ６を制御することにより、ワークＷの印字加工等を実行する。

【0067】

具体的に、制御部１０１は、ＣＰＵ、メモリ、入出力バスを有しており、操作用端末８００を介して入力された情報を示す信号、及び、条件設定記憶部１０２から読み込んだ加工条件を示す信号に基づいて制御信号を生成する。制御部１０１は、そうして生成した制御信号をレーザ加工装置Ｌの各部へと出力することにより、ワークＷに対する印字加工、及び、ワークＷまでの距離の測定を制御する。

【0068】

例えば制御部１０１は、ワークＷの加工を開始するときには、条件設定記憶部１０２に記憶された目標出力を読み込んで、その目標出力に基づき生成した制御信号を励起光源駆動部１１２へと出力し、レーザ励起光の生成を制御する。

【0069】

また制御部１０１は、実際にワークＷを加工する際には、例えば条件設定記憶部１０２に記憶されている加工パターン（マーキングパターン）を読み込むとともに、その加工パターンに基づき生成した制御信号をレーザ光走査部４へと出力し、近赤外レーザ光を２次元走査する。近赤外レーザ光の２次元走査を制御しているという点で、制御部１０１は、本実施形態における「走査制御部」を例示している。

【0070】

（励起光生成部１１０）
励起光生成部１１０は、駆動電流に応じたレーザ光を生成する励起光源１１１と、その励起光源１１１に駆動電流を供給する励起光源駆動部１１２と、励起光源１１１に対して光学的に結合された励起光集光部１１３と、を備えている。励起光源１１１と励起光集光部１１３は、不図示の励起ケーシング内に固定されている。詳細は省略するが、この励起ケーシングは、熱伝導性に優れた銅等の金属で構成されており、励起光源１１１から効率よく放熱させることができる。

【0071】

以下、励起光生成部１１０の各部について順番に説明する。

【0072】

励起光源駆動部１１２は、制御部１０１から出力された制御信号に基づいて、励起光源１１１へ駆動電流を供給する。詳細は省略するが、励起光源駆動部１１２は、制御部１０１が決定した目標出力に基づいて駆動電流を決定し、そうして決定した駆動電流を励起光源１１１へ供給する。

【0073】

励起光源１１１は、励起光源駆動部１１２から駆動電流が供給されるとともに、その駆動電流に応じたレーザ光を発振する。例えば、励起光源１１１は、レーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等で構成されており、複数のＬＤ素子を直線状に並べたＬＤアレイやＬＤバーを用いることができる。励起光源１１１としてＬＤアレイやＬＤバーを用いた場合、各素子から発振されるレーザ光は、ライン状に出力されて励起光集光部１１３に入射する。

【0074】

励起光集光部１１３は、励起光源１１１から出力されたレーザ光を集光するとともに、レーザ励起光（励起光）として出力する。例えば、励起光集光部１１３は、フォーカシングレンズ等で構成されており、レーザ光が入射する入射面と、レーザ励起光を出力する出射面と、を有している。励起光集光部１１３は、マーカヘッド１に対し、前述の光ファイバーケーブルを介して光学的に結合されている。よって、励起光集光部１１３から出力されたレーザ励起光は、その光ファイバーケーブルを介してマーカヘッド１へ導かれることになる。

【0075】

なお、励起光生成部１１０は、励起光源駆動部１１２、励起光源１１１及び励起光集光部１１３を予め組み込んだＬＤユニットあるいはＬＤモジュールとすることができる。また、励起光生成部１１０から出射される励起光（具体的には、励起光集光部１１３から出力されるレーザ励起光）は、無偏光とすることができ、これにより偏光状態の変化を考慮する必要がなく、設計上有利となる。特に、励起光源１１１周辺の構成については、複数のＬＤ素子を数十個配列したＬＤアレイから各々得られる光を光ファイバーでバンドルして出力するＬＤユニット自体に、出力光を無偏光とする機構を備えることが好ましい。

【0076】

（他の構成要素）
マーカコントローラ１００はまた、測距ユニット５を介してワークＷまでの距離を測定する距離測定部１０３を有している。距離測定部１０３は、測距ユニット５と電気的に接続されており、測距ユニット５による測定結果に関連した信号（少なくとも、測距光受光部５Ｂにおける測距光の受光位置を示す信号）を受信可能とされている。

【0077】

また、後述のように、本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、ワークＷの表面を撮像するための狭域カメラ３７及び広域カメラ６を備えている。マーカコントローラ１００における制御部１０１は、狭域カメラ３７又は広域カメラ６により撮像された画像に基づく処理を行うことができる。

【0078】

マーカコントローラ１００はまた、マーキングパターンに係る情報を設定する設定部１０７を備えている。設定部１０７における設定内容は、走査制御部としての制御部１０１が読み込んで使用する。

【0079】

なお、距離測定部１０３及び設定部１０７は、制御部１０１によって構成してもよい。例えば、制御部１０１が距離測定部１０３を兼用してもよい。

【0080】

距離測定部１０３及び設定部１０７の詳細は、後述する。

【0081】

＜マーカヘッド１＞
前述のように、励起光生成部１１０により生成されたレーザ励起光は、光ファイバーケーブルを介してマーカヘッド１へ導かれる。このマーカヘッド１は、レーザ励起光に基づいてレーザ光を増幅・生成して出力するレーザ光出力部２と、レーザ光出力部２から出力されたレーザ光をワークＷの表面へ照射して２次元走査を行うレーザ光走査部４と、レーザ光出力部２からレーザ光走査部４へ至る光路を構成するレーザ光案内部３と、レーザ光走査部４を介して投光及び受光した測距光に基づいてワークＷの表面までの距離を測定するための測距ユニット５と、を備えている。

【0082】

ここで、本実施形態に係るレーザ光案内部３は、単に光路を構成するばかりでなく、レーザ光の焦点位置を調整するＺスキャナ（焦点調整部）３３、ガイド光を出射するガイド光源、及び、ワークＷの表面を撮像する狭域カメラ３７など、複数の部材が組み合わされてなる。

【0083】

また、レーザ光案内部３はさらに、レーザ光出力部２から出力される近赤外レーザ光とガイド光源３６から出射されるガイド光を合流せしめる上流側合流機構３１と、レーザ光走査部４へ導かれるレーザ光と測距ユニット５から投光される測距光を合流せしめる下流側合流機構３５と、を有している。

【0084】

図３Ａ～図３Ｂはマーカヘッド１の概略構成を例示するブロック図であり、図４はマーカヘッド１の外観を例示する斜視図である。図３Ａ～図３Ｂのうち、図３Ａは近赤外レーザ光を用いてワークＷを加工する場合を例示し、図３Ｂは測距ユニット５を用いてワークＷの表面までの距離を測定する場合を例示している。

【0085】

図３Ａ～図４に例示するように、マーカヘッド１は、少なくともレーザ光出力部２、レーザ光案内部３、レーザ光走査部４及び測距ユニット５が内部に設けられた筐体１０を備えている。この筐体１０は、図４に示すような略直方状の外形を有している。筐体１０の下面は、板状の底板１０ａによって区画されている。この底板１０ａには、マーカヘッド１から該マーカヘッド１の外部にレーザ光を出射するための、透過窓部としての透過ウインドウ１９が設けられている。透過ウインドウ１９は、底板１０ａを板厚方向に貫く貫通孔１９ａに対し、近赤外レーザ光、ガイド光及び測距光を透過可能な板状の透明部材１９ｂを嵌め込むことによって構成されている。

【0086】

なお、以下の記載では、図４における筐体１０の長手方向を単に「長手方向」又は「前後方向」と呼称したり、同図における筐体１０の短手方向を単に「短手方向」又は「左右方向」と呼称したりする場合がある。同様に、図４における筐体１０の高さ方向を単に「高さ方向」又は「上下方向」と呼称する場合もある。

【0087】

図５は、レーザ光走査部４の構成を例示する斜視図である。また、図６はレーザ光案内部３、レーザ光走査部４及び測距ユニット５の構成を例示する断面図であり、図７はレーザ光案内部３、レーザ光走査部４及び測距ユニット５を結ぶ光路を例示する断面図であり、図８はレーザ光案内部３、レーザ光走査部４及び測距ユニット５を結ぶ光路を例示する斜視図である。

【0088】

図５～図６に例示するように、筐体１０の内部には仕切部１１が設けられている。筐体１０の内部空間は、この仕切部１１によって長手方向の一側と他側に仕切られている。

【0089】

具体的に、仕切部１１は、筐体１０の長手方向に対して垂直な方向に延びる平板状に形成されている。また、仕切部１１は、筐体１０の長手方向においては、同方向における筐体１０の中央部に比して、長手方向一側（図４における前側）に寄せた配置とされている。

【0090】

よって、筐体１０内の長手方向一側に仕切られるスペースは、長手方向他側（図４における後側）に仕切られるスペースよりも、長手方向の寸法が短くなっている。以下、筐体１０内の長手方向他側に仕切られるスペースを第１スペースＳ１と呼称する一方、その長手方向一側に仕切られるスペースを第２スペースＳ２と呼称する。

【0091】

この実施形態では、第１スペースＳ１の内部には、レーザ光出力部２と、レーザ光案内部３における一部の部品と、レーザ光走査部４と、測距ユニット５が配置されている。一方、第２スペースＳ２の内部には、レーザ光案内部３における主要な部品が配置されている。

【0092】

詳しくは、第１スペースＳ１は、略平板状のベースプレート１２によって、短手方向の一側（図４の左側）の空間と、他側（図４の右側）の空間と、に仕切られている。前者の空間には、主に、レーザ光出力部２を構成する部品が配置されている。

【0093】

さらに詳しくは、レーザ光出力部２を構成する部品のうち、光学レンズや光学結晶など、可能な限り気密状に密閉することが求められる光学部品２１については、第１スペースＳ１における短手方向一側の空間において、ベースプレート１２等によって包囲された収容空間の内部に配置されている。

【0094】

対して、レーザ光出力部２を構成する部品のうち、電気配線や、図５に示すヒートシンク２２など、必ずしも密閉することが求められない部品については、光学部品２１に対し、ベースプレート１２を挟んで反対側（第１スペースＳ１における短手方向他側）に配置されている。

【0095】

また、図５及び図６に例示するように、レーザ光走査部４は、レーザ光出力部２における光学部品２１と同様に、ベースプレート１２を挟んで短手方向の一側に配置することができる。具体的に、この実施形態に係るレーザ光走査部４は、長手方向においては前述の仕切部１１に隣接するとともに、上下方向においては筐体１０の内底面に沿って配置されている。

【0096】

また、図６に示すように、測距ユニット５は、レーザ光出力部２におけるヒートシンク２２と同様に、第１スペースＳ１における短手方向他側の空間に配置されている。

【0097】

また、レーザ光案内部３を構成する部品は、主に第２スペースＳ２に配置されている。この実施形態では、レーザ光案内部３を構成する大部分の部品は、仕切部１１と、筐体１０の前面を区画するカバー部材１７と、により包囲された空間に収容されている。

【0098】

なお、レーザ光案内部３を構成する部品のうち、下流側合流機構３５については、第１スペースＳ１における仕切部１１付近の部位に配置されている（図５を参照）。すなわち、この実施形態では、下流側合流機構３５は、第１スペースＳ１と第２スペースＳ２との境界付近に位置することになる。

【0099】

またベースプレート１２には、該ベースプレート１２を板厚方向に貫通する貫通孔（不図示）が形成されている。この貫通孔を通じて、レーザ光案内部３及びレーザ光走査部４と、測距ユニット５とが光学的に結合されることになる。

【0100】

以下、レーザ光出力部２、レーザ光案内部３、レーザ光走査部４及び測距ユニット５の構成について順番に説明をする。

【0101】

（レーザ光出力部２）
レーザ光出力部２は、励起光生成部１１０により生成されたレーザ励起光に基づいて印字加工用の近赤外レーザ光を生成するとともに、その近赤外レーザ光をレーザ光案内部３へと出力するように構成されている。

【0102】

具体的に、レーザ光出力部２は、レーザ励起光に基づき所定の波長を有するレーザ光を生成するとともに、これを増幅して近赤外レーザ光を出射するレーザ発振器２１ａと、レーザ発振器２１ａから発振された近赤外レーザ光の一部を分離させるためのビームサンプラー２１ｂと、ビームサンプラー２１ｂによって分離せしめた近赤外レーザ光が入射するパワーモニタ２１ｃと、を備えている。

【0103】

詳細は省略するが、本実施形態に係るレーザ発振器２１ａは、レーザ励起光に対応した誘導放出を行ってレーザ光を出射するレーザ媒質と、レーザ媒質から出射されるレーザ光をパルス発振するためのＱスイッチと、Ｑスイッチによりパルス発振されたレーザ光を共振させるミラーと、を有している。

【0104】

特に本実施形態では、レーザ媒質としてロッド状のＮｄ：ＹＶＯ_４（イットリウム・バナデイト）が用いられている。これにより、レーザ発振器２１ａは、レーザ光として、１０６４ｎｍ付近の波長を有するレーザ光（前述の近赤外レーザ光）を出射することができる。ただし、この例に限らず、他のレーザ媒質として、例えば希土類をドープしたＹＡＧ、ＹＬＦ、ＧｄＶＯ_４等を用いることもできる。レーザ加工装置Ｌの用途に応じて、様々な固体レーザ媒質を用いることができる。

【0105】

また、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザ光の波長を任意の波長に変換することもできる。また、固体レーザ媒質としてバルクに代わってファイバーを発振器として利用した、いわゆるファイバーレーザを利用してもよい。

【0106】

さらには、Ｎｄ：ＹＶＯ_４等の固体レーザ媒質と、ファイバーとを組み合わせてレーザ発振器２１ａを構成してもよい。その場合、固体レーザ媒質を用いたときのように、パルス幅の短いレーザを出射してワークＷへの熱ダメージを抑制する一方で、ファイバーを用いたときのように、高出力化を実現してより早い印字加工を実現することが可能となる。

【0107】

パワーモニタ２１ｃは、近赤外レーザ光の出力を検出する。パワーモニタ２１ｃは、マーカコントローラ１００と電気的に接続されており、その検出信号を制御部１０１等へ出力することができる。

【0108】

（レーザ光案内部３）
レーザ光案内部３は、レーザ光出力部２から出射された近赤外レーザ光をレーザ光走査部４へと案内する光路Ｐを成す。レーザ光案内部３は、そうした光路Ｐを形成するためのベンドミラー３４に加えて、Ｚスキャナ（焦点調整部）３３、ガイド光源（ガイド光出射部）３６及び狭域カメラ３７等を備えている。これらの部品は、いずれも筐体１０の内部（主に第２スペースＳ２）に設けられている。

【0109】

レーザ光出力部２から入射した近赤外レーザ光は、ベンドミラー３４によって反射され、レーザ光案内部３を通過する。ベンドミラー３４へ至る途中には、近赤外レーザ光の焦点位置を調整するためのＺスキャナ３３が配置されている。Ｚスキャナ３３を通過してベンドミラー３４によって反射された近赤外レーザ光が、レーザ光走査部４に入射することになる。

【0110】

レーザ光案内部３により構成される光路Ｐは、焦点調整部としてのＺスキャナ３３を境として２分することができる。詳しくは、レーザ光案内部３により構成される光路Ｐは、レーザ光出力部２からＺスキャナ３３へ至る上流側光路Ｐｕと、Ｚスキャナ３３からレーザ光走査部４へ至る下流側光路Ｐｄと、に区分することができる。

【0111】

さらに詳しくは、上流側光路Ｐｕは、筐体１０の内部に設けられており、レーザ光出力部２から、前述の上流側合流機構３１を経由してＺスキャナ３３に至る。

【0112】

一方、下流側光路Ｐｄは、筐体１０の内部に設けられており、Ｚスキャナ３３から、ベンドミラー３４と、前述の下流側合流機構３５と、を順番に経由してレーザ光走査部４における第１スキャナ４１に至る。

【0113】

このように、筐体１０の内部においては、上流側光路Ｐｕの途中に上流側合流機構３１が設けられているとともに、下流側光路Ｐｄの途中に下流側合流機構３５が設けられている。

【0114】

以下、レーザ光案内部３に関連した構成について順番に説明をする。

【0115】

－ガイド光源３６－
ガイド光源３６は、筐体１０内部の第２スペースＳ２に設けられており、所定の加工パターンをワークＷの表面上に投影するためのガイド光を出射する。このガイド光の波長は、可視光域に収まるように設定されている。その一例として、本実施形態に係るガイド光源３６は、ガイド光として、６５５ｎｍ付近の波長を有する赤色レーザ光を出射する。よって、マーカヘッド１からガイド光が出射されると、使用者は、そのガイド光を視認することができる。

【0116】

なお、本実施形態では、ガイド光の波長は、少なくとも近赤外レーザ光の波長と相違するように設定されている。また後述のように、測距ユニット５における測距光出射部５Ａは、ガイド光及び近赤外レーザ光とは異なる波長を有する測距光を出射する。よって、測距光と、ガイド光と、レーザ光と、は互いに異なる波長を有するようになっている。

【0117】

具体的に、ガイド光源３６は、第２スペースＳ２において上流側合流機構３１と略同じ高さに配置されており、筐体１０の短手方向の内側に向かって可視光レーザ（ガイド光）を出射することができる。ガイド光源３６はまた、該ガイド光源３６から出射されるガイド光の光軸と、上流側合流機構３１と、が交わるような姿勢とされている。

【0118】

なお、ここでいう「略同じ高さ」とは、筐体１０の下面をなす底板１０ａから見て、高さ位置が実質的に等しいことを指す。他の記載においても、底板１０ａから見た高さを指す。

【0119】

よって、例えば近赤外レーザ光による加工パターンを使用者に視認させるべく、ガイド光源３６からガイド光が出射されると、そのガイド光は、上流側合流機構３１へ至る。上流側合流機構３１は、光学部品としてのダイクロイックミラー（不図示）を有している。後述のように、このダイクロイックミラーは、ガイド光を透過させつつも、近赤外レーザ光を反射させる。これにより、ダイクロイックミラーを透過したガイド光と、同ミラーにより反射された近赤外レーザ光とが合流して同軸になる。

【0120】

なお、本実施形態に係るガイド光源３６は、制御部１０１から出力された制御信号に基づいて、ガイド光を出射するように構成されている。

【0121】

－上流側合流機構３１－
上流側合流機構３１は、ガイド光出射部としてのガイド光源３６から出射されたガイド光を、上流側光路Ｐｕに合流させる。上流側合流機構３１を設けることで、ガイド光源３６から出射されたガイド光と、上流側光路Ｐｕにおける近赤外レーザ光と、を同軸にすることができる。

【0122】

前述のように、ガイド光の波長は、少なくとも近赤外レーザ光の波長と相違するように設定されている。そのため、上流側合流機構３１は、前述のように、例えばダイクロイックミラーを用いて構成することができる。このダイクロイックミラーによって同軸化された近赤外レーザ光及びガイド光は、下方に向かって伝搬し、Ｚスキャナ３３を通過してベンドミラー３４へ至る。

【0123】

－Ｚスキャナ３３－
焦点調整部としてのＺスキャナ３３は、レーザ光案内部３が構成する光路の途中に配置されており、レーザ光出力部２から出射された近赤外レーザ光の焦点位置を調整することができる。

【0124】

詳しくは、本実施形態に係るＺスキャナ３３は、図３Ａ～図３Ｂに示すように、レーザ光出力部２から出射された近赤外レーザ光を透過させる入射レンズ３３ａと、入射レンズ３３ａを通過した近赤外レーザ光を通過させるコリメートレンズ３３ｂと、入射レンズ３３ａ及びコリメートレンズ３３ｂを通過した近赤外レーザ光を通過させる出射レンズ３３ｃと、入射レンズ３３ａを移動させるレンズ駆動部３３ｄと、入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ、出射レンズ３３ｃを収容するケーシング３３ｅと、を有している。

【0125】

入射レンズ３３ａは平凹レンズからなり、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃは平凸レンズからなる。入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃは、各々の光軸が互いに同軸になるように配置されている。

【0126】

また、Ｚスキャナ３３においては、レンズ駆動部３３ｄが光軸に沿って入射レンズ３３ａを移動させる。これにより、Ｚスキャナ３３を通過する近赤外レーザ光に対し入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃ各々の光軸を同軸に保ちつつ、入射レンズ３３ａと出射レンズ３３ｃとの相対距離を変更することができる。そのことで、ワークＷに照射される近赤外レーザ光の焦点位置が変化する。

【0127】

以下、Ｚスキャナ３３を構成する各部について、より詳細に説明する。

【0128】

ケーシング３３ｅは、略円筒形状を有している。図３Ａ～図３Ｂに示すように、ケーシング３３ｅの両端部には、近赤外レーザ光を通過させるための開口３３ｆが形成されている。ケーシング３３ｅの内部では、入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃが、この順番で上下方向に並んでいる。

【0129】

そして、入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃのうち、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃは、ケーシング３３ｅの内部に固定されている。一方、入射レンズ３３ａは、上下方向に移動可能に設けられている。レンズ駆動部３３ｄは、例えばモータを有しており、入射レンズ３３ａを上下方向に移動させる。これにより、入射レンズ３３ａと出射レンズ３３ｃとの相対距離が変更される。

【0130】

例えば、レンズ駆動部３３ｄによって、入射レンズ３３ａと出射レンズ３３ｃとの間の距離が、相対的に短く調整されたものとする。この場合、出射レンズ３３ｃを通過する近赤外レーザ光の集光角が相対的に小さくなるため、近赤外レーザ光の焦点位置は、マーカヘッド１の透過ウインドウ１９から遠ざかることになる。

【0131】

一方、レンズ駆動部３３ｄによって、入射レンズ３３ａと出射レンズ３３ｃとの間の距離が、相対的に長く調整されたものとする。この場合、出射レンズ３３ｃを通過する近赤外レーザ光の集光角が相対的に大きくなるため、近赤外レーザ光の焦点位置は、マーカヘッド１の透過ウインドウ１９に近付くことになる。

【0132】

なお、Ｚスキャナ３３においては、入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃのうち、入射レンズ３３ａをケーシング３３ｅの内部に固定して、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃを上下方向に移動可能としてもよい。あるいは、入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃを全て、上下方向に移動可能としてもよい。

【0133】

こうして、焦点調整部としてのＺスキャナ３３は、近赤外レーザ光を上下方向に走査するための手段として機能することになる。以下、Ｚスキャナ３３による走査方向を「Ｚ方向」と呼称する場合がある。

【0134】

なお、Ｚスキャナ３３を通過する近赤外レーザ光は、前述のように、ガイド光源３６から出射されるガイド光と同軸とされている。そのため、Ｚスキャナ３３を作動させることにより、近赤外レーザ光ばかりでなく、ガイド光の焦点位置も併せて調整することができる。

【0135】

なお、本実施形態に係るＺスキャナ３３、特にＺスキャナ３３におけるレンズ駆動部３３ｄは、制御部１０１から出力された制御信号に基づいて作動するように構成されている。

【0136】

－狭域カメラ３７－
狭域カメラ３７は、本実施形態ではベンドミラー３４と略同じ高さに配置されており、レーザ光走査部４からレーザ光案内部３へと入射した反射光を受光する。本実施形態に係る狭域カメラ３７は、ワークＷの印字点において反射された反射光が、ベンドミラー３４を介して入射するように構成されている。狭域カメラ３７は、そうして入射した反射光を結像することで、ワークＷの表面の画像を撮像することができる。なお、狭域カメラ３７のレイアウトは、適宜、変更可能である。例えば、狭域カメラ３７及びベンドミラー３４の高さを互いに異ならせてもよい。

【0137】

狭域カメラ３７が結像に用いる反射光は、前述の下流側光路Ｐｄに沿って伝搬する。よって、レーザ光走査部４を適宜作動させることで、図１０に例示する加工領域Ｒ１内を走査することができる。

【0138】

なお、本実施形態に係る狭域カメラ３７は、ガイド光源３６等と同様に、制御部１０１から出力された制御信号に基づいて作動するように構成されている。

【0139】

－ベンドミラー３４－
ベンドミラー３４は、下流側光路Ｐｄの途中に設けられており、該光路Ｐｄを折り曲げて後方に指向させるように配置されている。図６に示すように、ベンドミラー３４は、下流側合流機構３５におけるダイクロイックミラー３５ａと略同じ高さに配置されており、Ｚスキャナ３３を通過した近赤外レーザ光及びガイド光を反射することができる。

【0140】

ベンドミラー３４によって反射された近赤外レーザ光及びガイド光は、後方に向かって伝搬し、下流側合流機構３５を通過してレーザ光走査部（具体的には第１スキャナ４１）４へ至る。

【0141】

－下流側合流機構３５－
下流側合流機構３５は、測距ユニット５における測距光出射部５Ａから出射された測距光を、前述の下流側光路Ｐｄに合流させることによりレーザ光走査部４を介してワークＷへ導く。加えて、下流側合流機構３５は、ワークＷにより反射されてレーザ光走査部４及び下流側光路Ｐｄの順に戻る測距光を、測距ユニット５における測距光受光部５Ｂへ導く。

【0142】

下流側合流機構３５を設けることで、測距光出射部５Ａから出射された測距光と、下流側光路Ｐｄにおける近赤外レーザ光及びガイド光と、を同軸にすることができる。それと同時に、下流側合流機構３５を設けることで、マーカヘッド１から出射されてワークＷにより反射された測距光のうち、マーカヘッド１に入射した測距光を測距光受光部５Ｂまで導くことができる。

【0143】

前述のように、測距光の波長は、近赤外レーザ光及びガイド光の波長と相違するように設定されている。そのため、下流側合流機構３５は、上流側合流機構３１と同様に、例えばダイクロイックミラーを用いて構成することができる。

【0144】

具体的に、本実施形態に係る下流側合流機構３５は、測距光及びガイド光の一方を透過させ、他方を反射するダイクロイックミラー３５ａを有している（図６及び図７を参照）。より詳細には、ダイクロイックミラー３５ａは、ベンドミラー３４と略同じ高さ位置で、かつベンドミラー３４の後方に配置されており、筐体１０内の短手方向の左側のスペースに配置される。

【0145】

ダイクロイックミラー３５ａはまた、図６等に示すように、その一方側の鏡面をベンドミラー３４に向け、かつ他方側の鏡面をベースプレート１２に向けた姿勢で固定されている。よって、ダイクロイックミラー３５ａにおける一方側の鏡面には近赤外レーザ光及びガイド光が入射する一方、他方側の鏡面には測距光が入射することになる。

【0146】

そして、本実施形態に係るダイクロイックミラー３５ａは、測距光を反射し、かつ近赤外レーザ光とガイド光とを透過させることができる。これにより、例えば測距ユニット５から出射された測距光がダイクロイックミラー３５ａに入射したときには、その測距光を下流側光路Ｐｄに合流させ、近赤外レーザ光及びガイド光と同軸にすることができる。そうして同軸化された近赤外レーザ光、ガイド光及び測距光は、図３Ａ～図３Ｂに示すように第１スキャナ４１へ至る。

【0147】

一方、ワークＷにより反射された測距光は、レーザ光走査部４へ戻ることにより下流側光路Ｐｄに至る。下流側光路Ｐへ戻った測距光は、下流側合流機構３５におけるダイクロイックミラー３５ａにより反射されて測距ユニット５に至る。

【0148】

なお、測距ユニット５からダイクロイックミラー３５ａに入射する測距光、及び、ダイクロイックミラー３５ａにより反射されて測距ユニット５に入射する測距光は、図７に示すように、双方とも、筐体１０を平面視したときの左右方向（筐体１０の短手方向）に沿って伝搬するようになっている。

【0149】

（レーザ光走査部４）
図３Ａに示すように、レーザ光走査部４は、レーザ光出力部２から出射されてレーザ光案内部３により案内されたレーザ光（近赤外レーザ光）をワークＷへ照射するとともに、そのワークＷの表面上で２次元走査するように構成されている。

【0150】

図５に示す例では、レーザ光走査部４は、いわゆる２軸式のガルバノスキャナとして構成されている。すなわち、このレーザ光走査部４は、レーザ光案内部３から入射した近赤外レーザ光を第１方向に走査するための第１スキャナ４１と、第１スキャナ４１により走査された近赤外レーザ光を第２方向に走査するための第２スキャナ４２と、を有している。

【0151】

ここで、第２方向は、第１方向に対して略直交する方向を指す。よって、第２スキャナ４２は、第１スキャナ４１に対して略直交する方向に近赤外レーザ光を走査することができる。本実施形態では、第１方向は前後方向（筐体１０の長手方向）に等しく、第２方向は左右方向（筐体１０の短手方向）に等しい。以下、第１方向を「Ｘ方向」と呼称し、これと直交する第２方向を「Ｙ方向」と呼称する。Ｘ方向とＹ方向は、双方とも前述のＺ方向と直交している。

【0152】

第１スキャナ４１は、その先端に第１ミラー４１ａを有している。第１ミラー４１ａは、ベンドミラー３４及びダイクロイックミラー３５ａと略同じ高さ位置で、かつダイクロイックミラー３５ａの後方に配置されている。よって、図５に示すように、ベンドミラー３４と、ダイクロイックミラー３５ａと、第１ミラー４１ａは、前後方向（筐体１０の長手方向）に沿って一列に並ぶようになっている。

【0153】

第１ミラー４１ａはまた、第１スキャナ４１に内蔵されたモータ（不図示）によって回転駆動される。このモータは、上下方向に延びる回転軸まわりに第１ミラー４１ａを回転させることができる。第１ミラー４１ａの回転姿勢を調整することで、第１ミラー４１ａによる近赤外レーザ光の反射角を調整することができる。

【0154】

同様に、第２スキャナ４２は、その先端に第２ミラー４２ａを有している。第２ミラー４２ａは、第１スキャナ４１における第１ミラー４１ａと略同じ高さ位置でかつ、この第１ミラー４１ａの右方に配置されている。よって、図６に示すように、第１ミラー４１ａと、第２ミラー４２ａは、左右方向（筐体１０の短手方向）に沿って並ぶようになっている。

【0155】

第２ミラー４２ａはまた、第２スキャナ４２に内蔵されたモータ（不図示）によって回転駆動される。このモータは、前後方向に延びる回転軸まわりに第２ミラー４２ａを回転させることができる。第２ミラー４２ａの回転姿勢を調整することで、第２ミラー４２ａによる近赤外レーザ光の反射角を調整することができる。

【0156】

よって、下流側合流機構３５からレーザ光走査部４へ近赤外レーザ光が入射すると、その近赤外レーザ光は、第１スキャナ４１における第１ミラー４１ａと、第２スキャナ４２における第２ミラー４２ａとによって順番に反射され、透過ウインドウ１９を介してマーカヘッド１の外部へ出射することになる。

【0157】

そのときに、第１スキャナ４１のモータを作動させて第１ミラー４１ａの回転姿勢を調整することで、ワークＷの表面上で近赤外レーザ光を第１方向に走査することが可能となる。それと同時に、第２スキャナ４２のモータを作動させて第２ミラー４２ａの回転姿勢を調整することで、ワークＷの表面上で近赤外レーザ光を第２方向に走査することが可能になる。

【0158】

また前述のように、レーザ光走査部４には、近赤外レーザ光ばかりでなく、下流側合流機構３５のダイクロイックミラー３５ａを通過したガイド光、又は、同ミラー３５ａによって反射された測距光も入射することになる。本実施形態に係るレーザ光走査部４は、第１スキャナ４１及び第２スキャナ４２をそれぞれ作動させることで、そうして入射したガイド光又は測距光を２次元走査することができる。

【0159】

なお、第１ミラー４１ａ及び第２ミラー４２ａが取り得る回転姿勢は、基本的には、第２ミラー４２ａによって近赤外レーザ光が反射されたときに、その反射光が透過ウインドウ１９を通過するような範囲内に設定される（図７～図８も参照）。

【0160】

こうして、本実施形態に係るレーザ光走査部４は、走査制御部としての制御部１０１によって電気的に制御されることにより、図１０に例示するように、所定の加工領域Ｒ１に近赤外レーザ光を照射して、同領域Ｒ１内に所定の加工パターン（マーキングパターン）を形成することができる。

【0161】

（測距ユニット５）
図３Ｂに示すように、測距ユニット５は、レーザ光走査部４を介して測距光を投光し、これをワークＷの表面に照射する。測距ユニット５はまた、ワークＷの表面により反射された測距光を、レーザ光走査部４を介して受光する。

【0162】

測距ユニット５は、主に、測距光を投光するためのモジュールと、測距光を受光するためのモジュールと、に大別される。具体的に、測距ユニット５は、筐体１０の内部に設けられ、レーザ加工装置Ｌにおけるマーカヘッド１からワークＷの表面までの距離を測定するための測距光を、レーザ光走査部４に向けて出射する測距光出射部５Ａを備えている。また、測距ユニット５は、筐体１０の内部に設けられ、測距光出射部５Ａから出射されてワークＷにより反射された測距光を、レーザ光走査部４を介して受光する測距光受光部５Ｂを備えている。

【0163】

さらに、測距ユニット５は、測距光出射部５Ａ及び測距光受光部５Ｂを下方から支持する支持台５０を備えており、この支持台５０を介して筐体１０の内部に固定されている。

【0164】

前述のように、測距ユニット５は、第１スペースＳ１における短手方向他側の空間に設けられている。図７に示すように、測距ユニット５は、筐体１０の長手方向に沿って前方に測距光を出射するとともに、同長手方向に沿って略後方に伝搬する測距光を受光する。

【0165】

また、測距ユニット５は、前述のダイクロイックミラー３５ａを介してレーザ光案内部３と光学的に結合される。前述のように、測距ユニット５は、筐体１０の長手方向に沿って測距光を投光する。それに対し、ダイクロイックミラー３５ａは、筐体１０の長手方向ではなく、その短手方向に沿って伝搬した測距光を反射するようになっている。

【0166】

そこで、測距ユニット５とダイクロイックミラー３５ａを結ぶ光路を構成するべく、筐体１０の内部にはベンドミラー５９が設けられている（図６及び図７を参照）。

【0167】

よって、測距光出射部５Ａからベンドミラー５９に入射した測距光は、同ミラー５９によって反射されたダイクロイックミラー３５ａに入射する。一方、レーザ光走査部４に戻ってダイクロイックミラー３５ａによって反射された測距光は、ベンドミラー５９に入射するとともに、同ミラー５９によって反射されて測距光受光部５Ｂに入射する。

【0168】

以下、測距ユニット５を成す各部の構成について、順番に説明をする。

【0169】

－測距光出射部５Ａ－
測距光出射部５Ａは、筐体１０の内部に設けられており、レーザ加工装置Ｌにおけるマーカヘッド１から、ワークＷの表面までの距離を測定するための測距光を出射するよう構成されている。

【0170】

具体的に、測距光出射部５Ａは、前述の測距光源５１及び投光レンズ５２と、これらを収容するケーシング５３と、投光レンズ５２によって集光された測距光を案内する一対のガイドプレート５４Ｌ、５４Ｒと、を有している。測距光源５１、投光レンズ５２及びガイドプレート５４Ｌ、５４Ｒは筐体１０の後側から順番に並んでおり、それらの並び方向は、筐体１０の長手方向と実質的に等しい。

【0171】

ケーシング５３は、筐体１０及び支持台５０の長手方向に沿って延びる筒状に形成されており、同方向における一側、すなわち筐体１０の後側に対応する一端部には測距光源５１が取り付けられている一方、筐体１０の前側に対応する他端部には投光レンズ５２が取り付けられている。測距光源５１と投光レンズ５２との間の空間は、略気密状に密閉されている。

【0172】

測距光源５１は、制御部１０１から入力された制御信号に従って、筐体１０の前側に向かって測距光を出射する。詳しくは、測距光源５１は、測距光として、可視光域にあるレーザ光を出射することができる。特に、本実施形態に係る測距光源５１は、測距光として、６９０ｎｍ付近の波長を有する赤色レーザ光を出射する。

【0173】

測距光源５１はまた、測距光として出射される赤色レーザ光の光軸Ａｏが、ケーシング５３の長手方向に沿うような姿勢で固定されている。よって、測距光の光軸Ａｏは、筐体１０及び支持台５０の長手方向に沿うこととなり、投光レンズ５２の中央部を通過してケーシング５３の外部に至る。

【0174】

投光レンズ５２は、支持台５０の長手方向においては、測距光受光部５Ｂにおける一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒと、受光レンズ５７と、の間に位置している。投光レンズ５２は、測距光の光軸Ａｏが通過するような姿勢とされている。

【0175】

投光レンズ５２は、例えば平凸レンズとすることができ、球面状の凸面をケーシング５３の外部に向けた姿勢で固定することができる。投光レンズ５２は、測距光源５１から出射された測距光を集光し、ケーシング５３の外部に出射する。ケーシング５３の外部に出射された測距光は、ガイドプレート５４Ｌ、５４Ｒの間に至る。

【0176】

ガイドプレート５４Ｌ、５４Ｒは、支持台５０の短手方向に並んだ一対の部材として構成されており、それぞれ、支持台５０の長手方向に延びる板状体とすることができる。一方のガイドプレート５４Ｌと、他方のガイドプレート５４Ｒとの間には、測距光を出射するためのスペースが区画される。ケーシング５３の外部に出射された測距光は、そうして区画されたスペースを通過して出力される。

【0177】

よって、測距光源５１から出射された測距光は、ケーシング５３内部の空間、投光レンズ５２の中央部、ガイドプレート５４Ｌ、５４Ｒの間のスペースを通過して、測距ユニット５の外部に出力される。そうして出力された測距光は、ベンドミラー５９と、下流側合流機構３５におけるダイクロイックミラー３５ａと、によって反射されて、レーザ光走査部４に入射する。

【0178】

レーザ光走査部４に入射した測距光は、第１スキャナ４１の第１ミラー４１ａと、第２スキャナ４２の第２ミラー４２ａと、によって順番に反射され、透過ウインドウ１９からマーカヘッド１の外部へ出射することになる。

【0179】

レーザ光走査部４の説明に際して記載したように、第１スキャナ４１の第１ミラー４１ａの回転姿勢を調整することで、ワークＷの表面上で測距光を第１方向に走査することができる。それと同時に、第２スキャナ４２のモータを作動させて第２ミラー４２ａの回転姿勢を調整することで、ワークＷの表面上で測距光を第２方向に走査することが可能になる。

【0180】

そうして走査された測距光は、ワークＷの表面上で反射される。そうして反射された測距光の一部（以下、これを「反射光」ともいう）は、透過ウインドウ１９を介してマーカヘッド１の内部に入射する。マーカヘッド１の内部に入射した反射光は、レーザ光走査部４を介してレーザ光案内部３に戻る。反射光は、測距光と同じ波長を有することから、レーザ光案内部３における下流側合流機構３５のダイクロイックミラー３５ａによって反射され、ベンドミラー５９を介して測距ユニット５に入射する。

【0181】

－測距光受光部５Ｂ－
測距光受光部５Ｂは、筐体１０の内部に設けられており、測距光出射部５Ａから出射されてワークＷにより反射された測距光（前述の「反射光」に等しい）を受光するよう構成されている。

【0182】

具体的に、測距光受光部５Ｂは、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒと、受光レンズ５７と、を有している。一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、それぞれ支持台５０の後端部に配置されている一方、受光レンズ５７は、それぞれ支持台５０の前端部に配置されている。したがって、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒと、受光レンズ５７と、は実質的に筐体１０及び支持台５０の長手方向に沿って並ぶようになっている。

【0183】

一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、筐体１０の内部において、測距光出射部５Ａにおける測距光の光軸Ａｏを挟むように各々の光軸が配置されている。一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、レーザ光走査部４へ戻った反射光をそれぞれ受光する。

【0184】

詳しくは、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、測距光出射部５Ａの光軸Ａｏに直交する方向に並んでいる。この実施形態では、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒの並び方向は、筐体１０及び支持台５０の短手方向、すなわち左右方向に等しい。同方向において、一方の受光素子５６Ｌが測距光源５１の左側に配置され、他方の受光素子５６Ｒが測距光源５１の右側に配置されている。

【0185】

そして、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、それぞれ、斜め前方に指向せしめた受光面を有しており、各受光面における反射光の受光位置を検出し、その検出結果を示す信号（検出信号）を出力する。各受光素子５６Ｌ、５６Ｒから出力される検出信号は、マーカコントローラ１００に入力されて距離測定部１０３に至る。

【0186】

各受光素子５６Ｌ、５６Ｒとして使用可能な素子としては、例えば、相補型ＭＯＳ（Complementary MOS：ＣＭＯＳ）から成るＣＭＯＳイメージセンサ、電荷結合素子（Charge-Coupled Device：ＣＣＤ）から成るＣＣＤイメージセンサ、光位置センサ（Position Sensitive Detector：ＰＳＤ）等が挙げられる。

【0187】

本実施形態では、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、ＣＭＯＳイメージセンサを用いて構成されている。この場合、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、反射光の受光位置ばかりでなく、その受光量分布（受光波形）を検出することができる。すなわち、ＣＭＯＳイメージセンサを用いて各受光素子５６Ｌ、５６Ｒを構成した場合、各々の受光面には、少なくとも左右方向に画素が並ぶことになる。この場合、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、画素毎に信号を読み出して増幅し、外部に出力することができる。各画素における信号の強度は、反射光が受光面上でスポットを形成したときに、そのスポットにおける反射光の強度に基づき決定される。

【0188】

なお、ＣＭＯＳイメージセンサのように、受光量分布（受光波形）を検出可能な素子を用いて各受光素子５６Ｌ、５６Ｒを構成した場合、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒにおける受光量の大きさは、測距光の強度、すなわち測距光出射部５Ａから出射される測距光の強度（以下、これを「投射光量」ともいう）と、画素毎に信号を増幅する際のゲイン（以下、これを「受光ゲイン」ともいう）と、を用いて調整することができる。また、ゲインの他にも、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒにおける露光時間を用いて調整することができる。

【0189】

本実施形態に係る一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、少なくとも、反射光の受光位置を示すピーク位置と、その反射光の受光量を検出することができる。受光量を示す指標としては、例えば、反射光の受光量分布における、ピークの高さを用いることができる。これに代えて、受光量分布の合算値、平均値、積分値を用いてもよい。

【0190】

なお、反射光の受光位置を示す指標として、本実施形態では受光量分布のピーク位置を用いているが、これに代えて、受光量分布の重心位置としてもよい。

【0191】

受光レンズ５７は、筐体１０の内部において一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒそれぞれの光軸が通過するように配置されている。受光レンズ５７はまた、下流側合流機構３５と一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒとを結ぶ光路の途中に設けられており、下流側合流機構３５を通過した反射光を、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒそれぞれの受光面に集光させることができる。

【0192】

受光レンズ５７は、レーザ光走査部４へ戻った反射光を集光し、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒの受光面上に反射光のスポットを形成させる。各受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、そうして形成されたスポットのピーク位置と、受光量を示す信号を距離測定部１０３に出力する。

【0193】

レーザ加工装置Ｌは、基本的には、受光素子５６Ｌ、５６Ｒ各々の受光面における反射光の受光位置（本実施形態ではスポットのピークの位置）に基づいて、ワークＷの表面までの距離を測定することができる。距離の測定手法としては、いわゆる三角測距方式が用いられる。

【0194】

－距離の測定手法について－
図９は、三角測距方式について説明する図である。図９においては、測距ユニット５のみが図示されているが、以下の説明は、前述のようにレーザ光走査部４を介して測距光が出射される場合にも適用可能である。

【0195】

図９に例示するように、測距光出射部５Ａにおける測距光源５１から測距光が出射されると、その測距光は、ワークＷの表面に照射される。ワークＷによって測距光が反射されると、その反射光（特に拡散反射光）は、仮に正反射の影響を除いたならば、略等方的に伝搬することになる。

【0196】

そうして伝搬する反射光には、受光レンズ５７を介して受光素子５６Ｌに入射する成分が含まれるものの、マーカヘッド１とワークＷとの距離に応じて、その入射光の受光素子５６Ｌへの入射角が増減することになる。受光素子５６Ｌへの入射角が増減すると、その受光面５６ａにおける受光位置が変位することになる。

【0197】

このように、マーカヘッド１とワークＷとの距離と、受光面５６ａにおける受光位置と、は所定の関係をもって関連付いている。したがって、その関係を予め把握しておくとともに、例えばマーカコントローラ１００に記憶させておくことで、受光面５６ａにおける受光位置から、マーカヘッド１とワークＷとの距離を算出することができる。このような算出方法は、いわゆる三角測距方式を用いた手法に他ならない。

【0198】

すなわち、前述の距離測定部１０３が、測距光受光部５Ｂにおける測距光の受光位置に基づいて、三角測距方式によりレーザ加工装置ＬからワークＷの表面までの距離を測定する。

【0199】

具体的に、前述の条件設定記憶部１０２には、受光面５６ａにおける受光位置と、マーカヘッド１からワークＷの表面までの距離との関係が予め記憶されている。一方、距離測定部１０３には、測距光受光部５Ｂにおける測距光の受光位置、詳しくは反射光が受光面５６ａ上に形成するスポットのピークの位置を示す信号が入力される。

【0200】

距離測定部１０３は、そうして入力された信号と、条件設定記憶部１０２が記憶している関係と、に基づいて、ワークＷの表面までの距離を測定する。そうして得られた測定値は、例えば制御部１０１に入力されて、制御部１０１によるＺスキャナ３３等の制御に用いられる。

【0201】

例えば、レーザ加工装置Ｌは、ワークＷの表面のうち、マーカヘッド１による加工対象となる部位（印字点）を自動／手動で決定する。続いて、レーザ加工装置Ｌは、印字加工を実行するに先立って、各印字点（より正確には、印字点周辺に設定した測距点）までの距離を測定するとともに、その距離に見合う焦点位置となるようにＺスキャナ３３の制御パラメータを決定する。レーザ加工装置Ｌは、そうして決定された制御パラメータに基づいてＺスキャナ３３を作動させた後に、近赤外レーザ光によってワークＷに印字加工を施す。

【0202】

－加工基準面について－
図１０は、加工基準面Ｒｂについて説明する図である。図３Ａ、図３Ｂ及び図１０に例示するように、各印字点までの距離を測定するための測距光、及び、各印字点に照射される近赤外レーザ光は、いずれも透過ウインドウ１９を透過してワークＷに至る。ここで、各印字点は、ワークＷの表面上に設定される加工領域Ｒ１内に設けられる。加工領域Ｒ１の設定は、制御部１０１が実行する。加工領域Ｒ１を設定することで、各ワークＷにおいて加工が施されるべき部位を指定することができる。しかし、複数のワークＷに対して印字加工を施す場合、凹凸等の表面状態次第では、ワークＷ毎に印字点、ひいては加工領域Ｒ１の場所がずれる可能性がある。

【0203】

そのため、測距光、及び、近赤外レーザ光を精密に走査するためには、ワークＷの表面状態とは無関係な指標が必要となる。そこで、本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌ（特に、マーカコントローラ１００における制御部１０１）は、図１０に例示するように、筐体１０の外部に設けられる加工基準面Ｒｂを基準とした位置情報に基づいて、測距光、及び、近赤外レーザ光を走査させるように構成されている。

【0204】

この加工基準面Ｒｂは、透明部材１９ｂを挟んでレーザ光走査部４の反対側に位置している。具体的に、加工基準面Ｒｂは、透明部材１９ｂの下方に設けられており、この透明部材１９ｂとの距離が所定値となる位置に配置されている。このように配置した結果、レーザ光走査部４は、透明部材１９ｂ越しに加工基準面Ｒｂと向い合うことになる。

【0205】

また、後述のように、本実施形態に係る透明部材１９ｂは、扁平な部材として構成されている。具体的に、透明部材１９ｂに対して垂直に交わる中心軸は、加工基準面Ｒｂに対しても垂直に交わるようになっている。このように構成した結果、本実施形態に係る加工基準面Ｒｂは、図１０に例示するように、透明部材１９ｂに対して平行に延びることになる。

【0206】

そして、加工領域Ｒ１内に照射されるレーザ光は、加工基準面Ｒｂを基準とした位置情報、例えば加工基準面Ｒｂ上における近赤外レーザ光、及び、測距光の照射位置に基づいて制御される。具体的に、本実施形態に係る制御部１０１は、加工基準面Ｒｂを基準とした位置情報に基づいて、その加工基準面Ｒｂに平行な方向に沿って近赤外レーザ光及び測距光を２次元走査する。加工基準面Ｒｂを用いることで、例えば、高さの異なる複数のワークＷに対し、共通の加工パターンを容易に形成することができる。そのことで、ワークＷ間で印字精度、印字品質等にバラツキが生じるのを抑制することができる。

【0207】

前述のように、レーザ光走査部４は、透明部材１９ｂ越しに加工基準面Ｒｂと向い合うことになる。本実施形態においては、レーザ光走査部４ばかりでなく、前述の広域カメラ６もまた、透明部材１９ｂ越しに機能するように構成されている。

【0208】

以下、透過ウインドウ１９と広域カメラ６の構成について、順番に説明をする。

【0209】

（透過ウインドウ１９）
図１１は、透過ウインドウ１９及び広域カメラ６の構成を例示する下面図であり、図１２は透過ウインドウ１９及び広域カメラ６の構成を例示する横断面図であり、図１３は透過ウインドウ１９及び広域カメラ６の構成を例示する縦断面図である。図１２に示す横断面は、図１１におけるＡ－Ａ断面に相当する。また、図１３に示す縦断面は、図１１におけるＢ－Ｂ断面に相当する。

【0210】

図１１～図１３に示すように、透過ウインドウ１９は、筐体１０の外面に形成されており、レーザ光走査部４によって２次元走査された近赤外レーザ光、及び、測距ユニット５から出射された測距光を、それぞれ、筐体１０の外部に出射することができる。

【0211】

具体的に、透過ウインドウ１９は、筐体１０の外面に設けられた貫通孔１９ａと、この貫通孔１９ａに取り付けられた透明部材１９ｂと、を有している。このうち、貫通孔１９ａは、略円形状に形成されており、筐体１０の底板１０ａを上下方向に貫いている。

【0212】

一方、透明部材１９ｂは、貫通孔１９ａに嵌め込まれており、透過ウインドウ１９から出射される近赤外レーザ光及び測距光が、それぞれ透過するように構成されている。

【0213】

具体的に、透明部材１９ｂは、略円形のガラス板からなる。この透明部材１９ｂを真円とみなしたときの中心は、図１１及び図１２に示すように、第２ミラー４２ａの直下方に配置されている。透明部材１９ｂを貫通孔１９ａに嵌め込むことで、筐体１０内の空間を気密状に密閉することができる。

【0214】

また、透明部材１９ｂは、レンズ効果を意図的に抑制するべく、扁平な部材とされている。具体的に、透明部材１９ｂの曲率半径は、一般的なｆθレンズに比して高く設定されている。曲率半径を高く設定することで、本実施形態に係る透明部材１９ｂは、レンズ効果がない、又は、レンズ効果が低い（レンズ効果が略非発生の）扁平な部材とみなすことができる。

【0215】

さらに詳しくは、透明部材１９ｂの曲率半径は、１００００ｍｍ以上、かつ１０００００ｍｍ以下の範囲内に設定してもよい。より好ましくは、透明部材１９ｂの曲率半径は、５００００ｍｍ以上、かつ１０００００ｍｍ以下の範囲内に設定してもよい。

【0216】

（広域カメラ６）
撮像部としての広域カメラ６は、透過ウインドウ１９を通じてワークＷを撮像することにより、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を含んだワーク画像Ｐｗを生成するように構成されている（図１８も参照）。なお、図１０に示す例では、レーザ光走査部４によって走査可能な領域の全域を加工領域Ｒ１としているが、この例には限定されない。走査可能な領域のうちの一部を加工領域Ｒ１としてもよい。

【0217】

また図１０に示すように、広域カメラ６は、その撮像光軸Ａｃと、加工基準面Ｒｂと、を直交させた姿勢で筐体１０内に配置されている。具体的に、本実施形態に係る広域カメラ６は、撮像用の光学レンズ６１と、この光学レンズ６１から取り込んだ光を結像せしめる撮像素子６２と、を有しており、光学レンズ６１を下方に向けた姿勢で固定されている。広域カメラ６の撮像光軸Ａｃは、下方に向かって直線状に延びており、透明部材１９ｂと、加工基準面Ｒｂと、の双方に対して直交している。一方、透過ウインドウ１９から出射される近赤外レーザ光の光軸（以下、これを「レーザ光軸」ともいう）Ａｚは、図１０に示すように、第２スキャナ４２における第２ミラー４２ａから下方に向かって延びている。撮像光軸Ａｃは、レーザ光軸Ａｚと平行とされているものの、互いに独立した光軸とされている。

【0218】

このように、本実施形態に係る撮像光軸Ａｃは、透過ウインドウ１９から出射される近赤外レーザ光の光軸（以下、これを「レーザ光軸」ともいう）Ａｚと非同軸とされている。ワーク画像を生成するための光は、近赤外レーザ光とは独立した光路を通じて光学レンズ６１から取り込まれることになる。ただし、撮像光軸Ａｃとレーザ光軸Ａｚとを過度に離間させてしまうと、広域カメラ６の撮像視野Ｆｖと、近赤外レーザ光によって加工される領域（加工領域Ｒ１）との間にズレが生じてしまい、レーザ加工装置Ｌの使い勝手を低下させる可能性がある。

【0219】

そこで、本実施形態に係る広域カメラ６は、その撮像光軸Ａｃをレーザ光軸Ａｚに対して非同軸としつつも、撮像光軸Ａｃとレーザ光軸Ａｚとを可能な限り近接させるようにレイアウトされている。

【0220】

具体的には、広域カメラ６は、第１スキャナ４１に比して、第２スキャナ４２に近接して配置されている。広域カメラ６と第２スキャナ４２を近接させることで、撮像光軸Ａｃとレーザ光軸Ａｚとを可能な限り近接させることができる。

【0221】

さらに詳しくは、本実施形態に係る広域カメラ６は、Ｚスキャナ３３とレーザ光走査部４を結ぶ光軸（具体的には、下流側光路Ｐｄに沿って延びる光軸）に対して直交する方向に沿って、第１スキャナ４１、第２スキャナ４２及び広域カメラ６の順番で並んでいる。

【0222】

図７に示す例では、下流側光路Ｐｄは、前後方向に沿って後方に向かって延びている。そのため、本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌにおいては、図１２に示すように、左右方向に沿って紙面右側から順に、第１スキャナ４１、第２スキャナ４２及び広域カメラ６の順番で並ぶことになる（図６及び図７も参照）。

【0223】

また、図６及び図７における破線に示すように、本実施形態に係る広域カメラ６は、前後方向においては、下流側合流機構３５及びベンドミラー５９の後方、かつ第１スキャナ４１及び第２スキャナ４２と同じ位置とされている。このように配置することで、下流側合流機構３５とベンドミラー５９との間を伝搬する測距光が、広域カメラ６の撮像視野Ｆｖに含まれないようにすることができる。なお、高さ方向については、広域カメラ６は、第２ミラー４２ａと略同じ高さとされている。

【0224】

また、広域カメラ６の撮像視野Ｆｖは、撮像光軸Ａｃを中心軸として、その光学レンズ６１からテーパ状に広がっている。図１０から見て取れるように、本実施形態に係る広域カメラ６は、その撮像視野Ｆｖにレーザ光走査部４が含まれない位置に設けられている。さらに、同図から見て取れるように、本実施形態に係る広域カメラ６は、その撮像視野Ｆｖに、透過ウインドウ１９における縁の一部、特に貫通孔１９ａにおける周縁部の一部（図１０における、透過ウインドウ１９の紙面左端部）が含まれる位置に設けられている。よって、広域カメラ６によって生成されるワーク画像Ｐｗには、レーザ光走査部４が映り込まない一方で、透過ウインドウ１９における縁の一部が映り込むことになっている。

【0225】

以下、透過ウインドウ１９における縁のうち、ワーク画像Ｐｗに映り込むことになる一部の部位を単に「透過ウインドウ１９における縁の一部」、又は、「縁の一部」と呼称するとともに、これに符号「１９ｃ」を付す。縁の一部１９ｃについては、図１１の下面図も参照されたい。

【0226】

また、広域カメラ６を構成する撮像素子６２は、所定方向に延びる矩形状に形成されている。そのため、広域カメラ６の撮像視野Ｆｖ、ひいては、撮像視野Ｆｖを撮像光軸Ａｃに直交する方向に横断してなる撮像領域Ｒ２もまた、その所定方向における寸法が長くなる。この撮像領域Ｒ２は、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を含むように構成されている。例えば、図１０に例示される撮像領域Ｒ２は、加工領域Ｒ１の全体を含んでいる。

【0227】

そして、本実施形態に係る撮像素子６２は、その長手方向が、広域カメラ６と第２スキャナ４２との並び方向と平行になるように配置されている。このように配置することで、撮像視野Ｆｖ及び撮像領域Ｒ２の長手方向に沿って、広域カメラ６と第２スキャナ４２とが並ぶようになる。その結果、図１０の下図に示すように、レーザ光走査部４によって走査可能な領域（この例では加工領域Ｒ１）の中央部Ｏｚは、撮像領域Ｒ２の中央部Ｏｃに対し、撮像領域Ｒ２の長手方向にオフセットすることになる。

【0228】

ここで、「走査可能な領域の中央部Ｏｚ」とは、図１０に示すように、レーザ光軸Ａｚと加工基準面Ｒｂとが直交する方向に近赤外レーザ光を出射したときの、レーザ光軸Ａｚと加工領域Ｒ１との交点をいう。また、「撮像領域Ｒ２の中央部Ｏｃ」とは、加工領域Ｒ１と面一になるように撮像領域Ｒ２を設定したときの、撮像光軸Ａｃと撮像領域Ｒ２との交点をいう。

【0229】

こうして、本実施形態においては、加工基準面Ｒｂと直交するように近赤外レーザ光を出射したときに、そのレーザ光軸Ａｚと加工基準面Ｒｂとが交わる位置が、撮像光軸Ａｃと加工基準面Ｒｂとが交わる位置に対してオフセットすることになる。

【0230】

そして、広域カメラ６は、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を含んだワーク画像Ｐｗとして、撮像領域Ｒ２に対応した画像を生成する。前述のように、このワーク画像Ｐｗには、加工領域Ｒ１ばかりでなく、透過ウインドウ１９における縁の一部１９ｃも映り込むことになる（図１８の（ａ）も参照）。広域カメラ６により生成されたワーク画像Ｐｗは、制御部１０１へと出力される。

【0231】

なお、レーザ加工装置Ｌは、広域カメラ６の代わりに、狭域カメラ３７を作動させてワーク画像Ｐｗを生成することもできる。狭域カメラ３７によって撮像可能な領域は、広域カメラ６の撮像領域Ｒ２よりも狭い。すなわち、広域カメラ６は、狭域カメラ３７よりも広範囲にわたってワークＷの表面を撮像することができる。

【0232】

続いて、レーザ加工システムＳの具体的な使用方法について説明をする。

【0233】

＜レーザ加工システムＳの使用方法について＞
図１４は、レーザ加工システムＳの使用方法を示すフローチャートである。また、図１５は、印字設定の作成手順を例示するフローチャートであり、図１６はレーザ加工装置Ｌの運用手順を例示するフローチャートである。

【0234】

また、図１７は、ワークＷの加工領域Ｒ１と、表示部８０１における設定面Ｒ４と、の関係について例示する図である。図１８は、ワーク画像Ｐｗによる部分画像Ｐｐの生成について説明する図である。

【0235】

レーザマーカとして構成されたレーザ加工装置Ｌを備えたレーザ加工システムＳは、例えば、工場の製造ライン上に設置して運用することができる。その運用に際しては、まず、製造ラインの稼働に先立って、そのラインを流れることになるワークＷの設置位置、並びに、そのワークＷに照射するレーザ光及び測距光の出力等の条件設定（印字設定）を作成する（ステップＳ１）。

【0236】

このステップＳ１において作成された印字設定は、マーカコントローラ１００、及び／又は、操作用端末８００等に転送されて記憶されたり、作成直後にマーカコントローラ１００が読み込んだりする（ステップＳ２）。

【0237】

そして、製造ラインの稼働に際して、マーカコントローラ１００は、予め記憶されていたり、作成直後に読み込まれたりした印字設定を参照する。レーザ加工装置Ｌは、参照された印字設定に基づいて運用され、ライン上を流れる各ワークＷに対して印字加工を実行する（ステップＳ３）。

【0238】

（印字設定の作成）
図１５は、図１４のステップＳ１における具体的な処理を例示している。

【0239】

まず、ステップＳ１１におけるステップＳ１１ａにおいて、レーザ加工装置Ｌに内蔵されている広域カメラ６が、撮像領域Ｒ２の全域に対応したワーク画像Ｐｗを生成する（図１８の（ａ）を参照）。このワーク画像Ｐｗには、透過ウインドウ１９における縁の一部１９ｃが映り込む。

【0240】

そして、ステップＳ１１におけるステップＳ１１ｂにおいて、制御部１０１は、ワーク画像Ｐｗから縁の一部１９ｃを除いた部分画像Ｐｐを生成する（図１８の（ｂ）を参照）。この部分画像Ｐｐは、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を撮像した画像として生成される。制御部１０１によって生成された部分画像Ｐｐは、操作用端末８００へと出力される。

【0241】

そして、操作用端末８００における表示部８０１が、加工領域Ｒ１に対応した設定面Ｒ４を表示するとともに、その設定面Ｒ４上に部分画像Ｐｐを表示する（図１８の（ｃ）を参照）。これにより、加工領域Ｒ１上の座標、すなわち、ワークＷの表面上の座標と、表示部８０１における設定面Ｒ４上の座標と、を対応付けることができる。

【0242】

続くステップＳ１２において、ステップＳ１１において撮像された部分画像Ｐｐに基づいて、ワークＷの設置位置を補正する。詳細は省略するが、この工程は、ＸＹ平面（前述のＸ方向とＹ方向とがなす平面）に対する、ワークＷの表面の傾きを補正したり、この表面の、Ｚ軸（前述のＺ方向に沿って延びる軸）まわりの回転（θ回転）を手動／自動で補正するものである。

【0243】

続くステップＳ１３において、設定部１０７が加工条件を設定する。設定部１０７は、条件設定記憶部１０２等における記憶内容を読み出したり、操作用端末８００を介した操作入力等を読み込んだりすることで、加工条件を設定する。

【0244】

加工条件には、印字内容等を示す印字パターン（マーキングパターン）及び、この印字パターンを含んだ印字ブロックが含まれる。印字ブロックは、印字パターンのレイアウト、サイズ、回転姿勢等の調整に用いることができる。

【0245】

図１８の（ｃ）に示す例では、ワークＷの表面上には、「Ａ」という文字からなる印字パターンＰと、これを含んでなる矩形状の印字ブロックＢと、がレイアウトされており、設定面Ｒ４を介して表示されている。この印字ブロックＢは、部分画像Ｐｐと重ね合わせるように、設定面Ｒ４上に設定されることになる。印字ブロックＢの設定は、設定部１０７が実行する。

【0246】

なお、印字パターンは「加工パターン」の例示であり、印字ブロックは「加工ブロック」の例示である。印字加工以外のレーザ加工に適用する場合は、その適用対象に対応した名称とすればよい。

【0247】

図１８の（ｃ）に示す例に代えて、設定面Ｒ４上に複数のワークＷを表示してもよい。また、ワークＷ毎に、複数の印字ブロックを設けてもよい。印字パターンについても、例えば、「ＡＢＣ」といった文字列を用いたり、ＱＲコード（登録商標）等、文字列以外のパターンを用いたりすることができる。

【0248】

このように、本実施形態に係る設定部１０７は、設定面Ｒ４上に、加工ブロックとしての印字ブロックを設定することができるという点で、「加工ブロック設定部」を例示している。

【0249】

また、加工条件にはレーザ条件も含まれる。このレーザ条件には、近赤外レーザ光の目標出力（レーザパワー）、近赤外レーザ光の繰り返し周波数、及び、レーザ光走査部４による近赤外レーザ光の走査速度（スキャンスピード）のうちの少なくとも１つが含まれる。本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌのように、Ｑスイッチを用いてレーザ発振する場合、繰り返し周波数は、Ｑスイッチ周波数と略一致する。

【0250】

続くステップＳ１４において、印字ブロックをレイアウトする。その設定面Ｒ４上での印字ブロックの座標（ローカル座標）が、条件設定記憶部１０２等に保存される。

【0251】

一般に、製造ラインを稼働させた際に順次加工されることになる各ワークＷには、それぞれＸ方向及びＹ方向（ＸＹ方向）に位置ズレが生じることになる。本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、種々の手法を用いることで、そうした位置ズレを補正することができる。そのために、ステップＳ１５では、ＸＹ方向の位置ズレを補正するための条件設定を実施する。

【0252】

ＸＹ方向における位置ズレを補正するための手法としては、例えばパターンサーチを用いることができる。その場合、このステップＳ１５では、パターンサーチに係る条件（サーチ条件）として、パターンサーチ用のモデル画像が決定される。

【0253】

また一般に、製造ラインを稼働させた際に順次加工されることになる各ワークＷには、それぞれ、Ｚ方向に位置ズレが生じることになる。そうした位置ズレは、近赤外レーザ光の焦点位置のズレを招くため望ましくない。本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、測距ユニット５を備えているため、ワークＷの表面までの距離に基づいて、Ｚ方向の位置ズレを検知することができる。これにより、Ｚ方向の位置ズレ、ひいては焦点位置のズレを補正することができる。そのために、ステップＳ１６では、Ｚ方向の位置ズレを補正するための条件設定を実施する。

【0254】

具体的に、このステップＳ１６では、測距ユニット５に係る条件（測距条件）が決定される。本実施形態に係る設定部１０７は、測距条件として、少なくとも加工領域Ｒ１において印字パターンが形成されるべき部分領域（印字パターンを含んだ印字ブロックに対応する部分領域）内に設定される測距点を決定する。この測距点は、レーザ加工装置Ｌからの距離が測定される座標を示す。

【0255】

なお、ここでいう部分領域は、ワークＷの表面全体としてもよいし、ワークＷの表面の一部としてもよいし、ワークＷの表面からずれていてもよい。部分領域は、少なくとも、形成対象とされた印字パターンに紐付いた領域であればよい。

【0256】

続くステップＳ１７において、マーカコントローラ１００が印字設定の作成を完了する。

【0257】

（印字加工の実行）
図１６は、図１４のステップＳ３における具体的な処理を例示している。すなわち、図１６に示す処理は、製造ラインを稼働させたときに流れてくる各ワークＷに対して順番に実行されるようになっている。

【0258】

まず、ステップＳ３１において、マーカコントローラ１００が、印字ブロックの詳細等を示す印字設定を読み込む。そして、ステップＳ３２におけるステップＳ３２ａにおいて、レーザ加工装置Ｌに内蔵されている広域カメラ６が、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を示す撮像領域Ｒ２を撮像することにより、該撮像領域Ｒ２に対応したワーク画像Ｐｗを生成する（図１８の（ａ）を参照）。このワーク画像Ｐｗには、透過ウインドウ１９における縁の一部１９ｃが映り込む。

【0259】

そして、ステップＳ３２におけるステップＳ３２ｂにおいて、制御部１０１は、ワーク画像Ｐｗから縁の一部１９ｃを除いた部分画像Ｐｐを生成する（図１８の（ｂ）を参照）。この部分画像Ｐｐは、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を撮像した画像として生成される。制御部１０１によって生成された部分画像Ｐｐは、操作用端末８００へと出力される。

【0260】

そして、操作用端末８００における表示部８０１が、加工領域Ｒ１に対応した設定面Ｒ４を表示するとともに、その設定面Ｒ４上に部分画像Ｐｐを表示する（図１８の（ｃ）を参照）。

【0261】

続くステップＳ３３において、マーカコントローラ１００が、図１１のステップＳ１５で設定したサーチ条件を読み込む。それに続き、ステップＳ３４において、マーカコントローラ１００が、ステップＳ３３で読み込んだサーチ条件に基づいてパターンサーチを実施して、ＸＹ方向におけるワークＷの位置ズレを検知する。

【0262】

続くステップＳ３５において、マーカコントローラ１００が、図１１のステップＳ１６で設定した測距条件を読み込む。それに続き、ステップＳ３６において、マーカコントローラ１００における距離測定部１０３が、測距条件として設定された測距点までの距離を測定し、その測定結果に基づいて、Ｚ方向におけるワークＷの位置ズレを検知する。

【0263】

続くステップＳ３７において、マーカコントローラ１００が、ＸＹ方向におけるワークＷの位置ズレを補正する。具体的には、マーカコントローラ１００における設定部１０７が、設定面Ｒ４上に表示される部分画像Ｐｐに基づいて、その設定面Ｒ４における印字ブロックの位置、詳しくは、設定面Ｒ４上での印字ブロックの座標（ローカル座標）を補正する。

【0264】

続くステップＳ３８において、マーカコントローラ１００は、Ｚ方向におけるワークＷの位置ズレを補正する。具体的には、マーカコントローラ１００におけるＺスキャナ３３が、ステップＳ３６における測定結果に基づいて、印字ブロック毎に焦点位置を調整する。

【0265】

続くステップＳ３９において、マーカコントローラ１００が、マーカヘッド１へと励起レーザ光を出力し、この励起光レーザ光に基づき生成される近赤外レーザ光を利用して印字加工を実行する。

【0266】

（広域カメラ６のレイアウトについて）
図１０に例示するように、撮像部としての広域カメラ６は、その撮像光軸Ａｃと、加工基準面Ｒｂと、を直交させた姿勢で筐体１０内に配置されている。このように配置することで、ワークＷを斜め上側からではなく、直上方から撮像することができる。そのことで、撮像画像としてのワーク画像Ｐｗの歪みが解消される。また、撮像光軸Ａｃと、加工用の近赤外レーザ光と、の同軸化が必須ではなくなるため、撮像視野Ｆｖを広げることが可能となる。

【0267】

ところが、このように配置した場合、広域カメラ６は、透明部材１９ｂを通してワークＷを撮像することになる。そのため、透明部材１９ｂによるワーク画像Ｐｗの歪みが懸念される。しかし、本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、透明部材１９ｂとして、レンズ効果がない（つまり、レンズ効果が非発生）、又は、レンズ効果が低い扁平な部材を意図的に用いることを着想した。

【0268】

すなわち、レンズ効果がない、又は、レンズ効果が低い透明部材１９ｂを用いることで、同部材１９ｂによるワーク画像Ｐｗの歪みが抑制される。これにより、制御部１０１をはじめとする制御系の負荷を抑制することができる。

【0269】

このように、制御系の負荷を抑制しつつ、広域カメラ６の撮像視野Ｆｖを広げることができる。

【0270】

また、撮像光軸Ａｃと、レーザ光軸Ａｚと、を非同軸とすることで、撮像視野Ｆｖの大きさが、レーザ光走査部４の構成とは無関係になる。これにより、撮像視野Ｆｖを広げる上で有利になる。

【0271】

また、図１０に例示するように、撮像視野Ｆｖにレーザ光走査部４が含まれないように構成することで、ワーク画像Ｐｗを生成する上で、レーザ光走査部４が邪魔にならないようにすることができる。

【0272】

また、図１８に例示するように、ワーク画像Ｐｗから縁の一部１９ｃを除いた部分画像Ｐｐを設定面Ｒ４上に表示することで、レーザ加工装置Ｌの使い勝手を向上させることができる。

【0273】

また、図１６のステップＳ３７に例示するように、部分画像Ｐｐに基づいて印字ブロックの位置を調整することができる。そのことで、より精密なレーザ加工を実現することが可能になる。

【0274】

また、図１２に例示するように、広域カメラ６を、第１スキャナ４１に比して第２スキャナ４２に近接させることで、広域カメラ６の撮像視野Ｆｖと、近赤外レーザ光が実際に照射される領域と、のズレを抑制することができる。このことは、加工領域Ｒ１の設定等をより適切に行う上で有効である。

【0275】

また、図７等に例示するように、下流側光路Ｐｄに対して直交する方向に沿って、第１スキャナ４１、第２スキャナ４２及び広域カメラ６の順番で並べることで、Ｚスキャナ３３からレーザ光走査部４に伝搬する近赤外レーザ光と、広域カメラ６とを可能な限り離間させつつ、広域カメラ６と第２スキャナ４２とを近接させることができる。これにより、広域カメラ６の撮像視野Ｆｖと、近赤外レーザ光が実際に照射される領域と、のズレを抑制し、加工領域Ｒ１の設定等をより適切に行うことが可能になる。

【0276】

また、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、得られた知見によれば、透明部材１９ｂの曲率半径を１００００ｍｍ以上に設定することで、透明部材１９ｂによるワーク画像Ｐｗの歪みを許容範囲内に収めることができる。

【0277】

《マーカヘッド１の変形例》
前記実施形態では、撮像部としての広域カメラ６は、撮像視野Ｆｖにレーザ光走査部４が含まれず、かつ、撮像視野Ｆｖに縁の一部１９ｃが含まれない構成とされていたが、この構成には限定されない。

【0278】

図１９は、マーカヘッド１の変形例を示す図１０対応図である。以下、マーカヘッド１の変形例に符号「１’」を付し、これを単に「マーカヘッド１’」と呼称する。

【0279】

図１９に示すように、マーカヘッド１’における透明部材１９ｂは、前記実施形態と同様に、レンズ効果が略非発生の扁平な部材（レンズ効果がない、又は、レンズ効果が低い扁平な部材）からなる。

【0280】

また、マーカヘッド１’は、前記実施形態と同様の機能を具備する一方で、前記実施形態とはレイアウトが相違する広域カメラ６及び第２スキャナ４２を備えている。具体的に、図１９に示す広域カメラ６は、その撮像光軸Ａｃと、加工基準面Ｒｂと、を直交させた姿勢で筐体１０内に配置されているところ、その撮像視野Ｆｖに、レーザ光走査部４（特に第２スキャナ４２）が含まれる位置に設けられている。よって、広域カメラ６により生成されるワーク画像Ｐｗには、レーザ光走査部４（特に第２スキャナ４２）が映り込むことになる。

【0281】

マーカヘッド１’は、このようなレイアウトに適した処理を実行することができる。具体的に、変形例に係る表示部８０１は、ワーク画像Ｐｗからレーザ光走査部４を除いた部分画像Ｐｐを生成し、これを設定面Ｒ４上に表示する。そして、変形例に係る設定部１０７は、前記実施形態と同様に、そうして表示された部分画像Ｐｐに基づいて、設定面Ｒ４における印字ブロックの位置を補正することができる。

【0282】

このように、レーザ光走査部４を除いた部分画像Ｐｐを生成することで、レーザ加工装置Ｌの使い勝手を向上させることができる。また、部分画像Ｐｐに基づいて印字ブロックの位置を調整することで、より精密なレーザ加工を実現することが可能になる。

【0283】

《他の実施形態》
前記実施形態では、１つのワークＷを撮像するケースを例にとり説明したが、この例には限定されない。例えば、複数のワークＷを同時に撮像し、各ワークＷが映り込んだワーク画像Ｐｗ及び部分画像Ｐｐを生成することもできる。

【符号の説明】

【0284】

１ マーカヘッド
１０ 筐体
１９ 透過ウインドウ（出射窓部）
１９ｂ 透明部材
１９ｃ 縁の一部
２ レーザ光出力部
３ レーザ光案内部
３３ Ｚスキャナ（焦点調整部）
４ レーザ光走査部
４１ 第１スキャナ
４２ 第２スキャナ
６ 広域カメラ（撮像部）
１００ マーカコントローラ
１０１ 制御部（走査制御部）
１０７ 設定部（加工ブロック設定部）
１１０ 励起光生成部
８００ 操作用端末
８０１ 表示部
Ａｃ 撮像光軸
Ａｚ レーザ光軸（レーザ光の光軸）
Ｆｖ 撮像視野
Ｐｐ 部分画像
Ｐｗ ワーク画像
Ｒ１ 加工領域
Ｒ４ 設定面
Ｒｂ 加工基準面
Ｓ レーザ加工システム
Ｗ ワーク（被加工物）

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【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16】

【図17】

【図18】

【図19】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-02

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

励起光を生成する励起光生成部と、
前記励起光生成部により生成された励起光に基づいてレーザ光を生成するとともに、該レーザ光を出射するレーザ光出力部と、
前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光を被加工物に照射するとともに、該被加工物の表面上に設定された加工領域内で２次元走査するレーザ光走査部と、
前記レーザ光走査部を制御することにより、所定の加工パターンを前記加工領域内に形成する走査制御部と、
少なくとも前記レーザ光出力部及び前記レーザ光走査部が内部に設けられた筐体と、
前記筐体に形成され、前記レーザ光走査部によって２次元走査されたレーザ光を前記筐体の外部に出射する出射窓部と、
前記筐体内に配置され、前記出射窓部から出射されるレーザ光の光軸と非同軸になる撮像光軸を有し、前記出射窓部を通じて前記被加工物を撮像することにより、前記加工パターンを含む加工ブロックの位置を補正するためのワーク画像を生成する撮像部と、を備える
ことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

前記レーザ光走査部は、前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光を第１方向に走査する第１スキャナと、該第１スキャナにより走査されたレーザ光を第２方向に走査する第２スキャナとを有し、
前記撮像部は、前記第２スキャナと並べて配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記撮像部は、前記筐体内において前記第１スキャナ、前記第２スキャナ及び該撮像部の順番で並べて配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記撮像部は、前記筐体内において前記第２スキャナと近接する位置に配置されている
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

前記撮像部は、該撮像部の撮像光軸と、前記出射窓部に対して平行な加工基準面とを直交させた姿勢で、前記筐体内に配置されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

前記撮像部は、該撮像部の撮像光軸が、前記出射窓部に設けられた透明部材に対して直交するように、前記筐体内に配置されている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。

【請求項7】

前記透明部材は、レンズ効果が略非発生の扁平な部材からなる
ことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。

【請求項8】

励起光を生成する励起光生成部と、
前記励起光生成部により生成された励起光に基づいてレーザ光を生成するとともに、該レーザ光を出射するレーザ光出力部と、
前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光を被加工物に照射するとともに、該被加工物の表面上に設定された加工領域内で２次元走査するレーザ光走査部と、
前記レーザ光走査部を制御することにより、所定の加工パターンを前記加工領域内に形成する走査制御部と、
少なくとも前記レーザ光出力部及び前記レーザ光走査部が内部に設けられた筐体と、
前記筐体に形成され、前記レーザ光走査部によって２次元走査されたレーザ光を前記筐体の外部に出射する出射窓部と、
前記加工領域に対応した設定面を表示する表示部と、
前記表示部に表示された設定面において加工パターンを含む加工ブロックを設定する加工ブロック設定部と、
前記筐体内に配置され、前記出射窓部から出射されるレーザ光の光軸と非同軸になる撮像光軸を有し、前記出射窓部を通じて前記被加工物を撮像することにより、前記加工ブロック設定部により設定された加工ブロックの位置を補正するためのワーク画像を生成する撮像部と、を備える
ことを特徴とするレーザ加工システム。

【請求項9】

前記撮像部により生成された前記ワーク画像に基づいて、前記加工ブロック設定部により設定された加工ブロックの位置を補正する手段を有する
ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工システム。

【請求項10】

前記レーザ加工システムは、前記撮像部により生成されたワーク画像を用いてパターンサーチを実施することにより、ＸＹ方向における被加工物の位置ズレを検知する
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のレーザ加工システム。

【請求項11】

前記レーザ加工システムは、前記パターンサーチに係るサーチ条件として決定されたモデル画像に基づいて、前記パターンサーチを実施する
ことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工システム。

【請求項12】

前記表示部は、前記撮像部により生成された前記ワーク画像を前記設定面に重ね合わせて表示する
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。