JP7388917B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、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。

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。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。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位置決めされている。具体的に、特許文献１のレーザ加工装置は、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いる。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配置されている。

特許文献２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、被加工物の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を開示している。特許文献２に開示のレーザヘッドは、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いる。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、特許文献２の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であり、加工面を斜め上側から撮像する。

特開２００４－１４８３７９号公報 特開２０１５－４４２１２号公報

特許文献１に開示の撮像手段を採用したときには、撮像視野の大きさが走査手段の構成に依存することになる。例えば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がガルバノミラーの面積に制限される。

特許文献２に開示の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大きな負荷を与えてしまう。

撮像部を構成するカメラは、次々とライン上を流れる加工対象物（ワーク）の位置ズレを補正するのに効果的である。このカメラによる撮像画像を適切に取得する上でワークを照明するのが望ましい。この照明部材を仮にレーザ加工装置に内蔵させる構成を採用したとき、照明部材とワークとの相対関係及び照明部材とカメラとの相対関係が固定的になる。ここで問題になるのが、強い光によって撮像画像が乱される現象である。典型的な例で説明すると、鏡面加工したワークは照明光を正反射させてしまう。この正反射光がカメラに取り込まれると、撮像画像にハレーションが発生してしまう。このような撮像画像はレーザ加工装置においては不適正な画像である。適正でない撮像画像は典型的にはワークの位置ズレ補正の精度を低下させる要因となり、ひいてはワーク加工精度を損なう要因となる。

本発明の目的は、撮像部を備えたレーザ加工装置において制御系の負荷を抑制しつつ、撮像部の撮像視野を広げると共に照明部材を付加したときに問題となる不適正な撮像画像の問題を解消することのできるレーザ加工装置を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
励起光を生成する励起光生成部と、
該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して出力するレーザ光出力部と、
該レーザ光出力部から出力されたレーザ光を被加工物の表面上で２次元走査するレーザ光走査部と、
前記レーザ光を透過する透過ウインドウが設けられ、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を収容した筐体と、
該筐体の内部に設けられ、前記レーザ光走査部により２次元走査される加工領域に載置された被加工物に対して照明光を照射する照明光源と、
前記筐体の内部において前記照明光源の前方に隣接して設けられ、該照明光源から出射された照明光を偏光する照明側偏光部材と、
前記筐体の内部に設けられ、前記照明側偏光部材により偏光された光が前記被加工物の表面で反射した反射光を受けてこれを偏光させる撮像側偏光部材と、
前記筐体の内部において、撮像光軸が、前記レーザ光走査部により走査されるレーザ光の光軸と非同軸であるとともに前記透過ウインドウと交わるように設けられ、前記撮像側偏光部材で偏光された反射光を受光することにより前記被加工物を撮像して画像を生成する撮像部と、
前記撮像部により生成された画像に基づいて前記被加工物の位置ズレを補正して、前記レーザ光出力部及び前記レーザ光走査部を制御する制御部と、を備えるレーザ加工装置を提供することにより達成される。

本発明の作用効果、他の目的及びその構成、作用効果は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになろう。

レーザ加工システムの全体構成を例示する図である 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。 マーカヘッドの概略構成を例示するブロック図である。 マーカヘッドの概略構成を例示するブロック図である。 マーカヘッドの外観を例示する斜視図である。 レーザ光走査部の構成を例示する図である。 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。 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。 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。 三角測距方式について説明する図である。 加工基準面について説明する図である。 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。 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。 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。 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。 印字設定の作成手順を例示するフローチャートである。 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。 ワークの加工領域と、表示部における設定画面との関係を説明するための図である。 ワーク撮像画像による部分画像の生成を説明するための図である。 マーカヘッドの変形例を説明するための図であり、図１０に対応した図である。 照明部材を備えたレーザ加工装置を斜め下方から見た図であり、図４に対応した図である。 広域カメラとこれに隣接して配置された照明窓との配置及び構成を説明するための図であり、図１２に対応した図である。 照明部材の斜視図である。 照明部材の断面図である。 照明部材の偏光板の偏光角度を調整するための治具を説明するための図である。 偏光フィルタを備えた広域カメラの構造を説明するための図である。 鏡面処理されたワーク表面での鏡面反射を説明するための図である。 光源に関連した第１偏光部材の作用と、カメラに関連した第２偏光部材の作用を説明するための図である。 平滑な表面を備えた樹脂プレートを広域カメラで撮像したワーク画像を示す図である。 照明部材及び広域カメラに偏光部材を設けることによる効果を説明するための図である。 各種金属製品に関する広域ワーク画像であり、（I）は第１、第２の偏光部材の調整前の画像であり、（II）は調整後の画像である。 印字に関連した一連の手順を説明するフローチャートである。 広域ワーク画像からハレーションを除去した画像を生成する例を説明するための図である。 ハレーションを除去した合成画像に関する図であり、（I）は合成処理により生成した撮像画像を示し、（II）は合成処理前の撮像画像を示す。 加工レーザ光の迷光が広域カメラの先端の赤外線カットフィルムによって反射されることに伴う問題と、偏光部材を一体化した赤外線カットフィルムを広域カメラの鏡筒に内蔵したことによる改善効果を説明するための図である。

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。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。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。

＜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。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（ワークＷ）へ照射するとともに、ワークＷの表面上で３次元走査することによって表面加工を行う。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。

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（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」又は「加工用レーザ光」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。

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つまり加工用レーザ光の焦点位置を調整する。

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マーカヘッド１と、マーカヘッド１を制御するマーカコントローラ１００と、を備えている。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。変形例として、マーカヘッド１及びマーカコントローラ１００を一体化してもよい。

操作用端末８００は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを有している。操作用端末８００は、マーカコントローラ１００に接続されている。ユーザは、操作用端末８００を用いて、印字設定などの種々の加工条件を設定することができる。加工条件には、例えば、ワークＷに印字する文字列、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）、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。また、操作用端末８００は、レーザ加工に関連した情報、例えばレーザ加工装置Ｌの動作状況及び加工条件等の情報をユーザに提供するための端末として機能する。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。

上記の加工条件には、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）が含まれる。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。操作用端末８００によって設定された加工条件は、マーカコントローラ１００に出力される。マーカコントローラ１００の条件設定記憶部１０２（図２）に記憶される。必要に応じて、操作用端末８００の記憶装置８０３が加工条件を記憶してもよい。

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は互いに別体である。

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に外部機器９００が接続される。外部機器９００の典型例として、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（PLC)９０２を挙げることができる。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。

以下、マーカコントローラ１００及びマーカヘッド１のハード構成並びにマーカコントローラ１００によるマーカヘッド１の制御系の構成を説明する。
＜マーカコントローラ１００>
図２を参照して、マーカコントローラ１００は、加工条件を記憶する条件設定記憶部１０２と、条件設定記憶部１０２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、レーザ励起光を生成する励起光生成部１１０とを備えている。

（条件設定記憶部１０２)
条件設定記憶部１０２は、操作用端末８００で設定された加工条件を記憶するとともに、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。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（HDD）、ソリッドステートドライブ（SSD）等で構成されている。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してもよい。

（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マーカコントローラ１００に含まれる励起光生成部１１０、マーカヘッド１のレーザ光出力部２、レーザ光案内部３、レーザ光走査部４、測距ユニット５、広域カメラ６を統合的に制御して、ワークＷの印字加工等を実行する。制御部１０１は、ＣＰＵ、メモリ、入出力パスを有しており、ユーザが操作用端末８００を介して入力した情報を示す信号や条件設定記憶部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、ワークＷに対する印字加工、ワークＷまでの距離の測定を制御する。

（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、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。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(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。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してレーザ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いる。励起光集光部１１３は、マーカヘッド１に対して光ファイバーケーブルを介して光学的に結合される。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る。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でバンドルして出力する。

（他の構成要素）
マーカコントローラ１００はワーク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）を受け取ることができる。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と広域カメラ６とを備えている。マーカコントローラ１００の制御部１０１は、狭域カメラ３７、広域カメラ６の撮像画像に基いて処理を行うことができる。マーカコントローラ１００は、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による設定内容は 走査制御部としての制御部１０１が読み込んで使用する。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。

＜マーカヘッド１＞
マーカヘッド１は、レーザ励起光を増幅・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。レーザ光案内部３は、単に光路を構成するだけでなく、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構成されている。

レーザ光案内部３は、上流側合流機構３１と下流側合流機構３５とを有している。上流側合流機構３１は、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させる。下流側合流機構３５はレーザ光走査部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させる。

図３Ａ、図３Ｂはマーカヘッド１の概略構成を示すブロック図である。図４はマーカヘッド１の外観を示す斜視図である。図３Ａ、図３Ｂのうち、図３Ａは近赤外レーザ光を用いたワークＷの加工を示し、図３Ｂは測距ユニット５を用いてワークＷの表面までの距離測定を示す。

図３Ａ、図４を参照して、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を収容した筐体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輪郭を有している。筐体１０の下面は、板状の底板１０ａによって規定されている。この底板１０ａには、レーザ光を出射するための透過窓部を構成する透過ウインドウ１９が設けられている。透過ウインドウ１９は、底板１０ａの貫通孔１９ａに嵌め込まれた透明部材１９ｂで構成され、透明部材１９ｂは近赤外レーザ光、ガイド光及び測距光が透過可能である。

なお、以下の記載では、図４に図示の筐体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、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に図示の筐体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。

図５は、レーザ光走査部４の構成を示す斜視図である。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の構成を示す断面図である。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る。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。

図５、図６を参照して、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、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。筐体１０内の長手方向他側のスペースを「第１スペースＳ１」と呼称する。他方、長手方向一側のスペースを「第２スペースＳ２」と呼称する。第１スペースＳ１には、レーザ光出力部２と、レーザ光案内部３の一部の構成部品と、レーザ光走査部４と、測距ユニット５とが配置されている。第２スペースＳ２には、レーザ光案内部３の主要な部品が配置されている。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）の第１空間と、他側（図４の右側）の第２空間とに仕切られている。第１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。図６に示すように、測距ユニット５は、レーザ光出力部２のヒートシンク２２と同様に、第１スペースＳ１における短手方向他側の第２空間に配置されている。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の前面を規定するカバー部材１７とで包囲された空間に収容されている。

（レーザ光出力部２)
レーザ光出力部２は、印字加工用の近赤外レーザ光を生成して、この近赤外レーザ光つまりレーザ加工用レーザ光をレーザ光案内部３に向けて出力するように構成されている。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によって分離し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。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。なお、レーザ媒質としてロッド状のNd:YVO₄（イットリウム・パナデイト）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。

レーザ加工装置Ｌの用途に応じて、他のレーザ媒質として、例えば希土類をドープしたYAG、YLF、GdVO4等を用いることもできる。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。さらには、Nd:YVO4等の固体レーザ媒質と、ファイバ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。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。

（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を生成する。レーザ光案内部３は、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。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を反射した光はレーザ光走査部４に入射する。

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分して把握することができる。すなわち、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。上流側光路Ｐｕは、レーザ光出力部２から上流側合流機構３１を経由してＺスキャナ３３に至る。下流側光路Ｐｄは、Ｚスキャナ３３からベンドミラー３４、下流側合流機構３５を経由してレーザ光走査部４の第１スキャナ４１に至る。

以下、レーザ光案内部３に関連した構成について説明をする。
―ガイド光源３６―
ガイド光源３６は、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。ガイド光は例えば655nm付近の波長を有する赤色レーザ光である。ユーザは、マーカヘッド１から出射される加工用レーザ光の動きをガイド光によって目視で直接的に把握することができる。

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のガイド光を出射する。ガイド光源３６は、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、が交わるように位置決めされている。なお、ここでいう「略同じ高さ」とは、筐体１０の下面を構成する底板１０ａを基準として高さ位置が実質的に等しいことを意味する。他の記載においても、底板１０ａを基準とした高さを指す。

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、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。ダイクロイックミラーは、可視光のガイド光を透過させつつ近赤外の加工用レーザ光を反射する。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、該ダイクロイック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。ガイド光源３６は、制御部１０１からの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。

－上流側合流機構３１-
上流側合流機構３１は、ガイド光源３６から出射された可視光の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によってガイド光と、上流側光路Ｐｕにおける加工用の近赤外レーザ光とが同軸上を進む。

ガイド光の波長は近赤外の加工用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、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。

-Ｚスキャナ３３-
焦点調整部を構成するＺスキャナ３３は、レーザ光案内部３が生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。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、ケーシング３３ｅとを有する。ケーシング３３ｅには、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が収容されている。入射レンズ３３ａは平凹レンズで構成される。コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃは平凸レンズで構成される。入射レンズ３３ａ、コリメートレンズ３３ｂ及び出射レンズ３３ｃは光軸が互いに同軸になるように配置されている。

Ｚスキャナ３３において、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。これによりワークＷに照射される近赤外レーザ光の焦点位置が変化する。

次にＺスキャナ３３を構成する各部を説明する。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が順に上下方向に並んでいる。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。レンズ駆動部３３ｄの動作によって、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ると、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。他方、レンズ駆動部３３ｄの動作によって、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ると、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に近づく。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。

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。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、近赤外レーザ光だけでなくガイド光の焦点位置も併せて調整される。なお、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から出力された信号に基づいて制御される。

―狭域カメラ３７―
狭域カメラ３７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。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、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。なお、狭域カメラ３７の配置位置は、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。

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を走査することができる。狭域カメラ３７は、ガイド光源３６等と同様に、制御部１０１から出力された信号に基づいて制御される。

―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、下流側光路Ｐｄを折り曲げて後方に指向させる。図６に示すように、ベンドミラー３４は、下流側合流機構３５の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。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、後方に向かって進み、下流側合流機構３５を通過してレーザ光走査部４（具体的には第１スキャナ４１)へ至る。

―下流側合流機構３５―
下流側合流機構３５は、測距ユニット５の測距光出射部５Ａから出射された測距光を下流側光路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の測距光受光部５Ｂへ導く。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の近赤外レーザ光及びガイド光とが同軸上に合流される。加えて、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。

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。具体的に、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）。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且つベンドミラー３４の後方に配置されている。ダイクロイックミラー３５ａは、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に向け且つ他方側の鏡面をベースプレート１２に向けた姿勢で位置決めされている。よって、ダイクロイックミラー３５ａの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。ダイクロイックミラー３５ａの他方側の鏡面には測距光が入射する。ダイクロイックミラー３５ａは、測距光を反射し且つ近赤外レーザ光とガイド光とを透過させる。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。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Ｐｄへ戻った測距光は、下流側合流機構３５の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。

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。

（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により案内された加工用の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。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で構成されている。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。

ここで、第２方向は第１方向に対して略直交する方向を意味する。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。本実施形態では、第１方向は前後方向（筐体１０の長手方向）であり、第２方向は左右方向（筐体１０の短手方向）である。以下、第１方向を「Ｘ方向」と呼称し、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。

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且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）に沿って配列されている。第１ミラー４１ａは第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。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。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の第１ミラー４１ａと略同じ高さ位置で且つ第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）に沿って横並びに配置されている。第２ミラー４２ａは、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。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。

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、加工用の近赤外レーザ光は、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。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の表面上で近赤外の加工用レーザ光を第２方向に走査することが可能になる。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、同ダイクロイックミラー３５ａによって反射された測距光も入射することになる。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、ガイド光又は測距光を２次元走査することができる。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８参照）。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に近赤外の加工用レーザ光を照射して、加工領域Ｒ１に所定の加工パターン（マーキングパターン）を形成する。

（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、レーザ光走査部４を介して、ワークＷの表面により反射された測距光を受光する。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は測距光出射部５Ａを備えている。測距光出射部５Ａは、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。測距ユニット５は測距光受光部５Ｂを有している。測距光受光部５Ｂは、レーザ光走査部４を介して、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受光する。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。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。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構成されている。

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ために、ベンドミラー５９が設けられている（図６及び図７を参照）。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、同ベンドミラー５９によって反射されてダイクロイックミラー３５ａに入射する。そして、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、同ベンドミラー５９によって反射されて測距光受光部５Ｂに入射する。

以下、測距ユニット５を成す各部の構成を説明する。
―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のマーカヘッド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。測距光出射部５Ａは測距光源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の後側から順に並んで位置決めされており、それらの並び方向は筐体１０の長手方向である。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の形状を有している。筐体１０の後側に測距光源５１が取り付けられている。筐体１０の前側に投光レンズ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。測距光源５１は、制御部１０１からの信号に従って前方に測距光を出射する。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。測距光は例えば690nm付近の波長を有する赤色レーザ光である。

測距光源５１は、測距光の赤色レーザ光の光軸Ａｏがケーシング５３の長手方向に沿って延びるように位置決めされている。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の一対の受光素子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が通過するように位置決めされている。投光レンズ５２は、例えば平凸レンズで構成され、球面状の凸面をケーシング５３の外部に向けた姿勢で位置決めされる。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。

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で構成されており、それぞれ、支持台５０の長手方向に延びる板状体で構成されている。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画成される。ケーシング５３の外部に出射された測距光は、区画されたスペースを通過して出力される。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。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の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。

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の外部へ出射される。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できる。走査された測距光は、ワークＷの表面上で反射される。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の下流側合流機構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。

―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。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。受光レンズ５７は、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んで配置されている。

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の測距光の光軸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。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。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、すなわち左右方向である。左右方向において、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。一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、それぞれ、斜め前方に指向し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。

各受光素子５６Ｌ、５６Ｒとして使用可能な素子として、例えば、相補型MOS（CMOS）からなるCMOSイメージセンサ、電荷結合素子(CCD）からなるCCDイメージセンサ、光位置センサ(PSD）等が挙げることができる。本実施形態では、各受光素子５６Ｌ、５６ＲはCMOSイメージセンサで構成されている。これにより、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、そのスポットの反射光の強度に基づいて決定される。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の受光量の大きさは、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（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。

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の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。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。

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、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のそれぞれの受光面に集光させることができる。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、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。

レーザ加工装置Ｌは、基本的には、受光素子５６Ｌ、５６Ｒの各々の受光面の反射光の受光位置（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。

―距離の測定手法についてー
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。

図９に例示するように、測距光出射部５Ａの測距光源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。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の受光位置が変位することになる。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の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の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。

すなわち、前述の距離測定部１０３は測距光受光部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。具体的に、前述の条件設定記憶部１０２には、受光面５６aの受光位置と、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。距離測定部１０３には、測距光受光部５Ｂの測距光の受光位置、つまり反射光が受光面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。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。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。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のに先立って、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、近赤外の加工用レーザ光によってワークＷに印字加工を施す。

－加工基準面について一
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の加工用レーザ光は、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、凹凸等の表面性状次第では、ワークＷ毎に印字点、ひいては加工領域Ｒ１の場所が変位する可能性がある。そのため、測距光及び近赤外レーザ光を精密に走査させるためには、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の制御部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。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。このように配置することにより、レーザ光走査部４は、透明部材１９ｂを通して加工基準面Ｒｂと対向することになる。また、後述のように、透明部材１９ｂは扁平な部材で構成される。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。このように構成した結果、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。そして、加工領域Ｒ１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上の近赤外の加工用レーザ光及び測距光の照射位置に基づいて制御可能である。

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、加工基準面Ｒｂに平行な方向に沿って近赤外の加工用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、次々と印字する複数のワーク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。本実施形態においては、レーザ光走査部４ばかりでなく、広域カメラ６も透明部材１９ｂを通して機能するように配置されている。

次に透過ウインドウ１９と広域カメラ６の構成を説明する。
（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の構成を示す下面図であり、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の縦断面図である。図１２に示す横断面は、図１１のＡ-Ａ断面に相当する。図１３に示す縦断面は、図１１のＢ－Ｂ断面に相当する。図１１を参照して、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。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。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。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。透明部材１９ｂは略円形のガラス板で構成されている。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の直下に位置決めされている。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。

透明部材１９ｂはレンズ効果を意図的に抑制すべく、好ましくは扁平な部材で構成されている。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、透明部材１９ｂはレンズ効果がない、又は、レンズ効果が低い扁平な部材とみなすことができる。透明部材１９ｂの曲率半径は、10,000mm以上且つ100,000mm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50,000mm以上且つ100,000mm以下の範囲内に設定するのがよい。

（広域カメラ６）
広域画像に関する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を生成するように位置決めされている（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。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とが直交するように筐体１０内に配置されている。広域カメラ６は、撮像用の光学レンズ６１と、光学レンズ６１を通じて取り込んだ光は撮像素子６２で結像される。広域カメラ６は光学レンズ６１を下方に向けて設置されている。広域カメラ６の撮像光軸Ａｃは、透明部材１９ｂ及び加工基準面Ｒｂの双方に対して直交している。近赤外の加工用レーザ光の光軸Ａｚ（以下、これを「レーザ光軸」ともいう）は、図１０に示すように、第２スキャナ４２の第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と同軸ではなく、互いに独立している。撮像光軸Ａｃはレーザ光軸Ａｚと好ましくは平行であるのがよい。

撮像光軸Ａｃは透過ウインドウ１９を通過する近赤外の加工用レーザ光の光軸Ａｚと非同軸とされている。広域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。ただし、撮像光軸Ａｃとレーザ光軸Ａｚの離間距離を適度に設定するのが好ましい。過度に離間させると、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、その結果、レーザ加工装置Ｌの使い勝手を低下させてしまう可能性がある。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て位置決めされている。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。この配置により広域カメラ６の撮像光軸Ａｃと加工用レーザ光のレーザ光軸Ａｚとを可能な限り近接させることができる。さらに詳しくは、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の順に並んで配置されている。図７に示す例では、下流側光路Ｐｄは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において紙面右側から順に、第１スキャナ４１、第２スキャナ４２、広域カメラ６が配置されている（図６及び図７も参照）。

また、図６及び図７において破線に示すように、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の後方且つ第１スキャナ４１及び第２スキャナ４２と同じ位置に配置されている。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。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、光学レンズ６１からテーパ状に末広がりである。

図１０から直ちに分かるように、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配置されている。さらに、広域カメラ６は、その撮像視野Ｆｖに、透過ウインドウ１９の縁の一部、特に貫通孔１９ａの周縁部の一部（図１０において、透過ウインドウ１９の紙面左端部）が含まれるように位置決めされている。よって、広域カメラ６によって生成される広域ワーク画像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の縁の一部が含まれる。以下、透過ウインドウ１９の全周縁のうち、その一部である広域ワーク画像Ｐｗに取り込まれる部位を単に「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。また、広域カメラ６を構成する撮像素子６２の群は所定の方向に延びる矩形の輪郭を有している。そのため、広域カメラ６の撮像視野Ｆｖ、ひいては広域撮像視野Ｆｖを撮像光軸Ａｃに直交する方向に横断する撮像領域Ｒ２もその所定方向の寸法が長くなる。広域撮像領域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。

撮像素子６２の群は、その長手方向が広域カメラ６と第２スキャナ４２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とが並んで配置される。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。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。

上記の構成により、加工基準面Ｒｂと直交するように近赤外の加工用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。広域カメラ６は、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を含んだ広域ワーク画像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の周縁の一部１９ｃも映り込む（図１８（a）も参照）。広域カメラ６により生成された広域ワーク画像Ｐｗは、制御部１０１へ供給される。

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。
＜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。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。図１７は、ワークＷの加工領域Ｒ１と表示部８０１の設定画面Ｒ４との関係を説明するための図である。図１８は、広域ワーク画像Ｐｗによる部分画像Ｐｐの生成を説明する図である。

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（印宇設定）を作成する（ステップＳ１）。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）。

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る。そして、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）。

（印字設定の作成）
図１５は、図１４のステップＳ１の具体的な処理を例示している。まず、ステップＳ１１における、ステップＳ１１ａにおいて、広域カメラ６が撮像領域Ｒ２の全域に対応した広域ワーク画像Ｐｗを生成する（図１８（a）を参照）。広域ワーク画像Ｐｗには、透過ウインドウ１９の縁の一部１９ｃが映り込む。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、広域ワーク画像Ｐｗから縁の一部１９ｃを除いた部分画像Ｐｐを生成する（図１８(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。そして、操作用端末８００の表示部８０１が、加工領域Ｒ１に対応した設定画面Ｒ４を表示するとともに、設定画面Ｒ４上に部分画像Ｐｐを表示する（図１８（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の表面上の座標と設定画面Ｒ４上の座標とを対応付けることができる。

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、Ｘ－Ｙ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。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等の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。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。

図１８（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、これを含む矩形状の印字ブロックＢとがレイアウトされており、設定画面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画面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。

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。図１８（ｃ）に示す例に代えて、設定画面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。このように、設定部１０７は、設定画面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。

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、近赤外の加工用レーザ光の目標出力（レーザパワー）、加工用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。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。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ための設定画面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。

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、搬送される各ワーク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のが通常である。レーザ加工装置Ｌは種々の手法を用いることで、このような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。ＸＹ方向における位量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。次々と搬送される各ワークＷにはＺ方向の位置ズレを含む。Ｚ方向の位置ズレは加工用レーザ光の焦点位置のズレを招いて印字品質を悪化させるため望ましくない。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。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が行われる。

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。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を生成する部分領域（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）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。

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、生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。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。

（印字加工の実行）
図１６は、図１４のステップＳ３の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。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において、ステップＳ３２ａでは、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に対応した広域ワーク画像Ｐｗを生成する（図１８（a）を参照）。広域ワーク画像Ｐｗには、透過ウインドウ１９の縁の一部１９ｃが映り込む。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（b）を参照）。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に供給される。そして、操作用端末８００の表示部８０１が、加工領域Ｒ１に対応した設定画面Ｒ４を表示するとともに、設定画面Ｒ４上に部分画像Ｐｐを表示する（図１８（c）を参照）。続くステップＳ３３において、マーカコントローラ１００が図１５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。続くステップＳ３５において、マーカコントローラ１００が、図１５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の距離測定部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方向のワークＷの位置ズレを検知する。続くステップＳ３７において、マーカコントローラ１００が、ＸＹ方向のワーク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の設定部１０７が、設定画面Ｒ４上の部分画像Ｐｐに基づいて、設定画面Ｒ４における印字ブロックの位置、詳しくは、設定画面Ｒ４上での印字ブロックの座標（ローカル座標）を補正する。続くステップＳ３８において、マーカコントローラ１００は、Ｚ方向のワーク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の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。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。

（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、広域撮像部としての広域カメラ６は、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を斜め上方からではなく、真上から撮像することができる。そのことで、広域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、広域カメラ６の撮像視野Ｆｖを拡大することが可能である。

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。このことに関連して、透明部材１９ｂによる広域ワーク画像Ｐｗの歪みの発生が懸念される。これに対応するのに、透明部材１９ｂとして、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のが良い。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、透明部材１９ｂによるワーク画像Ｐｗの歪みを抑制できる。これにより、制御部１０１を含む制御系の負荷を抑制することができる。

広域カメラ６の撮像光軸Ａｃは、レーザ光軸Ａｚとは非同軸である。非同軸によって撮像視野Ｆｖの大きさとレーザ光走査部４の構成との関連性を無くすことができる。このことは撮像視野Ｆｖを拡大する上で有利であることを意味している。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の存在が邪魔にならない。

また、図１８に例示するように、広域ワーク画像Ｐｗから縁の一部１９ｃを除いた部分画像Ｐｐを設定画面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。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。これにより、より精密なレーザ加工を実現することが可能になる。

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に近接させて配置することで、広域カメラ６の撮像視野Ｆｖと、加工用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。

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、広域カメラ６の順に並べて配置することで、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、加工用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の設定等を一層適切に行うことが可能になる。

（マーカヘッド１の変形例）
図１９は、マーカヘッド１の変形例を示す図であり、図１０に対応する図である。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。図１９を参照して、マーカヘッド１’の透明部材１９ｂは、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。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、広域カメラ６は、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。

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。表示部８０１は、広域ワーク画像Ｐｗからレーザ光走査部４を除いた部分画像Ｐｐを生成し、これを設定画面Ｒ４上に表示する。そして、設定部１０７は、部分画像Ｐｐに基づいて、設定画面Ｒ４の印字ブロックの位置を補正することができる。

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、一層精密なレーザ加工を実現することが可能になる。

図２０はレーザ加工装置Ｌを斜め下方から見た図であり、図４に対応した図である。図２０を参照して、レーザ加工装置Ｌは、その底板１０ａの透過ウインドウ１９の周囲に複数の照明窓７０を設けるのが望ましい。実施例では、透過ウインドウ１９は円形であり、その周囲に４つの照明窓７０がほぼ等間隔に配置されている。

図２１は、各照明窓７０に関連して各照明部材７１が位置決めされている。図２２、図２３は照明部材７１の構成を説明するための図であり、図２１との関係では図２２、図２３に図示の照明部材７１は上下を反転させて図示してある。図２２は斜視図であり、図２３は縦断面図である。

照明部材７１は、筐体１０の内部に定置された光源であるＬＥＤ７２と、筒状のリフレクタ７３を含む本体７４と、偏光部材としての偏光板７５とで概略構成されている。偏光板７５は偏光ホルダ７８によって保持されている。

偏光ホルダ７８は、本体７４の円周溝７４aに案内されて軸線Ａｘを中心として回転することができる。これにより偏光板７５は光源（LED）７２の軸線Ａｘを中心として回転可能である。偏光ホルダ７８は、９０°ピッチで位置する４つの突起７６を有している。なお、図２３において、作図上の理由から突起７６は３つ描かれている。

図２４は、照明部材７１の偏光板７５の偏光角度を調整するための治具ＴＬを説明するための図である。調整治具ＴＬは互いに対向する一対のフィンガ７７を有し、このフィンガ７７の先端部には、偏光ホルダ７８の互いに対向する２つの長い突起７６aの先端部を受け入れる溝７７aを備えている。ユーザは調整治具ＴＬを互いに対向する２つの長い突起７６aに係合させた後に調整治具ＴＬを回転させる操作を行うことで偏光板７５の回転位置を調整することができる。

調整治具ＴＬの変形例として、偏光ホルダ７８に、例えば突起などの操作部（不図示）を形成し、この操作部をユーザが直接的に操作することで偏光板７５の回転位置（偏光角度）を調整できるようにしてもよい。

図２５は、広域カメラ６の構造を説明するための図である。広域カメラ６は、典型例としてCMOSである撮像素子６２を実装した素子基板８０と、レンズホルダ８１と、レンズ鏡筒８２とを含む。図中、参照符号８３はレンズを示す。レンズ鏡筒８２はレンズホルダ８１に対して螺着される。

広域カメラ６は、撮像素子６２とレンズ鏡筒８２との間に介装された赤外線(IR)カットフィルム又はガラスからなるIRカットフィルタ８４を有し、IRカットフィルタ８４に隣接して偏光板である偏光部材８５を更に有する。好ましくは、偏光部材８５とIRカットフィルタ８４とは接着されてIRカットフィルタ８４に一体化されている。IRカットフィルタ８４において、撮像素子６２に対向する面に偏光部材８５を接着するのが更に好ましい。

偏光部材８５を含むIRカットフィルタ８４をレンズ鏡筒８２に関連して組み付けるのが望ましい。好ましくは、偏光部材８５を含むIRカットフィルタ８４はレンズ鏡筒８２の内端に接着される。これにより、レンズ鏡筒８２を回転することで偏光部材８５の偏光角度の調整が可能である。

広域カメラ６を筐体１０の中に組み込んだレーザ加工装置Ｌは、ライン上を次々と流れてくるワークＷに関し、その位置ズレに関する調整を広域カメラ６の撮像画像を使って画像処理により行うことができる利点を有している。ワークＷの表面性状によっては広域カメラ６の広域ワーク画像Ｐｗに支障が発生する。その典型例がワークＷの表面が鏡面処理されている場合である。特に、筐体１０に照明部材７１及び広域カメラ６を内蔵したレーザ加工装置Ｌにおいて、照明部材７１はワークＷに接近した状態で位置決めされ、そして照明部材７１が発した光がワークＷの表面で正反射すると、この正反射光が広域カメラ６に取り込まれる可能性がある。

図２６を参照して、表面が鏡面処理されたワークＷは、照明光源７２の強い光を正反射し易い。図中、参照符号７２’は光源７２の鏡像を示す。広域カメラ６は拡散反射光を受け入れることでワークＷの広域ワーク画像Ｐｗを生成することができる。照明光源７２の正反射した強い光が広域カメラ６に入り込むと、この強い光によって撮像素子６２の画素の画像データが上書きされてしまい、ワークＷの表面の画像を得ることができなくなる。

レーザ加工装置Ｌは、照明光源７２に関連して配置した第１偏光部材である偏光板７５を含み、また、広域カメラ６に関連して配置した第２偏光板である偏光部材８５を含んでいる。図２７は、第１偏光部材７５の作用と、第２偏光部材８５の作用を説明するための図である。図２７を参照して、第１偏光部材７５は光源７２に隣接して位置決めされている。これにより光源７２が出射する非偏光光は第１偏光部材７５によって直線偏光光になる。直線偏光光がワークＷの例えば金属鏡面で反射すると、反射前後において直線偏光光の偏光方向が保存される。なお、第１偏光部材７５を配置しない場合には、光源７２の非偏光光はワークＷの金属鏡面で反射される前後において偏光方向は保存されない。

ワークＷの金属鏡面で正反射した反射光が第２偏光部材８５を透過できるか否かは第２偏光部材８５の回転位置つまり偏光角度に依存する。第２偏光部材８５の偏光角度が第１偏光部材７５の偏光角度と直交する場合には、ワークＷの金属鏡面で正反射した反射光が第２偏光部材８５を透過できない。したがって、ワークＷの金属鏡面で反射した拡散反射光はその一部が第２偏光部材８５を透過して撮像素子６２に到達できる。つまり、第２偏光部材８５は、ワークＷの金属鏡面で反射した光のうち拡散反射成分の透過を許す一方で、この拡散反射成分を消し去る強い正反射成分を除去することができる。

第１、第２の偏光部材７５、８５の相対的な偏光角度は広域カメラ６が撮像した広域ワーク画像Ｐｗの品質に影響を及ぼす。これは実験によって効果を確認するのが適切である。図２８は、平滑な表面を備えた樹脂プレートをレーザ加工装置Ｌの真下に設置したときの広域カメラ６の広域ワーク画像Ｐｗを示す。

図２８を参照して、その下側に、４つの照明部材７１を模式的に図示してある。４つの照明部材７１を識別するために、参照符号（１）～（４）を付記してある。４つの照明部材７１を点灯させて広域ワーク画像Ｐｗを確認したときに、正反射光は広域ワーク画像Ｐｗにおいて輝点となって現れる。照明部材７１の第１偏光部材７５の偏光角度を調整したときに、これに伴う広域ワーク画像Ｐｗの輝点が最も暗く且つ小さくなった第１偏光部材７５の偏光角度が、第２偏光部材８５の偏光角度との関係で適正化されたことを意味する。すなわち、このときの第１偏光部材７５の偏光角度と第２偏光部材８５の偏光角度とが直交したことを意味している。

図２８を参照して紙面左側の枠で囲んだ部分を「View１」と称し、紙面右側の枠で囲んだ部分を「View２」と称すると、左側のView１に見られる輝点は相対的に大きく且つ明るい。このことから第１照明部材７１(1)の偏光部材７５の偏光角度の調整が不十分であることが分かる。右側のView２に見られる輝点は相対的に小さく且つ暗い。このことから第２照明部材７１(2)の偏光部材７５の偏光角度は適正であると言える。他の第３、第４の照明部材７１(3)、７１(4)は、第２照明部材７１(2)と同じであり、輝点は相対的に小さく且つ暗いことから、第３、第４の照明部材７１(3)、７１(4)の偏光部材７５の偏光角度は適正であると言える。以上の検討結果により、第１照明部材７１(1)に関連した偏光部材７５の偏光角度を調整すればよい。

図２９は、照明部材７１及び広域カメラ６に偏光部材を設けることによる効果を説明するための図である。紙面左側の画像は照明部材７１及び広域カメラ６が共に偏光部材無しのときの広域ワーク画像Ｐｗである。紙面右側の画像は照明部材７１及び広域カメラ６に第１、第２の偏光部材７５、８５を設けたときの広域ワーク画像Ｐｗである。ワークＷは、ヘアラインを有するアルミニウム板をアルマイト処理した表面に格子状の印字を施したアルミニウム板である。紙面左側の画像ではハレーションが現れており、このハレーションによって背景の格子状の白線の一部が視認できない。紙面右側の画像は、第１、第２の偏光部材７５、８５の偏光角度を調整することによってハレーションを抑制した結果、輝度ムラの無い画像を得ることができた。

図３０は、各種金属製品に関する広域ワーク画像Ｐｗを示す。図３０の画像（I）は第１、第２の偏光部材７５、８５の調整前の画像であり、ハレーションが現れている。このハレーションを抑制するように、第１～第４の照明部材７１(1)～７１(4)の各々に対応する第１偏光部材７５の偏光角度を調整することにより、輝度ムラの無い図３０の画像（II）を得ることができた。

照明部材７１は典型的には広域カメラ６による撮像の際に用いられる。すなわち、前述した図１５のステップＳ１１ａ、図１６のステップＳ３２ａを実行する際に、広域カメラ６の撮像と同期して照明部材７１が点灯される。また、図１５のステップＳ１５のＸＹ方向の位置ズレ調整の際にも広域カメラ６の撮像と同期して照明部材７１が点灯される。

図３１は、印字に関連した一連のシーケンスに関するフローチャートである。印字処理は、印字トリガの入力によって開始され（ステップＳ４０）、ワークＷのＸＹ方向の位置ズレ調整（ステップＳ４１）、Ｚ方向の位置ズレ調整(ステップＳ４２)を行った後に印字処理が実行される（ステップＳ４４）。ステップＳ４１のＸＹ方向の位置ズレ調整の際、ワークＷの位置を検出するために広域カメラ６による撮像が行われる。この撮像の際に照明部材７１が点灯される。

ステップＳ４４の印字処理を実行することに伴う変化を比較するために、好ましくは、印字前の広域カメラ６による撮像（ステップＳ４３）及び印字後の広域カメラ６による撮像（ステップＳ４５）が実行される。この撮像の際に照明部材７１による照明が行われる。また、印字された２ＤＣを読み取るステップＳ４６の工程の際にも広域カメラ６による撮像が実行される。この撮像の際に照明部材７１が点灯される。印字に関する上記の一連のシーケンスが終了すると印字完了の信号が出力される（ステップＳ４７）。以上、広域カメラ６の撮像に関連した照明部材７１による照明を例示的に説明したが、照明部材７１を常時点灯させ続けてもよいのは勿論である。

図３２は、広域カメラ６によるワーク画像Ｐｗからハレーションを除去した画像を生成する例を説明するための図である。図３２は、４つの照明部材７１(1)～７１(4)を１つずつ順に点灯させて撮像した画像を示す。第１撮像画像８６は第１照明部材７１(1)を点灯させて撮像した画像である。第２撮像画像８７は第２照明部材７１(2)を点灯させて撮像した画像である。第３撮像画像８８は第３照明部材７１(3)を点灯させて撮像した画像である。第４撮像画像８９は第４照明部材７１(4)を点灯させて撮像した画像である。これらは操作用端末８００の表示部８０１（図１８）に表示される。各撮像画像と点灯照明部材７１との対応を目視で明確にするために、図３２の図示する模式図９０を各撮像画像に目視的に関連付けた位置に表示するのがよい。

この４つの撮像画像の各画像からハレーション部分を除去して合成画像を生成することでハレーションを除去した画像を生成するのがよい。具体的には、４つの撮像画像の各画素を対比して最も輝度値の低い画素データを選別することでハレーションが発生している画素データを排除した合成画像を生成することができる。図３３の（I）は合成処理により生成した撮像画像を示し、（II）は合成処理前の撮像画像を示す。これらの画像を見比べることで、合成処理が効果的であることが分かるであろう。

以上、レーザ加工装置Ｌに照明部材７１を内蔵させると共に、第１、第２の偏光部材７５、８５を配置することによるハレーション除去を説明したが、広域カメラ６に偏光部材７５を付加することにより迷光の問題を解消することもできる。図３４を参照して、レーザ加工装置Lは、加工用レーザ光が透過する透過ウインドウ１９を通じて非同軸の広域カメラ６がワークＷの撮像を行う構成が採用されている。広域カメラ６がその先端にIRカットフィルタ８４を備えている場合、加工用レーザ光の一部は透過ウインドウ１９で反射されて広域カメラ６に侵入し、IRカットフィルタ８４で反射してこれが透過ウインドウ１９を通ってワークＷに向けて出射される。このことは、加工用レーザ光が透過ウインドウ１９を通じてワークＷに向けて出射される本来の光路（仮想線）とは別の光路が広域カメラ６によって生成されることを意味する。広域カメラ６が生成する別の光路を進む反射加工レーザ光はワークＷに設定した加工領域R1の外に到達する。この迷光の問題は、IRカットフィルタ８４と一体に設けた偏光部材８５をレンズ鏡筒８２（図２５）の内部に配置することで解消することができる。

Ｌ レーザ加工装置
４ レーザ光走査部
６ 広域カメラ
１０ 筐体
１９ 透過ウインドウ
７０ 照明窓
７１ 照明部材
Ａｘ 照明光源の軸線
７２ 照明光源（LED）
７３ リフレクタ
７５ 偏光板（照明側）
ＴＬ 治具
６２ 撮像素子
８１ レンズホルダ
８２ レンズ鏡筒
８４ IRカットフィルタ
８５ 偏向部材（カメラ側）
Ｐｗ 広域ワーク画像
Ａｃ 撮像光軸
Ｒ１ 加工領域
Ｗ 被加工物（ワーク）

Claims (5)

1. 励起光を生成する励起光生成部と、
   該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して出力するレーザ光出力部と、
   該レーザ光出力部から出力されたレーザ光を被加工物の表面上で２次元走査するレーザ光走査部と、
   前記レーザ光を透過する透過ウインドウが設けられ、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を収容した筐体と、
   該筐体の内部に設けられ、前記レーザ光走査部により２次元走査される加工領域に載置された被加工物に対して照明光を照射する照明光源と、
   前記筐体の内部において前記照明光源の前方に隣接して設けられ、該照明光源から出射された照明光を偏光する照明側偏光部材と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記照明側偏光部材により偏光された光が前記被加工物の表面で反射した反射光を受けてこれを偏光させる撮像側偏光部材と、
   前記筐体の内部において、撮像光軸が、前記レーザ光走査部により走査されるレーザ光の光軸と非同軸であるとともに前記透過ウインドウと交わるように設けられ、前記撮像側偏光部材で偏光された反射光を受光することにより前記被加工物を撮像して画像を生成する撮像部と、
   前記撮像部により生成された画像に基づいて前記被加工物の位置ズレを補正して、前記レーザ光出力部及び前記レーザ光走査部を制御する制御部と、を備えるレーザ加工装置。
2. 前記筐体は、前記透過ウインドウの周囲に複数の照明窓を有し、
   各照明窓毎に前記照明光源が配置されている、請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記撮像部が、レンズを収容したレンズ鏡筒を有し、
   前記撮像部の撮像素子と前記レンズ鏡筒との間に前記撮像側偏光部材が配置されている、請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記撮像側偏光部材が偏光板で構成され、
   該偏光板が赤外線カットフィルムと一体化されている、請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記赤外線カットフィルムにおける前記撮像素子側の面に前記偏光板が配置されている、請求項４に記載のレーザ加工装置。

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