JP2021104527A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設定時における加工パターンの表示態様と、実際に加工される加工パターンと、のズレを低減し、ひいては加工精度を高く保つ。【解決手段】レーザ加工装置Ｌは、撮像画像Ｐｗと重ね合わせるように印字パターンＰｍの位置を示す印字ブロックＢを設定する設定部１０７と、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マーカヘッド１から任意点Ｉｃまでの距離を測定する距離測定部と、距離測定部１０３による測定結果に基づいて、表示部８０１上での撮像画像Ｐｗに対する印字ブロックＢの相対的な位置及び大きさのうちの少なくとも一方からなる対応関係を補正する対応関係補正部１０８と、を備える。【選択図】図１６

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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、レーザヘッドの外部に配置されており、そのレーザヘッドの底面に対して下方から取り付けられている。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。

特開２００４−１４８３７９号公報 特開２０１５−４４２１２号公報

ところで、前記特許文献１及び２に開示されているように加工用のレーザ光と同軸化された、又は、非同軸とされた撮像手段を用いることにより、各撮像手段によって取得された画像上に、被加工物の表面上に形成されるべき加工パターンを重ねて表示することができる。

この場合、画像上に加工パターンを重ねることで、その加工パターンの位置及び大きさを加工前の設定時に確認することができる。

ところが、例えば、所定の高さを有する被加工物に加工パターンを形成する場合、撮像手段における画角の広がりに起因して、加工前の設定時に表示される加工パターンの位置及び大きさと、実際に加工される加工パターンの位置及び大きさと、の間にズレが生じる可能性がある。そうしたずれは、加工精度を高く保つには不都合である。

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、設定時における加工パターンの表示態様と、実際に加工される加工パターンと、のズレを低減し、ひいては加工精度を高く保つことにある。

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、を備え、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レーザ加工装置に係る。

本開示の第１の側面によれば、前記レーザ加工装置は、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撮像画像を生成する撮像部と、前記加工領域に対応付けられた設定面に、前記撮像画像を重ねて表示する表示部と、前記撮像画像と重ね合わせるように、前記設定面上に前記加工パターンの位置を示す加工ブロックを設定する加工ブロック設定部と、前記レーザ加工装置から前記被加工物の表面までの距離を測定するための測距光を、前記レーザ光走査部に向けて出射する測距光出射部と、前記測距光出射部から出射された測距光が、前記加工ブロックに対応付けられた前記加工領域内の任意点に照射されるよう、前記レーザ光走査部を制御する走査制御部と、前記任意点で反射されて前記レーザ光走査部を介して戻った測距光を受光する測距光受光部と、前記測距光受光部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前記レーザ加工装置から前記任意点までの距離を測定する距離測定部と、前記距離測定部による測定結果に基づいて、前記表示部上での前記撮像画像に対する前記加工ブロックの相対的な位置及び大きさのうちの少なくとも一方からなる対応関係を補正する対応関係補正部と、を備える。

一般に、撮像画像のサイズは、被加工物の表面までの距離に応じて変化することになる。

例えば、被加工物の表面までの距離が長い場合は、それが短い場合に比して、撮像部における撮像視野が広くなる。この場合、撮像視野の大きさは、被加工物の表面までの距離が長くなるに従って、画角の大きさに応じて広がっていくことになる。

ゆえに、撮像視野が広くなった分だけ、その画角の内側に入り込む被加工物は相対的に縮小することになる。そうした被加工物を撮像することによって生成される撮像画像は、その撮像画像の中央部を中心として、相対的にズームダウンしていくことになる。

また、撮像視野に映り込む被加工物のサイズが変化するに伴い、その被加工物上に設定される任意点の位置も変化することになる。この場合、被加工物、ひいては撮像画像上に設定される任意点は、被加工物の相対的なズームダウンに伴って、見かけ上、撮像画像の中央部に接近していくことになる。

一方、設定面上に規定される座標系は、被加工物の表面までの距離に関係なく定義される座標系であり、一般的には、距離に関係なく一定となる。よって、その設定面上に配置される加工ブロックのサイズ及び位置は、被加工物の表面までの距離に関係なく一定となる。

しかし、被加工物の表面までの距離に応じて、設加工ブロックのサイズ及び位置が一定となる一方で、撮像画像のサイズ及び位置が変化してしまっては、ユーザが撮像画像を見ながら加工ブロックを設定したときに、表示部上に表示される加工パターンの位置及び大きさと、実際に形成される加工パターンの位置及び大きさと、の間にズレを生む可能性があるため不都合である。

そこで、本開示の第１の側面によれば、対応関係補正部は、距離測定部による測定結果に基づいて、撮像画像に対する加工ブロックの相対的な位置及び大きさのうちの少なくとも一方からなる対応関係を補正することできる。

そうした対応関係を補正することで、所定の高さを有する被加工物に加工パターンを形成する場合、つまり、被加工物の表面までの距離が必ずしも一定とはならない場合であっても、表示部上での加工パターンの表示態様と、実際に形成される加工パターンと、のズレを低減し、ひいては加工精度を高く保つことができるようになる。

また、本開示の第２の側面によれば、前記レーザ光走査部は、該レーザ光走査部から所定の間隔を空けて設定され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し、前記対応関係補正部は、前記距離測定部により測定された前記任意点までの距離と、前記加工基準面までの距離と、の大小関係に応じて、前記対応関係を補正する、としてもよい。

この構成によれば、対応関係補正部は、任意点までの距離と、加工基準面までの距離と、の大小関係に応じて対応関係を補正する。この構成は、対応関係をより適切に補正し、ひいては、加工精度を高く保つ上で有効である。

また、本開示の第３の側面によれば、前記対応関係補正部は、前記任意点までの距離が前記加工基準面までの距離に比して長い場合は、前記表示部上で前記加工ブロックと前記設定面の中央部とが接近し、かつ前記加工ブロックが相対的に小さくなるように、前記対応関係を補正し、前記任意点までの距離が前記加工基準面までの距離に比して短い場合は、前記表示部上で前記加工ブロックと前記設定面の中央部とが離間し、かつ前記加工ブロックが相対的に大きくなるように、前記対応関係を補正する、としてもよい。

この構成によれば、対応関係補正部は、前述した画角の広がりを利用して、対応関係を補正する。この構成は、対応関係をより適切に補正し、ひいては、加工精度を高く保つ上で有効である。

また、本開示の第４の側面によれば、前記対応関係補正部は、前記表示部上で前記加工ブロックの移動及びサイズ変更のうちの少なくとも一方を実行することにより、前記対応関係を補正する、としてもよい。

この構成によれば、対応関係補正部は、加工ブロックの移動等を実行することによって対応関係を補正する。このように構成することで、設定面上に複数の加工ブロックが設定される場合であっても、加工ブロック毎に対応関係を補正することができる。このことは、対応関係をより適切に補正し、ひいては、加工精度を高く保つ上で有効である。

また、本開示の第５の側面によれば、前記対応関係補正部は、前記表示部上で前記撮像画像の移動及びサイズ変更のうちの少なくとも一方を実行することにより、前記対応関係を補正する、としてもよい。

この構成によれば、対応関係補正部は、撮像画像の移動等を実行することによって対応関係を補正する。この構成は、対応関係をより適切に補正し、ひいては、加工精度を高く保つ上で有効である。

以上説明したように、前記レーザ加工装置によれば、その設定時における加工パターンの表示態様と、実際に加工される加工パターンと、のずれを低減し、ひいては加工精度を高く保つことができる。

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は、マーカヘッドの外観を例示する斜視図である。 図５は、レーザ光走査部の構成を例示する図である。 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は、三角測距方式について説明する図である。 図１０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１１は、印字設定、サーチ設定及び測距設定の作成手順を例示するフローチャートである。 図１２は、加工領域と設定面の関係を例示する図である。 図１３は、表示部における表示内容を例示する図である。 図１４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１５Ａは、カメラ座標系での撮像画像の表示サイズを示す図である。 図１５Ｂは、印字座標系での撮像画像の表示サイズを示す図である。 図１５Ｃは、撮像画像の表示サイズをカメラ座標系と印字座標系とで比較して示す図である。 図１６は、画角補正処理を説明するための図である。 図１７は、画角補正処理の具体例を示すフローチャートである。 図１８は、画角補正処理における算出手順を説明するための図である。 図１９は、画角補正処理を施した後の表示内容を例示する図である。 図２０は、複数の印字ブロックを有するワークを例示する図である。 図２１は、台形補正について説明するための図である。 図２２は、画角補正処理の別例を説明するための図である。 図２３は、画角補正処理の別例を示すフローチャートである。

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、レーザ光の照射位置をワーク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（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。

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（ワークＷの高さ）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。

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。

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。

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。

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（印字条件ともいう）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。

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。

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、並びに、バーコード及びＱＲコード（登録商標）等の図形の内容（マーキングパターン）と、レーザ光に求める出力（目標出力）と、ワークＷ上でのレーザ光の走査速度（スキャンスピード）と、のうちの１つ以上が含まれる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

（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。

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又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。

（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、並びに同軸カメラ６及び広域カメラ（非同軸カメラ）７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。

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。

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。

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。

このように、制御部１０１は、近赤外レーザ光の２次元走査を実現するようにレーザ光走査部４を制御することができる。制御部１０１は、本実施形態における「走査制御部」の例示である。

（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、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。

以下、励起光生成部１１０の各部について順番に説明する。

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。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。

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。

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。

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。

（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。

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、同軸カメラ６と、非同軸カメラとしての広域カメラ７と、を備えている。このレーザ加工装置Ｌは、同軸カメラ６及び広域カメラ７の少なくとも一方を作動させることで、ワークＷの表面を撮像することができる。

マーカコントローラ１００は、同軸カメラ６及び広域カメラ７の少なくとも一方によって撮像された画像に基づく処理を行うべく、対応関係補正部１０８と、表示制御部１０９と、を備えている。

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。

なお、距離測定部１０３、対応関係補正部１０８及び表示制御部１０９は、制御部１０１によって構成してもよい。例えば、制御部１０１が対応関係補正部１０８を兼用してもよい。

距離測定部１０３、対応関係補正部１０８及び表示制御部１０９の詳細は後述する。

＜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、ワークＷの表面を撮像する同軸カメラ６及び広域カメラ７と、を備えている。

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３６、及び、ワークＷの表面を撮像する同軸カメラ６など、複数の部材が組み合わされてなる。

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。

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。

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の外部へレーザ光を出射するための透過ウインドウ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を嵌め込むことによって構成されている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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へと案内するレーザ光路Ｐの少なくとも一部を形成する。レーザ光案内部３は、そうしたレーザ光路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及びガイド光源（ガイド光出射部）３６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。

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。

レーザ光案内部３により構成されるレーザ光路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により構成されるレーザ光路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。

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。

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。

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。

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。

−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。そ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。

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。

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。

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。

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。

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。

−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。

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。

−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。

具体的に、Ｚスキャナ３３は、筐体１０の内部において、レーザ光路Ｐのうち、ガイド光合流機構としての上流側合流機構３１からレーザ光走査部４までの光路の途中に設けられている。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

−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における光学部材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。

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。

−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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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及び光学部材３５ａと略同じ高さ位置で、かつ光学部材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、光学部材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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の光学部材３５ａを通過したガイド光、又は、同部材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。

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）。

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、ワークＷの表面上に設定される加工領域Ｒ１に近赤外レーザ光を照射して、その加工領域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。

（同軸カメラ６）
同軸カメラ６は、レーザ光出力部２からレーザ光走査部４までのレーザ光路Ｐから分岐した撮像光軸Ａ１を有する（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。同軸カメラ６は、レーザ光走査部４を介してワーク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撮像画像Ｐｗを生成することができる。同軸カメラ６は、本実施形態における「撮像部」の例示である。

同軸カメラ６は、加工用の近赤外レーザ光と同軸化された撮像手段として構成されている。同軸カメラ６は、広域カメラ７よりも視野サイズこそ狭いが、撮像画像Ｐｗとして、加工領域Ｒ１を相対的に高倍率で拡大した同軸画像を生成したり、レーザ光走査部４を介して撮像領域を２次元走査したり、することができる。同軸カメラ６は、例えば、加工領域Ｒ１の一部を局所的に拡大して撮像するために用いられる。

同軸カメラ６によって生成された撮像画像Ｐｗは、その少なくとも一部を拡大縮小した状態で、表示部８０１上に表示することができる。

本実施形態に係る同軸カメラ６は、筐体１０に内蔵されている。具体的に、同軸カメラ６は、レーザ光案内部３において、ベンドミラー３４と略同じ高さに配置されている。同軸カメラ６は、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。同軸カメラ６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。同軸カメラ６は、そうして入射した反射光を結像することで、ワークＷの表面を撮像することができる。なお、同軸カメラ６のレイアウトは、適宜、変更可能である。例えば、同軸カメラ６及びベンドミラー３４の高さを互いに異ならせてもよい。

同軸カメラ６が結像に用いる反射光は、前述の下流側光路Ｐｄから分岐して伝搬する。よって、レーザ光走査部４を適宜作動させることで、図１２に例示する加工領域Ｒ１を２次元的に走査することができる。

なお、本実施形態に係る同軸カメラ６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。

（広域カメラ７）
広域カメラ７は、レーザ光路Ｐから分岐した撮像光軸Ａ２を有する（図１２参照）。広域カメラ７は、レーザ光走査部４の非介在下でワークＷを撮像することにより、同軸カメラ６により生成される画像よりも視野サイズの広い撮像画像Ｐｗを生成することができる。

広域カメラ７は、加工用の近赤外レーザ光と非同軸化された撮像手段として構成されている。広域カメラ７は、レーザ光走査部４を介した２次元走査こそできないが、同軸カメラ６よりも視野サイズが広く、撮像画像Ｐｗとして、加工領域Ｒ１を相対的に広視野で撮像した広域画像を生成することができる。広域カメラ７は、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を含んだ撮像画像Ｐｗを生成することができ、同軸カメラ６と同様に、本実施形態における「撮像部」を例示している。広域カメラ７は、例えば、加工領域Ｒ１全体を一度に撮像するために用いられる。

広域カメラ７によって生成された撮像画像Ｐｗは、その少なくとも一部を拡大縮小した状態で、表示部８０１上に表示することができる。表示部８０１は、広域カメラ７によって生成された撮像画像Ｐｗと、同軸カメラ６によって生成された撮像画像Ｐｗと、を並べて表示したり、２種類の撮像画像Ｐｗのうちの一方を択一的に表示したり、することができる。

本実施形態に係る広域カメラ７は、透過ウインドウ１９の直上方に配置されており、その撮像レンズを下方に向けた姿勢で固定されている。前述のように、広域カメラ７の撮像光軸Ａ２は、前述した近赤外レーザ光の光軸Ａｚと同軸化されていない（図３Ａ、図３Ｂ及び図１２を参照）。

（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、それをワーク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。

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、測距光を投光するためのモジュールとして構成された測距光出射部５Ａと、測距光を受光するためのモジュールとして構成された測距光受光部５Ｂと、を備えている。

このうち、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、レーザ光走査部４に向けて出射する。

一方、測距光受光部５Ｂは、測距光出射部５Ａと同様に筐体１０の内部に設けられており、ワークＷの表面上で反射されてレーザ光走査部４及び下流側合流機構３５を介して戻っ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。

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。

また、測距ユニット５は、前述の光学部材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、光学部材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。

そこで、測距ユニット５と光学部材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）。

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光学部材３５ａに入射する。一方、レーザ光走査部４に戻って光学部材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。

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。

−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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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における光学部材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の外部へ出射することになる。

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。

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の光学部材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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

−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共通である。

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。

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。

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、は所定の関係を以て関連付いている。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。

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。

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、詳しくは測距光の反射光が、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。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。

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）を自動又は手動で決定する。続いて、レーザ加工装置Ｌは、印字加工を実行するに先だって、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、測定された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。

−加工基準面について−
測距光及び近赤外レーザ光は、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、近赤外レーザ光が照射されるべき印字点は、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、マーカコントローラ１００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。

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、走査制御部としての制御部１０１）は、図１５Ａ等に例示するように、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、透過ウインドウ１９を挟んでレーザ光走査部４の反対側に位置しており、レーザ光走査部４から所定の間隔を開けて設定されている。具体的に、加工基準面Ｒｂは、透過ウインドウ１９の下方に設けられており、この透過ウインドウ１９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、透過ウインドウ１９越しに加工基準面Ｒｂと向い合うことになる
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。

以下、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１０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１１は、印字設定、サーチ設定及び測距設定の作成手順を例示するフローチャートであり、図１２は、加工領域Ｒ１と設定面Ｒ４の関係を例示する図であり、図１３は、表示部８０１における表示内容を例示する図である。

また、図１４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。

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だって、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に照射する近赤外レーザ光及び測距光の出力等の条件設定を作成する（ステップＳ１）。

このステップＳ１において作成された設定内容は、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設定内容を参照する。レーザ加工装置Ｌは、参照された設定内容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）。

図１１は、図１０のステップＳ１における具体的な処理を例示している。

まず、ステップＳ１１において、レーザ加工装置Ｌに内蔵されている同軸カメラ６又は広域カメラ７は、加工領域Ｒ１の少なくとも一部を含んだ撮像画像Ｐｗを生成する。同軸カメラ６又は広域カメラ７によって生成された撮像画像Ｐｗは、操作用端末８００に出力される。

操作用端末８００における表示部８０１は、加工領域Ｒ１に対応付けられた設定面Ｒ４を表示するとともに、その設定面Ｒ４に撮像画像Ｐｗを重ねて表示する（図１２及び図１３参照）。これにより、表示部８０１における設定面Ｒ４上に規定される座標系（印字座標系）と、撮像画像Ｐｗ上に規定される座標系（カメラ座標系）と、を対応付けることができる。例えば、ユーザが撮像画像Ｐｗを見ながら印字点を指定することで、設定面Ｒ４を介して加工領域Ｒ１上に印字することができるようになる。撮像画像Ｐｗは、設定面Ｒ４を通じて種々の設定を行う際の背景画像として機能する。

続くステップＳ１２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。

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）Ｐｍ、及び、この印字パターンＰｍの位置を示す印字ブロックＢが含まれる。印字ブロックＢ、印字パターンＰｍ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。また、印字ブロックＢは、後述の測距位置Ｉと紐付けられて用いられる。

表示部８０１は、印字パターンＰｍ及び印字ブロックＢを撮像画像Ｐｗと重ね合わせて表示することができる。例えば、図１３では、ワークＷの表面上に、「１２３」という数字からなる印字パターンＰｍと、これを取り囲む矩形状の印字ブロックＢと、が設定面Ｒ４上に配置されており、表示部８０１は、そうして配置された印字パターンＰｍ及び印字ブロックＢを、撮像画像Ｐｗと重ね合わせて表示する。

なお、印字パターンＰｍは「加工パターン」の例示であり、印字ブロックＢは「加工ブロック」の例示である。「印字パターン」及び「印字ブロック」という名称は、便宜的なものに過ぎず、その用途を限定することを意図したものではない。

また、図示は省略したが、設定面Ｒ４上に複数のワークＷを表示してもよいし、図１３に例示するように、１つのワークＷのみを表示してもよい。また、１つのワークＷ上に、複数の印字ブロックＢを配置してもよい。印字パターンＰｍについても、例えばＱＲコード（登録商標）等、文字列以外のパターンを用いることができる。

図１１のステップＳ１２に戻ると、同ステップでは、例えばユーザが手動で印字ブロックＢを作成し、その印字ブロックＢを設定面Ｒ４上に配置する。前述のように設定面Ｒ４と撮像画像Ｐｗとが関連付いているため、ユーザは、撮像画像Ｐｗを視認しながら印字ブロックＢを配置することができる。

そうして、１つ又は複数の印字ブロックＢが配置されると、ユーザは、印字ブロックＢ毎に印字パターンＰｍを決定する。印字パターンＰｍの決定は、例えば、ユーザが操作部８０２を操作するとともに、その際の操作入力に基づいて、操作部８０２がマーカコントローラ１００に印字パターンＰｍを入力することによって実行される。

設定部１０７は、そうして配置された印字ブロックＢ、及び、印字ブロックＢ毎に決定された印字パターンＰｍを読み込んで、それを加工条件として設定する。本実施形態に係る設定部１０７は、設定面Ｒ４上での印字ブロックＢの座標（印字座標系での座標）等を、条件設定記憶部１０２等に一時的に又は継続的に記憶させる。

前述のように、設定面Ｒ４は、撮像画像Ｐｗと重ね合わせて表示されることから、本実施形態に係る設定部１０７は、撮像画像Ｐｗと重ね合わせるようにして、設定面Ｒ４上に印字ブロックＢを設定することになる。設定部１０７は、本実施形態における「加工ブロック設定部」の例示である。

なお、加工条件には、近赤外レーザ光に係る条件（以下、「レーザ条件」という）も含まれる。このレーザ条件には、近赤外レーザ光の出射位置、近赤外レーザ光の目標出力（レーザパワー）、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）、近赤外レーザ光の繰り返し周波数（パルス周波数）、近赤外レーザ光のレーザスポットを可変にするか否か（スポット可変）、及び、近赤外レーザ光が印字パターンＰｍをなぞる回数（印字回数）のうちの少なくとも１つが含まれる。図１３の右下に表示されるメニューＤ１に例示するように、こうした加工条件は、印字ブロックＢ毎に設定することができる。

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。

そこで、ステップＳ１２から続くステップＳ１３では、設定部１０７は、ＸＹ方向の位置ズレを補正するための条件設定（サーチ設定）を作成する。本実施形態に係るレーザ加工装置Ｌは、ＸＹ方向における位置ズレを補正するための手法として、例えば、パターンサーチを用いることができる。

パターンサーチを用いる場合、設定部１０７は、パターンサーチに係る条件（サーチ条件）として、ワークＷの位置を特定するためのパターン領域（不図示）と、パターン領域（不図示）の移動範囲として定義されるサーチ領域（不図示）と、を撮像画像Ｐｗ上に設定する。

設定部１０７によって設定されたサーチ条件は、サーチ設定として条件設定記憶部１０２等に記憶される。サーチ設定の作成が完了すると、設定部１０７は、ステップＳ１３からステップＳ１４へ進む。

また一般に、製造ラインを稼動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Ｓ１３から続くステップＳ１４では、Ｚ方向の位置ズレを補正するための条件設定（測距設定）を作成する。

具体的に、このステップＳ１４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、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位置Ｉを、撮像画像Ｐｗ上に設定する（図１３の星印を参照）。この測距位置Ｉは、基本的にはワークＷの表面と重なり合うように設定されるものであり、測距光が照射されるべき座標を示している。

なお、設定部１０７は、複数の印字ブロックＢが設定されている場合には、印字ブロックＢ毎に測距条件を設定することができる。この場合、設定部１０７は、各印字ブロックＢ内に測距位置Ｉを設定することができる（図１３の星印を参照）。これに代えて、設定部１０７は、各印字ブロックＢの外部に測距位置Ｉを設定してもよい。

設定部１０７によって設定された測距条件は、測距設定として条件設定記憶部１０２等に記憶される。測距設定の作成が完了すると、設定部１０７は、ステップＳ１４からステップＳ１５に進む。設定部１０７は、全ての設定が作成されたものとしてステップＳ１５からリターンする。

（印字加工の実行）
図１４は、図１０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１４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。

まず、図１４に示す各ステップに先だって、図１０のステップＳ１と、図１１のステップＳ１１〜ステップＳ１５と、を用いて説明したように、マーカコントローラ１００は、所定のワークＷについて、印字パターンＰｍ及び印字ブロックＢ等の設定（印字設定）と、パターン画像等の設定（サーチ設定）と、測距位置Ｉ等の設定（測距設定）と、を予め作成する。

各設定の作成が完了することで、マーカコントローラ１００は、図１４に例示した制御プロセスを実行可能な状態となる。この制御プロセスは、主なプロセスとして、ＸＹトラッキング（ＸＹ方向におけるパターンサーチ）を実行するための制御プロセスと、Ｚトラッキング（Ｚ方向における高さ測定）を実行するための制御プロセスと、を含んだ構成とされている。

まず、図１４のステップＳ３１において、ＰＬＣ９０２等からマーカコントローラ１００にトリガ入力される。測距設定をはじめとする種々の設定に用いたワークＷと同種のワークＷが搬送される。

ステップＳ３１から続くステップＳ３２において、マーカコントローラ１００は、同軸カメラ６又は広域カメラ７を介して撮像画像（カメラ画像）Ｐｗを生成し、生成された撮像画像Ｐｗを設定面Ｒ４と重ね合わせて表示する。

そして、ステップＳ３２から続くステップＳ３３において、マーカコントローラ１００は、サーチ対象とした印字ブロックＢの各々について、サーチ設定（サーチ条件）を読み込む。

そして、ステップＳ３３から続くステップＳ３４において、マーカコントローラ１００がパターンサーチを実行する。パターンサーチを実行することで、印字設定、サーチ設定及び測距設定の作成に用いたワークＷと、運用時に新たに搬送されてきたワークＷと、の間のＸＹ方向における位置ズレが検出される。

続いて、ステップＳ３５において、マーカコントローラ１００は、測距対象とした印字ブロックＢの各々について、測距設定（測距条件）を読み込む。

そして、ステップＳ３５から続くステップＳ３６において、距離測定部１０３は、測距ユニット５を作動させることによって、マーカヘッド１から測距位置Ｉまでの距離、ひいては、その測距位置ＩにおけるワークＷの高さを測定する。

続いて、ステップＳ３７において、マーカコントローラ１００は、ステップＳ３４の検出結果に基づいて、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、このステップＳ３７では、ＸＹ方向におけるワークＷの位置ズレを減殺するように、設定面Ｒ４上での印字ブロックＢの位置を補正する。

続いて、ステップＳ３８において、マーカコントローラ１００は、ステップＳ３６の検出結果に基づいて、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、このステップＳ３８では、Ｚ方向におけるワークＷの位置ズレに基づいて、近赤外レーザ光の焦点位置を補正する。

続いて、ステップＳ３９において、マーカコントローラ１００は、マーカヘッド１を介してワークＷに対する印字加工を実行してリターンする。

＜画角補正処理について＞
図１５Ａは、カメラ座標系での撮像画像Ｐｗの表示サイズを示す図である。また、図１５Ｂは、印字座標系での撮像画像Ｐｗの表示サイズを示す図であり、図１５Ｃは、撮像画像Ｐｗの表示サイズをカメラ座標系と印字座標系とで比較して示す図である。

さらに、図１６は、画角補正処理を説明するための図である。

以下の説明において、“ファー面”とは、前述の加工基準面Ｒｂに比して、マーカヘッド１から離間した平面を指す。また、“ニア面”とは、その加工基準面Ｒｂに比して、マーカヘッド１に近接した平面を指す。また、“センター面”とは、加工基準面Ｒｂと略同じ距離に設定される平面を指す（図１５Ａ、図１５Ｂ参照）。

図１３に例示したように、撮像画像Ｐｗ上に印字パターンＰｍを重ねて表示することで、その印字パターンＰｍの位置及び大きさを加工前の設定時に確認することができる。

ところが、例えば、所定の高さを有するワークＷに印字パターンＰｍを形成する場合、撮像手段としての同軸カメラ６又は広域カメラ７における画角θｖの広がりに起因して、加工前の設定時に表示される印字パターンＰｍの位置及び大きさと、実際に加工される印字パターンＰｍの位置及び大きさと、の間にズレが生じる可能性がある。そうしたズレは、加工精度を高く保つには不都合である。

具体的に、図１５Ａに例示するように、撮像画像Ｐｗのサイズは、ワークＷの表面までの距離に応じて変化することになる。例えば、ワークＷの表面までの距離が相対的に長い“ファー面”の場合は、その距離が相対的に短い“センター面”及び“ニア面”の場合に比して、同軸カメラ６又は広域カメラ７の撮像視野が広くなる。この場合、撮像視野の大きさは、ワークＷの表面までの距離が長くなるに従って、画角θｖに応じて広がっていくことになる。

ゆえに、撮像視野が広くなった分だけ、その画角θｖの内側に入り込むワークＷのサイズは相対的に縮小することになる。そうしたワークＷを撮像することによって生成される撮像画像Ｐｗは、その撮像画像Ｐｗの中央部を中心として、相対的にズームダウンしていくことになる。

また、撮像視野内に映り込むワークＷのサイズが変化するに伴い、そのワークＷ上に設定される任意点の位置も変化することになる。この場合、ワークＷ、ひいては撮像画像Ｐｗ上に設定される任意点（例えば、図１５Ａにおける星印の角部）は、ワークＷの相対的なズームダウンに伴って、見かけ上、撮像画像Ｐｗの中央部に接近していくことになる。

このように、撮像画像Ｐｗ上に規定されるカメラ座標系は、そのワークＷの表面までの距離に応じて変化していくことになる。例えば２次元のＸＹ座標系であれば、Ｘ方向の単位ベクトルの長さと、Ｙ方向の単位ベクトルの長さと、がズームアップに伴い長くなり、ズームダウンに伴い短くなる。

一方、設定面Ｒ４上に規定される印字座標系は、ワークＷの表面までの距離に関係なく定義される座標系であり、一般には、距離に関係なく一定となる。よって、その設定面Ｒ４上に配置される印字ブロックＢのサイズ及び位置は、図１５Ｂに例示するように、ワークＷの表面までの距離に関係なく一定となる。

すなわち、図１５Ｃに例示するように、カメラ座標系におけるセンター面Ｘｃのサイズと、印字座標系におけるセンター面Ｘｃ’のサイズと、が一致すると仮定した場合、カメラ座標系におけるファー面Ｘｆのサイズは、撮像画像Ｐｗがズームダウンしたことによって、印字座標系におけるファー面Ｘｆ’のサイズよりも小さくなる。また、この場合、カメラ座標系におけるニア面Ｘｎのサイズは、撮像画像Ｐｗがズームアップしたことによって、印字座標系におけるニア面Ｘｎ’のサイズよりも大きくなる。

しかし、ワークＷの表面までの距離に応じて、印字座標系における設定面Ｒ４上で印字ブロックＢのサイズ及び位置が一定となる一方で、カメラ座標系における撮像画像Ｐｗのサイズ及び位置が変化してしまっては、ユーザが撮像画像Ｐｗを見ながら印字ブロックＢを設定したときに、表示部８０１上でのる印字パターンＰｍの位置及び大きさと、実際に形成される印字パターンＰｍの位置及び大きさと、の間にズレを生む可能性があるため不都合である。

対して、本実施形態に係るマーカコントローラ１００は、測距ユニット５による測定結果を利用して、画角θｖに起因したズレを補正することができる。以下、そうしたズレを補正するための処理を「画角補正処理」と呼称するとともに、その画角補正処理について詳細に説明する。

なお、画角補正処理の実行タイミングとしては、印字設定時（例えば、図１１においてステップＳ１２を実行するタイミング）としてもよいし、レーザ加工装置Ｌの運用時（例えば、図１３においてＳ３９を実行する直前のタイミング）としてもよい。前者の実行タイミングを採用した場合、ユーザによる印字ブロックＢの設定を補助することができる。後者の実行タイミングを補助した場合、ユーザに認識させずにバックグラウンドで実行することができる。

画角補正処理が開始されると、まず、走査制御部としての制御部１０１は、測距光出射部５Ａから出射された測距光が、印字ブロックＢに対応付けられた加工領域Ｒ１内の任意点Ｉｃに照射されるよう、レーザ光走査部４を制御する。ここで、任意点Ｉｃは、印字ブロックＢの内側（例えば、印字ブロックＢの中央部）に設定してもよいし、印字ブロックＢの外側に設定してもよい。また、印字ブロックＢが複数設定されている場合は、印字ブロックＢごとに任意点Ｉｃを設定してもよいし、複数の印字ブロックＢに共通の任意点Ｉｃを設定してもよい。

次いで、測距光受光部５Ｂは、その任意点Ｉｃで反射されてレーザ光走査部４を介して戻った測距光を受光する。そして、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から任意点Ｉｃまでの距離を測定する。この測定によって、ワークＷの高さがファー面Ｘｆに相当するのか、ニア面Ｘｎに相当するのか、あるいは、センター面Ｘｃに相当するのかを決定することができる。

そして、対応関係補正部１０８は、距離測定部１０３による測定結果に基づいて、表示部８０１上での撮像画像Ｐｗに対する印字ブロックＢの相対的な位置及び大きさのうちの少なくとも一方からなる対応関係を補正する。より詳細には、対応関係補正部１０８は、距離測定部１０３により測定された任意点Ｉｃまでの距離と、加工基準面Ｒｂまでの距離と、の大小関係に応じて、対応関係を補正する。対応関係補正部１０８によって補正された対応関係は、表示制御部１０９へと入力される。表示制御部１０９は、補正された対応関係を反映するように、表示部８０１における表示態様を制御する。

ここで、対応関係を補正するためには、撮像画像Ｐｗの位置及び大きさを変更してもよいし、印字ブロックＢの相対的な位置及び大きさを変更してもよい。適宜、いずれかの構成を採用すればよい。

以下、後者の構成を採用した場合について説明する。この場合、対応関係補正部１０８は、表示部８０１上で印字ブロックＢの移動及びサイズ変更のうちの少なくとも一方を実行することにより、対応関係を補正することができる（図１６参照）。

例えば、任意点Ｉｃまでの距離が加工基準面Ｒｂまでの距離よりも長い場合は、その任意点Ｉｃは、ファー面Ｘｆ上に存在することになる。ここで、図１６の下段に例示するように、印字座標系において、撮像画像Ｐｗにおける左上の隅部の内側に印字ブロックＢを配置する場合を考える。

任意点Ｉｃがファー面Ｘｆ上に存在する場合、カメラ座標系では、印字座標系に比して撮像画像Ｐｗが相対的にズームダウンすることと、印字ブロックＢ自身はサイズ変更も移動もしないことと、に起因して、撮像画像Ｐｗの隅部から印字ブロックＢがはみ出すとともに、撮像画像Ｐｗに比して印字ブロックＢが相対的に大きくなる。

任意点Ｉｃがファー面Ｘｆ上に存在する場合、対応関係補正部１０８は、図１６の下段に例示するように、表示部８０１上で印字ブロックＢと設定面Ｒ４の中央部Ｐｃとが接近し、かつ印字ブロックＢが相対的に小さくなるように、対応関係を補正する。

この場合、対応関係の補正は、表示部８０１上で印字ブロックＢの移動及びサイズ変更を実行することによって行われる（印字ブロックＢの位置及びサイズが、表示上、変更される）。具体的に、印字ブロックＢは、設定面Ｒ４の中央部Ｐｃに接近するように移動させられるとともに、より小さなサイズに変更される。印字ブロックＢの移動及びサイズ変更に伴って、その印字ブロックＢに対応付いた印字パターンＰｍについても移動及びサイズ変更が実行される。カメラ座標系で補正された印字ブロックＢ’は、印字座標系と同様に、撮像画像Ｐｗにおける左上の隅部からはみ出すことなく配置されるようになる。

一方、任意点Ｉｃまでの距離が加工基準面Ｒｂまでの距離よりも短い場合は、その任意点Ｉｃは、ニア面Ｘｎ上に存在することになる。ファー面Ｘｆについての説明と同様に、印字座標系において、撮像画像Ｐｗにおける左上の隅部の内側に印字ブロックＢを配置した場合を考える（図１６の上段を参照）。

任意点Ｉｃがニア面Ｘｎ上に存在する場合、カメラ座標系では、印字座標系に比して撮像画像Ｐｗが相対的にズームアップすることと、印字ブロックＢ自身はサイズ変更も移動もしないことと、に起因して、撮像画像Ｐｗの隅部から離間して設定面Ｒ４の中央部Ｐｃに近接するように印字ブロックＢが相対移動するとともに、撮像画像Ｐｗに比して印字ブロックＢが相対的に小さくなる。

任意点Ｉｃがニア面Ｘｎ上に存在する場合、対応関係補正部１０８は、図１６の上段に例示するように、表示部８０１上で印字ブロックＢと設定面Ｒ４の中央部Ｐｃとが離間し、かつ印字ブロックＢが相対的に大きくなるように、対応関係を補正する。

この場合、対応関係の補正は、表示部８０１上で印字ブロックＢの移動及びサイズ変更を実行することによって行われる。具体的に、印字ブロックＢは、設定面Ｒ４の中央部Ｐｃから離間するように移動させられるとともに、より大きなサイズに変更される。印字ブロックＢの移動及びサイズ変更に伴って、その印字ブロックＢに対応付いた印字パターンＰｍについても移動及びサイズ変更が実行される。カメラ座標系で補正された印字ブロックＢ’は、印字座標系と同様に、撮像画像Ｐｗにおける左上の隅部付近に配置されることになる。

一方、任意点Ｉｃまでの距離が加工基準面Ｒｂまでの距離に一致する場合は、その任意点Ｉｃは、センター面Ｘｃ上に存在することになる。この場合、前述の如き補正は不要となる。よって、対応関係補正部１０８は、任意点Ｉｃがセンター面Ｘｃ上に存在する場合、対応関係を非補正とする（対応関係を補正しない）。

−画角補正処理の具体例−
続いて、画角補正処理の具体例について詳細に説明する。図１７は、画角補正処理の具体例を示すフローチャートであり、図１８は、画角補正処理における算出手順を説明するための図であり、図１９は、画角補正処理を施した後の表示内容を例示する図である。また、図２０は、複数の印字ブロックＢを有するワークＷを例示する図であり、図２１は、台形補正について説明するための図である。

図１７に例示する制御プロセスは、例えば印字設定時に実行される。まず、ステップＳ１０１において、対応関係補正部１０８は、画角補正処理による補正対象とする印字ブロックＢを選択する。続くステップＳ１０２において、対応関係補正部１０８は、距離測定部１０３を介することで、ステップＳ１０１で選択された印字ブロックＢにおける任意点Ｉｃ（図１７の例では、印字ブロックＢの中心点）までの距離を測定し、その任意点ＩｃにおけるワークＷの高さを測定する。

続くステップＳ１０３において、対応関係補正部１０８は、ステップＳ１０２で得られた測定値（ワークＷの高さの測定値）と、加工基準面Ｒｂの高さと、に基づいて、印字ブロックＢの移動量と、その拡大率又は縮小率と、を算出する。

このステップＳ１０３では、例えば、以下の処理を実行することができる。

まず、加工基準面Ｒｂ（センター面Ｘｃ）上での撮像画像Ｐｗの表示サイズ（表示部８０１上に表示されるサイズ）をＳ_０とし、同軸カメラ６又は広域カメラ７から加工基準面Ｒｂまで距離をｄとし、Ｚ方向（高さ方向）における加工基準面Ｒｂからの変位量をｚ（加工基準面Ｒｂを原点とした場合の高さ）とすると、対応関係補正部１０８は、例えば下式（１）に基づいて、加工基準面Ｒｂに対して高さ方向にｚだけ変位した平面上での撮像画像Ｐｗの表示サイズＳ（ｚ）を算出する。

Ｓ（ｚ）＝Ｓ_０×ｄ／（ｄ−ｚ） …（１）

例えば、加工基準面Ｒｂに比して＋Δｚ（＞０）だけマーカヘッド１に近接したニア面では、表示倍率はｄ／（ｄ−Δｚ）となり、１を超えることになる。この場合、撮像画像Ｐｗは、表示部８０１上で拡大されることになる。

一方、加工基準面Ｒｂに比して−Δｚ（＜０）だけマーカヘッド１から離間したファー面では、表示倍率はｄ／（ｄ＋Δｚ）となり、１を下回ることになる。この場合、撮像画像Ｐｗは、表示部８０１上で縮小されることになる。

次いで、加工基準面Ｒｂ上でのＸＹ方向（水平方向）における表示位置をｘｙ_０（撮像画像Ｐｗの中央部Ｐｃからの変位量）とすると、対応関係補正部１０８は、例えば下式（２）に基づいて、加工基準面Ｒｂに対して高さ方向にｚだけ変位した平面上での、画角の広がりを考慮した表示位置ｘｙ（ｚ）を算出する。

ｘｙ（ｚ）＝ｘｙ_０×ｄ／（ｄ−ｚ） …（２）

例えば、加工基準面Ｒｂに比して＋Δｚ（＞０）だけマーカヘッド１に近接したニア面では、表示位置の差分Δｘｙは、を下式（３）によって与えることができる。

Δｘｙ＝ｘｙ（＋Δｚ）−ｘｙ（０）
＝ｘｙ_０×Δｚ／（ｄ−Δｚ）
＞０ …（３）

Δｘｙの符号が示すように、ニア面Ｘｎでは、撮像画像Ｐｗの中央部Ｐｃから離間するように表示位置が移動することになる。

また、加工基準面Ｒｂに比して−Δｚ（＜０）だけマーカヘッド１に離間したファー面では、座標位置の差分Δｘｙは、下式（４）によって与えることができる。

Δｘｙ＝ｘｙ（−Δｚ）−ｘｙ（０）
＝ｘｙ_０×（−Δｚ）／（ｄ＋Δｚ）
＜０ …（４）

Δｘｙの符号が示すように、ファー面Ｘｆでは、撮像画像Ｐｗの中央部Ｐｃに接近するように表示位置が移動することになる。

ステップＳ１０３から続くステップＳ１０４において、対応関係補正部１０８は、ステップＳ１０３で算出された移動量と、拡大率又は縮小率と、を用いて表示部８０１上での対応関係を補正するとともに、表示制御部１０９を介することで、そうして補正された対応関係を、表示部８０１上での印字ブロックＢの表示態様に反映する。印字ブロックＢの表示態様が補正されると、それに対応付いた印字パターンＰｍの表示態様も補正される。

画角補正処理を行うことで、図１９に例示するように、表示部８０１上には、少なくとも、補正後の印字ブロックＢ’と、補正後の印字パターンＰｍ’と、が表示される。ユーザは、補正後の印字ブロックＢ’を視認しつつ、そのサイズ、配置等を整えることができるようになる。

ステップＳ１０４から続くステップＳ１０５において、マーカコントローラ１００は、全ての印字ブロックＢに係る対応関係を補正したか否かを判定し、その判定がＹＥＳの場合はリターンする一方、ＮＯの場合はステップＳ１０１へ戻る。

対応関係の補正内容は、印字ブロックＢ毎に異ならせることができる。例えば、図２０に例示するように、１つのワークＷ上に４つの印字ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４と、各印字ブロックＢ１〜Ｂ４に対応付いた４つの印字パターンＰｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍ３，Ｐｍ４と、が設定される場合を考える。なお、図２０は、画角補正処理を施した後の状態を例示する図である。

この場合、印字ブロックＢ２は、印字ブロックＢ１に比してニア面側に位置することになり、印字ブロックＢ３は、印字ブロックＢ２に比してニア面側に位置することになり、印字ブロックＢ４は、印字ブロックＢ３に比してニア面側に位置することになる。

したがって、画角補正処理を施すことで、図２０に例示するように、印字ブロックＢ１（印字パターンＰｍ１）、印字ブロックＢ２（印字パターンＰｍ２）、印字ブロックＢ３（印字パターンＰｍ３）及び印字ブロックＢ４（印字パターンＰｍ４）の順で、撮像画像Ｐｗの中央部から離れるように（画像上での上側へ向かって）移動するよう補正されるとともに、印字ブロックＢ１（印字パターンＰｍ１）、印字ブロックＢ２（印字パターンＰｍ２）、印字ブロックＢ３（印字パターンＰｍ３）及び印字ブロックＢ４（印字パターンＰｍ４）の順で、各印字ブロックＢが徐々に拡大されることになる。

また、例えばワークＷの表面が傾斜している場合には、印字ブロックＢ毎に台形補正を行ってもよい。この場合、例えば図２１に示すように、印字ブロックＢの四隅をなす測距位置Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４について高さ測定し、その測定結果に基づいて、各測距位置Ｉ１〜Ｉ４を四隅とするように台形補正すればよい。この場合、測距位置Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４が、それぞれ、補正位置Ｉ１’，Ｉ２’，Ｉ３’，Ｉ４’に変換される。

以上説明したように、本開示に係る対応関係補正部１０８は、距離測定部１０３による測定結果に基づいて、撮像画像Ｐｗに対する印字ブロックＢの相対的な位置及び大きさのうちの少なくとも一方からなる対応関係を補正する。

そうした対応関係を補正することで、所定の高さを有するワークＷに印字パターンＰｍを形成する場合、つまり、図２０に例示したように、ワークＷの表面までの距離が必ずしも一定とはならない場合であっても、その設定時における印字パターンＰｍの表示態様と、実際に加工される印字パターンＰｍと、のズレを低減し、ひいては加工精度を高く保つことができるようになる。

また、図１６等に例示するように、対応関係補正部１０８は、任意点Ｉｃまでの距離と、加工基準面Ｒｂまでの距離と、の大小関係に応じて対応関係を補正する。この構成は、対応関係をより適切に補正し、ひいては、加工精度を高く保つ上で有効である。

また、図１８等に例示するように、対応関係補正部１０８は、画角θｖの広がりを利用して、対応関係を補正する。この構成は、対応関係をより適切に補正し、ひいては、加工精度を高く保つ上で有効である。

また、図１６等に例示するように、対応関係補正部１０８は、印字ブロックＢの移動及びサイズ変更を実行することによって対応関係を補正する。このように構成することで、設定面Ｒ４上に複数の印字ブロックＢが設定される場合であっても、印字ブロックＢ毎に対応関係を補正することができる。このことは、対応関係をより適切に補正し、ひいては、加工精度を高く保つ上で有効である。

＜画角補正処理の別例について＞
図２２は、画角補正処理の別例を説明するための図であり、図２３は、画角補正処理の別例を示すフローチャートである。

前記実施形態では、対応関係補正部１０８は、表示部８０１上で印字ブロックＢの移動及びサイズ変更のうちの少なくとも一方を実行することにより、対応関係を補正するように構成されていたが、本開示は、この構成には限定されない。印字ブロックＢに代えて、撮像画像Ｐｗの位置及び大きさを変更してもよい。

すなわち、対応関係補正部１０８は、表示部８０１上で撮像画像Ｐｗの移動及びサイズ変更のうちの少なくとも一方を実行することにより、前述した対応関係を補正することもできる。

ここで、印字座標系において、撮像画像Ｐｗにおける左上の隅部の内側に印字ブロックＢを配置する例を考える。図２２の下段に例示するように、任意点Ｉｃがファー面Ｘｆ上に存在する場合、カメラ座標系では、撮像画像Ｐｗの隅部から印字ブロックＢがはみだすばかりでなく、撮像画像Ｐｗに比して印字ブロックＢが相対的に大きくなる。

任意点Ｉｃがファー面Ｘｆ上に存在する場合、対応関係補正部１０８は、前記実施形態と同様に、表示部８０１上で印字ブロックＢと設定面Ｒ４の中央部Ｐｃとが接近し、かつ印字ブロックＢが相対的に小さくなるように、対応関係を補正する。

この場合、対応関係の補正は、表示部８０１上で撮像画像Ｐｗの移動及びサイズ変更を実行することによって行われる。具体的に、撮像画像Ｐｗは、設定面Ｒ４の中央部Ｐｃから離間するように引き延ばされる。撮像画像Ｐｗを引き延ばすことによって、印字ブロックＢは、印字座標系と同様に、撮像画像Ｐｗにおける左上の隅部からはみだすことなく配置されるようになる。

一方、図２２の上段に例示するように、任意点Ｉｃがファー面Ｘｆ上に存在する場合、カメラ座標系では、撮像画像Ｐｗの隅部から離間して設定面Ｒ４の中央部Ｐｃに近接するように印字ブロックＢが移動するばかりでなく、撮像画像Ｐｗに比して印字ブロックＢが相対的に小さくなる。

任意点Ｉｃがニア面Ｘｎ上に存在する場合、対応関係補正部１０８は、前記実施形態と同様に、表示部８０１上で印字ブロックＢと設定面Ｒ４の中央部Ｐｃとが離間し、かつ印字ブロックＢが相対的に大きくなるように、対応関係を補正する。

この場合、対応関係の補正は、表示部８０１上で撮像画像Ｐｗの移動及びサイズ変更することによって行われる。具体的に、撮像画像Ｐｗは、設定面Ｒ４の中央部Ｐｃへ向かって縮小される。撮像画像Ｐｗを縮小することによって、印字ブロックＢは、印字座標系と同様に、撮像画像Ｐｗにおける左上の隅部付近に配置されるようになる。

一方、任意点Ｉｃまでの距離が加工基準面Ｒｂまでの距離に一致する場合は、その任意点Ｉｃは、センター面Ｘｃ上に存在することになる。この場合、対応関係補正部１０８は、対応関係を非補正とする（対応関係を補正しない）。

図２２に例示する制御プロセスは、例えば印字設定時に実行される。まず、ステップＳ１０１’において、対応関係補正部１０８は、画角補正処理による補正対象とする印字ブロックＢを選択し、そうして選択された印字ブロックＢの中心を任意点Ｉｃに設定する。そして、対応関係補正部１０８は、距離測定部１０３を介して任意点Ｉｃの高さを測定する。

続くステップＳ１０２’において、対応関係補正部１０８は、ステップＳ１０１’で得られた測定値（ワークＷの高さの測定値）と、加工基準面Ｒｂの高さと、に基づいて、撮像画像Ｐｗの移動量と、その拡大率又は縮小率と、を算出する。

続くステップＳ１０３’において、対応関係補正部１０８は、ステップＳ１０２’で算出された移動量と、拡大率又は縮小率と、を用いて表示部８０１上での対応関係を補正するとともに、表示制御部１０９を介することで、そうして補正された対応関係を撮像画像Ｐｗの表示態様に反映する。

ここで、撮像画像Ｐｗの生成に同軸カメラ６を用いた場合、表示制御部１０９は、走査制御部としての制御部１０１を介して撮像光軸Ａ１を走査するとともに、走査後の同軸カメラ６によって生成された撮像画像Ｐｗを適宜拡大又は縮小する。一方、撮像画像Ｐｗの生成に広域カメラ７を用いた場合、表示制御部１０９は、広域カメラ７によって生成された撮像画像Ｐｗを適宜拡大又は縮小する。

また、例えばワークＷの表面が傾斜している場合には、背景画像としての撮像画像Ｐｗに台形補正を行ってもよい。

以上説明したように、対応関係補正部１０８は、図２１等に示した例では、撮像画像Ｐｗの移動及びサイズ変更を実行することによって対応関係を補正する。このように構成は、対応関係をより適切に補正し、ひいては、加工精度を高く保つ上で有効である。

なお、本実施形態では、距離測定部１０３による測定結果に基づいて、撮像画像Ｐｗに対する加工ブロック（印字ブロックＢ）の相対的な位置及び大きさのうち少なくとも一方からなる対応関係を補正することとしているが、このような補正を行う第１モードを用意するとともに、所定長さ（例えば２ｍｍや３ｍｍ等）からなる実寸を指定する第２モードを用意し、これら第１モードと第２モードとをユーザ選択可能に構成してもよい。つまり、レーザ加工装置Ｌは、操作用端末８００におけるユーザ操作に基づいて、少なくとも第１モードと第２モードのいずれかを選択するモード選択部を備えてもよい。モード選択部によって第２モードが選択されている場合には、距離測定部１０３による測定結果によって加工ブロック（印字ブロックＢ）の相対的な位置及び大きさは変化しない。なお、第２モードの対象となる加工ブロックは、「文字列」と「ロゴ」のみに限定してもよい。また、実寸を指定する方法として、ブロックサイズを直接入力する以外にも、バーコードのモジュール幅、２次元コードのセルサイズ、フォト写真における画素分解能など、実寸指定につながる様々なサイズパラメータを指定することができる。

第２モードについて別の言い方をすれば、見た目優先モードと呼ぶこともできる。見た目優先モードは、特定の領域内に印字したい、所定範囲に収まる中で文字列が最も大きくなるよう印字したい、といったように、ワークＷの余白サイズに合わせて印字サイズを決定したいユーザニーズを満たすものである。見た目優先モードでは、ワークＷの高さが変わった場合に、加工ブロック（印字ブロックＢ）のサイズも併せて変える。すなわち、ワークＷの高さが高くなった分だけ、今度は加工ブロック（印字ブロックＢ）のサイズを小さくすることで、見た目の変化を相殺する。より具体的には、幅５ｍｍの加工ブロックのＺ座標が高くなり、１０％大きく見える場合、見た目上のサイズは、５ｍｍ×１．１＝５．５ｍｍに変化することになる。これを５ｍｍに戻すため、加工ブロックのサイズを４．５５ｍｍに変更する。その結果、見た目上のサイズは、４．５５ｍｍ×１．１＝５ｍｍとなる。このように、位置合わせをしてから高さを変更しても、見た目で合わせた調整結果が維持されることになる。

１ マーカヘッド
２ レーザ光出力部
３ レーザ光案内部
４ レーザ光走査部
５ 測距ユニット
５Ａ 測距光出射部
５Ｂ 測距光受光部
６ 同軸カメラ（撮像部）
７ 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）
１０２ 条件設定記憶部（記憶部）
１０３ 距離測定部
１０７ 設定部（加工ブロック設定部）
１０８ 対応関係補正部
１１０ 励起光生成部
８０１ 表示部
Ｐｍ 印字パターン（加工パターン）
Ｂ 印字ブロック（加工ブロック）
Ｐｗ 撮像画像
Ｒ１ 加工領域
Ｒ４ 設定面
Ｐｃ 設定面の中央部
Ｒｂ 加工基準面
Ｉｃ 任意点
Ｌ レーザ加工装置
Ｓ レーザ加工システム
Ｗ ワーク（被加工物）

Claims (5)

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、を備え、
   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レーザ加工装置であって、
   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撮像画像を生成する撮像部と、
   前記加工領域に対応付けられた設定面に、前記撮像画像を重ねて表示する表示部と、
   前記撮像画像と重ね合わせるように、前記設定面上に前記加工パターンの位置を示す加工ブロックを設定する加工ブロック設定部と、
   前記レーザ加工装置から前記被加工物の表面までの距離を測定するための測距光を、前記レーザ光走査部に向けて出射する測距光出射部と、
   前記測距光出射部から出射された測距光が、前記加工ブロックに対応付けられた前記加工領域内の任意点に照射されるよう、前記レーザ光走査部を制御する走査制御部と、
   前記任意点で反射されて前記レーザ光走査部を介して戻った測距光を受光する測距光受光部と、
   前記測距光受光部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前記レーザ加工装置から前記任意点までの距離を測定する距離測定部と、
   前記距離測定部による測定結果に基づいて、前記表示部上での前記撮像画像に対する前記加工ブロックの相対的な位置及び大きさのうちの少なくとも一方からなる対応関係を補正する対応関係補正部と、を備える
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 請求項１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、該レーザ光走査部から所定の間隔を空けて設定され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し、
   前記対応関係補正部は、前記距離測定部により測定された前記任意点までの距離と、前記加工基準面までの距離と、の大小関係に応じて、前記対応関係を補正する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
3. 請求項２に記載されたレーザ加工装置において、
   前記対応関係補正部は、
   前記任意点までの距離が前記加工基準面までの距離に比して長い場合は、前記表示部上で前記加工ブロックと前記設定面の中央部とが接近し、かつ前記加工ブロックが相対的に小さくなるように、前記対応関係を補正し、
   前記任意点までの距離が前記加工基準面までの距離に比して短い場合は、前記表示部上で前記加工ブロックと前記設定面の中央部とが離間し、かつ前記加工ブロックが相対的に大きくなるように、前記対応関係を補正する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
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、
   前記対応関係補正部は、前記表示部上で前記加工ブロックの移動及びサイズ変更のうちの少なくとも一方を実行することにより、前記対応関係を補正する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
5. 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、
   前記対応関係補正部は、前記表示部上で前記撮像画像の移動及びサイズ変更のうちの少なくとも一方を実行することにより、前記対応関係を補正する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。

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