JP7115973B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

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、被加工物までの距離を測定可能なレーザ加工装置が知られている。

例えば特許文献１には、レーザ光源から出射される加工用のレーザ光（パルスレーザ光）を集光する対物集光用レンズと、この対物集光用レンズと被加工物（加工対象物）との距離を計測する測距センサと、この測距センサによる計測結果に基づき、レーザ光の焦点位置を調整するアクチュエータと、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１に係る測距センサは、対物集光用レンズから離間している。すなわち、この測距センサは、レーザ光の光軸から外れた位置に配置されることになる。

また、特許文献２には、前記特許文献１に係る測距センサの別例として、被加工物（加工対象物）までの距離を測定するための測距光（計測用レーザ光）を出射する変位センサ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に係る変位センサは、レーザ光を出射する光学系ユニットから離間しており、前記特許文献１に係る測距センサと同様に、レーザ光の光軸から外れた位置に配置されている。

そして、前記特許文献２に開示されているレーザ加工装置は、ステージ上に設置された被加工物（加工対象物）に対して変位センサから測距光を照射するとともに、その反射光を変位センサによって適宜検出することで、被加工物までの距離を測定するようになっている。

特開２００６－３１５０３１号公報 特開２００８－２１５８２９号公報

しかしながら、前記特許文献１に係る測距センサは、前述のように、加工用のレーザ光の光軸から外れた位置に配置されるため、そのレーザ光の照射先から離れた定点までの距離が測定されるに過ぎない。前記特許文献１に開示されているレーザ加工装置を用いた場合、同装置に対して被加工物を移動させなくては、被加工物における測定部位を変更することはできない。このことは、前記特許文献２に係る変位センサを用いた場合も同様である。

そこで、前記特許文献２に開示されているようなレーザ加工装置においては、変位センサから出射される測距光と、加工用のレーザ光の光軸とを同軸にすることが考えられる。この場合、加工用のレーザ光を走査するためのガルバノスキャナ等を作動させることで、測距光が走査されて測定部位をスムースに変更することが可能になる。

ところが、このような構成を採った場合、測距光とレーザ光との合流部から被加工物までの距離が長くなる傾向にある。そのため、被加工物の表面上で反射された測距光が、変位センサにおける受光素子上で適切なスポットを形成せず、測定精度を低下せしめる虞がある。

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、被加工物までの距離を精度よく測定することにある。

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へ照射するとともに、該被加工物の表面上で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、を備えるレーザ加工装置に係る。

そして、本開示の第１の側面によれば、前記レーザ加工装置は、前記筐体の内部に設けられ、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出射する測距光出射部と、前記筐体の内部において前記測距光出射部の光軸を挟むように各々の光軸が配置され、前記測距光出射部から出射されて前記被加工物により反射された測距光をそれぞれ受光する一対の受光素子と、前記一対の受光素子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被加工物の表面までの距離を測定する距離測定部と、前記筐体の内部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、前記測距光出射部から出射された測距光を前記光路に合流させることにより前記レーザ光走査部を介して前記被加工物へと導くとともに、前記被加工物により反射されて前記レーザ光走査部へ戻る測距光を前記一対の受光素子へ導く合流機構と、前記筐体の内部において前記一対の受光素子それぞれの光軸が通過するように配置され、前記合流機構と前記一対の受光素子とを結ぶ光路の途中に設けられているとともに、前記被加工物により反射されて前記合流機構を通過した測距光を、前記一対の受光素子それぞれの受光面に集光させる受光レンズと、を備える。

この構成によれば、レーザ加工装置から被加工物の表面までの距離を測定する場合、測距光出射部が測距光を出射する。測距光出射部から出射された測距光は、合流機構と、レーザ光走査部と、を順番に通過して被加工物に照射される。被加工物に照射された測距光は、被加工物によって反射された後、レーザ光走査部と、合流機構と、を逆行して受光レンズに至る。そして、受光レンズを通過した測距光が、一対の受光素子それぞれの受光面に到達する。この受光面における測距光の受光位置に基づいて、距離測定部が被加工物の表面までの距離を測定する。

ここで、合流機構は、レーザ光出力部とレーザ光走査部との間に設けられており、測距光出射部から出射された測距光と、レーザ光出力部から出射されたレーザ光とを同軸にする。よって、測距光が、レーザ光走査部よりも上流側の光路において同軸化されることになるから、レーザ光走査部を作動させることで、測距光を走査することができる。

さらに、受光レンズは、合流機構と一対の受光素子との間に設けられており、合流機構を通過した測距光を集光させることができる。これにより、測距光が受光面上で適切なスポットを形成し、ひいては、被加工物までの距離を精度よく測定することができる。

また、受光素子を一対の部材とすることで、例えば被加工物の形状に起因したケラレによって、一方の受光素子において測距光が良好に受光されなかった場合であっても、他方の受光素子で受光した測距光に基づいて距離を測定することが可能になる。

また、本開示の第２の側面によれば、前記合流機構から前記一対の受光素子までの光路長が、前記合流機構から前記測距光出射部までの光路長よりも長い、としてもよい。

この構成によれば、各受光素子は、合流機構に対して測距光出射部よりも離れて配置される。これにより、各受光素子が離れている分だけ、受光レンズと各受光素子との距離が長くなり、ひいては測定分解能を高めることが可能になる。

また、本開示の第３の側面によれば、前記一対の受光素子は、前記測距光出射部の光軸に直交する方向に並んでいる、としてもよい。

また、本開示の第４の側面によれば、前記測距光出射部は、前記一対の受光素子と前記受光レンズとの間に設けられ、かつ前記測距光出射部の光軸が通過するように配置された投光レンズを有する、としてもよい。

この構成によれば、受光レンズは、測距光出射部から出射された測距光を集光する。これにより、測距光とレーザ光とを良好に同軸化することができる。

また、本開示の第５の側面によれば、前記筐体の内部には、前記測距光出射部の光軸に沿って延びる支持台が設けられ、前記測距光出射部は、前記投光レンズによって集光される測距光を出射する測距光源を有し、前記測距光源及び前記投光レンズは、双方とも前記支持台を介して固定される、としてもよい。

この構成によれば、測距光源と投光レンズが一体的な投光モジュールを成し、測距光源と投光レンズとの相対的な位置関係を保つ上で有利になる。

また、本開示の第６の側面によれば、前記一対の受光素子及び前記受光レンズは、双方とも前記支持台の上に固定される、としてもよい。

この構成によれば、一対の受光素子と受光レンズが、支持台を介して固定される。これにより、各受光素子と受光レンズが一体的な受光モジュールを成し、各受光素子と受光レンズとの相対的な位置関係を保つ上で有利になる。

さらに、前記の構成によれば、投光モジュールと受光モジュールとが支持台を介して一体化されるため、測距光に係る部品の取付が容易になるとともに、出射側の光路と受光側の光路を近接させる上で有利になる。

また、本開示の第７の側面によれば、前記受光レンズは、一対の受光レンズから成り、前記一対の受光素子のうちの一方には、前記一対の受光レンズの一方の光軸が通過し、前記一対の受光素子のうちの他方には、前記一対の受光レンズの他方の光軸が通過する、としてもよい。

また、本開示の第８の側面によれば、前記受光レンズの主面と、前記一対の受光素子それぞれの受光面と、がシャインプルーフの原理に従わないように配置されている、としてもよい。

また、本開示の第９の側面によれば、前記受光レンズと前記一対の受光素子それぞれの受光面との間、及び、前記合流機構と前記受光レンズとの間の少なくとも一方には、前記受光面に入射する光量を調整するための絞りが設けられている、としてもよい。

一般に、受光レンズの主面と、受光素子の受光面は、レイアウトの都合上、互いに傾斜して配置される場合がある。この場合、いわゆるシャインプルーフの原理に従うように配置することで、受光面上に焦点を結ぶことができるものの、それぞれのレイアウトが制限されてしまう。

対して、前記の構成によれば、敢えてシャインプルーフの原理に従わないように配置することで、受光レンズと各受光素子を自由にレイアウトすることができるとともに、絞りを設けることで精度よく距離を測定することが可能になる。

また、本開示の第１０の側面によれば、前記筐体は、少なくとも前記レーザ光走査部、前記合流機構、前記一対の受光素子、及び、前記受光レンズの下方に位置する底板を有し、前記レーザ光走査部、前記合流機構、前記受光レンズ及び前記一対の受光素子は、前記底板から見て、略同じ高さに配置されている、としてもよい。

この構成によれば、各部品の高さ位置を略同じとすることで、部品同士を結ぶ光路の折返しの数を抑制することができる。そのことで、反射ミラー等、光路を折返すための部品点数を減らすことができ、製造コストを抑制することが可能になる。

また、本開示の第１１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、該第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、から成り、前記一対の受光素子は、前記被加工物により反射され、かつ前記第１スキャナと前記第２スキャナとにより反射された測距光を受光し、前記一対の受光素子は、前記第１スキャナ及び前記第２スキャナとの相対的な位置関係が互いに異なるように配置され、前記距離測定部は、前記一対の受光素子のうちの少なくとも一方において測距光を受光した場合に、該測距光の受光位置に基づいて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、としてもよい。

この構成によれば、被加工物により反射された測距光は、第１スキャナと第２スキャナによって反射されて各受光素子に入射する。ここで、被加工物における測定部位次第では、第１スキャナ及び第２スキャナにより反射された測距光が各受光素子に到達しなかったり、そもそも、第１スキャナ又は第２スキャナに入射しなかったりする可能性がある。測距光が受光素子に到達しない場合、被加工物までの距離を測定することはできない。

しかしながら、前記のように、一対の受光素子は、第１スキャナ及び第２スキャナとの相対的な位置関係が互いに異なるように配置されている。そのため、例えば第２スキャナによって反射された測距光が一方の受光素子には入射しないような状況であったとしても、他方の受光素子には入射する可能性がある。いずれか一方の受光素子に入射した測距光を用いて距離を測定するように構成することで、被加工物において距離を測定可能な領域を広げることができる。

また、本開示の第１２の側面によれば、前記測距光出射部は、前記被加工物における測定箇所の周辺部に対し、複数回にわたって測距光を出射し、前記距離測定部は、複数回にわたって出射された測距光それぞれの反射光に基づいて、前記レーザ加工装置から前記周辺部までの距離を複数回にわたって測定し、前記距離測定部は、複数回にわたって測定された前記レーザ加工装置から前記周辺部までの距離に基づき、前記レーザ加工装置から前記測定箇所までの距離を推定する、としてもよい。

また、本開示の第１３の側面によれば、前記距離測定部は、複数回にわたって測定された前記レーザ加工装置から前記周辺部までの距離のうちの少なくとも一部を抽出することにより、前記レーザ加工装置から前記測定箇所までの距離を推定するとともに、該抽出された距離の割合に基づいて測定値の確からしさを決定する、としてもよい。

また、本開示の第１４の側面によれば、前記距離測定部は、前記確からしさが所定以下の場合は、前記レーザ加工装置から前記測定箇所までの距離を再測定する、としてもよい。

以上説明したように、前記レーザ加工装置によれば、被加工物までの距離を精度よく測定することができる。

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、マーカヘッドの内部構造を例示する側面図である。 図６は、マーカヘッドの内部構造を例示する斜視図である。 図７は、レーザ光案内部におけるガイド光出射部周辺の構成を例示する図である。 図８は、レーザ光走査部の構成を例示する斜視図である。 図９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断面図である。 図１０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１１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１２は、測距ユニットのレイアウトを例示する斜視図である。 図１３は、測距ユニットの構成を例示する斜視図である。 図１４は、測距ユニットの構成を例示する断面図である。 図１５Ａは、シャインプルーフの原理に従うレイアウトを例示する図である。 図１５Ｂは、シャインプルーフの原理に従わないレイアウトを例示する図である。 図１６Ａは、受光レンズ周辺の構成を例示する正面図である。 図１６Ｂは、受光レンズ周辺の構成を例示する斜視図である。 図１７Ａは、受光レンズを省略して示す図１６Ａ対応図である。 図１７Ｂは、受光レンズを省略して示す図１６Ｂ対応図である。 図１８は、三角測距方式について説明する図である。 図１９は、ワークの加工手順を例示するフローチャートである。 図２０Ａは、拡散反射光を例示する図である。 図２０Ｂは、正反射光を例示する図である。 図２１Ａは、拡散反射光の受光量を例示する図である。 図２１Ｂは、正反射光の受光量を例示する図である。 図２２Ａは、一対の受光素子に入射する拡散反射光を例示する図である。 図２２Ｂは、一対の受光素子に入射する正反射光を例示する図である。 図２３は、一対の受光素子を用いた測距手順について例示する図である。 図２４は、周辺スキャニングについて例示する図である。 図２５は、周辺スキャニングによる平均処理について例示する図である。 図２６は、周辺スキャニングによる平均処理の具体的な手順について例示するフローチャートである。 図２７は、光学系のレイアウトを模式的に示す図である。 図２８は、光学系のレイアウトを模式的に示す図である。 図２９は、光学系のレイアウトを模式的に示す図である。

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（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までの距離を測定するとともに、その測定結果を利用して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の動作状況およ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。

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（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、操作要端末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、少なくともこの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）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。

（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及び測距ユニット５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。

（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ユニット或いは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によ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。

距離測定部１０３は、制御部１０１によって構成してもよい。例えば、制御部１０１に距離測定部１０３を兼用させてもよい。

距離測定部１０３の具体的な機能については、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、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、及び、ガイド光を出射するガイド光源（ガイド光出射部）３５など、複数の部材が組み合わされてなる。

また、詳細は後述するが、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の外部にレーザ光を出射するための出射窓部１９が設けられている。出射窓部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部材を嵌め込むことによって構成されている。

図５はマーカヘッド１の内部構造を例示する側面図であり、図６はマーカヘッド１の内部構造を例示する斜視図である。以下の記載において、「筐体１０の長手方向」とは図５の紙面左右方向を指し、図５の紙面右側を「長手方向一側」と呼称する一方、同図の紙面左側を「長手方向他側」と呼称する。同様に、「筐体１０の短手方向」とは図５の紙面に面直な方向を指し、図５の紙面奥側を「短手方向一側」と呼称する一方、同図の紙面手前側を「短手方向他側」と呼称する。

他の図においても、図５における長手方向に対応する方向を「筐体１０の長手方向」と呼称する場合がある。同様に、図５における短手方向に対応する方向を「筐体１０の短手方向」と呼称する場合がある。なお、以下の記載においては、筐体１０の長手方向を単に「前後方向」と呼称したり、筐体１０の短手方向を単に「左右方向」と呼称したりする場合もある。

また、以下の記載における「上下方向」とは、図５における紙面上下方向に等しい。他の図においても、これに対応する方向を「上下方向」と呼称する場合がある。

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～図６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～図６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６における左側）の空間と、他側（図６における右側）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、例えば図６に示すように、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、後述の図８及び図１２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（図１０等も参考）。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、例えば図６及び図９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。具体的に、この実施形態に係る測距ユニット５は、例えば図１２に示すように、ヒートシンク２２の下方に配置されており、前述の底板１０ａではなく、ベースプレート１２に対して側方から締結されている。

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。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。

前述のように、下流側合流機構３５は、レーザ光案内部３からレーザ光走査部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と、を合流させるように構成されている。ところが、短手方向一側の空間にレーザ光走査部４が配置されるのに対し、測距ユニット５は、ベースプレート１２を挟んで短手方向他側の空間に配置されることになる。そこで、図５に示すように、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１２ａが形成されている（図１２も参照）。この貫通孔１２ａ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。

また、筐体１０の後面には、前述の光ファイバーケーブルが接続されている。この光ファイバーケーブルは、第１スペースＳ１内に配置されるレーザ光出力部２に接続されている。

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を形成するための第１ベンドミラー３２及び第２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。

図７は、レーザ光案内部３におけるガイド光源３６周辺の構成を例示する図であり、図８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９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１０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１１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６及び図７に示すように、レーザ光案内部３は、仕切部１１の上方（具体的には、筐体１０の上下方向中央部に比して、やや上方）に設けられた出力窓部１６を介して、レーザ光出力部２と光学的に結合している。これにより、レーザ光出力部２から出力された近赤外レーザ光は、出力窓部１６を通じてレーザ光案内部３に入射する。

出力窓部１６を通じて入射した近赤外レーザ光は、第１ベンドミラー３２と第２ベンドミラー３４によって順番に反射され、レーザ光案内部３を通過する。第１ベンドミラー３２と第２ベンドミラー３４との間には、第１ベンドミラー３２により反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が配置されている。Ｚスキャナ３３を通過して第２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。

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における出力窓部１６から、前述の上流側合流機構３１と、第１ベンドミラー３２と、を順番に経由して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、第２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。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において出力窓部１６及び上流側合流機構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３１ａを有している。後述のように、このダイクロイックミラー３１ａ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３１ａを透過したガイド光と、同ミラー３１ａ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、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、本実施形態に係る上流側合流機構３１は、近赤外レーザ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３１ａを有している。より詳細には、図７等に例示するように、ダイクロイックミラー３１ａは、その一方側の鏡面を出力窓部１６に向け、かつ他方側の鏡面をガイド光源３６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３１ａにおける一方側の鏡面には近赤外レーザ光が入射する一方、他方側の鏡面にはガイド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３１ａは、ガイド光を透過させる一方で、レーザ光を反射することができる。これにより、ガイド光を上流側光路Ｐｕに合流させ、近赤外レーザ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及びガイド光は、図７に示すように第１ベンドミラー３２へ至る。

－第１ベンドミラー３２－
第１ベンドミラー３２は、上流側光路Ｐｕの途中に設けられており、該光路Ｐｕを折り曲げて下方に向けるように配置されている。具体的に、第１ベンドミラー３２は、上流側合流機構３１におけるダイクロイックミラー３１ａと略同じ高さに配置されており、上流側合流機構３１によって同軸化され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。

第１ベンドミラー３２によって反射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を通過して第２ベンドミラー３４に至る。

－Ｚスキャナ３３－
焦点調整部としてのＺスキャナ３３は、第１ベンドミラー３２と第２ベンドミラー３４との間に配置されており、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。

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の出射窓部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の出射窓部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。

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。

－第２ベンドミラー３４－
第２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。具体的に、第２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。

第２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）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。より詳細には、ダイクロイックミラー３５ａは、第２ベンドミラー３４と略同じ高さ位置で、かつ第２ベンドミラー３４の後方に配置されており、貫通孔１２ａに対して筐体１０の短手方向の左側に配置される。

ダイクロイックミラー３５ａはまた、図９等に示すように、その一方側の鏡面を第２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の貫通孔１２ａ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、他方側の鏡面には貫通孔１２ａを介して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、貫通孔１２ａを介して測距ユニット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１０等に示すように、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８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。

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、第２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９に示すように、第２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。

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９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、出射窓部１９からマーカヘッド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。

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、その反射光が出射窓部１９を通過するような範囲内に設定される。

（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。

図１２は、測距ユニット５のレイアウトを例示する斜視図である。また、図１３は測距ユニット５の構成を例示する斜視図であり、図１４は測距ユニット５の構成を例示する断面図である。

また、図１６Ａは受光レンズ５７周辺の構成を例示する正面図であり、図１７Ｂは受光レンズ５７周辺の構成を例示する斜視図である。そして、図１６Ａは受光レンズ５７を省略して示す図１６Ａ対応図であり、図１７Ｂは受光レンズ５７を省略して示す図１６Ｂ対応図である。

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、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と、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と、を備えている。また、測距ユニット５はさらに、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おり、ヒートシンク２２の下方に配置されている。図１０等に示すように、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。しかしながら、測距ユニット５が、筐体１０の長手方向に沿って測距光を投光するのに対し、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。

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の内部には第３ベンドミラー５９が設けられている。図９～図１０等に示すように、第３ベンドミラー５９は、第１スペースＳ１における短手方向他側の空間において、ダイクロイックミラー３５ａ及び貫通孔１２ａの右方、かつ測距ユニット５の前方に配置されている。

第３ベンドミラー５９はまた、下流側合流機構３５におけるダイクロイックミラー３５ａ、並びに、測距ユニット５における測距光出射部５Ａ及び測距光受光部５Ｂと略同じ高さ位置に配置されている。そして、第３ベンドミラー５９は、その一方側の鏡面を貫通孔１２ａ及びダイクロイックミラー３５ａと、測距光出射部５Ａ及び測距光受光部５Ｂと、に向けた姿勢で固定されている。

よって、測距光出射部５Ａから第３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、貫通孔１２ａを介して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、貫通孔１２ａを介して第３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。

－支持台５０－
図１３～図１４に示すように、支持台５０は、測距光出射部５Ａの光軸、すなわち測距光出射部５Ａから出射される測距光の光軸Ａｏに沿って延びるよう形成されており、筐体１０の内部に設けられている。本実施形態に係る支持台５０は、一体的な板状体からなり、前記光軸Ａｏに沿って延びる矩形状の外形を有している。

図１２等に示すように、支持台５０は、その長手方向を筐体１０の長手方向に沿わせた姿勢で配置されており、筐体１０の底板１０ａではなく、ベースプレート１２に対して側方から締結されている。そのため、支持台５０は、図５に示すように、底板１０ａと接触することなく、この底板１０ａに対して間隔を空けた状態で固定されることになる。

支持台５０の上面５０ａには、種々の部材を取り付けることができる。具体的に、支持台５０の長手方向一側、すなわち筐体１０の後側に対応する部位には、測距光受光部５Ｂをなす一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒが設けられている。一方、支持台５０の長手方向他側、すなわち筐体１０の前側に対応する部位には、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒとともに測距光受光部５Ｂをなす受光レンズ５７が設けられている。測距光受光部５Ｂを構成する部材のうち、少なくとも一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒ及び受光レンズ５７は、双方とも支持台５０の上に固定することができる。

一方、測距光出射部５Ａは、支持台５０における一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒと、受光レンズ５７と、の間の上面に固定されている。図１４に示すように、本実施形態に係る測距光出射部５Ａは、測距光を出射する測距光源５１と、この測距光源５１から出射された測距光を集光する投光レンズ５２がモジュール化されてなる。測距光出射部５Ａを構成する部材のうち、少なくとも測距光源５１及び投光レンズ５２は、双方とも支持台５０の上に固定することができる。

－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したがって、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レンズ台５８に至る。

レンズ台５８は、支持台５０における前端部の上面に固定されており、測距光受光部５Ｂにおける受光レンズ５７を下方から支持することができる。図１３に示すように、このレンズ台５８には、該レンズ台５８を支持台５０の長手方向に貫く貫通孔５８ａが設けられており、測距光源５１から出射される測距光を通過させることができる。

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、及び、レンズ台５８の貫通孔５８ａ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、第３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。

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、出射窓部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、出射窓部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、貫通孔１２ａ及び第３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、前述のレンズ台５８によって支持された受光レンズ５７と、を有している。一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒが、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及びレンズ台５８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及びレンズ台５８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Ａｌ、Ａｒ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５６ａを有しており、各受光面５６ａ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に入力されて前述の距離測定部１０３に至る。

ここで、測距光源５１の左側に配置される受光素子５６Ｌは、その受光面５６ａを斜め左前方に向けた姿勢で固定されており、測距光源５１の右側に配置される受光素子５６Ｒは、その受光面５６ａを斜め右前方に向けた姿勢で固定されている。

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５６ａ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、画素ごと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５６ａ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。

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、その反射光の強度を検出することができる。

また、下流側合流機構３５から各受光素子５６Ｌ、５６Ｒまでの光路長は、下流側合流機構３５から測距光出射部５Ａまでの光路長よりも長い。このことは、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒが、測距光出射部５Ａの後方に配置されていることからも理解されよう。

これにより、測距光出射部５Ａの光路長に比して、測距光受光部５Ｂの光路長が長くなる。測距光受光部５Ｂの光路長を長くした分だけ、受光レンズ５７から各受光素子５６Ｌ、５６Ｒまでの距離が長くなるから、筐体１０のサイズに制約がある中で、筐体１０の大型化を防ぎつつ、測距光受光部５Ｂにおける測定分解能を高める上で有利になる。

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Ａｌ、Ａｒ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５６ａ、５６ａに集光させることができる。

受光レンズ５７はまた、上下方向においては、前述の第３ベンドミラー５９と、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒそれぞれの受光面５６ａと略同じ高さに配置されている。よって、レーザ光走査部４、下流側合流機構３５、受光レンズ５７及び一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、筐体１０の底板１０ａから見て、略同じ高さに配置されることになる。

なお、本実施形態に係る受光レンズ５７は、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒと同様に、左右一対の受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒとして構成されている。一対の受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒ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。

そして、一対の受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒのうち、左側に位置する一方の受光レンズ５７Ｌは、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒのうち、左側に位置する一方の受光素子５６Ｌの光軸Ａｌが通過するように配置されている。同様に、一対の受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒのうち、右側に位置する一方の受光レンズ５７Ｒは、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒのうち、右側に位置する一方の受光素子５６Ｒの光軸Ａｒが通過するように配置されている。

また図１４に例示するように、左右方向における受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒ同士の間隔は、同方向における受光素子５６Ｌ、５６Ｒ同士の間隔よりも短い。

一対の受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒは、レーザ光走査部４へ戻った反射光をそれぞれ集光し、対応する受光素子５６Ｌ、５６Ｒの受光面５６ａ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を示す信号を距離測定部１０３に出力する。

詳しくは、一対の受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒは、それぞれ、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒの並び方向（左右方向）の寸法に比して、この並び方向に垂直な方向（上下方向）の寸法が長いＩカットレンズ（Ｉ字状の輪郭を有するレンズ）として構成されている。

各受光レンズ５７Ｌ、５７ＲをＩカットレンズとすることで、上下方向における寸法が長くなるから、反射光の光量をより多くすることができる。また、各受光レンズ５７Ｌ、５７ＲをＩカットレンズとすることで、例えば図１６Ａに示すように、受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒ同士の間に隙間を空けることができ、前述の貫通孔５８ａを設けるスペースを確保することができる。これにより、測距光出射部５Ａから出射される測距光と、測距光受光部５Ｂにより受光される反射光との干渉を抑制する上で有利になる。

また、図１３～図１４に例示するように、測距光出射部５Ａにおける測距光源５１及び投光レンズ５２は、前後方向において、測距光受光部５Ｂにおける一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒと、一対の受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒと、の間に配置されているところ、同方向においては、一対の受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒに比して、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒに近接して配置されている。これにより、各受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒを通過した反射光と、測距光出射部５Ａとの間の干渉を抑制する上で有利になる。

なお、左側に位置する受光レンズ５７Ｌ及び受光素子５６Ｌを例にとると、ワークＷとの距離に関係なく、受光面５６ａ上で反射光を結像するように構成するためには、いわゆるシャインプルーフの原理に従うように、測距光源５１、受光素子５６Ｌ及び受光レンズ５７Ｌを配置することが考えられる。

仮に、シャインプルーフの原理に従うような構成（いわゆる共役結像光学系）とした場合、図１５Ａに例示するように、受光素子５６Ｌの受光面５６ａに沿って延びる直線５６ｌが、測距光源５１の光軸Ａｏと、受光レンズ５７Ｌの主面に沿って延びる直線５７ｌとの交点Ｐｓに交わるように、受光素子５６Ｌの受光面５６ａを傾斜させなければならない。このことは、受光素子５６Ｌのレイアウトが制限されることを意味する。

本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、測距ユニット５の構成次第では、受光レンズ５７Ｌの主面５７ａに対し、受光素子５６の受光面５６ａが過度に傾斜してしまい、受光面５６ａにおける反射光の全反射を招き得ることに気付いた。

そこで、本実施形態においては、受光レンズ５７Ｌの主面に沿って延びる直線５７ｌと、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒそれぞれの受光面５６ａ、特に受光レンズ５７Ｌに対応する受光素子５６Ｌの受光面５６ａに沿って延びる直線５６ｌと、が敢えてシャインプルーフの原理に従わないように配置されている。

具体的に、受光素子５６Ｌの受光面５６ａに沿って延びる直線５６ｌは、図１５Ｂに例示するように、測距光源５１の光軸Ａｏと、受光レンズ５７Ｌの主面に沿って延びる直線５７ｌとの交点Ｐｓに交わらないように配置されている。このような配置を採用すれば、受光素子５６Ｌのレイアウトの自由度を高めることができる。

ただし、シャインプルーフの原理に従わないように配置した場合、受光面５６ａ上に形成される光学像（前述のスポット）の焦点が合わず、その光学像にボケが生じる可能性がある。

そこで、本実施形態においては、受光レンズ５７Ｌと、これに対応する受光素子５６Ｌの受光面５６ａとの間には、受光面５６ａに入射する光量を調整するための絞り５８ｂが設けられている。具体的に、絞り５８ｂは、受光レンズ５７Ｌの外形と同様に、左右方向の寸法に比して上下方向の寸法が長いスリットとして形成されている。絞り５８ｂはまた、受光レンズ５７Ｌを支持するためのレンズ台５８と一体に形成されており、受光レンズ５７Ｌ周辺のコンパクト化に資する。

レンズ台５８に設けた絞り５８ｂの代わりに、或いは、レンズ台５８に設けた絞り５８ｂに加えて、下流側合流機構３５と受光レンズ５７Ｌとの間に絞りを配置してもよい。この場合の絞りは、好ましくは、第３ベンドミラー５９と受光レンズ５７Ｌを結ぶ光路の途中に配置されることになる。またレンズ台５８には、測距光が受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒを通過するための開口が設けられることになるが、この開口の幅を狭めることで、開口そのものを絞りとして機能させてもよい。

ここまでに説明した構成は、右側に位置する受光レンズ５７Ｒ及び受光素子５６Ｒに付いても同様である。すなわち、右側の受光素子５６Ｒの受光面５６ａは、測距光源５１の光軸Ａｏと、右側の受光レンズ５７Ｒの主面との交点に交わらないように配置されている。そして、レンズ台５８を構成する各部のうち、右側に配置される受光レンズ５７Ｒと、これに対応する受光素子５６Ｒの受光面５６ａとの間に位置する部位には、左右方向の寸法に比して上下方向の寸法が長いスリットとして形成された絞り５８ｃが設けられている。

また、図９等から明らかなように、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、第１スキャナ４１及び第２スキャナ４２との相対的な位置関係が互いに異なるように配置されるようになっている。

マーカヘッド１の内部で反射光が辿る光路は、ワークＷの表面までの距離に応じて、出射時に測距光が辿る光路からズレることになる。そのときの距離の大きさは、受光素子５６Ｌ、５６Ｒ各々の受光面５６ａにおける受光位置に反映されることになる。そのため、各受光面５６ａにおける受光位置（本実施形態ではスポットのピークの位置）を検出することで、ワークＷの表面までの距離を測定することが可能になる。

このように、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５６ａにおける反射光の受光位置に基づいて、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１８は、三角測距方式について説明する図である。図１８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１８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５７Ｌ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、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増減することになる。

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、は所定の関係を持って関連付いている。したがって、その関係を予め把握するとともに、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まで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方法に他ならない。

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とワーク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。

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。

＜ワークＷの加工手順について＞
以下、距離測定部１０３による測定結果の使用例として、レーザ加工装置ＬによるワークＷの加工手順について説明する。図１９は、ワークＷの加工手順を例示するフローチャートである。

図１９に例示する制御プロセスは、励起光生成部１１０、レーザ光出力部２、Ｚスキャナ３３、レーザ光走査部４、測距光出射部５Ａ及びガイド光源３６を制御可能な制御部１０１によって実行可能である。

まず、ステップＳ１０１において、使用者が操作用端末８００を操作することにより、レーザ加工における加工条件が設定される。ステップＳ１０１にて設定される加工条件には、例えばワークＷの表面上に印字される文字列等の内容（マーキングパターン）、及び、そうした文字列等のレイアウトが含まれる。

続くステップＳ１０２において、制御部１０１は、ステップＳ１０１にて設定された加工条件に基づき、ワークＷの表面のうち、マーカヘッド１からの距離を測定するべき箇所（以下、「測定箇所」ともいう）を複数箇所にわたり決定する。

続くステップＳ１０３において、制御部１０１は、測距光出射部５Ａを制御することにより、レーザ加工装置ＬからワークＷの表面までの距離を、距離測定部１０３を介して測定する。

具体的に、このステップＳ１０３において、制御部１０１は、ステップＳ１０２において決定された各測定箇所に対し、測距光出射部５Ａから測距光を出射させ、その反射光を測距光受光部５Ｂにより受光させる。そして、測距光受光部５Ｂにおける反射光の受光位置を示す信号が距離測定部１０３に入力されて、距離測定部１０３がワークＷの表面までの距離を測定する。距離測定部１０３は、そうして測定された距離を示す信号を制御部１０１へと入力する。

続くステップＳ１０４において、制御部１０１は、ステップＳ１０３における測定結果、つまり各測定箇所における距離の測定値に基づいて、それぞれの測定値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。

具体的に、このステップＳ１０４において、制御部１０１は、各測定箇所におけるレンズ駆動部３３ｄの制御パラメータ、すなわち各測定箇所における入射レンズ３３ａと出射レンズ３３ｃとの相対距離を決定する。

続くステップＳ１０５において、制御部１０１は、Ｚスキャナ３３を介して各測定箇所における焦点位置を調整するとともに、Ｚスキャナ３３により焦点位置を調整した後に、ガイド光源３６を介してワークＷの表面へガイド光を照射させる。それとともに、制御部１０１は、レーザ光走査部４を制御することにより、ガイド光源３６から照射されるガイド光によってマーキングパターンをトレースする。

近赤外レーザ光にガイド光を合流させる上流側合流機構３１は、Ｚスキャナ３３の上流側に設けられているため、Ｚスキャナ３３により焦点位置を調整することで、近赤外レーザ光ばかりでなく、ガイド光の焦点位置を併せて調整することができる。

また、ガイド光によるマーキングパターンのトレースは、レーザ光走査部４を適宜制御することにより、繰り返し行われるようになっている。これにより、人間の目の残像作用により、ワークＷの表面にはマーキングパターンが連続表示される。この際、残像作用による連続表示を有効なものとするためには、ガイド光の走査速度を残像現象が生じる最低速度以上に設定することが考えられる。一方、ワークＷの材料、近赤外レーザ光の出力等の条件によっては、印字加工の際に近赤外レーザ光の走査速度が過度に遅くなる可能性がある。これを受けて、ガイド光の走査速度は、近赤外レーザ光の走査速度よりも速い速度、つまり残像現象が生ずる最低速度以上の速度に設定される。

続くステップＳ１０６において、制御部１０１は、マーキングパターンに係る設定を完了し、その設定に基づいて印字加工を実行する。なお、このステップＳ１０６に代えて、マーキングパターンに係る設定を条件設定記憶部１０２又は操作用端末８００に転送し、これを保存させてもよい。

＜下流側合流機構３５に関連した構成について＞
本実施形態によれば、レーザ加工装置Ｌ、特にマーカヘッド１からワークＷの表面までの距離を測定する場合、測距光出射部５Ａが測距光を出射する。測距光出射部５Ａから出射された測距光は、図３Ｂに示すように、下流側合流機構３５と、レーザ光走査部４と、を順番に通過してワークＷに照射される。同図に示すように、ワークＷに照射された測距光は、このワークＷによって反射された後、レーザ光走査部４と、下流側合流機構３５と、の順に戻って測距光受光部５Ｂに至る。そして図１８に示すように、この測距光受光部５Ｂにおける測距光の受光位置に基づいて、距離測定部１０３がワークＷの表面までの距離を測定する。

ここで、下流側合流機構３５は、図３Ａに示すように、焦点調整部としてのＺスキャナ３３とレーザ光走査部４とを結ぶ区間に設けられており、測距光出射部５Ａから出射された測距光と、Ｚスキャナ３３を通過した近赤外レーザ光とを同軸にする。よって、測距光が、レーザ光走査部４よりも上流側の光路にて同軸化されることになるから、レーザ光走査部４を作動させることで、測距光を走査することができる。

それと同時に、測距光は、Ｚスキャナ３３よりも下流側の光路において同軸化されることにもなる。したがって、Ｚスキャナ３３におけるケーシング３３ｅの開口３３ｆを過度に大きくせずとも、測距光による測定分解能を確保することができる。

また、本実施形態記によれば、測距光出射部５Ａから出射される測距光ばかりでなく、ワークＷにより反射されて測距光受光部５Ｂにより受光される測距光もＺスキャナ３３を通過しない。よって、測距光出射部５Ａと測距光受光部５Ｂを近接して配置することができ、温度変化に起因した筐体１０の歪み等の影響を抑制することが可能になる。このことは、距離測定部１０３による測定精度を確保する上で有効である。

また、本実施形態によれば、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は、図３Ａに示すように、上流側合流機構３１と、Ｚスキャナ３３と、下流側合流機構３５と、レーザ光走査部４と、を順番に通過してワークＷに照射される。

ここで、上流側合流機構３１は、レーザ光出力部２とＺスキャナ３３との間に設けられており、ガイド光源３６から出射されたガイド光と、レーザ光出力部２から出射されたレーザ光とを同軸にする。よって、ガイド光とレーザ光が、Ｚスキャナ３３よりも上流側の光路（上流側光路Ｐｕ）において合流することになるから、Ｚスキャナ３３を作動させることで、ガイド光の焦点位置を調整することができる。これにより、ガイド光の視認性を高めることが可能になる。

このように、本実施形態によれば、測距光の光路と、ガイド光の光路とを別々に設けることで、測距光による測定分解能と、ガイド光の視認性と、を両立させることができる。

また、図３Ａ等に示すように、ダイクロイックミラー３５ａを用いて下流側合流機構３５を構成することで、測距光及びガイド光の減衰を抑制しつつ、下流側合流機構３５によって測距光とガイド光を同軸にすることができる。

また、図１９に例示するように、ワークＷの表面上に加工パターンを投影する際に、焦点距離が調整されたガイド光を用いることができる。これにより、ガイド光、ひいては加工パターンの視認性を高めることができる。

＜下流側合流機構３５の変形例＞
前記実施形態では、測距光出射部５Ａは、ガイド光とは異なる波長を有する測距光を出射するように構成されており、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を有するものとして構成されていたが、この構成には限定されない。

例えば、下流側合流機構３５は、測距光及びガイド光の一方を分離する偏光ビームスプリッタを有する、としてもよい。この場合、測距光出射部５Ａは、ガイド光とは異なる偏光成分を有する測距光を出射することになる。

このような変形例は、例えば、図３Ａにおけるダイクロイックミラー３５ａを偏光ビームスプリッタに置き換えることで実施可能である。この場合、例えば、測距光と、ガイド光及び近赤外レーザ光と、のうちの一方を円偏光とし、他方を直線偏光とすればよい。

＜測距ユニット５に関連した構成について＞
本実施形態によれば、レーザ加工装置Ｌ、特にマーカヘッド１からワークＷの表面までの距離を測定する場合、測距光出射部５Ａが測距光を出射する。測距光出射部５Ａから出射された測距光は、図３Ｂに示すように、下流側合流機構３５と、レーザ光走査部４と、を順番に通過してワークＷに照射される。同図に示すように、ワークＷに照射された測距光は、このワークＷによって反射された後、レーザ光走査部４と、下流側合流機構３５と、の順に戻って測距光受光部５Ｂの受光レンズ５７に至る。そして、受光レンズ５７を通過した測距光（反射光）が、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒそれぞれの受光面５６ａに到達する。図１８に示すように、この受光面５６ａにおける測距光の受光位置に基づいて、距離測定部１０３がワークＷの表面までの距離を測定する。

ここで、合流機構は、レーザ光出力部とレーザ光走査部との間に設けられており、測距光出射部から出射された測距光と、レーザ光出力部から出射されたレーザ光とを同軸にする。よって、測距光が、レーザ光走査部４よりも上流側の光路（上流側光路Ｐｕ）において同軸化されることになるから、レーザ光走査部４を作動させることで、測距光を走査することができる。

さらに、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との間に設けられており、下流側合流機構３５を通過した測距光を集光させることができる。これにより、測距光が受光面５６ａ上で適切なスポットを形成し、ひいては、ワークＷまでの距離を精度よく測定することができる。

また、受光素子５６Ｌ、５６Ｒを一対の部材とすることで、例えば被加工物の形状に起因したケラレによって、一方の受光素子５６Ｌにおいて測距光が良好に受光されなかった場合であっても、他方の受光素子５６Ｒで受光した測距光に基づいて距離を測定することが可能になる。

また、図３Ｂ等に示すように、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、下流側合流機構３５に対して測距光出射部５Ａよりも離れて配置される。これにより、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒが離れている分だけ、受光レンズ５７と各受光素子５６Ｌ、５６Ｒとの距離が長くなり、ひいては測定分解能を高めることが可能になる。

また、図１３～図１４等に示すように、測距光源５１と投光レンズ５２が、支持体を介して固定される。これにより、測距光源５１と投光レンズ５２が一体的な投光モジュールを成し、測距光源５１と投光レンズ５２との相対的な位置関係を保つ上で有利になる。

また、図１３～図１４等に示すように、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒと受光レンズ５７が、支持台５０を介して固定される。これにより、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒと受光レンズ５７が一体的な受光モジュールを成し、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒと受光レンズ５７との相対的な位置関係を保つ上で有利になる。

さらに、前述の投光モジュールと受光モジュールとが支持台５０を介して一体化されるため、測距光に係る部品の取付が容易になるとともに、出射側の光路と受光側の光路を近接させる上で有利になる。

また一般に、受光レンズ５７の主面と、受光素子５６Ｌ、５６Ｒの受光面５６ａは、レイアウトの都合上、互いに傾斜して配置される場合がある。この場合、いわゆるシャインプルーフの原理に従うように配置することで、受光面５６ａ上に焦点を結ぶことができるものの、それぞれのレイアウトが制限されてしまう。

対して、図１５Ｂに示すように、敢えてシャインプルーフの原理に従わないように配置することで、受光レンズ５７と各受光素子５６Ｌ、５６Ｒを自由にレイアウトすることができるとともに、絞り５８ｂ、５８ｃを設けることで精度よく距離を測定することが可能になる。

また、レーザ光走査部４、下流側合流機構３５、受光レンズ５７及び一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒの高さ位置を略同じとすることで、部品同士を結ぶ光路の折返しの数を抑制することができる。そのことで、反射ミラー等、光路を折返すための部品点数を減らすことができ、製造コストを抑制することが可能になる。

また、ワークＷにより反射された測距光は、第１スキャナ４１と第２スキャナ４２によって反射されて各受光素子５６Ｌ、５６Ｒに入射する。ここで、ワークＷにおける測定部位次第では、第１スキャナ４１及び第２スキャナ４２により反射された測距光が各受光素子５６Ｌ、５６Ｒに到達しなかったり、そもそも、第１スキャナ４１又は第２スキャナ４２に入射しなかったりする可能性がある。測距光が受光素子５６Ｌ、５６Ｒに到達しない場合、ワークＷまでの距離を測定することはできない。

しかしながら、図９等から見て取れるように、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒは、第１スキャナ４１及び第２スキャナ４２との相対的な位置関係が互いに異なるように配置されている。そのため、例えば第２スキャナ４２によって反射された測距光が一方の受光素子５６Ｌには入射しないような状況であったとしても、他方の受光素子５６Ｒには入射する可能性がある。いずれか一方の受光素子５６Ｌ、５６Ｒに入射した測距光を用いて距離を測定するように構成することで、ワークＷにおいて距離を測定可能な領域を広げることができる。

＜一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒを用いた測定について＞
図２０Ａは拡散反射光を例示する図であり、図２０Ｂは正反射光を例示する図である。また、図２１Ａは拡散反射光の受光量を例示する図であり、図２１Ｂは正反射光の受光量を例示する図である。さらに、図２２Ａは一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒに入射する拡散反射光を例示する図であり、図２２Ｂは一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒに入射する正反射光を例示する図である。

ワークＷによって測距光が反射されると、図２０Ａに示すように、いわゆる拡散反射光が略等方的に伝搬することになる。一方、ワークＷの材料次第では、図２０Ａに示す拡散反射光に加えて、図２０Ｂに示すような正反射光が生じる可能性がある。

例えば、受光素子５６Ｌの受光面５６ａに拡散反射光のみが入射した場合、各受光位置（具体的には、受光面５６ａに配置される画素の位置）における反射光の光量（反射光が形成するスポットの光量）は、図２１Ａに示すように、所定位置Ｘ０をピークとする正規分布に従うことになる。この場合、所定位置Ｘ０を示すピーク信号が、距離測定部１０３に入力されるようになっている。

また一般に、正反射光は、拡散反射光よりも高い強度を有する。そのため、仮に、受光素子５６Ｌの受光面５６ａに正反射光が入射した場合、各受光位置における反射光の光量は、図２１Ｂに示すように、所定位置Ｘ０からずれた位置Ｘ１にピークをなすことになる。この場合、所定位置Ｘ０を示す信号ではなく、位置Ｘ１を示すピーク信号が距離測定部１０３に入力されてしまう。このような状況は、測定精度という観点からは望ましくない。

対して、本実施形態では、図２２Ａに示すように、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒを備えた構成とされている。そのため、図２２Ｂに示すように、仮に、一方の受光素子５６Ｌに正反射光が入射したとしても、他方の受光素子５６Ｒに入射した拡散反射光を用いて距離を測定することで、測定精度を確保することができる。

－具体的な制御プロセス－
図２３は、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒを用いた測距手順について例示する図である。

まずステップＳ２０１では、距離測定部１０３は、一方の受光素子５６Ｌの受光面５６ａに入射した反射光の受光量に基づいて、その反射光の強度を算出する。

続くステップＳ２０２では、距離測定部１０３は、他方の受光素子５６Ｒの受光面５６ａに入射した反射光の受光量に基づいて、その反射光の強度を算出する。

続くステップＳ２０３では、距離測定部１０３は、ステップＳ２０１で算出された強度と、ステップＳ２０２で算出された強度との偏差を算出する。そして、距離測定部１０３は、そうして算出された偏差が所定値以上であるか否かを判定する。この判定がＮＯの場合はステップＳ２０４に進み、ＹＥＳの場合はステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０４では、距離測定部１０３は、２つの受光素子５６Ｌ、５６Ｒの両方に正反射光が入射していないと判定し、ステップＳ２０５において２つの受光素子５６Ｌ、５６Ｒを用いて距離を測定する。距離測定部１０３は、例えば、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒを用いて距離を算出し、その平均値を最終的な測定結果とする。

一方、ステップＳ２０６では、距離測定部１０３は、２つの受光素子５６Ｌ、５６Ｒのいずれかに正反射光が入射していると判定し、ステップＳ２０７において２つの受光素子５６Ｌ、５６Ｒを両方とも用いずに距離を測定する。例えば、距離測定部１０３は、一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒの中から反射光の強度が相対的に小さな一方を選択し、選択された一方を用いて距離を算出することができる。あるいは、距離測定部１０３は、測距光を２次元走査して測距対象とする座標を変更することもできる。

－制御プロセスの変形例－
図２３に例示するフローチャートでは、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒにおける反射光の強度を算出して比較するように構成されていたが、この構成には限定されない。例えば、ステップＳ２０１～Ｓ２０２において、距離測定部１０３は、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒにおける反射光の強度ではなく、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒを用いて距離を測定してもよい。この場合、ステップＳ２０３においては、反射光の強度ではなく、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒを用いて計算された距離が比較されることになる。

そして、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒを用いて計算された距離の偏差が所定値以下である場合は、２つの受光素子５６Ｌ、５６Ｒの両方に正反射光が入射していないと判定され、所定値を超える場合、２つの受光素子５６Ｌ、５６Ｒのいずれかに正反射光が入射していると判定される。前者の場合は、前述のステップＳ２０５と同様に処理される。一方、後者の場合は、正反射光が入射した素子を特定するべく、各受光素子５６Ｌ、５６Ｒにおける反射光の強度を算出して比較してもよいし、前述のように、測距対象とする座標を変更してもよい。

＜一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒのレイアウトについて＞
図２７～図２９は、光学系のレイアウトを模式的に示す図である。図２７～図２９における目の荒い破線は、測距光源５１から出射されてワークＷに照射される測距光の軌跡を指す。一方、図２７～図２９における実線、及び、目の細かい破線は、ワークＷにより反射されて受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒに至る反射光の軌跡を指す。他の符号の意味するところについては、他の図面と同じである。

図２７に示すように、一対の受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒの一方のみを用いた場合、ワークＷの測定箇所次第では、反射光が第１ミラー４１ａ又は第２ミラー４２ａを通過しない可能性がある。図２７に示す例では、実線に示す反射光が第２ミラー４２ａを通過しないことから、受光レンズ５７Ｒに反射光が到達せず、距離を測定することができない。このため、距離を測定可能な領域が制限されてしまう。

これを解決するためには、測距光が辿る光路と、反射光とが辿る光路と、を可能な限り近づけることが考えられる。しかしながら、このように構成してしまうと、図２８に示すように、測距光に対して反射光が成す角度（いわゆる投受光角）が過度に小さくなるため、測定精度に改善の余地が残る。

対して、図２９に示すように、一対の受光レンズ５７Ｌ、５７Ｒの両方を用いることで、一方の受光レンズ５７Ｒに反射光が到達しないような場合であっても、他方の受光レンズ５７Ｌには反射光を到達させることが可能になる。この場合、測距光に対して反射光が成す角度（いわゆる投受光角）を相対的に大きくすることができるため、測定精度の向上に有利となる。

このように、本実施形態に係る測距ユニット５は、距離を測定可能な領域を狭めることなく、測定精度を向上させることができる。

＜周辺スキャニングを用いた測定について＞
図２４は周辺スキャニングについて例示する図であり。図２５は周辺スキャニングによる平均処理について例示する図である。

ここまでに説明した測定方法は、図２４の左図に示すように、ある座標Ｐｍ（ワークＷの表面上に定義される座標であって、以下「測距座標」ともいう）における距離を測定するものであったが、正反射の影響を抑制するための手法は、これに限定されない。例えば、以下に示す手法（以下、「周辺スキャニング」という）が考えられる。

その具体例としては、測距光出射部５Ｂは、ワークＷにおける測定箇所（前述の測距座標Ｐｍに相当）の周辺部に対し、複数回にわたって測距光を出射する。距離測定部１０３は、複数回にわたって出射された測距光それぞれの反射光に基づいて、レーザ加工装置Ｌから周辺部までの距離を複数回にわたって測定し、複数回にわたって測定された距離に基づき、レーザ加工装置Ｌから測距座標Ｐｍまでの距離を推定することができる。

すなわち、測距座標Ｐｍまでの距離を測定するのではなく、その周辺の各座標における距離を測定するとともに、その測定結果を用いて、測距座標Ｐｍまでの距離を推定する。

例えば、図２４の右図に示すように、距離測定部１０３は、略円形の軌跡を辿るように測距光を走査することにより、測距座標Ｐｍ周辺の座標Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５…を順番に測定することができる。

なお、略円形の軌跡は例示にすぎない。例えば、楕円状の軌跡に沿って走査してもよいし、渦巻状の軌跡に沿って走査してもよいし、直線状の軌跡に沿って走査としてもよい。

円形の軌跡を用いる場合であっても、その径を変更したり、２次元走査の速度を変更したり、距離を測定するタイミングを変更したりしてもよい。あるいは、円形の軌跡を複数回にわたって周回させてもよい。

例えば、円形の軌跡を用いた場合、測距光を用いて距離を測定するタイミングは、図２４の右図に示すように略等間隔のタイミングとしてもよいし、非等間隔のタイミングとしてもよい。

そうして得られる測定結果は、例えば図２５に示すように平均してもよい。図２５において、黒丸のプロットは一方の受光素子５６Ｌによる距離の測定値を示しており、白丸のプロットは他方の受光素子５６Ｒによる距離の測定値を示している。なお、各測定値は、前述の測距座標Ｐｍに対して周辺スキャニングを行った場合の測定結果に等しい。なお、ここでいう「平均」には、単純平均又はトリム平均より得られる平均値を含む。平均値の代わりに、最頻値を用いてもよい。

図２５（ａ）において、横軸に沿って延びる破線は、全ての測定値を平均して得られる平均値（初期の平均値）を指す。平均値から大きく外れるプロットは、正反射光を受光したことを意味する。前述のように、正反射光の影響は、可能な限り抑制することが求められる。

そこで、図２５（ｂ）に示すように、距離測定部１０３は、平均値と各測定値との偏差を算出し、その偏差が所定値を超える場合（具体的には、測定値が直線Ｌ１を上回る場合、又は、測定値が直線Ｌ２を下回る場合）は、その測定値は、正反射光の影響を反映したものとみなす。距離測定部１０３は、正反射光の影響を反映しているとみなした測定値を、平均値の計算から除外する。

距離測定部１０３は、複数回にわたって測定されたレーザ加工装置Ｌから周辺部までの距離のうちの少なくとも一部を（正反射光の影響を反映していないと考えられる測定値）を抽出するとともに、抽出された一部を用いて平均値を再計算する。

再計算された平均値（新たな平均値）は、図２５（ｃ）に示すとおりである。距離測定部１０３は、そうして再計算して得られた平均値を、測距座標Ｐｍまでの距離と推定する。このように、周辺スキャニングと平均処理を組み合わせることで、正反射光の影響を可能な限り抑制し、測定精度を高めることができる。

なお、距離測定部１０３は、複数回にわたって測定された距離のうちの少なくとも一を抽出することにより、レーザ加工装置Ｌから測距座標Ｐｍまでの距離を測定するところ、そのときに抽出された距離の割合に基づいて測定値の確からしさを決定することができる。

そして、距離測定部１０３は、前述のように決定された確からしさが所定以下の場合は、レーザ加工装置Ｌから測距座標Ｐｍまでの距離を再測定することもできる。

－具体的な制御プロセス－
図２６は周辺スキャニングによる平均処理の具体的な手順について例示するフローチャートである。まずステップＳ３０１において、距離測定部１０３が測定パラメータを決定する。ステップＳ３０１において決定される測定パラメータには、周辺スキャニングの軌跡、当該軌跡のサイズ、軌跡を辿る際の２次元走査の速度、及び距離を測定するタイミング等のパラメータが含まれる。これに加えて、測定パラメータとして、測距座標Ｐｍ、測距光出射部５Ａから出射される測距光の強度、受光面５６ａの感度等を用いてもよい。測定パラメータは、使用者が手動で設定してもよいし、条件設定記憶部１０２等に記憶されているデータを自動的に読み込んでもよい。

続くステップＳ３０２において、距離測定部１０３が周辺スキャニングを開始する。

続くステップＳ３０３において、距離測定部１０３が測距光を２次元走査することにより、測距座標Ｐｍ周辺の距離を測定する。

特に本実施形態においては、ステップＳ３０４に示すように、測距ユニット５における一対の受光素子５６Ｌ、５６Ｒそれぞれの受光位置から距離を測定する。

続くステップＳ３０４において、距離測定部１０３は、全ての測定点（測距座標Ｐｍ周辺の測定点）に係る距離を測定したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ３０６に進んで周辺スキャニングを完了したものと判断する。一方、判定がＮＯの場合は、ステップＳ３０３に戻って周辺スキャニングを続行する。

ステップＳ３０５から続くステップＳ３０７において、距離測定部１０３が平均値（初期値）を算出する。ここでいう初期値とは、図２５（ａ）に例示したように、周辺スキャニングを通じて得られた全ての測定値を平均して得られる平均値に等しい。

続くステップＳ３０８において、距離測定部１０３が各測定値（各測定点における測定値）と平均値（初期値）を比較する。

続くステップＳ３０９において、図２５（ｂ）に例示したように、距離測定部１０３は、平均値（初期値）から所定以上外れた測定値を除外する。

続くステップＳ３１０において、図２５（ｃ）に例示したように、距離測定部１０３は、ステップＳ３０９において除外されなかった残りの測定値を用いて平均値（補正値）を算出する。ここでいう補正値とは、図２５（ｃ）に例示した新たな平均値に等しく、マーカヘッド１から測距座標Ｐｍまでの距離の推定値とみなすことができる。

続くステップＳ３１１において、距離測定部１０３は、測定の確からしさを算出する。具体的に、距離測定部１０３は、周辺スキャニングを通じて得られた測定値の総数に対する、ステップＳ３１０における算出に用いた測定値の数の割合を算出する。距離測定部１０３は、そうして算出された割合を確からしさとみなす。

続くステップＳ３１２において、距離測定部１０３は、ステップＳ３１１にて算出された確からしさが許容範囲に収まるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合はリターンする。一方、この判定がＮＯの場合はステップＳ３１３に進む。

ステップＳ３１３において、距離測定部１０３は、ステップＳ３０１にて設定した測定パラメータを再設定し、ステップＳ３０２に戻る。このことは、再設定された測定パラメータを用いて測定をやり直すこと、すなわち再測定（リトライ）を実施するに等しい。

なお、図示は省略したが、再測定を行った回数（リトライ）を制御パラメータとした処理を行ってもよい。例えば、リトライ回数が所定回数を上回った場合、測距座標Ｐｍを自動的に変更する、としてもよい。

－制御プロセスの変形例－
図２６に例示するフローチャートでは、距離の測定値を用いた処理について例示したが、この構成には限定されない。図２３に例示したフローチャートのように、反射光の強度を用いた処理としてもよい。

＜その他の変形例＞
前記実施形態では、測距ユニット５は、２つの受光素子５６Ｌ、５６Ｒと、１つの測距光源５１を備えた構成とされていたが、この構成には限定されない。測距ユニット５は、例えば３つ以上の受光素子を備えていてもよいし、２つ以上の測距光源を備えていてもよい。この場合、３つ以上の受光素子を水平面上に並べて配置してもよいし、上下方向を利用して立体的に配置してもよい。また、１つの受光素子につき２枚以上の受光レンズを用いてもよく、複数枚の受光レンズを立体的に配置してもよい。

１ マーカヘッド
１０ 筐体
１０ａ 底板
２ レーザ光出力部
３ レーザ光案内部
３５ 下流側合流機構（合流機構）
４ レーザ光走査部
４１ 第１スキャナ
４２ 第２スキャナ
５ 測距ユニット
５Ａ 測距光出射部
５Ｂ 測距光受光部
５０ 支持台
５２ 投光レンズ
５６Ｌ 受光素子
５６Ｒ 受光素子
５６ａ 受光面
５６ｌ 受光素子の受光面に沿って延びる直線
５７ 受光レンズ
５７Ｌ 受光レンズ
５７Ｒ 受光レンズ
５７ｌ 受光レンズの主面に沿って延びる直線
５８ レンズ台
５８ｂ 絞り
５８ｃ 絞り
１００ マーカコントローラ
１０３ 距離測定部
１１０ 励起光生成部
Ａｏ 測距光出射部の光軸
Ａｌ 受光素子の光軸
Ａｒ 受光素子の光軸
Ｌ レーザ加工装置
Ｐｍ 測距座標（測定箇所）
Ｓ レーザ加工システム
Ｗ ワーク（被加工物）

Claims (14)

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へ照射するとともに、該被加工物の表面上で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、を備えるレーザ加工装置であって、
   前記筐体の内部に設けられ、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出射する測距光出射部と、
   前記筐体の内部において前記測距光出射部の光軸を挟むように各々の光軸が配置され、前記測距光出射部から出射されて前記被加工物により反射された測距光をそれぞれ受光する一対の受光素子と、
   前記一対の受光素子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被加工物の表面までの距離を測定する距離測定部と、
   前記筐体の内部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、前記測距光出射部から出射された測距光を前記光路に合流させることにより前記レーザ光走査部を介して前記被加工物へと導くとともに、前記被加工物により反射されて前記レーザ光走査部へ戻る測距光を前記一対の受光素子へ導く合流機構と、
   前記筐体の内部において前記一対の受光素子それぞれの光軸が通過するように配置され、前記合流機構と前記一対の受光素子とを結ぶ光路の途中に設けられているとともに、前記被加工物により反射されて前記合流機構を通過した測距光を、前記一対の受光素子それぞれの受光面に集光させる受光レンズと、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、
   前記合流機構から前記一対の受光素子までの光路長が、前記合流機構から前記測距光出射部までの光路長よりも長い
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
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、
   前記一対の受光素子は、前記測距光出射部の光軸に直交する方向に並んでいる
   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、
   前記測距光出射部は、前記一対の受光素子と前記受光レンズとの間に設けられ、かつ前記測距光出射部の光軸が通過するように配置された投光レンズを有する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
5. 請求項４に記載されたレーザ加工装置において、
   前記筐体の内部には、前記測距光出射部の光軸に沿って延びる支持台が設けられ、
   前記測距光出射部は、前記投光レンズによって集光される測距光を出射する測距光源を有し、
   前記測距光源及び前記投光レンズは、双方とも前記支持台を介して固定される、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
6. 請求項５に記載されたレーザ加工装置において、
   前記一対の受光素子及び前記受光レンズは、双方とも前記支持台の上に固定される
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載されたレーザ加工装置において、
   前記受光レンズは、一対の受光レンズから成り、
   前記一対の受光素子のうちの一方には、前記一対の受光レンズのうちの一方の光軸が通過し、
   前記一対の受光素子のうちの他方には、前記一対の受光レンズのうちの他方の光軸が通過する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載されたレーザ加工装置において、
   前記受光レンズの主面と、前記一対の受光素子それぞれの受光面と、がシャインプルーフの原理に従わないように配置されている
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
9. 請求項８に記載されたレーザ加工装置において、
   前記受光レンズと前記一対の受光素子それぞれの受光面との間、及び、前記合流機構と前記受光レンズとの間の少なくとも一方には、前記受光面に入射する光量を調整するための絞りが設けられている
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
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、
    前記筐体は、少なくとも前記レーザ光走査部、前記合流機構、前記一対の受光素子、及び、前記受光レンズの下方に位置する底板を有し、
    前記レーザ光走査部、前記合流機構、前記受光レンズ及び前記一対の受光素子は、前記底板から見て、略同じ高さに配置されている
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
11. 請求項１から１０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、該第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、から成り、
    前記一対の受光素子は、前記被加工物により反射され、かつ前記第１スキャナと前記第２スキャナとにより反射された測距光を受光し、
    前記一対の受光素子は、前記第１スキャナ及び前記第２スキャナとの相対的な位置関係が互いに異なるように配置され、
    前記距離測定部は、前記一対の受光素子のうちの少なくとも一方において測距光を受光した場合に、該測距光の受光位置に基づいて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
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
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、
    前記測距光出射部は、前記被加工物における測定箇所の周辺部に対し、複数回にわたって測距光を出射し、
    前記距離測定部は、複数回にわたって出射された測距光それぞれの反射光に基づいて、前記レーザ加工装置から前記周辺部までの距離を複数回にわたって測定し、
    前記距離測定部は、複数回にわたって測定された前記レーザ加工装置から前記周辺部までの距離に基づき、前記レーザ加工装置から前記測定箇所までの距離を推定する
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
13. 請求項１２に記載されたレーザ加工装置において、
    前記距離測定部は、複数回にわたって測定された前記レーザ加工装置から前記周辺部までの距離のうちの少なくとも一部を抽出することにより、前記レーザ加工装置から前記測定箇所までの距離を推定するとともに、該抽出された距離の割合に基づいて測定値の確からしさを決定する
    ことを特徴とするレーザ加工装置。
14. 請求項１３に記載されたレーザ加工装置において、
    前記距離測定部は、前記確からしさが所定以下の場合は、前記レーザ加工装置から前記測定箇所までの距離を再測定する
    ことを特徴とするレーザ加工装置。

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