(57)【要約】【課題】半導体レーザーを用いたレーザーマーキング装置において、レーザー光の焦点位置を対象物の表面に精度良く合わせることが可能な装置を提案する。【解決手段】本発明の半導体レーザーを用いたレーザーマーキング装置は、原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって出力画像を作成し、出力画像毎に出力画像最大輝度値を算出し、出力画像最大輝度値をもとにピーク出力画像を定め、ピーク原画像に紐付けされたピーク出力画像の数を算出し、ピーク原画像を撮像した時点での光学ユニットの位置を中心として光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像につき、これらの原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和を算出し、この数の和が所定数以上であれば、ピーク原画像に紐付けされた光学ユニットの位置情報に基づいて光学ユニットをピーク原画像が撮像された位置へ移動させて対象物Ｗにマーキングを行う。【選択図】図１
2017131931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザーと、該半導体レーザーからのレーザー光を対象物の表面で集光させる光学ユニットとを備え、集光させたレーザー光で該対象物にマーキングを施すレーザーマーキング装置であって、
前記対象物に対して前記光学ユニットを、前記レーザー光が集光すると予想される位置よりも手前の位置とこれを超えた位置との間で相対的に移動させる駆動部と、該駆動部によって該光学ユニットを相対的に移動させる間に該対象物で反射されたレーザー光を撮像して原画像を取得する撮像部と、該駆動部と該撮像部とに接続されて該駆動部と該撮像部とを所定の工程で動作させる制御部とを備え、
該制御部は、以下の（ａ）工程〜（ｇ）工程を行った後に該対象物にマーキングを行うレーザーマーキング装置。
（ａ）前記撮像部によって取得した複数の原画像のそれぞれと、各原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置情報とを紐付けする工程、
（ｂ）前記原画像毎に最大輝度値である原画像最大輝度値を算出する工程、
（ｃ）前記原画像を、該原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置の順に並べた場合において、前記原画像最大輝度値が前後の原画像よりも大きい原画像をピーク原画像と設定する工程、
（ｄ）前記原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって各原画像に紐付けされる出力画像を作成する工程、
（ｅ）前記出力画像毎に最大輝度値である出力画像最大輝度値を算出する工程、
（ｆ）前記出力画像を、前記原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置の順に並べた場合において、前記出力画像最大輝度値が前後の出力画像よりも大きい出力画像をピーク出力画像と設定する工程、
（ｇ）前記ピーク原画像に紐付けされた前記ピーク出力画像の数を算出するとともに、該ピーク原画像を撮像した時点での前記光学ユニットの位置を中心として該光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像につき、これらの原画像に紐付けされた該ピーク出力画像の数の和を算出し、この数の和が所定数以上であれば、該ピーク原画像は前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ相対的に移動させる工程（ここでＥは前記レーザー光の焦点深度である）。
【請求項２】
前記ピーク原画像が複数存在する場合は、前記（ｇ）工程に代えて以下の（ｈ）工程を行う請求項１に記載のレーザーマーキング装置。
（ｈ）前記ピーク原画像が複数存在する場合において、これらのピーク原画像における原画像最大輝度値が最も大きい値を算出し、この最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値をもつピーク原画像が１つであれば、このピーク原画像が前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ移動させる工程。
【請求項３】
前記（ｈ）工程につき、前記ピーク原画像が複数存在して、これらのピーク原画像における原画像最大輝度値の最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値をもつピーク原画像が複数である場合は、該ピーク原画像を撮像した時点での前記光学ユニットの位置を中心として該光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像につき、この原画像に紐付けされた該ピーク出力画像の数の和を算出し、数の和が多い方のピーク原画像が前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ移動させる工程を行う請求項２に記載のレーザーマーキング装置。
【請求項４】
前記（ｄ）工程において、前記出力画像は、前記ピーク原画像における上下左右方向に対し、下から上に向かって階調差がある部分を抽出する上方向フィルターと、上から下に向かって階調差がある部分を抽出する下方向フィルターと、左から右に向かって階調差がある部分を抽出する右方向フィルターと、右から左に向かって階調差がある部分を抽出する左方向フィルターのうち、少なくとも１つで空間フィルタリング処理されて生成されるものである請求項１〜３の何れか一項に記載のレーザーマーキング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光によって対象物の表面にマーキングを施すレーザーマーキング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、製造日時や場所の他、使用した材料や品質に関わる各種データ等をバーコードや二次元コード等に変換し、これを物品の表面上にマーキングしておくことで、物品が市場に流通された後もその物品に関する履歴が追跡可能になる、トレーサビリティに対する要求が増している。従来、例えばガラスエポキシ基板やフレキシブル基板にこのようなマーキングパターンを印字するにあたっては、ＹＡＧレーザーや炭酸ガスレーザー等からレーザー光を出射し、これをガルバノメータスキャナによって基板上に照射してマーキングを行うレーザーマーキング装置が多用されている。しかし、ＹＡＧレーザーや炭酸ガスレーザー等は比較的高出力のものが多いためにエネルギー消費量が多い上、ガルバノメータスキャナを用いることから、構造が複雑になってしまうという問題がある。また、高出力のためにマーキングを行う対象物への負荷も大きく、対象物が基板の場合は表面の保護層（レジスト）を貫通してしまうおそれもある。
【０００３】
このような従来のレーザーマーキング装置に対し、本発明者らは、半導体レーザーと、この半導体レーザーから照射されるレーザー光のビーム径内で対物レンズを移動させるレンズ駆動ユニットとを備えるレーザーマーキング装置を提案している（特許文献１参照）。このレーザーマーキング装置によれば、エネルギー消費量が少ない上、従来の装置に対して構造が簡単になるという利点がある。また、出力がそれ程大きくないことから基板のレジストを貫通してしまうおそれも少なく、またマーキング時の残渣（ヒューム）を抑えることもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１００８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで半導体レーザーを用いたレーザーマーキング装置では、レーザー光を対象物の表面に集光させてエネルギー密度を高めてマーキングを行っている。このため最適な条件でマーキングを行うには、レーザー光の焦点位置を対象物の表面に精度良く合わせることが必要である。しかし、対象物の種類が変われば材質や色、透過度等も変わるうえ、対象物の表面状態は同一種類であっても個体差があるため、その調整は難しいのが現状であった。
【０００６】
本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、半導体レーザーを用いたレーザーマーキング装置において、レーザー光の焦点位置を対象物の表面に精度良く合わせることが可能なオートフォーカス機能を備えるレーザーマーキング装置を提案するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、半導体レーザーと、該半導体レーザーからのレーザー光を対象物の表面で集光させる光学ユニットとを備え、集光させたレーザー光で該対象物にマーキングを施すレーザーマーキング装置であって、前記対象物に対して前記光学ユニットを、前記レーザー光が集光すると予想される位置よりも手前の位置とこれを超えた位置との間で相対的に移動させる駆動部と、該駆動部によって該光学ユニットを相対的に移動させる間に該対象物で反射されたレーザー光を撮像して原画像を取得する撮像部と、該駆動部と該撮像部とに接続されて該駆動部と該撮像部とを所定の工程で動作させる制御部とを備え、該制御部は、以下の（ａ）工程〜（ｇ）工程を行った後に該対象物にマーキングを行うレーザーマーキング装置である。
（ａ）前記撮像部によって取得した複数の原画像のそれぞれと、各原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置情報とを紐付けする工程、
（ｂ）前記原画像毎に最大輝度値である原画像最大輝度値を算出する工程、
（ｃ）前記原画像を、該原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置の順に並べた場合において、前記原画像最大輝度値が前後の原画像よりも大きい原画像をピーク原画像と設定する工程、
（ｄ）前記原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって各原画像に紐付けされる出力画像を作成する工程、
（ｅ）前記出力画像毎に最大輝度値である出力画像最大輝度値を算出する工程、
（ｆ）前記出力画像を、前記原画像を撮像した時点での前記対象物に対する前記光学ユニットの相対的な位置の順に並べた場合において、前記出力画像最大輝度値が前後の出力画像よりも大きい出力画像をピーク出力画像と設定する工程、
（ｇ）前記ピーク原画像に紐付けされた前記ピーク出力画像の数を算出するとともに、該ピーク原画像を撮像した時点での前記光学ユニットの位置を中心として該光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像につき、これらの原画像に紐付けされた該ピーク出力画像の数の和を算出し、この数の和が所定数以上であれば、該ピーク原画像は前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ相対的に移動させる工程（ここでＥは前記レーザー光の焦点深度である）。
【０００８】
また、前記ピーク原画像が複数存在する場合は、前記（ｇ）工程に代えて以下の（ｈ）工程を行うことが好ましい。
（ｈ）前記ピーク原画像が複数存在する場合において、これらのピーク原画像における原画像最大輝度値が最も大きい値を算出し、この最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値をもつピーク原画像が１つであれば、このピーク原画像が前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ移動させる工程。
【０００９】
また、前記（ｈ）工程につき、前記ピーク原画像が複数存在して、これらのピーク原画像における原画像最大輝度値の最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値をもつピーク原画像が複数である場合は、該ピーク原画像を撮像した時点での前記光学ユニットの位置を中心として該光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像につき、この原画像に紐付けされた該ピーク出力画像の数の和を算出し、数の和が多い方のピーク原画像が前記レーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断して、該ピーク原画像に紐付けされた該光学ユニットの位置情報に基づいて該駆動部を動作させて該光学ユニットを該ピーク原画像が撮像された位置へ移動させる工程を行うことが好ましい。
【００１０】
また、前記（ｄ）工程において、前記出力画像は、前記ピーク原画像における上下左右方向に対し、下から上に向かって階調差がある部分を抽出する上方向フィルターと、上から下に向かって階調差がある部分を抽出する下方向フィルターと、左から右に向かって階調差がある部分を抽出する右方向フィルターと、右から左に向かって階調差がある部分を抽出する左方向フィルターのうち、少なくとも１つで空間フィルタリング処理されて生成されるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明者らはまず、対象物の表面にレーザー光を集光させるにあたり、対象物に対してレーザー光源を垂直方向に移動させながら対象物に照射するレーザー光を撮像し、撮像した画像において最大輝度値が最も大きい画像をレーザー光の焦点位置とする手法で検討を行った。しかし、対象物の種類や表面状態によっては最大輝度値がばらつくことも多く、最大輝度値が最も大きい画像であってもこの画像を撮像した位置がレーザー光の焦点位置ではないことが多々見受けられた。そして更に検討を重ね、レーザー光を撮像した画像（原画像）における最大輝度値（原画像最大輝度値）に加え、原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって得られる画像（出力画像）の最大輝度値（出力画像最大輝度値）に着目したところ、原画像最大輝度値が周辺の原画像よりも大きいピーク原画像と、出力画像最大輝度値が周辺の出力画像よりも大きいピーク出力画像との相関性を利用することによって、レーザー光の焦点位置を対象物の表面に精度良く合わせることが可能であることを見出した。
【００１２】
すなわち本発明のレーザーマーキング装置では、対象物の表面にレーザー光を集光させるにあたり、光学ユニットを、レーザー光が集光すると予想される位置よりも手前の位置とこれを超えた位置との間で相対的に移動させるとともに、その間に対象物からの反射光を撮像して複数の原画像を取得し、更に各原画像での最大輝度値（原画像最大輝度値）を算出している。そして原画像について、原画像最大輝度値が周辺の原画像よりも大きいピーク原画像を選定し、更に原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって各原画像に紐付けされる出力画像を作成するとともに、この出力画像の最大輝度値である出力画像最大輝度値に着目して、出力画像最大輝度値が周辺の出力画像よりも大きいピーク出力画像を選定している。そして、発明者らによる種々の検討を通して、ピーク原画像を撮像した時点での光学ユニットの位置を中心として光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像につき、これらの原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和が所定数以上であれば、ピーク原画像が前記レーザー光の焦点位置で撮像された画像であると判断できることが分かったため、このピーク原画像に紐付けされた光学ユニットの位置情報に基づいて、光学ユニットをこのピーク原画像が撮像された位置へ移動させてマーキングを行うことで、ばらつきの少ない高精度のマーキングを行うことができる。なお、前述のＥはレーザー光の焦点深度である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従うレーザーマーキング装置の一実施形態につき、光学ユニットの構造を説明する図である。
【図２】対物レンズの移動に応じてレーザー光の集光点が変位することを説明する図である。
【図３】図１に示す光学ユニットにつき、他の実施形態の構造を説明する図である。
【図４】本発明に従うレーザーマーキング装置の一実施形態を説明する概略図である。
【図５】レーザー光の集光する位置と、光学ユニットに対する対象物の相対位置との関係を説明する図である。
【図６】撮像した原画像と各原画像における原画像最大輝度値の一例を示す図である。
【図７】図７（ａ）は空間フィルタリング処理について説明する図であり、図７（ｂ）は４種類の微分フィルターについて説明する図である。
【図８】原画像に関係づけられた原画像最大輝度値と出力画像最大輝度値とを示す図である。
【図９】撮像した原画像と各原画像における原画像最大輝度値、白点エリアサイズ、及び出力画像最大輝度値の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明をより具体的に説明する。まず、図１を参照しつつ、本発明に従うレーザーマーキング装置における、レーザー光の照射に関わる部位について説明する。
【００１５】
図１において、符号１は、後述する光学ユニットに取り付けられる半導体レーザーを示す。半導体レーザー１は、波長が４０５ｎｍの青紫色レーザー光を連続波発振によって出射することが可能である。
【００１６】
符号２は、光学ユニットを示す。光学ユニット２は、半導体レーザー１からのレーザー光を対象物Ｗの表面で集光させてマーキングを施すものである。本実施形態では、半導体レーザー１から対象物Ｗに至る経路に、コリメートレンズ３、ビームサンプラー４、及び対物レンズ５を設けている。
【００１７】
半導体レーザー１から出射されるレーザー光は、まず、コリメートレンズ３を通る。半導体レーザー１から出射された直後のレーザー光は拡散光であるが、コリメートレンズ３を通すことによって平行光に変換することができる。コリメートレンズ３を光学ユニット２に取り付けるに当たっては、コリメートレンズ３を通したレーザー光の波面収差を計測し、コリメートレンズ３のＺ軸での位置調整（焦点位置の調整）によってデフォーカス収差を調整し、コリメートレンズ３を傾けることで非点収差を調整し、ＸＹ面内でのコリメートレンズ３の位置調整によってチルト収差の調整を行っている。なお、各収差はλ／４以下に調整することが好ましい。
【００１８】
ビームサンプラー４は、コリメートレンズ３を通ったレーザー光を対物レンズ５に向けて透過させる一方、対象物Ｗで反射したレーザー光を、後述する撮像部に向けて反射させるものである。
【００１９】
対物レンズ５は、ビームサンプラー４を透過したレーザー光を対象物Ｗの表面上に集光させるものである。コリメートレンズ３によって平行光に変換されたレーザー光のビーム径は、本実施形態では約３ｍｍであるが、対物レンズ５によって、対象物Ｗの表面上では約１０μｍの集光径になるように調整している。
【００２０】
更に光学ユニット２には、レーザー光の光軸Ａに対して垂直面内で且つ対物レンズ５の光学中心がレーザー光のビーム径（本実施形態では約３ｍｍ）内に収まる範囲で、対物レンズ５をレーザー光に対して移動させるレンズ駆動ユニット６が設けられている。本実施形態では、図１に示すように光軸Ａの向きがＺ方向に一致しており、レンズ駆動ユニット６は、Ｚ方向に垂直となる面（ＸＹ平面）において相互に直交するＸ方向及びＹ方向に対し、それぞれの方向に移動可能なＸ方向駆動部６ａ、及びＹ方向駆動部６ｂを備えている。ここで、Ｘ方向駆動部６ａは、Ｙ方向駆動部６ｂを保持してＸ方向に移動するように構成されており、Ｙ方向駆動部６ｂは、対物レンズ５を保持してＹ方向に移動するように構成されている。
【００２１】
対物レンズ５は、図２に示すように、その光学中心がレーザー光のビーム径Ｄ内に収まる範囲でＸ方向に移動（距離Ｘ１）させれば、集光点ｐも同じ方向に且つ同じ距離だけ変位させることができる。すなわち、Ｘ方向駆動部６ａ、及びＹ方向駆動部６ｂによって、対物レンズ５をＸ方向、及びＹ方向に所定の距離で移動させると、対象物Ｗの表面上の集光点ｐを同方向に同距離だけ変位させることができるので、対物レンズ５の移動によって所要のマーキングを施すことができる。
【００２２】
更に光学ユニット２には、ミラー７、結像レンズ８、ローカットフィルター９、及びＣＣＤカメラ等の撮像部１０が設けられている。対物レンズ５で集光されたレーザー光は、その一部が対象物Ｗによって反射され、再度対物レンズ５を透過してビームサンプラー４に至る。ビームサンプラー４はＸＹ平面に対して４５度傾いているので、ビームサンプラー４で反射したレーザー光は−Ｘ方向に向かって進み、同じくＸＹ平面に対して４５度傾けて設けたミラー７によって進路が＋Ｚ方向に変更される。その後は、結像レンズ８、及びローカットフィルター９によって、青紫色成分の光を撮像部１０の受光面に結像させることができる。すなわち本実施形態の光学ユニット２によれば、対象物Ｗで集光するレーザー光を同軸上で観察することが可能である。
【００２３】
なお上述の光学ユニット２は、図３に示すように構成することも可能である。ここで符号１１は、半導体レーザー１のレーザー光に対して異なる波長の光を発光する発光体である。本実施形態では、波長が６３０ｎｍとなる赤色ＬＥＤを使用している。発光体１１の前方にはコリメートレンズ１２が設けられていて、発光体１１からの赤色光を平行光に変換することができる。更にコリメートレンズ１２の前方には、ＸＹ平面に対して４５度傾けて設けたハーフミラー１３が設けられている。これにより、コリメートレンズ１２からの平行光は−Ｚ方向に進み、上述のミラー７で＋Ｘ方向に進路が変更されて、ダイクロイックミラー１４に至る。本実施形態のダイクロイックミラーは、レーザー光（波長４０５ｎｍ）は透過する一方、赤色光（波長６３０ｎｍ）は反射する特性を持っており、ＸＹ平面に対して４５度傾けて設けている。これにより、ダイクロイックミラー１４で反射した発光体１１の光は、対象物Ｗに照射されるとともにこの対象物Ｗで反射され、その反射された光が再度、ダイクロイックミラー１４で反射される。その後は、ミラー７、結像レンズ８を経由し、ハーフミラー１３を透過して撮像部１０の受光面に結像される。図１に示したビームサンプラー４の反射率は４％程度であるので、撮像部１０で対象物Ｗのマーキングを観察するには光量が不足するものの、ダイクロイックミラー１４の赤色光に対する反射率は９０％程度であるので、撮像部１０には十分な光量が届くことになり、対象物Ｗのマーキングを観察することが可能になる。なお、ダイクロイックミラー１４に対する波長４０５ｎｍの光の透過率は９０％程度であるので、対象物Ｗに対するマーキングには殆ど影響が及ばない。
【００２４】
次に、図４を参照しつつ、上述した半導体レーザー１及び光学ユニット２等を含む本発明に従うレーザーマーキング装置について説明する。符号２０は、本実施形態のレーザーマーキング装置を示す。レーザーマーキング装置２０は、マーキングを施す対象物Ｗを載置するＸＹステージ２１を備えている。ＸＹステージ２１は、対象物ＷをＸ方向、及びＹ方に移動させることが可能であって、例えば所望するマーキングの大きさがレンズ駆動ユニット６の移動範囲を超える場合には、レンズ駆動ユニット６によるマーキングの後、対象物をＸＹステージ２１で移動させるようにすることで、大きなサイズのマーキングも施すことができる。なお、ＸＹステージ２１は固定ステージとし、光学ユニット２全体をＸ方向、及びＹ方に移動させるようにしてもよい。またレーザーマーキング装置２０は、光学ユニット２を対象物Ｗに対して相対的に垂直方向（本実施形態ではＺ方向）に移動可能な駆動部２２（以下、「Ｚ方向駆動部２２」と称する）と、少なくとも撮像部１０及びＺ方向駆動部２２とに接続される制御部２３とを備えている。本実施形態の制御部２３は、レーザーマーキング装置２０の動作全体を制御するものであって、所望するマーキングパターンに応じて半導体レーザー１の発光、非発光を切り替えたり、レンズ駆動ユニット６のＸ方向駆動部６ａ、及びＹ方向駆動部６ｂを駆動させたりすることが可能である。
【００２５】
次に、本実施形態のレーザーマーキング装置２０によって、半導体レーザー１からのレーザー光を対象物Ｗの表面で集光させる手順について説明する。
【００２６】
本実施形態において、半導体レーザー１から出射されるレーザー光は、図１に示す対物レンズ５の中心を通って図５に示すＰ５において集光するとする。そして光学ユニット２を、制御部２３で駆動されるＺ方向駆動部２２によって、対象物Ｗに対して垂直方向に相対移動させる。ここで光学ユニット２は、対象物Ｗに対して、レーザー光が集光すると予想される位置よりも手前の位置（光学ユニット２と対象物Ｗとの間隔が広く、レーザー光が集光する位置が対象物Ｗの表側に位する位置）からこれを超えた位置（光学ユニット２と対象物Ｗとの間隔が狭く、レーザー光が集光する位置が対象物Ｗの裏側に位する位置）まで移動可能である。本実施形態では、光学ユニット２と対象物Ｗとの間隔が狭い位置（対象物ＷがＰ１に位する位置）から光学ユニット２と対象物Ｗとの間隔が広い位置（対象物ＷがＰ７に位する位置）まで、対象物Ｗに対して光学ユニット２を相対移動させる。
【００２７】
また撮像部１０は、光学ユニット２を移動させる間の任意の位置において、対象物Ｗの表面で反射されたレーザー光の画像（原画像）を取得することが可能である。本実施形態では、光学ユニット２を０．０５ｍｍ移動する毎に原画像を取得するようにしている。ここで図６は、取得した原画像の一部を抜粋して示していて、原画像（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３・・・Ｉ７）は、対象物ＷがＰ１、Ｐ２、Ｐ３・・・Ｐ７に位する位置での原画像の一例を示す。なお、Ｐ１、Ｐ２・・・Ｐ７について、各点間の距離は０．２ｍｍとする。また本実施形態で取得する原画像は白黒画像である。
【００２８】
そして取得した各原画像を、それぞれの原画像を撮像した時点での対象物Ｗに対する光学ユニット２の相対的な位置情報と紐付けする。本実施形態では、原画像Ｉ１・・・Ｉ７のそれぞれに、対象物ＷがＰ１・・・Ｐ７に位置した時点で撮像されたとの情報が紐付けされる。
【００２９】
更に、原画像毎に、画像中で最も高い輝度値である最大輝度値（原画像最大輝度値）を算出する。本実施形態の原画像は、０〜２５５の輝度値で表される多数の画素によって構成されていて、各画像において最も明るい（白に近い）画素の輝度値を原画像最大輝度値としている。図６において、前述の原画像に対応する原画像最大輝度値を例示する。
【００３０】
そして、原画像を撮像した時点での対象物に対する光学ユニットの相対的な位置の順にこれらの原画像を並べた場合において、原画像最大輝度値が前後の原画像よりも大きい原画像をピーク原画像と設定する。図６に示す例では、原画像Ｉ５の原画像最大輝度値が、この前の原画像Ｉ４の原画像最大輝度値よりも大きく、且つこの後の原画像Ｉ６の原画像最大輝度値よりも大きいため、原画像Ｉ５をピーク原画像と設定する。
【００３１】
更に、原画像を微分フィルターで空間フィルタリング処理することによって各原画像に紐付けされる出力画像を作成する。本実施形態では、図７（ａ）に示すように、原画像の画素毎に、この画素を中心とした３ｘ３領域における輝度値に対して微分フィルターを重ね合わせて積和演算を行い、その出力値が空間フィルタリング処理された輝度値であるとして、元の画素に対応する部分に出力画像の画素として当てはめる。そしてこの処理を原画像の全ての画素に対して行って、出力画像を作成する。なお、原画像とこれを空間フィルタリング処理した出力画像とは紐付けされるものとする。
【００３２】
ここで本実施形態の微分フィルターは、原画像における上下左右方向に対し、図７（ｂ）に示す、下から上に向かって階調差がある部分を抽出する上方向フィルターＦ１と、上から下に向かって階調差がある部分を抽出する下方向フィルターＦ２と、左から右に向かって階調差がある部分を抽出する右方向フィルターＦ３と、右から左に向かって階調差がある部分を抽出する左方向フィルターＦ４として表されるものである。そしてこれら４つのフィルターを用いて空間フィルタリング処理を行って、１つの原画像に対して４つの出力画像を作成する。
【００３３】
更に、出力画像毎に、画像中で最も高い輝度値である最大輝度値（出力画像最大輝度値）を算出する。図８において、上方向フィルターＦ１で得られた出力画像の出力画像最大輝度値、下方向フィルターＦ２で得られた出力画像の出力画像最大輝度値、右方向フィルターＦ３で得られた出力画像の出力画像最大輝度値、左方向フィルターＦ４で得られた出力画像の出力画像最大輝度値を、前述の原画像Ｉ１・・・Ｉ７における原画像最大輝度値とともに例示する。
【００３４】
そして出力画像を、原画像を撮像した時点での対象物に対する光学ユニットの相対的な位置の順に並べた場合において、出力画像最大輝度値が前後の出力画像よりも大きい原画像をピーク出力画像と設定する。図８に示す例において、上方向フィルターＦ１で得られた出力画像の出力画像最大輝度値に着目すると、原画像Ｉ５に対応する出力画像最大輝度値は、この前の原画像Ｉ４に対応する出力画像最大輝度値よりも大きく、且つこの後の原画像Ｉ６に対応する出力画像最大輝度値よりも大きいため、上方向フィルターＦ１で得られた出力画像のうち、原画像Ｉ５に対応する出力画像をピーク出力画像と設定する。そして下方向フィルターＦ２、右方向フィルターＦ３、左方向フィルターＦ４についても同様にしてピーク出力画像を選定する。なお、図８において星印をつけた原画像最大輝度値はピーク原画像における値であり、同様に星印をつけた出力画像最大輝度値はピーク出力画像における値である。
【００３５】
そして、ピーク原画像に紐付けされたピーク出力画像の数を算出するとともに、ピーク原画像を撮像した時点での光学ユニットの位置を中心として光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像につき、これらの原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和を算出し、この数の和が所定数以上であれば、このピーク原画像はレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断する処理を行う。ここでＥとはレーザー光の焦点深度であって、本実施形態では０．２ｍｍである。また所定数とは、例えば対象物Ｗの種類等に応じて予め定めておいた数を用いることができ、本実施形態では、所定数を４と定めている。なお、所定数をあらかじめ定めずに、光学ユニットの位置を中心として光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像におけるピーク出力画像の数の和と、光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれない原画像におけるピーク出力画像の数の和（但し、±Ｅの範囲に含まれない原画像の数が±Ｅの範囲に含まれる原画像の数と相違する場合は、それぞれの原画像の数で平均化した数の和）とを比較し、前記範囲に含まれる原画像におけるピーク出力画像の数の和が、前記範囲に含まれない原画像におけるピーク出力画像の数の和よりも大きければ、その範囲の中心であるピーク原画像はレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断するようにしてもよい。
【００３６】
そして、上記の数の和が所定数以上であれば、ピーク原画像に紐付けされた光学ユニット２の位置情報に基づいてＺ方向駆動部２２を動作させて、光学ユニット２をピーク原画像が撮像された位置へ移動させる。本実施形態では、図８に示すように、ピーク原画像（原画像Ｉ５）を中心として光学ユニットの位置が±Ｅ（±０．２ｍｍ）の範囲に含まれる原画像は、前述のようにＰ１、Ｐ２・・・Ｐ７における各点間の距離は０．２ｍｍであるため、原画像Ｉ４〜Ｉ６の３つである。そして原画像Ｉ４〜Ｉ６に紐付けされたピーク出力画像の数の和は４つである。これは予め定めた所定数（本実施形態は４）以上であって条件を満たすため、Ｚ方向駆動部２２を動作させて、対象物Ｗの表面がＰ５に位する位置まで光学ユニット２を移動させ、この位置で対象物Ｗにマーキングを行う。なお本実施形態のレーザーマーキング装置２０には、ピーク原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和が所定数よりも少なければ、ＸＹステージ２１を駆動したうえで（ＸＹステージ２１を固定ステージとし、光学ユニット２全体をＸＹ方向に移動させる構成の場合には、光学ユニット２全体をＸＹ方向に移動させて）、最初から原画像を取得するリトライ処理の機能を設けている。
【００３７】
ところで、ピーク原画像が複数存在する場合は、これらのピーク原画像における原画像最大輝度値が最も大きい値を算出し、この最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値をもつピーク原画像が１つであれば、このピーク原画像はレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断する。換言すると、ピーク原画像における原画像最大輝度値のうち、最も大きい値と次の値との差が所定値よりも大きければ、最も大きい原画像最大輝度値を持つピーク原画像はレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断する。この処理を、図９を参照しながら説明する。なお、前述の所定値はここでは１０に設定している。図９に示す例では、ピーク原画像が２つ（原画像Ｊ２と原画像Ｊ５）存在している。ここで、原画像Ｊ２と原画像Ｊ５の原画像最大輝度値は、どちらも２０２であって、上記の条件には適合していない。この場合は、以下に示す処理を行う。
【００３８】
図９のように、原画像最大輝度値が最も大きい値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値に着目しても、ピーク原画像が複数存在する場合、本実施形態では、ピーク原画像を撮像した時点での光学ユニットの位置を中心として光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像につき、この原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和を算出し、数の和が多い方のピーク原画像がレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断する。
【００３９】
前述の処理を、図９を参照しながら説明する。なお原画像Ｊ１〜Ｊ７は、光学ユニット２を０．０５ｍｍピッチで移動して撮像した原画像の一部を抜粋して示したものであって、ここでは、０．２ｍｍ毎に選択して示している。またレーザー光の焦点深度Ｅは０．２ｍｍとする。まず、原画像Ｊ２に関し、この画像を撮像した時点での光学ユニット２の位置を中心として光学ユニット２の位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像は、原画像Ｊ１〜Ｊ３の３つである。そして原画像Ｊ１〜Ｊ３に紐付けされたピーク出力画像の数の和は１つである。次に原画像Ｊ５に関し、この画像を撮像した時点での光学ユニット２の位置を中心として光学ユニット２の位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像は、原画像Ｊ４〜Ｊ６の３つである。そして原画像Ｊ４〜Ｊ６に紐付けされたピーク出力画像の数の和は４つである。この場合、数の和が多い方は原画像Ｊ５であるため、原画像Ｊ５がレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断し、対象物Ｗの表面がＰ５に位する位置まで光学ユニット２を移動させ、この位置で対象物Ｗにマーキングを行う。なお、前述の数の和が同数であれば、先に述べたリトライ処理を行うものとする。
【００４０】
なお、本実施形態ではピーク原画像が複数存在する場合、まず最も大きい原画像最大輝度値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値を持つピーク原画像に着目し、次に光学ユニットの位置が±Ｅの範囲に含まれる原画像につき、この原画像に紐付けされたピーク出力画像の数の和に着目したが、先にピーク出力画像の数の和による判断を行って、次に最も大きい原画像最大輝度値に対して所定値の範囲内に含まれる原画像最大輝度値を持つピーク原画像に着目するようにしてもよい。
【００４１】
以上、本発明に従うレーザーマーキング装置の一実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に従う範囲で種々の変更を含むものである。例えば、選択したピーク原画像がレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断するにあたっては、原画像Ｊ１〜Ｊ７に含まれる画素につき、所定の輝度値以上の範囲（白点エリアサイズ）を算出し（図９参照）、白エリアサイズが小さい原画像（図９では原画像Ｊ５）がレーザー光が集光する位置で撮像された画像であると判断する機能を設けても、或いはこれまでに説明した機能と入れ換えてもよい。また前述の実施形態では、対象物Ｗに対して光学ユニット２をＺ方向に移動させたが、光学ユニット２を固定して対象物ＷをＺ方向に移動させてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１：半導体レーザー
２：光学ユニット
３：コリメートレンズ
４：ビームサンプラー
５：対物レンズ
６：レンズ駆動ユニット
６ａ：Ｘ方向駆動部
６ｂ：Ｙ方向駆動部
７：ミラー
８：結像レンズ
９：ローカットフィルター
１０：撮像部
１１：発光体
１２：コリメートレンズ
１３：ハーフミラー
１４：ダイクロイックミラー
２０：レーザーマーキング装置
２１：ＸＹステージ
２２：駆動部（Ｚ方向駆動部）
２３：制御部
Ｆ１：上方向フィルター
Ｆ２：下方向フィルター
Ｆ３：右方向フィルター
Ｆ４：左方向フィルター
Ｉ１〜Ｉ７：原画像
Ｊ１〜Ｊ７：原画像
Ｗ：対象物
【図１】
2017131931.tif 000003
【図２】
2017131931.tif 000004
【図３】
2017131931.tif 000005
【図４】
2017131931.tif 000006
【図５】
2017131931.tif 000007
【図６】
2017131931.tif 000008
【図７】
2017131931.tif 000009
【図８】
2017131931.tif 000010
【図９】
2017131931.tif 000011