JP7790117B2 - レーザ照射装置及びレーザ照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ照射装置及びレーザ照射方法に関する。

特許文献１には小型化及び作業時間の短縮を図りながらコストダウンすることができるレーザマーキングシステム及びレーザマーキング方法が開示されている。

特許文献２には被加工物の搬送速度が異なる場合であっても、被加工物を高精度に加工することができる被加工物の加工方法が開示されている。

本発明は、対象物が回転した場合に対象物へのレーザ照射開始位置を精度よく調整することを目的とする。

本発明に係るレーザ照射装置は、対象物の回転を検知する回転検知手段と、回転検知手
段により検知された対象物の回転情報に基づいて対象物への照射を制御する照射制御手段と、前記対象物の位置を検知する位置検知手段と、を備え、前記回転検知手段を、前記位置検知手段よりも搬送方向上流に配置することを特徴とする。

本発明は、対象物が回転した場合でも、対象物へのレーザ照射開始位置を精度よく調整することができる。

本発明の実施形態の一例であるレーザ照射装置および検知手段構成の概略を示す説明図である。 本実施形態における一例である対象物の回転に関する説明図である。 本実施形態における一例であるレーザ照射装置の構成についての説明図である。 本実施形態における一例である対象物が回転する様子をＸ軸方向から見た説明図である。 本実施形態における一例である対象物を検知する回転検知手段及び位置検知手段の関係を説明する図である。 本実施形態における一例である対象物を検知するフローチャートである。 本実施形態における一例である対象物の搬送方向とレーザ照射方向との関係を説明する図である。 本実施形態における一例であるレーザ光の搬送方向への追従を説明する図である。 本実施形態における変形例である複数のレーザ装置を有する場合の説明図である。 本実施形態における変形例である複数のレーザ装置を有する場合の一例である。 本実施形態における変形例である対象物が非透過部を有する場合の説明図である。 本実施形態における一例である対象物の性状変化の説明図である。 本実施形態における変形例である対象物の検知手段の説明図である。

以下、本発明のレーザ照射装置を、各図面ごとに詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施形態の一例であるレーザ照射装置および検知手段構成の概略を示す説明図である。

図１に示される全体がレーザ照射装置１００である。このレーザ照射装置１００において、対象物１０１は搬送方向下流側（Ｙ方向）に搬送速度をＶで搬送される。対象物１０１は、搬送されながらレーザ装置１０８によって、レーザ光１１７を照射される。

ここで対象物１０１は、レーザ照射装置１００によって搬送され、レーザ光１１７が照射されるものであれば何でも良い。もし、対象物が樹脂材である場合にはレーザ光１１７により樹脂材の性状の変化をもたらす場合がある。

レーザ装置１０８より搬送方向上流側に、対象物１０１の位置検知手段を配置している。位置検知手段の一例として、位置検知手段（投光部）１０６と位置検知手段（受光部）１０７を示している。

またレーザ装置１０８より搬送方向上流側に、対象物１０１の回転検知手段も配置している。回転検知手段の一例として、回転検知手段（投光部）１０４と回転検知手段（受光部）１０５を示している。

対象物１０１の回転を、空間座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のそれぞれの空間座標軸の回りの回転角度をα、β、γとして図示している。

このようにレーザ照射装置１００は、対象物１０１を搬送方向下流側（Ｙ方向）に搬送させながら、レーザ装置１０８が対象物１０１へレーザ光１１７を照射するものである。

図２は、本実施形態における一例である対象物の回転に関する説明図である。

図２（ａ）から（ｆ）は、対象物１０１が空間で回転する様子を示している。

図中に示されているα回転、β回転及びγ回転は、前述のようにそれぞれＸ軸まわり、Ｙ軸まわり及びＺ軸まわりの回転を表している。

レーザ照射領域１０２は、レーザ装置１０８から照射されるレーザ光１１７が照射される対象物１０１の領域である。

図２（ａ）はＸ軸回りを対象物１０１がα回転する前の様子を示している。

図２（ｂ）はＸ軸回りを対象物１０１がα回転した後の様子を示している。

図２（ｃ）はＹ軸回りを対象物１０１がβ回転する前の様子を示している。

図２（ｄ）はＹ軸回りを対象物１０１がβ回転した後の様子を示している。

図２（ｅ）はＺ軸回りを対象物１０１がγ回転する前の様子を示している。

図２（ｆ）はＺ軸回りを対象物１０１がγ回転した後の様子を示している。

対象物１０１は、α回転、β回転またはγ回転による、またはこれらα回転、β回転、γ回転の任意の組み合わせにて、３次元空間を回転することになる。

図３は、本実施形態における一例であるレーザ照射装置の構成についての説明図である。

図３（ａ）および（ｂ）は、レーザ装置１０８から照射されるレーザ光１１７が対象物１０１へ照射される際の、光学系及び対象物１０１の搬送方向を表している。

図３（ａ）は、対象物１０１がＹ方向へ搬送速度Ｖで搬送される様子を、Ｘ軸方向から見たイメージを表した図である。

まずは、図３（ａ）について、以下に説明をする。

図３（ａ）に示すようにレーザ照射装置１００は、レーザ装置１０８と、ビームエキスパンダ１４０と、ミラーａ１１８ａおよびミラーｂ１１８ｂと、レンズ１１９と、同期検知部１４１ａおよび１４１ｂを備えている。ここでミラーａ１１８ａおよびミラーｂ１１８ｂは、レーザ光１１７を走査できる別のものに置き換えることができる。ポリゴンスキャナといった回転多面鏡であっても良い。

図３（ａ）に示すように、対象物１０１は、Ｙ方向に搬送速度Ｖで搬送される。

この搬送される対象物１０１の位置を検知するための位置検知手段（投光部）１０６及び位置検知手段（受光部）１０７を備えている。

また、対象物１０１の回転を検知するための回転検知手段（投光部）１０４及び回転検知手段（受光部）１０５を備えている。

この位置検知手段および回転検知手段は透過型でも良いし、反射型でも良い。検知方法のタイプは問わない。

各種センサの設置位置や対象物１０１の搬送場所と搬送速度Ｖは既知パラメータとなるため、これらの既存パラメータからレーザ照射タイミングを決定できる。

レーザ装置１０８はレーザ光１１７を射出するパルスレーザである。レーザ装置１０８は、レーザ光１１７が照射された対象物１０１の基材の表面又は内部の少なくとも一方の性状を変化させるために好適な出力（光強度）のレーザ光１１７を射出する。

レーザ装置１０８は、レーザ光１１７の射出のオン又はオフの制御、射出周波数の制御、及び光強度制御等が可能になっている。レーザ装置１０８の一例として、波長が355ｎｍで、レーザ光１１７のパルス幅が１0ピコ秒、平均出力30~50Wのレーザ装置１０８を用いることができる。対象物１０１における基材の性状を変化させる領域でのレーザ光１１７の直径は１μｍ以上で２００μｍ以下であることが好ましい。

図３（ａ）においてはレーザ装置１０８が１つである場合を示したが、複数のレーザ装置１０８で構成されてもよい。複数のレーザ装置１０８を用いる場合、レーザ装置１０８毎にオン又はオフの制御、射出周波数の制御及び光強度制御等を独立に行えるようにしてもよい。

レーザ装置１０８から射出された平行光のレーザ光１１７は、ビームエキスパンダ１４０により直径が拡大され、ミラーａ１１８ａおよびミラーｂ１１８ｂに入射する。ミラーａ１１８ａおよびミラーｂ１１８ｂは、モータ等の駆動部により反射角度を変化させる機能を備えている。

ミラーａ１１８ａによる反射角度を変化させることで、入射するレーザ光１１７をＹ方向に走査する。この走査ミラーには、ガルバノミラーやポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー等を用いることができる。

なお、実施形態ではミラーａ１１８ａおよびミラーｂ１１８ｂがレーザ光１１７をＹ方向に１次元走査する例を示すが、これに限定されるものではない。

ミラーａ１１８ａおよびミラーｂ１１８ｂは、直交する２方向に反射角度を変化させる走査ミラーを用いてレーザ光１１７をＸＹ方向に２次元走査してもよい。

ミラーａ１１８ａおよびミラーｂ１１８ｂにより走査されるレーザ光１１７は、対象物１０１における基材の表面又は内部の少なくとも一方に照射される。

レンズ１１９は、ミラーａ１１８ａおよびミラーｂ１１８ｂにより走査されるレーザ光１１７の走査速度を一定にするとともに、対象物１０１における基材の表面又は内部の少なくとも一方の所定位置に、レーザ光１１７を収束させるレンズである。このレンズ１１９には、走査速度を一定に保つｆθレンズ、アークサインレンズ等を用いることができる。

対象物１０１における基材の性状を変化させる領域で、レーザ光１１７のビームスポット径が最小になるようにレンズ１１９と対象物１０１が配置されることが好ましい。なお、レンズ１１９は複数のレンズの組み合わせにより構成されてもよい。

同期検知部１４１ａおよび１４１ｂは、レーザ光１１７の走査角度とレーザ出力とを同期させるために用いられる同期検知信号を出力する。同期検知部１４１ａおよび１４１ｂは、受光した光強度に応じた電気信号を出力するフォトダイオードを備え、フォトダイオードによる電気信号を、同期検知信号としてレーザ装置１０８の照射制御手段１４２へ出力する。

照射制御手段１４２は、レーザ出力を制御する信号をレーザ装置１０８へ出力し、レーザ光１１７を走査する信号をミラーｂ１１８ｂへ出力する。

図３（ｂ）は、図（ａ）をＹ軸方向から見たイメージを表した図である。対象物１０１は、画面の奥側から手前側（Ｙ方向）に搬送される。

図３（ａ）と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図３（ｃ）から（ｆ）は、対象物と、回転検知手段との位置関係を表している。

図３（ｃ）は、対象物が六角柱状の形状の場合における回転検知手段１０４及び１０５と対象物１０１の位置関係を、Ｘ軸方向から見た図である。

図３（ｃ）において、検知方法による回転検知手段（投光部）１０４と回転検知手段（受光部）１０５の位置関係は異なつてくる。

ここで検知方法が透過型の場合は、回転検知手段（投光部）１０４と回転検知手段（受光部）１０５の位置関係である。

また検知方法が反射型の場合で正反射光を受光する場合は、回転検知手段（投光部）１０４と回転検知手段（受光部）１０５ａの位置関係となる。

さらに検知方法が反射型の場合で乱反射光を受光する場合は、回転検知手段（投光部）１０４と回転検知手段（受光部）１０５ｂの位置関係となる。

このように検知方法の異なる回転検知手段を備えていることで、対象物１０１の回転を正確に検知することができる。

例えば、事前に対象物をさまざまな角度に回転させながら搬送し、対象物１０１の回転による各種の回転検知手段（受光部）の受光量の変化をバックデータとして記録しておく。このように記録したバックデータを利用することにより、対象物１０１の回転量を精度よく認識することができる。

また回転検知手段（投光部）１０４と回転検知手段（受光部）１０５の組み合わせが複数あってもよい。複数の検知手段により、様々な角度に反射または透過される受光量に基づいて対象物１０１の回転をさらに精度よく検知することができる。

また、回転検知手段はこのような回転検知手段（投光部）１０４と回転検知手段（受光部）１０５の組み合わせでなくてもよく、カメラにより対象物の回転を検知してもよい。

カメラで撮像された画像は情報量が多いため、カメラを用いる方が回転量を検知する精度が上がる可能性は高い。

回転検知手段を問わず、対象物１０１が基準位置から回転しない場合でも、対象物が基準位置にある場合のバックデータと比較することで、対象物が回転していないことも認識することができることは言うまでもない。

図３（ｄ）は、図３（ｃ）をＹ軸方向から見た様子を示している。

図３（ｅ）は、対象物１０１が六角柱状の場合で示した図３（ｃ）に対し、対象物１０１が八角柱状の形状の場合における回転検知手段１０４及び１０５と対象物１０１の位置関係を、Ｘ軸方向から見た図である。

図３（ｆ）は、図３（ｅ）をＹ軸方向から見た様子を示している。

図３（ｃ）から（ｆ）では、対象物１０１として、六角柱状および八角柱状の形状の場合を説明しているが、他の多角形上の対象物でも曲面によって形成される対象物でも同じである。複数の検知手段により、様々な角度に反射または透過される受光量に基づいて対象物１０１の回転を検知することができるのは、前述の通りである。

図３（ａ）から（ｆ）について、ここまで検知手段は回転検知手段として説明をしてきたが、検知手段が位置検知手段であっても同様であり、方法の異なる複数の検知手段を備えることで対象物の位置を精度よく検知することができる。

図４は、本実施形態における一例である対象物が回転する様子をＸ軸方向から見た説明図である。図４では対象物１０１がＸ軸まわりをα回転している。

説明をわかりやすくするため、Ｘ軸に平行な２つの向き合った対称面を持つ形状の対象物について説明する。例えば、２つの向き合った対称面を持つ場合、ＹーＺ平面の断面は正四角形（正方形）となる。３つの向き合った対称面を持つ場合のＹーＺ平面の断面は、正六角形となり、４つの向き合った対称面を持つ場合のＹーＺ平面の断面は、正八角形となる。

ＹーＺ平面の断面が正四角形の場合について説明する。

図４（ａ）は、対象物１０１がまったく回転していない場合の様子を表している。

この場合、レーザ装置１０８から見てレーザ照射範囲の中心であるレーザ照射基準方向１１１と、対象物１０１のレーザ照射面１０３の中心が一直線上に並んでいる。このため、レーザ装置１０８が照射するレーザ光１１７のレーザ照射画角（θ）１２１を調整することなく、対象物１０１のレーザ照射面１０３へレーザ光１１７を照射できる。

図４（ｂ）は、対象物１０１がα回転をした場合の様子を表している。

この場合、レーザ照射基準方向１１１と対象物１０１のレーザ照射面１０３の中心が一直線上に並ぶタイミングでは、対象物１０１の中心はレーザ照射基準方向１１１上からずれていることになる。一般的に対象物１０１の位置は対象物１０１の中心の位置情報で特定するため、この図４（ｂ）のタイミングは、本来予定しているレーザ照射のタイミングより前のタイミングである。

図４（ｃ）は、対象物１０１が回転した場合の様子を表しており、レーザ照射基準方向１１１と対象物１０１の中心が一直線上に並ぶタイミングの状態を表している。

このタイミングは、本来のレーザ照射タイミングではあるが、レーザ照射基準方向１１１と対象物１０１のレーザ照射面１０３の中心がすれているため、レーザ光１１７のレーザ照射画角（θ）１２１を、レーザ照射画角（ω）１２２及びレーザ照射画角（Φ）１２３へと調整しなくてはならなくなってしまう。

図４（ｄ）は、早いタイミングでレーザ照射を開始することにより、レーザ照射基準方向１１１と対象物１０１のレーザ照射面１０３の中心が一直線上に並ぶタイミングでレーザ照射する様子を表している。

この際の早いタイミングとは、対象物１０１の回転による位置ずれ量（ｍ）１２０に相当する分の搬送にかかる時間である。レーザ照射基準方向１１１に対して、搬送方向上流側に位置ずれ量（ｍ）変位した位置が、レーザ照射開始位置として最もふさわしい。

ちなみに具体的な回転変化による位置ずれ量（ｍ）１２０としては、レーザ照射面１０３の幅をＬ、対象物１０１の回転角をΨとしたとき、次式で表現される。

ｍ＝Ｌ／２＊ｓｉｎ（Ψ）

図５は、本実施形態における一例である対象物を検知する回転検知手段及び位置検知手段の関係を説明する図である。

図５において、対象物１０１は搬送方向下流側（Ｙ方向）に搬送速度Ｖで搬送される。

対象物１０１は搬送されながらレーザ装置１０８によって、レーザ光１１７を照射される。

レーザ装置１０８より搬送方向上流側に、対象物１０１の位置を検知する手段を配置している。位置検知手段の一例として、位置検知手段（投光部）１０６と位置検知手段（受光部）１０７を示している。

レーザ装置１０８より搬送方向上流側に、さらに対象物１０１の回転を検知する手段も配置している。回転検知手段の一例として、回転検知手段（投光部）１０４と回転検知手段（受光部）１０５を示している。

図５においては、レーザ装置１０８から回転検知手段（投光部）１０４及び回転検知手段（受光部）１０５までの距離を回転検知レーザ照射調整区間１３１、レーザ装置１０８から位置検知手段（投光部）１０６及び位置検出手段（受光部）１０７までの距離を位置検知レーザ照射調整区間１３０として示している。

図５に示すように、位置検知レーザ照射調整区間１３０よりも、回転検知レーザ照射調整区間１３１のほうが長い。

ここで、位置検知手段（投光部）１０６及び位置検知手段（受光部）１０７や回転検知手段（投光部）１０４及び回転検知手段（受光部）１０５は、搬送方向Ｙに対して必ずしも垂直である必要はない。

この位置検知レーザ照射調整区間１３０が示しているのは、レーザ装置１０８から対象物１０１の位置を実質的に検知するまで区間である。

また、回転検知レーザ照射調整区間１３１が示しているのは、レーザ装置１０８から対象物１０１の回転を実質的に検知するまで区間である。

上記の通り、位置検知レーザ照射調整区間１３０よりも、回転検知レーザ照射調整区間１３１を長くしているのは、位置検知手段により取得した位置情報の処理に比べ、回転検知手段により取得した回転情報の処理のほうがその処理時間に多くの時間がかかるため、回転検知手段を位置検知手段よりも搬送方向上流側に配置することで、トータルの処理時間を短縮するためである。このようなトータル処理時間の短縮は、搬送方向における装置の省スペース化にもつながる。

図６は、本実施形態における一例である対象物を検知するフローチャートである。

まず対象物１０１を搬送しながら、対象物１０１の位置及び回転を検知する（Ｓ１）。

次に回転検知情報に基づいてレーザ照射のための処理を開始する（Ｓ２）。

その後、位置検知情報に基づいてレーザ照射のための処理を開始する（Ｓ３）。

そして最後に、Ｓ２及びＳ３の処理結果に基づき、レーザ照射の開始位置を決定する（Ｓ４）。

このように回転検知手段により取得した回転情報の処理を、位置検知手段により取得した位置情報の処理よりも先に開始することにより、トータルの処理時間を短縮できる。

図７は、本実施形態における一例である対象物の搬送方向とレーザ照射方向との関係を説明する図である。

図７（ａ）は、対象物１０１へのレーザ光１１７によるレーザ照射の主走査方向１０９が搬送方向Ｖ（Ｙ方向）に対して垂直である状態を表している。一方、レーザ照射の副走査方向１１０は、レーザ照射の主走査方向１０９とは垂直である方向であり、搬送方向Ｖ（Ｙ方向）と一致している。

図７（ｂ）は、対象物１０１をＹ方向に搬送しながら、主走査間のインターバル時間を一定間隔にしてレーザ照射した場合の主走査照射のイメージ図である。

図７（ｃ）は、搬送しない場合（搬送速度Ｖの影響がない場合）の、主走査間のインターバル時間を一定間隔にしてレーザ照射した場合の主走査照射のイメージ図である。

図７（ｄ）は、対象物１０１へのレーザ光１１７によるレーザ照射の主走査方向１０９が搬送方向Ｖ（Ｙ方向）に対して並行である状態を表している。一方、レーザ照射の副走査方向１１０は、レーザ照射の主走査方向１０９とは垂直である方向であり、搬送方向Ｖ（Ｙ方向）に対して垂直方向である。

図７（ｅ）は、対象物１０１をＹ方向に搬送しながら、主走査間のインターバル時間を一定間隔にしてレーザ照射した場合の、主走査の照射のイメージ図である。

図７（ｆ）は、搬送しない場合（搬送速度Ｖの影響がない場合）の、主走査間のインターバル時間を一定間隔にしてレーザ照射した場合の主走査照射のイメージ図である。

レーザ照射は主走査方向に比べて、副走査方向は走査速度が遅い。このため、走査速度の遅い副走査方向と搬送方向を一致させることで、検知タイミング誤差による描画描き出し位置変動を小さくすることができる。

図８は、本実施形態における一例であるレーザ光の搬送方向への追従を説明する図である。

図８（ａ）は、搬送される対象物にレーザ照射される様子を表している。

前述のように、レーザ装置１０８から射出された平行光のレーザ光１１７は、ビームエキスパンダ１４０により直径が拡大され、レンズ１１９により搬送速度Ｖにて搬送されている対象物の表面に照射される。

図中では、搬送される複数の対象物は搬送方向に一定間隔で配置されており、対象物がある区間を対象物あり区間（Ｏ）１５０とし、対象物がない区間を対象物なし区間（Ｕ）として表している。

また、既にレーザ光１１７を照射した対象物の該当部分を照射領域１５３、未だレーザ光１１７を照射していない対象物の該当部分を非照射領域１５２として表している。

レーザ光１１７は走査手段１５４にて走査される。走査手段としては、ガルバノミラーやポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラー等を用いることができる。なお、実施形態ではレーザ光１１７をＹ方向に１次元走査する例を示すが、これに限定されるものではない。直交する２方向に反射角度を変化させる走査 ミラーを用いてレーザ光１１７をＸＹ方向に２次元走査してもよい。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態から対象物がさらに搬送された状態を表している。

レーザ照射は照射領域１５３への照射を終え、非照射領域１５２への照射を未だ開始していない様子を表している。この状態ではレーザ光１１７は対象物なし区間（Ｕ）を照射しており、対象物への実質的な照射ができないタイミングである。

図８（ｃ）は、図８（ｂ）の状態から対象物がさらに搬送された状態を表している。

レーザ照射は非照射領域１５２への照射を開始した様子を表している。

図８（ａ）から（ｃ）は、レーザ光を搬送方向に追従しない場合を表しているが、図８（ｄ）から（ｅ）は、レーザ光を搬送方向に追従する場合を表している。

図８（ｄ）は、対象物の照射領域１５３へのレーザ照射を終え、非照射領域１５２へのレーザ照射を未だ開始していない様子を表している。

図８（ｅ）は、非照射領域１５２へのレーザ照射を開始する様子を表している。

図８（ｄ）から（ｅ）へは、偏向手段（走査手段）１５４により画角Ｄを走査し、レーザ光を搬送方向へ追従させることで、対象物へ照射しないタイミングを少なくしている。

このようにしてレーザ光の搬送方向への追従によって搬送方向の照射時間率を上げることができるため、生産性を向上させることができる。

図９は、本実施形態における変形例である複数のレーザ装置を有する場合の説明図である。

図９に示すレーザ照射装置１００は、レーザ装置（Ｌ１）１０８Ａ、レーザ装置（Ｌ２）１０８B及びレーザ装置（Ｌ３）１０８Ｃを備えている。

このようにレーザ装置を複数配置することにより、生産性向上することができる。

一方、回転検知手段（投光部）１０４及び回転検知手段（受光部）１０５は、複数備えていない。もし複数のレーザ装置１０８に対応して複数の検知手段を設けた場合には、部品コスト増加、検知手段のスペースの拡大という問題がある。

そこで、図９（ａ）は、検知手段を単一としたレーザ照射装置を表している。

図９（ｂ）は、各対象物の位置検知信号（Ｌ１）１６０Ａ，位置検知信号（Ｌ２）１６０Ｂ及び位置検知信号（Ｌ３）１６０Ｃと、レーザ照射開始信号（Ｌ１）１６１Ａ、レーザ照射開始信号（Ｌ２）１６１Ｂ及びレーザ照射開始信号（Ｌ３）１６１Ｃの関係を表している。

ここで省スペース化のために検知手段を単一とした場合、検知手段による対象物の検知から、複数のレーザ装置であるレーザ装置（Ｌ１）１０８Ａ、レーザ装置（Ｌ２）１０８B及びレーザ装置（Ｌ３）１０８Ｃ各々までのレーザ照射開始までの時間が一定でなくなるという問題が生ずる。

そこで、レーザ装置（Ｌ１）１０８Ａでは位置検知信号（Ｌ１）１６０Ａを検知し、レーザ照射開始信号（Ｌ１）１６１Ａのタイミングでレーザ照射をする。また、レーザ装置（Ｌ２）１０８Ｂでは位置検知信号（Ｌ２）１６０Ｂを検知し、レーザ照射開始信号（Ｌ２）１６１Ｂのタイミングでレーザ照射をする。そして、レーザ装置（Ｌ３）１０８Ｃでは位置検知信号（Ｌ３）１６０Ｃを検知し、レーザ照射開始信号（Ｌ３）１６１Ｃのタイミングでレーザ照射をする。

このようにそれぞれのレーザ装置において、対象物の検知からレーザ照射開始までの時間を異ならせることで、単一の、回転検知手段（投光部）１０４及び回転検知手段（受光部）１０５の組み合わせと、複数のレーザ装置であるレーザ装置（Ｌ１）１０８Ａ、レーザ装置（Ｌ２）１０８Ｂ及びレーザ装置（Ｌ３）１０８Ｃを有するレーザ照射装置１００を構成することができる。

上記の説明では、単一の、回転検知手段（投光部）１０４及び回転検知手段（受光部）１０５の組み合わせとしているが、単一の、位置検知手段（投光部）１０６及び位置検知手段（受光部）１０７の組み合わせでもよい。

また、検知手段は一対のものでなくても、検知ができる手段であればよく、カメラなどでもよい。

図１０は、本実施形態における変形例である複数のレーザ装置を有する場合の一例である。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、搬送速度Ｖにおいてレーザを照射する様子を表している。図１０（ａ）は対象物の照射前で、図１０（ｂ）は対象物の照射後のタイミングを表している。

一方、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）は、搬送速度３Ｖにおいてレーザを照射する様子を表している。この場合は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）における搬送速度の３倍の搬送速度で対象物を搬送している。

図１０（ｃ）は対象物の照射前で、図１０（ｄ）は対象物の照射後のタイミングを表している。

このように、複数のレーザ装置（１０８Ａ、１０８Ｂおよび１０８Ｃ）を備えることにより、搬送速度を大きくすることができ、生産性を向上することにつながる。

図１１は、本実施形態における変形例である対象物が非透過部を有する場合の説明図である。

対象物１０１が透過性または非透過性のいずれの場合も、検知手段（投光部）１７０及び検知手段（受光部）１７１からなる一対の検知手段により、対象物１０１の回転情報や位置情報を検知できる。

検知は、検知手段（一体型）１７２でもよく、検知手段のタイプは問わない。

図１１の対象物１０１が非透過性の場合には、距離検知手段１７７によって距離を検知することも、対象物の位置および回転の検知精度向上につながる。非透過部の場合は、対象物と検知手段間の距離を精度よく測定できるからである。

各種の検知手段が複数あり、その複数の検知手段を組み合わせることで、対象物の検知精度はさらに向上する。

図１２は、本実施形態における一例である対象物の性状変化の説明図である。

図１２（ａ）から（ｄ）は、対象物の性状変化例を示す図である。

＜基材の性状の変化例＞
対象物にレーザ光を照射する対象物の性状は変化する。

（ａ）は蒸散による形状変化の図、（ｂ）は溶融による形状変化の図、（ｃ）は結晶化状態変化の図、（ｄ）は発泡状態変化の図である。

図１２（ａ）は、対象物の表面の基材を蒸散させて形成した凹部形状を示している。

図１２（ｂ）は、対象物の表面の基材を溶融させて形成した凹部形状を示している。

図１２（ｂ）の場合、図１２（ａ）に対して凹部の周縁部が盛り上がった形状になる。

図１２（ｃ）は、対象物の基材表面の結晶化状態の変化を示している。

図１２（ｄ）は、対象物の基材内部の発泡状態の変化を示している。

このように、対象物の表面の形状を変化させたり、基材表面の結晶化状態、又は基材内部の発泡状態等の性質を変化させたりすることで、対象物の表面又は内部に性状の変化をもたらすことができる。

対象物の表面の基材を蒸散させて凹部形状を形成する方法として、例えば、波長が３５５ｎｍ乃至１０６４ｎｍ、パルス幅が１０ｆｓから５００ｎｍ以下のパルスレーザを照射する。これによりレーザビームが照射された部分の基材が蒸散し、表面に微小な凹部が形成できる。

また、波長が３５５ｎｍ乃至１０６４ｎｍのＣＷ（Continuous Wave）レーザを照射することで、機材を溶融させて凹部を形成することも可能である。また、基材が溶融した後も、レーザを照射し続けると、基材の内部及び表面が発泡し、白濁化させることができる。

結晶化状態を変化させるためには、例えば基材をＰＥＴとし、波長が３５５ｎｍ乃至１０６４ｎｍのＣＷレーザを照射して、基材の温度を一気に上げ、その後、パワーを弱くしていく等により徐冷していくことで、基材のＰＥＴを結晶化状態にすることができ、白濁化させることができる。なお、温度を上げたあと、レーザビームを消灯する等により急冷すると、ＰＥＴは非晶質状態になり、透明になる。

対象物の基材性状の変化は、図１２に示したものに限定されるものではない。

対象物を構成する基材の黄変、酸化反応や表面改質等により基材の性状を変化させてもよい。

図１３は、本実施形態における変形例である対象物の検知手段の説明図である。ここで検知手段について、再度整理をする。

図１３（ａ）は、透過型の検知手段で、検知手段（投光部）１７０及び検知手段（受光部）１７１にて構成される例である。

図１３（ｂ）は、反射型の検知手段で、検知手段（一体型）１７２にて構成される例である。

図１３（ｃ）は、反射型の検知手段で、検知手段（投光部）１７０及び検知手段（受光部）１７１にて構成される例である。投光部と受光部が別部材の例である。

図１３（ｄ）は、複数種類の検知手段にて構成される検知手段の事例である。

図１３（ｄ）では、透過型の検知手段である検知手段Ａ（投光部）１７３及び検知手段Ａ（受光部）１７４と、反射型の検知手段である検知手段Ｂ（一体型）１７５にて構成される。

このように対象物の回転または位置を検知する手段は、対象物の透過度や形状等によってさまざまな手段を用いることができ、また検知手段は複合して用いることができる。
●まとめ

本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置１００は、対象物１０１の回転を検知する回転検知手段と、回転検知手段により検知された対象物の回転情報に基づいて対象物への照射を制御する照射制御手段１４２とを備えている。

これにより、対象物が回転した場合に、対象物の所望の位置に正確にレーザ照射をすることができる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置１００は、回転検知手段により検知された対象物の回転量情報に基づいて対象物への照射開始位置を決定することを特徴とする。

これにより、対象物が回転した場合に、対象物の所望の位置に正確にレーザ照射をすることができる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置１００は、回転検知手段により検知された対象物の回転量のうち、搬送方向の回転量情報に基づいて搬送方向における対象物への照射開始位置を決定することを特徴とする。

これにより、レーザ照射画角を変更する必要がなくなるため、レーザ照射機構の高コスト化や装置全体の大型化を防ぐことができる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置１００は、対象物の位置を検知する位置検知手段を、さらに備えたことを特徴とする。

これにより、対象物の位置も検知することにより、対象物の回転だけでなく、対象物の所望の位置により正確にレーザ照射をすることができる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置１００は、回転検知手段を、位置検知手段よりも搬送方向上流に配置することを特徴とする。

一般的に位置検知手段による位置情報の処理に比べ、回転検知手段による回転情報の処理のほうがその処理には時間がかかる。このため回転検知手段を位置検知手段よりも上流側に配置することで、トータルの処理時間を短縮できる。またこのような処理時間の短縮は、搬送方向における装置の省スペース化につながる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置１００は、回転検知手段により検知された対象物の回転情報に基づいた処理を開始後、位置検知手段により検知された位置情報に基づいた処理を開始することにより、対象物への照射開始位置の決定することを特徴とする。

これにより、回転情報に基づいて行う処理を位置情報に基づいた処理よりも最初に開始することで、全体の処理時間を最小化できる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置１００は、レーザ照射の副走査方向と対象物の搬送方向が一致することを特徴とする。

レーザ照射は主走査方向に比べて、副走査方向は走査速度が遅い。このため、走査速度の遅い副走査方向と搬送方向を一致させることで、検知タイミング誤差による描画描き出し位置変動を小さくすることができる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置１００は、レーザ光が対象物の搬送方向に追従することを特徴とする。

これにより、搬送方向の照射している時間の割合を上げることができ、生産性を向上できる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置１００は、複数の前記対象物をレーザ照射する複数のレーザ装置を有し、前記複数のレーザ装置が対象物の検知からレーザ照射開始までそれぞれ異なる時間でレーザ照射をすることを特徴とする。

一般的に、生産性を高めるために複数のレーザ照射装置を備えるケースでは検知手段も複数備えるが、スペースの拡大という問題があり検知手段を単一としたほうが良い。この場合には、対象物の検知からレーザ照射装置による照射開始までの時間を異ならせることで、正しいタイミングでレーザ照射が可能となる。

本発明の一実施形態にかかるレーザ照射装置１００は、対象物の非透過部を検知する非透過部検知手段と、当該非透過部からの距離を検知する距離検知手段をさらに有することを特徴とする。

非透過部は距離検知精度も高いため、対象物の回転や位置の検知精度がさらに向上する。

１００ レーザ照射装置
１０１ 対象物
１０２ レーザ照射領域
１０３ レーザ照射面
１０４ 回転検知手段（投光部）
１０５ 回転検知手段（受光部）
１０５ａ 回転検知手段（受光部）正反射
１０５ｂ 回転検知手段（受光部）乱反射
１０５ｃ 回転検知手段（受光部）透過
１０６ 位置検知手段（投光部）
１０７ 位置検知手段（受光部）
１０８ レーザ装置
１０８Ａ レーザ装置（Ｌ１）
１０８Ｂ レーザ装置（Ｌ２）
１０８Ｃ レーザ装置（Ｌ３）
１０９ レーザ照射の主走査方向
１１０ レーザ照射の副走査方向
１１１ レーザ照射基準方向
１１７ レーザ光
１１８ａ ミラーａ
１１８ｂ ミラーｂ
１１９ レンズ
１２０ 回転変化による位置ずれ量（ｍ）
１２１ レーザ照射画角（θ）
１２２ レーザ照射画角（ω）
１２３ レーザ照射画角（Φ）
１３０ 位置検知レーザ照射調整区間
１３１ 回転検知レーザ照射調整区間
１４０ ビームエキスパンダー
１４１ａ 同期検知部ａ
１４１ｂ 同期検知部ｂ
１４２ 照射制御手段
１４３ 正反射角度（Ｎ）
１４４ 乱反射角度（Ｒ）
１４５ カメラ
１５０ 対象物あり区間（Ｏ）
１５１ 対象物なし区間（Ｕ）
１５２ 非照射領域
１５３ 照射領域
１５４ 偏向手段（走査手段）
１６０ 位置検知信号
１６０Ａ 位置検知信号（Ｌ１）
１６０Ｂ 位置検知信号（Ｌ２）
１６０Ｃ 位置検知信号（Ｌ３）
１６１ レーザ照射開始信号
１６１Ａ レーザ照射開始信号（Ｌ１）
１６１Ｂ レーザ照射開始信号（Ｌ２）
１６１Ｃ レーザ照射開始信号（Ｌ３）
１６３Ａ 非照射領域（Ｌ１）
１６３Ｂ 非照射領域（Ｌ２）
１６３Ｃ 非照射領域（Ｌ３）
１６４Ａ 照射領域（Ｌ１）
１６４Ｂ 照射領域（Ｌ２）
１６４Ｃ 照射領域（Ｌ３）
１７０ 検知手段（投光部）
１７１ 検知手段（受光部）
１７２ 検知手段（一体型）
１７３ 検知手段Ａ（投光部）
１７４ 検知手段Ａ（受光部）
１７５ 検知手段Ｂ（一体型）
１７６ 非透過部
１７７ 距離検知手段

特開２００４―１４８３７９号公報 特開２０２１―０３７６８５号公報

Claims (9)

1. 搬送される対象物にレーザ光を照射する装置において、
   対象物の回転を検知する回転検知手段と、
   前記回転検知手段により検知された対象物の回転情報に基づいて
   前記対象物への照射を制御する照射制御手段と、
   前記対象物の位置を検知する位置検知手段と、を備え、
   前記回転検知手段を、前記位置検知手段よりも搬送方向上流に配置する
   ことを特徴とするレーザ照射装置
2. 請求項１のレーザ照射装置において、
   前記回転検知手段により検知された前記対象物の回転量情報に基づいて
   前記対象物へのレーザ照射開始位置を決定する
   ことを特徴とするレーザ照射装置
3. 請求項２のレーザ照射装置において、
   前記回転検知手段により検知された前記対象物の回転量のうち、
   搬送方向の前記回転量情報に基づいて
   搬送方向における前記対象物への前記レーザ照射開始位置を決定する
   ことを特徴とするレーザ照射装置
4. 搬送される対象物にレーザ光を照射する装置において、
   対象物の回転を検知する回転検知手段と、
   前記回転検知手段により検知された対象物の回転情報に基づいて
   前記対象物への照射を制御する照射制御手段と、
   前記対象物の位置を検知する位置検知手段と、を備え、
   前記回転検知手段により検知された前記対象物の前記回転情報に基づいた処理を開始後、
   前記位置検知手段により検知された位置情報に基づいた処理を開始することにより、
   対象物へのレーザ照射開始位置を決定する
   ことを特徴とするレーザ照射装置
5. 請求項１乃至請求項４のレーザ照射装置において、
   レーザ照射の副走査方向と前記対象物の搬送方向が一致する
   ことを特徴とするレーザ照射装置
6. 請求項１乃至請求項５のレーザ照射装置において、
   前記レーザ光は前記対象物の搬送方向に追従する
   ことを特徴とするレーザ照射装置
7. 搬送される対象物にレーザ光を照射する装置において、
   対象物の回転を検知する回転検知手段と、
   前記回転検知手段により検知された対象物の回転情報に基づいて
   前記対象物への照射を制御する照射制御手段と、を備え、
   複数の前記対象物をレーザ照射する複数のレーザ装置を有し、
   前記複数のレーザ装置が対象物の検知からレーザ照射開始までそれぞれ異なる時間でレーザ照射をする
   ことを特徴とするレーザ照射装置
8. 搬送される対象物にレーザ光を照射する装置において、
   対象物の回転を検知する回転検知手段と、
   前記回転検知手段により検知された対象物の回転情報に基づいて
   前記対象物への照射を制御する照射制御手段と、を備え、
   前記対象物の非透過部を検知する非透過部検知手段と、
   非透過部からの距離を検知する距離検知手段を、さらに備える
   ことを特徴とするレーザ照射装置
9. 搬送される対象物にレーザ光を照射する照射方法であって、
   対象物の回転を検知する回転検知ステップと、
   前記対象物の位置を検知する位置検知ステップと、
   前記回転検知ステップにより検知された対象物の回転情報に基づいた処理を開始後、
   前記位置検知ステップにより検知された位置情報に基づいた処理を開始することにより、
   前記対象物へのレーザ照射開始位置を決定するステップと、を、有する
   ことを特徴とするレーザ照射方法