JP2001500065A

JP2001500065A - レーザ装置

Info

Publication number: JP2001500065A
Application number: JP10513339A
Authority: JP
Inventors: サッター，リロイ，ヴァーノン; ブラックバーン，リチャード
Original assignee: ザドミノコーポレイション
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2001-01-09
Also published as: CN1230268A; WO1998011495A1; US6421159B1; DE69703697D1; EP0925546A1; EP0925546B1; DE69703697T2; CN1157676C

Abstract

(57)【要約】レーザマーキング装置は多数の個別レーザデバイス（１）を有し、これらのデバイスが互いに所定角度で取り付けられている。これらのレーザデバイスの出力端（２）は互いに近接して隣接配置されており、多数のレーザビーム・リディレクタ（５）が前記レーザ出力端（２）から出射されたレーザビーム（３）を遮るように配置され、これによりレーザビーム経路の長さを伸ばすと共に前記レーザビーム（３）間の角度を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】レーザ装置本発明は、レーザに係り、とくに、マーキングやコーディングの応用分野で使用するレーザ装置の光学系に関する。このような応用分野で使用するときに好適なレーザ装置が、米国特許第４，６１８，９６１号、同第４，８９１，８１９号、および同第５，０９５，４９０号で説明されている。さらに、米国特許第４，６５２，７２２号では、固定反射手段、ビーム管、および焦点レンズに関連させた複数のコヒーレントなレーザビームを利用したレーザ装置が説明されており、これによりマーキング表示が付与され、または基板表面への永久的な改質がなされる。この米国特許第４，６５２，７２２号のクレーム１で開示されている特徴は、光学経路を短縮できるということであり、その明細書には、反射手段を使って光学経路をどのようにして短縮するかについて説明されている。多重レーザチャンネルを利用するコンパクトで且つ商用的に実行可能なレーザマーキング装置をつくるときの主要な問題の一つは、チャンネルアセンブリの物理的サイズを小さくし、同時に、所望の光学的マーキング特性を得るために必要な光学的構成を簡単化できるようにレーザチャンネルを位置決めすることである。通常、個々のレーザの物理的サイズの制約に因って、光学的間隔と、最適な光学的性能を得るのに必要なレーザ間の角度関係とを同時には容易に達成し得るものではない。この問題を解決するために、米国特許第４，６５２，７２２号において発明者らが教示している１つの方法は、レーザを平行に近い向きに配置し、各ビームを光学的に再方向付け（re-direct）して、光学経路を短縮すると共に個々のレーザビーム間に所望の角度関係を確立するようにする手法である。しかしながら、上述した特許明細書では、多重ドットによって適切な小ささの文字サイズを提供するという課題を扱っていない。米国特許第５，１６８，４０１号およびＰＣＴ国際公開第９６／０４５８４号には、レーザダイオードから出射された個々のレーザビームのコリメーションに関する光学装置が説明されているが、これには本発明に関係する課題が述べられていない。欧州特許第５３８，０４４号には、米国特許第４，６５２，７２２号および同第５，３８９，７７１号が開示しているのと類似したシステム、すなわち、点光源から照射されたシングルビームを折り返すための装置と特性の点で類似したシステムが開示されている。しかし、これらの特許明細書のいずれも、本発明に特別に関連するものとは認められない。本発明によれば、レーザ装置は、複数の個別のレーザを備え、これらのレーザのそれぞれは出力端を有し、かつ、これらのレーザは互いに所定角度で取り付けられており、前記レーザ出力端を互いに近接して配置するとともに、複数のレーザビーム・リディレクタ（redirector）が前記レーザ出力端から出射されたレーザビームを遮るように配置され、前記レーザビーム・リディレクタは前記レーザビームの経路長を伸ばし且つ前記レーザビーム間の角度差を低減するように配置されている。この手段を用いて、提供される光学システムは適切に間隔を空けた複数のマークを生成して、移動している基板上に文字・数字両用の、グラフィックの、および／または機械で読取り可能なマークを生成することができる。その一方で、典型的には生産ラインなど、比較的小さいスペースに適合する非常にコンパクトなシステムを提供することができる。このレーザビーム・リディレクタは好適にはミラーまたは屈折光学プリズムである。ステアリング・ミラーを光学経路に付加してレーザビーム間の角度を変えることができ、この角度を電気的信号によって所望量だけステアリング可能である。レンズを使ってレーザビームをターゲット上にフォーカスさせてもよく、このレーザビームは好適にはレーザビーム・リディレクタとレンズとの間で交差するように配置される。このレンズは好適には、レーザビームが交差する位置と、その交差点からレンズの焦点長である距離ｆだけ離れたターゲット面との間に位置決めされる。本発明によれば、前記レーザビームを複数のターゲットに方向付けるためのレーザビーム分割デバイスを備えていてもよく、この場合、レーザビーム・リディレクタとレンズそれぞれとの間でのレーザビームの各経路長は、好適には前記ターゲットそれぞれに上述した如く与える長さであり、好適な一例として、等しい長さである。添付図面を参照して本発明による装置の例を以下に説明し、添付図面において、図１は本装置の第１の例を示す平面図であり、図２は本装置を示す側面立面図であり、図３は、比較説明のために添付した、本発明に拠るレーザビーム・リディレクタを設けないレーザマーキング・システムを示す図であり、図４Ａ〜４Ｆは図１の装置で使用されているミラーの詳細を示す図であり、図５、６および７は本発明に基づく装置の第２、第３、および第４の別の例を示す図であり、図８および９は本発明の基礎を成す原理を説明するためのビーム図であり、図１０はレーザビームをフォーカスさせるレンズ配置を示す図であり、図１１および１２は本発明に係るさらに別の実施例を例示する図であり、および、図１３はレーザマーキング用の２組以上のレーザビームを用いる本発明の実施例を例示する図である。コンパクトなレーザマーキング用またはレーザコーディング用のデバイスを製造するために、個々の出力端２を互いに隣接させた状態で、個別のレーザ１が図１および３に示す如く互い違いに重ねた状態で近接して配置されている。図３に示す如く、これにより生じる各レーザビーム３間の角度は、それらビームが通常のフォーカス用レンズ４を通過すると、そのレンズ４から適宜な距離ｆ離れた位置でトータル距離Ｄにわたって互いに間隔を空けられる。これは、大部分のマーキング用途にとってあまりにも大きい距離である。この図３を用いた例との比較において、図１および２が示すことは、複数のミラーアセンブリ５，６を用いて、レーザビーム３の全体の経路をＬからＬ₁に伸長させ、同時に、個々のレーザビーム３間の角度を減少させる様子であり、これにより、図３に示した装置のトータル分離距離Ｄよりもかなり小さいトータル分離距離Ｄ₁を有するビームの組を生成することができる。第１の再方向付け（re- directing）ミラーアセンブリ５は複数のミラー５１を有し、この各ミラーがビーム３の組を第２の再方向付けミラーアセンブリ６の各領域に対して再方向付け（re-direct）するための適当に異なる反射角度を有する。このミラーアセンブリ６は角度４５°に設定した１つのミラー６１を有し、このミラー６１がビーム３を焦点合わせレンズ４に向けて再方向付けする。本構成の幾何学的形状およびレンズ４の焦点距離によって、ターゲット基板上に生成することができるマークのドット間隔およびドットサイズが決定される( 図８および９に関連して以下に説明される如く)。そして、マーキング用ドットの分離状態は、ドット個々でまたはドットグループのいずれか毎に、焦点合わせレンズ４の位置におけるレーザビーム３間の角度を変更することより調整するようにすればよい。レーザ１から出射されるレーザビーム３のビーム間の分離角度は、最初、４．３３°であり、図４Ａ〜４Ｆにさらに詳細に示すミラーアセンブリ５の個別のミラー５１によって０．２°〜１．０°の間で変更される(図４Ａ〜４Ｆに示す構成は０．８度で変更する場合である)。図４Ａ〜４Ｄは、図的には、図４Ｅの断面Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−ＣおよびＤ−Ｄのそれぞれにおける互いに直交する２つの別々の断面における、個々のミラー５１を形成するミラー表面、それらの間隔、および相対角度を示す。これらの断面それぞれの位置は図４Ｅに示してあり、図４Ｅおよび４Ｆはミラーアセンブリ５および６を示す。図４Ｆは図４Ｅに対して９０°の位置にある断面図であり、これにより複数のミラー表面５１の内の１つのみが表されている。図５、６および７は、別の実施例を側面図として示す。図５では、追加の、調整可能なミラーアセンブリ７および８が採用されており、これにより、ミラーアセンブリ５および６によってなされるビーム角度調整に起因するビーム長調整とは別にビーム長調整が可能になっている。図６の実施例は追加のミラーアセンブリ９を示しており、このアセンブリはビーム３を当該ビームの元の方向の面を横切って再方向付けする。また、図７の実施例は、図５及び６に示した例の特徴を組み合わせたものである。図４Ａ〜４Ｃはミラーアセンブリ５および６の詳細を更に説明している。本発明の概念の基礎を成している理論は以下の通りであり、図８および９に関して説明する。図８は、焦点距離ｆのレンズから距離Ｄ₁にあり、その焦点合わせレンズから距離Ｄ₂にある近接面表面で一連のフォーカスされたレーザスポットを形成する複数の角度付けしたレーザの幾何学的な構成を表している。図９は、回折効果を含め、図８に示すレーザのうちの２つの隣接したレーザの光学的な配置構成を示す。図９では、この隣接したレーザは互いに角度φであり、最も接近した位置において中心間同士で距離Ｙだけ離れている。内径Ｗ₁のレーザ開口から出た各レーザビームはその出口開口のファーフィールドに角度θで広がり、焦点距離ｆのレンズによってスポット径Ｗ₂にフォーカスされ、隣接するレーザスポットの状態から分離距離Ｓだけ離れる。最も低い次数のガウシアン・レーザビームの一般的な光学理論にしたがい、１次の薄いレンズによる近似法を使うと、次のような演算ができる。まず、レーザ理論の基礎的事項から、ガウシアン・ビームウエストＷ₁を有してレーザ開口から出射されるレーザビームが生じる発散はの関係式で与えられる。ここで、λは導波管から出射される光の波長であり、π は３．１４１５９の値に近似される物理定数である。レンズを通してフォーカスされるガウシアン・レーザビームについては、以下の関係式が容易に導かれ、それらはかかる主題に基づく標準的な教科書に載っている。すなわち、およびである。ここで、Ｄ₂はレンズから最小の焦点スポットサイズＷ₂までの距離（主焦点距離）である。最後に、レーザチャンネル間の角度が小さいという基準状態を適用すると、ｔａｎ（φ）はおよそφに等しくなり、これにより式が簡単なジオメトリによって表される。すなわち、となる。したがって、これらの方程式の組から、焦点スポットサイズＷ₂、所定の焦点スポットサイズＷ₂に対するスポット分離Ｓ、主焦点距離Ｄ₂、およびジオメトリのパラメータ（Ｗ₁，Ｄ₂，およびφ）および光学的パラメータ（ｆおよびλ）の所定の組に対するスポット分離Ｓを導くことができる。演算の例：一例として、以下の値が与えられる。 λ ＝１０．６×１０^-4ｃｍ（炭酸ガスレーザの波長）ｆ＝５．０ｃｍＷ₁ ＝０．４０ｃｍＤ₁ ＝１３０ｃｍ φ ＝０．０１ラジアンこれらの値から以下の値が導出される。 θ ＝０．０３３７ラジアン（式（１）から）Ｗ₂ ＝０．０１１６ｃｍ（式（２）から）Ｄ₂ ＝５．１ｃｍ（式（３）から）Ｓ＝０．０５１ｃｍ（式（４）から）上述した値は、３．０ｍｍを僅かに超える７個のドットによるキャラクタ（文字）に典型的な値であり、その場合にはキャラクタの高さＨはに等しくなる。ここで、Ｎはレーザチャンネル数であり、Ｓは最小ドットサイズ面（主焦点面であり、必ずしも焦点面ではない）におけるドット間の分離であり、Ｗ₂はこの面でフォーカスされたビーム径である。そこで、式（４）を上記関係式に代入すると、が得られる。ここで、φは焦点レンズに入るレーザチャンネル間の角度であり、Ｄ₂はレンズからレーザビームの主焦点までの距離である。スポットの分離状態が測定される面から距離ｆだけ離れたレンズの焦点面では、Ｄ₂＝ｆと単純化できるので、上記式はと単純化できる。この式によって、キャラクタの高さと、レンズの焦点面におけるレーザビーム角度およびレンズ焦点距離との間の関係が確立される。ミラーシステムはこの隣接レーザビーム間の角度φを変更して、ビーム経路を商用的に実行可能な長さに伸ばし、その一方でビーム分離角度を調整して上述した式（３）の所望のキャラクタ高さを得ることができる。上述した考察によって、マーキングする基板を焦点面２１に置くことが望ましいということも明らかになる。それは、ここに置くことで、レーザビーム３が最も鋭くフォーカスされ且つスポット幅Ｗ₂が最も小さくなるからである。しかし、ほかの基準を考慮して、ミラー６と基板に関するレンズ４の最適な位置決めを行うようにしてもよい。図１０を参照すれば、以下の関係が成り立つことが分かる。すなわち、である。ここで、Ｎ_maxはレーザビームの総数であり、Ψは最も外側のレーザビーム２３および２４間の角度である。したがって、式（７）および（８）から、ドット幅Ｗ₂を無視すると、が成立することが分かる。そこで、Ψおよびｆは、レンズ４とビーム交差点２０との間の距離Ｃとは無関係であることは明らかであるので、焦点面２１におけるキャラクタ高さＨも距離Ｃとは無関係になる。相似の三角形を比較することで、が成立することが分かる。ここで、Ｌはレンズ４とレーザビームが収束する点２２との間の距離であり、ａは最も外側のレーザビーム２３がレンズ４に入射する位置におけるレンズ４の光学軸からの半径方向の距離であり、Ｙは、レンズ４の光学軸に沿って前記点２２に向かって進むレンズ４から距離Ｘの位置における、レンズ４の光学軸から最も外側のレーザビーム２３までの半径方向の距離である。薄いレンズに関する式から、が既知である。ここで、Ｃは交差点２０とレンズ４との間の距離である。また、角度が小さいときには、が成り立つことが分かる。式（１０）から、Ｘに関するＹの微分が演算される。その結果を式（１１）および（１２）と組み合わせて、の式が表され、ｆ＝Ｃのときには、となる。この結果から、レンズ４をビーム交差点２０より向こうに距離ｆ、すなわちレンズの焦点長、の位置に置くと、キャラクタの高さＨは焦点面の近くで一定になることが分かる。すなわち、焦点面２１の内および外における位置に関するキャラクタ高さの変化は、距離Ｃおよびｆを互いに一致させることにより、零にすることができる。これにより、本装置を使えば曲面や凹凸のある面の上にも、キャラクタ高さを著しく変化させることなく、マーキングすることができ、特徴ある商用的な利点を提供できる。これらの特徴を有した装置の実施例に係るほかの例を図１１および１２に示す。この装置は、ビーム拡張器（beam extender）ハウジング３０、レンズアセンブリ３１、およびエアノズル・アセンブリ３２を備える。レーザビーム３はビームシャッター・アセンブリ３３を通して与えられ、このレーザ出力はビーム・シュラウド３４によりシールドされる。このビーム・シュラウドによって、この装置を用いるオペレータが偶然にレーザ照射に曝されるという事態を防止できる。また、このビーム・シュラウド３４はレーザマーキング領域を囲い、レーザマーキングの工程で発生する破片をポート３６を介して真空クリーナ装置（図示せず）によって吸引することができる。ビーム拡張器ハウジング３０をシールすることで、ミラー５，６，７および８のクリーンな状態が維持され、レーザマーキング工程でレーザにより生じる周囲の塵芥および破片の影響を受けないことが保証される。クリーンなフィルタリングされた空気を空気ノズルアセンブリ３２を介して循環させ、レーザマーキング工程で生じる破片や残留物がレンズアセンブリ３１内に配置した焦点合わせレンズ４を汚染することを防止する。レンズ焦点調整ねじ３５を使ってレンズアセンブリ３１を調整することで、レンズ４を精細にチューニングすることができる。さらに図１３を参照すると、本発明の実施例はビーム分割デバイス４０を内蔵することができ、このビーム分割デバイスは、レーザビーム３の一組が１以上の位置でレーザマーキングすることを可能とする。図１３に示す多重ライン装置には２つのレンズアセンブリ３１が取り付けられ、第３のレンズアセンブリの位置にはプラグ４１が取り付けられる。このプラグ４１をレンズアセンブリ３１に取り換えると、ビーム分割デバイスはレーザビーム３をさらに分割して、３箇所にレーザマーキングすることができる。動作時には、レーザビーム３がミラーアセンブリ５および６を介して多重ラインビーム拡張器ハウジング４２に入り、ミラーアセンブリ５および６は前述したようにビームの全体経路を伸ばす。次に、このビームは回転検流計上に装着されたミラーを備えるビーム分割デバイス４０に入射する。このミラーは当然に、例えば圧電素子または磁石誘導デバイスといった、振動的な回転運動を提供することができる複数のデバイスのいずれかに装着してもよい。ビーム分割デバイス４０は、必要に応じて、別の再方向付けミラー４３上にレーザビーム３を連続的に再方向付けすることができる。再方向付けミラー４３は、レーザビーム３をレンズアセンブリ３１に収容した焦点合わせレンズ４に向けて方向付けするもので、ミラーアセンブリ６と焦点合わせレンズ３との間のビーム３の経路の全体長が等しくなるように配置されている。このため、複数のレーザビーム３の光学的特性は、それらのビームがどの焦点合わせレンズを通るかには関係無く同一になり、コンパクトな装置によって上述した有利な長所を複数の目標上で発揮させることができる。

【手続補正書】【提出日】平成１１年３月１２日（１９９９．３．１２）【補正内容】明細書レーザ装置本発明は、レーザに係り、とくに、マーキングやコーディングの応用分野で使用するレーザ装置の光学系に関する。このような応用分野で使用するときに好適なレーザ装置が、米国特許第４，６１８，９６１号、同第４，８９１，８１９号、および同第５，０９５，４９０号で説明されている。さらに、米国特許第４，６５２，７２２号では、固定反射手段、ビーム管、および焦点レンズに関連させた複数のコヒーレントなレーザビームを利用したレーザ装置が説明されており、これによりマーキング表示が付与され、または基板表面への永久的な改質がなされる。この米国特許第４，６５２，７２２号のクレーム１で開示されている特徴は、光学経路を短縮できるということであり、その明細書には、反射手段を使って光学経路をどのようにして短縮するかについて説明されている。多重レーザチャンネルを利用するコンパクトで且つ商用的に実行可能なレーザマーキング装置をつくるときの主要な問題の一つは、チャンネルアセンブリの物理的サイズを小さくし、同時に、所望の光学的マーキング特性を得るために必要な光学的構成を簡単化できるようにレーザチャンネルを位置決めすることである。通常、個々のレーザの物理的サイズの制約に因って、光学的間隔と、最適な光学的性能を得るのに必要なレーザ間の角度関係とを同時には容易に達成し得るものではない。この問題を解決するために、米国特許第４，６５２，７２２号において発明者らが教示している１つの方法は、レーザを平行に近い向きに配置し、各ビームを光学的に再方向付け（re-direct）して、光学経路を短縮すると共に個々のレーザビーム間に所望の角度関係を確立するようにする手法である。しかしながら、上述した特許明細書では、多重ドットによって適切な小ささの文字サイズを提供するという課題を扱っていない。米国特許第５，１６８，４０１号およびＰＣＴ国際公開第９６／０４５８４号には、レーザダイオードから出射された個々のレーザビームのコリメーションに関する光学装置が説明されているが、これには本発明に関係する課題が述べられていない。欧州特許第５３８，０４４号には、米国特許第４，６５２，７２２号および同第５，３８９，７７１号が開示しているのと類似したシステム、すなわち、点光源から照射されたシングルビームを折り返すための装置と特性の点で類似したシステムが開示されている。しかし、これらの特許明細書のいずれも、本発明に特別に関連するものとは認められない。本発明によれば、レーザ装置は、複数の個別のレーザを備え、これらのレーザのそれぞれはレーザビームを出射する出力端を有し、かつ、これらのレーザはそれらのレーザビームが交差するように互いに所定角度で取り付けられており、前記レーザ出力端を互いに近接して配置するとともに、複数のレーザビーム・リディレクタ（redirector）が前記レーザ出力端から出射されたレーザビームを遮るように配置され、前記レーザビーム・リディレクタは前記レーザビームの経路長を伸ばし且つ前記レーザビーム間の角度差を低減するように配置され、前記レーザビーム・リディレクタは前記レーザの出力端と前記レーザビームが交差する交差点との間に配置される。この手段を用いて、提供される光学システムは適切に間隔を空けた複数のマークを生成して、移動している基板上に文字・数字両用の、グラフィックの、および／または機械で読取り可能なマークを生成することができる。その一方で、典型的には生産ラインなど、比較的小さいスペースに適合する非常にコンパクトなシステムを提供することができる。このレーザビーム・リディレクタは好適にはミラーまたは屈折光学プリズムである。ステアリング・ミラーを光学経路に付加してレーザビーム間の角度を変えることができ、この角度を電気的信号によって所望量だけステアリング可能である。レンズを使ってレーザビームをターゲット上にフォーカスさせてもよい。このレンズは好適には、レーザビームが交差する位置と、その交差点からレンズの焦点長である距離ｆだけ離れたターゲット面との間に位置決めされる。本発明によれば、前記レーザビームを複数のターゲットに方向付けるためのレーザビーム分割デバイスを備えていてもよく、この場合、レーザビーム・リディレクタとレンズそれぞれとの間でのレーザビームの各経路長は、好適には前記ターゲットそれぞれに上述した如く与える長さであり、好適な一例として、等しい長さである。添付図面を参照して本発明による装置の例を以下に説明し、添付図面において、図１は本装置の第１の例を示す平面図であり、図２は本装置を示す側面立面図であり、図３は、比較説明のために添付した、本発明に拠るレーザビーム・リディレクタを設けないレーザマーキング・システムを示す図であり、図４Ａ〜４Ｆは図１の装置で使用されているミラーの詳細を示す図であり、図５、６および７は本発明に基づく装置の第２、第３、および第４の別の例を示す図であり、図８および９は本発明の基礎を成す原理を説明するためのビーム図であり、図１０はレーザビームをフォーカスさせるレンズ配置を示す図であり、図１１および１２は本発明に係るさらに別の実施例を例示する図であり、および、図１３はレーザマーキング用の２組以上のレーザビームを用いる本発明の実施例を例示する図である。コンパクトなレーザマーキング用またはレーザコーディング用のデバイスを製造するために、個々の出力端２を互いに隣接させた状態で、個別のレーザ１が図１および３に示す如く互い違いに重ねた状態で近接して配置されている。図３に示す如く、これにより生じる各レーザビーム３間の角度は、それらビームが通常のフォーカス用レンズ４を通過すると、そのレンズ４から適宜な距離ｆ離れた位置でトータル距離Ｄにわたって互いに間隔を空けられる。これは、大部分のマーキング用途にとってあまりにも大きい距離である。この図３を用いた例との比較において、図１および２が示すことは、複数のミラーアセンブリ５，６を用いて、レーザビーム３の全体の経路をＬからＬ₁に伸長させ、同時に、個々のレーザビーム３間の角度を減少させる様子であり、これにより、図３に示した装置のトータル分離距離Ｄよりもかなり小さいトータル分離距離Ｄ₁を有するビームの組を生成することができる。第１の再方向付け（re- directing）ミラーアセンブリ５は複数のミラー５１を有し、この各ミラーがビーム３の組を第２の再方向付けミラーアセンブリ６の各領域に対して再方向付け（re-direct）するための適当に異なる反射角度を有する。このミラーアセンブリ６は角度４５°に設定した１つのミラー６１を有し、このミラー６１がビーム３を焦点合わせレンズ４に向けて再方向付けする。本構成の幾何学的形状およびレンズ４の焦点距離によって、ターゲット基板上に生成することができるマークのドット間隔およびドットサイズが決定される( 図８および９に関連して以下に説明される如く)。そして、マーキング用ドットの分離状態は、ドット個々でまたはドットグループのいずれか毎に、焦点合わせレンズ４の位置におけるレーザビーム３間の角度を変更することより調整するようにすればよい。レーザ１から出射されるレーザビーム３のビーム間の分離角度は、最初、４．３３°であり、図４Ａ〜４Ｆにさらに詳細に示すミラーアセンブリ５の個別のミラー５１によって０．２°〜１．０°の間で変更される(図４Ａ〜４Ｆに示す構成は０．８度で変更する場合である)。図４Ａ〜４Ｄは、図的には、図４Ｅの断面Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−ＣおよびＤ−Ｄのそれぞれにおける互いに直交する２つの別々の断面における、個々のミラー５１を形成するミラー表面、それらの間隔、および相対角度を示す。これらの断面それぞれの位置は図４Ｅに示してあり、図４Ｅおよび４Ｆはミラーアセンブリ５および６を示す。図４Ｆは図４Ｅに対して９０°の位置にある断面図であり、これにより複数のミラー表面５１の内の１つのみが表されている。図５、６および７は、別の実施例を側面図として示す。図５では、追加の、調整可能なミラーアセンブリ７および８が採用されており、これにより、ミラーアセンブリ５および６によってなされるビーム角度調整に起因するビーム長調整とは別にビーム長調整が可能になっている。図６の実施例は追加のミラーアセンブリ９を示しており、このアセンブリはビーム３を当該ビームの元の方向の面を横切って再方向付けする。また、図７の実施例は、図５及び６に示した例の特徴を組み合わせたものである。図４Ａ〜４Ｃはミラーアセンブリ５および６の詳細を更に説明している。本発明の概念の基礎を成している理論は以下の通りであり、図８および９に関して説明する。図８は、焦点距離ｆのレンズから距離Ｄ₁にあり、その焦点合わせレンズから距離Ｄ₂にある近接面表面で一連のフォーカスされたレーザスポットを形成する複数の角度付けしたレーザの幾何学的な構成を表している。図９は、回折効果を含め、図８に示すレーザのうちの２つの隣接したレーザの光学的な配置構成を示す。図９では、この隣接したレーザは互いに角度φであり、最も接近した位置において中心間同士で距離Ｙだけ離れている。内径Ｗ₁のレーザ開口から出た各レーザビームはその出口開口のファーフィールドに角度θで広がり、焦点距離ｆのレンズによってスポット径Ｗ₂にフォーカスされ、隣接するレーザスポットの状態から分離距離Ｓだけ離れる。最も低い次数のガウシアン・レーザビームの一般的な光学理論にしたがい、１次の薄いレンズによる近似法を使うと、次のような演算ができる。まず、レーザ理論の基礎的事項から、ガウシアン・ビームウエストＷ₁を有してレーザ開口から出射されるレーザビームが生じる発散は（１）の関係式で与えられる。ここで、λは導波管から出射される光の波長であり、π は３．１４１５９の値に近似される物理定数である。レンズを通してフォーカスされるガウシアン・レーザビームについては、以下の関係式が容易に導かれ、それらはかかる主題に基づく標準的な教科書に載っている。すなわち、（２）および（３）である。ここで、Ｄ₂はレンズから最小の焦点スポットサイズＷ₂ までの距離（主焦点距離）である。最後に、レーザチャンネル間の角度が小さいという基準状態を適用すると、ｔａｎ（φ）はおよそφに等しくなり、これにより式が簡単なジオメトリによって表される。すなわち、（４）となる。したがって、これらの方程式の組から、焦点スポットサイズＷ₂、所定の焦点スポットサイズＷ₂に対するスポット分離Ｓ、主焦点距離Ｄ₂、およびジオメトリのパラメータ（Ｗ₁，Ｄ₁，およびφ）および光学的パラメータ（ｆおよびλ）の所定の組に対するスポット分離Ｓを導くことができる。演算の例：一例として、以下の値が与えられる。 λ ＝１０．６×１０^-4ｃｍ（炭酸ガスレーザの波長）ｆ＝５．０ｃｍＷ₁ ＝０．４０ｃｍＤ₁ ＝１３０ｃｍ φ ＝０．０１ラジアンこれらの値から以下の値が導出される。 θ ＝０．０３３７ラジアン（式（１）から）Ｗ₂ ＝０．０１１６ｃｍ（式（２）から）Ｄ₂ ＝５．１ｃｍ（式（３）から）Ｓ＝０．０５１ｃｍ（式（４）から）上述した値は、３．０ｍｍを僅かに超える７個のドットによるキャラクタ（文字）に典型的な値であり、その場合にはキャラクタの高さＨは（５）に等しくなる。ここで、Ｎはレーザチャンネル数であり、Ｓは最小ドットサイズ面（主焦点面であり、必ずしも焦点面ではない）におけるドット間の分離であり、Ｗ₂はこの面でフォーカスされたビーム径である。そこで、式（４）を上記関係式に代入すると、（６）が得られる。ここで、φは焦点レンズに入るレーザチャンネル間の角度であり、Ｄ₂はレンズからレーザビームの主焦点までの距離である。スポットの分離状態が測定される面から距離ｆだけ離れたレンズの焦点面では、Ｄ₂＝ｆと単純化できるので、上記式は（７）と単純化できる。この式によって、キャラクタの高さと、レンズの焦点面におけるレーザビーム角度およびレンズ焦点距離との間の関係が確立される。ミラーシステムはこの隣接レーザビーム間の角度φを変更して、ビーム経路を商用的に実行可能な長さに伸ばし、その一方でビーム分離角度を調整して上述した式（３）の所望のキャラクタ高さを得ることができる。上述した考察によって、マーキングする基板を焦点面２１に置くことが望ましいということも明らかになる。それは、ここに置くことで、レーザビーム３が最も鋭くフォーカスされ且つスポット幅Ｗ₂が最も小さくなるからである。しかし、ほかの基準を考慮して、ミラー６と基板に関するレンズ４の最適な位置決めを行うようにしてもよい。図１０を参照すれば、以下の関係が成り立つことが分かる。すなわち、（８）である。ここで、Ｎ_maxはレーザビームの総数であり、Ψは最も外側のレーザビーム２３および２４間の角度である。したがって、式（７）および（８）から、ドット幅Ｗ₂を無視すると、（９）が成立することが分かる。そこで、Ψおよびｆは、レンズ４とビーム交差点２０との間の距離Ｃとは無関係であることは明らかであるので、焦点面２１におけるキャラクタ高さＨも距離Ｃとは無関係になる。相似の三角形を比較することで、（１０）が成立することが分かる。ここで、Ｌはレンズ４とレーザビームが収束する点２２との間の距離であり、ａは最も外側のレーザビーム２３がレンズ４に入射する位置におけるレンズ４の光学軸からの半径方向の距離であり、Ｙは、レンズ４の光学軸に沿って前記点２２に向かって進むレンズ４から距離Ｘの位置における、レンズ４の光学軸から最も外側のレーザビーム２３までの半径方向の距離である。薄いレンズに関する式から、（１１）が既知である。ここで、Ｃは交差点２０とレンズ４との間の距離である。また、角度が小さいときには、（１２）が成り立つことが分かる。式（１０）から、Ｘに関するＹの微分が演算される。その結果を式（１１）および（１２）と組み合わせて、（１３）の式が表され、ｆ＝Ｃのときには、（１４）となる。この結果から、レンズ４をビーム交差点２０より向こうに距離ｆ、すなわちレンズの焦点長、の位置に置くと、キャラクタの高さＨは焦点面の近くで一定になることが分かる。すなわち、焦点面２１の内および外における位置に関するキャラクタ高さの変化は、距離Ｃおよびｆを互いに一致させることにより、零にすることができる。これにより、本装置を使えば曲面や凹凸のある面の上にも、キャラクタ高さを著しく変化させることなく、マーキングすることができ、特徴ある商用的な利点を提供できる。これらの特徴を有した装置の実施例に係るほかの例を図１１および１２に示す。この装置は、ビーム拡張器（beam extender）ハウジング３０、レンズアセンブリ３１、およびエアノズル・アセンブリ３２を備える。レーザビーム３はビームシャッター・アセンブリ３３を通して与えられ、このレーザ出力はビーム・シュラウド３４によりシールドされる。このビーム・シュラウドによって、この装置を用いるオペレータが偶然にレーザ照射に曝されるという事態を防止できる。また、このビーム・シュラウド３４はレーザマーキング領域を囲い、レーザマーキングの工程で発生する破片をポート３６を介して真空クリーナ装置（図示せず）によって吸引することができる。ビーム拡張器ハウジング３０をシールすることで、ミラー５，６，７および８のクリーンな状態が維持され、レーザマーキング工程でレーザにより生じる周囲の塵芥および破片の影響を受けないことが保証される。クリーンなフィルタリングされた空気を空気ノズルアセンブリ３２を介して循環させ、レーザマーキング工程で生じる破片や残留物がレンズアセンブリ３１内に配置した焦点合わせレンズ４を汚染することを防止する。レンズ焦点調整ねじ３５を使ってレンズアセンブリ３１を調整することで、レンズ４を精細にチューニングすることができる。さらに図１３を参照すると、本発明の実施例はビーム分割デバイス４０を内蔵することができ、このビーム分割デバイスは、レーザビーム３の一組が１以上の位置でレーザマーキングすることを可能とする。図１３に示す多重ライン装置には２つのレンズアセンブリ３１が取り付けられ、第３のレンズアセンブリの位置にはプラグ４１が取り付けられる。このプラグ４１をレンズアセンブリ３１に取り換えると、ビーム分割デバイスはレーザビーム３をさらに分割して、３箇所にレーザマーキングすることができる。動作時には、レーザビーム３がミラーアセンブリ５および６を介して多重ラインビーム拡張器ハウジング４２に入り、ミラーアセンブリ５および６は前述したようにビームの全体経路を伸ばす。次に、このビームは回転検流計上に装着されたミラーを備えるビーム分割デバイス４０に入射する。このミラーは当然に、例えば圧電素子または磁石誘導デバイスといった、振動的な回転運動を提供することができる複数のデバイスのいずれかに装着してもよい。ビーム分割デバイス４０は、必要に応じて、別の再方向付けミラー４３上にレーザビーム３を連続的に再方向付けすることができる。再方向付けミラー４３は、レーザビーム３をレンズアセンブリ３１に収容した焦点合わせレンズ４に向けて方向付けするもので、ミラーアセンブリ６と焦点合わせレンズ３との間のビーム３の経路の全体長が等しくなるように配置されている。このため、複数のレーザビーム３の光学的特性は、それらのビームがどの焦点合わせレンズを通るかには関係無く同一になり、コンパクトな装置によって上述した有利な長所を複数の目標上で発揮させることができる。請求の範囲１．複数の個別のレーザ（１）を備え、前記レーザ（１）のそれぞれはレーザビーム（３）を出射する出力端（２）を有し、前記レーザ（１）はそれらのレーザビーム（３）が交差するように互いに所定角度で取り付けられたレーザ装置であって、前記レーザ出力端（２）は互いに近接して配置され、複数のレーザビーム・リディレクタ（５）が前記レーザ出力端（２）から出射されたレーザビーム（３）を遮るように配置され、前記レーザビーム・リディレクタ（５）は前記レーザビームの経路長を伸ばすと共に前記レーザビーム（３）間の角度を低減するように配置され、前記レーザビーム・リディレクタ（５）は前記レーザの出力端（２）と前記レーザビーム（３）が交差する交差点（２０）との間に配置されることを特徴とするレーザ装置。２．前記ビーム経路に前記レーザビーム間の角度を変えるステアリングミラーを付加し、電気的信号によって所要量だけステアリング可能に構成したことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。３．前記ビーム経路に１以上の追加のレーザビーム・リディレクタ（６，７，８）を付加して本装置の１種以上の大きさを変更または減少できるように構成したことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ装置。４．前記レーザビーム・リディレクタ（６，７，８）はミラーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ装置。５．前記レーザビームリディレクタ（６，７，８）は屈折光学プリズムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ装置。６．前記レーザビーム（３）を複数の目標に向けるためのレーザビーム分割デバイスを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザビーム装置。７．前記レーザビーム（３）を目標面にフォーカスさせるレンズ（４）を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレーザ装置。８．前記レンズ（４）は前記レーザビーム（３）が交差する点（２０）とその交差点（２０）から前記レンズ（４）の焦点長である距離ｆだけ離れた前記ターゲット表面との間に位置していることを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。９．前記レーザビーム・リディレクタ（５）および各レンズ（４）の間で前記レーザビーム（３）の個々の経路長は等しいことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のレーザビーム装置。【手続補正書】【提出日】平成１１年３月１５日（１９９９．３．１５）【補正内容】レーザ装置本発明は、レーザに係り、とくに、マーキングやコーディングの応用分野で使用するレーザ装置の光学系に関する。このような応用分野で使用するときに好適なレーザ装置が、米国特許第４，６１８，９６１号、同第４，８９１，８１９号、および同第５，０９５，４９０号で説明されている。さらに、米国特許第４，６５２，７２２号では、固定反射手段、ビーム管、および焦点レンズに関連させた複数のコヒーレントなレーザビームを利用したレーザ装置が説明されており、これによりマーキング表示が付与され、または基板表面への永久的な改質がなされる。この米国特許第４，６５２，７２２号のクレーム１で開示されている特徴は、光学経路を短縮できるということであり、その明細書には、反射手段を使って光学経路をどのようにして短縮するかについて説明されている。多重レーザチャンネルを利用するコンパクトで且つ商用的に実行可能なレーザマーキング装置をつくるときの主要な問題の一つは、チャンネルアセンブリの物理的サイズを小さくし、同時に、所望の光学的マーキング特性を得るために必要な光学的構成を簡単化できるようにレーザチャンネルを位置決めすることである。通常、個々のレーザの物理的サイズの制約に因って、光学的間隔と、最適な光学的性能を得るのに必要なレーザ間の角度関係とを同時には容易に達成し得るものではない。この問題を解決するために、米国特許第４，６５２，７２２号において発明者らが教示している１つの方法は、レーザを平行に近い向きに配置し、各ビームを光学的に再方向付け（re-direct）して、光学経路を短縮すると共に個々のレーザビーム間に所望の角度関係を確立するようにする手法である。しかしながら、上述した特許明細書では、多重ドットによって適切な小ささの文字サイズを提供するという課題を扱っていない。米国特許第５，１６８，４０１号およびＰＣＴ国際公開第９６／０４５８４号には、レーザダイオードから出射された個々のレーザビームのコリメーションに関する光学装置が説明されているが、これには本発明に関係する課題が述べられていない。欧州特許第５３８，０４４号には、米国特許第４，６５２，７２２号および同第５，３８９，７７１号が開示しているのと類似したシステム、すなわち、点光源から照射されたシングルビームを折り返すための装置と特性の点で類似したシステムが開示されている。しかし、これらの特許明細書のいずれも、本発明に特別に関連するものとは認められない。本発明によれば、レーザ装置は、複数の個別のレーザを備え、これらのレーザのそれぞれはレーザビームを出射する出力端を有し、かつ、これらのレーザはそれらのレーザビームが交差するように互いに所定角度で取り付けられており、前記レーザ出力端を互いに近接して配置するとともに、複数のレーザビーム・リディレクタ（redirector）が前記レーザ出力端から出射されたレーザビームを遮るように配置され、前記レーザビーム・リディレクタは前記レーザビームの経路長を伸ばし且つ前記レーザビーム間の角度差を低減するように配置され、前記レーザビーム・リディレクタは前記レーザの出力端と前記レーザビームが交差する交差点との間に配置される。この手段を用いて、提供される光学システムは適切に間隔を空けた複数のマークを生成して、移動している基板上に文字・数字両用の、グラフィックの、および／または機械で読取り可能なマークを生成することができる。その一方で、典型的には生産ラインなど、比較的小さいスペースに適合する非常にコンパクトなシステムを提供することができる。このレーザビーム・リディレクタは好適にはミラーまたは屈折光学プリズムである。ステアリング・ミラーを光学経路に付加してレーザビーム間の角度を変えることができ、この角度を電気的信号によって所望量だけステアリング可能である。レンズを使ってレーザビームをターゲット上にフォーカスさせてもよい。このレンズは好適には、レーザビームが交差する位置と、その交差点からレンズの焦点長である距離ｆだけ離れたターゲット面どの間に位置決めされる。本発明によれば、前記レーザビームを複数のターゲットに方向付けるためのレーザビーム分割デバイスを備えていてもよく、この場合、レーザビーム・リディレクタとレンズそれぞれとの間でのレーザビームの各経路長は、好適には前記ターゲットそれぞれに上述した如く与える長さであり、好適な一例として、等しい長さである。添付図面を参照して本発明による装置の例を以下に説明し、添付図面において、図１は本装置の第１の例を示す平面図であり、図２は本装置を示す側面立面図であり、図３は、比較説明のために添付した、本発明に拠るレーザビーム・リディレクタを設けないレーザマーキング・システムを示す図であり、図４Ａ〜４Ｆは図１の装置で使用されているミラーの詳細を示す図であり、図５、６および７は本発明に基づく装置の第２、第３、および第４の別の例を示す図であり、図８および９は本発明の基礎を成す原理を説明するためのビーム図であり、図１０はレーザビームをフォーカスさせるレンズ配置を示す図であり、図１１および１２は本発明に係るさらに別の実施例を例示する図であり、および、図１３はレーザマーキング用の２組以上のレーザビームを用いる本発明の実施例を例示する図である。コンパクトなレーザマーキング用またはレーザコーディング用のデバイスを製造するために、個々の出力端２を互いに隣接させた状態で、個別のレーザ１が図１および３に示す如く互い違いに重ねた状態で近接して配置されている。図３に示す如く、これにより生じる各レーザビーム３間の角度は、それらビームが通常のフォーカス用レンズ４を通過すると、そのレンズ４から適宜な距離ｆ離れた位置でトータル距離Ｄにわたって互いに間隔を空けられる。これは、大部分のマーキング用途にとってあまりにも大きい距離である。この図３を用いた例との比較において、図１および２が示すことは、複数のミラーアセンブリ５，６を用いて、レーザビーム３の全体の経路をＬからＬ₁に伸長させ、同時に、個々のレーザビーム３間の角度を減少させる様子であり、これにより、図３に示した装置のトータル分離距離Ｄよりもかなり小さいトータル分離距離Ｄ₁を有するビームの組を生成することができる。第１の再方向付け（re- directing）ミラーアセンブリ５は複数のミラー５１を有し、この各ミラーがビーム３の組を第２の再方向付けミラーアセンブリ６の各領域に対して再方向付け（re-direct）するための適当に異なる反射角度を有する。このミラーアセンブリ６は角度４５°に設定した１つのミラー６１を有し、このミラー６１がビーム３を焦点合わせレンズ４に向けて再方向付けする。本構成の幾何学的形状およびレンズ４の焦点距離によって、ターゲット基板上に生成することができるマークのドット間隔およびドットサイズが決定される( 図８および９に関連して以下に説明される如く)。そして、マーキング用ドットの分離状態は、ドット個々でまたはドットグループのいずれか毎に、焦点合わせレンズ４の位置におけるレーザビーム３間の角度を変更することより調整するようにすればよい。レーザ１から出射されるレーザビーム３のビーム間の分離角度は、最初、４．３３°であり、図４Ａ〜４Ｆにさらに詳細に示すミラーアセンブリ５の個別のミラー５１によって０．２°〜１．０°の間で変更される(図４Ａ〜４Ｆに示す構成は０．８度で変更する場合である)。図４Ａ〜４Ｄは、図的には、図４Ｅの断面Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−ＣおよびＤ−Ｄのそれぞれにおける互いに直交する２つの別々の断面における、個々のミラー５１を形成するミラー表面、それらの間隔、および相対角度を示す。これらの断面それぞれの位置は図４Ｅに示してあり、図４Ｅおよび４Ｆはミラーアセンブリ５および６を示す。図４Ｆは図４Ｅに対して９０°の位置にある断面図であり、これにより複数のミラー表面５１の内の１つのみが表されている。図５、６および７は、別の実施例を側面図として示す。図５では、追加の、調整可能なミラーアセンブリ７および８が採用されており、これにより、ミラーアセンブリ５および６によってなされるビーム角度調整に起因するビーム長調整とは別にビーム長調整が可能になっている。図６の実施例は追加のミラーアセンブリ９を示しており、このアセンブリはビーム３を当該ビームの元の方向の面を横切って再方向付けする。また、図７の実施例は、図５及び６に示した例の特徴を組み合わせたものである。図４Ａ〜４Ｃはミラーアセンブリ５および６の詳細を更に説明している。本発明の概念の基礎を成している理論は以下の通りであり、図８および９に関して説明する。図８は、焦点距離ｆのレンズから距離Ｄ₁にあり、その焦点合わせレンズから距離Ｄ₂にある近接面表面で一連のフォーカスされたレーザスポットを形成する複数の角度付けしたレーザの幾何学的な構成を表している。図９は、回折効果を含め、図８に示すレーザのうちの２つの隣接したレーザの光学的な配置構成を示す。図９では、この隣接したレーザは互いに角度φであり、最も接近した位置において中心間同士で距離Ｙだけ離れている。内径Ｗ₁のレーザ開口から出た各レーザビームはその出口開口のファーフィールドに角度θで広がり、焦点距離ｆのレンズによってスポット径Ｗ₂にフォーカスされ、隣接するレーザスポットの状態から分離距離Ｓだけ離れる。最も低い次数のガウシアン・レーザビームの一般的な光学理論にしたがい、１次の薄いレンズによる近似法を使うと、次のような演算ができる。まず、レーザ理論の基礎的事項から、ガウシアン・ビームウエストＷ₁を有してレーザ開口から出射されるレーザビームが生じる発散はの関係式で与えられる。ここで、λは導波管から出射される光の波長であり、π は３．１４１５９の値に近似される物理定数である。レンズを通してフォーカスされるガウシアン・レーザビームについては、以下の関係式が容易に導かれ、それらはかかる主題に基づく標準的な教科書に載っている。すなわち、およびである。ここで、Ｄ₂はレンズから最小の焦点スポットサイズＷ₂までの距離（主焦点距離）である。最後に、レーザチャンネル間の角度が小さいという基準状態を適用すると、ｔａｎ（φ）はおよそφに等しくなり、これにより式が簡単なジオメトリによって表される。すなわち、となる。したがって、これらの方程式の組から、焦点スポットサイズＷ₂、所定の焦点スポットサイズＷ₂に対するスポット分離Ｓ、主焦点距離Ｄ₂、およびジオメトリのパラメータ（Ｗ₁，Ｄ₁，およびφ）および光学的パラメータ（ｆおよびλ）の所定の組に対するスポット分離Ｓを導くことができる。演算の例：一例として、以下の値が与えられる。 λ ＝１０．６×１０^-4ｃｍ（炭酸ガスレーザの波長）ｆ＝５．０ｃｍＷ₁ ＝０．４０ｃｍＤ₁ ＝１３０ｃｍ φ ＝０．０１ラジアンこれらの値から以下の値が導出される。 θ ＝０．０３３７ラジアン（式（１）から）Ｗ₂ ＝０．０１１６ｃｍ（式（２）から）Ｄ₂ ＝５．１ｃｍ（式（３）から）Ｓ＝０．０５１ｃｍ（式（４）から）上述した値は、３．０ｍｍを僅かに超える７個のドットによるキャラクタ（文字）に典型的な値であり、その場合にはキャラクタの高さＨはに等しくなる。ここで、Ｎはレーザチャンネル数であり、Ｓは最小ドットサイズ面（主焦点面であり、必ずしも焦点面ではない）におけるドット間の分離であり、Ｗ₂はこの面でフォーカスされたビーム径である。そこで、式（４）を上記関係式に代入すると、が得られる。ここで、φは焦点レンズに入るレーザチャンネル間の角度であり、Ｄ₂はレンズからレーザビームの主焦点までの距離である。スポットの分離状態が測定される面から距離ｆだけ離れたレンズの焦点面では、Ｄ₂＝ｆと単純化できるので、上記式はと単純化できる。この式によって、キャラクタの高さと、レンズの焦点面におけるレーザビーム角度およびレンズ焦点距離との間の関係が確立される。ミラーシステムはこの隣接レーザビーム間の角度φを変更して、ビーム経路を商用的に実行可能な長さに伸ばし、その一方でビーム分離角度を調整して上述した式（３）の所望のキャラクタ高さを得ることができる。上述した考察によって、マーキングする基板を焦点面２１に置くことが望ましいということも明らかになる。それは、ここに置くことで、レーザビーム３が最も鋭くフォーカスされ且つスポット幅Ｗ₂が最も小さくなるからである。しかし、ほかの基準を考慮して、ミラー６と基板に関するレンズ４の最適な位置決めを行うようにしてもよい。図１０を参照すれば、以下の関係が成り立つことが分かる。すなわち、である。ここで、Ｎ_maxはレーザビームの総数であり、Ψは最も外側のレーザビーム２３および２４間の角度である。したがって、式（７）および（８）から、ドット幅Ｗ₂を無視すると、が成立することが分かる。そこで、Ψおよびｆは、レンズ４とビーム交差点２０との間の距離Ｃとは無関係であることは明らかであるので、焦点面２１におけるキャラクタ高さＨも距離Ｃとは無関係になる。相似の三角形を比較することで、が成立することが分かる。ここで、Ｌはレンズ４とレーザビームが収束する点２２との間の距離であり、ａは最も外側のレーザビーム２３がレンズ４に入射する位置におけるレンズ４の光学軸からの半径方向の距離であり、Ｙは、レンズ４の光学軸に沿って前記点２２に向かって進むレンズ４から距離Ｘの位置における、レンズ４の光学軸から最も外側のレーザビーム２３までの半径方向の距離である。薄いレンズに関する式から、が既知である。ここで、Ｃは交差点２０とレンズ４との間の距離である。また、角度が小さいときには、が成り立つことが分かる。式（１０）から、Ｘに関するＹの微分が演算される。その結果を式（１１）および（１２）と組み合わせて、の式が表され、ｆ＝Ｃのときには、となる。この結果から、レンズ４をビーム交差点２０より向こうに距離ｆ、すなわちレンズの焦点長、の位置に置くと、キャラクタの高さＨは焦点面の近くで一定になることが分かる。すなわち、焦点面２１の内および外における位置に関するキャラクタ高さの変化は、距離Ｃおよびｆを互いに一致させることにより、零にすることができる。これにより、本装置を使えば曲面や凹凸のある面の上にも、キャラクタ高さを著しく変化させることなく、マーキングすることができ、特徴ある商用的な利点を提供できる。これらの特徴を有した装置の実施例に係るほかの例を図１１および１２に示す。この装置は、ビーム拡張器（beam extender）ハウジング３０、レンズアセンブリ３１、およびエアノズル・アセンブリ３２を備える。レーザビーム３はビームシャッター・アセンブリ３３を通して与えられ、このレーザ出力はビーム・シュラウド３４によりシールドされる。このビーム・シュラウドによって、この装置を用いるオペレータが偶然にレーザ照射に曝されるという事態を防止できる。また、このビーム・シュラウド３４はレーザマーキング領域を囲い、レーザマーキングの工程で発生する破片をポート３６を介して真空クリーナ装置（図示せず）によって吸引することができる。ビーム拡張器ハウジング３０をシールすることで、ミラー５，６，７および８のクリーンな状態が維持され、レーザマーキング工程でレーザにより生じる周囲の塵芥および破片の影響を受けないことが保証される。クリーンなフィルタリングされた空気を空気ノズルアセンブリ３２を介して循環させ、レーザマーキング工程で生じる破片や残留物がレンズアセンブリ３１内に配置した焦点合わせレンズ４を汚染することを防止する。レンズ焦点調整ねじ３５を使ってレンズアセンブリ３１を調整することで、レンズ４を精細にチューニングすることができる。さらに図１３を参照すると、本発明の実施例はビーム分割デバイス４０を内蔵することができ、このビーム分割デバイスは、レーザビーム３の一組が１以上の位置でレーザマーキングすることを可能とする。図１３に示す多重ライン装置には２つのレンズアセンブリ３１が取り付けられ、第３のレンズアセンブリの位置にはプラグ４１が取り付けられる。このプラグ４１をレンズアセンブリ３１に取り換えると、ビーム分割デバイスはレーザビーム３をさらに分割して、３箇所にレーザマーキングすることができる。動作時には、レーザビーム３がミラーアセンブリ５および６を介して多重ラインビーム拡張器ハウジング４２に入り、ミラーアセンブリ５および６は前述したようにビームの全体経路を伸ばす。次に、このビームは回転検流計上に装着されたミラーを備えるビーム分割デバイス４０に入射する。このミラーは当然に、例えば圧電素子または磁石誘導デバイスといった、振動的な回転運動を提供することができる複数のデバイスのいずれかに装着してもよい。ビーム分割デバイス４０は、必要に応じて、別の再方向付けミラー４３上にレーザビーム３を連続的に再方向付けすることができる。再方向付けミラー４３は、レーザビーム３をレンズアセンブリ３１に収容した焦点合わせレンズ４に向けて方向付けするもので、ミラーアセンブリ６と焦点合わせレンズ３との間のビーム３の経路の全体長が等しくなるように配置されている。このため、複数のレーザビーム３の光学的特性は、それらのビームがどの焦点合わせレンズを通るかには関係無く同一になり、コンパクトな装置によって上述した有利な長所を複数の目標上で発揮させることができる。請求の範囲１．複数の個別のレーザ（１）を備え、前記レーザ（１）のそれぞれはレーザビーム（３）を出射する出力端（２）を有し、前記レーザ（１）はそれらのレーザビーム（３）が交差するように互いに所定角度で取り付けられたレーザ装置であって、前記レーザ出力端（２）は互いに近接して配置され、複数のレーザビーム・リディレクタ（５）が前記レーザ出力端（２）から出射されたレーザビーム（３）を遮るように配置され、前記レーザビーム・リディレクタ（５）は前記レーザビームの経路長を伸ばすと共に前記レーザビーム（３）間の角度を低減するように配置され、前記レーザビーム・リディレクタ（５）は前記レーザの出力端（２）と前記レーザビーム（３）が交差する交差点（２０）との間に配置されることを特徴とするレーザ装置。２．前記ビーム経路に前記レーザビーム間の角度を変えるステアリングミラーを付加し、電気的信号によって所要量だけステアリング可能に構成したことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。３．前記ビーム経路に１以上の追加のレーザビーム・リディレクタ（６，７，８）を付加して本装置の１種以上の大きさを変更または減少できるように構成したことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ装置。４．前記レーザビーム・リディレクタ（６，７，８）はミラーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ装置。５．前記レーザビームリディレクタ（６，７，８）は屈折光学プリズムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ装置。６．前記レーザビーム（３）を複数の目標に向けるためのレーザビーム分割デバイスを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザビーム装置。７．前記レーザビーム（３）を目標面にフォーカスさせるレンズ（４）を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレーザ装置。８．前記レンズ（４）は前記レーザビーム（３）が交差する点（２０）とその交差点（２０）から前記レンズ（４）の焦点長である距離ｆだけ離れた前記ターゲット表面との間に位置していることを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。９．前記レーザビーム・リディレクタ（５）および各レンズ（４）の間で前記レーザビーム（３）の個々の経路長は等しいことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のレーザビーム装置。

Claims

【特許請求の範囲】１．複数の個別のレーザ（１）を備え、前記レーザ（１）のそれぞれは出力端（２）を有し、前記レーザ（１）は互いに所定角度で取り付けられたレーザ装置であって、前記レーザ出力端（２）は互いに近接して配置され、複数のレーザビーム・リディレクタ（５）が前記レーザ出力端（２）から出射されたレーザビーム（３）を遮るように配置され、前記レーザビーム・リディレクタ（５）は前記レーザビームの経路長を伸ばすと共に前記レーザビーム（３）間の角度を低減するように配置されることを特徴とするレーザ装置。２．前記ビーム経路に前記レーザビーム間の角度を変えるステアリングミラーを付加し、電気的信号によって所要量だけステアリング可能に構成したことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。３．前記ビーム経路に１以上の追加のレーザビーム・リディレクタ（６，７，８）を付加して本装置の１種以上の大きさを変更または減少できるように構成したことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ装置。４．前記レーザビーム・リディレクタ（６，７，８）はミラーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ装置。５．前記レーザビームリディレクタ（６，７，８）は屈折光学プリズムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザ装置。６．前記レーザビーム（３）を複数の目標に向けるためのレーザビーム分割デバイスを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザビーム装置。７．前記レーザビーム（３）を目標面にフォーカスさせるレンズ（４）を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレーザ装置。８．前記ビーム（３）が前記レーザビーム・リディレクタ（５）と前記レンズ（４）の間で交差するように配置され、前記レンズ（４）は前記レーザビーム（３）が交差する点（２０）とその交差点（２０）から前記レンズ（４）の焦点長である距離ｆだけ離れた前記ターゲット表面との間に位置していることを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。９．前記レーザビーム・リディレクタ（５）および各レンズ（４）の間で前記レーザビーム（３）の個々の経路長は等しいことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のレーザビーム装置。