JP2003290941A - Laser marker - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザーか
ら出射されたレーザー光を光学系により集束してマーキ
ング対象物に照射することにより印字などのマーキング
を行なうレーザーマーカに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser marker that performs marking such as printing by focusing laser light emitted from a semiconductor laser by an optical system and irradiating the object to be marked.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体レーザー(以下、LDと略す)
は、一般的に出力強度が他のガスレーザーや固体レーザ
ーに比べて小さいことから、レーザーマーカの光源とし
て用いるためには、高出力LDを用い、さらに微小スポ
ットに集光させることが不可欠である。このため、高出
力LDとして、活性領域面積の大きなブロードエリア型
LDを光源に用い、これから出射されたレーザー光を光
学系により微小スポットに集光させるレーザーマーカの
構成が提案されている。2. Description of the Related Art Semiconductor lasers (hereinafter abbreviated as LD)
In general, since the output intensity is smaller than that of other gas lasers and solid-state lasers, in order to use it as a light source of a laser marker, it is indispensable to use a high-power LD and further focus it on a minute spot. . Therefore, as a high-power LD, a broad area type LD having a large active region area is used as a light source, and a laser marker configuration is proposed in which laser light emitted from this is focused into a minute spot by an optical system.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブロー
ドエリア型LDは、活性領域のストライプ幅が通常のL
Dに比べて長いことから、出射されるレーザー光がLD
の活性層に対する垂直面方向に長い長楕円となる。ま
た、非点隔差も大きい。このため、一般的な光学系では
微小スポット光が得られず、特殊な光学系を必要とし、
コストがかかってしまうという問題があった。一方、通
常の低出力のLDを用いてもマーキング対象物にマーキ
ングするに足りるレーザー光のエネルギー密度を得られ
ないという問題があった。However, in the broad area type LD, the stripe width of the active region is a normal L.
Since it is longer than D, the emitted laser light is LD
Is a long ellipse that is long in the direction perpendicular to the active layer. Also, the astigmatic difference is large. Therefore, a general optical system cannot obtain a small spot light and requires a special optical system.
There was a problem that it would be costly. On the other hand, there is a problem that even if an ordinary low-power LD is used, it is not possible to obtain an energy density of laser light sufficient for marking an object to be marked.
【0004】そこで本発明の課題は、比較的低出力のL
Dをレーザー光源に用いる一方、特殊な光学系を用いず
に、マーキング対象物にマーキングするに足りるレーザ
ー光のエネルギー密度を得ることができるレーザーマー
カの構成を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide L of a relatively low output.
An object of the present invention is to provide a structure of a laser marker that can obtain an energy density of laser light sufficient for marking an object to be marked without using a special optical system while using D as a laser light source.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、2つの半導体レーザーと、該2つ
の半導体レーザーから出射されたレーザー光のそれぞれ
を略平行光にする2つのコリメータレンズと、該2つの
コリメータレンズを通過したレーザー光のそれぞれを本
来の光出射面から入射し、レーザー光のそれぞれのエネ
ルギー密度が足し合わされるように1本のレーザー光に
合成して、本来の光入射面から出射するように配置され
た偏光ビームスプリッタを有し、該偏光ビームスプリッ
タの本来の光入射面から出射されたレーザー光を集束し
てマーキング対象物に照射することによりマーキングを
行なうレーザーマーカの構成を採用した。In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, two semiconductor lasers and two laser lights emitted from the two semiconductor lasers are made to be substantially parallel lights. The collimator lens and each of the laser beams that have passed through the two collimator lenses are made incident from the original light emitting surface, and are combined into one laser beam so that the respective energy densities of the laser beams are added, and originally, Marking is performed by concentrating the laser light emitted from the original light incident surface of the polarization beam splitter and irradiating it to the marking target. The structure of the laser marker is adopted.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】以下、図1を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は、実施形態のレーザーマー
カの光学系の構成を示している。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 shows the configuration of the optical system of the laser marker of the embodiment.
【0007】図1に示すレーザーマーカの光学系の構成
では、2つの半導体レーザー(以下もLDと略す)1
a,1bの光軸上に、順に、それぞれ2つのコリメータ
レンズ2a,2b及びシリンドリカル凸レンズ3a,3
b、偏光ビームスプリッタ4、可動ミラーであるガルバ
ノミラー5、等距離射影レンズ(以下、fθレンズと略
す)6が配置されており、さらにその光軸の延長線上に
マーキング対象物(以下、対象物と略す)7が配置され
る。In the configuration of the optical system of the laser marker shown in FIG. 1, two semiconductor lasers (hereinafter also abbreviated as LD) 1
On the optical axes of a and 1b, two collimator lenses 2a and 2b and a cylindrical convex lens 3a and 3b are arranged in this order.
b, a polarizing beam splitter 4, a galvano mirror 5 which is a movable mirror, and an equidistant projection lens (hereinafter abbreviated as fθ lens) 6 are arranged, and a marking target (hereinafter referred to as a target) on an extension line of its optical axis. 7) is arranged.
【0008】LD1a,1bは、それぞれの光軸が互い
に直交するように配置されており、さらにそれぞれの光
軸を中心に回転可能に設けられ、それぞれの光軸を中心
とした回転方向の位置を可変に設定できるようにされて
いる。なお、LD1a,1bは、ブロードエリア型など
の高出力のものではなく、比較的低出力のものとする。The LDs 1a and 1b are arranged such that their optical axes are orthogonal to each other, and are rotatably provided about their respective optical axes, and their positions in the direction of rotation about their respective optical axes are set. It can be set variably. It should be noted that the LDs 1a and 1b are not high output type such as broad area type, but relatively low output type.
【0009】コリメータレンズ2a,2bは、LD1
a,1bから出射されたレーザー光のそれぞれを略平行
光にするように位置決めされている。ここで、LD1
a,1bから出射されたレーザー光のそれぞれは、LD
1a,1bの非点隔差によって、LD1a,1bの活性
層に沿う水平面方向へ出射されたレーザー光(以下、水
平面方向レーザー光という)と、活性層に対する垂直面
方向へ出射されたレーザー光(以下、垂直面方向レーザ
ー光という)の見かけ上の出射位置が光軸方向にずれて
いる。これにより、水平面方向レーザー光と垂直面方向
レーザー光とで光軸に対する角度がずれている。すなわ
ち、光軸から同一距離で同一角度にならない。このた
め、コリメータレンズ2a,2bを通過したレーザー光
のそれぞれについても、水平面方向レーザー光と垂直面
方向レーザー光で光軸に対する角度がずれている。そし
て、コリメータレンズ2a,2bの位置の調整により、
例えば垂直面方向レーザー光については光軸に対して平
行な平行光としても、水平面方向レーザー光については
平行光にならず、このままではレーザー光を1点に集光
して微小スポット光を得ることはできない。The collimator lenses 2a and 2b are LD1
The laser beams emitted from a and 1b are positioned so as to be substantially parallel light. Where LD1
Each of the laser light emitted from a and 1b is LD
Due to the astigmatic difference between 1a and 1b, laser light emitted in the horizontal direction along the active layer of the LDs 1a and 1b (hereinafter referred to as horizontal laser light) and laser light emitted in the direction perpendicular to the active layer (hereinafter , Vertical surface direction laser light), the apparent emission position is shifted in the optical axis direction. As a result, the horizontal plane laser beam and the vertical plane laser beam are deviated in angle with respect to the optical axis. That is, they do not form the same angle at the same distance from the optical axis. Therefore, with respect to each of the laser beams that have passed through the collimator lenses 2a and 2b, the angle between the horizontal plane laser beam and the vertical plane laser beam is different from the optical axis. Then, by adjusting the positions of the collimator lenses 2a and 2b,
For example, even if vertical plane direction laser light is parallel light parallel to the optical axis, horizontal plane direction laser light does not become parallel light, and if it is left as it is, it is possible to focus the laser light on one point to obtain a minute spot light. I can't.
【0010】このため、シリンドリカル凸レンズ3a,
3bが設けられている。シリンドリカル凸レンズ3a,
3bは、コリメータレンズ2a,2bを通過したレーザ
ー光のそれぞれに対して、LD1a,1bの非点隔差に
よる水平面方向レーザー光と垂直面方向レーザー光の光
軸に対する角度のずれをなくすように補正し、シリンド
リカル凸レンズ3a,3bを通過して出射される水平面
方向レーザー光と垂直面方向レーザー光の出射角度が光
軸から同一距離で同一角度になるようにし、例えば水平
面方向レーザー光も垂直面方向レーザー光も光軸に平行
な平行光となるようにする。Therefore, the cylindrical convex lens 3a,
3b is provided. Cylindrical convex lens 3a,
Reference numeral 3b corrects each of the laser beams that have passed through the collimator lenses 2a and 2b so as to eliminate the angular deviation of the laser beams from the horizontal plane laser beam and the vertical plane laser beam due to the astigmatic difference of the LDs 1a and 1b. , The horizontal plane laser light and the vertical plane laser light emitted through the cylindrical convex lenses 3a and 3b are arranged at the same distance and the same angle from the optical axis. For example, the horizontal plane laser light is also the vertical plane laser. The light should also be parallel light parallel to the optical axis.
【0011】次に、偏光ビームスプリッタ4は、本来の
用途としては、光入射面4cから入射された1本のレー
ザー光を互いに直交する2つの偏光方向に分離し、その
分離した2本のレーザー光をそれぞれ光出射面4a,4
bから出射するものである。しかし、本実施形態では、
偏光ビームスプリッタ4を光入射面と光出射面が本来と
逆になるように配置しており、コリメータレンズ2a,
2bとシリンドリカル凸レンズ3a,3bを通過したレ
ーザー光のそれぞれが偏光ビームスプリッタ4の本来の
光出射面4a,4bのそれぞれから入射され、それぞれ
のエネルギー密度が足し合わされるように1本のレーザ
ー光に合成されて、本来の光入射面4cから出射される
ようになっている。Next, the polarization beam splitter 4 is originally used to separate one laser beam incident from the light incident surface 4c into two polarization directions orthogonal to each other, and the two separated laser beams. Light is emitted from the light emitting surfaces 4a and 4 respectively.
It is emitted from b. However, in this embodiment,
The polarization beam splitter 4 is arranged so that the light incident surface and the light emitting surface are opposite to each other, and the collimator lens 2a,
Each of the laser beams that have passed through 2b and the cylindrical convex lens 3a, 3b is incident from each of the original light emitting surfaces 4a, 4b of the polarization beam splitter 4, and is combined into one laser beam so that their respective energy densities are added. The light is combined and emitted from the original light incident surface 4c.
【0012】ここで、一般的にもそうであるように、L
D1a,1bの出射するレーザー光は直線偏光であるの
で、LD1a,1bをそれぞれの光軸を中心として回転
させることにより、それぞれのレーザー光の偏光方向を
可変に設定することができ、偏光ビームスプリッタ4の
本来の光出射面4a,4bのそれぞれの偏光方向に合わ
せるように調節することができる。Here, as is generally the case, L
Since the laser lights emitted from D1a and 1b are linearly polarized, the polarization directions of the respective laser lights can be variably set by rotating the LDs 1a and 1b about their respective optical axes. 4 can be adjusted to match the respective polarization directions of the original light emitting surfaces 4a and 4b.
【0013】なお、本来の光出射面4a,4bにおける
偏光方向が互いに直交しているため、シリンドリカル凸
レンズ3a,3bはそれに対応するように配置される。
すなわち、シリンドリカル凸レンズ3a,3bは、それ
ぞれの母線の方向が本来の光出射面4a,4bにおける
偏光方向のそれぞれに対して垂直になるように配置され
る。Since the original light emitting surfaces 4a and 4b have their polarization directions orthogonal to each other, the cylindrical convex lenses 3a and 3b are arranged so as to correspond thereto.
That is, the cylindrical convex lenses 3a and 3b are arranged such that the directions of the respective generatrices are perpendicular to the original polarization directions of the light emitting surfaces 4a and 4b.
【0014】次に、ガルバノミラー5は、レーザー光に
よる走査のために駆動(回動)され、偏光ビームスプリ
ッタ4の本来の光入射面4cから出射されたレーザー光
を反射する。これにより前記レーザー光が対象物7上で
一方向に振られて走査する。Next, the galvano mirror 5 is driven (rotated) for scanning by the laser light, and reflects the laser light emitted from the original light incident surface 4c of the polarization beam splitter 4. As a result, the laser light is swung in one direction on the object 7 for scanning.
【0015】次に、fθレンズ6は、ガルバノミラー5
により反射されたレーザー光を対象物7上に集束すると
ともに、ガルバノミラー5の走査角度(回動角度)と、
対象物7上でのレーザー光の走査線、すなわちマーキン
グされる線の長さが比例するようにするものである。Next, the fθ lens 6 is connected to the galvano mirror 5
The laser beam reflected by the object 7 is focused on the object 7, and the scanning angle (rotation angle) of the galvano mirror 5
The scanning line of the laser beam on the object 7, that is, the length of the marked line is proportional.
【0016】次に、上記構成によるマーキング時の動作
について説明する。マーキング時には、LD1a,1b
が駆動され、それぞれからレーザー光が出射される。そ
のレーザー光は、それぞれコリメータレンズ2a,2b
により略平行光にされた後、シリンドリカル凸レンズ3
a,3bにより前述のようにLD1a,1bの非点隔差
による水平面方向レーザー光と垂直面方向レーザー光の
光軸に対する角度のずれがなくなるように補正され、例
えばいずれも光軸に平行な平行光にされる。Next, the operation at the time of marking with the above configuration will be described. At the time of marking, LD1a, 1b
Are driven, and laser light is emitted from each. The laser beams are collimator lenses 2a and 2b, respectively.
After being made into a substantially parallel light by the cylindrical convex lens 3
As described above, a and 3b are corrected so as to eliminate the angle deviation of the horizontal plane laser beam and the vertical plane laser beam with respect to the optical axis due to the astigmatic difference of the LDs 1a and 1b. For example, both are parallel rays parallel to the optical axis. To be
【0017】さらに、レーザー光のそれぞれは偏光ビー
ムスプリッタ4の本来の光出射面4a,4bから入射さ
れ、レーザー光のそれぞれのエネルギー密度が足し合わ
されるように1本のレーザー光に合成されて本来の光入
射面4cから出射される。その1本に合成されたレーザ
ー光が駆動(回動)されているガルバノミラー5により
反射されて走査方向に振られ、fθレンズ6を通過して
対象物7上に集束され、1方向に走査する。これにより
対象物7に印字などのマーキングがなされる。Further, each of the laser beams is made incident from the original light emitting surfaces 4a and 4b of the polarization beam splitter 4, and combined into one laser beam so that the respective energy densities of the laser beams are added together, and originally, Is emitted from the light incident surface 4c. The combined laser beam is reflected by the galvanometer mirror 5 that is being driven (rotated), is swung in the scanning direction, passes through the fθ lens 6, is focused on the object 7, and is scanned in one direction. To do. As a result, marking such as printing is made on the object 7.
【0018】なお、上述した非点隔差の補正に関わるシ
リンドリカル凸レンズ3a,3bの作用により、偏光ビ
ームスプリッタ4の本来の光入射面4cから出射される
レーザー光において水平面方向レーザー光と垂直面方向
レーザー光の出射角度は光軸から同一距離で同一角度に
なる。したがって、そのレーザー光をfθレンズ6によ
り1点の微小スポットに集束してマーキングを行なうこ
とができる。By the action of the cylindrical convex lenses 3a and 3b relating to the correction of the astigmatic difference, the laser light emitted from the original light incident surface 4c of the polarization beam splitter 4 is a horizontal laser light and a vertical laser light. The emission angles of light are the same at the same distance from the optical axis. Therefore, the laser light can be focused on one minute spot by the fθ lens 6 for marking.
【0019】以上のような本実施形態によれば、LD1
a,1bから出射された2本のレーザー光が偏光ビーム
スプリッタ4によりそれぞれのエネルギー密度が足し合
わされるように1本のレーザー光に合成され、その合成
されたレーザー光によりマーキングがなされるので、レ
ーザー光源のLD1a,1bとして比較的低出力のもの
を用いても、対象物7にマーキングするに足りるレーザ
ー光のエネルギー密度を得ることができ、マーキングを
支障なく行なうことができる。また、ブロードエリア型
LDを用いる場合のように、特殊で高価な光学系を必要
とせず、レーザーマーカを安価に構成することができ
る。According to this embodiment as described above, the LD1
The two laser beams emitted from a and 1b are combined into one laser beam by the polarization beam splitter 4 so that their respective energy densities are added, and marking is performed by the combined laser beam. Even if the laser light sources LD1a and 1b having a relatively low output are used, the energy density of the laser light sufficient for marking the object 7 can be obtained, and the marking can be performed without any trouble. Further, unlike the case of using the broad area type LD, a special and expensive optical system is not required, and the laser marker can be constructed at low cost.
【0020】なお、上述した本実施形態の構成におい
て、LD1a,1bの非点隔差が小さく、その影響がレ
ーザー光の微小スポットへの集束のために許容できる程
度に小さいものとすれば、シリンドリカル凸レンズ3
a,3bを省くことができる。In the above-described configuration of the present embodiment, if the astigmatic difference between the LDs 1a and 1b is small and the influence thereof is small enough to focus the laser light on a minute spot, a cylindrical convex lens is used. Three
It is possible to omit a and 3b.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、レーザーマーカにおいて、2つの半導体レー
ザーから出射された2本のレーザー光が偏光ビームスプ
リッタによりそれぞれのエネルギー密度が足し合わされ
るように1本のレーザー光に合成され、その合成された
レーザー光によりマーキングがなされるようにしたの
で、レーザー光源として比較的低出力の半導体レーザー
を用いても、マーキング対象物にマーキングするに足り
るレーザー光のエネルギー密度を得ることができ、マー
キングを支障なく行なうことができる。また、高出力の
ブロードエリア型半導体レーザーを用いる場合のよう
に、特殊な光学系を必要とせず、レーザーマーカを安価
に構成することができるというう優れた効果が得られ
る。As is apparent from the above description, according to the present invention, in the laser marker, the two laser beams emitted from the two semiconductor lasers have their energy densities added together by the polarization beam splitter. As described above, since the laser light is combined into one laser beam and the combined laser light is used for marking, even if a relatively low-power semiconductor laser is used as a laser light source, it is sufficient to mark an object to be marked. The energy density of laser light can be obtained, and marking can be performed without any trouble. Further, unlike the case of using a high output broad area type semiconductor laser, it is possible to obtain an excellent effect that a laser marker can be inexpensively constructed without requiring a special optical system.
【図1】本発明の実施形態におけるレーザーマーカの光
学系の構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical system of a laser marker according to an embodiment of the present invention.
1a,1b 半導体レーザー(LD) 2a,2b コリメータレンズ 3a,3b シリンドリカル凸レンズ 4 偏光ビームスプリッタ 5 ガルバノミラー 6 等距離射影レンズ(fθレンズ) 7 マーキング対象物 1a, 1b Semiconductor laser (LD) 2a, 2b Collimator lens 3a, 3b Cylindrical convex lens 4 Polarizing beam splitter 5 galvo mirror 6 Equidistant projection lens (fθ lens) 7 Marking target
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2C362 AA10 AA11 AA26 AA43 AA49 AA52 BA17 BA84 BA86 CB67 DA03 4E068 AB00 CA06 CB05 CB10 CD02 CD05 CD14 CE03 5F073 AB25 AB27 AB29 BA09 FA30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 2C362 AA10 AA11 AA26 AA43 AA49 AA52 BA17 BA84 BA86 CB67 DA03 4E068 AB00 CA06 CB05 CB10 CD02 CD05 CD14 CE03 5F073 AB25 AB27 AB29 BA09 FA30
Claims (4)
れぞれを略平行光にする2つのコリメータレンズと、 該2つのコリメータレンズを通過したレーザー光のそれ
ぞれを本来の光出射面から入射し、レーザー光のそれぞ
れのエネルギー密度が足し合わされるように1本のレー
ザー光に合成して、本来の光入射面から出射するように
配置された偏光ビームスプリッタを有し、 該偏光ビームスプリッタの本来の光入射面から出射され
たレーザー光を集束してマーキング対象物に照射するこ
とによりマーキングを行なうことを特徴とするレーザー
マーカ。1. Two semiconductor lasers, two collimator lenses that make the laser beams emitted from the two semiconductor lasers substantially parallel, and the laser beams that have passed through the two collimator lenses, respectively. It has a polarization beam splitter that is arranged so as to be incident from the light emission surface of the laser light, be combined into one laser light so that the respective energy densities of the laser light are added, and then be emitted from the original light incident surface. A laser marker characterized in that marking is performed by focusing laser light emitted from the original light incident surface of the polarization beam splitter and irradiating it onto a marking target.
と前記偏光ビームスプリッタの間に配置され、前記2つ
のコリメータレンズを通過したレーザー光のそれぞれに
対して、前記半導体レーザーの非点隔差による前記半導
体レーザーの活性層に沿う水平面方向へのレーザー光と
前記活性層に対する垂直面方向へのレーザー光の光軸に
対する角度のずれをなくすように補正する2つのシリン
ドリカルレンズを有することを特徴とする請求項1に記
載のレーザーマーカ。2. The semiconductor laser, which is disposed between each of the two collimator lenses and the polarization beam splitter, and which has an astigmatic difference of the semiconductor laser with respect to each of the laser beams that have passed through the two collimator lenses. 2. Two cylindrical lenses are provided to correct the laser light in the horizontal plane direction along the active layer and the angle of the laser light in the direction perpendicular to the active layer with respect to the optical axis. Laser marker described in.
射面から出射されたレーザー光による走査のために駆動
されて前記レーザー光を反射する可動ミラーと、 該可動ミラーにより反射されたレーザー光をマーキング
対象物上に集束する等距離射影レンズを有することを特
徴とする請求項1または2に記載のレーザーマーカ。3. A movable mirror, which is driven for scanning by the laser light emitted from the original light incident surface of the polarization beam splitter and reflects the laser light, and a marking of the laser light reflected by the movable mirror. The laser marker according to claim 1 or 2, further comprising an equidistant projection lens that focuses on an object.
光軸を中心に回転可能に設けられ、その回転により、半
導体レーザーのそれぞれが出射するレーザー光の偏光方
向を可変に設定することができるようにしたことを特徴
とする請求項1から3までのいずれか1項に記載のレー
ザーマーカ。4. The two semiconductor lasers are rotatably provided around their respective optical axes, and the rotation allows the polarization directions of the laser beams emitted by the respective semiconductor lasers to be variably set. The laser marker according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser marker is formed.
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