JP2004017104A - レーザーマーカ - Google Patents

Abstract

【課題】マーキング用レーザー光源として比較的低出力のＬＤ（半導体レーザー）を用いても確実にマーキングを行えるレーザーマーカを提供する。
【解決手段】ＬＤ１から出射されたレーザー光はコリメータレンズ２により平行光にされ、さらに集光レンズ３によりスポット光に集光されてマーキング対象物の照射面５に照射されるとともに、ガルバノミラー４の回動により照射面５上を１直線方向に走査するように変位させられ、マーキングを行う。予熱用光源として高出力ランプ６が設けられ、これから放射された光が回転放物面鏡７に反射されて平行光にされ、さらにシリンドリカル凸レンズ８により直線的な帯状に集光され、照射面５上の上記スポット光の走査領域に重なるように照射され、同領域を予熱する。この予熱により、ＬＤ１が比較的低出力でもマーキングを確実に行える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マーキング用レーザー光源から出射されたレーザー光をスポット光に集光してマーキング対象物の照射面に照射することにより照射面に印字などのマーキングを行うレーザーマーカに関し、特にマーキング用レーザー光源に半導体レーザーを用いるレーザーマーカに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザー（以下、ＬＤと略称する）をマーキング用レーザー光源に用いたレーザーマーカが知られている。ＬＤを用いると、一般的なガスレーザーや固体レーザーを用いる場合に比べて、レーザーマーカのシステムを軽量、コンパクトにすることができるというメリットがある。
【０００３】
しかしながら、ＬＤは一般的なガスレーザーや固体レーザーに比べて出力強度が弱いため、マーキング対象物のレーザー照射面におけるレーザー光のエネルギー密度がマーキングするのに不充分であることが多い。そこで、ＬＤに高出力ＬＤとして活性領域面積の大きなブロードエリア型ＬＤを用い、このＬＤからのレーザー光を微小スポット光に集光する構成が特開２００１−１００１４５号などにより知られている。
【０００４】
【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ＬＤ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。
【０００５】
そこで本発明の課題は、マーキング用レーザー光源として比較的低出力のＬＤを用いてもマーキングを確実に行う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。
【０００６】
【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、
マーキング用レーザー光源としての半導体レーザーから出射されたレーザー光をスポット光に集光してマーキング対象物の照射面に照射することにより該照射面にマーキングを行うレーザーマーカにおいて、
前記半導体レーザーと別に設けられた予熱用光源を有し、該予熱用光源から出射された光を集光して前記照射面のマーキング領域に照射し、該マーキング領域を予熱する予熱用光学系を設けた構成を採用した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態によるレーザーマーカの構成を示している。
【０００９】
図１において、１はマーキング用レーザー光源としての半導体レーザー（以下でもＬＤと略称する）であり、比較的低出力のものとする。２はコリメータレンズ、３は集光レンズである。４はガルバノミラーであり、不図示のガルバノスキャナにより駆動されて回動する可動ミラーである。５はレーザー光を照射して文字などのマーキングを行うマーキング対象物の照射面である。
【００１０】
ＬＤ１から出射されたマーキング用のレーザー光は、コリメータレンズ２により平行光にされた後、集光レンズ３により集光され、ガルバノミラー４に反射され、照射面５上にスポット光に集光されて照射される。ガルバノミラー４が回動することにより、前記スポット光が照射面５上で１直線方向に走査させられる。この走査を繰り返し、１回の走査の終了毎に照射面５を（マーキング対象物を）走査方向に直交する１方向に所定ピッチ移動させることにより、照射面５にマーキングがなされる。なお、マーキングする文字などのパターンに応じてＬＤ１がオン、オフされ、レーザー光が点滅させられることは勿論である。
【００１１】
しかし、前述したようにＬＤ１の出力強度が弱いため、これだけでは照射面５におけるマーキング用レーザー光のスポット光のエネルギー密度がマーキングするのに不充分であることが多い。そこで、それを補うために、本実施形態では、前記スポット光が照射する照射面５のマーキング領域、すなわちスポット光が走査する１直線の走査領域を予熱する。このために、図１に示す予熱用光源としての例えばハロゲンランプやキセノンランプなどの高出力ランプ６、反射面の形状が回転放物面形状である回転放物面鏡７、及び集光用のシリンドリカル凸レンズ８からなる予熱用光学系を設けている。高出力ランプ６は回転放物面鏡７の反射面の放物面の焦点位置に配置されている。また、シリンドリカル凸レンズ８は、その光軸９が回転放物面鏡７の回転放物面の頂点と照射面５上のマーキング用レーザー光のスポット光の１直線の走査領域の中心点とを結ぶ直線に一致するように配置される。
【００１２】
こうした配置により、高出力ランプ６から出射（放射）された予熱用の光は、回転放物面鏡７に反射されて平行光にされ、シリンドリカル凸レンズ８により幅（太さ）が上記スポット光の径より大きな直線的な帯状に集光され、照射面５上のスポット光が走査する１直線の走査領域に重なるように照射される。すなわちスポット光の走査領域と同じ位置で予熱用の光の帯の長手方向がスポット光の走査方向に一致するように照射される。こうしてマーキング用スポット光の走査領域が予熱される。
【００１３】
なお、シリンドリカル凸レンズ８は光軸９方向に移動可能とし、これにより照射面５上のスポット光の走査領域に集光される予熱用の光の焦点調整、すなわち集光される予熱用の光の帯の幅（太さ）の調整が行えるものとする。こうすることにより、走査領域を照射する予熱用の光のエネルギー密度を調整して走査領域においてマーキング対象物を焦がすことのない程度に予熱することができる。このように予熱することで、ＬＤ１の出力強度が比較的低くてもマーキングを確実に行うことができる。
【００１４】
［他の実施形態］
上述した実施形態の構成において、予熱用光源として高出力ランプ６の代わりにＬＤを用いても良い。その場合、回転放物面鏡７とシリンドリカル凸レンズ８の代わりに、ＬＤから出射されたレーザー光を平行光にするコリメータレンズと、前記の平行光をスポット光に集光する集光レンズを設け、前記のスポット光を照射面５上のマーキング用レーザー光のスポット光の照射位置に照射するようにする。なお、集光レンズをその光軸方向に移動可能とする。これにより、照射面５上に照射される予熱用スポット光の焦点調整、すなわち予熱用スポットの径を調整し、予熱用の光のエネルギー密度を適当に調整することができる。
【００１５】
また、上述した実施形態の構成において、回転放物面鏡７の代わりに、図２に示すように回転楕円面鏡１０を用いてもよい。回転楕円面鏡１０は、反射面の形状が回転楕円面をその短軸方向に沿った平面で切った形状とする。また、回転楕円面鏡１０の回転楕円面の一方の共役焦点位置に高出力ランプ６を配置するものとする。これにより、高出力ランプ６から出射された予熱用の光は回転楕円面鏡１０で反射されて、その回転楕円面のもう一方の共役焦点の位置にスポット光として集光されるので、その位置を照射面５上のマーキング用レーザー光のスポット光の照射位置に合わせる。このために回転楕円面鏡１０の光軸９が回転楕円面鏡１０の回転楕円面の頂点と照射面５上のマーキング用レーザー光のスポット光の照射位置を結ぶ直線と一致するように配置する。また回転楕円面鏡１０もその光軸９の方向に移動可能とし、前述した予熱用の光のエネルギー密度を調整できるようにする。この場合、予熱用の光が回転楕円面鏡１０で集光されるので、シリンドリカル凸レンズ８は不要であり、設けない。
【００１６】
なお、この場合と上述した予熱用光源にＬＤを用いる場合、予熱用の光が帯状ではなくスポット光に集光されるので、ガルバノミラー４を省き、マーキング用スポット光の変位による走査は行わないようにし、その代わりにマーキング対象物を走査方向に対応する方向に移動させて、実質的に走査を行うようにする。あるいはガルバノミラー４によるマーキング用スポット光の走査を行うものとして、別にガルバノミラーを設けて予熱用スポット光の走査も行い、マーキング用スポット光の走査領域を予熱用スポット光で走査して予熱するようにする。
【００１７】
さらに他の実施形態として、図１の構成において、回転放物面鏡７の代わりに、図３に形状を示す複合曲面鏡１１を設けても良い。この複合曲面鏡１１は、反射面の形状に関して図３に示すＸＹＺ座標系においてＸ−Ｙ平面で切った切り口の形状が放物線形状をなし、Ｘ−Ｚ平面で切った切り口の形状が楕円を短軸で切った形状をなすものである。高出力ランプ６は、複合曲面鏡１１において楕円を短軸で切った形状の一方の共役焦点位置に配置するものとする。これにより、高出力ランプ６から出射され複合曲面鏡１１により反射される反射光は、Ｘ−Ｙ平面においては実線の矢印で示すように平行光となり、Ｘ−Ｚ平面においては破線の矢印で示すようにもう一方の共役焦点位置に集光する。従って、複合曲面鏡１１だけで予熱用の光を直線的な帯状に集光することができ、シリンドリカル凸レンズ８は不要になる。複合曲面鏡１１により帯状に集光される予熱用の光を照射面５上のマーキング用のスポット光が走査する１直線の走査領域に重なるように照射すればよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のレーザーマーカによれば、マーキング用レーザー光源としての半導体レーザーと別に設けた予熱用光源から出射された光を集光してマーキング対象物の照射面のマーキング領域に照射し、マーキング領域を予熱するようにしたので、マーキング用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を確実に行うことができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザーマーカの構成を示す構成図である。
【図２】他の実施形態によるレーザーマーカの要部の構成を示す構成図である。
【図３】さらに他の実施形態で用いられる複合曲面鏡の形状と作用を説明する説明図である。
【符号の説明】
１　半導体レーザー（ＬＤ）
２　コリメータレンズ
３　集光レンズ
４　ガルバノミラー
５　マーキング対象物のレーザー光の照射面
６　高出力ランプ
７　回転放物面鏡
８　シリンドリカル凸レンズ
９　光軸
１０　回転楕円面鏡
１１　複合曲面鏡

Claims (7)

1. マーキング用レーザー光源としての半導体レーザーから出射されたレーザー光をスポット光に集光してマーキング対象物の照射面に照射することにより該照射面にマーキングを行うレーザーマーカにおいて、
   前記半導体レーザーと別に設けられた予熱用光源を有し、該予熱用光源から出射された光を集光して前記照射面のマーキング領域に照射し、該マーキング領域を予熱する予熱用光学系を設けたことを特徴とするレーザーマーカ。
2. 前記マーキングを行うスポット光を前記照射面上で１直線方向に走査させる走査手段を有し、
   前記予熱用光学系は、前記予熱用光源から出射された光を直線的な帯状に集光して前記照射面上の前記スポット光の走査領域に重なるように照射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。
3. 前記予熱用光学系は、前記予熱用光源としての高出力ランプ、反射面の形状が回転放物面形状である回転放物面鏡、及びシリンドリカル凸レンズを有し、前記高出力ランプから放射された光が前記回転放物面鏡により反射されて平行光にされ、さらに前記シリンドリカル凸レンズにより直線的な帯状に集光されて前記照射面上の前記スポット光の走査領域に重なるように照射されるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のレーザーマーカ。
4. 前記シリンドリカル凸レンズは、その光軸が前記回転放物面鏡の回転放物面の頂点と前記照射面上の前記スポット光の走査領域の中心点とを結ぶ直線に一致するように配置され、かつ前記光軸に沿って移動可能に設けられたことを特徴とする請求項３に記載のレーザーマーカ。
5. 前記予熱用光学系は、前記予熱用光源としての半導体レーザー、コリメータレンズ、及び集光レンズを有し、前記半導体レーザーから出射されたレーザー光が前記コリメータレンズにより平行光にされ、さらに前記集光レンズによりスポット光に集光されて前記照射面のマーキング領域に照射されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザーマーカ。
6. 前記予熱用光学系は、前記予熱用光源としての高出力ランプと、反射面の形状が回転楕円面を短軸方向の平面で切った形状である回転楕円面鏡を有し、前記高出力ランプから放射された光が前記回転楕円面鏡により反射されてスポット光に集光され前記照射面のマーキング領域に照射されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザーマーカ。
7. 前記予熱用光学系は、前記予熱用光源としての高出力ランプと、反射面の形状がＸＹＺ座標系においてＸ−Ｙ平面で切った切り口が放物線形状であってＸ−Ｚ平面で切った切り口が楕円を短軸で切った形状である複合曲面鏡を有し、前記高出力ランプから放射された光が前記複合曲面鏡により反射されて直線的な帯状に集光され前記照射面上の前記スポット光の走査領域に重なるように照射されるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のレーザーマーカ。

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