JP2004358474A - レーザマーキング装置及びその印字制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】待避領域を確保しつつ、より広い印字可能領域を確保することができるレーザマーキング装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ガルバノミラー装置１１Ｘは、所定の回動基準軸ＭがＸガルバノミラー１２Ｘの回動方向に沿って収束レンズ１５の中心軸Ｌに対して所定のずらし角度θｏｆｆ分だけ傾けて配置されているから最大照射領域が収束レンズ１５に対して偏って形成されることとなる。これによって、収束レンズ１５の側方に形成される待避領域が非対称とされる、即ち、相対的に広い領域と相対的に狭い領域が形成される。従って、待避領域を除いた最大照射領域を印字に寄与することができる印字可能領域となり得る。また、待避領域のうち相対的に広い領域の外縁部付近にモニタ用受光素子及びレーザ光吸収体を設けている。これによって設置スペースを確保しつつ、印字可能領域を拡大することができる。
【選択図】 図２
【解決手段】ガルバノミラー装置１１Ｘは、所定の回動基準軸ＭがＸガルバノミラー１２Ｘの回動方向に沿って収束レンズ１５の中心軸Ｌに対して所定のずらし角度θｏｆｆ分だけ傾けて配置されているから最大照射領域が収束レンズ１５に対して偏って形成されることとなる。これによって、収束レンズ１５の側方に形成される待避領域が非対称とされる、即ち、相対的に広い領域と相対的に狭い領域が形成される。従って、待避領域を除いた最大照射領域を印字に寄与することができる印字可能領域となり得る。また、待避領域のうち相対的に広い領域の外縁部付近にモニタ用受光素子及びレーザ光吸収体を設けている。これによって設置スペースを確保しつつ、印字可能領域を拡大することができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザマーキング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーザマーキング装置として、例えば特許文献１に示すものが挙げられる。これは、ガルバノスキャニング方式を採用したもので、レーザ光源から出射されたレーザ光をガルバノミラー装置及び収束レンズを介して印字対象物上にレーザ光を照射する。そして、このガルバノミラー装置に搭載されているガルバノミラーを上記収束レンズによって定まる印字エリアに対応する印字回動範囲内で回動制御することで印字対象物上においてレーザ光を走査し、文字・図形・記号等の印字パターンを印字するようになっている。
【０００３】
ここで、上記ガルバノミラー装置は、ガルバノミラーが所定の回動中心位置を中心に時計回り及び反時計回りに所定の角度だけ回動可能となっている。即ち、ガルバノミラーの最大回動範囲が決まっている。それに従って、ガルバノミラー装置から出射されるレーザ光の照射範囲も所定の回動基準軸（具体的には、ガルバノミラーが上記回動中心位置にあるときに当該ガルバノミラー装置から出射されるレーザ光の光路）を中心した所定の最大照射領域が決まっている。そして、この特許文献１のものでは、上記印字回動範囲は、最大回動範囲より小さい範囲に設定されており、印字対象物上に印字を行わない非マーキング動作時において、上記印字回動範囲外にガルバノミラーを回動させて、この印字回動範囲に対応する印字可能照射領域外であって上記最大照射領域内の待避領域に照射されるレーザ光を受光素子によりモニタし、例えばこの受光素子での受光量に基づいてレーザ光源のレーザ出力をフィードバック制御するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３４２４公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザマーキング装置では、印字対象物に応じて印字エリアをより広い範囲に設定したい場合がある。このためには、より大きな収束レンズに交換するとともに、この収束レンズの大きさに応じてガルバノミラーをより広い印字回動範囲で回動制御すればよい。ところが、従来のレーザマーキング装置は、上記回動基準軸と、収束レンズの中心軸とが一致するように構成されており、上記のように印刷エリアを広げることによって、ガルバノミラーを印字回動範囲外に回動させるための時計回りの余裕角度と反時計回りの余裕角度とが均等に減少する。このことは、上記待避領域も全周にわたって均等に減少することを意味し、これにより上記モニタ用の受光素子を設けるスペースが少なくなってしまう。逆に、モニタ用の受光素子を設けてガルバノミラーからのレーザ光を受光可能とするために上記待避領域を確保しようとすれば、この受光素子を配置する位置とは回動基準軸を挟んで反対の位置にも同じ範囲の無駄な待避領域が生じてしまい、十分な印字エリアを確保できないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、余裕角度を確保しつつ、より広い印字エリアを確保することが可能なレーザマーキング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明に係るレーザマーキング装置の印字制御方法は、レーザ光源からのレーザ光を、ガルバノミラー装置に回動可能に備えられたガルバノミラーで反射させ、そのレーザ光の方向を変えて、収束レンズを介して印字対象物小に照射させるとともに、前記レーザ光源の出力を制御すると共に、前記印字対象物上に印字を行うマーキング動作時には、予め設定されている文字・記号・図形等の印字パターンに関する印字情報に基づいて当該印字パターンを印字するための複数の座標データを生成し、この座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、所定の回動基準軸を中心にして前記収束レンズにより規定される印字エリア内に対応する所定の印字角度範囲内でガルバノミラーの回動角度が制御され、そのガルバノミラーによって反射されたレーザ光が前記印字対象物上で走査されることにより、前記印字パターンが印字される一方で、前記印字対象物への印字を行わない非マーキング動作時には、前記印字角度範囲外の所定の待避角度に対応する座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、前記印字角度範囲外の所定の待避位置に前記ガルバノミラーの回動角度が制御されるレーザマーキング装置の印字制御方法において、前記ガルバノミラー装置を、前記回動基準軸が前記ガルバノミラーの回動方向に沿って前記収束レンズの中心軸に対して所定の角度分だけ傾けて配置し、前記ガルバノミラーが前記所定の角度分のオフセット量を差し引いて回動されるように前記ガルバノミラー装置を制御する（より具体的には、前記ガルバノミラーが前記所定の角度分だけ前記ガルバノミラー装置の傾動方向とは反対方向にオフセットされるように前記ガルバノミラー装置を制御する）ところに特徴を有する。
なお、本発明の「回動基準軸」とは、例えば、ガルバノミラーが最大回動範囲の中心位置にあるときに、当該ガルバノミラー装置から照射されるレーザ光の光路をいう。
また、「オフセット量」は、プラスの量であっても、マイナスの量であってもよい。要するには、ガルバノミラー装置の傾動方向に応じて定めればよい。
【０００８】
請求項２の発明に係るレーザマーキング装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を反射させてその方向を変えるガルバノミラーを回動可能に備えたガルバノミラー装置と、前記ガルバノミラーからのレーザ光を印字対象物上に収束させる収束レンズと、制御手段とを備えて、前記制御手段は、前記レーザ光源の出力を制御すると共に、前記印字対象物上に印字を行うマーキング動作時には、予め設定されている文字・記号・図形等の印字パターンに関する印字情報に基づいて当該印字パターンを印字するための複数の座標データを生成し、この座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、所定の回動基準軸を中心にして前記収束レンズにより規定される印字エリア内に対応する所定の印字角度範囲内でガルバノミラーの回動角度が制御され、そのガルバノミラーによって反射されたレーザ光が前記印字対象物上で走査されることにより、前記印字パターンが印字される一方で、前記制御手段は、前記印字対象物への印字を行わない非マーキング動作時には、前記印字角度範囲外の所定の待避角度に対応する座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、前記印字角度範囲外の所定の待避位置に前記ガルバノミラーの回動角度が制御されるレーザマーキング装置において、前記ガルバノミラー装置は、前記回動基準軸が前記ガルバノミラーの回動方向に沿って前記収束レンズの中心軸に対して所定の角度分だけ傾けて配置されており、前記制御手段は、前記ガルバノミラーが前記所定の角度分のオフセット量を差し引いて回動されるように前記ガルバノミラー装置を制御する（より具体的には、前記ガルバノミラーが前記所定の角度分だけ前記ガルバノミラー装置の傾動方向とは反対方向にオフセットされるように前記ガルバノミラー装置を制御する）ところに特徴を有する。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２記載のレーザマーキング装置において、前記制御手段は、前記座標データに対応する電圧信号から、前記所定の角度に対応するオフセット電圧を減算することにより前記ガルバノミラーが前記ガルバノミラーが前記所定の角度分のオフセット量を差し引いて回動させるようにしたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載のレーザマーキング装置において、前記ガルバノミラーが前記待避位置に配されている状態で前記ガルバノミラーからのレーザ光を受けるようにレーザ光吸収体が設けられているところに特徴を有する。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４のいずれかに記載のレーザマーキング装置において、前記ガルバノミラーが前記待避位置に配されている状態で前記ガルバノミラーからのレーザ光を受けるように受光手段が設けられ、前記制御手段はこの受光手段における受光量に基づいて前記レーザ光源のレーザ出力を制御するようにしたところに特徴を有する。
【００１２】
なお、次のような構成であってもよい。
「前記レーザ光源は半導体レーザ光源から構成されており、この半導体レーザ光源から発せられるレーザ光の出射側とは反対側に受光手段が設けられ、前記制御手段はこの受光手段における受光量に基づいて前記レーザ光源のレーザ出力を制御するとともに、前記ガルバノミラーが前記待避位置に配されている状態で前記ガルバノミラーからのレーザ光を受けるようにレーザ光吸収体が設けられていることを特徴とする請求項２記載のレーザマーキング装置。」
このような構成であれば、例えば、半導体レーザの後方に受光手段を用いてモニタ制御するものに対して、光吸収部材の配置スペースを最低限確保しつつ、レーザ光の戻り光の影響を極力抑えてフィードバック制御によりレーザ出力を安定的に制御できる。しかも、やはりより広い印字可能領域を確保することができる。
【００１３】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１ないし請求項３の発明＞
本発明によれば、ガルバノミラー装置は、ガルバノミラーの回動基準軸がガルバノミラーの回動方向に沿って所定の角度分だけ傾けて配置されている。従って、ガルバノミラーの最大回動範囲が収束レンズに対して偏って形成されることとなる。これにより、ガルバノミラーの時計回り側及び反時計回り側のいずれか一方の余裕角度を小さくして、その小さくなった分だけ他方の余裕角度を大きく確保することができる。従って、他方の余裕角度を、例えばモニタ用受光素子を配置できる程度の角度さえ確保すれば、この他方の余裕角度を除く残りの回動範囲（最大回動範囲のうち上記他方の余裕角度を除く回動範囲）を十分に利用して広い印字エリアを確保することができる。
【００１４】
＜請求項４の発明＞
請求項４の発明によれば、上記余裕角度に対応する待避領域のうち相対的に広い領域側にモニタ用のレーザ光吸収体を設けるようにすれば、このレーザ光吸収体の設置スペースを確保しつつ、より広い印字可能領域を確保することができる。
【００１５】
＜請求項５の発明＞
請求項５の発明によれば、例えば、モニタ用の受光手段を設けてガルバノミラーからのレーザ光を受光する場合に、この受光手段を待避領域に設けるようにすれば、受光手段の配置スペースと印字可能領域を双方とも確保することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るレーザマーキング装置の一実施形態を図１ないし図３によって説明する。本実施形態のレーザマーキング装置１は、図１に示すようにいわゆるガルバノスキャニング方式を採用したものであって、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｃをガルバノミラー装置１１Ｘ，１１Ｙにそれぞれに備えられたＸガルバノミラー１２Ｘ及びＹガルバノミラー１２Ｙを回動制御することで印字対象物Ｗ上でレーザ光Ｃを走査させることで、文字・図形・記号等の印字パターンを印字するものである。
レーザ光源１０は例えば赤外線領域の光を出射する半導体レーザ光源から構成されており、ガルバノミラー装置１１Ｘ，１１Ｙに向けてレーザ光Ｃを出射する。
【００１７】
ガルバノミラー装置１１Ｘ，１１Ｙは、Ｘガルバノミラー１２Ｘ、Ｙガルバノミラー１２Ｙ及びこれらを回動させる駆動部１３Ｘ，１３Ｙから構成されている。各ガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙが駆動部１３Ｘ，１３の回動軸Ｙに設けられており、回動軸の回動に伴ってガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙの回動角度が変化するようになっている。駆動部１３Ｘ，１３は、後述する制御装置１４から受信する駆動信号Ｓ４に応じて回動軸を回動させる。
【００１８】
収束レンズ１５は例えばｆθレンズから構成されており、ガルバノミラー装置１１Ｘから出射されたレーザ光Ｃを収束して印字対象物Ｗ上に照射する。尚、この収束レンズ１５は取外し可能とされており、例えば印字領域を変更したい場合には、他の特性の収束レンズ１５に交換することができる。
【００１９】
さて、図２はＸガルバノミラー１２Ｘの姿勢及びその回動角度を示したものである。駆動部１３Ｘは、Ｘガルバノミラー１２Ｘが所定の回動中心位置（ガルバノミラー１２Ｘの最大回動範囲の中心位置）を中心に時計回り及び反時計回りに所定の角度だけ回動可能となっており、最大回動範囲θｍａｘ（図中の２点鎖線間の領域）が決まっている。そして、本実施形態では、同図に示すように、ガルバノミラー装置１１Ｘは、所定の回動基準軸Ｍ（具体的には、Ｘガルバノミラー２１Ｘが上記回動中心位置にあるときに、当該ガルバノミラー装置１１Ｘから出射されるレーザ光Ｃの光路）がＸガルバノミラー１２Ｘの回動方向に沿って収束レンズ１５の中心軸Ｌに対して所定のずらし角度θｏｆｆ分だけ傾けて配置されている。なお、このときのＸガルバノミラー１２Ｘの姿勢▲２▼が、図２において実線で示されている。
制御装置１４は前述したレーザ光源１０及び駆動部１３Ｘ、１３Ｙに制御信号及び駆動信号Ｓ４を送信する。これによってレーザ光源１０のレーザ出力が制御されるとともに、駆動部１３Ｘ、１３Ｙの回動軸が回動制御されることとなる。
【００２０】
続いて、上記実施形態の動作について説明する。レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｃはガルバノミラー装置１１Ｘ，１１ＹのＸ及びＹガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙを反射して収束レンズ１５を透過して印字対象物Ｗに照射される。制御装置１４には、図３に示すように、信号生成部１６と、Ｄ／Ａ変換回路１７と、オフセット信号加算部１８とを備えて構成されている。信号生成部１６は、文字・記号・図形等の印字パターンの印字情報に基づいて印字パターンを線要素に分解し、それらの線要素の始点及び終点を含む複数の座標データＳ１（ガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙが回動中心位置にあるときのレーザ光Ｃの照射位置を中心とし、そこからの位置偏差に応じた二次元データ）を生成する。また、レーザ光源１０のレーザ出力を制御する制御信号を出力する。そして、これらの座標データＳ１はＤ／Ａ変換回路１７によって電圧信号Ｓ２に変換され、オフセット信号加算部１８は、この電圧信号Ｓ２に上記ずらし角度θｏｆｆに対応した電圧信号（オフセット信号Ｓ３）を加算し、これを駆動信号Ｓ４として駆動部１３Ｘに与えるようになっている。なお、オフセット信号加算部１８の代わりに、上記ずらし角度θｏｆｆに対応した電圧信号（オフセット信号）を減算するオフセット信号除算部であってもよい。また、Ｙガルバノミラーの駆動部１３Ｙに対しては、上記オフセット信号Ｓ３を加算せずに電圧信号Ｓ２をそのまま与えるようになっている。これにより、レーザ光源１０のレーザ出力が制御されるとともに、上記駆動信号Ｓ４に応じてＸ及びＹガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙが回動制御されレーザ光Ｃを収束レンズ１５の中心軸を中心とする所定の印字エリア内で走査され上記印字パターンを印字対象物Ｗに印字することができる。
【００２１】
本実施形態では、上述したように信号生成部１６にて生成された座標データＳ１に応じた電圧信号Ｓ２がオフセット信号Ｓ３によって補正されて駆動信号Ｓ４として駆動部に送信するようになっている。従って、制御装置１４からの駆動信号Ｓ４が駆動部に送信されていない動作初期状態において、図２に示すように、Ｘガルバノミラー１２Ｘの姿勢は、上記姿勢▲２▼からずらし角度θｏｆｆ分だけオフセットされた姿勢▲１▼となっており、このＸガルバノミラー１２Ｘで反射したレーザ光Ｃの光路が、収束レンズ１５の中心軸Ｌに一致している。そして、マーキング動作時には、Ｘガルバノミラー１１Ｘは収束レンズ１５の中心軸を回動中心に回動し、この収束レンズ１５の大きさに対応した印字エリア（印字可能領域）内でレーザ光Ｃが照射されるようになる。これによって、Ｘガルバノミラー１１Ｘの最大回動範囲θｍａｘに対応する最大照射領域が収束レンズ１５に対して不均一となる。即ち、最大回動範囲θｍａｘが収束レンズ１５を中心としていずれかの方向に偏っていることとなる。また、マーキング動作が休止あるいは停止されている場合には、駆動信号Ｓ４の送信が断たれることによってＸガルバノミラーは基準位置からθｏｆｆ傾いた姿勢▲２▼で待機する。
【００２２】
また、図４に示すように、上記休止あるいは停止の状態にあるときに、誤動作によりレーザ光Ｃがガルバノミラー装置１１Ｘ、１１Ｙのガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙ以外の部分に照射されないように赤外線領域の光を吸収する光吸収部材２０が設けられている。さらに、図５では、光吸収部材２０のうちガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙ側にはモニタ用の受光素子２１が配されており、レーザ光Ｃを受けてその受光量に応じたアナログ信号を制御装置１４に出力する。
尚、制御装置１４は受光素子から受信したアナログ信号に基づいてレーザ光源１０のレーザ出力を調整すべく出力する駆動信号Ｓ４を調整している。
【００２３】
このように、本実施形態では、ガルバノミラー装置１１Ｘは、所定の回動基準軸ＭがＸガルバノミラー１２Ｘの回動方向に沿って収束レンズ１５の中心軸Ｌに対して所定のずらし角度θｏｆｆ分だけ傾けて配置されているから最大照射領域が収束レンズ１５に対して偏って形成されることとなる。これによって、収束レンズ１５の側方に形成される待避領域が非対称とされる、即ち、相対的に広い領域と相対的に狭い領域が形成される。従って、待避領域を除いた最大照射領域を印字に寄与することができる印字可能領域となり得る。また、待避領域のうち相対的に広い領域の外縁部付近にモニタ用受光素子及びレーザ光吸収体を設けている。これによって設置スペースを確保しつつ、印字可能領域を拡大することができる。
【００２４】
また、上記の実施形態において、図６に示すように、半導体レーザ１０の後方に受光手段２２を配し、モニタ制御することで、半導体レーザ１０のレーザ出力を制御する構成としてもよい。このような構成とすれば、レーザ光源１０のレーザ出力を実時間で制御することが可能となり、印字品質の向上に寄与することとなる。なお、この構成においても光吸収部材２０を配する構成（同図では点線で図示）にしてもよい。
【００２５】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、Ｘガルバノミラー側のガルバノミラー装置１１Ｘのみを傾けるとうにした構成を示したが、例えば、Ｙガルバノミラー側のガルバノミラー装置１１Ｙのみを傾けるようにしても良く、両ガルバノミラーのガルバノミラー装置１１Ｘ、１１Ｙを傾けて構成してもよい。
【００２６】
（２）また、半導体レーザのほかには、固体レーザ、気体レーザ等の種々のレーザ光源１０を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザマーキング装置の全体構成を示した概略図
【図２】ガルバノミラーの回動角と印字範囲について示した模式図
【図３】制御装置内のブロック図
【図４】変形例（その１）
【図５】変形例（その２）
【図６】変形例（その３）
【符号の説明】
１…レーザマーキング装置
１０…レーザ光源，半導体レーザ
１１Ｘ，１１Ｙ…ガルバノミラー装置
１２Ｘ，１２Ｙ…ガルバノミラー
１３Ｘ，１３Ｙ…駆動部
１４…制御装置
１５…収束レンズ
１６…信号生成部
１７…Ｄ／Ａ変換回路
１８…オフセット信号加算部
２０…光吸収部材
２０，２１…受光素子
Ｃ…レーザ光
Ｌ…中心軸
Ｍ…回動基準軸
Ｓ１…座標データ
Ｓ３…オフセット信号
Ｓ４…駆動信号
Ｗ…印字対象物
θｏｆｆ…ずらし角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザマーキング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーザマーキング装置として、例えば特許文献１に示すものが挙げられる。これは、ガルバノスキャニング方式を採用したもので、レーザ光源から出射されたレーザ光をガルバノミラー装置及び収束レンズを介して印字対象物上にレーザ光を照射する。そして、このガルバノミラー装置に搭載されているガルバノミラーを上記収束レンズによって定まる印字エリアに対応する印字回動範囲内で回動制御することで印字対象物上においてレーザ光を走査し、文字・図形・記号等の印字パターンを印字するようになっている。
【０００３】
ここで、上記ガルバノミラー装置は、ガルバノミラーが所定の回動中心位置を中心に時計回り及び反時計回りに所定の角度だけ回動可能となっている。即ち、ガルバノミラーの最大回動範囲が決まっている。それに従って、ガルバノミラー装置から出射されるレーザ光の照射範囲も所定の回動基準軸（具体的には、ガルバノミラーが上記回動中心位置にあるときに当該ガルバノミラー装置から出射されるレーザ光の光路）を中心した所定の最大照射領域が決まっている。そして、この特許文献１のものでは、上記印字回動範囲は、最大回動範囲より小さい範囲に設定されており、印字対象物上に印字を行わない非マーキング動作時において、上記印字回動範囲外にガルバノミラーを回動させて、この印字回動範囲に対応する印字可能照射領域外であって上記最大照射領域内の待避領域に照射されるレーザ光を受光素子によりモニタし、例えばこの受光素子での受光量に基づいてレーザ光源のレーザ出力をフィードバック制御するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３４２４公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザマーキング装置では、印字対象物に応じて印字エリアをより広い範囲に設定したい場合がある。このためには、より大きな収束レンズに交換するとともに、この収束レンズの大きさに応じてガルバノミラーをより広い印字回動範囲で回動制御すればよい。ところが、従来のレーザマーキング装置は、上記回動基準軸と、収束レンズの中心軸とが一致するように構成されており、上記のように印刷エリアを広げることによって、ガルバノミラーを印字回動範囲外に回動させるための時計回りの余裕角度と反時計回りの余裕角度とが均等に減少する。このことは、上記待避領域も全周にわたって均等に減少することを意味し、これにより上記モニタ用の受光素子を設けるスペースが少なくなってしまう。逆に、モニタ用の受光素子を設けてガルバノミラーからのレーザ光を受光可能とするために上記待避領域を確保しようとすれば、この受光素子を配置する位置とは回動基準軸を挟んで反対の位置にも同じ範囲の無駄な待避領域が生じてしまい、十分な印字エリアを確保できないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、余裕角度を確保しつつ、より広い印字エリアを確保することが可能なレーザマーキング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明に係るレーザマーキング装置の印字制御方法は、レーザ光源からのレーザ光を、ガルバノミラー装置に回動可能に備えられたガルバノミラーで反射させ、そのレーザ光の方向を変えて、収束レンズを介して印字対象物小に照射させるとともに、前記レーザ光源の出力を制御すると共に、前記印字対象物上に印字を行うマーキング動作時には、予め設定されている文字・記号・図形等の印字パターンに関する印字情報に基づいて当該印字パターンを印字するための複数の座標データを生成し、この座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、所定の回動基準軸を中心にして前記収束レンズにより規定される印字エリア内に対応する所定の印字角度範囲内でガルバノミラーの回動角度が制御され、そのガルバノミラーによって反射されたレーザ光が前記印字対象物上で走査されることにより、前記印字パターンが印字される一方で、前記印字対象物への印字を行わない非マーキング動作時には、前記印字角度範囲外の所定の待避角度に対応する座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、前記印字角度範囲外の所定の待避位置に前記ガルバノミラーの回動角度が制御されるレーザマーキング装置の印字制御方法において、前記ガルバノミラー装置を、前記回動基準軸が前記ガルバノミラーの回動方向に沿って前記収束レンズの中心軸に対して所定の角度分だけ傾けて配置し、前記ガルバノミラーが前記所定の角度分のオフセット量を差し引いて回動されるように前記ガルバノミラー装置を制御する（より具体的には、前記ガルバノミラーが前記所定の角度分だけ前記ガルバノミラー装置の傾動方向とは反対方向にオフセットされるように前記ガルバノミラー装置を制御する）ところに特徴を有する。
なお、本発明の「回動基準軸」とは、例えば、ガルバノミラーが最大回動範囲の中心位置にあるときに、当該ガルバノミラー装置から照射されるレーザ光の光路をいう。
また、「オフセット量」は、プラスの量であっても、マイナスの量であってもよい。要するには、ガルバノミラー装置の傾動方向に応じて定めればよい。
【０００８】
請求項２の発明に係るレーザマーキング装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光を反射させてその方向を変えるガルバノミラーを回動可能に備えたガルバノミラー装置と、前記ガルバノミラーからのレーザ光を印字対象物上に収束させる収束レンズと、制御手段とを備えて、前記制御手段は、前記レーザ光源の出力を制御すると共に、前記印字対象物上に印字を行うマーキング動作時には、予め設定されている文字・記号・図形等の印字パターンに関する印字情報に基づいて当該印字パターンを印字するための複数の座標データを生成し、この座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、所定の回動基準軸を中心にして前記収束レンズにより規定される印字エリア内に対応する所定の印字角度範囲内でガルバノミラーの回動角度が制御され、そのガルバノミラーによって反射されたレーザ光が前記印字対象物上で走査されることにより、前記印字パターンが印字される一方で、前記制御手段は、前記印字対象物への印字を行わない非マーキング動作時には、前記印字角度範囲外の所定の待避角度に対応する座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、前記印字角度範囲外の所定の待避位置に前記ガルバノミラーの回動角度が制御されるレーザマーキング装置において、前記ガルバノミラー装置は、前記回動基準軸が前記ガルバノミラーの回動方向に沿って前記収束レンズの中心軸に対して所定の角度分だけ傾けて配置されており、前記制御手段は、前記ガルバノミラーが前記所定の角度分のオフセット量を差し引いて回動されるように前記ガルバノミラー装置を制御する（より具体的には、前記ガルバノミラーが前記所定の角度分だけ前記ガルバノミラー装置の傾動方向とは反対方向にオフセットされるように前記ガルバノミラー装置を制御する）ところに特徴を有する。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２記載のレーザマーキング装置において、前記制御手段は、前記座標データに対応する電圧信号から、前記所定の角度に対応するオフセット電圧を減算することにより前記ガルバノミラーが前記ガルバノミラーが前記所定の角度分のオフセット量を差し引いて回動させるようにしたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載のレーザマーキング装置において、前記ガルバノミラーが前記待避位置に配されている状態で前記ガルバノミラーからのレーザ光を受けるようにレーザ光吸収体が設けられているところに特徴を有する。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４のいずれかに記載のレーザマーキング装置において、前記ガルバノミラーが前記待避位置に配されている状態で前記ガルバノミラーからのレーザ光を受けるように受光手段が設けられ、前記制御手段はこの受光手段における受光量に基づいて前記レーザ光源のレーザ出力を制御するようにしたところに特徴を有する。
【００１２】
なお、次のような構成であってもよい。
「前記レーザ光源は半導体レーザ光源から構成されており、この半導体レーザ光源から発せられるレーザ光の出射側とは反対側に受光手段が設けられ、前記制御手段はこの受光手段における受光量に基づいて前記レーザ光源のレーザ出力を制御するとともに、前記ガルバノミラーが前記待避位置に配されている状態で前記ガルバノミラーからのレーザ光を受けるようにレーザ光吸収体が設けられていることを特徴とする請求項２記載のレーザマーキング装置。」
このような構成であれば、例えば、半導体レーザの後方に受光手段を用いてモニタ制御するものに対して、光吸収部材の配置スペースを最低限確保しつつ、レーザ光の戻り光の影響を極力抑えてフィードバック制御によりレーザ出力を安定的に制御できる。しかも、やはりより広い印字可能領域を確保することができる。
【００１３】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１ないし請求項３の発明＞
本発明によれば、ガルバノミラー装置は、ガルバノミラーの回動基準軸がガルバノミラーの回動方向に沿って所定の角度分だけ傾けて配置されている。従って、ガルバノミラーの最大回動範囲が収束レンズに対して偏って形成されることとなる。これにより、ガルバノミラーの時計回り側及び反時計回り側のいずれか一方の余裕角度を小さくして、その小さくなった分だけ他方の余裕角度を大きく確保することができる。従って、他方の余裕角度を、例えばモニタ用受光素子を配置できる程度の角度さえ確保すれば、この他方の余裕角度を除く残りの回動範囲（最大回動範囲のうち上記他方の余裕角度を除く回動範囲）を十分に利用して広い印字エリアを確保することができる。
【００１４】
＜請求項４の発明＞
請求項４の発明によれば、上記余裕角度に対応する待避領域のうち相対的に広い領域側にモニタ用のレーザ光吸収体を設けるようにすれば、このレーザ光吸収体の設置スペースを確保しつつ、より広い印字可能領域を確保することができる。
【００１５】
＜請求項５の発明＞
請求項５の発明によれば、例えば、モニタ用の受光手段を設けてガルバノミラーからのレーザ光を受光する場合に、この受光手段を待避領域に設けるようにすれば、受光手段の配置スペースと印字可能領域を双方とも確保することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るレーザマーキング装置の一実施形態を図１ないし図３によって説明する。本実施形態のレーザマーキング装置１は、図１に示すようにいわゆるガルバノスキャニング方式を採用したものであって、レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｃをガルバノミラー装置１１Ｘ，１１Ｙにそれぞれに備えられたＸガルバノミラー１２Ｘ及びＹガルバノミラー１２Ｙを回動制御することで印字対象物Ｗ上でレーザ光Ｃを走査させることで、文字・図形・記号等の印字パターンを印字するものである。
レーザ光源１０は例えば赤外線領域の光を出射する半導体レーザ光源から構成されており、ガルバノミラー装置１１Ｘ，１１Ｙに向けてレーザ光Ｃを出射する。
【００１７】
ガルバノミラー装置１１Ｘ，１１Ｙは、Ｘガルバノミラー１２Ｘ、Ｙガルバノミラー１２Ｙ及びこれらを回動させる駆動部１３Ｘ，１３Ｙから構成されている。各ガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙが駆動部１３Ｘ，１３の回動軸Ｙに設けられており、回動軸の回動に伴ってガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙの回動角度が変化するようになっている。駆動部１３Ｘ，１３は、後述する制御装置１４から受信する駆動信号Ｓ４に応じて回動軸を回動させる。
【００１８】
収束レンズ１５は例えばｆθレンズから構成されており、ガルバノミラー装置１１Ｘから出射されたレーザ光Ｃを収束して印字対象物Ｗ上に照射する。尚、この収束レンズ１５は取外し可能とされており、例えば印字領域を変更したい場合には、他の特性の収束レンズ１５に交換することができる。
【００１９】
さて、図２はＸガルバノミラー１２Ｘの姿勢及びその回動角度を示したものである。駆動部１３Ｘは、Ｘガルバノミラー１２Ｘが所定の回動中心位置（ガルバノミラー１２Ｘの最大回動範囲の中心位置）を中心に時計回り及び反時計回りに所定の角度だけ回動可能となっており、最大回動範囲θｍａｘ（図中の２点鎖線間の領域）が決まっている。そして、本実施形態では、同図に示すように、ガルバノミラー装置１１Ｘは、所定の回動基準軸Ｍ（具体的には、Ｘガルバノミラー２１Ｘが上記回動中心位置にあるときに、当該ガルバノミラー装置１１Ｘから出射されるレーザ光Ｃの光路）がＸガルバノミラー１２Ｘの回動方向に沿って収束レンズ１５の中心軸Ｌに対して所定のずらし角度θｏｆｆ分だけ傾けて配置されている。なお、このときのＸガルバノミラー１２Ｘの姿勢▲２▼が、図２において実線で示されている。
制御装置１４は前述したレーザ光源１０及び駆動部１３Ｘ、１３Ｙに制御信号及び駆動信号Ｓ４を送信する。これによってレーザ光源１０のレーザ出力が制御されるとともに、駆動部１３Ｘ、１３Ｙの回動軸が回動制御されることとなる。
【００２０】
続いて、上記実施形態の動作について説明する。レーザ光源１０から出射されたレーザ光Ｃはガルバノミラー装置１１Ｘ，１１ＹのＸ及びＹガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙを反射して収束レンズ１５を透過して印字対象物Ｗに照射される。制御装置１４には、図３に示すように、信号生成部１６と、Ｄ／Ａ変換回路１７と、オフセット信号加算部１８とを備えて構成されている。信号生成部１６は、文字・記号・図形等の印字パターンの印字情報に基づいて印字パターンを線要素に分解し、それらの線要素の始点及び終点を含む複数の座標データＳ１（ガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙが回動中心位置にあるときのレーザ光Ｃの照射位置を中心とし、そこからの位置偏差に応じた二次元データ）を生成する。また、レーザ光源１０のレーザ出力を制御する制御信号を出力する。そして、これらの座標データＳ１はＤ／Ａ変換回路１７によって電圧信号Ｓ２に変換され、オフセット信号加算部１８は、この電圧信号Ｓ２に上記ずらし角度θｏｆｆに対応した電圧信号（オフセット信号Ｓ３）を加算し、これを駆動信号Ｓ４として駆動部１３Ｘに与えるようになっている。なお、オフセット信号加算部１８の代わりに、上記ずらし角度θｏｆｆに対応した電圧信号（オフセット信号）を減算するオフセット信号除算部であってもよい。また、Ｙガルバノミラーの駆動部１３Ｙに対しては、上記オフセット信号Ｓ３を加算せずに電圧信号Ｓ２をそのまま与えるようになっている。これにより、レーザ光源１０のレーザ出力が制御されるとともに、上記駆動信号Ｓ４に応じてＸ及びＹガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙが回動制御されレーザ光Ｃを収束レンズ１５の中心軸を中心とする所定の印字エリア内で走査され上記印字パターンを印字対象物Ｗに印字することができる。
【００２１】
本実施形態では、上述したように信号生成部１６にて生成された座標データＳ１に応じた電圧信号Ｓ２がオフセット信号Ｓ３によって補正されて駆動信号Ｓ４として駆動部に送信するようになっている。従って、制御装置１４からの駆動信号Ｓ４が駆動部に送信されていない動作初期状態において、図２に示すように、Ｘガルバノミラー１２Ｘの姿勢は、上記姿勢▲２▼からずらし角度θｏｆｆ分だけオフセットされた姿勢▲１▼となっており、このＸガルバノミラー１２Ｘで反射したレーザ光Ｃの光路が、収束レンズ１５の中心軸Ｌに一致している。そして、マーキング動作時には、Ｘガルバノミラー１１Ｘは収束レンズ１５の中心軸を回動中心に回動し、この収束レンズ１５の大きさに対応した印字エリア（印字可能領域）内でレーザ光Ｃが照射されるようになる。これによって、Ｘガルバノミラー１１Ｘの最大回動範囲θｍａｘに対応する最大照射領域が収束レンズ１５に対して不均一となる。即ち、最大回動範囲θｍａｘが収束レンズ１５を中心としていずれかの方向に偏っていることとなる。また、マーキング動作が休止あるいは停止されている場合には、駆動信号Ｓ４の送信が断たれることによってＸガルバノミラーは基準位置からθｏｆｆ傾いた姿勢▲２▼で待機する。
【００２２】
また、図４に示すように、上記休止あるいは停止の状態にあるときに、誤動作によりレーザ光Ｃがガルバノミラー装置１１Ｘ、１１Ｙのガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙ以外の部分に照射されないように赤外線領域の光を吸収する光吸収部材２０が設けられている。さらに、図５では、光吸収部材２０のうちガルバノミラー１２Ｘ、１２Ｙ側にはモニタ用の受光素子２１が配されており、レーザ光Ｃを受けてその受光量に応じたアナログ信号を制御装置１４に出力する。
尚、制御装置１４は受光素子から受信したアナログ信号に基づいてレーザ光源１０のレーザ出力を調整すべく出力する駆動信号Ｓ４を調整している。
【００２３】
このように、本実施形態では、ガルバノミラー装置１１Ｘは、所定の回動基準軸ＭがＸガルバノミラー１２Ｘの回動方向に沿って収束レンズ１５の中心軸Ｌに対して所定のずらし角度θｏｆｆ分だけ傾けて配置されているから最大照射領域が収束レンズ１５に対して偏って形成されることとなる。これによって、収束レンズ１５の側方に形成される待避領域が非対称とされる、即ち、相対的に広い領域と相対的に狭い領域が形成される。従って、待避領域を除いた最大照射領域を印字に寄与することができる印字可能領域となり得る。また、待避領域のうち相対的に広い領域の外縁部付近にモニタ用受光素子及びレーザ光吸収体を設けている。これによって設置スペースを確保しつつ、印字可能領域を拡大することができる。
【００２４】
また、上記の実施形態において、図６に示すように、半導体レーザ１０の後方に受光手段２２を配し、モニタ制御することで、半導体レーザ１０のレーザ出力を制御する構成としてもよい。このような構成とすれば、レーザ光源１０のレーザ出力を実時間で制御することが可能となり、印字品質の向上に寄与することとなる。なお、この構成においても光吸収部材２０を配する構成（同図では点線で図示）にしてもよい。
【００２５】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、Ｘガルバノミラー側のガルバノミラー装置１１Ｘのみを傾けるとうにした構成を示したが、例えば、Ｙガルバノミラー側のガルバノミラー装置１１Ｙのみを傾けるようにしても良く、両ガルバノミラーのガルバノミラー装置１１Ｘ、１１Ｙを傾けて構成してもよい。
【００２６】
（２）また、半導体レーザのほかには、固体レーザ、気体レーザ等の種々のレーザ光源１０を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザマーキング装置の全体構成を示した概略図
【図２】ガルバノミラーの回動角と印字範囲について示した模式図
【図３】制御装置内のブロック図
【図４】変形例（その１）
【図５】変形例（その２）
【図６】変形例（その３）
【符号の説明】
１…レーザマーキング装置
１０…レーザ光源，半導体レーザ
１１Ｘ，１１Ｙ…ガルバノミラー装置
１２Ｘ，１２Ｙ…ガルバノミラー
１３Ｘ，１３Ｙ…駆動部
１４…制御装置
１５…収束レンズ
１６…信号生成部
１７…Ｄ／Ａ変換回路
１８…オフセット信号加算部
２０…光吸収部材
２０，２１…受光素子
Ｃ…レーザ光
Ｌ…中心軸
Ｍ…回動基準軸
Ｓ１…座標データ
Ｓ３…オフセット信号
Ｓ４…駆動信号
Ｗ…印字対象物
θｏｆｆ…ずらし角度
Claims (5)
- レーザ光源からのレーザ光を、ガルバノミラー装置に回動可能に備えられたガルバノミラーで反射させ、そのレーザ光の方向を変えて、収束レンズを介して印字対象物小に照射させるとともに、
前記レーザ光源の出力を制御すると共に、前記印字対象物上に印字を行うマーキング動作時には、予め設定されている文字・記号・図形等の印字パターンに関する印字情報に基づいて当該印字パターンを印字するための複数の座標データを生成し、この座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、所定の回動基準軸を中心にして前記収束レンズにより規定される印字エリア内に対応する所定の印字角度範囲内でガルバノミラーの回動角度が制御され、そのガルバノミラーによって反射されたレーザ光が前記印字対象物上で走査されることにより、前記印字パターンが印字される一方で、
前記印字対象物への印字を行わない非マーキング動作時には、前記印字角度範囲外の所定の待避角度に対応する座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、前記印字角度範囲外の所定の待避位置に前記ガルバノミラーの回動角度が制御されるレーザマーキング装置の印字制御方法において、
前記ガルバノミラー装置を、前記回動基準軸が前記ガルバノミラーの回動方向に沿って前記収束レンズの中心軸に対して所定の角度分だけ傾けて配置し、前記ガルバノミラーが前記所定の角度分のオフセット量を差し引いて回動されるように前記ガルバノミラー装置を制御することを特徴とするレーザマーキング装置の印字制御方法。 - レーザ光を出射するレーザ光源と、
このレーザ光源からのレーザ光を反射させてその方向を変えるガルバノミラーを回動可能に備えたガルバノミラー装置と、
前記ガルバノミラーからのレーザ光を印字対象物上に収束させる収束レンズと、
制御手段とを備えて、
前記制御手段は、前記レーザ光源の出力を制御すると共に、前記印字対象物上に印字を行うマーキング動作時には、予め設定されている文字・記号・図形等の印字パターンに関する印字情報に基づいて当該印字パターンを印字するための複数の座標データを生成し、この座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、所定の回動基準軸を中心にして前記収束レンズにより規定される印字エリア内に対応する所定の印字角度範囲内でガルバノミラーの回動角度が制御され、そのガルバノミラーによって反射されたレーザ光が前記印字対象物上で走査されることにより、前記印字パターンが印字される一方で、
前記制御手段は、前記印字対象物への印字を行わない非マーキング動作時には、前記印字角度範囲外の所定の待避角度に対応する座標データに応じて前記ガルバノミラー装置を制御し、これにより、前記ガルバノミラー装置は、前記印字角度範囲外の所定の待避位置に前記ガルバノミラーの回動角度が制御されるレーザマーキング装置において、
前記ガルバノミラー装置は、前記回動基準軸が前記ガルバノミラーの回動方向に沿って前記収束レンズの中心軸に対して所定の角度分だけ傾けて配置されており、
前記制御手段は、前記ガルバノミラーが前記所定の角度分のオフセット量を差し引いて回動されるように前記ガルバノミラー装置を制御することを特徴とするレーザマーキング装置。 - 前記制御手段は、前記座標データに対応する電圧信号から、前記所定の角度に対応するオフセット電圧を減算することにより前記ガルバノミラーが前記ガルバノミラーが前記所定の角度分のオフセット量を差し引いて回動させるようにしたことを特徴とする請求項２記載のレーザマーキング装置。
- 前記ガルバノミラーが前記待避位置に配されている状態で前記ガルバノミラーからのレーザ光を受けるようにレーザ光吸収体が設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のレーザマーキング装置。
- 前記ガルバノミラーが前記待避位置に配されている状態で前記ガルバノミラーからのレーザ光を受けるように受光手段が設けられ、前記制御手段はこの受光手段における受光量に基づいて前記レーザ光源のレーザ出力を制御するようにしたことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載のレーザマーキング装置。
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