JP2018020372A - レーザーマーキング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザーの強度を検出可能なレーザーマーキング装置を提供する。【解決手段】レーザーを出力するレーザー出力部と、前記レーザーを第１レーザー光と第２レーザー光とに分光する分光器と、前記第１レーザー光を被照射体に照射するよう制御する制御部と、前記第２レーザー光を受光して強度を検出する光強度検出部と、を備える、レーザーマーキング装置を採用する。【選択図】図２

Description

本発明の一態様は、カードなどの被照射体にレーザーを用いてマーキングを行うレーザーマーキング装置に関する。

従来から、ファイバーレーザーなどを用いてカードなどの被照射体にマーキングを行うレーザーマーキング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなレーザーマーキング装置では、画像データに基づいて、所定の濃度の文字または画像のドットパターンを形成するため、所定の強度でカードなどの被照射体の所定位置にレーザーを照射する。

特開２００１−３００７４６号公報

従来のレーザーマーキング装置では、経時劣化によりレーザー光源から出力される光強度が弱くなるため、照射結果を一定の濃度に保つために、フィードバック制御などを行うことがあった。しかしながら、フィードバック制御だけではレーザーの経時劣化に十分に対応できないことがあった。また、従来の構成でレーザーの光強度を検出する場合には、装置とは別にレーザー光の光強度検出装置を準備していた。

本発明は、上記課題を解決するために次のような手段を採る。なお、以下の説明において、発明の理解を容易にするために図面中の符号等を括弧書きで付記するが、本発明の各構成要素はこれらの付記したものに限定されるものではなく、当業者が技術的に理解しうる範囲にまで広く解釈されるべきものである。

本発明の一の手段は、
レーザー光を出力するレーザー出力部（１０）と、
前記レーザー光を第１レーザー光と第２レーザー光とに分光する分光器（２０）と、
前記第１レーザー光を被照射体に照射するよう制御する制御部（５１、５２）と、
前記第２レーザー光を受光して強度を検出する光強度検出部（３０）と、を備える、
レーザーマーキング装置である。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、装置と一体的に光強度検出部を備える構成とすることができるため、比較的簡易な構成で、レーザーの光強度を検出することができる。これにより、レーザー出力部の経時劣化を容易に判定することなどが可能となる。

上記レーザーマーキング装置において、好ましくは、
前記光強度検出部で検出された強度のピーク値を検出し、所定値より低いことを判定する判定部（８０）をさらに備える。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、所謂ピークホールドによりレーザーの強度を判定する構成とすることで、レーザーの光強度の劣化を安定的に判定することなどが可能となる。

上記レーザーマーキング装置において、好ましくは、
前記光強度検出部で検出された強度が、所定のタイミングにおいて所定値より低いことを判定する判定部（８０）をさらに備える。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、所定のタイミングでレーザーの強度を判定する構成とすることで、簡易な構成で、レーザーの光強度の劣化を判定することなどが可能となる。

上記レーザーマーキング装置において、好ましくは、
前記判定部の判定結果を通知する通知部（９０）をさらに備える。

上記構成のレーザーマーキング装置によれば、ユーザーがレーザー出力部の経時劣化を認識しやすい構成とすることなどが可能となる。

レーザーマーキング装置を上面側から見た図。 レーザーマーキング装置を側面側から見た図。 レーザーマーキング装置の光強度検出部、判定部、及び通知部の構成を示すブロック図。 レーザーマーキング装置の動作時における各部の波形図。 レーザーマーキング装置のレーザー強度判定動作を示すフローチャート。 変形例におけるレーザーマーキング装置の動作時における各部の波形図。

本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定的に解釈させるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．実施形態
２．変形例
３．補足事項

＜１．実施形態＞
本実施形態のレーザーマーキング装置は、レーザー光を分光する分光器を備え、分光されたレーザー光の光強度を検出する光強度検出部を装置と一体的に備える構成としていることを特徴の一つとしている。以下、図面を参照しながら本実施形態のレーザーマーキング装置について説明する。

図１及び図２は、本実施形態のレーザーマーキング装置の構成を示す図であって、図１はレーザーマーキング装置を上面側からみた平面図、図２はレーザーマーキング装置を側面側（図１の矢印の方向）から見た図である。図３は、本実施形態のレーザーマーキング装置の光強度検出部３０、判定部８０、及び通知部９０の構成を示す図である。

図１に示されるように、本実施形態のレーザーマーキング装置は、レーザー出力部１０、分光器２０、光強度検出部３０、シャッター４０、第１ガルバノミラー制御部５１、及び第２ガルバノミラー制御部５２を含んで構成される。また、図２に示されるように、本実施形態のレーザーマーキング装置はさらに、第１ガルバノミラー５１ａ、第２ガルバノミラー５２ａ、及びｆ−θレンズ６０を含む。図２にも示されるように、本実施形態のレーザーマーキング装置における被照射体（媒体）は、カード７０である。なお、第１ガルバノミラー制御部５１と第２ガルバノミラー制御部５２とを総称してガルバノミラー制御部と呼ぶことがある。また、第１ガルバノミラー５１ａと第２ガルバノミラー５２ａとを総称してガルバノミラーと呼ぶことがある。

本実施形態のレーザーマーキング装置では、レーザー出力部１０から出力されたレーザー光が分光器２０によって第１レーザー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ２（図１参照）に分光される。分光された第１レーザー光Ｌ１は、ガルバノミラーにより反射され、与えられた画像データに応じて、ラスタ方式によりｆ−θレンズ６０を介してカード７０に照射される。一方で、分光された第２レーザー光Ｌ２は、光強度検出部３０に照射され、光強度の検出が行われる。以下、各構成について具体的に説明する。

＜レーザー出力部１０＞
レーザー出力部１０は、レーザーダイオード（ＬＤ）などの励起光源からの励起光をレーザー共振器により増幅し、所定の強度のレーザー光を出力可能に構成される。レーザー出力部１０は、外部から（例えばＰＣなど）の制御により所定の強度のレーザー光を出力する。

＜分光器２０＞
分光器２０は、所謂ビームスプリッターであって、照射されたレーザー光の一部を第１方向に反射し、一部を第２方向に透過させるよう構成されたハーフミラーなどにより構成される。本実施形態の分光器２０は、レーザー出力部１０から照射されたレーザー光を、第１レーザー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ２とに分光するよう構成される。

＜光強度検出部３０＞
光強度検出部３０は、図１に示されるように分光器２０により分光された第２レーザー光Ｌ２を受光する位置に配置され、照射された第２レーザー光Ｌ２の光強度を検出するよう構成される。

図３には、光強度検出部３０の具体的構成例が示されている。図３に示されるように、光強度検出部３０は、受光部となるフォトダイオード３１を含む電子回路、ピークホールド回路３２、及びＡＤ変換器３３などを含んで構成される。ＡＤ変換器３３から出力された光強度に関する情報は、判定部８０に出力される。

＜フォトダイオード３１＞
フォトダイオード３１は、第２レーザー光Ｌ２を受光するよう配置されており、受光した光を電流値に変換する。フォトダイオード３１を含む電子回路では、フォトダイオード３１によって電流値として検出された光強度を所定の電圧値としてピークホールド回路３２に出力する。

＜ピークホールド回路３２＞
ピークホールド回路３２は、入力された光強度の電圧値のピーク値を一定期間保持可能に構成される。ピークホールド回路３２の出力電圧はＡＤ変換器３３に入力される。

＜ＡＤ変換器３３＞
ＡＤ変換器３３は、ピークホールド回路３２から入力された電圧をデジタル値に変換し、光強度情報として出力するよう構成される。このＡＤ変換器３３から出力された光強度情報は、光強度検出部３０による検出結果の光強度である。ＡＤ変換器３３によって得られた光強度情報は、判定部８０に出力される。

＜判定部８０＞
判定部８０は、光強度検出部３０のＡＤ変換器３３から入力された光強度情報に基づいて、第２レーザー光Ｌ２の光強度が予め設定された閾値よりも低いか否かを判定するよう構成される。この閾値は、例えば工場出荷時のレーザー強度に対して５０％の値などといった所定の光強度として設定されており、検出された光強度が一定以上弱くなっていることを検出するために設定されたものである。すなわち、判定部８０により、予め設定された閾値よりも光強度が低くなっている（弱くなっている）と判定された場合には、レーザー出力部１０によるレーザー出力が、経年劣化などにより弱くなっていると判断することが可能である。判定部８０による判定結果は通知部９０に出力される。

＜通知部９０＞
通知部９０は、ＬＥＤまたは音声出力部などの通知手段を備えており、判定部８０から入力された判定結果に基づいてこの通知手段を動作させることで、レーザーの出力が弱くなっていることをユーザーに通知可能に構成される。通知部９０が備える通知手段は、例えばＬＥＤなどの発行手段やスピーカーなどの音声出力手段であるが、これらに限定されるものではない。通知部９０は、例えば、レーザーマーキング装置を制御するＰＣなどの制御装置に対して情報を送信するようなものであっても良いし、ＬＣＤなどの表示装置にクリーニングを促す文字の表示を行うようなものであっても良い。

＜シャッター４０＞
図１に示されるシャッター４０は、分光器２０により分光された第１レーザー光Ｌ１を必要なタイミングで遮蔽可能に構成される。

＜第１ガルバノミラー制御部５１、第２ガルバノミラー制御部５２＞
第１ガルバノミラー制御部５１及び第２ガルバノミラー制御部５２は、第１レーザー光Ｌ１をそれぞれ第１方向（例えばＸ方向）及び第２方向（例えばＸ方向に直交するＹ方向）への反射方向を制御するように、第１ガルバノミラー５１ａと第２ガルバノミラー５２ａとの角度を調整する。より具体的には、第１ガルバノミラー制御部５１及び第２ガルバノミラー制御部５２は、第１ガルバノミラー５１ａ及び第２ガルバノミラー５２ａの向きを変更するために配置されたモーターを駆動させることで、第１ガルバノミラー５１ａと第２ガルバノミラー５２ａとの角度を調整する。

＜第１ガルバノミラー５１ａ、第２ガルバノミラー５２ａ＞
第１ガルバノミラー５１ａ及び第２ガルバノミラー５２ａは、上記のとおり、第１レーザー光Ｌ１の第１方向（例えばＸ方向）及び第２方向（例えばＹ方向）の反射方向を決定する。第１ガルバノミラー５１ａ及び第２ガルバノミラー５２ａにより反射された第１レーザー光Ｌ１は、その先に配置されたｆ−θレンズ６０に入光する。

＜ｆ−θレンズ６０＞
ｆ−θレンズ６０は、ガルバノミラーにより反射された第１レーザー光Ｌ１を、カード７０の結像面上で適切に結像するよう透過する。ｆ−θレンズ６０を通過したレーザー光Ｌ３は、被照射体（媒体）となるカード７０に照射される。

＜カード７０＞
カード７０は、本実施形態のレーザーマーキング装置におけるレーザーの照射対象（媒体）であって、ｆ−θレンズ６０を透過した第１レーザー光Ｌ１が結像される位置に配置される。カード７０は、本実施形態のレーザーマーキング装置の被照射体の一例であって、レーザーマーキング装置の照射対象は必ずしもカード７０に限定されるものではない。

ここで、図４を参照しながら、本実施形態のレーザーマーキング装置の動作波形について説明する。図４は、本実施形態のレーザーマーキング装置の動作時の各部の波形を示したものである。

レーザー出力部１０で励起されたレーザー（例えばレーザーダイオード：ＬＤ）の光は、図４のようにＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。そして、外部からの照射／被照射の制御によって、レーザー出力部１０からレーザー光が出力されるか否かが決定される。また、レーザー出力部１０から出力されるレーザー光は、外部からの制御により与えられた光パワーによりその強度が決定され、所定のパルス繰り返し周期（ＰＲＲ）の立ち下がりエッジのタイミングで出力される。このようにしてレーザー出力部１０から出力されたレーザー光の強さがレーザー照射光として図４に示されている。

レーザー出力部１０から出力されたレーザー光は、分光器２０によって第１レーザー光Ｌ１と第２レーザー光Ｌ２とに分光されるが、これらのレーザー光の強度は、レーザー出力部１０から出力されたレーザーの強度に比例する。第２レーザー光Ｌ２は、光強度検出部３０のフォトダイオード３１に照射され、その光強度はピークホールド回路３２によってアナログの電圧値として検出される。このピークホールド回路３２により検出された電圧値が、図４の最下部に点線で示されている。このように、ピークホールド回路３２は、１サイクルにおいて照射された第２レーザー光Ｌ２の光強度のピーク値をホールド（保持）した状態で、ＡＤ変換器３３に対して電圧値を与えている。

このようにしてピークホールド回路３２により得られた電圧値は、ＡＤ変換器３３によりデジタル値に変換されて出力されることとなる。

次に、図５を参照しながら、本実施形態のレーザーマーキング装置におけるレーザー強度判定動作例について説明する。

まず、製品出荷時に、光強度検出部３０で検出されたレーザーの光強度の初期値を不揮発性メモリ（図示せず）に記憶させておく（Ｓ１００）。そして、レーザーマーキング装置の電源がオンにされたタイミング、レーザーマーキング装置の操作中の所定のタイミング、またはユーザーにより所定の操作が行われたタイミングで、レーザーの光強度の判定を行う（Ｓ１１０）。この判定は、上記のように光強度検出部３０、及び判定部８０により行われる。

そして、判定の結果、光強度が劣化しているなどと判定された場合には、通知部９０を介して、ユーザーに対してワーニング（警告）を行ったり、クリーニングを促したりする通知を行う（Ｓ１２０）。

なお、レーザーの光強度の判定は、レーザー出力部１０からの出力を適度な強度にして行うことが好ましい。例えば、レーザーの出力の強度の最大値が２５５（１６進数でＦＦ）であった場合には、その半分の１２７の強度などで行うことが好ましい。レーザー出力の強度が強すぎても弱すぎても、光強度の検出が適切に行われない可能性があるためである。

このような構成で、上記のような動作が可能なレーザーマーキング装置によれば、レーザーマーキング装置と一体的に光強度検出部３０を備える構成とすることができるため、比較的簡易な構成で、レーザーの光強度を検出することができる。これにより、レーザー出力部１０の経時劣化を容易に判定することなどが可能となる。

また、上記構成ではピークホールド回路３２を利用したピークホールドによりレーザーの光強度を検出可能としている。そのため、レーザーの光強度の劣化を安定的に判定することなどが可能となる。

＜２．変形例＞
次に、上記実施形態のレーザーマーキング装置の変形例について簡単に説明する。当該変形例では、実施形態１の構成と異なり、ピークホールド回路３２を省略した構成にしていることを特徴とし、所定のタイミングで光強度の判定を行っている。より具体的には、本実施形態のレーザーマーキング装置では、フォトダイオード３１を含む電子回路から出力された電圧値を、所定のタイミングでＡＤ変換器３３によりデジタル値に変換することで、所定のタイミングの光強度を検出する構成としている。

本変形例では、このように、所定のタイミングでレーザーの強度を判定する構成とすることで、より簡易な構成で、レーザーの光強度の劣化を判定することなどが可能となる。

また、ピークホールド回路３２に変えて、積分回路を配置する構成としても良い。この場合、図６に示されるように、ＡＤ変換器３３には積分された電圧の値（図６の最下波形の破線参照）が入力され、ＡＤ変換器３３は、この値のデジタル値を光強度の値として出力することとなる。このような構成を採用しても、レーザーの光強度の検出及び判定が可能となる。

＜３．補足事項＞
以上、本発明の実施形態についての具体的な説明を行った。上記説明では、あくまで一実施形態としての説明であって、本発明の範囲はこの一実施形態に留まらず、当業者が把握可能な範囲にまで広く解釈されるものである。

例えば、上記実施形態では、第１ガルバノミラー５１ａと第２ガルバノミラー５２ａとを備える構成例を挙げて説明したが、必ずしもこのようなガルバノミラーを備える構成とする必要があるわけではなく、他の構成を採用しても良い。

また、本発明のレーザーマーキング装置における光強度の検出は、必ずしも実施形態に記載の構成に限定されるものではなく、他の光強度の検出を可能とする構成を採用しても良い。

本発明は、カードなどにマーキングを行うレーザーマーキング装置などとして利用される。

１０…レーザー出力部
２０…分光器
３０…光強度検出部
３１…フォトダイオード
３２…ピークホールド回路
３３…変換器
４０…シャッター
５１…第１ガルバノミラー制御部
５２…第２ガルバノミラー制御部
５１ａ…第１ガルバノミラー
５２ａ…第２ガルバノミラー
６０…レンズ
７０…カード
８０…判定部
９０…通知部

Claims (4)

1. レーザー光を出力するレーザー出力部と、
   前記レーザー光を第１レーザー光と第２レーザー光とに分光する分光器と、
   前記第１レーザー光を被照射体に照射するよう制御する制御部と、
   前記第２レーザー光を受光して強度を検出する光強度検出部と、を備える、
   レーザーマーキング装置。
2. 前記光強度検出部で検出された強度のピーク値を検出し、所定値より低いことを判定する判定部をさらに備える、
   請求項１に記載のレーザーマーキング装置。
3. 前記光強度検出部で検出された強度が、所定のタイミングにおいて所定値より低いことを判定する判定部をさらに備える、
   請求項１に記載のレーザーマーキング装置。
4. 前記判定部の判定結果を通知する通知部をさらに備える、
   請求項２または請求項３に記載のレーザーマーキング装置。

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