JP2019207926A - 走査型レーザ印字装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明に係る実施形態1を、図1ないし図6を用いて説明する。
走査型レーザ印字装置200は、図1に示されるように、光走査ヘッド部204と制御装置本体201が、配線ケーブル203で接続され、制御装置本体201から光走査ヘッド部204に対して、配線ケーブル203の中を通る光ファイバ104により両者が接続されている形態である。光ファイバ104は、光源601から出射される光を導波させるためガラスやプラスチックからなる導波管である。
なお、走査領域拡大レンズ301と集光レンズ401に関する光学的挙動は後に詳説する。
ここで、光ファイバ端面と集光レンズの変位量の同期を取るには、両者を駆動するための電気信号の繰り返し周波数をほぼ同一とすればよい。
走査型レーザ印字装置を用いたレーザ印字システムは、図2に示されるように、走査型レーザ印字装置200が設置されており、製造用ベルトコンベアなどの搬送装置206により、搬送される印字対象物207a、207ab、207cに対して、レーザにより、製造番号、製造年月日などのラベル205の印字をおこなう。
本実施形態における走査型レーザ印字装置では、レーザ光が導波し端面から出射させる光ファイバの出射端近傍位置を変位させることにより、光の出射方向を走査している。そして、出射端位置の変位には電圧を印加したときに歪が生じるピエゾ素子を用いている。図3ではピエゾ素子103の周回に沿って四つのピエゾ素子電極101a、101b、101c、101dが配置されており、ピエゾ素子103の中心穴には光ファイバ104が通されている。ピエゾ素子電極101a、101bは、横方向(x方向)の変位量を調整し、またピエゾ素子電極101c、101dは、縦方向(y方向)の変位量を調整する。このように、走査型レーザ印字装置では、それぞれの電極に印加する電圧を制御することで光ファイバ出射端面105とほぼ水平な2次元面内において光を走査することが可能になる。
図4には、光ファイバ出射端面から印字対象物までの導光が概念的に示されている。光ファイバスキャナでは、光ファイバ出射端面105から出射された光は、ビームの走査領域を拡大するために倍率が1より十分大きな走査領域拡大レンズ301を介して印字対象物302に集束される。光ファイバ104は、出射端面の軌跡306にそって動かされ、光ファイバ出射端面105から出射された光は、走査領域拡大レンズ301までは、伝搬光の光軸305にそって進み、そして、走査領域拡大レンズ301で屈折し、印字対象物302上でレーザ光の集束位置303に集束する。ここで、光ファイバ出射端面での走査振幅307は、走査領域拡大レンズ301により、印字対象物上では走査振幅308に拡大される。
本実施形態の光ファイバスキャナの光学系では、光ファイバ出射端面105と走査領域拡大レンズ301を結ぶ伝搬光の光軸405上に光ファイバ出射端面105の位置に依存して光軸402が変位する集光レンズ401が備えられている。集光レンズ401の形状は両凸レンズであってもよいし、平凸レンズであってもよい。より好ましくは球面収差が小さい非球面の平凸レンズである。また、集光レンズ401の倍率が1以下であり、結像位置404におけるビーム径がコア径よりも小さいことが好ましい。さらに、光ファイバ出射端面の軌跡306と、集光レンズの軌跡406がほぼ平行であり、伝搬光の光軸405と集光レンズの光軸402がほぼ一致していることが好ましい。言い換えれば、集光レンズの光軸402が、光ファイバ104の光出射端変位量に依存して変化することで、走査領域拡大レンズの光軸304との相対的位置関係が、光ファイバ104の光出射端変位量に依存して変化すること意味する。
以下、本発明に係る実施形態2を、図7を用いて説明する。
本実施形態での走査型レーザ印字装置の構成は、図1に示した実施形態1の走査型レーザ印字装置とほぼ同様であるが、光走査ヘッド部204における光学系のみが異なっており、より簡易な構成で実現することができる。
以下、本発明に係る実施形態3を、図8および図9を用いて説明する。
本実施形態の光学系は、実施形態2に示した光学系の別形態であり、より高品質に印字することができるものである。本実施形態の光学系では、走査領域拡大レンズ301と印字対象物302とを結ぶ光軸805上に、テレセントリックレンズ801が備えられている。ここで、テレセントリックレンズとは、透過する光線が光軸304(なお、走査領域拡大レンズ301の光軸とテレセントリックレンズ801の光軸は一致するため同じ符号で記した)に対してほぼ平行となるレンズのことである。テレセントリックレンズがない場合は、ビームが放射状に出射されるため、印字対象物上におけるビーム走査領域の外周付近では、ビームが斜めから入射されることとなり、集束ビーム形状が楕円形状になる。よって、印字物の中心付近と外周付近ではビーム形状が異なるため印字品質が劣化する。
また、ビームスプリッタを設けることより、一部の光をモニタすることで、さらに高品質な印字が可能となる。
以下、本発明に係る実施形態4を、図10を用いて説明する。
本実施形態の走査型レーザ印字装置は、実施形態1と類似の性能を有しつつ、より高速、小型化が可能になる。
以下、本発明に係る実施形態5を、図11を用いて説明する。
本実施形態は、光走査軌跡の補正機能を有する走査型レーザ印字装置に関するものである。
Claims (11)
- 光が出力される光ファイバと、
前記光ファイバの光出力端を変位させる光ファイバ駆動機構と、
前記光ファイバからの出力光を集束するための第一のレンズと第二のレンズを有し、
前記第一のレンズは、その光軸が前記光ファイバの光出力端変位量に依存して変化し、
前記第一のレンズの光軸と前記第二のレンズの光軸との相対的位置関係が前記光ファイバの光出力端変位量に依存して変化することを特徴とする走査型レーザ印字装置。 - 前記第一のレンズの倍率が1以下であり、前記光ファイバからの出力光をコア径以下の大きさで集束することを特徴とする請求項1記載の走査型レーザ印字装置。
- 前記第二のレンズの倍率が1以上であることを特徴とする請求項1記載の走査型レーザ印字装置。
- 前記光ファイバは、その光出力端部の先端に、前記第一のレンズが備えられたレンズ装荷型光ファイバであることを特徴とする請求項1記載の走査型レーザ印字装置。
- 前記第一のレンズは、入力される電気信号に依存して光軸が変化する液体レンズであることを特徴とする請求項1記載の走査型レーザ印字装置。
- さらに、前記第一のレンズの光軸を変化させるレンズ駆動機構と、
前記レンズ駆動機構を駆動するための第一の駆動電圧制御回路と、
前記光ファイバ駆動機構を駆動するための第二の駆動電圧制御回路とを備え、
前記第一の駆動電圧制御回路と前記第二の駆動電圧制御回路とに入力される電気信号の繰り返し周波数がほぼ同一であることを特徴とする請求項1記載の走査型レーザ印字装置。 - さらに、第三のレンズを有し、
前記第三のレンズは、レンズを透過する光線が光軸に対してほぼ平行であるテレセントリックレンズであることを特徴とする請求項1記載の走査型レーザ印字装置。 - 前記光ファイバから出力された光の一部を分岐するための光分岐器と、
前記光分岐器で分岐された一方の光を入力するための受光器と、
前記受光器と電気的に接続されたビーム位置検出回路とを備え、
前記ビーム位置検出回路により算出されたビーム位置情報に基づき前記光ファイバ駆動機構を駆動することを特徴とする請求項7記載の走査型レーザ印字装置。 - 前記光ファイバが、マルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項1記載の走査型レーザ印字装置。
- 前記光ファイバが、フォトニック結晶ファイバであることを特徴とする請求項1記載の走査型レーザ印字装置。
- さらに、第四のレンズを有し、
前記第四のレンズは、その光軸の垂直方向に対し1方向のみに曲面を有する円柱レンズであることを特徴とする請求項1記載の走査型レーザ印字装置。
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