JP2021020249A - レーザユニットおよびレーザマーカおよびレーザ印字システム - Google Patents

Abstract

【課題】マルチビーム方式の印字において、個々のレーザ光束に対する深度余裕を拡大できる新規なレーザユニットを実現する。【解決手段】レーザユニットは、微小なレーザ光放出部が１次元もしくは２次元にアレイ配列されたマルチビームレーザ光源０と、マルチビームレーザ光源のアレイ配列されたレーザ光放出部０１の実像Ｉ１を結像させる結像レンズ系１１、１２と、を有し、結像レンズ系は、物体側および像側にテレセントリックであり、物体側に配置される前側レンズ群１１と、像側に配置される後側レンズ群１２と、マルチビームレーザ光源０からの全てのレーザビームが前側レンズ群１１により集合する位置に配置されて、各レーザビームの主光線を含むビーム部分を通過させる通過部を有し、該通過部を通過する通過ビームの光束径を制限して前記通過ビームによる結像の深度余裕を拡大させる光束径制限部材２０と、を有する。【選択図】図１

Description

この発明はレーザユニットおよびレーザマーカおよびレーザ印字システムに関する。

レーザ光を用いて描画や印字さらには加工を行う技術は従来から広く知られている。

レーザ光の熱エネルギを利用するものとしてはレーザ加工が知られ、レーザ光を感熱紙等の対象物に集光させて対象物を昇温により発色させて描画や印字を行う「レーザマーカ」が知られている。
以下において「描画や加工、印字」を総称して単に「印字」とよび、印字が行われる媒体（感熱紙等）を「印字媒体」とよぶ。
複数のレーザ光を用いる印字方式は「マルチビーム方式」と呼ばれている。

レーザ光による印字は、光スポット状のレーザ光（以下「光スポット」という。）により行われるので、印字精度（解像度）は、光スポットの径（以下「スポット径」という。）が最も小さくなるレーザ光の結像位置（集光位置）で最も高い。
レーザ光の光束断面径は、レーザ光の進行方向においてレーザ光の集光位置の前後で増大するので、印字が行われる面（以下「印字面」という。）が、光スポットの集光位置に対してずれると印字面上のスポット径が増大して印字精度が劣化する。
印字精度が「許容される範囲」となる「印字面とレーザ光の結像位置のずれの範囲」は、周知の如く「深度余裕」と呼ばれている。深度余裕が大きいほど、レーザ光の結像位置と印字面との位置関係の余裕が大きく、深度余裕の範囲ではスポット径の変化が小さい。

レーザ光の光スポットに対する深度余裕を「光学素子を用いて拡大する方法」として、特許文献１に記載された方法が知られている。特許文献１開示の方法は、シングルビーム方式の印字における深度余裕の有効な拡大を実現しているが、特許文献１において用いられている光学素子は光軸対称であるため、光軸外の物体光をも扱うマルチビーム方式の印字に対しては適用が困難である。

マルチビーム方式の印字で、深度余裕がレーザ光により異なると、印字面が深度余裕外となるレーザ光による印字の解像度が低下して「印字濃度のむら」等の問題が発生するので、印字面は、複数のレーザ光束の深度余裕のうちで、最小の深度余裕内に位置させねばならず、印字面位置に高い精度が要求される。

この発明は、マルチビーム方式の印字において、印字面の位置精度を緩和できる新規なレーザユニットの実現を課題とする。

この発明のレーザユニットは、微小なレーザ光放出部が１次元もしくは２次元にアレイ配列されたマルチビームレーザ光源と、前記マルチビームレーザ光源の前記アレイ配列されたレーザ光放出部の実像を結像させる結像レンズ系と、を有し、前記結像レンズ系は、物体側および像側にテレセントリックであり、前記物体側に配置される前側レンズ群と、前記像側に配置される後側レンズ群と、前記マルチビームレーザ光源からの全てのレーザビームが前記前側レンズ群により集合する位置に配置されて、各レーザビームの主光線を含むビーム部分を通過させる通過部を有し、該通過部を通過する通過ビームの光束径を制限して前記通過ビームによる結像の深度余裕を拡大させる光束径制限部材と、を有する。

この発明によれば、マルチビーム方式の印字において、印字面の位置精度を緩和できる新規なレーザユニットを実現できる。

この発明を原理的に説明するための図である。 光束径制限部材の１形態例を説明する図である。 図２の光束径制限部材の使用例を説明する図である。 光束径制限部材の別の形態例を説明する図である。 光束径制限部材の他の形態例を説明する図である。 レーザユニットの１実施例を説明する図である。 レーザマーカの実施の１形態を説明する図である。 レーザ印字システムの実施の１形態を説明する図である。

図１に即して、レーザユニットの発明を原理的に説明する。
図１（ａ）、（ｃ）において、符号０は「マルチビームレーザ光源」、符号１１、１２は結像レンズ系を構成するレンズ系で、符号１１は「前側レンズ群」、符号１２は「後側レンズ群」を示す。符号Ｓは「印字面」を示す。印字面Ｓは、先に説明した印字媒体における印字が行われる面であり、図１（ａ）、（ｃ）においては設計上の適正位置が示されている。

マルチビームレーザ光源０は「微小なレーザ光放出部が１次元もしくは２次元にアレイ配列された構成」を有するが、以下の説明の具体性のために、レーザダイオードをカップリングされた光ファイバの微小な射出端面が「レーザ光放出部」として、図の上下方向に１次元にアレイ配列されている場合を想定する。

図１は、このようなマルチビームレーザ光源０における「光ファイバの射出端面がレーザ光放出部として１次元に配列された部分」を示している。このように１次元に配列された微小な射出端面の集合面を「射出面」と称し、以下において射出面０ともいう。
結像レンズ系を構成する前側レンズ群１１、後側レンズ群１２は、１枚のレンズとして簡略化して図示されている。前側レンズ群１１、後側レンズ群１２は、光軸を共通にし、この光軸がマルチビームレーザ光源０の「射出面に直交」するように配置されている。
結像レンズ系は、物体側（射出面０の側）および像側（印字面Ｓの側）にテレセントリックである。即ち、前側レンズ群１１の像側焦点面と、後側レンズ群１２の物体側焦点面が合致している。

前側レンズ群１１の物体側焦点面は射出面０に合致し、光束レンズ群１２の像側焦点面は印字面Ｓに合致している。

図の如く、射出面０における射出端面０１から放射されるレーザ光束をレーザ光束Ｌ１とし、別の射出端面０２から射出するレーザ光束をレーザ光束Ｌ２とする。
レーザ光束Ｌ１、Ｌ２は、前側レンズ群１１に入射し、前側レンズ群１１のレンズ作用を受けると、前側レンズ群１１の像側焦点面（後側レンズ群１２の物体側焦点面と合致している。）の位置において互いに交差したのち、後側レンズ群１２に入射し、後側レンズ群１２の結像作用により印字面Ｓ上に集光する。即ち、レーザ光束Ｌ１は印字面Ｓ上に集光して射出端面０１の像Ｉ１を結像し、レーザ光束Ｌ２は印字面Ｓ上集光して、射出端面０２の像Ｉ２を結像する。

ところで、微小な出射端面から放射されるレーザ光束は「発散性」であり、その発散角：２θは、個々の出射端面に固有の射出開口数：ＮＡ（＝ｓｉｎθ）により定まるが、射出面０をなす「全ての射出端面」に対して一定という訳ではなく、実際には射出端面による「ばらつき」がある。以下、射出側開口数を「射出ＮＡ」と称し、印字面Ｓに集光するレーザ光束の開口数を「入射ＮＡ」と称する。
図１（ａ）に示す結像レンズ系の例では結像倍率が「等倍」であり、射出ＮＡと入射ＮＡは、個々のレーザ光束において互いに等しい。
図１（ａ）においては、レーザ光束Ｌ１では射出ＮＡが大きく、射出端面０１から放射される光束の発散角が大きい、これに比して、レーザ光束Ｌ２では射出ＮＡが小さく、斜出端面０２から放射される光束の発散角は小さい。

従って、印字面Ｓにおけるレーザ光束Ｌ１の入射ＮＡは、レーザ光束Ｌ１の入射ＮＡよりも大きい。
図１（ｂ）は、図１（ａ）における印字面Ｓの近傍における、レーザ光束Ｌ１の光束径の変化（上図）およびレーザ光束Ｌ２の光束径の変化（下図）を示している。
レーザ光束Ｌ１、Ｌ２ともに、図の左方から収束し、光束径を縮小しつつ、最小径となり、その後、右方へ向かって発散しつつ光束径を拡大していく。光束径が最小径を取る位置が印字面Ｓの位置である。
図１（ｂ）において、符号ＢＭは「印字が正常に行われるための最大のスポット径」である。実際の印字媒体の印字面上で光スポットが最大スポット径ＢＭより大きくなると、印字媒体に記録される画像の解像度が低下する。
従って、レーザ光の光束径が最大スポット径ＢＭ以下となる領域内に印字面があれば、印字媒体への印字は良好に行われることになり、この領域の範囲が前述の「深度余裕」である。

レーザ光束Ｌ１では、図１（ｂ）の上の図のように、入射ＮＡが大きいので、印字面Ｓの近傍で光束径変化が急峻であり、深度余裕：Ｄ１は狭い。対するに、レーザ光束Ｌ２では入射ＮＡが相対的に小さく、光束径の変化は印字面Ｓの近傍で緩やかであり、深度余裕：Ｄ２は大きい。
即ち、光スポットを形成するレーザ光束の深度余裕は、入射ＮＡに反比例的である。

マルチビームレーザ光源０から放射される多数のレーザ光束の射出ＮＡに大小があると、射出ＮＡに応じて、深度余裕が変化するので、印字媒体への印字が正常に行われるためには、深度余裕は射出ＮＡ（従って、入射ＮＡ）の最も大きいレーザ光束に対する深度余裕に制限されてしまう。
仮に、図１（ａ）におけるレーザ光束Ｌ１の射出ＮＡが最大で、レーザ光束Ｌ２の射出ＮＡが最小であるとすれば、適正な印字が行われるためには、印字面Ｓは、レーザ光束Ｌ１に対する深度余裕：Ｄ１の範囲に位置しなければならない。

図１（ｃ）および（ｄ）は、この発明のレーザユニットの場合である。
図１（ｃ）に示す光学系は、光束径制限部材２０を有する点で、図１（ａ）に示すものと異なっている。
即ち、図１（ｃ）においては、マルチビームレーザ光源０と印字面Ｓの間に配置される結像レンズ系は、前側レンズ群１１、後側レンズ群１２と、光束径制限部材２０とを有する。
光束径制限部材２０は、マルチビームレーザ光源０からの全てのレーザビームが前側レンズ群１１により集合する位置（説明中の例では、マルチビームレーザ光源０の射出面が前側レンズ群１１の物体側焦点面に合致しているので、前側レンズ群１１の像側焦点面の位置（後側レンズ群１２の物体側焦点面と合致している。）に配置されている。
光束径制限部材２０は、各レーザビームの主光線を含むビーム径を制限して通過させる通過部を有する。
図１（ｃ）に示す例では、光束径制限部材２０は、レーザ光束Ｌ２の上記配置位置における光束径に等しい大きさの「円形の通過部」を有し、レーザ光束Ｌ２をそのまま通過させるが、レーザ光束Ｌ１において「通過部よりも大きい光束部分」は通過させないようになっている。
従って、レーザ光束Ｌ１は、光束径制限部材２０の通過部を通過した後、レーザ光束Ｌ１と同一の光束径となって、印字面Ｓ上に集光して射出端面Ｏ１の像Ｉ１を結像する。
即ち、後側レンズ群１２の作用はレーザ光束Ｌ１とＬ２に対して同一となり、像Ｉ１、Ｉ２を結像するレーザ光束Ｌ１、Ｌ２の入射ＮＡが同一になる。
従って、図１（ｄ）の示すように、レーザ光束Ｌ１に対する深度余裕：Ｄ１は、レーザ光束Ｌ２に対する深度余裕：Ｄ２と等しくなる。

これを敷衍すれば以下のようになる。即ち、マルチビームレーザ光源から放射される全てのレーザ光束の中で、射出ＮＡが最も小さいレーザ光束の、光束径制限部材位置における光束径に合わせて、他のレーザ光束の通過径を制限すれば、印字面における入射ＮＡは全てのレーザ光束について同一となるので、全てのレーザ光束に対して、最も広く、同一の深度余裕（図１（ｄ）の深度余裕：Ｄ１１（＝Ｄ１２）を実現できる。

光束径制限部材としては種々の形態のものを用いることができるが要するに、光束径制限部材は、これにより「通過を制限された光束部分」が印字面Ｓに到達しないようにする機能を有すればよい。即ち、光束径制限部材は、レーザ光束のうち、通過させるレーザ光以外のレーザ光部分を反射もしくは屈折もしくは吸収する。

図２に即して、光束径制限部材の１例を説明する。
図２に示された光束径制限部材２０Ａはガラス等の透明体で形成され、切頭円錐形状であり、切頭面２０Ａ１の径：ｄが「透過させるレーザ光の光束径」として設定され、円錐面部分２１Ａ２がレーザ光を屈折させる。
図３は、図１（ｃ）に示した例において、光束径制限部材２０として、図２の光束径制限部材２０Ａを用いた例である。截頭円錐形状の切頭面は直径：ｄの円形であり、この部分を通過するレーザ光束は、印字面Ｓ上に光スポットＩ１、Ｉ２等を結像する。円錐面部分２１Ａ２に入射するレーザ光束部分は、円錐面部分２１Ａ２により光線を大きく屈折させることにより、結像させない。

円錐面部分２１Ａ２の基部の径：Ｄは、マルチビームレーザ光源０から放射されるレーザ光束の中で、最大の射出ＮＡを持つレーザ光束の光束径に対応するのが好ましい。

図４に示す光束径制限部材２０Ｂは、円形周縁部を持つ平板状で、中央に円形開口２０Ｂ１を有する「アニュラス形状」であり、遮光性の材質で形成され、円形開口２０Ｂ１の直径：ｄ以下のレーザ光束が通過され、円形開口２０Ｂ１よりも外側に入射するレーザ光は吸収される。

光束径制限部材２０Ｂの外径：Ｄは、マルチビームレーザ光源０から放射されるレーザ光束の中で、最大の射出ＮＡを持つレーザ光束の光束径以上に設定される。

図５に示す光束制限部材２０Ｃは、同図（ｂ）に斜視図として示すように、円形周縁部を持つ「漏斗状」で、遮光性の材質で形成され、中央に円形開口２０Ｃ１を有するアニュラス形状であり、中央の円形開口２０Ｃ１の外側部分が、円形開口の中心軸を回転対称軸とする開放傾斜面２０Ｃ２である。

光束径制限部材２０Ｃの開放傾斜面２０Ｃ２の外径：Ｄは、マルチビームレーザ光源０から放射されるレーザ光束の中で、最大の射出ＮＡを持つレーザ光束の光束径以上に設定される。

図２、図４、図５に示す光束径制限部材２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、何れも、図１（ｃ）に即して説明した光束径制限部材２０と同様に使用される。
図４に示す光束径制限部材２０Ｂは「平面状」であるので、遮光部（円形開口２０Ｂ１の外側の部分）でレーザ光が反射すると、反射光がマルチビームレーザ光源へ戻り、マルチビームレーザ光源に影響して出力が不安定になったり、光源がダメージを受けることがあり得るので、光束径制限部材２０Ｂを用いる場合は、光源側の遮光部に十分な「反射防止処理」を施し、この部分に入射する光束部分が吸収されるようにする。

一方、図２に示す光束径制限部材２０Ａや、図５に示す光束径制限部材２０Ｃの場合には、遮光部が傾斜面となっているので、光束径制限部材２０Ａの場合には、遮光すべきレーザ光を傾斜部２１Ａ２で屈折させ、また、光束径制限部材２０Ｃの場合には、傾斜面２０Ｃ２で反射させて、レンズ系を保持する鏡筒側へ逃すことにより、マルチビームレーザ光源に「光束径制限部材により通過を阻まれた光」がマルチビームレーザ光源に戻らないようにできる。

光束径制限部材により光束径を制限され、光束径制限部材を通過するレーザ光束の光束径につき、上には「射出ＮＡが最も小さいレーザ光束の光束径制限部材位置における光束径」に合わせる場合を説明した。このようにすると、印字面Ｓに入射する全てのレーザ光束の入射ＮＡが一定に揃い、最大の深度余裕が実現できる。
しかし、光束径制限部材を通過させるレーザ光束の光束径は、このような場合に限らない。
上に１例として説明したマルチビームレーザ光源が前述の如く、レーザダイオードをカップリングされた光ファイバの微小な射出端面が「レーザ光放出部」として、１次元にアレイ配列されている場合において、個々の光ファイバから射出するレーザ光束の発散角に対応する射出ＮＡは均一でなくバラツいている。このバラツキの原因には種々の要因が含まれている。

しかし、マルチビームレーザ光源を構成する多数の光ファイバは、マルチビームレーザ光源の仕様に応じた射出ＮＡを「規格値」として製造され、実際の射出ＮＡのバラツキは、規格値を中心とした狭い範囲に抑えられている。
従って、このような場合、射出ＮＡの規格値を基準として「光束径制限部材を通過させるレーザ光束の光束径」を設定すれば、光束径制限部材により遮光されるのは、前記規格値よりも大きい射出ＮＡを持った光ファイバから射出するレーザ光束のみとなる。

従って、印字面における入射ＮＡは、規格値に応じた値以下となり、深度余裕も「規格値に応じて定まる大きさを最小値として定まる」ので、必要とされる深度余裕を射出ＮＡの規格値に応じて結像レンズ系（前側レンズ群、後側レンズ群、光束径制限部材）を設計・製造すれば、必要とする深度余裕を容易に得ることができる。

以下、具体的な実施の形態を説明する。
図６に「レーザユニット」の結像レンズ系の部分を説明図的に示す。
図１におけると同様に、符号０は「マルチビームレーザ光源（の「射出面」）」、符号Ｓは「印字面」を示している。
結像レンズ系は、前側レンズ群、後側レンズ群と、光束径制限部材を有しており、これらは鏡筒（図示を省略されている。）に保持されている。
前側レンズ群１１０と後側レンズ群１２０は、同一レンズ構成であり、前側レンズ群１１０の像側焦点面を対称面として、互いに対称的に配置され、光束径制限部材が対称面の位置に配置されている。

前側レンズ群１１０および後側レンズ群１２０は共に、３枚のメニスカスレンズで構成されており、前側レンズ群１１０は、物体側から像側へ向かって順に、凹面を物体側に向けた正の第１メニスカスレンズＬＮ１、凸面を物体側に向けた正の第２メニスカスレンズＬＮ２、凹面を像側に向けた負の第３メニスカスレンズＬＮ３を配してなる。

後側レンズ１２０は、これら第１、第２及び第３メニスカスレンズと同一のメニスカスレンズＬＮ６、ＬＮ５、ＬＮ４が、物体側か像側へ、前側レンズ１１０とは逆の順に配列されている。
光束径制限部材としては、図２に即して説明した光束径制限部材２０Ａが用いられている。図６には、光束径制限部材２０Ａにより光束径を制限されない２つのレーザ光束が描かれている。
マルチビームレーザ光源０は、レーザダイオードをカップリングされた光ファイバの微小な射出端面が「レーザ光放出部」として、１次元にアレイ配列されたものである。

「マルチビームレーザ光源」は、印字を行う走査線数に等しい複数（Ｎ個）のレーザダイオードと、Ｎ本の「光ファイバ」とを有している。個々の光ファイバは、コア部をクラッド層で被覆してなり、その入射端面側に１個のレーザダイオードが配置され、該レーザダイオードから放射されるレーザ光が入射端面に入射して光ファイバ内を射出端面側へ伝搬するようになっている。即ち、個々の光ファイバはレーザダイオードに１：１にカップリングされている。

Ｎ本の光ファイバの射出端面は、近接して１列に配列され、全ての射出端面が同一面上に位置するように位置関係を設定されている。このように配列された「光ファイバの射出端面」の個々が「レーザ光放出部」であり、その集合面が「射出面」である。

このようにＮ本の光ファイバが結合されたものを「ファイバ結合アレイ」と呼ぶ。
ここで、ファイバ結合アレイとレーザダイオードを組合せたマルチビームレーザ光源とその光学特性を、表１に示す。

表１において「ファイバコア径」は、個々の光ファイバのコア部の直径、「ＮＡ」は開口数（上の説明における「射出ＮＡ」）、「波長」はレーザダイオードの発光波長、「ピッチ」とあるのは、光ファイバの射出端面（レーザ光放出部）の配列ピッチである。
また「光源数」は、レーザダイオードの数である。
表１において「ｔｙｐｉｃａｌ」とあるのは、上に説明した「規格値」であり、「ｍｉｎ」および「ｍａｘ」とあるのは、最小値および最大値であり、ファイバコア径に就いては、ファイバ結合アレイに含まれる光ファイバのコアの最小径及び最大径である。また「ＵＮＩＴ」は単位を表す。
表１から分かるように、この例において、マルチビームレーザ光源の構成に用いられる光ファイバの射出ＮＡは「規格値」が０．１１であり、光源に含まれる光ファイバの射出ＮＡで、規格値：０．１１より大きいものの最大値は０．１５である。なお、射出ＮＡで規格値よりも小さいものには「はっきりした最小値」はない。

「１ｃｈあたり最大光量」は、１本の光ファイバの射出端面（レーザ放出部）から放出されるレーザ光の最大光量であり「ワット単位」である。
表１から明らかなように、この実施例では、射出面には１方向、即ち、１次元的に１９２のレーザ光放出部が平均して１２７μｍのピッチで配列されている。
個々のレーザダイオードは、印字する画像情報に応じて独立にレーザ光強度を変調される。
次に、結像レンズ系のデータ例を表２に示す。

表２において、「面番」は、射出面０を「０番目」とし、結像レンズ系の面（レンズＬ１〜Ｌ６の各面および絞りＳの面）を物体面側から数えた番号であり、面番１がレンズＬ１の物体面側の面、面番７が光束径制限部材２０Ａの入射側面、面番１３がレンズＬ６の像面側の面である。レンズＬ１とＬ６、レンズＬ２とＬ５、レンズＬ３とＬ４は、上述の如く、同一材質により形成された同一形態のレンズであり、面番号７の面に対して対称的に配置されている。長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。

結像倍率は「等倍」であり、物体側及び像側にテレセントリックである。
光束径制限部材の「通過部」の径は、規格値：０．１１を射出ＮＡとする光ファイバから射出されるレーザ光を基準とし、規格値以上の射出ＮＡからのレーザ光に対して、光束径制限が行われるようにすればよい。

以下に、上に実施の形態を説明したレーザユニットを備えたレーザマーカの実施の１形態を説明する。
図７は、レーザマーカの実施の１形態を示す図である。
レーザマーカ１０は、感熱性の記録媒体ＲＬ（この例ではシート状である。）をＸ方向に移動させつつ、レーザユニットによるマルチビーム方式の印字を行う。
レーザユニットは、マルチビームレーザ光源と、結像レンズ系と、光束径制限部材を有する。
結像レンズ系４３は、前側レンズ群４３ａと後側レンズ群４３ｂにより説明図的に示されたもので、物体側および像側にテレセントリックである。光束径制限部材４３Ｃは、この例では前述の光束径制限部材２０Ａであり、前側レンズ群４３ａと後側レンズ４３ｂの間に前述の如く配置されている。

マルチビームレーザ光源は、発光部１４ａと導光部１４ｂとヘッド４４を有し、発光部１４ａは、１列のアレイ状に配列された複数のレーザダイオード４１と、これらレーザダイオードの個々と１：１に対応して配列され、対応するレーザダイオードを駆動する駆動ドライバ４５を有する。発光部１４ａと導光部１４ｂを含む部分は発光・導光部１４を構成する。

導光部１４ｂは、レーザダイオード４１の個々に１：１に対応してカップリングされた複数の光ファイバ４２を有している。導光部１４ｂを構成する光ファイバの個々は、その射出端面側が所定のピッチで揃えられ、射出端面の集合面が共通の平面となるようにして、図のＺ方向（記録媒体ＲＬの面と、その移動方向であるＸ方向とに直交する方向である。）に配列するように一体化されてヘッド４４となっている。上記共通の平面は、上に射出面０として説明したものの１例であり、以下「ヘッド４４の物体面」と称する。

ヘッド４４の物体面は、結像レンズ系４３に対向するように配置される。
符号４８は「電源ユニット」を示し、電源ユニット４８はコントローラ４６や駆動ドライバ４５に電力を供給する。

印字により記録媒体ＲＬに形成される印字画像の情報は、マイクロコンピュータ等である画像情報出力部４７から、コントローラ４６と駆動ドライバ４５を介して個々のレーザダイオードを駆動して、レーザ光の発光を制御する。
画像情報に応じて対応するレーザダイオード４１が発光し、レーザ光が放射される。放射されたレーザ光は該レーザダイオードに対応する光ファイバにカップリングしてこの光ファイバの射出端側へ導光されヘッド４４の物体面からレーザ光束として放射され、結像レンズ系４３により記録媒体ＲＬの表面に光スポットを形成する。その際、光束径制限部材４３Ｃの作用により光スポットを形成するレーザ光束に対する深度余裕が拡大される。従って、記録媒体ＲＬの表面である印字面に対して「許容されるデフォーカス」が大きくなり、安定した印字を実現することができる。
図７において、符号２００で示す部分を「光学部」と呼ぶ。この光学部２００におけるヘッド４４の結像レンズ系４３側の面と記録媒体ＲＬの表面が、図６における射出面０と印字面Ｓに対応し、結像レンズ系４３と光束径制限部材４３Ｃが、図６における結像レンズ系と光束径制限部材２０Ａに対応する。
なお、図７において、符号５０は冷却ユニットを示す。冷却ユニット５０は、レーザダイオード４１から受熱する受熱部５１と放熱部５２と冷却パイプ５３ａ、５３ｂを有し、放熱部５２はポンプとラジエータを有する。
ポンプにより、冷却液を冷却パイプ５３ａにより受熱部５１に流通させて受熱部５１を冷却し、冷却パイプ５３ｂにより放熱部５２のラジエータへ導熱して外部へ放熱させる。このようにしてレーザダイオード４１の温度上昇が防止される。

図７において、符号３０は、発光・導光部１４、冷却ユニット５０、コントローラ４６、電源ユニット４８、画像情報出力部４７等を含む部分で「本体部」と称する。

以下に、図８に即して説明する「レーザ印字システム」は、図７に即して説明した「レーザマーカ」を用いるレーザ印字システムの実施の１形態である。
レーザ印字システム１００は、コンテナＣに貼着されたラベルＲＬに印字を行うシステムである。ラベルＲＬは、図７に即して説明した感熱性の記録媒体ＲＬを「ラベル」として構成したものであり、混同の恐れはないと思われるので図７における記録媒体ＲＬと同一の符号を用いて示す。

ラベルＲＬを貼着されたコンテナＣは、コンベヤ装置１０１により図のＸ方向に搬送される。レーザマーカ１１４は、図７に即して説明したように構成され、定位置に固定的に設けられ、システム制御装置１８により制御される。
レーザマーカ１１４の「図のＹ方向に対向する部分」には、遮蔽カバー１１５が固定的に設けられ、コンテナＣは、コンベヤ装置１０１により、この遮蔽カバー１１５の内部を通ってＸ方向へ搬送される。遮蔽カバー１１５の、レーザマーカ１１４にＹ方向において対向する位置には窓１１ａが穿設され、コンベヤ装置１０１によりＸ方向へ搬送されるコンベヤＣに貼着されたラベルＲＬが、窓１１ａの部分を通過する際に、レーザマーカ１１４による印字が行われる。

印字された「バーコード等の画像」は、読取装置１５（定位置に配置されている。）により読取られ、レーザマーカ１１４による印字が適正に行われたか否かが照合される。

レーザマーカ１１４は、上に説明したレーザユニットを用いるので、印字面であるラベルＲＬのデフォーカスに対する余裕度が大きく、大きな深度余裕をもって安定した印字を行うことができる。

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、上にはマルチビームレーザ光源として、レーザ光放出部が１次元にアレイ配列されたものを例示したが、レーザ光放出部が２次元にアレイ配列されたものを用い得ることは言うまでもない。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

０ マルチビームレーザ光源
０１ 射出端面
０２ 射出端面
１１ 前側レンズ群
１２ 後側レンズ群
２０ 光束径制限部材
Ｓ 印字面
Ｌ１ レーザ光束
Ｌ２ レーザ光束
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ１１、Ｄ２１ 深度余裕
ＢＭ 適正な印字が可能である最大のスポット径

特開２００８‐７０７９２号公報

Claims (11)

1. 微小なレーザ光放出部が１次元もしくは２次元にアレイ配列されたマルチビームレーザ光源と、
   前記マルチビームレーザ光源の前記アレイ配列されたレーザ光放出部の実像を結像させる結像レンズ系と、を有し、
   前記結像レンズ系は、物体側および像側にテレセントリックであり、前記物体側に配置される前側レンズ群と、前記像側に配置される後側レンズ群と、前記マルチビームレーザ光源からの全てのレーザビームが前記前側レンズ群により集合する位置に配置されて、各レーザビームの主光線を含むビーム部分を通過させる通過部を有し、該通過部を通過する通過ビームの光束径を制限して前記通過ビームによる結像の深度余裕を拡大させる光束径制限部材と、を有するレーザユニット。
2. 請求項１記載のレーザユニットであって、
   前記マルチビームレーザ光源の前記レーザ光放出部が、前側レンズ群の物体側焦点面位置に位置し、
   前記光束径制限部材は、前記前側レンズ群の像側焦点面位置に配置され、前記後側レンズ群は、その物体側焦点面を前記光束径制限部材の位置に合致させて配置されるレーザユニット。
3. 請求項１または２に記載のレーザユニットであって、
   前記光束径制限部材は、レーザ光束のうち、通過させるレーザ光以外のレーザ光を反射もしくは屈折もしくは吸収するレーザユニット。
4. 請求項３記載のレーザユニットであって、
   前記光束径制限部材は凸または凹の切頭円錐形状の透明体であり、切頭面の径が透過させるレーザ光の光束径として設定され、円錐面部分がレーザ光を屈折させるレーザユニット。
5. 請求項３記載のレーザユニットであって、
   前記光束径制限部材は、円形周縁部を持つ平板状もしくは漏斗状で、中央に円形開口を有するアニュラス形状であり、前記円形開口の径が、通過させるレーザ光の光束径として設定されているレーザユニット。
6. 請求項５記載のレーザユニットであって、
   前記アニュラス形状の光束径制限部材は、中央の円形開口の外側部分が、前記円形開口の中心軸を回転対称軸とする開放傾斜面であり、該開放傾斜面は反射面であるレーザユニット。
7. 請求項１ないし６の任意の１項に記載のレーザユニットであって、
   前記前側レンズ群と前記後側レンズ群が、同一レンズ構成であって、前側レンズ群の像側焦点面を対称面として互いに対称的に配置され、前記光束径制限部材が、前記像側焦点面の位置に配置されているレーザユニット。
8. 請求項７記載のレーザユニットであって、
   前記前側レンズ群および後側レンズ群は、共に、３枚のメニスカスレンズで構成され、
   前記前側レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、凹面を物体側に向けた正の第１メニスカスレンズ、凸面を物体側に向けた正の第２メニスカスレンズ、凹面を像側に向けた負の第３メニスカスレンズを配してなり、前記後側レンズは、これら第１、第２及び第３メニスカスレンズと同一のメニスカスレンズを、物体側か像側へ前記前側レンズ群とは逆の順に配列してなるレーザユニット。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載のレーザユニットであって、
   前記マルチビームレーザ光源は、レーザダイオードをカップリングされた光ファイバの射出端面が前記レーザ光放出部として、該レーザ光放出部を１次元もしくは２次元にアレイ配列されているレーザユニット。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載されたレーザユニットを有するレーザマーカ。
11. 請求項１０記載のレーザマーカにより印字を行うレーザ印字システム。

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