JP3364171B2 - レーザマーカ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ガルバノメータス
キャナを駆動してレーザ光を走査することにより、被マ
ーキング対象物に所定の文字・図形等をマーキングする
レーザマーカに関する。 【０００２】 【従来の技術】レーザマーカは、一般に、レーザ発振部
とガルバノメータスキャナとを備え、制御部からガルバ
ノメータスキャナに制御信号を送ってレーザ光を走査す
ることで、被マーキング対象物の表面上に所望のマーキ
ングを行う。そして、上記レーザ発振部としてＹＡＧレ
ーザを使用したレーザマーカが提供されている。このレ
ーザ発振部は、レーザ媒質となるＹＡＧ結晶の両端に全
反射ミラーと部分透過ミラーとを設けるとともに、部分
透過ミラーとＹＡＧ結晶との間にＱスイッチを配置し、
ＹＡＧ結晶の周りには励起用光源を設けた構成となって
いる。また、このようなレーザマーカに備えた制御部
は、マーキングの始点においてレーザ光の走査速度を加
速させていち早く一定速度でレーザ光を走査するように
ガルバノメータスキャナを制御している。 【０００３】ところで、上記ＹＡＧレーザを使用したレ
ーザマーカでは、ミラーやＱスイッチが必要なために装
置が大型化するなどの問題があり、これに変わるものと
して光ファイバをレーザ媒質に用いたものが考え出され
た。これは、希土類をドープした光ファイバを励起用レ
ーザ光源からのエネルギーによって励起状態とし、この
エネルギーでレーザ光を増幅して発振するもので、Ｑス
イッチを必要としないものである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、光ファイバ
をレーザ媒質としたレーザ発振部では、Ｑスイッチを備
えないために、レーザ発振部の起動時には高い励起エネ
ルギーを蓄積できない状態でレーザ光が出射される。こ
のため、レーザ発振部によるレーザ光の出力は、起動時
には小さく、時間の経過と共に光ファイバに励起エネル
ギーが徐々に蓄積されて徐々に増加し、やがて所定の出
力に安定するという挙動を示す（図３（Ｄ）参照）。 【０００５】一方、対象物へのマーキングの濃さは、マ
ーキングの単位長さ当たりの照射量（＝レーザパワー／
レーザ光の走査速度）で決まる。従って、光ファイバを
レーザ媒質としたレーザマーカでは、レーザ発振部が起
動されて定常状態に至るまでの間では、レーザパワーが
小さいためにマーキングが薄くなる。また、このレーザ
マーカの制御部が、従来のＹＡＧレーザを使用したもの
と同様に、レーザ光の走査速度をいち早く一定速度とな
るように加速すると、ますますレーザ光の照射量が小さ
くなってマーキングが薄くなり、始点付近と終点付近の
マーキングの濃さが不均一となってしまう。本発明は、
上記事情に鑑みてなされたもので、マーキングの始点か
ら終点まで均一な濃さにすることができるレーザマーカ
の提供を目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るレ
ーザマーカは、信号用レーザ光源としての信号用半導体
レーザ、及び、信号用半導体レーザからのレーザ光を増
幅する希土類ドープ光ファイバを備えてなるレーザ発振
部と、レーザ発振部から出射したレーザ光を走査して対
象物に照射するガルバノメータスキャナと、レーザ光の
照射位置データからなる制御信号をガルバノメータスキ
ャナに与えて駆動制御する制御部と、制御信号を予め任
意に設定できる設定部とを備えたレーザマーカにおい
て、制御部は、レーザ発振部が起動されて定常状態に至
るまでの間では、照射位置データの単位時間あたりの変
位量を、レーザ発振部の出力が上がるに伴って徐々に大
きくするところに特徴を有する。 【０００７】 【発明の作用及び効果】本発明によれば、レーザ発振部
のレーザ媒質に希土類ドープ光ファイバを使用したか
ら、従来のＹＡＧレーザで必要とされたＱスイッチ等を
設けなくて済むようになり、レーザマーカのレーザ発振
部を小型化することができる。このようなレーザ発振部
は、出力が徐々に立ち上がるため、マーキングの始点付
近ではレーザパワーが小さい。ところが、本発明のレー
ザマーカに備えた制御部は、レーザ発振部が起動されて
定常状態に至るまでの間では、レーザ発振部の出力が上
がるに伴って、照射位置データの単位時間あたりの変位
量を徐々に大きくするから、マーキングの始点付近で
は、レーザ光の走査速度が小さく抑えられる。従って、
マーキングの始点付近で、レーザパワーが小さくてもマ
ーキングの単位長さ当たりの照射量は十分に確保され、
これによりマーキングの始点から終点まで均一な濃さに
することができる。 【０００８】 【発明の実施の形態】本願実施形態のレーザマーカは、
全体の構成が図１に示されると共に、レーザ発振部１の
詳細の構成が図２に示されている。まず、レーザ発振部
１について説明すると、図２に示すように、信号用レー
ザ光源としての信号用半導体レーザ１０は、ドライバ１
１を介してレーザ駆動部３により駆動され、赤外線レー
ザをパルス発振する。２０はレーザ増幅器であり、上記
信号用半導体レーザ１０からのレーザ光を増幅する機能
を有する。ここには、希土類元素である例えばイットリ
ビウム（Ｙｂ）を含むガラスファイバ（希土類ドープ光
ファイバ）２１、励起用レーザ光源に相当する第１励起
用半導体レーザ２２Ａ及び第２励起用半導体レーザ２２
Ｂが備えられている。なお、希土類ドープ光ファイバ２
１は他との区別をするために図面中では斜線を付して示
してある。 【０００９】上記希土類ドープ光ファイバ２１は、図示
しないボビンに多数回巻回することで所要長の光路が確
保されており、ボビンに巻回した一方のリード部分には
レーザ光を他端側にのみ通過させる光アイソレータ２４
が設けられ、その両端部には２つの光コネクタ２５Ａ，
２５Ｂが設けられている。一方の光コネクタ２５Ａは、
光ファイバ２６に入射した半導体レーザ１０からのレー
ザ光を希土類ドープ光ファイバ２１の一端（前端）に入
射させるとともに、光ファイバ２６Ａに入射した第１励
起用半導体レーザ２２Ａからのレーザ光を希土類ドープ
光ファイバ２１にその後端側に向けて合流させる機能を
有する。また、他方の光コネクタ２５Ｂは光ファイバ２
６Ｂに入射した第２励起用半導体レーザ２２Ｂからのレ
ーザ光を希土類ドープ光ファイバ２１内に前端側に向け
て入射させる機能を有する。また、図示はしないが、上
記したようにボビンに巻回した希土類ドープ光ファイバ
２１、光コネクタ２５Ｂ、第２励起用半導体レーザ２２
Ｂ及び光ファイバ２６Ｂは直方体のケース内に収容され
るとともに、そのケース内にシリコン樹脂を充填するこ
とで固定されている。 【００１０】なお、第１及び第２の各励起用半導体レー
ザ２２Ａ，２２Ｂは、それぞれレーザ駆動部３及びドラ
イバ２９Ａ，２９Ｂを介して制御部４によって制御さ
れ、ともに一定出力レベルで駆動される。また、各半導
体レーザ２２Ａ，２２Ｂの発振波長は、希土類ドープ光
ファイバ２１の希土類元素を励起するに適した波長に設
定されていることは勿論である。 【００１１】本実施形態のレーザマーカに備えたガルバ
ノメータスキャナ２は、上記レーザ発振部１から出射さ
れたレーザ光を縦横に走査するためのガルバノミラー４
０を備えた周知構造をなしている。そして、後述の制御
部４から出力された照射位置データとポジションセンサ
部４２の出力信号とが比較部４３で比較され、この比較
結果に応じた駆動電流をミラー駆動部４１が受けてガル
バノミラー４０を照射位置データに対応した位置へと変
移させる。これらにより、被マーキング対象物上へのレ
ーザ光の照射点が、所定の文字・図形等を描くように移
動する。なお、上記した文字・図形等のマーキング情報
は、レーザマーカに備えた例えばコンソールなどで構成
される設定部５によって、作業者が外部から設定できる
ようになっている。 【００１２】さて、レーザマーカの制御部４は、レーザ
駆動部３にレーザ発振部１の起動信号を与えると同時に
（図３（Ｃ）参照）、ガルバノメータスキャナ２に照射
点位置データを一定のタイミングで与える（図３（Ｂ）
参照）。 【００１３】図３（Ａ）には、制御部４から順次に送ら
れる照射点位置データの大きさがグラフにして示されて
おり、各照射点位置データ同士の変位量は、同図のD1,D
2,D3,D4・・・の高さの差で示されている。そして、同
図に示すように、照射点位置データは、最初に送られて
くるものの変移量（例えば、図３（Ａ）におけるD1とD2
との高さの差参照）は小さいが、これが後に送られてく
るものほど変移量が徐々に大きくなり（例えば、図３
（Ａ）におけるD2とD3、D3とD4の高さの差を比較して参
照）、やがて変位量が一定となるように設定してある
（例えば、図３（Ａ）におけるD5とD6、D6とD7の高さの
差を比較して参照）。これにより、レーザ光の走査速度
が、最初は小さいが、加速されて徐々に大きくなり、や
がて所定速度に安定する。また、この加速時間は、レー
ザ発振部１が起動されてそのレーザパワーが定常状態に
至るまでの立ち上がり時間（図３のＳ２参照。例えば、
３００〜４００マイクロ秒）に一致させてある。より詳
細には、照射点位置データは、レーザ発振部１が出力し
たレーザパワーの立ち上がり挙動に応じ、 照射量＝（レーザパワー）／（レーザ光の走査速度）＝
一定 という関係が成り立つ速度でレーザ光を走査させるよう
に設定されている。 【００１４】本実施形態は以上の構成であり、次にその
作用を説明する。レーザマーカの図示しない起動用のス
イッチをオン操作すると、設定部５によって入力された
設定値等および文字・図形等のマーキング内容の入力デ
ータやマーキングのプログラムが制御部４に取り込まれ
る。そして、制御部４は、この入力されたプログラムお
よび各種設定値に従い、レーザ駆動部３を作動させて、
レーザ発振部１に起動信号を与えると同時に（図３
（Ｃ）参照）、ガルバノメータスキャナ２に複数の照射
点位置データを順次に与える（図３（Ｂ）参照）。 【００１５】レーザ発振部１は起動信号を受けると、ま
ず、励起用半導体レーザ２２Ａが直流駆動され、出射さ
れたレーザ光は光コネクタ２５Ａを介して希土類ドープ
光ファイバ２１内に入射される。この結果、希土類ドー
プ光ファイバ２１内が励起されてレーザ光が発生する
が、このときのレーザパワーは小さい。次いで、励起光
源である第２励起用半導体レーザ２２Ｂが所定レベルで
連続発振する。すると、第２励起用半導体レーザ２２Ｂ
からのレーザ光は、光コネクタ２５Ｂを介して希土類ド
ープ光ファイバ２１内に入射されてこれを高励起状態へ
と推移させ、この結果、レーザパワーが上がっていく。
そして、信号用半導体レーザ１０がパルス発振して、そ
のパルスレーザ光が光ファイバ２６及び光コネクタ２５
Ａを通過して高励起状態にある希土類ドープ光ファイバ
２１に入射して通過することにより、このパルスレーザ
光は増幅されて出射端面２３から出射する。従って、レ
ーザ発振部１は、図３（Ｄ）に示すように、起動信号を
受けた直後はレーザパワーが小さいが、この出力が徐々
に大きくなっていき、やがてレーザパワーが一定に落ち
着くという挙動を示す。 【００１６】一方、ガルバノメータスキャナ２には、レ
ーザ発振部１に起動信号が送られると同時に１つめの照
射点位置データが送られ、これに次いで図３（Ｂ）に示
すように一定のタイミング（同図の時刻t1,t2,t3…）毎
に、照射点位置データが順次に送られる。そして、これ
らに基づき、ガルバノミラー４０の向きが変更され、レ
ーザ発振部１から出射されたレーザ光の照射点が、被マ
ーキング対象物の表面上で移動し、所望の文字・図形等
がマーキングされる。 【００１７】ところで、上記したようにレーザ発振部１
の出力は徐々に立ち上がるため、マーキングの始点付近
ではレーザパワーが小さい。ところが、照射点位置デー
タは、照射量（＝レーザパワー／レーザ光の走査速度）
が常に一定となる速度でレーザ光を走査させるように設
定してあるから、レーザパワーが小さいときには、照射
点位置データの変位量も小さくなってレーザ光の走査速
度が小さく抑えられ、マーキングの始点付近でも照射量
が十分に確保される。 【００１８】そして、レーザ光の照射点の位置がマーキ
ングの始点から離れてくると、この間に時間が経過して
レーザ発振部１が立ち上がってきてレーザパワーが増加
する。ところが、照射点位置データは、照射量が常に一
定となる速度でレーザ光を走査させるように設定されて
いるから、レーザパワーの増加に伴って照射点位置デー
タの変位量も徐々に増えてレーザ光の走査速度が大きく
なり、結局、レーザパワーが増加しても、マーキングの
単位長さ当たりのレーザ光の照射量は、マーキングの始
点付近と変わらず、従ってマーキングの濃さも変わらな
い。やがて、レーザパワーが一定に落ち着くと照射点位
置データ同士の変位量も一定になり（図３（Ａ）のD5,D
6,D7,D8,D9同士の間隔参照）、マーキングの始点付近と
変わらないレーザ光の照射量でもって、文字・図形が終
点までマーキングされる。 【００１９】このように本実施形態のレーザマーカによ
れば、レーザ発振部１のレーザ媒質に希土類ドープ光フ
ァイバ２１を使用したから、従来のＹＡＧレーザで必要
とされたＱスイッチ等を設けなくて済むようになり、レ
ーザマーカのレーザ発振部を小型化することができる。
そして、このようなレーザ発振部１では、レーザパワー
が徐々に立ち上がるが、その立ち上がり挙動に合わせて
ガルバノメータスキャナ２を駆動させたから、マーキン
グの始点から終点まで、レーザ光の照射量の均一化が図
られ、始点から終点まで均一な濃さによるマーキングを
行うことができる。 【００２０】なお、本実施形態のレーザマーカでは、Ｑ
スイッチを用いず、希土類ドープ光ファイバ２１を用い
てレーザパルスを増幅する構成であるから、Ｑスイッチ
方式において発生するＱスイッチ開放当初のパルス出力
のみが異常に大きくなって印字品質を劣化させることが
ない。 【００２１】＜第２実施形態＞上記第１実施形態では、
マーキングの単位長さ当たりの照射量を一定とするため
に、図３（Ａ）に示すように照射点位置データを一定の
タイミングで送り、それら照射点位置データ同士の変位
量を異ならせることで、レーザ光の照射点の走査速度を
徐々に立ち上げる構成としたが、本実施形態では、図４
に示すように、上記した照射点位置データ同士の変位量
は一定とし、照射点位置データを出力するタイミング
を、最初は長く、これを徐々に短くすることで、レーザ
光の照射点の走査速度を徐々に立ち上げる構成とした。
このようにしても、上記第１実施形態と同様の作用効果
を得られる。 【００２２】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
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。 【００２３】（１）前記第１及び第２実施形態では、マ
ーキングの単位長さ当たりの照射量が一定となるよう
に、照射点位置データを設定したが、レーザパワーの立
ち上がりに伴って、照射点の走査速度を上げる構成であ
れば、上記照射量が厳密に一定でなくてもよい。 【００２４】（２）上記各実施形態では、設定部はコン
ソールであったが、この限りではなく、パソコンなどの
キーボードによって入力するものであっても良い。 【００２５】（３）上記各実施形態では光ファイバはガ
ラスファイバで構成されていたが、プラスチックファイ
バなどの屈曲可能な樹脂製の光ファイバを利用してもよ
い。 【００２６】（４）レーザ光を増幅及び伝達する希土類
ドープ光ファイバは、全長にわたって希土類元素がドー
プされているものに限らず、増幅に必要な部分だけに希
土類元素がドープされているような部分的な希土類ドー
プ光ファイバを利用することもできる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１実施形態を全体を示すブロック図 【図２】レーザ発振部を示す模式図 【図３】（Ａ）照射点位置データ同士の関係を示すグラ
フ （Ｂ）照射点位置データが出力されるタイミングを示す
タイミングチャート （Ｃ）レーザ発振部への起動信号のタイミングチャート （Ｄ）レーザ発振部の出力の立ち上がり状態を示すグラ
フ 【図４】第２実施形態における照射点位置データ同士の
関係を示すグラフ 【符号の説明】 １…レーザ発振部 ２…ガルバノメータスキャナ ４…制御部 ５…設定部 ２１…希土類ドープ光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30 B23K 26/00 - 26/42

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 信号用レーザ光源としての信号用半導体
   レーザ、及び、前記信号用半導体レーザからのレーザ光
   を増幅する希土類ドープ光ファイバを備えてなるレーザ
   発振部と、前記レーザ発振部から出射したレーザ光を走
   査して対象物に照射するガルバノメータスキャナと、レ
   ーザ光の照射位置データからなる制御信号を前記ガルバ
   ノメータスキャナに与えて駆動制御する制御部と、前記
   制御信号を予め任意に設定できる設定部とを備えたレー
   ザマーカにおいて、 前記制御部は、前記レーザ発振部が起動されて定常状態
   に至るまでの間では、前記照射位置データの単位時間あ
   たりの変位量を、前記レーザ発振部の出力が上がるに伴
   って徐々に大きくすることを特徴とするレーザマーカ。