JPH0441259A - レーザ印字装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、レーザ光により文字や図形を刻印面に刻印す
るレーザ印字装置に関する。

［従来の技術］ 従来、レーザ印字装置とし°Ｃは、 （１）レーザ光を金属マスク面に直接、かつスポットに
照射し、該照射部を蒸発させ、文字や図形を刻印するも
の、 （２）２枚のミラーをガルバノスキャナ等で縦横操作し
、これらガルバノミラ−を介し、文字や図形を刻印面に
刻印するもの、 （３）偏向板と液晶とを用い、この液晶に任意に文字や
図形を形成せしめ、レーザ光にコントラストを付与し、
刻印面にこれらの文字や図形を刻印するもの、 以上のものが知られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来のレーザ印字装置には次に掲げ
る不都合がある。すなわち、 （１）金属マスク方式は、レーザ照射を直接行うため、
文字や図形を任意に刻印することができないという不都
合がある。また金属マスクのミラーによる選択法におい
ては、文字や図形の種類が限られるという欠点がある。

（２）２枚のミラーとそのガルバノスキャナとによる方
式は、任意な文字や図形を刻印しようとすると、ガルバ
ノスキャナの縦横操作のための制御系が複雑となる。こ
のため、ハードウェアおよびソフトウェアが大がかりに
なってしまうという不都合がある。

（３）偏向板と液晶とによる方式では、偏向板において
３０〜４０％の透過率ロスが生ずるため、印字のための
レーザパワーが小さくなる。

このため、そのロスパワー分だけレーザ発振・器を大型
化する必要がある。かかる結果、装置全体が大型化し、
かつ高価になるという不都合がある。しかも大型化する
にも、液晶を損なわない程度の大型出力のレーザ発振器
に限定されるという不都合がある。

本発明は上記従来の問題に鑑み、任意な文字や図形を、
小容量のレーザ発振器で、しかも場積をとることなく、
容易に、かつ高精度に刻印できるレーザ印字装置を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ印字装置
は、第１図を参照して説明すれば、レーザ発振器ｌから
刻印面６までの間のレーザ光路Ｓ上に、順に、ポリゴン
ミラースキャナ２と、ガルバノミラ−スキャナ３と、透
過散乱形液晶マスク４と、オプチカルファイバ集合レン
ズ５とを備える構成とし、かかる構成において、第３図
に示すように、レーザ発振器１から刻印面６までの間の
レーザ光路Ｓ上に、順に、ポリゴンミラースキャナ２と
、ガルバノミラ−スキャナ３と、フィールドレンズ７と
、透過散乱形液晶マスク４と、フィールドレンズ８と、
対物レンズ９とを備える。構成としてもよい。また、レ
ーザ発振器ｌから刻印面６までの間のレーザ光路Ｓ上に
、順に、ポリゴンミラースキャナ２と、ガルバノミラ−
スキャナ３と、フィールドレンズ７と、透過散乱形液晶
マスク４と、対物レンズ９とを備える構成としてもよ更
に、印字範囲を広げるため第４図に示すように、刻印面
６における結像を、リレーレンズ１０を介して刻印面６
１に結像させ、かつリレーレンズ１０と刻印面６１との
間に少なくとも１個以上のガルバノミラ−スキャナ１１
を配設する構成としてもよい。

なお、ポリゴンミラースキャナ２と、ガルバノミラース
キャナ３との順が、ガルバノミラ−スキャナ３と、ポリ
ゴンミラースキャナ２との順であってもよい。更に、ガ
ルバノミラ−スキャナ３については、いわゆるＡＣモー
タまたはステップモータ等の制御容易な高速モータによ
り駆動されるミラースキャナであってもよい。

［作用コ かかる第１発明の構成であれば、レーザ発振器ｌから発
振されたレーザ光Ｓは、まずポリゴンミラースキャナ２
に照射される。ポリゴンミラースキャナ２は数千回転７
分のモータ軸に複数枚のミラーを多角形に備えた構成で
あり、回転するミラ−への入射レーザ光は、第１図にお
いてＸ−Ｘ方向に幅をもって反射する。この反射レーザ
光はガルバノミラ−スキャナ３に入射する。そして、こ
のガルバノミラ−スキャナ３の反射レーザ光は、図示Ｙ
−Ｙ方向に幅をもって反射する。すなわち、ポリゴンミ
ラースキャナ２と、ガルバノミラ−スキャナ３とにより
、Ｘ−Ｙ方向（簡単にいえば、縦横方向）に走査される
。そして走査されつつ、透過数乱形液晶マスク４の全面
域に照射される。

この透過数乱形液晶マスク４には文字や図形が任意に形
成される。そして、文字や図形に相当する部位を透過し
たレーザ光のみがオプチカルファイバ集合レンズ５を経
て刻印面６に至り、ここにこれらの文字や図形を刻印す
る。透過数乱形液晶マスク４において、文字や図形を形
成しない部位（すなわち、透過しない部位）のレーザ光
はその部位において散乱するため、被検体に影響を与え
ない。

第２の発明は、ガルバノミラ−スキャナ３と透過数乱形
液晶マスク４との間にレーザ光整形用としてフィールド
レンズ７を設置し、透過数乱形液晶マスク４と刻印面６
との間に集光ならびにサイズ、収差補正用としてとして
フィールドレンズ８と対物レンズ９とを設置したもので
、第１の発明と同様にｘ−Ｙ方向に走査され、透過数乱
形液晶マスク４の全面域に照射された上、文字や図形に
相当する部位を透過したレーザ光により、刻印面６に文
字や図形が刻印される。

第３の発明は、第２の発明においてフィールドレンズ７
とフィールドレンズ８とによる作用をフィールドレンズ
７のみで構成し、フィールドレンズ８を省いたものであ
る。

第４の発明は、第１〜第３の発明において印字範囲を広
げることを目的としたものである。第１〜第３の発明に
おいては、刻印面６の位置が固定されており、このまま
では印字範囲を広げることができない。これを解決する
ために、オプチカルファイバ集合レンズ５または対物レ
ンズ９と刻印面６との間にスキャナミラー等を追設して
印字範囲を広げる方法が考えられる。

しかしながら、オプチカルファイバ集合レンズまたは対
物レンズの倍率が大きい（結像比が１よりかなり小さい
）場合には、オプチカルファイバ集合レンズ５または対
物レンズ９と刻印面６との距離は小さくなり、スキャナ
ミラー等を追設するスペースがなくなることがある。重
篤４の発明においては、かかる不具合を解決するために
、第４図に示すように刻印面６における結像をリレーレ
ンズ１０を介して刻印面６１に転写する。こうすれはリ
レーレンズ１０と刻印面６１との間にガルバノミラ−ス
キャナ１１を配設することにより、印字範囲の拡大が可
能となる。なお、ガルバノミラ−スキャナ１１は複数個
であってもよいことはいうまでもない。

第５の発明は、前記第１〜第４の発明において、ポリゴ
ンミラースキャナ２と、ガルバノミラ−スキャナ３との
順を逆にしただけの構成である。

また第６の発明は、前記第１〜第６の発明において、ガ
ルバノミラ−スキャナ３の駆動源がＡＣモータあるいは
ステップモータ等の高速モータによって構成されるもの
である。

［実施例コ 以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

第１図は第１発明の実施例を示す図である。第１図にお
いて、レーザ発振器１から刻印面６までの間のレーザ光
路Ｓ上に、順に、ポリゴンミラースキャナ２と、ガルバ
ノミラ−スキャナ３と、透過数乱形液晶マスク４と、オ
プチカルファイバ集合レンズ５とを備えた構成である。

作動を述べれは、レーザ発振器１から発振されたレーザ
光Ｓは、まずポリゴンミラースキャナ２に照射される。

ポリゴンミラースキャナ２は、第２図に示す構成となっ
ており、７５００ｒｐｍのモータ軸に複数枚のミラーを
ポリゴン（実施例では１０角形）に備えたものである。

従って、回転するポリゴンミラーへの入射レーザ光は、
図示Ｘ−Ｘ方向に幅をもって反射する。この反射レーザ
光はガルバノミラ−スキャナ３に入射する。そして、こ
のガルバノミラ−スキャナ３０反射レーザ光は、図示Ｙ
−Ｙ方向に幅をもって反射する。すなわち、ポリゴンミ
ラースキャナ２と、ガルバノミラ−スキャナ３とにより
、Ｘ−Ｙ方向（゛簡単にいえば、縦横方向全域）に、か
つ透過散乱形液晶マスク４の全面域に照射される。この
透過散乱形液晶マスク４には、別途制御器により任意の
文字や図形が形成される。そして文字や図形に・相当す
る部位を透過したレーザ光のみがオプチカルファイバ集
合レンズ５を経て、刻印面６に至り、ここにこれらの文
字や図形を刻印する。なお、前記透過散乱形液晶マスク
４において、文字や図形を形成しない部位（すなわち透
過しない部位）のレーザ光はその部位において散乱し、
被検体に影響を及ぼさない（なお、透過散乱形液晶マス
ク４の電極への印加電圧を制御することにより透過率を
変更し、刻印の程度、たとえば深さ等を制御することも
可能である）。次に実施例の効果を以下説明する。まず
ポリゴンミラースキャナ２と、ガルバノミラ−スキャナ
３とは高速スキャナであり、このため透過散乱形液晶マ
スク４上の全面域へのレーザ照射は数百回７分となる。

かりにある図形が透過散乱形液晶マスク４上に１秒間だ
け形成されていても、その図形のどの部位に対しても、
各々ｌＯ回程度レーザ照射をすることができる（いわゆ
る重ね打ちをすることができる）。このように重ね打ち
をすることができるため、レーザ出力が小さいレーザ発
振器であっても実施例に使用することができる。更に透
過散乱形液晶マスク４は偏向板や偏向ミラーを使用して
いないため、従来のような偏向板や偏向ミラーによる透
過率の低下がなくなる。

この結果更にレーザ出力の小さなレーザ発振器であって
も使用することができる。またオプチカルファイバ集合
レンズ５はそれ自体が収差を伴わないこと、また像面間
距離が極めて小さいこと（通常球面レンズの１／３０〜
１／１００の距離）という長所を備えているため、刻印
を鮮明にすることができ、かつ装置全体の場積も小さく
することが可能となる。

第２発明の実施例は、第３図に示すように、ガルバノミ
ラ−スキャナ３と透過散乱形液晶マスク４との間にレー
ザ光整形用としてフィールドレンズ７を設置し、透過散
乱形液晶マスク４と刻印面６との間に集光ならびにサイ
ズ、収差補正用としてフィールドレンズ８と対物レンズ
９とを設置したものである。

次に第２発明の実施例の詳細を説明する。

１）レーザ；　ＹＡＧレーザ（ＣＷ−Ｑスイッチレーザ
）、最大出力５０Ｗ ２）ポリゴンミラー；３６面体、１０〜３５０ｒｐｍ（
Ｘ軸走査用） ３）スキャナミラー：ＤＣサーボモータ駆動（Ｙ軸走査
用） ４）フィールドレンズ；φ１２０．ｆ＝２５０５）液晶
マスク；　７０Ｘ７０ｍｍ、２４Ｘ２４ドツト　透過散
乱形液晶マスク ６）フィールドレンズ；φ１２０．ｆ＝３００７）対物
レンズ（結像レンズ）；　　ｆ＝３１８）結像比；　６
０：　７　（すなわち刻印面の大きさは約８．２Ｘ８．
２ｍｍ） この実施例では、７０Ｘ７０ｍｍ　（２４Ｘ２４ドツト
マトリ、ツクス）の液晶マスク上に表示された文字や図
形を、８．２Ｘ８．２ｍｍの刻印面に鮮明に印字するこ
とができた。またレーザＱスイッチ周波数３ｋＨｚで鋼
板に印字した場合、その印字所要時間は約１秒であった
。

第３発明の実施例は、第２の発明においてフィールドレ
ンズ７とフィールドレンズ８とによる作用をフィールド
レンズ７のみて構成し、フィールドレンズ８を省いたも
のである（図示せず）。

第４発明の実施例は、第４図に示すように、レーザ発振
器ｌから刻印面６までの間のレーサ゛光路Ｓ上に、順に
、ポリゴンミラースキャナ２、ガルバノミラースキャナ
３、フィールドレンズ７、透過散乱形液晶マスク４、フ
ィールドレンズ８、対物レンズ９からなる第１実施例と
同一の構成に、リレーレンズ１０と１個以上のガルバノ
ミラースキャナ１１とを配設し、刻印面６１に結像させ
て印字するようにしたものである。従って刻印面６にお
いては結像させるのみて、印字は行われない。

次に第４発明の実施例の詳細を説明する。

１）リレーレンズ；倍率β＝−１，０ ２）結像面６とリレーレンズ１０との距離およびリレー
レンズ１０と刻印面６１との距離；約１５０ｍｍ ３）スキャナミラー（ＤＣモータ駆動）をＸ軸周、Ｙ軸
周として２個配設 上記の結果、８．２Ｘ８．２ｍｍの印字範囲を、２４．
６Ｘ２４．６ｍｒｒｔと９倍に拡大することが可能であ
った。

第５発明の実施例は、ポリゴンミラースキャナ２と、ガ
ルバノミラ−スキャナ３との順を逆にしただけの構成で
ある（図示せず）。従ってＸ−Ｙ方向ではなくＹ−Ｘ方
向に順に走査されるだけであり、その他の作用および効
果は上記実施例と同様である。

また第６発明の実施例は、ガルバノミラ−スキャナ３の
駆動源をＡＣモータあるいはステップモータ等に変更し
ただけの構成である（図示せず）。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明に係るレーザ印字装置によ
れば、レーザ発振器から刻印面までの間のレーザ光路上
に、ポリゴンミラースキャナと、回転ミラースキャナと
、透過散乱形液晶マスクと、オプチカルファイバ集合レ
ンズとを備えた構成、あるいは上記透過散乱形液晶マス
クの前後にフィールドレンズを設け、刻印面の前に対物
レンズを設ける構成により、高速重ね打ちをすることが
でき、かつ偏向による透過ロスがないため、高精度の印
字を小容量のレーザ発振器ですることができるようにな
る。更に収差がなく、かつ像面間距離が小さいため、装
置自体の場積をも小さくすることができるようになる。

また、上記構成にリレーレンズと１個以上のスキャナミ
ラーとを配設することにより、印字範囲の拡大が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明に係るレーザ印字装置の実施例を示す
図、第２図はポリゴンミラースキャナの構成を説明する
図、第３図は第２発明に係るレーザ印字装置の実施例を
示す図、第４図は第４発明に係るレーザ印字装置の実施
例を示す図である。 １・・・・・・レーザ発振器 ２・・・・・・ポリゴンミラースキャナ３．１１・・・
・・・ガルバノミラ−スキャナ４・・・・・・透過散乱
形液晶マスク ５・・・・・・オプチカルファイバ集合レンズ６・・・
・・・刻印面 ７．８・・・・・・フィールドレンズ ９・・・・・・対物レンズ １０・・・・・・リレーレンズ 特許出願人　株式会社小松製作所 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）レーザ発振器１から刻印面６までの間のレーザ光
   路上に、順に、ポリゴンミラースキャナ２と、ガルバノ
   ミラースキャナ３と、透過散乱形液晶マスク４と、オプ
   チカルファイバ集合レンズ５とを設けた構成を特徴とす
   るレーザ印字装置。 （２）レーザ発振器１から刻印面６までの間のレーザ光
   路上に、順に、ポリゴンミラースキャナ２と、ガルバノ
   ミラースキャナ３と、フィールドレンズ７と、透過散乱
   形液晶マスク４と、フィールドレンズ８と、対物レンズ
   ９とを設けた構成を特徴とするレーザ印字装置。 （３）レーザ発振器１から刻印面６までの間のレーザ光
   路上に、順に、ポリゴンミラースキャナ２と、ガルバノ
   ミラースキャナ３と、フィールドレンズ７と、透過散乱
   形液晶マスク４と、対物レンズ９とを設けた構成を特徴
   とするレーザ印字装置。 （４）刻印面６における結像をリレーレンズ１０を介し
   て刻印面６１に結像させ、かつリレーレンズ１０と刻印
   面６１との間に少なくとも１個以上のガルバノミラース
   キャナ１１を配設した構成を特徴とする請求項１、請求
   項２または請求項３記載のレーザ印字装置。（５）ポリ
   ゴンミラースキャナ２と、ガルバノミラースキャナ３と
   の順が、ガルバノミラースキャナ３と、ポリゴンミラー
   スキャナ２との順である請求項１、請求項２、請求項３
   または請求項４記載のレーザ印字装置。 （６）ガルバノミラースキャナ３が、ＡＣモータまたは
   ステップモータ等の高速モータにより駆動されるミラー
   スキャナである請求項１、請求項２、請求項３、請求項
   ４または請求項５記載のレーザ印字装置。