JPH0497116A - レーザビーム制御装置 - 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 本発明は、長手状のビーム断面を有するレーザビームか
ら複数本の分割ビーム二二分割し、それら分割ビームを
選択的に集光させることにより画像を形成するためのレ
ーザビーム制御装置に関するものである。

従来の技術 長手状断面を存するレーザビームを受けるようにそのレ
ーザビームの断面の長手方向に配列された複数個の反射
面を有し、それら反射面を第１位置および第２位置に各
々切換え可能な反射型スイッチング装置と、それら複数
個の反射面により各々反射される複数本の分割ビームの
光路に配置され、前記第１位置に位置させられた反射面
から反射された分割ビームを通過させるか、前記第２位
置に位置させられた反射面から反射された分割□ビーム
を阻止するスリット手段と、そのスリット手段を通過し
た分割ビームをそのスポットが一方向に配列した状態で
集光面に集光させる光学手段とを備え、その集光面に集
光される分割ビームのスポットの集合によって文字、図
形なとの画像を形成するように前記反射型スイッチング
装置がその反射面の位置を切り換える形式のレーザビー
ム制御装置が提案されている。このようなレーザビーム
制御装置を用いれば、分割ビームのスポットの配列方向
に対して直角方向に集光面を相対移動させることにより
、周光面上に種々の画像を比較的速やかに描くことがで
き、電子部品の樹脂パッケージの捺印などに好適に利用
される。

発明が解決すべき課題 ところで、上記従来のレーザビーム制御装置においては
、前記長手状断面を備えたレーザビームはレーザ光源か
ら出力された円形ビーム断面のレーザ光からコンデンサ
レンズ系およびアパーチャプレー１−なとごこより変換
されることにより得られるのであるか、その長手状断面
を備えたレーザビームは、ビーム断面の長手方向におけ
る工名ルギ分布か均一ではなく、各分割ビーム毎に描か
れるスポットの大きさ或いは濃度が異なるという不都合
かあった。これに対し、上記長手状断面を備えたレーザ
ビームにおいてそのビーム断面の長手方向におけるエネ
ルギ分布を均一とするだめのレンズ系を予め設けること
か考えられるが、装置が複雑かつ高価となってしまうの
である。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目的とするところは、長手状断面を備えたレーザビ
ームにおいてそのビーム断面の長手方向におけるエネル
ギ分布を均一とするための複雑かつ高価なレンズ系を用
いることなく、各分割ビーム毎に描かれるスポットの大
きさ或いは濃度か均等に得られるレーザビーム制御装置
を提供することにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところ
は、長手状断面を有するレーザビームを受けるようにそ
のレーザビームの断面の長手方向に配列された複数個の
反射面を有し、それら反射面を第１位置および第２位置
に各々切換え可能な反射型スイッチング装置と、それら
複数個の射面により各々反射される複数本の分割ビーム
の光路に配置され、前記第１位置に位置させられた反射
面から反射された分割ビームを通過させるが、前記第２
位置に位置させられた反射面から反射された分割ビーム
を阻止するスリット手段と、そのスリット手段を通過し
た分割ビームをそのスポットか一方向に配列した状態で
集光面に集光させる光学手段とを備え、その集光面に集
光される分割ビームのスポットの集合により画像を形成
するように前記反射型スイッチング装置がその反射面の
位置を切り換える形式のレーザビーム制御装置であって
、前記反射型スイッチング装置における複数の反射面は
、前記分割ビームのエネルギを互いに均等とする面積比
を備える一方、その分割ビームの前記集光面上のスポッ
ト寸法を互いに等しくする集光面積補正手段か前記光学
手段に設けられていることにある。

作用および発明の効果 このようにすれば、前記反射型スイッチング装置におけ
る複数の反射面は、前記分割ビームのエネルギを互いに
均等とする面積比を備えるとともに、その分割ビームの
前記集光面上のスポット寸法を互いに等しくする集光面
積補正手段が前記光学手段に設けられているので、長手
状断面を備えたレーザビームにおいてそのビーム断面の
長手方向におけるエネルギ分布か不均一であっても、均
等なエネルギとなるように各分割ビームが各反射面によ
り分割されるとともに、集光面積補正手段により各分割
ビームのスポット寸法が均等とされる。このため、長手
状断面を備えたレーザビームにおいてそのビーム断面の
長手方向におけるエネルギ分布を均一とするだめの複雑
かつ高価なレンズ系を用いることなく、上記レーザビー
ムのビーム断面の長手方向における工ふルギ分布が不均
一であっても、各分割ビームのエネルギおよびスポット
寸法が均等とされるのである。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基ついて詳細に説明す
る。

第１図はレーザビーム制御装置の斜視図であり、第２図
はその光学系の構成を説明するブロック図である。炭酸
ガスレーザ、ＹＡＧレーザなとから構成される装置固定
のパルスレーザ光源１０から出力されたレーザ光は、集
光レンズ１２によって集光された後、光ファイバ１４を
介して光学ヘット１６へ伝送される。被マーキング部材
１８は、駆動モータ２０によってＸ方向へ駆動される移
動テーブル２２上に配置されており、上記光学ヘッド１
６は図示しないフレームに固定されることにより被マー
キング部材１８の上方に位置させられている。

光学ヘッド１６は、上記レーザ光を複数本（本実施例で
は８本）の分割ビームに分割し、それら複数本の分割ビ
ームを選択的に被マーキング部材１８の上面（集光面）
に集光させることにより、移動チーフル２２と協働して
所望のマーキングを施すものであって、ビーム断面変換
器２４、反射型スイ、・チング装置２６、固定反射鏡２
８、スリット３０、および集光レンズ装置３２を図示し
ないハウジング内に備えている。

上記ビーム断面変換器２４は、光ファイバ１４を介して
伝送されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレン
ズ３４と、その平行光のビーム断面を拡大し且つ縦長と
するだめのコンデンサレンズ系３６と、このコンデンサ
レンズ系３６から出力された縦長断面のレーザ光の縦横
寸法を正確に規制するための開口を備えたアパーチャプ
レート３８とを備えている。すなわち、コリメークレン
ズ３４を通過した後のレーザ光は、第３図に示すビーム
断面および第４図に示す強度分布を備えているが、コン
デンサレンズ系３６およびアパーチャプレート３８を通
過することにより、第５図の実線に示すビーム断面およ
び第６図の強度分布を備えて縦長断面のレーザ光に変換
されるのである。

上記反射型スイッチング装置２６は、第７図に詳しく示
すように、固定部４０と、この固定部４０の長辺に沿っ
て一列に配設され且つ固定部４０との間の連結部分の弾
性変形によって反射面４１ａ乃至４１ｈが僅かな角度だ
け傾斜できるように設けられた複数個の可動鏡４２ａ乃
至４２ｈと、それら可動鏡４２ａ乃至４２ｈを当接させ
て第１位置に位置決めする角柱状のストフパ４４と、上
記各可動鏡４２ａ乃至４２ｈ毎の裏面近傍に配列され、
それら可動鏡４２ａ乃至４２ｈを磁気的に吸引して第２
位置に位置させる複数個の電磁石４６ａ乃至４６ｈとか
ら構成されている。上記固定部４０および可動鏡４２ａ
乃至４２ｈは、たとえば鉄板のような縦長の金属板材に
対して縦溝４８を板厚方向に深くなるように形成し且つ
横溝５０を縦溝４８に到達するまで一方の側縁から板幅
方向へ深くなるように形成することにより一体に構成さ
れる。そして、上記各可動鏡４２ａ乃至４２ｈは、縦長
のビーム断面を備えてレーザ光を受けて複数本の分割ビ
ームに分割するためにそのレーザ光の断面の長手方向に
沿って配置されている。

上記各可動鏡４２ａ乃至４２ｈの反射面４１ａ乃至４１
ｈの面積は、それら反射面４１ａ乃至４１ｈにより反射
されることにより分割される各分割ビームの光量が路間
しとなるように、縦長断面のレーザ光の中心部から端（
図中の上端および下端）へ向かう程大きく設定されてい
る。第５図の破線は、上記各可動鏡４２ａ乃至４２ｈの
反射面４１ａ乃至４１ｈの面積をそれぞれ示している。

前記固定反射鏡２日は、上記各可動鏡４２ａ乃至４２ｈ
により反射された分割ビームを前記スリット３０に向か
って反射させるように配置されている。スリ・７ト３０
は、第８図に示すように、第１位置にある各可動鏡４２
ａ乃至４２ｈにより反射された分割ビームＬＢＴは通過
させるが、第２位置にある各可動鏡４２ａ乃至４２ｈに
より反射された分割ビームＬＢＳは阻止するように位置
させられている。

そして、集光レンズ装置３２は、前記各分割ビームを同
じ大きさのスポットで被マーキング部材１８上に収束さ
せるための樽型収差が強調され且つＰ点に向かって収束
されるように組み合わされた凸レンズ５２およびンリン
トリカルレンス５４から構成されている。前記のように
、各分割ビームは互いの光量が略均等とされているが、
−列に配列する各分割ビームのうち、その列の端（レン
ズ周辺部）に位置する分割ビーム程、面積が大きな反射
面により反射されて大きなビーム断面積を備えているの
で、その端に位置する分割ビームはと強く収束させる樽
型収差を強調した凸レンズ５２により、反射面４１ａ乃
至４ｔｈに反射された各分割ビームは、レーザ光の中心
部に配置された反射面４１ｄおよび４１ｅに反射された
分割ビームとほぼ同し縦横比の長方形状に縮尺され、更
に横方向のみ屈折力を持つシリンドリカルレンズ５４に
より、縦横比が１：１とされて、各分割ビームは略均等
の大きさで被マーキング部材１８上に収束させられるの
である。このため、上記集光レンズ装置３２は集光面積
補正手段として機能している。なお、被マーキング部材
１８上に到達して各分割ビームは、第９図に示すビーム
断面および第１０図に示す強度分布を備えている。

第１１関は、上記のように構成された光学系に備えられ
た電子制御装置を示すブロック線図である。図において
、ＣＰＵ６０．ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６４を含む所謂マイ
クロコンピュータである制御部には、各種データを入力
するための入力部６６からの信号か供給されるようにな
っている。上記制御部は、ＲＡＭ６４の記憶機能を利用
しつつ予めＲＯＭ６２に記憶されたプログラムに従って
入力信号を処理し、分割ビームの照射点と被マーキング
部材１日とを相対移動させて文字、記号なとの画像を被
マーキング部材１８上シこ描くために、モータ駆動回路
６８に駆動モータ２０を駆動させ、且つ電磁石駆動回路
７０に電磁石４６ａ乃至４６ｈを駆動させるとともに、
レーザ光源駆動回路７２５こパルスレーザ光源１０から
レーザパルスを出力させる。

以下、上記電子制御装置の作動を、第１２図のフローチ
ャートを用いて説明する。

ステ、プＳ１において入力部６６から指令が出力されて
いると判断されると、ステップＳ２において、印字すべ
き一連の文字および印字開始位置に関するコート信号が
入力部６６からＲＡ　Ｍ　６４内に読み込まれるととも
に、ステップＳ３において上記印字開始位置に被マーキ
ング部材１８か位置するように移動テーブル２２が初期
位置に位置決めされる。

続くステップＳ４においては上記一連の文字コード信号
のうちｍ番目の文字コート信号が読み込まれるとともに
、ステップＳ５において、予めＲＯＭ６２に記憶された
複数種類の文字パターンから第ｍ番目の文字コード信号
に基づいてパターンが発生させられてＲＡＭ６４に記憶
される。当初は、ｍ＝ｏにリセットされているので、第
１番目の文字コード信号に対応する文字パターン、たと
えばドツトマトリックスにより構成されたｒｂ」を表す
文字パターンが記憶されるのである。

続くステップＳ６では、上記のように発生させられた文
字パターンのうち、第ｎ列のラインパターンに対応する
位置データが読み出され、その位置データに基づいて移
動テーブル２２が位置決めされる。また、ステップＳ７
においては、上記の文字パターンのうち、第ｎ列のライ
ンパターンデータが読み出され、このラインパターンが
得られるように可動鏡４２ａ乃至４２ｈか選択的に駆動
される。当初はｎ＝ｏにす七ノドされているので、たと
えば、「ｂ」を表すドツトマトリックスのうちの第１列
（左端の縦列）か各分割ビームにより構成されるように
、各可動鏡４２ａ乃至４２ｈはその第１位置に位置させ
られるのである。なお、第１列のラインパターンデータ
か出力される際には、位置データの内容は零であり、移
動テーブル２２の移動は行われない。そして、ステップ
Ｓ８においてパルスレーザ光源１０からレーザ光が１パ
ルスだけ出力されることにより、分割ビームか被マーキ
ング部材１８上に集光されるので、第１３図（ａ、）　
Ｑこ示すように、第１文字のドツトマトリックスのうち
の第１列のドツトが刻印される。すなわち、分割ビーム
が集光された部分は、その高温によって熱分解或いは衆
発するのである。

次いで、ステップＳ９において上記変数ｎの内容が「Ｉ
Ｊだけ増加させられた後、ステップＳ１０において変数
ｎがその最大値ｎ−１、たとえばドツトマトリックスの
最大列数を示す数に到達したか否かが判断される。当初
は、到達しないので、前記ステップ３６以下が再び実行
され、第２列のラインパターンデータに基づいて第１３
図の（ｂ）に示すように第２列のドツトが刻印される。

この第２列のドツトの刻印に際しては、ステップＳ６に
おいて可動鏡４２ａ乃至４２ｈのうち、４２ｄおよび４
２ｈが第１位置に位置させられているが他の可動鏡は第
２位置に位置させられている。そして、これと同様にし
て、第１３図（Ｃ）および（ｄ）に示すように、第３列
および第４列のドツトが刻印されて文字「ｂ」の印字が
完成させられた後、ステップＳＩＯの判断が肯定される
と、ステップＳ１１において、変数ｎが「Ｏ」にリセン
トされるとともに、変数ｍの内容に１１」か加えられる
。続く、ステップＳ１２において印字終了か否かか判断
される。当初は、未だ印字終了状態ではないので、ステ
ップ３４以下か再び実行されて上記文字ｒｂ」に続く次
の文字か印字される。そして、上記ステップＳ１２の判
断か構成されると印字が終了させられるのである。

上記のように、複数本の分割ビームのうちの所望のもの
が反射型スイッチング装置２６によって選択され、且つ
その選択された分割ビームが被マーキンク部材１８上に
集光されることにより刻印が行われるのであるか、反射
面４１ａ乃至４１ｈの面積は、各分割ビームの光量が同
じとなるように光軸中心から離れるほど大きくされてお
り、しかも、分割ビームは樽型収差を強調した凸レンズ
５２を含む集光レンズ装置３２によってレンズの周辺部
に位置する分割ビームはと強く収束させられるので、ビ
ーム断面変換器２４から出力される長手状断面を備えた
レーザ光のそのビーム断面の長手方向におけるエネルギ
分布か不均一であっても、各分割ビームは互いに均等な
工名ルギ且つ互いに均等なスボント寸法で被マーキング
部材１８上に集光される。したかって、長手状断面を備
えたレーザビームの長手方向におけるエネルギ分布を均
一とするための複雑かつ高価なレンズ基を用いなくても
、高い印字品質が得られるのである。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、
本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例において、被マーキング部材１
Ｂが位置固定の光学ヘット１６に対して移動させられて
いるが、反対に、光学へンド１６が位置固定の被マーキ
ング部材１８に対して移動させられるように構成されて
もよいのである。

また、前述の実施例では、パルスレーザ光源１０から放
射されたレーザ光は光ファイバ１４を介して光学ヘッド
１６に供給されていたか、レーザ光源１０を光学ヘッド
１６に直接固定することににより、光ファイバ１４を除
去してもよいのである。

また、前述の実施例の光学系においては、プリズム、レ
ンズなどの他の光学素子が必要に応じて用いられてもよ
いのである。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり
、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変更か加え
られ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるレーザビーム制御装置
の構成を説明する斜視図である。第２図は第１図の実施
例の光学系の構成を説明するブロック図である。第３図
は第１図および第２図の実施例においてコリメータレン
ズを通過したレーザ光のビーム断面を示しており、第４
図はそのレーザ光の強度分布を示している。第５図は第
２回の実施例においてアパーナヤプレートを通過したレ
ーザ光のビーム断面を示しており、第６図はそのレーザ
光の強度分布を示している。第７図は第１図の反射型ス
イッチング装置の構成を詳しく説明する斜視図である。 第８図は、第１図および第２図の実施例において分割ビ
ームとスリットとの関係を説明する図である。第９図は
第１図および第２図の実施例の被マーキング部材上にお
けるレーザ光のビーム断面を示しており、第１０図はそ
のレーザ光の強度分布を示している。第１１図は第１図
の実施例Ｏこ備えられた制御回路の構成を示すブロック
線図である。第１２図は第１１図の電子制御装置の作動
を説明するフローチャートである。 第１３図は第１２図の作動によって得られる印字過程を
説明する図であって、第１３図（ａ）は文字［ｂＪを示
すトワトマトリンクスのうちの第１列が印字された状態
、第１３図（ｂ）は第２列が印字された状態、第１３図
（Ｃ）は第３列か印字された状態、第１３図（ｄ）は第
４列か印字された状態をそれぞれ示している。 ２６二反射型スイッチング装置 ３０ニスリント ３２：集光レンズ装置（集光面積補正手段）４１ａ乃至
４１ｈ：反射面 出願人　　ブラザー工業株式会社 Ｗｉ４図 第６図 第３図 第５図 ［７図 ＃！８図 絶１０図 ＄９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 長手状断面を有するレーザビームを受けるように該レー
   ザビームの断面の長手方向に配列された複数個の反射面
   を有し、該反射面を第１位置および第２位置に各々切換
   え可能な反射型スイッチング装置と、該複数個の反射面
   により各々反射される複数本の分割ビームの光路に配置
   され、前記第１位置に位置させられた反射面から反射さ
   れた分割ビームを通過させるが、前記第２位置に位置さ
   せられた反射面から反射された分割ビームを阻止するス
   リット手段と、該スリット手段を通過した分割ビームを
   そのスポットが一方向に配列した状態で集光面に集光さ
   せる光学手段とを備え、該集光面に集光される分割ビー
   ムのスポットの集合により画像を形成するように前記反
   射型スイッチング装置がその反射面の位置を切り換える
   形式のレーザビーム制御装置であって、 前記反射型スイッチング装置における複数の反射面は、
   前記分割ビームのエネルギを互いに均等とする面積比を
   備える一方、該分割ビームの前記集光面上のスポット寸
   法を互いに等しくする集光面積補正手段が前記光学手段
   に設けられていることを特徴とするレーザビーム制御装
   置。