KR20000070852A

KR20000070852A - 재료 표면 상에 레이저로 기록하기 위한 장치

Info

Publication number: KR20000070852A
Application number: KR1019997007117A
Authority: KR
Inventors: 쿤쩨안드레아스
Original assignee: 크로마트론 레이저 시스템스 게엠베하
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 2000-11-25
Also published as: DE19706038A1; CN1246826A; EP0961688A1; WO1998034789A1; NO993786L; JP2001510409A; NO993786D0; CA2279307A1; US6700094B1; IL131100A0; ATE200649T1; EP0961688B1; DE59800640D1; AU6717898A

Abstract

본 발명의 재료 기록장치는 휴대용 장치(1) 및 서포트 장치(2)에서 일체로 구성되고, 케이블 또는 글래스 파이버 접속(17, 18)에 의해 서로 연결되며, 컴팩트형의 휴대가능 구성요소로 구성되는 레이저, 굴절 유닛, 제어 유닛 및 파워 팩을 구비한다.

Description

재료 표면 상에 레이저로 기록하기 위한 장치 {DEVICE FOR LASER WRITING ON MATERIALS}

Walter W. Weinfurtner의 "Licht schreibt - Beschriften mit dem Laser in der Industrie: Grundlagen und Einsatzgebiete", Expert-Verlag 1995 (Knotakt & Studium; Volume 479)는 예를 들어 광학적 경로의 레이저 헤드를 가지는 고체 레이저로 구성되며, 개별적인 광학적 구성요소(optical component)가 온도 안정성 및 기계적 안정성을 보장할 수 있도록 하는 방식으로 장착되는 레이저 기록 장치(laser inscriber)의 원리 및 기본 구조에 대하여 개시하고 있다.

고체 레이저의 레이저 헤드에는 소위 펌프 체임버(pump chamber), 2개의 반사기 및 소위 Q-스위치로 지칭되는 음향 광학 스위치(acoustic-optical switch)로 구성되는 공진기(resonator)가 존재한다. 펌프 체임버에는 YAG 수정봉(crystal rod) 및 하나 또는 다수의 크립톤 아크등(krypton arc-lamps)이 존재하는데, 이들 크립톤 아크등의 광은 그 양단에서 특정 파장을 가지는 광을 발광하는 수정봉에서 재생산된다. 이러한 광은 2개의 반사기에 의해 수정봉으로 다시 반사되며, 결과적으로 반사기는 공진기의 후방 단부에서 약 99.9% 정도 반사하며, 전방 반사기는 12%를 투과시켜 동작 빔을 형성한다. Q-스위치는 초당 40,000 회까지 동작 빔을 중단시켜, 연속적인 파형 레이저 동작의 1000 배 이상의 출력 피크를 생산한다.

또한 공진기는 빔 품질을 높이기 위해 레이저 빔을 중단시키는 기계적 스위치(셔터) 및, 서포트(support)―여기서 모드 필터(mode filter)는 특정 경우(예를 들어 기본 모드 동작을 포함함)에 적합하도록 설정됨―를 포함한다. 빔 확산기에 있어서, 공진기를 출발하는 레이저 빔은 계수 2 내지 10만큼 확산된다. 확산 레이저 빔은 반사 유닛에서 2개의 검류계(galvanometer) 반사기에 의해 x 및 y 방향으로 반사되며, 평면 필드 초점 조절 렌즈(flat field focusing lens)에 의해 제품(work-piece)에 대한 초점을 조절한다.

또한 현존 레이저 기록 장치는 굴절 장치(refraction device), Q-스위치 구동기 및 파워 팩(power pack)을 제어하는 제어 유닛을 구동하는 컴퓨터를 추가 구성요소로 가진다. 추가로, 펌프 체임버를 냉각시키기 위한 값이 싼 냉각 장치가 제공된다.

현존 레이저 기록 장치는 높은 레이저 파워로 분리, 결합, 보링(boring) 등과 같은 재료 처리용 고체 레이저로서 사용되는 경우 x-y 단 테이블을 가지는 레이저 장비, 입력 및 출력 터널을 가지는 라운드 스위칭 테이블, 및 가능하다면 트윈-헤드 구성 등으로 구성되며, 여기서 레이저는 전원 공급 캐비넷 및 가능하다면 외부 열 교환기에 추가로 연결된다. DE 33 18 768 Al에 개시된 바와 같이, 레이저 기록 장비의 특징은 큰 규모의 구조와, 이에 따라 고정된 위치에서만 사용할 수 있다는 것이다. 작동 시에 문제가 발생하는 것을 방지하기 위해 냉각 장치를 사용하여 전력의 상당한 부분을 제거해야 하므로, 이러한 장비는 전력 소비의 양을 증대시키며 효율을 감소시킨다. 이러한 특성의 레이저 장비는 상당한 크기를 가지며 레이저를 냉각시키기 위해서는 물이 공급되어야 한다. 이는 또한 전력 소비가 약 8 kW인 3상 전류 접속(three-phase current connection)을 요구한다. 이러한 레이저 장비는 물 공급을 위해 이온 교환기 및 미립자 필터(particle filter)를 필요로 하기 때문에 관리가 까다로워진다. 또한 높은 램프 소비 및 펌프 체임버의 상당한 마손을 고려해야만 한다.

DE 33 18 768 Al에서 알 수 있듯이, 이러한 특성의 레이저 기록 장비는 값이 싼 배치 장비 및 여러 가지 광학적 구성요소를 포함하는 굴절 헤드(refraction head)를 필요로 하며, 광대역 렌즈 시스템의 산란 렌즈(scattering lens) 및 수렴 렌즈(converging lens), 반사기 등이 존재한다. 이 때문에 현존 레이저 기록 장비의 제조, 관리, 및 작동 비용이 비싸다.

본 발명은 청구항 1의 도입부에 따른 레이저 기록 장치에 관한 것이다.

도 1은 서포트 장치에 위치하는, 고체 레이저를 구비하는 휴대용 레이저 기록 장치의 개략적인 블록도.

도 2는 휴대용 장치에 위치하는, 고체 레이저를 구비하는 휴대용 레이저 기록 장치의 개략적인 블록도.

도 3은 허리끈 상에 위치하는 휴대용 장치 및 서포트 장치를 가지는 사용자를 개략적으로 예시하는 도면.

도 4는 무선 신호 입력을 가지는 휴대용 레이저 기록 장치의 개략적인 블록도.

도 5는 공진기의 길이를 단축시키는 공진기의 가능한 구성을 예시한다.

본 발명의 목적은 최적의 처리 및 가장 큰 휴대가능성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 상당히 작은 크기 및 상당히 가벼운 무게를 가지는, 따라서 소비 전력이 적고 관리에 필요한 요구사항이 적고 다운 시간(down time)이 높을 뿐만 아니라, 제조비 및 작동비가 싼, 레이저를 사용하여 모든 물품에 실질적으로 기록하는 장치를 고안하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 1의 특징에 따라 구현된다.

전술한 문제점에 대한 본 발명의 해결방법은 고체 레이저를 사용하여 재료에 기록하는 이동 장치를 고안하는 것이며, 이 장치는 구조가 간단할 뿐만 아니라 크기가 작고 무게가 가볍다는 특징을 가진다. 이러한 기록 장치의 형태는 데이터 입력이냐 출력 헤드이냐에 따라 달라질 수 있다. 또한 이러한 기록 장치는 디지털 비디오 카메라, CCD 영상 센서, 스캐너 등과 같은 모든 주변 장치와 연결될 수 있다.

여러 가지 각각의 구성요소를 적어도 하나의 패키지 상에서 구현함으로써, 레이저 기록 장치의 구성은 특정 업무용 구조(application-oriented structure)에 부합할 수 있다.

본 발명에 따른 제1 실시예에서는 반사 유닛 및 고체 레이저를 포함하는 포켓용(hand-held) 장치로 구성되며, 케이블 접속을 통해 제어 유닛 및 파워 팩―여기서 파워 팩은 예를 들어 2차 전지(accumulator) 및/또는 주 전원 유닛임―을 가지는 지지 소자와 연결된다. 또한 제어 유닛을 외부 제어 유닛 및/또는 입력 유닛과 연결하는 인터페이스가 존재한다.

본 발명에 따른 제2 실시예에서는 반사 유닛만을 포함하는 휴대용 장치로 구성되며, 글래스 파이버 케이블(glass fiber cable)을 통해 고체 레이저, 제어 유닛, 및 파워 팩을 포함하는 지지 소자와 연결된다. 또한 이러한 경우에, 제어 유닛을 외부 제어 및/또는 입력 유닛과 연결시키는 인터페이스가 존재한다.

본 발명에 따른 제3 실시예에서는 모든 구성요소가 휴대용 장치 또는 데스크 탑(desk-top) 소자로서 구성된 하나의 패키지 내에서 일체로 구현된다.

본 발명에 따른 상기 모든 실시예에 따른 장치가 컴팩트형이기 때문에, 예를 들어 휴대용 장치는 총(gun) 모양으로 구성될 수 있으며, 서포트 장치는 허리 및/또는 어깨 끈에 의해 사용자에게 부착될 수 있는 패키지로 구성될 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 최대의 휴대가능성이 구현되므로 사용자는 전원 공급 캐비넷 등과 독립적인 임의의 모든 위치에서 레이저 기록을 수행할 수 있다.

이는 휴대용 장치가 예를 들어 스캐너, 비디오 카메라, 또는 디지털 카메라와 같은 센서 유닛과 연결되는 경우 더욱 유용하다. 예를 들어 이 때문에 영상이 센서 유닛에 기록될 수 있으며, 휴대용 장치에 의해 대상에 대한 영상이 생성될 수 있다. 따라서 이러한 장치는 식별용 바코드(bar-code)를 가지는 상품을 보관하기 위한 창고를 관리하기에 바람직하도록 되어 있다. 예를 들어 바코드는 스캐너에 의해 판독되어, 휴대용 장치에 위치한 컴퓨터로 전송되거나 다른 상위 중앙 컴퓨터로 전송되어 처리된다. 바코드를 정정할 필요가 있는 경우에는 휴대용 장치에 의해 이전의 바코드를 쉽게 판독불가능하도록 하거나 또는 제거하며, 새로운 바코드를 물품에 기입할 수 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 따라, 기록될 대상에 대한 기록 유닛이 존재하며, 이러한 기록 유닛은 레이저 빔의 초점 조절을 제어하는 판독 중인 거리를 제공하기 위한 거리 측정 장치를 포함한다. 또한 기록 유닛은 기록될 대상이 정확하게 위치하는 경우 레이저 빔을 방사하는 스위칭 소자를 포함한다. 다른 경우에는 레이저 빔의 초점을 정적으로 조절하기 위한 기계적 캐치(mechanical catch)가 존재한다.

기록 유닛에 포함된 기록될 대상에 대한 기록에 의해, 기록될 대상을 레이저 빔의 초점면(focal plane)에 신뢰성 있게 위치시킬 수 있다. 이는 또한 기록 장치의 신뢰성 있는 작동을 보장한다.

이와 달리, 또는 이에 부가하여, 예를 들어 초점 거리를 조절하기 위한 자동 초점 카메라의 렌즈 시스템과 같은 렌즈 시스템이 존재한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 유닛의 휴대가능성을 최대로 보장하기 위해, 제어 유닛은 무선(radio), 적외선(infra-red) 또는 초음파 송신기(ultrasound transceiver)에 의해 무선으로 외부 제어 및/또는 입력 유닛에 연결된다.

제어 유닛 및 파워 팩의 가능한 구성요소는 SMD 기술을 사용하여 호일 회로(foil circuits)에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 특히 이들은 사용자의 신체 상에서 이동될 수 있는 컴팩트형 구조이며, 구성요소가 패키지로 구성되기에 적당하다.

가능한 한 가장 작은 크기와 최대 효율을 보장하기 위해, 레이저는 레이저 다이오드에 의해 세로축으로 펌핑(pump)되는 고체 레이저로 구성되며, 여기서 이러한 고체 레이저는 레이저 크리스탈(laser crystal), Q-스위치, 고반사(highly- reflecting) 공진기 반사기 및 출력 반사기로 구성되는 레이저 뱅크(laser bank)를 포함한다. 따라서 레이저 크리스탈은 복굴절 응력(tension birefringence)을 전혀 가지지 않거나, 또는 가능한 한 낮은 복굴절 응력을 가지며, 또한 높은 형광 내구성(fluorescence durability) 및 가능한 한 가장 작은 크기를 가진다.

고체 레이저는 활성 Q-스위치 즉 음향 광학적 크리스탈(opto-acoustic crystal)을 구비할 수 있거나, 또는 비활성 Q-스위치 및 레이저 다이오드를 구비할 수 있는데, 이중에서 다른 것들은 펄스형 동작에 의해 구동된다.

레이저 다이오드의 효율은 가능한 한 높은 것이 바람직하다. 이러한 효율성을 안정된 상태로 유지하기 위해, 예를 들어 펠티에 구성요소(Peltier component)와 같은 냉각 구성요소를 사용하여 레이저 다이오드를 냉각시킨다. 레이저 다이오드의 구동기 및 펠티에 구성요소의 구동기가 모두 휴대용 장치 또는 서포트 장치에 위치하도록 규정되어 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어, "구동기"는 구성요소에 해당하는 회로 기판을 지칭한다.

개별적인 레이저 구성요소는 가장 작은 크기를 구현하고 따라서 휴대가능성을 보장하기 위해 컴팩트형으로 배열되는 것이 바람직하다.

특히 길이가 단축된 공진기 기하학(short resonator geometry)을 사용하는데, 이는 길이가 아주 단축된 레이저 펄스 및 이에 따른 높은 펄스 피크 출력이 구현된다는 것을 의미한다. 가능한 작은 외부 크기를 가지는 컴팩트형 구조를 보장하기 위해, 폴드형 광학적 트레인(optical train)에 의해 길이가 단축된 공진기 기하학을 구현하는 것이 바람직하며, 이는 예를 들어 빔 축을 향해 45°에 위치하는 2개의 반사기와 같은 적당한 반사기 구성에 의해 가능하다.

또한 장치는 바람직하게는 2개의 렌즈에 의해 빔을 확산하기 위한 다른 렌즈 시스템을 가진다. 이와 달리 또는 이에 부가하여, 적어도 2개의 반사기를 포함하는 추가 반사기 시스템에 의해 빔이 확산되며, 여기서 이러한 반사기 시스템은 다중 반사를 통과하는 폴드형 광학적 트레인을 가진다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 편광된 레이저 광을 생성하기 위한 편광자(polarizer)가 제공된다. 그러나 이 광은 레이저 크리스탈 자체를 통해 생성될 수 있다. 이러한 방식으로 음향 광학적 스위치 Q-스위칭 구성요소의 회절(diffraction) 효율을 증가시키는 것이 가능하다. 이는 특히 본 발명에 따른 장치가 수정과 같이 높은 회절 효율을 가지는 적어도 하나의 렌즈 시스템을 가지며, 여기서 이러한 렌즈 시스템은 고주파 전력 입력이 낮아짐과 동시에 공진기의 레이저 프로세스를 효율적으로 인터럽트하기 때문에 바람직하다.

컴팩트화를 보다 증대시키고 무게를 최소화시키기 위해, 본 발명에 따른 장치의 구성요소는 섬유 강화 재료, 세라믹 또는 합성 재료로 제조된다. 또한 렌즈 시스템은 일체로 구성되거나 또는 접착 수단에 의해 고정된다.

굴절 유닛을 고속으로, 정확하게, 경비 면에서 효율적으로 구동시키기 위해, 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 따라, 구동 유닛의 모터는 데이터 저장 유닛, 특히 자기(magnetic) 또는 광학적 데이터 저장 유닛의 판독/기록 헤드의 구동 유닛에 의해 구성되는데, 이러한 구동 유닛의 모터에 의해 굴절부가 조절된다.

도면에 예시된 본 발명의 실시예를 참조하여, 본 발명의 사상에 대해 보다 상세하게 검토한다.

도 1 및 도 2에 예시된 고체 레이저 기록 장치의 개략적인 블록도는 동일한 구성요소로 이루어진 서로 다른 구성을 나타낸다. 이들은 유사한 구성으로 이루어진 본 발명에 의한 추가 실시예에 의해 보충될 수 있다. 예를 들어 레이저 기록 장치의 모든 구성요소가 하나의 패키지 내에서 구현되며, 여기서 이 장치는 데스크탑 장치 형태의 이동 기록 스테이션(mobile inscription station)이 될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "기록"은 예를 들어 영상 및 3차원 조각(three-dimensional engravings)을 발생시킬 뿐만 아니라, 모든 형태의 스크립트(script) 표시와 같은 모든 형태의 대상 표시를 지칭한다. 또한 용어 "기록"은 표면 재료 층(예를 들어 바코드, 벽화 등) 등을 제거함으로써 기록 구성요소를 제거할 수 있음을 의미한다.

도 1은 휴대용 장치(1) 및 1개 부품 또는 2개 부품으로 이루어진 서포트 장치(2)를 포함하는 컴팩트형 휴대용 레이저 기록 장치의 개략적인 블록도이다. 본 발명의 실시예에서, 휴대용 장치(1)는 기록될 대상의 전면에 위치하고, 기록될 대상을 기록하고 배열하기 위한 기록 유닛과 연결될 수 있는 굴절 유닛(7)을 포함한다. 또한 휴대용 장치(1)는 예를 들어 스캐너, CCD 영상 센서 또는 디지털 비디오 카메라로 구성될 수 있는 센서 유닛(8)을 포함한다.

서포트 장치(2)는 서포트 장치의 유닛과 연결되는 제어 유닛(21), 고체 레이저(4) 및 파워 팩(22)을 포함한다. 제어 유닛(21)은 마이크로프로세서(11), 고주파 발생기(12), 판독/기록 저장 유닛 또는 다른 저장 매체(13), 굴절 유닛(7)의 반사기 배열(검류계 스캐너)을 위한 제어 신호를 증폭하는 신호 증폭기(200), 및 입력 및 모니터링 유닛(14)을 포함한다. 고체 레이저(4)는 레이저 뱅크(5)(또는 기계적으로 안정된 레이저 구성요소의 다른 구성) 및 레이저 다이오드(6)로 구성된다. 레이저 뱅크(5)는 종방향 또는 횡방향으로 펌핑된 레이저 크리스탈(50), Q-스위치(51)(활성 또는 비활성 Q-스위칭), 고도 반사 공진 반사기(52) 및 출력 반사기(53)를 포함한다.

굴절 유닛(7)의 반사기 배열은 데이터 저장 유닛, 특히 자기 데이터 저장 유닛의 판독/기록 헤드의 자기 구동 유닛에 의해 구동될 수 있다. 이러한 경우, 신호 증폭기(200)를 생략할 수 있으며, 이는 판독/기록 헤드의 구동 유닛 자체가 이러한 신호 증폭기를 이미 가지고 있기 때문에 가능하다.

고체 레이저(4)의 말단은 글래스 파이버 케이블(17)에 의해 굴절 유닛(7)과 연결된다. 글래스 파이버 케이블(17)은 파워 팩(22)을 휴대용 장치(1)에 연결시키는 전원 공급 케이블뿐만 아니라 마이크로프로세서(11)와 센서 유닛(8) 사이 및 마이크로프로세서(11)와 굴절 유닛(7) 사이의 접속 와이어(31)를 포함하는 전기 케이블과 결합될 수 있다. 제어 유닛(21) 및 고체 레이저(4)가 파워 팩(22)과 떨어져 개별적으로 위치한다면, 예를 들어 서로 다른 패키지 또는 패키지 섹션(22)으로 구성된다면, 제어 유닛(21)과 고체 레이저(4) 사이에, 또는 제어 유닛(21)과 파워 팩(22) 사이에 추가 전원 공급 케이블이 제공되어야 한다.

파워 팩(22)은 2차 전지(9)와 주 전원 유닛(10)을 포함한다. 또한 냉각용 펠티에 구성요소의 구동기(예시되어 있지는 않음)가 파워 팩에 배치된다.

인터페이스(15)는 필요한 데이터를 입력시킬 목적으로 외부 제어 및 모니터링 유닛(30)을 제어 유닛(21)의 마이크로프로세서(11)에 연결한다. 케이블을 통해 제어 유닛(21)을 외부 제어 및 모니터링 유닛(3)과 연결시키는 대신에, 무선 송신 또한 가능하다. 이것은 인터페이스(15)용 인터페이스 접속 지점 대신에, 외부 제어 및 모니터링 유닛과 제어 유닛(21) 사이에 전자(electro-magnetic), 전기광학(electro-optical) 또는 전기 음향적(electro-acoustic) 송신이 존재할 수 있다는 것을 의미한다. 이와 달리 예를 들어 축소형 랩탑(miniature lap-top)에 의한 직접 데이터 입력이 가능하다.

고체 레이저(4)는 레이저 다이오드(6)에 의해 종방향 또는 횡방향으로 펌핑되는 고체 레이저로 구성되며, 여기서 고체 레이저의 레이저 뱅크(5)는 효율을 증대시키고 따라서 최대 출력을 보장하기 위한 어떠한 편광자도 포함하지 않는다. 레이저 크리스탈(50)은 복굴절 응력을 가지지 않거나 가능한 한 낮은 복굴절 응력을 가지는 크리스탈이며, 여기서 크리스탈의 크기는 가능한 작다. 고주파 발생기의 저 출력, 예를 들어 2 내지 4 와트와 동일하거나 이보다 작은 고주파 출력, 및 최적으로 선택된 레이저 크리스탈(50)과 관련하여, 레이저 뱅크(5)의 구성은 극도의 컴팩트형이 될 수 있으며, 이는 저 출력 소비에 의해 열 방사가 제한되기 때문이다.

레이저 뱅크(5)의 동작은 음향 광학적 크리스탈을 사용하여 활성 Q-스위치(고 주파 소스)와 연속적으로 펌핑될 수 있거나, 또는 비활성 Q-스위치의 역할을 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 컴팩트화는 굴절 유닛(7) 또는 레이저 헤드에서 반사기 등을 가지는 폴드형 광학적 트레인을 사용함으로써 추가로 증대될 수 있다. 가능한 한 가장 작은 외부 크기 및 가장 가벼운 무게를 지니는 휴대가능 레이저 기록 장치가 생성된다.

개략적인 블록도로서 도 2에 예시된 레이저 기록 장치의 실시예에 따라, 고체 레이저(4)는 휴대용 장치(1)의 굴절 유닛(7)과 일체로 구성된다. 또한 제어 유닛(21)은 서포트 장치(2)의 파워 팩(22)과 일체로 구성된다.

제어 및 전원 공급 장치는 전기 케이블(18)에 의해 휴대용 장치(1)에 연결된다. 인터페이스(15)에 의해 외부 제어 및 모니터링 유닛(3)과 센서 유닛(8)이 추가로 접속된다. 도 1에 따른 본 발명의 실시예에서, 이러한 센서 유닛(8)은 디지털(비디오) 카메라, CCD 영상 센서 또는 스캐너로 구성될 수 있다. 또한 도 1에 따른 실시예에서, 센서 유닛(8)은 휴대용 장치(1)를 신호 수신용으로 사용할 수 있도록 하는 방식으로 휴대용 장치(1)와 결합될 수 있다. 굴절 유닛(7) 내에 반사기를 배열시키기 위한 제어 신호를 증폭시키기 위한 2개의 신호 증폭기(도시되지 않음)가 서포트 장치(2)에 위치한다.

도 3은 본 발명에 따른 휴대용 레이저 기록 장치의 사용 및 휴대용 장치(1)와 서포트 장치(2)의 결합에 대하여 개략적으로 예시하며, 본 발명의 실시예에서 휴대용 장치는 사용자의 허리 또는 골반 끈(16) 주위에 고정될 수 있다. 서포트 장치를 고정시키기 위한 다른 방법은 사용자의 등에 고정되는 배낭 형태의 서포트 장치 및 또는 옆구리(벨트) 부착물을 사용하는 것이다.

휴대용 장치(1)와 서포트 장치(2)는 케이블 접속(17,18)에 의해 연결되며, 케이블 접속은 글래스 파이버 케이블 및/또는 전기 접속 케이블에 의해 구성된다.

휴대용 장치(1)는 예를 들어 신호를 입력하기 위한 비디오 카메라(80)와 결합될 수 있으며, 대상 또는 사람의 영상이 기록되는 것을 허용하는데, 여기서 이들 기록은 고체 레이저 및 굴절 유닛을 조절하기 위해 제어 유닛의 신호 처리에 의해 추가로 처리된다.

도 1에 따른 구성에서, 휴대용 장치(1)는 굴절 유닛(7) 및 가능하다면 센서 유닛(8, 80)을 포함한다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 서포트 장치(2)는 고체 레이저, 제어 유닛, 및 파워 팩을 포함한다.

도 2에 따른 구성에서, 휴대용 장치(1)는 레이저 배열 및 가능하다면 센서 구성요소와 결합된 굴절 유닛을 포함한다.

이러한 구성에서, 서포트 장치(2)는 제어 유닛 및 파워 팩을 포함한다. 서포트 장치(2)의 전방부 상에는 휴대용 장치에 대한 접속(17,18) 및 외부 제어 및 모니터링 유닛에 대한 서포트 장치(2)의 접속 지점(15)이 존재한다.

서포트 장치(2)의 크기를 감소시키기 위해, 서포트 장치(2)는 가능하다면 서포트 장치(2)가 사용자의 허리 주위에 편안하게 위치할 수 있는 방식으로 SMD 구성요소와 관련된 호일 회로를 포함한다. 그렇지 않으면, 호일 회로 대신에, SMD 구성요소를 가지는 다층 구성이 제공될 수 있다.

도 4의 개략적인 블록도에 예시된 휴대용 레이저 기록 장치의 실시예에 따라 레이저 다이오드(6)와 시준기 렌즈 시스템(collimator lens system; 55)을 가지는 반도체 레이저, 및 서포트 장치의 프로세서(11)와 저장 유닛(13)을 가지는 제어 유닛의 구성을 예시한다. 파워 팩(9; 2차 전지)은 서포트 장치와 결합될 수 있거나, 또는 서포트 장치를 개별적으로 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 휴대용 장치(1)는 2개의 반사기를 가지는 굴절 유닛(7)을 포함한다. 또한 도 1에 따른 실시예에서처럼, 센서 유닛(8)은 휴대용 장치(1)와 연결될 수 있다.

센서 유닛 또는 외부 데이터 입력 장치(3)로부터의 무선 접속에 의해 신호를 입력할 수 있다. 이를 위해, 제어 유닛의 측면 상에 송수신기 구성요소(19)와 연결된 무선, 적외선 또는 초음파 송수신기가 존재한다. 해당 송수신기 구성요소는 외부 제어 유닛(3) 상에 제공된다.

도 5a 내지 도 5d는 크리스탈(50), 99.9%로 반사하는 반사기(52) 및 광의 약 88%를 반사하고 광의 12%를 투과시키는 출력 반사기(53)로 구성되는 공진기를 예시한다.

도 5a는 지금까지 일반적으로 사용된 공진기 구성요소의 구성을 예시한다. 2개의 반사기(52, 53) 및 크리스탈(50)은 레이저 빔이 전혀 반사되지 않고 직접 출력 반사기(53)를 떠나는 방식으로 서로의 후방에 배열된다.

휴대용 레이저 기록 장치의 컴팩트화를 증대시키기 위해, 도 5b에 따른 공진기는 전술한 공진기 구성요소에 추가하여 빔 축의 45°각도로 배치된 반사기(100)를 구비한다. 이러한 구성의 결과로, 레이저 빔은 출력 반사기(53)를 통과하여 출발하기 전에 90°로 편향된다. 이러한 편향은 폴드형 광학적 트레인을 야기하며, 이는 공진기의 구조를 보다 컴팩트화하며, 여기서 휴대용 레이저 기록 장치의 컴팩트화를 증대시킨다.

도 5c에 예시되어 있는 바와 같이, 이러한 효과는 도 5b에 따라 편향된 레이저 빔이 반사기(53)를 출발하기 전에, 빔 축에 대하여 45°의 각도로 배치된 추가 반사기(101)에 의해 90°로 다시 편향되는 경우 더욱 강화된다.

이러한 편광으로부터 야기되는 폴드형 광학적 트레인은 종래의 공진기와 비교하여 공진기의 길이가 확실하게 단축되고 장치의 전체 크기가 확실하게 감소된 공진기의 컴팩트화 구성을 용이하게 한다.

도 5d는 도 5c와 다른 실시예를 예시한다. 도 5d에 예시된 실시예에 따라, 광학적 트레인은 또한 2개의 반사기(100, 101) 사이에 Q-스위치(51; 활성 또는 비활성 Q-스위칭)를 가진다. 또한 반사기(53)의 후방에는 셔터(103)가 존재하며, 이는 기록될 대상이 정확하게 위치하는 경우 레이저 빔을 방사하기 위해 사용된다. 또한 셔터(103)의 후방에는 레이저 빔을 확산하기 위한 반사기 시스템(300)이 존재하며, 여기서 이러한 반사기 시스템은 2개의 반사기(301, 302)로 구성된다. 반사기 시스템(300)으로 나아가는 레이저 빔은 2개의 반사기(3010, 302) 상에서 다중 반사가 일어날 때까지 출력되지 않는다.

본 발명에 따른 상기 모든 실시예에 따른 장치가 컴팩트형이기 때문에, 예를 들어 총(gun) 모양의 기록 장치를 구성할 수 있으며, 허리 및/또는 어깨 끈에 의해 사용자에게 부착될 수 있는 패키지로 서포트 장치를 구성할 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 최대의 휴대가능성이 구현되므로 사용자는 전원 공급 캐비넷 등과 독립적인 임의의 모든 위치에서 레이저 기록을 수행할 수 있다.

이는 휴대용 장치가 예를 들어 스캐너, 비디오 카메라, 또는 디지털 카메라와 같은 센서 유닛과 연결되는 경우 더욱 유용하다. 예를 들어 이 때문에 영상이 센서 유닛에 기록될 수 있으며, 휴대용 장치에 의해 대상에 대한 영상이 생성될 수 있다. 따라서 이러한 장치는 식별용 바코드를 가지는 상품을 보관하기 위한 창고를 관리하기에 바람직하도록 되어 있다. 예를 들어 바코드는 스캐너에 의해 판독되어, 휴대용 장치에 위치한 컴퓨터로 전송되거나 다른 상위 중앙 컴퓨터로 전송되어 처리된다. 바코드를 정정할 필요가 있는 경우에는 휴대용 장치에 의해 이전의 바코드를 쉽게 판독불가능하도록 하거나 또는 제거하며, 새로운 바코드를 물품에 기입할 수 있다.

Claims

레이저, 반사 유닛, 제어 유닛 및 파워 팩을 가지는 재료 기록 장치에 있어서,

상기 레이저(4), 굴절 유닛(7), 제어 유닛(21) 및 상기 파워 팩(22)은 컴팩트형이며 휴대가능 구성요소로 구성되는

재료 기록 장치.
제1항에 있어서,

다수의 구성요소가 적어도 하나의 패키지 내에서 일체로 구성되는 재료 기록 장치.
제2항에 있어서,

상기 굴절 유닛(7)을 포함하는 휴대용 장치(1);

상기 제어 유닛(21)과 상기 파워 팩(22)을 포함하는 서포트 장치(2) 및

상기 제어 유닛(21)을 외부 제어 및/또는 입력 유닛(3)과 연결시키는 인터페이스(15)를

포함하는 재료 기록 장치.
제2항에 있어서,

상기 휴대용 장치(1)는 굴절 유닛(7)을 포함하고, 글래스 파이버 케이블(17)에 의해 서포트 장치(2)와 연결되며, 레이저(4), 제어 유닛(21), 파워 팩(22), 및 제어 유닛(21)을 외부 제어 및/또는 입력 유닛(3)과 연결시키는 인터페이스(15)를 포함하는

재료 기록 장치.
제2항에 있어서,

상기 모든 구성요소가 휴대용 장치(휴대용 레이저 기록 장치) 내에서 일체로 구성되는 재료 기록 장치.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 휴대용 장치(1)가 센서 유닛(8), 특히 스캐너, 비디오 카메라, 디지털 카메라 등과 연결되는 재료 기록 장치.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 휴대용 장치(1)가 손의 해부학적 구조에 적합한 형태로 되어 있는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 서포트 장치(2)가 바람직하게는 허리 및/또는 어깨 끈(16)과 연결될 수 있는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

레이저 빔의 초점 조절을 제어하는, 판독 중인 거리를 제공하는 거리 측정 장치, 및 기록될 대상이 정확하게 위치(동적 초점 조절)하는 경우 레이저 빔을 방사하는 스위칭 장치를 구비한 기록될 대상에 대한 기록 유닛을 포함하는

재료 기록 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

초점 거리를 조절하기 위해 렌즈 시스템, 특히 자동 초점 카메라(auto-focus camera)의 렌즈 시스템을 포함하는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

기록될 대상에 대한 기계적 캐치(정적 초점 조절) 기능을 구비한 소정의 유닛을 포함하는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 유닛(21)이 무선, 적외선, 또는 초음파 송수신기에 의해 외부 제어 및/또는 입력 유닛과 무선으로 연결되는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 상기 제어 유닛(21) 및/또는 파워 팩(22)은 SMD 기술로 고정되는 구성요소를 가지는 호일 회로(foil circuits)로 구성되는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 레이저(4)가 종방향 또는 횡방향으로 레이저 다이오드(6)에 의해 펌핑―여기서 펌핑 볼륨은 펌핑될 재료의 기본 모드 볼륨과 일치하는 것이 바람직함―되는 고체 레이저로 구성되고, 또한 레이저 크리스탈(50), Q-스위치(51), 고반사 공진 반사기(52) 및 출력 반사기(53)로 구성되는 레이저 뱅크(5)를 가지는

재료 기록 장치.
제14항에 있어서,

상기 레이저 크리스탈(50)이 복굴절 응력(tension birefringence)을 가지지 않거나, 가능한 한 작은 복굴절 응력을 가지며, 높은 형광 지속성 및 가능한 한 가장 작은 크기를 가지는

재료 기록 장치.
제14항 또는 제15항에 있어서,

상기 고체 레이저(4)가 연속적으로 펌핑되며, 음향 광학적 크리스탈(opto-acoustic crystal), FTIR 크리스탈 등에 의해 Q-스위칭되거나 변조되는 재료 기록 장치.
제14항 또는 제15항에 있어서,

상기 고체 레이저(4)가 수동 Q-스위치 구성요소 및 연속적인 파형 또는 펄스-제어형 레이저 다이오드(6)에 의해 구동되는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

레이저 다이오드(6)의 효율이 가능한 높은 재료 기록 장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 레이저 다이오드를 냉각시키기 위한 장치가 냉각 구성요소, 특히 펠티에 구성요소를 구비하는 재료 기록 장치.
제19항에 있어서,

상기 레이저 다이오드의 구동기 및 펠티에 구성요소의 구동기가 모두 휴대용 장치 또는 서포트 장치 중 어느 하나에 위치하는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,

개별 레이저 구성요소의 컴팩트형 구조가 특히 폴드형 광학적 트레인(optical train)에 의해 가능한 한 길이가 단축된 공진기 길이를 가지는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

광대역 렌즈 시스템으로 특히 폴드형 광학적 트레인을 가지는 반사기 구성을 구비한 반사기 시스템 및/또는 2개의 렌즈로 구성되는 광대역 렌즈 시스템을 구비한 재료 기록 장치.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반사기 구성이 빔 축에 대하여 45°로 위치하는 적어도 2개의 반사기를 가지도록 구성되는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,

음향 광학적 Q-스위칭 구성요소의 회절 효율을 증가시키기 위해 편광을 발생시키는 광학 구성요소 또는 레이저 크리스탈을 포함하는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,

회절 효율이 높은 적어도 하나의 렌즈 시스템―여기서 렌즈 시스템은 특히 고주파 전력 입력이 낮아짐과 동시에 공진기의 레이저 프로세스를 효율적으로 인터럽트하는 크리스탈임―을 구비하는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구성요소들이 섬유 강화 재료, 세라믹 및/또는 합성 재료뿐만 아니라 스턱-온(stuck-on) 구성요소로 구성되는 재료 기록 장치.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

구동 유닛의 모터―여기서 구동 유닛의 모터에 의해 굴절 유닛이 조절됨―가 데이터 저장 유닛, 특히 자기(magnetic) 또는 광 데이터 저장 유닛의 판독/기록 헤드의 구동 유닛에 의해 구성되는 재료 기록 장치.