JP2026017034A - Printing device and printing method - Google Patents
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Abstract
【課題】高い視認性と高速な印字とを、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招くことなく両立する。
【解決手段】印字対象物の印字対象面に対して、レーザ光を照射して、任意のパターンを印字可能な印字装置であって、レーザ光を発振するレーザ光発生部と、レーザ光発生部から発振された所定波長のレーザ光のビーム径を調整するレーザ光径調整部と、レーザ光径調整部でレーザ光径が調整されたレーザ光の偏光により、透過と反射を行うレーザ光分岐部と、レーザ光分岐部を透過したレーザ光を、2次元的に走査するレーザ光走査部と、レーザ光走査部により走査されたレーザ光を、印字対象物に照射するレーザ光照射部と、印字対象物からの反射光を計測するレーザ光計測部と、レーザ光計測部によってレーザ光径調整部を制御する焦点制御部を備え、焦点制御部は、レーザ光計測部により計測された反射光のレーザ光の形状に基づいて、レーザ光照射部により印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する。
【選択図】図1
Achieve both high visibility and high-speed printing without increasing the size, cost, or life of the device.
[Solution] A printing device capable of printing any pattern by irradiating a laser beam onto a surface of an object to be printed, comprising: a laser beam generating unit that oscillates laser beam; a laser beam diameter adjusting unit that adjusts the beam diameter of laser beam of a predetermined wavelength oscillated from the laser beam generating unit; a laser beam branching unit that transmits and reflects the laser beam by polarization, the laser beam diameter of which has been adjusted by the laser beam diameter adjusting unit; a laser beam scanning unit that two-dimensionally scans the laser beam that has passed through the laser beam branching unit; a laser beam irradiating unit that irradiates the object to be printed with the laser beam scanned by the laser beam scanning unit; a laser beam measuring unit that measures the light reflected from the object to be printed; and a focus control unit that controls the laser beam diameter adjusting unit using the laser beam measuring unit, and the focus control unit controls the focus position of the laser beam irradiated onto the object to be printed by the laser beam irradiating unit based on the shape of the laser beam of the reflected light measured by the laser beam measuring unit.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、印字装置、および印字方法に関する。 The present invention relates to a printing device and a printing method.
今般、微細性に優れ、不滅性でトレーサビリティに適したレーザマーカ(LM:Laser Marker)が台頭している。例えば、特許文献1には、「ワークの表面に向けてポインタ光を出射する距離測定用ポインタ光出射器(460)と、前記レーザビームの出射軸から分岐した受光軸を有し、前記ポインタ光が当たって前記ワーク表面に生成された輝点を撮像する撮像部(456)と、ワーキングディスタンスを導き出すための距離導出情報を記録したメモリと、該メモリの前記距離導出情報と前記撮像部が撮像した撮像画像の輝点の位置とに基づいてワーキングディスタンスを求めるワーキングディスタンス測定手段とを有する」ことが記載されている。 Recently, laser markers (LMs) have become popular because they are highly minute, indestructible, and suitable for traceability. For example, Patent Document 1 describes a device that "includes a distance measurement pointer light emitter (460) that emits a pointer light toward the surface of a workpiece, an imaging unit (456) that has a light receiving axis branching from the emission axis of the laser beam and captures an image of a bright spot created on the workpiece surface when the pointer light strikes it, a memory that records distance derivation information for deriving the working distance, and working distance measurement means that calculates the working distance based on the distance derivation information in the memory and the position of the bright spot in the image captured by the imaging unit."
レーザマーカにおいて、高い視認性に優れ、かつ高速な印字を実現するためには、光源となるレーザの高出力化が必要となるが、装置の大型化、高コスト化、短寿命化といった問題が生じる。そのため、単にレーザパワーを高出力化するだけではなく、レーザパワーのエネルギーを印字対象物に適した範囲で有効に活用することで、これらの問題を抑えつつ、印字つぶれなどが生じない高い視認性と高速な印字との両立を図ることが重要である。 In order to achieve high visibility and high-speed printing with a laser marker, it is necessary to increase the output of the laser that serves as the light source, but this creates problems such as larger equipment, higher costs, and a shorter lifespan. Therefore, rather than simply increasing the laser power, it is important to effectively utilize the laser power energy within a range appropriate for the object being marked, thereby minimizing these problems and achieving both high visibility and high-speed printing without print smearing.
印字対象物に適したエネルギーで印字することで高い視認性を得ることができる一方、印字対象物との位置関係を検出して、レーザビームのビームスポットの位置を適切に制御しなければ、視認性の低下を招いてしまう。このような問題を回避するために、印字対象物との距離を計測するための距離センサにより、ビームスポットの位置を計測することで、フォーカス制御を行うことができる。しかし、新たに距離センサを設けた場合、上述した装置の大型化や高コスト化の観点から、必ずしも適切な方法とは言えない。 While high visibility can be achieved by printing with energy appropriate for the object to be printed, visibility can be reduced unless the position of the laser beam spot is properly controlled by detecting its position relative to the object to be printed. To avoid this problem, focus control can be performed by measuring the position of the beam spot using a distance sensor that measures the distance to the object to be printed. However, adding a new distance sensor is not necessarily an appropriate method due to the increased size and cost of the device, as mentioned above.
さらに、平面だけでなく、曲面や立体的形状といった様々な印字対象物に対して適切にフォーカス制御するためには、距離センサによる、いわば間接的にレーザビームのビームスポットの位置を計測するだけでは視認性の精度に限界がある。したがって、様々な印字対象物に対して高い視認性を得るためには、レーザビームのビームスポットの形状を計測することで、直接的にビームスポットの位置を計測することが望ましい。そのうえで、印字対象物に対するフォーカス制御を速やかに行うことで、上述した高い視認性と高速な印字との両立を図ることができるようになる。 Furthermore, in order to perform appropriate focus control on a variety of printing targets, including not only flat surfaces but also curved and three-dimensional shapes, there are limits to the accuracy of visibility when simply measuring the position of the laser beam spot indirectly using a distance sensor. Therefore, in order to achieve high visibility on a variety of printing targets, it is desirable to measure the position of the laser beam spot directly by measuring the shape of the beam spot. Then, by quickly performing focus control on the printing target, it becomes possible to achieve both the high visibility and high-speed printing described above.
特許文献1をはじめとする従来技術では、このような問題について言及されておらず、高い視認性と高速な印字とを、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招くことなく両立することが可能な技術が望まれていた。 Patent Document 1 and other prior art technologies do not address these issues, and there has been a demand for technology that can achieve both high visibility and high-speed printing without increasing the size, cost, or shortening the lifespan of the device.
本発明は、高い視認性と高速な印字とを、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招くことなく両立することが可能な印字装置、および印字方法を提供することを目的とする。 The objective of the present invention is to provide a printing device and printing method that can achieve both high visibility and high-speed printing without increasing the size, cost, or lifespan of the device.
本発明にかかる印字装置は、印字対象物の印字対象面に対して、レーザ光を照射して、任意のパターンを印字可能な印字装置であって、レーザ光を発振するレーザ光発生部と、前記レーザ光発生部から発振された所定波長のレーザ光のビーム径を調整するレーザ光径調整部と、前記レーザ光径調整部でレーザ光径が調整されたレーザ光の偏光により、透過と反射を行うレーザ光分岐部と、前記レーザ光分岐部を透過したレーザ光を、2次元的に走査するレーザ光走査部と、前記レーザ光走査部により走査されたレーザ光を、印字対象物に照射するレーザ光照射部と、前記印字対象物からの反射光を計測するレーザ光計測部と、前記レーザ光計測部によって前記レーザ光径調整部を制御する焦点制御部を備え、前記焦点制御部は、前記レーザ光計測部により計測された反射光のレーザ光の形状に基づいて、前記レーザ光照射部により前記印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する、ことを特徴とする印字装置として構成される。 The printing device of the present invention is capable of printing any pattern by irradiating a laser beam onto the surface of a printing object. It includes a laser beam generating unit that oscillates laser beam; a laser beam diameter adjusting unit that adjusts the beam diameter of the laser beam of a predetermined wavelength emitted from the laser beam generating unit; a laser beam branching unit that transmits and reflects the laser beam by polarization, the laser beam diameter of which has been adjusted by the laser beam diameter adjusting unit; a laser beam scanning unit that two-dimensionally scans the laser beam that has passed through the laser beam branching unit; a laser beam irradiating unit that irradiates the printing object with the laser beam scanned by the laser beam scanning unit; a laser beam measuring unit that measures the light reflected from the printing object; and a focus control unit that controls the laser beam diameter adjusting unit using the laser beam measuring unit, and the focus control unit controls the focus position of the laser beam irradiated onto the printing object by the laser beam irradiating unit based on the shape of the laser beam of the reflected light measured by the laser beam measuring unit.
本発明によれば、高い視認性と高速な印字とを、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招くことなく両立することができる。 This invention makes it possible to achieve both high visibility and high-speed printing without increasing the size, cost, or lifespan of the device.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施例は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The examples are illustrative only and have been omitted or simplified as appropriate for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural. The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings.
また、同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 Furthermore, when there are multiple components with the same or similar functions, they may be described using the same reference numeral with different subscripts. Furthermore, when there is no need to distinguish between these multiple components, the subscripts may be omitted.
実施例において、プログラムを実行して行う処理について説明する場合がある。ここで、計算機は、プロセッサ(例えばCPU、GPU)によりプログラムを実行し、記憶資源(例えばメモリ)やインターフェースデバイス(例えば通信ポート)等を用いながら、プログラムで定められた処理を行う。そのため、プログラムを実行して行う処理の主体を、プロセッサとしてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体は、演算部であれば良く、特定の処理を行う専用回路を含んでいてもよい。ここで、専用回路とは、例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)等である。 In the embodiments, processing performed by executing a program may be described. Here, a computer executes the program using a processor (e.g., a CPU or GPU) and performs the processing defined in the program using storage resources (e.g., memory) and interface devices (e.g., communication ports). Therefore, the entity performing the processing by executing the program may be the processor. Similarly, the entity performing the processing by executing the program may be a controller, device, system, computer, or node having a processor. The entity performing the processing by executing the program may be any computing unit, and may include a dedicated circuit that performs specific processing. Here, a dedicated circuit is, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or CPLD (Complex Programmable Logic Device).
プログラムは、プログラムソースから計算機にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバまたは計算機が読み取り可能な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布してもよい。また、実施例において、2以上のプログラムが1つのプログラムとして実現されてもよいし、1つのプログラムが2以上のプログラムとして実現されてもよい。
(実施例1)
図1は、実施例1におけるレーザマーカ1000の機能的な構成の一例を示す図である。レーザマーカ1000は、印字対象物の印字対象面に対して、所定波長のレーザ光を照射して、任意のパターンを印字することが可能な装置である。図1に示すように、レーザマーカ1000は、印字対象物7に印字するための印字パターン(例えば、製造番号の一部を構成する数字「0」)の入力を受け付ける印字パターン入力部10と、印字パターン入力部10により入力された印字パターンの印字対象物7における座標を生成する印字座標生成部11と、レーザマーカ1000の各部を制御する印字制御部12と、所定波長のレーザ光を発振するレーザ光発生部1と、レーザ光発生部1から発振された所定波長のレーザ光のビーム径を調整するレーザ光径調整部2と、レーザ光径調整部2でビーム径が調整されたビームの偏光により透過と反射を行うレーザ光分岐部3と、レーザ光分岐部3を透過したビームを2次元的に走査するレーザ光走査部4およびレーザ光走査部5と、レーザ光走査部4およびレーザ光走査部5により走査されたビームを印字対象物7に照射するレーザ光照射部6と、印字対象物7からの反射光を計測するレーザ光計測部8と、レーザ光計測部8により計測された信号から得られる反射光のレーザ光形状に基づいて、焦点位置の制御などのフォーカス制御を行う焦点制御部9とを有する。
A program may be installed on a computer from a program source. The program source may be, for example, a program distribution server or a computer-readable storage medium. When the program source is a program distribution server, the program distribution server may include a processor and storage resources for storing the program to be distributed, and the processor of the program distribution server may distribute the program to be distributed to other computers. In addition, in the embodiments, two or more programs may be realized as one program, or one program may be realized as two or more programs.
Example 1
FIG. 1 is a diagram showing an example of the functional configuration of a laser marker 1000 in Example 1. The laser marker 1000 is a device capable of printing any pattern by irradiating a laser beam of a predetermined wavelength onto a surface of an object to be printed. As shown in FIG. 1, the laser marker 1000 includes a print pattern input unit 10 that accepts input of a print pattern to be printed on the object to be printed (e.g., the number "0" that constitutes part of a serial number), a print coordinate generation unit 11 that generates coordinates on the object to be printed 7 of the print pattern input by the print pattern input unit 10, a print control unit 12 that controls each unit of the laser marker 1000, a laser beam generation unit 1 that oscillates a laser beam of a predetermined wavelength, a laser beam diameter adjustment unit 2 that adjusts the beam diameter of the laser beam of the predetermined wavelength oscillated from the laser beam generation unit 1, and a laser beam output unit 3 that adjusts the beam diameter of the laser beam of the predetermined wavelength oscillated from the laser beam generation unit 1. The laser beam splitter 3 transmits and reflects the beam whose diameter has been adjusted by the diameter adjustment unit 2 using polarization; a laser beam scanning unit 4 and a laser beam scanning unit 5 which two-dimensionally scan the beam that has passed through the laser beam splitter 3; a laser beam irradiation unit 6 which irradiates the beam scanned by the laser beam scanning unit 4 and the laser beam scanning unit 5 onto an object to be printed 7; a laser beam measuring unit 8 which measures the light reflected from the object to be printed 7; and a focus control unit 9 which performs focus control such as controlling the focal position based on the laser beam shape of the reflected light obtained from the signal measured by the laser beam measuring unit 8.
図2は、図1に示したレーザマーカ1000の物理的な構成の一例を示す図である。図2に示すように、レーザマーカ1000は、物理的には、レーザ光発生部1として動作するレーザ光源1aと、レーザ光径調整部2として動作するビームエクスパンダ2aと、レーザ光分岐部3として動作するビームスプリッタ3aおよび1/4波長板3bと、レーザ光走査部4およびレーザ光走査部5として動作し、ガルバノスキャナのガルバノミラーとして駆動されるXミラー4a及びYミラー4bと、レーザ光照射部6として動作する集光用のfθレンズ6aと、レーザ光計測部8として動作する、レーザ光形状計測用の結像レンズ8aおよびラインセンサ8bと、焦点制御部9として動作する計測誤差生成回路9aとを有する。Xミラー4aは、図2に示すX軸方向に走査され、Yミラー4bは、図2に示すY軸方向に走査される。印字パターン入力部10、印字座標生成部11、印字制御部12は、プロセッサやメモリを有した一般的なコンピュータがプログラムを実行することで実現可能である。 2 is a diagram showing an example of the physical configuration of the laser marker 1000 shown in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the laser marker 1000 physically includes a laser light source 1a operating as the laser light generator 1, a beam expander 2a operating as the laser beam diameter adjuster 2, a beam splitter 3a and a quarter-wave plate 3b operating as the laser beam brancher 3, an X mirror 4a and a Y mirror 4b operating as the laser beam scanner 4 and the laser beam scanner 5, driven as the galvanometer mirrors of the galvanometer scanner, an fθ lens 6a for focusing the light and operating as the laser beam irradiation unit 6, an imaging lens 8a and a line sensor 8b for measuring the shape of the laser beam and operating as the laser beam measurement unit 8, and a measurement error generation circuit 9a operating as the focus control unit 9. The X mirror 4a is scanned in the X-axis direction shown in FIG. 2, and the Y mirror 4b is scanned in the Y-axis direction shown in FIG. 2. The print pattern input unit 10, print coordinate generation unit 11, and print control unit 12 can be realized by a general computer with a processor and memory executing a program.
図2では、レーザ光源1aから出射されたレーザ光L1は、ビームエクスパンダ2aによりレーザ光径(例えば、スポットサイズや発散角)が調整される。そして、当該調整後のレーザ光L1が、上記レーザ光L1を走査するためのXミラー4a及びYミラー4bによって反射し、レーザ光を集光するための集光用のfθレンズ6aに入射する。さらに、集光用のfθレンズ6aの焦点位置に置かれた印字対象物7上のレーザ光スポット位置P1に集光されることで、印字対象物7にマーキングされる。当該レーザ光スポット位置P1からの反射光L2は、1/4波長板3b、ビームスプリッタ3aを経て、ラインセンサ8bで検出される。例えば、ラインセンサ8bでは、検出された上記反射光L2として、ガウス型のレーザ光形状F1が計測される。ここでは、レーザ光形状がガウス型である場合を例示するが、トップハット型やリング型など、他のレーザ光形状が計測されてもよい。 In FIG. 2, the laser beam L1 emitted from the laser source 1a has its laser beam diameter (e.g., spot size and divergence angle) adjusted by the beam expander 2a. The adjusted laser beam L1 is then reflected by the X mirror 4a and Y mirror 4b, which scan the laser beam L1, and enters the focusing fθ lens 6a, which focuses the laser beam. The laser beam is then focused at laser beam spot position P1 on the target object 7, which is placed at the focal position of the focusing fθ lens 6a, thereby marking the target object 7. Reflected light L2 from laser beam spot position P1 passes through the quarter-wave plate 3b and beam splitter 3a and is detected by the line sensor 8b. For example, the line sensor 8b measures a Gaussian laser beam shape F1 as the detected reflected light L2. Here, a Gaussian laser beam shape is illustrated, but other laser beam shapes, such as a top hat shape or a ring shape, may also be measured.
そして、当該計測された結果から、計測誤差生成回路9aが、所望のレーザ光形状および重心位置とのずれ量を算出し、当該ずれ量に応じて、ビームエクスパンダ2aの発散角の調整を行う。このような制御により、レーザ光形状およびレーザ光スポット位置を直接的に制御することができる。 Then, from the measurement results, the measurement error generation circuit 9a calculates the amount of deviation from the desired laser beam shape and center of gravity position, and adjusts the divergence angle of the beam expander 2a according to this deviation. This type of control makes it possible to directly control the laser beam shape and laser beam spot position.
通常、レーザマーカは、ジャストフォーカスとなる位置で鮮明な印字がされるように設計されているため、当該位置から焦点がずれる程、スポットの広がりやエネルギー密度の低下を招き、印字が薄くなる。従来技術では、このような問題点を回避するために、新たに設けた距離センサが印字対象物との距離を計測することで、いわば間接的にレーザ光スポット位置を調整可能としていた。しかし、このような距離センサによるレーザ光スポット位置の疑似的な計測方法では、必ずしも精度よくレーザ光形状やレーザ光スポット位置を調整できず、高精度なフォーカス制御を実現できない。本実施例によれば、上述のような距離センサを用いることなく、レーザ光形状およびレーザ光スポット位置を直接モニタリングすることで、レーザ光形状およびレーザ光スポット位置を速やかに変更することができ、印字対象物7に対して、従来にない高精度なフォーカス制御を実現でき、視認性よく印字スピードを向上させることができる。 Typically, laser markers are designed to produce clear printing at the exact focus position. Therefore, the further the focus deviates from this position, the wider the spot becomes, the lower the energy density becomes, and the lighter the printing becomes. To avoid this problem, prior art technologies have used a newly added distance sensor to measure the distance to the object being printed, allowing for indirect adjustment of the laser light spot position. However, this method of pseudo-measuring the laser light spot position using a distance sensor does not necessarily allow for accurate adjustment of the laser light shape or laser light spot position, making it difficult to achieve high-precision focus control. According to this embodiment, by directly monitoring the laser light shape and laser light spot position without using the distance sensor described above, the laser light shape and laser light spot position can be quickly changed, achieving unprecedented high-precision focus control on the object being printed (7) and improving printing speed with good visibility.
図3は、本実施例においてレーザ光形状を計測してレーザマーキングを行うマーキング処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。 Figure 3 is a flowchart showing an example of the marking process steps for measuring the laser beam shape and performing laser marking in this embodiment.
図3に示すように、印字パターン入力部10は、ユーザから入力された印字パターンを受け付ける(S101)。印字パターン入力部10としては、例えば、タッチパネル等のインタフェースを有した一般的なコンピュータを用いることができる。印字パターン入力部10は、必ずしもレーザマーカ1000に設けられていなくてもよく、レーザマーカ1000が印字パターン入力部10から印字パターンを受け取ってもよい。また、印字パターンには、例えば、「0」や「1」といった数字、「A」や「B」といった英字など、印字対象物に対して印字される様々な識別情報や、レーザマーカによりマーキング可能な様々な情報が含まれる。 As shown in FIG. 3, the print pattern input unit 10 accepts a print pattern input by a user (S101). A general computer with an interface such as a touch panel can be used as the print pattern input unit 10. The print pattern input unit 10 does not necessarily have to be provided in the laser marker 1000; the laser marker 1000 may receive the print pattern from the print pattern input unit 10. Furthermore, the print pattern includes various identification information to be printed on the printing target, such as numbers such as "0" and "1" or letters such as "A" and "B," as well as various information that can be marked by a laser marker.
印字座標生成部11は、S101において入力された印字パターンを印字するための座標(x,y)を生成する(S102)。印字座標生成部11としては、印字パターン入力部10と同様、一般的なコンピュータを用いることができる。上記座標は、例えば、印字対象物7の平面における印字パターンを構成するラインの位置を表す情報である。 The print coordinate generation unit 11 generates coordinates (x, y) for printing the print pattern input in S101 (S102). As with the print pattern input unit 10, a general-purpose computer can be used as the print coordinate generation unit 11. The coordinates are, for example, information representing the positions of the lines that make up the print pattern on the plane of the print target 7.
印字制御部12は、S102において生成された座標(x,y)の位置がレーザ光スポット位置P1となるようにレーザ光走査部4およびレーザ光走査部5を走査して、印字パターンを印字対象物7に印字する(S103)。 The printing control unit 12 scans the laser light scanning unit 4 and the laser light scanning unit 5 so that the position of the coordinates (x, y) generated in S102 becomes the laser light spot position P1, and prints the printing pattern on the printing object 7 (S103).
印字対象物7に印字パターンが印字されたときのレーザ光スポット位置P1からの反射光L2が、集光用のfθレンズ6a、Xミラー4a及びYミラー4b、1/4波長板3b、ビームスプリッタ3aを経て、ラインセンサ8bに到達すると、ラインセンサ8bは上記反射光L2を検出し、印字制御部12は、当該検出された上記反射光L2の輝度からレーザ光形状を計測する。そして、印字制御部12は、特定した上記レーザ光形状について、ラインセンサ8b上における重心位置を算出し、あらかじめ定められた所望のレーザ光形状の重心位置と、上記算出したラインセンサ8b上における重心位置とを比較する(S104)。 When the print pattern is printed on the print target 7, reflected light L2 from laser light spot position P1 passes through the focusing fθ lens 6a, X mirror 4a and Y mirror 4b, quarter-wave plate 3b, and beam splitter 3a and reaches line sensor 8b. Line sensor 8b detects the reflected light L2, and the print control unit 12 measures the laser light shape from the brightness of the detected reflected light L2. The print control unit 12 then calculates the center of gravity position on line sensor 8b for the identified laser light shape and compares the calculated center of gravity position on line sensor 8b with the center of gravity position of a predetermined desired laser light shape (S104).
印字制御部12は、上記算出したラインセンサ8b上における重心位置が、所望のレーザ光形状の重心位置に対して所定の条件を満たすか否かを判定する(S105)。例えば、印字制御部12は、上記算出したラインセンサ8b上における重心位置が、所望のレーザ光形状の重心位置に対して±5%の範囲内にあるか否かを判定する。 The print control unit 12 determines whether the calculated center of gravity position on the line sensor 8b satisfies predetermined conditions with respect to the center of gravity position of the desired laser beam shape (S105). For example, the print control unit 12 determines whether the calculated center of gravity position on the line sensor 8b is within a range of ±5% with respect to the center of gravity position of the desired laser beam shape.
印字制御部12は、上記算出したラインセンサ8b上における重心位置が、所望のレーザ光形状の重心位置に対して±5%の範囲内にあると判定した場合(S105;Yes)、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を維持し(S106)、S108に進む。 If the print control unit 12 determines that the calculated center of gravity position on the line sensor 8b is within a range of ±5% of the center of gravity position of the desired laser beam shape (S105; Yes), it maintains the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a (S106) and proceeds to S108.
一方、印字制御部12は、上記算出したラインセンサ8b上における重心位置が、所望のレーザ光形状の重心位置に対して±5%の範囲内にないと判定した場合(S105;No)、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を変更するように、計測誤差生成回路9aに指示する。計測誤差生成回路9aは、当該指示に従って、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を変更する(S107)。以降、ステップS105に戻り、計測誤差生成回路9aは、上記範囲内になるように、上記発散角調整素子の位置を変更する制御を行う。 On the other hand, if the print control unit 12 determines that the calculated center of gravity position on the line sensor 8b is not within a range of ±5% of the center of gravity position of the desired laser beam shape (S105; No), it instructs the measurement error generation circuit 9a to change the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a. The measurement error generation circuit 9a changes the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a in accordance with the instruction (S107). Thereafter, the process returns to step S105, and the measurement error generation circuit 9a performs control to change the position of the divergence angle adjustment element so that it is within the above range.
印字制御部12は、S106を実行すると、S102で生成された全ての座標(x,y)について印字したか否かを判定し(S108)、S102で生成された全ての座標(x,y)について印字したと判定した場合(S108;Yes)、本処理を終了する。 After executing S106, the printing control unit 12 determines whether printing has been completed for all coordinates (x, y) generated in S102 (S108), and if it determines that printing has been completed for all coordinates (x, y) generated in S102 (S108; Yes), it terminates this processing.
一方、印字制御部12は、S106を実行すると、S102で生成された全ての座標(x,y)について印字していないと判定した場合(S108;No)、S103に戻り、全ての座標(x,y)について印字するまで、以降の処理を繰り返す。 On the other hand, if the printing control unit 12 executes S106 and determines that printing has not been performed for all of the coordinates (x, y) generated in S102 (S108; No), it returns to S103 and repeats the subsequent processing until printing has been performed for all of the coordinates (x, y).
以上、本実施例におけるレーザマーカ1000によれば、反射光L2のレーザ光形状に基づいてフォーカス制御を行うため、高い視認性と高速な印字とを、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招くことなく両立することができるようになる。
(実施例2)
実施例1では、レーザ光スポット位置から得られた反射光のレーザ光形状に基づいて直接的にフォーカス制御を行うことで、高い視認性と高速な印字とを実現した。レーザマーキングを行う場合、レーザ光が可視でないため、印字対象物に印字しながらレーザ光スポット位置やレーザ光の強度を調整することとなる。以下では、そのような調整を精度よくかつ容易にするため、レーザ光スポット位置やレーザ光の強度をモニタするスポットモニタ機能をさらに備える。このような構成を採用することで、デフォーカス印字や印字パワーの時系列なデータが取得でき、これらのデータを、レーザ光スポットのスポット径を拡大するためのビームエクスパンダへの指令値として活用することができる。その結果、1つのレーザマーカで様々な形状のレーザ光についてレーザ光スポット位置やレーザ光の強度をモニタすることができ、導入コストを削減しつつ、記録状態を把握して印字潰れを抑えながら高速に印字することができる。
As described above, according to the laser marker 1000 of this embodiment, focus control is performed based on the laser beam shape of the reflected light L2, so that high visibility and high-speed printing can be achieved simultaneously without increasing the size, cost, or lifespan of the device.
Example 2
In Example 1, high visibility and high-speed printing were achieved by directly controlling focus based on the laser beam shape of the reflected light obtained from the laser beam spot position. When performing laser marking, since the laser beam is invisible, the laser beam spot position and laser beam intensity must be adjusted while marking the target object. In the following, to facilitate such adjustments with precision, a spot monitor function for monitoring the laser beam spot position and laser beam intensity is further provided. By adopting this configuration, time-series data on defocus printing and printing power can be acquired, and this data can be used as command values for a beam expander to expand the spot diameter of the laser beam spot. As a result, a single laser marker can monitor the laser beam spot position and laser beam intensity for laser beams of various shapes, reducing implementation costs and enabling high-speed printing while understanding the recording status and preventing print distortion.
図4は、実施例2におけるレーザマーカ2000の機能的な構成の一例を示す図である。レーザマーカ2000は、実施例1におけるレーザマーカ1000と同様、印字対象物の印字対象面に対して、所定波長のレーザ光を照射して、任意のパターンを印字することが可能な装置である。以下では、実施例1におけるレーザマーカ1000と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、レーザマーカ1000と異なる構成について主に説明する。 Figure 4 is a diagram showing an example of the functional configuration of the laser marker 2000 in Example 2. Like the laser marker 1000 in Example 1, the laser marker 2000 is a device that can print any pattern by irradiating the surface of an object to be printed with laser light of a predetermined wavelength. Below, the same components as those in the laser marker 1000 in Example 1 will be assigned the same reference numerals and their description will be omitted, and the following will mainly describe the configuration that differs from the laser marker 1000.
図4に示すように、レーザマーカ2000は、実施例1におけるレーザマーカ1000と同様の、レーザ光発生部1、レーザ光径調整部2、レーザ光分岐部3、レーザ光走査部4およびレーザ光走査部5、レーザ光照射部6、印字制御部12と、実施例1におけるレーザマーカ1000とは異なるレーザ光計測部80、焦点制御部90を有する。レーザ光計測部80は、例えば、反射光のレーザ光形状および重心位置を計測するためのセンサである。焦点制御部90は、例えば、レーザ光計測部80により計測された反射光のレーザ光形状および重心位置に基づいて、焦点位置の制御などのフォーカス制御を行うための回路である。 As shown in FIG. 4, the laser marker 2000 has the same laser light generating unit 1, laser light diameter adjusting unit 2, laser light branching unit 3, laser light scanning unit 4 and laser light scanning unit 5, laser light irradiation unit 6, and print control unit 12 as the laser marker 1000 in Example 1, but also a laser light measuring unit 80 and focus control unit 90 that are different from the laser marker 1000 in Example 1. The laser light measuring unit 80 is, for example, a sensor for measuring the laser light shape and center of gravity position of the reflected light. The focus control unit 90 is, for example, a circuit for performing focus control, such as controlling the focal position, based on the laser light shape and center of gravity position of the reflected light measured by the laser light measuring unit 80.
図5は、図4に示したレーザマーカ2000の物理的な構成の一例を示す図である。図5に示すように、レーザマーカ2000は、物理的には、実施例1におけるレーザマーカ1000と同様、レーザ光源1a、ビームエクスパンダ2a、ビームスプリッタ3aおよび1/4波長板3b、Xミラー4a及びYミラー4b、集光用のfθレンズ6aを有する。 Figure 5 is a diagram showing an example of the physical configuration of the laser marker 2000 shown in Figure 4. As shown in Figure 5, the laser marker 2000 physically has a laser light source 1a, a beam expander 2a, a beam splitter 3a and a quarter-wave plate 3b, an X mirror 4a and a Y mirror 4b, and an fθ lens 6a for focusing, similar to the laser marker 1000 in Example 1.
さらに、レーザマーカ2000は、レーザ光計測部80として動作する、レーザ光形状計測用の結像レンズ80aおよびラインセンサ80b、重心位置計測用の結像レンズ80cおよび重心位置計測用センサ80d、レーザ光スポット位置からの反射光を分岐するハーフビームスプリッタ80eを有する。さらに、レーザマーカ2000は、ラインセンサ80bおよび重心位置計測用センサ80dから出力された信号を用いてレーザ光スポット位置やレーザ光の強度を調整するための計測誤差生成回路90aを有する。重心位置計測用センサ80dとしては、OEIC(Optoelectronic Integrated Circuit)や各種カメラを用いることができる。 The laser marker 2000 also includes an imaging lens 80a and line sensor 80b for measuring the shape of the laser beam, an imaging lens 80c and center of gravity position measurement sensor 80d for measuring the center of gravity position, and a half beam splitter 80e that splits the reflected light from the laser beam spot position, all of which function as the laser beam measurement unit 80. The laser marker 2000 also includes a measurement error generation circuit 90a that uses signals output from the line sensor 80b and center of gravity position measurement sensor 80d to adjust the laser beam spot position and the intensity of the laser beam. An OEIC (Optoelectronic Integrated Circuit) or various cameras can be used as the center of gravity position measurement sensor 80d.
図5では、実施例1と同様、ビームエクスパンダ2aにより調整されたレーザ光L1が、Xミラー4a及びYミラー4bによって反射し、集光用のfθレンズ6aを経て印字対象物7にマーキングされた後、レーザ光スポット位置P1からの反射光L2が、1/4波長板3b、ビームスプリッタ3aを経て、レーザ光計測部80に入力される。入力された上記反射光L2は、レーザ光計測部80のハーフビームスプリッタ80eにより分岐される。上記分岐された一方の反射光は、実施例1の場合と同様、結像レンズ80aを経てラインセンサ80bに入力されることで、上記反射光L2のレーザ光形状が計測される。例えば、ラインセンサ80bでは、実施例1と同様、上記反射光L2として、ガウス型のレーザ光形状F1が計測される。 In Figure 5, as in Example 1, laser light L1 adjusted by beam expander 2a is reflected by X mirror 4a and Y mirror 4b, passes through focusing fθ lens 6a, and is then marked on the printing target 7. Reflected light L2 from laser light spot position P1 passes through quarter-wave plate 3b and beam splitter 3a and is input to laser light measurement unit 80. The input reflected light L2 is split by half beam splitter 80e of laser light measurement unit 80. As in Example 1, one of the split reflected light beams passes through imaging lens 80a and is input to line sensor 80b, where the laser light shape of the reflected light L2 is measured. For example, as in Example 1, line sensor 80b measures a Gaussian laser light shape F1 as the reflected light L2.
一方、上記分岐された他方の反射光は、結像レンズ80cを経て重心位置計測用センサ80dに入力されることで、上記反射光L2の重心位置が計測される。 Meanwhile, the other branched reflected light passes through the imaging lens 80c and is input to the center of gravity position measurement sensor 80d, thereby measuring the center of gravity position of the reflected light L2.
図6は、重心位置計測用センサ80dがレーザ光の重心位置を計測する様子を説明するための図である。ここでは、重心位置計測用センサ80dがOEICである場合について説明する。 Figure 6 is a diagram illustrating how the center-of-gravity position measurement sensor 80d measures the center-of-gravity position of the laser light. Here, we will explain the case where the center-of-gravity position measurement sensor 80d is an OEIC.
図6に示すように、重心位置計測用センサ80dを構成するOEICの出力信号は、ビームスポットと印字対象物との位置関係に応じて、3つのパターンに分類される。例えば、ビームスポットが印字対象物よりも手前に形成されるパターンの場合(a)、ビームスポットが印字対象物で形成されるパターンの場合(b)、ビームスポットが印字対象物よりも奥に形成されるパターンの場合(c)、に分類される。この例では、(a)では、対角線方向に加算した信号レベルの差がマイナス、(b)では差がゼロ、(c)では差がプラスとなる信号が出力される。 As shown in Figure 6, the output signal of the OEIC that constitutes the center of gravity position measurement sensor 80d is classified into three patterns depending on the positional relationship between the beam spot and the object to be printed. For example, it can be classified into (a) a pattern in which the beam spot is formed in front of the object to be printed, (b) a pattern in which the beam spot is formed on the object to be printed, and (c) a pattern in which the beam spot is formed behind the object to be printed. In this example, in (a), a signal is output in which the difference in signal levels added in the diagonal direction is negative, in (b) the difference is zero, and in (c) the difference is positive.
このように、重心位置計測用センサ80dにより、ビームスポットの重心位置を直接計測できる。この例ではOEICを例示したが、各種カメラを用いた場合も同様に考えてよい。この場合は、画像を疑似的に4つの領域に分割した上で、分割した各領域のうち対角線方向の領域における信号レベルの差を算出することで、上記(a)~(c)のいずれのパターンに該当するのかを判定すればよい。 In this way, the center of gravity position measurement sensor 80d can directly measure the center of gravity position of the beam spot. While an OEIC is used in this example, the same can be considered when using various cameras. In this case, the image is divided into four pseudo-regions, and the difference in signal level between the diagonal regions of each divided region is calculated to determine which of the above patterns (a) to (c) it corresponds to.
ラインセンサ80bが上記反射光L2のレーザ光形状を計測し、重心位置計測用センサ80dがレーザ光の重心位置を計測すると、これらの結果から、計測誤差生成回路90aが、所望のレーザ光形状および重心位置とのずれ量を算出し、当該ずれ量に応じて、ビームエクスパンダ2aの発散角調整を調整する。このような制御により、レーザビームのスポット径とスポットの形状とを速やかに精度よく変更することができ、例えば、印字対象物7に対して、複数本のレーザビームによる印字と同等の太さとなるような所望の印字太さで印字することができる。その結果、視認性よく印字スピードを向上させることができる。 When the line sensor 80b measures the laser beam shape of the reflected light L2 and the center of gravity position measurement sensor 80d measures the center of gravity position of the laser beam, the measurement error generation circuit 90a uses these results to calculate the amount of deviation from the desired laser beam shape and center of gravity position, and adjusts the divergence angle of the beam expander 2a accordingly. This control makes it possible to quickly and accurately change the laser beam spot diameter and spot shape, enabling, for example, printing on the printing object 7 with the desired print thickness, equivalent to that of printing using multiple laser beams. As a result, printing speed can be improved with good visibility.
図7は、本実施例においてレーザ光形状を計測してレーザマーキングを行うマーキング処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。図7のS201~S203までの各処理は、実施例1におけるS101~S103の各処理と同様であるため、ここではその説明を省略し、S204以降の処理について説明する。 Figure 7 is a flowchart showing an example of the marking process steps in this embodiment, in which the laser beam shape is measured and laser marking is performed. Since steps S201 to S203 in Figure 7 are the same as steps S101 to S103 in the first embodiment, their explanation will be omitted here, and only steps S204 and onward will be described.
図7に示すように、S203において、印字パターンが印字対象物7に印字されると、重心位置計測用センサ80dが検出した重心位置のずれ量に応じて、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を変更する。例えば、印字制御部12は、ビームスポットの重心位置が、図6に示したパターン(b)(すなわち、OEICの出力信号の値が±0)となるように、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を調整するように、計測誤差生成回路90aに指示する。計測誤差生成回路90aは、当該指示に従って、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を調整する。印字制御部12は、あらかじめ定められた所望のレーザ光形状の重心位置と、上記重心位置計測用センサ80dが検出した重心位置とを比較する(S204)。 As shown in FIG. 7, in S203, once the print pattern is printed on the print target 7, the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a is changed depending on the amount of deviation in the center of gravity detected by the center of gravity measurement sensor 80d. For example, the print control unit 12 instructs the measurement error generation circuit 90a to adjust the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a so that the center of gravity of the beam spot becomes pattern (b) shown in FIG. 6 (i.e., the value of the OEIC output signal is ±0). The measurement error generation circuit 90a adjusts the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a in accordance with the instruction. The print control unit 12 compares the center of gravity of a predetermined desired laser beam shape with the center of gravity detected by the center of gravity measurement sensor 80d (S204).
印字制御部12は、上記重心位置計測用センサ80dが検出した重心位置が、所望のレーザ光形状の重心位置に対して所定の条件を満たすか否かを判定する(S205)。例えば、印字制御部12は、上記重心位置計測用センサ80dが検出した重心位置が、所望のレーザ光形状の重心位置に対して±5%の範囲内にあるか否かを判定する。 The print control unit 12 determines whether the center of gravity position detected by the center of gravity position measurement sensor 80d satisfies predetermined conditions with respect to the center of gravity position of the desired laser beam shape (S205). For example, the print control unit 12 determines whether the center of gravity position detected by the center of gravity position measurement sensor 80d is within a range of ±5% with respect to the center of gravity position of the desired laser beam shape.
印字制御部12は、上記重心位置計測用センサ80dが検出した重心位置が、所望のレーザ光形状の重心位置に対して±5%の範囲内にあると判定した場合(S205;Yes)、印字制御部12は、実施例1と同様、ラインセンサ80bにより検出された上記反射光L2の輝度からレーザ光形状を特定する。さらに、印字制御部12は、特定した上記レーザ光形状と所望のレーザ光形状との類似度の差分を算出する(S206)。 If the print control unit 12 determines that the center of gravity position detected by the center of gravity position measurement sensor 80d is within a range of ±5% of the center of gravity position of the desired laser beam shape (S205; Yes), the print control unit 12 identifies the laser beam shape from the brightness of the reflected light L2 detected by the line sensor 80b, as in Example 1. Furthermore, the print control unit 12 calculates the difference in similarity between the identified laser beam shape and the desired laser beam shape (S206).
印字制御部12は、上記特定した上記レーザ光形状と所望のレーザ光形状との類似度の差分が、所定の条件を満たすか否かを判定する(S207)。例えば、印字制御部12は、両者の類似度の差分が±5%の範囲内にあるか否かを判定する。 The print control unit 12 determines whether the difference in similarity between the identified laser beam shape and the desired laser beam shape satisfies a predetermined condition (S207). For example, the print control unit 12 determines whether the difference in similarity between the two is within a range of ±5%.
印字制御部12は、上記特定した上記レーザ光形状と所望のレーザ光形状との類似度の差分が±5%の範囲内にあると判定した場合(S207;Yes)、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を維持し(S208)、S209に進む。 If the print control unit 12 determines that the difference in similarity between the identified laser beam shape and the desired laser beam shape is within a range of ±5% (S207; Yes), it maintains the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a (S208) and proceeds to S209.
一方、印字制御部12は、上記特定した上記レーザ光形状と所望のレーザ光形状との類似度の差分が±5%の範囲内にないと判定した場合(S207;No)、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を変更するように、計測誤差生成回路90aに指示する。計測誤差生成回路90aは、当該指示に従って、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を微調整する(S209)。以降、ステップS206に戻り、計測誤差生成回路90aは、上記範囲内になるように、上記発散角調整素子の位置を変更する制御を行う。 On the other hand, if the print control unit 12 determines that the difference in similarity between the identified laser beam shape and the desired laser beam shape is not within the range of ±5% (S207; No), it instructs the measurement error generation circuit 90a to change the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a. The measurement error generation circuit 90a fine-tunes the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a in accordance with the instruction (S209). After this, the process returns to step S206, and the measurement error generation circuit 90a controls the change of the position of the divergence angle adjustment element so that it is within the above range.
印字制御部12は、S208を実行すると、S202で生成された全ての座標(x,y)について印字したか否かを判定し(S210)、S202で生成された全ての座標(x,y)について印字したと判定した場合(S210;Yes)、本処理を終了する。 After executing S208, the printing control unit 12 determines whether printing has been completed for all coordinates (x, y) generated in S202 (S210), and if it determines that printing has been completed for all coordinates (x, y) generated in S202 (S210; Yes), it terminates this processing.
一方、印字制御部12は、S102で生成された全ての座標(x,y)について印字していないと判定した場合(S210;No)、S203に戻り、全ての座標(x,y)について印字するまで、以降の処理を繰り返す。 On the other hand, if the print control unit 12 determines that printing has not been performed for all of the coordinates (x, y) generated in S102 (S210; No), it returns to S203 and repeats the subsequent processing until printing has been performed for all of the coordinates (x, y).
図7に示した処理は、図8に示すように、ステップS209を行わずに、S204に戻って、以降の処理を行ってもよい。図8では、印字制御部12が、上記特定した上記レーザ光形状と所望のレーザ光形状との類似度の差分が±5%の範囲内にないと判定した場合(S207;No)、S204に戻って、以降の処理を行っている。このような制御により、上記特定した上記レーザ光形状と所望のレーザ光形状との類似度の差分が±5%の範囲内にない場合、直ちに、重心位置のずれ量を考慮して、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を変更することができ、より速やかにマーキング処理を行うことができる。 As shown in FIG. 8, the process shown in FIG. 7 may skip step S209 and return to S204 to perform subsequent processes. In FIG. 8, if the print control unit 12 determines that the difference in similarity between the identified laser beam shape and the desired laser beam shape is not within ±5% (S207; No), the process returns to S204 and performs subsequent processes. With this control, if the difference in similarity between the identified laser beam shape and the desired laser beam shape is not within ±5%, the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a can be immediately changed taking into account the deviation amount of the center of gravity position, allowing for faster marking processing.
以上、本実施例におけるレーザマーカ2000によれば、反射光L2のビームスポットとレーザ光形状とに基づいてフォーカス制御を行うため、レーザ光スポット位置やレーザ光の強度を自動的に調整することができ、操作負担を軽減しつつ、高い視認性と高速な印字とを、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招くことなく両立することができるようになる。 As described above, the laser marker 2000 in this embodiment performs focus control based on the beam spot of reflected light L2 and the laser light shape, making it possible to automatically adjust the laser light spot position and laser light intensity. This reduces the operational burden and enables high visibility and high-speed printing to be achieved without increasing the size, cost, or lifespan of the device.
レーザマーカの印字スピードを上げることで高速な印字を実現する方法として、モータを改良するなどしてガルバノミラーのスピードを上げてメカニカル的に印字スピードを向上させる方法、レーザビームのビームスポット径を拡大させて光学的に印字スピードを向上させる方法がある。前者の場合、モータの性能に依存するため、装置の大型化や高コスト化を招いてしまい、後者の方法が望ましいといえる。しかし、後者の場合でも、印字幅がビームスポット径よりも太い場合には、ガルバノミラーのスピードを上げて複数ラインのレーザビームによる印字が必要となり、この場合も上述した高コスト化、短寿命化といった問題が解決されない。 Methods for achieving high-speed printing by increasing the printing speed of a laser marker include mechanically increasing the printing speed by increasing the speed of the galvanometer mirror through improvements to the motor, or optically increasing the printing speed by increasing the beam spot diameter of the laser beam. The former method depends on the performance of the motor, which leads to larger and more expensive equipment, so the latter method is preferable. However, even in the latter case, if the printing width is wider than the beam spot diameter, it is necessary to increase the speed of the galvanometer mirror and print multiple lines with the laser beam, which again does not solve the problems of high cost and short life mentioned above.
しかし、本実施例によれば、従来のように距離センサを用いることなく、上述したスポットモニタ機能により、レーザ光形状およびレーザ光スポット位置を直接モニタリングすることで、レーザ光形状およびレーザ光スポット位置を速やかに変更することができるとともに、ガウス型に限らず、トップハット型やリング型など、印字幅とビームスポット径との関係性に応じて成形されたビームについてモニタリングすることで、複数ラインのレーザビームによる印字を生じさせることなく、印字の視認性と高速性の両立を図ることができる。すなわち、高い視認性と高速印字とを両立するためには、光源となるレーザ光の高出力化が必要となり、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招いてしまうところ、レーザ光の光強度を成形し、ガウス型から他のレーザ光形状に変えることで必要なレーザパワーを低減し、装置の小型化、低コスト化を図ることができるようになる。
(実施例3)
実施例2ではラインセンサにより検出したレーザ光形状F1を検出し、レーザ光の重心位置を計測することで、レーザ光スポット位置やレーザ光の強度を調整可能とし、ガウス型に限らず、トップハット型やリング型など、印字幅とビームスポット径との関係性に応じてビーム成形する場合について説明した。以下では、これらのレーザ光形状のビームが成形して出力され、これらのレーザ光形状の検出および重心位置の計測を行う場合について説明する。
However, according to this embodiment, the laser beam shape and the laser beam spot position can be directly monitored by the above-mentioned spot monitor function without using a distance sensor as in the conventional technology, thereby making it possible to quickly change the laser beam shape and the laser beam spot position, and by monitoring beams shaped in accordance with the relationship between the print width and the beam spot diameter, such as not only Gaussian but also top hat and ring shapes, it is possible to achieve both high visibility and high speed printing without printing with a laser beam of multiple lines. In other words, to achieve both high visibility and high speed printing, it is necessary to increase the output of the laser beam that serves as the light source, which would result in an increase in the size, cost, and life of the device. However, by shaping the light intensity of the laser beam and changing it from a Gaussian shape to another laser beam shape, it is possible to reduce the required laser power, thereby making it possible to reduce the size and cost of the device.
Example 3
In the second embodiment, the laser beam shape F1 detected by the line sensor is detected, and the center of gravity position of the laser beam is measured, thereby making it possible to adjust the laser beam spot position and the intensity of the laser beam, and the beam is shaped not only into a Gaussian shape but also into a top hat shape, ring shape, etc., depending on the relationship between the print width and the beam spot diameter. Below, a description will be given of cases where beams of these laser beam shapes are shaped and output, and these laser beam shapes are detected and their center of gravity positions are measured.
図9は、実施例3におけるレーザマーカ3000の機能的な構成の一例を示す図である。レーザマーカ3000は、実施例1、2におけるレーザマーカ1000、2000と同様、印字対象物の印字対象面に対して、所定波長のレーザ光を照射して、任意のパターンを印字することが可能な装置である。以下では、実施例1、2におけるレーザマーカ1000、2000と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、レーザマーカ1000と異なる構成について主に説明する。 Figure 9 is a diagram showing an example of the functional configuration of laser marker 3000 in Example 3. Like laser markers 1000 and 2000 in Examples 1 and 2, laser marker 3000 is a device that can print any pattern by irradiating the surface of an object to be printed with laser light of a predetermined wavelength. Below, the same components as those in laser markers 1000 and 2000 in Examples 1 and 2 will be assigned the same reference numerals and their description will be omitted, and the following will mainly describe the configuration that differs from laser marker 1000.
図9に示すように、レーザマーカ3000は、実施例1、2におけるレーザマーカ1000、2000と同様の、レーザ光発生部1、レーザ光径調整部2、レーザ光分岐部3、レーザ光走査部4およびレーザ光走査部5、レーザ光照射部6、印字制御部12と、実施例2におけるレーザマーカと同様のレーザ光計測部80、焦点制御部90を有する。さらに、本実施例では、発散角調整素子の位置が調整されたレーザ光径調整部2を経たレーザ光を成形するためのレーザ光成形部13を有する。 As shown in Figure 9, the laser marker 3000 has the same components as the laser markers 1000 and 2000 in Examples 1 and 2: a laser light generating unit 1, a laser light diameter adjusting unit 2, a laser light branching unit 3, a laser light scanning unit 4 and a laser light scanning unit 5, a laser light emitting unit 6, and a print control unit 12, as well as the same components as the laser marker in Example 2: a laser light measuring unit 80 and a focus control unit 90. Furthermore, in this example, the laser marker 3000 has a laser light shaping unit 13 for shaping the laser light that has passed through the laser light diameter adjusting unit 2 in which the position of the divergence angle adjustment element has been adjusted.
図10は、図9に示したレーザマーカ3000の物理的な構成の一例を示す図である。図10に示すように、レーザマーカ3000は、物理的には、実施例1、2におけるレーザマーカ1000、2000と同様、レーザ光源1a、ビームエクスパンダ2a、ビームスプリッタ3aおよび1/4波長板3b、Xミラー4a及びYミラー4b、集光用のfθレンズ6aを有する。さらに、レーザマーカ3000は、レーザ光形状成型素子13aを有する。レーザ光形状成型素子13aとしては、DOE(Diffractive Optical Element:回折光学素子)、またはROE(Refractive Optical Element:屈折型光学素子)を用いることができる。レーザ光形状成型素子13aは、例えば、ガウス型形状、トップハット型形状、リング型形状のレーザ光形状となるように、レーザ光源1aから出射されたレーザ光L1を成形する。なお、レーザ光計測部80、焦点制御部90の物理的な構成については、実施例2と同様であるため、ここではその説明を省略している。 Figure 10 is a diagram showing an example of the physical configuration of the laser marker 3000 shown in Figure 9. As shown in Figure 10, the laser marker 3000 physically has a laser light source 1a, a beam expander 2a, a beam splitter 3a and a quarter-wave plate 3b, an X mirror 4a and a Y mirror 4b, and an fθ lens 6a for focusing, similar to the laser markers 1000 and 2000 in Examples 1 and 2. Furthermore, the laser marker 3000 has a laser beam shaping element 13a. A DOE (Diffractive Optical Element) or an ROE (Refractive Optical Element) can be used as the laser beam shaping element 13a. The laser beam shaping element 13a shapes the laser beam L1 emitted from the laser source 1a so that it has a laser beam shape such as a Gaussian shape, a top hat shape, or a ring shape. Note that the physical configuration of the laser beam measuring unit 80 and the focus control unit 90 is the same as in Example 2, and therefore a description thereof will be omitted here.
図10では、レーザ光形状成型素子13aにより成形されたレーザ光形状のレーザ光は、ビームスプリッタ3aを透過した後、上記反射光L2のレーザ光形状として、ラインセンサ80bにより検出される。例えば、ラインセンサ80bは、上記反射光L2として、ガウス型のレーザ光形状F1のほか、レーザ光形状成型素子13aにより成形された他の種類のレーザ光形状を検出する。この例では、ガウス型のレーザ光形状F1以外に、トップハット型のレーザ光形状F2、リング型のレーザ光形状F3を検出する。 In FIG. 10, after passing through the beam splitter 3a, the laser light having the laser light shape shaped by the laser light shape shaping element 13a is detected by the line sensor 80b as the laser light shape of the reflected light L2. For example, the line sensor 80b detects the Gaussian laser light shape F1 as well as other types of laser light shapes shaped by the laser light shape shaping element 13a as the reflected light L2. In this example, in addition to the Gaussian laser light shape F1, it also detects a top-hat laser light shape F2 and a ring-shaped laser light shape F3.
図11は、本実施例においてレーザ光形状を計測してレーザマーキングを行うマーキング処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。図11のS301~S305までの処理は、図7のS201~S205の各処理と同様であるため、ここではその説明を省略し、S306以降の処理について説明する。 Figure 11 is a flowchart showing an example of the marking process steps in this embodiment, in which the laser beam shape is measured and laser marking is performed. Since steps S301 to S305 in Figure 11 are the same as steps S201 to S205 in Figure 7, their explanation will be omitted here, and only steps S306 and beyond will be described.
図11に示すように、印字制御部12は、S305において、上記重心位置計測用センサ80dが検出した重心位置が、所望のレーザ光形状の重心位置に対して±5%の範囲内にあると判定すると(S305;Yes)、ラインセンサ80bで検出した輝度のレーザ光形状について最小二乗誤差を求め、当該最小二乗誤差でレーザ光形状を所定の関数でフィッティングした結果を出力する。さらに、あらかじめ定められた所望のレーザ光形状について最小二乗誤差を求め、当該最小二乗誤差でレーザ光形状を所定の関数でフィッティングした結果を出力する。そして、印字制御部12は、これらの出力結果の誤差を算出する(S306)。上記あらかじめ定められた所望のレーザ光形状は、例えば、ガウス型、トップハット型、リング型といった、実施例2に示したレーザ光形状である。 As shown in FIG. 11, if the print control unit 12 determines in S305 that the center of gravity position detected by the center of gravity position measurement sensor 80d is within a range of ±5% of the center of gravity position of the desired laser beam shape (S305; Yes), it calculates the least squares error for the laser beam shape of the brightness detected by the line sensor 80b, and outputs the result of fitting the laser beam shape with a predetermined function using the minimum squares error. Furthermore, it calculates the least squares error for a predetermined desired laser beam shape, and outputs the result of fitting the laser beam shape with a predetermined function using the minimum squares error. The print control unit 12 then calculates the error in these output results (S306). The predetermined desired laser beam shape is, for example, a Gaussian, top hat, or ring laser beam shape, as shown in Example 2.
印字制御部12は、S305で求めた誤差が±5%の範囲内にあるか否かを判定し(S307)、S305で求めた誤差が±5%の範囲内にあると判定した場合(S307;Yes)、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を維持し(S308)、S310に進む。 The print control unit 12 determines whether the error calculated in S305 is within a range of ±5% (S307), and if it determines that the error calculated in S305 is within a range of ±5% (S307; Yes), it maintains the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a (S308) and proceeds to S310.
一方、印字制御部12は、S305で求めた誤差が±5%の範囲内にないと判定した場合(S307;No)、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を変更するように、計測誤差生成回路90aに指示する。計測誤差生成回路90aは、当該指示に従って、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を微調整する(S309)。以降、ステップS307に戻り、計測誤差生成回路90aは、上記範囲内になるように、上記発散角調整素子の位置を変更する制御を行う。 On the other hand, if the print control unit 12 determines that the error calculated in S305 is not within the range of ±5% (S307; No), it instructs the measurement error generation circuit 90a to change the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a. The measurement error generation circuit 90a fine-tunes the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a in accordance with the instruction (S309). After this, the process returns to step S307, and the measurement error generation circuit 90a controls the change of the position of the divergence angle adjustment element so that it is within the above range.
印字制御部12は、S308を実行すると、S302で生成された全ての座標(x,y)について印字したか否かを判定し(S310)、S302で生成された全ての座標(x,y)について印字したと判定した場合(S310;Yes)、本処理を終了する。 After executing S308, the printing control unit 12 determines whether printing has been completed for all coordinates (x, y) generated in S302 (S310), and if it determines that printing has been completed for all coordinates (x, y) generated in S302 (S310; Yes), it terminates this processing.
一方、印字制御部12は、S302で生成された全ての座標(x,y)について印字していないと判定した場合(S310;No)、S303に戻り、全ての座標(x,y)について印字するまで、以降の処理を繰り返す。 On the other hand, if the print control unit 12 determines that printing has not been performed for all of the coordinates (x, y) generated in S302 (S310; No), it returns to S303 and repeats the subsequent processing until printing has been performed for all of the coordinates (x, y).
図11に示した処理は、図12に示すように、ステップS309を行わずに、S304に戻って、以降の処理を行ってもよい。図12では、印字制御部12が、S305で求めた誤差が±5%の範囲内にないと判定した場合(S307;No)、S304に戻って、以降の処理を行っている。このような制御により、S305で求めた誤差が±5%の範囲内にない場合、直ちに、重心位置のずれ量を考慮して、ビームエクスパンダ2aの発散角調整素子の位置を変更することができ、より速やかにマーキング処理を行うことができる。 As shown in FIG. 12, the process shown in FIG. 11 may skip step S309 and return to S304 to perform subsequent processes. In FIG. 12, if the print control unit 12 determines that the error calculated in S305 is not within the ±5% range (S307; No), the process returns to S304 and performs subsequent processes. With this type of control, if the error calculated in S305 is not within the ±5% range, the position of the divergence angle adjustment element of the beam expander 2a can be immediately changed taking into account the deviation amount of the center of gravity position, allowing for faster marking processing.
以上、本実施例におけるレーザマーカ3000によれば、レーザ光形状成型素子13aにより成形された、ガウス型、トップハット型、リング型といった様々なレーザ光形状の反射光L2のレーザ光形状と、あらかじめ定められたこれらの所望のレーザ光形状との誤差に基づいてフォーカス制御を行うため、レーザ光形状の各型に応じたレーザ光スポット位置やレーザ光の強度を自動的に調整することができ、操作負担を軽減しつつ、高い視認性と高速な印字とを、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招くことなく両立することができるようになる。 As described above, the laser marker 3000 in this embodiment performs focus control based on the error between the laser beam shape of the reflected light L2, which is shaped by the laser beam shape shaping element 13a into various laser beam shapes such as Gaussian, top hat, and ring, and these predetermined desired laser beam shapes. This allows the laser beam spot position and laser beam intensity to be automatically adjusted according to each type of laser beam shape, reducing the operational burden and achieving both high visibility and high-speed printing without increasing the size, cost, or lifespan of the device.
以上説明したように、実施例1にかかるレーザマーカ1000は、図1-3等を用いて説明したように、印字対象物(例えば、印字対象物7)の印字対象面に対して、レーザ光を照射して、任意のパターンを印字可能な印字装置(例えば、レーザマーカ1000)であって、レーザ光を発振するレーザ光発生部(例えば、レーザ光発生部1)と、上記レーザ光発生部から発振された所定波長のレーザ光のビーム径を調整するレーザ光径調整部(例えば、レーザ光径調整部2)と、上記レーザ光径調整部でレーザ光径が調整されたレーザ光の偏光により、透過と反射を行うレーザ光分岐部(例えば、レーザ光分岐部3)と、上記レーザ光分岐部を透過したレーザ光を、2次元的に走査するレーザ光走査部(例えば、レーザ光走査部4および5)と、上記レーザ光走査部により走査されたレーザ光を、印字対象物に照射するレーザ光照射部(例えば、レーザ光照射部6)と、上記印字対象物からの反射光を計測するレーザ光計測部(例えば、レーザ光計測部8)と、上記レーザ光計測部によって上記レーザ光径調整部を制御する焦点制御部(例えば、焦点制御部8)を備え、上記焦点制御部は、上記レーザ光計測部により計測された反射光のレーザ光の形状に基づいて、上記レーザ光照射部により上記印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する。これにより、反射光のレーザ光形状に基づいてフォーカス制御を行うため、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招くことなく、高い視認性と高速な印字とが両立可能となる。 As explained above, the laser marker 1000 according to Example 1 is a printing device (e.g., laser marker 1000) that can print any pattern by irradiating a laser beam onto the surface of a printing object (e.g., printing object 7), as explained using Figures 1-3, etc., and includes a laser beam generating unit (e.g., laser beam generating unit 1) that oscillates laser beam, a laser beam diameter adjusting unit (e.g., laser beam diameter adjusting unit 2) that adjusts the beam diameter of the laser beam of a predetermined wavelength oscillated from the laser beam generating unit, a laser beam branching unit (e.g., laser beam branching unit 3) that transmits and reflects the laser beam whose diameter has been adjusted by the laser beam diameter adjusting unit, and The laser beam scanning unit (e.g., laser beam scanning units 4 and 5) two-dimensionally scans the laser beam transmitted through the laser beam branching unit; a laser beam irradiating unit (e.g., laser beam irradiating unit 6) irradiates the object to be printed with the laser beam scanned by the laser beam scanning unit; a laser beam measuring unit (e.g., laser beam measuring unit 8) measures the light reflected from the object to be printed; and a focus control unit (e.g., focus control unit 8) controls the laser beam diameter adjustment unit using the laser beam measuring unit. The focus control unit controls the focal position of the laser beam irradiated onto the object to be printed by the laser beam irradiating unit based on the shape of the reflected laser beam measured by the laser beam measuring unit. As a result, focus control is performed based on the shape of the reflected laser beam, enabling both high visibility and high-speed printing without increasing the size, cost, or life of the device.
また、実施例2にかかるレーザマーカ2000は、図4-8等を用いて説明したように、上記レーザ光計測部は、上記レーザ光分岐部によりレーザ光の形状を計測するレーザ光形状計測部と、上記レーザ光の重心位置を計測する重心位置計測部(例えば、レーザ光計測部80、レーザ光形状計測用結像レンズ80a、ラインセンサ80b、重心位置計測用結像レンズ80c、重心位置計測用センサ80d、ハーフビームスプリッタ80e)を備え、上記レーザ光形状計測部と上記重心位置計測部とに基づいて、上記レーザ光径調整部のレーザ光の発散角を上記焦点制御部により制御し、上記レーザ光照射部で上記印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する。これにより、反射光のビームスポットとレーザ光形状とに基づいてフォーカス制御を行うため、レーザ光スポット位置やレーザ光の強度を自動的に調整することができる。その結果、操作負担を軽減しつつ、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招くことなく、高い視認性と高速な印字とが両立可能となる。 As described with reference to Figures 4-8 and other figures, the laser marker 2000 according to Example 2 includes a laser beam shape measurement unit that measures the shape of the laser beam using the laser beam branching unit, and a center of gravity measurement unit that measures the center of gravity of the laser beam (e.g., laser beam measurement unit 80, laser beam shape measurement imaging lens 80a, line sensor 80b, center of gravity position measurement imaging lens 80c, center of gravity position measurement sensor 80d, and half beam splitter 80e). Based on the laser beam shape measurement unit and the center of gravity position measurement unit, the focus control unit controls the divergence angle of the laser beam from the laser beam diameter adjustment unit, and the laser beam irradiation unit controls the focal position of the laser beam irradiated onto the target object. This allows focus control based on the beam spot of the reflected light and the laser beam shape, automatically adjusting the laser beam spot position and laser beam intensity. As a result, high visibility and high-speed printing can be achieved without increasing the size, cost, or lifespan of the device, while reducing the operational burden.
また、実施例3にかかるレーザマーカ3000は、図9-12等を用いて説明したように、上記レーザ光径調整部でレーザ光径が調整されたレーザ光の形状を成形して調整するレーザ光成形部(例えば、レーザ光成形部13)を備え、上記レーザ光形状計測部と上記重心位置計測部とに基づいて、上記レーザ光径調整部のレーザ光の発散角を上記焦点制御部により制御し、上記レーザ光照射部で上記印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する。これにより、成形後の様々なレーザ光形状の反射光のレーザ光形状と、あらかじめ定められたこれらの所望のレーザ光形状との誤差に基づいてフォーカス制御を行うため、レーザ光形状の各型に応じたレーザ光スポット位置やレーザ光の強度を自動的に調整することができる。その結果、操作負担を軽減しつつ、装置の大型化、高コスト化、短寿命化を招くことなく、高い視認性と高速な印字とが両立可能となる。 As described with reference to Figures 9-12 and other figures, the laser marker 3000 according to Example 3 includes a laser beam shaping unit (e.g., laser beam shaping unit 13) that shapes and adjusts the shape of the laser beam whose diameter has been adjusted by the laser beam diameter adjustment unit. The focus control unit controls the divergence angle of the laser beam from the laser beam diameter adjustment unit based on the laser beam shape measurement unit and the center of gravity position measurement unit, and the laser beam irradiation unit controls the focal position of the laser beam irradiated onto the object to be marked. This allows focus control based on the error between the laser beam shapes of the reflected light of various shaped laser beams and the predetermined desired laser beam shapes, thereby automatically adjusting the laser beam spot position and laser beam intensity according to each type of laser beam shape. As a result, high visibility and high-speed printing can be achieved without increasing the size, cost, or lifespan of the device, while reducing the operational burden.
本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化したり、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせて実施することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and in the implementation stage, the components may be modified and embodied within the scope of the gist of the invention, or multiple components disclosed in the above-described embodiments may be combined as appropriate.
1 レーザ光発生部
2 レーザ光径調整部
3 レーザ光分岐部
4 レーザ光走査部(x)
5 レーザ光走査部(y)
6 レーザ光照射部
7 印字対象物
8、80 レーザ計測部
9、90 焦点制御部
10 印字パターン入力部
11 印字座標生成部
12 印字制御部
13 レーザ光成形部
1a レーザ光源
2a ビームエクスパンダ
3a ビームスプリッタ
3b 1/4波長板
4a レーザ光走査用のXミラー
5a レーザ光走査用のYミラー
6a レーザ光集光用のfθレンズ
80a レーザ光形状計測用結像レンズ
80b ラインセンサ
80c 重心位置計測用結像レンズ
80d 重心位置計測用センサ
80e ハーフビームスプリッタ
13a ビーム成形素子
L1 レーザ光
L2 反射光
P1 レーザ光スポット位置
1 Laser light generating unit 2 Laser light diameter adjusting unit 3 Laser light branching unit 4 Laser light scanning unit (x)
5 Laser light scanning unit (y)
6 Laser light irradiation unit 7 Printing object 8, 80 Laser measurement unit 9, 90 Focus control unit 10 Print pattern input unit 11 Print coordinate generation unit 12 Print control unit 13 Laser light shaping unit 1a Laser light source 2a Beam expander 3a Beam splitter 3b 1/4 wavelength plate 4a X mirror 5a for laser light scanning Y mirror 6a for laser light scanning fθ lens 80a for laser light focusing Imaging lens 80b for laser light shape measurement Line sensor 80c Imaging lens 80d for center of gravity position measurement Sensor 80e for center of gravity position measurement Half beam splitter 13a Beam shaping element L1 Laser light L2 Reflected light P1 Laser light spot position
Claims (9)
レーザ光を発振するレーザ光発生部と、
前記レーザ光発生部から発振された所定波長のレーザ光のビーム径を調整するレーザ光径調整部と、
前記レーザ光径調整部でレーザ光径が調整されたレーザ光の偏光により、透過と反射を行うレーザ光分岐部と、
前記レーザ光分岐部を透過したレーザ光を、2次元的に走査するレーザ光走査部と、
前記レーザ光走査部により走査されたレーザ光を、印字対象物に照射するレーザ光照射部と、
前記印字対象物からの反射光を計測するレーザ光計測部と、
前記レーザ光計測部によって前記レーザ光径調整部を制御する焦点制御部を備え、
前記焦点制御部は、前記レーザ光計測部により計測された反射光のレーザ光の形状に基づいて、前記レーザ光照射部により前記印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する、
ことを特徴とする印字装置。 A printing device capable of printing any pattern by irradiating a printing surface of a printing object with laser light,
a laser light generating unit that oscillates a laser light;
a laser beam diameter adjusting unit that adjusts the beam diameter of the laser beam having a predetermined wavelength oscillated from the laser beam generating unit;
a laser beam branching unit that transmits and reflects the laser beam whose diameter has been adjusted by the laser beam diameter adjusting unit according to polarization;
a laser beam scanning unit that two-dimensionally scans the laser beam that has passed through the laser beam branching unit;
a laser light irradiation unit that irradiates a printing target with the laser light scanned by the laser light scanning unit;
a laser light measuring unit that measures reflected light from the printing object;
a focus control unit that controls the laser beam diameter adjustment unit using the laser beam measurement unit,
the focus control unit controls a focus position of the laser light irradiated onto the printing object by the laser light irradiating unit based on the shape of the reflected laser light measured by the laser light measuring unit.
A printing device characterized by:
前記レーザ光計測部により計測するレーザ光形状が、ガウス型、リング型、トップハット型のいずれかである、
ことを特徴とする印字装置。 2. The printing device according to claim 1,
the laser beam shape measured by the laser beam measuring unit is any one of a Gaussian type, a ring type, and a top hat type;
A printing device characterized by:
前記レーザ光計測部は、前記レーザ光分岐部によりレーザ光の形状を計測するレーザ光形状計測部と、前記レーザ光の重心位置を計測する重心位置計測部を備え、
前記レーザ光形状計測部と前記重心位置計測部とに基づいて、前記レーザ光径調整部のレーザ光の発散角を前記焦点制御部により制御し、前記レーザ光照射部で前記印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する、
ことを特徴とする印字装置。 2. The printing device according to claim 1,
the laser beam measuring unit includes a laser beam shape measuring unit that measures a shape of the laser beam by the laser beam branching unit, and a center of gravity position measuring unit that measures a center of gravity position of the laser beam,
a focus control unit that controls a divergence angle of the laser beam from the laser beam diameter adjustment unit based on the laser beam shape measurement unit and the center of gravity position measurement unit, and controls a focus position of the laser beam irradiated onto the printing object by the laser beam irradiation unit;
A printing device characterized by:
前記レーザ光計測部により計測するレーザ光形状が、ガウス型、リング型、トップハット型のいずれかである、
ことを特徴とする印字装置。 4. The printing device according to claim 3,
the laser beam shape measured by the laser beam measuring unit is any one of a Gaussian type, a ring type, and a top hat type;
A printing device characterized by:
前記レーザ光径調整部でレーザ光径が調整されたレーザ光の形状を成形して調整するレーザ光成形部を備え、
前記レーザ光形状計測部と前記重心位置計測部とに基づいて、前記レーザ光径調整部のレーザ光の発散角を前記焦点制御部により制御し、前記レーザ光照射部で前記印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する、
ことを特徴とする印字装置。 3. The printing device according to claim 2,
a laser beam shaping unit that shapes and adjusts the shape of the laser beam whose diameter has been adjusted by the laser beam diameter adjusting unit;
a focus control unit that controls a divergence angle of the laser beam from the laser beam diameter adjustment unit based on the laser beam shape measurement unit and the center of gravity position measurement unit, and controls a focus position of the laser beam irradiated onto the printing object by the laser beam irradiation unit;
A printing device characterized by:
前記レーザ光計測部により計測するレーザ光形状が、ガウス型、リング型、トップハット型のいずれかである、
ことを特徴とする印字装置。 4. The printing device according to claim 3,
the laser beam shape measured by the laser beam measuring unit is any one of a Gaussian type, a ring type, and a top hat type;
A printing device characterized by:
レーザ光発生部が、レーザ光を発振し、
レーザ光径調整部が、前記レーザ光発生部から発振された所定波長のレーザ光のビーム径を調整し、
レーザ光分岐部が、前記レーザ光径調整部でレーザ光径が調整されたレーザ光の偏光により、透過と反射を行い、
レーザ光走査部が、前記レーザ光分岐部を透過したレーザ光を、2次元的に走査し、
レーザ光照射部が、前記レーザ光走査部により走査されたレーザ光を、印字対象物に照射し、
レーザ光計測部が、前記印字対象物からの反射光を計測し、
焦点制御部が、前記レーザ光計測部によって前記レーザ光径調整部を制御し、
前記焦点制御部は、前記レーザ光計測部により計測された反射光のレーザ光の形状に基づいて、前記レーザ光照射部により前記印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する、
ことを特徴とする印字方法。 A printing method performed by a printing device capable of printing any pattern by irradiating a printing surface of a printing object with laser light, comprising:
The laser light generating unit oscillates a laser light,
a laser beam diameter adjusting unit that adjusts the beam diameter of the laser beam having a predetermined wavelength oscillated from the laser beam generating unit;
a laser beam branching unit that transmits and reflects the laser beam whose diameter has been adjusted by the laser beam diameter adjusting unit according to the polarization of the laser beam;
a laser beam scanning unit that two-dimensionally scans the laser beam that has passed through the laser beam branching unit;
a laser light irradiation unit irradiating the laser light scanned by the laser light scanning unit onto the printing object;
a laser light measuring unit that measures reflected light from the printing object;
a focus control unit that controls the laser beam diameter adjustment unit using the laser beam measurement unit;
the focus control unit controls a focus position of the laser light irradiated onto the printing object by the laser light irradiating unit based on the shape of the reflected laser light measured by the laser light measuring unit.
A printing method characterized by:
前記レーザ光計測部は、前記レーザ光分岐部によりレーザ光の形状を計測するレーザ光形状計測部と、前記レーザ光の重心位置を計測する重心位置計測部を備え、
前記レーザ光形状計測部と前記重心位置計測部とに基づいて、前記レーザ光径調整部のレーザ光の発散角を前記焦点制御部により制御し、前記レーザ光照射部で前記印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する、
ことを特徴とする印字方法。 8. The printing method according to claim 7,
the laser beam measuring unit includes a laser beam shape measuring unit that measures a shape of the laser beam by the laser beam branching unit, and a center of gravity position measuring unit that measures a center of gravity position of the laser beam,
a focus control unit that controls a divergence angle of the laser beam from the laser beam diameter adjustment unit based on the laser beam shape measurement unit and the center of gravity position measurement unit, and controls a focus position of the laser beam irradiated onto the printing object by the laser beam irradiation unit;
A printing method characterized by:
前記レーザ光径調整部でレーザ光径が調整されたレーザ光の形状を成形して調整するレーザ光成形部を備え、
前記レーザ光形状計測部と前記重心位置計測部とに基づいて、前記レーザ光径調整部のレーザ光の発散角を前記焦点制御部により制御し、前記レーザ光照射部で前記印字対象物に照射されたレーザ光の焦点位置を制御する、
ことを特徴とする印字方法。 9. The printing method according to claim 8,
a laser beam shaping unit that shapes and adjusts the shape of the laser beam whose diameter has been adjusted by the laser beam diameter adjusting unit;
a focus control unit that controls a divergence angle of the laser beam from the laser beam diameter adjustment unit based on the laser beam shape measurement unit and the center of gravity position measurement unit, and controls a focus position of the laser beam irradiated onto the printing object by the laser beam irradiation unit;
A printing method characterized by:
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2026017034A true JP2026017034A (en) | 2026-02-04 |
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