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WO2024219097A1 - レーザマーカ装置 - Google Patents

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WO2024219097A1
WO2024219097A1 PCT/JP2024/007979 JP2024007979W WO2024219097A1 WO 2024219097 A1 WO2024219097 A1 WO 2024219097A1 JP 2024007979 W JP2024007979 W JP 2024007979W WO 2024219097 A1 WO2024219097 A1 WO 2024219097A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser marker
marker device
printing
laser
beams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/007979
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
幸修 田中
真弓 長吉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd filed Critical Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Publication of WO2024219097A1 publication Critical patent/WO2024219097A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head

Definitions

  • the present invention relates to a laser marker device.
  • Patent Document 1 discloses this type of laser marking device (hereinafter referred to as the "conventional laser marker device").
  • the conventional laser marker device multiple (three) laser beams emitted from a semiconductor laser are converted into multiple beams with different angles using multiple lenses, which are optical axis angle adjustment means.
  • each of these beams is reflected by an X mirror and a Y mirror driven by a galvano scanner, and enters an f ⁇ lens as a laser beam, and is focused on a beam spot position on a workpiece placed at the focal position of the f ⁇ lens, and the workpiece is processed.
  • the beam spot position is scanned by the above two mirrors, and the distance between the beam spots is adjusted by the angle between the beams.
  • laser marker devices are required to use multiple laser beams to irradiate the target object with the multiple laser beams for printing.
  • conventional laser marker devices in order to print on the target object with multiple laser beams, it is necessary to adopt an optically complex configuration and perform optical adjustments.
  • conventional laser marker devices require a mechanism for splitting the laser beam into three and multiple lenses for adjusting the positions of the three laser beams, resulting in a complex optical configuration.
  • the present invention has been made to solve the above problems. That is, one of the objects of the present invention is to provide a laser marker device that can perform marking using multiple (two) laser lights (beams) with a simple configuration.
  • the laser marker device of the present invention is a laser marker device capable of printing any pattern by irradiating a laser light (beam) onto the surface of an object to be printed, and includes a beam generating unit that emits the beam, a polarizing element onto which the beam generated by the beam generating unit is incident and which separates the incident beam into two beams with different polarization states and emits them, a beam scanning unit that can scan the two beams irradiated onto the object to be printed in two-dimensional directions by changing the traveling direction of the two beams with different polarization states separated by the polarizing element, and a beam irradiation unit that focuses each of the two beams whose traveling direction has been changed by the beam scanning unit, and irradiates the two focused beams onto the object to be printed.
  • a beam generating unit that emits the beam
  • a polarizing element onto which the beam generated by the beam generating unit is incident and which separates the incident beam into two beams with different polarization states and emits
  • marking can be performed using multiple (two) laser beams with a simple configuration.
  • the effects described here are not necessarily limited to those described herein, and may be any of the effects described in this disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a laser marker according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a printing method by dividing a laser beam of the laser marker according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of a laser marker according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a printing method by dividing a laser beam of a laser marker according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a model diagram showing a printing example (horizontal line).
  • FIG. 6 is a timing chart showing an example of control signals when printing the print pattern of FIG.
  • FIG. 7 is a model diagram showing a printing example (horizontal line).
  • FIG. 8 is a timing chart showing an example of control signals when printing the print pattern of FIG.
  • FIG. 9 is a model diagram showing a printing example in which the laser spot position is rotated.
  • FIG. 10 is a timing chart showing an example of control signals when printing the print pattern of FIG.
  • FIG. 11 is a model diagram showing a printing example in which the laser spot position is rotated.
  • FIG. 12 is a timing chart showing an example of control signals when printing the print pattern of FIG.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a process flow executed by the controller.
  • Laser marker A laser marker device (hereinafter, referred to as a "laser marker") according to a first embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a laser marker according to the first embodiment.
  • the laser marker includes a laser oscillation unit 1, a laser beam diameter adjustment unit 2, a laser beam splitting unit 3, a laser beam scanning unit (x) 4, a laser beam scanning unit (y) 5, a laser beam irradiation unit 6, a print pattern input unit 8, and a controller CR1 (a print coordinate generation unit 9 and a print control unit 10).
  • the laser marker is configured to irradiate the printing object 7 with laser light and use the heat of the laser light to print (mark) any pattern on the printing object 7.
  • the printing object 7 may be configured to be able to move relatively to the laser light irradiating unit 6 by a transport means such as a belt conveyor. In this case, the laser marker prints (marks) the printing pattern on the moving printing object 7.
  • the laser oscillator 1 generates laser light L1 and emits it to the laser beam diameter adjustment unit 2.
  • the laser oscillator 1 can be configured with a laser that can output light with a wavelength and power suitable for printing according to the type of the printing object 7.
  • the laser oscillator 1 can be configured with various lasers such as a UV laser or a CO2 laser.
  • the laser beam diameter adjustment unit 2 adjusts the laser beam diameter of the laser beam L1 incident from the laser oscillation unit 1, and then outputs the laser beam to the laser beam splitting unit 3.
  • the laser beam diameter adjustment unit 2 can be configured, for example, with a beam expander.
  • the laser beam splitter 3 splits (separates) the laser beam incident from the laser beam diameter adjustment unit 2 into two beams at a predetermined separation angle, and emits each of the two split laser beams L11 and L12 to the laser beam scanning unit (x) 4.
  • the laser beam splitting unit 3 can be composed of a polarizing element.
  • the polarizing element splits the laser beam incident from one surface side (e.g., one main surface side) into two laser beams L11 and L12 with different polarization states (e.g., two laser beams L11 and L12 with mutually orthogonal vibration planes), and emits the two split laser beams L11 and L12 from the other surface side (e.g., the other main surface side opposite the one main surface).
  • a polarizing element is also called a "polarization separation element.”
  • polarizing elements are normally used in, for example, differential interference measurements.
  • the polarizing element splits the polarized light obtained from the light source into two, irradiates them on two different points on the sample, and then transmits the reflected light through the polarizing element again to combine them to measure differential interference.
  • the polarizing element used in this laser marker is used differently from how it is used in differential interference measurements. That is, unlike normal usage, in this laser marker, the polarizing element is used so that the two separated laser beams L11 and L12 with different polarization states are irradiated onto the marking object 7 without being recombined. As a result, marking is performed on the marking object 7 with spots of the two laser beams L11 and L12 polarized on the marking object 7, which is normally not polarization dependent.
  • a Nomarski prism for example, a Nomarski prism, a Wollaston prism, a Rochon prism, or a Savart plate can be used as a polarizing element.
  • the device laser marker
  • Wollaston prisms and Nomarski prisms are small in size, which allows the device to be made more compact.
  • the two separated laser beams L11 and L12 have focal points at a certain distance apart, so by placing the galvanometer mirror in a position close to the focal point, the galvanometer mirror can be made even smaller, and therefore the device can be made even smaller.
  • the laser light scanning unit (x) 4 reflects the laser light L11 and L12 incident from the laser light splitting unit 3 toward the laser light scanning unit (y) 5.
  • the laser light scanning unit (y) 5 reflects the laser light L11 and L12 reflected by the laser light scanning unit (x) 4 toward the laser light irradiation unit 6.
  • the laser light scanning unit (x) 4 and the laser light scanning unit (y) 5 can be configured with a galvanometer scanner and a galvanometer mirror driven by the galvanometer scanner. By changing the direction of travel of the laser light L11 and L12 using the laser light scanning unit (x) 4 and the laser light scanning unit (y) 5, the laser light L11 and L12 irradiated to the printing object 7 can be scanned in a two-dimensional direction.
  • the laser light irradiation unit 6 collects the laser light L11 and L12 that are reflected by the laser light scanning unit (y) 5 and incident thereon, and irradiates the collected laser light L11 and L12 onto the printing target 7.
  • the laser light irradiation unit 6 can be composed of an F ⁇ lens.
  • the printing pattern input unit 8 is a user interface for inputting information such as the printing pattern and the type of printing object 7 to the printing coordinate generation unit 9.
  • the printing coordinate generation unit 9 generates printing coordinates in the xy coordinate system for marking the printing pattern on the printing object 7 based on the information input from the printing pattern input unit 8.
  • the printing control unit 10 controls the operation of the laser light scanning unit (x) 4 and the laser light scanning unit (y) 5 based on the printing coordinates so that the spots of the laser light L11 and L12 focused at the laser light spot positions P1 and P2 on the printing object 7 are scanned according to the printing coordinates.
  • the controller CR1 can be configured as a computer including a processor such as a CPU and a storage device (storage medium) such as a memory.
  • the controller CR1 may also be referred to as a "control device” or a "control unit.”
  • the CPU realizes the functions of the print coordinate generation unit 9 and the print control unit 10 by reading and executing programs stored in the storage device.
  • the print coordinate generation unit 9 and the print control unit 10 are configured, for example, by programs stored in the storage device.
  • the controller CR1 can also be configured in whole or in part by hardware.
  • the print coordinate generation unit 9 and the print control unit 10 can be configured by hardware such as a circuit device that implements those functions.
  • the printing pattern input unit 8 can be configured, for example, by a display device and an input device.
  • a touch panel display touch panel
  • GUI Graphic User Interface
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a printing method using laser light division of the laser marker according to the first embodiment. Note that in FIG. 2, the components corresponding to each block of the laser marker described above have the letter "a" added to the reference numerals given to each block.
  • the laser beam L1 is split by the polarizing element 3a constituting the laser beam splitting unit 3, and each of the split laser beams L11 and L12 is reflected by the X mirror 4a and Y mirror 4b driven by a galvano scanner, enters the f ⁇ lens 6a, and is focused at the laser beam spot positions P1 and P2 on the printing object 7 placed at the focal position of the f ⁇ lens 6a, marking the printing object 7.
  • the laser beam spot positions P1 and P2 (the two laser beam spots) on the printing object 7 are scanned by changing the traveling direction of the laser beams L11 and L12 using the two X mirrors 4a and Y mirrors 4b mentioned above.
  • the laser marker according to the first embodiment of the present invention uses the laser beam L11 and L12 obtained by splitting the laser beam L1 by polarization using the polarizing element 3a for printing. Therefore, the laser marker can perform marking using the multiple (two) laser beams L11 and L12 with a simple configuration without requiring a mechanism for splitting the laser beam into multiple beams or multiple lenses for adjusting the positions of the multiple laser beams (without requiring a complex optical configuration). Furthermore, the laser marker can design and control the distance between the spots of the laser beams L11 and L12 simply by adjusting the separation angle, so that the distance between the spots of the laser beams L11 and L12 can be designed and controlled with high accuracy with a simple configuration.
  • the laser marker is positioned so that the initial position of the printing object 7 is such that the direction of the straight line connecting the laser light spot positions P1 and P2 of the two laser lights L11 and L12 is inclined with respect to the scanning direction (for example, see FIG. 7 described below), the printing width in the direction perpendicular to the scanning direction can be made wider, enabling high-speed printing.
  • Fig. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the laser marker according to the second embodiment.
  • the laser marker according to the second embodiment differs from the first embodiment only in that a rotation control unit 32 is added to the laser marker shown in Fig. 1.
  • the rotation control unit 32 rotates (moves) the laser light splitting unit 3 in a predetermined rotation direction based on a control signal from the print control unit 10.
  • the rotation control unit 32 can be configured with an actuator capable of rotating.
  • the rotation control unit 32 controls the laser light splitting unit 3 to rotate in a predetermined rotation direction by rotating a rotation mechanism connected to the laser light splitting unit 3 based on a control signal from the print control unit 10.
  • the rotation control unit 32 can control the rotation angle of the laser light splitting unit 3, for example, so that the laser light splitting unit 3 is rotated in a predetermined rotation direction at a rotation angle according to the amplitude of the control signal from the print control unit 10.
  • FIG. 4 is a diagram explaining a printing method using laser light division of a laser marker according to the second embodiment. Note that in FIG. 4, the components corresponding to each block of the laser marker described above have the letter "a" added to the reference numerals given to each block.
  • the polarizing element 3a is configured to be rotatable in the direction indicated by the arrow by a rotation mechanism 32a (an actuator capable of rotational movement) around an imaginary axis that extends from a predetermined position C1 along a predetermined direction of the polarizing element 3a (e.g., the incident direction of the laser light L1).
  • a rotation mechanism 32a an actuator capable of rotational movement
  • the laser beam L1 emitted from the laser oscillator 1 is split by the polarizing element 3a constituting the laser beam splitting unit 3, and each of the split laser beams L11 and L12 is reflected by the X mirror 4a and Y mirror 4b driven by a galvano scanner, enters the f ⁇ lens 6a, and is focused at the laser beam spot positions P1 and P2 on the printing object 7 placed at the focal position of the f ⁇ lens 6a, marking the printing object 7.
  • a beam expander laser beam diameter adjustment unit 2
  • These laser beam spot positions P1 and P2 are scanned by the two X mirrors 4a and Y mirror 4b, and the thickness of the marking on the printing object 7 can be adjusted by rotating the polarizing element 3a using the rotation mechanism 32a.
  • FIG. 5 shows an example of a printing pattern and an example of a scanning pattern of a laser light spot of a laser marker.
  • the direction of movement of the printing object is along the Y direction of the printing coordinate system (xy coordinate system).
  • the movement of the printing object in the moving direction can be achieved by a conveying means (e.g., a belt conveyor) (the same applies to the examples shown in FIGS. 7, 9, and 11 described below).
  • the direction of the straight line connecting the spots SP1 and SP2 of the two laser lights L11 and L12 on the printing object 7 is adjusted to be parallel to the Y direction.
  • An example of a print pattern is three lines along the X direction.
  • the print coordinate generation unit 9 Based on the print pattern, the print coordinate generation unit 9 generates print coordinates in the xy coordinate system for printing the print pattern on the print object 7.
  • the print control unit 10 transmits an X mirror drive signal and a Y mirror drive signal as shown in FIG. 6 to the laser light scanning unit (x) 4 and the laser light scanning unit (y) 5, respectively, based on the print coordinates, and transmits a rotation element drive signal to the rotation control unit 32.
  • spots SP1 and SP2 are scanned in the direction of arrow a1, then the printing object 7 moves in the Y direction, spots SP1 and SP2 are scanned in the direction of arrow a2, then the printing object 7 moves in the Y direction, and spots SP1 and SP2 are scanned in the direction of arrow a3, thereby printing an example printing pattern.
  • spots SP1 and SP2 double the speed of the X mirror drive, so the Y mirror is not driven for printing in the Y direction.
  • the Y mirror may be driven in the same way as the X mirror is driven.
  • Figure 7 shows an example of a printing pattern and an example of a scanning pattern of the laser light spot of the laser marker.
  • the direction of the straight line connecting the spots SP1 and SP2 (laser light spot positions P1 and P2) of the two laser beams L11 and L12 on the printing object 7 is adjusted to be parallel to the Y direction.
  • An example of a print pattern is three lines along the X direction.
  • the print coordinate generation unit 9 Based on the print pattern, the print coordinate generation unit 9 generates print coordinates in the xy coordinate system for printing the print pattern on the print object 7.
  • the print control unit 10 transmits an X mirror drive signal and a Y mirror drive signal as shown in FIG. 8 to the laser light scanning unit (x) 4 and the laser light scanning unit (y) 5, respectively, based on the print coordinates, and transmits a rotation element drive signal indicating an amplitude corresponding to the rotation position where the rotation angle is 45 degrees to the rotation control unit 32.
  • spots SP1 and SP2 rotate in the direction indicated by arrow b1 while maintaining their relative positions from the position indicated by the dotted line, and after the rotation (a state in which the direction of the line connecting spots SP1 and SP2 (the line indicated by the dashed line in block BR2 of FIG.
  • the width of the printing by spots SP1 and SP2 can be made wider than in the example shown in Figures 5 and 6, and therefore the printing speed can be improved.
  • FIG. 9 shows an example of a printing pattern and an example of a scanning pattern of a laser light spot of a laser marker.
  • An example of a printing pattern is three lines along the X direction.
  • a printing coordinate generation unit 9 Based on the printing pattern, a printing coordinate generation unit 9 generates printing coordinates in an xy coordinate system for printing the printing pattern on the printing object 7.
  • the direction of the straight line connecting the spots SP1 and SP2 (laser light spot positions P1 and P2) of the two laser lights L11 and L12 on the printing object 7 has a predetermined angle greater than 0 with respect to the X direction.
  • the print control unit 10 transmits an X mirror drive signal and a Y mirror drive signal as shown in FIG. 10 to the laser light scanning unit (x) 4 and the laser light scanning unit (y) 5, respectively, based on the print coordinates, and transmits a rotation element drive signal representing an amplitude corresponding to the position where the rotation angle is 0 degrees to the rotation control unit 32.
  • spots SP1 and SP2 are scanned in the direction of arrow a1 with the direction of the straight line connecting spots SP1 and SP2 tilted at an angle greater than 0 with respect to the scanning direction, and then the printing object 7 moves in the Y direction, spots SP1 and SP2 are scanned in the direction of arrow a2 with the same tilt with respect to the scanning direction, and then the printing object 7 moves in the Y direction, and spots SP1 and SP2 are scanned in the direction of arrow a3 with the same tilt with respect to the scanning direction, thereby printing an example printing pattern.
  • the width of the printing by spots SP1 and SP2 can be made wider than in the example shown in Figures 5 and 6, and therefore the printing speed can be improved.
  • FIG. 11 shows an example of a printing pattern and an example of a scanning pattern of a laser light spot of a laser marker.
  • the direction of the straight line connecting the spots SP1 and SP2 (laser light spot positions P1 and P2) of the two laser lights L11 and L12 on the printing object 7 has an inclination with a specified angle greater than 0 with respect to the X direction.
  • An example of a print pattern is a V-shaped line.
  • the print coordinate generation unit 9 generates print coordinates in the xy coordinate system for printing the print pattern on the print object 7 based on the print pattern.
  • the print control unit 10 transmits an X mirror drive signal and a Y mirror drive signal as shown in FIG. 12 to the laser light scanning unit (x) 4 and the laser light scanning unit (y) 5, respectively, based on the print coordinates, and transmits a rotation element drive signal representing an amplitude corresponding to the position of a rotation angle of 45 degrees at time t1 to the rotation control unit 32.
  • spots SP1 and SP2 are scanned in the direction of arrow c1 with the direction of the line connecting spots SP1 and SP2 tilted at an angle greater than 0 with respect to the scanning direction, and then at time t1 they rotate in the direction indicated by arrow b2 while maintaining their relative positions, and spots SP1 and SP2 are scanned in the direction of arrow c2 with the same tilt with respect to the scanning direction, thereby printing an example print pattern.
  • the laser marker can increase the width of the printing by spots SP1 and SP2, even for complex printing patterns such as V-shapes as shown in the examples of Figures 11 and 12, thereby improving the printing speed.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the process flow executed by controller CR1. Controller CR1 starts processing from step 1300, executes the processes from step 1301 to step 1303 described below in order, and then proceeds to step 1304.
  • Step 1301 The controller CR1 sets (inputs) the print pattern input by the user to the print pattern input unit 8 to the print coordinate generation unit 9 as the print pattern for which print coordinates are to be generated.
  • Step 1302 The controller CR1 uses the print coordinate generation unit 9 to generate print coordinates in the xy coordinate system for printing the print pattern input by the user.
  • Step 1303 The controller CR1 calculates the angle between the vector generated by the two coordinates of the printing coordinates generated in step 1302 and the vector connecting the current laser light spot position P1 and the laser light spot position P2.
  • the vector generated by the two coordinates of the printing coordinates is a vector connecting the "current positions of the two laser light spots SP1 and SP2 of the laser light L11 and L12 (current laser light spot positions P1 and P2)" and the "next position to move to (the laser light spot position P1 and position P2 to be moved to next (scanned))".
  • This vector may be a vector connecting the center point of the line connecting the current laser light spot positions P1 and P2 and the center point of the line connecting the laser light spot position P1 and position P2 to be moved to next, or it may be a vector connecting the current position and the next position to be moved to of either the laser light spot positions P1 and P2.
  • step 1304 determines whether the angle is smaller than a predetermined angle (45 degrees in this example). It is preferable that the predetermined angle be selected from angles less than 45 degrees.
  • step 1304 judges "Yes” in step 1304 and proceeds to step 1305, where it rotates the rotation control unit 32 that rotates the polarizing element 3a so that the angle in step 1303 is 45 degrees or more (i.e., the rotation control unit 32 rotates the polarizing element 3a so that the angle in step 1303 is 45 degrees or more), and then proceeds to step 1307.
  • step 1304 determines "No" in step 1304 and proceeds to step 1306, where it holds the current position of the rotation direction of the rotation control unit 32 that rotates the polarizing element 3a (i.e. holds the current position of the rotation direction of the polarizing element 3a). After that, the controller CR1 proceeds to step 1307.
  • controller CR1 When the controller CR1 proceeds to step 1307, it scans spots SP1 and SP2 from the current position to the next position to be moved to in step 1303, and prints on the printing target 7.
  • controller CR1 proceeds to step 1308 and performs a print end determination to determine whether printing has finished.
  • controller CR1 determines "No" in step 1308 and returns to step 1303.
  • controller CR1 determines "Yes” in step 1308 and proceeds to step 1395, temporarily terminating this processing flow.
  • the laser marker according to the second embodiment of the present invention uses the laser beam L11 and L12 obtained by splitting the laser beam L1 by polarization using the polarizing element 3a for printing. Therefore, the laser marker can perform marking using the multiple (two) laser beams L11 and L12 with a simple configuration without requiring a mechanism for splitting the laser beam into multiple beams or multiple lenses for adjusting the positions of the multiple laser beams (without requiring a complex optical configuration). Furthermore, the laser marker can design and control the distance between the spots of the laser beams L11 and L12 simply by adjusting the separation angle, so that the distance between the spots of the laser beams L11 and L12 can be designed and controlled with high accuracy with a simple configuration.
  • the laser marker can make the direction of the straight line connecting the spots SP1 and SP2 of the two laser beams L11 and L12 tilt with respect to the scanning direction, thereby making it possible to increase the printing width in the direction perpendicular to the scanning direction, thereby enabling high-speed printing.
  • the laser marker can also print complex print patterns such as the example shown in Figure 11 at high speed.
  • laser light which is a type of electromagnetic wave beam
  • other electromagnetic wave beams such as electron beams may also be used.
  • the laser oscillation unit 1 may be referred to as the "beam generating unit.”
  • the laser light scanning unit (x) 4 and the laser light scanning unit (y) 5 may be referred to as the “beam scanning unit.”
  • the laser light irradiation unit 6 may be referred to as the “beam irradiation unit.”
  • the rotation mechanism may be a manually rotated mechanism.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

レーザ光を、偏光素子で分割し、この分割されたレーザのそれぞれを、ガルバノスキャナで駆動されるＸミラー及びＹミラーによって反射し、ｆθレンズに入射し、ｆθレンズの焦点位置に置かれた印字対象物上のレーザ光スポット位置として集光し、印字対象物にマーキングする。このレーザ光スポット位置は上記の２つのＸミラー及びＹミラーで走査され、また回転機構によって偏光素子を回転させることで、印字対象物にマーキングされる印字太さを調整することができる。

Description

レーザマーカ装置
　本発明は、レーザマーカ装置に関する。
　レーザマーカ装置は、レーザ光の熱を利用して樹脂等に直接印字する装置であり、食品や飲料など製品の賞味期限、製造番号、バーコード、二次元コードなどを製品に印字するために使用される。特許文献１は、この種のレーザ印字装置（以下、「従来レーザマーカ装置」と称呼される。）を開示する。従来レーザマーカ装置は、半導体レーザから出射された複数（３つ）のレーザビームを、光軸角度調整手段である複数のレンズで、互いに角度の異なる複数のビームとする。従来レーザマーカ装置は、それらのビームのそれぞれをガルバノスキャナで駆動されるＸミラー及びＹミラーによって反射してレーザビームとしてｆθレンズに入射し、ｆθレンズの焦点位置に置かれた被加工物上のビームスポット位置等に集光し、被加工物を加工する。従来レーザマーカ装置では、ビームスポット位置は上記の２つのミラーで走査され、ビームスポット間の距離はビーム間の角度で調整される。
特開平１１－１５６５６７号公報
　レーザマーカ装置では、印字スピードを向上するために、複数のレーザ光（ビーム）を使用して複数のレーザ光（ビーム）を印字対象物に照射して印字することが求められている。しかし、従来レーザマーカ装置では、複数のレーザ光で印字対象物に印字するためには、光学的に複雑な構成を採用し、光学的な調整を行う必要がある。即ち、従来レーザマーカ装置は、レーザ光（ビーム）を３つに分けるための機構と、３つのレーザ光（ビーム）の位置を調整するための複数のレンズとが必要となるので、光学的な構成が複雑になってしまう。
　本発明は上記課題を解決するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、簡単な構成で複数（２つ）のレーザ光（ビーム）によりマーキングを行うことができるレーザマーカ装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のレーザマーカ装置は、印字対象物の印字対象面に対して、レーザ光（ビーム）を照射して、任意のパターンを印字可能なレーザマーカ装置であって、前記ビームを出射するビーム発生部と、前記ビーム発生部により生成された前記ビームが入射し、入射された前記ビームが異なる偏光状態の２つのビームに分離して出射する偏光素子と、前記偏光素子で分離された偏光状態の異なる前記２つのビームの進行方向を変化させることによって、前記印字対象物に照射される前記２つのビームを２次元の方向に走査可能なビーム走査部と、前記ビーム走査部により進行方向が変化された前記２つのビームをそれぞれ集光し、集光した前記２つのビームを前記印字対象物に照射するビーム照射部と、を備える。
　本発明によれば、簡単な構成で複数（２つ）のレーザ光（ビーム）によりマーキングを行うことができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載された何れかの効果であってもよい。
図１は本発明の第１実施形態に係るレーザマーカの構成例を示すブロック構成図である。 図２は第１実施形態に係るレーザマーカのレーザ光分割による印字方法を説明する図である。 図３は本発明の第２実施形態に係るレーザマーカの構成例を示すブロック構成図である。 図４は第２実施形態に係るレーザマーカのレーザ光分割による印字方法を説明する図である。 図５は印字例（横線）を示すモデル図である。 図６は図５の印字パターンを印字する場合の制御信号の一例を示すタイミングチャート図である。 図７は印字例（横線）を示すモデル図である。 図８は図７の印字パターンを印字する場合の制御信号の一例を示すタイミングチャート図である。 図９はレーザスポット位置を回転した印字例を示すモデル図である。 図１０は図９の印字パターンを印字する場合の制御信号の一例を示すタイミングチャート図である。 図１１はレーザスポット位置を回転した印字例を示すモデル図である。 図１２は図１１の印字パターンを印字する場合の制御信号の一例を示すタイミングチャート図である。 図１３はコントローラが実行する処理フローを示すフローチャートである。
　以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一又は対応する部分には同一の符号を付す場合がある。
　<<第１実施形態>>
　本発明の第１実施形態に係るレーザマーカ装置（以下、「レーザマーカ」と称呼される。）について説明する。
　図１は第１実施形態に係るレーザマーカの構成例を示すブロック構成図である。図１に示すように、レーザマーカは、レーザ発振部１と、レーザ光径調整部２と、レーザ光分割部３と、レーザ光走査部（ｘ）４と、レーザ光走査部（ｙ）５と、レーザ光照射部６と、印字パターン入力部８と、コントローラＣＲ１（印字座標生成部９及び印字制御部１０）と、を含む。
　レーザマーカは、印字対象物７に対して、レーザ光を照射することによりレーザ光の熱を利用して、印字対象物７に任意のパターンを印字（マーキング）できるように構成される。なお、印字対象物７が、ベルトコンベアなどの搬送手段により、レーザ光照射部６に対して相対的に移動できるように構成されてもよい。この場合、レーザマーカは、移動する印字対象物７に対して印字パターンを印字（マーキング）する。
　レーザ発振部１は、レーザ光Ｌ１を発生させレーザ光径調整部２に出射する。レーザ発振部１は、印字対象物７の種類に応じて、印字に適した波長及びパワーで出力できるレーザで構成可能である。レーザ発振部１は、例えば、ＵＶレーザ、又は、ＣＯ２レーザ等の各種レーザで構成できる。
　レーザ光径調整部２は、レーザ発振部１から入射されたレーザ光Ｌ１のレーザ光径を調整した後、レーザ光分割部３に出射する。レーザ光径調整部２は、例えば、ビームエクスパンダで構成できる。
　レーザ光分割部３は、レーザ光径調整部２から入射されたレーザ光を所定の分離角で２つに分割（分離）し、２つの分割したレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のそれぞれをレーザ光走査部（ｘ）４に出射する。
　レーザ光分割部３は、偏光素子で構成できる。偏光素子は、一の面側（例えば一主面側）から入射されたレーザ光を偏光状態が異なる２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２（例えば、互いに直交する振動面を持つ２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２）に分離し、分離した２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２を他の面側（例えば一主面と反対側の他主面側）から出射する。このような偏光素子は、「偏光分離素子」とも称呼される。
　なお、偏光素子は、通常、例えば微分干渉計測などに使用される。この場合、偏光素子は、光源から得られる偏光を２つに分離し、試料の異なる２点に照射し、その反射光を再び偏光素子を透過させて合成することで、微分干渉を計測する。これに対して、このレーザマーカで使用される偏光素子は、微分干渉計測などに使用される使い方とは異なる。即ち、このレーザマーカでは、偏光素子は、通常の使い方とは異なり、分離された偏光状態の異なる２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２が再合成されないで印字対象物７に照射されるように使われる。これにより、通常偏光依存の無い印字対象物７に偏光した、２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポットにより印字対象物７に対するマーキングが実行される。
　偏光素子としては、例えば、ノマルスキープリズム、ウォラストンプリズム、ローションプリズム又はサバール板を用いることができる。
　偏光素子は、これらの偏光素子のうち、装置（レーザマーカ）をより小型化する観点から、ノマルスキープリズム及びウォラストンプリズムを用いることが好ましく、ノマルスキープリズムを用いることがより好ましい。ウォラストンプリズム及びノマルスキープリズムは、自身のサイズが小さいので、装置をより小型化することができる。更に、ノマルスキープリズムでは、分離した２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２は一定の距離をおいて焦点を有するので、その焦点の近傍の位置にガルバノミラーを設置することにより、ガルバノミラーを更に小型化することができるので、装置を更に小型化することができる。
　レーザ光走査部（ｘ）４は、レーザ光分割部３から入射されたレーザ光Ｌ１１及びＬ１２をレーザ光走査部（ｙ）５に向けて反射する。レーザ光走査部（ｙ）５は、レーザ光走査部（ｘ）４によって反射されたレーザ光Ｌ１１及びＬ１２をレーザ光照射部６に向けて反射する。
　レーザ光走査部（ｘ）４及びレーザ光走査部（ｙ）５は、ガルバノスキャナ及びガルバノスキャナで駆動されるガルバノミラーで構成できる。レーザ光走査部（ｘ）４及びレーザ光走査部（ｙ）５によって、レーザ光Ｌ１１及びＬ１２の進行方向を変えることで、印字対象物７に照射されるレーザ光Ｌ１１及びＬ１２を二次元の方向に走査することができる。
　レーザ光照射部６は、レーザ光走査部（ｙ）５によって反射されて入射されたレーザ光Ｌ１１及びＬ１２をそれぞれ集光し、集光したレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のそれぞれを印字対象物７に照射する。レーザ光照射部６は、Ｆθレンズで構成できる。
　印字パターン入力部８は、印字パターン及び印字対象物７の種類などの情報を印字座標生成部９に入力するためのユーザインタフェースである。
　印字座標生成部９は、印字パターン入力部８から入力された情報に基づいて、印字パターンを印字対象物７にマーキングするためのｘｙ座標系における印字座標を生成する。
　印字制御部１０は、印字座標に基づいて、印字対象物７上のレーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２に集光されるレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポットが印字座標に従って走査されるように、レーザ光走査部（ｘ）４及びレーザ光走査部（ｙ）５の動作を制御する。
　コントローラＣＲ１は、ＣＰＵ等のプロセッサ及びメモリ等の記憶装置（記憶媒体）を含むコンピュータにより構成することができる。コントローラＣＲ１は、「制御装置」又は「制御部」とも称呼される場合がある。
　ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムなどを読み込んで実行することにより、印字座標生成部９及び印字制御部１０等の各機能を実現する。印字座標生成部９及び印字制御部１０は、例えば、記憶装置に格納されたプログラムにより構成される。
　なお、コントローラＣＲ１は、その一部又は全部をハードウェアにより構成することもできる。この場合、印字座標生成部９及び印字制御部１０は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアによって構成することができる。
　印字パターン入力部８は、例えば、表示装置及び入力装置により構成可能である。印字パターン入力部８が例えば、表示装置及び入力装置であるタッチパネル式のディスプレイ（タッチパネル）で構成される場合、タッチパネルに印字パターンを含む情報を入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）画面が表示される。ユーザによってＧＵＩ画面が操作されることにより、印字パターンを含む情報がコントローラＣＲ１に入力される。
　図２は第１実施形態に係るレーザマーカのレーザ光分割による印字方法の例を説明する図である。なお、図２において、上述したレーザマーカの各ブロックに対応する部材は、各ブロックに付された符号に対してルファベットの「ａ」を付加している。
　レーザ発振部１から出射されたレーザ光Ｌ１を図２では図示しないビームエクスパンダ（レーザ光径調整部２）などでレーザ光径を調整した後、レーザ光Ｌ１を、レーザ光分割部３を構成する偏光素子３ａで分割し、この分割されたレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のそれぞれを、ガルバノスキャナで駆動されるＸミラー４ａ及びＹミラー４ｂによって反射し、ｆθレンズ６ａに入射し、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及びＰ２に集光し、印字対象物７にマーキングする。この印字対象物７上のレーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２（２つのレーザ光のスポット）は上記の２つのＸミラー４ａ及びＹミラー４ｂによってレーザ光Ｌ１１及びＬ１２の進行方向を変えることによって走査される。
　＜効果＞
　以上説明したように、本発明の第１実施形態に係るレーザマーカは、偏光素子３ａにより、レーザ光Ｌ１を偏光で分離したレーザ光Ｌ１１及びＬ１２を印字に使用する。従って、レーザマーカは、レーザ光を複数に分けるための機構や複数のレーザ光の位置を調整するための複数のレンズを必要とすることなく（複雑な光学的構成を必要とすることなく）、簡単な構成で複数（２つ）のレーザ光Ｌ１１及びＬ１２によりマーキングを行うことができる。更に、レーザマーカは、レーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポット間の距離を、分離角を調整するだけで設計・制御できるので、レーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポット間の距離を簡単な構成で高精度に設計・制御することができる。
　更に、レーザマーカは、印字対象物７の初期位置を走査方向に対して２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のレーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２を結ぶ直線の方向が傾きを有するように配置する（例えば、後述の図７を参照。）ようにすれば、走査方向に直交する方向の印字幅を太くでき、高速印字を可能にする。
　<<第２実施形態>>
　本発明の第２実施形態に係るレーザマーカについて説明する。図３は第２実施形態に係るレーザマーカの構成例を示すブロック構成図である。図３に示すように、第２実施形態に係るレーザマーカは、図１に示したレーザマーカに対して回転制御部３２が追加されたことのみ、第１実施形態と相違する。回転制御部３２は、印字制御部１０からの制御信号に基づいて、レーザ光分割部３を所定の回転方向に回転動作（運動）させる。
　回転制御部３２は、回転動作が可能なアクチュエータにより構成できる。回転制御部３２は、印字制御部１０からの制御信号に基づいてレーザ光分割部３に連結された回転機構を回転させることにより、レーザ光分割部３を所定の回転方向に回転させるように制御する。回転制御部３２は、例えば、レーザ光分割部３を、印字制御部１０からの制御信号の振幅に応じた回転角度で所定の回転方向に回転させるように、レーザ光分割部３の回転角度を制御できるようになっている。
　図４は第２実施形態に係るレーザマーカのレーザ光分割による印字方法を説明する図である。なお、図４において、上述したレーザマーカの各ブロックに対応する部材は、各ブロックに付された符号に対してアルファベットの「ａ」を付加している。
　図４において、吹き出し枠ＢＲ１に示すように、偏光素子３ａは、回転機構３２ａ（回転動作が可能なアクチュエータ）によって、所定の位置Ｃ１から偏光素子３ａの所定の方向（例えば、レーザ光Ｌ１の入射方向）に沿って延びる想像軸を回転軸として、矢印に示す方向に回転可能に構成されている。
　レーザ発振部１から出射されたレーザ光Ｌ１を図４において図示しないビームエクスパンダ（レーザ光径調整部２）などでレーザ光径を調整した後、レーザ光Ｌ１を、レーザ光分割部３を構成する偏光素子３ａで分割し、この分割されたレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のそれぞれを、ガルバノスキャナで駆動されるＸミラー４ａ及びＹミラー４ｂによって反射し、ｆθレンズ６ａに入射し、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及びＰ２に集光し、印字対象物７にマーキングする。このレーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２（２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポット）は上記の２つのＸミラー４ａ及びＹミラー４ｂで走査され、また回転機構３２ａによって偏光素子３ａを回転させることで、印字対象物７にマーキングされる印字太さを調整することができる。
　図５は印字パターンの例及びレーザマーカのレーザ光スポットの走査パターンの例を示す。なお、本例において、印字対象物移動方向は、印字座標系（ｘｙ座標系）のＹ方向に沿った方向となっている。本例では、印字対象物移動方向の移動は、搬送手段（例えば、ベルトコンベア）によって移動できるようになっている（後述の図７、図９及び図１１に示す例も同様。）。この例では、偏光素子３ａの初期の回転位置（偏光素子３ａの所定方向の回転角度が０度の位置）にて、印字対象物７上の２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポットＳＰ１及びＳＰ２（レーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２）を結ぶ直線の方向がＹ方向と平行になるように、調整されている。
　印字パターンの例は、Ｘ方向に沿った三本線である。ユーザは、このような印字パターンを印字対象物７に印字する場合、印字パターンを印字パターン入力部８に入力する。印字座標生成部９は、印字パターンに基づいて、印字対象物７に印字パターンを印字するためのｘｙ座標系における印字座標を生成する。
　印字制御部１０は、印字座標に基づいて、図６に示すようなＸミラー駆動信号及びＹミラー駆動信号をそれぞれレーザ光走査部（ｘ）４及びレーザ光走査部（ｙ）５に送信し、回転素子駆動信号を回転制御部３２に送信する。
　これにより、スポットＳＰ１及びＳＰ２が矢印ａ１の方向に走査された後、印字対象物７がＹ方向に移動し、スポットＳＰ１及びＳＰ２が矢印ａ２の方向に走査された後、印字対象物７がＹ方向に移動し、スポットＳＰ１及びＳＰ２が矢印ａ３の方向に走査されることによって、印字パターンの例が印字される。この例では、スポットＳＰ１及びＳＰ２によりＸミラー駆動が倍の速度になるため、Ｙ方向の印字にはＹミラーは駆動していない。印字パターンによってはＸミラー駆動と同様にＹミラーも駆動しても良い。
　図７は印字パターンの例及びレーザマーカのレーザ光スポットの走査パターンの例を示す。この例では、偏光素子３ａの初期の回転位置（偏光素子３ａの所定方向の回転角度が０度の位置）にて、印字対象物７上の２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポットＳＰ１及びＳＰ２（レーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２）を結ぶ直線の方向がＹ方向と平行になるように、調整されている。
　印字パターンの例は、Ｘ方向に沿った三本線である。ユーザは、このような印字パターンを印字対象物７に印字する場合、印字パターンを印字パターン入力部８に入力する。印字座標生成部９は、印字パターンに基づいて、印字対象物７に印字パターンを印字するためのｘｙ座標系における印字座標を生成する。
　印字制御部１０は、印字座標に基づいて、図８に示すようなＸミラー駆動信号及びＹミラー駆動信号をそれぞれレーザ光走査部（ｘ）４及びレーザ光走査部（ｙ）５に送信し、回転角度が４５度の回転位置に応じた振幅を示す回転素子駆動信号を回転制御部３２に送信する。
　これにより、図７のブロックＢＲ２に示すように、スポットＳＰ１及びＳＰ２は、点線で示した位置から互いの相対的位置を維持した状態で矢印ｂ１に示す方向に回転し、回転後の状態（走査方向に対して、スポットＳＰ１及びＳＰ２を結ぶ直線（図７のブロックＢＲ２において破線で示した直線）の方向が０より大きい角度αの傾きを有する状態）で、矢印ａ１の方向に走査された後、印字対象物７がＹ方向に移動し、スポットＳＰ１及びＳＰ２が、走査方向に対して同様の傾きを有する状態で、矢印ａ２の方向に走査された後、印字対象物７がＹ方向に移動し、スポットＳＰ１及びＳＰ２が、走査方向に対して同様の傾きを有する状態で、矢印ａ３の方向に走査されることによって、印字パターンの例が印字される。
　従って、図７及び図８に示した例は、図５及び図６に示した例に比べて、スポットＳＰ１及びＳＰ２による印字の幅を太くすることができるので、印字速度を向上できる。
　図９は印字パターンの例及びレーザマーカのレーザ光スポットの走査パターンの例を示す。印字パターンの例は、Ｘ方向に沿った三本線である。ユーザは、このような印字パターンを印字対象物７に印字する場合、印字パターンを印字パターン入力部８に入力する。印字座標生成部９は、印字パターンに基づいて、印字対象物７に印字パターンを印字するためのｘｙ座標系における印字座標を生成する。なお、この例では、偏光素子３ａの初期の回転位置（偏光素子３ａの所定方向の回転角度が０度の位置）にて、印字対象物７上の２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポットＳＰ１及びＳＰ２（レーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２）を結ぶ直線の方向がＸ方向に対して０より大きい所定の角度を有する傾きを有するようになっている。
　印字制御部１０は、印字座標に基づいて、図１０に示すようなＸミラー駆動信号及びＹミラー駆動信号をそれぞれレーザ光走査部（ｘ）４及びレーザ光走査部（ｙ）５に送信し、回転角度が０度の位置に応じた振幅を表す回転素子駆動信号を回転制御部３２に送信する。
　これにより、スポットＳＰ１及びＳＰ２が走査方向に対して、スポットＳＰ１及びＳＰ２を結ぶ直線の方向が０より大きい角度の傾きを有する状態で、矢印ａ１の方向に走査された後、印字対象物７がＹ方向に移動し、スポットＳＰ１及びＳＰ２が、走査方向に対して同様の傾きを有する状態で、矢印ａ２の方向に走査された後、印字対象物７がＹ方向に移動し、スポットＳＰ１及びＳＰ２が、走査方向に対して同様の傾きを有する状態で、矢印ａ３の方向に走査されることによって、印字パターンの例が印字される。
　従って、図９及び図１０に示した例は、図５及び図６に示した例に比べて、スポットＳＰ１及びＳＰ２による印字の幅を太くすることができるので、印字速度を向上できる。
　図１１は印字パターンの例及びレーザマーカのレーザ光スポットの走査パターンの例を示す。なお、この例では、偏光素子３ａの初期の回転位置（偏光素子３ａの所定方向の回転角度が０度の位置）にて、印字対象物７上の２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポットＳＰ１及びＳＰ２（レーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２）を結ぶ直線の方向がＸ方向に対して０より大きい所定の角度を有する傾きを有するようになっている。
　印字パターンの例は、Ｖ字状の線である。ユーザは、このような印字パターンを印字対象物７に印字する場合、印字パターンを印字パターン入力部８に入力する。印字座標生成部９は、印字パターンに基づいて、印字対象物７に印字パターンを印字するためのｘｙ座標系における印字座標を生成する。
　印字制御部１０は、印字座標に基づいて、図１２に示すようなＸミラー駆動信号及びＹミラー駆動信号をそれぞれレーザ光走査部（ｘ）４及びレーザ光走査部（ｙ）５に送信し、時刻ｔ１で回転角度４５度の位置に応じた振幅を表す回転素子駆動信号を回転制御部３２に送信する。
　これにより、スポットＳＰ１及びＳＰ２が、走査方向に対して、スポットＳＰ１及びＳＰ２を結ぶ直線の方向が０より大きい角度の傾きを有する状態で、矢印ｃ１の方向に走査された後、時刻ｔ１にて互いの相対的位置を維持した状態で矢印ｂ２に示す方向に回転し、スポットＳＰ１及びＳＰ２が、走査方向に対して同様の傾きを有する状態で、矢印ｃ２の方向に走査されることによって、印字パターンの例が印字される。
　従って、レーザマーカは、図１１及び図１２に示した例のようにＶ字のような複雑な印字パターンであっても、スポットＳＰ１及びＳＰ２による印字の幅を太くすることができるので、印字速度を向上できる。
　図１３はコントローラＣＲ１が実行する処理フローを示すフローチャートである。コントローラＣＲ１は、ステップ１３００から処理を開始し、以下に述べるステップ１３０１乃至ステップ１３０３の処理を順に実行した後、ステップ１３０４に進む。
　ステップ１３０１：コントローラＣＲ１は、印字パターン入力部８にユーザが入力した印字パターンを印字座標の生成対象の印字パターンとして印字座標生成部９に設定する（入力する。）。
　ステップ１３０２：コントローラＣＲ１は、印字座標生成部９によって、ユーザが入力した印字パターンを印字するためのｘｙ座標系の印字座標を生成する。
　ステップ１３０３：コントローラＣＲ１は、ステップ１３０２で生成された印字座標の２つの座標により生成されるベクトルと、現時点のレーザ光スポット位置Ｐ１とレーザ光スポット位置Ｐ２とを結ぶベクトルとのなす角を計算する。なお、印字座標の２つの座標により生成されるベクトルは、「２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポットＳＰ１及びＳＰ２の現時点の位置（現時点のレーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２）」と、「次に移動する位置（次に移動予定（走査予定）のレーザ光スポット位置Ｐ１及び位置Ｐ２）」と、を結ぶベクトルである。このベクトルは、現時点のレーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２を結ぶ直線の中心点と、次に移動予定のレーザ光スポット位置Ｐ１及び位置Ｐ２を結ぶ直線の中心点と、を結ぶベクトルであってもよく、レーザ光スポット位置Ｐ１及びＰ２の何れか一方の現時点及び次に移動予定の位置を結ぶベクトルであってもよい。
　コントローラＣＲ１は、ステップ１３０４に進むと、なす角が所定の角度（本例において、４５度）より小さいか否かを判定する。なお、所定の角度は、４５度以下の角度から選ばれた角度であることが好ましい。
　なす角が４５度より小さい場合、コントローラＣＲ１はステップ１３０４にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３０５に進み、偏光素子３ａを回転させる回転制御部３２をステップ１３０３のなす角が４５度以上になるように回転させた（即ち、回転制御部３２によって偏光素子３ａをステップ１３０３のなす角が４５度以上になるように回転させた）後、ステップ１３０７に進む。
　なす角が４５度以上である場合、コントローラＣＲ１はステップ１３０４にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３０６に進み、偏光素子３ａを回転させる回転制御部３２の回転方向の現在位置を保持する（即ち、偏光素子３ａの回転方向の現在位置を保持する。）。その後、コントローラＣＲ１はステップ１３０７に進む。
　コントローラＣＲ１はステップ１３０７に進むと、現在位置からステップ１３０３の次に移動する位置までスポットＳＰ１及びＳＰ２を走査し、印字対象物７に印字する。
　その後、コントローラＣＲ１はステップ１３０８に進み、印字が終了したか否かを判定する印字終了判定を行う。
　印字が終了していない場合、コントローラＣＲ１はステップ１３０８にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３０３に戻る。
　これに対して、印字が終了している場合、コントローラＣＲ１はステップ１３０８にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３９５に進み、本処理フローを一旦終了する。
　＜効果＞
　以上説明したように、本発明の第２実施形態に係るレーザマーカは、第１実施形態と同様、偏光素子３ａにより、レーザ光Ｌ１を偏光で分離したレーザ光Ｌ１１及びＬ１２を印字に使用する。従って、レーザマーカは、レーザ光を複数に分けるための機構や複数のレーザ光の位置を調整するための複数のレンズを必要とすることなく（複雑な光学的構成を必要とすることなく）、簡単な構成で複数（２つ）のレーザ光Ｌ１１及びＬ１２によりマーキングを行うことができる。更に、レーザマーカは、レーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポット間の距離を、分離角を調整するだけで設計・制御できるので、レーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポット間の距離を簡単な構成で高精度に設計・制御することができる。
　更に、レーザマーカは、偏光素子３ａを回転させることによって、走査方向に対して２つのレーザ光Ｌ１１及びＬ１２のスポットＳＰ１及びＳＰ２を結ぶ直線の方向が傾きを有するようにすることで、走査方向に直交する方向の印字幅を太くできるので、高速印字を可能にする。更に、レーザマーカは、図１１に示した例のような複雑な印刷パターンも高速で印字することが可能になる。
　<<変形例>>
　本発明は上記各実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。更に、上記各実施形態は、本発明の範囲を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
　上記各実施形態において、電磁波ビームの一種であるレーザ光を用いたが、電子ビームなどの他の電磁波ビームが使用されてもよい。レーザ発振部１は、便宜上、「ビーム発生部」と称呼される場合がある。レーザ光走査部（ｘ）４及びレーザ光走査部（ｙ）５は、便宜上、「ビーム走査部」と称呼される場合がある。レーザ光照射部６は、便宜上、「ビーム照射部」と称呼される場合がある。
　回転機構は、手動で回転する機構であってもよい。
　１…レーザ発振部、２…レーザ光径調整部、３…レーザ光分割部、３ａ…偏光素子、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…印字パターン入力部、９…印字座標生成部、１０…印字制御部、３２…回転制御部、３２ａ…回転機構、ＣＲ１…コントローラ

Claims (15)

  1. 　印字対象物の印字対象面に対して、電磁波のビームを照射して、任意のパターンを印字可能なレーザマーカ装置であって、
    　前記ビームを出射するビーム発生部と、
    　前記ビーム発生部により生成された前記ビームが入射し、入射された前記ビームが異なる偏光状態の２つのビームに分離して出射する偏光素子と、
    　前記偏光素子で分離された偏光状態の異なる前記２つのビームの進行方向を変化させることによって、前記印字対象物に照射される前記２つのビームを２次元の方向に走査可能なビーム走査部と、
    　前記ビーム走査部により進行方向が変化された前記２つのビームをそれぞれ集光し、集光した前記２つのビームを前記印字対象物に照射するビーム照射部と、
    　を備える、
    　レーザマーカ装置。
  2. 　請求項１に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記分離された偏光状態の異なる前記２つのビームが再合成されないで前記印字対象物に照射される、
    　レーザマーカ装置。
  3. 　請求項１に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記偏光素子は、入射された前記ビームを所定の分離角で分離する、
    　レーザマーカ装置。
  4. 　請求項１に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記２つのビームのスポットの走査方向に対して、前記２つのビームのスポットの位置を結ぶ直線の方向が０より大きい所定の角度の傾きを有する状態で、前記２つのビームを走査することにより、前記印字対象物に対して印字する、
    　レーザマーカ装置。
  5. 　請求項１に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記偏光素子を所定の回転方向に回転させる回転機構を備える、
    　レーザマーカ装置。
  6. 　請求項５に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記回転機構によって前記偏光素子が回転されることによって、前記印字対象物に照射される前記２つのビームのスポットが互いの相対的位置を維持した状態で、前記偏光素子の回転角度に対応した角度で回転される、
    　レーザマーカ装置。
  7. 　請求項１に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記印字対象物に印字する印字パターンが入力され、入力された前記印字パターンに基づいて前記印字パターンを前記印字対象物に印字するための印字座標を作成し、前記印字座標に従って、前記ビーム走査部の動作を制御する制御部を備える、
    　レーザマーカ装置。
  8. 　請求項５に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記印字対象物に印字する印字パターンが入力され、入力された前記印字パターンに基づいて前記印字パターンを前記印字対象物に印字するための印字座標を作成し、前記印字座標に従って、前記回転機構及び前記ビーム走査部の動作を制御する制御部を備える、
    　レーザマーカ装置。
  9. 　請求項８に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記制御部は、
    　前記２つのビームのスポットの走査方向に対して、前記２つのビームのスポットの位置を結ぶ直線の方向が０より大きい所定の角度の傾きを有するように、前記回転機構によって前記偏光素子を回転させる、
    　レーザマーカ装置。
  10. 　請求項９に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記制御部は、
    　前記印字座標に基づいて、前記２つのビームのスポットの走査予定方向のベクトルと、前記２つのビームのスポットの位置を結ぶベクトルとがなす角を計算し、
    　計算した前記なす角が所定の角度より小さい場合、前記なす角が前記所定の角度以上になるように、前記回転機構によって前記偏光素子を回転させ、
    　計算した前記なす角が前記所定の角度以上である場合、前記偏光素子の回転状態を動かさないで維持する、
    　レーザマーカ装置。
  11. 　請求項１０に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記所定の角度は、４５度以下の角度から選ばれる、
    　レーザマーカ装置。
  12. 　請求項１に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記偏光素子は、ノマルスキープリズムである、
    　レーザマーカ装置。
  13. 　請求項１に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記偏光素子は、ウォラストンプリズムである、
    　レーザマーカ装置。
  14. 　請求項１に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記偏光素子は、ローションプリズムである、
    　レーザマーカ装置。
  15. 　請求項１に記載のレーザマーカ装置において、
    　前記偏光素子は、サバール板である、
    　レーザマーカ装置。
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