(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム断面全体に非ガウス放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成されたレーザ装置であって、前記レーザビームの非ガウス放射照度分布が前記ビーム断面全体に略フラットトップ放射照度分布を備えるレーザ装置と、
前記レーザビームを受光するように光学的に結合された空間光変調器であって、レーザマーキング処理を行ってターゲット物体に画像又はパターンをマーキングするためにビーム断面全体に光学的パターンを備える出力レーザビームを生成するように制御される空間光変調器と、
前記光学的パターンの伝搬回折ビームを捕捉し、前記光学的パターンの拡大／縮小バージョンを形成するために構成される光学コンディショニングシステムと、
最終的な光学的パターンが前記空間光変調器によって生成された前記光学的パターンの増幅バージョンであるように、前記空間光変調器からの前記出力レーザビームを受光して、増幅されたレーザビームを生成するように前記空間光変調器に結合された光増幅器であって、前記光増幅器からの増幅されたレーザビームがこのビームの断面全体に対して一様に付与される増幅度を有し、それによって前記増幅されたビームがそのビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を維持する均一性維持光増幅器と、
を備える、
レーザ画像増幅による光学システム。
【請求項２】
前記略フラットトップ放射照度分布を有するレーザビームが所定の閾値を超えるＭ２値を有する、請求項１の光学システム。
【請求項３】
前記略フラットトップ放射照度分布を有するレーザビームが所定の範囲内のリップル変化を有する、請求項２の光学システム。
【請求項４】
前記レーザ装置が、前記略フラットトップ放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成されたマルチモードレーザ光源を備える、請求項１の光学システム。
【請求項５】
前記レーザ装置が、ガウス放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成された基本モードレーザ光源を備え、前記レーザ装置が、更に、前記ガウス放射照度分布を有するレーザビームを受光するガウス‐非ガウス放射照度分布変換器であって、前記ビーム断面全体に略フラットトップ放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成されたガウス‐非ガウス放射照度分布変換器を備える、請求項１の光学システム。
【請求項６】
更に、前記基本モードレーザ光源によって供給されたレーザビームをコリメートするように配置された光コリメータを備える、請求項５のレーザマーキングシステム。
【請求項７】
前記光コリメータが、前記基本モードレーザ光源によって供給されたレーザビームを前記ガウス‐非ガウス放射照度分布変換器に伝達する光ファイバに光学的に結合された屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズを備える、請求項６の光学システム。
【請求項８】
前記光コリメータが、少なくとも１つのコリメータレンズを備える、請求項６の光学システム。
【請求項９】
前記レーザ装置が、ガウス分布を含む不均一な放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成された基本モードレーザ光源を備え、前記レーザ装置が、更に、不均一放射照度分布を有するレーザビームを受光する光ディフューザであって、前記ビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成された光ディフューザを備える、請求項１の光学システム。
【請求項１０】
前記光学的パターンが、データコードマトリクス及び／又はロゴを含む、ターゲット上に付与する具体的な情報を伝達するデジタル画像を備える、請求項１の光学システム。
【請求項１１】
前記光学コンディショニングシステムが、前記空間光変調器と前記光増幅器との間又は前記光増幅器とターゲット領域との間の前記伝搬回折ビームを捕捉し、前記光増幅器が、前記光学コンディショニングシステムより前又は後、もしくは、前記光学コンディショニングシステムを具備するいずれか２つの要素との間の配置になるように構成される、請求項１の光学システム。
【請求項１２】
前記空間光変調器に至る増幅された後方反射を光学的に最小化するために構成された光学アイソレータを更に備える、請求項１の光学システム。
【請求項１３】
前記均一性維持光増幅器は、シングルパス増幅、マルチパス増幅、及び再生増幅のうち少なくとも１が可能である、請求項１の光学システム。
【請求項１４】
ビーム断面全体に非ガウス放射照度分布を有するレーザビームを生成する手段であって、前記レーザビームの非ガウス放射照度分布が前記ビーム断面全体に略フラットトップ放射照度分布を備える手段と、
前記レーザビームを受光するように光学的に結合された空間光変調器であって、ターゲット物体に情報又はロゴをマーキングするために、前記情報又はロゴを含む光学的パターンを備える出力レーザビームを、ビーム断面全体に生成するように制御される空間光変調器と、
前記光学的パターンの伝搬回折ビームを捕捉し、前記光学的パターンの拡大／縮小バージョンを形成するために構成される光学コンディショニングシステムと、
最終的な光学パターンが、前記空間光変調器によって生成された前記光学的パターンの増幅バージョンになるように増幅されたレーザビームを生成する光増幅器であって、前記光増幅器からの前記増幅されたレーザビームがこのビームの断面全体に対して一様に付与される増幅度を有し、それによって前記増幅されたビームがそのビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を維持する均一性維持光増幅器と、を備える、
画像増幅による光学システム。
【請求項１５】
前記略フラットトップ放射照度分布を有するレーザビームが所定の閾値を超えるＭ２値を有する、請求項１４の光学システム。
【請求項１６】
前記略フラットトップ放射照度分布を有するレーザビームが所定の範囲内のリップル変化を有する、請求項１４の光学システム。
【請求項１７】
前記レーザビームを生成する前記手段が、前記略フラットトップ放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成されたマルチモードレーザ光源を備える、請求項１４の光学システム。
【請求項１８】
前記レーザビームを生成する前記手段が、ガウス放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成された基本モードレーザ光源を備え、前記基本モードレーザ光源によって供給されたレーザビームが、前記略フラットトップ放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成されたガウス‐非ガウス放射照度分布変換器に光学的に結合される、請求項１４の光学システム。
【請求項１９】
更に、前記基本モードレーザ光源によって供給されたレーザビームをコリメートするように配置された光コリメータを備える、請求項１８の光学システム。
【請求項２０】
前記光コリメータが、前記基本モードレーザ光源によって供給されたレーザビームを前記ガウス‐非ガウス放射照度分布変換器に伝達する光ファイバに光学的に結合された屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズを備える、請求項１９の光学システム。
【請求項２１】
前記光コリメータが、少なくとも１つのコリメータレンズを備える、請求項１９の光学システム。
【請求項２２】
前記レーザビームを生成する前記手段が、ガウス放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成された基本モードレーザ光源を備え、前記基本モードレーザ光源によって供給されるレーザビームが、前記ビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成された光ディフューザに光学的に結合される、請求項１４のレーザマーキングシステム。
【請求項２３】
前記空間光変調器が、反射に基づく空間光変調器及び透過に基づく空間光変調器よりなる群から選択される、請求項１４の光学システム。
【請求項２４】
前記光学コンディショニングシステムが、前記空間光変調器と前記光増幅器との間又は前記光増幅器とターゲット領域との間の前記伝搬回折ビームを捕捉し、前記光増幅器が、前記光学コンディショニングシステムより前又は後に、もしくは、前記光学コンディショニングシステムを構成するいずれか２つの要素の間に、配置されるように構成される、請求項１４の光学システム。
【請求項２５】
前記空間光変調器に至る増幅された後方反射を光学的に最小化するために構成された光学アイソレータを更に備える、請求項１４の光学システム。
【請求項２６】
前記均一性維持光増幅器は、シングルパス増幅、マルチパス増幅、及び再生増幅のうち少なくとも１が可能である、請求項１４の光学システム。
【請求項２７】
前記ビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を維持する前記増幅されたビームは、光リソグラフィーで使用される画像を提供するために適用される、請求項１の光学システム。
【請求項２８】
前記ビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を維持する前記増幅されたビームは、レーザ直接描画で使用される画像を提供するために適用される、請求項１の光学システム。
【請求項２９】
前記ビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を維持する前記増幅されたビームは、レーザ物質移動法で使用される画像を提供するために適用される、請求項１の光学システム。
【請求項３０】
前記ビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を維持する前記増幅されたビームは、シネマシアター及びホームシアタースクリーンのうち少なくとも１つで見られる画像を提供するために適用される、請求項１の光学システム。
【請求項３１】
前記光学コンディショニングシステムが、前記空間光変調器に由来する回折制限、及び、放射照度制限のうち少なくとも１つを克服するように構成される、請求項１の光学システム。
【請求項３２】
前記ビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を維持する前記増幅されたビームは、光リソグラフィーで使用される画像を提供するために適用される、請求項１４の光学システム。
【請求項３３】
前記ビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を維持する前記増幅されたビームは、レーザ直接描画で使用される画像を提供するために適用される、請求項１４の光学システム。
【請求項３４】
前記ビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を維持する前記増幅されたビームは、レーザ物質移動法で使用される画像を提供するために適用される、請求項１４の光学システム。
【請求項３５】
前記ビーム断面全体に前記略フラットトップ放射照度分布を維持する前記増幅されたビームは、シネマシアター及びホームシアタースクリーンのうち少なくとも１つで見られる画像を提供するために適用される、請求項１４の光学システム。
【請求項３６】
前記光学コンディショニングシステムが、前記空間光変調器に由来する回折制限、及び、放射照度制限のうち少なくとも１つを克服するように構成される、請求項１４の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その開示内容全体が参考として本明細書で援用される２０１０年８月１０日に出願された米国仮出願第６１／３７２，１９７号と２０１１年８月９日に出願された米国出願第１３／２０６，１８９号の利益を主張し、その開示内容全体は参考として本明細書で援用される。
【０００２】
技術分野
本発明は、広くレーザ画像増幅マーキングシステムに関し、特に、初期ビームに対して空間的に均一な放射照度を有するレーザビーム整形装置と、空間光変調器（ＳＬＭ）と、空間的に均一な放射照度を有する増幅されたビームを提供するように構成された光増幅器とを備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
機械可読バーコード、ロゴ等のデータの光学的表示は、産業用のインクジェット印刷、電解・化学エッチング、レーザマーキング等の様々な手段によって製品上に取り付け、設置、又はマーキングすることが可能であることが知られている。このデータは、製品識別、経路追跡情報、偽造防止検出等、複数の目的に供することが出来る。レーザを使用したマーキングデバイスは、インク、溶剤、その他の化学薬品を必要としないため、低運転コストで比較的安価であり、有害な溶剤を放出しないなど、より環境に優しいものである。更に、レーザを使用するマーキングは、概して長持ちであり、画質がより良好で消えにくい。
【０００４】
現在利用可能なレーザによるマーキングシステムの大半は、レーザビームがマーキング対象の物体を走査する、検流計を使用した光学走査技術を採用している。この技術は速度と性能の点で発達しているが、物体上に２Ｄ（２次元）バーマトリクスコード又は高解像度画像を設置するのは容易なことではない。例えば、一例として解像度１０２４×７６８ピクセルの高解像度画像を設置するには、検流計を用いたシステムでは７８６，４３２回のマーキング動作が必要となる。一方、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を使用するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）や液晶デバイス（ＬＣＤ）を使用する空間光変調器（ＳＬＭ）等のＳＬＭを用いたレーザマーキングシステムは、１回の動作で完全なコードマトリクス又は高解像度画像を同時に処理することが出来る。これらのデバイスは、その高速で可変データを投影する能力のために、シリアライズされたデータのバーコーディングを空間的２次元（２Ｄ）データマトリクスコードにするレーザマーキングシステムの優れた選択肢となっている。しかしながら、これらデバイスの動作中には幾つかの欠点が生じる。レーザの全出力が１つのピクセルに集中するスキャナを用いたシステムに対して、ＳＬＭを用いたマーキングでは、レーザの総エネルギー／出力が全ピクセル間で分配される。従って、ターゲットに意図したようにマーキングするためには、レーザの全エネルギー／出力をさらに高くする必要がある。しかし、全体の出力を無限に増加することは出来ず、ＳＬＭの損傷閾値によって制限される。これらの欠点に対処しようとする方法も提案されてはいるが、制限がある。
【０００５】
ある先行技術のレーザマーキングシステム（米国特許第６，８３６，２８４号）では、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を使用しており、このＤＭＤは、ＤＭＤへの損傷を回避するためにビーム拡大及びビーム縮小機構を必要とする（即ち、ビームの断面のサイズに意図的に影響を与えるよう構成された光学素子を必要とする）ＳＬＭとして動作すると考えられる。ビーム拡大によって、より大きな領域に入射ビームの光パワーを拡散させ、ＤＭＤが損傷しないように放射照度（単位面積当たりの出力）を減少させる。ＤＭＤから反射した後、ビームは、放射照度を増加するよう再縮小される。しかし、前記特許文献に記載されたシステムは、利用可能なマイクロミラーデバイスの物理的寸法及び断面積が比較的小さい（約数平方ｃｍ）ため、少々非実用的である。この小さな断面積のため、本出願人は、入射レーザビームの空間プロファイルを、図１４に示すように、特定の拡大限界（Ｌ）を超えて拡大することが出来ないと考える。即ち、入射レーザビームの放射照度をＬ分の１未満に減少することは出来ない。更に拡大（Ｍ＞Ｌ）しても、ビームの一部はデバイスに当たらない。従って、実際には、前記特許文献で提案されているマーキングシステムは、ＤＭＤ損傷閾値よりもＬ倍高い光強度を必要とする用途には有効ではないと出願人は考える。また、ＤＭＤ／ＳＬＭ自体のサイズに匹敵するマーキングサイズの、大きなサイズのマークを必要とする用途では、このビーム拡大及び縮小機構は役に立たないと出願人は考える。
【０００６】
ＳＬＭの損傷を回避するために先行技術において提案された別の解決法では、米国特許第７，０５８，１０９号に開示されるように、ガウス放射照度分布又はその他の不均一な分布によって特徴付けられる光ビームを生成する標準的なレーザ及び増幅器を伴うようである。その結果、ターゲット表面におけるレーザビームの放射照度がガウシアン又は不均一であり、非アブレーションであれアブレーションであれ、マーキングの品質に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、（金属箔を伴う）アブレーションマーキングを用いたマーキングの場合、ビーム中心は比較的高い放射照度であるのに比べて、ガウシアンビームの外縁では著しく低レベルの放射照度であるため、マーキングの中心で金属箔が溶融して孔が開く一方、ビームの縁の放射照度レベルは金属箔を除去するほど十分高くはない。例えば、非アブレーションマーキング（例えば、レーザ放射によるコーティングの光化学変化）の場合、ガウシアンビームの中心の比較的高い放射照度は、マーキング指定していないターゲット上の領域への熱伝導をもたらし、ビームの外縁の比較的弱い放射照度は色変化をもたらすことはない。２Ｄデータマトリクスコードがターゲットにマーキングされると（アブレーションであれ非アブレーションであれ）、不均一な放射照度分布によって、コードのコントラスト比が損なわれ、コードリーダがコードを読み取れなくなる。従って、レーザビーム断面全体の放射照度分布は、情報、即ち、投影画像が許容可能な品質レベルの範囲内、例えば、情報ロスのない可読マーキングになるよう、十分に均一であるべきである。従って、上記課題を克服するためのコスト効率のよい解決法を提供する実際的且つ信頼出来るＳＬＭを用いたレーザマーキングシステムを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の例示的実施形態では、ビーム断面全体に均一な放射照度分布を有するように整形及び増幅されたレーザビームを用いた、物体に画像をマーキングするレーザマーキングシステム、又はデジタル画像投影が開示される。
【０００８】
ここで開示されるのは、ビーム断面全体に非ガウス放射照度分布を有するレーザビームを供給するように構成されたレーザ装置を備えるレーザマーキングシステムであって、前記レーザビームの非ガウス放射照度分布が前記ビーム断面全体に実質的に均一な放射照度分布を備えるレーザマーキングシステムである。また、前記レーザビームを受光する光学的に結合された空間光変調器であって、データコードマトリクスをターゲットとする物体にマーキングするためにビーム断面全体に光学的パターンを備える出力レーザビームを生成するように制御される空間光変調器も設けられる。前記レーザマーキングシステムの更なる一部は、前記空間光変調器からのレーザビーム出力を受光して、前記空間光変調器によって生成されたものと同じ光学的パターンを含む増幅されたレーザビームを生成する、前記空間光変調器に結合された光増幅器であって、前記光増幅器からの前記増幅されたレーザビームが、このビームの断面全体に実質的に均一な増幅を有し、それによって前記増幅されたビームがそのビーム断面全体に実質的に均一な放射照度分布を維持する。
【０００９】
他の例示的実施形態では、レーザマーキングシステムは、ビーム断面全体に非ガウス放射照度分布を有するレーザビームを生成する手段であって、前記レーザビームの非ガウス放射照度分布が、前記ビーム断面全体に実質的に均一な放射照度分布を備える手段を備える。また、前記レーザビームを受光する光学的に結合された空間光変調器であって、前記ビーム断面全体にデータコードマトリクス、ロゴ、又はその両方を含む光学的パターンを備える出力レーザビームを生成して前記データコードマトリクスでターゲットとする物体にマーキングするように制御される空間光変調器も設けられる。前記空間光変調器によって生成されたものと同じ光学的パターンを含む増幅されたレーザビームを生成する光増幅手段が更に設けられ、前記光増幅手段からの増幅されたレーザビームがこのビームの断面全体に実質的に均一な増幅を有し、それによって前記増幅されたビームが、そのビーム断面全体に実質的に均一な放射照度分布を維持する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
以下の図面と併せて読む場合、以下の詳細な説明を考慮して検討すると、本発明の態様がより容易に理解され、その様々な利点及び用途がより容易に理解されるであろう。
【００１１】
【図１】本発明の態様に従うフラットトッププロファイルを有するビームを生成するよう構成されたレーザ光源を用いたレーザ画像増幅システム（ＬＩＡＳ）の一例としての実施形態の概略図を示す。
【００１２】
【図２】本発明の更なる態様に従い、フラットトッププロファイルを有するビームを供給するよう構成されたガウス‐フラットトップ変換器を使用するＬＩＡＳの別の一例としての実施形態の概略図である。
【００１３】
【図３】本発明の更なる態様に従い、コード／画像等の元の情報の論理補数を物体にマーキングするために使用されるＬＩＡＳの別の一例としての実施形態の概略図である。
【００１４】
【図４】レーザビームの一例としてのガウス整形放射照度分布を説明する。
【００１５】
【図５】レーザビームの一例としての非ガウス（例えば、理想的なフラットトップ）放射照度分布を説明する。
【００１６】
【図６】本発明の態様を具体化した実際的なレーザマーキングシステムに用いられ得る、一例としての非理想的なフラットトップ放射照度分布を説明する。
【００１７】
【図７】本発明の態様に従うレーザマーキングシステムに用いられ得る、空間光変調器（ＳＬＭ）によって構成された２Ｄデータコードマトリクスの一例を説明する。
【００１８】
【図８】図７に示す一例としての２Ｄデータコードマトリクスによってコードされたビームの一例としての結果として生じる放射照度プロファイルを示す。
【００１９】
【図９】先行技術のシステムで一般的に採用される光増幅技術に対して本発明の態様を相対的に概念化するために用いられ得る光増幅プロファイルを示す。
【００２０】
【図１０】先行技術のシステムで一般的に採用される光増幅技術に対して本発明の態様を相対的に概念化するために用いられ得る他の光増幅プロファイルを示す。
【００２１】
【図１１】先行技術のシステムで一般的に採用される光増幅技術に対して本発明の態様を相対的に概念化するために用いられ得る更に他の光増幅プロファイルを示す。
【００２２】
【図１２】ビーム断面全体の実質的に均一な放射照度分布の維持を可能にする、ビームの断面全体に実質的に均一な増幅を有する増幅されたレーザビームを提供するために使用され得る一例としての光増幅器の構造を示す。
【００２３】
【図１３】ビーム断面全体の実質的に均一な放射照度分布の維持を可能にする、ビームの断面全体に実質的に均一な増幅を有する増幅されたレーザビームを提供するために使用され得る別の一例としての光増幅器の構造を示す。
【００２４】
【図１４】先行技術のレーザマーキングシステムに使用されるレーザビームのサイズ（即ち、断面）を意図的に変化させるビーム拡大‐縮小機構に基づく先行技術のレーザマーキングシステムの実際的制限の幾つかを図解する。
【００２５】
【図１５】ＳＬＭを特定の角度に傾斜させることによって、ＳＬＭによって生成された回折次数のうちの１つにおけるＳＬＭに反射したレーザパワーの大部分を結合することが出来るようにする方法を示す。
【００２６】
【図１６（ａ）】均一増幅を結像光学素子の前で行うことが出来る方法を示す。
【００２７】
【図１６（ｂ）】均一増幅を結像光学素子の後で行うことが出来る方法を示す。
【００２８】
【図１７（ａ）】（均一増幅後）周波数変換を結像光学素子の前で行うことが出来る方法を示す。
【００２９】
【図１７（ｂ）】（均一増幅後）周波数変換が結像光学素子の後で行うことが出来る方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一以上の実施形態に従い、本明細書ではレーザを用いたマーキングのシステム及び技術を記載する。以下の詳細な説明では、本発明の様々な実施形態が十分理解されるよう、様々な具体的詳細を説明する。しかし、本発明の実施形態はこれらの具体的詳細がなくても実施し得ること、本発明は記載された実施形態に制限されないこと、且つ／又は、本発明の例示的実施形態は様々な別の実施形態で実施し得ることが、当業者であれば理解されるだろう。他の例では、当業者には良く理解されているであろう方法、手順、及びコンポーネントは、不必要で煩雑な説明を避けるため詳述していない。
【００３１】
更に、様々な動作が、本発明の実施形態を理解するのに有用な方法で実行される多数の個別のステップとして記載される。しかし、記載の順序は、これらの動作が、示された順序で行われる必要がある、或いは、順序に依存することを意味していると解釈されるべきではない。更に、「一実施形態では」という表現を繰り返し使用するのは、同一の実施形態に言及している場合もあるが、必ずしもそうではない。最後に、本出願で使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」等の用語は特に指示しない限り同義であることを意図している。
【００３２】
本発明の態様を具体化したレーザマーキングシステムは、多数の（例えば数千の）個々にアドレス可能な角度調節可能マイクロミラーピクセルによって空間光変調器（ＳＬＭ）として動作するように構成された、半導体を使用したデジタル制御プログラマブル微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを使用する。このようなデバイスの一例は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）として当該技術分野では既知であり、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．から市販されている。当業者には、その他の種類の空間光変調器（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を使用する透過型）を使用することも出来るため、本発明の態様は反射に基づくＳＬＭに制限されないことが理解される。更に、本発明の例示的実施形態ではレーザマーキングに関してＳＬＭを使用したレーザ画像増幅システム（ＬＩＡＳ）を記載するが、この画像増幅技術は、制限はしないが、光リソグラフィーやレーザ直接描画、レーザ物質移動法、大型スクリーンホームシアター、シネマシアター等、その他の用途で用いられる画像を投影するために使用することが出来る。
【００３３】
図１に示すように、レーザ光源５０、例えば、フラットトッププロファイルを有するビームを生成するように構成されたマルチモードレーザ光源は、光源５０からのレーザビームが、例えば垂直入射でＳＬＭ１２（例えば、上記ＤＭＤ）に衝突するように配置される。レーザ光源５０は、連続波（ＣＷ）源又はパルスレーザ光源であってよい。
【００３４】
当業者には、ガウスレーザービーム伝搬下のレーザビーム（基本モード又はマルチモード）は、最小ビームウエスト位置でコリメートされた状態であり、従って、一例としての実施形態では、ビームがＳＬＭ１２の受光面で最小ビームウエストを有するように、入射レーザ光源が光学コリメータ１１１によって制御され得ることが理解される。光学コリメータ１１１の例としての実施形態は、入射ビームを伝達するファイバに結合された屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズでもよく、或いは、１つ以上の通常のコリメートレンズでもよい。尚、非ガウス放射照度分布を有するマルチモードレーザに関して、最小スポットサイズの位置は、ＳＬＭ１２の受光面でビームのサイズが変化する基本モードの最小スポットサイズの位置とちょうど同じである。
【００３５】
当業者に理解されているように、レーザビームは、レーザビーム断面全体に放射照度の空間分布を有する。例えば、マーキング目的で使用されるレーザが単一横モード（例えば、基本又はＴＥＭ００モード）を有する場合、図４に示すように、レーザ放射照度分布はガウス形状である。当然のことながら、レーザビームに関しては、非ガウス放射照度分布を実現することも出来る。例えば、マルチモードレーザ又はより高次のモードのレーザは、非ガウス放射照度分布を有するビームを生成することが出来る。マルチモードレーザビームの非ガウス放射照度分布は、当該技術分野においてＭ２因子と呼ばれるパラメータによって基本モードビームのガウス放射照度分布と定性的に比較され得る。ガウス分布を有する基本モードレーザビームに関して、Ｍ２因子の値は一般的に１に等しい又は近いが、非ガウスビーム分布は一般的に１よりも大きなＭ２値を有する。
【００３６】
図５は、当該技術分野ではフラットトップ（又はメサ）レーザビーム放射照度分布として既知の理想的な非ガウス放射照度分布を説明する。比較として、図４に示すように、ガウス分布を有するレーザ放射照度はビームの中心に最大値を有し、レーザ放射照度はガウス数学関数に従ってビームの中心から外側に向かって放射状に減少する。更に図５に示すように、理想的なフラットトップレーザビームでは、放射照度分布は、ビーム断面全体で完全に均一であり、従って、ターゲット上に設置しようとする画像／バーコードの各セグメントで均一であり、従って、常に均一なマーキング品質を保証する。
【００３７】
本発明の例示の実施形態では、本発明の発明者は、実質的に均一な非ガウス放射照度分布（即ち、当業者に容易に理解されるように、公称公差又は偏差を除くフラットトップ放射照度分布）を有するレーザビームを具体化するレーザマーキングシステム及びＳＬＭ１２（ＤＭＤ）に反射するビームの断面全体に実質的に均一な増幅を行うように構成された光増幅器２０（即ち、ビームのフラットトップ放射照度分布を保つように構成された光増幅器）を革新的に提案する。ＳＬＭ２０に影響を及ぼす可能性のある増幅された後方反射があれば光学的に遮断するよう、ＳＬＭ１２と光増幅器２０との間に光アイソレータ１５を配置してもよい。
【００３８】
一例としての実施形態では、マルチモードレーザ光源５０は、このような光源からのレーザビームの放射照度分布を実質的に均一な放射照度分布とみなすことが出来るようなＭ２値を提供するように構成される。一例として、ビームは、ビームのＭ２値がおよそ少なくとも２以上の値を有する場合、および、レーザ放射照度レベルが妥当な波形（ｒｉｐｐｌｅ）／均一性を有する、例えば、約±１０％の範囲内のリップル変化を有する場合、実質的にフラットトップであるとみなされる。
【００３９】
図６は、非理想的なフラットトップ放射照度分布を説明し、この分布は、ある程度の放射照度変化を有しているが、ビームの中心域に十分なフラットトップを提供することが出来る（例えば、約±５％の範囲内のリップル変化を有し得る）。以下により詳細に記載する他の一例としての実施形態では、レーザ光源が、ガウス放射照度分布を有し、その後フラットトップ放射照度分布に変換されるビームを供給する基本モードレーザ光源であってもよい。
【００４０】
図２に示すように、レーザ光源５２は、ガウスビーム分布を提供する基本モードレーザ光源である。レーザ光源５２は、光源５２からのガウシアンビームが、ビームの放射照度分布に影響を及ぼすように構成されたビームシェイパ（ビーム整形器）を通過するように光学的に結合されるように配置される。一例としての実施形態では、ビームシェイパは、ガウス‐フラットトップビーム分布変換器５５であってよく、変換器５５からの出力ビームが、例えば垂直入射でＳＬＭ１２（例えば、前記ＤＭＤ）によって受光されるようにしてもよい。ガウス‐フラットトップビーム変換器５５は、カリフォルニア州のＮｅｗｐｏｒｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ及びドイツのＬＩＭＯ，Ｌｉｓｓｏｔｓｃｈｅｎｋｏ  Ｍｉｋｒｏｏｐｔｉｋ  Ｇｍｂｈから販売されている、屈折ビームシェイパ等の市販のデバイスである。当然のことながら、変換器５５は、ガウス‐フラットトップビーム整形を行う特定の技術的方法に制限されず、回折光学素子等の１つ以上の光学素子や、非球面を有する１つ以上のレンズ等を有していてもよい。当然のことながら、他の実施形態では、ビーム放射照度整形機能性を与える、即ち、ガウシアンビームをフラットトップビームに変換するためにディフューザを使用してもよい。
【００４１】
尚、特定のビームシェイパを使用するとレーザのコヒーレンスに影響を及ぼす。ガウス‐フラットトップビーム分布変換器５５は、レーザビームのコヒーレンスに悪影響を及ぼさないが、ディフューザ等のその他のビーム変換器はレーザビームのコヒーレンスに悪影響を及ぼす。従って、このようなビームシェイパを使用してコヒーレントビーム、部分コヒーレントビーム、又はインコヒーレントビームを与えるようにすることが出来る。いずれの場合も、ＳＬＭ反射に基づく画像は、均一増幅によって増幅される。コヒーレントビームを使用すると、システム全体がコヒーレント結像光学システムとみなされ、それ相応に分析される。一方、インコヒーレントビームを使用すると、システム全体がインコヒーレント結像光学システムとみなされ、それ相応に分析される。本発明の例示的実施形態は、コヒーレント結像に関して詳細に記載されるが、本発明の例示的実施形態は、インコヒーレント結像システムも同様に対象とすることが理解される。
【００４２】
当然のことながら、ガウス‐フラットトップビーム分布変換器５５はレーザ光源５２の一部として一体化されていてもよく、また、レーザ光源５２の下流に位置する別体の光学コンポーネントでもよい。当然のことながら、上記の例示の実施形態は、いずれの場合も、ターゲットに入射したレーザビームの放射照度分布は非ガウス放射照度分布、より具体的には、フラットトップ放射照度分布であるため、先行技術のマーキングの問題を解消する点で有利である。（ビーム変換器、ディフューザ、又はマルチモードレーザ光源のいずれかを使用して）フラットトップレーザビームを得るための上述のビーム放射照度整形機能性は、均一な光学増幅と共に、このようなビーム放射照度整形機能性がない既知のＤＭＤを使用したレーザマーキングシステムと比較して、大幅に動作を改善させることが期待される。
【００４３】
動作中、各マイクロミラー（ＳＬＭ１２における個々に制御可能な角度調節可能なミラーピクセルのアレイにおける）は、２つの傾斜状態を取ることが出来る。例えば、マイクロミラーがデバイス表面の法線に対して＋θ角度傾斜している第１の状態と、マイクロミラーがデバイス表面の法線に対して−θ角度傾斜している第２の状態である。マイクロミラーが＋θに設定された傾斜状態にあるとき、マイクロミラーはターゲット物体１４に向かう方向にレーザ光を反射する。反対に、マイクロミラーが−θの傾斜状態に設定されている時、マイクロミラーは、図１及び図２に示すように、ターゲット物体から離れて、例えば光吸収体／ブロック１６に向かってレーザ光を反射する。
【００４４】
このように、一例としての高解像度二値画像が、コントローラ１８からの制御信号に応じてＳＬＭ１２によって生成されるとき、ＳＬＭ１２における個々に制御可能なアレイのマイクロミラーは夫々、任意の二値画像における論理１に対応する各ビットに関して夫々＋θ傾斜した状態に設定される。同様に、ＳＬＭ１２における個々に制御可能なアレイのマイクロミラーは夫々、任意の二値画像における論理ゼロに対応する各ビットに関して夫々−θ傾斜した状態に設定される。
【００４５】
当然のことながら、ターゲット物体１４は、光増幅器２０によって増幅された後に意図された２Ｄマトリクスコード又は高解像度画像でマーキングされるため、吸収体／ブロック１６に入射したビームは、データコードマトリクスの論理補数又は相補的コード情報である光学パターンを含む。従って、相補的２Ｄマトリクスコードが望ましいマーキング用途に関しては、吸収体／ブロック１６を取り除き、図３に示すように、製品１４１及び１４２をマーキングするために両ビーム（例えば、＋θ傾斜した状態に応じて生成される第１のビームと−θ傾斜した状態に応じて生成される第２のビーム）を使用することが出来る。即ち、一方のビームを元のデータコードマトリクスをマーキングするために使用し、他方のビームを元のデータコードマトリクスの論理補数をマーキングするために使用する。後者の場合、図３から分かるように、吸収体／ブロック１６の代わりに、使用する光学コンポーネントは、ミラーが＋θ傾斜した状態のときに結果として生じるビームの光路に示す光学コンポーネントと基本的に同じである。
【００４６】
先に論じたように、入射レーザビーム放射照度の大きさは、適正なレベルの範囲に維持されていなければ、ＳＬＭ１２を損傷する可能性がある。本発明の発明者は、マイクロミラーの損傷を回避し、均一なビーム放射照度を維持するという問題に対する革新的解決法を（ＳＬＭ１２（ＤＭＤ）に反射するビームの断面全体に実質的に均一な増幅を行うように構成された光増幅器と組み合わせてフラットトップ放射照度分布を有するビームを提供するように構成された光学デバイスを使用することによって）確認した。
【００４７】
尚、本発明の例示的実施形態の発明者が提案する解決法の態様は、ビーム拡大及びビーム縮小を条件としない。更に、本発明の例示的実施形態の態様は、入射レーザビームプロファイルがフラットトップ放射照度分布を有することが出来るようにし、ＳＬＭ１２の反射後、光増幅器２０は、ビームのフラットトップ放射照度分布が増幅後に維持されるように、レーザビーム断面全体に均一な増幅を行うように構成されることが出来るようにする。従って、ビームの最終的な放射照度を、均一増幅によってＳＬＭ１２の損傷閾値よりも大幅に大きくすることが出来、ビームの断面の範囲内で伝達されるデータは基本的に変化しないままである。また、本発明の例示的実施形態は、結像及び増幅システム性能への回折の影響を分析し、これらの影響が、必要なエンジニアリング解によって処理され得るようにする。その結果、本発明の態様は、直接的な方法で、ＳＬＭを用いた先行技術のマーキングシステムで生じる実際的空間的な回折及び放射照度制限を克服する。
【００４８】
ＳＬＭ１２の実用的制約に従い、ＳＬＭ１２に入射するレーザビームに関して、適切なレベルのエネルギー（例えば、信頼出来るＤＭＤ動作に必要な事前に定義された閾値レベル未満）を設定し、このようなデバイスが損傷せず、かなり高いレベルの信頼性で機能するようにする。一例としての実施形態では、市販のＤＭＤ（ＳＬＭ１２）は、例えば約４２０ｎｍ〜約７００ｎｍの波長範囲で１０Ｗ／ｃｍ２の入射光パワーを支障なく許容するように調整される。更に、例えばパルスレーザ動作の場合、このようなデバイスに関して、信頼出来る動作エネルギーレベルは約０．１Ｊ／ｃｍ２であると報告されている。このように、この例の場合では、入射レーザビームのエネルギーレベルはこの閾値エネルギーレベル未満に維持すべきである。当然のことながら、上記レベルは、限定的な意味ではなく、一例という意味で解釈されるべきである。
【００４９】
図７は、ＳＬＭ１２によって構成される２Ｄデータコードマトリクスの各例を説明する。＋θ傾斜した状態の各マイクロミラーは、データコードマトリクスを含む光学的パターンを備える出力レーザビームの形成に寄与する。このビームは光増幅器２０の方に向けられている。光アイソレータ１５は、図１及び図２で説明するように、ＳＬＭを損傷する可能性のある増幅された後方反射を遮断するためにＳＬＭと光増幅器２０との間に置かれる。例えば図７に示す２Ｄデータコードマトリクスの場合に関して、図８は、ＳＬＭ１２に反射したビームの結果として生じる放射照度プロファイルの一例を示す。図８は、ＳＬＭ１２に入射する均一／フラットトップビームがパターン／画像情報によって空間的にコードされていること、及び、パターン／画像の各セグメントが均一な放射照度レベルを有していることを示している。
【００５０】
本発明の例示的実施形態の態様によれば、光増幅器２０はレーザビーム強度を均一に高めるように構成されている、即ち、増幅率がビーム断面全体で均一である。均一増幅によって、出力パターン／画像の全てのセグメントが放射照度の均一性を維持しながらより高い放射照度レベルを有することが出来るようになる。
【００５１】
図９、図１０及び図１１は、先行技術のレーザマーキングシステムで一般的に使用される光増幅技術に対して本発明の例示的実施形態の態様を相対的に概念化するのに使用される。この例では、図８に示すパターン／画像は、光学的に増幅される光入力の一例を表す。
【００５２】
図９は、増幅器の設計によって、先行技術のレーザマーキングシステムで一般的に行われるビーム断面全体の、例えばガウス関数（図４を参照）によって定義された不均一増幅が行われる場合の一例としての出力パターン／画像を示す。このような増幅器からの出力パターン放射照度によって、不合格品質のマークに、２Ｄバーコードパターンの場合は読取不能なコードになると考えられる。
【００５３】
図１０は、増幅器の設計によって、本発明の態様に従い、ビーム断面全体に理想的な均一増幅、例えば図５で説明するような理想的なフラットトップ応答が行われる場合の一例としての出力パターン／画像を示す。図１１は、増幅器の設計によって、例えば図６で説明するようなビーム断面全体に約±１０％の範囲のリップル変化を有するフラットトップ応答によって規定される理想的ではないが十分に均一な増幅が行われる場合の一例としての出力パターン／画像を示す。当然のことながら、図１０で説明する応答の例は理論的応答を備え、図１１に示す一例としての出力パターン放射照度はある程度許容可能な変化の範囲内の現実的な均一増幅を表している。このように、光増幅器２０の光学設計は、コードされたパターン／画像を伝達する入射ビーム断面全体を均一増幅するように構成される。即ち、光増幅器２０によって生成された増幅レーザビームは、空間光変調器１２によって生成された情報と同一の情報（データコードマトリックスの先に述べた例のような）を含むが、より高く、空間的に均一な放射照度を有する。
【００５４】
本発明の態様を具体化したシステムを使用して、マーキングにより高い放射照度を必要とする物質にアブレーション又は非アブレーションマーキングを行うことが出来る点が有益であると考えられる。非アブレーションマーキングは、入射レーザ放射照度の影響下で、実際にマーキングされた物体又はコーティングの色変化によって達成されることは、当業者であれば容易に理解するであろう。
【００５５】
一般的に、光増幅器は、利得媒質、ポンプ源／機構、及び／又は光学素子（レンズ、光学素子、格子等）から構成されることは、当業者であれば理解するであろう。光増幅器は、ワンパス増幅器、マルチパス増幅器、又は再生増幅器等の種類に大まかに分類することが出来る。必要な増幅度、利得媒質の利得及び飽和特性、入力ビームの特徴等、様々な相互依存因子は、増幅器の光学設計によって、所望の結果を得るように構成されなければならない。光学設計によって、ポンプ源と吸収利得媒質とがカップリングされる。光学設計は、利得媒質におけるポンプパワー分布にも関与し、ひいては出力ビームの均一性及び光学的歪みに影響を及ぼす。
【００５６】
一例としての実施形態では、光増幅器としてワンパス光増幅器を使用する。ワンパス増幅器では、入力ビームは、図１２で説明するように、ポンプ源によって均一に励起されて誘導放出を可能にする利得媒質を１度だけ通過する。光増幅器の利得媒質は、誘導放出下、増幅器に進入する入力ビームに多数の光子を追加し、それによって、出力ビームのエネルギー含量を増加する。このようにして、空間的に均一な放射照度の入力ビームは、その断面全体にコードされた情報を有する状態で、均一に増幅される。出力ビームは、その断面全体にコードされた情報の信号対ノイズ比（コントラスト比）がほとんど低下することなく、より高い放射照度を有する、即ち、全ピクセルがほぼ同じレベルの放射照度を有する。
【００５７】
他の例としての実施形態では、光増幅器としてマルチパス光増幅器を使用する。レーザ増幅器の利得媒質を通過する回数が増えるごとに入力ビームは漸増的に増幅されるため、ミラーアレイ３２を有するマルチパス増幅器３０は、図１３で説明するように、光増幅器として使用され得る。この場合、利得／増幅媒質もポンプ源によって均一に励起される。バルクミラーのアレイ３２は、入射時の通過レーザビームに対して選択的に位置決めされて、（例えば、両方向矢印３４によって表す傾斜制御装置を介して）増幅媒質を通って何度も通過レーザビームを反射させ得る。図１３から分かるように、通過ビームは、毎回異なる光路を通って媒質を伝搬し、増幅媒質の利用可能な体積を有効活用する。マルチパス光増幅器は、一般的に、シングルパス増幅器よりもより多く増幅するが、低い信号対ノイズ比も与える。当然のことながら、システム設計には、入力ビーム断面全体に均一な増幅を行うという必要条件を満足する限り、様々な光増幅器構成を使用してよい。
【００５８】
ビームの断面全体の実質的に均一な増幅を行い、その結果、増幅されたビームがそのビーム断面全体の実質的に均一な放射照度分布を維持するために当業者が用いることの出来る光増幅器及び増幅技術の様々な例を以下に示す。以下に示す例は、レーザビームに実質的に均一な増幅を行うよう構成された光増幅器に関連する先端技術の実例と解釈されるべきである。即ち、これらの例は、限定的な意味ではなく、一例という意味で解釈されるべきである。例えば、ある光増幅器は、利得媒体が均一に励起される均一増幅を行う。この利得媒体は、マルチモード光源を使用して基本的に均一に励起され、その結果、利得媒質において均一な増幅及び均一な温度プロファイルがもたらされる。均一な温度プロファイルを有することは、熱変形を回避又は減少するので、更なる利益となる。例となる増幅器は、固体の利得媒質と、均一な利得／増幅をもたらすように構成されたダイオードバー配列とを有してもよい。
【００５９】
当業者であれば、上記例が、レーザ空洞に均一な励起を行うという状況で論じられるものもあることが理解されるだろう。しかし、当業者であれば、そのような例を、光増幅器を励起するよう容易に適応可能であることも理解されるだろう。
【００６０】
ＳＬＭ１２及びその他の高解像度ＳＬＭ内の要素のサイズは、一般的に小さく、例えばマイクロメータ単位であり、光回折効果に繋がることは当業者に既知である。ＳＬＭを使用するシステムを適切に設計するためには、この回折効果を考慮しなければならない。例えば、ＳＬＭ１２は、周期的な間隔で配置されたミラーの２次元アレイであってもよい。このアレイは、レーザを照射されると、反射回折格子として機能する。基本的には、この回折によって、ＳＬＭ１２によって生成された画像の複製が多数生成される。しかし、図１５で説明するように、ＳＬＭ１２を特定の角度傾けることによって、入射レーザパワーの大部分がある特定の回折次数に結合され得、入射レーザパワーの大部分が一つに結合される。次に、選択された次数／画像は光学的に増幅される。
【００６１】
図１のシステムの一実施形態では、コヒーレント光又はレーザをＳＬＭと併用し、このＳＬＭがビームの断面全体でレーザビームの振幅を変調し、この変調信号がＳＬＭ１２によって生成される画像となる。従って、システム全体は、コヒーレント光の伝搬及び回折に基づくコヒーレント光学システム分析を必要とするコヒーレント光学システムである。上記のように、ＳＬＭ１２をある角度傾けることによって、反射光の大部分を一つの回折次数に結合することが出来る。この回折次数のビームに含まれる画像は、（ホイヘンスフレネルの原理下で）伝搬するときに回折を受ける。光学コンディショニングシステム２２は、伝搬する回折ビームを捕捉し、レンズの公式によって規定されるような最終的な画像平面におけるＳＬＭ１２画像の拡大／縮小バージョンを形成する。この回折次数のビームが伝搬するときに、このビームがその断面全体で伝達する情報が回折によって変化する。ＳＬＭ１２の表面では、前記情報はＳＬＭ１２によって生成された画像であるが、前記ビームが光学コンディショニングシステム２２に進入する前は、前記ビームが伝達する情報は、フレネル回折パターンによって表され得る。前記ビームがレンズを通って伝搬し、最終的な画像平面に近づいた後、このビームが伝達する情報がフレネル回折パターンからＳＬＭ１２が生成した画像の拡大／縮小バージョンに変化する。前記情報は、光学コンディショニングシステム２２の前又は後で均一に増幅され得る。図１６（ａ）は、光学コンディショングシステム２２の前に均一増幅を行って、フレネル回折パターンを増幅する方法を説明し、図１６（ｂ）は、光学コンディショングシステム２２の後に均一増幅を行って、前記画像を増幅する方法を説明している。いずれの場合も最終的な結果は同じであり、ＳＬＭ１２によって生成された画像の均一増幅された拡大縮小バージョンである。
【００６２】
図１を参照すると、光学コンディショニングシステムは、コリメートレンズ及びアプラナート焦点レンズから構成され得る。光学分野における通常の知識を有する者であれば、アプラナートレンズは、実質的に球面及び／又はコマ波面誤差又は収差がないように設計されていることを認識している。これらいずれかの収差の存在によって、光学透過波面が歪む可能性があり、マーキングされた試験物体の表面上の最終画像が不規則に整形されたりぼやけたりする可能性がある。最終的に増幅された画像は、ＳＬＭ１２によって伝達された一例としての高解像度画像又は２Ｄマトリクスコード（例えば、論理１ビットに対して高強度レーザ、論理ゼロビットに対して無光という意味で）を有する光学パターンを含む。
【００６３】
一例としての実施形態では、光学コンディショニングシステム２２は、マーキングターゲットである物体１４の表面上に光学パターンを投影して結像するように配置される。一例としての実施形態では、光学コンディショニングシステム２２は、ＳＬＭ１２の表面にその最小ビームウエストを有するビームを捕捉することによって結像する。一例としての実施形態では、ターゲット物体の表面上で高強度レーザ光を受光する（例えば、論理１ビットに対応する）領域がマーキング（又はアブレーション）されるが、一方、（例えば、論理ゼロビットに対応する）その他の領域は変化しない。従って、このようにして、２Ｄデータコードマトリックスがターゲット物体の表面上にマーキングされる。任意のマーキング用途のニーズによって、２Ｄコードマトリクス又はその他の任意の高解像度画像を含む光学パターンのサイズを拡大又は縮小するように光学コンディショニングシステム２２を調整することが出来る。
【００６４】
動作中、ＳＬＭ１２のマイクロミラーの方位、従って２Ｄコード情報を含む光学パターンを、コントローラ１８によって素早く変化させることが出来る。任意の２Ｄコードをコードフレームとして表すことが出来れば、ＳＬＭ１２がそのミラーの方位を転換し、かなり高いフレームレートで新しいコードフレームを投影する能力によって、本発明の態様を具体化した画像増幅システムが、連続的に変化するコードマトリクスを製品にマーキングすることが出来るようになり、従って、かなり高速で製品のシリアライズされたレーザマーキングが出来るようになる点で有益である。この高マーキング速度によって、多くの産業が関連する生産プロセスに影響を及ぼすことなく、既存の産業生産ラインにマーキングシステムを組み込むことが出来る。
【００６５】
当然のことながら、シリアライズされた（例えば、連続的）レーザマーキング処理中、ＤＭＤは、そのマイクロミラーの方位を変化させることによってその空間的光変調動作が行われるため、固定されている。一例としての実施形態では、マーキング対象の製品は物体を移動させるためのコンベヤベルトや類似の機構上に設置され、そのような製品は、移動するときに、空間的に均一に増幅されたレーザ放射照度の作用下でマーキングされる。
【００６６】
一例としての実施形態では、ＳＬＭ１２は、紫外（ＵＶ）、可視及び近赤外（ＩＲ）スペクトル領域等、様々な光の周波数スペクトル領域で動作することが出来る。このように、入射レーザビームの波長は、マーキングされる材料の種類に基づいて適宜調整することが出来る。当然のことながら、レーザ放射照度によって生じるマーキングの様々な特徴も同様に調整され得る。限定ではなく一例として、適宜調整されるその他のレーザパラメータとしては、エネルギー／出力、スポットサイズ（連続波及びパルスレーザの両方に関する）、パルス幅、パルス繰り返し数、及びパルス数（パルスレーザに関する）が挙げられる。
【００６７】
先に述べたが、ＳＬＭ１２は、紫外（ＵＶ）、可視及び近赤外（ＩＲ）スペクトル領域等、様々な光の周波数スペクトル領域で動作することが出来る。しかし、より短い光学波長、特にＵＶでは、光子のエネルギーがはるかに高く、そのＳＬＭ１２を損傷する力も強いため、より短い波長でのＳＬＭ１２の損傷閾値がはるかに低いのはそのためである。これにより、性能特性が制限され、場合によっては、より短い波長での画像投影を用いた多くの応用システムの多様性までもが制限される。レーザ画像増幅技術を使用すれば、より長い波長を使用する画像を生成して均一に増幅し、その後、非線形光学原理（周波数変換）によって、レーザ及び画像をより短い波長に変換することが出来る。例えば、ＳＬＭ１２に入射する１０６４ｎｍの波長のレーザが画像を生成し、その後、その画像は均一に増幅される。増幅された１０６４ｎｍの画像は、次に、周波数変換非線形光学素子／媒質を用いて、５３２ｎｍ（可視緑）の波長の画像（周波数倍増）に、又は３５５ｎｍ（ＵＶ）の波長の画像（周波数三倍化）に変換され得る。このようにして、ＳＬＭ１２はより弱い損傷力のより長い波長のみを扱うが、最終的な画像は、より短いより一層強力な波長である。これにより、ＵＶ等のより短い光学波長ではるかに高い放射照度レベルの投影画像を使用する応用が可能になる。周波数変換は、図１７（ａ）及び１７（ｂ）で説明するように、増幅後に、限定はしないが非線形光学（ＮＬＯ）媒質６０等の周波数変換デバイスを使用して行うことが出来、ＮＬＯ媒質６０は、光学コンディショニングシステム２２の前又は後に物理的に位置する。
【００６８】
このように、図１７（ａ）は、光学的コンディショニングシステム２２の前のフレネル回折パターンの均一増幅及びそれに続く周波数変換を説明し、図１７（ｂ）は、光学的コンディショニングシステム２２の後の画像の均一増幅及びそれに続く周波数変換を説明している。いずれの場合も最終的な結果は同じであり、ＳＬＭ１２によって生成された画像の、均一増幅され、拡大縮小され、周波数変換されたバージョンである。尚、マルチパス均一増幅の場合、周波数変換は、増幅器によって画像伝達ビームの最終パスの後に行われる。
【００６９】
様々な例示的実施形態を参照して本発明を記載したが、当業者には、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々に変更、省略、及び／又は追加を行ってもよく、本発明の要素の代わりにその等価物を用いてもよいことが理解される。更に、本発明の範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適応させるように多くの改良を行ってもよい。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられた最良の形態として開示された具体的な実施形態に制限されないが、本発明は、添付の請求項の範囲に含まれる全実施形態を含むことが意図されている。更に、特に記載しない限り、第１、第２等の用語の使用は、順番や重要度を表しているのではなく、第１、第２等の用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用している。
【図１】
0006005644.tif 000002
【図２】
0006005644.tif 000003
【図３】
0006005644.tif 000004
【図４】
0006005644.tif 000005
【図５】
0006005644.tif 000006
【図６】
0006005644.tif 000007
【図７】
0006005644.tif 000008
【図８】
0006005644.tif 000009
【図９】
0006005644.tif 000010
【図１０】
0006005644.tif 000011
【図１１】
0006005644.tif 000012
【図１２】
0006005644.tif 000013
【図１３】
0006005644.tif 000014
【図１４】
0006005644.tif 000015
【図１５】
0006005644.tif 000016
【図１６（ａ）】
0006005644.tif 000017
【図１６（ｂ）】
0006005644.tif 000018
【図１７（ａ）】
0006005644.tif 000019
【図１７（ｂ）】
0006005644.tif 000020