(57)【要約】  印字装置は、被印字体に第１レーザ光を照射して、該被印字体の印字領域に情報を印字する印字装置であって、前記第１レーザ光を出射する光源と、前記第１レーザ光を前記被印字体の印字領域に集光する集光光学系と、前記第１レーザ光を走査する走査ユニットと、を含み、前記被印字体は、少なくとも前記印字領域に水分を含み、前記第１レーザ光の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下である。
2009119061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被印字体に第１レーザ光を照射して、該被印字体の印字領域に情報を印字する印字装置であって、
前記第１レーザ光を出射する光源と、
前記第１レーザ光を前記被印字体の印字領域に集光する集光光学系と、
前記第１レーザ光を走査する走査ユニットと、を含み、
前記被印字体は、少なくとも前記印字領域に水分を含み、
前記第１レーザ光の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下である印字装置。
【請求項２】
前記光源は、横モードがシングルモードである基本波を出射するファイバーレーザと、前記基本波を第二高調波に波長変換する波長変換素子とを含み、
前記第１レーザ光は前記第二高調波である請求項1に記載の印字装置。
【請求項３】
前記光源は、波長が１μｍ以上かつ２０μｍ以下の第２レーザ光を出射する第２レーザ光出射部をさらに含み、
前記第１レーザ光の照射と同時または前記第１レーザ光の照射の直前に、前記第２レーザ光を、前記被印字体における前記第１レーザ光の照射部位に照射する請求項１または２に記載の印字装置。
【請求項４】
前記光源は、前記第２レーザ光を第二高調波に波長変換する波長変換素子をさらに含み、
前記第１レーザ光は、前記第２レーザ光を波長変換して得られた第二高調波である請求項３に記載の印字装置。
【請求項５】
前記光源は、前記第２レーザ光を、バイアス時とパルス発振時とで異なる波長で発振するようなバイアスを有するパルス光に変調して前記波長変換素子に入射させ、
前記波長変換素子は、前記第２レーザ光のパルス発振時の波長で位相整合する位相整合温度を有する請求項４に記載の印字装置。
【請求項６】
前記光源は、波長が４００ｎｍ以下の第３レーザ光を出射する第３レーザ光出射部をさらに含み、
前記被印字体の印字領域での前記第３レーザ光のビーム径が、前記第１レーザ光のビーム径よりも大きい請求項１ないし３の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項７】
前記第３レーザ光のパワー密度は、前記第１レーザ光のパワー密度より小さい請求項６に記載の印字装置。
【請求項８】
前記光源は、波長が４００ｎｍ以下の第３レーザ光を出射する第３レーザ光出射部を含み、
前記印字体の印字領域での前記第３レーザ光のビーム径が、前記第１レーザ光のビーム径よりも大きく、
前記第３レーザ光は、前記第２レーザ光を波長変換して得られた第三高調波、または前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との和周波である請求項３に記載の印字装置。
【請求項９】
前記被印字体の印字領域に配される、少なくとも水分を含む水冷部材をさらに含み、
前記水冷部材を介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射する請求項１ないし８の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１０】
位相マスクをさらに含み、
前記位相マスクを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射することで、前記被印字体の前記印字領域において干渉パターンを形成する請求項１ないし９の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１１】
ＧＰＳセンサをさらに含み、
前記被印字体に印字する情報は、前記ＧＰＳセンサで検出した現在位置情報を含む請求項１ないし１０の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１２】
前記被印字体を水の中に設置するための水槽をさらに含み、
前記第１レーザ光を、前記水槽内の前記被印字体に照射する請求項１ないし１１の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１３】
前記水槽内に所定方向の水流を発生させる水流発生部をさらに含み、
前記水流に沿って流される前記被印字体に対して、前記第１レーザ光で印字を行う請求項１２に記載の印字装置。
【請求項１４】
前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の幅および高さは、それぞれ、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向の長さよりも短い請求項１３に記載の印字装置。
【請求項１５】
前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の幅は、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向に直交する断面の幅の二倍より小さく、
前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の高さは、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向に直交する断面の高さの二倍より小さい請求項１３または１４に記載の印字装置。
【請求項１６】
前記第１レーザ光は、単一偏光であり、前記水槽の表面の法線に対してブリュースター角で入射する請求項１２ないし１５の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１７】
前記被印字体が、卵である請求項１ないし１１の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１８】
前記被印字体が、魚介類である請求項１ないし１６の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１９】
前記被印字体が、野菜または果物からなる生鮮食料品である請求項１ないし１１の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１９の何れか１項に記載の印字装置を用いた印字方法であって、
前記被印字体の印字領域に、少なくとも水分を含む被膜または水冷シートを配置する工程と、
前記被膜または水冷シートを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射する工程と、を含む印字方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生鮮食料品等の被印字体に賞味期限や産地表示などの情報のマーキングをレーザ光により直接行う印字装置およびそれを用いた印字方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の健康志向の高まりから、一般消費者は生鮮食料品などの鮮度や産地などにこだわる傾向が強くなっている。このため、生鮮食料品に製造年月日や賞味期限あるいは産地や製造者などの情報を付加して鮮度などを明確化することが要求されている。【０００３】
従来、このような情報を付加するために生鮮食料品などのパッケージに所定の情報を印字する、または所定の情報を付加したラベルなどを貼付することが行われている。しかしながら、パッケージやラベルを使用すると余計なコストがかかり、また、印字のためのインクやラベルを貼付けるための接着剤などは食品ではないため、これらの一部が生鮮食料品などに付着することは問題であった。【０００４】
そこで、パッケージやラベルを用いずインクや接着剤を用いない方法として、レーザ光を、直接、生鮮食料品に照射して生鮮食料品の表面に印字する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、波長１０μｍ前後のＣＯ２レーザ光をポリゴンミラーにより生鮮食料品に走査して、生鮮食料品の表面に直接マーキングを行っている。【０００５】
また、内部に可食物を詰めたソフトカプセルの表面に波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザにより内容物の特定と製造年月日等の履歴がわかるように記号、絵または図形をマーキングした例も示されている（例えば、特許文献２参照）。【０００６】
さらに、チョコレートなどの表面に凹凸がある菓子などを対象として、ＹＡＧレーザなどにより常に表面にレーザ光の焦点を合わせながら可食体からなるマーキング層を形成して所定の情報を印字している例も示されている（例えば、特許文献３参照）。このようにすると、印字のためのパッケージやラベルが不要で、印字したマーキング層が可食体からなるため衛生上も問題となることが無い。【０００７】
しかし、上記で説明した従来技術においては、生鮮食料品などの水分を含む被印字体の表面の一部にレーザ光を絞り込んで照射するため、被印字体に大きいダメージを与えることが多かった。このダメージが生じる原因としては、生鮮食料品などの被印字体に含まれる水分にレーザ光が吸収されて水蒸気爆発が生じることが挙げられる。このことにより、被印字体の一部が破壊されて外観を損なう問題を生じる。特に、生鮮食料品は、温度が上昇するとタンパク質が変質する。この変質部分に細菌が繁殖すると変質部分を中心にタンパク質の分解が発生し、腐敗が進行する。このため鮮度の低下、保存期間の短縮といった商品価値自体が低減するといった問題があった。
【特許文献１】特開２０００−１６８１５７号公報
【特許文献２】特開２００４−８０１２号公報
【特許文献３】特開２００５−１３８１４０号公報
【発明の開示】
【０００８】
本発明は、レーザ光が被印字体に含まれる水分に吸収されることによる被印字体の印字領域の温度上昇を抑え、被印字体の表面のみに高精細で明確なマーキングを施す印字装置を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一局面に係る印字装置は、被印字体に第１レーザ光を照射して、該被印字体の印字領域に情報を印字する印字装置であって、前記第１レーザ光を出射する光源と、前記第１レーザ光を前記被印字体の印字領域に集光する集光光学系と、前記第１レーザ光を走査する走査ユニットと、を含み、前記被印字体は、少なくとも前記印字領域に水分を含み、前記第１レーザ光の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下である。
【００１０】
上記の構成によれば、レーザ光が水分に吸収される割合を低減させ、レーザ光の吸収による発熱を抑制することができる。したがって、水分を含む被印字体にダメージを与えることなく高精細なマーキングを施すことができる。
【００１１】
本発明のさらに他の目的、特徴、及び優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図２Ａは、本発明の一実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。図２Ｂは、図２Ａの印字装置における集光光学系の概略構成を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る印字装置により印字された被印字体の印字領域の拡大図である。
【図４】光の波長に対する水の吸収係数の変化を示す説明図である。
【図５】レーザ光におけるウエスト位置近傍でのビームの拡がりを説明するための説明図である。
【図６】図６Ａは、本発明の一実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。図６Ｂは、図６Ａの印字装置における水槽にレーザ光が入射する様子を示す説明図である。
【図７】図７Ａは、本発明の他の実施の形態に係る印字装置の水槽の概略構成を示す斜視図である。図７Ｂは、図７Ａの水槽の概略構成を示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る印字装置の要部を示す平面図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る、干渉パターンの印字について示す模式図である。
【図１０】図１０Ａは、本発明の他の実施の形態に係る印字装置の要部を示す斜視図である。図１０Ｂは、本発明の他の実施の形態に係る印字装置の要部を示す斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る赤外レーザ光と可視レーザ光を分離して被印字体に照射する構成の説明図である。
【図１３】図１３Ａは、本発明の他の実施の形態に係るレーザ光源における波長変換素子へ入射する基本波の強度波形を示す波形図である。図１３Ｂは、図１３Ａの基本波が波長変換素子で第二高調波に変換されたときの当該第二高調波の強度波形を示す波形図である。図１３Ｃは、図１３Ａの基本波が波長変換素子で第二高調波に変換されずに波長変換素子を透過したときの当該基本波の強度波形を示す波形図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施の形態に係る印字装置の、同一レーザ光を分離する概念図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施の形態に係る赤外レーザ光と可視レーザ光と紫外レーザ光とを分離して被印字体に照射する構成の説明図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施の形態に係る印字装置における被印字体表面でのビーム形状の関係を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態にかかる印字装置について、図面を参照しながら説明する。なお、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。【００１４】
図１に本発明の一実施の形態に係る印字装置１０の概略構成を示す。【００１５】
本実施の形態の印字装置１０は、表面（印字面）に水分を含む被印字体１１にレーザ光を照射して被印字体１１の表面に情報を印字するものである。印字装置１０は、波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下のレーザ光１３を出射するレーザ光源１２と、このレーザ光源１２から出射されたレーザ光１３を被印字体１１の表面１１ａに集光する集光光学系１４と、被印字体１１の表面上でレーザ光１３を走査する走査ユニット１５とを備えている。ここで被印字体１１として、例えば魚などの魚介類を図１に示している。【００１６】
次に、印字装置１０の動作の仕組みを説明する。レーザ光源１２から出射されたレーザ光１３は、まず集光光学系１４に入射する。集光光学系１４は、被印字体１１の表面にレーザ光１３を正確に集光するための集光レンズ等を含んでいる。集光光学系１４を通過したレーザ光１３は、次に走査ユニット１５に入射する。ここで、走査ユニット１５は、矢印１５ａの方向に回転してレーザ光１３を水平な方向に走査するポリゴンミラー１５ｂと、この走査方向に垂直な方向にレーザ光１３を移動させる可動反射ミラー１５ｃとを含んでいる。走査ユニット１５に入射したレーザ光１３は、先ずポリゴンミラー１５ｂで一次元走査され、さらに可動反射ミラー１５ｃでポリゴンミラー１５ｂの走査方向に対して直角方向に走査されることにより、被印字体１１上で二次元的に走査されることになる。【００１７】
レーザ光源１２および走査ユニット１５は、制御部１６により、電気的かつ機械的に制御されている。印字する文字等の情報が制御部１６により決められると、制御部１６は、走査ユニット１５の動作に同期して、被印字体１１上に記載すべき情報に応じてレーザ光１３を変調制御する。これにより、被印字体１１上に所望の情報が印字される。【００１８】
また、本実施の形態の印字装置１０は、ＧＰＳ（Global Positioning
System）センサ１７を搭載している。図１に示すように、ＧＰＳセンサ１７を制御部１６に接続し、当該制御部１６の制御により被印字体１１に対する印字内容にＧＰＳセンサ１７で得られた位置情報を含めることで、収穫場所や水揚げ場所を被印字体１１に直接的に記録することが可能になる。こうすることで、密漁や産地偽装に対する対策につながり、さらには本印字装置１０で印字した魚のブランド価値の向上にもつながり、購入者に対して安心感を与えることができる。【００１９】
ここで、図２Ａに示す印字装置のように、集光光学系１４も制御部１６に接続し、当該制御部１６の制御により被印字体１１の表面上にレーザ光１３の集光点が来るように、集光光学系１４に含まれるレンズ等の位置をリアルタイムに調整することで、より高精細な印字を行うことが出来るようになる。例えば図２Ａでは、投影装置１１７から被印字体１１に所定のパターン（ここでは格子パターン）を照明し、その画像をカメラ１８で撮影して制御部１６で画像処理することで、どの走査位置の時にどの高さにレーザ光１３を集光すればよいかを決定することができる。得られた最適集光位置情報に応じて、例えば図２Ｂに示すように、集光光学系１４を構成する複数のレンズ１４ａ・１４ｂの内、レンズ１４ｂの位置を光軸方向に調整することで、リアルタイムに被走査体１１上での光軸方向の集光位置を調整することが出来る。例えば図２Ｂの場合、レンズ１４ｂを光軸上後方１４ｆに移動させることにより、集光位置をより前方に移動させることが出来る。このようにすることで、被印字体１１の形状によらず、被印字体１１の表面１１ａ上に常に集光位置を合わせることが可能になる。尚、図２Ａおよび図２Ｂに示した方法は、レーザ光１３の焦点位置を被印字体１１の形状に応じて調整する一例であり、他の方法でも実現することが可能である。例えば、被印字体１１の表面に照明するパターンは線状光を走査しても構わないし、他にもステレオカメラで被印字体１１を撮影して画像処理により被印字体の形状を求めても構わない。【００２０】
図３に、印字装置１０により情報が印字された被印字体１１の表面１１ａ近傍の拡大図を示す。同図に示すように水分を含む被印字体１１の表面１１ａにおける所定の印字領域１１ｂに、ここでは産地、魚種、魚が獲れた年月日の例「大阪湾  黒鯛  ０８．０１．０１」が印字されている。すなわち、この魚が大阪湾で２００８年１月１日に獲れた黒鯛であることを示している。なお、被印字体１１は、図１および図２Ａに示す載置台１１ｃの上に載置され保持されている。【００２１】
次に、本実施の形態において、レーザ光１３の波長に関し、３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の範囲の波長帯域を用いる効果を、図４を用いて説明する。図４は、光の波長に対する水の吸収係数の変化を示している。従来の技術において印字装置のレーザ光には、いずれも波長が１μｍ以上の、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（吸収係数０．１ｃｍ−１）、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ（吸収係数１００００ｃｍ−１）またはＣＯ２レーザ（吸収係数５００ｃｍ−１）が使用されている。このような従来のレーザ光を使用すると、水に吸収される吸収係数が大きいため、印字装置で印字を行うときに被印字体に含まれる水分が加熱されすぎて水蒸気爆発が発生する。被印字体に含まれる水分による水蒸気爆発は、被印字体の印字面にダメージを与えることとなる。もし被印字体の細胞にダメージを与えてしまうと、空気中の細菌がダメージ部分を中心に繁殖し、細胞の鮮度が急速に低下する。【００２２】
図１および図２Ａに示す本実施の形態１に係る印字装置１０、２０では、波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の可視レーザ光１３を印字体１１への印字に使用する。この波長帯域は、図４に示すように、水の吸収係数が０．００１ｃｍ−１以下の最も吸収係数が低い領域である。この波長帯域の吸収係数は、従来のＮｄ：ＹＡＧレーザと比較して２桁以上、Ｅｒ：ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザと比較して６桁以上低い値である。本実施の形態の印字装置１０、２０は、水の吸収係数が０．００１ｃｍ−１以下となる波長帯域のレーザ光１３を印字に使用するので、被印字体１１の表面１１ａ近傍の内部の水分を過度に加熱して水蒸気爆発などを生じさせることがない。このように、実施の形態の印字装置１０、２０は、レーザ光１３の水分による吸収を小さくすることができるので、被印字体１１に含まれる水分によるレーザ光１３の吸収に起因する発熱を抑制することができる。このため、水分を含む被印字体１１にダメージを与えることなく高精細なマーキングを施すことができる。さらには、水分による吸収が少ないため、より少ないパワーで同様な印字が可能になり、印字に必要な電力を低減することが出来る。【００２３】
尚、本実施の形態において、走査ユニット１５は、ポリゴンミラー１５ｂと可動反射ミラー１５ｃとを含む構成であるが、レーザ光１３を被印字体１１に対して相対的に二次元走査できれば、その他の構成であってもよい。例えば、二次元ＭＥＭＳミラー等を用いても構わないし、被印字体１１を図示しないステージ等の上に配置し、レーザ光１３を走査せずにステージを二次元的に動かしても構わない。【００２４】
尚、本実施の形態の図１や図２Ａにおいて、被印字体１１の印字領域１１ｂとして、魚の腹部を図示しているが、他の部分でも構わない。特に、魚の尾ひれ等のひれの部分に印字することは、魚へのダメージがさらに軽減され、例えば生態調査等で捕獲した魚にマーキングして放流する場合等では、マーキング後の魚の生存率の低下を防ぐことができるため、有効である。【００２５】
次にレーザ光源１２に関して説明する。レーザ光源１２の波長は、３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、この波長領域において、高出力が得られる形態として、赤外レーザ光を波長変換することで得られる波長変換レーザ光が考えられる。この場合、周期状の分極反転構造からなる非線形光学素子（波長変換素子）を用いるのが好ましい。波長変換素子の結晶としてはＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３、Ｍｇ：ＬｉＴａＯ３、ＫＴＰを用いることができ、その結晶構造としてはコングルエント組成、ストイキオメトリック組成、水晶、フッ化物結晶などがある。例えば、基本波として波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ等をこれらの波長変換素子に入射することで、波長５３２ｎｍの緑レーザ光を第二高調波として得ることが出来る。この場合、波長変換素子に入射する基本波としては、シングルモードのファイバーレーザから出射された基本波を用いることが望ましい。例えば、コアの部分に希土類元素Ｙｂなどがドープされ、両端にファイバーグレーティングにより共振器が形成されたダブルクラッドのファイバーレーザに対して、波長９１５ｎｍや９７５ｎｍの励起光を入射することで、横モードが本質的にシングルモードでありながら、ワットレベルの高出力な基本波を得ることが出来る。そして、この基本波を波長変換素子に入射して得られる第二高調波もやはり横モードがシングルモードとなる。例えば、基本波として波長１０６４ｎｍの赤外光が得られる様にファイバーグレーティングを設定することで、第二高調波として５３２ｎｍで横モードがシングルモードの高品質なビームが得られる。【００２６】
一般に、あるビーム径にレーザ光を集光する場合、そのビームウエスト位置から遠ざかるにつれて、レーザ光は拡がる特性を持っている。その拡がり角は、波長が短いほど小さく、ビーム品質が良いほど小さい。ビーム品質はＭ２という値で定量化され、横モードがシングルモードのレーザ光のＭ２は略１であり、モードが増えてビーム品質が劣化するに伴い、Ｍ２値は大きくなる。前述の横モードがシングルモードであるファイバーレーザから出射された基本波を波長変換して得られた第二高調波は、横モードがシングルモードであるために、Ｍ２値は略１であるが、従来加工用で用いられていたＣＯ２レーザ等では、Ｍ２値は通常１．４程度の値を有しており、横モードはシングルモードではない。例として、図５には、波長５３２ｎｍでＭ２＝１．１のレーザ光、Ｍ２＝１．１のＣＯ２レーザ光(波長１０．６μｍ)、Ｍ２＝１．４のＣＯ２レーザ光に関し、ビームウエスト径（直径、１／ｅ２）がそれぞれ１００μｍとなるまで各レーザ光を集光し、ビームウエスト近傍でレーザ光が拡がる様子を示した。同じＭ２値であっても、波長５３２ｎｍと波長１０．６μｍとでは、波長５３２ｎｍの方がはるかに拡がりは小さい。また、同じ波長であっても、Ｍ２＝１．４よりもＭ２＝１．１のレーザ光の方が拡がり角は小さいことがわかる。よって、被印字体１１の印字領域１１ｂに多少凹凸があったとしても、波長５３２ｎｍで横モードがシングルモードのレーザ光を用いたほうが、前記の各ＣＯ２レーザ光を用いるよりも明らかに高精細に印字することが出来る。【００２７】
また、横モードがシングルモードであるファイバーレーザから出射された基本波を波長変換して得られた第二高調波（波長３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下）を用いた場合、被印字体１１の印字領域１１ｂの凹凸が±２０ｍｍ以下であって、印字するレーザ光のビーム径が２００ｕｍ以下の条件が許容されるのであれば、集光光学系１４のレンズ１４ｂの位置をフォーカス状態に応じて調整するような機構は不要となり、極めて簡便かつ低コストに印字装置１０を構成することが可能になる。一方で、Ｍ２＝１．１のＣＯ２レーザ光では凹凸が±２ｍｍあるだけでもすでにビーム径は２００μｍを超えてしまい、Ｍ２＝１．４のＣＯ２レーザ光に至っては、±１ｍｍの凹凸でもビーム径は２００μｍを超えてしまい、ピント位置を調整しないことには、凹凸のある被印字体に高精細な印字を行うことは出来ない。【００２８】
尚、ここでは、被印字体１１は水分を含んでいるとしているが、上述した拡がり角を小さくする効果は、もちろん被印字体が水分を含んでいるか否かに関わらず有効であり、どのような被印字体であっても同様の効果を有する。【００２９】
ここで、レーザ光１３は、ＣＷ（Continuous Wave）であっても構わないが、パルス光であると、より高精細に印字できる効果を有する。パルス光による極短時間での照射により、レーザ光１３が照射された位置での熱の発生を最小限に抑えることができるため、印字スポットサイズを最小現に抑えることが出来るのである。【００３０】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の実施の形態１に係る他の印字装置３０の概略構成を示している。図６Ａに示す印字装置３０は、図１や図２Ａに示す印字装置１０、２０と略同様の構成であるが、被印字体１１が載置台１１ｃの代わりに水槽２１に満たされた水２２の中に置かれているところが異なる。すなわち、印字装置３０は被印字体１１を水２２の中に設置する水槽２１をさらに備え、レーザ光１３は、水２２を介して被印字体１１に照射される。このような構成であっても、レーザ光１３の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下のレーザ光であれば、水２２による吸収がほとんどないために、水槽２１に入射したレーザ光１３のほとんどが被印字体１１に到達することになる。このため、エネルギーのロスが少なく、低消費エネルギーの印字装置を構成することが出来る。図４に示したように、水２２の吸収係数は波長５３２ｎｍに対しては０．００１ｃｍ−１であるが、ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）に対しては１ｃｍ−１、ＣＯ２レーザ（１０．６μｍ）に対しては１０００ｃｍ−１にもなる。このため、同一光量のレーザ光であっても、５３２ｎｍの波長のレーザ光では水中を１０００ｃｍも透過できるのに対し、ＹＡＧレーザでは１ｃｍ、ＣＯ２レーザでは０．００１ｃｍ程度しか透過できない。【００３１】
また、例えば水中で飼育していた魚を水中から取り出して印字すると、表面に水滴が付着している。このため、印字するレーザ光がその水滴に入射すると、水滴がレンズの様に作用し、さらに水滴の収差により被印字体の表面でビームを集光することが困難な場合がある。これに対して、本実施の形態の印字装置３０のように、水槽２１内に満たした水２２の中に被印字体を配置した場合、印字に使用されるレーザ光の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下であるため、こういった水滴によるレーザ光の集光特性の悪化もなく、高精細な印字が出来るという利点がある。【００３２】
また、前述の通り、レーザ光１３がパルス光であると、より高精細に印字できるが、この様に水中の被印字体１１に対して印字することで、水２２により冷却が促進されるため、さらに高精細に印字できるという利点もある。例えば、被印字体１１の非常に小さな領域に目立たないようにバーコード等を印字することも可能である。【００３３】
なお、このような印字装置３０においては、水槽２１の中をゆっくり泳いでいる魚類、蟹やエビなどの甲殻類、貝類などの生きている被印字体１１に瞬時に温度上昇を伴わずに産地や捕獲の年月日などの記録を行うこともできる。印字装置２０の水槽２１以外の構成要素の動作の説明については実施の形態１に係る印字装置１０と同様であるので説明は省略する。【００３４】
また、図６Ｂに示すように、レーザ光１３は、水槽２１の底面２１ａおよび側面２１ｂのうちのいずれかの面から水槽２１に入射し、例えば側面２１ｂの法線１３ｄに対してブリュースター角θｂで入射している。レーザ光１３が単一偏光で側面２１ｂに対してＰ偏光で入射している場合、側面２１ｂに対してこのようにブリュースター角θｂの近傍の角度でレーザ光１３を入射させると、側面２１ｂでの反射をなくすことが出来る。一方、印字用のＣＯ２レーザはランダム偏光で出射されているものがあり、その場合Ｓ偏光成分が必ず水槽への入射面で反射するため、たとえブリュースター角で水槽の表面に入射しても入射面での反射光は抑えられない。これに対し、波長変換により得られた高調波は単一偏光であるため、水槽２１の表面に対してＰ偏光でブリュースター角θｂをもって入射することで、水槽２１への入射面での反射を抑えることが出来る。なお、ブリュースター角θｂ近傍以外の角度でレーザ光１３を水槽２１の表面に入射する場合、例えば側面３１ｂに垂直に入射すると水槽表面から４％の反射光が生じることとなり、印字装置３０を操作する人の眼の安全性などを確保するために特別な機構等を必要とする場合がある。しかしながら、上述のようにブリュースター角θｂ近傍の角度でレーザ光１３を水槽２１の表面に入射することで、目にも安全で、かつ、ロスもなく高効率な印字装置３０を構成することが出来る。尚、水槽２１の屈折率を１．５、水２２の屈折率を１．３３とすると、空気から水槽２１に入射する場合のブリュースター角θｂは５６°に相当し、このブリュースター角θｂで空気から水槽２１に入射したレーザ光１３は、水槽２１内の水に対して、３３°の角度で入射する。このとき、水槽２１と水の界面でのＰ偏光反射率は０．１％以下と、極めて低い反射率である。【００３５】
次に、印字スループットを向上させる方法を、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明する。図７Ａは水槽２１の斜視図であり、図７Ｂは図７Ａの水槽２１の平面図である。図７では、水槽２１の中の水２２を一方向（ここでは図中Ｘ方向）に強制的に流し、その中に被印字体１１（ここでは魚）を流している。その際、魚がＸ方向とは逆方向に向きを変えて泳がない様に、水槽のＸ方向（水流方向）に垂直な断面における幅Ｗおよび高さＨを、魚のＸ方向の長さＬよりも短くしておく。こうすることで、魚は逆流することなくＸ方向に流されることになるため、この状態で次々に魚を水槽２１中に入れ、水２２に流される魚に対して印字することで、魚に連続的に印字することが可能になり、印字スループットを飛躍的に向上させることが出来る。さらには、水槽２１の幅Ｗを被印字体１１の幅Ｄの２倍以下にしておくことで、被印字体１１が二匹同時に流れることを防ぐことが出来るため、印字抜けをなくすことが出来る。同様に、水槽２１の高さＨに関しても、被印字体１１の高さの２倍以下にしておくことで、被印字体１１が二匹同時に流れないように出来る。【００３６】
次に、図８は、本発明の実施の形態１に係る他の印字装置の要部を示す平面図である。図８に示すように、被印字体１１の表面１１ａに、少なくとも水分を含む水冷シート２３（水冷部材）または水分を含む被膜をさらに配置し、レーザ光１３を、この水冷シート２３または被膜を介して被印字体１１に照射する。このような構成とすることにより、レーザ光１３によって被印字体が発熱するのを防止することができる。水による吸収係数の小さな可視レーザ光１３を用いることで、水または水分を含む冷却シート２３を介して被印字体１１にレーザ光１３を照射しても、途中の水分や冷却シート２３に光が吸収されることがないため、レーザ光１３のロスを受けること無く印字が可能となる。さらに、冷却シート２３の加熱や破損もないため、繰り返し冷却シート２３を利用できるという利点もある。【００３７】
図９は、本実施の形態１に係る他の印字装置の要部を示す構成図である。図９に示すように、レーザ光１３を位相マスク２４に通過させて、その干渉パターン２６を対物レンズ２５により縮小して被印字体１１の表面１１ａにマーキングする。このような構成により、被印字体１１の表面１１ａに干渉パターン２６による多彩な情報を記録することができる。光の干渉により印字するので２次元のパターンを同時に印字することができる。なお、位相マスク２４の代わりに光学素子を使用してレーザ光１３を分岐させることにより被印字体１１の表面１１ａにおいて干渉パターン２６を形成し、この干渉パターン２６を表面１１ａに転写してマーキングを行っても構わない。【００３８】
図１０Ａは、図１や図２に示す印字装置１０、２０の載置台１１ｃの上に果実であるりんごが被印字体１１ｄとして置かれている場合の斜視図を示している。また、図１０Ｂは、図１や図２に示す印字装置１０、２０の載置台１１ｃの上に卵が被印字体１１ｅとして置かれている場合の斜視図を示している。【００３９】
一般的に魚介類の水分含有率は２０％〜８０％であって、甲殻類の甲羅等は２０％程度と少ないものもあるが、魚類においては８０％程度の水分を含有する。また、りんご等の果物では水分を８０％以上含有し、ピーマン等の野菜でも７０％以上の水分を含有する。また、卵の殻等であったとしても、０．２％程度の水分を含有している。被印字体１１は、少なくとも印字領域１１ｂに水分を含んでおればよく、０．１％以上の水分含有率でも充分に本実施の形態の効果（水分を含む被印字体１１にダメージを与えることなく高精細なマーキングを施すことができる等の効果）を奏する。被印字体１１の水分含有率が２０％以上となればその効果はより高まり、さらに水分含有率が７０％以上となればその効果は顕著となる。このように、魚介類が被印字体１１の場合と同様に、被印字体１１が卵、魚介類、肉類、野菜、果物など、鮮度が要求される生鮮食料品などの場合でも、鮮度や品質を損なうことなく、これらの印字領域１１ｂに産地や製造年月日などのマーキングを行うことができる。【００４０】
（実施の形態２）
図１１に本発明の実施の形態２に係る印字装置４０の概略構成を示す。印字装置４０は、実施の形態１の印字装置１０と同様であるが、レーザ光源１２が波長の異なる複数の光源１２ａ、１２ｂを含んでおり、光源１２ａ、１２ｂから出射された各レーザ光は、ダイクロイックミラー３１にて合波された後、印字装置１０と同様の経路を経て被印字体１１上に照射される。ここで、複数の光源１２ａ、１２ｂのうちひとつを赤外レーザとした場合の利点を説明する。【００４１】
光源１２ａは波長３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の可視レーザ光１３ａを出射し、光源１２ｂ（第２レーザ光出射部）は波長１ｕｍ以上かつ２０ｕｍ以下の赤外レーザ光１３ｂを出射する。赤外レーザ光１３ｂを可視レーザ光１３ａと同時または直前に照射することは、被印字体１１の表面クリーニングに有効である。被印字体１１の表面が水分で覆われていて、水分が水滴となって付着していると、印字するレーザビームの集光スポットが変形するため印字精度が劣化するという問題が生じる。このため、赤外レーザ光１３ｂであらかじめ印字する部分の表面の水分を蒸発させておけば、被印字体１１の表面クリーニングとなり印字精度が向上する。また、印字する表面近傍の組織に水分を含む被印字体１１の場合、水分量のバラツキにより印字の品質がばらつくという問題が生じる。これを防止するには、水による吸収係数の高い赤外レーザ光１３ｂを被印字体１１の表面に照射して、この部分の水分量を低下させることで表面状態を均一化するという方法が取り得る。同時に、表面近傍の水分量を低減させることで印字速度を向上させることができる。このように、赤外レーザ光をレーザ印字の前処理として利用することで印字精度、印字スピードの向上、印字品質のばらつきの低減が可能となる。【００４２】
なお、赤外レーザ光を印字の前処理に使用する場合、赤外レーザ光１３ｂの被印字体１１上でのビーム径を、可視レーザ光１３ａの被印字体１１上でのビーム径より大きくしておくことが望ましい。これは、赤外レーザ光による表面クリーニングの範囲を印字範囲より広くとっておくことで、印字する表面を確実にクリーニングすることが出来るためである。【００４３】
また、図１１に示す様に、例えば制御部１６に接続された二次元温度センサ２７で被印字体１１の印字領域１１ｂの温度を観測し、赤外レーザ光１３ｂを照射した場所の温度が所定温度以上になる様に、制御部１６を通して赤外レーザ光１３ｂの出力を調整することで、印字する可視レーザ光１３ａが照射される場所の水分を確実に除去しておくことが出来る。こうすることで、水滴や水分による印字品質の悪化を確実に防止し、情報を被印字体１１に高精細に記録することが出来る。図１１では、二次元温度センサ２７を用いた例を示したが、これに限定されない。例えば、二次元温度センサ２７の代わりＣＣＤカメラ等で印字痕を観測し、印字痕の太さに応じて赤外レーザ光１３ｂの出力を調整しても良いし、それ以外の方法を用いても構わない。【００４４】
また、実施の形態１で述べたような周期状の分極反転構造を持つ波長変換素子を用いて、赤外レーザ光を波長変換して得られた第二高調波を可視レーザ光として用いた場合、印字に用いる可視レーザ光と同軸上に、波長変換されなかった赤外光が存在するような構成を取ることが出来る。一般的に、波長変換素子において波長変換すると基本波と高調波の出射方向が異なるが、周期状の分極反転構造を有する波長変換素子を用いれば、基本波と高調波の出射方向を同軸にすることが可能となる。この場合、波長変換素子で波長変換されずに残った赤外光を前述の表面クリーニングに用いることが出来るというメリットもある。【００４５】
例えば、基本波として１０６４ｎｍの赤外光を用いた場合、波長変換素子で波長変換された５３２ｎｍの可視レーザ光１３ａで印字し、波長変換されずに残った１０６４ｎｍの基本波（赤外レーザ光１３ｂ）で表面クリーニングを行うことが考えられる。この場合に、印字の直前に赤外レーザ光１３ｂを照射するためには、図１２に示すように、レーザ光源（図示せず）と被印字体１１との間に、プリズム３２と対物レンズ３３を設けた構成が考えられる。この構成では、プリズム３２の各レーザ光に対する屈折率差によりレーザ光１３を可視レーザ光１３ａおよび赤外レーザ光１３ｂに分岐させて、対物レンズ３３により各レーザ光１３ａ、１３ｂを被印字体１１の表面１１ａに集光する。そして、矢印３４に示す方向にレーザ光１３ａ、１３ｂを走査することで、先ずは赤外レーザ光１３ｂにより印字する領域の表面１１ａの水分を蒸発させ、その後に可視レーザ光１３ａにより被印字体１１に印字を行うようにすることが出来る。こうすることで、図１１の様に可視レーザ光１３ａと赤外レーザ光１３ｂとを発生するために個別に光源を準備する必要がない。また、波長変換素子を用いた構成においては本来廃棄していた赤外レーザ光を無駄にせずに用いることができる、電力的にもロスが少ない。さらに、可視レーザ光１３ａと赤外レーザ光１３ｂとを合波する必要もないため、可視レーザ光１３ａと赤外レーザ光１３ｂとの位置を調整する必要もなく、コスト的にも有利である。尚、赤外レーザ光１３ｂと可視レーザ光１３ａとを同時に照射する場合は、図１２に示すプリズム３２や対物レンズ３３は不要である。【００４６】
また、上述の通り、赤外レーザ光１３ｂの被印字体１１上でのビーム径は、可視レーザ光よりも大きいことが望ましい。波長変換を行った場合、波長は基本波の方が第二高調波よりも二倍長いが、ファーフィールドでの基本波のビーム径は、第二高調波のビーム径に対して約√２倍の大きさであるため、ウエスト位置近傍でも、基本波のビーム径の方が約√２倍大きくなる。よってこの観点からも、波長変換レーザは本構成にとって望ましい光源であると言える。【００４７】
ここで、可視レーザ光は前述の通りパルス光であることが望ましいが、赤外レーザ光はＣＷ発振であることが望ましい。これは、赤外レーザ光をパルスにすると、被印字体にダメージを与えてしまうためである。よって、波長変換素子を用いたレーザ光源１２の場合、基本波である赤外レーザ光１３ｂはＣＷのまま、得られる第二高調波である可視レーザ光１３ａのみをパルス化することが望ましい。この場合、第二高調波のみをパルス化するためには、以下に述べる様な波長変換のスイッチを利用することができる。【００４８】
第二高調波のみをパルス化する変調方法の一例として、波長変換素子に電圧を印可して位相整合状態をスイッチングする方法がある。すなわち、波長変換素子に電圧が印可された時のみ位相整合条件が成立するようにし、電圧の印加状態と非印加状態とを周期的に切り換えることにより、第二高調波をパルス状にすることができる。この場合、第二高調波の出力波形のｄｕｔｙ比は数％以下であるため基本波は実行的にＣＷ光に近い形で発生することになる。【００４９】
第二高調波のみをパルス化する他の方法としては、基本波の発振波長を変調することで第二高調波の出力をパルス化することが考えられる。ファイバーレーザは発振波長のスイッチングが可能なため、基本波の発振波長を変調することで、第二高調波をスイッチングできる。具体的には、ファイバーレーザで共振器を形成しているファイバーグレーティングのグレーティングのピッチを、アクチュエータ等で伸縮させて変調することで、発振波長をスイッチングすることが可能である。【００５０】
第二高調波のみをパルス化するさらに他の方法としては、基本波の強度を変調することが考えられる。すなわち、図１３Ａに示すように、波長変換素子に入射する基本波にバイアスをかけて変調する。基本波がパルス発振している状態において、基本波の波長はバイアスのみの発振時と比較してわずかに長波長側にシフトする。このため、パルス光発生状態に位相が整合するように波長変換素子の位相整合温度を制御しておけば、図１３Ｂに示すように、基本波がパルス発振するときにのみ第二高調波が発生することになる。一方、波長変換素子を透過した基本波は、パルス発振時のみ波長変換されるため、図１３Ｃに示すように、ＣＷに近い形で発振する。この波長変換素子を透過した基本波を用いて被印字体の前処理が可能となる。【００５１】
（実施の形態３）
図１４に本発明の実施の形態２に係る印字装置５０の概略構成を示す。図１１の印字装置４０と同じく、レーザ印字を行う波長３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の可視レーザ光源１２ａを有するが、もうひとつ、波長４００ｎｍ以下の紫外レーザ光１３ｃを出射する紫外レーザ光源１２ｃ（第３レーザ光出射部）を有する点が、図１１の印字装置４０とは異なる。波長４００ｎｍ以下の紫外光には、殺菌効果があるため、動植物における細菌の繁殖を低減する効果がある。よって、波長４００ｎｍ以下の紫外光を、印字を行うレーザ光の照射と同時または直後に、被印字体１１に照射することで、レーザ印字部分を細菌の繁殖から防止できるというさらなる効果を有する。【００５２】
被印字体上で印字する可視レーザ光１３ａのビーム径に対して、殺菌に用いる紫外レーザ光１３ｃのビーム径の方が大きいことが望ましい。これは、印字部分の周辺までの雑菌を消滅させることで、印字部分での雑菌の低減効果が強化できるためである。【００５３】
また印字する可視レーザ光１３ａに対する紫外レーザ光１３ｃのパワー密度は、１％以下に限定することが好ましい。紫外レーザ光が印字するレーザ光強度の１％以上になると、紫外レーザ光１３ｃにより被印字体１１の変質が起きる場合がある。この場合、印字される変色部分のラインの見栄えが悪くなるが、上記の通り印字する可視レーザ光１３ａに対する紫外レーザ光１３ｃのパワー密度を１％以下に抑えることで、このような不都合を回避することが出来る。【００５４】
また、印字に用いる可視レーザ光源１２ａとして、波長４０５ｎｍや３７５ｎｍの半導体レーザ光源を用いても構わない。波長３７５ｎｍの場合であれば、殺菌効果も有するため、殺菌用の紫外レーザ光源１２ｃと共通化することも出来る。この場合、例えば図１５の様に、ガラス板２８を用いて単一の光源を分岐して、印字用と殺菌用に使い分けることが出来る。ガラス板２８の入射面２８ａに対して斜めに、集光されながら入射したレーザ光１３は、その大部分がガラス板２８の出射面２８ｂから出射し、被印字体１１の表面１１ａに入射して印字に用いられる。ここで、出射面２８ｂにＡＲ（Anti-Reflection）コート等を施していない場合、約３％が出射面２８ｂで表面反射して、図１５の様にガラス板２８内を逆向きに伝播する。出射面２８ｂで表面反射したレーザ光１３が再び入射面２８ａに到達する位置に、反射率３０％以下のコート２９を施しておくと、入射面２８ａに到達したレーザ光１３の３０％以下が反射し、印字するレーザ光の１％以下のレーザ光が、広がった状態で印字光の近傍に入射することになる。この状態で、図１５中の矢印Ｘ方向に走査することで、印字した直後に殺菌可能となり、簡便かつコストにほとんど影響なく、単一の光源を使って印字と殺菌の両方を行うことが出来る。【００５５】
また、単一光源でパワーが不足している場合には、図１６に示す印字装置６０の様に、複数の可視レーザ光源１２ａをファイバ３７にバンドルすることで高い出力になり、高速に印字することが可能である。【００５６】
さらに、実施の形態１で述べた波長変換素子によって１０６４ｎｍの基本波を５３２ｎｍの第二高調波に変換すると、１０６４ｎｍと５３２ｎｍの和周波、もしくは１０６４ｎｍの第三高調波によって３５５ｎｍの紫外レーザ光が発生する。このとき、実施の形態２の赤外レーザ光１３ｂと可視レーザ光１３ａとの光軸関係と同様に、３５５ｎｍの紫外レーザ光１３ｃと５３２ｎｍの可視レーザ光１３ａとは同軸上に出力させることが出来る。この時発生した３５５ｎｍの紫外レーザ光１３ｃを殺菌に、５３２ｎｍの可視レーザ光１３ａを印字に用いることで、特別な光学系がなくとも、５３２ｎｍの可視レーザ光１３ａで印字した箇所を３５５ｎｍの紫外レーザ光１３ｃで殺菌することが出来る。さらには、この構成においては、実施の形態２で述べたとおり、１０６４ｎｍの基本波（赤外レーザ光１３ｂ）も存在するため、印字領域の表面クリーニングも併せて行うことが出来る。ここで、５３２ｎｍの可視レーザ光１３ａによる印字に対して、１０６４ｎｍの赤外レーザ光１３ｂによる表面クリーニングを直前に、３５５ｎｍの紫外レーザ光１３ｃによる殺菌を直後に行うためには、図１７に示す通り、図１２と同様にプリズム３２と対物レンズ３３を透過させた状態でレーザ光を矢印３４に示す方向に走査すればよい。【００５７】
上述の通り、被印字体１１の表面でのビーム径は、印字に用いる可視レーザ光１３ａよりも紫外レーザ光１３ｃの方が大きいことが望ましいが、光源に波長変換レーザを用いた場合、単純に同軸にある可視レーザ光１３ａと紫外レーザ光１３ｃをレンズで集光すると、紫外レーザ光１３ｃの方が、波長が短いために小さく集光される。一般に、第三高調波もしくは和周波のウエスト径は、第二高調波のウエスト径に対して√（２／３）になる。この様な同軸にある可視レーザ光１３ａと紫外レーザ光１３ｃに対して、ビーム径を個々に調整するには、光ディスク（ＣＤ/ＤＶＤ/ＢＤ等）のピックアップで用いられる、レンズ表面にレリーフホログラムを設けた二波長レンズの使用が有効である。図１７の対物レンズ３３としてこの二波長レンズを用いることで、異なる波長のレーザ光に対して、それぞれ異なる収束特性を持たせることができ、光軸上の異なる位置にウエスト位置を配置できるため、被印字体１１の表面にて、可視レーザ光１３ａに対して紫外レーザ光１３ｃの方が大きいビーム径を持たせることが可能である。【００５８】
また、波長変換素子としては、実施の形態１と同様に、周期状の分極反転構造からなる非線形光学素子を用いるのが好ましい。波長変換素子の結晶としてはＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３、Ｍｇ：ＬｉＴａＯ３、ＫＴＰを用いることができ、その結晶構造としてはコングルエント組成、ストイキオメトリック組成、水晶、フッ化物結晶などがある。周期状の分極反転構造を有する非線形光学結晶を用いる利点は、二つある。一つ目の利点は、可視レーザ光と紫外レーザ光の強度を分極反転の周期構造により設計できることである。前述したように、可視レーザ光に対して、紫外レーザ光の強度を押さえることが望ましい。また印字する材料によって、可視レーザ光と紫外レーザ光の強度比を制御する必要がある。この場合、周期状の分極反転構造の周期を設計することで可視レーザ光と紫外レーザ光の強度を設計することが可能となる。例えば結晶の前半部分に可視レーザ光を発生する周期の分極反転を形成し、後半部分に紫外レーザ光を発生する周期の分極反転構造を形成することで、可視レーザ光と紫外レーザ光を同時に発生させることが可能となる。もう一つの利点は、複数の波長のレーザ光の光軸を同一にできるノンクリティカルな位相整合が可能な点である。実施の形態２でも述べたとおり、一般的に、波長変換素子において波長変換すると赤外レーザ光、可視レーザ光、紫外レーザ光の出射方向が異なる。これを同軸にするには結晶の複屈折率を制御する必要があるため難しい。これに対して、周期状の分極反転構造の波長変換素子を用いれば、赤外レーザ光、可視レーザ光、紫外レーザ光を同軸に発生させることが可能となる。このため、本実施の形態の印字装置において、可視レーザ光と紫外レーザ光とを同軸で集光して印字する構成には有効である。【００５９】
なお、紫外レーザ光の波長としては、殺菌作用の大きな４００ｎｍ以下が好ましいが、３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲の波長がより好ましい。図４に示したように、この範囲の波長は水の透過率が高いため、水分を含む被印字体の内部まで透過しやすく殺菌作用を及ぼす範囲が広がる。これによって、生鮮食料品の鮮度低下を防止する効果がより高くなる。【００６０】
なお、本実施の形態では紫外光を発生させるものとしてレーザ光源を用いたが、ＬＥＤを使用することも可能である。ＬＥＤランプでマーキング部分を照射しながら印字を行うことでも、殺菌作用が得られる。【００６１】
なお、本実施例では、印字に用いる可視レーザ光の集光スポットに対し、紫外レーザ光の集光スポットの方が大きくなるように各レーザ光を照射することで、印字しながら殺菌効果を持たせたが、図１８に示すように、可視レーザ光ビーム形状３４に対して紫外レーザ光ビーム形状３５の方がビーム断面が大きい楕円形状とすることで、高速な印字に対応できる。ビームの走査速度が速くなると紫外レーザ光が照射される時間が短くなり、殺菌作用が弱くなる。しかし、殺菌作用を高めるために紫外レーザ光の強度が高くすると被印字体の変質、変色等が発生するという問題が発生する。そこで、図１８に示すように、紫外レーザ光ビーム形状３５を、ビーム走査方向３６に長軸を有する楕円形状とすることで、紫外レーザ光の強度を抑えた状態でその照射時間を長くすることが可能となり、高速な印字に対応できるのである。【００６２】
本発明の一局面に係る印字装置は、被印字体に第１レーザ光を照射して、該被印字体の印字領域に情報を印字する印字装置であって、前記第１レーザ光を出射する光源と、前記第１レーザ光を前記被印字体の印字領域に集光する集光光学系と、前記第１レーザ光を走査する走査ユニットと、を含み、前記被印字体は、少なくとも前記印字領域に水分を含み、前記第１レーザ光の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下である。【００６３】
上記の構成によれば、３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の波長帯域の第１レーザ光を、印字領域に水分を含む被印字体に照射し、被印字体に情報を印字する。ここで、３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の波長帯域は、水の吸収係数が０．００１ｃｍ−１以下であって、従来から印字に使用されている波長帯域と比較して２桁〜６桁以上も低い値である。よって、被印字体の水分によるレーザ光の吸収を大幅に抑えることが出来る。このため、被印字体に含まれる水分を過度に加熱して水蒸気爆発などを生じさせることがない。したがって、被印字体にダメージを与えることなく、高精細な印字を施すことが出来る。さらには、水分による吸収が少ないため、従来よりも小さいパワーで印字が可能になり、印字に要する電力を低減することも出来る。【００６４】
上記の構成において、前記光源は、横モードがシングルモードである基本波を出射するファイバーレーザと、前記基本波を第二高調波に波長変換する波長変換素子とを含み、前記第１レーザ光は前記第二高調波であることが好ましい。【００６５】
上記の構成によれば、前記光源は、高出力な基本波を生成することが出来るファイバーレーザと波長変換素子を含み、横モードがシングルモードである基本波を第二高調波に波長変換する。これにより、前記第１レーザ光のビーム品質を各段に向上させることができる。すなわち、基本波を波長変換して得られる第二高調波は、横モードがシングルモードである高品質なビームとなる。印字に供される第１レーザ光がこのような高品質な第二高調波であるため、拡がり角が小さく、より高精細な印字が可能となる。さらに、高品質で拡がり角が小さい第１レーザ光を印字に用いるので、フォーカス調整を不要にすることも可能になり、低コストに印字装置を構成することが出来る。【００６６】
上記の構成において、前記光源は、波長が１μｍ以上かつ２０μｍ以下の第２レーザ光を出射する第２レーザ光出射部をさらに含み、前記第１レーザ光の照射と同時または前記第１レーザ光の照射の直前に、前記第２レーザ光を、前記被印字体における前記第１レーザ光の照射部位に照射することが好ましい。【００６７】
上記の構成によれば、被印字体の印字領域に付着している水滴等を除去する表面クリーニングが、第１レーザ光の照射と同時またはその直前に可能になる。すなわち、波長１ｕｍ以上かつ２０ｕｍ以下の第２レーザ光は、水による吸収係数が高く、被印字体の印字領域に付着している水滴等の水分を蒸発させる。もしも被印字体の印字領域に水滴等が付着していると、水滴によるレーザ光の集光特性が悪化したり、水分量のバラツキにより印字の品質にばらつきが生じたりする。そこで、第２レーザ光による表面クリーニングにより被印字体の表面状態を均一化することで、印字精度および印字スピードの向上が図れるとともに、印字品質のばらつきの低減を図ることが出来る。【００６８】
上記の構成において、前記光源は、前記第２レーザ光を第二高調波に波長変換する波長変換素子をさらに含み、前記第１レーザ光は、前記第２レーザ光を波長変換して得られた第二高調波であることが好ましい。【００６９】
上記の構成によれば、前記第２レーザ光を波長変換素子で波長変換して第１レーザ光を生成するので、第１レーザ光と第２レーザ光とを発生させるための個別のレーザ光源を用意する必要がない。さらに、第１レーザ光と第２レーザ光とを同軸上に出射することが出来るので、両レーザ光を合波する部材が不要である。よって、低コストに印字装置を構成することが出来る。さらに、前記第１レーザ光に波長変換されずに残った第２レーザ光を無駄なく表面クリーニングに使用することができるので、電力ロスの少ない高エネルギー効率の印字装置を実現することが出来る。【００７０】
上記の構成において、前記光源は、前記第２レーザ光を、バイアス時とパルス発振時とで異なる波長で発振するようなバイアスを有するパルス光に変調して前記波長変換素子に入射させ、前記波長変換素子は、前記第２レーザ光のパルス発振時の波長で位相整合する位相整合温度を有することが好ましい。【００７１】
上記の構成によれば、第２レーザ光のパルス発振時にのみ第二高調波である第１レーザ光を発生させることが出来る。一方、波長変換されずに波長変換素子を透過した第２レーザ光は略ＣＷ（Continuous Wave）となる。このように、第１レーザ光のみをパルス発振させることができるため、被印字体での熱の発生を抑制して高精細な印字が可能になり、被印字体が略ＣＷの第２レーザ光でダメージを受けることもない。【００７２】
上記の構成において、前記光源は、波長が４００ｎｍ以下の第３レーザ光を出射する第３レーザ光出射部をさらに含み、前記被印字体の印字領域での前記第３レーザ光のビーム径が、前記第１レーザ光のビーム径よりも大きいことが好ましい。【００７３】
波長４００ｎｍ以下の第３レーザ光には、殺菌効果がある。よって、上記の構成によれば、被印字体の印字領域で、第３レーザ光のビーム径を第１レーザ光のビーム径よりも大きくすることで、被印字体の印字領域を確実に殺菌可能であり、細菌の繁殖を防止することができる。【００７４】
上記の構成において、前記第３レーザ光のパワー密度は、前記第１レーザ光のパワー密度より小さいことが好ましい。【００７５】
上記の構成によれば、被印字体がダメージを受けることなく、印字領域を殺菌することが出来る。【００７６】
上記の構成において、前記光源は、波長が４００ｎｍ以下の第３レーザ光を出射する第３レーザ光出射部を含み、前記印字体の印字領域での前記第３レーザ光のビーム径が、前記第１レーザ光のビーム径よりも大きく、前記第３レーザ光は、前記第２レーザ光を波長変換して得られた第三高調波、または前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との和周波であることが好ましい。【００７７】
上記の構成によれば、前記第３レーザ光と、第１および第２のレーザ光とを同軸に出射することが出来るため、各レーザ光を合波する部材が不要である。よって、低コストに印字装置を構成することが出来る。さらに、第１レーザ光や前記第２レーザ光を利用して第３レーザ光を生成するので、電力ロスの少ない高エネルギー効率の印字装置を実現することが出来る。【００７８】
上記の構成において、前記被印字体の印字領域に配される、少なくとも水分を含む水冷部材をさらに含み、前記水冷部材を介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射することが好ましい。【００７９】
上記の構成によれば、水による吸収係数の小さな波長帯域の第１レーザ光を印字に用いるので、水分を含む水冷部材を介して被印字体に第１レーザ光を照射しても、水冷部材に第１レーザ光が吸収されることがない。このため、被印字体を水冷部材で冷却しながら印字することができるため、印字領域の発熱を押さえ、被印字体に与えるダメージを抑制することが出来る。【００８０】
上記の構成において、位相マスクをさらに含み、前記位相マスクを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射することで、前記被印字体の前記印字領域において干渉パターンを形成することが好ましい。【００８１】
上記の構成によれば、簡便に二次元のパターンを記録することが出来る。【００８２】
上記の構成において、ＧＰＳセンサをさらに含み、前記被印字体に印字する情報は、前記ＧＰＳセンサで検出した現在位置情報を含むことが好ましい。【００８３】
上記の構成によれば、密漁や産地偽装に対する対策につながり、さらには印字装置で印字した被印字体のブランド価値の向上につながり、購入者に対して安心を与えることができる。【００８４】
上記の構成において、前記被印字体を水の中に設置するための水槽をさらに含み、前記第１レーザ光を、前記水槽内の前記被印字体に照射することが好ましい。【００８５】
上記の構成によれば、前記第１レーザ光は、水による吸収が極めて少ないため、水槽内に設置された水中の被印字体に対しても印字することができる。この場合、水槽外に取り出して記録したときの様に、水滴によるレーザ光の集光特性も悪化もなく、高精細な印字が出来る。【００８６】
上記の構成において、前記水槽内に所定方向の水流を発生させる水流発生部をさらに含み、前記水流に沿って流される前記被印字体に対して、前記第１レーザ光で印字を行うことが好ましい。【００８７】
上記の構成によれば、被印字体を水流に沿って流しながら連続的に印字することが可能になり、印字スループットを飛躍的に向上させることが出来る。【００８８】
上記の構成において、前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の幅および高さは、それぞれ、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向の長さよりも短いことが好ましい。【００８９】
上記の構成によれば、被印字体が水流に逆らって逆向きに水槽内を流れることを防止できるため、印字スループットの向上を図ることが出来る。【００９０】
上記の構成において、前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の幅は、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向に直交する断面の幅の二倍より小さく、前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の高さは、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向に直交する断面の高さの二倍より小さいことが好ましい。【００９１】
上記の構成によれば、被印字体が二つ同時に水槽内を流れることを防止できるため、印字抜けをなくすことが出来る。【００９２】
上記の構成において、前記第１レーザ光は、単一偏光であり、前記水槽の表面の法線に対してブリュースター角で入射することが好ましい。【００９３】
上記の構成によれば、水槽の表面での第１レーザ光の反射を抑えることができ、安全かつロスのない高効率な印字装置を実現することが出来る。【００９４】
上記の構成において、上記前記被印字体が、卵、魚介類、肉類、野菜、果物など、鮮度が要求される生鮮食料品であることが好ましい。【００９５】
上記のような卵、魚介類、肉類、野菜または果物からなる生鮮食料品を被印字体とすれば、印字後も生鮮食料品に殆どダメージを与えることなく商品価値の低下を招来することがないので、効果的である。【００９６】
本発明の他の局面に係る印字方法は、上記の何れかの構成の印字装置を用いた印字方法であって、前記被印字体の印字領域に、少なくとも水分を含む被膜または水冷シートを配置する工程と、前記被膜または水冷シートを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射する工程とを含んでいる。【００９７】
上記の構成によれば、被印字体を水冷部材で冷却しながら印字することができるため、印字領域の発熱を押さえ、被印字体に与えるダメージを抑制することが出来る。【００９８】
本発明のさらに他の局面に係る印字方法は、上記の何れかの構成の印字装置を用いた印字方法であって、前記第１レーザ光の光路内に位相マスクを配置する工程と、前記位相マスクを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射することで、前記被印字体の前記印字領域において干渉パターンを形成する工程とを含んでいる。【００９９】
上記の構成によれば、簡便に二次元のパターンを記録することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、レーザ光が被印字体に含まれる水分に吸収されることを抑制することにより被印字体の印字領域の温度上昇を抑えて、被印字体の表面のみに高精細なマーキングを施す印字装置を提供するものであり、食品全般に有用なマーキングを簡単に低コストで施すことができる。したがって、食品の出所や製造年月日および賞味期限の表示などの品質管理に活用することができ有用である。【０１０１】
なお、発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
【図１】
2009119061.tif 000003
【図２】
2009119061.tif 000004
【図３】
2009119061.tif 000005
【図４】
2009119061.tif 000006
【図５】
2009119061.tif 000007
【図６】
2009119061.tif 000008
【図７】
2009119061.tif 000009
【図８】
2009119061.tif 000010
【図９】
2009119061.tif 000011
【図１０】
2009119061.tif 000012
【図１１】
2009119061.tif 000013
【図１２】
2009119061.tif 000014
【図１３】
2009119061.tif 000015
【図１４】
2009119061.tif 000016
【図１５】
2009119061.tif 000017
【図１６】
2009119061.tif 000018
【図１７】
2009119061.tif 000019
【図１８】
2009119061.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月1日(2009.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被印字体に第１レーザ光を照射して、該被印字体の印字領域に情報を印字する印字装置であって、
前記第１レーザ光を出射する光源と、
前記第１レーザ光を前記被印字体の印字領域に集光する集光光学系と、
前記第１レーザ光を走査する走査ユニットと、を含み、
前記被印字体は、少なくとも前記印字領域に水分を含み、
前記第１レーザ光の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下である印字装置。
【請求項２】
前記光源は、横モードがシングルモードである基本波を出射するファイバーレーザと、前記基本波を第二高調波に波長変換する波長変換素子とを含み、
前記第１レーザ光は前記第二高調波である請求項１に記載の印字装置。
【請求項３】
前記光源は、波長が１μｍ以上かつ２０μｍ以下の第２レーザ光を出射する第２レーザ光出射部をさらに含み、
前記第１レーザ光の照射と同時または前記第１レーザ光の照射の直前に、前記第２レーザ光を、前記被印字体における前記第１レーザ光の照射部位に照射し、前記被印字体におけるビーム径は、前記第２のレーザ光の方が前記第１のレーザ光よりも大きい請求項１または２に記載の印字装置。
【請求項４】
前記光源は、前記第２レーザ光を第二高調波に波長変換する波長変換素子をさらに含み、
前記第１レーザ光は、前記第２レーザ光を波長変換して得られた第二高調波である請求項３に記載の印字装置。
【請求項５】
前記光源は、前記第２レーザ光を、バイアス時とパルス発振時とで異なる波長で発振するようなバイアスを有するパルス光に変調して前記波長変換素子に入射させ、
前記波長変換素子は、前記第２レーザ光のパルス発振時の波長で位相整合する位相整合温度を有する請求項４に記載の印字装置。
【請求項６】
前記光源は、波長が４００ｎｍ以下の第３レーザ光を出射する第３レーザ光出射部をさらに含み、
前記被印字体の印字領域での前記第３レーザ光のビーム径が、前記第１レーザ光のビーム径よりも大きい請求項１ないし３の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項７】
前記第３レーザ光のパワー密度は、前記第１レーザ光のパワー密度より小さい請求項６に記載の印字装置。
【請求項８】
前記光源は、波長が４００ｎｍ以下の第３レーザ光を出射する第３レーザ光出射部を含み、
前記印字体の印字領域での前記第３レーザ光のビーム径が、前記第１レーザ光のビーム径よりも大きく、
前記第３レーザ光は、前記第２レーザ光を波長変換して得られた第三高調波、または前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との和周波である請求項３に記載の印字装置。
【請求項９】
前記被印字体の印字領域に配される、少なくとも水分を含む水冷部材をさらに含み、
前記水冷部材を介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射する請求項１ないし８の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１０】
位相マスクをさらに含み、
前記位相マスクを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射することで、前記被印字体の前記印字領域において干渉パターンを形成する請求項１ないし９の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１１】
ＧＰＳセンサをさらに含み、
前記被印字体に印字する情報は、前記ＧＰＳセンサで検出した現在位置情報を含む請求項１ないし１０の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１２】
前記被印字体を水の中に設置するための水槽をさらに含み、
前記第１レーザ光を、前記水槽内の前記被印字体に照射する請求項１ないし１１の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１３】
前記水槽内に所定方向の水流を発生させる水流発生部をさらに含み、
前記水流に沿って流される前記被印字体に対して、前記第１レーザ光で印字を行う請求項１２に記載の印字装置。
【請求項１４】
前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の幅および高さは、それぞれ、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向の長さよりも短い請求項１３に記載の印字装置。
【請求項１５】
前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の幅は、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向に直交する断面の幅の二倍より小さく、
前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の高さは、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向に直交する断面の高さの二倍より小さい請求項１３または１４に記載の印字装置。
【請求項１６】
前記第１レーザ光は、単一偏光であり、前記水槽の表面の法線に対してブリュースター角で入射する請求項１２ないし１５の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１７】
前記被印字体が、卵である請求項１ないし１１の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１８】
前記被印字体が、魚介類である請求項１ないし１６の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１９】
前記被印字体が、野菜または果物からなる生鮮食料品である請求項１ないし１１の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１９の何れか１項に記載の印字装置を用いた印字方法であって、
前記被印字体の印字領域に、少なくとも水分を含む被膜または水冷シートを配置する工程と、
前記被膜または水冷シートを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射する工程と、を含む印字方法。
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月12日(2010.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被印字体に第１レーザ光を照射して、該被印字体の印字領域に情報を印字する印字装置であって、
前記第１レーザ光を出射する光源と、
前記第１レーザ光を前記被印字体の印字領域に集光する集光光学系と、
前記第１レーザ光を走査する走査ユニットと、を含み、
前記被印字体は、少なくとも前記印字領域に水分を含み、
前記第１レーザ光の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下である印字装置。
【請求項２】
前記光源は、横モードがシングルモードである基本波を出射するファイバーレーザと、前記基本波を第二高調波に波長変換する波長変換素子とを含み、
前記第１レーザ光は前記第二高調波である請求項１に記載の印字装置。
【請求項３】
前記光源は、波長が１μｍ以上かつ２０μｍ以下の第２レーザ光を出射する第２レーザ光出射部をさらに含み、
前記第１レーザ光の照射と同時または前記第１レーザ光の照射の直前に、前記第２レーザ光を、前記被印字体における前記第１レーザ光の照射部位に照射し、前記被印字体におけるビーム径は、前記第２のレーザ光の方が前記第１のレーザ光よりも大きい請求項１または２に記載の印字装置。
【請求項４】
前記光源は、前記第２レーザ光を第二高調波に波長変換する波長変換素子をさらに含み、
前記第１レーザ光は、前記第２レーザ光を波長変換して得られた第二高調波である請求項３に記載の印字装置。
【請求項５】
前記光源は、前記第２レーザ光を、バイアス時とパルス発振時とで異なる波長で発振するようなバイアスを有するパルス光に変調して前記波長変換素子に入射させ、
前記波長変換素子は、前記第２レーザ光のパルス発振時の波長で位相整合する位相整合温度を有する請求項４に記載の印字装置。
【請求項６】
前記光源は、波長が４００ｎｍ以下の第３レーザ光を出射する第３レーザ光出射部をさらに含み、
前記被印字体の印字領域での前記第３レーザ光のビーム径が、前記第１レーザ光のビーム径よりも大きい請求項１ないし３の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項７】
前記第３レーザ光のパワー密度は、前記第１レーザ光のパワー密度より小さい請求項６に記載の印字装置。
【請求項８】
前記光源は、波長が４００ｎｍ以下の第３レーザ光を出射する第３レーザ光出射部を含み、
前記被印字体の印字領域での前記第３レーザ光のビーム径が、前記第１レーザ光のビーム径よりも大きく、
前記第３レーザ光は、前記第２レーザ光を波長変換して得られた第三高調波、または前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との和周波である請求項３に記載の印字装置。
【請求項９】
前記被印字体の印字領域に配される、少なくとも水分を含む水冷部材をさらに含み、
前記水冷部材を介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射する請求項１ないし８の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１０】
位相マスクをさらに含み、
前記位相マスクを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射することで、前記被印字体の前記印字領域において干渉パターンを形成する請求項１ないし９の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１１】
ＧＰＳセンサをさらに含み、
前記被印字体に印字する情報は、前記ＧＰＳセンサで検出した現在位置情報を含む請求項１ないし１０の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１２】
前記被印字体を水の中に設置するための水槽をさらに含み、
前記第１レーザ光を、前記水槽内の前記被印字体に照射する請求項１ないし１１の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１３】
前記水槽内に所定方向の水流を発生させる水流発生部をさらに含み、
前記水流に沿って流される前記被印字体に対して、前記第１レーザ光で印字を行う請求項１２に記載の印字装置。
【請求項１４】
前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の幅および高さは、それぞれ、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向の長さよりも短い請求項１３に記載の印字装置。
【請求項１５】
前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の幅は、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向に直交する断面の幅の二倍より小さく、
前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の高さは、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向に直交する断面の高さの二倍より小さい請求項１３または１４に記載の印字装置。
【請求項１６】
前記第１レーザ光は、単一偏光であり、前記水槽の表面の法線に対してブリュースター角で入射する請求項１２ないし１５の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１７】
前記被印字体が、卵である請求項１ないし１１の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１８】
前記被印字体が、魚介類である請求項１ないし１６の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項１９】
前記被印字体が、野菜または果物からなる生鮮食料品である請求項１ないし１１の何れか１項に記載の印字装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１９の何れか１項に記載の印字装置を用いた印字方法であって、
前記被印字体の印字領域に、少なくとも水分を含む被膜または水冷シートを配置する工程と、
前記被膜または水冷シートを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射する工程と、を含む印字方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生鮮食料品等の被印字体に賞味期限や産地表示などの情報のマーキングをレーザ光により直接行う印字装置およびそれを用いた印字方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の健康志向の高まりから、一般消費者は生鮮食料品などの鮮度や産地などにこだわる傾向が強くなっている。このため、生鮮食料品に製造年月日や賞味期限あるいは産地や製造者などの情報を付加して鮮度などを明確化することが要求されている。
【０００３】
従来、このような情報を付加するために生鮮食料品などのパッケージに所定の情報を印字する、または所定の情報を付加したラベルなどを貼付することが行われている。しかしながら、パッケージやラベルを使用すると余計なコストがかかり、また、印字のためのインクやラベルを貼付けるための接着剤などは食品ではないため、これらの一部が生鮮食料品などに付着することは問題であった。
【０００４】
そこで、パッケージやラベルを用いずインクや接着剤を用いない方法として、レーザ光を、直接、生鮮食料品に照射して生鮮食料品の表面に印字する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、波長１０μｍ前後のＣＯ２レーザ光をポリゴンミラーにより生鮮食料品に走査して、生鮮食料品の表面に直接マーキングを行っている。
【０００５】
また、内部に可食物を詰めたソフトカプセルの表面に波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザにより内容物の特定と製造年月日等の履歴がわかるように記号、絵または図形をマーキングした例も示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、チョコレートなどの表面に凹凸がある菓子などを対象として、ＹＡＧレーザなどにより常に表面にレーザ光の焦点を合わせながら可食体からなるマーキング層を形成して所定の情報を印字している例も示されている（例えば、特許文献３参照）。このようにすると、印字のためのパッケージやラベルが不要で、印字したマーキング層が可食体からなるため衛生上も問題となることが無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１６８１５７号公報
【特許文献２】特開２００４−８０１２号公報
【特許文献３】特開２００５−１３８１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記で説明した従来技術においては、生鮮食料品などの水分を含む被印字体の表面の一部にレーザ光を絞り込んで照射するため、被印字体に大きいダメージを与えることが多かった。このダメージが生じる原因としては、生鮮食料品などの被印字体に含まれる水分にレーザ光が吸収されて水蒸気爆発が生じることが挙げられる。このことにより、被印字体の一部が破壊されて外観を損なう問題を生じる。特に、生鮮食料品は、温度が上昇するとタンパク質が変質する。この変質部分に細菌が繁殖すると変質部分を中心にタンパク質の分解が発生し、腐敗が進行する。このため鮮度の低下、保存期間の短縮といった商品価値自体が低減するといった問題があった。
【０００９】
本発明は、レーザ光が被印字体に含まれる水分に吸収されることによる被印字体の印字領域の温度上昇を抑え、被印字体の表面のみに高精細で明確なマーキングを施す印字装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一局面に係る印字装置は、上記目的を達成するために、被印字体に第１レーザ光を照射して、該被印字体の印字領域に情報を印字する印字装置であって、前記第１レーザ光を出射する光源と、前記第１レーザ光を前記被印字体の印字領域に集光する集光光学系と、前記第１レーザ光を走査する走査ユニットと、を含み、前記被印字体は、少なくとも前記印字領域に水分を含み、前記第１レーザ光の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下である。
【００１１】
上記の構成によれば、３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の波長帯域の第１レーザ光を、印字領域に水分を含む被印字体に照射し、被印字体に情報を印字する。ここで、３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の波長帯域は、水の吸収係数が０．００１ｃｍ−１以下であって、従来から印字に使用されている波長帯域と比較して２桁〜６桁以上も低い値である。よって、被印字体の水分によるレーザ光の吸収を大幅に抑えることが出来る。このため、被印字体に含まれる水分を過度に加熱して水蒸気爆発などを生じさせることがない。したがって、被印字体にダメージを与えることなく、高精細な印字を施すことが出来る。さらには、水分による吸収が少ないため、従来よりも小さいパワーで印字が可能になり、印字に要する電力を低減することも出来る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーザ光が水分に吸収される割合を低減させ、レーザ光の吸収による発熱を抑制することができる。したがって、水分を含む被印字体にダメージを与えることなく高精細なマーキングを施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図２Ａは、本発明の一実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。図２Ｂは、図２Ａの印字装置における集光光学系の概略構成を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る印字装置により印字された被印字体の印字領域の拡大図である。
【図４】光の波長に対する水の吸収係数の変化を示す説明図である。
【図５】レーザ光におけるウエスト位置近傍でのビームの拡がりを説明するための説明図である。
【図６】図６Ａは、本発明の一実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。図６Ｂは、図６Ａの印字装置における水槽にレーザ光が入射する様子を示す説明図である。
【図７】図７Ａは、本発明の他の実施の形態に係る印字装置の水槽の概略構成を示す斜視図である。図７Ｂは、図７Ａの水槽の概略構成を示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る印字装置の要部を示す平面図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る、干渉パターンの印字について示す模式図である。
【図１０】図１０Ａは、本発明の他の実施の形態に係る印字装置の要部を示す斜視図である。図１０Ｂは、本発明の他の実施の形態に係る印字装置の要部を示す斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る赤外レーザ光と可視レーザ光を分離して被印字体に照射する構成の説明図である。
【図１３】図１３Ａは、本発明の他の実施の形態に係るレーザ光源における波長変換素子へ入射する基本波の強度波形を示す波形図である。図１３Ｂは、図１３Ａの基本波が波長変換素子で第二高調波に変換されたときの当該第二高調波の強度波形を示す波形図である。図１３Ｃは、図１３Ａの基本波が波長変換素子で第二高調波に変換されずに波長変換素子を透過したときの当該基本波の強度波形を示す波形図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施の形態に係る印字装置の、同一レーザ光を分離する概念図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施の形態に係る印字装置の概略構成を示す説明図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施の形態に係る赤外レーザ光と可視レーザ光と紫外レーザ光とを分離して被印字体に照射する構成の説明図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施の形態に係る印字装置における被印字体表面でのビーム形状の関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態にかかる印字装置について、図面を参照しながら説明する。なお、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。
【００１５】
図１に本発明の一実施の形態に係る印字装置１０の概略構成を示す。
【００１６】
本実施の形態の印字装置１０は、表面（印字面）に水分を含む被印字体１１にレーザ光を照射して被印字体１１の表面に情報を印字するものである。印字装置１０は、波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下のレーザ光１３を出射するレーザ光源１２と、このレーザ光源１２から出射されたレーザ光１３を被印字体１１の表面１１ａに集光する集光光学系１４と、被印字体１１の表面上でレーザ光１３を走査する走査ユニット１５とを備えている。ここで被印字体１１として、例えば魚などの魚介類を図１に示している。
【００１７】
次に、印字装置１０の動作の仕組みを説明する。レーザ光源１２から出射されたレーザ光１３は、まず集光光学系１４に入射する。集光光学系１４は、被印字体１１の表面にレーザ光１３を正確に集光するための集光レンズ等を含んでいる。集光光学系１４を通過したレーザ光１３は、次に走査ユニット１５に入射する。ここで、走査ユニット１５は、矢印１５ａの方向に回転してレーザ光１３を水平な方向に走査するポリゴンミラー１５ｂと、この走査方向に垂直な方向にレーザ光１３を移動させる可動反射ミラー１５ｃとを含んでいる。走査ユニット１５に入射したレーザ光１３は、先ずポリゴンミラー１５ｂで一次元走査され、さらに可動反射ミラー１５ｃでポリゴンミラー１５ｂの走査方向に対して直角方向に走査されることにより、被印字体１１上で二次元的に走査されることになる。
【００１８】
レーザ光源１２および走査ユニット１５は、制御部１６により、電気的かつ機械的に制御されている。印字する文字等の情報が制御部１６により決められると、制御部１６は、走査ユニット１５の動作に同期して、被印字体１１上に記載すべき情報に応じてレーザ光１３を変調制御する。これにより、被印字体１１上に所望の情報が印字される。
【００１９】
また、本実施の形態の印字装置１０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）センサ１７を搭載している。図１に示すように、ＧＰＳセンサ１７を制御部１６に接続し、当該制御部１６の制御により被印字体１１に対する印字内容にＧＰＳセンサ１７で得られた位置情報を含めることで、収穫場所や水揚げ場所を被印字体１１に直接的に記録することが可能になる。こうすることで、密漁や産地偽装に対する対策につながり、さらには本印字装置１０で印字した魚のブランド価値の向上にもつながり、購入者に対して安心感を与えることができる。
【００２０】
ここで、図２Ａに示す印字装置のように、集光光学系１４も制御部１６に接続し、当該制御部１６の制御により被印字体１１の表面上にレーザ光１３の集光点が来るように、集光光学系１４に含まれるレンズ等の位置をリアルタイムに調整することで、より高精細な印字を行うことが出来るようになる。例えば図２Ａでは、投影装置１１７から被印字体１１に所定のパターン（ここでは格子パターン）を照明し、その画像をカメラ１８で撮影して制御部１６で画像処理することで、どの走査位置の時にどの高さにレーザ光１３を集光すればよいかを決定することができる。得られた最適集光位置情報に応じて、例えば図２Ｂに示すように、集光光学系１４を構成する複数のレンズ１４ａ・１４ｂの内、レンズ１４ｂの位置を光軸方向に調整することで、リアルタイムに被走査体１１上での光軸方向の集光位置を調整することが出来る。例えば図２Ｂの場合、レンズ１４ｂを光軸上後方１４ｆに移動させることにより、集光位置をより前方に移動させることが出来る。このようにすることで、被印字体１１の形状によらず、被印字体１１の表面１１ａ上に常に集光位置を合わせることが可能になる。尚、図２Ａおよび図２Ｂに示した方法は、レーザ光１３の焦点位置を被印字体１１の形状に応じて調整する一例であり、他の方法でも実現することが可能である。例えば、被印字体１１の表面に照明するパターンは線状光を走査しても構わないし、他にもステレオカメラで被印字体１１を撮影して画像処理により被印字体の形状を求めても構わない。
【００２１】
図３に、印字装置１０により情報が印字された被印字体１１の表面１１ａ近傍の拡大図を示す。同図に示すように水分を含む被印字体１１の表面１１ａにおける所定の印字領域１１ｂに、ここでは産地、魚種、魚が獲れた年月日の例「大阪湾  黒鯛  ０８．０１．０１」が印字されている。すなわち、この魚が大阪湾で２００８年１月１日に獲れた黒鯛であることを示している。なお、被印字体１１は、図１および図２Ａに示す載置台１１ｃの上に載置され保持されている。
【００２２】
次に、本実施の形態において、レーザ光１３の波長に関し、３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の範囲の波長帯域を用いる効果を、図４を用いて説明する。図４は、光の波長に対する水の吸収係数の変化を示している。従来の技術において印字装置のレーザ光には、いずれも波長が１μｍ以上の、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（吸収係数０．１ｃｍ−１）、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ（吸収係数１００００ｃｍ−１）またはＣＯ２レーザ（吸収係数５００ｃｍ−１）が使用されている。このような従来のレーザ光を使用すると、水に吸収される吸収係数が大きいため、印字装置で印字を行うときに被印字体に含まれる水分が加熱されすぎて水蒸気爆発が発生する。被印字体に含まれる水分による水蒸気爆発は、被印字体の印字面にダメージを与えることとなる。もし被印字体の細胞にダメージを与えてしまうと、空気中の細菌がダメージ部分を中心に繁殖し、細胞の鮮度が急速に低下する。
【００２３】
図１および図２Ａに示す本実施の形態１に係る印字装置１０、２０では、波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の可視レーザ光１３を被印字体１１への印字に使用する。この波長帯域は、図４に示すように、水の吸収係数が０．００１ｃｍ−１以下の最も吸収係数が低い領域である。この波長帯域の吸収係数は、従来のＮｄ：ＹＡＧレーザと比較して２桁以上、Ｅｒ：ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザと比較して６桁以上低い値である。本実施の形態の印字装置１０、２０は、水の吸収係数が０．００１ｃｍ−１以下となる波長帯域のレーザ光１３を印字に使用するので、被印字体１１の表面１１ａ近傍の内部の水分を過度に加熱して水蒸気爆発などを生じさせることがない。このように、実施の形態の印字装置１０、２０は、レーザ光１３の水分による吸収を小さくすることができるので、被印字体１１に含まれる水分によるレーザ光１３の吸収に起因する発熱を抑制することができる。このため、水分を含む被印字体１１にダメージを与えることなく高精細なマーキングを施すことができる。さらには、水分による吸収が少ないため、より少ないパワーで同様な印字が可能になり、印字に必要な電力を低減することが出来る。
【００２４】
尚、本実施の形態において、走査ユニット１５は、ポリゴンミラー１５ｂと可動反射ミラー１５ｃとを含む構成であるが、レーザ光１３を被印字体１１に対して相対的に二次元走査できれば、その他の構成であってもよい。例えば、二次元ＭＥＭＳミラー等を用いても構わないし、被印字体１１を図示しないステージ等の上に配置し、レーザ光１３を走査せずにステージを二次元的に動かしても構わない。
【００２５】
尚、本実施の形態の図１や図２Ａにおいて、被印字体１１の印字領域１１ｂとして、魚の腹部を図示しているが、他の部分でも構わない。特に、魚の尾ひれ等のひれの部分に印字することは、魚へのダメージがさらに軽減され、例えば生態調査等で捕獲した魚にマーキングして放流する場合等では、マーキング後の魚の生存率の低下を防ぐことができるため、有効である。
【００２６】
次にレーザ光源１２に関して説明する。レーザ光源１２の波長は、３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、この波長領域において、高出力が得られる形態として、赤外レーザ光を波長変換することで得られる波長変換レーザ光が考えられる。この場合、周期状の分極反転構造からなる非線形光学素子（波長変換素子）を用いるのが好ましい。波長変換素子の結晶としてはＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３、Ｍｇ：ＬｉＴａＯ３、ＫＴＰを用いることができ、その結晶構造としてはコングルエント組成、ストイキオメトリック組成、水晶、フッ化物結晶などがある。例えば、基本波として波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ等をこれらの波長変換素子に入射することで、波長５３２ｎｍの緑レーザ光を第二高調波として得ることが出来る。この場合、波長変換素子に入射する基本波としては、シングルモードのファイバーレーザから出射された基本波を用いることが望ましい。例えば、コアの部分に希土類元素Ｙｂなどがドープされ、両端にファイバーグレーティングにより共振器が形成されたダブルクラッドのファイバーレーザに対して、波長９１５ｎｍや９７５ｎｍの励起光を入射することで、横モードが本質的にシングルモードでありながら、ワットレベルの高出力な基本波を得ることが出来る。そして、この基本波を波長変換素子に入射して得られる第二高調波もやはり横モードがシングルモードとなる。例えば、基本波として波長１０６４ｎｍの赤外光が得られる様にファイバーグレーティングを設定することで、第二高調波として５３２ｎｍで横モードがシングルモードの高品質なビームが得られる。
【００２７】
一般に、あるビーム径にレーザ光を集光する場合、そのビームウエスト位置から遠ざかるにつれて、レーザ光は拡がる特性を持っている。その拡がり角は、波長が短いほど小さく、ビーム品質が良いほど小さい。ビーム品質はＭ２という値で定量化され、横モードがシングルモードのレーザ光のＭ２は略１であり、モードが増えてビーム品質が劣化するに伴い、Ｍ２値は大きくなる。前述の横モードがシングルモードであるファイバーレーザから出射された基本波を波長変換して得られた第二高調波は、横モードがシングルモードであるために、Ｍ２値は略１であるが、従来加工用で用いられていたＣＯ２レーザ等では、Ｍ２値は通常１．４程度の値を有しており、横モードはシングルモードではない。例として、図５には、波長５３２ｎｍでＭ２＝１．１のレーザ光、Ｍ２＝１．１のＣＯ２レーザ光(波長１０．６μｍ)、Ｍ２＝１．４のＣＯ２レーザ光に関し、ビームウエスト径（直径、１／ｅ２）がそれぞれ１００μｍとなるまで各レーザ光を集光し、ビームウエスト近傍でレーザ光が拡がる様子を示した。同じＭ２値であっても、波長５３２ｎｍと波長１０．６μｍとでは、波長５３２ｎｍの方がはるかに拡がりは小さい。また、同じ波長であっても、Ｍ２＝１．４よりもＭ２＝１．１のレーザ光の方が拡がり角は小さいことがわかる。よって、被印字体１１の印字領域１１ｂに多少凹凸があったとしても、波長５３２ｎｍで横モードがシングルモードのレーザ光を用いたほうが、前記の各ＣＯ２レーザ光を用いるよりも明らかに高精細に印字することが出来る。
【００２８】
また、横モードがシングルモードであるファイバーレーザから出射された基本波を波長変換して得られた第二高調波（波長３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下）を用いた場合、被印字体１１の印字領域１１ｂの凹凸が±２０ｍｍ以下であって、印字するレーザ光のビーム径が２００ｕｍ以下の条件が許容されるのであれば、集光光学系１４のレンズ１４ｂの位置をフォーカス状態に応じて調整するような機構は不要となり、極めて簡便かつ低コストに印字装置１０を構成することが可能になる。一方で、Ｍ２＝１．１のＣＯ２レーザ光では凹凸が±２ｍｍあるだけでもすでにビーム径は２００μｍを超えてしまい、Ｍ２＝１．４のＣＯ２レーザ光に至っては、±１ｍｍの凹凸でもビーム径は２００μｍを超えてしまい、ピント位置を調整しないことには、凹凸のある被印字体に高精細な印字を行うことは出来ない。
【００２９】
尚、ここでは、被印字体１１は水分を含んでいるとしているが、上述した拡がり角を小さくする効果は、もちろん被印字体が水分を含んでいるか否かに関わらず有効であり、どのような被印字体であっても同様の効果を有する。
【００３０】
ここで、レーザ光１３は、ＣＷ（Continuous Wave）であっても構わないが、パルス光であると、より高精細に印字できる効果を有する。パルス光による極短時間での照射により、レーザ光１３が照射された位置での熱の発生を最小限に抑えることができるため、印字スポットサイズを最小現に抑えることが出来るのである。
【００３１】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の実施の形態１に係る他の印字装置３０の概略構成を示している。図６Ａに示す印字装置３０は、図１や図２Ａに示す印字装置１０、２０と略同様の構成であるが、被印字体１１が載置台１１ｃの代わりに水槽２１に満たされた水２２の中に置かれているところが異なる。すなわち、印字装置３０は被印字体１１を水２２の中に設置する水槽２１をさらに備え、レーザ光１３は、水２２を介して被印字体１１に照射される。このような構成であっても、レーザ光１３の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下のレーザ光であれば、水２２による吸収がほとんどないために、水槽２１に入射したレーザ光１３のほとんどが被印字体１１に到達することになる。このため、エネルギーのロスが少なく、低消費エネルギーの印字装置を構成することが出来る。図４に示したように、水２２の吸収係数は波長５３２ｎｍに対しては０．００１ｃｍ−１であるが、ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）に対しては１ｃｍ−１、ＣＯ２レーザ（１０．６μｍ）に対しては１０００ｃｍ−１にもなる。このため、同一光量のレーザ光であっても、５３２ｎｍの波長のレーザ光では水中を１０００ｃｍも透過できるのに対し、ＹＡＧレーザでは１ｃｍ、ＣＯ２レーザでは０．００１ｃｍ程度しか透過できない。
【００３２】
また、例えば水中で飼育していた魚を水中から取り出して印字すると、表面に水滴が付着している。このため、印字するレーザ光がその水滴に入射すると、水滴がレンズの様に作用し、さらに水滴の収差により被印字体の表面でビームを集光することが困難な場合がある。これに対して、本実施の形態の印字装置３０のように、水槽２１内に満たした水２２の中に被印字体を配置した場合、印字に使用されるレーザ光の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下であるため、こういった水滴によるレーザ光の集光特性の悪化もなく、高精細な印字が出来るという利点がある。
【００３３】
また、前述の通り、レーザ光１３がパルス光であると、より高精細に印字できるが、この様に水中の被印字体１１に対して印字することで、水２２により冷却が促進されるため、さらに高精細に印字できるという利点もある。例えば、被印字体１１の非常に小さな領域に目立たないようにバーコード等を印字することも可能である。
【００３４】
なお、このような印字装置３０においては、水槽２１の中をゆっくり泳いでいる魚類、蟹やエビなどの甲殻類、貝類などの生きている被印字体１１に瞬時に温度上昇を伴わずに産地や捕獲の年月日などの記録を行うこともできる。印字装置２０の水槽２１以外の構成要素の動作の説明については実施の形態１に係る印字装置１０と同様であるので説明は省略する。
【００３５】
また、図６Ｂに示すように、レーザ光１３は、水槽２１の底面２１ａおよび側面２１ｂのうちのいずれかの面から水槽２１に入射し、例えば側面２１ｂの法線１３ｄに対してブリュースター角θｂで入射している。レーザ光１３が単一偏光で側面２１ｂに対してＰ偏光で入射している場合、側面２１ｂに対してこのようにブリュースター角θｂの近傍の角度でレーザ光１３を入射させると、側面２１ｂでの反射をなくすことが出来る。一方、印字用のＣＯ２レーザはランダム偏光で出射されているものがあり、その場合Ｓ偏光成分が必ず水槽への入射面で反射するため、たとえブリュースター角で水槽の表面に入射しても入射面での反射光は抑えられない。これに対し、波長変換により得られた高調波は単一偏光であるため、水槽２１の表面に対してＰ偏光でブリュースター角θｂをもって入射することで、水槽２１への入射面での反射を抑えることが出来る。なお、ブリュースター角θｂ近傍以外の角度でレーザ光１３を水槽２１の表面に入射する場合、例えば側面３１ｂに垂直に入射すると水槽表面から４％の反射光が生じることとなり、印字装置３０を操作する人の眼の安全性などを確保するために特別な機構等を必要とする場合がある。しかしながら、上述のようにブリュースター角θｂ近傍の角度でレーザ光１３を水槽２１の表面に入射することで、目にも安全で、かつ、ロスもなく高効率な印字装置３０を構成することが出来る。尚、水槽２１の屈折率を１．５、水２２の屈折率を１．３３とすると、空気から水槽２１に入射する場合のブリュースター角θｂは５６°に相当し、このブリュースター角θｂで空気から水槽２１に入射したレーザ光１３は、水槽２１内の水に対して、３３°の角度で入射する。このとき、水槽２１と水の界面でのＰ偏光反射率は０．１％以下と、極めて低い反射率である。
【００３６】
次に、印字スループットを向上させる方法を、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明する。図７Ａは水槽２１の斜視図であり、図７Ｂは図７Ａの水槽２１の平面図である。図７では、水槽２１の中の水２２を一方向（ここでは図中Ｘ方向）に強制的に流し、その中に被印字体１１（ここでは魚）を流している。その際、魚がＸ方向とは逆方向に向きを変えて泳がない様に、水槽のＸ方向（水流方向）に垂直な断面における幅Ｗおよび高さＨを、魚のＸ方向の長さＬよりも短くしておく。こうすることで、魚は逆流することなくＸ方向に流されることになるため、この状態で次々に魚を水槽２１中に入れ、水２２に流される魚に対して印字することで、魚に連続的に印字することが可能になり、印字スループットを飛躍的に向上させることが出来る。さらには、水槽２１の幅Ｗを被印字体１１の幅Ｄの２倍以下にしておくことで、被印字体１１が二匹同時に流れることを防ぐことが出来るため、印字抜けをなくすことが出来る。同様に、水槽２１の高さＨに関しても、被印字体１１の高さの２倍以下にしておくことで、被印字体１１が二匹同時に流れないように出来る。
【００３７】
次に、図８は、本発明の実施の形態１に係る他の印字装置の要部を示す平面図である。図８に示すように、被印字体１１の表面１１ａに、少なくとも水分を含む水冷シート２３（水冷部材）または水分を含む被膜をさらに配置し、レーザ光１３を、この水冷シート２３または被膜を介して被印字体１１に照射する。このような構成とすることにより、レーザ光１３によって被印字体が発熱するのを防止することができる。水による吸収係数の小さな可視レーザ光１３を用いることで、水または水分を含む冷却シート２３を介して被印字体１１にレーザ光１３を照射しても、途中の水分や冷却シート２３に光が吸収されることがないため、レーザ光１３のロスを受けること無く印字が可能となる。さらに、冷却シート２３の加熱や破損もないため、繰り返し冷却シート２３を利用できるという利点もある。
【００３８】
図９は、本実施の形態１に係る他の印字装置の要部を示す構成図である。図９に示すように、レーザ光１３を位相マスク２４に通過させて、その干渉パターン２６を対物レンズ２５により縮小して被印字体１１の表面１１ａにマーキングする。このような構成により、被印字体１１の表面１１ａに干渉パターン２６による多彩な情報を記録することができる。光の干渉により印字するので２次元のパターンを同時に印字することができる。なお、位相マスク２４の代わりに光学素子を使用してレーザ光１３を分岐させることにより被印字体１１の表面１１ａにおいて干渉パターン２６を形成し、この干渉パターン２６を表面１１ａに転写してマーキングを行っても構わない。
【００３９】
図１０Ａは、図１や図２に示す印字装置１０、２０の載置台１１ｃの上に果実であるりんごが被印字体１１ｄとして置かれている場合の斜視図を示している。また、図１０Ｂは、図１や図２に示す印字装置１０、２０の載置台１１ｃの上に卵が被印字体１１ｅとして置かれている場合の斜視図を示している。
【００４０】
一般的に魚介類の水分含有率は２０％〜８０％であって、甲殻類の甲羅等は２０％程度と少ないものもあるが、魚類においては８０％程度の水分を含有する。また、りんご等の果物では水分を８０％以上含有し、ピーマン等の野菜でも７０％以上の水分を含有する。また、卵の殻等であったとしても、０．２％程度の水分を含有している。被印字体１１は、少なくとも印字領域１１ｂに水分を含んでおればよく、０．１％以上の水分含有率でも充分に本実施の形態の効果（水分を含む被印字体１１にダメージを与えることなく高精細なマーキングを施すことができる等の効果）を奏する。被印字体１１の水分含有率が２０％以上となればその効果はより高まり、さらに水分含有率が７０％以上となればその効果は顕著となる。このように、魚介類が被印字体１１の場合と同様に、被印字体１１が卵、魚介類、肉類、野菜、果物など、鮮度が要求される生鮮食料品などの場合でも、鮮度や品質を損なうことなく、これらの印字領域１１ｂに産地や製造年月日などのマーキングを行うことができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図１１に本発明の実施の形態２に係る印字装置４０の概略構成を示す。印字装置４０は、実施の形態１の印字装置１０と同様であるが、レーザ光源１２が波長の異なる複数の光源１２ａ、１２ｂを含んでおり、光源１２ａ、１２ｂから出射された各レーザ光は、ダイクロイックミラー３１にて合波された後、印字装置１０と同様の経路を経て被印字体１１上に照射される。ここで、複数の光源１２ａ、１２ｂのうちひとつを赤外レーザとした場合の利点を説明する。
【００４２】
光源１２ａは波長３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の可視レーザ光１３ａを出射し、光源１２ｂ（第２レーザ光出射部）は波長１ｕｍ以上かつ２０ｕｍ以下の赤外レーザ光１３ｂを出射する。赤外レーザ光１３ｂを可視レーザ光１３ａと同時または直前に照射することは、被印字体１１の表面クリーニングに有効である。被印字体１１の表面が水分で覆われていて、水分が水滴となって付着していると、印字するレーザビームの集光スポットが変形するため印字精度が劣化するという問題が生じる。このため、赤外レーザ光１３ｂであらかじめ印字する部分の表面の水分を蒸発させておけば、被印字体１１の表面クリーニングとなり印字精度が向上する。また、印字する表面近傍の組織に水分を含む被印字体１１の場合、水分量のバラツキにより印字の品質がばらつくという問題が生じる。これを防止するには、水による吸収係数の高い赤外レーザ光１３ｂを被印字体１１の表面に照射して、この部分の水分量を低下させることで表面状態を均一化するという方法が取り得る。同時に、表面近傍の水分量を低減させることで印字速度を向上させることができる。このように、赤外レーザ光をレーザ印字の前処理として利用することで印字精度、印字スピードの向上、印字品質のばらつきの低減が可能となる。
【００４３】
なお、赤外レーザ光を印字の前処理に使用する場合、赤外レーザ光１３ｂの被印字体１１上でのビーム径を、可視レーザ光１３ａの被印字体１１上でのビーム径より大きくしておくことが望ましい。これは、赤外レーザ光による表面クリーニングの範囲を印字範囲より広くとっておくことで、印字する表面を確実にクリーニングすることが出来るためである。
【００４４】
また、図１１に示す様に、例えば制御部１６に接続された二次元温度センサ２７で被印字体１１の印字領域１１ｂの温度を観測し、赤外レーザ光１３ｂを照射した場所の温度が所定温度以上になる様に、制御部１６を通して赤外レーザ光１３ｂの出力を調整することで、印字する可視レーザ光１３ａが照射される場所の水分を確実に除去しておくことが出来る。こうすることで、水滴や水分による印字品質の悪化を確実に防止し、情報を被印字体１１に高精細に記録することが出来る。図１１では、二次元温度センサ２７を用いた例を示したが、これに限定されない。例えば、二次元温度センサ２７の代わりＣＣＤカメラ等で印字痕を観測し、印字痕の太さに応じて赤外レーザ光１３ｂの出力を調整しても良いし、それ以外の方法を用いても構わない。
【００４５】
また、実施の形態１で述べたような周期状の分極反転構造を持つ波長変換素子を用いて、赤外レーザ光を波長変換して得られた第二高調波を可視レーザ光として用いた場合、印字に用いる可視レーザ光と同軸上に、波長変換されなかった赤外光が存在するような構成を取ることが出来る。一般的に、波長変換素子において波長変換すると基本波と高調波の出射方向が異なるが、周期状の分極反転構造を有する波長変換素子を用いれば、基本波と高調波の出射方向を同軸にすることが可能となる。この場合、波長変換素子で波長変換されずに残った赤外光を前述の表面クリーニングに用いることが出来るというメリットもある。
【００４６】
例えば、基本波として１０６４ｎｍの赤外光を用いた場合、波長変換素子で波長変換された５３２ｎｍの可視レーザ光１３ａで印字し、波長変換されずに残った１０６４ｎｍの基本波（赤外レーザ光１３ｂ）で表面クリーニングを行うことが考えられる。この場合に、印字の直前に赤外レーザ光１３ｂを照射するためには、図１２に示すように、レーザ光源（図示せず）と被印字体１１との間に、プリズム３２と対物レンズ３３を設けた構成が考えられる。この構成では、プリズム３２の各レーザ光に対する屈折率差によりレーザ光１３を可視レーザ光１３ａおよび赤外レーザ光１３ｂに分岐させて、対物レンズ３３により各レーザ光１３ａ、１３ｂを被印字体１１の表面１１ａに集光する。そして、矢印３４に示す方向にレーザ光１３ａ、１３ｂを走査することで、先ずは赤外レーザ光１３ｂにより印字する領域の表面１１ａの水分を蒸発させ、その後に可視レーザ光１３ａにより被印字体１１に印字を行うようにすることが出来る。こうすることで、図１１の様に可視レーザ光１３ａと赤外レーザ光１３ｂとを発生するために個別に光源を準備する必要がない。また、波長変換素子を用いた構成においては本来廃棄していた赤外レーザ光を無駄にせずに用いることができる、電力的にもロスが少ない。さらに、可視レーザ光１３ａと赤外レーザ光１３ｂとを合波する必要もないため、可視レーザ光１３ａと赤外レーザ光１３ｂとの位置を調整する必要もなく、コスト的にも有利である。尚、赤外レーザ光１３ｂと可視レーザ光１３ａとを同時に照射する場合は、図１２に示すプリズム３２や対物レンズ３３は不要である。
【００４７】
また、上述の通り、赤外レーザ光１３ｂの被印字体１１上でのビーム径は、可視レーザ光よりも大きいことが望ましい。波長変換を行った場合、波長は基本波の方が第二高調波よりも二倍長いが、ファーフィールドでの基本波のビーム径は、第二高調波のビーム径に対して約√２倍の大きさであるため、ウエスト位置近傍でも、基本波のビーム径の方が約√２倍大きくなる。よってこの観点からも、波長変換レーザは本構成にとって望ましい光源であると言える。
【００４８】
ここで、可視レーザ光は前述の通りパルス光であることが望ましいが、赤外レーザ光はＣＷ発振であることが望ましい。これは、赤外レーザ光をパルスにすると、被印字体にダメージを与えてしまうためである。よって、波長変換素子を用いたレーザ光源１２の場合、基本波である赤外レーザ光１３ｂはＣＷのまま、得られる第二高調波である可視レーザ光１３ａのみをパルス化することが望ましい。この場合、第二高調波のみをパルス化するためには、以下に述べる様な波長変換のスイッチを利用することができる。
【００４９】
第二高調波のみをパルス化する変調方法の一例として、波長変換素子に電圧を印可して位相整合状態をスイッチングする方法がある。すなわち、波長変換素子に電圧が印可された時のみ位相整合条件が成立するようにし、電圧の印加状態と非印加状態とを周期的に切り換えることにより、第二高調波をパルス状にすることができる。この場合、第二高調波の出力波形のｄｕｔｙ比は数％以下であるため基本波は実行的にＣＷ光に近い形で発生することになる。
【００５０】
第二高調波のみをパルス化する他の方法としては、基本波の発振波長を変調することで第二高調波の出力をパルス化することが考えられる。ファイバーレーザは発振波長のスイッチングが可能なため、基本波の発振波長を変調することで、第二高調波をスイッチングできる。具体的には、ファイバーレーザで共振器を形成しているファイバーグレーティングのグレーティングのピッチを、アクチュエータ等で伸縮させて変調することで、発振波長をスイッチングすることが可能である。
【００５１】
第二高調波のみをパルス化するさらに他の方法としては、基本波の強度を変調することが考えられる。すなわち、図１３Ａに示すように、波長変換素子に入射する基本波にバイアスをかけて変調する。基本波がパルス発振している状態において、基本波の波長はバイアスのみの発振時と比較してわずかに長波長側にシフトする。このため、パルス光発生状態に位相が整合するように波長変換素子の位相整合温度を制御しておけば、図１３Ｂに示すように、基本波がパルス発振するときにのみ第二高調波が発生することになる。一方、波長変換素子を透過した基本波は、パルス発振時のみ波長変換されるため、図１３Ｃに示すように、ＣＷに近い形で発振する。この波長変換素子を透過した基本波を用いて被印字体の前処理が可能となる。
【００５２】
（実施の形態３）
図１４に本発明の実施の形態３に係る印字装置５０の概略構成を示す。図１１の印字装置４０と同じく、レーザ印字を行う波長３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の可視レーザ光源１２ａを有するが、もうひとつ、波長４００ｎｍ以下の紫外レーザ光１３ｃを出射する紫外レーザ光源１２ｃ（第３レーザ光出射部）を有する点が、図１１の印字装置４０とは異なる。波長４００ｎｍ以下の紫外光には、殺菌効果があるため、動植物における細菌の繁殖を低減する効果がある。よって、波長４００ｎｍ以下の紫外光を、印字を行うレーザ光の照射と同時または直後に、被印字体１１に照射することで、レーザ印字部分を細菌の繁殖から防止できるというさらなる効果を有する。
【００５３】
被印字体上で印字する可視レーザ光１３ａのビーム径に対して、殺菌に用いる紫外レーザ光１３ｃのビーム径の方が大きいことが望ましい。これは、印字部分の周辺までの雑菌を消滅させることで、印字部分での雑菌の低減効果が強化できるためである。
【００５４】
また印字する可視レーザ光１３ａに対する紫外レーザ光１３ｃのパワー密度は、１％以下に限定することが好ましい。紫外レーザ光が印字するレーザ光強度の１％以上になると、紫外レーザ光１３ｃにより被印字体１１の変質が起きる場合がある。この場合、印字される変色部分のラインの見栄えが悪くなるが、上記の通り印字する可視レーザ光１３ａに対する紫外レーザ光１３ｃのパワー密度を１％以下に抑えることで、このような不都合を回避することが出来る。
【００５５】
また、印字に用いる可視レーザ光源１２ａとして、波長４０５ｎｍや３７５ｎｍの半導体レーザ光源を用いても構わない。波長３７５ｎｍの場合であれば、殺菌効果も有するため、殺菌用の紫外レーザ光源１２ｃと共通化することも出来る。この場合、例えば図１５の様に、ガラス板２８を用いて単一の光源を分岐して、印字用と殺菌用に使い分けることが出来る。ガラス板２８の入射面２８ａに対して斜めに、集光されながら入射したレーザ光１３は、その大部分がガラス板２８の出射面２８ｂから出射し、被印字体１１の表面１１ａに入射して印字に用いられる。ここで、出射面２８ｂにＡＲ（Anti-Reflection）コート等を施していない場合、約３％が出射面２８ｂで表面反射して、図１５の様にガラス板２８内を逆向きに伝播する。出射面２８ｂで表面反射したレーザ光１３が再び入射面２８ａに到達する位置に、反射率３０％以下のコート２９を施しておくと、入射面２８ａに到達したレーザ光１３の３０％以下が反射し、印字するレーザ光の１％以下のレーザ光が、広がった状態で印字光の近傍に入射することになる。この状態で、図１５中の矢印Ｘ方向に走査することで、印字した直後に殺菌可能となり、簡便かつコストにほとんど影響なく、単一の光源を使って印字と殺菌の両方を行うことが出来る。
【００５６】
また、単一光源でパワーが不足している場合には、図１６に示す印字装置６０の様に、複数の可視レーザ光源１２ａをファイバ３７にバンドルすることで高い出力になり、高速に印字することが可能である。
【００５７】
さらに、実施の形態１で述べた波長変換素子によって１０６４ｎｍの基本波を５３２ｎｍの第二高調波に変換すると、１０６４ｎｍと５３２ｎｍの和周波、もしくは１０６４ｎｍの第三高調波によって３５５ｎｍの紫外レーザ光が発生する。このとき、実施の形態２の赤外レーザ光１３ｂと可視レーザ光１３ａとの光軸関係と同様に、３５５ｎｍの紫外レーザ光１３ｃと５３２ｎｍの可視レーザ光１３ａとは同軸上に出力させることが出来る。この時発生した３５５ｎｍの紫外レーザ光１３ｃを殺菌に、５３２ｎｍの可視レーザ光１３ａを印字に用いることで、特別な光学系がなくとも、５３２ｎｍの可視レーザ光１３ａで印字した箇所を３５５ｎｍの紫外レーザ光１３ｃで殺菌することが出来る。さらには、この構成においては、実施の形態２で述べたとおり、１０６４ｎｍの基本波（赤外レーザ光１３ｂ）も存在するため、印字領域の表面クリーニングも併せて行うことが出来る。ここで、５３２ｎｍの可視レーザ光１３ａによる印字に対して、１０６４ｎｍの赤外レーザ光１３ｂによる表面クリーニングを直前に、３５５ｎｍの紫外レーザ光１３ｃによる殺菌を直後に行うためには、図１７に示す通り、図１２と同様にプリズム３２と対物レンズ３３を透過させた状態でレーザ光を矢印３４に示す方向に走査すればよい。
【００５８】
上述の通り、被印字体１１の表面でのビーム径は、印字に用いる可視レーザ光１３ａよりも紫外レーザ光１３ｃの方が大きいことが望ましいが、光源に波長変換レーザを用いた場合、単純に同軸にある可視レーザ光１３ａと紫外レーザ光１３ｃをレンズで集光すると、紫外レーザ光１３ｃの方が、波長が短いために小さく集光される。一般に、第三高調波もしくは和周波のウエスト径は、第二高調波のウエスト径に対して√（２／３）になる。この様な同軸にある可視レーザ光１３ａと紫外レーザ光１３ｃに対して、ビーム径を個々に調整するには、光ディスク（ＣＤ/ＤＶＤ/ＢＤ等）のピックアップで用いられる、レンズ表面にレリーフホログラムを設けた二波長レンズの使用が有効である。図１７の対物レンズ３３としてこの二波長レンズを用いることで、異なる波長のレーザ光に対して、それぞれ異なる収束特性を持たせることができ、光軸上の異なる位置にウエスト位置を配置できるため、被印字体１１の表面にて、可視レーザ光１３ａに対して紫外レーザ光１３ｃの方が大きいビーム径を持たせることが可能である。
【００５９】
また、波長変換素子としては、実施の形態１と同様に、周期状の分極反転構造からなる非線形光学素子を用いるのが好ましい。波長変換素子の結晶としてはＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３、Ｍｇ：ＬｉＴａＯ３、ＫＴＰを用いることができ、その結晶構造としてはコングルエント組成、ストイキオメトリック組成、水晶、フッ化物結晶などがある。周期状の分極反転構造を有する非線形光学結晶を用いる利点は、二つある。一つ目の利点は、可視レーザ光と紫外レーザ光の強度を分極反転の周期構造により設計できることである。前述したように、可視レーザ光に対して、紫外レーザ光の強度を押さえることが望ましい。また印字する材料によって、可視レーザ光と紫外レーザ光の強度比を制御する必要がある。この場合、周期状の分極反転構造の周期を設計することで可視レーザ光と紫外レーザ光の強度を設計することが可能となる。例えば結晶の前半部分に可視レーザ光を発生する周期の分極反転を形成し、後半部分に紫外レーザ光を発生する周期の分極反転構造を形成することで、可視レーザ光と紫外レーザ光を同時に発生させることが可能となる。もう一つの利点は、複数の波長のレーザ光の光軸を同一にできるノンクリティカルな位相整合が可能な点である。実施の形態２でも述べたとおり、一般的に、波長変換素子において波長変換すると赤外レーザ光、可視レーザ光、紫外レーザ光の出射方向が異なる。これを同軸にするには結晶の複屈折率を制御する必要があるため難しい。これに対して、周期状の分極反転構造の波長変換素子を用いれば、赤外レーザ光、可視レーザ光、紫外レーザ光を同軸に発生させることが可能となる。このため、本実施の形態の印字装置において、可視レーザ光と紫外レーザ光とを同軸で集光して印字する構成には有効である。
【００６０】
なお、紫外レーザ光の波長としては、殺菌作用の大きな４００ｎｍ以下が好ましいが、３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲の波長がより好ましい。図４に示したように、この範囲の波長は水の透過率が高いため、水分を含む被印字体の内部まで透過しやすく殺菌作用を及ぼす範囲が広がる。これによって、生鮮食料品の鮮度低下を防止する効果がより高くなる。
【００６１】
なお、本実施の形態では紫外光を発生させるものとしてレーザ光源を用いたが、ＬＥＤを使用することも可能である。ＬＥＤランプでマーキング部分を照射しながら印字を行うことでも、殺菌作用が得られる。
【００６２】
なお、本実施例では、印字に用いる可視レーザ光の集光スポットに対し、紫外レーザ光の集光スポットの方が大きくなるように各レーザ光を照射することで、印字しながら殺菌効果を持たせたが、図１８に示すように、可視レーザ光ビーム形状３４に対して紫外レーザ光ビーム形状３５の方がビーム断面が大きい楕円形状とすることで、高速な印字に対応できる。ビームの走査速度が速くなると紫外レーザ光が照射される時間が短くなり、殺菌作用が弱くなる。しかし、殺菌作用を高めるために紫外レーザ光の強度が高くすると被印字体の変質、変色等が発生するという問題が発生する。そこで、図１８に示すように、紫外レーザ光ビーム形状３５を、ビーム走査方向３６に長軸を有する楕円形状とすることで、紫外レーザ光の強度を抑えた状態でその照射時間を長くすることが可能となり、高速な印字に対応できるのである。
【００６３】
本発明の一局面に係る印字装置は、以上のように、被印字体に第１レーザ光を照射して、該被印字体の印字領域に情報を印字する印字装置であって、前記第１レーザ光を出射する光源と、前記第１レーザ光を前記被印字体の印字領域に集光する集光光学系と、前記第１レーザ光を走査する走査ユニットと、を含み、前記被印字体は、少なくとも前記印字領域に水分を含み、前記第１レーザ光の波長が３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下である。
【００６４】
上記の構成によれば、３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の波長帯域の第１レーザ光を、印字領域に水分を含む被印字体に照射し、被印字体に情報を印字する。ここで、３５０ｎｍ以上かつ５５０ｎｍ以下の波長帯域は、水の吸収係数が０．００１ｃｍ−１以下であって、従来から印字に使用されている波長帯域と比較して２桁〜６桁以上も低い値である。よって、被印字体の水分によるレーザ光の吸収を大幅に抑えることが出来る。このため、被印字体に含まれる水分を過度に加熱して水蒸気爆発などを生じさせることがない。したがって、被印字体にダメージを与えることなく、高精細な印字を施すことが出来る。さらには、水分による吸収が少ないため、従来よりも小さいパワーで印字が可能になり、印字に要する電力を低減することも出来る。
【００６５】
上記の構成において、前記光源は、横モードがシングルモードである基本波を出射するファイバーレーザと、前記基本波を第二高調波に波長変換する波長変換素子とを含み、前記第１レーザ光は前記第二高調波であることが好ましい。
【００６６】
上記の構成によれば、前記光源は、高出力な基本波を生成することが出来るファイバーレーザと波長変換素子を含み、横モードがシングルモードである基本波を第二高調波に波長変換する。これにより、前記第１レーザ光のビーム品質を各段に向上させることができる。すなわち、基本波を波長変換して得られる第二高調波は、横モードがシングルモードである高品質なビームとなる。印字に供される第１レーザ光がこのような高品質な第二高調波であるため、拡がり角が小さく、より高精細な印字が可能となる。さらに、高品質で拡がり角が小さい第１レーザ光を印字に用いるので、フォーカス調整を不要にすることも可能になり、低コストに印字装置を構成することが出来る。
【００６７】
上記の構成において、前記光源は、波長が１μｍ以上かつ２０μｍ以下の第２レーザ光を出射する第２レーザ光出射部をさらに含み、前記第１レーザ光の照射と同時または前記第１レーザ光の照射の直前に、前記第２レーザ光を、前記被印字体における前記第１レーザ光の照射部位に照射することが好ましい。
【００６８】
上記の構成によれば、被印字体の印字領域に付着している水滴等を除去する表面クリーニングが、第１レーザ光の照射と同時またはその直前に可能になる。すなわち、波長１ｕｍ以上かつ２０ｕｍ以下の第２レーザ光は、水による吸収係数が高く、被印字体の印字領域に付着している水滴等の水分を蒸発させる。もしも被印字体の印字領域に水滴等が付着していると、水滴によるレーザ光の集光特性が悪化したり、水分量のバラツキにより印字の品質にばらつきが生じたりする。そこで、第２レーザ光による表面クリーニングにより被印字体の表面状態を均一化することで、印字精度および印字スピードの向上が図れるとともに、印字品質のばらつきの低減を図ることが出来る。
【００６９】
上記の構成において、前記光源は、前記第２レーザ光を第二高調波に波長変換する波長変換素子をさらに含み、前記第１レーザ光は、前記第２レーザ光を波長変換して得られた第二高調波であることが好ましい。
【００７０】
上記の構成によれば、前記第２レーザ光を波長変換素子で波長変換して第１レーザ光を生成するので、第１レーザ光と第２レーザ光とを発生させるための個別のレーザ光源を用意する必要がない。さらに、第１レーザ光と第２レーザ光とを同軸上に出射することが出来るので、両レーザ光を合波する部材が不要である。よって、低コストに印字装置を構成することが出来る。さらに、前記第１レーザ光に波長変換されずに残った第２レーザ光を無駄なく表面クリーニングに使用することができるので、電力ロスの少ない高エネルギー効率の印字装置を実現することが出来る。
【００７１】
上記の構成において、前記光源は、前記第２レーザ光を、バイアス時とパルス発振時とで異なる波長で発振するようなバイアスを有するパルス光に変調して前記波長変換素子に入射させ、前記波長変換素子は、前記第２レーザ光のパルス発振時の波長で位相整合する位相整合温度を有することが好ましい。
【００７２】
上記の構成によれば、第２レーザ光のパルス発振時にのみ第二高調波である第１レーザ光を発生させることが出来る。一方、波長変換されずに波長変換素子を透過した第２レーザ光は略ＣＷ（Continuous Wave）となる。このように、第１レーザ光のみをパルス発振させることができるため、被印字体での熱の発生を抑制して高精細な印字が可能になり、被印字体が略ＣＷの第２レーザ光でダメージを受けることもない。
【００７３】
上記の構成において、前記光源は、波長が４００ｎｍ以下の第３レーザ光を出射する第３レーザ光出射部をさらに含み、前記被印字体の印字領域での前記第３レーザ光のビーム径が、前記第１レーザ光のビーム径よりも大きいことが好ましい。
【００７４】
波長４００ｎｍ以下の第３レーザ光には、殺菌効果がある。よって、上記の構成によれば、被印字体の印字領域で、第３レーザ光のビーム径を第１レーザ光のビーム径よりも大きくすることで、被印字体の印字領域を確実に殺菌可能であり、細菌の繁殖を防止することができる。
【００７５】
上記の構成において、前記第３レーザ光のパワー密度は、前記第１レーザ光のパワー密度より小さいことが好ましい。
【００７６】
上記の構成によれば、被印字体がダメージを受けることなく、印字領域を殺菌することが出来る。
【００７７】
上記の構成において、前記光源は、波長が４００ｎｍ以下の第３レーザ光を出射する第３レーザ光出射部を含み、前記被印字体の印字領域での前記第３レーザ光のビーム径が、前記第１レーザ光のビーム径よりも大きく、前記第３レーザ光は、前記第２レーザ光を波長変換して得られた第三高調波、または前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との和周波であることが好ましい。
【００７８】
上記の構成によれば、前記第３レーザ光と、第１および第２のレーザ光とを同軸に出射することが出来るため、各レーザ光を合波する部材が不要である。よって、低コストに印字装置を構成することが出来る。さらに、第１レーザ光や前記第２レーザ光を利用して第３レーザ光を生成するので、電力ロスの少ない高エネルギー効率の印字装置を実現することが出来る。
【００７９】
上記の構成において、前記被印字体の印字領域に配される、少なくとも水分を含む水冷部材をさらに含み、前記水冷部材を介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射することが好ましい。
【００８０】
上記の構成によれば、水による吸収係数の小さな波長帯域の第１レーザ光を印字に用いるので、水分を含む水冷部材を介して被印字体に第１レーザ光を照射しても、水冷部材に第１レーザ光が吸収されることがない。このため、被印字体を水冷部材で冷却しながら印字することができるため、印字領域の発熱を押さえ、被印字体に与えるダメージを抑制することが出来る。
【００８１】
上記の構成において、位相マスクをさらに含み、前記位相マスクを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射することで、前記被印字体の前記印字領域において干渉パターンを形成することが好ましい。
【００８２】
上記の構成によれば、簡便に二次元のパターンを記録することが出来る。
【００８３】
上記の構成において、ＧＰＳセンサをさらに含み、前記被印字体に印字する情報は、前記ＧＰＳセンサで検出した現在位置情報を含むことが好ましい。
【００８４】
上記の構成によれば、密漁や産地偽装に対する対策につながり、さらには印字装置で印字した被印字体のブランド価値の向上につながり、購入者に対して安心を与えることができる。
【００８５】
上記の構成において、前記被印字体を水の中に設置するための水槽をさらに含み、前記第１レーザ光を、前記水槽内の前記被印字体に照射することが好ましい。
【００８６】
上記の構成によれば、前記第１レーザ光は、水による吸収が極めて少ないため、水槽内に設置された水中の被印字体に対しても印字することができる。この場合、水槽外に取り出して記録したときの様に、水滴によるレーザ光の集光特性も悪化もなく、高精細な印字が出来る。
【００８７】
上記の構成において、前記水槽内に所定方向の水流を発生させる水流発生部をさらに含み、前記水流に沿って流される前記被印字体に対して、前記第１レーザ光で印字を行うことが好ましい。
【００８８】
上記の構成によれば、被印字体を水流に沿って流しながら連続的に印字することが可能になり、印字スループットを飛躍的に向上させることが出来る。
【００８９】
上記の構成において、前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の幅および高さは、それぞれ、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向の長さよりも短いことが好ましい。
【００９０】
上記の構成によれば、被印字体が水流に逆らって逆向きに水槽内を流れることを防止できるため、印字スループットの向上を図ることが出来る。
【００９１】
上記の構成において、前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の幅は、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向に直交する断面の幅の二倍より小さく、前記水槽における前記水流の方向に直交する断面の高さは、前記水流に沿って流される前記被印字体における前記水流の方向に直交する断面の高さの二倍より小さいことが好ましい。
【００９２】
上記の構成によれば、被印字体が二つ同時に水槽内を流れることを防止できるため、印字抜けをなくすことが出来る。
【００９３】
上記の構成において、前記第１レーザ光は、単一偏光であり、前記水槽の表面の法線に対してブリュースター角で入射することが好ましい。
【００９４】
上記の構成によれば、水槽の表面での第１レーザ光の反射を抑えることができ、安全かつロスのない高効率な印字装置を実現することが出来る。
【００９５】
上記の構成において、前記被印字体が、卵、魚介類、肉類、野菜、果物など、鮮度が要求される生鮮食料品であることが好ましい。
【００９６】
上記のような卵、魚介類、肉類、野菜または果物からなる生鮮食料品を被印字体とすれば、印字後も生鮮食料品に殆どダメージを与えることなく商品価値の低下を招来することがないので、効果的である。
【００９７】
本発明の他の局面に係る印字方法は、上記の何れかの構成の印字装置を用いた印字方法であって、前記被印字体の印字領域に、少なくとも水分を含む被膜または水冷シートを配置する工程と、前記被膜または水冷シートを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射する工程とを含んでいる。
【００９８】
上記の構成によれば、被印字体を水冷部材で冷却しながら印字することができるため、印字領域の発熱を押さえ、被印字体に与えるダメージを抑制することが出来る。
【００９９】
本発明のさらに他の局面に係る印字方法は、上記の何れかの構成の印字装置を用いた印字方法であって、前記第１レーザ光の光路内に位相マスクを配置する工程と、前記位相マスクを介して、前記第１レーザ光を前記被印字体に照射することで、前記被印字体の前記印字領域において干渉パターンを形成する工程とを含んでいる。
【０１００】
上記の構成によれば、簡便に二次元のパターンを記録することが出来る。
【０１０１】
なお、発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、レーザ光が被印字体に含まれる水分に吸収されることを抑制することにより被印字体の印字領域の温度上昇を抑えて、被印字体の表面のみに高精細なマーキングを施す印字装置を提供するものであり、食品全般に有用なマーキングを簡単に低コストで施すことができる。したがって、食品の出所や製造年月日および賞味期限の表示などの品質管理に活用することができ有用である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009119061.tif 000021
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009119061.tif 000027
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2009119061.tif 000031
【図１２】
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【図１３】
2009119061.tif 000033
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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