(57)【要約】【課題】  集光部においてレーザ光のパワーを集中させ、金属の酸化温度や融点に達することができるレーザ加熱装置を提供することを目的とする。【解決手段】  ワット級ワンチップ半導体レーザ１と、ワット級ワンチップ半導体レーザ１より出射されたスロー方向およびファースト方向におけるレーザ光Ｌをコリメートする第１非球面レンズ４と、第１非球面レンズ４によりコリメートされたスロー方向およびファースト方向におけるレーザ光Ｌを集光する第２非球面レンズ５が設けられ、第２非球面レンズ５を上下方向Ｚに移動させ、レーザ光Ｌのファースト方向およびスロー方向のみかけ上の焦点位置の差である非点隔差を調整することにより、集光部Ｍに所望の数十μｍのスポットが形成され、この集光部Ｍに形成された数十μｍのスポットにレーザ光Ｌのパワーが集中される。【選択図】          図１
2006216800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロー方向の発光幅が１００μｍ以下で且つ出力が１Ｗ以上のレーザ光を出射するワンチップ半導体レーザ光源と、
Ｆ値がＦ７以上であるとともに開口数が０．３以上で、前記ワンチップ半導体レーザ光源より出射されたレーザ光をコリメートする第１非球面レンズと、
Ｆ値が前記第１非球面レンズのＦ値の半分以下であるとともに開口数が０．５以上で、径が前記第１非球面レンズの径以下であり、前記第１非球面レンズによりコリメートされたレーザ光を集光する第２非球面レンズと、
前記第２非球面レンズをレーザ光の光軸と直交する面内で移動させるレンズ移動手段とを備えたこと
を特徴とするレーザ加熱装置。
【請求項２】
前記第２非球面レンズの焦点位置からレーザ光の集光部までの距離が、前記出射部から前記第１非球面レンズの焦点位置までの距離の半分以下であること
を特徴とする請求項１に記載のレーザ加熱装置。
【請求項３】
前記レンズ移動手段は、レーザ光の光軸と直交する第１の方向に移動させる第１移動手段と、レーザ光の光軸と直交し、且つ前記第１の方向と直交する第２の方向に移動させる第２移動手段とで構成されていること
を特徴とする請求項１に記載のレーザ加熱装置。
【請求項４】
前記第１移動手段は第１移動部材と第１弾性体とからなり、前記第２移動手段は第２移動部材と第２弾性体とからなり、前記第１移動部材と前記第２移動部材は、圧電体であること
を特徴とする請求項３に記載のレーザ加熱装置。
【請求項５】
前記レンズ移動手段は、永久磁石とコイルとで構成されていること
を特徴とする請求項１に記載のレーザ加熱装置。
【請求項６】
スロー方向の発光幅が１００μｍ以下で且つ出力が１Ｗ以上のレーザ光を出射するワンチップ半導体レーザ光源と、
Ｆ値がＦ７以上であるとともに開口数がファースト方向におけるレーザ光の最大拡がり角と同等で、前記ワンチップ半導体レーザ光源より出射されたレーザ光をコリメートするアクロマチックレンズと、
Ｆ値がＦ７以上であるとともに開口数が０．３以上で、屈折率が１．８以上であり、前記アクロマチックレンズによりコリメートされたレーザ光を集光する高開口数レンズと、
前記出射部から前記アクロマチックレンズの焦点位置までの距離を調整する調整部とを備えたこと
を特徴とするレーザ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば半導体レーザから出射されたレーザ光を集光し、この集光したレーザ光により金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うレーザ加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を用いた非接触な加熱処理を行う装置としてレーザ加熱装置があり、たとえば特許文献１に開示されている。
このレーザ加熱設備（レーザ加熱装置）は、複数のレーザダイオードを積み重ねてなるレーザダイオードモジュール（半導体レーザアレイ）と、レーザダイオードモジュールに電力を供給する電源と、レーザダイオードモジュールの備える複数のレーザダイオードが出射するレーザ光を視準化する第１光学系（コリメートレンズ）と、視準化されたレーザ光を集光する第２光学系（集光レンズ）により構成されている。
【０００３】
この構成により、レーザダイオードから出射されたレーザ光はコリメートレンズにより視準化され、この視準化されたレーザ光は集光レンズにより集光される。
【特許文献１】特開２００２−９３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来のレーザ加熱設備（レーザ加熱装置）の構成によると、レーザダイオードモジュールから出射された複数のレーザ光は、集光レンズにより集光され、樹脂接合や金属接合を行うために必要な集光を行うことができないため、集光部において金属の酸化温度や融点に達することができず、例えば径が１００μｍ以下となるマーキングや溶接を行うことができないという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、集光部においてレーザ光のパワーを集中させ、金属の酸化温度や融点に達することができるレーザ加熱装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のレーザ加熱装置は、スロー方向の発光幅が１００μｍ以下で且つ出力が１Ｗ以上のレーザ光を出射するワンチップ半導体レーザ光源と、Ｆ値がＦ７以上であるとともに開口数が０．３以上で、前記ワンチップ半導体レーザ光源より出射されたレーザ光をコリメートする第１非球面レンズと、Ｆ値が前記第１非球面レンズのＦ値の半分以下であるとともに開口数が０．５以上で、径が前記第１非球面レンズの径以下であり、前記第１非球面レンズによりコリメートされたレーザ光を集光する第２非球面レンズと、前記第２非球面レンズをレーザ光の光軸と直交する面内で移動させるレンズ移動手段とを備えたことを特徴としたものである。
【０００７】
また、請求項２に記載のレーザ加熱装置は、請求項１に記載の発明であって、前記第２非球面レンズの焦点位置からレーザ光の集光部までの距離が、前記出射部から前記第１非球面レンズの焦点位置までの距離の半分以下であることを特徴としたものである。
【０００８】
そして、請求項３に記載のレーザ加熱装置は、請求項１に記載の発明であって、前記レンズ移動手段は、レーザ光の光軸と直交する第１の方向に移動させる第１移動手段と、レーザ光の光軸と直交し、且つ前記第１の方向と直交する第２の方向に移動させる第２移動手段とで構成されていることを特徴としたものである。
【０００９】
さらに、請求項４に記載のレーザ加熱装置は、請求項３に記載の発明であって、前記第１移動手段は第１移動部材と第１弾性体とからなり、前記第２移動手段は第２移動部材と第２弾性体とからなり、前記第１移動部材と前記第２移動部材は、圧電体であることを特徴としたものである。
【００１０】
しかも、請求項５に記載のレーザ加熱装置は、請求項１に記載の発明であって、前記レンズ移動手段は、永久磁石とコイルとで構成されていることを特徴としたものである。
また、請求項６に記載のレーザ加熱装置は、スロー方向の発光幅が１００μｍ以下で且つ出力が１Ｗ以上のレーザ光を出射するワンチップ半導体レーザ光源と、Ｆ値がＦ７以上であるとともに開口数がファースト方向におけるレーザ光の最大拡がり角と同等で、前記ワンチップ半導体レーザ光源より出射されたレーザ光をコリメートするアクロマチックレンズと、Ｆ値がＦ７以上であるとともに開口数が０．３以上で、屈折率が１．８以上であり、前記アクロマチックレンズによりコリメートされたレーザ光を集光する高開口数レンズと、前記出射部から前記アクロマチックレンズの焦点位置までの距離を調整する調整部とを備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーザ加熱装置は、レーザ光Ｌのファースト方向およびスロー方向のみかけ上の焦点位置の差である非点隔差を調整することにより、集光部Ｍに形成された数十μｍのスポットにレーザ光Ｌのパワーが集中され、集光部Ｍを瞬時（数ミリ秒以内）に金属の酸化温度や融点を越える温度とすることができ、加工対象物である金属に対して容易にマーキングや溶接を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の基本構成および各実施の形態におけるレーザ加熱装置について、図面を参照しながら説明する。なお、レーザ加熱装置からレーザ光を出射する方向を前方向、この前方向とは逆の方向を後方向、これらの前後方向Ｘと水平面上で直角な方向を左右方向Ｙとし、鉛直方向を上下方向Ｚとする。また、レンズ保持部の先端、すなわちレーザ加熱装置において最前部に設けられたレンズにおける前部から集光部までの距離（作動距離）をワークディスタンス（以下、ＷＤという）とする。
［実施の形態１］
（基本構成１）
まず、本発明の実施の形態１におけるレーザ加熱装置の基本構成（動作原理）１について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１に示すように、加工対象物である金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射するレーザ加熱装置は、レーザ光Ｌを光軸センタ２（光軸）を中心に出射する出射部３を有するワット級ワンチップ半導体レーザ（ＬＤ）（ワット級ワンチップ半導体レーザ光源の一例）１と、上記ワット級ワンチップ半導体レーザ１の前方に光軸センタ２を中心として配置され、ワット級ワンチップ半導体レーザ１より出射されたスロー方向およびファースト方向におけるレーザ光Ｌをコリメートする第１非球面レンズ４と、第１非球面レンズ４の前方に光軸センタ２を中心として配置され、第１非球面レンズ４によりコリメートされたスロー方向およびファースト方向におけるレーザ光Ｌを集光する第２非球面レンズ５が設けられている。
【００１４】
上記ワット級ワンチップ半導体レーザ１は１Ｗ以上のパワーを有し、ファースト方向におけるレーザ光Ｌの最大拡がり角が３５°とされ、出射部３はスロー方向の発光幅が１００μｍ、ファースト方向の発光幅が１μｍとされている。
【００１５】
上記第１非球面レンズ４は、凸型のアクロマチックないし非球面等の収差のないレンズであり、レンズに入ってくる光の量を示すＦ値がＦ７以上であるとともに、開口数ＮＡがワット級ワンチップ半導体レーザ１から出射されるレーザ光Ｌにおけるファースト方向の最大拡がり角と同等な０．３以上とされ、出射部３から第１非球面レンズ４の焦点位置Ｎ１までの距離である焦点距離ｆ１は７ｍｍ以上とされている。なお、第１非球面レンズ４は有効径８ｍｍに形成されている。
【００１６】
上記第２非球面レンズ５は、凸型に形成され、径の長さが第１非球面レンズ４の径の長さ以下、且つＦ値が第１非球面レンズ４のＦ値の半分以下であるとともに、開口数ＮＡが０．５以上とされ、第２非球面レンズ５の焦点位置Ｎ２から集光部Ｍまでの距離である焦点距離ｆ２は焦点距離ｆ１の半分以下とされている。なお、第２非球面レンズ５は有効径５ｍｍに形成されている。
【００１７】
なお、第１非球面レンズ４および第２非球面レンズ５は、互いの非球面部４Ａ，５Ａが向かい合うように配置されている。
以下に、上記した基本構成１における作用を、図１を参照しながら説明する。
【００１８】
例えば、１０Ｗのパワーを有するワット級ワンチップ半導体レーザ１を使用し、出射部３から第１非球面レンズ４の焦点位置Ｎ１までの距離である焦点距離ｆ１が８ｍｍ、第２非球面レンズ５の焦点位置Ｎ２から集光部Ｍまでの距離である焦点距離ｆ２が３ｍｍとされて、金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射する際、
レーザ光Ｌのスロー方向における集光部Ｍは、
１００μｍ×ｆ２／ｆ１＝１００μｍ×３／８＝３７．５μｍ
となり、
レーザ光Ｌのファースト方向における集光部Ｍは、
１μｍ×ｆ２／ｆ１＝１μｍ×３／８＝０．３７５μｍ
となる。
【００１９】
ここで、第２非球面レンズ５を第１非球面レンズ４でコリメートされたレーザ光Ｌ内で上下方向Ｚに移動させ、レーザ光Ｌにおけるファースト方向のみかけ上の焦点位置をスロー方向のみかけ上の焦点位置に調整し、すなわちレーザ光Ｌのファースト方向およびスロー方向のみかけ上の焦点位置の差である非点隔差を調整し、その調整後、第２非球面レンズ５を固定して、ファースト方向における集光部Ｍの幅を変化させてスロー方向における集光部Ｍの幅とする。
【００２０】
よって、レーザ光Ｌの集光部Ｍには、一辺が３７．５μｍ、すなわち一辺が約４０μｍの正方形スポットが形成される。
また、集光部Ｍでのパワー密度は、ファースト方向における第２非球面レンズ５のけられ（第１非球面レンズ４でコリメートされたレーザ光Ｌが第２非球面レンズ５で集光されない割合）が５０％とし、集光部Ｍの一辺を４０μｍとすると、
ワット級ワンチップ半導体レーザ１の出力パワー×けられの割合／（ファースト方向における集光部Ｍの幅×スロー方向における集光部Ｍの幅）
＝１０Ｗ×０．５／（０．０４×０．０４）
≒３００ＫＷ／ｃｍ２
となる。
【００２１】
このように、レーザ光Ｌのファースト方向およびスロー方向のみかけ上の焦点位置の差である非点隔差を調整することにより、例えば一辺を約４０μｍとする正方形スポットに形成された集光部Ｍにレーザ光Ｌのパワーが集中されるため、集光部Ｍは瞬時（数ミリ秒以内）に金属の酸化温度や融点を越える温度とされる。
【００２２】
また、焦点距離ｆ２を焦点距離ｆ１の半分以下とすると、上記スロー方向の集光部Ｍの式におけるｆ２／ｆ１の値が小さくなるため、集光部Ｍにける正方形スポットの一辺の長さが数十μｍとされる。
【００２３】
ここで、図２に示すように、金属や樹脂である加工対象物６にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射する際、第２非球面レンズ５を光軸センタ２を中心として上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動させることにより、ファースト方向における幅がＭＦ１，スロー方向における幅がＭＳ１となる集光部Ｍが、加工対象物６の中心である光軸センタ２から所定距離離れた位置に適宜形成される。なお、第２非球面レンズ５の移動範囲は、第２非球面レンズ５でコリメートされたレーザ光Ｌをコリメート光Ｌ´とすると、ファースト方向におけるコリメート光Ｌ´内とする。
【００２４】
このとき、ワット級ワンチップ半導体レーザ１から出射されたレーザ光Ｌのファースト方向およびスロー方向のみかけ上の焦点位置の差である非点隔差を利用して、集光部Ｍにおけるファースト方向の幅ＭＦ１と集光部Ｍにおけるスロー方向の幅ＭＳ１を変化させて集光部Ｍをデフォーカスとすることにより、２つの非点隔差による焦点は楕円であるがデフォーカスによりバランスがとれて強度分布が円形となるスポットが得られ、したがって集光部Ｍにおいて実際の加工に寄与する部分は円形スポットとなる。
【００２５】
以上のように基本構成１によれば、ワット級ワンチップ半導体レーザ１は１Ｗ以上のパワーを有し、ファースト方向におけるレーザ光Ｌの最大拡がり角が３５°とされ、出射部３のスロー方向の発光幅が１００μｍ以下という条件のとき、第２非球面レンズ５をレーザ光Ｌのファースト方向に移動させ、レーザ光Ｌのファースト方向およびスロー方向のみかけ上の焦点位置の差である非点隔差を調整することにより、集光部Ｍに数十μｍの正方形スポットを形成し、この正方形スポットにレーザ光Ｌのパワーを集中することにより、集光部Ｍは瞬時（数ミリ秒以内）に金属の酸化温度や融点を越える温度とされるため、加工対象物である金属に対して容易にマーキングや溶接を行うことができる。
【００２６】
また、上記基本構成１によれば、焦点距離ｆ２を焦点距離ｆ１の半分以下とすることにより、集光部を、一辺を数十μｍとする正方形スポットに形成することができる。
また、上記基本構成１によれば、レーザ光Ｌのファースト方向およびスロー方向のみかけ上の焦点位置の差である非点隔差を調整して集光部Ｍをデフォーカスとすることにより、複雑な光学系を構成することなく、アスペクト比が１：１００の出射部３、すなわちスロー方向の発光幅が１００μｍ、スロー方向の発光幅が１μｍの出射部３から出射されたレーザ光Ｌを、集光部Ｍにおいて円形スポットとすることができる。
【００２７】
また、上記基本構成１によれば、第２非球面レンズ５を光軸センタ２を中心として上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動させることにより、上下方向Ｚおよび左右方向Ｙにおいて加工対象物６の中心である光軸センタ２から離れた位置に集光部Ｍを移動させることができ、したがって加工対象物６において集光部Ｍを位置させる範囲を広くすることができる。
【００２８】
以下に、上記基本構成１を実現するレーザ加熱装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態１におけるレーザ加熱装置は、上記基本構成１に基づいて構成されているため、第２非球面レンズ５の移動方法を中心に説明する。また、上記基本構成１と同一部材のものには同一番号を付す。なお、光軸センタ２を中心とする水平成分を水平ライン２Ａ、光軸センタ２を中心とする鉛直成分を鉛直ライン２Ｂとする。
【００２９】
図３に示すように、金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射するレーザ加熱装置は、ワット級ワンチップ半導体レーザ１が配置されているホルダー２１と、ホルダー２１の前端に光軸センタ２を中心として配置される第１非球面レンズ４を保持する第１開口部２２Ａとレンズ移動装置２３（レンズ移動手段の一例）（後述する）を介して第２非球面レンズ５を保持する第２開口部２２Ｂを有するレンズ保持体２２を備えている。
【００３０】
上記レンズ移動装置２３は、第２開口部２２Ｂの下部に鉛直ライン２Ｂを中心として設けられ、内方端面が第２非球面レンズ５と当接し、圧電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている伸縮自在なファースト方向用アクチュエータ２４（第１移動部材の一例）と、第２開口部２２Ｂの一方の側部に水平ライン２Ａを中心として設けられ、内方端面が第２非球面レンズ５と当接し、圧電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている伸縮自在なスロー方向用アクチュエータ２５（第２移動部材の一例）と、第２開口部２２Ｂの上部に鉛直ライン２Ｂを中心として設けられ、内方端部が第２非球面レンズ５と接続されている伸縮自在なファースト方向用バネ体２６（第１弾性体の一例）と、第２開口部２２Ｂの他方の側部に水平ライン２Ａを中心として設けられ、内方端部が第２非球面レンズ５と接続されている伸縮自在なスロー方向用バネ体２７（第２弾性体の一例）から形成されている。
【００３１】
なお、レーザ光Ｌの光軸センタ２と直交する上下方向（第１の方向）に第２非球面レンズ５を移動させるファースト方向用アクチュエータ２４，ファースト方向用バネ体２６を第１移動手段、レーザ光Ｌの光軸センタ２と直交し、且つ上下方向と直交する左右方向（第２の方向）に第２非球面レンズ５を移動させるスロー方向用アクチュエータ２５，スロー方向用バネ体２７を第２移動手段とする。
【００３２】
また、このレーザ加熱装置には、所望の電圧をかけてアクチュエータ２４，２５の伸縮を調整する制御装置（図示せず）が接続されている。
以下に、上記した実施の形態１における作用を、図３を参照しながら説明する。
【００３３】
アクチュエータ２４，２５およびバネ体２６，２７により保持されている第２非球面レンズ５を上下方向Ｚで移動させる際、ファースト方向用アクチュエータ２４に所望の電圧をかけて、ファースト方向用アクチュエータ２４を伸縮させることにより、第２非球面レンズ５を上下方向Ｚで移動させ、第２非球面レンズ５により集光されたレーザ光Ｌの集光部Ｍを上下方向Ｚで移動させる。
【００３４】
なお、第２非球面レンズ５の移動範囲は、第１非球面レンズ４でコリメートされたレーザ光Ｌをコリメート光Ｌ´とすると、ファースト方向におけるコリメート光Ｌ´内とする。
【００３５】
また、アクチュエータ２４，２５およびバネ体２６，２７により保持されている第２非球面レンズ５を左右方向Ｙで移動させる際、スロー方向用アクチュエータ２５に所望の電圧をかけて、スロー方向用アクチュエータ２５を伸縮させることにより、第２非球面レンズ５を左右方向Ｙで移動させ、第２非球面レンズ５により集光されたレーザ光Ｌの集光部Ｍを左右方向Ｙで移動させる。
【００３６】
このように、レンズ移動装置２３によって第２非球面レンズ５を光軸センタ２を中心として上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動させることにより、集光部Ｍは加工対象物の中心である光軸センタ２から所定距離離れた位置に適宜移動される。
【００３７】
以上のように実施の形態１によれば、ファースト方向用アクチュエータ２４およびスロー方向用アクチュエータ２５を伸縮させ、第２非球面レンズ５を光軸センタ２を中心として上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動させることにより、集光部Ｍは加工対象物の中心である光軸センタ２から所定距離離れた位置に適宜移動されるため、集光部Ｍを加工対象物の所望の位置に移動させることができ、したがって加工対象物に対して移動マーキングまたは移動溶接を行うことができる。
【００３８】
また、上記実施の形態１によれば、第２非球面レンズ５は、ファースト方向におけるコリメート光Ｌ´内を移動しており、第１非球面レンズ４からのコリメート光Ｌ´を確実に集光することができるため、集光部Ｍでのパワー変動が小さくなり、したがって加工対象物に対して均質な移動マーキングまたは移動溶接を行うことができる。
【００３９】
また、上記実施の形態１によれば、第２非球面レンズ５をファースト方向におけるコリメート光Ｌ´内で移動させている際、スロー方向における集光部Ｍでのパワー変動が若干大きくなることがあるので、制御装置によりこのパワー変動を一定とするよう制御することができる。
【００４０】
なお、実施の形態１では、ファースト方向用バネ体２６は、第２開口部２２Ｂの上部に鉛直ライン２Ｂを中心として設けられ、スロー方向用バネ体２７は、第２開口部２２Ｂの他方の側部に水平ライン２Ａを中心として設けられていたが、これらバネ体２６，２７の代わりに、図４に示すように、水平ライン２Ａもしくは鉛直ライン２Ｂから４５°傾斜させた状態で、一端が第２開口部２２Ｂに接続され、他端が第２非球面レンズ５と接続されている伸縮自在なバネ体２８を設けてもよい。
【００４１】
また、実施の形態１では、ファースト方向用バネ体２６は、第２開口部２２Ｂの上部に鉛直ライン２Ｂを中心として設けられ、スロー方向用バネ体２７は、第２開口部２２Ｂの他方の側部に水平ライン２Ａを中心として設けられていたが、これらバネ体２６，２７の代わりに、図５に示すように、第２開口部２２Ｂにおいて少なくともファースト方向用バネ体２６からスロー方向用バネ体２７にかけて硬質ゴム２９を設けてもよい。
（実施の形態１の変形例）
以下に、本実施の形態１の変形例におけるレーザ加熱装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本他の実施の形態１におけるレーザ加熱装置は、上記基本構成１の図２に基づいて構成されているため、第２非球面レンズ５の移動方法を中心に説明する。また、上記基本構成１と同一部材のものには同一番号を付す。なお、光軸センタ２を中心とする水平成分を水平ライン２Ａ、光軸センタ２を中心とする鉛直成分を鉛直ライン２Ｂとする。
【００４２】
図６に示すように、金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射するレーザ加熱装置は、ワット級ワンチップ半導体レーザ１が配置されているホルダー３１と、レンズ保持体３２を備えている。レンズ保持体３２は、ホルダー３１の前端に光軸センタ２を中心として配置される第１非球面レンズ４を保持する開口部３２Ａと、開口部３２Ａの一側方から光軸センタ２と平行に矩形板状に形成される突起部３２Ｂを有している。この突起部３２Ｂに、第２非球面レンズ５を移動させるレンズ移動装置３３（レンズ移動手段の一例）（後述する）が設けられている。
【００４３】
上記レンズ移動装置３３は、突起部３２Ｂの前端部に左右方向Ｙに設けられている矩形板状の第１永久磁石４１と、突起部３２Ｂの前後方向Ｘの中央部付近における上方および下方で、左右方向Ｙにそれぞれ設けられている四角柱状の第２永久磁石４２と、第２非球面レンズ５を保持し上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動自在なレンズ保持部材４３と、レンズ保持部材４３を上下方向Ｚに移動させる第１コイル４４と、レンズ保持部材４３を左右方向Ｙに移動させる第２コイル４５から形成されている。
【００４４】
上記第１永久磁石４１は、上方がＮ極、下方がＳ極とされている。
上記第２永久磁石４２はそれぞれ、突起部３２Ｂ側がＳ極、突起部３２Ｂと反対側がＮ極とされている。
【００４５】
上記レンズ保持部材４３は、平面視においてＬ字状に形成され、側面視においてコ字状に形成されるとともに、正面視においてホームベース形状に形成されており、第１コイル４４および第２コイル４５を保持している。
【００４６】
上記第１コイル４４は、電線且つスプリングワイヤとして形成されており、一端がレンズ保持体３２の上部と接続されている第１コイル上方直線部４４Ａと、一端が第１コイル上方直線部４４Ａの他端と接続され第１永久磁石４１と上方の第２永久磁石４２との間で複数回巻回されている第１コイル上方巻回部４４Ｂと、一端が第１コイル上方巻回部４４Ｂの他端と接続され第１永久磁石４１と下方の第２永久磁石４２との間で複数回巻回されている第１コイル下方巻回部４４Ｃと、一端が第１コイル下方巻回部４４Ｃと接続され他端がレンズ保持部３２の下部と接続されている第１コイル下方直線部４４Ｄから形成されている。
【００４７】
上記第２コイル４５は、電線且つスプリングワイヤとして形成されており、一端がレンズ保持体３２の上部と接続されている第２コイル上方直線部４５Ａと、一端が第２コイル上方直線部４５Ａの他端と接続され上方の第１永久磁石４１を中心として複数回巻回されている第２コイル上方巻回部４５Ｂと、一端が第２コイル上方巻回部４５Ｂの他端と接続され下方の第２永久磁石４２を中心として複数回巻回されている第２コイル下方巻回部４５Ｃと、一端が第２コイル下方巻回部４５Ｃの他端と接続され他端がレンズ保持部３２の下部と接続されている第２コイル下方直線部４５Ｄから形成されている。
【００４８】
なお、第１コイル上方直線部４４Ａ、第１コイル下方直線部４４Ｄ、第２コイル上方直線部４５Ａ、第２コイル下方直線部４５Ｄには、所望の電流を流して、上下方向Ｚにおける第１コイル４４の移動、および左右方向Ｙにおける第２コイル４５の移動を調整する制御装置（図示せず）が接続されている。
【００４９】
また、第１コイル４４および第２コイル４５に電流が流れていないとき、第１非球面レンズ４と第２非球面レンズ５の中心が光軸センタ２上に位置されるよう、第１コイル上方直線部４４Ａ、第１コイル下方直線部４４Ｄ、第２コイル上方直線部４５Ａ、第２コイル下方直線部４５Ｄが配置されている。
【００５０】
以下に、上記した実施の形態１の変形例における作用を、図６を参照しながら説明する。
まず、第１コイル４４に所望の電流を流すと、第１コイル上方巻回部４４Ｂおよび第１コイル下方巻回部４４Ｃの前側（第１永久磁石４１側）がＮ極となり、第１コイル上方巻回部４４ＢはＮ極が上方に位置する第１永久磁石４１と反発し、また第２コイル下方巻回部４４ＣはＳ極が下方に位置する第１永久磁石４１に引きつけられるため、レンズ保持部材４３は下方に移動する。
【００５１】
次に、第２コイル４５に所望の電流を流すと、第２コイル上方巻回部４５Ｂおよび第２コイル下方巻回部４５Ｃの突起部３２Ｂ側がＳ極となり、第２コイル上方巻回部４５Ｂおよび第２コイル下方巻回部４５ＣはＳ極が突起部３２Ｂ側に位置する第２永久磁石４２と反発するため、レンズ保持部材４３は突起部３２Ｂと反対側（正面視における右方向）に移動する。
【００５２】
なお、第２非球面レンズ５の移動範囲は、第１非球面レンズ４でコリメートされたレーザ光Ｌをコリメート光Ｌ´とすると、ファースト方向におけるコリメート光Ｌ´内とする。
【００５３】
このように、レンズ移動装置３３によって第２非球面レンズ５を光軸センタ２を中心として上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動させることにより、集光部Ｍは加工対象物６の中心である光軸センタ２から所定距離離れた位置に適宜移動される。
【００５４】
以上のように実施の形態１の変形例によれば、第１コイル４４および第２コイル４５に所望の電流を流して第１コイル４４および第２コイル４５を所望の電極とし、各永久磁石４１，４２と各コイル４４，４５とを反発または引きつけさせて、第２非球面レンズ５を光軸センタ２を中心として上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動させることにより、集光部Ｍは加工対象物６の中心である光軸センタ２から所定距離離れた位置に適宜移動されるため、集光部Ｍを加工対象物６の所望の位置に移動させることができ、したがって加工対象物６に対して移動マーキングまたは移動溶接を行うことができる。
【００５５】
また、上記実施の形態１の変形例によれば、第２非球面レンズ５は、ファースト方向におけるコリメート光Ｌ´内を移動しており、第１非球面レンズ４からのコリメート光Ｌ´を確実に集光することができるため、集光部Ｍでのパワー変動が小さくなり、したがって加工対象物６に対して均質な移動マーキングまたは移動溶接を行うことができる。
【００５６】
また、上記実施の形態１の変形例によれば、第２非球面レンズ５をファースト方向におけるコリメート光Ｌ´内で移動させている際、スロー方向における集光部Ｍでのパワー変動が若干大きくなることがあるので、制御装置によりこのパワー変動を一定とするよう制御することができる。
【００５７】
なお、上記実施の形態１および上記実施の形態１の変形例における第２非球面レンズ５の前方に光軸センタ２を中心として配置され、第２非球面レンズ５により集光されたスロー方向およびファースト方向におけるレーザ光Ｌをさらに集光するとともに、集光部Ｍを加工対象物６の中心である光軸センタ２からさらに離れた位置に移動させる凹レンズ７を配置した場合について説明する。なお、この構成を簡略化して説明するために、基本構成１の図２の構成に凹レンズ７を配置したものとして説明する。
【００５８】
図７に示すように、ワット級ワンチップ半導体レーザ１から出射されたレーザ光Ｌは、第１非球面レンズ４でコリメートされた後、光軸センタ２を中心として上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動されている第２非球面レンズ５により集光され、そして凹レンズ７により屈折されてさらに集光される。
【００５９】
これにより、加工対象物６の中心である光軸センタ２からさらに離れた位置に、ファースト方向における幅がＭＦ２，スロー方向における幅がＭＳ２となる集光部Ｍが形成される。
【００６０】
このように、第２非球面レンズ５の前方に凹レンズ７を設け、第２非球面レンズ５を光軸センタ２を中心として上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動させることにより、加工対象物６の中心である光軸センタ２からさらに離れた位置に集光部Ｍを移動させることができ、したがって加工対象物６において集光部Ｍを位置させる範囲をさらに広くすることができる。
［実施の形態２］
（基本構成２）
まず、本発明の実施の形態２におけるレーザ加熱装置の基本構成２について、図面を参照しながら説明する。なお、上記基本構成１と同一部材のものには同一番号を付す。
【００６１】
図８に示すように、レーザ光Ｌの集光部Ｍに向けて金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射するレーザ加熱装置は、レーザ光Ｌを光軸センタ２を中心に出射する出射部３を有するワット級ワンチップ半導体レーザ（ＬＤ）（ワット級ワンチップ半導体レーザ光源の一例）１と、上記ワット級ワンチップ半導体レーザ１の前方に光軸センタ２を中心として配置され、ワット級ワンチップ半導体レーザ１より出射されたスロー方向およびファースト方向におけるレーザ光Ｌをコリメートするアクロマチックレンズ１１と、アクロマチックレンズ１１の前方に光軸センタ２を中心として配置され、アクロマチックレンズ１１によりコリメートされたスロー方向およびファースト方向におけるレーザ光Ｌを集光する高開口数レンズ１２が設けられている。
【００６２】
上記ワット級ワンチップ半導体レーザ１は１Ｗ以上のパワーを有し、ファースト方向におけるレーザ光Ｌの最大拡がり角が３５°（開口数ＮＡ＝約０．６）とされ、出射部３はスロー方向の発光幅が１００μｍ、スロー方向の発光幅が１μｍとされている。
【００６３】
上記アクロマチックレンズ１１は、Ｆ値がＦ７以上であるとともに、開口数ＮＡがワット級ワンチップ半導体レーザ１から出射されるファースト方向におけるレーザ光Ｌの最大拡がり角と同等とされ、出射部２からアクロマチックレンズ１１の焦点位置Ｎ１までの距離である焦点距離ｆ１は３０ｍｍとされている。なお、アクロマチックレンズ１１は有効径２０ｍｍに形成されている。
【００６４】
上記高開口数レンズ１２は、Ｆ値がＦ７以上であるとともに、開口数ＮＡが０．３以上とされ、高開口数レンズ１２の焦点位置Ｎ２から集光部Ｍまでの距離である焦点距離ｆ２は１２ｍｍとされている。なお、高開口数レンズ１２は、屈折率が１．８以上の高屈折材ＦＤＳ９０により有効径２０ｍｍで形成されている。
【００６５】
なお、アクロマチックレンズ１１および高開口数レンズ１２は、互いの非球面部１１Ａ，１２Ａが向かい合うように配置されている。
また、出射部２からアクロマチックレンズ１１の焦点位置Ｎ１までの距離（焦点距離ｆ１）は、調整部（図示せず）によって調整される。
【００６６】
以下に、上記した基本構成２における作用を、図８を参照しながら説明する。
例えば、１０Ｗのパワーを有するワット級ワンチップ半導体レーザ１を使用し、出射部２からアクロマチックレンズ１１の焦点位置Ｎ１までの距離である焦点距離ｆ１が３０ｍｍ、高開口数レンズ１２の焦点位置Ｎ２から集光部Ｍまでの距離である焦点距離ｆ２が１２ｍｍとされて、金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射する際について説明する。
【００６７】
Ａ）アクロマチックレンズ１１がファースト方向におけるレーザ光Ｌをコリメートするように調整部により焦点距離ｆ１を３０ｍｍに調整した場合について
このとき、ファースト方向における集光部Ｍは、
１μｍ×ｆ２／ｆ１＝１μｍ×１２／３０＝０．４μｍ
となり、
スロー方向における集光部Ｍは、
１００μｍ×ｆ２／ｆ１＝１００μｍ×１２／３０＝４０μｍ
となる。
【００６８】
ここで、スロー方向における集光部Ｍは、４０μｍと求められるが、アクロマチックレンズ１１はファースト方向におけるレーザ光Ｌをコリメートしているため、スロー方向におけるレーザ光Ｌはデフォーカスとなり、また焦点深度はファースト方向のレーザ光Ｌより１００倍深いので、実際は４０〜５０μｍとなる。また、ファースト方向における集光部Ｍは０．４μｍと求められるが、不確定性原理や機械的配置精度等により実際は１μｍ〜数十μｍとなる。
【００６９】
Ｂ）アクロマチックレンズ１１がスロー方向におけるレーザ光Ｌをコリメートするよう調整部により焦点距離ｆ１を３０ｍｍに調整した場合について
このとき、ワット級ワンチップ半導体レーザ１から出射されるファースト方向のレーザ光Ｌの最大拡がり角は３５°とされており、開口数ＮＡが約０．６と大きく、僅かな焦点位置ずれでファースト方向における集光部Ｍの幅は大きく変化する。したがって、スロー方向における集光部Ｍが、
１００μｍ×ｆ２／ｆ１＝１００μｍ×１２／３０＝４０μｍ
となるよう焦点距離ｆ１を３０ｍｍに調整すると、ファースト方向における集光部Ｍはデフォーカスとなってスロー方向における集光部Ｍと同等の大きさとなるため、集光部Ｍには一辺が約４０μｍの正方形スポットが形成される。なお、デフォーカスとなると集光部Ｍにおけるレーザ光Ｌの強度分布が中心部によるので、集光部Ｍにおいて実際の加工に寄与する部分は円形スポットとなる。
【００７０】
ここで、集光部Ｍでのパワー密度は、スロー方向における集光部Ｍの幅を４０μｍ、ファースト方向における集光部Ｍの幅を４０μｍとすると、
ワット級ワンチップ半導体レーザ１の出力パワー×（ファースト方向における集光部Ｍの幅×スロー方向における集光部Ｍの幅）
＝１０Ｗ／（０．０４×０．０４）
＝６２５ＫＷ／ｃｍ２
となる。
【００７１】
このように、アクロマチックレンズ１１がスロー方向におけるレーザ光Ｌをコリメートするよう調整部により焦点距離ｆ１を調整することにより、集光部Ｍに形成されたスロー方向における集光部Ｍの幅を４０μｍ，ファースト方向における集光部Ｍの幅を４０μｍとする正方形スポットにレーザ光Ｌのパワーが集中されるため、集光部Ｍは瞬時（数ミリ秒以内）に金属の酸化温度や融点を越える温度とされる。
【００７２】
以上のように基本構成２によれば、ワット級ワンチップ半導体レーザ１は１Ｗ以上のパワーを有し、ファースト方向におけるレーザ光Ｌの最大拡がり角が３５°（開口数ＮＡが約０．６）とされ、出射部３のスロー方向の発光幅が１００μｍ以下という条件のとき、アクロマチックレンズ１１がスロー方向におけるレーザ光Ｌをコリメートするよう調整部により焦点距離ｆ１を調整することにより、集光部Ｍに形成された数十μｍの正方形スポットにレーザ光Ｌのパワーが集中され、集光部Ｍは瞬時（数ミリ秒以内）に金属の酸化温度や融点を越える温度とされるため、加工対象物である金属に対して容易にマーキングや溶接を行うことができる。
【００７３】
また、上記基本構成２によれば、アクロマチックレンズ１１がスロー方向におけるレーザ光Ｌをコリメートするよう焦点距離ｆ１を調整することにより、複雑な光学系を構成することなく、アスペクト比が１：１００の出射部３、すなわちスロー方向の発光幅が１００μｍ、スロー方向の発光幅が１μｍの出射部３から出射されたレーザ光Ｌを、集光部Ｍにおいて円形スポットとすることができる。
【００７４】
ここで、上述した基本構成２を実現するレーザ加熱装置による、ガラス管１６（加工対象物）に対する移動マーキングまたは移動溶接方法を、図９を参照しながら説明する。
図９に示すように、上記ワット級ワンチップ半導体レーザ１が配置されているホルダー１３の前端に、上述した位置関係を維持した状態でアクロマチックレンズ１１と高開口数レンズ１２が保持されているレンズ保持体１４を設け、レンズ保持体１４の前方に、すなわち高開口数レンズ１２の前方に、チタンクロムやニッケル等の金属が蒸着され下方から上方へ移動する金属蒸着フィルム１５を介して、その金属蒸着フィルム１５と当接されている円筒状のガラス管１６を設ける。なお、ガラス管１６は、その軸心を中心として回転されており、軸心が左右方向Ｙとなるよう配置されている。
【００７５】
なお、アクロマチックレンズ１１と高開口数レンズ１２は、それらの中心が光軸センタ２の位置となるよう配置されている。
上記構成のもと、図９（ａ），（ｂ）に示すように、ガラス管１６をガラス管１６の軸心を中心として回転させて金属蒸着フィルム１５を下方から上方へ移動させるとともにレーザ加熱装置のホルダー１３を左右方向Ｙに移動させた状態で、ワット級ワンチップ半導体レーザ１の出射部３よりレーザ光Ｌを出射すると、このレーザ光Ｌはアクロマチックレンズ１１でコリメートされた後、高開口数レンズ１２で集光されるため、金属蒸着フィルム１５とガラス管１６の接触面でレーザ光Ｌの集光部Ｍが形成され、金属蒸着フィルム１５の金属蒸着物が金属プラズマとなってガラス管１６の表面に蒸着される。なお、レーザ光Ｌのパワー調整は、ワット級ワンチップ半導体レーザ１のオンオフ制御により行われている。
【００７６】
このように、ガラス管１６を回転させて金属蒸着フィルム１５を下方から上方へ移動させるとともにレーザ加熱装置のホルダー１３を左右方向Ｙに移動させ、レーザ光Ｌのパワー調整を行って、金属蒸着フィルム１５の金属蒸着物をガラス管１６に蒸着させる。
【００７７】
以上のように実施の形態２によれば、ガラス管１６をガラス管１６の軸心を中心として回転させて金属蒸着フィルム１５を上下方向Ｚへ移動させるとともにレーザ加熱装置のホルダー１３を左右方向Ｙに移動させ、レーザ光Ｌのパワー調整を行って、金属蒸着フィルム１５の金属蒸着物をガラス管１６に蒸着させることにより、ガラス管１６に対して移動マーキングまたは移動溶接を行うことができる。
【００７８】
上述したレーザ加熱装置の基本構成を使用して、以下のようなレーザ加熱装置を構成できる。これら他の構成におけるレーザ加熱装置を説明する。
［他のレーザ加熱装置（１）］
以下に、他のレーザ加熱装置（１）について、図面を参照しながら説明する。
【００７９】
このレーザ加熱装置（１）は、通常、加工対象物である金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うレーザ加熱装置をバーコードリーダとして使用することを目的としている。
【００８０】
図１０に示すように、加工対象物である金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射するレーザ加熱装置は、レーザ光Ｌを光軸センタ５２を中心に出射する出射部５３を有するワット級ワンチップ半導体レーザ（ＬＤ）（ワット級ワンチップ半導体レーザ光源の一例）５１と、上記ワット級ワンチップ半導体レーザ５１の前方に光軸センタ５２を中心として配置され、ワット級ワンチップ半導体レーザ５１より出射されたスロー方向およびファースト方向におけるレーザ光Ｌをコリメートする第１非球面レンズ５４と、第１非球面レンズ５４の前方に光軸センタ５２を中心として配置され、第１非球面レンズ５４によりコリメートされたスロー方向およびファースト方向におけるレーザ光Ｌを集光する第２非球面レンズ５５と、第１非球面レンズ５４と第２非球面レンズ５５との間に配置されている受光手段５６が設けられている。
【００８１】
この受光手段５６は、光軸センタ５２上における第１非球面レンズ５４と第２非球面レンズ５５との間に配置されたＰＢＳプリズム（偏光ビームスプリッターともいう）（プリズムの一例）５７と、ＰＢＳプリズム５７の側部に非球面部５８Ａが当接するよう設けられ、ＰＢＳプリズム５７からのレーザ光Ｌを集光する集光レンズ５８と、左右方向Ｙにおける集光レンズ５８の後方に、集光レンズ５８で集光されたレーザ光を受光する受光装置５９から構成されている。
【００８２】
なお、出射部５３から第１非球面レンズ５４の焦点位置Ｎ１までの距離である焦点距離ｆ１は９ｍｍ以下とされている。
また、第２非球面レンズ５５の径および移動範囲は、第２非球面レンズ５５が第１非球面レンズ５４でコリメートされたレーザ光Ｌを８０％以上通過させるよう設定されている。これにより、集光部Ｍでのレーザ光Ｌのパワー変動が２０％以下に抑えられる。
【００８３】
以下に、上記した他のレーザ加熱装置１における作用を、図１０を参照しながら説明する。
まず、ハイパワーのレーザ光Ｌを出射するようレーザ加熱装置を設定し、加工対象物５０に対してマーキングを行う。
【００８４】
すなわち、ワット級ワンチップ半導体レーザ１の出射部５３よりレーザ光Ｌを出射すると、このレーザ光Ｌは、第１非球面レンズ５４でコリメートされた後、ＰＢＳプリズム５７を介して第２非球面レンズ５５で集光されて集光部Ｍに到達する。
【００８５】
このとき、第２非球面レンズ５５を光軸センタ５２を中心として上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動させると、スロー方向における幅がＭＳ３，ファースト方向における幅がＭＦ３となる集光部Ｍが、加工対象物５０の中心である光軸センタ５２から所定距離離れた位置まで適宜形成される。
【００８６】
これにより、加工対象物５０の表面に１次元ないし２次元バーコード（以下、バーコードという）が形成される。
次に、ローパワー（加工対象物５０を加工しないレベル）のレーザ光Ｌを照射光として出射するようレーザ加熱装置を設定し、加工対象物５０に照射する。
【００８７】
すなわち、第２非球面レンズ５５を光軸センタ５２を中心として上下方向Ｚおよび左右方向Ｙに移動させつつ、加工対象物５０に形成されたバーコードにレーザ光Ｌを照射させると、このレーザ光Ｌはバーコードの明暗差で反射される。そして、偏光比が低下したこのレーザ光Ｌ´（以下、反射レーザ光Ｌ´という）は、第２非球面レンズ５５を介してＰＢＳプリズム５７で集光レンズ５８側に反射され、集光レンズ５８で集光された後、受光装置５９に受光される。
【００８８】
これにより、加工対象物５０の表面に形成されたバーコードが受光装置５９により検出される。
以上のように他のレーザ加熱装置（１）によれば、第１非球面レンズ５４と第２非球面レンズ５５との間に受光手段５６を備え、ワット級ワンチップ半導体レーザ５１から出射されるレーザ光Ｌのパワーの調整を行い、加工対象物５０に照射したレーザ光Ｌを反射させて受光手段５９で検出することにより、レーザ加熱装置をバーコードリーダとして使用することができる。
【００８９】
また、上記他のレーザ加熱装置（１）によれば、加工対象物５０が銅などの反射率の高い金属で形成されていた場合、ＰＢＳプリズム５７を備えているため、加工対象物５０からの反射レーザ光Ｌ´をＰＢＳプリズム５７により反射することができ、したがってこの反射光によりワット級ワンチップ半導体レーザ５１が破壊されることを回避することができる。
［他のレーザ加熱装置（２）］
以下に、他のレーザ加熱装置（２）について、図面を参照しながら説明する。
【００９０】
このレーザ加熱装置（２）は、通常、加工対象物である金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うレーザ加熱装置をバーコードリーダとして使用でき、さらにバーコードを容易に形成することを目的としている。
【００９１】
上記他のレーザ加熱装置（２）は、他のレーザ加熱装置（１）の構成において、図１０に２点鎖線で記載しているように、光軸センタ５２上における第１非球面レンズ５４とＰＢＳプリズム５７との間に、能動Ｑ−ＳＷ動作を行う半導体レーザ励起レーザ発振体（以下、ＬＤ励起レーザ発振体という）６１を配置したものである。
【００９２】
図１１に示すように、能動Ｑ−ＳＷ動作を行うＬＤ励起レーザ発振体６１は、レーザ光Ｌの入射側（第１非球面レンズ４側）に配置されているＮｄ：ＹＡＧ結晶６２と、レーザ光Ｌの出射側（ＰＢＳプリズム５１側）に配置されている出力ミラー６３と、光軸センタ２上におけるＮｄ：ＹＡＧ結晶６２と出力ミラー６３の間に配置されている能動Ｑ−ＳＷ素子６４から構成されている。
【００９３】
なお、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶６３における後面（レーザ光Ｌの入射面）Ｓ１には、発振波長１０６４ｎｍの全反射ＨＲコートとＬＤ励起波長８０８ｎｍの反射防止ＡＲコートが施されており、出力ミラー６３における前面（レーザ光Ｌの出射面）Ｓ２には、発振波長に対する部分反射ＰＲコートが施されている。また、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶６２における後面Ｓ１と出力ミラー６３における前面Ｓ２は、完全に平行となるよう研磨されている。
【００９４】
以上のように他のレーザ加熱装置（２）によれば、能動Ｑ−ＳＷ動作を行うＬＤ励起レーザ発振体６１を使用した場合、加工対象物５０の表面にバーコードを形成する際は、ＬＤ励起レーザ発振体６１の能動Ｑ−ＳＷ素子６４をＲＦ電源等でＱ発振させることにより、レーザ光Ｌのピークのパワーが通常の１０００〜１００００倍となるため、加工対象物５０に所望のバーコードを容易に形成することができる。
【００９５】
また、加工対象物５０の表面に形成されたバーコードを受光装置５９により検出する際は、ＬＤ励起レーザ発振体６１の能動Ｑ−ＳＷ素子６４をＱ発振させない、または連続Ｑ発振させることにより、レーザ光Ｌのパワーは低下され、照射光として使用することが可能となるため、加工対象物５０の表面に形成されたバーコードを読み出すことができる。
【００９６】
また、上記他のレーザ加熱装置（２）では、光軸センタ５２上における第１非球面レンズ５４とＰＢＳプリズム５７との間に、能動Ｑ−ＳＷ動作を行う半導体レーザ励起レーザ発振体６１が配置されていたが、受動Ｑ−ＳＷ動作を行うＬＤ励起レーザ発振体６６を配置してもよい。
【００９７】
図１２に示すように、受動Ｑ−ＳＷ動作を行うＬＤ励起レーザ発振体６６は、レーザ光Ｌの入射側（第１非球面レンズ４側）に配置されているＮｄ：ＹＶＯ４結晶６７と、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶６７とオプチカルコンタクト（光学接合）され、レーザ光Ｌの出射側（ＰＢＳプリズム５１側）に配置されているＣｒ：ＹＡＧ等の結晶６８から構成されている。
【００９８】
なお、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶６７における後面（レーザ光Ｌの入射面）Ｓ１には、発振波長１０６４ｎｍの全反射ＨＲコートとＬＤ励起波長８０８ｎｍの反射防止ＡＲコートが施されており、結晶６８における前面（レーザ光Ｌの出射面）Ｓ２には、発振波長に対する部分反射ＰＲコートが施されている。また、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶６７における後面Ｓ１と結晶６８における前面Ｓ２は、完全に平行となるよう研磨されている。
【００９９】
なお、この受動Ｑ−ＳＷ動作を行うＬＤ励起レーザ発振体６６を使用した場合においても、能動Ｑ−ＳＷ動作を行うＬＤ励起レーザ発振体６１を使用した場合と同様の効果を奏し得ることができる。
［他のレーザ加熱装置（３）］
以下に、他のレーザ加熱装置（３）について、図面を参照しながら説明する。
【０１００】
このレーザ加熱装置は、集光部Ｍにおいて高輝度の正方形スポットを形成することを目的としている。
図１３（ａ）に示すように、加工対象物である金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射するレーザ加熱装置７０は、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ（第１ワット級ワンチップ半導体レーザ光源の一例）７１と、第２ワット級ワンチップ半導体レーザ（第２ワット級ワンチップ半導体レーザ光源の一例）７２と、第１非球面レンズ７３（第１コリメートレンズ）と、第２非球面レンズ７４（第２コリメートレンズ）と、ＰＢＳプリズム（偏光ビームスプリッターともいう）（プリズムの一例）７５と、集光レンズ７６などから構成されている。
【０１０１】
上記第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１は、前後方向Ｘにおける前方向へ第１光軸センタ７１Ｂを中心として出射部７１Ａからレーザ光Ｌ１を出射する。
上記第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２は、第１光軸センタ７１Ｂと直交する方向、すなわち左右方向Ｙに配置され、左右方向Ｙおける左方向へ第２光軸センタ７２Ｂを中心としてレーザ光Ｌ２を出射する。
【０１０２】
上記第１非球面レンズ７３は、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１のレーザ出射方向における前方に第１光軸センタ７１Ｂを中心として配置され、レーザ光Ｌ１をコリメートする。
【０１０３】
上記第２非球面レンズ７４は、第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２のレーザ出射方向における前方に第２光軸センタ７２Ｂを中心として配置され、レーザ光Ｌ２をコリメートする。
【０１０４】
上記ＰＢＳプリズム７５は、第１非球面レンズ７３および第２非球面レンズ７４のレーザ出射方向における前方に、第１光軸センタ７１Ｂと第２光軸センタ７２Ｂとの交点を中心として配置され、コリメートされたレーザ光Ｌ１およびレーザ光Ｌ２を加算する。
【０１０５】
上記集光レンズ７６は、ＰＢＳプリズム７５のレーザ出射方向における前方に第１光軸センタ７１Ｂを中心として配置され、前記ＰＢＳプリズム７５からのレーザ光Ｌ１，Ｌ２を集光する。
【０１０６】
なお、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１は、出射部７１Ａのファースト方向が左右方向Ｙとなるよう配置され、第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２は、出射部７２Ａのスロー方向が前後方向Ｘとなるよう配置されている。
【０１０７】
上記第１非球面レンズ７３および第２非球面レンズ７４はそれぞれ、Ｆ値がＦ７以上であるとともに、開口数が０．３以上にされている。
上記集光レンズ７６は、出射部７１Ａから第１非球面レンズ７３の焦点位置Ｎ１までの距離を焦点距離ｆ１、出射部７２Ａから第２非球面レンズ７４の焦点位置Ｎ２までの距離を焦点距離ｆ２、集光レンズ７６の焦点位置Ｎ３から集光部Ｍまでの距離を焦点距離ｆ３とすると、焦点距離ｆ３が焦点距離ｆ１および焦点距離ｆ２の半分以下となるよう形成されている。
【０１０８】
以下に、上記した他のレーザ加熱装置（３）における作用を、図１３（ａ）を参照しながら説明する。
第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１から出射されるレーザ光Ｌ１のファースト方向（左右方向Ｙ）において、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１から出射されたレーザ光Ｌ１は、第１非球面レンズ７３でコリメートされた後、ＰＢＳプリズム７５を介して集光レンズ７６で集光されて集光部Ｍに到達する。また、第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２から出射されたレーザ光Ｌ２は、第２非球面レンズ７４でコリメートされた後、ＰＢＳプリズム７５で前方に反射され、集光レンズ７６で集光されて集光部Ｍに到達する。
【０１０９】
このとき、第１非球面レンズ７３を第１光軸センタ７１Ｂ上で前後動させるとともに、第２非球面レンズ７４を第２光軸センタ７２Ｂ上で前後動させ、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１から出射されるファースト方向のレーザ光Ｌ１と第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２から出射されたスロー方向のレーザ光Ｌ２の非点隔差に応じた第１非球面レンズ７３および第２非球面レンズ７４のフォーカス調整を行うことにより、集光レンズ７６から出射されるレーザ光Ｌ´は高輝度ライン光となるため、集光部Ｍには高輝度の正方形スポットが形成される。なお、集光部Ｍはデフォーカスとなると、集光部Ｍにおけるレーザ光Ｌの強度分布が中心部によるので、非点隔差により集光部Ｍにおいて実際の加工に寄与する部分は円形スポットとなるデフォーカス位置が得られる。
【０１１０】
ここで、図１３（ｂ）に示すように、出射部７２Ａのスロー方向が前後方向Ｘとなるよう配置されていた第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２を、出射部７１Ａのファースト方向が左右方向Ｙとなるよう配置するとともに、ＰＢＳプリズム７５において第２非球面レンズ７４と対向する面に１／２波長板７７を設けることとすることもできる。
【０１１１】
レーザ加熱装置７０における、ガラス管（加工対象物）７８に対する移動マーキングまたは移動溶接方法を、図１３（ｂ）に基づいて説明する。
図１３（ｂ）に示すように、ガラス管７８は、回転自在に円筒状に形成され、その軸心が第１光軸センタ７１Ｂと直交するよう、集光レンズ７６のレーザ出射方向における前方に配置されている。また、ガラス管７８の内部におけるガラス管７８の軸心と光軸センタ７１Ｂとの交点に位置するよう、半導体レーザ波長の吸収性がよく、さびにくく、ガラス管７８のガラス中のシリコンとの結合力が極めて高い純鉄で形成された円柱状の金属棒７９が配置されている。
【０１１２】
上記構成のもと、ガラス管７８の軸心を中心としてガラス管７８を回転させるとともにレーザ加熱装置７０を左右方向Ｙに移動させた状態で、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１の出射部７１Ａからレーザ光Ｌ１，第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２の出射部７２Ａからレーザ光Ｌ２を出射すると、第１非球面レンズ７３でコリメートされたレーザ光Ｌ１は、ＰＢＳプリズム７５を介して集光レンズ７６で集光され、また、第２非球面レンズ７４でコリメートされたレーザ光Ｌ２は、１／２波長板７７で偏光面が回転され、ＰＢＳプリズム７５で前方へ反射された後、集光レンズ７６で集光されることにより、集光レンズ７６から出射されるレーザ光Ｌ´は高輝度ライン光となり、金属棒７９の表面に形成された集光部Ｍにおいて高輝度ラインスポットが形成され、金属棒７９において金属蒸気が発生されるため、ガラス管７８の内面７８Ａに金属が蒸着される。このとき、ガラス管７８はその軸心を中心として回転されているとともにレーザ加熱装置７０は左右方向Ｙに移動されており、集光部Ｍはガラス管７８の周方向に移動するとともにガラス管７８の左右方向Ｙに移動するため、ガラス管７８の内面７８Ａ全体に金属が蒸着されることとなる。なお、レーザ光Ｌ１，Ｌ２のパワー調整は、ワット級ワンチップ半導体レーザ７１，７２のオンオフ制御により行われている。
【０１１３】
以上のように他のレーザ加熱装置（３）によれば、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１から出射されるファースト方向のレーザ光Ｌ１と第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２から出射されたスロー方向のレーザ光Ｌ２の非点隔差に応じた第１非球面レンズ７３および第２非球面レンズ７４のフォーカス調整を行うことにより、集光レンズ７６から出射されるレーザ光Ｌ´は高輝度ライン光となるため、集光部Ｍにおいて高輝度の正方形スポットを形成することができる。
【０１１４】
また、上記他のレーザ加熱装置（３）によれば、ガラス管７８を回転させるとともにレーザ加熱装置７０を左右方向Ｙに移動させ、レーザ光Ｌ１，Ｌ２のパワー調整を行い、金属棒７９の金属をガラス管７８に蒸着させることにより、ガラス管７８に対して移動マーキングまたは移動溶接を行うことができる。
【０１１５】
なお、他のレーザ加熱装置（３）では、上記金属棒７９が純鉄で形成されていたが、半導体レーザ波長の吸収性がよく、ガラス管７８のガラス中のシリコンとの結合力が比較的高いステンレスで形成してもよい。
［他のレーザ加熱装置（４）］
以下に、他のレーザ加熱装置（４）について、図面を参照しながら説明する。
【０１１６】
この他のレーザ加熱装置（４）は、通常、加工対象物である金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うレーザ加熱装置において集光部Ｍにレーザ光のパワーロスを低減させることなくレーザ光を集光できることを目的としている。
【０１１７】
なお、本他のレーザ加熱装置（４）におけるレーザ加熱装置の構成は、上記他のレーザ加熱装置（３）と略同一であるため詳細な説明を省略し、異なる部分、すなわちＰＢＳプリズム７５の構成および集光レンズ７６の構成のみを説明する。また、上記他のレーザ加熱装置２と同一部材のものには同一番号を付す。
【０１１８】
図１４に示すように、加工対象物である金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射するレーザ加熱装置は、他のレーザ加熱装置（３）の構成に加えて、ＰＢＳプリズム７５における第２非球面レンズ７４側とは反対側の側部に設けられた４５度反射プリズム８１と、径が左右方向ＹにおけるＰＢＳプリズム７５および４５度反射プリズム８１の長さを有し、ＰＢＳプリズム７５および４５度反射プリズム８１の前方に非球面部８２Ａが後方となるよう配置されている集光レンズ８２を有する。
【０１１９】
以下に、上記した他のレーザ加熱装置（４）における作用を、図１４を参照しながら説明する。
第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１から出射されたレーザ光Ｌ１は、第１非球面レンズ７３でコリメートされた後、ＰＢＳプリズム７５を介して集光レンズ８２で集光されて集光部Ｍに到達する。また、第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２から出射されたレーザ光Ｌ２は、第２非球面レンズ７４でコリメートされた後、ＰＢＳプリズム７５で前方に反射され、集光レンズ８２で集光されて集光部Ｍに到達する。
【０１２０】
ここで、ＰＢＳプリズム７５の偏光特性が不十分であった場合や、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１の出射部７１Ａから出射されたレーザ光Ｌ１，第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２の出射部７２Ａから出射されたレーザ光Ｌ２の偏光比が悪かった場合、レーザ光Ｌ１の漏れ光（以下、漏れレーザ光Ｌ１という）は、ＰＢＳプリズム７５で４５度反射プリズム８１側に反射された後、４５度反射プリズム８１で前方に反射され、集光レンズ８２で集光されて集光部Ｍに到達し、またレーザ光Ｌ２の漏れ光（以下、漏れレーザ光Ｌ２という）は、ＰＢＳプリズム７５を透過した後、４５度反射プリズム８１で前方に反射され、集光レンズ８２で集光されて集光部Ｍに到達する。
【０１２１】
また、第１非球面レンズ７３を第１光軸センタ７１Ｂを中心として前後方向Ｘに移動させ、第２非球面レンズ７４を第２光軸センタ７２Ｂを中心として左右方向Ｙに移動させることにより、集光部Ｍを十字形スポットや正方形スポットとすることができる。
【０１２２】
以上のように他のレーザ加熱装置（４）によれば、ＰＢＳプリズム７５に隣接させて４５度反射プリズム８１を設けることにより、ＰＢＳプリズム７５の偏光特性が不十分であった場合や、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１の出射部７１Ａから出射されたレーザ光Ｌ１，第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２の出射部７２Ａから出射されたレーザ光Ｌ２の偏光比が悪かった場合でも、漏れレーザ光Ｌ１および漏れレーザ光Ｌ２を集光部Ｍに集光させることができるため、レーザ光のパワーロスを低減することなく集光することができる。
【０１２３】
なお、他のレーザ加熱装置（４）では、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１は、出射部７１Ａのファースト方向が左右方向Ｙとなるよう配置され、第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２は、出射部７２Ａのスロー方向が前後方向Ｘとなるよう配置されていたが、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ７１が、出射部７１Ａのスロー方向が左右方向Ｙとなるよう配置され、第２ワット級ワンチップ半導体レーザ７２は、出射部７２Ａのファースト方向が前後方向Ｘとなるよう配置してもよい。
［他のレーザ加熱装置（５）］
以下に、他のレーザ加熱装置（５）について、図面を参照しながら説明する。
【０１２４】
このレーザ加熱装置（５）は、通常、加工対象物である金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うレーザ加熱装置において、集光部Ｍにレーザ光のパワーロスを低減させることなくレーザ光を集光できることを目的としている。
【０１２５】
図１５に示すように、加工対象物である金属や樹脂にマーキングまたは溶接などの加熱処理を行うためのレーザ光Ｌを出射するレーザ加熱装置は、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ（第１ワット級ワンチップ半導体レーザ光源の一例）９１と、第２ワット級ワンチップ半導体レーザ（第２ワット級ワンチップ半導体レーザ光源の一例）９２と、ＰＢＳプリズム（偏光ビームスプリッターともいう）（プリズムの一例）９３と、１／２波長板９４と、第１非球面レンズ９５と、第２非球面レンズ９６と、４５度反射プリズム９７と、集光レンズ９８などにより構成されている。
【０１２６】
上記第１ワット級ワンチップ半導体レーザ９１は、出射部９１Ａのファースト方向が左右方向Ｙとなるよう配置されており、前後方向Ｘにおける前方向へ第１光軸センタ９１Ｂを中心として出射部９１Ａからレーザ光Ｌ１を出射する。
【０１２７】
上記第２ワット級ワンチップ半導体レーザ９２は、出射部９２Ａのファースト方向が前後方向Ｘとなるよう配置されており、左右方向Ｙおける左方向へ第２光軸センタ９２Ｂを中心としてレーザ光Ｌ２を出射する。
【０１２８】
上記ＰＢＳプリズム９３は、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ９１および第２ワット級ワンチップ半導体レーザ９２のレーザ出射方向における前方に、第１光軸センタ９１Ｂと第２光軸センタ９２Ｂとの交点を中心として配置され、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２を加算する。
【０１２９】
上記１／２波長板９４は、ＰＢＳプリズム９３において第２ワット級ワンチップ半導体レーザ９２と対向する面に設けられている。
上記第１非球面レンズ９５は、ＰＢＳプリズム９３における前側部に平面部９５Ａが当接するよう設けられており、ＰＢＳプリズム９３からのレーザ光Ｌをコリメートする。
【０１３０】
上記第２非球面レンズ９６は、ＰＢＳプリズム９３における第２ワット級ワンチップ半導体レーザ９２側と反対側の側部に、平面部９６Ａが当接するよう設けられている。
上記４５度反射プリズム９７は、第２非球面レンズ９６の非球面部９６Ｂと当接するように設けられており、第２非球面レンズ９６からのレーザ光Ｌを前方へ反射する。
【０１３１】
上記集光レンズ９８は、径が左右方向ＹにおけるＰＢＳプリズム９３および第２非球面レンズ９６および４５度反射プリズム９７の長さを有し、ＰＢＳプリズム９３および第２非球面レンズ９６および４５度反射プリズム９７の前方に非球面部９８Ａが後方となるよう配置されている。
【０１３２】
以下に、上記した他のレーザ加熱装置（５）における作用を、図１５を参照しながら説明する。
第１ワット級ワンチップ半導体レーザ９１から出射されたレーザ光Ｌ１は、ＰＢＳプリズム９３を介して第１非球面レンズ９５でコリメートされた後、集光レンズ９８で集光されて集光部Ｍに到達する。また、第２ワット級ワンチップ半導体レーザ９２から出射されたレーザ光Ｌ２は、１／２波長板９４で偏光面が回転され、ＰＢＳプリズム９３で前方に反射され、第１非球面レンズ９５でコリメートされた後、集光レンズ９８で集光されて集光部Ｍに到達する。
【０１３３】
ここで、ＰＢＳプリズム９３の偏光特性が不十分であった場合や、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ９１から出射されたレーザ光Ｌ１および第２ワット級ワンチップ半導体レーザ９２から出射されたレーザ光Ｌ２の偏光比が悪かった場合、レーザ光Ｌ１の漏れ光（漏れレーザ光Ｌ１という）は、ＰＢＳプリズム９３で第２非球面レンズ９６側に反射され、第２非球面レンズ９６でコリメートされ、４５度反射プリズムで前方に反射された後、集光レンズ９８で集光されて集光部Ｍに到達する。また、レーザ光Ｌ２の漏れ光（以下、漏れレーザ光Ｌ２という）は、ＰＢＳプリズム９３を透過し、第２非球面レンズ９６でコリメートされ、４５度反射プリズム９７で前方に反射された後、集光レンズ９８で集光されて集光部Ｍに到達する。
【０１３４】
以上のように他のレーザ加熱装置（５）によれば、ＰＢＳプリズム９３に第２非球面レンズ９６を介して４５度反射プリズム９７を設けることにより、ＰＢＳプリズム９３の偏光特性が不十分であった場合や、第１ワット級ワンチップ半導体レーザ９１から出射されたレーザ光Ｌ１および第２ワット級ワンチップ半導体レーザ６２から出射されたレーザ光Ｌ２の偏光比が悪かった場合でも、漏れレーザ光Ｌ１，Ｌ２を集光部Ｍに集光させることができるため、レーザ光のパワーロスを低減することなく集光することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ加熱装置の基本構成１を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】同移動可能な第２非球面レンズを備えたレーザ加熱装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるレーザ加熱装置であり、（ａ）は平面図およびその正面図、（ｂ）は側面図およびその正面図である。
【図４】同レーザ加熱装置の他の構成を示す正面図である。
【図５】同レーザ加熱装置の他の構成を示す正面図である。
【図６】本発明の実施の形態１の変形例におけるレーザ加熱装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）はＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１および実施の形態１の変形例における凹レンズを備えたレーザ加熱装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】本発明の実施の形態２におけるレーザ加熱装置の基本構成２を示す側面図である。
【図９】本発明の実施の形態２におけるレーザ加熱装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１０】他のレーザ加熱装置（１）におけるレーザ加熱装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図１１】他のレーザ加熱装置（２）におけるレーザ加熱装置で使用される能動Ｑ−ＳＷ動作を行うＬＤ励起レーザ発振体を示す図である。
【図１２】他のレーザ加熱装置（２）におけるレーザ加熱装置で使用される受動Ｑ−ＳＷ動作を行うＬＤ励起レーザ発振体を示す図である。
【図１３】他のレーザ加熱装置（３）におけるレーザ加熱装置であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は同レーザ加熱装置を用いて加工対象物に対してマーキングを行う方法を示す側面図である。
【図１４】他のレーザ加熱装置（４）におけるレーザ加熱装置の側面図である。
【図１５】他のレーザ加熱装置（５）におけるレーザ加熱装置の側面図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１                ワット級ワンチップ半導体レーザ（ワンチップ半導体レーザ
光源）
２                光軸センタ（光軸）
３                出射部
４                第１非球面レンズ
５                第２非球面レンズ
１１              アクロマチックレンズ
１２              高開口数レンズ
２３，３３        レンズ移動装置（レンズ移動手段）
２４              ファースト方向用アクチュエータ（第１移動部材）
２５              スロー方向用アクチュエータ（第２移動部材）
２６              ファースト方向用バネ体（第１弾性体）
２７              スロー方向用バネ体（第２弾性体）
４１              第１永久磁石
４２              第２永久磁石
４４              第１コイル
４５              第２コイル
【図１】
2006216800.tif 000003
【図２】
2006216800.tif 000004
【図３】
2006216800.tif 000005
【図４】
2006216800.tif 000006
【図５】
2006216800.tif 000007
【図６】
2006216800.tif 000008
【図７】
2006216800.tif 000009
【図８】
2006216800.tif 000010
【図９】
2006216800.tif 000011
【図１０】
2006216800.tif 000012
【図１１】
2006216800.tif 000013
【図１２】
2006216800.tif 000014
【図１３】
2006216800.tif 000015
【図１４】
2006216800.tif 000016
【図１５】
2006216800.tif 000017