(57)【要約】【課題】加工対象物の材料の変更に伴って励起用半導体レーザに流す駆動電流を変更する場合に、加工品質が低下することなく効率良く加工を行うことができるレーザ光照射装置を提供すること。【解決手段】記憶部にはレーザ光の発振効率が最大になるときの励起用半導体レーザの温度と駆動電流の電流値との対応関係が記憶されている。温度制御部は駆動電流値設定部にて設定された駆動電流の電流値に対応する励起用半導体レーザの温度を、記憶部に記憶された対応関係に基づいて決定する温度決定処理と、この温度決定処理により決定された温度となるように励起用半導体レーザの温度を制御する温度制御処理とを実行する。したがって、加工品質が低下しないし、励起用半導体レーザの温度を、駆動電流の電流値を変更するたびに測定する必要がない。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を対象物に照射して加工するレーザ光照射装置であって、
自身に流れる駆動電流の電流値に応じた強度の励起光を照射する励起用半導体レーザと、
前記励起用半導体レーザに前記駆動電流を供給する駆動電流供給部と、
前記駆動電流の電流値を設定する駆動電流値設定部と、
前記励起光により励起されて前記レーザ光を発振するレーザ媒質と、
前記励起用半導体レーザの温度を所定の温度に制御する温度制御部と、
前記レーザ光の発振効率が最大になるときの前記励起用半導体レーザの温度と、前記駆動電流の電流値との対応関係が記憶された記憶部と、を備えており、
前記温度制御部は、
前記駆動電流値設定部にて設定された前記駆動電流の電流値に対応する前記励起用半導体レーザの温度を、前記記憶部に記憶された前記対応関係に基づいて決定する温度決定処理と、
前記温度決定処理により決定された温度となるように前記励起用半導体レーザの温度を制御する温度制御処理と、を実行することを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項２】
前記対応関係は、
前記励起用半導体レーザの温度変化に対する前記レーザ光の発振効率の変化を示す特性を、前記駆動電流の電流値ごとに測定した測定結果に基づくものであり、かつ、前記測定結果に基づいて、前記発振効率が最大になったときの前記励起用半導体レーザの温度を、前記駆動電流の電流値ごとに対応付けて導いて得たものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光照射装置。
【請求項３】
前記対応関係は、前記駆動電流の電流値を変数とする１次関数により定められており、
前記温度決定処理では、
前記駆動電流値設定部にて設定された前記駆動電流の電流値に対応する前記励起用半導体レーザの温度を、前記１次関数を用いた演算により決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ光照射装置。
【請求項４】
前記対応関係に定められた前記励起用半導体レーザの温度の範囲は、
前記レーザ光により前記対象物の加工を行うときの前記励起用半導体レーザの温度の範囲であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のレーザ光照射装置。
【請求項５】
前記加工を行う対象物の種類が選択可能に表示された表示部を備えており、
前記駆動電流値設定部には、
前記対象物の種類と、加工に適した前記駆動電流の電流値とが前記対象物の種類ごとに対応付けられており、
前記温度決定処理は、
前記表示部にて選択された前記対象物の種類に対応付けられている前記駆動電流の電流値を前記駆動電流値設定部から選択し、その選択した駆動電流の電流値に対応する前記励起用半導体レーザの温度を前記対応関係に基づいて決定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のレーザ光照射装置。
【請求項６】
前記温度決定処理は、前記レーザ媒質の経時変化に応じて、前記駆動電流値設定部が設定する前記駆動電流の電流値を変更し、その変更した駆動電流の電流値に対応する前記励起用半導体レーザの温度を前記対応関係に基づいて決定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のレーザ光照射装置。
【請求項７】
前記温度制御部は、前記励起用半導体レーザの温度を制御するペルチェ素子を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のレーザ光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光を対象物に照射して加工するレーザ光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のレーザ光照射装置として、レーザ光を対象物に照射して印字などの加工を行うものが知られている。このレーザ光照射装置は、励起用半導体レーザと、この励起用半導体レーザから照射された励起光により励起されてレーザ光を発振するレーザ媒質と、このレーザ媒質から照射されるレーザ光を偏向するガルバノスキャナとを備える。そして、ガルバノスキャナを制御することにより、レーザ媒質から出射されるレーザ光を対象物上に走査して印字を行う。
ところで、加工品質を高めるためには、レーザ媒質におけるレーザ光の発振効率、つまり、レーザ媒質が照射するレーザ光の出力パワーが最大になった状態で加工する必要がある。また、レーザ媒質の出力パワーは、励起用半導体レーザが照射する励起光の出力パワーに比例するとともに、励起用半導体レーザが照射する励起光の発振波長に依存して変動する。このため、加工品質を高めるためには、励起用半導体レーザの出力パワーを最大にしてかつ励起用半導体レーザの発振波長をレーザ媒質の吸収スペクトルと略合致させる必要がある。
【０００３】
しかし、励起用半導体レーザの発振波長は温度依存性を持っている。励起用半導体レーザの温度が変化すると、励起用半導体レーザの発振波長が変化し、レーザ媒質の出力パワーが変化する。
このため、加工品質を高めるためには、レーザ媒質の出力パワーが最大になるように、励起用半導体レーザの温度を制御する必要がある。
そこで、加工を行う前に、レーザ媒質の出力パワーが最大になる励起用半導体レーザの最適な温度を求め、その最適な温度となるように励起用半導体レーザの温度を制御する技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２―１５８３８２公報（第６０段落、図３）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、高品質の加工を行うために必要なレーザ媒質の出力パワーは、加工対象物を形成する材料によって異なる。例えば、アルミニウムなどの金属により形成された加工対象物に対しては高出力パワーが必要になり、樹脂により形成された加工対象物に対しては低出力パワーが必要になる。また、図８に示すように、レーザ媒質の最大出力パワーは、励起用半導体レーザに流れる駆動電流の電流値（駆動電流値）に比例する。
【０００６】
図９は、励起用半導体レーザの温度に対するレーザ媒質の出力パワーの変化を、駆動電流値ごとに示すグラフである。このグラフに示すように、レーザ媒質の出力パワーが最大になるときの励起用半導体レーザの温度（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）は、励起用半導体レーザに流れる駆動電流（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）ごとに異なる。ここで、励起用半導体レーザに駆動電流Ｉ１を流して対象物を加工する場合、レーザ媒質の出力パワーを最大にするためには、励起用半導体レーザの温度をＴ１に制御することになる。また、励起用半導体レーザの温度がＴ１に制御されることにより、駆動電流Ｉ１が示すグラフのうち曲線の頂点の部分を使うことになる。曲線の頂点の付近では、励起用半導体レーザの温度変化に対するレーザ媒質の出力パワーの変動が小さく、加工品質の低下が抑えられる。
次に、加工対象物の材料が変更になり、励起用半導体レーザに駆動電流Ｉ２を流したとすると、励起用半導体レーザの温度は前回の温度Ｔ１に制御された状態であるため、励起用半導体レーザに駆動電流Ｉ２を流しても、レーザ媒質は、本来ならば出力可能な最大出力パワーを出力することができない。また、駆動電流Ｉ２が示すグラフのうち、曲線の傾きが大きい部分を使うことになるため、励起用半導体レーザの僅かな温度変化に対してレーザ媒質の出力パワーの変動が大きくなってしまうので、加工品質が低下する。たとえば、加工濃度が濃い部分と薄い部分とが発生し、加工部分に縞が形成されることがある。
【０００７】
そこで、加工品質が低下しないようにするため、レーザ媒質の出力パワーを最大にすることができる励起用半導体レーザの温度を、励起用半導体レーザに流す駆動電流ごと、つまり、加工対象物を形成する材料ごとに測定し、その測定した温度となるように励起用半導体レーザを制御することが考えられる。
しかし、前述した従来の技術（特許文献１）では、加工を行う前に、励起用半導体レーザの設定すべき最適温度を測定する技術であるため、加工対象物の材料が変更されるたびに、加工前に最適温度を測定しなければならないので、加工効率が悪いという問題がある。
つまり、従来の技術には、加工対象物の材料の変更に伴って励起用半導体レーザに流す駆動電流を変更する場合に、加工品質が低下することなく効率良く加工を行うことができないという問題がある。
【０００８】
そこで、この発明は、上記の問題を解決するために提案されたものであって、加工対象物の材料の変更に伴って励起用半導体レーザに流す駆動電流を変更する場合に、加工品質が低下することなく効率良く加工を行うことができるレーザ光照射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】
【０００９】
上述した目的を達成するため、この出願に係る発明のレーザ光照射装置は、レーザ光を対象物に照射して加工するレーザ光照射装置であって、励起用半導体レーザと、駆動電流供給部と、駆動電流値設定部と、レーザ媒質と、温度制御部と、記憶部と、を備えることを第１の特徴とする。
励起用半導体レーザは、自身に流れる駆動電流の電流値に応じた強度の励起光を照射し、レーザ媒質は、励起光により励起されてレーザ光を発振する。駆動電流値設定部は、駆動電流の電流値を設定し、駆動電流供給部は、励起用半導体レーザに駆動電流を供給する。記憶部には、レーザ光の発振効率が最大になるときの励起用半導体レーザの温度と、駆動電流の電流値との対応関係が記憶されている。温度制御部は、励起用半導体レーザの温度を所定の温度に制御する。また、温度制御部は、駆動電流値設定部にて設定された駆動電流の電流値に対応する励起用半導体レーザの温度を、記憶部に記憶された対応関係に基づいて決定する温度決定処理と、この温度決定処理により決定された温度となるように励起用半導体レーザの温度を制御する温度制御処理と、を実行する。
【００１０】
上述したように、温度制御部は、駆動電流値設定部にて設定された駆動電流の電流値に対応する励起用半導体レーザの温度を、記憶部に記憶された対応関係に基づいて決定し、その決定された温度となるように励起用半導体レーザの温度を制御することができる。
したがって、上記第１の特徴を備えるレーザ光照射装置を実施すれば、駆動電流の電流値を設定するだけで、その駆動電流値の駆動電流を励起用半導体レーザに流したときにレーザ光の発振効率が最大になるときの励起用半導体レーザの温度が自動的に決定され、その温度となるように励起用半導体レーザの温度を自動的に制御することができるため、加工品質が低下しない。
しかも、レーザ光の発振効率が最大になるときの励起用半導体レーザの温度と、駆動電流の電流値との対応関係を予め記憶部に記憶しているため、レーザ光の発振効率が最大になるときの励起用半導体レーザの温度を、駆動電流の電流値を変更するたびに測定する必要がない。
【００１１】
また、この出願に係る発明のレーザ光照射装置の第２の特徴は、上記の記憶部に記憶された対応関係は、励起用半導体レーザの温度変化に対するレーザ光の発振効率の変化を示す特性を、駆動電流の電流値ごとに測定した測定結果に基づくものであり、かつ、その測定結果に基づいて、発振効率が最大になったときの励起用半導体レーザの温度を、駆動電流の電流値ごとに対応付けて導いて得たものであるということにある。
【００１２】
つまり、上記の記憶部に記憶された対応関係は、実際に測定した測定結果に基づくものである。
したがって、上記第２の特徴を有するレーザ光照射装置を実施すれば、励起用半導体レーザを、実際に測定した測定結果に基づく温度に制御することができるため、発振効率を正確に最大にすることができるので、加工品質を高めることができる。
【００１３】
また、この出願に係る発明のレーザ光照射装置の第３の特徴は、上記の記憶部に記憶された対応関係は、駆動電流の電流値を変数とする１次関数により定められており、温度決定処理では、駆動電流値設定部にて設定された駆動電流の電流値に対応する励起用半導体レーザの温度を、上記１次関数を用いた演算により決定するということにある。
【００１４】
つまり、駆動電流値設定部にて設定された駆動電流の電流値に対応する励起用半導体レーザの温度を、１次関数を用いた演算により決定する。
したがって、上記第３の特徴を有するレーザ光照射装置を実施すれば、上記の対応関係をデータテーブル形式で記憶部に記憶する構成よりも、記憶部に必要な記憶容量を少なくすることができる。
【００１５】
また、この出願に係る発明のレーザ光照射装置の第４の特徴は、上記の記憶部に記憶された対応関係に定められた励起用半導体レーザの温度の範囲は、レーザ光により対象物の加工を行うときの励起用半導体レーザの温度の範囲であるということにある。
【００１６】
つまり、対象物を加工するときの温度以外の温度にて対象物を加工するおそれがない。
したがって、上記第４の特徴を有するレーザ光照射装置を実施すれば、加工品質が一定レベル以上低下するおそれがない。
【００１７】
また、この出願に係る発明のレーザ光照射装置の第５の特徴は、加工を行う対象物の種類が選択可能に表示された表示部を備えており、駆動電流値設定部には、対象物の種類と、加工に適した駆動電流の電流値とが対象物の種類ごとに対応付けられており、温度決定処理は、表示部にて選択された対象物の種類に対応付けられている駆動電流の電流値を駆動電流値設定部から選択し、その選択した駆動電流の電流値に対応する励起用半導体レーザの温度を上記対応関係に基づいて決定することにある。
【００１８】
つまり、表示部にて対象物の種類を選択するという簡単な操作を行うだけで、その選択した対象物の加工に必要な駆動電流の電流値が自動的に選択され、その選択された駆動電流の電流値に対応する励起用半導体レーザの温度が、記憶部に記憶された対応関係に基づいて自動的に決定される。
したがって、上記第５の特徴を有するレーザ光照射装置を実施すれば、対象物を高品質で加工するために必要な駆動電流の電流値および励起用半導体レーザの温度を容易に設定することができるため、加工前の準備時間を短縮することができるので、加工効率を高めることができる。
【００１９】
また、この出願に係る発明のレーザ光照射装置の第６の特徴は、温度決定処理は、レーザ媒質の経時変化に応じて、駆動電流値設定部が設定する駆動電流の電流値を変更し、その変更した駆動電流の電流値に対応する励起用半導体レーザの温度を、記憶部に記憶された対応関係に基づいて決定することにある。
【００２０】
つまり、レーザ媒質が経時変化して出力パワーが低下した場合であっても、励起用半導体レーザに供給される駆動電流の電流値が変更されることで励起用半導体レーザからレーザ媒質に照射される励起光の強度が変更されるため、レーザ媒質におけるレーザ光の発振効率が自動的に変更されるので、レーザ媒質の経時変化に伴って出力パワーが低下しないようにすることができる。
さらに、上記のように駆動電流値設定部に設定する電流値が変更された場合であっても、その変更された電流値に対応する励起用半導体レーザの温度を、記憶部に記憶された対応関係に基づいて決定するため、レーザ光の発振効率を高めることができる。
したがって、上記第６の特徴を有するレーザ光照射装置を実施すれば、レーザ媒質が経時変化した場合であっても、対象物の加工品質を安定化することができる。
【００２１】
また、この出願に係る発明のレーザ光照射装置の第７の特徴は、温度制御部は、励起用半導体レーザの温度を制御するペルチェ素子を備えることにある。
【００２２】
つまり、ペルチェ素子は、可動部を有さないため、振動伝達により励起用半導体レーザに悪影響を及ぼすおそれがない。しかも、ペルチェ素子は温度応答性が良いうえに加熱も冷却も可能であるため、励起用半導体レーザを精度良く温度制御することができる。
したがって、上記第７の特徴を有するレーザ光照射装置を実施すれば、対象物の加工品質を安定化することができる。
【発明の効果】
【００２３】
この出願に係る発明のレーザ光照射装置を実施すれば、加工対象物の材料の変更に伴って励起用半導体レーザに流す駆動電流を変更する場合に、加工品質が低下することなく効率良く加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態のレーザ光照射装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１に示すレーザ光照射装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】励起用半導体レーザの駆動電流値と励起用半導体レーザの設定温度との対応関係を示す１次関数のグラフである。
【図４】（ａ）は駆動電流値決定テーブルの構成を示す説明図であり、（ｂ）は最適温度の算出結果を示す説明図である。
【図５】印字対象材料選択画面を示す説明図である。
【図６】ＣＰＵが実行する温度制御の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態においてＣＰＵが実行する温度制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】励起用半導体レーザに流れる駆動電流の電流値と、レーザ媒質の最大出力パワーとの関係を示すグラフである。
【図９】励起用半導体レーザの温度とレーザ媒質の出力パワーとの関係を、駆動電流ごとに示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〈第１実施形態〉
［レーザ光照射装置１の概略構成］
この発明の第１実施形態に係るレーザ光照射装置１の概略構成について図１に基づいて説明する。
レーザ光照射装置１は、レーザ光照射装置本体部２と、レーザコントローラ３と、電源部５とを備える。レーザ光照射装置本体部２は、レーザ光Ｌを印字対象物６の印字面６Ａ上を２次元走査して文字、記号、図形などを印字する。
【００２６】
レーザコントローラ３は、パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）７と双方向通信可能に電気的に接続されており、レーザ光照射装置本体部２および電源部５と電気的に接続されている。レーザコントローラ３は、ＰＣ７から送信された文字、記号、図形などの印字情報、制御パラメータおよび各種指示情報などに基づいてレーザ光照射装置本体部２および電源部５を制御する。つまり、レーザコントローラ３は、レーザ光照射装置１の全体を制御する。
【００２７】
［レーザ光照射装置本体部２の概略構成］
レーザ光照射装置本体部２の概略構成について図１に基づいて説明する。なお、レーザ光照射装置本体部２の説明において、印字用レーザ発振器１１からガルバノスキャナ１８に向けてレーザ光Ｌを照射する方向が、レーザ光照射装置本体部２の前方向であり、その反対方向が後方向であり、前後方向をＸ方向とする。また、印字用レーザ発振器１１が取り付けられた本体ベース１２の取付面に対して垂直方向が、レーザ光照射装置本体部２の上下方向である。そして、レーザ光照射装置本体部２の上下方向及び前後方向に直交する方向が、レーザ光照射装置本体部２の左右方向であり、Ｙ方向とする。
【００２８】
図１に示すように、レーザ光照射装置本体部２は、本体ベース１２、レーザ光Ｌを照射するレーザ発振ユニット１３、ガルバノスキャナ１８、ｆθレンズ１９などから構成されており、図示しない略直方体形状の筐体カバーで覆われている。
レーザ発振ユニット１３は、印字用レーザ発振器１１などから構成されている。ガルバノスキャナ１８は、本体ベース１２の前側端部において上下方向に形成された貫通孔（図示せず）の上側に取り付けられており、レーザ発振ユニット１３から照射されたレーザ光Ｌを上記貫通孔を介して下方へ２次元走査するものである。ガルバノスキャナ１８は、ガルバノＸ軸モータ２２と、ガルバノＹ軸モータ２３と、本体部２５とにより構成されており、各モータ軸の先端には走査ミラー（図示せず）がそれぞれ回転可能に取付けられている。各走査ミラーは、各反射面が対向するように配置されている。各モータ２２、２３の回転をそれぞれ制御して、各走査ミラーを回転させることによって、レーザ光Ｌを下方へ２次元走査する。この２次元走査方向は、前後方向（Ｘ方向）と左右方向（Ｙ方向）である。
【００２９】
ｆθレンズ１９は、ガルバノスキャナ１８によって２次元走査されたレーザ光Ｌを下方に配置された印字対象物６の印字面６Ａに集光する。つまり、各モータ２２、２３の回転を制御することによって、レーザ光Ｌが、印字対象物６の印字面６Ａ上において、所望の印字パターンで前後方向（Ｘ方向）と左右方向（Ｙ方向）に２次元走査される。
【００３０】
［電源部５の概略構成］
次に、電源部５の概略構成について図１に基づいて説明する。電源部５は、ケーシング２７を備えており、そのケーシング２７の内部には、励起用半導体レーザ２８と、レーザドライバ２９と、電源３１と、温度検出制御部３４ａとが配置されている。励起用半導体レーザ２８は、自身に流れる駆動電流の電流値に応じた強度の励起光を照射する。電源３１は、駆動電流をレーザドライバ２９を介して励起用半導体レーザ２８に供給する。レーザドライバ２９は、レーザコントローラ３から入力される駆動情報に基づいて、励起用半導体レーザ２８を直流駆動する。温度検出制御部３４ａは、後述するように、励起用半導体レーザ２８の温度検出および温度制御を行う。
【００３１】
印字用レーザ発振器１１は、光ファイバ３３によって励起用半導体レーザ２８に光学的に接続されている。励起用半導体レーザ２８は、レーザドライバ２９から入力されるパルス状の駆動電流に対して励起光を光ファイバ３３内に照射する。つまり、印字用レーザ発振器１１には、励起用半導体レーザ２８の励起光が光ファイバ３３を介して入射される。励起用半導体レーザ２８は、例えば、ＧａＡｓを用いて構成されている。
【００３２】
印字用レーザ発振器１１は、レーザ媒質としてのＹＡＧレーザ３５（図２参照）を有する。ＹＡＧレーザ３５は、励起用半導体レーザ２８から光ファイバ３３を介して入射される励起光によって励起されて印字用のレーザ光であるパルスレーザを発振する。また、ＹＡＧレーザ３５には温度検出制御部３４ｂ（図２参照）が配設されている。温度検出制御部３４ｂは、ＹＡＧレーザ３５の温度検出および温度制御を行う。
【００３３】
［レーザ光照射装置１の電気的構成］
次に、レーザ光照射装置１の電気的構成について図２に基づいて説明する。
レーザコントローラ３には、ＰＣ７、ガルバノコントローラ４５、レーザドライバ２９、ペルチェドライバ４８、Ａ／Ｄコンバータ４７などが電気的に接続されている。
【００３４】
レーザコントローラ３は、ＰＣ７と双方向通信可能に電気的に接続されており、ＰＣ７から送信された印字情報、使用者からの各種指示情報などを受信可能に構成されている。また、ＰＣ７には、入出力インターフェース（図示せず）を介してマウス７３およびキーボード７４（図１）などから構成される入力操作部７１と、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）７２とが電気的に接続されている。ＬＣＤ７２は、印字対象材料を選択する際に用いる印字対象材料選択画面７２ａ（図５）、使用者の各種指示情報、レーザコントローラ３から出力される温度情報などを表示する
【００３５】
レーザコントローラ３は、ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５２、ＲＯＭ５３、タイマ５４などを備える。また、ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５２、ＲＯＭ５３、タイマ５４は、バス線（図示せず）により電気的に接続されており、データのやり取りが相互に行われる。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５３に記憶されている各種のプログラムを実行することによって、電気的に接続されているレーザ光照射装置１のガルバノコントローラ４５、レーザドライバ２９、ペルチェドライバ４８などの各部を制御する。ＲＡＭ５２は、ＣＰＵ５１が各種の処理を実行するための主記憶装置として用いられる。また、タイマ５４は、ＹＡＧレーザ３５の駆動時間、ＣＰＵ５１が各種の処理を実行するときに必要な時間などを計測する。
【００３６】
ＣＰＵ５１は、ＰＣ７から入力された印字情報に基づいて算出した印字パターンのＸＹ座標データ、ガルバノ走査速度情報などをガルバノコントローラ４５に出力する。また、ＣＰＵ５１は、ＰＣ７から入力された印字情報に基づいて設定した励起用半導体レーザ２８の励起光出力、励起光の出力期間などの励起用半導体レーザ２８の駆動パターンをレーザドライバ２９に出力する。また、ＣＰＵ５１は、レーザドライバ２９が励起用半導体レーザ２８に供給する駆動電流の電流値を決定する処理と、その決定された電流値に対応する温度を設定する処理と、その設定された温度となるようにペルチェ素子３８を制御する処理とを実行する。これらの処理については後述する。
【００３７】
ガルバノコントローラ４５は、レーザコントローラ３から入力された印字パターンのＸＹ座標データ、ガルバノ走査速度情報などに基づいて、ガルバノＸ軸モータ２２およびガルバノＹ軸モータ２３の各駆動角度、各回転速度などを算出し、その算出した各駆動角度、各回転速度を表すモータ駆動情報をガルバノドライバ４６へ出力する。ガルバノドライバ４６は、ガルバノコントローラ４５から入力されたモータ駆動情報に基づいて、ガルバノＸ軸モータ２２とガルバノＹ軸モータ２３とを駆動し、レーザ光Ｌを２次元走査する。
【００３８】
レーザドライバ２９は、レーザコントローラ３から入力された励起用半導体レーザ２８の励起光の出力強度、励起光の出力期間等のレーザ駆動情報などに基づいて、励起用半導体レーザ２８を駆動する。また、励起用半導体レーザ２８から照射された励起光は、ＹＡＧレーザ３５を駆動する。
【００３９】
例えば、このレーザ光照射装置１の使用者により入力操作部７１が操作され、印字情報などを含む印字命令がＰＣ７へ入力される。すると、ＣＰＵ５１はＰＣ７より印字命令を受付け、ガルバノコントローラ４５へ印字パターンのＸＹ座標データ、ガルバノ走査速度情報などを出力する。また、ＣＰＵ５１はレーザドライバ２９へ駆動パターンを出力する。そして、ガルバノドライバ４６およびレーザドライバ２９が駆動される。さらに、励起用半導体レーザ２８が照射した励起光によりＹＡＧレーザ３５が駆動される。そして、ＹＡＧレーザ３５から照射されるレーザ光Ｌは、印字対象物６の印字面６Ａ上に２次元走査され、印字対象物が印字される。
【００４０】
また、温度検出制御部３４ａは温度センサ３６およびペルチェ素子３８を有する。温度センサ３６により、励起用半導体レーザ２８の温度が測定される。そして、ペルチェ素子３８により励起用半導体レーザ２８の加熱および冷却が行われる。また、温度検出制御部３４ｂは温度センサ３７およびペルチェ素子３９を有する。温度センサ３７により、ＹＡＧレーザ３５の温度が測定される。そして、ペルチェ素子３９によりＹＡＧレーザ３５の加熱および冷却が行われる。ＣＰＵ５１は、温度センサ３６、３７がそれぞれ測定した温度情報をＡ／Ｄコンバータ４７を介して取得する。そして、設定温度（目標温度）と検出温度とを比較し、ペルチェ駆動情報を算出する。ここで、ペルチェ駆動情報とは、ペルチェ素子３８、３９のそれぞれに印加する電圧の極性および電圧値を決定するための情報である。そして、ＣＰＵ５１は、算出したペルチェ駆動情報をペルチェドライバ４８へ送信する。ペルチェドライバ４８は、受信したペルチェ駆動情報に基づき、ペルチェ素子３８、３９を駆動する。つまり、ＣＰＵ５１は、温度センサ３６、３７およびペルチェ素子３８、３９を用いて、励起用半導体レーザ２８およびＹＡＧレーザ３５の温度制御を行う。これにより、励起用半導体レーザ２８およびＹＡＧレーザ３５の発振波長が調整され、両レーザ２８，３５がそれぞれ最大出力パワーを出力可能となる。励起用半導体レーザ２８の設定温度は４８〜５２℃程度であり、ＹＡＧレーザ３５の設定温度は２５℃程度である。
【００４１】
［実験］
次に、この出願の発明者が行った実験について図３および図４に基づいて説明する。
この出願の発明者は、ＹＡＧレーザ３５の発振効率を最大、つまり、出力パワーを最大にすることができる励起用半導体レーザ２８の駆動電流値と、励起用半導体レーザ２８の温度との対応関係を求める実験を行った。図３は、励起用半導体レーザの駆動電流値と励起用半導体レーザの設定温度との対応関係を示す１次関数のグラフである。図４（ａ）は駆動電流値決定テーブル５２ａの構成を示す説明図であり、（ｂ）は最適温度の算出結果を示す説明図である。
【００４２】
この実験は、印字面が異なる樹脂により形成された２種類の印字対象物と、印字面が非鉄金属により形成された印字対象物の計３種類の印字対象物に対して行った。また、高品質で印字するために必要なレーザの出力パワーは、印字対象物ごとに異なり、印字面が樹脂により形成された２種類の印字対象物については、励起用半導体レーザ２８においてレーザ番号１，２の異なる条件を使用した。
【００４３】
レーザ番号１の条件で励起用半導体レーザ２８を使用したときのＹＡＧレーザ３５の平均出力パワーは、１．５０Ｗであり（図４）、その平均出力パワーを得るために必要な励起用半導体レーザ２８の駆動電流値は、約３．８Ａであり（図３の測定点Ｃ１）、そのときの励起用半導体レーザ２８の設定温度は５１．１１℃であった（図３の測定点Ｃ１）。また、レーザ番号２の条件で励起用半導体レーザ２８を使用したときのＹＡＧレーザ３５の平均出力パワーは、２．２５Ｗであり（図４）、その平均出力パワーを得るために必要な励起用半導体レーザ２８の駆動電流値は、約４．２Ａであり（図３の測定点Ｃ２）、そのときの励起用半導体レーザ２８の設定温度は５０．７８℃であった（図３の測定点Ｃ２）。また、印字面が非鉄金属により形成された印字対象物に対して励起用半導体レーザ２８を使用したときのＹＡＧレーザ３５の平均出力パワーは、５．００Ｗであり（図４）、その平均出力パワーを得るために必要な励起用半導体レーザ２８の駆動電流値は、約５．６６Ａであり（図３の測定点Ｃ３）、そのときの励起用半導体レーザ２８の設定温度は４８．９℃であった（図３の測定点Ｃ３）。上記の各平均出力パワーは、最大出力パワーの平均である。
【００４４】
そして、発明者は、上記３つの測定結果に基づき、励起用半導体レーザ２８の駆動電流値および設定温度の測定値に対応する測定点Ｃ１〜Ｃ３をグラフに記した（図３）。次に、発明者は、それら３つの測定値に基づき、レーザ光の発振効率が最大になるときの励起用半導体レーザ２８の最適温度と、そのときの励起用半導体レーザ２８の駆動電流値との対応関係を示す近似式を導き出した。その近似式は、駆動電流を変数として最適温度を求めることができる１次関数の近似式である。その１次関数を次の式１に示す。この実験では、最小２乗法を用いて式１を導き出した。式１において、ｘは励起用半導体レーザ２８の駆動電流値であり、ｙは励起用半導体レーザ２８に設定すべき最適温度である。
【００４５】
ｙ＝−１．２１１９ｘ＋５５．７７９  ・・・（式１）
【００４６】
図３に示すように、上記の式１により表す１次関数の直線上、または、その近傍に上記３つの測定点Ｃ１〜Ｃ３が存在している。つまり、上記の式１に基づいて算出した最適温度ｙは、実測値と同一または極めて近似した値である。従って、印字対象材料を変更し、必要な励起用半導体レーザ２８の駆動電流値を変更する場合であっても、その駆動電流値を上記式１のｘに代入して演算することにより、必要な励起用半導体レーザ２８の最適温度ｙを算出することができた。
【００４７】
上記の式１のｘに、前述の実験に使用した３つの駆動電流値を代入して最適温度ｙを算出した結果を図４（ｂ）に示す。実験において駆動電流値３．８０Ａのときに測定した設定温度が５１．１１℃であったのに対して、式１に基づいて算出した最適温度が５１．２℃であり、計算値は測定値に対して＋０．０９℃の誤差である。また、実験において駆動電流値４．２０Ａのときに測定した設定温度が５０．７８℃であったのに対して、式１に基づいて算出した最適温度が５０．７℃であり、計算値は測定値に対して−０．０８℃の誤差である。また、実験において駆動電流値５．６６Ａのときに測定した設定温度が４８．９℃であったのに対して、式１に基づいて算出した最適温度も４８．９℃であり、計算値は測定値に対して誤差０．０℃である。
つまり、式１により算出した最適温度は、実際に測定した設定温度に対して誤差±０．１℃未満であり、式１のｘに駆動電流値を代入して最適温度を算出し、その算出した最適温度を目標とすべき設定温度とすることができる。
【００４８】
上記の式１は、ＲＯＭ５３（図２）に記憶されており、ＣＰＵ５１は、励起用半導体レーザの温度制御を行うときに、ＲＯＭ５３に記憶されている式１に基づいて最適温度ｙを算出する。
また、励起用半導体レーザ２８の設定温度は４８〜５２℃程度であり、レーザ光により対象物の印字を行うときの励起用半導体レーザ２８の設定温度の範囲であるため、その範囲を外れた状態で対象物が印字されることがないので、印字品質が一定レベル以上低下するおそれがない。
【００４９】
［駆動電流値決定テーブル］
次に、駆動電流値決定テーブルについて図４（ａ）に基づいて説明する。図４（ａ）は、駆動電流値決定テーブルの構成を示す説明図である。
【００５０】
駆動電流値決定テーブル５２ａは、ＹＡＧレーザ３５が最大出力パワーを出すために必要な励起用半導体レーザ２８の駆動電流値を選択する際に用いる。駆動電流値決定テーブル５２ａは、ＲＡＭ５２（図２）に書換え可能に記憶されており、ＣＰＵ５１は、必要なときに駆動電流値決定テーブル５２ａを参照し、必要なデータを読出す。駆動電流値決定テーブル５２ａには、印字対象材料と、レーザ番号と、平均出力パワーと、駆動電流値とが対応付けられている。つまり、駆動電流値決定テーブル５２ａには、印字対象材料の種類と、印字に適した駆動電流値とが印字対象材料の種類ごとに対応付けられている。
【００５１】
印字対象材料には、樹脂、非鉄金属および金属の３種類の印字対象材料が設定されている。樹脂に対してレーザ番号１〜３が設定されており、非鉄金属および金属に対してはレーザ番号は設定されていない。レーザ番号１〜３、非鉄金属および金属に対して１．５０〜５．００ＷのＹＡＧレーザ３５の平均出力パワーが設定されている。また、レーザ番号１〜３、非鉄金属および金属に対して、励起用半導体レーザ２８の駆動電流値３．８０〜５．６６Ａがそれぞれ対応付けられている。
【００５２】
［印字対象材料選択画面］
次に、ＬＣＤ７２に表示される印字対象材料選択画面について図５に基づいて説明する。図５は、印字対象材料選択画面を示す説明図である。
【００５３】
図５に示すように、ＬＣＤ７２（図１）の画面には、印字対象材料選択画面７２ａが表示される。印字対象材料選択画面７２ａには、印字対象材料を選択するためのボタンＡ１〜Ａ３と、レーザ番号１〜３を選択するためのボタンＢ１〜Ｂ３とが表示される。ボタンＡ１は、樹脂を選択するためのボタンであり、ボタンＡ２は、非鉄金属を選択するためのボタンであり、ボタンＡ３は、金属を選択するためのボタンである。ボタンＢ１〜Ｂ３は、レーザ番号１〜３を選択するためのボタンである。マウス７３（図１）を操作してカーソルを所望のボタン上に移動させ、マウス７３のスイッチ（図示せず）をクリックすることにより、そのボタンに表示されている項目が選択される。また、ＬＣＤ７２の表面にタッチパネルが形成されている場合は、所望のボタンを指またはタッチペンなどで触れることで、そのボタンに表示されている項目を選択することもできる。
使用者は、対象物に印字を行う前に、ＬＣＤ７２に表示された印字対象材料選択画面７２ａを用いて印字対象材料およびレーザ番号を選択する。
【００５４】
［温度制御処理］
次に、励起用半導体レーザ２８の温度を設定温度に制御するためにＣＰＵ５１（図２）が実行する温度制御処理について、その流れを示す図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００５５】
ＣＰＵ５１は、使用者が、ＬＣＤ７２に表示された印字対象材料選択画面７２ａ（図５）のボタンＡ１〜Ａ３のいずれかを選択したか否か、つまり、印字対象材料を受付けたか否かを判定する（ステップ（以下、Ｓと略す）６）。ここで、ＣＰＵ５１は、印字対象材料を受付けたと判定した場合は（Ｓ６：Ｙｅｓ）、使用者が選択したボタンに対応する印字対象材料に決定する（Ｓ７）。続いて、ＣＰＵ５１は、Ｓ７において決定した印字対象材料が樹脂か否かを判定し（Ｓ８）、樹脂と判定した場合は（Ｓ８：Ｙｅｓ）、使用者が、ボタンＢ１〜Ｂ３のいずれかを選択したか否か、つまり、レーザ番号を受付けたか否かを判定する（Ｓ９）。ここで、ＣＰＵ５１は、レーザ番号を受付けたと判定した場合は（Ｓ９：Ｙｅｓ）、駆動電流値決定テーブル５２ａ（図４（ａ））を参照し、受付けたレーザ番号に対応する駆動電流値に決定する（Ｓ１０）。例えば、受付けたレーザ番号が１番であった場合は、駆動電流値決定テーブル５２ａにおいてレーザ番号１と対応付けられている駆動電流値３．８０Ａに決定する。また、Ｓ８において、樹脂ではないと判定した場合は（Ｓ８：Ｎｏ）、駆動電流値決定テーブル５２ａにおいて非鉄金属および金属とそれぞれ対応付けられている駆動電流値５．６６Ａに決定する（Ｓ１０）。
【００５６】
続いて、ＣＰＵ５１は、Ｓ１０において決定した駆動電流値をＲＯＭ５３に記憶された式１のｘに代入して設定温度ｙ１とすべき最適温度ｙを算出する（Ｓ１１）。例えば、Ｓ１０において決定した駆動電流値が３．８０Ａであった場合は、式１のｘに３．８０を代入して最適温度ｙ＝５１．２℃を算出する。
つまり、ＣＰＵ５１は、印字対象材料選択画面７２ａ（図５）にて選択された印字対象材料の種類に対応付けられている駆動電流値を駆動電流値決定テーブル５２ａ（図４（ａ））から選択し、その選択した駆動電流値に対応する励起用半導体レーザの最適温度ｙを式１に基づいて決定する。
【００５７】
続いて、ＣＰＵ５１は、Ｓ１１において算出した最適温度ｙを設定温度（目標温度）ｙ１に設定し（Ｓ１２）、ペルチェドライバ４８（図２）を制御し、ペルチェ素子３８を設定温度ｙ１に制御する（Ｓ１３）。つまり、励起用半導体レーザ２８を設定温度ｙ１に制御する。続いて、ＣＰＵ５１は、温度センサ３６からＡ／Ｄコンバータ４７を介して取込まれる温度データに基づき、ペルチェ素子３８の温度、つまり、励起用半導体レーザ２８の温度が設定温度ｙ１に達したか否かを判定し（Ｓ１４）、達していないと判定した場合は（Ｓ１４：Ｎｏ）、ペルチェ素子３８の温度制御を継続する（Ｓ１３）。
つまり、ＣＰＵ５１は、Ｓ１２において設定した設定温度ｙ１となるように励起用半導体レーザ２８の温度を制御する。
【００５８】
そして、ＣＰＵ５１は、ペルチェ素子３８の温度、つまり、励起用半導体レーザ２８の温度が設定温度ｙ１に達したと判定すると（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、この温度制御処理を終了する。
上述したように、使用者は、印字対象材料選択画面７２ａを使って印字対象材料およびレーザ番号を選択するだけで、励起用半導体レーザ２８を設定温度に制御することができる。
【００５９】
［第１実施形態の効果］
（１）上述した第１実施形態のレーザ光照射装置１を実施すれば、駆動電流値を設定するだけで、その駆動電流値の駆動電流を励起用半導体レーザ２８に流したときにレーザ光の発振効率が最大になるときの励起用半導体レーザ２８の温度が自動的に決定され、その温度となるように励起用半導体レーザ２８の温度を自動的に制御することができるため、印字品質が低下しない。
しかも、レーザ光の発振効率が最大になるときの励起用半導体レーザ２８の温度と、駆動電流値との対応関係を予めＲＯＭ５３に記憶しているため、レーザ光の発振効率が最大になるときの励起用半導体レーザ２８の温度を、駆動電流値を変更するたびに測定する必要がない。
【００６０】
（２）また、レーザ光照射装置１を実施すれば、ＲＯＭ５３に記憶された対応関係は、実際に測定した測定結果に基づくものであるため、励起用半導体レーザ２８を、実際に測定した測定結果に基づく温度に制御することができるため、発振効率を正確に最大にすることができるので、印字品質を高めることができる。
【００６１】
（３）さらに、レーザ光照射装置１を実施すれば、駆動電流値決定テーブル５２ａにて設定された駆動電流値に対応する励起用半導体レーザ２８の温度を、１次関数の式１を用いた演算により決定することができるため、上記の対応関係をデータテーブル形式でＲＯＭ５３に記憶する構成よりも、ＲＯＭ５３に必要な記憶容量を少なくすることができる。
【００６２】
（４）さらに、レーザ光照射装置１を実施すれば、１次関数の式１により算出される励起用半導体レーザ２８の設定温度の範囲は、レーザ光により対象物の印字を行うときの励起用半導体レーザ２８の設定温度の範囲であるため、対象物を印字するときの設定温度以外の設定温度にて対象物を印字するおそれがないので、印字品質が一定レベル以上低下するおそれがない。
【００６３】
（５）さらに、レーザ光照射装置１を実施すれば、印字対象材料選択画面７２ａにて印字対象材料およびレーザ番号を選択するという簡単な操作を行うだけで、その選択した印字対象材料およびレーザ番号に必要な駆動電流の電流値が自動的に選択され、その選択された駆動電流の電流値に対応する励起用半導体レーザ２８の温度が、１次関数の式１を用いた演算によって自動的に決定される。
したがって、レーザ光照射装置１を実施すれば、対象物を高品質で印字するために必要な駆動電流の電流値および励起用半導体レーザ２８の温度を容易に設定することができるため、印字前の準備時間を短縮することができるので、印字効率を高めることができる。
【００６４】
（６）さらに、レーザ光照射装置１を実施すれば、可動部を有さないペルチェ素子３８によって励起用半導体レーザ２８の温度を制御するため、振動伝達により励起用半導体レーザ２８に悪影響を及ぼすおそれがない。
しかも、ペルチェ素子３８は温度応答性が良いうえに加熱も冷却も可能であるため、励起用半導体レーザ２８を精度良く温度制御することができるため、対象物の印字品質を安定化することができる。
【００６５】
（７）つまり、レーザ光照射装置１を実施すれば、印字対象物の材料の変更に伴って励起用半導体レーザ２８に流す駆動電流を変更する場合に、印字品質が低下することなく効率良く印字を行うことができる。
【００６６】
〈第２実施形態〉
次に、この発明の第２実施形態について図７に基づいて説明する。
図７は、ＣＰＵ５１が実行する温度制御処理の流れを一部省略して示すフローチャートである。なお、第１実施形態のレーザ光照射装置１と同じ構成については、同じ符号を用いる。
【００６７】
ＹＡＧレーザ３５は、使用時間の経過に伴って出力パワーが低下する。そこで、この実施形態のレーザ光照射装置１は、励起用半導体レーザ２８が照射する励起光の強度を大きくするために励起用半導体レーザ２８の駆動電流値を大きくし、ＹＡＧレーザ３５の出力パワーを大きくして（発振効率を高くして）出力パワーの低下を補うことを特徴とする。ＹＡＧレーザ３５の駆動時間は、タイマ５４（図２）により計測される。また、新たに駆動電流値決定テーブル５２ａに設定する駆動電流値は、予め実験により求めておく。
【００６８】
ＣＰＵ５１は、レーザ光照射装置１が起動したと判定すると（図７のＳ１：Ｙｅｓ）、タイマ５４が計測しているＹＡＧレーザ３５の駆動時間が定格寿命の１００％を超えているか否かを判定する（Ｓ２）。ここで、超えていると判定した場合は（Ｓ２：Ｙｅｓ）、ＹＡＧレーザ３５が交換時期であることを報知する（Ｓ３）。例えば、ＬＣＤ７２の画面に、ＹＡＧレーザ３５が交換時期であることを示すメッセージ画像などを表示する。また、ＣＰＵ５１は、ＹＡＧレーザ３５の駆動時間が定格寿命の１００％を超えていないと判定した場合は（Ｓ２：Ｎｏ）、ＹＡＧレーザ３５の駆動時間が定格寿命の８０％を超えているか否かを判定し（Ｓ４）、超えていると判定した場合は（Ｓ４：Ｙｅｓ）、駆動電流値決定テーブル５２ａ（図４（ａ））に設定されている各駆動電流値をより大きい駆動電流値に補正する（Ｓ５）。続いて、ＣＰＵ５１は、第１実施形態において説明した温度制御処理を実行する（図６のＳ６〜Ｓ１４）。
つまり、ＣＰＵ５１は、ＹＡＧレーザ３５の経時変化に応じて、駆動電流値決定テーブル５２ａ（図４（ａ））が設定する駆動電流値を変更し、その変更した駆動電流値に対応する励起用半導体レーザの最適温度ｙを式１に基づいて決定する。なお、Ｓ４において判定の閾値となる８０％は、７０％、９０％など、他の割合に変更することができる。
【００６９】
［第２実施形態の効果］
上述したように、第２実施形態のレーザ光照射装置１を実施すれば、ＹＡＧレーザ３５が経時変化して出力パワーが低下した場合であっても、励起用半導体レーザ２８に供給される駆動電流の電流値が変更されることで励起用半導体レーザ２８からＹＡＧレーザ３５に照射される励起光の強度が変更されるため、ＹＡＧレーザ３５におけるレーザ光の出力パワー（発振効率）が変更されるので、ＹＡＧレーザ３５の経時変化に伴って出力パワーが低下しないようにすることができる。
さらに、上記のように駆動電流値決定テーブル５２ａに設定する駆動電流値が変更された場合であっても、その変更された駆動電流値に対応する励起用半導体レーザ２８の温度を、式１に基づいて決定するため、レーザ光の出力パワーを大きくすることができる。
したがって、第２実施形態のレーザ光照射装置１を実施すれば、ＹＡＧレーザ３５が経時変化した場合であっても、対象物の印字品質を安定化することができる。
【００７０】
〈他の実施形態〉
（１）ペルチェ素子に代えて、空冷ファン、または、水冷式ヒートシンクなどによって励起用半導体レーザ２８およびＹＡＧレーザ３５の温度を制御することもできる。
（２）レーザ媒質としてＹＡＧレーザに代えて、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＡｌＯ３レーザなどを用いることもできる。
（３）この発明のレーザ光照射装置は、レーザ光を対象物に照射して穿孔、切断などの加工を行うものとして適用することもできる。
【００７１】
［特許請求の範囲との対応関係］
レーザドライバ２９が駆動電流供給部に、温度検出制御部３４ａおよびＣＰＵ５１が温度制御部に、ＲＯＭ５３が記憶部に、駆動電流値決定テーブル５２ａが駆動電流値設定部にそれぞれ対応する。印字対象材料選択画面７２ａが表示部に対応する。ＣＰＵ５１が実行するＳ６〜Ｓ１２が温度決定処理に対応し、Ｓ１３およびＳ１４が温度制御処理に対応する。第２実施形態においてＣＰＵ５１が実行するＳ１〜Ｓ１２が温度決定処理に対応する。
【符号の説明】
【００７２】
１    レーザ光照射装置
３    レーザコントローラ
５    電源部
６    印字対象物
７    ＰＣ
１１    印字用レーザ発振器
１８    ガルバノスキャナ
１９    ｆθレンズ
２８    励起用半導体レーザ
２９    レーザドライバ
３１    電源
３３    光ファイバ
３４ａ、３４ｂ    温度検出制御部
３５    ＹＡＧレーザ
３６、３７    温度センサ
３８、３９    ペルチェ素子
５１    ＣＰＵ
５２ａ  駆動電流値決定テーブル
５３    ＲＯＭ
７２ａ  印字対象材料選択画面
【図１】
2018056261.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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