(57)【要約】  電磁放射線ステアリング機構。電磁放射線を２次元視野内の特定場所に向けるようにステアリングするように構成された電磁放射線ステアリング機構は、２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるように第１の光学要素を第１の回転軸の周りに回転させるように構成された関連の第１のアクチュエータを有する上記第１の光学要素と、２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるように第２の光学要素を第２の回転軸の周りに回転させるように構成された関連の第２のアクチュエータを有する上記第２の光学要素と、光学的に第１及び第２の光学要素間に配置された電磁放射線マニピュレータとを含む。第１及び第２の回転軸間に第１の角度が定められ、第１及び第２のステアリング軸間に第２の角度が定められる。電磁放射線マニピュレータは、第１の角度と第２の角度の間に差を導入するように構成される。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射線を２次元視野内の特定場所に向けるようにステアリングするように構成された電磁放射線ステアリング機構であって、
前記２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるために第１の光学要素を第１の回転軸の周りに回転させるように構成された関連の第１のアクチュエータを有する該第１の光学要素と、
前記２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるために第２の光学要素を第２の回転軸の周りに回転させるように構成された関連の第２のアクチュエータを有する該第２の光学要素と、
光学的に前記第１及び第２の光学要素の間に配置された電磁放射線マニピュレータと、
を含み、
第１の角度が、前記第１及び第２の回転軸の間に定められ、
第２の角度が、前記第１及び第２のステアリング軸の間に定められ、
前記電磁放射線マニピュレータは、前記第１の角度と前記第２の角度の間に差を導入するように構成される、
ことを特徴とする電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２】
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸は、非直角であることを特徴とする請求項１に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項３】
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸は、実質的に平行であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項４】
前記第１の角度は、約４５°よりも小さく、
任意的に、前記第１の角度は、約１０°よりも小さく、
任意的に、前記第１の角度は、約５°よりも小さく、
任意的に、前記第１の角度は、約２°よりも小さく、
任意的に、前記第１の角度は、約０°である、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項５】
前記第１のステアリング軸と前記第２のステアリング軸は、実質的に直角であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項６】
前記第２の角度は、約７０°と約１１０°の間であり、
任意的に、前記第２の角度は、約８０°と約１００°の間であり、
任意的に、前記第２の角度は、約８５°と約９５°の間であり、
任意的に、前記第２の角度は、約９０°である、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項７】
前記電磁放射線マニピュレータは、前記第１の角度と前記第２の角度の間に約４５°よりも大きい差を導入するように構成され、
任意的に、前記電磁放射線マニピュレータは、前記第１の角度と前記第２の角度の間に約７０°よりも大きい差を導入するように構成され、
任意的に、前記電磁放射線マニピュレータは、前記第１の角度と前記第２の角度の間に約９０°の差を導入するように構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項８】
前記第１の光学要素は、前記第２の光学要素に隣接していることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項９】
前記第１の光学要素は、前記電磁放射線を受け入れて該電磁放射線を前記電磁放射線マニピュレータに向けるように構成され、
前記電磁放射線マニピュレータは、前記電磁放射線を前記第２の光学要素に向けるように構成される、
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項１０】
前記第２の光学要素は、前記電磁放射線を電磁放射線ステアリング機構の光学出力に向けるように構成されることを特徴とする請求項９に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項１１】
前記第２の光学要素は、前記電磁放射線を前記ステアリングされた電磁放射線を受け入れるように構成された光学デバイスの光学入力に向けるように構成されることを特徴とする請求項９に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項１２】
前記第１の光学要素及び前記第２の光学要素のうちの少なくとも一方が反射性であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項１３】
前記第１の光学要素は、前記電磁放射線を受け入れるように構成された第１の反射面を含み、
前記第２の光学要素は、前記電磁放射線を受け入れるように構成された第２の反射面を含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項１４】
前記第１の回転軸と前記第１の反射面は、実質的に平行であることを特徴とする請求項１３に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項１５】
前記第２の回転軸と前記第２の反射面は、実質的に平行であることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項１６】
前記第１の光学要素及び前記第２の光学要素のうちの少なくとも一方が屈折性であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項１７】
前記屈折光学要素は、プリズムであることを特徴とする請求項１６に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項１８】
前記第１及び第２の光学要素のうちの少なくとも一方が回折性であることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の電磁放射ステアリング機構。
【請求項１９】
前記回折光学要素は、格子を含むことを特徴とする請求項１８に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２０】
前記第１及び第２の光学要素のうちの少なくとも一方が偏光性であることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２１】
前記偏光光学要素は、直線偏光電磁放射線を円偏光電磁放射線に変えるように構成されることを特徴とする請求項２０に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２２】
前記電磁放射線マニピュレータは、第１のミラーと第２のミラーを含むことを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２３】
前記第１のミラーは、前記電磁放射線が前記第１の光学要素と相互作用した後で該電磁放射線を受け入れて該電磁放射線を前記第２のミラーに向けるように構成されることを特徴とする請求項２２に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２４】
前記第２のミラーは、前記電磁放射線が前記第１のミラーと相互作用した後で該電磁放射線を受け入れて該電磁放射線を前記第２の光学要素に向けるように構成されることを特徴とする請求項２３に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２５】
前記第１のミラーと前記第２のミラーは、互いに対して固定されることを特徴とする請求項２２から請求項２４のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２６】
前記第１のミラーは、前記電磁放射線の方向に約９０°の変化を加えるように配置されることを特徴とする請求項２５に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２７】
前記第２のミラーは、前記電磁放射線の方向に約９０°の変化を加えるように配置されることを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２８】
前記第１のミラーによって引き起こされる前記電磁放射線の方向の前記９０°の変化は、第１の反射軸の周りで起こり、前記第２のミラーによって引き起こされる該電磁放射線の方向の該９０°の変化は、第２の反射軸の周りで起こり、
前記第１の反射軸と前記第２の反射軸は、非平行である、
ことを特徴とする請求項２６及び請求項２７に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項２９】
前記第１の反射軸と前記第２の反射軸は、実質的に垂直であることを特徴とする請求項２８に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項３０】
前記第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方が、検流計モータを含むことを特徴とする請求項１から請求項２９のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項３１】
前記電磁放射線は、レーザビームであることを特徴とする請求項１から請求項３０のいずれか１項に記載の電磁放射線ステアリング機構。
【請求項３２】
製品をマーキングするためのレーザマーキングシステムであって、
マーキングヘッドと
請求項１から請求項３１のいずれか１項に記載の前記電磁放射線ステアリング機構と、
を含むことを特徴とするレーザマーキングシステム。
【請求項３３】
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸は、実質的に平行であり、
前記電磁放射線ステアリング機構は、前記マーキングヘッドの長さが前記第１及び第２の回転軸に対して実質的に平行であるようにレーザマーキングシステムの該マーキングヘッドに対して実質的に平行に設置される、
ことを特徴とする請求項３２に記載のレーザマーキングシステム。
【請求項３４】
前記マーキングヘッドは、円筒形ハウジングを含むことを特徴とする請求項３３に記載のレーザマーキングシステム。
【請求項３５】
前記マーキングヘッドに接続され、かつ電力及び／又は制御信号を該マーキングヘッドに伝達するように構成された可撓性アンビリカルを更に含むことを特徴とする請求項３２から請求項３４のいずれか１項に記載のレーザマーキングシステム。
【請求項３６】
前記マーキングヘッドは、レーザマーキングシステムのユーザを迷放射線から保護するための放射線シールドを含むことを特徴とする請求項３２から請求項３５のいずれか１項に記載のレーザマーキングシステム。
【請求項３７】
前記放射線シールドは、該放射線シールドの一部分と前記製品との間の間隙から発する放射線を検出するように構成されたセンサを含むことを特徴とする請求項３６に記載のレーザマーキングシステム。
【請求項３８】
前記放射線シールドは、レーザビームと前記製品の間の相互作用によって発生した物質を抽出するための抽出流体の流れを発生させるように構成された抽出デバイスに流体結合された統合抽出入口を含むことを特徴とする請求項３６又は請求項３７に記載のレーザマーキングシステム。
【請求項３９】
前記統合抽出入口は、前記製品と実質的に隣接して位置付けられるように構成可能であることを特徴とする請求項３８に記載のレーザマーキングシステム。
【請求項４０】
前記放射線シールドは、レーザマーキングシステムのユーザに迷放射線からの更に別の保護を提供するためのフランジを含むことを特徴とする請求項３６から請求項３９のいずれか１項に記載のレーザマーキングシステム。
【請求項４１】
前記放射線シールドは、レーザマーキングシステムのユーザに迷放射線からの更に別の保護を提供するために該放射線シールドと前記製品との間の間隙を低減するように配置された可撓性部材を含むことを特徴とする請求項３６から請求項４０のいずれか１項に記載のレーザマーキングシステム。
【請求項４２】
請求項１から請求項３１のいずれか１項に記載の前記電磁放射線ステアリング機構、
を含むことを特徴とする電磁放射線検出器。
【請求項４３】
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸は、実質的に平行であり、
前記電磁放射線ステアリング機構は、電磁放射線検出器の長さが前記第１及び第２の回転軸に対して実質的に平行であるように電磁放射線検出器に対して実質的に平行に設置される、
ことを特徴とする請求項４２に記載の電磁放射線検出器。
【請求項４４】
請求項１から請求項３１のいずれか１項に記載の前記電磁放射線ステアリング機構、
を含むことを特徴とする光学スキャナ。
【請求項４５】
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸は、実質的に平行であり、
前記電磁放射線ステアリング機構は、光学スキャナの長さが前記第１及び第２の回転軸に対して実質的に平行であるように光学スキャナに対して実質的に平行に設置される、
ことを特徴とする請求項４４に記載の光学スキャナ。
【請求項４６】
前記電磁放射線を発生させてそれを前記第１及び第２の回転軸と平行な方向に向けるように構成されたレーザ源を含むことを特徴とする請求項４４又は請求項４５に記載の光学スキャナ。
【請求項４７】
電磁放射線を２次元視野内の特定場所に向けるようにステアリングする方法であって、
前記２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるために第１の回転軸の周りに回転可能である第１の光学要素で電磁放射線を受け入れる段階と、
光学的に前記第１の光学要素及び第２の光学要素の間に配置された電磁放射線マニピュレータに前記電磁放射線を向ける段階と、
前記２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるために第２の回転軸の周りに回転可能である前記第２の光学要素に前記電磁放射線を向ける段階と、
前記第１及び第２の回転軸の間の第１の角度を定める段階と、
前記第１及び第２のステアリング軸の間の第２の角度を定める段階と、
前記電磁放射線マニピュレータを用いて前記第１の角度と前記第２の角度の間に差を導入する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４８】
電磁放射線ステアリング機構を用いて製品をマーキングする方法であって、
２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるために第１の回転軸の周りに回転可能である第１の光学要素で電磁放射線を受け入れる段階と、
光学的に前記第１の光学要素及び第２の光学要素の間に配置された電磁放射線マニピュレータに前記電磁放射線を向ける段階と、
前記２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるために第２の回転軸の周りに回転可能である前記第２の光学要素に前記電磁放射線を向ける段階と、
前記第１及び第２の回転軸の間の第１の角度を定める段階と、
前記第１及び第２のステアリング軸の間の第２の角度を定める段階と、
前記電磁放射線マニピュレータを用いて前記第１の角度と前記第２の角度の間に差を導入する段階と、
前記第１及び第２の光学要素を回転させることによって前記製品の周りで前記電磁放射線をステアリングする段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４９】
前記電磁放射線ステアリング機構は、レーザマーキングシステムのマーキングヘッド内に位置付けられ、
方法が、
前記マーキング中に前記マーキングヘッドを移動する段階、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
電磁放射線を検出する方法であって、
２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるために第１の回転軸の周りに回転可能である第１の光学要素で電磁放射線を受け入れる段階と、
光学的に前記第１の光学要素及び第２の光学要素の間に配置された電磁放射線マニピュレータに前記電磁放射線を向ける段階と、
前記２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるために第２の回転軸の周りに回転可能である前記第２の光学要素に前記電磁放射線を向ける段階と、
前記第１及び第２の回転軸の間の第１の角度を定める段階と、
前記第１及び第２のステアリング軸の間の第２の角度を定める段階と、
前記電磁放射線マニピュレータを用いて前記第１の角度と前記第２の角度の間に差を導入する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５１】
前記電磁放射線を用いて物体を撮像する段階を更に含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
電磁放射線ステアリング機構を組み立てる方法であって、
第１の光学要素と、２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるために第１の回転軸の周りに該第１の光学要素を回転させるように構成された関連の第１のアクチュエータとを装着する段階と、
前記２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるために第２の回転軸の周りに第２の光学要素を回転させるように構成された関連の第２のアクチュエータを有する該第２の光学要素を装着する段階と、
電磁放射線マニピュレータを光学的に前記第１及び第２の光学要素の間に配置する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５３】
連続インクジェットマーキングシステムを含む生産システムを換装する方法であって、
前記連続インクジェットマーキングシステムを請求項３２から請求項４１のいずれか１項に記載の前記レーザマーキングシステムで置換する段階、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５４】
入力から出力までの光路を定めるように構成された可変光路長アセンブリを更に含むことを特徴とする請求項３２から請求項４１のいずれか１項に記載のレーザマーキングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射線ステアリング機構に関する。本発明の開示の態様及び実施は、一般的にレーザ走査及びレーザマーキング機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日のレーザマーカ及びスキャナは、パッケージングでの並びに部品マーキング生産ラインでの自動化生産作動中に限定されている。今日のレーザマーカ及びスキャナは、典型的には、マーキングされる物品に対して生産システムの中に固定されている。
【０００３】
公知の電磁放射線ステアリング機構は、２つのミラーを含む。第１のミラーは、第１のステアリング軸に沿って電磁放射線をステアリングするのに第１の回転軸の周りに回転するように構成され、第２のミラーは、第２のステアリング軸に沿って電磁放射線をステアリングするのに第２の回転軸の周りに回転するように構成される。第１のステアリング軸及び第２のステアリング軸は、電磁放射線を２次元視野の周りにステアリングすることができるように垂直である。垂直な第１及び第２のステアリング軸を達成するために、公知の電磁放射線ステアリング機構での第１及び第２のミラーの第１及び第２の回転軸は、互いに対して直角に向けられる。公知の電磁放射線ステアリング機構では、回転軸とステアリング軸は、従って、直接に結合されるものとして説明することができる。すなわち、第１及び第２のステアリング軸が直角であるためには、ミラーの第１及び第２の回転軸も直角でなければならない。これは、電磁放射線ステアリング機構のハウジングが、直角に向けられたステアリングミラー及びそれらの関連のアクチュエータを受け入れるのに十分に大きくなければならないので、多くの場合に大きくて重いかつ面倒な電磁放射線ステアリング機構をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、本明細書に又は他に識別されるか否かに関わらず従来技術での１又は２以上の問題を回避又は軽減する電磁放射線ステアリング機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する態様及び実施形態は、光学走査又はマーキングシステム、例えば、レーザ走査又はマーキングシステムの生産システムの中への容易な統合及びその作動を規定する。本明細書に開示する態様及び実施形態は、レーザ走査又はマーキングシステムのレーザビームと同軸に（すなわち、実質的に平行に）挿入することができる光学走査システムを含む。得られる走査／マーキングヘッドの小型サイズは、生産ラインの中へのレーザ走査又はマーキング機器の統合を容易にする。
【０００６】
本発明の第１の態様により、２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるように第１の光学要素を第１の回転軸の周りに回転させるように構成された関連の第１のアクチュエータを有する上記第１の光学要素と、２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるように第２の光学要素を第２の回転軸の周りに回転させるように構成された関連の第２のアクチュエータを有する上記第２の光学要素と、光学的に第１及び第２の光学要素間に配置された電磁放射線マニピュレータとを含み、電磁放射線を２次元視野内の特定場所に向けるようにステアリングするように構成された電磁放射線ステアリング機構を提供し、第１及び第２の回転軸間の第１の角度が定められ、第１及び第２のステアリング軸間の第２の角度が定められ、電磁放射線マニピュレータは、第１の角度と第２の角度の間に差を導入するように構成される。
【０００７】
電磁放射線マニピュレータは、電磁放射線空間分布変換器と呼ばれる場合がある。すなわち、電磁放射線マニピュレータは、電磁放射線を第１の伝播方向及び／又は方位から異なる伝播方向及び／又は方位に変換することによって入射電磁放射線を操作するように構成することができる。電磁放射線マニピュレータは、電磁放射線空間分布回転器と呼ばれる場合がある。すなわち、電磁放射線マニピュレータは、電磁放射線の伝播方向及び／又は方位を回転させることによって入射電磁放射線を操作するように構成することができる。電磁放射線マニピュレータは、回転可能な第１及び第２の光学要素と比較して固定アセンブリであるように考えることができる。
【０００８】
第１及び第２の光学要素の各々は、偏向器又は可変偏向器と呼ばれる場合がある。すなわち、第１及び第２の光学要素は、第１及び／又は第２の光学要素が回転された時に電磁放射線ステアリング機構を出る電磁放射線が２次元視野の周りにステアリングされるように、可変方式で入射電磁放射線を偏向するように構成することができる。第１又は第２の光学要素の回転は、第１及び／又は第２の光学要素によって引き起こされる電磁放射線の偏向を変化させることができる。
【０００９】
第１及び第２のステアリング軸の各々は、偏向軸又は偏向自由度と呼ばれる場合がある。これは、電磁放射線を偏向し、それによって電磁放射線の伝播方向及び／又は方位を変化させるように各光学要素を構成することができるからである。第１及び第２の光学要素に関連付けられた２つの偏向自由度は、電磁放射線をその周りにステアリングすることができる２次元視野内の特定場所に向けるように組み合わせることができる。
【００１０】
２次元視野は、電磁放射線がその上に投影される電磁放射線ステアリング機構から固定距離の仮想平面に対応することができる。例えば、２次元視野は、電磁放射線を用いてマーキングされる製品の面の部分と実質的に共面である場合がある。
【００１１】
２次元視野は、例えば、約６０ｍｍ×約８０ｍｍの寸法を有することができる。２次元視野は、例えば、約２００ｍｍ×約３００ｍｍの寸法を有する場合がある。２次元視野のサイズは、電磁放射線ステアリング機構の出力と電磁放射線がその上でステアリングされる面との間の距離に少なくとも部分的に依存するとすることができる。電磁放射線ステアリング機構がレーザマーキングシステムのマーキングヘッドの一部として使用される場合に、マーキングヘッドの出力とマーキングされる製品との間の距離は、約１００ｍｍと約５００ｍｍの間、例えば、約３００ｍｍとすることができる。
【００１２】
第１及び第２のアクチュエータの各々は、駆動機構と呼ばれる場合がある。すなわち、第１のアクチュエータは、第１の回転軸の周りの第１の光学要素の回転を駆動するように構成され、第２のアクチュエータは、第２の回転軸の周りの第２の光学要素の回転を駆動するように構成される。
【００１３】
第１の角度は、ゼロである場合がある。すなわち、第１及び第２の回転軸は、実質的に平行である場合がある。これに代えて、第１の角度は、非ゼロとすることができる。すなわち、第１及び第２の回転軸は、非平行とすることができる。
【００１４】
２次元視野内の所与の点に関して、第１の光学要素を回転することは、電磁放射線の位置を第１のステアリング軸に沿って変化させることになり、第２の光学要素を回転することは、電磁放射線の位置を第２のステアリング軸に沿って変化させることになる。第１のステアリング軸と第２のステアリング軸の間にある程度の線形独立性が存在する場合がある。例えば、第２の角度は、９０°よりも小さい場合があり（例えば、約８０°）、電磁放射線ステアリング機構は、電磁放射線をその周りにステアリングすることができる２次元視野内の複数の場所に依然として実質的に向けることができる。第１のステアリング軸及び／又は第２のステアリング軸は線形でなくてもよい。例えば、第１のステアリング軸及び／又は第２のステアリング軸は、曲線である場合がある。
【００１５】
各ステアリング軸は、いずれかの望ましい座標系、例えば、直交座標系、球面極座標系、円筒極座標系などを用いて記述することができる。例えば、直交座標を用いてステアリング軸を記述する時に、「ｘ」座標は、第１のステアリング軸の第１の座標と考えることができ、「ｙ」座標は、第２のステアリング軸の第２の座標と考えることができる。これに代えて、球面極座標を用いて第１及び第２のステアリング軸を記述する時に、動径座標は、第１のステアリング軸の第１の構成要素と考えることができ、方位角座標は、第２のステアリング軸の第２の座標と考えることができる。
【００１６】
第１及び第２の光学要素の回転は、第１及び第２のステアリング座標内の関連の変化の１対１写像を与えることができる。光学要素の一方の回転は、電磁放射線を専ら関連のステアリング軸内でステアリングすることができる。
【００１７】
公知の電磁放射線ステアリング機構では、第１の角度と第２の角度は等しい。すなわち、２次元視野の周りに電磁放射線をステアリングするための直交ステアリング軸を達成するために、第１及び第２の回転軸も直角である。公知の電磁放射線ステアリング機構では、回転軸とステアリング軸は、従って、直接に結合されるものとして記述することができる。本明細書に開示する電磁放射線ステアリング機構は、第１及び第２の光学要素の第１及び第２の回転軸の方位を第１及び第２のステアリング軸の方位から有利に切り離し、それによってより高い設計自由度及びより広い応用範囲を考慮する。
【００１８】
本明細書に開示する電磁放射線ステアリング機構は、第１及び第２の光学要素の第１及び第２の回転軸の方位を第１及び第２のステアリング軸の方位から有利に切り離し、それによってより高い設計自由度を考慮する。この電磁放射線ステアリング機構は、公知の電磁放射線ステアリング機構がそれらのサイズ及び／又は重量に起因して適さない用途を含むより広い範囲の用途に使用することができる。１つのそのような用途は、電磁放射線ステアリング機構をマーキングヘッドに組み込むことによってレーザマーキングシステムを用いて生産ライン上で製品をマーキングすることに関わるものである。本発明による電磁放射線ステアリング機構は、より小さくてより軽いマーキングヘッドが使用あれることを可能にし、それによってレーザマーキングシステムの設置を簡素化し、同じく生産ライン上でマーキングヘッドが使用される方法により高い柔軟性を与える。
【００１９】
第１の回転軸及び第２の回転軸は、非直角である場合がある。
【００２０】
非直角の第１及び第２の回転軸を有することは、第１及び第２のステアリング軸が直角である時であっても、第１及び第２の光学要素の物理的配置のより高い自由度を有利に提供する。
【００２１】
第１の回転軸及び第２の回転軸は、実質的に平行である場合がある。
【００２２】
実質的に平行な第１及び第２の回転軸を有することは、第１及び第２の光学要素の小型配置を有利に提供し、それによって電磁放射線ステアリング機構のサイズ及び重量を低減する。このサイズ及び重量の低減は、サイズ及び／又は重量が以前に制限ファクタであったと考えられるより多数の用途、例えば、レーザマーキングシステムのマーキングヘッドに電磁放射線ステアリング機構が使用されることを有利に可能にする。
【００２３】
第１の角度は、約４５°よりも小さいとすることができる。第１の角度は、約１０°よりも小さい場合がある。第１の角度は、約５°よりも小さい場合がある。第１の角度は、約２°よりも小さい場合がある。第１の角度は、約０°とすることができる。
【００２４】
第１の角度の広がりを縮小することは、より小型の電磁放射線ステアリング機構を有利にもたらすことができる。
【００２５】
第１のステアリング軸及び第２のステアリング軸は、実質的に直角である場合がある。
【００２６】
実質的に直角の第１及び第２のステアリング軸を有することは、電磁放射線ステアリング機構によって電磁放射線をその周りにステアリングすることができる全２次元視野を有利に提供することができる。
【００２７】
第２の角度は、約７０°と約１１０°の間とすることができる。第２の角度は、約８０°と約１００°の間である場合がある。第２の角度は、約８５°と約９５°の間である場合がある。第２の角度は、約９０°とすることができる。
【００２８】
電磁放射線マニピュレータは、第１の角度と第２の角度の間に約４５°よりも大きい差を導入するように構成することができる。電磁放射線マニピュレータは、第１の角度と第２の角度の間に約７０°よりも大きい差を導入するように構成される場合がある。電磁放射線マニピュレータは、第１の角度と第２の角度の間に約９０°の差を導入するように構成することができる。
【００２９】
電磁放射線マニピュレータによって導入される第１の角度と第２の角度の間の差を約９０°まで増大させることは、回転軸の方位をステアリング軸の方位から有利に更に切り離すことができる。これは、次に、電磁放射線をその周りにステアリングすることができる２次元視野を縮小及び／又は制限する必要なしに、第１及び第２の光学要素を組み立てる時のより高い設計自由度を有利に提供することができる。
【００３０】
第１の光学要素は、第２の光学要素に隣接することができる。第１の光学要素及び第２の光学要素は、第１及び／又は第２の回転軸と平行な方向に沿って互いからオフセットされる場合がある。第１の回転軸及び第２の回転軸の間に極小距離が存在することができる。すなわち、第１の光学要素及び第２の光学要素の間の空間量は、電磁放射線ステアリング機構のサイズを更に縮小するために低減することができる。第１及び第２の光学要素のサイズは、第１の回転軸及び第２の回転軸の間の最小距離を少なくとも部分的に決定することができる。第１及び第２の光学要素の回転範囲（すなわち、第１及び第２の光学要素を第１及び第２の回転軸の周りに回転させることができる最大及び／又は最小角度）は、第１の回転軸及び第２の回転軸の間の最小距離を少なくとも部分的に決定することができる。第１及び第２の光学要素は、第１の回転軸及び第２の回転軸の間の距離が不十分である場合に回転時に互いに接触する場合がある。第１のアクチュエータ及び／又は第２のアクチュエータのサイズは、第１の回転軸及び第２の回転軸の間の最小距離を少なくとも部分的に決定することができる。第１のアクチュエータ及び／又は第２のアクチュエータは、それらのサイズが第１の回転軸及び第２の回転軸の間の最小距離を決定しないように装着することができる。
【００３１】
第１の光学要素は、電磁放射線を受け入れて電磁放射線を電磁放射線マニピュレータに向けるように構成することができる。電磁放射線マニピュレータは、電磁放射線を第２の光学要素に向けるように構成することができる。
【００３２】
第２の光学要素は、電磁放射線を電磁放射線ステアリング機構の光学出力に向けるように構成することができる。
【００３３】
第２の光学要素は、ステアリングされた電磁放射線を受け入れるように構成された光学デバイスの光学入力に電磁放射線を向けるように構成することができる。
【００３４】
電磁放射線ステアリング機構は、例えば、電磁放射線を感光検出器の周りでステアリングするように及び／又は電磁放射線を所与の光学デバイスの異なる光学入力間でステアリングするように構成することができる。
【００３５】
第１の光学要素及び第２の光学要素のうちの少なくとも一方は、反射性である場合がある。
【００３６】
反射光学要素の回転は、反射光学要素から反射する電磁放射線の方向を変えることができる。
【００３７】
第１の光学要素は、電磁放射線を受け入れるように構成された第１の反射面を含むことができる。第２の光学要素は、電磁放射線を受け入れるように構成された第２の反射面を含むことができる。
【００３８】
第１の光学要素及び／又は第２の光学要素は、例えば金及び／又は銀を含むコーティングのような反射コーティングを含むことができる。
【００３９】
第２の反射面は、第１の反射面よりも大きいとすることができる。これは、第１の反射面によって反射された電磁放射線が第１の反射面の回転範囲にわたって第２の反射面によって受け入れられることを保証することができる。すなわち、第２の反射面は、第１の回転軸の周りのいずれの方向の第１の反射面の最大回転の後でも電磁放射線を受け入れるように十分に大きいとすることができる。電磁放射線が第１の反射面と第２の反射面の間でステアリングされるステアリング距離は、第１の反射面と第２の反射面の間の距離によって少なくとも部分的に決定することができる。すなわち、ステアリングされた電磁放射線を依然として受け入れるために、第１の反射面と第２の反射面の間の分離が大きい程、第２の反射面は大きいと考えられる。従って、第１の反射面と第２の反射面の間の電磁放射線ステアリング機構内の第１の反射面と第２の反射面の間の電磁放射線のステアリング距離を短縮及び／又は制限するために、第１の反射面と第２の反射面の間の距離を短縮することは有利であると考えられる。
【００４０】
第１の回転軸と第１の反射面は、実質的に平行とすることができる。
【００４１】
第２の回転軸と第２の反射面は、実質的に平行とすることができる。
【００４２】
第１の光学要素及び第２の光学要素のうちの少なくとも一方は、屈折性である場合がある。
【００４３】
屈折光学要素は、プリズムである場合がある。
【００４４】
第１及び第２の光学要素のうちの少なくとも一方は、回折性である場合がある。
【００４５】
回折光学要素は、格子を含むことができる。格子は、エッチングを通じて形成することができる。
【００４６】
第１及び第２の光学要素のうちの少なくとも一方は、偏光性である場合がある。
【００４７】
偏光光学要素は、直線偏光電磁放射線を円偏光電磁放射線に変化させるように構成することができる。
【００４８】
レーザ（例えば、ＣＯ2レーザ）から放出された放射線は、直線偏光される傾向を有する。円偏光放射線は、例えば製品のレーザマーキングのような一部の用途では直線偏光放射線よりも好ましい場合がある。
【００４９】
電磁放射線マニピュレータは、第１のミラーと第２のミラーを含むことができる。
【００５０】
第１のミラー及び／又は第２のミラーは、例えば金及び／又は銀を含むコーティングのような反射コーティングを含むことができる。
【００５１】
第１のミラーは、電磁放射線が第１の光学要素と相互作用した後で電磁放射線を受け入れ、かつ電磁放射線を第２のミラーに向けるように構成することができる。
【００５２】
第２のミラーは、電磁放射線が第１のミラーと相互作用した後で電磁放射線を受け入れ、かつ電磁放射線を第２の光学要素に向けるように構成することができる。
【００５３】
第１のミラーと第２のミラーは、互いに対して固定することができる。
【００５４】
第１のミラーは、電磁放射線の方向に約９０°の変化を加えるように配置することができる。
【００５５】
第１のミラーは、入射電磁放射線に対して光学的に４５°の角度で配置することができる。
【００５６】
第２のミラーは、電磁放射線の方向に約９０°の変化を加えるように配置することができる。
【００５７】
第２のミラーは、入射電磁放射線に対して光学的に４５°の角度で配置することができる。
【００５８】
第１のミラーによって引き起こされる電磁放射線の９０°の方向変化は、第１の反射軸の周りで起こることができる。第２のミラーによって引き起こされる電磁放射線の９０°の方向変化は、第２の反射軸の周りで起こることができる。第１の反射軸と第２の反射軸は、非平行とすることができる。
【００５９】
第１の反射軸は、電磁放射線がそこから反射する第１のミラーの面と平行である及び／又はそれと同一平面内であるとすることができる。第２の反射軸は、電磁放射線がそこから反射する第２のミラーの面と平行である及び／又はそれと同一平面内であるとすることができる。
【００６０】
第１の反射軸と第２の反射軸は、実質的に垂直とすることができる。
【００６１】
第１のミラーは、３次元空間内で第１の軸の周りに約９０°だけ電磁放射線の伝播方向を変更することができる。第２のミラーは、３次元空間内で第２の軸の周りに約９０°だけ電磁放射線の伝播方向を変更することができる。第１の軸と第２の軸は、異なる場合がある。第１の軸と第２の軸は、非平行とすることができる。第１の軸と第２の軸は、垂直とすることができる。
【００６２】
第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方は、検流計モータを含むことができる。これに代えて、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方は、圧電ドライブ、磁気ドライブ、直流ドライブ、ステッパモータ、サーボモータなどを含むことができる。
【００６３】
第１の光学要素又は第２の光学要素のｘ°の角度による回転は、第１の光学要素又は第２の光学要素から反射している電磁放射線に起因して、電磁放射線の伝播方向を２ｘ°の角度だけ変化させることができる。
【００６４】
第１の光学要素又は第２の光学要素の回転によって引き起こされる２次元視野内の電磁放射線の変位は、第１の光学要素又は第２の光学要素が回転される角度の知識と電磁放射線ステアリング機構と２次元視野の間の焦点距離の知識とを用いた三角法を用いて決定することができる。各アクチュエータは、例えば、各光学要素を約±２０°だけ回転させるように構成することができる。
【００６５】
電磁放射線は、レーザビームとすることができる。電磁放射線は、例えば、ＣＯ2レーザによって発生させることができる。電磁放射線は、赤外放射線、近赤外放射線、紫外放射線、可視放射線などを含むことができる。電磁放射線は、約５Ｗ又はそれよりも高い電力を有することができる。電磁放射線は、約１０Ｗ又はそれよりも高い電力を有することができる。電磁放射線は、約１００Ｗ又はそれよりも低い電力を有することができる。電磁放射線は、約１００ｋＷ又はそれよりも低い電力を有することができる。
【００６６】
電磁放射線は、約０．０１ｍｍよりも大きいビーム幅を有することができる。電磁放射線は、約１０ｍｍよりも小さいビーム幅を有することができる。例えば、電磁放射線は、約５ｍｍのビーム幅を有することができる。
【００６７】
本発明の第２の態様により、マーキングヘッドと本発明の第１の態様の電磁放射線ステアリング機構とを含む製品をマーキングするためのレーザマーキングシステムを提供する。
【００６８】
レーザマーキングシステムは、レーザのような放射線源を含むことができる。レーザは、より低い電力のレーザ（例えば、消費者製品のマーキング、刻印、フレキソ印刷などに適切な電力）とすることができる。レーザは、より高い電力のレーザ（例えば、３Ｄ印刷、融除デバイス、デジタルカッターなどに適切な電力）とすることができる。
【００６９】
第１の回転軸及び第２の回転軸は、実質的に平行とすることができる。電磁放射線ステアリング機構は、マーキングヘッドの長さが第１及び第２の回転軸に対して実質的に平行であるように、レーザマーキングシステムのマーキングヘッドに対して実質的に平行に設置することができる。
【００７０】
公知のレーザマーキングシステムは、典型的には、直角な第１及び第２の光学要素を有する電磁放射線ステアリング機構を受け入れるようなサイズである嵩高で重いマーキングヘッドを含む。本発明の第１の態様の電磁放射線ステアリング機構は、平行な第１及び第２の光学要素を有利に可能にし、これは、次に、垂直設置ではなくレーザマーキングシステムのマーキングヘッド内の平行設置を可能にする。電磁放射線ステアリング機構をレーザマーキングシステムのマーキングヘッドの長さ（すなわち、３つの寸法のうちで最大）に対して実質的に平行に設置することにより、公知のレーザマーキングシステムと比較してマーキングヘッドのサイズ及び重量を有利に低減し、それによってより広範な使用及び設置環境を可能にする。この長さは、マーキングヘッドの軸又は主軸と呼ばれる場合がある。
【００７１】
マーキングヘッドは、円筒形ハウジングを含むことができる。
【００７２】
円筒形ハウジングは、約４０ｍｍの直径を有することができる。円筒形ハウジングは、約３５０ｍｍの長さを有する場合がある。円筒形ハウジングは、米国イリノイ州ウッドデール所在のＶｉｄｅｏｊｅｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．から利用可能なモデル１８６０連続インクジェットプリンタのマーキングヘッドと実質的に類似の寸法を有することができる。マーキングヘッドは、０．５ｋｇ又はそれよりも軽い重量を有することができる。
【００７３】
レーザマーキングシステムは、マーキングヘッドに接続された可撓性アンビリカル（umbilical、連結物）を更に含むことができる。可撓性アンビリカルは、電力及び／又は制御信号をマーキングヘッドに伝達するように構成することができる。
【００７４】
マーキングヘッドは、レーザマーキングシステムのユーザを迷放射線から保護するための放射線シールドを含むことができる。
【００７５】
放射線シールドは、放射線シールドの一部分と製品の間の間隙から出る放射線を検出するように構成されたセンサを含むことができる。
【００７６】
センサは、漏出放射線を検出して放射線シールドがレーザ安全要件を満たすために適度な量の迷光を遮蔽しているか否かを決定するように構成することができる。センサは、製品から出る放射線を検出するように構成することができる。例えば、センサは、製品から散乱した放射線を検出するように構成することができる。
【００７７】
放射線シールドは、抽出デバイスに流体結合された統合抽出入口を含むことができる。抽出デバイスは、レーザビームと製品の間の相互作用によって発生した物質を抽出するための抽出流体の流れを発生させるように構成することができる。
【００７８】
統合抽出入口と抽出流体の流れは、電磁放射線がマーキングされる製品の上に入射する時に発生する物質（例えば、デブリ、ガスなど）の除去を有利に考慮する。
【００７９】
統合抽出入口は、製品に実質的に隣接して位置付けられるように構成可能とすることができる。
【００８０】
放射線シールドは、迷放射線からのレーザマーキングシステムのユーザの更に別の保護を提供するためのフランジを含むことができる。
【００８１】
フランジは、放射線シールドの下側部分から突出する迷路状又は円錐形の突起の形態を取ることができる。
【００８２】
放射線シールドは、レーザマーキングシステムのユーザに迷放射線からの更に別の保護を提供するために放射線シールドと製品の間隙を低減するように配置された可撓性部材を含むことができる。可撓性部材は、ブラシとすることができる。
【００８３】
レーザマーキングシステムは、入力から出力までの光路を定めるように構成された可変光路長アセンブリを更に含むことができる。
【００８４】
マーキングヘッドは、入力から出力までの光路を定めるように構成された可変光路長アセンブリを更に含むことができる。可変光路長アセンブリは、回転可能経路長調節器を含む。回転可能経路長調節器は、軸の周りに回転し、入力経路に沿って放射線ビームを受け入れ、放射線ビームを第１の中間経路に沿って誘導し、放射線ビームを第２の中間経路に沿って受け入れ、かつ放射線ビームを出力経路に沿って誘導するように構成される。可変光路長アセンブリは、固定光学要素を更に含む。固定光学要素は、回転可能経路長調節器によって誘導された放射線ビームを第１の中間経路に沿って受け入れ、放射線ビームを第２の中間経路に沿って回転可能経路長調節器に向けて誘導して戻すように構成される。入力と出力の間の幾何学経路長は、回転可能経路長調節器の角度位置に依存して変化する。出力経路は、回転可能経路長調節器の角度位置に依存しない。
【００８５】
可変幾何学経路長を回転可能経路長調節器の角度位置の関数として与える経路長調節器を設けることにより、従来の線形経路長調節デバイスに関連付けられた制約を回避しながら経路長を精度よくかつ正確に変化させることが可能である。入力と出力の間の光路は、各々が２つの光学構成要素の間に設けられた複数の部分経路（sub-path）を含むことができる。
【００８６】
更に、出力経路が回転可能経路長調節器の角度位置に依存しない（従って、経路長に依存しない）ように回転可能経路長調節器を配置することにより、固定幾何学形状を有するマーキングヘッドの中に可変光路長アセンブリを組み込むことができるような入力及び出力経路間の固定関係を与えることが可能である。
【００８７】
経路長調節器がその周りを回転するように構成された軸は、入力及び出力との固定空間関係を有することができる。従って、経路長調節器がこの軸の周りに回転する時に、経路長調節器は、入力及び出力との角度関係を有するか又は固定座標形に対する角度位置を有すると考えることができる。
【００８８】
第１の中間経路に沿って放射線を受け入れ、この放射線ビームを光路長調節器に向けて第２の中間経路に沿って誘導して戻すように構成された固定光学要素を設けることにより、第１の中間経路とこの放射線を第１の中間経路に沿って誘導する回転可能経路長調節器の部分との間に第１の中間経路角度が定められる。第２の中間経路角度は、第２の中間経路とこの放射線を第２の中間経路に沿って受け入れる回転可能経路長調節器の部分との間に定められる。第１及び第２の中間経路角度は、回転可能経路長調節器の角度位置に依存する関連する方法で変化することができる。
【００８９】
入力と出力の間の幾何学経路長は、回転可能経路長調節器の角度位置に依存して連続的に変えることができる。連続可変幾何学経路長を回転可能経路長調節器の角度位置の関数として与える経路長調節器を設けることにより、個別経路長オプション（そのうちのいずれも特定の要件に適合することができない）に頼ることを必要とせずに、経路長を精度よくかつ正確に変化させることが可能である。
【００９０】
回転可能経路長調節器は、放射線ビームを入力経路に沿って受け入れ、かつ放射線ビームを第３の中間経路に沿って誘導するように構成された第１の光学構成要素を含むことができる。回転可能経路長調節器は、放射線ビームを第３の中間経路に沿って受け入れ、かつ放射線ビームを第１の中間経路に沿って誘導するように構成された第２の光学構成要素を含むことができる。
【００９１】
入力経路に沿って与えられる入射放射線ビームは、最初に第１の光学構成要素によって（第３の中間経路に沿って）誘導（例えば、反射）され、次に、第２の光学構成要素によって（第１の中間経路に沿って）更に誘導（例えば、反射）することができる。第１及び第２の光学構成要素の各々を回転可能経路長調節器として設けることにより、回転可能経路長調節器を回転させることでこれらの要素の各々の傾斜及び位置を変化させ、それによって経路長を変更することが可能である。
【００９２】
可変光路長アセンブリは、回転可能経路長調節器の軸周りの回転が、入力経路とこの放射線ビームが相互作用する第１の光学構成要素の部分との間に定められる第１の角度の第１の変化と、入力経路とこの放射線ビームが相互作用する第２の光学構成要素の部分との間に定められる第２の角度の第２の変化とを引き起こすように構成することができる。第１の変化と第２の変化は、大きさが等しく方向が反対とすることができる。
【００９３】
例えば、第１及び第２の光学構成要素の各々は、同じ軸の周りに同じ角度だけ回転させることができるのに対して、この放射線ビームと相互作用する光学構成要素の部分は、反対方向に向くことができ、それによって回転可能経路長調節器の同じ回転は、入力経路と一方の要素の間の角度を増大させ、入力経路と他方の要素の間の角度を低減する。このようにして、可変光路長アセンブリは、出力ビームの方向を変化させることなく経路長を変化させるように構成することができる。
【００９４】
第２の光学構成要素の角度を入力経路に関して上記で定めたが、第２の光学構成要素は、入力経路と直接的には相互作用することができないことは理解されるであろう。しかし、入力経路は、他の方向又は傾斜（特に方向又は傾斜の変化）を比較することを可能にする便利な方向基準を与えるために使用される。
【００９５】
第１の光学構成要素と第２の光学構成要素は、回転軸周りの回転可能経路長調節器の回転が第１の光学構成要素及び第２の光学構成要素を回転軸の周りに回転させるような固定空間関係を有することができる。第１の光学構成要素と第２の光学構成要素の間に固定空間関係を与えることにより、回転可能経路長調節器の角度位置に関係なく入力経路と第１の中間経路の間の関係を固定状態に保つことができる。すなわち、第１の光学構成要素の移動によって生成される放射線ビームと第１の光学構成要素の間の可変角度変化は、第２の光学構成要素の移動アクションによって生成される対応する角度変化によって補償され、それによって入力経路と第１の中間経路の間に固定角度関係をもたらすことができる。
【００９６】
第１及び第２の光学構成要素によって第１の中間経路に沿って誘導された状態で、入射放射線ビームは、固定光学要素によって第２の中間経路に沿って回転可能経路長調節器に向けて反射して戻すことができる。
【００９７】
次に、第２の中間経路に沿って与えられた放射線ビームは、第４の中間経路に沿って進行するように第２の光学構成要素によって方向を変える（例えば、反射させる）ことができる。次に、この放射線ビームは、出力経路に沿って進行するように第１の光学構成要素によって更に誘導（例えば、反射）することができる。
【００９８】
すなわち、第１及び第２の光学構成要素の各々を回転可能経路長調節器の一部として設けることにより、回転可能経路長調節器を回転させることによってこれらの要素の各々の傾斜及び位置を変化させ、それによって経路長を変更し、入射放射線ビームを入力から出力に必要に応じて誘導することができる。
【００９９】
第１の光学構成要素は、入力経路に沿って放射線ビームを受け入れ、放射線ビームを第３の中間経路に沿って誘導するように構成された第１の反射面を含むことができる。第２の光学構成要素は、第３の中間経路に沿って放射線ビームを受け入れ、放射線ビームを第１の中間経路に沿って誘導するように構成された第２の反射面を含むことができる。第１の光学構成要素は、第１の反射器を含むことができる。第２の光学構成要素は、第２の反射器を含むことができる。
【０１００】
第２の光学構成要素は、第２の中間経路に沿って放射線ビームを受け入れ、かつ放射線ビームを第４の中間経路に沿って誘導するように構成することができる。第１の光学構成要素は、第４の中間経路に沿って放射線ビームを受け入れ、かつ放射線ビームを出力経路に沿って誘導するように構成することができる。
【０１０１】
第１の反射面は、平坦面とすることができる。第２の反射面も、平坦面とすることができる。第１及び第２の反射面は、互いに対して実質的に平行とすることができる。
【０１０２】
入力経路に沿って与えられた入射放射線ビームは、最初に第１の反射面によって反射され（第３の中間経路に沿って）、次に、第２の反射面によって反射する（第１の中間経路に沿って）ことができる。平行な第１及び第２の反射面を設けることにより、回転可能経路長調節器の角度位置に関係なく入力経路と第１の中間経路の間の関係を平行に保つことができる。すなわち、第１の反射面による反射によって生成される可変角度変化は、第２の反射面による反射によって生成される対応する角度変化によって補償され、それによって入力経路と第１の中間経路の間に固定角度関係がもたらされることになる。
【０１０３】
固定光学要素からの戻り光路に関して、回転可能経路長調節器の角度位置に関係なく第２の中間経路を出力経路と平行に保つような類似の関係を与えることができる。
【０１０４】
第１及び第２の反射面の各々と回転軸の間に定められる角度は、実質的に同じとすることができる。
【０１０５】
各々が回転軸に対して実質的に等しい角度を有するような第１及び第２の反射面を設けることにより、ビーム伝播方向に対して垂直な方向に入力経路に対する出力経路のいずれの位置変化も引き起こすことなく、１つの方向に（すなわち、伝播方向に沿って）経路長を変化させる回転可能経路長調節器の回転を引き起こすことができる。反射面の一方によって引き起こされるビーム伝播方向に対して垂直な方向のビーム位置のいずれのオフセットも、反射面の他方のものによって相殺することができる。それによって出力経路は、回転位置（及びそれに関連付けられた幾何学経路長）に依存しないままに留まる。
【０１０６】
第１及び第２の反射面は、回転軸に対して実質的に平行とすることができる。入力経路は、回転軸に対して実質的に垂直とすることができる。出力経路も、回転軸に対して実質的に垂直とすることができる。入力経路は、出力経路に対して実質的に平行とすることができる。
【０１０７】
回転軸に対して実質的に平行であるような第１及び第２の反射面を設けることにより、回転軸に対して実質的に垂直な入力経路に対するこれらの反射面の角度は、回転可能経路長調節器がこの軸の周りに回転する時に変化しないことになる。このようにして、ビーム伝播方向に対して垂直な方向に入力経路に対する出力経路のいずれの位置変化も引き起こすことなく、１つの方向に（すなわち、伝播方向に沿って）経路長を変化させる回転可能経路長調節器の回転をもたらし、これは、出力及び入力に配置された光学要素が、経路長の変化にも関わらず定められた位置に固定された状態に留まることを可能とすることができる。
【０１０８】
回転可能経路長調節器は、回転可能ベースを含むことができる。第１及び第２の光学構成要素は、回転可能ベース上に装着することができる。回転可能ベース上に装着される様々な構成要素は、軸周りの回転可能ベースのいずれの回転によってもこの軸の周りのこれらの様々な装着構成要素の各々の対応する回転が引き起こされるように固定的に装着することができる。
【０１０９】
可変光路長アセンブリは、回転可能ベース上に装着されてベースから延びる第１の反射器と、回転可能ベース上に装着されてベースから延びる第２の反射器とを含むことができる。第１及び／又は第２の反射器の各々は、ベースの回転軸に対して実質的に平行な方向に延びることができる。
【０１１０】
特定の光学構成要素（より具体的には、放射線ビームと相互作用する特定の光学構成要素の部分）と軸の間の距離に依存して、軸の周りの回転は、この光学構成要素に関連付けられた部分経路の長さ変化を引き起こすことになる。
【０１１１】
幾何学経路長は、予め決められた角度範囲内の回転可能経路長調節器の角度位置に依存して変化するように構成することができる。予め決められた角度範囲は、例えば、２０度とすることができ、これは、例えば、中立又はデフォルト位置からプラス又はマイナス１０度の変動を含むことができる。
【０１１２】
回転可能経路長調節器の角度位置が予め決められた範囲を超えて変えられる場合に、様々な光学構成要素は、様々な中間光路と干渉し始める場合がある。従って、運動範囲を予め決められた範囲に制限することにより、あらゆる性能損失を回避することが可能である。
【０１１３】
本発明の第３の態様により、本発明の第１の態様の電磁放射線ステアリング機構を含む電磁放射線検出器を提供する。
【０１１４】
電磁放射線検出器は、カメラの一部を形成することができる。電磁放射線検出器は、飛行時間センサの一部を形成することができる。
【０１１５】
第１の回転軸及び第２の回転軸は、実質的に平行とすることができる。電磁放射線ステアリング機構は、電磁放射線検出器の長さが第１及び第２の回転軸に対して実質的に平行であるように電磁放射線検出器に対して実質的に平行に設置することができる。
【０１１６】
公知の電磁放射線検出器は、典型的には、直角な第１及び第２の光学要素を有する電磁放射線ステアリング機構を受け入れるようなサイズである嵩高で重いハウジングを含む。本発明の第１の態様の電磁放射線ステアリング機構は、平行な第１及び第２の光学要素を有利に可能にし、これは、次に、電磁放射線検出器のハウジング内の平行設置（垂直設置ではなく）を可能にする。電磁放射線ステアリング機構を電磁放射線検出器の長さ（すなわち、３つの寸法のうちで最大）に対して実質的に平行に設置することにより、公知の電磁放射線検出器と比較してハウジングのサイズ及び重量が有利に低減し、それによってより広範な使用及び設置環境が可能になる。この長さは、電磁放射線検出器の軸又は主軸と呼ばれる場合がある。
【０１１７】
電磁放射線検出器は、電磁放射線を放出する及び受け入れるように構成することができる（例えば、飛行時間センサとして）。
【０１１８】
本発明の第４の態様により、本発明の第１の態様の電磁放射線ステアリング機構を含む光学スキャナを提供する。
【０１１９】
光学スキャナは、例えば、皮膚サーフェシングデバイスのような医療デバイスの一部を形成することができる。
【０１２０】
第１の回転軸及び第２の回転軸は、実質的に平行とすることができる。電磁放射線ステアリング機構は、光学スキャナの長さが第１及び第２の回転軸に対して実質的に平行であるように光学スキャナに対して実質的に平行に設置することができる。
【０１２１】
公知の光学スキャナは、典型的には、直角な第１及び第２の光学要素を有する電磁放射線ステアリング機構を受け入れるようなサイズである嵩高で重いハウジングを含む。本発明の第１の態様の電磁放射線ステアリング機構は、平行な第１及び第２の光学要素を有利に可能にし、これは、次に、光学スキャナのハウジング内の平行設置（垂直設置ではなく）を可能にする。電磁放射線ステアリング機構を光学スキャナのハウジングの長さ（すなわち、３つの寸法のうちで最大）に対して実質的に平行に設置することにより、公知の光学スキャナと比較してハウジングのサイズ及び重量が有利に低減し、それによってより広範な使用及び設置環境が可能になる。この長さは、光学スキャナの軸又は主軸と呼ばれる場合がある。
【０１２２】
光学スキャナは、電磁放射線を発生させて第１及び第２の回転軸と平行な方向に向けるように構成されたレーザ源を含むことができる。
【０１２３】
本発明の第５の態様により、２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるために第１の回転軸の周りに回転可能である第１の光学要素で電磁放射線を受け入れる段階と、光学的に第１及び第２の光学要素間に配置された電磁放射線マニピュレータに電磁放射線を向ける段階と、２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるために第２の回転軸の周りに回転可能である第２の光学要素に電磁放射線を向ける段階と、第１及び第２の回転軸間に第１の角度を定める段階と、第１及び第２のステアリング軸間に第２の角度を定める段階と、電磁放射線マニピュレータを用いて第１の角度と第２の角度の間に差を導入する段階とを含む、電磁放射線を２次元視野内の特定場所に向けるようにステアリングする方法を提供する。
【０１２４】
本発明の第６の態様により、２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるために第１の回転軸の周りに回転可能である第１の光学要素で電磁放射線を受け入れる段階と、光学的に第１及び第２の光学要素間に配置された電磁放射線マニピュレータに電磁放射線を向ける段階と、２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるために第２の回転軸の周りに回転可能である第２の光学要素に電磁放射線を向ける段階と、第１及び第２の回転軸間に第１の角度を定める段階と、第１及び第２のステアリング軸間に第２の角度を定める段階と、電磁放射線マニピュレータを用いて第１の角度と第２の角度の間に差を導入する段階と、第１及び第２の光学要素を回転させることによって製品の周りに電磁放射線をステアリングする段階とを含む電磁放射線ステアリング機構を用いて製品をマーキングする方法を提供する。
【０１２５】
電磁放射線ステアリング機構は、レーザマーキングシステムのマーキングヘッド内に設置することができる。本方法は、マーキング中にマーキングヘッドを移動する段階を更に含むことができる。
【０１２６】
本明細書に開示する小型で軽量な電磁放射線ステアリング機構は、製品のマーキング中にマーキングヘッドの移動を可能にする。これは、マーキングヘッドを使用することができる柔軟性を有利に高める。例えば、マーキングヘッドは、マーキングヘッドを移動し、それによってマーキングヘッドを用いてマーキングされる湾曲製品からの望ましい距離を維持するように構成されたロボットアセンブリに取り付けることができる。
【０１２７】
本発明の第７の態様により、２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるために第１の回転軸の周りに回転可能である第１の光学要素で電磁放射線を受け入れる段階と、光学的に第１及び第２の光学要素間に配置された電磁放射線マニピュレータに電磁放射線を向ける段階と、２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるために第２の回転軸の周りに回転可能である第２の光学要素に電磁放射線を向ける段階と、第１及び第２の回転軸間に第１の角度を定める段階と、第１及び第２のステアリング軸間に第２の角度を定める段階と、電磁放射線マニピュレータを用いて第１の角度と第２の角度の間に差を導入する段階とを含む電磁放射線を検出する方法を提供する。
【０１２８】
本方法は、電磁放射線を用いて物体を撮像する段階を更に含むことができる。
【０１２９】
本発明の第８の態様により、第１の光学要素と２次元視野内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるように第１の光学要素を第１の回転軸の周りに回転させるように構成された関連の第１のアクチュエータとを装着する段階と、２次元視野内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるように第２の光学要素を第２の回転軸の周りに回転させるように構成された関連の第２のアクチュエータを有する上記第２の光学要素を装着する段階と、電磁放射線マニピュレータを光学的に第１及び第２の光学要素間に配置する段階とを含む電磁放射線ステアリング機構を組み立てる方法を提供する。
【０１３０】
本発明の第９の態様により、連続インクジェットマーキングシステムを本発明の第２の態様のレーザマーキングシステムで置換する段階を含む連続インクジェットマーキングシステムを含む生産システムを換装する方法を提供する。
【０１３１】
本明細書に開示するレーザマーキングシステムの小型のサイズ及び高い可動性は、連続インクジェットマーキングシステムをレーザマーキングシステムで置換する段階を公知のレーザマーキングシステムと比較して遥かに容易にする。
【０１３２】
本発明の別の態様により、第１の反射面に結合された第１の回転アクチュエータと、第２の反射面に結合された第２の回転アクチュエータと、光学的にこの第１の反射面とこの第２の反射面の間に配置された電磁放射線空間分布回転器とを含む電磁放射線ステアリング機構を提供する。
【０１３３】
本発明の別の態様により、第１の偏向器に結合された第１の回転アクチュエータと、第２の偏向器に結合された第２の回転アクチュエータと、光学的にこの第１の偏向器とこの第２の偏向器の間に配置された電磁放射線空間分布回転器とを含む電磁放射線ステアリング機構を提供する。
【０１３４】
本発明の別の態様により、第１の可変偏向器と、第２の可変偏向器と、この第１の偏向器とこの第２の偏向器の間で光学的に作動可能な電磁放射線空間分布回転器とを含む電磁放射線ステアリング機構を提供する。
【０１３５】
本発明の別の態様により、第１の可変偏向器と、第２の可変偏向器と、この第１の偏向器とこの第２の偏向器の間に配置された電磁放射線空間分布変換器とを含む電磁放射線ステアリング機構を提供する。
【０１３６】
本発明の別の態様により、第１の可変偏向器と第２の可変偏向器とを含み、第１の偏向器の有効偏向軸が実質的に直交変換される電磁放射線ステアリング機構を提供する。
【０１３７】
本発明の別の態様により、第１の可変偏向器と第２の可変偏向器とを含み、第１の可変偏向器が放射線を第２の可変偏向器上に直線方式で誘導し、第２の可変偏向器が放射線を角運動で更に誘導する電磁放射線ステアリング機構を提供する。
【０１３８】
第１の可変偏向器は、空間分布回転器とすることができる。
【０１３９】
第１の可変偏向器は、エッチングされる場合がある。
【０１４０】
第１の可変偏向器は、ミラーとすることができる。
【０１４１】
電磁放射線は、レーザビームとすることができる。
【０１４２】
電磁放射線ステアリング機構は、ハウジングの電磁放射線出力側から延びるスカートを有する上記ハウジングに配置することができ、スカートは、電磁放射線がこの機構によって向けられる物体から散乱した電磁放射線を吸収するように構成かつ配置される。
【０１４３】
電磁放射線ステアリング機構は、空気源と排気とを含む洗浄サブシステムを更に含むことができ、洗浄サブシステムは、電磁放射線がこの機構によって向けられる物体の面の周りから粒状物質を除去するように構成かつ配置される。
【０１４４】
本発明の別の態様により、第１の偏向器と、第２の偏向器と、この第１の偏向器とこの第２の偏向器の間に配置された電磁放射線空間分布回転器とを含む電磁放射線ステアリング機構を提供する。
【０１４５】
第１の偏向器及び第２の偏向器のうちの少なくとも一方は、可変偏向器とすることができる。
【０１４６】
第１の偏向器及び第２の偏向器のうちの少なくとも一方は、反射器とすることができる。
【０１４７】
第１の偏向器及び第２の偏向器のうちの少なくとも一方は、ミラーとすることができる。
【０１４８】
第１の偏向器及び第２の偏向器のうちの少なくとも一方は、屈折性である場合がある。
【０１４９】
第１の偏向器及び第２の偏向器のうちの少なくとも一方は、プリズムとすることができる。
【０１５０】
電磁放射線は、レーザビームとすることができる。
【０１５１】
第１の偏向器は、第１の反射面を含むことができ、第１の偏向器は、第１の反射面と平行な回転軸を有する第１のアクチュエータに結合することができる。
【０１５２】
第２の偏向器は、第２の反射面を含むことができ、第２の偏向器は、第２の反射面及び第１の反射面と平行な回転軸を有する第２のアクチュエータに結合することができる。
【０１５３】
第１の回転軸は、第２の回転軸に対して実質的に平行とすることができる。
【０１５４】
回転器は、上記第１の反射面と上記第２の反射面の間に位置決めされた少なくとも２つの回転器偏向器を含むことができ、これらの回転器偏向器の組合せは、電磁放射線の空間分布の実質的に直交変換を引き起こすように構成かつ配置される。
【０１５５】
回転器は、２つの直角な回転器偏向器を含むことができる。
【０１５６】
機構は、二軸光学スキャナを含むことができる。
【０１５７】
本発明の別の態様により、上記で議論した電磁放射線ステアリング機構を含むカメラを提供する。
【０１５８】
本発明の別の態様により、上記で議論した電磁放射線ステアリング機構を含む製品マーカを提供する。
【０１５９】
電磁放射線ステアリング機構は、製品マーカを含むことができる。
【０１６０】
本発明の別の態様により、電磁放射線をステアリングする方法を提供し、本方法は、電磁放射線を第１の可変偏向器に向ける段階と、電磁放射線を第１の可変偏向器から第２の可変偏向器にかつこの第１の可変偏向器とこの第２の可変偏向器の間に配置された電磁放射線空間分布回転器を通して偏向させる段階とを含む。
【０１６１】
本発明の別の態様により、電磁放射線ステアリング機構を組み立てる方法を提供し、本方法は、第１の可変偏向器をハウジング内に装着する段階と、第２の可変偏向器をハウジング内に装着する段階と、電磁放射線空間分布回転器をハウジング内でこの第１の可変偏向器とこの第２の可変偏向器の間に装着する段階とを含む。
【０１６２】
本発明の別の態様により、製品をマーキングする方法を提供し、本方法は、電磁放射線を電磁放射線ステアリング機構のハウジング内の第１の可変偏向器に向ける段階と、電磁放射線を第１の可変偏向器から第２の可変偏向器にかつこの第１の可変偏向器とこの第２の可変偏向器の間に配置された電磁放射線空間分布回転器を通して偏向させる段階と、電磁放射線を第２の可変偏向器から製品の面に偏向させる段階とを含む。
【０１６３】
本方法は、製品の面からの電磁放射線を電磁放射線ステアリング機構のハウジング内の開口を通して第２の可変偏向器上に受け入れる段階と、電磁放射線を第２の可変偏向器から第１の可変偏向器にかつこの第１の可変偏向器とこの第２の可変偏向器の間に配置された電磁放射線空間分布回転器を通して偏向させる段階と、電磁放射線を第１の可変偏向器から電磁放射線検出器に向ける段階とを更に含むことができる。
【０１６４】
本発明の別の態様により、物体を撮像する方法を提供し、本方法は、物体からの電磁放射線を電磁放射線ステアリング機構のハウジング内の開口を通してハウジング内に配置された第１の可変偏向器上に受け入れる段階と、電磁放射線を第１の可変偏向器から第２の可変偏向器にかつこの第１の可変偏向器とこの第２の可変偏向器の間に配置された電磁放射線空間分布回転器を通して偏向させる段階と、電磁放射線を第２の可変偏向器から電磁放射線検出器に向ける段階とを含む。
【０１６５】
本発明の別の態様により、第１の駆動機構反射器を有する第１の駆動機構と、第２の駆動機構反射器を有し、第１の駆動機構の回転軸と平行な回転軸を有し、かつ第１の駆動機構に隣接して位置決めされた第２の駆動機構とを含む光学スキャナを提供する。
【０１６６】
光学スキャナは、第１の駆動機構及び第２の駆動機構の回転軸に対して平行な方向にレーザビームを光学スキャナの中に誘導するように構成されたレーザ源を更に含むことができる。
【０１６７】
光学スキャナは、第１の駆動機構反射器によって反射された後のレーザビームを受け入れて第１の駆動機構反射器によって反射されたレーザビームの光路を９０度だけ変更するように位置決めされて配置された第１の反射器を更に含むことができる。
【０１６８】
光学スキャナは、第１の反射器によって反射された後のレーザビームを受け入れ、第１の反射器によって反射されたレーザビームの光路を追加の９０度だけ変更し、かつこのレーザビームを第２の駆動機構反射器に向けて誘導するように位置決めされて配置された第２の反射器を更に含むことができる。
【０１６９】
光学スキャナは、レーザビームの光路を９０度だけ変更してこのレーザビームをレーザ源から第１の駆動機構反射器の上に反射するように位置決めされて配置された第３の反射器を更に含むことができる。
【０１７０】
光学スキャナは、第２の駆動機構反射器によって反射された後のレーザビームを受け入れ、レーザビームの光路を追加の９０度だけ変更し、かつこのレーザビームを光学スキャナの出力開口を通して誘導するように位置決めされて配置された第４の反射器を更に含むことができる。
【０１７１】
光学スキャナは、光学スキャナの外部の物体からのかつ第１の駆動機構ミラー及び第２の駆動機構ミラーから反射された電磁エネルギを受け入れるように位置決めされて配置された電磁エネルギセンサを更に含むことができる。
【０１７２】
一態様により、光学スキャナを提供する。光学スキャナは、第１の駆動機構ミラーを有する第１の駆動機構と、第２の駆動機構ミラーを有する第２駆動機構とを含む。第２の駆動機構は、第１の駆動機構の回転軸と平行な回転軸を有する。第２の駆動機構は、第１の駆動機構に隣接して位置決めされる。
【０１７３】
一部の実施形態では、光学スキャナは、レーザビームを第１の駆動機構及び第２の駆動機構の回転軸と平行な方向に光学スキャナの中に誘導するように構成されたレーザ源を更に含む。
【０１７４】
一部の実施形態では、光学スキャナは、レーザ源からのレーザビームを第１の駆動機構ミラーの上に反射するように位置決めされて配置された第１のミラーを更に含む。
【０１７５】
一部の実施形態では、光学スキャナは、第１の駆動機構ミラーによって反射された後のレーザビームを受け入れ、かつ第１の駆動機構ミラーによって反射されたレーザビームの光路を９０度だけ変更するように位置決めされて配置された第２のミラーを更に含む。
【０１７６】
一部の実施形態では、光学スキャナは、第２のミラーによって反射された後のレーザビームを受け入れ、第２のミラーによって反射されたレーザビームの光路を追加の９０度だけ変更し、かつこのレーザビームを第２の駆動機構ミラーに向けて誘導するように位置決めされて配置された第３のミラーを更に含む。
【０１７７】
一部の実施形態では、光学スキャナは、第２の駆動機構ミラーによって反射された後のレーザビームを受け入れ、かつレーザビームの光路を追加の９０度だけ変更し、かつこのレーザビームを光学スキャナの出力開口を通して誘導するように位置決めされて配置された第４のミラーを更に含む。
【０１７８】
勿論、本発明の一態様の関連で説明した特徴は、本発明の別の態様の関連で説明した特徴と組み合わせることができることは認められるであろう。例えば、本発明の第１の態様の又は／及び本発明の第２から第９の態様のアセンブリの関連で説明した特徴は、互いにかつ本発明の上述の更に別の態様の特徴とも組み合わせることができ、その逆も同様である。
【０１７９】
添付図面は正確な縮尺で描かれるように意図していない。図面では、様々な図に示す各同一又はほぼ同一な構成要素を類似の数字で表している。明瞭化の目的で、全ての図面において全ての構成要素がラベル付けされるわけではない。ここで添付の概略図を参照して本発明の実施形態を単なる例として以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０１８０】
【図１】１対の検流計及び関連のミラー、並びにレーザスキャナに入射するレーザビームの立面図である。
【図２】図１の検流計モータ及び関連のミラーの対、並びにレーザビームの側面図である。
【図３】図１の検流計モータ及び関連のミラーの対、並びに図１のレーザビームを検流計モータのうちの第１のものの上に反射するように配置された第１のミラーの立面図である。
【図４】図３の検流計モータ及び関連のミラーの対、並びに第１のミラーの等角投影図である。
【図５】図１の検流計モータ及び関連のミラーの対、並びに第１の検流計ミラーによって反射されたレーザビームを検流計モータミラーのうちの第２のものの上に反射するように配置された第２及び第３のミラーの等角投影図である。
【図６】図５の検流計モータ及びミラーの対、並びにレーザビームの側面図である。
【図７】図５の検流計モータ及びミラーの対、並びにレーザビームの別の側面図である。
【図８】図１の検流計モータ及び関連のミラーの対、並びに第２の検流計ミラーによって反射されたレーザビームを加工物の上に反射するように配置された第４のミラーの立面図である。
【図９】図８の検流計モータ及びミラーの対の側面図である。
【図１０】レーザスキャナを用いて達成可能なレーザビーム偏向の範囲を示す図である。
【図１１】レーザ２０スキャナを用いて達成可能なレーザビーム偏向の範囲を示す図である。
【図１２】図１の検流計モータ及び関連のミラーの対、並びに第１から第４のミラーの等角投影図である。
【図１３】図１の検流計モータ及び関連のミラーの対、並びに第１から第４のミラーの側面図である。
【図１４】レーザスキャナのためのケーシング（すなわち、電磁放射線ステアリング機構のためのケーシング）を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態による電磁放射線マニピュレータを含む電磁放射線ステアリング機構の側面図である。
【図１６】本発明の実施形態による第３の反射器を更に含む図１５の電磁放射線ステアリング機構の側面図である。
【図１７】本発明の実施形態による第４の反射器を更に含む図１５の電磁放射線ステアリング機構の側面図である。
【図１８】本発明の実施形態によるコリメータとフォーカス光学系とを更に含む図１６の電磁放射線ステアリング機構の側面図である。
【図１９】本発明の実施形態による電磁放射線ステアリング機構を含むレーザマーキングシステムのマーキングヘッドの側面図である。
【図２０】本発明の実施形態によるアンビリカル（umbilical、連結物）を更に含む図１９のマーキングヘッドの側面図である。
【図２１Ａ】可変光路長デバイスの実施形態を示す平面図である。
【図２１Ｂ】可変光路長デバイスの実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０１８１】
本明細書に開示する態様及び実施形態は、以下の説明に示す又は図面に例示する構成要素の構成及び配置の詳細に限定されない。本明細書に開示する態様及び実施形態は、様々な方法を用いて実施又は実行することができる。
【０１８２】
本明細書に開示する態様及び実施形態は、レーザ走査又はマーキングシステムのレーザビームを走査又はステアリングするためのシステム、及びそのようなシステムを含むレーザ走査又はマーキングシステムを含む。レーザマーキングシステムは、様々なタイプの物品のための生産ラインに利用することができる。レーザマーキングシステムは、生産ラインを通過する品目の上にバーコード、独特な識別マーク、有効期限、又は他の情報を刻印するのに利用することができる。一部の実施では、レーザマーキングシステムにおいて二酸化炭素（ＣＯ２）ガスレーザを使用することができる。二酸化炭素レーザは、９．３、９．６、１０．２、及び１０．６マイクロメートル（μｍ）に中心を置く４つの主波長帯域の赤外光のビームを生成する。レーザマーキングシステムに対して利用されるレーザは、典型的に数十ワットのレーザ電力レベルで作動される。
【０１８３】
しかし、レーザ走査又はマーキングシステムは、ＣＯ２レーザを使用することに限定されない。一部の態様及び実施形態では、光学スキャナ又は光学マーカは、紫外線、可視光、又は近赤外線波長で作動するレーザ、又はいずれかの他のタイプのレーザ又は光学照明源を利用することができる。レーザスキャナシステムでの可視光レーザビームの使用は、走査されている物体を照明する場合のレーザビームをユーザが確認することができ、従って、レーザが物体の望ましい部分を照明するようにユーザがレーザスキャナ又は走査ターゲット物の位置を調節することができる点で有利とすることができる。
【０１８４】
本明細書に開示するレーザスキャナの実施形態は、圧電ドライブ、直流ドライブ、ステッパモータ、サーボモータ、又はミラーが取り付けられた検流計のような少なくとも２つのミラー旋回デバイスを含むことができる。以下では、異なるミラー旋回デバイスに対する総称として「駆動機構」という用語を使用する。本明細書に開示するレーザスキャナ／マーカの実施形態で使用されるミラーは、銀被覆ミラー又は金被覆ミラー又はいずれかの他の適切に被覆された材料とすることができる。本明細書に開示するレーザスキャナ／マーカの実施形態で使用される窓及びレンズは、例えば、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、石英、ＢＫ７ホウケイ酸ガラス、又はいずれかの他の適切な材料とすることができる。
【０１８５】
一部の実施形態により、レーザ走査システムの両方の駆動機構は、回転軸が互いに平行であり、同時に入射レーザビームと平行であるように配置される。図１及び図２は、１対の駆動機構Ａ、Ｂと入射レーザビーム１０５に対して位置決めされたレーザスキャナ／マーカシステムの走査ヘッドの関連のミラー１００Ａ、１００Ｂとの正面図及び側面図をそれぞれ例示している。駆動機構Ａ、Ｂは、第１及び第２のアクチュエータと呼ばれる場合がある。ミラー１００Ａ、１００Ｂは、電磁放射線ステアリング機構の第１及び第２の光学要素の例と考えることができる。
【０１８６】
２つの駆動機構Ａ、Ｂは、可能な限り互いの近くに（駆動機構の２つの回転軸の間の最小距離）配置することができる。２つの駆動機構Ａ、Ｂを近くに配置することができる程、第２の駆動機構Ｂのミラー１００Ｂを小さくすることができる。２つの駆動機構Ａ、Ｂは、回転軸上で互いに対して変位させることができる。
【０１８７】
入射ビームは、第１の駆動機構Ａのミラー１００Ａに当たるようにミラー１１０（図３及び図４）によって９０°だけ旋回される。図３及び図４の例では、ミラー１１０は、入射ビーム１０５が電磁放射線ステアリング機構に２つの駆動機構Ａ、Ｂの回転軸と平行に入射する時にミラー１１０によって約９０°だけ旋回されるように配置される。これに代えて、入射ビーム１０５は、電磁放射線ステアリング機構に駆動機構Ａ、Ｂの回転軸と垂直に入射することができ、この場合、ミラー１１０は存在しなくてもよい。
【０１８８】
標準のレーザスキャナでは、偏向ビームは、第１の駆動機構に対して典型的に９０°に向けられた第２の駆動機構に誘導されるであろう。しかし、本明細書に開示する一部の態様及び実施形態では、駆動機構Ａ、Ｂは平行である。
【０１８９】
図５、図６、及び図７に示すように、駆動機構Ａからの偏向ビームは、ビーム走査方向を９０°だけ偏向させる固定ミラー「ａ」に向けられる。すなわち、図５、図６、及び図７の例では、電磁放射線マニピュレータの第１のミラー「ａ」は、電磁放射線ステアリング機構内で電磁放射線の伝播方向を９０°だけ変化させるように構成される。ミラー「ａ」からの偏向ビームは、ビーム走査方向を９０°だけ偏向させる第２の固定ミラー「ｂ」に向けられる。そこから偏向ビームは、駆動機構Ｂの移動ミラー１００Ｂに当たる。すなわち、図５、図６、及び図７の例では、電磁放射線マニピュレータの第２のミラー「ｂ」は、電磁放射線ステアリング機構内で電磁放射線の伝播方向をもう一度９０°変化させるように構成される。全体的に、電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」は、電磁放射線ステアリング機構内で電磁放射線１０５に伝播方向を約９０°だけ２回変化させる。伝播方向の最初の９０°の変化は、電磁放射線１０５に対する第１のミラー「ａ」の反射面の方位によって定められた第１の平面で発生する。第１の平面は、第１のミラー「ａ」の第１の反射軸と実質的に位置合わせすることができる。伝播方向の２回目の９０°の変化は、電磁放射線１０５に対する第２のミラー「ｂ」の反射面の方位によって定められた垂直平面で発生する。垂直平面は、第２のミラー「ｂ」の第２の反射軸と実質的に位置合わせすることができる。電磁マニピュレータ「ａ」、「ｂ」によって引き起こされる伝播方向の２回の９０°の変化は、３次元空間内の２つの異なる（例えば、垂直な）軸の周りで起こることができる。電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」は、電磁放射線１０５を２次元視野（例えば、直交ステアリング軸を有する２次元視野）の周りにステアリングするために平行光学要素１００Ａ、１００Ｂを使用することを有利に可能にする。電磁放射線１０５に対する電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」の効果に関しては、図１５を参照して更に示して議論する。
【０１９０】
２つの固定旋回ミラー「ａ」、「ｂ」のこの配置は、ビームが第２の検流計モータＢに当たる前に第１の検流計モータＡの偏向自由度の９０°の旋回を達成する。すなわち、第１の回転軸の周りの第１の光学要素１００Ａの回転は、電磁放射線ステアリング機構を出る電磁放射線の第１の回転軸の方位に対して実質的に垂直なステアリング移動をもたらす。言い換えれば、本明細書に開示する電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」は、第１及び第２の光学要素１００Ａ、１００Ｂの第１及び第２の回転軸の方位を電磁放射線ステアリング機構の第１及び第２のステアリング軸から有利に切り離し、それによってより高い設計自由度とより広い応用範囲とを与える。
【０１９１】
最終的に、駆動機構Ｂによって第２の偏向自由度が追加された後に、偏向ビーム１０５は、製品に対面するように（図８、図９、図１２、及び図１３の矢印１２０の方向に）ミラー１１５によって再度９０°だけ旋回される。
【０１９２】
ビーム偏向に対する２つの直交自由度は、最後の９０°旋回の後の図１０及び図１１でのサンプル光線１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ、及び１０５Ｄによって示している。すなわち、電磁放射線１０５は、図１０及び図１１のサンプル光線１０５Ａ〜１０５Ｄに示す位置の間でステアリングすることができる。サンプル光線１０５Ａ〜１０５Ｄは、電磁放射線ステアリング機構によって電磁放射線をその周りでステアリングすることができる２次元視野の最大の広がりを明らかにしている。
【０１９３】
駆動機構Ａ、Ｂ及び全ての関連のミラーを含むアセンブリ全体は、図１４に示すような円筒形ハウジング１２５内に配置することができる。円筒形ハウジング１２５は、約４０ｍｍの直径と約３５０ｍｍの長さを有することができる。円筒形ハウジング１２５は、例えば、３００ｍｍ長のアイソレータと５０ｍｍ長のビーム発生器とを含むことができ、それによって円筒形ハウジング１２５の全長は約７００ｍｍになると考えられる。円筒形ハウジング１２５は、米国イリノイ州ウッドデール所在のＶｉｄｅｏｊｅｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．から利用可能なモデル１８６０連続インクジェットプリンタのマーキングヘッドと実質的に類似の寸法を有することができる。ハウジング１２５に可撓性アンビリカルコード（umbilical cord、連結物コード）１３０を結合することができ、アンビリカルコード１３０は、駆動機構Ａ、Ｂに電力を供給し、これらの機構を制御するための電力線と信号線を含むことができる。アンビリカルコード１３０は、レーザビームを外部レーザビーム発生器からハウジング１２５の中に伝達するための光導波管、例えば、光ファイバケーブルを含むことができる。これに代えて、レーザビーム発生器は、他の構成要素と共にハウジング１２５内に配置することができる。円筒形ハウジング１２５と封入される構成要素とは、レーザマーキングシステム又は光学走査システムに対するマーキングヘッド又は走査ヘッドを形成することができる。デブリがハウジング１２５に侵入することを避けるために、ハウジング１２５の下端は、光透過性窓によって密封することができる。
【０１９４】
一部の実施形態では、円筒形ハウジング１２５は、円筒形ハウジング１２５の下端から延びるスカート（図示せず）を更に含むことができる。このスカートは、放射線シールドと呼ばれる場合がある。レーザマーカ又は光学スキャナとしての使用時に、円筒形ハウジング１２５は、走査又はマーキングされる物体の面の近くにもたらすことができる。スカートは、円筒形ハウジング１２５の下端から延びることができ、物体の面に隣接するように又はその近くに配置することができる。スカートは、物体の面から反射された光を遮蔽することにより、物体が走査又はマーキングされている間に光（例えば、レーザ光）が物体の面からユーザ又は第三者の目に向けて反射することを防止することができる。光がスカートの内側から散乱することを更に防止するために、スカートの下端から半径方向外向きに延びるフランジ、迷路状突起、又はカラーを使用することができる。光がスカートによって不十分に遮蔽されているかを決定するために、スカート上又はその近くに１又は２以上の光センサを設けることができる。本明細書に開示するレーザマーキングヘッドの実施形態の小さい形状因子は、レーザマーキングヘッドをマーキングされている物体の非常に近くに、例えば、マーキングされている物体から約１０ｍｍ未満の場所に配置することを可能とすることができる。従って、スカートは、ハウジング１２５の端部から約１０ｍｍ未満しか延びない場合がある。レーザマーキングヘッドのハウジング１２５上にスカートを設けることにより、レーザ光がオペレータ又は第三者に到達することを防止するために既存レーザマーキングシステムの周りに典型的に配置される大きく嵩高なシールドに対する必要性を低減又は排除することができる。
【０１９５】
物体がレーザマーキングされる間に物体の面から放出されるいずれの粒状物質も除去するために、スカート内に空気循環システムを含めることができる。空気循環システムは、統合抽出入口を通して放射線シールドに流体結合された抽出デバイスを含むことができる。一部の実施形態では、ファンからの空気をスカートの１つの部分からマーキングされている物体に向けることができ、物体がマーキングされる結果としての微粒子を除去するための「空気ナイフ」及び統合排気を形成するためにスカートの別の部分に真空を印加することができる。スカートの下端は、物体の面からデブリを除去することを支援するためのブラシを含むことができる。一部の実施形態では、スカートは、スカートの内部容積に対して空気又は別の流体を追加又は除去することによって拡大可能又は収縮可能とすることができる可撓性材料で形成することができる。
【０１９６】
スカートは、レーザマーキングシステムヘッドのハウジング１２５に取外し可能に取り付けられた消耗品とすることができる。従って、スカートは、定期的に、損傷状態になった時、又はスカート内に含まれるフィルタ、例えば、静電フィルタ内に望ましいものよりも多いデブリが累積した後に交換することができる。一部の実施形態では、スカートは、スカートがハウジング１２５に取り付けられているか否かを決定するのに及びスカートが存在しないシステムの使用を防止するのにレーザマーキングシステムが使用するＲＦＩＤチップ又は他の安全インターロックを含むことができる。
【０１９７】
本明細書に開示するレーザスキャナ／マーカシステムの態様及び実施形態は、既存システムでは実現されない利点を提供することができる。既存システムでは、典型的に、第１及び第２の駆動機構の方位は、互いに対して９０°に定められる。これは、既存レーザスキャナ／マーカシステムを生産システムにおいて本明細書に開示する態様及び実施形態よりも嵩高にし、従って、位置決め機能を限定する。一部の例では、既存レーザマーキングヘッドは、５キログラムよりも大きい重量を有する。それとは対照的に、本明細書に開示するレーザマーキングヘッドは、多くの既存システムの重量の十分の一である０．５ｋｇの重量のみを有する。本明細書に開示するレーザスキャナ／マーカシステムの態様及び実施形態の形状因子、サイズ、及び重量は、本発明の開示のレーザスキャナ／マーカシステムをより容易に操作することを可能にする。例えば、ハウジング１２５を含むレーザスキャナ／マーカシステムのマーキングヘッドは、ロボットアームのような可動アセンブリの上に装着することができ、瓶のような３次元物体の輪郭を同じ焦点距離、例えば、この物体の面から約５ｍｍを保持しながら辿るように移動することができる。マーキングされている物体に対してレーザスキャナ／マーカシステムのマーキングヘッドを移動する機能は、物体が通過するためのシステムの台が移動可能である必要性を排除し、それによって一部の既存システムと比較してシステムの機械的複雑さを軽減することができる。
【０１９８】
本明細書に開示するレーザスキャナ／マーカシステムの態様及び実施形態は、生産システム内で既存レーザスキャナ／マーカシステムを装着することができなかった場所に装着することができる。ハウジング１２５の円筒形の形状は、四角形断面を有するハウジングよりも容易に一台の製造機器の上の定められた場所に締結することを可能とすることができる。可撓性アンビリカルコードは、駆動機構と関連のミラーとを含むハウジングを嵩高なレーザ発生機器から分離可能にし、本発明の開示のレーザスキャナ／マーカシステムの装着の柔軟性を更に高める。一部の事例では、例えば、ハウジング１２５を含むレーザマーキングヘッドは、類似の寸法の連続インクジェットマーキングヘッドをそれまで利用していたシステムの中に換装することができる。連続インクジェットマーキングヘッドの代わりにレーザマーキングヘッドを含むようにシステムを改造することにより、例えば、システムの寿命にわたってインク消耗品を購入する必要性を排除することでシステムの所有コストを低減することができる。更に、レーザマーキングシステムは、物体の上に数字又は２次元コードをマーキングするのに連続インクジェットシステムよりも高速に作動させることができ、従って、連続インクジェットマーキングヘッドを本明細書に開示するレーザマーキングヘッドを有するレーザマーキングシステムで置換することにより、マーキングシステムの作動速度及びスループットを改善することができる。
【０１９９】
追加の実施形態では、レーザビームを出力する代わりに、ミラー１００Ａ及び１００Ｂの位置によって定められる方向から光学信号を受信するために本明細書に開示するシステムを利用することができる。例えば、駆動機構Ａ、Ｂ及び関連のミラーを閉じ込めるハウジング１２５から出る光を誘導するのに使用する代わりに、ミラー１１５は、ハウジング１２５の外側からハウジング１２５内の開口を通して光学信号を受信するのに利用することができる。光は、ミラー１１５からミラー１００Ａに、次にミラー「ｂ」に、更にミラー「ａ」、ミラー１００Ａ、ミラー１１０に向けられ、ハウジング１２５の内部を上に及び／又は光導波管を通して例えばカメラ内に含まれる光センサの上へと誘導することができる。これに代えて、ミラー１００Ａは、当該の光周波数に対して透過性又は半透過性を有する材料で形成することができ、ミラー「ａ」からの光学信号を受信するためのカメラチップをミラー１００Ａの後部上に配置することができる。
【０２００】
実施例。
【０２０１】
レーザマーキングヘッドは、直径が約４０ｍｍの円筒形マーキングヘッドを形成するＣＴＩとＣｉｔｉｚｅｎ検流計と６３０ｎｍ赤色レーザビーム源とを用いて機能プロトタイプとして構築された。
【０２０２】
図１５は、本発明の実施形態による電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」を含む電磁放射線ステアリング機構の側面図を示している。電磁放射線ステアリング機構は、２次元視野（例えば、図１０及び図１１に示すサンプル光線１０５Ａ〜１０５Ｄのステアリング移動の限界）内で第１のステアリング軸の第１の座標を変化させるために第１の光学要素１００Ａを第１の回転軸１６０の周りに回転させるように構成された関連の第１のアクチュエータＡを有する上記第１の光学要素１００Ａを含む。電磁放射線ステアリング機構は、２次元視野１０５Ａ〜１０５Ｄ（例えば、図１０及び図１１に示すサンプル光線１０５Ａ〜１０５Ｄのステアリング移動の限界）内で第２のステアリング軸の第２の座標を変化させるために第２の光学要素１００Ｂを第２の回転軸１７０の周りに回転させるように構成された関連の第２のアクチュエータＢを有する上記第２の光学要素１００Ｂを含む。図１５の例では、第１の光学要素１００Ａは、第２の光学要素１００Ｂに隣接する。図１５の例では、第１の光学要素１００Ａは、第１及び第２の回転軸１６０、１７０に対して実質的に平行な軸に沿って第２の光学要素１００Ｂからオフセットされる。図１５の例では、第１の光学要素１００Ａは、電磁放射線１０５を受け入れて反射するように構成された第１の反射面を含み、第２の光学要素１００Ｂは、電磁放射線１０５を受け入れて反射するように構成された第２の反射面を含む。図１５の例では、第１の回転軸１６０と第１の反射面は実質的に平行であり、第２の回転軸１７０と第２の反射面も実質的に平行である。
【０２０３】
電磁放射線ステアリング機構は、光学的に第１の光学要素１００Ａと第２の１００Ｂの間に配置された第１及び第２の電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」を更に含む。第１の光学要素１００Ａは、電磁放射線１０５を受け入れてそれを電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」に向けるように構成される。電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」は、電磁放射線１０５を第２の光学要素１００Ｂに向けるように構成される。第２の光学要素１００Ｂは、電磁放射線１０５を電磁放射線ステアリング機構の光学出力に向けるように構成することができる。第２の光学要素１００Ｂは、例えば、ステアリング電磁放射線を受け入れるように構成されたカメラのような光学デバイス（図示せず）の光学入力に電磁放射線１０５を向けるように構成することができる。
【０２０４】
図１５の例では、電磁放射線マニピュレータは、第１のミラー「ａ」と第２のミラー「ｂ」とを含む。第１のミラー「ａ」は、第１の光学要素１００Ａと相互作用した後の電磁放射線１０５を受け入れ、電磁放射線１０５を第２のミラー「ｂ」に向けるように構成される。第２のミラー「ｂ」は、第１のミラー「ａ」と相互作用した後の電磁放射線１０５を受け入れ、電磁放射線１０５を第２の光学要素１００Ｂに向けるように構成される。第１のミラー「ａ」と第２のミラー「ｂ」は、互いに対して固定される。
【０２０５】
第１のミラー「ａ」は、電磁放射線１０５の伝播方向に約９０°の変化を加えるように配置される。この配置をもたらすために、第１のミラー「ａ」は、入射電磁放射線１０５に対して光学的に４５°の角度で配置することができる。第２のミラー「ｂ」は、電磁放射線１０５の伝播方向に約９０°の変化を加えるように配置される。この配置をもたらすために、第２のミラー「ｂ」は、入射電磁放射線１０５に対して光学的に４５°の角度で配置することができる。電磁放射線１０５の伝播方向でのこれらの変化は、図１０及び図１１のサンプル光線１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃ、及び１０５Ｄに示すビーム偏向に対する２つの直交自由度を可能にする。
【０２０６】
第１の回転軸１６０と第２の回転軸１７０の間に第１の角度が定められ、第１及び第２のステアリング軸の間に第２の角度が定められる。電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」は、第１の角度と第２の角度の間に差を導入するように構成される。図１５の例では、第１の回転軸１６０と第２の回転軸１７０は非直角である。図１５の例では、第１の回転軸１６０と第２の回転軸１７０は実質的に平行である。図１５の例では、第１及び第２のステアリング軸は実質的に直角である。すなわち、図１５の例では、電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」は、第１の角度と第２の角度の間に約９０°の差を導入するように構成される。
【０２０７】
図１６は、本発明の実施形態による第３の反射器１１０を更に含む図１５の電磁放射線ステアリング機構の側面図を示している。電磁放射線１０５は、第１のアクチュエータＡの第１の光学要素１００Ａに当たるように第３の反射器１１０によって９０°だけ旋回される。これは、電磁放射線１０５が第１及び第２の光学要素１００Ａ、１００Ｂの第１及び第２の回転軸と平行な方向に典型的に伝播する（例えば、電磁放射線が電磁放射線ステアリング機構に入射する時及びそこを射出する時）同軸デバイスの形成に対して有利である。電磁放射線ステアリング機構内の様々な位置では、電磁放射線が第１及び第２の回転軸と平行な軸に沿わない方向に伝播することは理解されるであろう。しかし、電磁放射線マニピュレータは、第１及び第２の回転軸が互いに平行であることを有利に可能にし、下記で図１６及び図１７を参照してより詳細に議論するように、電磁放射線が第１及び第２の回転軸と平行な軸に沿って電磁放射線ステアリング機構に入射してそこを出ることを可能にするために反射器のような更に別の光学要素を導入することができる。
【０２０８】
図１７は、本発明の実施形態による第４の反射器１１５を更に含む図１５の電磁放射線ステアリング機構の側面図を示している。電磁放射線１０５は、第２の光学要素１００Ｂから反射した後に第４の反射器１１５によって９０°だけ旋回される。次に、電磁放射線１０５は、電磁放射線ステアリング機構を射出して電磁放射線１０５によってマーキングされる製品のような物体上に入射することができる。
【０２０９】
図１８は、本発明の実施形態によるコリメータ２００とフォーカス光学系２１０、２２０とを更に含む図１６の電磁放射線ステアリング機構の側面図を示している。コリメータ２００は、放射線源又は光ファイバ（図示せず）から電磁放射線１０５を受け入れ、実質的に平行な複数の光線を有する電磁放射線１０５のビームを供給するように構成することができる。フォーカス光学系２１０、２２０は、コリメータ２００によって供給された電磁放射線１０５を受け入れ、例えば、電磁放射線１０５が第１及び第２の光学要素１００Ａ、１００Ｂの上に適合することを保証するように電磁放射線１０５を望ましい方式で調整するように構成することができる。
【０２１０】
図１９は、本発明の実施形態による電磁放射線ステアリング機構を含むレーザマーキングシステムのマーキングヘッド５００の側面図を示している。マーキングヘッド５００は円筒形ハウジング３００を含む。円筒形ハウジング３００は、例えば、約４０ｍｍの直径と約３５０ｍｍの長さを有することができる。円筒形ハウジング３００は、米国イリノイ州ウッドデール所在のＶｉｄｅｏｊｅｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．から利用可能なモデル１８６０連続インクジェットプリンタのマーキングヘッドと実質的に類似の寸法を有することができる。マーキングヘッド５００は、例えば、約０．５ｋｇ又はそれよりも軽い重量を有することができる。
【０２１１】
第１及び第２の回転軸は実質的に平行であり、マーキングヘッド５００の長さ（すなわち、３つの寸法のうちで最長）と平行なマーキングヘッド５００の軸１８０が第１及び第２の光学要素１００Ａ、１００Ｂの第１及び第２の回転軸に対して実質的に平行であるように、電磁放射線ステアリング機構は、レーザマーキングシステムのマーキングヘッド５００の長さに対して実質的に平行に設置される。
【０２１２】
図２０は、本発明の実施形態による可撓性アンビリカル（umbilical、連結物）４００を更に含む図１９のマーキングヘッド５００の側面図である。可撓性アンビリカル４００が、マーキングヘッド５００に接続され、コントローラのような別の物体からマーキングヘッド５００に電力及び／又は制御信号を伝達するように構成される。可撓性アンビリカル４００は、マーキングヘッド５００の容易な移動を有利に可能にし、それによってマーキングヘッド５００を使用することができる用途及び設置環境の範囲を更に拡大することができる。
【０２１３】
例えば、電磁放射線１０５は、可撓性アンビリカル４００を射出し、電磁放射線ステアリング機構に入射する時に約２．５ｍｍのビーム直径を有することができる。マーキングヘッド５００は、例えば、毎秒約１７００文字で製品をマーキングする機能を有することができる。文字は、約２ｍｍの高さを有することができる。製品をマーキングするのに使用される時に、マーキングヘッド５００を出る電磁放射線１０５は、約２００μｍと約３００μｍの間のビーム直径を有することができる。製品を刻印するのに使用される時に、マーキングヘッド５００を出る電磁放射線１０５は、約１０μｍと約１５μｍの間のビーム直径を有することができる。
【０２１４】
電磁放射線１０５は、例えば、ＣＯ2レーザ又はダイオードレーザのような放射線源によってアンビリカルアセンブリ（umbilical assembly、連結物アセンブリ）４００に供給することができる。アンビリカルアセンブリ４００は、マーキングヘッド５００のハウジング３００に接続することができる。アンビリカルアセンブリ４００の光ファイバは、放射線１０５をマーキングヘッド５００内のコリメータ２００に向けることができる。コリメータ２００は、放射線１０５を望ましい方式で調整し、その後に必要に応じて更に別の調整に向けて放射線１０５をフォーカス光学系２１０に向けることができる。次に、放射線１０５は、放射線１０５を反射し、それによってその伝播方向を第１の光学要素１００Ａに向けて９０°だけ変化させるように構成された第３の反射器１１０上に入射することができる。第１の光学要素１００Ａは、放射線を電磁放射線マニピュレータの第１のミラー「ａ」に向けて反射することができる。第１のミラー「ａ」は、放射線１０５を反射し、それによってその伝播方向を電磁放射線マニピュレータの第２のミラー「ｂ」に向けて９０°だけ変化させることができる。第２のミラー「ｂ」は、放射線１０５を反射し、それによってその伝播方向を第２の光学要素１００Ｂに向けて９０°だけ変化させることができる。第２の光学要素１００Ｂは、放射線を第４の反射器１１５に向けて反射することができる。第４の反射器１１５は、放射線１０５を反射し、それによってその伝播方向をマーキングヘッド５００の出力に向けて９０°だけ変化させることができる。
【０２１５】
電磁放射線マニピュレータ「ａ」、「ｂ」は、平行な光学要素１００Ａ、１００Ｂが放射線を非平行（例えば、垂直）な軸内でステアリングすることを可能にする。平行な光学要素１００Ａ、１００Ｂ（及び関連のアクチュエータＡ、Ｂ）を有することにより、第１及び第２の光学要素の両方の回転軸がマーキングヘッド５００の長さ又は主軸１８０と平行であるように電磁放射線ステアリング機構をマーキングヘッド５００内に設置することが可能になる。これは、マーキングヘッド５００のサイズ及び重量を公知のマーキングヘッドに対して大きく低減する。従って、本明細書に説明するマーキングヘッド５００は、より容易に設置することができ、公知のマーキングヘッドと比較して高い使用柔軟性（例えば、マーキング中及び／又はマーキングヘッドを小さい空間内に設置する最中の移動）を与えることができる。
【０２１６】
図２１Ａ及び図２１Ｂは、可変光路長デバイス３０１の実施形態を平面図及び斜視図にそれぞれ示している。可変光路長デバイスは、電磁放射線ステアリング機構と共にマーキングヘッドに収容することができる。第１のレンズ３１０を通ってデバイスに入射する光ビーム３０５が例示されている。光ビーム３０５は、レーザ源から光ファイバに沿って受け入れることができ、又はマーキングヘッド自体内で発生させることができる。第１のレンズ３１０は、例えば、約１０ｍｍの直径を有することができる。第１のレンズ３１０を通った後に、光ビーム３０５は、第１の光学要素３１５、例えば、可動ミラー３１５、３２０の対のうちの第１のものの上に入射する。光ビーム３０５は、第１の可動ミラー３１５の反射面３１５ａから可動ミラー３１５、３２０の対のうちの第２のミラー３２０の反射面３２０ａの上に反射される。可動ミラー３１５、３２０の対は、回転ベース３２５に装着され、回転ベース３２５は、回転ベース３２５の面に対して直角な軸の周りに回転することができる。回転ベースの軸は、可動ミラー３１５、３２０の対の間にある中心点３０２を通過する。
【０２１７】
回転ベース３２５及び可動ミラー３１５、３２０の対を必要に応じて回転させるために、回転アクチュエータ（例えば、検流計モータ）を利用することができる。
【０２１８】
光ビーム３０５は、第２の可動ミラー３２０の反射面３２０ａから垂直ミラー３３０ａ、３３０ｂの対を含むことができるコーナ反射器３３０（又はこれに代えて、垂直反射ファセットを有する反射プリズム）の中に反射される。光ビーム３０５は、コーナ反射器３３０に入射した方向と反対方向にコーナ反射器３３０から反射して戻され、第２の可動ミラー３２０の反射面３２０ａ上に入射して戻る。光ビーム３０５は、コーナ反射器３３０から反射して戻された後に、第１の可動ミラー３１５によって第２の可動ミラー３２０に向けて誘導された後に第２の可動ミラー３２０上に入射した位置とは異なる垂直位置で第２の可動ミラー３２０上に入射する。垂直位置の差は、光ビーム３０５が反射したコーナ反射器３３０のミラー３３０ａ、３３０ｂの部分の間の垂直距離に関連する。光ビーム３０５は、第２の可動ミラー３２０の反射面３２０ａから第１の可動ミラー３１５の反射面３１５ａの上に反射して戻される。光ビーム３０５は、第２の可動ミラー３２０から反射して戻された後に、第１のレンズ３１０から第１の可動ミラー３１５上に入射した位置とは異なる垂直位置で第１の可動ミラー３１５の上に入射する。次に、光ビーム３０５は、第１の可動ミラー３１５の反射面３１５ａから出力ミラー３３５の反射面３３５ａの上に反射される。出力ミラー３３５は、第１のレンズ３１０から垂直に変位した状態にある。光ビーム３０５は、出力ミラー３３５から出力レンズと呼ばれる場合もある第２のレンズ３４０を通して反射される。第２のレンズ３４０は、第１のレンズ３１０に対して垂直に変位した状態にある。光ビームは、第２のレンズ３４０を通って可変光路長デバイス１００から出る。第２のレンズ３４０は、例えば、約２０ｍｍの直径を有することができる。
【０２１９】
勿論、ビームをコリメータから入力レンズ３１０に誘導し、後に出力レンズ３４０から電磁放射線ステアリング機構の構成要素（例えば、第３の反射器１１０又は第１の光学構成要素１００Ａ）に向けて誘導するのに適切な光学構成要素（例えば、ミラー、レンズのような）を必要に応じて設けることができる。
【０２２０】
可変光路長デバイス１００内のミラーの各々の反射面及びコーナ反射器３３０の反射面は、平面とすることができる。レンズ３１０、３４０のうちの一方又は両方は、凹面、凸面、又は平面（平坦）のいずれかである１又は２個の面を有することができ、又はレンズの一方３１０、３４０は、他方のレンズ３１０、３４０とは異なる曲率を有する一方又は両方の面を有することができる。
【０２２１】
第１及び第２のレンズ３１０、３４０は、光ビーム３０５を光ビームの作動周波数で屈折する機能を有する材料（例えば、ＢＫ７ホウケイ酸ガラス、石英、ＺｎＳｅ、又はＧｅ）で製造することができ、光ビーム３０５の波長に特定の反射防止コーティングを有することができる。ミラーは、電磁放射線ステアリング機構のものと同様とすることができる。
【０２２２】
ミラー３１５、３２０は、ベース３２５と共に集合的に回転可能経路長調節器３６０と呼ばれる場合がある。焦点距離と回転可能経路長調節器３６０の方位の間の関係は、入力レンズ及び出力レンズの屈折力、並びに回転可能経路長調節器３６０の幾何学形状及び可変光路長アセンブリ１００の他の構成要素の幾何学形状に依存することになることは認められるであろう。例えば、回転軸からのミラーの距離を増大させることにより、所与の回転変化に対する幾何学経路長の変化も増大することになる。
【０２２３】
コーナ反射器３３０は、より一般的な用語で固定光学要素と呼ばれる場合がある。ミラー３１５、３２０とは異なり、コーナ反射器３３０は、回転可能経路長調節器３６０の回転軸に対する位置に固定されることは理解されるであろう。
【０２２４】
回転可能経路長調節器３６０は、一般的な意味では、入力経路（すなわち、入力レンズ３１０からの）に沿って放射線ビームを受け入れると考えることができることは理解されるであろう。回転可能経路長調節器３６０は、放射線ビームをミラー３２０とコーナミラー３３０の間の第１の中間経路に沿って誘導することを理解することができる（例えば、最初にミラー３１５によってミラー３２０に既に向けられている）。
【０２２５】
コーナ反射器３３０は、すなわち、回転可能経路長調節器によって第１の中間経路に沿って誘導された放射線ビームを受け入れ、放射線ビームを第２の中間経路に沿って回転可能経路長調節器に向けて誘導して戻すと考えることができる。
【０２２６】
回転可能経路長調節器３６０は、次に、放射線ビームを第２の中間経路（すなわち、コーナミラー３３０からミラー３２０への）に沿って受け入れると考えることができる。最後に、放射線ビームがミラー３２０によってミラー３１５に誘導し戻された状態で、回転可能経路長調節器は、出力経路（すなわち、ミラー３１５からミラー３３５に向う）に沿って放射線ビームを誘導すると最終的に理解することができる。第１のミラー３１５から第２のミラー３２０への経路は、第３の中間経路と呼ばれる場合がある。第２のミラー３２０から第１のミラー３１５への経路は、第４の中間経路と呼ばれる場合がある。ミラー３１５、３２０は、それぞれ第１及び第２の光学構成要素と呼ばれる場合がある。他の実施形態では、第１及び第２の光学構成要素の機能は、他の光学構成要素によって提供することができる。
【０２２７】
回転可能経路長調節器３６０が軸３０２の周りに時計周り方向に回転されると、入力レンズ３１０と第１のミラー３１５の間の物理的距離が低減することになることは理解されるであろう。同様に、回転可能経路長調節器３６０が軸３０２の周りに時計周り方向に回転されると、第２のミラー３２０とコーナ反射器３３０の間の物理的距離は低減することになる。それに対してミラー３１５、３２０間の経路は、回転可能経路長調節器が時計周り方向に回転されると、より傾斜することになり、従って、長くなる。しかし、増大する経路長の変化は、短縮する経路長によって過剰にオフセットされることになり、入力レンズと出力レンズの間の全幾何学経路長（及び光路長）が短縮する。回転可能経路長調節器３６０の角度位置と入力及び出力間の幾何学経路長との間には、予想可能かつ連続的に可変の（必ずしも線形とは限らないが）関係が存在することになることは理解されるであろう。しかし、出力経路の方向は、回転可能経路長調節器３６０の角度位置が変化しても変化することにはならない（開始位置は変化することになるが）。従って、入力及び出力の場所は、軸３０２とコーナ反射器３３０の位置とに対して固定される。従って、ビームは、固定光学系によって経路長調節器の内外に向けることができ、出力ビームの焦点距離を変化させるために経路長が変えられる。
【０２２８】
少なくとも１つの実施のいくつかの態様をこのように説明したところで、当業者は様々な変更、修正、及び改善を直ちに想起することになることは認められるものとする。そのような変更、修正、及び改善は、本発明の開示の一部であるように意図しており、かつ本発明の開示の精神及び範囲内であるように意図している。本明細書に開示する方法の行為は、図示とは別の順序で実施することができ、１又は２以上の行為は、省略、置換、又は追加することができる。本明細書に開示するいずれか１つの例の１又は２以上の特徴は、開示するいずれかの他の例の１又は２以上の特徴と組み合わせるか又はそれを置換することができる。従って、以上の説明及び図面は、単なる例としてのものである。
【０２２９】
本明細書に使用する表現及び用語は、説明目的のものであり、限定と見なすべきではない。本明細書に使用する場合に「複数」という用語は、２又は３以上の品目又は構成要素を指す。本明細書に使用する場合に「実質的に」同様であると記述する寸法は、互いの約２５％の範囲にあると考えることができる。「備える」、「含む」、「担持する」、「有する」、「含有する」、及び「伴う」という用語は、書面による明細であるか又は特許請求などであるかに関わらず非限定的用語であり、すなわち、「含むが限定されない」を意味する。従って、そのような用語の使用は、その後に列記する品目、その均等物、並びに追加品目を網羅するように意図したものである。「から構成される」及び「から実質的に構成される」という移行句のみが、特許請求の範囲に関してそれぞれ限定的又は半限定的な移行句である。特許請求の範囲において請求要素を修飾するための「第１」、「第２」、及び「第３」などのような順序を示す用語の使用は、それ自体では１つの請求要素の別の請求要素に対するいずれの優先性、先行性、又は順序も方法の行為が実施される時間順序も含意せず、むしろ複数の請求要素を区別するためにある一定の名称を有する１つの請求要素を同じ名称を有する（しかし、順序用語の使用に向けた）別の要素から区別するための単なるラベルとして使用される。
【０２３０】
電磁放射線ステアリング機構は、電磁放射線を誘導、成形、及び／又は制御するために屈折性、反射性、磁性、電磁性、静電性、及び／又は他のタイプの光学構成要素のような様々なタイプの光学構成要素を含むことができる。
【０２３１】
本明細書では、製品のマーキングでの電磁放射線ステアリング機構の使用への特定の言及を行った場合があるが、本明細書に説明する電磁放射線ステアリング機構は、他の用途を有することができることを理解しなければならない。可能な他の用途は、例えば、製品に刻印するためのレーザシステム、光学スキャナ、放射線検出システム、医療デバイス、カメラのような電磁放射線検出器、又は放射線がセンサを射出してそこに再入射することができる飛行時間センサなどを含む。
【０２３２】
本発明の特定の実施形態を上述したが、本発明は、説明したもの以外に実施することができることは認められるであろう。以上の説明は、限定ではなく例示であるように意図したものである。従って、当業者は、以下に示す特許請求の範囲から逸脱することなく、説明した本発明に修正を加えることができることは明らかであろう。
【符号の説明】
【０２３３】
１００Ａ  第１の光学要素
１０５  電磁放射線
１６０  第１の回転軸
ａ  第１のミラー
Ａ、Ｂ  駆動機構
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【国際調査報告】
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