(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物にレーザ光を照射することにより対象物を加工するレーザ加工装置であって、
励起光を出射する励起光生成部と、
一端部および他端部を有し、前記励起光生成部により出射された励起光を前記一端部から前記他端部へ伝達する励起光伝達媒体と、
前記励起光伝達媒体により伝達された励起光に基づいてレーザ光を出射するレーザ光出力部と、
前記レーザ光出力部から出射されたレーザ光を対象物の表面上で走査するレーザ光走査部とを備え、
前記励起光生成部は、
励起光を出射する単一の発光点をそれぞれ有する複数の光源と、
前記複数の光源の発光点からそれぞれ出射される励起光を前記励起光伝達媒体の前記一端部に集光する集光光学機構とを含み、
前記レーザ光出力部は、
前記励起光伝達媒体の前記他端部から出射される励起光を第１の励起光および第２の励起光に分離する励起光分離部と、
前記励起光分離部により分離された第１の励起光により励起される第１のレーザ媒質を有し、前記第１のレーザ媒質において発生される誘導放出光をレーザ光として出射する発振器と、
前記励起光分離部により分離された第２の励起光により励起される第２のレーザ媒質を有し、前記第２のレーザ媒質において前記発振器により出射されたレーザ光を増幅する増幅器とを含む、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記励起光生成部の前記複数の光源は直列に接続された、請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記励起光生成部は、前記複数の光源および前記集光光学機構を収容するケーシングをさらに含み、
前記複数の光源および前記集光光学機構は、前記ケーシングの内部に固定された、請求項１または２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記励起光生成部は、前記複数の光源にそれぞれ設けられる複数のボリュームブラッググレーティングをさらに含み、
各ボリュームブラッググレーティングは、予め定められた波長領域の励起光を反射することにより各光源の外部共振器として機能する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記予め定められた波長領域は、８７９ｎｍを含む一定幅の波長領域であり、
前記第１のレーザ媒質は、波長８７９ｎｍの励起光に基づいて波長１０６４ｎｍのレーザ光を発生する、請求項４記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記励起光生成部を含む本体部と、
前記本体部から分離して設けられるヘッド部とをさらに備え、
前記ヘッド部は、前記レーザ光出力部および前記レーザ光走査部を含み、
前記励起光伝達媒体は、前記励起光生成部により生成された励起光が前記レーザ光出力部に伝達されるように前記本体部と前記ヘッド部とをつなぐ光ファイバケーブルである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記第１のレーザ媒質は、レーザ光を出射可能な第１の端部および第２の端部を有し、
前記発振器は、
前記第１のレーザ媒質の前記第２の端部から出射されるレーザ光を当該第２の端部に向かって反射するように配置される第１の反射部材と、
前記第１のレーザ媒質の前記第１の端部から出射されるレーザ光を当該第１の端部に向かって反射するように配置される第２の反射部材と、
前記第１の反射部材と前記第２の反射部材との間のレーザ光の経路上に配置されるＱスイッチとを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記増幅器の前記第２のレーザ媒質は、第３の端部および第４の端部を有し、
前記レーザ光出力部は、
前記発振器から出射されるレーザ光を前記第２のレーザ媒質の前記第３の端部に入射させて前記第４の端部から出射させる第１の光学部材と、
前記励起光分離部により分離された第２の励起光を前記第２のレーザ媒質の前記第４の端部に入射させる第２の光学部材とをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記レーザ光出力部は、
前記第２のレーザ媒質の前記第４の端部から出射されるレーザ光を前記レーザ光走査部に向かうように反射する第３の光学部材をさらに含む、請求項８記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記レーザ光出力部と前記レーザ光走査部との間に設けられる焦点位置調整部をさらに備え、
前記焦点位置調整部は、前記レーザ光出力部から前記レーザ光走査部へのレーザ光の経路に配置される第１および第２のレンズと、
前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間の相対距離を変化させることにより対象物に照射されるレーザ光の焦点の位置を調整するレンズ移動部とを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ光を対象物（以下、ワークと呼ぶ。）上で二次元走査することによりそのワークに所望のマーキングを行うレーザマーキング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。レーザマーキング装置には、励起光を増幅してレーザビームを生成するための発振器が組み込まれる。
【０００３】
特許文献１に記載された発振器には、レーザ媒質として例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）またはＹＶＯ４（イットリウム・バナデート）等の固体が用いられる。なお、発振器には、レーザ媒質としてＣＯ２（二酸化炭素）等の気体を用いることもできる。固体のレーザ媒質を用いた発振器を備えるレーザマーキング装置は、発振器が小型でかつ高出力が得られるため、広く普及している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６２２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、レーザマーキング装置の分野では、短時間で多数のワークにマーキングを行うことができるように（タクトタイムの短縮化）、マーキングに用いられるレーザ光のさらなる高出力化が求められている。
【０００６】
レーザ光の高出力化を実現するために、例えば上記の発振器の後段にレーザ媒質を含む増幅器を設け、発振器により生成されたレーザ光を増幅器により増幅することが考えられる。この場合、発振器および増幅器の２つのレーザ媒質を励起する必要がある。そのため、これら２つのレーザ媒質を励起するための励起光源を高出力化する必要がある。
【０００７】
特許文献１に記載されたレーザマーキング装置においては、励起光源として例えば複数のエミッタ(発光点)を有するＬＤ（レーザダイオード）アレイが用いられる。しかしながら、ＬＤアレイのエミッタの数は有限であるため、励起光源のさらなる高出力化には限界がある。また、本来的に、ＬＤアレイは複数のエミッタが互いに近接した構造を有する。そのため、ＬＤアレイは放熱性に乏しい。したがって、エミッタの配置密度を高めるとともにエミッタの数を増加させると、駆動時に発生される熱に起因してＬＤアレイが短寿命化する。
【０００８】
本発明の目的は、高出力でのレーザ加工を可能にするとともに励起光の光源の短寿命化が抑制されたレーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係るレーザ加工装置は、対象物にレーザ光を照射することにより対象物を加工するレーザ加工装置であって、励起光を出射する励起光生成部と、一端部および他端部を有し、励起光生成部により出射された励起光を一端部から他端部へ伝達する励起光伝達媒体と、励起光伝達媒体により伝達された励起光に基づいてレーザ光を出射するレーザ光出力部と、レーザ光出力部から出射されたレーザ光を対象物の表面上で走査するレーザ光走査部とを備え、励起光生成部は、励起光を出射する単一の発光点をそれぞれ有する複数の光源と、複数の光源の発光点からそれぞれ出射される励起光を励起光伝達媒体の一端部に集光する集光光学機構とを含み、レーザ光出力部は、励起光伝達媒体の他端部から出射される励起光を第１の励起光および第２の励起光に分離する励起光分離部と、励起光分離部により分離された第１の励起光により励起される第１のレーザ媒質を有し、第１のレーザ媒質において発生される誘導放出光をレーザ光として出射する発振器と、励起光分離部により分離された第２の励起光により励起される第２のレーザ媒質を有し、第２のレーザ媒質において発振器により出射されたレーザ光を増幅する増幅器とを含むものである。
【００１０】
そのレーザ加工装置においては、励起光生成部の複数の光源の単一の発光点から出射される励起光が集光光学機構により励起光伝達媒体の一端部に集光される。この場合、単一の発光点を有する複数の光源を分散配置することができる。分散配置された各光源においては、駆動時に発生する熱が放散されやすい。それにより、発熱に起因する各光源の短寿命化が抑制される。また、複数の光源から出射される励起光が励起光伝達媒体の一端部に集光されることにより、高出力の励起光が励起光伝達媒体を通してレーザ光出力部に伝達される。
【００１１】
レーザ光出力部においては、励起光伝達媒体の他端部から出射される励起光が、励起光分離部により第１の励起光および第２の励起光に分離される。第１の励起光により第１のレーザ媒質が励起されることにより、第１のレーザ媒質において発生される誘導放出光がレーザ光として発振器から出射される。また、第２の励起光により第２のレーザ媒質が励起されることにより、発振器から出射されたレーザ光が増幅器により増幅される。
【００１２】
この場合、第１の励起光の出力は励起光伝達媒体の一端部に集光された励起光の出力に比べて低いので、第１のレーザ媒質の熱レンズ効果の発生が抑制される。また、第１のレーザ媒質により発生されたレーザ光が第２の励起光により増幅されるので、レーザ光出力部から出射されるレーザ光の出力が高くなる。したがって、高出力のレーザ光がレーザ光走査部により対象物の表面上で走査される。これらの結果、高出力のレーザ光でのレーザ加工が可能になるとともに励起光の光源の短寿命化が抑制される。
【００１３】
（２）励起光生成部の複数の光源は直列に接続されてもよい。この場合、複数の光源が並列に接続される場合に比べて、複数の光源に供給される電流を小さくすることができる。そのため、電源と複数の光源とをつなぐ配線を細くすることが可能となる。したがって、配線のレイアウトの自由度が高くなる。
【００１４】
（３）励起光生成部は、複数の光源および集光光学機構を収容するケーシングをさらに含み、複数の光源および集光光学機構は、ケーシングの内部に固定されてもよい。
【００１５】
この場合、複数の光源および集光光学機構をケーシング内で正確に配置することができる。また、複数の光源および集光光学機構を一体的に取り扱うことができるので、レーザ加工装置の組み立てが容易化する。
【００１６】
（４）励起光生成部は、複数の光源にそれぞれ設けられる複数のボリュームブラッググレーティングをさらに含み、各ボリュームブラッググレーティングは、予め定められた波長領域の励起光を反射することにより各光源の外部共振器として機能してもよい。
【００１７】
この場合、温度等の影響により各光源から出射される励起光の波長にばらつきが生じる場合でも、ボリュームブラッググレーティングを通して出射される励起光の波長が予め定められた波長領域に制限される。したがって、予め定められた波長領域が第１のレーザ媒質の励起波長を含むことにより、第１のレーザ媒質を効率よく励起することができる。
【００１８】
（５）予め定められた波長領域は、８７９ｎｍを含む一定幅の波長領域であり、第１のレーザ媒質は、波長８７９ｎｍの励起光に基づいて波長１０６４ｎｍのレーザ光を発生してもよい。
【００１９】
この場合、高い量子効率で発振器からレーザ光を出射することができる。それにより、レーザ光出射時に第１のレーザ媒質に発生する熱が低減される。また、熱の発生が低減されることにより、第１のレーザ媒質における熱レンズ効果の発生が抑制される。したがって、レーザ光出力部により所望のビーム径および強度分布を有するレーザ光を安定して出射することが可能となる。
【００２０】
（６）レーザ加工装置は、励起光生成部を含む本体部と、本体部から分離して設けられるヘッド部とをさらに備え、ヘッド部は、レーザ光出力部およびレーザ光走査部を含み、励起光伝達媒体は、励起光生成部により生成された励起光がレーザ光出力部に伝達されるように本体部とヘッド部とをつなぐ光ファイバケーブルであってもよい。
【００２１】
この場合、本体部の励起光生成部から出射された励起光が光ファイバケーブルによりヘッド部のレーザ光出力部に伝達される。ヘッド部においては、伝達された励起光に基づいてレーザ光出力部からレーザ光が出射され、出射されたレーザ光が対象物の表面上で走査される。上記の構成によれば、レーザ光を出射するヘッド部の小型化が可能となる。
【００２２】
（７）第１のレーザ媒質は、レーザ光を出射可能な第１の端部および第２の端部を有し、発振器は、第１のレーザ媒質の第２の端部から出射されるレーザ光を当該第２の端部に向かって反射するように配置される第１の反射部材と、第１のレーザ媒質の第１の端部から出射されるレーザ光を当該第１の端部に向かって反射するように配置される第２の反射部材と、第１の反射部材と第２の反射部材との間のレーザ光の経路上に配置されるＱスイッチとを含んでもよい。
【００２３】
この場合、Ｑスイッチによりレーザ光をパルス発振させることができる。それにより、高出力のレーザ光を短いパルス幅で出射することが可能となる。したがって、高出力のレーザ光を微小な時間間隔で対象物の表面に照射することができる。それにより、レーザ光による対象物の加工時間が短縮される。
【００２４】
（８）増幅器の第２のレーザ媒質は、第３の端部および第４の端部を有し、レーザ光出力部は、発振器から出射されるレーザ光を第２のレーザ媒質の第３の端部に入射させて第４の端部から出射させる第１の光学部材と、励起光分離部により分離された第２の励起光を第２のレーザ媒質の第４の端部に入射させる第２の光学部材とをさらに含んでもよい。
【００２５】
この場合、発振器から出射されるレーザ光が第２のレーザ媒質の第３の端部に入射して第４の端部から出射される。第２の励起光が第２のレーザ媒質の第４の端部に入射する。それにより、第２のレーザ媒質においては、第２の励起光が第３の端部に入射する場合に比べて効率よくレーザ光を増幅することができる。また、レーザ光出力部内で第１の光学部材および第２の光学部材の配置自由度を高め、レーザ加工装置の組み立てを容易化することができる。
【００２６】
（９）レーザ光出力部は、第２のレーザ媒質の第４の端部から出射されるレーザ光をレーザ光走査部に向かうように反射する第３の光学部材をさらに含んでもよい。それにより、簡易な構成にて、第２のレーザ媒質により増幅されたレーザ光がレーザ光走査部に導かれる。
【００２７】
（１０）レーザ加工装置は、レーザ光出力部とレーザ光走査部との間に設けられる焦点位置調整部をさらに備え、焦点位置調整部は、レーザ光出力部からレーザ光走査部へのレーザ光の経路に配置される第１および第２のレンズと、第１のレンズと第２のレンズとの間の相対距離を変化させることにより対象物に照射されるレーザ光の焦点の位置を調整するレンズ移動部とを含んでもよい。
【００２８】
この場合、焦点位置調整部の第１のレンズと第２のレンズとの間の相対距離が変化することにより、対象物に照射されるレーザ光の焦点の位置が調整される。それにより、対象物の表面に高出力のレーザ光の焦点を合わせることができる。その結果、レーザ加工の短時間化が実現されつつレーザ加工の精度が向上する。
【００２９】
（１１）なお、本発明に係るレーザ加工装置では、上述したように、レーザ光出力部において、励起光伝達媒体の他端部から出射される励起光が、励起光分離部により第１の励起光および第２の励起光に分離（または分岐）される。ここで、励起光生成部から出射される励起光は、単一（１本）の励起光伝達媒体を通してレーザ光出力部に伝達されてもよい。
【００３０】
この場合、増幅器に設けられた第２のレーザ媒質を励起するにあたり、単一（１本）の励起光伝達媒体を通して伝達されてきた高出力の励起光の一部が有効活用される。これにより、レーザ光出力部内に第２のレーザ媒質を励起するための励起光源を別途用意する必要がなく、レーザ光出力部内の部品点数を減らすことができ、ひいてはレーザ光出力部の内部構造を簡素化し、レーザ加工装置の組み立てを容易化することができる。
【００３１】
また、レーザ光出力部内に励起光源を別途用意する必要がある装置を考えた場合、その励起光源が故障すると、レーザ加工装置としての機能を維持することができなくなる。これに対し、本発明に係るレーザ加工装置では、励起光を生成するための励起光生成部に複数の光源を設けているので、仮に、これらの光源うちいずれか一つが故障しても、レーザ加工装置としての機能を維持することができ、ひいてはレーザ加工装置の利便性を高めることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、高出力でのレーザ加工が可能になるとともに励起光の光源の短寿命化が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の本体部の構成を説明するためのブロック図である。
【図３】レーザ励起部の他の構成例を示す模式的平面図である。
【図４】（ａ）はレーザ励起部のさらに他の構成例を示す模式的平面図であり、（ｂ）は主として（ａ）のシングルエミッタＬＤを集光レンズの位置から見た図であり、（ｃ）は（ａ）の光ファイバケーブルの一端面における光の集光状態を示す図である。
【図５】図１のマーキングヘッド部の構成を説明するためのブロック図である。
【図６】走査部およびその周辺部材の構成を示す外観斜視図である。
【図７】焦点位置調整部によりワークに照射されるレーザ光の焦点位置が変化する例を説明するための側面図である。
【図８】焦点位置調整部によりワークに照射されるレーザ光の焦点位置が変化する例を説明するための側面図である。
【図９】文字「Ａ」がワークにマーキングされる場合のレーザマーキング装置の動作を示すタイムチャートである。
【図１０】他の実施の形態に係るレーザ光出力部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置について図面を参照しつつ説明する。以下では、レーザ加工装置の一例として対象物（以下、ワークと呼ぶ。）上でレーザ光を走査することによりワークへのマーキング（印字）を行うレーザマーキング装置を説明する。
【００３５】
（１）レーザ加工システムの概略構成
図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、レーザ加工システム１０００は、レーザマーキング装置１００、レーザ加工データ設定装置９００および複数の外部機器９１０を備える。
【００３６】
レーザマーキング装置１００は、本体部１、マーキングヘッド部２、表示部３および操作部４を含む。本体部１とマーキングヘッド部２とは、１本の電線ケーブルＥＣおよび１本の光ファイバケーブルＯＣにより互いに接続される。光ファイバケーブルＯＣの長さは例えば２ｍ以上である。レーザマーキング装置１００においては、本体部１で励起光が発生される。発生された励起光は、光ファイバケーブルＯＣを通してマーキングヘッド部２に伝達される。マーキングヘッド部２に伝達された励起光は、マーキングヘッド部２内の後述する第１および第２のレーザ媒質ＬＭ１，ＬＭ２（図５）に入射する。それにより、第１のレーザ媒質ＬＭ１を含む共振器によりレーザ光が発生される。また、発生されたレーザ光が、第２のレーザ媒質ＬＭ２により増幅される。増幅されたレーザ光がワークＷに照射される。予め設定されたレーザ加工データに基づいてワークＷ上でレーザ光が走査されることによりワークＷへのマーキングが行われる。本体部１およびマーキングヘッド部２の構成の詳細については後述する。
【００３７】
表示部３は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成され、本体部１に接続される。表示部１６０には、レーザ加工データに基づく種々の情報が表示される。種々の情報には、レーザマーキング装置１００の動作条件およびマーキングされるべき画像または文字列等の情報が含まれる。
【００３８】
操作部４は、キーボードおよびポインティングデバイスを含み、本体部１に接続される。ポインティングデバイスはマウスまたはジョイスティック等を含む。操作部４は、レーザマーキング装置１００によるワークＷのマーキングが行われるとき等に使用者により操作される。
【００３９】
レーザ加工データ設定装置９００は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ、またはマイクロコンピュータを含み、本体部１に接続される。また、レーザ加工データ設定装置９００は、表示部および操作部を含む。レーザ加工データ設定装置９００においては、使用者による操作部の操作に基づいてレーザ加工データが生成される。レーザ加工データには、マーキングパターン、マーキングに用いるレーザ光の出力、ワークＷ上でのレーザ光の走査速度、および後述するＱスイッチ５０Ｑ（図５）の駆動周波数等の情報が含まれる。生成されたレーザ加工データは、本体部１に与えられる。
【００４０】
複数の外部機器９１０は、必要に応じてレーザマーキング装置１００の本体部１に接続される。図１の例では、複数の外部機器９１０として、画像認識装置９１１、距離測定装置９１２およびＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）９１３が示される。
【００４１】
画像認識装置９１１は、例えばライン上で搬送されるワークＷの種別および位置を判定するために用いられる。画像認識装置９１１として、イメージセンサ等を用いることができる。距離測定装置９１２は、例えばワークＷとマーキングヘッド部２との間の距離を測定するために用いることができる。また、ＰＬＣ９１３は、予め定められたシーケンスに従ってレーザ加工システム１０００の外部の機器を制御するために用いることができる。
【００４２】
（２）本体部
図２は、図１の本体部１の構成を説明するためのブロック図である。図２に示すように、本体部１は、制御部１０、メモリ部２０、電源装置３０およびレーザ励起部４０を含む。
【００４３】
制御部１０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）１２およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１３を含む。ＲＯＭ１２は、ＣＰＵ１１の制御プログラム等を記憶する。ＲＡＭ１３は、種々のデータを記憶するとともにＣＰＵ１１の作業領域として機能する。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に記憶された制御プログラムを実行する。
【００４４】
メモリ部２０は、例えばハードディスクまたはメモリカードにより構成される。メモリ部２０には、図１のレーザ加工データ設定装置９００から与えられるレーサ加工データが記憶される。それにより、本体部１にレーザ加工データが設定される。この場合、ＣＰＵ１１は、設定されたレーザ加工データに基づいて電源装置３０、レーザ励起部４０およびマーキングヘッド部２を制御する。
【００４５】
レーザ励起部４０は、ケーシング４０Ｃ、複数（本例では３つ）のシングルエミッタＬＤ（レーザダイオード）４１、複数（本例では３つ）のＶＢＧ（ボリュームブラッググレーティング：狭帯域化素子）４９、複数（本例では３つ）のファーストアクシスコリメートレンズ４２、複数（本例では３つ）のスローアクシスコリメートレンズ４３および１つの集光レンズ４４を含む。また、レーザ励起部４０には、本体部１とマーキングヘッド部２とを接続する光ファイバケーブルＯＣの一端が接続される。本実施の形態においては、シングルエミッタＬＤ４１は、単一のエミッタ（発光点）を有するレーザダイオードである。図２では、レーザ励起部４０の構成が模式的平面図で示される。また、図２では、各シングルエミッタＬＤ４１の単一のエミッタが点線で示される。
【００４６】
複数のシングルエミッタＬＤ４１、複数のＶＢＧ４９、複数のファーストアクシスコリメートレンズ４２、複数のスローアクシスコリメートレンズ４３および１つの集光レンズ４４は、ケーシング４０Ｃの内部に固定される。
【００４７】
図２の例では、３つのシングルエミッタＬＤ４１からそれぞれ出射される光の方向（以下、出射方向と呼ぶ。）が互いに平行となるようにかつ３つのシングルエミッタＬＤ４１が出射方向に直交する方向に一定間隔で並ぶように、３つのシングルエミッタＬＤ４１が配置される。隣り合う各２つのシングルエミッタＬＤ４１間の距離は、例えば１ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定される。シングルエミッタＬＤ４１間の距離が２０ｍｍを超えると、コンパクトなケースに納めることが難しくなる。一方、その距離が１ｍｍより短くなると、放熱性の効果が得られ難くなる。よって、放熱性の向上およびコンパクト化を両立するために、シングルエミッタＬＤ４１間の距離は凡そ５ｍｍに設定されるのが好ましい。
【００４８】
このように、複数のシングルエミッタＬＤ４１が分散配置されることにより、複数のシングルエミッタＬＤ４１の駆動時に各シングルエミッタＬＤ４１から発生される熱が放散されやすい。それにより、発熱に起因する各シングルエミッタＬＤ４１の短寿命化が抑制される。
【００４９】
各シングルエミッタＬＤ４１のエミッタの前部にＶＢＧ４９が設けられる。ＶＢＧ４９は、シングルエミッタＬＤ４１から出射される光のうち予め定められた波長領域の光を反射することにより、シングルエミッタＬＤ４１の外部共振器として機能する。それにより、シングルエミッタＬＤ４１からＶＢＧ４９を通して出射される光の波長は、予め定められた波長領域の範囲内に制限される。予め定められた波長領域には第１のレーザ媒質ＬＭ１の励起波長が含まれる。
【００５０】
この場合、シングルエミッタＬＤ４１の温度が変化することによりシングルエミッタＬＤ４１において発生される光の波長が変化する場合でも、予め定められた波長領域の光のみがシングルエミッタＬＤ４１から出射される。本実施の形態では、予め定められた波長領域は８７９ｎｍを中心とする一定幅の範囲に設定される。各シングルエミッタＬＤ４１からＶＢＧ４９を通して出射される光は主として８７９ｎｍの波長を有する。
【００５１】
各シングルエミッタＬＤ４１に設けられるＶＢＧ４９の前方に、ファーストアクシスコリメートレンズ４２およびスローアクシスコリメートレンズ４３がこの順で並ぶように配置される。ファーストアクシスコリメートレンズ４２およびスローアクシスコリメートレンズ４３は、シングルエミッタＬＤ４１から出射される光を平行光にする。
【００５２】
全てのシングルエミッタＬＤ４１から出射された光が入射するように、複数のスローアクシスコリメートレンズ４３の前方に集光レンズ４４が配置される。集光レンズ４４は、全てのシングルエミッタＬＤ４１から出射された光を光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光する。光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１の光は、高出力の励起光としてマーキングヘッド部２に伝達される。
【００５３】
図２に一点鎖線で示すように、レーザ励起部４０における複数のシングルエミッタＬＤ４１は直列に接続されている。電源装置３０は、複数のシングルエミッタＬＤ４１から出射される全ての光の出力（エネルギー）の合計が例えば５０Ｗ以上になるように、複数のシングルエミッタＬＤ４１を含む直列回路に電力を供給する。
【００５４】
この場合、複数のシングルエミッタＬＤ４１が並列に接続される場合に比べて、複数のシングルエミッタＬＤ４１に供給される電流を小さくすることができる。それにより、電源装置３０と複数のシングルエミッタＬＤ４１とをつなぐ配線を細くすることが可能となる。したがって、配線のレイアウトの自由度が高くなる。本実施の形態においては、複数のシングルエミッタＬＤ４１を含む直列回路に供給される電流の値は、例えば１５Ａである。
【００５５】
レーザ励起部４０において、複数のシングルエミッタＬＤ４１から出射される光を光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光するための構成は、図２の例に限られない。レーザ励起部４０は、以下の構成を有してもよい。
【００５６】
図３は、レーザ励起部４０の他の構成例を示す模式的平面図である。図３のレーザ励起部４０においては、集光レンズ４４に加えて複数の全反射ミラー４５ａ，４５ｂがさらに設けられる。
【００５７】
ここで、図３の説明では、集光レンズ４４の光軸上に位置するシングルエミッタＬＤ４１を第１のシングルエミッタＬＤ４１Ａと呼び、第１のシングルエミッタＬＤ４１を挟むように配置された２つのシングルエミッタＬＤ４１を第２のシングルエミッタＬＤ４１Ｂと呼ぶ。
【００５８】
各第２のシングルエミッタＬＤ４１Ｂの前方には、１つの全反射ミラー４５ａが配置される。また、全反射ミラー４５ａの位置から出射方向に直交する方向に１つの全反射ミラー４５ｂが配置される。
【００５９】
第１のシングルエミッタＬＤ４１Ａから出射される光は、集光レンズ４４の光軸に沿って集光レンズ４４に入射し、光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光される。
【００６０】
一方、各第２のシングルエミッタＬＤ４１Ｂから出射される光は、光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に向かうように全反射ミラー４５ａ，４５ｂにより反射され、集光レンズ４４に入射する。集光レンズ４４に入射した光は、光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光される。この場合、隣り合うシングルエミッタＬＤ４１間に大きな距離を確保しつつ集光レンズ４４を小さくすることができる。
【００６１】
図４（ａ）はレーザ励起部４０のさらに他の構成例を示す模式的平面図であり、図４（ｂ）は主として図４（ａ）のシングルエミッタＬＤ４１ａ，４１ｂ，４１ｃを集光レンズ４４の位置から見た図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）の光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１における光の集光状態を示す図である。
【００６２】
図４（ａ）〜（ｃ）では、各３つのシングルエミッタＬＤ４１ａ，４１ｂ，４１ｃからそれぞれ出射される光の方向（上記の出射方向に相当する方向）を第１の方向として矢印Ｄ１で表す。また、第１の方向Ｄ１に直交する方向を第２の方向として矢印Ｄ２で表す。さらに、第１および第２の方向Ｄ１，Ｄ２に直交する方向を第３の方向として矢印Ｄ３で表す。
【００６３】
図４のレーザ励起部４０においては、集光レンズ４４に加えて複数の全反射ミラー４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆおよび台座ＭＯがさらに設けられる。ここで、図４の説明では、集光レンズ４４の光軸上に位置するシングルエミッタＬＤ４１を第１のシングルエミッタＬＤ４１ａと呼び、第１のシングルエミッタＬＤ４１を挟むように配置された２つのシングルエミッタＬＤ４１のうち一方を第２のシングルエミッタＬＤ４１ｂと呼び、他方を第３のシングルエミッタＬＤ４１ｃと呼ぶ。
【００６４】
図４（ｂ）では、レーザ励起部４０の複数の構成要素のうち第１〜第３のシングルエミッタＬＤ４１ａ〜４１ｃ、複数の全反射ミラー４５ｃ〜４５ｆ、台座ＭＯおよびケーシング４０Ｃのみが図示される。
【００６５】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、台座ＭＯは、階段状に形成された３つの載置面ＭＯｂ，ＭＯａ，ＭＯｃを有する。載置面ＭＯｂ，ＭＯａ，ＭＯｃは、この順で第２の方向Ｄ２に並ぶとともに第３の方向Ｄ３に直交する。第３の方向Ｄ３において、載置面ＭＯｃのレベルは載置面ＭＯａ，ＭＯｂよりも高い。また、載置面ＭＯａのレベルは載置面ＭＯｂよりも高い。
【００６６】
第２、第１および第３のシングルエミッタＬＤ４１ｂ，４１ａ，４１ｃが台座ＭＯの載置面ＭＯｂ，ＭＯａ，ＭＯｃ上にそれぞれ配置される。本例の第２、第１および第３のシングルエミッタＬＤ４１ｂ，４１ａ，４１ｃの各々のエミッタは、第２の方向Ｄ２の長さが第３の方向Ｄ３の長さよりも大きい。
【００６７】
第２のシングルエミッタＬＤ４１ｂの前方には、１つの全反射ミラー４５ｃが配置される。また、全反射ミラー４５ｃの位置から第２の方向Ｄ２に１つの全反射ミラー４５ｅが配置される。全反射ミラー４５ｅは、第３の方向Ｄ３に沿ってレーザ励起部４０を見た場合に、集光レンズ４４の光軸に重なるように配置される。
【００６８】
第３のシングルエミッタＬＤ４１ｃの前方には、１つの全反射ミラー４５ｄが配置される。また、全反射ミラー４５ｄの位置から第２の方向Ｄ２に１つの全反射ミラー４５ｆが配置される。全反射ミラー４５ｆは、第３の方向Ｄ３に沿ってレーザ励起部４０を見た場合に、集光レンズ４４の光軸に重なるように配置される。
【００６９】
第１のシングルエミッタＬＤ４１ａから出射される光は、集光レンズ４４の光軸に沿って集光レンズ４４に入射し、光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光される。図４（ｃ）に、第１のシングルエミッタＬＤ４１ａから一端面Ｅ１に集光される光のスポットが、符号ｓｐａで示される。
【００７０】
一方、第２のシングルエミッタＬＤ４１ｂから出射される光は、全反射ミラー４５ｃにより反射された後全反射ミラー４５ｅにより反射される。全反射ミラー４５ｅにより反射された光は、集光レンズ４４に入射し、光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光される。図４（ｃ）に、第２のシングルエミッタＬＤ４１ｂから光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光される光のスポットが、符号ｓｐｂで示される。
【００７１】
他方、第３のシングルエミッタＬＤ４１ｃから出射される光は、全反射ミラー４５ｄにより反射された後全反射ミラー４５ｆにより反射される。全反射ミラー４５ｆにより反射された光は、集光レンズ４４に入射し、光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光される。図４（ｃ）に、第３のシングルエミッタＬＤ４１ｃから光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光される光のスポットが、符号ｓｐｃで示される。
【００７２】
上記のように、エミッタの第２の方向Ｄ２の長さが第３の方向Ｄ３の長さよりも大きい場合には、光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に形成される集光スポットも第２の方向Ｄ２の長さが第３の方向Ｄ３の長さよりも大きくなる。
【００７３】
そこで、本例では、集光スポットｓｐａ，ｓｐｂ，ｓｐｃが第３の方向Ｄ３に並ぶように第１のシングルエミッタＬＤ４１ａ、第２のシングルエミッタＬＤ４１ｂ、第３のシングルエミッタＬＤ４１ｃおよび複数の全反射ミラー４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆが配置される。それにより、円形状を有する光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１において、より広い領域に効率よく光を導くことができる。また、本例においても、図３の例と同様に、隣り合うシングルエミッタＬＤ４１間に大きな距離を確保しつつ集光レンズ４４を小さくすることができる。
【００７４】
（３）マーキングヘッド部
図５は、図１のマーキングヘッド部２の構成を説明するためのブロック図である。図５に示すように、マーキングヘッド部２は、レーザ光出力部５０、ビームエキスパンダ７０、ビームサンプラー２１、ベンドミラー２２、偏光ビームスプリッタ２３、焦点位置調整部８０、折り返しミラー２４、１／４波長板２５、走査部２００、カバーガラス２６、パワーモニタ１１０および撮像装置１２０を含む。
【００７５】
光ファイバケーブルＯＣの他端面Ｅ２がレーザ光出力部５０に接続される。レーザ光出力部５０においては、本体部１のレーザ励起部４０（図２）から伝達される高出力の励起光に基づいてワークＷに照射されるべきレーザ光が発生される。レーザ光出力部５０の詳細を説明する。
【００７６】
図５に示すように、レーザ光出力部５０は、コリメートレンズ５１、ビームスプリッタ５２、折り返しミラー５３，５５，５６，５９，６０，６１，６２、集光レンズ５４，６５、リアミラー５７、出力ミラー５８、Ｑスイッチ５０Ｑ、第１のレーザ媒質ＬＭ１および第２のレーザ媒質ＬＭ２を含む。
【００７７】
光ファイバケーブルＯＣの他端面Ｅ２から出射される高出力の励起光は、コリメートレンズ５１により平行光に調整され、ビームスプリッタ５２に入射する。ビームスプリッタ５２に入射した励起光は、互いに直交する２つの方向に分離される。
【００７８】
ビームスプリッタ５２により分離された一部の励起光は、折り返しミラー５３により反射された後、集光レンズ５４により集光されつつ折り返しミラー５５に入射する。折り返しミラー５５は、一面に入射する光を透過し、他面に入射する光を反射するミラーである。本例では、集光レンズ５４から折り返しミラー５５に入射する励起光は折り返しミラー５５を透過して第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部に入射する。
【００７９】
第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部に入射した励起光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１から自然放出光（または誘導放出光）を発生させる。発生された自然放出光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部から出射される。第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部から出射された自然放出光は、折り返しミラー５６により反射された後、リアミラー５７により反射され、第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部に入射する。
【００８０】
第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部に入射した自然放出光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１から誘導放出光を発生させる。発生された誘導放出光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部から出射される。第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部から出射された誘導放出光は、折り返しミラー５５により反射された後、Ｑスイッチ５０Ｑを通して出力ミラー５８に入射する。出力ミラー５８は、入射した一部の誘導放出光を透過し、残りの誘導放出光を反射する。出力ミラー５８により反射された誘導放出光は、Ｑスイッチ５０Ｑを通して折り返しミラー５５により反射され、第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部に入射する。その後、誘導放出光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部から出射され、折り返しミラー５６により反射された後、リアミラー５７により反射され、第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部に入射する。
【００８１】
このようにして、誘導放出光が繰り返し第１のレーザ媒質ＬＭ１に入射することにより、第１のレーザ媒質ＬＭ１においてレーザ光が発生される。
【００８２】
ここで、第１および第２のレーザ媒質ＬＭ１，ＬＭ２として、Ｎｄ：ＹＶＯ４（ネオジム：イットリウム・バナデート）またはＮｄ：ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）が用いられる。この場合、第１のレーザ媒質ＬＭ１において発生されるレーザ光の波長は１０６４ｎｍである。上記のように、各シングルエミッタＬＤ４１からＶＢＧ４９を通して出射される光は主として８７９ｎｍの波長を有する。すなわち、励起光は８７９ｎｍの波長を有する。そのため、第１のレーザ媒質ＬＭ１における量子効率は凡そ８３％となる。
【００８３】
このように、第１のレーザ媒質ＬＭ１においては、高い量子効率でレーザ光が発生される。それにより、レーザ光が発生される際に第１のレーザ媒質ＬＭ１に発生する熱が低減され、熱レンズ効果の発生が抑制される。
【００８４】
第１および第２のレーザ媒質ＬＭ１，ＬＭ２の各々の結晶の長さは、１０ｍｍ以上であり、１５ｍｍ以上であることが好ましい。また、第１および第２のレーザ媒質ＬＭ１，ＬＭ２は、それぞれの結晶のｃ軸方向が互いに平行となるように配置される。
【００８５】
本実施の形態では、折り返しミラー５５，５６、リアミラー５７、出力ミラー５８、Ｑスイッチ５０Ｑおよび第１のレーザ媒質ＬＭ１がレーザ光の発振器として機能する。その発振器においては、Ｑスイッチ５０Ｑに図示しない駆動装置から高周波の駆動信号が印加されることによりレーザ光のパルス発振が行われる。Ｑスイッチ５０Ｑとしては、例えば水晶からなるＡＯＭ（音響光学素子：Acousto-Optic Modulator）が用いられる。第１のレーザ媒質ＬＭ１において発生されたレーザ光は、パルス発振により出力ミラー５８から折り返しミラー５９に向かって断続的に出射される。出射されたレーザ光は、折り返しミラー５９により反射され、第２のレーザ媒質ＬＭ２の一端部に入射する。
【００８６】
上記の発振器においては、１つ以上（本例では２つ）の折り返しミラー５５，５６が用いられる。したがって、第１のレーザ媒質ＬＭ１に励起光が入射する方向における発振器のコンパクト化が実現される。
【００８７】
ビームスプリッタ５２により分離された残りの励起光は、折り返しミラー６１，６２により反射され、集光レンズ６５により集光されつつ折り返しミラー６０に入射する。折り返しミラー６０は、一面に入射する光を透過し、他面に入射する光を反射するミラーである。
【００８８】
集光レンズ６５から折り返しミラー６０に入射する励起光は折り返しミラー６０を透過して第２のレーザ媒質ＬＭ２の他端部に入射する。この場合、第２のレーザ媒質ＬＭ２においては、励起光が第２のレーザ媒質ＬＭ２の一端部に入射する場合に比べて、第２のレーザ媒質ＬＭ２の一端部から他端部に向かって進行するレーザ光を効率よく増幅することができる。このように、第２のレーザ媒質ＬＭ２は増幅器として機能する。
【００８９】
また、上記のように、第１および第２のレーザ媒質ＬＭ１，ＬＭ２は、それぞれの結晶のｃ軸方向が互いに平行となるように配置される。それにより、第２のレーザ媒質ＬＭ２においては、第１のレーザ媒質ＬＭ１により発生されたレーザ光がより効率よく増幅される。
【００９０】
なお、第２のレーザ媒質ＬＭ２は、例えば２つ以上のＮｄ：ＹＶＯ４またはＮｄ：ＹＡＧの結晶を連結することにより作製されてもよい。それにより、第２のレーザ媒質ＬＭ２に入射するレーザ光をより大きく増幅させることができる。したがって、レーザ光の出力をより高くすることができる。
【００９１】
第２のレーザ媒質ＬＭ２の他端部から出射されたレーザ光は、折り返しミラー６０により反射され、ビームエキスパンダ７０に向かって出射される。
【００９２】
高出力のレーザ光をＱスイッチ５０Ｑによりパルス発振させることは難しい。そこで、上記のレーザ光出力部５０においては、ビームスプリッタ５２により折り返しミラー５３に向かって分離される励起光の出力は例えば３５Ｗ以下に設定される。この場合、レーザ光のパルス発振を正確に行うことが可能になるとともに、発振器においてから出射されるレーザ光のビーム径を理想的なビーム径の１．５倍以下にすることが可能となる。
【００９３】
さらに、上記のレーザ光出力部５０においては、ビームスプリッタ５２により折り返しミラー６１に向かって分離される励起光の出力は例えば３５Ｗ以下であることが好ましい。この場合、第２のレーザ媒質ＬＭ２に入射する励起光のエネルギーが過剰に高いことによる熱レンズ効果の発生が抑制される。それにより、第２のレーザ媒質ＬＭ２の他端部から所望のビーム径および強度分布を有するレーザ光が安定して出射される。
【００９４】
ビームエキスパンダ７０は、入射レンズ７１および出射レンズ７２を含む。入射レンズ７１は平凹レンズからなり、出射レンズ７２は平凸レンズからなる。レーザ光出力部５０から出射されるレーザ光のビーム径は小さい。そこで、ビームエキスパンダ７０は、入射するレーザ光のビーム径を、そのレーザ光が焦点位置調整部８０に入射するために適したビーム径に調整する。それにより、ワークＷに照射されるレーザ光のビーム径を高い精度で正確に調整することが可能となる。なお、ワークＷに照射されるレーザ光のビーム径に高い精度が求められない場合には、ビームエキスパンダ７０は設けられなくてもよい。
【００９５】
ビームサンプラー２１は、ビームエキスパンダ７０から出射された一部のレーザ光を透過し、残りのレーザ光を反射する。ビームサンプラー２１により反射されたレーザ光は、パワーモニタ１１０に入射する。パワーモニタ１１０は、レーザ光出力部５０から出射されるレーザ光の出力（エネルギー）を検出するための出力検出器を含み、出力検出器の検出結果を図２の制御部１０に与える。出力検出器としては、サーモパイルまたはフォトダイオード等が用いられる。
【００９６】
図２の制御部１０は、与えられた出力検出器の検出結果を例えば図２の表示部３に表示させる。それにより、使用者は、表示部３を見ることによりレーザ光出力部５０の動作状態を容易に確認することができる。
【００９７】
上記のビームサンプラー２１としては、例えばコーティング等の表面処理が施されていないガラス板を用いることができる。この場合、ビームサンプラー２１は温度変化による影響を受けにくい。したがって、低コストかつ高い精度でレーザ光出力部５０から出射されるレーザ光の出力を監視することができる。
【００９８】
ここで、レーザ光出力部５０から出射されるレーザ光は直線偏光である。本実施の形態では、レーザ光出力部５０から出射された直線偏光のレーザ光がＰ偏光で入射するようにベンドミラー２２が配置される。
【００９９】
ベンドミラー２２は、一面に入射する光を透過し、他面に入射する光を反射するミラーであり、Ｐ偏光で入射する直線偏光のレーザ光を偏光状態を変化させることなく偏光ビームスプリッタ２３に向けて反射する。
【０１００】
偏光ビームスプリッタ２３は、Ｓ偏光で入射するレーザ光を反射し、Ｐ偏光で入射するレーザ光を透過させる。また、偏光ビームスプリッタ２３は、ベンドミラー２２で反射された直線偏光のレーザ光がＳ偏光で入射するように配置される。それにより、偏光ビームスプリッタ２３は、Ｓ偏光で入射する直線偏光のレーザ光を偏光状態を変化させることなく焦点位置調整部８０に向けて反射する。
【０１０１】
焦点位置調整部８０は、入射レンズ８１、コリメートレンズ８２、出射レンズ８３およびレンズ駆動部８９を含む。入射レンズ８１は平凹レンズからなり、コリメートレンズ８２および出射レンズ８３は平凸レンズからなる。入射レンズ８１、コリメートレンズ８２および出射レンズ８３は、各光軸が共通の軸上に並ぶように配置される。偏光ビームスプリッタ２３から焦点位置調整部８０に向けて反射されたレーザ光は、入射レンズ８１、コリメートレンズ８２および出射レンズ８３を透過して、折り返しミラー２４に向かって出射される。
【０１０２】
ここで、焦点位置調整部８０においては、レンズ駆動部８９が光軸方向に入射レンズ８１を移動させる。それにより、入射レンズ８１と出射レンズ８３との間の距離が変化し、ワークＷに照射されるレーザ光の焦点位置が変化する。焦点位置調整部８０およびその動作の詳細については後述する。
【０１０３】
折り返しミラー２４は、焦点位置調整部８０から出射された直線偏光のレーザ光を偏光状態を変化させることなく１／４波長板２５に向けて反射する。１／４波長板２５は例えば水晶により形成され、当該１／４波長板２５に入射して透過するレーザ光の位相遅れが４５°＋ｎ×３６０°（ｎは整数）となるように構成されることが好ましい。１／４波長板２５は、例えば互いに直交する方向に光学軸を持つように２枚の水晶板が貼り合わされることにより作製されてもよい。
【０１０４】
１／４波長板２５においては、折り返しミラー２４から入射する直線偏光のレーザ光が円偏光のレーザ光に変換される。位相遅れが４５°＋ｎ×３６０°（ｎ＝０）である１／４波長板２５が用いられる場合には、１／４波長板２５の温度によらず直線偏光のレーザ光を円偏光のレーザ光へ正確に変換することが可能となる。本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ２３および１／４波長板２５がレーザ光の偏光状態変換部として機能する。
【０１０５】
円偏光に変換されたレーザ光は走査部２００に入射する。走査部２００は、第１のガルバノミラーＧ１、第２のガルバノミラーＧ２、第１のモータＭ１および第２のモータＭ２を含む。走査部２００に入射したレーザ光は、第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２により反射され、カバーガラス２６を透過してワークＷの表面に照射される。
【０１０６】
第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２は、第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２により反射されたレーザ光が円偏光のレーザ光となるように構成される。換言すれば、第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２は、走査部２００に入射するレーザ光の偏光状態と走査部２００から出射されるレーザ光の偏光状態とが等しくなるように構成される。走査部２００から出射された円偏光のレーザ光がワークＷに照射される。走査部２００の詳細は後述する。
【０１０７】
第１のガルバノミラーＧ１が第１のモータＭ１により駆動され、第２のガルバノミラーＧ２が第２のモータＭ２により駆動される。それにより、ワークＷの表面に照射されるレーザ光が互いに直交する２方向に走査され、ワークＷの表面に線分等のマーキング（印字）が行われる。
【０１０８】
マーキングヘッド部２においては、レーザ光とは異なるワークＷ周辺の可視光がカバーガラス２６を通して走査部２００に入射する。さらに、走査部２００に入射した可視光は、第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２により反射され、１／４波長板２５を透過して折り返しミラー２４に入射する。
【０１０９】
ここで、折り返しミラー２４は、レーザ光出力部５０から出射されるレーザ光の波長の光を反射し、レーザ光の波長以外の予め定められた波長の光を透過するように構成される。本実施の形態では、レーザ光の波長は１０６４ｎｍであり、予め定められた波長は可視光領域（約４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長領域）の波長である。それにより、折り返しミラー２４に入射する可視光のうちの少なくとも一部は、折り返しミラー２４を透過する。
【０１１０】
本実施の形態では、折り返しミラー２４を透過する可視光を受光するように撮像装置１２０が設けられる。撮像装置１２０は、例えば撮像素子およびレンズを含むＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。
【０１１１】
この場合、撮像装置１２０においては、カバーガラス２６を通して走査部２００に入射する可視光によりワークＷの表面が撮像される。撮像装置１２０の出力信号は図２の制御部１０に与えられる。それにより、ワークＷの表面の画像に対応する画像データが生成される。生成された画像データに基づいて、ワークＷの表面の画像が表示部３に表示される。したがって、使用者は、マーキングを行うべきワークＷの表面上の位置を表示部３を見ながら確認することができる。
【０１１２】
また、折り返しミラー２４は、レーザ光出力部５０から出射されるレーザ光の波長の光を反射するので、後述する戻り光も反射する。したがって、撮像装置１２０には、高出力のレーザ光および戻り光が入射しない。それにより、高出力のレーザ光および戻り光による撮像装置１２０の破損が防止される。
【０１１３】
なお、上記のベンドミラー２２には、レーザ光が入射する面と反対側の面に波長約６２０ｎｍの赤色のガイド光が照射される。照射されたガイド光は、ベンドミラー２２を透過し、レーザ光出力部５０から出射されるレーザ光と同じ経路をたどってワークＷ上に照射される。それにより、使用者は、ワークＷ上に照射された赤色のガイド光を視認することにより、レーザ光によるマーキングが行われる位置を容易に認識することができる。
【０１１４】
（４）戻り光
ワークＷに照射されるレーザ光の少なくとも一部は、ワークＷの表面で反射してカバーガラス２６に入射する。以下の説明では、ワークＷの表面で反射してカバーガラス２６に入射するレーザ光を戻り光と呼ぶ。戻り光がレーザ光出力部５０に入射すると、レーザ光出力部５０内の第１および第２のレーザ媒質ＬＭ１，ＬＭ２が破損する可能性がある。そこで、戻り光がレーザ光出力部５０に入射することを防止するために上記の偏光ビームスプリッタ２３および１／４波長板２５が用いられる。そのメカニズムについて説明する。
【０１１５】
ワークＷの表面で反射する円偏光のレーザ光は、回転方向が逆転した状態で戻り光として走査部２００に入射する。上記のように、走査部２００は、走査部２００に入射するレーザ光の偏光状態と走査部２００から出射されるレーザ光の偏光状態とが等しくなるように構成される。それにより、回転方向が逆転した円偏光の戻り光は、走査部２００を通して１／４波長板２５に入射する。この場合、１／４波長板２５においては、円偏光の戻り光が直線偏光の戻り光に変換される。このとき、直線偏光の戻り光の位相は、レーザ光出力部５０から出射される直線偏光のレーザ光の位相に対してずれる。具体的には、直線偏光の戻り光の偏光面は、レーザ光出力部５０から出射される直線偏光のレーザ光の偏光面に対して９０°回転する。それにより、１／４波長板２５により変換された直線偏光の戻り光は、Ｐ偏光で偏光ビームスプリッタ２３に入射する。
【０１１６】
上記の偏光ビームスプリッタ２３は、Ｓ偏光で入射する光を反射し、Ｐ偏光で入射する光を透過するので、偏光ビームスプリッタ２３にＰ偏光で入射する直線偏光の戻り光は、図５に太い点線で示すように偏光ビームスプリッタ２３を透過する。つまり、戻り光がレーザ光の経路から外れる。それにより、戻り光がレーザ光出力部５０に入射しない。その結果、レーザ光出力部５０内の第１および第２のレーザ媒質ＬＭ１，ＬＭ２の破損が防止される。
【０１１７】
（５）走査部
走査部２００の詳細を説明する。図６は、走査部２００およびその周辺部材の構成を示す外観斜視図である。以下の説明では、第１のガルバノミラーＧ１によりワークＷ上でレーザ光が走査される方向をＸ方向と呼び、第２のガルバノミラーＧ２によりワークＷ上でレーザ光が走査される方向をＹ方向と呼び、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向と呼ぶ。また、走査部２００によりレーザ光を走査可能な範囲Ｒの中心を原点Ｏと呼ぶ。
【０１１８】
図６に示すように、焦点位置調整部８０は、その光軸がＺ方向に平行となるように配置される。また、折り返しミラー２４は、焦点位置調整部８０から入射されるレーザ光をＸ方向に反射するように配置される。
【０１１９】
本実施の形態に係る走査部２００においては、第１のガルバノミラーＧ１は、第１のモータＭ１から延びるＺ方向に平行な回転軸Ｓ１によりその回転軸Ｓ１の周りで回転可能に支持される。第２のガルバノミラーＧ２は、第２のモータＭ２から延びるＸ方向に平行な回転軸Ｓ２によりその回転軸Ｓ２の周りで回転可能に支持される。
【０１２０】
第１のガルバノミラーＧ１は、原点Ｏにレーザ光が照射された状態で、１／４波長板２５により変換された円偏光のレーザ光が４５°の入射角で入射するように配置される。さらに、第２のガルバノミラーＧ２は、原点Ｏにレーザ光が照射された状態で、第１のガルバノミラーＧ１により反射されたレーザ光が４５°の入射角で入射するように配置される。
【０１２１】
この場合、第１のガルバノミラーＧ１にＰ偏光で入射するレーザ光は、第１のガルバノミラーＧ１により反射され、第２のガルバノミラーＧ２にＳ偏光で入射する。また、第１のガルバノミラーＧ１にＳ偏光で入射するレーザ光は、第１のガルバノミラーＧ１により反射され、第２のガルバノミラーＧ２にＰ偏光で入射する。
【０１２２】
第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２は、Ｐ偏光で入射して反射される光の位相遅れが互いに等しくなるようにかつＳ偏光で入射して反射される光の位相遅れが互いに等しくなるように構成されている。
【０１２３】
ここで、第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２の各々にＰ偏光で入射して反射されるレーザ光の位相遅れをφｐとする。また、第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２の各々にＳ偏光で入射して反射されるレーザ光の位相遅れをφｓとする。このとき、第１のガルバノミラーＧ１にＰ偏光で入射して第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２により反射されるレーザ光には、（φｐ＋φｓ）分の位相遅れが発生する。また、第１のガルバノミラーＧ１にＳ偏光で入射して第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２により反射されるレーザ光には、（φｓ＋φｐ）分の位相遅れが発生する。
【０１２４】
上記のように、第１のガルバノミラーＧ１にＰ偏光で入射して反射されるレーザ光に生じる位相遅れと第２のガルバノミラーＧ２にＳ偏光で入射して反射されるレーザ光に生じる位相遅れとの和は、第１のガルバノミラーＧ１にＳ偏光で入射して反射されるレーザ光に生じる位相遅れと第２のガルバノミラーＧ２にＰ偏光で入射して反射されるレーザ光に生じる位相遅れとの和に等しくなる。この場合、走査部２００に入射するレーザ光は、その偏光状態が保持された状態で走査部２００からワークＷに向かって照射される。
【０１２５】
したがって、走査部２００の第１のガルバノミラーＧ１に入射する円偏光のレーザ光は、第２のガルバノミラーＧ２により円偏光のレーザ光として反射され、ワークＷに照射される。
【０１２６】
図６の例では、走査部２００に入射するレーザ光の偏光状態とワークＷに照射されるレーザ光の偏光状態とを等しくするために、レーザ光に対する第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２の配置が定められる。走査部２００に入射するレーザ光の偏光状態とワークＷに照射されるレーザ光の偏光状態とを等しくするための構成は、上記の例に限られない。
【０１２７】
例えば、第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２におけるレーザ光の反射面にゼロシフトコーティング処理が施されてもよい。ここで、ゼロシフトコーティング処理とは、ミラーの反射面においてＰ偏光で入射して反射される光の位相遅れをαとし、Ｓ偏光で入射して反射される光の位相遅れをβとした場合に、α＝β＋ｎ×３６０°（ｎは整数）の関係が満たされるようにミラーの反射面に誘電体多層膜等の所定の膜を形成する処理をいう。
【０１２８】
この場合、第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２の各々においては、Ｐ偏光で入射して反射されるレーザ光の位相遅れαとＳ偏光で入射して反射されるレーザ光の位相遅れβとが実質的に等しい。そのため、走査部２００に入射する円偏光のレーザ光は、第１のガルバノミラーＧ１により変換されることなく円偏光のレーザ光として反射される。また、第１のガルバノミラーＧ１により反射された円偏光のレーザ光は、第２のガルバノミラーＧ２により変換されることなく円偏光のレーザ光として反射される。それにより、円偏光のレーザ光がワークＷに照射される。
【０１２９】
このように、第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２にゼロシフトコーティング処理が施される場合には、各ミラーに対するレーザ光の入射角を４５°に調整する必要はない。したがって、第１および第２のモータＭ１，Ｍ２のレイアウトの自由度が向上する。なお、本例では、原点Ｏにレーザ光が照射された状態での、第１および第２のガルバノミラーＧ１，Ｇ２の各々に対するレーザ光の入射角は、３０°以上６０°以下に設定されることが好ましく、４５°に設定されることがより好ましい。
【０１３０】
（６）焦点位置調整部
図７および図８は、焦点位置調整部８０によりワークＷに照射されるレーザ光の焦点位置が変化する例を説明するための側面図である。図７および図８では、焦点位置調整部８０とともに走査部２００、１／４波長板２５およびカバーガラス２６の側面図が示される。
【０１３１】
図７および図８に示すように、焦点位置調整部８０は、略円筒形状のケーシング８０Ｃを有する。ケーシング８０Ｃの両端部には、レーザ光を通過させるための開口が形成されている。ケーシング８０Ｃの内部では、入射レンズ８１、コリメートレンズ８２および出射レンズ８３がこの順でＺ方向に並ぶ。
【０１３２】
入射レンズ８１、コリメートレンズ８２および出射レンズ８３のうち、コリメートレンズ８２および出射レンズ８３はケーシング８０Ｃの内部に固定される。一方、入射レンズ８１はＺ方向に移動可能に設けられる。レンズ駆動部８９は、例えばモータを含み、入射レンズ８１をＺ方向に移動させる。それにより、入射レンズ８１と出射レンズ８３との間の相対的な距離が変化する。
【０１３３】
例えば、レンズ駆動部８９により入射レンズ８１と出射レンズ８３との間の距離が小さくなるように調整される。この場合、図７に示すように、出射レンズ８３から出射されるレーザ光の集光角が小さくなることにより、ワークＷに照射されるレーザ光の焦点位置ｆｐがカバーガラス２６から遠ざかる。一方、レンズ駆動部８９により入射レンズ８１と出射レンズ８３との間の距離が大きくなるように調整される。この場合、図８に示すように、出射レンズ８３から出射されるレーザ光の集光角が大きくなることにより、ワークＷに照射されるレーザ光の焦点位置ｆｐがカバーガラス２６に近づく。
【０１３４】
焦点位置調整部８０においては、入射レンズ８１、コリメートレンズ８２および出射レンズ８３のうち、入射レンズ８１がケーシング８０Ｃの内部に固定され、コリメートレンズ８２および出射レンズ８３がＺ方向に移動可能に設けられてもよい。この場合、レンズ駆動部８９は、コリメートレンズ８２および出射レンズ８３を入射レンズ８１に対して相対的にＺ方向に移動させてもよい。また、入射レンズ８１、コリメートレンズ８２および出射レンズ８３がそれぞれ相対的にＺ方向に移動可能に構成されてもよい。
【０１３５】
本実施の形態においては、焦点位置調整部８０のレンズ駆動部８９は、レーザ光のＺ方向における走査手段として用いられる。
【０１３６】
（７）レーザマーキング装置の動作
図１のレーザ加工システム１０００においては、例えば図１のレーザ加工データ設定装置９００により生成されたレーザ加工データが図２のメモリ部２０に記憶される。図２の制御部１０は、メモリ部２０に記憶されたレーザ加工データを読み出すことにより、ワークＷへのマーキングを行う。以下の例では、３本の線分からなる文字「Ａ」がワークＷにマーキングされる場合の図１のレーザマーキング装置１００の動作を説明する。
【０１３７】
図９は、文字「Ａ」がワークＷにマーキングされる場合のレーザマーキング装置１００の動作を示すタイムチャートである。図９においては、最上段に時刻が示され、２段目にマーキングを行う期間が示され、３段目に図５の走査部２００の動作状態が示される。また、４段目に図２の複数のシングルエミッタＬＤ４１に供給される電流値が示され、５段目に図５のＱスイッチ５０Ｑに印加される駆動信号の信号レベルが示される。さらに、６段目にマーキングヘッド部２からワークＷに照射されるレーザ光の出力レベルが示され、最下段にワークＷ上にマーキングされるマーキングパターンが示される。
【０１３８】
ここで、図５の走査部２００の第１および第２のモータＭ１，Ｍ２は、第１の状態Ｖ１、第２の状態Ｖ２および第３の状態Ｖ３で動作可能に構成される。走査部２００は、第１の状態Ｖ１においてワークＷに照射されるレーザ光を最も高い速度でＸ方向およびＹ方向に走査することが可能であり、第２の状態Ｖ２においてワークＷに照射されるレーザ光を予め定められた均一な速度（以下、マーキング速度と呼ぶ。）でＸ方向およびＹ方向に走査することが可能であるものとする。さらに、走査部２００は、第３の状態Ｖ３においてワークＷに照射されるレーザ光の走査速度をマーキング速度に近づけることが可能であるものとする。
【０１３９】
初期状態において、図２の複数のシングルエミッタＬＤ４１には予め定められた大きさの電流が供給されている。このときの電流値を予備電流値ａ２と呼ぶ。予備電流値ａ２は、各シングルエミッタＬＤ４１をオフ状態からオン状態に切り替える際の応答性を高めるために設定される。ここで、シングルエミッタＬＤ４１のオフ状態とは、シングルエミッタＬＤ４１において予め定められた出力よりも低い光が発生される状態および光が発生されない状態をいう。また、シングルエミッタＬＤ４１のオン状態とは、シングルエミッタＬＤ４１において予め定められた出力以上の光が発生される状態をいう。
【０１４０】
また、初期状態において、図５のＱスイッチ５０Ｑには予め定められた信号レベルで一定の駆動信号が印加されている。このときの駆動信号の信号レベルを予備レベルｐ２と呼ぶ。予備レベルｐ２は、Ｑスイッチ５０Ｑの発振動作の応答性を高めるために設定される。
【０１４１】
時刻ｔ０で、図２の制御部１０はメモリ部２０に記憶されたレーザ加工データを読み出す。また、制御部１０は、読み出された加工データに基づいて、図９の最上段に示すように、「Ａ」を構成する３つの線分のそれぞれのマーキング期間を決定する。本例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間および時刻ｔ９から時刻ｔ１０の間に、各線分のマーキングが行われる。
【０１４２】
さらに、制御部１０は、時刻ｔ０において、走査部２００を第１の状態Ｖ１に移行させるとともに走査部２００を制御する。それにより、走査部２００は、レーザ光の照射位置が１番目にマーキングされるべき線分の位置に向かうように動作する。
【０１４３】
次に、制御部１０は、時刻ｔ１でＱスイッチ５０Ｑに印加される駆動信号の信号レベルを予備レベルｐ２からハイレベルｐ３に変更する。
【０１４４】
続いて、制御部１０は、時刻ｔ２で走査部２００を第３の状態Ｖ３に移行させるとともに走査部２００を制御する。それにより、走査部２００は、レーザ光の照射位置が１番目にマーキングされるべき線分の位置に向かうようにかつそのレーザ光の走査速度がマーキング速度に近づくように動作する。また、制御部１０は、時刻ｔ２で複数のシングルエミッタＬＤ４１に供給される電流の値を予備電流値ａ２から設定電流値ａ３まで増加させる。設定電流値ａ３は、複数のシングルエミッタＬＤ４１をオン状態にするために設定される。
【０１４５】
その後、制御部１０は、時刻ｔ３でＱスイッチ５０Ｑに高周波の駆動信号を印加する。この場合、Ｑスイッチ５０Ｑに印加される駆動信号は、一定周期でハイレベルｐ３とローレベルに切り替わる。それにより、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて、マーキングヘッド部２からワークＷに向かってレーザ光が照射される。
【０１４６】
また、制御部１０は、時刻ｔ３で走査部２００を第２の状態Ｖ２に移行させるとともに走査部２００を制御する。それにより、走査部２００は、ワークＷに照射されるレーザ光の照射位置が１番目にマーキングされるべき線分の一端から他端に向かってマーキング速度で移動するように動作する。それにより、図９の最下段に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて１番目の線分が複数のドットによりワークＷ上にマーキングされる。
【０１４７】
次に、制御部１０は、時刻ｔ４で複数のシングルエミッタＬＤ４１に供給される電流の値を設定電流値ａ３から予備電流値ａ２まで減少させる。また、制御部１０は、時刻ｔ４でＱスイッチ５０Ｑに印加される駆動信号の信号レベルをハイレベルｐ３で一定に保持する。
【０１４８】
さらに、制御部１０は、時刻ｔ４において、走査部２００を第１の状態Ｖ１に移行させるとともに走査部２００を制御する。それにより、走査部２００は、レーザ光の照射位置が２番目にマーキングされるべき線分の位置に向かうように動作する。
【０１４９】
その後、制御部１０は、時刻ｔ５から時刻ｔ７にかけて、上記の時刻ｔ２から時刻ｔ４までの処理と同様の処理を行う。それにより、図９の最下段に示すように、時刻ｔ６から時刻ｔ７にかけて２番目の線分が複数のドットによりワークＷ上にマーキングされる。
【０１５０】
さらに、制御部１０は、時刻ｔ８から時刻ｔ１０にかけて、上記の時刻ｔ２から時刻ｔ４までの処理および時刻ｔ５から時刻ｔ７までの処理と同様の処理を行う。それにより、図９の最下段に示すように、時刻ｔ８から時刻ｔ１０にかけて３番目の線分が複数のドットによりワークＷ上にマーキングされる。このようにして、文字「Ａ」が完成する。
【０１５１】
次に、制御部１０は、時刻ｔ１０で複数のシングルエミッタＬＤ４１に供給される電流の値を設定電流値ａ３から予備電流値ａ２まで減少させる。また、制御部１０は、時刻ｔ１０でＱスイッチ５０Ｑに印加される駆動信号の信号レベルをハイレベルｐ３で一定に保持する。さらに、制御部１０は、時刻ｔ１０で走査部２００の動作を停止させる。
【０１５２】
その後、制御部１０は、時刻ｔ１１でＱスイッチ５０Ｑに印加される駆動信号の信号レベルをハイレベルｐ３から予備レベルｐ２に変更する。また、制御部１０は、時刻ｔ１２で複数のシングルエミッタＬＤ４１に供給される電流の値を、予備電流値ａ２から予備電流値ａ２よりも小さい節電用電流値ａ１まで減少させる。さらに、制御部１０は、時刻ｔ１３でＱスイッチ５０Ｑに印加される駆動信号の信号レベルを予備レベルｐ２から予備レベルｐ２よりも低い節電レベルｐ１に変更する。このようにして、文字「Ａ」のマーキングが終了する。
【０１５３】
上記のように、本例においては、走査部２００が第１の状態Ｖ１または第３の状態Ｖ３である期間中に複数のシングルエミッタＬＤ４１に供給される電流の値が設定電流値ａ３まで増加される。また、Ｑスイッチ５０Ｑに印加される駆動信号の信号レベルが予備レベルｐ２からハイレベルｐ３に変更される。それにより、各線分のマーキングが開始される時点で複数のシングルエミッタＬＤ４１およびＱスイッチ５０Ｑが安定して駆動される。その結果、各線分のマーキング開始時に複数のシングルエミッタＬＤ４１およびＱスイッチ５０Ｑに応答遅れが生じることが防止される。
【０１５４】
（８）効果
（８−１）上記のレーザマーキング装置１００においては、レーザ励起部４０の複数のシングルエミッタＬＤ４１の単一のエミッタから出射される光が光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光される。この場合、単一のエミッタを有する複数のシングルエミッタＬＤ４１を分散配置することができる。分散配置された各シングルエミッタＬＤ４１においては、駆動時に発生される熱が放散されやすい。それにより、発熱に起因する各シングルエミッタＬＤ４１の短寿命化が抑制される。また、複数のシングルエミッタＬＤ４１から出射される光が光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光されることにより、高出力の励起光が光ファイバケーブルＯＣを通してマーキングヘッド部２のレーザ光出力部５０に伝達される。
【０１５５】
レーザ光出力部５０においては、光ファイバケーブルＯＣの他端面Ｅ２から出射される励起光が、ビームスプリッタ５２により分離される。分離された一部の励起光により第１のレーザ媒質ＬＭ１が励起され、レーザ光が発生される。発生されたレーザ光が第２のレーザ媒質ＬＭ２に入射する。第２のレーザ媒質ＬＭ２には、ビームスプリッタ５２により分離された残りの励起光が入射する。それにより、第２のレーザ媒質ＬＭ２が励起され、第１のレーザ媒質ＬＭ１から第２のレーザ媒質ＬＭ２に入射したレーザ光が増幅される。
【０１５６】
この場合、ビームスプリッタ５２により分離される一部の励起光の出力は光ファイバケーブルＯＣの一端面Ｅ１に集光された励起光の出力に比べて低いので、第１のレーザ媒質ＬＭ１の熱レンズ効果の発生が抑制される。また、第１のレーザ媒質ＬＭ１により発生されたレーザ光が、ビームスプリッタ５２により分離される残りの励起光により増幅されるので、レーザ光出力部５０から出射されるレーザ光の出力が高くなる。したがって、高出力のレーザ光が走査部２００によりワークＷの表面上で走査される。これらの結果、高出力のレーザ光でのレーザ加工が可能になるとともに複数のシングルエミッタＬＤ４１の短寿命化が抑制される。
【０１５７】
（８−２）マーキングヘッド部２においては、レーザ光出力部５０から出射された直線偏光のレーザ光は、Ｓ偏光で偏光ビームスプリッタ２３に入射して反射される。偏光ビームスプリッタ２３により反射された直線偏光のレーザ光は、１／４波長板２５により円偏光のレーザ光に変換される。変換された円偏光のレーザ光は、走査部２００によりワークＷの表面上で走査される。
【０１５８】
ワークＷの表面で反射する円偏光のレーザ光は、回転方向が逆転した状態で、戻り光として走査部２００を通して１／４波長板２５に入射する。それにより、円偏光の戻り光が直線偏光に変換される。このとき、直線偏光の戻り光の位相は、レーザ光出力部５０から出射される直線偏光のレーザ光の位相に対してずれる。それにより、直線偏光の戻り光がＰ偏光で偏光ビームスプリッタ２３に入射する。この場合、戻り光は偏光ビームスプリッタ２３を透過し、レーザ光出力部５０に入射しない。
【０１５９】
これらの結果、高出力のレーザ光でのレーザ加工が可能になるとともに簡単な構成かつ低コストで戻り光によるレーザ光出力部５０の破損が防止される。
【０１６０】
（８−３）金属のレーザ加工においては、レーザ光のエネルギーが金属に吸収されることによりその金属が加工される。金属の表面のレーザ加工時には、金属の表面の少なくとも一部が変形する。例えば、レーザ加工により金属の表面に円形の孔を形成する場合には、レーザ加工中にレーザ光が照射される金属の部分がレーザ光の照射方向に向かって凹状に変形する。この場合、凹状部の内側にレーザ光に対して傾斜した面（以下、凹状傾斜面と呼ぶ。）が形成される。
【０１６１】
このようなレーザ加工に直線偏光のレーザ光が用いられると、金属に照射されるレーザ光は凹状傾斜面の一部にＰ偏光で入射し、凹状傾斜面の他の部分にＳ偏光で入射する。ここで、レーザ光が金属の表面にＰ偏光で入射する場合と、レーザ光が金属の表面にＳ偏光で入射する場合とでは、その金属に吸収されるエネルギーの大きさが異なる。具体的には、直線偏光のレーザ光が金属の表面にＰ偏光で入射する場合にその金属に吸収されるエネルギーは、直線偏光のレーザ光が金属の表面にＳ偏光で入射する場合にその金属に吸収されるエネルギーに比べて大きい。
【０１６２】
それにより、凹状傾斜面の一部に吸収されるエネルギーは大きくなり、凹状傾斜面の他の部分に吸収されるエネルギーは小さくなる。そのため、凹状傾斜面の一部は加工されやすく、凹状傾斜面の他の部分は加工されにくくなる。その結果、金属の表面には円形ではなく楕円形の孔が形成される。
【０１６３】
これに対して、円偏光のレーザ光を用いて金属の表面に円形の孔を形成する場合には、レーザ加工中に形成される凹状傾斜面の全ての部分にＰ偏光のレーザ光とＳ偏光のレーザ光とが同じ比率で照射される。それにより、円形の孔が正確に形成される。したがって、レーザ加工の加工精度（加工品質）が向上する。
【０１６４】
上記のマーキングヘッド部２によれば、円偏光のレーザ光によりワークＷにマーキングを行うことができる。それにより、上記のレーザ加工の例と同様に、マーキングの加工精度（加工品質）が向上する。
【０１６５】
（８−４）レーザ励起部４０においては、各シングルエミッタＬＤ４１のエミッタの前部にＶＢＧ４９が設けられる。それにより、シングルエミッタＬＤ４１からＶＢＧ４９を通して出射される光の波長は、第１のレーザ媒質ＬＭ１の励起波長を含む波長領域の範囲内に制限される。したがって、レーザ励起部４０から出射される励起光に基づいて第１のレーザ媒質ＬＭ１を効率よく励起することができる。
【０１６６】
（８−５）本実施の形態では、本体部１とマーキングヘッド部２とが１本の光ファイバケーブルＯＣにより接続される。本体部１のレーザ励起部４０から出射される励起光が、光ファイバケーブルＯＣによりマーキングヘッド部２のレーザ光出力部５０に伝達される。このような構成により、レーザ光を出射するマーキングヘッド部２の小型化が可能となる。
【０１６７】
（８−６）上記のように、レーザ光出力部５０においては、Ｑスイッチ５０Ｑによりレーザ光をパルス発振させることができる。それにより、高出力のレーザ光を短いパルス幅で出射することが可能となる。したがって、高出力のレーザ光を微小な時間間隔でワークＷの表面に照射することができる。それにより、レーザ光によるワークＷのマーキング時間が短縮される。
【０１６８】
（８−７）マーキングヘッド部２においては、焦点位置調整部８０によりワークＷに照射されるレーザ光の焦点の位置が調整される。それにより、ワークＷの表面に高出力のレーザ光の焦点を合わせることができる。その結果、レーザ光によるワークＷのマーキング時間が短縮されるとともに加工精度が向上する。
【０１６９】
（８−８）レーザ光出力部５０から出射されるレーザ光の出力を検出するために設けられるビームサンプラー２１は、レーザ光出力部５０と偏光ビームスプリッタ２３との間のレーザ光の経路上に配置される。この場合、戻り光は偏光ビームスプリッタ２３を透過するので、戻り光がビームサンプラー２１に入射しない。それにより、戻り光の一部がビームサンプラー２１を介してパワーモニタ１１０に入射することが防止される。それにより、パワーモニタ１１０における誤検出が防止される。
【０１７０】
（９）他の実施の形態
（９−１）上記の実施の形態では、レーザ光出力部５０に増幅器として１つのレーザ媒質（第２のレーザ媒質ＬＭ２）が設けられる。レーザ光出力部５０に増幅器として設けられるレーザ媒質の数は、上記の例に限られない。レーザ光出力部５０には、増幅器として２つ以上のレーザ媒質が設けられてもよい。
【０１７１】
図１０は、他の実施の形態に係るレーザ光出力部５０の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、本例のレーザ光出力部５０は、コリメートレンズ１５１、ビームスプリッタ１５２，１７１、集光レンズ１５３，１７２，１８２、リアミラー１５４、折り返しミラー１５５，１５７，１５８，１５９，１６０，１６１，１８１、出力ミラー１５６、第１のレーザ媒質ＬＭ１、第２のレーザ媒質ＬＭ２および第３のレーザ媒質ＬＭ３を含む。
【０１７２】
上記の複数の折り返しミラーのうち、リアミラー１５４および折り返しミラー１５８，１６０は、一面に入射する光を透過し、他面に入射する光を反射するミラーである。また、第１のレーザ媒質ＬＭ１、第２のレーザ媒質ＬＭ２および第３のレーザ媒質ＬＭ３は、上記の実施の形態で用いられる第１のレーザ媒質ＬＭ１と同じ構成を有する。第１、第２および第３のレーザ媒質ＬＭ１，ＬＭ２，ＬＭ３は、それぞれの結晶のｃ軸方向が互いに平行となるように配置される。また、本例で用いられるＱスイッチ５０Ｑは、上記の実施の形態で用いられるＱスイッチ５０Ｑと同じ構成および動作を有する。
【０１７３】
本例においても、光ファイバケーブルＯＣの他端面Ｅ２から出射される高出力の励起光は、コリメートレンズ１５１により平行光に調整され、ビームスプリッタ１５２に入射する。ビームスプリッタ１５２に入射した励起光は、互いに直交する２つの方向に分離される。
【０１７４】
ビームスプリッタ１５２により分離された一部の励起光は、集光レンズ１５３により集光されつつリアミラー１５４を透過して第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部に入射する。
【０１７５】
第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部に入射した励起光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１から自然放出光（または誘導放出光）を発生させる。発生された自然放出光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部から出射される。第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部から出射された自然放出光は、Ｑスイッチ５０Ｑを通して折り返しミラー１５５により反射され、出力ミラー１５６に入射する。出力ミラー１５６は、入射した一部の自然放出光を透過し、残りの自然放出光を反射する。出力ミラー１５６により反射された自然放出光は、折り返しミラー１５５により反射され、Ｑスイッチ５０Ｑを通して第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部に入射する。
【０１７６】
第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部に入射した自然放出光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１から誘導放出光を発生させる。発生された誘導放出光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部から出射される。第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部から出射された誘導放出光は、リアミラー１５４により反射され、第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部に入射する。
【０１７７】
その後、誘導放出光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部から出射され、Ｑスイッチ５０Ｑを通して折り返しミラー１５５により反射され、出力ミラー１５６に入射する。このとき、出力ミラー１５６は、入射した一部の誘導放出光を透過し、残りの誘導放出光を反射する。出力ミラー１５６により反射された誘導放出光は、折り返しミラー１５５により反射され、Ｑスイッチ５０Ｑを通して第１のレーザ媒質ＬＭ１の他端部に入射する。その後、誘導放出光は、第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部から出射され、リアミラー１５４により反射され、再び第１のレーザ媒質ＬＭ１の一端部に入射する。
【０１７８】
このようにして、誘導放出光が繰り返し第１のレーザ媒質ＬＭ１に入射することによりレーザ光が発生される。第１のレーザ媒質ＬＭ１において発生されたレーザ光は、Ｑスイッチ５０Ｑの動作により出力ミラー１５６から折り返しミラー１５７に向かって断続的に出射される。出射されたレーザ光は、折り返しミラー１５７により反射され、第２のレーザ媒質ＬＭ２の一端部に入射する。
【０１７９】
上記のように、本例では、リアミラー１５４、第１のレーザ媒質ＬＭ１、Ｑスイッチ５０Ｑ、折り返しミラー１５５および出力ミラー１５６がレーザ光の発振器として機能する。
【０１８０】
ビームスプリッタ１５２により分離された残りの励起光は、さらにビームスプリッタ１７１に入射する。ビームスプリッタ１７１に入射した励起光は、互いに直交する２つの方向にさらに分離される。
【０１８１】
ビームスプリッタ１７１により分離された一部の励起光は、折り返しミラー１８１により反射され、集光レンズ１８２により集光されつつ折り返しミラー１５８を透過して第２のレーザ媒質ＬＭ２の他端部に入射する。それにより、第２のレーザ媒質ＬＭ２においては、一端部から他端部に向かって進行するレーザ光が他端部から入射される励起光により効率よく増幅される。このように、第２のレーザ媒質ＬＭ２は増幅器として機能する。
【０１８２】
第２のレーザ媒質ＬＭ２により増幅されたレーザ光は、折り返しミラー１５８，１５９により反射され、第３のレーザ媒質ＬＭ３の一端部に入射する。
【０１８３】
ここで、ビームスプリッタ１７１により分離された残りの励起光は、集光レンズ１７２により集光されつつ折り返しミラー１６０を透過して第３のレーザ媒質ＬＭ３の他端部に入射する。それにより、第３のレーザ媒質ＬＭ３においては、一端部から他端部に向かって進行するレーザ光が他端部から入射される励起光により効率よく増幅される。このように、第３のレーザ媒質ＬＭ３は増幅器として機能する。
【０１８４】
第２および第３のレーザ媒質ＬＭ２，ＬＭ３により増幅されたレーザ光は、折り返しミラー１６０，１６１により反射され、図５のビームエキスパンダ７０に向かって出射される。
【０１８５】
図１０の例では、第１のレーザ媒質ＬＭ１において発生されたレーザ光が、第２および第３のレーザ媒質ＬＭ２，ＬＭ３により増幅される。つまり、１つの発振器により発生されたレーザ光を２つの増幅器でそれぞれ増幅することができる。それにより、第１のレーザ媒質ＬＭ１に入射される励起光のエネルギーを低減しつつ、ワークＷに向かって照射されるレーザ光をより高出力化することができる。
【０１８６】
（９−２）上記の実施の形態では、ワークＷに円偏光のレーザ光が照射されるように、レーザ光の経路上に１／４波長板２５が設けられる。このように、ワークＷに円偏光のレーザ光を入射させるための構成は、上記の例に限られない。レーザ光出力部５０と走査部２００との間のレーザ光の経路上に１／４波長板２５を設ける代わりに、走査部２００の第１のガルバノミラーＧ１および第２のガルバノミラーＧ２のうちの一方に直線偏光を円偏光に変換する波長板を設けるとともに、他方のミラーにゼロシフトコーティングを施してもよい。この場合、一方のミラーにより直線偏光のレーザ光が円偏光のレーザ光に変換され、変換された円偏光のレーザ光がワークＷに照射される。また、ワークＷからの円偏光の戻り光は、一方のミラーに入射することにより直線偏光のレーザ光に変換され、反射される。
【０１８７】
（９−３）上記の実施の形態では、レーザ光出力部５０内のレーザ光の経路において、Ｑスイッチ５０Ｑは第１のレーザ媒質ＬＭ１と出力ミラー５８との間に配置されるが、Ｑスイッチ５０Ｑの設けられる位置は上記の例に限られない。Ｑスイッチ５０Ｑは、第１のレーザ媒質ＬＭ１と出力ミラー５８との間に代えて、第１のレーザ媒質ＬＭ１とリアミラー５７との間に設けられてもよい。
【０１８８】
（９−４）上記の実施の形態では、本発明をレーザマーキング装置に適用した例であるが、これに限らず、ワークＷに孔を形成する装置、トリミングを行う装置、またはスクライビングを行う装置等に本発明を適用してもよい。このように、本発明は、マーキングに限らず、溶融、剥離、酸化、切削および変色等のレーザ光を用いた種々の処理に利用することができる。
【０１８９】
（１０）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各構成要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１９０】
上記の実施の形態においては、ワークＷが対象物の例であり、レーザマーキング装置１００がレーザ加工装置の例であり、レーザ励起部４０が励起光生成部の例であり、光ファイバケーブルＯＣが励起光伝達媒体および光ファイバケーブルの例であり、レーザ光出力部５０がレーザ光出力部の例であり、走査部２００がレーザ光走査部の例である。
【０１９１】
また、シングルエミッタＬＤ４１、第１のシングルエミッタＬＤ４１Ａ，ＬＤ４１ａ、第２のシングルエミッタＬＤ４１Ｂ，ＬＤ４１ｂおよび第３のシングルエミッタＬＤ４１ｃが光源の例であり、集光レンズ４４および全反射ミラー４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆが集光光学機構の例であり、ビームスプリッタ５２が励起光分離部の例であり、第１のレーザ媒質ＬＭ１が第１のレーザ媒質の例である。
【０１９２】
また、図５の折り返しミラー５５，５６、リアミラー５７、出力ミラー５８、Ｑスイッチ５０Ｑおよび第１のレーザ媒質ＬＭ１を含む構成および図１０のリアミラー１５４、第１のレーザ媒質ＬＭ１、Ｑスイッチ５０Ｑ、折り返しミラー１５５および出力ミラー１５６を含む構成が発振器の例であり、第２のレーザ媒質ＬＭ２および第３のレーザ媒質ＬＭ３が第２のレーザ媒質および増幅器の例である。
【０１９３】
また、ケーシング４０Ｃがケーシングの例であり、ＶＢＧ４９がボリュームブラッググレーティングの例であり、本体部１が本体部の例であり、マーキングヘッド部２がヘッド部の例であり、リアミラー５７および出力ミラー１５６が第１の反射部材の例であり、出力ミラー５８およびリアミラー１５４が第２の反射部材の例であり、Ｑスイッチ５０ＱがＱスイッチの例である。
【０１９４】
また、折り返しミラー５９、１５７，１５９が第１の光学部材の例であり、折り返しミラー６２，１８１およびビームスプリッタ１７１が第２の光学部材の例であり、折り返しミラー６０，１６１が第３の光学部材の例である。
【０１９５】
また、焦点位置調整部８０が焦点位置調整部の例であり、入射レンズ８１が第１のレンズの例であり、出射レンズ８３が第２のレンズの例であり、レンズ駆動部８９がレンズ移動部の例である。
【０１９６】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の構成要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１９７】
本発明は、レーザ光を用いた対象物の加工に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１９８】
１  本体部
２  マーキングヘッド部
３  表示部
４  操作部
１０  制御部
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
２０  メモリ部
２１  ビームサンプラー
２２  ベンドミラー
２３  偏光ビームスプリッタ
２４，５３，５５，５６，５９，６０，６１，６２，１５５，１５７，１５８，１５９，１６０，１６１，１８１  折り返しミラー
２５  １／４波長板
２６  カバーガラス
３０  電源装置
４０  レーザ励起部
４０Ｃ，８０Ｃ  ケーシング
４１  シングルエミッタＬＤ
４１Ａ，４１ａ  第１のシングルエミッタＬＤ
４１Ｂ，４１ｂ  第２のシングルエミッタＬＤ
４１ｃ  第３のシングルエミッタＬＤ
４２  ファーストアクシスコリメートレンズ
４３  スローアクシスコリメートレンズ
４４，５４，６５，１５３，１７２，１８２  集光レンズ
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆ  全反射ミラー
４９  ＶＢＧ
５０  レーザ光出力部
５０Ｑ  Ｑスイッチ
５１，８２，１５１  コリメートレンズ
５２，１５２，１７１  ビームスプリッタ
５７，１５４  リアミラー
５８，１５６  出力ミラー
７０  ビームエキスパンダ
７１，８１  入射レンズ
７２，８３  出射レンズ
８０  焦点位置調整部
８９  レンズ駆動部
１００  レーザマーキング装置
１１０  パワーモニタ
１２０  撮像装置
１６０  表示部
２００  走査部
９００  レーザ加工データ設定装置
９１０  外部機器
９１１  画像認識装置
９１２  距離測定装置
９１３  ＰＬＣ
１０００  レーザ加工システム
ａ１  節電用電流値
ａ２  予備電流値
ａ３  設定電流値
Ｄ１  第１の方向
Ｄ２  第２の方向
Ｄ３  第３の方向
Ｅ１  一端面
Ｅ２  他端面
ＥＣ  電線ケーブル
ｆｐ  焦点位置
Ｇ１  第１のガルバノミラー
Ｇ２  第２のガルバノミラー
ＬＭ１  第１のレーザ媒質
ＬＭ２  第２のレーザ媒質
ＬＭ３  第３のレーザ媒質
Ｍ１  第１のモータ
Ｍ２  第２のモータ
ＭＯ  台座
ＭＯａ，ＭＯｂ，ＭＯｃ  載置面
Ｏ  原点
ＯＣ  光ファイバケーブル
ｐ１  節電レベル
ｐ２  予備レベル
ｐ３  ハイレベル
Ｒ  範囲
Ｓ１，Ｓ２  回転軸
ｓｐａ，ｓｐｂ，ｓｐｃ  集光スポット
ｔ０，ｔ１，ｔ１０，ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７，ｔ８，ｔ９  時刻
Ｖ１  第１の状態
Ｖ２  第２の状態
Ｖ３  第３の状態
Ｗ  ワーク
【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】
0006261471.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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