(57)【要約】      （修正有）【課題】スキャナ等から読込んだ画像等を被マーキング材へマーキングする際に、ドット径を調整することにより、元の画像と比して遜色ない濃淡のある画像をマーキングすることが可能なレーザマーキング装置及びレーザマーキング方法を提供する。【解決手段】球体ドット状のレーザ光を出射するレーザ発振装置５０と、レーザ発振装置５０から入射するレーザ光の波長をそれぞれ異なる波長に変換する複数の波長変換装置を備える波長選択装置４８ａ乃至４８ｃと、レーザ光を被マーキング材Ｗ上に集光する集光レンズ５９とを備えるレーザマーキング装置に関する。波長選択装置４８ａ乃至４８ｃはコントローラ４１を備え、コンピュータの波長情報に基づき、レーザ光の入射位置に、波長切替装置４８ａ乃至４８ｃのうちの一つを配置するか否かを選択可能に形成されてなる。【選択図】図３
2005186078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球体ドット状のレーザ光を出射するレーザ発振装置と、該レーザ発振装置から入射する前記レーザ光の波長をそれぞれ異なる波長に変換する複数の波長変換装置を備える波長選択装置と、
前記レーザ光を被マーキング材上に集光する集光レンズと、を備え、
前記波長選択装置は波長変換装置切替手段を備え、該波長切替手段は、前記レーザ光の入射位置に前記複数の波長切替装置のうちの一つを配置するか否かを選択可能に形成されてなることを特徴とするレーザマーキング装置。
【請求項２】
被マーキング材にマーキングを施すためのマーキング情報を作成する制御手段を備え、
該制御手段が作成したマーキング情報としての照射レーザ波長情報に従って前記波長変換装置切替手段を駆動制御して前記レーザ光が入射される波長変換装置を切替えることを特徴とする請求項１に記載のレーザマーキング装置。
【請求項３】
前記波長選択装置は、前記波長変換装置を切替えて、前記レーザ光の波長を第一高調波乃至第四高調波のうちのいずれかの波長のレーザ光に変換する装置であって、
前記波長選択装置で前記レーザ光の波長を変換することにより、前記被マーキング材に形成される前記ドット径を１μｍ以上７０μｍ以下の範囲で制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザマーキング装置。
【請求項４】
球体ドット状のレーザ光を出射するレーザ発振装置と、
該レーザ発振装置から入射する前記レーザ光を被マーキング材上に集光する複数の集光レンズを備えた集光レンズ選択装置と、を備え、
前記集光レンズ選択装置は集光レンズ切替手段を備え、該集光レンズ切替手段は、前記複数の集光レンズのうちの一つの集光レンズを、前記レーザ光が入射する位置に選択的に配置することを特徴とするレーザマーキング装置。
【請求項５】
被マーキング材にマーキングを施すためのマーキング情報を作成する制御手段を備え、
該制御手段が作成したマーキング情報としての照射レーザ波長情報に従って前記集光レンズ切替手段を駆動制御して前記レーザ光が入射される前記集光レンズを切替えることを特徴とする請求項４に記載のレーザマーキング装置。
【請求項６】
球体ドット状のレーザ光を出射するレーザ発振装置と、
前記レーザ発振装置から出射された前記レーザ光の波長をそれぞれ異なる波長に変換する複数の波長変換装置を備える波長選択装置と、
該波長選択装置によって波長を変換された前記レーザ光を被マーキング材上に集光する複数の集光レンズを備えた集光レンズ選択装置と、を備え、
前記波長選択装置は波長変換装置切替手段を備え、該波長切替手段は、前記レーザ光の入射位置に前記複数の波長切替装置のうちの一つを配置するか否かを選択可能に形成され、
前記集光レンズ選択装置は集光レンズ切替手段を備え、該集光レンズ切替手段は、前記複数の集光レンズのうちの一つの集光レンズを、前記レーザ光が入射する位置に選択的に配置することを特徴とするレーザマーキング装置。
【請求項７】
被マーキング材にマーキングを施すためのマーキング情報を作成する制御手段を備え、
該制御手段が作成したマーキング情報としての照射レーザ波長情報に従って、前記波長変換装置切替手段を駆動制御してレーザ光が入射される前記波長変換装置を切替えると共に、前記集光レンズ切替手段を駆動制御して前記レーザ光が入射される前記集光レンズを切替えることを特徴とする請求項６に記載のレーザマーキング装置。
【請求項８】
前記波長選択装置は、前記波長変換装置を切替えて、前記レーザ光の波長を第一高調波乃至第四高調波のうちいずれかの波長のレーザ光に変換する装置であり、
前記集光レンズ選択装置は、前記複数の集光レンズを切替えて前記レーザ光を絞り込む装置であって、前記波長選択装置で前記レーザ光の波長を変換し、さらに波長が変換された前記レーザ光を前記集光レンズ選択装置で選択された前記集光レンズで絞り込むことにより、前記被マーキング材に形成される前記ドット径を０．１μｍ以上５０μｍ以下の範囲で制御する、ことを特徴とする請求項６に記載のレーザマーキング装置。
【請求項９】
前記制御手段は、レーザ照射遅延時間を制御する時間制御手段を備え、前記時間制御手段によりレーザ照射遅延時間を制御することで、前記被マーキング体に照射される前記ドット質量を変化させることを特徴とする請求項２、請求項５、請求項７に記載のレーザマーキング装置。
【請求項１０】
前記レーザ照射遅延時間は、１〜１０００００μ秒の範囲で制御されることを特徴とする請求項９に記載のレーザマーキング装置。
【請求項１１】
画像情報を取込むための画像情報取得工程と、
取込んだ前記画像情報から少なくとも濃度情報と座標情報を取得する情報取得工程と、
前記濃度情報に基づいて、マーキングされるドットのドット径を示すドット径情報を演算するドット径情報取得工程と、
前記ドット径情報に基づいて、照射するレーザ光の波長を示す波長情報を設定する波長情報取得工程と、
前記波長情報に基づいて複数の集光レンズのうちいずれの前記集光レンズを使用するかを示す集光レンズ情報を設定する集光レンズ情報設定工程と、
前記座標情報、前記波長情報、前記集光レンズ情報よりマーキング情報を設定するマーキング情報設定工程と、
前記波長情報に従って、複数の波長変換装置を備え前記レーザ光の波長を変換する波長選択装置を制御して波長変換装置を切替える波長変換装置切替工程と、
前記集光レンズ情報に従って、前記レーザ光を被マーキング材上に集光する複数の集光レンズを備えた集光レンズ選択装置を制御して集光レンズを切替える集光レンズ切替工程と、
前記座標情報に従って、被マーキング材にレーザ光を照射するレーザマーキング工程と、を備えることを特徴とするレーザマーキング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザマーキング装置及びレーザマーキング方法に係り、特にレーザ波長、集光レンズを変更することによりドット直径を変化させ、マーキングされる画像等の濃度調整を行うレーザマーキング装置及びレーザマーキング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザマーキング装置によって、２次元コード、文字、ロゴマーク、画像等のマーキングを行う技術が知られている。
しかし、レーザマーキングを行う際には、無色のセルと有色のセルのみでは、白黒の表現しか出来ず、濃度の濃淡を有する写真画像等をマーキングすることは困難であった。
すなわち、写真画像等を単に白黒に２値化してマーキングを行っても、写真画像等の濃度グラデーションを表現することは困難であった。
【０００３】
このような問題点を解消し、マーキングの濃淡を制御するために、マーキング操作回数を制御する技術が開発された（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−００１４４２号公報（第５欄第４７行〜第９欄第１９行、図５）
【０００５】
特許文献１では、レーザマーキングにおいて、マーキングの濃淡の制御を次のように行うことが記載されている。
すなわち、レーザ照射回数を制御して、被マーキング材料の変質・変色の程度を調整し、白灰色、灰色、褐色の３つの濃淡をマーキングで表現することを目的とするレーザマーキング制御方法が記載されている。
このマーキング方法によると、レーザ照射回数を多くするとマーキングの色は褐色となり、レーザ照射回数を少なくするとマーキングの色は、灰色から白灰色となり、マーキングの濃淡をある程度表現することは可能であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のレーザマーキング制御方法においては、ある程度のマーキングの濃度調整は可能であるものの、濃くマーキングする部分においては、レーザ照射回数が多くなるため、被マーキング材にクラック等の破壊痕が発生する可能性が高いという欠点があり、ガラス等の破壊されやすい被マーキング材にマーキングを施すことが耐久性の面から困難であるという問題点があった。
また、レーザ照射回数制御による濃度制御によれば、微妙な濃度調整ができず、写真画像等のように詳細な濃度調整が必要な画像をマーキングすることは困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題点を解決することにあり、スキャナ等から読込んだ画像等を被マーキング材へマーキングする際に、ドット径を調整することにより、元の画像と比して遜色ない画像をマーキングすることが可能なレーザマーキング装置及びレーザマーキング方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、レーザマーカーに複数の波長変換装置を組み込み、自動制御により、必要なドット径のドットをマーキングするために適切なレーザ波長を取出すことが可能なレーザマーキング装置及びレーザマーキング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、請求項１に係る発明によれば、球体ドット状のレーザ光を出射するレーザ発振装置と、該レーザ発振装置から入射する前記レーザ光の波長をそれぞれ異なる波長に変換する複数の波長変換装置を備える波長選択装置と、前記レーザ光を被マーキング材上に集光する集光レンズと、を備え、前記波長選択装置は波長変換装置切替手段を備え、該波長切替手段は、前記レーザ光の入射位置に前記複数の波長切替装置のうちの一つを配置するか否かを選択可能に形成されることにより解決される。
このように構成されているので、一台のレーザマーキング装置で複数の波長のレーザ光を切替えて使用することが可能となる。
被マーキング体に照射されるレーザ光の波長が異なれば、被マーキング体には異なった直径を有するドットが形成される。
このため、波長変換装置により波長を切替えれば、ドット径の異なるドットをマーキングすることが可能となる。
また、使用する被マーキング体の種類によって使用するレーザ光の波長が異なるため、従来は複数のマーキング装置を所有する必要があった。しかし、本発明にかかるレーザマーキング装置によると、一台のマーキング装置で複数の波長のレーザ光を切替えて使用できるため、複数のレーザマーキング装置を備えておく必要がない。
【０００９】
このとき、被マーキング材にマーキングを施すためのマーキング情報を作成する制御手段を備え、該制御手段が作成したマーキング情報としての照射レーザ波長情報に従って前記波長変換装置切替手段を駆動制御して前記レーザ光が入射される波長変換装置を切替えるように構成されていれば好適である。
このように構成されているので、制御手段で作成されたマーキング情報に従って、自動的に波長変換装置を切替えることが可能となる。
【００１０】
また、前記波長選択装置は、前記波長変換装置を切替えて、前記レーザ光の波長を第一高調波乃至第四高調波のうちのいずれかの波長のレーザ光に変換する装置であって、前記波長選択装置で前記レーザ光の波長を変換することにより、前記被マーキング材に形成される前記ドット径を１μｍ以上７０μｍ以下の範囲で制御するように構成されていれば好適である。
【００１１】
上記課題は、請求項４に係る発明によれば、球体ドット状のレーザ光を出射するレーザ発振装置と、該レーザ発振装置から入射する前記レーザ光を被マーキング材上に集光する複数の集光レンズを備えた集光レンズ選択装置と、を備え、前記集光レンズ選択装置は集光レンズ切替手段を備え、該集光レンズ切替手段は、前記複数の集光レンズのうちの一つの集光レンズを、前記レーザ光が入射する位置に選択的に配置することにより解決される。
このように構成されているので、一台のレーザマーキング装置で複数の集光レンズを切替えて使用することが可能となる。
同波長のレーザ光を使用している場合でも、集光レンズの厚さが異なれば、被マーキング体には異なった直径を有するドットが形成される。
このため、集光レンズ選択装置により集光レンズを切替えれば、ドット径の異なるドットをマーキングすることが可能となる。
【００１２】
このとき、被マーキング材にマーキングを施すためのマーキング情報を作成する制御手段を備え、該制御手段が作成したマーキング情報としての照射レーザ波長情報に従って前記集光レンズ切替手段を駆動制御して前記レーザ光が入射される前記集光レンズを切替えるように構成されていれば好適である。
このように構成されていると、制御手段で作成されたマーキング情報に従って、自動的に集光レンズを切替えることが可能となる。
【００１３】
上記課題は、請求項６に係る発明によれば、球体ドット状のレーザ光を出射するレーザ発振装置と、前記レーザ発振装置から出射された前記レーザ光の波長をそれぞれ異なる波長に変換する複数の波長変換装置を備える波長選択装置と、該波長選択装置によって波長を変換された前記レーザ光を被マーキング材上に集光する複数の集光レンズを備えた集光レンズ選択装置と、を備え、前記波長選択装置は波長変換装置切替手段を備え、該波長切替手段は、前記レーザ光の入射位置に前記複数の波長切替装置のうちの一つを配置するか否かを選択可能に形成され前記集光レンズ選択装置は集光レンズ切替手段を備え、該集光レンズ切替手段は、前記複数の集光レンズのうちの一つの集光レンズを、前記レーザ光が入射する位置に選択的に配置することにより解決される。
このように構成されているので、一台のレーザマーキング装置で複数の波長のレーザ光及び複数の集光レンズを切替えて使用することが可能となる。
被マーキング体に照射されるレーザ光の波長が異なれば、被マーキング体には異なった直径を有するドットが形成される。
同様に、同波長のレーザ光を使用している場合でも、集光レンズの厚さが異なれば、被マーキング体には異なった直径を有するドットが形成される。
このため、波長変換装置により波長を切替えれば、ドット径の異なるドットをマーキングすることが可能となり、集光レンズ選択装置により集光レンズを切替えれば、ドット径の異なるドットをマーキングすることが可能となる。
よって、波長選択装置及び集光レンズ選択装置を双方組合せて制御を行うことにより、多様な直径のドットを形成することが可能となり、複数のレーザマーキング装置を備えておく必要がない。
【００１４】
このとき、被マーキング材にマーキングを施すためのマーキング情報を作成する制御手段を備え、該制御手段が作成したマーキング情報としての照射レーザ波長情報に従って、前記波長変換装置切替手段を駆動制御してレーザ光が入射される前記波長変換装置を切替えると共に、前記集光レンズ切替手段を駆動制御して前記レーザ光が入射される前記集光レンズを切替えるように構成されていれば好適である。
このように構成されていると、制御手段で作成されたマーキング情報に従って、自動的に波長変換装置及び集光レンズを切替えることが可能となる。
【００１５】
また、このとき前記波長選択装置は、前記波長変換装置を切替えて、前記レーザ光の波長を第一高調波乃至第四高調波のうちいずれかの波長のレーザ光に変換する装置であり、
前記集光レンズ選択装置は、前記複数の集光レンズを切替えて前記レーザ光を絞り込む装置であって、前記波長選択装置で前記レーザ光の波長を変換し、さらに波長が変換された前記レーザ光を前記集光レンズ選択装置で選択された前記集光レンズで絞り込むことにより、前記被マーキング材に形成される前記ドット径を０．１μｍ以上５０μｍ以下の範囲で制御するように構成されていると好適である。
【００１６】
更に、このとき前記制御装置は、レーザ照射遅延時間を制御する時間制御手段を備え、前記時間制御手段によりレーザ照射遅延時間を制御することで、前記被マーキング体に照射される前記ドット質量を変化させるように構成されていれば好適である。
このように構成されていると、ドット質量を変化させることが可能であるため、レーザ光が被マーキング材へ照射されるときに、被マーキング材へ加わる圧力を制御することが可能となる。よって、被マーキング材の物性に応じてレーザ照射遅延時間を変化させることができるため、被マーキング材の選択の余地が広がる。
また、このとき、レーザ照射遅延時間は、１〜１０００００μ秒の範囲で制御される。
【００１７】
上記課題は、請求項１１に係る発明によれば、画像情報を取込むための画像情報取得工程と、取込んだ前記画像情報から少なくとも濃度情報と座標情報を取得する情報取得工程と、前記濃度情報に基づいて、マーキングされるドットのドット径を示すドット径情報を演算するドット径情報取得工程と、前記ドット径情報に基づいて、照射するレーザ光の波長を示す波長情報を設定する波長情報取得工程と、前記波長情報に基づいて複数の集光レンズのうちいずれの前記集光レンズを使用するかを示す集光レンズ情報を設定する集光レンズ情報設定工程と、前記座標情報、前記波長情報、前記集光レンズ情報よりマーキング情報を設定するマーキング情報設定工程と、前記波長情報に従って、複数の波長変換装置を備え前記レーザ光の波長を変換する波長選択装置を制御して波長変換装置を切替える波長変換装置切替工程と、前記集光レンズ情報に従って、前記レーザ光を被マーキング材上に集光する複数の集光レンズを備えた集光レンズ選択装置を制御して集光レンズを切替える集光レンズ切替工程と、前記座標情報に従って、被マーキング材にレーザ光を照射するレーザマーキング工程と、を備えるレーザマーキング方法により解決される。
このように、構成されていると、波長選択装置と集光レンズ選択装置を制御して、マーキングされるドットのドット径を調整することができ、多様なマーキングを施すことが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、マーキングされるドットのドット径を変化させることにより、写真画像等の濃淡のある画像をマーキングする際に、元の写真画像と同等の濃淡を有する画像を被マーキング材にマーキングすることが可能となる。
すなわち、マーキングされるドットのドット径を変化させることにより、所定セル内のドット密度を変更することが可能となるため、一般的な印刷技術であるグレースケール印刷と同様の濃度濃淡を有する画像を被マーキング材にマーキングすることができる。
よって、例えば、写真画像等の複雑な濃度情報を有する画像をマーキングする場合には、より鮮明なマーキング画像を得ることができ、顔の照合精度が向上するため、社員証のようなセキュリティー性が要求される製品に対しても本発明に係るマーキング方法を適用することが可能となる。
【００１９】
また、従来技術のように何度もレーザ光を照射する必要がないため、レーザ照射位置に発生するクラック等が発生する可能性が低くなる。
更に、本発明によれば、レーザマーキング方法として、ベクトルマーキングではなくドットマーキングを採用しているため、レーザ光の輻射圧によって発生するクラック等の破壊痕は、ドット内壁面に封じ込められることとなり、レーザ照射位置外に発生するクラック等の破壊痕を最小限に抑えることが可能となる。
【００２０】
また、本発明によれば、レーザマーカー内に複数の波長変換装置を設け、マーキングするドットのドット径に応じて適切な波長変換装置に自動的に切替え、レーザ光の波長を適切な波長に変換してマーキングを行う。
このため、発振されるレーザ光の波長毎にレーザマーキング装置を複数備える必要がなく、レーザ光の波長を変える毎に波長変換装置を手動で交換する必要もなくなる。
また、制御手段から送信される波長情報に基づいて波長変換装置を自動的に切り換えるので、きめ細かな波長の変更が可能であり、一度のマーキング操作でドット径の異なった複数のドットをマーキングすることが可能となる。
【００２１】
更に、本発明においては、ドット径の異なるドットをマーキングすることが可能であるため、２次元コードを生成する場合には、単一のドット径を有するドットで２次元コードを作成する場合に比して、より多くの情報を２次元コードに盛り込むことが可能となる。
【００２２】
また、本発明によれば、読み込まれた画像データの濃度情報から各ドット毎のドット径データを演算し、そのドット径データからレーザ波長を設定して波長変換装置を自動的に切替えることができるため、ドット径の緻密な調整が可能となり利便性が向上する。
【００２３】
更に、本発明においては、レーザマーカー内に厚さの異なる複数の集光レンズを切替可能に配設した集光レンズ選択装置が備えられている。
集光レンズの厚さを変化させれば焦点位置が変化するため、マーキングされるドット径を変化させることが可能となる。このように、集光レンズ切替装置により集光レンズを切替えてドット径を微調整することが可能となる。
よって、本発明においては、基本的には波長変換装置により波長を変換することによりドット径を調整し、更に集光レンズ切替装置によりドット径を微調整することが可能となる。
このため、マーキングされるドット径制御を緻密に行うことができ、写真画像等の濃淡のある画像をマーキングする際に元の画像と比して遜色のない画像をマーキングすることが可能となる。
【００２４】
また、本発明においては、ドットマーキング方式を採用しているため、従来のベクトルマーキング方式でのマーキングに比して、被マーキング体を損傷するクラック等の破壊痕の発生が抑制される。
すなわち、輻射圧の発生方向がドットマーキング方式とベクトルマーキング方式では異なっており、ドットマーキング方式におけるマーキングではクラック等の破壊痕の発生をドット内壁面に封じ込めることが可能である。
よって、マーキングによって被マーキング体表面に与えられる影響が少なくなるため、マーキングが施された被マーキング体の耐久性が高くなる。
【００２５】
更に、本発明においては、レーザ照射遅延時間を調整することが可能である。
レーザ照射遅延時間を調整することによってドット質量が変化するため、これにより輻射圧を調整することが可能となる。
よって、ガラス、金属、樹脂等の強度及び物性の異なる種々の被マーキング体にマーキングを施すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材、配置、構成等は、本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００２７】
図１乃至図１５は本発明の一実施形態を示す図で、図１はレーザマーキング装置の全体構成を示す説明図、図２はデータ制御部の構成を示す説明図、図３はレーザマーカーの構成を示す説明図、図４は波長選択装置の構成を示す説明図、図５は波長変換装置の原理を示す説明図、図６は集光レンズ装置の構成を示す説明図、図７はレーザマーキング方法の工程を示す説明図、図８はレーザ光の波長によるドット径変化を示す説明図、図９はドットのステップサイズの相違によるマーキングの相違の様子示す説明図、図１０は２次元コードのバリエーションを示す説明図、図１１は文字のマーキング状態を示す説明図、図１２はレーザ光が被マーキング体に入射した際の輻射圧の発生方向を示す説明図、図１３はレーザ光が被マーキング体より放出される際の輻射圧の発生方向を示す説明図、図１４はドット内のクラックの発生状態を示す説明図、図１５はドットマーキングにおけるクラック発生状態とベクトルマーキングにおけるクラック発生状態を示す説明図である。
本実施形態に係るレーザマーキングは、ドットマーキング方式で行われる。ドットマーキング方式とは、被マーキング物の表面に略半球状のマーキング痕を複数形成することによりマーキングを行う方式である。
【００２８】
図１は、本実施形態に係るレーザマーキング装置の全体構成を示す説明図である。
図１に示すＳは、本実施形態に係るレーザマーキング装置を示す。
このレーザマーキング装置Ｓは、文字、図形、記号、画像などのマーキングパターンを被マーキング体にマーキングするのに好適に使用されるものであり、スキャナ１０、タブレット２０、コンピュータ３０、レーザマーカー４０を主要構成要素とする。
【００２９】
スキャナ１０は、マーキングパターンの入力手段である。
スキャナ１０は、紙面等に書かれた文字、図形、記号及び写真等に撮影された画像等のマーキングパターンに関するアナログデータを内部センサで読取り、この読取ったアナログ情報をデジタル情報に変換して出力する。
タブレット２０は、スキャナ１０と同様にマーキングパターン入力手段である。
タブレット２０は、ペン２２を用いて文字、図形、記号等のマーキングパターンを板状の入力部２１に記入することにより、アナログ情報を入力することが可能なように構成されている。この入力されたアナログ情報はデジタル情報へ変換されて出力される。
なお、本発明にかかるマーキングパターン入力手段は、上記スキャナ１０及び上記タブレット２０以外にも、ＣＣＤカメラやデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯端末等によって構成されていても良く、また、後述するコンピュータ３０に備えられたキーボード３２やマウス３３によって構成されていても良い。
【００３０】
制御手段としてのコンピュータ３０は、スキャナ１０及びタブレット２０から出力されたデジタルデータに基づいて、被マーキング体Ｗにマーキングパターンを生成し、その生成したマーキングデータにより後述するレーザマーカー４０を動作させるためのものである。
本実施形態におけるコンピュータ３０は、パーソナルコンピュータであり、表示部３１、キーボード３２、マウス３３等を有して構成されている。
パソコン本体３４は、図２に示すように、データの演算・制御処理装置としてのＣＰＵ３５及び各種データを記憶する記憶部３６を備えており、記憶部３６は、記憶装置であるＲＯＭ３６ａ、ＲＡＭ３６ｂ、ハードディスク３６ｃ、入出力部３７で構成されている。
【００３１】
ＲＯＭ３６ａには、ＣＰＵ３５を動作させる制御プログラムが記憶されており、ＲＡＭ３６ｂは、一時的にデータを記憶する作業領域として使用される。
ハードディスク３６ｃには予め作成されたフォントデータ（例えば、明朝体やゴシック体などの一般的なフォントデータ）や、文字、図形、記号に関するマーキングパターンデータ等が記憶されている。
また、ハードディスク３６ｃには、パラメータ情報が記憶されている。パラメータ情報は、レーザマーキングを行う際の条件を設定したものである。
この条件としては、レーザ周波数、出力、印字回数、ビーム径、照射時間等がある。これらの条件は、レーザマーキングを行う際にＣＰＵ３５により読み込まれる。
入出力部３７は、コンピュータ３０と外部装置との間で情報の入出力を行う。ＣＰＵ３５での演算結果は、入出力部３７を介してレーザマーカー４０へと送信される。
【００３２】
なお、本実施形態においては、コンピュータ３０とレーザマーカー４０を、ケーブルによって直接に接続する構成としたが、無線ＬＡＮやインターネット等の情報通信網を介して接続するように構成してもよい。
このように構成されていると、別の場所や遠隔地より指示及びデータを送信してレーザマーカー４０を制御することが可能となる。
例えば、制御室等にコンピュータ３０を設置し、作業室にレーザマーカー４０を設置するような構成、本社にコンピュータ３０を設置し、各地の工場にレーザマーカー４０を設置するような構成、が可能となる。
【００３３】
レーザマーカー４０は、発振するレーザの種類によって、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＵＶレーザ、グリーンレーザ等に分類される。
本実施形態では、コンピュータ３０とレーザマーカー４０とが１対１で設置されている構成を示しているが、コンピュータ３０に対して複数のレーザマーカー４０を接続し、被マーキング材に応じて、適切なレーザ光を出射するレーザマーカー４０が選択される構成としても良い。
【００３４】
レーザマーカー４０の一例として、本実施形態において使用されるＹＡＧレーザ装置の構成を図３に示す。
レーザマーカー４０は、コントローラ４１、ＹＡＧレーザ発振器５０、ガルバノミラー４７、集光レンズ選択装置５９、を主要構成とする。
コントローラ４１は、レーザマーカー４０の各装置を駆動制御するためのものである。
コントローラ４１は、コンピュータ３０から出力された情報に基づいてレーザマーカー
４０の各装置を駆動制御する。
【００３５】
ＹＡＧレーザ発信器５０は、マーキングに使用するレーザ光を発振するための装置である。
ＹＡＧレーザ発信器５０は、Ｑスイッチ素子４３、全面反射鏡５１、内部アパーチャ５２、ランプハウス５３、内部シャッタ４４、出力鏡５４を備えている。
Ｑスイッチ素子４３は、ピーク出力（尖頭値）の極めて高いパルスレーザ光を得るための装置である。
ランプハウス５３より出力されたレーザ光は、全反射鏡５１と出力鏡５４間を往復しながら増幅及び内部アパーチャ５２で整光され、所定の間隔でＱスイッチ素子４３によりパルス出力される。
【００３６】
波長選択装置４８は、波長変換装置４８ａ乃至４８ｃを切替選択するための装置である。
波長選択装置４８には、波長変換装置４８ａ乃至４８ｃが切替可能に配置されている。
波長変換装置４８ａ乃至４８ｃは、コンピュータ３０から送信された波長情報に基づいて、コントローラ４１により適切な波長を出力することができるものに切替えられる。
【００３７】
図４は、波長選択装置４８の機構を示す説明図である。
波長選択装置４８は、波長変換装置４８ａ乃至４８ｃを備えている。
波長変換装置４８ａ、４８ｂ、４８ｃはそれぞれ、第一高調波を第二高調波、第三高調波、第四高調波にそれぞれ変換する。
それぞれの波長変換装置４８ａ乃至４８ｃは、波長変換装置４８ａ・回転軸４８ｅ・波長変換装置４８ｂの形成する角度及び波長変換装置４８ｂ・回転軸４８ｅ・波長変換装置４８ｃの形成する角度が略直角となるように基板４８ｄに固定されている。
基板４８ｄは円形の板状体であり、中央部には回転軸４８ｅが固定され、回動軸４８ｅは図示しないモータにより回転駆動可能となっている。
図示しないモータは、コントローラ４１により制御される。
【００３８】
例えば、波長変換装置４８ｃを使用して波長を変換したい場合には、図４（ａ）に示すように、レーザ光が波長変換装置４８ｃを通過する位置で基板４８ｄが停止するように制御される。
また、波長を変換する必要がない場合には、図４（ｂ）に示すように、レーザ光が波長変換装置４８ａ乃至４８ｃが存在しない場所を通過する位置で基板４８ｄが停止するように制御される。
ただし、波長選択装置４８の構成は、この構成に限られることはない。
本実施形態においては、基板４８ｄを回動可能な円形の板状体としたが、回動可能な円筒形状に形成しても良いし、水平方向に移動可能な板状に形成しても良い。
【００３９】
図５は波長変換装置４８ａの原理を示す説明図である。波長変換装置４８ｂ及び４８ｃも、同様の原理であり、使用する非線形結晶の種類が異なる。
波長変換装置４８ａに入射した波長変換前のレーザ光は非線形結晶４９０に入射する。
非線形結晶４９０とは、レーザ光などの強い光を照射すると、その電場の強さすなわち光の強度の２乗あるいは３乗等に比例した分極が起こり、入射光の角振動数の２倍あるいは３倍等の高周波を発生する物質のことであり、変換したい波長に応じて異なる原子構造の非線形結晶４９０が用いられる。
この非線形結晶４９０をレーザ光が通過することによって、波長変換という非線形現象が生じる。
非線形結晶４９０は公知の非線形結晶が使用され、例えば、ＫＴＰ、ＫＤＰ、ＤＫＤＰ、ＢＢＯ等が使用される。
非線形結晶４９０を透過し、波長が変わったレーザ光は、フィルタ４９１により整光されて、波長選択装置４８から放出される。
【００４０】
ガルバノミラー４７は、レーザ光が最終的に照射される被マーキング体Ｗ上の平面座標位置を決定するためのミラーであり、コンピュータ３０から送信された座標情報に基づいてコントローラ４１により駆動制御される。
カルバノミラー４７の駆動源としてはモータが使用されている。
【００４１】
集光レンズ選択装置５９は、コンピュータ３０から送信された集光レンズ情報に基づいて集光レンズ５９ａ乃至５９ｃを切替えるための装置である。
集光レンズ５９ａ乃至５９ｃは、ガルバノミラー４７で反射されたレーザ光を集光しレーザ光の焦点を形成するためのレンズである。
集光レンズとしては、厚さの異なる複数のｆθレンズ５９ａ、５９ｂ、５９ｃが切替え可能に配設されている。
なお、本実施形態においては、ｆθレンズ５９ａ、５９ｂ、５９ｃの厚さは、それぞれ１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍである。
ｆθレンズとは、光軸から角度θでレンズに入射されたときの焦点が、光軸を通った光が焦点を結ぶ平面と同じ面上に来るように設計されたレンズのことである。
ただし、集光レンズとして使用するレンズは、ｆθレンズ５９ａ、５９ｂ、５９ｃに限られることはなく、単レンズ、非球面レンズを使用してもよい。
この場合には、公知のリニアトランスレータを用いて焦点位置の補正を行いながらマーキングを行うとよい。
【００４２】
図６は、集光レンズ装置５９の機構を示す説明図である。
図６は、集光レンズ装置５９を上部から見た場合の説明図であり、レーザ光は図６の上面から下面へと通過する。
集光レンズ装置５９は、集光レンズ５９ａ乃至５９ｃを備えている。
それぞれの集光レンズ５９ａ乃至５９ｃは、基板５９ｄに固定されている。
基板５９ｄは方形の板状体であり、水平方向への移動を案内する不図示のスライド溝に係合されている。また、基板５９ｄは図示しないモータにより水平方向へ駆動可能となっている。
図示しないモータは、コントローラ４１により制御される。
【００４３】
例えば、集光レンズ５９ａを使用して集光したい場合には、図６（ａ）に示すように、レーザ光通過位置５９ｅに集光レンズ５９ａが停止するように制御される。
また、図６（ａ）の状態において、基板５９ｄはＸ方向へ水平移動可能であり、集光レンズ５９ｂ又は集光レンズ５９ｃに切替える場合にはＸ方向へ駆動制御される。
また、集光レンズ５９ｂを使用して集光したい場合には、図６（ｂ）に示す状態で基板５９ｄが停止するように制御される。この状態から集光レンズ５９ｃに切替える場合には基板５９ｄをＸ方向へ駆動制御し、集光レンズ５９ａに切替える場合には基板５９ｄをＹ方向へ駆動制御する。
ただし、集光レンズ装置５９の構成は、この構成に限られることはない。
本実施形態においては、基板５９ｄを水平方向へ駆動可能な方形の板状に形成したが、
回動可能な円形の板状に形成しても良い。
【００４４】
このように構成されたレーザマーカー４０でのレーザ光は下記の軌跡をたどる。
すなわち、ＹＡＧレーザ発信器５０よりパルス出力されたレーザ光は、外部シャッタ４５を通過して波長選択装置４８に入射する。
波長選択装置４８から出射した波長が変わったレーザ光は、レベリングミラー５６により光路を変更され、アパーチャ５５によりビーム径を絞られた後、ガリレオ式エキスパンダ５７によりビーム径を広げられる。更に、アパーチャ５８によりビーム径を調整された後、アッテネータ４６により減衰されてから、ガルバノミラー４７方向へ進む。
ガルバノミラー４７で反射されたレーザ光は集光レンズ装置５９に入射し、集光レンズ５９ａ乃至５９ｃのうちのいずれか一つの集光レンズにより集光され、被マーキング体Ｗに照射される。
【００４５】
図７により、上記構成からなるレーザマーキング装置Ｓを用いて、ユーザにより設定入力されたマーキングパターンを被マーキング体Ｗにマーキングする方法について説明する。
【００４６】
レーザマーキング方法の工程の流れを図４に示す。
はじめに、データ生成工程において、被マーキング体Ｗにマーキングするマーキングパターンについてのビットマップデータを取得する（ステップＳ１）。
すなわち、ユーザがスキャナ１０又はタブレット２０にアナログデータを入力すると、このアナログデータはスキャナ１０又はタブレット２０によって読み込まれ、デジタルデータに変換されて制御部３０へと出力される。この出力されたデジタルデータは、ビットマップファイル形式でコンピュータ３０において記憶される。
【００４７】
なお、マウス３３を使用して、ビットマップファイル上に文字又は図形等を書き込むことによりビットマップデータを取得しても良い。
また、キーボード３２を使って文字入力することにより、ハードディスク３６ｃに記憶されたフォントデータ及び文字を読み出して、このフォントデータ及び文字データからビットマップデータを取得するようにしても良い。
このとき市販のフォント（勘定流、相撲文字、筆文字等）データをコンピュータ３０にインストールしておき、これらのフォントデータからビットマップデータを取得するようにしても良い。
また、ユーザの直筆により作成されたオリジナルフォントをスキャナ１０又はタブレット２０により取込んで、ビットマップデータを取得することができることは勿論である。
【００４８】
次にマーキング条件の設定を行う（ステップＳ２）。
ここでは、文字、２次元コード、ロゴマーク等のマーキングを行う際には「レーザパラメータ」として、照射するレーザの波長、ビーム径、Ｑスイッチ素子の周波数、電力値、パワー、ドット照射時間、レーザ照射遅延時間、マーキング回数等のマーキング条件を設定する。また、文字を入力する際には「文字パラメータ」としてフォントサイズ、位置、文字間隔、太字、斜体文字等の設定を行うことも可能である。
ただし、スキャナ１０で取込んだ濃度情報を有する画像をマーキングする際には、レーザパラメータに相当するマーキング条件は、コンピュータ３０により自動的に演算されて決定される。
【００４９】
そして、上記ステップＳ２にて設定した条件に基づくと共に、コンピュータ３０において記憶されたビットマップデータから文字、２次元コード、画像等をドットマーキングするためのマーキング用データを生成する（ステップＳ３）。
すなわち、ビットマップファイルにおいて、１ピクセル毎についてのパターン入力の有無を検出する。このとき、パターン入力の有無の検出は、ビットマップファイルの右上側から左上側へ向けて行い、左上側まで行ったら一段下がって右方向へと行い、右端まで行ったら更に一段下がって左方向へ行う。このように右から左へ、上から下へ、左から右へという具合に交互に行う。
また、マーキングパターンの濃度をグレースケールとして認識し、各ピクセル毎に濃度に応じたドット径を演算し、設定する。
なお、ドット径とは、ドットの直径の値のことである。
【００５０】
ここでは、各ピクセルが黒であるか白であるかの検出を行い、黒であればパターン入力があったものとして、各ピクセルにマーキングされるドットのドット径の検出を行う。ピクセルが白であればパターン入力がなかったものとされる。
そして、パターン入力されたピクセルに基づいてマーキングパターンの２次元座標データを取得し、このように取得された２次元座標データを取得し、各ピクセル毎にマーキングされるドットの２次元座標データ、ドット径、及び上記ステップ２において設定された各条件に基づき、ドットマーキングを行うためのドットマーキング用データが形成される。
ただし、スキャナ１０より取込まれた濃度情報を有する画像データに関しては、濃度情報より演算されたドット径情報に基づいて波長情報及び集光レンズ情報が決定され、各ドット毎に２次元座標情報と波長情報及び集光レンズ情報が設定される。
【００５１】
スキャナで取込まれた写真画像等は、直径の異なるドットの集合として表現される。
従来の印刷技術においては、網点の密度を調整することによってグレースケールを表現している。すなわち、網点の密度が高い部分は濃色となり、網点の密度が低い部分は薄色となる。
本実施形態においては、レーザマーキングによるドットを網点とし、ドット径を変更することによりドット密度を調整し、緻密なグレースケールを表現することが可能である。
すなわち、同面積中に存在するドットの径を大きくすることにより色彩は濃くなり、ドット径を小さくすれば色彩は薄くなる。
よって、ドット径を変えることにより微妙な色彩の濃淡を表現することが可能となる。
この、ドット径はレーザ光の波長及び集光レンズを制御することによって調整できる。
【００５２】
このように、マーキングされるドットのドット径を調整することによって、カラー画像に比して遜色のない画像をマーキングにより表現することが可能となる。
よって、写真画像の照合性が高くなり、社員証や各種証明書等の高い画像照合性を要する製品に本実施形態に係るレーザマーキング方法を適用することが可能となる。
【００５３】
次に、データ生成過程からレーザマーキング工程に移行する。
はじめに、レーザマーキング工程において、被マーキング体Ｗのどの位置に文字、図形、画像等のマーキングを行うか決定し、マーキング領域において被マーキング体Ｗの位置合わせを行う（ステップＳ４）。
そして、レーザマーカー４０を用いて、被マーキング体Ｗにレーザ光を照射し、被マーキング体Ｗのドットの配列からなるマーキングパターンを形成する（ステップ５）。
すなわち、コンピュータ３０で形成したドットマーキング用データをレーザ４０のコントローラ４１に送信する。
【００５４】
そして、コントローラ４１においてドットマーキング用データが受信される。
コントローラ４１は、このドットマーキング用データに基づいて、超音波Ｑスイッチ素子４３、内部シャッタ４４、外部シャッタ４５、アッテネータ（光減衰器）４６、波長選択装置４８、集光レンズ装置５９、カルバノミラー４７を制御する。
これにより、被マーキング体Ｗにレーザ光が照射され、ドットマーキング用データに従ってドットマーキングが行われる。
マーキングされた文字、図形、画像等は、複数のドットの集合体である。
【００５５】
本実施形態における各波長毎のドット径の大きさの状態を表す説明図を図８に示す。
図８は、被マーキング体Ｗにレーザ光が入射する直前の様子を模式的に示したものである。
図８に示すように、本実施形態におけるドットマーキング法においては、レーザ光が、球体状のドットが連なった状態で照射される。
レーザ光の波長は波長選択装置４８によって必要な波長に変換され、被マーキング体Ｗに照射される。
本実施形態における被マーキング体Ｗに照射可能なレーザ光の波長は、第一高調波である１０６４ｎｍ、第二高調波である５３２ｎｍ、第三高調波である３５４ｎｍ、第四高調波である２６６ｎｍの４種である。
【００５６】
ドットの大きさは、照射されるレーザ光の波長が大きくなるに従って大きくなり、照射されるレーザ光の波長が小さくなるに従って小さくなる。すなわち、第一高調波ドット６１の直径が最大であり、第二高調波ドット６２、第三高調波ドット６３、第四高調波ドット６４の順に、ドットの直径は小さくなる。
よって、波長選択装置４８により波長変換装置４９ａ乃至４９ｃ切り替えれば波長が変換され、被マーキング体Ｗに形成されるドットのドット径を変更することができる。
また、このようにレーザ光の波長を変換することによって、被マーキング体Ｗに形成されるドットの直径を１μｍ〜７０μｍの範囲で制御することができる。
【００５７】
また、本実施形態においては、集光レンズ選択装置５９が備えられている。
この集光レンズ選択装置５９でレーザ光を更に絞り込むことによって、被マーキング体Ｗに形成されるドットの直径を０．１μｍ〜５０μｍの範囲で制御することができる。
前述した通り、集光レンズ装置５９には、厚さ１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの３種類の集光レンズ５９ａ乃至５９ｃが切替可能に設置されている。このため、集光レンズを切替ることによりレーザ光の焦点位置を微妙に変化させ、被マーキング体Ｗに形成されるドットの直径を微調整することが可能となる。
このように、集光レンズ選択装置５９を備えることによって、波長選択装置４８のみでドット径を制御するよりも、更に緻密なドット径制御を行うことが可能となる。
【００５８】
本実施形態におけるドットのマーキング状態の例を図９に示す。
図９は、ドット径の異なるドットを被マーキング体Ｗにマーキングした状態を簡略化して示したものである。
本実施形態においては、ドットの重なり具合の調整を行うことが可能である。
マーキングパラメータには、「ドットの重なり」を入力するための欄が備えられている。
マーキングパラメータのドットの重なりの欄には、「０」「１」「２」「３」を設定することが可能である。
【００５９】
「０」を設定すれば、ドットの重なりの状態を無視し、設定されたステップサイズに従ってマーキングが行われる。ステップサイズとは、隣り合うドット同士の中心距離を指す。
「１」を設定すれば、隣り合うドットが接するようにマーキングが行われる。
各ドット毎に２次元座標情報とドット径情報が設定されているので、２次元座標上から隣り合うドットのドット径を割り出し、両者の半径の和ａ１＋ａ２を、その両者のステップサイズとして設定し、マーキングを行う。
その結果、各ドットのドット径が異なっていても、図７の（ａ）に示すように、隣り合うドットが接した状態のマーキングが行われる。
【００６０】
「２」を設定すれば、隣り合うドットが離れた状態でマーキングが行われる。
マーキングデータの作成は、「１」に設定された場合と同様であるが、この場合、隣り合うドット間のステップサイズは、両ドットの半径の和ｂ１＋ｂ２に離隔距離ｂ３を加えたものとなる。
離隔距離ｂ３とは、隣り合うドット間の距離を示す。
この離隔距離ｂ３は、一定に設定されていても良いし、マーキングパラメータとしてユーザが設定することができるように構成されていても良い。
その結果、各ドットのドット径が異なっていても、図７の（ｂ）に示すように、隣り合うドットが一定の距離を有して離隔した状態のマーキングが行われる。
【００６１】
「３」を設定すれば、隣り合うドットが重なった状態でマーキングが行われる。
マーキングデータの作成は、「１」に設定された場合と同様であるが、この場合、隣り合うドットのステップサイズは、両ドットの半径の和ｃ１＋ｃ２から接近距離ｃ３を引いたものとなる。
接近距離ｃ３とは、隣り合うドットが重なり合っている距離を示す。
この接近距離は、一定に設定されていても良いし、マーキングパラメータとしてユーザが設定することができるように構成されていても良い。
その結果、各ドットのドット径が異なっていても、図７の（ｃ）に示すように、隣り合うドットが一定距離重なり合った状態のマーキングが行われる。
また、両ドットの和から接近距離ｃ３を引いた差が負の数となった場合、２次元座標が逆転してしまうため、エラー表示を行う。
【００６２】
本実施形態における２次元コードのマーキング状態の例を図１０に示す。
２次元コードとは、マトリックス状に配置された白及び黒のセルの組合せにより明暗模様を表してデータを表示するコードである。
本実施形態におけるドットマーキング手法においては、黒いセルとなる単位セルについて、円形のドットをｎ×ｎ又はｎ×ｍ（但しｎ、ｍは整数）に縦横にレーザマーキングする。円形のドットは、レーザ光の照射位置を制御しながら間欠的にレーザ光を照射することによって、セル内に配置される。
【００６３】
また、本実施形態におけるドットマーキング手法においては、単位セルのサイズを制御することが可能である。すなわち、コードサイズをパラメータとして指定すれば、制御部３０が単位セルのサイズを演算し、その単位セルのサイズでマーキングを行うことができる。
よって、２次元コードに格納される情報量が増加しても、コードサイズを増加させる必要がなく、単位セルサイズを減少させることによって対応することが可能である。
【００６４】
更に、本実施形態においては、マーキングパラメータとしてドット径を設定することができる。
マーキングパラメータとして一種のドット径を設定すると、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）のように、同じドット径で構成された２次元コードをマーキングすることができる。この場合、ドットをマーキングする場所は同じでも、ドット径を変えることによって異なった情報をコードすることが可能となるため２次元コードが表現できる情報量を増やすことが可能となる。
また、小さいドット径を用いることにより、同じコードサイズの２次元コードにより多くの情報を盛り込むことが可能となる。
【００６５】
また、図１０（ｃ）に示すようにドット径の異なるドットを混在させて２次元コードをマーキングすることも可能である。この場合、各ドットの座標毎にドット径が設定され、その設定されたドット径を波長情報に変換してマーキング情報を作製することによりマーキングを行う。
このように、ドット径の異なるドットを混在させて２次元コードのマーキングを行うことにより、２次元コードが表現できる情報量が飛躍的に増加する。
【００６６】
本実施形態における文字のマーキング状態の例を図１１に示す。
コンピュータ３０は、ビットマップデータから文字の境界線の座標を取得し、横塗りつぶし用の座標を取得して保存する。つまり、上部から横方向に始点と終点の座標を取得する。そして、ある始点と終点及び次の始点と終点の４点に囲まれた図形の面積を最大限充足するようにドット個数、ドット径、ドット座標を算出する。
このように、ドット径を変化させることによって、境界部分に凹凸の少ない文字をマーキングすることが可能となる。
【００６７】
本実施形態においては、写真画像のような濃度に濃淡のある画像をマーキングすることが可能である。
写真画像は、スキャナ１０より取込まれた画像に基づいて作成される。
写真画像は、文字及び数字と同様にビットマップファイル形式でコンピュータ３０において記憶される。
写真画像のマーキングは、写真同様の画像識別力を備えることができるよう以下のように制御される。
【００６８】
写真画像は、直径の異なるドットの集合体として表現される。
従来の印刷技術においては、網点の密度を調整することによってグレースケールを表現していた。すなわち、網点の密度が高い部分は濃色となり、網点の密度が低い部分は薄色となる。
本実施形態においては、レーザマーキングによるドットを網点とするが、ドット径を変更することによってドット密度を調整し、グレースケールを表現することが可能である。
【００６９】
すなわち、同面積中に存在するドットの径を大きくすることにより色彩は濃くなり、ドット径を小さくすれば色彩は薄くなる。
コンピュータ３０は、写真画像の濃度データを取得してグレー置換を行う。
また、単位面積毎のグレースケールを認識して、単位面積毎のグレースケールに対応したドット径及びドット座標を演算して設定する。
このドット径を波長情報に変換してマーキングデータを作成し、このマーキングデータに従ってレーザマーキングを行う。
【００７０】
本実施形態におけるドットマーキング方式においては、いわゆるベクトルマーキングに比して被マーキング体に与える影響が少ない。
レーザマーキングにおいては、高エネルギーのレーザ光を被マーキング体に照射するため、ドット周辺にクラックや破壊痕等の不具合が生じる可能性が高く、耐久性に問題が生じる場合も多い。
本実施形態においては、ドットマーキング方式を採用しているため、後述するように、クラック及び破壊痕等の不具合が生じる可能性が低い。
【００７１】
本実施形態におけるドットマーキングの際のレーザ光入射時の輻射圧の発生方向を図１２に、レーザ光放出時の輻射圧の発生方向を図１３に示す。
被マーキング体Ｗは、レーザから放出される輻射線の入射に際して、一部の輻射を吸収し、他の大部分は再び被マーキング体Ｗ外部に放出する。
輻射圧とは、この輻射線の入射や放出の際、それぞれの進行方向に対して直角の方向に発生する一種の機械的圧力のことである。
輻射線の密度が増せばそれに比例して輻射圧も高まるため、レーザ光の照射時間や出力が増せば、被マーキング体Ｗへの破壊現象が活性化することとなる。
図１２に示すように、レーザ光入射時の輻射圧は、ドットの中心から外側に放射状に発生する。
また、レーザ光放出時の輻射圧は、ドットの中心から外側に放射状に発生すると共に、その放射状に発生した輻射圧と垂直な方向にも発生する。
このとき、ドットの中心から外側に放射状に発生する輻射圧はドットのマーキングのために必要な圧力であるが、放射状に発生した輻射圧と垂直な方向に発生する輻射圧は、マーキングの方法によっては、クラック等の破壊痕を形成する原因となるものである。
【００７２】
図１４は、被マーキング体Ｗとしてガラスを使用した場合の、クラックの発生状態を概念的に示した説明図である。
このように、ガラスにレーザマーキングを行った場合、ドット内壁面には、中心から放射状に伸びたクラックと、その放射状に伸びたクラックと垂直方向に伸びたクラックと、が発生する。
本実施形態においては、レーザマーキングの方式としてドットマーキング方式を採用しているため、放射状に伸びたクラックに対して垂直方向に伸びたクラックにより、放射状に伸びるクラックはドット内壁面に封じ込められることとなる。
よって、被マーキング体Ｗ表面のドット周辺部にクラックが発生する可能性が低くなり、レーザマーキングが施された製品の耐久性が向上することとなる。
【００７３】
図１５は、本実施形態におけるドットマーキング方式によるマーキングと従来の技術であるベクトルマーキング方式によるマーキングとのクラック発生状況を比較した説明図である。
ベクトルマーキング方式とは、被マーキング体Ｗ上にマーキングする図形等を線で塗りつぶす方式のことである。
ベクトルマーキング方式を採用した場合、クラックをマーキングする図形等の内部に封じ込めることが困難であり、図１５（ｂ）に示すように、特に複数の線が重なり合う交点部分において、図形等の外部にクラックが発生する。
また、レーザ輻射線に対する輻射圧が、連続的に線上に重なり合うため、クラック拡大を誘発して、被マーキング体Ｗ表面に大きな損傷を与える。
ドットマーキング方式においては、図１５（ａ）に示すようにクラックをドット内部に封じ込めることが可能となるため、クラックはドット内部にとどまり、外部に伸出する可能性は低くなる。
【００７４】
また、本実施形態においては、マーキングパラメータのレーザ照射遅延時間を変化させることにより、被マーキング体Ｗに照射されるドットの質量を変化させることが可能である。
このレーザ照射遅延時間は、１〜１０００００μ秒の範囲で調整することが可能である。
このように、レーザ照射遅延時間を調整することによってドット質量を変化させ、被マーキング体Ｗへのマーキングの強弱、輻射圧を調整することが可能である。
よって、物質特性の異なるガラス、金属、樹脂等の各種素材の被マーキング体Ｗに安定したマーキングを行うことが可能となる。
【００７５】
以上説明した通り、本発明によれば、波長選択装置４８によりレーザ光の波長を変換することによってドット径を調整することができる。
更に、集光レンズ選択装置５９により適切な集光レンズに切替えて、変換された波長のレーザ光を絞り込み、ドット径の微調整を行うことができる。
このように、本発明によれば、波長選択装置４８及び集光レンズ選択装置５９によりドット径を緻密に調整しながら被マーキング体Ｗへマーキングを行うことが可能となる。
よって、マーキングを行う際に単位面積に占めるマーキング密度を調整することができ、マーキングの視認色彩濃度の微妙な調整を行うことが可能となる。
【００７６】
また、本発明においては、ドットマーキング方式を採用しているため、ベクトルマーキング方式によるレーザマーキングに比して、クラック等の破壊痕の発生を抑えることができ、耐久性の高いマーキング製品を提供することが可能となる。
【００７７】
更に、本発明においては、レーザ照射遅延時間を変化させることにより、ドット質量を調整することが可能であるため、ガラス、金属、樹脂等、強度や物性の異なる様々な物質にマーキングを施すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザマーキング装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るデータ制御部の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザマーカーの構成を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る波長選択装置の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る波長変換装置の原理を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る集光レンズ装置の構成を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るレーザマーキング方法の工程の流れを示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るレーザ光の波長によるドット径変化を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るドットのステップサイズの相違によるマーキングの相違の様子示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る２次元コードのバリエーションを示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る文字のマーキング状態を示す説明図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るレーザ光が被マーキング体に入射した際の輻射圧の発生方向を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るレーザ光が被マーキング体より放出される際の輻射圧の発生方向を示す説明図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るドット内のクラックの発生状態を示す説明図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るドットマーキングにおけるクラック発生状態とベクトルマーキングにおけるクラック発生状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  スキャナ
２０  タブレット
２１  入力部
２２  ペン
３０  コンピュータ
３１  表示部
３２  キーボード
３３  マウス
３６  記憶部
３６ａ  ＲＯＭ
３６ｂ  ＲＡＭ
３７  入出力部
３６ｃ  ハードディスク
４０  レーザマーカー
４１  コントローラ
４３  Ｑスイッチ素子
４４  内部シャッタ
４５  外部シャッタ
４６  アッテネータ
４７  ガルバノミラー
４８  波長選択装置
４８ａ乃至４８ｃ  波長変換装置
４８ｄ  基板
４８ｅ  回転軸
５０  レーザ発振器
５１  全反射鏡
５２  内部アパーチャ
５３  ランプハウス
５４  出力鏡
５５  アパーチャ
５６  レベリングミラー
５７  ガリレオ式エキスパンダ
５８  アパーチャ
５９  集光レンズ選択装置
５９ａ乃至５９ｃ  集光レンズ
５９ｄ  基板
５９ｅ  レーザ光通過位置
６１  第１高調波ドット
６２  第２高調波ドット
６３  第３高調波ドット
６４  第４高調波ドット
４８０  非線形結晶
４８１  フィルタ
Ｓ  レーザマーキング装置
Ｗ  被マーキング体
【図１】
2005186078.tif 000003
【図２】
2005186078.tif 000004
【図３】
2005186078.tif 000005
【図４】
2005186078.tif 000006
【図５】
2005186078.tif 000007
【図６】
2005186078.tif 000008
【図７】
2005186078.tif 000009
【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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