JP3411852B2 - レーザマーキング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光によって被
マーキング対象物のマーキングを行うレーザマーキング
装置に関し、特に、そのレーザ発生手段を改良したもの
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被マーキング対象物表面上に所望
のマーキングを行うレーザマーキング装置としては、レ
ーザ発生手段としてＹＡＧレーザを使用したものが提供
されている。これは、レーザ媒質となるＹＡＧ結晶の両
端に全反射ミラーと部分透過ミラーとを設けるととも
に、部分透過ミラーとＹＡＧ結晶との間にＱスイッチを
配置し、ＹＡＧ結晶の周りには励起用光源を設けた構成
である。

【０００３】上記構成において、Ｑスイッチを光遮断状
態とした上で励起用光源によってＹＡＧ結晶を励起する
と、励起エネルギーが蓄積された状態となる。そして、
Ｑスイッチを透過状態とすることにより、ＹＡＧ結晶内
で発生したレーザ光が全反射ミラーと部分透過ミラーと
の間で往復し、ＹＡＧ結晶内を通過するうちに蓄積エネ
ルギーによって増幅されるため、一部が部分反射ミラー
を通過して外部に出射されるというものである。なお、
出射されたレーザ光は例えば２枚のミラーを組み合わせ
たレーザ走査機構によって縦横に走査され、所要の文字
や図形等を被マーキング対象物上に描くようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成の
レーザマーキング装置では、次のような問題がある。レ
ーザ発生手段から得られるレーザ光はレーザ媒質中の光
路が長いほど出力を大きくすることができるが、大きさ
の制限があるＹＡＧの単結晶を使用している関係上、単
純にはレーザ媒質中の光路を長くすることができず、Ｙ
ＡＧ結晶の両端にミラーを配置して繰り返し反射させる
ことでレーザ媒質中の光路を実質的に長くする構造を採
用せざるを得ない。また、励起エネルギーを一時的に蓄
えるためにＱスイッチも必要となる。

【０００５】ＹＡＧ結晶の両端側にミラーやＱスイッチ
等の光学部品が必要となることは、レーザ発生手段が大
型化することを意味し、それに伴いレーザマーキング装
置自体も大型化する。これらのマーキング装置は、半導
体の分野などで知られるように、製造ラインの一部に組
み込まれてマーキング作業を行っている。半導体の分野
では製造ラインに流す部品は、ＩＣ，チップ部品等の非
常に小さい部品であり、製造ラインも非常に小さいもの
であるため、レーザマーキング装置も小型であることが
望ましい。しかしながら、上述したように従来のレーザ
マーキング装置は非常に大型であり、この製造ラインに
設置しようとすると、レーザマーキング装置だけで非常
に大きなスペースを取るために、このレーザマーキング
装置自体を設置するスペースの分だけ製造ライン全体も
大きくなり、工場などの施設全体のスペースを有効に利
用できないという問題があった。

【０００６】また、従来のレーザマーキング装置は非常
に大型であるために、設置する際において、装置自体を
設置する場所まで搬送するに適した大きさに分解し、製
造ライン中の設置場所で再組立する必要がある。しか
も、レーザマーキング装置を組み立てる際には、製造ラ
イン中に単に設置するだけでなく、マーキング装置内部
のミラーやＱスイッチなどの光学系の厳密な調整が必要
となる。ところが、前述のようにレーザ媒質の外側に多
くの光学部品を配置した従来の構成では、光学系の調整
工数が非常に多いため、結局、製造ラインでの設置作業
に大いに手間取るという問題もある。さらに、マーキン
グ装置を製造ライン中に一度設置してしまうと、何らか
の理由でこの製造ラインに変更が生じた場合にも、簡単
にはレーザマーキング装置を移動できないし、移動させ
てしまうと、再びレーザマーキング装置内部の光学系が
ずれてしまうために光学系の再調整を余儀なくされてし
まい、総じてメンテナンスに多大な時間を要するという
欠点がある。

【０００７】一方、レーザ発生手段内にＱスイッチを装
備することに起因する不可避的な欠点もある。すなわ
ち、従来のＹＡＧレーザでは、Ｑスイッチを閉じている
ときはレーザ光の増幅を行わず、レーザ媒質であるＹＡ
Ｇの結晶を励起状態にしてエネルギーを蓄積し、Ｑスイ
ッチを開くと同時に、この蓄積された励起エネルギーに
よってレーザ光を増幅する。図５に示すように、レーザ
媒質を励起光源によって励起しながらＱスイッチを定常
的な周波数でオンオフしている状態（期間Ｂ）では蓄積
されるエネルギーは一定であってレーザ光の出力も一定
となるが、Ｑスイッチを比較的長い時間閉じた後に開く
時（時期Ａ）には、レーザ媒質は長い期間持続的に励起
されているため、励起エネルギーはかなり蓄積されてお
り、Ｑスイッチを開いた瞬間に高出力のレーザ光が出力
されてしまう。このため、マーキングを行う際に、先頭
パルスの部分だけ極端に強いレーザ光が照射されること
になり、印字品質を低下させるという問題があった。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、小型化が可能な、また、印字品質の向上が可能なレ
ーザマーキング装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１の発明は、パルス状のレーザ光を出力する信号
用レーザ光源、希土類元素を含み前記信号用レーザ光源
からのレーザ光が一方の端面から入射されるとともに他
方の端面をレーザ光の出射端面とした屈曲可能な希土類
ドープ光ファイバ及びこの希土類ドープ光ファイバ中に
レーザ光を入射することでその内部の希土類元素を励起
状態とする励起用レーザ光源を備えたレーザ発生手段
と、このレーザ発生手段から出射されたレーザ光を入射
してそのレーザ光を平行光にするコリメータレンズと、
このコリメータレンズからのレーザ光を被マーキング対
象物上に集光する集光レンズと、前記信号用レーザ光源
および励起用レーザ光源を制御するレーザ発振制御手段
とを具備し、前記励起用レーザ光源は、前記レーザ発振
制御手段が被マーキング対象物へのマーキング動作を行
わない場合でも駆動されて前記希土類ドープ光ファイバ
をマーキング不能な低レベルの励起状態とするための低
レベル用の励起用半導体レーザと、前記レーザ発振制御
手段がマーキング動作を行う場合に駆動されて前記希土
類ドープ光ファイバをマーキング可能な高レベルの励起
状態とするための高レベル用の励起用半導体レーザとを
備えるところに特徴を有する。

【００１０】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
において、レーザ発生手段及びレーザ発振制御手段を本
体ユニットに収容するとともに、コリメータレンズ及び
集光レンズを本体ユニットとは独立のヘッドユニットに
収容し、本体ユニットの希土類ドープ光ファイバから出
射されるレーザ光を光ファイバケーブルによりヘッドユ
ニットに導くようにしたところに特徴を有する。

【００１１】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、本体ユニットとヘッドユニットとを連結する光ファ
イバケーブルも併せて希土類ドープ光ファイバとしたと
ころに特徴を有する。

【００１２】

【００１３】

【発明の作用及び効果】請求項１の発明に係るレーザマ
ーキング装置によれば、レーザ媒質に希土類ドープ光フ
ァイバを使用し、これを励起用レーザ光源からの光エネ
ルギーによって励起状態としてあるから、その希土類ド
ープ光ファイバの一端から信号用レーザを入射させる
と、希土類ドープ光ファイバ内で誘導放出によって励起
光のエネルギーが信号光に遷移し、従って信号光が増幅
されて高出力のレーザが希土類ドープ光ファイバの他端
から出射する。希土類ドープ光ファイバは屈曲可能であ
るから、例えばボビンに巻回する等によって十分なレー
ザ媒質中の光路長を確保しながら小型化することができ
る。また、レーザ媒質の両端部にミラーやＱスイッチ等
の光学部品を設置する必要がないから、その面からもレ
ーザ発生手段の小型化が可能になる。

【００１４】これによって装置全体も小型化でき、マー
キングを行うために必要な設置スペースを従来に比して
大幅に削減できるので、マーキングするにあたり、マー
キング装置の設置可能となる範囲が広がり、所望とする
場所でマーキングが行えるという効果を生ずる。しか
も、Ｑスイッチやミラーなどを必要としないから光学系
の厳密な調整作業が不要となるので工数が低減でき、生
産性の良いレーザマーキング装置を提供することができ
る。また、レーザマーキング装置自体が小型であるの
で、レーザマーキング装置を分解して運び、設置場所で
再組み立てしたり、装置を移動させる毎に光学系を再調
整したりする必要がなくなる。しかも、請求項１の発明
によれば、マーキングを行わないときは低レベル用の励
起用半導体レーザのみを駆動して励起用レーザ光源をマ
ーキングを行うのに不十分な低レベルにして、この低出
力でもって希土類ドープ光ファイバを予備励起状態とし
ている。そして、マーキング動作を行う際には高レベル
用の励起用半導体レーザをさらに重ねて駆動して励起用
レーザ光源を高出力とすると、短時間で均一な高励起状
態となり、この均一な高励起状態にある希土類ドープ光
ファイバ内を信号用レーザ光源からのレーザ光が通過す
ることにより、増幅されたレーザ光の出力は、このレー
ザ光のスポットの中心から同心円に均一な出力分布とな
る。この結果、被マーキング対象物にマーキングしたと
きにレーザ光のスポットが外側から中央へ同心円を描く
ようなきれいな彫り口となる。その点、仮に予備励起を
行わずマーキング時に急速に高励起状態とする場合に
は、レーザー光の出力分布が不均一になり易く、しか
も、高励起状態となって十分な出力のレーザ光が得られ
るまでの時間が長くなるため、高品質・高速印字を行う
上で不利になるという事情がある。

【００１５】請求項２の発明によれば、レーザ発生手段
を備えた本体ユニットと、レーザ光を対象物に照射する
ための光学系を備えたヘッドユニットとを分離して両ユ
ニットを光ファイバケーブルにて接続したから、製造ラ
インに近い狭い場所にヘッドユニットを設置し、ここか
ら離れたスペース的に余裕がある場所に本体ユニットを
設置するという使い方ができる。従って、従来の一体型
ではスペース上の制約から設置できなかった場所にも設
置が可能になるという効果が得られる。

【００１６】請求項３の発明によれば、本体ユニットと
ヘッドユニットとを接続する光ファイバケーブルを、希
土類ドープ光ファイバにより構成しているから、希土類
ドープ光ファイバによって増幅されたレーザ光を他の光
ファイバケーブルに入射させてレーザ光を被マーキング
対象物に導く構成と比べて、レーザ光を他の光ファイバ
ケーブルに入射させるためのレンズ等の光学系を必要と
しないので、部品点数を削減できるとともに、その光学
系の調整作業が不要になり、設置上の工数を低減でき
る。また、上述のレーザー光入射用光学系が省略できる
から、その光学系の各部品における反射や希土類ドープ
光ファイバと光ファイバとの接続部分における反射等に
起因するエネルギー損失がなくなり、また、希土類ドー
プ光ファイバは通常の光ファイバのような光伝搬時のエ
ネルギー損失がないから、それらのエネルギー損失を考
慮した励起光源の余分なパワーを必要とせず、消費電力
を低減することができるという効果を生ずる。もちろ
ん、このことは、そのエネルギー損失によって発生する
熱を放出するために冷却装置を大型にする必要もなくな
るから、結局、レーザマーキング装置全体を小型化でき
るという効果を生ずる。

【００１７】さらに、本体ユニットからヘッドユニット
へレーザ光を導くための光ファイバケーブルが希土類ド
ープ光ファイバであってレーザ光を増幅する機能を兼ね
備えるから、その光ファイバケーブルに使われる光ファ
イバの分だけ、本体ユニット内のレーザ発生手段に収納
される光ファイバを短くでき、これにて本体ユニットひ
いてはレーザマーキング装置全体を小型化できるという
効果を奏する。或いは、レーザ光を増幅する部分を十分
に長く設定することにより、希土類ドープ光ファイバか
ら出射される増幅されたレーザ光の出力を大きく設定す
ることができる。

【００１８】

【００１９】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞図１及び図２は
本発明を具体化した第１実施形態を示す。レーザ発生手
段１は、信号用レーザ光源としての信号用半導体レーザ
１０とレーザ増幅器２０とを備える。信号用半導体レー
ザ１０はドライバ１１を介してレーザ発振制御手段６０
により駆動され、赤外線レーザをパルス発振する。一
方、レーザ増幅器２０は、上記信号用半導体レーザ１０
からのレーザ光を増幅する機能を有する。ここには、希
土類元素である例えばイットリビウム（Ｙｂ）を含むガ
ラスファイバ（希土類ドープ光ファイバ）２１、励起用
レーザ光源に相当する第１励起用半導体レーザ２２Ａ及
び第２励起用半導体レーザ２２Ｂが備えられている。な
お、希土類ドープ光ファイバ２１は他との区別をするた
めに図面中では斜線を付して示してある。

【００２０】上記希土類ドープ光ファイバ２１は屈曲可
能であり、図示しないボビンに多数回巻回することで所
要長の光路が確保されており、ボビンに巻回した一方の
リード部分にはレーザ光を他端側にのみ通過させる光ア
イソレータ２４が設けられ、その両端部には２つの光結
合部２５Ａ，２５Ｂが設けられている。上記アイソレー
タ２４は、光ファイバの接合部分やレーザ照射面から反
射するレーザ光が半導体レーザ１０，２２Ａ，２２Ｂや
希土類ドープ光ファイバ２１に逆流することによってこ
れらが損傷することを防止する機能を有する。また、一
方の光結合部２５Ａは、接合手段２１Ｘを介して接続し
た光ファイバ２６に入射した半導体レーザ１０からのレ
ーザ光を希土類ドープ光ファイバ２１の一端（前端）に
入射させるとともに、光ファイバ２７Ａに入射した第１
励起用半導体レーザ２２Ａからのレーザ光を希土類ドー
プ光ファイバ２１にその後端側に向けて合流させる機能
を有する。また、他方の光結合部２５Ｂは光ファイバ２
７Ｂに入射した第２励起用半導体レーザ２２Ｂからのレ
ーザ光を希土類ドープ光ファイバ２１内に前端側に向け
て入射させる機能を有する。なお、希土類ドープ光ファ
イバ２１の出射端面２３には接合手段２１Ｙを介して光
ファイバ２７Ｃが接合されている。また、図示はしない
が、上記したようにボビンに巻回した希土類ドープ光フ
ァイバ２１、光結合部２５Ｂ、第２励起用半導体レーザ
２２Ｂ及び光ファイバ２７Ｂは直方体のケース内に収容
されるとともに、そのケース内にシリコン樹脂を充填す
ることで固定されている。

【００２１】なお、第１及び第２の各励起用半導体レー
ザ２２Ａ，２２Ｂは、それぞれドライバ２９Ａ，２９Ｂ
を介して前記レーザ発振制御手段６０によって制御さ
れ、ともに一定出力レベルで駆動される。また、各半導
体レーザ２２Ａ，２２Ｂの発振波長は、希土類ドープ光
ファイバ２１の希土類元素を励起するに適した波長帯に
設定されていることは勿論である。

【００２２】一方、希土類ドープ光ファイバ２１の出射
端面２３の外側には出力されたレーザ光を平行光とする
ためのコリメータレンズ３０が設けられるとともに、コ
リメータレンズ３０を通過したレーザ光を縦横に走査す
るためのＸ軸ガルバノミラー及びＹ軸ガルバノミラーを
備えた周知の光走査機構４０が設けられ、さらにそのレ
ーザ光を被マーキング対象物１００に集光するための集
光レンズ（ｆθレンズ）５０が設けられている。なお、
レーザマーキング装置内には、図示はしないが冷却装置
や装置各部に動作電力を供給する電源回路等も備えられ
ている。

【００２３】本実施形態は以上の構成であり、次にその
作用を説明する。例えばコンソール等の入力手段７０に
よって入力された設定値等および文字・図形等のマーキ
ング内容の入力データやマーキングのプログラムを受け
て、レーザ発振制御手段６０は、この入力されたプログ
ラムおよび各種設定値にしたがって、レーザ出力を制御
するための制御信号をドライバ１１，２９Ａ，２９Ｂに
与えると同時に、Ｘ軸及びＹ軸の各ガルバノミラー駆動
用の制御信号を光走査機構４０に与える。

【００２４】ここで、図示しないレーザマーキング装置
の励起用スイッチをオン操作することにより励起用半導
体レーザ２２Ａはドライバ２９Ａにより直流駆動され、
出射されたレーザ光は光結合部２５Ａを介して希土類ド
ープ光ファイバ２１内に入射される。この結果、希土類
ドープ光ファイバ２１内が励起されてレーザ光が発生す
るが、その出力強度は被マーキング対象物１００上に照
射されてもマーキングを行うのには不十分なレベルＬc
（図２参照）となるように、半導体レーザ２２Ａは所定
の低レベルに連続的に維持されている。したがって、こ
の状態では希土類ドープ光ファイバ２１は、ある一定の
レベルで励起状態になっているが、これによって発生し
たレーザ光が被マーキング対象物１００に照射されても
マーキングはされない。

【００２５】マーキング動作が開始されると、レーザ発
振制御手段６０からの信号に基づき信号用レーザ光源で
ある信号用半導体レーザ１０がパルス発振するととも
に、励起光源である第２励起用半導体レーザ２２Ｂが所
定レベルで連続発振する。このことは、励起用レーザ光
源の出力が増大したことを意味する。第２励起用半導体
レーザ２２Ｂからのレーザ光は光結合部２５Ｂを介して
希土類ドープ光ファイバ２１内に入射されてこれを高励
起状態とする。そして、半導体レーザ１０からのパルス
レーザ光が光ファイバ２６及び光結合部２５Ａを通過し
て高励起状態にある希土類ドープ光ファイバ２１に入射
して通過することにより、このパルスレーザ光は増幅さ
れて出射端面２３から出射する。ここで、励起用光源は
希土類元素を励起するに適した波長帯のレーザ光を出射
するものが選択されており、信号用レーザ光源には励起
された希土類元素がエネルギーを失って発光するときの
波長帯の光を有するものが使用されているから、誘導放
出による発光が促進され、レーザ光が効率よく増幅され
る。図２に示すように、このときのレーザ光の出力レベ
ルは、被マーキング対象物１００上に照射されてマーキ
ングを行うことが可能なレベルＬB を十分に越え、マー
キングするのに十分な出力レベルＬA となる。

【００２６】レーザ発生手段１から出射されたパルスレ
ーザ光は、コリメータレンズ３０により平行光に絞ら
れ、この平行光はレーザ発振制御手段６０からの制御信
号によって駆動される光走査機構４０によって所要の方
向に反射される。ここで、光走査機構４０は、Ｘ軸ガル
バノミラーによって一つの方向に走査し、Ｙ軸ガルバノ
ミラーによって、Ｘ軸ガルバノミラーが走査する方向と
直交する方向に走査することで２次元のあらゆる方向に
走査することができる。光走査機構４０で反射された平
行光は集光レンズ５０によって平行光からスポットレー
ザ光に絞り込まれ、このレーザ光が被マーキング対象物
１００表面上を走査することにより、所望のマーキング
が行われる。

【００２７】本実施形態のレーザマーキング装置によれ
ば、レーザ媒質に希土類ドープ光ファイバ２１を使用
し、これを励起用半導体レーザ２２Ａ，２２Ｂによって
励起して信号用半導体レーザ１０からのレーザパルスを
通過させることで増幅作用を行わせる構成であるから、
その希土類ドープ光ファイバ２１をボビンに多数回巻回
することでレーザ媒質中に必要な光路長を確保すること
ができる。したがって、従来のＹＡＧ結晶を用いたレー
ザ発生手段を内蔵したレーザマーキング装置に比べ、レ
ーザ発生手段１を極めて小型化することができ、また、
Ｑスイッチやミラーを必要としないから部品点数を削減
でき、総じて装置全体の大幅な小型化が可能である。こ
のため、レーザマーキング装置を設置可能な範囲が広が
り、例えば電子部品等の小型部品の製造ラインにでも簡
単に設置することができる。

【００２８】しかも、Ｑスイッチやミラーなどを必要と
した従来の装置とは異なり、光学系の厳密な調整作業が
不要となるので設置やメンテナンス時の作業工数が低減
でき、生産性の良いレーザマーキング装置を提供するこ
とができる。

【００２９】さらに、Ｑスイッチを用いず、希土類ドー
プ光ファイバ２１を用いてレーザパルスを増幅する構成
であるから、Ｑスイッチ方式において発生するＱスイッ
チ開放当初のパルス出力のみが異常に大きくなって印字
品質を劣化させることがない。しかも、特に本実施形態
では、マーキング動作を行わないときは第１励起用半導
体レーザ２２Ａをマーキングを行うのに不十分な低レベ
ルで発振させて希土類ドープ光ファイバ２１を均一な予
備励起状態とし、マーキングを行う際には第２励起用半
導体レーザ２２Ｂも併せて発振させることで希土類ドー
プ光ファイバ２１を短時間で均一な高励起状態となるよ
うにしている（請求項４の発明）。このため、均一な高
励起状態にある希土類ドープ光ファイバ２１内を信号用
半導体レーザ１０からのレーザパルスが通過することに
なり、増幅されたレーザ光の出力をそのスポットの中心
から同心円に均一な出力分布とすることができる。この
結果、被マーキング対象物１００にマーキングしたとき
にレーザ光のスポットが外側から中央へ同心円を描くよ
うなきれいな彫り口となって印字品質を一層向上させる
ことができる。 ＜第２実施形態＞図３は本発明の第２実施形態を示す。
前記第１実施形態との基本的な相違は、ユニット構成及
びレーザ増幅器２０の構成にあり、その他は第１実施形
態と同様な構成である。従って、同一部分には同一符号
を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを説
明する。

【００３０】まず、ユニット構成に関しては、本実施形
態では信号用半導体レーザ１０、レーザ増幅器２０及び
これらの関連構成並びにレーザ発振制御手段６０を本体
ユニット８０に収容し、コリメータレンズ３０，光走査
機構４０及び集光レンズ５０を本体ユニット８０とは独
立のヘッドユニット８５に収容している。レーザ増幅器
２０の出力端には通常の光ファイバケーブル８１が接続
され、これが希土類ドープ光ファイバ２１からのレーザ
光をヘッドユニット８５のコリメータレンズ３０側に導
く。また、レーザ発振制御手段６０から光走査機構４０
の各ガルバノミラーを制御するための駆動信号は、出力
回路８２から信号ケーブル８３を介して光走査機構４０
に与えられる。

【００３１】次に、レーザ増幅器２０には、やはり希土
類元素である例えばイットリビウム（Ｙｂ）を含むガラ
スファイバ（希土類ドープ光ファイバ）２１、励起用レ
ーザ光源に相当する第１ないし第３の３つの励起用半導
体レーザ２２Ａ〜２２Ｃが備えられている。このうち希
土類ドープ光ファイバ２１は、シングルモード光ファイ
バ２１Ａとマルチモード光ファイバ２１Ｂとからなり、
マルチモードの希土類ドープ光ファイバ２１Ｂは、図示
しないボビンに多数回巻回することで所要長の光路が確
保されている。また、シングルモードの希土類ドープ光
ファイバ２１Ａの途中部分にはレーザ光を他端側にのみ
通過させる光アイソレータ２４が設けられ、両端部には
それぞれ光結合部２５Ａ，２５Ｂが設けられている。一
方の光結合部２５Ａは、光ファイバ２６に入射した半導
体レーザ１０からのレーザ光をシングルモードの希土類
ドープ光ファイバ２１Ａの前端に入射させるとともに、
光ファイバ２７Ａに入射した第１励起用半導体レーザ２
２Ａからのレーザ光を希土類ドープ光ファイバ２１Ａに
その後端側に向けて合流させる機能を有する。また、他
方の光結合部２５Ｂは光ファイバ２７Ｂに入射した第２
励起用半導体レーザ２２Ｂからのレーザ光と、シングル
モード光ファイバ２１Ａからのレーザ光とを合流させて
マルチモードの希土類ドープ光ファイバ２１Ｂ内にその
後端側に向けて入射させる機能を有する。そして、マル
チモードの希土類ドープ光ファイバ２１Ｂの後端には前
記光ファイバケーブル８１及び光ファイバ２７Ｃと接続
する光結合部２５Ｃが接続され、第３の励起用半導体レ
ーザ２２Ｃからのレーザ光をマルチモードの希土類ドー
プ光ファイバ２１Ｂにその前端側に向けて入射させると
ともに、希土類ドープ光ファイバ２１Ｂから出射される
レーザー光を光ファイバケーブル８１に案内するように
なっている。なお、図示はしないが、上記したようにボ
ビンに巻回した希土類ドープ光ファイバ２１Ｂ、光結合
部２５Ｂ，２５Ｃ、第２及び第３の各励起用半導体レー
ザ２２Ｂ，２２Ｃ及び光ファイバ２７Ｂ，２７Ｃは前記
第１実施形態と同様に直方体のケース内に収容されると
ともに、そのケース内にシリコン樹脂を充填することで
固定されている。

【００３２】なお、第１ないし第３の各励起用半導体レ
ーザ２２Ａ〜２２Ｃは、それぞれドライバ２９Ａ〜２９
Ｃを介して前記レーザ発振制御手段６０によって一定出
力レベルで駆動されるが、第１の励起用半導体レーザ２
２Ａはこのレーザマーキング装置の励起用スイッチをオ
ン操作することにより直流駆動され、これにて希土類ド
ープ光ファイバ２１Ａ，２１Ｂ内の所定の低レベルの予
備的励起状態とする。また、第２及び第３の励起用半導
体レーザ２２Ｂ，２２Ｃは、マーキング動作が開始され
ると所定レベルで連続発振するようになっており、これ
にて希土類ドープ光ファイバ２１Ａ，２１Ｂを高励起状
態とする。

【００３３】本実施形態のレーザマーキング装置によれ
ば、上記した第１実施形態と同様に、レーザ媒質に希土
類ドープ光ファイバ２１を使用した構成であるから、従
来のＹＡＧレーザ方式のレーザマーキング装置に比べレ
ーザ発生手段１を小型化することができ、しかも、光学
系の厳密な調整作業が不要となるので設置やメンテナン
ス時の作業工数が低減でき、さらには印字品質を高める
ことができるという効果を奏する。

【００３４】しかも、特に本実施形態では、レーザ発生
手段１を備えた本体ユニット８０と、レーザ光を対象物
に照射するための光学系を備えたヘッドユニット８５と
を分離して両ユニットを光ファイバケーブル８１及び信
号ケーブル８３にて接続したから、例えば製造ラインに
近い狭い場所にヘッドユニット８５を設置し、ここから
離れたスペース的に余裕がある場所に本体ユニット８０
を設置するという使い方ができる。従って、従来の一体
型ではスペース上の制約から設置できなかった場所にも
設置が可能になるという利点がある。

【００３５】また、レーザ増幅器２０の希土類ドープ光
ファイバ２１を、シングルモード光ファイバ２１Ａとマ
ルチモード光ファイバ２１Ｂとから構成し、信号用半導
体レーザ１０からのレーザパルスをシングルモードの希
土類ドープ光ファイバ２１Ａに入射させるようにしてい
るから、その信号用のレーザパルスはまずシングルモー
ド光ファイバ２１Ａを通過する。このため、シングルモ
ード光ファイバ２１Ａ内で、増幅度は高くはないが光強
度分布の整った高品質のレーザ光が得られ、これがマル
チモード光ファイバ２１Ｂ内で十分な強度まで増幅され
ることになる。

【００３６】＜第３実施形態＞図４は請求項２及び３の
発明を具体化した第３実施形態を示す。前記第２実施形
態との相違は、本体ユニット８０とヘッドユニット８５
とを接続する光ファイバケーブル８１をレーザ増幅器２
０の希土類ドープ光ファイバ２１から一体に延出して構
成したところに特徴を有する。

【００３７】この構成とすると、本体ユニット８０とヘ
ッドユニット８５とを接続する光ファイバケーブル８１
を、希土類ドープ光ファイバ２１により構成しているか
ら、希土類ドープ光ファイバ２１によって増幅されたレ
ーザ光を他の光ファイバケーブルに入射させてレーザ光
を被マーキング対象物に導く構成と比べて、レーザ光を
他の光ファイバケーブルに入射させるための接合手段２
１Ｙを必要としないので、部品点数を削減できるととも
に、その光学系の調整作業が不要になり、設置上の工数
を低減できる。また、上述のレーザー光入射用光学系が
省略できるから、その光学系の各部品における反射や希
土類ドープ光ファイバと光ファイバとの接続部分におけ
る反射等に起因するエネルギー損失がなくなるため、こ
れらを考慮した励起光源の余分なパワーを必要とせず、
消費電力を低減することができるという効果を生ずる。
もちろん、このことは、そのエネルギー損失によって発
生する熱を放出するために冷却装置を大型にする必要も
なくなるから、結局、レーザマーキング装置全体を小型
化できるという効果を生ずる。

【００３８】さらに、本体ユニット８０からヘッドユニ
ット８５へレーザ光を導くための光ファイバケーブル８
１が希土類ドープ光ファイバであってレーザ光を増幅す
る機能を兼ね備えるから、その光ファイバケーブル８１
に使われる光ファイバの分だけ、本体ユニット内のレー
ザ増幅器２０部分に収納される希土類ドープ光ファイバ
２１を短くでき、これにて本体ユニット８０ひいてはレ
ーザマーキング装置全体を小型化できるという効果を奏
する。

【００３９】＜他の実施形態＞本発明は上記記述及び図
面によって説明した実施の形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施の形態も本発明の技術的範囲
に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲
内で種々変更して実施することができる。 （１）上記各実施形態では、希土類ドープ光ファイバ２
１に光アイソレータ２４を設ける構造としたが、光ファ
イバの部分であれば、あらゆる位置に適用可能であり、
複数個のアイソレータを設けてもよい。

【００４０】（２）上記各実施形態では、励起用レーザ
光源を２あるいは３の半導体レーザにより構成したが、
これは１個でも４個以上の光源としてもよい。

【００４１】（３）上記各実施形態では、レーザ光を走
査する光走査機構４０にガルバノミラーを用いたスキャ
ニング方式を採用したが、この限りではなく、光走査機
構を備えない構成であってもよく、また、マスクを用い
たマスク方式であっても良い。

【００４２】（４）上記各実施形態では、入力装置はコ
ンソールであったが、この限りではなく、パソコンなど
のキーボードによって入力するものであっても良い。

【００４３】（５）上記各実施形態では光ファイバはガ
ラスファイバで構成されていたが、プラスチックファイ
バなどの屈曲可能な樹脂製の光ファイバを利用してもよ
い。

【００４４】（６）レーザ光を増幅及び伝達する希土類
ドープ光ファイバは、全長にわたって希土類元素がドー
プされているものに限らず、増幅に必要な部分だけに希
土類元素がドープされているような部分的な希土類ドー
プ光ファイバを利用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図

【図２】信号用及び励起用各半導体レーザの動作波形図

【図３】本発明の第２実施形態を示すブロック図

【図４】本発明の第３実施形態を示すブロック図

【図５】従来のレーザマーキング装置におけるレーザ発
振部分の動作波形図

【符号の説明】

１…レーザ発生手段 １０…信号用半導体レーザ（信号用レーザ光源） ２０…レーザ増幅器 ２１…希土類ドープ光ファイバ ２２Ａ…第１励起用半導体レーザ（励起用レーザ光源） ２２Ｂ…第２励起用半導体レーザ（励起用レーザ光源） ２２Ｃ…第３励起用半導体レーザ（励起用レーザ光源） ２３…出射端面 ３０…コリメータレンズ ４０…光走査機構 ５０…集光レンズ ６０…レーザ発振制御手段 ８０…本体ユニット ８１…光ファイバケーブル ８５…ヘッドユニット １００…被マーキング対象物

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−328283（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−318153（ＪＰ，Ａ) 特表 平11−506871（ＪＰ，Ａ) 特表2000−503476（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／026688（ＷＯ，Ａ１) 国際公開96／041404（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30 B23K 26/00 - 26/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス状のレーザ光を出力する信号用レ
   ーザ光源、希土類元素を含み前記信号用レーザ光源から
   のレーザ光が一方の端面から入射されるとともに他方の
   端面をレーザ光の出射端面とした屈曲可能な希土類ドー
   プ光ファイバ及びこの希土類ドープ光ファイバ中にレー
   ザ光を入射することでその内部の希土類元素を励起状態
   とする励起用レーザ光源を備えたレーザ発生手段と、 このレーザ発生手段から出射されたレーザ光を入射して
   そのレーザ光を平行光にするコリメータレンズと、 前記コリメータレンズからのレーザ光を被マーキング対
   象物上に集光する集光レンズと、 前記信号用レーザ光源および励起用レーザ光源を制御す
   るレーザ発振制御手段とを具備し、前記励起用レーザ光
   源は、前記レーザ発振制御手段が被マーキング対象物へ
   のマーキング動作を行わない場合でも駆動されて前記希
   土類ドープ光ファイバをマーキング不能な低レベルの励
   起状態とするための低レベル用の励起用半導体レーザ
   と、前記レーザ発振制御手段がマーキング動作を行う場
   合に駆動されて前記希土類ドープ光ファイバをマーキン
   グ可能な高レベルの励起状態とするための高レベル用の
   励起用半導体レーザとを備えることを特徴とするレーザ
   マーキング装置。
2. 【請求項２】 前記レーザ発生手段及び前記レーザ発振
   制御手段が本体ユニットに収容されるとともに、前記コ
   リメータレンズ及び前記集光レンズが前記本体ユニット
   とは独立のヘッドユニットに収容され、前記本体ユニッ
   トのレーザ発生手段から出射されるレーザ光を光ファイ
   バケーブルにより前記ヘッドユニットに導くようにした
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザマーキング装
   置。
3. 【請求項３】 前記本体ユニットと前記ヘッドユニット
   とを連結する光ファイバケーブルは希土類ドープ光ファ
   イバであることを特徴とする請求項２記載のレーザマー
   キング装置。