レーザマーカにおけるレーザ発振起動方法及びレーザマーカ
【課題】レーザ出力の立ち上がり性能を改善したレーザ発振起動方法及びレーザマーカを提供する。
【解決手段】レーザマーカのコントローラ部に備えられた処理装置は、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタ及びデューティ周期でオン・オフを繰り返すレーザ出力制御信号をレーザ発振器１１の駆動装置に与えることによりレーザ出力のデューティ制御を行い、レーザ出力制御信号は、デューティファクタによって決まるオン期間ｔｎの通常パルスＮＰより長いオン期間を有するストレッチパルスをデューティ周期Ｔで１又は複数個出力した後に通常パルスＮＰがデューティ周期Ｔで繰り返し出力されるように構成されている。好ましくは３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３が出力され、そのオン期間ｔ１，ｔ２，ｔ３が段階的に短くなる。
【解決手段】レーザマーカのコントローラ部に備えられた処理装置は、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタ及びデューティ周期でオン・オフを繰り返すレーザ出力制御信号をレーザ発振器１１の駆動装置に与えることによりレーザ出力のデューティ制御を行い、レーザ出力制御信号は、デューティファクタによって決まるオン期間ｔｎの通常パルスＮＰより長いオン期間を有するストレッチパルスをデューティ周期Ｔで１又は複数個出力した後に通常パルスＮＰがデューティ周期Ｔで繰り返し出力されるように構成されている。好ましくは３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３が出力され、そのオン期間ｔ１，ｔ２，ｔ３が段階的に短くなる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて樹脂、木、金属等の表面に文字等の印字加工を行うレーザマーカとそのレーザ発振起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のレーザマーカは、炭酸ガスレーザ又はＹＡＧレーザから発せられたレーザ光で樹脂、木、金属等の対象物の表面を加熱し、表面を局部的に変色又は変形させることにより文字等の印字加工（マーキング又は単に印字ということもある）を行う。
【０００３】
印字すべき文字等に沿って対象物の表面をレーザ光のビームスポットが移動するようにレーザ光を偏向させる方法として、通常はベクタースキャンと呼ばれる方法が用いられる。これは、ガルバノミラーを用いてレーザ光のＸ方向及びＹ方向の偏向を同時に制御することにより、文字又は線画に沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる方法である。効率よく短時間で印字を行うように、できるだけ一筆書きとなる軌跡が選択される。
【０００４】
レーザマーカは通常、ヘッド部とコントローラ部からなり、ヘッド部にはレーザ発振器及びレーザ偏向装置（ガルバノミラー）が内蔵されている。コントローラ部には、制御用のマイクロコンピュータと、印字データやフォントデータを記憶するメモリが備えられている。印字データは印字する文字やマークの種類、大きさ、印字位置、印字方向等の情報を含む。
【０００５】
コンソール又は外部コンピュータからコントローラ部に与えられた印字データは一旦メモリに記憶される。コントローラ部のマイクロコンピュータは印字加工を実行する際に印字データを読み出して展開データを生成する。つまり、印字内容に関する印字データとフォントデータからレーザ光がたどるべき軌跡を規定する線分データ及びレーザ制御データからなる展開データを生成する。
【０００６】
生成された展開データは、コントローラ部からヘッド部に転送される。ヘッド部では、受信した展開データに含まれる線分データに基づいてガルバノミラーが制御されると共に、レーザ制御データに基づいてレーザのオン・オフ制御が行われる。
【０００７】
レーザ出力（レーザの強さ）の制御は通常、デューティ制御によって行われる。すなわち、比較的速い周期でオン・オフを繰り返し、その周期（デューティ周期）に対するオン期間の比率（これをデューティファクタという）を変化させることによってレーザ出力（の実効値）を変化させる。このようなデューティ制御によって、樹脂、木、金属等の対象物の材質の違いや印字速度に応じた適切なレーザ出力で印字加工を行うことができる。
【０００８】
なお、前述のレーザ制御データに基づくレーザのオン・オフ制御と、レーザ発振器の出力制御のためのデューティ制御におけるオン・オフとは異なるものである。レーザ制御データに基づくレーザのオン・オフ制御は、例えば、一筆書きの如く連続して加工する部分はレーザをオンにし、加工の終端部分から次の加工の始端部分まで移動するときはレーザをオフにするような制御を意味する。これに対して、デューティ制御におけるオン・オフは、レーザがオンの状態において短い周期と設定されたデューティファクタでレーザ発振器のオン・オフを繰り返すことを意味する。
【０００９】
コンソール又は外部コンピュータからコントローラ部に与える印字のための情報には、前述の印字データの他に、レーザ出力及び印字速度の設定値が含まれる。ユーザは、印字対象物の材質等の条件に応じて適切なレーザ出力及び印字速度を設定する必要がある。
【００１０】
ところで、炭酸ガスレーザのような気体レーザをレーザ発振器として用いた場合に、その立ち上がり応答が悪いことが印字品質の上で問題となり得る。つまり、レーザ発振器をオンにしてから実際のレーザ出力が設定出力に達するまでに時間遅れがあり、そのために印字の始端部分が不完全加工状態となる。その結果、印字された文字の始端部分がぼやけたようになる。
【００１１】
上記のような現象を改善するための方法として、予備発振信号、つまりデューティファクタの小さいパルスによって、レーザ発振器がオフの状態を励起状態に近づけておく方法が従来から行われている（例えば特開２０００−２２２５０号公報参照）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来方法でもレーザ出力の立ち上がりを急峻にすることが難しく、更なる改善策が求められていた。
【００１３】
本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、レーザ出力の立ち上がり性能を改善したレーザ発振起動方法及びレーザマーカを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、レーザ光を用いて対象物の表面に印字加工を行うレーザマーカにおいて、レーザ出力の制御をデューティ制御によって行う場合にレーザ出力の立ち上がり性能を改善するためのレーザ発振起動方法であって、レーザ発振の起動を指示するレーザオン信号に伴って、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタ及びデューティ周期でオン・オフを繰り返すレーザ出力制御信号をレーザ発振器の駆動装置に与える際に、デューティファクタによって決まるオン期間の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスをデューティ周期で１又は複数個出力した後に通常パルスをデューティ周期で繰り返し出力するようにレーザ出力制御信号を構成することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明によるレーザマーカは、レーザ光を出力するレーザ発振器と、レーザ光を偏向させるレーザ偏向装置と、レーザ出力、印字速度及び印字内容を含む設定情報に従ってレーザ発振器及びレーザ偏向装置を制御するための処理装置とを備え、レーザ発振器から発したレーザ光を対象物の表面に集光させると共に、その光スポットを移動させることによって対象物の表面に印字加工を行うレーザマーカであって、処理装置は、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタ及びデューティ周期でオン・オフを繰り返すレーザ出力制御信号をレーザ発振器の駆動装置に与えることによりレーザ出力のデューティ制御を行い、レーザ出力制御信号は、デューティファクタによって決まるオン期間の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスをデューティ周期で１又は複数個出力した後に通常パルスをデューティ周期で繰り返し出力するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記のようなレーザ発振起動方法及びそれを用いたレーザマーカによれば、レーザオンが指令された直後に通常パルスよりオン期間の長い１又は複数個のストレッチパルスが出力されるので、レーザ出力が急峻に立ち上がる。つまり、レーザ出力の立ち上がり性能が良くなり、印字の始端部分における印字品質が改善される。
【００１７】
好ましい実施形態において、レーザ出力制御信号は、デューティファクタによって決まるオン期間（パルス幅）の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスをデューティ周期で３個出力した後に通常パルスをデューティ周期で繰り返し出力するように構成され、上記の３個のストレッチパルスのオン期間が第１、第２、第３の順番に短くなるように構成されている。このように、最初に最もオン期間の長いストレッチパルスが出力され、三段階でオン期間を狭くしながら設定オン期間の通常パルスにつながるようにすることにより、レーザ出力の立ち上がりを急峻にしながら、オーバーシュートが大きくなるのを抑制することができる。オーバーシュートが大きくなると、レーザ出力の立ち上がりが鈍い場合とは逆に、印字の始端部分が強調されすぎた状態となり、やはり印字品質が悪くなる。上記のような三段階のストレッチパルスによって、このオーバーシュートが抑えられ、印字の始端部分における印字品質が向上する。
【００１８】
更に好ましい実施形態において、デューティ周期をＴ、通常パルスのオン期間をｔｎとしたとき、１より小さい係数ｐ及び１以上の係数ｑを用いて、第１、第２及び第３のストレッチパルスのオン期間をｐ×Ｔ＋ｑ×ｔｎなる式から算出し、又はあらかじめ算出して記憶されたテーブルを参照することによって求める処理を処理装置が実行する。上記の式において第１項はレーザ出力の設定値（すなわちデューティファクタ）とは無関係にデューティ周期のみによって決まる一定増加部分であり、第２項はレーザ出力の設定値に応じて変わる増加部分である。このような構成によれば、あらかじめ実験によって印字品質が最も良くなるときの係数（パラメータ）ｐ及びｑを第１、第２及び第３のストレッチパルスのそれぞれについて求めておけば、印字対象物の材質の違いや印字速度に応じて設定されるレーザ出力が変わっても容易に第１、第２及び第３のストレッチパルスについて最適のオン期間（パルス幅）を求めることができる。こうして、最適のレーザ発振起動制御によって印字の始端部分における印字品質を向上することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るレーザマーカの概略構成図である。レーザマーカはヘッド部１とコントローラ部２を備え、両者がケーブル４で接続されている。また、液晶表示器とタッチパネルを用いたコンソール（表示・操作卓）３がケーブル５によってコントローラ部２に接続されている。ヘッド部１にはレーザ発振器１１及びレーザ偏向装置１２が内蔵されている。
【００２１】
レーザ発振器１１は、炭酸ガスレーザを用いたレーザ管である。レーザ偏向装置１２は、二次元のガルバノミラー１２ａ及び集光レンズ（ｆθレンズ）１２ｂからなる。レーザ発振器１１から発したレーザ光ＬＢはガルバノミラー１２ａによってＸ方向及びＹ方向に（二次元に）偏向されると共に集光レンズ１２ｂによってワーク（加工対象物）ＷＫの表面に集光される。こうして、ワークＷＫの表面に所望の文字や記号等を印字することができる。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態に係るレーザマーカの回路構成を示すブロック図である。ヘッド部１は、レーザ発振器１１及びレーザ偏向装置１２の他に、ラインレシーバ１３、データ復元・タイミング調整部１４、Ｄ／Ａ変換器１５及びガルバノ制御部１６を備えている。
【００２３】
コントローラ部２は、処理装置（ＭＰＵ）２１、印字設定用メモリ（ＳＲＡＭ）２２、フォントデータ用メモリ（ＲＯＭ）２３、展開データ用メモリ（ＤＲＡＭ）２４及びラインドライバ２５を備えている。処理装置２１は、コンソール３から受信した印字データやレーザ出力及び印字速度の設定値を印字設定用メモリ２２に記憶させると共に、印字データ及びフォントデータから展開データを生成して展開データ用メモリ２４に記憶させる処理を実行する。
【００２４】
印字設定用メモリ２２は、バッテリーバックアップによって電源オフ時にも記憶内容を保持することができ、コンソール３から受信した印字内容に関する印字データやレーザ出力及び印字速度の設定値を記憶する。フォントデータ用メモリ２３には印字に使用される各種文字のフォントデータが記憶されている。展開データ用メモリ２４には印字データから生成された展開データが一時記憶され、電源オフ時にその記憶内容は消える。展開データは、印字加工のためにレーザ光がたどるべき軌跡を規定する線分データとレーザのオン・オフ制御のためのレーザ制御データを含む複数ビットからなる時系列のデータである。
【００２５】
コンソール３にはメモリカードを着脱可能なスロットとリード・ライト用のインターフェイスが備えられている。コンソール３から入力した印字内容に関する印字データをメモリカードに保存しておき、必要なときに読み出してコントローラ部２に送信することができる。また、パーソナルコンピュータ等で作成した印字データをメモリカードを介してコンソール３からコントローラ部２に転送することができる。
【００２６】
また、コントローラ部２にパーソナルコンピュータを接続することも可能である。接続インターフェイスとして、ＲＳ２３２Ｃシリアルポート、パラレルポート、ＵＳＢポート等が用いられる。パーソナルコンピュータにインストールした専用ソフトウェアにより、パーソナルコンピュータの画面やフルキーボード、マウス等を用いてコントローラ部２に対する各種設定や印字データの作成等を行うことができる。
【００２７】
コンソール３（メモリカードを含む）又はパーソナルコンピュータからコントローラ部２に転送された印字データやレーザ出力及び印字速度の設定値は、印字設定用メモリ２２に一旦格納される。そして、処理装置２１が実行する展開処理によって、印字設定用メモリ２２から読み出された印字データとフォントデータ用メモリ２３から読み出されたフォントデータとに基づいて展開データが生成され、展開データ用メモリ２４に一時的に保存される。
【００２８】
図３は、コントローラ部２の処理装置２１が実行する展開処理の概略を示すフローチャートである。ステップ＃１０１において、処理装置２１は印字設定用メモリ２２から印字データを読み出す。続くステップ＃１０２において、フォントデータ用メモリ２３から読み出したフォントデータを参照し、印字データに含まれる印字文字や記号等を複数の連続加工曲線（直線を含む）に分解する。それぞれの連続加工曲線は、一筆書きのようにレーザ光を連続して出力しながらレーザ光のスポットを移動させる切れ目の無い曲線である。
【００２９】
１つの連続加工曲線は、レーザ偏向装置１２の二次元ガルバノミラー１２ａを一定間隔で制御するための複数の座標の集合（線分データに相当する）として表される。つまり、１つの連続加工曲線は、複数の座標（折れ曲り点）で接続された複数の線分で近似される。また、１つの連続加工曲線の終端から次の連続加工曲線の始端への移動（偏向）はレーザ光の出力を停止した状態（ゼロパワー）で行われる。
【００３０】
次のステップ＃１０３において、複数の連続加工曲線の並び替えを行う。レーザ光スポットの移動が最も効率的になるように、すなわち、連続加工曲線間のゼロパワー移動を含む全移動距離が最も短くなるように、連続加工曲線の加工処理順序が選択される。続くステップ＃１０４において、１つの連続加工曲線の終端から次の連続加工曲線の始端への移動経路（レーザ出力がゼロの線分）を生成し付加する。
【００３１】
例えば、文字「Ｂ」は一筆書きのように１つの連続加工曲線で描くことができる。これに対して、文字「Ａ」は一筆書きで描くことができないので、第１の連続加工曲線（直線）「∧」と第２の連続加工曲線（直線）「−」に分解される。この場合、第１の連続加工曲線（直線）「∧」の終端から第２の連続加工曲線（直線）「−」の始端までの移動経路が生成され付加される。この移動経路についても、レーザ偏向装置１２の二次元ガルバノミラー１２ａを一定間隔で制御するための複数の座標点の集合（線分データ）として表される。
【００３２】
続くステップ＃１０５において、上記のようにして求めた連続加工曲線及び移動経路と、印字設定用メモリ２２から読み出した印字速度の設定とに基づいて、時系列の線分データ（Ｘ座標及びＹ座標のデータ）及びレーザ制御データ（レーザ出力のオン・オフの区別）を含む展開データが生成される。このようにして、生成された展開データは次のステップ＃１０６で展開データ用メモリ２４に一時的に書き込まれ、展開処理が終了する。
【００３３】
この後、処理装置２１は印字実行命令にしたがって、展開データ用メモリ２４から読み出した展開データをラインドライバ２５を介してヘッド部１に転送する。また、展開データに含まれるレーザ制御データ（レーザオン信号を構成する）と同期して、後述するレーザ出力制御データ（レーザ出力制御信号を構成する）が処理装置２１によって生成され、ヘッド部１に転送される。
【００３４】
図２に示すように、ラインレシーバ１３を介して展開データ及びレーザ出力制御データを受信したヘッド部１では、データ復元・タイミング調整部（駆動装置に相当する）１４が展開データに含まれるレーザ制御データ及びレーザ出力制御データに基づいてレーザ発振器１１のオン・オフ制御及びレーザ出力のデューティ制御を実行する。また、展開データに含まれる線分データから求めたレーザ光の移動量に相当するデータをＤ／Ａ変換器１５に与える。
【００３５】
Ｄ／Ａ変換器１５は、移動量に相当するデータをアナログ電圧に変換しガルバノ制御部１６に与える。ガルバノ制御部１６は与えられたアナログ電圧にしたがって二次元ガルバノミラー１２ａを駆動し、これによってレーザ光のビームスポットが所定の位置へ移動する。このようにして、レーザ発振器１１から発したレーザ光が二次元ガルバノミラー１２ａで逐次偏向されてレーザ光のビームスポットがワークＷＫの表面を移動することにより、ワークＷＫの表面に所望の文字や記号等が印字される。
【００３６】
図４は、レーザ制御データによって構成されるレーザオン信号とレーザ出力制御データによって構成されるレーザ出力制御信号とを模式的に示している。図４において、レーザオン信号がＬレベル（オフ）からＨレベル（オン）に変化してレーザ発振の起動が指示されるのに伴って、レーザ出力制御信号の３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３がデューティ周期Ｔで出力され、引き続いて設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタの通常パルスＮＰがデューティ周期Ｔで繰り返し出力される。
【００３７】
通常パルスＮＰは、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタによって決まるオン期間（パルス幅）ｔｎを有する。つまり、ｔｎ／Ｔがデューティファクタである。３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３は、通常パルスＮＰのオン期間ｔｎより長いオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を有する。これにより、実際のレーザ出力が設定されたレーザ出力に達するまでの時間遅れが短くなる。つまり、レーザ出力の立ち上がり性能が改善される。レーザ出力の立ち上がり性能が悪く、設定されたレーザ出力に達するまでに時間がかかる場合は、印字の始端部分が不完全加工状態となり、ぼやけたようになる。このような印字品質の劣化が上記のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３によって改善される。
【００３８】
また、３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３のオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３が順番に短くなっている。このように、最初に一番長いオン期間ｔ１の第１ストレッチパルスＳＰ１が出力され、第２ストレッチパルスＳＰ２（オン期間ｔ２）、第３ストレッチパルスＳＰ３（オン期間ｔ３）へと三段階でオン期間を狭くしながら設定オン期間ｔｎの通常パルスＮＰにつながるようにしている。こうすることにより、レーザ出力の立ち上がりを急峻にしながら、オーバーシュートが大きくなるのが抑制される。オーバーシュートが大きくなると、レーザ出力の立ち上がりが鈍い場合とは逆に、印字の始端部分が加工され過ぎた状態となり、やはり印字品質が悪くなる。上記のような三段階でオン期間が狭くなるストレッチパルスによって、上記のオーバーシュートが抑えられ、印字の始端部分における印字品質が更に向上する。
【００３９】
レーザ出力の設定値（デューティファクタ）によって決まる通常パルスのオン期間ｔｎに対して３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３のオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３をどの程度大きく設定するかは、以下に説明するように、あらかじめ実験によって求める。
【００４０】
レーザ出力の設定値（デューティファクタ）は、印字対象物の材質の違いや印字速度に応じて適切な値が設定される。したがって、まず、３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３のオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３をデューティファクタ（ｔｎ／Ｔ）又は通常パルスのオン期間ｔｎの関数として以下のように定義する。
ｔ１＝ｐ１×Ｔ＋ｑ１×ｔｎ
ｔ２＝ｐ２×Ｔ＋ｑ２×ｔｎ
ｔ３＝ｐ３×Ｔ＋ｑ３×ｔｎ
【００４１】
但し、ｐ１，ｐ２及びｐ３は１より小さい係数であり、ｑ１，ｑ２及びｑ３は１以上の係数である。各式において、第１項はレーザ出力の設定値（デューティファクタ）とは無関係にデューティ周期Ｔのみによって決まる一定増加部分であり、第２項はレーザ出力の設定値（デューティファクタ、したがって通常パルスのオン期間ｔｎ）に応じて変わる増加部分である。
【００４２】
このように、３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３のオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を式で表しておき、実験によって印字品質が最も良くなるときの係数ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｑ１，ｑ２及びｑ３の値を求めれば良い。もっとも、求めるべき係数（パラメータ）が６個あるので、各パラメータの適当と思われる値の目安をある程度つけておき、その値の付近で効率的に各パラメータを変化させながら実験を行う必要がある。
【００４３】
一実施例において、種々の実験の結果、ｔ１，ｔ２及びｔ３を以下のように設定したときに、印字品質が最もよくなることが分かった。但し、デューティ周期Ｔは４０マイクロ秒（周波数は２５ｋＨｚ）で一定とした。
ｔ１＝６＋１．２５×ｔｎ すなわち、ｐ１＝０．１５ ｑ１＝１．２５
ｔ２＝１＋１．２５×ｔｎ すなわち、ｐ２＝０．０２５ ｑ２＝１．２５
ｔ３＝２＋ｔｎ すなわち、ｐ３＝０．０５ ｑ３＝１
【００４４】
図５は、レーザ出力の設定値に相当するデューティファクタ（したがって通常パルスのオン期間ｔｎ）を適当な間隔で変化させたときに、上の式から求めた３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を整数に丸めた値を示すテーブルである。また、各デューティファクタにおける印字結果（印字の始端部分の結果）を５段階評価した値も示されている。印字結果は、図６に示すように、５段階数値の中間値３が最適の印字結果であることを示し、数値が大きくなるほど印字の始端部分が強く加工され、逆に数値が小さくなれば印字の始端部分が不鮮明になる（ぼやける）ことを示している。
【００４５】
参考のために、上記の３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を表す式で係数ｑ１及びｑ２の値を減少する方向と増加する方向に変化させたときの図５と同様の実験結果を図７及び図８に示す。これらの例において、係数ｑ３は変化させなかった。
【００４６】
図７は、係数ｑ１及びｑ２の値を１．２５から１．０に減少した場合であり、３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３は、次式のようになる。なお、この例ではｐ２を１から３に増加している。
ｔ１＝６＋ｔｎ
ｔ２＝３＋ｔｎ
ｔ３＝２＋ｔｎ
【００４７】
図８は、係数ｑ１及びｑ２の値を１．２５から１．５に増加した場合であり、３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３は、次式のようになる。なお、この例においてｐ２は図５の場合と同じく１である。
ｔ１＝６＋１．５×ｔｎ
ｔ２＝１＋１．５×ｔｎ
ｔ３＝２＋ｔｎ
【００４８】
図５、図７及び図８に示した実験結果から次のことが分かる。図５の条件において、デューティファクタが２５％以下では印字の始端部分が少し強く加工されるが、デューティファクタが３０％以上になると良好な印字結果が得られる。図７の条件では、比較的小さなデューティファクタのときに印字の始端部分が少し強く加工され、実用範囲の中央付近のデューティファクタのときに印字の始端部分が少し弱くなる（ぼやける）。図８の条件では、実用範囲の中央付近のデューティファクタのときに印字の始端部分が少し強くなりすぎる。上記の比較検討結果から、図５の条件が好適であることが分かる。
【００４９】
実際の実験では、ＦＰＧＡ（書き換え可能ゲートアレイ）を用いてパラメータ（係数）ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｑ１，ｑ２及びｑ３の値を上記の例示を含めて複数の組み合わせに変化させながら、印字結果について評価を行った。その結果、デューティ周期Ｔ＝４０マイクロ秒の条件下で、図５に示したようなオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３が得られるパラメータ（係数）、すなわちｐ１＝０．１５，ｐ２＝０．０２５，ｐ３＝０．０５，ｑ１＝１．２５，ｑ２＝１．２５，ｑ３＝１が好適であることが分かった。但し、これらの具体値はデューティ周期やレーザの最大出力、その他の条件によって変化するので、各用途に応じてあらかじめ実験によって好ましいパラメータ（係数）ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｑ１，ｑ２及びｑ３の値を求める必要がある。
【００５０】
また、本実施形態では、処理装置２１が前述の式に基づく演算によって３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３をデューティファクタ（レーザ出力の設定値）ごとに算出する。別の方法として、各デューティファクタに対応するオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３をあらかじめ算出し、その結果を図５に示したようなルックアップテーブルとして記憶しておき、処理装置２１がそのルックアップテーブルを参照してオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を求めるようにしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態ではコントローラ部２に備えられた処理装置（マイクロプロセッサ）２１によって３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を算出するが、ヘッド部１に同様の処理装置を設け、ヘッド部１側の処理装置で演算又はルックアップテーブルの参照によって３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を求めるように構成してもよい。
【００５２】
本発明は、上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することが可能である。例えば、ストレッチパルスの数は３個に限らず、１又は２個でもよいし、４個以上設けてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のレーザ発振起動方法及びレーザマーカによれば、レーザオンが指令された直後に通常パルスよりオン期間の長い１又は複数個のストレッチパルスが出力されるので、レーザ出力が急峻に立ち上がる。つまり、レーザ出力の立ち上がり性能が良くなり、印字の始端部分における印字品質が改善される。また、３個のストレッチパルスを設け、各ストレッチパルスのオン期間を段階的に下げて通常パルスにつなぐことにより、レーザ出力のオーバーシュートを抑えながら急峻な立ち上がりを実現することができるので、印字の始端部分における印字品質が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザマーカの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレーザマーカの回路構成を示すブロック図である。
【図３】コントローラ部の処理装置が実行する展開処理の概略を示すフローチャートである。
【図４】レーザ制御データによって構成されるレーザオン信号とレーザ出力制御データによって構成されるレーザ出力制御信号とを模式的に示す図である。
【図５】レーザ出力の設定値に相当するデューティファクタを適当な間隔で変化させたときに、３個のストレッチパルスの好適なオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を算出し整数に丸めた値と印字結果の評価を示すテーブルである。
【図６】図５において５段階数値で表した印字結果の説明に関するテーブルである。
【図７】図５において、係数ｑ１及びｑ２の値を減少したときの結果を示すテーブルである。
【図８】図５において、係数ｑ１及びｑ２の値を増加したときの結果を示すテーブルである。
【符号の説明】
１ ヘッド部
２ コントローラ部
１１ レーザ発振器
１２ レーザ偏向装置
２１ 処理装置
２２ 印字設定用メモリ
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて樹脂、木、金属等の表面に文字等の印字加工を行うレーザマーカとそのレーザ発振起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のレーザマーカは、炭酸ガスレーザ又はＹＡＧレーザから発せられたレーザ光で樹脂、木、金属等の対象物の表面を加熱し、表面を局部的に変色又は変形させることにより文字等の印字加工（マーキング又は単に印字ということもある）を行う。
【０００３】
印字すべき文字等に沿って対象物の表面をレーザ光のビームスポットが移動するようにレーザ光を偏向させる方法として、通常はベクタースキャンと呼ばれる方法が用いられる。これは、ガルバノミラーを用いてレーザ光のＸ方向及びＹ方向の偏向を同時に制御することにより、文字又は線画に沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる方法である。効率よく短時間で印字を行うように、できるだけ一筆書きとなる軌跡が選択される。
【０００４】
レーザマーカは通常、ヘッド部とコントローラ部からなり、ヘッド部にはレーザ発振器及びレーザ偏向装置（ガルバノミラー）が内蔵されている。コントローラ部には、制御用のマイクロコンピュータと、印字データやフォントデータを記憶するメモリが備えられている。印字データは印字する文字やマークの種類、大きさ、印字位置、印字方向等の情報を含む。
【０００５】
コンソール又は外部コンピュータからコントローラ部に与えられた印字データは一旦メモリに記憶される。コントローラ部のマイクロコンピュータは印字加工を実行する際に印字データを読み出して展開データを生成する。つまり、印字内容に関する印字データとフォントデータからレーザ光がたどるべき軌跡を規定する線分データ及びレーザ制御データからなる展開データを生成する。
【０００６】
生成された展開データは、コントローラ部からヘッド部に転送される。ヘッド部では、受信した展開データに含まれる線分データに基づいてガルバノミラーが制御されると共に、レーザ制御データに基づいてレーザのオン・オフ制御が行われる。
【０００７】
レーザ出力（レーザの強さ）の制御は通常、デューティ制御によって行われる。すなわち、比較的速い周期でオン・オフを繰り返し、その周期（デューティ周期）に対するオン期間の比率（これをデューティファクタという）を変化させることによってレーザ出力（の実効値）を変化させる。このようなデューティ制御によって、樹脂、木、金属等の対象物の材質の違いや印字速度に応じた適切なレーザ出力で印字加工を行うことができる。
【０００８】
なお、前述のレーザ制御データに基づくレーザのオン・オフ制御と、レーザ発振器の出力制御のためのデューティ制御におけるオン・オフとは異なるものである。レーザ制御データに基づくレーザのオン・オフ制御は、例えば、一筆書きの如く連続して加工する部分はレーザをオンにし、加工の終端部分から次の加工の始端部分まで移動するときはレーザをオフにするような制御を意味する。これに対して、デューティ制御におけるオン・オフは、レーザがオンの状態において短い周期と設定されたデューティファクタでレーザ発振器のオン・オフを繰り返すことを意味する。
【０００９】
コンソール又は外部コンピュータからコントローラ部に与える印字のための情報には、前述の印字データの他に、レーザ出力及び印字速度の設定値が含まれる。ユーザは、印字対象物の材質等の条件に応じて適切なレーザ出力及び印字速度を設定する必要がある。
【００１０】
ところで、炭酸ガスレーザのような気体レーザをレーザ発振器として用いた場合に、その立ち上がり応答が悪いことが印字品質の上で問題となり得る。つまり、レーザ発振器をオンにしてから実際のレーザ出力が設定出力に達するまでに時間遅れがあり、そのために印字の始端部分が不完全加工状態となる。その結果、印字された文字の始端部分がぼやけたようになる。
【００１１】
上記のような現象を改善するための方法として、予備発振信号、つまりデューティファクタの小さいパルスによって、レーザ発振器がオフの状態を励起状態に近づけておく方法が従来から行われている（例えば特開２０００−２２２５０号公報参照）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来方法でもレーザ出力の立ち上がりを急峻にすることが難しく、更なる改善策が求められていた。
【００１３】
本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、レーザ出力の立ち上がり性能を改善したレーザ発振起動方法及びレーザマーカを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、レーザ光を用いて対象物の表面に印字加工を行うレーザマーカにおいて、レーザ出力の制御をデューティ制御によって行う場合にレーザ出力の立ち上がり性能を改善するためのレーザ発振起動方法であって、レーザ発振の起動を指示するレーザオン信号に伴って、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタ及びデューティ周期でオン・オフを繰り返すレーザ出力制御信号をレーザ発振器の駆動装置に与える際に、デューティファクタによって決まるオン期間の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスをデューティ周期で１又は複数個出力した後に通常パルスをデューティ周期で繰り返し出力するようにレーザ出力制御信号を構成することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明によるレーザマーカは、レーザ光を出力するレーザ発振器と、レーザ光を偏向させるレーザ偏向装置と、レーザ出力、印字速度及び印字内容を含む設定情報に従ってレーザ発振器及びレーザ偏向装置を制御するための処理装置とを備え、レーザ発振器から発したレーザ光を対象物の表面に集光させると共に、その光スポットを移動させることによって対象物の表面に印字加工を行うレーザマーカであって、処理装置は、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタ及びデューティ周期でオン・オフを繰り返すレーザ出力制御信号をレーザ発振器の駆動装置に与えることによりレーザ出力のデューティ制御を行い、レーザ出力制御信号は、デューティファクタによって決まるオン期間の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスをデューティ周期で１又は複数個出力した後に通常パルスをデューティ周期で繰り返し出力するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記のようなレーザ発振起動方法及びそれを用いたレーザマーカによれば、レーザオンが指令された直後に通常パルスよりオン期間の長い１又は複数個のストレッチパルスが出力されるので、レーザ出力が急峻に立ち上がる。つまり、レーザ出力の立ち上がり性能が良くなり、印字の始端部分における印字品質が改善される。
【００１７】
好ましい実施形態において、レーザ出力制御信号は、デューティファクタによって決まるオン期間（パルス幅）の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスをデューティ周期で３個出力した後に通常パルスをデューティ周期で繰り返し出力するように構成され、上記の３個のストレッチパルスのオン期間が第１、第２、第３の順番に短くなるように構成されている。このように、最初に最もオン期間の長いストレッチパルスが出力され、三段階でオン期間を狭くしながら設定オン期間の通常パルスにつながるようにすることにより、レーザ出力の立ち上がりを急峻にしながら、オーバーシュートが大きくなるのを抑制することができる。オーバーシュートが大きくなると、レーザ出力の立ち上がりが鈍い場合とは逆に、印字の始端部分が強調されすぎた状態となり、やはり印字品質が悪くなる。上記のような三段階のストレッチパルスによって、このオーバーシュートが抑えられ、印字の始端部分における印字品質が向上する。
【００１８】
更に好ましい実施形態において、デューティ周期をＴ、通常パルスのオン期間をｔｎとしたとき、１より小さい係数ｐ及び１以上の係数ｑを用いて、第１、第２及び第３のストレッチパルスのオン期間をｐ×Ｔ＋ｑ×ｔｎなる式から算出し、又はあらかじめ算出して記憶されたテーブルを参照することによって求める処理を処理装置が実行する。上記の式において第１項はレーザ出力の設定値（すなわちデューティファクタ）とは無関係にデューティ周期のみによって決まる一定増加部分であり、第２項はレーザ出力の設定値に応じて変わる増加部分である。このような構成によれば、あらかじめ実験によって印字品質が最も良くなるときの係数（パラメータ）ｐ及びｑを第１、第２及び第３のストレッチパルスのそれぞれについて求めておけば、印字対象物の材質の違いや印字速度に応じて設定されるレーザ出力が変わっても容易に第１、第２及び第３のストレッチパルスについて最適のオン期間（パルス幅）を求めることができる。こうして、最適のレーザ発振起動制御によって印字の始端部分における印字品質を向上することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るレーザマーカの概略構成図である。レーザマーカはヘッド部１とコントローラ部２を備え、両者がケーブル４で接続されている。また、液晶表示器とタッチパネルを用いたコンソール（表示・操作卓）３がケーブル５によってコントローラ部２に接続されている。ヘッド部１にはレーザ発振器１１及びレーザ偏向装置１２が内蔵されている。
【００２１】
レーザ発振器１１は、炭酸ガスレーザを用いたレーザ管である。レーザ偏向装置１２は、二次元のガルバノミラー１２ａ及び集光レンズ（ｆθレンズ）１２ｂからなる。レーザ発振器１１から発したレーザ光ＬＢはガルバノミラー１２ａによってＸ方向及びＹ方向に（二次元に）偏向されると共に集光レンズ１２ｂによってワーク（加工対象物）ＷＫの表面に集光される。こうして、ワークＷＫの表面に所望の文字や記号等を印字することができる。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態に係るレーザマーカの回路構成を示すブロック図である。ヘッド部１は、レーザ発振器１１及びレーザ偏向装置１２の他に、ラインレシーバ１３、データ復元・タイミング調整部１４、Ｄ／Ａ変換器１５及びガルバノ制御部１６を備えている。
【００２３】
コントローラ部２は、処理装置（ＭＰＵ）２１、印字設定用メモリ（ＳＲＡＭ）２２、フォントデータ用メモリ（ＲＯＭ）２３、展開データ用メモリ（ＤＲＡＭ）２４及びラインドライバ２５を備えている。処理装置２１は、コンソール３から受信した印字データやレーザ出力及び印字速度の設定値を印字設定用メモリ２２に記憶させると共に、印字データ及びフォントデータから展開データを生成して展開データ用メモリ２４に記憶させる処理を実行する。
【００２４】
印字設定用メモリ２２は、バッテリーバックアップによって電源オフ時にも記憶内容を保持することができ、コンソール３から受信した印字内容に関する印字データやレーザ出力及び印字速度の設定値を記憶する。フォントデータ用メモリ２３には印字に使用される各種文字のフォントデータが記憶されている。展開データ用メモリ２４には印字データから生成された展開データが一時記憶され、電源オフ時にその記憶内容は消える。展開データは、印字加工のためにレーザ光がたどるべき軌跡を規定する線分データとレーザのオン・オフ制御のためのレーザ制御データを含む複数ビットからなる時系列のデータである。
【００２５】
コンソール３にはメモリカードを着脱可能なスロットとリード・ライト用のインターフェイスが備えられている。コンソール３から入力した印字内容に関する印字データをメモリカードに保存しておき、必要なときに読み出してコントローラ部２に送信することができる。また、パーソナルコンピュータ等で作成した印字データをメモリカードを介してコンソール３からコントローラ部２に転送することができる。
【００２６】
また、コントローラ部２にパーソナルコンピュータを接続することも可能である。接続インターフェイスとして、ＲＳ２３２Ｃシリアルポート、パラレルポート、ＵＳＢポート等が用いられる。パーソナルコンピュータにインストールした専用ソフトウェアにより、パーソナルコンピュータの画面やフルキーボード、マウス等を用いてコントローラ部２に対する各種設定や印字データの作成等を行うことができる。
【００２７】
コンソール３（メモリカードを含む）又はパーソナルコンピュータからコントローラ部２に転送された印字データやレーザ出力及び印字速度の設定値は、印字設定用メモリ２２に一旦格納される。そして、処理装置２１が実行する展開処理によって、印字設定用メモリ２２から読み出された印字データとフォントデータ用メモリ２３から読み出されたフォントデータとに基づいて展開データが生成され、展開データ用メモリ２４に一時的に保存される。
【００２８】
図３は、コントローラ部２の処理装置２１が実行する展開処理の概略を示すフローチャートである。ステップ＃１０１において、処理装置２１は印字設定用メモリ２２から印字データを読み出す。続くステップ＃１０２において、フォントデータ用メモリ２３から読み出したフォントデータを参照し、印字データに含まれる印字文字や記号等を複数の連続加工曲線（直線を含む）に分解する。それぞれの連続加工曲線は、一筆書きのようにレーザ光を連続して出力しながらレーザ光のスポットを移動させる切れ目の無い曲線である。
【００２９】
１つの連続加工曲線は、レーザ偏向装置１２の二次元ガルバノミラー１２ａを一定間隔で制御するための複数の座標の集合（線分データに相当する）として表される。つまり、１つの連続加工曲線は、複数の座標（折れ曲り点）で接続された複数の線分で近似される。また、１つの連続加工曲線の終端から次の連続加工曲線の始端への移動（偏向）はレーザ光の出力を停止した状態（ゼロパワー）で行われる。
【００３０】
次のステップ＃１０３において、複数の連続加工曲線の並び替えを行う。レーザ光スポットの移動が最も効率的になるように、すなわち、連続加工曲線間のゼロパワー移動を含む全移動距離が最も短くなるように、連続加工曲線の加工処理順序が選択される。続くステップ＃１０４において、１つの連続加工曲線の終端から次の連続加工曲線の始端への移動経路（レーザ出力がゼロの線分）を生成し付加する。
【００３１】
例えば、文字「Ｂ」は一筆書きのように１つの連続加工曲線で描くことができる。これに対して、文字「Ａ」は一筆書きで描くことができないので、第１の連続加工曲線（直線）「∧」と第２の連続加工曲線（直線）「−」に分解される。この場合、第１の連続加工曲線（直線）「∧」の終端から第２の連続加工曲線（直線）「−」の始端までの移動経路が生成され付加される。この移動経路についても、レーザ偏向装置１２の二次元ガルバノミラー１２ａを一定間隔で制御するための複数の座標点の集合（線分データ）として表される。
【００３２】
続くステップ＃１０５において、上記のようにして求めた連続加工曲線及び移動経路と、印字設定用メモリ２２から読み出した印字速度の設定とに基づいて、時系列の線分データ（Ｘ座標及びＹ座標のデータ）及びレーザ制御データ（レーザ出力のオン・オフの区別）を含む展開データが生成される。このようにして、生成された展開データは次のステップ＃１０６で展開データ用メモリ２４に一時的に書き込まれ、展開処理が終了する。
【００３３】
この後、処理装置２１は印字実行命令にしたがって、展開データ用メモリ２４から読み出した展開データをラインドライバ２５を介してヘッド部１に転送する。また、展開データに含まれるレーザ制御データ（レーザオン信号を構成する）と同期して、後述するレーザ出力制御データ（レーザ出力制御信号を構成する）が処理装置２１によって生成され、ヘッド部１に転送される。
【００３４】
図２に示すように、ラインレシーバ１３を介して展開データ及びレーザ出力制御データを受信したヘッド部１では、データ復元・タイミング調整部（駆動装置に相当する）１４が展開データに含まれるレーザ制御データ及びレーザ出力制御データに基づいてレーザ発振器１１のオン・オフ制御及びレーザ出力のデューティ制御を実行する。また、展開データに含まれる線分データから求めたレーザ光の移動量に相当するデータをＤ／Ａ変換器１５に与える。
【００３５】
Ｄ／Ａ変換器１５は、移動量に相当するデータをアナログ電圧に変換しガルバノ制御部１６に与える。ガルバノ制御部１６は与えられたアナログ電圧にしたがって二次元ガルバノミラー１２ａを駆動し、これによってレーザ光のビームスポットが所定の位置へ移動する。このようにして、レーザ発振器１１から発したレーザ光が二次元ガルバノミラー１２ａで逐次偏向されてレーザ光のビームスポットがワークＷＫの表面を移動することにより、ワークＷＫの表面に所望の文字や記号等が印字される。
【００３６】
図４は、レーザ制御データによって構成されるレーザオン信号とレーザ出力制御データによって構成されるレーザ出力制御信号とを模式的に示している。図４において、レーザオン信号がＬレベル（オフ）からＨレベル（オン）に変化してレーザ発振の起動が指示されるのに伴って、レーザ出力制御信号の３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３がデューティ周期Ｔで出力され、引き続いて設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタの通常パルスＮＰがデューティ周期Ｔで繰り返し出力される。
【００３７】
通常パルスＮＰは、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタによって決まるオン期間（パルス幅）ｔｎを有する。つまり、ｔｎ／Ｔがデューティファクタである。３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３は、通常パルスＮＰのオン期間ｔｎより長いオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を有する。これにより、実際のレーザ出力が設定されたレーザ出力に達するまでの時間遅れが短くなる。つまり、レーザ出力の立ち上がり性能が改善される。レーザ出力の立ち上がり性能が悪く、設定されたレーザ出力に達するまでに時間がかかる場合は、印字の始端部分が不完全加工状態となり、ぼやけたようになる。このような印字品質の劣化が上記のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３によって改善される。
【００３８】
また、３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３のオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３が順番に短くなっている。このように、最初に一番長いオン期間ｔ１の第１ストレッチパルスＳＰ１が出力され、第２ストレッチパルスＳＰ２（オン期間ｔ２）、第３ストレッチパルスＳＰ３（オン期間ｔ３）へと三段階でオン期間を狭くしながら設定オン期間ｔｎの通常パルスＮＰにつながるようにしている。こうすることにより、レーザ出力の立ち上がりを急峻にしながら、オーバーシュートが大きくなるのが抑制される。オーバーシュートが大きくなると、レーザ出力の立ち上がりが鈍い場合とは逆に、印字の始端部分が加工され過ぎた状態となり、やはり印字品質が悪くなる。上記のような三段階でオン期間が狭くなるストレッチパルスによって、上記のオーバーシュートが抑えられ、印字の始端部分における印字品質が更に向上する。
【００３９】
レーザ出力の設定値（デューティファクタ）によって決まる通常パルスのオン期間ｔｎに対して３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３のオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３をどの程度大きく設定するかは、以下に説明するように、あらかじめ実験によって求める。
【００４０】
レーザ出力の設定値（デューティファクタ）は、印字対象物の材質の違いや印字速度に応じて適切な値が設定される。したがって、まず、３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３のオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３をデューティファクタ（ｔｎ／Ｔ）又は通常パルスのオン期間ｔｎの関数として以下のように定義する。
ｔ１＝ｐ１×Ｔ＋ｑ１×ｔｎ
ｔ２＝ｐ２×Ｔ＋ｑ２×ｔｎ
ｔ３＝ｐ３×Ｔ＋ｑ３×ｔｎ
【００４１】
但し、ｐ１，ｐ２及びｐ３は１より小さい係数であり、ｑ１，ｑ２及びｑ３は１以上の係数である。各式において、第１項はレーザ出力の設定値（デューティファクタ）とは無関係にデューティ周期Ｔのみによって決まる一定増加部分であり、第２項はレーザ出力の設定値（デューティファクタ、したがって通常パルスのオン期間ｔｎ）に応じて変わる増加部分である。
【００４２】
このように、３個のストレッチパルスＳＰ１，ＳＰ２及びＳＰ３のオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を式で表しておき、実験によって印字品質が最も良くなるときの係数ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｑ１，ｑ２及びｑ３の値を求めれば良い。もっとも、求めるべき係数（パラメータ）が６個あるので、各パラメータの適当と思われる値の目安をある程度つけておき、その値の付近で効率的に各パラメータを変化させながら実験を行う必要がある。
【００４３】
一実施例において、種々の実験の結果、ｔ１，ｔ２及びｔ３を以下のように設定したときに、印字品質が最もよくなることが分かった。但し、デューティ周期Ｔは４０マイクロ秒（周波数は２５ｋＨｚ）で一定とした。
ｔ１＝６＋１．２５×ｔｎ すなわち、ｐ１＝０．１５ ｑ１＝１．２５
ｔ２＝１＋１．２５×ｔｎ すなわち、ｐ２＝０．０２５ ｑ２＝１．２５
ｔ３＝２＋ｔｎ すなわち、ｐ３＝０．０５ ｑ３＝１
【００４４】
図５は、レーザ出力の設定値に相当するデューティファクタ（したがって通常パルスのオン期間ｔｎ）を適当な間隔で変化させたときに、上の式から求めた３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を整数に丸めた値を示すテーブルである。また、各デューティファクタにおける印字結果（印字の始端部分の結果）を５段階評価した値も示されている。印字結果は、図６に示すように、５段階数値の中間値３が最適の印字結果であることを示し、数値が大きくなるほど印字の始端部分が強く加工され、逆に数値が小さくなれば印字の始端部分が不鮮明になる（ぼやける）ことを示している。
【００４５】
参考のために、上記の３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を表す式で係数ｑ１及びｑ２の値を減少する方向と増加する方向に変化させたときの図５と同様の実験結果を図７及び図８に示す。これらの例において、係数ｑ３は変化させなかった。
【００４６】
図７は、係数ｑ１及びｑ２の値を１．２５から１．０に減少した場合であり、３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３は、次式のようになる。なお、この例ではｐ２を１から３に増加している。
ｔ１＝６＋ｔｎ
ｔ２＝３＋ｔｎ
ｔ３＝２＋ｔｎ
【００４７】
図８は、係数ｑ１及びｑ２の値を１．２５から１．５に増加した場合であり、３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３は、次式のようになる。なお、この例においてｐ２は図５の場合と同じく１である。
ｔ１＝６＋１．５×ｔｎ
ｔ２＝１＋１．５×ｔｎ
ｔ３＝２＋ｔｎ
【００４８】
図５、図７及び図８に示した実験結果から次のことが分かる。図５の条件において、デューティファクタが２５％以下では印字の始端部分が少し強く加工されるが、デューティファクタが３０％以上になると良好な印字結果が得られる。図７の条件では、比較的小さなデューティファクタのときに印字の始端部分が少し強く加工され、実用範囲の中央付近のデューティファクタのときに印字の始端部分が少し弱くなる（ぼやける）。図８の条件では、実用範囲の中央付近のデューティファクタのときに印字の始端部分が少し強くなりすぎる。上記の比較検討結果から、図５の条件が好適であることが分かる。
【００４９】
実際の実験では、ＦＰＧＡ（書き換え可能ゲートアレイ）を用いてパラメータ（係数）ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｑ１，ｑ２及びｑ３の値を上記の例示を含めて複数の組み合わせに変化させながら、印字結果について評価を行った。その結果、デューティ周期Ｔ＝４０マイクロ秒の条件下で、図５に示したようなオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３が得られるパラメータ（係数）、すなわちｐ１＝０．１５，ｐ２＝０．０２５，ｐ３＝０．０５，ｑ１＝１．２５，ｑ２＝１．２５，ｑ３＝１が好適であることが分かった。但し、これらの具体値はデューティ周期やレーザの最大出力、その他の条件によって変化するので、各用途に応じてあらかじめ実験によって好ましいパラメータ（係数）ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｑ１，ｑ２及びｑ３の値を求める必要がある。
【００５０】
また、本実施形態では、処理装置２１が前述の式に基づく演算によって３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３をデューティファクタ（レーザ出力の設定値）ごとに算出する。別の方法として、各デューティファクタに対応するオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３をあらかじめ算出し、その結果を図５に示したようなルックアップテーブルとして記憶しておき、処理装置２１がそのルックアップテーブルを参照してオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を求めるようにしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態ではコントローラ部２に備えられた処理装置（マイクロプロセッサ）２１によって３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を算出するが、ヘッド部１に同様の処理装置を設け、ヘッド部１側の処理装置で演算又はルックアップテーブルの参照によって３個のストレッチパルスのオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を求めるように構成してもよい。
【００５２】
本発明は、上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することが可能である。例えば、ストレッチパルスの数は３個に限らず、１又は２個でもよいし、４個以上設けてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のレーザ発振起動方法及びレーザマーカによれば、レーザオンが指令された直後に通常パルスよりオン期間の長い１又は複数個のストレッチパルスが出力されるので、レーザ出力が急峻に立ち上がる。つまり、レーザ出力の立ち上がり性能が良くなり、印字の始端部分における印字品質が改善される。また、３個のストレッチパルスを設け、各ストレッチパルスのオン期間を段階的に下げて通常パルスにつなぐことにより、レーザ出力のオーバーシュートを抑えながら急峻な立ち上がりを実現することができるので、印字の始端部分における印字品質が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザマーカの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレーザマーカの回路構成を示すブロック図である。
【図３】コントローラ部の処理装置が実行する展開処理の概略を示すフローチャートである。
【図４】レーザ制御データによって構成されるレーザオン信号とレーザ出力制御データによって構成されるレーザ出力制御信号とを模式的に示す図である。
【図５】レーザ出力の設定値に相当するデューティファクタを適当な間隔で変化させたときに、３個のストレッチパルスの好適なオン期間ｔ１，ｔ２及びｔ３を算出し整数に丸めた値と印字結果の評価を示すテーブルである。
【図６】図５において５段階数値で表した印字結果の説明に関するテーブルである。
【図７】図５において、係数ｑ１及びｑ２の値を減少したときの結果を示すテーブルである。
【図８】図５において、係数ｑ１及びｑ２の値を増加したときの結果を示すテーブルである。
【符号の説明】
１ ヘッド部
２ コントローラ部
１１ レーザ発振器
１２ レーザ偏向装置
２１ 処理装置
２２ 印字設定用メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を用いて対象物の表面に印字加工を行うレーザマーカにおいて、レーザ出力の制御をデューティ制御によって行う場合にレーザ出力の立ち上がり性能を改善するためのレーザ発振起動方法であって、
レーザ発振の起動を指示するレーザオン信号に伴って、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタ及びデューティ周期でオン・オフを繰り返すレーザ出力制御信号をレーザ発振器の駆動装置に与える際に、
前記デューティファクタによって決まるオン期間の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスを前記デューティ周期で１又は複数個出力した後に前記通常パルスを前記デューティ周期で繰り返し出力するように前記レーザ出力制御信号を構成することを特徴とするレーザ発振起動方法。
【請求項２】
レーザ光を出力するレーザ発振器と、レーザ光を偏向させるレーザ偏向装置と、レーザ出力、印字速度及び印字内容を含む設定情報に従って前記レーザ発振器及び前記レーザ偏向装置を制御するための処理装置とを備え、前記レーザ発振器から発したレーザ光を対象物の表面に集光させると共に、その光スポットを移動させることによって前記対象物の表面に印字加工を行うレーザマーカであって、前記処理装置は、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタ及びデューティ周期でオン・オフを繰り返すレーザ出力制御信号をレーザ発振器の駆動装置に与えることによりレーザ出力のデューティ制御を行い、
前記レーザ出力制御信号は、前記デューティファクタによって決まるオン期間の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスを前記デューティ周期で１又は複数個出力した後に前記通常パルスを前記デューティ周期で繰り返し出力するように構成されていることを特徴とするレーザマーカ。
【請求項３】
前記レーザ出力制御信号は、前記デューティファクタによって決まるオン期間の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスを前記デューティ周期で３個出力した後に前記通常パルスを前記デューティ周期で繰り返し出力するように構成され、前記３個のストレッチパルスのオン期間が第１、第２、第３の順番に短くなるように構成されていることを特徴とする
請求項２記載のレーザマーカ。
【請求項４】
前記デューティ周期をＴ、通常パルスのオン期間をｔｎとしたとき、１より小さい係数ｐ及び１以上の係数ｑを用いて、前記第１、第２及び第３のストレッチパルスのオン期間をｐ×Ｔ＋ｑ×ｔｎなる式から算出し、又はあらかじめ算出して記憶されたテーブルを参照することによって求める処理を前記処理装置が実行することを特徴とする
請求項３記載のレーザマーカ。
【請求項１】
レーザ光を用いて対象物の表面に印字加工を行うレーザマーカにおいて、レーザ出力の制御をデューティ制御によって行う場合にレーザ出力の立ち上がり性能を改善するためのレーザ発振起動方法であって、
レーザ発振の起動を指示するレーザオン信号に伴って、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタ及びデューティ周期でオン・オフを繰り返すレーザ出力制御信号をレーザ発振器の駆動装置に与える際に、
前記デューティファクタによって決まるオン期間の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスを前記デューティ周期で１又は複数個出力した後に前記通常パルスを前記デューティ周期で繰り返し出力するように前記レーザ出力制御信号を構成することを特徴とするレーザ発振起動方法。
【請求項２】
レーザ光を出力するレーザ発振器と、レーザ光を偏向させるレーザ偏向装置と、レーザ出力、印字速度及び印字内容を含む設定情報に従って前記レーザ発振器及び前記レーザ偏向装置を制御するための処理装置とを備え、前記レーザ発振器から発したレーザ光を対象物の表面に集光させると共に、その光スポットを移動させることによって前記対象物の表面に印字加工を行うレーザマーカであって、前記処理装置は、設定されたレーザ出力に対応するデューティファクタ及びデューティ周期でオン・オフを繰り返すレーザ出力制御信号をレーザ発振器の駆動装置に与えることによりレーザ出力のデューティ制御を行い、
前記レーザ出力制御信号は、前記デューティファクタによって決まるオン期間の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスを前記デューティ周期で１又は複数個出力した後に前記通常パルスを前記デューティ周期で繰り返し出力するように構成されていることを特徴とするレーザマーカ。
【請求項３】
前記レーザ出力制御信号は、前記デューティファクタによって決まるオン期間の通常パルスより長いオン期間を有するストレッチパルスを前記デューティ周期で３個出力した後に前記通常パルスを前記デューティ周期で繰り返し出力するように構成され、前記３個のストレッチパルスのオン期間が第１、第２、第３の順番に短くなるように構成されていることを特徴とする
請求項２記載のレーザマーカ。
【請求項４】
前記デューティ周期をＴ、通常パルスのオン期間をｔｎとしたとき、１より小さい係数ｐ及び１以上の係数ｑを用いて、前記第１、第２及び第３のストレッチパルスのオン期間をｐ×Ｔ＋ｑ×ｔｎなる式から算出し、又はあらかじめ算出して記憶されたテーブルを参照することによって求める処理を前記処理装置が実行することを特徴とする
請求項３記載のレーザマーカ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００４−２１６４２８（Ｐ２００４−２１６４２８Ａ）
【公開日】平成１６年８月５日（２００４．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−７６６９（Ｐ２００３−７６６９）
【出願日】平成１５年１月１５日（２００３．１．１５）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１６年８月５日（２００４．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１月１５日（２００３．１．１５）
【出願人】（０００１２９２５３）株式会社キーエンス (681)
【Ｆターム（参考）】
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