印字装置及使用印字装置的印字方法 |
|||||||
| 申请号 | CN200980106950.X | 申请日 | 2009-03-23 | 公开(公告)号 | CN101959637A | 公开(公告)日 | 2011-01-26 |
| 申请人 | 松下电器产业株式会社; | 发明人 | 式井慎一; 水内公典; 门胁慎一; 古屋博之; 山本和久; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的印字装置对被印字对象照射第一激光，将信息印字在该被印字对象的印字区域，其包括：射出所述第一激光的 光源 ；将所述第一激光聚光在所述被印字对象的印字区域的聚光光学系统；扫描所述第一激光的扫描单元，其中，所述被印字对象至少在所述印字区域含有 水 分，所述第一激光的 波长 为350nm以上550nm以下。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种印字装置，对被印字对象照射第一激光，将信息印字在该被印字对象的印字区域，其特征在于包括： |
||||||
| 说明书全文 | 印字装置及使用印字装置的印字方法技术领域[0001] 本发明涉及一种利用激光将品尝期限或产地显示等信息标记(marking)直接印字在生鲜食品等被印字对象上的印字装置和使用该印字装置的印字方法。 背景技术[0002] 由于近年来对健康的日益关注，一般消费者关心生鲜食品等的新鲜度或产地等的倾向增强。因此，要求对生鲜食品附加制造年月日、品尝期限或者产地、制造者等信息，来明确表示新鲜度等。 [0003] 以往，为了附加这样的信息，采用在生鲜食品等的包装上印字指定信息，或者粘贴附加有指定信息的标签的方法。然而，若使用包装或标签则增加额外的成本，另外，由于用于印字的墨水或用于粘贴标签的粘合剂等并非食品，因此存在它们的一部分附着在生鲜食品上的问题。 [0004] 因此，作为不使用包装或标签以不使用墨水或粘合剂的方法，提出了直接在生鲜食品上照射激光而在生鲜食品的表面进行印字的方法(例如，参照专利文献1)。例如，利用多角镜对生鲜食品扫描波长为10μm左右的CO2激光，在生鲜食品的表面直接作上标记。 [0005] 另外，还公开有一个例子，利用波长为1.06μm的Nd:YAG激光在内部填充有可食用物的软胶囊的表面作上记号、图画或图形的标记，以便确定内容物和表明制造年月日等履历(例如，参照专利文献2)。 [0006] 此外，还公开有这样的一个例子，以巧克力等表面有凹凸的糕点等为对象，利用YAG激光等使激光始终聚焦于其表面从而形成由可食用物构成的标记层在其上印字指定的信息(例如，参照专利文献3)。如果这样进行操作，则不需要用于印字的包装或标签，由于印字的标记层由可食用物构成，因此在卫生方面也不存在问题。 [0007] 但是，在以上说明的现有技术中，由于是将激光聚光照射在生鲜食品等含有水分的被印字对象的表面的部分位置，因此常常会给被印字对象带来较大的损伤。作为产生该损伤的原因，可以列举出激光被生鲜食品等被印字对象中含有的水分吸收而发生蒸汽爆炸(vapor explosion)。由此，产生被印字对象的一部分被破坏而损坏外观的问题。尤其是，若温度上升生鲜食品的蛋白质发生变质。该变质部分若细菌繁殖，则以变质部分为中心发生蛋白质的分解，腐败加剧。因此，存在新鲜度降低、保存期限缩短等商品自身价值降低的问题。 [0008] 专利文献1：日本专利公开公报特开2000-168157号 [0009] 专利文献2：日本专利公开公报特开2004-8012号 [0010] 专利文献3：日本专利公开公报特开2005-138140号 发明内容[0011] 本发明的目的在于提供一种印字装置，能够抑制因激光被被印字对象中所含有的水分吸收而引起的被印字对象的印字区域的温度上升，仅在被印字对象的表面施以细致且明确的标记。 [0012] 为了达成上述目的，本发明所涉及的一种印字装置对被印字对象照射第一激光，将信息印字在该被印字对象的印字区域，该印字装置包括：射出所述第一激光的光源；将所述第一激光聚光在所述被印字对象的印字区域的聚光光学系统；扫描所述第一激光的扫描单元，其中，所述被印字对象至少在所述印字区域含有水分，所述第一激光的波长为350nm以上550nm以下。 [0013] 根据上述结构，能够降低激光被水分吸收的比例，抑制激光的吸收引起的发热。因此，能够不损伤含有水分的被印字对象而施以细致的标记。 附图说明[0015] 图1是表示本发明的一实施方式所涉及的印字装置的概要结构的说明图。 [0016] 图2A是表示本发明的一实施方式所涉及的印字装置的概要结构的说明图。图2B是表示图2A的印字装置中的聚光光学系统的概要结构的说明图。 [0017] 图3是利用本发明的一实施方式所涉及的印字装置印字的被印字对象的印字区域的放大图。 [0018] 图4是表示相对于光的波长的水的吸收系数的变化的说明图。 [0019] 图5是用于说明激光的束腰位置附近的光束的扩散的说明图。 [0020] 图6A是表示本发明的一实施方式所涉及的印字装置的概要结构的说明图。图6B是表示激光射入图6A的印字装置的水槽的情形的说明图。 [0021] 图7A是本发明的其他实施方式所涉及的印字装置的水槽的概要结构的立体图。图7B是表示图7A的水槽的概要结构的俯视图。 [0022] 图8是表示本发明的其他实施方式所涉及的印字装置的主要部分的俯视图。 [0023] 图9是表示本发明的一实施方式所涉及的干涉图案印字的示意图。 [0024] 图10A是表示本发明的其他实施方式所涉及的印字装置的主要部分的立体图。图10B是本发明的其他实施方式所涉及的印字装置的主要部分的立体图。 [0025] 图11是表示本发明的其他实施方式所涉及的印字装置的概要结构的说明图。 [0026] 图12是本发明的其他实施方式所涉及的分离红外激光和可见激光照射被印字对象的结构的说明图。 [0027] 图13A是表示射入本发明的其他实施方式所涉及的激光光源的波长转换元件的基本波的强度波形的波形图。图13B是表示图13A的基本波被波长转换元件转换为第二谐波时的该第二谐波的强度波形的波形图。图13C是表示图13A的基本波没有被波长转换元件转换为第二谐波而透过波长转换元件时的该基本波的强度波形的波形图。 [0028] 图14是表示本发明的其他实施方式所涉及的印字装置的概要结构的说明图。 [0029] 图15是表示本发明的又一实施方式所涉及的印字装置分离同一激光的概念图。 [0030] 图16是表示本发明的又一实施方式所涉及的印字装置的概要结构的说明图。 [0031] 图17是本发明的又一实施方式所涉及的分离红外激光、可见激光以及紫外激光照射被印字对象的结构的说明图。 [0032] 图18是表示本发明的又一实施方式所涉及的印字装置中的被印字对象表面的光束形状的关系的说明图。 具体实施方式[0033] (实施方式1) [0034] 以下，参照附图说明本发明的实施方式所涉及的印字装置。另外，对附图中标注相同符号的结构，有时也省略说明。 [0035] 图1所示的是本发明的一实施方式所涉及的印字装置10的概要结构。 [0036] 本实施方式的印字装置10对在表面(印字面)含有水分的被印字对象11照射激光以将信息印字在被印字对象11的表面。印字装置10包括：射出波长为350nm以上550nm以下的激光13的激光光源12；将从该激光光源12射出的激光13聚光在被印字对象11的表面11a的聚光光学系统14；在被印字对象11a的表面上扫描激光13的扫描单元15。这里，在图1中作为被印字对象11，例如示出鱼等水产品。 [0037] 接着，说明印字装置10的动作的机理。从激光光源12射出的激光13首先射入聚光光学系统14。聚光光学系统14包含用于将激光13正确地聚光在被印字对象11的表面的聚光透镜。通过聚光光学系统14的激光13接着射入扫描单元15。这里，扫描单元15包括向箭头15a的方向转动而在水平方向扫描激光13的多角镜(polygon mirror)15b，和使激光13在垂直于该扫描方向的方向移动的可动反射镜15c。射入扫描单元15的激光13首先通过多角镜15b一维扫描，再通过可动反射镜15c在相对于多角镜15b的扫描方向为直角的方向扫描，由此在被印字对象11上二维扫描。 [0038] 激光光源12和扫描单元15通过控制部16而受到电气且机械性的控制。被印字的文字等信息由控制部16确定后，控制部16与扫描单元15的动作同步，根据应在被印字对象11上记载的信息来调制控制激光13。由此，在被印字对象11上印字所期望的信息。 [0039] 本实施方式的印字装置10还搭载有GPS(Global Positioning System，全球定位系统)传感器17。如图1所示，通过将GPS传感器17与控制部16连接，并基于该控制器16的控制使在被印字在被印字对象11上的印字内容中包含由GPS传感器17得到的位置信息，能够直接在被印字对象11上记录收获场所或捕捞场所。由此，可作为应对偷渔或产地伪装的措施，而且还有助于提高由本印字装置10印字的鱼的品牌价值，还能够给予购买者安心感。 [0040] 这里，如图2A所示的印字装置那样，通过将聚光光学系统14也连接于控制部16，基于该控制部16的控制，实时调整聚光光学系统14中包含的透镜等的位置，以使激光13的聚光点落在被印字对象11的表面，从而能够进行细致的印字。例如图2A中，通过从投影装置117向被印字对象11照明指定的图案(这里为格子图案)，由摄像机18拍摄该图像，并在控制部16进行图像处理，从而能够决定在什么扫描位置时将激光13聚光在什么高度为宜。根据得到的最佳聚光位置信息，例如如图2B所示，通过在光轴方向上调整构成聚光光学系统14的多个透镜14a、14b中的透镜14b的位置，能够实时调整在被扫描体11上的光轴方向的聚光位置。例如图2B的情况下，通过将透镜14b在光轴上移动至后方14f，能够使聚光位置向更前方移动。通过这样操作，能够不受被印字对象的形状限制，始终使聚光位置落在被印字对象11的表面11a上。另外，图2A和图2B所示的方法是根据被印字对象11的形状调整激光13的焦点位置的一个示例，也能够以其他方法来实现。例如，照射被印字对象11的表面的图案也可以由线状光扫描而成，除此之外也可以用立体摄像机拍摄被印字对象11，并通过图像处理得到被印字对象的形状。 [0041] 图3是通过印字装置10而被印字上信息的被印字对象11的表面11a附近的放大图。如该图所示，在含有水分的被印字对象11的表面11a的指定印字区域11b中，印字有作为产地、鱼种类、鱼的捕获年月日的示例的“大阪湾黑鲷08.01.01”。即，表示该鱼是在大阪湾于2008年1月1日捕获的黑鲷。另外，被印字对象11被载置在图1和图2所示的载置台11c上加以保持。 [0042] 接着，用图4说明在本实施方式中，关于激光13的波长，使用350nm以上550nm以下范围的波长带域(wavelength band)的效果。图4表示相对于光的波长的水的吸收系数的变化。在现有的技术中，印字装置的激光使用波长都为1μm以上的Nd:YAG激光(吸收-1 -1 -1系数为0.1cm )、Er:YAG激光(吸收系数为10000cm )或CO2激光(吸收系数为500cm )。 如果使用这样的现有激光，则由于被水吸收的吸收系数较大，因此在印字装置进行印字时，被印字对象所含的水分被过度加热而发生蒸汽爆炸。被印字对象所含的水分引起的蒸汽爆炸损伤被印字对象的印字面。如果损伤了被印字对象的细胞，则空气中的细菌以损伤部分为中心进行繁殖，使细胞的新鲜度急剧下降。 [0043] 在图1和图2A所示的本实施方式1所涉及的印字装置10、20中，使用波长为350nm以上550nm以下的可见激光13对被印字对象11进行印字。如图4所示，该波长带域是水-1的吸收系数为0.001cm 以下的吸收系数最低的区域。该波长带域的吸收系数与现有的Nd:YAG激光相比，低两位数以上，与Er:YAG激光和CO2激光相比，低六位数以上。本实施方-1 式的印字装置10、20，由于在印字中使用水的吸收系数为0.001cm 以下的波长带域的激光 13，因此，不会过度加热在被印字对象11的表面11a附近的内部的水分而发生蒸汽爆炸等。 这样，实施方式的印字装置10、20能够使激光13被水分的吸收减小，因此能够抑制被印字对象11中所含的水分对激光13的吸收所引起的发热。因此，能够不损伤含有水分的被印字对象11而施以细致的标记。并且，由于水分引起的吸收较少，所以能够以更小的功率进行相同的印字，能够降低印字所需要的电力。 [0044] 并且，本实施方式中，扫描单元15为包括多角镜15b和可动反射镜15c的结构，但是只要能够对被印字对象11相对地二维扫描激光13，则也可以是其他的结构。例如，也可以使用二维MEMS镜等，或将被印字对象11放置在未图示的载置台等上，不扫描激光13而二维地移动载置台。 [0045] 并且，在本实施方式的图1和图2中，作为被印字对象11的印字区域11b，图示了鱼的腹部，但也可以是其他的部分。尤其是在鱼的尾鳍等鳍的部分进行印字，对鱼的损伤进一步减轻，例如在生态调查等对捕获的鱼作上标记后放生的情况下，能够防止作上标记后的鱼的生存率的降低，因此是有效的。 [0046] 接下来对激光光源12进行说明。激光光源12的波长为350nm以上550nm以下，作为能够在该波长区域中得到高输出的方式，可以考虑对红外激光进行波长转换而得到的波长转换激光。此时，较为理想的是，使用具有周期性的极化反转结构的非线性光学元件(波长转换元件)。作为波长转换元件的晶体，可以使用MgO:LiNbO3、MgO:LiTaO3、KTP，作为其晶体结构，有同成分(congruent composition)、化学计量比成分(Stoichiometric composition)、水晶、氟化物晶体等。例如，通过将作为基本波的波长为1064nm的YAG激光等射入这些波长转换元件，能够得到波长为532nm的绿色激光作为第二谐波。此时，作为射入波长转换元件的基本波，最好是使用从单模(single mode)的光纤激光器射出的基本波。例如，通过将波长为915nm或975nm的激发光射入在内芯部(core portion)掺杂有稀土类元素Yb等并在两端利用光纤光栅形成共振器的双包层光纤激光器(double clad fiber laser)，能够得到横向模本质上为单模且为瓦特级的高输出的基本波。而且，将该基本波射入波长转换元件而得到的第二谐波的横向模还是为单模。例如，通过设定光纤激光器以便得到作为基本波的波长为1064nm的红外光，从而可得到作为第二谐波的波长为532nm且横向模为单模的高品质光束。 [0047] 通常，将激光聚光至某光束径(beam diameter)时，激光具有随着远离该光束束腰(beam waist)位置而扩散的特性。波长越短则该扩散角越小，光束品质越好则该扩散角越2 2 小。光束品质用称为M 的值定量化，横向模为单模的激光的M 大致为1，伴随着模增加光 2 束品质劣化，M 值增大。将从上述的横向模为单模的光纤激光器射出的基本波进行波长转 2 换而得到的第二谐波，由于横向模为单模，因此M 值大致为1，而现有加工用所使用的CO2 2 激光等的M 值通常约为1.4，横向模不是单模。作为例子，在图5中示出了这样的情形，即， 2 2 2 对于波长为532nm且M ＝1.1的激光、M ＝1.1的CO2激光(波长为10.6μm)、M ＝1.4 2 的CO2激光，将各激光聚光至光束束腰径(直径，1/e)分别为100μm，在光束束腰附近激光 2 扩散的情形。即使是相同的M 值，对于波长532nm和波长10.6μm，波长532nm的扩散小得 2 2 多。另外可知，即使是相同波长，与M ＝1.4相比，M ＝1.1的激光的扩散角小。因此，即使被印字对象11的印字区域11b中多少存在些凹凸，使用波长为532nm且横向模为单模的激光时，能够比使用所述各CO2激光时显著地更细致地进行印字。 [0048] 另外，在使用将从横向模为单模的光纤激光器射出的基本波进行波长转换而得到的第二谐波(波长为350nm以上550nm以下)时，如果被印字对象11的印字区域11b的凹凸为±20mm以下、用于印字的激光的光束径为200μm以下的条件能被容许，则不需要根据聚焦状态调整聚光光学系统14的透镜14b的位置的机构，能够极其简便并且低成本地构成2 印字装置10。另一方面，对于M ＝1.1的CO2激光，即使凹凸仅为±2mm，光束径也已经超 2 过200μm，而对于M ＝1.4的CO2激光，即使凹凸仅为±1mm，光束径也已超过200μm，如果不调整对焦位置，则无法在具有凹凸的被印字对象上进行细致的印字。 [0049] 并且，这里，虽然被印字对象11含有水分，但是上述的减小扩散角的效果不管被印字对象是否含有水分都有效，因此，对任何被印字对象都具有相同的效果。 [0050] 这里，激光13也可以是CW(Continuous Wave，连续波)，但若是脉冲光，则具有能够更细致地进行印字的效果。通过脉冲光在极短时间内的照射，能够将激光13照射的位置的发热抑制在最小限度，因此能够将印字点的大小抑制在最小限度。 [0051] 图6A和图6B表示本发明的实施方式1所涉及的其他的印字装置30的概要结构。图6A所示的印字装置30的结构与图1和图2A所示的印字装置10、20大致相同，其不同之处在于，取代载置台11c，被印字对象11被置于被注入水槽21中的水22之中。即，印字装置30还具有将被印字对象11设置于水22中的水槽21，激光13通过水22照射被印字对象 11。在这样的结构中，只要激光13是波长为350nm以上550nm以下的激光，则基本上不会被水22吸收，因此射入水槽21的激光13几乎全部到达被印字对象11。因此，能量的损失小，-1 能够构成耗能低的印字装置。如图4所示，水22的吸收系数针对波长532nm为0.001cm ，-1 -1 针对YAG激光(波长为1064nm)为1cm ，针对CO2激光(10.6μm)为1000cm 。因此，即使是具有相同光量的激光，532nm波长的激光能够在水中透过1000cm，而YAG激光只能够透过 1cm左右，CO2激光只能透过0.001cm左右。 [0052] 另外，如果从水中取出在水中饲养的鱼进行印字，则在表面附着有水滴。因此，如果进行印字的激光射入该水滴，则水滴如透镜一般发挥作用，并且有时会因水滴的像差而难以将光束聚光在被印字对象的表面。而如果像本实施方式的印字装置30那样，将被印字对象置于被注入水槽21内的水22中时，由于印字所使用的激光的波长为350nm以上550nm以下，因此具有不会发生这样的因水滴引起的激光的聚光特性的恶化，并能够进行细致的印字的优点。 [0053] 另外，如上所述，如果激光13为脉冲光，则能够更细致地进行印字，而通过这样对水中的被印字对象11进行印字，由于通过水22能够促进冷却，因此具有能够更细致地进行印字的优点。例如，能够在被印字对象11的非常小的区域印字不显眼的的条形码等。 [0054] 另外，在这样的印字装置30中，能够对在水槽21中缓慢游动的鱼类、蟹或虾等甲壳类、贝类等活的被印字对象11，不伴随温度上升地瞬间记录产地或捕获年月日等。由于印字装置20的水槽以外的结构要素的动作的说明与实施方式1所涉及的印字装置10相同，故而省略说明。 [0055] 另外，如图6B所示，激光13从水槽21的底面21a和侧面21b的其中任一面射入水槽21，例如相对于侧面21b的法线13d以布儒斯特角(Brewster’s angle)θb射入。当激光13为单一偏振且以P偏振射入侧面21b时，如果使激光13以布儒斯特角θb附近的角度射入侧面21b，则能够消除在侧面21b处的反射。另一方面，由于印字用的CO2激光有时可能以随机偏振射出，此时S偏振成分必然被水槽的入射面反射，因此，即使以布儒斯特角射入水槽的表面，也无法抑制入射面处的反射光。与此相对，由于通过波长转换而得到的谐波为单一偏振，因此通过以P偏振以布儒斯特角θb射入水槽21的表面，能够抑制在水槽21的入射面的反射。另外，在将激光13以布儒斯特角θb附近以外的角度射入水槽21的表面时，例如垂直射入侧面31b时，会从水槽表面产生4％的反射光，因而有时为了确保操作印字装置30的人的眼睛的安全等而需要特别的机构等。但是，通过如上所述以布儒斯特角θb附近的角度将激光13射入水槽21的表面，能够构成对眼睛安全并且没有损耗的高效率的印字装置30。另外，如果设水槽21的折射率为1.5、水22的折射率为1.33，则从空气射入水槽21时的布儒斯特角θb相当于56°，以该布儒斯特角θb从空气射入水槽21的激光13以33°的角度射入水槽21内的水中。此时，在水槽21和水的界面处的P偏振的反射率为0.1％以下，是极低的反射率。 [0056] 接着，用图7A和图7B说明提高印字处理能力(throughput)的方法。图7A是水槽21的立体图，图7B是图7A的水槽21的俯视图。图7中，使水槽21中的水22向一方向(这里为图中的X方向)强制流动，被印字对象11(这里为鱼)在水中流动。此时，使水槽的垂直于X方向(水流方向)的剖面的宽度W和高度H短于鱼的X方向的长度L，以便鱼不会改变方向而向与X方向相反的方向游动。由此，由于鱼不逆流而向X方向流动，因此能够在该状态下依次将鱼送入水槽21中，通过对在水22中流动的鱼进行印字，能够连续地在鱼上进行印字，从而使印字处理能力飞跃性地提高。并且，通过将水槽21的宽度W设为被印字对象11的宽度D的两倍以下，由于能够防止两个被印字对象11同时流动，因此能够避免漏印。同样，对于水槽21的高度H，也通过将其设为被印字对象11的高度的两倍以下，能够防止两个被印字对象11同时流动。 [0057] 接着，图8是表示本发明的实施方式1所涉及的其他的印字装置的主要部分的俯视图。如图8所示，在被印字对象11的表面11a还配置至少含有水分的水冷薄膜23(水冷部件)或含有水分的涂层，通过该水冷薄膜23或涂层对被印字对象11照射激光13。通过这样的结构，能够防止被印字对象因激光13而发热。通过使用水的吸收系数小的可见激光13，即使通过水或含有水分的冷却薄膜23对被印字对象11照射激光13，光也不会被途中的水分或冷却薄膜23吸收，因此，能够不造成激光23的损失来进行印字。并且，由于也没有冷却薄膜23的加热或破损，因此还具有能够反复利用冷却薄膜23的优点。 [0058] 图9是表示本实施方式1所涉及的其他的印字装置的主要部分的结构图。如图9所示，让激光13通过相位掩膜(phase mask)24，并利用物镜25缩小其干涉图案26从而在被印字对象11的表面11a作标记。根据这样的结构，能够在被印字对象11的表面11a记录基于干涉图案26的丰富多彩的信息。由于利用光的干涉进行印字，因此能够同时印字二维的图案。另外，也可以代替相位掩膜24而使用光学元件以使激光13分歧，由此在被印字对象11的表面11a形成干涉图案26，并将该干涉图案26转印至表面11a而作出标记。 [0059] 图10A是表示作为水果的苹果作为被印字对象11被放置在图1、图2所示的印字装置10、20的载置台11c上时的立体图。另外，图10B是表示将禽蛋作为被印字对象11放置在图1、图2所示的印字装置10、20的载置台11c上时的立体图。 [0060] 通常水产品的水分含有率为20％～80％，甲壳类的甲壳等有的会少至20％左右，而鱼类中含有80％左右的水分。另外，苹果等水果中含有80％以上水分，青椒等蔬菜中也含有70％以上水分。另外，即使是蛋壳，其中也含有0.2％左右的水分。对于被印字对象11，只要至少在印字区域11b含有水分即可，0.1％以上的水分含有率也能充分实现本实施方式的效果(能够不损伤含有水分的被印字对象11而施以细致的标记)。如果被印字对象11的水分含有率为20％以上，则该效果进一步提高，进而如果水分含有率为70％以上，则该效果显著。这样，与水产品为被印字对象11时相同，被印字对象11为禽蛋、水产品、肉类、蔬菜、水果等要求新鲜度的生鲜食品等时，也能在它们的印字区域11b作上产地或制造年月日等的标记而不会损坏其新鲜度或品质。 [0061] (实施方式2) [0062] 图11中表示本发明的实施方式2所涉及的印字装置40的概要结构。印字装置40与实施方式1的印字装置10相同，但是激光光源12包括波长不同的多个光源12a、12b，从光源12a、12b射出的各激光由分色镜31合波之后，经过与印字装置10相同的路径而被照射在被印字对象11上。这里，对将多个光源12a、12b中的一个设为红外激光器时的优点进行说明。 [0063] 光源12a射出波长为350nm以上550nm以下的可见激光13a，光源12b(第二激光射出部)射出波长为1μm以上20μm以下的红外激光13b。与照射可见激光13a同时或者在即将照射之前照射红外激光13b，对被印字对象11的表面清洁有效。如果被印字对象11的表面被水分覆盖，水分形成水滴而附着，则由于进行印字的激光光束的聚光点变形从而产生印字精度劣化的问题。因此，如果用红外激光13b预先使印字部分的表面的水分蒸发，则被印字对象11的表面变得干净，印字精度提高。另外，对于印字的表面附近的组织含有水分的被印字对象11，产生印字品质因水分量的不均而发生波动的问题。为了防止该问题，可采用对被印字对象11的表面照射水的吸收系数高的红外激光13b、通过降低该部分的水分量而使表面状态均匀的方法。同时，通过降低表面附近的水分量能够提高印字速度。 这样，通过利用红外激光作为激光印字的前处理，能够提高印字精度、印字速度，降低印字品质的波动。 [0064] 另外，在印字的前处理中使用红外激光时，最好是使红外激光13b在被印字对象11上的光束径大于可见激光13a在被印字对象11上的光束径。这是因为通过使红外激光的表面清洁范围大于印字范围，能够可靠地清洁印字的表面。 [0065] 另外，如图11所示，例如用与控制部16连接的二维温度传感器27观测被印字对象11的印字区域11b的温度，通过控制部16调整红外激光13b的输出，以使被照射红外激光13的部位的温度达到指定温度以上，由此能够可靠地预先除去进行印字的可见激光13a所照射的部位的水分。由此，能够可靠地防止水滴或水分引起的印字品质的恶化，在被印字对象11上细致地记录信息。图11所示的是使用二维温度传感器27的例子，但是不限定于此。例如，也可以代替二维温度传感器，使用CCD摄像机等观测印字痕，根据印字痕的粗细调整红外激光13b的输出，还可以使用除此以外的方法。 [0066] 另外，使用如实施方式1所述的具有周期性的极化反转结构的波长转换元件，将对红外激光进行波长转换而得到的第二谐波作为可见激光使用时，能够得到在与用于印字的可见激光相同的轴上存在未经波长转换的红外光的结构。通常，如果在波长转换元件中进行波长转换则基本波和谐波的射出方向不同，但是如果使用具有周期性的极化反转结构的波长转换元件，则能够使基本波和谐波的射出方向同轴。此时，也具有能够将未经波长转换元件波长转换而残留的红外线用于所述表面清洁的优点。 [0067] 例如，作为基本波使用1064nm的红外光时，用通过波长转换元件被波长转换后的532nm的可见激光13a进行印字，用未经波长转换而残留的1064nm的基本波(红外激光 13b)进行表面清洁。此时，为了在临近印字之前照射红外激光13b，如图12所示，可以考虑在激光光源(未图示)和被印字对象11之间设置棱镜32和物镜33的结构。该结构中，利用棱镜32对各激光的折射率差将激光13分歧成可见激光13a和红外激光13b，并由物镜 33将各激光13a、13b聚光于被印字对象11的表面11a。并且，通过在箭头34所示的方向扫描激光13a、13b，能够首先利用红外激光13b使印字区域的表面11a的水分蒸发，之后利用可见激光13a在被印字对象11上进行印字。由此，不需要如图11那样为了产生可见激光13a和红外激光13b而分别准备光源。另外，在使用波长转换元件的结构中能够不浪费地利用原本废弃的红外激光，电损失也少。并且，由于不需要将可见激光13a和红外激光13b合波，因此也不需要调整可见激光13a和红外激光13b的位置，在成本上也有利。另外，如果同时照射红外激光13b和可见激光13a，则不需要图12所示的棱镜32和物镜33。 [0068] 如上所述，较为理想的是，红外激光13b在被印字对象11上的光束径大于可见激光的光束径。在进行波长转换时，基本波的波长为第二谐波的波长的两倍，但在远场(far field)处的基本波的光束径为第二谐波的光束径的约 倍的大小，因此，在束腰位置附近，基本波的光束径也有约 倍的大小。因此，从该观点出发，波长转换激光器是本结构中理想的光源。 [0069] 这里，可见激光最好为如上所述的脉冲光，但是红外激光最好为CW振荡。这是因为如果使红外激光产生脉冲，则会损伤被印字对象。因此，在使用波长转换元件的激光光源12的情况下，较为理想的是，使作为基本波的红外激光13b保持着CW，仅使所得到的第二谐波即可见激光13a脉冲化。此时，为了仅使第二谐波脉冲化，可利用如下所述的波长转换的切换。 [0070] 作为仅使第二谐波脉冲化的调制方法的一个例子，有对波长转换元件施加电压来切换相位匹配状态(phase matching state)的方法。即，使相位匹配条件仅在对波长转换元件施加电压时成立，通过周期性地切换电压的施加状态和非施加状态能够使第二谐波成为脉冲状。此时，由于第二谐波的输出波形的占空比(duty ratio)为百分之几以下，因此基本波实际上以接近CW光的波形产生。 [0071] 作为仅使第二谐波脉冲化的其他方法，可通过调制基本波的振荡波长使第二谐波的输出脉冲化。由于光纤激光器(fiber laser)能够实现振荡波长的切换，因此通过调制基本波的振荡波长能够切换第二谐波。具体而言，通过利用致动器等伸缩在光纤激光器中形成共振器的光纤光栅(fiber grating)的光栅的间距来进行调制，能够切换振荡波长。 [0072] 作为仅使第二谐波脉冲化的又一方法，可对基本波的强度进行调制。即，如图13A所示，对射入波长转换元件的基本波施加偏压(bias)来进行调制。在基本波脉冲振荡的状态下，与仅偏压振荡(bias oscillation)时相比，基本波的波长稍微向长波长一侧移动(shift)。因此，如果控制波长转换元件的相位匹配温度使相位与脉冲光产生状态匹配，则如图13B所示，仅在基本波脉冲振荡时产生第二谐波。另一方面，透过波长转换元件的基本波，由于仅在脉冲振荡时被波长转换，因此，如图13C所示，以接近CW的波形振荡。从而能够利用透过该波长转换元件的基本波进行被印字对象的前处理。 [0073] (实施方式3) [0074] 图14中表示本发明的实施方式2(应为3)所涉及的印字装置50的概要结构。印字装置50与图11的印字装置40相同，具有射出进行激光印字的波长为350nm以上550nm以下可见激光13a的可见激光光源12a，但与图11的印字装置40的不同之处在于，还具有射出波长为400nm以下的紫外激光13c的紫外激光光源12c(第三激光射出部)。由于波长为400nm以下的紫外光具有杀菌效果，所以具有降低动植物中的细菌的繁殖的效果。因此，通过在照射进行印字的激光的同时或者随后对被印字对象11照射波长为400nm以下的紫外光，进一步具有能够防止激光印字部分的细菌的繁殖的效果。 [0075] 较为理想的是，与在被印字对象上进行印字的可见激光13a的光束径相比，用于杀菌的紫外激光13c的光束径更大。这是因为通过消灭直至印字部分的周边为止的杂菌，能够强化印字部分的杂菌的降低效果。 [0076] 另外，较为理想的是，紫外激光13c的功率密度(power density)被限定在进行印字的可见激光13a的1％以下。如果紫外激光达到进行印字的激光强度的1％以上，则可能会因紫外激光13c而引起被印字对象11的变质。此时，虽然被印字的变色部分的线条的外观会变差，但是如上所述，通过将紫外激光13c的功率密度抑制在进行印字的可见激光13a的1％以下，能够回避这样的问题。 [0077] 另外，也可以使用波长为405nm或375nm的半导体激光光源作为用于印字的可见激光光源12a。波长为375nm时，由于也具有杀菌效果，因此能够与杀菌用的紫外激光光源12c通用。此时，例如图15所述，可以通过玻璃板28将单一光源射出的光分歧，分别用于印字和杀菌。一边聚光一边倾斜地射入玻璃板28的入射面28a的激光13大部分从玻璃板 28的出射面28b射出，并射入被印字对象11的表面11a而用于印字。这里，如果在出射面 28b没有施加AR(Anti-Reflection，抗反射)涂层，则约有3％被出射面28b表面反射，如图 15所示在玻璃板28内逆向传播。如果在被出射面28b表面反射的激光13再次到达入射面 28a的位置施加反射率为30％以下的涂层29，则到达入射面28a的激光13的30％以下被反射，进行印字的激光的1％以下的激光以扩散的状态射入印字光的附近。在此状态下，通过在图15中的箭头X方向扫描，能够在印字之后立刻杀菌，因此能够简便且几乎不影响成本地使用单一光源兼顾印字和杀菌。 [0078] 另外，单一光源功率不足时，能够通过像图16所示的印字装置60那样，将多个可见激光光源12a捆绑成光纤37，实现高输出，以高速进行印字。 [0079] 另外，若利用实施方式1中所述的波长转换元件将1064nm的基本波转换为532nm的第二谐波，则产生1064nm和532nm的和频，或者由1064nm的第三谐波产生355nm的紫外激光。此时，与实施方式2的红外激光13b和可见激光13a的光轴关系相同，能够在同轴上输出355nm的紫外激光13c和532nm的可见激光13a。通过将此时产生的355nm的紫外激光13c用于杀菌、将532nm的可见激光13a用于印字，即使没有特殊的光学系统，也能够用355nm的紫外激光13c对由532nm的可见激光13a印字的部位进行杀菌。并且，该结构中，如实施方式2所述，由于也存在1064nm的基本波(红外激光13b)，因此能够一并进行印字区域的表面清洁。这里，为了在即将基于532nm的可见激光13a进行印字之前进行基于1064nm的红外激光13b的表面清洁，并在印字之后立即进行基于355nm的紫外激光13c的杀菌，如图17所示，可与图12同样地以透过棱镜32和物镜33的状态在箭头34所示的方向扫描激光。 [0080] 如上所述，最好是紫外激光13c在被印字对象11的表面的光束径大于用于印字的可见激光13a的光束径，但是在使用波长转换激光器作为光源时，若单纯用透镜对同轴的可见激光13a和紫外激光13c进行聚光，则紫外激光13c由于波长短而被聚光得较小。通常，第三谐波或者和频的束腰径为第二谐波的束腰径的 为了分别对这样的同轴的可见激光13a和紫外激光13c调整光束径，使用双波长透镜较为有效，该双波长透镜用于光盘(CD/DVD/BD等)的拾取(pickup)，在透镜表面设置有浮雕全息(relief hologram)。通过使用该双波长透镜作为图17的物镜33，能够使不同波长的激光分别具有不同的聚光特性，能够在光轴上的不同位置配置束腰位置，因此，能够使紫外激光13c在被印字对象11的表面具有比可见激光13a大的光束径。 [0081] 另外较为理想的是，作为波长转换元件，与实施方式1同样地，使用具有周期性的极化反转结构的非线性光学元件。作为波长转换元件的晶体，可以使用MgO:LiNbO3、MgO:LiTaO3、KTP，作为其晶体结构，有同成分、化学计量比成分、水晶、氟化物晶体等。使用具有周期性的极化反转结构的非线性光学晶体的优点有两方面。第一方面的优点是能够根据极化反转的周期结构来设计可见激光和紫外激光的强度。如上所述，最好是能够相对于可见激光抑制紫外激光的强度。根据被印字的材料，需要控制可见激光和紫外激光的强度比。此时，能够通过设计周期性的极化反转结构的周期来设计可见激光和紫外激光的强度。例如，通过在晶体的前半部分形成产生可见激光的周期的极化反转，在后半部分形成产生紫外激光的周期的极化反转结构，能够同时产生可见激光和紫外激光。另一个优点是能够实现使多个波长的激光的光轴相同的非临界相位匹配(non-critical phasematching)。如实施方式2中所述，通常，如果在波长转换元件中进行波长转换，则红外激光、可见激光、紫外激光的射出方向不同。为了使它们同轴必须控制晶体的双折射率，因此困难。与此相对，如果使用周期性的极化反转结构的波长转换元件，则能够同轴产生红外激光、可见激光、紫外激光。因此，在本实施方式的印字装置中、使可见激光和紫外激光同轴聚光而进行印字的结构是有效的。 [0082] 另外，作为紫外激光的波长，以杀菌作用大的400nm以下为宜，但以300nm～400nm的范围的波长更佳。如图4所示，由于该范围的波长的水透过率高，因此，容易透射至含有水分的被印字对象的内部，带来杀菌作用的范围广。由此，防止生鲜食品的新鲜度降低的效果进一步提高。 [0084] 另外，本实施方式中，通过照射各激光使紫外激光的聚光点大于用于印字的可见激光的聚光点，能够一边印字一边实现杀菌效果，但如图18所示，通过使紫外激光光束形状35的光束剖面为大于可见激光光束形状34的椭圆形状，能够应对高速的印字。如果光束的扫描速度提高则紫外激光的照射时间变短，杀菌作用减弱。但是，如果为了提高杀菌作用而提高紫外激光的强度，则会产生被印字对象发生变质、变色等问题。于是，如图18所示，通过使紫外激光光束形状35为在光束扫描方向36具有长轴的椭圆形状，能够抑制紫外激光的强度而延长其照射时间，从而能够应对高速的印字。 [0085] 本发明所涉及的一种印字装置对被印字对象照射第一激光，将信息印字在该被印字对象的印字区域，其包括：射出所述第一激光的光源；将所述第一激光聚光在所述被印字对象的印字区域的聚光光学系统；扫描所述第一激光的扫描单元，其中，所述被印字对象至少在所述印字区域含有水分，所述第一激光的波长为350nm以上550nm以下。 [0086] 根据上述结构，对在印字区域含有水分的被印字对象照射350nm以上550nm以下的波长带域的第一激光，将信息印字在被印字对象上。这里，350nm以上550nm以下的波长-1带域的水的吸收系数为0.001cm 以下，与以往印字所使用的波长带域相比低两位至六位数以上。因此，能够大幅度抑制被印字对象的水分引起的激光吸收。因此，不会过度加热被印字对象中所含的水分而发生蒸汽爆炸等。从而能够不损伤被印字对象而施以细致的印字。并且，由于水分引起的吸收较少，所以能够以小于以往的功率进行相同的印字，能够降低印字所需要的电力。 [0087] 上述结构中较为理想的是，所述光源包括射出横向模为单模的基本波的光纤激光器和将所述基本波波长转换为第二谐波的波长转换元件，所述第一激光为所述第二谐波。 [0088] 根据上述结构，所述光源包括能够生成高输出的基本波的光纤激光器和波长转换元件，将横向模为单模的基本波波长转换为第二谐波。由此，能够显著提高所述第一激光的光束品质。即，将基本波进行波长转换而得到的第二谐波成为横向模为单模的高品质光束。由于用来印字的第一激光是这样高品质的第二谐波，因此扩散角小，能够进行细致的印字。 并且，由于印字中使用高品质且扩散角小的第一激光，因此不需要焦点调整，能够以低成本构成印字装置。 [0089] 上述结构中较为理想的是，所述光源还包括射出波长为1μm以上20μm以下的第二激光的第二激光射出部，在照射所述第一激光的同时或者即将照射所述第一激光之前，将所述第二激光照射在所述被印字对象的所述第一激光的照射部位。 [0090] 根据上述结构，能够在照射第一激光的同时或在即将照射之前进行去除附着在被印字对象的印字区域的水滴等的表面清洁。即，波长为1μm以上20μm以下的第二激光的水的吸收系数高，使附着在被印字对象的印字区域的水滴等的水分蒸发。若水滴附着在被印字对象的印字区域，则水滴会引起激光的聚光特性恶化，或者因水分量的不均引起印字品质的不稳定。因此，通过基于第二激光的表面清洁使被印字对象的表面状态均匀，能够实现印字精度和印字速度的提高，并且降低印字品质的不稳定。 [0091] 上述结构中较为理想的是，所述光源还包括将所述第二激光波长转换为第二谐波的波长转换元件，所述第一激光是波长转换所述第二激光而得到的第二谐波。 [0092] 根据上述结构，由于由波长转换元件波长转换所述第二激光而生成第一激光，因此不需要为了产生第一激光和第二激光而分别准备激光光源。并且，由于在同轴上射出第一激光和第二激光，因此不需要用来合波两激光的部件。因此，能够低成本地构成印字装置。另外，由于未被波长转换成第一激光而残留的第二激光能够不浪费地被用于表面清洁，因此能够实现电力损失少的高能效的印字装置。 [0093] 上述结构中较为理想的是，所述光源将所述第二激光调制成在偏压时和脉冲振荡时以不同的波长进行振荡的具有偏压的脉冲光并射入所述波长转换元件，所述波长转换元件具有在所述第二激光的脉冲振荡时的波长相位匹配的相位匹配温度。 [0094] 根据上述结构，仅在第二激光的脉冲振荡时产生作为第二谐波的第一激光。另一方面，未被波长转换而透过波长转换元件的第二激光为大致CW(Continous Wave，连续波)。这样，由于能够仅使第一激光脉冲振荡，因此能够抑制被印字对象处的发热从而进行细致的印字，被印字对象也不会因大致为CW的第二激光而受到损伤。 [0095] 上述结构中较为理想的是，所述光源还包括射出波长为400nm以下的第三激光的第三激光射出部，所述第三激光在所述被印字对象的印字区域的光束径大于所述第一激光的光束径。 [0096] 波长为400nm以下的第三激光具有杀菌效果。因此，根据上述结构，通过使第三激光在被印字对象的印字区域的光束径大于第一激光的光束径，能够可靠地对被印字对象的印字区域进行杀菌，防止细菌的繁殖。 [0097] 上述结构中较为理想的是，所述第三激光的功率密度小于所述第一激光的功率密度。 [0098] 根据上述结构，能够不损伤被印字对象而对印字区域进行杀菌。 [0099] 上述结构中较为理想的是，所述光源包括射出波长为400nm以下的第三激光的第三激光射出部，所述第三激光在所述被印字对象的印字区域的光束径大于所述第一激光的光束径，所述第三激光为波长转换所述第二激光而得到的第三谐波或者为所述第一激光和所述第二激光的和频。 [0100] 根据上述结构，由于所述第三激光和第一激光及第二激光同轴射出，因此不需要用来合波各激光的部件。因此，能够低成本地构成印字装置。另外，由于利用第一激光或所述第二激光生成第三激光，因此能够实现电力损失少的高能效的印字装置。 [0101] 上述结构中较为理想的是，还包括配置在所述被印字对象的印字区域、至少含有水分的水冷部件，将所述第一激光经由所述水冷部件照射到所述被印字对象。 [0102] 根据上述结构，由于水的吸收系数小的波长带域的第一激光用于印字，因此即使第一激光经由含有水分的水冷部件被照射到被印字对象，第一激光也不会被水冷部件吸收。因此，能够一边用水冷部件冷却被印字对象一边进行印字，从而能够降低印字区域的发热，抑制给被印字对象造成的损伤。 [0103] 上述结构中较为理想的是，还包含相位掩膜，通过将所述第一激光经由所述相位掩膜照射到所述被印字对象，在所述被印字对象的所述印字区域形成干涉图案。 [0104] 根据上述结构，能够容易地记录二维图案。 [0105] 上述结构中较为理想的是，还包括GPS传感器，被印字在所述被印字对象上的信息包含由所述GPS传感器检测出的当前位置信息。 [0106] 根据上述结构，可作为应对偷渔或产地伪装的措施，另外还有助于提高用印字装置印字的被印字对象的品牌价值，能够给予购买者安心感。 [0107] 上述结构中较为理想的是，还包括用于将所述被印字对象设置于水中的水槽，对所述水槽内的所述被印字对象照射所述第一激光。 [0108] 根据上述结构，由于所述第一激光极少被水吸收，因此对设置于水槽内的水中的被印字对象也能进行印字。此时，激光的聚光特性不会像取出至水槽外进行记录时那样，因水滴而恶化，能够进行细致的印字。 [0109] 上述结构中较为理想的是，还包括在所述水槽内产生指定方向的水流的水流产生部，用所述第一激光对沿所述水流流动的所述被印字对象进行印字。 [0110] 根据上述结构，能够使被印字对象一边沿水流流动一边被连续印字，从而能够使印字处理能力飞跃性地提高。 [0111] 上述结构中较为理想的是，所述水槽的与所述水流方向正交的剖面的宽度和高度分别小于沿所述水流流动的所述被印字对象在所述水流方向的长度。 [0112] 根据上述结构，能够防止被印字对象逆着水流在水槽内逆向流动，因此能够实现印字处理能力的提高。 [0113] 上述结构中较为理想的是，所述水槽的与所述水流方向正交的剖面的宽度小于沿所述水流流动的所述被印字对象的与所述水流方向正交的剖面的宽度的两倍，所述水槽的与所述水流方向正交的剖面的高度小于沿所述水流流动的所述被印字对象的与所述水流方向正交的剖面的高度的两倍。 [0114] 根据上述结构，能够防止两个被印字对象同时在水槽内流动，因此能够避免遗漏印字。 [0115] 上述结构中较为理想的是，所述第一激光为单一偏振，相对于所述水槽的表面的法线以布儒斯特角射入。 [0116] 根据上述结构，能够抑制在水槽表面的第一激光的反射，能够实现安全并且无损耗的高效率的印字装置。 [0117] 上述结构中较为理想的是，上述的所述被印字对象为禽蛋、水产品、肉类、蔬菜、水果等要求新鲜度的生鲜食品。 [0118] 如果将如上所述的包括禽蛋、水产品、肉类、蔬菜或水果的生鲜食品作为被印字对象，则由于印字后也基本上不会损伤生鲜食品，不会导致商品价值的降低，因此是有效的。 [0119] 本发明所涉及的一种印字方法是使用上述的任一种结构的印字装置的印字方法，包括以下工序：在所述被印字对象的印字区域配置至少含有水分的涂层或者水冷薄膜的工序；和将所述第一激光经由所述涂层或者水冷薄膜照射到所述被印字对象的工序。 [0120] 根据上述结构，由于能够一边用水冷部件冷却被印字对象一边对其进行印字，因此能够降低印字区域的发热，抑制给被印字对象造成的损伤。 [0121] 本发明所涉及的另一种印字方法是使用上述的任一种结构的印字装置的印字方法，包括在所述第一激光的光路内配置相位掩膜的工序、和将所述第一激光经由所述相位掩膜照射到所述被印字对象，在所述被印字对象的所述印字区域形成干涉图案的工序。 [0122] 根据上述结构，能够简便地记录二维图案。 [0123] 产业上的利用可能性 [0124] 本发明所提供的一种印字装置，能够通过抑制激光被被印字对象中所含的水分吸收从而抑制被印字对象的印字区域的温度上升，并且仅在被印字对象的表面施以细致的标记，能够简单而低成本地对全部食品施以有用的标记。因此，能够应用于食品的产地或制造年月日和品尝期限的显示等品质管理，故而有用。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈