JP2015100808A - レーザーマーキング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー消費量が少なく、構造が簡単であり、また、微小な範囲にも精度良く高速でマーキングを施すことができるレーザーマーキング装置を提案する。【解決手段】本発明におけるレーザーマーキング装置５０は、半導体レーザー１と、半導体レーザー１のレーザー光を対象物Ｗの表面に照射してマーキングを施す光学ユニット２とを備え、光学ユニット２は、レーザー光を対象物Ｗの表面で集光させる対物レンズ５と、レーザー光の光軸Ａに対して垂直面内で且つ対物レンズ５の光学中心がレーザー光のビーム径Ｄ内に収まる範囲で、対物レンズ１をレーザー光に対して移動させるレンズ駆動ユニット６とを備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー光によって対象物の表面にマーキングを施すレーザーマーキング装置に関するものである。

昨今、製造日時や場所の他、使用した材料や品質に関わる各種データ等をバーコードや二次元コード等に変換し、これを物品の表面上にマーキングしておくことで、物品が市場に流通された後もその物品に関する履歴が追跡可能になる、トレーサビリティに対する要求が増している。例えばガラスエポキシ基板やフレキシブル基板にこのようなマーキングパターンを印字するにあたっては、インクジェットやレーザー等を用いる技術が既知となっていて、特許文献１には、ＹＡＧレーザーや炭酸ガスレーザー等からレーザー光を出射し、これをガルバノメータスキャナによって基板上に照射することで、所要のマーキングを行うことができるとするレーザーマーキング装置が示されている。

特開２０１２−２２６０５号公報

ところで近年は、エネルギー消費量の削減は勿論のこと、構造を簡素化してできるだけ安価にすることで、種々の製造ラインにも導入することができるレーザーマーキング装置の登場が期待されている。しかしながら、引用文献１に記載の装置のようにＹＡＧレーザーや炭酸ガスレーザー等は比較的高出力のものが多いためにエネルギー消費量を削減することは困難であり、また、ガルバノメータスキャナを用いることから、構造が複雑になってしまうという問題がある。

一方、ガルバノメータスキャナからの置き換えを図るべく、マーキングを行う対象物を載置するＸＹステージを、レーザー光の光軸に対して垂直面内で移動させることも検討されたが、対象物のサイズが大きくなると、その分、ＸＹステージを高速で移動させることが難しくなってタクトタイムが増加するため、製造ラインへの導入は未だ困難な状況にあった。

更に、ガラスエポキシ基板やフレキシブル基板等は、近年集積化が一層進んでいて十分なマーキングスペースを確保することが困難になっているため、例えば１ｍｍ角のような狭いスペースにも十分な情報量のマーキングを施すことができる、高いマーキング精度が求められているものの、上述の問題を解決するとともにこのような高いマーキング精度を持つ装置は未だ上市されておらず、このような装置の開発が強く求められていた。

本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、エネルギー消費量が少ない上、従来の装置に対して構造が簡単であり、また、対象物のサイズにかかわらず高速でマーキングを施すことができ、更に、微小な範囲にも精度良くマーキングを行うことができる、新規のレーザーマーキング装置を提案するところにある。

本発明は、半導体レーザーと、該半導体レーザーのレーザー光を対象物の表面に照射してマーキングを施す光学ユニットとを備えるレーザーマーキング装置であって、
前記光学ユニットは、レーザー光を前記対象物の表面で集光させる対物レンズと、レーザー光の光軸に対して垂直面内で且つ前記対物レンズの光学中心が該レーザー光のビーム径内に収まる範囲で、該対物レンズを該レーザー光に対して移動させるレンズ駆動ユニットとを備えるレーザーマーキング装置である。

また、所望のマーキングパターンに応じてレーザー光の発光及び非発光に関わる印字データを作成するデータ作成手段を有する制御部と、前記半導体レーザーへ電流を供給する電流供給部と、前記レンズ駆動ユニットに設けられ、前記対物レンズを移動させるサーボモータとを備え、
前記制御部は、前記電流供給部に対して、前記印字データに基づく電流供給可又は不可の指令を前記サーボモータからのエンコーダ信号に対応させて送るレーザー制御手段を有することが好ましい。

更に、前記レーザー制御手段は、前記印字データに基づいて前記半導体レーザーへの電流値を変更する指令を前記電流供給部に対して送るよう構成されることが好ましい。

また、前記レーザー制御手段は、前記印字データに基づく電流供給可又は不可の指令を、前記対物レンズを等速運動させる等速移動期間において送るよう構成されることが好ましい。

また、前記光学ユニットは、前記半導体レーザーのレーザー光に対して異なる波長の光を発光する発光体と、該半導体レーザーと前記対物レンズとの経路上に設けられ該半導体レーザーのレーザー光は透過する一方、該発光体の光を反射して前記対象物に照射するとともに該対象物で反射された該発光体の光を再度反射するダイクロイックミラーと、該ダイクロイックミラーによって再度反射された該発光体の光を受光することで該対象物のマーキングを撮像する撮像装置とを備えることが好ましい。

本発明の光学ユニットは、半導体レーザーのレーザー光を対象物の表面で集光させる対物レンズを備えるとともに、レーザー光の光軸に対して垂直面内で且つ対物レンズの光学中心がレーザー光のビーム径内に収まる範囲で、上述の対物レンズをレーザー光に対して移動させるレンズ駆動ユニットを備えているので、対物レンズの移動に応じてレーザー光の集光点も移動させることができる。すなわち、半導体レーザーを用いたことでエネルギー消費量を十分に削減することができ、また、対物レンズによってレーザー光を集光させているので、微小な範囲にもマーキングを施すことができる上、更に、対象物に対してサイズがより小さくなる対物レンズを移動させている結果、高速でマーキングを施すことができるので、タクトタイムを減らすことができる。

移動する対物レンズの位置情報をフィードバックさせ、所望のマーキングパターンに応じたレーザー光の発光及び非発光に関わる印字データを、この対物レンズの位置情報に関係づける場合は、その処理に時間を要して対物レンズの高速移動に影響を及ぼすことがある。一方、制御部に、前記電流供給部に対して、前記印字データに基づく電流供給可又は不可の指令をサーボモータからのエンコーダ信号に対応させて送るレーザー制御手段を設ける場合は、対物レンズの位置情報を待つこと無く、所望のマーキングパターンに応じて半導体レーザーを駆動させることができるので、より高速にマーキングを施すことができる。

マーキングパターン中、レーザー光を照射する範囲が狭い部分では、照射時間が短くなる分、対象物の温度上昇が不足して、レーザー光による対象物表面の除去が不十分になるおそれがあり、また、レーザー光を照射する範囲が広い部分では、照射時間が長くなる分、対象物の温度上昇が過度になって、対象物表面の除去が進み過ぎる懸念がある。これに対し、レーザー制御手段を、印字データに基づいて半導体レーザーへの電流値を変更する指令を電流供給部に対して送るように構成する場合は、レーザー光を照射する部位の範囲に応じてレーザー光の出力を調整することができるので、印字されるマーキングが均一化される。

印字データに基づく電流供給可又は不可の指令を、対物レンズを等速運動させる等速移動期間において電流供給部に送るよう、レーザー制御手段を構成する場合は、対物レンズの移動速度が安定した期間でのみマーキングが行われることになるので、マーキング精度を高めることができる。

光学ユニットに、半導体レーザーのレーザー光に対して異なる波長の光を発光する発光体と、半導体レーザーと対物レンズとの経路上に設けられ半導体レーザーのレーザー光は透過する一方、発光体の光を反射して対象物に照射するとともにこの対象物で反射された発光体の光を再度反射するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーによって再度反射された発光体の光を受光することで対象物のマーキングを撮像する撮像装置とを設ける場合は、１つの光学ユニットに、レーザー光によるマーキングを行う機能、及び発光体の光によるマーキングを観察する機能の２つを持たせることができるので、別途、マーキングを観察する装置を設ける必要がなくなる上、装置をより小型にすることができる。

本発明に従うレーザーマーキング装置の一実施形態につき、光学ユニットの構造を説明する図である。 対物レンズの移動に応じてレーザー光の集光点が変位することを説明する図である。 本発明に従うレーザーマーキング装置の一実施形態を説明する概略図である。 入力部に入力されるマーキングパターン（２次元コード）を、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ３３ずつに分割した状態を説明する図である。 図４のパターンに対して黒のセル及び白のセルがＹ方向に連続する個数を算出し、これをＸ方向毎にまとめたデータについて説明する図である。 レンズ駆動ユニットのＸ方向及びＹ方向の動作を説明する図である。 図５に示す印字データに基づく、レーザー制御手段から電源供給部への指令を説明する図である。 本発明に従うレーザーマーキング装置の他の実施形態であって、光学ユニットの構造を説明する図である。 図３に示すレーザーマーキング装置によって、ガラスエポキシ基板に印字したマーキングを示す写真である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に説明する。まず、図１を参照しつつ、本発明に従うレーザーマーキング装置における、レーザー光の照射に関わる部位について説明する。

図１において、符号１は、後述する光学ユニットに取り付けられる半導体レーザーを示す。半導体レーザー１は、後述する電流供給部に接続されていて、波長が４０５ｎｍの青紫色レーザー光を連続波発振によって出射することが可能である。

符号２は、光学ユニットを示す。光学ユニット２は、半導体レーザー１からのレーザー光を対象物Ｗの表面に照射してマーキングを施すものである。本実施形態では、半導体レーザー１から対象物Ｗに至る経路に、コリメートレンズ３、ビームサンプラー４、及び対物レンズ５が設けられている。

半導体レーザー１から出射されるレーザー光は、まず、コリメートレンズ３を通る。半導体レーザー１から出射された直後のレーザー光は拡散光であるが、コリメートレンズ３を通すことによって平行光に変換することができる。なお、コリメートレンズ３を光学ユニット２に取り付けるに当たっては、コリメートレンズ３を通したレーザー光の波面収差を計測し、コリメートレンズ３のＺ軸での位置調整（焦点位置の調整）によってデフォーカス収差を調整し、コリメートレンズ３を傾けることで非点収差を調整し、ＸＹ面内でのコリメートレンズ３の位置調整によってチルト収差の調整を行っている。なお、各収差はλ／４以下に調整することが好ましい。

ビームサンプラー４は、コリメートレンズ３を通ったレーザー光を対物レンズ５に向けて透過させる一方、対象物Ｗで反射したレーザー光を、後述する撮像装置に向けて反射させるものである。なお、対象物Ｗでのレーザー光の状態を観察する必要がない場合は、ビームサンプラー４を設けずに、直接、コリメートレンズ３からのレーザー光を対物レンズ５に導入するように構成することも可能である。

対物レンズ５は、ビームサンプラー４を透過したレーザー光を対象物Ｗの表面上に集光させるものである。コリメートレンズ３によって平行光に変換されたレーザー光のビーム径は、本実施形態では約３ｍｍであるが、対物レンズ５によって、対象物Ｗの表面上では約１０μｍの集光径になるように調整している。

更に光学ユニット２には、レーザー光の光軸Ａに対して垂直面内で且つ対物レンズ５の光学中心がレーザー光のビーム径（本実施形態では約３ｍｍ）内に収まる範囲で、対物レンズ５をレーザー光に対して移動させるレンズ駆動ユニット６が設けられている。本実施形態では、図１に示すように光軸Ａの向きがＺ方向に一致しており、レンズ駆動ユニット６は、Ｚ方向に垂直となる面（ＸＹ平面）において相互に直交するＸ方向及びＹ方向に対し、それぞれの方向に移動可能なＸ方向駆動手段６ａ、及びＹ方向駆動手段６ｂを備えている。ここで、Ｘ方向駆動手段６ａは、Ｙ方向駆動手段６ｂを保持してＸ方向に移動するように構成されており、Ｙ方向駆動手段６ｂは、対物レンズ５を保持してＹ方向に移動するように構成されている。なお、本実施形態においてレンズ駆動ユニット６には、Ｘ方向駆動手段６ａ、及びＹ方向駆動手段６ｂをそれぞれ移動させるための、２つのサーボモータが設けられている。

対物レンズ５は、図２に示すように、その光学中心がレーザー光のビーム径Ｄ内に収まる範囲でＸ方向に移動（距離Ｘ１）させれば、集光点ｐも同じ方向に且つ同じ距離だけ変位させることができる。すなわち、Ｘ方向駆動手段６ａ、及びＹ方向駆動手段６ｂによって、対物レンズ５をＸ方向、及びＹ方向に所定の距離で移動させると、対象物Ｗの表面上の集光点ｐを同方向に同距離だけ変位させることができるので、対物レンズ５の移動によって所要のマーキングを施すことができる。なお、本実施形態では、Ｙ方向駆動手段６ｂを保持するＸ方向駆動手段６ａよりも、対物レンズ５を保持するＹ方向駆動手段６ｂの方が慣性力の影響が少なくて済むので、より高速に移動させるべく、Ｙ方向に１ライン印字した後、隣のラインまでＸ方向に移動させるようにしている。すなわち、本実施形態では、Ｙ方向を主走査方向、Ｘ方向を副走査方向としている。また、隣のラインまでＸ方向に移動させた後は、逆向きのＹ方向に印字をするようにして、往復運動させることで、マーキングの高速化を図っている。

更に光学ユニット２には、ミラー７、結像レンズ８、ローカットフィルター９、及びＣＣＤカメラ等の撮像装置１０が設けられている。対物レンズ５で集光されたレーザー光は、その一部が対象物Ｗによって反射され、再度対物レンズ５を透過してビームサンプラー４に至る。ビームサンプラー４はＸＹ平面に対して４５度傾いているので、ビームサンプラー４で反射したレーザー光は−Ｘ方向に向かって進み、同じくＸＹ平面に対して４５度傾けて設けたミラー７によって進路が＋Ｚ方向に変更される。その後は、結像レンズ８、及びローカットフィルター９によって、青紫色成分の光を撮像装置１０の受光面に結像させることができるので、対象物Ｗで集光するレーザー光を観察することができる。

次に、図３を参照しつつ、上述した半導体レーザー１及び光学ユニット２等を含む本発明に従うレーザーマーキング装置について説明する。符号５０は、本実施形態のレーザーマーキング装置を示す。レーザーマーキング装置５０は、入力部５１、及び制御部５２を備えていて、制御部５２には、半導体レーザー１に接続される電流供給部５３、及びレンズ駆動ユニット６のサーボモータに接続されるサーボアンプ５４が接続されている。

入力部５１は、所望のマーキングパターンをデータ変換した上で、制御部５２に送る役割を果たすものである。本実施形態では、例えば図４に示すマーキングパターン（２次元コード）を取り込んだ後、これをビットマップデータに変換して、制御部５２に送るように構成している。マーキングパターンは２次元コード等に限定されるものではなく、文字や写真等であってもよい。なお、図４に示すマーキングパターンの１辺の長さは３３０μｍである。

入力部５１からのビットマップデータは、まず制御部５２のデータ作成手段５５に送られる。データ作成手段５５は、ビットマップデータに基づいて、半導体レーザー１の発光及び非発光に関わる印字データ５６、並びにレンズ駆動ユニット６のサーボモータの駆動条件を設定する駆動データ５７を作成する。

印字データ５６を作成するにあたり、データ作成手段５５は、対物レンズ５によって集光されるレーザー光の集光径に対応させて単位セルのサイズを決定し、この単位セルのサイズに合わせてマーキングパターンをＸ方向及びＹ方向に分割する。本実施形態のレーザー光の集光径は１０μｍであるので、単位セルは１辺が１０μｍの正方形とする。また、図４に示すマーキングパターンは１辺が３３０μｍであるので、これを単位セルのサイズに合わせてＸ方向及びＹ方向に３３分割して、３３×３３個のセルで構成されているものとする。そして、Ｘ方向１番目及びＹ方向１番目のセルを起点とし、主走査方向であるＹ方向に沿って、黒いセルが連続する個数と白いセルが連続する個数をそれぞれ算出する。図５は、この個数をまとめたデータ（印字データ５６）であり、例えばＸ方向のセル数１の列では、７、１、２の順で数が並んでいるが、これは、図４に示すように、Ｘ方向１番目の列では、Ｙ方向１番目から順に、黒いセルが７個連続して存在し、その後は白いセルが１個存在し、更に黒いセルが２個連続して存在することを示している。なお、図４に示すマーキングパターン通り、１辺が３３０μｍとなるように印字することや、これをｎ倍（ｎは整数）に拡大して印字することも可能であるが、本実施形態では、これをＸ、Ｙ方向にそれぞれ３倍に拡大した、１辺が９９０μｍとなる２次元コードをマーキングするものとし、図５のデータもこれに対応するように補正して印字データ５６を作成している。

駆動データ５７は、印字データ５６に対応するものであれば様々な設定を行うことが可能であるが、本実施形態では、図６に示すような動作パターンでＸ方向駆動手段６ａ、及びＹ方向駆動手段６ｂが移動するようにデータを作成している。具体的には、まず、主走査方向であるＹ方向駆動手段６ｂが、移動開始期間Ｔ１で等加速度運動し、所定の速さ（本実施形態では１００ｍｍ／ｓ）に達すると、所定の期間（等速移動期間Ｔ２）は等速運動を続けるようにする。なお、対象物Ｗへのマーキングは、等速移動期間Ｔ２の間で行うようにしている。詳細については後述する。そして、等速移動期間Ｔ２の終了後は等加速で減速させ、所定の期間（移動終了期間Ｔ３）で停止させるようにする。一方、副走査方向であるＸ方向駆動手段６ａは、上述した等速移動期間Ｔ２の後半の、対象物Ｗへのマーキングが終了した時点から移動を開始し、Ｙ方向駆動手段６ｂが停止するまでには次回印字予定の隣のラインまでの移動（Ｘ方向へ１０μｍ移動）を終了するようにしている。その後は、Ｙ方向駆動手段６ｂを、上述の移動方向とは逆向きに、同様の動作パターンで移動するようにして、マーキングが終了するまで往復運動を繰り返すようにしている。このように、Ｙ方向駆動手段６ｂとＸ方向駆動手段６ａの動作を重ね合わせることや、Ｙ方向駆動手段６ｂを往復運動させてマーキングを行うことで、タクトタイムの短縮を図ることができる。

更に、図３に示す制御部５２には、駆動制御手段５８が設けられている。駆動制御手段５８は、サーボアンプ５４に対して駆動データ５７に基づく指令を送るものであり、これによってレンズ駆動ユニット６の２つのサーボモータを駆動させて、Ｘ方向駆動手段６ａ、及びＹ方向駆動手段６ｂを所定の動作パターンで移動させるようにしている。

また制御部５２には、レーザー制御手段５９が設けられている。レーザー制御手段５９は、電流供給部５３に対して、印字データ５６に基づく電流供給可又は不可の指令を送るものである。指令は、図７に示すように例えば１バイト（８ビット）のデータとして構成されていて、ビット０には電流供給部５３から半導体レーザー１に対する電流供給可又は不可の信号、ビット１〜６には電流供給部５３に設定した最大６つの電流値の何れかに変更する信号、ビット７にはカウントストップ信号を割り付ける。例えば、印字データ５６における黒いセルに対しては、レーザー光を照射するために電流供給可の指令（ビット０に「１」をたてる）を送るものとし、白いセルに対しては、レーザー光を照射させないために電流供給不可の指令（ビット０に「０」をたてる）を送るものとする。また、電流供給部５３から供給する電流値がビット１〜６の順に大きくなるようにしておき、黒いセルが多数連続して対象物Ｗの温度が過度に上昇する場合は、半導体レーザー１から低出力のレーザー光を出射させるべく、電流供給可の指令に先だって、電流供給不可の指令とともに電流値を小さくする指令（ビット０に「０」をたてるとともに、例えばビット１に「１」をたてる）を送り、黒いセルが１つしかなく、対象物Ｗの温度が不足する場合は、半導体レーザー１から高出力のレーザー光を出射させるべく、電流供給可の指令に先だって、電流供給不可の指令とともに電流値を大きくする指令（ビット０に「０」をたてるとともに、例えばビット６に「１」をたてる）を送るようにすることも可能である。

また、レーザー制御手段５９は、サーボアンプ５４を介してレンズ駆動ユニット６のサーボモータ（本実施形態ではＹ方向駆動手段６ｂを移動させるためのサーボモータ）からのエンコーダ信号６０が入力されるように構成されている。本実施形態ではレーザー制御手段５９としてパルスジェネレータを使用し、エンコーダ信号６０が外部クロックとして入力されるようにしている。また、レーザー制御手段５９は電流供給部５３に接続されていて、印字データ５６に基づく電流供給可又は不可の指令をエンコーダ信号６０に対応させて電流供給部５３に送るように構成している。例えば本実施形態では、Ｙ方向駆動手段６ｂが１μｍ進む毎に１つのエンコーダ信号６０が入力されるように構成しているため、図４に示すマーキングパターンを基にした、１辺が９９０μｍとなる２次元コードをマーキングする場合には、レーザー制御手段５９では、印字データ５６に基づく電流供給可又は不可の指令を９９０個準備する。なお、これらのデータは、Ｙ方向の１列毎にまとめられている。更に、図６に示すマーキングを行う前後の期間（移動開始期間Ｔ１の最初から印字期間前まで、及び印字期間後から移動終了期間Ｔ３の最後まで）では半導体レーザー１への電流の供給は停止されるため、この期間に対応する個数となる電流供給不可の指令を、Ｙ方向の１列毎にまとめられた指令の前後にそれぞれ組み合わせておく。そして、エンコーダ信号６０の入力回数に対応させてこれらの指令を順序づけておき、エンコーダ信号６０の入力毎に、これらの指令を順に送り出すようにしている。

この点につき、図７を参照して説明すると、Ｙ方向駆動手段６ｂの動きだしの直後にサーボモータから送られるエンコーダ信号６０を起点として、レーザー制御手段５９から電流供給部５３に対して、電流供給不可の指令が送られる。そして、エンコーダ信号６０の入力毎に指令が順次送り出されるため、Ｙ方向１列分のマーキングを施すことができる。なお、詳細な説明は省略するが、レーザー制御手段５９には、Ｘ方向駆動手段６ａ用サーボモータ、及びＹ方向駆動手段６ｂ用サーボモータの動作完了信号が入力されるように構成されていて、Ｙ方向１列分のマーキングの終了後、これらの動作完了信号の入力によって、次の列のマーキングを、先の列と同様の手順で、且つ先の列とは逆方向から行うようにしている。これにより、Ｙ方向の往復運動を繰り返して、所望のマーキングを行うことができる。

なお、詳細な説明は省略するが、図３に示すように対象物Ｗは、Ｘ方向、及びＹ方向に移動するＸＹステージ６１上に載置されている。所望するマーキングの大きさがレンズ駆動ユニット６の移動範囲を超える場合には、レンズ駆動ユニット６によるマーキングの後、対象物をＸＹステージ６１で移動させるようにすることで、大きなサイズのマーキングも施すことができる。図示は省略するが、ＸＹステージ６に代えて、或いは追加して、光学ユニット２を移動させるＸＹ駆動手段を設け、対象物に対して光学ユニット２全体をＸ、Ｙ方向に移動させるようにしてもよい。また、光学ユニット２は、Ｚ方向に移動可能なＺ方向駆動手段６２を備えていて、厚みの異なる対象物Ｗや、表面に凹凸がある対象物Ｗにもマーキングできるようにしている。

次に、本発明の他の実施形態につき、図８を参照して説明する。なお、上述した実施形態と同一の機能を有するものは同一の符号を付して説明を省略する。

符号１１は、半導体レーザー１のレーザー光に対して異なる波長の光を発光する発光体である。本実施形態では、波長が６３０ｎｍとなる赤色ＬＥＤを使用している。発光体１１の前方にはコリメートレンズ１２が設けられていて、発光体１１からの赤色光を平行光に変換することができる。更にコリメートレンズ１２の前方には、ＸＹ平面に対して４５度傾けて設けたハーフミラー１３が設けられている。これにより、コリメートレンズ１２からの平行光は−Ｚ方向に進み、上述のミラー７で＋Ｘ方向に進路が変更されて、ダイクロイックミラー１４に至る。本実施形態のダイクロイックミラーは、レーザー光（波長４０５ｎｍ）は透過する一方、赤色光（波長６３０ｎｍ）は反射する特性を持っており、ＸＹ平面に対して４５度傾けて設けている。これにより、ダイクロイックミラー１４で反射した発光体１１の光は、対象物Ｗに照射されるとともにこの対象物Ｗで反射され、その反射された光が再度、ダイクロイックミラー１４で反射される。その後は、ミラー７、結像レンズ８を経由し、ハーフミラー１３を透過して撮像装置１０の受光面に結像される。図１に示したビームサンプラー４の反射率は４％程度であるので、撮像装置１０で対象物Ｗのマーキングを観察するには光量が不足するものの、ダイクロイックミラー１４の赤色光に対する反射率は９０％程度であるので、撮像装置１０には十分な光量が届くことになり、対象物Ｗのマーキングを観察することが可能になる。なお、ダイクロイックミラー１４に対する波長４０５ｎｍの光の透過率は９０％程度であるので、対象物Ｗに対するマーキングには殆ど影響が及ばない。

本発明の効果を確認すべく、図３に示すレーザーマーキング装置によってマーキングを行った。対象物Ｗはガラスエポキシ基板を用い、半導体レーザー１はレーザーパワーが０．１７Ｗとなるものを使用して、連続波発振によってレーザー光を射出した。そして、１辺が９９０μｍとなる図４に準じた２次元コードのマーキングパターンに対して、図６及び図７に示す条件で装置を駆動させたところ、図９に示すマーキングを約３秒で印字できることが確認できた。なお、マーキングの深さはガラスエポキシ基板のレジスト膜に対して２０〜２５μｍであり、レジスト膜直下の配線パターンに対する傷付き等の異常は認められなかった。また加工後の粉塵も認められなかった。すなわち、本発明に従うレーザーマーキング装置によれば、高速でマーキングを行うことができることは勿論のこと、配線パターンに重なる部位にもマーキングを施すことができ、また、集塵機等の付帯設備がなくても製造ラインに導入できることがわかる。なお、フレキシブル基板に対しても同様の結果が得られることが確認できた。

本発明によれば、エネルギー消費量が少なく、構造が簡単であり、また、微小な範囲にも精度良く高速でマーキングを施すことができるレーザーマーキング装置を提供できる。

１ 半導体レーザー
２ 光学ユニット
３ コリメートレンズ
４ ビームサンプラー
５ 対物レンズ
６ レンズ駆動ユニット
６ａ Ｘ方向駆動手段
６ｂ Ｙ方向駆動手段
７ ミラー
８ 結像レンズ
９ ローカットフィルター
１０ 撮像装置
１１ 発光体
１２ コリメートレンズ
１３ ハーフミラー
１４ ダイクロイックミラー
５０ レーザーマーキング装置
５１ 入力部
５２ 制御部
５３ 電流供給部
５４ サーボアンプ
５５ データ作成手段
５６ 印字データ
５７ 駆動データ
５８ 駆動制御手段
５９ レーザー制御手段
６０ エンコーダ信号
６１ ＸＹステージ
６２ Ｚ方向駆動手段
Ａ レーザー光の光軸
Ｄ レーザー光のビーム径
ｐ 集光点
Ｔ１ 移動開始期間
Ｔ２ 等速移動期間
Ｔ３ 移動終了期間
Ｗ 対象物

Claims (5)

1. 半導体レーザーと、該半導体レーザーのレーザー光を対象物の表面に照射してマーキングを施す光学ユニットとを備えるレーザーマーキング装置であって、
   前記光学ユニットは、レーザー光を前記対象物の表面で集光させる対物レンズと、レーザー光の光軸に対して垂直面内で且つ該対物レンズの光学中心が該レーザー光のビーム径内に収まる範囲で、該対物レンズを該レーザー光に対して移動させるレンズ駆動ユニットとを備えるレーザーマーキング装置。
2. 所望のマーキングパターンに応じてレーザー光の発光及び非発光に関わる印字データを作成するデータ作成手段を有する制御部と、前記半導体レーザーへ電流を供給する電流供給部と、前記レンズ駆動ユニットに設けられ、前記対物レンズを移動させるサーボモータとを備え、
   前記制御部は、前記電流供給部に対して、前記印字データに基づく電流供給可又は不可の指令を前記サーボモータからのエンコーダ信号に対応させて送るレーザー制御手段を有する請求項１に記載のレーザーマーキング装置。
3. 前記レーザー制御手段は、前記印字データに基づいて前記半導体レーザーへの電流値を変更する指令を前記電流供給部に対して送るよう構成されてなる請求項２に記載のレーザーマーキング装置。
4. 前記レーザー制御手段は、前記印字データに基づく電流供給可又は不可の指令を、前記対物レンズを等速運動させる等速移動期間において送るよう構成されてなる請求項２又は３に記載のレーザーマーキング装置。
5. 前記光学ユニットは、前記半導体レーザーのレーザー光に対して異なる波長の光を発光する発光体と、該半導体レーザーと前記対物レンズとの経路上に設けられ該半導体レーザーのレーザー光は透過する一方、該発光体の光を反射して前記対象物に照射するとともに該対象物で反射された該発光体の光を再度反射するダイクロイックミラーと、該ダイクロイックミラーによって再度反射された該発光体の光を受光することで該対象物のマーキングを撮像する撮像装置とを備える請求項１〜４の何れか一項に記載のレーザーマーキング装置。