JP2644865B2 - Laser marker - Google Patents
Laser markerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパルスレーザを用いたワンシヨツトレーザマ
ーカに係り、特に、マスキング手段として透過型液晶セ
ルを用いたレーザマーカに関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a one-shot laser marker using a pulse laser, and more particularly to a laser marker using a transmission type liquid crystal cell as masking means.
液晶セル使用温度の環境変化によるコントラスト変動
を防止する手段として、市販されている液晶デイスプレ
イでは、液晶セルが実装されている回路基板上にサーミ
スタを設置し、その抵抗力変化による液晶デイスプレイ
駆動電圧を自動調整する手段が広く実施されている。As a means of preventing contrast fluctuations due to changes in the operating temperature of the liquid crystal cell, commercially available liquid crystal displays use a thermistor placed on the circuit board on which the liquid crystal cell is mounted, and adjust the driving voltage of the liquid crystal display due to the change in resistance. Means for automatic adjustment are widely practiced.
上記従来技術は、液晶セルと駆動回路系とがほぼ同一
の雰囲気温度にある状態について考えられたもので、一
般、デイスプレイは十分制御できる。しかし、マスキン
グ手段として液晶セルを用いる方式では、照射するレー
ザの条件により、液晶セル内部と駆動回路系との間に10
〜30℃の温度差を生じるため、従来技術は適応できず、
コントラストむらの原因となる。The above prior art is conceived of a state in which the liquid crystal cell and the drive circuit system are at substantially the same ambient temperature, and generally, the display can be sufficiently controlled. However, in the method using a liquid crystal cell as a masking means, the distance between the inside of the liquid crystal cell and the drive circuit system depends on the conditions of the laser to be irradiated.
Because a temperature difference of ~ 30 ° C occurs, the conventional technology cannot be applied,
This may cause uneven contrast.
また、多品種少量生産を考えると、レーザ条件出しに
際し、それぞれ、液晶セル駆動系の最適化を図らねばな
らず、時間がかかるという問題があつた。In addition, in consideration of high-mix low-volume production, it is necessary to optimize a liquid crystal cell drive system when determining laser conditions, and there is a problem that it takes time.
本発明の目的は、レーザ照射条件によらず、鮮明に刻
印できるレーザマーカを提供することにある。An object of the present invention is to provide a laser marker that can be clearly marked regardless of laser irradiation conditions.
上記目的は、レーザ照射条件をもとに予め液晶セル内
部の温度を予測し、この予測温度に対して最適な液晶セ
ル駆動電圧を設定することにより達成される。The above object is achieved by predicting the temperature inside the liquid crystal cell in advance based on the laser irradiation conditions, and setting an optimum liquid crystal cell drive voltage for the predicted temperature.
液晶セルへのレーザ照射面積、照射レーザエネルギ、
レーザ繰返し数などのレーザ照射条件とレーザ照射面の
液晶温度により、マーキング実施時に液晶が経験し得る
温度を予め推定する。一方、液晶温度に対する動特性は
制御系でデータベースとして記録しておき、先の液晶温
度における最適動作点（駆動電圧）を設定する。Laser irradiation area to the liquid crystal cell, irradiation laser energy,
Based on laser irradiation conditions such as the number of laser repetitions and the temperature of the liquid crystal on the laser irradiation surface, the temperature that the liquid crystal can experience when performing marking is estimated in advance. On the other hand, the dynamic characteristics with respect to the liquid crystal temperature are recorded as a database in the control system, and the optimum operating point (drive voltage) at the previous liquid crystal temperature is set.
これによつて、レーザの照射条件に基ずく液晶温度変
化に影響されず、一定のコントラストで刻印することが
できる。Thus, the marking can be performed with a constant contrast without being affected by the change in the liquid crystal temperature based on the laser irradiation conditions.
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。一
は可視から近赤外までの波長範囲のなかに発振波長をも
つパルスレーザであり、YAGレーザに代表される。パル
スレーザ１から射出される直線偏光レーザ光２（ここで
はＰ偏光とする。）はビーム拡大・整形部３を経て、液
晶セル４に照射される。液晶セル４は液晶駆動系５、液
晶制御系６により動作し、レーザ光２のエネルギによつ
てはレーザ照射時の発熱を逃がすための冷却機構（図示
せず。）が設けられている。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. One is a pulse laser having an oscillation wavelength in a wavelength range from visible to near infrared, and is represented by a YAG laser. The linearly polarized laser light 2 (here, P-polarized light) emitted from the pulse laser 1 is applied to the liquid crystal cell 4 via the beam expanding / shaping unit 3. The liquid crystal cell 4 is operated by a liquid crystal drive system 5 and a liquid crystal control system 6, and is provided with a cooling mechanism (not shown) for releasing heat generated during laser irradiation by the energy of the laser beam 2.
液晶セル４を通過したレーザ光７は、ビームスプリツ
タ８によつて、刻印用パターン情報を反映したＰ偏光レ
ーザ光９と、非刻印用パターン光10とに分離される。こ
のうち、Ｐ偏光レーザ光９は、集光レンズ光学系11によ
り披加工面12に結像され、非刻印用パターン光10は吸収
体13に吸収される。The laser beam 7 that has passed through the liquid crystal cell 4 is separated by a beam splitter 8 into a P-polarized laser beam 9 reflecting the marking pattern information and a non-marking pattern light 10. Of these, the P-polarized laser light 9 is imaged on the processing surface 12 by the condenser lens optical system 11, and the non-marking pattern light 10 is absorbed by the absorber 13.
パルスレーザ１は電源系14と制御系15により動作し、
液晶制御系６とレーザ制御系15は中央制御系16によつて
コントロールされる。中央制御系16には液晶セル４への
レーザ照射条件に対する液晶セル駆動特性についてのデ
ータベース17が接続されている。The pulse laser 1 is operated by a power supply system 14 and a control system 15,
The liquid crystal control system 6 and the laser control system 15 are controlled by a central control system 16. The central control system 16 is connected to a database 17 on the liquid crystal cell driving characteristics with respect to the laser irradiation conditions on the liquid crystal cell 4.
以下、第２図から第６図を用いて動作を説明する。パ
ルスレーザを液晶セルに照射したとき、液晶温度がどの
ように変化するかを示したのが第２図である。横軸が時
間ｔ、縦軸が温度Ｔである。時刻t1よりレーザ照射を開
始し、パルスレーザ照射時に液晶は急激に温度上昇し、
パルス休止期間で冷却され、次のパルス照射時に、ま
た、急激に温度上昇するといつた、のこぎり刃状の温度
特性を示し、次第に飽和温度T1に近づいている。飽和温
度T1は１パルスのレーザエネルギ密度（J/cm2）に依存
するTP、レーザエネルギ密度とパルス繰返し数から決ま
る平均出力密度（W/cm2）に依存するTb、レーザ照射以
前の基準温度T0とに分けられ、液晶セル内のレーザ損失
がわかれば解折により求められる特性である。Hereinafter, the operation will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows how the liquid crystal temperature changes when a liquid crystal cell is irradiated with a pulsed laser. The horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents temperature T. Start the laser irradiation from the time t 1, the liquid crystal is rapidly temperature rise during pulsed laser irradiation,
Cooled in pulse pause, at the time of the next pulse irradiation, also, when was the rapidly increasing temperature, shows a sawtooth-shaped temperature characteristic, and gradually approaches the saturation temperature T 1. The saturation temperature T 1 is T P depending on the laser energy density of one pulse (J / cm 2 ), T b depending on the average power density (W / cm 2 ) determined from the laser energy density and the pulse repetition rate, and before the laser irradiation. it is divided in to the reference temperature T 0, a characteristic obtained by Kaiori knowing laser loss in the liquid crystal cell.
一方、液晶の電気光学特性とコントラスト比について
第３図を用いて説明する。同図横軸は駆動電圧Ｖ、縦軸
は液晶セルの透過率Ｐを示している。特性Ｉはパターン
形成部の特性であり、特性IIがパターン非形成部の特性
である。このような特性でのコントラスト比Ｋは、駆動
電圧、例えば、V1におけるパターン非形成部の透過率に
対するパターン形成部の透過率の比として、一般的に、 液晶物性として、高温度になると弾性定数が小さくな
り、同一駆動電圧に対する透過率が増加することも良く
知られており、例えば、岡野光治・小林駿介共編：液晶
一応用編：培風館（昭61）によれば、第３図の特性Ｉは
温度上昇により第４図のように左側へ特性が移行すると
されている。図示していない特性IIも特性Ｉと同様に左
側へ移行するため、駆動電圧Ｖを一定に保つたまま、液
晶温度が上昇すると、コントラスト比は低下する。温度
とコントラスト比との関係を第５図に示す。On the other hand, the electro-optical characteristics and the contrast ratio of the liquid crystal will be described with reference to FIG. The abscissa in the figure shows the drive voltage V, and the ordinate shows the transmittance P of the liquid crystal cell. Characteristic I is the characteristic of the pattern forming part, and characteristic II is the characteristic of the pattern non-forming part. Contrast ratio K in such properties, the driving voltage, for example, as the ratio of the transmittance of the pattern forming portion for transmission of the pattern-free portion of the V 1, generally, It is well known that the liquid crystal physical properties are such that the elastic constant decreases as the temperature increases and the transmittance for the same drive voltage increases. For example, Koji Okano and Shunsuke Kobayashi: Liquid Crystal One Application: Baifukan (Showa 61) According to this, the characteristic I in FIG. 3 shifts to the left as shown in FIG. 4 due to a rise in temperature. The characteristic II (not shown) shifts to the left similarly to the characteristic I. Therefore, when the liquid crystal temperature increases while the driving voltage V is kept constant, the contrast ratio decreases. FIG. 5 shows the relationship between the temperature and the contrast ratio.
横軸が温度Ｔ、縦軸がコントラスト比Ｋである。同様
に、液晶温度がT2,T3,T4と変わるとき、コントラスト比
Ｋを最大にする駆動電圧を求めてみると、それぞれV2,V
3,V4と電圧を下げなければならないことがわかる。The horizontal axis represents the temperature T and the vertical axis represents the contrast ratio K. Similarly, when the liquid crystal temperature is changed and T 2, T 3, T 4 , Looking seek drive voltage to maximize the contrast ratio K, respectively V 2, V
3, V 4 and the voltage it can be seen that must be lowered.
液晶温度変化ΔＴに対する最適駆動電圧変化ΔV/ΔＴ
は液晶材質にもよるが電圧実効値表示で−６〜−15mV/d
egとされている。液晶セルとしての実用条件を考える
と、1/64デユーテイ駆動の場合で、駆動電圧14Vとして
電圧変化率は−40〜102mV/degになる。従つて、30degの
温度変化を生じれば、−1.2〜−3V駆動電圧を調整しな
ければならない。Optimal driving voltage change ΔV / ΔT for liquid crystal temperature change ΔT
Is -6 to -15 mV / d in effective voltage display, depending on the liquid crystal material
eg. Considering practical conditions as a liquid crystal cell, the voltage change rate is −40 to 102 mV / deg with a drive voltage of 14 V in the case of 1/64 duty drive. Therefore, if a temperature change of 30 deg occurs, the -1.2 to -3 V drive voltage must be adjusted.
液晶セル４に使用する液晶材が選定されれば、そのΔ
V/ΔＴは決定され、それにより、第６図に示す特性は求
められる。この液晶温度に対する最適駆動電圧特性と第
２図に示した温度特性をデータベース17に記録させてお
けば、各レーザ照射条件により、中央制御系16により液
晶制御系６へ駆動電圧設定指令が出され、絶えず、高コ
ントラスト比を得られる状態に制御できる。その後、レ
ーザ制御系15へレーザ発振指令が出され、刻印が行なわ
れる。If the liquid crystal material used for the liquid crystal cell 4 is selected, its Δ
V / ΔT is determined, whereby the characteristics shown in FIG. 6 are obtained. If the optimum driving voltage characteristics for the liquid crystal temperature and the temperature characteristics shown in FIG. 2 are recorded in the database 17, a driving voltage setting command is issued from the central control system 16 to the liquid crystal control system 6 according to each laser irradiation condition. , And can be constantly controlled to obtain a high contrast ratio. Thereafter, a laser oscillation command is issued to the laser control system 15, and marking is performed.
本実施例によれば、レーザ照射条件がどのように変ろ
うとも、レーザ照射時の液晶温度上昇を予測し、液晶セ
ル駆動電圧を最適化することができる。According to the present embodiment, it is possible to predict a rise in liquid crystal temperature during laser irradiation and optimize the liquid crystal cell drive voltage, no matter how the laser irradiation conditions change.
上記実施例ではレーザ照射時の温度上昇特性そのもの
をデータベース17に記録させていたが、指示されるレー
ザ照射条件により、中央制御系16内で演算を行なわせ、
温度上昇特性を求め、データベース17の温度−駆動電圧
特性より、最適駆動電圧を求めるシーケンスとしてもそ
の効果は変わらない。In the above embodiment, the temperature rise characteristic itself at the time of laser irradiation was recorded in the database 17, but according to the designated laser irradiation condition, the calculation was performed in the central control system 16,
Even if the temperature rise characteristic is obtained and the sequence for obtaining the optimum drive voltage is obtained from the temperature-drive voltage characteristic of the database 17, the effect remains unchanged.
また、実施例によれば、被加工物へのレーザ照射条件
出しに際し、レーザ照射一条件に対し液晶セル駆動系の
設定が自動的に最適化されるのでレーザ条件出しの時間
を大幅に短縮することができる。Further, according to the embodiment, when setting the laser irradiation conditions on the workpiece, the setting of the liquid crystal cell driving system is automatically optimized for one laser irradiation condition, so that the time for setting the laser conditions is greatly reduced. be able to.
本発明によれば、液晶の温度上昇に対して、常時、液
晶駆動電圧を最適化制御できるので、レーザ照射条件に
かかわらず、一定のコントラスト比が得られ、刻印品質
安定化の効果がある。According to the present invention, since the liquid crystal driving voltage can always be optimized and controlled with respect to the temperature rise of the liquid crystal, a constant contrast ratio can be obtained irrespective of the laser irradiation conditions, and the effect of stabilizing the marking quality can be obtained.
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例のブロツク図、第２図は温度
上昇特性図、第３図は電気光学特性図、第４図は電気光
学特性の温度変化図、第５図はコントラスト比の温度依
存特性図、第６図は温度−コントラスト比−電圧特性図
である。 １……パルスレーザ、４……液晶セル、５……液晶駆動
系、15……レーザ制御系、16……中央制御系、17……デ
ータベース。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a temperature rise characteristic diagram, FIG. 3 is an electro-optical characteristic diagram, and FIG. FIG. 5 is a temperature dependence characteristic diagram of the contrast ratio, and FIG. 6 is a temperature-contrast ratio-voltage characteristic diagram. 1 ... pulse laser, 4 ... liquid crystal cell, 5 ... liquid crystal drive system, 15 ... laser control system, 16 ... central control system, 17 ... database.
Claims (1)
ーザ光を照射し、該透過型液晶セルを透過したレーザビ
ームにより被加工物にパターンを刻印するレーザマーカ
において、前記レーザマーカのエネルギー密度、レーザ
パルスの繰り返し周波数に基づき前記透過型液晶セルの
駆動電圧を、最適化制御する手段を設けたことを特徴と
するレーザマーカ。1. A laser marker for irradiating a transmission type liquid crystal cell on which a pattern is displayed with a laser beam and engraving a pattern on a workpiece by a laser beam transmitted through the transmission type liquid crystal cell, wherein an energy density of the laser marker, A laser marker comprising means for optimizing and controlling a driving voltage of the transmission type liquid crystal cell based on a pulse repetition frequency.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63316388A JP2644865B2 (en) | 1988-12-16 | 1988-12-16 | Laser marker |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63316388A JP2644865B2 (en) | 1988-12-16 | 1988-12-16 | Laser marker |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02165880A JPH02165880A (en) | 1990-06-26 |
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ID=18076527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP63316388A Expired - Lifetime JP2644865B2 (en) | 1988-12-16 | 1988-12-16 | Laser marker |
Country Status (1)
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Families Citing this family (2)
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Family Cites Families (2)
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| JPS5638888A (en) * | 1979-09-07 | 1981-04-14 | Hitachi Ltd | Pattern forming method |
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-
1988
- 1988-12-16 JP JP63316388A patent/JP2644865B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02165880A (en) | 1990-06-26 |
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