JP2662065B2 - レーザー・マーキング用光学システム - Google Patents
レーザー・マーキング用光学システムInfo
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- JP2662065B2 JP2662065B2 JP1500313A JP50031388A JP2662065B2 JP 2662065 B2 JP2662065 B2 JP 2662065B2 JP 1500313 A JP1500313 A JP 1500313A JP 50031388 A JP50031388 A JP 50031388A JP 2662065 B2 JP2662065 B2 JP 2662065B2
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- concave mirror
- laser
- optical system
- mirror
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
- B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Dot-Matrix Printers And Others (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はレーザー・マーキング用であって、且つ−既
定の断面寸法を持ったレーザーにより放射された光ビー
ムの方向に見た場合−マスク・パターンを含んでいるマ
スクと、レンズのような映像生成手段とを具えており、
且つそこでこのマスク上のレーザー・ビームの断面寸法
が、前記マスク・パターンの横断寸法より僅かに大きい
光学システムに関連する。
定の断面寸法を持ったレーザーにより放射された光ビー
ムの方向に見た場合−マスク・パターンを含んでいるマ
スクと、レンズのような映像生成手段とを具えており、
且つそこでこのマスク上のレーザー・ビームの断面寸法
が、前記マスク・パターンの横断寸法より僅かに大きい
光学システムに関連する。
現在のマスキング以上にこのレーザーマスキングも、
マスクを通過するレーザー・ビームにより、物品から薄
い表面層が取り除かれあるいは蒸発させられる全ての加
工を含んでいる。
マスクを通過するレーザー・ビームにより、物品から薄
い表面層が取り除かれあるいは蒸発させられる全ての加
工を含んでいる。
技術の背景 例えば銅またはステンレス鋼で作られ、且つ所望のパ
ターンが除去されているマスクの方にレーザー・ビーム
を向けることにより、着色紙または延展アルミニウムの
ような種々の表面上に、数字または日付のようなマーク
を彫り込むために、短い高エネルギー・レーザー・パル
スを用いることは一般的に知られている。この方法では
レーザー光の、典型的には10％以下の小部分がマスクの
開口及び普通はレンズを含んでいる映像産出光学システ
ムを通過し、物品の表面上に映像される。
ターンが除去されているマスクの方にレーザー・ビーム
を向けることにより、着色紙または延展アルミニウムの
ような種々の表面上に、数字または日付のようなマーク
を彫り込むために、短い高エネルギー・レーザー・パル
スを用いることは一般的に知られている。この方法では
レーザー光の、典型的には10％以下の小部分がマスクの
開口及び普通はレンズを含んでいる映像産出光学システ
ムを通過し、物品の表面上に映像される。
しかしながら、レーザー光のほとんど大部分は除去さ
れてないマスクの部分により反射され、従ってこのやり
方はレーザーの効率を低水準にしか使用していない。そ
の上更に、マスクにより反射された放射線はレーザーの
動作について妨害し得て、極端な場合にはその一部を損
傷するので、反射された放射線が前記レーザーの方へ向
けられた場合には、マスクにより反射された放射線がそ
のレーザーに損傷を与える。それ故にこのマスクはしば
しばビームに対向するマスクの表面上で散漫に反射する
か、または吸収するように作られる。
れてないマスクの部分により反射され、従ってこのやり
方はレーザーの効率を低水準にしか使用していない。そ
の上更に、マスクにより反射された放射線はレーザーの
動作について妨害し得て、極端な場合にはその一部を損
傷するので、反射された放射線が前記レーザーの方へ向
けられた場合には、マスクにより反射された放射線がそ
のレーザーに損傷を与える。それ故にこのマスクはしば
しばビームに対向するマスクの表面上で散漫に反射する
か、または吸収するように作られる。
高反射材料のレーザー加工に関しては、US−Ａ−4,48
0,168がミラー・システムのすぐ下に置かれた物体の表
面からの反射を捕捉するため、及び前記反射をそれによ
って材料内への光の結合を増加するために物体の表面へ
再反射するためのミラー・システムの使用を開示してい
る。従ってこの出版物が焦点調節されたレーザー・ビー
ムの通過を許容する小さい開口を有する上側凹面鏡と、
その上側鏡に対向している反射面とレーザー・ビームが
このミラー・システムを退去することを許容する大きい
開口とを有する下側鏡とを具え、このミラー・システム
へ反射し返されるように物体の表面を照射するミラー・
システムを開示している。この物体の表面は従って前記
表面への光の増大された結合を達成するために、このミ
ラー・システムの本質的な部分を形成している。言い換
えれば、表面からの反射は上側鏡によってその表面へ向
け直される。
0,168がミラー・システムのすぐ下に置かれた物体の表
面からの反射を捕捉するため、及び前記反射をそれによ
って材料内への光の結合を増加するために物体の表面へ
再反射するためのミラー・システムの使用を開示してい
る。従ってこの出版物が焦点調節されたレーザー・ビー
ムの通過を許容する小さい開口を有する上側凹面鏡と、
その上側鏡に対向している反射面とレーザー・ビームが
このミラー・システムを退去することを許容する大きい
開口とを有する下側鏡とを具え、このミラー・システム
へ反射し返されるように物体の表面を照射するミラー・
システムを開示している。この物体の表面は従って前記
表面への光の増大された結合を達成するために、このミ
ラー・システムの本質的な部分を形成している。言い換
えれば、表面からの反射は上側鏡によってその表面へ向
け直される。
上記のシステムが物体のレーザー・マーキングのため
に使用された場合には、前記刊行物によると、物体は下
側鏡に非常に接近して置かれなければならず、マーキン
グにより除去された材料が大きい開口の縁に噴出し、そ
の上に沈積されるというむしろ不運な副作用を伴う。そ
の結果、この開口の形状と寸法とが徐々に変化する。
に使用された場合には、前記刊行物によると、物体は下
側鏡に非常に接近して置かれなければならず、マーキン
グにより除去された材料が大きい開口の縁に噴出し、そ
の上に沈積されるというむしろ不運な副作用を伴う。そ
の結果、この開口の形状と寸法とが徐々に変化する。
本発明の説明 本発明の目的は、レーザー・マーキング用の光学シス
テムを提供して、既定のレーザー・マーキング用の光学
システムに比較して実質的に改良された効率を発揮し、
且つそれが結果としてのマークの質を改良することであ
る。
テムを提供して、既定のレーザー・マーキング用の光学
システムに比較して実質的に改良された効率を発揮し、
且つそれが結果としてのマークの質を改良することであ
る。
本発明によるこの光学システムは、レンズのような焦
点調節手段と凹面鏡とがレーザーとマスクとの間に置か
れ、その焦点調節手段が焦点調節の後にマスク上に前記
断面寸法を有するようにレーザーにより放射されたレー
ザー・ビームを焦点調節するように置かれており、その
凹面鏡が前記商店調節手段の焦点内にその凹面鏡の頂点
を有し、且つマスクに対向している反射面を有して置か
れており、且つそこで入口開口がその頂点の近くに形成
されており、前記入口開口の断面寸法は前記焦点の断面
寸法よりも僅かだけ大きく、そのマスクは前記凹面鏡に
対向する反射面を有する鏡として、なるべくは平面鏡と
して形成され、且つ凹面鏡の曲率半径はマスクと凹面鏡
との間の距離の二倍よりも長いことを特徴とする。
点調節手段と凹面鏡とがレーザーとマスクとの間に置か
れ、その焦点調節手段が焦点調節の後にマスク上に前記
断面寸法を有するようにレーザーにより放射されたレー
ザー・ビームを焦点調節するように置かれており、その
凹面鏡が前記商店調節手段の焦点内にその凹面鏡の頂点
を有し、且つマスクに対向している反射面を有して置か
れており、且つそこで入口開口がその頂点の近くに形成
されており、前記入口開口の断面寸法は前記焦点の断面
寸法よりも僅かだけ大きく、そのマスクは前記凹面鏡に
対向する反射面を有する鏡として、なるべくは平面鏡と
して形成され、且つ凹面鏡の曲率半径はマスクと凹面鏡
との間の距離の二倍よりも長いことを特徴とする。
この方法では、マスク開口を直線通過しないレーザー
・ビームの部分が反射面即ちマスクの鏡面により反射さ
れるので、マスクを通り照射されるエネルギーの量が増
加される。この光はこの光を次々にマスクへ反射する凹
面鏡へ反射し返され、それ故にレーザー・ビームの付加
的部分がマスク開口を通過する。反射鏡の反射面の寸法
と、従ってこの凹面鏡により反射される光の量は、焦点
調節手段によって鏡の頂点にある小さい開口内に焦点調
節されているレーザー・ビームにより最大限に利用され
る。それに加えて凹面鏡の小さい入口開口が、マスクか
ら前記レーザーへの起こり得る障害を与える反射に対し
て、このレーザーを保護する。更にこの上、このマスク
のマスク・パターンは均等に照射されて、且つ従ってエ
ネルギーが放射される光内に均等に分布される。この方
法ではレーザーから生じるレーザー・ビームのエネルギ
ー分布での不規則性に対する補償が与えられ、前記不規
則性はレーザー・ビームの断面形状に依存するレーザー
・ビーム内に線としてレビザー・ビームが発生される通
りに現れる。その結果完全なマークが物体上に得られ
る。このレーザーは特に、凹面鏡の曲率半径と前記凹面
鏡とマスクとの間の距離との間の指示された関係が、マ
スクにより、続いて凹面鏡により反射される放射線が全
マスク・パターンを暴露、最初にそれがマスクを照射
し、且つそこでエネルギーの最高内容を含むことを保証
するという事実によっている。
・ビームの部分が反射面即ちマスクの鏡面により反射さ
れるので、マスクを通り照射されるエネルギーの量が増
加される。この光はこの光を次々にマスクへ反射する凹
面鏡へ反射し返され、それ故にレーザー・ビームの付加
的部分がマスク開口を通過する。反射鏡の反射面の寸法
と、従ってこの凹面鏡により反射される光の量は、焦点
調節手段によって鏡の頂点にある小さい開口内に焦点調
節されているレーザー・ビームにより最大限に利用され
る。それに加えて凹面鏡の小さい入口開口が、マスクか
ら前記レーザーへの起こり得る障害を与える反射に対し
て、このレーザーを保護する。更にこの上、このマスク
のマスク・パターンは均等に照射されて、且つ従ってエ
ネルギーが放射される光内に均等に分布される。この方
法ではレーザーから生じるレーザー・ビームのエネルギ
ー分布での不規則性に対する補償が与えられ、前記不規
則性はレーザー・ビームの断面形状に依存するレーザー
・ビーム内に線としてレビザー・ビームが発生される通
りに現れる。その結果完全なマークが物体上に得られ
る。このレーザーは特に、凹面鏡の曲率半径と前記凹面
鏡とマスクとの間の距離との間の指示された関係が、マ
スクにより、続いて凹面鏡により反射される放射線が全
マスク・パターンを暴露、最初にそれがマスクを照射
し、且つそこでエネルギーの最高内容を含むことを保証
するという事実によっている。
本発明によると、凹面鏡の曲率半径はこの凹面鏡とマ
スクとの間の距離の実質的に３〜10倍の範囲内であれば
よい。エネルギーの均一な分布と高効率との間の適当な
妥協が達成され得るという試験結果が示された。
スクとの間の距離の実質的に３〜10倍の範囲内であれば
よい。エネルギーの均一な分布と高効率との間の適当な
妥協が達成され得るという試験結果が示された。
その上、本発明によると、反射する内面を有する長く
て真っ直ぐな円筒状導波管が同軸的に且つ実質的に凹面
鏡とマスクとの間に延在し得る。その結果、マスクと一
緒に安定な共振器を構成している凹面鏡が光軸の近くに
放射線を集中するように試みる一方で、この導波管が光
軸から最も離れた放射線を集中することを試みるので、
マスク上のエネルギーの分布、及びそれによってマスク
開口を通過するレーザー・ビームの分布も均一である。
この方法によって、エネルギーの非常に均一な分布がマ
スク全体で得られる。
て真っ直ぐな円筒状導波管が同軸的に且つ実質的に凹面
鏡とマスクとの間に延在し得る。その結果、マスクと一
緒に安定な共振器を構成している凹面鏡が光軸の近くに
放射線を集中するように試みる一方で、この導波管が光
軸から最も離れた放射線を集中することを試みるので、
マスク上のエネルギーの分布、及びそれによってマスク
開口を通過するレーザー・ビームの分布も均一である。
この方法によって、エネルギーの非常に均一な分布がマ
スク全体で得られる。
さらにその上本発明によると、円筒状導波管の断面寸
法はマスク上に入ってくる光ビームの断面寸法の１〜
５、なるべくならば1.5〜2.5倍に相当するとよい。この
方法では導波管の最大効率が凹面鏡の焦点距離に依存し
て得られる。
法はマスク上に入ってくる光ビームの断面寸法の１〜
５、なるべくならば1.5〜2.5倍に相当するとよい。この
方法では導波管の最大効率が凹面鏡の焦点距離に依存し
て得られる。
その上本発明によると、凹面鏡の入口開口とこの導波
管との双方がこのレーザー・ビームと調和した断面、な
るべくなら矩形の断面、且つ特に正方形断面を有すると
よい。
管との双方がこのレーザー・ビームと調和した断面、な
るべくなら矩形の断面、且つ特に正方形断面を有すると
よい。
その上凹面鏡とマスクとの間の距離は本発明によって
焦点調節手段の焦点距離と実質的に一致し得る。そのよ
うな一実施例は、効率とマーキングの質との両者に関す
る限り、事実上卓越した結果を与える。
焦点調節手段の焦点距離と実質的に一致し得る。そのよ
うな一実施例は、効率とマーキングの質との両者に関す
る限り、事実上卓越した結果を与える。
それに加えて、本発明によると、焦点調節手段は150
〜500mm、なるべくなら250〜375mmの焦点距離を有する
ものであるとよく、前記比較的長い焦点距離が凹面鏡の
入口開口内と、マスクの開口内との両者におけるプラズ
マ形成の危険を減少する。
〜500mm、なるべくなら250〜375mmの焦点距離を有する
ものであるとよく、前記比較的長い焦点距離が凹面鏡の
入口開口内と、マスクの開口内との両者におけるプラズ
マ形成の危険を減少する。
焦点調節手段と対向する側で凹面鏡は入口開口の近く
に頂点を有する切頭円錐状面を具える。この方法によっ
て入口開口の縁に入射し得るレーザー・ビームの部分が
レーザーへ反射し返されることを防止し、且つそれによ
って前記レーザーを起こり得る損傷結果に曝すことを防
止する。
に頂点を有する切頭円錐状面を具える。この方法によっ
て入口開口の縁に入射し得るレーザー・ビームの部分が
レーザーへ反射し返されることを防止し、且つそれによ
って前記レーザーを起こり得る損傷結果に曝すことを防
止する。
凹面鏡と、円筒状導波管及びマスクとが一緒に更にそ
の上本発明によって保護ガスを供給され得る圧力室を形
成し、それによって反射面の望ましくない酸化が防止さ
れ、且つそのガスが入口開口とマスク開口とにおけるプ
ラズマ形成を防止する。
の上本発明によって保護ガスを供給され得る圧力室を形
成し、それによって反射面の望ましくない酸化が防止さ
れ、且つそのガスが入口開口とマスク開口とにおけるプ
ラズマ形成を防止する。
その上発明によると、焦点調節手段と映像産出手段と
が保護ガスを供給され得る圧力室の端壁を形成できる。
この方法によって、保護ガスの消費が最小にされると同
時に、入口開口の直前とマスク開口の後とにおけるプラ
ズマ形成の危険が除去される。
が保護ガスを供給され得る圧力室の端壁を形成できる。
この方法によって、保護ガスの消費が最小にされると同
時に、入口開口の直前とマスク開口の後とにおけるプラ
ズマ形成の危険が除去される。
最後に本発明によって、凹面鏡の反射面は複数の小さ
い平面鏡片により形成されてもよく、それがマスク上に
エネルギーの非常に均一な分布を、またそれ故に物体上
に非常に均一なマークを与える。
い平面鏡片により形成されてもよく、それがマスク上に
エネルギーの非常に均一な分布を、またそれ故に物体上
に非常に均一なマークを与える。
本発明の好適な実施例の説明 本発明を以下に添付の図面を参照して一層詳細に説明
するが、その図では唯一の図面が本発明による光学シス
テムの一実施例の図式的側面図である。
するが、その図では唯一の図面が本発明による光学シス
テムの一実施例の図式的側面図である。
本発明によるレーザー・マスキング用光学システム
は、−レーザー１からレーザー・ビームの方向に見た場
合−なるべくは矩形の、且つ特に正方形の断面寸法を有
するレーザー・ビームと同軸的に置かれた焦点調節レン
ズ２を具えている。このレンズ２はなるべく比較的長い
焦点距離ａを有するものである。凹面鏡３がそのレンズ
の焦点内に頂点を有して置かれており、前記凹面鏡の反
射面即ち鏡面４は、そのレーザー・ビームの方向と反対
に向いており、比較的大きい曲率半径R4のものである。
入口開口５が凹面鏡３の頂点の近くに形成されており、
レーザー・ビームの断面寸法に適合している。この人工
開口５は焦点調節するレーザー・ビームの通過を許容
し、且つ焦点の断面寸法よりも僅かに大きい断面寸法の
ものである。焦点調節レンズ２と対向している凹面鏡３
の側は、入口開口の近くにその頂点を有する切頭円錐状
面６を具えている。この切頭円錐面が、入口開口の縁に
入射し得るレーザー・ビームの部分がレーザーへ反射し
返されるのを防止し、且つそれにより前記レーザーを損
傷するのを防止する。
は、−レーザー１からレーザー・ビームの方向に見た場
合−なるべくは矩形の、且つ特に正方形の断面寸法を有
するレーザー・ビームと同軸的に置かれた焦点調節レン
ズ２を具えている。このレンズ２はなるべく比較的長い
焦点距離ａを有するものである。凹面鏡３がそのレンズ
の焦点内に頂点を有して置かれており、前記凹面鏡の反
射面即ち鏡面４は、そのレーザー・ビームの方向と反対
に向いており、比較的大きい曲率半径R4のものである。
入口開口５が凹面鏡３の頂点の近くに形成されており、
レーザー・ビームの断面寸法に適合している。この人工
開口５は焦点調節するレーザー・ビームの通過を許容
し、且つ焦点の断面寸法よりも僅かに大きい断面寸法の
ものである。焦点調節レンズ２と対向している凹面鏡３
の側は、入口開口の近くにその頂点を有する切頭円錐状
面６を具えている。この切頭円錐面が、入口開口の縁に
入射し得るレーザー・ビームの部分がレーザーへ反射し
返されるのを防止し、且つそれにより前記レーザーを損
傷するのを防止する。
凹面鏡３を通過したレーザー・ビームは凹面鏡と対向
している反射面即ち鏡面９を有するマスク７により迎え
られる。このマスク７は互いに離れて及び／又は互いに
接して配設された幾つかのマスク部分あるいは区域を光
学的に具え得る。凹面鏡３とマスク７との間の距離ｂは
この実施例では焦点調節レンズ２の焦点距離ａと実質的
に一致し、それ故にマスク上のレーザー・ビームの断面
寸法D1はレーザー１から発生するビームの断面寸法に実
質的に一致する。マスク・パターン即ちマスク開口８が
マスク７内に形成され、このマスク・パターンの横断寸
法はマスク上のレーザー・ビームの断面寸法D1より僅か
に小さい。
している反射面即ち鏡面９を有するマスク７により迎え
られる。このマスク７は互いに離れて及び／又は互いに
接して配設された幾つかのマスク部分あるいは区域を光
学的に具え得る。凹面鏡３とマスク７との間の距離ｂは
この実施例では焦点調節レンズ２の焦点距離ａと実質的
に一致し、それ故にマスク上のレーザー・ビームの断面
寸法D1はレーザー１から発生するビームの断面寸法に実
質的に一致する。マスク・パターン即ちマスク開口８が
マスク７内に形成され、このマスク・パターンの横断寸
法はマスク上のレーザー・ビームの断面寸法D1より僅か
に小さい。
細長い真っ直ぐな円筒状導波管10が凹面鏡３とマスク
７との間に同軸的に置かれている。この導波管がその内
面11上で反射しており、レーザー・ビームの断面寸法に
適合している断面寸法のものである。図解した実施例で
はこの導波管10の内側断面寸法Ｄは、マスク７上のレー
ザー・ビームの断面寸法D1の２倍に実質的に相当する。
７との間に同軸的に置かれている。この導波管がその内
面11上で反射しており、レーザー・ビームの断面寸法に
適合している断面寸法のものである。図解した実施例で
はこの導波管10の内側断面寸法Ｄは、マスク７上のレー
ザー・ビームの断面寸法D1の２倍に実質的に相当する。
マスク７に迎えられたレーザー・ビームの一部はマス
ク・パターン即ちマスク開口８を直接通過し、一方レー
ザー・ビームの残りの部分はマスク７の鏡面９により反
射され、それにより凹面鏡３の反射面４へ向け返され
る。次々に反射面４がマスクの方へ光を向けて、その後
このレーザー・ビームの付加的部分がマスク・パターン
８を通過する。同時に導波管10の反射する内面11が、マ
スク７の反射面９あるいは反射面４によりこの内面に向
けて反射された放射線を反射する。
ク・パターン即ちマスク開口８を直接通過し、一方レー
ザー・ビームの残りの部分はマスク７の鏡面９により反
射され、それにより凹面鏡３の反射面４へ向け返され
る。次々に反射面４がマスクの方へ光を向けて、その後
このレーザー・ビームの付加的部分がマスク・パターン
８を通過する。同時に導波管10の反射する内面11が、マ
スク７の反射面９あるいは反射面４によりこの内面に向
けて反射された放射線を反射する。
一般に反射面４及び９が光軸の近くに接近して放射線
を集中しようと試みている間に、正方形の断面寸法を有
する導波管10が、一般に放射線を均一化しあるいは光軸
から遠く離れた前記放射線を集中しようと試み、且つそ
れによってマスク７全体にエネルギーの均一な分布を与
えようと試みる。更にその上この導波管はマスク・パタ
ーン８を通過するレーザー放射線が、映像産出レンズ12
に迎えられた場合に、エネルギーの非常に均一な分布を
現すことを意味する。この映像産出レンズ12はマスク７
の後ろに光軸と同軸的に置かれ、マークをつけられるべ
き物体14の表面にマスク・パターン８の映像13を作り出
す。典型的には約0.5〜20ジュールのパルス・エネルギ
ーと、典型的には10〜1000nsのパルス長を伴う強くて短
いレーザー・パルスが使用されるので、このレーザー放
射線が物体の薄い表面層を蒸発させ物体上にマスクの映
像を残す。
を集中しようと試みている間に、正方形の断面寸法を有
する導波管10が、一般に放射線を均一化しあるいは光軸
から遠く離れた前記放射線を集中しようと試み、且つそ
れによってマスク７全体にエネルギーの均一な分布を与
えようと試みる。更にその上この導波管はマスク・パタ
ーン８を通過するレーザー放射線が、映像産出レンズ12
に迎えられた場合に、エネルギーの非常に均一な分布を
現すことを意味する。この映像産出レンズ12はマスク７
の後ろに光軸と同軸的に置かれ、マークをつけられるべ
き物体14の表面にマスク・パターン８の映像13を作り出
す。典型的には約0.5〜20ジュールのパルス・エネルギ
ーと、典型的には10〜1000nsのパルス長を伴う強くて短
いレーザー・パルスが使用されるので、このレーザー放
射線が物体の薄い表面層を蒸発させ物体上にマスクの映
像を残す。
凹面鏡３と、円筒状導波管10及びマスク７とが一緒
に、入口開口16を通って保護ガスを供給され得る圧力室
15を形成している。この保護ガスは、凹面鏡３の入口開
口５とマスク７のマスク・パターン８との両者を通って
この圧力室を去り得る。さもなければプラズマがこれら
の開口を覆うので、この保護ガスが反射面4,9,11の望ま
しくない酸化を防止し、入口開口５とマスク開口８とに
おけるプラズマ形成を防止する。高イオン・ポテンシャ
ルのガスが保護ガスとして用いられ得る。
に、入口開口16を通って保護ガスを供給され得る圧力室
15を形成している。この保護ガスは、凹面鏡３の入口開
口５とマスク７のマスク・パターン８との両者を通って
この圧力室を去り得る。さもなければプラズマがこれら
の開口を覆うので、この保護ガスが反射面4,9,11の望ま
しくない酸化を防止し、入口開口５とマスク開口８とに
おけるプラズマ形成を防止する。高イオン・ポテンシャ
ルのガスが保護ガスとして用いられ得る。
この全体の光学システムが、図示してないハウジング
の中にこの光学システムの各構成要素が非常に正確に調
節され得るような方法で置かれ、それがこのシステムの
最良効果とこのシステムを離れるビームのエネルギーの
最良分布とを保証する。これらの調節の可能性は、 凹面鏡３とマスク７とにより与えられた共振器を最大
限に利用するために、二平面でそれの中心の周りで傾け
られ得る凹面鏡３と、 上記共振器を最大限に利用するために二平面でそれの
中心の周りでこれも傾けられ得るマスク７と、 入口開口５内のレーザー・ビームの焦点調節を保証す
るために三軸方向に動かされ得るレンズ２と、 凹面鏡３とマスク７とに同軸的に置かれ得る導波管10
と、 レーザー・ビームが正しい角度で光学システムの部分
へ入ることを保証するために二平面で入口開口５の中心
の周りで傾けられ得る、凹面鏡３と導波管10、及びマス
ク７とを具えた光学システムの部分と、 マスク・パターン８を通って離れる光の最大部分が受
け取られ且つ正しい寸法で映像産出されるような方法で
マスク７に関して三軸方向に正しく位置決めされ得る映
像産出レンズ12と、 その物体の表面に鮮明な映像を達成するための全光学
システムと物体14との 間の距離ｍと、 を含む。
の中にこの光学システムの各構成要素が非常に正確に調
節され得るような方法で置かれ、それがこのシステムの
最良効果とこのシステムを離れるビームのエネルギーの
最良分布とを保証する。これらの調節の可能性は、 凹面鏡３とマスク７とにより与えられた共振器を最大
限に利用するために、二平面でそれの中心の周りで傾け
られ得る凹面鏡３と、 上記共振器を最大限に利用するために二平面でそれの
中心の周りでこれも傾けられ得るマスク７と、 入口開口５内のレーザー・ビームの焦点調節を保証す
るために三軸方向に動かされ得るレンズ２と、 凹面鏡３とマスク７とに同軸的に置かれ得る導波管10
と、 レーザー・ビームが正しい角度で光学システムの部分
へ入ることを保証するために二平面で入口開口５の中心
の周りで傾けられ得る、凹面鏡３と導波管10、及びマス
ク７とを具えた光学システムの部分と、 マスク・パターン８を通って離れる光の最大部分が受
け取られ且つ正しい寸法で映像産出されるような方法で
マスク７に関して三軸方向に正しく位置決めされ得る映
像産出レンズ12と、 その物体の表面に鮮明な映像を達成するための全光学
システムと物体14との 間の距離ｍと、 を含む。
これらの調節の大多数が勿論光学システムの製造者に
よって実行されるので、この光学システムの使用者は絶
対に必要な調節を実行する必要があるのみである。
よって実行されるので、この光学システムの使用者は絶
対に必要な調節を実行する必要があるのみである。
D0＝20×20mmの断面寸法のレーザー・ビーム及び、ａ
＝ｂ＝330mm、R4＝2000mmで且つＤ＝36×36mmの寸法の
光学システムの使用によって、物体上に作られるマーク
の鮮明さが改善されと同時に、本発明による光学システ
ムは約100％のエネルギーの増加を与えることを実験が
示した。
＝ｂ＝330mm、R4＝2000mmで且つＤ＝36×36mmの寸法の
光学システムの使用によって、物体上に作られるマーク
の鮮明さが改善されと同時に、本発明による光学システ
ムは約100％のエネルギーの増加を与えることを実験が
示した。
映像産出レンズ12は、有益であると考えられる場合に
は、連続して配置されたもっと多くのレンズによって置
き換えてもよい。更にその上凹面鏡３の反射面は、連続
した面の鏡の代わりに、反射面を一緒に形成している複
数の小さい鏡を具えてもよい。更にその上、例えば円の
ような矩形以外の断面寸法のレーザー・ビームを放射す
るレーザーを使用してもよく、また入口開口と導波管と
はそれに適合しないかあるいは相互に適合しない他の断
面寸法のものであってもよい。更にその上、導波管は完
全に省略してもよい。
は、連続して配置されたもっと多くのレンズによって置
き換えてもよい。更にその上凹面鏡３の反射面は、連続
した面の鏡の代わりに、反射面を一緒に形成している複
数の小さい鏡を具えてもよい。更にその上、例えば円の
ような矩形以外の断面寸法のレーザー・ビームを放射す
るレーザーを使用してもよく、また入口開口と導波管と
はそれに適合しないかあるいは相互に適合しない他の断
面寸法のものであってもよい。更にその上、導波管は完
全に省略してもよい。
図面の簡単な説明 図は本発明による光学システムの一実施例の図式的側
面図である。
面図である。
１…レーザー ２…焦点調節レンズ ３…凹面鏡 ４…凹面鏡の反射面即ち鏡面 ５…入口開口 ６…切頭円錐状面 ７…マスク ８…マスク・パターン即ちマスク開口 ９…凹面鏡と対向している反射面即ち鏡面 10…細長い真っ直ぐな円筒状導波管 11…導波管の反射する内面 12…映像産出レンズ 13…マスク・パターンの映像 14…マークをつけられるべき物体 15…圧力室 16…入口開口 ａ…焦点調節レンズの焦点距離 ｂ…凹面鏡とマスクとの間の距離 ｍ…全光学システムと物体との間の距離 Ｄ…導波管の内側断面寸法 D0…レーザー・ビームの断面寸法 D1…マスク上のレーザー・ビームの断面寸法 R4…比較的大きい曲率半径
Claims (11)
- 【請求項１】レーザー・マスキング用であって、且つ−
既定の断面寸法（D0）を持った、レーザー（１）により
放射された光ビームの方向に見た場合−マスク・パター
ン（８）を含んでいるマスク（７）と、レンズのような
映像生成手段（12）とを具えており、且つそこでこのマ
スク（７）上のレーザー・ビームの断面寸法（D1）が前
記マスク・パターン（８）の横断寸法より大きい光学シ
ステムにおいて、 レンズのような焦点調節手段（２）と凹面鏡（３）とが
レーザー（１）とマスク（７）との間に置かれ、その焦
点調節手段（２）はレーザー（１）により放射されたレ
ーザー・ビームを焦点調節の後にマスク（７）上に前記
断面寸法（D1）を有するように焦点調節するために置か
れており、その凹面鏡（３）は前記焦点調節手段（２）
の焦点内にその凹面鏡の頂点を有し、且つマスク（７）
に対向している反射面（４）を有して置かれており、且
つそこで入口開口（５）がその頂点の近くに形成され、
前記入口開口の横断寸法は焦点の断面寸法よりも僅かだ
け大きく、 前記マスク（７）は凹面鏡（３）と対向する反射面
（９）を有する鏡として形成され、 且つ凹面鏡（３）の曲率半径（R4）がマスク（７）と凹
面鏡（３）との間の距離（ｂ）の二倍よりも大きいこと
を特徴とするレーザー・マーキング用光学システム。 - 【請求項２】凹面鏡（３）の曲率半径（R4）が実質的に
凹面鏡（３）とマスク（７）との間の距離（ｂ）の３〜
10倍の範囲であることを特徴とする請求項１記載のレー
ザー・マーキング用光学システム。 - 【請求項３】反射する内面（11）を有する長くて真っ直
ぐな円筒状導波管（10）が同軸的に且つ実質的に凹面鏡
（３）とマスク（７）との間に延在することを特徴とす
る請求項２記載のレーザー・マーキング用光学システ
ム。 - 【請求項４】円筒状導波管（10）の断面寸法がマスク
（７）上に入ってくる光ビームの断面寸法（D1）の１〜
５倍に相当することを特徴とする請求項２記載のレーザ
ー・マーキング用光学システム。 - 【請求項５】凹面鏡（３）内の入口開口（５）と導波管
（10）との双方が前記レーザー・ビームに適合する断面
寸法のものであることを特徴とする請求項１〜４のうち
いずれか１項記載のレーザー・マーキング用光学システ
ム。 - 【請求項６】凹面鏡（３）とマスク（７）との間の距離
（ｂ）が焦点調節手段（２）の焦点距離（ａ）と実質的
に一致することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれ
か１項記載のレーザー・マーキング用光学システム。 - 【請求項７】焦点調節手段（２）が150〜500mmの範囲の
焦点距離を有することを特徴とする請求項１〜６のうち
いずれか１項記載のレーザー・マーキング用光学システ
ム。 - 【請求項８】焦点調節手段（２）と対向する側に凹面鏡
（３）が入口開口（５）の近くに頂点を有する切頭円錐
状面（６）を具えていることを特徴とする請求項１〜７
のうちいずれか１項記載のレーザー・マーキング用光学
システム。 - 【請求項９】凹面鏡（３）と、円筒状導波管（10）、及
びマスク（７）が一緒に、保護ガスを供給され得る圧力
室（15）を形成することを特徴とする請求項１〜８のう
ちいずれか１項記載のレーザー・マーキング用光学シス
テム。 - 【請求項１０】焦点調節手段（２）と映像産出手段（1
2）とが、保護ガスを供給され得る圧力室の端壁を形成
することを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項
記載のレーザー・マーキング用光学システム。 - 【請求項１１】凹面鏡（３）の反射面（４）が複数の小
さい平面鏡片により形成されることを特徴とする請求項
１〜10のうちいずれか１項記載のレーザー・マーキング
用光学システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK644787A DK160357C (da) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | Optiksystem til lasermaerkning |
| DK6447/87 | 1987-12-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03501466A JPH03501466A (ja) | 1991-04-04 |
| JP2662065B2 true JP2662065B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=8148751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1500313A Expired - Lifetime JP2662065B2 (ja) | 1987-12-08 | 1988-12-02 | レーザー・マーキング用光学システム |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5011253A (ja) |
| EP (1) | EP0396587B1 (ja) |
| JP (1) | JP2662065B2 (ja) |
| AT (1) | ATE82893T1 (ja) |
| AU (1) | AU2826789A (ja) |
| DE (1) | DE3876452T2 (ja) |
| DK (1) | DK160357C (ja) |
| WO (1) | WO1989005208A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4842782A (en) * | 1986-10-14 | 1989-06-27 | Allergan, Inc. | Manufacture of ophthalmic lenses by excimer laser |
| NL9002036A (nl) * | 1990-09-17 | 1992-04-16 | Philips Nv | Inrichting en werkwijze voor het met elektromagnetisch straling aanbrengen van merktekens op een voorwerp, en een voorwerp voorzien van merktekens. |
| US5601733A (en) * | 1993-09-30 | 1997-02-11 | Cymer, Inc. | Full field mask illumination enhancement methods and apparatus |
| US5768453A (en) * | 1994-12-13 | 1998-06-16 | Raytheon Company | Method and apparatus for concentrating and combining the energy of asymmetric diode laser beams |
| ES2112756B1 (es) * | 1995-05-23 | 1998-12-16 | Macsa Id Sa | Sistema de marcacion de puntos con laser. |
| EP0770925B1 (en) * | 1995-10-11 | 2002-01-02 | SANYO ELECTRIC Co., Ltd. | Photoprocessing method and apparatus |
| DE19724061C2 (de) * | 1997-06-07 | 2001-11-22 | Univ Stuttgart Strahlwerkzeuge | Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstückes |
| US6370837B1 (en) | 1999-08-04 | 2002-04-16 | Anthony B. Mcmahon | System for laying masonry blocks |
| US20030156819A1 (en) * | 2002-02-15 | 2003-08-21 | Mark Pruss | Optical waveguide |
| US7327916B2 (en) | 2003-03-11 | 2008-02-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Beam Homogenizer, laser irradiation apparatus, and method of manufacturing a semiconductor device |
| JP4494045B2 (ja) * | 2003-03-11 | 2010-06-30 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | ビームホモジナイザ及びレーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT329717B (de) * | 1973-03-28 | 1976-05-25 | Vianova Kunstharz Ag | Anordnung und verfahren zum harten von anstrichstoffen und uberzugen mittels von irasern emittierter infrarot-strahlung |
| US4480168A (en) * | 1982-03-29 | 1984-10-30 | Canadian Patents & Development Limited | Laser-surface coupler |
-
1987
- 1987-12-08 DK DK644787A patent/DK160357C/da not_active IP Right Cessation
-
1988
- 1988-12-02 WO PCT/DK1988/000201 patent/WO1989005208A1/en active IP Right Grant
- 1988-12-02 EP EP89900584A patent/EP0396587B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-02 AT AT89900584T patent/ATE82893T1/de active
- 1988-12-02 US US07/474,136 patent/US5011253A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-02 DE DE8989900584T patent/DE3876452T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-12-02 AU AU28267/89A patent/AU2826789A/en not_active Abandoned
- 1988-12-02 JP JP1500313A patent/JP2662065B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| AU2826789A (en) | 1989-07-05 |
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| DK160357B (da) | 1991-03-04 |
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| EP0396587A1 (en) | 1990-11-14 |
| EP0396587B1 (en) | 1992-12-02 |
| DE3876452T2 (de) | 1993-06-09 |
| WO1989005208A1 (en) | 1989-06-15 |
| DK160357C (da) | 1991-08-12 |
| DE3876452D1 (de) | 1993-01-14 |
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| JPH03501466A (ja) | 1991-04-04 |
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