JPH08276288A - 基体処理デバイス - Google Patents

基体処理デバイス

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JPH08276288A
JPH08276288A JP8073783A JP7378396A JPH08276288A JP H08276288 A JPH08276288 A JP H08276288A JP 8073783 A JP8073783 A JP 8073783A JP 7378396 A JP7378396 A JP 7378396A JP H08276288 A JPH08276288 A JP H08276288A
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JP
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lens
row
diffractive optical
substrate
optical element
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JP8073783A
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Lutz Dr Langhans
ラングハンス ルッツ
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Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG
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Publication date
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    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24C—MACHINES FOR MAKING CIGARS OR CIGARETTES
    • A24C5/00—Making cigarettes; Making tipping materials for, or attaching filters or mouthpieces to, cigars or cigarettes
    • 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
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B23K26/0821—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head using multifaceted mirrors, e.g. polygonal mirror
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    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0838—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction by using an endless conveyor belt
    • B23K26/0846—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction by using an endless conveyor belt for moving elongated workpieces longitudinally, e.g. wire or strip material

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基体表面における焦点の数、配置、及び／又
は形状を造作無く調整し、低エネルギーで穿孔を行う基
体処理デバイスを提供する。 【解決手段】 本発明の基体処理デバイスは、レーザ
と、ビーム掃引路に配置される一列の光学素子28の上に
レーザビームを誘導する偏向ユニット12とを有する。各
光学素子は回折光学素子24を有し、入射レーザビームを
基体表面の１つ以上の焦点スポット22a 、22b 上に焦点
合わせする。一列の隣接する収束レンズ18がビーム掃引
路に配置され、該収束レンズの基体からの距離はレンズ
の焦点距離に対応する。レーザビームは偏向ユニット12
の反射面上に第１レンズ10により焦点合わせされ、該ユ
ニット12と該収束レンズ18の列との間にさらなる列の協
働収束レンズ14が存在し、該収束レンズ14の偏向ユニッ
ト反射面からの距離はそれらの焦点距離に対応する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は基体処理デバイス、
詳細には、紙を穿孔するためのデバイスに関し、該デバ
イスは、レーザと、ビーム掃引路に配置された一列の光
学素子の上にレーザビームを誘導するための偏向ユニッ
トとを有し、該光学素子の各々は、入射するレーザビー
ムを基体表面の１つ以上の焦点上に焦点合わせする。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】このよ
うなデバイスは、DE-A-29 18 283号から周知である。こ
の周知のデバイスは、特定的にはシガレットペーパを穿
孔するためのものである。シガレットペーパの穿孔は、
とりわけシガレットのニコチン及び濃縮値に影響を及ぼ
すおそれがある。さらなる処理を行う前に、スプール上
に巻かれるシガレットペーパは、当タイプのデバイスに
より連続的に穿孔される。デバイスを適切に設計するこ
とにより、ペーパストリップ（紙片）に４つ、８つ、及
びそれ以上の穿孔跡を同時に生成することができる。
【０００３】詳細には、ペーパにおいて幾つかの穿孔跡
を同時に又は略同時に生成するために、回転ミラーとし
て形成される偏向ユニットのビーム掃引路に複数の収束
レンズが並べて配置される。レーザ光は第１レンズによ
り回転ミラー上に焦点合わせされ、反射光はさらなる列
の収束レンズと前記収束レンズとを介してペーパストリ
ップ上に到達する。ペーパストリップの前の列に配置さ
れた収束レンズの各々は、１つの全レーザビーム角掃引
で１つの孔を生成する。
【０００４】スポットを射るエネルギー量と焦点の調整
とに依存して、マイクロ穿孔、即ち約１００μｍ未満の
直径での穿孔や、又はマクロ穿孔、即ち約１００μｍよ
り大きい直径での穿孔が、レーザビームの衝突点に形成
される。
【０００５】この周知のデバイスでは、平行な光線束
は、２つが相互に関連する収束レンズにより生成され
る。この光線路にプリズムを配置することにより、２つ
の光線束がプリズムから発し、２つの焦点がその後の収
束レンズによりペーパストリップ上に生成されるように
することができる。次に、プリズムなしで使用できる光
の半分だけが、各焦点に対して用いられることができ
る。光線の均一な分割のために、プリズムの中心は極め
て正確に決められなければならない。
【０００６】このデバイスを用いた場合の特定の問題
は、上記のように１００μｍより大きい直径を有するマ
クロ穿孔の生成である。一穿孔中にペーパストリップか
ら除去されるペーパの量は、光線の焦点におけるエネル
ギーに略正比例する。即ち、穿孔の孔の直径を２倍にす
ると、焦点面において約４倍の放射エネルギーを供与し
なければならない。
【０００７】いくつかの列の明らかにランダムな孔やよ
り大きな孔をこの周知のデバイスを用いて穿孔すること
は不可能でないとしても困難である。正方形又は長方形
等の特別な孔の形状は問題外である。
【０００８】本発明は、上記タイプのデバイスを提供す
ることに関する問題に基づき、基体表面における焦点の
数、配置（構成）、及び／又は形状を大きな造作無く調
整することができる。
【０００９】この問題は、本発明に従って各光学素子に
回折光学素子を提供することにより解決される。かかる
回折光学素子（ＤＯＥと略する）は、グリッドの微細な
構造上の回折パターンを利用して、焦点面における所望
強度分布を得る。回折光学素子はしばしば、ＨＯＥ又は
ＢＯＥとも略称される。
【００１０】DE-A-29 18 283号から知られているデバイ
スの利点をとりわけうまく利用する本発明の特定の実施
の形態では、本発明はビーム掃引路に配置される一列の
隣接する収束レンズを準備し、収束レンズの基体からの
距離はレンズ焦点距離に対応し、レーザビームは第１レ
ンズにより回転ミラーの反射面上に焦点合わせされ、該
回転ミラーと一列の隣接する収束レンズとの間には、協
働するさらなる列の収束レンズが配置され、このさらな
る列の収束レンズの回転ミラー反射面からの距離は、該
レンズが平行な光線束を発するような焦点距離に対応
し、これらのレンズの各々は回折光学素子の前に配置さ
れる。回折光学素子（ＤＯＥ）は、少なくとも２つの光
線束を発射することにより２つの焦点スポットが基体表
面上に形成されるようにグリッドを備えられているのが
好ましい。より多くの焦点スポット、例えば４つの焦点
スポットを、それらの各々が１つのＤＯＥにより（その
後に配置される収束レンズと協働して）生成されるよう
に形成することもできる。
【００１１】ＤＯＥを用いることにより、又は隣接する
収束レンズの各々と対となって協働する一列の隣接する
回折光学素子を用いることにより、デバイスがシガレッ
トペーパを穿孔するのに使用される場合には、移動する
パターンストリップにおいて、レーザビームの各角度掃
引（angle sweep ）と同時に個々の列の孔を比較的多く
穿孔することができる。
【００１２】ペーパストリップにおいて幾つかの平行な
列の孔を多数形成するのに望ましい方法で、この特定の
回折光学素子を回転させてペーパ面に２つ又は４つ又は
様々な数の焦点スポットを生成することができ、個々の
列の孔は不規則に近いホールパターンを生成するように
列の長手方向に相互にオフセットされる。詳細にはマイ
クロ穿孔として形成されるかかる孔が上述のように略不
規則に分布されると、それらは実際には肉眼で認識でき
ない。
【００１３】上述のように、いわゆるマクロ穿孔、すな
わち約１００μｍより大きい直径で穿孔を行うことが必
要なこともしばしばある。かかるマクロ穿孔が通常の方
法で生成される時には、基体の表面、即ちペーパ面にお
いてその直径が所望の孔の直径に対応するように焦点ス
ポットが調整される。孔領域において完全にペーパを焼
き抜くことができるように比較的高いエネルギー量を提
供しなければならない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による回折光学素
子の使用では、基体表面においてリングフォーカスを生
成する可能性を提供する。該リングフォーカスは、所望
のマクロ穿孔の周辺領域のみが焼き切られると、該周辺
領域はペーパの残りの部分とはもはや繋がっていないの
で、穿孔の中央領域からペーパストリップが抜け落ちる
ということを意味している。リングフォーカスの別法と
しては、回折光学素子を使用して閉鎖した曲線を規定す
る異なるフォーカスを形成することもできる。いずれの
場合にも、穿孔の表面領域全体を焼き抜く必要はなく、
周辺領域のみを焼き切るだけでよいので、比較的低いエ
ネルギー消費でペーパストリップを穿孔することができ
る。
【００１５】本発明の請求項１の態様は、基体を処理す
るためのデバイスであり、レーザと、ビーム掃引路に配
置される一列の光学素子の上にレーザビームを誘導する
ための偏向ユニットと、を有し、該光学素子の各々は、
入射するレーザビームを基体表面における１つ以上の焦
点スポット上に焦点合わせし、各光学素子が回折光学素
子を有することを特徴とする。
【００１６】本発明の請求項２の態様は、上記請求項１
の態様において、一列の隣接する収束レンズがビーム掃
引路に配置され、該収束レンズの基体からの距離が、レ
ンズの焦点距離に対応し、レーザビームが、偏向ユニッ
トとして働く回転ミラーの反射面上に第１レンズにより
焦点合わせされ、該回転ミラーと該一列の隣接する収束
レンズの列との間に、さらなる列の協働する収束レンズ
が存在し、該さらなる列の協働する収束レンズの回転ミ
ラー反射面からの距離がそれらの焦点距離に対応するこ
とにより、これらのレンズが平行な光線束を発射し、か
かるレンズの各々の後方に回折光学素子が存在する、こ
とを特徴とする。
【００１７】本発明の請求項３の態様は、上記請求項１
又は２の態様において、前記回折光学素子が少なくとも
２つの光線束を発射して、基体表面上に少なくとも２つ
の焦点スポットを形成するように、該回折光学素子のグ
リッドが形成されることを特徴とする。
【００１８】本発明の請求項４の態様は、上記請求項１
又は２の態様において、リングフォーカス、矩形フォー
カス、又は閉鎖された曲線を規定する異なるフォーカス
が基体表面上に形成されるように、前記回折光学素子の
グリッドが形成されることを特徴する。
【００１９】以下に、例を参照しながら本発明のいくつ
かの実施の形態をより詳細に説明する。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１によると、レーザ（図示せ
ず）からのビームは第１収束レンズ１０を通過し、該レ
ンズの焦点は収束レンズ１０の後方の光線経路に配置さ
れたポリゴン回転ミラー１２の表面上にある。ポリゴン
回転ミラーは６つのファセットを有している。
【００２１】ポリゴン回転ミラー１２により反射された
レーザビームは、各ファセット上の所定の角度範囲をカ
バーする。反射されたビームは、３つの個々の収束レン
ズ１４' 、１４''、１４''' からなる第１レンズシステ
ム（系）１４を通過する。収束レンズは全て、同じ焦点
距離と位置を有するので、それらの焦点又は焦点面はポ
リゴン回転ミラー１２上で収束レンズ１０の焦点又は焦
点面と一致する。故にレンズ１４' 〜１４''' を出る光
は再び平行に方向づけられる。
【００２２】示される実施の形態では、収束レンズ１０
及び１４は円柱状レンズとして形成される。これは、円
柱状のレンズは明らかに焦点面において点ではなく線を
描く（image ）ので、回転ミラー１２がレーザビームの
高エネルギー光学濃度を多大に課せられることがないと
いう利点を有する。
【００２３】第１レンズシステム１４を出る光線は、図
１で示される実施の形態におけるミラー１６を偏向する
ことにより９０°偏向される。ミラーの偏向は、図１で
示されるシステムにおいて必要であるが、それはなぜな
ら、ペーパストリップが設計上の理由からポリゴン回転
ミラー１２を出るレーザビームに平行に延出するからで
ある。
【００２４】偏向ミラー１６の後方には、レンズシステ
ム１８と回折光学素子（ＤＯＥ）２４のシステムとを含
む光学アセンブリ２８がある。レンズシステム１８は、
個々の楕円状収束レンズ１８' 、１８''、１８''' を含
む。レンズ１８のペーパストリップ２０からの距離は、
個々の収束レンズ１８' 、１８''、１８''' の焦点距離
に対応する。レンズシステム１８の収束レンズのサイズ
は、レンズシステム１４のレンズのサイズに略対応す
る。
【００２５】収束レンズ１８' 、１８''、１８''' の前
には、それぞれ回折光学素子２４'、２４''、２４'''
がある。
【００２６】図１で示されるように、回折光学素子（Ｄ
ＯＥ）２４' は一対の光線束を発射し、各光線束は収束
レンズ１８' に衝突する。収束レンズ１８' は、ペーパ
ストリップ２０の面において平行な列状に２つの穿孔２
２ａ、２２ｂを生成する。
【００２７】図１では、ペーパストリップ２０上に３対
の穿孔列が設けられるが、個々の列対は各々、回折光学
素子と収束レンズとからなる対により形成される。素子
２４''と１８''、２４''' と１８''' の２つの対も、対
２４' と１８' に対して述べられたのと同様に作用す
る。
【００２８】角度範囲がカバーされると、例えばレンズ
１４' を出る光線束は対応する量Ｘだけ平行にシフトさ
れる。収束レンズ１８' は、回折光学素子２４' の光線
路を考慮して、その平行な変位の全体の領域上の焦点ス
ポット２２に常に光線束の焦点を合わせるようなサイズ
でなければならない。
【００２９】図２は、例えばレンズ１４' からの光線束
を示し、それは回折光学素子２４'に衝突している。素
子２４' は収束レンズ１８' の方に２つの光線束を通過
させ、そしてこの収束レンズ１８' は、両光線束をペー
パストリップ２０における２つの焦点スポット２２ａ及
び２２ｂ上に焦点合わせする。
【００３０】図４の（ａ）及び（ｂ）は、回折光学素子
の使用を示し、この回折光学素子は、それに続く収束レ
ンズによりペーパストリップ上の４つの焦点スポット上
に焦点合わせされる４つの部分的な光線束を平行な入射
光線束から生成する。図４の（ｂ）は焦点スポットの分
布を示し、図４の（ａ）は矢印の方向に移動するペーパ
ストリップ２０の細部を示している。ＤＯＥの角度的な
位置は、４つの穿孔列が等間隔で形成されるようにペー
パストリップ２０に関連づけて選択される。ペーパスト
リップ２０の紙送り速度は、一列中の２つの隣接する孔
同士の間に距離ＴA が存在するように選択される。図４
の（ａ）は、レーザビームが収束レンズ１４' 、偏向ミ
ラー１６' 、回折光学素子２４' 、及び収束レンズ１
８' からなるセット上を一度通過すると生成される、４
つの焦点スポット２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、及び２２ｄ
を示している。
【００３１】図５は、リングフォーカス２２' がペーパ
ストリップ２０の面に形成されるように回折光学素子２
４のグリッドが構成されるケースを示す。リングフォー
カス２２' は、マクロ穿孔２６の周辺領域を焼き切られ
ることが可能である。周辺領域のみが焼き切られ、中心
に位置するペーパはペーパストリップの残りの部分とも
はや接合しなくなるため中心のペーパがペーパストリッ
プ２０から抜け落ちるので、必要なエネルギー消費量は
比較的低い。マクロ穿孔２６の直径は１００μｍより大
きい。
【００３２】上述の実施の形態を変更することも可能で
ある。図５で示されたリングフォーカスの代わりに、四
角形の穿孔又は任意の他の穿孔となるように焦点を形成
し、それにより周辺領域のみがレーザビームにより焼き
切られるようにＤＯＥ２４のグリッドを設計することも
できる。かかる矩形の焦点２２''は図３で示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ペーパを穿孔するためのデバイスの本質的な機
能上の要素を示す斜視図である。
【図２】図１で示されるアセンブリの一部における光路
の概略図である。
【図３】ペーパ面における矩形の焦点を示す概略図であ
る。
【図４】（ａ）はシガレットペーパストリップにおける
穿孔を示す概略図であり、（ｂ）は、収束レンズと共に
ＤＯＥにより規定される４つの焦点の面である。
【図５】シガレットペーパストリップの面におけるリン
グフォーカスを示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 第１収束レンズ １２ ポリゴン回転ミラー １４ 第１レンズシステム １４' 、１４''、１４''' 収束レンズ １６' 、１６''、１６''' ミラー １８ レンズシステム １８' 、１８''、１８''' 楕円状収束レンズ ２０ ペーパストリップ ２２ａ、２２ｂ 焦点 ２４' 、２４''、２４''' 回折光学素子 ２８ 光学アセンブリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596042729 Ｐｅｔｅｒｓｂｒｕｎｎｅｒ Ｓｔｒ． １ｂ Ｄ−82319 Ｓｔａｒｎｂｅｒｇ Ｆｅｄｅｒａｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃｏｆ Ｇｅｒｍａｎｙ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体を処理するためのデバイスであり、 レーザと、 ビーム掃引路に配置される一列の光学素子の上にレーザ
    ビームを誘導するための偏向ユニットと、 を有し、該光学素子の各々は、入射するレーザビームを
    基体表面における１つ以上の焦点スポット上に焦点合わ
    せし、各光学素子が回折光学素子を有することを特徴と
    する基体処理デバイス。
  2. 【請求項２】 一列の隣接する収束レンズがビーム掃引
    路に配置され、該収束レンズの基体からの距離が、レン
    ズの焦点距離に対応し、レーザビームが、偏向ユニット
    として働く回転ミラーの反射面上に第１レンズにより焦
    点合わせされ、該回転ミラーと該一列の隣接する収束レ
    ンズの列との間に、さらなる列の協働する収束レンズが
    存在し、該さらなる列の協働する収束レンズの回転ミラ
    ー反射面からの距離がそれらの焦点距離に対応すること
    により、これらのレンズが平行な光線束を発射し、かか
    るレンズの各々の後方に回折光学素子が存在する、こと
    を特徴とする請求項１に記載の基体処理デバイス。
  3. 【請求項３】 前記回折光学素子が少なくとも２つの光
    線束を発射して、基体表面上に少なくとも２つの焦点ス
    ポットを形成するように、該回折光学素子のグリッドが
    形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のデ
    バイス。
  4. 【請求項４】 リングフォーカス、矩形フォーカス、又
    は閉鎖された曲線を規定する異なるフォーカスが基体表
    面上に形成されるように、前記回折光学素子のグリッド
    が形成されることを特徴する請求項１又は２に記載のデ
    バイス。
JP8073783A 1995-03-28 1996-03-28 基体処理デバイス Pending JPH08276288A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19511393A DE19511393B4 (de) 1995-03-28 1995-03-28 Gerät zur Substratbehandlung, insbesondere zum Perforieren von Papier
DE19511393-4 1995-03-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08276288A true JPH08276288A (ja) 1996-10-22

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ID=7757978

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8073783A Pending JPH08276288A (ja) 1995-03-28 1996-03-28 基体処理デバイス

Country Status (7)

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US (1) US5684617A (ja)
EP (1) EP0734809B1 (ja)
JP (1) JPH08276288A (ja)
KR (1) KR960033328A (ja)
AT (1) ATE181268T1 (ja)
DE (1) DE19511393B4 (ja)
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