JPH10328857A - レーザマーカ、露光式マーカ及び投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インク紙や炭素含有量の多いプラスチック樹脂
等の刻印に要するエネルギーが小さいワークを対象とす
るレーザマーキングにおいて、鮮明な刻印を実現する。 【解決手段】本発明の液晶式パターン転写装置では、背
景部を構成する電圧が印加される画素と、パターン表示
部を構成する電圧が印加されない画素と、両画素に含ま
れる常時電圧が無電圧部の電極間隙部２７，２８とを備
え、上記背景部の画素に含まれる電極間隙部を透過した
光を空間領域で除くことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶マスクを使用し
たレーザマーカ、露光式マーカ及び投影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶マスクを使用したパターン刻印装置
の一例として、図９，図１０に示す液晶マスク式レーザ
マーカがある。レーザ発振器１０１からの直線偏光レー
ザ１０２をビーム拡大器１０３を経て、パターンが表示
された液晶マスク１００に照射する。偏光ビームスプリ
ッタ１０４によりパターン情報を有するレーザ光１０５
とそうでないレーザ光とに分離され、レーザ光１０５が
結像レンズ１０６を通過しワーク１０７上に転写され刻
印１０８が完成する。

【０００３】液晶マスク１００には、ねじれネマチック
（ＴＮ）型液晶が使用され、種々のパターンが表示でき
るようマトリクス形表示駆動方式が採用される。ＴＮ型
液晶では液晶の旋光性を利用して、電圧印加の有無によ
り液晶からの出射光の偏光方向が変えられ、出射光の偏
光方向と偏光ビームスプリッタ１０４の入射平面方向と
の関係（両者が平行な時、光は通過し、直交する時で光
は反射する）によりワーク１０７上に照射されるレーザ
光が制御される。

【０００４】そして、電圧が印加されていない状態の液
晶マスク１００（厳密には、電圧が印加されていない状
態の画素−後述）を通過したレーザ光が、ワーク１０７
上に到達するような表示方法をノーマリーオープンモー
ドによる表示と呼ぶ。一方、電圧が印加された状態の液
晶マスク１００を通過したレーザ光が、ワーク１０７上
に到達するような表示方法をノーマリークローズモード
による表示と呼ぶ。

【０００５】ノーマリークローズモードによる表示で
は、刻印に要するエネルギーが少ないこと、鮮明な輪郭
の刻印が得られることから後者が採用されている。本表
示方法によるレーザマーキングついては本発明者らによ
る特開平４−２００９８９号公報にて説明されている。

【０００６】図１０にノーマリーオープンモードによる
パターンの表示例を示した。本表示モードでは斜線を施
した画素１１３、１１４、１１５に電圧が印加され背景
部となり、電圧の印加されない画素１０９、１１０、１
１１でパターンを表示する。従って、電極の存在しない
部分１１５、１１６、１１７、１１８には電圧が印加さ
れないので、常時パターンの一部を形成することにな
る。電極の存在しない部分１１５、１１６、１１７、１
１８の内、パターン内に存在する１１５、１１６は均一
な深さの刻印を得るために有用であるが、背景部内に存
在する１１７、１１８ではワークの温度上昇の原因とな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、液晶
マスクの表示方法として、ノーマリーオープンモード表
示を採用したレーザマーカでは、背景部でワークの温度
上昇を伴う。刻印に要するエネルギーが大きいワークで
は、レーザエネルギーの拡散により温度上昇が抑制され
るので痕跡を発生しないが、インク紙や炭素含有量の多
いプラスチック樹脂等の刻印に要するエネルギーが小さ
いワークでは痕跡を発生し、刻印品質を低下させる場合
があった。

【０００８】本発明の目的は、インク紙や炭素含有量の
多い部材を使用しても、ワークに痕跡を発生し無い品質
を向上した液晶式パターン転写装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶式パターン
転写装置は、複数の電極よりなる画素と画素にパターン
表示部及び背景部とを表示する液晶マスク、液晶マスク
に光を照射し、液晶マスクを透過したパターン表示を有
する光を加工物に照射し、パターンを加工物に転写する
装置に於いて、背景部を構成する電圧が印加される画素
と、パターン表示部を構成する電圧が印加されない画素
と、両画素に含まれる常時電圧が無電圧部の電極間隙部
とを備え、上記背景部の画素に含まれる電極間隙部を透
過した光を空間領域で除くことにある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らの検討によれば、電極
の存在しない部分１１５、１１６、１１７、１１８を通
過したレーザ光のうち、背景部に含まれる１１７、１１
８を通過した光は回折作用により拡がり角が大きくな
り、パターン部に含まれる１１５、１１６を通過した光
は回折作用を受けず直進する現象の存在が明らかになっ
た。そこで、これまでマーキング品質の低下の原因であ
った前者の光を空間フィルタにより除去するようにし
た。以下、本発明の１実施例を図１〜図４により説明す
る。図１において、１はパルス発振のＮｄ:ＹＡＧレー
ザであり、直線偏光のレーザビーム２を出射する。レー
ザビーム２は拡大光学系３を経て刻印すべきパターンが
表示された液晶マスク４に照射される。偏光ビームスプ
リッタ６によりパターン情報を含むレーザビーム５とそ
うでないレーザビームの不要光１２とに分離された後、
レーザビーム５が結像レンズ７を経てワーク８上に照射
され、パターン９が刻印される。

【００１１】液晶マスク４にはパターン情報が制御装置
１０から液晶マスクコントローラ１１を経て送られる。
不要光１２は吸収板１３で吸収される。１４は空間フィ
ルタで例えば銅板の中心部に小径の孔１５が明けられて
おり、結像レンズ７の焦点近傍に配置され、拡がり角の
大きいレーザ光がワーク８上に照射されるのを防止す
る。

【００１２】図２はマトリクス形表示駆動による液晶マ
スク４の電極配置の一例を示すもので、信号電極１６〜
１９と走査電極２０〜２３は互いに直交するように配置
され、両者の間に液晶が充填されている。なお、図２で
は説明を容易にするためガラス板等の構成部品は省略し
てある。信号電極１６〜１９と走査電極２０〜２３の重
なった正方形の部分２４、２５、２６は画素と呼ばれ、
両電極への電圧の印加により、この部分の液晶の状態が
変化する。各電極間に形成された背景部Ｂの電極間隙部
２７とパターン表示部Ｈの電極間隙部２８とは電圧が印
加されず、この部分の液晶の状態は変化しない。以下の
説明では、この部分を無電圧部と呼ぶ。

【００１３】図３はノーマリーオープンモードで表示さ
れたパターン(英字のＨ)の例を示すものである。斜線の
施された電圧が印加された画素２９、３０、３１と無電
圧の電極間隙部２７とで背景部Ｂを構成し、電圧の印加
されない画素３２、３３、３４と無電圧の電極間隙部２
８とでパターン表示部Ｈを構成している。

【００１４】図４は図３のａ−ａ’面を通過するレーザ
光の進行状況を模式的に示したものである。パターン表
示部Ｈを通過するレーザ光３５及びパターン部に含まれ
る無電圧の電極間隙部２８を通過するレーザ光３７は直
進する。しかし、背景部Ｂを通過するレーザ光の内、無
電圧の電極間隙部２７を通過するレーザ光３９は、回折
作用により拡がりを持つレーザ光４０となる。それは電
圧を印加した背景部Ｂの屈折率の方が電圧を印加しない
パターン表示部Ｈの屈折率より大きいからである。又電
極間隙部２７，２８の屈折率はパターン表示部Ｈの屈折
率と同じである。このため、背景部Ｂと電極間隙部２７
との間の屈折率差は、パターン表示部Ｈと電極間隙部２
８との間の屈折率差より大きくなり、レーザ光４０の拡
がり角が大きくなる。

【００１５】この拡がりレーザ光４０は光路に配置され
た空間フィルタ１４で遮蔽され、パターン情報を有する
レーザ光３５が孔１５を通過して、インク紙や炭素含有
量の多いプラスチック樹脂等の刻印に要するエネルギー
が小さいワーク８にパターン表示部Ｈを転写、刻印等を
するが、本発明では拡がりレーザ光４０は光路に配置さ
れた空間フィルタ１４で遮蔽されており、ワーク８には
拡がりレーザ光４０により痕跡を発生することなく、ワ
ーク８への転写、刻印等の品質を低下することなく、空
間フィルタ１４を使用しない従来に比べて、本発明を使
用した転写、刻印等の製品は著しく歩留まりを向上する
ことが出来るようになった。

【００１６】更に、レーザ光４０の拡がり角が大きくな
る理由について図３、４にて説明する。通常、電極の幅
t1と電極ギャップ幅t2の比は大きく、本発明者らの液晶
マスクでは、t1＝２６５μｍ、t2＝２５μｍである。と
ころで、液晶分子は電圧の印加により方向が変化するた
め、透過光に対する屈折率は変化し、電圧が印加される
背景部の屈折率ｎ1、電圧の印加されないパターン表示
部Ｈの屈折率n2、無電圧部である電極間隙部２７の屈折
率n3の関係はn1≠n2≒n3となる。なお、パターン表示部
Ｈにはクロストークにより電圧が印加されるので、n2＝
n3とはならない。そして、パターン表示部Ｈの例えば画
素３１に隣接する無電圧の電極間隙部２８においては、
隣接する画素との屈折率の差が少ないので、レーザ光３
７は影響を受けず直進する。

【００１７】一方、背景部Ｂに含まれる無電圧の電極間
隙部２７は、電圧の印加された隣接する背景部Ｂの画素
例えば３３との屈折率の差が大きく、しかも幅が２５μ
ｍと狭い部分を通過することにより、通過後は回折作用
を受けて大きな拡がり角をもつレーザ光４０になるもの
と推定している。直進するレーザ光３７と拡がり角の大
きいレーザ光４０は空間フィルタ１４により分離可能で
あり、本実施例では、空間フィルタ１４と結像レンズ７
とで構成している。

【００１８】なお、液晶マスクに表示されるパターンは
長方形状のものが多いので、空間フィルタ１４の穴は長
方形状とするのが良い。また、空間フィルタ１４の挿入
位置であるが、結像レンズ７の焦点に配置するのが最も
効果的であるが、焦点距離２８０mmの結像レンズを使用
した実験では、空間フィルタ１４を結像レンズから１８
０mmの位置に配置しても効果が認められており、必ずし
も焦点近傍にこだわる必要はない。

【００１９】以上述べたように、本実施例によれば空間
フィルタ１４の設置によって、背景部Ｂの無電圧部を通
過したレーザ光４０のみ遮蔽するよう構成したので、ワ
ーク材質によらず鮮明な刻印を実現できる。又、パター
ン表示部Ｈの無電圧部である電極間隙部２８を通過する
レーザ光３７はフィルタにより遮蔽されることはないの
で、均一な深さの刻印を得ることができる。

【００２０】ところで、液晶マスクとして動的散乱型液
晶を使用する場合には、背景部を通過した光は散乱され
るので、液晶マスクとワークの間にシュリーレンストッ
プを挿入してコントラストを高める方法があり、『液晶
（岡野光治．小林駿介）応用編：培風館．１９８５，４
５頁』示されている。

【００２１】しかし、本発明が対象とするＴＮ型液晶に
おいて、空間フィルタを挿入する構成は新規な方式であ
る。それは、ＴＮ型液晶では、電圧印加による液晶の状
態変化に伴う通過光の偏光状態の変化を偏光フィルタ、
あるいは偏光ビームスプリッタで分離することにより、
パターンを表示する方式であるため、空間フィルタの挿
入は無意味と考えられていたことによる。これに対し
て、本発明では背景部に含まれる無電圧である電極間隙
部２７を通過した光のみが回折作用により拡がることを
見いだし、これを除去するために空間フィルタ１４を挿
入する簡単な構成を提案するもので、全く新規な構成と
考える。

【００２２】図５は本発明の他の実施例を示すもので、
図１と異なるのは、レーザ発振器４３からのレーザ光４
４が紫外域の波長を有すること、液晶マスク４５が紫外
域の光で動作することである。そして、ワーク４６の表
面には感光性樹脂４７が塗布されている。この構成では
ワーク上に照射されたレーザ光によりパターンに対応し
た個所４８が感光される。その後、現像、エッチングの
作業を経て刻印が完成する。感光個所４８の感度は高い
ので、パターン部で均一な照射が実現できるノーマリー
オープンモード表示は最適な表示方法である。

【００２３】本実施例によれば、背景部の無電圧部であ
る電極間隙部を通過したレーザ光は空間フィルタ１４に
よって遮蔽されるので、ワーク４６を露光することはな
く、鮮明な刻印を得ることができる。なお、本実施例の
変形例に、光源として水銀ランプを使用し、偏光フィル
タにより直線偏光とした光を液晶マスク４５に照射する
方法もある。

【００２４】図６は本発明の他の実施例で、光源ランプ
４９からの光５０はリフレクタ５１により文字、絵等か
ら成るパターンが表示された液晶マスク５２に照射され
る。液晶マスク５２の前後には偏光フィルタ５３、５４
が配置される。パターン情報を含む光５５は結像レンズ
５６、空間フィルタ１４を経てスクリーン５８に照射さ
れる。

【００２５】本実施例によれば、背景部の無電圧部であ
る電極間隙部を通過した光は空間フィルタ１４によって
遮蔽されるので、コントラストの高い画像をスクリーン
５８上に形成することが可能となる。なお、上述の実施
例では、マトリクス形表示駆動方式のＴＮ液晶を液晶マ
スクとして使用した例を説明したが、TFT駆動方式のTN
液晶でも空間フィルタの設置により同様の効果を得るこ
とができる。またスーパーツィスツテッド液晶（ＳＴ
Ｎ）を使用することが出来る。

【００２６】図７は液晶マスク１００としてＴＥＴ（Ｔ
ｈｉ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型液晶（ＴＦＴ
で駆動される液晶）２００を使用した場合の表示部の部
分拡大図を示す。ＴＥＴ型液晶では信号線２０３から供
給される各画素の表示信号をゲート線に供給する走査信
号でサンプリングして各画素電極２０２に取り込む。こ
の時の表示信号レベルに応じて各画素の液晶が駆動され
る。ＴＥＴ型液晶ではＴＥＴ２０１部分は光を通過しな
いので、光の利用率は低下するが、コントラストが高
く、応答速度が早いので、投影装置に最適である。

【００２７】図８は液晶マスク１００としてＳＴＮ（Ｓ
ｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶３０
０を使用したレーザマーカの１実施例を示す。液晶分子
のねじれ角がＴＮ型液晶では９０度であるのに対し、Ｓ
ＴＮ型液晶では１８０〜３６０度に設定されている。Ｔ
Ｎ型液晶は応答が早いが、走査電極の数を増すとコント
ラストを高くできないので、表示パターンに制限がある
という問題がある。これに対して、ＳＴＮ型液晶では走
査電極数１２８〜２５６本でも刻印に必要なコントラス
トを確保できるので、表示パターンを自由に表現できる
という特徴がある。尚、図８において、図１と同様な部
品については同一番号を付け、説明を省略する。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、空間フィルタの設置に
よって背景部の無電圧部である電極間隙部を通過したレ
ーザ光のみ遮蔽するよう構成したので、ワーク材質によ
らず鮮明な刻印、転写等を実現できる。同時に、パター
ン部の無電圧部である電極間隙部を通過するレーザ光
は、フィルタにより遮蔽されることはないので、均一な
深さの刻印を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である液晶レーザマーカの説明
図。

【図２】図１に使用した液晶マスクの構成図。

【図３】図１に使用した液晶マスク液晶の構成図。

【図４】図３のａ−ａ線から断面した説明図。

【図５】本発明の他の実施例によるパターン転写装置の
説明図。

【図６】本発明の他の実施例によるパターン投影装置の
説明図。

【図７】本発明のＴＦＴ型液晶を用いたパターン投影装
置の説明図。

【図８】本発明のＳＴＮ型液晶を用いたパターン投影装
置の説明図。

【図９】従来のレーザマーカの説明図。

【図１０】図９に使用した液晶マスク液晶の構成図。

【符号の説明】

１…Nd:YAGレーザ、４…液晶マスク、８…ワーク、１４
…空間フィルタ、２７，２８…電極間隙部、２９〜３１
…画素、３２〜３４…画素、Ｈ…パターン表示部、Ｂ…
背景部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターン表示されたＴＮ型液晶マスクに
   レーザ光を照射し、前記ＴＮ型液晶マスクを通過したレ
   ーザ光により、ワーク上に前記パターンを刻印するレー
   ザマーカに於いて、前記パターンをノーマリーオープン
   モードで表示すると共に、前記ＴＮ型液晶マスクと前記
   ワークの間に空間フィルタを配置したことを特徴とする
   レーザマーカ。
2. 【請求項２】 上記空間フィルタを結像レンズと金属板
   に長方形状の穴を穿孔した絞りで構成した特徴とする請
   求項１記載のレーザマーカ。
3. 【請求項３】 パターン表示されたＴＮ型液晶マスクに
   光を照射し、前記ＴＮ型液晶マスクを通過した光によ
   り、感光性樹脂上に潜像を形成する露光式マーカに於い
   て、前記パターンをノーマリーオープンモードで表示す
   ると共に、前記ＴＮ型液晶マスクと前記ワークの間に空
   間フィルタを配置したことを特徴とする露光式マーカ。
4. 【請求項４】 上記空間フィルタを結像レンズと金属板
   に長方形状の穴を穿孔した絞りで構成した特徴とする請
   求項３記載の露光式マーカ。
5. 【請求項５】 パターン表示されたＴＮ型液晶マスクに
   光を照射し、前記ＴＮ型液晶マスクを通過した光によ
   り、スクリーン上に画像を形成する投影装置に於いて、
   前記パターンをノーマリーオープンモードで表示すると
   共に、前記ＴＮ型液晶マスクと前記ワークの間に空間フ
   ィルタを配置したことを特徴とする投影装置。
6. 【請求項６】 上記空間フィルタを結像レンズと金属板
   に長方形状の穴を穿孔した絞りで構成した特徴とする請
   求項３記載の投影装置。