KR100193411B1

KR100193411B1 - 빔 스캔식 레이저 패턴 마킹 방법 및 장치와 그 장치에 이용되는 마스크

Info

Publication number: KR100193411B1
Application number: KR1019950044465A
Authority: KR
Inventors: 요시미쯔 바바; 사또시 도가리
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛뽕덴끼 가부시키가이샤
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 1999-06-15
Also published as: EP0714726A3; JP2773661B2; EP0714726B1; DE69520550T2; US6097420A; DE69520550D1; JPH08150484A; EP0714726A2

Abstract

레이저빔의 단면에서의 에너지 분포는, 지속파 Q스위치 펄스에 의해서, 음향 광학 Q스위치 소자로 이루어지는 레이저 발진기로부터 레이저빔을 방출시켜 마스크 패턴을 가지는 마스크를 통과시킴으로써 평준화된다. 마스크를 통과하는 레이저빔은 한쌍의 검류계상에 제공된 한쌍의 반사 미러에 의해서 반사된다. 이 반사된 레이저빔은 대물 렌즈를 통하여 피가공물상에 집중된다. 소망의 문자 또는 표식이 한쌍의 검류계를 구동함으로써 피가공물상에 집중된 레이저빔으로 주사하여 피가공물상에 마킹된다.

Description

빔 스캔식 레이저 패턴 마킹 방법 및 장치와 그 장치에 이용되는 마스크

제1a도는 본 발명의 제1실시예의 구조를 도시한 평면도.

제1b도는 제1a도에 도시된 본 발명의 제1실시예의 구조를 도시한 측면도.

제2a도는 레이저 발진기로부터 방출된 레이저빔의 에너지 분포를 나타낸 도면.

제2b도는 제1a도에 도시된 마스크상에 구비된 마스크 패턴의 일실시예를 도시한 단면도.

제2c도는 제2b도에 도시된 마스크를 투과하는 레이저의 광속(beam flux)의 단면 구조를 나타낸 도면.

제2d도는 제2b도에 도시된 마스크를 투과하는 레이저빔의 에너지 분포를 도시한 도면.

제3도는 본 발명의 제1실시예의 피가공물상에 묘사된 마킹선의 가공 상태를 나타낸 도면.

제4b도는 본 발명의 마스크의 다른 실시예의 구조를 나타낸 도면.

제4c도는 본 발명의 마스크의 다른 실시예의 구조를 나타낸 도면.

제5도는 제4a도 또는 제4b도에 도시된 마스크를 투과하는 레이저빔의 광속을 나타낸 단면도.

제6도는 소정 각도 이상으로 경사지게 설치되는 경우에 마스크에 구비된 마스크 패턴의 일예를 나타낸 도면.

제7도는 본 발명의 제2실시예의 구조를 나타낸 평면도.

제8도는 제7도에 도시된 마스크 및 마스크 홀도의 구조를 나타낸 도면.

제9a도는 본 발명의 제2실시예의 레이저 마킹장치로 마킹되는 넓은 폭선(wide-line)의 문자를 나타낸 도면.

제9b도는 제9a도에 도시된 문자의 윤곽부가 마킹된 상태를 나타낸 도면.

제9c도는 제9a도에 도시된 문자의 윤곽부의 내부가 완전하게 마킹된 상태를 나타낸 도면.

제10도는 넓은 폭의 문자 또는 표식을 마킹하기 위한 순서를 나타낸 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저 발진기 2 : 음향 광학 Q스위치 소자

3 : 광축 조정 미러 4,18 : 마스크 홀더

5,17 : 마스크 6 : 수광판

7 : 빔 익스팬더 8 : fθ 렌즈

9,10 : 검류계 11 : 피가공물

12 : 유리 기판 42, 51 : 투과율 a의 반사코트

43,52 : 투과율 b의 반사코트 45 : 투과율 a/b의 반사코트

44 : 전반사 코트 73 : 펄스 모터

본 발명은, CW(Continuous Wave) Q스위치 펄스 레이저빔으로 문자를 스캐닝하여, 피가공물상에 문자와 같은 패턴을 마킹(marking)하는 빔스캔식 레이저 마킹방법 및 장치, 및 이러한 빔 스캔식 레이저 마킹(beam scanning type laser marking)장치에 적용되는 마스크에 관한 것이다.

종래의 레이저 마킹 방법이 일본국 특개평 제 2-165881 호에 개시되어있다. 이 방법은 소위 마스크 투과식 레이저 마킹 방법이라 불린다. 이 방법에서는, 펄스 여기 레이저빔을 미리 문자등의 마킹할 패턴이 묘사되어 있는 마스크에 조사하고, 그 마스크를 투과한 레이저빔을 피가공물 상의 마킹면이 종래의 레이저 마킹 방법에서는, 마스크에 묘사되는 패턴의 종류가 제한된다. 또한, 마킹 패턴을 변경할 때마다, 새로이 마스크를 제작해야 하므로, 마스크 제작에 시간과 비용이 요구되는 문제가 있었다. 또한, 제작한 마스크의 수가 증가함에 따라 그 마스크의 관리가 매우 복잡하게 된다는 문제점도 있었다.

또, 일본국 특개평 제 2-187288 호 및 특개평 2-251387 호에는 액정 장치에 의해 형성된 마스크를 사용하는 레이저 마킹 장치(이하, 액정 마스크라함)가 공지되어 있다. 이 장치는, 위에서 설명한 마스크 투과형 레이저 마킹장치에 사용되는 마스크와 같이, 액정 마스크를 사용한다. 소정의 데이터를 사용하여 액정 마스크를 구동함으로써 액정 마스크상에 원하는 패턴을 묘사할 수 있게 된다. 이상 설명한 바와 같이, 이 액정 마스크를 사용함으로써, 마스크에 묘사되는 패턴이 범용성 데이터 포맷으로 작성 및 저장될 수 있다. 따라서, 마스크의 작성 비용 및 그 관리 비용등이 대폭적으로 절감될 수 있게 된다.

그러나, 이 액정 마스크를 사용한 레이저 마킹 장치는, 액정 마스크를 구동시키기 위한 구동 장치를 필요로 한다. 그러므로, 마킹장치 자체가 부피의 증대와 비용의 상승을 유발시키게 된다. 또한, 액정패턴은 그 동작수명이 유한하기 때문에 일정주기마다 이 액정패널을 교체하여야 하며, 운영비용이 증대하게 된다.

한편, 상기 마스크 투과형 레이저 마킹 장치와 다른, 빔 스캔식 레이저 마킹 장치가 특개소 제 59-45091 호 및 제 60-221721 호에 공지되어 있다. 이 장치에서는, CW Q스위치 펄스 발진으로 얻어지는 레이저빔이 피가공물의 마킹면에 집광된다. 스캐너 미러등을 사용하여 집광된 레이저빔을 그 표면에 스캐닝하여 피가공물상에 원하는 문자 또는 표식들이 마킹되게 된다.

이 빔 스캔식 레이저 마킹 장치는 원하는 패턴이 고정적으로 상부에 묘사된 마스크를 사용할 필요가 없으며, 또한, 액정 마스크 및 그 구동 장치를 제공할 필요가 없다. 그러므로, 이 장치는 위에서 설명한 마스크 투과형 레이저 마킹 장치에 비해, 장치비용과 운영비용이 상당히 감소된다.

이 빔 스캔식 레이저 마킹 장치에서는, 레이저빔이 마킹 표면상에 집광되므로, 피가공물의 표면에 조사하는 레이저 빔의 에너지 밀도가 강화된다.

그 결과, 레이저빔이 조사된 영역의 물질이 순간적으로 기화증발되어 마킹선 가공 깊이가 약 50∼100㎛에 달하게 된다. 따라서, 피가공물상에 마킹된 패턴의 윤곽부(contour)가 흐미해져, 상기 패턴이 거의 정확하게 인식되지 않는다. 또한, 마킹 선이 깊게 가공되므로, 얇은 전자 부품의 표면의 마킹용으로 이 방법이 사용되는 경우에는, 이러한 전자 부품들이 주사용으로 사용된 레이저빔에 의해 손상을 입게 된다. 그러므로, 상술한 빔 스캔식 레이저 마킹 장치는 상기 얇은 전자 부품상에 원하는 패턴을 마킹하는데 사용할 수 없다.

또한, 피가공물이 전자 부품인 경우, 통상 마킹되어질 패턴은 상표와 같은 넓은 폭의 패턴을 포함한다. 종래의 빔 스캔식 레이저 마킹 장치로 전자 부품상에 넓은 폭의 패턴을 마킹하는 경우에는, 마스크 투과형의 마킹 장치에 비해 처리능력이 상당히 저하한다는 문제점을 고려하여만 한다.

본 발명의 목적은 정확한 인식을 위한 선명한 윤곽부를 갖는 마킹 패턴을 묘사할 수 있는 빔 스캔식 레이저 마킹 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 넓은 폭의 패턴을 효과적으로 마킹할 수 있는 빔 스캔식 레이저 마킹 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 얇은 전자 부품상에 손상을 입히지 않고 원하는 패턴을 선명하게 마킹할 수 있는 빔 스캔식 레이저 마킹 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 원하는 패턴을 마킹하는데 사용되는, 가우스 에너지 분포를 갖는 레이저빔을 균일한 에너지 분포를 갖는 레이저빔으로 변화시킬 수 있는 마스크를 제공하는 데 있다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 빔 스캔식 레이저 마킹 방법은, 레이저빔의 단면에서의 에너지 분포를 평준화시키기 위한 마스크 패턴을 갖는 마스크를 통하여 레이저빔이 투과되도록 함으로써 마스크 패턴의 결상(結像; focused image)을 형성한다. 이렇게 결상된 마스크 패턴을 피가공물에 스캐닝함으로써 원하는 문자 또는 표식들이 피가공물상에 묘사될 수 있게 된다.

또한, 상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 빔 스캔식 레이저 마킹 장치는 레이저 발진기로부터 방출된 레이저빔의 단면에서의 에너지 분포를 평준화하는 마스크 패턴을 갖는 마스크, 및 레이저빔이 피가공물상에 원하는 문자 또는 표식의 마킹을 위해 마스크를 통하여 투과될 경우, 레이저빔에 의해서 형성된 상기 마스크 패턴의 결상을 피가공물에 스캐닝하는 수단을 구비한다.

또한, 상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 빔 스캔식 레이저 마킹 장치에 사용되는 마스크는, 레이저 발진기로부터 방출된 레이저빔에 의한 스캐닝을 통해 피가공물상에 원하는 문자 또는 표식의 마킹을 실현하는 빔스캔식 레이저 마킹 장치에 제공되며, 레이저 발진기로부터 방출된 레이저빔을 투과시키는 마스크 패턴을 갖는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치에 사용된다. 이 마스크 패턴은 레이저빔에 대하여 상이한 투과율을 갖는 복수의 물질들을 동심원상으로 배열하여 형성된다.

본 발명의 상기 및 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부한 도면들을 참조한 다음의 상세한 설명으로부터 좀 더 명확해질 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를, 첨부한 도면을 참조하여, 상세하게 설명한다.

본 발명의 제1실시예에서는, 레이저 발진기로부터 방출되는 가우스형 에너지 분포를 갖는 레이저빔 중심부의 에너지 밀도가 저하된다. 중심부에서의 감소된 에너지 밀도를 갖는 레이저 빔으로 피가공물을 조사함으로써, 마킹선의 가공깊이가 충분히 억제될 수 있게 된다.

제1a도 및 제1b도를 참조하면, 레이저 발진기(1)에는 초음파가 음향광학 소자에 작용될 경우에 동작하는 음향 광학(acousto-optic) Q스위치소자(2)가 제공된다. 레이저 발진기(1)는, 제어회로(도시되지 않음)로부터 전달된 RF 전원의 반복 주파수인 Q스위치 제어 신호에 동기하여, 지속파(CW) Q스위치 펄스 발진에 기인한 레이저빔(100)을 방출한다. 레이저 발진기(1)로부터 방출된 상기 레이저빔(100)은 광축 조절 미러(3)에 의해서 반사되어 빔 익스팬더(7)에 의해 그 빔직경이 확장된다. 레이저빔의 중심부에서의 에너지 밀도를 평준화하고 레이저빔(100)의 외곽 테두리부분(external circumference portion)를 차단하는 마스크 패턴을 제공하는 마스크(5)는 광축 조절 미러(3)와 빔 익스팬터(7)사이에 제공된다. 마스크(5)는 마스크 홀더(4)에 의해서 고정된다. 광축 조절 미러(3)에 의해서 반사된 레이저빔(100)은 마스크(5)를 통과한다. 마스크(5)를 통과한 레이저빔(200)은 빔 익스팬더(7)에 의해 그 빔직경이 확장된 후, 검류계(9, 10) 상에 장착된 스캐너 미러에 의해 반사되며 그후 fθ렌즈(8)를 통과하여 피가공물(11)상의 마킹 표면에 결상된다. 이 결상된 레이저빔(200)은 검류계(9, 10)의 왕복 회전 구동함으로써 피가공물(11) 마아킹 표면을 스캐닝한다. 이러한 2개의 검류계를 사용하는 빔 스캔 방법은 공지되어 있다. 레이저빔(200)은 마킹 표면을 스캐닝하여 소정의 문자 또는 표식을 피가공물(11)상에 마킹한다.

즉, 광축 조절 미러(3)와 빔 익스팬더(7) 사이에 배치된 마스크(5)는, 가우스형 에너지 분포를 갖는 레이저빔(100)이 마스크(5)를 통과할 경우, 레이저빔(100)의 광속(beam flux) 단면 형상을 원형으로 만들고, 광속 중심부에서의 에너지 밀도를 평준화시킨다. 구체적으로 설명하면, 레이저빔(100)이 통과하는 부분을 중심으로 레이저빔에 대한 투과율을 다단으로 동심원상으로 변화시키고, 또 그 외곽 테두리부분에서는 완전히 레이저빔(100)을 차단하는 마스크 패턴을 갖고 있다. 마스크(5)를 통과하는 레이저빔(200)이 피가공물(11)상의 마킹면에 결상되게 된다.

또 마스크(5)는, 마스크(5)에 의해서 반사된 레이저빔은 레이저 발진기(1)로 되돌아오지 않도록, 레이저빔(100)의 광축에 대하여, 예컨대, 약 1∼5도 정도의 소정 기울기로 마스크 홀더(4)상에 장착된다.

한편, 마스크(5)에 의해 반사된 레이저빔은 수광판(6)에 의해 수광된다. 그러므로, 마스크(5)에 의해서 반사된 레이저빔은 레이저 발진기(1)에 거의 입사되지 않는다. 또한, 마스크(5)의 경사각이 증가할 경우에는, 마스크(5)에 의해서 반사된 레이저빔과 레이저 발진기로부터 방출된 레이저빔(100)과의 간섭이 방지될 수 있다.

다음으로, 본 실시예의 동작을, 제1a도, 제1b도, 제2a∼2d도, 및 제3도를 참조하여, 설명한다.

레이저 발진기(1)로부터 방출된 CW Q스위치 펄스 레이저빔(100)이 광축 조절 미러(3)에 의해 반사되어 마스크(5)를 통과한다. 그러므로, 제2a도에 도시된 가우스형 분포를 갖는 레이저광(100)은, 제2b도에 도시된 마스크(5)를 통과하기 때문에, 제 2d도에 도시된 에너지 분포를 갖는 레이저빔(200)으로 전환된다. 제2b도를 참조하면, 마스크(5)에는, 예컨대, 20%의 투과율을 갖는 영역(21), 50%의 투과율을 갖는 영역(22) 및 99%의 투과율을 갖는 영역(23)을 거의 동심원상으로 배열시켜 형성된 마스크 패턴(25)이 제공된다. 제2c도에 도시된 바와 같은, 이 마스크 패턴(25)을 통과하는 레이저빔(200)의 단면에는, 20%의 투과율을 갖는 영역(21)을 통과하는 레이저빔(200-1), 50%의 투과율을 갖는 영역(22)을 통과하는 레이저빔(200-2), 및 99%의 투과율을 갖는 영역(23)을 통과하는 레이저빔(200-3)들이 동심원상으로 배열된다. 마스크패턴(25)을 통과한 레이저빔(200)의 광속 단면의 외곽 테두리부분은, 입사된 레이저빔(100)이 상기 마스크 패턴의 0%의 투과율을 갖는 영역(24)에 의해 차단되기 때문에, 거의 원형으로 형성된다. 마스크(5)를 통과한 레이저빔(200)은 익스팬더(7)를 통하여 그 빔직경이 확장된 후, 검류계(9, 10) 상에 장착된 스캔 미러에 의해 반사되어, fθ렌즈(8)를 경유하여 마킹표면상에 집광된다. 이 집광된 레이저빔(200)은 검류계(9, 10)의 왕복 회전 구동에 의해 피가공물(11)을 스캐닝한다. 상기 마킹 표면을 스캐닝한 레이저빔(200)에 의해, 문자와 같은 소정의 패턴이 피가공물(11)상에 마킹되게 된다.

이 실시예에서는, 피가공물상에 집광된 광스폿의 운동에 의해 묘사된 선의 폭방향으로 주어진 에너지가 평준화되므로, 이 레이저빔에 의해 묘사된 마킹선의 가공깊이가, 제3도에 도시된 바와 같이, 약5∼10㎛로 매우 얕아지게 된다.

설명한 바와 같이, 본 발명의 빔 스캔식 레이저 마킹 장치에서는, 묘선의 가공깊이가 약5∼10㎛로 유지될 수 있으므로, 그 묘선이 매우 용이하게 식별될 수 있게 된다. 또한, 가공깊이가 얕아, 얇은 전자 부품에 그 상부에 손상을 주지 않고 마킹이 수행될 수 있게 된다.

다음으로, 마스크의 구체적인 구조를, 제4a∼4c도 및 제5도를 참조하여, 설명한다.

제4a도를 참조하면, 약100%의 레이저빔 투과율을 갖는 투명 기판인 유리 기판(41)의 일측면에, 유전체 다층막으로 형성된 [a]%의 투과율을 갖는 반사코트(42) 및 [b]%의 투과율을 갖는 반사코트(43)가 동심원상으로 형성된다. 또한, 유전체 다층막으로 형성된 전반사 코트(44)는, 반사코트(43)의 주변부의 유리기판(41)이 노출되는 영역둘레에 배치된다. 여기서, 유리기판(41)이 노출된 영역은 거의 100%의 레이저빔 투과율을 가지며, 전반사 코트(44)는 레이저빔에 대해 거의 0%의 투과율을 가진다. 이러한 마스크 패턴을 갖는 마스크(5)를 통과한 레이저빔의 광속은, [a]%의 투과율로 마스크(5)를 통과한 레이저빔(51), [b]%의 투과율로 마스크(5)를 통과한 레이저빔(52), 및 유리기판(41)을 통과한 레이저빔(53)들이 제5도에 도시된 바와 같이 광축의 중심부로부터 동심원상으로 배열되는, 단면을 가진다. 마스크 패턴을 통과한 레이저빔의 에너지 밀도는 마스크 패턴 중심부에서의 투과율을 그 주변부의 것보다 더 작게 설정함으로써 평준화시킬 수 있다. 또한, 마스크 패턴을 통과한 레이저빔의 단면(54)은, 거의 0%의 투과율을 갖는 전반사 코트를 마스크 패턴의 주변부에 제공함으로써, 거의 원형으로 형성시킬 수 있다.

또한, 제4b도를 참조하면, 마스크의 다른 실시예로서, 유리기판(41)의 일측면상에는, 유전체 다층막으로 형성된 [b]%의 투과율인 반사 코트(43)와 전반사 코트(44)가, 반사코트(43), 유리기판(41)이 노출된 영역 및 전반사 코트(44)들과 차례로 동심원상으로 배치된다. 한편, 유리기판(41)의 타측면상에는, 유전체 다층막으로 형성된 [a/b]%의 투과율인 반사 코트(45)가 반사코트(43)에 반대 위치에 제공된다. 제4b도에 도시된 마스크 패턴을 갖는 마스크(5)를 통과한 레이저빔의 광속 단면은, 앞에서 이미 설명한 제5도에 도시된 바와 같다.

또한, 제4c도를 참조하면, 유전체 다층막으로 형성된 [b]%의 투과율인 반사 코트(43)가 유리기판(41)의 일측면에 제공된다. 반사코트(43)의 주변 영역에서는, 유리기판(41)이 노출되고, 거의 0%의 투과율을 갖는 전반사코트(44)가 그 주변영역에서 제공된다. 마스크에 대한 이 실시예는, 제4a도 또는 제4b도에 도시된 마스크에 비해, 유리기판(41)상에 동심원상으로 형성된 반사 코트들이 적게 제공된다. 그러나, 마스크를 통과한 레이저빔의 에너지는 충분히 평준화시킬 수 있다. 그러나, 레이저빔의 에너지 밀도를 더 이상 충분히 평준화시키기 위해서는, 동심원상으로 제공되어지는 반사코트의 갯수를 증가시키는 것이 바람직하다.

각 반사 코트에서의 레이저빔의 투과율 [a] 및 [b]로는, 빔 직경과 레이저빔의 에너지 밀도에 따라서 최적값이 선택될 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 레이저빔은 [a]와 [b]를 20과 50으로 각각 선택함으로써 평준화시킬 수 있다.

마스크가 레이저빔(100)의 광축에 대하여 큰 경사각으로 제공되는 경우, 마스크에 제공된 마스크 패턴의 형상은, 마스크를 통과한 레이저빔의 광속의 원형 단면을 얻기 위하여 타원형으로 변화되어야 한다. 제6도는 이러한 타원형의 반사 코트를 갖는 마스크 패턴의 일예를 나타낸 것이다. 투과율[a]의 반사코트(61)와 투과율[b]의 반사코트(62)는 타원형으로 형성된다.

레이저빔이 외곡 테두리 부분만이 차광된 집광 레이저빔에 의해 마킹을 수행하는 경우에는, 묘선의 중심부의 가공 깊이가 30∼50㎛ 정도로 깊게 되어, 여전히 가공 깊이에 대한 문제점이 잔존하게 된다. 레이저빔으로 스캐닝하여 마킹하거나, 레이저빔의 외곽 테두리 부분만이 차광된 집광 레이저빔으로 스캐닝하여 마킹하는 경우에는, 레이저빔의 중심부분의 에너지 밀도가 높아지고, 또 스캐닝하는데 사용되는 집광 스폿 혹은 결상이 묘선상에서 차례로 중첩되기 때문에, 묘선의 중심부분에 에너지가 집중하게 된다. 이것이 가공 깊이를 크게 하는 이유이다. 그러므로 레이저빔의 중심부 및 외곽 테두리 부분을 차광시켜 얻은 링형태의 레이저빔 결상으로 마킹처리를 실현함으로써, 묘선의 가공 깊이가 약10∼20㎛ 정도로 억제될 수 있게 된다. 그러나, 이러한 링형태의 결상을 사용하는 경우에는, 묘선의 시작점과 끝점에 차광된 중심부에 의해 가공되지 않은 부분이 발생하여, 외관을 불량하게 만들게 된다.

한편, 이 실시예에서는, 빔의 결상이 스캐닝에 의해 묘사된 선의 폭방향으로 주어지는 에너지가 평준화되도록, 레이저 빔의 투과율이 다단으로 변경되는 중심부를 갖는 마스크 패턴이 사용된다. 따라서 집광 스폿에 의해 얻은 가공깊이가 약5∼10㎛ 정도로 억제될 수 있게 된다. 또한, 형태가 우수한 시작점과 끝점을 갖는 선이 묘사될 수 있게 된다.

다음으로, 본 발명의 제2실시예를, 제7도 및 제8도를 참조하여, 설명한다.

이미 설명한 바와 같이, 레이저 마킹 장치로 전자부품에 소정의 문자패턴을 마킹하는 경우, 종종 묘사되어지는 문자패턴은 상표와 같은 여러종류의 패턴을 포함한다. 종래 기술의 마스크 투과형의 마킹 장치와는 달리, 이 빔 스캔식 레이저 마킹 장치는 레이저빔으로 마스크를 한번 조사해서는 넓은 폭의 패턴을 마킹할 수 없다. 그러므로, 먼저, 넓은 폭의 패턴의 윤곽 부분의 마킹이 수행된다. 그 후, 그 윤곽내부를 완전히 마킹하기 위하여 후속 마킹이 수행된다. 통상, 윤곽부분을 마킹하는 경우에는, 에지부분을 가급적 정교하게 하기 위하여 윤곽선이 가능한한 가늘게 묘사된다. 그러나, 이와 같이 얇은 선이 윤곽부의 내부를 완전히 마킹하는데 사용되는 경우에는 내부를 완전히 마킹하는데 매우 장시간을 요하므로, 비효율적이다.

그러므로, 본 발명의 제2실시예에서는, 윤곽부분을 묘사할 때는 선폭이 얇게 되고, 윤곽부분의 내부를 마킹할 때에는 선폭이 더 두꺼워지도록, 폭을 변화시키는 수단이 제공된다.

집광된 빔의 크기는, 레이저 발진기(1)로부터 방출된 레이저빔(100)을 마킹될 부분의 크기에 따라, 상이한 크기의 마스크 패턴에 통과시킴으로써, 변경될 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 제8도에 도시된 바와 같이, 레이저빔(100)이 통과되는 직경이 상이한 복수의 마스크 패턴이 상부에 동심원상으로 배치된 마스크(71)가 마스크 홀더(72)를 통하여 펄스모터(73)에 장착된다. 펄스모터(73)를 제어하여, 소정 크기를 갖는 마스크 패턴(81)을 레이저빔(100)의 광축에 대해 정렬함으로써, 마스크패턴(81)의 크기에 대응하는 크기의 집광 레이저 스폿이 피가공물(11)상의 마킹면에 형성될 수 있게 있다. 즉, 펄스모터(73)의 회전축(82)을 중심으로 마스크(71)와 마스크 홀더(72)를 회전시킴으로써, 원하는 마스크 패턴(81)이 레이저빔(100)의 광축상에 정렬될 수 있다. 이상 설명한 바와 같이, 문자 또는 표식의 피마킹 부분의 크기에 따라서, 원하는 크기의 마스크 패턴을 선택하여 마킹을 행함으로써, 원하는 두께의 선이 묘사될 수 있게 된다.

여기서, 마스크(71)에 제공된 복수의 마스크 패턴(81)들 가운데 큰 직경을 갖는 마스크 패턴에는 상이한 투과율을 갖는 다수의 반사 코트가 형성되는 것 또한 효과적이다.

다음으로, 제9a도에 도시된 바와 같은 문자 또는 표식을 마킹하는 방법, 즉, 윤곽선을 묘사한 후에 내부를 완전히 마킹하는 것이 요구되는 방법을, 제9a∼9c도 및 제10도를 참조하여 설명한다.

먼저, 제9a도에 도시된 바와 같은 문자를 마킹하기 위한 마킹 데이터가 제어회로(S101)에 설정된다. 마스크 패턴은, 펄스 모터를 제어하여 작은 크기의 마스크 패턴을 레이저빔(S102)의 광축에 정렬함으로써, 변경된다. 작은 크기의 마스크 패턴이 레이저빔의 광축에 정렬되는 경우, 작은 집광 스폿이 얻어질 수 있으며, 그 작은 크기의 집광스폿을 스캐닝함으로써 얇은 선으로 마킹이 이루어질 수 있게 된다. 제1공정으로서, 제9b도에 도시된 바와 같이, 이 문자의 윤곽부는 마킹될 문자의 형태를 파괴하지 않는, 즉 정교한 모서리부를 얻기 위하여 얇은 선으로 마킹된다(S103). 다음으로, 펄스 모터를 제어하여 큰 크기의 마스크 패턴을 레이저빔의 광축에 정렬함으로써, 마스크 패턴이 변경된다(S104). 이렇게 함으로써, 큰 집광 스폿이 얻어질 수 있으며, 이러한 큰 집광 스폿으로 스캐닝함으로써 두꺼운 선으로 마킹이 수행될 수 있게 된다. 제2공정으로서, 제9c도에 도시된 바와 같이 두꺼운 선을 갖는 윤곽선의 내부 영역을 완전하게 마킹하도록 마킹이 행해진다(S105). 이상 설명한 바와 같이, 마스크 패턴의 크기를 변화시킴으로써, 마킹된 문자의 윤곽부를 정교하게 유지하면서도, 공정 시간이 현저하게 단축될 수 있다.

Claims

레이저빔(100)으로 피가공물(11)을 스캐닝하여 피가공물(11)상에 문자 또는 표식을 마킹하는 빔 스캔식 레이저 마킹방법에 있어서, 상기 레이저빔(100)의 단면부의 에너지 분포를 평준화시키는 마스크패턴(25; 81)을 갖는 마스크(5; 71)에 상기 레이저빔(100)을 투과시키는 상기 마스크 패턴의 결상을 집광하는 단계, 및 상기 피가공물(11)상에 상기 레이저빔으로 상기 결상을 스캐닝하는 단계를 포함하되, 상기 마스크(5)에 상기 레이저빔(100)이 투과하는 상이한 크기의 영역을 갖는 복수의 마스크 패턴(25; 81)을 제공하여, 원하는 마스크 패턴을 선택함으로써, 상기 마스크(5; 71)를 통과한 레이저빔(200)의 직경을 변화시키는 단계를 더 포함하며, 상기 레이저빔(100)을 투과하는 작은 영역을 갖는 제1마스크 패턴은 상기 문자 또는 표식의 윤곽부분을 마킹하도록 선택되며, 상기 레이저빔을 투과시키는 상기 제1마스크 패턴의 상기 영역보다 더 큰 영역을 갖는 제2마스크 패턴은 상기 윤곽부분의 내부영역을 마킹하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹방법.
제1항에 있어서, 상기 마스크(5; 71)의 상기 마스크 패턴(25; 71)은 상기 레이저빔(100)에 대하여 상이한 투과율을 갖는 복수의 물질들을 동심원상으로 배열함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 방법.
제2항에 있어서, 상기 마스크(5; 71)의 상기 마스크 패턴(25; 71)은 투명한 기판상에, 상기 레이저빔에 대하여 0% 보다는 더 크고 100% 보다는 더 작은 제1투과율을 갖는 제1유전체 다층막으로 형성되는 제1반사코트와, 상기 레이저빔을 차광하도록 상기 제1반사코트의 외곽 테두리 부분에 형성된 전반사 코트로 형성되는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 방법.
제3항에 있어서, 상기 마스크(5; 71)의 상기 마스크 패턴(25; 71)은 상기 제1투과율과는 상이한 투과율을 갖는 하나이상의 종류로된 유전체 다층막으로 제조되며 상기 제1반사 코트의 외곽 테두리 부분에 배치되는 하나이상의 종류로된 링형태의 제2반사코트로 형성되는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 방법.
레이저빔으로 피가공물(11)을 스캐닝하여 피가공물(11)상에 문자 또는 표식을 마킹하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치에 있어서, 상기 레이저빔(10)의 단면부에서의 에너지 분포를 평준화시킬 수 있도록, 상기 레이저빔(100)에 대해 상이한 투과율을 갖는 복수의 물질을 동심원상으로 배치된 마스크 패턴(25; 81)을 갖는 마스크(5; 71) 및 상기 레이저빔(100)이 상기 마스크(5; 71)를 통과할 때 형성된 상기 마스크 패턴(25; 81)의 결상으로 상기 피가공물(11)을 스캐닝하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치.
제5항에 있어서, 상기 마스크(5; 71)는 레이저빔(100)을 투과시키는 상이한 크기의 영역을 갖는 복수의 마스크 패턴(25; 81)을 갖는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치.
제6항에 있어서, 상기 원하는 크기의 영역을 갖는 상기 마스크 패턴(5'; 81)을 레이저빔(100)의 광축상에 정렬시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치.
제5항에 있어서, 상기 마스크(5; 71)는 마스크에 입사되는 상기 레이저빔(100)의 광축에 대하여 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치.
제8항에 있어서, 상기 마스크 패턴(25; 81)은 상기 레이저빔(100)을 투과시키기 위한 타원형의 영역(61, 62)을 가지는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치.
음향 광학 Q스위치 소자(2)를 가지는 레이저 발진기(1)로 부터의 CW(continuous wave) Q스위치 펄스 레이저 발진에 의해서 방출된 레이저 빔(100)으로 피가공물(11)을 스캐닝하여 상기 피가공물(11)상에 문자 또는 표식을 마킹하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치에 있어서, 상기 레이저 발진기(1)로부터 방출된 상기 레이저빔(100)의 단면부에서의 에너지 분포를 평준화시키는 마스크 패턴(25; 81)을 가지는 마스크(5; 71), 상기 마스크(5; 71)를 통과하는 상기 레이저 빔(200)을 스캐닝하는 1쌍의 검류계(9, 10)상에 제공된 1쌍의 반사 미러, 및 상기 피가공물(11) 상에 상기 반사 미러에 의해 반사된 상기 레이저빔(200)을 집광하는 대물 렌즈(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치.
제10항에 있어서, 상기 마스크(5; 71)는 마스크로의 입사빔인 상기 레이저빔(100)의 광축에 경사지게 설치되며, 또한 수광판(6)은 상기 마스크(5; 71)에 의해 반사된 상기 레이저빔(100)을 수광하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치.
제10항에 있어서, 상기 마스크(5;71)에는 상기 레이저빔(100)을 투과시키는 상이한 크기의 영역을 갖는 복수의 마스크 패턴(25; 81)이 제공되며, 또한, 상기 마스크(5; 71)를 고정시키는 마스크 홀더(4; 72), 및 상기 마스크 홀더(4; 72)에 구비되어 상기 마스크(5; 71)를 회전시키는 펄스 모터(73)를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치.
빔 스캔식 레이저 마킹 장치의 마스크에 있어서, 상기 마스크(5; 71)는 레이저빔으로 피가공물(11)을 스캐닝하여 피가공물(11)상에 문자 또는 표식을 마킹하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치에 구비되며, 레이저빔(100)을 투과시키는 마스크 패턴(25; 81)을 가지며, 상기 마스크 패턴(25; 81)은 상기 레이저빔(100)에 대하여 상이한 투과율을 갖는 복수의 물질을 동심원상으로 배열하여 형성되는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치의 마스크.
제13항에 있어서, 상기 마스크(5; 71)는 레이저빔(100)을 투과시키는 상이한 크기의 영역을 갖는 복수의 마스크 패턴(25; 81)을 갖는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치의 마스크.
제13항에 있어서, 상기 마스크 패턴(25; 81)은 상기 레이저빔(100)을 투과사키는 타원형 영역(61; 62)을 가지는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치의 마스크.
제13항에 있어서, 상기 마스크 패턴(25; 81)은, 투명기판(41)상에, 상기 레이저빔(100)에 대해 제1투과율을 갖는 유전체 다층막으로 형성된 원형의 제1반사 코트(42)와, 상기 제1반사 코트(42)의 외곽 테두리 부분에 상기 제1투과율과는 상이한 투과율을 갖는 하나이상의 종류로된 유전체 다층막으로 형성된 하나이상의 종류로된 링형태의 제2반사 코트(43)로 형성되는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 레이저 마킹 장치의 마스크.
제16항에 있어서, 상기 마스크 패턴(25; 81)은 상기 제2반사 코트(43)의 외곽 테두리 부분에 상기 레이저빔(100)을 차단하기 위한 전반사 코트(44)를 더 배열하여 형성되는 것을 특징으로 하는 빔 스캔식 마킹 장치의 마스크.