JPH03501466A - レーザー・マーキング用光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザー・マーキング用゛″システム 挟亜公団 本発明は１ノーザー争マーキング用であって、且つ一既定の横方向寸法を持った 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・ビームの横方向寸法が、前記マスク・パターンの横方向寸 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。

採血９背量 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。

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、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・一の方へ 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，　４８０，　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 、その上側鎖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は直される。

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。

主灸哩ｑ脱亘 本発明の目的は、レーザー・マスキング用の光学システムを提供して、既知のレ ーザー・マス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本 質的に既知の方法でレーザーとマスクとの間に置かれ、その凹面鏡が前記焦点調 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、 前記入口開口の横方向寸法は前記焦点の横方向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、マスク開口を直接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。

凹面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。更にその上、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 ンを暴露し、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。

そのうえ本発明によると、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。

さらにその上本発明によると、円筒状導波管の横方向寸法はマスク上に入ってく る光ビームの横方向寸法の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がこのレーザー・ビー ムと調和した横方向寸法、なるべくなら矩形の横方向寸法、且つ特に正方形横寸 法のものであるとよい。

この方法ではレーザーを離れるレーザー・ビームの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・ビームの横方向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。

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。

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。

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。

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。

その上本発明によると、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。

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。

Ｎ皿２Ｍ率友脱肌 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。

本売口の好適な実施例の脱臼 本発明によるレーザー・マスキング用光学システムは、−１ノーザー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、且つ特に正方形の横方向寸 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１ノーザー・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・ビームの横方向寸法に適合している。この入口開口５は焦 点調節するレーザー・ビームの通過を許容し、且つ焦点の横方向寸法よりも僅か に大きい横方向寸法のものである。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、１ノーザーへ反射し返されることから、及びそれにより前記レーザ ーを損傷することから、入口開口の縁に入射し得るレーザー・ビームの部分を防 止する。

凹面鏡３を通過したレーザー・ビームはマスク７により凹面鏡と対向している反 射面即ち鏡面９と会わされる。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との間の距離す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・ビームの横方向寸法ＤＩはレーザ ー１を離れるビームの横方向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・パターンの横方向寸法はマス ク上のレーザー・ビームの横方向寸法ＤＩ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、１ノーザー・ビームの 横方向寸法に適合している横方向寸法のものである。図解した実施例ではこの導 波管１０の内側横方向寸法りは、マスク７上のレーザー・ビームの横方向寸法Ｄ １の２倍に実質的に相当する。

マスク７に会わされたレーザー・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へ向は返される。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ｌＯ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、正方形の横方向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ど試み、且つそれによってマス フッ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に会わ された場合に、エネルギーの非常に均一な分布を現す。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Ｏ３５〜２０ジ ユールのパルス・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ｌＯ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を形成している。

この保護ガスは、凹面鏡３の入口開口５を通り、またマスク７のマスク・パター ン８の両者を通ってこの圧力室を去り得る。

プラズマがこれらの開口を違ったやりかたで覆うので、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 ムの最良効率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、二手 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手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手面で入口開口５の中心の周りで傾けられ得る、凹面鏡 ３と導波管ｌＯ１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のみを実行する必要があるのみであ る。

Ｄｏ＝２０Ｘ２０ｍｍの横方向寸法のレーザー・ビームと、ａ＝ｂ＝　３３０ｍ ｍ、　Ｒ４＝２０００ｍｍ、及びＤ　＝　３６　Ｘ　３６ｍｍの寸法の光学シス テムとの使用によって、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が実験 が示した。

本発明は修正することにより本発明の範囲から逸脱することなく、多くの方法で 修正することができる。映像産出レンズ１２は、有益であると考えられる場合に は、例えば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 以外の横方向寸法のレーザー・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横方 向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。

補正書の写しく翻訳幻提出書（特許法第１８４条の８）平成２年６月８日 特許庁長官　吉　１）　文　毅　殿 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＤＫ　８８１０　Ｏ２０１ 、発明の名称 レーザー・マーキング用光学システム ３、特許出願人 氏名　オルセン　フレミング ４、代理人 １９８９年ｌＯ月２０日 明　細　書 本発明はレーザー・マーキング用であって、且っ一既定の横方向寸法を持ったレ 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・ビームの横方向寸法が、前記マスク・パターンの横方向寸法 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。

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。

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１更に、反射された放射線は１ノ−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、ＬＩＳ−Ａ−４，４８０，１６８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、 その上側鎖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鎖によってその表面へ向は直される。

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。

本発明の説明 本発明の目的は、レーザー・マスキング用の光学システムを提供して、既知のレ ーザー・マス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１、その焦点調節手段が焦点調節の後にマスク上 に前記横方向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、その凹面鏡が前記焦点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、前記入口開口の横方 向寸法は前記焦点の横方向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、マスク開口を直接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。

凹面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。更にその上、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 ンを暴露し、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。

そのうえ本発明によると、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。

さらにその上本発明によると、円筒状導波管の横方向寸法はマスク上に入ってく る光ビームの横方向寸法の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が二のレーザー・ビー ムと調和した横方向寸法、なるべくなら矩形の横方向寸法、且つ特に正方形横寸 法のものであるとよい。

この方法ではレーザーを離れるレーザー・ビームの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・ビームの横方向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。

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。

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。

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。

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。

その上本発明によると、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。

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（、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一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。

本発明の好適な実施例の説明 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、且つ特に正方形の横方向寸法 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。

このしンズ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・ビームの横方向寸法に適合している。この入口開口５は焦点 調節するレーザー・ビームの通過を許容し、且つ焦点の横方向寸法よりも僅かに 大きい横方向寸法のものである。焦点調節１ノンズ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、レーザーへ反射し返されることから、及びそれにより前記レーザー を損傷することから、入口開口の縁に入射し得るレーザー・ビームの部分を防止 する。

凹面鏡３を通過した１／−ザー・ビームはマスク７により凹面鏡と対向している 反射面即ち鏡面９と会わされる。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との間の距離す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１７−ザー・ビームの横方向寸法り、はレ ーザーｌを離れるビームの横方向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・パターンの横方向寸法は マスク上のレーザー・ビームの横方向寸法り、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・ビームの横 方向寸法に適合している横方向寸法のものである。図解した実施例ではこの導波 管１０の内側横方向寸法りは、マスク７上のレーザー・ビームの横方向寸法Ｄｉ の２倍に実質的に相当する。

マスク７に会わされた１ノーザー・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へ向は返される。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ｌｌ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、正方形の横方向寸法を有する導波管ｌＯ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 フッ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に会わ された場合に、エネルギーの非常に均一な分布を現す。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 ユールのパルス・エネルギーと、典型的にはｌＯ〜１ｏ００ｎｓ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を形成している。

、二の保護ガスは、凹面鏡３の入口開口５を通り、またマスク７のマスク・パタ ーン８０両者を通ってこの圧力室を去り得る。

プラズマがこれらの開口を違ったやりかたで覆うので、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 ムの最良効率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、二手 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手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ｌｏ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手面で入口開口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のみを実行する必要があるのみであ る。

Ｄｏ＝２０Ｘ２０ｍｍの横方向寸法のレーザー・ビームと、ａ＝ｂ＝　３３０ｍ ｍ、　Ｒａ＝２０００ｍｍ、及びＤ　＝　３６　Ｘ　３６ｍｍの寸法の光学シス テムとの使用によって、物体上に作られるマークの鮮明さが改善されど同時に、 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が実験 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横方向寸法のレーザー・ 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横方向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。

逍−水−ｑ−国−皿 １、（補正後）レーザー・マスキング用であって、且つ一既定の横方向寸法（Ｄ ｏ）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 の横方向寸法（Ｄｌ）が前記マスク・パターン（８）の横方向寸法より大きい光 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 前記横方向寸法（Ｄ、）を有するように焦点調節するように置かれており、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、前記入口開口の横方向寸法は焦点 の横方向寸法よりも僅かだけ太き（、 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、な るべくなら平面鏡として形成され、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。

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。

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。

４、　円筒状導波管（１０）の横方向寸法がマスク（７）上に入ってくる光ビー ムの横方向寸法（Ｄｌ）の１〜５倍、なるべくなら１．５〜２．５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。

５、　凹面鏡（３）内の入口開口（５）と導波管（１０）とが前記レーザー・ビ ームに適合する横方向寸法のものであり、前記横方向寸法はなるべく矩形であり 、特に正方形であることを特徴とする請求 マーキング用光学システム。

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前記請求項のうちいずれか １項記載のレーザー・マーキング用光学システム。

７、焦点調節手段（２）が１５０〜５００ｍｍ　、なるべ《ならば２５０〜３７ ５ｍｍの範囲の焦点距離を有することを特徴とする前記請求項のうちいずれか１ 項記載のレーザー・マーキング用光学システム。

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前記請求項の 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。

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（ｌ５）を形成することを特徴とする前記請求項の うちいずれか１項記載のレ−ザー・マーキング用光学システム。

ｌＯ３焦点調節手段（２）と映像産出手段（１２）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 光学システム。

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 とを特徴とする前記請求項のうちいずれか１項記載のレーザー・マーキング用光 学システム。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザー・マスキング用であって、且つ・既定の横方向寸法（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・ビームの横方向寸 法（Ｄ１）が前記マスク・パターン（８）の横方向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）との間に本質的に既知の方法で置かれ、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、前記入口開口の横方向寸法は焦点の横方向寸法より 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、なるべくなら平面鏡として形成され、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。
2. 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。
3. 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。
4. ４．円筒状導波管（１０）の横方向寸法がマスク（７）上に入ってくる光ビーム の横方向寸法（Ｄ１）の１〜５倍、なるべくなら１．５〜２．５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。
5. ５．凹面鏡（３）内の入口開口（５）と導波管（１０）とが前記レーザー・ビー ムに適合する横方向寸法のものであり、前記横方向寸法はなるべく矩形であり、 特に正方形であることを特徴とする前記請求項のうちいずれか１項記載のレーザ ー。 マーキング用光学システム。
6. 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前記請求項のうちいずれか１ 項記載のレーザー・マーキング用光学システム。
7. ７．焦点調節手段（２）が１５０〜５００ｍｍ、なるべくならば２５０〜３７５ ｍｍの範囲の焦点距離を有することを特徴とする前記請求項のうちいずれか１項 記載のレーザー・マーキング用光学システム。
8. 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前記請求項のう 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。
9. 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前記請求項のう 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。
10. １０．焦点調節手段（２）と映像産出手段（１２）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前記請求項のうちいずれか１項記載 のレーザー・マーキング用光学システム。
11. 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 とを特徴とする前記請求項のうちいずれか１項記載のレーザー・マーキング用光 学システム。