JPH04270082A - マーキングシステム - Google Patents

マーキングシステム

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JPH04270082A
JPH04270082A JP3236363A JP23636391A JPH04270082A JP H04270082 A JPH04270082 A JP H04270082A JP 3236363 A JP3236363 A JP 3236363A JP 23636391 A JP23636391 A JP 23636391A JP H04270082 A JPH04270082 A JP H04270082A
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JP
Japan
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mask
radiation
pattern
laser
marking system
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JP3236363A
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English (en)
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Adrianus R C Engelfriet
アドリアヌス　リカルド　クリストフォール　エンヘルフリート
Gerrit C Verkade
ヘリット　コルネリス　フェルカデ
Sipke Wadman
シプケ　ワドマン
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • 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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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電磁放射により物体の表
面にパターンを形成するに当たり、放射線出射面を有す
る放射線源ユニットおよびマスクを照射する光学系を具
え、設けるべきパターンを前記放射線出射面からの放射
ビームによって形成するマーキングシステムに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】この種の装置は例えばロゴのようなマー
ク、名前または機能の言語、或はピクトグラムその他の
画像を装置および／または操作キーの表面に設けるため
に用いる。このマスクパターンは、極めて繊細な電磁放
射線によって１回または多数回マスクを物体表面に照射
することにより物体に永久的に設けるものである。
【０００３】この種の装置は米国特許願第３，５８８，
４３９号明細書から既知である。この米国特許明細書に
はレーザビームをレンズ系を経てマスク直径に対し拡大
する手段およびマスクを対物レンズ系により物体に縮小
形状で結像手段が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この装置の第１の主欠
点は一定の直径の円形電磁放射線ビームによってマスク
を照射する点である。細長パターン、例えば言語を有す
るマスクでは、マスクに入射する電磁放射線の大部分が
マスクにより阻止されるとともにその小部分のみがパタ
ーン内に入り、物体の表面に到達するようにしている。 これがため、長時間の露出を必要とする。
【０００５】かかる既知の装置の第２の主欠点は物体の
大きな表面にマスクを設けるのが好適でない点である。 大きな連続パターンを必要とする場合には、既知の装置
を用いる際多数の併置サブパターンを設ける必要がある
。従って表面を照射しないかまたは２回照射を行う場合
これらサブパターン間の可視インターフェースが不可避
となる。
【０００６】本発明の目的は上述した欠点を回避し得る
マーキングシステムを提供するとともに比較的大きなフ
ォーマットのマークをその表面に均質的に設けた物体を
提供せんとするにある。
【０００７】本発明の他の目的は電磁放射線を有効に用
いることができ、電磁放射線源ユニットによって発生す
る電磁放射線をマスクの関連部分に特に導くようにした
物体表面にマークを設ける方法を提供せんとするにある
。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は電磁放射により
物体の表面にパターンを形成するに当たり、放射線出射
面を有する放射線源ユニットおよびマスクを照射する光
学系を具え、設けるべきパターンを前記放射線出射面か
らの放射ビームによって形成するマーキングシステムに
おいて、前記光学系は前記放射線出射面をマスク上に結
像する主結像系を具えるとともに前記放射ビームの断面
の寸法及び／又は位置をパターンが存在するマスクの区
域の断面の形状及び／又は位置に適合させる手段を設け
るようにしたことを特徴とする。
【０００９】結像光学系を走査または変形することによ
りマスクに電磁放射線射出面を結像することによって、
物体表面に設けるべきマークのパターンが存在するマス
クの部分のみを露出させることができる。マークが存在
しないマスクの部分は照射しないため、大きな区域を十
分な強度で露出させることができる。
【００１０】本発明マーキングシステムの第１の例では
、前記主結像系は円筒軸が互いにほぼ直交する２つの円
筒レンズを具え、これら２つの円筒レンズは前記放射線
出射面を前記マスクに２方向に異なる倍率で結像する異
なるパワーを有するようにする。これがため、例えば丸
い放射線射出面はマスクに楕円として結像されるように
なる。結像すべきパターンを１ワードとする場合には倍
率を適宜選定して、電磁放射線の最小可能な量がワード
を囲む矩形部分の外側に照射されるようにする。従って
、放射線射出面が変形されないで結像される状態と比較
するに、著しく充分な電磁放射線がこの矩形部分に照射
されるようになる。
【００１１】本発明マーキングシステムの第２の例では
、前記光学系によって更に前記マスクの１部分を照射し
、前記マスクの部分を連続的に重畳照射手段を前記放射
線出射面と前記マスクとの間の放射線通路に配列し得る
ようにする。この例はパターンの部分を順次に照射する
ことによって大きなパターンを充分な強度で照射し得る
と云う事実を基としてなしたものである。
【００１２】選定した部分が殆ど互いに重畳してパター
ンの各点が多数の照射された部分内にある場合には、こ
れら部分の端部の遷移が見えないかまたは決して見えな
くなる。物体の表面の最終結果は何ら可視インターフェ
ースなく均一に設けられたマスクとして見ることができ
る。
【００１３】２方向に大きな寸法を有するパターンに対
しては、前記マスクの部分を連続的に重畳して照射する
手段によって互いに２方向にオフセットする部分を照射
し得るようにする。この場合には各々が多数の重畳サブ
照射より成る多数の重畳行に従って照射を行うようにす
る。均一な分布を得るためには、物体表面に各点の照射
の正規の数は正方形とする必要がある。
【００１４】この例では、前記光学系は視野マスクと前
記放射線出射面および前記視野マスク間に配列された対
物レンズ系とを具え、前記マスクおよび視野マスクを前
記対物レンズ系の共役面に配列し、かつ、前記視野マス
クを結像するマスクの１部分を選択する可調整偏光系を
前記視野マスクおよび前記マスク間に配列し得るように
する。このシステムでは、放射線射出面は前記マスクに
直接結像されないで、絞りとして作用する視野マスクに
結像されるようになる。この視野マスクを実際のマスク
に結像する。これがため、マスク上の露出スポットの形
状は良好に規定することができ、この形状および重畳の
程度はマスクを照射する際に互いに適合させることがで
きる。
【００１５】この例では、透過率は前記視野マスクの縁
部の少なくとも１つにおける傾度を有するようにする。 視野マスクの縁部における透過率の徐々の変遷のため、
照射すべきマスクの部分の位置決めにおける僅かな誤差
のため、マスクの関連する点の総放射線強度に極めて僅
かな差が生じるようになる。従って、目に見え得る設置
マスクのコントラストの差は照射の回数が僅かな場合で
もほぼ除外されるようになる。これがため透過率の直線
的な変化、従ってコントラストの傾斜は充分となる。
【００１６】この例では前記視野マスクの次段に視野レ
ンズを配列し得るようにする。視野マスクを通過する放
射線は視野レンズによって対物レンズ系に向かって偏向
する。これがため対物レンズ系に位置における放射線ビ
ームの直径は減少し、従ってこのシステムにおけるレン
ズ誤差は殆ど影響を受けなくなる。この視野レンズは主
結像系および対物レンズ系が互いに結像され得るように
なる。この視野レンズは視野マスクの前方または後方の
何れかに配列することができ、また視野レンズが複数の
素子を具える場合にはこの視野マスクをこれら素子間に
配列することもできる。
【００１７】マーキングシステムのこの例では、前記可
調整偏光系は前記対物レンズ系および前記マスク間に配
列されたガルバノメータミラーとするのが好適である。 ガルバノメータミラーは正確且つ容易に制御することが
でき、しかも、これを対物レンズおよび前記マスク間に
配列することにより放射線を常時同様に、且つ同一方向
に対物レンズに通過させることができる。
【００１８】更に本発明マーキングシステムでは、前記
放射線出射面および前記主結像系間の光学系は焦点距離
が前記主結像系の焦点距離よりも少なくとも１桁少ない
他のレンズ系を具え、この他のレンズ系をその焦点距離
に等しい放射線出射面からの距離に位置させるようにす
る。この場合にはかかる他のレンズ系は集光レンズとし
て作用し、光学系は極めて大きな焦点深度を有する放射
線出射面の像を形成する。このマスクは、シャドウ効果
のため、マークすべき物体表面およびマスク間の充分な
距離で物体表面に直接投影することができる。物体表面
から放出されるガスおよび材料によりマスクが損傷する
のを防止するためには、物体表面までの距離をある程度
必要とする。
【００１９】上記米国特許願第３，５８８，４３９号明
細書に記載の装置の他の欠点は放射線源ユニットをレー
ザとしたことである。レーザは輝度の空間変化が極めて
強い放射線ビームをほぼガウス形状で発生する。これが
ためマスクは不均等に照射されるようになる。その理由
は物体表面に被着されたマスクも著しい強度変化を呈す
るからである。
【００２０】本発明マーキングシステムの好適な例では
、レーザにより発生した均質放射線の光学案内部材を前
記レーザおよび光学系間の放射線通路に配列し、前記光
学案内部材の前記レーザとは反対端によって前記放射線
出射面を構成し得るようにする。光学案内部材における
レーザ放射線の多重反射によりレーザ放射ビームの上記
ガウス強度分布が失われて光学案内部材のレーザとは反
対側の端部は何等の空間変化もなく均等に照射されるよ
うになる。
【００２１】レーザ放射線を均質化する光学案内部材を
有するマスクを照射する照明系は米国特許願第４，７４
１，６１５号明細書から既知である。しかし、かかる照
明系をマーキングシステムに用いて例えば放射線ビーム
の形状を適合し、またはマスクの透明部分を繰り返し且
つ重ね合わせて照射することによりマスクの透明部分を
選択的に照明することは上記米国特許願明細書には記載
されてはいない。
【００２２】本発明マーキングシステムの好適な例では
、前記レーザは、多くともほぼ１μｍの波長で放射線を
発生するに好適なＮｄ：ガラスまたはＮｄ：ＹＡＧレー
ザとする。例えばモリブデンガラスレーザに発生する近
赤外線におけるこの波長ではガラスは透明となり、光学
系の素子はこの材料から形成された比較的廉価な標準素
子とすることができる。これがため長波長で透明となる
光学素子と比較するに、コストを著しく節約することが
できる。従ってこのマスクはガラス基体に設けられた金
属パターンで構成することもでき、これは周囲から着脱
される部分を有する文字“Ｏ”のようなパターンおよび
文字にとって有利である。
【００２３】本発明マーキングシステムのこの例では、
前記光学案内部材を湾曲光学ファイバとする。光学ファ
イバに鋭敏な曲がりを与えることにより入力側の強度分
布が不均質な場合でも上記端部の光分布を均質にするこ
とができる。光学ファイバは可撓性であるため、レーザ
およびマーキングシステムシステムの光学系は何等問題
なく同一距離および互いに任意の位置に配列することが
できる。
【００２４】レーザの放射線ビームを均質化する細長透
明湾曲体はドイツ国特許願第３５０９４２１号明細書に
記載されている。しかし、この既知の湾曲体も上述した
所と同様の規制があり、明細に従って製造する必要があ
る。更にこの湾曲体に対してはレーザ放射線の出入方向
を互いに平行とする必要がある。更にこの均質湾曲体を
マーキングシステムに用いることは何れにも記載されて
はいない。
【００２５】また、レーザからの放射線を処理すべき物
体表面に案内する可撓性光学ファイバを用いて物体を表
面仕上げするＮｄ：ＹＡＧレーザは英国特許願第２，１
５４，０１７号明細書に記載されている。しかし、この
明細書にも同一のレーザをレーザ放射線の均質化に用い
ることは記載されてはおらず、マークのパターンをマス
クを経て物体表面に設けることも記載されてはいない。
【００２６】本発明マーキングシステムの好適例では、
前記放射線案内部材または光学ファイバを交換自在とし
て、照射すべきマークのパターンの部分の大きさおよび
光学系の倍率に適合せしめるようにする。かようにして
、放射線案内部材のみを交換することにより照射すべき
マークの部分の表面を変化させることができる。この場
合にはレンズを再整合および集束させる必要はない。
【００２７】本発明マーキングシステムの好適な例では
、他の対物レンズによって前記マスクを１対１の割合で
、または拡大して前記表面に結像し得るようにする。 放射線分布が均質であり、放射線の波長が比較的短いた
め、極めて良好に規制されたマスクを用いることができ
、これにより物体表面に極めて細いラインを形成するこ
とができる。これがためマスクを縮小して結像し所望の
精細度のマークのパターンを形成する必要はもはやない
。本発明装置では電磁放射線をマスクの透明部分に集中
させるため、マスクを最終像よりも細くすることもでき
、しかも、物体表面の放射線強度を充分な値とすること
もできる。
【００２８】本発明マーキングシステムでは、前記マス
クの位置の後段に他の視野レンズを配列し得るようにす
る。この他の視野レンズを用いる目的は、マスクから他
の対物レンズにでる放射線を集束して他の対物レンズの
レンズ誤差がマスクの像品質に大きな影響を与えないよ
うにすることにある。更に他の対物レンズの小さな部分
のみを用いるため、物体表面の像の焦点深度が深くなる
。前記他の視野レンズはマスクの前方または後方に配列
することもでき、また、この視野レンズをこれが種々の
素子で構成されている場合にはマスクの両側に配列する
こともできる。この視野レンズのパワーは対物レンズ系
および他の対物レンズが互いに結像されるような大きさ
とする。視野マスクおよび対物レンズ系を設けない場合
には他の視野レンズによって主結像系および他の対物レ
ンズを互いに結像する。
【００２９】本発明マーキングシステムの好適な例では
、マーキングシステムの光学素子の少なくとも１つに反
射防止膜を被着し得るようにする。光学素子の反射防止
被膜によってフレネルの反射による放射線損失を減少し
て物体表面に高い放射線強度が得られるようにし、従っ
てパターンを一層迅速に設けることができ、また、大き
な表面を充分な放射線強度で照射することができる。
【００３０】本発明マーキングシステムの他の例では、
ほぼ１μｍの波長で放射線を発生するレーザと、このレ
ーザにより発生して放射線を均質にする光学ファイバと
、設けるべきパターンが存在するマスクに前記光学ファ
イバの前記レーザとは反対側の１端を結像する光学系と
を具え、この光学系は主結像系と、焦点距離が前記主結
像系の焦点距離よりも少なくとも１桁少ない他のレンズ
系とを具え、この他のレンズ系をその焦点距離に等しい
放射線出射面からの距離に位置させるようにする。この
例によれば、充分な強度で物体表面に結像して均質なコ
ントラストおよび１０ｍｍ以上の直線性距離を有する像
を形成し得る均質な照射マスクを得ることができる。
【００３１】短い焦点距離のレンズ系を放射線出射面に
近接して配列した例では、前記他のレンズ系に反射防止
膜を被着し得るようにする。この反射防止被膜によって
フレネル反射による放射線が放射線出射面またはその近
くに集中するのを防止するとともにこの放射線出射面の
材料が損傷するのを防止する。
【００３２】また、本発明は物体表面にマークを設ける
方法にも関するものである。本発明方法は、物体の表面
にマークを設けるに当たり、レーザによって電磁放射線
を発生するステップと、この発生電磁放射線を光学案内
部材に通して均質化するステップと、前記光学案内部材
のレーザとは反対側の１端をマスクに結像して設けるべ
きマークが存在するマスクを照射し、マスクの照射され
た部分の寸法をマークが占めるマスクの区域の形状に適
合させるステップと、マークすべき表面に前記マスクを
経て電磁放射線を投影するステップとを具えることを特
徴とする。かようにして、均質な輝度および少なくとも
ほぼ１０ｍｍの直線性寸法を有するパターンを物体表面
に設けることができる。
【００３３】本発明方法の特定の例では、前記マークの
大きく重なり合う部分を順次に電磁放射線を照射し得る
ようにする。また、前記マークの大きく重なり合う部分
を互いに２方向にオフセットし得るようにする。これら
方法の利点は前述したマーキングシステムおよびその特
定の例に記載されている。
【００３４】
【実施例】図面につき本発明の実施例を説明する。図１
ａおよび１ｂは本発明マーキングシステムを線図的に示
すとともに放射線出射面１１を有する放射線源ユニット
を示す。マークのパターンを設けたマスク３０は放射線
源ユニットからの放射線によって照射されるとともに対
物レンズ系４０によって物体５０の表面５１に順次結像
する。マスク３０に設けられたパターンは放射線強度が
充分である場合に物体表面５１に永久的に転送されるよ
うになる。その理由は物体表面５１の材料が放射線の影
響により加熱されるとともに脱色され、化学反応または
周囲ガスとの反応により除去または分解されるようにな
る。物体５０はかかる作動に好適な材料から形成するか
、または物体表面５１にかかる材料の薄層を設けること
ができる。
【００３５】或は又、物体表面の材料に直接影響を与え
るほかに、パターンを可視化するために、および／また
は照射後現像する必要のあるフォトラッカーを被着する
ために、化学処理をも施す必要のある材料を被着した表
面を設けることもできる。次の処理は照射した、または
照射しない部分の表面材料を化学手段によりエッチング
除去することである。
【００３６】マスク３０は図示のマークの位置で透明と
なるマスクとして示したが、マスクの反射部分を物体表
面に結像する位置で反射性とすることもできる。マスク
の残部はマスクの熱を吸収するか、またはその透過を防
止し得るようにする。
【００３７】コントラストの高い均一で明るいマスクパ
ターンを得るためにはマークの種々の部分を充分な強度
で均等に照射する必要がある。マークにより細長パター
ンを構成する場合には多くの放射線がマスクの不透明部
分に到達することを示し、放射線出射面１１をマスクに
変形しないで結像する場合には放射線が消失することを
示す。従って照射に長時間を要し、且つ大きなエネルギ
ーを必要とする。
【００３８】本発明マーキングシステムの光学系は、図
１ａおよび図１ｂに示すように、その円筒軸が、即ち、
レンズが光学パワーを有さない方向が互いに直交する２
つの円筒形レンズ２１および２２を具える。図１ａはレ
ンズ２１がパワーを有する面におけるマーキングシステ
ムの拡大断面図であり、図１ｂはレンズ２２がパワーを
有する面のマーキングシステムの拡大断面図である。こ
れら２つの円筒形レンズは異なる光学パワーを有するた
め、２方向における放射線出射面１１が異なる倍率でマ
スク３０に結像されるようになる。放射線出射面が円形
の倍率でマスク上の結像は楕円形状となる。この放射線
出射面内の放射線強度分布は円筒形レンズのため変化せ
ず、従って放射線出射面１１の均質な強度分布はマスク
３０の結像内でも同様の強度分布となる。結像が変形し
、例えば楕円形状となる場合には細長パターン例えば表
示すべきワードが存在するマスクの部分内に多くの放射
線が入射するようになる。この場合には楕円の長軸をパ
ターンの長手方向に向ける必要があることは勿論である
。変形のため、マスクを通過する放射線の強度はより高
くなり、従ってより短い照射時間で充分となる。僅かな
変形で充分である場合には２つの円筒形レンズ２１およ
び２２は相互に直交する円筒軸で円筒形に形成されるよ
うになる。
【００３９】図２は本発明マーキングシステムの第２例
を線図的に示す。本例マーキングシステムは放射線出射
面１１を有する放射線源ユニット１０とマスク３０とを
具える。放射線出射面は主マーキングシステム２０によ
ってマスク３０に結像される。次いでこのマスクを他の
対物レンズ系４０を経てマークすべき物体５０の表面５
１に結像する。主結像系２０およびマスク３０間の放射
線通路には可調整偏向系、例えば軸２４を中心として回
転し得るミラー２３を配列する。或はまた、他の偏向系
、例えば多角形ミラー、回転自在の平面平行板または回
転自在のホログラムを用いることができる。
【００４０】この例では、放射線出射面１１をマスク全
体に結像しないで、マスクの１部分およびマスクのパタ
ーンの１部分にのみ結像する。次いでマスクを偏向系２
３により１ステップずつ走査し、照射すべきマスクの各
点を多数回照射する。各点が充分な回数、例えば１０回
照射される場合には１回以上または以下照射されたパタ
ーンの部分間の差は最早や物体の表面に直接可視化され
なくなる。従って照射すべき表面５１およびマスク３０
が大きい場合には以前または後に照射された部分間の可
視化を変遷することなく表面全体およびマスク全体を照
射することができる。例えばパルス化放射線源を用い、
且つこれと同期して偏向系をステップ状に再調整するこ
とによりステップ状照射を行うことができる。或はまた
、この偏向系は緩慢に且つ連続的に作動させることもで
きる。
【００４１】かかる例を図３に示す。本例では放射線源
ユニット１０をレーザ１２、例えばＮｄ：ＹＡＧまたは
Ｎｄ：ガラスレーザとし、その放射線をレンズ１３によ
り光学ファイバ１４内に結合する。このファイバ１４は
充分長くするとともにたすうの湾曲部を有し、従って発
生したレーザの放射線強度の空間変化がファイバの端部
１１で消失されるようになる。これがため、この端部は
均質に照射され、かかるレーザの特性である空間エネル
ギー分布を呈さなくなる。このファイバはその長さを２
〜１０ｍとし、そのコア直径を１００μｍ以上とする。 このファイバの端部１１を放射線源ユニット１０の放射
線出射面１１とする。ファイバの正確な直径はマスクの
区域における所望のビーム直径によって決まる。このフ
ァイバのみを他のコア直径を有するファイバと交換する
ことによりビーム直径を他のマスクの最適の直径に適合
させることができる。従って光学系を再調整する必要は
ない。
【００４２】放射線出射面１１は主結像系２０によって
充分に拡大して視野マスク２６に結像する。視野マスク
２６を正方形または長方形のアパーチュアを有する絞り
とする。アパーチュアが長方形である場合には主結像系
２０は前述したように円筒形システムとするのが好適で
あり、これによりアパーチュア全体を最小の放射線損失
で照射する。アパーチュアが長方形である場合には２つ
の円筒形レンズ２１および２２の代わりに２方向に同一
のパワーを有する回転対称光学系を用いる。
【００４３】視野マスク２６は対物レンズ系２５によっ
てマスク３０の１部分に結像する。このマスクは物体表
面に転写すべきマークのパターンを具える。対物レンズ
系２５およびマスク３０間にはマスク３０の視野マスク
の像の位置をステップ状に変位し得るガルバノメータミ
ラー２３を配列する。このガルバノメータ２３およびマ
スク３０間には対物レンズ系２５の視野の曲率およびガ
ルバノメータ２３によって生じる曲率を除去する（視野
フラッター）光学系２９を配列する。マスク３０のパタ
ーンは対物レンズ系４０によりマスクすべき物体５０の
表面５１に結像する。
【００４４】視野マスク２６の次段には視野レンズ２７
を配列する。この視野レンズを用いて視野マスク２６を
経て対物レンズ系２５に入射する放射線を集中させるよ
うにする。放射線が対物レンズ系２５の小さな部分にの
み入射する場合には、視野マスク２６は大きな焦点深度
でマスク３０上に結像され、この際像の品質に及ぼすレ
ンズ誤差の影響は僅かである。
【００４５】また、マスク３０の次段には視野レンズ３
１をも配列する。この他の視野レンズによって他の対物
レンズ４０に放射線を集中させるようにし、表面５１の
マスク３０の像の品質に好適な影響を与える。
【００４６】視野マスク２６をマスク３０に重畳してス
テップ状に結像する手段を図４に示す。マスク３０をパ
ルス状放射線によって照射し、視野マスクによって結像
すべきマークのパターンが設けられたマスクの部分に像
Ｉｉ　、ｉ＝１、・・・、ｎを形成し、これを図４にＴ
ＥＸＴで示す。パルス化またはステップ状放射線により
形成された像Ｉｉ　は互いに充分に重なり合うためパタ
ーンＴＥＸＴの各点は多数の像ないに位置し、その数は
著しく多く、多少の照射が表面５１に生じるマークのパ
ターンに可視効果を有さなくなる。正確な公称数は照射
の強度および表面５１の材料の特性に依存する。視野マ
スクには透明度が徐々に減少する縁部を設けることがで
きる。これがため、全体的には正しくない位置決めによ
るも照射部分の縁部における放射線の量および設けたマ
ークの輝度にはほとんど影響を与えない。
【００４７】パターンＴＥＸＴの各点を充分に照射する
ためにはマークの存在しない区域を大きくカバーする照
射を多量に導入および導出する必要がある。図４にはこ
れら区域をＩ１　、・・・、Ｉ３　およびＩｎ−２、・
・・、Ｉｎ　で示す。
【００４８】図４から明らかなように、図示の照射視野
Ｉｉ　の縁部はマスクを横切る視野の変位方向に一致し
ない。実際上、これらは一致させるようにするのが好適
である。更に、２つの連続像がずれる経路は像の幅の１
／Ｎに等しくするのが好適であり、ここにＮはパターン
の各点を露出する照射パルスの公称数である。
【００４９】２方向に均等な相対的に大きな寸法を有す
るマークのパターンを照射するためには、照射すべき部
分を２方向に互いにずらせることができる。従って照射
は多数の行の重なり合う部分に影響を及ぼし、この行は
互いに良好に重畳する。２方向における重畳の程度が等
しくなる場合に、即ち、各点に対する照射の公称数が平
方となる場合に最良の結果が得られるようになる。２つ
の他の行の第１の照射を図４にＪ１　およびＫ１　で示
す。 マスクの部分の照射は偏向系をステップ状に調整するこ
とによりおよびこれと同期して放射線源の放射線パルス
を発生させることにより達成させることができる。或は
また、かかる調整を連続的に制御して短い幅の放射線パ
ルスを調整値が正しくなった時点で発生させることがで
きる。
【００５０】図５は本発明マーキングシステムの光学系
の変更例を示す。図５においては放射線源ユニット１１
０の放射線出射面１１１のみを例えばファイバの端部に
示す。放射線出射面１１１から放出される放射線は第１
レンズ１２１により捕捉する。正レンズ１２１は焦点距
離ｆ１　を有し、且つ放射線出射面１１１からこの焦点
距離に配列する。放射線出射面の同一点から種々の方向
に発生する放射線はレンズにより平行ビームにする。こ
の放射線出射面の種々の点から発生する放射線はレーザ
１２１の他の側面に距離ｆ１　に位置する面１１２で互
いに交差する。焦点距離ｆ２　を有する第２レンズ１２
２によって面１１２からの放射線をマークのパターンを
有するマスク１３０が位置するほぼ平行なビームに集中
させる。この目的のため、面１１２およびレンズ１２２
間の距離を第２レンズ１２２の焦点距離ｆ２　に等しく
させる。この第２レンズ１２２の焦点距離は第１レンズ
１２１の焦点距離よりも少なくとも１桁大きい値とする
。これがため、極めて深い焦点深度を有する放射線射出
面１１１の像がレンズ１２２の後方に発生する。従って
マスク１３０および表面１５１の双方を照射し得るとと
もに対物レンズを介挿させることなくマスクにパターン
を結像させることができる。焦点深度が大きいため、表
面１５１およびマスク１３０間の距離を充分な値として
表面のマーキング中に放出されるガスまたは材料により
マスクが損傷されるのを防止し得るようにする。
【００５１】マーキングシステムの１例では、放射線源
ユニットはほぼ１μｍの波長で放射線を発生するＮｄ：
ＹＡＧレーザとする。発生した放射線は直径がほぼ１０
００μｍのファイバを通過させる。レンズ１２１は焦点
距離が７ｍｍの両凸レンズとし、ファイバの端面からほ
ぼ８ｍｍの箇所に配列させる。第２レンズ１２２は焦点
距離が３００ｍｍの平−凸レンズとし、ファイバの端面
からほぼ３２０ｍｍの箇所に配列させる。マスクはファ
イバから４８０ｍｍの箇所に配列するとともに直径がほ
ぼ４３ｍｍのビームで均質に照射する。これらレンズは
７ｍｍおよび３１４ｍｍの箇所に正確には配列しない。 その理由はレンズ自体がある厚さを有するからである。
【００５２】或はまた、回転自在の対称レンズの代わり
に相互に交差する円筒軸を有する２つの円筒形レンズを
用いることもできる。前述したように、この結果はマス
ク上の照射視野の高さ−幅比が相違するようになる。ま
たレンズ１２１は２つの円筒形レンズで構成することが
できる。
【００５３】上述した方法および装置を用いることによ
って例えばポータブルラジオまたは車載ラジオの前面の
ような物体に大きくかつ均質なパターンを設けることが
できる。特にかかる装置はないぶから照明される前面ま
たは動作キーを有する。この目的のため、関連する部分
を白色または着色された透明材料から造り、その前面に
例えば黒色合成樹脂材料の暗い不透明な層を設ける。暗
合成樹脂材料は下側の透明材料が放射線により影響を受
けることなく、本発明マーキングシステムによって均質
にかつ完全に除去することができる。かようにして設け
たパターンの背後において装置に光源を配列することに
よって装置の外側でのマークの書込みは薄暗い条件下で
も容易に可視化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は円筒形レンズによりマスクの１部分の
みを照射する例を示す説明図であり、（ｂ）も円筒形レ
ンズによりマスクの１部分のみを照射する例を示す説明
図である。
【図２】マスクを部分的に且つ段階的に照射する例を示
す説明図である。
【図３】視野マスクを用い、且つ放射線源がレーザおよ
び光学案内部材を具える他の例を示す構成説明図である
。
【図４】互いに重なり合うマスクの部分を照射する場合
を示す説明図である。
【図５】焦点距離が著しく相違する結像系および物体表
面に１対１の割合で結像されるマスクを有するマーキン
グ装置の光学系を示す説明図である。
【符号の説明】 １０　　放射線源ユニット １１　　放射線射出面 １２　　レーザ １３　　レンズ １４　　光学ファイバ ２０　　主撮像系 ２１、２１’　　円筒形レンズ ２２、２２’　　円筒形レンズ ２３　　走査系（ガルバノメータミラー）２４　　走査
系 ２５　　対物レンズ系 ２６　　視野マスク ２７　　対物レンズ系 ２８　　ミラー ２９　　光学系 ３０　　マスク ３１　　視野レンズ ４０　　対物レンズ系 ５０　　物体 ５１　　表面

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　電磁放射により物体の表面にパターン
    を形成するに当たり、放射線出射面を有する放射線源ユ
    ニットおよびマスクを照射する光学系を具え、設けるべ
    きパターンを前記放射線出射面からの放射ビームによっ
    て形成するマーキングシステムにおいて、前記光学系は
    前記放射線出射面をマスク上に結像する主結像系を具え
    るとともに前記放射ビームの断面の寸法及び／又は位置
    をパターンが存在するマスクの区域の断面の形状及び／
    又は位置に適合させる手段を設けるようにしたことを特
    徴とするマーキングシステム。
  2. 【請求項２】　　前記主結像系は円筒軸が互いにほぼ直
    交する２つの円筒レンズを具え、これら２つの円筒レン
    ズは前記放射線出射面を前記マスクに２方向に異なる倍
    率で結像する異なるパワーを有することを特徴とする請
    求項１に記載のマーキングシステム。
  3. 【請求項３】　　前記光学系によって更に前記マスクの
    １部分を照射し、前記マスクの部分を連続的に重畳して
    照射する手段を前記放射線出射面と前記マスクとの間の
    放射線通路に配列するようにしたことを特徴とする請求
    項１または２に記載のマーキングシステム。
  4. 【請求項４】　　前記マスクの部分を連続的に重畳して
    照射する手段によって互いに２方向にオフセットする部
    分を照射するようにしたことを特徴とする請求項３に記
    載のマーキングシステム。
  5. 【請求項５】　　前記光学系は視野マスクと前記放射線
    出射面および前記視野マスク間に配列された対物レンズ
    系とを具え、前記マスクおよび視野マスクを前記対物レ
    ンズ系の共役面に配列し、かつ、前記視野マスクを結像
    するマスクの１部分を選択する可調整偏光系を前記視野
    マスクおよび前記マスク間に配列するようにしたことを
    特徴とする請求項３または４に記載のマーキングシステ
    ム。
  6. 【請求項６】　　透過率は前記視野マスクの縁部の少な
    くとも１つにおける傾度を有することを特徴とする請求
    項５に記載のマーキングシステム。
  7. 【請求項７】　　前記視野マスクの次段に視野レンズを
    配列するようにしたことを特徴とする請求項５または６
    に記載のマーキングシステム。
  8. 【請求項８】　　前記可調整偏光系は前記対物レンズ系
    および前記マスク間に配列されたガルバノメータミラー
    とすることを特徴とする請求項５、６または７に記載の
    マーキングシステム。
  9. 【請求項９】　　前記放射線出射面および前記主結像系
    間の光学系は焦点距離が前記主結像系の焦点距離よりも
    少なくとも１桁少ない他のレンズ系を具え、この他のレ
    ンズ系をその焦点距離に等しい放射線出射面からの距離
    に位置させるようにしたことを特徴とする請求項１〜８
    の何れかの項に記載のマーキングシステム。
  10. 【請求項１０】　　前記放射線源ユニットはレーザを具
    え、このレーザにより発生した均質放射線の光学案内部
    材を前記レーザおよび光学系間の放射線通路に配列し、
    前記光学案内部材の前記レーザとは反対端によって前記
    放射線出射面を構成するようにしたことを特徴とする請
    求項１〜９の何れかの項に記載のマーキングシステム。
  11. 【請求項１１】　　前記レーザは、多くともほぼ１μｍ
    の波長で放射線を発生するに好適なＮｄ：ガラスまたは
    Ｎｄ：ＹＡＧレーザとしたことを特徴とする請求項１０
    に記載のマーキングシステム。
  12. 【請求項１２】　　前記光学案内部材を湾曲光学ファイ
    バとしたことを特徴とする請求項１０または１１に記載
    のマーキングシステム。
  13. 【請求項１３】　　前記放射線案内部材または光学ファ
    イバを交換自在として、照射すべきマークのパターンの
    部分の大きさおよび光学系の倍率に適合せしめるように
    したことを特徴とする請求項１０、１１または１２に記
    載のマーキングシステム。
  14. 【請求項１４】　　前記マスクおよび表面間の放射線通
    路に他の対物レンズを配列し、この他の対物レンズによ
    って前記マスクを１対１の割合で、または拡大して前記
    表面に結像するようにしたことを特徴とする請求項１〜
    １３の何れかの項に記載のマーキングシステム。
  15. 【請求項１５】　　前記マスクの位置の後段に他の視野
    レンズを配列するようにしたことを特徴とする請求項１
    ４に記載のマーキングシステム。
  16. 【請求項１６】　　マーキングシステムの光学素子の少
    なくとも１つに反射防止膜を被着するようにしたことを
    特徴とする請求項１〜１５の何れかの項に記載のマーキ
    ングシステム。
  17. 【請求項１７】　　電磁放射により物体の表面にマーク
    のパターンを形成するに当たり、ほぼ１μｍの波長で放
    射線を発生するレーザと、このレーザにより発生して放
    射線を均質にする光学ファイバと、設けるべきパターン
    が存在するマスクに前記光学ファイバの前記レーザとは
    反対側の１端を結像する光学系とを具え、この光学系は
    主結像系と、焦点距離が前記主結像系の焦点距離よりも
    少なくとも１桁少ない他のレンズ系とを具え、この他の
    レンズ系をその焦点距離に等しい放射線出射面からの距
    離に位置させるようにしたことを特徴とするマーキング
    システム。
  18. 【請求項１８】　　前記他のレンズ系には反射防止膜を
    被着するようにしたことを特徴とする請求項９または１
    ７に記載のマーキングシステム。
  19. 【請求項１９】　　物体の表面にマークを設けるに当た
    り、レーザによって電磁放射線を発生するステップと、
    この発生電磁放射線を光学案内部材に通して均質化する
    ステップと、前記光学案内部材の前記レーザとは反対側
    の１端をマスクに結像して設けるべきマークが存在する
    マスクを照射し、マスクの照射された部分の寸法をマー
    クが占めるマスクの区域の形状に適合させるステップと
    、マークすべき表面に前記マスクを経て電磁放射線を投
    影するステップとを具えることを特徴とする物体の表面
    にマークを設ける方法。
  20. 【請求項２０】　　前記マークの大きく重なり合う部分
    を順次に電磁放射線を照射するようにしたことを特徴と
    する請求項１９に記載の物体の表面にマークを設ける方
    法。
  21. 【請求項２１】　　前記マークの大きく重なり合う部分
    を互いに２方向にオフセットするようにしたことを特徴
    とする請求項２０に記載の物体の表面にマークを設ける
    方法。
  22. 【請求項２２】　　電磁放射線の照射によって形成され
    た、少なくとも１０ｍｍの直線性の大きさを有すると共
    にマークまたはそのパターンの全表面に亘る背景との均
    質なコントラストを形成するマークまたはマークのパタ
    ーンを有する物体。
  23. 【請求項２３】　　前記マークまたはそのパターンを、
    少なくとも部分的に透明な層上に不透明な層を有する物
    体の１部分に設け、かつ、この不透明層の特に材料を部
    分的に除去することにより全マークまたはそのパターン
    を設けるようにしたことを特徴とする請求項２２に記載
    の物体。
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