JPH0641982U - レーザマーキング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い走査速度で刻印することができるととも
に、マスク上での分割されたビーム間の距離が変えて刻
印精度の高いレーザマーキングを行わせる。 【構成】 Ｘ方向に偏光するＸ方向偏光ミラー、Ｙ方向
に偏光するＹ方向偏光ミラー、フィールドレンズ、マス
ク等のラスタ走査系を介して被刻印面にラスタ走査して
レーザ光を照射するレーザマーキング装置において、前
記両偏光ミラーの上流側に位置する偏光ミラーとレーザ
光源の間に、レーザ光を２つのレーザ光に分岐する複像
偏光プリズムを一対直列配置して設置し、このプリズム
間距離を可変とし、またこれらを同時または単独で回転
可能とした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本発明はラスタ走査型のレーザマーキング装置に係り、特にレーザ光を分割し て走査させるようにしたレーザマーキング装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ラスタ走査型のレーザマーキング装置は、ピークパワーの高いレーザ光をマス ク上で走査することにより、マスク面の光を透過する部分の形状を被刻印面に焼 き付けるようにしたものである。このようなレーザマーキング装置にあっては、 レーザ光を細く絞っているため、その単位照射面積は小さかった。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

上記従来のレーザマーキング装置では、単位照射光のエネルギは高く、刻印ス レッシュホールドの比較的高い材料、例えば、金属への刻印では有効であるが、 刻印スレッシュホールドの低い材料、例えば、レジンにおいては上記エネルギパ ワーを低くして同一の照射面積で刻印している。このため、刻印スレッシュホー ルドが低い材料であるにも拘らず、刻印スレッシュホールドが高い材料と同じ刻 印時間が掛かってしまい、能率が悪かった。

【０００４】 上記刻印スレッシュホールドが低い材料に刻印する場合、パワーを同一に保っ てその照射面積を広くしてもよいが、従来のレーザマーキング装置における光学 系では照射面における照射面積を広げると、その中心部と周囲部とでエネルギ密 度の分布が大きく異なってしまい、良好な刻印を行うことができなかった。

【０００５】 本考案は、上記従来の問題点に着目し、レーザ光の被照射面における照射面積 を、レーザ光の強度分布をその中心部と周囲部とで同一にした状態で、ほぼ２倍 にすることができ、刻印スレッシュホールドの高い材料に刻印するに足るレーザ パワーを持った高出力のレーザマーキング装置を用いて、刻印スレッシュホール ドの低い材料を、上記材料の２倍以上の高い走査速度で刻印することができると ともに、マスク上での分割されたビーム間の距離を変えることによってレーザパ ワーを有効に活用して刻印精度の高いレーザマーキングを行わせるレーザパワー を有効に利用できるようにしたレーザマーキング装置を提供することを目的とす る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案に係るレーザマーキング装置は、Ｘ方向に 偏光するＸ方向偏光ミラー、Ｙ方向に偏光するＹ方向偏光ミラー、フィールドレ ンズ、マスク等のラスタ走査系を介して被刻印面にラスタ走査してレーザ光を照 射するレーザマーキング装置において、前記両偏光ミラーの上流側に位置する偏 光ミラーとレーザ光源の間に、レーザ光を２つのレーザ光に分岐する複像偏光プ リズムを一対直列配置して設置し、このプリズム間距離を可変とした構成とした ものである。

【０００７】 また、第２の考案に係るレーザマーキング装置は、Ｘ方向に偏光するＸ方向偏 光ミラー、Ｙ方向に偏光するＹ方向偏光ミラー、フィールドレンズ、マスク等の ラスタ走査系を介して被刻印面にラスタ走査してレーザ光を照射するレーザマー キング装置において、前記両偏光ミラーの上流側に位置する偏光ミラーとレーザ 光源の間に、レーザ光を２つのレーザ光に分岐する複像偏光プリズムを一対直列 配置して設置し、これらを同時または単独で回転可能としたものである。

【０００８】

【作用】

上記構成によれば、レーザ光源からのレーザ光を一対の複像偏光プリズムに導 入させて当該プリズムの距離を可変とすることにより、マスク上での分割された ビーム間の距離が変えられる。また同様に、両プリズムを同時または単独で回転 させることによりマスク面では常光線ビームを中心に異常光線が回転し、これに 伴って分割ビーム間距離を変化させることができる。これによりビームパワーを 上げたときにビーム径が増すため、走査時にビームスポット同士がオーバラップ しないようにビーム間距離を調整して走査させる。これによりビームパワーの有 効活用を図ることができ、パワー増大によるビームスポット径の拡大によって走 査本数を減少させ、もって走査時間を減少させることができる。

【０００９】

【実施例】

以下に、本考案に係るレーザマーキング装置の具体的実施例を図面を参照して 詳細に説明する。 図中１は光源であるＹＡＧレーザ発振器２からのレーザ光で あり、このレーザ光１はＸ方向偏光ミラー３、リレーレンズ４、ポリゴンミラー ５、フィールドレンズ６、マスク７、偏光ミラー８、対物レンズ９、リレーレン ズ１０を経て被刻印面１１に照射されるようになっている。この場合、前記マス ク７には液晶マスク、金属マスク、あるいはガラスマスク等を用いればよい。 すなわち、上記レーザ光１はＸ方向偏光ミラー３の走査動作により、その反射 光は順次被刻印面においてＸ方向に所定の角度ずつ偏光される。そしてこのＸ方 向偏光ミラー３の反射光はリレーレンズ４を経てポリゴンミラー５に照射され、 このポリゴンミラー５の回転に従って被刻印面１１におけるＹ方向１行分のＹ方 向走査が行われる。この光はフィールドレンズ６にて所望の大きさに集光されて マスク７を通り、このマスク７の設定パターンに従って被刻印面１１に刻印され る。

【００１０】 上記構成におけるレーザマーキング装置において、Ｘ方向偏光ミラー３とＹＡ Ｇレーザ発振器２との間に、その上流側からビームエキスパンダ１２と複像偏光 プリズム１３を介装している。 上記複像偏光プリズム１３は入射した偏光面が互いに直交する２つの直線偏光 に分離して取り出すための素子であり、実施例ではロションタイプのプリズムを 採用している。そして、この偏光プリズム１３は直列に配置された一対の上流側 偏光プリズム１３Ａと下流側偏光プリズム１３Ｂとによって構成されている。ロ ションプリズムは結晶光軸（Ｚ軸）を直交させて接合されたものであり、これが 上流側偏光プリズム１３Ａと下流側偏光プリズム１３Ｂとでビーム軸線に直交す る面に対称となるように配列して構成されている。この場合図２に示すように各 複像偏光プリズム１３Ａ、１３Ｂとは距離ｄを隔てて配置され、光源２から上流 側偏光プリズム１３Ａに入射するレーザ光１は、当該上流側偏光プリズム１３Ａ にて常光線レーザ光１ａと異常光線１ｂに分割され、次いで下流側偏光プリズム １３Ｂに入射する。常光線１ａは入射ビーム１と１直線上にあり、これは下流側 偏光プリズム１３Ｂを経由しても維持される。他方の分割された異常光線１ｂは 上流側偏光プリズム１３Ａで偏光され、下流側偏光プリズム１３Ｂにて反対方向 に偏光されて出射し、Ｘ方向偏光ミラー３に入射されるのである。

【００１１】 ここで、上記一対の上流側偏光プリズム１３Ａは、図３に示すように、回転ホ ルダ１４に取り付けられている。当該回転ホルダ１４はその一端部外周に刻設し たギヤ面１５を有し、これには固定フレーム等に取り付けられたギヤモータ１６ を噛み合わせている。また、回転ホルダ１４に摺動嵌合されているスライドホル ダ１７が設けられ、この内部に下流側偏光プリズム１３Ｂを収容するようにして いる。このスライドホルダ１７の外面部分にはアーム１８が設けられ、このアー ム先端にナット部１９を設けるとともに、ナット部１９に挿通されるスクリュウ シャフト２０を螺着させている。スクリュウシャフト２０は駆動モータ２１によ って回転駆動されるものとなっており、この回転によってスライドホルダ１７を 入射ビーム方向に沿って移動させ、もって上流側偏光プリズム１３Ａと下流側偏 光プリズム１３Ｂとの間隔ｄを変更できるようにしている。これによって上流側 偏光プリズム１３Ａと下流側偏光プリズム１３Ｂとを相対的に回転（回転角θ） させ、またそれらの間隔を調整可能としている。

【００１２】 なお、上記複像偏光プリズム１３の配置姿勢は、これの分岐光が被刻印面１１ 上において、Ｘ方向に分岐するように配置する。また、上記実施例の構成におい て、共振器中にＱスイッチが設けてあり、ピークパワーの高いパルスレーザを発 振できるようになっている。

【００１３】 このような構成により、ビームエキスパンダ１２を通過した上記ビーム光１は 上流側偏光プリズム１３Ａと下流側偏光プリズム１３Ｂから構成される複像偏光 プリズム１３により、２つの互いに直交する直線偏光のビーム光１ａ、１ｂで被 照射面でのＸ方向に分岐される。分岐されたツインレーザ光１ａ、１ｂはマスク の走査を分担するので走査速度が２倍になり、刻印速度を倍増することができる 。

【００１４】 上記２つのビーム光１ａ、１ｂはＸ方向偏光ミラー３に入射され、マスク７の 迎角に合った方向に偏光される。その後、迎角に広がった光をリレーレンズ４に よりポリゴンミラー５の１点に集中させる方向に集光させる。ポリゴンミラー５ により走査を行い、マスク７の画像情報のある部分をラスタ走査する。このとき フィールドレンズ６により画像情報を所望の大きさに集光され、偏光ミラー８、 対物レンズ９、リレーレンズ１０を経て被刻印面１１に照射される。 ここで、上流側偏光プリズム１３Ａをギヤモータ１６を駆動して回転させるこ とにより、図２（２）に示すように、ビーム線方向から見たツインレーザ光１ａ 、１ｂの水平軸線からの角度Θを回転角度θによって決定することができる。ま たツインレーザ光１ａ、１ｂの距離ｌは上流側偏光プリズム１３Ａと下流側偏光 プリズム１３Ｂとの間の距離ｄによって決定されるので、スクリュウシャフト２ ０を回転駆動することによりスライドホルダ１７を移動して調整できる。このよ うな角度Θ、距離ｌの調整はツインレーザ光１ａ、１ｂがマスクに照射する距離 Ｄを変更することを意味し、これによって被照射面１１での刻印精度を最適に調 整できるのである。すなわち、図２（３）に示すように、刻印に際して矩形の領 域をラスタ走査させるが、このときビームスポット径がａ’でスポット間距離が Ｄ’のときに同図（ａ）のように４本の走査が必要となっていた場合に、レーザ パワーを上げた時にビームスポット径がａに拡大する。ビーム間距離Ｄ’が不変 であると同図（ｂ）に示すようにビームスポット同士がオーバラップしてしまい （図中ハッチング部分）、レーザパワーの有効活用ができないばかりか走査本数 を減少させることができない。これに対して、実施例の場合にはスポット間距離 をＤに変更してスポットのオーバラップを防止できる。この結果、実施例ではレ ーザパワーの有効活用と同時に走査本数を減少させ、もって高速刻印することが できるのである。

【００１５】 次に図４には第２実施例を示す。これは上流側偏光プリズム１３Ａと下流側偏 光プリズム１３Ｂとを一つの回転ホルダ２２に収容固定し、これをベアリング２ ３によって回転可能に保持している。回転ホルダ２２と離隔してステッピングモ ータ２４を配置し、両者に取り付けたプーリにタイミングベルト２５を巻回して 回転駆動させるようにしている。この例では、上流側偏光プリズム１３Ａと下流 側偏光プリズム１３Ｂがそれらの距離ｄを固定した状態で同時に回転される。こ の結果、図５に示すように、ツインレーザ光１ａ、１ｂがマスクに照射する距離 Ｄは最大値Ｄから回転角度θに応じた距離Ｄ’＝SINθに変更でき、同様に距離 の調整を図ることができる。

【００１６】 更に、図６には複像プリズムとしてウォラストンプリズムを使用した例を示す 。ウォラストンプリズムはロションプリズムの入射方向を９０度変えたものであ り、同様に作用させることができる。すなわち、この偏光プリズム２６は直列に 配置された一対の上流側偏光プリズム２６Ａと下流側偏光プリズム２６Ｂとによ って構成させ、上流側偏光プリズム２６Ａと下流側偏光プリズム２６Ｂとでビー ム軸線に直交する面に対称となるように直列に距離ｄを隔てて配列して構成され ている。これによって前記実施例と同様に光源２から上流側偏光プリズム２６Ａ に入射するレーザ光１は、当該上流側偏光プリズム２６Ａにて常光線レーザ光１ ａと異常光線１ｂに分割され、次いで下流側偏光プリズム１３Ｂに入射する。常 光線１ａは入射ビーム１と１直線上にあり、これは下流側偏光プリズム２６Ｂを 経由しても維持される。他方の分割された異常光線１ｂは上流側偏光プリズム２ ６Ａで偏光され、下流側偏光プリズム２６Ｂにて反対方向に偏光されて出射し、 Ｘ方向偏光ミラー３に入射される。そして、これらを図４に示した回転装置に装 着し、回転走査することにより前記実施例と同様にビームスポット間距離を可変 にすることができるのである。

【００１７】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、Ｘ方向に偏光するＸ方向偏光ミラー、 Ｙ方向に偏光するＹ方向偏光ミラー、フィールドレンズ、マスク等のラスタ走査 系を介して被刻印面にラスタ走査してレーザ光を照射するレーザマーキング装置 において、前記両偏光ミラーの上流側に位置する偏光ミラーとレーザ光源の間に 、レーザ光を２つのレーザ光に分岐する複像偏光プリズムを一対直列配置して設 置し、このプリズム間距離を可変とし、またこれらを同時または単独で回転可能 としたので、高い走査速度で刻印することができるとともに、マスク上での分割 されたビーム間の距離が変えることができ、被照射面に上記２ビーム光学系を介 装しない場合のレーザ光に比べて強度調整ができ、また照射面積を調整して照射 させることができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るレーザマーキング装置の全体構成
図である。

【図２】ビーム分割をなす複像偏光プリズムの動作説明
図である。

【図３】複像偏光プリズムの調整装置の斜視図である。

【図４】複像偏光プリズムの他の実施例に係る調整装置
の斜視図である。

【図５】図４に示した実施例調整装置の複像偏光プリズ
ムの動作説明図である。

【図６】複像プリズムとしてウォラストンプリズムを用
いた実施例の説明図である。

【符号の説明】

１ レーザ光 ２ ＹＡＧレーザ発振器 ３ Ｘ方向偏光ミラー ４ リレーレンズ ５ ポリゴンミラー ６ フィールドレンズ ７ マスク ８ 偏光ミラー ９ 対物レンズ １０ リレーレンズ １１ 被刻印面 １２ ビームエキスパンダ １３ 複像偏光プリズム １３Ａ 上流側偏光プリズム １３Ｂ 下流側偏光プリズム １４ 回転ホルダ １５ ギヤ面 １６ ギヤモータ １７ スライドホルダ １８ アーム １９ ナット部 ２０ スクリュウシャフト ２１ 駆動モータ ２２ 回転ホルダ ２３ ベアリング ２４ ステッピングモータ ２５ タイミングベルト

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ方向に偏光するＸ方向偏光ミラー、Ｙ
   方向に偏光するＹ方向偏光ミラー、フィールドレンズ、
   マスク等のラスタ走査系を介して被刻印面にラスタ走査
   してレーザ光を照射するレーザマーキング装置におい
   て、前記両偏光ミラーの上流側に位置する偏光ミラーと
   レーザ光源の間に、レーザ光を２つのレーザ光に分岐す
   る複像偏光プリズムを一対直列配置して設置し、このプ
   リズム間距離を可変としたことを特徴とするレーザマー
   キング装置。
2. 【請求項２】 Ｘ方向に偏光するＸ方向偏光ミラー、Ｙ
   方向に偏光するＹ方向偏光ミラー、フィールドレンズ、
   マスク等のラスタ走査系を介して被刻印面にラスタ走査
   してレーザ光を照射するレーザマーキング装置におい
   て、前記両偏光ミラーの上流側に位置する偏光ミラーと
   レーザ光源の間に、レーザ光を２つのレーザ光に分岐す
   る複像偏光プリズムを一対直列配置して設置し、これら
   を同時または単独で回転可能としたことを特徴とするレ
   ーザマーキング装置。