JPH09174273A - 液晶マスク式レーザマーカ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の液晶マスク式レーザマーカでは困難であ
った金属などにも鮮明にマーキングできる液晶マスク式
レーザマーカを提供する。 【解決手段】液晶マスク式レーザマーカ１００の光源で
ある固体レーザ発振器１０１から取り出されたレーザ光
１０２ａは液晶マスク１０４を照射する。液晶マスク１
０４を通過したレーザ光１０２ｂでマーキングさせるパ
ターンを含むレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１０６
を透過する。レンズ１０３ｄにより液晶マスク１０４上
の像は、レーザ増幅器１０８の直前に配置されたレンズ
１０３ｅ上に結像され、レーザ増幅器１０８に入射して
増幅する。増幅したレーザ光１０２ｆは反射鏡１１１で
反射して、金属製のワーク１１２に照射される。ここ
で、レンズ103ｆは結像レンズとして作用し、レンズ１
０３ｅ上に縮小投影された液晶マスク104上の像がワー
ク１１２に結像される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光によりマ
ーキングするための装置であるレーザマーカに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、マーキングさせるパターンを表
示した液晶マスクを用いて、液晶マスクにレーザ光を照
射させて、パターンをワークに転写させてマーキングす
るレーザマーカは液晶マスク式レーザマーカと呼ばれ、
従来、ワークとして、おもにＩＣパッケージが用いられ
ていた。すなわち、液晶マスクに表示させたパターン状
のレーザ光をＩＣパッケージの表面に照射させること
で、表面が温度上昇して変色し、パターンがマーキング
されることになる。なお、従来の液晶マスク式レーザマ
ーカにおける光源としては、例えば、フラッシュランプ
励起の固体レーザ発振器が用いられていた。

【０００３】また、液晶マスク式レーザマーカでは、液
晶マスクにおいて、マーキングのパターンを画素の集合
体で構成させる。マーキングのパターンを構成する画素
以外の画素（すなわち、背景を構成する画素）に電圧を
印加することで、それらの画素を通過したレーザ光の偏
光方向を、マーキングのパターンを構成する画素を通過
したレーザ光に対して９０度ずらすことができ、これら
を偏光ビームスプリッタによって分離することで、ワー
クにパターン状のレーザ光が照射され、マーキングされ
る。

【０００４】なお、液晶マスク式レーザマーカに関して
は、例えば、特開平4−200989号公報で説明されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、特にフラッシュ
ランプ励起の固体レーザ発振器を光源とする液晶マスク
式レーザマーカでは、おもなマーキングの対象であるＩ
Ｃパッケージは樹脂からなるが、金属やシリコンなど融
点や熱伝導度の高い材質にマーキングさせることが困難
であることが問題であった。

【０００６】そこで、固体レーザ発振器の共振器内に電
気光学効果を用いたＱスイッチ（以下、Ｅ.Ｏ.Ｑスイッ
チと呼ぶ。）を挿入して動作させると、発振するレーザ
光のパルス幅が数十ｎｓと、従来よりも３〜４桁も短く
なる。これによるとレーザ光の熱が伝導して拡散するま
でに材質が融点以上に温度上昇することから、金属など
にもマーキングできると考えられる。ところが、以下に
述べる２点の問題が発生することが判明した。

【０００７】第１に、Ｅ.Ｏ.Ｑスイッチ動作の固体レー
ザ発振器から発振するレーザ光のピークパワーは数ＭＷ
と通常の固体レーザ発振器よりも２〜３桁も高くなる。
そのため、液晶マスクがレーザ光の照射により劣化しや
すくなり、長期間使用できなくなることがある。

【０００８】第２に、従来のパターン表示方法によりマ
ーキングさせると、マーキングのパターンの背景も変色
してしまうことがあり、マーキングのパターンが認識し
にくくなることがあった。

【０００９】本発明の目的は、従来の液晶マスク式レー
ザマーカによるマーキングでは困難であった金属などに
も鮮明にマーキングでき、しかも液晶マスクが劣化しに
くい液晶マスク式レーザマーカを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、液晶マスク式レーザマーカの光源であるレーザ光発
生部がＥ.Ｏ.Ｑスイッチを備え、かつ前記レーザ光発生
部が発振器と増幅器とで構成され、かつ前記発振器と前
記増幅器との間に前記液晶マスクを配置したものであ
る。

【００１１】また、鮮明にマーキングさせるために、前
記液晶マスクを、表示パターンを構成する画素に対して
電圧を印加するモードで駆動したものである。

【００１２】液晶マスク式レーザマーカの光源であるレ
ーザ光発生部を発振器と増幅器とで構成させることで、
前記発振器からピークパワーの低いレーザ光を発振させ
ても、増幅器によって金属などにもマーキングできる程
度にピークパワーを十分高めることができる。そこで、
前記発振器と前記増幅器との間に液晶マスクを配置する
ことで、液晶マスクに照射されるレーザ光のピークパワ
ーを十分低くすることができる。

【００１３】また、液晶マスクを、表示パターンを構成
する画素に電圧を印加するモードで駆動することで、画
素間の隙間を通過したレーザ光をワークに照射させない
ようにできる。なお、液晶マスクにおける画素とは、直
交する２本の透明電極（走査線と信号線）との交差部の
ことを示す。これによると、以下に説明する理由から、
パターンの背景は変色しなくなることがわかった。

【００１４】固体レーザ発振器にＥ.Ｏ.Ｑスイッチを適
用させて発振させたレーザ光のパルス幅は、一般に、数
十ｎｓとなり、通常のフラッシュランプ励起固体レーザ
に比べてパルス幅は３〜４桁も短くなり、上述したよう
に、十分短い時間内にレーザ光のエネルギが全て注入さ
れることになる。すなわち、ワークでレーザ光が照射さ
れる部分の面積が小さくても、その部分は急激に温度上
昇して変色することになる。したがって、液晶マスクを
従来と同様に駆動させるならば、ワークに対して、画素
間の隙間に対応する小さな面積にもレーザ光が照射され
るため、その部分は高く温度上昇して変色したものと考
えられた。これに対して、本発明では、特に、前記のよ
うに液晶が駆動されるため、画素間の隙間を通過したレ
ーザ光をワークに照射させないようにでき、ワーク上で
マーキングのパターンを構成する画素以外の部分が変色
することはない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施例である液晶マス
ク式レーザマーカ１００の構成図であり、図２は、液晶
マスク式レーザマーカ１００で用いられている固体レー
ザ発振器１０１の構成図である。

【００１７】液晶マスク式レーザマーカ１００では、光
源であるレーザ装置に固体レーザ発振器１０１が用いら
れている。固体レーザ発振器１０１から取り出されたレ
ーザ光１０２ａは、レンズ１０３ａ，１０３ｂによりビ
ーム断面が拡大されて、液晶マスク１０４を照射する。
液晶マスク１０４を通過したレーザ光１０２ｂには、マ
ーキングさせるパターンが形成されている。すなわち、
パターン状のレーザ光と、それ以外のレーザ光とでは、
偏光方向が互いに９０度ずれていることになる。レーザ
光１０２ｂは、波長板１０５を通過して、偏光ビームス
プリッタ１０６に入射する。波長板１０５では、ここを
通過するレーザ光の偏光方向を回転できるため、パター
ン状のレーザ光は偏光ビームスプリッタ１０６を透過
し、それ以外のレーザ光は偏光ビームスプリッタ１０６
を反射するように、各レーザ光の偏光方向が調整され
る。これにより、マーキングに不要なレーザ光１０２ｄ
は偏光ビームスプリッタ１０６を反射して、ストッパ１
０７で止められる。マーキングさせるパターンが形成さ
れているレーザ光１０２ｅは、レンズ１０３ｄとレンズ
１０３ｅによりビーム断面が縮小されて、図中で点線で
囲まれたレーザ増幅器１０８に入射する。レンズ１０３
ｄは、本発明を構成する結像光学系として機能してお
り、これにより液晶マスク１０４上の像が、レーザ増幅
器１０８の直前に配置されたレンズ１０３ｅ上に結像さ
れる。一方、レーザ増幅器１０８に入射したレーザ光
は、固体レーザ媒質１０９を通過することで増幅される
ため、液晶マスク１０４上の像がそのまま増幅されるこ
とになる。なお、固体レーザ媒質109としてはスラブ状
の固体レーザ媒質が用いられており、これは励起用のフ
ラッシュランプ１１０ａ，１１０ｂにより励起される。

【００１８】また、スラブ状の固体レーザ媒質は、以下
に説明するように、加熱されても、内部を進むレーザ光
が固体レーザ媒質から出射する方向は変化しない。すな
わち、図３に示した固体レーザ媒質１０９の断面図から
わかるように、内部を進むレーザ光は、点線で示した光
軸に沿ってジグザグに全反射を繰り返して進むようにな
っている。その結果、レーザ光に対しては、固体レーザ
媒質１０９内部に生じる不均一な温度分布の影響がキャ
ンセルされて、熱レンズ効果を受けず、レーザ光が伝搬
する方向が変化することはない。レーザ光１０２ｆは反
射鏡１１１で反射して、レンズ１０３ｆを通り、金属製
のワーク１１２に照射される。なお、レンズ１０３ｆは
結像レンズとして作用しており、レンズ１０３ｅ上に縮
小投影された液晶マスク１０４上の像が、ワーク１１２
に結像される。これによって、ワーク１１２には、液晶
マスク１０４で表示させたパターン状のレーザ光が照射
され、パターンがマーキングされる。なお、固体レーザ
媒質１０９では熱レンズ効果が発生しないため、レンズ
１０３ｆによって、ワーク１１２上に結像されたレンズ
１０３ｅ上の像（すなわち、マーキングさせるパターン
が表示された液晶マスク１０４上の像）がぼけることが
ない。

【００１９】次に、図２を用いて、液晶マスク式レーザ
マーカにおける固体レーザ発振器１０１の構成を説明す
る。固体レーザ発振器１０１では、固体レーザ媒質１２
２としてＹＡＧ結晶が用いられており、全反射鏡１２３
と出力鏡１２４とで共振器が構成されている。固体レー
ザ媒質１２２は励起光源であるフラッシュランプ１２５
ａ，１２５ｂとにより励起する。共振器中にはＥ.Ｏ.Ｑ
スイッチ１２７と偏光ビームスプリッタ１２６が配置さ
れる。フラッシュランプ１２５ａ，125ｂが発光して、
固体レーザ媒質１２２が励起してエネルギが十分蓄積さ
れてからＥ.Ｏ.Ｑスイッチ１２７を動作させる。それに
よってジャイアントパルスと呼ばれる高ピークパワーの
パルスレーザ光１０２ａが出力鏡１２４から共振器外部
に取り出される。

【００２０】本実施例では、固体レーザ発振器１０１
で、Ｅ.Ｏ.Ｑスイッチ１２７が用いられているが、一般
にＥ.Ｏ.Ｑスイッチは透明な結晶からなるが、レーザ光
を３％程度吸収するため、レーザの平均出力が高くなる
と、温度上昇して正常に機能しなくなることがある。し
かし、本発明の液晶マスク式レーザマーカにおけるレー
ザ装置は、レーザ発振器とレーザ増幅器とで構成される
ため、Ｅ.Ｏ.Ｑスイッチが正常に動作し続ける程度の低
出力でレーザ発振器を動作させても、レーザ増幅器によ
りマーキングに十分なパワーのレーザ光に高めることが
できる。

【００２１】本実施例では、ワーク１１２は金属からな
るが、従来の液晶マスク式レーザマーカではマーキング
は困難であっただけでなく、たとえ光源の固体レーザ発
振器にＥ.Ｏ.Ｑスイッチを適用したとしても、マーキン
グのパターンが認識しにくくなることが問題であった。
これに関して以下に説明する。

【００２２】従来と本発明の液晶マスク式レーザマーカ
によるマーキングの違いを図４ないし図６を用いて説明
する。ここでは、画素数５×５個の液晶マスクを用い
て、十文字のパターンをマーキングさせる場合を例にと
ったものである。図４は従来の液晶マスク式レーザマー
カを用いて、従来と同じ方式で液晶マスクを駆動して、
ワークとしてＩＣパッケージなどの樹脂にマーキングし
た場合に関するものである。図５は、図２に示した本発
明で用いるＥ.Ｏ.Ｑスイッチ動作の固体レーザ発振器１
０１を用いて、従来と同様の方式で液晶マスクを駆動し
て、ワークとして金属にマーキングした場合に関するも
のである。図６は、図２に示した本発明で用いるＥ.Ｏ.
Ｑスイッチ動作の固体レーザ発振器１０１を用いて、本
発明の方式で液晶マスクを駆動して、ワークとして金属
にマーキングした場合に関するものである。なお、図４
ないし図６で、（ａ）は液晶マスクの表示モード、
（ｂ）はレーザ照射されたワークで（ａ）に示したＸと
Ｙに対応するライン上の温度分布、及び（ｃ）はワーク
にマーキングされたパターンを示したものである。な
お、各図（ａ）に示した液晶マスクの表示モードで、斜
線で示された画素に電圧が印加されており、ここを通過
したレーザ光は、それ以外の部分を通過したレーザ光
と、偏光方向が９０度ずれるようになる。

【００２３】従来では、図４（ａ）に示したように、液
晶マスクで、十文字のパターン以外の背景の画素（斜線
で示した画素）に電圧を印加して、これらを通過したレ
ーザ光を分離し、ワークに照射させないようにしてい
た。これによると、ワークでは、十文字のパターンを構
成する画素と、画素間の隙間を通過したレーザ光がワー
クに照射される。その結果、ワークの温度分布として
は、図４（ｂ）に示したように、液晶マスクでＸに対応
するライン上では、レーザ光が横方向につながって照射
され、点線で示した変色するしきい値の温度を越える。
したがって、図４（ｃ）に示したように、横方向につな
がった線状にマーキングされる。ただし、液晶マスク上
でＹに対応するライン上では、マーキングさせない画素
間の隙間を通過したレーザ光が照射されても、レーザ光
が照射されない隣接する領域に熱が伝導して逃げてしま
うことから、図４（ｂ）に示したように、変色するしき
い値の温度を越えにくくなり、マーキングされない。

【００２４】ところが、液晶マスクを従来の駆動方式の
ままで、図１に示した本発明の液晶マスク式レーザマー
カを用いてマーキングするならば、液晶マスク上でＹに
対応するライン上におけるワークの温度分布は図５
（ｂ）に示したように、変色のしきい値を越えてしま
う。すなわち、画素間の隙間を通過したレーザ光が照射
される部分でも、照射されるレーザ光のエネルギがパル
ス幅数十ｎｓの短時間にワークに注入されるため、部分
では、熱が伝導して拡散する前に、急激に温度上昇す
る。すなわち、Ｅ.Ｏ.Ｑスイッチ動作によって発振する
レーザ光のパルス幅は、通常のフラッシュランプ励起固
体レーザから発振するレーザ光のパルス幅に比べて、４
桁程度も短くなるからである。したがって、マーキング
されるパターンの背景における画素間の隙間に対応する
部分でも、温度がしきい値を越え変色してしまい、図５
（ｃ）に示したように、パターンの背景でも画素間の隙
間に対応する線がマーキングされ、マーキングすべきパ
ターンが認識しにくくなってしまう。

【００２５】これに対して、本実施例における駆動方式
で液晶マスクを駆動するならば、図６に示したように、
マーキングさせるパターンを構成する画素に電圧を印加
させ、これらの画素を通過したレーザ光のみをワークに
照射させるため、マーキングさせるパターンの背景の画
素間の隙間を通過したレーザ光をワークに照射させない
ようになる。したがって、図６（ｃ）に示したように、
パターンは画素の集合体としてマーキングされるが、図
５（ｃ）に示したような余分な線がマーキングされるこ
とはなく、マーキングされるパターンは認識しやすくな
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、Ｅ.Ｏ.Ｑスイッチを用
いて高ピークパワーのレーザ光を発生させても、液晶マ
スクにダメージが生じることはなく、液晶マスクを十分
長期間使用することができる。

【００２７】また、特に本発明の方式で液晶マスクを駆
動すれば、液晶マスクにおける画素間の隙間を通過する
レーザ光はワークを照射しないため、マーキングのパタ
ーンの背景が変色することはなく、パターンが認識しや
すくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶マスク式レーザマーカの説明図。

【図２】本発明の液晶マスク式レーザマーカにおける固
体レーザ発振器の説明図。

【図３】本発明の液晶マスク式レーザマーカにおける固
体レーザ媒質における光軸を示す説明図。

【図４】従来の液晶マスク式レーザマーカによるマーキ
ングの説明図。

【図５】従来の液晶マスク式レーザマーカによるマーキ
ングの説明図。

【図６】本発明の液晶マスク式レーザマーカによるマー
キングの説明図。

【符号の説明】

１００…液晶マスク式レーザマーカ、１０１…固体レー
ザ発振器、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，
１０２ｅ，１０２ｆ…レーザ光、１０３ａ，１０３ｂ，
１０３ｃ，１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆ…レンズ、１
０４…液晶マスク、１０５…波長板、１０６…偏光ビー
ムスプリッタ、１０７…ストッパ、１０８…レーザ増幅
器、１０９…固体レーザ媒質、１１０ａ，１１０ｂ…フ
ラッシュランプ、１１１…反射鏡、１１２…ワーク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光発生部からのレーザ光を液晶マス
   クに照射し、前記液晶マスクに表示したパターンをワー
   ク上に転写する液晶マスク式レーザマーカにおいて、前
   記レーザ光発生部が電気光学効果を用いたＱスイッチを
   備え、前記レーザ光発生部が発振器と増幅器とで構成さ
   れ、前記発振器と前記増幅器との間に前記液晶マスクが
   配置されることを特徴とする液晶マスク式レーザマー
   カ。
2. 【請求項２】レーザ光発生部からのレーザ光を液晶マス
   クに照射し、前記液晶マスクに表示したパターンをワー
   ク上に転写する液晶マスク式レーザマーカにおいて、前
   記レーザ光発生部が電気光学効果を用いたＱスイッチを
   備え、前記液晶マスクを、表示パターンを構成する画素
   に対して電圧を印加するモードで駆動することを特徴と
   する液晶マスク式レーザマーカ。