(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料にパターンを形成するためのマイクロマシニング方法であって、前記パターンは複数の点からなり、前記方法は、以下のステップ：
−  空間的及び時間的にコヒーレントなパルス光ビームの放射；
−  前記パターンを形成する前記複数の点にしたがって前記光ビームを整形するために少なくとも１つの位相変調を適用することによる、動的光学変調装置の変調面における、前記空間的及び時間的にコヒーレントなパルス光ビームの動的整形；
−  前記変調面に対するフーリエ構成にある作業面に位置する前記材料の表面上への合焦装置による整形される光ビームの合焦；を含み、
前記材料に前記パターンを形成することは、前記パターンを形成する点の数より厳密に少ない前記光ビームのパルスの有限数を含むパルス列で実行され、前記光ビームの前記放射は、各パルスが、１０ｐｓから１００ｎｓの間に含まれる決定されたパルス持続時間を有するように制御され、
前記方法は、材料に複数の点からなるパターンを形成するためのマイクロマシニングシステムにおいて使用され、前記システムは、前記空間的及び時間的にコヒーレントなパルス光ビームを放射する装置と、前記光ビームを複数の点に整形するための位相変調装置と、を有し、前記方法は：
ａ．  前記材料を反応させるように前記光ビームのパルスの数ｋを選ぶことによって前記パルス列を設定するステップ；
ｂ．  前記材料が前記光ビームの前記パルスの数ｋに反応する閾値エネルギ密度Ｆ閾値（ｋ）を計算し、関連する閾値出力Ｐ閾値（ｋ）を決定するステップ；
ｃ．  前記放射する装置及び前記位相変調装置の特性パラメータから前記動的光学変調装置の出力における利用可能な出力Ｐ利用可能（Ｎｋ）に関する方程式を設定するステップであって、Ｎｋは、決定されるべき数であり且つｋパルスの列に関してマークされることができる点の最大の数を表す、ステップ；
ｄ．  整形された点の数が、前記材料が反応する前記閾値エネルギ密度に影響を及ぼさないという仮説の下で、マークされることができる前記点の最大の数Ｎｋを計算するステップであって、マークされることができる前記点の最大の数Ｎｋは：
・Ｎｋ＝Ｐ利用可能（Ｎｋ）／Ｆ閾値（ｋ）
のように計算される、ステップ；
ｅ．  前記光ビームの前記パルスの数ｋでマークされることができる前記点の最大の数Ｎｋ以下の複数の点Ｎに前記光ビームを整形するように前記位相変調を設定するステップ；をさらに含む、
方法。
【請求項２】
前記光ビームの前記放射は、各パルスが、１００ｐｓから１０ｎｓの間に含まれる決定されたパルス持続時間を有するように制御される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光ビームの前記放射は、各パルスが、３００ｐｓから８ｎｓの間に含まれる決定されたパルス持続時間を有するように制御される、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記材料は、前記合焦装置の焦点面に対応する作業面内に位置する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
複数の同一の製品に、同じマイクロマシニングパラメータにしたがって、同じパターンを形成するために使用される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法であって、全てのパターンは、前記製品の個体認証のために形成された後に記録される、
方法。
【請求項６】
前記パルス列は、前記パターンを形成する前記点の数より少なくとも２倍少ないパスル数を含む、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記パルス列は、前記パターンを形成する前記点の数より少なくも１０倍少ないパスル数を含む、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記パルス列は、前記パターンを形成する前記点の数より少なくとも１００倍少ないパスル数を含む、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記パルス列は、１０００パルス未満のパルスを含む、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記パルス列は、１００パルス未満のパルスを含む、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記パルス列は、１０パルス未満のパルスを含む、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記パルス列は、１パルスのみを含む、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記パターンに対応する入力設定点値から変調設定点値を計算するステップをさらに含み、前記変調設定点値は、前記光ビームの前記動的整形を実行するための前記動的光学変調装置に与えられる、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記光ビームの前記放射は、１０μＪから３０ｍＪの間に含まれる決定されたエネルギを有するように、各パルスに関して制御される、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記光ビームの前記放射は、１００μＪから１５ｍＪの間に含まれる決定されたエネルギを有するように、各パルスに関して制御される、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記光ビームの前記放射は、１ｍＪから１０ｍＪの間に含まれる決定されたエネルギを有するように、各パルスに関して制御される、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記光ビームの前記放射は、前記パルス列の前記パルスが、１０Ｈｚから３０ｋＨｚの間に含まれる繰り返し率を有するように制御される、
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記光ビームの前記放射は、前記パルス列の前記パルスが２０Ｈｚから５ｋＨｚの間に含まれる繰り返し率を有するように制御される、
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記光ビームの前記放射は、前記パルス列の前記パルスが２５０Ｈｚから１ｋＨｚの間に含まれる繰り返し率を有するように制御される、
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記光ビームの前記放射は、前記パルス列が、５０μＷから２０Ｗの間に含まれる平均出力を供給するように制御される、
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記光ビームの前記放射は、前記パルス列が、１０ｍＷから５Ｗの間に含まれる平均出力を供給するように制御される、
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記光ビームの前記放射は、前記パルス列が、２０ｍＷから２Ｗの間に含まれる平均出力を供給するように制御される、
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記光ビームの前記放射は、前記動的光学変調装置の前に直線偏光を有するように制御される、
請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
ステップｄで計算されるｋパルスの列に関してマークされることができる前記点の最大の数Ｎｋが前記パターンを形成する前記点の数未満である場合、ステップａ）乃至ｄ）は、前記光ビームに関するより大きい数のパルスｋを選ぶ中で繰り返される、
請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
ステップａ）において、前記光ビームのパルスの数ｋは、前記パターンを形成する前記点の数未満に選ばれる、
請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記位相変調は、前記光ビームのパルスの数ｋ内でマークされることができる前記点の最大の数Ｎｋの半分以下の値に制限される複数のＮ点に前記光ビームを整形するように設定される、
請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記パターンを形成する前記点の数を、前記位相変調を設定するために選ばれる前記複数のＮ点で割ることによって完全なパターンを形成するために必要とされる前記パルス列の数の追加の計算ステップを含み、前記パターンは、個別に形成されることができる複数の基本サブパターンに分解する複雑なパターンである、
請求項１乃至２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記パルス列を設定するステップは、任意の数のパルスｉに関する閾値エネルギ密度Ｆ閾値（ｉ）の前記計算にしたがって前記パルスの数ｋを選ぶステップからなり、前記パルスの数ｋは、最小閾値エネルギ密度の２００％と等しい閾値エネルギ密度に対応するパルスの数ｋ２００と、エネルギ密度が前記最小閾値エネルギ密度と等しいパルスの最低数に対応するパルスの数ｋ１００との間で選ばれる整数である、
請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記閾値エネルギ密度Ｆ閾値の前記計算は、前記光ビームがガウス形状を有すること及び前記光ビームで照射される前記材料が以下の式によって与えられる閾値エネルギ密度Ｆ閾値から反応することを考慮して実行され、この式は：
【数１４】
0006720156.tif 000015
であり、
ここでＤは前記材料への前記光ビームの物理的な衝突直径であり、Ｆピークは、光軸で測定される最大エネルギ密度であるとともにレーザ平均出力Ｐ平均の関数として表され、ｖは、パルス繰り返し率であり、ωは前記合焦装置の焦点面における前記光ビームの半径である、
請求項１乃至２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記閾値エネルギ密度Ｆ閾値の前記計算は、前記材料への損傷の発生の統計的解析によって実行される、
請求項１乃至２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
Ｎｋの関数としての、前記動的光学変調装置の出力における前記利用可能な出力Ｐ利用可能（Ｎｋ）を与える方程式は、次の式：
【数１５】
0006720156.tif 000016
であり、
ここで、
・ｕ％は、前記動的光学変調装置の透過パーセンテージであり；
・ｖ％は、マークするための前記パターンの対称の欠如の影響の後の利用可能なパーセンテージであり；
・ｗ％は、前記動的光学変調装置からの整形の対象でない中心合焦点における前記光ビームによって失われるパーセンテージであり；
・ｘ％（Ｃ）は、前記動的光学変調装置に適用される変調設定点値に関する位相マップ上の曲率Ｃの適用の影響の後の利用可能なパーセンテージであり；
・ｃ及びｄは、衝突の数に関する係数であり、前記動的光学変調装置に適用される設定点値に関して使用される前記位相マップの多数の合焦点を反映し；Ｎｋ点に関連付けられる効率は（ｃＮｋ＋ｄ）であり、ｆは前記合焦装置の焦点距離である、
請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記閾値出力Ｐ閾値（ｋ）は次の式：
【数１６】
0006720156.tif 000017
によって与えられる、
請求項１乃至３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記光ビームのパルスの数ｋの中でマークされることができる前記点の最大の数Ｎｋは次の式：
【数１７】
0006720156.tif 000018
によって与えられ、
ここで
【数１８】
0006720156.tif 000019
である、
請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、識別用途及び／又は製品の認証のために製品にマーキングするために、工業的生産速度に適合するマイクロマシニング（微細加工）方法及びシステムにより、特に材料にマーキングするために使用される材料をマイクロマシニングする分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、マーキングの高い伸びという面において、既存のレーザ技術が、材料の大半を機械加工する能力のおかげで、大幅に優位になり、動作パラメータ及び方法にしたがって付加価値に関する高い可能性を同時に示しながら、現在の産業上の問題に対処している。しかし、レーザ技術がそれらの限界に達しているマーケット、すなわち、高生産速度での生産、例えば、一般的に大量に小さい製品を製造する、食品加工業界、製薬業界、受託会社及びエレクトロニクス分野、がある
【０００３】
最近、最も普及したマーキング技術は、偏向ヘッドに結合された、様々な放射特性（出力、パルス繰り返し率、エネルギ、波長、パルス持続時間等）を持つレーザ源の組合せに依存する。このヘッドは、レーザビームの合焦、すなわち、１つの点へのビームの空間的な集中のため、及びペンの先端と同様の、マークされることになる部分の空間内で制御され且つ自動化された運動のため、の両方に使用される。偏向ヘッドは、一般的に、２つの直交軸周りに回転する２つのミラーからなるガルバノメトリックヘッドである。これらの２つのミラーの動力化は、「ｆ−θ」レンズによる、その後、サンプル面上の距離に直線的に変換される、所望の方向に沿ったビームの角度ずれにつながる。同様に光学系（ミラー、プリズム、ディスク、ポリゴン．．．）の機械的な運動に基づく、他の技術が、特定の必要性のために、およびまた、マーキング速度を向上させるために開発されている。しかし、高生産速度でのこれらのシステムの使用は、例えば、実行速度及び回転ミラーの安定性、レーザビームのパルス繰り返し率との運動の同期、マークするための製品の輸送速度に依存する運動の補正、に関連する多くの問題を引き起こす。いったんこれらの制限するポイントが手当されると、より速い、したがってより高価である、又はより発明的であるかのいずれかであるが、依然として非常に特殊である、新しいシステムのみが、場合によりこの要件を満たすことができる。特許文献１により発行されたＩｃｈｉｈａｒａ他による特許は、例えば、製造ライン上の画像のレーザ機械加工を速くすることを目指した、２つのガルバノメトリックミラー、回転するポリゴンミラー及び液晶マスクを組み合わせる複雑な機械的システムを提案している。
【０００４】
マーキングに使用される光ビームを修正するのに役立つ他の開発がある。第１に、いわゆる「振幅マスク」技術があり、それらは機械加工するために形状と同一の形状のマスクを使用することを特徴とし、したがって、２つの大きな欠点を有する：マスクはユニークであり、ビームがマーキングを必要としないゾーンでブロックされるとき、エネルギ損失がある。例えば、特許文献２及び特許文献３の下で発行された特許文献を参照することができる。
【０００５】
動的変調器は、ビームの直接整形のための他の技術に属する。レーザ光放射を空間変調するためのアクティブ光学要素があり、これは、より多くの複合体を損ねるほど、入射レーザエネルギの大部分を反射又は伝える能力を有し、したがって、物理を使用するのがより難しい。
【０００６】
特許文献４及び特許文献５において、例えば、偏光整形を伴う、レーザマーキングの完全なシステムが記載されている。変調器は、マークするための図の画像に、それぞれ、光学的にアドレスされ（照射されたマスク）、且つ、電気的にアドレスされる。後者の透過又は反射の後、マーキングレーザビームは次に、２つの偏光で空間的に変調され、この２つの偏光のうちの１つは、分析器を通る通過において取り除かれる。適切な偏光を持つエネルギ部分のみが結像関係によってフィルタされた形状のマーキングのために集束レンズに最終的に伝えられる。これらの方法は、いずれも動的変調器を使用しているが、分析器の使用は、それらが、不適切な偏光でのエネルギの正味の損失を含むので、振幅マスクを伴うシステムと同じ欠点を有する。
【０００７】
特許文献６では、同時多点マーキングを目的として、レーザビームを複数の独立して制御されるサブビームに分割するためにマイクロミラーマトリクスを使用することが提案されている。しかし、マイクロミラーの低い解像度は、解像度に関して、その結果として、画像を生成する柔軟性に関して、相当な制限をもたらす。加えて、変調器は、振幅変調器として使用され、変調器表面に生成される画像は、結像関係によって材料上に直接再生され、この場合もやはり、部分的に吸収される又は放出される、エネルギの損失の欠点を有する。
【０００８】
特許文献７及び特許文献８では、マーキング装置が提案され、この装置は、光の空間変調を使用し、より具体的には、材料にマークするためにレーザビームの振幅を変調するように構成され、変調器表面に生成された画像は、イメージングによって材料上に直接再生される。提案された具体的な構成は、限られた数のレーザショットで複数のポイントをマークすることを可能にする。これらの構成は、実装するのが依然として複雑であり、より具体的には、非常に特殊なレーザ源、及び特殊な光学装置を必要とする。さらに、これらの装置はまた、振幅変調に起因するエネルギの全体の損失に悩まされる。
【０００９】
特許文献９では、機械加工解決法が提案され、フェムト秒（ｆｓ）パルスレーザビームの位相整形を使用している。整形部から下流のビーム分析部と整形部自体との間のフィードバックループが、これらのパルス方式の下での低減した加熱効果を伴う高生産速度用途のためのこの整形を最適化するために使用される。しかし、この特許文献で提案された解決法は、実装するのが複雑且つ多くの場合高価な設定を含む、非常に特殊且つ高価なレーザ源を必要とするので、限られた数の産業によってのみ使用されることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の１つの目的は、例えば、特に、既存の装置で且つ複雑な設定を必要とすることなしに、実装することが容易である、工業的に使用されることができる識別及び／又は認証マーキングのために、材料にパターンを形成するためのマイクロマシニング方法を提案することである。
【００１１】
より具体的には、本発明の目的は、材料にパターンを形成し且つ既存の方法及びシステムと比べて生産性を向上させることを可能にするマイクロマシニング方法及びシステムを提案することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、材料にパターンを形成するマイクロマシニング方法及びシステムを提案することであり、このパターンは、２つの連続するマーキングの間で前記マイクロマシニング方法及びシステムの設定を変える必要のない識別及び／又は認証マーキングである。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、製品の構成材料及びマイクロマシニングシステムにしたがって異なる製品のマーキングの速度を最適化するためのマイクロマシニングシステムのために使用される方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、我々は材料にパターンを形成するためのマイクロマシニング方法を提案し、パターンは複数の点からなり、方法は次のステップ：
−  空間的及び時間的にコヒーレントなパルス光ビームの放射；
−  パターンを形成する複数の点にしたがって光ビームを整形するために少なくとも１つの位相変調を適用することによる、動的光学変調装置の変調面における、前記空間的及び時間的にコヒーレントなパルス光ビームの動的整形；
−  変調面に対するフーリエ構成にある作業面に好ましくは位置する、前記材料の表面上へ合焦装置により整形される光ビームの合焦；を含み、
材料にパターンを形成することは、パターンを形成する点の数より厳密に少ない前記光ビームのパルスの有限数を含む、パルス列、好ましくは１つのパルス列で実行され、光ビームの放射は、各パルスが、１０ｐｓから１００ｎｓの間、好ましくは１００ｐｓから１０ｎｓの間、より好ましくは３００ｐｓから８ｎｓの間に含まれる決定されたパルス持続時間を有するように制御される。
【００１５】
単独又は組合せでとられる、本マイクロマシニング方法の好適であるが、非限定の態様は、以下の通りである：
−  方法は、複数の同一の製品に、同じマイクロマシニングパラメータにしたがって、同じパターンを形成するために使用され、全てのパターンは、製品の個体認証のために形成された後に記録される。
−  パルス列は、パターンを形成する点の数より少なくとも２倍少ない、好ましくは少なくも１０倍少ない、より好ましくは少なくとも１００倍少ない、パスル数を含む。
−  パルス列は、少なくとも１０００パルスを含み、好ましくは１００パルス未満、より好ましくは１０パルス未満であり、より好ましくは、パルスは１パルスのみを含む。
−  方法はさらに、パターンに対応する入力設定点値から変調設定点値を計算するステップを含み、前記変調設定点値は、光ビームの動的整形を実行するための変調装置に与えられる。
−  光ビーム放射は、１０μＪから３０ｍＪの間、好ましくは、１００μＪから１５ｍＪの間、より好ましくは１ｍＪから１０ｍＪの間に含まれる決定されたエネルギを有するように、各パルスに関して制御される。
−  光ビーム放射は、パルス列のパルスが、１０Ｈｚから３０ｋＨｚの間、好ましくは２０Ｈｚから５ｋＨｚの間、より好ましくは２５０Ｈｚから１ｋＨｚの間に含まれる繰り返し率を有するように制御される。
−  光ビーム放射は、パルス列が、５０μＷから２０Ｗの間、好ましくは１０ｍＷから５Ｗの間、より好ましくは２０ｍＷから２Ｗの間に含まれる平均出力を供給するように制御される。
−  光ビーム放射は、動的光学変調の前に直線偏光を有するように制御される。
【００１６】
我々はまた、空間的及び時間的にコヒーレントなパルス光ビームの放射から、材料に複数の点からなるパターンを形成するためのマイクロマシニングシステムを提案し、システムは：
−  光ビームのための制御装置であって、パターンを形成する点の数以下の有限数のパルスを含むパルス列に前記光ビームの放射を制限する手段、及び１０ｐｓから１００ｎｓの間に含まれるパルス持続時間にしたがって前記光ビームを設定する手段を有する、光ビームのための制御装置と；
−  パターンを形成する複数の点にしたがって前記光ビームを整形するように、変調設定点値から少なくとも１つの位相変調にしたがって制御装置によって設定される光ビームを変調面において変調する手段を有する、動的光変調装置と；
−  変調設定点値を変調装置に与えるように設けられるとともにパターンに対応する入力設定点値から変調設定点値を計算する手段を有する、制御装置と；
−  好ましくは変調装置の変調面に対してフーリエ構成にある、作業面に位置する前記材料の表面上に変調装置によって整形される光ビームを合焦させるように配置される合焦装置と；を有する。
【００１７】
単独又は組合せでとられる、本マイクロマシニングシステムの好適であるが、非限定の態様は、以下の通りである：
−  合焦装置は、変調装置の変調面に対してフーリエ構成の焦点面を有する。
−  システムは、焦点を合わせられた光ビームがシステム入力部における光ビームに対して９０°に向けられるように配置される光学部材のセットをさらに有する。
−  システムは、２００×２００×２５０ｍｍ３未満、好ましくは２００×２００×２００ｍｍ３未満のかさ体積を有する。
【００１８】
１つの態様によれば、我々は、材料に複数の点からなるパターンを形成するためのマイクロマシニングシステムを使用する方法を提案し、システムは、空間的及び時間的にコヒーレントなパルス光ビームを放射する装置と、前記光ビームを複数の点に整形するための位相変調装置及び前記材料上への整形された光ビームの合焦装置を有する前記光ビームの動的光学変調装置と、を有し、方法は、以下のステップを含むことを特徴とする：
ａ．  材料を反応させるように前記光ビームのパルスの数ｋを選ぶことによってパルス列を設定するステップ；
ｂ．  材料が前記光ビームのパルスの数ｋに反応する閾値密度Ｆ閾値（ｋ）を計算し、関連する閾値出力Ｐ閾値（ｋ）を決定するステップ；
ｃ．  放射装置及び位相変調装置の特性パラメータから変調装置の出力における利用可能な出力Ｐ利用可能（Ｎｋ）に関する方程式を設定するステップであって、Ｎｋは、決定されるべき数であり、ｋパルスの列に関してマークされることができる点の最大の数を表す、ステップ；
ｄ．  整形された点の数が、材料が反応する閾値に影響を及ぼさないという仮説の下で、マークされることができる点の最大の数Ｎｋを計算するステップであって、マークされることができる点の最大の数Ｎｋは、以下のように計算される、ステップ：
・Ｎｋ＝Ｐ利用可能（Ｎｋ）／Ｆ閾値（ｋ）
ｅ．  光ビームのパルスの数ｋ内でマークされることができる点の最大の数Ｎｋ以下の複数の点Ｎに光ビームを整形するように位相変調を設定するステップ。
【００１９】
単独又は組合せでとられる、本使用方法の好適であるが、非限定の態様は、以下の通りである：
−  ステップｄ）で計算されるｋパルスの列に関してマークされることができる点の最大の数Ｎｋがパターンを形成する点の数未満である場合、ステップａ）乃至ｄ）は、前記光ビームに関するパルスｋのより大きい数を選ぶ中で繰り返される。
−  ステップａ）において、前記光ビームのパルスの数ｋは、パターンを形成する点の数未満に選ばれる。
−  位相変調は、光ビームのパルスの数ｋ内でマークされることができる点の最大の数Ｎｋの半分以下の値に制限される複数のＮ点に光ビームを整形するように設定される。
−  方法は、パターンを形成する点の数を、位相変調を設定するために選ばれる複数のＮ点で割ることによって完全なパターンを形成するために必要とされるパルス列の数の追加の計算ステップを含み、パターンは、個別に形成されることができる複数の基本サブパターンに分解する複雑なパターンである。
−  パルス列を設定するステップは、任意の数のパルスｉに関する閾値エネルギ密度Ｆ閾値（ｉ）の計算にしたがってパルスの数ｋを選ぶステップからなり、パルスの数ｋは、最小閾値エネルギ密度の２００％と等しい閾値エネルギ密度に対応するパルスの数ｋ２００と、エネルギ密度が最小閾値エネルギ密度と等しいパルスの最低数に対応するパルスの数ｋ１００との間で選ばれる整数である。
−  閾値エネルギ密度Ｆ閾値の計算は、光ビームがガウス形状を有すること及び光ビームで照射される材料が以下の式によって与えられる閾値エネルギ密度Ｆ閾値から反応することを考慮して実行され、この式は：
【数１】
0006720156.tif 000002
ここでＤは材料への光ビームの物理的な衝突直径であり、Ｆピークは、光軸で測定される最大エネルギ密度であるとともにレーザ平均出力Ｐ平均の関数として表され、ｖは、パルス繰り返し率であり、ωは合焦装置の焦点面における光ビームの半径である。
−  閾値エネルギ密度Ｆ閾値の計算は、材料への損傷の発生の統計的解析によって実行される。
−  Ｎｋの関数としての、変調装置の出力における利用可能な出力Ｐ利用可能（Ｎｋ）を与える方程式は、次の式である：
【数２】
0006720156.tif 000003
ここで、
・ｕ％は、動的光学変調装置の透過パーセンテージであり；
・ｖ％は、マークするためのパターンの対称の欠如の影響の後の利用可能なパーセンテージであり；
・ｗ％は、動的光学変調装置からの整形の対象でない中心合焦点における光ビームによって失われるパーセンテージであり；
・ｘ％（Ｃ）は、動的光学変調装置に適用される変調設定点値に関する位相マップ上の曲率Ｃの適用の結果の後の利用可能なパーセンテージであり；
・ｃ及びｄは、衝突の数に関する係数であり、動的光学変調装置に適用される設定点値に関して使用される位相マップの多数の合焦点を反映する；Ｎｋ点に関連付けられる効率は（ｃＮｋ＋ｄ）であり、ｆは合焦装置の焦点距離である。
−  閾値出力Ｐ閾値（ｋ）は次の式によって与えられる：
【数３】
0006720156.tif 000004
−  光ビームのパルスの数ｋの中でマークされることができる点の最大の数Ｎｋは次の式によって与えられる：
【数４】
0006720156.tif 000005
ここで
【数５】
0006720156.tif 000006
である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の説明からもたらされるであろう。この説明は、単なる例証であって、非限定であり、添付の図面を考慮して読まれるべきである。
【図１】提案されるシステムのマイクロマシニングシステムの斜視図である。
【図２】ビーム生成からサンプルのマーキングまでの、図１のマイクロマシニングシステムを使用するときの光ビームの光路に沿った全ての要素の概略図である。
【図３】図１のマイクロマシニングシステムで使用されることができる位相変調装置の動作原理を示す。
【図４】データマトリクスパターンを形成するために提案されるマイクロマシニング方法を使用して得られる、材料へのレーザマーキングの２つの結果を示す。
【図５】異なる視点からの、提案されるマイクロマシニング方法を使用して得られる最大化された非制御認証態様を示す。
【図６】レーザショット毎のパルスの数に対する材料の反応閾値の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、材料マイクロマシニング、すなわち、前記材料の寸法に比べて小さいスケールでの材料の構造変更に関する。マイクロマシニングの特別な例は、材料のマーキング、すなわち、材料の構造変更による特定のパターンの作成である。
【００２２】
以下の説明は、マーキングであるマイクロマシニングのこの特別な例に関連するが、関連する発明は、この特別な例に決して限定されず、マイクロマシニングの全技術に関連する。
【００２３】
提案される基本的な原理は、マークされる材料の表面に同時に焦点を合わせられる複数のマーキング点を作成するために、マーキングのための光ビームを変更することからなる。
【００２４】
ペンを使用するように、材料の上を１つだけの焦点を合わせられた点を動かすことによってマーキングする代わりに、複数の焦点を合わせた点が、マークされる材料の表面に位置し、したがって、スタンプを使用するようにマーキングする。
【００２５】
パターンがしたがって、パターンを形成する点の数より少ない光ビームパルスの数の中でマークされることができる。この技術は、複雑なマーキングが短い時間で実行されることができ、したがって、マーキングシステムをより複雑にすることなしに生産速度を高めるので、産業環境において明らかな利点を有する。
【００２６】
このようなマーキング技術は、ビームシフト問題、したがって、光源との同期の問題を含まず、必ずしも高パルス繰り返し率を必要としない。
【００２７】
レーザ光ビームを使用する伝統的なマーキングスキームでは、レーザ源、（例えば、ミラー、レンズ、偏光光学要素、フィルタを含む）レーザビームを制御するための光学系のセット、及び最終フォーカスレンズがある。
【００２８】
我々は、ここで、材料のマーキング面に対応する、最終レンズの焦点面において光点を作るために、光ビームの動的空間変調のための、より具体的には、光ビームの形状、すなわち、光エネルギの空間分布を制御するように設計された、変調器と呼ばれる補助ユニットに関与している。好ましくは、この補助ユニットは、前記ユニットの面内で光ビームの位相を動的に変調するために使用される。変調器は、レーザ光放射の空間変調のためのアクティブ光学要素である。使用される変調は、独立であろうとなかろうと、放射の振幅及び／又は位相及び／又は偏光に関係する。好ましくは、位相変調が常に実行され、これは、必要に応じて、放射の振幅変調又は偏光変調によって、補われることができる。特殊マーキングモードにしたがって、純粋な位相変調が特権を与えられる。
【００２９】
このような変調器は、前記変調を実行するために実装される技術から独立して、英語の頭字語によってＳＬＭ（Spatial  Light  Modulator（空間光変調器））と現在は称されている。我々は、ここでは、より具体的には、ゲートタイプ伝送におけるＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）液晶変調器又は、アクティブ光学部分が、一般的に２つの電極の間に捕えられた液晶の層である、反射におけるＬＣＯＳ（Liquid  Crystal  on  Silicon（シリコン上の液晶））のサブファミリーに、及び更により具体的には、２つのタイプの液晶：（液晶が全て等しく配向されている）ネマチック相及び（液晶がらせん構造で組織化される）ヘリカルネマチック相、或いはねじれネマチック相又はコレステリック相と呼ばれる、に興味をもっている。
【００３０】
第１のタイプの液晶、ネマチック液晶は、特に、空間エネルギ分布又は偏光状態を変更することなしに、直線偏光された光波の位相のみを変調するために使用される。
【００３１】
第２のタイプの液晶、コレステリック液晶は、らせん軸に対して横方向に偏光された光ビームを変調するために使用されるとき、位相変調及び変更の回転を一緒に引き起こす。液晶のこのような層からの出力における偏光子の追加は、偏光回転を波の振幅変調に変えることを可能にし、したがって位相変調を加える。
【００３２】
これらの変調器通常、次の構成の一方で使用される：いわゆるイメージング構成、及びいわゆるフーリエ構成。
【００３３】
イメージング構成は、共役幾何光学の原理に依拠する：変調器は、変調器面における空間強度分布が作業面において（スケールファクタに）等しく再生されるように、作業面と幾何学的に共役の面内に配置される（この構成は、特に、画像投射との関連で、使用され、光変調器は、スクリーンと光学的に共役である）。２つの重要なポイントが、このイメージング構成において留意されるべきである：
−  使用され且つ変調される光ビームは、コヒーレンスの要件を有さない：画像は、ＬＥＤ（発光ダイオード）又は白熱電球によって放射されるような「白色光」を使用する場合でさえ作業面内に生じる。
−  変調面内の光波の位相の偏光は、作業面に影響を及ぼさない。この構成はしたがって、ネマチック位相ＬＣＯＳ変調器に適していない。
【００３４】
提示されるマイクロマシニング方法およびシステムに好適な、いわゆるフーリエ構成は、変調面及び作業面内で表される電界が、フーリエ変換に基づく数学的演算を通して関係する。作業面は変調面に対してフーリエ構成にあると言う。したがって、位相の同一のコピーも強度の同一のコピーもないが、関係は既知であり、したがって、与えられる変調の影響は、予測可能である。フーリエ構成において、変調面内の光ビームの空間エネルギ分布は、作業面（マーキング面）内の光ビームの空間エネルギ分布と異なる一方、イメージング構成において、変調面及び作業面内の空間エネルギ分布は、スケールファクタで、同一である。このようなフーリエ構成は、例えば、ＬＣＯＳ変調器のような、変調器面と、（フラウンホーファー基準による）長距離自由伝搬の後に配置される作業面との間、又は画像と薄いレンズの物体焦点面との間に存在する。このフーリエ構成において次のことを留意すべきである：
−  振幅及び／又は位相変調の使用は、適切である。しかし、フーリエ構成における振幅変調構成が、一般的な場合に、問題になり得る、５０％未満の伝送を有するので、位相変調だけが、効率性の理由のために最も使用される。
−  目的は、変調後にそれ自体と干渉するビームを作ることであるので、変調は、この干渉を可能にするビーム特性を変更すべきではない：より具体的には、偏光は偏光されるべきではない。
【００３５】
このようなフーリエ構成の使用は、空間及び時間においてそれ自体と干渉できる、したがって、必然的にコヒーレントで、同じ状態の偏光にある、ビームの使用を必要とする。
【００３６】
本マイクロマシニング方法及びシステムの好適な実施形態によれば、フーリエ構成におけるネマチック液晶変調器が純粋な位相変調のために使用される。
【００３７】
変調器に入射する光ビーム、例えば、レーザビームは、特に工業的な観点から、効果的なマーキングを実行するように制御される一方、使用される変調装置と、特にモジュレータの光学抵抗と互換性がある。
【００３８】
入射光放射は通常、レーザビームのような、空間的且つ時間的にコヒーレントな、パルス光ビームのソース（源）によって放射される。如何なる特別な特殊性も持たない、標準的なレーザ源が例えば使用される。パルス光ビームのコヒーレンスは、ビームが変調器に達する前にそのように維持される。
【００３９】
放射波長は任意であることができる。好適な領域が、［３５０ｎｍ−２μｍ］区間の波長を持つ可視及び近赤外波長範囲に関して確立される。［１μｍ−２μｍ］区間に含まれる波長の放射に対応するバンドは、マークするための材料に特性に応じて、望ましい。しかし、マーキング効果を向上させようとするとき、［４００ｎｍ−１１００ｎｍ］区間、より好ましくは［４００ｎｍ−６００ｎｍ］区間に含まれる波長の放射に対応するバンドが望ましい。
【００４０】
光ビームは、パルスにされる、すなわち、一連のパルスからなる。さらに、放射は、ビームが、ショットとも呼ばれる、パルス列の形態で放射されるように制御され、パルス列は、有限の数の光ビームのパルスからなる。
【００４１】
本システムは、パルス繰り返し率に関する制約なしに、現時点で存在する異なるショットモードと互換性がある。
【００４２】
したがって、ビームは、「オンデマンドショット」の形態で放射されることができる。この場合、一連のパルスが、制御の第３の要素（コンピュータ、ＰＬＣ等）によって出されるトリガ信号（しばしば電気的及び／又はＴＴＬ（トランジスタ−トランジスタ論理回路））によって生成される。例えば、レーザパルスが、ＴＴＬ信号の各立ち上がりエッジで、又はボタンの各押圧で生成されることができる。
【００４３】
したがって、ビームは、「クロックに基づく連続ショット」の形態で放射されることができる。この場合、レーザ源は、規則的なクロック信号を有するとともに、クロックと同じ繰り返し率で一連のパルスを出す。
【００４４】
ビームはまた、「バースト」モードとも呼ばれる、「クロックに基づいてトリガされるショット」の形態で放射されることができ、これは望ましい。この場合、レーザ源は、規則的なクロック信号及び、しばしば「トリガ」又は「ゲート」と呼ばれる、トリガ信号を有する。原理は、ショットがトリガ信号の状態によっても制限されることを除いて、上述の連続の場合と同様である。例えば、レーザパルスは、クロック信号の立ち上がりエッジの及びロジック状態１におけるトリガ信号の場合にのみ放射される。
【００４５】
パルス持続時間はまた、１０ピコ秒（ｐｓ）から１００ナノ秒（ｎｓ）の間に含まれる、好ましくは１００ピコ秒から１０ナノ秒の間に含まれる、より好ましくは３００ピコ秒から８ナノ秒の間に含まれるように、制御される。例えば、パルス持続時間が、２００ｐｓ、４００ｐｓ、６００ｐｓ、１ｎｓ、５ｎｓ及び８ｎｓにおける特権的な動作モードを伴う、１００ｐｓから８ｎｓの間に含まれるように制御される、動作範囲が選択される。
【００４６】
このようなパルス持続時間は、それらが、産業環境に普及している大抵の光源、特にレーザと両立するので、特に有利である。提案されるマイクロマシニング方法及びシステムはしたがって、現在の産業の状態に容易に入れ換え可能である。さらに、これらのパルス持続時間はまた、非常に小さい数のパルスの中に多くの点を含むパターンで特定の材料をマーキングするために役立ち得る、かなりのエネルギ量と両立する。
【００４７】
光ビームは好ましくは、パルス毎のエネルギ及びビームの平均出力が、より具体的には、それより下で変調器が損傷を受け得る閾値の値より下に留まる間に、変調器に起因する、特に、システム内で損なわれる中間損失を考慮して、マーキングに適切であるように、制御される。位相変調は、モジュレータにおける中間損失を減少させることができ、したがって、マークするための形状と無関係に、同じ入力パワーに関してより良いマーキング出力を得ることができることが、留意されるべきである。
【００４８】
したがって、好ましくは、光ビーム放射は、１０μＪから３０ｍＪの間に含まれる、好ましくは１００μＪから１５ｍＪの間に含まれる、より好ましくは１ｍＪから１０ｍＪの間に含まれる、決定されたエネルギを有するように各パルスに関して制御される。より高いエネルギは、システムに実装される光学系のうちの１つ、より具体的には、変調器の動的位相整形手段の部分的な又は全体の破壊につながり得る。
【００４９】
より好ましくは、光ビームの放射は、５０μＷから２０Ｗの間に含まれる、好ましくは１０ｍＷから５Ｗの間に含まれる、より好ましくは２０ｍＷから２Ｗの間に含まれる、平均出力を放出するようにパルス列に関して制御される。より高い出力は、変調器の動的位相整形手段を形成する液晶の部分的だが可逆の溶融に、したがって、マークするための材料の面内での整形効率の部分的又は全体的な損失につながり得る。各パルス列が放射されるパルス繰り返し率はまた、マーキング、及びまた変調器の起こり得る損傷に関して考慮されるべき役割を果たす。選ばれるパルス繰り返し率は、さらに、求められる産業のマーキングの状態に強く結び付けられる。
【００５０】
したがって、好ましくは、光ビーム放射は、パルス列のパルスが、１０Ｈｚから３０ｋＨｚの間に含まれる、好ましくは２０Ｈｚから５ｋＨｚの間に含まれる、より好ましくは２５０Ｈｚから１ｋＨｚの間に含まれることを意味する、上述のエネルギ及び出力に達することを可能にする繰り返し率を有するように制御される。
【００５１】
好ましくは、適切に構造化されたマーキングのために、高ピーク出力が使用される。しかし、変調装置の劣化を防ぐために、適度な平均出力が使用される。最終的に、光ビーム放射は、パルス毎の適切なエネルギ、及び同時に適度なパルス繰り返し率を有するように、制御される。
【００５２】
変調装置の劣化を制限するための解決法の１つは、パターンをマーキングするために必要とされる各パルスが可能な最小の数のパルスを含むマーキングを実行することである。
【００５３】
いずれにしても、パルス列は、前記光ビームのパルスの数を含み、それは、パターンを形成する点の数より厳密に少なく、これは特に、工業的な観点から、マイクロマシニングシステムの、特に、光源の動作率を必然的に増加させる必要無しに、生産速度を向上させるのに、特に有利であり、これはまた、変調器を保護するのに役立つ。
【００５４】
例えば、パルス列は、パターンを形成する点の数より少なくとも２倍少ない、好ましくは、少なくとも１０倍少ない、より好ましくは少なくとも１００倍少ない、パルスの数を含む。
【００５５】
特権的な実施形態によれば、パルス列は、１０００未満のパルス、好ましくは１００未満のパルス、より好ましくは１０未満のパルスを含む。
【００５６】
最適には、パルス列は、材料にパターンを形成するために１つのパルスを含む。
【００５７】
変調器によって適用される変調は、結局、集束ビームの所望の形状を得るように計算される。
【００５８】
実際、変調設定点値は、パターンに対応する入力設定点値から計算され、前記変調設定点値は、光ビームの動的整形を実行するために変調装置に与えられる。
【００５９】
位相変調を含む変調器の場合、この計算は、例えば、遺伝的アルゴリズムのファミリーの、若しくは反復フーリエ変換アルゴリズム（ＩＦＴＡ）の、位相マップを計算するためのアルゴリズムによって、又は、より一般的には、これらの問題に適合される任意の最適化アルゴリズムによって、行われることができる。
【００６０】
単純な光学機能が、包括的でない方法で、さらに加えられることができる：
−  全ての点から離れた横方向シフト（位相の傾き又は傾斜）；
−  全ての点から離れた軸方向シフト（位相曲率）；
−  既知のビーム構造（アキシコン、渦）。
【００６１】
パターン形状に対応するターゲット形状は、先験的に、任意であることができる：
−  例えば、マイクロマシニングの一般的な適用のフレームワーク内の、焦点のセットからなる任意形状（多点形状）；
−  例えば、トレーサビリティ適用のフレームワーク内の、「面」内の一連の英数字（数及び文字）又は暗号化された形（バーコード、２次元コード−データマトリックス、ＱＲコード、Aztecコード等）を表す形状。
【００６２】
変調装置の前及び後の光路は、非網羅的に、ミラー、レンズ、アフォーカル系、光学アイソレータ、波長板、セパレータ要素及びフィルタ、シャッタ及び安全要素のような、光学要素のセットからなる。
【００６３】
これらの光学要素は、求められる用途、特に考慮されるマーキング、及び変調器特性にしたがって、選ばれる。
【００６４】
例えば、変調の前に、要素のセットが：
−  ビームのサイズを、様々な要素に、より具体的には、変調器のアクティブ表面に適合させるために、
−  変調器によって課せられる制約に光学放射のエネルギ及び出力レベルを適合させるために、
設けられる。
【００６５】
変調の後、要素のセットが、例えば：
−  変調器特性を「実質的に」適合させるために、
−  合焦装置を使用して、マークするためのターゲットの表面にレーザ放射の焦点を合わせるために、
選ばれる。
【００６６】
合焦装置は、概して、与えられる光学条件（波長、無限遠におけるイメージング、屈折率及びジオプター曲率）に関して、焦点距離及び関連付けられる焦点面によって工業的に定義される。この記載では、焦点面は、光ビームの最小平面として、すなわち、光エネルギが最も集中する面として定義される。
【００６７】
レーザビームは、ターゲットに焦点を合わせられるので、別に放射露光量と呼ばれ且つ例えばＪ／ｃｍ２で表される、エネルギの空間密度が増加する。エネルギのこの高い集中は、ターゲット材料の改変につながる。この改変は様々な形態、特に：
−  例えば、微小空洞、構造若しくはテクスチャ、付着物の創造、又は表面状態の変更につながる、形態学的、
−  例えば、化学構造の、酸化、改質の形態の、化学的、
−  例えば、光学的（率、反射、吸収）、機械的又は構造的特性の変更を伴う、物理的、
なものを取り得る。
【００６８】
我々はここでは特に、視覚ツールで観察することができる、したがって、ターゲットの（広義の、人間の目に関してだけでない）外観に影響を及ぼす、改変に興味がある。
【００６９】
図１及び２では、産業環境において材料にマーキングするためのマイクロマシニングシステムの例を示し、これは、コンパクトで、統合した環境で使用されることができる。
【００７０】
この例では、マーキングヘッドとも呼ばれるマイクロマシニングシステムは、他のレーザ源であり得るレーザ源８と、マークされることになる材料１２との間に置かれ、好ましくは、次のものを有する：
−  直径がアクティブ表面より大きいことが必要ではなしに、光変調器のアクティブ表面の充填を最大にするように選ばれる直径を持つ入力レーザビームのための開口２。例えば、８ｍｍ以下の直径である；
−  特に、このレーザビームの位相の空間変調のための、動的光変調器３；
−  例えば、通常のレーザマーキングヘッドによる入力方向と垂直な方向に沿ってビームを再配向するために及び／又は全システムを、通常のレーザマーキングヘッドと同様又はそれより小さい体積（典型的には２００×２００×２５０ｍｍ３より小さく、より好ましくは２００×２００×２００ｍｍ３より小さい）に維持するための光路の折り畳みのために、ビームの位置を制御するための光学要素のセット４；
−  材料１２に変調器３によって生成された形状のエネルギを集中させるための合焦要素７−この要素は、同様に、球面又は非球面レンズ、薄レンズ、色消し複レンズ又はトリプレットレンズ、ｆθレンズ及び／又はテレセントリックレンズであり得る。焦点は、前述の光学要素のセットを使用して、例えば、システムの入力面に垂直に、配置されることができる；
−  合焦レンズ７の反対側の開口６が、必要に応じて、マーキングゾーンを見る手段を受けることができる；
−  組み込まれた若しくは組み込まれていない、光変調器３の及び／又は光源の制御並びに／又はデータベースの管理及び／又はオペレータ若しくはマーキング／マイクロマシニング装置の他の構成要素とのコミュニケーションのためのグラフィカルインタフェースを含む、制御電子システム５。
【００７１】
提案されるマイクロマシニングシステムでのマーキング方法の例が、図２及び３を参照して記載される。
【００７２】
第１に、レーザ８のような、光源が、マーキングのために使用される。この源は、空間的に及び時間的にコヒーレントなパルス光ビームの放射を特徴とする。
【００７３】
好ましくは、放射は、特に、位相変調が適用されるとき、変調器の入力において光ビームが所与の直線偏光を有するように制御される。この偏光は、例えば、光ビームの経路に沿って配置された偏向器及び／又は波長板を使用することによって与えられることができる。
【００７４】
先に明示されたように、光ビームは、３５０ｎｍから２μｍ、好ましくは４００ｎｍから１１００ｎｍの典型的な値を取る、近赤外から可視まである波長を有することができる。
【００７５】
先に明示されたように、１０ｐｓから１００ｎｓの間に含まれる、より好ましくは１００ｐｓから８ｎｓの間に含まれる優先的な範囲の特定のパルス持続時間を持つビームが使用される。
【００７６】
光ビームの定格出力は、レーザの平均出力によって生じる加熱に敏感な、変調器３自体にしたがって、選ばれる。例えば、１０Ｗ以下の定格出力が使用される。
【００７７】
実際、液晶の粘性は温度によって減少し、状態変化でそれらをより迅速にするが、高過ぎる温度は、これらの液晶の可逆的な溶融及び変調効果の喪失につながる。基準レーザの内部又は外部のいずれかの、この出力の制御部９は、その結果、マイクロマシニングシステムの適切な動作のために重要である。
【００７８】
（概して「バースト」ショットにしたがって）生成されるパルスの数の制御は、この制御に関連付けられることができ、品質−有効性−迅速性に関する最適化ウインドウが非常に狭くなり得る非常に高い生産速度応用の中で等しく重要である。
【００７９】
先に示されたように、変調器３の上流に置かれた、アライメント光学要素のセット１０、及びビームの再寸法決め１１は、システムの最適な動作のフレームワーク内で、関連することができる。
【００８０】
位相変調器３は、ＬＣＯＳ  ＳＬＭ又はＩＴＯ光ゲートであることができる。前記変調器のアクティブ表面１６の大半をカバーするビーム直径が、直径がアクティブ表面より大きくなる必要なしに、望ましい。例えば、８ｍｍ以下の典型的な値が直径に使用される。
【００８１】
このアクティブ表面は、局所的な回転を誘起するように、並びに光学指数を変化させること及び例えば、いわゆる「ネマチック平行」液晶の場合のように、液晶の複屈折を使用することによって光路差を作るように、ＳＬＭの場合に電気的にアドレスされる、又は光ゲートの場合に光学的にアドレスされる、液晶のマトリクスである。レーザビームの、より具体的には、最初に平面又は曲面１４と同化される、その波面の伝搬は、その後変更される１８。
【００８２】
変調器によって適用される変調は、モノクロ階調１７の画像の形態で示され、レンズ７によって、焦点ゾーンのみで所望のビーム形状１５が得られるように計算される。
【００８３】
光学要素を位置決めするセット４が好ましくは、必要な構成（例えば、反射の変調器における低い発生）を保ちながら、レーザビームをこの同じレンズの中で位置合わせするために、しかしまたシステムかさ体積を最小にするために、再び使用される。
【００８４】
ターゲット形状１９は、先験的に、任意であることができ、入力指令１５に応じて動的に変えられる１６ことができる。
【００８５】
変調カードのリフレッシュ速度は、選ばれる変調器の特性に依存するが、１０Ｈｚ及び１ｋＨｚ、例えば６０Ｈｚ以下の典型的な値を取る。
【００８６】
純粋な位相変調器３の場合、適用される変調計算は、例えば、遺伝的アルゴリズムのファミリーの、反復フーリエ変換アルゴリズム（ＩＦＴＡ）の、位相マップを計算するためのアルゴリズムによって、又は、これらの問題に適する任意の他のアルゴリズムによって、実行されることができる。
【００８７】
この計算は、特に以下の態様に関して、実装される光学構成を考慮する：
−  ビーム１３のサイズ及び形状、より広範には、入力光路の特性；
−  放射の特性（例えば、その波長）；
−  最終の合焦レンズ７の特性（より具体的には、焦点距離）；
−  同じレンズに関する光位相共役及び変調器（又はその画像）からの物理的な距離。
【００８８】
（物理的又は仮想的）変調面を最終レンズ（すなわち、合焦装置）における焦点の前に離す距離は、理想的には、後者の焦点距離に近くなければならないことが留意されるべきである。より一般的には、変調面と合焦装置を離す距離は、合焦装置の焦点距離の１００倍未満、好ましくはこの焦点距離の１０倍未満、より好ましくはこの焦点距離の２倍未満である。
【００８９】
計算アルゴリズムは、それがマーキングヘッド１に組み込まれることができようができまいが、次にモノクロ階調の画像の形態の位相マップを生成し、ここでそれぞれの階調（陰影）は、位相シフトのパーセンテージに、したがって、結晶の回転のパーセンテージに関連付けられ、最大位相シフト振幅は、ＳＬＭ放射カップルの特性に依存するが、これはまたオペレータの選択にも依存する。
【００９０】
初期変調はさらに、横方向シフト（傾き、プリズム又は位相傾斜）、軸方向シフト（位相曲率）、コンボリューション（位相マップの和）、等のような、数学的／光学的機能によって完全にされることができる。
【００９１】
マークされることになる図１５及び計算アルゴリズムは、サンプル１２上の最終的なマーキングに、形態学的（空洞、テクスチャ、付着物、表面状態、等）、化学的（酸化、等）、物理的（光学的（屈折率、吸収、反射、透過、等））又は機械的（残留応力、等）のいずれかの、材料からの反応を支持する多点構造を組み込むように、あらかじめ定められる。
【００９２】
同時にマークされることができる点の数は、レーザ特性（エネルギ、出力、偏光、波長、パルス持続時間、パルス繰り返し率、等）、説明されるマイクロマシニングシステムの特性（エネルギ許容量、伝達パーセンテージ、集束力、等）のような多数の条件、及び照射される材料にも依存する。
【００９３】
したがって、強いレーザエネルギが、それらが異なるマーキング点の間に供給されるので、優先的に推奨される。
【００９４】
平均出力、パルス繰り返し率の制限に関して本発明のフレームワーク内で使用される変調器の許容量を知ることもまた考慮される。
【００９５】
例えば、それぞれが２ｍＪ以下を伝達し、且つ１ｋＨｚ以下のパルス繰り返し率で放射される、約５００ｐｓから１００ｎｓの間のパルスからなるパルス放射がとくに適していることが確立されている。
【００９６】
さらに、以下の動作モードが、１つのパルス又は数パルス（典型的には１００パルス未満、好ましくは１０パルス未満）の列によって多数の材料に多点パターンを生成する良好な能力を示している：
−  ４００ｐｓのパルス持続時間（プラス／マイナス５％において）、２ｍＪ以下のエネルギ、及び１ｋＨｚ以下のパルス繰り返し率；
−  ７ｎｓのパルス持続時間（プラス／マイナス５％において）、７ｍＪ以下のエネルギ、及び２０Ｈｚ以下のパルス繰り返し率；
−  ８７ｎｓのパルス持続時間（プラス／マイナス５％において）、１００μＪ以下のエネルギ、及び２５ｋＨｚ以下のパルス繰り返し率。
【００９７】
我々は次に、上述のマイクロマシニングシステム及び方法を使用して、高パルス繰り返し率向けの、材料に識別コードをマーキングすることの実現可能性を提供する実施形態の例を説明する。この例は、図４を参照して説明される。
【００９８】
この例で使用されるレーザは、以下の特性を有する：
−  波長１０６４ｎｍ；
−  出力パワー：２．２Ｗ；
−  パルス持続時間：１０ｎｓ；
−  パルス繰り返し率：１ｋＨｚ；
−  偏光：直線；
−  パルスからパルスへの制御を含むバーストモードショット。
【００９９】
構成は、このシステムによって、すなわち、１ｋＨｚの最小パルス繰り返し率に関して、供給される最大エネルギから利益を得るように、選ばれる。
【０１００】
ビームの出力直径は、予期される出力の関数であるので、後者は、２．２Ｗのその最大値に設定されており、約２．２ｍＪの利用可能エネルギを意味する。
【０１０１】
その変動は、半波板／偏光セパレータキューブカップル９によって外部から制御され、これは、さらに、マーキングヘッド１の入力における適切な直線偏光を維持することを可能にする。
【０１０２】
光学アセンブリ１１は、望遠鏡と同様であり、レーザ出力における約４ｍｍの直径から変調器３での約８ｍｍに切り替える、２の倍率でビームを拡大するように定められる２つの焦点レンズからなる。
【０１０３】
光学アセンブリ１０は、損失なしに、マーキングヘッド１にビーム入力２を最適化することを目的としている、アセンブリ１１から下流に配置された２つのミラーからなる。
【０１０４】
位相変調器３は、１５．３×８．６ｍｍ２の表面積を持つ、１９２０×１０８０の解像度を持つＬＣＯＳ  ＳＬＭである（８μｍ／ピッチの辺を持つ正方形ピクセル）。
【０１０５】
合焦レンズ７は、１００ｎｍの焦点距離を持つ、赤外線用反射防止コーティングを持つ１つの薄レンズのみを有する。
【０１０６】
これらの要素の全ては、ＳＬＭに適用される位相マップの解像度に応じて、数ミクロンから数十ミクロンの衝突の間のマーキング距離を含む。
【０１０７】
入力制御画像１５は、１つのピクセル２０からなる１４×１４モジュールのデータマトリクスである。
【０１０８】
関連する位相マップ１７を生成するための計算アルゴリズムは、ＩＦＴＡであり、
繰り返しの数は、ここでは、準任意の方法だが、この計算から得られる最適化が、かなり安定し、したがって、１つの繰り返しから次にほとんど変動しないような方法で、１０より大きい。
【０１０９】
マークされる材料のサンプル２１及び２２は、数マイクロメートルの、金属コーティング、それぞれ銀及び金で覆われたポリマーである。
【０１１０】
画像取得は、×４０の倍率、及び透過の照明を持つ顕微鏡を使用して取得されている。
【０１１１】
２５パルスを含むパルス列が、ニスを除去するために使用されており、辺における約７２０μｍの、及び１０８点を含むデータマトリクスをマークするために１ｋＨｚにおいて２５ｍｓを意味する。
【０１１２】
同様の条件であるが、１つの収束点で利用可能な出力を全て使用する、ガルバノメトリックヘッドのような標準的な偏向ヘッドを伴うものでは、このようなデータマトリクスをマーキングするために必要なレーザは、２５ｍｓのこの同じ時間と競合することになる約４ｋＨｚの最小パルス繰り返し率を提供すべきである。このパルス繰り返し率において、これは、マーキング点毎に１パルス及び様々な機械的な再位置決め動作の間の時間損失の準欠如を想定する。
【０１１３】
伝統的なマーキング解決法と比べて、ここで開発された技術は、動作中の、高生産速度マーキングのフレームワーク内により良い柔軟性を、したがって、より最適化されることができるより短い実行時間を想定する。
【０１１４】
実施形態の第２の例は、単純なマーキング例を用いて、提案されるマイクロマシニングシステムによって最大にされる認証態様を証明することを目的とする。この例は、図５を参照して説明される。
【０１１５】
−  この例で使用されるレーザは以下の特性を有する：
−  波長１０６４ｎｍ；
−  出力パワー：６Ｗ；
−  パルス持続時間：８０ｎｓ；
−  パルス繰り返し率：２５ｋＨｚ；
−  偏光：任意；
−  パルス制御の変調：５ｋＨｚ。
【０１１６】
様々な光学要素の構成は、前の場合と同様である。しかし、より通常の仕様を持つこのレーザは、それに応じてより高いパルス繰り返し率のためのより大きい出力を有する。また、それは、いかなるパルスからパルスへの制御も組み込まず、低いパルス繰り返し率の外部変調（前述のような、「トリガ」又は「ゲート」）が、サンプルを照射するパルスの数に対する十分な制御を有しながら一定の定格出力パワーを維持するために必要である。
【０１１７】
したがって、２５ｋＨｚのパルス繰り返し率における５ｋＨｚの最大周波数変調のために、セット毎に認可されるショット毎のパルスの最大数は、５である。
【０１１８】
また、このシステムは、ランダム偏光を有する。偏光子キューブを通る通路は、エネルギの半分の損失にもかかわらず、適切な偏光に沿ったマーキングヘッドへの進入を提供する。１００μＪのエネルギ（２５ｋＨｚにおける２．５Ｗの平均出力を意味する）が最終的に位相変調器３に達する。
【０１１９】
入力制御画像１５は、５×５の衝突を伴うマトリクス２３であり、２３０×２３０μｍ２の表面積の上に均一且つ規則的に分散された２５点を意味する。
【０１２０】
関連する位相マップ１７を生成するための計算アルゴリズムは、また、反復タイプ（ＩＦＴＡ）のものである。この例のフレームワーク内で、繰り返しの数の制御は不可欠である。
【０１２１】
マークするための材料は、数百ナノメートルのアルミニウムコーティングを持つＰＥポリマーである。
【０１２２】
図５の一連の画像は、照射及び変調の同じ構成から生じる複数の点のマトリクスを示す。サンプル上の位置決めのみが変化する。
【０１２３】
僅かな変動が、あるマーキングから他のもの（典型的には２４ａと２４ｂ）で観察されることができ、ビームを整形することによる又はガルバノメトリックヘッドによるのいずれかの、照射される材料の得し得の変動を表す。
【０１２４】
一連の画像２５及び２６は、そうは言うものの、この文書に記載された整形ヘッドの使用に固有のものである。
【０１２５】
一連の画像２５は、同じソース画像から生じる複数のマーキングを示すが、このソース画像の位相マップは異なる。この非制御方法は、使用されるアルゴリズムに固有であり、このアルゴリズムは位相マップの唯一の解に収束しない。入射光源のもの及び材料の局所的な特性のものに関連付けられる、この変動は、マーキングの一意性に加えられ、したがって、レーザ−物質相互作用に固有であるこの認証態様に加えられる。
【０１２６】
最終的に、一連の画像２６は、計算される同じマップに関する繰り返しの数の効果を示し、８つの画像２６ａから２６ｈは、１、２、３、４、５、１０、２０、及び５０の繰り返しでのテストにそれぞれ対応する。ソース画像からの偏差は、部分的に収束する位相マップの解のために、繰り返しの数が低いとき、いっそう著しい。
【０１２７】
あるマーキング点の欠如が観察されることができ２６ａ、パラサイト点の発生２６ｂは、一意の、非制御の署名を持つマーキングを作る能力を示している。
【０１２８】
実施形態のこの例は、このような革新の、より具体的には、マーキング及び識別の見地に関する必要性が証明されている、トレーサビリティのマーケット及び偽造との戦いの全ての関心を示している。
【０１２９】
したがって、同じパターンが、複数の同一の製品に、同じマイクロマシニングパラメータにしたがって形成されることができ、全てのパターンは、前記製品の個々の認証のために形成された後に記録される。
【０１３０】
提示されるマイクロマシニング方法及びシステムは、生産性におけるかなりの進歩につながる。実際、最初の検査で、整形レーザビームの使用は、１つのレーザショットでマークされる表面積（又はマークされるポイントの数）を増加させることができる。１つのマーキング動作のために必要な時間はしたがって、同時にマークされる（又は表面積比に比例する）点の数に等しい要因によって減少する。
【０１３１】
さらに、現在の光変調器の使用は、変調器に応じて１０Ｈｚから１ｋＨｚの間、例えば、１０Ｈｚ−２０Ｈｚに近い、及び６０Ｈｚまでさえ、に含まれる周波数での動的変調（時間における形状の変化）を考慮することを可能にする。形状の変化が２つのマーキング動作の間で必要とされる場合（例えば、製品の個別の番号付けの場合）、方法は、（１０Ｈｚから２０Ｈｚの場合）時間毎に３６，０００から７２，０００部品の潜在的な生産速度を示す。これらの生産速度は、推測的に、現在の生産速度より５から１０倍高い。
【０１３２】
さらに、提示されるマイクロマシニング方法及びシステムは、複雑な形状マーキングを数ショットで作るために使用されることができる。現在の解決法は、集束ビームの移動に基づき、本質的に作られるパターンは、ビームサイズの（しばしば、約１０から１００マイクロメートルの）スケールの丸いエッジを含む。整形ビームの使用は、特に直角又は鋭角を含む、小さいスケールの今まで非常に複雑であった形状を得ることを考慮することを可能にする。
【０１３３】
さらに、二次元コードの形態で暗号化された情報のレーザマーキングの特別な文脈において、データマトリクスフォーマットは、同等の内容物をマークするのにより速いので（２つの連続したモジュールの間で多くの運動がより少ないので）、現在は、ＱＲコードが好まれている。なおかつ、この第２のタイプは、読みやすい利点を有する。このポイントの数が、同時にマークされることができる点の最大数未満であるという条件で、コードを形成する全ての点の同時マーキングのため、同等の内容において、暗号化のタイプに関して同一の実行時間を有するので、ここに記載される装置の使用は、この制限を取り除く。
【０１３４】
最終的に、提示されるマイクロマシニング方法及びシステムは、製品認証、例えば、トレーサビリティ又は偽造との戦い用途、に関して特別の関心がある。実際、それらは、唯一のマーキング結果を作るために使用されることができる。ターゲットとの光ビームの相互作用の間、得られる結果は、ビームの光学特性及びターゲットの物理的特性に強く依存する。光エネルギの空間分布の制御及び材料の局所的な特性の固有の不均一性を組み合わせて、マーキング結果の著しい変動が、あるショットから他のもので入手することができる。これらの反復不能な態様の署名の記録は、サポートの事後認証を可能にする。
【０１３５】
マイクロマシニング方法及びシステムの最適化された使用のために、与えられた材料で行われることができる同時衝突の数を計算するための方法がさらに提案される。
【０１３６】
この目的のために、上述の多点マーキングの実現可能性の発端においてレーザ−物質相互作用の特性に影響を及ぼすことができる全てのパラメータのリストが作成される。これらのパラメータは、３つのカテゴリにグループ化されることができる：
−  レーザパラメータ：これらは、レーザ源に、又はより一般的には放射のソース（源）に特有の特性である；
−  マイクロマシニング方法及びシステムのパラメータ：これらは、レーザからサンプルに放射されるビームを扱うための、マイクロマシニングシステム、その設定及びその動作に特有の特性である；
−  材料パラメータ：レーザ−物質相互作用は、吸収−透過特性、溶融−気化温度等のような各材料の特性に依存するので、これらは、最終的な研究材料に特有である。
【０１３７】
これらの異なるパラメータを特定した後、出来る限り多点マーキングの現実に近いシミュレーションが、提案されるマイクロマシニングシステムの使用を最適化することを目指して、実行されることができる。これは、実際のマーキングテストに基づくこともできる。
【０１３８】
最初に、光源、一般的にはレーザ源を特徴付けるパラメータを列挙しよう。既存の工業用レーザを備えるマイクロマシニングシステムを使用するとき、これらのパラメータはしばしば、前記レーザに関連する文書で見つかる。我々は、引用することができ、より具体的には：
−  波長λ
−  パルス繰り返し率ν
−  パルス持続時間τ
−  偏光ｐ
−  平均出力Ｐレーザ
−  出力直径Ｄ出力
−  拡がり角α
【０１３９】
上で提案されるように、マーキングヘッドの最適化された動作のために、レーザ波長λは好ましくは、方法の光学システムの異なる処理に適合され、偏光ｐはマーキングヘッドによって規定される配向にしたがって直線であり、ビームの出力直径Ｄ出力は、変調器のアクティブ領域に適合され、ビーム拡がり角は最小にされる（いわゆるコリメートビーム）。これらの２つのケースでは、厳選されたレンズのセットが、レーザビームのサイズをマーキングヘッドに適合させるために、及びまた準コリメートビームを得るために拡がり角を減らすためにの両方のために使用される。
【０１４０】
マイクロマシニングシステム方法及びシステムのパラメータの中で、レーザ出力におけるビームの特性を最適応させるための光学系のセット（拡がり角及び偏光の概念を述べた）、所望のマーキングに特有の特殊性（焦点距離）、及び上で詳述された整形によるマーキングヘッドの特性に重点を置く。
【０１４１】
ここでは、レーザビームがマーキングヘッドの入力において必要とされるデータに対応することを考える。後者は以下によって特徴付けられる：
−  透過パーセンテージ  ｕ％：ＳＬＭは、ピクセル化された光学系であるので、無視できないパーセンテージのエネルギ損失が、整形のために利用可能なエネルギの推定において考慮されることになる；このパラメータはまた、変調器の後の光路を形成する光学系の処理の欠陥を統合する。
−  対称効果の欠如の後の利用可能なパーセンテージ  ｖ％：エネルギの損失が、ｖ％と推定される量によって記号で表される、光軸に対する対称整形と、非対称整形との間でマークされることになるパターンのために、観察されている；
−  中心スポットｗ％によって失われるパーセンテージ：光学系及びレーザ特性の完全さの欠如、並びに近似計算に起因して、定数ｗ％によって再び推定されるエネルギの量は、中心焦点で見つかり、システムによってビームに適用される整形にさらされない。
−  曲率の追加により利用可能なパーセンテージｘ％（Ｃ）：対称又は非対称整形のように、曲率値を含む位相マップの実行は、整形に利用可能なエネルギの量に影響を及ぼす。Ｃは、整形のフレームワーク内で適用される曲率値である；。
−  衝突の数に関する係数ｃ＆ｄ；マークするための点の数Ｎｋに依存する利用可能なパーセンテージ（ｃＮｋ＋ｄ）：対称又は非対称整形に関してのように、材料に異なる数の収束点を生成する位相マップの実行は、同じ数の点の整形に利用可能なエネルギの量に影響を及ぼす。
−  焦点距離ｆ：規定された収束フォーカスレンズによる作動距離。このパラメータは、中でも、マーキング面におけるレーザビームのサイズを、したがって、この面におけるエネルギ密度を規定するために使用される。
【０１４２】
いったん全てのこれらのパラメータが明らかにされると、ビームを整形するために利用可能な出力が次に、まだ定められていない、マークするための点の数Ｎｋの関数として、以下の式から計算される：
Ｐ利用可能＝Ｐレーザｕ％ｘ％（Ｃ）（ｃＮｋ＋ｄ）ｖ％−ｗ％Ｐレーザ
【０１４３】
各材料は、その特定の吸収特性を有するので、それは、そこから材料が反応し始め且つその外観を変化させ始める、エネルギ及びエネルギ密度に関する閾値によって特徴付けられる。これらの閾値を決定することは、与えられたレーザを使用するマーキング手順の実行可能性を有効にするか否かに関して重要である。
【０１４４】
これらの閾値はまた、作ろうとしているマーキングの性質に依存する。マーキング閾値は、例えば、ナノメートルスケール、微小スケール又は人間の目のスケールでの可視性を求める場合に、異なる。閾値はまた、マーキングの所望の強度にも依存することができる。実際、上述のようにそして２００１年６月２０日に発行された非特許文献１に記載されるように、適格とされることができ且つそれに対してエネルギ密度閾値が関連付けられることができる材料の幾つかのレベルの変更がある。
【０１４５】
材料の反応閾値を決定するために、幾つかの方法が、科学文献で利用できる。２００９年１月１４日に発行された非特許文献２は、３つの主要な方法の比較の説明を与える。
【０１４６】
第１の最も現行の方法は、マークされる材料の衝突直径に基づく回帰分析法であり、より一般的には、Ｌｉｕの方法として知られており、これは、以下の式でレーザビームの完全な横方向形状（ガウス形状）を仮定する：
【数６】
0006720156.tif 000007
ここで、
−  Ｆはエネルギ密度（Ｊ／ｃｍ２、また一般に放射露光量と呼ばれる）であり、
−  ｒは光軸までの距離であり、
−  Ｆピークは、レーザ平均出力Ｐ平均の関数として表される、光軸において測定される最大放射露光量であり、
−  ｖは、パルス繰り返し率であり、
−  ωは、焦点面におけるビーム半径であり（一般に、ウエストとも呼ばれ）、システムレンズの頂点距離ｆに直線依存する。
【０１４７】
Ｌｉｕの方法は、より具体的には、照射される材料が、物理的な衝突直径Ｄに関連するＦ閾値であるエネルギ密度から反応することを考慮する、すなわち：
【数７】
0006720156.tif 000008
【０１４８】
ここから、この式を処理した後、以下を得る：
Ｄ２＝２ω２ｌｎ（Ｆピーク）−２ω２ｌｎ（Ｆ閾値）
【０１４９】
最終的に、加工される材料での衝突直径Ｄは、ｌｎ（Ｆピーク）の関数として線形に、したがって、間接的に出力の関するとして、増加する。レーザ−物質相互作用のモデリングが線形である（材料が入射エネルギに比例して反応する）という仮定の下で、閾値Ｆ閾値は、この軸の原点の縦座標として推定される。
【０１５０】
第２の方法もまた、回帰分析法であるが、今回は、アブレーションされる体積の深さ観測に基づく。実際、光強度を増加させるとき、より多くのエネルギが照射される物質によって自然に吸収され、遅れずに加工形態の変化、より具体的には、より大きい吸収深さ及び／又はマーキング直径につながる。これらの値の全ては、材料に適用される放射露光量の関するとしてモデル化されることができ、反応閾値Ｆ閾値は、ゼロ体積（又は深さ）で得られる外挿から導き出される。Ｌｉｕの方法から逆に、アブレーション速度を使用する方法は、ガウシアンであろうとなかろうと、ビームの形状から独立してマーキング結果を解析する一方、方法は、この場合も、加えられる照射に対する材料の線形応答を必要とする。
【０１５１】
最後に、第３の方法は、損傷の発生に関する統計的解析を使用する。この方法は、視覚的であり、ビーム及び材料と無関係で、いかなる補助的な解析なしで直接使用かのうである利点を有する。実際、マーキング繰り返し性が測定される間に、同一のパラメータでの一連の衝突がオペレータによって数回繰り返される。低い放射露光量において、これらのマーキングのどれもが見えない一方、高い放射露光量において、全てのマーキングが現れる。これらの２つの設定の間の中間放射露光量が、損傷閾値放射露光量として定められる。２つの先の方法とは対照的に、この方法は、固定閾値の値がないが、材料に固有の移行性の方式であるという意味で確定的でない利点を有する。このような方法の適用により及びここに提示された多点マーキング方法を仮定すると、閾値放射露光量Ｆ閾値は例えば、全ての衝突が見えるようになる最小放射露光量である。
【０１５２】
ガウシアン空間回転プロフィールの仮定の下で、これらの方法のうちの１つによる、閾値放射露光量もまた、以下の式にしたがって、比例の単純な関係により、エネルギ及び強度に関して有効であることをここで述べるべきである：
【数８】
0006720156.tif 000009
【０１５３】
さらに、パルス持続時間が、このマーキング閾値Ｆ閾値に影響を及ぼし、より短いパルス持続時間が閾値を減少させることを意味することに留意すべきである。同時に実行されることができる衝突の数は、理論的には、パルス持続時間が減少すると増加する。
【０１５４】
上述の方法は、概して、１つのパルスのみを含むレーザショットで使用される。このように定められる閾値は、照射される材料のシングルパルスレーザ閾値に対応する。
【０１５５】
好ましい方法では、複数のパルスを含むレーザショットとともに使用される方法が、複数の特定のパルスの数に関する計算を数回繰り返すことによって置き換えられる。結果として、レーザショットを形成するレーザパルスの数の増加に伴う考慮される閾値の減少によって特徴付けられる、いわゆるインキュベーション現象が大抵の材料に現れる。
【０１５６】
ｋがレーザショットに含まれるパルスの数である場合、この減少は、したがって、先の閾値Ｆ閾値（それぞれＰ閾値）を関数Ｆ閾値（ｋ）（それぞれＰ閾値（ｋ））に置換することによって表されることができる。
【０１５７】
図６は、パルス列毎のパルスの数ｋに応じた閾値（Ｆ閾値又はＰ閾値）の変化を示す典型的な概略図である。飽和効果が、水平漸近線により、図で説明されるインキュベーションに関して観察されることができる。
【０１５８】
与えられたレーザによって与えられた材料にマークされることができる同時の点の理論的な数の推定のためのシミュレーション手順の第１のステップは、前述の異なるパラメータを回復する又は計算することからなる。
【０１５９】
第２に、整形のために（定めようとしているＮｋの関数として）、材料のマーキング閾値及び利用可能なレーザ出力を知るとき、整形される点の数が材料のマーキング閾値に影響を及ぼさないという仮説を立て、これらの衝突は分離されていると仮定する。
【０１６０】
したがって、利用可能な出力が、レーザショット毎のパルスの数ｋに関して、理論的に、整形によりマークされることができる、最大のポイントの数により材料の反応閾値出力と同等であると推定される、すなわち：
【数９】
0006720156.tif 000010
【０１６１】
この関係を、パルス列毎のパルスの数ｋに関する、材料の反応閾値の式に適用することによって、次式を得る：
【数１０】
0006720156.tif 000011
【０１６２】
最終的に、この式をマイクロマシニング方法及びシステムのパラメータの説明で明らかにされたものと関連付けると、他のパラメータは既知であるので、１つの未知数Ｎｋを持つ式が得られる、すなわち：
【数１１】
0006720156.tif 000012
【０１６３】
ここから、最終的に、ｋパルスを持つパルス列を使用するマーキングヘッドの整形による同時点の最大数Ｎｋの推定値を得る：
【数１２】
0006720156.tif 000013
ここで
【数１３】
0006720156.tif 000014
【０１６４】
この方法は、使用されるレーザ源及びマークされることになる材料の特性を知るとき、ｋパルスを持つレーザショットのビームの整形により同時にマークされることができる点の最大数Ｎｋを詳細に推定することを、全システムの異なるパラメータを用いて、最終的に可能にする。
【０１６５】
拡張によって、Ｎ∞に、理論的に同時にマークされることができる点の最大数を表す（先験的に、インキュベーションの飽和により、収束する）一連のものの限界値に、言及する。
【０１６６】
ｋパルスを持つレーザショットを整形することにより同時にマークされることができるこの点の最大数Ｎｋから、マイクロマシニングシステムは、特に、与えられたｋパルスに関してマークされることができる点の最大数Ｎｋ以下の複数の点Ｎに光ビームを整形するための変調装置を設定することによって、調整されることができる。
【０１６７】
全ての点が材料に適切にマークされることを確実にするために、整形点の数Ｎは、ｋパルスを持つレーザショットを整形することにより同時にマークされることができる点の最大数Ｎｋ未満に厳密に設定されることができ、これは、実際、マーキングのためのより大きい利用可能なエネルギを有することを可能にする。
【０１６８】
最大値Ｎｋは、閾値を表すことが留意されるべきである。例として、１つの損傷又はマーキング閾値が考慮される設定では、衝突は、単にマークし始めるだけである。この場合、限度Ｎを最大値Ｎｋより小さい値、例えば、Ｎ≦Ｎｋ／２又はＮ≦Ｎｋ／３に設定することも好ましい。
【０１６９】
さらに、ここから、パターンを形成する点の数を、位相変調の設定のために選ばれる整形点の数によって割ることによって、特に複雑なパターンの場合に、全パターンを形成するのに必要なパルス列の数を導き出すことができる。
【０１７０】
マーキングのために使用されることになるパルス列のパルスの数ｋの設定は、特に、マークするための材料の特性並びに放射装置及び位相変調装置の特性を知るとき、実験に基づくことができる。
【０１７１】
例えば、上述の３つの方法のうちの１つを使用して、任意の数のパルスｉに関する閾値エネルギ密度Ｆ閾値（ｉ）を与える関数を計算すること、及び与えられた数の点からなるパターンをマーキングするのに最も適合されるパルスの数ｋを選ぶこともできる。
【０１７２】
パルスの数ｋは、例えば、閾値エネルギ密度Ｆ閾値（ｉ）を与える関数の計算にしたがって、選ばれることができ、パルスの数ｋは、最小閾値エネルギ密度の２００％に等しい閾値エネルギ密度に対応するパルスの数ｋ２００と、エネルギ密度が最小閾値エネルギ密度と等しいパルスの最小数に対応するパルスの数ｋ１００との間で選ばれる整数である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１７３】
【特許文献１】ＵＳ５，７３４，１４５
【特許文献２】ＵＳ４，１２８，７５２
【特許文献３】ＦＲ２  ９０９  ９２２
【特許文献４】ＵＳ４，７３４，５５８
【特許文献５】ＵＳ４，８１８，８３５
【特許文献６】ＵＳ２００１／０４５，４１８
【特許文献７】ＷＯ０１／０６１６１９
【特許文献８】ＵＳ２０１１／０２９２１５７
【特許文献９】ＦＲ２  ８８４  ７４３
【非特許文献】
【０１７４】
【非特許文献１】J.  BONSE  et  al.  "Femtosecond  laser  ablation  of  silicon−modification  thresholds  and  morphology"  APPLIED  PHYSICS  A,  74,  19−25  (2002),  DOI  10.1007/s003390100893
【非特許文献２】N.  SANNER  et  al.  “Measurement  of  femtosecond  laser  induced  damage  and  ablation  thresholds  in  dielectrics”,  APPLIED  PHYSICS  A,  (2009)  94:889−897,  DOI  10.1007/s00339−009−5077−6
【図１】
0006720156.tif 000020
【図２】
0006720156.tif 000021
【図３】
0006720156.tif 000022
【図４】
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【図５】
0006720156.tif 000024
【図６】
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