(57)【要約】【課題】好適な構造ならびに好適な使用法を実現する電子マスキングレーザー結像システムを提供する。【解決手段】レーザービームを出力するレーザー源１８と電子ディスプレイ装置３２とを有するレーザー結像装置である。前記電子ディスプレイ装置は、前記レーザー源の下流側に配置されている。前記電子ディスプレイ装置は、選択的に前記レーザービームの分離した部分を偏光させて変調部分と非変調部分とを形成することができる。前記ディスプレイ装置の下流側には、偏光フィルタ３４が配置されており、この偏光フィルタは、前記レーザービームの前記変調部分と前記非変調部分とのいずれかの透過を妨げて特定のパターンを有した画像ビームを形成する。【選択図】図１
2004306606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部品を第２の部品にレーザー溶接する方法であって、
レーザービームを出力することと、
このレーザービームを、レーザービームの分離した部分を偏光させてレーザービームの変調部分とレーザービームの非変調部分とをつくりだす所定のパターンを規定している液晶ディスプレイを通すことと、
前記レーザービームの前記変調部分と前記非変調部分とのいずれか一方のみが通って、前記の所定のパターンに実質的に類似した形状の溶接ビームを形成するように、前記レーザービームの前記変調部分と前記非変調部分とを下流側の偏光フィルタに投射させることと、
第１の部品と第２の部品との少なくとも一方を前記溶接ビームで加熱して、両者の間に溶接部を形成することとを具備する方法。
【請求項２】
前記レーザービームは、偏光レーザービームである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザービームは、非偏光レーザービームであり、さらに、
前記非偏光レーザービームを、前記液晶ディスプレイの上流側に配置され前記非偏光レーザービームを偏光させる上流側偏光フィルタに投射させることを具備する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記液晶ディスプレイに信号を出力して前記所定のパターンを生成させるコントローラを、前記液晶ディスプレイに連結させることを具備する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
レーザービームを出力するレーザー源と、
前記レーザー源の下流側に配置されて、選択的に前記レーザービームの分離した部分を偏光させて所定のパターンを有する溶接ビームを形成する電子マスキングシステムとを具備するレーザー溶接装置。
【請求項６】
前記電子マスキングシステムは、
信号を出力するコントローラと、
このコントローラに連結されて、前記信号に応じてディスプレイ上に所定のパターンを生成することができるとともに前記レーザービームの一部を偏光させて変調部分と非変調部分とをつくり出す液晶ディスプレイと、
この液晶ディスプレイの下流側に配置されて、前記レーザービームの前記変調部分と前記非変調部分とのいずれか一方の透過を妨げるように作用する第１の偏光フィルタとを備える請求項５に記載のレーザー溶接装置。
【請求項７】
さらに、前記液晶ディスプレイの上流側に配置されて、前記レーザービームを偏光させるように作用する第２の偏光フィルタを具備する請求項６に記載のレーザー溶接装置。
【請求項８】
さらに、前記レーザー源と前記電子マスキングシステムとの間を連結し、前記レーザービームを前記電子マスキングシステムに伝送する光ファイバを具備する請求項５に記載のレーザー溶接装置。
【請求項９】
さらに、前記電子マスキングシステムに近接して設けられたレンズアッセンブリを備える請求項５に記載のレーザー溶接装置。
【請求項１０】
レーザービームを出力するレーザー源と、
前記レーザー源の下流側に配置され、選択的に前記レーザービームの分離した部分を偏光させて変調部分と非変調部分とを形成するように動作可能なディスプレイ装置と、
このディスプレイ装置の下流側に配置され、前記レーザービームの前記変調部分と前記非変調部分とのいずれか一方の透過を妨げて溶接ビームを形成するように動作可能な第１の偏光フィルタとを具備するレーザー溶接装置。
【請求項１１】
さらに、前記ディスプレイ装置の上流側に配置され、前記レーザービームを偏光するように動作可能な第２の偏光フィルタを具備する請求項１０に記載のレーザー溶接装置。
【請求項１２】
前記ディスプレイ装置は、液晶ディスプレイである請求項１０に記載のレーザー溶接装置。
【請求項１３】
さらに、前記レーザー源と前記電子マスキングシステムとの間に連結され、前記レーザービームを前記電子マスキングシステムに伝送する光ファイバを具備する請求項１０に記載のレーザー溶接装置。
【請求項１４】
さらに、前記電子マスキングシステムに近接して設けられたレンズアッセンブリを具備する請求項１０に記載のレーザー溶接装置。
【請求項１５】
レーザー画像を生成する方法であって、
レーザービームを出力することと、
このレーザービームを、レーザービームの分離した部分を偏光させてレーザービームの変調部分とレーザービームの非変調部分とをつくりだす所定のパターンを規定している液晶ディスプレイを通すことと、
前記レーザービームの前記変調部分と前記非変調部分とのいずれか一方のみが通って、前記の所定のパターンに実質的に類似した形状の溶接ビームを形成するように、前記レーザービームの前記変調部分と前記非変調部分とを下流側の偏光フィルタに投射させることとを具備する方法。
【請求項１６】
前記レーザービームは、偏光レーザービームである請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記レーザービームは、非偏光レーザービームであり、さらに、
前記非偏光レーザービームを、前記液晶ディスプレイの上流側に配置され前記非偏光レーザービームを偏光させる上流側偏光フィルタに投射させることを具備する請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、前記液晶ディスプレイに信号を出力して前記所定のパターンを生成させるコントローラを、前記液晶ディスプレイに連結させることを具備する請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にレーザー結像に関し、より詳細には、様々な形状の画像パターンをつくり出すための改良された装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー溶接は、通例プラスチックまたは樹脂製部品たとえば熱可塑性部品を溶接域で結合するために使用されている。レーザー装置のこの種の使用例は、特許文献１に見出され、その開示内容は、参照によりここに明示的に組み込まれる。
【０００３】
周知のように、レーザー装置は、特定の周波数の電磁放射（すなわちコヒーレント単色放射）の集束ビームをつくり出す。いくつかのタイプのレーザー装置が入手可能であるが、赤外線レーザー装置または非コヒーレント光源は、溶接域の加熱に使用するための比較的経済的な放射エネルギー源を供する。赤外線溶接の一つの特別な例は、透過赤外線（ＴＴＩｒ）溶接法として知られている。ＴＴＩｒ溶接は、光ファイバ、導波路または光ガイドによって誘導されて第１のプラスチック部品を透過して第２のプラスチック部品に達する赤外線放射をつくり出すことのできる赤外線レーザーを使用する。この第１のプラスチック部品は、一般にレーザーから発したレーザービームを透過させることから、透過材と称されることが多い。ただし、第２のプラスチック部品は、それが一般にレーザービームの放射エネルギーを吸収して溶接域を加熱する熱を生み出すことから、吸収材と称されることが多い。溶接域におけるこの熱により透過材と吸収材とは溶融させられ、互いに密接して溶接される。
【０００４】
様々な形状の溶接形状および／または加熱パターンをつくり出すことがしばしば所望される。これは、金属マスクを使用して実現することができる。マスクは、一般に金属シートであり、これは、機械加工、エッチング、レーザーカットもしくはその他の方法で加工されて特定の形状の放射エネルギーのみを透過させ、その他の放射エネルギーは、戻し反射されるかまたは吸収される。これらの金属マスクの製造は、手間と時間を要し、しかも高くつくことが多い。これに加えて、これらの金属マスクの加工は、容易ではなく、そのためその有用性は、制限されることとなる。
【０００５】
金属マスクは、さらに、得られる加熱パターンおよび／または溶接部形状の範囲を制限する。すなわち、場合によっては、金属シートの物理的制限により、元の材料シートに取着されていないマスキング部は、いずれも外部サポートを使用して保持することが必要となる。ステンシルと同様に、文字Ｏは、中央部と外側部とをブリッジ部材によるかまたは別途のガラスシートを使用して互いに正しく整列させて組付けることが必要となる。容易に判明するように、これらの物理的制限により、多くの形状がレーザー溶接への使用を妨げられることとなる。
【特許文献１】米国特許第４，６３６，６０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、レーザー溶接に使用されるマスクを迅速かつ至便に生成することのできる装置を提供する適切な技術の必要性が存在している。さらに、変調の容易なマスキング装置を提供する適切な技術の必要性も存在している。さらになお、得られる溶接パターンを妨げるような外部サポートを要さずに複雑な形状をつくり出すことのできるマスキング装置を提供する適切な技術の必要性も存在している。最後に、従来技術の短所を克服することのできるマスキング装置を提供する適切な技術の必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の原理により、好適な構造ならびに好適な使用法を実現するレーザー結像装置が提供される。本レーザー結像装置は、レーザービームを出力するレーザー源と１個の電子ディスプレイ装置とを含んでいる。電子ディスプレイ装置は、レーザー源の下流側に配置され、選択的にレーザービームの分離した部分を偏光させて変調部分と非変調部分とを形成することができる。さらに偏光フィルタがディスプレイ装置の下流側に配置され、レーザービームの変調部分または非変調部分の透過を阻止して特定のパターンの画像ビームを生成する。
【０００８】
本発明の広範な適用可能性は、以下の詳細な説明から明らかとなる。以下の詳細な説明と本発明の好適な実施形態を示す個々の例は、図解のみを目的としたものであり、本発明の範囲の制限を意図するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、以下の詳細な説明と添付図面からいっそう十分な理解を得ることができる。
【００１０】
以下に述べる好適な実施形態の説明は、単に例示を目的とするものであり、本発明、その適用または使用を制限することを決して意図するものではない。さらに、本発明がたとえＴＴＩｒ溶接法と関連付けて説明されていようとも、本発明は、その他の種類の溶接法および／または光エネルギーを使用した表面加熱法に同じく適用可能である。さらに、本発明は、溶接とは関係のない広範囲におよぶ様々な結像アプリケーション、たとえば、ＩＣチップ、超小型電子機械系（ＭＥＭＳ）、超小型デバイス一般等の形成にしばしば使用されるリソグラフィーにとって有用であるといえよう。したがって、本発明は、以下に説明する特別な溶接アプリケーションに限定されるものとして理解されてはならない。
【００１１】
図中、電子マスキングシステム１０は、本発明の原理に従って表されている。本発明の実施形態に係われば、電子マスキングシステム１０は、ＴＴＩｒ溶接システム１２での使用に適合化されている。図１に見られるように、ＴＴＩｒ溶接システム１２は、透過レーザービームの形態の放射エネルギーを搬送ないし伝送することができるようにほぼ円状に配列された複数本の光ファイバから成る任意の光ファイバ束１４を有してよい。この光ファイバ束１４は、レーザー源１８たとえば赤外線レーザーに、公知の原理に従って結合されて作用することができる。これに代えて、ＴＴＩｒ溶接システム１２は、シリコン、ポリカーボネートまたはガラスのシートで形成された光ガイド手段を有していてよい。また、任意のレンズ光学系２０も放射エネルギーを所定のパターンに合わせるために採用されてよい。つまり、このレンズ光学系２０は、光学原理を使用して電子マスキングシステム１０の上流または下流でレーザーエネルギーを集束または発散させるために使用されてよい。
【００１２】
作動中、レーザー源１８は、レーザービームを出力し、該レーザービームは、光ファイバ束１４によって搬送される。このレーザービームは、レンズ光学系２０を透過し、符号２２で示す個所から出る。このレーザービームは、次いで電子マスキングシステム１０に進入し、所定のマスキングパターン２４を生み出すようにコントロールされるが、これについては以下で詳細に説明する。電子マスキングシステム１０によって処理されたレーザービームは、続いて所定のマスキングパターン２４として電子マスキングシステム１０を出て、透過材とも称される第１のプラスチック部品２６を透過する。この透過材２６は、一般に、感知し得るほどの吸収もしくは反射なしにレーザービームを透過させる。このレーザービームは、次いで、吸収材とも称される第２のプラスチック部品２８によって吸収される。この吸収材２８は一般にレーザービームの放射エネルギーを吸収して溶接域３０に熱を発生させる。この熱により透過材２６と吸収材２８とは溶接域３０で溶融され、こうして冷却後に互いに溶接される。電子マスキングシステム１０は、レーザー源１８と任意のレンズ光学系２０との間に配置されていても、これに代えて、電子マスキングシステム１０の夫々の要素が任意のレンズ光学系２０の両側に配置されていてもよい。
【００１３】
特に、図２および３において、電子マスキングシステム１０は、別途レーザー源との関連で説明される。つまり、図２は、偏光レーザー源１８’と共に使用される電子マスキングシステム１０’を示している。当然のことながら、偏光レーザー源１８’は、偏光レーザービームを出力し、この場合、光エネルギーの振動は、単一面内にある。この状態で、偏光レーザービームは、任意のレンズ光学系２０（本図では不図示である）を透過し、偏光レーザービーム２２’として出ていく。この実施形態において、偏光レーザービームをさらなる処置を要することなく偏光したままにするために、任意の光ファイバ束１４は、省かれなければならないこと留意することが必要である。すなわち、もし偏光レーザービームが光ファイバ束を伝播させられると、偏光レーザービームは、光ファイバ束の物理的特性により「非偏光」レーザービームとして光ファイバ束から出るということは、よく知られている。
【００１４】
さらに、図２において、電子マスキングシステム１０’は、１個の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３２と、偏光レーザービーム２２’の進行方向においてＬＣＤ３２の「下流」側に配置された偏光フィルタ３４とを有している。ＬＣＤ３２は、偏光レーザービーム２２’の偏光を変化させることができれば、一般のいずれの設計のものであってもよい。すなわち、ＬＣＤ３２は、偏光レーザービーム２２’のセレクトされた部分をもとの方向に対して９０°（もしくはその他の所望角度だけ）偏光させることができれば、一般のいかなる設計のものであってもよい。偏光フィルタ３４は、プロフラックス（ＰＲＯＦＬＵＸ）社から入手可能なマイクロワイヤズ（商標）（ＭＩＣＲＯＷＩＲＥＳ）偏光子であるのが好ましい。作動中、ＬＣＤ３２のセレクトされた部分３８は、コントローラ３６によって励起もしくはその他の方法で活性化され、セレクトされた部分３８は、レーザービーム２２’を偏光させる。この点で、ＬＣＤ３２のセレクトされた部分３８を透過したレーザービーム２２’の振動面は、元の振動面（一般に符号４０で表されている）に対して９０°回転させられる。さらに図２を参照すると、レーザービーム２２’の非変調部分は、そのままＬＣＤ３２を透過し、元の振動面（一般に符号４２で表されている）を維持している。
【００１５】
続いてレーザービーム２２’の変調部分４０と非変調部分４２とは、偏光フィルタ３４に投影される。すると偏光フィルタ３４は、偏光フィルタ３４によって透過が許容される振動面とは、異なった振動面を有するレーザービーム２２’の部分を吸収、反射するかもしくはその他の形で当該部分の透過を妨げる。換言すれば、偏光フィルタ３４は、レーザービーム２２’のセレクトされた部分のみを透過させるように配置されている。したがって、本実施の形態において、レーザービーム２２’の変調部分４０は、偏光フィルタ３４を透過させられるが、他方、非変調部分４２は、吸収、反射されるかもしくはその他の形態で透過が妨げられることとなる。偏光フィルタ３４の向きは「ネガティブ」画像が作られるように、レーザービーム２２’の非変調部分４２が偏光フィルタ３４を透過させられ、他方、変調部分４０は、吸収、反射されるかもしくはその他の形態で透過が妨げられるように変化させられてもよい。要するに、レーザービーム２２’のセレクトされた部分の振動面の変調プロセスにより、レーザービーム２２’の分離した部分のみが偏光フィルタ３４を透過して溶接域３０に当たることとなる。ＬＣＤ３２の制御は、容易であることから、これらの分離した部分は、いかなる二次元形状を表すように配されていてもよい。
【００１６】
次に図３では、電子マスキングシステム１０’’は、非偏光レーザー源１８’’と共に使用されるように構成されている。当然のことながら、非偏光レーザー源１８’’は、非偏光レーザービームを出力し、この場合、光エネルギーの振動は、多数の面内にある。この点で、偏光レーザービームは、任意のレンズ光学系２０（本図では不図示である）を透過し、非偏光レーザービーム５０として出る。
【００１７】
さらに図３において、電子マスキングシステム１０’’は、１個の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）３２と、非偏光レーザービーム５０の進行方向においてＬＣＤ３２の「下流」側に配置された偏光フィルタ３４と、ＬＣＤ３２の「上流」側に配置された偏光フィルタ５２とを有する。この配列において、非偏光レーザービーム５０は、上流側偏光フィルタ５２に当たる。上流側偏光フィルタ５２は、非偏光レーザービーム５０を偏光させ、非偏光レーザービーム５０は、（単一の振動面を有する）偏光レーザービーム２２’として上流側偏光フィルタ５２から出る。非偏光レーザービーム５０が一旦偏光レーザービーム２２’に変換されると、ＬＣＤ３２と下流側偏光フィルタ３４とは、前記のように機能してパターン２４をつくり出す。簡潔にするため、ＬＣＤ３２と下流側偏光フィルタ３４とのそうした作用については、これ以上説明しないこととする。
【００１８】
ところでコントローラ３６とＬＣＤ３２との作用に着目すれば、コントローラ３６は、コンピュータであり、たとえばパワーポイント（登録商標）（ＰＯＷＥＲＰＯＩＮＴ）、フォトショップ（登録商標）（ＰＨＯＴＯＳＨＯＰ）、ペイントショッププロ（登録商標）（ＰＡＩＮＴＳＨＯＰＰＲＯ）、ヴィジオ（登録商標）（ＶＩＳＩＯ）、オートキャド（登録商標）（ＡＵＴＯＣＡＤ）等の結像ソフトウェアを組み込んだ、たとえばデスクトップコンピュータであると予期される。しかし、コントローラ３６は、記憶された画像にアクセスして当該の記憶された画像をＬＣＤ３２にディスプレイすることのできるコンピュータでありさえすればよい。この目的のため、一連の溶接パターンの任意の一つが迅速かつ至便に生成、変調、保存、開く等がされて、マスキングパターン２４を変化させることができればよい。次いでこれらのパターンは、コントローラ３６から回線５４を経てＬＣＤ３２に出力され、ＬＣＤ３２に「ディスプレイ」される。セレクトされた画像の「ディスプレイ」により、対応する偏光レーザービーム２２’のセレクトされた部分は、元の方向に対して９０°偏光させられ、こうして、偏光フィルタ３４を透過した後にマスキングパターン２４が生成される。本発明の原理により、コントローラ３６、ＬＣＤ３２およびマスキングパターン２４は、複数の二次元または三次元画像の任意の一つが生成されるように構成されていてよい。従来の金属マスキング技法とは異なり、本発明により、マスキングパターン２４は、たとえば文字ａ，ｂ，ｄ，ｇ，ｏ，ｐおよびｑの中央部のような「支持のない」特徴成分を含むことができる。これらの中央部は、従来、ステンシルの場合に通例のように、それらを金属マスクの本体部と繋ぐための小さな支持アームを必要とした。しかしながら本発明によれば、どんな支持アームをも必要とすることなくそうした中央部を生成することが可能である。
【００１９】
本発明の説明は、単なる例示的性格を有するにすぎず、したがって、本発明の趣旨を逸脱しない変形例は、本発明の範囲内にあるものである。この種の変形例は、本発明の精神および範囲を逸脱するものと見なされてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の原理に基づく電子マスキングレーザー結像システムを任意の装置と共に示した概略図である。
【図２】偏光レーザービームを使用する本発明の第１の実施形態による電子マスキングシステムを、図を明瞭にするため一部を除外して、示した透視図である。
【図３】非偏光レーザービームを使用する本発明の第２の実施形態による電子マスキングシステムを、図を明瞭にするため一部を除外して、示した透視図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０，１０’，１０’’  電子マスキングシステム
１２  ＴＴＩｒ溶接システム
１４  光ファイバ束
１８，１８’，１８’’  レーザー源
２０  レンズ光学系
２２’  偏光レーザービーム
２４  マスキングパターン
２６  透過材
２８  吸収材
３０  溶接域
３２  液晶ディスプレイ
３４  偏光フィルタ
３６  コントローラ
３８  セレクトされた部分
４０  変調部分
４２  非変調部分
５０  非偏光レーザービーム
５２  偏光フィルタ
５４  回線
【図１】
2004306606.tif 000003
【図２】
2004306606.tif 000004
【図３】
2004306606.tif 000005