(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット物質の標本をマーキング可能物質の標本から０．２２ｍｍ以上の間隔をおいて離間配置する段階と、
ターゲット物質の少なくとも一部が融除されてマーキング可能物質の表面上に投げ出されるようにターゲット物質の融除しきい値以上のエネルギーフルーエンスを有する照射ビームをターゲット物質上に照射する段階と、
ターゲット物質の標本をマーキング可能物質の標本から離間配置した状態で、前記マーキング可能物質の前記表面に対して、このマーキング可能物質の融除しきい値未満のエネルギーフルーエンスを有する照射ビームを照射して、少なくとも一部の融除されてマーキング可能物質の表面上に投げ出されたターゲット物質と前記のマーキング可能物質の表面との間に相互作用を生じて、前記マーキング可能物質の表面を前記融除された物質によってマーキングする段階と
を含むレーザマーキング法。
【請求項２】
照射ビームがマーキング可能物質を通してターゲット物質上に指向されるように、マーキング可能物質がターゲット物質に対して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザマーキング法。
【請求項３】
マーキング可能物質が実質的に照射ビームに対して透過性であることを特徴とする請求項２に記載のレーザマーキング法。
【請求項４】
照射ビームがパルス列として加えられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザマーキング法。
【請求項５】
融除と相互作用が同一の照射パルスによって実施されることを特徴とする請求項４に記載のレーザマーキング法。
【請求項６】
融除と相互作用が相異なる照射パルスによって実施されることを特徴とする請求項４に記載のレーザマーキング法。
【請求項７】
さらに照射フルーエンスをモニタする段階を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のレーザマーキング法。
【請求項８】
さらにモニタリングに対応して照射ビームのフルーエンスを制御する段階を含むことを特徴とする請求項７に記載のレーザマーキング法。
【請求項９】
さらに、前記表面、ターゲット物質および融除された物質から反射され散乱される照射量を検出し分析する段階を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のレーザマーキング法。
【請求項１０】
融除された物質がマーキング可能物質の表面上に投げ出されるように、前記反射され散乱された放射量の分析に対応してターゲット物質とマーキング可能物質との間隔を調整する段階を含むことを特徴とする請求項９に記載のレーザマーキング法。
【請求項１１】
マーキング可能物質の表面上に投げ出される融除物質の量が前記表面上に所望の色調のマークをマーキングするのに十分となるようにターゲット物質とマーキング可能物質との間隔を設定する段階を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のレーザマーキング法。
【請求項１２】
融除されてマーキング可能物質上に投げ出されるターゲット物質の量が前記表面上に所望色調のマークをマーキングするのに十分となるように照射ビームのフルーエンスを設定する段階を含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のマーキング法。
【請求項１３】
マーキング可能物質の表面に所望パタンに従ってマーキングするように照射ビームの方向とマーキング可能物質の標本とを相互に移動させる段階を含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のレーザマーキング法。
【請求項１４】
ターゲット物質が銅、ケイ素、アルミニウム、銀、クロム、チタン、タングステンおよびその他の金属、半導体またはその他の固体物質のいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のレーザマーキング法。
【請求項１５】
照射が光学照射であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のレーザマーキング法。
【請求項１６】
ターゲット物質の標本と、
照射光源と、
前記ターゲット物質の標本に面する表面を有するとともに前記ターゲット物質の標本から０．２２ｍｍ以上の間隔をおいて離間されたマーキング可能物質の標本と、
前記照射光源を制御するコントローラであって、前記照射光源が、
前記マーキング可能物質の標本の前記表面上に融除された物質が投げ出されるように前記ターゲット物質の少なくとも一部を融除するための放射ビームを生成するように、かつ
前記ターゲット物質の標本を前記マーキング可能物質の標本から離間配置した状態で、前記マーキング可能物質の標本の前記表面を照射し前記融除された物質と前記表面との間に相互作用を誘発することによって前記表面を前記融除された物質をもってマーキングするように照射するための放射ビームを生成するように、
前記照射光源を制御する前記コントローラと、
を備えるレーザマーキング装置。
【請求項１７】
さらに少なくとも照射光源の動作を制御するように作動するコントローラを含むことを特徴とする請求項１６に記載のレーザマーキング装置。
【請求項１８】
前記コントローラによって制御されて、前記表面が所望パタンに従ってマーキングされるために前記照射と前記マーキング可能物質の標本との間に相対運動を生じるように作動する走査装置を含むことを特徴とする請求項１６または１７のいずれかに記載のレーザマーキング装置。
【請求項１９】
前記走査装置は照射ビームを走査するように作動するガルバノメータに基づくビームスキャナを含むことを特徴とする請求項１８に記載のレーザマーキング装置。
【請求項２０】
さらに照射ビームのエネルギーを測定してこの測定値を前記コントローラに送付するエネルギーメータを含み、前記コントローラは前記測定値に応答して前記照射光源を制御するように作動することを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれかに記載のレーザマーキング装置。
【請求項２１】
さらにターゲット物質標本とマーキング可能物質標本との間隔を調整するように作動する調整可能ステージを含むことを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれかに記載のレーザマーキング装置。
【請求項２２】
さらにマーキング可能物質およびターゲット物質の表面および融除された物質から散乱され反射された照射量を検出してこの検出信号を前記コントローラに送付するように作動するデテクタを含み、前記コントローラが前記検出信号に応答して前記調整可能ステージを作動するように成されたことを特徴とする請求項２０に記載のレーザマーキング装置。
【請求項２３】
照射光源が光学的照射ビームを発生することを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれかに記載のレーザマーキング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特に、非限定的に、硬質光透過性物質のレーザ・マーキング法およびこの方法を実施する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
各種材料の永久的マーキングと印刷は一般に行われまた種々の技術が使用されている。ガラスなど硬質光透過性物質などの材料は高い硬度を有しまた脆いので、これらの材料のマーキング法はこのような特性を考慮する必要がある。
【０００３】
硬質材料にマーキングする通常の方法は機械的工具を使用して材料表面の擦過によって直接に材料表面に書込むにある。しかし、例えばガラスの表面にこの方法を使用する際の問題点は擦過線の縁部にそって多数の微小亀裂が生じることにある。このような微小亀裂が材料を弱化させ、マーキングの品質を低下させる。他の技術はレーザ融除を使用するにある。高レベルのレーザエネルギーフルーエンスにおいては（「フルーエンス」とは照射面積あたり照射されるレーザエネルギー単位と定義される）、このレーザエネルギーが硬質材料の分解を生じるので、材料粒子が除去され材料から外部に投げ出されて孔またはピットを残す。融除技術はガラス表面にマーキングするために、またガラス本体内部にマーキングするために使用されてきたが、この技術も、レーザエネルギーの吸収による加熱を材料中の熱応力の故に、マーキング区域の回りに微細亀裂を生じる。融除のためにフッ化物エキシマー・レーザを使用することによりガラス上に微細亀裂を伴なわないマーキングが示されているが、このレーザソースは高価であり、ビーム品質が低く、低いマーキング解像度を生じ、また複雑な構造を有する。
【０００４】
米国特許第６，２３８，８４７号および米国特許第６，０７５，２２３号はガラス、セラミックス、プラスチックおよび金属のレーザ・ベース・マーキング法を提案している。基板の表面に対してマーキング物質層が被着され、所望のパタンに従ってレーザビームで照射される。照射された部分が照射作用によって加熱されて、基板の表面に対して接着しまたは化学的に結合する。次に非照射部分を除去して基板表面上にパタンを残す。しかしこれらの方法をガラスのマーキングに使用した場合、高レーザエネルギーレベルで微細亀裂が形成される可能性がある。米国特許第６，２３８，８４７号は、マーキング材料を第２レーザビームによって接着させる前に第１レーザビームによって基板およびマーキング材料を予熱すれば微細亀裂のリスクが低減されると記載している。
【０００５】
従って、微細亀裂を生じることなく、また／あるいは予熱などの微細亀裂のリスクを低減させる追加段階を必要とせず、また／あるいは別個のマーキング材料層を被着させる必要なく、また／あるいは簡単で低廉なレーザマーキング法が必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
従って本発明の第１アスペクトは、
ターゲット物質の標本をマーキング可能物質の標本から離間配置する段階と、
ターゲット物質の少なくとも一部が融除されてマーキング可能物質の表面上に投げ出されるようにターゲット物質の融除しきい値以上のエネルギーフルーエンスを有する照射ビームをターゲット物質上に指向する段階と、
前記マーキング可能物質の表面に対して、このマーキング可能物質の融除しきい値未満のエネルギーフルーエンスを有する照射ビームを露出して、前記の融除された物質と前記のマーキング可能物質の表面との間に相互作用を生じて、前記マーキング可能物質の表面を前記融除された物質によってマーキングする段階とを含むレーザマーキング法を提供するにある。
【０００７】
前記方法は微細亀裂の形成を低減させまたはまったく伴なわないで、物質のマーキングを可能とする。マーキング可能物質が露出される照射フルーエンスはこのマーキング可能物質の融除レベル未満であるので、この物質は損傷から防護される。ターゲット物質の融除はマーキング可能物質の融除しきい値未満のフルーエンスで達成することができるので、この方法全体はマーキング可能物質を防護することのほかに、比較的低いフルーエンスレベルで実施することができるから、これはコスト面から有利である。またターゲット物質の融除は融除された物質をマーキング可能物質の表面上に局所的に投げ出すので、融除物質は前記表面全体の上に層をなして付着させられる必要はなく、所望のパタンに従って直接に堆積させられる。
【０００８】
好ましい実施態様においては、照射ビームがマーキング可能物質を通してターゲット物質上に指向されるように、マーキング可能物質がターゲット物質に対して配置される。同一の照射ビームがターゲット物質を融除すると共に、マーキング可能物質表面を照射してこの面にマーキングするようにするために、このような配置が使用される。融除された物質は、照射ビームがマーキング可能物質を通過する点において（照射の伝搬方向に関して）マーキング可能物質の裏面に投げ出されるので、新規に入射する照射ビームが前記裏面と先に融除された前記裏面上の物質とに遭遇した後に、ターゲット物質に到達してさらに融除を成す。このような配置の使用は、マーキング可能物質が実質的に照射ビームに対して透過性であることを意味する。従ってこの方法は特にガラスなどの透過性硬質面に適している。
【０００９】
望ましくは、照射ビームがパルス列として加えられる。従ってマーキング可能物質は連続的照射を受けることなく、また照射ビームの吸収によってマーキング可能物質の中に発生する熱はパルスの間に消失することができる。適当なパルス持続時間の例は数１０または数１００ナノ秒であって、多くのパルス照射ソースが使用され、例えばＮｄ：ＹＡＧ  Ｑ−スイッチレーザを含むＱ−スイッチレーザである。
【００１０】
入射パルスの末尾がマーキング可能物質を通過してしまう前に融除された物質がマーキング可能物質の裏面に到達できるようにターゲット物質とマーキング可能物質との間隔およびパルスの持続時間が選択されるならば、同一照射パルスによって融除と相互作用とが実施される。このようにして、次に融除された物質が堆積される前に、マーキング可能物質表面にマーキングする相互作用が生じる。あるいは、融除と相互作用とを別々の照射パルスによって達成することもできる。
【００１１】
さらに本発明は照射ビームのフルーエンスのモニタリングを含み、またこの場合にはモニタリングに応答して照射フルーエンスを制御する段階を含む。マーキング可能物質が損傷されることなくうまくマーキングされるためには、フルーエンスがマーキング可能物質の融除しきい値未満、ターゲット物質の融除しきい値以上でなければならない。フルーエンスをモニタリングし制御することにより、フルーエンスは常に適当レベルに保持される。
【００１２】
さらに本発明の方法は前記表面、ターゲット物質および融除された物質から反射され散乱される放射ビームの量を検出し分析する段階を含み、また従って融除された物質がマーキング可能物質の表面上に投げ出されるように、前記反射され散乱された放射量の分析に対応してターゲット物質とマーキング可能物質との間隔を調整する段階を含む。前記間隔が大きすぎると融除された物質が前記表面に達するには不十分な動的エネルギーを有するので、マーキングが生じない。しかし、融除物質が前記表面に到達して相互作用する時に検出された照射ビームがある種の識別可能のフィーチャを有することが示されているので、照射ビームの検出の分析はこの方法が確実に実行されていることの指標として使用されることができる。従って検出と分析に対応する間隔の能動的制御がこの方法を適正に実行し続けるのに役立つ。
【００１３】
望ましくは、本発明の方法はマーキング可能物質の表面上に投げ出される融除物質の量が前記表面上に所望の色調のマークをマーキングするのに十分となるようにターゲット物質とマーキング可能物質との間隔を設定する段階を含む。より多量の融除物質量はマーキング可能物質上に濃い色調のマークを生じる。融除物質はターゲット物質から投げ出される際に一定の範囲内の運動エネルギーを有し従って一定の範囲内の横方向広がりを有するので、前記間隔の変更は前記表面に到達してマーキングに役立つ融除物質の量を変動させる。これが色調の制御を生じる。
【００１４】
あるいはまたは追加的に、本発明は融除されてマーキング可能物質上に投げ出されるターゲット物質の量が前記表面上に所望色調のマークをマーキングするのに十分となるように照射ビームのフルーエンスを設定する段階を含む。より高いフルーエンスはより多量のターゲット物質を融除し、融除物質に対してより大きな運動エネルギーを与えるので、より多量の融除物質がマーキング可能物質に到達してそのマーキングに役立ちその色調を増大させる。
【００１５】
さらに本発明は、マーキング可能物質の表面に所望パタンに従ってマーキングするように照射ビームの方向とマーキング可能物質の標本とを相互に移動させる段階を含む。
【００１６】
ターゲット物質は銅、ケイ素、アルミニウム、銀、クロム、チタン、タングステンおよびその他の金属、半導体またはその他の固体物質のいずれか１つである。相異なる物質が相異なるマーキングカラーを生じる。
【００１７】
照射は光学照射とすることができ、その多くの光源が存在する。
【００１８】
本発明の第２アスペクトは、
ターゲット物質の標本と、
放射ビームを発生するように作動する照射光源とを備え、
前記ターゲット物質の標本から離間されたマーキング可能物質の標本の表面上に融除された物質が投げ出されるようにターゲット物質の少なくとも一部を融除し、また、
前記マーキング可能物質の標本の表面を照射して融除された物質と前記表面との間に相互作用を誘発することによって、前記表面を融除物質をもってマーキングするように成されたマーキング可能物質の標本のレーザマーキング装置に関するものである。
【００１９】
この装置は本発明の第１アスペクトによる方法を実施するのに適当である。
【００２０】
好ましくは前記装置はさらに少なくとも照射光源の動作を制御するように作動するコントローラを含む。
【００２１】
前記装置はさらに前記コントローラによって制御されて、前記表面が所望パタンに従ってマーキングされるために前記照射ビームと前記マーキング可能物質の標本との間に相対運動を生じるように作動する走査装置を含む。好ましくはこの走査装置は照射ビームを走査するように作動するガルバノメータに基づくビームスキャナを含む。ガルバノメータスキャナは照射ビームの迅速、正確また反復自在の運動を生じることができる。
【００２２】
本発明の装置は、さらに照射光のエネルギーを測定してこの測定値を前記コントローラに送付するエネルギーメータを含み、前記コントローラは前記測定値に応答して前記照射光源を制御するように作動する。このようにして、照射ビームのエネルギーフルーエンスがマーキング可能物質の融除しきい値未満にまたターゲット物質の融除しきい値以上に留まるように連続的に制御される。
【００２３】
好ましい実施態様において、本発明の装置はさらにターゲット物質標本とマーキング可能物質標本との間隔を調整するように作動する調整可能ステージを含む。間隔の制御はマークの色調の制御を生じる。また装置の動作に関して、前記間隔は融除物質がマーキング可能物質に到達する程度に小さいように調整されることが重要である。
【００２４】
望ましくは、本発明の装置はさらにマーキング可能物質およびターゲット物質の表面および融除された物質から散乱され反射された照射量を検出して検出信号を前記コントローラに送付するように作動するデテクタを含み、前記コントローラが前記検出信号に応答して前記調整可能ステージを作動するように成される。前記検出信号は前記間隔が十分に小さい時を表示するので、この間隔は自動的に適当距離に保持されることができる。
【００２５】
適当には、光学的照射を発生するように照射光源が作動する。このような光源は多数ある。
【００２６】
以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１アスペクトの１つの実施例によるレーザマーキング実施に適した装置の実施態様を示す。
【００２８】
照射光源１０はパルス出力を発生することのできるレーザを含む。このレーザは周波数倍増・ダイオードポンピング・Ｑ−スイッチ型ネオジミウム：イットリウム  アルミニウム  ガーネット型（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザであって、１０ｋＨｚの反復速度で１００ｎｓの持続時間を有する波長５３２ｎｍのパルスを発生する。発生されたパルスの従うレーザビーム通路は図１において点線で図示されている。ビームスプリッター１２がこのビーム通路の中に配置され、レーザ出力の５％を反射し残部の９５％を伝送するように被覆されている。ビームスプリッター１２の下流にビーム通路の中にビーム走査装置１６が配置され、収束レンズと駆動システムによって駆動されるビーム舵取りレンズとを収容する。
【００２９】
ｘ−ｙ面における運動を生じるモータ駆動ｘｙ並進ステージ２４がその上にマイクロメータを搭載され、このメータがｚ方向運動を生じる。この並進ステージの上にターゲット物質の標本が載置され、この全体は、レーザビームがビーム走査装置１６によって指向された後にターゲット物質上に入射するように配置されている。
【００３０】
コントローラ２６は電子コントローラまたはコンピュータ化コントローラ、例えばＰＣなどの汎用コントローラであって、これはプログラミング可能型および／または予プログラミングされたメモリモジュールを受けることができるように成されている。コントローラ２６は物理的接続または遠隔接続３０、例えばケーブルによって照射光源１０に対して接続され、レーザ出力を含めて照射光源の機能を制御するように作動する。
【００３１】
エネルギーメータ１４がレーザスプリッター１２から反射されたレーザ出力の５％を受けるように配置されて、反射出力エネルギーを測定する。接続３２、例えばケーブルがエネルギーメータ１４をコントローラ２６に接続するので、コントローラ２６は照射光源１０の出力に関する情報を受けることができる。コントローラ２６は測定された５％から全レーザ出力エネルギーを自動的に計算できるように構成されている。
【００３２】
他の接続３４，例えばケーブルがコントローラ２６をビーム走査装置１６に接続する。コントローラ２６は走査情報をビーム走査装置１６に送ってレーザビームがどのように移動させられ走査されるかを制御する。追加的接続３６がコントローラ２６を並進ステージ２４と接続するので、コントローラ２６は入射レーザビームに対する並進ステージ２４およびその上に保持された標本の位置を調整することができる。さらにこの接続３６を通してコントローラ２６はマイクロメータ２２を操作することができる。
【００３３】
最後に、時間分解型フォトデテクタが並進ステージ２４に隣接して配置されて、ターゲット物質およびその周辺から散乱され反射された光を検出する（下記に詳細に説明するように）。フォトデテクタは検出された光に対応する信号を接続３８を通してコントローラに送ることができる。
【００３４】
マーキング可能物質の標本をマーキングしまたは印刷するように装置を操作するため、ターゲット物質の標本が所望の印刷カラーを生じるように選定される。印刷されるべきマーキング可能物質の標本１８がマイクロメータ２２の上に載置され、ターゲット物質の上方にターゲット物質から離間して保持される。マイクロメータ２２の運動がマーキング可能物質とターゲット物質との間隔を調節する。マーキング可能物質１８は、その印刷される面４０がターゲット物質２０に対向しまたビーム走査装置１６と反対側に向くように配置される。レーザビームの伝搬方向に関して言えば、面４０はマーキング可能物質１８の裏面と考えられる。マーキング可能物質１８は照射光源１０によって放射される波長に対して透過性である。
【００３５】
照射光源１０はビームの形のパルス列を発生するように操作される。ビームは（大部分が）ビームスプリッターを通過し、ビーム走査装置１６に達し、そこでビームはターゲット物質２０の表面に適当スポットサイズを生じるように収束されまたターゲット物質２０に対して指向される。このスポットサイズは、ターゲット物質２０が照射された時に融除されるように、ターゲット物質２０においてこのターゲット物質の融除しきい値を超えるレーザエネルギーフルーエンスを達成する必要性から決定される。このレーザエネルギーフルーエンスは照射単位面積あたりのレーザエネルギーと定義されるので、収束スポットサイズとレーザビームの出力とに依存している。さらに追加的な要件として、マーキング物質１８が融除されないように、マーキング可能物質に対するフルーエンスはマーキング物質１８の融除しきい値未満でなければならない。従ってターゲット物質２０とマーキング物質１８のそれぞれの融除しきい値が相違し、しかも好ましくはこのような相違が照射光源１０の通常の作動パラメータの範囲内においてまたビーム走査装置１６のレンズの収束能力の範囲内において容易に達成されるように、これらの物質を選定しなければならない。図１においてはレーザビームはターゲット物質２０の表面に向かって収束するように図示されているが、さもなければビーム走査装置１６中のレンズはビームをこの装置１６の中において収束させまた再視準するように構成することができる。重要なことは、正確なフルーエンスが達成されるようにターゲット物質における実際のビームサイズを決定するにある。
【００３６】
適当に収束され／視準されたビームがターゲット物質２０に向かって指向され、このビームは（そのフルーエンスが融除しきい値未満であるので）マーキング可能物質１８を損傷することなく、また（マーキング可能物質１８がレーザビームの波長に対して光透過性であるので）この物質１８によって著しく吸収されることなく、この物質１８を通過した後にターゲット物質２０を照射する。フルーエンスがターゲット物質２０の融除しきい値以上であるので、ターゲット物質２０の一部が融除されてプラズマを形成し、ターゲット物質２０からマーキング可能物質１８の背面４０に向かって投げ出される。プラズマは多数の微細なイオン粒子を含む高温・高圧ガスである。融除された物質の一部または全部が裏面４０上にレーザビーム通路の範囲内で付着する。そこでマーキング可能物質１８の裏面４０とその上に付着した融除物質が全部レーザ照射を受ける。照射を受ける結果、各物質が複雑に相互干渉させられて、マーキング可能物質１８の表面物質がこの表面物質の中にドーピングされた融除物質によって変性される。プラズマがマーキング可能物質１８の裏面４０を爆撃してガラスを軟化し、微細欠陥を導入する。これらの表面変化により融除物質のプラズマ粒子が裏面４０の中に埋込まれるのでガラスが変性される。さらに変性されたガラスがレーザ照射に対して光透過性でなくなり、逆に照射を吸収しはじめる。これが相互作用をさらに増進する。従って、マーキング可能物質１８の裏面４０上に永久的マークが形成される。
【００３７】
ターゲット物質２０から投げ出された融除物質は運動エネルギーを有し、この運動エネルギーは融除物質がマーキング可能物質１８の裏面４０に到達できる程度でなければならない。従ってターゲット物質２０とマーキング可能物質１８との間隔は融除物質が到達できる程度に小さいことが重要であり、さもなければマーキングが生じない。
【００３８】
レーザ出力は脈動的出力である。従って、マーキング可能物質１８は連続的に照射されることなく、従ってもし吸収が生じなければ、蓄積された熱がパルス間において消散させられ、マーキング可能物質１８に対してなんらの熱的損傷を生じない。
【００３９】
単一のパルスの中において融除とマーキング相互作用とが生じうる程度にパルス時間が長くまた／あるいはパルス間隔を短くすることができる。これは、パルスの尾端がマーキング可能物質１８を通過してしまう前に融除物質が裏面４０に到達する時間を有する場合であって、この場合には融除物質が裏面４０に到達する従って、相互作用を生じるのに必要な照射が存在する。これは、後続の融除物質が堆積させられる前にすべての融除物質が相互作用するのであるから、マーキングプロセス全体をよく制御することが可能となる。しかし、これより短いパルス／より長いパルス間隔を使用して１つのパルスが融除を生じ次のパルスが相互作用を生じるようにして満足な結果を得ることができる。
【００４０】
しかしマーキングプロセスの多くのパラメータを変更し、所望ならばコントローラ２６を使用して制御することができる。マーキング可能物質１８の上にワード、ロゴ、画像、線図またはバーコードなどの所望の印刷パタンまたはマークパタンを生じるためには、入射ビームとマーキング可能物質１８とを相互に移動させる必要がある。これは、コントローラ２６を使用してビーム走査装置１６を制御し、ビームをマーキング可能物質１８上にパタンを形成するように移動させることによって達成することができる。コントローラ２６が必要な運動を実施するようにプログラミングすることができる。任意適当な走査動作を使用することができる。例えばパタンの各構成部分を１つづつトレースすることができ、またはレーザビームをパタン全体にそってライン・ラスタリングすることによって構成されたビルトアップ・ラインとすることができる。ビーム走査装置１６は所望の走査運動を生じることのできる任意の型とすることができる。特に適当な装置はガルバノメータスキャナであって、このスキャナの中においてビームはガルバノメータドライバによって駆動される可動ミラーによって方向付けられる。ガルバノメータスキャナは高速、高精度および反復自在のビーム走査を生じ、広く使用することができる。
【００４１】
あるいは相対運動は、ビームを静止状態に保持し、これに対してコントローラ２６の制御で並進ステージを移動させてマーキング可能物質１８を移動させることによって達成することができる。また、マーキング可能物質１８の大きな標本上に大きなパタンをマークするために、並進ステージ２４をビーム走査装置１６と連動的に使用することができる。
【００４２】
ビームまたはマーキング可能物質１８またはその両方を移動させる際に、もちろんマーク形成のためターゲット物質２０を融除できるように、このターゲット物質がビーム通路の中に留まることが重要である。
【００４３】
レーザフルーエンスがマーキング可能物質１８の融除しきい値未満の、しかしまたターゲット物質２０の融除しきい値以上の必要限界値の範囲内にあるように、レーザフルーエンスをコントローラ２６によって制御することができる。フルーエンスが低すぎるとマーキング可能物質１８の裏面４０に物質を堆積させるための融除が生ぜず、従ってマーキングが生じない。これに対してフルーエンスが高すぎると、マーキング可能物質１８が融除によって損傷されて微細亀裂を生じる。エネルギーメータ１４は照射光源１０のエネルギー出力を連続的にモニタしてこれをコントローラ２６に通信することができ、コントローラ２６は照射光源出力を変更することができ、また必要フルーエンスを生じるためのエネルギー出力をプログラミングされることができる。従って、フルーエンスが所望のレベルに保持されるように、照射光源１０の出力変動を迅速に自動的に修正することができる。
【００４４】
もし必要なら、相互干渉、従ってマーキングの有無をモニタし修正することができる。ターゲット物質２０の上側面、マーキング可能物質１８の裏面４０およびこの裏面４０まで移動して堆積される融除物質から散乱され反射される光を検出するために光デテクタ２８が配備される。時間関数として検出される光量が裏面４０上に堆積される融除物質の量と共に変動することを測定結果が示している。堆積されない融除物質の関数と堆積された融除物質の関数との間において関数形状が著しく変動する。コントローラ２６は光デテクタ２８から検出信号を受け、また２つのケースを識別するために関数分析するようにプログラミングされることができる。例えば、例えば、曲線下方の積分値はこれらの２つのケースについて相異なる結果を示す。融除物質がほとんどまたはまったく裏面４０に達しないことをコントローラ２６が認識すれば、コントローラ２６は修正動作をとることができる。コントローラ２６は、接続３６にそって信号を送る事によって、マイクロメータ２２を調整して、融除物質が裏面４０に到達できるようになるまでターゲット物質２０とマーキング可能物質１８との間隔を低減させる。あるいは、または追加的に、コントローラ２６はレーザフルーエンスを増大させることができる。これにより、融除物質が間隔を横断するための運動エネルギーを増大することができる。このようにしてマーキングプロセスがリアルタイムで制御される。所望ならば、関数分析をより詳細に実施して、堆積された融除物質の量または比率をコントローラによってモニタすることができる。
【００４５】
図２はフォトデテクタ２８によって検出された時間分解信号の記録例を示す。これらの例は、間隔ｄの範囲において時間ｔに対する測定信号振幅Ａの変動グラフとして図示されている。これらの結果は、銀ターゲットに対して融解石英基板（マーキング可能物質）をマーキングすることによって得られた。レーザ波長は２４８ｎｍ、パルス持続時間は２３ｎｓ、またレーザフルーエンスは７．２Ｊ／ｃｍ２（０．７２ｍＪ／ｍ２）であった。それぞれ１．９５ｍｍ、０．７９ｍｍ、０．５４ｍｍおよび０．２２ｍｍの間隔に対するグラフが図示されている。信号の形状が間隔と共に著しく変動することは明かである。大きな間隔においては、２つの初期ピークが存在し、次に振幅の急速な降下が見られる。小さな間隔においては、振幅ははるかにゆっくりと減少するが、これは光が裏面４０上に堆積した融除物質から散乱され反射されていることを示す。裏面４０上の融除物質の堆積はマーキングの発生することを意味する。
【００４６】
カラー印刷またはカラーマーキングは相異なるターゲット物質を使用することによって達成される。例えば銅は赤いマークを生じ、ケイ素は黒いマークを生じ、アルミニウムまたは銀は白いマークを生じ、クロムは黄色いマークを生じ、チタンは灰色マークを生じ、またタングステンは青いマークを生じる。これらの色およびその他の色を得るためにその他のターゲット物質を使用することができる。装置の他の部分を剥離しまたは再構成することなくターゲット物質２０を変更するのは簡単な手順であるから、マーキング可能物質１８の単一の標本の多色印刷は容易に実施することができる。
【００４７】
カラー範囲のほか、相異なる色調をも達成することができる。マークの色調は裏面４０上にどれだけの融除物質が相互作用のために堆積されたかに依存するので、より多量の物質を堆積させれば濃い色調が得られる。従って濃い色調を生じる簡単な方法はビームとマーキング可能物質１８はそのままにして、所要量の融除物質を数パルスで堆積させるにある。
【００４８】
しかし、これより高度の制御を実施することができる。融除物質はターゲット物質から一定の運動エネルギー範囲で投げ出されるのであるから、融除物質のそれぞれの粒子はそれぞれの距離を走行することができる。従って、間隔が非常に小さければ、すべての融除物質が裏面４０に達する。しかしこの間隔が増大するに従って、裏面４０に達するのに十分な運動エネルギーを有する融除物質の割合が減少する。従って、単一の箇所に多数のパルスを使用することなく間隔を増減させて所望量の融除物質を堆積させることによりマークの色調を変動させることができる。この間隔は、例えばフォトデテクタからの信号に応答してコントローラ２６によって制御することができる。
【００４９】
間隔の制御の代わりにまたは間隔制御と共にレーザエネルギー・フルーエンスを制御することによって同様の効果を達成することができる。より高いフルーエンスは融除物質に対して、より大きな運動エネルギーを与えるので、融除物質のより大きな割合が裏面４０に達してマークを形成し、より濃い色調を生じることができる。
【００５０】
図３は本発明の方法の実施態様を使用することによってガラス上に印刷されたマークの例を示し、それぞれ相異なるカラーと相異なる色調を表示する。実施例４２，４４および４６は赤色で印刷されたパタンであって、それぞれ相異なる色調を示す。実施例４２は最も明るい色調であり、実施例４６は最も濃い色調である。実施例４８と５０は黒色で印刷されたパタンであって、実施例４８は実施例５０より明るい色調を有する。付図に示すスケールの各小区分は１ｍｍであって、印刷の分解度と解像度を詳細に示す。
【００５１】
図４（ｂ）は本発明の方法の実施態様を使用してガラス基板上に印刷されたパタンの他の例を示し、達成可能の上質印刷を表示する。印刷線の縁部には微細亀裂またはその他の損傷は見られない。この画像は、スケールによって示されるように拡大されている。比較の目的から、図４（ａ）は通常のレーザ融除技術によってガラス基板上にマーキングされた同様のパタンを示す。通常のレーザ融除は非常に劣った品質の画像を示し、ガラスの中に熱誘導応力によって生じる微細亀裂の形の多数の損傷が見られる。図４（ａ）のレーザ融除パタンは３２Ｊ／ｃｍ２（３．２ｍｌ／ｍ２）のレーザフルーエンスによって得られたのに対して、図４（ｂ）のパタンははるかに低い２．５Ｊ／ｃｍ２（０．２５ｍｌ／ｍ２）のフルーエンスによって得られた。図４（ｃ）はガラス基板上のロゴマークおよび中国の詩と絵画のレーザマーキング画像を示す。これらの画像は、処理パラメータを適当に選択し、またこれに関連してガルバノメータの制御のためにデジタル画像ファイルからベクトル・ファイルにファイル変換して前記の技術を使用して得られた。このようにして、本発明の方法は通常技術より一桁低いレーザフルーエンスを使用して実施することができるので、本発明の方法はそれだけ低コストで安全である。これらの両方のパタンを製造するためにＮｄ：ＹＡＧレーザが使用された。
【００５２】
本発明の方法および装置を使用するには多くの照射光源が適当である。レーザ光線は適当なフルーエンスレベルを生じることのできる簡便な光源である。さらに詳しくは紫外線から赤外線までの任意の波長を使用することができるが、与えられた印刷工程に対する光源の選択は使用される物質に依存している。例えば、図１に図示の構造が使用される場合、使用される波長はマーキング可能物質が実質的に透過性となる波長でなければならない。前述のように照射パルスの使用が好ましいが、連続的な波長照射によってもマーキングを実施することができる。前記のナノ秒周波数−二重ダイオードポンピング型Ｎｄ−ＹＡＧレーザがシステムの信頼性とコストの観点から特に適当な光源である。
【００５３】
図１に図示の装置は、より多くのまたはより小数のフィーチャを備えるように変更することができる。例えば、フルーエンスと間隔の変更は、コントローラの制御によって実施するのでなく手動的に実施することができ、エネルギーメータとフォトデテクタの読取値に対応して実施することができ、あるいは目視観察によるマーキングプロセスの判断によって実施することができる。パルス照射が使用される場合、遅延線を有するある種の電子トリガリングを使用して、フォトデテクタがマーキングと同期的に作動して検出された信号の予選択部分のみを分析できるようにすることができる。例えば照射光源の波長などの他のパラメータをモニタするために（特に回転式光源を使用する場合）、前記以外のデテクタとガルバノメータを使用することができる。
【００５４】
マーキング可能物質、ターゲット物質および照射ビームの方向の前記以外の組合わせを使用することができる。このようにして、本発明の方法を不透過性物質のマーキングに使用することができる。例えば、照射ビームがマーキング可能物質を貫通するのでなくマーキング可能物質とターゲット物質との間を通過することができるようにターゲット物質上に斜方向に向けられる。この場合、マーキング可能物質の面を照射に露出するように、第２照射ビームを使用することができる。また、ターゲット物質とマーキング可能物質との特定の組合わせにおいて相異なる波長またはフルーエンスによって相互干渉の得られることが発見された場合には２つの別々のビームを使用することができる。
【００５５】
前述において、用語「マーキング可能物質」とは、本発明の趣旨の範囲内にある方法によってマーキングすることのできる任意物質を意味するものとする。この方法は特にガラスなどの不透過性の硬質物質に関するものであるが、また本発明は乳白ガラスおよびセラミックスなどの微細亀裂を生じる傾向のある他の硬質物質、および対応の照射ビームを受けた時に堆積された融除物質と表面物質との間の相互作用によってマーキングされるなんらかの物質にも適用される。用語「透過性」とは、好ましくはこの物質に対して不適当な損傷を与えることなく適当な融除を生じるのに十分な入射照射ビーム量を下層のターゲット物質に対して伝送する物質を言うものとする。用語「硬質」とは、高レベルの硬度を有し、脆弱で、微細亀裂を生じる傾向のある物質を言うものとする。
【００５６】
本発明の主旨の範囲内において、本発明の請求の範囲に関連するとしないとに関わらず、または本発明によって呈示された任意またはすべての問題点を解決するとしないとに関わらず、本明細書において明示的にまたは暗示的に開示された任意の新規フィーチャまたはフィーチャ組合わせまたはその任意の一般化が含まれるものとする。またここに出願人は、本出願またはこれから誘導される任意の他の出願の提出に際して、これらのフィーチャに対して新規な請求項が編成されることを注意しよう。さらに詳しくは、出願された請求項に関して言えば、それぞれの請求項のフィーチャがそれぞれ別個の請求項のフィーチャと組合わされることができ、またそれぞれの請求項のフィーチャが、それぞれの請求項に記載された特定の組合わせのみでなく、任意適当な手法で組合わされる。
【００５７】
本発明は前記の説明のみに限定されるものでなく、その趣旨の範囲内において任意に変更実施できる。
【００５８】
さらに疑義を差し挟む余地のないように言えば、用語「含む」は「のみから成る」の意味に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第２アスペクトによる装置の実施例を示す概略図。
【図２】図１の装置の一部を成すフォトデテクタの応答例を示すグラフ。
【図３】図１の装置を使用してガラス基板上にマーキングされたパタン例を示すグラフ。
【図４ａ】通常のマーキング法を使用してガラス上にマーキングされたパタン例を示す図。
【図４ｂ】本発明による方法および装置を使用してガラス上にマーキングされた同一パタンの図。
【図４ｃ】図１の装置を使用してガラス基板上に描写されたＤＳＩロゴ、中国の詩、ＤＳＩビルディングの写真および絵画を示す図である。
【符号の説明】
１０  照射光源（レーザ）
１２  ビームスプリッター
１４  エネルギーメータ
１６  ビーム走査装置
１８  マーキング可能物質
２０  ターゲット物質
２２  マイクロメータ
２４  並進ステージ
２６  コントローラ（ＰＣ）
２８  フォトデテクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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