JPH03124486A

JPH03124486A - レーザマーキング方法

Info

Publication number: JPH03124486A
Application number: JP1262799A
Authority: JP
Inventors: Yoshiatsu Yokoo; 芳篤横尾; Teruo Yamashita; 照夫山下; Tetsuma Yamakaji; 哲馬山梶
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1989-10-07
Filing date: 1989-10-07
Publication date: 1991-05-28
Anticipated expiration: 2013-10-15
Also published as: JP2810151B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、マーキング方法にかかり、例えば、眼鏡レン
ズその他のレンズあるいは透光性部材に所望のマークを
付す方法に関するものである。

［従来の技術］例えば、眼鏡レンズ、あるいは、ミラー等の光学部品に
は、自社商品と他社商品との識別、あるいは、形番、規
格、特定位置の指示等の表示を目的とするマークを付す
ことが行われる。

この場合、特に、眼鏡レンズの場合には、商品の性質上
、上記マークには、できるだけ目立たないことが要求さ
れているから、通常は肉眼で認識することができず、必
要に応じて（例えば特定の角度から観察することによっ
て）認識することが可能ないわゆる隠しマークを付すよ
うにしている。

従来、このような隠しマークを付すマーキング方法とし
ては、ダイヤモンド等の硬質材料からなる針により彫刻
する方法が最も一般的に行われていた。

しかしながら、この彫刻によるマーキングは、工具を所
定のマーキングパターンに沿って移動させることにより
行われるから作業能率が悪く、マキングに著しく長時間
を要するとともに、多数の対象物に同一のパターンを付
そうとする場合の再現性が悪いという問題がある。さら
に、針のような先の尖ったものを使用して彫刻すること
に起因して、眼鏡レンズの表面のマーキンク°゛部分が
■渦状になるから、この部分の光線反射状態か他の部分
と異なり、したがって、隠しマークとしての性能が不十
分になるという問題もあった。

このため、近年にいたり、例えば、付すべきマークのパ
ターンに沿った光透過部を設けた遮光性マスクを用い、
該マスクを介してマークを付す対象物の表面にレーザ光
を集束して照射し、このレーザ光が前記対象物に吸収さ
れて発生する熱によって対象物の表面部を前記マークの
パターンに沿って溶融あるいは変質させ、これによりマ
ークを付すという、いわゆるレーザマーキング方法が試
みられるようになった。

［発明が解決しようとするＢ題］ところで、前記従来のレーザ光照射によるマーキング方
法は、対象物たる光学部品の表面を溶融もしくは変質さ
せ、そのマークの部分を四部としたり、あるいは、反射
率や屈折率を池の部分と異ならしめるものである。この
ため、この凹部となったり、変質したマークの部分から
水分等が光学部品の内部に浸透し、該光学部品の強度を
低下させるというおそれがあった。

また、これらの光学部品の洗浄の際、特に、洗浄液に対
して耐性の乏しい素材にあっては、洗浄液によってマー
クを付した部分が侵されるなどして、付したマークが消
えたり、あるい、識別が困難になる場合があった。

また、プラスチック、あるいは、ガラス部材の表面をエ
ツチングし、そのエツチングされた部位に染色塗料を塗
布した、いわゆる、レチクルの場合、このレチクルを形
成した部材を使用する過程において、表面に擦過傷が入
り、識別性が劣化することもある。

さらに、これら光学部品の表面には、反射防止膜等の薄
膜をコーティングする機会が多くなってきているが、光
学部品の表面にマークを付すという方法では、このマー
クを付した部分が四部となる場合に、このマークの部分
から、薄膜か剥離するというおそれもあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、マーキン
グ対象物の内部にマークを施すことに、より、表面にマ
ークを付すということに起因して生ずるマーキング対象
物の強度低下、マークの識別性の劣化、あるいは、表面
に形成された薄膜の剥離のおそれ等の問題が生じないマ
ーキング方法を提供することを目的としたものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、以下の構成とすることにより、上述の課題を
解決している。

マークを付すべきマーキング対象物にレーザ光を集束さ
せて該マーキング対象物にマークを付すレーザマーキン
グ方法において、前記マーキング対象物の内部にレーザ光を集束させて該
マーキング対象物の表面に損傷を与えることなく該マー
キング対象物の内部にマークを付すことを特徴とした構
成。

［作用］上記構成によれば、前記マーキング対象物の内部にレー
ザ光を集束させることにより、該マーキング対象物の内
部にマークを付すことができる。

つまり、レーザ光をマーキング対象物に照射する際、そ
のレーザ光のエネルギー密度がマーキング対象物の表面
部におけるレーザ光に対する破壊閾値より小さな値とな
り、内部の所定の位置における破壊閾値以上の値となる
ようにすればよい。

例えば、一つのレーザ光を集束する場合であれば、マー
キング対象物に応じて、マーキング対象物の内部のマー
キング形成位置を該マーキング対象物の表面から所定距
離以上離間し、かつ、前記レーザ光の集束角度を所定値
以上とすることにより、前記マーキング対象物の表面に
は全く損傷を与えることなく、マーキング対象物の内部
にマークを付すことができる。なお、この場合、一般に
、マーキング対象物のレーザ光に対する破壊閾値は、マ
ーキング対象物の位置によって異なっており、例えば、
ガラスであれば、内部の破壊閾値は、表面の破壊閾値の
５〜２０倍程度となっている。また、例えば、マーキン
グ対象物の表面における破壊閾値より小さなエネルギー
密度を有するレーザ光を複数本対象物の内部に集束させ
ることによっても、表面を損傷させることなく内部にマ
ークを付すことができる。

［実施例］第１図は本発明の一実施例に係るレーザマーキング方法
の説明図、第２図は一実施例の方法を実施するための装
置の構成を示す図、第３図は第２図に示される装置によ
る一実施例の方法の実施手順の説明図である。以下、こ
れらの図面を参照しながら本発明の一実施例を詳述する
。

第１図において、符号１はマーキング対象物、符号２は
レーザ光Ｑを集束させる集光レンズである。

第１図に示されるように、この一実施例の方法は、前記
マーキング対象物１の一方の表面１ａから内部に７１の
距離だけ離れた点Ｐにレーザ光０を集束させ、このＰ点
にマークを形成するものである。

前記マーキング対象物１は、厚さ５ｍｍ程度の透明プラ
スチック板（ポリメチルメタクリレート樹脂＝　Ｐ　Ｉ
ＶＩＭＡ　＞　１１の表面と裏面とに、ＳｉＯ２膜とＺ
　ｒ　Ｏ２膜とを交互に積層した反射防止用多層ＷＡ１
２及び１３（膜厚４０００人程度）をそれぞれ形成した
ものである。前記プラスチック板１１は、可視光を透過
し、レーザ光Ｊ７（波長１゜０６μｍ　）を吸収する光
学的特性を有している。なお、このマーキング対象物１
の表面１ａ、すなわち、前記反射防止膜１２の表面の破
壊閾値は、５Ｊ／Ｃｍ２であり、その内部の破壊閾値は
１０〜４ｏ、１／Ｃ…２である。

この実施例では、前記レーザ光ρとして、波長１．０６
メ１ｒｒｔ、パルス幅９ｎＳｅＣのパルスレーザ光を発
振するＱスイッチＹＡＧレーザ装置から得られるレーザ
光を用い、集光レンズ２として、倍率１０倍、開口数０
．２５、Ｗ　、　Ｄ　１８．５ｍ　ｍ、開口半角θ＝１
４．５°の平凸レンズを用いる。そして、前記ＹＡＧレ
ーザ装置により、１シヨツト、０．１２ｒｒｔＪ程度の
エネルギーのレーザ光を発振し、このレーザ光を前記集
光レンズ２を介して前記Ｐ点に集束させる。このとき、
前記マーキング対象！Ｐ！１１の表面１ａからＰ点まで
の距ｔｉｆｚ１は１．８ｍｍとなっている。

このようにレーザ光ＱをＰ点に集束させると、該レーザ
光９の前記マーキング対象物１の表面１ａでのビーム径
は０．９ｍｍとなり、該表面１ａでのエネルギー密度は
１７．８ｍ　Ｊ　／　Ｃｍ２どなる。この表面１ａでの
エネルギー密度の値＜１７．８ｍＪ／Ｃｍ２）は、該表
面の破壊閾値（５Ｊ／ｃｍ２）　ヨリ、はるかに小さい
ので、該表面１ａは全く損傷をうけることがない。

一方、Ｐ点におけるエネルギー密度は、レーザ光Ｏの全
エネルギーが集中されるので、数百Ｊ／ｃｍ２程度とな
り、内部の破壊闇値（１０〜４０Ｊ／ｃｍ２）よりはる
かに大きい。その結果、前記Ｐ点近傍に、直径２０〜４
０μｍ、深さ１００〜２５０μｍ程度の範囲にわたって
溶融、変質等が生ずる。これにより、この変質等した部
分の屈折率や透過率等が他の部分と異なるものとなって
外部から識別可能となり、マークの作用をする。

次に、第２図及び第３図を参照しながら、マーキング対
象物１内に所望の文字（Ｆ丁）のマークを付す科を説明
する。なお、この場合、マーキング対象物１、集光レン
ズ２及び用いるレーザ光Ω等の条件は第１図の場合と同
じである。

前記マーキング対象物１は、ステージ３に固定される。

このステージ３は直交するｘ、ｙ、ｚの各軸に沿って移
動可能になっている。

前記集光レンズ２は、罪微鏡光学系４の鏡筒の先端部内
にマウンＩ・され、この顕微鏡光学系４の対物レンズを
兼用する。この顕微鏡光学系４は、前記集光レンズ２を
対物レンズとし、該集光レンズ２によって結像された像
をハーフミラ−４ａで反射して接眼部４ｂを通して眼Ｅ
で観察する観察光学系と、前記顕微鏡光学系４の鏡筒の
基端部、すなわち、図中、上部に設けられたレーザ装置
５から発振されたレーザ光ｇをフィルター４０及びハー
フミラ−４ａを通して集光レンズ２によってマーキング
対象物１に集束させる集束光学系とからなる。

上述の構成の装置によってマーキングを付すには、以下
のようにして行う。

まず、顕微鏡光学系４の観察光学系によって前記マーキ
ング対象物１の表面１ａに、該観察光学系のピントが合
うように前記ステージ３を調節する。この状態では、第
３図に点線で示されるように、前記レーザ光ｇは前記集
光レンズ２によって前記マーキング対象物１の表面１ａ
に集束される。

そこで、次に、前記ステージ３を調節して、前記マーキ
ング対象物１を２軸方向に距離Ｚ　１だけ動かし、前記
レーザ光９の集束点が前記マーキング対象物１内のＰ点
に位置するように設定する。

しかる後、この状態で前記レーザ装置を駆動してレーザ
光を照射する。同時に、前記ステージ３を調節して前記
マーキング対象物１をｘ、ｙ方向に移動し、前記レーザ
光ｒの集束点が前記マーキング対象物１内において文字
■１を描くようにする。

これにより、前記マーキング対象物１内に、文字Ｈのマ
ーキングが付される。このとき、マーキング対象物１の
表面１ａは全く損傷を受けることはない。

なお、開口数の異なるレンズ、すなわち、第３図中にお
ける角度θが異なるレンズによって前記集光レンズ２を
構成し、マーキング実験を行った結果は以下の通りであ
った。

−！アに、−いた集゛ルンズの坪？レンズＮｏｌ開口数・・・０．４０倍率・・・・・・２０Ｗ、Ｄ・・・８．１ θ・・・・・・２３，６゜マーキング対象物１の表面でのビーム径・・・・・・１．５７ｍ　ｍマーキング対
象物１の表面でのエネルギー密度・・・８．．２　ｍ　Ｊ　７ｃｍ２
１点でのエネルギー密度・・・数百Ｊ／Ｃｍ２レンズＮ
ｏ２開口数・・・０．５５倍率・・・・・・５０Ｗ−Ｄ・・・６．０ θ・・・・・・３３．４゜マーキング対象物上の表面でのビーム径・・・・・・２．３７ｍｍマーキング対象
物１の表面でのエネルギー密度・・・２．７ｍＪ／ｃｍ２Ｐ点での
エネルギー密度・・・数百Ｊ／Ｃｍ２４　壱Ｐの表　か
らの距狽０．５〜２．５　ｍｍ ■ いずれの場合においても、スポット径２０〜４０μｍの
マークを付すことができた。なお、その際、マーキング
対象物の表面には全く損傷が認められなかった。

上述の実施例にあっては、以下の利点がある。

すなわち、マーキング対象物の内部にマーキングを施す
ようにしていることから、表面にマークを付すというこ
とに起因して生ずるマーキング対象物の強度低下、マー
クの識別性の劣化、あるいは、表面に形成された薄膜の
剥離のおそれ等がない第４図は本発明の他の実施例の説明図である。

この実施例は、５台の半導体レーザ装置５１゜５２．５
３，５４．５５から射出される５本のレーザ光ρ１．’
２．ρ３．’４．ρ５を、マーキング対象物１の内部の
所望の位置にある点Ｐに向けて照射・集束し、これら各
レーザ光のエネルギーをＰ点に集中させたものである。

この場合、各半導体レーザ装置５１，５２，５３，５４
．５５から射出されるそれぞれのレーザ光Ｎ１．Ｎ。

Ｑ　３．　、Ｑ　４．　、Ｑ　５の強度は表面における
破壊閾値より小さいため、各レーザ光９１〜ｇ５によっ
ては、前記マーキング対象′ＰｙＪ１の表面が損傷され
ず、一方、これらレーザ光９１〜１５が全て集束された
Ｐ点においてはマーキング対象ＩＩ　１のレーザ破壊閾
値以上のエネルギー密度を有するものとすることができ
る。

この実施例によっても、前記一実施例とほぼ同様の利点
が得られる。

なお、本発明は、上記各実施例に限られるものでなく、
例えば、マークを付す対象物は表面に薄膜を形成し、又
は、形成しない眼鏡用ガラスレンズあるいはプラスチッ
クレンズには勿論のこと、その池同様の表示が必要とさ
れる他の光学部品等にも適用できる。また、プラスチッ
クの光学部品の場合、前記一実施例に掲げたＰ　Ｍ　Ｍ
　Ａのほかに、例えば、ポリカーボネイト樹脂（Ｐ　Ｃ
）にも適用でき、さらには、これらＰ　Ｍ　Ｍ　Ａ　Ｊ
？？Ｐ　Ｃのような熱可塑性樹脂のほかに、ジエチレン
グリコールビスアリルカーボネイト樹脂（ＣＲ３９：商
品名）等の熱硬化性樹脂等にも適用できる。

なお、前記眼鏡レンズのように、表面が曲面をなした光
学部品にマークを付す場合には、この曲面の法線方向か
らレーザ光を照射するようにずれば好適である。

また、使用するレーザ光もＹＡＧレーサ光以外の他のレ
ーザ光でもよいとともに、必ずしもパルス光のものでな
くてもよい。要するに、マーキング対象物にマークを施
す際、マーキング対象物の表面でのエネルギー密度が破
壊閾値より小さく、内部において破壊閾値以上となるよ
うに、レーザ光をマーキング対象物に照射すればよい。

例えば、上述の一実施例の場合のように、−本のレーザ
光を集束する場合であれば、レーザ光を集束する集光レ
ンズの焦点距離、マーキング対象物の表面からマークを
施す部位までの距離、レーザ光の光強度、レーザ光の波
長、もしくは、パルス幅等を前記粂件を満足するように
適宜選択すればよい。

この場合、表面が反射防止膜で構成されているマーキン
グ対象物にあっては、この反射防止膜の反射防止効果が
得られる領域の波長のレーザ光を用いることが望ましい
。例えば、可視光の反射防止膜が施されている眼鏡レン
ズでは、ＹＡＧレーザ光（波長、１．０６μｍ）の２倍
波を用いることで、表面の反射を押さえて、極めて効率
よくマーキング対象物の内部にマークを付すことができ
る。

さらに、前記一実施例では、文字等のマークを付すのに
、レーザ光を集束させる光学系を固定して、マーキング
対象物を文字等に沿って動かす例を掲げたが、これは、
逆に、マーキング対象物を固定しておいて前記光学系を
文字等に沿って動かずようにしてもよい。

また、−本のレーザ光を集束させる場合、集光レンズと
して、非球面レンズを用いれば、マーキング対象物の内
部のマークを形成するために溶融、もしくは、変買され
る領域の厚さ方向の範囲をより小さくすることができ、
マーキング対象物に余分な歪み等が加わるおそれをより
完全に除去できる。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明は、要するに、マーキング
対象物の内部にレーザ光を集束させて該マーキング対象
物の表面部に損傷を与えることなく該マーキング対象物
の内部にマークを付すようにしたもので、これにより、
表面にマークを付すということに起因して生ずるマーキ
ング対象物の強度低下、マークの識別性の劣化、あるい
は、表面に形成された薄膜の剥離のおそれ等の問題が生
じないマーキング方法を得ているものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るレーザマーキング方法
の説明図、第２図は一実施例の方法を実施するための装
置の構成を示す図、第３図は第２図に示される装置によ
る一実施例の方法の実施年頭の説明図、第４図は本発明
の他の実施例の説明図である。１・・・マーキング対象物、１ａ・・・マーキング対象物の表面、２・・・集光レンズ、３・・・ステージ、４・・・顕微鏡光学系、５・・・レーザ装置、１２．１３・・・反射防止膜、５１．５２．５３．５４５５・・・半導体レーザ装置。

Claims

【特許請求の範囲】マークを付すべきマーキング対象物にレーザ光を集束さ
せて該マーキング対象物にマークを付すレーザマーキン
グ方法において、前記マーキング対象物の内部にレーザ光を集束させて該
マーキング対象物の表面に損傷を与えることなく該マー
キング対象物の内部にマークを付すことを特徴としたレ
ーザマーキング方法。