편광 유리 마스크를 이용한 레이저 마킹 장치
제1도는 종래 장치의 구성도 제2도 및 3도는 종래 장치에 의한 실시예를 도시한 것으로 제2도는 금속판 마스크의 형상도.제3도는 레이저 빔에 의해 투과된 마킹 대상물의 형상도. 제4도 및 제5도는 본 발명 장치의 작용을 설명하기 위한 것으로 제4도는 정상 마킹일 경우의 구성도. 제5도는 역상 마킹일 경우의 구성도. 제6도 및 제7도는 본 발명 장치에 의한 실시예를 도시한 것으로 제6도는 편광 유리 마스크의 형상도. 제7도의 a는 정상 마킹일 경우의 마킹 대상물의 형상도. b는 역상 마킹일 경우의 마킹 대상물의 형상도. 제8도는 본 발명장치에 의해 정상마킹과 역상 마킹이 동시에 실시되어지는 작용을 보인 구성도. *도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 1:레이저 빔 발생기2:빔 확대기 4,4':걸상용 렌즈계10:편광유리마스크 10a:유리기관10b:패턴부분 11:편광 분할자12:흡수체 13a,13b:마킹대상물
본 발명은 마스크를 이용한 레이저 마킹 장치에 관한 것으로, 특히 편광 유리마스크를 이용하여 정상마킹을 선택적으로 실시할 수 있도록 한 편광유리마스크를 이용한 레이저 마킹 장치에 관한 것이다. 일반적으로 통용되고 있는 레이저 마킹은 레이저 빔을 광원으로 사용하여 물체 표면의 일부를 용융제거하거나 변색시킴으로써 원하는 문자나 도형을 각인(刻印)하는 방법으로서, 기존의 잉크 젯트 프린터나 실크 인쇄등에 의한 마킹 방식에 비하여 레이져 빔을 직접적인 가공수단으로 사용하기 때문에 비접촉식이며, 영구마킹이 가능하여 지워질 염려가 없으며, 고정밀도의 선명한 마킹이 가능하게 되는 등의 여러가지 장점이 있다. 이와같은 레이저 마킹방식에는 소형의 스폿으로 포커싱 시킨 레이저 빔을 갈바노미러(Galvano Mirror)등으로 주사하여 레이저 빔이 조사된 부분이 마킹되는 주사형(또는 Pen Type)마킹 방식과, 원하는 문자나 도형등의 패턴을 미리 마스크에 형성하여 마스크를 투과한 레이저 빔을 렌즈계 등을 이용하여 물체표면에 결상시킴으로써 패턴 부분이 마킹되는 마스크형 마킹 방식으로 구별되는데 이러한 레이저 마킹은 각종 반도체, Ic,공구,명판 등의 고품위 마킹이나 조각등의 분야에 사용되고 있다. 본 발명은 상기한 레이저 마킹 방식 중 마스크형 마킹 방식에 관련된느 것으로, 종래의 레이저 마킹장치는 제1도에 도시한 바와같이, 레이저 빔의 광원인 레이저 빔 발생기(1)와, 레이저 빔의 직경을 확대시켜주는 빔 확대기(2)와, 마킹패턴이 형성되어 있는 금속판 마스크(3)와 마스크(3)를 투과한 레이저 빔을 마킹대상물(5)에 결상시켜주는 렌즈계(4)로 구성되어 있다. 이와같이 구성된 종래 장치에서 금속판 마스크(3)의 패턴(3a)부분을 제2도에서 처럼 A문자 부분의 금속을 제거하였을 경우를 실시예로서 작용원리를 설명하면, 레이저 빔 발생기(1)로 부터 발생된 레이저 빔(6)은 빔 확대기(2)에서 마스크(3)상에 형성된 패턴(3a)을 조사하기에 충분한 크기로 확대되어 금속판 마스크(3)로 입사되고, 금속마스크(3)에 입사되는 레이저 빔(7)은 금속부분이 제거된 A문자의 패턴부분(3a)은 통과되고 주변부분(3b)은 레이저 빔(7)이 차단되어 마스크(3)를 통과한 레이저 빔(8)만이 결상용 렌즈계(4)에 의해 마킹대상물(5)의 표면에 패턴에 패턴이 결상(結橡)됨으로써 제3도와 같이 마스크(3)의 패턴부분(3a)과 동일한 형상의 패턴(M)을 얻게 된다. 그러나, 종래의 레이저 마킹장치는 사용되어지는 마스크가 금속 재질의 판을 사용하여, 마킹하려는 패턴부분의 형상에 해당되는 금속물을 마스크에서 제거한 후, 그 부위에 레이저 빔을 투과시켜 마킹하는 방식으로, 마스크에 형성된 패턴의 역상(逆橡)마킹을 위해서는 패턴부분이 반대로 형성된 역상마킹용 마스크로 교환하여 사용해야만 하는 문제점이 있었다. 본 발명의 목적은 편광유리 마스크를 사용하여 레이저 빔의 편광방향을 조절함으로써 정상마킹과 역상마킹을 동시에 또는 선택적으로 실시하려는데 있다. 이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 레이저 빔 발생기와, 빔 확대기와, 레이저 빔의 광축을 중심으로 90°회전 가능하도록 설치되어 비편광된 레이저 빔을 선형편광시켜주는 선형편광자와, 투명한 유리기판 위에 마킹하려는 패턴부분에 λ/2코팅층을 형성하는 편광유리마스크와, 레이저 빔의 편광방향에 따라서 빔의 진행방향을 분리하는 편광분할자와, 마킹대상물에 레이저 빔을 결상시켜주는 결사용 렌즈와, 마킹에 사용되지 않는 레이저 빔을 흡수하는 흡수제로 구성되어 정상마킹과 역상마킹을 선택적으로 실시하는 것임을 특징으로 하는 편광유리마스크를 이용한 레이저 마킹장치가 제공된다. 또한, 상기 본 고안 장치에 있어서, 흡수체 대신에 결상용 렌즈계를 설치하면 정상마킹과 역상마킹을 동시에 실시할 수 있는 효과가 있다. 이하, 본 발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명한다. 제5도 내지 제8도는 본 발명에 의한 실시예를 도시한 것으로, 본 발명에 의한 레이저 마킹장치는 레이저 빔 발생기(1)와, 레이저 빔(6)의 크기를 확대시켜주는 빔 확대기(Beam Expander)(2)와, 비평광된(Unpolarized)레이저 빔(7)을 선형편광시켜주는 선형편광자(Linear Polarizer)(9)와, 투명한 유리기판(10a)위에 마킹하려는 패턴부분에 λ/2코팅(A Half - Costing)층(10b)을 형성하는 편광유리마스크(10)와, 레이저 빔의 편광방향에 따라서 빔의 진행방향을 분리시켜주는 편광분할자(Polarizing Beam Splitter)(11)와, 마킹대상물(13a)(13b)에 레이저 빔을 결상시켜주는 결상용 렌즈계(4)와, 마킹에 사용하지 않는 레이저 빔을 흡수하는 흡수체(12)로 구성한다. 상기 선형편광자(9)는 레이저 빔의 광축을 중심으로 90°회전가능하도록 구성되어 있다. 도면 중 14a,17은 수직방향, 14b,16은 수평방향, 15a15b는 수직, 수평방향으로 편광되는 레이저 빔을 나타낸 것이다. 이와같이 구성된 본 발명의 작용 효과를 설명한다. 제4도는 본 발명 장치에 의해 정상마킹된느 경우를 도시한 구성도로서, 레이저 빔 발생기(1)로 부터 출사된 레이저 빔(6)은 빔(6)의 단면적이 작기 ㄸ문에 마스크(10)상에 패턴을 조사하기에 충분한 크기의 레이저 빔(7)으로 빔 확대기(2)에 의해 확대되는데, 이ㄸ의 레이저 빔(6)(7)은 빛의 진행방향에 대하여 수직인 평면상에서 모든 방향의 편광성분을 포함하고 있는 비 편광빔(Unpolarized Beam)이다. 상기한 바와같이 빔 확대기(2)에서 확대된 레이저 빔(7)은 선형편광자(9)를 지나제 되면 레이저 빔의 편광방향이 한쪽 방향으로 동일한 성분의 레이저 빔 만이 투과되어 선형편광된 (제4도에서는 선형 편광자의 방향에 의해 수직방향으로 편광된)레이저 빔(14a)이 편광유리마스크(10)로 입사하게 된다. 이 때 상기 편광유리마스크(10)는 제6도에서 도시한 바와같이, 투명한 유리기판 상에 패턴(도면에서 문자A부분)이 형성되는 부분에만 λ/2코팅을 하여 주므로, 투명한 유리부분(10a)을 통과하는 레이저 빔과 패턴부분(10b)을 통과하는 레이저 빔은 편광방향이 90°의 차이를 갖게 된다. 즉, 수직방향으로 선형편광된 레이저 빔(14a)이 편광유리마스크(10)를 투과하게 되면 투명유리부분(10a)을 통과한 레이저 빔은 아무런 변화 없이 수직인 편광상태를 유지하게 되고, 패턴부분(10b)을 통과한 레이저 빔은 편광방향이 90°바뀌어 수평편광된 레이저 빔이 된다. 상기 편광유리마스크(10)를 통과한 레이저 빔(15a)은 편광분할자(11)로 입사되는데, 상기 편광분할자(11)는 빛의 편광방향에 따라서 수평방향성분과 수직방향성분을 분리해 주는 역활을 하므로, 편광유리마스크(10)의 패턴부분(10b)을 통과하면서 수평편광 된 레이저 빔은 편광분할자(11)를 그대로 통과하여 결상용 렌즈계(4)에 입사되어 마킹대상물(13a)의 표면에 패턴부분(10b)을 마킹하게 되고, 투명유리부분(10a)을 통과하면서 수직편광된 레이저 빔은 편광분할자(11)에 의해 방향이 90°바뀌어 흡수체(12)에 흡수하게 된다. 즉 제4도에 도시한 바와같은 구성은 패턴부분(10a)을 통과한 레이저 빔(16)만이 결상렌즈(4)에 의해 마킹대상물(13a)에 제6도의 (a)에서 처럼 패턴 N으로 마킹되는 것ㄷ이다. 또한, 정상마킹 되는 패턴 A문자를 역상마킹을 실시하려면 제5도에 도시한 바와같이 성형편광자(9)의 방향을 90°회전시켜 주어 장치를 작동하면 된다. 즉, 선형편광자(9)를 통과한 레이저 빔(14b)은 수평편광되므로, 편광유리마스크(10)의 패턴부분(10b)을 투과하는 레이저 빔은 λ/2코팅부분의 작용에 의해 편광방향이 수직방향으로 바뀌게 되며 편광분할자(11)에 의해 분리되어 레이저 빔(17)이 흡수체(12)로 흡수되고, 투명유리부분(10a)을 투과하는 레이저 빔은 수평편광된 상태로 편광분할자(11)를 통과하여 레이저 빔(16)이 결상용 렌즈계(4)에 의해 마킹대상물(13b)에 결상됨으로써 제6도의 (b)에서와 같은 패턴(M)으로 마킹된느 역상마킹이 이루어지게 된다. 한편, 제8도에 도시한 바와같이, 편광분할자(11)의 수직방향에 설치되는 흡수체 대신에 결상용렌즈계(4')를 설치하게 되면 마킹대상물(13a)(13b)에 각각 정상마킹과 역상마킹이 동시에 이루어지게 되며, 이 때, 선형편광자(9)을 90°회전시켜 주면 마킹대상물(13a)에는 역상마킹물, 마킹대상물(13b)에는 정상마킹을 실시할 수 있게 된다. 이상에서 상세하게 설명한 바와같이, 본 발명에 의한 편광유리마스크를 이용한 레이저 마킹장치는 선형편광자를 사용하여 레이저 빔을 선형편광 시키고, 편광유리마스크를 이용하여 패턴부분과 패턴주변부분을 투과하는 레이저 빔의 편광방향을 각각 수평방향과 수직방향으로 바꾸어 주어 편광분할자를 통해 각각의 성분을 갖는 레이저 빔을 분리해 내어 마킹함으로써, 정상마킹과 역상마킹을 선택적으로 실시할 수 있게 하는 한편, 결상용 렌즈계를 부가하여 설치하여 정상마킹과 역상마킹을 동시에 실시할 수 있어 제품이 성능이 현저하게 향상되는 효과가 있다. |
