[发明专利]用于使用激光器借助于掩模和光阑构造具有硬质涂覆的固体表面的方法和设备

说明书

技术内容

本发明涉及一种方法和设备，用于构造硬质材料涂覆的固体表面的至少一个区域，所用设备包括至少一个具有纳秒、皮秒或飞秒范围内脉冲宽度的激光器。更特别地，加工面可以是压花工具的表面，或一块宝石物的表面例如部分手表壳，所述压花工具如压花辊子或压花模，其表面结构被转移到介质如包装箔等上。以下，名词“激光器”代表整个激光系统。

背景技术

使用具有纳秒范围内脉冲宽度和紫外区波长的准分子激光器来进行微构造是为人所知的技术。当压花辊子或压花模是为例如在香烟或食物的包装箔上压印防伪认证特征或特殊的光学衍射的迷人标记而设计的时候，固体耐磨面的激光微结构是这些压花辊子或压花模所主要需要的。这样的包装箔大部分由拥有汽相淀积或溅镀金属层的纸或塑料层组成，或者，它们整个由金属制成，大部分是铝，或者，全部是进行产生光学上和光学衍射有效的特征和结构的表面处理的纸或塑料。在这方面，优选地，使用掩模或光阑来对激光光束的强度分布进行整形。

本发明申请人的WO 2007/012215公开了借助飞秒激光器在设有由超硬非晶碳组成的硬质材料层的工件上形成所谓波纹(ripple)，所述超硬非晶碳具有超过50％的类金刚石sp³键部分，这是已知的基于指出ta-C、碳化钨WC、碳化硼B₄C、碳化硅SiC或类似的硬质材料。如可在国际互联网上找到的不同文献所显现的那样，大体上超硬非晶碳薄膜，ta-C，非常适合于各种应用，更特别地，适用于摩擦学的应用及光学衍射的应用。

发明内容

在这个背景下，本发明的目标是改善所提到的用于构造固体表面的方法，更特别地是用以压印防伪认证特征和/或具有光学上迷人效果的标记的压花辊子的表面，如此一来，这种产生具有增强防伪的认证特征的表面的批量生产就成为可能，此外，更大的设计范围也是可能的。这个目标由如权利要求1所述的方法和如权利要求11所述的设备来实现。

本发明另一个目标是提供一种确保掩模和光阑的制造的方法，所述掩模和光阑用于创建高精度和长寿命的微结构。这个目标由如权利要求9所述的方法来实现。

本发明的另一个目标是提供一种方法，用于测量和最佳化制造方法。这个目标由如权利要求10所述的方法和如权利要求15所述的设备来实现。从属权利要求中限定其它实施例。

附图说明

下面，参照具体的实施例的附图更详细地解释本发明。

图1示出根据本发明使用两个激光器的设备的示意图。

图2示出借助于掩模和光阑的组合来进行光强整形。

图3示出具有星形的微构造的区域。

图4示出线性掩模和光阑交换器设备的俯视示意图。

图5示出沿着图4中的箭头V所指示方向的图4的交换器设备。

图6示出根据图4中的VI-VI截面的图4的交换器设备。

图7示出旋转掩模和光阑交换器设备的俯视示意图。

图8示出沿着图7中的箭头VIII所指示方向的图7的交换器设备。

图9示出根据图7中的IX-IX截面的图7的交换器设备。

图10示出具有用于掩模和光阑的匣的掩模和光阑交换器设备的另一实施例。

图11示出图10中沿着线XI-XI线的截面。

图12示出图10中沿着线XII-XII的截面，和

图13示出衍射计的示意图，其用于测量和调整掩模、光阑和压花辊子，也用于压花辊子上的结构的产生过程中的质量控制。

具体实施方式

图1示出根据本发明具有两个用于微结构和纳结构ta-C涂敷的压花辊子的激光器的设备的示意图，硬质材料ta-C象征性地代表硬质材料。

第一激光器，例如波长为248nm(纳米)的氟化氪(KrF)准分子激光器，根据掩模投影技术在ta-C层中产生微结构，而第二激光器，中心波长在775nm的飞秒激光器，根据聚焦技术在ta-C层中产生纳结构。

微结构可以是例如栅周期为1μm到2μm的沟形栅结构，而纳结构可以是例如周期大约为500nm的自组织波纹结构，其起到光学衍射光栅的作用。在这方面，任何光学衍射主动结构(optical diffraction active structure)的周期阵列都可能通过复色光照射下的衍射而产生角度依赖的色散，即分成光谱色。