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技术

一种用于构造具有ta-C涂覆的固体表面(9，10)的至少一个区域的方法，在此方法中，在光学系统的均匀点处使用掩模(18)，以对掩模投影技术中的光束进行整形，并且，在成像光学器件前面使用光阑(6)。借助于具有纳秒范围内脉冲宽度的准分子激光器(1)实现一种结构，多个掩模和光阑组合(18、6)组合被安装在交换器设备(28)中，该交换器设备适合于在激光器的光束光路上彼此独立地放置一个掩模(18)和一个光阑(6)，掩模(18)和光阑(6)被安装在支架中，其可线性地或旋转地移位，还可绕着其自身旋转。本方法允许合理制造十分复杂的、非常防伪的认证特征和/或美学上引人注目的光学衍射的有效彩色图案。此外，还定义了具有这样特征的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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
技术实现思路
本专利技术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。
技术介绍
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。本专利技术申请人的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。
技术实现思路
在这个背景下，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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专利技术。图1示出根据本专利技术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。具体实施例方式图1示出根据本专利技术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1 μ m到2 μ m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。图1示出第一激光器，准分子激光器1，这里，其光束2具有矩形截面。可以通过衰减器3来调整和改变这个激光器的光束强度。借助于均勻器3A和场镜;3B，在均勻点HS 处，获得激光光束横截面上的强度均勻分布。通过这个均勻的强度分布，并借助于位于均勻点HS处的掩模18，形成产生微结构所需要的激光光束横截面的强度分布。安装在掩模后的光阑6中的孔径的几何形状(优选地，光阑和掩模相接触)产生由掩模18整形的激光光束的强度分布的截面几何形状或轮廓形状。掩模18和光阑6包括在掩模和光阑的交换器设备内，下面将更加详细地描述之。除了 KrF准分子激光器，波长193nm的氟化氩(ArF)准分子激光器、波长157nm的氟(fluor)激光器或波长308nm的氯化氙(XeCl)准分子激光器都可用作第一激光器。参见图2，由掩模18和光阑6整形后的激光光束，入射在偏转镜7上，光束被其导向适合于该激光光束的成像光学器件8，从而以预定的成像比例，例如8 1，在压花辊子10 的ta-C层的表面9上形成适合于微结构的激光强度分布的图像。转向箭头11表明压花辊子10可以绕其纵轴以预定的角度旋转。压花辊子10安装在转印器32上。为了调整、监视和稳定激光光束的功率及强度，借助于分光镜4将一小部分激光光束导向功率计5，以提供控制衰减器3和/或激光器1所需的数据。如图1中用双向箭头所示，可有选择地用激光光束强度分布测量设备5A来代替功率计5。设备5和5A到分光镜 4的距离与到位于均勻点HS处的掩模18的距离相同，这是为了能够正确测量在均勻点HS 处(即在掩模平面内)的功率和激光光束的强度分布。摄像机沈用于观测微结构的过程。 为此，偏转镜7具有干涉层系统，其反射波长为MSnm的准分子激光，但透射可见光。为调整由成像光学器件8成像在构造在压花辊子10的整个表面上的ta-C层上的激光光束的精确确定的焦点位置，借助于检查压花辊子的位置的设备16来测量压花辊子相对于理想几何的位置和与产生相关的偏差，例如，借助于三角测量方法。然后，借助于移位设备32，这些测量数据被用来自动调整压花辊子10，而且，构造过程中，这些测量数据也被用于移位设备32的ζ轴的修正控制。如同根据图1的具体实施例的描述中所简要提到的那样，借助于掩模和光阑，形成准分子激光器根据掩模投影技术进行构造处理所需要的强度分布。下面，参照图2进一步解释这个过程通过均勻点HS处的激光光束四的均勻强度分布27，并借助于位于均勻点HS处的掩模18，形成在压花辊子10上的ta-C层中产生微结构所需要的激光光束横截面的强度分布。在本示意图中，掩模18具有栅状布局的透光区19 和对激光光束不透明的表面区域20，并因此形成了具有立方形强度分布部分的栅状强度分布75。光阑6按激光光束的方向安装在掩模后(优选地，光阑和掩模相接触)，通过掩模孔径或透光表面区域的几何形状产生掩模18整形过的激光光束的强度分布的截面几何。 在本示图中，光阑孔径6T或在不透明部分6P内部的对激光光束透明的光阑表面区域的形状是三角形，因此，在光阑之后，激光光束^A的强度分布76呈现出三角形的截面几何。在图2中，掩模18的栅周期和厚度以及掩模后激光光束强度分本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于构造具有硬质材料涂敷的固体表面（９）的至少一个区域的方法，所述方法借助于根据掩模投影技术的具有纳秒范围内脉冲宽度的激光器（１），其中，在光束整形系统的均匀点（ＦＳ）处，使用成像光学器件前的掩模（１８）和光阑（６）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·伯格利，S·威斯曼特尔，G·雷瑟，A·恩格尔，R·伯特彻，W·斯蒂芬，
申请(专利权)人：伯格利格拉维瑞斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH