KR100189308B1 - 레이저 전사 기계 가공 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 레이저 전사 기계 가공 장치는 레이저 빔이 기계 가공물내에서 원하는 기계 가공 패턴에 대응하는 빔 패턴을 갖도록 레이저 빔을 성형하는 성형 유닛과, 성형 유닛에 의해 성형된 레이저 빔으로부터 각각 빔 패턴을 가진 복수개의 레이저 빔을 동시에 발생시키기 위해 성형 유닛으로부터 이격되어 배치된 발생 유닛을 포함한다. 발생 유닛은 복수개의 레이저 빔을 방출하도록 사용되고, 발생된 복수개의 레이저 빔의 기계 가공물에 대한 복수개의 방사 방향을 동시에 규정하도록 사용된다. 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공에 소요되는 시간을 감소시키고 높은 광 이용 효율을 제공할 수 있다. 더욱이, 레이저 전사 기계 가공 장치는 엑시머 레이저 등의 상대적으로 낮은 공간 응집성을 가진 레이저를 사용할 수 있다.
Description
제1도는 종래의 레이저 전사(transfer) 기계 가공 장치의 개략도.
제2도는 홀로그램(hologram)을 사용하는 종래의 레이저 전사 기계 가공 장치의 개략도.
제3도는 종래의 레이저 전사 기계 가공 장치의 개략도.
제4도는 공간 필터(spatial filter)의 개략도.
제5도는 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제6도는 제5도에 도시된 레이저 기계 가공 장치의 주요 소자의 사시도.
제7(a)도 내지 제7(c) 도는 본 발명의 실시예에 따른 위상 홀로그램의 위상 분포 패턴(phase distribution pattern)을 도시하는 도면.
제8(a) 도 내지 제8(d) 도는 제7(a)도 내지 제7(c) 도에 도시된 두 레벨(two-level) 위상을 가지는 다양한 위상 홀로그램의 구조를 설명하기 위한 횡단면도.
제9도는 제7(a)도 내지 제7(c)도에 도시된 홀로그램을 가진 레이저 빔 기계 가공 장치의 부분적인 블록 다이어그램.
제10(a)도 내지 제10(c)도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 횡단면도.
제11도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치용으로 사용되는 홀로그램의 구조를 도시하는 힁단면도.
제12도는 제11도에 도시된 홀로그램을 사용하는 레이저 전사 기계 가공장치의 부분적인 구조를 예로서 도시하는 횡단면도.
제13(a)도 및 제13(b)도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치용으로 사용되는 홀로그램의 구조를 도시하는 도면.
제14(a)도 및 제14(b) 도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 전사 렌즈(transferring lens)의 배열을 도시하는 부분 개략도.
제15(a)도 및 제15(b) 도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 전사 렌즈의 배열을 도시하는 부분 개략도.
제16도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 전사 렌즈의 배열을 도시하는 부분 개략도.
제17도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 전사 렌즈의 배열을 도시하는 부분 개략도.
제18도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제19도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제20도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제21도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제22도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제23도는 본 발명의 실시예에 따른 마스크 패턴으로 반사광(reflected light)을 복귀시키기 위한 미러를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 개략도.
제24도는 본 발명의 실시예에 따른 마스크 패턴을 제외한 부분상에 입사되는 레이저 광을 편향시키기 위한 프리즘을 구비한 레이저 전사 기계 가공 창치의 구조를 도시하는 개략도.
제25도는 본 발명의 실시예에 따른 집광 원추(condenser cone) 형태의 마스크를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제26도는 제25도에 도시된 집광 원추 형태의 마스크의 다른 예의 구조를 도시하는 개략도.
제27도는 본 발명의 실시예에 따른 마스크로 냉각 가스 흐름(cooling gas flow)을 공급하기 위한 노즐을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제28도는 본 발명의 실시예에 따른 핀을 구비한 마스크를 도시하는 사시도.
제29도는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 파이프를 구비한 마스크를 도시하는 사시도.
제30도는 본 발명의 실시예에 따른 미러부(mirror portion)를 구비한 마스크를 도시하는 사시도.
제31도는 본 발명의 실시예에 따른 회전식 마스크 교환 구동 유닛(rotary mask-changing driving unit)을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제32도는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 위상 홀로그램을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제33도는 입사 레이저 광에 대하여 제32도에 도시된 반사형 위상 홀로그램의 배열을 도시하는 도면.
제34도는 도32에 도시된 반사형 위상 홀로그램상에 입사되는 레이저 빔의 입사각과 상기 위상 홀로그램 라인(line)의 경사(pitch)를 도시하는 도면.
제35도는 입사 레이저 광에 대한 도32에 도시된 반사형 위상 홀로그램의 배열을 도시하는 도면.
제36도는 입사 레이저 광과 도 32에 도시된 반사형 위상 홀로그램 사이의 각도를 도시하는 도면.
제37도는 입사 레이저 빔과 반사형 위상 홀로그램에 의해 규정되는 각도와 기계 가공 오류의 빈도(%; frequency) 사이의 관계를 도시하는 그래프.
제38도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제39도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제40도는 제39도의 I-I'선을 따라 취하여진 제39도에 도시된 홀로그램의 예를 사용하여 기계 가공된 기계 가공 타겟의 횡단면도.
제41도는 제39도에 도시된 홀로그램의 예를 사용하여 기계 가공된 기계가공 타겟의 평면도.
제42도는 제39도에 도시된 홀로그램의 예를 사용하여 기계 가공된 기계가공 타겟의 평면도.
제43도는 제39도에 도시된 홀로그램의 예를 사용하여 기계 가공된 기계가공 타겟의 평면도.
제44도는 본 발명의 실시예에 따른 타겟을 이동시키는 이동 유닛을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 도면.
제45도는 제44도에 도시된 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 평면도.
제46도는 제44도에 도시된 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 평면도.
제47도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제48(a)도는 마스크 패턴의 예를 도시하는 평면도.
제48(b)도는 제47도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 홀로그램의 홀로그램 패턴의 예를 도시하는 평면도.
제48(c)도는 제47도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 홀로그램을 사용하여 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제49(a)도는 마스크 패턴의 예를 도시하는 평면도.
제49(b)도는 제47도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 홀로그램의 홀로그램 패턴의 예를 도시하는 평면도.
제49(c)도는 제47도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 홀로그램을 사용하여 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제50(a)도는 마스크 패턴의 예를 도시하는 평면도.
제50(b) 도는 제47도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 홀로그램의 홀로그램 패턴의 예를 도시하는 평면도.
제50(c)도는 제47도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 홀로그램을 사용하여 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제51(a)도는 마스크 패턴의 예를 도시하는 평면도.
제51(b)도는 제47도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 홀로그램의 홀로그램 패턴의 예를 도시하는 평면도.
제51(c)도는 제47도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 홀로그램을 사용하여 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제52도는 본 발명의 실시예에 따른 마스크 구동 유닛과 편향 미러 구동 유닛을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제53도는 제52도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제54도는 제52도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 다른 예를 도시하는 평면도.
제55도는 본 발명의 실시예에 따른 편향 미러 구동 유닛과, 마스크 구동 유닛과, 상기 구동 유닛을 제어하기 위한 제어 유닛을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제56도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램을 회전시키기 위한 회전 구동 기구를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제57도는 홀로그램이 정지되었을 때 제56도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 실시예를 도시하는 평면도.
제58도는 레이저 발진기(oscillator)가 홀로그램이 회전하는 동안 작동하지 않을 때 제56도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제59도는 레이저 발진기가 홀로그램이 회전하는 동안 발진할 때 제56도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제60도는 본 발명의 실시예에 따른 편향 미러 구동 유닛과 홀로그램을 회전시키기 위한 회전 구동 기구를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제61도는 본 발명의 실시예에 따른 편향 미러 구동 유닛을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제62도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 발진기와 편향 미러 구동 유닛 및 상기 구동 유닛을 제어하기 위한 제어 유닛을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제63도는 본 발명의 실시예에 따른 전압과 자기에 따라 편향 지수(index of refraction)가 변화하는 재료를 사용하는 위상 홀로그램을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제64도는 제63도의 위상 홀로그램의 사시도.
제65도는 본 발명의 실시예에 따른 PLZT를 사용하는 위상 홀로그램을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 도면.
제66도는 제65도의 위상 홀로그램의 사시도.
제67도는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 디스차지 튜브(micro-discharge tube)를 사용하는 위상 홀로그램을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제68도는 제67도의 위상 홀로그램의 사시도.
제69도는 본 발명의 실시예에 따라 외부로부터 작용되는 신호에 응답하여 그 부분적인 폭(partial width)이 변화되는 기구를 사용하는 반사형 위상 홀로그램을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제70도는 제69도의 위상 홀로그램의 개략도.
제71도는 본 발명의 실시예에 따른 마스크 패턴을 변환하기 위한 전광 소자판(electro-optical element plate)을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제72도는 제71도의 전광 소자판의 구조를 도시하는 사시도.
제73도는 본 발명의 실시예에 따라 레이저 광을 위상 홀로그램으로 몇회 반사하기 위한 구면(spherical) 미러를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제74도는 제73도의 실시예에 따른 구면 미러상에서 회절된 광의 위치를 도시하는 도면.
제75도는 제53도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제76도는 본 발명의 실시예에 따라 레이저 광을 위상 홀로그램으로 몇회 반사하기 위한 완전 반사 구면 미러와 부분 반사 구면 미러를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제77도는 본 발명의 실시예에 따라 상이한 파장을 가진 두 개의 레이저 광을 사용하는 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 도면.
제78도는 제77도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제79도는 본 발명의 실시예에 따라 두 개의 상이한 홀로그램 패턴을 가진 홀로그램을 동시에 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제 80(a)도 내지 제80(c) 도는 제79도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제81도는 제79도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제82도는 본 발명의 실시예에 따라 세 개의 상이한 홀로그램 중 하나를 선택하는 방식으로 세 개의 상이한 홀로그램을 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제83(a)도 내지 제83(d)도는 제82도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제84도는 본 발명의 실시예에 따라 네 개의 상이한 홀로그램 중 하나를 선택하는 방식으로 네 개의 상이한 홀로그램을 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제85도는 본 발명의 실시예에 따라 네 개의 상이한 홀로그램 중 하나를 선택하는 방식으로 네 개의 상이한 홀로그램을 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제86도는 본 발명의 실시예에 따라 세 개의 상이한 마스크 중 하나를 선택하는 방식으로 세 개의 상이한 마스크를 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공장치의 구조를 도시하는 개략도.
제87도는 본 발명의 실시예에 따라 네 개의 상이한 마스크 중 하나를 선택하는 방식으로 네 개의 상이한 마스크를 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공장치의 구조를 도시하는 개략도.
제88도는 본 발명의 실시예에 따라 네 개의 상이한 마스크 중 하나를 선택하는 방식으로 네 개의 상이한 마스크를 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공장치의 구조를 도시하는 개략도.
제89도는 본 발명의 실시예에 따라 세 개의 상이한 마스크 중 하나와 네 개의 상이한 홀로그램 중 하나를 선택하는 방식으로 세 개의 상이한 마스크와 네 개의 상이한 홀로그램을 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제90도는 제89도의 실시예의 교환 작업을 제어하기 위한 제어 유닛을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제91도는 본 발명의 실시예에 따라 네 개의 상이한 홀로그램 패턴 중 하나를 선택하는 방식으로 하나의 홀로그램상에 배치된 네 개의 상이한 홀로그램 패턴을 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제92도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더의 구성을 도시하는 구성도.
제93도는 본 발명의 실시예에 따라 네 개의 상이한 마스크 패턴 중 하나를 선택하는 방식으로 하나의 마스크상에 배치된 네 개의 상이한 마스크 패턴을 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제94도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더의 구성을 도시하는 구성도.
제95도는 본 발명의 실시예에 따라 네 개의 상이한 홀로그램 패턴 중 하나와 네 개의 상이한 마스크 패턴 중 하나를 선택하는 방식으로 하나의 홀로그램상에 배치된 네 개의 홀로그램 패턴과 하나의 마스크 상에 배치된 네 개의 마스크 패턴을 사용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제96도는 본 발명의 실시예에 따른 제95도의 실시예의 교환 작업을 제어하기 위한 제어 유닛을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제97도는 대표적인 위상 홀로그램의 위상 변환부를 통과하는 레이저 광의 반파장의 위상 변화에서의 에러값에 대하여 입사 레이저 광의 전체 에너지에 대한 0차 회절광의 에너지 비를 도시하는 그래프.
제98도는 본 발명의 실시예에 따라 0차 회절광을 이용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제99도는 제98도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 기계 가공된 기계 가공 타겟의 예를 도시하는 평면도.
제100도는 본 발명의 실시예에 따라 0차 회절광을 이용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제101도는 본 발명의 실시예에 따라 0차 회절광을 이용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제102도는 본 발명의 실시예에 따라 0차 회절광을 이용하도록 개조된 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제103도는 본 발명의 실시예에 따라 0차 회절광 등의 기계 가공에 불필요한 레이저 광을 차폐하기 위한 차폐판을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제104도는 제103도의 실시예에 따른 차폐판의 구조를 도시하는 개략도.
제105도는 본 발명의 실시예에 따라 0차 회절광 등의 기계 가공에 불필요한 레이저 광을 차폐하기 위한 렌즈를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제106 도는 본 발명의 실시예에 따라 0차 회절광 등의 기계 가공에 불필요한 레이저 광을 차폐하기 위한 프리즘을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제107도는 본 발명의 실시예에 따라 0차 회절광 등의 기계 가공에 불필요한 레이저 광을 차폐하기 위한 전광 소자판을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제108도는 제107도의 실시예에 따른 전광 소자판을 도시하는 개략도.
제109도는 본 발명의 실시예에 따라 레이저 광의 파장의 대역(band)을 좁히기 위한 유닛을 가진 레이저 발진기를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제110도는 본 발명의 실시예에 따른 색수차(色收差; chromatic aberration)를 지우기 위한 유닛을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제111도는 본 발명의 실시예에 따른 색수차를 지우기 위한 중계 광학 시스템(relay optical system)을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제112도는 본 발명의 실시예에 따른 색수차를 지우기 위한 오목렌즈와 볼록렌즈를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제113도는 본 발명의 실시예에 따른 색수차를 지우기 위한 오목렌즈와 볼록렌즈를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제114도는 본 발명의 실시예에 따라 그 전면(front face)이 레이저 광이 홀로그램상에 입사되는 방향을 향하는 위상 홀로그램을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시하는 개략도.
제115도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 세척기구의 구조를 도시하는 개략도.
제116도는 제115도의 세척 기구를 도시하는 평면도.
제117도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 세척기구의 구조를 도시하는 개략도.
제118도는 제117도의 세척 기구를 도시하는 평면도.
제119도는 본 발명의 실시예에 따라 기계 가공시에 발생된 미세한 입자들이 위상 홀로그램에 부착되는 것을 방지하기 위해 레이저 광 투과판을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 세척 기구의 구조를 도시하는 개략도.
제120도는 본 발명의 실시예에 따라 기계 가공시에 발생된 미세한 입자들이 위상 홀로그램에 부착되는 것을 방지하기 위해 가스 흐름을 공급하는 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제121도는 본 발명의 실시예에 따라 기계 가공시에 발생된 미세한 입자들이 위상 홀로그램에 부착되는 것을 방지하기 위해 가스 흐름층을 발생시킬수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제122도는 본 발명의 실시예에 따라 기계 가공시에 발생된 미세한 입자들이 위상 홀로그램에 부착되는 것을 방지하기 위한 용기(container)를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제123도는 본 발명의 실시예에 따라 기계 가공될 패턴을 위치결정하기 위하여 기계 가공 타겟의 외부에 비춰지는 레이저 빔을 발생하는 위상 홀로그램을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제124도는 본 발명의 실시예에 따라 기계 가공될 패턴을 위치결정하기 위하여 기계 가공 타겟상에 비춰지는 레이저 빔을 발생하는 위상 홀로그램을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도.
제125도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제126도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제127도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제128도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저와 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제129도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제130도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제131도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제132도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제133도는 제131도에 도시된 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더에서 제132도에 도시된 부정확한 부착을 방지하는 수단을 도시하는 도면.
제134도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저와 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제135도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더와 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제136도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더와 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제137도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더와 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제138도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저와 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제139도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더와 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제140도는 본 발명의 실시예에 따른 마크를 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제141도는 본 발명의 실시예에 따른 돌출부를 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제142도는 본 발명의 실시예에 따른 블라인드(blind) 홀을 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제143(a)도 및 제143(b)도는 본 발명의 실시예에 따른 엣지가 잘라내진 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제144도는 본 발명의 실시예에 따른 잘려나간 엣지와, 마크를 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제145도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제146도는 본 발명의 실시예에 따른 노치(notch)를 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제147도는 본 발명의 실시예에 따른 노치와 마크를 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제148도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도.
제149도는 발명의 실시예에 따른 라벨(label)을 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제150(a)도는 본 발명의 실시예에 따른 탄성 프레임을 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
제150(b) 도는 제150(a)도의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 횡단면도.
제151도는 본 발명의 실시예에 따라 홀로그램 패턴의 외주면에 형광물질이 칠해진 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 레이저 발진기 2 : 편향 미러
5 : 홀로그램(발생수단) 6 : 마스크(성형수단)
7 : 전사 렌즈 8 : 기계 가공 타겟
9 : 조사 렌즈 10 : 레이저 광
15 : 빔 성형 광학 시스템 23 : 광섬유
100 : 레이저 앰프 500 : 홀로그램 홀더
691 : 회전 마스크 변환 구동 유닛 735 : 관통 구멍
736 : 로킹핀 755 : 돌출부
905 : 스위핑 아암(sweeping arm)
(발명의 배경)
본 발명은 레이저 기계 가공을 위해 전사될 복수개의 이미지를 동시에 발생시키기 위한 홀로그램 소자 등의 수단을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치(laser transfer machining apparatus)에 관한 것이다.
(관련 기술의 설명)
제1도는 예로서, SPIE의 과정(Vo1. 1377 p30-35)내에 기재되어 있는 공지된 레이저 전사 기계 가공장치의 개략도이다. 레이저 발진기(1)와 편향 미러(2)와, 마스크(6)와, 마스크를 조사하는 레이저 빔을 위한 호모지나이징(homogenizing) 광학 시스템(3)과, 마스크(6)의 마스크 패턴 이미지를 전사하기 위한 전사 렌즈(7)와, 기계 가공물인 기계가공 타겟(8)이 도시되어 있다.
작동에 있어서, 레이저 발진기(1)에 의해 방사된 예로서, 엑시머(excimer) 레이저 등의 레이저 광의 강도 분배는 마스크를 조사할 레이저 빔을 위한 호모지나이징 광학 시스템(3)에 의해 균일해지며, 그후 균일한 레이저 빔은 마스크(6)로 들어간다. 마스크(6)의 전사될 패턴을 통과한 레이저 광은 전사 렌즈(7)에 의해 타겟(8)상에 전사된 이미지로서 이미지화 되고, 타겟의 조사부(illuminated part)가 기계 가공된다. 레이저 빔은 타겟(8)상에 입사되기 이전에 편향 미러(2)에 의해 편향된다.
또한, 응용 광학(Applied Optics) Vol.13 No.2 p269-273, 일본 특허 공개 공보 제51-73698호, 일본 특허 공개 공보 제54-102692호, 일본 특허 공개 공보 제57-81986호 및 응용 광학 Vol.30 No.25 p3604-3606에 기재되어 있는 바와 같은 홀로그램을 가진 기계 가공용 광학 시스템도 제1도에 도시된 레이저 전사 기계 가공장치와 마찬가지로 레이저 기계 가공 작업을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 제2도는 응용 광학 Vol.13 No.2 p269-273에 기재된 일종의 홀로그램 또는 변조판(modulated zone plate)이라 지칭되는 홀로그램 소자를 사용하는 종래의 광학 시스템의 개략도이다. 제2도에는 레이저 발진기(1)와, 홀로그램 소자(5)와, 타겟(8)과, 입사 레이저 광을 전개하기 위한 광학 시스템(24)이 도시되어 있다.
작동에 있어서, 레이저 발진기(1)에 의해 방사된 레이저 빔은 입사 레이저 광을 전개시키기 위한 광학 시스템(24)에 의해 크기면에서 확장되고, 그후 홀로그램 소자(5)상에 입사된다. 기계 가공될 패턴이 홀로그램 소자(5)상에 입사되는 레이저 광의 회절(diffraction)에 의해 발생되고, 기계 가공 타겟(8)상에 이미지화된다. 따라서, 소수의 패턴만이 타겟상에 동시에 천공될 수 있다. 제3도는 일본 특허 공개 공보 제57-81986호에 기재된 홀로그램을 사용하는 공지된 기계 가공용 광학 시스템의 개략도이다. 레이저 발진기(1)에 의해 방사된 레이저 빔은 입사 레이저 광을 전개시키기 위한 광학 시스템(24)에 의해 크기면에서 확장되고, 그후 홀로그램 소자(5)상으로 입사된다. 홀로그램 소자(5)는 홀로그램 소자를 통과한 레이저 빔이 기계 가공될 사전 설정된 패턴을 갖도록 설계된다. 상기 패턴은 타겟(8)의 기계 가공면상에 이미지화된다. 따라서, 사전설정된 패턴이 타겟(8)상에 천공된다. 종래의 광학 시스템의 기본 구조는 제2도의 시스템의 기본 구조와 동일하다.
이런 종래의 레이저 전사 기계 가공 장치는 마스크상에 입사되는 대부분의 레이저 광이 마스크의 불투명한 부분으로 들어가 마스크를 통과하지 못하며, 이것이 광의 이용 효율을 감소시킨다는 단점을 갖는다. 예로서, 엑시머 레이저를 사용하는 레이저 전사 기계 가공 방법에서는 일반적으로 작업편의 전체면중 아주 작은 부분만이 기계 가공된다. 상기 방법이 전자 회로에 사용되는 폴리이미드(polyimide) 보드내에 전도용 구멍을 천공하기 위한 기계 가공 작업에 적용될 때, 일반적으로 1㎠ 당 약 100㎛ 정도의 직경을 가진 백개 가량의 구멍이 천공된다. 이런 경우에, 상기 보드의 전체면의 면적에 대한 기계 가공된 부분의 면적의 비는 0.8% 이하이다. 이런 기계 가공 작업이 제1도에 도시된 종래의 레이저 전사 기계 가공 장치로 수행된다면, 입사 레이저 광의 대부분의 에너지가 마스크에 의해 분산 및 흡수되고, 레이저 발진기에 의해 방사된 레이저 빔의 빔 출력의 0.8% 이하만이 레이저 기계 가공 작업을 위해 사용된다. 따라서, 종래의 레이저 전사 기계 가공장치의 현저한 단점은 기계 가공의 효율이 매우 낮다는 것이다.
제1도에 도시된 바와 같은 레이저 전사 기계 가공 장치를 사용하여 상술한 구멍 천공 작업이 수행될 때, 레이저 광빔을 주사하는 적절한 방법은 구멍을 하나씩 천공하도록 광점(1ight spot)으로 작엽편을 조사하는 방법처럼 레이저 광을 효율적으로 사용하기 위해 작업편상의 빔 면적을 협소하게 만들어 복수회 주사하는 것이 적절한 방법이다. 그러나, 레이저 빔에 의해 조사되는 대부분의 영역이 실질적으로 광 이용의 효율을 향상시키기 위해 이동되어야만 하기 때문에, 한 번에 조사되는 영역은 매우 작다. 구멍을 천공하는 경우에, 구멍은 하나씩 천공되거나 두개씩 천공된다. 따라서, 작업편의 기계 가공될 전체 영역은 수많은 매우 작은 영역으로 분할되고, 분할된 영역이 연속적으로 기계 가공된다. 따라서, 이런 형식의 기계 가공 방법이 사용될 경우에는 기계 가공에 소요되는 시간이 증가하고, 상기 방법이 작업편의 위치 결정 이후의 레이저 빔 주사 시간을 낭비하기 때문에 기계 가공의 효율이 낮아진다.
서두에 언급한 종래의 홀로그램을 포함하는 기계 가공 광학 시스템은 이런 형태의 레이저 전사 광학 시스템의 결점을 제거하기 위해 고안되었다. 그러나, 도2에 도시된 바와 같은 종래의 홀로그램을 사용하는 레이저 기계 가공용 광학 시스템에서, 홀로그램은 정밀한 기계 가공 패턴을 재현하기 위해서 높은 공간적, 시간적 응집성(coherence)을 가진 레이저에 의해 조사되어야만 한다. 홀로그램에 의해 재생된 패턴은 홀로그램상에 입사된 레이저 빔의 질(또는 응집성)에 직접적으로 의존한다. 즉, 기계 가공의 방법에 의해 얻어진 기계 가공된 패턴의 유사성이나 정밀성은 입사 레이저 광의 질과 홀로그램의 성능에 의해 결정된다. 엑시머 레이저에 의해 방사된 레이저 등의 낮은 공간적 응집성을 가진 광의 경우에는 정밀한 기계 가공 패턴을 얻기 위하여, 예로서, K. 이즈카에 의한 광학 공학(optical engineering) pp.250-252 등의 광학용 참고 서적에 기술되어 있는 공간 필터(spatial filter)를 사용함에 의해 광의 공간 응집성을 향상시켜야만 한다. 상기 공간 필터는 그 직경이 매우 작은 핀-홀(pin-hole)을 구비한 판(21)으로 구성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 판은 상기 핀-홀상에 입사되는 광으로부터 교란된 웨이브 전면(wave front)을 가진 광 성분을 제거하도록 렌즈(20)의 이미지 초점(f)에서 핀-홀이 위치하도록 배열된다. 교란된 웨이브 전면을 가진 광 성분을 효과적으로 제거하기 위해 핀-홀의 직경이 렌즈의 초점에서 입사 레이저 광의 메인 로브(main lobe)의 폭과 동일하여야만 한다. 낮은 공간 응집성을 가진 레이저 광이 이런 공간필터상에 입사될 때, 단지 레이저 광의 일부만이 공간 필터를 통과할 수 있고, 그 때문에 필터의 전달성(transmissibility)이 심하게 감소되며, 높은 광 이용 효율을 얻을 수 없다. 따라서, 이런 홀로그램을 사용하는 종래의 광학 시스템은 단지 높은 응집력을 가진 레이저만을 사용할 수 있고, 엑시머 레이저 등의 상대적으로 낮은 응집력을 가진 레이저는 사용할 수 없다.
상술한 바와 같이, 이런 종래의 레이저 전사 기계 가공 장치에 의해 얻어지는 기계 가공 효율은 낮다. 부가적으로, 상기 기계 가공 장치의 전체적인 신뢰성을 감소시키지 않고 기계 가공에 소요되는 시간을 감소시키는 것은 불가능하며, 이는 상기 레이저 발진기가 그 수명과 안정성을 희생시키며 고출력의 레이저를 출력해야만 하기 때문이다. 더욱이, 종래의 홀로그램을 사용하는 레이저 전사 기계 가공 장치는 상기 장치가 반드시 높은 공간적 응집성을 가진 광을 방사할 수 있는 레이저를 사용하여야만 한다는 단점을 갖는다. 따라서, 엑시머 레이저 등의 상대적으로 낮은 응집성을 가진 레이저를 사용할 때, 공간 필터 등의 입사광의 응집성을 향상시키기 위한 광학 시스템이 필요하며, 이것이 기계 가공의 효율을 매우 감소시킨다.
[발명의 요약]
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 고안된 것이며, 따라서 본 발명의 목적은 기계 가공에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있고, 높은 광 이용 효율을 가진 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 엑시머 레이저 등의 상대적으로 낮은 공간 응집성을 가지는 레이저를 사용할 수 있으며, 기계 가공에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있고, 높은 광 이용 효율을 가지는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 비대칭이면서 정밀한 기계 가공 패턴을 제공할 수 있는 저가의 레이저 기계 가공을 허용하는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 비대칭이면서 정밀한 기계 가공 패턴을 제공할 수 있는 레이저 기계 가공을 허용하는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 효율과 높은 해상도로 기계 가공하기 위해 전사 이미지(image to be transferred)를 전사할 수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 홀로그램에 의해 발생된 0차 회절광을 이용할 수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 마스크의 레이저 광 전달성을 증가시킴에 의해 레이저 광의 이용 효율을 향상시키는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 균일하고 안정성있는 기계 가공 패턴을 제공할 수 있고 레이저 광의 이용 효율이 높은 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 기계 가공 정밀도를 가진 정밀한 기계 가공 작업을 제공할 수 있고, 마스크의 레이저 광 전달성을 증가시킴에 의해 레이저 광의 이용 효율을 향상시키는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 각각 동일한 패턴 배열을 가진 기계 가공 패턴을 제공하고, 고정밀도로 작업편의 기계 가공 위치를 조절할 수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 작업편의 표면상에 삼차원 구조물 등이 형성되었을 때, 삼차원 기계 가공 작업을 수행할 수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 안정적인 레이저 기계 가공을 허용하는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상대적으로 두껍거나 단단한 기계 가공 물체를 기계 가공 할 수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기계 가공될 패턴을 용이하게 변화시킬 수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기계에 다른 특성을 가진 복수개의 전사 이미지를 동시에 제공할 수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복잡한 기계 가공 패턴과 넓은 영역을 가진 기계 가공 패턴을 제공할 수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 기계 가공 정밀도로 고질의 레이저 기계 가공을 허용하는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 기계 가공 정밀도로 고질의 레이저 기계 가공 작업을 제공하고 기계 가공 패턴의 위치를 용이하게 제어할 수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다양한 종류의 기계 가공 패턴을 제공할 수 있는 레이저 전사 기계 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 레이저 전사 기계 가공 장치는 레이저 빔이 가공물내에 기계 가공될 원하는 패턴에 대응하는 빔 패턴을 갖도록 레이저 빔을 성형하기 위한 성형 유닛과, 상기 성형 유닛에 의해 성형된 레이저 빔으로부터 상기 빔 패턴을 각각 갖는 복수개의 레이저 빔을 동시에 발생시키기 위해 상기 성형 유닛으로부터 독립적으로 배치된 발생 유닛을 포함한다. 상기 발생 유닛은 복수개의 레이저 빔을 방사하는 한편 가공물에 발생된 복수개의 레이저 빔의 복수개의 방사 방향을 동시에 규정하도록 사용된다.
작동에 있어서, 상기 성형 유닛은 레이저 빔을 성형하고, 상기 레이저 빔은 상기 레이저 빔이 가공물내에 형성될 원하는 패턴에 대응하는 빔 패턴을 갖도록 레이저 광원에 의해 방사된다. 상기 발생 유닛은 상기 성형 유닛에 의해 성형된 레이저 빔으로부터 상기 빔 패턴을 각각 갖는 복수개의 레이저 빔을 발생한다. 복수개의 이미지가 발생되었을 때, 상기 발생 유닛은 상기 복수개의 레이저 빔을 방사하는 한편 가공물에 발생된 복수개의 레이저 빔의 복수개의 방사 방향을 동시에 규정한다. 따라서, 레이저 전사 기계 가공 장치는 광 이용의 높은 효율을 제공할 수 있고, 기계 가공에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
선택된 실시예에서, 레이저 전사 기계 가공 장치의 발생 유닛은 푸리에-변환(Fourier-transform) 홀로그램을 포함한다. 상기 푸리에-변환 홀로그램은 작업편의 기계 가공면상에 기계 가공될 원하는 전체 패턴에 대응하는 복수개의 레이저 빔으로서 임의의 위상을 가진 복수개의 전사 이미지를 전사한다. 상기 푸리에-변환 홀로그램이 광 이용의 높은 효율을 갖기 때문에, 상기 홀로그램은 기계 가공에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다. 상기 홀로그램은 엑시머 레이저 등의 상대적으로 낮은 공간 응집성을 가진 레이저에도 사용될 수 있다.
바람직스럽게, 상기 푸리에-변환 홀로그램은 복수개의 레이저 빔을 발생시키기 위해 입사 레이저 빔에 대해 대칭 패턴 배열인 두 레벨(two-level) 위상을 갖는 디지탈 위상 홀로그램이다. 두 레벨 위상을 가진 디지탈 위상 홀로그램에 의해 쌍을 이루는 이미지가 마찬가지로 발생된다. 복수개의 레이저 빔은 입사 레이저 광에 대해 대칭 패턴을 발생한다. 상기 위상 홀로그램이 용이하게 제조될 수 있고, 높은 광 이용 효율을 갖고 있기 때문에, 레이저 전사 기계 가공 장치는 대칭적이고 정밀한 기계 가공 패턴을 제공할 수 있는 저가의 레이저 기계 가공을 허용한다.
본 발명의 실시예에 따라, 상기 푸리에-변환 홀로그램은 세 개 이상의 레벨 위상을 갖는 디지탈 위상 홀로그램이다. 세 레벨 위상을 갖는 디지탈 위상 홀로그램에 의해 어떠한 쌍을 이루는 이미지도 발생되지 않기 때문에, 복수개의 레이저 빔은 입사광에 대해 비대칭 패턴을 발생한다. 상기 위상 홀로그램이 높은 광 이용 효율을 갖기 때문에, 레이저 전사 기계 가공 장치는 비대칭적이고 정밀한 기계 가공 패턴을 제공할 수 있는 레이저 기계 가공을 허용한다.
상기 푸리에-변환 홀로그램은 동일한 홀로그램 패턴을가지고 타일(tile)처럼 배열되어 있는 복수개의 홀로그램 소자로 구성된 홀로그램인 것이 바람직하다. 푸리에-변환 홀로그램이 넓은 영역을 갖고, 전체 광학 시스템의 구멍의 수가 높기 때문에, 레이저 전사 기계 가공 장치는 높은 효율과 높은 해상도로 기계 가공을 위한 전사 이미지를 전사할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 레이저 전사 기계 가공 장치는 상기 푸리에-변환 홀로그램에 의해 방사된 0차 회절광을 사용함에 의해 가공물을 기계 가공하도록 사용될 수 있다. 따라서, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 작업편을 보다 효과적으로 기계 가공하도록 푸리에-변환 홀로그램에 의해 발생된 광을 이용할 수 있다.
상기 레이저 전사 기계 가공 장치의 성형 유닛은 레이저 광원에 의해 방사된 레이저 빔의 크기를 조절하기 위한 빔 성형 광학 시스템과, 광학 시스템에 의해 조절된 빔 패턴을 가진 레이저 빔이 그 위로 입사되며 원하는 기계 가공 패턴에 대응하는 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 그를 통과하는 것을 허용하기 위한 마스크를 포함하는 것이 바람직하다. 작동에서, 상기 빔 성형 광학 시스템은 레이저 광원에 의해 방사된 레이저 빔의 크기를 조절한다. 상기 광학 시스템에 의해 조절된 레이저 빔이 마스크상에 입사되었을 때, 상기 빔 패턴은 기계 가공될 원하는 패턴에 대응하는 사전 설정된 빔 패턴과 동일하게 성형된다. 그후, 상기 마스크는 상기 성형된 빔 패턴을 가진 레이저 빔을 통과시킨다. 따라서, 상기 마스크의 레이저 광 전달성이 증가되고, 광 이용의 효율이 향상된다.
본 발명의 선택된 실시예에 따라 상기 레이저 전사 기계 가공 장치의 성형 유닛은 레이저 광원에 의해 방사된 레이저 빔을 안내하기 위한 광섬유와, 광섬유로부터 나온 빔 패턴을 가진 레이저 빔이 그위로 입사되며 기계 가공될 원하는 패턴에 대응하는 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 그를 통과하는 것을 허용하는 마스크를 포함한다. 작동에 있어서, 상기 레이저 광원에 의해 방사된 레이저 빔은 상기 광섬유에 의해 안내된다. 상기 광섬유에 의해 조절된 레이저 빔이 마스크상에 입사되었을 때, 상기 빔 패턴은 기계 가공될 원하는 패턴에 대응하는 사전 설정된 빔 패턴과 동일하게 성형된다. 따라서, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 높은 광 이용 효율을 제공하고, 광섬유를 통과하는 레이저 빔의 광 강도 분배가 균일하다. 그에 의해, 상기 장치는 안정되고 균일한 기계 가공될 패턴을 제공할 수 있다.
상기 레이저 전사 기계 가공 장치의 성형 유닛은 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유는 그 출력면이 상기 레이저 광원에 의해 방사된 레이저 빔을 안내하기 위하여 기계 가공될 원하는 패턴에 대응하는 빔 패턴과 동일하게 성형된다. 레이저 광원에 의해 방사된 상기 레이저 광은 광섬유에 의해 안내되고, 상기 성형된 빔 패턴을 가지는 레이저 광은 상기 빔 패턴과 동일하게 성형된 출력면의 외부로 방사된다. 따라서, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 높은 광 이용 효율을 제공하고, 상기 광섬유를 통과하는 레이저 광의 광 강도 분배가 균일하다. 그에 의해, 상기 장치는 균일하고, 안정된 기계 가공 패턴을 제공할 수 있다.
본 발명의 선택된 실시예에 따라서, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치의 성형 유닛은 상기 레이저 광원의 광학적 공동(optical cavity)내에 배치되고, 레이저 빔이 기계 가공될 원하는 패턴에 대응하는 빔 패턴을 가지도록 상기 광학적 공동내에서 발생된 레이저 빔의 빔 패턴을 규정하고, 성형된 빔 패턴을 가진 레이저 빔을 전달하기 위한 마스크를 포함한다. 작동에 있어서, 레이저 광원의 광학적 공동내에 배치된 마스크는 상기 레이저 빔이 기계 가공될 원하는 패턴에 대응하는 빔 패턴을 가지도록 광학적 공동내에 발생된 레이저 빔의 빔 패턴을 규정하고, 상기 마스크는 상기 성형된 빔 패턴을 가진 레이저 빔을 전달한다. 레이저원에 의해 방사된 레이저 광이 상기 마스크를 통과하고 그 때문에 상기 마스크의 레이저 광 전달성이 향상되기 때문에 레이저 광 이용의 효율이 증가되고, 레이저 빔은 높은 질을 갖는다.
그에 의해, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 높은 기계 가공 정밀도로 정밀한 기계 가공 작업을 제공할 수 있다.
상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 가공물상에 발생 유닛에 의해 발생된 복수개의 레이저 빔에 대응하는 전사 이미지를 투사하기 위한 전사 광학 시스템을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 발생 유닛이 전사 광학 시스템과 상기 가공물 사이에 배열되는 것이 바람직하다. 따라서, 전사 이미지의 위치는 레이저 광의 광축과 평행하게 발생 유닛을 병진시키는 것에 의해 조절된다. 작업편의 기계 가공될 위치는 고정밀도로 조절될 수 있고, 각각 동일한 패턴 배열을 가진 기계 가공될 패턴은 용이하게 제공될 수 있다.
본 발명의 선택된 실시예에 따라서, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 발생 유닛에 의해 발생된 복수개의 레이저 빔에 대응하는 전사 이미지를 가공물상에 투사하기 위한 전사 광학 시스템을 포함하고, 상기 발생 유닛은 상기 전사 광학 시스템과 상기 성형 유닛 사이에 배열된다. 따라서, 가공물상에 입사되는 레이저 빔의 입사각이 조절될 수 있다. 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 삼차원 구조물등이 작업편의 표면상에 형성되었을 때 삼차원 기계 가공 작업을 수행할 수 있다.
상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 상기 발생 유닛에 의해 발생된 복수개의 레이저 빔에 대응하는 전사 이미지를 가공물상에 투사하기 위한 전사 광학 시스템을 포함하고, 상기 전사 광학 시스템은 발생 유닛에 의해 발생된 레이저 빔의 광학적 경로상에 배치된 하나 이상의 렌즈를 포함하고, 상기 가공물은 렌즈의 이미지 초점에 배열된다. 따라서, 가공물상의 이미지 위치는 레이저 광의 광축에 평행하게 이동될 수 있다. 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 안정적인 레이저 기계 가공을 허용한다.
본 발명의 선택된 실시예에 따라서, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 발생 유닛에 의해 발생된 복수개의 레이저 빔에 대응하는 전사 이미지를 가공물상에 투사하기 위한 전사 광학 시스템을 포함하고, 상기 전사 광학 시스템은 상기 발생 유닛에 의해 발생된 레이저 빔의 광학적 경로상에 배치된 하나 이상의 렌즈를 포함한다. 발생 유닛의 하류측내의 렌즈의 구경 조리개(aperture stop)는 렌즈의 물체 초점 거리와 동일하고, 상기 발생 유닛은 상기 렌즈의 물체 초점에 위치된다. 따라서, 가공물상에 투사되는 전사 이미지내에 포함된 주 광선(main ray)은 직각으로 물체상에 입사된다. 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 상대적으로 두껍거나 단단한 가공물을 기계 가공하는 것을 가능하게 한다.
상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 발생 유닛으로부터 방출된 복수개의 레이저 빔의 일부를 선택적으로 차폐하기 위한 차폐 유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 차폐 유닛은 상기 발생 유닛으로부터 방출된 복수개의 레이저 빔의 일부를 선택적으로 차폐한다. 따라서, 상기 레이저 전사 기계 가공 유닛은 기계 가공 패턴을 용이하게 변화시킬 수 있다.
본 발명의 선택된 실시예에 따라서, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치의 발생 유닛은 입사 레이저 빔의 광 강도에 의존하는 그 자체의 광 강도를 각각 구비하는 복수개의 레이저 빔을 동시에 발생시키도록 사용된다. 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 각각의 전사 이미지의 레이저 광 강도를 규정할 수 있고, 다른 특성을 가진 복수개의 전사 이미지를 동시에 제공하도록 작업편을 기계 가공 할 수 있다.
상기 레이저 전사 기계 가공 장치의 발생 유닛은 복수개의 레이저 빔에 대응하는 각각의 전사 이미지가 적어도 전사될 물체상에 전사될 또 다른 이미지와 겹쳐지거나 접하는 방식으로 복수개의 레이저 빔을 동시에 발생시키도록 사용될 수 있다. 따라서, 대응하는 복수개의 레이저 빔이 물체상에서 적어도 또다른 빔에 인접하거나 겹쳐지도록 복수개의 이미지가 이미지화되는 위치에서 연속적인 기계 가공 구멍이 제조된다.
본 발명의 선택된 실시예에 따라서, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치의 레이저 광원은 그에 의해 방출되는 레이저 광의 파장의 대역폭을 좁히기 위한 유닛을 포함한다. 상기 레이저 광의 파장의 대역은 이 기구에 의해 좁혀진다. 따라서, 홀로그램을 포함하는 상기 광학 시스템의 색수차는 감소될 수 있고, 그 때문에 레이저 전사 기계 가공 장치는 높은 질의 레이저 기계 가공을 고정밀도로 수행하는 것을 가능하게 한다.
상기 레이저 전사 기계 가공 장치의 발생 유닛은 가공물을 기계 가공하기 위한 복수개의 레이저 빔에 부가하여 가공물상에 복수개의 레이저 빔을 위치결정하기 위한 하나 이상의 레이저 빔을 발생하도록 사용되는 것이 바람직하다. 따라서, 부가된 레이저 빔을 검출하는 것에 의해 상기 발생 유닛의 위치 조절등이 용이하게 수행될 수 있고, 그 때문에 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공 패턴의 위치를 용이하게 제어할 수 있으며, 고 정밀도로 고질의 레이저 기계 가공 작업을 제공할 수 있다. 본 발명의 선택된 실시예에 따라서, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 복수개의 발생 유닛과, 상기 복수개의 발생 유닛 중 하나를 선택하고 선택된 발생 유닛을 상기 성형 유닛으로부터 가공물로의 레이저 광의 광학적 경로상에 배열하기 위한 배열 유닛을 포함한다. 따라서, 원하는 발생 유닛을 선택하고 이미 설정되어 있던 유닛을 다른 유닛으로 교체하는 것에 의해 복수개의 발생유닛이 기계 가공에 함께 사용될 수 있다. 상기 레이저 젼사 기계 가공 장치는 다양한 종류의 기계 가공 패턴을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치의 성형 유닛은 마스크이고, 상기 마스크는 레이저 빔이 가공물내에 기계 가공될 원하는 패턴에 대응하는 빔 패턴을 갖게하기 위해 그를 통과하는 레이저 빔을 성힝하도록 형성된 패턴을 가진다.
상기 푸리에-변환 홀로그램은 재생된 이미지가 조정가능한 위상 분포를 가지도록 설계된다.
본 발명의 다른 목적과 장점은 첨부된 도면에서 예시된 바와 같이 본 발명의 선택된 실시예의 기술을 통해 명백해질 것이다.
(선택된 실시예의 상세한 설명)
본 설명은 제5도를 참조로 본 발명의 실시예를 기술한 것이다. 제5도는 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 나타내는 개략도이다. 도면에는 레이저 발진기(1; 레이저원)와, 편향 미러(2)와, 홀로그램(5; 발생수단)과, 마스크(6; 성형수단)와, 마스크(6)내에 형성된 마스크 패턴을 전사하기 위한 전사 렌즈(7; 전사 광학 시스템)와, 가공될 물체인 타겟(8; 작업편)과, 조사 렌즈(9)가 도시되어 있다. 제6도는 제5도에 도시된 레이저 전사 기계 가공 장치의 주된 소자들을 예시한 사시도이다.
작동에 있어서, 레이저 발진기(1)에 의하여 방사된 레이저 광은 마스크(6)로 가는 도중에 편향 미러(2)에 의해 편향된다. 조사 렌즈(9)는 레이저 광을 마스크의 전사될 마스크 패턴으로 향하게 한다. 마스크(6)는 기계 가공될 원하는 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분만이 그를 통과하도록 하는 소자이다. 성형된 패턴은 전사 렌즈(7)를 구비한 전사 광학 시스템에 의해 크기가 확대 또는 감소되어 홀로그램(5)을 통과한 이후에 기계 가공 타겟(8)상에 이미지화 된다. 따라서, 상기 패턴은 타겟(8)상에 기계 가공될 전체 패턴의 기본적인 요소가 된다.
제5도 및 제6도에 도시된 바와 같이, 레이저 광은 마스크(6)를 통과한 이후에 전사 렌즈(7)에 의하여 초점이 형성되고, 마스크(6)와 기계 가공 타겟(8) 사이에 삽입되어 있는 홀로그램(5)에 의하여 공간적으로 변조되며, 그래서 마스크(6)의 마스크 패턴에 대응하는 복수개의 전사 이미지가 기계 가공 타겟(8)상에 형성된다. 제6도에 도시된 마스크(6)로부터 전사 렌즈(7)까지의 거리(a)와, 전사 렌즈(7)로 부터 기계 가공 타겟(8)까지의 거리(b)의 사이는 1/F =1/a +1/b 의 관계가 성립되며, 여기서, F는 전사 렌즈(7)의 초점거리이다.
홀로그램(5)은 복수개의 전사 이미지를 발생시키는 입사 레이저 광을 분할하고, 분할 또는 재생된 레이저 빔들을 기계 가공 타겟(8)상의 사전설정된 위치에 전사 이미지로서 분배하는 역할을 한다. 즉, 홀로그램(5)은 작업편인 기계 가공 타겟상에서 복수개의 전사 이미지의 상대적인 위치를 동시에 규정하는 기능을 갖는다.
따라서, 마스크(6)의 단일 마스크 패턴을 사용하여서도 많은 이미지를 동시에 기계 가공 타겟(8)상에 투사할 수 있다. 기계 가공된 각각의 소자 패턴이 마스크(6)상에 형성된 마스크 패턴으로부터 전사된 패턴에 대응하기 때문에, 각각의 소자 패턴은 마스크(6)의 마스크 패턴에 의해 동일한 외형으로 엄밀하게 규정된다. 각각의 소자 패턴의 외형은 마스크(6)에 의하여 결정되고, 복수개의 기계 가공된 소자 패턴의 상대적인 위치는 홀로그램(5)에 의해 결정된다. 그러므로, 전체 기계 가공된 패턴은 마스크(6)와 홀로그램(5) 양쪽 모두에 의해 결정된다.
본 실시예의 레이저 전사 기계 가공 장치에 따라서, 기계 가공될 복수개의 동일한 소자 패턴은 마스크(6)상에 형성된 마스크 패턴을 사용함에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 그 때문에 동일한 외형이나 형상을 가진 구멍 등이 기계 가공 타겟(8)상에 천공된다. 마스크(6)는 단일 전사 이미지를 발생하기 위해서는 오직 단일의 마스크 패턴만을 갖는다. 소자 패턴의 외형이 유지되고 다른 작업편을 기계 가공하기 위해 단지 소자 패턴의 위치 변화만이 필요한 경우에, 상기 마스크(6)를 교환하는 것은 필요하지 않고, 단지 홀로그램(5)을 다른 것으로 교환하는 것으로 충분하다. 그러므로, 상술한 레이저 전사 기계 가공 장치는 동일한 기계 가공 소자 패턴을 가지는 복수개의 구멍을 천공하기 위한 구멍 천공 작업에 적합하다.
제5도에 도시된 바와 같이, 레이저 발진기(1)에서 방사되는 레이저 광(10)은 조사 렌즈에 의하여 오직 마스크(6)의 마스크 패턴에만 입사된다. 레이저 광이 마스크 패턴상에 초점을 맺는 것은 마스크(6)내에서 레이저 광의 에너지가 손실되는 것을 제거할 수 있으며, 그러므로, 레이저 전사 기계 가공 작업이 보다 효과적으로 수행될 수 있다. 초점 렌즈의 이미지를 맺는 지점(image foal point)에 배치되는 공간 필터는 홀로그램을 향해 조사되는 레이저의 응집성을 향상시키기 위하여 일반적으로 사용된다. 대조적으로, 조사 렌즈(9)에 의해 그 위로 레이저 광이 입사되는 마스크(6)는 조사 렌즈의 이미지를 맺는 지점에 배치될 필요가 없다. 마스크(6)는 레이저 빔이 초점을 맺는 위치에서의 레이저 빔의 메인 로브의 횡단폭에 대응하는 작은 크기를 가지는 공간 필터로 사용되는 핀-홀을 갖지 않는다. 마스크(6)는 임의의 형태의 마스크 패턴을 가질 수 있다. 따라서, 마스크(6)를 통과한 레이저 광은 항상 평평한 웨이브 전면을 갖는 응집성 광인 것은 아니다.
예를들어, 홀로그램(5)으로서 높은 회절 효율을 갖는 위상 홀로그램이 사용될 수 있다. 이런 위상 홀로그램은 입사 레이저 광의 수십%가 타겟상의 원하는 패턴으로 회절되도록 설계될 수 있다. 홀로그램의 구조는 하기에 상세하게 설명될 것이며, 여기서는 홀로그램에 의한 입사 레이저 광의 공간적 변조(spatial modulation)에 대하여 설명한다.
예로서, A.E.Siegman의 레이저(LASERS) 등의 소정의 참조 문헌에 기재된 바와 같이, 다음의 수학식은 ABCD 레이 메트릭스(ray matrix)로 특징될 수 있는 광학 시스템을 통해 전파되는 광의 회절 이미지를 나타낸다.
만일, 상술한 수학식에서 입력 이미지 U(X1)이 위상이 공간 주파수(a)에서 변화하는 변조판을 통과한다면, 회절 이미지는 하기와 같이 나타내진다.
어떠한 변조판도 삽입되지 않은 경우의 회절 이미지인 g(x2)는 Bλa에 의하여 변형되고, 그후, 상기 수학식의 우변에서 g(x2-Bλa)가 얻어진다. 우변에서 g(x2-Bλa)의 곱셈된 계수는 단지 위상만을 변화시킨다. 따라서, 만일 공간 주파수(a)를 가진 변조판이 첨가된다면, 이미지는 원위치에서 Bλa 만큼 이격된 위치에 나타난다. 더우기, 만일 광이 동일한 강도를 가지는 공간 주파수(a1)와 공간 주파수(a2) 양쪽에서 그를 통해 변조되는 변조판이 삽입된다면, 원래 위치로부터 각각 Bλa1과 Bλa2만큼 이격된 두 위치에서 두 개의 이미지가 나타나게 된다. 따라서, 복수개의 이미지가 상기 레이저 전사 기계 가공 장치의 광학 시스템에 홀로그램을 삽입함에 의해 복수개의 공간 주파수에 각각 대응하는 위치에서 동시에 형성되고, 상기 홀로그램은 첨가된 몇몇의 공간 주파수 성분으로 구성된 위상 분포를 가진 변조판으로서의 역할을 한다. 이 경우에 있어서, 만일, 전사 이미지의 위치가 서로 결합되지 않는 방식으로 이격된다면, 각각의 이미지가 임의의 위상을 갖는다고 하여도 간섭 주름(interference fringe)이 발생되지 않는다. 그러므로, 상기 수학식의 φ는 임의의 값이 될 수 있다. 따라서, 이미지의 위치에 대응하는 복수개의 공간 주파수 성분으로 구성된 홀로그램을 사용함에 의해 기계 가공 타겟(8)상의 원하는 위치에 원하는 숫자의 이미지가 각각 형성될 수 있다.
전사 이미지의 위치가 홀로그램(5)에 포함된 공간 주파수에 의해 결정되기 때문에, 전체 기계 가공될 패턴내에서 전사 이미지의 배열 분포는 홀로그램(5)의 홀로그램 패턴의 공간 주파수의 스펙트럼에 대응한다. 이미지의 분포는 푸리에-변환의 관계에 의해 홀로그램(5)의 홀로그램 패턴과 조합된다. 상기 이미지 위치에서 원형 외형을 가진 이미지를 형성하도록 원거리 영역(far-field)내에서 재생된 이미지를 재구성하는 푸리에-변환 홀로그램은 상기 관계를 만족한다. 본 실시예에서 사용되는 홀로그램은 일반적인 푸리에-변환 홀로그램 기록 방법에 의해 각각의 이미지 위치내에서 핀-홀을 형성하는 홀로그램 패턴을 기록하므로서 용이하게 제조될 수 있다. 홀로그램 패턴은 컴퓨터를 사용하여 설계될 수 있고, 그 때문에 홀로그램은 용이하게 제조된다. 더욱이, 푸리에-변환 홀로그램은 엑시머 레이저 등의 낮은 공간 응집성을 가진 레이저에 사용할 수 있다. 홀로그램(5)은 높은 회절 효율을 갖는 위상 홀로그램이다. 따라서, 광 이용의 효율이 향상된다.
그러므로, 본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공의 효율을 향상시키고, 기계 가공에 소요되는 시간을 단축하며, 장치의 신뢰성을 향상시킨다.
도면을 참조하여 홀로그램(5)과 같은 위상 홀로그램을 사용한 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 제7(a)도 내지 제7(c)도는 본 발명의 실시예에 따른 위상 홀로그램의 위상 분포 패턴을 설명한다.
제5도에 도시된 홀로그램(5)의 위상 분포 패턴은 타겟상의 각각의 전사 패턴의 위치에 각각 대응하는 복수개의 주파수를 첨가하는 것에 의하여 결정된다. 더우기, 위상 분포 패턴은 컴퓨터를 사용하여 계산하므로서 결정된다. 홀로그램(5)은 원활한 위상 분포를 가지며, 이는 몇개의 레벨로 양자화(量子化)할 수 있으며, 제조 공정의 모든 레벨에서 제조될 수 있다. 본 실시예에서, 홀로그램은 각각 초기 위상을 가지는 다양한 공간 주파수 성분이 첨가된 것이다. 이런 홀로그램의 위상이 양자화(quantized) 되었을 때, 양자화는 파라미터로서 첨가된 초기 위상값을 변화시킴에 의해 양자화 오류가 최소화되도록 최적화될 수 있다. 따라서, 높은 회절 효율과 낮은 소음을 가지는 홀로그램 패턴을 산정할 수 있다.
패터링(pettering) 공정에 있어서, 먼저 전체 홀로그램이 제7(a)도에 도시된 바와 같이 복수개의 셀(cells)로 분할되고, 각각의 셀의 위상이 제7(a)도에 도시된 바와 같이 0도와 180도의 두 레벨로 양자화되고, 상기 위상이 각각의 셀에 대해 산정된다. 그후, 원하는 전사 패턴의 배열을 얻도록 위상 분포 패턴이 산정된다. 제7(a)도에서 0도 위상의 셀(500a)은 백색 사각형으로 표시되어 있고, 180도 위상의 셀(500b)은 흑색 사각형으로 표시되어 있다. 제7(b)도는 위상 홀로그램의 위상 분포 패턴의 예를 도시한다. 제7(c)도는 제7(b)도의 위상 분포 패턴을 가진 위상 홀로그램에 의하여 성형된 전사 이미지의 분포를 예시한다. 전사 이미지는 제7(c)도에 백색점(501)에 나타나 있다. 비록 레이저 광용으로 사용되는 위상 홀로그램에 적합한 재료가 제한되어 있지만, 셀의 위상의 양자화와 컴퓨터에 의한 위상 분포 패턴의 결정은 최상의 재료가 없다 하더라도 실제로는 상대적으로 용이하게 상기 위상 홀로그램을 제조하는 것을 가능하게 한다.
본 실시예에 있어서, 입사광을 차폐하는 부분이 없는 위상 홀로그램이 회절 효율을 향상시키기 위해 사용되지만, 그러나, 입사광을 차폐하는 진폭 변조(A.M)형의 홀로그램이 상기 위상 홀로그램 대신 사용될 수 있다. 진폭 변조형 홀로그램은 비용으로 보다 용이하게 제조할 수 있다. 이런 홀로그램에 있어서, 제7(a)도에서 흑색으로 칠해진 부분은 입사광을 차폐하기 위하여 차폐 필름으로 제조된다. 그러므로, 상기 홀로그램의 기능이 단지 사전설정된 셀 상에 배치된 차폐 필름만으로서 달성되기 때문에, 상기 홀로그램은 저가로 용이하게 제조할 수 있다. 그러나, 상기 홀로그램의 회절 효율은 상기 위상 홀로그램 보다 낮다.
다음에, 본 실시예에서 레이저 빔 기계 가공 장치에 사용되는 위상 홀로그램의 예를 설명한다. 제 8(a)도 내지 제8(d) 도는 제7(a)도 내지 제7(c)도에 도시된 두 레벨 위상을 가진 다양한 위상 홀로그램의 구조를 설명하기 위한 횡단면도를 도시하고 있다.
제8(a)도에 있어서, 위상 변위 필름(51)이 석영 등의 기판(50)상에 배치된다. 각각 사전 설정된 폭을 가진 위상 변위 필름(51)은 위상 분포 패턴을 제공한다. 제8(b)도에서 위상 변위부(52)가 배열되어 있다. 상기 부분(52)은 에칭 공정에서 형성된 에칭 홈으로 구성된다. 각각 사전 설정된 폭을 가지는 위상 변위 필름(51)의 배열은 위상분포 패턴을 제공하게 된다. 제8(c)도에 있어서, 기판의 편향 지수와는 다른 편향 지수를 갖는 편향 지수 변화부(53; refractive index changing portion)는 석영 등의 기판(50)상에 배열된다. 각각 사전 설정된 깊이를 가지는 편향 지수 변화부(53)의 배열은 위상 분포 패턴을 제공한다. 위상 변위 필름(51)이 제8(a)도에 도시된 바와 같이 배열되어 있는 홀로그램에서, 위상 변위의 양은 변위 필름(51)의 폭에 따라 결정되고, 상기 필름의 폭은 용이하게 제어된다. 그러므로, 위상 변위의 오류는 작다. 그러나, 위상 변위 필름(51)과 기판(50)사이에 경계층이 있기 때문에, 이런 형태의 홀로그램의 광 차폐도(light-proof intensity)는 상대적으로 낮다. 다른 한편으로, 제8(b)도의 위상 홀로그램은 기층(50)이 직접적으로 에칭되고, 홀로그램이 경계면을 갖지 않도록 구성되어 있어서, 광 차폐도가 높다. 유사하게, 편향 지수 변화부가 배열되어 있는 제8(c)도의 홀로그램은 경계면을 갖지 않으며, 그 때문에 높은 광 차폐도를 갖는다.
위상 홀로그램의 표면의 평탄하지 못한 부분은 손상받기 쉬우며, 때때로 먼지 등이 덮힌다. 선택된 실시예에서, 제8(d)도에 도시된 바와 같이 다른 편향 지수를 갖는 두 개의 다른 재료로 제조된 기판(54,55) 사이에 배치된 위상 변위부(56)를 구비한다. 상기 홀로그램은 제8(e)도에 도시된 바와 같이 위상 변위부(56)가 배열되어 있는 기판(50)의 표면상에 적층된 안내판(57)을 포함하는 것이 바람직하다. 이런 구조를 가진 홀로그램에 있어서, 울퉁불퉁한 면이 장치내에서 대기중에 노출되지 않기 때문에 상기 홀로그램은 쉽게 손상받지 않으며, 수명이 길다. 더욱이, 상기 홀로그램의 면은 세척될 수 있다.
레이저 기계 가공용으로 사용되는 위상 홀로그램용으로 적합한 재료는 제한된다. 그 이유는 이런 위상 홀로그램이 높은 에너지를 가진 레이저 광에 의해 조사되고, 상기 홀로그램이 상기 조사되는 레이저 광의 파장에서 높은 전달성을 갖기 때문이다. 만약 전달성이 낮다면, 레이저 광의 더 많은 에너지가 홀로그램을 구성하는 재료내에서 흡수된다. 이는 상기 홀로그램의 열변형 및 손상을 유발한다. 그러므로, 상기 홀로그램은 반드시 조사되는 레이저 광의 파장에서 90% 이상의 전달성을 가지는 재료로 제조되어야만 한다.
제9도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램을 구비한 레이저 빔 기계 가공 장치의 부분적인 블록 다이어그램을 도시한다. 상기 도면에서, 제5도에 도시된 바와 같은 참조부호는 동일한 부분 또는 유사한 부분을 나타낸다.
본 실시예의 작동에 대하여 설명한다. 상기 마스크(6)를 통과한 레이저 광은 두 레벨 위상을 가진 위상 홀로그램인 홀로그램(5)에 의해 공간적으로 변조되어 복수개의 전사 이미지를 발생시킨다. 각각의 전사 이미지는 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사된다. 본 실시예의 전사 렌즈(7)와 홀로그램(5) 사이의 위치관계는 상술한 제5도의 실시예와는 다르다. 그러므로, 본 실시예에 의해서는 그와 다른 유리한 효과가 얻어진다. 조사 렌즈와, 전사 렌즈와, 마스크와, 홀로그램은 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 이런 배열은 하기에 세부적으로 기술될 것이다.
상술한 홀로그램이 각각의 셀의 각각의 위상이 두 레벨로 양자화되도록 구성되기 때문에, 공간 주파수(f)의 성분의 패턴은 공간 주파수(-f)의 성분의 패턴과 동일하다. 상기 홀로그램의 공간 주파수 스팩트럼은 홀로그램의 원점에 대해 대칭이다. 그러므로, 광학적 축에 대해 대칭인 패턴이 기계 가공될 전체 패턴으로서 설계되었을 때, 두 레벨 위상을 구비한 위상 홀로그램을 상기 장치에 사용하는 것은 정밀한 대칭 패턴을 형성하는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 이런 홀로그램은 용이하게 제조될 수 있다.
제10(a)도 내지 제10(c)도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 빔 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 횡단면도이다. 상술한 제7(a)도 내지 제7(c)도의 실시예에서 도시된 바와 같이, 두 레벨 위상을 가진 위상 홀로그램의 경우에, 쌍을 이루는 이미지가 원하는 패턴이 투사될 위치로부터 광축에 대해서 대칭인 위치에 나타나고, 그 이유는 주파수 스팩트럼이 홀로그램의 원점에 대해 대칭이기 때문이다. 그러므로, 어떠한 비대칭적인 패턴도 제 7(a)도 내지 제7(c)도의 홀로그램에 의해서는 얻어질 수 없다. 비대칭적인 패턴을 원하는 경우에, 각각의 셀의 각각의 위상이 레이저 전사 기계 가공 장치에 대해 셋이상의 복수개의 레벨로 양자화되어 있는 홀로그램을 사용하는 것은 비대칭적인 패턴을 정밀하게 재구성하는 것과, 작업편을 효율적으로 정밀하게 기계 가공하는 것을 가능하게 하며 그 이유는 공간 주파수(f, -f)의 성분에 의해 발생된 패턴이 대칭이 아니기 때문이다. 더욱이, 상기 홀로그램의 위상 분포가 다레벨(multi-level) 양자화를 사용하는 것에 의해 보다 정밀하게 산정된 위상 분포에 근접할 수 있기 때문에 쌍을 이루는 이미지가 제거되고, 홀로그램내에서 기재된 공간 웨이브의 고주파수 성분 등의 노이즈가 극도로 감소된다. 따라서, 셋 이상의 레벨의 위상을 가진 위상 홀로그램을 사용하는 것은 패턴을 보다 정밀하게 형성하는 것을 가능하게 한다.
제10(a)도 내지 제10(c)도를 참조로 실시예에 사용되는 다레벨 위상을 가지는 위상 홀로그램의 3가지 예를 설명한다. 제10(a)도의 홀로그램은 둘 이상의 계단을 구비한 층이 형성된 오목부에 의해 구성된 위상 변위부(52)를 포함한다. 제10(b)도의 홀로그램은 기판의 양쪽 표면상에 형성된 오목부에 의해 구성된 위상 변위부(52)를 포함한다. 바람직스럽게, 상기 홀로그램은 각각의 표면이 그 위에 형성된 전체 위상 단차의 수의 절반을 갖기 때문에 용이하게 제조할 수 있다. 제10(c)도의 홀로그램은 부분적인 투과성 필름(57)과, 홀로그램 기판(50)내에 형성된 오목부에 의해 구성된 위상 변위부(52)를 구비한다. 상기 홀로그램은 위상을 변화시키고, 입사광을 증폭시긴다. 엄밀히 말하면, 제10(c) 도의 위상 홀로그램의 이런 형태는 다레벨 위상을 구비한 홀로그램이 아니지만, 그러나, 세 레벨 위상을 구비한 상술한 홀로그램에서의 효과와 동일한 유효한 효과를 제공한다.
이런 홀로그램의 작용에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이 구성된 위상 홀로그램이 제5도 또는 제 9 도의 장치에 사용되었을 때, 이는 제7(a)도 내지 제7(c)도의 실시예에 따른 위상 홀로그램과 동일한 방식으로 작용한다. 세 레벨 이상의 위상을 구비한 다레벨 위상 홀로그램인 상기 홀로그램(5)은 복수개의 전사 이미지를 형성하도록 상기 마스크(6)를 통과한 레이저 광(10)을 공간적으로 변조시킨다. 각각의 이미지가 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사된다. 상기 전사 렌즈(7)와 홀로그램(5)의 위치 관계는 제5도에 도시된 실시예와는 다르다. 따라서, 상기 배열은 다른 유효한 효과를 유발한다. 조사 렌즈와 전사 렌즈와 홀로그램은 다르게 배열될 수 있고, 이는 하기에 기술된다.
셋 이상의 레벨을 가진 상술한 홀로그램에 따라서, 홀로그램의 공간 주파수 성분(f,-f)이 쌍을 이루는 이미지를 발생시키지 않고 다른 패턴을 발생시키기 때문에, 비대칭인 전체 기계 가공 패턴이 정밀하게 재구성되고, 그 때문에 타겟이 재생된 비대칭 이미지에 의해 정밀하고 효율적으로 기계 가공 된다. 더욱이, 위상의 다중 양자화는 쌍을 이루는 이미지의 제거에 부가하여 홀로그램의 정밀하게 근접한 위상 분포 때문에 홀로그램내에 기재된 공간적 웨이브의 고주파 성분 등의 노이즈가 감소될 수 있다. 세 레벨 이상의 위상을 구비한 위상 홀로그램은 작업편에서 보다 정밀하게 패턴을 형성하는 것을 가능하게 한다.
제11도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 사용되는 홀로그램의 구조를 도시하는 횡단면도를 예시한다. 상기 위상 홀로그램(5)은 전사 렌즈(7)상에 일체로 배치되어 있다. 제11도에 도시된 바와 같이, 상기 위상 홀로그램(5)은 전사 렌즈(7)의 평탄면상에 형성된다. 도면에 있어서, 두 레벨 위상 구도를 가진 위상 홀로그램이 도시되지만, 그러나, 본 실시예에서 사용되는 홀로그램은 특정 홀로그램에 제한되지 않고, 세 레벨 이상의 위상을 가진 위상 홀로그램이 전사 렌즈(7)상에 형성될 수 있다. 위상 홀로그램(5)이 전사 렌즈(7)상에 직접 형성되어 있는 일체 구조는 레이저 전사 기계 가공 장치를 구성하는 광학 소자의 숫자를 감소시키고, 그에 의해, 상기 장치의 배열 및 구조가 단순해진다.
상술한 바와 같이 구성된 위상 홀로그램은 제12도에 도시된 장치에 사용될 수 있다. 셋 레벨 이상의 위상을 구비한 다레벨 위상 홀로그램인 상기 홀로그램(5)이 전사 렌즈(7)상에 형성되고, 복수개의 전사 이미지를 형성하도록 마스크(6)를 통과하는 레이저 광(10)을 공간적으로 변조한다. 각각의 이미지가 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사된다. 상기 홀로그램의 단순한 일체형 구조는 홀로그램(5)과 전사 렌즈(7)를 독립적으로 조절할 필요가 없기 때문에 장치내의 광학 시스템을 정렬하는 것이 용이하다. 그러므로, 레이저 전사 기계 가공 장치의 비용이 감소될 수 있고, 기계 가공의 안정성이 향상된다.
제13도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치용으로 사용되는 홀로그램의 구조를 도시하는 도면이다. 본 실시예에 따른 상기 홀로그램(5)은 제13도에 도시된 바와 같이 동일한 패턴을 가진 복수개의 홀로그램판(또는 홀로그램 소자; 59)이 타일처럼 배열되도록 구성된다. 이 때문에, 하나의 홀로그램판(59)의 패턴은 반드시 그 엣지에서 앞의 판을 둘러싸는 다른 판의 패턴에 연속적이다. 일반적으로, 넓은 표면적을 가진 홀로그램을 제조하는 것은 어렵다. 예로서, 홀로그램 패턴을 산정하는 경우에, 홀로그램의 영역을 두배로 증가시켰을 때, 계산 매시(meshes) 계산의 밀도가 일정한 조건에서 메모리 크기의 양과, 산정에 소요되는 시간은 네 배 증가된다. 그러므로, 상대적으로 작은 영역을 구비한 홀로그램은 용이하게 설계 및 제조될 수 있다. 그러나, 홀로그램의 영역이 감소되었을 때, 전체 전사 광학 시스템의 수치적 구경은 감소되고, 그에 의해 이미지는 점점 어두워지고 그 때문에 해상도는 낮아진다. 대조적으로, 본 실시예에 따른 홀로그램이 동일한 홀로그램 패턴을 가진 타일처럼 배열된 복수개의 홀로그램판(59)을 포함하여 넓은 영역을 제공하기 때문에, 홀로그램 패턴은 용이하게 산정되고 제조될 수 있으며, 그 때문에 상기 홀로그램의 영역은 증가될 수 있다. 더욱이, 상기 홀로그램이 재구성된 이미지가 어두워지는 것과 해상도가 낮아지는 것을 방지한다. 상술한 바와 같이, 상기 홀로그램은 이미지 위치에 이미지를 투사하는 푸리에-변환 홀로그램이고, 상기 이미지 위치와 조합된 정보가 홀로그램의 공간 주파수 스펙트럼의 형태로 기록된다. 상기 이미지 위치는 상기 공간 주파수 스펙트럼의 정점에 각각 대응한다. 그러므로, 상기 스펙트럼내의 정점의 위치는 반드시 유지되는 반면에 복수개의 판의 패턴을 타일처럼 세팅하여야 한다. 이 때문에, 홀로그램 패턴이 제조되었을 때, 상기 스펙트럼 정점(또는 상기 이미지 위치 중 하나에 대응하는 주파수) 중 하나에 대응하는 공간 주파수를 구비한 각각의 웨이브가 양의 정수로 나누어진 패턴 크기와 동일한 파장을 가져야만 한다.
타일처럼 배열된 홀로그램판은 서로 다른 홀로그램 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에, 각각의 이미지를 위한 홀로그램의 수치적 구경은 하나의 홀로그램 패턴의 영역에 의해 규정되고, 그 때문에 해상도는 처음에 발생된 패턴의 영역에 의해 규정된다. 다양한 패턴을 가진 홀로그램판을 조합하는 것은 복잡한 기계 가공 패턴을 생산할 수 있고, 그러므로 전체 홀로그램 패턴이 용이하게 제조된다.
따라서, 용이하게 제조될 수 있는 홀로그램은 높은 수치적 구경을 가진 광학 시스템을 구성하고, 그에 의해 고효율 및 고 해상도의 기계 가공 작업을 전사 이미지의 선명도를 감소시키지 않고 제공할 수 있다.
제14(a)도와 14(b)도는 부분적인 개략도로서 본 발명의 실시예에 의한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조에 대한 부분 개략도이다. 도면에서, 제5도에 도시된 것과 동일한 부품에 대해서는 동일 부호를 사용한다. 제14(a)도와 14(b)도에 도시된 바와 같이 본 실시예의 레이저 전사 기계 가공 장치의 홀로그램은 전사 렌즈(7)와 기계 가공 타겟(8)사이에 배열된다.
단일 위상 홀로그램 형태의 홀로그램(5)은 복수개의 전사 이미지를 형성하도록 전사 렌즈(7)를 통과한 입사 레이저 광을 공간 변조한다. 각각의 이미지는 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟상에 투사된다.
홀로그램(5)으로부터 가공될 타겟(8)상에 ABCD 레이 매트릭스가 주어진다.
만약, 홀로그램(5)이 광학적 축에 대해 평행으로 이동이 되면 소자(B)의 값 혹은 ABCD 레이 매트릭스의(a-x)가 변화한다. 광학축과 전사 이미지가 투사되는 위치 사이의 거리는 소자(B)의 값에 비례한다. 제14(a)도 및 제14(b)도에 도시된 바와 같이, 전사 이미지의 위치는 소자(B)의 변화와 함께 변한다. 그러므로, 광학 축을 따른 홀로그램의 평행 이동이 전사 이미지의 위치 조정을 가능하게 한다. 기계 가공에 매우 높은 정확도가 요구 될 때, 또는 동일한 이미지 패턴이 타겟상에 형성되어 복수개의 가공작업을 수행할 때, 홀로그램(5)의 이동만으로 기계 가공 타겟의 위치 조절과 형성될 전체 패턴의 변화를 용이하게 수행할 수 있다. 제14(a)도 및 제14(b)도의 배열에서, 초점이 형성될 입사 레이저 광의 웨이브 전면은 전사 렌즈(7)를 통과한 이후에 홀로그램(5)에 의해 분할되고, 따라서, 전사 렌즈(7)가 이미지의 변형 없이 기계 가공 타겟의 전체 영역보다 더 작은 영역 내에 전사 이미지의 초점을 형성할 수 있다. 따라서, 렌즈의 직경이 감소될 수 있고, 수차를 용이하게 보정할 수 있기 때문에, 저가의 전사 렌즈가 전사 광학시스템에 사용될 수 있다.
제15(a)도 및 제15(b)도는 본 발명의 적합한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 일부 구조를 나타낸 부분 개략도이다. 도면에서 제 5도에 표시된 도면의 동일부분의 참조번호는 동일하게 표시한다. 제15(a) 및 15(b)도에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에서, 홀로그램(5)은 전사 렌즈(7)와 마스크(6)사이에 배열된다.
작동에 있어서, 위상 홀로그램 형태의 홀로그램(5)은 복수개의 전사 이미지를 형성하기 위해 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간적으로 변조한다. 각 이미지는 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사된다.
만일, 홀로그램(5)이 제14(a)도 및 제14(b)도의 방식과 같이 광학축과 수평으로 이동되면 ABCD 레이 매트릭스의 소자(a-x) 또는 B의 값이 변한다. 더우기, 제15(a)도 및 15(b)도에 도시된 실시예에서, 홀로그램(5)이 광학축과 평행하게 이동되기 때문에, 기계 가공 타겟(8)상에 입사되는 각 레이저 빔의 입사각은 변화된다. 따라서, 광학 시스템을 상술한 바와 같이 배열하는 것은 기계 가공 타겟(8)상에 투사된 각각의 전사 이미지에 대응하여, 각각의 레이저 빔의 입사각도를 전사 이미지의 위치에 부가하여 소정 범위 조절하는 것을 가능하게 한다. 가공을 위한 레이저 빔이 원하는 방향으로부터 평탄하지 않은 기계 가공 타겟(8)의 표면상에 입사될 필요가 있을때에는 본 실시예에 따른 광학 시스템의 배열이 레이저 빔을 정렬하는 것을 용이하게 한다.
제16도는 본 발명의 한 실시예에 의한 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 부분 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 부품은 같은 참조번호로 나타냈다. 제16도에 표시된 바와 같이 레이저 전사 기계 가공 장치는 두 개의 전사 렌즈(7a, 7b)로 구성되는 전사 광학시스템을 가지며, 홀로그램이 전사 렌즈(7a, 7b)사이에 배치된다. 마스크(6)는 전사 렌즈(7a; 초점거리 F1)의 물체 초점에 위치되고, 기계 가공 타겟(8)은 전사 렌즈(7b; 초점거리 F2)의 이미지 초점에 위치된다.
작동에 있어서, 예로서, 위상 홀로그램 형식의 홀로그램(5)은 복수개의 전사 이미지를 형성하기 위해 전사 렌즈(7a)를 통과하는 입사레이저 광(10)을 공간적으로 변조한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7b)에 의하여 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 각각 전사 이미지를 형성하게 된다.
상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 제16도에 도시된 바와 같은 광학 시스템 배열을 가지기 때문에, 홀로그램(5)이 광학축에 평행으로 이동되므로 ABCD 레이 매트리스 내의 소자 B의 값은 변하지 않는다. 그러므로, 타겟상에 투사되는 패턴은 홀로그램(5)의 위치가 변한다 하더라도 일정하게 되고, 패턴의 안정성이 향상된다.
제17도는 본 발명의 한 실시예에 의한 레이저 전사 기계 가공장치의 일부 구조의 부분 개략도이다. 도면에서 제5도에 도시된 부품과 동일한 부품에는 동일부호를 부여한다. 제17도에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 전사 렌즈(7)는 텔레센트릭(telecentric) 광학시스템이라 지칭되는 렌즈 배열내에서 이미지 측면에 배치되고, 여기에서, 구경 조리개(aperture stop 또는 pupil)는 렌즈의 물체 초점이다. 즉, 홀로그램(5)은 전사 렌즈(7)의 구경 조리개에 위치된다.
다음에 실시예의 작동에 대해 설명한다. 예로서, 위상 홀로그램 형태의 홀로그램(5)은 복수개의 전사 이미지를 형성하기 위해 전사 렌즈(7a)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 각각 전사 이미지를 형성한다.
본 실시예의 레이저 전사 기계 가공 장치는 제17도에 도시된 바와 같이 배열되기 때문에, 전사 렌즈(7)의 물체 초점을 통과한 모든 레이저 광은 상기 렌즈를 통과한 이후에는 광학축을 따라 이동하는 평행한 레이저 빔이 된다. 따라서, 기계 가공 타겟상에 전사 이미지로써 이미지 형성되는 레이저 빔의 모든 주된 광선은 제17도에 도시된 바와 같이 기계 가공 타겟(8)에 수직이다. 일반적으로, 레이저 빔의 주된 광선이 기계 가공 타겟(8)상에 경사진 전사 이미지로써 이미지 형성될 경우에, 초점의 깊이는 매우 얕아지고, 그 때문에, 기계 가공 타겟(8)이 소정폭을 갖는다면 천공된 구멍은 경사지거나 변형된다. 반대로 제17도에 도시된 배열에 따르면, 각각의 전사 이미지로써 이미지 형성되는 주된 광선이 기계 가공 타겟(8)에 수직이기 때문에, 초점의 깊이가 깊어지고, 따라서, 두꺼운 타겟이 용이하게 기계 가공될 수 있다.
제18도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치의 구조를 나타낸 개략도이다. 도면에서, 제5도에 도시된 부품과 동일한 부품에는 동일 부호를 부여한다. 그리고 참조번호 16a, 16b는 레이저 발진기(1)의 광학적 공동(optical cavity)을 형성하는 미러를 나타낸다.
작동에 있어서, 레이저 광(10)은 레이저 발진기(1)에 의하여 방사되고, 조사렌즈(9)에 의해 마스크(6)의 마스크 패턴 상에 입사되어 초점을 맺는다. 앞에 설명한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 통과하는 것을 허용하기 위한 소자이다. 성형된 빔 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 전에 전사 광학 시스템에 의해 크기가 팽창 또는 축소되어서 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램의 형태인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 각각 전사 이미지를 형성한다.
본 실시예에서, 레이저 광은 단지 마스크(6)상의 마스크 패턴상에만 입사된다. 레이저 광이 마스크 패턴에 용이하게 초점이 형성되기 때문에, 마스크의 레이저 광의 투과성이 높아진다. 이 결과, 전사 효율이 개선되고, 장치의 가공효율이 개선된다. 양호한 효과를 얻기 위해서, 마스크(6)의 배열과 레이저 광에 의해 타겟을 조사하는 방법이 중요하다.
제18도에 도시된 실시예에서, 레이저 광(10)은 조사 렌즈(9)에 의해 마스크(6)의 마스크 패턴에 초점이 형성되고, 따라서, 마스크(6)의 에너지 투과성이 높아지고 광의 이용성 효율이 개선된다. 레이저 발진기(1)의 광학적 공동은 미러(16a, 16b)에 의해 구성되는 불안정한 광학적 공동으로 형성되고, 따라서, 발진기(1)에 의하여 방사되는 레이저 광의 발산(divergence)이 감소된다. 레이저 광의 발산이 감소되기 때문에, 사전 설정된 크기로 마스크(6)상에 조사점(illuminated point)을 형성하기 위해 필요한 조사 렌즈(9)의 초점 거리가 길어질 수 있다. 결과적으로, 마스크를 통과한 광의 발산이 감소되고, 그 때문에, 전체적인 전사 광학 시스템의 구경이 수치적으로 낮은 레벨에서 유지될 수 있으며, 그에 의해, 전체 광학 시스템이 구조가 간단해진다.
제19도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 나타낸 개략도이다. 도면에서 제5도에 도시된 부품과 등일한 부품에는 동일한 부호를 부여한다. 그리고, 참조번호 15로 표시된 것은 입사 레이저 빔을 위한 레이저 빔 성형 광학시스템(성형수단)이다.
작동에 있어서, 레이저 광(10)은 레이저 발진기(1)에 의하여 방사되고, 초점을 맺고, 마스크(6)의 마스크 패턴에 입사되기 전에 레이저 빔 성형 광학시스템(15)에 의하여 레이저 빔의 빔 패턴이 성형된다. 상기 설명과 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 빔을 통과시키는 소자이다. 성형된 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 이전에 전사 광학 시스템에 의해 크기가 축소 또는 팽창되고, 전체적인 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 공간 변조된 복수개의 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되어 전사 이미지를 각각 형성한다.
레이저 빔 성형 광학시스템(15)은 빔의 횡단면의 형상이 마스크(6)의 마스크 패턴과 동일하도록 레이저 빔의 크기를 레이저 빔의 크기를 팽창 또는 축소시킴으로써 레이저 빔을 성형하기 위해 사용된다. 따라서, 마스크(6)의 에너지 투과성이 향상되고, 그 때문에, 광 이용의 효율이 향상된다. 그에 의해, 레이저 전사 기계 가공 장치의 기계 가공 효율이 향상된다.
제20도는 본 발명의 실시예에 의한 레이저 전사 기계 가공장치의 구조를 나타낸 개략도이다. 도면에서, 제5도와 같은 부품의 부호는 같은 부호로 하며, 참조번호 23은 광섬유(성형수단)이다.
실시예의 동작에 관하여 설명한다. 레이저 발진기(1)에 의하여 방사되는 레이저 광(10)은 초점을 맺고, 광섬유(23)의 입사면상에 입사된다. 광섬유(23)에 의하여 안내되는 레이저 광은 광섬유(23)의 방출면에서 방출된다. 마스크(6)는 광섬유(23)의 방출면의 근방에 위치한다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분을 통과시키는 소자이다. 성형된 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 이전에 전사 광학 렌즈에 의해 크기가 팽창 또는 축소되고, 기계 가공될 전체 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 전사 이미지를 각각 형성한다.
마스크(6)에 입사되는 레이저 광의 에너지 투과성의 개선을 위하여 가능하면 마스크 패턴에 유사한 레이저 빔 패턴으로 레이저 광을 얻을 필요가 있다. 그러나, 입사광의 빔 패턴이 종래의 기술에 의해 마스크 패턴과 유사하게 성형될 때, 전체 마스크 패턴을 균일한 광강도(light intensity) 프로파일을 가진 레이저 광으로 조사하는 것은 어렵다. 반대로, 본 실시예에 따른 광섬유(23)는 그 방출면에서 균일한 광강도의 프로파일을 가진 레이저 빔을 얻을 수 있다. 더욱이, 광섬유(23)의 횡단면 형상과 유사한 마스크 패턴을 가진 마스크(6)가 상기 섬유의 바로 뒤에 배열된다. 그러므로, 원하는 기계 가공 패턴을 얻도록 레이저 빔을 성형할 때, 마스크의 투과성이 높아지고, 입사 레이저 광의 광강도 프로파일이 균일해진다. 이 결과, 높은 효율과 안정된 레이저 가공이 제공될 수 있다. 광섬유의 방출면이 마스크 대신 마스크 패턴으로서 이용될 수 있다.
제21도는 본 발명의 실시예에 의한 레이저 전사 기계 가공장치의 구조를 나타낸 개략도이다. 도면에서 제5도와 동일한 부품은 동일부호를 부여하며, 참조번호 16a, 16b는 레이저 발진기(1)의 광학적 공동의 미러를 나타낸다. 마스크(6)는 레이저 발진기(1)의 광학적 공동에 위치한다.
실시예의 동작에 대하여 설명한다. 레이저 발진기(1)에서 발생하는 모든 레이저 빔은 마스크(6)를 통과하고, 공동 미러(16b)를 경유하여 레이저 발진기(1)로 부터 방출된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 통과하는 것을 허용하기 위한 소자이다. 성형된 빔 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 전에 전사 광학 시스템에 의해 크기가 팽창 또는 축소되어서 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램의 형태인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 각각 전사 이미지를 형성한다.
레이저 발진기(1)는 마스크(6)가 그 내부에 배열되는 광학적 공동을 포함하며, 여기에 마스크(6)가 배열되고, 전체 레이저 광의 일부가 마스크(6)를 통과하므로서 발진기(1)에 의하여 레이저 광이 방사된다. 따라서, 본 실시예에 따라, 레이저 광이 광학적 공동의 외측의 마스크(6)와 결합되는 경우에 비하여 보다 높은 효율이 얻어진다. 더우기, 단지 마스크(6)의 마스크 패턴을 통과하는 광축을 따라 이동하는 레이저 광 만이 방사되기 때문에, 확산이 작은 고품질의 레이저 광이 얻어질 수 있다. 선택된 실시예에서, 레이저 광학적 공동의 미러(16a 및 16b)는 동심(concentric) 광학적 공동 미러이며, 마스크(6)의 마스크 패턴이 미러의 곡률 중심에 연결되는 축상에 위치한다(제21도 참조). 이 구성은 레이저 발진기의 효율을 저하시키지 않고 기계 가공을 위한 기본 패턴을 가진 레이저 빔을 얻을 수 있다. 이결과, 높은 광 이용 효율이 얻어지며, 레이저 전사 기계 가공 장치의 가공 효율이 개선된다.
제22도는 본 발명에 의한 실시예에 따르는 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 나타낸 개략도이다. 도면에서 제5도의 부품과 동일한 부품은 동일부호를 부여한다. 그리고, 참조부호 100은 레이저 앰프를 나타낸다.
본 실시예의 동작에 관하여 설명한다. 레이저 광(10)이 레이저 발진기(1)에 의해 방사되어 초점을 맺고, 마스크(6)의 마스크 패턴상에 조사 렌즈(9)에 의하여 입사된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 통과하는 것을 허용하기 위한 소자이다. 성형된 빔 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 전에 전사 광학 시스템에 의해 크기가 팽창 또는 축소 되어서 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램의 형태인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 레이저 광은 홀로그램의 공간 변조이전에 레이저 강도를 증가시키기 위해 레이저 앰프(100)에 의해서 증폭된다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 각각 전사 이미지를 형성한다.
마스크(6)는 홀로그램에 의해 모든 전사 이미지로 분할되는 모든 레이저 광의 에너지를 통과시켜야 한다. 레이저 광의 조사 강도는 마스크 상에서 매우 크다.
그 결과, 마스크(6)를 손상시킬 위험이 있다. 그러므로, 마스크(6)상에 입사되는 레이저 광의 강도는 상술한 실시예에서 제한되어 있다. 반대로, 제22도에 도시된 레이저 전사 기계 가공 장치에 의하면, 레이저 광이 마스크(6)를 통과하고 나서 레이저 앰프(100)에 의해 증폭되기 때문에, 마스크(6)를 통과할 때 큰 레이저 강도를 가질 필요가 없다. 높은 에너지를 가진 레이저 빔이 레이저앰프(100)로부터 방출될 수 있다. 따라서, 레이저앰프는 마스크(6)에 큰 열부하를 적용하지 않고 높은 에너지의 레이저 광으로 기계 가공하는 것을 허용한다.
제23도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치의 구조를 나타낸 개략도이다. 도면에서 제5도에 나타낸 동일 부품에는 동일부호를 부여한다. 참조부호 25는 마스크(6)의 마스크 패턴의 근방으로부터 반사된 레이저 광을 마스크(6)의 마스크패턴을 향해 되돌리는 미러이다. 하나의 미러가 광이 입사되는 마스크(6)의 표면상에서 마스크 패턴의 근방에 위치되거나, 광이 입사되는 마스크(6)의 전체면에 미러가 배치된다.
다음에 실시예의 작동에 대해 설명한다. 레이저 발진기(1)에 의하여 방사되는 레이저 광(10)이 초점을 이루고, 조사 렌즈(9)에 의하여 마스크(6)의 마스크 패턴상에 입사된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 갖는 입사 레이저 광의 성분을 통과시키는 소자이다. 성형된 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 입사되기 이전에 전사 광학 시스템에 의해 크기가 팽창 또는 축소되고, 전체 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 복수개의 공간 변조 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 전사 이미지를 각각 형성한다. 마스크(6)를 통과하지 않고 마스크 패턴의 근방으로부터 반사된 레이저 광은 미러(25)에 의해 반사되어서 마스크 패턴으로 다시 돌아간다.
일반적으로 마스크의 불투명한 부분과 충돌하는 레이저 광은 분산되며, 여기서 이용이 되지 않고 분산되는 광은 레이저 광의 손실이다. 반대로, 본 실시예의 레이저 전사 기계 가공 장치에 따라서, 제23도에 도시된 바와 같이, 적어도 마스크(6)의 마스크 패턴의 근방에 있는 불투명한 부분에 미러가 배치되고, 이에 의해, 마스크(6)를 통과하지 않고 반사되는 레이저 광이 미러(25)에 의해 반사되어 마스크 패턴으로 되돌아간다. 이 결과, 레이저 광의 손실이 감소되고, 또 광의 이용효율이 개선되며, 따라서, 레이저 전사 기계 가공 장치의 가공효율이 개선된다.
제24도는 본 발명의 실시예에 의한 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 나타낸 개략도이다. 도면에 제5도에 표시한 부품과 동일부품은 동일부호를 부여한다. 마스크(6)는 마스크 패턴상에 입사되는 레이저 광을 제외한 나머지 레이저 광을 차폐하는 단순한 소자가 아니며, 마스크 패턴을 제외한 마스크의 부분이 프리즘 소자로 구성 되어서, 장치의 광학축 외측의 입사 레이저 광을 편향시킨다.
본 실시예의 동작에 대하여 설명한다. 레이저 발진기(1)에 의하여 방사되는 레이저 광(10)이 초점을 이루고, 마스크(6)의 마스크 패턴상에 조사 렌즈(9)에 의하여 입사된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 통과하는 것을 허용하기 위한 소자이다. 성형된 빔 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 전에 전사 광학 시스템에 의해 크기가 팽창 또는 축소 되어서 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램의 형태인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 각각 전사 이미지를 형성한다. 마스크(6)의 마스크 패턴상에 입사되지 않고, 마스크 패턴 근방에 배치된 프리즘으로 들어간 레이저 광은 광학축 외측으로 편향된다.
마스크(6)는 홀로그램에 의해 모든 전사 이미지로 분할될 모든 레이저 광의 에너지를 통과시켜야 한다. 레이저 광의 조사 강도는 마스크상에서 매우 크다. 그 결과, 마스크(6)에 손상을 발생시킬 위험이 있다. 그러므로, 상기 설명된 바와 같은 구조의 단지 레이저 광을 차폐하기 위한 마스크는 마스크 패턴상에 입사되는 레이저 광을 제외하고 나머지 모든 레이저 광을 흡수하게 되며, 따라서, 마스크가 열에 의하여 손상을 받는다. 반대로, 제24도에 도시된 실시예에 의한 마스크(6)는 레이저 광이 마스크를 통과 하므로 레이저 광의 흡수가 없게 된다. 통과된 레이저 광은 분산된다. 따라서, 마스크(6)에 적용되는 열하중은 감소되고, 열손상이 방지될 수 있으며, 따라서 레이저 기계 가공 공정이 높은 에너지의 레이저 광을 사용하여 안정적으로 수행될 수 있다.
제25도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 나타낸 개략도이다. 도면에서 제5도에 표시한 부품과 동일 부품은 동일부호를 부여한다. 마스크(6)는 단순히 마스크 패턴상에 입사되는 레이저 광을 제외한 레이저 광의 차폐를 위한 소자가 아니며, 제25도에 표시된 바와같이 콘덴서 콘의 형태이다.
실시예의 동작에 관하여 설명한다. 레이저 발진기(1)에 의해 방사되는 레이저 광(10)은 초점을 이루고, 또 마스크(6)의 마스크 패턴상에 조사 렌즈(9)에 의해 입사된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 통과하는 것을 허용하기 위한 소자이다. 성형된 빔 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 전에 전사 광학 시스템에 의해 크기가 팽창 또는 축소 되어서 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램의 형태인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 각각 전사 이미지를 형성한다. 레이저 광은 콘덴서 콘 형태의 마스크(6)상에 입사되고, 레이저의 빔 패턴은 마스크(6)의 마스크 패턴에 대응하는 콘의 출구형상에 의해 규정된다. 마스크 패턴을 제외한 부분상에 입사된 레이저 광은 콘덴서 콘의 내면과 충돌하고, 상기 내면에 의해 랜덤(random) 반사되며, 그에 의해, 반사된 레이저 광의 에너지가 전체 콘덴서 콘에서 흡수된다.
마스크(6)는 마스크는 홀로그램에 의해 모든 전사 이미지로 분할될 모든 레이저 광의 에너지를 통과시켜야 한다. 마스크(6)의 표면에 조사되는 레이저 광의 강도는 매우 크다. 따라서, 결과적으로, 마스크(6)를 손상시키는 위험 부담율이 발생한다. 그러므로, 마스크 패턴상에 입사된 레이저 광을 제의한 레이저 광을 단지 차폐하기 위한 구조를 가진 상기 마스크들은 레이저 광을 많이 흡수하여 열에 의한 손상을 입게된다. 반대로 제25도와 같이 본 실시예에 따른 마스크(6)는 무작위 상태로 레이저 광을 반사하고, 마스크(6)를 통과하지 못한 레이저 광은 넓은 면적에 흡수된다. 그렇기 때문에, 마스크(6)에 까지 인가된 열부하는 감소되며 열에 의한 피해를 방지할 수 있으므로, 레이저 가공 공정은 높은 에너지를 가진 레이저 광을 사용하여 안정하게 수행할 수 있다.
이와는 달리, 제26도와 같이 콘덴서 콘 형태의 마스크(6)는 마스크 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분을 통과시키는 복수개의 마스크(60)를 구비하는 다단 마스크로 구성될 수 있다. 레이저 광은 마스크(60)에 의하여 단계적으로 부분적으로 차단된다. 그러므로, 한 개의 마스크(60)에 흡수된 에너지는 감소될 수 있으며, 그 에너지의 감소는 마스크의 열 부하를 감소시켜 주므로 마스크의 손상 및 뒤틀림 현상을 제거할 수 있는 결과를 야기시켜 준다.
제27도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면상에서, 제5도와 같이 동일한 도면 부호는 동일한 부품 및 유사한 부품을 나타내며 도면 부호 27은 마스크(6)의 마스크 패턴 주위에 있는 공기 흐름 등의 가스의 흐름을 허용하는 노즐을 나타낸다.
실시예의 작동에 관하여 상세하게 설명한다. 레이저 발진기(1)에 의하여 방사된 레이저 광(10)은 한곳으로 모아지고, 조사 렌즈(9)에 의하여 마스크(6)의 마스크 패턴상에 입사된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 통과하는 것을 허용하기 위한 소자이다. 성형된 빔 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 전에 전사 광학 시스템에 의해 크기가 팽창 또는 축소 되어서 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램의 형태인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 각각 전사 이미지를 형성한다. 노즐(27)은 마스크(6)의 마스크 패턴 주변에 가스를 공급하여 마스크(6)를 냉각시킨다.
마스크(6)는 홀로그램에 의하여 전사 이미지로 분할되는 레이저 광의 모든 에너지들을 통과시켜야 한다. 마스크(6)에 조사되는 레이저 빔의 강도는 매우 크다. 결과적으로, 마스크(6)에 손상을 입힐 위험이 있다. 그러므로, 마스크 패턴 위에 입사된 레이저 광 이외의 레이저 광을 단지 차폐시키는 구조를 갖는 상술한 마스크는 이전의 레이저 광을 흡수하여 마스크가 열에 의한 피해를 입을 수 있다. 이와 반대로, 제27도와 같이 본 실시예에 따라서 2개의 노즐(27)을 통하여 마스크(6)에 냉각된 가스가 고속으로 유입되므로 냉각 가스의 유입이 마스크(6)의 마스크 패턴 주변에까지 효과적으로 이루어져서 보다 많은 냉각 효과를 얻을 수 있다. 그러므로, 마스크의 열손상을 방지할 수 있으며, 따라서, 레이저 기계 가공 과정은 높은 에너지의 레이저 광을 이용하여 안정하게 수행할 수 있다. 실시예에서, 노즐 대용으로 냉각 팬 또는 그와 유사한 장치가 냉각된 가스를 마스크로 보내거나 한곳으로 집중시키기 위하여 사용될 수 있다.
제28도는 본 발명의 실시예에 따른 마스크를 도시하는 사시도이다. 상기 도면에서 제5도와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품이고, 도면 부호 319는 마스크(6)의 한쪽 표면에 배치한 핀(fin)을 나타낸다. 본 실시예의 마스크는 제27도의 실시예에서와 같이 동일한 방법으로 레이저 전사 기계 가공 작업이 진행되는 동안 마스크(6)의 온도가 상승되는 것을 저지하여 가공 과정중 정밀도를 저하시킴을 방지하고, 마스크의 손상을 방지하기 위한 것이다.
실시예의 작동에 관하여 상세하게 설명한다. 핀(319)은 마스크의 표면적을 증가시키고 그렇게 하므로서 마스크(6)의 온도가 상승되는 것을 막아준다. 이에 의해서, 열팽창으로 인한 마스크(6)의 변형과 마스크를 통과한 레이저 광의 빔 패턴의 변형을 감소시키고, 따라서, 가공 정밀도가 더욱 떨어지는 요인들로부터 마스크를 보호한다. 따라서, 본 발명의 가공 장치의 신뢰도가 증가된다.
제29도는 본 발명의 실시예에 따른 마스크를 나타내는 사시도이다. 상기 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내고, 도면부호 320은 냉각 파이프를 도시하며, 상기 냉각 파이프는 파이프가 마스크(6)의 한면에 인접하도록 마스크(6)의 한쪽 표면상에 배열된다. 본 실시예의 마스크는 상술한 제27도의 마스크와 같은 방법에 의하여 가공의 정밀도를 저하시킴과 마스크의 손상을 방지하기 위해 레이저 전사 기계 가공 작업이 진행되는 동안 마스크(6)의 온도가 상승되는 것을 저지하려고 한다.
실시예의 작동에 관하여 상세하게 설명한다. 냉각 파이프(320)를 경유하여 흐르는 냉각수(321)는 레이저 광(10)에 의하여 마스크(6)의 온도가 상승되는 것을 감소시켜준다. 이에 의해서, 열팽창으로 인한 마스크(6)의 변형과 마스크를 통과한 레이저 광의 빔 패턴의 변형을 감소시키고, 따라서, 가공 정밀도가 더욱 떨어지는 요인들로부터 마스크를 보호한다. 따라서, 본 발명의 가공 장치의 신뢰도가 증가된다.
제30도는 본 발명의 실시예에 따른 마스크를 나타내는 사시도이다. 상기 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내며 도면 부호 321은 마스크 패턴 이외에 한쪽면에 입사된 광을 반사 시켜주기 위하여 마스크(6)의 마스크 패턴 주변에 배열해 놓은 반사 미러를 나타낸다. 본 실시예의 마스크는 상술한 제27도의 실시예와 같은 방법으로 기계 가공의 정밀도를 저하시킴과 마스크의 손상을 방지하기 위하여 전사 이미지에 의한 기계 가공 작업이 진행되는 동안 마스크(6)의 온도가 상승되는 것을 방지해 준다.
실시예의 작동에 관하여 상세하게 설명한다. 마스크 패턴을 제외한 일부상에 입사된 광은 마스크 패턴에 인접한 차폐 부분에 배열되어 있는 반사 미러(321)에 의하여 반사 된다. 마스크(6)내에 흡수되는 레이저 광이 감소되고, 그러므로, 레이저 광(10)에 의하여 마스크(6)의 온도가 상승되는 것을 감소 시켜준다. 이것은 열팽창으로 인한 마스크의 변형과 마스크를 통과한 레이저 광의 변형을 감소시킨다. 그러므로, 가공 장치의 신뢰도는 증가된다.
제31도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내고, 도면 부호 691은 디스크 형태의 마스크(6)를 회전시켜 마스크 패턴을 변화시켜서 마스크(6)상에 형성된 마스크 패턴중 하나를 선택하는 회전 마스크 변환 구동 유닛을 나타낸다. 마스크(6)는 복수개의 마스크 패턴을 구비한 원형 모양의 디스크 판이고, 마스크 패턴의 중심이 원의 원주에 배열되어 있으며, 마스크의 축은 회전 마스크 변환 구동 유닛(691)의 중심축과 동일하다.
실시예의 작동에 관하여 상세히 설명한다. 레이저 발진기(1)에 의하여 방사된 레이저 광(10)이 한곳으로 모아지고 이것은 조사 렌즈(9)에 의하여 마스크(6)의 마스크 패턴 위에 투사된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 통과하는 것을 허용하기 위한 소자이다. 성형된 빔 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 전에 전사 광학 시스템에 의해 크기가 팽창 또는 축소되어서 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램의 형태인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 각각 전사 이미지를 형성한다.
만약, 마스크(6) 위에 한개의 마스크 패턴이 입사 레이저 광에 의하여 손상을 입게되면, 회전 마스크 변환 구동 유닛(691)에 의하여 마스크(6)가 회전함으로서 손상을 입지 않은 다른 마스크 패턴으로 대체된다.
마스크(6)는 홀로그램에 의하여 전사 이미지로 분할되는 레이저 광의 모든 에너지들을 통과시켜야 한다. 마스크(6)에 조사되는 레이저 빔의 강도는 매우 크다. 결과적으로, 마스크(6)에 손상을 입힐 위험이 있다. 그러므로, 마스크 패턴 위에 입사된 레이저 광 이외의 레이저 광을 단지 차폐시키는 구조를 갖는 상술한 마스크는 이전의 레이저 광을 흡수하여 마스크가 열에 의한 피해를 입을 수 있다. 이와 반대로, 제30도와 같이 본 실시예에 따라서 복수개의 마스크 패턴이 제공되어지고 현재의 마스크 패턴은 다른 마스크 패턴에 의해 쉽게 대체될 수 있다. 현재의 마스크 패턴이 손상을 입게 되는 경우, 마스크의 정비는 쉽게 이루어진다. 즉 다른 마스크 패턴이 레이저 전사 기계 가공 장치를 재활성화시키기 위하여 레이저광의 광경로상에 위치하게될 것이다. 이와 같이 레이저 가공 공정은 쉽게 이루어질 수 있다.
제32도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내고, 도면부호 805는 반사형 위상 홀로그램을 나타낸다.
반사형 위상 홀로그램(805)은 제33도와 같이 복수개의 선형부분(예를 들면, 양각된 부분(reliefs))을 가지고 있고, 상기 선형 부분은 그 위치에 따라 입사레이저 광의 위상을 변화시킨다. 반사형 위상 홀로그램(805)에서, 반사된 레이저 빔(820)의 방향은 제34 도에 도시된 바와 같이, 레이저 빔을 구성하는 레이저 광선의 그룹 중에서 임의의 두 레이저 광선(810a, 810b) 사이의 간섭에 의해 결정된다(반사광(820a, 820b)은 레이저 광선(810a, 810b)에 각각 해당한다). 상기 방향은 선형 부분의 피치(pitch; L)와 입사 레이저 빔의 입사각(θ)의 함수에 의해 규정된다.
제33도에 도시된 바와 같이, 반사형 위상 홀로그램(805)은 입사 레이저 광에 대하여, 입사 레이저 광(810a) 및 그 0차(zero-order) 회절광(820)에 의하여 결정된 가상(imaginary) 평면(830)이 가상 평면(840)과 평행하도록 배열되고, 상기 가상 평면(840)은 하나의 선형부분을 포함하면서 반사형 위상 홀로그램(805)에 직교한다. 입사 레이저 광(810)에 대한 위상 홀로그램(805)의 배열에 있어서, 그 표면(도면에서는 Z 방향)에 대하여 수직 방향인 위상 홀로그램의 이동은 근본적으로 2개의 레이저 광 사이에서 간섭을 받아도 변화되지 않으므로 위상 홀로그램(805)에 의해 기계 가공 타겟(8)에 제공될 사전 설정된 패턴은 변화하지 않는다. 그러나, 반사광(820)의 방향은 이동되기 때문에, 타겟상의 가공 부분이 변화된다. 이와 같이 본 실시예에 따른 홀로그램은 기계 가공 패턴을 변화시키지 않고 기계 가공 타겟(8)상의 전사 이미지의 위치를 변화시킬 수 있다.
이와는 반대로, 제35도에 도시된 바와 같이 위상 홀로그램(805)이 입사 레이저 광(810) 및 그 0차 회절광(820)에 의하여 결정된 가상 평면이 상기 위상 홀로그램(805)에 직교하도록 배열되어 있는 경우에 있어서, Z 방향에서 위상 홀로그램(805)의 이동은 기계 가공 타겟 위에서 전사된 패턴의 변화를 가져온다.
그러므로, 반사형 위상 홀로그램(805)은 입사 레이저 빔에 대하여 제33도에 도시된 바와 같이 배열되어야만 한다. 홀로그램의 Z위치의 변화는 가공될 패턴을 변화시키지 않고서 타겟(8) 위에 가공될 패턴이 쉽게 자리 잡도록 만들어 준다.
레이저 빔 및 반사형 위상 홀로그램(805)에 의해 규정된 각도와 기계 가공 오류의 빈도 사이의 관계가 하기에 기술된다. 제36도는 레이저 빔(810)과 위상 홀로그램(805) 사이의 각도(850)의 한정을 도시하는 개략도이고, 제37도는 레이저 빔(810)과 반사형 위상 홀로그램(805)에 의하여 규정된 각도(850)와 가공 과정에서 일어나는 오차의 빈도(%) 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 제37도에 도시된 바와 같이, 가공 과정에서 나타나는 오차의 빈도는 레이저 빔과 위상 홀로그램(805) 사이의 각도가 증가됨에 따라서 증가된다. 특정 조건하에서 실시한 실험에 있어서, 레이저 빔과 반사형 위상 홀로그램(805) 사이의 각도는 45°로 고정되어 있을 때, 가공 과정에서 발생될 수 있는 오차의 빈도는 약 5%이다. 만약, 가공되는 과정중 오차의 빈도가 5%를 넘지 않게 하기 위해서는 레이저 빔과 위상 홀로그램(805) 사이의 각도는 45°로 유지시키거나 그 이하로 유지시켜야 한다.
제38도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도에 도시된 바와 같이 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내고 도면부호 6a는 가공되는 기본 패턴이 형성된 1차 마스크이고, 6b는 홀로그램(5)에 의하여 발생된 복수개의 전사 이미지 중의 일부를 선택적으로 통과시키고, 나머지 부분은 차폐시키는 2차 마스크를 나타내고, 7a는 1차 전사 렌즈이고 7b는 2차 전사 렌즈를 나타낸다.
실시예의 작동에 관하여 상세하게 설명한다. 레이저 발진기(1)에 의해 방사된 레이저 광(10)은 한곳에 모아지고, 조사 렌즈(9)에 의하여 마스크(6a)의 마스크 패턴 위에 입사된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6a)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 통과하는 것을 허용하기 위한 소자이다. 성형된 패턴을 가진 레이저 광은 홀로그램(5)상에 입사된다. 예로서, 위상 홀로그램의 형태인 홀로그램(5)은 마스크(6a)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7a)에 의해 제2 마스크(6b)상에 입사된다. 제2 마스크(6b)는 모든 전사 이미지중 단지 일부만을 선택적으로 통과시키고, 그후, 전사 렌즈(7b)가 제2 마스크를 통과한 전사 이미지의 일부를 기계 가공 타겟상에 복수회 전사한다.
전자 인쇄 회로기판용으로 구멍을 천공하는 많은 경우에, 가공될 복수개의 패턴은 조금씩 서로 다를 필요가 있다. 그와 같이, 조금씩 서로 다른 가공될 패턴들을 가지고 있는 미세한 홀로그램이 만들어지므로 제조원가는 상승하게 된다. 이에 반해서, 홀로그램(5)에 의해 발생된 복수개의 전사 이미지들 중 일부 이미지만을 기계 가공 타겟(8)으로 전사하도록 선별적으로 투과하는 역할을 하는 실시예에 따른 2차 마스크(66)는 용이하게 제조될 수 있고, 제조비용이 낮으며, 그에 따라 다양한 기계 가공 패턴들을 가공하는 기계 가공 공정이 높은 광 이용 효율로 용이하게 실행될 수 있다.
제39도는 본 발명에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면에서 제5도에 도시된 바와 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사 부품을 나타내고, 도면부호 631은 복수개의 전사 이미지중 일부의 광강도가 나머지 전사 이미지의 광강도와 다르도록 형성된 홀로그램 패턴을 가진 홀로그램을 나타내고, 도면부호 632a 내지 632d는 홀로그램(631)에 의하여 발생된 전사 이미지이며, 633은 레이저 발진기용 제어 유닛이다.
실시예의 작동에 관하여 상세히 설명한다. 레이저 발진기(1)에 의하여 방사된 레이저 광(10)은 한곳에 모아지고, 조사 렌즈(9)에 의하여 마스크(6)의 마스크 패턴위에 입사된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 통과하는 것을 허용하기 위한 소자이다. 성형된 빔 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 전에 전사 광학 시스템에 의해 크기가 팽창 또는 축소 되어서 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램의 형태인 홀로그램(5)은 마스크(6a)를 통과한 입사 레이저 광(10)을 공간 변조하여 복수개의 전사 이미지를 형성한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 렌즈(7)에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 각각 전사 이미지를 형성한다.
제39도에 도시된 바와 같이, 홀로그램(631)의 홀로그램 패턴은 복수개의 전사 이미지를 재구성하는 홀로그램 등으로 형성되며, 전사 이미지 중 일부의 광강도는 나머지 이미지의 강도와 다르다. 예를 들어, 전사 이미지(632a, 632d)의 광강도는 이미지(632a, 632d)와 마찬가지로 기계 가공 타겟(8) 위에 투사된 이미지(632b, 632c)의 강도보다 약하다. 기계 가공 타겟(8)은 입사광 빔의 강도가 증가되기 때문에 더 빨리 가공된다. 그러므로, 본 실시예에 따라서, 타겟(8) 위에 이미지(632a, 632d)가 전사된 이미지들의 위치에 다공성 구멍이 생길때까지 타겟을 레이저 빔으로 연속 조사할 경우, 이미지(632b, 632c)가 전사된 이미지의 위치에서 시추한 구멍들은 타겟을 다공화시키지 못한다. 제40도는 상기와 같은 경우에 있어서 제39도의 라인 I - l'을 따른 기계 가공 타겟(8)의 단면도를 도시한 것이다. 이와 같이 실시예에 따른 홀로그램은 타겟위에서 전사 이미지의 위치에 따라서 서로 다른 깊이를 갖는 구멍으로 시추를 할 수 있다.
제41도는 본 실시예를 사용한 기계 가공 공정의 경우에서 작업편인 타겟(8)의 가공면상에 기계 가공되는 패턴의 실시예를 도시한다. 홀로그램(631)은 기계 가공 타겟(8) 위에 9개의 전사 이미지(634a 내지 634i)로 재구성되며, 전사 이미지(634a, 634c, 634e, b34g 및 634i)의 광강도는 기계 가공 타겟(8) 위에 생긴 다른 이미지(634b, 634d, 634f 및 634h)의 광강도 보다 높다. 그 경우에, 만일, 전사 이미지가 투사되는 모든 위치에서 관통 구멍이 천공될 때까지 레이저 광으로 조사한다면, 제42도에 도시된 바와 같이 기계 가공 타겟(8) 위에는 9개의 관통 구멍이 만들어진다. 전사 이미지(634a, 634c, 634e 및 634g와 634i)가 투사되는 위치에서 타겟에 구멍이 관통되었을 때 만일, 레이저 광에 의한 조사를 중단한다면 다른 시추된 구멍들은 타겟을 관통하지 못하게된다. 이와 같은 가공 작업에 있어서는 제43도에 도시된 바와 같이, 단지 5개의 관통 구멍만이 만들어 진다. 이와 같이 레이저 전사 기계 가공 장치는 홀로그램을 대체 하지 않고서, 다른 패턴들을 만들 수 있으며, 따라서 복수개의 가공 장치 및 가공에 소요되는 많은 시간들을 절약할 수 있다.
레이저 광의 강도는 레이저 여기 회로(exciting circuit)의 출력 전압을 변경해 주므로서 레이저 발진기의 제어 유닛(633)에 의하여 변경시킬 수 있거나 그와 유사한 방법으로 행할 수 있다. 이와는 달리, 레이저 발진기의 주파수는 레이저 광의 강도를 조절시켜 변경할 수 있다.
본 실시예에서, 복수개의 전사 이미지 중 일부의 광강도가 나머지 전사 이미지의 광강도와 다르도록 설계된 홀로그램 대신에, 광을 감소시키는 마스크가 입사 레이저 광의 강도를 감소시키는 수단으로 사용될 수 있다. 본 실시예에 따라 홀로그램을 설계하는 것은 하나의 전사 이미지에서 광강도가 감소되는 것이 다른 전사 이미지들의 강도를 증가시켜주는 결과를 가져오므로 입사광을 효과적으로 사용하여 고효율성으로 이용하게 된다.
제44도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면에서 제39도와 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내며 도면부호(635a, 635b)는 홀로그램(631)에 의하여 발생되는 전사 이미지들을 나타낸다.
실시예의 작동에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 홀로그램(631)의 홀로그램 패턴은 복수개의 전사 이미지들을 재구성하며, 복수개의 전사 이미지 중 일부의 강도는 다른 이미지들의 강도와 다르다. 예를 들어, 전사 이미지(635a)의 강도는 제45도와 같이 이미지(635b)의 강도 보다 크다. 전사 이미지가 작업편인 기계 가공 타겟(8)상에 형성될때, 기계 가공 타겟(8)을 이동시킬 수 있는 이동장치(도면상에는 도시되어 있지 않음)에 의하여 이동된다. 이동하는 동안, 전사 이미지들은 레이저 광을 조사하므로서 유지된다.
본 실시예의 레이저 기계 가공 공정의 예가 제46도에 도시된다. 제46도에서 전사 이미지의 횡단 위치는 제45도의 이미지의 횡단 위치에 대응한다. 기계 가공 타겟(8)은 도면상에서 아래쪽으로 이동한다. 따라서, 타겟(8)은 가장 낮은 면인 A에서 가장 높은 곳인 G로 순차적으로 가공된다. 물론, 레이저 광의 강도가 클수록 타겟은 더욱 빨리 기계 가공된다. 제46도의 실시예와 같이 타겟이 A에서 B로 가공될 경우, 제45도의 전사 이미지(635a)의 부분은 가공될 수 있고 전사 이미지(635b)의 부분은 가공될 수 없는 강도로 레이저 광으로 조사한다. 다음에, 타겟이 B지역에서 C지역으로 가공되는 경우, 제45도에 도시된 바와 같이 물체는 레이저 광으로 강도를 증가시킴으로서, 전사 이미지(635a, 635b)를 가공할 수 있는 강도를 가진 레이저 광으로 조사된다. 이와 유사하게, 타겟이 C에서 D로, E에서 G로 가공될 경우, 제45도에 도시된 바와 같이 물체는 전사 이미지(635a)의 부분만이 가공될 수 있는 강도를 갖는 레이저 광으로 조사된다. 더우기, 물체가 D에서 E로 가공될 경우 제45도와 같이 물체는 전사 이미지(635a, 635b)의 두 부분이 가공될 수 있는 강도를 가진 레이저 광으로 조사된다. 이러한 공정은 제46도에 도시된 바와 같은 패턴을 기계 가공 타겟(8)상에 만들 수 있다. 이와 같이, 전사 이미지에 입사광의 총 에너지를 불균일하게 배분하는 것과, 입사된 레이저 광의 강도를 변화시켜 주므로서 가공하려는 패턴을 여러 형태로 제공받을 수 있다. 그러므로, 가공 장비의 수량과 기계 가공에 필요한 시간들을 절감할 수 있게 된다.
레이저 광의 강도는 레이저 여기 회로의 출력 전압을 변경시키는 등의 방식으로 레이저 발진기의 제어 유닛(633)에 의하여 변경시킬 수 있다. 이와는 달리, 레이저 발진기의 주파수는 레이저 광의 강도를 조절하여 변경시킬 수 있다.
제47도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사 부품을 나타내고 도면 번호 637은 타겟(8)상에 형성된 반복되는 기계 가공 패턴중 하나의 패턴과 동일한 기본 전사 패턴에 대응하는 마스크 패턴이 새겨진 마스크를 나타내고, 도면부호 638은 마스크(637)에 의해 규정된 패턴을 각각 구비한 복수개의 전사 이미지 각각이 겹쳐지도록 또는 다른 이미지에 인접하도록 설계된 홀로그램을 나타낸다. 제47도의 실시예에서, 마스크(637)는 교차형 마스크 패턴을 가지고 있다.
실시예의 작동에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 상술한 실시예에서와 같이, 만약, 기계 가공 타겟상의 각각의 이미지의 각각의 이미지 위치에서 마스크(637)의 기본 기계 가공 패턴이 다른 패턴과 인접하지 않고, 다른 패턴과 겹쳐지지 않도록 홀로그램(638)이 제조된다면, 마스크(637)의 기본 기계 가공 패턴에 대응하는 교차형 패턴은 각각의 전사 이미지의 각각의 이미지 위치에 형성된다. 이와는 반대로 상기 홀로그램(638)은 복수개의 전사 이미지들이 일렬로 정열되고, 인접한 전사 이미지들이 서로 인접하거나 겹쳐지도록 설계된다. 그러므로 제47도에 도시된 바와 같이, 외과 수술로 인하여 생긴 흉터를 닮은 복수개의 교차형 패턴들이 반복하여 만들어진다.
이와 유사하게, 마스크(637)를 사용하여 제48(a) 도에 도시된 바와 같이 배열되어 있는 원형 마스크 패턴 위에 제48(c)도와 같은 타원형 구멍을 시추할 수 있으며, 홀로그램(638)은 제48(b)도에 도시된 바와 같이 인접해 있는 이미지들이 한줄로 서로 겹쳐서 복수개의 전사 이미지들을 재구성하도록 적용된다.
또한, 제49(a)도와 같이 나열되어 있는 사각형 마스크 패턴 위에 마스크(637)를 사용하여 제49(c)도와 같은 절단 가공 공정을 수행할 수 있으며, 홀로그램(638)은 제 49(b)도에 도시된 바와 같이 인접한 이미지에 접근하거나 이미지들이 한줄로 서로 겹쳐서 복수개의 전사 이미지들을 재구성하도록 적용된다.
더우기, 제50(a)도에 도시된 바와 같이 나열되어 있는 사각형 마스크 패턴 위에 마스크(637)를 사용하여 제50(c)도에 도시된 바와 같이 H형의 구멍을 시추할 수 있으며, 홀로그램(638)은 제50(b)도에 도시된 바와 같이 인접해 있는 이미지들이 서로 겹치거나 인접해 있는 각각의 이미지들이 H형태로 정열되도록 복수개의 전사 이미지들을 재구성하도록 적용된다.
이와 유사하게, 제51(a)도에 도시된 바와 같이 나열되어 있는 형태의 마스크 패턴 위에 마스크(637)를 사용하여 제51(c)도에 도시된 바와 같이 마스크 패턴과는 서로 다른 目자 형태의 구멍을 시추할 수 있으며, 홀로그램(638)은 제51(b)도에 도시된 바와 같이 인접해 있는 이미지들이 각각의 이미지들과 겹쳐서 복수개의 전사 이미지들을 재구성하여 目자 형상 패턴을 형성하도록 적용된다.
이와 같이, 마스크에 의하여 제한된 마스크 패턴의 복사물 뿐 아니라 마스크(637)의 복사된 마스크 패턴의 반복패턴 또는 홀로그램에 의하여 방사된 전사 이미지들의 위치 및 마스크(637)의 마스크 패턴을 변화시켜서 마스크(637)의 마스크 패턴과는 아주 다른 패턴들을 형성하며 이들은 서로 결합된다. 그 결과로서 이런 단순한 홀로그램 패턴을 구비한 홀로그램은 타겟 위에서 광범위한 패턴 및 복잡한 패턴을 가공할 수 있다.
제52도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면상에서, 제5도와 같은 부품 번호는 동일 부품 또는 서로 유사한 부품을 나타내고 부품 번호 601은 도면에서와 같이 화살표 A의 방향에서 편향 미러(2)를 회전 또는 병진 운동을 시킬 수 있는 편향 미러 구동 장치를 나타내고 602는 도면에서 보는 바와 같이 화살표 B방향에서 마스크(6)를 움직이는데 사용하는 마스크 구동 장치를 나타 낸다.
실시예의 작동에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 레이저 발진기(1)에 의하여 방사된 레이저 광(10)은 한곳에 모아지고, 조사 렌즈(9) 및 편향 미러(2)를 경유하여 마스크의 마스크 패턴위에 입사된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 가공될 빔 패턴을 가진 입사된 레이저 광 성분들이 통과될 수 있도록 허용하는 소자들이다. 성형된 패턴은 기계 가공 타겟(8) 위에 전사되기 전에 전사 광학 시스템에 의하여 크기가 팽창 또는 축소되어 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예를 들어, 위상 홀로그램 형태인 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 입사 레이저 광(10)이 복수개의 전사 이미지들을 만들기 위하여 공간적으로 변조된다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 각각 전사 이미지를 형성하도록 기계 가공 타겟(8) 위에 투영된다.
편향 미러(2)와 마스크(6)가 고정되어 있는 경우 레이저 발진기(1)에 의하여 방사된 레이저 광(10)은 광경로를 통하여 일정하게 이동하고 전사 렌즈(7)를 통과한 후 홀로그램의 동일한 부분 위에 일정하게 입사된다. 결과적으로, 홀로그램에 의하여 재구성된 레이저 빔은 기계 가공 타겟(8)의 표면 위의 동일한 부분에 일정하게 모아지므로 항상 동일한 패턴이 가공된다.
본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 제52도에 도시된 바와 같이 마스크(6)를 평행 이동시켜서 그의 위치를 변경시키는 마스크 구동 장치(602)를 포함한다. 마스크 구동장치(602)는 직교 방향에 있는 마스크(6)를 광축 방향으로 움직이므로서, 마스크(6)를 통과한 레이저 광의 광경로를 변경시킬 수 있으며, 그렇게 하므로서, 레이저 광의 광경로를 변경시키는데 따라서 기계 가공 타겟(8) 위에 전사 이미지들의 이미지 위치가 변경된다. 마스크의 운동 범위가 마스크(6) 위에 입사된 레이저 광의 빔 크기보다 큰 경우, 마스크(6) 위에 입사된 레이저 빔의 빔 위치는 마스크의 위치가 변화됨에 따라서 변경되어야 한다. 이를 위하여, 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 편향 미러 구동 장치(601)를 포함한다. 편향 미러 구동 장치(601)는 필요한 경우 화살표(A)의 방향에서 편향 미러(2)를 회전시키거나 병진 운동시키는데, 이는 조사 렌즈(9)를 통과한 레이저 광의 편향 방향을 변경시키거나 레이저 광의 광경로 홀로그램(5) 및 기계 가공 타겟(8)으로 변경시키기 위함이다. 마스크(6)가 마스크 구동장치(602)에 의해 병진 운동할 경우, 편향 미러 구동 장치(601)는 레이저 광이 마스크(6) 위에 있는 마스크 패턴으로 들어가도록 입사광의 광경로를 마스크(6)에 조절하기 위하여 편향 미러(2)를 회전시키거나 병진 운동시킨다.
입사 레이저 광의 광경로를 마스크로 변경시키는 것은 홀로그램 및 마스크와 유사한 광학적 소자를 교환시키지 않고서, 타겟을 가공시킬 부분의 위치를 변경시킬 수 있다. 그렇게 하므로서, 가공에 필요한 많은 가공 장비 및 시간을 절약할 수 있다.
제53도는 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의하여 기계 가공 타겟의 표면을 가공시킨 패턴의 예를 설명한 것이다. 마스크(6)가 고정되어 있을 때, 일부, 예를 들어, 전사 이미지(603a, 603b, 603c)가 투사되어 있는 3 부분을 천공한다. 마스크 구동 장치(602)에 의하여 마스크(6)의 병진 운동은 전사 이미지(603a, 603b, 603c)의 3위치와는 전혀 다른 604a, 604b, 604c의 3개의 전사 이미지들이 만들어졌으며, 그후, 3개의 새로운 구멍이 새로운 위치에 만들어 졌다.
제54도는 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 의하여 기계 가공 타겟(8)의 가공된 표면 위에 천공된 패턴의 또다른 예이다. 기계 가공 타겟(8) 위에 3개의 이미지들의 위치가 마스크(6)의 병진 운동에 의하여 계속적으로 변화하는 반면 레이저 광이 계속 방사되는 경우 평평한 원형 모양의(605a, 605b, 605c)가 천공되었다.
상기 실시예에서 편향 미러(2)는 조사 렌즈(9)와 마스크(6) 사이에 배치되어 있다. 배열하는 방법에 있어서, 편향 미러(2)는 레이저 발진기(1)와 조사 렌즈(9)사이에 배열할 수 있다. 이와 같은 경우에 상술한 바와 동일한 장점을 제공 받을 수 있다. 더우기, 편향 미러(2) 대용으로 음향 광학 편향기(AOD 소자; acoustic optical deflector)가 레이저 광의 광경로를 변경시키는데 사용될 수 있다. AOD는 상술한 바와 같은 장점을 제공해줄 수 있다.
제55도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면에서 제52도에서와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면 부호 606은 편향 미러 구동 장치(601), 마스크 구동 장치(602) 및 레이저 발진지(1)를 조절하는데 사용하는 제어 유닛을 나타내고, 607은 제어 유닛(606)과 레이저 발진기(1)를 전기적으로 접속시켜주는 신호선을 나타내고, 608은 제어 유닛(606)과 편향 미러 구동 장치(601)를 전기적으로 접속시켜주는 신호선을 나타내며, 609는 제어 유닛(606)과 마스크 구동 장치(602)를 전기적으로 접속시켜주는 신호선을 나타낸다.
제55도에 도시된 레이저 전사 기계 가공 장치에 따라서, 편향 미러 구동장치(601), 마스크 구동 장치(602) 및 레이저 발진기(1)가 제어 유닛(606)에 의하여 조절되어 기계 가공 타겟(8) 위에 원하는 모양의 천공을 얻을 수가 있다. 본 기계 가공 장치는 레이저 광의 입사 방향 및 마스크의 위치를 변경시키는 동시에, 레이저 발진기(1)의 발진 작용을 조절할 수 있다. 그러므로, 본 레이저 전사 기계 가공 장치는 제53도에 도시된 바와 같이 원형 모양의 가공 공정과 제54도의 선형 모양의 가공 공정 사이에 정확한 선을 그어 구분지을 수 있다.
제56도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내고 도면 부호 612는 홀로그램(5)을 지지하는 홀더를 나타내고, 613은 홀로그램(5)을 구비한 홀더(612)를 회전시키는 회전 구동 장치를 나타내고, 614는 회전 구동 장치(613)의 원주형 홀더를 나타내며, 615는 회전 구동장치(613)와 레이저 발진기(1)를 조절하는 제어 유닛을 나타내고, 617은 제어 유닛(615)을 레이저 발진기(1)와 전기적으로 접속시키는 신호선을 나타내며, 616은 제어 유닛(615)을 회전 구동 장치(613)와 전기적으로 접속시키는 신호선을 나타낸다.
작동중에 홀로그램(5)은 고정되어 있고, 레이저 광의 광경로가 일정하게 유지되는 경우, 레이저 발진기(1)에 의하여 방사된 레이저 광(1)은 항상 광경로 상에서 이동하며, 전사 렌즈(7)를 통과한 레이저 광은 일정하게 홀로그램(5)의 동일한 부분위에 입사된다. 여기에서, 레이저 빔은 기계 가공 타겟(8)의 동일한 표면상에 모아지므로서 항상 동일한 패턴이 얻어진다.
실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 제56도와 같이 홀로그램(5)을 회전 시킬 수 있는 회전 구동 장치(614)를 포함한다. 회전 구동 장치(613)는 홀로그램(5) 및 홀더(614)를 반대로 회전시키기에 적합한 홀더(612)를 보조해주는 홀더(612) 사이에 배치되어 있다. 홀로그램(5)이 회전할 경우, 기계 가공 타겟(8) 위에서 복수개의 전사 이미지들의 이미지 위치는 타겟의 기계 가공면 위에서 회전한다. 예를 들어, 홀로그램(5)이 제57도와 같이 배열되어 있는 푸리에 위치에서 전사 이미지를 재구성하기 위하여 합성될 경우, 제56도에서 화살표(C) 방향에 있는 홀로그램(5)의 회전은 화살표(D) 방향에 있는 기계 가공 타겟(8)의 표면상에서 전사될 이미지들이 회전하는 결과가 된다. 회전하는 동안 레이저 발진기(1)가 제어 유닛(615)의 통제하에서 진동되지 않는 경우, 제58도에 도시된 바와 같이 원둘레 주변을 돌고 있는 원형 패턴들이 천공된다. 이와 유사하게, 홀로그램(5)이 진동을 유지시켜주는 레이저 발진기(1)에 의하여 회전되는 경우, 제59도에 도시된 바와 같이, 아크(arc) 형태의 선형 패들이 천공된다.
이같은 홀로그램의 회전은 마스크, 홀로그램 등의 광학 소자를 교환하지 않고서도 기계 가공 타겟 부분의 위치들을 변경할 수 있다. 동일한 마스크와 홀로그램을 이용하므로서, 여러가지 패턴의 레이저 전사 기계 가공 과정을 실현시킬 수 있다. 그러므로, 상당량의 기계 가공용 장비와 기계 가공에 소요되는 시간들을 절약할 수 있다.
실시예에 따른 회전 구동 장치(613)는 2개의 홀더 사이에 배열되어 있는 구조들로만 제한되는 것은 아니다. 모터를 사용하여 홀더를 회전시킬 수 있는 또 다른 회전 메커니즘을 사용할 수 있다. 이러한 경우에, 상술한 바와 같은 동일한 장점들을 제공받을 수 있다.
실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치는 제어 유닛(615)을 포함하고 있기 때문에, 홀로그램(5) 및 레이저 발진기(1)를 동시에 조절할 수 있다. 예를 들어, 홀로그램(5)이 회전하는 동안 레이저 발진기(1)는 중지된다. 레이저 전사 기계 가공 장치는 홀로그램(5)에 의하여 발생된 전사될 이미지들의 이미지 위치를 변경 시키는 반면 레이저 발진기(1)의 진동 작용을 조절할 수 있다. 그러므로, 레이저 전사 기계 가공 장치는 제58도에서 원형 모양의 패턴의 기계 가공 작업과 제59도에서 선형 모양의 패턴의 기계 가공 작업 사이에서 정확하게 선을 그어 구분할 수 있다.
제60도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계화 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면 부호 601은 도면 상에서 화살표(A)의 방향에 편향 미러(2)가 병진운동 또는 회전운동을 시킬 수 있는 편향 미러 구동 장치를 나타내고, 도면 부호 620은 도면 상에서 화살표(C)의 방향에 홀로그램(5)을 회전시킬 수 있는 회전 구동 장치이고, 도면부호 615는 회전구동 장치(620)와 레이저 발진기(1)를 조절할 수 있는 제어 유닛이며, 도면 부호 617은 제어유닛(615)을 레이저 발진기(1)와 전기적으로 접속 시켜주는 신호선을 나타내며, 도면 부호 616은 제어 유닛(615)을 회전 구동 장치(620)와 전기적으로 접속을 시켜주는 신호선을 나타낸다.
작동중에, 편향 미러(2)와 홀로그램(5)이 고정되는 경우 레이저 발진기(1)에 의하여 방사된 레이저 광(10)은 항상 광경로 위를 이동하고, 전사 렌즈(7)를 통과한 레이저 광은 일정하게 홀로그램(5)의 동일한 부분에 입사된다. 레이저 빔이 기계 가공 타겟(8)의 동일 표면상에 모아지므로 항상 동일한 패턴이 얻어진다.
실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 제60도에 도시된 바와 같이 홀로그램을 회전시켜주는 회전 구동 장치(620)와 편향 미러 구동 장치(601)를 포함한다. 홀로그램(5)을 회전시키기 위해 제5b도의 상술한 실시예와 같이 동일한 구조를 갖는 회전 구동 장치(620)를 장치하므로서 기계 가공 타겟(8) 위에 만들어진 복수개의 전사 이미지들의 위치를 회전시킬 수 있다. 그러므로, 편향 미러(2)는 편향 미러 구동 장치(601)에 의하여 병진 운동을 하는 경우, 기계 가공 타겟(8)의 표면상에 만들어진 복수개의 전사 이미지들의 이미지 위치를 편향 미러의 병진운동에 따라 변경 할 수 있다. 2가지의 운동을 조합시키므로 기계 가공할 물체(8)의 표면에서 만들어진 전사 이미지들을 물체의 표면상에서 다른 임의의 위치로 움직일 수 있다. 그러한 경우에 홀로그램(5)은 제60도에 도시된 바와 같이 기계 가공면 위에서 이미지 위치(621a) 위에서 이미지가 재구성되며, 홀로그램(5) 위에 입사된 조사 레이저 광의 입사 위치를 편향 미러(2)로 병진운동시켜 변경시켜 주므로서 거리(γ)에 의하여 원래의 이미지 위치로부터 멀리 떨어져 있는 이미지 위치(621b)로 그 이미지를 병진 운동시킨다. 그러므로, 홀로그램(5)의 회전은 각도(θ)만큼 원점에 대해 이미지를 회전시키고, 마지막으로, 그 이미지는 이미지 위치(621C)까지 이동한다. 전사 이미지는 거리(γ) 및 각도(θ)를 적절하게 선택하므로서 기계 가공할 물체의 표면상에서 임의의 방향(γ, θ)으로 이동 할 수 있다.
이와 같이, 홀로그램 위에 입사된 레이저 광의 입사 위치를 변경하는 것은 마스크, 홀로그램 및 그와 유사한 광학 소자를 교환시키지 않고서도 기계 가공할 물체 부분의 위치를 변경 시킬 수 있다. 따라서, 동일한 마스크 및 홀로그램을 이동하므로서, 여러 형태를 천공하는 레이저 전사 기계 가공 과정을 실현시킬 수 있다. 그러므로, 상당량의 기계 가공용 장치와 기계 가공에 소요되는 시간들을 절약할 수 있다.
실시예에서, 거리(γ)에 의하여 전사 이미지들의 이미지 위치를 변경시키기 위하여, 편향 미러를 이동하는 대신에, 마스크(6) 또는 그와 유사한 소자들을 병진 운동시키는 기구를 사용할 수 있다. 이와 같은 경우에, 상술한 바와 동일한 장점들을 얻을 수 있다.
제61도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계화 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 부품 번호 601은 도면상에서 화살표(A)의 방향에서 편향 미러(2)를 병진운동 또는 회전운동을 시킬 수 있는 편향 미러 구동 장치를 나타낸다.
작동 중에 편향 미러(2)가 고정되는 경우, 레이저 발진기(1)에 의하여 방사된 레이저 광(10)은 항상 상기 광경로상을 이동하고, 전사 렌즈(7)를 통과한 레이저 광은 일정하게 홀로그램(5)의 동일한 부분에 입사된다. 레이저 빔이 기계 가공 타겟(8)의 동일 표면상에 모아지므로 항상 동일한 패턴에 얻어진다.
실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 제61도에 도시된 바와 같이, 레이저 광에 의해 조사된 홀로그램(5)의 위치를 변경해주는 편향 미러 구동 장치(601)를 포함한다. 편향 미러(2)는 마스크(6)와 전사 렌즈(7) 사이에 배열되어 있다. 편향 미러 구동 장치(601)는 조사 렌즈(9)를 통과한 레이저 광의 편향 방향을 변경시키며, 기계 가공 타겟(8) 및 홀로그램(5) 위에 레이저 광 입사의 광경로를 변경시키기 위한 요구가 있는 경우, 화살표(A)의 방향에서 편향 미러(2)를 회전시키거나 병진 운동을 시킨다. 편향 미러(2)의 위치가 편향 미러 구동 장치(601)에 의해 변경 되므로, 기계 가공 타겟(8)의 표면에 전사 이미지들의 위치가 변경된다. 편향 미러의 위치를 다변화시키는 것은 홀로그램(5)을 교환하지 않고서도 기계 가공 타겟(8)의 표면에 전사 이미지들을 새로운 위치에서 타겟상에 천공이 되도록 다른 위치로 옮길 수 있도록 하는 것이다. 마스크(6)가 병진 운동하지 않는 레이저 전사 기계 가공 장치는 제53도 및 제54도에 도시된 바와 같이 복수개의 천공된 원형 패턴과 복수개의 천공된 선형 패턴들을 제공할 수 있다.
이와 같이 레이저 광에 의해 조사된 홀로그램의 위치를 변경시기는 것은 마스크, 홀로그램 또는 그와 유사한 광학 소자를 교환하지 않고서도 기계 가공 타겟의 위치를 변경 시킬 수 있다. 이것은 동일한 마스크 및 홀로그램을 이용하여 여러 형태의 레이저 가공 과정을 실현시킬 수 있는 결과이다. 그러므로, 상당량의 기계 가공 장치와 기계 가공에 소요되는 시간들을 절약할 수 있다. 더우기, 편향 미러(2) 대신에 음향 광학 편향기를 레이저 광의 광경로를 변경시키는데 사용할 수 있다. 음향 광학 편향기는 상술한 바와 같은 장점들을 제공해 준다.
제62도는 본 발명에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 상기 도면에서 제61도에 도시된 바와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품이며, 도면 부호 609는 편향 미러 구동 장치(601)와 레이저 발진기(1)를 조절하는 제어 유닛을 나타내고, 도면 부호 610은 제어 유닛(609)을 레이저 발진기(1)와 전기적으로 접속시키는 신호선이고, 도면 부호 611은 제어 유닛(609)을 편향 미러 구동 장치(601)와 전기적으로 접속시키는 신호선을 나타낸다. 본 실시예는 제61도의 예를 다양화 하는데 바람직하다.
제62도의 구조에 따라 편향 미러 구동 장치(601)와 레이저 발진기(1)는 기계 가공 타겟(8) 위에 바라는 패턴의 천공을 얻기 위하여 제어 유닛(609)에 의하여 조절된다. 상기 장치는 홀로그램 상에서 입사된 레이저 광의 위치를 변경 시키는 반면 레이저 발진기(1)의 발진 작용을 조절할 수 있다. 그러므로, 레이저 전사 기계 가공 장치는 제53도의 원형 패턴의 가공 작업과 제45도의 선형 패턴의 가공 작업 사이에는 정확한 선이 그어져 있다.
제63도는 본 발명에 따른 레이저 전사 가공 장비의 구조를 도시한 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 도면 부호는 동일 부분 또는 유사한 부품을 나타내고 도면 부호 40은 반사 지수(index of refraction)가 전압 또는 마그네슘(예를 들면, 액정 크리스탈)에 따라 다변화되는 물질을 사용한 위상 홀로그램을 나타내고 도면 부호 402는 반사 지수가 전압 또는 자성에 따라 다변화 되는 물질(예를 들면, 액정 크리스탈)을 나타내며, 도면 부호 403은 물질(402)에 전압을 통과시켜 반사 지수를 변화시키는데 사용하는 전극을 나타내며, 도면 부호 404는 물질에 전압 또는 자기장(field)을 제공하여 주는 전원 공급 제어기를 나타낸다. 제64도는 실시예의 위상 홀로그램의 사시도이다.
제7도의 실시예에서 이미 설명한 바와 같이, 석영 또는 유사품으로 만들어진 기질 위에 위상 변위 필름이 붙어 있는 홀로그램, 석영 또는 유사품으로 만들어진 기질이 부식되고 에칭 리세스(etching recesses)가 형성된 홀로그램, 석영 또는 유사품으로 만들어진 기질 위에 형성된 부분에서 반사 지수가 변화하는 홀로그램 등과 같은 여러가지 형태의 위상 홀로그램(5)이 있다. 석영 등의 기질이 기계 가공된 홀로그램은 위상 홀로그램을 통과한 레이저 광에 위상 변위를 제공한다. 목표 물에 천공될 패턴은 발생된 위상 변위의 양에 의하여 규정된다. 즉, 한 홀로그램은 하나의 천공될 패턴을 발생한다. 여러가지 패턴이 만들어 지는 경우, 복수개의 위상 홀로그램이 만들어진다. 복수개의 위상 홀로그램의 교환은 상당한 시간을 필요로 한다.
본 실시예에 따른 위상 홀로그램(401)은 제63도와 제60도에 도시된 바와 같이 액정 크리스탈(402)을 포함하는 레이저 투과부를 가지고 있다. 전극(403)은 선택적이고 독립적으로 액정 크리스탈 부분에 전압을 적용시키도록 배열되어 있다. 상기 전극(403)은 전원 공급 제어기(404)에 연결되어 있다. 임의의 전압을 상기의 전극을 통하여 액정 크리스탈에 적용시킨다. 액정 크리스탈(402)에 전압을 적용시키므로서 전압에 따라 액정 크리스탈(402)의 물리적 성질이 변화가 일어난다. 그러므로, 크리스탈의 레이저 광(405) 반사 지수가 변화된다. 따라서, 액정 크리스탈(402)을 통과한 레이저 광(405)의 광경로 거리가 변화된다. 액정 크리스탈(402)의 부분에까지 다른 전압을 보내주므로서, 액정 크리스탈(402)의 부분에 이동되는 레이저 광 성분들의 광경로 거리 중에서 경로 차이를 야기시킨다. 레이저 광(405)이 액정 크리스탈(402)로부터 방사될때 레이저 광(405)은 부분적으로 위상이 변위된다. 위상 홀로그램(401)이 액정 크리스탈(402)을 가로지르는 적절한 전압을 레이저 광(405)에 제공하기 위하여 위상 변위에 적용시키므로서 매우 멀리 떨어진 장소에서 형성된 이미지들의 위치를 변경 시킬 수 있기 때문에, 임의의 패턴을 재구성할 수 있다. 그러므로, 다양한 패턴이나 조사된 여러개의 지점에 따라서 복수개의 위상 홀로그램을 만들 필요가 없다. 더욱이, 상기 위상 홀로그램의 대체가 필요하지 않고 전사될 임의의 패턴이 고속으로 만들어지기 때문에, 제작에 소요되는 비용과 대체 작업 공정등을 줄일 수 있다.
제65도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내고, 도면 부호 406은 PLZT(plumbum-lanthanum-zirconium-titanium oxide)를 사용한 위상 홀로그램을 나타내고, 407은 PLZT이고, 403은 PLZT내의 반사 지수를 변경하기 위하여 PLZT를 통과하는 전압을 가해주는 전극을 나타내고, 404는 PLZT의 전극(403)에 임의의 전압을 제공해주는 전원 공급 제어기를 나타낸다. 제66도는 실시예의 위상 홀로그램의 사시도이다.
실시예에 따른 위상 홀로그램(406)은 제65도 및 제62도에 도시된 바와 같이 제63도에 도시된 바와 같은 상술한 실시예의 액정 크리스탈 대신에 PLZT(407)를 가지고 있는 레이저 투과부를 포함한다. 전극(403)은 PLZT 부분에 선택적이고 독립적으로 전압을 보내도록 배치되어 있다. 상기 전극(403)은 전원 공급 제어기(404)에 연결되어 있다. 임의의 전압이 상기의 전극을 통하여 PLZT에 보내진다. PLZT(407)에 전압을 보내므로서 전압에 따라 PLZT(407)의 물리적 성질이 변화하게 된다. 그러므로, PLZT의 레이저 광(405) 반사 지수가 변화된다. 따라서, PLZT(407)를 통과한 레이저 광(405)의 광경로 거리가 변화된다. PLZT(407)의 일부에 다른 전압을 보내주므로서, PLZT(407)의 일부에 전달되는 레이저 광 성분들의 광경로 거리 중에서 경로 차이를 야기시킨다. 레이저 광(405)이 PLZT(407)로부터 방출되는 경우 레이저 광(405)은 부분적으로 위상 변위된다. 위상 홀로그램(401)은 레이저 광(405)에 위상 변위를 제공하도록 PLZT(407)를 통과하는 적절한 전압을 적용함에 의해 원거리의 영역에 형성된 이미지의 이미지 위치를 변화시킬 수 있기 때문에, 임의의 패턴을 재구성 할 수 있다. 그러므로, 다양한 패턴이나 조사된 여러 지점에 따라서 복수개의 위상 홀로그램을 만들 필요가 없다. 따라서, 상기 위상 홀로그램의 대체가 필요하지 않고, 전사될 임의의 패턴이 고속으로 만들어지므로 제작에 소요되는 비용과 대체 작업 공정 등을 줄일 수 있다.
부가적으로, PLZT(407)는 메모리로서의 기능을 가진다. 전원 공급 제어기(409)에 의해 전극(403)을 통하여 PLZT(407)에 전압이 한 번 작용되면, 전원 공급 제어기가 차단되는 경우에도 PLZT의 반사 지수는 그대로 유지된다. 따라서, PLZT의 상태를 유지시키는 전력은 PLZT(407)가 메모리된 후에는 필요하지 않다. 위상 홀로그램에 의하여 소비되는 전력의 양을 절감시킬 수 있다.
제67도는 본 발명에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일부품 또는 유사한 부품을 나타내고, 도면 부호 408은 마이크로 방전관을 사용한 위상 홀로그램을 나타내고, 409는 마이크로 방전관을 나타내고, 403은 마이크로 방전관을 가로지르는 전압을 보내는 전극을 나타내며,404는 마이크로 방전관의 전극(403)에 임의로 전압을 공급하는 전원 공급 제어기를 나타낸다. 제68도는 실시예의 위상 홀로그램(408)의 사시도이다.
상술한 실시예에 따른 액정 크리스탈 또는 PLZT 대신에, 각각의 마이크로 방전관 내에서 발생된 플라즈마를 각각의 방전관의 굴절 지수를 변화시키기 위하여 위상 홀로그램을 사용한다. 위상 홀로그램(408) 안에서 복수개의 마이크로 방전관(409)은 레이저 광(405)이 통과될 부분에 배열된 형태로 배치되어 있다. 각각의 마이크로 방전관(409)에는 각각의 방전관에 독자적으로 전압을 보내줄 수 있는 전극(403)의 세트가 마련되어 있다. 상기의 전극(403)은 전극을 통하여 각각의 방전관을 가로지르는 임의의 전압을 보내주기 위한 전원 공급 제어기(404)와 연결되어 있다.
실시예의 작동에 관하여 상세하게 설명한다. 실시예에 따른 위상 홀로그램(408)은 제67도와 제64도에 도시된 바와 같이 배열된 복수개의 마이크로 방전관을 가진 부분을 포함한다. 전압을 각각의 마이크론 방전관(409)에 적용하면 각각의 마이크로 방전관(409) 내의 가스의 전기적 절연 파괴를 야기하고, 따라서, 방전관내의 방전을 일으킨다. 일단 한 마이크론 방전관이 방전되면, 가스의 전자 밀도는 증가된다. 따라서, 방전하고 있는 마이크로 방전관내에 레이저 광이 투과되면, 레이저 광은 레이저 광이 투과되는 부분의 전자 밀도와 레이저 광의 주파수 사이의 비에 의해 결정되는 굴절 지수에 따른 광경로 거리를 진행한다. 각각의 마이크로 방전관(409)을 가로질러 적용되는 전압의 변화는 각각의 마이크로 방전관(409) 내의 다른 전자 밀도의 방전을 일으킨다. 이것은 각각의 방전관의 굴절 지수를 변화시키고, 따라서 위상차를 가지고 각각의 마이크로 방전관(409)을 통과하는 레이저 광(10)을 제공한다. 따라서, 마이크로 방전관을 사용하는 위상 홀로그램(408)은 제63도 및 제65도의 실시예와 동일한 이점을 제공할 수 있다.
일반적으로, 한 재료로 제조된 기계 가공 타겟을 레이저 광으로 그 재료를 조사하므로써 기계 가공하는 경우에, 기계 가공을 효율적으로 수행하기 위해서는 그 재료에 의해 잘 흡수되는 레이저 광을 사용하는 것이 필요하다. 제63도 및 제65도의 상술한 실시예에서, 홀로그램은 액정 또는 PLZT를 사용 하기 때문에, 홀로그램은 액정 또는 PLZT의 특정한 특성을 나타낸다. 그러한 홀로그램을 제조할 때, 사용되는 레이저 광을 투과시키는 재료가 액정 또는 PLZT를 구성하도록 선택되어야만 한다. 따라서, 홀로그램의 재료에 대한 요구사항과 관련하여 이용 가능한 레이저 광의 형태가 제한되기 때문에, 기계 가공 타겟에 적합한 레이저가 항상 선택되지는 못한다. 대조적으로, 각각의 마이크로 방전관의 가스내에서의 방전은 본 발명에서 입사되는 광에 위상차를 제공하는 수단으로서 작용한다. 따라서, 위상 홀로그램은 기계 가공 타겟에 대해 가장 적합한 레이저 광에 대해 높은 투과성을 갖는 가스를 이용할 수 있다. 특히, 레이저에 의해 방출된 레이저 광이 투과되는 재료를 제한하는 엑시머 레이저와 같은 자외선 레이저에 대해서는 자외선광에 대해 높은 투과성을 갖는 노블 가스(noble gas)가 사용된다. 이것은 액정 또는 PLZT를 사용하는 상기 실시예의 상술한 문제점을 해결한다.
제69도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면 부호 411은 예로서, 압전소자와 같이 폭의 일부분이 외부로부터 적용된 신호에 응답하여 변하는 기구를 사용하는 반사형 위상 홀로그램을 나타내며, 412는 반사형 위상 홀로그램(411)의 레이저 광 반사면을 나타내고, 413은 반사면(412)에 대향하는 면에 배치되며 예로서, 압전소자(414)와 같이 폭의 일부분이 외부로부터 적용된 신호에 응답하여 변하는 기구를 나타내며, 414는 예로서, 압전소자와 같이 폭의 일부분이 일부로부터 적용된 신호에 응답하여 변하는 각각의 기구에 폭의 변화를 일으키기 위해 전압을 공급하기 위한 리드선을 나타내고, 415는 압전 소자와 같이 폭의 일부분이 외부로부터 적용된 신호에 응답하여 변하는 각각의 기구에 전압을 공급하기 위한 전원 공급 제어기를 나타낸다. 제70(a) 도와 제70(b)도는 각각 실시예의 위상 홀로그램(411)을 도시하는 개략도이며, 도면 부호 416은 압전소자와 같이 폭의 일부가 외부로부터 적용된 신호에 응답하여 변하는 기구와 반사면을 지지하기 위한 기판을 나타낸다.
상기한 바와 같이, 위상 홀로그램은 홀로그램을 통과하는 레이저 광에 위상 변위를 제공한다. 타겟상에 천공될 패턴은 발생된 위상 변위의 양에 의해 규정된다. 즉, 한 홀로그램은 천공될 하나의 고정된 패턴을 발생시킨다. 여러가지 패턴을 형성하는 경우에, 복수개의 위상 홀로그램이 준비되어야만 한다. 복수개의 위상 홀로그램을 대체하는 데에는 많은 시간이 소요된다.
작동시에, 전사 렌즈(7)를 통과하는 레이저 광은 반사형 위상 홀로그램(411)상에 입사되고, 위상 홀로그램(411)에 의해 전사된 복수개의 이미지를 형성하도록 공간변조된다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔을 각각 전사 이미지를 형성하도록 기계 가공 타겟(8)상에 투영된다.
실시예에 따른 위상 홀로그램(411)의 레이저 광 반사면은 제70(a) 도 및 제70(b) 도에 도시된 바와 같이 2개 이상의 세그멘트(412)로 분할된다. 반사면(412)의 각각의 세그멘트(412)에는 독립적인 압전소자(413)가 반사면의 대향측에 배치되고, 압전 소자(413)는 압전소자에 전압을 공급하는 리드선(414)에 접속된다. 리드선(414)은 각각의 압전소자에 선택적이고 독립적으로 전압을 제공하기 위해 전원 공급 제어기(415)에 접속된다. 레이저 광이 반사면(412)상에 입사되고 반사면에 의해 반사될 때, 반사면(412)은 복수개의 압전소자(413)의 폭이 다르기 때문에 평탄하지 않다. 리세스의 표면에 의해 반사된 레이저 광과 돌출부의 표면에 의해 반사된 레이저 광은 같은 방향으로 진행되지만, 리세스에 의해 반사될 레이저 광 웨이브는 레이저 광 웨이브가 리세스의 반사면에 도달하기 전에 돌출부에 의해 반사된 레이저 광 웨이브와 비교하여 리세스와 돌출부의 높이 차이 만큼 더 먼 거리를 진행하여 왔고, 그후, 리세스에 의해 반사된 레이저 광 웨이브는 레이저 광 웨이브가 돌출부의 반사면의 높이에 도달하기 전에 리세스와 돌출부의 높이 차이와 같은 거리를 진행하였다. 그 결과, 리세스와 돌출부에 의해 반사된 광 웨이브 사이에서 돌출부와 리세스의 높이 차이의 2배와 같은 광경로 차이가 발생된다. 따라서, 그러한 경로 차이에 대응되는 위상처가 레이저 광에 도입된다. 리세스와 돌출부의 높이는 전원 공급 제어기(415)에 의해 리드선(414)을 거쳐 각각의 압전 소자(413)에 적용된 전기 신호의 크기에 의해 결정되고, 따라서, 레이저 광의 위상 차이는 압전소자에 적용된 신호의 크기에 의해 제어된다.
위상 홀로그램(411)은 레이저 광의 위상 차이에 의해 원거리 영역에 재구성된 이미지의 위치를 변경하기 위해 각각의 압전 소장에 적용된 전기신호를 변경하므로써 임의의 패턴을 재형성 할 수 있다. 따라서, 여러가지 패턴 또는 조사된 지점에 따라 복수개의 위상 홀로그램을 구성할 필요가 없다. 또한, 그러한 위상 홀로그램의 대체는 필요하지 않으므로, 구성에 필요한 비용과 대체를 위한 작업 공정이 감소될 수 있다.
제71도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조물을 도시하는 개략도이다. 그 도면에서, 제5도와 동일한 도면부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면부호 441은 전광 소자판을 나타내고, 442는 레이저 발진기(1)와 전광 소자판(441) 사이의 편광기를 나타내고, 443은 기계 가공 타겟(8)과 전광 소자판(441) 사이의 분광기를 나타내며, 444는 전광 소자판(441)의 임의의 부분에 전압을 공급하기 위한 리드선을 나타내고, 445는 전광 소자판(441)의 임의의 부분에 전압을 공급하기 위한 전원 공급 제어기를 나타낸다. 제72도는 실시예의 위상 홀로그램의 개략도이며, 도면 부호 446은 편광기(442)에 입사하는 레이저 광을 나타내고, 447은 편광기(442)에 의해 선형적으로 편광된 레이저광을 나타내며, 448은 편광 방향이 전광 소자판(441)에 의해 90°회전된 레이저 광을 나타내고, 449는 광이 전광 소자판(441)에 의해 투과될 때 편광 방향이 변하지 않는 레이저 광을 나타낸다.
상기한 바와 같이, 마스크에 의해 한정된 패턴을 각각 갖는 복수개의 이미지는 위상 홀로그램에 의해 기계 가공 타겟상에 형성 되고, 따라서, 타겟이 가공된다. 마스크 패턴에 대응하여 천공될 기본 패턴을 얻기 위해서, 마스크 패턴을 가진 마스크가 레이저 전사 기계 가공 장치내에 배치되어야 한다. 또한, 천공될 여러가지 기본 패턴을 얻기 위해, 마스크는 다른 마스크로 대체 되어야 한다. 대조적으로, 실시예의 레이저 전사 가공장치는 마스크를 대체하지 않고도 임의의 마스크 패턴을 각각 또는 이미지를 전사할 수 있다.
작동시에, 편광기(442)를 통과하는 레이저 광(446)은 실시예에 따른 레이저 전사 가공장치가 제71도 및 제68도에 도시된 바와 같이 구성되기 때문에 편광기(442)의 방향에 의해 규정된 방향으로 선형 편광된 레이저 광(447)이 된다. 레이저 광은 조사 렌즈(9)에 의해 초점이 형성된다. 레이저 광(447)이 집중된 점 부근에 배치된 전광 소자판(441)을 레이저 광(447)이 통과할 때, 마스크 패턴에 대응되는 전광 소자판(441)의 일부에 리드선(444)의 일부를 거쳐서 전력공급장치(445)에 의해 전압이 적용 된다. 마스크 패턴을 가진 레이저 광 성분이 투과되는 전광 소자판(441)의 부분만이 전광 효과에 의해 영향을 받는다. 성분의 분극 방향은 90°회전된다. 전광 소자판(441)을 지닌 후에 편광 방향이 90°회전된 레이저 광(448)과 전광 소자판(441)을 통과시 편광 방향이 변경되지 않는 레이저 광(449)은 둘 다 전광 소자판(441) 뒤에 배치된 분광기(443)로 향한다. 이 경우에, 분광기(443)는 편광방향이 전광 소자판(44)에 의해 회전된 레이저 광(448)만 투과하도록 배치된다. 따라서, 편광 방향이 90° 회전된 통과 레이저 광(448)은 편광 방향이 변경 되지 않은 통과 레이저 광(449)으로부터 분리될 수 있다. 편광 방향이 90°회전된 통과 레이저 광(448), 즉, 마스크 패턴에 대응되는 레이저 광만이 위상 홀로그램(5)을 통해 기계 가공 타겟(8)상에 입상된다. 전력 공급장치(445)에 의해 리드선(444)을 거쳐, 전광 소자판(441)에 임의의 전압을 적용하면 마스크를 교환하지 않고도 임의의 마스크 패턴이 생성될 수 있다. 실시예는 마스크의 조립 비용을 감소시키고 마스크 대체 작업을 생략할 수 있는 레이저 가공장치를 제공한다.
상기 실시예에서, 마스크 패턴을 갖는 광학 시스템을 통과하는 레이저 광의 편광 방향은 전광 소자판(441)에 의해 90°회전된다. 선택적으로, 전광 소자판(441)에 의해 편광 방향이 바뀌지 않는 레이저 광은 투과될 수 있고, 따라서, 마스크 패턴을 가진 광으로 될 수 있다. 이 경우에, 마스크 패턴에 대응하는 입사 레이저 광의 성분을 제외하고 입사 레이저 광의 나머지 성분의 편광 방향은 전광 소자판(441)에 의해 90°회전된다.
조사 렌즈(9)는 편광기(442) 뒤에 배치된다. 또는, 편광기(442)는 조사 렌즈(9) 뒤에 배치될 수도 있다. 이 경우에 상기한 바와 동일한 이점이 제공될 수 있다. 실시예의 편광기(442)는 레이저 발진기(1)에 의해 방출된 레이저 광의 편광 방향을 한정 하기 위해 배열된다. 양호한 실시예에서, 편광기(442)는 레이저 발진기내에 삽입되거나, 레이저 발진기가 다른 수단을 사용하여 선형적으로 편광된 광을 방출하도록 사용된다면 편광기는 생략된다.
제73도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 가공 장치의 구조물의 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내고, 도면 부호 309는 구형 미러를 나타낸다.
상기한 바와 같이, 위상 홀로그램을 통과하는 레이저 광에 위상 변위를 제공한다. 타겟 상에 천공된 패턴은 위상 변위의 양에 의해 결정된다. 즉, 하나의 홀로그램은 천공된 하나의 고정 패턴을 발생시킨다. 여러가지 패턴을 형성하는 경우에, 복수개의 위상 홀로그램이 준비되어야 한다. 그러한 홀로그램을 구성할때, 복수개의 공정이 필요하다. 또한, 복수개의 위상 홀로그램을 대체하는 데에는 많은 시간이 소요된다. 레이저 전사 가공장치는 이하 기술될 단순한 구조를 갖는 위상 홀로그램을 사용하여서 천공된 정교한 패턴을 얻을 수 있다.
실시예의 작동에 관해 설명한다. 상기한 바와 같이, 마스크(6)는 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분이 통과하도록 허용하는 소자이다. 성형된 패턴을 갖는 레이저 광(301)이 기계 가공 타겟(8)을 통과한 후에, 레이저 광은 타겟의 한 표면으로부터 위상 홀로그램(5)에 입사한다. 그후, 편향된 광은 구형 미러(309)에 도달한다. 위상 홀로그램(5)은 복수개의 전사 이미지를 형성하기 위해 마스크(6)를 통과하는 입사 레이저 광을 공간 변조시킨다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔을 구형 미러(309)에 도달한다. 구형 미러(309)는 레이저 광(301)에 의해 조사된 홀로그램의 부분이 미러의 초점에 위치되도록 배치된다. 따라서, 편향된 광은 위상 홀로그램(5)의 다른 면으로 복귀된다. 편향된 광은 다시 위상 홀로그램(5)을 통과한다. 최종적으로 타겟(8)이 가공된다. 위상 홀로그램(5)을 한번 통과하고 구형 미러(309)로 나온 편향된 광(326)이 제74도와 같은 패턴을 갖는다면, 위상 홀로그램(5)을 다시 통과한 후에 기계 가공 타겟(8)상에 이미지된 편향된 광(327)은 제75도와 같은 패턴을 갖는다. 따라서, 실시예는 정교한 가계 가공 패턴을 제공한다.
상기한 바와 같이, 실시예에 따라서 단순한 구조를 갖는 위상 홀로그램을 사용하여 복합적인 패턴을 만들 수 있고, 따라서, 기계 가공장치의 신뢰도가 향상된다.
제76도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 상기 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면부호 311은 부분 반사 미러를 나타내고, 312는 완전 반사 미러를 나타낸다. 레이저 전사 기계 가공 장치는 제73도의 상기 실시예와 동일한 방법으로 단순한 구조를 가진 위상 홀로그램을 사용하여 정교한 기계 가공 패턴을 제공할 수 있다.
실시예의 작동에 관해 설명한다. 제76도에 도시된 바와 같이, 마스크(6)를 통과하는 레이저 광(306)은 위상 홀로그램(6)상에 입사되고, 회절된 광의 일부가 부분 반사 구형 미러(311)에 의해 전달되고, 다음에는 기계 가공 타겟(8)에 도달한다. 부분 반사 구형 미러(311)에 의해 반사된 회절된 광의 나머지 부분은 위상 홀로그램(5)을 다시 통과하고, 다음에는 미러(312)에 도달한 후에 완전 반사 구형 미러(312)에 의해 반사된다. 또한, 완전 반사된 광은 위상 홀로그램(5)을 통과하고 부분 반사 구형 미러(311)에 도달한다. 그후, 그 광은 부분적으로 전달되고, 기계 가공 타겟(8)을 가공한다. 레이저 광은 위상 홀로그램(5)을 통과할때 분할된다. 이것은 정교한 기계 가공 패턴을 제공한다.
상기한 바와 같이, 실시예에 따라서 단순한 구조를 가진 위상 홀로그램을 사용하여 복합적인 패턴을 만들 수 있고, 따라서, 기계 가공 장치의 신뢰도가 향상된다.
제77도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치의 구조의 개략도이다. 이 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면부호 313은 파장 λ1을 가진 레이저 광을 나타내고, 314는 파장 λ2를 가진 레이저 광을 나타내며, 315는 파장 λ1을 가진 레이저 광의 회절된 성분을 나타내며, 316은 파장 λ2를 가진 레이저 광의 회절된 성분을 나타낸다. 제78도는 레이저 전사 기계 가공장치에 의해 형성된 가공될 패턴의 예를 도시한다. 이 도면에서, 도면부호 317은 회절된 성분(315)에 의해 천공된 구멍을 나타내고, 318은 회절된 성분(316)에 의해 천공된 구멍을 나타낸다.
실시예의 작동에 관해 설명한다. 파장 λ1을 가진 레이저 광(313)과 파장 λ2를 가진 레이저 광(314)은 둘 다 엑시머 레이저 등의 레이저 발진기에 의해 방출되는데, 마스크(6) 상의 마스크 패턴에 집중되어 입사된다. 상기한 바와 같이, 마스크(6)는 가공될 기본 패턴에 대응되는 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분을 통과시키는 소자이다. 성형된 패턴을 가진 레이저 광(313, 314)은 홀로그램(5)에 입사되고, 각각의 광은 홀로그램에서 복수개의 레이저 빔으로 분할된다. 그러면, 레이저 빔은 그 크기가 전사 광학 시스템(도시되지 않음)내의 전사 렌즈에 의해 팽창 또는 축소되고, 기계 가공 타겟(8)상에 이미지 형성된다. 예로서, 위상 홀로그램의 형태인 홀로그램(5)은 복수개의 전사 이미지를 형성하기 위해 마스크(6)를 통과하는 입사 레이저 광을 공간 변조한다. 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 전사 이미지를 형성하기 위해 전사 렌즈에 의해 기계 가공 타겟(8)상에 투사된다.
회절된 광의 탈출각(emergent angle)은 광의 파장에 의존한다. 파장 λ1을 가진 레이저 광(313)의 복수개의 회절된 광(315)의 광경로는 파장 λ2를 가진 레이저 광(314)의 복수개의 회절된 광(316)의 광경로와 다르다. 따라서, 회절된 양(315, 316)에 의해 형성된 전사 이미지의 위치 사이에는 차이가 있다. 복수개의 구멍(317, 318)이 천공되고, 구멍(317)의 배열은 구멍(318)의 배열과 유사하다.
따라서, 레이저 전사 기계 가공장치는 단순한 구조를 가진 홀로그램을 단순히 사용하므로써 복합적인 기계 가공 패턴을 제공할 수 있다.
제79도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조의 개략도이다. 이 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내고, 도면부호 51과 52는 홀로그램을 나타낸다.
일반적으로, 단일 홀로그램을 사용할 때, 한가지 형태의 기계 가공 패턴만이 기계 가공 타겟상에 형성된다. 어러가지 기계 가공 패턴이 형성되어야 할때, 여러가지 형태의 홀로그램을 준비하는 것이 필요하다. 여러가지 홀로그램을 대체하는 데에는 많은 시간이 걸린다. 실시예는 동시에 복수개의 홀로그램을 사용하여 가공될 여러가지 패턴을 제공하도록 의도되었다.
제1홀로그램(51)으로부터 기계 가공 타겟(8)으로 보내지는 ABCD 레이 매트릭스는 하기와 같이 주어지며, 여기서, X1은 제1홀로그램(51)으로부터 기계 가공 타겟(8)까지의 거리이고, X2는 제2홀로그램(52)으로부터 기계 가공 타겟(8)까지의 거리이다.
또한, 제2홀로그램(52)으로부터 기계 가공 타겟(8)으로 보내지는 ABCD 레이 매트릭스는 하기와 같이 주어진다.
상기한 바와 같이 n개의 공간주파수 성분 a1, a2,·……, an을 갖는 제1홀로그램(51)만 사용되는 레이저 전사 기계 가공장치에서, n개의 전사 이미지는 원점으로부터 각각 x1λa1, x1λa2, ……, x1λan만큼 이격된 기계 가공 타겟의 이미지 위치 상에 형성된다. 한편, 이 실시예에서, 제2홀로그램(52)은 제1홀로그램(51)과 기계 가공 타겟(8) 사이에 배치되므로, 제1홀로그램(51)을 통과하는 레이저 광은 제2홀로그램(52)에 의해 추가적으로 공간변조된다. 제2홀로그램(52)이 m개의 공간주파수 성분 b1, b2, ……, bm을 가진다면, n X m 개의 전사 이미지가 기계 가공 타겟(8)상에 형성된다. 이 경우에, 전사 이미지의 위치의 변화는 하기와 같이 주어진다.
실시예의 작동을 설명한다. 제80(a)도는 제79도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치에 제1홀로그램(51)만 사용될 때의 가공된 패턴을 도시한다. 제1홀로그램(51)은 3개의 원형 이미지가 삼각형의 정점에 배열되도록 설계된다. 제80(b)도는 제79도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 제2홀로그램(52)만 사용될 때의 가공된 패턴을 도시 한다. 제2홀로그램(52)은 푸리에 원형 이미지가 삼각형의 정점에 배열되도록 설계된다. 제80(c)도는 제79도의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치에 제1홀로그램(51)과 제2홀로그램(52)이 동시에 사용될 때 가공된 패턴을 도시한다. 입사 레이저 광은 제1홀로그램(51)에 의해 3개의 방향으로 진행하는 3개의 광 성분으로 분할되고, 분할된 광은 제2홀로그램(52)에 의해 추가적으로 공간변조된다. 다음에는, 사각형의 정점에 배열된 네 개의 원형 이미지가 삼각형의 각각의 정점에 형성 된다. 전사 이미지의 위치 변화의 상기 방정식으로부터 알 수 있듯이, 전사 이미지 사이의 거리는 홀로그램으로부터 기계 가공 타겟(8)까지의 거리를 변경시키므로써 조정될 수 있다.
제81도는 제80(c)도의 예에서 제1 및 제2홀로그램이 교환되었을 때 가공된 패턴을 도시한다. 이 경우에, 입사 레이저 광은 제1홀로그램(51)에 의해 네 개의 방향으로 진행하는 네개의 광성분으로 분할되고, 분할된 광은 제2홀로그램(52)에 의해 추가적으로 공간 변조된다. 다음에는, 삼각형의 정정에 배열된 3개의 원형 이미지가 사각형의 각각의 정점에 형성 된다.
상기한 바와 같이, 비교적 적은 수의 공간주파수 성분으로 구성되고 따라서 쉽게 설계될 수 있는 복수개의 홀로그램을 포함하고 그것들을 동시에 사용하면, 동시에 형성된 전사 이미지의 수를 증가시킬 수 있다. 또한, 가공 속도도 향상된다. 홀로그램과 타겟 사이의 거리를 조정하면 전사 이미지 사이의 거리를 쉽게 조정할 수 있다. 또한, 복수개의 홀로그램의 순서가 쉽게 변화될 수 있으므로, 가공될 패턴의 다양화가 현저히 향상된다.
본 실시예에서는 2개의 홀로그램이 동시에 사용된다. 양호하게, 3개 이상의 홀로그램이 동시에 사용될 수 있어서, 동시에 형성되는 전사 이미지의 수는 현저히 증가된다. 따라서, 가공될 패턴의 다양화는 더욱 향상될 수 있다.
제82도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치의 구조의 개략도이다. 이 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면 부호 701은 가공에 사용되는 레이저 광의 광축을 나타내고, 702는 3개의 홀로그램을 지지하기 위해 레이저 광의 광축(701)에 수직한 방향(x 방향)으로 이동가능한 x-방향 가동성 홀로그램 홀더(발생 수단을 배열하기 위한 수단)를 나타내며, 5a, 5b 및 5c는 홀로그램을 나타낸다.
제1, 제2 및 제3홀로그램(5a, 5b 및 5c)은 x -방향 가동성 홀로그램 홀더(702)상에 거의 직선배열로 배열된다. 홀로그램들은 홀로그램의 중심 가까이에 놓인 선(703)이 레이저 광의 광축(701)과 교차하도록 x -방향을 따라 배열된다.
실시예의 작동에 대해 설명한다. 제82도에서, x -방향 가동성 홀로그램 홀더(702)상에 부착된 3개의 홀로그램으로부터 선택된 제1홀로그램(5a)이 레이저 광의 광경로에 배치되고 가공에 사용된다. 가공에 사용되고 있는 제1홀로그램(5a)이 제2홀로그램(5b) 또는 제3홀로그램(5c)에 의해 대체될 때, x -방향 가동성 홀로그램 홀더(702)는 제2홀로그램(5b) 또는 제3홀로그램(5c)의 중심이 레이저 광의 광축(701) 상에 있도록 x -방향으로 이동된다.
제83(a)도는 제82도의 제1홀로그램(5a)을 사용할 때 기계 가공 타겟(8)상에 전사된 패턴의 예를 도시한다. 제83(b)도는 제82도의 제2홀로그램(5b)을 사용할 때 기계 가공 타겟(8)상에 전사된 패턴의 예를 도시한다. 제83(c)도는 제82도의 제3홀로그램(5c)을 사용할 때 기계 가공 타겟(8) 상에 전사된 패턴의 예를 도시한다. 제83(d)도는 각각 제83(a)도, 제83(b)도 및 제83(c) 도에 도시된 패턴을 갖는 제1, 제2 및 제3홀로그램(5a, 5b 및 5c)을 사용할 때 기계 가공 타겟(8)상에 중첩되어 전사된 패턴의 예를 도시한다. 제83(d)도에 도시된 3개의 홀로그램에 의해 형성된 3개의 중첩된 패턴을 갖는 전사된 패턴을 기계 가공 타겟 상에 천공하는 경우에, 동일 타겟(8)이 연속적인 전사 이미지에 의해 가공되도록 3개의 홀로그램(5a, 5b, 5c)은 x -방향 가동성 홀로그램 홀더(702)에 의해 레이저 광의 광축(701)상에 특정한 순서 없이 위치된다.
가공 공정에 복수개의 홀로그램이 요구되거나 또한 전사될 패턴의 변화가 요구될 때에, 복수개의 홀로그램은 가공 공정전에 미리 x -방향 가동성 홀로그램 홀더(702)상에 배열된다. 가동성 홀로그램 홀더를 x -방향으로 이동시키면 사용중인 홀로그램을 다른 것으로 대체하는 것이 가능하고 홀로그램의 위치를 쉽게 조정할 수 있다. 따라서, 가공공정 동안에 장치내에 다른 홀로그램을 위치시키기 위해서 장치내에 현재 장착되어 있는 홀로그램을 제거할 필요가 없다. 따라서, 가공에 필요한 시간이 감소되고, 가공 효율이 향상된다.
제84도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치의 구조의 개략도이다. 이 도면에서, 제5도와 동일한 도면부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면부호 701은 가공을 위한 레이저 광의 광축을 나타내고, 704는 네 개의 홀로그램을 지지하기 위해서 레이저 광의 광축(701)에 수직한 2개의 방향(x -방향 및 y -방향)으로 이동가능한 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(발생 수단을 배열하는 수단)를 나타내며, 5a, 5b, 5c 및 5d는 홀로그램을 나타낸다. 제1, 제2, 제 3 및 제4홀로그램(5a, 5b, 5c, 5d)은 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)상에서 사각형의 정점에 배열된다.
실시예의 작동을 설명한다. 제84도에서, xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)상에 부착된 네 개의 홀로그램으로부터 선택된 제1홀로그램(5a)은 레이저 광의 광축에 배열되고 가공에 사용된다. 가공에 사용중인 제1홀로그램(5a)이 제2홀로그램(5b), 제3홀로그램(5c) 또는 제4홀로그램(5d)으로 대체될 때, 제2홀로그램(5b), 제3홀로그램(5c) 또는 제4홀로그램(5d)의 중심이 레이저 광의 광축(701)상에 있도록 xy-방향 가동성 홀로그램 홀더(704)는 X -방향, Y -방향 또는 두 방향으로 이동된다.
가공 공정에 복수개의 홀로그램이 요구되거나 또는 전사될 패턴의 변화가 요구될 때에, 복수개의 홀로그램은 가공공정전에 미리 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)상에 위의 실시예와 동일하게 배열된다. 가동성 홀로그램 홀더를 x -방향, y 방향 또는 두 방향으로 이동시키면 사용중인 홀로그램을 다른 것으로 대체하는 것이 가능하고 홀로그램의 위치를 쉽게 조정할 수 있다. 따라서, 가공 공정 동안에 장치내에 따른 홀로그램을 위치시키기 위해서 장치내에 현재 장착되어 있는 홀로그램을 제거할 필요가 없다. 따라서, 가공에 필요한 시간이 감소되고, 가공 효율이 향상된다. 또한, 복수개의 홀로그램이 가동성 홀더상에 2차원 배열로 배치되기 때문에, 홀더상에 부착될 수 있는 홀로그램의 수를 감소시키지 않고도 홀로그램 홀더의 크기를 감소 시킬 수 있다.
제85도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조의 개략도이다. 이 도면에서, 제5도와 동일한 도면부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면 부호 701은 홀로그램 상에 입사하는 레이저 광의 광축을 나타내고, 705는 네 개의 홀로그램을 지지하기 위해 레이저 광의 광축(701)에 평행한 축에 대해 회전가능하게 배치된 회전가능한 홀로그램 홀더(발생 수단을 배열하는 수단)를 나타내며, 706은 광축(701)에 평행한 회전가능한 홀로그램 홀더(705)의 회전축을 나타내고, 5a, 5b, 5c 및 5d는 홀로그램을 나타낸다. 각각의 홀로그램의 중심과 회전축(706) 사이의 거리가 회전축(706)과 레이저 광의 광축과의 사이의 거리와 실질적으로 같도록, 중심이 회전축(705)상에 있는 원의 원주상에 제1, 제2, 제3 및 제4홀로그램(5a, 5b, 5c, 5d)이 배열된다.
제85도에서, 회전가능한 홀로그램 홀더(705)상에 부착된 네 개의 홀로그램으로부터 선택된 제1홀로그램(5a)은 레이저 광의 광경로에 배열되고 가공에 사용된다. 가공에 사용되고 있는 제1홀로그램(5a)이 제2홀로그램(5b), 제3홀로그램(5c) 또는 제4홀로그램(5d)으로 대체될 때에, 제2홀로그램(5b), 제3홀로그램(5c) 또는 제4홀로그램(5d)의 중심이 레이저 광의 광축(701)상에 있도록 회전가능한 홀로그램 홀더(705)는 도면에 도시된 화살표(R)로 도시되어 있는 방향으로 회전된다.
가공공정에 복수개의 홀로그램이 요구되거나 또는 전사될 패턴의 변화가 요구될 때에, 복수개의 홀로그램은 가공공전에 미리 회전가능한 홀로그램 홀더(705)상에 위의 실시예와 동일하게 배열 된다. 회전가능한 홀로그램 홀더를 입사 레이저 광의 광축(701)에 평행한 회전축(706)에 대해 회전시키면 사용중인 홀로그램을 다른 것으로 대체하는 것이 가능하고, 홀로그램의 위치를 쉽게 조정할 수 있다. 따라서, 가공 공정 동안에 장치내에 다른 홀로그램을 위치시키기 위해서 장치내에 현재 장착되어 있는 홀로그램을 제거할 필요가 없다. 따라서, 가공에 필요한 시간이 감소되고, 가공 효율이 향상된다. 또한, 복수개의 홀로그램이 가동성 홀더상에 2차원 배열로 배치되기 때문에, 홀더상에 부착 될 수 있는 홀로그램의 수를 감소시키지 않고도 홀로그램 홀더의 크기를 감소시킬 수 있다. 홀로그램을 다른 것으로 교환할 때 회전가능한 홀로그램 홀더의 회전축만이 제어되기 때문에, 홀로그램의 대체 및 조정 작업은 더욱 쉽게 수행될 수 있다.
제86도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치의 구조의 개략도이다. 이 도면에서, 제5도와 동일한 도면부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면 부호 701은 가공을 위한 레이저 광의 광축을 나타내고, 707은 3개의 마스크를 유지하기 위해 레이저 광의 광축(701)에 수직한 방향(X -방향)으로 이동가능한 X -방향 가동성 마스크 홀더를 나타내며, 6a, 6b 및 6c는 마스크를 나타낸다.
제1, 제2 및 제3마스크(6a, 6b, 6c)는 X -방향 가동성 마스크 홀더(707)상에 거의 직선 배열로 배치된다. 마스크는 마스크의 중심에 가까이 지나는 선(708)이 레이저 광의 광축(701)과 교차하도록 X -방향을 따라 배열된다.
제86도에서, X -방향 가동성 마스크 홀더(707)상에 부착된 3개의 마스크로부터 선택된 제1마스크(6a)는 레이저 광의 광경로에 배열되고 가공에 사용된다. 가공에 사용중인 제1마스크(6a)가 제2마스크(6b) 또는 제3마스크(6c)로 대체될 때에, 제2마스크(6b) 또는 제3마스크(6c)의 중심이 레이저 광의 광측(701)상에 있도록 X-방향 가동성 마스크 홀더(707)는 X -방향으로 이동된다.
실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치는 마스크 패턴이 변경되거나 마스크가 열에 의해 손상되었을 때에 마스크의 대체작업이 요구될 경우에 효과적이다.
가공공정에 필요한 복수개의 마스크는 가공 작업전에 미리 X -방향 가동성 마스크 홀더(707)상에 배열된다. 가동성 마스크 홀더를 X - 방향으로 이동시키면 가공공정에 사용중인 마스크를 다른 것과 대체할 수 있고 다른 마스크 셋업(set up)의 위치를 쉽게 조정할 수 있다. 따라서, 가공중에 장치내에서 다른 마스크를 대체하기 위해서 기계 가공 장치내에 장착된 현재의 마스크를 제거할 필요가 없다. 따라서, 가공에 필요한 시간이 감소될 수 있고, 가공 효율도 향상될 수 있다.
제87도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치의 구조의 개략도이다. 이 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면부호 701은 가공을 위한 레이저 광의 광축을 나타내고, 709는 네 개의 마스크를 지지하기 위해 레이저 광의 광축(701)에 수직한 2개의 방향(x -방향 및 y -방향)으로 이동가능한 xy -방향 가동성 마스크 홀더를 나타내며, 6a, 6b, 6c 및 6d는 마스크를 나타낸다. 제1, 제2, 제3 및 제4마스크(6a, 6b, 6c, 6d)는 xy -방향 가동성 마스크 홀더(709)상에 사각형의 정점에 배치된다.
제87도에서, xy -방향 가동성 마스크 홀더(709)상에 부착된 네 개의 마스크로부터 선택된 제1마스크(6a)는 레이저 광의 광경로에 배열되고 가공에 사용된다. 가공에 사용중인 제1마스크(6a)가 제2마스크(6b), 제3마스크(6c) 또는 제4마스크(6d)로 대체될 때에, 제2마스크(6b), 제3마스크(6c) 또는 제4마스크(6d) 의 중심이 레이저 광의 광축(701)상에 있도록 xy -방향 가동성 마스크 홀더(709)는 x -방향, y -방향 또는 두 방향으로 이동된다.
실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치는 마스크 패턴이 변경되거나 마스크가 열에 의해 손상되었을 때에 마스크의 대체 작업이 요구될 경우에 위의 실시예와 같은 방식으로 효과적이다. 가공공정에 필요한 복수개의 마스크는 가공 작업전에 미리 xy -방향 가동성 마스크 홀더(709)상에 배열된다. xy -방향 가동성 마스크 홀더를 x -방향, y -방향 또는 두 방향으로 이동시키면 가공공정에 사용중인 마스크를 다른 것과 대체할 수 있고 다른 마스크 셋업의 위치를 쉽게 조정할 수 있다. 따라서, 가공 중에 장치 내에서 다른 마스크를 대체 하기 위해서 기계 가공장치내에 장착된 현재의 마스크를 제거할 필요가 없다. 따라서, 가공에 필요한 시간이 감소될 수 있고, 가공 효율도 향상될 수 있다. 또한, 복수개의 마스크가 가동성 홀더상에 2차원 배열로 배열되기 때문에, 가동성 마스크 홀더상에 부착될 수 있는 마스크의 수를 감소시키지 않고도 마스크 홀더로 크기가 감소될 수 있다.
제88도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치의 구조의 개략도이다. 이 도면에서, 제5도와 동일한 도면부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면 부호 701은 가공을 위한 레이저 광의 광축을 나타내고, 710은 네 개의 마스크를 지지하기 위해 레이저 광의 광축(701)에 평행한 축에 관해 회전가능하게 배열된 회전가능한 마스크 홀더(발생 수단을 배열하는 수단)를 나타내며, 711은 광축(701)에 평행한 회전가능한 마스크 홀더(710)의 회전축을 나타내고, 6a, 6b, 6c 및 6d는 마스크를 나타낸다.
제1, 제2, 제3 및 제4마스크(6a, 6b, 6c, 6d)는 각각의 마스크의 중심과 회전축(711) 사이의 거리가 회전축(711)과 레이저 광의 광축 사이의 거리와 같도록 중심이 회전축(711)상에 있는 원의 원주상에 배열된다.
제88도에서, 회전가능한 마스크 홀더(710)상에 부착된 네 개의 마스크로부터 선택된 제1마스크(6a)는 레이저 광의 광경로에 배열되고 가공에 사용된다. 가공에 사용중인 제1마스크(6a)가 제2마스크(6b), 제3마스크(6c) 또는 제4마스크(6d)와 대체될 때에, 제2마스크(6b), 제3마스크(6c) 또는 제4마스크(6d)의 중심이 레이저 광의 광축(701)상에 있도록 회전가능한 마스크 홀더(710)는 도면에 도시된 화살표(R) 방향으로 회전된다.
실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치는 마스크 패턴이 변경되거나 마스크가 열에 의해 손상되었을 때에 마스크의 대체 작업이 요구될 경우에 위의 실시예와 같은 방법으로 효과적이다. 그러한 경우에, 가공공정에 필요한 복수개의 마스크는 가공작업전에 미리 회전가능한 마스크 홀더(710)상에 위의 실시예와 같은 방법으로 배열된다. 회전가능한 마스크 홀더를 레이저 광의 광축(701)에 평행한 회전축(711)에 대해 회전 시키면 가공공정에 사용중인 마스크를 다른 것과 대체할 수 있고 다른 마스크 셋업의 위치를 쉽게 조정할 수 있다.
따라서, 가공중에 장치 내에서 다른 마스크를 대체하기 위해서 기계 가공장치내에 장착된 현재의 마스크를 제거할 필요가 없다. 따라서, 가공에 필요한 시간이 감소될 수 있고, 가공 효율도 향상될 수 있다. 또한, 복수개의 마스크가 회전 가능한 홀더상에 2차원 배열로 배열되기 때문에, 홀더상에 부착될 수 있는 마스크의 수를 감소시키지 않고도 마스크 홀더의 크기를 감소 시킬 수 있다. 마스크를 교환할 때에 회전가능한 마스크 홀더의 회전축만 제어되므로, 마스크의 대체 및 조정 작업은 더욱 쉽게 수행될 수 있다.
제89도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조의 개략도이다. 이 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면 부호 701은 가공을 위한 레이저 광의 광축을 나타내고, 707은 3개의 마스크를 지지하기 위해 레어저 광의 광축(701)에 수직한 방향(x -방향)으로 이동가능한 x -방향 가동성 마스크 홀더를 나타내며, 6a, 6b 및 6c는 마스크를 나타내며, 704는 4개의 홀로그램을 지지하기 위해 레이저 광의 광축(701)에 수직인 2개의 방향(x -방향 및 y -방향)으로 이동가능한 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더를 나타내고, 5a, 5b, 5c 및 5d는 홀로그램을 나타낸다.
이 실시예는 제84도의 실시예와 제86도의 실시예의 조합이다. 제1, 제2, 제3 및 제4홀로그램(5a, 5b, 5c, 5d)은 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)상에 부착된 네 개의 홀로그램으로부터 선택된 제1홀로그램(5a)은 레이저 광의 광축에 배열되고 가공에 사용된다. 가공에 사용중인 제1홀로그램(5a)이 제2홀로그램(5b), 제3홀로그램(5c) 또는 제4홀로그램(5d)으로 대체될 때, 제2홀로그램(5b), 제3홀로그램(5c) 또는 제4홀로그램(5d)의 중심이 레이저 광의 광축(701) 상에 있도록 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)는 x - 방향, y - 방향 또는 두 방향으로 이동된다.
한편, 제1, 제2 및 제3마스크(6a, 6b, 6c)는 x -방향 가동성 마스크 홀더(707)상에 거의 직선 배열로 배치된다. 마스크는 마스크의 중심에 가까이 지나는 선(708)이 레이저 광의 광축(701)과 교차하도록 x -방향을 따라 배열된다. x -방향 가동성 마스크 홀더(707)상에 부착된 3개의 마스크로부터 선택된 제1마스크(6a)는 레이저 광의 광경로에 배열되고 가공에 사용된다. 가공에 사용중인 제1마스크(6a)가 제2마스크(6b) 또는 제3마스크(6c)로 대체될 때에, 제2마스크(6b) 또는 제3마스크(6c)의 중심이 레이저 광의 광축(701)상에 있도록 x -방향 가동성 마스크 홀더(707)는 x -방향으로 이동된다.
이런 구조를 가진 레이저 전사 기계 가공장치에서, 가공 공정에 복수개의 홀로그램이 요구되거나 또는 마스크의 마스크 패턴의 변화가 요구될 때에, 복수개의 홀로그램을 가공공정전에 미리 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)상에 배열된다. 또한, 가공 공정에 필요한 복수개의 마스크는 가공 작업전에 미리 x -방향 가동성 마스크 홀더(707)상에 배열된다. 가동성 홀로그램 홀더를 x -방향 y 방향 또는 두 방향으로 이동시키면 사용중인 홀로그램을 다른 것으로 대체하는 것이 가능하고 홀로그램의 위치를 쉽게 조정할 수 있다. 가동성 마스크 홀더를 x -방향으로 이동시키면 가공공정에 사용중인 마스크를 다른 것과 대체할 수 있고 다른 마스크 셋업의 위치를 쉽게 조정할 수 있다.
따라서, 가공공정 동안에 장치내에 다른 홀로그램을 위치 시키기 위해서 장치내에 현재 장착되어 있는 홀로그램을 제거할 필요가 없다. 따라서, 가공에 필요한 시간이 감소되고, 가공 효율이 향상된다. 또한, 복수개의 홀로그램이 가동성홀더상에 2차원 배열로 배치되기 때문에, 홀더상에 부착될 수 있는 홀로그램의 수를 감소시키지 않고도 홀로그램 홀더의 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 가공중에 장치 내에서 다른 마스크를 대체하기 위해서 기계 가공장치내에 장착된 현재의 마스크를 제거할 필요가 없기 때문에 가공에 필요한 시간이 감소될 수 있고, 가공 효율도 향상될 수 있다. 복수개의 홀로그램과 복수개의 마스크가 가공공정에 요구될 때, 가공공정 동안에 장치내에 다른 홀로그램과 다른 마스크를 위치시키기 위해서 장치내에 현재 장착되어 있는 홀로그램과 마스크를 제거할 필요가 없기 때문에 가공에 필요한 시간이 현저히 감소되고 가공 효율도 현저히 향상 된다.
이 실시예에서, xy - 방향 가동성 홀로그램 홀더 대신에, 상기한 x -방향 가동성 홀로그램 홀더 또는 회전가능한 홀로그램 홀더와 같은 홀더가 사용될 수 있다. 유사한 이점이 후자의 홀더에 의해 제공될 수 있다. 또한 x -방향 가동성 마스크 홀더 대신에, 상기한 xy -방향 가동성 마스크 홀더 또는 회전가능한 마스크 홀더와 같은 홀더가 사용될 수 있다. 유사한 이점이 후자의 홀더에 의해 제공될 수 있다.
제90도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시하는 개략도이다. 이 도면에서, 제89도와 동일한 도면 부호는 동일 부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면부호 712는 x -방향으로 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)를 이동시키기 위한 제1펄스 모터를 나타내고, 713은 y -방향으로 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)를 이동시키기 위한 제2펄스 모터를 나타내고, 714는 x -방향으로 x -방향 가동성 마스크 홀더(707)를 이동시키기 위한 제3펄스 모터를 나타내며, 715는 제1펄스 모터(712)를 구동하는 펄스를 발생 시키기 위한 제1펄스 발생기를 나타내고, 716은 제2펄스 모터(713)를 구동하는 펄스를 발생시키기 위한 제2펄스 발생기를 나타내고, 717은 제3펄스 모터(714)를 구동하는 펄스를 발생시키기 위한 제3펄스 발생기를 나타내며, 718은 제1, 제2 및 제3펄스 발생기에 의해 발생되는 펄스의 수와 발생된 펄스의 타이밍을 제어하는 제어 유닛을 나타낸다. 이 실시예는 제89도의 상기 실시예의 양호한 변형이다.
각각의 펄스 모터의 회전각은 제어 유닛(718)에 의해 제공된 펄스의 수에 비례한다. 전사 기계 가공장치가 작동되는 동안에 사용되는 홀로그램과 마스크를 둘다 교환할 때에, 제1, 제2 및 제3펄스 모터(712, 713, 714)가 각각 예정된 각도로 동시에 회전하도록, 제어 유닛(718)은 제1, 제2 및 제3펄스 발생기(715, 716, 717)에 의해 발생된 펄스의 수와 발생된 펄스의 타이밍을 제어한다. 제어된 이동은 홀로그램과 마스크를 동시에 상호 동기적으로 대체할 수 있게 한다. 제89도의 실시예가 제공하는 이점에 추가하여, 이 실시예의 기계 가공 장치는 가공에 필요한 시간을 감소시킬 수 있고 가공 효율을 향상시킬 수 있다.
이 실시예에서, xy -방향 가동성 홀로그램 홀더 대신에, 상기 x -방향 가동성 홀로그램 홀더 또는 회전가능한 홀로그램 홀더와 같은 홀더가 사용될 수 있다. 유사하게, 펄스 모터는 이러한 홀더를 위한 구동 장치로서 사용될 수 있다. 유사한 이점이 후자의 홀더에 의해 제공될 수 있다. 또한, x -방향 가동성 마스크 홀더 대신에, 상기 xy -방향 가동성 마스크 홀더 또는 회전가능한 마스크 홀더와 같은 홀더가 사용될 수 있다. 유사하게, 펄스 모터는 이러한 홀더를 위한 구동 장치로서 사용될 수 있다. 유사한 이점이 후자의 홀더에 의해 제공될 수 있다.
제91도는 본 발명의 한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공장치의 구조의 개략도이다. 이 도면에서, 제5도와 동일한 도면 부호는 동일부품 또는 유사한 부품을 나타내며, 도면부호 701은 가공을 위한 레이저 광의 광축을 나타내고, 704는 홀로그램(5)을 지지하기 위해 레이저 광의 광축(701)에 수직한 2 개의 방향(x -방향 및 y -방향)으로 이동가능한 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더를 나타내며, 719는 홀로그램(5)상에 형성된 제1홀로그램 패턴을 나타내고, 720은 홀로그램(5) 상에 형성된 제2홀로그램 패턴을 나타내며, 721은 홀로그램(5)상에 형성된 제3홀로그램 패턴을 나타내고, 722는 홀로그램(5)상에 형성된 제4홀로그램 패턴을 나타낸다.
제1, 제2, 제3 및 제4홀로그램 패턴(719, 720, 721, 722)은 그들의 중심이 홀로그램(5)상에서 사각형의 정점 부근에 있도록 xy -방향 홀로그램 홀더(704)에 부착된 홀로그램(5) 상에 배열된다.
실시예의 작동을 설명한다. 제91도에서, 홀로그램의 4개의 홀로그램 패턴으로부터 선택된 제1홀로그램 패턴(719)은 레이저 광의 광경로에 배열되고 가공에 사용된다. 가공에 사용 되고 있는 제1홀로그램 패턴(719)이 제2홀로그램 패턴(720), 제3홀로그램 패턴(721) 또는 제4홀로그램 패턴(722)으로 대체될 때에, 제2홀로그램 패턴(720), 제3홀로그램 패턴(721) 또는 제4홀로그램 패턴(722)의 중심이 레이저 광의 광축(701)상에 있도록, xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)는 x -방향, y -방향 또는 두 방향으로 이동된다. 홀로그램 패턴은 이동에 의해 쉽게 대체될 수 있다.
복수개의 홀로그램 패턴들이 기판위에 형성되어 있는 한개의 기판을 제조하는데 드는 비용은 각각의 유사한 홀로그램 패턴을 가지는 복수개의 홀로그램들을 제조하는 것 보다는 적게든다. 기계 가공을 위해 복수개의 홀로그램 패턴이 필요로 할때 또는 기계 가공 공정을 위해 전사될 패턴의 변화가 필요할때, 기계 가공 공정을 위해 필요한 복수개의 홀로그램 패턴이 배열되어 있는 홀로그램이 기계 가공 작업의 전에 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더상에 장착된다. x -방향, y -방향 또는 양 방향으로 이동 가능한 홀로그램 홀더의 xy -방향의 운동은 기계 가공 공정을 위해 사용되는 홀로그램 패턴을 다른 것으로 대체하고, 다른 홀로그램 설정위치를 용이하게 조정할 수 있다. 그러므로, 상기 장치가 기계 가공을 하는 동안 다른 홀로그램을 장치내에 배치시키기 위해 기계 가공 장치에 장착된 홀로그램을 제거할 필요가 없고, 다른 홀로그램의 장치 내에서의 설정 위치를 조절할 필요가 없다. 이로 인해 기계 가공에 필요로 하는 시간은 감소될 수 있고, 기계 가공의 효율도 향상될 수 있다. 또한, 홀로그램은 홀로그램 위에 형성된 복수개의 홀로그램 패턴을 제공하므로서 홀로그램 홀더에 홀로그램들을 장착 하기 위한 복수개의 공간을 준비할 필요가 없고, 홀로그램 홀더의 크기는 더욱더 감소될 수 있다.
실시예의 변용에 있어서, 실시예에 따른 홀로그램(5)과, 제86도 내지 제88도에 도시된 바와 같은 복수개의 마스크를 유지하기 위한 수단이 조합될 수 있다. 이런 조합은 일련의 작업을 제거할 수 있다. 즉, 장치가 기계 가공을 하는 동안 기계 가공 장치 내에 장착된 현재의 마스크를 제거하는 것과, 장치내에 다른 마스크를 배치하는 것과, 장치내에서 다른 마스크의 설정 위치를 조절하는 것 등의 작업을 제거할 수 있다. 이로 인해 기계 가공의 효율은 복수개의 홀로그램과 복수개의 마스크가 기계 가공을 위해 필요할 때에 더욱더 많이 향상될 수 있다.
제92도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 구성도이다. 도면에서 제5도와 같은 동일 참조 부호는 동일 부분 등과 같은 부분을 도시하고, 참조 부호 701은 홀로그램상의 레이저 입사광의 광축을 도시하며, 참조 부호 705는 홀로그램(5)을 지지하기 위한 레이저 광의 광축(701)에 평행한 축에 대하여 회전 가능하게 배치된 회전가능한 홀로그램 홀더를 도시하고, 참조부호 706은 광축(701)에 평행하게 회전가능한 홀로그램 홀더(705)의 회전 축을 도시하며, 참조부호 719는 홀로그램(5)상에 형성된 제1홀로그램 패턴을 도시하고, 참조부호 720은 홀로그램(5)상에 형성된 제2홀로그램 패턴을 도시하며, 참조부호 721은 홀로그램(5)상에 형성된 제3홀로그램 패턴을 도시하고, 참조부호 722는 홀로그램(5)상에 형성된 제4홀로그램 패턴을 도시한다.
제1, 제2, 제3, 제4홀로그램 패턴(719, 729, 721 및 722)들은 회전축(706)의 중심에 놓인 원의 원주에 배열되고, 각각의 홀로그램 패턴의 각각의 중심과 회전축(706) 사이의 거리는 회전축(706)과 레이저 광의 광축(701) 사이의 거리와 실제로 동일 하다.
실시예의 작동에 관하여 설명한다. 제92도에 있어서, 홀로그램(5)에서 네 개의 홀로그램 패턴으로부터 선택되는 제1홀로그램 패턴(719)은 레이저 광의 광 경로에 배열되고, 기계 가공을 위해 사용된다. 기계 가공을 위해 사용되는 제1홀로그램 패턴(719)이 제2홀로그램 패턴(720), 제3홀로그램 패턴(721) 또는 제4홀로그램 패턴(722)으로 대체될 때, 회전 가능한 홀로그램 홀더(705)는 도면에서 화살표(R)로 도시된 방향으로 회전되고, 제2홀로그램 패턴(720), 제3홀로그램 패턴(721) 또는 제4홀로그램 패턴(722)의 중심은 레이저 광의 광축(701) 위에 놓인다. 상기 홀로그램 패턴은 회전에 의해 용이하게 대체될 수 있다.
복수개의 홀로그램 패턴들이 기판위에 형성되어 있는 한개의 기판을 제조하는데 드는 비용은 각각의 유사한 홀로그램 패턴을 가지는 복수개의 홀로그램들을 제조하는 것 보다는 적게든다. 복수개의 홀로그램 패턴이 기계 가공 공정을 필요할 때 또한 전사될 패턴의 변화가 기계 가공 공정을 위해 필요할때, 기계 가공 공정을 위해 필요한 복수개의 홀로그램 패턴은 기계 가공 작업에 앞서서 홀로그램상에 형성된다. 레이저 광의 광축(701)에 평행한 회전축(706)에 대하여 회전가능한 홀로그램 홀더의 회전은 기계 가공 공정을 위해 사용 되는 홀로그램 패턴을 다른 것으로 대체하고, 홀로그램의 위치를 용이하게 조정하는 것이 가능하다. 그러므로, 홀더를 구비한 장치는 일련의 적업을 제거할 수 있다. 즉, 장치가 기계 가공을 하는 동안 기계 가공 장치 내에 장착된 현재의 마스크를 제거하는 것과, 장치내에 다른 마스크를 배치하는 것과, 장치내에서 다른 마스크의 설정 위치를 조절하는 것 등의 작업을 제거할 수 있다. 이로 인해 기계 가공에 요구되는 시간은 감소되고 기계 가공의 효율은 향상된다. 또한, 홀로그램은 홀로그램 위에 형성된 복수개의 홀로그램 패턴을 제공하므로서 홀로그램 홀더에 홀로그램들을 장착하기 위한 복수개의 공간을 준비할 필요가 없고 홀로그램 홀더의 크기는 더욱더 감소될 수 있다. 회전 가능한 홀로그램 홀더의 회전축은 홀로그램 패턴 다른것과 교환될때만 제어되기 때문에, 홀로그램 패턴의 대체 및 조정 작업은 더욱더 용이하게 수행 된다.
실시예의 변용에 있어서, 실시예에 따른 홀로그램(5)과 제86도 내지 제88도에 도시된 바와 같은 복수개의 마스크를 유지하기 위한 수단이 조합될 수 있다. 이런 조합은 일련의 작업을 제거할 수 있다. 즉, 장치가 기계 가공을 하는 동안 기계 가공 장치 내에 장착된 현재의 마스크를 제거하는 것과, 장치내에 다른 마스크를 배치하는 것과, 장치내에서 다른 마스크의 설정 위치를 조절하는 것 등의 작업을 제거할 수 있다. 이로 인해 기계 가공의 효율은 복수개의 홀로그램과 복수개의 마스크가 기계 가공을 위해 필요할 때에 더욱더 많이 향상될 수 있다.
제93도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전자 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 같은 동일 참조부호는 동일 부분을 도시하고, 참조부호 701은 기계 가공용 레이저 광의 광축을 도시하며, 참조 부호 709는 마스크(6)를 지지하기 위한 레이저 광의 광축(701)에 수직한 두 방향(x - 방향 및 y - 방향)으로 이동가능한 xy - 방향 가동성 마스크 홀더를 도시하고, 참조부호 651은 마스크(6)상에 형성된 제1마스크 패턴을 도시하며, 참조부호 652는 마스크(6)상에 형성된 제2마스크 패턴을 도시하고, 참조부호 653은 마스크(6)상에 형성된 제3마스크 패턴을 도시 하며, 참조부호 654는 마스크(6)상에 형성된 제4마스크 패턴을 도시한다.
실시예의 작동에 대해 설명한다. 제1, 제2, 제3 및 제4마스크 패턴(651, 652, 653 및 654)들은 마스크(6)상에 배열되어 마스크 패턴들의 중심은 각각의 사각형 마스크(6) 상의 정점 들이다. 제93도에 있어서, 마스크(6)의 네 개의 마스크 패턴으로부터 선택되는 제1마스크 패턴(651)은 레이저 광의 광경로에 배열되고, 기계 가공용으로 사용된다. 기계 가공용으로 사용되는 제1마스크 패턴(651)이 제2마스크 패턴(652), 제3마스크 패턴(653) 또는 제4마스크 패턴(654)으로 대체될 때, xy -방향 가동성 마스크 홀더(709)가 x -방향, y -방향 또는 양 방향으로 병진되어 제2마스크 패턴(652), 제3마스크 패턴(653) 또는 제4마스크 패턴(654)의 중심이 레이저 광의 광축(701)상에 놓인다. 상기 마스크 패턴은 병진되어 용이하게 대체될 수 있다.
복수개의 마스크 패턴들이 기판위에 형성되어 있는 한개의 기판을 제조하는 데 드는 비용은 각각의 유사한 마스크 패턴을 가지고 복수개의 마스크들을 제조하는 것 보다는 적게든다. 상기 홀더를 가진 장치는 기계 가공 공정을 위해 마스크 패턴을 변화시킬 필요가 있을때나, 현재의 마스크가 열 등으로 손상되어 동일한 마스크 패턴을 가진 다른 마스크로 교환될 필요가 있을 때 효과적이다. 이러한 경우에, 기계 가공 공정에 요구되는 복수개의 마스크 패턴이 배열되어 있는 마스크는 기계 가공 작업에 앞서서 xy -방향으로 이동가능한 마스크 홀더상에 장착된다. x-방향, y -방향 또는 양방향으로 회전가능한 마스크 홀더의 xy -방향의 운동은 기계 가공 공정에 사용되는 마스크 패턴을 다른 것으로 대체하고, 다른 마스크 패턴이 설정된 위치를 용이하게 조정할 수 있다. 그 결과, 장치가 기계 가공을 하는 동안 다른 마스크를 장치내에 배치시키기 위해 기계 가공 장치내에 장착된 마스크를 제거할 필요가 없으며, 따라서 다른 마스크의 위치를 조절할 필요도 없다. 그러므로, 기계 가공에 요구되는 시간이 감소되고, 기계 가공 효율은 향상될 수 있다. 또한, 상기 마스크상에 복수개의 마스크 패턴이 형성되어 있기 때문에, 마스크 홀더상에 복수개의 마스크를 장착할 공간을 준비할 필요가 없으므로 상기 마스크 홀더의 크기는 더욱더 작게될 수 있다.
실시예의 변용에 있어서, 상기 실시예에 따른 마스크(6)와, 제82도 내지 제85도에 도시된 바와 같은 복수개의 홀로그램을 유지하기 위한 수단이 조합될 수 있다. 이런 조합은 일련의 작업을 제거할 수 있다. 즉, 장치가 기계 가공을 하는 동안 기계 가공 장치 내에 장착된 현재의 마스크를 제거하는 것과, 장치내에 다른 마스크를 배치하는 것과, 장치내에서 다른 마스크의 설정 위치를 조절하는 것 등의 작업을 제거할 수 있다. 이로 인해 기계 가공의 효율은 복수개의 홀로그램과 복수개의 마스크가 기계 가공을 위해 필요할 때에 더욱더 많이 향상될 수 있다.
제94도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 구성도이다. 도면에서 제5도와 동일한 참조부호는 동일 부분 등과 같은 부분을 도시하고, 참조 부호 701은 기계 가공용 레이저 광의 광축을 도시하며, 참조부호 710은 마스크(6)를 지시하기 위한 레이저 광의 광축(701)에 평행한 축에 대하여 회전할 수 있도록 배치되는 회전가능한 마스크 홀더를 도시하고, 참조부호 711은 광축(701)에 평행하게 회전가능한 마스크 홀더(710)의 회전축을 도시하며, 참조부호 651은 마스크(6)상에 형성된 제1마스크 패턴을 도시하고, 참조부호 652는 마스크(6)상에 형성된 제2마스크 패턴을 도시하며, 참조부호 653은 마스크(6)상에 형성된 제3마스크 패턴을 도시하고, 참조부호 654는 마스크(6)상에 형성된 제4마스크 패턴을 도시했다.
제1, 제2, 제3, 제4마스크 패턴(651, 652, 653 및 654)들은 회전축(711)의 중심에 놓인 원의 원주에 배열되어 각각의 마스크 패턴의 각 중심과 회전축(711) 사이의 거리는 회전축(711)과 레이저 광의 광축(701) 사이의 거리와 실제로 동일하다.
실시예의 작동에 대하여 설명한다. 제96도에 있어서, 마스크(6)에서 네 개의 마스크 패턴으로부터 선택 되는 제1마스크 패턴(651)은 레이저 광의 광경로에 배열되고, 기계 가공용으로 사용된다. 기계 가공용으로 사용되는 제1마스크 패턴(651)이 제2마스크 패턴(652), 제3마스크 패턴(653) 또는 제4마스크 패턴(654)으로 대체될때, 회전 가능한 마스크 홀더(710)는 도면에서 화살표(R)로 도시된 방향으로 회전되고, 제2마스크 패턴(652), 제3마스크 패턴(653) 또는 제4마스크 패턴(654)의 중심은 레이저 광의 광축(701) 위에 놓인다. 상기 마스크 패턴은 회전에 의해 용이하게 대체될 수 있다.
복수개의 마스크 패턴들이 기판위에 형성되어 있는 한개의 기판을 제조하는 데 드는 비용은 각각의 유사한 마스크 패턴을 가지는 복수개의 마스크들을 제조하는 것 보다는 적게든다. 상기 홀더를 가진 장치는 기계 가공 공정을 위해 마스크 패턴을 변화시킬 필요가 있을때나, 현재의 마스크가 열 등으로 손상되어 동일한 마스크 패턴을 가진 다른 마스크로 교환될 필요가 있을 때 효과적이다. 이러한 겅우, 기계 가공 공정에 요구되는 복수개의 마스크 패턴이 형성되어 있는 마스크가 준비된다. 그후, 회전 가능한 마스크 홀더는 기계 공정을 위해 사용되는 마스크 패턴을 다른 것으로 대체하기 위해 레이저 광의 광축(701)에 평행한 회전축(711)에 대하여 회전된다. 설정된 마스크 패턴의 위치는 용이하게 조정된다. 그러므로, 상기 홀더를 가진 장치는 일련의 작업을 제거할 수 있다. 즉, 장치가 기계 가공을 하는 동안 기계 가공 장치내에 장착된 마스크를 제거하는 작업과, 장치내에 다른 마스크를 배치하는 작업과, 장치내에 다른 마스크의 설치 위치를 조절하는 작업을 없앨 수 있다. 이로인해, 기계 가공에 소요되는 시간은 감소되고, 기계 효율은 향상될 수 있다. 또한, 상기 마스크는 마스크 위에 형성된 복수개의 마스크 패턴을 제공하므로서 마스크 홀더에 마스크들을 장착하기 위한 복수개의 공간을 준비할 필요가 없고 마스크 홀더의 크기는 더욱더 감소될 수 있다. 회전가능한 마스크 홀더의 회전축이 단지 홀로그램 패턴을 다른 것으로 교환할때만 제어되기 때문에, 마스크의 교환 및 조절 작업은 보다 용이하게 수행될 수 있다.
실시예의 변용에 있어서, 본 실시예에 따른 마스크(6)와 제82도 내지 제85도에 도시된 바와 같은 복수개의 홀로그램을 유지하기 위한 수단이 조합될 수 있다. 이 조합은 일련의 작업을 제거할 수 있다. 즉, 장치가 기계 가공을 하는 동안 기계 가공 장치내에 장착된 홀로그램을 제거하는 작업과, 다른 홀로그램을 장치내에 배치하는 작업과, 장치내에서 다른 홀로그램의 위치를 조절하는 작업을 없앨 수 있다. 이로인해 기계의 효율은 복수개의 홀로그램과 복수개의 마스크들이 기계 가공에 필요할 때 더욱더 많이 향상될 수 있다.
제95도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조 부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 나타내고, 참조부호 701은 마스크상에 입사된 레이저 광의 광축을 도시하며, 참조부호 709는 마스크(6)를 지지하기 위한 레이저 광의 광축(701)에 수직한 두방향(x -방향 및 y -방향)으로 이동 가능한 xy -방향 가동성 마스크 홀더를 나타내고, 참조부호 651은 마스크(6)상에 형성된 제1마스크 패턴을 도시하며, 참조부호 652는 마스크(6)상에 형성된 제2마스크 패턴을 도시하고, 참조부호 653은 마스크(6)상에 형성된 제3마스크 패턴을 도시하며, 참조부호 654는 마스크(6)상에 형성된 제4마스크 패턴을 도시하고, 참조부호 704는 홀로그램(5)을 지지하기 위한 레이저 광의 광축(701)에 수직한 두 방향(x -방향 및 y -방향)으로 이동가능한 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더를 도시하고, 참조부호 719는 홀로그램(5) 상에 형성된 제1홀로그램 패턴을 도시하며, 참조부호 720은 홀로그램(5)상에 형성된 제2홀로그램 패턴을 도시하고, 참조 부호 721은 홀로그램(5)상에 형성된 제3홀로그램 패턴을 도시하며, 참조부호 722는 홀로그램(5)상에 형성된 제4홀로그램 패턴을 도시한다. 이 실시예는 제91도에 도시된 실시예와 제93도에 도시한 실시예의 결합이다.
실시예의 작동에 관하여 설명한다. 제1, 제2, 제3 및 제4홀로그램 패턴(719, 720, 721 및 722)들은 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)에 부착된 홀로그램(5)상에 배열되어 있으며, 홀로그램 패턴들의 중심은 각각의 사격형 홀로그램(5) 상의 정점들이다. 제95도에 있어서, 홀로그램의 네 개의 홀로그램 패턴으로부터 선택되는 제1홀로그램 패턴(719)은 레이저 광의 광경로에 배열되고, 기계 가공을 위해 사용된다. 기계 가공을 위해 사용되는 제1홀로그램 패턴(719)이 제2홀로그램 패턴(720), 제3홀로그램 패턴(721) 또는 제4홀로그램 패턴(722)으로 대체될 때, xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)는 X -방향, y -방향 또는 양방향으로 병진되고, 제2홀로그램 패턴(720), 제3홀로그램 패턴(721) 또는 제4홀로그램 패턴(722)의 중심이 레이저 광의 광축(701)상에 놓이게 된다. 상기 홀로그램 패턴은 병진되어 용이하게 대체할 수 있다.
한편, 제1, 제2, 제3, 제4마스크 패턴(651, 652, 653 및 654)들은 마스크(6)상에 배열되어 있고, 마스크 패턴들의 중심은 각각의 사각형 마스크(6) 상의 정점들이다. 제95도에 있어서, 마스크(6)의 네 개의 마스크 패턴으로 부터 선택되는 제1마스크 패턴(651)은 레이저 광의 광경로에 배열되고, 기계 가공용으로 사용된다. 기계 가공용으로 사용되는 제1마스크 패턴(651)이 제2마스크 패턴(652), 제3마스크 패턴(653) 또는 제4마스크 패턴(654)으로 대체될 때, xy -방향 가동성 마스크 홀더(709)는 x -방향, y -방향 또는 양 방향으로 병진되고 제2마스크 패턴(652), 제3마스크 패턴(653) 또는 제4마스크 패턴(654)의 중심이 레이저 광의 광축(701)상에 놓이게 된다. 상기 마스크 패턴은 병진되어 용이하게 대체할 수 있다.
x-방향, y -방향 또는 양 방향으로 이동가능한 홀로그램 홀더의 xy -방향의 운동은 기계 가공 공정을 위해 사용되는 홀로그램 패턴을 다른 것으로 대체하고, 다른 홀로그램의 설정 위치를 용이하게 조정할 수 있게 한다. x -방향, y -방향 또는 양 방향으로 이동 가능한 마스크 홀더의 xy -방향의 운동은 기계 가공 공정을 위해 사용되는 마스크 패턴을 다른 것으로 대체하고, 다른 마스크 설정 위치를 용이하게 조정할 수 있게 한다.
그러므로, 장치가 기계 가공을 하는 동안 장치 내에서 다른 홀로그램을 배치하기 위해서 기계 가공 장치에 장착된 홀로그램을 제거할 필요가 없고, 따라서 장치내의 다른 홀로그램의 위치를 조절할 필요가 없다. 이로인해, 기계 가공에 필요로 하는 시간은 감소될 수 있고, 기계 가공의 효율도 향상될 수 있다. 또한, 홀로그램은 홀로그램 위에 형성된 복수개의 홀로그램 패턴을 제공하므로서 홀로그램 홀더에 홀로그램들을 장착하기 위한 복수개의 공간을 준비할 필요가 없고 홀로그램 홀더의 크기는 더욱더 감소될 수 있다. 또한, 기계 가공 공정에서 마스크 패턴을 변화시켜야할 필요가 있을때나 마스크가 열에 의해 손상되어 동일한 마스크 패턴을 가진 마스크로 반드시 교체되어야 할 때, 장치가 기계 가공을 하는 중에 장치내에 다른 마스크를 배치하기 위해 기계 가공 장치내에 장착된 마스크를 제거할 필요가 없고, 때문에 다른 마스크의 위치를 조절할 필요가 없다. 그러므로, 기계 가공에 필요한 시간은 감소될 수 있고, 기계 가공의 효율은 향상될 수 있다, 더욱이, 상기 마스크 위에 복수개의 마스크 패턴이 형성되어 있기 때문에, 마스크 홀더상에 마스크를 위한 복수개의 장착 공간을 준비할 필요가 없고, 마스크 홀더의 치수는 추가적으로 감소될 수 있다.
복수개의 홀로그램과 복수개의 마스크가 기계 가공에 필요할 때 상기 홀더를 가진 장치는 일련의 작업, 즉, 장치가 기계 가공을 수행하는 동안 기계 가공 장치내에 장착된 마스크와 홀로그램을 제거하는 작업과, 장치내에서 다른 마스크와 다른 홀로그램을 배치하는 작업과, 장치내에서 다른 마스크와 다른 홀로그램의 설치 위치를 조절하는 작업을 없앨 수 있다. 그러므로, 기계 가공에 요구되는 시간은 더욱 크게 감소될 수 있고, 기계 가공의 효율은 더욱 크게 향상될 수 있다.
이 실시예에 있어서, xy -방향 가동성 홀로그램 홀더 대신에 상술한 x 방향 가동성 홀로그램 홀더 등의 홀더 또는 회전 가능한 홀로그램 홀더가 사용될 수도 있다. 후자의 홀더에 의해서도 동일한 장점과 효과가 제공될 수 있다. 또한, x -방향 가동성 마스크 홀더 대신에 상술한 xy -방향 가동성 마스크 홀더 등의 홀더 또는 회전 가능한 마스크 홀더가 사용될 수도 있다. 후자의 홀더에 의해서도 동일한 장점과 효과가 제공될 수 있다.
제96도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제89도에 도시된 바와 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 712는 xy -가동성 홀로그램 홀더를 x -방향으로 이동시키기 위한 제1펄스 모터를 도시하며, 참조부호 713은 xy -방향 가동성 홀로그램 홀더(704)를 y -방향으로 이동시키기 위한 제2펄스모터를 도시하고, 참조부호 714는 xy -방향 가동성 마스크 홀더(709)를 x -방향으로 이동시키기 위한 제3펄스모터를 도시하며, 참조부호 727은 xy -방향 가동성 마스크 홀더(709)를 y -방향으로 이동시키기 위한 제4펄스 모터를 도시하고, 참조부호 715는 제1펄스 모터(712)를 구동하여 펄스를 발생시키기 위한 제1펄스 발생기를 도시하며, 참조부호 716은 제2펄스 모터(713)를 구동하여 펄스를 발생시키기 위한 제2펄스 발생기를 도시하고, 참조부호 717은 제3펄스모터(714)를 구동하여 펄스를 발생시키기 위한 제3펄스 발생기를 도시하며, 참조부호 728은 제4펄스 모터(727)를 구동하여 펄스를 발생시키기 위한 제4펄스 발생기를 도시하고, 참조부호 718은 제1, 제2, 제3 및 제4펄스 발생기에 의해 발생된 펄스들과 발생된 펄스의 시간을 제어하기 위한 제어 유닛을 도시 한다. 이 실시예는 제95도에 도시한 상기 실시예의 양호한 변형이다.
실시예의 작동에 관하여 설명한다. 각 펄스 모터의 회전각은 제어 유닛(718)에 의해 제공되는 펄스들에 비례한다. 전사 기계 가공 장치가 작동되는 동안 사용되는 홀로그램 패턴과 마스크 패턴 양쪽 모두를 교환할때, 제어 유닛(718)은 제1, 제2, 제3 및 제4펄스 모터(712, 713, 714 및 727)가 각각 사전설정된 각도만큼 동시에 회전하는 방식으로 발생된 펄스의 타이밍과, 제1, 제2, 제 3 및 제4펄스 발생기(715, 716, 717 및 728)에 의해 발생된 펄스를 제어한다. 상기 제어된 운동은 홀로그램 패턴과 마스크 패턴을 서로 동시에 동시 발생적으로 대체하는 것을 가능하게 만든다. 제95도에 제공된 상기 실시예에 부가해서, 이러한 실시예의 기계 가공 장치는 기계 가공에 요구되는 시간을 감소시킬 수 있고 기계 가공 효율도 향상시킬 수 있다.
이 실시예에 있어서, xy -방향 가동성 홀로그램 홀더 대신에 상술한 x 방향 가동성 홀로그램 홀더 등의 홀더 또는 회전 가능한 홀로그램 홀더가 사용될 수도 있다. 유사하게, 펄스 모터가 이들 홀더를 위한 구동 장치로 사용될 수 있다. 상기한 바와 유사한 장점 효과는 후자의 홀더에 의해서도 제공될 수 있다. 또한, x - 방향으로 이동 가능한 마스크 홀더 대신에 상술한 xy -방향으로 이동가능한 마스크 홀더 등의 홀더 또는 회전 가능한 마스크 홀더가 사용될 수도 있다. 유사하게, 펄스 모터가 이들 홀더를 위한 구동 장치로 사용될 수 있다. 상기한 바와 유사한 장점 효과는 후자의 홀더에 의해서도 제공될 수 있다.
다음에, 0차 회절광에 대해 설명한다. 위상 홀로그램을 사용하는 엑시머 레이저 등의 레이저를 이용한 상술한 전사 기계 가공에 있어서, 위상 홀로그램상에 입사되는 레이저 광의 성분들의 위상은 상기 위상 홀로그램상의 임의의 위치에 배치된 위상 변위부에 의해 입사 레이저 광의 파장의 절반으로 변위되고, 그 결과로서 기계 가공 타겟상에 패턴이 형성된다. 위상 홀로그램을 제조할때 정밀도의 제한으로 인해, 반 파장에 정확히 동일한 폭을 가진 위상 부분을 형성하기는 어렵다. 그러므로, 위상 변위부를 통해 통과하는 레이저 광은 반 파장의 위상 변위에 오차를 가지고 있고, 그 때문에 위상 홀로그램에 의한 간섭 작용의 영향을 받지 않은 레이저 광은 상기 위상 홀로그램내로 직선으로 이동하며 0차 회절광을 발생시킨다. 상기 0차 회절광은 기계 가공 타겟상에 이미지화될 것이고, 타겟을 기계 가공할 것이다. 따라서, 0차 회절광이 발생은 기계 가공 패턴을 방해하게 된다.
제97도는 입사 레이저 광의 전체 에너지에 대한 0차 회절광의 에너지를 일반적인 위상 홀로그램을 통과한 레이저 광의 파장의 절반의 위상 변위내의 오차에 대하여 비율로 도시한 그래프이다. 도면에 도시한 바와 같이, 위상 변위에 오차가 ±10% 내이면, 입사 레이저 광의 전체 에너지에 대한 0차 회절된 광의 에너지의 비는 3% 이하이다.
위상 홀로그램을 제조할 때 정밀도를 제어함으로서, 상기 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 0차 회절광의 에너지 비를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 입사 레이저 광의 이용 효율은 향상되고 기계 가공 타겟에 기계의 정확도는 향상된다. 레이저 전사 기계 가공 장치의 신뢰성은 향상된다.
제98도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 참조 부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 302는 위상 홀로그램으로부터 발생된 0차 회절광을 도시한다. 본 실시예는 0차 회절광을 능동적으로 이용하기 위해 구성된다.
작동에 있어서, 위상 홀로그램(5)은 마스크(6)를 통과한 레이저 광(301)으로 조사된다. 위상 홀로그램(5) 위에 입사된 레이저 광(301)은 0차 회절광(302)과 회절광(303)으로 분리된다. 상기 광은 기계 가공 타겟(8)상에 이미지 형성되어 타겟(8)을 기계 가공한다. 기계 가공 타겟(8) 상에서, 0차 회절광(302)에 의한 구멍(304)과 회절광(303)에 의한 구멍(305)이 천공된다. 따라서, 제99도에 도시된 바와 같이. 홀로그램(5)은 0차 회절광에 의해 기계 가공된 구멍(304)의 위치가 타겟(8)상의 원하는 기계 가공 패턴의 위치(306) 중 하나와 동일하도록 실계되어야 한다. 그에 의해, 상기 홀로그램은 0차 회절광(302)의 에너지를 이용할 수 있어 기계 가공의 정확도는 향상된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 0차 회절광의 에너지를 직접적으로 이용할 수 있어서, 0차 회절광으로 인한 기계 가공의 오차를 제거하고, 입사 레이저 광의 이용 효율을 향상시키므로 신뢰성 있는 레이저 전사 기계 가공을 허용한다.
제100도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조 부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 302는 위상 홀로그램(5)으로부터 발생된 0차 회절광을 도시한다.
작동에 있어서, 위상 홀로그램(5)상에 입사된 레이저 광(301)은 0차 회절광(302)과 회절광(303)으로 분리된다. 상기 홀로그램(5)은 회절광(303)의 광경로가 0차 회절광(302)으로부터 분리되도록 설계된다. 또한, 상기 홀로그램(5)은 단지 회절광(303)만으로 기계 가공 타겟(8)을 조사하기 위해 배열된다. 상기 타겟은 0차 회절광(302)에 의한 영향이 없이 기계 가공되고, 그러므로서, 기계 가공의 정밀도가 향상된다.
즉, 본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 0차 회절광이 기계 가공 타겟상에 입사되는 것을 방지하므로서, 레이저 전사 기계 가공을 보다 정밀하게 하고 신뢰성 있게 한다.
제101도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 5a는 제1위상 홀로그램을 도시하며, 참조 부호 5b는 제2위상 홀로그램을 도시하고, 참조부호 8a는 제1 기계 가공 타겟을 도시하며, 참조부호 8b는 제2기계 가공 타겟을 도시하고, 참조부호 302a는 제1위상 홀로그램(5a)으로부터 발생된 0차 회절광을 도시하며, 참조부호 302b는 제2위상 홀로그램(5b)으로 부터 발생된 0차 회절광을 도시한다.
작동에 있어서, 제1위상 홀로그램(5a)상에 입사된 레이저 광(301)은 제101도에 도시된 바와 같이 제1의 0차 회절광(302a)과 제1회절광(303a)으로 분리된다. 제1회절광(303a)은 제1기계 가공 타겟(8a)상에 이미지 형성 되어 타겟을 기계 가공 한다. 상기 제2홀로그램(5b)은 제1회절광(303a)으로부터 분리된 제1의 0차 회절광(302a)의 광경로에 배치된다. 후에 제2 위상 홀로그램(5b)상에 입사된 제1의 0차 회절광(302a)은 제2의 0차 회절광(302b)과 제2회절광(303b)으로 분리되고, 제2회절광(303b)은 제2기계 가공 타겟(8b)상에 이미지 형성되어 타겟을 기계 가공 한다. 기계 가공 타겟에 직접적으로 입사시키지 않고 0차 회절광을 계속적으로 이용함으로서, 입사광의 이용 효율과 기계 가공의 정밀도가 향상된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공될 공작물에 입사시키지 않고 0차 회절광의 에너지를 이용하므로서, 0차 회절광으로 인한 기계 가공의 오차를 제거하고, 입사 레이저 광의 이용 효율을 향상 시키므로서 레이저 전사 기계 가공이 신뢰성있게 된다.
제102도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 참조부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시 하고, 참조부호 302는 제1위상 홀로그램(5)으로부터 발생된 0차 회절광을 도시하며, 참조부호 307은 부분 반사 미러를 도시하고, 참조부호 308은 위상 홀로그램(5)에 의해 방출된 0차 회절광을 이용하기 위해 배치된 완전 반사 미러를 도시한다.
작동에 있어서, 부분 반사 미러(307)에 의해 반사된 레이저 광(301)은 위상 홀로그램(5)을 통과하고, 그때 제102도에 도시된 바와 같이, 레이저 광은 0차 회절광(302)과 회절광(303)으로 분리된다. 상기 회절광(303)은 타겟을 기계 가공하기 위해 가계가공 타겟(8)상에 이미지 된다. 회절광(303)으로부터 분리된 0차 회절광(302)은 복수개의 완전 반사 미러(308)에 의해 반사되고, 부분 반사 미러(307)를 통하여 레이저 광(301)의 광경로를 따라 위상 홀로그램(5)으로 귀환된다. 기계 가공 타겟에 직접적으로 입사시키지 않고 0차 회절광을 귀환하므로서, 입사광의 이용 효율과 기계 가공의 정밀도가 향상된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공될 공작물에 직접적으로 입사시키지 않고 0차 회절광의 에너지를 이용하므로서 0차 회절광으로 인한 기계 가공의 오차를 제거하고, 입사 레이저 광의 이용 효율을 향상 시키므로서 레이저 전사 기계 가공의 신뢰성을 향상시킨다.
제103도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 참조 부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 412는 차폐판을 도시한다. 제104도는 차폐판(421)의 구조를 도시한 도면이다. 도면에서, 참조부호 422는 차폐판(421)의 레이저 광 차폐를 위한 차폐부를 도시하고, 참조부호 423은 차폐판의 레이저 광이 투과되는 투과부를 도시한다.
전술한 바와 같이, 위상 홀로그램(5)은 위상 홀로그램상의 임의의 위치에 배치된 위상 변위부에 의해 통과되는 레이저 광에 위상 변위를 제공한다. 전사될 패턴은 위상 변위 생성의 양에 의해 결정된다. 위상 홀로그램이 제조될때의 정밀도의 제한으로 인해 입사 레이저 광의 파장의 반과 정확히 동일한 폭을 가진 위상 부분을 형성하기는 어렵다. 그러므로, 위상 변위 부분을 통과한 레이저 광은 파장의 반의 위상 변위에 오차를 가지므로, 상기 위상 홀로그램에 의한 간섭 작용에 의해 영향을 받지 않는 레이저 광은 위상 홀로그램내에서 직선으로 이동하고, 0차 회절광으로 발생된다. 상기 0차 회절광은 기계 가공 타겟상에 이미지 형성될 것이고 그때 타겟의 손상 또는 타겟에 나쁜 영향을 줄것이다. 따라서, 0차 회절광의 발생은 기계 가공될 패턴을 방해한다. 부가적으로, 원하는 전사 패턴중 하나의 위치에 이미지 형성되어야할 회절광은 이미지 형성될 수 없고, 어떠한 조사 지점도 발생할 수 없으며, 그래서, 컨쥬게이트(conjugate) 광이나 고차 회절광이 기계 가공 타겟(8)상에 도달하여 전체 기계 가공 패턴을 교란할 수 있다.
본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 상술한 0차 회절광과 불필요한 회절광을 차폐하기 위해 채택된다. 제104도에 도시된 바와 같이, 차폐판(412)은 위상 홀로그램(5)과 기계 가공 타겟(8) 사이에 배치된다. 상기 차폐판(421)은 회절된 컨쥬게이트 광 및 고차 회절광 등의 기계 가공에 불필요한 회절광과 0차 회절광을 완전히 차폐하거나 부분적으로 희석하기 위한 차폐부(422)와, 기계 가공을 위해 기계 가공 타겟(8)상에 이미지 형성될 레이저 광을 투과시키기 위하여 높은 투과성을 가지는 투과부(423)로 구성된다.
작동에 있어서, 차폐부(422)상에 입사된 레이저 광은 차폐부(422)에 의해 반사되고 반사광(424a)으로 분산된다. 반사광은 기계 가공 타겟(8)에 도달되지 않는다. 투과부(423)를 통과한 레이저 광(425)은 타겟(8)을 기계 가공하기 위해 기계 가공 타겟(8)상에 이미지된다. 따라서, 기계 가공 장치는 기계 가공 타겟상에 나쁜 영향을 갖는 불필요한 레이저 광을 차폐할 수 있으므로 단지 원하는 부분만 기계 가공되는 고품질의 가공물을 효율적으로 제조할 수 있다.
본 실시예의 차폐판(421)은 차폐부로 입사광을 완전히 반사 및 차폐하기 위해 채택된다. 차폐부(422)는 입사광을 흡수하는 재료로 제조되는 것이 바람직하다.
상기 재료는 기계 가공 타겟(8)에 도달하기에는 미약한 광을 타겟에 영향을 주지 않게 하는 방식으로 입사광을 약하게 할 수도 있다. 선택적으로, 차폐부는 망사(mesh), 히바치(hibachi) 구조등을 사용하여 개방된 비율을 감소시키는 수단으로 구성될 수 있고, 또한, 차폐부 자신의 투과성을 감소시키기 위해 어떤 정해진 방향으로 편광된 레이저 광을 차폐하기 위한 편광기를 사용하므로서 개방의 비율을 감소시키는 수단으로 구성될 수 있다.
제105도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서 제104도에 도시된 바와 동일한 참조 부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 426은 렌즈를 도시한다. 상기 렌즈(426)는 기계 가공을 위해 불필요한 레이저 광이 기계 가공 타겟(8)상에 이미지되는 것을 차단하기 위해 배치된다. 상기 렌즈(426)는 제103도의 실시예의 차폐부(422)에 대응된다.
작동에 있어서, 기계 가공을 위해 불필요한 회절광 등의 레이저 광은 렌즈(426)에 의해 반사되고, 그러므로, 기계 가공 타겟(8)상에 이미지되지 않는다. 레이저 광이 기계 가공 타겟(8)상에 투사될지라도, 레이저 광의 강도는 전사된 레이저 빔과 비교할때 매우 약하고, 기계 가공을 위해 요구되는 강도 보다 낮아서 기계 가공 타겟(8)은 영향을 받지 않는다. 따라서, 렌즈를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공 타겟 상에 나쁜 영향을 주는 불필요한 레이저 광을 약화시키므로서 단지 원하는 부분만이 기계 가공되는 고품질의 가공물을 효율적으로 제조하는 것이 가능하다. 또한, 기계 가공을 위해 불필요한 레이저 광은 상술한 차폐판의 경우에서의 반사광과는 달리 위상 홀로그램(5)으로 귀환하지 않는다. 부가적으로, 렌즈는 렌즈 온도가 상승되지 않는다는 장점이 있고, 불필요한 광을 흡수하는 판 때문에 온도가 상승되는 차폐판과는 상이하다.
제106도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조 도시한 개략도이다. 도면에서, 제104도에 도시된 바와 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 부분을 도시 하고, 참조부호 427은 프리즘을 도시한다. 상기 프리즘(427)은 기계 가공을 위해 불필요한 레이저 광이 기계 가공 타겟(8)상에 이미지되는 것을 차단하기 위해 배치된다. 상기 프리즘(427)은 상술한 실시예의 차폐부(422)에 대응한다.
작동에 있어서, 회절광과 같이 기계 가공을 위해 불필요한 레이저 광은 프리즘(427)에 의해 반사되고, 회절 때문에, 프리즘(427)에 의해 영향을 받지 않은 기계 가공에 필요한 레이저 광의 광길이(optical length)에 비해 반사광(424c)의 광길이가 증가된다. 반사광이 이미지되는 위치가 변한다. 따라서, 프리즘을 가진 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공 타겟상에 나쁜 영향을 주는 불필요한 레이저 광이 타겟에 조사되는 것을 차단한다. 타겟이 불필요한 레이저 광에 의해 조사될 지라도 레이저의 강도는 전사된 레이저 빔과 비교할때 너무 약하므로 기계 가공을 위해 요구되는 강도 보다는 낮고, 기계 가공 타겟(8)은 영향을 주지 않는다. 따라서, 프리즘을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치는 오직 원하는 부분만이 기계 가공되는 고품질의 가공물을 효율적으로 제조하는 것을 가능하게 한다. 또한, 기계 가공을 위해 불필요한 광이 위상 홀로그램(5)으로 귀환되지 않는 점이 상술한 차폐판의 경우의 반사광과는 상이하다. 부가적으로, 프리즘은 프리즘의 온도가 상승되지 않는다는 장점을 제공하며, 상기판이 불필요한 광을 흡수하기 때문에 온도가 상승되는 차폐판과는 상이하다.
제107도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 431은 전광 소자판을 도시하고, 참조부호 432는 레이저 발진기(1)와 전광 소자판(432) 사이에 배치된 편광기를 도시하며, 참조부호 433은 기계 가공 타겟(8)과 전광 소자판(431) 사이에 배치된 분광기를 도시하고, 참조부호 434는 전광 소자판(431)의 임의의 부분에 전압을 공급시키기 위한 리드선(lead line)을 도시하며, 참조 부호 435는 전광 소자판(431)의 임의의 부분에 전압에 공급시키기 위한 전원 공급 제어기를 도시한다. 제108 도는 실시예의 위상 홀로그램의 개략도이고. 참조부호 436은 편광기(432)상에 입상된 레이저 광을 도시하고, 참조부호 437은 편광 프리즘(432)에 의해 선형적으로 편광된 레이저 광을 도시하며, 참조부호 438은 전광 소자판(431)에 의해 편광 방향이 90°로 회전되는 레이저 광을 도시 하고, 참조부호 439는 레이저 광이 전광 소자판(431)에 의해 투과될 때 편광 방향이 변화되지 않는 레이저 광을 도시한다.
상술한 바와 같이, 위상 홀로그램(5)은 위상 홀로그램상의 임의의 위치에 배치된 위상 변위부에 의해 통과하는 입사 레이저 광의 위상을 변위시킨다. 전사될 패턴은 발생된 위상 변위의 양에 의해 결정된다. 위상 홀로그램을 제조할때 정밀도의 제한으로 인해 입사 레이저 광의 반 파장과 정확히 동등한 폭으로 위상 부분이 형성되기는 어렵다. 그러므로, 위상 변위부를 통하여 통과되는 레이저 광은 반파장의 위상 변위에 오차를 가지므로, 위상 홀로그램에 의한 간섭 작용에 의해 영향을 받지 않은 레이저 광은 위상 홀로그램 내에서 직선으로 이동하여 0차 회절광을 발생시킨다. 0차 회절광은 기계 가공 타겟 상에 이미지되고, 그때 타겟의 손상 또는 타겟에 나쁜 영향을 줄 것이다. 따라서, 0차 회절광의 발생은 기계 가공될 패턴을 방해하는 결과이다. 부가적으로, 원하는 전사 패턴중 하나의 위치에 이미지 형성되어야할 회절광은 이미지 형성될 수 없고, 어떠한 조사 지점도 발생할 수 없으며, 그래서, 컨쥬게이트 광이나 고차 회절광이 기계 가공 타겟(8)상에 도달하여 전체 기계 가공 패턴을 교란할 수 있다.
본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 0차 회절광과 불필요한 회절광을 차폐하기 위해 구성된다. 작동에 있어서, 편광기(432)를 통하여 통과한 레이저 광(436)은 제107도와 제104도에 도시된 바와 같이 편광기(432)의 방향에 의해 규정되는 방향으로 선형적으로 편광된 레이저 광(437)이 된다. 상기 레이저 광(437)은 위상 홀로그램(5)상에 입사되고, 그후, 위상 홀로그램(5)에 의해 회절되고, 기계 가공용 레이저 광과 기계 가공에 불필요한 0차 회절광, 컨쥬게이트 광 및 고차광으로 분리된다. 레이저 광들이 전광 소자판(431)을 통하여 통과될 때, 전압은 전원 공급기(435)에 의해 리드선(434)의 부분을 경유하여 기계 가공 공정에 불필요한 광이 통과하는 전광 소자판(431)의 일부에 인가된다. 기계 가공을 위해 불필요한 광만이 투과되는 전광 소자판(431)의 일부는 전광효과에 의해 영향을 받는다. 상기 부분을 통하여 통과되는 광의 편광 방향은 90°로 회절된다. 두 전광 소자판(431)을 통과한 후 편광방향이 90°로 회전되는 레이저 광(438)과 전광 소자판을 통과하여 편광방향이 변화되지 않는 레이저 광(439)은 전광 소자판(431) 뒤에 배치된 분광기(433)로 향한다. 분광기(433)는 전자광 소자(431)에 의해 편광방향이 회전되는 레이저 광(438)을 차폐하기 위해 배열된다. 따라서, 편광방향이 90°로 회전되어 통과하는 레이저 광(438)은 편광방향이 변화되지 않고 통과되는 레이저 광(439)으로부터 분리될 수 있다. 기계 가공 타겟(8) 상에는 단지 편광 방향이 변화되지 않고 통과된 레이저 광(439)만이 입사된다. 그러므로, 레이저 전사 기계 가공 장치는 오직 원하는 부분만이 기계 가공되는 고품질의 가공물을 효율적으로 제조할 수 있다.
실시예에 있어서, 편광방향이 90°로 회전되는 레이저 광들은 분광기에 의해 차폐된다. 선택적으로, 전광 소자판(431)을 통하여 통과되어 편광방향이 변화되지 않는 레이저 광은 분광기에 의해서 투과될 수 있다. 이 경우, 기계 가공을 위해 필요한 레이저 광의 편광 방향은 전광 소자판에 의해 90°로 회전된다.
본 실시예의 편광기(432)는 레이저 발진기(1)에 의해 방출된 레이저 광의 편광 방향을 규정하기 위해 배열 된다. 양호한 실시예에 있어서, 편광기(432)내에 레이저 발진기가 삽입되거나, 만약 레이저 발진기가 다른 수단을 이용하므로서 선형적으로 편광된 광을 방출하도록 사용된다면 편광기가 생략된다.
제109도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 레이저 발진기의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조 부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조 부호 501은 레이저 매체(medium)를 도시하며, 참조부호 502는 광학적 공동을 도시 하고, 참조부호 503은 파장의 대역을 좁게하기 위한 장치(파장의 대역폭을 좁히기 위한 수단)를 도시하며, 참조부호 504는 부분 반사 미러를 도시한다. 상기 레이저 발진기(1)는 통상적으로 엑시머 레이저이다.
일반적으로, 레이저 광은 어느 정도 확장된 파장을 가진다. 홀로그램 상에서 입사된 레이저 광의 방향은 레이저 광의 파장에 따라 홀로그램에 의해 회절된다. 그러므로, 각각의 불명확한 양을 가지는 이미지, 즉, 확장된 파장의 양에 의존되는 오차가 기계 가공 타겟으로 이동된다. 레이저 광의 확장된 파장은 기계 가공의 정밀도에 나쁜 영향을 준다. 공간 주파수(a) 및 ABCD 레이 메트릭스의 매트릭스 소자(B)를 가진 홀로그램 전사 광학 시스템과, 파장(λ)을 가진 레이저 광을 방출하는 레이저 발진기를 사용할때, 기계 가공 타겟상에 재생성된 광의 위치는 홀로그램에 의한 길이 x(= Bλa)로 변위된다. 입사 레이저 광이 Δλ의 대역폭을 가진다면, 전사 이미지의 위치는 폭 Δx(=BaΔλ)를 가진다. 이 효과는 색수차의 일종이다. 만약 홀로그램과 기계 가공 타겟 사이에 어떠한 광학 시스템도 배치되지 않는다면, 매트릭스 소자(B)는 홀로그램과 기계 가공 타겟 사이의 거리(L)와 동일하다. 일반적인 거리가 L = 100mm이고, 공간 주파수가 a = 5 x 105이며, 파장의 대역폭(Δλ)이 400pm이라고 가정한다면, 전사 이미지의 위치의 폭은 Δx = 20μm이다. 이 값은 엑시머 레이저를 사용하는 종래의 레이저 전사 기계 가공 장치의 현재의 타겟 기계 가공 정밀도와 동등한 수준이다.
기계 가공의 타겟 정밀도가 Γ라면, 조건, 즉, 부등식 Γ Δx, 그러니까 ΓBaΔλ를 만족해야 한다. 결국, B, a 또는 Δλ는 감소되야만 한다. 매트릭스 소자(B)를 감소시키기 위해서 홀로그램과 다른 소자들 사이의 거리는 짧게 해야 한다. 공간 주파수(a)를 감소시키기 위해서 홀로그램의 최소 피치는 증가해야 한다. 이러한 조건으로 볼때, 엑시머 레이저의 경우와 마찬가지로 다른 레이저 발진기의 경우에도 만족되어야 한다.
Δλ를 감소시키기 위해서, 기계 가공을 위해 사용되는 레이저 광의 파장이 좁아져야 된다. 레이저 전사 기계 가공을 위해 요구되는 기계 가공의 정밀도는 최대 2μm이기 때문에, 40pm 이하의 파장(Δλ)의 대역폭을 감소시키기에 충분하다. 감소를 실현하기 위해, 예를 들면, 1985년 테렌스 제이. 맥키(Terrence J. Mckee)에 의해 발행된 칸. 제이, 피직스. 볼륨 63(Can. J.Phys. Vol.63)에 엑시머 레이저 발진기를 위한 스팩트럼의 폭을 좁히는 기술(Spectral-narrowing techniques for excimer laser ocillators)이란 제목의 참고문헌에 발표된 방법이 사용될 수 있다. 제109도에 도시된 바와 같이, 레이저 발진기(1)는 레이저 매체(501)와 광학적 공동(502)을 포함한다. 상기 광학적 공동(502)은 대역을 좁히기 위한 장치(503)와, 대역을 좁히기 위한 장치(503)에 대향하여 배치된 부분 반사 미러(504)로 구성된다. 상기 레이저 매체(501)는 장치(503)와 미러(504) 사이에 끼워져 있다. 대역을 좁히기 위한 장치(503)는 프리즘, 파브리-페롯 에탈론(Fabry - Perot etalon), 회절격자(grating) 등의 입사광의 다른 파장을 분리하기 위한 소자와 광을 반사시키기 위한 복수개의 미러를 포함한다. 회절 격자가 리트로(Littrow) 배열로 배열되면, 대역을 좁히기 위한 장치(503)는 미러가 필요없다. 레이저 매체(501)에서 생성된 광은 광학적 공동(502)내에서 순회(round trip)하는 동안 레이저 광이 되도록 레이저 매체에서 증폭된다. 이 경우에, 단지 사전 설정된 파장을 갖는 광만이 광학적 공동에 배치된 대역을 좁히기 위한 장치(503)에 의해 선택되고, 증폭되며, 레이저 발진기(1)에 의해 방출된다.
고강도를 갖는 레이저 광이 필요할 때, 발진기(1)에 의해 방출된 레이저 광 레이저 발진기의 하류 측면에서 배열된 레이저 증폭기에 의해 증폭될 수 있거나, 레이저 광은 발진기의 동일한 레이저 매체에서 증폭되도록 상기 공동을 따라 이리저리 이동된다. 기계 가공을 위해 사용되는 레이저 광의 파장의 대역을 좁힘으로서, 전사 기계 가공을 위한 렌즈의 수색성(收色性; achromatic) 실계가 용이하게 수행될 수 있는 장점을 제공한다.
제110도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조 부호 510은 색수차 제거 장치를 도시한다.
본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 제110도에 도시된 바와 같이, 위상 홀로그램(5)의 색수차 제거 수단으로 작용하는 반대의 색수차를 제공하는 색수차 제거 장치(510)가 제공된다. 색수차 제거 장치(510)는 레이저 전사 기계 가공 장치의 광학 시스템으로 삽입되고, 홀로그램(5)과 협동하여 그 기능을 수행한다. 예를 들면, 색수차 제거 장치(510)는 프리즘이나, 입사광의 상이한 파장을 분리시키는 소자로서 기능하는 회절격자이다.
작동에 있어서, 색수차 제거 장치(510)상에 입사된 레이저 광은 위상 홀로그램(5)의 색수차에 의해 유발될 광경로의 편차에 반대 방향으로 광경로의 예비 편차를 갖는다. 이러한 예비 편차를 가진 레이저 광이 전사 렌즈(7)를 통하여 통과된 후 홀로그램(5)상에 입사될 때, 복수개의 전사 이미지가 재현되고, 각각의 이미지의 흐트러짐은 각 이미지가 홀로그램으로부터 발생될 때 없어진다. 예를 들면, X =B(dn/dλ)Δλ/n의 색수차가 프리즘에 의해서 발생되며, 여기서 n은 프리즘을 형성하는 재료의 굴절률을 표시한다. 매트릭스 소자가 B =100mm이고, 분광은 dn/dλ =-1.4 x 106이고, 파장의 대역폭은 Δλ= 400pm이며, 굴절률은 n =1.5(석영의 경우)라면, 상기 색수차 Δx는 약 40μm이다. 색수차의 방향은 홀로그램(5)에 의해 발생되는 수차 Δx에 반대 방향이다. 그러므로, 홀로그램의 색수차는 매트릭스 소자(B)를 조정하기 위해 프리즘과 기계 가공될 가공물 등의 사이의 거리를 변화시키므로서 없앨 수 있다. 그로인해, 기계 가공의 정밀도는 향상될 수 있다.
본 실시예의 레이저 전사 기계 가공 장치에 있어서, 예비 편차는 홀로그램 상에 광이 입사되기 전에 광에 주어진다. 선택적으로, 프리즘 등과 같이 입사광의 상이한 파장을 분리시키기 위한 소자는 홀로그램을 통과한 광에 예비 수차를 제공하기 위해 배열될 수도 있다.
회절 격자를 사용할 때, 회절광의 방향을 고려해야 한다. 회절 격자의 수차는 Δx =± mBaΔλ의 방정식으로 주어 지고, 여기서, m은 회절광의 차수이고, 방정식의 부호는 광 발생으로부터 표면에 대하여 방출광이 회절되는 방향에 의존한다. 레이저 전사 기계 가공 장치는 광에 주어진 수차 Δx가 음의 부호를 가지는 방향으로 이동하는 광을 이용한다. 또한, 최적의 차수(m)와, 최적의 매트릭스 소자(B)와, 최적의 공간 주파수(a)가 홀로그램(5)의 색수차를 없애기 위해 선택된다. 그 결과로 홀로그램의 색수차가 없어질 수 있다. 실시예에 있어서, 단순한 선으로 구성된 회절격자 대신에, 서로 협동하여 그들의 색수차를 없애기 위해 설계된 복수개의 홀로그램이 입사광의 상이한 파장을 분리하기 위한 소자(510)로 사용될 수 있다.
제111도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 참조 부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 521은 색수차를 제거 렌즈를 도시한다.
일반적으로, 간섭에 의해 생성된 이미지가 광원으로 사용되고 광원에 의해 방출되는 광으로 사용될 때, 즉 이미지가 다시 간섭에 의해 영향을 받을때, 후자의 간섭에 의해 생성된 간섭 이미지의 상이한 파장은 분리되지 않는다. 제111도에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 홀로그램(5)을 구비하는 릴레이 광학 시스템과 복수개의 렌즈를 홀로그램(5)의 색수차를 없애기 위해 예비 편차를 제공하기 위한 수단으로 사용 한다. 단순화를 위해, 공간 주파수(a)를 갖는 회절격자는 하기에 설명될 것이다. 회절격자(5)와 렌즈(7)에 의해 생성되는 열(row)로 놓여진 인접한 휘도선(bright line; 520) 사이의 공간(d')은 방정식 d' = B'aλ로 주어진다. 이 방정식은 회절격자가 공간 주파수(1/d')를 갖는 회절격자임을 의미한다. 제2회절 이미지(522)는 렌즈(521)에 의해 휘도선의 열로부터 생성되고, 최종적으로 발생된 인접한 이미지 사이의 공간(d)은 방정식 d =Bλ/ d' =(B/B')a로 주어진다. 결과적으로, 변수(λ; 입사광의 파장)는 공간(d)의 방정식으로부터 소거될 수 있으며, 이는 광학 시스템이 완전히 색수성임을 의미한다.
따라서, 복수개의 렌즈를 구비한 이런 릴레이 광학 시스템에 의해 자체의 이미지를 사용하여 제2이미지를 방생시킴으로서, 홀로그램의 수차는 제거될 수 있다. 설명의 편의를 위해서, 회절격자는 색수차를 제거하기 위한 상술한 릴레이 광학 시스템의 기능을 설명하기 위해 언급되었으며, 따라서, 릴레이 광학 시스템은 홀로그램에 적용될 수 있다.
제112도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조부호는 동일부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 523은 색수차 제거 렌즈를 도시한다.
본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 위상 홀로그램의 색수차를 없애기 위한 예비 편차를 제공하기 위한 수단으로 전사 렌즈(7)와 오목렌즈를 조합해서 사용한다. 전사 렌즈(7)는 볼록렌즈와 오목렌즈의 조합이다. 예를 들면, 렌즈의 초점 길이가 f이면, 렌즈의 색수차는 방정식 Δf = -dn/dλ·Δλf/(n-1)fh 주어진다. 그러므로, Δf를 갖는 볼록렌즈와 -Δf를 갖는 오목렌즈로 결합되는 렌즈(523)를 사용하므로서, 렌즈의 색수차가 감소될 수 있다. 또한, 전사 광학 시스템은 홀로그램으로 인한 색수차를 포함하는 전체 색수차가 감소되도록 설계될 수 있다. 이로 인해, 기계 가공의 정밀도는 향상 된다. 볼록 렌즈와 오목 렌즈는 제113도에 도시된 바와 같이 분리되어 배열될 수도 있다. 홀로그램(5)은 제113도에 도시된 바와 같은 배열로 배치될 필요는 없고 임의의 위치에 배치될 수 있다.
제114도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 부분적인 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 900은 광이 기계 가공 타겟(8) 상에 입사될때, 레이저 광은 가공물에 의해 생성된 블루움(b1oom)을 도시하며, 참조부호 901은 기계 가공 타겟(8)으로부터 분산된 미립자(particulate)를 도시하고, 참조부호 902는 위상 분포가 형성된 위상 홀로그램(5)의 전방면을 도시하고, 참조부호 903은 위상 홀로그램의 전방면(902)에 대향하는 위상 홀로그램의 후방면을 도시한다.
실제 기계 가공 작업에 있어서, 재료로 만들어진 작업편으로부터 제거된 부부은 공작물이 레이저 광에 의해 조사될때 미립자로서 분산된다. 분산된 미립자는 홀로그램(5)에 도달 될 수 있고, 홀로그램에 부착될 수 있다. 홀로그램(5)에 이러한 미립자 또는 먼지가 부착될 때, 입사 레이저 광을 위한 홀로그램(5)의 투과성이 감소되고, 그러므로서, 기계 가공 작업은 불완전하게 수행 된다. 또한, 홀로그램의 위상분포가 형성된 홀로그램의 표면이 미립자등으로 뒤덮인다면, 특별한 경우에 사전설정된 기계 가공 위치와는 다른 위치가 기계 가공되고, 이것이 열등한 제품을 제공하는 결과가 된다. 상기 문제를 해결하기 위해서 본 실시예의 레이저 전사 기계 가공 장치는 제114도에 도시된 바와 같이 구성된다.
작동에 있어서, 레이저 광은 기계 가공물인 기계 가공 타겟(8)상에 입사 될때, 입사레이저 광에 의해 조사되는 타겟의 일부의 재료는 레이저 광이 입사되는 순간 플라즈마상태로 이온화되고, 상기 부분의 근방에 블루움(900)이 발생된다. 또한, 미립자(901)는 블루움의 영역위로 분산되고, 그후, 홀로그램(5)의 표면에 부착된다. 그러므로, 홀로그램의 성능은 점점 나빠지게 된다. 제114도에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 레이저 전사 기계 가공 장치에 있어서, 홀로그램(5)이 홀로그램(5)의 전방면(902)이 레이저 광이 이동하는 방향에 면하도록, 즉, 홀로그램(5)의 후방면(903)이 기계 가공 타겟(8)에 대향하도록 배열되기 때문에, 상기 홀로그램의 전방면(902)에 미립자(901)가 덮히는 것을 차단할 수 있고, 기계 가공 패턴의 변형을 최소로 할 수 있다. 부가적으로, 홀로그램(5)의 수명이 크게 증가되고, 기계 가공의 신뢰성도 향상된다. 그러나, 실시예에 따른 홀로그램(5)의 배열에 있어서, 홀로그램(5)이 긴 주기 동안 사용되면, 몇몇의 미립자(901)가 후방 표면(903) 부착될 수 있으므로 홀로그램의 성능은 점점 악화된다. 위상 홀로그램의 후방면(903)이 악화되는 것을 막기 위해서 주기 적으로 세척해야 한다.
제115도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 세척기구의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제114도에 도시된 바와 동일한 참조 부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 905는 위상 홀로그램의 후방면을 세척하기 위한 스위핑 아암(sweeping arm)을 도시하며, 참조부호 906은 세척기구의 세척 장치를 도시하고, 참조부호 푸리에-변환은 스위핑 아암(903)을 구동하기 위한 구동 장치를 도시한다. 제116도는 제115도의 정면도이다.
제114도에 상술한 실시예의 레이저 전사 기계 가공 장치에 있어서, 위상 홀로그램은 위상 분포가 사전 설정된 편차로 입사 레이저 광을 제공하기 위해 형성되는 위상 홀로그램의 전방 표면을 통하여 입사광이 홀로그램을 출입하도록 배열되고, 그 결과, 기계에 의해 생성된 미립자는 위상 홀로그램의 전방면에 도달될 수 없다. 또한, 홀로그램의 성능이 악화되는 것을 막기 위해서 주기적으로 위상 홀로그램의 후방면을 세척할 필요가 있다. 그러나, 작동의 속도 및 홀로그램을 부착시킬때 홀로그램의 위치를 조정하는데 필요한 시간을 고려해야 하는 공장의 제조 라인에 장착된 홀로그램의 주기적인 세척을 수행하기는 어렵다. 본 실시예는 이러한 문제를 해결하기 위해서 세척 기구를 제공한다.
스위핑 아암을 구동하기 위한 구동 장치(907)는 위상 홀로그램의 후방면(903)의 한 측면에 배치된다. 스위핑 아암(905)은 위상 홀로그램의 후방면을 지나 확장된 아암의 한 단부에 구동 장치(907)를 회전할 수 있도록 연결한다. 상기 세척 부재(906)는 브러시로 만들며, 고무 등이 위상 홀로그램의 후방면(903)을 면하고 있는 스위핑 아암(905)의 표면에 부착된다.
작동에 있어서, 스위핑 아암(905)은 구동장치(907)에 의해 아암을 구동하기 위한 구동장치(907)의 회전축에 대하여 회전되고, 제116도에 도시된 바와 같이, 위상 홀로그램의 후방면 상에서 움직일 수 있다. 잠시 동안, 스위핑 아암(905) 상에 부착된 세척 부재(906)는 위상 홀로그램의 후방면(904)을 스트로크(stroke)하고, 후방면에 접착된 미립자를 제거한다. 스위핑 아암을 구동하기 위한 구동장치(907)는 하나의 기계 가공 작업이 완료되거나, 레이저 전사 기계 가공 장치의 작동속도에 의존하는 사전 설정된 기간마다 스위핑 아암(905)을 구동시킨다.
제117도는 본 발명의 실시예 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 세척 기구의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제116도와 동일한 참조 부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 908은 스위핑 아암(905)을 병진 운동하기 위한 안내부를 도시한다. 제118도는 제117도의 정면도이다. 상기 두 안내부(908)는 각각의 서로 대향된 후방면의 두 측면에서 위상 홀로그램의 후방면(903)상에 배치된다. 본 실시예의 홀로그램은 동일한 목적을 성취하기 위해서 상술한 제115도에 실시예의 세척 기구와 유사한 세척 기구를 구비한다.
작동에 있어서, 스위핑 아암(905)은 구동 아암을 위한 구동장치(907)에 의해 위상 홀로그램의 후방면(903)상의 두 안내부(908)를 따라서 청소한다. 그러므로, 스위핑 아암(905)의 길이를 증가시키지 않고 위상 홀로그램의 전체 후방면(902)을 세척하는 것을 가능하게하는 소형 세척 기구 마크(mark)가 제공된다.
제119도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 세척기구의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 참조 부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시 하고, 참조부호 915는 레이저 광 투과판을 도시하며, 참조 부호 916은 레이저 광 투과판(915)을 급송하기 위한 급송 장치를 도시하고, 참조 부호 917은 레이저 광 투과판(915)을 감기 위한 권춰 장치를 도시하며, 참조 부호 918은 권취 장치(917)를 구동하기 위한 구동장치를 도시한다.
작동에 있어서, 레이저 광 투과판(915)은 제119도에 도시된 바와 같이, 홀로그램(5)과 기계 가공 타겟(8) 사이에 배치되므로서, 홀로그램(5)에 도달되거나 홀로그램(5)에 접착되는 미립자(901)를 차단할 수 있다. 레이저 광 투과판(915)이 오랜 주기 시간 동안 사용되는 동안, 상기 판은 판 위에 접착된 미립자들로 덮히게 되고 판의 투과성은 점차 감소된다. 투과성의 감소를 막기 위해서, 구동장치(918)는 투과성의 감소가 기계 가공의 성능에 영향을 주기전에 급송 장치(916)로부터 새로운 레이저 광 투과판을 급송하기 위해 권취 장치(917)를 구동하여 제어한다. 오염된 판은 권취 장치(917)로 감아서 회수한다. 레이저 광 투과판(915)의 교체는 주기적으로 수행하므로서 기계 가공의 안정한 성능이 항상 유지될 수 있다.
위상 홀로그램의 전방면은 레이저 광이 본 실시예에 출입되는 방향에 면해 있다. 선택적으로, 홀로그램은 위상 홀로그램의 후방이 레이저 광 출입 방향에 면하게 되도록 배열되기 때문에, 레이저 광 투과판은 위상 홀로그램에 도달되어 면에 부착되는 미립자를 차단할 수 있다.
제120도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도에 도시된 바와 동일한 참조 부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조 부호 920은 가스노즐을 도시하며, 참조부호 921은 가스흐름을 도시한다. 두 가스 노즐(920)은 제120도에 도시된 바와 같이 배열되고, 위상 홀로그램(5)의 후방면 쪽으로 가스흐름(921)을 공급할 수 있다.
작동에 있어서, 가스흐름(921)은 두 가스 노즐(920)의 밖으로 유동하게 하고 제120도에 도시된 바와 같이, 위상 홀로그램(5)의 후방면에 충돌된다. 따라서, 위상 홀로그램의 후방면(903)의 부근에서 가스 유동이 발생된다. 미립자(901)는 홀로그램의 근접면에 존재하는 가스 유동에 의해 기계 가공 타겟(8) 쪽으로 밀리므로서 미립자가 위상 홀로그램의 후방면(903)에 도달되어 면에 부착되는 것이 차단된다. 그러므로, 기계 가공의 조건은 상대적으로 안정하게 유지될 수 있다. 그런데, 본 실시예에 사용되는 가스는 레이저 광에 투명해야 하고, 레이저 전사 기계 가공 장치에 구비되는 구성 소자 재료에 불활성(inactive)어어야 한다.
위상 홀로그램의 전방면은 레이저 광이 본 실시예에서 출입되는 방향으로 면해있다. 선택적으로, 홀로그램은 위상 홀로그램의 후방면이 레이저 광 출입 방향으로 면하게 되도록 배열되기 때문에, 가스 흐름은 미립자가 위상 홀로그램에 도달되어 면에 부착되는 것을 차단할 수 있다.
제121도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 930은 가스 급송을 위한 도관을 도시하며, 참조부호 931은 가스 흡인을 위한 도관을 도시하고, 참조 부호 932는 가스유동 층을 도시한다. 가스 공급 도관(930)과 가스 흡입 도관(931)은 위상 홀로그램(5)과 기계 가공 타겟(8) 사이에 배열되어 있고, 도관들은 레이저 광을 차폐하지 않으며, 제121도에 도시된 바와 같이 서로 면해있다.
작동에 있어서, 가스 공급 도관(930)은 가스 흡입 도관(931) 쪽으로 가스를 공급한다. 공급된 가스는 가스 흡입 도관(931)에 의해 흡입되므로 가스 유동층(932)은 제121도에 도시된 바와 같이, 위상 홀로그램(5) 기계 가공 타겟(8) 사이에 형성된다. 가스 유동층(932)은 소위 공기 커튼이라 부르고, 기계 가공 타겟(8)으로부터 분산된 미립자(901)를 차폐할 수 있다. 그러므로, 기계 가공의 조건은 안정하게 유지될 수 있다. 본 실시예의 경우에, 미립자는 가스 유동이 위상 홀로그램에 공급된 경우 보다 더 효율적으로 차단되고, 위상 홀로그램(5)에 부착되지 않는다. 그러므로, 기계 가공의 조건은 상대적으로 안정하게 유지될 수 있다. 그런데, 본 실시예를 위해 사용된 가스는 레이저 광에 투명해야 한다.
위상 홀로그램의 전방면은 레이저 광이 본 실시예에 출입되는 방향으로 면해 있다. 선택적으로, 홀로그램은 위상 홀로그램의 후방면이 레이저 광이 출입되는 방향으로 면하게 되도록 배열되기 때문에 가스 유동층은 미립자가 위상 홀로그램에 도달되어 면에 부착되는 것을 차단할 수 있다.
제122도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 940은 오염을 방지하기 위한 용기를 도시하며, 참조부호 941은 레이저 광 투과를 위해 오염 방지를 위한 용기(940)에 배치된 레이저 광 윈도우를 도시한다. 오염 방지를 위한 용기(940)는 홀로그램(5)을 둘러싸서 수용하고, 레이저 광을 투과 하기 위한 윈도우(941)는 상기 용기(940)상에 배치되고, 상기 윈도우의 한쪽 측면에서는 전사 렌즈(7)를 통과한 레이저 광이 홀로그램으로 들어가고, 그 반대쪽 측면으로부터는 홀로그램(5)에 의해 방사된 레이저 광이 방출된다.
작동에 있어서, 위상 홀로그램(5)은 오염방지를 위한 용기(940) 내에 배치되고, 위상 홀로그램(5)은 미립자(901)와 먼지에 의해 영향을 받지 않는다. 바람직하게, 먼지는 오염방지를 위한 용기(940)로부터 제거되고, 그후, 용기(940)는 기계 가공 작동에 앞서서 레이저 광에 투명한 불활성 가스로 충진된다. 따라서, 본 실시예에 따른 오염 방지를 위한 용기로 위상 홀로그램(5)을 완전히 둘러싸고, 청정된 공기 또는 불활성 가스로 홀로그램을 보호하므로 용기는 제114도 내지 제121도에 도시된 실시예와 비교할때 오랜 주기 시간 동안 위상 홀로그램을 보호할 수 있다.
오랜 주기 시간 동안에, 레이저 광 윈도우(941)에는 미립자(901)와 먼지가 부착되지만, 윈도우 상의 미립자와 먼지가 주는 역효과는 주기적으로 윈도우를 세척 하므로서 최소화하고 감소시킬 수 있다. 양호한 실시예에 있어서, 제116도와 제117도에 도시된 바와 같은 실시예의 세척 기구가 레이저 광을 투과하기 위한 윈도우의 표면을 세척하기 위해 오염방지를 위한 용기(940)에 적용될 수 있다. 바람직하게, 제119도에 도시된 바와 같은 레이저 투과판(915), 제120도에 도시된 바와 같은 가스 흐름(921) 또는 제121도에 도시된 바와 같은 가스 유동층이 배치될 수도 있다. 이들 실시예의 조합은 오랜 시간 주기 동안 기계 가공의 성능을 안정하게 유지하는 것을 가능하게 하고, 본 실시예의 효과 보다 더 완전한 장점을 갖게한다.
위상 홀로그램의 전방면은 본 실시예에서 레이저 광이 출입되는 방향에 면해 있다. 선택적으로, 홀로그램은 위상 홀로그램의 후방면이 레이저 광이 출입되는 방향으로 면하게 되도록 배열되기 때문에 오염 방지를 위한 용기는 미립자가 위상 홀로그램에 도달 되어 면에 부착되는 것을 차단한다.
제123도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조 부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조 부호 622a 및 622b는 기계 가공될 작업편과 홀로그램 이미지 위치 사이의 상대적인 관계를 모니터링 하기 위한 전사 이미지를 나타내고, 참조부호 623은 기계 가공 타겟을 지지하기 위한 제1베이스를 도시하고, 624는 기계 가공 타겟을 지지하기 위한 제2 베이스를 도시하며, 참조 부호 625a 및 625b는 모니터용 포토(photo) 검출기를 도시하고, 참조부호 626은 모니터용 포토 검출기(625)로부터 공급된 신호에 응답하여 타겟과 레이저 발진기(1)를 지지하기 위한 베이스에 제어신호를 전달하기 위한 제어 유닛을 도시하며, 참조 부호 627은 타겟을 지지하기 위한 제1 및 제2베이스(623 및 624)에 제어 유닛(626)으로부터의 제어신호를 전달하기 위한 신호선을 도시하고, 참조부호 628a 및 628b는 제어 유닛(626)에 포트 검출기(622)로부터 모니터 신호를 전달하기 위한 신호선을 도시하며, 참조 부호 630은 레이저 발진기(1)에 제어 유닛(626)으로부터의 제어 신호를 전달하기 위한 신호선을 도시한다.
실시예의 작동에 관하여 설명한다. 레이저 발진기에 의해 방출되는 레이저 광은 초점이 형성되고, 조사 렌즈에 의해 마스크(6) 상으로 이동될 패턴위에 입사된다. 상술한 바와 같이, 상기 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분을 통과시키는 소자이다. 성형된 패턴은 기계 가공 타겟(8) 상에 전사되기 전에 전사 광학 시스템의 전사 렌즈(7)에 의해 크기가 팽창 또는 축소되어 기계 가공 패턴의 기본적인 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램인 홀로그램(5)은 복수개의 전사 이미지를 헝성하기 위해 전사 렌즈를 통과하는 입사 레이저 광을 공간 변조할 수 있다. 공간 변조된 복수개의 레이저 빔은 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고, 전사 이미지를 각각 형성한다.
기계 가공 타겟(8)은 타겟을 지지하기 위한 제1베이스(623)에 배치되고, 제1베이스는 제123도에 도시된 바와 같이, 타겟을 지지하기 위한 제2베이스(624)상에서 타겟(8)위치로 이동하도록 적용되며, 그 위치에서 타겟이 레이저 광에 의해 조사된다. 레이저 기계 가공 작업 이전에 기계 가공 타겟(8)이 정확하게 배치되었는지 아닌지를 반드시 검사해야 한다. 본 실시예에 따라서, 홀로그램(5)은 두 개의 이미지(622a, 622b)가 기계 가공 타겟(8)을 조사하는 기계 가공용으로 사용되는 전사 이미지에 부가하여 기계 가공 타겟(8)의 외측 위치에 형성되도록 설계되며, 이는 기계 가공물인 기계 가공 타겟과 홀로그램 이미지의 위치 사이의 상대적인 관계를 모니터하기 위해서이다. 모니터용 검출기(625a, 625b)는 두 개의 이미지(622a, 622b)가 형성되는 위치에 배치된다.
제어 유닛(626)은 베이스의 위치를 검출하기 위해 타겟 위치쪽으로 이동하는 타겟 지지 베이스(624)를 정지시킨다. 이때, 제어 유닛(626)은 레이저 발진기가 광을 검출하기 위한 모니터용 포토 검출기(625a 및 625b)를 위해 충분한 강도의 광을 방출하는 방식으로 레이저 발진기를 제어하지만, 기계 가공 타겟(8)을 기계 가공하기에는 강도가 충분하지 않다. 또한, 제어 유닛(626)은 두 베이스에 제어 신호를 전달시키므로서 기계 가공 타겟을 지지하기 위한 제1 및 제2베이스(623 및 624)의 위치를 제어 한다. 모니터용 포토 검출기(625a 및 625b)가 이미지(622a 및 622b)의 광을 검출할 때, 제어 유닛(626)은 작동 위치가 완전한지를 판단하고, 신호선(630)을 경유하여 발진기로 레이저 발진기에 의해 방출되는 레이저 광의 전력을 증가 시키기 위한 신호를 출력한다. 이때, 기계 가공 타겟(8)의 작동 위치는 완전하고, 레이저 전사 기계 가공 작동은 시작된다. 상기 모니터링 시스템은 타겟 위치를 위해 항상 두 개의 이미지를 필요로 하지는 않지만, 상기 시스템은 제123도에 도시된 바와 같이 두 개의 이미지를 사용하여 기계 가공 타겟(8)을 위치설정함에 의해 정확한 작동 위치를 제공할 수 있다. 바람직하게, 모니터를 위한 이미지는 선 형태일 수도 있다.
양호한 실시예에 있어서, 모니터용 포토 검출기(625a 및 625b)는 모니터용 이미지를 바로 검출하는 대신에 베이스 등과 같은 것 중 하나에 투영된 이미지의 반사광을 검출하는 것을 사용한다. 상기한 바와 유사한 장점이 제공된다.
바람직하게, 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공 타겟(8)을 배치하기 위해 이동하는 대신에, 기계 가공 타겟(8)은 고정되어 있는 상태로 홀로그램을 이동시키거나, 홀로그램을 통과한 레이저 광의 광 경로를 변화시도록 적용된다. 상술한 바와 유사한 장점을 얻을 수 있다.
양호한 실시예에 있어서, 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공을 위해 레이저 발진기에 의해 방출된 레이저 광과는 상이한 광을 사용하여 홀로그램의 이미지 위치와 기계 가공 타겟 사이의 상대적인 관계를 모니터할 수 있다. 상기한 바와 유사한 장점이 제공된다.
제124도는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서 제123도와 동일한 참조 부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조 부호 629a 및 629b는 홀로그램의 위치와 기계 가공될 가공물 사이의 상대적인 관계를 모니터링하기 위한 관통 구멍을 도시 한다.
실시예의 작동에 관하여 설명한다. 레이저 발진기에 의해 방출되는 레이저 광은 초점이 형성되어 조사 렌즈에 의해 마스크(6)상의 전사 패턴상에 입사된다. 상술한 바와 같이, 마스크(6)는 기계 가공을 위한 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분을 통과시키기 위한 소자이다. 성형 패턴은 기계 가공 타겟(8)상에 전사되기 전에 전사 렌즈(7)에 의해 크기가 팽창 또는 축소되고, 기계 가공 패턴의 기본 소자가 된다. 예로서, 위상 홀로그램인 홀로그램(5)은 복수개의 전사 이미지를 형성하도록 전사 렌즈(7)를 통과하는 입사 레이저 광을 공간 변조한다. 상기 복수개의 공간 변조된 레이저 빔은 기계 가공 타겟(8)상에 투사되고 전사 이미지를 각각 형성한다.
기계 가공 타겟(8)은 타겟을 지지하기 위한 제1베이스(623)상에 배치되고, 상기 제1베이스(623)는 제124도에 도시된 바와 같이 타겟이 조사되는 위치에서 상기 타겟(8)을 위치시키도록 타겟을 지지하는 제2베이스(624)상에서 이동된다. 기계 가공 작업 이전에 기계 가공 타겟(8)이 정확하게 위치되있는지를 검출할 필요가 있다. 본 실시예에 따라서, 상기 홀로그램(5)은 기계 가공물인 기계 가공 타겟과 전체 홀로그램 이미지의 위치 사이의 상대적인 관계를 모니터하기 위해, 기계 가공 타겟(8)을 조사하는 기계 가공용 전사 이미지에 부가하여 기계 가공 타겟(8)의 두 개의 관통 구멍(629a, 629b)내를 두 개의 이미지가 통과하도록 실계된다. 모니터를 위한 상기 포토 검출기(625a, 625b)는 검출기의 표면상에 이미지 형성된 이미지를 수신하도록 두 개의 이미지가 통과되는 관통 구멍(629a, 629b)아래에 각각 배치된다.
제어 유닛(626)은 베이스의 위치를 검출하기 위해 타겟 위치 쪽으로 이동하는 타겟 지지 베이스(624)를 정지시킨다. 이때, 제어 유닛(626)은 레이저 발진기가 광을 검출하기 위한 모니터용 포토 검출기(625a 및 625b)를 위해 충분한 강도의 광을 방출하는 방식으로 레이저 발진기를 제어하지만 상기 광은 기계 가공 타겟(8)을 기계 가공하기에는 충분하지 않다. 또한, 제어 유닛(626)은 두 베이스에 제어 신호를 전달하여 기계 가공 타겟을 지지하기 위한 제1 및 제2베이스(623 및 624)의 위치를 제어한다. 모니터용 포토 검출기(625a 및 625b)가 각 이미지(622a 및 622b)의 광을 검출할 때, 제어 유닛(626)은 작동 위치가 완전한지를 판단하고, 신호선(630)을 경유하여 발진기에 레이저 발진기에 의해 방출된 레이저 광의 전력을 증가 시키기 위한 신호를 출력한다. 이때, 기계 가공 타겟(8)의 작동 위치는 완전하고, 레이저 기계 가공 작동은 시작된다. 상기 모니터링 시스템은 타겟 위치를 위해 항상 두 개의 이미지를 필요로하는 것은 아니지만, 상기 시스템은 제124도에 도시된 바와 같이 두 개의 이미지를 사용하여 기계 가공 타겟(8)을 위치설정함으로써 정확한 작동 위치를 제공할 수 있다. 모니터용 관통 구멍은 선형인 것이 바람직하다.
양호한 실시예에 있어서, 모니터용 포토 검출기(625a 및 625b)는 관통된 구멍을 통하여 통과된 모니터용 이미지를 즉시 검출하는 대신에 물체에 의한 모니터용 관통 구멍을 통하여 통과된 이미지의 반사광을 검출할 수 있다. 상기한 바와 유사한 장점이 제공된다.
바람직하게, 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공 타겟이 위치 설정을 위해 이동되는 대신 기계 가공 타겟(8)을 고정시킨 상태로 홀로그램을 통과하는 레이저 광의 광경로를 변화시키거나 홀로그램을 이동시키도록 사용된다. 상술한 바와 동일한 장점이 제공된다.
양호한 실시예에 있어서, 기계 가공을 위해 레이저 발진기에 의해 방출된 레이저 빔과는 상이한 광을 사용하여 기계 가공 타겟과 홀로그램의 위치 사이의 상대적인 관계를 모니터하도록 사용된다. 상술한 바와 동일한 장점이 제공된다.
제125도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 참조부호 5는 홀로그램을 도시하고, 참조부호 500은 홀로그램(5)을 위한 홀로그램 홀더를 도시하며, 참조부호 729는 홀로그램(5)이 놓인 홀로그램 홀더(500)의 접촉면을 도시하고, 참조 부호 730은 접촉면(729)으로부터 돌출된 하부 로킹 블록(lower locking block)을 도시하며, 참조부호 731은 상부 가압 블록을 도시하고, 참조부호 732는 상부 가압 너트를 도시하며, 참조 부호 733은 상부 로킹 스크류를 도시한다. 홀로그램(5)은 사각형이다. 하부 로킹 블록(730)은 접촉면(729)상에 일체로 형성된다. 상부 가압 너트(732)는 홀로그램의 접촉면(729)에 고정된다. 상부 가압 너트(732)에 나사진 상부 로킹 스크류(733)를 돌리므로서, 상부 가압 블록(731)이 도면에서 화살표(E)로 도시된 방향으로 이동될 수 있다.
실시예의 작동에 대하여 설명한다. 홀로그램(5)이 홀더의 접촉면(729)에 장착될때, 홀로그램은 홀로그램 패턴이 형성되어 있는 홀로그램 표면이나 대향면이 홀더의 접촉면과 접촉되고, 홀로그램(5)의 하부 엣지가 접촉면(729)과 하부 로킹 블록(730)에 의해 형성된 선형의 높이차의 평면 측벽과 평행하게 접촉하고, 상부 가압 너트(732)내에 나사결합된 상부 로킹 스크류(733)를 회전시킴에 의해 홀로그램(5)의 상부 엣지상에 상부 가압 블록(731)이 가압되는 방식으로 고착된다.
따라서, 만약 홀로그램(5)이 그 외주상에 하나 이상의 선형 엣지를 가진다면, 상기 접촉면(729)과 하부 로킹면(730)에 의해 형성된 선형의 높이차는 선형 엣지부가 홀로그램의 접촉면(729)상에 고정되도록 상기 선형 엣지부와 홀로그램의 외주상의 선형부분이 접촉하도록 함에 의해 상기 선형부분을 용이하게 위치실정 할수 있도록 한다. 그러므로, 홀로그램(5)의 수직선에 평행한 축에 대한 홀로그램(5)의 회전을 방지할 수 있고, 전사 패턴은 항상 작업편인 기계 가공 타겟상의 동일한 위치를 차지할 수 있으며, 이로인해 전사 기계 가공의 안정성과 신뢰성이 향상된다.
제126도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조 부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 734는 측면 로킹 블록을 도시한다. 홀로그램(5)은 사각형이다. 하부 로킹 블록(730)은 접촉면(729)에 일체로 형성 된다. 하부로킹 블록(730)과 측면 로킹 블록(734)은 그 길이 방향이 직각으로 교차하는 방식으로 접촉면(729)상에 배열된다. 상부 가압 너트(732)는 홀로그램의 접촉면(729)에 고정된다. 상부 가압 너트(732)에 나사결합된 상부로킹 스크류(733)를 돌리므로서, 상부 가압 블록(731)은 도면에서 화살표(E)로 도시된 방향으로 이동될 수 있다.
서로 수직인 선형 높이차가 하부로킹 블록(730)과 측면 로킹블록(734)에 의해 홀로그램 접촉면(729)상에 형성된다. 상기 홀로그램(5)은 홀로그램(5)의 하부 엣지가 하부 로킹 블록(730)에 의해 형성된 높이차의 평면 측벽과 평행하게 접촉하고, 동시에 홀로그램(5)의 일측면이 측면 로킹 블록(734)에 의해 힝성된 높이차의 평면 측벽과 평행하게 접촉하며, 상부 가압 너트(732)내에 나사결합된 상부 로킹 스크류(733)를 회전시킴에 의해 홀로그램(5)의 상부 엣지상에 상부 가압 블록(731)이 가압되는 방식으로 고착된다.
따라서, 만약 홀로그램(5)이 그 외주상에 둘 이상의 선형 엣지부를 갖는다면, 서로 수직으로 홀로그램 접촉면(729)상에 형성되어 있는 두 개의 선형 높이차는 홀로그램의 접촉면(729)상에 선형 엣지부를 고정시키도록 선형 엣지부와 접촉함에 의해 홀로그램의 외주상의 두 개의 수직 선형 엣지부를 용이하게 위치시키는 것을 가능하게 한다. 그에 의해, 홀로그램(5)의 수직선에 평행한 축에 대한 홀로그램(5)의 회전은 제125도에 상술한 실시예의 경우보다 더 효율적으로 방지될 수 있으므로 전사 기계 가공의 안정성과 신뢰성은 향상된다. 또한, 서로 평행하지 않은 홀로그램의 외주상의 두 선형 엣지가 위치설정될 수 있기 때문에, 홀로그램(5)의 정확한 위치와 각도가 결정되고, 그러므로서 레이저 전사 기계 가공 장치에 홀로그램을 부착하는 것과 조정하는 것이 용이하게 수행된다.
제127도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제126도와 동일한 참조 부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시 하고, 참조부호 734a는 홀로그램 접촉면(729)상에 배치된 제1측면 로킹 블록을 도시하며, 참조부호 734b는 홀로그램 접촉면(729)상에 배치된 제2측면 로킹 블록을 도시하고, 참조부호 735는 홀로그램(5)에 배치된 관통 구멍을 도시하며, 참조부호 736은 홀로그램(5)의 관통구멍(735)의 위치를 한정하기 위해 홀로그램 접촉면(729) 상에 배치된 로킹핀을 도시하며, 상기 핀의 직경은 관통 구멍(735)의 직경보다 다소 작다. 상기 홀로그램(5)은 사각형이다. 제1 및 제2 로킹 블록(734a 및 734b)은 로킹 블록의 길이 방향이 서로 평행한 방식으로 홀로그램 접촉면(729)에 고정된다. 서로에 대한 블록의 측면 사이의 거리는 홀로그램(5)의 폭과 동일하다.
작동에 있어서, 홀로그램(5)이 홀로그램 홀더(500)에 장착될때, 홀로그램(5)은 로킹핀(736)이 홀로그램(5)의 관통 구멍(735)을 통하여 통과되고 홀로그램(5)이 제1 및 제2 측면 로킹 블록(734a 및 734b) 사이에 꺼워지는 방식으로 홀로그램 접촉면(729)상에 고정된다.
실시예에 있어서, 홀로그램(5)과 홀로그램 홀더(500)를 가진 상기 장치는 홀로그램(5)내에 관통 구멍(735) 용이하게 위치시키는 것을 가능하게 하고, 따라서, 상기 장치내에서 사전 설정된 위치에 홀로그램(5)을 용이하게 배치시키는 것을 가능하게 만든다. 그러므로, 장치의 관리 성능이 향상된다. 또한, 홀로그램(5)의 회전이 방지되므로, 안정된 전사 기계 가공 작동이 수행될 수 있다.
제128도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저와 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 제127도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시 하고, 참조 부호 737은 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저를 도시하며, 참조부호 738은 레이저 광이 사전 설정된 광 경로를 따라 이동하는 방식으로 홀로그램의 위치를 검출하기 위해 레이저(737)에 의해 방출된 레이저 광을 조절하기 위한 조정 미러를 도시하며, 참조 부호 739는 레이저(737)에 의해 방출된 레이저 광을 검출하기 위한 포토 검출기를 도시한다. 제1 및 제2 로킹 블록(734a 및 734b)은 제127도에 상술한 바와 동일한 방법으로 두 로킹 블록의 길이 방향이 서로 평행하게 배치홀로그램 접촉면(729)에 고정된다. 서로 대향한 상기 블록의 측면 사이의 거리는 홀로그램(5)의 폭과 동일하다.
작동에 있어서, 레이저(737)에 의해 방출된 레이저 광의 광 경로는 홀로그램의 위치를 결정하기 위한 레이저 광이 홀로그램(5)의 관통 구멍(735)을 통하여 통과되도록 조정 미러(738)를 사용하여 조절되고, 그후, 홀로그램(5)은 홀로그램 홀더(500) 상에 사전 설정된 위치에 고정된다. 조정된 레이저 광의 광 경로상에 포토 검출기(739)가 배열되고, 상기 검출기는 관통 구멍(735)을 통하여 통과되는 레이저 광의 광 강도를 검출한다.
이러한 구조를 구비한 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 홀로그램(5)이 홀로그램 홀더(500)의 접촉면상에 장착되었을 때, 포토 검출기(739)의 출력 신호를 모니터링함에 의해 장치내의 홀로그램(5)의 사전 설정된 위치로부터의 변위를 즉시 검출 및 변경하는 것을 가능하게 하며, 그 이유는 홀로그램이 사전설정된 위치로부터 이격되어 배치되어 있는 경우에는 포토 검출기(739)에 도달하는 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저 광의 광 강도가 감소되기 때문이다. 그에 의해, 전사 기계 가공의 신뢰성이 향상된다.
제129 도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 참조 부호 735a는 홀로그램(5)에 배치된 제1관통 구멍을 도시하고, 참조부호 735b는 홀로그램(5)에 배치된 제2관통 구멍을 도시하며, 참조부호 736a는 홀로그램(5)의 제1관통구멍(735a)의 위치를 한정하기 위해 홀로그램 접촉면(729)상에 배치되어 있으며 관통 구멍(735a) 보다 직경이 다소 작은 제1로킹핀을 도시하고, 참조부호 736b는 홀로그램(5)의 제2 관통구멍(735b)의 위치를 한정하기 위해 홀로그램 접촉면(729)상에 배치되어 있으며 관통구멍(735b) 보다 직경이 다소 작은 제2로킹 핀을 도시한다.
작동에 있어서, 홀로그램(5)이 홀로그램 홀더(500)에 장착될때, 홀로그램(5)은 상기 로킹핀(736a)이 홀로그램(5)의 관통구멍(735a)을 통하여 통과되고, 동시에 로킹 핀(736b)은 홀로그램(5)의 관통구멍(735b)을 통하여 통과되는 방식으로 홀로그램 접촉면(729)상에 고정된다.
실시예에 있어서, 상기 홀로그램(5)과 홀로그램 홀더(500)를 구비한 장치는 홀로그램(5)내에 배치된 제1 및 제2관통구멍(735a 및 735b)을 용이하게 위치설정하는 것을 가능하게 하고, 따라서, 장치 내의 사전 설정된 위치로 홀로그램(5)을 용이하게 배치하고 조정할 수 있다. 그러므로, 장치의 관리 성능이 향상된다. 또한, 홀로그램(5)의 수직선에 평행한 축에 대한 홀로그램(5)의 회전은 제125도 내지 제128도에 도시된 바와 같이 홀로그램 접촉면(729)상에 높이차를 형성하지 않고도 방지할 수 있고, 이로써 전사 기계 가공의 안정성은 향상될 수 있다.
제130도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제129도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시한다.
실시예에 있어서, 홀로그램을 구성하는 소자 및 홀로그램 홀더와 홀로그램에 고정시키는 방법은 제1관통구멍(735a)의 직경이 제2관통구명(735b) 보다 넓고, 제1로킹핀(736a)의 직경은 제2로킹핀(736b) 보다 넓은 것을 제외하고는 제129도에 상술한 실시예와 동일하다.
작동에 있어서, 홀로그램(5)이 홀로그램 홀더(500)에 장착될때, 홀로그램(5)은 상기 로킹핀(736a)이 홀로그램(5)의 관통구멍(735a)을 통하여 통과되고, 동시에 로킹핀(736b)이 홀로그램(5)의 관통구멍(735b)을 통하여 통과되는 방식으로 홀로그램 접촉면(729)상에 고정된다.
실시예에 있어서, 상기 홀로그램(5)과 홀로그램 홀더를 구비한 장치는 홀로그램(5)내에 배치된 제1 및 제2관통구멍(735a 및 735b)을 용이하게 위치설정하는 것을 가능하게 하고, 따라서, 장치내의 사전 설정된 위치로 홀로그램(5)을 배치하고 조정할 수 있다. 그러므로 장치의 관리 성능은 향상된다. 또한, 홀로그램(5)의 수직선에 평행한 축에 대한 홀로그램(5)의 회전은 제125도 내지 제128도에 도시된 바와 같이 홀로그램 접촉면(729)상에 높이차를 형성하지 않고도 방지할 수 있고, 이로써 전사 기계 가공의 안정성은 향상될 수 있다. 부가적으로, 홀로그램(5)의 부정확한 부착은 각 관통 구멍이 정확히 로킹핀에 대응하여 결정되지 않는 한 홀로그램(5)이 홀로그램 홀더(500)의 홀로그램 접촉면(729)상에 배치될 수 없기 때문에 방지될 수 있다.
제131도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제130도와 동일한 참조부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 737은 홀로그램(5)의 길이 방향의 중심선을 도시하며, 참조부호 738은 홀로그램(5)의 가로 방향의 중심선을 도시하고, 참조부호 739는 홀로그램(5)의 중심점을 도시한다. 제1 및 제2관통 구멍(735a 및 735b)은 제131도에 도시한 바와 같이 길이 방향의 중심선(737)과 가로 방향의 중심선(738)상에 있지 않다. 또한, 제1관통구멍(735a)과 제2관통구멍(735b)은 홀로그램(5)의 길이 방향의 중심선(737), 홀로그램(5)의 가로방향의 중심선(738) 및 홀로그램(5)의 중심점(739) 중의 어느 하나에 관해서도 대칭되지 않는다. 제1 및 제2로킹핀(736a 및 736b)은 홀로그램(5)이 홀로그램 접촉면의 거의 중심 위치에 배치되도록 배열되고, 이때, 홀로그램(5)은 홀로그램 홀더(500)의 홀로그램 접촉면(729)상에서 정확한 위치에 배치된다.
실시예에 있어서, 상기 홀로그램과 홀로그램 홀더를 구비한 장치는 홀로그램(5)내에 배치된 제1 및 제2관통구멍(735a 및 735b)을 용이하게 위치설정하는 것을 가능하게 하고, 따라서, 장치내에 사전 설정된 위치로 홀로그램(5)을 배치하고 조정할 수 있다.
그러므로 장치의 관리 성능은 향상된다. 또한, 홀로그램(5)의 수직선에 평행한 축에 대한 홀로그램(5)의 회전은 제125도 내지 제128도에 도시된 바와 같이 홀로그램 접촉면(729)상에 높이차를 형성하지 않고도 방지할 수 있고, 이로써 전사 기계 가공의 안정성은 향상될 수 있다. 부가적으로, 홀로그램(5)의 부정확한 부착은 각 관통 구멍이 정확히 로킹핀에 대응하여 결정되지 않는한 홀로그램(5)이 홀로그램 홀더(500)의 홀로그램 접촉면(729)상에 배치될 수 없기 때문에 방지될 수 있다.
제131도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제130도와 동일한 참조부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 737은 홀로그램(5)의 길이 방향의 중심선을 도시하며, 참조부호 738은 홀로그램(5)의 가로 방향의 중심선을 도시하고, 참조부호 739는 홀로그램(5)의 중심점을 도시한다. 제1 및 제2관통 구멍(735a 및 735b)은 제131도에 도시한 바와 같이 길이 방향의 중심선(737)과 가로 방향의 중심선(738)상에 있지 않다. 또한, 제1관통구멍(735a)과 제2관통구멍(735b)은 홀로그램(5)의 길이 방향의 중심선(737), 홀로그램(5)의 가로방향의 중심선(738) 및 홀로그램(5)의 중심점(739) 중의 어느 하나에 관해서도 대칭되지 않는다. 제1 및 제2로킹핀(736a 및 736b)은 홀로그램(5)이 홀로그램 접촉면의 거의 중심 위치에 배치되도록 배열되고, 이때, 홀로그램(5)은 홀로그램 홀더(500)의 홀로그램 저촉면(729)상에서 정확한 위치에 배치된다.
실시예에 있어서, 상기 홀로그램과 홀로그램 홀더를 구비한 장치는 홀로그램(5)에 배치된 제1 및 제2관통구멍(735a 및 735b)을 용이하게 위치설정하는 것이 가능하므로 장치내에 사전 설정된 위치에 홀로그램을 조정하고 배치할 수 있다. 그러므로 장치의 관리 성능은 향상된다. 또한, 홀로그램(5)의 수직선에 평행한 축에 대한 홀로그램(5)의 회전은 제125도 내지 제128도에 도시된 바와 같이 홀로그램 접촉면(729)상에 높이차를 형성하지 않고도 방지할 수 있고, 이로써 전사 기계 가공의 안정성은 향상될 수 있다. 부가적으로, 홀로그램이 홀로그램의 전방면의 방향에 관해 정확히 배치되거나 각각의 관통 구멍이 대응하는 로킹핀에 정확하게 맞물리지 않는 한 홀로그램(5)이 홀로그램 접촉면(729)의 중심에 위치되지 않기 때문에, 즉시 검출되기 때문에, 관통구멍과 로킹핀의 결합 뿐만 아니라 홀로그램(5)의 전방면의 방향에 관련된 홀로그램(5)의 부정확한 부착도 즉시 검출될 수 있다. 그러므로, 홀로그램(5)의 부정확한 부착은 더 효과적으로 방지될 수 있다.
제132도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제131도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 740은 홀로그램의 부정확한 부착을 방지하기 위해 홀로그램 접촉면(729)상에 배치된 블록을 도시한다. 상기 홀로그램 홀더(500)은 부정확한 부착을 방지하기 위한 블록(740)과 제131도에 도시된 상기 실시예의 결합이다. 다른 구성 소자는 제131도의 실시예와 동일하다. 제134도에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2관통구멍(735a 및 735b)은 길이 방향의 중심선(137)과 가로 방향의 중심선 상에 있지 않다.
제131도의 상술한 실시예에 따른 홀로그램 홀더(500)와 홀로그램(5)이 사용될 때, 예상되는 부정확한 부착은 하기의 3종류 이다.
(가) 부정확한 부착 첫번째는 홀로그램의 전방면이 정확한 방향을 향하고, 관통구멍과 로킹핀의 결합이 부정확하다.
(나) 부정확한 부착 두번째는 홀로그램의 전방면이 정확한 방향을 향하지 않고, 관통구멍과 로킹핀의 결합이 정확하다.
(다) 부정확한 부착 세번째는 홀로그램의 전방면이 정확한 방향을 향하지 않고, 관통구멍과 로킹핀의 결합이 부정확하다.
제133도는 상기 3종류의 부정확한 부착과 정확한 부착의 경우에 홀로그램(5)에 의해 점유된 홀로그램 접촉면(729) 상의 영역을 도시한 도면이다. 제133도에서, 참조부호 741a 및 741b는 제1 및 제2로킹핀에 의해 점유된 영역을 도시한다. 영역(742)은 정확히 장착된 홀로그램에 의해 점유된 영역이다. 상기 영역(743)은 부정확한 부착의 첫번째 경우에 홀로그램에 의해 점유된 영역이다. 상기 영역(744)은 부정확한 부착의 두번째 경우에 홀로그램에 의해 점유된 영역이다. 상기 영역(745)은 부정확한 부착의 세번째 경우에 홀로그램에 의해 점유된 영역이다. 도면에서, 빗금친 영역(746)은 정확히 부착된 홀로그램에 의해 점유된 영역(742)의 외부영역이며, 부정확하게 부착된 경우에 홀로그램에 의해 점유되는 모든 영역을 포함하는 영역이다.
제133도의 빗금친 영역에서, 부정확한 부착을 방지하기 위한 블록(740)이 제132도에 도시된 바와 같이 배치된다. 홀로그램(5)이 정확히 배치되지 않는 한 홀로그램(5)은 홀로그램 접촉면(729)상에 장착될 수 없으므로 부정확한 부착은 확실히 방지될 수 있다.
본 실시예의 홀로그램과 홀로그램 홀더를 구비한 장치는 홀로그램(5)에 배치된 제1 및 제2관통구멍(735a 및 735b)을 용이하게 위치실정하는 것을 가능하게 하고, 따라서, 상기 장치내에서 사전 설정된 위치에 홀로그램(5)을 용이하게 배치 및 조정하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 장치의 관리 성능이 향상된다. 홀로그램(5)의 수직선에 평행한 축에 대한 홀로그램(5)의 회전은 제125도 내지 제128도에 도시된 바와 같은 홀로그램 접촉면(729)상에 높이차를 형성하지 않고도 방지될 수 있으므로 전사 기계 가공의 안정성이 향상된다.
실시예에 있어서, 부정확한 부착을 방지하기 위한 하나의 블록은 오직 한 영역에만 배치된다. 만약, 정확히 장착된 홀로그램에 의해 점유된 영역의 외부에 위치되고, 홀로그램에 의해 점유되는 영역에 포함되는 영역이 없다면, 상술한 3종류의 부정확한 부착의 경우에, 부정확한 부착을 방지하기 위한 복수개의 블록은 3종류의 부정확한 부착에 따라 정확히 장착된 홀로그램이 점유한 영역 외부에 배치될 수 있다.
제134도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저와 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 제133도와 동일한 참조부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 737은 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저를 도시하며, 참조부호 738은 레이저 광이 사전 설정된 광 경로를 따라 이동되는 방식으로 홀로그램의 위치를 검출하기 위해 레이저(737)에 의해 방출된 레이저 광을 조정하기 위한 조정 미러를 도시하고, 참조부호 739는 레이저(737)에 의해 방출된 레이저 광을 검출하기 위한 포토 검출기를 도시한다. 실시예의 홀로그램(5)은 두 개의 관통구멍(735a 및 735b)을 구비하고, 제1관통구멍(735a)은 제132도에 도시된 바와 같이 상술한 실시예에 따른 로킹핀(736)을 한정하기 위한 수단으로 작용하고, 제2관통구멍(735a)은 제128도에 도시된 바와 같은 상술한 실시예에 따라 홀로그램(5)이 사전설정된 위치에 배치되었는지 아닌지를 검출하기 위해 홀로그램(5)의 위치를 검출하기 위한 레이저 광이 통과하는 수단으로서 작용한다.
작동에 있어서, 레이저(737)에 의해 방출된 레이저 광의 광 경로는 홀로그램의 위치를 결정하기 위한 레이저 광이 홀로그램(5)의 관통구멍(735)을 통하여 통과되도록 조정 미러(738)를 사용하여 조절하고, 그후, 홀로그램(5)은 홀로그램 홀더(500)상에 사전 설정된 위치에 고정되며, 로킹핀(736)은 제1관통 구멍(735a)을 통하여 통과된다. 조정된 레이저 광의 광 경로상에 포토 검출기(739)가 배열되고, 상기 검출기는 관통구멍(735)을 통하여 통과되는 레이저 광의 광 강도를 검출한다.
따라서, 본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 한개의 관통 구멍을 사용하여 홀로그램(5)의 위치를 한정함에 의해, 장치에 사전 설정된 위치에 홀로그램(5)을 용이하게 위치시키고 조정 하므로서 장치의 관리 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 레이저 전사 기계 가공 장치는 만약, 홀로그램(5)이 제1관통구멍(735a)의 중심축 둘레의 각도에 대해 홀로그램의 접촉면(729)상의 위치로부터 벗어나 있다면 포토 검출기(739)에 도달한 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저 광의 광강도가 감소되기 때문에, 다른 관통 구멍이 사전설정된 위치에 위치되었는지 아닌지를 검출함에 의해 장치내에서 홀로그램의 사전설정된 위치로부터의 변위를 즉시 검출하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 전사 기계 가공의 신뢰성이 향상된다.
제135도는 본 발명의 실시예에 따른 제135도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 홀더와 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 참조부호 735a는 홀로그램(5)에 배치된 제1관통 구멍을 도시하고, 참조부호 735b는 홀로그램(5)에 배치된 제2관통 구멍을 도시하며, 참조부호 735c는 홀로그램(5)에 배치된 제3관통구멍을 도시하고, 참조부호 736a는 홀로그램(5)의 제1관통구멍(735a)의 위치를 한정하기 위해 홀로그램 접촉면(729)상에 배치되어 있는 관통구멍(735a)보다 직경이 다소 작은 제1로킹핀을 도시하며, 참조부호 736b는 홀로그램(5)의 제2관통구멍(735b)의 위치를 한정하기 위해 홀로그램 접촉면(729)상에 배치된 관통구멍(735b) 보다 다소 직경이 작은 제2로킹핀을 도시하고, 참조부호 736c는 홀로그램(5)의 제3관통 구멍(735c)의 위치를 한정하기 위해 홀로그램 접촉면(729)상에 배치된 관통구멍(735c) 보다 다소 직경인 작은 제3로킹핀을 도시한다. 3 개의 관통구멍은 제1, 제2 및 제3관통구멍(735a,735b,735c)의 중심을 결합함으로써 얻어지는 삼각형(triangle; 747)이 하나의 부등변 삼각형(scalene)이 되도록 배열된다.
작동에 있어서, 홀로그램(5)이 홀로그램 홀더(500)에 장착된 때, 홀로그램(5)은 제1, 제2 및 제3로킹핀(736a, 736b 및 736c)이 각각 홀로그램(5)의 제1, 제2 및 제3관통구멍(735a, 735b 및 735c)을 통하여 통과되는 방식으로 홀로그램 접촉면(729)에 고정된다.
본 실시예에 따른 이러한 구조를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치는 홀로그램(5)에 배치된 제1, 제2 및 제3관통구멍(735a, 735b 및 735c)을 용이하게 위치시키는 것이 가능하므로 장치내에 사전 설정된 위치에 홀로그램(5)을 조정하고 배치하는 것이 가능하다. 그러므로, 장치의 관리 성능이 향상된다. 또한, 홀로그램(5)의 3 위치가 한정되므로 홀로그램 접촉면(729)상에 장착된 홀로그램의 위치와 각도의 안정성은 크게 향상된다. 부가적으로, 3개의 관통 구멍의 중심점이 하나의 부등변 삼각형으로 구성된 삼각형이므로 홀로그램(5)이 홀로그램의 전방 면의 방위에 대해 정확하게 배치되지 않는 한 홀로그램(5)은 홀로그램 접촉면(729)에 장착될 수 없다. 홀로그램의 부정확한 부착은 제132도에 도시된 바와 같이 상술한 실시예에 따른 부정확한 부착을 방지하기 위한 다른 수단을 제공하지 않고도 확실 하게 방지될 수 있다.
제136도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시한다. 홀로그램(5)은 3개의 관통 구멍을 가지며, 관통 구멍 중 하나의 직경은 다른 구멍의 직경과 다르다. 예를 들면, 제3관통구멍(735c)의 직경은 제1 및 제2관통구멍(735a 및 735b)의 직경보다 넓고, 제3로킹핀(736c)의 직경은 제3로킹핀(736c) 보다 다소 넓다. 실시예에 있어서, 홀로그램(5)은 제135도에 도시된 상술한 실시예와 같은 동일 방법으로 홀로그램 홀더(500)의 홀로그램 접촉면(729)에 고정된다.
본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 있어서, 홀로그램(5)에 배열된 3 개의 관통구멍의 중심을 결합함으로서 얻어진 삼각형의 경우에는 하나의 등변을 제외한 이등변이고, 이등변 삼각형의 베이스에 하나의 관통 구멍 직경은 베이스에 다른 관통 구멍의 직경과는 다르게 형성된다. 그러므로, 상기 홀로그램(5)이 홀로그램의 전방면의 방위에 대해 정확히 배치되지 않는 한 홀로그램(5)은 흘로그램 접촉면(729)상에 장착될 수 없고, 홀로그램 부정확한 부착은 제132도에 도시한 바와 같이 실시예에 따른 부정확한 부착을 방지하기 위한 다른 수단을 제공하지 않고도 확실히 방지될 수 있다.
바람직하게, 하나의 관통 구멍의 직경을 다른 구멍의 직경과 상이하게 하는 대신에, 3개의 관통 구멍 중에 하나의 형태가 다른 구멍의 형태와 상이하도록 할 수도 있다.
제137도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제5도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시한다. 상기 홀로그램(5)은 상이한 직경을 가지는 3개의 관통 구멍을 가진다. 예를 들면, 제137도에 도시된 바와 같이 3개의 구멍 크기의 순서는 제1, 제2 및 제3관통구멍(735a, 735b 및 735c)의 순서와 동일하다. 즉, 제3구멍은 다른 어떤 구멍의 직경보다 넓다. 로킹핀의 크기 정도는 구멍에 따른 제1, 제2 및 제3로킹핀(736a, 736b 및 736c)의 순서와 동일하다. 즉, 제 3 로킹핀의 직경은 다른 어떤 핀의 직경보다도 넓다. 각 관통구멍의 직경은 각 로킹핀의 직경보다 다소 넓다. 실시예에 있어서, 홀로그램(5)은 제136도에 도시된 상술한 실시예와 동일한 방법으로 홀로그램 홀더(500)의 홀로그램 접촉면(729) 상에 고정된다.
본 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치에 있어서, 홀로그램(5)에 배열된 3개의 관통구멍의 중심을 결합하므로서 얻어지는 삼각형이 정삼각형이라 할지라도, 홀로그램(5)이 홀로그램의 전방면의 방위에 대하여 정확히 배치되지 않는 한 홀로그램(5)은 홀로그램 접촉면(729)상에 장착될 수 없다. 그러므로, 홀로그램의 부정확한 부착은 제132도에 도시된 바와 같은 실시예에 따라 부정확한 부착을 방지하기 위한 다른 수단을 제공함 없이 정확히 방지될 수 있다.
바람직하게, 3개의 관통 구멍의 직경을 서로 상이하게 하는 대신에 3개의 관통구멍의 형태를 서로 상이하게 할 수 있다.
제138도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저와 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 제137도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 737은 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저를 도시하며, 참조부호 738은 레이저 광이 사전 설정된 광경로를 따라 이동되는 방식으로 홀로그램의 위치를 검출하기 위해 레이저(737)에 의해 방출된 레이저 광을 조정하기 위한 조정 미러를 도시하고, 참조부호 739는 레이저(737)에 의해 방출된 레이저 광을 검출하기 위한 포토 검출기를 도시한다. 본 실시예의 홀로그램(5)은 3개의 관통구멍(735a, 735b 및 735c)을 구비하고, 제1 및 제2 관통구멍(735a 및 735b)은 제137 도에 도시된 바와 같은 상술한 실시예에 따른 제1 및 제2로킹핀(736a 및 736b)을 한정하기 위한 수단으로서 작용하고, 제3관통 구멍(735c)은 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저 광이 제134도에 도시한 바와 같은 상술한 실시예에 따른 사전 설정된 위치에 홀로그램(5)이 배치되었는지 아닌지를 검출하기 위해 통과되는 수단으로 작용된다. 3개의 관통구멍은 3 개의 관통구멍의 중심을 연결하여 얻어진 삼각형이 하나의 부등변 삼각형을 이루도록 배열된다.
작동에 있어서, 레이저(737)에 의해 방출된 레이저 광의 광경로는 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저 광이 홀로그램(5)의 관통구멍(735c)을 통하여 통과되도록 조정미러(738)를 사용하여 조정하고, 그후, 홀로그램(5)은 홀로그램 홀더(500) 상의 사전 설정된 위치에 고정되는 반면 제1 및 제2로킹핀(736a 및 736b)은 제1 및 제2관통구멍(735a 및 735b)을 통하여 통과된다. 조정된 레이저 광의 광 경로상에 포토 검출기(739)가 배열되고, 상기 검출기는 관통구멍(735c)을 통하여 통과되는 레이저 광의 광 강도를 검출한다.
따라서, 실시예에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 하나의 관통 구멍을 사용한 홀로그램(5)의 위치를 한정하므로서 장치의 사전 설정된 위치에 홀로그램(5)을 용이하게 위치시키고 조정하므로서 장치의 관리 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 레이저 전사 기계 가공 장치는 각 관통구멍이 정확히 각 로킹핀에 결합되지 않고 홀로그램(5)이 홀로그램 접촉면(729)상에 부정확하게 배치되면 포토 검출기(739)에 도달되는 홀로그램의 위치를 검출하기 위한 레이저 광의 광강도는 감소되기 때문에, 제 3관통 구멍이 사전 설정된 위치에 위치할 것인지 아닌지를 검출하는 수단에 의해 장치내에서 홀로그램(5)의 부정확한 부착을 방지하는 것이 가능하다.
제139도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시한 개략도이다. 도면에서, 제130도에 도시된 바와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 748a은 제1로킹핀(736a)에 형성된 제1스크류를 도시하며, 참조부호 748b는 제2로킹핀(736b)에 형성된 제2스크류를 도시하고, 참조부호 749a는 제1로킹 스크류(748a)와 협동하여 홀로그램(5)을 고정시키기 위한 제1로킹 너트를 도시하며, 참조부호 749b는 제2로킹 스크류(748b)와 협동하여 홀로그램(5)을 고정시키기 위한 제2로킹 너트를 도시한다.
작동에 있어서, 홀로그램(5)이 홀로그램 홀더(500)상에 고정될때, 홀로그램(5)은 제1 및 제2로킹핀(736a 및 736b)이 각각의 홀로그램(5)의 제1 및 제2관통구멍(735a 및 735b)을 통하여 통과되는 방식으로 홀로그램 접촉면(729)상에 배치되고, 그때 홀로그램(5)은 각각의 제1 및 제2로킹 스크류(748a 및 748b) 주위로 제1 및 제2로킹 너트(749a 및 749b)를 돌리므로서 견고히 부착된다.
본 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치에 있어서, 로킹핀이 로킹 스크류를 구비하기 때문에, 로킹핀이 홀로그램을 유지하기 위한 수단으로서 기능하고, 따라서 홀로그램을 홀로그램 홀더에 용이하게 고정시킬 수 있다.
또한, 레이저 전사 기계 가공 장치는 홀로그램(5)에 배치된 제1 및 제2 관통구멍(735a 및 735b)을 용이하게 위치시키는 것이 가능하므로 장치내에 사전 설정된 위치에 홀로그램(5)을 배치하고 조정하는 것이 가능하다. 그러므로, 장치의 관리 성능은 향상된다. 부가해서, 홀로그램(5)의 수직선에 평행한 축에 대한 홀로그램(5)의 회전은 제125도 내지 제128도에 도시된 바와 같이 홀로그램 접촉면(729)상에 높이차를 형성하지 않고도 방지할 수 있고, 이로써 전사 기계 가공의 안정성이 향상될 수 있다.
제140도는 본 발명의 실시예에 따른 마크를 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서 참조부호 750은 홀로그램의 한 표면상에 배치된 마크를 도시하고, 상기 마크는 홀로그램(5)의 중심 영역을 제외한 영역에 위치한다.
홀로그램 홀더 상에 홀로그램(5)이 부착될때, 작업자는 홀로그램(5)의 면이 보여서 정보를 용이하게 얻을 수 있고, 홀로그램(5)의 방향을 마크(750)를 보고 배열할 수 있다. 따라서, 홀로그램은 홀더에 대해 정확하게 지시된 마크로 홀로그램 홀더 상에 용이하게 장착된다. 그러므로, 실시예에 따른 홀로그램은 홀로그램의 부정확한 부착을 방지하는 것이 가능하다.
제141도는 본 발명의 실시예에 따른 돌출부를 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서 참조부호 751은 홀로그램의 하나의 표면상에 배치된 돌출부를 도시하고, 상기 돌출부는 홀로그램(5)의 중심 영역을 제외한 위치이다.
작동에 있어서, 홀로그램 홀더 상에 홀로그램(5)이 부착될때, 작업자는 홀로그램(5)의 면이 보여서 정보를 용이 하게 얻을 수 있고, 홀로그램(5)의 방향은 돌출부(750)를 보고, 손가락 끝 등으로 가지고 건드려서 배열될 수 있다. 따라서, 홀로그램은 홀더에 대해 돌출부를 정확히 향하게 되므로서 홀로그램 홀더 상에 용이하게 장착된다. 그러므로, 본 실시예에 따른 홀로그램은 홀로그램의 부정확한 부착을 방지하는 것이 가능하다. 또한, 돌출부는 손가락 등과 같은 팁을 가지고 접촉하므로서 용이하게 검출될 수 있고, 부정확한 부착은 더욱더 효율적으로 방지할 수 있다.
제142도는 본 발명의 실시예에 따른 블라인드(blind) 홀을 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 참조 부호 752는 관통되지 않은 중공으로 구성된 블라인드 구멍을 도시하고, 홀로그램의 표면상에 배치되며, 블라인드 구멍은 홀로그램(5)의 중심 영역을 제외한 영역에 위치된다.
작동에 있어서, 홀로그램 홀더상에 홀로그램(5)이 부착 될때, 작업자는 홀로그램(5)의 면이 보여서 정보를 용이하게 얻을 수 있고, 홀로그램(5)의 방향은 블라인드 구멍(752)을 보며 손가락 끝 등으로 건드려서 배열된다.
따라서, 홀로그램은 블라인드 구멍이 홀더의 사전 설정된 위치에 위치하도록 홀로그램 홀더 상에 장착된다. 그러므로, 본 실시예에 따른 홀로그램은 홀로그램의 부정확한 부착을 방지하는 것이 가능하다. 또한, 블라인드 구멍은 손가락 끝 등으로 만짐에 의해 용이하게 검출될 수 있기 때문에, 부정확한 부착은 더욱 더 효율적으로 방지할 수 있다. 부가적으로, 블라인드 구멍이 손가락 등의 다른 물체에 의해 접촉될 때, 블라인드 구멍은 마모와 찢어짐 및 손상을 좀처럼 받지 않고, 블라인드 구멍은 홀로그램이 배열되는 방향과 홀로그램의 면을 볼 수 있는 정보형성을 위한 더욱 더 신뢰성 있는 수단을 제공할 수 있다.
제143(a)도 및 제143(b)도는 본 발명의 실시예에 따른 엣지가 잘라내진 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 제130도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 753은 모따기 처리된 홀로그램(5)의 코너이다. 즉, 홀로그램(5)의 4 코어 중에 하나는 둥글게 만들었다.
또한, 참조 부호 754는 모따기 처리된 코너(753)가 형성된때 잘려진 부분을 도시한다. 홀로그램(5)은 사각형이다.
작동에 있어서, 홀로그램 홀더 상에 홀로그램(5)을 부착 시킬때, 작업자는 홀로그램(5) 면이 보이게 되어 정보를 용이 하게 얻을 수 있고, 홀로그램(5)이 사각형 홀로그램(5)의 짧고 긴 측면 위치와 홀로그램의 모따기 처리된 코너(753)의 위치를 시각적으로 판단하므로서 배열되는 방향에 대한 정보를 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 홀로그램은 홀로그램 홀더 상에 정확하게 장착되므로 사각형 홀로그램(5)의 짧고 긴 측면의 위치와 모따기 처리된 코너(753)의 위치는 용이하게 판단 될 수 있다. 그러므로, 실시예에 따른 홀로그램은 홀로그램의 부정확한 부착을 방지하는 것이 가능하다.
사각형 홀로그램의 경우에 있어서, 홀로그램의 모든 측면은 서로 동일한 길이이므로, 작동자는 홀로그램(5)의 면을 보면서 정보를 얻을 수 없고, 홀로그램(5)이 홀로그램이 배열되는 방향에 대해 시각적인 정보를 얻을 수 없다. 이러한 경우에 있어서, 모따기 처리된 코너(753)를 형성할 때 잘려진 부분(754)은 제143B도에 도시된 바와 같이 모따기 처리된 코너의 정점에 동일하게 되는 두 동등한 측면에 의해 형성된 정점을 가진 이등변 삼각형이 될 수 없다. 삼각형이 부등변 삼각형이면, 작업자는 홀로그램 면이 보여서 정보를 용이하게 얻을 수 있고, 홀로그램이 모따기 처리된 코너(753)의 형태로 보이게 배열되는 방향에 대한 정보를 용이하게 얻을 수 있다. 그러므로 부정확한 부착은 방지될 수 있다.
모따기 처리된 코너가 아크 형태 또는 서로 수직한 홀로그램(5)의 두 측면을 곡면진 고리의 엣지로 구성된 경우에 있어서도 동일한 장점이 제공된다.
제144도는 본 발명의 실시예에 따른 잘려나간 엣지와, 마크를 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 참조부호 750은 홀로그램(5)의 한 표면상에 배치된 마크를 도시하고, 참조부호 753은 모따기 처리된 홀로그램의 코너를 도시한다. 즉, 홀로그램(5)의 네 개의 코너 중에 하나는 모따기 처리된다. 홀로그램(5)은 사각형이다.
작동에 있어서, 홀로그램 홀더상에 홀로그램(5)을 부착 시킬때, 작업자는 홀로그램(5)의 면이 보여서 정보를 용이하게 얻을 수 있고, 홀로그램(5)이 마크(750)와 모따기 처리된 코너(753)를 보게 배열되는 방향에 대한 정보를 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 홀로그램이 사용된 경우에 있어서, 작업자는 홀로그램(5)이 보이는 것을 알 수 있고, 홀로그램(5)이 모따기 처리된 코너 또는 마크중에 하나를 사용하는 홀로그램의 경우 보다 홀로그램의 배열된 방향을 시각적으로 더 용이하게 알 수 있다. 그러므로, 실시예의 홀로그램은 홀로그램의 부정확한 부착을 더 효율적으로 방지하는 것이 가능하다. 부가적으로, 홀로그램(5)이 사각형일지라도 모따기 처리된 코너(753)를 형성할때 잘려진 부분(754)은 등변삼각형이고, 모따기 처리된 코너의 장점에 동일하게된 두 동등한 측면에 의해 형성된 정점을 가지며, 작업자는 홀로그램(5)의 면이 보여서 정보를 얻을 수 있고, 홀로그램(5)은 홀로그램이 배열되는 방향에 대한 시각적인 정보를 얻을 수 있기 때문에 홀로그램(5)의 전방 및 후방면은 마크에 의해 서로 구별된다. 그러므로 부정확한 부착은 방지될 수 있다.
홀로그램 상에 배치된 마크 대신에 돌출부 또는 블라인드 구멍의 둘중 하나가 제141도 및 제142도에 도시된 상기 실시예에 따라 배치될 수도 있다. 상술한 바와 같은 동일한 장점이 제공된다.
제145도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 제126도와 동일한 참조부호는 동일 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 753은 홀로그램(5)의 모따기 처리된 코너를 도시하며, 참조부호 755는 홀로그램 접촉면 상에 배치된 부정확한 부착을 방지하기 위한 돌출부를 도시한다. 즉, 홀로그램(5)의 네 개의 코너 중 하나는 둥글다. 부정확한 부착을 방지하기 위한 돌출부(755)는 홀로그램(5)이 홀로그램 접촉면(729)상에 사전 설정된 위치에 장착될때 돌출부는 모따기 처리된 코너의 측면상에 접촉되도록 배열된다. 홀로그램(5)은 사각형이다. 하부로킹 블록(730)과 상부 로킹블록(734)은 서로 평행하지 않은 홀로그램(5)의 두 선형 엣지의 위치를 한정하는 홀로그램 접촉면(729)상에 배치된다.
작동에 있어서, 홀로그램 홀더(500)상에 홀로그램(5)을 부착시킬 때, 홀로그램(5)은 모따기 처리된 코너(753)가 부정확한 부착을 방지하기 위한 돌출부(755)상에 인접하도록 배치되고, 이때, 홀로그램의 두 수직 측면이 각각 하부 로킹 블록(730)과 상부 로킹 블록(734)에 인접하도록 배치된다.
상기 홀로그램과 홀로그램 홀더를 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치는 홀로그램의 부정확한 부착을 방지하는 것이 가능하기 때문에 홀로그램의 전방면이 정확히 지시되고 또한 홀로그램이 사전 설정된 방향으로 정학히 배열 되지 않는 한 홀로그램(5)은 홀로그램 홀더의 홀로그램 접촉면상에 고정될 수 없다.
제146도는 본 발명의 실시예에 따른 노치(notch)를 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 참조부호 756은 중심 부분이 아닌, 홀로그램의 네 개의 측면 엣지 중의 한 부분에 배치된 노치를 도시한다. 노치(756)는 길이 방향의 중심선(737)상에 있지 않고 가로 방향의 중심선(738) 상에도 있지 않다. 홀로그램(5)은 사각형이다.
작동에 있어서, 홀로그램 홀더 상에 홀로그램(5)을 부착시킬때, 작업자는 홀로그램(5)의 면이 보여서 정보를 용이하게 얻을 수 있고, 노치(750)의 위치를 관찰함에 의해 그 방향으로 홀로그램이 배열된다. 실시예에 따른 홀로그램은 홀로그램의 부정확한 부착을 방지하는 것이 가능하기 때문에 홀로그램은 홀더에 대해 노치를 정확히 검출하므로서 홀로그램 홀더의 홀로그램 접촉면 상에 정확히 장착된다.
제147도는 본 발명의 실시예에 따른 노치와 마크를 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 참조부호 750은 홀로그램(5)의 한 표면상에 배치된 마크를 도시 하고, 참조부호 756은 홀로그램의 네 개의 측면 엣지 중에 하나의 부분에 배치되는 노치를 도시한다. 홀로그램(5)은 사각형이다.
작동에 있어서, 홀로그램 홀더 상에 홀로그램(5)을 부착 시킬 때, 작업자는 홀로그램(5)의 면이 보여서 정보를 용이하게 얻을 수 있고, 홀로그램(5)이 노치(756)와 마크(750)의 위치를 관찰하도록 배열되는 방향에 대한 정보를 용이하게 얻을 수 있다. 본 실시예에 따른 홀로그램은 홀로그램의 부정확한 부착을 더 효율적으로 방지하는 것이 가능하기 때문에 작업자는 홀로그램의 전방 및 후방면 사이를 용이하게 구별할 수 있고, 홀로그램의 방향을 용이하게 알 수 있으며, 홀로그램의 부정확한 부착이 방지될 수 있다.
홀로그램(5)상에 배치된 마크 대신에, 제142도에 돌출부 또는 제142도에 블라인드 구멍중에 하나가 배치될 수 있다. 이러한 경우에 상술한 바와 같은 동일한 장점이 제공 된다.
제148도는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램과 홀로그램 홀더의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 제145도와 동일한 참조부호는 동일한 부분이나 유사한 부분을 도시하고, 참조부호 755는 홀로그램 접촉면(729)상에 배치된 부정확한 부착을 방지하기 위한 돌출부를 도시하며, 참조부호 756은 홀로그램(5)의 네 개의 측면 엣지 중에 하나의 부분에 배치된 노치를 도시한다. 부정확한 부착을 방지하기 위한 돌출부(755)는 홀로그램(5)이 홀로그램 접촉면(729)상에 사전 설정된 위치에 장착될 때, 돌출부는 노치(755)의 내부 측면 상에 접촉되도록 배열된다. 홀로그램(5)은 사각형이다. 하부 로킹 블록(730)과 상부 로킹 블록(734)은 서로 평행하지 않은 홀로그램(5)의 두 선형 엣지의 위치를 한정하는 홀로그램 접촉면(729)상에 배치된다.
작동에 있어서, 홀로그램 홀더(500)상에 홀로그램(5)을 부착시킬 때, 홀로그램(5)은 부정확한 부착을 방지하기 위한 돌출부(755)상에 노치(756)의 내부 측면이 접촉되도록 배치되고, 이때, 홀로그램의 수직한 두 측면은 각기 하부 로킹 블록(730)과 상부 로킹 블록(734)을 접촉시킨다. 이때, 노치(756)는 돌출부(755)와 결합된다. 상기 홀로그램을 구비한 레이저 전사 기계 가공 장치는 홀로그램의 전방면이 정확히 지향되거나, 홀로그램이 사전 설정된 방향에 정확히 배열되지 않는 한 홀로그램(5)은 홀로그램 홀더의 홀로그램 접촉면 상에 고정될 수 없기 때문에 홀로그램의 부정확한 부착을 방지하는 것이 가능하다.
제149도는 발명의 실시예에 따른 라벨(label)을 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 참조부호 757은 라벨(label)을 도시하는데 하나 이상의 부호를 포함하는 문자의 임의의 열, 부호, 도면 또는 이들의 조합이 기록되고, 홀로그램의 표면상에 배치된다.
복수개의 홀로그램 패턴이 기계 가공용 또는 다양한 종류의 가공물이 본 발명에 따른 상술한 레이저 전사 기계 가공 장치로 기계 가공될 때, 다양한 종류의 홀로그램이 필요하다. 이러한 경우에, 본 실시예의 홀로그램상에 배치된 라벨은 다른 홀로그램으로 부터 하나의 홀로그램을 구별하기 위해 매우 유용하다. 홀로그램의 한 표면상에 배치된 라벨(757)상에서, 홀로그램의 기능, 기계 가공용 레이저 등의 정보들이 하나 이상의 숫자와, 심볼 등을 포함하는 임의의 문자열을 사용하여 기록된다. 그러므로, 하나의 바람직한 홀로그램은 다른 홀로그램으로부터 구별될 수 있으므로 바람직한 홀로그램이 용이하게 선택될 수 있다. 또한, 복수개의 홀로그램을 필요로 하는 기계 작동이 수행될 때, 복수개의 홀로그램의 교환을 위해 요구되는 시간은 각 홀로그램에 라벨을 부착하므로서 감소되어 기계의 효율은 향상된다. 부가적으로, 라벨은 레이저 전사 기계 가공 장치에 바람직하지 않은 홀로그램을 장착하는 실수를 방지할 수 있다는 장점을 제공한다. 따라서, 레이저 전사 기계 가공 장치의 신뢰성은 향상될 수 있다.
실시예에 있어서, 라벨의 설계는 하나 이상의 부호를 포함하는 임의의 문자열, 부호. 도면 또는 이들의 결합 등에 제한되지 않는다. 예를 들면, 라벨은 홀로그램의 기능정보와, 상기 장치에 사용되는 레이저 등에 따라 색상 또는 색상표가 도색될 수 있다. 선택적으로, 라벨은 홀로그램(5)의 기능 정보와 상기 장치에 사용되는 레이저 등에 따라 형성될 수 있다.
양호한 실시예에 있어서, 홀로그램(5)의 기능 정보, 상기 장치에 사용되는 레이저 등은 바코드(bar code)와 같이 컴퓨터에 의해 용이하게 처리될 수 있는 기계-판독가능한 코드의 형상으로 라벨상에 기록될 수 있다. 바코드 등과 같은 형태에 라벨은 정보를 기록할 수 있다. 상기 바코드는 바코드 판독기로 판독할 수 있고, 바코드의 정보는 컴퓨터 등으로 처리될 수 있다. 그러므로, 홀로그램의 관리는 복수개의 홀로그램이 사용될 지라도 용이하게 수행될 수 있다. 또한, 홀로그램의 형태가 바코드 등과 같은 형태로 라벨을 사용하여 용이 하게 특정화될 수 있으므로 라벨은 홀로그램의 교체의 자동화에 유용하다.
각 홀로그램의 한 표면상에 배치된 라벨은 또한 제140도에 도시된 바와 같이 상술한 실시예에 따라 마크로 사용될 수도 있다.
제150(a)도는 본 발명의 실시예에 따른 탄성 프레임을 구비한 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 참조부호 758은 홀로그램(5)을 둘러싼 탄성체로 만들어진 탄성 프레임을 도시한다. 제150(b)도는 제150(a)도의 II -II' 선을 따라 절단한 도면이다. 탄성 프레임(758)은 제150(a)도에 도시된 바와 같이 홀로그램(5)의 중심 영역을 노출하도록 홀로그램(5)의 주위에 배치된다. 프레임의 폭은 홀로그램(5)의 폭보다 넓다. 본 실시예에 따른 탄성 프레임(758)을 가진 홀로그램은 외부 홀로그램으로부터 홀로그램(5)의 주 몸체에 가해지는 층격을 흡수하는 것이 가능하므로 손상됨으로부터 그 자체를 더 효율적으로 방지할 수 있다.
제151도는 본 발명의 실시예에 따라 홀로그램 패턴의 외주면에 형광물질이 칠해진 홀로그램의 구조를 도시하는 개략도이다. 도면에서, 참조부호 760은 홀로그램의 홀로그램 패턴(719)의 주위에 홀로그램의 한 표면상에 도포된 형광 물질을 도시한다. 형광물질(760)이 전사 기계 가공용 레이저 광에 의해 조사될때, 가시광이 형광물질에 의해 방출된다. 그러므로, 레이저 광의 방향이 홀로그램(5) 등의 위치 이동, 레이저 광의 광축의 이동으로 인해 홀로그램(5)의 홀로그램 패턴으로부터 다소 이동될 때, 이동된 레이저 광은 형광 물질(760)상에 입사되고, 형광물질은 전사 기계 가공용 레이저 광의 파장이 파장의 가시화가 가능한 범위를 제외한 파장의 범위일지라도 가시광을 방출한다. 따라서, 레이저 광의 이동은 즉시 눈으로 검출되고 이때, 레이저 광 등과 같은 광축의 변경이 즉시 수행될 수 있다. 그러므로, 장치의 신뢰성은 향상된다.
상기에 상세히 설명한 바와 같은, 본 발명에 따른 레이저 전사 기계 가공 장치는 많은 장점을 제공한다.
특히, 레이저 전사 기계 가공 장치는 광 이용의 고효율성을 제공하고 기계 가공에 요구되는 시간이 감소되며, 레이저 전사 기계 가공 장치는 레이저 빔을 성형하기 위한 성형 유닛(shaping unit)을 구비함으로써 레이저 빔이 기계 가공물에 대한 원하는 기계 가공 패턴에 대응되는 빔 패턴을 가지고, 그리고 발생 유닛은 성형 유닛에 의해 성형된 레이저 빔으로부터 원하는 빔 패턴을 가진 복수개의 레이저 빔을 동시에 발생 시키기 위해 성형 유닛으로부터 분리되어 배치되고, 발생 유닛은 발생된 복수개의 레이저 빔의 기계 가공물에 대한 복수개의 방사 방향을 동시에 한정하는 동시에 복수개의 레이저 빔을 방출시킬 수 있다.
레이저 전사 기계 가공 장치의 발생 유닛의 경우에 있어서는 푸리에-변환 홀로그램(Fourier-transform hologran)을 구비하고, 푸리에-변환 홀로그램은 광 이용의 고 효율성을 가지므로, 홀로그램은 기계 가공에 요구되는 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 홀로그램은 엑시머 레이저와 같은 상대적으로 낮은 공간에 응집성을 가진 레이저를 적용할 수 있다.
푸리에-변환 홀로그램이 복수개의 레이저 빔을 발생시키기 위한 입사 레이저 빔에 대해 대칭적인 패턴으로 배열된 두-레벨 위상을 구비한 디지탈 위상 홀로그램인 경우에 있어서는 위상 홀로그램이 용이하게 제조될 수 있고 광 이용의 고 효율성을 가지기 때문에, 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공될 대칭적이고 정밀한 패턴을 제공할 수 있는 낮은 비용의 레이저 전사 기계 가공을 허용한다.
푸리에-변환 홀로그램이 세 레벨 위상을 구비한 디지탈 위상 홀로그램인 경우에는 위상 홀로그램이 광 이용의 고효율성을 가지므로, 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공될 비대칭적이고 정확한 패턴을 구비할 수 있는 레이저 전사 기계 가공을 허용한다.
푸리에-변환 홀로그램이 타일(tile) 처럼 배열되고, 동일 홀로그램 패턴을 구비한 복수개의 홀로그램 소자로 구성된 홀로그램인 경우에는 푸리에-변환 흘로그램이 넓은 영역을 가지고, 전체 광학 시스템의 구경이 크기 때문에, 레이저 전사 기계 가공 장치는 고 효율성과 고 해상력을 갖는 기계 가공용 전사 이미지를 전사할 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 레이저 전사 기계 가공 장치는 푸리에-변환 홀로그램에 의해 방출된 0차 회절광을 이용하여 기계 가공물을 기계 가공하도록 사용된다.
레이저 전사 기계 가공 장치의 성형 유닛이 레이저 광원에 의해 방출된 레이저 빔의 크기를 조절하기 위한 빔 성형 광학 시스템과, 상기 광학 시스템에 의해 조절된 빔 패턴을 가진 레이저 빔이 입사되고, 기계 가공될 바람직한 패턴에 대응되는 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분 통과시키도록 사용되는 마스크를 구비하는 경우에는 마스크의 레이저 광 투과성은 증가되고, 그러므로, 레이저 광 이용의 효율은 향상된다.
레이저 전사 기계 가공 장치의 성형 유닛이 레이저 광원에 의해 방출된 레이저 빔을 안내하기 위한 광 섬유(fiber)와, 상기 광 섬유로부터 발생된 빔 패턴을 가진 레이저 빔이 입사되고, 기계 가공될 바람직한 패턴에 대응되는 빔 패턴을 가진 입사 레이저 광의 성분을 통과시키도록 사용되는 마스크를 구비하는 경우에는 레이저 전사 기계 가공 장치는 레이저 광 이용의 효율이 높고, 광 섬유를 통하여 통과되는 레이저 광의 광 강도 분포가 균일하다. 그러므로, 장치는 균일하고 안정한 기계 가공 패턴을 제공할 수 있다.
레이저 전사 기계 가공 장치의 성형 유닛이 광 섬유, 레이저 광원에 의해 방출된 레이저 빔을 안내하기 위해, 기계 가공될 바람직한 패턴에 대응되는 빔 패턴처럼 성형된 출력면을 구비하는 경우에는 레이저 전사 기계 가공 장치는 레이저 광 이용의 효율이 높고, 광 섬유를 통하여 통과되는 레이저 광의 광 강도 분포가 균일하다. 그러므로, 장치는 균일하고 안정한 기계 가공 패턴을 제공할 수 있다.
레이저 전사 기계 가공 장치의 성형 유닛이 레이저 광원의 광학적 공동내에 배치되고, 광학적 공동에서 발생된 레이저 빔의 빔 패턴을 규정하여 레이저 빔이 원하는 기계 가공 패턴에 대응하는 빔 패턴을 갖게하며 성형된 빔 패턴을 가진 레이저 빔을 통과시키는 마스크를 포함하는 경우에, 레이저 원에 의해 방출된 레이저 광이 마스크를 통과하기 때문에 광 이용 효율이 증가되고, 따라서 마스크의 레이저 광 투과성이 향상되며 레이저 빔의 질이 높아진다. 그러므로, 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공의 고정밀도를 가진 정밀한 기계 가공 작업을 제공한다.
발생 유닛이 전사 광학 시스템과 기계 가공물 사이에 배열된 경우에는 전사 이미지의 위치는 레이저 광의 광축에 평행하게 상기 발생 유닛을 병진시킴에 의해 조절된다. 그러므로, 가공물의 기계 가공 위치는 고 정밀도로 조정될 수 있고, 각각 동일한 패턴 배열을 가진 기계 가공 패턴이 용이하게 제공될 수 있다.
발생 유닛이 전사 광학 시스템과 성형 유닛 사이에 배열된 경우에는 레이저 전사 기계 가공 장치는 삼차원 구조물등이 작업편 상에 형성되어 있을 때 삼차원 기계 가공 작업을 수행할 수 있다.
전사 광학 시스템의 렌즈가 발생 유닛에 의해 발생된 레이저 빔의 광 경로상에 배치되고, 기계 가공물이 렌즈의 이미지 초점에 배열된 경우에는 레이저 전사 기계 가공 장치는 안정적인 레이저 기계 가공을 허용한다.
전사 광학 시스템의 렌즈가 발생 유닛에 의해 발생된 레이저 빔의 광경로상에 배치되고, 발생 유닛의 하류측에서 렌즈의 구경 조리개가 렌즈의 물체 초점 거리와 동일하며, 발생 유닛이 렌즈의 물체 초점에 위치된 경우에는 레이저 전사 기계 가공 장치는 상대적으로 두껍거나 단단한 기계각공물을 기계 가공하는 것을 가능하게 한다.
레이저 전사 기계 가공 장치가 발생 유닛으로부터 방출된 복수개의 레이저 빔의 일부를 선택적으로 차폐하기 위한 차폐 유닛을 포함하는 경우에는 레이저 전사 기계 가공 장치는 원하는 기계 가공 패턴에 따른 전사 이미지로써 투사되는 레이저 빔의 일부를 차폐함으로써 기계 가공 패턴을 용이하게 변화시킬 수 있다.
레이저 전사 기계 가공 장치의 발생 유닛이 입사 레이저 빔의 광 강도에 따른 그 자체의 광강도를 각각 갖는 복수개의 레이저 빔을 동시에 발생시키도록 사용되는 경우에는 레이저 전사 기계 가공 장치는 각각의 전사 이미지의 레이저 광 강도를 규정할 수 있고, 상이한 성능으로 기계 가공을 위한 복수개의 전사 이미지를 동시에 제공할 수 있다.
레이저 전사 기계 가공 장치의 발생 유닛이 복수개의 레이저 빔에 대응하는 각각의 전사 이미지가 기계 가공물상의 적어도 다른 전사 이미지와 겹치거나 인접하는 방식으로 복수개의 레이저 빔을 동시에 발생시키도록 적용되는 경우에는 복수개의 이미지가 대응하는 복수개의 레이저 빔이 물체상에서 적어도 다른 빔에 인접하거나 겹쳐지도록 이미지된 위치에 연속적인 기계 가공 구멍이 제조된다.
레이저 전사 기계 가공 장치의 레이저 광원이 방출된 레이저 광의 파장의 대역폭을 좁히는 유닛을 포함는 경우에는 그에 의해, 홀로그램을 포함하는 광학 시스템의 색수차를 감소시키고 따라서 레이저 전사 기계 가공 장치는 높은 기계 가공 정밀도로 질이 높은 레이저 기계 가공을 수행할 수 있다.
레이저 전사 기계 가공 장치의 발생 유닛이 기계 가공물을 기계 가공하기 위한 복수개의 레이저 빔에 부가하여 기계 가공물상에 복수개의 레이저 빔을 위치설정하기 위한 하나 이상의 레이저 빔을 발생시키도록 사용되는 경우에는 부가된 레이저 빔을 검출함에 의해 발생유닛의 위치 등의 조절이 용이하게 수행될 수 있고, 따라서 레이저 전사 기계 가공 장치는 기계 가공 패턴의 위치를 용이하게 제어할 수 있으며 높은 기계 가공 정밀도로 질이 높은 레이저 기계 가공 작업을 수행할 수 있다.
레이저 전사 기계 가공 장치가 복수개의 발생 유닛과 복수개의 발생 유닛중 하나를 선택하여 성형 유닛으로부터 기계 가공물로의 레이저 광의 광경로상에 선택된 발생 유닛을 배열하기 위한 배열 유닛을 포함하는 경우에는 원하는 발생 유닛을 선택하고, 이미 설정되어 있던 하나를 다른 하나와 교체함에 의해 복수개의 발생유닛이 기계 가공에 함께 사용된다. 레이저 전사 기계 가공 장치는 다양한 종류의 기계 가공 패턴을 제공할 수 있다.
매우 폭넓은 다양한 실시예가 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 구성될 수 있으며, 본 발명은 본 명세어에 기재된 특정 실시예에 제한되지 않으며 첨부된 청구범위 따라 규정된다.
Claims (21)
- 레이저 빔이 기계 가공물(8)내에서 소정 기계 가공 패턴에 대응하는 빔 패턴을 갖도록 레이저 빔을 성형하기 위한 성형 수단(6)을 포함하고, 레이저원에 의해 방출된 레이저 빔을 사용하여 기계 가공물을 기계 가공하기 위한 레이저 전사 기계 가공 장치에 있어서, 상기 성형 수단(6)에 의해 성형된 상기 레이저 빔으로부터 각각 상기 빔 패턴을 갖는 복수개의 레이저 빔을 동시에 발생시키고, 발생된 복수개의 레이저 빔의 상기 기계 가공물(8)에 대한 복수개의 방사 방향을 동시에 규정하기 위해 상기 성형 수단(6)으로부터 이격 배치된 발생수단(5)을 갖으며, 상기 발생 수단은 푸리에-변환 홀로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 성형 수단은 마스크(6)를 포함하는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 푸리에-변환 홀로그램(5)은 복수개의 레이저 빔을 발생시키기 위해 입사 레이저 빔에 대해 대칭적인 패턴 배열로 두 레벨(two-level) 위상을 가진 디지탈 위상 홀로그램인 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 푸리에-변환 홀로그램(5)은 셋 이상의 레벨 위상을 가진 디지탈 위상 홀로그램인 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 푸리에-변환 홀로그램(5)은 타일형으로 배열된 동일한 홀로그램 패턴을 가진 복수개의 홀로그램 소자(59)로 구성되는 홀로그램(5)인 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 푸리에-변환 홀로그램(5)에 의해 방출된 0차 회절광을 사용하여 상기 기계 가공물(8)을 기계 가공하도록 적용되는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 수단은 상기 광원에 의해 방출된 레이저 빔의 크기를 조절하기 위한 빔 성형 광학 시스템(9, 15)과, 상기 광학 시스템(9, 15)에 의해 조절된 빔 패턴을 가진 레이저 빔이 입사되는 마스크(6)를 포함하고, 상기 마스크는 소정 기계 가공 패턴에 대응하는 빔 패턴을 갖도록 입사 레이저 광의 성분을 통과시키는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 수단은 상기 레이저 광원에 의해 방출된 레이저 빔을 안내하기 위한 광섬유(23)와, 광 섬유로부터 방출된 빔 패턴을 가진 레이저 빔이 입사되는 마스크(6)를 포함하고, 상기 마스크는 소정 기계 가공 패턴에 대응하는 빔 패턴을 갖도록 입사 레이저 광의 성분을 통과시키는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 수단은 상기 레이저 광원에 의해 방출된 레이저 빔을 안내하기 위한 광섬유(23)를 포함하고, 상기 광섬유의 출력면은 소정 기계 가공 패턴에 대응하는 빔 패턴과 동일하게 성형되는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 수단은 상기 레이저 광원의 광학적 공동내에 배치되고, 마스크(6)를 포함하며, 상기 마스크는 상기 레이저 빔이 소정 기계 가공 패턴에 대응하는 빔 패턴을 갖도록 상기 광학적 공동내에서 발생된 레이저 빔의 빔 패턴을 규정하고, 성형된 빔 패턴을 갖도록 레이저 빔을 통과시키는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발생 수단에 의해 발생된 복수개의 레이저 빔에 대응하는 전사 이미지를 상기 기계 가공물 상에 투사하기 위한 전사 광학 시스템(7)을 포함하고, 상기 발생 수단은 상기 전사 광학 시스템(7)과 상기 기계 가공물(8) 사이에 배열되는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발생 수단(5)에 의해 발생된 복수개의 레이저 빔에 대응하는 전사 이미지를 상기 기계 가공물 상에 투사하기 위한 전사 광학 시스템(7)을 포함하고, 상기 발생 수단은 상기 전사 광학 시스템(7)과 상기 성형 수단(6) 사이에 배열되는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발생 수단(5)에 의해 발생된 복수개의 레이저 빔에 대응하는 전사 이미지를 상기 기계 가공물(8)상에 투사하기 위한 전사 광학 시스템(7)을 포함하고, 상기 전사 광학 시스템은 상기 발생 수단(5)에 의해 발생된 레이저 빔의 광 경로상에 배치된 하나 이상의 렌즈를 포함하고, 상기 기계 가공물은 상기 렌즈의 이미지 초점에 배열되는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발생 수단(5)에 의해 발생된 복수개의 레이저 빔에 대응하는 전사 이미지를 상기 기계 가공물(8)상에 투사하기 위한 전사 광학 시스템(7)을 포함하고, 상기 전사 광학 시스템은 상기 발생 수단(5)에 의해 발생된 레이저 빔의 광 경로상에 배치된 하나 이상의 렌즈를 포함하며, 상기 발생 수단(5)의 하류측의 렌즈의 구경 조리개(aperture stop)는 렌즈의 물체 초점 거리와 동일하고, 상기 발생 수단은 상기 렌즈의 물체 초점에 위치되는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발생 수단(5)으로부터 방출된 상기 복수개의 레이저 빔의 일부를 선택적으로 차폐하기 위한 차폐 수단을 포함하는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발생 수단(5)은 입사 레이저 빔의 광강도에 의존하는 자체의 광강도를 각각 가진 상기 복수개의 레이저 빔을 동시에 발생시키도록 적용되는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발생 수단(5)은 발생된 복수개의 레이저 빔에 대응하는 각 전사 이미지가 상기 전사될 물체상의 다른 이미지와 인접하거나 겹쳐지는 방식으로 상기 복수개의 레이저 빔을 동시에 발생시키도록 적용되는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 광원(1)은 그에 의해 방출되는 레이저 광 파장의 대역폭을 좁히기 위한 수단을 포함하는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발생 수단(5)은 기계 가공물(8)을 기계 가공하기 위한 상기 복수개의 레이저 빔에 부가하여 기계 가공물상에 상기 복수개의 레이저 빔을 위치설정하기 위한 하나 이상의 레이저 빔을 발생시키도록 적용되는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수개의 발생수단(5)과, 상기 복수개의 발생 수단(5) 중 하나를 선택하여 선택된 발생 수단(5)을 상기 성형 수단으로부터 상기 기계 가공물로의 레이저 광의 광경로상에 배열하기 위한 배열 수단(704,706)을 포함하는 레이저 전사 기계 가공 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 푸리에-변환 홀로그램은 재구성된 이미지가 조정 가능한 위상 분포를 갖도륵 설계되는 레이저 전사 기계 가공 장치.
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