KR100678809B1 - 광학 미러, 광학 스캐너 및 레이저 가공기 - Google Patents

Abstract

갈바노 미러(galvano mirror)는 고속화하기 위해서 극한까지 경량화되어, 미러 이면으로는 중심에 지지부를 마련한 늑골 구조까지 깎여 경량화되어 있다. 또한, 고속 이동시의 비틀어짐을 방지하기 위해서 고강성화를 지향하여, 미러부와 모터축 장착부가 일체 구조로 깎여 있다. 본 발명에서는 모터축 장착부에 가까운 부분의 리브(rib)와 이면의 중심에 배치된 지지부 사이에 결각(lobation)을 형성한다. 이 결각에 의해, 갈바노 미러의 모터축으로의 장착 나사 고정시에 발생하는 응력에 의한 미러면의 국소적인 왜곡을 억제한다.

Description

광학 미러, 광학 스캐너 및 레이저 가공기{OPTICAL MIRROR, OPTICAL SCANNER AND LASER PROCESSING SYSTEMS}

도 1은 실시예 1에 있어서의 광학 미러의 이면에서 본 사시도,

도 2는 도 1에 도시한 광학 미러의 왜곡을 나타내는 설명도,

도 3은 실시예 1에 있어서의 다른 광학 미러의 이면에서 본 사시도,

도 4는 도 3에 도시한 광학 미러의 왜곡을 나타내는 설명도,

도 5는 실시예 1에 있어서의 고정부 근방의 리브의 결각길이(L)와 미러면 왜곡의 관계를 도시한 도면,

도 6은 본 실시예 1의 대략 사각형인 광학 미러의 이면에서 본 사시도,

도 7은 실시예 2에 있어서의 광학 미러의 이면에서 본 사시도,

도 8은 도 2에 도시한 광학 미러의 왜곡을 나타내는 설명도,

도 9는 2차원 광학 스캐너를 구성한 사시도,

도 10은 광학 스캐너를 구비한 레이저 가공기의 개요도,

도 11은 도 10에 도시한 레이저 가공기의 스캔 영역 전체에 있어서의 레이저 스폿의 강도 분포를 비교하는 설명도,

도 12a는 종래의 광학 미러의 구조를 나타내는 표면에서 본 사시도,

도 12b는 도 12a에 도시한 종래의 광학 미러의 이면에서 본 사시도,

도 13은 도 12a 및 도 12b에 도시한 종래의 광학 미러에 모터축을 삽입하여 나사로 고정했을 때의 미러면의 왜곡을 나타내는 설명도,

도 14는 종래의 2차원 광학 스캐너를 구성한 사시도,

도 15는 종래의 광학 스캐너를 구비한 레이저 가공기의 개요도,

도 16은 종래의 레이저 가공기의 스캔 영역 전체에 있어서의 레이저 스폿의 강도 분포를 비교하는 설명도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

12 : 홈 14 : 미러 지지부

15, 16 : 리브 17 : 결각부

101 : 레이저 발진기 102 : 콜리메이터

105 : 2차원 스캐너 106 : 스캔 렌즈

본 발명은 고속으로 회전운동을 하는 광학 미러와 그것을 이용한 광학 스캐너 및 레이저 가공기에 관한 것이다.

이하에 종래의 기술에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.

도 12a 및 도 12b는 종래의 경량화된 광학 미러(120)의 구조를 도시한 것이 다.

도 12a에 도시하는 바와 같이, 광학 미러(120)는,

미러의 반사면(121)과,

모터축(도시하지 않음)을 장착하는 고정부(128)로 형성되어 있다. 상기 고정부(128)는 모터축을 삽입하는 반원 형상의 홈(122)과 나사 구멍(123)을 구비하고 있다.

또한, 도 12b에 도시한 바와 같이, 반사면(121)은 그 이면에,

고정부(128)로부터 연장된 미러 지지부(124)와,

미러 지지부(124)로부터 반사면(121) 이면의 외주 방향으로 연장된 보강을 위한 복수의 리브(125)와,

반사면(121)의 이면의 외주를 따라 연장된 고정부(128) 근방의 리브(126)를 형성하고 있다.

이상과 같이 구성된 광학 미러에 대해서, 이하 동작에 대하여 설명한다. 도 12a 및 도 12b에 도시한 광학 미러(120)는 모터(도시하지 않음)의 회전축에 직접 고정되어, 모터의 회전각에 의해 반사 방향이 결정되는 갈바노(galvanometer) 스캐너로 사용된다.

레이저광이나 조명광 등의 빛은 반사면(121)에서 반사된다. 그 반사광의 형상 및 면적은 입사하는 빛의 형상과 배치되는 광학 미러의 회전각도로 결정된다.

우선, 광학 미러(120)는 반원 형상의 홈(122)에 모터축을 삽입하여, 반원 형상의 홈을 갖는 유지 링(retaining ring)(도시하지 않음)으로 모터축을 감싸고, 나사 구멍(123)부에 나사를 넣고 죄어, 모터축에 고정한다. 일반적으로, 반원 형상의 홈(122)과 유지 링의 홈의 직경은 모터축의 직경보다 수 ㎛ 크게 만들어지고 있다. 한편, 반원 형상의 홈(122)과 유지 링의 반원 형상의 홈을 중첩시킨 대략 원통 형상의 치수는 모터축의 직경보다 작게 만들어져 있다. 따라서, 광학 미러를 모터축에 고정하기 위해서 나사를 죄면, 반사면(121)에 대하여 수직 방향의 응력이 나사 구멍(123)부에 걸린다.

반사면(121)과 고정부(128)의 모터 회전시의 뒤틀림에 대하여, 광학 미러(120)는 강성을 유지할 필요가 있다. 그 때문에 상기한 바와 같이, 반사면(121)의 이면에 미러 지지부(124)와 복수의 리브(125) 및 고정부(128) 근방의 리브(126)를 형성하고 있다. 또한, 도 12a 및 도 12b에 도시한 광학 미러(120)의 반사면(121)과 고정부(128)는 일체적으로 형성되어 있다.

또한, 미러 지지부(124)는 모터 회전에 따른 모터축 방향의 진동을 흡수하는데 기여하고 있다. 또한, 리브(125) 및 리브(126)는 미러의 회전시의 트램프(tramp)를 억제하는데 크게 기여하고 있다.

그러나 상기 종래의 구성에서는, 나사를 조일 때에 미러면에 국소적으로 왜곡이 발생하여, 레이저 가공 등에 이러한 광학 미러를 이용한 광학 스캐너로 레이저광의 진로를 제어하면, 주가공의 구멍 외에 가공 흠집이 생긴다고 하는 문제점을 갖고 있었다.

도 13은 종래의 광학 미러에 모터축을 삽입하고 나사로 고정했을 때의 미러면의 왜곡을 도시한 것으로, 왜곡이 발생하고 있는 부분을 곡선으로 도시하고 있 다.

도 13에서도 분명한 것과 같이, 반원 형상의 홈(122)의 횡측에 배치된 나사부에서 발생한 왜곡이 미러면의 이면 외주부에 마련된 리브에 의해, 고정부 부근의 미러면을 왜곡시키고 있는 것을 알 수 있다.

간섭계를 이용하여 측정한 왜곡량에 의하면, 경량화를 위해서 사용되고 있는 베릴륨 소재를 이용한 광학 미러에서는 미러면 정밀도의 P-V(Peak-Valley) 값은 약 4㎛에 달한다. 이 왜곡량은 비교적 파장이 긴 탄산가스 레이저 파장(약 10㎛)의 약 2분의 1이다. 일반적으로, 광학적으로 무수차(aberration-free value)라고 불리는 P-V 값은 그 레이저 파장의 20분의 1(탄산가스 레이저의 경우, 약 0.5㎛)이다. 그러나, 도 13에 도시한 왜곡량은 탄산가스 레이저 파장의 무수차라고 불리고 있는 값의 약 10배이다.

도 14는 상기한 종래의 광학 미러를 탑재한 2차원 광학 스캐너에 관한 것이다. 이하 도면을 참조하면서 설명한다.

도 14에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 이차원의 스캐너는 2조의 갈바노 미러(galvano mirror)(140A, 140B)와, 위치 제어 장치(148)로 구성되어 있다.

갈바노 미러(140A)는, 도 14에 도시한 바와 같이, 모터축(142A)을 갖는 모터(143A)와, 모터축(142A)에 설치된 광학 미러(141A)로 구성되어 있다. 또한, 모터(143A)는 위치 제어하기 위한 위치 센서(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 위치 센서로부터의 신호는 위치 제어 장치(148)로 송출되어, 광학 미러의 위치가 제어된다. 또한, 갈바노 미러(140B)는 갈바노 미러(140A)와 동일하게 구성되어 있 다. 따라서, 그 설명을 생략한다. 갈바노 미러(140A)를 구성하고 있는 부품은 참조 번호로 "A"를 부여하고 있다. 이하, 갈바노 미러(140B)를 구성하고 있는 갈바노 미러(140A)와 같은 부품에는 같은 참조 번호로 "B"를 부여한다.

도 14에 도시하는 바와 같이, 갈바노 미러(140A)의 광학 미러(141A)는 수평 방향으로 모터축(142A)을 중심으로 회동한다. 또한, 갈바노 미러(140B)의 광학 미러(141B)는 수직 방향으로 모터축(142B)을 중심으로 회동한다.

이상과 같이 구성된 광학 스캐너의 동작에 대하여 이하에 설명한다.

도 14에 도시한 레이저광(145)은 광학 미러(141A)에 의해 광학 미러(141B)의 소정의 위치를 향해서 반사된다. 이 때, 갈바노 미러(140A)의 모터(143A)에 내장된 위치 센서로 광학 미러(141A)의 방향을 검출한다. 위치 제어 장치(148)는 그 위치 센서로부터의 신호를 피드백하여 반사하는 방향을 제어한다.

갈바노 미러(140B)로 입사한 빛은 모터(143B)에 마련된 위치 센서에 의해 광학 미러(141B)의 방향을 검출한다. 위치 제어 장치(148)는 그 위치 센서로부터의 신호를 피드백 제어함으로써, 반사 방향을 제어한다.

그런데, 종래의 2차원 스캐너에 사용하는 상기 광학 미러(141A, 141B)는 상기한 종래의 광학 미러이다. 따라서, 상기 광학 미러(141A, 141B)에서 반사된 레이저광은 왜곡이 커서, 조사 대상의 면에 정확하게 조사할 수 없었다.

또한, 도 15는 도 14에 도시한 광학 스캐너를 구비한 레이저 가공기의 광학계의 예를 도시하고 있다. 도 15에 있어서, 종래의 레이저 가공기는,

a) 레이저광을 출력하는 레이저 발진기(151)와,

b) 상기 레이저 발진기(151)로부터 출력된 레이저광을 평행하게(collimate) 하는 콜리메이터(collimator)(152)와,

c) 상기 평행하게 된 레이저광을 마스크하는 마스크 체인저(153)와,

d) 상기 마스크 체인저(153)를 통과한 레이저광을 반사하는 반사미러(154)와,

e) 상기 반사미러(154)를 통하여 입사한 레이저광을 스캔하는 2차원 광학 스캐너(155)와,

f) 상기 2차원 광학 스캐너(155)를 통하여 입사한 레이저광을 결상(結像)하는 스캔 렌즈(156)와,

g) 상기 결상된 레이저광에 의해 가공되는 워크 피스(157)를 적재하는 2차원 가공 테이블(158)로 이루어진다. 워크 피스(157)는 2차원 가공 테이블(158)에 적재된 가공 대상물이다.

이상과 같이 구성된 레이저 가공기에 관해서 이하 동작에 대하여 설명한다.

레이저 발진기(151)로부터 출력된 레이저광은 콜리메이터(152)에 의해 빔 직경이 변환된 후에, 마스크 체인저(153) 상에 배치된 마스크에 조사된다. 조사된 레이저광은 그 일부가 마스크를 통과하고 반사미러(154)를 거쳐서, 광학 스캐너(155)에 입사하여 주사 방향을 제어한다. 그 후, 스캔 렌즈(156)에 의해, 2차원 가공 테이블 상에 놓여 있는 워크 피스(157) 상에 마스크의 형상이 전사 결상된다. 워크 피스(157)는 그 위에 결상된 마스크의 형상에 의해서 가공된다.

도 16은 스캔 영역 전체에 있어서의 레이저 스폿(spot)의 강도 분포를 비교 하는 설명도이다. 광학 미러의 왜곡이 있으면, 스캔 영역의 위치에 따라 레이저 스폿의 강도 분포가 변화한다. 도 16은 그 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 레이저 스폿의 강도 분포는 간섭계를 이용하여 측정한 미러의 왜곡의 데이터와, 도 15에 도시한 가공 광학계를 이용하여 스캔 영역의 위치마다 계산한다. 도 16은 그 결과의 레이저광의 스폿 강도 분포를 스캔 영역의 9개소에서 비교하여 도시하고 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 스캔 영역의 중앙부(161)에서는 주가공 빔(161A)은 원형(대칭성)을 유지하고 있다. 그러나, 예컨대 스캔 영역의 외주부(162)에서는 주가공 빔(162A)은 대칭성이 무너져 있다. 또한, 주가공 빔(162A) 외에 비대칭인 빔(예컨대, 162B, 162C, 162D)이 존재한다. 이들 비대칭인 빔은 각각 상당한 빔 강도를 갖고 있다. 비교적 가공역치(work threshold)가 낮은 수지를 가공할 때에 중앙부(161)에서 주가공 빔(161A)에 의해 가공되는 구멍은 원형(대칭성)을 유지하고 있다. 그러나, 예컨대 외주부(162)에서 가공되는 구멍은 변형된 구멍이 된다. 또한, 주가공 빔 외의 비대칭인 빔에 의해서 주가공 구멍의 옆에 가공 흠집(flaw)의 구멍이 발생한다. 주가공 구멍의 옆에 구멍이 있으면, 가공된 공작물은 현저한 가공 불량으로 취급되어 왔다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하는 것으로, 광학 미러를 모터축에 고정할 때의 나사 죄기의 응력에 의한 미러면의 왜곡을 저감시키는 광학 미러의 구조 를 제공한다. 본 발명의 광학 미러를 사용한 레이저 가공기는 스캔 영역 전체에서 안정된 레이저 가공을 실현하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 광학 특성을 갖는 반사면과, 다른 부재에 장착하기 위한 고정부와, 반사면의 이면에 마련된 리브를 구비하고, 상기 리브의 고정부 근방 부분에 결각(lobation)을 형성한 광학 미러를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 모터축에 장착되어 회전하는 광학 미러에 있어서, 상기 광학 미러는 광학 특성을 갖는 반사면과, 상기 광학 미러를 모터축에 장착하기 위한 고정부와, 반사면의 이면 중심에 마련된 지지부 및 외주 방향으로 연장된 리브로 구성되고, 또한 상기 고정부의 장착부분의 면을 반사면과 거의 수직을 이루는 각도로 마련한 광학 미러를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명에 있어서의 광학 미러, 그 광학 미러를 이용한 광학 스캐너 및 상기 스캐너를 이용한 레이저 가공기에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.

(실시예 1)

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 실시예 1에 의한 광학 미러(10)의 반사면(11)의 이면측에서 본 구조를 도시하고 있다. 광학 미러(10)의 반사면(11)의 구조는 도 12a에 도시한 종래의 광학 미러(120)와 같다. 도 1에 도시한 바와 같이 본 실시예 1의 광학 미러(10)는,

미러의 반사면(11)과,

모터축(도시하지 않음)을 장착하는 고정부(18)로 형성되어 있다. 상기 고정부(18)는 모터축을 삽입하는 반원 형상의 홈(12)과 나사 구멍(13)으로 이루어진다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 반사면(11)은 그 이면에,

고정부(18)로부터 연장된 미러 지지부(14)와,

미러 지지부(14)로부터 반사면(11) 이면의 외주 방향으로 연장된 보강을 위한 복수의 리브(15)와,

미러(10)의 외주를 따라 연장된 고정부(18) 근방의 리브(16)를 형성하고 있다. 또한, 고정부 근방의 리브(16)와 미러 지지부(14)와의 사이에, 결각부(17)를 형성하고 있다.

이상과 같이 구성된 본 실시예 1의 광학 미러(10)를 도면을 이용하여 설명한다.

광학 미러(10)는 반원 형상의 홈(12)에 모터축을 삽입하여, 반원 형상의 홈을 갖는 유지 링(retaining ring)(도시하지 않음)으로 모터축을 감싸고, 나사 구멍(13)부를 나사로 죄어, 모터축에 고정한다. 일반적으로, 반원 형상의 홈(12)과 유지 링의 반원 형상의 홈의 직경은 모터축의 직경보다 수 ㎛ 크게 만들어지고 있다. 한편, 반원 형상의 홈(12)과 유지 링의 반원 형상의 홈을 중첩시킨 대략 원통 형상의 치수는 모터축의 직경보다 작게 만들어지고 있다. 따라서, 광학 미러를 모터축에 고정하기 위해서 나사로 고정시키면, 반사면(11)에 대하여 수직 방향의 응력이 나사 구멍(13)부에 걸린다.

한편, 반사면(11)과 고정부(18)의 모터 회전시의 뒤틀림에 대하여, 광학 미러(10)는 강성을 유지할 필요가 있다. 그 때문에, 상기한 바와 같이, 광학 미러(10)는 그 반사면(11)의 이면에 미러 지지부(14)와 복수의 리브(15) 및 고정부(18) 근방의 리브(16)를 형성하고 있다. 또한, 반사면(11)과 고정부(18)는 일체적으로 형성되어 있다.

또한, 미러 지지부(14)는 모터 회전에 따른 모터축 방향의 진동을 흡수하는데 기여하고 있다. 또한, 리브(15)는 미러의 회전시의 트램프를 억제하는데 크게 기여하고 있다.

도 2는 실시예 1의 광학 미러를 모터축에 장착했을 때의 반사면(11)의 왜곡의 계측 결과에 근거하여 왜곡이 발생하고 있는 부분을 곡선으로 나타내고 있다. 도 2에 있어서, 곡선은 왜곡이 발생하고 있는 부분을 나타내고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 반원 형상의 홈(12)의 횡측에 배치된 나사 구멍(13) 부분에서 발생한 왜곡은 리브(16)의 결각부(17)로 차단되고 있다. 결각부(17)는 반사면(11)의 이면 외주부에 마련된 리브(16)로의 왜곡의 전달을 경감시키고 있다. 이 결과, 도 12a 및 도 12b에 도시한 종래의 광학 미러와 비교하여, 고정부(18) 부근의 반사면(11)의 왜곡을 개선하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 리브(16)의 결각부(17)는 나사 고정에 의한 응력의 반사면(11)으로의 전달을 경감하여, 반사면(11)의 왜곡을 억제하는 작용을 갖고 있다.

도 3은 본 실시예 1에 의한 광학 미러의 다른 구조예를 도시한 도면이다. 도 3은 광학 미러(30)의 반사면(31)의 이면측에서 본 구조를 도시하고 있다. 반사 면(31)에서 본 구조는 도 12a에 도시한 종래의 광학 미러(120)와 동일하다. 도 3에 도시한 바와 같이 본 실시예 2의 광학 미러(30)는,

미러의 반사면(31)과,

모터축(도시하지 않음)을 장착하는 고정부(38)로 형성되어 있다. 상기 고정부(38)는 모터축을 삽입하는 반원 형상의 홈(32)과 나사 구멍(33)으로 이루어진다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이 반사면(31)은 그 이면에,

고정부(38)로부터 연장된 미러 지지부(34)와,

미러 지지부(34)로부터 반사면(31) 이면의 외주 방향으로 연장된 보강을 위한 복수의 리브(35)를 형성하고 있다.

도 3에 도시한 광학 미러(30)는 도 1에 도시한 광학 미러(10)의 리브(16)를 제거한 구성이다.

이상과 같이 구성된 광학 미러(30)에 대해서 도 3을 이용하여 설명한다. 광학 미러(30)는 반원 형상의 홈(32)에 모터축을 삽입하고, 반원 형상의 홈을 갖는 유지 링(도시하지 않음)으로 모터축을 감싸고, 나사 구멍(33)부를 나사로 죄어 모터축에 고정한다. 일반적으로, 반원 형상의 홈(32)과 유지 링의 반원 형상의 홈의 직경은 모터축의 직경보다 수 ㎛ 크게 만들어지고 있다. 한편, 반원 형상의 홈(32)과 유지 링의 반원 형상의 홈을 중첩시킨 대략 원통 형상의 치수는 모터축의 직경보다 작게 만들어지고 있다. 따라서, 광학 미러를 모터축에 고정하기 위해서 나사로 조이면, 반사면(31)에 대하여 수직 방향의 응력이 나사 구멍부(33)에 걸린다.

한편, 반사면(31)과 고정부(38)의 모터 회전시의 뒤틀림에 대하여, 광학 미러(30)는 강성을 유지할 필요가 있다. 그 때문에, 광학 미러(30)는 그 반사면(31)의 이면에 미러 지지부(34)와 복수의 리브(35)를 형성하고 있다. 또한, 반사면(31)과 고정부(38)는 일체적으로 형성되어 있다.

또한, 미러 지지부(34)는 모터 회전에 따른 모터축 방향의 진동을 흡수하는데 기여하고 있다. 또한, 리브(35)는 미러의 회전시의 트램프를 억제하는데 크게 기여하고 있다.

도 4는 도 3에 도시한 광학 미러의 반사면의 왜곡의 계측 결과를 도시하고 있다. 도 4에 있어서, 곡선은 왜곡이 발생하고 있는 부분을 도시하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 반원 형상의 홈(32)의 횡측에 배치된 나사 구멍(33) 부분에서 발생한 왜곡은 반사면(31)으로의 전달이 차단되어 있다. 이 결과, 도 12a 및 도 12b에 도시한 종래의 광학 미러에 비교하여, 고정부(38) 부근의 반사면(31)의 왜곡을 개선하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 도 3에 도시한 광학 미러(30)는 나사 고정에 의한 응력의 반사면(31)으로의 전달을 경감시켜, 반사면(31)의 왜곡을 억제하는 작용을 갖고 있다.

도 5에 도 1에 도시한 고정부 근방의 리브의 결각길이(L)와 반사면의 왜곡의 관계를 나타내고 있다. 도 5에 도시한 반사면의 왜곡의 계측은 모터축에 광학 미러를 설치한 상태로 실시했다. 여기서 사용하고 있는 광학 미러는 베릴륨 소재의 광학 미러이다. 상기 광학 미러의 면 정밀도는 보통 약 900nm 이하(헬륨 네온 레이저를 이용한 간섭계에서 약 25㎜ 이상의 원형의 빛을 반사시켜 계측하면 1.5파장 이하)가 요구된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 고정부 근방의 리브의 결각길이(L)는 1㎜ 정도 이상으로, 거의 요구되는 값(약 900nm 이하)에 들어가 있다. 또한, 결각길이(L)가 2mm 이상에서는 나사 죄기에 의한 응력의 반사면 정밀도로의 영향은 인정되지 않는다.

따라서, 고정부 근방의 도 1에 도시한 리브(16)에 대하여 결각부(17)가 있는가 없는 가가 나사 죄기에 의한 응력의 반사면으로의 왜곡의 전파에 영향을 미치고 있다.

또한, 도 1 및 도 3에 도시한 반사면의 형상은 대략 원형으로 나타냈다.

도 6은 본 실시예 1의 다른 안인 대략 사각형인 광학 미러의 이면에서 본 사시도이다. 도 6에 도시한 바와 같이 반사면의 형상은 대략 직사각형이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 반사면(61)은 그 이면에,

고정부(68)로부터 연장된 미러 지지부(64)와,

미러 지지부(64)로부터 반사면(61) 이면의 외주 방향으로 연장된 보강을 위한 복수의 리브(65)와,

미러(60)의 외주를 따라 연장된 고정부(68) 근방의 리브(66)를 형성하고 있다. 또한, 고정부 근방의 리브(66)와 미러 지지부(64) 사이에 결각부(67)를 형성하고 있다.

도 6에 도시한 광학 미러에 있어서도, 도 1에 도시한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 것과 같이, 고정부 근방의 리브(66)를 없애도 무방하다.

(실시예 2)

이하, 본 발명의 실시예 2의 광학 미러에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 7은 본 실시예 2에 의한 광학 미러(70)의 반사면(71)의 이면에서 본 구조를 나타내고 있다. 반사면(71)에서 본 구조는 도 12a에 도시한 종래의 광학 미러(120)와 같다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 본 실시예 2의 광학 미러(70)는,

미러의 반사면(71)과,

모터축(도시하지 않음)을 장착하는 고정부(78)로 형성되어 있다. 상기 고정부(78)에 모터축을 삽입하는 반원 형상의 홈(72)과 나사 구멍(73)을 형성하고 있다. 또한, 고정부(78)의 모터축에 장착하는 반원 형상의 홈(72)을 갖는 면은 반사면(71)과 거의 수직이 되도록 형성하고 있다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 반사면(71)은 그 이면에,

고정부(78)로부터 연장된 미러 지지부(74)와,

미러 지지부(74)로부터 반사면(71) 이면의 외주 방향으로 연장된 보강을 위한 복수의 리브(75)와,

미러(70)의 외주를 따라 연장된 고정부(78) 근방의 리브(76)를 형성하고 있다.

이상과 같이 구성된 본 실시예 1의 광학 미러(70)에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.

광학 미러(70)는 반원 형상의 홈(72)에 모터축을 삽입하고, 반원 형상의 홈을 갖는 유지 링(도시하지 않음)으로 모터축을 감싸고, 나사 구멍(73)부를 나사로 죄어 모터축에 고정한다. 일반적으로, 반원 형상의 홈(72)과 유지 링의 반원 형상의 홈의 직경은 모터축의 직경보다 수 ㎛ 크게 만들어져 있다. 한편, 반원 형상의 홈(72)과 유지 링의 반원 형상의 홈을 중첩시킨 대략 원통 형상의 치수는 모터축의 직경보다 작게 만들어지고 있다. 따라서, 광학 미러를 모터축에 고정하기 위해서 나사로 고정시키면, 반사면(71)에 대하여 평행 방향의 응력이 나사 구멍(73)부에 걸린다.

한편, 반사면(71)과 고정부(78)의 모터 회전시의 뒤틀림에 대하여, 광학 미러(70)는 강성을 유지할 필요가 있다. 그 때문에, 광학 미러(70)는 그 반사면(71)의 이면에 미러 지지부(74)와 복수의 리브(75)를 형성하고 있다. 또한, 반사면(71)과 고정부(78)는 일체적으로 형성되어 있다.

또한, 미러 지지부(74)는 모터 회전에 따른 모터축 방향의 진동을 흡수하는데 기여하고 있다. 또한, 리브(75)는 미러의 회전시의 트램프를 억제하는데 크게 기여하고 있다.

고정부(78)의 모터축에 장착하는 반원 형상의 홈(72)을 갖는 면은 반사면(71)에 대하여 거의 수직의 각도로 마련되어 있다. 이 구성에 의해서, 나사 구멍(73)을 죄었을 때에 발생하는 응력은 반사면(71)에 대하여 평행 방향이 된다.

도 8은 본 실시예 3의 광학 미러의 반사면의 왜곡의 계측 결과를 도시하고 있다. 도 8에 있어서, 곡선은 왜곡이 발생하고 있는 부분을 도시하고 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 반원 형상의 홈(72)의 횡측에 배치된 나사 구멍(73)에서 발 생한 왜곡은 반사면에 전달되고 있지 않은 것을 알 수 있다. 본 실시예 2의 광학 미러의 구조는 반사면(71)의 수직 방향의 응력을 경감 또는 없애어, 반사면(71)의 왜곡을 저감시키고 있다.

본 실시예 2의 광학 미러의 반사면의 형상은 대략 원형으로 나타냈다. 그러나, 본 실시예 2의 광학 미러의 반사면의 형상은 도 6에 도시한 바와 같이 대략 직사각형이더라도 같은 효과를 얻을 수 있다.

(실시예 3)

본 실시예 3은 상기한 실시예 1, 2의 광학 미러를 탑재한 2차원 광학 스캐너에 관한 것이다. 이하 도면을 참조하면서 설명한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시예 3의 2차원 스캐너는 2조의 갈바노 미러(90A, 90B)와, 위치 제어 장치(98)로 구성되어 있다. 2조의 갈바노 미러(90A, 90B)에 사용되는 광학 미러(91A, 91B)는 상기한 실시예 1 또는 실시예 2에 의한 광학 미러이다.

여기에서, 광학 미러(91A, 91B)를 제외한 모터나 모터축에서의 장치 구조는 도 14에 도시한 종래의 것과 같은 것이기 때문에, 여기에서는 그 설명을 생략한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 갈바노 미러(90A)의 광학 미러(91A)는 수평 방향으로 모터축(92A)을 중심으로 고속으로 회동한다. 또한, 갈바노 미러(90B)의 광학 미러(91B)는 수직 방향으로 모터축(92B)(도시하지 않음)을 중심으로 고속으로 회동한다.

이상과 같이 구성된 광학 스캐너에 대하여, 이하 동작에 대하여 설명한다.

도 9에 도시한 레이저광(95)은 광학 미러(91A)에 의해 광학 미러(91B)의 소정의 위치를 향하여 반사된다. 이 때, 갈바노 미러(90A)의 모터(93A)에 내장된 위치 센서에 의해, 광학 미러(91A)의 방향을 검출한다. 위치 제어 장치(98)는 그 위치 센서로부터의 신호를 피드백하여 반사하는 방향을 제어한다.

갈바노 미러(90B)에 입사한 빛은 모터(93B)에 마련된 위치 센서에 의해 광학 미러(91B)의 방향을 검출한다. 위치 제어 장치(98)는 그 위치 센서로부터의 신호를 피드백 제어함으로써 반사 방향을 제어한다.

이렇게 해서, 본 실시예의 2차원 스캐너는 일정한 방향으로부터 입사한 빛(95)을 평면상의 임의의 점으로 정확하게 유도할 수 있다.

본 실시예의 2차원 스캐너에 사용하는 상기 광학 미러(91A, 91B)는 상기한 실시예 1 또는 실시예 2에서 기재한 광학 미러이다. 따라서, 상기 광학 미러(91A, 91B)에서 반사된 레이저광은 왜곡이 거의 없으므로, 조사 대상의 면에 정확하게 조사할 수 있다.

본 실시예 3의 광학 스캐너에 사용되는 광학 미러의 반사면의 형상은 대략 원형으로 도시했다. 그러나, 본 실시예 3의 광학 스캐너에 사용되는 광학 미러의 반사면의 형상은 도 6에 도시한 바와 같이 대략 직사각형이더라도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 9에 도시한 한쪽의 광학 스캐너는 대략 원형의 광학 미러를 사용하고, 다른쪽의 광학 스캐너는 대략 직사각형의 광학 미러를 사용해도 무방하다.

(실시예 4)

본 실시예 4는 상기한 실시예 3의 2차원 광학 스캐너를 탑재한 레이저 가공기에 관한 것이다.

도 10은 도 9에 도시한 광학 스캐너를 구비한 레이저 가공기의 광학계의 예를 나타내고 있다. 도 10에 도시한 본 실시예 4의 레이저 가공기에 사용하는 2차원 스캐너(105)는 상기한 실시예 3에 의한 2차원 스캐너이다. 물론, 상기 스캐너(105)에 사용되는 광학 미러는 상기한 실시예 1 또는 실시예 2에 의한 광학 미러이다. 본 실시예 4는 2차원 스캐너(105)에 사용하는 광학 미러를 제외하고, 레이저 발진기나 그 밖의 구성은 도 14에 도시한 종래의 구성과 같은 것이기 때문에, 그 설명을 생략한다.

이상과 같이 구성된 레이저 가공기에 관해서 이하 동작에 대하여 설명한다.

레이저 발진기(101)로부터 출력된 레이저광은 콜리메이터(102)에 의해 빔 직경이 변환된 후에, 마스크 체인저(103) 상에 배치된 마스크에 조사된다. 조사된 레이저광은 그 일부가 마스크를 통과하고, 반사미러(104)를 거쳐서, 2차원 스캐너(광학 스캐너)(105)에 입사하여 주사 방향을 제어한다. 그 후, 스캔 렌즈(106)에 의해, 2차원 가공 테이블 상에 놓여 있는 워크 피스(107) 상에 마스크의 형상이 전사 결상된다. 워크 피스(107)는 그 위에 결상된 마스크의 형상에 의해 가공된다.

도 11은 스캔 영역 전체에 있어서의 레이저 스폿의 강도 분포를 비교하는 설명도이다. 도 11은 레이저광의 스폿 강도 분포를 스캔 영역의 9개소에서 비교하여 도시하고 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 스캔 영역의 중앙부 및 주변부에서 주 가공의 빔은 원형(대칭성)을 유지하고 있다. 따라서, 비교적 가공역치가 낮은 수지를 가공할 때에, 스캔 영역 전체에서 주가공 빔에 의해 가공되는 구멍은 원형(대칭성)을 유지하고 있다. 또한, 종래의 레이저 가공기와 같이, 주가공 구멍의 옆에 가공 흠집인 구멍이 발생하는 일은 없다.

본 실시예 4의 레이저 가공 장치의 광학 스캐너에 사용되는 광학 미러의 반사면의 형상은 대략 원형으로 도시했다. 그러나, 본 실시예 4의 광학 스캐너에 사용되는 광학 미러의 반사면의 형상은 도 6에 도시한 바와 같이 대략 직사각형이더라도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 10에 도시한 한쪽의 광학 스캐너는 대략 원형의 광학 미러를 사용하고, 다른쪽의 광학 스캐너는 대략 직사각형의 광학 미러를 사용해도 무방하다.

이상과 같이 본 발명의 실시예의 광학 미러에서, 보강을 위한 리브 중 고정부 근방 부분의 리브는 반사면 이면 중심에 배치된 지지부 사이에 결각부를 형성하고 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 광학 미러에서, 고정부는 그 장착 부분의 면을 반사면에 대하여 거의 수직의 각도로 마련하고 있다. 이들의 구성에 의해 나사를 죄었을 때에, 반사면은 지극히 국소적으로만 왜곡되지 않는다. 따라서, 레이저 가공 등에 본 발명의 광학 미러를 이용한 경우, 주가공의 구멍 외에 가공 흠집이 생긴다고 하는 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명은 모터축 장착부에 가까운 부분의 리브와 이면의 중심에 배치된 지 지부 사이에 결각을 형성함으로써, 갈바노 미러의 모터축으로의 장착 나사 고정시에 발생하는 응력에 의한 미러면의 국소적인 왜곡을 억제한다. 그에 따라 주가공의 구멍 외에 가공 흠집이 생기지 않도록 한다.

Claims (10)

1. 모터축에 장착되어 회전하는 광학 미러에 있어서,

   반사면과, 상기 광학 미러를 모터축에 장착하기 위한 고정부를 가지며,

   상기 반사면의 이면에, 그 중심에 마련된 상기 고정부와 연결되는 지지부와,

   상기 지지부에서 상기 반사면의 외주 방향으로 연장한 리브와,

   상기 고정부 근방의 외주를 따르는 리브를 포함하고,

   상기 고정부와 상기 외주를 따르는 리브 사이에 결각을 구비하는 것을 특징으로 하는

   광학 미러.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광학 미러의 이면에, 또한 상기 지지부에서 소정의 간격을 두고, 상기 반사면의 외주를 따라서 리브를 포함하는

   광학 미러.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 지지부와 상기 반사면의 외주를 따르는 리브의 간격을 1㎜ 이상으로 하는

   광학 미러.
4. 모터축에 장착되어 회전하는 광학 미러에 있어서,

   반사면과, 상기 광학 미러를 모터축에 장착하기 위한 고정부를 가지며,

   상기 반사면의 이면에, 그 중심에 마련된 상기 고정부에 연결되는 지지부, 상기 지지부에서 연장한 리브, 및 상기 고정부 근방의 외주를 따르는 리브를 구성하고,

   상기 고정부와 상기 외주를 따르는 리브 사이에 결각을 구비하고,

   상기 고정부의 상기 모터축을 장착하는 면을 상기 반사면과 수직으로 마련하는

   광학 미러.
5. 모터축을 갖는 모터와, 광학 미러로 이루어지는 광학 스캐너에 있어서,

   상기 광학 미러는 반사면과, 상기 광학 미러를 모터축에 장착하기 위한 고정부를 가지며,

   상기 반사면의 이면에, 그 중심에 마련된 상기 고정부와 연결되는 지지부와,

   상기 지지부에서 상기 반사면의 외주 방향으로 연장한 리브와,

   상기 고정부 근방의 외주를 따르는 리브를 구비하고,

   상기 고정부와 상기 외주를 따르는 리브 사이에 결각을 구비하는 것을 특징으로 하는

   광학 스캐너.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 스캐너에 사용되는 상기 광학 미러는,

   상기 광학 미러의 이면에, 또한 상기 지지부에서 소정의 간격을 두고 상기 반사면의 외주를 따라 리브를 포함하는

   광학 스캐너.
7. 모터축을 갖는 모터와, 광학 미러로 이루어지는 광학 스캐너에 있어서,

   상기 광학 미러는 반사면과, 상기 광학 미러를 모터축에 장착하기 위한 고정부를 가지며,

   상기 반사면의 이면에, 그 중심에 마련된 상기 고정부에 연결되는 지지부, 상기 지지부에서 연장한 리브, 및 상기 고정부 근방의 외주를 따르는 리브를 구성하고,

   상기 고정부와 상기 외주를 따르는 리브 사이에 결각을 구비하며,

   상기 고정부의 상기 모터축을 장착하는 면을 상기 반사면과 수직으로 마련하는

   광학 스캐너.
8. 레이저 발진기와 상기 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저광의 광로(光路) 상에 광학 스캐너를 배치한 레이저 가공기에 있어서,

   상기 광학 스캐너는 모터축을 갖는 모터와 광학 미러를 가지며,

   상기 광학 미러는, 반사면과, 상기 광학 미러를 모터축에 장착하기 위한 고정부를 가지며,

   상기 반사면의 이면에, 그 중심에 마련된 상기 고정부와 연결되는 지지부와, 상기 지지부에서 상기 반사면의 외주 방향으로 연장한 리브와, 상기 고정부 근방의 외주를 따르는 리브를 포함하고,

   상기 고정부와 상기 외주를 따르는 리브 사이에 결각을 구비하는 것을 특징으로 하는

   레이저 가공기.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 스캐너에 사용되는 광학 미러는,

   상기 광학 미러의 이면에, 또한 상기 지지부에서 소정의 간격을 두고, 상기 반사면의 외주를 따라 리브를 포함하는

   레이저 가공기.
10. 레이저 발진기와 상기 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저광의 광로 상에 광학 스캐너를 배치한 레이저 가공기에 있어서,

    상기 광학 스캐너는 모터축을 갖는 모터와, 광학 미러를 가지며,

    상기 광학 미러는, 반사면과, 상기 광학 미러를 모터축에 장착하기 위한 고정부를 가지며,

    상기 반사면의 이면에, 그 중심에 마련된 상기 고정부에 연결되는 지지부, 상기 지지부에서 연장한 리브, 및 상기 고정부 근방의 외주를 따르는 리브를 구성하고,

    상기 고정부와 상기 외주를 따르는 리브 사이에 결각을 구비하며,

    상기 고정부의 상기 모터축을 장착하는 면을 상기 반사면과 수직으로 마련하는

    레이저 가공기.

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