KR100845712B1 - Beam magnifying instrument used axicon lens - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효과적으로 빔을 정렬 대상체의 피드백용으로 사용하기 위해서 출사되는 빔의 형태를 정렬 대상 광학계에 사용된 환형경 형태와 동일하게 만들어 손실되는 부분을 최소토록 한 원뿔 렌즈를 이용한 빔 확대기를 제공하기 위한 것으로, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은, 빔 정렬 장치에 사용되는 빔 확대기에 있어서, 빔 축에 일정 간격을 두고 양쪽에 배치되고, 상호 마주보는 동일한 원뿔각(α)을 갖는 제1원뿔 렌즈 및 제2원뿔 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Figure R1020060132409

원뿔 렌즈, 빔 확대기, 광학시스템

The present invention provides a beam expander using a conical lens that minimizes the portion of loss by making the beam shape emitted in order to effectively use the beam for feedback of the alignment object to be the same as the annular shape used in the alignment target optical system. In order to achieve the above object, a specific means of the present invention, in the beam expander used in the beam alignment apparatus, is arranged on both sides at a predetermined interval on the beam axis, the same conical angle (α) facing each other It characterized in that it comprises a first conical lens and a second conical lens having.

Figure R1020060132409

Conical Lens, Beam Expander, Optical System

Description

원뿔 렌즈를 이용한 빔 확대기{Beam magnifying instrument used axicon lens}Beam magnifying instrument used axicon lens

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited to.

도 1은 빔 정렬 장치에 사용되는 본 발명의 빔 확대기의 개략도이고,1 is a schematic diagram of a beam expander of the present invention used in a beam alignment device,

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 빔 확대기의 설치 상태도로서 정면도 및 도 2a의 A-A선 단면도이고, 2A and 2B are front views and a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 2A as an installation state diagram of a beam expander according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 빔 확대기가 적용된 빔 정렬장치의 시스템 구성도이고,3 is a system configuration diagram of a beam alignment apparatus to which a beam expander according to the present invention is applied;

도 4는 종래 빔 확대기의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a conventional beam expander.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 빔 확대기10: beam expander

12: 제1원뿔 렌즈12: first conical lens

14: 제2원뿔 렌즈14: second conical lens

16: 내측 원통슬리브16: inner cylindrical sleeve

18: 외측 원통슬리브18: Outer cylindrical sleeve

20: 조절볼트20: adjusting bolt

22: 브래킷22: bracket

본 발명은 레이저 빔의 확대기에 관한 것으로, 특히 광학계의 용도 및 특성에 따라 레이저 빔을 링의 형태 즉, 환형빔(annular beam)으로 확대하여 보내기 위한 원뿔 렌즈를 이용한 빔 확대기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam expander, and more particularly, to a beam expander using a conical lens for enlarging and sending a laser beam in the form of a ring, that is, an annular beam, depending on the use and characteristics of the optical system.

일반적으로 광학 정렬을 필요로 하는 정렬 대상체는 별도의 정렬장치를 필요로 한다. 빔 정렬장치는 이 대상체를 광학적으로 정렬하는 역할을 한다. In general, an alignment object that requires optical alignment requires a separate alignment device. The beam alignment device serves to optically align this object.

빔 정렬장치에 사용되는 광원은 파워가 크지 않은 레이저 광원을 사용하며, 정렬 대상체에서 피드백(feedback) 된 빔을 빔 정렬장치에서 센서를 통하여 정렬 대상체의 정렬 상태를 확인하게 된다. The light source used in the beam aligning apparatus uses a laser light source having a small power, and the beam fed back from the aligning object checks the alignment state of the aligning object through a sensor in the beam aligning device.

빔 정렬장치에는 정렬용 레이저 빔을 확대하여 정렬 대상체로 보내게 되는데 일반적인 레이저 빔의 강도 분포는 가우시안 형태로써 가운데 영역은 빔의 강도가 크고 상대적으로 가장자리 부분은 강도가 약하다. In the beam alignment device, the alignment laser beam is enlarged and sent to the alignment object. In general, the intensity distribution of the laser beam is Gaussian, and the center region has a high intensity and the edge portion has a weak strength.

종래, 도 4와 같은 빔 확대기를 사용할 경우 2개의 볼록렌즈(1,2)로 구성되어 출사한 빔의 분포를 보면 가운데 영역은 빔의 강도가 크고 가장자리는 약하게 나타난다.Conventionally, in the case of using the beam expander as shown in FIG. 4, when looking at the distribution of the beam, which is composed of two convex lenses 1 and 2, the center region has a high beam intensity and a weak edge.

따라서, 정렬 대상체에서 피드백 되는 구조가 환형경 상태인 경우 가운데의 빔 강도가 큰 부분은 대부분 손실되고 빔 강도가 약한 가장자리 영역만 피드백되는 빔으로 이용되어 빔 정렬장치로 되돌아 오는 피드백 빔의 세기가 약해지게 된다.Therefore, when the structure fed back from the alignment object is in the annular state, the large portion of the beam intensity in the center is mostly lost and only the edge region with the weak beam intensity is used as the beam fed back to the beam aligning device. You lose.

즉, 정렬 대상 광학계의 정렬을 위한 광학부품의 구조가 링 모양의 환형경 상태로 되어 있을 때, 종래 기술은 빔의 강도 분포가 큰 가운데 영역이 많이 손실되어 정렬을 위해 필요한 피드백 빔의 강도가 약하게 나타난다.That is, when the structure of the optical component for aligning the optical system to be aligned is in a ring-shaped annular mirror state, the prior art has a large loss of the center of the beam intensity distribution, so that the strength of the feedback beam required for alignment is weak. appear.

이를 해결하기 위해서는 렌즈나 미러의 투과나 반사율을 정렬용 레이저의 파장에서 최대가 되도록 하여야 하나 투자비용 대 성능 면에서 효과가 거의 없다.To solve this problem, the transmittance or reflectance of the lens or mirror should be maximized at the wavelength of the alignment laser, but it has little effect on investment cost and performance.

따라서 본 발명은 상기와 같은 제반적인 사정을 감안하여 창출된 것으로, 효과적으로 빔을 정렬 대상체의 피드백용으로 사용하기 위해서 출사되는 빔의 형태를 정렬 대상 광학계에 사용된 환형경 형태와 동일하게 만들어 손실되는 부분을 최소토록 한 원뿔 렌즈를 이용한 빔 확대기를 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and the loss of beams emitted for effectively using the beams for feedback of the alignment objects is the same as that of the annular mirrors used in the alignment target optical system. The object is to provide a beam magnifier using a conical lens with a minimum of parts.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,Specific means of the present invention for achieving the above object,

빔 정렬 장치에 사용되는 빔 확대기에 있어서,In the beam expander used in the beam alignment device,

빔 축에 일정 간격을 두고 양쪽에 배치되고, 상호 마주보는 동일한 원뿔각(α)을 갖는 제1원뿔 렌즈 및 제2원뿔 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it comprises a first conical lens and a second conical lens disposed on both sides at a predetermined interval on the beam axis, and having the same conical angle α facing each other.

또한 본 발명의 빔 확대기에 따르면, Also according to the beam expander of the present invention,

제1원뿔 렌즈가 지지 설치되는 내측 원통슬리브와;An inner cylindrical sleeve on which the first conical lens is supported;

상기 제2원뿔 렌즈가 지지 설치되는 외측 원통슬리브와;An outer cylindrical sleeve supported by the second conical lens;

상기 외측 원통슬리브와 외측 원통슬리브의 내경부에 삽입된 내측 원통형 슬리브의 삽입량을 조절하는 조절볼트와;An adjusting bolt for adjusting an insertion amount of the inner cylindrical sleeve inserted into the inner diameter portion of the outer cylindrical sleeve and the outer cylindrical sleeve;

상기 외측 원통슬리브를 피봇 지지하는 브래킷을 더 포함한 것을 특징으로 한다.It further comprises a bracket for pivotally supporting the outer cylindrical sleeve.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 빔 정렬 장치에 사용되는 본 발명의 빔 확대기(10)의 개략도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 빔 확대기(10)의 설치 상태도로서 정면도 및 도 2a의 A-A선 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 빔 확대기가 적용된 빔 정렬장치의 시스템 구성도이다.1 is a schematic view of the beam expander 10 of the present invention used in the beam alignment device, Figures 2a and 2b is a front view and a cross-sectional view taken along line AA of Figure 2a as an installation state of the beam expander 10 according to the present invention. 3 is a system configuration diagram of a beam alignment apparatus to which a beam expander according to the present invention is applied.

도 1에서와 같이 본 발명의 빔 확대기(10)는 빔 축(X)에 일정 간격을 두고 양쪽에 배치되고, 상호 직경을 달리함과 동시에 상호 마주보는 동일한 원뿔각(α)을 갖는 제1원뿔 렌즈(12) 및 제2원뿔 렌즈(14)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the beam expander 10 of the present invention is disposed at both sides at a predetermined interval on the beam axis X, and has a first cone having different cone diameters and having the same cone angle α facing each other. A lens 12 and a second conical lens 14.

빔 축의 진행 방향에 대해 제1원뿔 렌즈(12)의 직경(D1)은 상대적으로 제2원뿔 렌즈(14)의 직경(D2) 보다 작게 구성되어 있다.The diameter D1 of the first conical lens 12 is relatively smaller than the diameter D2 of the second conical lens 14 with respect to the direction of travel of the beam axis.

따라서 제2원뿔 렌즈(14)를 통과한 출사 빔은 링형으로써 중앙 부분보다 환형의 가장자리 부분의 강도가 상대적으로 강하게 나타나게 된다.Therefore, the exit beam passing through the second conical lens 14 is ring-shaped, and the intensity of the annular edge portion is relatively stronger than that of the center portion.

이때 출사되는 빔의 크기는 두 원뿔 렌즈(12,14)간의 거리(L)를 조절하여 결정될 수 있다.In this case, the size of the beam emitted may be determined by adjusting the distance L between the two conical lenses 12 and 14.

원뿔 렌즈(12,14)간의 거리(L)를 조절하는 수단은 도 2a 및 도 2b와 같이 구성될 수 있다.The means for adjusting the distance L between the conical lenses 12 and 14 may be configured as shown in FIGS. 2A and 2B.

즉, 상기 제1원뿔 렌즈(12)가 지지 설치되는 내측 원통슬리브(16)와, 상기 제2원뿔 렌즈(14)가 지지 설치되는 외측 원통슬리브(18)와, 상기 외측 원통슬리브(18)와 외측 원통슬리브의 내경부에 삽입된 내측 원통형 슬리브(16)의 삽입량을 조절하는 조절볼트(20)와, 상기 외측 원통슬리브(20)를 피봇 지지하는 브래킷(22)으로 구성될 수 있다.That is, the inner cylindrical sleeve 16 on which the first conical lens 12 is supported, the outer cylindrical sleeve 18 on which the second conical lens 14 is supported, and the outer cylindrical sleeve 18, The adjusting bolt 20 for adjusting the insertion amount of the inner cylindrical sleeve 16 inserted into the inner diameter portion of the outer cylindrical sleeve, and the bracket 22 for pivotally supporting the outer cylindrical sleeve 20.

이때 조절볼트(20)는 외측 원통슬리브(18)의 장공(18a)을 따라 이동 및 고정가능하게 되어 있다.At this time, the adjustment bolt 20 is movable and fixed along the long hole (18a) of the outer cylindrical sleeve (18).

또한, 빔 축(X)의 틸팅 조절은 브래킷(22)에 나사결합된 대향하는 한쌍의 틸팅나사(24)에 의해 이루어지게 되어 있다.In addition, the tilting adjustment of the beam axis X is made by an opposite pair of tilting screws 24 screwed to the bracket 22.

미설명 부호 '26'은 제1원뿔 렌즈(12)를 지지하는 '제1하우징'이고, '28'은 제2원뿔 렌즈(14)를 지지하는 '제2하우징'이다.Reference numeral 26 denotes a 'first housing' that supports the first conical lens 12, and '28' denotes a 'second housing' that supports the second conical lens 14.

이와 같이 구성된 빔 확대기(10)가 적용된 빔 정렬장치 시스템의 구성도가 도3에 도시되어 있다.3 is a block diagram of the beam alignment device system to which the beam expander 10 configured as described above is applied.

도 3에서와 같이 레이저(100)에서 생성된 빔은 반사경(101,102)을 거쳐 빔 확대기(10)를 통과하게 된다. 이때 제1원뿔 렌즈(12)와 제2원뿔 렌즈(14)를 거치면서 레이저 빔이 퍼지거나 모아지지 않고 평행광 즉, 콜리메이션된 빔으로 출사되어 환형 링 형태가 된다.As shown in FIG. 3, the beam generated by the laser 100 passes through the beam expander 10 through the reflectors 101 and 102. At this time, the laser beam does not spread or gather while passing through the first conical lens 12 and the second conical lens 14 and is emitted as parallel light, that is, a collimated beam, to form an annular ring.

이 출사된 환형빔은 빔 분할기(103)의 전면에서 반사된 빔이 정렬대상광학시 스템(120)에 입사되고, 이 정렬대상광학시스템(120)에서 비드백된 빔이 다시 빔 분할기(103)에서 투과되어 초점(focusing)을 맺어 위치센서(104)로 입사된다.The emitted annular beam is a beam reflected from the front of the beam splitter 103 is incident on the alignment target optical system 120, and the beam beamed back from the alignment target optical system 120 is again beam splitter 103 The light is incident on the position sensor 104 by passing through and focusing.

이때 정렬대상광학시스템(120)에서 피드백 되는 빔 형태 자체가 링 모양이므로 빔 손실을 줄이게 된다.At this time, since the beam shape itself fed back from the alignment target optical system 120 has a ring shape, beam loss is reduced.

한편, 위치센서(104)로 입사되는 빔의 크기는 두개의 제1원뿔 렌즈(12)와 제2원뿔 렌즈(14)간의 거리(L)를 조절함으로서 이루어진다.On the other hand, the size of the beam incident on the position sensor 104 is made by adjusting the distance (L) between the two first conical lens 12 and the second conical lens (14).

제어시스템(110)에서는 감지된 광 신호를 받아들여 정렬대상 광학시스템(120)을 전기적으로 제어하게 된다.The control system 110 receives the detected optical signal to electrically control the alignment target optical system 120.

이와 같이 본 발명은 두 개의 원뿔 렌즈(12,14)가 각각 같은 원뿔 각(α)을 가지고 있어 레이저 빔이 퍼지거나 모아지지 않고 평행광 즉, 콜리메이션된 빔으로 출사되어 위치센서(104)에서 빔의 감지력을 높일 수 있다.As described above, in the present invention, the two conical lenses 12 and 14 each have the same conical angle α so that the laser beam does not spread or converge and is emitted as parallel light, that is, a collimated beam. The detection power of the beam can be improved.

또한, 두 원뿔 렌즈(12,14) 사이의 간격 조절이 가능하여 출사되는 빔의 크기를 원하는데로 조절이 가능하게 된다.In addition, the distance between the two conical lenses (12,14) can be adjusted to be able to adjust the size of the emitted beam as desired.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

상술한 바와 같이 본 발명의 원뿔 렌즈를 이용한 빔 확대기에 따르면, 환형의 평행광으로 출사되어 빔 손실이 적어 빔 정렬장치의 측정 센서의 감지 능력이 향상되어 제어시스템의 측정 에러를 줄일 수 있다.As described above, according to the beam expander using the conical lens of the present invention, since the beam is emitted by parallel annular light and the beam loss is small, the sensing capability of the measuring sensor of the beam alignment device is improved, thereby reducing the measurement error of the control system.

또한 빔의 손실을 최소화할 수 있기 때문에 광학 부품의 단가를 낮출 수 있으며 정렬 대상 광학계의 구조가 환형경의 형태로 되어 있어 피드백 빔의 손실을 최소로 할 수 있다.In addition, since the beam loss can be minimized, the cost of the optical component can be reduced, and the structure of the optical system to be aligned has a ring shape, thereby minimizing the loss of the feedback beam.

또한, 두 원뿔 렌즈의 원뿔각이 같으면 별도의 조절 장치가 없어도 평행으로 입사한 빔에 대해서 평행으로 출사하기 때문에 콜리메이션 빔을 따로 조절하여 맞출 필요가 없으며, 출사되는 빔의 크기도 두 원뿔 렌즈 사이의 거리만 조절하면 되는 이점을 갖게 된다.In addition, if the conical angles of the two conical lenses are the same, the collimation beam does not need to be adjusted separately because the beams are emitted in parallel with respect to the incident beams in parallel even without a separate adjusting device. You only have to adjust the distance to have the advantage.

Claims (2)

빔 정렬 장치에 사용되는 빔 확대기(10)에 있어서,In the beam expander 10 used in the beam alignment device, 빔 축에 일정 간격을 두고 양쪽에 배치되고, 상호 직경을 달리함과 동시에 상호 마주보는 동일한 원뿔각(α)을 갖는 제1원뿔 렌즈(12) 및 제2원뿔 렌즈(14);A first conical lens 12 and a second conical lens 14 disposed on both sides at a predetermined interval on the beam axis and having the same conical angle α facing each other with different diameters; 상기 제1원뿔 렌즈(12)가 지지 설치되는 내측 원통슬리브(16);An inner cylindrical sleeve 16 on which the first conical lens 12 is supported; 상기 제2원뿔 렌즈(14)가 지지 설치되는 외측 원통슬리브(18);An outer cylindrical sleeve 18 on which the second conical lens 14 is supported; 상기 외측 원통슬리브(18)와 외측 원통슬리브의 내경부에 삽입된 내측 원통형 슬리브(16)의 삽입량을 조절하는 조절볼트(20); 및An adjustment bolt 20 for adjusting an insertion amount of the inner cylindrical sleeve 16 inserted into the inner diameter portion of the outer cylindrical sleeve 18 and the outer cylindrical sleeve; And 상기 외측 원통슬리브(18)를 피봇 지지하는 브래킷(22)으로 구성된 것을 특징으로 하는 원뿔 렌즈를 이용한 빔 확대기.And a bracket (22) pivotally supporting the outer cylindrical sleeve (18). 삭제delete
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