KR101290104B1 - 레이저빔 분기 및 파워 보정장치 - Google Patents

레이저빔 분기 및 파워 보정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 관한 것으로서, 분기부와, 제1출력부와, 제2출력부를 포함한다. 분기부는 입사되는 레이저빔을 서로 직교하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제1파장판(wave plate)과, 제1파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 제1파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제1편광자(polarizer)와, 제1편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 제2편광을 반사시키는 제2편광자를 구비한다. 제1출력부는 제1편광자를 투과한 제1편광을 서로 직교하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제2파장판과, 제2파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 제2파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제3편광자와, 제3편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 제2편광을 반사시켜 가공대상물 측으로 전송하는 제4편광자와, 제3편광자를 투과한 제1편광이 입사되며 제1편광의 파워를 측정하는 제1파워센서를 구비한다. 제2출력부는 제2편광자에 의해 반사된 제2편광을 서로 직교하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제3파장판과, 제3파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 제3파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제5편광자와, 제5편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 제2편광을 반사시켜 가공대상물 측으로 전송하는 제6편광자와, 제5편광자를 투과한 제1편광이 입사되며 제1편광의 파워를 측정하는 제2파워센서를 구비한다.

Description

레이저빔 분기 및 파워 보정장치{Apparatus for splitting laser beam and compensating power of laser beam}
본 발명은 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일의 레이저빔을 서로 동일한 파워를 가지는 한 쌍의 레이저빔으로 정확하게 분기하고, 분기된 레이저빔들의 파워를 모니터링하여 그 차이를 보상할 수 있는 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 관한 것이다.
통상적으로, 레이저빔을 이용하여 가공대상물 상에 마킹, 드릴링 또는 스크라이빙 등의 작업을 수행하는 레이저 가공장치는, 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저빔을, 반사 미러와, 스캔 렌즈 등과 같은 레이저빔 전달수단을 통해 가공하고자 하는 가공대상물 상의 원하는 위치에 집속, 조사하도록 구성된다. 레이저 가공장치에 있어서, 단일의 레이저빔을 이용하여 가공 작업을 수행하게 되면, 레이저 가공장치의 구성 및 제어하는 기술을 단순하게 할 수 있어 생산단가나 보존점검 면에서 유리하게 되는 장점이 있으나, 가공대상물을 가공하는 시간이 길어지게 되어 단위 시간당 생산량(UPH)효율이 떨어지게 되는 문제점이 발생한다.
이를 보완하기 위하여, 레이저 발진기로부터 출사되는 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분기하고, 복수의 레이저빔을 동시에 가공대상물 상에 조사하면서 가공대상물 상의 복수의 개소에서 마킹, 드릴링 또는 스크라이빙 등의 작업을 동시에 수행하는, 개선된 장치나 방법 등이 제시되었다.
종래 단일의 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분기하는 경우 광학 렌즈의 일종인 빔 스플리팅 렌즈(beam splitting lens)를 사용하였다. 빔 스플리팅 렌즈의 표면에는 통상적으로 입사되는 레이저빔의 일부를 투과시키고 나머지 일부를 반사시키는 코팅막이 도포되는데, 투과되는 레이저빔과 반사되는 레이저빔의 비율을 정확히 50 대 50이 되도록 코팅막의 광학 특성을 조정하기가 어려운 문제가 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저빔의 경우 편광 상태에 따라 반사율 등의 광학 특성이 크게 차이가 나는데, 특히 선형 편광을 가지는 레이저빔을 사용하는 경우에는 차이가 더욱 심하게 발생하여 분기되는 한 쌍의 레이저빔이 동일한 파워를 가지도록 구현하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입사되는 광의 편광 상태에 따라 광학 특성에 차이를 보이는 광학 렌즈를 사용하지 않고, 파장판과 편광자를 이용하여 단일의 레이저빔을 서로 동일한 파워를 가지는 한 쌍의 레이저빔으로 정확하게 분기하고, 분기된 레이저빔들의 파워를 각각 모니터링하고 그 차이를 보상하여 한 쌍의 레이저빔이 동일한 파워를 가지도록 보정할 수 있는 레이저빔 분기 및 파워 보정장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저빔 분기 및 파워 보정장치는, 입사되는 레이저빔을 서로 직교하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제1파장판(wave plate)과, 상기 제1파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 상기 제1파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제1편광자(polarizer)와, 상기 제1편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 상기 제2편광을 반사시키는 제2편광자를 구비하는 분기부; 상기 제1편광자를 투과한 제1편광을 서로 직교하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제2파장판과, 상기 제2파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 상기 제2파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제3편광자와, 상기 제3편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 상기 제2편광을 반사시켜 가공대상물 측으로 전송하는 제4편광자와, 상기 제3편광자를 투과한 제1편광이 입사되며 상기 제1편광의 파워를 측정하는 제1파워센서를 구비하는 제1출력부; 및 상기 제2편광자에 의해 반사된 제2편광을 서로 직교하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제3파장판과, 상기 제3파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 상기 제3파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제5편광자와, 상기 제5편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 상기 제2편광을 반사시켜 가공대상물 측으로 전송하는 제6편광자와, 상기 제5편광자를 투과한 제1편광이 입사되며 상기 제1편광의 파워를 측정하는 제2파워센서를 구비하는 제2출력부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1파장판으로부터 출사되는 제1편광과 제2편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 제1파장판의 각도를 조정하는 제1각도조정부; 상기 제1파워센서 및 상기 제2파워센서에 의해 측정된 파워가 입력되고, 상기 제1파워센서에 의해 측정된 파워와 상기 제2파워센서에 의해 측정된 파워가 동일해지도록 상기 제1각도조정부를 제어하는 제1제어부;를 더 포함한다.
본 발명에 따른 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 제2파장판으로부터 출사되는 제1편광과 제2편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 제2파장판의 각도를 조정하는 제2각도조정부; 상기 제3파장판으로부터 출사되는 제1편광과 제2편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 제3파장판의 각도를 조정하는 제3각도조정부;를 더 포함하고, 상기 제2각도조정부 및 상기 제3각도조정부는 상기 제1제어부에 의해 제어된다.
본 발명에 따른 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 제4편광자와 가공대상물 사이에 배치되어 상기 제4편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며, 인가되는 구동전압의 크기에 따라 제1편광과 제2편광 사이의 비율을 변경하여 출사시키는 제1편광셔터와, 상기 제1편광셔터로부터 출사되는 제1편광을 투과시켜 가공대상물 측으로 전송하고 상기 제1편광셔터로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제7편광자와, 상기 제7편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 상기 제2편광의 파워를 측정하는 제3파워센서를 구비하는 제1보정부; 상기 제6편광자와 가공대상물 사이에 배치되어 상기 제6편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며, 인가되는 구동전압의 크기에 따라 제1편광과 제2편광 사이의 비율을 변경하여 출사시키는 제2편광셔터와, 상기 제2편광셔터로부터 출사되는 제1편광을 투과시켜 가공대상물 측으로 전송하고 상기 제2편광셔터로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제8편광자와, 상기 제8편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 상기 제2편광의 파워를 측정하는 제4파워센서를 구비하는 제2보정부;를 더 포함한다.
본 발명에 따른 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 제3파워센서에 의해 측정된 파워가 입력되고, 가공을 위해 미리 설정된 기준 파워와 상기 제7편광자를 투과한 제1편광의 파워가 동일해지도록 상기 제1편광셔터에 인가되는 구동전압을 제어하는 제2제어부; 상기 제4파워센서에 의해 측정된 파워가 입력되고, 가공을 위해 미리 설정된 기준 파워와 상기 제8편광자를 투과한 제1편광의 파워가 동일해지도록 상기 제2편광셔터에 인가되는 구동전압을 제어하는 제3제어부;를 더 포함한다.
본 발명에 따른 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1편광셔터 또는 상기 제2편광셔터를 개폐하기 위한 게이트신호를 생성하는 게이트신호 생성부;를 더 포함하며, 상기 게이트신호가 상기 제1편광셔터 또는 상기 제2편광셔터에 인가될 때, 상기 제1편광셔터 또는 상기 제2편광셔터로부터 레이저빔이 출사된다.
본 발명의 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 따르면, 파장판과 편광자를 이용하여 단일의 레이저빔을 서로 동일한 파워를 가지는 복수의 레이저빔으로 정확하게 분기함으로써, 복수의 레이저빔에 의한 가공품질을 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 따르면, 가공 중 파워의 편차에 의한 가공품질의 불균일성을 실시간으로 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저빔 분기 및 파워 보정장치에 따르면, 제1보정부와 제2보정부를 구비하여 가공대상물로 전송되는 레이저빔의 파워를 개별적으로 모니터링하여 보정할 수 있다.
도 1은 레이저빔의 편광 상태에 따라 반사율의 차이를 나타내는 그래프이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저빔 분기 및 파워 보정장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 2의 레이저빔 분기 및 파워 보정장치의 게이트신호 생성부에 의해 제1편광셔터 또는 제2편광셔터의 제어를 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 레이저빔 분기 및 파워 보정장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저빔 분기 및 파워 보정장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 레이저빔 분기 및 파워 보정장치의 게이트신호 생성부에 의해 제1편광셔터 또는 제2편광셔터의 제어를 설명하는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 레이저빔 분기 및 파워 보정장치는, 단일의 레이저빔을 서로 동일한 파워를 가지는 한 쌍의 레이저빔으로 정확하게 분기하고, 분기된 레이저빔들의 파워를 모니터링하여 그 차이를 보상할 수 있는 것으로서, 분기부와, 제1출력부와, 제2출력부와, 제1제어부(161)와, 제1보정부와, 제2보정부와, 제2제어부(162)와, 제3제어부(163)와, 게이트신호 생성부(180)를 포함한다.
상기 분기부는, 단일의 레이저빔(L)을 서로 동일한 파워를 가지는 한 쌍의 레이저빔(L)으로 정확하게 분기하기 위한 것으로서, 제1파장판(111)과, 제1편광자(112)와, 제2편광자(113)와, 제1각도조정부(115)를 포함한다.
상기 제1파장판(wave plate)(111)은, 이를 통과하는 레이저빔(L)의 편광상태를 바꾸어주는 광학소자로서, 입사되는 레이저빔(L)을 서로 직교하는 제1편광(P1)과 제2편광(S1)으로 변환한다. 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)과 제2편광(S1)이 서로 동일한 파워를 가지도록 제1파장판(111)의 각도가 조정된다.
상기 제1편광자(polarizer)(112)는, 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)을 투과시키고 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제2편광(S1)을 반사시킨다. 상기 제2편광자(113)는, 제1편광자(112)와 이웃하게 배치되며, 제1편광자(112)에 의해 반사된 제2편광(S1)이 입사되고 입사된 제2편광(S1)을 반사시킨다. 제1파장판(111)으로부터 혼합된 상태로 출사되는 제1편광(P1)과 제2편광(S1)은 제1편광자(112)와 제2편광자(113)에 의해 별도의 광경로를 경유하도록 분기된다.
상기 제1각도조정부(115)는, 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)과 제2편광(S1)의 비율을 조정하기 위하여 제1파장판(111)의 각도를 조정한다. 본 실시예에서 단일의 레이저빔(L)을 서로 동일한 파워를 가지는 한 쌍의 레이저빔(L)으로 정확하게 분기하기 위하여, 우선적으로 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)과 제2편광(S1)이 서로 동일한 파워를 가지는 것이 중요하다. 제1각도조정부(115)는 제1파장판(111)의 각도를 조정하여 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)과 제2편광(S1)의 비율이 동일하도록, 즉 50 대 50의 비율이 되도록 조정한다.
제1각도조정부(151)는 제1파장판(111)의 광축을 중심으로 회전각도를 조정하는 것으로서, 모터 등의 구동원을 통해 구현될 수 있다.
상기 제1출력부는, 분기부에 의해 분기된 제1편광(P1)과 제2편광(S1)의 파워 차이를 보상할 수 있도록 제1편광(P1)의 일부를 이용하여 제1편광(P1)의 파워를 모니터링하고, 제1편광(P1)의 나머지는 가공대상물 측으로 전송한다. 제1출력부는 제2파장판(121)과, 제3편광자(122)와, 제4편광자(123)와, 제1파워센서(124)와, 제2각도조정부(125)를 포함한다.
상기 제2파장판(121)은, 제1편광자(112)를 투과한 제1편광(P1)이 입사되며, 입사된 제1편광(P1)을 서로 직교하는 제1편광(P2)과 제2편광(S2)으로 변환하여 출사한다.
제1파장판(111)과 달리 제2파장판(121)은 출사되는 제1편광(P2)과 제2편광(S2)이 서로 다른 비율을 가지도록 각도가 조정된다. 제2파장판(121)으로부터 출사되는 제1편광(P2)은 후술할 제1파워센서(124)에 의해 파워 측정용으로 이용되고, 제2파장판(121)으로부터 출사되는 제2편광(S2)은 가공 작업을 위해 가공대상물 측으로 전송된다. 따라서, 파워 측정용으로 이용되는 제2파장판(121)으로부터 출사되는 제1편광(P2)은 제2파장판(121)으로부터 출사되는 제2편광(S2)보다 낮은 비율을 가진다. 예컨대, 제1편광(P2)과 제2편광(S2)은 5 대 95의 비율로 제2파장판(121)으로부터 출사될 수 있다.
상기 제3편광자(122)는, 제2파장판(121)으로부터 출사되는 제1편광(P2)을 투과시키고 제2파장판(121)으로부터 출사되는 제2편광(S2)을 반사시킨다. 상기 제4편광자(123)는, 제3편광자(122)와 이웃하게 배치되며, 제3편광자(122)에 의해 반사된 제2편광(S2)이 입사되고 입사된 제2편광(S2)을 반사시켜 가공대상물 측으로 전송한다. 제2파장판(121)으로부터 혼합된 상태로 출사되는 제1편광(P2)과 제2편광(S2)은 제3편광자(122)와 제4편광자(123)에 의해 별도의 광경로를 경유하도록 분기된다.
상기 제1파워센서(124)는, 제3편광자(122)를 투과한 제1편광(P2)이 입사되며, 제1편광(P2)의 파워를 측정한다. 제3편광자(122)를 투과한 제1편광(P2)과 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)은 동일한 광경로를 형성하므로, 제3편광자(122)를 투과한 제1편광(P2)의 파워를 측정함으로써 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)의 파워를 산출할 수 있다.
상기 제2각도조정부(125)는, 제2파장판(121)으로부터 출사되는 제1편광(P2)과 제2편광(S2)의 비율을 조정하기 위하여 제2파장판(121)의 각도를 조정한다. 제2각도조정부(125)는 제2파장판(121)의 광축을 중심으로 회전각도를 조정하여 제2파장판(121)으로부터 출사되는 제1편광(P2)과 제2편광(S2)이 원하는 비율을 가지도록 하며, 모터 등의 구동원을 통해 구현될 수 있다.
상기 제2출력부는, 분기부에 의해 분기된 제1편광(P1)과 제2편광(S1)의 파워 차이를 보상할 수 있도록 제2편광(S1)의 일부를 이용하여 제2편광(S1)의 파워를 모니터링하고, 제2편광(S1)의 나머지는 가공대상물 측으로 전송한다. 제2출력부는 제3파장판(131)과, 제5편광자(132)와, 제6편광자(133)와, 제2파워센서(134)와, 제3각도조정부(135)를 포함한다.
상기 제3파장판(131)은, 제2편광자(113)에 의해 반사된 제2편광(S1)이 입사되며, 입사된 제2편광(S1)을 서로 직교하는 제1편광(P3)과 제2편광(S3)으로 변환하여 출사한다.
제2파장판(121)과 동일하게 제3파장판(131)은 출사되는 제1편광(P3)과 제2편광(S3)이 서로 다른 비율을 가지도록 각도가 조정된다. 제3파장판(131)으로부터 출사되는 제1편광(P3)은 제2파워센서(134)에 의해 파워 측정용으로 이용되고, 제3파장판(131)으로부터 출사되는 제2편광(S3)은 가공 작업을 위해 가공대상물 측으로 전송된다. 따라서, 파워 측정용으로 이용되는 제3파장판(131)으로부터 출사되는 제1편광(P3)은 제3파장판(131)으로부터 출사되는 제2편광(S3)보다 낮은 비율을 가진다. 예컨대, 제1편광(P3)과 제2편광(S3)은 5 대 95의 비율로 제3파장판(131)으로부터 출사될 수 있다.
상기 제5편광자(132)는, 제3파장판(131)으로부터 출사되는 제1편광(P3)을 투과시키고 제3파장판(131)으로부터 출사되는 제2편광(S3)을 반사시킨다. 상기 제6편광자(133)는, 제5편광자(132)와 이웃하게 배치되며, 제5편광자(132)에 의해 반사된 제2편광(S3)이 입사되고 입사된 제2편광(S3)을 반사시켜 가공대상물 측으로 전송한다. 제3파장판(131)으로부터 혼합된 상태로 출사되는 제1편광(P3)과 제2편광(S3)은 제5편광자(132)와 제6편광자(133)에 의해 별도의 광경로를 경유하도록 분기된다.
상기 제2파워센서(134)는, 제5편광자(132)를 투과한 제1편광(P3)이 입사되며, 제1편광(P3)의 파워를 측정한다. 제5편광자(132)를 투과한 제1편광(P3)과 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제2편광(S1)은 동일한 광경로를 형성하므로, 제5편광자(132)를 투과한 제1편광(P3)의 파워를 측정함으로써 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제2편광(S1)의 파워를 산출할 수 있다.
상기 제3각도조정부(135)는, 제3파장판(131)으로부터 출사되는 제1편광(P3)과 제2편광(S3)의 비율을 조정하기 위하여 제3파장판(131)의 각도를 조정한다. 제3각도조정부(135)는 제3파장판(131)의 광축을 중심으로 회전각도를 조정하여 제3파장판(131)으로부터 출사되는 제1편광(P3)과 제2편광(S3)이 원하는 비율을 가지도록 하며, 모터 등의 구동원을 통해 구현될 수 있다.
상기 제1제어부(161)는, 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)과 제2편광(S1)이 서로 동일한 파워를 가지도록 제1각도조정부(115)를 제어한다.
제1파워센서(124)에 의해 제3편광자(122)를 투과한 제1편광(P2)의 파워가 측정되어 제1제어부(161)로 입력되고, 제2파워센서(134)에 의해 제5편광자(132)를 투과한 제1편광(P3)의 파워가 측정되어 제1제어부(161)로 입력된다. 제1파워센서(124)에 의해 측정된 파워는 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)의 파워에 대응하고, 제2파워센서(134)에 의해 측정된 파워는 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제2편광(S1)의 파워에 대응하므로, 제1파워센서(124)에 의해 측정된 파워와 제2파워센서(134)에 의해 측정된 파워의 비교는 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)과 제2편광(S1)이 서로 동일한 파워를 가지는지 여부를 판단하는 기준이 된다.
따라서, 제1파워센서(124)에 의해 측정된 파워와 제2파워센서(134)에 의해 측정된 파워가 서로 상이하면, 제1제어부(161)는 제1파워센서(124)에 의해 측정된 파워와 제2파워센서(134)에 의해 측정된 파워가 동일해지도록 제1각도조정부(115)를 제어하고, 제1각도조정부(115)에 의해 제1파장판(111)의 회전각도가 변경되면서 제1파장판(111)으로부터 출사되는 제1편광(P1)과 제2편광(S1)의 비율이 조정된다.
제2각도조정부(125) 및 제3각도조정부(135) 또한 제1제어부(161)에 의해 제어된다. 제1제어부(161)는 제2각도조정부(125)를 통해 제2편광판(121)의 회전각도를, 제3각도조정부(135)를 통해 제3편광판(131)의 회전각도를 조정한다.
상기 제1보정부는, 제1출력부를 통해 가공대상물로 전송되는 레이저빔(L)의 파워를 모니터링하여 보정하며, 제1편광셔터(141)와, 제7편광자(142)와, 제3파워센서(143)를 구비한다.
상기 제1편광셔터(141)는, 입사되는 제2편광(S2)을 서로 직교하는 제1편광(P4)과 제2편광(S4)으로 변환하여 출사시키는데, 인가되는 구동전압의 크기에 따라 제1편광(P4)과 제2편광(S4) 사이의 비율을 변경하여 출사시킨다. 제1편광셔터(141)는 제4편광자(123)와 가공대상물 사이에 배치되어 제4편광자(123)에 의해 반사된 제2편광(S2)이 입사된다.
제1편광셔터(141)는 출사되는 제1편광(P4)과 제2편광(S4)이 서로 다른 비율을 가지도록 구동전압이 인가된다. 제1편광셔터(141)로부터 출사되는 제1편광(P4)은 가공 작업을 위해 가공대상물 측으로 전송되고, 제1편광셔터(141)로부터 출사되는 제2편광(S4)은 제3파워센서(143)에 의해 파워 측정용으로 이용된다. 따라서, 파워 측정용으로 이용되는 제1편광셔터(141)로부터 출사되는 제2편광(S4)은 제1편광셔터(141)로부터 출사되는 제1편광(P4)보다 낮은 비율을 가진다. 예컨대, 제1편광(P4)과 제2편광(S4)은 95 대 5의 비율로 제1편광셔터(141)로부터 출사될 수 있다.
상기 제7편광자(142)는, 제1편광셔터(141)로부터 출사되는 제1편광(P4)을 투과시켜 가공대상물 측으로 전송하고 제1편광셔터(141)로부터 출사되는 제2편광(S4)을 반사시킨다. 제7편광자(142)를 투과한 제1편광(P4)은 집광렌즈(171) 및 광파이버(172)를 경유하여 가공대상물 측으로 전송된다.
상기 제3파워센서(143)는, 제7편광자(142)에 의해 반사된 제2편광(S4)이 입사되며 입사된 제2편광(S4)의 파워를 측정한다.
상기 제2제어부(162)는, 제3파워센서(143)에 의해 측정된 파워가 입력되고, 가공을 위해 미리 설정된 기준 파워와 제7편광자(142)를 투과한 제1편광(P4)의 파워가 동일해지도록 제1편광셔터(141)에 인가되는 구동전압을 제어한다.
제3파워센서(143)에 의해 제1편광셔터(141)로부터 출사되는 제2편광(S4)의 파워가 측정되면, 제1편광셔터(141)로부터 출사되는 제1편광(P4)과 제2편광(S4)의 비율 정보를 바탕으로 제1편광셔터(141)로부터 출사되는 제1편광(P4)의 파워를 산출할 수 있다. 제2제어부(162)는 이와 같이 산출된 제1편광(P4)의 파워와 가공에 적합하도록 미리 설정된 기준 파워를 비교하고, 기준 파워와 제7편광자(142)를 투과한 제1편광(P4)의 파워가 동일해지도록 제1편광셔터(141)에 인가되는 구동전압을 제어한다. 제1편광셔터(141)에 인가되는 구동전압에 따라, 제1편광셔터(141)로부터 출사되는 제1편광(P4)과 제2편광(S4) 사이의 비율이 조정된다.
상기 제2보정부는, 제2출력부를 통해 가공대상물로 전송되는 레이저빔(L)의 파워를 모니터링하여 보정하며, 제2편광셔터(151)와, 제8편광자(152)와, 제4파워센서(153)를 구비한다.
상기 제2편광셔터(151)는, 입사되는 제2편광(S3)을 서로 직교하는 제1편광(P5)과 제2편광(S5)으로 변환하여 출사시키는데, 인가되는 구동전압의 크기에 따라 제1편광(P5)과 제2편광(S5) 사이의 비율을 변경하여 출사시킨다. 제2편광셔터(151)는 제6편광자(133)와 가공대상물 사이에 배치되어 제6편광자(133)에 의해 반사된 제2편광(S3)이 입사된다.
제2편광셔터(151)는 출사되는 제1편광(P5)과 제2편광(S5)이 서로 다른 비율을 가지도록 구동전압이 인가된다. 제2편광셔터(151)로부터 출사되는 제1편광(P5)은 가공 작업을 위해 가공대상물 측으로 전송되고, 제2편광셔터(151)로부터 출사되는 제2편광(S5)은 제4파워센서(153)에 의해 파워 측정용으로 이용된다. 따라서, 파워 측정용으로 이용되는 제2편광셔터(151)로부터 출사되는 제2편광(S5)은 제2편광셔터(151)로부터 출사되는 제1편광(P5)보다 낮은 비율을 가진다. 예컨대, 제1편광(P5)과 제2편광(S5)은 95 대 5의 비율로 제2편광셔터(151)로부터 출사될 수 있다.
상기 제8편광자(152)는, 제2편광셔터(151)로부터 출사되는 제1편광(P5)을 투과시켜 가공대상물 측으로 전송하고 제2편광셔터(151)로부터 출사되는 제2편광(S5)을 반사시킨다. 제8편광자(152)를 투과한 제1편광(P5)은 집광렌즈(171) 및 광파이버(172)를 경유하여 가공대상물 측으로 전송된다.
상기 제4파워센서(153)는, 제8편광자(152)에 의해 반사된 제2편광(S5)이 입사되며 입사된 제2편광(S5)의 파워를 측정한다.
상기 제3제어부(163)는, 제4파워센서(153)에 의해 측정된 파워가 입력되고, 가공을 위해 미리 설정된 기준 파워와 제8편광자(152)를 투과한 제1편광(P5)의 파워가 동일해지도록 제2편광셔터(151)에 인가되는 구동전압을 제어한다.
제4파워센서(153)에 의해 제2편광셔터(151)로부터 출사되는 제2편광(S5)의 파워가 측정되면, 제2편광셔터(151)로부터 출사되는 제1편광(P5)과 제2편광(S5)의 비율 정보를 바탕으로 제2편광셔터(151)로부터 출사되는 제1편광(P5)의 파워를 산출할 수 있다. 제3제어부(163)는 이와 같이 산출된 제1편광(P5)의 파워와 가공에 적합하도록 미리 설정된 기준 파워를 비교하고, 기준 파워와 제8편광자(152)를 투과한 제1편광(P5)의 파워가 동일해지도록 제2편광셔터(151)에 인가되는 구동전압을 제어한다. 제2편광셔터(151)에 인가되는 구동전압에 따라, 제2편광셔터(151)로부터 출사되는 제1편광(P5)과 제2편광(S5) 사이의 비율이 조정된다.
상기 게이트신호 생성부(180)는, 제1편광셔터(141) 또는 제2편광셔터(151)를 개폐하기 위한 게이트신호(181)를 생성한다. 게이트신호 생성부(180)에서 생성된 게이트신호(181)가 제1편광셔터(141) 또는 제2편광셔터(151)에 인가될 때, 제1편광셔터(141) 또는 제2편광셔터(151)로부터 레이저빔(L)이 출사되며, 출사된 레이저빔은 가공대상물 측으로 전송될 수 있다. 제1편광셔터(141) 또는 제2편광셔터(151)에 게이트신호(181)가 인가되지 않으면, 제1편광셔터(141) 또는 제2편광셔터(151)로부터 레이저빔(L)이 출사되지 않아 가공대상물 측으로 레이저빔(L)이 전송되지 않는다.
상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 레이저빔 분기 및 파워 보정장치는, 입사되는 광의 편광 상태에 따라 오차가 심한 빔 스플리팅 렌즈를 사용하지 않고, 파장판과 편광자를 이용하여 단일의 레이저빔을 서로 동일한 파워를 가지는 복수의 레이저빔으로 정확하게 분기함으로써, 복수의 레이저빔에 의한 가공품질을 균일하게 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 레이저빔 분기 및 파워 보정장치는, 분기된 레이저빔들의 파워를 각각 모니터링하고 그 차이를 보상하여 복수의 레이저빔이 동일한 파워를 가지도록 보정함으로써, 가공 중 파워의 편차에 의한 가공품질의 불균일성을 실시간으로 해소할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 레이저빔 분기 및 파워 보정장치는, 제1보정부와 제2보정부를 구비하여 가공대상물로 전송되는 레이저빔의 파워를 개별적으로 모니터링하여 보정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 레이저빔 분기 및 파워 보정장치
111 : 제1파장판
112 : 제1편광자
113 : 제2편광자
121 : 제2파장판
122 : 제3편광자
123 : 제4편광자
124 : 제1파워센서
131 : 제3파장판
132 : 제5편광자
133 : 제6편광자
134 : 제2파워센서

Claims (6)

  1. 입사되는 레이저빔을 서로 직교하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제1파장판(wave plate)과, 상기 제1파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 상기 제1파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제1편광자(polarizer)와, 상기 제1편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 상기 제2편광을 반사시키는 제2편광자를 구비하는 분기부;
    상기 제1편광자를 투과한 제1편광을 서로 직교하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제2파장판과, 상기 제2파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 상기 제2파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제3편광자와, 상기 제3편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 상기 제2편광을 반사시켜 가공대상물 측으로 전송하는 제4편광자와, 상기 제3편광자를 투과한 제1편광이 입사되며 상기 제1편광의 파워를 측정하는 제1파워센서를 구비하는 제1출력부; 및
    상기 제2편광자에 의해 반사된 제2편광을 서로 직교하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제3파장판과, 상기 제3파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 상기 제3파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제5편광자와, 상기 제5편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 상기 제2편광을 반사시켜 가공대상물 측으로 전송하는 제6편광자와, 상기 제5편광자를 투과한 제1편광이 입사되며 상기 제1편광의 파워를 측정하는 제2파워센서를 구비하는 제2출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 분기 및 파워 보정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1파장판으로부터 출사되는 제1편광과 제2편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 제1파장판의 각도를 조정하는 제1각도조정부;
    상기 제1파워센서 및 상기 제2파워센서에 의해 측정된 파워가 입력되고, 상기 제1파워센서에 의해 측정된 파워와 상기 제2파워센서에 의해 측정된 파워가 동일해지도록 상기 제1각도조정부를 제어하는 제1제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 분기 및 파워 보정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2파장판으로부터 출사되는 제1편광과 제2편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 제2파장판의 각도를 조정하는 제2각도조정부;
    상기 제3파장판으로부터 출사되는 제1편광과 제2편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 제3파장판의 각도를 조정하는 제3각도조정부;를 더 포함하고,
    상기 제2각도조정부 및 상기 제3각도조정부는 상기 제1제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저빔 분기 및 파워 보정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제4편광자와 가공대상물 사이에 배치되어 상기 제4편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며, 인가되는 구동전압의 크기에 따라 제1편광과 제2편광 사이의 비율을 변경하여 출사시키는 제1편광셔터와, 상기 제1편광셔터로부터 출사되는 제1편광을 투과시켜 가공대상물 측으로 전송하고 상기 제1편광셔터로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제7편광자와, 상기 제7편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 상기 제2편광의 파워를 측정하는 제3파워센서를 구비하는 제1보정부;
    상기 제6편광자와 가공대상물 사이에 배치되어 상기 제6편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며, 인가되는 구동전압의 크기에 따라 제1편광과 제2편광 사이의 비율을 변경하여 출사시키는 제2편광셔터와, 상기 제2편광셔터로부터 출사되는 제1편광을 투과시켜 가공대상물 측으로 전송하고 상기 제2편광셔터로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제8편광자와, 상기 제8편광자에 의해 반사된 제2편광이 입사되며 상기 제2편광의 파워를 측정하는 제4파워센서를 구비하는 제2보정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 분기 및 파워 보정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3파워센서에 의해 측정된 파워가 입력되고, 가공을 위해 미리 설정된 기준 파워와 상기 제7편광자를 투과한 제1편광의 파워가 동일해지도록 상기 제1편광셔터에 인가되는 구동전압을 제어하는 제2제어부;
    상기 제4파워센서에 의해 측정된 파워가 입력되고, 가공을 위해 미리 설정된 기준 파워와 상기 제8편광자를 투과한 제1편광의 파워가 동일해지도록 상기 제2편광셔터에 인가되는 구동전압을 제어하는 제3제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 분기 및 파워 보정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1편광셔터 또는 상기 제2편광셔터를 개폐하기 위한 게이트신호를 생성하는 게이트신호 생성부;를 더 포함하며,
    상기 게이트신호가 상기 제1편광셔터 또는 상기 제2편광셔터에 인가될 때, 상기 제1편광셔터 또는 상기 제2편광셔터로부터 레이저빔이 출사되는 것을 특징으로 하는 레이저빔 분기 및 파워 보정장치.
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