KR101399971B1 - Apparatus adjusting the focal point position of laser beam - Google Patents

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KR101399971B1
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전재필
백승환
김택겸
김덕호
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(주)엘투케이플러스
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    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners

Abstract

The present invention relates to a device for adjusting a focus position of a laser beam and, more specifically, to a device for adjusting a focus position of a laser beam, which the laser beam progresses reversely, by being reflected from a reflective mirror form different focus on a straight line according to the angle of a scanner by continuously rotating the scanner so as to control an angle between a reflective surface of the scanner and an x-axis; and controlling a distance between a virtual light source point of the laser beam progressing reversely by being reflected from the reflective mirror after being reflected from the scanner and a peak on the reflected surface.

Description

레이저 빔의 초점 위치 조절 장치{APPARATUS ADJUSTING THE FOCAL POINT POSITION OF LASER BEAM}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a focus position adjusting apparatus,

본 발명은 레이저 빔의 초점 위치 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스캐너를 연속적으로 회전시켜 스캐너의 반사면이 광축과 이루는 각을 조절하고, 스캐너로부터 반사된 뒤 반사 거울로부터 재반사되어 역진행하는 레이저 빔의 가상의 광원점과 상기 반사면 상의 일 정점 사이의 거리를 조절함으로써, 상기 반사 거울로부터 반사되어 역진행하는 레이저 빔이 스캐너의 각도에 따라 일직선상에 서로 다른 초점을 고속으로 형성할 수 있는 레이저 빔의 초점 위치 조절 장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to an apparatus for adjusting a focus position of a laser beam, and more particularly, to an apparatus and a method for adjusting a focus position of a laser beam by continuously rotating a scanner to adjust an angle formed by a reflective surface of the scanner with an optical axis, By adjusting the distance between the imaginary light source point of the laser beam and the uniform point on the reflective surface, a laser beam that is reflected from the reflective mirror and advances back forms a different focus at a high speed on a straight line according to the angle of the scanner The present invention relates to a focus position adjusting apparatus for a laser beam.

레이저 빔의 발산각을 조절하여 레이저 빔의 초점 위치를 조절할 수 있다. 이러한 레이저 빔의 초점 위치 조절 장치는 갈바노미터 미러 스캐너, 폴리곤 미러 스캐너 등의 스캐너와의 조합으로 3차원 스캔(깊이 측정)이나 3차원 가공(깊이 가공)이 가능하다.The focal position of the laser beam can be adjusted by adjusting the divergence angle of the laser beam. Such a laser beam focal position adjusting device is capable of three-dimensional scanning (depth measurement) or three-dimensional processing (depth processing) in combination with a scanner such as a galvanometer mirror scanner or a polygon mirror scanner.

도 1은 종래의 레이저 빔 발산각의 조절하는 렌즈 배치를 나타낸 개념도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram showing a lens arrangement for adjusting a conventional laser beam divergence angle.

도 1을 참조하면, f1은 제1 볼록 렌즈(10)의 초점 거리를, f2는 제2 볼록 렌즈(20)의 초점 거리를, ℓ은 제1 볼록 렌즈(10)와 제2 볼록 렌즈(20) 사이의 거리를, L1 은 제1 볼록 렌즈(10)에 평행하게 입사되는 레이저 빔을, L2 는 제2 볼록 렌즈(20)를 투과하여 진행하는 레이저 빔을, O는 L2 의 가상의 광원점을 나타낸다. 가상의 광원점이란 렌즈를 투과하거나 거울에 반사된 뒤 진행하는 레이저 빔이 일 정점에 위치한 광원으로부터 발진한 레이저 빔과 동일한 형태를 지닐 때, 상기 일 정점을 지칭하는 것으로 정의한다. 도시된 바와 같이, ℓ ＜ (f1 + f2) 이면, L2는 발산한다. 만약 ℓ ＞ (f1 + f2) 라면 L2 는 수렴하여 한 점에 모이게 되고, ℓ = (f1 + f2) 라면 L2 는 제1 볼록 렌즈(10)에 입사되는 레이저 빔 평행 빔 L1과 마찬가지로 평행 빔이 된다.1, f1 denotes the focal length of the first convex lens 10, f2 denotes the focal length of the second convex lens 20, and l denotes the focal length of the first convex lens 10 and the second convex lens 20 L1 denotes a laser beam incident on the first convex lens 10 in parallel, L2 denotes a laser beam to propagate through the second convex lens 20, O denotes a virtual light source point of L2, . The virtual light source point is defined as a point when the laser beam passing through the lens or reflected by the mirror has the same shape as the laser beam emitted from the light source located at the apex. As shown, if l < (f1 + f2), L2 diverges. If ℓ> (f1 + f2), L2 converges to a point, and if ℓ = (f1 + f2), L2 becomes a parallel beam similarly to the laser beam parallel beam L1 incident on the first convex lens 10 .

제1 및 제2 볼록 렌즈(10, 20)의 거리(ℓ)를 (f1 + f2) 보다 작은 범위 내에서 조절함으로써 L2의 가상의 광원점의 위치 O 를 조절할 수 있다. 즉, ℓ' < ℓ 인 경우 L2' 의 가상의 광원점의 위치 O' 가 변경됨을 알 수 있다. 따라서, l ＜ (f1 + f2) 인 범위 내에서 l 을 연속적으로 조절함으로써 가상의 광원점의 위치가 다른 여러 개의 레이저 빔을 획득할 수 있다. 가상의 광원점의 위치가 다른 레이저 빔, 즉 발산 정도가 다른 레이저 빔들이 제2 볼록 렌즈(20)를 통과한 뒤 집광 렌즈를 통과함에 따라 서로 다른 위치에 초점을 형성하게 된다.The position O of the virtual light source point of L2 can be adjusted by adjusting the distance l of the first and second convex lenses 10 and 20 within a range smaller than (f1 + f2). That is, it can be seen that the position O 'of the virtual light source point of L2' is changed when l '<l. Accordingly, by continuously controlling 1 within a range of 1 <(f1 + f2), it is possible to acquire a plurality of laser beams having different positions of virtual light source points. As the laser beams having different positions of the virtual light source point, that is, the laser beams having different degrees of divergence, pass through the second convex lens 20 and pass through the condenser lens, the focus is formed at different positions.

위에서 언급한 바와 같이, 발산각을 조절하기 위해 두 렌즈 사이의 거리를 조절하는 방법 이외에, 렌즈의 곡률을 전기적으로 조절하는 방법이 있다. 그러나, 렌즈 사이의 거리 조절 및 렌즈 곡률 조절은 기계적인 한계로 변화율이 낮았다.As mentioned above, in addition to adjusting the distance between the two lenses to adjust the divergence angle, there is a method of electrically adjusting the curvature of the lens. However, the distance between lenses and the curvature of lens curvature were low due to mechanical limitations.

일반적으로 표면 형상의 3차원 측정은 XY 평면상에서 높이(Z) 방향으로 초첨 위치를 연속적으로 변화시켜 얻을 정보로부터 구현이 가능하다. 그러나, 이러한 방법은 초점위치조절을 하는데 시간이 많이 소요되어 사용에 제한이 있다.Generally, the 3D measurement of the surface shape can be implemented from information obtained by continuously changing the focus position in the height (Z) direction on the XY plane. However, this method is time-consuming to adjust the focal point position, which limits the use.

본 발명은 고속 스캐너를 사용하여 고속으로 초점위치를 조절하는 것이 가능하여 고속 높이 측정과 고속 3차원 측정에 활용하고자 한다.The present invention is capable of adjusting the focus position at high speed using a high-speed scanner, and is intended to be utilized for high-speed height measurement and high-speed three-dimensional measurement.

이에 따라, 본 발명은 스캐너를 연속적으로 회전시켜 스캐너의 반사면이 광축과 이루는 각을 조절하고, 이에 따라 반사 거울로부터 반사되어 역진행하는 레이저 빔의 가상의 광원점과 상기 반사면 상의 일 정점 사이의 거리를 조절함으로써, 반사 거울로부터 반사되어 역진행하는 레이저 빔이 일직선상에 서로 다른 초점을 고속으로 형성할 수 있는 레이저 빔의 초점 위치 조절 장치를 제공하고자 한다.Accordingly, in the present invention, the scanner is continuously rotated so as to adjust the angle formed between the reflection surface of the scanner and the optical axis, and thereby, between the imaginary light source point of the laser beam which is reflected from the reflection mirror and reversed, To adjust the distance between the laser beam and the deflecting mirror so that a laser beam traveling in a direction opposite to that of the deflecting mirror can form different focal points on a straight line at a high speed.

본 발명에 따른 초점 위치 조절 장치는 입사된 레이저 빔을 스캐너 제어 신호에 따라 일정 영역에 조사되도록 반사하는 스캐너; 및 상기 조사된 빔의 경로를 상기 스캐너로 되돌리며, 조사된 위치와 연관되어 빔의 발산 정도를 변화시키는 발산 변경부를 포함할 수 있다.The focal position adjusting apparatus according to the present invention includes a scanner for reflecting an incident laser beam so as to be irradiated to a predetermined area according to a scanner control signal; And a divergence changing unit for returning the irradiated beam path to the scanner and changing the degree of divergence of the beam in association with the irradiated position.

본 발명에 따른 다른 초점 위치 조절 장치는 레이저 발진기; 상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔이 수렴되도록 투과시키는 제1 볼록 렌즈; 상기 제1 볼록 렌즈를 투과한 레이저 빔의 일부를 투과시켜 제1-1 분할 빔으로 분할하는 편광 빔 스플리터(polarization beam spliter); 상기 편광 빔 스플리터를 투과한 상기 제1-1 분할 빔을 반사하며, 반사되는 빔의 진행 방향을 조절할 수 있도록 상기 제1-1 분할 빔의 광축이 통과하는 일 정점(SO)을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 스캐너; 및 상기 스캐너에서 반사된 제1-1 분할 빔을 상기 스캐너로 반사하며, 상기 스캐너의 회전 각도에 따라 빔의 경로 길이가 달라지도록 하여 상기 스캐너의 회전 각도에 따라 빔의 발산각이 상이하도록 하는 반사부를 포함하고, 상기 반사부에서 상기 스캐너로 진행하는 빔의 일부는 상기 편광 빔 스플리터를 통해 제2-2 분할 빔으로 분할 반사되는 것을 특징으로 한다.Another focal position adjusting apparatus according to the present invention includes a laser oscillator; A first convex lens for transmitting the laser beam emitted from the laser oscillator so as to converge; A polarization beam splitter for transmitting a part of the laser beam transmitted through the first convex lens and dividing the laser beam into a first-first divided beam; The first beam splitter and the second beam splitter, the first beam splitter, the first beam splitter, the first beam splitter, the first beam splitter, the first beam splitter, A scanned scanner; And a reflector that reflects a beam of the first division beam reflected by the scanner to the scanner and changes a beam path length according to a rotation angle of the scanner so that a divergence angle of the beam differs according to a rotation angle of the scanner, And a part of the beam traveling from the reflection part to the scanner is divided and reflected by the second-second division beam through the polarization beam splitter.

본 발명은 스캐너를 연속적으로 회전시켜 스캐너의 반사면이 광축과 이루는 각을 조절하고, 이에 따라 반사 거울로부터 반사되어 발산하며 역진행하는 레이저 빔의 가상의 광원점과 상기 반사면 상의 일 정점 사이의 거리를 조절함으로써, 반사 거울로부터 반사되어 역진행하는 레이저 빔이 일직선상에 고속으로 서로 다른 초점을 형성할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to an optical scanner that continuously rotates a scanner to adjust an angle formed between a reflective surface of a scanner and an optical axis, By adjusting the distance, there is an advantage that a laser beam which is reflected from the reflection mirror and travels backwards can form different focal points on a straight line at high speed.

도 1은 종래의 레이저 빔 발산각의 조절하는 렌즈 배치를 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초점 위치 조절 장치의 블록 구성도,
도 3 내 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초점 위치 조절 장치를 구현한 구성도,
도 6은 발산정도에 따른 초점 위치를 나타내는 구성도, 그리고,
도 7은 발산 정도에 따른 초점 대역을 도시한 상태도이다.1 is a conceptual view showing a conventional lens arrangement for adjusting a divergence angle of a laser beam,
2 is a block diagram of a focus position adjusting apparatus according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a view illustrating the structure of a focus position adjusting apparatus according to another embodiment of the present invention,
6 is a view showing a focus position according to the degree of divergence,
7 is a state diagram showing a focus band according to the degree of divergence.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or &lt; / RTI &gt; includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한 네트워크 상의 제1 구성요소와 제2 구성요소가 연결되어 있거나 접속되어 있다는 것은, 유선 또는 무선으로 제1 구성요소와 제2 구성요소 사이에 데이터를 주고 받을 수 있음을 의미한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Also, the fact that the first component and the second component on the network are connected or connected means that data can be exchanged between the first component and the second component by wire or wirelessly.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "계", "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "계", "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다. 이와 같은 구성요소들은 실제 응용에서 구현될 때 필요에 따라 2 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나, 혹은 하나의 구성요소가 2 이상의 구성요소로 세분되어 구성될 수 있다.Also, suffixes """ module "and" part "for components used in the following description are given only for convenience of description, It is not. Accordingly, the terms "module," "module," and " part " When such components are implemented in practical applications, two or more components may be combined into one component, or one component may be divided into two or more components as necessary.

이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초점 위치 조절 장치의 블록 구성도이다.2 is a block diagram of a focus position adjusting apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 초점 위치 조절 장치는 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진부(50), 시간에 따라 레이저 빔의 초점 위치를 변경하는 초점 위치 조절부(60), 및 초점 위치 조절부(60)에서 변경된 다초점 레이저 빔들을 응용하는 응용부(80)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the focus position adjusting apparatus includes a laser oscillating unit 50 for emitting a laser beam, a focus position adjusting unit 60 for changing a focus position of the laser beam with time, and a focus position adjusting unit 60 And an application unit 80 for applying modified multifocal laser beams.

레이저 발진부(50)은 레이저 빔을 발진하여 초점 위치 조절부(60)로 출력할 수 있다. 레이저 발진부(50)에서 발진하는 레이저 빔은 실질적으로 평행하거나 수렴하는 것이 바람직하다. 레이저 발진부(50)는 발진한 레이저 빔을 평행하도록 하거나 수렴하도록 하는 집광 렌즈를 더 포함할 수 있다.The laser oscillating unit 50 may oscillate the laser beam and output the laser beam to the focus position adjusting unit 60. It is preferable that the laser beam oscillated in the laser oscillating section 50 is substantially parallel or convergent. The laser oscillating section 50 may further include a condenser lens for causing the oscillated laser beam to be parallel or converged.

응용부(80)는 깊이 측정을 포함하는 3차원 측정이나 깊이 가공을 포함하는 3차원 가공에 다초점 레이저 빔들을 응용할 수 있다.The application unit 80 can apply multifocal laser beams to three-dimensional processing including depth measurement as well as three-dimensional measurement including depth measurement.

초점 위치 장치는 초점 위치 조절부(60)에서 출력된 다초점 레이저 빔들 각각의 초점 위치 대역을 넓히는 빔 확산부(70)를 더 포함할 수 있다. 응용부(80)는 초점 위치 조절부(60)에서 출력되는 다초점 레이저 빔들을 직접 응용하는 이외에, 빔 확산부(70)에서 발산각이 확장된 다초점 레이저 빔들을 응용할 수 있다. 빔 확산부(70)를 통과한 다초점 레이저 빔들은 초점 대역이 넓어져, 응용에 더 유리할 수 있다.The focal point positioner may further include a beam spreader 70 for widening a focal position band of each of the multifocal laser beams output from the focal position adjuster 60. The application unit 80 can directly apply the multifocal laser beams output from the focal position adjustment unit 60 and apply multifocal laser beams having a divergent angle extended from the beam diffusion unit 70. [ The multifocal laser beams having passed through the beam diffusing section 70 may have a wider focus band and may be more advantageous for application.

초점 위치 조절부(60)는 레이저 발진부(50)로부터 입사된 레이저 빔을 스캐너 제어 신호에 따라 일정 영역에 조사되도록 반사하는 스캐너(62) 및 스캐너에서 조사된 빔의 경로를 스캐너로 되돌리며, 조사된 위치와 연관되어 빔의 발산 정도를 변화시키는 발산 변경부(65)를 포함할 수 있다.The focus position adjustment unit 60 includes a scanner 62 that reflects the laser beam incident from the laser oscillation unit 50 to be irradiated in a predetermined area according to a scanner control signal and a beam path irradiated from the scanner to the scanner, And a divergence changing unit 65 for changing the degree of divergence of the beam in association with the position of the beam.

발산 변경부(65)는 초점 위치가 상기 스캐너의 회전 축에 배치되는 빔 수렴부(67) 및 상기 빔 수렴부를 투과한 빔을 상기 빔 수렴부로 수직 반사하는 반사부(69)를 구비할 수 있다. The divergence changing unit 65 may include a beam converging unit 67 whose focal position is located on the rotational axis of the scanner and a reflecting unit 69 that vertically reflects the beam transmitted through the beam converging unit to the beam converging unit .

빔 수렴부(67) 및 반사부(69) 사이의 거리 조절이 가능할 수 있다. 빔 수렴부(67) 및 반사부(69) 사이의 거리에 따라, 다초점 레이저 빔들의 초점 대역의 위치가 달라질 수 있어, 응용부(80)에서의 응용이 효율적일 수 있기 때문이다.The distance between the beam converging portion 67 and the reflecting portion 69 may be adjustable. The position of the focus band of the multifocal laser beams can be changed according to the distance between the beam converging part 67 and the reflecting part 69 so that the application in the application part 80 can be efficient.

빔 수렴부(67) 및 반사부(69)는 일체로 형성될 수 있다. The beam converging portion 67 and the reflecting portion 69 may be integrally formed.

초점 위치 조절 장치는 빔의 경로 배치를 위해 빔 분할기를 더 포함할 수 있다.The focus position adjustment device may further include a beam splitter for path placement of the beam.

도 3 내 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초점 위치 조절 장치를 구현한 구성도이며, 도 6은 발산정도에 따른 초점 위치를 나타내는 구성도이며, 도 7은 발산 정도에 따른 초점 대역을 도시한 상태도이다. 도 2를 참조한다.6 is a view illustrating a focus position according to a degree of divergence, and FIG. 7 is a diagram illustrating a focus range according to degree of divergence. It is a state diagram. See FIG.

도 3 내지 5를 참조하면, 초점 위치 조절 장치는 레이저 발진기(100), 제1 볼록 렌즈(200), 편광 빔 스플리터(polarization beam spliter)(300), 스캐너(400), 제2 볼록 렌즈(510) 및 반사 거울(600), 제3 볼록 렌즈(700), 오목 렌즈(800)를 포함할 수 있다. 도 2와 비교하면, 레이저 발진기(100) 및 제1 볼록 렌즈(200)는 레이저 발진부(50)에, 편광 빔 스플리터(300)는 빔 분할기에, 스캐너(400)는 스캐너(62)에, 제2 볼록 렌즈(510)는 빔 수렴부(67)에, 반사 거울(600)은 반사부(69)에, 제3 볼록 렌즈(700) 및 오목 렌즈(800)는 빔 확산부(70)에 각각 포함될 수 있다.3 to 5, the focus position adjusting apparatus includes a laser oscillator 100, a first convex lens 200, a polarization beam splitter 300, a scanner 400, a second convex lens 510 And a reflective mirror 600, a third convex lens 700, and a concave lens 800. 2, the laser oscillator 100 and the first convex lens 200 are connected to the laser oscillating unit 50, the polarizing beam splitter 300 to the beam splitter, the scanner 400 to the scanner 62, The second convex lens 510 is attached to the beam converging section 67, the reflecting mirror 600 to the reflecting section 69, the third convex lens 700 and the concave lens 800 to the beam diffusing section 70 .

레이저 발진기(100)는 레이저 빔을 발진하는 장치이다. 레이저 발진기(100)는 레이저 발진기(100)를 기준으로 양의 y축 방향으로 레이저 빔을 발진하도록 배치될 수 있다.The laser oscillator 100 is a device for oscillating a laser beam. The laser oscillator 100 may be arranged to oscillate the laser beam in the positive y-axis direction with respect to the laser oscillator 100.

제1 볼록 렌즈(200)는 레이저 발진기(100)로부터 발진된 레이저 빔이 진행하는 경로에 배치될 수 있다. 제1 볼록 렌즈(200)는 레이저 발진기(100)로부터 발진된 레이저 빔이 수렴되도록 투과시킨다. 제1 볼록 렌즈(200)의 초점은 긴 것이 바람직하다. 특히, 제1 볼록 렌즈(200)의 초점은 제2 블록 렌즈(510) 근처에 위치되는 것이 바람직하다. 빔 폭이 좁을수록 기하학적으로 제2 블록 렌즈(510) 및 반사거울(600)에서 되돌아 나오기 유리하기 때문이다.The first convex lens 200 may be disposed in a path along which the laser beam oscillated from the laser oscillator 100 advances. The first convex lens 200 transmits the laser beam oscillated from the laser oscillator 100 so as to converge. The focal length of the first convex lens 200 is preferably long. In particular, the focal point of the first convex lens 200 is preferably located near the second block lens 510. This is because the narrower the beam width, the more geometrically the second block lens 510 and the reflective mirror 600 return.

편광 빔 스플리터(300)는 제1 볼록 렌즈(200)를 기준으로 양의 y축 방향에 설치된다. 편광 빔 스플리터(300)는 제1 볼록 렌즈(200)를 투과하여 입사된 레이저 빔의 일부를 투과시켜 제1-1 분할 빔(L11)으로 분할하고, 제1 볼록 렌즈(200)를 투과하여 입사된 레이저 빔의 나머지를 반사시켜 제1-2 분할 빔(미도시)으로 분할할 수 있다. 제1-1 분할 빔(L11)은 양의 y축 방향으로 진행한다.The polarization beam splitter 300 is installed in the positive y-axis direction with respect to the first convex lens 200. The polarizing beam splitter 300 transmits a part of the laser beam transmitted through the first convex lens 200 to be divided into the first-first division beam L11, and transmits the first convex lens 200 to be incident The beam of the laser beam can be reflected and divided into a first-second divided beam (not shown). The first-first division beam L11 proceeds in the positive y-axis direction.

스캐너(400)는 제어 장치(미도시)에서 제공되는 스캐너 제어 신호에 따라 입사되는 레이저 빔을 일정 방사각 내에서 경로가 연속적으로 변경되도록 편향시킬 수 있다. 스캐너(400)는 편광 빔 스플리터(300)를 기준으로 양의 y축 방향에 설치된다. 스캐너(400)는 편광 빔 스플리터(300)를 투과한 제1-1 분할 빔(L11)을 반사하며, 반사되는 빔의 진행 방향을 조절할 수 있도록 제1-1 분할 빔(L11)의 광축이 통과하는 일 정점(SO)을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 것이 바람직하다. 스캐너(400)에 의해 반사되는 빔의 각도 범위는, 제2 블록 렌즈(510)에 입사될 수 있는 각도 범위에 대응하도록 제어되는 것이 바람직하다. 스캐너(400)는 갈바노, 폴리곤, resonant 등의 반사형 스캐너가 이용될 수 있다.The scanner 400 can deflect the incident laser beam so that the path continuously changes within a certain radiation angle in accordance with the scanner control signal provided by the controller (not shown). The scanner 400 is installed in the positive y-axis direction with respect to the polarization beam splitter 300. The scanner 400 reflects the first division beam L11 transmitted through the polarized beam splitter 300 and passes through the optical axis of the first division beam L11 so as to adjust the traveling direction of the reflected beam It is preferable to be disposed rotatably about the stationary point SO. It is preferable that the angle range of the beam reflected by the scanner 400 is controlled so as to correspond to an angle range that can be incident on the second block lens 510. [ The scanner 400 may be a reflective scanner such as a galvanometer, polygon, or resonant scanner.

제2 블록 렌즈(510) 및 반사 거울(600)은 스캐너(400)에서 반사된 제1-1 분할 빔(L11)을 스캐너(400)로 반사하며, 스캐너(400)의 회전 각도에 따라 빔의 경로 길이가 달라지도록 하여 스캐너(400)의 회전 각도에 따라 빔의 발산각이 상이하도록 할 수 있다.The second block lens 510 and the reflection mirror 600 reflect the first division beam L11 reflected from the scanner 400 to the scanner 400 and reflect the beam of the beam 400, The divergence angle of the beam can be made different according to the rotation angle of the scanner 400 by changing the path length.

제2 블록 렌즈(510)는 스캐너(400)의 일 정점(S0)에 초점이 위치하도록 배치되어, 스캐너(400)로부터 반사된 제1-1 분할 빔(L11)을 평행빔으로 투과시킬 수 있다.The second block lens 510 is arranged so that the focal point is positioned at the apex S0 of the scanner 400 so that the first division beam L11 reflected from the scanner 400 can be transmitted as a parallel beam .

반사 거울(600)은 제2 볼록 렌즈(510)를 통과한 빔을 제2 볼록 렌즈(510)로 수직 반사할 수 있다. 반사 거울(600)은 제2 볼록 렌즈(510)와의 거리 조절이 가능할 수 있다. 빔 경로를 더 늘려, 발산각을 더 키울 수 있으며, 이로 인해 응용단에서의 초점이 맺히는 위치를 변경할 수 있다.The reflective mirror 600 can vertically reflect the beam that has passed through the second convex lens 510 to the second convex lens 510. The distance between the reflective mirror 600 and the second convex lens 510 may be adjustable. By further increasing the beam path, the divergence angle can be further increased, thereby changing the focus position at the application end.

반사 거울(600)에서 반사되어 제2 블록 렌즈(510)를 통과한 빔은 스캐너(400)로 진행한다. 스캐너(400)로 진행한 빔은 스캐너(400)에 의해 편광 빔 스플리터(300)로 반사되며, 편광 빔 스플리터(300)는 스캐너(400)로부터 입사되는 빔의 일부(L22)를 반사한다. 편광 빔 스플리터(300)에서 반사된 제2-2 빔(L22)은 제3 블록 렌즈(700)를 투과하며 수렴하게 되며, 오목 렌즈(800)를 투과하며 제2-2 빔(L22)의 초점이 맺히는 위치를 더 멀게한다.The beam reflected by the reflective mirror 600 and passing through the second block lens 510 travels to the scanner 400. The beam traveling to the scanner 400 is reflected by the scanner 400 to the polarizing beam splitter 300 and the polarizing beam splitter 300 reflects a part L22 of the beam incident from the scanner 400. The second-2 beam L22 reflected by the polarizing beam splitter 300 is transmitted through the third block lens 700 and is converged. The second-2 beam L22 passes through the concave lens 800, This makes the position farther away.

이하, 도 3 내지 5에 도시된 요소에 따른 본 발명의 구현 원리를 달리 설명한다.Hereinafter, the principles of implementation of the present invention in accordance with the elements shown in Figures 3-5 will be described separately.

레이저 발진기(100)와 제1 블록 렌즈(200) 사이의 거리가 가까운 경우, 레이저 발진기(100)에서 발진된 레이저 빔은 평행빔으로 간주할 수 있다. 발진된 레이저 빔은 제1 볼록 렌즈(200)를 투과하면서 수렴된다. 제1 볼록 렌즈(200)의 초점은 제2 볼록 렌즈(510)의 중심(F1O0)에 가까운 것이 바람직하다. 제1 볼록 렌즈(200)를 투과한 광이 너무 일찍 모였다가 퍼지면 발산 정도가 매우 커져, 제2 볼록 렌즈(510)이나 스캐너(400)의 크기가 커져야 하며, 광의 기하학적 해석에도 빔 폭이 작은 것이 유리하기 때문이다.When the distance between the laser oscillator 100 and the first block lens 200 is short, the laser beam oscillated by the laser oscillator 100 can be regarded as a parallel beam. The oscillated laser beam is converged while transmitting through the first convex lens 200. It is preferable that the focal point of the first convex lens 200 is close to the center F1O0 of the second convex lens 510. [ When the light transmitted through the first convex lens 200 is collected too early and spreads, the degree of divergence becomes very large, the size of the second convex lens 510 and the scanner 400 must be large, and the beam width is small even in the geometrical analysis of light It is advantageous.

제1 볼록 렌즈(200)를 투과한 레이저 빔은 빔 스플리터(300)를 투과한다. 빔 스플리터(300)를 투과하면서 일부는 소실되며, 제1-1 분할 빔(L11)만 투과한다. 제1-1 분할 빔(L11)은 스캐너(400)를 통해 반사부(510, 600)로 반사된다. 스캐너(400)는 일정 각도 내에서 중심(SO)을 축으로 회전 진동하여 제1-1 분할 빔(L11)의 경로 방향을 주기적으로 변경한다.The laser beam transmitted through the first convex lens 200 is transmitted through the beam splitter 300. Part of the beam is transmitted through the beam splitter 300, and only the first-division beam L11 is transmitted. The 1-1 split beam L11 is reflected by the reflectors 510 and 600 through the scanner 400. [ The scanner 400 periodically changes the path direction of the 1-1 split beam L11 by rotationally oscillating about the center SO within a certain angle.

스캐너(400)에서 반사된 빔의 경로에 제2 볼록 렌즈(510)이 배치된다. 제2 볼록 렌즈(510)의 초점은 스캐너(400)의 중심(SO)에 위치된다. 렌즈의 초점 정리에 의해, 제2 볼록 렌즈(510)의 중심(F1O0)을 지나는 빔은 굴절하지 않고 직진하며, 제2 볼록 렌즈(510)의 중심(F1O0)을 지나지 않는 나머지 빔은 굴절하여 광축에 평행하게 진행한다. 스캐너(400)의 회전 진동에 따른 여러 경로의 빔들(이하, '다경로 빔들'이라 지칭) 각각은 제2 볼록 렌즈(510)를 투과하며, 서로 평행하게 된다.The second convex lens 510 is disposed in the path of the beam reflected by the scanner 400. [ The focal point of the second convex lens 510 is located at the center SO of the scanner 400. [ The beam passing through the center F1 O0 of the second convex lens 510 goes straight without refracting and the remaining beam that does not pass through the center F1 O0 of the second convex lens 510 is refracted, . Beams of various paths (hereinafter, referred to as &quot; multi-path beams &quot;) due to the rotational vibration of the scanner 400 are transmitted through the second convex lens 510 and become parallel to each other.

제2 볼록 렌즈(510)의 광축에 수직되도록 배치된 반사 거울(600)에 의해, 제2 볼록 렌즈(510)를 투과한 서로 평행한 다경로 빔들은 제2 볼록 렌즈(510)로 반사된다. 제2 볼록 렌즈(510)으로 반사되는 광들은 평행광에 근접하므로, 제2 볼록 렌즈(510)의 초점 위치인 스캐너(400)의 중심(SO)을 향하게 된다.The multiple mirror beams transmitted through the second convex lens 510 are reflected by the second convex lens 510 by the reflection mirror 600 disposed so as to be perpendicular to the optical axis of the second convex lens 510. The light reflected by the second convex lens 510 approaches the center SO of the scanner 400 which is the focal point of the second convex lens 510 because it is close to the parallel light.

다경로 빔들 중 제2 볼록 렌즈(510)의 중심(F1O0)을 향했다가 되돌아온 빔의 총 경로 길이는 제일 짧게된다. 제2 볼록 렌즈(510)의 중심(F1O0)이 아닌 곳을 향했다가 되돌아온 빔의 경로 길이는 제2 볼록 렌즈(510)의 중심(F1O0)과 제2 볼록 렌즈(510)을 통과하는 지점과의 거리에 비례하게 된다. 이러한 다경로 빔들 각각의 경로 길이의 차이는 제1 볼록 렌즈(200)에 의해 수렴했다가 발산되는 빔의 발산 정도를 달라지게 한다. 경로 길이가 클 수록 발산 정도가 더 크게 된다. The total path length of the beam that has been turned back toward the center F1O0 of the second convex lens 510 among the multiple-path beams becomes the shortest. A second convex lens 510, the center is (F 1 O 0) turned to place a non-path length of the returned beam is the center of the second convex lens 510 (F 1 O 0) and the second convex lens 510 of To the point at which it passes through. The difference in the path lengths of the respective multi-path beams causes the degree of divergence of the beam to be diverged after being converged by the first convex lens 200. The larger the path length, the greater the degree of divergence.

발산 정도에 따라 임의의 동일한 집광 렌즈를 통과하는 경우 초점 위치가 달라지게 된다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 광축(B0)에 평행한 평행빔(B1)은 집광 렌즈의 초점 위치(x1_1)에 초점이 맺히며, 확산하는 임의의 빔(B2)은 집광 렌즈의 초점 위치 보다 먼 곳(x2_1)에 초점이 맺히게 된다. 즉 다경로 빔들은 집광 렌즈, 본 실시예에선 제3 블록 렌즈(700)에 의해 다초점 빔들을 구성하게 된다. 본 발명에 따르면, 다초점 빔들이 초점 대역을 형성하는 주기는 스캐너(400)의 주기에 비례하게 된다.Depending on the degree of divergence, the focus position is changed when passing through the same condenser lens. 6, the parallel beam B1 parallel to the optical axis B0 is focused on the focus position (x1_1) of the condensing lens, and the diffusing arbitrary beam B2 is focused on the focal point And focuses on a position (x2_1) farther from the position. That is, the multi-beam beams constitute the multifocal beams by the condenser lens, in this embodiment, the third block lens 700. According to the present invention, the period in which the multifocal beams form the focus band is proportional to the period of the scanner 400.

확산 렌즈는 다초점 빔들(혹은, 다경로 빔들)의 초점 대역을 확장하며, 초점 대역을 집광 렌즈만 있을 때 보다 더 우측으로 이동 시킨다. 도 6을 참조하면, 평행빔(B1)은 확산 렌즈, 즉 오목 렌즈(800)에 의해, 본래 초점 위치(x1_1) 보다 더 우측인 위치 x1_2에 초점이 생긴다. 확산빔(B2)은 오목 렌즈(800)에 의해 본래 초점 위치(x2_1) 보다 더 우측인 위치 x2_2에 초점이 생긴다. 초점 대역을 살펴보면, 오목 렌즈(800)가 있는 경우의 초점 대역(x2_2 - x1_2)은 오목 렌즈(800)가 없는 경우의 초점 대역(x2_1 - x1_1) 보다 더 확장된 것을 알 수 있다.The diffusing lens extends the focal band of the multifocal beams (or multi-path beams) and moves the focal band to the right rather than when only the focusing lens is present. Referring to Fig. 6, the parallel beam B1 is focused by a diffusing lens, i.e., the concave lens 800, at a position x1_2 that is located to the right of the original focus position x1_1. The diffuse beam B2 focuses on the position x2_2 which is further to the right than the original focus position x2_1 by the concave lens 800. [ The focus range of the focus lens in the case of the concave lens 800 is larger than the focus range x2_1-x1_1 of the concave lens 800 in the absence of the concave lens 800. [

본 실시예에서 제2 블록 렌즈(510)는 양 측면이 구면이나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 일 측면은 구면이고 타측면은 평면인 볼록렌즈 일 수 있다. 이 경우, 제2 볼록 렌즈(510)와 반사 거울(600)은 일체로 형성될 수 있다. 즉 반사면은 평면이고 타면은 구면이 반사 거울로 형성될 수 있다.In this embodiment, the second block lens 510 is spherical on both sides but is not limited thereto. For example, as shown in Fig. 7, one side may be a spherical surface, and the other side may be a flat convex lens. In this case, the second convex lens 510 and the reflection mirror 600 may be integrally formed. In other words, the reflective surface may be a flat surface and the other surface may be formed of a reflective mirror.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.

100: 레이저 발진기 200: 제1 볼록 렌즈
300: 편광 빔 스플리터 400: 스캐너
510: 제2 볼록 렌즈 600: 반사 거울
700: 제3 볼록 렌즈 800: 오목 렌즈100: laser oscillator 200: first convex lens
300: polarizing beam splitter 400: scanner
510: Second convex lens 600: Reflecting mirror
700: third convex lens 800: concave lens

Claims (11)

레이저 빔을 발진하는 레이저 발진부;
입사된 레이저 빔을 스캐너 제어 신호에 따라 일정 영역에 조사되도록 반사하는 스캐너;
상기 조사된 빔의 경로를 상기 스캐너로 되돌리며, 조사된 위치와 연관되어 빔의 발산 정도를 변화시키는 발산 변경부; 및
상기 레이저 발진부에서 발진되는 빔의 경로에 배치되어, 상기 발진 빔의 일부를 투과시켜 상기 스캐너로 입사하고, 상기 스캐너로부터 반사되는 빔의 일부가 여러 초점 위치가 필요한 작업 영역으로 조사되도록 하는 빔 분할부를 포함하는 초점 위치 조절 장치.A laser oscillation unit for oscillating a laser beam;
A scanner for reflecting the incident laser beam so as to be irradiated in a predetermined area according to a scanner control signal;
A divergence changing unit for returning the path of the irradiated beam to the scanner and changing the degree of divergence of the beam in association with the irradiated position; And
A beam splitter for splitting a part of the oscillating beam and entering the scanner and irradiating a part of the beam reflected from the scanner to a work area requiring a plurality of focus positions, The focus position adjusting device comprising: 제 1 항에 있어서,
상기 발산 변경부는,
초점 위치가 상기 스캐너의 회전 축에 배치되는 빔 수렴부; 및
상기 빔 수렴부를 투과한 빔을 상기 빔 수렴부로 수직 반사하는 반사부를 구비하는 초점 위치 조절 장치.The method according to claim 1,
Wherein the divergence changing unit comprises:
A beam converging unit in which a focus position is disposed on a rotation axis of the scanner; And
And a reflector for vertically reflecting the beam transmitted through the beam converging unit to the beam converging unit. 제 2 항에 있어서,
상기 반사부는 상기 빔 수렴부와의 거리 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 초점 위치 조절 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the reflector is adjustable in distance from the beam converging unit. 제 2 항에 있어서,
상기 빔 수렴부 및 상기 반사부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 초점 위치 조절 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the beam converging unit and the reflecting unit are integrally formed. 제 1 항에 있어서,
상기 입사된 레이저 빔은 실질적으로 평행한 빔이거나 수렴하는 빔인 것을 특징으로 하는 초점 위치 조절 장치.The method according to claim 1,
Wherein the incident laser beam is a substantially parallel beam or a converging beam. 삭제delete 입사된 레이저 빔을 스캐너 제어 신호에 따라 일정 영역에 조사되도록 반사하는 스캐너;
상기 조사된 빔의 경로를 상기 스캐너로 되돌리며, 조사된 위치와 연관되어 빔의 발산 정도를 변화시키는 발산 변경부; 및
상기 스캐너로부터 되돌려진 빔을 확산하는 빔 확산부를 포함하고,
상기 빔 확산부는 상기 스캐너로부터 되돌려진 제1 및 제2 빔의 초점 위치 차이를 더 크게하는 초점 위치 조절 장치.A scanner for reflecting the incident laser beam so as to be irradiated in a predetermined area according to a scanner control signal;
A divergence changing unit for returning the path of the irradiated beam to the scanner and changing the degree of divergence of the beam in association with the irradiated position; And
And a beam diffusing unit for diffusing a beam returned from the scanner,
Wherein the beam spreader further increases the difference in focus position of the first and second beams returned from the scanner. 레이저 발진기;
상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔이 수렴되도록 투과시키는 제1 볼록 렌즈;
상기 제1 볼록 렌즈를 투과한 레이저 빔의 일부를 투과시켜 제1-1 분할 빔으로 분할하는 편광 빔 스플리터(polarization beam spliter);
상기 편광 빔 스플리터를 투과한 상기 제1-1 분할 빔을 반사하며, 반사되는 빔의 진행 방향을 조절할 수 있도록 상기 제1-1 분할 빔의 광축이 통과하는 일 정점(SO)을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 스캐너; 및
상기 스캐너에서 반사된 제1-1 분할 빔을 상기 스캐너로 반사하며, 상기 스캐너의 회전 각도에 따라 빔의 경로 길이가 달라지도록 하여 상기 스캐너의 회전 각도에 따라 빔의 발산각이 상이하도록 하는 반사부를 포함하고,
상기 반사부에서 상기 스캐너로 진행하는 빔의 일부는 상기 편광 빔 스플리터를 통해 제2-2 분할 빔으로 분할 반사되는 초점 위치 조절 장치.Laser oscillator;
A first convex lens for transmitting the laser beam emitted from the laser oscillator so as to converge;
A polarization beam splitter for transmitting a part of the laser beam transmitted through the first convex lens and dividing the laser beam into a first-first divided beam;
The first beam splitter and the second beam splitter, the first beam splitter, the first beam splitter, the first beam splitter, the first beam splitter, the first beam splitter, A scanned scanner; And
A reflector for reflecting the beam of the first division beam reflected by the scanner to the scanner and changing the beam path length according to the rotation angle of the scanner so that the divergence angle of the beam differs according to the rotation angle of the scanner, Including,
And a part of the beam traveling from the reflection unit to the scanner is split and reflected by the second-2 split beam through the polarization beam splitter. 제 8 항에 있어서,
상기 제2-2 분할 빔이 진행하는 경로상에 상기 제2-2 분할빔이 수렴되도록 투과시키는 제3 볼록 렌즈; 및
상기 제3 볼록 렌즈를 투과한 제2-2 분할 빔을 발산시키는 오목 렌즈를 더 포함하는 초점 위치 조절 장치.9. The method of claim 8,
A third convex lens for transmitting the second-2 split beam so as to converge on a path on which the second-second split beam travels; And
And a concave lens for diverging the second-second split beam transmitted through the third convex lens. 제 8 항에 있어서,
상기 반사부는,
상기 일 정점에 초점이 위치하도록 배치되어, 상기 스캐너로부터 반사된 제1-1 분할 빔을 평행빔으로 투과시키는 제2 볼록 렌즈; 및
상기 제2 볼록 렌즈를 통과한 빔을 상기 제2 볼록 렌즈로 수직 반사하는 반사 거울를 구비하는 초점 위치 조절 장치.9. The method of claim 8,
The reflector includes:
A second convex lens disposed so that the focal point is located at the one apex and transmitting the first division beam reflected from the scanner as a parallel beam; And
And a reflection mirror for vertically reflecting the beam passing through the second convex lens to the second convex lens. 제 10 항에 있어서,
상기 제2 볼록 렌즈는 일측면이 구면이고 타측면이 평면인 것인 초점 위치 조절 장치.11. The method of claim 10,
Wherein the second convex lens has a spherical surface on one side and a flat surface on the other side.
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