KR101527002B1

KR101527002B1 - 레이저빔 발생장치

Info

Publication number: KR101527002B1
Application number: KR1020130139777A
Authority: KR
Inventors: 김영훈; 김은규; 윤종석; 김성원
Original assignee: 주식회사 유알테크놀로지; 김은규
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2015-06-09
Also published as: KR20150057012A

Abstract

본 발명은 레이저빔 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부에 소정의 수용공간이 마련되고, 일측에 개방 홀이 형성된 하우징과, 개방 홀을 통해 하우징 내부로 레이저빔을 방출하는 레이저 소스와, 하우징의 일단에 마련되고, 레이저 소스에서 조사되는 레이저빔을 균일격자부 측으로 반사하되, x축 및 y축 방향으로 각도조절을 가능하게 하는 제1 x축 각도조절레버 및 제1 y축 각도조절레버를 각각 구비한 디스크 형상의 제1반사경과, 하우징의 내부 일측에 위치하되, 하우징의 길이방향을 따라 마련되고, 제1반사경에서 반사되는 레이저빔의 진행방향을 변경하여 반사시키는 균일격자부 및 균일격자부에 의해 반사되는 레이저빔이 하우징 외부로 방출되는 슬릿을 포함하며, 균일격자부는 레이저빔이 입사되는 면에 선형으로 형성되고, 단면이 이등변 삼각형을 이루는 격자반사체가 약 10㎛ 내지 1mm 간격으로 복수 배치된 것을 특징으로 하는 레이저빔 발생장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 렌즈계를 이용한 레이저빔 발생장치에 비해 구조가 간단한 장치로 라인 및 면 레이저빔을 형성하고, 렌즈계를 이용하는 경우보다 중앙부와 가장자리부의 광 분포가 균일한 레이저빔을 형성함으로써, 렌즈계를 이용하는 경우보다 에너지의 감쇄가 작은 효과가 있다.

Description

레이저빔 발생장치{Laser beam generator}

본 발명은 레이저빔 발생장치에 관한 것으로, 특히 격자반사체를 사용하여 비교적 간단한 구조로 균일한 레이저빔을 형성할 수 있는 레이저빔 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 레이저빔은 동일한 파장을 가진 광으로 형성되는 특성상 여러 형태의 빔을 용이하게 형성할 수 있다.

여기서, 레이저빔은 광원이 레이저 소스에서 방출되는 레이저빔을 적어도 하나 이상의 렌즈 등을 이용하여 굴절시킴으로써, 레이저 소스에서 방출되는 레이저빔을 원하는 위치와 각도에서 선형 레이저(line laser) 및 면형 레이저(surface laser) 등의 빔으로 형성시킨 것이다.

이는 원하는 위치와 각도에서 원하는 에너지 강도를 가진 레이저빔을 형성할 수 있으므로, 산업분야, 의료분야 및 예술분야 등에서 다양하고 편리하게 사용되고 있고, 그 응용분야도 점차 확산 되는 추세이다.

그러나, 레이저빔을 형성하기 위해 일반적으로 기능과 형상에 차이가 있는 다수계의 렌즈를 조합한 렌즈계를 사용한다.

이러한 렌즈계를 이용하여 레이저빔을 형성하는 경우, 복수의 렌즈가 레이저 소스에서 방출되는 레이저빔을 일부 흡수하게 되므로 레이저빔의 에너지가 복수의 렌즈를 통과할수록 약해지는 문제점이 있다.

또한, 렌즈계를 이용할 경우에 형성되는 레이저빔이 중앙으로 집중되고, 이로 인해 레이저빔의 균질도가 중앙부와 가장자리부의 편차가 심하므로 균일한 라인 또는 면을 형성하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 렌즈계를 이용할 경우, 복수의 렌즈를 사용하므로 장치가 복잡해지고, 복수의 렌즈를 정렬하는데 어려움이 있으며, 고가의 렌즈를 사용함으로 인해 제작비용이 상승하는 문제점이 있다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0187398호(2000년 07월 01일 공고)

상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 렌즈계를 이용한 레이저빔 발생장치보다 구조가 간단하고 균일한 레이저빔을 형성할 수 있는 레이저빔 발생장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 내부에 소정의 수용공간이 마련되고, 일측에 개방 홀이 형성된 하우징, 상기 개방 홀을 통해 상기 하우징 내부로 레이저빔을 방출하는 레이저 소스, 상기 하우징의 일단에 마련되고, 상기 레이저 소스에서 조사되는 레이저빔을 하기 균일격자부 측으로 반사하되, x축 및 y축 방향으로 각도조절을 가능하게 하는 제1 x축 각도조절레버 및 제1 y축 각도조절레버를 각각 구비한 디스크 형상의 제1반사경, 상기 하우징의 내부 일측에 위치하되, 상기 하우징의 길이방향을 따라 마련되고, 상기 제1반사경에서 반사되는 레이저빔의 진행방향을 변경하여 반사시키는 균일격자부 및 상기 균일격자부에 의해 반사되는 상기 레이저빔이 상기 하우징 외부로 방출되는 슬릿을 포함하며, 상기 균일격자부는 상기 레이저빔이 입사되는 면에 선형으로 형성되고, 단면이 이등변 삼각형을 이루는 격자반사체가 약 10㎛ 내지 1mm 간격으로 복수 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 하우징의 타단에 마련되고, 상기 제1반사경을 통해 반사되는 레이저빔을 상기 균일격자부 측으로 반사하되, x축 및 y축 방향으로 각도조절을 가능하게 하는 제2 x축 각도조절레버 및 제2 y축 각도조절레버를 각각 구비한 디스크 형상의 제2반사경을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 개방 홀에 선 발생기(line generator)가 탈부착 가능하게 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 균일격자부는 투명박막을 더 구비하되, 상기 투명박막이 상기 균일격자부의 상면에 증착된 것을 특징으로 한다.

상기 투명박막은 폴리카보네이트(PC), 규소(SiO₂) 및 석영 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 한다.

상기 균일격자부는 내측으로 오목한 반구형인 것을 특징으로 한다.

상기 슬릿에는 레이저빔의 폭을 조절하기 위한 렌즈가 더 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 렌즈계를 이용한 레이저빔 발생장치에 비해 구조가 간단한 장치로 라인 및 면 레이저빔을 형성하고, 렌즈계를 이용하는 경우보다 중앙부와 가장자리부의 광 분포가 균일한 레이저빔을 형성함으로써, 렌즈계를 이용하는 경우보다 에너지의 감쇄가 작은 효과가 있다.

또한, 본 발명은 렌즈계를 이용하는 경우보다 적은 비용으로 장치의 제작이 가능하고 수리 및 보수가 간편한 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔 발생장치를 개략적으로 나타낸 예시도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저빔 발생장치를 계략적으로 나타낸 예시도,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔 발생장치에서 균일격자부를 나타낸 예시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저빔 발생장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔 발생장치를 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저빔 발생장치를 계략적으로 나타낸 예시도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔 발생장치에서 균일격자부를 나타낸 예시도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저빔 발생장치는 하우징(100), 레이저 소스(200), 제1반사경(300), 제2반사경(400), 균일격자부(500) 및 슬릿(600)을 포함하는 구성요소로 이루어지며, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 하우징(100)은 내부에 소정의 수용공간이 마련되고, 일측에는 레이저 소스(200)가 통과할 수 있도록 개방 홀(110)이 형성된다. 그리고, 상기 슬릿(600)을 제외하고는 빛이 통과하지 못하도록 형성된다.

상기 레이저 소스(200)는 상기 하우징(100)의 외경 일측에 마련되고, 광원이 되는 레이저 빔을 생성하여 상기 개방 홀(110)을 통해 하우징(100) 내부로 레이저 빔을 방출시킨다.

상기 제1반사경(300)은 상기 하우징(100)의 일단에 마련되고, 디스크 형상으로 형성되며, 상기 하우징(100)의 내부로 향하는 면에 광 반사물질이 코팅된다.

그리고, 상기 레이저 소스(200)로부터 방출되는 상기 레이저빔을 반사하여 상기 균일격자부(500)로 보내는 역할을 하고, 제1 x축 각도조절레버(310)와 제1 y축 각도조절레버(320)가 마련된다.

여기서, 상기 제1반사경(300)에 코팅되는 광 반사물질은 상기 레이저빔의 강한 에너지를 견딜 수 있는 범위에서 그 재질을 선택할 수 있다.

상기 제1 x축 각도조절레버(310)는 상기 제1반사경(300)의 x축 방향 각도를 조절하는 역할을 하고, 상기 제1 y축 각도조절레버(320)는 상기 제1반사경(300)의 y축 방향 각도를 조절하는 역할을 한다.

여기서, 상기 제1 x축 각도조절레버(310)와 제1 y축 각도조절레버(320)는 균일격자부(500)에 조사되는 빔을 정렬하기 위함이다.

상기 제1반사경(300)은 상기 제1 x축 각도조절레버(310)와 제1 y축 각도조절레버(320)를 이용하여 레이저빔 발생기에서 형성되는 격자 패턴(G) 또는 라인 레이저빔(L)이 균일한 광 분포를 가지고 정렬되도록 할 수 있다.

상기 균일격자부(500)는 상기 하우징(100) 내부에서 하우징(100)의 길이방향을 따라 마련되고, 상기 제1반사경(300)에서 반사되는 레이저빔의 진행방향을 변경하여 격자 패턴(G) 또는 라인 빔(L) 형태로 반사시켜 상기 슬릿(600)으로 보내는 역할을 하며, 일면에 격자반사체(510)가 일정간격으로 복수 배치된다.

다시 말해 상기 균일격자부(500)에서 반사되는 레이저빔은 격자 패턴(G) 또는 라인 레이저빔(L)으로 변환되어 상기 슬릿(600)을 관통하여 상기 하우징(100) 외부로 방출된다.

한편, 상기 균일격자부(500)는 상기 레이저빔이 입력되는 면에 격자반사체(510)가 형성된다.

상기 격자반사체(510)는 상기 균일격자부(500)에 일정간격으로 복수 배치되고, 그 단면은 이등변 삼각형 형상으로 형성되며, 전방 및 후방으로 일정한 길이를 가지도록 마련되고, 그 표면에 광 반사물질이 코팅된다.

이때, 상기 광 반사물질은 금속재질 즉, 스테인레스, 알루미늄, 크롬 및 은 등에서 어느 하나의 재질로 사용하는 것이 바람직하며 또한 그 위에 보호막으로 규소 산화막(SiO₂)을 형성할 수 있다.

또한, 상기 격자반사체(510) 간의 간격(h)은 약 10㎛ 내지 1mm로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 슬릿(600)은 투명한 재질로 형성되고, 상기 균일격자부(500)로부터 반사되는 레이저빔이 상기 하우징(100)을 통과하는 부분이며, 상기 균일격자부(500)로부터 반사되는 레이저빔을 굴절시켜 상기 레이저빔의 폭을 조절하는 역할을 한다.

이때, 상기 슬릿(600)에는 렌즈(610)가 형성될 수 있고, 상기 렌즈(610)는 그 형상에 따라 레이저빔을 원하는 각도만큼 굴절시킬 수 있으므로 상기 레이저빔의 폭을 용이하게 조절하는 역할을 한다.

상기 렌즈(610)는 상기 슬릿(600)과 일체로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 레이저빔의 폭을 용이하게 조절할 수 있도록 그 형상, 배치모양을 구성하는 것은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.

상기 슬릿(600)을 관통한 상기 레이저빔은 스크린에서 격자 패턴(G) 또는 라인 레이저빔(L)의 상을 형성하게 된다.

즉, 상기 레이저 소스(200)로부터 발생한 레이저빔이 상기 개방 홀(110)을 통과한 후, 상기 제1반사경(300)에 1차 반사된 다음, 상기 균일격자부(500)에 조사되는 광 경로로 이루어진다.

상기 레이저빔이 상기 개방 홀(110)을 통과하면, 상기 레이저빔은 포인트 빔 형태로 형성된 상태로 상기 균일격자부(500)에 반사된 다음, 슬릿(600)을 통과하면서 격자 빔 패턴(G) 또는 라인 레이저빔(L) 형태로 구현된다.

한편, 상기 개방 홀(110)에 선 발생기(line generator)(700)가 탈부착 가능하게 설치될 수 있다.

상기 선 발생기(700)는 입사되는 단일 레이저빔을 복수의 빔으로 분리생성시켜 출력되도록 하는 장치로서, 상기 레이저 소스(200)로부터 발생한 단일의 레이저 빔이 상기 개방 홀(110)에 장착된 상기 선 발생기(700)를 거치게 되면, 복수의 레이저빔으로 분리된 상태로 상기 제1반사경(300)에 조사되는 것이다.

이러한 선 발생기(700)를 장착하게 되면, 상기 균일격자부(500)에 반사되어 슬릿(600)을 통해 방출되는 레이저빔이 면 형상의 레이저(surface laser) 빔(S)으로 형성될 수 있는 것이다.

한편, 상기 균일격자부(500)는 투명박막(520)을 더 구비할 수 있다. 상기 투명박막(520)은 하면이 상기 격자반사체(510)의 상부 표면에 접착되고, 상면은 평면으로 형성되며, 상기 제1반사경(300)으로부터 방출되는 레이저빔의 일부가 상기 투명박막(520)의 상부 부분을 횡으로 관통하도록 마련된다.

다만, 설명의 편의를 위해 상기 제1반사경(300)으로부터 방출되는 레이저빔이 상기 투명박막(520)을 횡으로 관통하는 모습만 도시하였다.

상기 투명박막(520)의 재질은 폴리카보네이트(PC), 규소(SiO₂), 석영 등이 사용될 수 있고, 기타 광학용 렌즈(610)에 사용되는 재질 중에서 바람직하게 선택할 수 있다.

상기 투명박막(520)의 상부 부분을 횡으로 관통하는 레이저빔은 굴절되어 상기 격자반사체(510)로 입사하여 반사된다.

즉, 상기 투명박막(520)을 상기 균일격자부(500)의 상부 표면에 형성시킴으로써, 표면이 평탄화되어 광의 입사각을 일정하게 할 수 있는 것이다.

이때, 상기 투명박막(520)에서 굴절되는 레이저빔의 입사각은 균일한 특성을 가진다.

따라서, 상기 투명박막(520)을 관통하여 상기 격자반사체(510)로 입사되어 반사되는 상기 레이저빔도 균일하게 되고, 결국 상기 투명박막(520)은 에너지와 광도의 분포가 중심부에서 가장자리까지 균일한 레이저빔을 형성하는데 현저한 효과가 있다.

한편, 상기 균일격자부(500)는 내측으로 오목한 반구형으로 이루어질 수 있다.

이러한 구조는 상기 제1반사경(300)에 의해 반사된 레이저빔이 상기 균일격자부(500)에 형성된 격자반사체(510)에 입사한 후 반사될 때, 균일격자부(500)의 중앙부위는 수직방향으로 레이저빔이 반사되는데, 양 사이드 부분에서는 레이저빔이 일부 퍼지는 현상이 발생하여 이를 보완하기 위함이다.

즉, 레이저빔의 입사각을 균일하게 하여 에너지와 광도의 분포가 중심부에서 가장자리까지 균일한 레이저빔을 형성하는 데 있다.

한편, 상기 하우징(100)의 타단에 마련되고, 상기 제1반사경(300)을 통해 반사되는 레이저빔을 상기 균일격자부(500) 측으로 반사하되, x축 및 y축 방향으로 각도조절을 가능하게 하는 제2 x축 각도조절레버(410) 및 제2 y축 각도조절레버(420)를 각각 구비한 디스크 형상의 제2반사경(400)이 더 구비될 수 있다.

즉, 상기 제1반사경(300)과 마주보며 대응하는 위치에 제2반사경(400)을 추가로 설치함으로써, 상기 레이저 소스(200)에서 발생한 레이저빔이 제1반사경(300)에 반사된 뒤, 반사된 레이저빔이 일부는 균일격자부(500) 방향으로, 일부는 제2반사경(400)이 위치한 방향으로 반사되어 조사된다.

그리고, 레이저빔이 상기 균일격자부(500)에 반사되어 상기 슬릿(600)을 통해 하우징(100)의 외부로 방출되고, 상기 제2반사경(400)에 반사된 레이저빔은 다시 상기 균일격자부(500)측으로 반사되고, 이렇게 균일격자부(500)에 반사된 레이저빔이 상기 슬릿(600)을 통해 하우징(100) 외부로 방출되는 것이다.

이는 상기 제1반사경(300)을 통해 반사되는 레이저빔 중 일부를 제2반사경(400) 측으로 의도적으로 길게 반사시킴으로써, 제1반사경(300)을 통해 반사되는 레이저빔이 상기 하우징(100) 내부에서의 광 손실률을 최소화하여 효율성을 극대화하는 효과가 있다.

즉, 상기 레이저 소스(200)에서 발생한 레이저빔을 상기 제1반사경(300)을 통해 상기 균일격자부(500)로 반사시킬 때, 상기 제1반사경(300)이 약 80 내지 85%의 반사율을 나타내는데, 이는 상기 제1반사경(300)에 반사된 레이저빔의 일부가 상기 제1반사경(300)에 마주보며 대응하는 위치 방향으로 반사되기 때문이다.

이를 보완하기 위해 상기 제1반사경(300)에 마주보며 대응하는 위치에 상기 제2반사경(400)을 배치함으로써, 일부 손실되는 레이저빔을 제2반사경(400)에 재반사시켜 상기 균일격자부(500)측으로 보냄으로써, 에너지 광 손실을 최소화할 수 있는 것이다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

100: 하우징
110: 개방 홀
200: 레이저 소스
300: 제1반사경
310: 제1 x축 각도조절레버
320: 제1 y축 각도조절레버
400: 제2반사경
410: 제2 x축 각도조절레버
420: 제2 y축 각도조절레버
500: 균일격자부
510: 격자반사체
520: 투명박막
600: 슬릿
610: 렌즈
700: 선 발생기

Claims

내부에 소정의 수용공간이 마련되고, 일측에 개방 홀(110)이 형성된 하우징(100);
상기 개방 홀(110)을 통해 상기 하우징(100) 내부로 레이저빔을 방출하는 레이저 소스(200);
상기 하우징(100)의 일단에 마련되고, 상기 레이저 소스(200)에서 조사되는 레이저빔을 하기 균일격자부(500) 측으로 반사하되, x축 및 y축 방향으로 각도조절을 가능하게 하는 제1 x축 각도조절레버(310) 및 제1 y축 각도조절레버(320)를 각각 구비한 디스크 형상의 제1반사경(300);
상기 하우징(100)의 내부 일측에 위치하되, 상기 하우징(100)의 길이방향을 따라 마련되고, 상기 제1반사경(300)에서 반사되는 레이저빔의 진행방향을 변경하여 반사시키는 균일격자부(500); 및
상기 균일격자부(500)에 의해 반사되는 상기 레이저빔이 상기 하우징(100) 외부로 방출되는 슬릿(600)을 포함하며,
상기 균일격자부(500)는 상기 레이저빔이 입사되는 면에 선형으로 형성되고, 단면이 이등변 삼각형을 이루는 격자반사체(510)가 10㎛ 내지 1mm 간격으로 복수 배치되며,
상기 하우징(100)의 타단에 마련되고, 상기 제1반사경(300)을 통해 반사되는 레이저빔을 상기 균일격자부(500) 측으로 반사하되, x축 및 y축 방향으로 각도조절을 가능하게 하는 제2 x축 각도조절레버(410) 및 제2 y축 각도조절레버(420)를 각각 구비한 디스크 형상의 제2반사경(400)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 발생장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 개방 홀(110)에 선 발생기(line generator)(700)가 탈부착 가능하게 더 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저빔 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 균일격자부(500)는 투명박막(520)을 더 구비하되, 상기 투명박막(520)이 상기 균일격자부(500)의 상면에 증착된 것을 특징으로 하는 레이저빔 발생장치.
제4항에 있어서,
상기 투명박막(520)은 폴리카보네이트(PC), 규소(SiO₂) 및 석영 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 레이저빔 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 균일격자부(500)는 내측으로 오목한 반구형인 것을 특징으로 하는 레이저빔 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 슬릿(600)에는 레이저빔의 폭을 조절하기 위한 렌즈(610)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 레이저빔 발생장치.