KR101599043B1 - 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치에 관한 것으로서, 광을 출사하는 광원부와, 광원부에서 출사된 광을 회전되는 회전다면경을 통해 주사하는 편향부와, 편향부에서 출사된 광을 집속시키기 위한 적어도 하나의 주사 렌즈를 갖는 주사렌즈부를 구비하고, 회전다면경은 열팽창계수가 낮은 소재로 형성되며, 주사 렌즈부는 표면이 평탄한 베이스 플레이트에 상기 주사렌즈부가 접착제 없이 상호 광학 접촉에 의해 접합되어 있다. 이러한 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치에 의하면, 열팽창계수가 낮은 소재로 광학접촉 접합이 이루어질 수 있게 표면처리된 광학부품들을 베이스 플레이트에 일체화 할 수 있어 열적인 특성이 우수하며, 장시간에 걸친 광의 주사 성능을 유지할 수 있다.

Description

레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치{laser scan device of laser direct imaging apparatus}
본 발명은 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광을 주사하는 방향에 배치되는 주사렌즈가 베이스플레이트에 접착제 없이 마운트된 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치에 관한 것이다.
일반적으로 기판에 패턴을 형성하는 경우 마스크와 광학계로 된 노광장치를 이용하여 포토레지스트막을 노광시켜 현상에 의해 제거하는 포토리소그라피(Photo Lithography) 방법이 이용되고 있다.
이러한 포토리소그라피(Photo Lithography) 방식은 공정이 까다롭고 복잡하여, 최근에는 레이저를 직접적으로 막에 조사하여 원하는 패턴을 형성하는 다이렉트 이미징 기법이 이용되고 있다.
다이렉트 이미징 장치는 국내 등록특허 제10-0904039호 등 다양하게 게시되어 있다.
이러한 다이렉트 이미징 장치에서 회전다면경은 외부 온도변화에 취약한 금속재질로 제작되고, 또한, 결상면 사이에 광빔 제어용으로 배치되는 렌즈들은 통상적인 유리재질로 제작되어 베이스에 에폭시와 같은 접착제로 접착하는 방식으로 고정한 구조를 사용한다.
이와 같이 기계적으로 광 정렬을 수행한 후 최적 정렬 상태에서 접착제로 렌즈를 베이스 또는 금속마운트에 고정(Fix)하는 방식의 경우, 실질적으로 정렬상태에 대한 항구적 고정유지가 쉽지 않고, 외부 충격이나 진동에 반응하여 틀어질 수 있으며, 온습도 변화에 반응하여 정렬상태가 변할 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 광학적 정렬 및 고정 작업이 용이하면서도 고정 이후에도 온습도 변화나 외부 진동 충격에도 정렬이 유지되는 방식이 요구되고 있다.
한편, 회전다면경의 경우 고속 회전시 발생하는 원심력에 의해 금속재질로 된 광학반사면의 형상이 변형될 수 있으며, 또한 외부 온도 변화에 의한 열팽창 변형에 의해 광빔 스폿의 타겟방향 및 스폿 형상이 어긋날 수 있어 기계적 또는 열적 변형을 억제할 수 있는 구조가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 접착제를 사용하지 않으면서 렌즈의 마운팅 조정 작업이 용이하며 온도변화와 외부 진동충격에 대한 내구성을 높일 수 있는 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치는 광을 출사하는 광원부와; 상기 광원부에서 출사된 광을 회전되는 회전다면경을 통해 주사하는 편향부와; 상기 편향부에서 출사된 광을 집속시키기 위한 적어도 하나의 주사 렌즈를 갖는 주사렌즈부;를 구비하고, 상기 주사 렌즈부는 표면이 평탄한 베이스 플레이트에 상기 주사렌즈부가 접착제 없이 상호 광학 접촉에 의해 접합되어 있다.
상기 회전다면경은 열팽창계수가 낮은 제로듀(zerodur) 소재로 형성된 메인바디와, 상기 메인 바디의 광을 반사시키는 반사면에 반사물질로 코팅된 반사층;을 갖는 구조로 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사층은 유전체 물질로 형성된 것이 바람직하고, Ta2O5, SiO2, TiO2, HFO2, ZrO2, MgF2 중 어느 하나 이상이 적용될 수 있다.
또한, 상기 베이스 플레이트와 상기 주사렌즈는 유리, 크리스탈, 제로듀(zerodur), 유엘이(ULE) 소재 중 어느 하나로 형성된 것이 바람직하다..
본 발명에 따른 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치는 열팽창계수가 낮은 소재로 광학접촉 접합이 이루어질 수 있게 표면처리된 광학부품들을 베이스 플레이트에 일체화 할 수 있어 기계적 내구성이 강하고, 열적인 특성이 우수하며, 장시간에 걸친 레이저 주사광의 성능 안정성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치를 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주사렌즈와 베이스 플레이트와의 결합구조를 나타내 보인 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치를 나타내 보인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치(100)는 광원부(110), 편향부(120), 주사렌즈부(130)를 구비한다.
광원부(110)는 광을 회전다면경(121)에 출사한다.
광원부(110)는 광을 출사하는 광원(111)과, 광원(111)에서 출사된 광빔의 스폿을 조정하기 위한 제1 및 제2 조정렌즈(112)(113) 및 반사경(114)이 적용되어 있다.
광원(111)은 레이저 광을 출사하는 레이저 광원이 적용된다.
제1렌즈(112)는 광원에서 출사된 광을 집속시키는 콜리메이팅 렌즈가 적용되었고, 제2렌즈(113)는 실리더리컬 렌즈가 적용되었다.
광원(111)에서 출사되는 광을 회전다면경(121)에 집속시키기 위한 방식은 도시된 예와 다르게 다양한 방식을 적용할 수 있음은 물론이다.
반사경(114)은 제2렌즈(113)를 통과한 광을 회전다면경(121)을 향하도록 광로를 전환한다.
편형부(120)는 광원부(110)에서 출사된 광을 모터(123)의 구동에 의해 회전되는 회전다면경(121)을 통해 반사시켜 주사렌즈부(130)를 향해 주사한다.
회전다면경(121)은 외부 온도변화에 의한 열팽창이 억제될 수 있도록 다각면을 갖으며 열팽창계수가 낮은 제로듀(zerodur) 소재로 형성된 메인바디(121a)와, 메인 바디(121a)의 광을 반사시키는 반사면에 반사물질로 코팅된 반사층(121b)을 갖는 구조로 형성되어 있다.
제로듀(zerodur) 소재는 쇼트에이지(Schott AG) 사에서 제공하는 물질의 상표명으로서, 리튬(lithium), 알루미노실리케이트(alumonosilicate), 유리-세라믹(glass-ceramic)을 포함하여 형성된 것이다.
또한, 반사층(121b)은 유전체 물질로 형성되어 있다.
바람직하게는 반사층(121b)은 Ta2O5, SiO2, TiO2, HFO2, ZrO2, MgF2 중 어느 하나 이상으로 형성된다.
반사층(121b)은 유전체 물질로 다층으로 형성될 수 있다.
주사렌즈부(130)는 편향부(120)에서 반사되어 출사된 광을 집속시키기 위한 복수개의 주사 렌즈가 주사방향을 따라 배열 되어 있다.
주사 렌즈부(130)는 베이스 플레이트(135)와 제1 내지 제4 주사렌즈(131 내지 134)가 예시되어 있다.
도시된 예에서 광주사방향을 따라 배치된 제1주사렌즈(131)와 제4주사렌즈는 양면이 오목한 형상이고, 제2주사렌즈(132) 및 제3주사렌즈(134)는 볼록한 형상이며, 이러한 렌즈 형상은 주사되는 빔의 왜곡을 보정하면서 목적하는 타겟방향으로 진행될 수 있게 적절하게 적용되면 된다.
즉, 주사렌즈부(130)는 주사되는 광에 대해 광집속 구조 및 빔사이즈에 따라 도시된 예와 다른 다양한 렌즈 조합 구조가 적용될 수 있음은 물론이고, 도시된 렌즈 배열로 한정하는 것은 아니다.
이러한 구조에서 제1 내지 제4 주사렌즈(131 내지 134)는 표면이 평탄한 베이스 플레이트(135)에 접착제 없이 상호 광학 접촉에 의해 접합 즉 마운트 되어 있다.
베이스 플레이트(135)의 상면과 제1 내지 제4 주사렌즈(131 내지 134)의 상호 접촉되는 표면은 광학접촉에 의한 접합이 이루어질 수 있도록 표면처리된 것을 적용한다.
베이스 플레이트(135)는 상면의 평탄도 첨두차(peak to valley flatness)가 레이저 광원(111)에서 출력되는 광의 파장(λ)의 1/50 내지 1/2 즉, λ/50 내지 λ/2를 갖으며, 제곱평균거칠기(root mean square roughness, rms value)는 0.2×10-10m(0.2Å) 내지 2×10-9m(2nm) 을 갖게 형성된 것을 적용한다.
또한, 베이스 플레이트(135)는 열팽창계수가 낮은 물질(Low temperature expansion material; LTEM)로 형성되어 있다.
베이스 플레이트(135)는 -20℃ 내지 80℃ 범위에서 열팽창계수가 0.001×10-6 내지 10×10- 6 인 소재로 형성된다.
여기서, 열팽창계수는 선열창팽계수로서, 섭씨온도로 1℃ 온도가 증가할 때 1미터(meter) 당 변하는 길이량을 말한다.
베이스 플레이트(135)는 일 예로서, 유리, 크리스탈, 제로듀(zerodur), 유엘이(ULE) 소재 중 어느 하나로 형성된다.
유엘이(ULE)는 코닝사(Corning incorporated)에서 제공하는 저 열팽창계수를 갖는 물질의 상표명으로 실리카에 10%정도의 타타윰디옥사이드(titanium dioxide)가 함유된 것이다.
제1 내지 제4 주사렌즈(131 내지 134)의 베이스 플레이트(135)와 접촉되는 표면은 베이스 플레이트(135)와 마찬가지로, 평탄도 첨두차(peak to valley flatness)가 레이저 광원(111)에서 출력되는 파장(λ)의 1/50 내지 1/2 이고, 제곱평균거칠기(root mean square roughness, rms value)는 0.2×10-10m 내지 2×10-9m(2nm) 이고, 앞서 설명된 바와 같이 열팽창계수가 -20℃ 내지 80℃ 범위에서 0.001×10-6 내지 10×10- 6 로 낮은 소재 즉, 예를 들면 유리, 크리스탈, 제로듀(zerodur), 유엘이(ULE) 소재 중 어느 하나로 형성된다.
바람직하게는 제1 내지 제4주사렌즈(131 내지 134)는 열팽창계수가 -20℃ 내지 80℃ 범위에서 0.001×10-6 내지 10×10- 6 인 소재로 형성된다.
이러한 주사렌즈부(130)는 열팽창계수를 갖는 소재로 표면이 평탄한 베이스 플레이트(135)에 제1 내지 제4주사렌즈(131 내지 134)를 접착제 없이 광학접촉에 의한 마운팅에 의해 베이스 플레이트(135)에 안착시켜 접합하면 된다.
여기서, 베이스 플레이트(135)의 상면과 광합접촉에 의해 접합되는 제1 내지 제4주사렌즈(131 내지 134)의 접촉 표면에는 직경 100㎛ 이상의 이물질이 존재하지 않도록 클리닝 처리한 후 안착시킨다.
표면처리된 베이스 플레이트(135)와 제1 내지 제4주사렌즈(131 내지 134)사이의 접촉에 의한 접합력은 반데르 발스 힘(Van der Waal's force)과 같은 분자간 결합력의 일종인 광학 접촉 결합에 의해 결합된다.
한편, 제1 내지 제4주사렌즈(131 내지 134)는 유리 또는 석영유리(fused silica)를 가공한 것을 그대로 이용하거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 앞서 설명된 바와 같은 저열팽창계수, 평탄도 첨두차, 제곱평균 거칠기를 갖게 표면처리된 보조 블록(137)에 탑재한 후 보조블록(137)을 통해 베이스 플레이트(135)에 광학접촉에 의해 접합할 수 있음은 물론이다.
한편, 참조부호 141은 주사렌즈부(130)를 거친 광의 경로를 하방으로 변환시키기 위한 경로변환용 미러이고, 참조부호 10은 피가공물(20)이 안착되며 피가공물을 이동시킬 수 있도록 안착스테이지이다.
이상에서 설명된 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치(100)는 베이스 플레이트(135)와 베이스 플레이트(135) 위에 정렬할 주사용 주사렌즈를 저열팽창계수를 갖는 소재로 광학접촉에 의한 접합이 가능하게 표면처리한 것을 정렬한 후 안착에 의해 접합하여 모노 블록화 함으로써, 열, 충격 등의 외부 환경요인 변화에도 광학계 성능이 변하지 않고 유지될 수 있는 장점을 제공한다.
또한, 베이스 플레이트(135)에 주사렌즈부(130)가 광학 접촉에 의해 모노블록화한 구조는 접착제 접합방식에 비해 시간에 따른 변화가 없고 장시간에 걸친 주사 안정성이 매우 높으며, 기계적인 부가적 정렬 고정 치구가 필요없이 광학접합면을 이용하여 정렬-고정(Align & Fix)하는 방식으로써 구조가 간단하다.
또한, 회전다면경(121)을 저열팽계수를 갖는 앞서 설명된 제로듀소재로 구성하여 고속 회전에도 반사면 형상의 변형이 없으며, 제로듀소재 위에는 유전체 박막 물질 코팅이 용이하므로 광 반사도를 높일 뿐만 아니라 자외선 등 단파장 대역에서의 흡수손실을 낮출 수 있다.
110: 광원부 120: 편향부
121: 회전다면경 130: 주사렌즈부
135: 베이스 플레이트 137: 보조블록

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 광을 출사하는 광원부와;
    상기 광원부에서 출사된 광을 회전되는 회전다면경을 통해 주사하는 편향부와;
    상기 편향부에서 출사된 광을 집속시키기 위한 적어도 하나의 주사 렌즈를 갖는 주사렌즈부;를 구비하고,
    상기 주사 렌즈부는
    표면이 평탄한 베이스 플레이트에 상기 주사렌즈부가 접착제 없이 상호 광학 접촉에 의해 접합되어 있고,
    상기 베이스 플레이트와 상기 주사렌즈부의 상호 광학 접촉되는 표면들은 평탄도 첨두차(peak to valley flatness)가 상기 광원부에서 출력되는 파장의 1/50 내지 1/2 이고, 제곱평균거칠기(root mean square roughness, rms value)는 0.2×10-10m 내지 2×10-9m 이고, 상기 베이스 플레이트와 상기 주사렌즈는 -20℃ 내지 80℃ 범위에서 열팽창계수가 0.001×10-6 내지 10×10-6 인 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 베이스 플레이트와 상기 주사렌즈는 유리, 크리스탈, 제로듀(zerodur), 유엘이(ULE) 소재 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 주사렌즈부는 열팽창계수가 0.001×10-6 내지 10×10-6 인 소재로 상기 평탄도 첨두차(peak to valley flatness)및 상기 제곱평균거칠기 범위를 갖게 표면처리된 보조블록을 통해 상기 베이스 플레이트에 광학 접촉에 의해 접합된 것을 특징으로 하는 레이저 다이렉트 이미징 장치의 광주사장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10221620A (ja) * 1997-02-10 1998-08-21 Fuji Xerox Co Ltd 光走査装置
JP2005352059A (ja) * 2004-06-09 2005-12-22 Ricoh Co Ltd 光偏向器、光偏向器の製造方法、光走査装置及び画像形成装置

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