KR102081199B1 - Laser processing system comprising 4f Angle control optics system - Google Patents

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Abstract

본 개시에 따른 레이저 가공 시스템은, 레이저 빔을 조사하는 광원; 상기 레이저 빔의 진행 각도를 스윙 앵글 내에서 제어하는 광학 편향기; 상기 광학 편향기의 스윙 앵글을 변경시키고, 4개의 초점거리를 가지는 광학 요소를 포함하는 4f 앵글 제어 광학계; 상기 4f 앵글 제어 광학계로부터 전달받은 레이저 빔으로 가공 대상물을 가공하는 플라잉 헤드; 및 상기 플라잉 헤드의 상반전이 없도록 상기 플라잉 헤드의 플라잉 거리를 조절하는 제어부;를 포함한다.Laser processing system according to the present disclosure, a light source for irradiating a laser beam; An optical deflector for controlling an advancing angle of the laser beam within a swing angle; 4f angle control optics for varying the swing angle of the optical deflector and including an optical element having four focal lengths; A flying head which processes the object to be processed by the laser beam received from the 4f angle control optical system; And a controller configured to adjust a flying distance of the flying head such that there is no phase inversion of the flying head.

Figure R1020180018070
Figure R1020180018070

Description

4f 앵글제어 광학계를 포함하는 레이저 가공 시스템{Laser processing system comprising 4f Angle control optics system}Laser processing system comprising 4f angle control optics system

본 개시는 4f 앵글제어 광학계를 포함하는 레이저 가공 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to a laser processing system including a 4f angle control optical system.

레이저 가공 시스템은 레이저 광원과 이로부터의 레이저 빔을 전달하는 릴레이 광학계 그리고 가공 대상물 상에서 레이저 빔의 조사 위치를 변경하면서 가공시키는 플라잉 헤드를 포함할 수 있다. The laser processing system may include a laser light source, relay optics for transmitting a laser beam therefrom, and a flying head for processing while changing the irradiation position of the laser beam on the object to be processed.

이러한 레이저 가공 시스템은 플라잉 헤드의 가변 거리 내에서의 가변을 통해 가공 대상물에 레이저 빔을 조사하여 가공할 수 있다. 가공 대상물을 가공하는 속도를 향상시키기 위해서는 플라잉 헤드의 가변 거리의 한계를 극복 해야 할 기술적 필요성이 요구된다.Such a laser processing system can be processed by irradiating a laser beam to the object to be processed through a variable within a variable distance of the flying head. In order to increase the speed of machining the object, a technical necessity to overcome the limitation of the variable distance of the flying head is required.

본 개시는 4f 앵글제어 광학계를 포함하는 레이저 가공 시스템에 관한 것을 제공하고자 한다.The present disclosure is directed to providing a laser processing system including a 4f angle control optical system.

레이저 가공 시스템은, 레이저 빔을 조사하는 광원; 상기 레이저 빔의 진행 각도를 스윙 앵글 내에서 제어하는 광학 편향기; 상기 광학 편향기의 스윙 앵글을 변경시키고, 4개의 초점거리를 가지는 광학 요소를 포함하는 4f 앵글 제어 광학계; 상기 4f 앵글 제어 광학계로부터 전달받은 레이저 빔으로 가공 대상물을 가공하는 플라잉 헤드; 및 상기 플라잉 헤드의 상반전이 없는 영역에서 플라잉 헤드의 플라잉 거리를 결정하는 제어부;를 포함한다.The laser processing system includes a light source for irradiating a laser beam; An optical deflector for controlling an advancing angle of the laser beam within a swing angle; 4f angle control optics for varying the swing angle of the optical deflector and including an optical element having four focal lengths; A flying head which processes the object to be processed by the laser beam received from the 4f angle control optical system; And a controller configured to determine a flying distance of the flying head in a region where there is no phase inversion of the flying head.

상기 제어부는 상기 플라잉 헤드를 3f 지점 내지 4f 지점 내의 영역에서 플라잉시킬 수 있다.The control unit may fly the flying head in an area within a 3f to 4f point.

상기 제어부는 상기 플라잉 헤드를 4f 지점 내지 4f 지점 보다 먼 영역에서 플라잉시킬 수 있다.The control unit may fly the flying head in an area farther than 4f to 4f.

상기 광학 요소는 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 포함할 수 있다.The optical element may comprise a first lens and a second lens.

상기 제어부는 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈의 초점 거리를 바탕으로 상기 플라잉 헤드의 플라잉 거리를 결정할 수 있다.The controller may determine a flying distance of the flying head based on a focal length of the first lens and the second lens.

상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 가변 초점 렌즈일 수 있다.The first lens and the second lens may be variable focus lenses.

상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 위치를 조절하는 위치 구동부;를 더 포함할 수 있다.It may further include a position driving unit for adjusting the position of the first lens and the second lens.

상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 클 수 있다.The focal length of the first lens may be greater than the focal length of the second lens.

상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 작을 수 있다.The focal length of the first lens may be smaller than the focal length of the second lens.

상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리와 실질적으로 동일할 수 있다.The focal length of the first lens may be substantially the same as the focal length of the second lens.

상기 광학 요소는 상기 제1 렌즈의 입사면 측으로 마련되는 제1 마스크를 더 포함할 수 있다.The optical element may further include a first mask provided on an incident surface side of the first lens.

상기 광학 요소는 상기 제1 렌즈의 출사면과 상기 제2 렌즈의 입사면의 사이에 마련되는 제2 마스크를 더 포함할 수 있다.The optical element may further include a second mask provided between the exit surface of the first lens and the entrance surface of the second lens.

상기 광학 편향기는 제1 방향으로 광을 편향시키는 제1 음향 광학 편향기와 상기 제1 방향과 다른 방향인 제2 방향으로 광을 편향시키는 제2 음향 광학 편향기를 포함 할 수 있다.The optical deflector may include a first acoustooptic deflector for deflecting light in a first direction and a second acoustooptic deflector for deflecting light in a second direction that is different from the first direction.

상기 광학 편향기는 상기 제1 음향 광학 편향기와 상기 제2 음향 광학 편향기 사이에 마련되는 반파장판(half-wave plate)를 더 포함할 수 있다.The optical deflector may further include a half-wave plate provided between the first acoustooptic deflector and the second acoustooptic deflector.

일 개시에 따른 4f 앵글제어 광학계를 이용한 레이저 가공 방법에 있어서, 레이저 빔의 진행 각도를 스윙 앵글 내에서 제어하는 단계; 4f 앵글 제어 광학계를 이용하여 상기 레이저 빔의 스윙 앵글을 조절하는 단계 및; 플라잉 헤드를 상반전이 없는 영역에서 플라잉 하며 가공 대상물을 가공하는 단계;를 포함한다.A laser processing method using a 4f angle control optical system according to one disclosure, the method comprising: controlling a traveling angle of a laser beam within a swing angle; Adjusting a swing angle of the laser beam using a 4f angle control optical system; And flying the flying head in a region where there is no phase inversion and processing the object to be processed.

본 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 광학 편향기를 통해 이차원으로 레이저 빔의 앵글을 스윙할 수 있다. 레이저 가공 시스템은 빔 퀄리티의 효율을 개선할 수 있으며, 최대 가공 속도를 향상시킬 수 있다.The laser processing system according to the present embodiment can swing the angle of the laser beam in two dimensions through an optical deflector. Laser processing systems can improve the efficiency of beam quality and improve the maximum processing speed.

본 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 플라잉 헤드가 상반전이 일어나지 않는 영역에서 플라잉 되도록 제어할 수 있다. The laser processing system according to the present embodiment can control the flying head to fly in an area where phase inversion does not occur.

본 실시예에 따른 레이저 가공 시스템은 광학 편향기의 스윙 앵글을 확대하거나 축소함으로써 종래의 레이저 드릴링 장비에 비해 가공 속도를 혁신적으로 향상시킬 수 있다.The laser processing system according to the present embodiment can significantly improve the processing speed compared to conventional laser drilling equipment by enlarging or reducing the swing angle of the optical deflector.

도 1은 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 여러 초점거리에 따른 4f 앵글제어 광학계의 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a laser processing system according to an embodiment.
2 is a schematic view of a laser processing system according to another embodiment.
3 is a schematic view of a laser processing system according to another embodiment.
4 is a schematic view of a laser processing system according to another embodiment.
5 is a view schematically showing the arrangement of the 4f angle control optical system according to various focal lengths.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments set forth below, but may be embodied in many different forms and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. do. The embodiments set forth below are provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof. Terms such as first and second 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.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals and redundant description thereof will be omitted. Let's do it.

도 1은 일 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(100)을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 레이저 가공 시스템(100)은 광원(110), 광학 편향기(120), 4f 앵글 제어 광학계(130), 플라잉 헤드(140) 및 제어부(180)를 포함한다.1 is a schematic view of a laser processing system 100 according to one embodiment. Referring to FIG. 1, the laser processing system 100 includes a light source 110, an optical deflector 120, a 4f angle control optical system 130, a flying head 140, and a controller 180.

광원(110)에서 조사한 레이저 빔은 광학 편향기(120)로 전달될 수 있다. 광학 편향기(120)는 광원(110)으로부터의 레이저 빔을 이차원으로 앵글을 제어하는 광학 구성 요소일 수 있다. 예를 들어, 광학 편향기(120)는 앵글 θ1 까지 레이저 빔의 앵글 스윙이 가능할 수 있다. 광학 편향기(120)는 제1 음향 광학 편향기(121) 및 제2 음향 광학 편향기(122)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 음향 광학 편향기(121)는 제1 방향으로 앵글 θ1 까지 레이저 빔의 앵글 스윙이 가능할 수 있다. 예를 들어, 제2 음향 광학 편향기(122)는 제2 방향으로 앵글 θ1 까지 레이저 빔의 앵글 스윙이 가능할 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교일 수 있다. 이러한 제1 음향 광학 편향기(121) 및 제2 음향 광학 편향기(122)의 구성을 통해 이차원의 임의의 방향으로 앵글 θ1 까지 레이저 빔의 앵글 스윙이 가능할 수 있다. 앵글 θ1 은 광학 편향기(120)의 구성에 따라 결정될 수 있다.The laser beam irradiated from the light source 110 may be transmitted to the optical deflector 120. The optical deflector 120 may be an optical component that controls the angle of the laser beam from the light source 110 in two dimensions. For example, the optical deflector 120 may enable angle swing of the laser beam up to angle θ 1 . The optical deflector 120 may include a first acoustooptic deflector 121 and a second acoustooptic deflector 122. For example, the first acoustooptic deflector 121 may be capable of angle swinging the laser beam up to an angle θ 1 in the first direction. For example, the second acoustooptic deflector 122 may be capable of angle swinging the laser beam up to an angle θ 1 in the second direction. The first direction and the second direction may be orthogonal to each other. Through the configuration of the first acousto-optic deflector 121 and the second acoustooptic deflector 122, the angle swing of the laser beam may be possible up to an angle θ 1 in any direction in two dimensions. The angle θ 1 may be determined according to the configuration of the optical deflector 120.

4f 앵글 제어 광학계(130)는 광학 편향기(120)에서 전달된 레이저 빔을 플라잉 헤드(140)로 전달하는 릴레이 광학계일 수 있다. 4f 앵글 제어 광학계(130)는 광학 편향기(120)의 스윙 앵글 θ1 을 유지하며 전달할 수 있다. 또는, 4f 앵글 제어 광학계(130)는 광학 편향기(120)에서 스윙 앵글인 θ1 을 θ2 로 증폭하거나, θ3로 축소시키는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 4f 앵글 제어 광학계(130)는 4개의 초점거리를 가지는 광학 요소를 포함할 수 있다. The 4f angle control optical system 130 may be a relay optical system for transmitting the laser beam transmitted from the optical deflector 120 to the flying head 140. The 4f angle control optical system 130 may transmit while maintaining the swing angle θ 1 of the optical deflector 120. Alternatively, the 4f angle control optical system 130 may have a function of amplifying the swing angle θ 1 to θ 2 or reducing the angle to θ 3 in the optical deflector 120. For example, the 4f angle control optics 130 may include an optical element having four focal lengths.

플라잉 헤드(140)는 4f 앵글 제어 광학계(130)로부터 전달받은 레이저 빔을 가공 대상물(미도시) 상에 조사하여 레이저 빔 가공을 수행할 수 있다. 플라잉 헤드(140)는 예를 들어, F 세타 렌즈(F-theta lens)와 스캐너(scanner)를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The flying head 140 may perform laser beam processing by irradiating a laser beam received from the 4f angle control optical system 130 onto an object to be processed (not shown). The flying head 140 may include, for example, an F-theta lens and a scanner, but is not limited thereto.

플라잉 헤드(140)가 가공 대상물의 가공 영역을 가공하는 속도 및 범위는 플라잉 거리 뿐 아니라 레이저 빔의 스윙 앵글에 따라 결정될 수 있다. 본 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(100)은 플라잉 헤드(140)의 플라잉 거리가 동일한 경우에도, 4f 앵글 제어 광학계의 도입을 통해 스윙 앵글을 θ2 로 증폭하여 가공 속도를 향상시킬 수 있다. 또는 스윙 앵글을 θ3 로 축소하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다. 본 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(100)은 광학 편향기(120)를 통과한 빛이 4f 앵글 제어 광학계(130)를 통과하며 4f 지점까지 평행빔을 수렴하도록 레이저 빔의 진행 경로를 제어하고, 이후의 영역에서 플라잉 헤드(140)의 플라잉 거리 내에서 위치의 가변이 가능하도록 구성된다. The speed and range at which the flying head 140 processes the processing area of the object to be processed may be determined according to the swing angle of the laser beam as well as the flying distance. In the laser processing system 100 according to the present exemplary embodiment, even when the flying distance of the flying head 140 is the same, the swing angle may be amplified to θ 2 through the introduction of the 4f angle control optical system to improve the processing speed. Alternatively, the swing angle can be reduced to θ 3 to improve machining accuracy. The laser processing system 100 according to the present embodiment controls the path of the laser beam so that light passing through the optical deflector 120 passes through the 4f angle control optical system 130 and converges the parallel beam to the 4f point. It is configured to be able to change the position within the flying distance of the flying head 140 in the following area.

제어부(180)는 플라잉 헤드(140)의 플라잉 거리를 조절할 수 있다. 본 명세서 내에서 플라잉 거리는 플라잉 헤드(140)의 위치가 가변되는 일체의 영역 및 길이를 의미한다. 제어부(180)는 플라잉 헤드(140)로 전달되는 레이저 빔의 상이 반전되지 않는 영역에서 플라잉 헤드(140)의 플라잉 거리를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(180)는 플라잉 거리를 3f 내지 4f 내에서 결정하거나, 또는 4f 내지 4f보다 먼 영역에서 플라잉 거리를 결정 할 수 있다. 여기에서 3f는 4개의 초점거리를 기준으로 3번째 초점거리 위치로써, 제2 렌즈가 위치하는 장소를 의미하며, 4f는 4번째 초점거리 위치로써 제2 렌즈로부터 제2 초점거리만큼 이격된 장소의 위치를 의미한다. The controller 180 may adjust the flying distance of the flying head 140. Within the present specification, the flying distance means an integral region and a length in which the position of the flying head 140 is variable. The controller 180 may determine the flying distance of the flying head 140 in an area where the image of the laser beam transmitted to the flying head 140 is not inverted. For example, the controller 180 may determine the flying distance within 3f to 4f, or determine the flying distance in an area farther than 4f to 4f. Here, 3f is a third focal length position based on four focal lengths, and means a place where the second lens is located, and 4f is a fourth focal length position where the second lens is separated from the second lens by a second focal length. It means location.

도 2 및 3은 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(200)을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2 및 3을 참조하면, 레이저 가공 시스템(200)은 4f 앵글 제어 광학계(230)와 반파장판(223)을 포함할 수 있다. 이외의 구성요소는 도 1에 따른 레이저 가공 시스템(100)에서 기술 된 내용과 중복되는바 생략한다.2 and 3 are schematic diagrams of a laser processing system 200 according to another embodiment. 2 and 3, the laser processing system 200 may include a 4f angle control optical system 230 and a half wave plate 223. Components other than those overlapped with those described in the laser processing system 100 according to FIG. 1 will be omitted.

반파장판(223)은 제1 음향 광학 편향기(121)와 제2 음향 광학 편향기(122)의 사이에 마련될 수 있다. 반파장판(223)은 반파장판(223)을 통과하는 레이저 빔의 편광상태를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 반파장판(223)은 빛의 편광방향을 90도 변화시킬 수 있다. 반파장판(223)은 평행광을 기준으로 수직 방향으로 45도 만큼 회전되도록 마련될 수 있다. The half-wave plate 223 may be provided between the first acoustooptic deflector 121 and the second acoustooptic deflector 122. The half wave plate 223 may change the polarization state of the laser beam passing through the half wave plate 223. For example, the half-wave plate 223 may change the polarization direction of light by 90 degrees. The half-wave plate 223 may be provided to be rotated by 45 degrees in the vertical direction based on the parallel light.

4f 앵글 제어 광학계(230)는 제1 초점거리를 가지는 제1 렌즈(231)와 제2 초점거리를 가지는 제2 렌즈(232)를 포함할 수 있다. 4f 앵글 제어 광학계(230)는 제1 렌즈(231)를 기준으로 입사면과 출사면 방향으로 각기 제1 초점거리를 가지고, 제2 렌즈(232)를 기준으로 입사면과 출사면 방향으로 각기 제2 초점거리를 가져 총 4개의 초점거리를 가질 수 있다. 4f 앵글 제어 광학계(230)의 스윙 앵글의 배율은 제1 렌즈(231)의 제1 초점거리나 제2 렌즈(232)의 제2 초점거리에 의해 결정될 수 있다. 또한, 플라잉 헤드(140)의 플라잉 거리는 제2 렌즈(232)의 제2 초점거리에 의해 결정될 수 있다. The 4f angle control optical system 230 may include a first lens 231 having a first focal length and a second lens 232 having a second focal length. The 4f angle control optical system 230 has a first focal length in the incidence plane and the outgoing plane direction with respect to the first lens 231, and is respectively made in the incidence plane and the outgoing plane direction with respect to the second lens 232. With 2 focal lengths, you can have a total of 4 focal lengths. The magnification of the swing angle of the 4f angle control optical system 230 may be determined by the first focal length of the first lens 231 or the second focal length of the second lens 232. Also, the flying distance of the flying head 140 may be determined by the second focal length of the second lens 232.

4f 앵글 제어 광학계(230)는 제1 렌즈(231)의 입사면 측으로 마련되는 제1 마스크(233)를 더 포함할 수 있다. 제1 마스크(233)는 광학 편향기(120)에서 형성되는 고차항 레이저 빔을 차단할 수 있다. 4f 앵글 제어 광학계(230)는 제1 렌즈(231)와 제2 렌즈(232) 사이에 마련되는 제2 마스크(234)를 더 포함할 수 있다. 제2 마스크(234)는 광학 편향기(120)에서 형성되는 고차항 레이저 빔을 차단할 수 있다. 제1 마스크(233)와 제2 마스크(234)가 동시에 마련됨으로써, 고차항 레이저 빔을 99% 이상 차단할 수 있다. 저차항 레이저빔이 레이저 빔의 출력의 대부분의 비율을 차지하고 있으나, 고차항 레이저빔도 레이저 빔의 출력의 일부 비율을 차지하므로, 이를 차단하지 않는 경우 가공 대상물 상에 레이저빔 스폿이 복수개 형성될 수 있다. 이 경우 가공 대상물의 가공 효율이 감소 할 수 있다. 따라서, 4f 앵글 제어 광학계(230)는 제1 마스크(233) 또는 제2 마스크(234) 또는 제1 마스크(233) 및 제2 마스크(234)를 함께 포함함으로써, 불필요한 레이저 빔 스폿이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제1 마스크(233)는 조리개 일 수 있다. 예를 들어, 제2 마스크(234)는 공간 필터(spatial filter)일 수 있다.The 4f angle control optical system 230 may further include a first mask 233 provided to the incident surface side of the first lens 231. The first mask 233 may block the high-order term laser beam formed by the optical deflector 120. The 4f angle control optical system 230 may further include a second mask 234 provided between the first lens 231 and the second lens 232. The second mask 234 may block the high order laser beam formed in the optical deflector 120. By providing the first mask 233 and the second mask 234 at the same time, it is possible to block 99% or more of the high-order term laser beam. Although the lower order laser beam accounts for most of the output of the laser beam, the higher order laser beam also accounts for a part of the output of the laser beam, and thus, if not blocked, a plurality of laser beam spots may be formed on the object to be processed. have. In this case, the processing efficiency of the object to be processed may decrease. Therefore, the 4f angle control optical system 230 includes the first mask 233 or the second mask 234 or the first mask 233 and the second mask 234 together, thereby preventing unnecessary laser beam spots from occurring. It can prevent. For example, the first mask 233 may be an aperture. For example, the second mask 234 may be a spatial filter.

본 실시예에 있어서, 레이저 빔은 제1 음향 광학 편향기(121)와 제2 음향 광학 편향기(122)를 통과한 후, 고차항 빔을 제거하는 제1 마스크(233)를 지나서 제1 렌즈(231)로 전달된다. 제1 렌즈(231)를 지나간 광은 제1 렌즈(231)의 제1 초점거리에서 집광한다. 제1 렌즈(231)를 지나면서 레이저 빔은 다시 발산하고, 제2 렌즈(232)를 통과한다. 이때, 제1 음향 광학 편향기(121) 및 제2 음향 광학 편향기(122)에서의 스윙 앵글에 의해서 형성되는 필드(field)만큼 벌어진 각도에 해당하는 각각의 레이저 빔은 제2 렌즈(232)에서 출사되어 제2 렌즈(232)의 제2 초점거리 지점에서 결상한다. 레이저 빔은 제2 렌즈(232)의 4f 지점을 지나 콜리메이팅 빔을 구성하여 진행할 수 있다. 플라잉 헤드(140)는 콜리메이팅 빔이 형성되는 영역을 기준으로 상이 반전되지 않는 영역 내에서 플라잉 할 수 있다.In the present embodiment, the laser beam passes through the first acoustooptic deflector 121 and the second acoustooptic deflector 122, and then passes through the first mask 233 for removing the higher order term beam. 231 is passed to. The light passing through the first lens 231 focuses at the first focal length of the first lens 231. The laser beam diverges again while passing through the first lens 231 and passes through the second lens 232. In this case, each laser beam corresponding to an angle formed by a field formed by a swing angle in the first acousto-optic deflector 121 and the second acoustooptic deflector 122 is the second lens 232. Is emitted from and formed at the second focal length point of the second lens 232. The laser beam may pass through a 4f point of the second lens 232 to form a collimating beam. The flying head 140 may fly within an area where the image is not inverted based on the area where the collimating beam is formed.

도 2를 참조하면, 제어부(180)는 플라잉 헤드(140)를 3f 지점(P1) 내지 4f 지점(P2)의 사이에서 플라잉 되도록 플라잉 거리를 결정할 수 있다. 이와 같은 플라잉 거리에서 플라잉 헤드(140)가 구동되는 경우 레이저 가공 시스템(200)의 전장을 단축시키는 효과가 있다.Referring to FIG. 2, the controller 180 may determine the flying distance such that the flying head 140 is flown between the 3f points P1 and 4f points P2. When the flying head 140 is driven at such a flying distance, there is an effect of shortening the overall length of the laser processing system 200.

도 3을 참조하면, 제어부(180)는 플라잉 헤드(140)를 4f 지점(P2) 내지 4f 지점(P2)보다 먼 영역에서 플라잉 되도록 플라잉 거리를 결정할 수 있다. 이와 같은 플라잉 거리에서 플라잉 헤드(140)가 구동되는 경우 플라잉 거리의 제약이 적어 대상물(미도시)의 면적이 큰 경우에도 가공이 용이할 수 있다. Referring to FIG. 3, the controller 180 may determine the flying distance so that the flying head 140 may fly in an area farther than the 4f points P2 to 4f points P2. When the flying head 140 is driven at the flying distance as described above, the processing of the flying head 140 may be easy even when the area of the object (not shown) is large.

도 4는 또 다른 실시예에 따른 레이저 가공 시스템(300)을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 레이저 가공 시스템(300)은 4f 앵글 제어 광학계(330) 및 위치구동부(390)를 더 포함할 수 있다. 이외의 구성요소는 도 2 따른 레이저 가공 시스템(200)에서 기술 된 내용과 중복되는바 생략한다.4 is a schematic diagram of a laser processing system 300 according to another embodiment. Referring to FIG. 4, the laser processing system 300 may further include a 4f angle control optical system 330 and a position driver 390. Components other than those overlapped with those described in the laser processing system 200 according to FIG. 2 will be omitted.

도 4를 참조하면, 4f 앵글제어 광학계(330)는 가변 초점 렌즈인 제1 렌즈(331)와 가변 초점 렌즈인 제2 렌즈(332)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가변 초점 렌즈는 렌즈의 물리적 위치를 변경시키지 않고도 렌즈의 초점 거리를 변할 수 있는 일체의 렌즈를 의미할 수 있다. 예를 들어, 가변 초점 렌즈는 렌즈부 및 렌즈부의 외각부분에 위치하며 렌즈부에 외력을 가하는 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 엑츄에이터는 렌즈부에 외력을 가함으로써 형상을 변화시키고(i.e:곡률반지름), 이를 통해 렌즈부의 초점거리를 변화시킬 수 있다. 제어부(180)는 제1 렌즈(331)와 제2 렌즈(332)의 초점거리를 사용자가 의도하는 수치를 가지도록 제어할 수 있다.Referring to FIG. 4, the 4f angle control optical system 330 may include a first lens 331 which is a variable focus lens and a second lens 332 that is a variable focus lens. For example, a variable focus lens may mean any lens that can change the focal length of a lens without changing the physical position of the lens. For example, the varifocal lens may include a lens unit and an actuator positioned at an outer portion of the lens unit to apply an external force to the lens unit. The actuator may change the shape by applying an external force to the lens unit (i.e. radius of curvature), thereby changing the focal length of the lens unit. The controller 180 may control the focal lengths of the first lens 331 and the second lens 332 to have a value intended by the user.

제어부(180)는 제1 렌즈(331)와 제2 렌즈(332)의 초점거리의 변경에 따라 플라잉 헤드(140)의 플라잉 거리를 다시 연산할 수 있다. 제어부(180)는 새롭게 연산한 플라잉 거리를 바탕으로 플라잉 헤드(140)의 플라잉을 제어할 수 있다. The controller 180 may recalculate the flying distance of the flying head 140 according to a change in the focal length of the first lens 331 and the second lens 332. The controller 180 may control the flying of the flying head 140 based on the newly calculated flying distance.

위치 구동부(390)는 제어부(180)의 제어에 따라 제1 렌즈(331) 및 제2 렌즈(332)의 위치를 조절할 수 있다. 제1 렌즈(331) 및 제2 렌즈(332)의 초점거리가 변경되면, 제어부(180)는 변경된 초점거리를 기준으로 제1 렌즈(331) 및 제2 렌즈(332)의 적절한 위치를 연산하고 이 결과를 바탕으로 위치 구동부(390)를 제어할 수 있다. 위치 구동부(390)는 제1 렌즈(331) 및 제2 렌즈(332)의 초점거리가 변화되더라도 4f 앵글제어 광학계(330)의 스윙 앵글 확대, 유지, 축소 기능을 유지시킬 수 있다.The position driver 390 may adjust the positions of the first lens 331 and the second lens 332 under the control of the controller 180. When the focal lengths of the first lens 331 and the second lens 332 are changed, the controller 180 calculates an appropriate position of the first lens 331 and the second lens 332 based on the changed focal length. Based on the result, the position driver 390 may be controlled. The position driver 390 may maintain the swing angle enlargement, maintenance, and reduction functions of the 4f angle control optical system 330 even if the focal lengths of the first lens 331 and the second lens 332 are changed.

도 5는 여러 초점거리에 따른 4f 앵글제어 광학계의 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5a는 스윙 앵글을 확대하는 4f 앵글제어 광학계(400)를 나타낸다. 도 5b는 스윙 앵글을 유지하는 4f 앵글제어 광학계(500)를 나타낸다. 도 5c는 스윙 앵글을 축소하는 4f 앵글제어 광학계(600)를 나타낸다.5 is a view schematically showing the arrangement of the 4f angle control optical system according to various focal lengths. 5A shows the 4f angle control optical system 400 for enlarging the swing angle. 5B shows a 4f angle control optical system 500 that maintains the swing angle. 5C shows the 4f angle control optical system 600 for reducing the swing angle.

도 5a를 참조하면, 4f 앵글제어 광학계(400)는 제1 초점거리가 제2 초점거리보다 큰 조건을 만족하는 제1 렌즈(431) 및 제2 렌즈(432)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 초점거리가 제2 초점거리의 2배인 경우에는 스윙 앵글을 2배로 확대할 수 있다. 4f 앵글제어 광학계(400)는 레이저 빔의 고차항을 제거하기 위한 제1 마스크(433) 및 제2 마스크(434)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5A, the 4f angle control optical system 400 may include a first lens 431 and a second lens 432 satisfying a condition in which the first focal length is greater than the second focal length. For example, when the first focal length is twice the second focal length, the swing angle may be enlarged twice. The 4f angle control optical system 400 may include a first mask 433 and a second mask 434 for removing a higher order term of the laser beam.

도 5b를 참조하면, 4f 앵글제어 광학계(500)는 제1 초점거리와 제2 초점거리와 동일한 조건을 만족하는 제1 렌즈(531) 및 제2 렌즈(532)를 포함할 수 있다. 따라서 F1, F2, F3, F4는 모두 동일한 길이를 가질 수 있다. 4f 앵글제어 광학계(500)는 레이저 빔의 고차항을 제거하기 위한 제1 마스크(533) 및 제2 마스크(534)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5B, the 4f angle control optical system 500 may include a first lens 531 and a second lens 532 satisfying the same conditions as the first focal length and the second focal length. Therefore, F1, F2, F3, and F4 may all have the same length. The 4f angle control optical system 500 may include a first mask 533 and a second mask 534 for removing the higher order term of the laser beam.

도 5c를 참조하면, 4f 앵글제어 광학계(600)는 제1 초점거리가 제2 초점거리보다 작은 조건을 만족하는 제1 렌즈(631) 및 제2 렌즈(632)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 초점거리가 제2 초점거리의 1/2배인 경우에는 스윙 앵글을 1/2배로 축소할 수 있다. 4f 앵글제어 광학계(600)는 레이저 빔의 고차항을 제거하기 위한 제1 마스크(633) 및 제2 마스크(634)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5C, the 4f angle control optical system 600 may include a first lens 631 and a second lens 632 satisfying a condition in which the first focal length is smaller than the second focal length. For example, when the first focal length is 1/2 times the second focal length, the swing angle may be reduced by 1/2 times. The 4f angle control optical system 600 may include a first mask 633 and a second mask 634 for removing a higher order term of the laser beam.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100: 레이저 가공 시스템
110 : 광원
120 : 광학 편향기
130 : 4f 앵글 제어 광학계
140 : 플라잉 헤드100: laser processing system
110: light source
120: optical deflector
130: 4f angle control optical system
140: flying head

Claims (15)

레이저 가공 시스템에 있어서,
레이저 빔을 조사하는 광원;
상기 광원으로부터 입사되는 상기 레이저 빔의 진행 각도를 스윙 앵글 내에서 이차원적으로 제어하는 광학 편향기;
상기 광학 편향기로부터 입사되는 상기 레이저 빔의 스윙 앵글을 변경시키고, 4개의 초점거리를 가지는 광학 요소를 포함하는 4f 앵글 제어 광학계;
상기 4f 앵글 제어 광학계로부터 전달받은 레이저 빔으로 가공 대상물을 가공하는 플라잉 헤드; 및
상기 플라잉 헤드의 상반전이 없는 영역에서 상기 플라잉 헤드의 플라잉 거리를 결정하는 제어부;를 포함하고,
상기 광학 요소는 제1 렌즈와 제2 렌즈를 포함하며,
상기 스윙 앵글은 상기 제1 렌즈의 초점 거리 및 상기 제2 렌즈의 초점 거리 중 적어도 하나를 조절함으로써 변경되고,
상기 제어부는 상기 제2 렌즈의 초점 거리를 바탕으로 상기 플라잉 헤드의 플라잉 거리를 결정하는 레이저 가공 시스템.In the laser processing system,
A light source for irradiating a laser beam;
An optical deflector for two-dimensionally controlling a propagation angle of the laser beam incident from the light source within a swing angle;
A 4f angle control optical system for changing a swing angle of the laser beam incident from the optical deflector and including an optical element having four focal lengths;
A flying head which processes the object to be processed by the laser beam received from the 4f angle control optical system; And
And a controller configured to determine a flying distance of the flying head in a region where there is no phase inversion of the flying head.
The optical element comprises a first lens and a second lens,
The swing angle is changed by adjusting at least one of the focal length of the first lens and the focal length of the second lens,
And the control unit determines a flying distance of the flying head based on a focal length of the second lens. 제1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 플라잉 헤드를 3f 지점 내지 4f 지점 내의 영역에서 플라잉시키는 레이저 가공 시스템.According to claim 1,
And the control unit is configured to fly the flying head in an area within 3f to 4f points. 제1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 플라잉 헤드를 4f 지점 내지 4f 지점 보다 먼 영역에서 플라잉시키는 레이저 가공 시스템.According to claim 1,
The control unit is a laser processing system for flying the flying head in an area farther than the 4f point to 4f point. 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 가변 초점 렌즈인 레이저 가공 시스템.According to claim 1,
And the first lens and the second lens are varifocal lenses. 제6 항에 있어서,
상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 위치를 조절하는 위치 구동부;를 더 포함하는 레이저 가공 시스템.The method of claim 6,
Position driving unit for adjusting the position of the first lens and the second lens; Laser processing system further comprising. 제1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 큰 레이저 가공 시스템.According to claim 1,
And a focal length of the first lens is greater than a focal length of the second lens. 제1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리보다 작은 레이저 가공 시스템.According to claim 1,
And a focal length of the first lens is smaller than a focal length of the second lens. 제1 항에 있어서,
상기 제1 렌즈의 초점거리는 상기 제2 렌즈의 초점거리와 실질적으로 동일한 레이저 가공 시스템.According to claim 1,
And a focal length of the first lens is substantially equal to a focal length of the second lens. 제1 항에 있어서,
상기 광학 요소는 상기 제1 렌즈의 입사면 측으로 마련되는 제1 마스크를 더 포함하는 레이저 가공 시스템.According to claim 1,
The optical element further comprises a first mask provided on the incident surface side of the first lens. 제1 항에 있어서,
상기 광학 요소는 상기 제1 렌즈의 출사면과 상기 제2 렌즈의 입사면의 사이에 마련되는 제2 마스크를 더 포함하는 레이저 가공 시스템.According to claim 1,
The optical element further comprises a second mask provided between the exit face of the first lens and the incident face of the second lens. 제1 항에 있어서,
상기 광학 편향기는 제1 방향으로 광을 편향시키는 제1 음향 광학 편향기와 상기 제1 방향과 다른 방향인 제2 방향으로 광을 편향시키는 제2 음향 광학 편향기를 포함하는 레이저 가공 시스템.According to claim 1,
The optical deflector includes a first acoustooptic deflector for deflecting light in a first direction and a second acoustooptic deflector for deflecting light in a second direction that is different from the first direction. 제13 항에 있어서,
상기 광학 편향기는 상기 제1 음향 광학 편향기와 상기 제2 음향 광학 편향기 사이에 마련되는 반파장판(half-wave plate)를 더 포함하는 레이저 가공 시스템.The method of claim 13,
The optical deflector further comprises a half-wave plate provided between the first acoustooptic deflector and the second acoustooptic deflector. 제1항에 기재된 레이저 가공 시스템을 이용한 레이저 가공 방법에 있어서,
상기 레이저 빔의 진행 각도를 상기 스윙 앵글 내에서 제어하는 단계;
상기 4f 앵글 제어 광학계를 이용하여 상기 레이저 빔의 스윙 앵글을 조절하는 단계 및;
상기 플라잉 헤드를 상반전이 없는 영역에서 플라잉 하며 상기 가공 대상물을 가공하는 단계;를 포함하는 레이저 가공 방법.In the laser processing method using the laser processing system according to claim 1,
Controlling the advancing angle of the laser beam within the swing angle;
Adjusting a swing angle of the laser beam using the 4f angle control optical system;
And processing the object to be processed by flying the flying head in a region without phase inversion.
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