KR102428536B1 - 분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈 - Google Patents

Abstract

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피복 내에 원형 또는 다각형 단면을 갖는 광섬유 코어가 삽입된 광케이블; 원통 형상의 하우징; 상기 광케이블과 하우징을 연결하는 광커넥터; 상기 하우징 내부에 구비되어 광커넥터로부터 입사되는 발산형 가우시안 빔 또는 유사한 형태의 공간적 빔 프로파일의 레이저광을 평행빔으로 변환하는 콜리메이션 렌즈; 상기 하우징 내부에 구비되어 콜리메이션 렌즈에 의해 평행빔으로 전환된 레이저광을 레이저 솔더링 공정에 이용하기 위해 플랫탑 빔(flat-top beam) 프로파일 형태의 레이저광으로 빔 모드를 변환하는 플랫탑 빔 변환수단; 및 상기 하우징 내부의 콜리메이션 렌즈 및 플랫탑 빔 변환수단 사이에 구비되어 광커넥터를 하우징에 접속 또는 접속해제하는 과정에서 하우징 외부에서 유입되거나, 하우징과 광커넥터 간의 스크래치에 의해 발생된 각종 분진 및 이물질이 콜리메이션 렌즈쪽으로 유입되지 못하도록 차단하는 투광성 분진 차폐부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈 {Flat-top laser beam head module with dust shielding function}

본 발명은 플랫탑(Flat-top) 레이저빔 헤드 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광커넥터의 조립 또는 분해 시 하우징 외부로부터 유입되거나 부품 간의 스크래치에 의해 발생될 수 있는 금속 등의 분진이나 이물질이 하우징 내부로 유입된 후 콜리메이션 렌즈 등의 표면에 부착되고, 이후 상기 렌즈의 표면에 부착된 분진에 레이저빔이 흡수 및 과열됨에 따라 고가의 콜리메이션 렌즈, 커넥터 등의 정밀 부품이 열적 손상에 의해 파손되거나 크랙 등의 표면손상이 가해지지 않아 레이저 솔더링 공정의 수율 및 공정효율 저하를 방지할 수 있는 분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 다수의 솔더 상에 일정 면적을 갖는 레이저빔을 조사함으로써 기판을 한번에 솔더링하는 레이저 솔더링 공정에는 레이저빔 헤드 모듈이 이용된다.

상기 레이저빔 헤드 모듈은 통상 레이저빔의 고유한 특성인 가우시안 빔(Gaussian Beam Profile)을 이용하게 되는데, 상기 가우시안 빔은 원형의 레이저빔중앙부에서 레이저빔 에너지가 상대적으로 강해 기판에 균일하게 레이저 에너지를 전달할 수 없어 레이저 에너지가 많이 가해진 중앙부는 오버히팅에 의해 기판이 손상되는 한편, 레이저 에너지가 적게 가해진 주변부는 솔더링이 제대로 이루어지지 않아 솔더 불량이 야기되는 문제점이 있었다.

이러한 이유로 최근에는 기판 상에 균일한 레이저 에너지를 전달하기 위해 콜레메이터를 이용하여 레이저광을 평행광으로 변환한 뒤, 상기 평행광을 다시 빔강도 프로파일이 일정한 빔 모드인 플랫탑(flat-top) 빔으로 변환하는 방식의 레이저빔 헤드 모듈이 개발되어 현장에 보급되고 있는 상황이다.

이러한 플랫탑 레이저빔 변환 방식의 레이저 헤드 모듈의 한가지 예가 국내등록특허(발명의 명칭: ‘레이저 광학 장치 및 헤드’, 특허등록 제1857544호, 이하, ‘선행문헌’이라 함)에 상세히 개시되어 있다.

선행문헌에 개시된 종래 플랫탑 레이저빔 변환 방식의 레이저빔 헤드 모듈은 레이저 삭마 등의 레이저 가공을 위한 것으로, 도 1 및 도 2를 참조하여 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 레이저빔 헤드 모듈을 나타낸 도면으로, 상기 레이저빔 헤드 모듈은 광섬유부(20), 커넥터(30), 콜리메이터(40), 집속 렌즈부(50), 빔 변환장치(60), 공간필터(70) 및 빔 확대장치(80)로 구성된다.

광섬유부(20)는 레이저빔 헤드 모듈 내부로 레이저빔을 전송해주는 역할을 하며, 커넥터(30)는 레이저빔 헤드 모듈과 광섬유부(20)를 서로 연결시켜주는 역할을 한다.

또한, 상기 커넥터(30)는 광섬유부(20)에서 전달된 레이저빔을 레이저빔 헤드 모듈 내부로 유도하며, 이를 위해 커넥터(30)의 일측은 광섬유부(20)와 연결되고, 타측은 레이저빔 헤드 모듈에 내입되는 형태로 구비된다.

또한, 상기 커넥터(30)는 콜리메이터(40)와 가까이에 위치하며, 콜리메이터(40)는 레이저에서 나온 레이저빔을 평행빔으로 변형시켜서 평행한 상태로 전달하며, 집속 렌즈부(50)는 레이저빔 헤드 모듈의 가장 바깥쪽 일측에 배치되어 레이저빔을 집속하는 기능을 한다.

또한, 빔 변환장치(60)는 콜리메이터(40)에서 전달받은 평행빔의 에너지 분포를 변환하는 부품으로서, 가우시안 빔(Gaussian Beam Profile) 형태의 레이저빔을 에너지 분포가 균일한 플랫탑 빔(Flat-top Beam) 형태로 변환하게 된다.

또한, 공간필터(70)는 빔의 형태를 변형하며, 빔 확대장치(80)는 레이저빔에서 조사된 레이저빔을 가는 평행 광선속을 굵은 평행 광선속으로 변환하는 기능을 한다.

도 2는 종래 가우시안 빔과 플랫탑 빔의 모형을 나타낸 도면으로서, 가우시안 빔의 에너지가 중심으로 갈수록 높아지는 형태로 생성되어 에너지 분포가 균일하지 않을 수 있다. 그러나, 플랫탑 빔은 에너지를 균일하게 분포시켜서 균일한 품질을 갖는 레이저 가공을 가능하게 한다.

이 때, 플랫탑 빔은 균일한 에너지 분포를 갖는 원형 플랫탑 빔(Flat-top Circle Beam), 사각 플랫탑 빔(Flat-top Square Beam), 평행 플랫탑 빔(Flat-top Line Beam) 등의 형태로 변형될 수 있다.

그러나, 상술한 구성의 종래 레이저빔 헤드 모듈은 레이저빔이 입사되는 커넥터를 접속 또는 접속해제하기 위해 조립 또는 분해하는 과정에서 외부로부터 다량의 분진이 레이저빔 헤드 모듈 내부로 유입되거나 또는 커넥터를 조립 또는 분해할 때 나사 연결부에서 스크래치에 의해 다량의 금속 분진이 발생됨이 불가피하였다.

이에 따라 종래 기술에서 언급한 레이저빔을 이용한 기계 가공 분야에서는 분진이 큰 문제를 야기하지 않을 수 있으나, 후술할 본 발명에서처럼 레이저 솔더링 공정과 같이 레이저빔의 에너지 밀도 및 세기를 매우 정교하게 제어해야 하는 공정에서는 외부로부터 유입되거나 조립 또는 분해 시 스크래치에 의해 발생된 금속 등의 분진이나 이물질이 레이저빔 헤드 모듈 내부의 콜리메이션 렌즈에 부착되는 경우 아래와 같이 심각한 문제점이 야기되었다.

먼저, 상기 콜리메이션 렌즈 등에 부착된 분진이나 이물질이 레이저빔의 에너지를 흡수하는 경우 금속 분진 등에 의해 렌즈가 과열됨으로써 콜리메이션 렌즈 또는 커넥터 등의 내부 부품에 심각한 열적 손상을 야기하였으며, 상기 열적 손상으로 인해 결국 고가의 콜리메이션 렌즈가 파손되거나 렌즈 표면에 크랙 등의 표면손상이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같이 주기적으로 콜리메이터나 커넥터 등 정밀 광학 부품의 표면에 크랙이 발생하는 등 미세한 표면손상에 의해서도 레이저 솔더링 등의 정밀 공정에는 솔더불량의 증가로 인해 수율이 크게 저하될 수 밖에 없었다.

또한, 내부 부품을 교체하기 위해 공정을 수시로 중단해야 할 뿐만 아니라, 콜리메이션 렌즈 등의 정밀 부품을 교체한 후에는 다시 정교한 광축정렬 작업을 실시함은 물론, 광축정렬이 정확히 이루어졌는지 다시 테스트를 거쳐야 했으므로 공정효율 또한 대폭 저하되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제1857544호 (2018.05.08. 등록)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 광커넥터의 조립 또는 분해 시 하우징 외부로부터 유입되거나 부품 간의 스크래치에 의해 발생될 수 있는 금속 등의 분진이나 이물질이 하우징 내부로 유입된 후 콜리메이션 렌즈 등의 표면에 부착되고, 이후 상기 렌즈의 표면에 부착된 분진에 레이저빔이 흡수 및 과열됨에 따라 고가의 콜리메이션 렌즈, 커넥터 등의 정밀 부품이 열적 손상에 의해 파손되거나 크랙 등의 표면손상이 가해지지 않아 레이저 솔더링 공정의 수율 및 공정효율 저하를 방지할 수 있는 분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예에 따라, 피복 내에 원형 또는 다각형 단면을 갖는 광섬유 코어가 삽입된 광케이블; 원통 형상의 하우징; 상기 광케이블과 하우징을 연결하는 광커넥터; 상기 하우징 내부에 구비되어 광커넥터로부터 입사되는 발산형 가우시안 빔 또는 유사한 형태의 공간적 빔 프로파일의 레이저광을 평행빔으로 변환하는 콜리메이션 렌즈; 상기 하우징 내부에 구비되어 콜리메이션 렌즈에 의해 평행빔으로 전환된 레이저광을 레이저 솔더링 공정에 이용하기 위해 플랫탑 빔(flat-top beam) 프로파일 형태의 레이저광으로 빔 모드를 변환하는 플랫탑 빔 변환수단; 및 상기 하우징 내부의 콜리메이션 렌즈 및 플랫탑 빔 변환수단 사이에 구비되어 광커넥터를 하우징에 접속 또는 접속해제하는 과정에서 하우징 외부에서 유입되거나, 하우징과 광커넥터 간의 스크래치에 의해 발생된 각종 분진 및 이물질이 콜리메이션 렌즈쪽으로 유입되지 못하도록 차단하는 투광성 분진 차폐부재;를 포함하여 구성된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 플랫탑 빔 변환수단은, 라이트 파이프(Light pipe), 적층판형 원통 렌즈어레이(Stacked Flate-type cilindrical lens array), 마이크로 렌즈어레이(Micro lens array), 회절광학소자(Diffractive optic element) 중 하나 또는 둘 이상이 결합된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 투광성 분진 차폐부재는, 붕규산 유리(Borosilicate glass), 합성 석영유리(Fused silica glass) 또는 석영유리(Quartz glass)를 포함하는 고내열성 투광 유리 기재 중 하나 또는 둘 이상이 결합된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 투광성 분진 차폐부재의 양쪽 표면 중 적어도 어느 한쪽 면에는 무반사 코팅층(Anti-reflection coating layer)이 더 형성된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 레이저 솔더링 공정에 적용되는 레이저광의 파장 범위는 620 내지 690nm, 800 내지 820nm, 900 내지 990nm, 또는 1020 내지 1100mm 이내이다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 고내열성 투광 유리 기재의 두께는 0.5 내지 20mm 이내로 형성된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 무반사 코팅층은 상기 레이저빔의 소정 파장대에서 최소 반사율을 갖는 유전체 또는 금속으로 형성된 박막 코팅층이다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 무반사 코팅층은 실리카 유리 기재 표면 상에 불화 마그네슘(MgF₂) 레이어로 형성된 박막 코팅층이다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 플랫탑 빔 변환수단은 상기 라이트 파이프이며, 상기 고내열성 투광 유리 기재를 투과하는 레이저빔의 직경을 상기 고내열성 투광 유리 기재 두께의 14 내지 15% 까지 축소함에 의해 최종적으로 출사되는 레이저빔의 직경이 조절된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 플랫탑 빔 변환수단으로 상기 마이크로 렌즈어레이(MLA; Micro Lens Array)나 적층 판형 원통 렌즈어레이(SPCLA; Stacked Plate-Type Cylindrical Lens Array)가 적용되는 경우 최종 출사되는 레이저빔의 직경은 22 내지 45mm 이내이다.

상술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 광커넥터를 하우징에 접속 또는 접속해제하는 과정에서 하우징 외부로부터 유입되거나 하우징과 광커넥터 간의 스크래치에 의해 발생된 금속입자를 포함하는 각종 분진 및 이물질의 유입이 광투과성 분진 차폐부재에 의해 완전히 차단됨으로써 콜리메이션 렌즈 등에 각종 분진 및 이물질의 부착이 방지되며, 이로 인해 콜리메이션 렌즈 등에 부착된 분진 및 이물질이 레이저광에 의해 과열되어 콜리메이션 렌즈가 파손되거나 크랙이 발생되는 렌즈 손상을 방지할 수 있다.

둘째, 상기 광투과성 분진 차폐부재에 각종 분진 및 이물질이 부착되더라도 광투과성 분진 차폐부재가 고내열성을 가지므로 고열에 내구성을 가지며, 설령 광투과성 분진 차폐부재에 손상이 발생하더라도 상기 광투과성 분진 차폐부재만 교체하면 되므로 콜리메이션 렌즈 등이 렌즈 손상에 의해 광축정렬(Optical-axis alignment)의 틀어짐이 방지된다.

셋째, 상기 광투과성 분진 차폐부재는 판상의 중간 보호유리판이므로 표면에 분진 및 이물질이 부착 시 오염 여부를 미리 파악할 수 있으며, 오염이 발생된 경우에는 광투과성 분진 차폐부재의 표면을 용이하게 세정(cleaning)할 수 있으므로 콜리메이션 렌즈의 파손이나 손상을 사전에 예방할 수 있다.

넷째, 고내열성을 갖는 광투과성 분진 차폐부재의 방호에 따라 그 다음 위치에 배치하는 콜리메이션 렌즈는 다양한 굴절율을 갖는 재료를 폭넓게 사용할 수 있게 됨에 따라 플랫탑 빔을 생성하는 본 발명 레이저 헤드 모듈의 설계 및 제작 시 소형화, 원가절감 및 길이 축소 등 설계의 자유도가 대폭 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래 레이저 기계 가공을 위한 레이저빔 헤드 모듈의 구성을 보인 예시도
도 2는 종래 레이저빔 헤드 모듈의 플랫탑 레이저빔 변환 과정을 보인 도면
도 3은 본 발명 분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈의 내부 구성을 보인 요부 구성도

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자,단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하, 첨부된 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈의 내부 구성을 보인 요부 구성도이다.

먼저, 본 발명 분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈의 일단에는 광케이블(100)이 연결된다.

상기 광케이블(100)은 합성수지 등의 절연 피복 내에 원형 또는 다각형 단면 등 평면 기판의 다양한 레이저 솔더링 공정에 필요한 레이저빔의 형상을 갖는 광섬유 코어(미도시)가 삽입된 구조를 갖는다.

또한, 상기 광케이블(100)은 원통 형상의 하우징(300)에 결합되는데, 상기 광케이블(100)은 통상 광커넥터(200)에 의해 하우징(300)에 결합된다.

예컨대, 도 3에 도시된 것처럼 상기 광커넥터(200)의 둘레에 형성된 수나사를 하우징(300)의 일단에 가공된 암나사에 나사 결합함으로써 광케이블(100)이 하우징(300)에 결합될 수 있다.

또한, 상기 하우징(300) 내부에는 광커넥터(200)로부터 입사되는 발산형 가우시안 빔 또는 유사한 형태의 공간적 빔 프로파일의 레이저광을 평행빔으로 변환하기 위한 콜리메이션 렌즈(400)가 구비된다.

또한, 상기 하우징(300) 내부에 구비되어 콜리메이션 렌즈(400)에 의해 평행빔으로 전환된 레이저광을 레이저 솔더링 공정에 이용하기 위해 플랫탑 빔(flat-top beam) 프로파일 형태의 레이저광으로 빔 모드를 변환하는 플랫탑 빔 변환수단(500)이 구비된다.

일 실시예에 따라, 상기 플랫탑 빔 변환수단(500)은, 라이트 파이프(Light pipe), 적층판형 원통 렌즈어레이(Stacked Flate-type cilindrical lens array), 마이크로 렌즈어레이(Micro lens array), 회절광학소자(Diffractive optic element) 중 어느 하나이거나 또는 둘 이상이 결합되어 적용될 수 있다.

또한, 상기 하우징(300) 내부의 콜리메이션 렌즈(400) 및 플랫탑 빔 변환수단(500) 사이에는 광커넥터(200)를 하우징(300)에 접속 또는 접속해제하는 과정에서 하우징 외부에서 유입되거나, 하우징(300)과 광커넥터(200) 간의 스크래치에 의해 발생된 각종 분진 및 이물질이 콜리메이션 렌즈(400)쪽으로 유입되지 못하도록 차단하는 투광성 분진 차폐부재(600)가 구비된다.

일 실시예에 따라, 상기 투광성 분진 차폐부재(600)는, 기재로서 붕규산 유리(Borosilicate glass), 합성 석영유리(Fused silica glass) 또는 쿼츠(Quartz)를 포함하는 고내열성 투광 유리 기재(601)가 이용될 수 있다.

이 때, 상기 붕규산 유리(Borosilicate glass)는 열충격이나 급격한 온도 변화에 높은 저항성을 가진 유리로서, 높은 온도에서 작업이 가능하고 화학적 내구성이 우수하며, 기포와 불순물이 없어 무색투명하고, 고순도 재료를 이용하므로 광학 품질이 우수하다. 일례로, 상기 붕규산 유리는 독일 Schott사의 특수 유리인 ‘BK 7’ 글라스가 이용될 수 있다.

또한, 상기 합성 석영유리(Fused silica glass)는 단일 산화물 유리로서, 무정형, 비결정의 실리카로 이루어진다. 합성 석영유리는 최고 900℃의 고온에서 장시간 사용이 가능하며, 열충격에 높은 저항성을 갖는 특성이 있다.

또한, 석영유리(Quartz glass)는 비정질 고체 형태의 규소로 구성된 고강도 유리로서, 순수한 규소와 산소만의 그물코로 된 유리를 지칭하며, 연화점이 1,500℃ 이상으로 내화학성 및 1,000℃ 정도의 온도차에 의한 급열 또는 급랭에서도 깨지지 않는 특성을 갖는다.

일 실시예에 따라, 상기 투광성 분진 차폐부재(600)는 하우징 내부에 나사 결합 방식으로 착탈 가능한 구조를 가질 수 있으며, 이에 따라 상시적으로 작업자가 상기 투광성 분진 차폐부재(600)를 손으로 돌려 제거 및 교체할 수 있다.

한편, 상기 투광성 분진 차폐부재(600)에 의해 걸러진 분진 등은 표면에 부착될 수 있으므로 작업자가 필요 시 상기 투광성 분진 차폐부재(600)의 표면을 세정함으로써 본 발명 레이저빔 헤드 모듈의 우수한 광학 특성을 유지할 수 있으며, 수율저하도 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈이 적용되는 레이저 솔더링 공정에서는 620 내지 690nm, 800 내지 820nm, 900 내지 990nm, 또는 1020 내지 1100nm 이내의 파장값을 갖는 레이저빔이 이용될 수 있다.

이에 따라 상기 투광성 분진 차폐부재(600)는 이러한 파장대의 레이저빔 에너지에 견딜 수 있는 상술한 여러 고내열성 재료 중에서 해당 레이저 솔더링의 공정 조건에 알맞는 재료를 선택하여 적용할 수 있다.

보다 구체적으로, 먼저 상기한 바와 같이 620nmm에서 1100nm에 이르는 다양한 파장대의 레이저빔 에너지에 대해 열적 파괴에 대한 비파괴 특성의 충분한 유리 강성을 확보하고, 교체 취급 시의 파손 가능성을 최소화하기 위한 고내열성 투광 유리 재료의 두께는 최소 0.5mm 이상으로 형성될 필요가 있다.

한편, 빔 경로 상에 배치되는 상기 고내열성 투광 유리 기재(601)별 굴절율(예, 붕규산 유리≒1.5, 합성 석영유리≒1.46)에 의한 레이저빔의 직경 축소와 레이저 솔더링 공정에 이용되는 파장대역별로 최종 출사되는 레이저빔의 직경을 감안하면 상기 고내열성 투광 유리 기재(601)의 최대 두께는 20mm까지 구현이 가능하다.

일례로, 상기 플랫탑 빔 변환수단(500)으로서, 라이트 파이프(Light pipe)를 적용하는 경우 최종 출사되는 레이저빔의 직경이 2 내지 5mm이다.

이를 위해 고내열성 투광 유리 기재(601)를 투과하는 레이저빔의 직경을 최대 2.9mm(즉, 상기 고내열성 투광 유리 기재(601) 두께의 약 14.4%)까지 축소함에 의해 최종적으로 라이트 파이프(Light pipe) 계열의 플랫탑 빔 변환수단(500)으로부터 출사되는 레이저빔의 직경을 조절하여 플랫탑 빔 모드를 추가적으로 조절할 수 있다.

한편, 플랫탑 빔 변환수단(500)으로서 상기 라이트 파이프(Light pipe) 대신에, 마이크로 렌즈어레이(MLA; Micro Lens Array)나 적층 판형 원통 렌즈어레이(SPCLA; Stacked Plate-Type Cylindrical Lens Array)를 적용하는 경우 최종 출사되는 레이저빔의 직경은 22 내지 45mm 이내이므로 역시 상기 출사되는 레이저빔의 직경을 감안하면 광학 설계에 의한 고내열성 투광 유리 기재(601)의 두께는 최대 20mm까지 설정될 수 있다.

또한, 상기 투광성 분진 차폐부재(600)의 양쪽 표면 모두 또는 양쪽 중 적어도 어느 한쪽 표면에는 무반사 코팅층(Anti-reflection coating layer, 602)이 더 형성될 수 있다.

여기서, 상기 무반사 코팅층(602)은 투광성 분진 차폐부재(600)의 기재로서 고내열성 투광 유리 기재(601)의 굴절률 등 광학 특성과 해당 레이저빔의 특정 파장대에서 최소 반사율을 갖는 유전체 또는 금속 등의 무기 재료의 박막 코팅층일 수 있다.

일례로, 실리카 유리 등의 기재 표면에 불화 마그네슘(MgF2) 싱글 레이어 또는 타 복합재료에 의한 멀티 레이어 무반사 코팅층을 박막 증착하여 형성할 수 있다.

아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.

100 : 광케이블 200 : 광커넥터
300 : 하우징 400 : 콜리메이션 렌즈
500 : 플랫탑 빔 변환수단 600 : 투광성 분진 차폐부재
601 : 고내열성 투광 유리 기재 602 : 무반사 코팅층(AR layer)

Claims (10)

1. 합성수지재의 절연 피복 내에 평면 기판의 레이저 솔더링 공정에 필요한 원형 또는 다각형 레이저빔을 형성하기 위해 원형 또는 다각형 단면을 갖는 광섬유 코어가 삽입되는 광케이블;
   원통 형상의 하우징;
   상기 광케이블과 하우징을 연결하는 광커넥터;
   상기 하우징 내부에 구비되어 광커넥터로부터 입사되는 발산형 가우시안 빔 또는 유사한 형태의 공간적 빔 프로파일의 레이저광을 평행빔으로 변환하는 콜리메이션 렌즈;
   상기 하우징 내부에 구비되어 콜리메이션 렌즈에 의해 평행빔으로 전환된 레이저광을 레이저 솔더링 공정에 이용하기 위해 플랫탑 빔(flat-top beam) 프로파일 형태의 레이저광으로 빔 모드를 변환하는 플랫탑 빔 변환수단; 및
   상기 콜리메이션 렌즈를 결합한 후에, 하우징 일단의 내경이 가장 큰 중공을 통해 하우징 내부에 나사 결합 방식으로 착탈 가능하게 결합됨으로써 상기 하우징 내부의 콜리메이션 렌즈 및 광커넥터 사이에 배치되고, 광커넥터를 하우징에 접속 또는 접속해제하는 과정에서 하우징 외부에서 유입되거나, 하우징과 광커넥터 간의 스크래치에 의해 발생된 각종 분진 및 이물질이 콜리메이션 렌즈쪽으로 유입되지 못하도록 차단하는 투광성 분진 차폐부재;를 포함하고,
   상기 투광성 분진 차폐부재는,
   붕규산 유리(Borosilicate glass), 합성 석영유리(Fused silica glass) 또는 석영유리(Quartz glass)를 포함하는 고내열성 투광 유리 기재 중 하나 또는 둘 이상이 결합함으로써 상기 고내열성 투광 유리 기재의 두께를 0.5 내지 20mm 이내로 형성하고,
   상기 고내열성 투광 유리 기재의 양쪽 표면 중 적어도 어느 한면에는 무반사 코팅층(Anti-reflection coating layer)이 형성되고,
   상기 투광성 분진 차폐부재를 거쳐 조사되는 레이저광은 레이저 솔더링 공정에 적용되기 위해 620 내지 690nm, 800 내지 820nm, 900 내지 990nm, 또는 1020 내지 1100mm 이내의 파장 범위를 갖는 것을 특징으로 하는,
   분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 플랫탑 빔 변환수단은,
   라이트 파이프(Light pipe), 적층판형 원통 렌즈어레이(Stacked Flate-type cilindrical lens array), 마이크로 렌즈어레이(Micro lens array), 회절광학소자(Diffractive optic element) 중 하나 또는 둘 이상이 결합된 것인,
   분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈.
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9. 제 2 항에 있어서,
   상기 플랫탑 빔 변환수단은 상기 라이트 파이프이며, 상기 고내열성 투광 유리 기재를 투과하는 레이저빔의 직경을 상기 고내열성 투광 유리 기재 두께의 14 내지 15% 까지 축소함에 의해 최종적으로 출사되는 레이저빔의 직경이 조절되는,
   분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈.
10. 제 2 항에 있어서,
    상기 플랫탑 빔 변환수단으로 상기 마이크로 렌즈어레이(MLA; Micro Lens Array)나 적층 판형 원통 렌즈어레이(SPCLA; Stacked Plate-Type Cylindrical Lens Array)가 적용되는 경우 최종 출사되는 레이저빔의 직경은 22 내지 45mm 이내인,
    분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈.
    

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