KR102573086B1 - 레이저빔 평가장치 - Google Patents

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KR102573086B1 KR1020230016352A KR20230016352A KR102573086B1 KR 102573086 B1 KR102573086 B1 KR 102573086B1 KR 1020230016352 A KR1020230016352 A KR 1020230016352A KR 20230016352 A KR20230016352 A KR 20230016352A KR 102573086 B1 KR102573086 B1 KR 102573086B1
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류근호
최진용
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최진용
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Abstract

본 발명은 레이저빔 평가장치에 관한 것으로서, 레이저빔을 전달하는 광학부;상기 광학부를 경유한 레이저빔을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈로부터 출사된 레이저빔의 이미지를 획득하는 이미지센서; 상기 이미지센서를 상기 집광렌즈와 가까워지는 방향 또는 상기 집광렌즈로부터 멀어지는 방향으로 이송시키는 센서 이송부; 및 상기 이미지센서에서 획득한 레이저빔의 이미지를 바탕으로 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출하는 제어부;를 포함한다.

Description

레이저빔 평가장치{Apparatus for laser beam measurement}
본 발명은 레이저빔 평가장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 가공에 있어서 레이저 펄스를 평가할 수 있는 레이저빔 평가장치에 관한 것이다.
많은 반도체 또는 디스플레이 공정에서 레이저를 이용한 가공의 사용이 확대되고 있다. 이러한 레이저 가공에 있어서 레이저 펄스의 정확한 평가는 가공 품질을 좌우하기 때문에 매우 중요한 요소이다.
반도체 공정의 경우, 레이저 펄스의 피크 파워가 작으면 증착된 다결정실리콘이 완전히 녹지 못하여 Gap을 충실하게 채우지 못하고, 피크 파워가 일정 조건이상으로 커지면 Gap 옆쪽의 wall이나 다른 부분에 원치 않는 데미지를 유발시키게 된다.
또한, OLED 디스플레이 공정에 있어서도, 전극 연결을 위한 유전체의 부분적인 제거를 하게 되는 경우, 레이저 펄스의 피크 파워가 작으면 유전체가 완전히 제거되지 못하여 컨택 채널이 좁아지는 문제가 발생하고, 피크 파워가 너무 크면 유전체 아래쪽의 전극 연결층이나 옆부분의 배리어 층에 손상을 유발하게 된다.
이에 반도체 또는 디스플레이 공정에 있어서 레이저의 피크 파워를 측정하고 있으나 대부분 열방식(Thermal power meter)의 센서에 측정용 파워 미터를 연결하여 사용하며, 레이저빔을 직접 입사하는 형태로 측정하므로 가공과 동시에 실시간으로 측정이 불가한 단점이 있다.
또한, 종래의 열방식의 센서를 사용하는 방법은 측정 주기가 보통 수초 단위로 길고, 평균 파워만 측정 가능하며, 파워 영역대에 따라 센서를 교체하여야 하는 불편함이 있다.
한국공개특허공보 제10-2022-0004555호(2022.01.11 공개, 발명의 명칭 : 레이저파워계측장치)
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실시간으로 레이저빔의 파워를 측정하고, 측정된 레이저빔의 파워 정보를 이용하여 레이저빔의 초점 크기, 초점 거리 및 빔 프로파일을 산출할 수 있는 레이저빔 평가장치를 제공함에 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 레이저빔 평가장치는, 레이저빔을 전달하는 광학부; 상기 광학부를 경유한 레이저빔을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈로부터 출사된 레이저빔의 이미지를 획득하는 이미지센서; 상기 이미지센서를 상기 집광렌즈와 가까워지는 방향 또는 상기 집광렌즈로부터 멀어지는 방향으로 이송시키는 센서 이송부; 및 상기 이미지센서에서 획득한 레이저빔의 이미지를 바탕으로 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출하는 제어부;를 포함하고, 상기 이미지센서는 가공 대상물이 안착되는 가공 테이블의 모서리에 설치되되, 상기 가공 테이블의 각각의 모서리 위치에서 레이저빔의 이미지를 획득하기 위하여 상기 가공 테이블의 모서리를 따라 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 레이저빔 평가장치는, 레이저빔을 2개의 분할빔으로 분할하고, 제1분할빔을 상기 광학부 측으로 전송하는 빔스플리터; 상기 빔스플리터에서 분할되어 입사되는 제2분할빔의 파워를 실시간 측정하는 모니터링부; 및 레이저빔의 양을 감소시키는 ND 필터를 구비하여, 상기 모니터링부에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔이 상기 이미지센서로 입사되기 전에 상기 ND 필터를 이용하여 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되는 감쇠부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 레이저빔 평가장치는, 상기 집광렌즈와 상기 감쇠부 사이에 배치되고, 상기 감쇠부에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전 상기 감쇠부로 레이저빔이 전송되는 것을 차단하는 셔터부;를 더 포함할 수 있다.
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상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔 평가장치는, 레이저빔을 2개의 분할빔으로 분할하는 제1빔스플리터; 상기 제1빔스플리터에서 분할되어 입사되는 제1분할빔을 전달하는 광학부; 상기 광학부를 경유한 레이저빔을 집광하는 집광렌즈; 상기 집광렌즈로부터 출사된 레이저빔의 이미지를 획득하는 제1이미지센서; 상기 제1이미지센서를 상기 집광렌즈와 가까워지는 방향 또는 상기 집광렌즈로부터 멀어지는 방향으로 이송시키는 센서 이송부; 상기 제1빔스플리터에서 분할되어 입사되는 제2분할빔의 이미지를 획득하는 제2이미지센서; 및 상기 제1이미지센서에서 획득한 레이저빔의 이미지를 바탕으로 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출하고, 상기 제2이미지센서에서 획득한 레이저빔의 이미지를 바탕으로 레이저빔의 빔 프로파일을 산출하는 제어부;를 포함하고, 상기 제1이미지센서는 가공 대상물이 안착되는 가공 테이블의 모서리에 설치되되, 상기 가공 테이블의 각각의 모서리 위치에서 레이저빔의 이미지를 획득하기 위하여 상기 가공 테이블의 모서리를 따라 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔 평가장치는, 상기 제1빔스플리터에서 분할되어 입사되는 제2분할빔을 2개의 분할빔으로 분할하는 제2빔스플리터; 상기 제2빔스플리터에서 분할되어 입사되는 분할빔의 파워를 실시간 측정하는 모니터링부; 레이저빔의 양을 감소시키는 제1 ND 필터를 구비하여, 상기 모니터링부에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔이 상기 제1이미지센서로 입사되기 전에 상기 제1 ND 필터의 광학 밀도를 조정하여 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되는 제1감쇠부; 및 레이저빔의 양을 감소시키는 제2 ND 필터를 구비하여, 상기 모니터링부에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔이 상기 제2이미지센서로 입사되기 전에 상기 제2 ND 필터의 광학 밀도를 조정하여 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되는 제2감쇠부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저빔 평가장치는, 상기 집광렌즈와 상기 제1감쇠부 사이에 배치되고, 상기 제1감쇠부에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전 상기 제1감쇠부로 레이저빔이 전송되는 것을 차단하는 제1셔터부; 및 상기 제2빔스플리터와 상기 제2감쇠부 사이에 배치되고, 상기 제2감쇠부에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전 상기 제2감쇠부로 레이저빔이 전송되는 것을 차단하는 제2셔터부;를 더 포함할 수 있다.
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본 발명의 레이저빔 평가장치에 따르면, 레이저빔의 파워를 실시간 측정하고, 측정된 레이저빔의 파워 정보를 이용하여 레이저빔의 초점 크기, 초점 거리 및 빔 프로파일을 산출하며, 이를 통해 레이저 공정 시 레이빔의 초점 크기가 정상 범위에서 벗어나서 발생되는 가공 불량을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저빔 평가장치에 따르면, 레이저 공정 시 레이빔의 빔 프로파일이 정상 범위인지 실시간으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저빔 평가장치에 따르면, 센서 이동부가 이미지센서를 집광렌즈와 가까워지는 방향 또는 집광렌즈로부터 멀어지는 방향으로 이송시켜 레이저빔이 최소의 초점 크기를 가지는 위치로 조정시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저빔 평가장치에 따르면, 모니터링부가 레이저빔의 일부만 전송받고 파워를 측정하기 때문에 레이저 공정을 하는 동시에 실시간으로 레이저빔의 파워를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저빔 평가장치에 따르면, 가공 대상물을 가공하는 동시에 이미지센서는 레이저빔의 이미지를 획득하여 제어부에서 레이저 가공 공정에 적합한 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저빔 평가장치에 따르면, 이미지센서가 가공 테이블의 모서리를 따라 이동 가능하게 설치되어, 가공 테이블의 평탄도의 오차에 의해 발생할 수 있는 가공 불량을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저빔 평가장치에 따르면, 감쇠부가 레이저빔의 에너지가 감쇠되는 정도는 조정할 수 있어, 레이저빔의 파워 영역대에 따라 이미지센서를 교체하지 않고 하나의 이미지센서로 레이저빔의 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저빔 평가장치에 따르면, 셔터부를 포함하여 감쇠부에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전에 파워가 강한 레이저빔이 이미지센서에 입사되어 이미지센서가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저빔 평가장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 센서 이동부에 의해 이미지센서가 집광렌즈와 가까워지는 방향 또는 집광렌즈로부터 멀어지는 방향으로 이송되는 동작을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 도 1의 셔터부를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 도 1의 이미지센서가 가공 테이블의 모서리를 따라 이동되는 동작을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저빔 평가장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저빔 평가장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 센서 이동부에 의해 이미지센서가 집광렌즈와 가까워지는 방향 또는 집광렌즈로부터 멀어지는 방향으로 이송되는 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1의 셔터부를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1의 이미지센서가 가공 테이블의 모서리를 따라 이동되는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저빔 평가장치(100)는, 빔스플리터(110), 광학부(120), 집광렌즈(130), 셔터부(140), 감쇠부(150), 이미지센서(160), 센서 이송부(170), 모니터링부(180) 및 제어부(190)를 포함할 수 있다.
빔스플리터(110)는 레이저빔을 투과하거나 반사하여 2개의 분할빔으로 분할할 수 있으며, 제1분할빔을 광학부(120) 측으로 전송하고, 제2분할빔을 모니터링부(180) 측으로 전송할 수 있다. 이때, 가공 대상물을 가공하는 레이저빔은 제1분할빔으로 제2분할빔보다 큰 에너지를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1분할빔은 분할되기 전 레이저빔 에너지의 99%를 가지고 제2분할빔은 분할되기 전 레이저빔 에너지의 1%를 가질 수 있다.
광학부(120)는 빔스플리터(110)에서 분할되어 입사되는 제1분할빔을 집광렌즈(130) 측으로 전달할 수 있다. 광학부(120)는 레이저빔을 전달하기 위해 광학렌즈, 광학미러 등일 수 있다. 그리고, 레이저빔을 집광렌즈(130)로 반사시키기 위해 이송이 가능한 스테이지에 설치된 스캐너(121)를 가질 수 있다.
집광렌즈(130)는 광학부(120)를 경유한 레이저빔을 집광하여 가공 대상물에 초점이 맺히도록 할 수 있다.
이미지센서(160)는 집광렌즈(130)로부터 출사된 레이저빔의 이미지를 획득한다. 그리고, 제어부(190)는 이미지센서(160)에서 획득한 레이저빔의 이미지를 바탕으로 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출한다.
구체적으로, 제어부(190)는 이미지센서(160)에서 획득한 레이저빔의 이미지 데이터를 전송받고 이를 바탕으로 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출할 수 있다. 그리고, 산출된 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리가 레이저 가공 공정 시 정상 범위에서 벗어난 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리이면 센서 이송부(170)를 제어하여 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 조정할 수 있다.
여기서, 센서 이송부(170)는 이미지센서(160)를 집광렌즈(130)와 가까워지는 방향 또는 집광렌즈(130)로부터 멀어지는 방향으로 이송시킨다.
구체적으로 도 2를 참조하면, 이미지센서(160a)가 집광렌즈(130)와 상대적으로 가까운 거리에 위치되어 있는 경우, 제어부(160)는 레이저빔(L)의 초점 크기 및 초점 거리를 조정하기 위하여 센서 이송부(170)를 제어할 수 있다. 이를 통해 이미지센서(160a)는 집광렌즈(130)로부터 멀어지는 방향으로 이송되어, 최소의 초점 크기를 가지는 위치로 조정될 수 있다.
그리고, 이미지센서(160b)가 집광렌즈(130)와 상대적으로 먼 거리에 위치되어 있는 경우, 마찬가지로 제어부(160)는 레이저빔(L)의 초점 크기 및 초점 거리를 조정하기 위하여 센서 이송부(170)를 제어할 수 있다. 이를 통해 이미지센서(160b)는 집광렌즈(130)와 가까워지는 방향으로 이송되어, 최소의 초점 크기를 가지는 위치로 조정될 수 있다.
한편 도 4를 참조하면, 이미지센서(160)는 가공 대상물(20)이 안착되는 가공 테이블(10)의 모서리에 설치될 수 있다.
이처럼 이미지센서(160)는 가공 테이블(10)에서 가공 대상물(20)이 안착되지 않는 모서리에 설치되기 때문에, 가공 대상물(20)을 가공하는 동시에 이미지센서(160)는 레이저빔의 이미지를 획득하여 제어부(190)에서 레이저 가공 공정에 적합한 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출할 수 있다.
또한, 이미지센서(160)는 가공 테이블(10)의 모서리를 따라 이동 가능하게 설치될 수 있다.
구체적으로, 이미지센서(160)는 가공 테이블(10)의 모서리(A1)에 설치되어 레이저빔의 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 가공 테이블(10)에 평탄도의 오차가 있으면, 가공 테이블(10)의 모서리(A1)에서 산출된 레이저빔의 초점 거리는 다른 모서리(A2, A3, A4)에서 산출된 레이저빔의 초점거리와 다를 수 있다.
이 경우, 가공 테이블(10)의 모서리(A1)와 가까운 측에 가공 대상물(20)은 레이저 가공 공정에 적합한 레이저빔의 초점 크기를 가질 수 있지만, 다른 모서리(A2, A3, A4)와 가까운 측에 가공 대상물(20)은 가공 공정에 적합하지 않는 레이저빔의 초점 크기를 가질 수 있다.
즉, 이미지센서(160)는 가공 테이블(10)의 각 모서리 위치에서 레이저빔의 이미지를 획득할 수 있고, 제어부(190)는 각 모서리 위치에 따른 레이저 가공 공정에 적합한 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출할 수 있다. 이로 인해, 가공 테이블(10)의 평탄도의 오차에 의해 발생할 수 있는 가공 불량을 줄일 수 있다.
모니터링부(180)는 빔스플리터(110)에서 분할되어 입사되는 제2분할빔의 파워를 실시간 측정할 수 있다. 더 구체적으로, 모니터링부(180)는 포토다이오드 센서를 이용할 수 있고, 빔스플리터(110)에서 분할된 제2분할빔만의 파워를 측정하고 이를 바탕으로 제1분할빔의 파워를 산출할 수 있다. 이와 같이 모니터링부(180)는 레이저빔의 일부만 전송받고 파워를 측정하기 때문에 레이저 공정을 하는 동시에 실시간으로 레이저빔의 파워를 측정할 수 있다.
감쇠부(150)는 이미지센서(160)로 입사되는 레이저빔의 에너지를 감쇠시킬 수 있다. 이때, 모니터링부(180)에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔의 에너지가 감쇠되는 정도는 조정될 수 있다. 여기서, 감쇠부(150)는 ND 필터(Neutral Density Filter)를 사용할 수 있다.
만약, 파워가 강한 레이저빔이 이미지센서(160)에 입사될 경우 이미지센서(160)는 파손되어 레이저빔의 이미지를 획득할 수 없을 수 있다. 이때, 감쇠부(150)는 모니터링부(180)에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔의 에너지를 감쇠시킬 수 있고, 이에 이미지센서(160)는 파손되지 않고 레이저빔의 이미지를 획득할 수 있다.
즉, 감쇠부(150)는 이미지센서(160) 앞단에서 모니터링부(180)에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔의 에너지가 감쇠되는 정도는 조정하기 때문에, 레이저빔의 파워 영역대에 따라 이미지센서(160)를 교체하지 않고 하나의 이미지센서(160)로 레이저빔의 이미지를 획득할 수 있다.
셔터부(140)는 집광렌즈(130)와 감쇠부(150) 사이에 배치되고, 감쇠부(150)에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전 감쇠부(150)로 레이저빔이 전송되는 것을 차단할 수 있다.
구체적으로 도 3을 참조하면, 셔터부(140)는 개방되거나 폐쇄될 수 있고, 이때, 셔터부(140)는 기계적인 방식으로 개폐될 수 있고, 전기적인 방식으로도 개폐될 수 있다.
그리고, 감쇠부(150)에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전 도 3의 (a)에서와 같이 셔터부(140)는 폐쇄되어 감쇠부(150)로 레이저빔이 전송되는 것을 차단할 수 있다.
이와 같이 함으로써, 감쇠부(150)에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전에 파워가 강한 레이저빔이 이미지센서(160)에 입사되어 이미지센서(160)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이후, 감쇠부(150)에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되면 도 3의 (b)에서와 같이 셔터부(140)는 개방되어 레이저빔이은 감쇠부(150)로 전송될 수 있다.
다시 도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 레이저빔 평가장치(100)의 동작을 설명한다.
우선 레이저 출력부에서 출사된 레이저는 빔스플리터(110)에서 2개의 분할빔으로 분할되어, 제1분할빔을 광학부(120) 측으로 전송하고 제2분할빔을 모니터링부(180) 측으로 전송한다.
제1분할빔은 광학부(120)를 경유하여 집광렌즈(130)에서 가공 테이블 측으로 집광되고, 동시에 제2분할빔은 모니터링부(180)에서 실시간 파워가 측정된다.
이때, 모니터링부(180)에서 측정된 파워를 바탕으로 감쇠부(150)의 조정이 필요한 경우, 셔터부(140)는 감쇠부(150)로 레이저빔이 전송되는 것을 차단하고 감쇠부(150)는 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정된다.
감쇠부(150)의 조정이 완료되면 셔터부(140)는 개방되고, 제1분할빔은 개방된 셔터부(140)를 지나 감쇠부(150)에서 에너지가 감쇠된 상태로 이미지센서(160)로 입사된다.
가공 테이블(10)의 모서리에 설치된 이미지센서(160)는 집광렌즈(130)로부터 출사된 레이저빔의 이미지를 획득하고, 제어부(190)는 레이저빔의 이미지를 바탕으로 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출한다.
그리고, 제어부(190)는 산출된 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 바탕으로 센서 이송부(170)를 제어하여 레이저빔의 초점 크기가 최소가 되도록 이미지센서(160)의 위치를 조정시킨다.
이후, 이미지센서(160)는 가공 테이블(10)의 모서리를 따라 이동되면서 가공 테이블(10)의 각 모서리 위치에서 레이저빔의 이미지를 획득하고, 제어부(190)는 각 모서리 위치에 따른 레이저 가공 공정에 적합한 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출한다.
이처럼, 상술한 바와 같이 구성된 본 밞명의 레이저빔 평가장치(100)는, 레이저빔의 파워를 실시간 측정하고, 측정된 레이저빔의 파워 정보를 이용하여 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출하며, 이를 통해 레이저 공정 시 레이빔의 초점 크기가 정상 범위에서 벗어나서 발생되는 가공 불량을 줄일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저빔 평가장치(100)는, 센서 이동부(170)가 이미지센서(160)를 집광렌즈(130)와 가까워지는 방향 또는 집광렌즈(130)로부터 멀어지는 방향으로 이송시켜 레이저빔이 최소의 초점 크기를 가지는 위치로 조정시킬 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저빔 평가장치(100)는, 모니터링부(180)가 레이저빔의 일부만 전송받고 파워를 측정하기 때문에 레이저 공정을 하는 동시에 실시간으로 레이저빔의 파워를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저빔 평가장치(100)는, 이미지센서(160)가 가공 테이블(10)에서 가공 대상물(20)이 안착되지 않는 모서리에 설치되어, 가공 대상물(20)을 가공하는 동시에 이미지센서(160)는 레이저빔의 이미지를 획득하여 제어부(190)에서 레이저 가공 공정에 적합한 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저빔 평가장치(100)는, 이미지센서(160)는 가공 테이블(10)의 모서리를 따라 이동 가능하게 설치되어, 가공 테이블(10)의 평탄도의 오차에 의해 발생할 수 있는 가공 불량을 줄일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저빔 평가장치(100)는, 감쇠부(150)가 레이저빔의 에너지가 감쇠되는 정도는 조정하기 때문에, 레이저빔의 파워 영역대에 따라 이미지센서(160)를 교체하지 않고 하나의 이미지센서(160)로 레이저빔의 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저빔 평가장치(100)는, 셔터부(140)를 포함하여 감쇠부(150)에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전에 파워가 강한 레이저빔이 이미지센서(160)에 입사되어 이미지센서(160)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저빔 평가장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저빔 평가장치(200)는 제1빔스플리터(210), 광학부(220), 집광렌즈(230), 제1셔터부(240), 제1감쇠부(250), 제1이미지센서(260), 센서 이송부(270), 모니터링부(280), 제어부(290), 제2빔스플리터(211), 제2셔터부(241), 제2감쇠부(251) 및 제2이미지센서(261)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1빔스플리터(210), 광학부(220), 집광렌즈(230), 제1셔터부(240), 제1감쇠부(250), 제1이미지센서(260), 센서 이송부(270), 모니터링부(280) 및 제어부(290)는, 본 발명의 일실시예에 따른 빔스플리터(110), 광학부(120), 집광렌즈(130), 셔터부(140), 감쇠부(150), 이미지센서(160), 센서 이송부(170), 모니터링부(180) 및 제어부(190)와 실질적으로 동일하므로 반복되는 내용은 가급적 생략한다.
제2빔스플리터(211)는 제1빔스플리터(210)에서 분할되어 입사되는 제2분할빔을 2개의 분할빔으로 분할할 수 있다. 이때, 제2분할빔은 각각 제2분할빔 에너지의 50%씩 가지고 2개의 분할빔으로 분해될 수 있다.
제2이미지센서(261)는 제1빔스플리터(210)에서 분할되어 입사되는 제2분할빔의 이미지를 획득한다. 더 구체적으로, 제2이미지센서(261)는 제2빔스플리터(211)에서 분할되는 제2분할빔의 일부의 이미지를 획득할 수 있다. 그리고, 제2이미지센서(261)에서 획득한 레이저빔의 이미지를 바탕으로 제어부(190)는 레이저빔의 빔 프로파일을 산출한다.
제2감쇠부(251)는 제2이미지센서(261)로 입사되는 레이저빔의 에너지를 감쇠시킬 수 있다. 이때, 모니터링부(280)에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔의 에너지가 감쇠되는 정도는 조정될 수 있다. 여기서, 제2감쇠부(251)는 ND 필터(Neutral Density Filter)를 사용할 수 있다.
제2셔터부(140)는 제2빔스플리터(211)와 제2감쇠부(150) 사이에 배치되고, 제2감쇠부(150)에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전 제2감쇠부(150)로 레이저빔이 전송되는 것을 차단할 수 있다.
이처럼, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 레이저빔 평가장치(200)는 레이저빔의 파워를 실시간 측정하고, 측정된 레이저빔의 파워 정보를 이용하여 빔 프로파일을 산출하며, 이를 통해 레이저 공정 시 레이빔의 빔 프로파일이 정상 범위인지 실시간으로 확인할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 레이저빔 평가장치
110 : 빔스플리터
120 : 광학부
130 : 집광렌즈
140 : 셔터부
150 : 감쇠부
160 : 이미지센서
170 : 센서 이송부
180 : 모니터링부
190 : 제어부

Claims (10)

  1. 레이저빔을 전달하는 광학부;
    상기 광학부를 경유한 레이저빔을 집광하는 집광렌즈;
    상기 집광렌즈로부터 출사된 레이저빔의 이미지를 획득하는 이미지센서;
    상기 이미지센서를 상기 집광렌즈와 가까워지는 방향 또는 상기 집광렌즈로부터 멀어지는 방향으로 이송시키는 센서 이송부; 및
    상기 이미지센서에서 획득한 레이저빔의 이미지를 바탕으로 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출하는 제어부;를 포함하고,
    상기 이미지센서는 가공 대상물이 안착되는 가공 테이블의 모서리에 설치되되, 상기 가공 테이블의 각각의 모서리 위치에서 레이저빔의 이미지를 획득하기 위하여 상기 가공 테이블의 모서리를 따라 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저빔 평가장치.
  2. 제1항에 있어서,
    레이저빔을 2개의 분할빔으로 분할하고, 제1분할빔을 상기 광학부 측으로 전송하는 빔스플리터;
    상기 빔스플리터에서 분할되어 입사되는 제2분할빔의 파워를 실시간 측정하는 모니터링부; 및
    레이저빔의 양을 감소시키는 ND 필터를 구비하여, 상기 모니터링부에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔이 상기 이미지센서로 입사되기 전에 상기 ND 필터를 이용하여 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되는 감쇠부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 평가장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 집광렌즈와 상기 감쇠부 사이에 배치되고, 상기 감쇠부에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전 상기 감쇠부로 레이저빔이 전송되는 것을 차단하는 셔터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 평가장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 레이저빔을 2개의 분할빔으로 분할하는 제1빔스플리터;
    상기 제1빔스플리터에서 분할되어 입사되는 제1분할빔을 전달하는 광학부;
    상기 광학부를 경유한 레이저빔을 집광하는 집광렌즈;
    상기 집광렌즈로부터 출사된 레이저빔의 이미지를 획득하는 제1이미지센서;
    상기 제1이미지센서를 상기 집광렌즈와 가까워지는 방향 또는 상기 집광렌즈로부터 멀어지는 방향으로 이송시키는 센서 이송부;
    상기 제1빔스플리터에서 분할되어 입사되는 제2분할빔의 이미지를 획득하는 제2이미지센서; 및
    상기 제1이미지센서에서 획득한 레이저빔의 이미지를 바탕으로 레이저빔의 초점 크기 및 초점 거리를 산출하고, 상기 제2이미지센서에서 획득한 레이저빔의 이미지를 바탕으로 레이저빔의 빔 프로파일을 산출하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제1이미지센서는 가공 대상물이 안착되는 가공 테이블의 모서리에 설치되되, 상기 가공 테이블의 각각의 모서리 위치에서 레이저빔의 이미지를 획득하기 위하여 상기 가공 테이블의 모서리를 따라 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저빔 평가장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1빔스플리터에서 분할되어 입사되는 제2분할빔을 2개의 분할빔으로 분할하는 제2빔스플리터;
    상기 제2빔스플리터에서 분할되어 입사되는 분할빔의 파워를 실시간 측정하는 모니터링부;
    상기 제1이미지센서로 입사되는 레이저빔의 에너지를 감쇠시키고, 상기 모니터링부에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되는 제1감쇠부; 및
    레이저빔의 양을 감소시키는 제1 ND 필터를 구비하여, 상기 모니터링부에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔이 상기 제1이미지센서로 입사되기 전에 상기 제1 ND 필터의 광학 밀도를 조정하여 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되는 제1감쇠부; 및
    레이저빔의 양을 감소시키는 제2 ND 필터를 구비하여, 상기 모니터링부에서 측정한 레이저빔의 파워를 바탕으로 레이저빔이 상기 제2이미지센서로 입사되기 전에 상기 제2 ND 필터의 광학 밀도를 조정하여 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되는 제2감쇠부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 평가장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 집광렌즈와 상기 제1감쇠부 사이에 배치되고, 상기 제1감쇠부에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전 상기 제1감쇠부로 레이저빔이 전송되는 것을 차단하는 제1셔터부; 및
    상기 제2빔스플리터와 상기 제2감쇠부 사이에 배치되고, 상기 제2감쇠부에서 레이저빔이 감쇠되는 정도가 조정되기 전 상기 제2감쇠부로 레이저빔이 전송되는 것을 차단하는 제2셔터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 평가장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
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