KR102651276B1 - 가공 장치 - Google Patents

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폴 에티앙 마틴
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Abstract

본 발명의 가공 장치(100)는 광원(33); 그리고 초점맞춤 수단(9)의 상류부에서 주어진 위치와 평행한 공간적으로 어긋난 나가는 광 빔(7)을 얻는 광학계(2)를 포함하고 있고, 상기 광학계(2)는 이동가능한 거울(19)을 포함하고 있고, 이 이동가능한 거울의 법선은 3차원 공간에 궤적을 그릴 수 있고, 상기 광학계(2)는 상기 이동가능한 거울(19)의 모든 가능한 위치와 방향에 대해서 상기 제1 입사 광 빔(4)과 이동가능한 거울(19)에 대한 상기 법선이 0°와 15°사이의 각도(15)로 분리되도록 구성되어 있고; 그리고 상기 광학계(2)가 상기 이동가능한 거울(19)을 이동시키는 구동 수단(6); 제1 반사 광 빔(23)과 평행한 제2 입사 광 빔(8)을 상기 이동가능한 거울(19)에 제공할 수 있는 역반사 시스템(21); 가공 장치(100)가 나가는 광 빔(7)을 목표물(10)에 초점을 맞추는 초점맞춤 수단(9)을 포함하고 있다.

Description

가공 장치
제1 실시형태에 따르면, 본 발명은 가공 장치에 관한 것이다. 보다 정확하게는, 본 발명은 목표물을 가공하기 위해 빛을 이용하는 가공 장치에 관한 것이다. 제2 실시형태에 따르면, 본 발명은 광 빔, 바람직하게는 레이저 빔을 이용하여 목표물 또는 한 조각의 물질을 가공하는 방법에 관한 것이다.
요즘에는, 레이저 빔과 같은 광 빔이 여러 부품을 가공하기 위해서 사용될 수 있다. 실제로, 예를 들면, 구멍 또는 새겨진 무늬를 만들기 위해서 또는 하나의 요소를 두 개로 절단하기 위해서 목표물의 물질을 녹이거나 심지어 기화시킬 수 있다.
몇몇 장치는 목표물을 선을 따라 가공하거나 새기기 위해서 레이저 빔을 사용한다. 이러한 장치는 '1D 가공 장치'라고 칭할 수 있다. 몇몇 사용예에 대해서, 목표물에 구멍을 가공할 수 있는 장치를 가지는 것이 바람직하다.
레이저 빔이 목표물의 표면과 수직으로 목표물과 부딪치면, 구멍의 측면 또는 절단된 가장자리가 상기 표면과 완전히 수직이 아니라, 통상적으로 레이저 빔이 향하는 상기 표면의 법선에 대해 약 4°의 각도만큼 어긋난다. 몇몇 사용예에 대해서, 예를 들면, 시계 제작과 같은 정밀 기계 사용처에서 특정의 극히 작은 공차의 부품에 대해서, 가공되고 있는 상기 표면에 대한 상기 측면의 이러한 어긋남은 허용되지 않는다. 한 가지 해결 방안은 레이저 빔을 목표물 표면의 법선에 대해 작은 각도로, 대체로 4°보다 큰 각도로 비추는데 있다.
US 7,842,901 B2는 레이저 빔의 도움으로 공동을 만들거나 재료를 제거하는 장치를 개시하고 있다. 이 특허 문헌의 도 1에서 볼 수 있는 것과 같이, 예를 들면, 광 빔이 목표물에 대해 수직이 아닌 충돌각(angle of attack)을 가질 수 있다. 초점을 맞추기 전에 나가는 광 빔(outgoing light beam)을 들어오는 광 빔(incoming light beam)에 대해서 측면방향으로 어긋나게 할 수 있는 편심 시스템(excentring system)이 도브 프리즘(Dove prism), 아베-쾨니히 프리즘(Abbe-Koenig prism), 또는 세 개의 거울로 이루진 시스템을 포함할 수 있다. US 7,842,901 B2에 개시된 광학계는 비교적 복잡하다. 특히, 상기 광학계가 횡단이동하고, 구동 수단이 광 빔의 경로를 방해하지 않도록 구동 수단이 선택되어야 하기 때문에 상당히 정교한 구동 수단을 제공할 필요가 있다. 또한, 편심 시스템의 기하학적 부정확성을 보상하기 위해 보상 광학계를 필요로 한다. 이 보상 광학계는 장치의 크기와 무게를 증가시킨다. 또한, 보상 광학계 자체가 추가적인 복잡성을 제공한다. 마지막으로, 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 측면방향의 어긋남(lateral offset)의 조절이 까다롭다.
US 4,822,974는 광 빔을 가공될 샘플 또는 목표물의 표면에 대해 수직이 아닌 광로(예를 들면, 상기 특허 문헌의 도 1의 빔 115 및 도 2의 빔 115"을 참고)를 따라 목표물로 향하게 할 수 있는 광학계를 제안하고 있다. 상기 광학계는 들어오는 광 빔(112)에 대해서 어긋나는 나가는 광 빔(114)을 얻을 수 있는 제1 부분을 포함하고 있다. 나중에 나가는 광 빔(114)을 목표물에 초점을 맞추기 위해서 광학적 초점맞춤이 사용된다. 이 광학계도 상당히 복잡하다. 특허 문헌 US 7,842,901 B2의 경우에서와 같이, 상기 광학계가 횡단이동하고, 구동 수단이 광 빔의 경로를 방해하지 않도록 구동 수단이 선택되어야 하기 때문에 특별한 목적으로 제작된 상당히 복잡한 구동 수단을 제공할 필요가 있다.
제1 실시형태에 따르면, 본 발명의 여러 목적들 중의 하나는 목표물을 가공하기 위해 광 빔을 이용하는 보다 간단한 장치를 제공하는 것이다. 이를 위하여, 본 발명의 발명자들은 가공 장치를 제안한다. 상기 가공 장치는
- 광원;
- 들어오는 광 빔으로부터 상기 들어오는 광 빔에 대하여 공간적으로 어긋난 나가는 광 빔을 얻는 (그리고 상기 나가는 광 빔이 초점맞춤 수단의 상류부에서 주어진 방향과 평행하게 유지되도록 구성되어 있는) 광학계; 그리고
- 상기 나가는 광 빔을 목표물에 초점을 맞추는 초점맞춤 수단;
을 포함하고 있고,
상기 광학계는:
o 거울을 포함하고 있고:
* 상기 거울은 상기 들어오는 광 빔으로부터 나오는 제1 입사 광 빔으로부터 제1 반사 광 빔을 얻기 위해 법선에 의해 정해 진 대체로 편평한 반사면을 가지고 있고,
* 상기 거울은 상기 거울의 법선이 3차원 공간에 궤적을 그릴 수 있도록 이동할 수 있고;
상기 광학계는 상기 제1 입사 광 빔과 이동가능한 거울에 대 한 상기 법선이 상기 이동가능한 거울의 모든 가능한 위치와 방향에 대하여 0°와 15°사이의 각도만큼 분리되도록 구성되 어 있고;
상기 광학계는 또한:
o 상기 이동가능한 거울을 이동시키는 구동 수단; 및
o 역반사 시스템을 포함하고 있고 :
* 상기 역반사 시스템은, 상기 이동가능한 거울의 모든 가능한 위치와 방향에 대하여 상기 제1 반사 광 빔으로부터 상기 거 울에 입사하는 제2 입사 광 빔을 얻도록, 그리고 상기 거울에 서의 상기 제2 입사 광 빔의 반사에 의해 나가는 광 빔을 얻 도록, 상기 이동가능한 거울에 대해 위치되어 있고, 그리고
* 상기 역반사 시스템은, (본 발명의 광학계에서) 상기 이동가 능한 거울의 모든 가능한 위치와 방향에 대해 상기 제1 반사 광 빔과 평행한 상기 제2 입사 광 빔을 상기 이동가능한 거울 에 제공할 수 있다.
상기 거울의 법선은 3차원 공간에 궤적(또는 운동)을 나타낼 수 있다. 다시 말해서, 상기 광학계는 상기 법선이 3D 면, 예를 들면, 원뿔면, 다시 말해서, 평면이 아닌 면을 나타내도록 구성되어 있다. 상기 이동가능한 거울의 어떠한 위치와 방향에 대해서도, 나가는 광 빔이 초점맞춤 수단의 상류부에서 주어진 위치와 평행하게 유지된다. 이것은 특히 역반사 시스템의 사용으로 인해 가능하다.
본 발명의 가공 장치의 광학계는, 상기 이동가능한 거울의 위치의 변화가 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 어긋남의 변화(2차원 즉 2D에서)를 초래할 수 있도록 구성되어 있다. 다시 말해서, 상기 가공 장치의 상기 광학계는 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 공간상의 어긋남을 조절할 수 있다. 예를 들면, 나가는 광 빔은 들어오는 광 빔에 대하여 각이 지게 및/또는 들어오는 광 빔에 대하여 병진이동되게 어긋날 수 있다. 어긋난 나가는 광 빔은, 초점맞춤 수단을 통과하는, 가공을 위한 소재(workpiece)의 법선에 대하여 영이 아닌 각도로 가공을 위한 소재로 향해질 수 있다. 결과로서 생기는 것은 조각식 절단(engraving cut) 또는 구멍 절삭 공정 동안 초래된 자연적 코니시티(natural conicity)에 대한 보상, 또는 나가는 광 빔의 어긋남을 조정하는 것에 의해서 양의 값(positive), 중립적인 값(neutral) 또는 음의 값(negative)인 코니시티를 가진 절삭부, 조각부 또는 구멍을 얻는 능력이다.
본 발명에 따른 상기 가공 장치의 광학계에서, 상기 구동 수단은 상기 거울의 뒤에 위치될 수 있다. 다시 말해서, 상기 구동 수단이 상기 거울에서 들어오는 광 빔으로 인해 어떠한 빛도 받을 수 없는 쪽에 위치될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 광학계는 가로지르는 것(traversing)이라기 보다 반사적인 것으로 특징지워질 수 있다. 이것은 보다 간단한 구동 수단(예를 들면, '브러시리스'형 모터, 선형 또는 압전 위치결정 스테이지(piezoelectric positioning stage))을 사용할 수 있게 해준다. 마지막으로, 상기 광학계를 이용하는 본 발명의 가공 장치도 보다 간단하다. 작동하는 것이 보다 용이할 뿐만 아니라 유지하는 것도 보다 용이하다. 마모 부분은 통상적으로 이동하는 부분이다. 본 발명의 상기 가공 장치에 의하면, 대체로 이동가능한 단 하나의 요소는 거울이다. 거울은 상기한 두 개의 미국 특허문헌의 이동하는 부분과 비교하여 비싸지 않다. 또한, 이동가능한 거울은 본 발명의 가공 장치에 의해 보다 쉽게 안내될 수 있다. 이것은, 특히 부품이 교체되어야 할 때, 본 발명의 가공 장치를 보다 용이하게 유지할 수 있게 해준다. 상기한 두 개의 미국 특허문헌에서는, 광학계 - 일부 경우에는 매우 복잡한 장치 - 가 고속으로 회전한다. 본 발명의 가공 장치에서는, 이동할 필요가 있는 단 하나의 간단한 광학 요소가 거울이다. 이것은 유지보수 비용을 제한한다. 본 발명에 따른 가공 장치는 간단한 광학 요소를 사용한다. 이 간단한 광학 요소는 값싸고 오래갈 수도 있다.
본 발명의 가공 장치는 '2차원(2D) 가공 장치'라고 칭할 수 있다. 나가는 광 빔이 초점맞춤 수단의 앞에서(또는 초점맞춤 수단의 상류부에서) 3차원 공간에 궤적(또는 운동)을 나타낼 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 가공 장치의 광학계가 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔의 사이에(그리고 단 하나의 방향을 따르는 것이 아니고) 2차원(2D)으로(적어도 두 개의 비평행 방향을 따라) 어긋남을 일으킬 수 있다. 어긋남에 대한 이러한 2D 특성은, 상기 거울에 대한 법선이 3차원 공간에 궤적을 그릴 수 있기 때문에, 그리고 또한 역반사 시스템(또는 역반사 장치(retroreflector))의 사용으로 인해, 본 발명의 가공 장치에 의해 가능하다. 동등하게, 상기 거울의 법선이 3차원 공간에서 운동을 나타낼 수 있도록 상기 거울이 이동할 수 있다고 말할 수 있다. 상기 역반사 시스템은 이동가능한 거울의 모든 가능한 위치와 방향에 대하여 상기 제1 반사 광 빔과 평행한 상기 제2 입사 광 빔을 이동가능한 거울에 제공할 수 있다. 본 발명의 가공 장치의 광학계로, 제1 입사 광 빔과 이동가능한 거울에 대한 법선에 의해 정해진 모든 평면에 대해서 상기 제1 반사 광 빔과 평행한 제2 입사 광 빔을 이동가능한 거울에 입사하게 할 수 있다. 이것은 역반사 시스템(역반사 장치라고도 칭할 수 있음)의 사용으로 인해 가능하다. 제1 반사 광 빔과 제2 입사 광 빔은 동일한 선을 따라서 반대 방향으로 향하기 때문에, 제1 반사 광 빔과 제2 입사 광 빔을 역평행(anti-parallel)하다고 말할 수 있다. 두 개의 평면 거울은 역반사 시스템을 구성하지 못하는데, 그 이유는 두 개의 평면 거울은 제1 입사 광 빔과 이동가능한 거울에 대한 법선에 의해 정해진 모든 평면에 대해서 상기 제1 반사 광 빔과 평행한 제2 입사 광 빔을 이동가능한 거울에 제공할 수 없기 때문이다. 마지막으로, 예를 들면, 초점맞춤 수단을 포함하는 평면에서는, 나가는 광 빔이 반드시 평면인 것은 아닌 표면을 따라서 궤적을 나타낼 수 있다. 이것은 구멍을 가공할 수 있는 장치를 원하는 경우에 중요하다. 본 발명의 가공 장치에 의하면, 단 하나의 이동하는 요소인 거울로 나가는 광 빔의 어긋남의 '2D' 특성을 가지게 할 수 있다. 결과적으로, 구동 수단(예를 들면, 하나의 모터, 하나의 압전 요소)에 대해 한 하나의 요소가 필요하다. 본 발명에 의하면, 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 한 방향을 따라서 어긋남을 각각 발생시킬 수 있는, 두 개의 상이한 이동가능한 광학 요소에 대해 두 개의 상이한 1D 운동을 일으키는 두 개의 상이한 구동 요소(예를 들면, 두 개의 모터)를 동기화시키기 위한 동기화 시스템을 제공할 필요가 없다.
역반사 시스템(또는 역반사 장치)은 당업자에게 알려져 있는데, 예를 들면, '광학 기기, 이론 연구, 실험 및 실행(Les Instruments d'optique. Etude theorique, experimentale et pratique)', 제2판. Luc Dettwiller, Ellipse; '광학(Optique)', E Hecht, Pearson Education　; '광학 및 광학 기기 입문서(Optics and Optical Instruments　: an introduction)', B.K. Johnson, Dover; '익스티어리어 빌리어즈: 제한된 범위 외부의 시스템과 충격(Exterior Billiards: systems and impacts outside bounded domains)', A. Plakhov, 스프링어 사이언스와 비즈니스 미디어(Springer Science & Business Media)를 참고하라. 역반사 시스템은 전방으로 향하는 광 빔으로부터 후방으로 향하는 광 빔을 보내는 것(또는 제공하는 것)을 가능하게 하는 광학 요소(또는 광학계)이고, 상기 후방으로 향하는 광 빔과 전방으로 향하는 광 빔은 상기 역반사 시스템에 대하여 상기 전방으로 향하는 광 빔의 모든 가능한 입사에 대해 평행하다(전방으로 향하는 광 빔과 후방으로 향하는 광 빔은 동일한 선을 따라서 반대 방향으로 진행하고; 전방으로 향하는 광 빔과 후방으로 향하는 광 빔은 역평행하다고 할 수 있다). 상이한 예 즉 상이한 역반사 시스템이 아래에 기술되어 있다.
본 발명의 가공 장치의 광학계는 제1 입사 광 빔과 이동가능한 거울에 대한 법선이 상기 이동가능한 거울의 모든 가능한 위치와 방향에 대해 0°와 15°사이의 각도만큼 분리되도록 구성되어 있다. 다시 말해서, 제1 입사 광 빔과 제1 반사 광 빔 사이의 각도는 상기 이동가능한 거울의 모든 가능한 위치와 방향에 대해 0°와 30°사이에 포함된다. 게다가, 상기 나가는 광 빔은 초점맞춤 수단의 앞에서(또는 초점맞춤 수단의 상류부에서) 그리고 전파 방향과 수직인 평면에서, 원에 가까운 곡선, 또는 정확히 원을 나타낼 수 있다. 결과적으로, 보다 좋은 품질의 구멍(및 절단부)이 초점맞춤 수단의 뒤에 위치된 목표물에 만들어질 수 있다. 상세한 설명은 통하여 명확해 질 것이지만, 본 발명의 가공 장치의 다른 바람직한 실시례도 입사 광 빔과 상기 거울에 대한 법선 사이의 상기와 같은 각도 분리를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 가공 장치는 다른 장점을 포함하고 있다. 본 발명에 따른 가공 장치의 광학계는 상당히 작다. 다양한 광학 요소들로 인해, 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 어긋남을 유도하기 위해서, 일차원이 아닌 이차원 평면이 사용될 수 있다. 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 어긋남을 유도하기 위해 이차원 평면을 사용하는 것에 의해 공간을 최대한 이용하기 때문에 비교적 작은 크기를 가진 광학계(그리고 가공 장치)를 가지게 할 수 있다. 특히 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이에 상당한 크기의 측면방향의 어긋남을 가지기를 원하는 경우, US4,822,974의 광학계는 상당히 크다. 실제로, 이런 측면방향의 어긋남은 특히 두 개의 프리즘 사이의 거리에 의해 정해진다. 본 발명에 따른 가공 장치는 또한 비교적 가볍다. 상기 거울과 역반사 시스템 사이의 위치를 단지 조정하는 것만으로 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 상기 어긋남이 쉽게 조절될 수 있다. 상기 거울과 역반사 시스템의 부피와 무게는 기존의 시스템에 사용된 프리즘 및/또는 거울의 조립체보다 더 작다. 종국적으로, 본 발명의 가공 장치는 또한 다른 이유로: 즉, 본 발명의 가공 장치의 광학계가 광 빔이 상기 거울에서 두 번 반사되기 때문에 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 측면 방향의 어긋남을 가능하게 하는 광학 편심 요소(optical excentring element)에서의 결함에 의해 거의 영향을 받지 않는다는 이유로 보다 작은 부피와 무게를 특징으로 한다. 이러한 이중 반사는 상기 거울 및 상기 거울의 가능한 운동과 관련된 부정확성이 자동적으로 교정될 수 있게 한다. 특히, US7,842,901B2의 광학계와는 다르게, 보상 광학계(compensating optical system)를 제공할 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 따른 가공 장치는 또한 거울에서의 이중 반사에 의해 영향을 받는 이러한 자동교정(autocorrection) 때문에 보다 간단하다.
본 발명의 가공 장치에 의하면, 나가는 광 빔이 이동가능한 거울의 어떠한 위치와 방향에 대해서도 초점맞춤 수단과 부딪치기 전에 주어진 방향과 평행하게 유지된다. 이것은 보다 좋은 품질의 구멍과 절단부를 얻을 수 있게 한다. 초점맞춤 수단의 상류부에서, 나가는 광 빔이 대체로 원통(또는 원통면)을 나타낼 수 있다. 초점맞춤 수단을 제외하면, 본 발명에 따른 가공 장치의 광학계는 광출력(optical power)의 면에서 중립적(neutral)이다. 초점맞춤 수단은 나가는 광 빔을 목표물의 작은 구역에 초점을 맞출 수 있다. 통상적으로, 상기 나가는 광 빔이 상기 초점맞춤 수단의 앞에서(또는 상기 초점맞춤 수단의 상류부에서) 원통면을 그린다(나타낸다). 당업자에게 알려져 있는 상이한 초점맞춤 수단이 사용될 수도 있다. 하나의 예가 수렴 렌즈이다. 이 경우에는, 수렴 렌즈가 나가는 광 빔(초점맞춘 전의)의 주된 전파 방향과 수직으로 위치되어 있다. 초점맞춤 수단의 다른 예는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)이다. 다른 예가 사용될 수도 있다. 바람직하게는, 본 발명의 가공 장치의 광학계가 초점맞춤 수단을 포함하고 있다.
본 발명에 따른 가공 장치가 다수의 사용예, 예를 들면(전체 리스트는 아님): 조각(engraving), 표면 텍스쳐링(texturing), 프린팅, 공동과 구멍의 천공에 사용될 수 있다. 본 발명의 가공 장치에 의하면, 초점맞춤 수단의 하류부에서 목표물의 매우 작은 구역(거의 한 점)에 초점이 맞추어지거나 집중되는 나가는 광 빔을 가질 수 있다. 그래서, 본 발명의 가공 장치를 레이저 가공 장치 또는 레이저 조각 장치라고 칭할 수 있다.
당업자에게 알려져 있는 다양한 종류의 구동 수단이 사용될 수 있다. 하나의 예가 모터, 바람직하게는 전기 모터이다. 하지만, 다른 예가 사용될 수도 있다. 상기 구동 수단이 이동가능한 거울에 기계적으로 결합되어 있다.
광원이 들어오는 광 빔을 발생시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 광원이 레이저원이다. 레이저는, 예를 들면, 연속적이거나 펄스형태로 될 수 있다. 발생된 레이저 빔은 파장이 0.2㎛과 2㎛의 사이, 보다 바람직하게는 1㎛인 빔이다. 하지만, 상이한 파장을 가진 다른 종류의 레이저 빔(또는 레이저원)이 사용될 수도 있다. 따라서, 광 빔의 파장은, 예를 들면, 200nm와 15㎛의 사이에서 달라질 수 있다. 바람직하게는, 들어오는 광 빔이 원편광되어 있다. 바람직하게는, 상기 광학계가 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 편광을 유지시킬 수 있다.
상기 거울은:
- 상기 거울이 제1 반사 광 빔에 따라 제1 입사 광 빔을 역반사 시스템쪽으로 반사시킬 수 있도록, 그리고
- 상기 거울이 이 제2 반사로부터 나가는 광 빔을 얻기 위해 제 2 입사 광 빔을 반사시킬 수 있도록
위치되어 있다.
가능한 하나의 바람직한 실시례에 따르면, 상기 가공 장치는 상기 가공 장치의 광학계가, 상기 입사 광 빔과 이동가능한 거울에 대한 상기 법선이 상기 이동가능한 거울의 모든 가능한 위치와 방향에 대하여 0.01°와 5°사이의 각도만큼 분리되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 그러면, 초점맞춤 수단의 앞에서(또는 초점맞춤 수단의 상류부에서) 그리고 주된 전파 방향에 수직인 평면에서 나가는 광 빔에 의해서 나타내진 곡선이 원에 아주 가까운 형태가 되거나, 심지어 완전한 원이 되기 때문에 가공할 목표물에 훨씬 더 좋은 품질의 구멍이 얻어질 수 있다.
가능한 하나의 바람직한 실시례에 따르면, 상기 가공 장치는 상기 가공 장치의 광학계가, 상기 입사 광 빔과 이동가능한 거울에 대한 상기 법선이 상기 이동가능한 거울의 모든 가능한 위치와 방향에 대하여 0.1°와 3°사이의 각도만큼, 바람직하게는 0.5°의 각도만큼 분리되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 그러면, 초점맞춤 수단의 앞에서 그리고 주된 전파 방향에 수직인 평면에서 나가는 광 빔에 의해서 나타내진 곡선이 원에 아주 가까운 형태가 되거나, 심지어 완전한 원이 되기 때문에 훨씬 더 좋은 품질의 구멍이 얻어질 수 있다.
가능한 하나의 실시례에 따르면, 본 발명의 가공 장치가 가공될(다시 말해서, 상기 나가는 광 빔에 의해 비추어질) 목표물을 이동시키는 수단(또는 위치결정 수단)을 포함하고 있다. 당업자에게 알려져 있는 다른 위치결정 수단이 사용될 수도 있다.
본 발명의 발명자들이 제안한 장치는 바람직하게는 초점맞춤 수단의 상류부에서 나가는 광 빔을 굴절시키는 굴절 시스템을 포함하고 있다. 따라서, 상기 굴절 시스템은 상기 광학계의 출력부와 초점맞춤 수단의 사이에(상기 광학계가 제2 빔 유도 시스템을 포함하는 경우에는 제2 빔 유도 시스템과 초점맞춤 수단의 사이에) 포함되어 있다. 이러한 바람직한 변형예에 의하면, 현재 알려져 있는 것보다 현저하게 더 큰 마킹 필드(marking field)를 가질 수 있다. 따라서, 예를 들면, 10*10　mm 내지 40*40　mm에 걸친 크기를 가진 마킹 필드를 얻을 수 있다. 상기한 바와 같이, 본 발명의 발명자들이 제안한 장치는 또한 가공되거나 조각될 목표물을 이동시키는 것을 변화시키는 수단도 포함할 수 있다. 상기 이동가능한 거울의 위치(예를 들면, 각위치)가 굴절 시스템으로 인한 운동 및/또는 목표물의 위치에 따라 결정될 수 있다. 가공될 목표물을 이동시키는 위치결정 수단과 초점맞춤 수단의 상류부에서 나가는 광 빔을 변화시키는 굴절 시스템이 단독으로 또는 함께 사용될 수 있다. 일반적으로, 굴절 시스템(예를 들면, 스캐너)은 목표물을 이동시킬 수 있는 위치결정 수단보다 더 빠른 이동 속력을 제공할 수 있다.
가능한 하나의 바람직한 실시례에 따르면, 이동가능한 거울이 이동가능한 거울의 법선과 교차하는 회전축에 대해서 완전히 회전할 수 있고, 상기 구동 수단이 상기 거울을 상기 회전축에 대하여 회전시킬 수 있다. 다시 말해서, 이 바람직한 실시례에 따르면 상기 거울은 상기 회전축 둘레로 완전한 회전(360°)을 할 수 있다. 이 바람직한 실시례에서는, 상기 구동 수단이 상기 거울을 상기 회전축에 대하여 완전히 회전시키거나 선회시킬 수 있다. 게다가, 상기 구동 수단은 바람직하게는 '브러시리스'형 전기 모터를 포함하고 있다. 이 바람직한 실시례에 따르면, 초점맞춤 수단의 상류부에서, 나가는 광 빔이 대체로 원통면을 나타내고, 상기 거울의 어떠한 위치와 방향에 대해서도 주어진 방향과 평행하게 유지된다. 이 바람직한 실시례에서는, 초점맞춤 수단의 뒤에서(또는 초점맞춤 수단의 하류부에서) 세차 운동을 하는 나가는 광 빔을 가지는 것이 특히 용이하다. 이러한 운동은, 가공된 모든 가장자리가 가공되고 있는 물품(또는 목표물)의 표면에 수직이 되도록 하고자 하는 경우에 바람직하다. 종래 기술의 설명에서 기술한 바와 같이, 레이저 빔이 목표물의 표면과 수직으로 목표물에 비추어지면, 측면부(lateral sides)가 상기 표면과 완전히 수직으로 되지 않을 것이고, 대체로 약 4°의 각도만큼 어긋난다. US4,822,974 및 US7,842,901B2에 개시된 시스템들과는 다르게, 본 발명의 가공 장치의 광학계의 구동 수단의 구동축은 광 빔이 진행하는 광로를 방해하지 않으며; 몇몇 바람직한 실시례에서는, 상기 구동축이 이동가능한 기울어진 거울의 뒤에 제공되어 있다. 다시 말해서, 회전가능한 기울어진 거울이 들어오는 광 빔으로부터 나오는 광 빔이 가로지르지 않는 부분(예를 들면, 후방 부분)을 제공할 수 있다. 따라서, 구동 수단이 광로를 방해하지 않고 위치될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 장치는 보다 간단하고 값이 더 싸다. US4,822,974 및 US7,842,901B2의 시스템은 나가는 광 빔의 세차 운동을 유발하고자 하는 경우 광 빔이 통과할 수 있게 하기 위해 중공 축(hollow shaft)을 필요로 한다. 동시에, 본 발명의 가공 장치에서는 회전할 수 있는 요소가 기울어진 거울로 제한된다. 상기 거울은 US4,822,974와 US7,842,901B2의 프리즘보다 더 쉽고 더 순조롭게 회전할 수 있다. 따라서 상기 구동 수단도 보다 작게 될 수 있고 보다 작은 출력을 가질 수 있어서, 본 발명의 가공 장치의 전체 크기와 무게를 더욱 줄일 수 있다. US4,822,974와 US7,842,901B2에 개시되어 있는 것과 같은 회전 시스템은 대체로 상당히 빠르게, 예를 들면, 30,000 rpm으로 회전할 수 있어야 한다. 회전되어야 하는 요소들이 크고 무거울수록, 이들 요소를 회전시키는 것이 더 어렵게 된다. 예를 들어, US7,842,901B2에 개시되어 있는 것과 같이, 회전될 요소가 크고 무거우면, 냉각 시스템, 예를 들면, 수냉 시스템이 설치되어야 한다. 상기 거울이 회전가능한 바람직한 실시례에서는, 상기 거울이, 예를 들면, 100 rpm 내지 200000 rpm, 보다 바람직하게는 1000 rpm 내지 100000 rpm의 속력으로 회전할 수 있다. 두 개 이상의 비평행 방향에 대하여 거울의 방향이 달라질 수 있는 거울(회전축에 대해 왼전히 회전하지는 않고 경사가능한 거울)에 대하여, 회전가능한 거울을 이용하는 가공 장치의 바람직한 실시례는 다음의 장점을 가진다. 구멍을 가공하기 위해서는, 상기 거울의 방향 변화가 보다 빠른 속력으로 이루어질 수 있고, 진동이 적은 것이 보다 효율적이다. 회전 운동이 방향 변화 운동보다 더 연속적이다.
거울이 회전가능한 경우, 거울의 회전축과 거울에 대한 법선이 대체로 평행하지 않다. 바람직하게는, 거울의 회전축의 방향을 바꿀 수 있다. 거울의 회전축과 거울에 대한 법선 사이의 최대 각도는 바람직하게는 0.1°와 2°사이에 포함되고, 더욱 더 바람직하게는 0.5°의 값을 가진다.
다른 가능한 실시례에 따르면, 상기 거울은 두 개 이상의 방향에 대해서 경사질 수 있고, 상기 구동 수단은 상기 두 개 이상의 방향에 대하여 상기 거울의 경사도를 변화시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 구동 수단은 바람직하게는 하나 이상의 압전 위치결정 스테이지 또는 삼각대(tripod) 또는 MEMS를 포함하고 있다. 이 바람직한 실시례에 따르면, 초점맞춤 수단의 상류부에서, 나가는 광 빔이 대체로 원통면을 나타내고 상기 거울의 모든 방향에 대해서 주어진 방향과 평행하게 유지된다. 이 바람직한 실시례에 따르면, 상기 거울의 경사도가 두 개 이상의 방향에서 변화될 수 있다. 경사 운동(inclining movement)은, 바람직하게는 상기 거울의 편평한 반사면의 평면에서, 축에 대한 (부분적인)회전 운동으로 보여질 수 있다. 회전축에 대해 선회(또는 완전히 회전)할 수 있는 거울에 대하여, 두 개 이상의 방향에 대하여 경사가능한 거울을 이용하는 가공 장치의 바람직한 실시례는 다음의 장점을 가진다. 원형이 아닌 구멍을 만드는 것이 보다 용이하다. 예를 들면, 나가는 광 빔에 대한 주어진 궤적을 부과하는 것이 보다 용이하기 때문에 사각형 구멍을 만드는 것이 보다 용이하다. 예를 들어, 사각형 구멍을 만들기 위해서는, 네 개의 선택된 방향을 따라 네 가지 운동을 시행하여야 한다.
한 가지 가능한 실시례에 따르면, 상기 거울은 병진운동가능하고(또는 자유롭게 병진운동할 수 있고) 상기 구동 수단은 상기 거울을 병진운동시킬 수 있다. 이 실시례에서는, 상기 구동 수단이 상기 거울을 역반사 시스템에 대하여 하나 이상의 방향(예를 들면, 두 개의 방향)에 따라 병진운동을 실행시킬 수 있다. 이 경우에, 상기 구동 수단은 바람직하게는 선형 위치결정 스테이지를 포함하고 있다. 하지만, 다른 모델이 사용될 수도 있다. 이 바람직한 실시례에 의하면, 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔의 사이의 (초점맞춤 수단의 앞에서) 측면방향의 어긋남을 쉽게 변화시킬 수 있다. 상기 거울의 위치를 변화시키는 것에 의해서, 광로의 길이 및 상기 측면방향의 어긋남을 변화시킬 수 있다. 이것은 상세한 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. 상기 어긋남이 거울의 위치에 따라 달라지기 때문에 상기 어긋남의 조절도 매우 간단하다.
다른 가능한 실시례에 따르면, 역반사 시스템은 병진운동가능하고(또는 자유롭게 병진운동할 수 있고) 구동 수단은 상기 역반사 시스템을 병진운동시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 거울을 이동시킬 수 있는 구동 수단은 상기 역반사 시스템을 이동시킬 수 있는 구동 수단과 다르다.
한 가지 가능한 실시례에 따르면, 상기 광학계는 제1 입사 광 빔과 제2 입사 광 빔이 상기 거울의 동일한 편평한 반사면과 부딪칠 수 있도록 구성되어 있다. 게다가, 본 발명의 가공 장치는 어떠한 광 빔도 가로지르지 않는 상기 거울의 한 측에 구동 수단을 위치시킬 수 있기 때문에 특히 간단하다.
다른 가능한 실시례에 따르면, 상기 거울이 두 개의 대체로 편평한 반사면을 가지고 있고:
o 상기 두 개의 대체로 편평한 반사면은 각각 법선에 의해서 정해지고,
o 상기 두 개의 대체로 편평한 반사면 중의 하나는 상기 들어오는 광빔으로부터 나오는 상기 제1 입사 광 빔으로부터 상기 제1 반사 광 빔을 얻기 위한 것이고,
o 상기 두 개의 대체로 편평한 반사면 중의 다른 하나는 상기 나가는 광 빔을 제공하기 위해 상기 제2 입사 광 빔을 반사시키기 위한 것이다.
이 경우에, 제1 입사 광 빔과 제2 입사 광 빔이 상기 거울의 두 개의 상이한 반사면과 부딪친다. 이것은 제1 입사 광 빔과 제2 입사 광 빔이 두 개의 상이한 면과 부딪치기 때문에, 입사 광 빔들을 상기 거울에 대한 법선 방향에 가깝게 유지하면서 보다 작은 거울을 사용할 수 있게 해준다.
바람직하게는, 상기 역반사 시스템이 광 빔의 편광, 특히 제1 반사 광 빔의 편광을 유지시킬 수 있다. 이것은 제1 반사 광 빔의 출력 손실(power loss)을 줄일 수 있게 해주거나 심지어 상기 출력 손실을 피할 수 있게 해준다. 상세한 설명을 통하여 명확해질 것이지만, 편광을 유지시킬 수 있는 역반사 시스템의 다른 가능한 실시례도 있다. 상이한 평면(또는 편평한) 반사면에서의 상이한 반사는 대체로 역반사 시스템에서 발생한다. 직선 편광을 유지시키기 위한, 역반사 시스템의 두 가지 가능한 실시례는 아래와 같다:
- 직선 편광이 역반사 시스템의 제1 평면 반사면과 평행한 상태로 역반사 시스템의 제1 평면 반사면에서 짝수 번의 반사를 가지고, 직선 편광이 역반사 시스템의 제2 평면 반사면과 수직인 평면에 속하는 상태로 역반사 시스템의 제2 평면 반사면에서 홀수 번의 반사를 가지는 실시례;
- 직선 편광이 역반사 시스템의 제1 평면 반사면과 평행한 상태로 역반사 시스템의 제1 평면 반사면에서 홀수 번의 반사를 가지고, 직선 편광이 역반사 시스템의 제2 평면 반사면과 수직인 평면에 속하는 상태로 역반사 시스템의 제2 평면 반사면에서 짝수 번의 반사를 가지는 실시례.
바람직하게는, 편광을 유지시킬 수 있는 역반사 시스템은:
- 도브 프리즘과 직각 이등변 프리즘, 또는
- 도브 프리즘, 반파장 지연판, 루프 프리즘, 그리고 편광 빔 스플리터 큐브, 또는
- 도브 프리즘과 두 개의 거울, 또는
- 다섯 개의 거울
을 포함한다.
다른 예도 가능하다.
상기 역반사 시스템은 다른 광학 요소를 포함할 수 있다. 비제한적인 예가 아래에 제시되어 있다.
가능한 하나의 실시례에 따르면, 상기 역반사 시스템이 큐브 코너(cube corner)를 포함하고 있다. 이와 관련된 장점은 상기 실시례가 단 하나의 간단한 광학 요소만을 필요로 한다는 것이다. 게다가, 본 발명의 가공 장치도 상당히 간단하다.
다른 가능한 실시례에 따르면, 상기 역반사 시스템이 도브 프리즘과 직각 이등변 프리즘을 포함하고 있다. 이것은 편광을 유지하면서 매우 간단한 역반사 시스템, 결과적으로 매우 간단한 가공 장치를 가질 수 있게 해준다.
또 다른 가능한 실시례에 따르면, 상기 역반사 시스템이(도브 프리즘과 직각 이등변 프리즘에 더하여) 반파장 지연판, 루프 프리즘(예를 들면, 당업자에게 알려져 있는 아미치 루프 프리즘(Amici roof prism)), 그리고 편광 빔 스플리터 큐브를 더 포함하고 있다.
이러한 예들 중의 일부는 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 역반사 시스템이 두 개의 거울과 도브 프리즘, 두 개의 루프 프리즘과 도브 프리즘, 다섯 개의 거울, 도브 프리즘과 루프 프리즘을 포함할 수 있다. 다른 조합과 다른 구현 형태도 가능하다.
바람직하게는, 본 발명의 가공 장치의 광학계가 들어오는 광 빔의 굴절에 의해 제1 입사 광 빔을 얻는 제1 빔 유도 시스템을 포함하고 있다. 이 바람직한 실시례에 따르면, 상기 거울로 입사하는 상기 제1 입사 광 빔을 얻는 제1 빔 유도 시스템에 의해 들어오는 광 빔의 굴절(예를 들면, 약 90°의 굴절)을 유발할 수 있다. 이러한 바람직한 실시례는 알려져 있는 시스템보다 훨씬 더 작게 될 수 있다. 상기 거울은 바람직하게는 상기 거울을 이동시킬 수 있는 구동 수단과 상기 제1 빔 유도 시스템의 사이에 배치되어 있다. 이 바람직한 실시례에 따르면, 이동가능한 거울과 용이하게 결합될 수 있는 매우 간단한 구동 수단을 사용할 수 있다. 상기 제1 빔 유도 시스템은 들어오는 광 빔을 바람직하게는 30°와 150°사이의 각도, 더욱 바람직하게는 60°와 120°사이의 각도만큼 굴절시킬 수 있고, 더욱 더 바람직한 변형예에 따르면, 90°만큼 굴절시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 가공 장치의 광학계가 상기 거울에 입사하는 제2 입사 광 빔의 반사 광빔의 굴절에 의해 상기 나가는 광 빔을 얻는 제2 빔 유도 시스템을 포함하고 있다. 이 바람직한 실시례에 따르면, 상기 제2 빔 유도 시스템에 의해 제2 입사 광 빔의 반사 광 빔에 예를 들면 약 90°의 굴절을 유발할 수 있다. 이러한 바람직한 실시례는 알려져 있는 시스템보다 훨씬 더 작게 될 수 있다. 상기 거울은 바람직하게는 상기 거울을 이동시킬 수 있는 구동 수단과 상기 제2 빔 유도 시스템의 사이에 배치되어 있다. 이 바람직한 실시례에 따르면, 이동가능한 거울과 용이하게 결합될 수 있는 매우 간단한 구동 수단을 사용할 수 있다. 상기 제2 빔 유도 시스템은 광 빔을 바람직하게는 30°와 150°사이의 각도, 더욱 바람직하게는 60°와 120°사이의 각도만큼 굴절시킬 수 있고, 더욱 더 바람직한 변형예에 따르면, 90°만큼 굴절시킬 수 있다.
제1 빔 유도 시스템(또는 제2 빔 유도 시스템)은 예를 들면 (편광) 빔 스플리터 큐브, 및/또는 제1 4분의 1파장 지연판을 포함할 수 있다. 제1 빔 유도 시스템과 제2 빔 유도 시스템은 두 개의 상이한 요소이다. 바람직하게는, 제1 빔 유도 시스템과 제2 빔 유도 시스템이 동일한 광학적 특성을 가지고 있다.
제1 빔 유도 시스템과 제2 빔 유도 시스템을 사용함으로써, 본 발명의 광학계는 다른 알려진 시스템보다 훨씬 더 작게 될 수 있다. 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 어긋남을 유도하기 위해 이차원 평면을 사용하는 것에 의해 공간을 최대한 이용하기 때문에 비교적 작은 크기를 가진 광학계를 만들 수 있다. 특히 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이에 상당한 크기의 측면방향의 어긋남을 가지기를 원하는 경우, US4,822,974의 광학계는 상당히 크다. 실제로, 이런 측면방향의 어긋남은 특히 두 개의 프리즘 사이의 거리에 의해 정해진다. 제1 빔 유도 시스템과 제2 빔 유도 시스템을 사용하는 경우, 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔은 서로 대체로 평행하고, 들어오는 광 빔과 나가는 광 빔 사이의 어긋남은 측면방향이다. 바람직하게는, 이동가능한 거울이 구동 수단과 제1 빔 유도 시스템(또는 제2 빔 유도 시스템)의 사이에 위치되어 있다.
바람직한 하나의 실시례에 따르면, 본 발명의 발명자들이 가공 장치를 제안한다. 상기 가공 장치는:
- 광원;
- 들어오는 광 빔으로부터 상기 들어오는 광 빔에 대하여 공간적으로 어긋난 나가는 광 빔을 얻는 (그리고 상기 나가는 광 빔이 초점맞춤 수단의 상류부에서 주어진 방향과 평행하게 유지되도록 구성되어 있는) 광학계;
를 포함하고 있고,
상기 광학계는:
o 들어오는 광 빔의 굴절에 의해 제1 입사 광 빔을 얻는 제1 빔 유도 시스템;
o 상기 제1 입사 광 빔으로부터 제1 반사 광 빔을 얻는 이동가능한 거 울;
o 상기 이동가능한 거울을 변위시키는(또는 이동시키는) 구동 수단;
o 상기 제1 반사 광 빔으로부터 상기 거울에 입사하는 제2 광 빔을 얻 는 역반사 시스템;
o 상기 거울에 입사하는 상기 제2 광 빔의 반사 광 빔을 굴절시켜서 나가는 광 빔을 얻는 (상기 제1 빔 유도 시스템과 상이한) 제2 빔 유도 시스템;
o 상기 나가는 광 빔을 목표물에 초점을 맞추는 초점맞춤 수단;
을 포함하고 있고,
상기 광학계는 상기 이동가능한 거울의 위치의 변화가 상기 들어오는 광 빔과 상기 나가는 광 빔 사이의 공간상의 어긋남의 변화를 초래할 수 있도록 구성되어 있다.
바람직하게는, 상기 거울은 법선에 의해 정해진 편평한 반사면을 가지고 있다.
제1 빔 유도 시스템과 제2 빔 유도 시스템은 두 개의 상이한 요소이다. 바람직하게는, 제1 빔 유도 시스템과 제2 빔 유도 시스템이 동일한 광학적 특성을 가지고 있다.
바람직하게는, 상기 거울은 병진운동가능하고 상기 구동 수단은 상기 거울을 병진운동시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 거울은 경사질 수 있고, 상기 구동 수단은 상기 거울의 경사도를 변화시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 거울이 두 개 이상의 비평행 방향에 대해 경사질 수 있다.
바람직하게는, 상기 거울은 회전가능하고, 상기 구동 수단은 상기 거울의 편평한 반사면의 법선과 평행하지 않은(예를 들면, 교차하는) 회전축에 대해 회전시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 거울이 상기 구동 수단과 상기 제1 빔 유도 시스템, 및/또는 상기 제2 빔 유도 시스템의 사이에 위치되어 있다.
이 바람직한 실시례에 따르면, 초점맞춤 수단의 상류부에서, 나가는 광 빔이 대체로 원통면을 나타내고, 상기 거울의 어떠한 위치와 방향에 대해서도 주어진 방향과 평행하게 유지된다.
바람직하게는, 제1 빔 유도 시스템과 제2 빔 유도 시스템은 동일한 사양을 가지고 있다. 예를 들면, 제1 빔 유도 시스템과 제2 빔 유도 시스템의 제1 편광 빔 스플리터 큐브와 제2 편광 빔 스플리터 큐브는 동일한 사양을 가지고 있다. 다른 예에 따르면, 제1 빔 유도 시스템과 제2 빔 유도 시스템의 제1 4분의 1파장 지연판과 제2 4분의 1파장 지연판은 동일한 사양을 가지고 있다.
바람직하게는, 본 발명의 가공 장치의 광학계가 들어오는 광 빔의 편광을 변화시키는 회전가능한 반파장판과, 상기 반파장판을 회전시키는 수단을 더 포함하고 있다. 상기 광학계가 제1 편광 빔 스플리터 큐브와 제2 편광 빔 스플리터 큐브를 포함하는 경우, 이 회전가능한 반파장판은 스위치로서 작용할 수 있다. 이 회전가능한 반파장판을 회전시키는 것에 의해서, 상기 광 빔의 편광이 회전한다. 그러면 어긋난 나가는 광 빔을 얻기 위해, 상기 광 빔이 제1 편광 빔 스플리터 큐브와 제2 편광 빔 스플리터 큐브에 의해 반사되도록 상기 반파장판의 위치를 선택할 수 있다. 상기 반파장판의 다른 위치에서는, 광 빔이 반사되지 않고 제1 편광 빔 스플리터 큐브와 제2 편광 빔 스플리터 큐브를 통하여 투과된다. 그러면, 나가는 광 빔은 들어오는 광 빔으로부터 공간적으로 어긋난다. 상기 거울이 회전하면, 세차운동 궤적을 따르거나 따르지 않는 나가는 광 빔을 가질 수 있다.
본 발명의 가공 장치의 거울은 다음 요소들: 제1 빔 유도 시스템, 역반사 시스템 그리고 제2 빔 유도 시스템 중의 적어도 하나에 대해 이동가능하다. 바람직한 변형예에 따르면, 상기 거울이 이들 세 개의 요소 모두에 대해 이동가능하다.
상기 거울의 다수의 가능한 위치에 대해, 상기 거울이 제1 입사 광 빔과 제1 반사 광 빔이 지나는 광로가 서로 다르게 되도록 상기 제1 빔 유도 시스템에 대하여 위치되어 있다. 상기 거울의 다수의 가능한 위치에 대해, 상기 거울이 제2 입사 광 빔과 이것의 상기 거울에서의 반사 광 빔이 지나는 광로가 서로 다르게 되도록 상기 역반사 시스템에 대하여 위치되어 있다.
본 발명의 가공 장치의 광원은, 예를 들면, cw 단일모드 화이버 레이저(cw monomode fibre laser) 또는 펄스형 화이버 레이저(pulsed fibre laser)일 수 있다. 다른 가능한 예 따르면, 상기 광원이 10 피코초보다 짧은 펄스 지속시간을 가진 레이저원이다. 본 발명의 발명자들이 제안한 장치는 바람직하게는 들어오는 광 빔의 콜리메이션(collimation)을 변화시키는 1차 광학계를 포함하고 있다. 이 바람직한 변형예에 의하면, 정확하게 조절된 직경을 가진 구멍을 만들기 위해서 자연적 초점맞춤 지점(natural focussing point) 주위에 환형상(또는 도넛 형상)의 충돌 구역(attack zone)을 만들기 위해서 상기 광 빔의 발산(divergence)을 이용할 수 있다. 상기 구멍의 직경은 들어오는 광 빔의 비-콜리메이션도(the degree of non-collimation)의 함수로 조절될 수 있다. 바람직한 변형예에서 이 1차 광학계의 한 요소(예를 들면, 렌즈)는 병진운동할 수 있다.
본 발명의 발명자들이 제안한 가공 장치는 음의 코니시티(conicity) 또는 여유각(clearance angle)을 만들어내는 것을 가능하게 한다. 상기 가공 장치는 시계 제작용 무브먼트 부품(movement parts)을 절단할 수도 있다. 상기 가공 장치는 자동차 인젝터 포트를 만들어내거나 의료 기기를 미세 가공하는데 사용될 수도 있다. 본 발명의 발명자들이 제안한 가공 장치는 또한 조정가능한 코니시티의 구멍, 특히 영 코니시티(null conicity)의 구멍을 만드는데 사용될 수도 있다.
제2 실시형태에 따르면, 본 발명의 발명자들은 목표물을 가공하는 방법을 제안한다. 상기 방법은:
- 상기한 가공 장치를 제공하는 단계;
- 상기 들어오는 광 빔을 제공하기 위해 상기 광원을 켜는 단계;
- 상기 거울의 법선이 3차원 공간에(또는 평면이 아닌 표면에) 궤적을 나타내도록 상기 구동 수단을 이용하여 상기 거울을 이동시키는 단계; 그리고
- 상기 나가는 광 빔이 상기 목표물과 부딪치도록, 상기 위치결정 수단을 이용하여, 상기 목표물을 위치시키는 단계;
를 포함하고 있다.
본 발명의 상기 방법은 목표물에 음의 구멍 코니시티(negative hole conicities)를 만들기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 제1 실시형태에 따른 가공 장치에 대해서 기술한 장점은 제2 실시형태에 따른 상기 방법에도 필요한 부분만 약간 수정하여 적용된다. 상기한 바와 같이 본 발명의 제1 실시형태에 따른 가공 장치에 대한 여러 변형예들이 본 발명에 따른 상기 방법에도 필요한 부분만 약간 수정하여 적용된다.
본 발명의 상기 실시형태 뿐만 아니라 다른 실시형태를, 도면과 관련하여, 본 발명의 특정 실시례의 상세한 설명부분에서 설명할 것이다.
- 도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 가공 장치의 바람직한 실시례를 개략적으로 나타내고 있고;
- 도 2는 본 발명의 가공 장치에 포함된 광학계의 바람직한 실시례를 나타내고 있고;
- 도 3은 본 발명의 가공 장치에 포함된 광학계의 다른 바람직한 실시례를 나타내고 있고;
- 도 4는 본 발명의 가공 장치에 포함된 광학계의 다른 바람직한 실시례를 나타내고 있고;
- 도 5는 본 발명의 가공 장치에 포함된 광학계의 하나의 바람직한 실시례를 나타내고 있고;
- 도 6은 본 발명의 가공 장치에 포함된 광학계의 다른 바람직한 실시례를 나타내고 있고;
- 도 7은 본 발명의 가공 장치에 포함된 광학계의 다른 바람직한 실시례를 나타내고 있고;
- 도 8은 본 발명의 가공 장치에 포함된 광학계의 다른 바람직한 실시례를 나타내고 있고;
- 도 9a 및 도 9b는 편광이 유지되는 반사의 두 가지 가능한 구성을 개략적으로 나타내고 있고;
- 도 10은 역반사 시스템의 한 가지 가능한 예를 나타내고 있고;
- 도 11은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 가능한 가공 장치를 개략적으로 나타내고 있고;
- 도 12는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 다른 가능한 가공 장치를 개략적으로 나타내고 있다.　
상기 도면은 일정한 비율로 도시되어 있지 않다. 일반적으로, 상기 도면에서 유사한 요소는 유사한 참고 번호로 표시되어 있다. 도면에 표시된 참고 번호는, 상기 참고 번호가 청구항에 포함되어 있더라도, 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 가공 장치(100)의 바람직한 실시례를 개략적으로 나타내고 있다. 상기 가공 장치(100)는 들어오는 광 빔(1)을 발생시키는 광원(33), 예를 들면, 레이저원을 포함하고 있다. 상기 가공 장치(100)는 상기 들어오는 광 빔(1)으로부터 들어오는 광 빔(1)에 대하여 공간적으로 어긋난 나가는 광 빔(7)을 얻는 광학계(2)를 더 포함하고 있다. 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 나가는 광 빔(7)은 초점맞춤 수단(9), 예를 들어, 수렴 렌즈에 의해 목표물(10)에 초점이 맞추어진다. 상기 초점맞춤 수단(9)은 상기 가공 장치(100)의 일부분이고 바람직하게는 상기 가공 장치의 광학계(2)의 일부분이다. 도 1에 도시된 실시례에서, 상기 가공 장치(100)는 또한 목표물(10)을 이동시키는 위치결정 수단(60)를 포함하고 있다. 목표물(10)은 통상적으로 나가는 광 빔(7)에 대한 목표물(10)의 원하는 위치를 얻기 위해서 상기 위치결정 수단(60)에 배치되어 있다. 바람직하게는, 상기 광학계(2)가 초점맞춤 수단(9)의 앞에서(또는 상류부에서) 나가는 광 빔(7)의 회전 운동을 유도할 수 있다(이 경우에는, 그럼에도 불구하고 나가는 광 빔(7)이 초점맞춤 수단(9)의 상류부에서 주어진 방향과 평행하게 유지된다). 그리고, 상기 나가는 광 빔(7)은 가공될 목표물(10)의 한 지점(11)(또는 작은 구역(1l))에 대해서 초점맞춤 수단(9)의 하류부에서 세차 운동(precession movement)을 나타낼 수 있다.
위치결정 수단(60)은 병진운동 포지셔너(translation positioner), 예를 들면, CNC형 기계와 같은 5-축 시스템일 수 있다. 거울(19)이 회전가능한 경우에는, 목표물(10)의 위치에 관계없이 거울(19)을 연속적으로 회전시킬 수 있거나, 다른 한편으로는 목표물의 위치에 의해 결정된 각도에서 목표물(10)을 가공하기 위해서 거울(19)의 각위치(angular position)를 목표물(10)의 위치에 따라 바꿀 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 가공 장치(100)의 광학계(2)의 바람직한 한 실시례를 나타내고 있다. 들어오는 광 빔(1)은 광원(33)에 의해서 발생되어 주로 광학계(2)의 외부에서 이동하는 광 빔인 반면에, 제1 입사 광 빔(4)은 광학계(2)의 내부로만 이동한다. 제1 입사 광 빔(4)은 들어오는 광 빔(1)의 굴절에 의해 얻을 수 있거나(도 3 및 도 5 내지 도 7에 도시된 것과 같은 일부 가능한 실시례 참고) 그렇지 않을 수 있다(도 2 및 도 4에 도시된 예). 도 2에 도시된 실시례에서는, 제1 입사 광 빔(4)과 들어오는 광 빔(1)이 동일한 직선 궤적을 따라서 존재한다. 광학계(2)는 제1 입사 광 빔(4)의 반사에 의해 제1 반사 광 빔(23)을 얻을 수 있게 해 주는 이동가능한 거울(19)을 더 포함하고 있다. 광학계(2)는 또한 제1 반사 광 빔(23)이 이동가능한 거울(19)로 되돌아 오도록 제1 반사 광 빔(23)을 향하게 하는 역반사 시스템(21)을 포함하고 있다. 다시 말해서, 이동가능한 거울(19)로 오는 제2 입사 광 빔(8)은 역반사 시스템(21)에 의해 제1 반사 광 빔(23)으로부터 얻을 수 있다. 제2 입사 광 빔(8)의 거울(19)에서의 반사에 의해, 나가는 광 빔(7)을 얻을 수 있다. 광학계(2)는 나가는 광 빔(7)이 들어오는 광 빔(1)으로부터 공간적으로 어긋날 수 있도록(그리고 상기 나가는 광 빔(7)이 초점맞춤 수단(9)의 상류부에서 주어진 방향과 평행하게 유지되도록) 구성되어 있다. 도 2에 도시된 실시례에서는, 들어오는 광 빔(1)과 나가는 광 빔(7)이 횡방향으로 어긋나 있다. 도 2에 도시된 실시례에서는, 거울(19)이 회전축(5)에 대해서 완전히 회전할 수 있고, 구동 수단(6)이 거울(19)을 상기 회전축(5)에 대해서 회전시킬 수 있다. 상기 가공 장치(100)의 광학계(2)는, 제1 입사 광 빔(4)과 거울(19)에 대한 법선(16)이 이동가능한 거울(19)의 모든 가능한 위치와 방향에 대해서 0°와 15°사이, 바람직하게는 0.01°와 5°사이, 더욱 더 바람직하게는 0.1°와 3°사이의 각도(15)(이 각도(15)는 명료성을 기하기 위해 도 2에 일정한 축척으로 도시되어 있지 않다)만큼 분리되도록 구성되어 있다. 광학계(2)는, 거울(19)과 역반사 시스템(21) 사이의 위치의 변화가 들어오는 광 빔(1)과 나가는 광 빔(7) 사이의 공간상의 어긋남(spatial offset)의 변화를 초래할 수 있도록 구성되어 있다. 도 2에 도시된 실시례에서는, 거울(19)의 각위치에 따라서, 나가는 광 빔(7)이 상이한 궤적을 따라갈 것이다. 광학계(2)는 나가는 광 빔(7)을 목표물(10)에 초점을 맞추는 초점맞춤 수단(9)을 포함하고 있다. 도 2의 실시례에서는, 거울(19)의 회전으로 인한 나가는 광 빔(7)의 회전 운동이 가공되도록 되어 있는 지점(11)에 대해서 가공용 광 빔(광학적 초점맞춤 수단(9)의 하류부의 나가는 광 빔(7))을 세차 운동시키는 역할을 할 수 있다. 이것은 도 2에서 원을 그리는 화살표로 표시되어 있다.
거울(19)의 회전 운동에 더하여, 광학계(2)의 구동 수단(6)이 거울(19)을 병진운동시키는 수단 및/또는 거울(19)의 경사도를 변화시키는 수단(두 개 이상의 비평행 방향에 대해서 기울어질 수 있는 거울(19)과 압전 장치와 같은 거울(19)의 경사도를 바꿀 수 있는 구동 수단)을 포함할 수도 있다. 거울(19)에 대해서 병진운동과 회전운동을 결합시키는 것의 이익은 도 6과 관련하여 설명되어 있다. 특히, 거울(19)과 역반사 시스템(21) 사이의 상대적인 회전운동은 초점맞춤 수단(9)을 지나서 나가는 광 빔(7)이 세차운동을 할 수 있게 해주는 반면에, 거울(19)과 역반사 시스템(21) 사이의 상대적인 병진운동은 초점맞춤 수단(9)을 지나서 목표물(10)이 나가는 광 빔(7)과 부딪치는 각도를 바꿀 수 있게 해준다.
구동 수단(6)의 예는 전기 모터와 브러시리스 모터이다. 다른 구동 수단(6)이 사용될 수도 있다.
도 2의 광학계(2)의 역반사 시스템(21)이 도브 프리즘(29), 그리고 직각 이등변 프리즘(30)을 포함하고 있다. 아래에 기술되어 있는 것과 같이, 다른 예도 가능하다.
도 3은 상기 가공 장치(100)에 포함된 광학계(2)의 다른 바람직한 실시례를 나타내고 있다. 이 경우에, 역반사 시스템(21)은 도브 프리즘(29), 직각 이등변 프리즘(30), 반파장 지연판(half wave retardation plate)(45), 루프 프리즘(35), 그리고 편광 빔 스플리터 큐브(50)를 포함하고 있다. 구동 수단(6)은 거울(19)을 역반사 시스템(21)에 대하여 회전시킬 수 있다. 구동 수단(6)은 거울(19)과 역반사 시스템(21) 사이의 상대적인 병진운동을 시키는 및/또는 거울(19)과 역반사 시스템(21) 사이의 상대적인 경사도를 변화시키는 수단을 더 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 실시례에서는, 광학계(2)가 들어오는 광 빔(1)의 굴절에 의해 거울(19)로 향하는 제1 입사 광 빔(4)을 얻는 제1 빔 유도 시스템(20)을 더 포함하고 있다. 제1 빔 유도 시스템(20)은, 예를 들면, 편광 빔 스플리터 큐브(polarising beamsplitter cube)일 수 있다. 당업자에게 알려져 있는 다른 광학 요소가 사용될 수도 있다. 도 3에 도시된 실시례는, 작은 거울(19), 그리고 단 하나의 반파장 지연판이 요구되는 것과 같은 몇 가지 장점을 제공한다.
도 4는 상기 가공 장치(100)에 포함된 광학계(2)의 다른 바람직한 실시례를 나타내고 있다. 이 경우에, 역반사 시스템(21)은 도브 프리즘(29), 직각 이등변 프리즘(30), 반파장 지연판(45), 루프 프리즘(35), 그리고 편광 빔 스플리터 큐브(50)를 포함하고 있다. 구동 수단(6)은 거울(19)을 역반사 시스템(21)에 대하여 회전시킬 수 있다. 구동 수단(6)은 거울(19)과 역반사 시스템(21) 사이의 상대적인 병진운동을 시키는 및/또는 거울(19)과 역반사 시스템(21) 사이의 상대적인 경사도를 변화시키는 수단을 더 포함할 수 있다.
다른 가능한 실시례에 따르면, 도 2 내지 도 4의 거울(19)은 회전에 있어서 고정되어 있지만 두 개 이상의 비평행 방향에 대해서 기울어질 수 있고 구동 수단(6)은 상기 두 개 이상의 방향에 대해서 거울(19)의 경사도를 바꿀 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 상이한 실시례에서는, 제1 입사 광 빔(4)과 거울(19)에 대한 법선(16) 사이의 각도(15)가 명료성을 기하기 위해 일정한 축척으로 도시되어 있지 않다. 상기한 바와 같이, 이 각도는 이동가능한 거울(19)의 모든 가능한 위치와 방향에 대해서, 0°와 15°사이의 각, 바람직하게는 0.01°와 5°사이의 각, 더욱 바람직하게는 0.1°와 3°사이의 각이고, 그리고 더욱 더 바람직하게는 0.5°이다.
도 5는 상기 가공 장치(100)에 포함된 광학계(2)의 바람직한 실시례를 나타내고 있다. 이 실시례는 아래의 요소:
- 제1 입사 광 빔(4)을 얻기 위해 들어오는 광 빔(1)을 굴절시킬 수 있는 제1 빔 유도 시스템(20);
- 제1 입사 광 빔(4)을 반사시켜서 제1 반사 광 빔(23)을 얻는 기울어 진 이동가능한 거울(19); 상기 이동가능한 거울(19)은 그 법선(16)이 상기 제1 입사 광 빔(4)과 평행하지 않도록 기울어져 있다(명료성을 기하기 위해, 상기 법선(16)은 도 5에 도시되어 있지 않다). 상기 이 동가능한 거울(19)은 들어오는 광 빔(1)과 나가는 광 빔(7) 사이의 측 면방향의 어긋남(lateral offset)을 발생시키는 역할을 하기 때문에 편심 시스템(3)이라고 칭해질 수 있다. 도 5에 도시된 바람직한 실시 례에서는, 상기 이동가능한 거울(19)이 회전가능하다. 따라서, 상기 이동가능한 거울(19)은 회전축(5)에 대해서 완전히 회전할 수 있다.
- 이동가능한 거울(19)을 이동시키는(도 5의 예에서는 회전시키는) 구 동 수단(6);
- 이동가능한 거울(19)의 모든 방향에 대해서 제1 반사 광 빔(23)과 평행하고 제1 반사 광 빔(23)으로부터 이동가능한 거울(19)에 입사하 는 제2 광 빔(8)을 만들어 내는 역반사 시스템(21);
- 이동가능한 거울(19)에 입사하는 제2 광 빔(8)의 반사에 의해 얻은 광 빔을 굴절시키는 것에 의해서 나가는 광 빔(7)을 얻는 제2 빔 유도 시스템(22);
- 나가는 광 빔(7)을 목표물(10)의 한 지점(11)에 초점을 맞추는 초점 맞춤 수단(9);
을 포함하고 있다.
기울어진 이동가능한 거울(19)의 회전 운동은, 나가는 광 빔(7)으로 하여금 초점맞춤 수단(9)을 지나서 목표물(10)의 초점맞춤 지점(11)에 대해서 세차 운동을 나타내게 한다. 초점맞춤 지점(11)은, 예를 들면, 가공 지점(11)이다. 회전축(5)에 대해서 완전히 회전할 수 있는 거울(19)을 이용하는 대신에, 평행하지 않은 적어도 두 개의 방향에 대해서 기울어질 수 있는 거울(19)과, 상기 비평행 방향에 대한 상기 거울(19)의 경사도를 바꿀 수 있는 구동 수단(6)을 이용할 수도 있다.
도 5에 도시된 광학계(2)는 다음과 같이 기능할 수 있다. 들어오는 광 빔(1)이 광학계(2)로 들어온다. 제1 빔 유도 시스템(20)에 의해 들어오는 광 빔(1)이 기울어진 이동가능한 거울(19)쪽으로 안내되어 제1 입사 광 빔(4)을 형성한다. 제1 입사 광 빔(4)은 기울어진 이동가능한 거울(19)에 의해서 반사된다. 상기 거울(19)에서 들어오는 광 빔(1)의 반사에 의해 얻어진 제1 반사 광 빔(23)은 역반사 시스템(21)쪽으로 이동한다. 상기 거울(19)로 향하고, 상기 거울(19)의 모든 위치와 방향에 대해서 상기 제1 반사 광 빔(23)과 평행한 제2 입사 광 빔(8)을 얻기 위해서 제1 반사 광 빔(23)은 역반사된다. 이 제2 입사 광 빔(8)은 상기 거울(19)에 의해서 반사되고 이런식으로 반사된 상기 광 빔이 제2 빔 유도 시스템(22)에 의해 굴절되어 나가는 광 빔(7)을 얻는다. 나가는 광 빔(7)은 출구로 향해지고 들어오는 광 빔(1)에 대하여 측면방향으로 어긋난다. 초점맞춤 수단(9)은 나가는 광 빔(7)을 한 지점(11)에 초점을 맞출 수 있다.
초점맞춤 수단(9) 이전의 나가는 광 빔(7)과 들어오는 광 빔(1) 사이의 어긋남은 기울어진 거울(19)에서의 광 빔의 두 번의 반사 사이의 광 빔이 이동한 거리와, 기울어진 거울(19)에 대한 법선(16)과 회전축(5) 사이의 각도의 함수이다.
기울어진 거울(19)을 회전시키면, 기울어진 거울(19)에 대한 법선(16)이 세차 운동을 나타내기 때문에 나가는 광 빔(7)도 회전하기 시작한다. 특히, 상기 거울(19)이 연속적으로 회전하면, 나가는 광 빔(7)도 상기 거울(19)과 동일한 회전 속도로, 도 5에서 일점쇄선으로 표시된 축을 중심으로 연속적으로 회전한다.
도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 나가는 광 빔(7)은 광학적 초점맞춤 수단(9)에 의해 목표물(10)에 초점이 맞추어진다. 나가는 광 빔(7)의 회전 운동은 가공되도록 되어 있는 지점(11)에 대하여 가공 광 빔(광학적 초점맞춤 수단(9)의 하류부의 광 빔)의 세차운동을 하게 하는 역할을 한다.
도 5의 바람직한 실시례는 몇 가지 장점을 제공한다. 제1 입사 광 빔(4)과 제2 입사 광 빔(8)은 90°에 매우 근접하게, 다시 말해서, 상기 거울(19)에 대한 법선(16)에 매우 근접하게 선택될 수 있는 각도로 상기 거울(19)과 부딪친다(제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)에 의해 이루어진 약 90°의 굴절과, 상기 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)에 대한 상기 거울(19)의 상대적인 위치로 인해). 이것은 초점맞춤 수단(9)을 넘어서 나가는 광 빔(7)에 의해 완전한 원에 가까운 세차운동 링(precession ring)을 나타나게 할 수 있다. 제1 입사 광 빔(4)과 제2 입사 광 빔(8)은 동일한 입사 각도로 상기 거울(19)과 부딪친다(상기 거울(19)의 모든 위치에 대해서 제2 입사 광 빔(8)이 제1 반사 광 빔(23)과 평행할 때). 이것은 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
나가는 광 빔(7)과 들어오는 광 빔(1) 사이의 측면방향의 어긋남은 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)의 사이에서 광 빔이 이동한 거리를 변화시키는 것, 다시 말해서, 제1 입사 광 빔(4), 제1 반사 광 빔(23), 제2 입사 광 빔(8) 그리고 상기 제2 입사 광 빔(8)의 상기 거울(19)에 의한 반사에 의해 얻은 광 빔의 경로의 길이를 조정하는 것에 의해 조정될 수 있다.
제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)의 사이에서 광 빔이 이동한 거리는 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)에 대한 상기 거울(19)의 위치가 변화되도록 상기 거울(19)을 병진운동(24)시키는 것에 의해서 바뀔 수 있다.
이 원리가 상기 거울(19)이 회전할 수도 있는 바람직한 실시례에 대해서 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 병진운동(24)은 한 방향으로만 행해진다. 하지만, 예를 들면, 이동가능한 거울(19)을 2차원 또는 3차원으로 병진운동시킬 수 있는 구동 수단(6)을 제공하는 것도 가능하다. 다른 가능한 실시례에 따르면, 상기 거울(19)은 회전가능하고, 역반사 시스템(21)은 병진운동가능하다. 그리고, 구동 수단(6)은 바람직하게는 상기 거울(19)을 회전시킬 수 있고 역반사 시스템(21)을 병진운동시킬 수 있다.
도 6을 참고하면, 상기 거울(19)이 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)으로부터 멀어지게 이동하면 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)의 사이에서 광 빔이 이동한 거리가 증가하고, 이것은 초점맞춤 수단(9)과 부딪치기 전에 나가는 광 빔(7)과 들어오는 광 빔(1) 사이의 측면방향의 어긋남을 증가시킨다. 반대로, 상기 거울(19)이 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)쪽으로 이동하면 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)의 사이에서 광 빔이 이동한 거리가 감소하고, 이것은 초점맞춤 수단(9)과 부딪치기 전에 나가는 광 빔(7)과 들어오는 광 빔(1) 사이의 측면방향의 어긋남을 감소시킨다.
광학적 초점맞춤 수단(9)이 광학계(2)의 하류부에 설치되면, 상기 거울(19)과 제1 빔 유도 시스템(20) 및 제2 빔 유도 시스템(22) 사이의 거리를 변화시키는 것에 의해서 상이한 입사 각도에 따라 나가는 광 빔(7)을 목표물(10)의 지점(11)으로 향하게 할 수 있다.
제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)은 다양한 요소, 예를 들면(전체 리스트는 아님): 통상적인 빔 스플리터 큐브, 편광 빔 스플리터 큐브 또는 편광 빔 스플리터 큐브와 4분의 1파장 지연판의 조합체를 포함할 수 있다. 4분의 1파장 지연판이 사용되면, 이것의 빠른 축(rapid axis)은 바람직하게는 편광 빔 스플리터 큐브에 의해 반사된 편광의 방향에 대해 45°기울어질 것이다.
도 7은 제1 빔 유도 시스템(20)(또는 제2 빔 유도 시스템(22))이 제1 편광 빔 스플리터 큐브(25)(또는 제2 편광 빔 스플리터 큐브(26))와 제1 4분의 1파장 지연판(27)(또는 제2 4분의 1파장 지연판(28))을 포함하고 있는 바람직한 실시례를 나타내고 있다. 이들 요소는 당업자에게 알려져 있다. 제1 편광 빔 스플리터 큐브(25)와 제2 편광 빔 스플리터 큐브(26)의 사양(specifications)은 바람직하게는 동일하다. 제1 4분의 1파장 지연판(27)과 제2 4분의 1파장 지연판(28)의 사양은 바람직하게는 동일하다.
들어오는 광 빔(1)이 제1 편광 빔 스플리터 큐브(25)에 의해 반사된 편광의 방향으로 선형적으로 편광되면, 상기 들어오는 광 빔(1)은 손실없이 반사된다. 그 다음에 상기 광 빔은 제1 4분의 1파장 지연판(27)을 통과한다. 따라서, 제1 빔 유도 시스템(20)의 출구에서 제1 입사 광 빔(4)의 편광은 원편광(circular polarisation)이다. 상기 거울(19)에 입사하는 제1 입사 광 빔(4)을 반사시킴으로써 얻은 제1 반사 광 빔(23)이 제1 4분의 1파장 지연판(27)을 통과한다. 상기 광 빔이 들어오는 광 빔(1)의 편광에 대해서 90°회전하는 동안에도 상기 광 빔의 원편광이 직선편광으로 된다. 제1 반사 광 빔(23)은 손실없이 제1 편광 빔 스플리터 큐브(25)를 통과하여 상기 거울(19)에 입사하는 제2 입사 광 빔(8)을 만드는 역할을 하는 역반사 시스템(21)에 도달한다. 그 다음에 제2 입사 광 빔(8)은 제2 편광 빔 스플리터 큐브(26)를 손실없이 통과한 다음, 제2 4분의 1파장 지연판(28)을 통과한다. 상기 광 빔의 편광은 원편광으로 된다. 상기 거울(19)에 의해 반사되고 제2 입사 광 빔(8)으로부터 얻은 광 빔도 제2 4분의 1파장 지연판(28)을 통과한다. 상기 광 빔이 제2 입사 광 빔(8)의 편광에 대해서 90°회전하는 동안에도 상기 광빔의 원편광이 직선편광으로 된다. 마지막으로, 제2 편광 빔 스플리터 큐브(26)에 의해 반사된 상기 광 빔의 손실없는 굴절(또는 손실없는 반사)에 의해 얻은 나가는 광 빔(7)의 편광은 들어오는 광 빔(1)의 편광과 평행하다.
도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)이 각각 편광 빔 스플리터 큐브(25, 26)와 4분의 1파장 지연판(27, 28)을 포함하면, 손실 없이, 들어오는 광 빔(1)에 대하여 어긋나는 나가는 광 빔(7)을 얻을 수 있다. 이것은 또한 편광을 유지시킬 수 있는 역반사 시스템(21)의 사용으로 인해 가능하다. 편광을 유지시킬 수 있는 역반사 시스템(21)의 예는 도브 프리즘과 한 개 또는 두 개의 루프 프리즘의 조합체; 도브 프리즘과 두 개의 거울의 조합체; 다섯 개의 거울이다.
도 2 내지 도 7에 도시된 실시례에서는, 광이 상기 거울(19)의 하나의 반사면에서 반사된다. 또한, 본 발명의 상기 가공 장치(100)의 광학계(2)는 제1 입사 광 빔(4)과 상기 거울(19)에 대한 법선(16)이 이동가능한 거울(19)의 모든 가능한 위치와 방향에 대하여 0°와 15°사이, 바람직하게는 0.01°와 5°사이, 그리고 더욱 더 바람직하게는 0.1°와 3°사이의 각도(15)만큼 분리되도록 구성되어 있다.
도 8은 이동가능한 거울(19)이 두 개의 반사면을 포함하는 다른 가능한 실시례를 나타내고 있다. 제1 반사면은 들어오는 광 빔(1)으로부터 나오는 제1 입사 광 빔(4)으로부터 제1 반사 광 빔(23)을 얻을 수 있게 한다. 제2 반사면은 제2 입사 광 빔(8)을 반사시킨다. 역반사 시스템과, 개조된 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)의 사용으로 인해, 상기 거울(19)의 모든 위치와 방향에 대해서 제2 입사 광 빔(8)은 제1 반사 광 빔(23)과 평행하다. 제1 입사 광 빔(4)과 상기 거울(19)에 대한 법선(16)(명료함을 기하기 위해서 도시되어 있지 않음)은 0°와 15°사이, 바람직하게는 0.01°와 5°사이, 그리고 더욱 더 바람직하게는 0.1°와 3°사이의 각도(15)(명료함을 기하기 위해서 도시되어 있지 않음)만큼 분리되어 있다. 도 8에 도시된 예에서는, 제1 빔 유도 시스템(20)(또는 제2 빔 유도 시스템(22))이 제1(또는 제2) 편광 빔 스플리터 큐브(25)(또는 26)와 제1(또는 제2) 4분의 1파장 지연판(27)(또는 28)을 포함하고 있다. 이러한 요소들은 당업자에게 알려져 있다. 제1 편광 빔 스플리터 큐브(25)와 제2 편광 빔 스플리터 큐브(26)의 사양은 바람직하게는 동일하다. 제1 4분의 1파장 지연판(27)과 제2 4분의 1파장 지연판(28)의 사양은 바람직하게는 동일하다. 들어오는 광 빔(1)은 바람직하게는 상기 광 빔을 제1 편광 빔 스플리터 큐브(25)를 통과하게 하는 편광의 방향으로 편광되어 있다. 들어오는 광 빔(1)은 제1 4분의 1파장 지연판(27)을 통과하고, 상기 거울(19)에 입사하는 제1 광 빔(4)을 반사시킴으로써 얻은 제1 반사 광 빔(23)은 제1 4분의 1파장 지연판(27)을 통과한다. 제1 반사 광 빔(23)의 편광은 들어오는 광 빔(1)의 편광에 대하여 90°회전하고 제1 반사 광 빔(23)은 손실없이 제1 편광 빔 스플리터 큐브(25)에 의해 반사되어 제2 입사 광 빔(8)을 만드는 역할을 하는 역반사 시스템(21)에 도달한다. 그 다음에 제2 입사 광 빔(8)이 제2 편광 빔 스플리터 큐브(26)에 의해 손실없이 반사된 다음, 제2 4분의 1파장 지연판(28)을 통과한다. 상기 거울(19)에서 제2 입사 광 빔(8)이 반사된 후 나가는 광 빔(7)이 얻어진다. 그 다음에 나가는 광 빔(7)이 굴절없이 제2 4분의 1파장 지연판(28)과 제2 편광 빔 스플리터 큐브(26)를 통과한다. 상기 거울(19)의 모든 위치와 방향에 대해서 나가는 광 빔(7)이 들어오는 광 빔(1)과 평행하다.
도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)이 각각 편광 빔 스플리터 큐브(25, 26)와 4분의 1파장 지연판(27, 28)을 포함하면, 손실없이, 들어오는 광 빔(1)에 대하여 어긋나는 나가는 광 빔(7)을 얻을 수 있다. 도 8에 도시된 예에서는, 상기 거울(19)이 자신의 법선(16)과 평행하지 않은 회전축에 대하여 완전히 회전할 수 있다. 도 8에 도시된 실시례에 대해서 평행하지 않은 적어도 두 개의 방향에 대해 경사질 수 있는 거울(19)과, 상기 적어도 두 개의 방향에 대해서 상기 거울(19)의 경사도를 변화시킬 수 있는 구동 수단(6)을 사용하는 것도 가능하다. 게다가, 제1 입사 광 빔(4)과 상기 거울(19)에 대한 법선(16) 사이의 최대 각도는 0°와 15°사이, 바람직하게는 0.01°와 5°사이, 그리고 더욱 더 바람직하게는 0.1°와 3°사이에 포함된다. 도 8에 도시된 실시례의 또 다른 가능한 예에 따르면, 상기 거울(19)이 회전축(5)에 대하여 완전히 회전할 수 있고 경사질 수 있으며, 구동 수단(6)이 상기 거울(19)을 상기 회전축(5)에 대하여 회전시킬 수 있고, 하나의 방향, 두 개의 방향, 또는 그 이상의 방향에 대하여 상기 거울의 경사도를 변화시킬 수 있다.
도 6 내지 도 8의 바람직한 실시례는 도 5의 바람직한 실시례에서 제공된 것과 유사한 장점을 제공한다. 제1 입사 광 빔(4)과 제2 입사 광 빔(8)이 90°에 매우 근접하게 선택될 수 있는 각도로 상기 거울(19)과 부딪친다(제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)에 의해 이루어진 약 90°의 굴절과, 상기 제1 빔 유도 시스템(20)과 제2 빔 유도 시스템(22)에 대한 상기 거울(19)의 상대적인 위치로 인해). 이것은 초점맞춤 수단(9)을 넘어서 나가는 광 빔(7)에 의해 완전한 원에 가까운 세차운동 링(precession ring)을 나타나게 할 수 있다. 제1 입사 광 빔(4)과 제2 입사 광 빔(8)은 동일한 입사 각도로 상기 거울(19)과 부딪친다. 이것은 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
도 2 내지 도 8에 도시된 상이한 실시례에서는, 회전축에 대해서 완전히 회전할 수 있는 거울(19) 대신에, 두 개 이상의 방향에 대해서 경사질 수 있는 거울(19)을 사용할 수 있다. 게다가, 구동 수단(6)은 상기 두 개 이상의 방향에 대해서 상기 거울(19)의 경사도를 변화시킬 수 있다.
바람직하게는, 역반사 시스템(21)이 광 빔, 특히 제1 반사 광 빔(23)의 편광을 유지시킬 수 있다. 도 9a 및 도 9b는 상기 광 빔이 법선(71)에 의해서 정해진 편평한 반사면(70)에서 반사될 때 광 빔의 직선 편광(75)이 유지되는 두 가지 가능한 구성을 나타내고 있다(화살표 76은 상기 광 빔의 주된 전파 방향을 나타낸다). 제1 가능한 구성(도 9(a))에 따르면, 직선 편광(75)이 편평한 반사면(70)과 평행하다. 제2 가능한 구성(도 9(b))에 따르면, 직선 편광(75)이 편평한 반사면(70)과 수직인 평면에 포함되어 있다. 상기 양 경우에 있어서, 편광이 유지된다. 이러한 특성은 편광을 유지시키는 역반사 시스템(21)을 설계하는데 사용될 수 있다. 상기 역반사 시스템(21)에서, 여러 번의 반사가 일어난다. 직선 편광을 유지시키기 위한, 역반사 시스템(21)의 두 가지 가능한 실시례는 아래와 같다:
- 직선 편광이 역반사 시스템(21)의 제1 평면 반사면과 평행한 상태로 역반사 시스템(21)의 제1 평면 반사면에서 짝수 번의 반사를 가지고, 직선 편광이 역반사 시스템(21)의 제2 평면 반사면과 수직인 평면에 속하는 상태로 역반사 시스템(21)의 제2 평면 반사면에서 홀수 번의 반사를 가지는 실시례;
- 직선 편광이 역반사 시스템(21)의 제1 평면 반사면과 평행한 상태로 역반사 시스템(21)의 제1 평면 반사면에서 홀수 번의 반사를 가지고, 직선 편광이 역반사 시스템(21)의 제2 평면 반사면과 수직인 평면에 속하는 상태로 역반사 시스템(21)의 제2 평면 반사면에서 짝수 번의 반사를 가지는 실시례.
역반사 시스템(21)은 다양한 요소들을 포함할 수 있다. 상기 요소의 예는(완전히 갖춘 리스트는 아님): 큐브 코너(cube corner), 도브 프리즘(29)과 다른 프리즘(30), 바람직하게는 직각 이등변 프리즘을 포함하는 조합체이다. 이 후자의 조합체는 도 10에 도시되어 있는데, 도 10에서 왼쪽 부분은 평면도를 나타내고 오른쪽 부분은 측면도를 나타낸다. 역반사 시스템(21)이 도브 프리즘(29)과 직각 이등변 프리즘(30)을 포함하는 도 10에 도시된 실시례에서는, 제1 반사 광 빔(23)의 직선 편광(75)이 유지된다. 직선 편광(75)은 직각 이등변 프리즘(30)의 두 개의 편평한 반사면에 평행하고 도브 프리즘(29)의 편평한 반사면(70)에 수직인 평면에 포함된다. 제2 입사 광 빔(8)과 제1 반사 광 빔(23)은 상기 거울(19)의 모든 위치와 방향에 대해서 평행하다.
도 11은 본 발명의 상기 가공 장치(100)의 바람직한 실시례를 개략적으로 나타내고 있다. 이 도 11에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 가공 장치(100)가 바람직하게는 들어오는 광 빔(1)의 콜리메이션(collimation)을 변화시키는 1차 광학계(primary optical system)(31)를 포함하고 있다. 이 1차 광학계(31)를 상기 거울(19)을 연속적으로 회전시킬 수 있는 광학계(2)의 전방에 추가함으로써, 사용자가 프로그램된 디포커싱(programmed defocussing)에 의해 직경이 결정되는 구멍을 만들어낼 수 있다. 사용자는 자연적 초점맞춤 지점(natural focussing point)의 둘레에 링을 만들어낼 수도 있을 것이다. 광 빔이 구멍을 만들어내는 것과 동시에 1차 광학계(31)의 한 요소(예를 들면, 렌즈)를 병진이동시킴으로써 더 깊은 깊이가 얻어질 수도 있다. 이러한 특징은 굴절 시스템(scanner)을 추가하지 않고 1차 광학계(31)에 의해 들어오는 광 빔(1)에 가해진 발산(divergence)에 의해 구멍의 직경을 조절하면서 구멍을 만드는데(천공하는데) 본 발명을 사용되게 할 수 있다.
도 12는 상기 가공 장치(100)의 다른 바람직한 실시례를 나타내고 있다. 도 12에 도시되어 있는 것과 같이, 이 바람직한 실시례는 초점맞춤 영역에 걸쳐서 목표물(10)로 향하는 나가는 광 빔(7)을 이동시키는 굴절 시스템(32)(예를 들면, 검류계식 스캐너 헤드(galvanometric scanner head))을 더 포함하고 있다. 이러한 구성은 시계 제작에 있어서의 무브먼트 부품(movement component), 또는 의료 기기 산업에서의 임플란트와 같은 복잡한 기하학적 구조를 가진 부품을 제작하는데 특히 적합하다. 게다가, 상기 가공 장치(100)는 바람직하게는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)(9)를 포함하고 있다. 이 용어는 당업자에게 알려져 있다.
상이한 종류의 광원(33)이 상기한 다양한 예에 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 아래의 내용을 열거한다:
- 상당한 두께를 가진 금속을 절단하고 구멍을 뚫는 CO2 레이저;
- 필요한 정밀도와 관련된 열 구역(heat zone)에 따라 연속 모드, 밀리초 또는 나노초로 작용하는 레이저 다이오드 또는 화이버 레이저(fibre laser)(다중 모드 또는 단일 모드);
- 고정밀 미세 절단(microcutting) 또는 미세 천공(microdrilling)용 초단 레이저(피코초 또는 펨토초);
- 300 펨토초와 10 피코초 사이의 펄스 지속시간과, 150mm(그리고 바람직하게는 100mm)보다 짧은 초점 거리를 가진 펨토초 레이저;
- UV 레이저(나노초, 피코초 또는 펨토초);
- 가시 레이저(나노초, 피코초 또는 펨토초).
다른 실시형태에 따르면, 본 발명의 발명자들은 상기한 상기 가공 장치(100)를 사용하는 것에 의해 광 빔으로 목표물(10)을 가공하는 방법을 제안한다.
본 발명을 특정 실시례와 관련하여 기술하였고, 상기 특정 실시례는 전적으로 예시적인 목적으로 기술된 것이며, 결코 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다. 일반적으로, 본 발명은 위에서 예시 및/또는 기술된 예에 국한되는 것은 아니다. "포함한다", "포함하고 있다", "이루어져 있다" 라는 동사, 또는 상기 동사의 활용형을 포함하여, 상기 동사의 임의의 다른 변형형태의 사용은 기술한 것 외의 요소의 존재를 배제하는 것으로 해석되어서는 안된다. 하나의 요소를 소개하기 위해 사용한 "하나의" 또는 "한", 또는 "상기 하나의" 라는 표현은 복수의 상기 요소의 존재를 배제하는 것은 아니다. 청구항에 기재된 참고 번호가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
요컨대, 본 발명은 다음과 같이 기술될 수도 있다. 광 빔으로 목표물(10)을 가공하는 가공 장치(100)로서:
- 들어오는 광 빔(1)이라고 칭해지는 광 빔을 발생시키는 광원(33),
- 상기 들어오는 광 빔(1)으로부터 3차원 공간에 대체로 원통형 표면을 나타낼 수 있는 나가는 광 빔(7)을 제공하는(그리고 상기 나가는 광 빔(7)이 초점맞춤 수단(9)의 상류부에서 주어진 방향과 평행하게 유지되도록 하는) 광학계(2), 그리고
- 나가는 광 빔(7)을 목표물(10)에 초점을 맞추는 초점맞춤 수단(9);
을 포함하고 있고,
상기 광학계(2)는:
- 상기 들어오는 광 빔(1)으로부터 나오는 제1 입사 광 빔(4)으로부 터 제1 반사 광 빔(23)을 얻기 위해 법선(16)에 의해 정해진 대체로 편평한 반사면을 가지고 있는 거울(19)을 포함하고 있고, 상기 거울은 상기 거울의 법선(16)이 3차원 공간에 궤적을 그릴 수 있도록 이동할 수 있고;
상기 광학계(2)는 상기 제1 입사 광 빔(4)과 상기 이동가능한 거 울(19)에 대한 상기 법선(16)이 상기 이동가능한 거울(19)의 모든 가 능한 위치와 방향에 대하여 0°와 15°사이의 각도(15)만큼 분리되도 록 구성되어 있고;
상기 광학계(2)는 또한:
- 상기 이동가능한 거울(19)을 이동시키는 구동 수단(6); 및
- 역반사 시스템(21)을 포함하고 있고;
o 상기 역반사 시스템(21)은, 상기 이동가능한 거울(19)의 모든 가능한 위치와 방향에 대하여 상기 제1 반사 광 빔(23)으로부터 상기 거울(19)에 입사하는 제2 입사 광 빔(8)을 얻도록, 그리고 상기 거울(19)에서의 상기 제2 입사 광 빔(8)의 반사에 의해 나 가는 광 빔(7)을 얻도록, 상기 이동가능한 거울(19)에 대해 위 ` 치되어 있고, 그리고
o 상기 역반사 시스템(21)은, 상기 이동가능한 거울(19)의 모든 가능한 위치와 방향에 대해 상기 제1 반사 광 빔(23)과 평행한 상기 제2 입사 광 빔(8)을 상기 이동가능한 거울(19)에 제공할 수 있다.
상기 광학계(2)는 들어오는 광 빔(1)과 나가는 광 빔(7) 사이의 공간상의 어긋남을 제어할 수 있다. 상기 거울(19)의 위치 및/또는 방향을 변화시키는 것에 의해서, 나가는 광 빔(7)이 대체로 원통형인 표면을 그리게(나타내게) 할 수 있다. 그 후에, 적절한 초점맞춤 수단(9)을 이용하는 것에 의해, 세차 운동을 하는 나가는 광 빔(7)으로 작은 표면에서 목표물(10)을 가공할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가공 장치(100)에 포함된 광학계(2)가 들어오는 광 빔(1)을, 바람직하게는 90°로 굴절시켜서, 제1 입사 광 빔(4)을 발생시킬 수 있는 제1 빔 유도 시스템(20); 상기 제1 입사 광 빔(4)을 수용하여 상응하는 제1 반사 광 빔(23)을 발생시킬 수 있도록 위치된 이동가능한 거울(19); 상기 제1 빔 유도 시스템(20)에 대하여 상기 거울(19)의 위치를 변화시키는 구동 수단(6); 상기 거울(19)에 입사하는 상기 거울(19)의 모든 위치와 방향에 대해서 상기 제1 반사 광 빔(23)과 역평행(anti-parallel)인 제2 입사 광 빔(8)을 얻기 위해 제1 반사 광 빔(23)의 방향을 바꾸는 역반사 시스템(21); 상기 제2 입사 광 빔(8)으로부터 얻고 상기 거울(19)에서 반사된 광 빔을 굴절시키는(바람직하게는 90°로) 제2 빔 유도 시스템(22)을 포함하고 있다.
이와 같이, 들어오는 광 빔(1)의 방향에 따라, 광학계(2)의 다양한 요소들이 아래의 순서로 광을 수용한다: 제1 빔 유도 시스템(20), 거울(19), 다시 제1 빔 유도 시스템(20)(그러나, 바람직하게는 굴절없이), 역반사 시스템(21), 제2 빔 유도 시스템(22)(바람직하게는 굴절없이), 다시 거울(19), 그리고 마지막으로 다시 제2 빔 유도 시스템(22)(그러나, 이번에는 바람직하게는 굴절 상태로). 따라서 상기 가공 장치(100)에 포함된 광학계(2)는 나가는 광 빔(7)을 그 예상 진행 위치(nominal position)에 대하여 매우 간단하게 어긋나게 할 수 있고, 목표물(10)과 영이 아닌 충돌각(angle of attack)이 만들어지게 할 수 있다(나가는 광 빔(7)이 초점맞춤 수단(9)의 상류부에서 주어진 위치와 평행하게 유지되는 것과 아울러). 나가는 광 빔(7)의 목표물(10)과의 충돌각의 크기는 상기 거울(19)의 경사도 및/또는 상기 거울의 병진운동의 함수로 정해질 수 있다. 기울어진 거울(19)의 각위치(거울(19)이 회전가능한 경우)는 상기 충돌각 α를 초점면에서 정렬되게 할 수 있다.

Claims (46)

  1. 가공 장치(100)로서:
    - 광원(33);
    - 들어오는 광 빔(1)으로부터 상기 들어오는 광 빔(1)에 대하여 공간적으로 어긋난 나가는 광 빔(7)을 얻는 광학계(2); 그리고
    - 상기 나가는 광 빔(7)을 목표물(10)에 초점을 맞추는 초점맞춤 수단(9);
    을 포함하고 있고,
    상기 광학계(2)는:
    o 거울(19)을 포함하고 있고:
    * 상기 거울은 상기 들어오는 광 빔(1)으로부터 나오는 제1 입사 광 빔(4)으로부터 제1 반사 광 빔(23)을 얻기 위해 법선(16)에 의해 정해진 편평한 반사면을 가지고 있고,
    * 상기 거울은 상기 거울의 법선(16)이 3차원 공간에 궤적을 그릴 수 있도록 이동할 수 있고;
    상기 광학계(2)는 상기 제1 입사 광 빔(4)과 이동가능한 거울(19)에 대한 상기 법선(16)이 상기 이동가능한 거울(19)의 모든 가능한 위치와 방향에 대하여 0°와 15°사이의 각도(15)만큼 분리되도록 구성되어 있고;
    상기 광학계(2)는 또한:
    o 상기 이동가능한 거울(19)을 이동시키는 구동 수단(6); 및
    o 역반사 시스템(21)을 포함하고 있고 :
    * 상기 역반사 시스템은, 상기 이동가능한 거울(19)의 모든 가능한 위치와 방향에 대하여 상기 제1 반사 광 빔(23)으로부터 상기 거울(19)에 입사하는 제2 입사 광 빔(8)을 얻도록, 그리고 상기 거울(19)에서의 상기 제2 입사 광 빔(8)의 반사에 의해 나가는 광 빔(7)을 얻도록, 상기 이동가능한 거울(19)에 대해 위치되어 있고, 그리고
    * 상기 역반사 시스템은, 상기 이동가능한 거울(19)의 모든 가능한 위치와 방향에 대해 상기 제1 반사 광 빔(23)과 평행한 상기 제2 입사 광 빔(8)을 상기 이동가능한 거울(19)에 제공할 수 있는 것;
    을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학계(2)가, 상기 입사 광 빔(4)과 이동가능한 거울(19)에 대한 상기 법선(16)이 상기 이동가능한 거울(19)의 모든 가능한 위치와 방향에 대하여 0.01°와 5°사이의 각도(15), 또는 0.1°와 3°사이의 각도(15), 또는 0.5°의 각도만큼 분리되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 나가는 광 빔(7)을 이동시키는 굴절 시스템(32)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이동가능한 거울(19)이 자신의 법선(16)과 교차하는 회전축(5)에 대해서 360°회전할 수 있고, 상기 구동 수단(6)이 상기 거울(19)을 상기 회전축(5)에 대하여 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이동가능한 거울(19)이 두 개 이상의 방향에 대해서 경사질 수 있고, 상기 구동 수단(6)이 이 두 개 이상의 방향에 대해서 상기 거울(19)의 경사도를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 거울(19)이 병진운동가능하고 상기 구동 수단(6)이 상기 거울(19)을 병진운동(24)시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 역반사 시스템(21)이 병진운동가능하고 상기 구동 수단(6)이 상기 역반사 시스템(21)을 병진운동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 입사 광 빔(4)과 제2 입사 광 빔(8)이 상기 거울(19)의 동일한 편평한 반사면과 부딪칠 수 있도록 상기 광학계(2)가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 상기 거울(19)이 두 개의 편평한 반사면을 가지고 있고:
    o 상기 두 개의 편평한 반사면은 각각 법선에 의해서 정해지고,
    o 상기 두 개의 편평한 반사면 중의 하나는 상기 들어오는 광빔(1)으로부터 나오는 상기 제1 입사 광 빔(4)으로부터 상기 제1 반사 광 빔(23)을 얻기 위한 것이고,
    o 상기 두 개의 편평한 반사면 중의 다른 하나는 상기 나가는 광 빔(7)을 제공하기 위해 상기 제2 입사 광 빔(8)을 반사시키기 위한 것인 것
    을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 역반사 시스템(21)이 광 빔의 편광을 유지시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 역반사 시스템(21)이 도브 프리즘(29)과 직각 이등변 프리즘(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 역반사 시스템(21)이 다섯 개의 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 역반사 시스템(21)이 큐브 코너를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학계(2)가 들어오는 광 빔(1)의 굴절에 의해 상기 제1 입사 광 빔(4)을 얻는 제1 빔 유도 시스템(20)을 더 포함하고, 상기 이동가능한 거울(19)이 상기 구동 수단(6)과 상기 제1 빔 유도 시스템(20)의 사이에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학계(2)가 상기 거울(19)에 입사하는 상기 제2 입사 광 빔(8)의 반사 광빔의 굴절에 의해 상기 나가는 광 빔(7)을 얻는 제2 빔 유도 시스템(22)을 더 포함하고, 상기 이동가능한 거울(19)이 상기 구동 수단(6)과 상기 제2 빔 유도 시스템(22)의 사이에 위치되어 있는 것는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학계(2)가 들어오는 광 빔(1)의 편광을 변화시키는 회전가능한 반파장판과, 상기 반파장판을 회전시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 들어오는 광 빔(1)의 콜리메이션을 변화시키는 1차 광학계(31)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  18. 제1항에 있어서, 상기 목표물(10)을 이동시키는 위치결정 수단(60) 및/또는 상기 나가는 광 빔(7)을 이동시키는 굴절 시스템(32)을 더 포함하고 있고, 상기 거울(19)이 이동가능하고, 그리고 상기 거울(19)의 위치가 상기 굴절 시스템(32)으로 인한 이동 및/또는 목표물(10)의 위치에 따라 바뀌는 것을 특징으로 하는 가공 장치(100).
  19. 목표물(10)을 가공하는 방법으로서:
    - 제1항, 제2항, 또는 제18항 중의 어느 한 항에 따른 가공 장치(100)를 제공하는 단계;
    - 상기 들어오는 광 빔(1)을 제공하기 위해 상기 광원(33)을 켜는 단계;
    - 상기 거울(19)의 법선이 3차원 공간에 궤적을 나타내도록 상기 구동 수단(6)을 이용하여 상기 거울(19)을 이동시키는 단계; 그리고
    - 상기 나가는 광 빔(7)이 상기 목표물(10)과 부딪치도록 상기 목표물(10)을 위치시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 목표물(10)을 가공하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 목표물(10)에 조정가능한 구멍 코니시티를 얻기 위한 것을 특징으로 하는 목표물(10)을 가공하는 방법.
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