KR20060097668A - 비임 편류 보상 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20060097668A
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토드 이. 리조테
오레스트 피. 오하르
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히다치 비아 메카닉스 가부시키가이샤
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Abstract

조준된 광 비임의 소정의 위치를 유지하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 광 시스템은 비임 통로에 이동식으로 위치된 하나 이상의 수동식 광학 요소를 포함한다. 비임 위치는 적어도 하나의 수동식 광학 요소의 이동에 응답한다. 비임의 실제 위치는 소정의 비임 위치와 비교되고 검출된다. 오류 신호는 생성되고 비임 통로는 하나 이상의 수동식 광학 요소의 이동에 응답하여 변경된다. 또 다른 태양에서, 회절 렌즈같은 비임 형성 렌즈는 감지된 비임의 일부분을 형성하기 위해 제공된다. 또 다른 태양에서, 레이저의 열 조건은 모니터링될 수 있고 열지도는 열 조건에 기인하여 측정된 비임 편류를 자동적으로 보상하기 위해 제공된다.
광학 렌즈, 수동식 광학 요소, 비임 편류, 비임 편이, 광학 시스템, 비임 통로, 광 수신면, 비임 스플리터

Description

비임 편류 보상 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR BEAM DRIFT COMPENSATION}
도1은 본 발명의 태양에 따른 비임 편이 보상 장치의 개략적인 도면.
도2는 본 발명의 또 다른 태양에 따른 비임 편이 보상 장치의 도시적인 도면.
도3은 본 발명에 따른 3 구성요소 웨지 시스템을 도시하는 도면.
도4는 본 발명에 따른 4 구성요소 웨지 시스템을 도시하는 도면.
도5는 본 발명의 다른예에 따른 2 구성요소 웨지 시스템을 도시하는 도면.
도6은 단일의 평평한 평행판을 사용하는 비임 편이 보상기를 도시하는 도면.
도7은 사분면 분할 포토 수신기를 사용하는 본 발명과 사용하기에 적합한 비임 센터링 시스템을 도시하는 도면.
도8은 4개의 정렬된 광센서와 4개의 거울면을 구비한 사각 피라미드를 사용하는 본 발명과 사용하기에 적당한 비임 센터링 시스템을 도시하는 도면.
도9는 도8에서 선9--9를 따라 바라본 비임 센터링 시스템의 측면도.
도10은 컴퓨터 기초 정보 조작 시스템과 함께 포토 이미징 시스템을 사용하는 본 발명과 사용하기에 적합한 또 다른 비임 센터링 시스템을 도시하는 도면.
도11은 본 발명에 따른 방법을 도시하는 흐름도.
도12 및 도13은 비임 위치 센서에 이송된 비임의 일부분을 형상화하기 위해 회절 광학 요소 및 비임 스플리터를 사용하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.
도14 내지 도18은 입사 비임과 동축인 위치 센서에 형성된 비임부를 반사하기 위해 사용된 회절 광학 요소의 추가적인 실시예를 도시하는 도면.
도19는 예측 또는 예상된 비임 편류와 열 조건을 서로 관련시키는 미리 저장된 열지도와 감지된 열 조건을 기초로 한 비임 위치를 교정하기 위해 보상 렌즈를 조정하고 레이저원의 열 조건을 모니터링 하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.
도20은 열전대 사분면 센서와 평행판 비임 조향 렌즈를 사용하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.
도21은 한 쌍의 반사 회전 웨지를 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.
도22는 도21에 도시된 회전 웨지의 정면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110, 124 : 입사 비임
114 : 제1 이동식 웨지
114˝: 제1 웨지
115 : 고정 위치 웨지
116 : 제3 이동식 웨지
116˝: 제2 웨지
126 : 이미저
130 : 제어 회로
132 : 서보 작동기
136 : 광학 보상기
138 : CCD 카메라
156 : 편류 보상 렌즈
159 : 운동판
180 : 컴퓨터 시스템
182 : 프레임 그래버
184 : 메모리
본 발명은 광학 비임 편류 보상 장치와 소정의 광학 통로를 따라 레이저 비임을 유도하기 위해 비임의 제 위치에서 변화에 대해 광학적으로 보상하고 비임 위치를 모니터링 하는모니터링관한 것이다. 본 발명은 산업 및 다른 레이저 적용을 포함하고, 처리될 다른 표적 또는 공작물에 레이저 비임이 이송되고, 레이저 비임 적용의 모든 방식으로 연결된 특정 이용을 본 발명은 발견한다. 예시적인 적용은 머시닝, 드릴링, 융삭등, 조명, 레이저 이미징, 광결합 또는 광경화 적용등 다른 처리 적용을 포함한다. 본 발명이 광학 시스템의 모든 방식으로 사용될 수 있고, 정밀한 전파 통로를 또한 유지하거나 정밀한 표적의 위치에 다른 조준된 광선 통로 또는 레이저를 이송하는 것이 바람직 또는 필요하다는 것이 인식될 수 있다.
레이저 비임의 방향 또는 위치는 레이저원 내부의 열효과, 공기 밀도의 유동, 표면의 이동 또는 진동 또는 레이저원을 지지하는 플랫폼, 이동, 진동 또는 광트레인에서 광학 성분 상의 열 효과를 포함하는 다수의 이유로 시간이 지남에 따라 편류하기 쉽다. 레이저 비임 편류 보상 시스템은 사분면 검출기같은 감광성 위치 센서에 비임의 일부분을 유도하도록 비임 스플리터를 사용하도록 공지된다. 검출된 위치와 예상된 또는 소정의 위치 사이의 임의의 차이는 복잡하고 비싼 전자 광학 장치를 사용하여 교정된다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,315,111호를 참조한다. 비임 위치 및 방향을 안정화하기 위한 수동식인 기술은 진동 격리와 열효과를 최소화하는 요소의 사용에 일반적으로 의존한다. 그러나, 그런 기술은 매우 비싸고 효과를 제한한다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,315,111호 및 제 5,923,418호를 참조한다. 따라서, 본 발명은 비싸지 않고, 수동식인 광학 장치를 사용하는 비임 편류 보상에 대한 보상 방법 및 장치를 고려한다.
먼저 도1을 참조하면, 레이저 비임(110)의 위치를 조정하고 모니터링하도록 사용되는 비임 안정화 시스템(100)의 제1 실시예가 도시된다. 도시된 실시예는 분광 웨지(114 및 116) 및 비임 스플리터(120)를 사용하는 비임 편류 보상기(112)를 포함한다. 비임 스플리터(120)는 입사 광선(110)의 일부분(122)을 전송하고 위치 감지 광센서 또는 포토 이미저(126)에 일부분(124)을 반사하는, 예컨대 절첩식 비임 스플리터 미러, 회절 광학 샘플러 등일 수 있다.
본 명세서에 상술된 감광성 검출기에 대안으로서 열 검출기, 초전기 장치, 열전대 센서등처럼 입사 비임의 가열 효과를 감지하기 위한 위치 열 감지 장치가 대신 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 열 센서를 사용하는 예시적인 비임 보상 시스템은 아래에 자세히 설명된다.
레이저원 방출이"비임"으로서 주로 언급되지만, 비임이 연속 비임일 필요가 없고 펄스 비임일 수 있다는 것이 인식될 수 있다. 또한, 소정의 광학 통로를 따라서 레이저 비임을 조향하거나 이송하기 위한 추가적인 수단은 프리즘, 거울, 렌즈, 광섬유, 광판정등 및 그것의 조합 및 구성을 포함하나 이로 제한되지 않고 사용될 수 있다.
반사 비임(124)은 예를 들어, 대전 결합 장치(CCD) 어레이, 광다이오드 어레이, 상보형 금속 산화 반도체(complementary metal oxide semiconductor, CMOS) 디지털 검출기등일 수 있는 광 검출기(126)에 유도된다.
광트레인에서 광학 요소의 대안 구성이 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, (도시되지 않은) 변경예에서, 비임 스플리터가 위치 검출 및 보상을 위해 입사각의 일부분을 전송하고 비임의 신호가 예를 들어, 공작물 또는 다른 표적에 반사되게 하기 위해 광센서가 위치될 수 있다. 상기 변경예에서, 다수의 입사 비임이 반사됨과 함께 광센서에 비임 스플리터를 통해 비임의 작은 부분만이 전송 되는 것이 바람직하다. 또 다른 실시예에서, 광트레인에서 임의의 소정의 위치에 비임 편류 보상 장치가 위치될 수 있는 것이 이해될 것이다.
광센서의 출력은 x 및 y 위치 검출 회로(128)로 통과되고, x 및 y는 z방향으로 본 명세서에 언급된 비임의 이송 방향에 대해 상호 직각 방향인 것을 말한다. 회로(128)는 비임의 소정의 위치에 대해 비임(122)의 실제 통로의 편차의 x 및 y 방향성 성분을 판정한다. 검출된 위치 오류에 대해 보상하는데 필요하므로 광학 요소(114 및 116)의 이동을 발생하기 위해 선형 운동 단계처럼 x 및 y 방향에 대한 오류 신호는 제어 위치 조정기(132)의 순으로 구동기(130)로 통과된다. 도1에 나타난 두개의 웨지 시스템은 도5에 참조의 방식으로 자세히 아래에 설명된다. 다른 보상 렌즈 예를 들어, 본 명세서에 설명된 수동식 굴절 및 반사 광학 보상 렌즈를 포함하는 것 또한 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도2를 이제 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보상 시스템이 도시된다. 레이저원(134)에 의해 생성된 레이저 비임(110)은 제1 이동식 웨지(114), 제2 고정 위치 웨지(115) 및 제3 이동식 웨지(116)를 포함하는 광학 웨지 시스템(136)을 통과한다. 비임(110)은 비임 스플리터(120)로 통과된다. 비임의 일부분(122)은 전송되고 일부분(124)은 반사된다.
반사 비임 일부분(124)은 CCD 카메라(138)를 사용하여 영상화된다. 선택적으로, 예를 들어 검출을 위해 입사 비임을 다른 파장으로 바꾸는 것이 필요하거나 바람직한 곳에서 형광 스크린(140)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 경우에 자외선 레이저 광원(134)이 이용될 때 또는 레이저 강도가 광센서를 손상시켜서 입사 비임은 곧바로 영상화 또는 감지하지 못할 수 있다. 형광 물질로 도포된 글래스판 같은 형광 글래스 또는 스크린(140)은 입사 광학 비임의 위치에 대응하는 형광 출력을 생성하기 위해 비임(122)의 통로에서 비임 스플리터(124)와 CCD 카메라(138) 사이에 위치된다. 다양한 파장 및/또는 강도의 레이저원이 동일한 경우에 사용될 수 있고, 어떤 경우에는 입사 비임이 곧바로 영상화 또는 감지될 수 있는 것이 이해될 것이다.
경계부(142)는 영상화된 비임의 디지털 표현을 수신하는 디지털 신호 처리 회로(144)에 CCD 카메라를 결합하는데 사용된다. 프로세싱 회로(144)는 영상화된 필드 내부에 비임의 감지된 위치를 기초로 한 소정의 비임 위치로부터 x 및 y 방향 편차를 판정한다. 디지털 신호 처리 기능이 일반 목적 중앙 처리 유닛과 함께 또한 수행될 수 있다고 인식되더라도, 특정 목적 디지털 신호 프로세서가 디지털 신호의 집중적인 처리를 계산적으로 수행하도록 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 다중 프로세서가 사용될 수 있는데, 예를 들어 전자 메모리 또는 다른 디지털 저장 매체에 처리된 신호 표현을 임의의 또 다른 처리 및/또는 저장함을 위해 선택적으로 사용되는 일반 목적 중앙 처리 유닛과 하나 이상의 전용 디지털 신호 프로세서를 사용하여 계산식으로 집중적인 처리가 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 예를 들어 주문형 반도체(application specific integrated circuit, ASIC), 프로그램가능 논리 소자(programmable logic device, PLD), 현장 프로그램가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA)등에서 실현될 수 있는 전용 계산 장치, 하드웨어 논리 또는 한정 단계 기계(finite stage machine)를 전부 또는 일부 사용하여 처리 기능성이 실시될 수 있다.
예를 들어, 프로세서(144)는 영상화된 비임 위치와 소정의 비임 위치 중심의 차이를 기초로 한 위치 오류의 x 및 y 성분을 판정하고, 구동기 회로 조립체(146)에 x 및 y 오류 신호를 출력한다. 구동기 회로 조립체(146)는 선형운동 작동기(148 및 150) 순으로 제어한다. 고정된 이중 웨지(115)에 대해 z축 방향에서 제1 웨지(114)를 전진 또는 후퇴시키기 위해 선형 작동기(148) 상에 이동식으로 지지된 운동 단계(152) 상에 제1 웨지(114)가 지지된다. 고정된 이중 웨지(115)에 대해 z축 방향에서 제1 웨지(116)를 전진 또는 후퇴시키기 위해 선형 작동기(150) 상에 이동식으로 지지된 운동 단계(154) 상에 제2 웨지(116)가 지지된다.
도3에 잘 도시된 바와 같이, 제1 웨지(114)는 x방향에서 테이퍼링 되고, 그로 인해 x-z평면에서 비임의 굴절 편향이 발생한다. 제2 웨지(116)는 y방향에서 테이퍼링 되고, 그로 인해 y-z평면에서 비임의 방향 변화가 발생한다. 고정 위치 이중 웨지(115)는 웨지(114)의 대향면과 정렬된 제1, 광수신면을 가진다. 고정 위치 이중 웨지(115)는 웨지(116)의 대향면과 정렬된 제1 면에 대향하는 제2 면을 또한 가진다. 도4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 웨지(114 및 116) 각각에 보완적인 한 쌍의 웨지(114' 및 116')와 이중 웨지(115)가 대체될 수 있는 것이 인식될 수 있다.
작동 중에, 비임은 웨지(114)에 의해 x방향에서 z방향으로부터 편향된다. 일반적으로 z축에 평행하지만 x 방향에서 비임의 변위의 크기를 판정하는 이중 웨지(115)와 웨지(114) 사이의 거리로부터 x방향에서 변위된 통로에 복귀하기 위해, 이중 웨지(115)의 광수신면은 비임을 굴절한다. 비임(122)이 이중 웨지(115)를 방출함으로써, 비임은 y방향에서 z축으로부터 굴절된다. 일반적으로 z축에 평행하지만 y방향에서 비임의 변위의 크기를 판정하는 웨지(116)와 이중 웨지(115) 사이의 거리로부터 y방향에서 변위된 통로에 복귀하기 위해, 이중 웨지(116)의 광 수신면은 비임을 굴절한다.
이와 달리, 도2에 도시된 것처럼 삼 요소 비임 웨지 시스템은 도5에 도시된 것처럼 이 요소 웨지 시스템과 대체될 수 있다. 비임의 위치는 상술된 것처럼 검출될 수 있고, 위치 편차는 극좌표로 계산되거나 변경되며, 검출된 비임 위치와 소정의 위치 사이의 변위는 크기 또는 반경 편이 성분 및 각도 편위 성분에 의해 한정된다. 작동중에, 비임은 제1 웨지(114˝)에 의해 x방향에서 z축으로부터 편향된다. 일반적으로 z축에 평행하지만 x방향으로부터 변위된 통로로 복귀하기 위해 제2 웨지(116˝)는 비임을 굴절한다. x방향에서 비임의 변위 크기를 반경 편이에 일치시키기 위해 웨지(114˝)와 웨지(116˝) 사이의 거리는 조정된다. 양 웨지는 각도 편이에 일치하기 위해 각도(Φ)에 의해 그 후 회전된다.
또 다른 변경예에서, 도2 내지 도5의 웨지 시스템은 도6에 도시된 바와 같이 단일 광학 요소(156)와 대체될 수 있다. 광학 요소(156)는 평평한 판정판, 대형 원통의 렌즈등과 같은 평평한 평행판 또는 플라노 렌즈이고, x 및 y축(160 및 162) 각각의 양쪽에 대해 독립적으로 회전하도록 구성된 짐벌 지지부 또는 플랫폼(158)에 장착된다. 축(160 및 162)은 z축 방향(164)에 상호 직교한다. 도시된 실시예에서, 판(156)은 고정 지점(166)에 대해 축(160 및 162)의 양쪽 또는 한쪽에 대해 독립적으로 회전될 수 있다. 소정의 비임 통로에 대해 입사 비임의 편차를 보상하기 위해 x 및 y 위치 오류 신호는 축의 각각(160 및 162)에 대해 회전 각도를 제어하는데 사용된다. y축(164)에 대해 판(156)을 회전함으로써 x축(160)을 따라 비임(122)은 편이된다. x축(160)에 대해 판(156)을 회전함으로써 y방향에서 비임(122)은 편이된다. 이와 달리, 적어도 두개의 자유 각도를 가진 운동판(예를 들어 도12 내지 도14를 참조)은 짐벌 지지부(158) 대신에 사용될 수 있다.
검출된 비임 위치와 소정의 비임 위치 사이에 위치 오프셋은 다수의 방법에 의해 판정될 수 있다. 이제 도7을 참조하면, 본 기술 분야에 일반적으로 공지된 사분면 분할 광 검출기(126)를 포함하는 사분면 포토 수신기반 시스템이 나타난다. 광 검출기(126)는 x방향에 정렬된 사분면(A 및 C)과 y방향에 정렬된 사분면(B 및 D)을 구비한 사분면(A, B, C, D)을 포함한다. 입사 비임(124)이 검출기(126) 상에 중심으로 위치되도록 시스템은 보정될 수 있고, 레이저 비임(122)이 소정의 위치에 있을 때, 따라서 각각의 사분면에 의해 검출된 광 강도는 실제로 동일하다.
교번식 검출기 구성에서, 도8 및 도9에 도시된 바와 같이, 4개의 거울면(170a, 170b, 170c, 170d)을 가진 사각 피라미드(168)의 정점을 향해 비임(124)은 유도된다. 각각의 면(170a 내지 170d)들 중 하나를 가진 광학 정렬에 각각 존재하는 피라미드(168)에 대해 4개의 광센서(A, B, C, D)는 반경방향으로 이격된다. 입사 비임(124)이 피라미드(168)의 정점 상에 중심에 위치될 때, 그것의 각각의 광센서 상에 면들의 각각에 의해 반사된 빛은 실제로 동일하다.
도7의 사분면 광센서 또는 도8 및 도9의 피라미드 센서 중 어떤 센서가 사용 되었는지와 무관하게, 예를 들어 레이저 비임 편류의 결과처럼 광 강도 사이의 다양성을 판정하기 위해 x-y 오류 신호 회복 회로(128)로 신호가 통과되는 검출 광의 강도의 전기 신호 표시를 검출기(A 내지 D)는 생성한다. 사분면(A 및 C) 상에서 충돌하는 광강도 사이의 차이에 비례하여 y방향에 대해 오류 신호(174)를 생성하는 제1 비교기 회로(172)로 광센서(A 및 C)의 출력은 통과된다. 사분면(B 및 D) 상에서 충돌하는 광강도 사이의 차이에 비례하여 x방향에 대해 오류 신호(178)를 생성하는 제2 비교기 회로(176)로 사분면(B 및 D)의 출력은 통과된다. 출력 신호(174 및 178)는 서보 제어(130)로 통과되고, 실제로 동일한 광강도가 검출기 사분면의 각각에 의해 감지될 때까지 보상 렌즈는 상술된 것처럼 조정되고, 레이저 비임 편류가 상쇄되고 비임이 소정의 위치로 복귀되는 효과를 나타낸다.
또 다른 실시예에서, 양측 위치 감지 모듈은 비임 위치를 감지하기 위해 사용될 수 있다. 소정의 위치에 비임의 위치를 복귀하기 위해 보상 렌즈(136)를 조정하는데 차례로 사용될 수 있는 감지면 상에 x 및 y 위치의 전압 아날로그를 출력하는 위치 감지 광다이오드를 양측 위치 센서는 사용한다. 캘리포니아의 웨스트레이크, 퍼시픽 실리콘 센서(Pacific Sensor Inc. of Westlake Village, CA)로부터 이용가능한 디엘100-7피씨비에이3(DL100-7PCBA3)이 본 발명에 사용될 수 있는 예시적인 양측 위치 감지 모듈이다.
이제 도10을 참조하면, 예를 들어 CCD 카메라, CMOS 디지털 검출기 어레이등이 사용될 수 있는 광이미저 기반 위치 센서(138)를 사용하는 또 다른 실시예가 나타난다. 이미저(138)는 입사광의 이차원 이미지(예를 들어, 비임(124) 또는 형광 글래스(140)의 형광 출력, 도1 참조)를 출력하고 컴퓨터 기반 정보 취급 시스템(180)으로 그것을 통과한다.
선택함에 따라, 컴퓨터 시스템(180)의 메모리(184)에 저장될 수 있는 디지털 이미지 표현에 현 비디오 프레임을 변환하고 비디오 신호를 수신하는데 프레임 그래버(frame grabber, 182)가 사용될 수 있다. 이와 달리, 메모리(184)에 저장을 위해 컴퓨터 시스템(180)에 유도되게 디지털 데이터로서 요구된 이미저(126)를 통과할 수 있다.
예를 들어, 이미지 픽셀값을 기초로 한 입사 비임의 중심을 판정함으로써 영상화된 분야에서 이차원 이미지를 기초로 한 이미지 처리 모듈(186)은 입사 비임의 위치를 계산한다. 편이 회복 처리 모듈(188)은 검출된 비임 위치와 소정의 비임 위치 사이의 차이를 기초로 한 x 및 y 편이 회복값을 계산한다. 검색 테이블에 저장된 데이터 또는 이전에 저장된 데이터와 검출된 비임 위치를 비교하는 단계를 이것은 포함할 수 있다.
디지털 투 아날로그 변환기(digital-to-analog converter)와 관련된 제어 논리(190)는 서보 모터 또는 광학 보상기(136)의 위치를 제어하는등을 위해 구동기(130)로 통과되는 x 및 y 회복값을 아날로그 제어 신호(192)로 변환하기 위해 제공될 수 있다. 이와 달리, 모터 제어 신호(192)는 디지털 모터 제어 신호처럼 출력될 수 있다. 따라서, 소정의 위치로부터 비임 위치에서 임의의 편류는 영상화된 필드 내부에서 비임의 위치의 변화 또는 이동으로 검출된다. 광학 보상기(136)에서 이동 가능한 광학 요소의 위치를 제어하는 것이 가능한 전자 회로 조립체를 포 함하는 제어기(130)에 모터 제어 신호 정보는 공급된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "처리 모듈"이라는 용어는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어(firmware) 또는 그것의 결합으로 실시될 수 있는 기능적 모듈을 언급하기 위해 의도된다. 또한, 공통의 하드웨어를 공유하는 펌웨어 또는 소프트웨어처럼 사용될 수 있고, 전용 처리 회로에 임의의 또는 모든 처리 모듈(184, 186, 188 및 190)이 사용될 수 있는 것이 이해될 수 있다.
이제 도11을 참조하면, 즉 레이저 비임 편이 또는 편류를 보상하기 위해 레이저 비임 위치를 조정하는 방법을 도시하는 흐름도가 도시된다. 상기 방법은 부분적인 반사 거울, 광학 샘플러등처럼 비임 스플리터를 향해 교시(단계200)에 따른 광학 보상기를 통해 비임을 유도하고 레이저 비임을 생성하는 단계를 포함한다. 비임의 일부분은 상술된 바와 같이 광센서 또는 광이미저에 유도되고, 비임의 리마인더는 처리 또는 조사(단계204)되기 위해 표적으로 통과된다.
광센서 상에 감지된 광 비임부의 이차원 위치는 검출된다(단계208). 센서 상에 반사된 광 비임의 검출된 이차원 위치는 비임의 소정의 위치와 그 후 비교된다(단계212). 광 비임 위치의 이차원 위치는 상술된 것처럼, 다수의 방법에 의해 소정의 위치와 비교 및 검출될 수 있다.
비임의 검출된 위치와 비임의 소정의 위치 사이의 차이점을 기초로 하고, 소정의 위치에 비임을 위치시키는데 필요한 비임 편이의 x 및 y 성분(또는, 이와 달리 극좌표 성분의 각도 및 크기)은 판정된다(단계216). 비임이 소정의 위치에 있는도록 판정이 만들어진다(단계220). 상술된 바와 같이, 비임이 정확하게 위치되 도록 판정된다면, 처리는 단계(208)로 복귀되고 계속된다. 단계(220)에서 소정의 위치에 비임이 있지 않게 판정되면, 광학 보상기의 위치는 x 및 y 오프셋 크기를 보상하도록 조정되고, 비임이 소정의 위치에 있을 때까지 처리는 단계(208)로 복귀되고 계속된다. 도11의 방법은 비임 위치가 이어서 편류되거나 달리 편이되는 경우에는 후속적인 교정을 함으로서 비임 위치를 모니터링하고 교정 위치를 유지할뿐만 아니라 적절한 비임 위치에 사용될 수 있다. 예를 들어, 소정의 비임 위치를 유지하고 모니터링하기 위한 소정의 시간 간격에서 연속적으로 반복될 수 있다.
이제 도12를 참조하면, 위치 센서 어레이(126)에 이송된 레이저 비임 일부분(124)의 특징을 수정하기 위해 회절 광학 요소(230)를 사용하는 비임 안정화 시스템의 또 다른 실시예가 나타난다. 상술된 것처럼, 광학 판 또는 광학 웨지 시스템일 수 있는 비임 편류 보상 렌즈(156)에 레이저 원(134)에 의해 레이저 비임(110)이 이송될 수 있다. 도12에 도시된 실시예에서, 운동판(159)에 장착된 평행판 광학 요소를 사용하는 렌즈를 조향하는 수동 비임을 제어하는 대안적인 수단이 도시된다. 운동판(159)은 제어 회로(130)에 의해 차례로 제어된 서보 작동기(132)에 의해 제어된 다수의 조정 나사(161)등을 포함한다. 운동판은 x 및 y축에 대해 독립적으로 회전하는 효과를 주기 위해 두개의 자유 각도를 제공한다. 이와 달리, 상술된 웨지 시스템 또는 짐벌판 또는 아래에 설명된 것같은 반사 보상 렌즈가 사용될 수 있다.
입사 비임(110)의 일부분(122)을 전송하고 회절 광학 요소(DOE, 230)에 일부분(240)을 반사하는 비임 스플리터(120)로 그 후 레이저 비임(110)은 통과한다. 바람직하게, 다른 회절 광학 요소가 또한 고려된다 해도 DOE(230)는 컴퓨터 생성 홀로그래픽 광학 요소에 제한되지 않는 것을 포함하고 홀로그래픽 광학 요소처럼 수행된다. 단일 DOE가 도시됐지만, 다중 회절 과학 요소를 포함하는 복잡한 회절 광학 시스템이 또한 사용될 수 있음이 인식될 수 있다. DOE(230)로부터 수정된 레이저 비임(232) 출력은 위치 감지 광센서 또는 포토 이미저(126)가 위치하도록 통과된다.
DOE(230)는 선택된 위치 센서 어레이(126)에 광을 맞추기 위해 비임의 일부분(124)의 형상 및 크기를 수정하도록 선택된다. DOE(230)에 의해 조사 필드 출력은 HOE(230)로부터 떨어진 특정 작업 거리에서 생산된 특정화된 형상일 수 있다. 도13 및 14의 구체적인 참조 및 도12의 연속된 참조로, 4개의 선형 또는 일차원 위치 감지 검출기(236)를 포함하고 90°이격된 비임(124)에 대해 반경방향으로 연장하는 예시적인 광센서 어레이(126)이 나타난다. 상기 센서는 그것의 전체부가 참조로서 본 명세서에 통합되는 공통으로 소유된 2004년 11월 22일자 출원 미국 특허 가출원 제 60/629,941호에 설명된 바와 같은 센서일 수 있다.
위치 감지 검출기(236)는 일반적으로 약 5 내지 10미크론의 범위 증분에서 측정을 제공하고, 그로 인해 매우 높은 위치 측정 해상도가 제공된다. 검출기(236)는 개별 검출기 요소의 선형 어레이일 수 있고, 또는 선형(일차원) 위치 감지 검출기일 수 있다. 일차원 위치 감지 검출기가, 예를 들어 뉴저지주의 브리지워터의 하마마쯔사(Hamamatsu Corporation of Bridgewater, New Jersey)로부터 이용가능하다.
다른 수의 선형 검출기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 변경예에서 8개의 선형 검출기가 사용될 수 있고, 45°이격된 비임(124) 축에 대해 반경 방향으로 각각 연장된다. 반경 반향으로 연장하는 선형 검출기가 사용되는 수정된 비임 형상은 연속적이거나 단편일 수 있는 원형 또는 사각형 링일 수 있다. 그러나, DOE(230)는 광센서 어레이(126)과 보완적인 다른 기하학적 형상을 생산할 수 있는 것이 인식될 수 있다.
도12를 계속 참조하면, 센서 어레이(126)로부터의 출력은 검출된 비임 위치와 소정의 비임 위치 사이의 임의 편차의 x 및 y 방향 성분의 계산을 위해 센서 전자(128)로 통과된다. 검출된 비임 위치 오류를 보상하기 위해 광학 요소(156)의 이동을 발생하도록 서보 작동기(132)를 차례로 제어하는 제어기(130)로 x 및 y 방향에 대한 오류 신호가 통과한다.
전송된 비임 일부분(122)은 하나 이상의 비임 형성기(234)에 의해 형상화될 수 있고 처리 또는 조사되기 위한 표적 물체에 이송될 수 있다. 비임 형상 렌즈는 예를 들어, 가우시안 투 플랫 탑 변환 렌즈(Gaussian-to-flat top converting optics)등일 수 있다.
도13을 이제 참조하면, 도12의 실시예와 유사한 예시적인 실시예가 도시되고, 회절 광학 요소(230)는 4개의 개별 조사 필드 또는 세그먼트(240)를 생산한다. 레이저 비임(110)은 운동판(159) 상에 장착되는 광학판이거나 본 명세서에 설명된 것처럼 굴절 또는 반사 광학 웨지 시스템일 수 있는 비임 편류 보상 렌즈(156)로 레이저원에 의해 이송된다.
레이저 비임(110)은 입사 비임(110)의 일부분(122)을 전송하고 회절 광학 요소(DOE, 230)에 일부분(124)을 반사하는 비임 스플리터(120)로 통과한다. 다중 회절 광학 요소를 포함하는 DOE 시스템이 또한 고려되지만, 다시 단일 DOE가 도시된다. DOE(230)로부터 수정된 레이저 비임(232) 출력은 위치 감지 광센서 또는 포토 이미저(126)를 위치하도록 통과된다.
위치 센서(126)는 네 개의 선형 위치 감지 검출기(236)를 포함하고, 90°이격된 비임(124)에 대해 반경 방향으로 각각 연장한다. DOE(230)는 4개의 개별의 조사 세그먼트(240)를 생성하기 위해 비임 일부분(124)을 수정한다. 이와 달리, 비임 세그먼트(240)는 연속적인 사각형 링의 측부일 수 있다. 또 다른 변경예에서, 세그먼트(240)는 연속적인 원형 링 또는 단편인 원호로 대체될 수 있고, 각각의 원호는 선형 검출기(236) 중 하나에 일치하여 교차한다.
변경예에서, 추가적인 선형 검출기가 사용되고, 추가적인 일치하는 다각형의 측부 또는 세그먼트를 생성하는 DOE가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 8개의 반경방향으로 연장하고 동일하게 이격된 센서가 사용되는 곳에, 연속적인 원형 또는 8각형 링을 생성하는 DOE가 사용된다. 이와 달리, 8개의 세그먼트 또는 원호를 생성하는 DOE가 또한 사용될 수 있다.
작동중에, 위치 센서 전자(128)는 x방향에서 비임 위치 오프셋을 생성하도록 수평으로 정렬된 한쌍의 선형 검출기(236) 상에 세그먼트(240)의 위치를 비교하고, y방향에서 비임 위치 오프셋을 생성하도록 수직으로 정렬된 한쌍의 선형 검출기(236) 상에 세그먼트(240)의 위치를 비교한다. x 및 y 위치 오프셋은 검출된 비임 위치 오류를 보상하기 위해 광학 요소(156)의 이동을 발생하도록 서보 작동기(132)를 차례로 제어하는 모터 제어(130)에 출력한다.
더 큰 거리(Ps)가 증가된 감도를 얻는 DOE(230)로부터 선택된 거리(Ps)에서 소정의 크기의 조사 형상 또는 패턴을 생성하도록 DOE(230)가 구성될 수 있다.
이제 도14를 참조하면, 역 반사된 형상 비임을 출력하는 홀로그래픽 또는 회절 구멍을 가진 회절 광학 요소(231)가 사용되고, 그로 인해 위치 센서에 비임의 일부분을 유도하기 위한 비임 스플리터의 필요를 제거한다.
상술된 바와 같이, 광학판 또는 광학 웨지 시스템일 수 있는 비임 편류 보상 렌즈(156)로 레이저원(134)에 의해 레이저 비임(110)은 유도된다. 예를 들어, 센서(236)를 위해 구동 전자를 운반하고 그것을 통해 중앙 개구(250)를 가진 회로 보드 또는 기판(235)에 장착된 비임(110)에 대해 배치된 다수의 선형 센서(236)를 포함하는 광센서 어레이(126)에서 개구(250)를 통해 레이저 비임(110)은 통과한다. 비임(110)은 관통된 비임 일부분(123)과 역 반사 비임 일부분(233)을 출력하는 DOE(231)로 통과된다. 관통 부분(123)은 조사 또는 처리등을 위한 구역 또는 표적 물체 상에서 통과될 수 있다. 이와 달리, 도15 내지 도18에 도시된 바와 같이, DOE(231)는 두개 이상의 회절 광학 요소를 통합하는 복잡한 회절 광학 시스템의 일부분일 수 있다. 도시된 실시예에서, 또 다른 소정의 형상 또는 강도 프로필을 가진 비임 또는 플랫 탑 비임처럼 소정의 출력 비임(125)을 생성하기 위한 입력 DOE(231) 및 출력 DOE(234)를 복잡한 비임 형상 시스템은 포함한다. 관통된 비임 일부분(123)을 형상화 하는 내부 비임 형성기 일부분(254)과 레이저 비임 과잉을 반사하는 역 반사 비임 링 형상기를 포함하는 외부 링 부분(252)을 입력(DOE, 231)은 포함한다.
도14를 계속 참조하면, 도시된 실시예에서 역 반사된 부분(233) 출력은 원형 링인 형성된 조사 필드(242)를 DOE(231)에 의해 갖는다. 역 반사된 부분(233)은 이와 달리 상술된 바와 같이 사각형 링, 선 세그먼트, 원호 세그먼트등일 수 있다.
위치 센서(126)는 4개의 선형 광센서 또는 센서 어레이(236)을 포함하고, 90°이격된 비임(110)에 대해 반경 방향으로 각각 연장한다. 변경예에서, 다른 수의 선형 검출기가 사용될 수 있다. 레이저 중심선이 위치를 바꾸면, 역 반사 비임 일부분(232)이 또한 편이한다. 각각의 어레이(240)을 따라 조사 링의 위치는 검출되고 모니터링된다. 임의의 비임 위치 오프셋의 x 및 y성분은 위치 센서 전자(128)에 의해 계산된다. 검출된 비임 위치 오류를 보상하도록 광학 요소(156)의 이동을 발생하는 서보 작동기(132)를 차례로 제어하는 모터 제어기(130)에 교정 신호가 출력된다. 이와 달리, 본 명세서에 설명된 바와 같이 다른 비임 편이 렌즈가 사용될 수 있다.
DOE(231)로부터 선택된 거리에서 소정의 크기의 패턴 또는 조사 형상 또는 패턴을 생성하기 위해 DOE(231)가 구성될 수 있고, DOE(231)와 위치 센서 어레이(126) 사이의 더 큰 거리는 증가된 감도를 얻는다.
(도시하지 않은)변경예에서, 관통된 역 반사 비임 형성기(231)는 전송 비임 형성기로 대체될 수 있고, 형성된 링 출력 부분은 입사 비임의 이송의 방향에서 중심 부분과 동축으로 이송한다. 그런 실시예에서, 위치 센서 어레이(126)은 관통된 비임 형성기의 하류부에 위치된다.
본 개발의 또 다른 태양에서, 특정 레이저에 대해 레이저의 열 조건의 기능으로서 많이 반복 가능하고 예측 가능한 방식으로 비임 편류는 발생한다. 이제 도19를 참조하면, 위치 감도 광센서(126) 및 하나 이상의 열 센서(262)를 기반으로 한 보상 렌즈(156)를 조정하기 위한 제어기(260)가 도시된다. 보상 렌즈(156)는 본 명세서에 설명된 임의의 광학 보상기일 수 있고, 본 명세서에 설명된 바와 같이 짐벌된 평행판 렌즈, 조정 가능한 웨지 시스템 또는 반사 렌즈를 포함한다.
하나 이상의 열 센서(262)는 레이저의 열 조건을 모니터링하기 위해 제공된다. 열 센서는 레이저의 하나 이상의 성분을 모니터링하기 위해 제공되고, 펌핑 용량, 레이저 재료, 하모닉 생성 판정, 레이저 하우징, 대기 온도등에 의해 제한되지 않는 것을 포함한다. 센서(262)에 의해 모니터링된 열 조건 사이의 관계는 검색 테이블(266) 또는 다른 전자 저장 장치에 미리 저장되고 판정될 수 있다. 이와 달리, 모니터링된 온도와 비임 위치 사이의 관계는 저장된 방정식의 형태에서 실시될 수 있다.
열 조건에 기인하여 예측된 비임 편류를 보상하도록 보상 렌즈(156)를 조정하는 제어기(130)로 통과되는 신호를 생성하는 다른 저장 장치(266) 또는 검색 테이블에 따른 검출된 열 조건을 기초로 예측된 비임 편류를 열 센서 전자(264)는 계산한다. 광센서(126)와 광센서 전자(128)는 실제 비임 위치를 모니터링하고 소정의 위치에 비임을 유지하도록 보상 렌즈(156)를 조정한다. 검출된 실제 비임 위치는 또한 검색 테이블(266)을 배치하고 갱신하도록 감지된 열 조건에 결합되게 또한 사용될 수 있다. 개념의 간소화를 위해 기능적인 블록으로서 도시됐지만, 광센서 처리 전자(128) 및 열 센서 처리 전자(264)는 공통의 하드웨어로 수행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
이제 도20을 참조하면, 입사 비임의 가열 효과를 감지하는 사분면 열전대 센서 어레이(270)을 사용하는 시스템을 안정화하는 실시 비임이 또한 나타난다. 예를 들어, 센서 구동 전자를 추가적으로 수행할 수 있는 회로 보드(272)에 장착된 4개의 열전대 센서 사분면(271a 내지 271d)을 열전대 어레이(270)은 포함한다. 상술된 바와 같이, 광학판 또는 광학 웨지 시스템일 수 있는 이동식의 비임 편류 보상 렌즈(156)로 레이저 비임(110)은 이송된다. 도시된 실시예에서, 상술된 바와 같이 운동판에 짐벌되거나 장착될 수 있는 대형 원통형 광학 요소(평행판)가 도시된다. 이와 달리, 도3 내지 도5에 참조의 방식으로 상술된 굴절 웨지 시스템 또는 도21에 도시된 반사 웨지 시스템이 사용될 수 있다.
열전대 센서 어레이(270)의 일부분(124)을 반사하고 입사 비임(110)의 일부분(122, 바람직하게 주요부분)을 전송하는 회절 광학 샘플러 또는 절첩식 비임 스플리터처럼 비임 스플리터(120)로 레이저 비임(110)은 그 후 통과한다. 열전대 센서 어레이(270)은 대기 온도에 바람직하게 보상된다. 바람직하게, 비임 편류의 오신호를 제공하기 쉬운 비임 전력 분포에서 임의의 핫 스팟을 제거하고 균일한 강도의 비임을 출력하도록 광학 DOE 디퓨저(278)로 비임(124)은 통과된다. 바람직하게, 디퓨저(278)의 출력은 예를 들어, 긴 작업 거리를 가진 응축 렌즈 또는 필드 렌즈인 광학 굴절 렌즈(276)에 디퓨저(278)의 출력이 전송된다. 분할 부분(124)은 비임(110)의 일반적으로 상대적으로 작은 부분이기 때문에, 열전대 어레이의 감도 범위 내에서의 전력 밀도 또는 비임 감도를 가져오도록 및/또는 열전대 센서 어레이(270)의 소음 효과를 줄이고 동적 응답을 향상하도록 광학 굴절 렌즈는 비임을 바람직하게 응축한다.
비임 일부분(124)은 회절 또는 굴절 엑시콘(axicon, 274)의 정점으로 이송된다. 사각 피라미드 엑시콘은 도20의 실시예에 도시된다. 그러나, 다른 형상을 가진 엑시콘 또는 (조사의 원형 링을 생성할 수 있는)원추형 엑시콘을 포함하는 다른 형상의 엑시콘이 고려된다. 사분면 센서 어레이(270)의 비스듬하게 대향된 사분면(271a, 271b, 271c 및 271d)의 각각에 그것이 충돌하도록, 면들(275a, 275b, 275c 및 275d) 중 한 면 상에 입사 비임(124)의 일부분은 굴절된다. 비임(110)이 소정의 위치에 있을 때, 비임 일부분(124)은 광 충돌 및 엑시콘(274)의 정점에 유도되고 따라서, 열전대 센서 사분면 각각의 전압 출력이 실제로 동일하도록 엑시콘(274)이 위치된다. 소정의 위치 통로로부터 비임이 편류되면, 분할 비임 일부분(124)은 엑시콘(274)의 정점 상에 더 이상 중심되지 않는다. 검출된 비임 위치 오류를 보상하도록 광학 요소(156)의 이동을 발생하기 위해 서보 작동기를 제어하는 모터 제어기(130)에 출력하는 비임 위치 오프셋을 판정하도록 센서 사분면(271a 내지 271d)의 출력을 센서 전자(128)가 비교한다.
수동식 굴절 비임 보상 렌즈를 참조의 방식으로 본 명세서에 우선적으로 본 개발이 설명되지만, 수동식인 반사 비임 보상 렌즈가 또한 사용될 수 있음이 인식될 수 있다. 본 발명과 연결된 반사 렌즈의 사용은 글래스, 판정, 셀레나이드 아 연(zinc selenide), 게르마늄등으로 만들어진 전송 렌즈와, 전송 렌즈의 높은 비용과 렌즈의 열화, 비임 왜곡을 포함하는 고 전력 레이저의 사용과 관련된 문제를 바람직하게 피한다.
이제 도21 및 22를 참조하면, 도20의 실시예와 유사한 실시예가 나타나지만, 반사 보상 렌즈가 사용된다. 입사 레이저 비임(110)은 거울면(282)을 가진 제1 웨지(280)에 유도된다. 웨지(280)는 축(284)에 대해 회전할 수 있다. 도22에 잘 도시된 바와 같이, 반사 표면(282)은 축(284)에 대해 비스듬히 된다. 또한, 거울면(282 및 288)이 광학 연통하도록, 거울면(288)을 가진 제2 웨지(286)가 위치된다. 웨지(286)는 축(290)에 대해 회전 가능하고, 표면(288)은 상기(290)에 대해 비스듬히 된다. 각각의 회전 가능한 축에 대해 회전 가능한 웨지의 반사면이 비스듬히 되었기 때문에, 웨지의 회전은 입사 비임에 대해 반사면의 각도를 변경하는 역할을 하고, 그로 인해 비임 통로의 위치가 변경된다.
작동 중에, 레이저 비임(110)은 제1 거울면(282) 상에 유도되고 제2 거울면(288)에 반사된다. 비임(110)은 그 후 비임 스플리터, DOE 샘플러(120)등에 반사된다. 비임의 제1 일부분(122)은 소정의 표적 또는 처리로 통과되고 이송된다. 비임(110)의 제2 일부분(124)은 위치 센서와 관련된 렌즈에 유도된다. 도시된 실시예에서, 위치 센서는 상술된 바와 같이 열전대 어레이고, 비임 일부분(124)에 대한 센서 렌즈는 도20에 참조의 방식으로 상술된 바와 같이 광학 DOE 디퓨져(278), 광학 굴절 렌즈(276) 및 엑시콘(274)을 포함한다. 그러나, 본 명세서에 설명된 바와 같이 관련된 렌즈 및 임의의 다른 광센서 검출기 정렬은 이와 달리 사용될 수 있음이 인식될 수 있다.
센서 전자(128)는 소정의 위치에 비임 통로를 편이시키고 임의의 비임 편류를 보상하기 위해 각도(θ1 및 θ2)에 의해 제1 및 제2 웨지(280 및 286)를 회전하는 모터 제어기(130)에 출력인 비임 위치 오프셋을 판정하도록 센서 사분면(217a 내지 271d)의 출력을 비교한다.
비임의 실제 위치와 소정의 위치를 비교하고 검출하여 오류 신호를 생성하고 레이저의 열 조건을 모니터링하고 열지도를 이용하여 예측된 비임 편류를 자동적으로 보상한다. 비임 위치 및 방향을 안정화하기 위한 본 발명은 비싸지 않고, 수동식인 광학 장치를 사용하는 비임 편류 보상에 대한 보상 방법 및 장치를 제공한다.

Claims (39)

  1. 레이저 비임의 소정의 위치를 유지하기 위한 장치이며,
    비임의 통로에 이동식으로 위치된 하나 이상의 수동식 광학 요소를 포함하고, 상기 비임의 위치가 상기 수동식 광학 요소의 적어도 하나의 이동에 응답하는 광학 시스템과,
    비임의 실제 위치를 검출하기 위한 검출 수단과,
    비임의 소정의 위치와 비임의 실제 위치를 비교하고, 비임의 검출된 실제 위치와 비임의 소정의 위치 사이의 차이점을 표시하는 오류 신호를 생성하는 비교 수단과,
    비임의 광학 통로가 상기 이동에 응답하여 변경되도록 상기 하나 이상의 이동가능한 수동식 광학 요소의 적어도 하나를 이동하기 위한 수단과,
    비교 수단으로부터 수신된 오류 신호에 응답하고, 비임이 소정의 비임 위치로 편이되도록 상기 적어도 하나 이상의 이동가능한 수동식 광학 요소를 이동하기 위한 상기 수단에 출력 신호를 생성하는 위치 제어기를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 수동식 광학 요소는 하나 이상의 굴절 광학 요소를 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 수동식 광학 요소는 하나 이상의 반사 광 학 요소를 포함하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 비임 통로에 이동가능하게 위치된 분광 웨지를 포함하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 비임 통로에서 이격식으로 위치된 제1, 제2 및 제3 분광 웨지를 포함하고,
    상기 제1 분광 웨지는 비임 통로를 따라 이동 가능하고 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지며, 상기 제1 면은 비임 통로에 횡으로 배치되고, 상기 제1 분광 웨지는 상기 비임 통로에 직교하는 제1 방향으로 테이퍼 형성되고,
    상기 제2 분광 웨지는 비임 통로를 따라 이동 가능하고 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지며, 상기 제2 분광 웨지의 제2 면은 비임 통로에 횡으로 배치되고, 상기 제2 분광 웨지는 상기 제1 방향 및 비임 통로에 직교하는 제2 방향으로 테이퍼 형성되고,
    상기 제3 분광 웨지는 제1 웨지 및 제2 웨지 사이에 배치되고 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지며, 상기 제3 웨지의 제1 면은 제1 웨지의 제2 면과 대향하여 정렬되고 상기 제3 웨지의 제2 면은 제2 웨지의 제1 면과 대향하여 정렬되는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 비임 통로에서 이격식으로 위치된 제1 및 제2 분광 웨지를 포함하고, 제1 및 제2 웨지는 상기 비임 통로에 대해 함께 회전 가능하고,
    상기 제1 분광 웨지는 비임 통로를 따라 이동 가능하고 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지며, 상기 제1 면은 비임 통로에 횡으로 배치되고, 상기 제1 분광 웨지는 상기 비임 통로에 직교하는 방향으로 테이퍼 형성되고,
    상기 제2 분광 웨지는 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지며, 상기 제2 웨지의 제1 면은 상기 제2 웨지의 제1 면에 대향하여 정렬되고 상기 제2 웨지의 제2 면은 상기 비임 통로에 횡으로 배치된 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 제1 광 수신면과 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖고 비임 통로에 위치된 플라노 렌즈를 포함하고, 상기 플라노 렌즈는 제1 회전축 및 제2 회전축에 대해 독립적으로 회전가능하고, 상기 제1 축, 제2 축 및 비임 통로는 상호 직교하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이동을 위한 수단은 짐벌 지지부 및 운동판으로부터 선택된 광학 요소 지지부를 포함하는 장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 광학 시스템은,
    제1 축에 대해 회전 가능하고 비임 통로에 위치되며 제1 반사 광 수신면을 가지는 제1 웨지와,
    제2 축에 대해 회전 가능하고 상기 제1 웨지의 광 수신면과 광학 연통하는 제2 반사 광 수신면을 가지는 제2 웨지를 포함하고,
    상기 제1 반사 광 수신면은 상기 제1 회전축에 대해 경사져 있고, 상기 제2 반사 광 수신면은 상기 제2 회전축에 대해 경사져 있는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 검출기 수단은 광센서 어레이, 사분면 광 검출기, 거울면과 상기 거울면의 각각과 광학 정렬된 광 검출기를 구비한 피라미드, 이중측면 위치 감지 광 검출기, CCD 카메라, CMOS 카메라, 일차원 위치 감지 검출기의 어레이, 선형 광 검출기의 어레이 및 열전대 어레이로 구성된 그룹으로부터 선택된 검출기를 포함하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 검출기 수단에 상기 비임의 일부분을 유도하기 위한 비임 스플리터를 더 포함하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 검출기 수단에 유도된 비임의 일부분을 형성하기 위한 회절 광학 요소를 더 포함하는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 검출기 수단에 유도된 상기 비임의 일부분을 형성하는 비임 형성기를 더 포함하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 비임 형성기는 회절 광학 요소인 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 회절 광학 요소는 상기 검출기 수단에 유도된 상기 비임 부분을 반사하고 형성하기 위한 반사 부분을 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반사되어 형성된 비임 부분은 연속적인 링 및 분할된 링으로부터 선택되는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 연속적인 링은 연속적인 원형 및 연속적인 사각형으로부터 선택되고, 상기 분할된 링은 분할된 원형 및 분할된 사각형으로부터 선택되는 장치.
  18. 제13항에 있어서, 상기 검출기 수단은 일차원의 위치 감지 검출기의 어레이 및 선형 광 검출기 어레이로부터 선택된 광 검출기 어레이를 포함하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 위치 감지 검출기는 이격되고 상기 형성된 비임 부분의 축에 대해 반경방향으로 연장하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 형성된 비임 부분 및 입사 비임은 동축상인 장치.
  21. 제13항에 있어서, 상기 비임 형성기는 위치 센서에 상기 비임의 일부분을 유도하기 위한 입력 회절 광학 요소와 미리 선택된 형상과 미리 선택된 강도 프로필의 하나 또는 양쪽을 가진 비임을 출력하기 위한 출력 회절 광학 요소를 포함하는 복합 회절 광학 시스템인 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 비교 수단은 검출된 비임 위치와 소정의 비임 위치의 디지털 영상 표현 사이의 차이를 계산하기 위한 영상 처리 회로와 비교기 회로로 구성된 그룹으로부터 선택된 비교 회로를 포함하는 장치.
  23. 제1항에 있어서, 상기 비임을 생성하기 위한 레이저 광원을 더 포함하는 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 레이저원의 하나 이상의 열 조건을 감지하기 위한 하나 이상의 열 센서와,
    측정된 비임 편류와 상기 감지된 열 조건을 연관시키는 열지도와,
    상기 감지된 열 조건 및 상기 열지도를 기초로 한 상기 측정된 비임 편류를 나타내는 열 편류 보상 신호를 생성하기 위한 제어 회로를 더 포함하고,
    상기 위치 제어기는 상기 측정된 비임 편류에 대해 보상하는 양으로 상기 비임이 편이되도록 상기 적어도 하나 이상의 이동 가능한 수동식 광학 요소를 이동하 기 위한 상기 수단에 신호를 출력하고, 상기 위치 제어기 출력 신호는 상기 열 편류 보상 신호에 응답하는 장치.
  25. 레이저 비임 편류에 대해 보상하는 방법이며,
    비임의 위치가 적어도 하나의 수동식 광학 요소의 이동에 응답하도록 하나 이상의 수동식 광학 요소 중 적어도 하나가 비임의 통로에 이동 가능하게 위치되고, 하나 이상의 수동식 광학 요소를 포함하는 비임 편이기에 레이저 비임을 유도하는 단계와,
    상기 비임의 실제 위치를 검출하는 단계와,
    상기 소정의 비임 위치와 상기 비임의 실제 위치를 비교하는 단계와,
    검출된 실제 위치가 소정의 위치가 아니면, 비임이 소정의 위치에 도달될 때까지 하나 이상의 수동식 광학 요소 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 포함하는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 비임 편이기는 하나 이상의 굴절 광학 요소를 포함하는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 비임 편이기는 하나 이상의 반사 광학 요소를 포함하는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  28. 제25항에 있어서, 상기 비임 편이기는 분광 웨지를 포함하는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  29. 제25항에 있어서, 상기 비임 편이기는 비임 통로에서 이격식으로 위치된 제1, 제2 및 제3 분광 웨지를 포함하고,
    상기 제1 분광 웨지는 비임 통로를 따라 이동 가능하고 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지며, 상기 제1 면은 비임 통로에 횡으로 배치되고, 상기 제1 분광 웨지는 상기 비임 통로에 직교하는 제1 방향으로 테이퍼 형성되고,
    상기 제2 분광 웨지는 비임 통로를 따라 이동 가능하고 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지며, 상기 제2 분광 웨지의 제2 면은 비임 통로에 횡으로 배치되고, 상기 제2 분광 웨지는 상기 제1 방향 및 비임 통로에 직교하는 제2 방향으로 테이퍼 형성되고,
    상기 제3 분광 웨지는 제1 웨지 및 제2 웨지 사이에 배치되고 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지며, 상기 제3 웨지의 제1 면은 제1 웨지의 제2 면과 대향하여 정렬되고 상기 제3 웨지의 제2 면은 제2 웨지의 제1 면과 대향하여 정렬되는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 실제 비임 위치와 소정의 비임 위치 사이의 편차로서 상기 제1 방향에서 상기 편차의 정도를 나타내는 제1 오류 성분과 상기 제2 방향에 서 상기 편차의 정도를 나타내는 제2 오류 성분을 포함하는 상기 편차를 판정하는 단계와,
    상기 비임 통로를 따라 제1 분광 웨지를 이동시킴으로써 제1 오류 성분을 보상하는 단계와,
    상기 비임 통로를 따라 제2 분광 웨지를 이동시킴으로써 제2 오류 성분을 보상하는 단계를 더 포함하는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  31. 제25항에 있어서, 상기 비임 편류기는 비임 통로에서 이격식으로 위치된 제1 및 제2 분광 웨지를 포함하고, 제1 및 제2 웨지는 비임 통로에 대해 함께 회전 가능하고,
    상기 제1 분광 웨지는 비임 통로를 따라 이동 가능하고 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지며, 상기 제1 면은 비임 통로에 횡으로 배치되고, 상기 제1 분광 웨지는 상기 비임 통로에 직교하는 방향으로 테이퍼 형성되고,
    상기 제2 분광 웨지는 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 가지며, 상기 제2 웨지의 제1 면은 상기 제2 웨지의 제1 면에 대향하여 정렬되고 상기 제2 웨지의 제2 면은 상기 비임 통로에 횡으로 배치된 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  32. 제31항에 있어서, 실제 비임 위치와 소정의 비임 위치 사이의 편차를 판정하는 단계와,
    크기 성분과 각도 성분상의 상기 편차를 해결하는 단계와,
    상기 비임 통로를 따라 제1 분광 웨지를 이동시킴으로써 크기 성분을 보상하는 단계와,
    상기 비임 통로에 대해 제1 및 제2 분광 웨지를 회전시킴으로써 각도 성분을 보상하는 단계를 더 포함하는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  33. 제25항에 있어서, 상기 비임 편류기는 제1 광 수신면 및 상기 제1 면에 대향하여 정렬되는 제2 면을 가지며 상기 비임 통로에 위치된 플라노 렌즈를 포함하고, 상기 플라노 렌즈는 제1 회전축 및 제2 회전축에 대해 독립적으로 회전 가능하고, 상기 제1 축, 제2 축 및 비임 통로는 상호 직교하는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  34. 제33항에 있어서, 실제 비임 위치와 소정의 비임 위치 사이의 편차로서 상기 제1 축에 따른 상기 편차의 정도를 나타내는 제1 오류 성분과 상기 제2 축에서 상기 편차의 정도를 나타내는 제2 오류 성분을 포함하는 상기 편차를 판정하는 단계와,
    상기 제2 축에 대해 상기 렌즈를 회전함으로써 상기 제1 오류 성분을 보상하는 단계와,
    상기 제1 축에 대해 상기 렌즈를 회전함으로써 상기 제2 오류 성분을 보상하는 단계를 포함하는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  35. 제25항에 있어서, 상기 검출 단계는 위치 감지 장치에 상기 비임의 일부분을 유도하기 위해 상기 비임 통로를 따라 비임 스플리터를 위치시키는 단계를 포함하는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 위치 감지 장치는 광센서 어레이, 사분면 광 검출기, 거울면과 상기 거울면의 각각과 광학 정렬된 광 검출기를 구비한 피라미드, 이중 측면 위치 감지 광 검출기, CCD 카메라, CMOS 카메라, 일차원 위치 감지 검출기의 어레이, 선형 광 검출기의 어레이 및 열전대 어레이로 구성된 그룹으로부터 선택되는 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  37. 제25항에 있어서, 상기 검출 단계는 상기 비임 통로를 따라 관통된 비임 형성기를 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 관통된 비임 형성기는 위치 감지 장치에 비임의 제2 부분을 유도하고 상기 구멍을 통해 비임의 제1 부분을 통과하도록 구성된 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제2 비임 부분은 상기 제1 비임 부분과 동축인 링으로 형성된 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 형성된 링은 입사 비임의 이송의 방향에 대향하는 방 향에서 이송하도록 반사된 레이저 비임 편류에 대해 보상하기 위한 방법.
KR1020060022257A 2005-03-10 2006-03-09 비임 편류 보상 방법 및 장치 KR20060097668A (ko)

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