KR20110014203A - 초음파의 레이저 발생을 위한 중공 코어 도파로 - Google Patents

초음파의 레이저 발생을 위한 중공 코어 도파로 Download PDF

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토마스 이. 주니어 드레이크
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Abstract

레이저 전송 시스템.

Description

초음파의 레이저 발생을 위한 중공 코어 도파로{HOLLOW CORE WAVEGUIDE FOR LASER GENERATION OF ULTRASONIC WAVES}
관련 출원들에 대한 상호참조
본 출원은 참조를 위해 개시 내용이 본 명세서에 포함되는 2008년 5월 15일에 출원된 미국 가 특허출원 제12/121,559호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 레이저 빔들을 전송하기 위한 전송 시스템들에 관한 것이다.
도 1은 레이저 전송 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 2는 도 1의 레이저 전송 시스템을 포함하는 레이저 초음파 검출 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도면들 및 이후의 설명에서, 명세서 및 도면 전체에 걸쳐 동일 구성요소들을 동일 참조부호들로 각각 표시하였다. 도면들은 반드시 축척에 맞게 도시된 것은 아니다. 발명의 어떤 특징들은 축척에 있어 과장하여 도시되어 있을 수 있고 혹은 다소 개략적 형태로 도시되어 있을 수 있으며 통상적 구성요소들의 일부 상세한 부분들은 명확성 및 간결성을 위해 도시되지 않을 수도 있다. 본 발명은 서로 다른 형태들의 실시예들일 수 있다. 특정한 실시예들이 상세히 기술되고 도면들에 도시되었으며, 본 개시 내용은 발명의 원리들의 예시로서 간주되어야 하며 발명을 본 명세서에서 도시 및 기술된 것으로 제한하도록 의도된 것이 아니라는 점을 이해해야 한다. 이하 논의되는 실시예들의 서로 다른 교시 내용들은 희망하는 결과들을 얻기 위해서 개별적으로 혹은 어떤 적당한 조합에 의해 채용될 수 있음을 완전히 인식하여야 한다. 위에 언급된 다양한 특성들과, 이하 더 상세히 기술되는 다른 특징들 및 특성들은 다음 실시예들에 대한 상세한 설명을 읽었을 때, 그리고 첨부한 도면들을 참조함으로써 당업자들에게 쉽게 명백해질 것이다.
먼저 도 1을 참조하면, 레이저 전송 시스템(100)의 예시적인 실시예는 렌즈 어셈블리(104)의 입력에 동작 가능하게 결합되는 출력을 갖는 레이저 빔 소스(102)를 포함한다. 렌즈 어셈블리(104)의 출력은 제 1 중공(hollow) 코어 도파로(106)의 입력에 동작 가능하게 결합된다. 제 1 중공 코어 도파로(106)의 출력은 광섬유(108)의 일단에 결합된다. 광섬유(108)의 타단은 제 2 중공 코어 도파로(110)의 입력에 결합된다. 제 2 중공 코어 도파로(110)의 출력은 렌즈 어셈블리(112)의 입력에 동작 가능하게 결합된다.
예시적인 실시예에서, 레이저 빔 소스(102)는 예를 들어, 3 내지 5 마이크론 범위 내와 같은 적외선 영역의 중간 이내의 파장들을 발생할 수 있는 레이저 빔과 같은 통상적인 레이저 빔 소스일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 렌즈 어셈블리들(104 및 112)은 레이저 빔을 포커싱(focusing) 하기에 적합한 통상적인 렌즈 어셈블리들일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 중공 코어 도파로들(106 및 110)은 예를 들어 금속, 플라스틱 및 유리 중공 코어 도파로들과 같은 통상적인 중공 코어 도파로들일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 중공 코어 도파로들(106 및 110)의 직경은 광섬유(108)의 직경보다 상당히 크다. 예시적인 실시예에서, 중공 코어 도파로들(106 및 110)의 직경은, 중공 코어 도파로들의 길이와 광섬유(108)의 개구수(numerical aperture) 및 직경을 고려하여, 렌즈 어셈블리들(104 및 112)에 대해 각각 서로 마주보는 관계로 위치된 중공 코어 도파로들의 일단들에서의 빔(102a)의 직경보다 크다. 예시적인 실시예에서, 중공 코어 도파로들(106 및 112)의 길이들은 렌즈 어셈블리들(104 및 112)의 초점거리들과 관련하여 중요하므로, 레이저 빔(102a)의 직경이 광섬유(108)의 일단들에서와 비교하여 중공 코어 도파로들의 일단들에서 상당히 더 크다.
예시적인 실시예에서, 시스템(100)의 동작 중에, 레이저 빔 소스(102)는 레이저 빔(102a)을 발생하며 이 레이저 빔은 이어서 렌즈 어셈블리(104)에 의해 포커싱된다. 이어서, 포커싱된 레이저 빔(102a)은 중공 코어 도파로(106)에 보내져서 광섬유(108)의 일단으로 들어가 이를 통과한다. 광섬유(108)의 일단의 타단에서, 레이저 빔(102a)이 나가고 중공 코어 도파로(110)에 보내져서 이를 통과한다. 레이저 빔(102a)이 중공 코어 도파로를 통과하여 이로부터 나갈 때, 레이저 빔은 확산하고 이어서 렌즈 어셈블리(112)에 의해 포커싱된다.
이제 도 2를 참조하면, 예시적인 실시예에서, 작업물(204)에 대하여 중공 코어 도파로 및 렌즈 어셈블리를 제어 가능하게 이동시키기 위하여 이동 제어 시스템(202)에 중공 코어 도파로(110) 및 렌즈 어셈블리(112)가 동작 가능하게 결합되는 레이저 초음파 시스템(200)에 시스템(100)이 포함된다. 또한, 시스템 제어기(208)에 동작 가능하게 결합되는 작업물(204) 근처에 통상적인 광학 검출 시스템(206)이 제공된다. 예시적인 실시예에서, 이동 제어 시스템(202)은 예를 들어, 로봇 암(robotic arm)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 레이저 초음파 시스템(200)의 동작 중에, 레이저 빔(102a)을 작업물(204)의 표면 상에 포커싱하기 위하여, 시스템(100)은 시스템 제어기(208)에 의해 동작된다. 예시적인 실시예에서, 시스템(200)의 동작 중에, 이동 제어 시스템(202)은 작업물(204)의 하나 이상의 외부 표면들에 대하여 중공 코어 도파로(110) 및 렌즈 어셈블리(112)를 위치시키고 방위를 정하도록 동작될 수 있다. 이어서, 작업물(204)의 외부 표면들에 의해 반사된 광학 에너지는 광학 검출 시스템(206)에 의해 검출되고, 작업물(204)을 검사하기 위한 공지된 방식으로 시스템 제어기(208)에 의해 처리된다. 작업물의 레이저 초음파 검사를 위해 레이저 빔 에너지를 이용하는 설계 및 동작은 당업자들에게 공지된 것으로 간주된다.
발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상기한 바와 같이 변형들이 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 공간적인 기준들은 단지 예시 목적을 위한 것이며 위에 기술된 구조의 특정 방위 또는 위치를 제한하는 것은 아니다. 특정한 실시예들이 도시되고 기술되었지만, 이 발명의 취지 또는 교시 내용으로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해 수정들이 행해질 수 있다. 기술된 바와 같은 실시예들은 예시에 불과하며 한정을 위한 것이 아니다. 많은 변형들 및 수정들이 가능하고 발명의 범위 내에 있다. 따라서, 보호 범위는 기술된 실시예들로 제한되지 않으며 다음의 청구항들에 의해서만 제한되고, 청구항들의 범위는 청구항들의 요지의 모든 등가물들을 포함할 것이다.

Claims (19)

  1. 레이저 빔들의 소스;
    상기 레이저 빔들의 소스에 동작 가능하게 결합된 제 1 렌즈 어셈블리;
    상기 제 1 렌즈 어셈블리에 동작 가능하게 결합된 제 1 중공 코어 도파로;
    상기 제 1 중공 코어 도파로에 결합된 광섬유의 일단;
    상기 광섬유의 타단에 결합된 제 2 중공 코어 도파로; 및
    상기 제 2 중공 코어 도파로에 동작 가능하게 결합된 제 2 렌즈 어셈블리를 포함하는, 레이저 빔들을 전송하기 위한 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 빔들의 소스는 3 내지 5 마이크론 범위 내의 파장들을 갖는 레이저 빔들의 소스를 포함하는, 레이저 빔들을 전송하기 위한 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 중공 코어 도파로들 중 적어도 하나의 굴절률은 상기 광섬유의 굴절률과 대략 동일한, 레이저 빔들을 전송하기 위한 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 중공 코어 도파로들 중 적어도 하나의 길이는 상기 제 1 및 제 2 렌즈 어셈블리들 중 적어도 하나의 초점길이의 대략 5 내지 100배의 범위인, 레이저 빔들을 전송하기 위한 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    작업물에 대하여 상기 제 2 중공 코어 도파로 및 상기 제 2 렌즈 어셈블리를 제어 가능하게 변위시키기 위하여, 상기 제 2 중공 코어 도파로 및 상기 제 2 렌즈 어셈블리에 동작 가능하게 결합된 이동 제어 시스템을 더 포함하는, 레이저 빔들을 전송하기 위한 시스템.
  6. 레이저 빔 소스로부터 작업물로 레이저 빔을 전송하는 방법으로서,
    제 1 렌즈 어셈블리를 사용하여 상기 레이저 빔을 포커싱(focusing)하는 단계;
    상기 레이저 빔을 제 1 중공 코어 도파로 내로 전송하여 통과시키는 단계;
    상기 레이저 빔을 광섬유의 일단 내로 전송하여 통과시키는 단계;
    상기 레이저 빔을 상기 광섬유의 타단으로부터 전송하는 단계;
    상기 레이저를 제 2 중공 코어 도파로 내로 전송하여 통과시키는 단계; 및
    제 2 렌즈 어셈블리를 사용하여 상기 레이저 빔을 포커싱하는 단계를 포함하는, 레이저 빔 소스로부터 작업물로 레이저 빔을 전송하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 레이저 빔 소스는 3 내지 5 마이크론 범위 내의 파장들을 갖는 레이저 빔들의 소스를 포함하는, 레이저 빔 소스로부터 작업물로 레이저 빔을 전송하는 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 중공 코어 도파로들 중 적어도 하나의 굴절률은 상기 광섬유의 굴절률과 대략 동일한, 레이저 빔 소스로부터 작업물로 레이저 빔을 전송하는 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 중공 코어 도파로들 중 적어도 하나의 길이는 상기 제 1 및 제 2 렌즈 어셈블리들 중 적어도 하나의 초점길이의 대략 5 내지 100배의 범위인, 레이저 빔 소스로부터 작업물로 레이저 빔을 전송하는 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    작업물에 대하여 상기 제 2 중공 코어 도파로 및 상기 제 2 렌즈 어셈블리를 제어 가능하게 변위시키는 단계를 더 포함하는, 레이저 빔 소스로부터 작업물로 레이저 빔을 전송하는 방법.
  11. 레이저 빔들의 소스;
    상기 레이저 빔들의 소스에 동작 가능하게 결합된 제 1 렌즈 어셈블리;
    상기 제 1 렌즈 어셈블리에 동작 가능하게 결합된 제 1 중공 코어 도파로;
    상기 제 1 중공 코어 도파로에 결합된 광섬유의 일단;
    상기 광섬유의 타단에 결합된 제 2 중공 코어 도파로;
    상기 제 2 중공 코어 도파로에 동작 가능하게 결합된 제 2 렌즈 어셈블리;
    작업물에 대하여 상기 제 2 중공 코어 도파로 및 상기 제 2 렌즈 어셈블리를 제어 가능하게 위치시키기 위하여, 상기 제 2 중공 코어 도파로 및 상기 제 2 렌즈 어셈블리에 동작 가능하게 결합된 이동 제어 시스템;
    상기 작업물로부터 반사된 광학 에너지를 검출하기 위하여 상기 작업물 근처에 위치된 광학 검출 시스템; 및
    상기 레이저 빔들의 소스, 상기 이동 제어 시스템, 및 상기 광학 검출 시스템의 동작을 제어하고 상기 작업물로부터 반사된 상기 광학 에너지를 처리하여 상기 작업물의 하나 이상의 특성들을 판정하기 위하여, 상기 레이저 빔들의 소스, 상기 이동 제어 시스템, 및 상기 광학 검출 시스템에 동작 가능하게 결합된 제어기를 포함하는, 레이저 초음파 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 레이저 빔들의 소스는 3 내지 5 마이크론 범위 내의 파장들을 갖는 레이저 빔들의 소스를 포함하는, 레이저 초음파 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 중공 코어 도파로들 중 적어도 하나의 굴절률은 상기 광섬유의 굴절률과 대략 동일한, 레이저 초음파 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 중공 코어 도파로들 중 적어도 하나의 길이는 상기 제 1 및 제 2 렌즈 어셈블리들 중 적어도 하나의 초점길이의 대략 5 내지 100배의 범위인, 레이저 초음파 시스템.
  15. 작업물의 하나 이상의 특성들을 판정하는 방법으로서,
    레이저 빔을 발생하는 단계;
    제 1 렌즈 어셈블리를 사용하여 상기 레이저 빔을 포커싱하는 단계;
    상기 레이저 빔을 제 1 중공 코어 도파로 내로 전송하여 통과시키는 단계;
    상기 레이저 빔을 광섬유의 일단 내로 전송하여 통과시키는 단계;
    상기 레이저 빔을 상기 광섬유의 타단으로부터 전송하는 단계;
    상기 레이저를 제 2 중공 코어 도파로 내로 전송하여 통과시키는 단계;
    제 2 렌즈 어셈블리를 사용하여 상기 레이저 빔을 포커싱하는 단계;
    상기 작업물에 대하여 상기 제 2 중공 코어 도파로 및 상기 제 2 렌즈 어셈블리를 제어 가능하게 변위시키는 단계;
    상기 작업물의 하나 이상의 표면들에 상기 레이저 빔을 충돌시키는 단계;
    상기 작업물의 하나 이상의 표면들로부터의 상기 레이저 빔의 반사를 모니터(monitor)하는 단계; 및
    상기 작업물의 하나 이상의 특성들을 판정하기 위하여 상기 모니터된 반사들을 처리하는 단계를 포함하는, 작업물의 하나 이상의 특성들을 판정하는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 레이저 빔 소스는 3 내지 5 마이크론 범위 내의 파장들을 갖는 레이저 빔들의 소스를 포함하는, 작업물의 하나 이상의 특성들을 판정하는 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 중공 코어 도파로들 중 적어도 하나의 굴절률은 상기 광섬유의 굴절률과 대략 동일한, 작업물의 하나 이상의 특성들을 판정하는 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 중 적어도 하나의 길이는 상기 제 1 및 제 2 렌즈 어셈블리들 중 적어도 하나의 초점길이의 대략 5 내지 100배의 범위인, 작업물의 하나 이상의 특성들을 판정하는 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    작업물에 대하여 상기 제 2 중공 코어 도파로 및 상기 제 2 렌즈 어셈블리를 제어 가능하게 변위시키는 단계를 더 포함하는, 작업물의 하나 이상의 특성들을 판정하는 방법.
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