KR20130138654A - 상이한 치수의 직사각형 빔 횡단면을 위한 광 집속기 - Google Patents

상이한 치수의 직사각형 빔 횡단면을 위한 광 집속기 Download PDF

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Abstract

서로 접착된 4개의 동일한 직육면체형 유리판들(1)로 구성된 광 집속기로서, 이러한 유리판들은 모여서 하나의 개방된 직육면체형 중공(6)을 둘러싸고, 이때 중공을 한정하는 내측들(2)은 거울 반사되며 광학적 활성을 가지는 면(2.1)과 종 방향으로 연장되며 접착제 트랩으로 작용하는 홈(7)을 에워싸는 접착면(2.2)으로 각각 나눠진다. 홈은 광학적 활성면(2.1)에 인접하고, 각각 일 유리판(1)의 접착면(2.2)은 접착제(9)를 통하여 타측 유리판(1)의 제1 종측(4.1)에 인접한다.

Description

상이한 치수의 직사각형 빔 횡단면을 위한 광 집속기{LIGHT INTEGRATOR FOR RECTANGULAR BEAM SECTIONS OF DIFFERENT DIMENSIONS}
[0001] 본 발명은 광 집속기(light integrator)에 관한 것으로, 중공형 집속기(hollow integrator)로 이루어지고, 직사각형 광 출사면을 가지는 광 집속기에 관한 것이다. 이러한 중공 집속기는 기술분야에 따라 종래 기술 US 2005/0213333 A1의 설명으로부터 공지되어 있다.
[0002] 광 집속기는 항상 특히 균일한 방사를 원하는 경우에 사용된다. 이는 예컨대 리소그래피에서, 웨이퍼 검사 시에 또는 레이저 물질 가공 시의 경우에 해당할 수 있다. 광 집속기가 투입되는 기구에 대한 예는 프로젝터, 특히 비머(beamer)이다.
[0003] 기본적으로, 광 집속기는, 고굴절 물질로 피복되거나 거울층을 구비한 로드형 솔리드 몸체(rod-shaped solid body) 내에서 광을 안내하는 광 집속기(로드 집속기 또는 섬유 집속기)와 관형(pipe-shaped)이면서 일반적으로 내부에 거울코팅된(mirror-coated) 중공체로 형성되는 광 집속기(중공 집속기)로 구분할 수 있다.
[0004] 로드 집속기 또는 섬유 집속기는 특히 동심원형 빔 횡단면을 위해 사용되고, 중공 집속기에 비해, 방사를 투과하는 물질에 의한 흡수가 일부 불가피한 이유로 광 손실이 더 크다는 단점이 있다.
[0005] 중공 집속기는 특히 각진 빔 횡단면, 예컨대 직사각형 횡단면을 위해 사용되고, 로드 집속기나 섬유 집속기에 비해,일체로 될 수 없다는 단점이 있다. 이를 위해 필요한 중공체가 모놀리식으로 제조되는 경우에도, 내부면에는 충분히 균일한 내부 거울 코팅이 적용될 수 없어서, 중공 집속기는 기본적으로 적어도 2개의 부품들로 구성된다.
[0006] 언급한 두 종류의 광 집속기에서, 광 집속기의 광 입사면 안으로 들어오는 광 번들(bundle of lights)의 방사(radiation)는, 광 집속기 내부에서의 수회 반사에 의해, 빔 횡단면에 걸쳐 임의의 에너지 분포로, 예컨대 가우스형(gauss shaped) 에너지 분포로 균일해진다. 광 번들은 동심원형 또는 직사각형과 같은 특정한 횡단면 기하학적 형상을 가진 광 출사면을 지나 광 집속기로부터 나오되, 빔 횡단면에 걸쳐 적어도 거의 균일한 에너지 분포로, 소위 탑-헤드 분포(top-head distribution)로 나온다. 입사된 광 번들의 구경(aperture)은 출사된 광 번들의 구경과 동일하다.
[0007] 종래 기술로서 US 2005/0213333 A1에서의 광 집속기는 함께 조립된 4개의 평편한 유리판들로 구성되며, 이러한 유리판들이 모여 직육면체형 중공을 둘러싼다. 유리판들은 거울코팅된 내측, 외측, 2개의 종측들 및 2개의 선단면들을 각각 포함한다. 유리판들 상호간의 배치는, 서로 대향된 유리판들이 내부 또는 외부의 유리판 쌍을 형성하도록 이루어진다. 이때, 내부 유리판 쌍의 종측들은 외부 유리판쌍의 내측들에 인접하여, 내부 유리판 쌍의 종측들이 외부 유리판 쌍의 종측들을 넘어 돌출한다. 정사각형 횡단면와 상이한 직사각형 횡단면을 가진 중공체를 형성하기 위해, 유리판들은 쌍별로 상이한 폭을 가진다.
[0008] 유리판들 상호간의 결합은 접착제 스트립에 의해 이루어지며, 접착제 스트립은 포개어 위치한 종측들에 의해 형성되는 노치(notch) 내에 유입되어 있다.
[0009] US 2005/0213333 A1의 출원인의 해석에 따르면, 이러한 광 집속기는 유리판들의 실시방식 및 상호간의 배열, 그리고 오로지 일체 결합방식에 따른(integrally bonded) 상기 유리판들의 결합으로 인하여 유리하지 않다. 이러한 광 집속기는 어떠한 힘도 흡수할 수 없고 변형되기 쉽다.
[0010] 이러한 단점들을 해소하기 위해, US 2005/0213333 A1의 주제에 따르면, 유리판들은 서로 쌍을 이룬 부품들로서 형성되는데, 유리판들 상호간의 종측들에서 대응하는 홈과 돌출부들이 형성되면서 그러하다. 이러한 홈과 돌출부들에 의해 유리판들은 결합되되, 부가적으로 접착 스트립을 이용하여 일체로 결합하면서 형상 맞춤으로 상호간에 결합된다.
[0011] 이와 같은 중공 집속기는 확실히 더 높은 안정성을 가지나, 그 제조 자체는 이미 더 소모적인데, 동일한 유리판들 대신 기하학적으로 상이한 유리판들이 필요하기 때문이다.
[0012] 종래 기술로부터 공지되며 직사각형 횡단면을 가진 두 중공 집속기는 다양한 유리판들로 구성되어 그 제조가 불리하다. 또한, 이러한 중공 집속기는 광 출사면의 정확한 횡단면 크기만을 위한 유리판들의 치수를 포함하여 설비된다.
[0013] 본 발명이 기초로 하는 과제는, 다양한 횡단면 크기를 위해 설비될 수 있으며 직사각형 빔 횡단면의 형성을 위해 안정적이면서 간단하게 제조할 수 있는 중공 집속기를 제공하는 것이다.
[0014] 이러한 과제는 제1항에 따른 광 집속기에 의하여 해결된다.
[0015] 유리한 실시방식은 종속항들에 개시된다.
[0016] 이하, 본 발명은 실시예에 의거한 도면을 이용하여 더욱 상세히 설명된다.
[0017] 도 1a는 광 집속기를 분해도로 도시한다.
도 1b는 제1 조립 단계에서 광 집속기를 도시한다.
도 1c는 완전히 조립된 광 집속기를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 다양한 중공 폭(y)을 가진 광 집속기를 도시한다.
[0018] 도 1a 내지 1c에 도시된 본 발명에 따른 광 집속기는 4개의 동일한 직육면체형 유리판들(1)을 포함한다. 유리판들은 각각 일정한 길이(l)와 폭(b)을 가진, 내측(2) 및 외측(3)을 가지고, 제1 및 제2종측(4.1, 4.2)과, 높이(h)를 가진 2개의 선단면들(5)을 포함한다. 각각의 내측들(2)은 거울 코팅된(mirror-coated) 광학적인 활성면(2.1)과 상기 광학적 활성면(2.1)에 인접하여 길이방향으로 연장된 그루브(groove)(7)를 포함하는 접착면(2.2)으로 나눠진다.
[0019] 모든 유리판들(1)이 소위 단순한 기하학적 형태를 가진 동일 부품들로서 제조되면, 제조적 소모 및 그로 인하여 제조 비용도 낮게 유지될 수 있다.
[0020] 광 집속기를 통해 안내되는 광 번들의 빔 균일화 품질 및 정확히 직사각형인 빔 횡단면의 형태 품질을 위해 광학적 활성면(2.1)의 품질 및 내측들(2)과 제1종측들(4.1)사이의 직각성은 매우 중요하다.
[0021] 유리판들(1)은 완성 이후에 100% 제어로 검사되어야 한다. 높은 품질 기준(예컨대 내측들(2)에서 바깥쪽을 향한 돌출부가 없어야함, 각각 제1종측(4.1)과 내측(2)사이에서 각도 공차 준수, 광학적 활성면(2.1)의 완전하고 균일한 거울코팅)으로 인하여, 다수로 제조되어야 하므로, 품질 기준을 미충족하는 유리판들은 합리적 비용 한계내에서 가려내질 수 있다. 유리판들(1)이 동일 부품들로서 형성되면, 동일한 제조 공정에서 동일한 공구를 이용하여 최대수의 부품이 제조될 수 있다,
[0022] 유리판들(1) 상호간의 배치는, 이러한 유리판들이 길이(l)에 걸쳐 연장되는 직육면체형의 개방된 중공(6)을 둘러싸고, 이러한 중공이 내측들(2)의 광학적 활성면들(2.1)에 의해 한정되도록 이루어진다. 이때, 각각의 일 유리판(1)에서 내측(2)은 그 접착면(2.2)에서 간접적으로 접착제(9)를 지나 타 유리판(1)의 제1종측(4.1)에 인접한다. 중공(6)은 유리판들(1)의 치수에 의해 정해진 중공 높이(x) 및 조립 시 결정될 수 있는 중공 폭(y)을 가진다.
[0023] 광 집속기의 조립을 위해, 제1 조립 단계에서 각각 2개의 유리판들(1)은 하나의 조립체를 형성하면서 상호간에 포지셔닝되고 접착되며, 제2조립 단계에서 두 개의 동일한 조립체들은 상호간에 포지셔닝되고 서로 접착된다.
[0024] 도 1b에 따르면, 각각 2개의 유리판들(1)은 하나의 조립체를 형성하면서 서로 접착되어, 일 유리판(1)의 외측(3)은 타 유리판(1)의 제2종측(4.2)과 하나의 평면 내에 위치한다.
[0025] 광 집속기에서 형성될 중공(6)을 위해, 중공 높이(x)는 높이(h)를 제외한 폭(b)과 동일한다.
[0026] 예컨대 도 1c를 참조하면, 중공 폭(y)은 어느 방향에서 어느 정도로 두 조립체들이 서로 위치를 변경하여 상호 결합되는 가에 좌우된다.
[0027] 상기 위치 변경이 0과 같다면, 중공 폭(y)은 도 2에 도시된 바와 같이 중공 높이(x)와 동일하다. 조립체들 상호간의 위치 변경에 의해 중공 폭(y)은 도 2b를 참조하면 줄어들거나, 도 2c를 참조하면 증대될 수 있다.
[0028] 최대 중공 폭(y)은 광학적 활성면(2.1)에 인접하는 그루브(7)의 위치에 따라 좌우된다. 따라서, 다양한 횡단면 크기들은 동일한 유리판들(1)에서 중공 폭(y)의 변화에 따라 구현될 수 있다.
[0029] 그루브(7)는 접착제(9)를 위한 접착제 트랩(trap)으로서 역할하고, 접착제 트랩은 접착면(2.2)상에 위치한다. 잉여의 접착제(9)는 유리판들(1)의 결합 시 그루브(7) 안으로 눌리면서, 접착제(9)가 광학적 활성면(2.1) 상에 도달하는 것이 확실하게 방지된다. 유리판(1)에서 접착제(9)로 덧입혀진 접착면(2.2)은 각각 타 유리판(1)의 제1종측(4.1)에 인접하면서, 유리판들(1)은 생성되는 4개의 접착 스트립에 의해 일체로 결합되어 상호간에 결합된다.
[0030] 종래 기술로부터 공지된 광 집속기와 달리, 접착제 스트립은 외부면에 노출된 상태로 형성되지 않고, 유리판들(1) 사이에서 봉지된다. 이는, 접착제(9)가 동일한 매질, 여기서는 유리에 의해 완전히 둘러싸이고, 온도 영향을 거의 받지 않는다는 이점이 있다. 또한, 접착제(9)가 직접적 조사(illumination)에 노출되지 않는다는 이점이 있다. 접착제가 직접적 조사에 노출되면 상기 접착제(9)는 부서지기 쉬워질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광 집속기는 UV 범위에서의 적용을 위해 특히 유리하게 적합하다.
[0031] 광 집속기의 높은 안정성을 얻기 위해, 유리하게는, 유리판들(1)의 높이(h)는 폭(b)의 절반보다 더 크고, 폭(b)보다 작다.
[0032] 유리하게는, 특히 설치를 위해, 유리판들(1)은 각각 챔퍼(chamfer)(8)를 포함하고, 이러한 챔퍼는 유리판들(1)의 전체 길이(l)에 걸쳐 각각 외측(3) 및 제2종측(4.2)에 의해 형성되는 모서리를 따라 연장된다.
[0033] 한편으로, 챔퍼(8)는 유리판들(1)에서, 조립 시 각각 제1종측(4.1)을 제2종측(4.2)으로부터 단순히 구분하여 각각 제1종측(4.1)을 확실히 접착되도록 할 수 있다.
[0034] 다른 한편으로, 광학 부품에서 일반적인 경우와 같이, 기능적으로 불필요한 날카로운 모서리는 제거된다.
1 유리판
2 내측
2.1 광학적 활성면
2.2 접착면
3 외측
4.1 제1종측
4.2 제2종측
5 선단면
6 중공
7 그루브(groove)
8 챔퍼
9 접착제
l 유리판의 길이
b 유리판의 폭
h 유리판의 높이
x 중공 높이
y 중공 폭

Claims (5)

  1. 길이(l)를 가진 내측(2)과 외측(3), 높이(h)를 가진 2개의 선단면들(5)과 제1 및 제2 종측(4.1, 4.2)을 포함하는 4개의 직육면체형 유리판들(1)로 구성되며, 상기 유리판들은 상기 길이(l)에 걸쳐 연장되는 직육면체형 개방된 중공(6)을 둘러싸도록 배치되며, 상기 유리판들(1)은 서로 접착되는 광 집속기에 있어서,
    상기 유리판들(1)은 동일한 폭(b)을 가지고,
    상기 내측들(2)은 거울 코팅된 광학적 활성면(2.1), 및 상기 광학적 활성면(2.1)에 인접하여 길이방향으로 연장되며 접착제 트랩으로서 작용하는 그루브(7)를 포함하는 접착면(2.2)으로 각각 나눠지고,
    각각 유리판(1)의 상기 내측(2)은 상기 접착면(2.2)에서 접착제(9)를 통하여 다른 유리판(1)의 제1 종측(4.1)에 지지되는 것을 특징으로 하는 광 집속기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중공(6)은 상기 유리판들(1)의 치수에 의해 정해지는 중공 높이(x) 및 조립 시 결정될 수 있는 중공 폭(y)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 집속기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    각각 2개의 유리판들(1)은 하나의 조립체를 형성하면서 상호 접착됨으로써, 일측 유리판(1)의 외측(3)은 타측 유리판(1)의 제2 종측(4.2)과 하나의 평면 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 광 집속기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리판들(1)의 높이(h)는 상기 폭(b)의 절반보다 더 크고 상기 폭(b)보다 더 작은 것을 특징으로 하는 광 집속기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리판들(1)은 각각 하나의 챔퍼(8)를 포함하고, 상기 챔퍼는 상기 유리판들(1)의 총 길이(l)에 걸쳐, 각각 상기 외측(3) 및 제2종측(4.2)으로 형성된 모서리에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 광 집속기.
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