KR20160061763A - 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기 및 그를 이용한 절단 장치 - Google Patents

베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기 및 그를 이용한 절단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베셀 빔을 이용한 광학기기 및 이를 이용한 절단 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기는, 레이저 빔(laser beam)이 입사되는 입사면과 입사된 레이저 빔이 베셀 빔(bessel beam)으로 출사되는 출사면을 포함하는 액시콘 렌즈; 및 상기 액시콘 렌즈의 출사면 측에 이격되어 배치되며, 상기 액시콘 렌즈에서 출사된 베셀 빔의 에너지 밀도를 증가시키기 위한 이미지 렌즈를 포함한다. 본 발명에 의하면, 베셀 빔을 이용한 광학기기를 이용하여 가공 대상물체를 절단 가공할 때, 가공 대상물체의 두께 등이 달라지더라도 이미지 렌즈의 배율을 조절함에 따라 초점심도를 조절할 수 있어 하나의 광학기기를 이용하여 다양한 가공 대상물체를 가공할 수 있는 효과가 있다.

Description

베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기 및 그를 이용한 절단 장치{OPTICAL APPARUS USING BESSEL BEAM AND CUTTING APPARATUS THEREOF}
본 발명은 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기 및 이를 이용한 절단 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 베셀 빔을 형성하여 가공 대상물체를 절단하기 위한 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기 및 이를 이용한 절단 장치에 관한 것이다.
베셀 빔(bessel beam)은 1987년 더닌(Durnin)에 의해 주장된 것으로, 비회절빔(non-diffracting beam)이다. 이러한 베셀 빔은 초점의 심도를 길게 하면서 동시에 분해능을 향상시킬 수 있는 기술로 알려져 있다.
본 발명에서는 상기의 베셀 빔을 이용하여 강화유리 등을 절단하는 등의 피처리기판을 가공하기 위한 절단 장치에 관한 것이다. 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 빔을 이용하여 베셀 빔을 형성한다. 베셀 빔을 형성하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같은 액시콘 렌즈(axicon lens)를 이용한다. 액시콘 렌즈는 일면이 평면 형상을 가지고, 일면의 배면은 원추 형상으로 돌출된 형상으로 형성된다.
액시콘 렌즈의 평면 형상으로 레이저 빔 등의 빛이 입사되면, 가우시안 형태의 에너지 강도를 갖는 레이저 빔이 액시콘 렌즈의 원추 형상의 꼭짓점 측으로 굴절되어 원추 형상의 꼭짓점 근처에 베셀 빔이 형성된다.
상기와 같이 형성된 베셀 빔은 간섭현상에 의해 초점심도(DOF: depth of focus)가 길고 10㎛ 이하의 직경(diameter)을 갖는 베셀 빔이 형성된다. 이때, 액시콘 렌즈의 각도에 따라 베셀 빔의 초점 거리는 약 0.1mm ~ 10mm로 형성될 수 있고, 필요에 따라 10mm 이상도 가능할 수 있다. 그에 따라 상기와 같은 베셀 빔을 이용하여 강화유리 등을 절단 가공하는데 유리할 수 있다.
그에 따라 베셀 빔을 이용한 절단 가공을 위한 연구가 많이 이루어지고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1407994호(베셀빔 성형렌즈와 이를 이용하는 기판 절단방법, 등록일: 2014.06.10)가 있다.
하지만, 상기와 같은 베셀 빔을 그대로 이용하는 경우, 가공 대상물의 크기나 형상, 종류 등이 달라지면, 그에 맞는 액시콘 렌즈를 교체하여야 하는 등 다양한 가공 대상물에 적용하지 못하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1407994호(등록일: 2014.06.10)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다양한 가공 대상물에 적용할 수 있는 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기 및 이를 이용한 절단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기는, 레이저 빔(laser beam)이 입사되는 입사면과 입사된 레이저 빔이 베셀 빔(bessel beam)으로 출사되는 출사면을 포함하는 액시콘 렌즈; 및 상기 액시콘 렌즈의 출사면 측에 이격되어 배치되며, 상기 액시콘 렌즈에서 출사된 베셀 빔의 에너지 밀도를 증가시키기 위한 이미지 렌즈를 포함한다.
이때, 상기 액시콘 렌즈의 입사면은 평면 형상으로 형성되고, 상기 액시콘 렌즈의 출사면은 원추 형상으로 돌출 형성될 수 있다.
그리고 상기 이미지 렌즈는 볼록렌즈이며, 상기 이미지 렌즈를 통해 출사된 베셀 빔의 초점심도(DOF: depth of focus)는 상기 액시콘 렌즈에서 출사된 베셀 빔의 초점심도를 상기 이미지 렌즈의 배율로 나눈 값일 수 있다.
또한, 상기 이미지 렌즈는 다수의 렌즈가 포함된 렌즈군이고, 상기 이미지 렌즈는 배율을 조절할 수 있는 줌 렌즈일 수 있다. 이때, 상기 줌 렌즈의 배율은 1 내지 20배일 수 있다.
그리고 상기 액시콘 렌즈의 입사면은 평면 형상으로 형성되고, 상기 액시콘 렌즈의 출사면은 원추의 절두체 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 출사면 중 상기 절두체 형상의 상면은 평면 형상이며, 상기 절두체 형상의 상면 너비는 상기 입사면 너비의 0.2 내지 0.5일 수 있다.
또한, 상기 출사면 중 상기 절두체 형상의 상면은 상기 레이저 빔이 출사되는 방향으로 곡률을 갖도록 돌출 형성되며, 상기 절두체 형상의 상면 직경은 상기 입사면 직경의 0.2 내지 0.5일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기는, 레이저 빔(laser beam)이 입사되는 입사면과 입사된 레이저 빔이 링 빔(ring beam)으로 출사되는 출사면을 포함하는 제1 렌즈부; 및 상기 제1 렌즈부와 이격되어 배치되고, 상기 제1 렌즈부에서 출사된 링 빔이 입사되는 입사면과 입사된 링 빔이 베셀 빔으로 출사되는 출사면을 포함하는 제2 렌즈부를 포함한다.
이때, 상기 제1 렌즈부는 입사면이 평면 형상으로 형성되고, 출사면이 원추 형상으로 오목한 형상으로 형성된 제1 액시콘 렌즈일 수 있다.
그리고 상기 제2 렌즈부는, 상기 링 빔이 입사되는 입사면이 돌출된 원추 형상으로 형성되고, 출사면이 평면 형상으로 형성된 제2 액시콘 렌즈; 및 상기 제2 액시콘 렌즈에서 출사된 링 빔이 입사되는 입사면이 평면 형상으로 형성되며, 베셀 빔으로 출사되는 출사면이 돌출된 원추 형상으로 형성된 제3 액시콘 렌즈를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 렌즈부는 상기 제1 렌즈부의 중심축 방향으로 이동할 수 있으며, 상기 제2 렌즈부와 상기 렌즈부에서 출사된 베셀 빔의 초점심도(DOF: depth of focus)가 형성된 위치 사이의 거리는 상기 제1 렌즈부와 제2 렌즈부 사이의 거리에 의해 결정될 수 있다.
또한, 상기 제2 렌즈부의 입사면은 돌출된 원추 형상으로 형성되며, 상기 제1 액시콘 렌즈 출사면의 오목한 원추 형상의 옆면 기울기와 상기 제2 렌즈부 입사면의 돌출된 원추 형상의 옆면 기울기는 동일할 수 있다.
또 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단 장치는 상기의 광학기기를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 베셀 빔을 이용한 광학기기를 이용하여 가공 대상물체를 절단 가공할 때, 가공 대상물체의 두께 등이 달라지더라도 이미지 렌즈의 배율을 조절함에 따라 초점심도를 조절할 수 있어 하나의 광학기기를 이용하여 다양한 가공 대상물체를 가공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광학기기의 액시콘 렌즈를 원추형 절두체 형상으로 형성함으로써, 가공 대상물체 내에 SiO2 또는 금속박막 등이 결합된 경우에도 SiO2나 금속박막을 절단할 수 있는 효과가 있다.
그리고 광학기기의 액시콘 렌즈의 원추형 절두체 상면을 볼록한 형상으로 형성함에 따라 가공 대상물체의 표면에 마이크로 크랙 또는 마이크로 면취를 형성하는 등의 표면 가공을 할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 다수의 액시콘 렌즈를 이용하여 가공 대상물체와의 거리를 초점심도에 맞추지 않고, 초점심도의 위치를 변경할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 액시콘 렌즈를 이용하여 형성된 베셀 빔의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기(100)는 액시콘 렌즈(axicon lens, 110) 및 이미지 렌즈(120)를 포함한다. 또한, 필요에 따라 레이저 빔(laser beam)을 발생시키는 레이저 발생기 및 액시콘 렌즈(110) 및 이미지 렌즈(120)를 수용하는 하우징이 더 포함될 수 있다.
액시콘 렌즈(110)는 레이저 빔이 입사되는 입사면(112)과 입사된 레이저 빔을 한 방향으로 모아 출사시키는 출사면(114)을 포함한다. 이렇게 출사면(114)으로 출사된 빔은 펄스 형태로 액시콘 렌즈(110)의 출사면(114) 근처에 에너지 강도가 집중되는 베셀 빔(bessel beam)으로 출사된다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액시콘 렌즈(110)는 입사면(112)이 평면 형상으로 형성되고, 출사면(114)은 원추 형상으로 돌출된 형상으로 형성된다. 도 2에는 액시콘 렌즈(110)의 단면을 도시하여, 역오각형의 형상으로 도시된다. 그리고 입사면(112)과 출사면(114) 사이에 소정의 두께가 형성될 수 있다.
상기와 같은 액시콘 렌즈(110)를 통해 레이저 빔은 액시콘 렌즈(110)의 원추 형상의 꼭지점 위치에 베셀 빔으로 형성되는데, 이때 베셀 빔이 형성된 영역이 제1 초점심도(DOF: depth of focus)이다. 제1 초점심도는 레이저 빔이 액시콘 렌즈(110)를 통과하여 굴절되어 액시콘 렌즈(110)의 출사면(114) 근처에서 간섭으로 중첩됨에 따라 형성된다.
이미지 렌즈(120)는 액시콘 렌즈(110)의 출사면(114) 측에 위치하고, 액시콘 렌즈(110)에서 굴절된 베셀 빔이 입사되어 에너지 밀도를 높이는 역할을 한다. 이를 위해 이미지 렌즈(120)는 볼록렌즈가 이용되고, 본 발명의 제1 실시예에서 배율이 1 내지 20 배의 배율을 갖는 이미지 렌즈(120)가 이용될 수 있다.
또한, 이미지 렌즈(120)는 하나의 렌즈만으로 구성되지 않고, 여러 개의 렌즈로 구성된 렌즈군으로 형성되어 배율 조절이 가능한 줌 렌즈가 이용될 수 있다. 즉, 이미지 렌즈(120)는 1 내지 20배의 배율을 갖는 줌 렌즈일 수 있다.
액시콘 렌즈(110)에서 굴절된 베셀 빔은 제1 초점심도보다 먼 거리에서는 링 형상의 빔으로 형성되며, 이렇게 링 형상으로 형성된 빔이 이미지 렌즈(120)로 입사된다. 이렇게 링 형상의 빔으로 이미지 렌즈(120)로 입사되어 이미지 렌즈(120)에서 다시 굴절되어 다시 베셀 빔을 형성하여 이미지 렌즈(120)에서 출사된다.
이렇게 이미지 렌즈(120)에서 출사된 베셀 빔에 의해 이미지 렌즈(120)와 약간 이격된 위치에 제2 초점심도가 형성된다. 여기서, 제2 초점심도의 길이는 제1 초점심도와 관계가 형성되는데, 이미지 렌즈(120)의 배율이 1배인 경우, 제2 초점심도의 길이는 제1 초점심도의 길이와 동일하다. 그리고 이미지 렌즈(120)의 배율이 높아지면 이미지 렌즈(120)에서의 굴절이 보다 많이 일어나 제2 초점심도의 길이는 짧아진다. 즉, 제2 초점심도의 길이는 제1 초점심도의 길이를 이미지 렌즈(120)의 배율로 나눈 값이다.
상기와 같이, 이미지 렌즈(120)의 배율을 조절하면, 이미지 렌즈(120)에서 출사된 베셀 빔의 제2 초점심도 길이를 줄일 수 있고, 그에 따라 제2 초점심도에서의 에너지 밀도는 제1 초점심도에서의 에너지 밀도보다 높일 수 있다.
또한, 상기와 같이, 이미지 렌즈(120)의 배율을 조절함에 따라 절단하고자 하는 가공 대상물체(G)의 두께에 따라 다른 배율을 사용할 수 있어, 가공 대상물에 따라 다른 굴절률을 갖는 액시콘 렌즈(110)를 사용하지 않아도 된다.
도 3의 (a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 도면이고, 도 3의 (b)는 이미지 렌즈를 통해 출사된 빔이 가공 대상물체를 가공하는 것을 도시한 도면이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기(200)는 액시콘 렌즈(210) 및 이미지 렌즈(220)를 포함한다. 이때, 제1 실시예에서와 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액시콘 렌즈(210)는 평면 형상의 입사면(212)과 입사면(212)의 배면에 돌출 형성된 출사면(214)을 갖는다. 이때, 출사면(214)의 형상은 제1 실시예에서와는 달리 원추 형상의 절두체 형상으로 형성된다. 그리고 원추 형상의 절두체 상면(214a)은 평면 형상으로 형성된다.
이때, 절두체 상면(214a)은 입사면(212)의 배면에 위치한 평면 형상의 면이며, 절두체 상면(214a)은 입사면(212)과 평행한 평면으로 형성된다. 그리고 입사면(212)과 절두체 상면(214a)의 중심축은 일치할 수 있다. 그리고 절두체 상면(214a)의 너비는 입사면(212) 너비의 0.2 내지 0.5일 수 있다. 즉, 입사면의 너비가 약 10mm이면, 절두체 상면(214a)의 너비는 2m 내지 5mm의 크기로 형성될 수 있다.
그에 따라 입사면(212)으로 입사된 레이저 빔은 절두체의 경사진 옆면(214b)을 통해 출사되는 빔과 절두체의 상면(214a)을 통해 출사되는 빔으로 나뉜다. 절두체의 옆면(214b)을 통해 출사된 빔은 제1 실시예에서와 같이, 베셀 빔이 형성되도록 출사되며, 절두체의 상면(214a)을 통해 출사된 빔은 입사된 레이저 빔 그대로 출사된다.
상기와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액시콘 렌즈(210)를 통해 출사된 빔은 각각 이미지 렌즈(220)를 거쳐 가공 대상물체로 출사되는데, 액시콘 렌즈(210) 옆면(214b)을 통해 출사된 빔은 이미지 렌즈(220)를 통해 에너지 밀도가 높은 베셀 빔을 형성한다. 그리고 절두체 상면(214a)을 통해 출사된 레이저 빔은 이미지 렌즈(220)를 통해 한 점으로 집중된 포커싱 빔(focusing beam)이 형성된다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 가공 대상물체(G)가 두 개의 층 사이에 SiO2 또는 금속박막(M) 등이 개재되어 있을 때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 광학기기(200)를 이용할 수 있다. 이런 가공 대상물체(G)는 디스플레이용 기판의 경우에 두 개의 기판 사이에 SiO2나 금속박막(M)이 형성되어 있을 수 있다.
베셀 빔만 형성하여 도 3의 (b)에 도시된 바와 같은 가공 대상물체(G)를 절단 가공하려고 하면, 베셀 빔이 SiO2 또는 금속박막(M)에 의해 반사가 이루어져 상부에 위치한 층은 절단할 수 있지만, 하부에 위치한 층은 절단하기 어렵다.
그러므로 액시콘 렌즈(210)의 절두체 상면(214a)을 통해 출사된 레이저 빔이 이미지 렌즈(220)를 통해 한 점으로 포커싱되어 포커싱 빔을 형성하면, 포커싱 빔을 이용하여 SiO2 또는 금속박막(M)을 절단가공하고, 절두체 옆면(214b)을 통해 출사되어 이미지 렌즈(220)를 통해 형성된 베셀 빔을 이용하여 두 개의 층을 절단 가공할 수 있다. 이때, 포커싱 빔은 베셀 빔보다 초점심도가 짧기 때문에 한 점으로 포커싱을 할 수 있다.
도 4의 (a)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 도면이고, 도 4의 (b)는 이미지 렌즈를 통해 출사된 빔이 가공 대상물체를 가공하는 것을 도시한 도면이며, 도 4의 (c)는 도 4의 (b)에 도시된 가공에 의해 가공 대상물체가 가공되어 홈이 형성된 것을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기(300)는 액시콘 렌즈(310) 및 이미지 렌즈(320)를 포함한다. 이때, 제1 실시예 및 제2 실시예에서와 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 발명의 제3 실시예에 다른 액시콘 렌즈(310)는 평면 형상의 입사면(312)과 입사면(312)의 배면에 돌출 형성된 출사면(314)을 갖는다. 이때, 출사면(314)의 형상은 제2 실시예에서와 같이 원추 형상의 절두체 형상으로 형성되지만, 원추 형상의 절두체 상면(314a)은 곡률을 갖도록 돌출 형성된다. 즉, 절두체 상면(314a)의 형상은 볼록렌즈와 같이, 볼록한 형상으로 형성되며, 볼록한 상면(314a)의 정점은 입사면(312)의 중심축 상에 위치할 수 있다.
그에 따라 입사면(312)으로 입사된 레이저 빔은 절두체의 경사진 옆면(314b)을 통해 출사되는 빔과 절두체의 상면(314a)을 통해 출사되는 빔으로 나뉜다. 절두체의 옆면(314b)을 통해 출사된 빔은 제1 및 제2 실시예에서와 같이, 베셀 빔이 형성되도록 출사되며, 절두체 상면(314a)을 통해 출사된 빔은 절두체 상면(314a)을 볼록한 면으로 인해 굴절되어 한 점으로 포커싱된다.
상기와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액시콘 렌즈(310)를 통해 출사된 빔은 각각 이미지 렌즈(320)를 거쳐 가공 대상물체(G)로 출사되는데, 액시콘 렌즈(310) 옆면(314b)을 통해 출사된 빔은 이미지 렌즈(320)를 통해 에너지 밀도가 높은 베셀 빔을 형성한다. 그리고 절두체 상면(314a)을 통해 출사된 빔은 이미지 렌즈(320)를 통해 한 점으로 집중된 포커싱 빔이 형성된다.
이때, 이미지 렌즈(320)는 레이저 빔이 절두체 상면(314a)을 통해 출사된 빔의 초점거리 안에 위치하는 것이 바람직하다. 이미지 렌즈(320)가 절두체 상면(314a)을 통해 출사된 빔의 초점거리 밖에 위치하면, 이미지 렌즈(320)에서 굴절된 포커싱 빔의 추점을 정확히 맞추는 것이 어렵다.
본 발명의 제3 실시예에서와 같이, 절두체 상면(314a)을 볼록하게 형성함으로써, 절두체 상면(314a)을 통해 출사되는 빔의 초점거리가 제2 실시예에서보다 짧아진다. 그에 따라 절두체 상면(314a)을 통해 출사된 빔을 이용하여 가공 대상물체(G)의 표면을 가공할 수 있다. 여기서, 가공 대상물체(G)의 표면 가공은 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 20㎛ 이하의 미세 크랙을 형성하기 위함이며, 이러한 미세 크랙은 물질을 보다 쉽게 깨지기 쉽게 하고, 면취 효과도 있다.
그러므로 액시콘 렌즈(310)의 절두체 상면(314a)을 통해 출사된 레이저 빔이 이미지 렌즈(320)를 통해 한 점으로 포커싱된 포커싱 빔으로 가공 대상물체(G)의 표면에 크랙을 형성한다. 그리고 절두체 옆면(314b)을 통해 출사되어 이미지 렌즈(320)를 통해 형성된 베셀 빔을 이용하여 가공 대상물체(G)의 나머지 부분을 절단 가공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하며, 본 발명의 제4 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기(400)는 제1 렌즈부 및 제2 렌즈부(420)를 포함한다. 이때, 제1 내지 제3 실시예에서와동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
제1 렌즈부는 레이저 빔이 입사되는 평면 형상의 입사면(412)과 입사된 레이저 빔이 링 빔(ring beam)으로 출사되도록 오목한 원추 형상으로 형성된 출사면(414)을 포함한다. 즉, 제1 렌즈부는 출사면(414)의 형상이 오목한 원추 형상으로 형성되기 때문에 입사면(412)을 통해 입사된 레이저 빔이 제1 렌즈부의 바깥쪽으로 굴절되어 링 빔을 형성한다. 다시 말해, 제1 렌즈부는 링 빔을 형성할 수 있는 제1 액시콘 렌즈(410)이다.
제2 렌즈부(420)는 제1 렌즈부에서 형성된 링 빔이 입사되어 베셀 빔을 형성하기 위한 렌즈로, 제2 액시콘 렌즈(422)와 제3 액시콘 렌즈(424)를 포함한다.
제2 액시콘 렌즈(422) 및 제3 액시콘 렌즈(424)는 제1 내지 제3 실시예에서 설명한 액시콘 렌즈와 동일한 형상을 가진다.
다만, 본 발명의 제4 실시예에서 제2 액시콘 렌즈(422)는 원추 형상이 형성된 면이 입사면이 되고, 평면 형상으로 형성된 면이 출사면이 되도록 배치된다. 그에 따라 제1 렌즈부를 통해 출사된 링 빔이 제2 액시콘 렌즈(422)의 원추 형상의 옆면으로 입사된다. 그리고 제3 액시콘 렌즈(424)는 출사된 빔이 베셀 빔을 형성할 수 있도록 평면 형상으로 형성된 면이 입사면이 되고, 원추 형상으로 형성된 면이 출사면이 되게 배치된다.
이때, 제1 액시콘 렌즈(410)의 오목한 원추 형상의 경사면과 제2 액시콘 렌즈(422)의 볼록한 원추 형사의 경사면은 서로 평행하게 형성될 수 있다. 이는 제1 액시콘 렌즈(410)로 입사된 레이저 빔과 제2 액시콘 렌즈(422)에서 출사된 레이저 빔이 서로 평행하도록 하기 위함이다.
또한, 제1 렌즈부를 기준으로 제2 렌즈부(420)는 이동할 수 있게 배치된다. 즉, 제1 렌즈부와 제2 렌즈부(420)의 이격 거리(D1)는 가변되도록 제2 렌즈부(420)가 이동될 수 있다. 제2 렌즈부(420)가 이동됨에 따라 제2 렌즈부(420)와 가공 대상물체(G) 사이의 거리(D2)가 결정될 수 있다. 제1 렌즈부와 제2 렌즈부(420)의 이격 거리(D1)가 길어지면, 제2 렌즈부(420)와 가공 대상물체(G) 사이의 거리(D2)도 길어진다.
그러므로 제1 렌즈부와 제2 렌즈부(420)의 이격 거리(D1)를 조정함으로써, 본 발명의 제4 실시예에 따른 베셀 빔을 이용한 광학기기(400)와 가공 대상물체(G) 간의 작업 거리를 조절할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
100, 200, 300, 400: 광학기기
110, 210, 310: 액시콘 렌즈 112, 212, 312: 입사면
114, 214, 314: 출사면 214a, 314a: 상면
214b, 314b: 옆면
120, 220, 320: 이미지 렌즈
410: 제1 액시콘 렌즈 412: 입사면
414: 출사면 420: 제2 렌즈부
422: 제2 액시콘 렌즈 424: 제3 액시콘 렌즈
DOF1: 제1 초점심도 DOF2: 제2 초점심도
G: 가공 대상물체 M: SiO2 또는 금속박막

Claims (15)

  1. 레이저 빔(laser beam)이 입사되는 입사면과 입사된 레이저 빔이 베셀 빔(bessel beam)으로 출사되는 출사면을 포함하는 액시콘 렌즈; 및
    상기 액시콘 렌즈의 출사면 측에 이격되어 배치되며, 상기 액시콘 렌즈에서 출사된 베셀 빔의 에너지 밀도를 증가시키기 위한 이미지 렌즈를 포함하는 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액시콘 렌즈의 입사면은 평면 형상으로 형성되고, 상기 액시콘 렌즈의 출사면은 원추 형상으로 돌출 형성된 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미지 렌즈는 볼록렌즈이며,
    상기 이미지 렌즈를 통해 출사된 베셀 빔의 초점심도(DOF: depth of focus)는 상기 액시콘 렌즈에서 출사된 베셀 빔의 초점심도를 상기 이미지 렌즈의 배율로 나눈 값인 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미지 렌즈는 다수의 렌즈가 포함된 렌즈군이고,
    상기 이미지 렌즈는 배율을 조절할 수 있는 줌 렌즈인 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 줌 렌즈의 배율은 1 내지 20배인 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 액시콘 렌즈의 입사면은 평면 형상으로 형성되고, 상기 액시콘 렌즈의 출사면은 원추의 절두체 형상으로 형성된 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 출사면 중 상기 절두체 형상의 상면은 평면 형상이며,
    상기 절두체 형상의 상면 너비는 상기 입사면 너비의 0.2 내지 0.5인 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 출사면 중 상기 절두체 형상의 상면은 상기 레이저 빔이 출사되는 방향으로 곡률을 갖도록 돌출 형성되며,
    상기 절두체 형상의 상면 직경은 상기 입사면 직경의 0.2 내지 0.5인 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  9. 레이저 빔(laser beam)이 입사되는 입사면과 입사된 레이저 빔이 링 빔(ring beam)으로 출사되는 출사면을 포함하는 제1 렌즈부; 및
    상기 제1 렌즈부와 이격되어 배치되고, 상기 제1 렌즈부에서 출사된 링 빔이 입사되는 입사면과 입사된 링 빔이 베셀 빔으로 출사되는 출사면을 포함하는 제2 렌즈부를 포함하는 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 렌즈부는 입사면이 평면 형상으로 형성되고, 출사면이 원추 형상으로 오목한 형상으로 형성된 제1 액시콘 렌즈인 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 제2 렌즈부는,
    상기 링 빔이 입사되는 입사면이 돌출된 원추 형상으로 형성되고, 출사면이 평면 형상으로 형성된 제2 액시콘 렌즈; 및
    상기 제2 액시콘 렌즈에서 출사된 링 빔이 입사되는 입사면이 평면 형상으로 형성되며, 베셀 빔으로 출사되는 출사면이 돌출된 원추 형상으로 형성된 제3 액시콘 렌즈를 포함하는 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 렌즈부는 상기 제1 렌즈부의 중심축 방향으로 이동 가능한 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 렌즈부와 상기 렌즈부에서 출사된 베셀 빔의 초점심도(DOF: depth of focus)가 형성된 위치 사이의 거리는 상기 제1 렌즈부와 제2 렌즈부 사이의 거리에 의해 결정되는 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 렌즈부의 입사면은 돌출된 원추 형상으로 형성되며,
    상기 제1 액시콘 렌즈 출사면의 오목한 원추 형상의 옆면 기울기와 상기 제2 렌즈부 입사면의 돌출된 원추 형상의 옆면 기울기는 동일한 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 하나의 광학기기를 포함하는 베셀 빔을 이용한 절단 장치.
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