KR20160114342A

KR20160114342A - 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기

Info

Publication number: KR20160114342A
Application number: KR1020150040713A
Authority: KR
Inventors: 문진배; 이대영
Original assignee: 주식회사 필옵틱스
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-10-05
Also published as: KR101667792B1

Abstract

본 발명은 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기로서, 더욱 상세하게는 간섭 빔을 형성하여 가공 대상물체를 절단하기 위한 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는 입사되는 레이저빔을 콘 미러를 이용하여 반사시켜 간섭 빔을 출사시킨 후, 상기 콘 미러에서 출사된 간섭 빔의 에너지 밀도를 이미지 렌즈를 통해 증가시켜 절단용 광학빔으로 이용함을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 실시 형태는 입사되는 레이저빔을 반사시켜 간섭 빔으로 출사시키는 반사면을 가지는 콘 미러; 및 상기 콘 미러의 출사면 측에 이격되어 배치되며, 상기 콘 미러에서 출사된 간섭 빔의 에너지 밀도를 증가시키는 이미지 렌즈;를 포함할 수 있다.

Description

간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기{Optical apparatus using interference beam}

본 발명은 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기로서, 더욱 상세하게는 간섭 빔을 형성하여 가공 대상물체를 절단하기 위한 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기에 관한 것이다.

기존에는 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 빔을 이용하여 간섭 빔을 형성한다. 간섭 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 간섭 빔이 형성된다.

상기와 같이 형성된 간섭 빔(예컨대, 베셀 빔 등)은 간섭현상에 의해 초점심도(DOF: depth of focus)가 길고 10㎛ 이하의 직경(diameter)을 갖는 간섭 빔이 형성된다. 이때, 액시콘 렌즈의 각도에 따라 간섭 빔의 초점 거리는 약 0.1mm ~ 10mm로 형성될 수 있고, 필요에 따라 10mm 이상도 가능할 수 있다. 그에 따라 상기와 같은 간섭 빔을 이용하여 강화유리 등을 절단 가공하는데 유리할 수 있다.

그에 따라 간섭 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 간섭 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.

한국등록특허 제10-1407994호

본 발명의 기술적 과제는 다양한 가공 대상물에 적용할 수 있는 베셀 빔을 이용한 절단용 광학기기 및 이를 이용한 절단 장치를 제공 하는데 있다.

본 발명의 실시 형태는 입사되는 레이저빔을 콘 미러를 이용하여 반사시켜 간섭 빔을 출사시킨 후, 상기 콘 미러에서 출사된 간섭 빔의 에너지 밀도를 이미지 렌즈를 통해 증가시켜 절단용 광학빔으로 이용함을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제1실시 형태는 입사되는 레이저빔을 반사시켜 간섭 빔으로 출사시키는 반사면을 가지는 콘 미러; 및 상기 콘 미러의 출사면 측에 이격되어 배치되며, 상기 콘 미러에서 출사된 간섭 빔의 에너지 밀도를 증가시키는 이미지 렌즈;를 포함할 수 있다.

상기 콘 미러는, 반사면으로 된 이등변과, 상기 이등변을 잇는 밑변을 포함한 이등변 삼각체의 형상을 가지며, 상기 이등변으로 수직 입사된 레이저빔이 반사되어 간섭 빔으로서 상기 이미지 렌즈로 도달함을 특징으로 할 수 있다.

상기 이미지 렌즈는 결상렌즈이며, 상기 이미지 렌즈를 통해 출사된 간섭 빔의 초점심도(DOF: depth of focus)는 상기 콘 미러에서 출사된 간섭 빔의 초점심도를 상기 이미지 렌즈의 배율로 나눈 값인 간섭 빔을 이용할 수 있다.

상기 이미지 렌즈는 다수의 렌즈가 포함된 렌즈군이고, 상기 이미지 렌즈는 배율을 조절할 수 있는 줌 렌즈를 이용할 수 있다.

또한 본 발명의 제2실시 형태는, 입사되는 레이저빔을 수평편광 (P-polarization)의 제1편광과, 상기 제1편광에 직각된 수직편광 (S-polarization)의 제2편광으로 분리하여, 수평편광의 제1편광은 투과시키며 수직편광의 제2편광은 앞면을 통해 1차 반사시키고, 후면으로 제공되는 수직편광의 간섭 빔을 4차 반사시키는 편광빔 분리판; 상기 편광빔 분리판의 앞면을 통해 반사되는 수직편광의 제2편광을 2차 반사 및 3차 반사시켜 수직편광의 간섭 빔으로서 상기 편광빔 분리판의 후면으로 제공하는 미러 블럭; 및 상기 편광빔 분리판에서 투과되는 수평편광의 제1편광과 상기 편광빔 분리판의 후면에서 4차 반사되는 수직편광의 간섭 빔을 제공받아, 상기 제1편광은 제1이미지 렌즈로 포커싱되어 에너지 밀도가 매우 높아 어블레이션(ablation) 가공 물질을 절단하거나 면취할 수 있고, 상기 제1편광과 분리된 제2편광은 콘미러를 통해 형성된 간섭 빔으로 DOF가 긴 링 형태의 빔이 되어 제1이미지 렌즈와 제2이미지 렌즈로 에너지 밀도를 증가시키는 이미지 렌즈;를 포함할 수 있다.

상기 제1이미지 렌즈는, 상기 입사되는 레이저빔의 광축과 동일한 축상에서 상기 편광빔 분리판의 후단에 위치하여 포커싱 빔을 만들어낼 수 있다.

상기 레이저빔의 광축과 동일한 축상에서 상기 편광빔 분리판의 전단에 위치하여, 입사되는 레이저빔의 편광의 비율을 조절하여 상기 편광빔 분리판에 제공하는 편광 변환판;을 포함할 수 있다.

상기 미러 블럭은, 상기 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 상기 편광빔 분리판의 앞면에 이격되어 위치하여, 상기 편광빔 분리판에 1차 반사된 수직편광의 제2편광이 2차 반사되어 수평편광의 제2편광으로서 변환되어 상기 편광빔 분리판의 앞면으로 출사시키는 제1미러 블럭; 및 상기 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 상기 편광빔 분리판의 후면에 이격되어 위치하여, 상기 제1미러 블럭에서 출사되어 편광빔 분리판의 앞면을 통해 후면으로 투과되는 상기 수평편광의 제2편광을 3차 반사하여 수직편광의 제2편광으로서 상기 편광빔 분리판의 후면으로 출사시키는 제2미러 블럭;을 포함할 수 있다.

상기 제1미러 블럭은, λ/4 파장 변환시키는 λ/4 제1변환판과 이등변 삼각 반사체인 콘 미러를 포함하며, 상기 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 상기 편광빔 분리판의 앞면에 인접한 순서대로 상기 λ/4 제1변환판과 콘 미러가 차례로 위치함을 특징으로 하는 간섭 빔을 이용할 수 있다.

상기 λ/4 제1변환판은, 상기 편광빔 분리판에서 1차 반사되어 λ/4 제1변환판의 내측면으로 입사되는 수직편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 원평광의 제2편광으로 λ/4 제1변환판의 외측면을 통해 출사시키며, 2차 반사되어 λ/4 제1변환판의 외측면을 통해 입사되는 원편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 수평편광의 제2편광으로 λ/4 제1변환판의 내측면을 통해 출사시키며, 상기 콘 미러는, 상기 λ/4 제1변환판의 외측면을 통해 출사되는 원편광의 제2편광을 2차 반사시켜 상기 λ/4 제1변환판의 외측면으로 입사시킴을 특징으로 할 수 있다.

상기 제2미러 블럭은, λ/4 파장 변환시키는 λ/4 제2변환판, 제1이미지 렌즈와 결부되어 DOF를 조절하는 제2이미지 렌즈, 및 수평면으로 된 반사체를 가지는 평면 미러를 포함하며, 상기 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 상기 편광빔 분리판의 후면에 인접한 순서대로 상기 λ/4 제2변환판, 제2이미지 렌즈, 및 평면 미러가 차례로 위치함을 특징으로 하는 간섭 빔을 이용할 수 있다.

상기 λ/4 제2변환판은, 상기 제1미러 블럭에서 2차 반사되어 편광빔 분리판을 투과하여 λ/4 제2변환판의 내측면으로 입사되는 수평편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 원편광의 제2편광으로 λ/4 제2변환판의 외측면을 통해 출사시키며, 3차 반사되어 λ/4 제2변환판의 외측면을 통해 입사되는 원편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 수직편광의 제2편광으로 λ/4 제2변환판의 내측면을 통해 상기 편광빔 분리판의 후면을 향해 출사시키며, 상기 평면 미러는, 상기 λ/4 제2변환판의 외측면을 통해 출사되는 원편광의 제2편광을 3차 반사시켜 상기 λ/4 제2변환판의 외측면으로 입사시킴을 특징으로 하는 간섭 빔을 이용할 수 있다.

상기 제2미러 블럭은, 상기 λ/4 제2변환판과 평면 미러 사이에 배치되며, 상기 평면 미러에서 3차 반사된 간섭 빔의 에너지 밀도를 증가시켜 상기 λ/4 제2변환판에 전달하는 제2이미지 렌즈;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 간섭 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 본 발명의 실시 형태에 따르면 가공 대상물체와의 거리를 초점심도에 맞추지 않고, 초점심도의 위치를 변경할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 액시콘 렌즈를 이용하여 형성된 베셀 빔의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 콘 미러를 이용하여 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 그림.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 콘 미러를 이용하여 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 그림.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 콘 미러를 이용하여 간섭 빔의 생성 시에 파장 변환 모습을 도시한 그림.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따라 편광빔 분리판으로 입사되는 레이저빔이 λ의 제1편광과, λ의 제1편광에 직각된 λ/2의 제2편광으로 분리된 파장을 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따라 간섭 빔의 생성 시에 파장 그래프를 도시한 그림.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해서 보다 명확해질 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

본 발명의 실시예인 절단용 광학기기는 이등변 삼각형 형태의 콘 미러(cone mirror)을 사용하여 레이저 빔을 반사시켜 간섭 빔을 출사시킨 후, 콘 미러에서 출사된 간섭 빔의 에너지 밀도를 이미지 렌즈를 통해 증가시킴으로써, 이미지 렌즈를 통해 출사되는 빔을 절단용 광학빔으로 사용한다.

기존에는 간섭 빔을 생성하기 위하여 엑시콘 렌즈(axicon lens)를 사용하였으나, 다양한 가공 대상물에 적용하지 못할 뿐 아니라 가격적인 측면에서 비효율적이다. 이에 본 발명은 원뿔 형태의 반사체인 콘 미러를 이용하여 간섭 빔을 만들어서 절단용 광학기기에 활용한다.

본 발명은 콘 미러를 이용하는 실시예로서 하기의 제1실시예와 제2실시예를 제시한다. 이하, 콘 미러를 사용하는 제1실시예와 제2실시예를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 콘 미러를 이용하여 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 그림이다.

도 2를 참조하면, 제1실시예에 따른 절단용 광학 기기는, 입사되는 레이저빔을 반사시켜 간섭 빔으로 출사시키는 반사면을 가지는 콘 미러(10)와, 콘 미러(10)의 출사면 측에 이격되어 배치되며 콘 미러(10)에서 출사된 간섭 빔의 에너지 밀도를 증가시키는 이미지 렌즈(20)를 포함한다. 또한, 필요에 따라 레이저 빔(laser beam)을 발생시키는 레이저 발생기 및 콘 미러(10) 및 이미지 렌즈(20)를 수용하는 하우징이 더 포함될 수 있다.

콘 미러(10)(cone mirror)는, 표면이 반사 물질로 코팅되어 입사되는 레이저빔을 반사시킬 수 있다. 간섭 빔을 발생시키기 위하여 레이저빔의 광축에서 기울어진 반사면을 가지도록 한다. 이를 위하여 콘 미러(10)는, 또한, 광축에서 기울어진 반사면에 해당되는 이등변과 이러한 이등변을 잇는 밑변을 포함하는 이등변 삼각체의 원뿔 형태를 가질 수 있다. 따라서 이등변으로 수직 입사된 레이저빔이 반사되어 간섭 빔으로서 이미지 렌즈(20)로 도달할 수 있다.

콘 미러(10)를 통해 반사된 레이저 빔은 콘 미러(10)의 측변에 간섭 빔으로 형성되는데, 이때 간섭빔이 형성된 영역이 제1초점심도(DOF: depth of focus)이다. 제1초점심도는 레이저 빔이 콘 미러(10)의 이등변에서 반사되어 굴절되어 콘 미러(10)의 이등변 근처에서 간섭으로 중첩됨에 따라 형성된다.

이미지 렌즈(20)는, 콘 미러(10)의 출사면 측에 이격되어 배치되며 콘 미러(10)에서 출사된 간섭 빔의 에너지 밀도를 증가시킨다. 이를 위해 이미지 렌즈(20)는 볼록렌즈가 이용되고, 본 발명의 제1실시예에서 배율이 1 내지 20 배의 배율을 갖는 이미지 렌즈(20)가 이용될 수 있다.

또한, 이미지 렌즈(20)는 하나의 렌즈만으로 구성되지 않고, 여러 개의 렌즈로 구성된 렌즈군으로 형성되어 배율 조절이 가능한 줌 렌즈가 이용될 수 있다. 즉, 이미지 렌즈(20)는 1 내지 20배의 배율을 갖는 줌 렌즈일 수 있다.

콘 미러(10)에서 반사된 간섭 빔은 제1초점심도보다 먼 거리에서는 링 형상의 빔으로 형성되며, 이렇게 링 형상으로 형성된 빔이 이미지 렌즈(20)로 입사된다. 이렇게 링 형상의 빔으로 이미지 렌즈(20)로 입사되어 이미지 렌즈(20)에서 다시 굴절되어 다시 간섭 빔을 형성하여 이미지 렌즈(20)에서 출사된다.

이렇게 이미지 렌즈(20)에서 출사된 간섭 빔에 의해 이미지 렌즈(20)와 약간 이격된 위치에 제2초점심도가 형성된다. 여기서, 제2초점심도의 길이는 제1초점심도와 관계가 형성되는데, 이미지 렌즈(20)의 배율이 1배인 경우, 제2초점심도의 길이는 제1초점심도의 길이와 동일하다. 그리고 이미지 렌즈의 배율이 높아지면 이미지 렌즈(20)에서의 굴절이 보다 많이 일어나 제2초점심도의 길이는 짧아진다. 즉, 제2초점심도의 길이는 제1초점심도의 길이를 이미지 렌즈(20)의 배율로 나눈 값이다.

상기와 같이, 이미지 렌즈(20)의 배율을 조절하면, 이미지 렌즈(20)에서 출사된 간섭 빔의 제2초점심도 길이를 줄일 수 있고, 그에 따라 제2초점심도에서의 에너지 밀도는 제1초점심도에서의 에너지 밀도보다 높일 수 있다.

또한, 상기와 같이, 이미지 렌즈(20)의 배율을 조절함에 따라 절단하고자 하는 가공 대상물체(G)의 두께에 따라 다른 배율을 사용할 수 있어, 가공 대상물에 따라 다른 굴절률을 갖는 콘 미러(10)를 사용하지 않아도 된다.

한편, 이하에서는 원뿔 형태의 반사체인 콘 미러를 이용하여 간섭 빔을 만들어서 절단용 광학기기의 제2실시예를 도 3과 함께 설명한다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 콘 미러를 이용하여 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기를 도시한 그림이며, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 콘 미러를 이용하여 간섭 빔의 생성 시에 파장 변환 모습을 도시한 그림이다.

간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기의 제2실시예는, 편광빔 분리판(400), 미러 블럭(100,200), 및 제1이미지 렌즈(500)를 포함할 수 있다. 나아가 편광 변환판(300)을 더 포함할 수 있다.

편광 변환판(300)은, 레이저빔의 광축과 동일한 축상에서 편광빔 분리판(400)의 전단에 위치하여, 입사되는 레이저빔의 편광의 비율을 조절하여 편광빔 분리판(400)에 제공할 수 있다. 편광 변환판(300)은 입사되는 레이저빔의 편광량을 조절할 수 있는 파장 변환판으로서 예컨대, 편광 변환판(300)으로 입사되는 레이저빔이 수평 편광인 경우 수직 편광으로 변환시키며, 입사되는 레이저빔이 수직 편광인 경우 수평 편광으로 변환시킬 수 있다. 이밖에 수평 편광 및 수직 편광의 비율을 조절할 수 있다.

따라서 편광빔 분리판(400) 앞에 편광 변환판(300)을 구비함으로써, 제1미러 블럭(100)내의 콘 미러(120)로 반사되는 레이저 강도(laser intensity)를 조절하여 절삭력을 가지는 빔과 간섭 빔의 강도비를 조절할 수 있어서 절삭되는 정도를 조절할 수 있다.

편광빔 분리판(400)은 입사되는 레이저빔을 수평 편광과 수직 편광으로 분리하여, 어느 하나의 편광을 통과시키며 다른 편광을 반사시킨다. 따라서 편광빔 분리판(400)은 입사되는 레이저빔을 도 5(a)에 도시한 바와 같이 수평편광의 제1편광과, 도 5(b)에 도시한 수평편광의 제1편광에 직각된 수직편광의 제2편광으로 분리된다고 할 때, 수평편광의 제1편광은 투과시키며 수직편광의 제2편광은 앞면(400a)을 통해 반사(이하, '1차 반사'라 함)시킨다. 수평편광의 제1편광과 수직편광의 제2편광은 λ/2의 위상차를 가지는 편광이다.

본 발명에서는, 편광빔 분리판(400)을 투과하는 수평편광의 제1편광은 제1이미지 렌즈(500)로 제공되며, 편광빔 분리판(400)에서 1차 반사되는 수직편광의 제2편광은 미러블럭으로 반사됨을 예시로 한다. 또한 편광빔 분리판(400)은, 미러 블럭을 통해 2차 반사 및 3차 반사되어 후면(400b)으로 제공되는 수직편광의 간섭 빔을 4차 반사시켜 제1이미지 렌즈(500)로 제공한다.

미러 블럭(100,200)은, 편광빔 분리판(400)의 앞면(400a)을 통해 반사되는 수직편광의 제2편광을 2차 반사 및 3차 반사시켜 수직편광의 간섭 빔으로서 편광빔 분리판(400)의 후면(400b)으로 제공한다.

이를 위해, 미러 블럭(100,200)은, 제1미러 블럭(100)과 제2미러 블럭(200)을 포함한다.

제1미러 블럭(100)은, 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 편광빔 분리판(400)의 앞면(400a)에 이격되어 위치하여, 편광빔 분리판(400)에 1차 반사된 수직편광의 제2편광을 λ/2 변환시켜 반사(2차 반사)하여 수평편광의 제2편광으로서 편광빔 분리판(400)의 앞면(400a)으로 출사시킨다.

편광빔 분리판(400)에 1차 반사된 수직편광의 제2편광을 λ/2 변환시켜 반사(2차 반사)하여 수평편광의 제2편광으로 생성하기 위하여, 제1미러 블럭(100)은, λ/4 파장 변환시키는 λ/4 제1변환판(110)과 이등변 삼각 반사체인 콘 미러(120)를 포함하며, 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 편광빔 분리판(400)의 앞면(400a)에 인접한 순서대로 λ/4 제1변환판(110)과 콘 미러(120)가 차례로 위치하도록 한다.

따라서 λ/4 제1변환판(110)은, 편광빔 분리판(400)에서 1차 반사되어 λ/4 제1변환판(110)의 내측면(110a)으로 입사되는 도 6(a)에 도시된 수직편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 도 6(b)에 도시된 원편광의 제2편광으로 λ/4 제1변환판(110)의 외측면(110b)을 통해 출사시키며, 2차 반사되어 λ/4 제1변환판(110)의 외측면(110b)을 통해 입사되는 도 6(b)에 도시된 원편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 도 6(c)에 도시된 수평편광의 제2편광으로 λ/4 제1변환판(110)의 내측면(110a)을 통해 출사시킨다.

콘 미러(120)는, λ/4 제1변환판(110)의 외측면(110a)을 통해 출사되는 도 6(b)에 도시된 원편광의 제2편광을 2차 반사시켜 λ/4 제1변환판(110)의 외측면(110b)으로 다시 입사시킨다.

제2미러 블럭(200)은, 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 상기 편광빔 분리판(400)의 후면(400b)에 이격되어 위치하여, 제1미러 블럭(100)에서 출사되어 편광빔 분리판(400)의 앞면(400a)을 통해 후면(400b)으로 투과되는 수평편광의 제2편광을 λ/2 변환시켜 3차 반사하여 수직편광의 제2편광으로서 편광빔 분리판(400)의 후면(400b)으로 출사시킨다.

이를 위해 제2미러 블럭(200)은, λ/4 파장 변환시키는 λ/4 제2변환판(210), 에너지 밀도를 증가시키는 제2이미지 렌즈(220), 및 수평면으로 된 반사체를 가지는 평면 미러(230)를 포함하며, 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 편광빔 분리판(400)의 후면(400b)에 인접한 순서대로 λ/4 제2변환판(210), 제2이미지 렌즈(220), 및 평면 미러(230)가 차례로 위치하도록 한다.

따라서 λ/4 제2변환판(210)은, 제1미러 블럭(100)에서 2차 반사되어 편광빔 분리판(400)을 투과하여 λ/4 제2변환판(210)의 내측면(210a)으로 입사되는 도 6(c)에 도시된 수평편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 도 6(d)에 도시된 원편광의 제2편광으로 λ/4 제2변환판(210)의 외측면(210b)을 통해 평면 미러(230)로 출사시킨다.

또한 λ/4 제2변환판(210)은, 평면 미러(230)에서 반사(3차 반사)되어 λ/4 제2변환판(210)의 외측면(210b)을 통해 입사되는 도 6(d)에 도시된 원편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 도 6(e)에 도시된 수직편광의 제2편광으로 λ/4 제2변환판(210)의 내측면(210a)을 통해 편광빔 분리판(400)의 후면(400b)을 향해 출사시킨다.

평면 미러(230)는, λ/4 제2변환판(210)의 외측면(210b)을 통해 출사되는 도 6(d)에 도시된 원편광의 제2편광을 3차 반사시켜 λ/4 제2변환판(210)의 외측면(210b)으로 다시 입사시킨다.

제2미러 블럭(200)은, λ/4 제2변환판(210)과 평면 미러(230) 사이에 배치되는 제2이미지 렌즈(220)를 더 포함할 수 있다. 제2이미지 렌즈(220)는, 평면 미러(230)에서 3차 반사된 원편광의 제2편광의 DOF를 조절하여 λ/4 제2변환판(210)에 전달하는 기능을 수행한다.

결국, 평면 미러(230)에서 3차 반사되어 λ/4 제2변환판(210)의 외측면(210b)을 통해 입사되는 도 6(d)에 도시된 원편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 도 6(e)에 도시된 수평편광의 제2편광으로 λ/4 제2변환판(210)의 내측면(210a)을 통해 편광빔 분리판(400)의 후면(400b)을 향해 출사시킨다.

편광빔 분리판(400)은 λ/4 제2변환판(210)에서 제공되는 도 6(e)에 도시된 λ/2의 제2편광을 반사(4차 반사)시켜 제1이미지 렌즈(500)로 출사하게 된다.

편광빔 분리판(400)은, 수평편광은 투과시키며, 수직편광은 반사시키는 특성을 가지고 있기 때문에, λ/4 제2변환판(210)에서 제공되는 수직편광의 제2편광을 반사(4차 반사)시켜 간섭 빔으로서 제1이미지 렌즈(500)로 출사하게 되는 것이다.

제1이미지 렌즈(500)는, 입사되는 레이저빔의 광축과 동일한 축상에서 상기 편광빔 분리판(400)의 후단에 위치한다. 따라서 제1이미지 렌즈(500)는, 편광빔 분리판(400)에서 투과되는 수평편광의 제1편광과 편광빔 분리판(400)의 후면(400b)에서 4차 반사되는 수직편광의 간섭 빔을 제공받는다.

결국, 제2이미지 렌즈(220)를 통과 후 평면 미러에 재반사되어 다시 제2이미지 렌즈(220)를 통과하고 편광빔 분리판(400)에서 반사되어 제1이미지 렌즈(500)에 입사되어, 초점심도(DOF: depth of focus)가 조절되어 에너지 밀도가 높은 된 간섭 빔을 만들어낼 수 있다.

이와 같이 에너지 밀도(energy density)가 높은 포커싱 빔(focusing beam)은 절삭력(ablation)이 가능한 높은 에너지를 가져서 가공 물질의 중앙 또는 표면에 위치한 박막을 가공하거나 가공 표면에 면취 효과를 낼 수 있다.

또한 간섭 빔을 형성하는 빔은 초점 심도(DOF)가 길어 절체 절단이 가능해진다. 또한 편광빔 분리판(400) 앞에 편광 변환판(300)을 구비하여, 콘 미러(120)로 반사되는 레이저 강도(laser intensity)를 조절하여 절삭력을 가지는 빔과 간섭 빔의 강도비를 조절할 수 있어서 절삭되는 정도를 조절할 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.

100:제1미러 블럭
110:λ/4 제1변환판
120:콘 미러
200:제2미러 블럭
210:λ/4 제2변환판
220:제2이미지 렌즈
230:평면 미러
300:편광 변환판
400;편광빔 분리판
500;제1이미지 렌즈

Claims

입사되는 레이저빔을 반사시켜 간섭 빔으로 출사시키는 반사면을 가지는 콘 미러; 및
상기 콘 미러의 출사면 측에 이격되어 배치되며, 상기 콘 미러에서 출사된 간섭 빔의 에너지 밀도를 증가시키는 이미지 렌즈;를 포함하는 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.
청구항 1에 있어서,
상기 이미지 렌즈는 결상렌즈이며,
상기 이미지 렌즈를 통해 출사된 간섭 빔의 초점심도(DOF: depth of focus)는 상기 콘 미러에서 출사된 간섭 빔의 초점심도를 상기 이미지 렌즈의 배율로 나눈 값인 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.
청구항 1에 있어서,
입사되는 레이저빔을 수평편광의 제1편광과, 상기 제1편광에 직각된 수직편광의 제2편광으로 분리하여, 수평편광의 제1편광은 투과시키며 수직편광의 제2편광은 앞면을 통해 1차 반사시키고, 후면으로 제공되는 수직편광의 간섭 빔을 4차 반사시키는 편광빔 분리판;
상기 편광빔 분리판의 앞면을 통해 반사되는 수직편광의 제2편광을 2차 반사 및 3차 반사시켜 수직편광의 간섭 빔으로서 상기 편광빔 분리판의 후면으로 제공하는 미러 블럭; 및
상기 편광빔 분리판에서 투과되는 수평편광의 제1편광과 상기 편광빔 분리판의 후면에서 4차 반사되는 수직편광의 간섭 빔을 제공받아, 상기 제1편광과 간섭 빔의 에너지 밀도를 증가시키는 제1이미지 렌즈;
를 포함하는 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.
청구항 3에 있어서, 상기 제1이미지 렌즈는,
상기 입사되는 레이저빔의 광축과 동일한 축상에서 상기 편광빔 분리판의 후단에 위치하는 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.
청구항 3에 있어서,
상기 레이저빔의 광축과 동일한 축상에서 상기 편광빔 분리판의 전단에 위치하여, 입사되는 레이저빔의 편광의 비율을 조절하여 상기 편광빔 분리판에 제공하는 편광 변환판;
을 포함하는 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.
청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 미러 블럭은,
상기 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 상기 편광빔 분리판의 앞면에 이격되어 위치하여, 상기 편광빔 분리판에 1차 반사된 수직편광의 제2편광을 λ/2 변환시켜 2차 반사하여 수평편광의 제2편광으로서 상기 편광빔 분리판의 앞면으로 출사시키는 제1미러 블럭; 및
상기 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 상기 편광빔 분리판의 후면에 이격되어 위치하여, 상기 제1미러 블럭에서 출사되어 편광빔 분리판의 앞면을 통해 후면으로 투과되는 상기 수평편광의 제2편광을 λ/2 변환시켜 3차 반사하여 수직편광의 제2편광으로서 상기 편광빔 분리판의 후면으로 출사시키는 제2미러 블럭;
을 포함하는 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.
청구항 6에 있어서, 상기 제1미러 블럭은,
λ/4 파장 변환시키는 λ/4 제1변환판과 이등변 삼각 반사체인 콘 미러를 포함하며, 상기 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 상기 편광빔 분리판의 앞면에 인접한 순서대로 상기 λ/4 제1변환판과 콘 미러가 차례로 위치함을 특징으로 하는 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.
청구항 7에 있어서,
상기 λ/4 제1변환판은, 상기 편광빔 분리판에서 1차 반사되어 λ/4 제1변환판의 내측면으로 입사되는 수직편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 원편광의 제2편광으로 λ/4 제1변환판의 외측면을 통해 출사시키며, 2차 반사되어 λ/4 제1변환판의 외측면을 통해 입사되는 원편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 수평편광의 제2편광으로 λ/4 제1변환판의 내측면을 통해 출사시키며,
상기 콘 미러는, 상기 λ/4 제1변환판의 외측면을 통해 출사되는 원편광의 제2편광을 2차 반사시켜 상기 λ/4 제1변환판의 외측면으로 입사시킴을 특징으로 하는 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.
청구항 6에 있어서, 상기 제2미러 블럭은,
λ/4 파장 변환시키는 λ/4 제2변환판, 에너지 밀도를 증가시키는 제2이미지 렌즈, 및 수평면으로 된 반사체를 가지는 평면 미러를 포함하며,
상기 레이저빔의 광축과 직각된 수직축 상에서 상기 편광빔 분리판의 후면에 인접한 순서대로 상기 λ/4 제2변환판, 제2이미지 렌즈, 및 평면 미러가 차례로 위치함을 특징으로 하는 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.
청구항 9에 있어서,
상기 λ/4 제2변환판은, 상기 제1미러 블럭에서 2차 반사되어 편광빔 분리판을 투과하여 λ/4 제2변환판의 내측면으로 입사되는 수평편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 원편광의 제2편광으로 λ/4 제2변환판의 외측면을 통해 출사시키며, 3차 반사되어 λ/4 제2변환판의 외측면을 통해 입사되는 원편광의 제2편광을 λ/4 변환시켜 수직편광의 제2편광으로 λ/4 제2변환판의 내측면을 통해 상기 편광빔 분리판의 후면을 향해 출사시키며,
상기 평면 미러는, 상기 λ/4 제2변환판의 외측면을 통해 출사되는 원편광의 제2편광을 3차 반사시켜 상기 λ/4 제2변환판의 외측면으로 입사시킴을 특징으로 하는 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.
청구항 9에 있어서, 상기 제2미러 블럭은,
상기 λ/4 제2변환판과 평면 미러 사이에 배치되며, 상기 평면 미러에서 3차 반사된 λ/4의 제2편광의 에너지 밀도를 증가시켜 상기 λ/4 제2변환판에 전달하는 제2이미지 렌즈;
를 포함하는 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기.