KR20170118988A - 빔 분할 광원렌즈 및 그를 이용한 빔 분할장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빔 분할 광원렌즈 및 그를 이용한 빔 분할장치가 개시된다. 본 발명의 빔 분할 광원렌즈는 빔이 입사되고, 입사 표면에 적어도 하나의 반원기둥 형상을 가지는 돌기가 길이방향으로 형성되어 입사된 빔을 콜리메이션하는 입사면 및 입사면의 반대편에 형성되고, 출사 표면에 적어도 하나의 프리즘 형상을 가지는 단면이 폭방향으로 형성되어 콜리메이션된 빔을 두 개 이상으로 분할하고, 패턴을 형성하여 출사하는 출사면을 포함한다.

Description

빔 분할 광원렌즈 및 그를 이용한 빔 분할장치{Beam splitter Light lens and beam splitter apparatus using the same}

본 발명은 광원렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 레이저 광원에서 출사되는 빔을 두 개 이상의 다중 빔으로 분할하는 빔 분할 렌즈 및 그를 이용한 빔 분할 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 2개 이상의 다중 빔이 요구될 경우, 그에 해당되는 광원을 이용하는 방법이 있다. 여기서, 각 광원은 해당 광원을 이용하여 만들고자 하는 빔의 패턴을 형성할 수 있도록 렌즈 또는 광학계를 이용한다.

또한 하나의 광원을 이용하여 2개 이상의 다중 빔을 형성하는 경우, 복잡한 광학계를 이용하는 방법이 있다. 예를 들면, 광원을 분할하기 위한 빔 분할기(beam splitter), 분할된 빔 모양을 만들어주는 렌즈(beam shaping lens) 등 다수의 광학계가 이용될 수 있다. 이 경우, 이용되는 렌즈의 종류가 증가할 뿐만 아니라 각 광학계를 정렬하고 고정해야하는 어려움도 동시에 수반하게 된다.

또 다른 방법으로는 스플리터 광섬유와 렌즈 광학계를 이용하는 방법이 있다. 스플리터 광섬유는 하나의 입사단을 가지고 다수의 출사단을 가지고 있는 광섬유로 출사단의 개수만큼 광원을 빔으로 분할한다. 여기서, 각 출사단은 빔 패턴을 결정지을 수 있는 렌즈 또는 광학계가 연결되어 최종으로 원하는 빔으로 분할할 수 있다.

즉, 전술된 방법들은 광원으로부터 발산되는 빔을 분할하기 위해 다수의 렌즈 또는 광학계를 구비해야만 하며 이를 통해 빔을 분할하는 장치의 구조가 복잡해지는 문제점을 가지고 있다. 그러므로 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

한국등록특허공보 제10-1571486호(2015.11.24.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하나의 빔 분할 광원렌즈를 통해 입사되는 빔을 콜리메이션한 후, 빔을 원하는 개수로 분할하고, 원하는 패턴으로 형성시키는 빔 분할 렌즈 및 그를 이용한 빔 분할 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 빔 분할장치의 구조를 단순화하여 소요되는 부품 개수를 감소시키고, 광학 부품의 정렬에 소요되는 시간과 비용을 절감하는 빔 분할 렌즈 및 그를 이용한 빔 분할 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 빔 분할 광원렌즈는, 빔이 입사되고, 입사 표면에 적어도 하나의 반원기둥 형상을 가지는 돌기가 길이방향으로 형성되어 상기 입사된 빔을 콜리메이션하는 입사면 및 상기 입사면의 반대편에 형성되고, 출사 표면에 적어도 하나의 프리즘 형상을 가지는 단면이 폭방향으로 형성되어 상기 콜리메이션된 빔을 두 개 이상으로 분할하고, 패턴을 형성하여 출사하는 출사면을 포함한다.

또한 상기 입사면은, 상기 입사 표면의 중심을 기준으로 상기 돌기가 서로 대칭되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 출사면은, 상기 출사 표면의 중심을 기준으로 상기 단면이 서로 대칭되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 출사면은, 길이방향의 바깥쪽에서 상기 출사 표면의 중심으로 갈수록 상기 단면의 모서리에 대한 높이가 같거나 낮아지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 단면은, 상기 모서리가 지그재그 형상으로 서로 연결되어 단차를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 출사면은, 상기 단면의 각도를 조절하여 상기 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 출사면은, 상기 패턴이 복수 개의 단면으로부터 출사된 빔으로 형성될 수 있도록 상기 단면의 개수를 상기 패턴의 개수보다 많게 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 빔 분할장치는, 빔을 발생하는 광원부, 상기 발생된 빔을 분할하는 빔 분할 광원렌즈, 상기 빔 분할 광원렌즈를 지지하고, 상기 빔 분할 광원렌즈의 위치를 이동시키며, 방향을 전환하는 광원렌즈 구동부 및 상기 광원부에서 빔을 발생시키는 시점 및 방향을 제어하고, 상기 광원렌즈 구동부를 이용하여 상기 빔 분할 광원렌즈의 위치 및 방향을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 빔 분할 광원렌즈는, 상기 빔이 입사되고, 입사 표면에 적어도 하나의 반원기둥 형상을 가지는 돌기가 길이방향으로 형성되어 상기 입사된 빔을 콜리메이션하는 입사면 및 상기 입사면의 반대편에 형성되고, 출사 표면에 적어도 하나의 프리즘 형상을 가지는 단면이 폭방향으로 형성되어 상기 콜리메이션된 빔을 두 개 이상으로 분할하고, 패턴을 형성하여 출사하는 출사면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 빔 분할 렌즈 및 그를 이용한 빔 분할 장치는 하나의 빔 분할 광원렌즈를 통해 입사되는 빔을 콜리메이션한 후, 빔을 원하는 개수로 분할하고, 원하는 패턴으로 형성시킬 수 있다.

또한 구조를 단순화하여 소요되는 부품 개수를 감소시키고, 광학 부품의 정렬에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.

또한 신뢰성을 향상시키고, 소형화를 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 분할 광원렌즈의 입사면 방향을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 분할 광원렌즈의 출사면 방향을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 분할 광원렌즈의 입사면을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 분할 광원렌즈의 출사면을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 분할장치를 설명하기 위한 개략도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 분할 광원렌즈의 입사면 방향을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 분할 광원렌즈의 출사면 방향을 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 빔 분할 광원렌즈(10)는 입사되는 빔을 콜리메이션한 후, 빔을 원하는 개수로 분할하고, 원하는 패턴으로 형성시켜 출사한다. 빔 분할 광원렌즈(10)는 입사면(10) 및 출사면(20)을 포함한다.

입사면(10)은 빔 분할 광원렌즈(10)의 일면으로서, 빔이 입사된다. 이 때, 빔은 레이저 빔일 수 있다. 입사면(10)은 전체적으로 볼록렌즈의 반쪽 형상으로 형성된다. 이 때, 입사면(10)은 입사 표면(21)에 적어도 하나의 반원기둥 형상을 가지는 돌기(23)가 길이방향(X축)으로 형성된다. 즉, 돌기(23)는 반원기둥 형상의 투명한 렌즈일 수 있다.

여기서, 돌기(23)는 입사 표면(21)의 전체에 형성되거나, 일부에 형성될 수 있다. 또한 돌기(23)는 입사 표면의 중심(25)을 기준으로 서로 대칭이 되게 형성될 수 있다. 이 때, 대칭은 입사 표면의 중심(25)으로 좌우대칭, 상하대칭 및 대각선대칭 중 어느 하나의 대칭일 수 있다.

출사면(20)은 빔 분할 광원렌즈(10)의 타면으로서, 입사면(10)의 반대편에 형성되어 입사면(10)을 통과한 빔을 출사한다. 출사면(20)은 출사 표면(31)에 적어도 하나의 프리즘 형상을 가지는 단면(33)이 폭방향(Y축)으로 형성된다. 즉, 단면(33)은 프리즘 형상의 투명한 렌즈일 수 있다.

출사면(20)은 길이방향의 바깥쪽에서 중심으로 갈수록 단면(33)의 모서리에 대한 높이가 같거나 낮아질 수 있다. 여기서, 단면(33)은 모서리가 지그재그 형상으로 서로 연결되어 단차를 형성한다. 단면(33)은 출사 표면의 중심(35)을 기준으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 이 때, 대칭은 출사 표면의 중심(35)으로 좌우대칭, 상하대칭 및 대각선대칭 중 어느 하나의 대칭일 수 있다.

이 때, 빔 분할 광원렌즈(10)는 입사면(10) 및 출사면(20) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 입사면(10)과 출사면(20)을 둘 다 포함하는 구조일 수 있다.

도 1 및 도 2에는 도시되지 않았지만, 빔 분할 광원렌즈(10)는 입사면(10)과 출사면(20) 사이에 접합면(미도시)형성될 수 있다. 접합면은 입사면(10)과 출사면(20)이 서로 접하는 면일 수 있다.

또한 빔 분할 광원렌즈(10)는 광원렌즈 구동부(15)에 연결되어 지지될 수 있다. 여기서, 광원렌즈 구동부(15)의 상세한 설명은 도 5에서 기재하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 분할 광원렌즈의 입사면을 설명하기 위한 개략도이다. 여기서, 도 3에 도시된 입사면(20)은 빔 분할 광원렌즈(10)를 Y축 방향으로 절단한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 입사면(20)은 광원부(40)로부터 입사되는 빔을 콜리메이션(collimation)한다. 여기서, 콜리메이션은 입사되는 빔의 입자 통로를 서로 평행하게 되도록 조정하는 것을 의미한다.

입사면(20)은 입사되는 빔이 가지고 있는 발산각을 모아 콜리메이션을 시킬 수 있다. 이를 위해, 입사면(20)은 입사 표면(21)에 콜리메이션 기능을 가지는 반원기둥 형상의 돌기(23)를 형성한다. 바람직하게는, 돌기(23)는 콜리메이션이 효과적으로 일어날 수 있도록 복수개의 반원기둥 형상으로 입사표면(21)에 형성될 수 있다. 입사면(20)은 입사 표면의 중심(25)을 기준으로 돌기(23)가 서로 대칭되도록 형성할 수 있다.

여기서, 입사면(20)은 빔이 가지고 있는 발산각에 따라 돌기(23)의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 입사면(20)은 동일한 크기의 돌기(23)를 입사 표면의 중심(25)에 대칭되게 형성하거나, 다양한 크기의 돌기(23)를 입사 표면의 중심(25)에 대칭되게 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 분할 광원렌즈의 출사면을 설명하기 위한 개략도이다. 여기서, 도 4에 도시된 출사면(30)은 빔 분할 광원렌즈(10)를 X축 방향으로 절단한 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 출사면(30)은 입사면(20)에서 콜리메이션된 빔을 두 개 이상으로 분할한다.

출사면(30)은 입사면(20)을 통해 통과한 빔이 특정 방향으로 출사될 수 있도록 프리즘 형상을 가지는 단면(33)이 형성된다. 여기서, 특정 방향은 대상물에 출사되는 방향으로 두 개 이상일 수 있다.

출사면(30)은 출사 표면의 중심(35)을 기준으로 단면(33)이 서로 대칭되도록 형성한다. 출사면(30)은 길이방향(X축)의 바깥쪽에서 출사 표면의 중심(35)으로 갈수록 단면(33)의 모서리에 대한 높이가 같거나 낮아질 수 있다. 여기서, 단면(33)은 모서리가 지그재그 형상으로 서로 연결되어 단차를 형성할 수 있다.

또한 출사면(30)은 단면(33)의 각도를 조절하여 빔의 패턴을 형성한다. 여기서, 출사면(30)은 빔의 패턴이 복수 개의 단면(33)으로부터 출사된 빔으로 형성될 수 있도록 단면(33)의 개수를 패턴의 개수보다 많게 형성할 수 있다.

예를 들면, B6단면은 제1 대상물(51)에 빔을 출사하여 제1 패턴을 형성하고, A1단면, A2단면 및 B4단면은 제2 대상물(52)에 빔을 출사하여 제2 패턴을 형성한다. A3단면, B3단면 및 B5단면은 제3 대상물(53)에 빔을 출사하여 제3 패턴을 형성하고, A3단면, A5단면 및 B3단면은 제4 대상물(54)에 빔을 출사하여 제4 패턴을 형성한다. A4단면, B1단면 및 B2단면은 제5 대상물(55)에 빔을 출사하여 제5 패턴을 형성하고, A6단면은 제6 대상물(56)에 빔을 출사하여 제6 패턴을 형성한다.

바람직하게는, 출사면(30)은 제2 패턴 내지 제4 패턴과 같이 두 개 이상으로 형성된 빔을 출사하도록 단면(33)이 형성될 수 있다. 이를 통해, 빔은 광세기에 대한 균일도를 높일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 분할장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 빔 분할장치(100)는 하나의 빔 분할 광원렌즈(10)를 통해 입사되는 빔을 콜리메이션한 후, 빔을 원하는 개수로 분할하고, 원하는 패턴으로 형성시킨다. 빔 분할장치(100)는 구조를 단순화하여 소요되는 부품 개수를 감소시키고, 광학 부품의 정렬에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있다. 또한 빔 분할장치(100)는 기존의 빔 분할장치들보다 신뢰성을 향상시키고, 소형화를 할 수 있다. 빔 분할장치(100)는 빔 분할 광원렌즈(10), 광원렌즈 구동부(15), 광원부(40) 및 제어부(60)를 포함한다.

광원부(40)는 빔을 발생한다. 이 때, 빔은 레이저 빔일 수 있다. 광원부(40)는 빔 분할 광원렌즈(10)를 향해 빔을 발생시킨다.

빔 분할 광원렌즈(10)는 일면에 형성된 입사면(20)과 타면에 형성된 출사면(30)을 포함한다. 입사면(20)은 광원부(40)로부터 빔이 입사되고, 입사 표면(21)에 적어도 하나의 반원기둥 형상을 가지는 돌기(23)가 길이방향으로 형성하여 입사된 빔을 콜리메이션한다. 출사면(30)은 입사면(20)의 반대편에 형성되어 입사면(20)을 통과한 콜리메이션된 빔을 두 개 이상으로 분할하고, 패턴을 형성하여 대상물(50)을 향해 출사한다. 이를 수행하기 위해, 출사면(30)은 출사 표면(31)에 적어도 하나의 프리즘 형상을 가지는 단면을 폭방향으로 형성한다. 여기서, 대상물(50)은 대상물(50)을 고정시켜주고, 이동시켜주는 스테이지(55)의 상부에 배치될 수 있다.

광원렌즈 구동부(15)는 빔 분할 광원렌즈(10)의 양끝단을 고정시켜 빔 분할 광원렌즈(10)가 움직이지 않도록 지지한다. 또한 광원렌즈 구동부(15)는 빔 분할 광원렌즈(10)의 위치를 이동시키고, 방향을 전환한다. 광원렌즈 구동부(15)는 모터(미도시)를 포함하여 빔 분할 광원렌즈(10)의 위치와 방향을 이동 또는 전환시킬 수 있다. 바람직하게는, 광원렌즈 구동부(15)는 각 축마다 모터를 구비하여 빔 분할 광원렌즈(10)의 위치와 방향을 이동 또는 전환시킬 수 있다.

제어부(60)는 광원부(40)에서 빔을 발생시키는 시점 및 방향을 제어한다. 제어부(60)는 광원렌즈 구동부(15)를 이용하여 빔 분할 광원렌즈(10)의 위치 및 방향을 제어한다. 이를 통해, 제어부(60)는 대상물(50)의 위치에 맞게 빔이 출사하도록 제어할 수 있고, 빔이 출사되는 시점도 제어할 수 있다.

또한 제어부(60)는 대상물(50)을 지지하는 스테이지(55)의 이동을 제어하여 대상물(50)의 위치를 제어할 수 있다.

빔 분할장치(100)는 외부환경에 따라 입력부(70), 출력부(80) 및 저장부(90)를 포함할 수 있다. 입력부(70)는 사용자로부터 사용자 입력을 입력받는다. 이 때, 입력된 사용자 입력은 빔의 출사되는 정보를 포함할 수 있다. 출력부(80)는 빔이 출사되어 대상물(50)에 조사되는 과정을 출력할 수 있다. 출력부(80)는 모니터, 프로젝터 등일 수 있다. 저장부(90)는 기존에 수행되었던 작업이 저장되고, 광원부(40), 빔 분할 광원렌즈(10) 및 스테이지(55)의 현재위치가 저장될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

10: 빔 분할 광원렌즈 15: 광원렌즈 구동부
20: 입사면 21: 입사 표면
23: 돌기 25: 입사 표면의 중심
30: 출사면 31: 출사 표면
33: 단면 35: 출사 표면의 중심
40: 광원부 50: 대상물
55: 스테이지 60: 제어부
70: 입력부 80: 출력부
90: 저장부 100: 빔 분할장치

Claims (8)

1. 빔이 입사되고, 입사 표면에 적어도 하나의 반원기둥 형상을 가지는 돌기가 길이방향으로 형성되어 상기 입사된 빔을 콜리메이션하는 입사면; 및
   상기 입사면의 반대편에 형성되고, 출사 표면에 적어도 하나의 프리즘 형상을 가지는 단면이 폭방향으로 형성되어 상기 콜리메이션된 빔을 두 개 이상으로 분할하고, 패턴을 형성하여 출사하는 출사면;
   을 포함하는 빔 분할 광원렌즈.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 입사면은,
   상기 입사 표면의 중심을 기준으로 상기 돌기가 서로 대칭되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 빔 분할 광원렌즈.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 출사면은,
   상기 출사 표면의 중심을 기준으로 상기 단면이 서로 대칭되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 빔 분할 광원렌즈.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 출사면은,
   길이방향의 바깥쪽에서 상기 출사 표면의 중심으로 갈수록 상기 단면의 모서리에 대한 높이가 같거나 낮아지는 것을 특징으로 하는 빔 분할 광원렌즈.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 단면은,
   상기 모서리가 지그재그 형상으로 서로 연결되어 단차를 형성하는 것을 특징으로 하는 빔 분할 광원렌즈.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 출사면은,
   상기 단면의 각도를 조절하여 상기 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 빔 분할 광원렌즈.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 출사면은,
   상기 패턴이 복수 개의 단면으로부터 출사된 빔으로 형성될 수 있도록 상기 단면의 개수를 상기 패턴의 개수보다 많게 형성하는 것을 특징으로 하는 빔 분할 광원렌즈.
8. 빔을 발생하는 광원부;
   상기 발생된 빔을 분할하는 빔 분할 광원렌즈;
   상기 빔 분할 광원렌즈를 지지하고, 상기 빔 분할 광원렌즈의 위치를 이동시키며, 방향을 전환하는 광원렌즈 구동부; 및
   상기 광원부에서 빔을 발생시키는 시점 및 방향을 제어하고, 상기 광원렌즈 구동부를 이용하여 상기 빔 분할 광원렌즈의 위치 및 방향을 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 빔 분할 광원렌즈는,
   상기 빔이 입사되고, 입사 표면에 적어도 하나의 반원기둥 형상을 가지는 돌기가 길이방향으로 형성되어 상기 입사된 빔을 콜리메이션하는 입사면; 및
   상기 입사면의 반대편에 형성되고, 출사 표면에 적어도 하나의 프리즘 형상을 가지는 단면이 폭방향으로 형성되어 상기 콜리메이션된 빔을 두 개 이상으로 분할하고, 패턴을 형성하여 출사하는 출사면;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 분할장치.
   

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