KR20180025262A - 광학 장치, 가공 장치, 물품 제조 방법 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체 - Google Patents

광학 장치, 가공 장치, 물품 제조 방법 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체 Download PDF

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Abstract

광학 장치는 제1 반사면 및 제2 반사면을 포함하는 회전가능 반사 부재와, 복수의 반사면을 포함하고 제1 반사면에서 반사된 광을 복수의 반사면에서 순차 반사하여 상기 광을 제2 반사면에 입사시키도록 구성되는 광학계와, 반사 부재의 각도를 변경하도록 구성되는 구동부와, 제2 반사면에서 반사된 후에 반사 부재로부터 사출되는 광의 경로를 변경하기 위해 구동부를 제어하도록 구성되는 제어 유닛과, 제1 반사면에서 반사된 광의 위치를 인식하도록 구성되는 광입사부를 포함한다.

Description

광학 장치, 가공 장치, 물품 제조 방법 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체{OPTICAL APPARATUS, MACHINING APPARATUS, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD, AND COMPUTER READABLE STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 광학 장치, 가공 장치 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
레이저 가공 장치 등에서의 광주사 장치는, 방위(θx, θy)로부터 광을 집광하고 집광된 광을 대상물 상의 위치(x, y, z)에 조사하도록 병진 광학계와, 집광 광학계와, 편향 광학계를 포함할 수 있다. 병진 광학계는, 방위를 변경하기 위해서, 후술하는 집광 광학계에 입사하는 광을 병진(평행 시프트)시키는 광학계이다(일본 특허 출원 공개 공보 제2016-103007호 참조). 집광 광학계는, 대상물 상에 광을 집광하기 위해서, 광의 포커스 위치(z)를 변경하는 광학계이다. 편향 광학계(주사 광학계라고도 칭함)는, 광 조사 위치(x, y)를 변경하기 위해서 미러 같은 편향 광학 소자를 포함한다. 이들 광학계 중, 일본 특허 출원 공개 공보 제2016-103007호에 개시된 병진 광학계는 제1 반사면과 제2 반사면을 갖는 회전가능한 반사 부재를 포함한다. 병진 광학계는 또한, 제1 반사면에 의해 반사된 광을 복수의 반사면에서 순차 반사하여 그 광을 제2 반사면에 입사시키는 광학계를 포함한다. 병진 광학계는 반사 부재의 회전 각도를 변경함으로써 제2 반사면에 의해 반사되고 반사 부재로부터 사출된 광의 광로를 조정하는 조정 유닛을 더 포함한다. 이러한 구성은 반사 부재로부터 최종적으로 사출되는 광의 병진(평행 시프트)을 실현한다. 또한, 2개의 세트의 병진 광학계를 배치함으로써, 2개의 축 방향으로 광을 병진시킬 수 있다. 반사 부재로부터 사출된 광이 집광 광학계(집광 렌즈)에 편심 시프트되어서 입사하면, 편심량과 집광 광학계의 초점 거리로부터 결정되는 경사 각도로 경사진 집광된 광이 집광 광학계로부터 사출된다. 집광된 광은 광 가공 장치 등에서 물체를 가공하기 위해 사용될 수 있다. 광 가공 장치에서, 예를 들어 열적 효과 또는 파동적 효과에 의해 물체에 구멍을 천공하기 위해서 물체에 집광된 광이 조사된다.
이러한 구성을 이용하기 위해서는, 광주사 장치의 광 입구에 입사되는 (레이저) 광의 위치 및 각도가 정확하게 제어되어야 하며 필요한 경우 조정되어야 한다. 각도를 정확하게 조정하기 위해서는, 광 입구에서의 정렬 이외에, 광주사 장치 내측의 광로 상에서의 광이 비교적 작은 직경을 갖는 위치에서의 광의 관찰(모니터) 또는 계측에 의한 광의 정렬이 필요하다. 관찰 또는 계측을 위해, 광주사 장치의 보호 커버가 제거되고, 타깃 플레이트가 광로 안으로 삽입되며, 플레이트 상의 휘점의 위치가 시각적으로 관찰되거나 그 이미지가 촬상되므로, 번거로울 수 있다. 시각적 검사(관찰) 또는 입사광의 경로를 지시하는 이미지의 촬상의 결과에 따라 입사광의 경로가 조정될 수 있다(예를 들어, 광원의 위치 또는 배향 같은 설치 상태가 조정될 수 있다). 이러한 시간 소모적인 조정을 그리 자주 필요로하는 것이 바람직하지 않다.
또한, 보호 커버의 제거는 고에너지 광(예를 들어, 레이저 광)에 의해 조장되는, 먼지가 부착된 광학 소자의 손상 위험을 증가시킨다. 그로 인해, 이러한 광주사 장치가 사용될 때는 깨끗한 환경의 유지가 필요하게 될 수 있다. 또한, 이러한 광주사 장치에는, 제거가 어려울 수 있는 사용자(작업자)를 보호하기 위한 특수한 보호구가 설치되어야 할 수 있다. 이들 상술한 점 및 다른 실질적인 문제로 인해, 상술한 바와 같은 조정은 번거로울 수 있다.
실시예에 따르면, 본 발명은 입사광의 경로의 조정을 유리하게 달성할 수 있는 광학 장치에 관한 것이다.
본 발명의 양태에 따르면, 광학 장치는, 제1 반사면과 제2 반사면을 포함하는 반사 부재와; 복수의 반사면을 포함하고, 상기 제1 반사면에 의해 반사된 광을 상기 복수의 반사면에서 순차 반사하여 상기 광을 상기 제2 반사면에 안내하도록 구성되는 광학계와; 상기 반사 부재의 제1 반사면에 대한 상기 광의 입사 각도를 변경하도록 구성되는 구동부와; 상기 광이 상기 제2 반사면에서 반사된 후에 상기 반사 부재로부터 출력되는 광의 경로가 제어될 수 있도록 상기 구동부를 제어하도록 구성되는 제어 유닛과; 상기 광이 상기 제1 반사면에 의해 반사된 후의 상기 입사광의 위치를 지시하도록 구성되는 광입사부를 포함한다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예 각각은 단독으로, 또는 필요한 경우 또는 개별 실시예로부터의 요소 또는 특징의 단일 실시예로의 조합이 유리한 경우에는 복수의 실시예 또는 그 특징의 조합으로서 구현될 수 있다.
도 1은 제1 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 구성예를 도시한다.
도 2는 광학 장치의 일부의 구성예를 도시한다.
도 3은 광학 장치의 일부의 다른 구성예를 도시한다.
도 4는 도 1 내지 도 3 중 임의의 것에 도시된 광학 장치를 포함하는 가공 장치의 구성예를 도시한다.
도 5는 반사 부재의 각도를 변경하는 구동부의 구성예를 도시한다.
도 6은 광입사부의 구성예를 도시한다.
도 7은 제2 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 구성예를 도시한다.
도 8은 제2 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 다른 구성예를 도시한다.
도 9는 제3 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 구성예를 도시한다.
도 10은 제4 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 구성예를 도시한다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 가공 장치의 구성예를 도시한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 설명한다. 예시적인 실시예를 설명하기 위한 도면 전체를 통해서, 원칙으로서(달리 설명되지 않는 한) 동일한 부재 등에는 동일한 부호를 부여하고, 그 반복적인 설명은 생략한다.
도 2는 제1 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 일부의 구성예를 도시한다. 본 예시적인 실시예에 따른 광학 장치는 사출되는 광의 경로(광로)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 광학 장치는 광선을 병진(평행 시프트)시킬 수 있다. 본 예시적인 실시예에 따른 광선 평행 시프트 기구(병진 광학계)는, 광원(50)으로부터의 광선(51)을 반사하는 미러 부재(2)(반사 부재라고도 칭함)를 포함한다. 이하의 설명에서, 각각의 반사면은 평면으로서 간주될 수 있고, 광로는 병진되는 것으로 상정된다. 미러 부재(2)는, 예를 들어 유리로 구성되며, 광원(50)으로부터의 광선(51)을 받는 제1 반사면(2a)과 그 반대측의 제2 반사면(2b)을 갖는다. 제1 반사면(2a) 및 제2 반사면(2b)은 각각 고반사율을 갖는 코팅을 갖는다. 미러 부재(2)는, 프리즘 형상으로 형성될 수 있으며, 제1 반사면(2a) 및 제2 반사면(2b)은 서로 독립적일 수 있다. 예를 들어, 그들은 대향측일 수 있다. 그러나, 제1 반사면(2a)과 제2 반사면(2b) 사이의 상대적인 위치 관계는 고정되는 것이 바람직할 수 있다.
미러 부재(2)는, 광학 장치로부터 사출(출력)된 광의 경로의 제어(변경)를 가능하게 하기 위해 그 각도가 가변적으로 구성된다(입사광에 대해 가변적인 각도 위치 또는 배향). 도 5는 반사 부재(2)의 각도를 변경하는 구동부(1)의 구성예를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 구성예에 따르면, 미러 부재(2)는 (검류계) 모터(1)(즉, 구동부)의 출력축(1a)에 의해 피벗식으로 지지되어 있다. 제어 유닛(60)은 모터(1)에 구동 신호를 출력하고, 모터(1)는 구동 신호에 대응하는 구동량(즉, 각도 위치 또는 배향 변경량)만큼 출력축(1a)을 개재해서 미러 부재(2)를 회전시킨다. 이와 같이, 미러 부재(2)는 회전 가능하도록(즉, 입사 광선과의 입사 각도가 가변적으로) 구성된다. 도 5에서, 미러 부재(2)는 광원(50)으로부터 사출된 광선(51)에 대하여 약 45도로 경사져 있다.
제1 예시적인 실시예에 따른 병진 광학계는, 미러 부재(2)에 의해 반사된 광을 복수의 반사면에서 순차 반사하여 그 광을 미러 부재(2)에 역으로 안내함으로써 광을 미러 부재(2)에 다시 입사시키는 광학계(80)를 갖는다. 광학계(80)는, 예를 들어 광선(51)에 관해서 축대칭이 되도록 고정식으로 배치되는 4개의 미러(3, 4, 5, 및 6)(반사면)를 포함한다. 미러 부재(2)의 제1 반사면(2a)에 의해 반사된 광은, 이들 미러(3, 4, 5, 및 6)에서 순차 반사되어서, 미러 부재(2)의 제2 반사면(2b)에 안내된다. 광학계(80)는, 제2 반사면(2b)에서 반사되고 최종적으로 미러 부재(2)로부터 사출(출력)된 광이 그것이 제1 반사면(2a)에 입사하기 직전의 광선(51)의 진행 방향과 실질적으로 동일한(또는 실질적으로 평행한) 진행 방향을 갖도록 배치된다. 실시예에 따르면, 광학계에 의해 광이 반사(미러) 부재(2)의 제1 및 제2 반사면(2a, 2b)의 양쪽 모두에서 반사되는 한편 광이 반사(미러) 부재(2)와 관계되기 전과 후 사이에 실질적으로 동일한(또는 실질적으로 평행한) 진행 방향을 유지하도록 광이 안내될 수 있는 한은, 적어도 하나의 반사면(미러) 또는 복수의 반사면(미러들)을 포함하는 임의의 광학계가 사용될 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 광선(51)의 경로에 관하여, 도 2의 4개의 미러(3, 4, 5, 및 6)의 반사면은 45도로 배치될 수 있다.
미러 부재(2)의 회전 각도(각 위치 또는 배향)가 변화되더라도 사출(출력)된 광의 각도(및 그에 따른 진행 방향)는 변화되지 않는다. 그러므로, 제어 유닛(60)을 사용하여 미러 부재(2)의 회전 각도(각 위치 또는 배향)를 제어함으로써, 제2 반사면(2b)에서 반사되고 미러 부재(2)로부터 사출된 광의 경로가 조정될 수 있는데, 즉 병진되거나 평행 시프트로 조정될 수 있다.
도 3은 광학 장치의 일부의 다른 구성예를 도시한다. 본 구성은, 도 2에서 나타낸 구성의 조합이며, 광원(50)으로부터의 광선(51)을 받는 제1 병진 광학계(61)와, 제1 병진 광학계(61)로부터 사출(출력)된 광을 받는 제2 병진 광학계(62)를 포함한다. 제1 병진 광학계(61)는, 광원(50)으로부터 사출된 광선(51)을 반사하는 각도 가변 미러 부재(13)를 갖는다. 각도 가변 미러 부재(13)는 도 1의 미러 부재(2)에 대응한다. 제1 병진 광학계(61)는, 도 1의 미러(3, 4, 5, 및 6)에 대응하는 미러(14-1, 14-2, 14-3, 및 14-4)를 포함한다. 제2 병진 광학계(62)는, 제1 병진 광학계로부터 사출된 광선을 반사하는 각도 가변 미러 부재(15)를 포함한다. 각도 가변 미러 부재(15)는 도 1의 미러 부재(2)에 대응한다. 제2 병진 광학계(62)는, 또한 도 1의 미러(3, 4, 5, 및 6)에 대응하는 미러(16-1, 16-2, 16-3, 및 16-4)를 포함한다. 제1 병진 광학계(61)의 미러 부재(13)의 회전축(63)과 제2 병진 광학계(62)의 미러 부재(15)의 회전축(64)은 비평행이 되도록, 예를 들어 서로 직교하도록 배치된다.
제1 병진 광학계(61)에서, 미러 부재(13)의 제1 반사면에 의해 반사된 입사광은, 미러(14-1, 14-2, 14-3, 및 14-4)에서 순차 반사되고, 미러 부재(13)의, 제1 반사면의 반대쪽 측의 제2 반사면에 안내된다. 제2 반사면에 의해 반사되고 미러 부재(13)로부터 사출된 광은 제2 병진 광학계(62)의 미러 부재(15)에 입사한다. 제2 병진 광학계(62)에서, 미러 부재(15)의 제1 반사면에 의해 반사된 입사광은, 미러(16-1, 16-2, 16-3, 및 16-4)에서 순차 반사되고, 미러 부재(15)의 제1 반사면 반대측의 미러 부재(15) 측의 제2 반사면에 안내된다. 미러 부재(15)의 제2 반사면에서 반사되고 최종적으로(결국) 미러 부재(15)로부터 사출(출력) 광은, 그것이 제1 병진 광학계(61)의 미러 부재(13)의 제1 반사면과 관련될 때의 광선(51)의 진행 방향과 실질적으로 동일한(실질적으로 평행한) 진행 방향을 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 병진 광학계(61)의 각 미러에 의한 반사로부터의 광로를 포함하는 제1 평면과 제2 병진 광학계(62)의 각 미러에 의한 반사로부터의 광로를 포함하는 제2 평면이 서로 교차하는 배치가 채용될 수 있다. 상술한 바와 같이 제1 및 제2 평면이 서로 교차하도록 2개의 병진 광학계를 배치함으로써, 광학 장치의 크기를 감소시킬 수 있다.
여기서, 상술한 광학 장치(병진 광학계)와 광학 장치로부터 사출된 광을 안내(조사)하는 광학계를 포함하는 가공 장치에 대해서 설명한다. 도 4는, 광학 장치를 포함하는 가공 장치의 구성예를 도시한다. 본 예시적인 실시예에 따른 가공 장치는, 레이저 광원(24)의 후방측(후단)에, 도 3을 참조하여 설명한 광학 장치(병진 광학계)(17)를 포함한다. 그 후방 측에서, 가공 장치는 광선 확대 광학계(18 및 19)를 포함하고, 이에 의해 광선이 필요한 병진량 및 직경을 갖도록 광선을 확대한다. 또한, 광선 확대 광학계의 후방 측에서, 가공 장치는 집광 광학계(집광 렌즈)(22)를 포함하고, 이에 의해 레이저 광을 집광하여 초점면에 위치된 물체(23)에 집광된 레이저 광을 조사한다. 또한, 가공 장치는 광선 확대 광학계(19)와 집광 광학계(22) 사이에 (검류계) 미러(20 및 21)(편향 광학계)를 포함하고, 미러(20 및 21)의 회전 각도(각 위치 또는 배향)를 조정함으로써 물체(23) 상의 목표 위치(x, y)에 집광된 광을 조사한다. 이상의 구성에 의하면, 집광 광학계에 입사하는 광선을 병진 광학계(17)에 의해 평행 편심 시프트되게 할 수 있고, 집광 광학계로부터 사출되고 물체(23)에 입사하는 레이저 광선의 각도(입사 각도)를 변경(조정)할 수 있다. 그 결과, 물체에 테이퍼형 구멍을 형성할 수 있거나, 물체를 기울어진 단면을 갖도록 절단할 수 있다.
도 1은 제1 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 구성예를 도시한다. 광학 장치는 도 2를 참조하여 설명한 병진 광학계를 포함하고 있다. 도 1은, 미러 부재(2)를 광축 조정을 위한 각도(광축 조정 유닛(70)으로부터 출력된 광선(51)에 대하여 대략 45도 경사진 각도로부터 비교적 큰 각도로 미러 부재(2)를 회전시켜 얻은 각도)로 설정한 상태(실선)를 나타내고 있다. 이 광축 조정 상태에서는, 미러 부재(2)에 의해 반사된 광선은, 고정 미러(3, 4, 5, 및 6)에 도달하지 않지만, 다른 고정 미러(8)(반사 광학 소자)를 경유하여 광입사부(7)에 안내된다. 도 6은 광입사부의 구성예를 도시한다. 예시적인 실시예에 따르면, 광입사부(7)는, 광학 장치의 커버(하우징)(10)에 제공되고, 예를 들어 광을 관찰하기 위한 스크린(예를 들어, 불투명 유리판)을 포함할 수 있으며, 상기 스크린은 입사광의 위치를 인식하기(지시하기) 위해 사용되는 지표(선(7a))를 포함한다. 그 외에, 스크린의 입사광의 이미지를 촬상하는 촬상 유닛(100)(예를 들어, 렌즈(100a) 및 텔레비젼(TV) 카메라(100b)를 포함함)을 제공할 수 있다. 스크린 대신에, 입사광의 위치를 검출하는 검출 소자(포토다이오드 어레이 또는 다분할 포토다이오드 같은 광 위치 검출 소자) 또는 커버(10)의 외부로(즉, 광학 장치의 외부로) 광을 투과시키는 광 투과 창을 제공할 수 있다. 광 투과 창을 제공한 경우에는, 창을 투과한 입사광의 위치를 인식하기(지시하기) 위한 스크린, 광 위치 검출 소자 및 이미지 촬상 유닛 중 적어도 하나를 커버(10)(광학 장치)의 외부에 제공하는 것이 바람직하다.
광선의 위치(어긋남)는, 스크린 상의 휘점의 위치를 지표(선(7a))에 의해 판독함으로써 인식(결정)될 수 있다. 광축 조정(광학 장치에 입사한 광의 광로의 조정)은, 예를 들어 광학 장치의 광 입구부의 미리결정된 위치(예를 들어, 중앙)에 광이 입사하고, 광입사부(7)의 미리결정된 위치(예를 들어, 중앙)에 광이 입사하도록 조정함으로써 달성될 수 있다. 광축 조정은, 광원(50)의 배치 상태의 조정 및 광원(50)으로부터 사출(출력)된 광의 경로(광로)의 조정 중 적어도 하나에 의해 수행될 수 있다. 광로의 조정은, 예를 들어 광원(50)과 광학 장치의 광입구부 사이에 제공된 2개의 각도 가변 미러를 조정함으로써 수행될 수 있다. 더 구체적으로는, 먼저, 광원(50)에 가까운 각도 가변 미러의 각도를 조정하여, 광입구부의 미리결정된 위치에 광이 입사하게 한다. 이어서, 광원(50)으로부터 더욱 먼 각도 가변 미러의 각도를 조정하여, 광입사부(7)의 미리결정된 위치에 광이 입사하게 한다. 그때 광의 입사 위치는 광입구부의 미리결정된 위치로부터 약간 어긋난다. 따라서, 광원(50)에 가까운 각도 가변 미러의 각도를 다시 조정하여, 광입구부의 미리결정된 위치에 광이 입사하게 한다. 그때 광의 입사 위치는 광입사부(7)의 미리결정된 위치로부터 약간 어긋난다. 따라서, 광원(50)으로부터 더욱 먼 각도 가변 미러의 각도를 다시 조정하여, 광입사부(7)의 미리결정된 위치에 광이 입사하게 한다. 일련의 조정 동작을 복수회 반복함으로써, 광도입(입구)부의 미리결정된 위치에 광을 입사시킬 수 있으며, 광입사부(7)의 미리결정된 위치에 광을 입사시킬 수 있다.
광축 조정 유닛(70)은 2개의 각도 가변 미러를 갖는 것으로 예시했지만, 광축 조정 유닛(70)은 이에 한정되지 않는다. 광축 조정 유닛(70)은, 미러 부재(2)에 진입하는 광의 입사 위치 및 입사 각도를 변경할 수 있는 한 어떠한 배치도 포함할 수 있다. 예를 들어, 광축 조정 유닛(70)은 입사 위치 및 입사 각도의 양쪽 모두를 변경할 수 있는 미러 및 고정 미러의 조합에 의해 실현될 수 있다. 또한, 목표 입사 위치 및 목표 입사 각도로 광학 장치로부터 광이 사출(출력)되는 경우, 광이 광입사부(7)에 입사하게 되고, 광입사부(7)에서의 광의 입사 위치가 인식(결정)됨으로써, 광입사부(7)의 목표 입사 위치를 고려하여 광축을 조정할 수 있다.
본 예시적인 실시예에 따르면, 예를 들어 상기 설명에서 논의된 바와 같이 입사광의 경로의 조정에 있어서 유리한 광학 장치를 제공할 수 있다.
도 7은 제2 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 구성예를 도시한다. 본 구성은, 도 3을 참조하여 설명한 제1 병진 광학계(61), 즉 광원(50)(또는 광축 조정 유닛(70))으로부터 사출되는 광선(51)이 입사하는 제1 병진 광학계(61), 및 제1 병진 광학계(61)로부터 사출된 광이 입사하는 제2 병진 광학계(62)를 포함한다.
도 7에서, 먼저, 미러 부재(13)를 광축 조정을 위한 각도(광원(50)으로부터의 광선(51)에 대하여 대략 45도로 미러 부재(13)를 기울임으로써 얻은 미리결정된 각도와 상이한 각도)로 설정한다. 이런 설정에 의해, 미러 부재(13)에 의해 반사된 광은, 미러(14-1, 14-2, 14-3, 및 14-4)에 도달하지 않고, 다른 미러(14-5)(반사 광학 소자)를 경유하여 제1 광입사부(71)에 입사한다. 광(선)의 위치(어긋남)는, 제1 광입사부(71)에 입사한 광의 위치를 제1 광입사부(71)에 제공된 지표(선(7a))에 기초하여 판독함으로써 인식(결정)될 수 있다.
이어서, 미러 부재(13)를 광원(50)으로부터 사출된 광선(51)에 대하여 기준의 각도(예를 들어, 45도)로 설정하고, 또한 미러 부재(15)를 광축 조정을 위한 각도(광원(50)으로부터 사출된 광선(51)에 대하여 대략 45도로 미러 부재(15)를 기울임으로써 얻은 기준 각도와 상이한 각도)로 설정한다. 이런 설정에서, 미러 부재(15)에 의해 반사된 광은 미러(16-1, 16-2, 16-3, 또는 16-4)에 도달하지 않고, 다른 미러(16-5)(다른 반사 광학 소자)를 경유하여 제2 광입사부(72)에 입사한다. 광(선)의 위치(어긋남)는, 제2 광입사부(72)에 입사한 광의 위치를 거기에 제공된 지표(선)에 기초하여 판독함으로써 인식(결정)될 수 있다. 광원(50)으로부터 제2 광입사부(72)까지의 거리(제2 광로 길이)는 광원(50)으로부터 제1 광입사부(71)까지의 거리(제1 광로 길이)보다 길기 때문에, 광원(50)으로부터 광학 장치에 입사하는 광의 위치뿐만 아니라 광의 각도도 인식 또는 검출할 수 있다. 또한, 제1 광입사부(71) 및 제2 광입사부(72)의 구성은, 제1 예시적인 실시예의 것과 마찬가지일 수 있다. 상기 인식 또는 검출에 기초하는 광축 조정은, 제1 광입사부(71)의 미리결정된 위치에 광을 입사시키고, 제2 광입사부(72)의 미리결정된 위치에 광을 입사시킴으로써 달성될 수 있다. 또한, 조정 유닛(70)은 제1 예시적인 실시예의 것과 마찬가지일 수 있다.
도 8은 제2 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 다른 구성예를 도시한다. 도 8에서, 미러 부재(15)를 광축 조정을 위한 각도(광원(50)으로부터 사출된 광선(51)에 대하여 대략 45도로 미러 부재(15)를 기울임으로써 얻은 기준 각도와 상이한 각도)로 설정한다. 이런 설정에 의해, 미러 부재(15)에 의해 반사된 광은, 미러(16-1, 16-2, 16-3, 및 16-4)에 도달하지 않고, 다른 미러(16-5)를 경유하여 하프 미러(16-6)에 입사한다. 하프 미러(16-6)를 투과한 광은 제1 광입사부(73)에 입사한다. 입사광(선)의 위치(어긋남)는, 제1 광입사부(73)에 입사한 광의 위치를 지표(선)에 기초하여 판독함으로써 인식될 수 있다. 하프 미러(16-6)에 의해 반사된 광은 제2 광입사부(74)에 입사한다. 입사광(선)의 위치(어긋남)는, 제2 광입사부(74)에 입사한 광의 위치를 지표(선)에 기초하여 판독함으로써 인식될 수 있다. 광원(50)으로부터 제2 광입사부(74)까지의 거리(제2 광로 길이)는 광원(50)으로부터 제1 광입사부(73)까지의 거리(제1 광로 길이)보다 길기 때문에(L1 < L2), 광원(50)으로부터 광학 장치에 입사하는 광의 위치뿐만 아니라 광의 각도를 인식(결정) 또는 검출할 수 있다. 제1 광입사부(73) 및 제2 광입사부(74)의 구성은 제1 예시적인 실시예의 것과 마찬가지일 수 있다. 상기 인식(결정) 또는 검출에 기초하는 광축 조정은, 제1 광입사부(73)의 미리결정된 위치에 광을 입사시키고 제2 광입사부(74)의 미리결정된 위치에 광을 입사시킴으로써 달성될 수 있다. 또한, 조정 유닛(70)은 제1 예시적인 실시예의 것과 마찬가지일 수 있다.
본 예시적인 실시예에 따르면, 예를 들어 상기 설명에서 기재한 바와 같이 입사광의 경로를 조정하는데 유리한 광학 장치를 제공할 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 광의 위치는 광학 장치의 2개의 위치에서 인식(결정) 또는 검출될 수 있다. 따라서, 광학 장치의 광입사부에서의 광의 위치가 개별적으로 인식 또는 검출되지 않더라도, 광학 장치에 입사하는 광의 위치 및 각도는 정확하게 인식(결정) 또는 검출될 수 있으므로, 유리하다.
도 9는, 제3 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 구성예를 도시한다. 본 구성은, 도 3을 참조하여 설명한 병진 광학계, 즉 광원(50)으로부터 사출된 광선(51)이 입사하는 제1 병진 광학계(61)와, 제1 병진 광학계(61)로부터 사출된 광이 입사하는 제2 병진 광학계(62)를 포함한다. 본 구성에서, 천공 동작 등을 위해서 고출력 (에너지) 레이저 광을 사용하는 경우, 미러(14-1 내지 14-4) 및 미러(16-1 내지 16-4) 중 어느 하나의 에너지 투과율이 비교적 작게 유지되어도, 그 투과광이 입사하는 수광 소자(목표 물체)에서는 천공 동작에 사용될 충분한 양(에너지)을 갖는 광이 얻어질 수 있다. 그러므로, 미러 부재(13)를 기준 각도(예를 들어 45도)로 설정하고, 미러(14-1)의 투과광 같은 부분 반사면을 투과한 광이 입사하는 제1 광입사부(75)(4분할 포토다이오드 같은 광 위치 검출 소자를 포함)를 배치한다. 이런 구성에 의해, 광학 장치에 입사한 광의 위치를 제1 광입사부(75)에 의해 검출할 수 있다. 또한, 미러(16-4)의 투과광 같은 부분 반사면을 투과한 광이 입사하는 제2 광입사부(76)(4 분할 포토다이오드 같은 광 위치 검출 소자)를 배치한다. 이런 구성에 의해, 광학 장치에 입사한 광의 위치를 제2 광입사부(76)에 의해 검출할 수 있다.
광원(50)으로부터 제2 광입사부(76)까지의 거리(제2 광로 길이)는 광원(50)으로부터 제1 광입사부(75)까지의 거리(제1 광로 길이)보다 길기 때문에, 광원(50)으로부터 광학 장치에 입사하는 광의 위치뿐만 아니라 각도도 인식(결정) 또는 검출할 수 있다. 제1 광입사부(75) 및 제2 광입사부(76)의 구성은 제1 예시적인 실시예의 것과 마찬가지일 수 있다. 상기 인식(결정) 또는 검출에 기초하는 광축 조정은, 제1 광입사부(75)의 미리결정된 위치에 광을 입사시키고, 제2 광입사부(76)의 미리결정된 위치에 광을 입사시킴으로써 달성될 수 있다. 또한, 조정 유닛(70)은 제1 예시적인 실시예의 것과 마찬가지일 수 있다.
본 예시적인 실시예에 따르면, 예를 들어 상기 설명에서 기재한 바와 같이 입사광의 경로를 조정하는데 유리한 광학 장치를 제공할 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 광의 위치는 광학 장치의 2개의 위치에서 인식(결정) 또는 검출될 수 있다. 따라서, 광학 장치의 광입구부의 광의 위치가 개별적으로 인식 또는 검출되지 않는 경우에도, 광학 장치에 입사하는 광의 위치 및 각도는 인식(결정) 또는 검출될 수 있어, 유리하다. 또한, 미러 부재(13 및 15)가 구동 중인 경우에도(예를 들어, 물체가 가공되는 중), 광학 장치에 입사하는 광의 위치 및 각도는 2개의 광 위치 검출 소자로부터의 출력 신호에 기초하여 인식(결정) 또는 검출할 수 있어, 유리하다. 예를 들어, 미러 부재(13 및 15)가 기준 위치(각도 위치)에 있는 경우에 제1 및 제2 광입사부(75, 76)의 2개의 4분할 포토다이오드의 출력 신호에 기초하여, 광학 장치에 입사한 광의 위치 및 각도를 인식(결정) 또는 검출할 수 있다.
도 10은, 제4 예시적인 실시예에 따른 광학 장치의 구성예를 도시한다. 이런 구성은, 도 3을 참조하여 설명한 병진 광학계, 즉 광원(50)으로부터의 광선(51)이 입사하는 제1 병진 광학계(61)와, 제1 병진 광학계(61)로부터 사출된 광이 입사하는 제2 병진 광학계(62)를 포함한다. 본 예시적인 실시예에서, 미러(14-1 내지 14-4) 및 미러(16-1 내지 16-4)(복수의 반사면) 중 적어도 하나가 각도 조정 기능을 갖는다. 각도 조정 기능을 사용하는 미러(예를 들어, 미러(14-4'))에 의해, 광학 장치에 입사하는 광의 각도를 조정할 수 있다. 상기 각도 조정 기구를 갖는 미러의 각도 조정에 의해 발생한 광의 (통과) 위치의 어긋남은, 병진 광학계에서 광의 병진을 위해서 각도 가변 미러 부재(도 3의 미러(13 및 15) 중 적어도 하나)를 사용하여 저감(조정 또는 보상)할 수 있다.
본 예시적인 실시예에 따르면, 광원의 광축을 조정하는 것이 곤란한 경우에도, 광학 장치에 입사한 광의 각도(및 위치)를 조정할 수 있다. 또한, 본 예시적인 실시예에 따르면, 각도 조정 기능을 갖는 2개의 미러(미러(14-1 내지 14-4) 및 미러(16-1 내지 16-4) 중 2개의 미러)를 사용하여 광학 장치에 입사한 광의 각도 및 위치를 조정할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 실시예에 따른 광학 장치에 본 예시적인 실시예에 따른 구성을 적용하면, 상기 설명에서 기재한 바와 같이 입사광의 경로의 조정에 유리한 광학 장치를 제공할 수 있다.
제1 및 제2 예시적인 실시예에서는, 광입사부에 광을 입사시킬 경우, 미러 부재(2, 13, 및 15)를 투과한 약간의 투과광이 있을 수 있다. 그 외에는, 일반적으로 광이 광학 장치(또는 광학 장치를 포함하는 가공 장치)로부터 사출되지 않는다. 그러나, 미러 부재 중 임의의 것이 손상되었을 경우, 광학 장치(가공 장치)로부터 광이 사출(누설)될 수 있다. 도 11은, 예시적인 실시예에 따른 가공 장치의 구성예를 도시한다. 도 11에서, 미러 부재(13 및 15) 중 적어도 하나가 손상 또는 결손되는 경우, 가공 광로를 통해 가공 장치로부터 의도하지 않은 레이저 광이 사출될 수 있다.
그러므로, 도 11에 도시한 바와 같이, 편향 광학계에서의 (검류계) 미러(20 및 21) 중 적어도 하나가 레이저 광의 임의의 의도하지 않은 투과(누설)를 저감 또는 방지하도록 가공을 위한 각도 범위(후방 광학계의 유효 직경)를 초과하는 각도로 설정된다. 상기 설정에 의해, 광학 장치 또는 가공 장치의 커버(10)(케이싱)에 의해 광을 차단할 수 있고, 바람직하지 않게 가공 장치로부터 사출되는 광을 저감 또는 제거할 수 있다. 본 구성에 의해, 광을 저감 또는 제거하기 위한 셔터 등의 전용의 추가 구성요소가 필요하지 않다. 따라서, 이런 구성은 광학 장치 또는 가공 장치의 간소화 및 소형화를 달성하는데 유리하다.
[물품 제조 방법에 관한 예시적인 실시예]
상기 예시적인 실시예에 따른 가공 장치는 물품 제조 방법에 사용될 수 있다. 물품 제조 방법은, 상기 가공 장치를 사용해서 물체를 가공하는 단계와, 상기 가공 단계에서 가공된 물체를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 가공 장치에 제공되는 상술한 광학 장치에 의해, 병진 광학계(들)를 사용하여 집광 광학계에 입사하는 광선의 평행 편심 시프트가 가능해지며, 따라서 집광 광학계로부터 사출(출력)되고 물체(23)에 입사하는 레이저 광선의 각도의 변경(조정)이 가능해진다. 그 결과, 예를 들어 가공 장치로부터 출력되는 레이저 광선에 의해 테이퍼형 구멍을 형성하고, 절삭하고, 측정하며 그리고/또는 검출함으로써 물체를 가공할 수 있다. 상기 가공은 상술한 가공 동작과 상이한 가공 동작, 예를 들어 반송, 검사, 선별, 조립, 및 포장 동작 중 적어도 하나, 즉 임의의 동작을 포함할 수 있으며, 가공된 물체에는 가공된 물체를 포함하는 물품을 제조하는 동작이 수행될 수 있다. 본 예시적인 실시예의 물품 제조 방법은 종래의 방법에 비해 물품 제조에 수반되는 더 우수한 성능, 더 우수한 품질, 더 우수한 생산성, 및 감소된 생산 비용 중 적어도 하나를 달성하는데 유리하다.
본 발명의 예시적인 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 이들 예시적인 실시예로 한정되지 않는 것을 말할 필요도 없고, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능하다.
본 발명에 따르면, 예를 들어 입사광의 경로를 조정하는데 유리한 광학 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 양태에 따르면, 본원에서 설명한 제1, 제2, 제3 또는 제4 예시적인 실시예 중 어느 하나에 따른 광학 장치를 사용한 광주사 장치의 광입구에서의 입사광의 위치 및 각도를 교정/조정/제어하는 방법이 제공된다.
본 발명을 예시적인 실시예를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예로 한정되지 않음을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 광학 장치이며,
    제1 반사면과 제2 반사면을 포함하는 반사 부재와;
    복수의 반사면을 포함하고, 상기 제1 반사면에 의해 반사된 광을 상기 복수의 반사면에서 순차 반사하여 상기 광을 상기 제2 반사면에 안내하도록 구성되는 광학계와;
    상기 반사 부재의 제1 반사면에 대한 상기 광의 입사 각도를 변경하도록 구성되는 구동부와;
    상기 광이 상기 제2 반사면에서 반사된 후에 상기 반사 부재로부터 출력되는 광의 경로가 제어될 수 있도록 상기 구동부를 제어하도록 구성되는 제어 유닛과;
    상기 광이 상기 제1 반사면에 의해 반사된 후의 입사광의 위치를 지시하도록 구성되는 광입사부를 포함하는, 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 제1 반사면에 의해 반사된 광을 상기 광입사부에 안내하도록 상기 구동부를 제어하도록 구성되는, 광학 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 반사면에 의해 반사된 광을 상기 광입사부에 반사하도록 구성되는 반사 광학 소자를 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 제1 반사면에 의해 반사된 광을 상기 반사 광학 소자를 향해 안내하도록 상기 구동부를 제어하도록 구성되는, 광학 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광의 적어도 일부가 상기 복수의 반사면 중 하나를 투과하고 상기 광입사부에 입사하는, 광학 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광입사부는 상기 입사광의 위치를 검출하도록 구성되는 검출 소자, 상기 광학 장치의 외부로 상기 광을 투과시키는 창, 및 상기 입사광을 관찰하기 위한 스크린 중 적어도 하나를 포함하는, 광학 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광입사부는 상기 광이 입사하는 스크린 및 상기 스크린의 입사광의 이미지를 포착하도록 구성되는 촬상 유닛을 포함하는, 광학 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 스크린은 상기 입사광의 위치를 지시하는 지표를 포함하는, 광학 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 반사면 중 하나 이상은 각도 조정 기능을 갖는, 광학 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사 부재로부터 출력되는 광이 입사하는 제3 반사면과 제4 반사면을 포함하는 제2 반사 부재;
    제2 세트의 복수의 반사면을 포함하고, 상기 제3 반사면에 의해 반사된 광을 상기 제2 세트의 복수의 반사면에서 순차 반사하여 상기 광을 상기 제4 반사면에 안내하도록 구성되는 제2 광학계와;
    상기 제2 반사 부재의 제3 반사면에 대한 상기 광의 입사 각도를 변경하도록 구성되는 제2 구동부와;
    상기 광이 상기 제4 반사면에서 반사된 후에 상기 제2 반사 부재로부터 출력되는 광의 경로가 제어될 수 있도록 상기 제2 구동부를 제어하도록 구성되는 제2 제어 유닛과;
    상기 광이 상기 제3 반사면에 의해 반사된 후의 상기 입사광의 위치를 지시하도록 구성되는 제2 광입사부를 더 포함하는, 광학 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광입사부는, 상기 제1 반사면으로부터 제1 광로 길이만큼 이격된 위치에 위치되는 제1 광입사부와, 상기 제1 반사면으로부터 제2 광로 길이만큼 이격된 위치에 위치되는 제2 광입사부를 포함하는, 광학 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광이 상기 제1 반사면에 의해 반사된 후의 상기 입사광의 지시 위치에 기초하여,
    상기 광학 장치와 상기 광이 상기 반사 부재의 제1 반사면을 향해 사출되는 광원 사이의 배치 구성과;
    상기 광이 상기 제1 반사면에서 반사되기 전의 상기 광원으로부터 사출되는 광의 경로
    중 하나 이상을 조정하도록 구성되는 조정기를 더 포함하는, 광학 장치.
  12. 가공 장치이며,
    제1항에 따른 광학 장치와;
    상기 광학 장치로부터 출력되는 광을 집광하여 목표 위치에 상기 집광된 광을 조사하도록 구성되는 집광 광학계를 포함하는, 가공 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광학 장치로부터 출력되는 광을 편향시키도록 구성되는 편향 광학계를 더 포함하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 제1 반사면에 의해 반사된 광을 상기 광입사부에 안내하도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 제어 유닛은 또한 상기 목표 위치를 조사하지 않는 상기 가공 장치로부터 출력되는 광이 감소되도록 상기 편향 광학계를 제어하도록 구성되는, 가공 장치.
  14. 물품 제조 방법이며,
    물체의 목표 위치에 집광된 광을 조사하도록 제12항에 따른 가공 장치를 사용하여 물체를 가공하는 단계와;
    상기 가공된 물체를 포함하는 물품을 제조하기 위해 상기 가공된 물체를 처리하는 단계를 포함하는, 물품 제조 방법.
  15. 가공 장치에 의해 프로그램이 실행될 때, 가공 장치가 제14항의 방법을 실행하게 하는 명령어를 포함하는 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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