KR20200001661A - Optical system for beam shaping and method of beam shaping - Google Patents

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Abstract

Disclosed are an optical system for beam shaping and a beam shaping method. An embodiment of the present invention discloses an optical system for beam shaping. The optical system comprises: a plurality of laser sources; a delivery unit arranging a plurality of beams emitted from the plurality of laser sources in a column in a Y-axis direction perpendicular to an optical axis (Z axis); a telescope unit expanding a beam distribution of the plurality of beams incident from the delivery unit in an X-axis direction perpendicular to the optical axis and a Y axis; a beam transformation unit splitting each of the plurality of beams incident from the telescope unit into N (where N is an integer greater than 2) to form N subcolumns including each of the plurality of beams, and rotating each of the N subcolumns 90 degrees around the Z axis; and a Fourier unit mixing the plurality of beams contained in the N subcolumns formed by the beam transformation unit through Fourier transform. The optical system for beam shaping can shape one linear or rectangular laser beam by using the plurality of laser sources.

Description

빔 성형 광학 시스템 및 빔 성형 방법{Optical system for beam shaping and method of beam shaping}Optical system for beam shaping and method of beam shaping

본 발명의 실시예들은 선형 또는 직사각형 형태의 레이저 빔 형상을 성형하는 빔 성형 광학 시스템 및 빔 성형 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a beam shaping optical system and a beam shaping method for shaping a laser beam shape in a linear or rectangular shape.

균일한 공간 분포를 갖는 플랫탑(flat-top) 레이저 빔 생성기술은 레이저를 이용하는 재료가공 분야(반도체 결정화, 열처리, 어닐링, 클래딩, 용접, 마이크로 머시닝 등), 레이저-매질 상호작용 이용 분야(관성핵융합, 동위원소분리, 레이저-유도 형광 등)와, 레이저 프린팅, 리소그래피, 홀로그래피, 입자영상유속계, 자유공간 광통신, 디스플레이 장치 등의 다양한 분야에서 필요한 핵심기술 중의 하나에 속한다.Flat-top laser beam generation technology with uniform spatial distribution is used in the field of materials processing using lasers (semiconductor crystallization, heat treatment, annealing, cladding, welding, micromachining, etc.), and in the field of using laser-medium interactions (inertia) Nuclear fusion, isotope separation, laser-induced fluorescence, etc.), laser printing, lithography, holography, particle image flux meters, free-space optical communications, and display devices.

대부분의 레이저 장치들로부터 발생하는 초기 레이저 빔은 가우시안(Gaussian) 혹은 준가우시안 형태의 빔을 발생한다. 가우시안 형태의 빔은 작은 초점을 갖는 빔 집속에는 유리하지만 상기와 같은 응용분야에 효과적으로 적용하기 위해서는 빔 성형을 이용한 플랫탑 공간분포 빔으로의 변환이 필요하다.The initial laser beam from most laser devices generates a Gaussian or quasi-Gaussian beam. Gaussian-type beams are advantageous for beam focusing with small focal points, but they need to be converted to flat-top spatially distributed beams using beam shaping in order to be effectively applied to such applications.

본 발명의 실시예들은 복수의 레이저 소스를 이용한 하나의 선형 또는 직사각형 형태의 레이저 빔 형상을 성형하는 빔 성형을 위한 광학 시스템을 제공하고자 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Embodiments of the present invention seek to provide an optical system for beam shaping to form a laser beam shape of one linear or rectangular shape using a plurality of laser sources. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명의 일 실시예는, 광축(Z축)에 대해서 수직인 평면(XY) 대해서 선형 빔 분포를 가지도록 빔을 성형하는 빔 성형 장치에 있어서, 복수의 레이저 소스; 상기 복수의 레이저 소스에서 출사되는 복수의 광을 상기 광축(Z축)에 수직인 Y축 방향을 따라 컬럼(column)으로 배열하는 전달(delivery) 유닛; 상기 전달 유닛으로부터 입사된 복수의 광의 빔 분포를 상기 광축과 상기 Y축에 수직인 X축 방향으로 확대시키는 텔레스코프(telescope) 유닛; 상기 텔레스코프 유닛으로부터 입사된 복수의 광 각각을 N 개(N > 2인 정수)로 분할하여 상기 복수의 광 각각이 포함된 N 개의 서브-컬럼(sub-column)들을 형성하고, 상기 N 개의 서브-컬럼들 각각을 상기 Z축을 중심으로 90도 회전시키는 빔 변환(beam transformation) 유닛; 및 상기 빔 변환 유닛에 의해 형성된 N 개의 서브-컬럼들에 포함된 복수의 광들을 푸리에 변환을 통해서 혼합하는 푸리에 유닛;을 포함하는 빔 성형 광학 시스템을 개시한다.An embodiment of the present invention provides a beam forming apparatus for shaping a beam to have a linear beam distribution with respect to a plane XY perpendicular to an optical axis (Z axis), the beam forming apparatus comprising: a plurality of laser sources; A delivery unit for arranging a plurality of lights emitted from the plurality of laser sources in columns along a Y-axis direction perpendicular to the optical axis (Z axis); A telescope unit for expanding a beam distribution of a plurality of light incident from the transfer unit in an X axis direction perpendicular to the optical axis and the Y axis; Each of the plurality of lights incident from the telescope unit is divided into N (an integer of N> 2) to form N sub-columns including each of the plurality of lights, and the N subs A beam transformation unit that rotates each of the columns 90 degrees about the Z axis; And a Fourier unit for mixing the plurality of lights included in the N sub-columns formed by the beam conversion unit through a Fourier transform.

일 실시예에 있어서, 상기 푸리에 유닛에서 혼합된 광을 상기 X축을 따라서 균일하게 분산시키는 장축 광학 유닛; 및 상기 푸리에 유닛에서 혼합된 광을 선형으로 포커싱하는 단축 광학 유닛;을 더 포함할 수 있다. A long-axis optical unit for uniformly dispersing light mixed in the Fourier unit along the X axis; And a uniaxial optical unit for linearly focusing the light mixed in the Fourier unit.

일 실시예에 있어서, 상기 장축 광학 유닛은 제1실린더형 볼록 렌즈들로 구비된 두 개의 어레이 및 두 개의 제2실린더형 볼록 렌즈로 구비되며, 상기 어레이의 초점 거리는 10 mm 내지 200 mm 이며, 상기 제2실린더형 볼록 렌즈의 초점 거리는 500 mm 내지 60000 mm 일 수 있다. In one embodiment, the long-axis optical unit is provided with two arrays of first cylinder-type convex lenses and two second cylinder-type convex lenses, the focal length of the array is 10 mm to 200 mm, The focal length of the second cylinder-type convex lens may be 500 mm to 60000 mm.

일 실시예에 있어서, 상기 단축 광학 유닛은 초점 거리가 100 mm 내지 500 mm인 실린더형 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. In one embodiment, the uniaxial optical unit may include a cylindrical convex lens having a focal length of 100 mm to 500 mm.

일 실시예에 있어서, 상기 전달 유닛은 미러(mirror) 및 빔 익스팬더(beam expander)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the delivery unit may comprise a mirror and a beam expander.

일 실시예에 있어서, 상기 전달 유닛으로부터 출사되는 복수의 광들의 간격은 상기 전달 유닛에 입사되는 복수의 광들의 간격에 비해서 작을 수 있다. In one embodiment, the spacing of the plurality of lights emitted from the transmission unit may be smaller than the spacing of the plurality of lights incident on the transmission unit.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛은 복수의 렌즈들의 어레이로 구비되며, 상기 복수의 렌즈들 각각은 실린더형 렌즈를 상기 X축에 대해서 45도 기울여 커팅한 형상으로 구비될 수 있다.In one embodiment, the beam conversion unit is provided as an array of a plurality of lenses, each of the plurality of lenses may be provided in a shape in which the cylindrical lens is cut at an angle of 45 degrees with respect to the X axis.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛에 포함된 상기 복수의 렌즈는 5 mm 내지 30 mm의 피치(pitch)를 가지고 이격되어 배치될 수 있다.In one embodiment, the plurality of lenses included in the beam conversion unit may be spaced apart with a pitch of 5 mm to 30 mm.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛에 포함된 상기 복수의 렌즈의 수는 5 내지 20 개일 수 있다.In one embodiment, the number of the plurality of lenses included in the beam conversion unit may be 5 to 20.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛에 포함된 상기 복수의 렌즈의 곡률 반경은 100 mm 내지 500 mm 일 수 있다.In one embodiment, the radius of curvature of the plurality of lenses included in the beam conversion unit may be 100 mm to 500 mm.

일 실시예에 있어서, 상기 텔레스코프 유닛은 상기 입사된 복수의 광의 분포를 X축 방향으로 5 배 내지 30 배, Y축 방향으로 0.2배 내지 1.5배로 변환할 수 있다.In one embodiment, the telescope unit can convert the distribution of the plurality of incident light to 5 times to 30 times in the X-axis direction, 0.2 times to 1.5 times in the Y-axis direction.

일 실시예에 있어서, 상기 푸리에 유닛은 초점거리가 3000 mm 내지 15000 mm 인 하나의 실린더 볼록 렌즈로 구비될 수 있다.In one embodiment, the Fourier unit may be provided with one cylinder convex lens having a focal length of 3000 mm to 15000 mm.

본 발명의 다른 실시예는, 광학 시스템에 의해서 빔을 성형하는 방법에 있어서, 복수의 광의 입사 위치를 컬럼으로 배치시키는 단계; 상기 컬럼으로 배치된 복수의 광을 광축(Z축)의 수직인 X축을 따라 확대하는 단계; 상기 확대된 복수의 광을 서브-컬럼으로 분할하는 단계; 상기 서브-컬럼을 광축(Z축)을 중심으로 90도 회전하는 단계; 상기 회전된 복수의 서브-컬럼의 광을 푸리에 변환을 통해 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 광을 기준면에 포커싱하는 단계;를 포함하는 빔 성형 방법을 개시한다.Another embodiment of the present invention provides a method of shaping a beam by an optical system, comprising: arranging incident positions of a plurality of lights in a column; Enlarging a plurality of lights arranged in the column along an X axis perpendicular to an optical axis (Z axis); Dividing the enlarged plurality of lights into sub-columns; Rotating the sub-column 90 degrees about an optical axis (Z axis); Mixing light of the rotated plurality of sub-columns through a Fourier transform; And focusing the mixed light on a reference plane.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 광을 X축을 따라 확대하는 단계에서, 상기 복수의 광은 X축 방향으로 5 배 내지 30 배 확대될 수 있다.In one embodiment, in the step of enlarging the plurality of lights along the X-axis, the plurality of lights may be magnified 5 to 30 times in the X-axis direction.

일 실시예에 있어서, 상기 X축을 따라 확대된 복수의 광은 상기 X축과 수직인 Y축 방향으로는 0.2 배 내지 1.5배로 사이즈가 조절될 수 있다.In some embodiments, the plurality of lights enlarged along the X axis may be sized 0.2 to 1.5 times in the Y axis direction perpendicular to the X axis.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 광을 서브-컬럼으로 분할하는 단계에서, 상기 서브-컬럼의 수는 2 보다 클 수 있다.In one embodiment, in the step of dividing the plurality of lights into sub-columns, the number of the sub-columns may be greater than two.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 광을 서브-컬럼으로 분할하는 단계 및 상기 서브-컬럼을 회전하는 단계는 상기 광학 시스템에 포함된 빔 변환 유닛에 의해서 수행될 수 있다.In one embodiment, dividing the plurality of lights into sub-columns and rotating the sub-columns may be performed by a beam conversion unit included in the optical system.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛은 복수의 렌즈들의 어레이로 구비되며, 상기 복수의 렌즈들 각각은 실린더형 렌즈를 상기 X축에 대해서 45도 기울여 커팅한 형상으로 구비될 수 있다.In one embodiment, the beam conversion unit is provided as an array of a plurality of lenses, each of the plurality of lenses may be provided in a shape in which the cylindrical lens is cut at an angle of 45 degrees with respect to the X axis.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛에 포함된 상기 복수의 렌즈는 5 mm 내지 30 mm의 피치(pitch)를 가지고 이격되어 배치될 수 있다.In one embodiment, the plurality of lenses included in the beam conversion unit may be spaced apart with a pitch of 5 mm to 30 mm.

일 실시예에 있어서, 상기 빔 변환 유닛에 포함된 상기 복수의 렌즈의 수는 5 내지 20 개일 수 있다.In one embodiment, the number of the plurality of lenses included in the beam conversion unit may be 5 to 20.

상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 빔 성형을 위한 광학 시스템은 복수의 레이저 소스를 이용할 수 있는 바, 성형된 빔의 강도를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 빔 변환 유닛은 복수의 광들은 서브-컬럼으로 분할/회전시키며, 푸리에 변환 유닛은 복수의 광들을 각(angular) 좌표계에서 혼합시키는 바, 균일한 선형 또는 직사각형 형상의 빔을 성형할 수 있다.As described above, the optical system for beam shaping according to embodiments of the present invention may use a plurality of laser sources, and thus can easily adjust the intensity of the shaped beam. In addition, the beam conversion unit divides / rotates the plurality of lights into sub-columns, and the Fourier transform unit mixes the plurality of lights in an angular coordinate system, thereby forming a beam having a uniform linear or rectangular shape. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형을 위한 광학 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 전달 유닛의 역할을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 빔 성형의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 본 발명의 실시예들에 따른 각 단계에서의 빔의 형상을 보여주는 이미지이다.
도 5 및 도 6는 본 발명의 실시예들에 포함될 수 있는 텔레스코프 유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 포함될 수 있는 빔 변환 유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 시스템을 3차원으로 나타낸 배치도이다.
도 9 및 도 10은 본 실시예에 따른 광학 시스템으로부터 도출된 빔의 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템에 의해서 빔을 성형하는 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a block diagram schematically illustrating an optical system for beamforming according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the role of the delivery unit in the embodiments of the present invention.
3 is a view for explaining the principle of the beam shaping according to embodiments of the present invention.
Figure 4 is an image showing the shape of the beam at each step in accordance with embodiments of the present invention.
5 and 6 are diagrams schematically illustrating a telescope unit that may be included in embodiments of the present invention.
7 is a diagram schematically illustrating a beam conversion unit that may be included in embodiments of the present invention.
8 is a layout view showing in three dimensions an optical system according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are graphs showing the profile of the beam derived from the optical system according to the present embodiment.
11 is a flow chart illustrating a method of shaping a beam by an optical system in accordance with one embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. Effects and features of the present invention, and methods of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below but may be implemented in various forms.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or corresponding components will be denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. .

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. In the following embodiments, the terms first, second, etc. are used for the purpose of distinguishing one component from other components rather than a restrictive meaning.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In the following examples, the singular forms "a", "an" and "the" include plural forms unless the context clearly indicates otherwise.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following examples, the terms including or having have meant that there is a feature or component described in the specification and does not preclude the possibility of adding one or more other features or components.

이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다. In the following embodiments, when a part of an area, a component, etc. is said to be on or on another part, not only is it directly above another part, but also includes the case where another area, a component, etc. are interposed in the middle. do.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In the drawings, components may be exaggerated or reduced in size for convenience of description. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, and thus the present invention is not necessarily limited to the illustrated.

본 명세서에서, 광이 진행하는 방향을 광축(Z축) 이라고 하며, 광축(Z축)에 수직인 장축(long axis)을 X축, 광축에 수직인 단축(short axis)을 Y축이라고 한다. X축과 Y축은 수직을 이룬다.In this specification, the direction in which light travels is called the optical axis (Z axis), the long axis perpendicular to the optical axis (Z axis) is referred to as the X axis, and the short axis perpendicular to the optical axis is referred to as the Y axis. The X and Y axes are perpendicular.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형을 위한 광학 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 블록도이다. 1 is a block diagram schematically illustrating an optical system for beamforming according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시스템은 복수의 레이저 소스(100), 전달(delivery) 유닛(200), 텔레스코프(telescope) 유닛(300), 빔 변환(beam transformation) 유닛(400), 푸리에(Fourier) 유닛(500)을 포함한다. 또한, 광학 시스템은 장축 광학 유닛(600) 및 단축 광학 유닛(700)을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 광학 시스템을 통과한 빔은 기준면(RP)에 선형 또는 직사각형 형상으로 포커싱될 수 있다.Referring to FIG. 1, an optical system according to an exemplary embodiment includes a plurality of laser sources 100, a delivery unit 200, a telescope unit 300, and beam transformation. Unit 400, Fourier unit 500. In addition, the optical system may further include a long axis optical unit 600 and a short axis optical unit 700. The beam passing through the optical system according to the present embodiment may be focused in a linear or rectangular shape on the reference plane RP.

복수의 레이저 소스(100)는 Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저 등으로 구비될 수 있다. 본 실시예에서 복수의 레이저 소스(100)는 두 개로 구비된 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 복수의 레이저 소스(100)는 3개 이상의 레이저 소스로 구비될 수 있다. 복수의 레이저 소스(100)를 이용하여 하나의 선형 또는 직사각형 형상의 빔을 성형하는 바, 성형된 빔의 세기를 용이하게 조절할 수 있다.The plurality of laser sources 100 may be provided as Nd-YAG laser or excimer laser. In the present embodiment, the plurality of laser sources 100 are illustrated as being provided as two, but are not limited thereto. For example, the plurality of laser sources 100 may be provided with three or more laser sources. By forming a single linear or rectangular beam using the plurality of laser sources 100, the intensity of the shaped beam can be easily adjusted.

전달 유닛(200)은 복수의 레이저 소스(100)로부터 출사된 복수의 광(A, B)을 광축(Z축)에 수직인 Y축을 따라 컬럼(column)으로 배열할 수 있다. 전달 유닛(200)의 역할을 개략적으로 도시한 도 2를 참조하면, 전달 유닛(200)에 입사하기 전의 복수의 레이저 소스(100)로부터 출사된 복수의 광(A, B) 사이의 거리(d1)는, 전달 유닛(200)에서 출사된 복수의 광(A, B) 사이의 거리(d2)에 비해서 클 수 있다. 즉, 제1레이저 소스(110)과 제2레이저 소스(120)은 각각 하우징을 구비하는 바, 상기 하우징에 의해서 복수의 광(A, B) 사이의 거리를 좁히는 데 한계가 있을 수 있다.The delivery unit 200 may arrange the plurality of lights A and B emitted from the plurality of laser sources 100 in columns along the Y axis perpendicular to the optical axis Z. Referring to FIG. 2 schematically illustrating the role of the delivery unit 200, the distance d1 between the plurality of lights A and B emitted from the plurality of laser sources 100 before entering the delivery unit 200. ) May be larger than the distance d2 between the plurality of lights A and B emitted from the transmission unit 200. That is, since the first laser source 110 and the second laser source 120 each have a housing, there may be a limit in narrowing the distance between the plurality of lights A and B by the housing.

본 실시예에 있어서, 전달 유닛(200)을 도입함으로써 복수의 레이저 소스(100)에서 출사된 복수의 광들 사이의 간격을 좁히고, 복수의 광을 일렬로 배열시켜, 추후의 빔 변환을 용이하게 하는 역할을 할 수 있다. 일부 실시예에서, 전달 유닛(200)은 복수의 미러(mirror)을 포함할 수 있다.In this embodiment, the introduction of the transfer unit 200 narrows the interval between the plurality of lights emitted from the plurality of laser sources 100, arranges the plurality of lights in a row, and facilitates subsequent beam conversion. Can play a role. In some embodiments, delivery unit 200 may include a plurality of mirrors.

한편, 제1레이저 소스(110) 및 제2레이저 소스(120)에서 출사된 복수의 광(A, B)은 긴 거리를 이동함에 따라 발산(divergence)될 수 있다. 전달 유닛(200)은 이러한 발산을 방지하기 위해서 빔 익스펜더(beam expander)를 도입할 수 있다.Meanwhile, the plurality of lights A and B emitted from the first laser source 110 and the second laser source 120 may diverge as a long distance is moved. The delivery unit 200 may introduce a beam expander to prevent such divergence.

텔레스코프 유닛(300)은 Y축으로 배열된 복수의 광의 빔 분포를 X축 방향으로 확대시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 텔레스코프 유닛(300)은 복수의 광의 빔 분포를 Y축 방향으로 축소 또는 확대시키는 역할을 할 수 있다. 텔레스코프 유닛(300)은 실린더 또는 구형 렌즈를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 텔레스코프 유닛(300)에 의해서 복수의 광 각각은 X축 방향으로 약 5 내지 30배 확대될 수 있으며, Y축 방향으로 0.2 배 내지 1.5배가 될 수 있다.The telescope unit 300 may serve to enlarge a beam distribution of a plurality of lights arranged in the Y axis in the X axis direction. In addition, the telescope unit 300 may serve to reduce or enlarge the beam distribution of the plurality of lights in the Y-axis direction. The telescope unit 300 may include a cylinder or spherical lens. In some embodiments, each of the plurality of lights may be enlarged by about 5 to 30 times in the X-axis direction and 0.2 to 1.5 times in the Y-axis direction by the telescope unit 300.

본 발명의 실시예들에 포함될 수 있는 텔레스코프 유닛(300)을 개략적으로 도시한 도 5 및 도 6을 살펴보면, 텔레스코프 유닛(300)은 X축 상으로 광의 분포를 확대할 수 있으며, Y축 상으로는 광의 분포를 축소할 수 있다.5 and 6 schematically illustrating a telescope unit 300 that may be included in embodiments of the present invention, the telescope unit 300 may enlarge the distribution of light on the X axis, and the Y axis. The image can reduce the distribution of light.

텔레스코프 유닛(300)을 XZ 평면상에서 보면, 광은 제1렌즈(310)의 오목면으로 입사되어 제2렌즈(320)의 볼록면으로 출사되어 X축 방향을 따라 광의 분포가 확대될 수 있음을 알 수 있다. When the telescope unit 300 is viewed from the XZ plane, the light is incident on the concave surface of the first lens 310 and exits to the convex surface of the second lens 320, so that the light distribution may be expanded along the X-axis direction. It can be seen.

텔레스코프 유닛(300)을 YZ 평면상에서 보면, 제1 렌즈(310)의 볼록면과 제2렌즈(320)의 볼록면이 서로 마주보도록 배치되어, 텔레스코프 유닛(300)에 입사된 광은 Y축 방향을 따라 광의 분포가 축소될 수 있음을 알 수 있다. When the telescope unit 300 is viewed from the YZ plane, the convex surface of the first lens 310 and the convex surface of the second lens 320 are disposed to face each other, and the light incident on the telescope unit 300 is Y. It can be seen that the distribution of light along the axial direction can be reduced.

도 5 및 6에서 제시한 텔레스코프 유닛(300) 본 발명의 실시예들에 포함될 수 있는 하나의 예로, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 텔레스코프 유닛(300)은 다양한 광학 부품, 렌즈, 미러 등 다양한 구성으로 구성될 수 있다. The telescope unit 300 shown in FIGS. 5 and 6 is one example that may be included in the embodiments of the present invention, and the present invention is not limited thereto. The telescope unit 300 may be configured in various configurations, such as various optical components, lenses, mirrors.

텔레스코프 유닛(300)을 출사한 복수의 광은 빔 변환 유닛(400)에 입사한다. 빔 변환 유닛(400)은 텔레스코프 유닛(300)으로 부터 입사된 복수의 광(A, B)을 N 개(N > 2 인 정수)의 서브-컬럼(sub-column)들을 형성하고, 상기 각 서브-컬럼을 광축(Z축)을 중심으로 약 90도 회전시킨다. 이에 따라, 광의 장축과 단축이 바뀌게 된다. 상기 각 서브-컬럼은 복수의 레이저 소스로 부터 나온 복수의 광 각각을 포함한다. 일부 실시예에서, 빔 변환 유닛(400)은 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 변환 유닛(400)은 광 회전 유닛을 포함할 수 있다. The plurality of light exiting the telescope unit 300 is incident on the beam conversion unit 400. The beam conversion unit 400 forms N sub-columns of the plurality of light beams A and B incident from the telescope unit 300 (an integer of N> 2). Rotate the sub-column about 90 degrees about the optical axis (Z axis). As a result, the long and short axes of the light are changed. Each said sub-column comprises a plurality of lights each from a plurality of laser sources. In some embodiments, beam conversion unit 400 may include a beam splitter. In some embodiments, the beam conversion unit 400 may include a light rotating unit.

일부 실시예에서, 빔 변환 유닛(400)은 동일한 렌즈들을 포함하는 두 개의 어레이(400A)를 포함할 수 있다. 본 실시예의 빔 변환 유닛(400)에 포함될 수 있는 렌즈(410) 어레이를 개략적으로 도시한 도 7을 참조하면, 빔 변환 유닛(400)에 포함되는 렌즈(410)는 XZ 평면에 수직인 직육면체(401)의 면들과 Y축에 대해서 광축(Z축)을 중심으로 45도 기울어진 실린더 렌즈(402)의 교차(intersection)로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 렌즈(410)은 실린더 렌즈(402)를 45도 기울여 커팅하여 구비될 수 있다. 하나의 어레이에 포함되는 상기 렌즈(410)의 개수는 약 5 내지 20개 일 수 있다. In some embodiments, the beam conversion unit 400 may include two arrays 400A that include the same lenses. Referring to FIG. 7 schematically illustrating an array of lenses 410 that may be included in the beam conversion unit 400 of the present embodiment, the lens 410 included in the beam conversion unit 400 may be a rectangular parallelepiped (orthogonal to the XZ plane). It may be formed by the intersection of the cylinder lens 402 inclined 45 degrees about the optical axis (Z axis) with respect to the surfaces of the 401 and the Y axis. In some embodiments, the lens 410 may be provided by cutting the cylinder lens 402 at an angle of 45 degrees. The number of lenses 410 included in one array may be about 5 to 20.

이렇게 구비된 복수의 렌즈(410)들은 t = 2fm (fm은 렌즈(410)의 초점거리) 만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이 때, 빔 변환 유닛(400)에 포함된 렌즈 사이의 간격, t는 약 5 mm 내지 30 mm일 수 있다. 한편, 렌즈(410)의 곡률 반경을 약 100 mm 내지 500 mm 사이값을 가질 수 있다. The plurality of lenses 410 provided as above may be spaced apart by t = 2fm (fm is a focal length of the lens 410). At this time, the interval between the lenses included in the beam conversion unit 400, t may be about 5 mm to 30 mm. Meanwhile, the radius of curvature of the lens 410 may have a value between about 100 mm and 500 mm.

빔 변환 유닛(400)에서 출사된 복수의 서브-컬럼들은 푸리에 유닛(500)에 입사된다. 일부 실시예에서, 푸리에 유닛(500)은 하나의 실린더형 볼록 렌즈로 구비될 수 있다. 상기 볼록 렌즈의 초점거리는 3000 mm 내지 15000 mm로 긴 초점거리를 가질 수 있다. 푸리에 유닛(500)에 의해서 빔 변환 유닛(400)에서 출사된 복수의 서브-컬럼들은 각-공간(angular space)에서 1차원 푸리에 변환을 하게 되며, 이에 따라, 좌표공간에서 복수의 서브-컬럼들은 하나의 균일한 패턴을 형성하게 된다.The plurality of sub-columns emitted from the beam conversion unit 400 is incident on the Fourier unit 500. In some embodiments, the Fourier unit 500 may be provided with one cylindrical convex lens. The focal length of the convex lens may have a long focal length of 3000 mm to 15000 mm. The plurality of sub-columns emitted from the beam transformation unit 400 by the Fourier unit 500 undergoes a one-dimensional Fourier transform in angular space, and thus, the plurality of sub-columns in the coordinate space One uniform pattern is formed.

즉, 푸리에 유닛(500)은 복수의 서브-컬럼들을 균일하게 혼합하여, 푸리에 유닛(500)을 출사한 광은 좌표공간에서 연속적인 분포를 가지게 된다.That is, the Fourier unit 500 uniformly mixes a plurality of sub-columns so that the light exiting the Fourier unit 500 has a continuous distribution in the coordinate space.

본 실시예에 따른 광학 시스템은 장축 광학 유닛(600) 및 단축 광학 유닛(700)을 더 포함할 수 있다. The optical system according to the present embodiment may further include a long axis optical unit 600 and a short axis optical unit 700.

장축 광학 유닛(600)은 XZ평면에서의 광 분포를 X축에 따라 균일하게 변환하는 수단일 수 있다. 장축 광학 유닛(600)은 실린더형 볼록 렌즈들의 두 개의 어레이 및/또는 두 개의 실린더형 볼록 렌즈로 구비될 수 있다. The long axis optical unit 600 may be a means for uniformly converting the light distribution in the XZ plane along the X axis. The long axis optical unit 600 may be provided with two arrays of cylindrical convex lenses and / or two cylindrical convex lenses.

장축 광학 유닛(600)이 실린더형 볼록 렌즈들의 두 개의 어레이로 구비된 경우 상기 어레이의 XZ평면에 따른 초점거리는 10 mm 내지 200 mm 일 수 있다. 장축 광학 유닛(600)이 두 개의 실린더형 볼록 렌즈로 구비되는 경우, 상기 볼록 렌즈의 초점거리는 500 mm 내지 6000 mm일 수 있다.When the long-axis optical unit 600 is provided with two arrays of cylindrical convex lenses, the focal length along the XZ plane of the array may be 10 mm to 200 mm. When the long-axis optical unit 600 is provided with two cylindrical convex lenses, the focal length of the convex lens may be 500 mm to 6000 mm.

단축 광학 유닛(700)은 YZ평면에서의 광 분포를 얇은 선형 빔이 될 수 있도록 포커싱하는 수단일 수 있다. 단축 광학 유닛(700)은 실린더형 볼록 렌즈들로 구비될 수 있다. 이 경우, 볼록 렌즈의 초점거리는 100 mm 내지 500 nmm 일 수 있다.The uniaxial optical unit 700 may be a means for focusing the light distribution in the YZ plane to be a thin linear beam. The monoaxial optical unit 700 may be provided with cylindrical convex lenses. In this case, the focal length of the convex lens may be 100 mm to 500 nmm.

본 실시예들에 포함된 광학 요소들은 하나의 광학 프레임에 장착 및 고정될 수 있다.Optical elements included in the present embodiments may be mounted and fixed to one optical frame.

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 빔 성형의 원리를 설명하기 위한 도면이며, 도 4은 본 발명의 실시예들에 따른 각 단계에서의 빔의 형상을 보여주는 이미지이다. 3 is a view for explaining the principle of the beam shaping according to embodiments of the present invention, Figure 4 is an image showing the shape of the beam in each step according to embodiments of the present invention.

도 4의 a)는 복수의 레이저 소스(100)에서 출사된 복수의 광을 보여주며, 도 4의 b)는 텔레스코프 유닛(300)을 통과한 광을 보여준다. 도 4의 c)는 빔 변환 유닛(400)을 통과한 후의 광을 형상을 나타내며, d)는 푸리에 유닛(500)을 통과한 후의 광의 형상을 나타낸다.FIG. 4A illustrates a plurality of lights emitted from the plurality of laser sources 100, and FIG. 4B illustrates light passing through the telescope unit 300. 4C shows the shape of light after passing through the beam conversion unit 400, and d) shows the shape of light after passing through the Fourier unit 500.

도 3 및 4를 참조하면, 전달 유닛(200)을 통과한 복수의 광(A, B)은 Y축을 따라 하나의 컬럼으로 배열된다. 그 후, 복수의 광(A, B)는 텔레스코프 유닛(300)에 입사되며, 제1광(A) 및 제2광(B)는 텔레스코프 유닛(300)에 의해서 각각 X축을 따라 확장된다. 3 and 4, the plurality of lights A and B that have passed through the delivery unit 200 are arranged in one column along the Y axis. Thereafter, the plurality of lights A and B are incident on the telescope unit 300, and the first light A and the second light B are extended along the X axis by the telescope unit 300, respectively. .

그 다음, 빔 변환 유닛(400)에서 확장된 제1광(A) 및 제2광(B)은 서브-컬럼으로 분할된다. 서브-컬럼은 제1광(A) 및 제2광(B)을 포함한다. 또한, 빔 변환 유닛(400)은 각 서브-컬럼 별로 제1광 및 제2광을 광축(Z축)을 중심으로 90도 회전시킨다.Then, the first light A and the second light B extended in the beam conversion unit 400 are divided into sub-columns. The sub-column comprises a first light (A) and a second light (B). In addition, the beam conversion unit 400 rotates the first light and the second light by 90 degrees about the optical axis (Z axis) for each sub-column.

그 다음, 빔 변환 유닛(400)에서 출사한 서브-컬럼들의 광은 푸리에 유닛(500)에 의해서 혼합된다. 도 4에서 보는 바와 같이, 빔 변환 유닛(400)에서 출사한 광들은 좌표 공간에서 불연속성을 포일 수 있다. 이와 같은 불연속성을 해결하기 위해서 푸리에 유닛(500)을 도입하고 있다. 즉, 푸리에 유닛(500)은 각-공간(angular space)에서 서브-컬럼들의 광을 혼합하고 있는 바, 광이 균일하게 혼합될 수 있다.Then, the light of the sub-columns emitted from the beam conversion unit 400 is mixed by the Fourier unit 500. As shown in FIG. 4, the light emitted from the beam conversion unit 400 may include discontinuities in the coordinate space. In order to solve such discontinuity, the Fourier unit 500 is introduced. That is, since the Fourier unit 500 mixes the light of the sub-columns in the angular space, the light may be uniformly mixed.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 시스템을 3차원으로 나타낸 배치도이다. 도 8에 있어서, 도 1에서와 동일한 참조부호는 동일 부재를 의미한다.8 is a layout view showing in three dimensions an optical system according to an embodiment of the present invention. In Fig. 8, the same reference numerals as in Fig. 1 denote the same members.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 시스템은 복수의 레이저 소스(100), 전달 유닛(200), 텔레스코프 유닛(300), 빔 변환 유닛(400), 푸리에 유닛(500)을 포함한다. 또한, 광학 시스템은 장축 광학 유닛(600), 단축 광학 유닛(700), 및 미러(910, 920)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the optical system according to the present embodiment includes a plurality of laser sources 100, a transfer unit 200, a telescope unit 300, a beam conversion unit 400, and a Fourier unit 500. . In addition, the optical system may include a long axis optical unit 600, a short axis optical unit 700, and mirrors 910, 920.

복수의 레이저 소스(100)는 4개의 광(A, B, C, D)를 포함한다. 복수의 레이저 소스(100)는 Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저 등으로 구비될 수 있다. 복수의 레이저 소스(100)를 이용하여 하나의 선형 또는 직사각형 형상의 빔을 성형하는 바, 성형된 빔의 세기를 용이하게 조절할 수 있다. 복수의 레이저 소스(100)에서 출사한 4개의 광(A, B, C, D)는 다양한 경로로 전달 유닛(200)에 입사될 수 있다.The plurality of laser sources 100 include four lights A, B, C, and D. The plurality of laser sources 100 may be provided as Nd-YAG laser or excimer laser. By forming a single linear or rectangular beam using the plurality of laser sources 100, the intensity of the shaped beam can be easily adjusted. Four lights A, B, C, and D emitted from the plurality of laser sources 100 may be incident on the transmission unit 200 through various paths.

전달 유닛(200)은 다양한 경로로 입사된 복수의 광(A, B, C, D)을 광축(Z축)에 수직인 Y축을 따라 컬럼(column)으로 배열할 수 있다. 전달 유닛(200)은 복수의 미러(210)를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 미러(210)에 의해서 복수의 광(A, B, C, D)의 광 경로를 조절할 수 있다. 한편, 복수의 광(A, B, C, D)은 긴 거리를 이동함에 따라 발산(divergence)될 수 있다. 이에 따라, 전달 유닛(200)은 이러한 발산을 방지하기 위해서 빔 익스펜더(beam expander)를 도입할 수 있다.The transfer unit 200 may arrange a plurality of lights A, B, C, and D incident through various paths in a column along the Y axis perpendicular to the optical axis (Z axis). The transmission unit 200 may include a plurality of mirrors 210, and adjust the optical paths of the plurality of lights A, B, C, and D by the plurality of mirrors 210. On the other hand, the plurality of lights (A, B, C, D) may be diverged as the long distance travels. Accordingly, the delivery unit 200 may introduce a beam expander to prevent such divergence.

텔레스코프 유닛(300)은 Y축으로 배열된 복수의 광의 빔 분포를 X축 방향으로 확대시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 텔레스코프 유닛(300)은 복수의 광의 빔 분포를 Y축 방향으로 축소 또는 확대시키는 역할을 할 수 있다. 텔레스코프 유닛(300)은 실린더 또는 구형 렌즈를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 텔레스코프 유닛(300)에 의해서 복수의 광 각각은 X축 방향으로 약 5 내지 30배 확대될 수 있으며, Y축 방향으로 0.2 배 내지 1.5배가 될 수 있다.The telescope unit 300 may serve to enlarge a beam distribution of a plurality of lights arranged in the Y axis in the X axis direction. In addition, the telescope unit 300 may serve to reduce or enlarge the beam distribution of the plurality of lights in the Y-axis direction. The telescope unit 300 may include a cylinder or spherical lens. In some embodiments, each of the plurality of lights may be enlarged by about 5 to 30 times in the X-axis direction and 0.2 to 1.5 times in the Y-axis direction by the telescope unit 300.

텔레스코프 유닛(300)을 출사한 복수의 광은 빔 변환 유닛(400)에 입사한다. 빔 변환 유닛(400)은 텔레스코프 유닛(300)으로 부터 입사된 복수의 광(A, B, C, D)을 N 개(N > 2 인 정수)의 서브-컬럼(sub-column)들을 형성하고, 상기 각 서브-컬럼을 광축(Z축)을 중심으로 약 90도 회전시킨다. 상기 각 서브-컬럼은 복수의 레이저 소스로부터 나온 복수의 광(A, B, C, D) 각각을 포함한다. 일부 실시예에서, 빔 변환 유닛(400)은 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 변환 유닛(400)은 광 회전 유닛을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 변환 유닛(400)은 동일한 렌즈들을 포함하는 두 개의 어레이를 포함할 수 있다. The plurality of light exiting the telescope unit 300 is incident on the beam conversion unit 400. The beam conversion unit 400 forms N sub-columns of a plurality of light (A, B, C, D) incident from the telescope unit 300 (N> 2 integer). Each sub-column is rotated about 90 degrees about the optical axis (Z axis). Each said sub-column comprises each of a plurality of lights A, B, C, D from a plurality of laser sources. In some embodiments, beam conversion unit 400 may include a beam splitter. In some embodiments, the beam conversion unit 400 may include a light rotating unit. In some embodiments, the beam conversion unit 400 may include two arrays containing the same lenses.

빔 변환 유닛(400)에서 출사된 복수의 서브-컬럼들은 푸리에 유닛(500)에 입사된다. 일부 실시예에서, 푸리에 유닛(500)은 하나의 실린더형 볼록 렌즈로 구비될 수 있다. 상기 볼록 렌즈의 초점거리는 3000 mm 내지 15000 mm로 긴 초점거리를 가질 수 있다. 푸리에 유닛(500)에 의해서 빔 변환 유닛(400)에서 출사된 복수의 서브-컬럼들은 각-공간(angular space)에서 1차원 푸리에 변환을 하게 되며, 이에 따라, 좌표공간에서 복수의 서브-컬럼들은 하나의 균일한 패턴을 형성하게 된다.The plurality of sub-columns emitted from the beam conversion unit 400 is incident on the Fourier unit 500. In some embodiments, the Fourier unit 500 may be provided with one cylindrical convex lens. The focal length of the convex lens may have a long focal length of 3000 mm to 15000 mm. The plurality of sub-columns emitted from the beam transformation unit 400 by the Fourier unit 500 undergoes a one-dimensional Fourier transform in angular space, and thus, the plurality of sub-columns in the coordinate space One uniform pattern is formed.

즉, 푸리에 유닛(500)은 복수의 서브-컬럼들을 균일하게 혼합하여, 푸리에 유닛(500)을 출사한 광은 좌표공간에서 연속적인 분포를 가지게 된다.That is, the Fourier unit 500 uniformly mixes a plurality of sub-columns so that the light exiting the Fourier unit 500 has a continuous distribution in the coordinate space.

본 실시예에 따른 광학 시스템은 장축 광학 유닛(600) 및 단축 광학 유닛(700)을 더 포함할 수 있다. The optical system according to the present embodiment may further include a long axis optical unit 600 and a short axis optical unit 700.

장축 광학 유닛(600)은 XZ평면에서의 광 분포를 X축에 따라 균일하게 변환하는 수단일 수 있다. 장축 광학 유닛(600)은 실린더형 볼록 렌즈들의 두 개의 어레이 및/또는 두 개의 실린더형 볼록 렌즈로 구비될 수 있다. 본 실시예에서, 장축 광학 유닛(600)은 실린더형 렌즈들로 구비된 두 개의 어레이(610) 및 두 개의 실린더형 볼록 렌즈(620, 630)을 포함한다.The long axis optical unit 600 may be a means for uniformly converting the light distribution in the XZ plane along the X axis. The long axis optical unit 600 may be provided with two arrays of cylindrical convex lenses and / or two cylindrical convex lenses. In the present embodiment, the long axis optical unit 600 includes two arrays 610 provided with cylindrical lenses and two cylindrical convex lenses 620 and 630.

단축 광학 유닛(700)은 YZ평면에서의 광 분포를 얇은 선형 빔이 될 수 있도록 포커싱하는 수단일 수 있다. 단축 광학 유닛(700)은 실린더형 볼록 렌즈들로 구비될 수 있다. 이 경우, 볼록 렌즈의 초점거리는 100 mm 내지 500 nmm 일 수 있다.The uniaxial optical unit 700 may be a means for focusing the light distribution in the YZ plane to be a thin linear beam. The monoaxial optical unit 700 may be provided with cylindrical convex lenses. In this case, the focal length of the convex lens may be 100 mm to 500 nmm.

광학 시스템은 복수의 미러(910, 920)을 포함할 수 있다. 복수의 미러(910, 920)는 공간의 활용을 위해서 광의 진행방향을 조절하기 위해서 배치될 수 있다. 한편, 제1미러(910)의 경우, 광학 부재들에 의해서 입사된 광이 입사된 방향으로 반사되는 역반사를 방지하기 위해서 배치된 것일 수 있다. The optical system may include a plurality of mirrors 910, 920. The plurality of mirrors 910 and 920 may be arranged to adjust the traveling direction of the light to utilize the space. Meanwhile, the first mirror 910 may be disposed to prevent retroreflection of light incident by the optical members to be reflected in the incident direction.

한편, 본 실시예에 따른 광학 시스템은 기타 다른 광학 부품들, 예컨대, 편광판, 감쇠기 등 다양한 부품을 더 포함할 수 있다.On the other hand, the optical system according to the present embodiment may further include various other components, such as a polarizer, attenuator.

도 9 및 도 10은 본 실시예에 따른 광학 시스템으로부터 도출된 빔의 프로파일을 나타낸 그래프이다.9 and 10 are graphs showing profiles of beams derived from the optical system according to the present embodiment.

도 9를 참조하면, 일정 영역에 따른 X축의 빔 프로파일이 고르게 형성됨을 알 수 있다. 도 10을 참조하면, Y축의 일정 값에 빔 프로파일이 집중되어 있음을 알 수 있다. 즉, 본 실시예의 광학 시스템에 의해서 성형된 빔은 Y축의 일정값에 포커싱되며, X축을 따라 균일한 세기를 가지는 빔 프로파일을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the beam profile of the X axis along the predetermined area is formed evenly. Referring to FIG. 10, it can be seen that the beam profile is concentrated at a predetermined value on the Y axis. That is, the beam formed by the optical system of the present embodiment is focused at a constant value on the Y axis, and can provide a beam profile having a uniform intensity along the X axis.

본 발명의 실시예들에 따른 빔 성형 광학 시스템은 복수의 레이저 소스를 이용할 수 있는 바, 성형된 빔의 강도를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 빔 변환 유닛은 복수의 광들은 서브-컬럼으로 분할/회전시키며, 푸리에 변환 유닛은 복수의 광들을 각(angular) 좌표계에서 혼합시키는 바, 균일한 선형 또는 직사각형 형상의 빔을 성형할 수 있다.The beam shaping optical system according to embodiments of the present invention can use a plurality of laser sources, and can easily adjust the intensity of the shaped beam. In addition, the beam conversion unit divides / rotates the plurality of lights into sub-columns, and the Fourier transform unit mixes the plurality of lights in an angular coordinate system, thereby forming a beam having a uniform linear or rectangular shape. .

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 광학 시스템에 의해서 빔을 성형하는 방법을 나타내는 순서도이다.11 is a flowchart illustrating a method of shaping a beam by an optical system according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 광학 시스템에 의해서 빔을 성형하는 방법은, 복수의 광의 입사 위치를 컬럼으로 배치시키는 단계(S1), 입사된 복수의 광을 광축(Z축)의 수직인 X축을 따라 확대하는 단계(S2), 확대된 복수의 광을 서브-컬럼으로 분할하는 단계(S3), 서브-컬럼을 광축(Z축)을 중심으로 90도 회전하는 단계(S4), 회전된 복수의 서브-컬럼의 광을 푸리에 변환을 통해 혼합하는 단계(S5), 및 기준면에 포커싱하는 단계(S6)을 포함한다.Referring to FIG. 11, in a method of shaping a beam by an optical system, arranging incident positions of a plurality of lights in a column (S1), and expanding the plurality of incident lights along an X axis perpendicular to the optical axis (Z axis). Step S2, dividing the enlarged plurality of light into sub-columns (S3), rotating the sub-column 90 degrees about the optical axis (Z-axis) (S4), rotating the plurality of sub- Mixing the light of the column via a Fourier transform (S5), and focusing on the reference plane (S6).

먼저, 복수의 레이저 소스(100, 도 1 참조)로 부터 입사되는 복수의 광의 입사 위치를 Y축에 따라 컬럼으로 배치시킨다.(S1) 이는 전달 유닛(200, 도 1 참조)으로 구현될 수 있다. 전달 유닛(200)은 복수의 미러 및/또는 빔 익스펜더를 포함할 수 있다. 복수의 미러는 복수의 광의 경로를 조절할 수 있으며, 빔 익스펜더는 이동에 따른 광의 발산을 방지하는 역할을 할 수 있다.First, the incidence positions of a plurality of light incident from the plurality of laser sources 100 (see FIG. 1) are arranged in columns along the Y axis. (S1) This may be implemented by the transfer unit 200 (see FIG. 1). . The delivery unit 200 may comprise a plurality of mirrors and / or beam expanders. The plurality of mirrors may adjust the paths of the plurality of lights, and the beam expander may serve to prevent light divergence due to movement.

그 다음, 입사된 복수의 광을 광축(Z축)의 수직인 X축을 따라 확대한다. (S2) 이는 텔레스코프 유닛(300, 도 1 참조)으로 구현될 수 있다. 텔레스코프 유닛(300)에 의해서 입사된 복수의 광은 X축 방향으로 약 5배 내지 30배 확대될 수 있다. 일부 실시예에서, 입사된 복수의 광은 X축 방향으로 확대되는 동시에 Y축 방향으로 확대 또는 축소될 수 있다. 이 경우, 입사된 복수의 광은 텔레스코프 유닛에 의해서 Y축 방향으로 약 0.2배 내지 1.5배가 될 수 있다. Then, the incident light is magnified along the X axis perpendicular to the optical axis (Z axis). (S2) This may be implemented with a telescope unit 300 (see FIG. 1). The plurality of lights incident by the telescope unit 300 may be magnified about 5 to 30 times in the X-axis direction. In some embodiments, the plurality of incident lights may be enlarged or reduced in the Y-axis direction at the same time. In this case, the incident light may be about 0.2 to 1.5 times in the Y axis direction by the telescope unit.

그 다음, 확대된 복수의 광을 서브-컬럼으로 분할하고 (S3), 서브-컬럼을 광축(Z축)을 중심으로 90도 회전시킨다.(S4) 이는 빔 변환 유닛(400, 도 1 참조)에 의해서 수행될 수 있다. 상기 확대된 복수의 광을 서브-컬럼으로 분할하는 단계(S3) 및 서브-컬럼을 광축(Z축)을 중심으로 90도 회전시키는 단계(S4)는 순차적으로 구현될 수도 있고, 동시에 구현될 수도 있다.Then, the enlarged plurality of lights are divided into sub-columns (S3), and the sub-columns are rotated 90 degrees about the optical axis (Z axis). (S4) This is a beam conversion unit 400 (see FIG. 1). Can be performed by The step S3 of dividing the enlarged plurality of lights into sub-columns and the step S4 of rotating the sub-columns by 90 degrees about the optical axis (Z axis) may be implemented sequentially or simultaneously. have.

확대된 복수의 광은 N (N > 2 인 정수) 개의 서브-컬럼으로 분할될 수 있다. (S3) 상기 각 서브-컬럼은 복수의 레이저 소스로 부터 나온 복수의 광 각각을 포함한다. 예컨대, 레이저 소스가 2개 인 경우, 각 레이저 소스로 부터 나온 광을 각각 제1광 및 제2광이라 할 때, 각 서브-컬럼은 분할된 제1광 및 분할된 제2광을 포함한다. 각 서브-컬럼은 광축(Z축)을 중심으로 약 90도 회전될 수 있다. (S4) 이러한 회전에 의해서 X축 방향의 광의 성분과 Y축 방향의 광의 성분이 바뀌게 되어, 추후의 혼합단계(S5)를 거쳐 빔의 균일화를 도모할 수 있게 된다.The magnified plurality of lights may be divided into N (integers with N> 2) sub-columns. (S3) Each of the sub-columns includes each of a plurality of lights from a plurality of laser sources. For example, when there are two laser sources, when the light from each laser source is called the first light and the second light, respectively, each sub-column includes the divided first light and the divided second light. Each sub-column may be rotated about 90 degrees about the optical axis (Z axis). (S4) Such rotation causes the component of the light in the X-axis direction and the component of the light in the Y-axis direction to be changed, so that the beam can be uniformed through a subsequent mixing step (S5).

그 다음, 회전된 복수의 서브-컬럼의 광을 푸리에 변환을 통해 혼합할 수 있다. 상기 회전된 복수의 서브-컬럼의 광은 좌표 공간에서 분할된 제1광 및 분할된 제2광으로 나뉘어져 불연속적인 분포를 가질 수 있다. 상기 푸리에 변환에 의해서 복수의 서브-컬럼들 각각을 각-공간(angular space)에서 1차원 푸리에 변환을 하게 되는 바, 좌표공간에서 복수의 서브-컬럼들은 하나의 균일한 패턴을 형성하게 된다. 즉, 푸리에 변환은 복수의 서브-컬럼들을 균일하게 혼합하여, 푸리에 변환에 의해서 혼합된 광은 좌표공간에서 연속적인 분포를 가지게 된다.The light of the plurality of rotated sub-columns can then be mixed via a Fourier transform. The light of the rotated plurality of sub-columns may be divided into a first light and a second light divided in a coordinate space, thereby having a discontinuous distribution. The Fourier transform results in a one-dimensional Fourier transform of each of the plurality of sub-columns in an angular space. The plurality of sub-columns form a uniform pattern in a coordinate space. That is, the Fourier transform uniformly mixes a plurality of sub-columns so that the light mixed by the Fourier transform has a continuous distribution in the coordinate space.

그 다음, 혼합된 광은 기준면에 X축 방향으로 길이를 갖는 선 형상으로 포커싱될 수 있다. (S6) 혼합된 광은 장축 광학 유닛(600, 도 1 참조)에 의해서 광 분포가 X축에 따라 균일하게 변환될 수 있으며, 단축 광학 유닛(700, 도 1 참조)에 의해서 얇은 선형 빔 형상으로 포커싱될 수 있다. The mixed light can then be focused in a line shape having a length in the X-axis direction on the reference plane. (S6) The mixed light may be uniformly converted along the X axis by the long-axis optical unit 600 (see FIG. 1), and may be converted into a thin linear beam shape by the uniaxial optical unit 700 (see FIG. 1). Can be focused.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100: 레이저 소스
200: 전달 유닛
300: 텔레스코프 유닛
400: 빔 변환 유닛
500: 푸리에 유닛
600: 장축 광학 유닛
700: 단축 광학 유닛100: laser source
200: delivery unit
300: telescope unit
400: beam conversion unit
500: Fourier Unit
600: long axis optical unit
700: single axis optical unit

Claims (20)

광축(Z축)에 대해서 수직인 평면(XY) 대해서 선형 빔 분포를 가지도록 빔을 성형하는 빔 성형 장치에 있어서,
복수의 레이저 소스;
상기 복수의 레이저 소스에서 출사되는 복수의 광을 상기 광축(Z축)에 수직인 Y축 방향을 따라 컬럼(column)으로 배열하는 전달(delivery) 유닛;
상기 전달 유닛으로부터 입사된 복수의 광의 빔 분포를 상기 광축과 상기 Y축에 수직인 X축 방향으로 확대시키는 텔레스코프(telescope) 유닛;
상기 텔레스코프 유닛으로부터 입사된 복수의 광 각각을 N 개(N > 2인 정수)로 분할하여 상기 복수의 광 각각이 포함된 N 개의 서브-컬럼(sub-column)들을 형성하고, 상기 N 개의 서브-컬럼들 각각을 상기 Z축을 중심으로 90도 회전시키는 빔 변환(beam transformation) 유닛; 및
상기 빔 변환 유닛에 의해 형성된 N 개의 서브-컬럼들에 포함된 복수의 광들을 푸리에 변환을 통해서 혼합하는 푸리에 유닛;을 포함하는 빔 성형 광학 시스템.A beam shaping apparatus for shaping a beam to have a linear beam distribution with respect to a plane XY perpendicular to an optical axis (Z axis),
A plurality of laser sources;
A delivery unit for arranging a plurality of lights emitted from the plurality of laser sources in columns along a Y-axis direction perpendicular to the optical axis (Z axis);
A telescope unit for expanding a beam distribution of a plurality of light incident from the transfer unit in an X axis direction perpendicular to the optical axis and the Y axis;
Each of the plurality of lights incident from the telescope unit is divided into N (an integer of N> 2) to form N sub-columns including each of the plurality of lights, and the N subs A beam transformation unit that rotates each of the columns 90 degrees about the Z axis; And
And a Fourier unit for mixing the plurality of lights included in the N sub-columns formed by the beam conversion unit through a Fourier transform. 제1항에 있어서,
상기 푸리에 유닛에서 혼합된 광을 상기 X축을 따라서 균일하게 분산시키는 장축 광학 유닛; 및
상기 푸리에 유닛에서 혼합된 광을 선형으로 포커싱하는 단축 광학 유닛;을 더 포함하는, 빔 성형 광학 시스템.The method of claim 1,
A long-axis optical unit for uniformly dispersing the light mixed in the Fourier unit along the X axis; And
And a uniaxial optical unit for linearly focusing the light mixed in the Fourier unit. 제2항에 있어서,
상기 장축 광학 유닛은 제1실린더형 볼록 렌즈들로 구비된 두 개의 어레이 및 두 개의 제2실린더형 볼록 렌즈로 구비되며, 상기 어레이의 초점 거리는 10 mm 내지 200 mm 이며, 상기 제2실린더형 볼록 렌즈의 초점 거리는 500 mm 내지 60000 mm 인, 빔 성형 광학 시스템.The method of claim 2,
The long-axis optical unit includes two arrays of first cylinder-type convex lenses and two second cylinder-type convex lenses, and the focal length of the array is 10 mm to 200 mm, and the second cylinder-type convex lens is provided. The focal length of the beam forming optical system is 500 mm to 60000 mm. 제2항에 있어서,
상기 단축 광학 유닛은 초점 거리가 100 mm 내지 500 mm인 실린더형 볼록 렌즈를 포함하는, 빔 성형 광학 시스템.The method of claim 2,
And said uniaxial optical unit comprises a cylindrical convex lens having a focal length of 100 mm to 500 mm. 제1항에 있어서,
상기 전달 유닛은 미러(mirror) 및 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는, 빔 성형 광학 시스템.The method of claim 1,
And the transfer unit comprises a mirror and a beam expander. 제1항에 있어서,
상기 전달 유닛으로부터 출사되는 복수의 광들의 간격은 상기 전달 유닛에 입사되는 복수의 광들의 간격에 비해서 작은, 빔 성형 광학 시스템. The method of claim 1,
Wherein the spacing of the plurality of lights exiting the transmission unit is small compared to the spacing of the plurality of lights incident on the transmission unit. 제1항에 있어서,
상기 빔 변환 유닛은 복수의 렌즈들의 어레이로 구비되며, 상기 복수의 렌즈들 각각은 실린더형 렌즈를 상기 X축에 대해서 45도 기울여 커팅한 형상으로 구비된, 빔 성형 광학 시스템.The method of claim 1,
The beam conversion unit is provided with an array of a plurality of lenses, each of the plurality of lenses is provided with a shape in which the cylindrical lens is cut at an angle of 45 degrees with respect to the X axis. 제7항에 있어서,
상기 빔 변환 유닛에 포함된 상기 복수의 렌즈는 5 mm 내지 30 mm의 피치(pitch)를 가지고 이격되어 배치된, 빔 성형 광학 시스템.The method of claim 7, wherein
And the plurality of lenses included in the beam conversion unit are spaced apart with a pitch of 5 mm to 30 mm. 제7항에 있어서,
상기 빔 변환 유닛에 포함된 상기 복수의 렌즈의 수는 5 내지 20 개인, 빔 성형 광학 시스템.The method of claim 7, wherein
And the number of the plurality of lenses included in the beam conversion unit is 5 to 20. 제7항에 있어서,
상기 빔 변환 유닛에 포함된 상기 복수의 렌즈의 곡률 반경은 100 mm 내지 500 mm 인, 빔 성형 광학 시스템. The method of claim 7, wherein
And a radius of curvature of the plurality of lenses included in the beam conversion unit is between 100 mm and 500 mm. 제1항에 있어서,
상기 텔레스코프 유닛은 상기 입사된 복수의 광의 분포를 X축 방향으로 5 배 내지 30 배, Y축 방향으로 0.2배 내지 1.5배로 변환하는, 빔 성형 광학 시스템.The method of claim 1,
And the telescope unit converts the distribution of the incident light beams from 5 times to 30 times in the X-axis direction and 0.2 times to 1.5 times in the Y-axis direction. 제1항에 있어서,
상기 푸리에 유닛은 초점거리가 3000 mm 내지 15000 mm 인 하나의 실린더 볼록 렌즈로 구비된, 빔 성형 광학 시스템.The method of claim 1,
And the Fourier unit is equipped with one cylindrical convex lens having a focal length of 3000 mm to 15000 mm. 광학 시스템에 의해서 빔을 성형하는 방법에 있어서,
복수의 광의 입사 위치를 컬럼으로 배치시키는 단계;
상기 컬럼으로 배치된 복수의 광을 광축(Z축)의 수직인 X축을 따라 확대하는 단계;
상기 확대된 복수의 광을 서브-컬럼으로 분할하는 단계;
상기 서브-컬럼을 광축(Z축)을 중심으로 90도 회전하는 단계;
상기 회전된 복수의 서브-컬럼의 광을 푸리에 변환을 통해 혼합하는 단계; 및
상기 혼합된 광을 기준면에 포커싱하는 단계;를 포함하는 빔 성형 방법.In a method of shaping a beam by an optical system,
Arranging incident positions of the plurality of lights in a column;
Enlarging a plurality of lights arranged in the column along an X axis perpendicular to an optical axis (Z axis);
Dividing the enlarged plurality of lights into sub-columns;
Rotating the sub-column 90 degrees about an optical axis (Z axis);
Mixing light of the rotated plurality of sub-columns through a Fourier transform; And
And focusing the mixed light on a reference plane. 제13항에 있어서,
상기 복수의 광을 X축을 따라 확대하는 단계에서, 상기 복수의 광은 X축 방향으로 5 배 내지 30 배 확대되는, 빔 성형 방법.The method of claim 13,
And in the step of enlarging the plurality of lights along the X axis, the plurality of lights is magnified 5 to 30 times in the X axis direction. 제14항에 있어서,
상기 X축을 따라 확대된 복수의 광은 상기 X축과 수직인 Y축 방향으로는 0.2 배 내지 1.5배로 사이즈가 조절된, 빔 성형 방법.The method of claim 14,
And a plurality of lights enlarged along the X axis are sized by 0.2 to 1.5 times in the Y axis direction perpendicular to the X axis. 제13항에 있어서,
상기 복수의 광을 서브-컬럼으로 분할하는 단계에서, 상기 서브-컬럼의 수는 2 보다 큰, 빔 성형 방법.The method of claim 13,
In the step of dividing the plurality of lights into sub-columns, wherein the number of sub-columns is greater than two. 제13항에 있어서,
상기 복수의 광을 서브-컬럼으로 분할하는 단계 및 상기 서브-컬럼을 회전하는 단계는 상기 광학 시스템에 포함된 빔 변환 유닛에 의해서 수행되는, 빔 성형 방법.The method of claim 13,
Dividing the plurality of lights into sub-columns and rotating the sub-columns are performed by a beam conversion unit included in the optical system. 제17항에 있어서,
상기 빔 변환 유닛은 복수의 렌즈들의 어레이로 구비되며, 상기 복수의 렌즈들 각각은 실린더형 렌즈를 상기 X축에 대해서 45도 기울여 커팅한 형상으로 구비된, 빔 성형 방법.The method of claim 17,
The beam conversion unit is provided with an array of a plurality of lenses, each of the plurality of lenses is provided with a shape in which the cylindrical lens is cut at an angle of 45 degrees with respect to the X axis. 제17항에 있어서,
상기 빔 변환 유닛에 포함된 상기 복수의 렌즈는 5 mm 내지 30 mm의 피치(pitch)를 가지고 이격되어 배치된, 빔 성형 방법.The method of claim 17,
And the plurality of lenses included in the beam conversion unit are spaced apart with a pitch of 5 mm to 30 mm. 제17항에 있어서,
상기 빔 변환 유닛에 포함된 상기 복수의 렌즈의 수는 5 내지 20 개인, 빔 성형 방법.
The method of claim 17,
And the number of the plurality of lenses included in the beam conversion unit is 5 to 20.
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