KR20210071938A - 2개의 오프셋 레이저 비임을 제공하기 위한 광학 장치 및 방법 - Google Patents

2개의 오프셋 레이저 비임을 제공하기 위한 광학 장치 및 방법 Download PDF

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KR20210071938A
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폴-에티엔 마르탱
세바스티앵 에스티발
악셀 쿠피시에비치
데 캄포스 호세-안토니오 라모스
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레이저 엔지니어링 애플리케이션즈
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Abstract

본 발명은 입력 레이저 비임(301)에 대해 공간적으로 오프셋된 적어도 제 1 레이저 비임(10) 및 제 2 레이저 비임(20)을 제공하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 a) 입력 레이저 비임(301)을 발생시키기 위한 레이저 공급원(300)을 제공하는 단계; b) 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있는 오프셋 레이저 비임(7)을 제공하기 위한 공간 오프셋팅 유닛(1)을 제공하는 단계; c) 오프셋 레이저 비임(7)으로부터, 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10)을 투과에 의해 얻고 또한 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)을 반사에 의해 얻기 위해 편광으로 분리를 하기 위한 제 1 모듈(50)을 포함하는 분리 유닛(2)을 제공하는 단계를 포함하고, 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10) 및 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)은 각각 원을 그리는 데에 적합하다.

Description

2개의 오프셋 레이저 비임을 제공하기 위한 광학 장치 및 방법
제 1 양태에 따르면, 본 발명은 입력 레이저 비임으로부터 적어도 2개의 공간 오프셋 레이저 비임을 제공하기 위한 방법에 관한 것이다. 제 2 양태에 따르면, 본 발명은 제 1 양태에 따른 방법을 실행하기 위한 광학 장치에 관한 것이다. 제 3 양태에 따르면, 본 발명은 기계 가공 시스템에 관한 것이다.
레이저 천공 및 절단 공정이 알려져 있다. 레이저 비임으로 기계 가공될 표면을 횡단하기 위해, 현재 이들 공정은 타겟의 변위 수단 외에 스캐닝 헤드(예컨대, 편향 수단, 스캐너)를 더 사용하고 있다. 이러한 선택은 주로 사용의 용이성 및 기계 가공 속도의 이유로 따르고 있다. 레이저 비임의 가우스 분포로 인해, 스캐너의 사용은 원추형 절단면이 얻어지는 기계 가공 작업이 일어나게 하는데, 즉 절단면은 곧지 않다. 어떤 용례의 경우에 이는 허용되지 않는다.
절단면의 원추도를 제어하거나 없애기 위해, 세차 운동(precession) 헤드가 개발되었다. 이 세차 운동 헤드는 기계 가공될 타겟에 대한 레이저 비임의 받음각(angle of attack)을 제어한다. 이 받음각의 제어는 절단면의 원추도에 대한 더 양호한 제어를 가능하게 한다.
100 와트를 넘는 평균 파워(및 100μJ 이상의 펄스 에너지)를 갖는 극히 짧은 펄스의 공급원이 현재 시판되고 있어, 기계 가공 속도를 증가시켜 생산성을 증가시킬 수 있다 그러나, 레이저 공급원의 평균 파워를 낮추지 않고 작업물의 기계 가공에 그러한 레이저 공급원을 사용하는 것은 일반적으로 가능하지 않은데, 왜냐하면, 타겟의 변형(또는 심지어 파괴), 산화 또는 구조적 개질을 야기할 수 있는 타겟에 대한 열적 영향이 있기 때문이다. 이러한 열적 영향을 제한하기 위해, 온도를 국부적으로 저하시키기 위해 공기 블라스트(blast)를 기계 가공될 타겟 상으로 분출할 수 있는 가스 노즐이 있다. 그러나, 가스 노즐은 부피가 크고 그의 유효성이 제한될 수 있다. 추가로, 가스 노즐은 타겟에 압력을 발생시킬 수 있는데, 그 압력은 타겟을 변위시키거나 심지어 열화시킬 수 있다.
현재의 해결 방안은, 열적 영향으로 인해 세차 운동을 하면서 100 와트를 넘을 수 있는 레이저 공급원의 사용을 허용하지 않는다.
제 1 양태에 따르면, 본 발명의 한 목적은, 유해한 열적 영향을 발생시킴이 없이 또는 그러한 영향을 줄여 세차 운동 기계 가공을 위한 강력한 레이저 공급원을 개발하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
이 목적을 위해, 본 발명자는, (예컨대, 측방향으로 오프셋된) 입력 레이저 비임에 대해 공간적으로 오프셋된 적어도 제 1 레이저 비임 및 제 2 레이저 비임을 제공하기 위한 방법을 제안하고, 이 방법은,
a. 상기 입력 레이저 비임이 시간이 지나도 고정된 편광을 갖도록 입력 레이저 비임을 발생시키기 위한 레이저 공급원을 제공하는 단계;
b. 상기 입력 레이저 비임에 대한 오프셋 레이저 비임(예컨대, 측방향으로 오프셋됨)을 제공하기 위한 공간 오프셋팅 유닛을 제공하는 단계 - 상기 오프셋 레이저 비임은 주 진행 축선(A)을 가지며, 이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합하고, 상기 공간 오프셋팅 유닛은 상기 입력 레이저 비임과 오프셋 레이저 비임 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있음 -; 및
c. 제 1 편광 분리 수단을 포함하는 분리 유닛을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 편광 분리 수단은, 상기 오프셋 레이저 비임으로부터,
- 제 1 주 진행 축선을 갖는 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(예컨대, 측방향으로 오프셋됨)을 투과에 의해 얻고, 또한
- 제 2 주 진행 축선을 갖는 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(예컨대, 측방향으로 오프셋됨)을 반사에 의해 얻으며,
상기 분리 유닛은, 상기 제 1 공간 오프셋 레이저 비임 및 제 2 공간 오프셋 레이저 비임이 제 1 주 진행 축선 및 제 2 주 진행 축선에 수직인 평면에서 각각 원을 그리는 데에 적합하도록 구성되어 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은, 시준(collimation) 조절 시스템(이는 상이한 두께의 타겟 샘플에 적응하는 것을 더 쉽게 해줌)을 (예컨대, 단계 a 뒤에) 제공하는 것을 더 포함한다. 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 작업물의 레이저 기계 가공, 더 바람직하게는 작업물의 레이저 미세 기계 가공을 위한 것이다.
본 발명의 방법은 레이저 공급원과 측방향 오프셋팅 유닛, 및 2개의 측방향 오프셋 레이저 비임을 얻을 수 있으며, 그래서, 2개의 기계 가공 작업이 단일의 공급원으로부터 오는 2개의 개별적인 레이저 비임(단일의 측방향 오프셋팅 유닛에 의해 측방으로 오프셋됨)으로부터 수행될 수 있다. 본 발명 덕분에, 소스 레이저 비임은 여러 개의 하류 레이저 비임으로 분할되기 때문에, 유해한 열적 영향을 발생시킴이 없이 또는 그러한 영향을 줄여 강력한 레이저 공급원을 작동시킬 수 있다. 공간 오프셋팅 유닛에 의해 부여되는 측방향 오프셋은 제 1 및 제 2 측방향 오프셋 레이저 비임에 대해 유지될 수 있다. 이 오프셋의 유지는 측방향 오프셋팅 유닛(입력 레이저 비임과 오프셋 레이저 비임 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있음)과 편광으로 분리하기 위한 유닛의 조합 덕분에 가능하다.
바람직하게는, 본 발명의 광학 장치는 1차원 측방향 오프셋을 발생시키는 데에 적합한데, 즉 오프셋 광 비임은 오프셋 레이저 비임의 주 진행 방향에 수직인 평면에서 선을 그리게 된다. 더 바람직하게는, 측방향 오프셋팅 유닛은 2차원에서 오프셋을 발생시키는 데에 적합한데, 즉 오프셋 광 비임은 오프셋 레이저 비임의 주 진행 방향에 수직인 평면에서 원, 타원 등을 그리게 된다. 본 발명의 광학 장치로, 주 진행 방향에 수직인 평면에서 레이저 비임으로 궤적을 생성할 수 있다. 측방향 오프셋은, 레이저 비임이 오프셋 레이저 비임의 주 진행 방향에 대해 항상 측방향으로 오프셋됨을 의미한다. 따라서, 오프셋 레이저 비임은 주 진행 방향에 평행하게 진행한다. 예컨대, 오프셋 레이저 비임은 주 진행 축선(A)에 평행하게 진행한다. 그러므로, 측방향 오프셋팅 유닛이 오프셋 레이저 비임이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그릴 수 있도록 오프셋을 발생시키면, 오프셋 레이저 비임은 주 진행 축선(A) 주위로 회전하면서 진행하게 된다.
본 발명의 이점은, 분리 유닛에 의해 주 진행 방향(A) 주위의 측방향 오프셋을 유지할 수 있다는 것이다. 사실, 분리 유닛은 제 1 및 제 2 주 진행 축선을 따라 측방향으로 오프셋된 제 1 및 제 2 레이저 비임으로의 분리를 가능하게 하고, 그래서 측방향 오프셋 레이저 비임 및 주 진행 축선은 그의 각각의 측방향 오프셋을 유지한다. 따라서, 단일의 측방향 오프셋팅 유닛을 사용하여, 서로 동일하거나 상이한 적어도 2개의 기계 가공 작업을 동시에 수행할 수 있다. 이는, 입력 레이저 비임과 오프셋 레이저 비임 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있고 오프셋 레이저 비임의 각도 오프셋을 유도하지 않는 측방향 오프셋팅 유닛을 사용하여 달성된다. 이는, 높은 충실도(fidelity)로 측방향 오프셋을 유지하면서 비임을 분리시킬 수 있게 하는 데에 중요하다. 추가로, 분리 유닛은 상대적으로 간단하고 컴팩트하다. 분리 유닛은 또한 분리된 비임의 파워 분포에 대한 양호한 제어를 제공한다.
본 발명의 방법으로 오프셋 레이저 비임을 분리할 수 있는 것으로 얻어지는 다른 이점은, 동일한 세차 운동 모듈(공간 오프셋팅 유닛)을 사용하고 또한 각 공간 오프셋 레이저 비임의 플럭스(강도)를 조절하여 복수의 세차 운동 기계 가공을 수행할 수 있다는 것이다. 또한, 본 발명의 해결 방안으로, 여러 개의 분리 유닛을 적층하여 2, 3, 4 개 이상의 오프셋 레이저 비임을 생성하는 것도 용이하다.
바람직하게는, 오프셋 레이저 비임에 의해 그려지는 원은 주 축선(A)과 이 주 축선(A)에 수직인 평면의 교차점에 중심을 둔다.
바람직하게는, 공간 오프셋팅 유닛은 레이저 공급원의 하류에 있다. 바람직하게는, 분리 유닛은 공간 오프셋팅 유닛의 하류에 위치된다.
본 발명의 방법의 이점은, 오프셋 레이저 비임의 편광을 변화시키지 않는 오프셋팅 유닛을 제공한다는 것이다. 그러므로, 편광 수단, 예컨대, 편광 큐브, 편광 판, 브루스터(brewster) 판 등을 사용하여, 오프셋 레이저 비임을 적어도 2개의 오프셋 레이저 비임으로 분리할 수 있다. 사실, 본 발명의 공간 오프셋팅 유닛의 이점은, 이 유닛은 레이저 비임의 편광을 회전시키지 않는다는 것이다. 사실, 편광의 회전을 유도하는 공간 오프셋팅 유닛이 있는데, 비임과 동기적으로 회전하게 될 편광을 분리하기 위한 수단이 없으면, 편광의 회전으로 인해, 편광 광학 기구로 비임을 분리하는 것이 특히 복잡하게 된다. 그러므로, 본 발명에 포함되는 공간 오프셋팅 유닛 덕분에, 비임 자체가 회전함이 없이 비임을 공간적으로(예컨대, 측방향으로) 오프셋시킬 수 있어, 비임의 편광은 시간이 지나도 일정하게 유지된다.
바람직하게는, 공간 오프셋팅 유닛은 입력 레이저 비임과 오프셋 레이저 비임 사이의 공간 오프셋을 변화시키는 데에 적합하다.
바람직하게는, 제 1 주 진행 축선은 제 2 진행 축선에 수직이다.
편광 큐브 또는 편광 판은, 오프셋 레이저 비임이 편광 요소의 표면에 대해 45°의 입사각을 가질 때, 90°의 각도로 광 비임을 투과 및 반사시킬 수 있다.
바람직하게는, 제 1 분리 모듈은 제 1 편광 분리 수단의 상류에 편광 관리 수단을 포함한다.
오프셋 레이저 비임의 분리를 위해 편광 관리 수단을 사용하는 것으로 얻어지는 이점은, 반사되는 오프셋 레이저 비임의 파워 및 적어도 하나의 지연 판에 의해 투과되는 파워를 조절/제어할 수 있다는 것이다. 바람직하게는, 편광 관리 수단(예컨대, 지연 판)은 오프셋 레이저 비임을 분리할 수 있는 편광 분리 수단의 상류에 위치된다. 따라서, 이 적어도 하나의 지연 판이 그의 광착 축선 주위로 회전함으로써, 투과 부분과 반사 부분을 변화시키도록 오프셋 레이저 비임의 편광을 변경할 수 있다. 적어도 하나의 지연 판과 관련된 편광 수단을 포함하는 그러한 분리 수단은 2개 보다 많은 측방향 오프셋 비임을 얻기 위해 캐스케이드될 수 있다.
바람직하게는, 편광 관리 수단은 지연 판, 바람직하게는 반파 판을 포함하고, 그래서 지연 판의 회전은 제 1 편광 분리 수단에 의해 투과 파워와 반사 파워의 변조를 유도한다.
바람직하게는, 편광 관리 수단은 2개의 지연 판, 바람직하게는 2개의 1/4-파 판을 포함하고, 그래서 두 1/4-파 판 중의 적어도 하나의 회전은 제 1 편광 분리 수단에 의해 투과 파워와 반사 파워의 변조를 유도한다.
예컨대, 편광 관리 수단은 2개의 1/4-파 판을 포함한다. 예컨대, 2개의 1/4-파 판을 사용하면, 오프셋 레이저 비임의 100%가 투과 및 반사된다고 추정하면, 투과 비임에 대한 오프셋 레이저 비임의 파워의 50% 및 반사 비임에 대해 50%를 얻기 위해 편광 수단으로 원형 편광을 갖는 오프셋 레이저 비임을 분리할 수 있다. 유사하게, 하나의 그리고/또는 다른 1/4-파 판을 회전시켜, 75% 또는 2/3을 반사 비임에 분산시키고 그리고 25% 또는 1/3을 투과 비임에 분산시킬 수 있고 그 반대도 가능하다. 이러한 분산으로 캐스케이드식 비임 분리를 수행할 수 있어, 같은 파워를 갖는 3개 또는 4개의 개별적인 레이저 비임이 레이저 공급원 및 오프셋팅 유닛으로부터 얻어질 수 있고, 그래서 동시적인 기계 가공이 같은 레이저 파워로 수행될 수 있다. 이는 생산성과 품질 면에서 특히 유리하다. 2개의 1/4-파 판을 사용함으로써 얻어지는 이점은, 타원형 편광을 갖는 오프셋 레이저 비임이 제어된 방식으로 분산될 수 있다는 것이다.
예컨대, 적어도 하나의 지연 판은 반파 판이다. 예컨대, 반파 판을 사용하여, 오프셋 레이저 비임의 100%가 투과 및 반사된다고 추정하면, 투과 비임 쪽으로 오프셋 레이저 비임의 파워의 50% 및 반사 비임 쪽으로 50%를 얻기 위해 편광 수단으로 선형 편광을 갖는 오프셋 레이저 비임을 분리할 수 있다. 약간의 수정으로, 투과 파워와 반사 파워는 미리 정해진 값과 엄격히 같거나 그에 대응하도록 미세하게 조절될 수 있다. 반파 판을 회전시켜, 75% 또는 2/3을 반사 비임에 분산시키고 그리고 25% 또는 1/3을 투과 비임에 분산시킬 수 있고 또한 그 반대도 가능하다. 이러한 분산으로 캐스케이드식 비임 분리를 수행할 수 있어, 같은 파워를 갖는 3개 또는 4개의 개별적인 레이저 비임이 레이저 공급원 및 오프셋팅 유닛으로부터 얻어질 수 있고, 그래서 동시적인 기계 가공이 같은 레이저 파워로 수행될 수 있다. 이는 본 장치를 포함하는 기계 가공 시스템의 생산성과 품질의 관점에서 특히 유리하다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은,
d. 상기 분리 유닛의 하류에 위치되며 상기 제 1 공간 오프셋 레이저 비임과 제 2 공간 오프셋 레이저 비임을 적어도 하나의 작업물 쪽으로 보내기 위한 제 1 및 제 2 편향 수단을 제공하는 단계; 및
e. 상기 제 1 편향 수단과 제 2 편향 수단의 하류에 각각 위치되어 상기 제 1 공간 오프셋 레이저 비임과 제 2 공간 오프셋 레이저 비임을 상기 적어도 하나의 작업물 상으로 집속시키는 제 1 및 제 2 집속 수단을 제공하는 단계를 더 포함한다.
분리에서 생긴 오프셋 레이저 비임을 편향시키기 위해 편향 수단, 예컨대, 검류계 헤드, 스캐너, 동력화된 미러를 추가하는 것이, 측방향 오프셋팅 유닛과 분리 유닛의 조합으로 가능하다. 이는, 측방향 오프셋팅 유닛과 분리 유닛은, 주 진행 축선(레이저 비임은 이 주 진행 축선 주위로 오프셋되고 주 진행 축선에 평행한 원형 경로를 그리게 됨)에 대해 각도 오프셋을 유도하지 않기 때문에, 가능하게 된다. 따라서, 스캐너 헤드의 사용이 특히 적합하다. 주 진행 축선에 대한 레이저 비임의 각도 오프셋의 예를 들기 위해, 렌즈의 광학 축선에 평행하지만 그 광학 축선과 일치하지 않는 입사 비임을 유도하는 수렴형 렌즈를 고려하면, 비임이 렌즈의 촛점에 집속되기 때문에 생기는 각도 오프셋이 있는데, 그래서 비임은 그 촛점에서 광학 축선과 교차할 것이다. 이 경우는, 기준, 예컨대 광학 축선/주 진행 축선의 조절 없이 광 비임의 경로의 조절로 요약될 수 있는 광 비임의 각도 오프셋을 설명한다.
전술한 바와 동일한 원리에 근거하여, 집속 수단은, 집속 수단, 예컨대 F-세타 광학 기구에서 원을 그리는 측방향 오프셋 레이저 비임에 대한 집속 수단에 의해 유도되는 각도 오프셋을 사용하여 세차 운동 기계 가공을 가능하게 한다.
제 2 양태에 따르면, 본 발명의 한 목적은, 제어된 원추도로 기계 가공을 보장하면서 레이저 시스템의 생산성을 증가시키는 광학 장치를 제안하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 단일의 측방향 오프셋 레이저 비임으로부터 여러 개의 기계 가공 작업을 동시에 수행할 수 있게 하기 위해 하나의 측방향 오프셋 레이저 비임으로부터 여러 개의 측방향 오프셋 레이저 비임을 제공하기 위한 장치를 제안하는 것이다.
이 목적을 위해, 본 발명자는 레이저 기계 가공을 위한 광학 장치를 제안하며, 이 광학 장치는,
- 주 진행 축선(A)을 가지며 이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임을 입력 레이저 비임으로부터 얻기 위한 공간 오프셋팅 유닛; 및
- 제 1 편광 분리 수단을 포함하는 제 1 분리 모듈을 포함하는 분리 유닛을 포함하고,
제 1 편광 분리 수단은, 상기 오프셋 레이저 비임으로부터,
○ 제 1 주 진행 축선을 갖는 제 1 공간 오프셋 레이저 비임을 투과에 의해 얻고, 또한
○ 제 2 주 진행 축선을 갖는 제 2 공간 오프셋 레이저 비임을 반사에 의해 얻으며,
상기 공간 오프셋팅 유닛은 상기 입력 레이저 비임과 오프셋 레이저 비임 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있고,
상기 분리 유닛은, 상기 제 1 공간 오프셋 레이저 비임 및 제 2 공간 오프셋 레이저 비임이 제 1 주 진행 축선 및 제 2 주 진행 축선에 수직인 평면에서 각각 원을 그리는 데에 적합하도록 구성되어 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 방법에 대해 설명된 상이한 변형예 및 이점은 필요한 변경을 가하여 제 2 양태에 따른 광학 장치에 적용된다. 바람직하게는, 본 발명의 광학 장치는 타겟 샘플의 상이한 두께에 더 쉽게 적응할 수 있게 해주는 시준 조절 시스템을 더 포함한다.
본 발명의 광학 장치는, 집속 수단과 조합되면 천공 및 절단에 잘 적합한 공간 오프셋팅 유닛(예컨대, 측방향)을 사용한다. 본 발명의 장치의 공간 변위 유닛의 이점은, 그 공간 변위 유닛은, 종래의 편향 수단과 동일한 사용의 용이성으로,작업물의 기계적 변위 수단 및 편향 수단, 즉 스캐너, 검류계 헤드와 함게 사용될 수 있다는 것이다. 본 발명에 포함되는 공간 변위 유닛(예컨대, 측방향)의 이점은, 스캐너 및 F-세타 렌즈의 사용과 양립 가능하다는 것이다. 그러므로 본 발명의 장치는 편향 장치만으로, 제어되는 원추도(양, 영, 또는 음)로 최대 30 x 30 mm의 기계 가공 범위로 기계 가공 작업을 수행할 수 있다.
본 발명의 장치는 측방향 오프셋팅 유닛 뒤에 배치되는 분리 유닛을 포함하고, 그래서 레이저의 세차 운동이 있는 여러 개의 기계 가공 작업이 단일의 레이저 공급원 및 단일의 측방향 오프셋팅 유닛과 스캐너를 사용하여 동시에 수행될 수 있다. 본 발명의 광학 장치는, 단일 레이저 공급원 및 적어도 하나의 작업물에서 적어도 2개의 레이저 비임의 세차 운동을 발생시키기 위한 단일 측방향 오프셋팅 유닛으로 적어도 2개의 작업물을 기계 가공할 수 있다. 본 발명의 광학 장치의 이점은, 동시에 기계 가공되는 작업물 당 하나의 측방향 변위 유닛을 필요로 함이 없이 적어도 2개의 작업물 또는 기판을 동시에 기계 가공할 수 있고, 그래서 동일하거나 심지어는 상이한 기계 가공 작업을 저렴한 비용으로 할 수 있다는 것이다.
본 발명의 기계 가공 장치의 이점은, 공간 오프셋팅 유닛(예컨대, 측방향)은 오프셋 레이저 비임의 편광을 변화시키지 않는다는 것이다. 그러므로, 편광 수단, 예컨대, 편광 큐브, 편광 판, 브루스터 판 등을 사용하여 오프셋 레이저 비임을 적어도 2개의 오프셋 레이저 비임으로 분리할 수 있다. 사실, 본 발명의 장치의 공간 오프셋팅 유닛의 이점은, 레이저 비임의 편광을 회전시키지 않는다는 것이다. 이는, 편광의 회전을 유도하고 그래서 비임과 비교적 동기화된 방식으로 회전하게 될 이용 가능한 편광 분리 수단이 없으면 비임을 편광 광학 기구로 분리하는 것을 어렵게 하는(실행하기가 매우 어려움) 다른 기존의 공간 오프셋 장치와 비교하여 특히 유리하다. 본 발명에 포함되는 공간 오프셋팅 유닛 덕분에, 비임 자체를 회전시킴이 없이 비임을 공간적으로(예컨대, 측방향으로) 오프셋시킬 수 있고, 그래서 그의 편광은 시간이 지나도 일정하게 유지된다.
바람직하게는, 제 1 분리 모듈은 제 1 편광 분리 수단을 포함하고, 이 수단은,
○ 제 1 공간 오프셋 레이저 비임을 투과에 의해 얻고, 또한
○ 제 2 공간 오프셋 레이저 비임을 반사에 의해 얻는다.
반반사 미러에 기반한 오프셋 레이저 비임 분리가 가능한데, 하지만, 이러한 분리는 개별적인 레이저 비임의 파워를 미세하게 조절할 수 없다.
바람직하게는, 본 발명의 광학 장치는 제 1 또는 제 2 공간 오프셋 레이저 비임을 반사하기 위한 미러를 더 포함한다.
그러한 미러는 제 1 및 제 2 공간 오프셋 레이저 비임을 동일한 방향으로, 바람직하게는 서로 나란히 위치되어 있는 2개의 편향 수단에 보낼 수 있도록 그 두 공간 오프셋 레이저 비임을 미세하게 평행하게 할 수 있다.
바람직하게는, 제 1 편광 분리 수단은,
- 편광 큐브;
- 56°브루스터(Brewster) 판;
- 45°편광 미러
중의 하나에서 선택된다.
바람직하게는, 제 1 분리 모듈은 제 1 편광 분리 수단의 상류에 편광 관리 수단을 포함한다.
바람직하게는, 편광 관리 수단은 지연 판, 바람직하게는 반파 판을 포함하고, 그래서 지연 판의 회전은 제 1 편광 분리 수단에 의해 투과 파워와 반사 파워의 변조를 유도한다. 바람직하게는, 지연 판의 회전은 그 지연 판 자체를 그의 광학 축선 주위로 회전시켜 달성된다.
바람직하게는, 편광 관리 수단은 2개의 지연 판, 바람직하게는 2개의 1/4-파 판을 포함하고, 그래서 두 1/4-파 판 중의 적어도 하나의 회전은 제 1 편광 분리 수단에 의해 투과 파워와 반사 파워의 변조를 유도한다.
바람직하게는, 공간 오프셋팅 유닛은,
- 상기 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 방향(X)을 따라 오프셋된 레이저 비임을 얻기 위한 제 1 측방향 오프셋팅 유닛;
- 상기 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 방향(Y)을 따라 오프셋된 레이저 비임을 얻기 위한 제 2 측방향 오프셋팅 유닛을 포함하고,
상기 방향(X, Y)은 서로 직교하며,
상기 제 1 측방향 오프셋팅 유닛 및 제 2 측방향 오프셋팅 유닛은, 상기 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임을 얻기 위해 입력 레이저 비임을 오프셋시키는 데에 적합하도록 광학적으로 연결되어 있다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2 측방향 오프셋팅 유닛은, 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 방향(X 및 Y)을 따라 오프셋된 레이저 비임을 얻기 위해 레이저 비임을 오프셋시키도록 회전되기에 적합한 판을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 또는 제 2 측방향 오프셋팅 유닛은, 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 방향(X 또는 Y)을 따라 오프셋된 레이저 비임을 얻기 위해 레이저 비임을 오프셋시키도록 회전 가능한 판을 포함한다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2 측방향 오프셋팅 유닛은,
- 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 가동 미러; 및
- 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 방향(X 및 Y)을 따라 오프셋된 비임을 얻기 위해 가동 미러로부터의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임을 그 가동 미러에 재지향시키도록 구성되어 있는 광학 복귀 시스템을 포함한다.
바람직하게는, 제 1 또는 제 2 측방향 오프셋팅 유닛은,
- 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 가동 미러; 및
- 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 방향(X 또는 Y)을 따라 오프셋된 비임을 얻기 위해 가동 미러로부터의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임을 그 가동 미러에 재지향시키도록 구성되어 있는 광학 복귀 시스템을 포함한다.
바람직하게는, 제 1 및/또는 제 2 측방향 오프셋팅 유닛은,
- 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 가동 미러; 및
- 제 1 및 제 2 고정 미러를 포함하고,
두 고정 미러는,
○ 가동 미러 상에서의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임이 제 1 고정 미러 쪽으로 지향되도록,
○ 제 1 고정 미러 상에서의 제 2 반사 비임이 제 2 고정 미러로 지향되도록,
○ 제 2 고정 미러에서의 제 3 반사 비임이 가동 미러 쪽으로 지향되도록, 그리고,
○ 가동 미러 상에서의 제 4 출력 반사에 의해, 가동 미러의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해, 방향(X 및/또는 Y)을 따라 오프셋된 비임을 얻을 수 있도록
구성되어 있다.
바람직하게는, 광학 복귀 시스템은,
- 제 1 및 제 2 고정 미러를 포함하고,
두 고정 미러는,
○ 가동 미러로부터의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임이 제 1 고정 미러로 지향되도록,
○ 제 1 고정 미러 상에서의 제 2 반사 비임이 제 2 고정 미러로 지향되도록,
○ 제 2 고정 미러 상에서의 제 3 반사 비임이 가동 미러로 지향되도록, 그리고,
○ 가동 미러 상에서의 제 4 출력 반사에 의해, 가동 미러의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해, 방향(X 및/또는 Y)을 따라 오프셋된 비임을 얻을 수 있도록
구성되어 있다.
바람직하게는, 제 1 및/또는 제 2 측방향 오프셋팅 유닛은,
- 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 1 가동 미러; 및
- 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 2 가동 미러를 포함하고,
제 1 가동 미러와 제 2 가동 미러의 법선은, 제 1 및 제 2 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 평행하며, 제 1 및 제 2 가동 미러는,
- 제 1 가동 미러에서의 입력 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임이 제 2 가동 미러로 지향되도록, 그리고
- 제 2 가동 미러에서의 제 2 반사에 의해, 제 1 및 제 2 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 방향(X 및/또는 Y)을 따라 각각 오프셋된 비임이 얻어질 수 있도록
구성되어 있다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2 측방향 오프셋팅 유닛은,
- 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 1 가동 미러; 및
- 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 2 가동 미러를 포함하고,
제 1 가동 미러와 제 2 가동 미러의 법선은, 제 1 및 제 2 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 평행하며, 제 1 및 제 2 가동 미러는,
○ 제 1 가동 미러 상에서의 입력 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임이 제 2 가동 미러로 지향되도록,
○ 제 2 가동 미러 상에서의 제 2 반사에 의해, 제 1 및 제 2 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 방향(X)을 따라 측방향으로 오프셋된 비임이 얻어질 수 있도록,
○ 제 1 가동 미러 상에서의 측방향 오프셋 비임의 제 3 반사 비임이 제 2 가동 미러쪽으로 지향되도록, 그리고
○ 제 2 가동 미러 상에서의 제 4 반사에 의해, 제 1 및 제 2 측방향 오프셋팅 유닛의 제 1 및 제 2 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임이 얻어질 수 있도록
구성되어 있다.
바람직하게는, 공간 오프셋팅 유닛은,
- 제 1 측방향 오프셋팅 유닛을 포함하고, 이 측방향 오프셋팅 유닛은,
○ 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 1 가동 미러; 및
○ 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 2 가동 미러를 포함하고,
제 1 가동 미러와 제 2 가동 미러의 법선은, 제 1 및 제 2 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 평행하며, 제 1 및 제 2 가동 미러는,
○ 제 1 가동 미러로부터의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임이 제 2 가동 미러로 지향되도록, 그리고
- 제 2 가동 미러에서의 제 2 반사에 의해, 제 1 및 제 2 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 방향(X 또는 Y)을 따라 각각 오프셋된 비임이 얻어질 수 있도록
구성되어 있고,
공간 오프셋팅 유닛은,
- 제 2 측방향 오프셋팅 유닛을 또한 포함하고, 이 측방향 오프셋팅 유닛은,
○ 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 방향(X 또는 Y)을 따라 오프셋된 레이저 비임을 얻기 위해 레이저 비임을 오프셋시키도록 회전 가능한 판을 포함하고,
제 1 및 제 2 측방향 오프셋팅 유닛은, 판이 제 1 가동 미러와 제 2 가동 미러 사이에 위치되어, 제 1 가동 미러에서의 제 1 반사 비임이 판을 통과하여 제 2 가동 미러 쪽으로 지향되도록 구성되어 있다.
바람직하게는, 공간 오프셋팅 유닛은,
- 3차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 1 가동 미러; 및
- 3차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 2 가동 미러를 포함하고,
제 1 가동 미러와 제 2 가동 미러의 법선은, 제 1 및 제 2 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 평행하며, 제 1 및 제 2 가동 미러는,
○ 제 1 가동 미러로부터의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임이 제 2 가동 미러로 지향되도록, 그리고
○ 제 2 가동 미러에서의 제 2 반사에 의해, 제 1 및 제 2 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임이 얻어질 수 있도록
구성되어 있다.
바람직하게는, 공간 오프셋팅 유닛은,
- 3차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 가동 미러; 및
- 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임이 얻어지도록 가동 미러에서의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임을 그 가동 미러 쪽으로 재지향시키도록 구성되어 있는 광학 복귀 시스템을 포함한다.
바람직하게는, 광학 복귀 시스템은 재귀반사 시스템, 바람직하게는 재귀반사기이다.
바람직하게는, 공간 오프셋팅 유닛은,
- 미러를 포함하고, 이 미러는,
○ 입력 레이저 비임으로부터 제 1 반사 레이저 비임을 얻기 위해 법선으로 규정되는 실질적으로 평평한 반사면을 가지며,
○ 미러의 법선이 3차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합하도록 움직일 수 있고,
공간 오프셋팅 유닛은, 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 입력 레이저 비임과 미러의 법선이 0°내지 15°, 바람직하게는 0.01°내지 10°, 더 바람직하게는 0.1°내지 8°, 더더욱 바람직하게는 0.1°내지 3°의 각도로 분리되도록 구성되어 있고,
공간 오프셋팅 유닛은,
- 가동 미러를 변위시키기 위한 구동 수단; 및
- 재귀반사 시스템을 더 포함하고,
재귀반사 시스템은,
○ 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 제 1 반사 레이저 비임으로부터 미러에 대한 제 2 입사 레이저 비임을 얻어, 가동 미러에서의 상기 제 2 입사 레이저 비임의 반사로부터 오프셋 레이저 비임을 얻도록 미러에 대해 위치되며, 또한
○ 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 제 1 반사 레이저 비임에 평행하게 미러 상에서 제 2 입사 레이저 비임을 제공하는 데에 적합하다.
이 실시 형태의 이점은, 각 채널에서, 즉 제 1, 제 2, 제 3 등의 공간 오프셋 레이저 비임 쪽으로 플럭스(또는 강도)를 조절하기 위한 편광의 사용에 특히 잘 적합하게 된다는 것이다. 그래서, 상이한 비임 분리 시스템을 적층하여 2, 3, 4 개의 공간 오프셋 레이저 비임을 생성하는 것이 쉽게 가능하다. 그래서, 매우 모듈적인 것을 갖게 된다. 이 실시 형태의 공간 오프셋팅 유닛은 출력 편광을 유지한다. 그러므로, 편광 분리 원리를 사용하여 상이한 공간 오프셋 레이저 비임을 얻을 수 있다. 이는 다른 공지된 시스템에서는 그렇지 않다.
바람직하게는, 재귀반사 시스템은 미러에 대해 병진 운동 가능하다. 또한, 재귀반사 시스템에 대해 병진 운동 가능한 미러를 제공하는 것도 가능하다.
본 발명에 포함되는 오프셋팅 유닛의 이점은, 비교적 가볍고 컴팩트하다는 것이다. 추가로, 분리 유닛, 편향 수단 및 집속 수단의 상류에서의 오프셋 및 기판에서의 받음각이 재귀반사 시스템에 대한 미러의 상대 위치 설정으로 쉽게 제어될 수 있다.
본 발명의 오프셋팅 유닛을 2차원(2D) 오프셋팅 유닛이라고 할 수 있다. 오프셋 레이저 비임은 분리 유닛의 상류에서 3차원 공간에서 궤적(또는 운동)을 나타낼 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 측방향 오프셋팅 유닛은 오프셋 레이저 비임과 레이저 비임의 주 진행 방향(한 방향만이 아님) 사이에 2D 오프셋(적어도 2개의 비평행한 방향으로)을 부여하는 데에 적합하다. 오프셋에 대한 이 2D 특성은 본 발명의 오프셋팅 유닛으로 가능한데, 왜냐하면, 미러의 법선은 3차원 공간에서 그리고 재귀반사기의 사용을 통해 궤적을 나타내는 데에 적합하기 때문이다. 미러는 그의 법선이 3차원 공간에서 운동을 나타내는 데에 적합하도록 움직일 수 있다고 동등하게 말할 수 있다. 재귀반사 시스템은, 가동 미러의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 제 1 반사 레이저 비임에 평행한 제 2 입사 레이저 비임을 가동 미러에 제공하는 데에 적합하다. 본 발명의 오프셋팅 유닛으로, 제 1 입사 레이저 비임과 가동 미러의 법선으로 규정되는 평면에 무관하게, 제 1 반사 레이저 비임에 평행한 가동 미러에 대한 제 2 입사 레이저 비임을 가질 수 있다. 이는, 재귀반사 시스템의 사용으로 가능하게 된다. 제 1 반사 레이저 비임과 제 2 입사 레이저 비임은 동일한 선을 따라 서로 상이한 방향을 갖기 때문에, 제 1 반사 레이저 비임과 제 2 입사 레이저 비임은 역평행하다고 말할 수 있다. 2개의 평면 미러는, 제 1 입사 레이저 비임과 가동 미러의 법선으로 규정되는 평면에 무관하게, 제 1 반사 레이저 비임에 평행한 가동 미러에 대한 제 2 입사 레이저 비임을 제공할 수 없기 때문에 재귀반사 시스템을 구성하지 않는다.
바람직하게는, 본 장치는,
- 제 1 측방향 오프셋 레이저 비임 또는 제 2 측방향 오프셋 레이저 비임으로부터 제 3 측방향 오프셋 레이저 비임을 얻는 제 2 분리 모듈을 더 포함한다.
바람직하게는, 제 2 분리 모듈은,
- 제 2 편광 판을 포함하고, 이 편광 판은,
○ 제 1 측방향 오프셋 레이저 비임 또는 제 2 측방향 오프셋 레이저 비임을 투과에 의해 얻고, 또한
○ 제 3 측방향 오프셋 레이저 비임을 반사에 의해 얻는다.
바람직하게는, 제 2 분리 모듈은 제 1 분리 모듈과 제 2 편광 판 사이에 위치되는 적어도 하나의 지연 판을 포함하고, 그래서 편광 판의 회전에 의해, 제 1 및 제 2 측방향 오프셋 레이저 비임 쪽으로 또는 제 2 및 제 3 측방향 오프셋 레이저 비임 쪽으로 제 1 또는 제 2 측방향 오프셋 레이저 비임의 광 파워 분산이 조절된다.
바람직하게는, 본 발명의 장치는,
- 다음과 같은 오프셋 레이저 비임 중의 하나를 얻기 위한 제 3 분리 모듈을 더 포함한다:
○ 제 1 측방향 오프셋 레이저 비임,
○ 제 2 측방향 오프셋 레이저 비임,
○ 제 3 측방향 오프셋 레이저 비임,
제 4 측방향 오프셋 레이저 비임.
바람직하게는, 제 3 분리 모듈은,
- 제 3 편광 판을 포함하고, 이 편광 판은,
○ 제 1, 제 2 또는 제 3 측방향 오프셋 레이저 비임을 투과에 의해 얻고, 또한
○ 제 4 측방향 오프셋 레이저 비임을 반사에 의해 얻는다.
바람직하게는, 제 3 분리 모듈은 제 1 분리 모듈과 제 3 편광 판 사이에 또는 제 2 분리 모듈과 제 3 편광 판 사이에 위치되는 제 3 반파 판을 포함하고, 그래서, 그 반파 판의 회전에 의해, 제 3 및 제 4 측방향 오프셋 레이저 비임에 대한 제 2 또는 제 3 측방향 오프셋 레이저 비임의 광 파워 분산이 조절된다.
제 3 양태에 따르면, 본 발명의 한 목적은, 단일의 공간 오프셋팅 유닛에 의해 공간적으로 분리되는(예컨대, 측방향으로), 단일 레이저 공급원으로부터 나오는 적어도 2개의 레이저 비임으로 세차 운동 기계 가공을 수행하기 위한 광학 기계 가공 시스템을 제공하는 것이며, 그래서 다중 기계 가공 작업이 단일 오프셋 레이저 비임으로부터 동시에 수행될 수 있다.
이러한 목적으로, 본 발명자는 다중 기계 가공 시스템을 제안하며, 이 시스템은,
- 입력 레이저 비임을 발생시키기 위한 레이저 공급원;
- 전술한 바와 같은 광학 장치;
- 분리 유닛의 하류에 위치되어, 제 1 공간 오프셋 레이저 비임 및 제 2 공간 오프셋 레이저 비임에 각도 오프셋을 부여하는 제 1 편향 수단과 제 2 편향 수단; 및
- 제 1 편향 수단과 제 2 편향 수단의 하류에 위치되어 제 1 공간 오프셋 레이저 비임과 제 2 공간 오프셋 레이저 비임을 적어도 하나의 작업물, 바람직하게는 2개의 작업물 상으로 집속시키는 제 1 집속 수단과 제 2 집속 수단을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 기계 가공 시스템은, 편향 수단에 신호를 방출하는 데에 적합하고 그 편향 수단을 제어하기 위한 제어 유닛을 더 포함하고, 이 제어 유닛은 편향 수단 각각에 공통의 제어 신호를 방출하도록 구성되어 있다.
본 발명의 광학 시스템의 이점은, 적어도 2개의 스캐너가 동일한 작업물 또는 적어도 2개의 상이한 작업물에서 동일한 기계 가공을 수행할 수 있도록 하기 위해 동일한 제어기로 제어될 수 있다는 것이다. 이것이 유리한데, 왜냐하면, 본 발명자는 단일의 제어기가 동일한 신호로 적어도 2개의 스캐너를 제어할 수 있다는 것을 보였기 때문이다. 따라서, 공급원의 수 및 측방향 오프셋팅 유닛의 수 면에서 시스템을 단순화하는 것에 추가로, 그 시스템은 내장될 스캐너 제어기의 수를 줄일 수 있다. 대안적으로, 스캐너를 서로 상이한 제어기들로 제어하는 것도 가능하다.
다른 바람직한 변형예에서, 본 발명의 기계 가공 시스템은, 제 1 편향 수단과 제 2 편향 수단에 상이한 제어 신호를 방출하는 데에 적합하고 편향 수단을 제어하기 위한 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 이 바람직한 실시 형태의 기계 가공 시스템은 상이한 발사 신호를 가질 수 있도록 파워 조절기를 분리 유닛 뒤에서 더 포함한다.
바람직하게는, 집속 수단은 F-세타 렌즈이다.
F-세타 집속 수단은 당업자에게 알려져 있고, 스캐너에 의해 주어지는 배향에 무관하게, 작업물에 대한 제어된 입사 각도로 광 비임이 동일 평면에서 집속될 수 있게 해준다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 방법 및 제 2 양태에 따른 장치에 대해 설명된 상이한 변형예 및 이점은 필요한 변경을 가하여 제 2 양태에 따른 광학 장치에 적용된다.
본 발명의 이들 양태 및 다른 양태는, 도면을 참조하여, 본 발명의 특정한 실시 형태에 대한 이하의 상세한 설명에서 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광학 장치의 실시 형태를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 시스템의 실시 형태를 나타낸다.
도 3a, 3b, 4a, 4b 및 4c는 본 발명에 따른 장치 및 광학 시스템의 바람직한 실시 형태를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 장치 및 광학 시스템의 실시 형태를 나타낸다.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 장치 및 광학 시스템의 실시 형태를 나타낸다.
도 7a, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e는 공간 오프셋팅 유닛의 실시 형태를 나타낸다.
도 7b, 7c, 7d는 측방향 오프셋팅 유닛의 실시 형태를 나타낸다.
도면의 도는 척도에 맞게 그려져 있지 않다. 일반적으로, 유사한 요소는 도에서 유사한 참조 번호로 나타나 있다. 도면에서 참조 번호의 존재는, 심지어 이들 참조 번호가 청구 범위에 나타나 있을 때에도 한정적인 것으로 생각될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 광학 장치의 실시 형태의 예를 나타낸다. 본 발명에 따른 광학 장치는 레이저 비임을 주축선(A)에 대해 측방향으로 오프셋시킬 수 있는 측방향 오프셋팅 유닛(1)을 포함한다. 레이저 기계 가공용으로 특히 유용한 오프셋의 예는, 일정한 반경을 가지며 주축선(A)을 자르지 않고 그 주축선 주위로 1회전하는 추축선(A)에 대한 오프셋이다. 오프셋 레이저 비임(7)은 주축선(A) 주위의 오프셋 레이저 비임(7)의 임의의 위치에 대해 주축선(A)에 평행하다. 따라서, 주축선(A)에 수직인 평면에서 오프셋 레이저 비임(7)의 투영은 원을 그리게 된다. 이러한 투영은 또한 타원 또는 선을 그릴 수 있다. 측방향 변위 유닛의 하류에서 오프셋 레이저 비임(7)은 비임(7)의 분리 유닛(2)으로 가게 되며, 그래서, 오프셋 비임(7)으로부터 2개의 측방향 오프셋 비임, 즉 제 1 측방향 오프셋 비임(10)과 제 2 측방향 오프셋 비임(20)이 얻어질 수 있다. 분리 유닛(2)에 의해 분리되는 이들 두 비임(10, 20)은 예컨대 편향 수단 및/또는 집속 수단에 보내진다.
분리 유닛은, 적어도 하나의 지연 판(retardation plate)(55) 및 편광 큐브(51)를 포함하는 제 1 분리 모듈(50)을 포함하고, 그래서 오프셋 레이저 비임(7)은 적어도 하나의 지연 판(55)을 통과한 다음에 편광 큐브에 들어가게 되며, 그래서 오프셋 레이저 비임(7)은 반사 비임 부분(20)과 투과 비임 부분으로 분리된다. 투과 부분에 대응하는 제 1 측방향 오프셋 비임(10)은 투과되어, 제 1 주 진행 축선(11)에 대해 항상 측방향으로 오프셋된다. 제 2 측방향 오프셋 레이저 비임(20)은 반사 부분에 대응하고, 그래서 제 2 주 진행 축선(21)에 대해 항상 측방향으로 오프셋된다. 측방향으로 서로 개별적인 제 1 레이저 비임(10) 및 제 2 레이저 비임(20)의 측방향 오프셋은 각각의 제 1 진행 축선(11) 및 제 2 진행 축선(21)에 대해 유지된다. 오프셋 레이지 비임(7)이 분리 큐브(51)에 들어가기 전의 그 오프셋 레이저 비임의 주 진행 축선은 투과 오프셋 레이저 비임의 제 1 진행 축선에 대응한다. 주 진행 축선은 편광 큐브(51)에 의해 오프셋되는 레이저 비임과 동일한 방식으로 투과 및 반사된다.
도 2는 본 발명에 따른 기계 가공 광학 시스템의 실시 형태를 나타낸다. 본 발명에 따른 광학 시스템은, 레이저 비임의 진행 방향으로, 선택적인 시준기(6)의 상류에 있는 레이저 공급원(3), 측방향 오프셋팅 유닛(1), 및 분리 유닛(2)을 포함한ㄷ. 도 1에 대해 설명한 바와 같이, 제 1 오프셋 레이저 비임(10)은 분리 유닛(2)으로부터 나가 제 1 편향 수단(15)으로 가서 제 1 집속 수단(17)을 통과해 작업물(201, 211)로 가게 된다. 분리 유닛(2)에서 나가는 제 2 오프셋 레이저 비임(20)은 제 2 편향 수단(25)으로 가서 제 1 집속 수단(24)을 통과해 작업물(201, 211)로 가게 된다. 이러한 구성으로, 적어도 하나의 작업물(201, 211)에서 세차 운동 기계 가공을 수행할 수 있다. 바람직한 실시 형태는 미러(4)를 포함하고, 이 미러는, 제 1 오프셋 레이저 비임(10)과 제 2 오프셋 레이저 비임(20)을 서로 평행하게 만들기 위해 그의 법선과 오프셋 레이저 비임(20)의 제 2 주 진행 축선 사이에 45°의 각도로 위치된다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 광학 장치 및 시스템의 2개의 바람직한 실시 형태를 나타낸다. 도 3a 및 3b에서, 분리 유닛(2)은 제 2 분리 모듈(60)을 포함한다. 제 2 분리 모듈(60)은 제 1 분리 모듈(50)과 동일하고, 사실, 적어도 하나의 지연 판(65) 및 편광 분리 수단(61)을 포함한다. 도 3a에서, 제 2 분리 모듈(60)은 주 진행 축선(31) 주위에서 제 2 오프셋 레이저 비임(20)을 제 2 오프셋 레이저 비임(20)과 제 3 오프셋 레이저 비임(30)으로 분리하도록 위치된다. 도 3b에서, 제 2 분리 모듈(60)은 주 진행 축선(31) 주위에서 제 1 오프셋 레이저 비임(10)을 제 3 오프셋 레이저 비임(30)으로 분리하도록 위치된다. 따라서, 도 3a 및 3b에 나타나 있는 실시 형태는, 초기 오프셋 레이저 비임을 3개의 오프셋 레이저 비임(10, 20, 30)으로 분리할 수 있는 분리 유닛(2)의 2개의 실시 형태를 나타낸다. 3개의 오프셋 레이저 비임은 3개의 기계 가공 작업을 동시에 수행하도록 사용되기 위한 것이다.
도 4a, 4b 및 4c는 도 3a 및 3b의 실시 형태에 기반한 것이며, 그래서 분리유닛(2)은 입사 오프셋 레이저 비임(7)을 4개의 오프셋 레이저 비임(10, 20, 30, 40)으로 분리하기 위한 제 3 분리 수단(70)을 포함한다. 따라서, 제 3 분리 모듈(70)은 제 1 분리 모듈(50)과 동일하고, 사실, 적어도 하나의 지연 판(75)과 하나의 편광 수단(71)을 포함한다.
도 4a에서, 제 2 분리 모듈(60)은 주 진행 축선(31) 주위에서 제 2 오프셋 레이저 비임(20)을 제 2 오프셋 레이저 비임(20) 및 제 3 오프셋 레이저 비임(30)으로 분리하도록 위치된다. 추가로, 제 3 분리 모듈(70)은 주 진행 축선(41) 주위에서 제 3 오프셋 레이저 비임(30)을 제 4 오프셋 레이저 비임(40)으로 분리하도록 위치된다.
도 4b에서, 제 2 분리 모듈(60)은 주 진행 축선(31) 주위에서 제 1 오프셋 레이저 비임(10)을 제 3 오프셋 레이저 비임(30)으로 분리하도록 위치된다. 추가로, 제 3 분리 모듈(70)은 주 진행 축선(41) 주위에서 제 2 오프셋 레이저 비임(20)을 제 4 오프셋 레이저 비임(40)으로 분리하도록 위치된다.
도 4c에서, 제 2 분리 모듈(60)은 주 진행 축선(31) 주위에서 제 1 오프셋 레이저 비임(10)을 제 3 오프셋 레이저 비임(30)으로 분리하도록 위치된다. 추가로, 제 3 분리 모듈(70)은 주 진행 축선(41) 주위에서 제 1 오프셋 레이저 비임(10)을 제 4 오프셋 레이저 비임(40)으로 분리하도록 위치된다
따라서, 도 4a, 4b 및 4c에 나타나 있는 실시 형태는, 초기 오프셋 레이저 비임을 4개의 오프셋 레이저 비임(10, 20, 30, 40)으로 분리할 수 있는 분리 유닛(2)의 3개의 실시 형태를 나타낸다. 4개의 오프셋 레이저 비임은 4개의 기계 가공 작업을 동시에 수행하도록 사용되기 위한 것이다.
도 5는 광학 장치 및 특히 광학 기계 가공 시스템의 실시 형태의 예를 나타낸다. 광학 기계 가공 장치는, 입사 광 비임(301)이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리도록 그 입사 광 비임을 공간적으로 오프셋시키는 데에 적합한 공간 오프셋팅 유닛(1)(측방향)을 포함한다. 이 공간 오프셋팅 유닛(1)(측방향)의 독특한 점은, 동일한 편광을 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이로 전환시키는 것인데, 즉 레이저 비임의 공간 오프셋(측방향)은 그 레이저 비임 자체를 회전시키지 않는다. 그래서 오프셋 레이저 비임(7)은 앞의 도들 중의 하나에서 설명한 바와 같은 분리 유닛(2)에 의해 분리된다. 광학 기계 가공 장치는, 출사 광 비임(7)이 일부분 또는 작업물(201, 211) 상으로 분리 유닛(2)에 의해 분리된 후에 그 광 비임을 집속시키는 하나 이상의 집속 수단(17, 27)을 또한 포함한다. 집속 수단(17, 27)의 상류에 있는 미러(119)의 회전에 발생되는 출사 광 비임(7)의 회전 운동에 의해, 집속 수단(17, 27)의 하류에서 출사 광 비임(7)의 세차 운동이 일어나게 된다. 출사 광 비임(7)의 세차 운동은, 바람직하게는, 구조화될 또는 기계 가공될 기판(201, 211) 상의 점, 스폿 또는 작은 영역에서 일어난다. 세차 운동은 도 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 5, 6a 및 6b에서 원의 일부분을 그리는 화살표로 도시되어 있다. 마지막으로, 본 장치는, 적어도 일부분 또는 작업물(201, 211)을 출사 광 비임(7)에 대해 변위시킬 수 있는 변위 수단(160)을 포함한다. 이 변위 수단(160)은 예컨대 방향(101, 102, 103)을 따라 기판을 변위시킬 수 있다. 방향(101, 102, 103)은 바람직하게는 3차원 카르테시안 좌표계를 규정한다. 방향(101, 102)은 예컨대 X 방향 및 Y 방향을 규정한다. Z 방향은 주 축선(A)의 방향을 규정한다.
도 6a 및 6b는 도 5에 있는 광학 장치 및 특히 광학 기계 가공 시스템의 실시 형태를 나타낸다. 이들 두 실시 형태에서, 측방향 오프셋팅 유닛(1)에 들어가는 입사 광 비임(14)은, 레이저 공급원(3)에 의해 발생되어 바람직하게는 측방향 오프셋팅 유닛(1)에 들어가기 전에 그 유닛 외부에서 이동하는 광 비임이다. 측방향 변위 유닛(1)은, 입사 광 비임(14)을 반사시켜 제 1 반사 광 비임(123)을 제공하는 미러(119)를 포함한다. 측방향 오프셋팅 유닛(1)은 또한 제 1 반사 광 비임(123)을 미러(119)에 재지향시키는 재귀반사 시스템(121)을 포함한다. 다시 말해, 미러(119)의 방향으로 가는 제 2 입사 광 비임(18)은, 제 1 반사 광 비임(123)을 재귀반사 시스템(121)에 통과시켜 얻어진다. 그런 다음에 제 2 입사 광 비임(18)은 미러(119)에 의해 반사되어 출사 광 비임(7)을 형성한다. 예컨대, 측방향 오프셋팅 유닛(1)은, 출사 광 비임(7)이 집속 수단(17, 27)의 상류에서 입사 광 비임(14)의 방향에 평행하게 유지되면서 입사 광 비임(14)에 대해 공간적으로 오프셋될 수 있도록 구성된다. 이들 두 실시 형태로 나타나 있는 예에서, 입사 광 비임(14) 및 출사 광 비임(7)은 횡방향으로 오프셋된다. 바람직하게는, 미러(119)는 회전 축선(150) 주위로 완전히 회전될 수 있고, 구동 수단(16)에 의해 미러(119)는 그의 회전 축선(150) 주위로 회전될 수 있다. 측방향 오프셋팅 유닛(1)은, 제 1 입사 광 비임(14) 및 미러(19)의 법선(126)이 가동 미러(119)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 0°내지 15°의 각도(115)로 분리되도록 구성되어 있다. 이 각도(115)는 도의 명료성을 위해 도 6a 및 6b에서 척도에 맞게 나타나 있지는 않다. 측방향 오프셋팅 유닛(1)은, 미러(119)와 재귀반사 시스템(121) 사이의 위치의 변화가 입사 광 비임(14)과 출사 광 비임(7) 사이의 오프셋의 변화를 유도할 수 있도록 구성된다. 광학 시스템은 예컨대 양 방향(101, 102)으로 움직일 수 있는 변위 스테이지(160)에 장착된다. 도 6a 및 6b에 나타나 있는 실시 형태에서, 가동 미러(119)의 각위치에 따라, 출사 광 비임(7)은 다른 경로를 따를 것이다. 바람직하게는, 가동 미러(119)의 각위치 각각에 대해 얻어지는 출사 광 비임(7)의 각 궤적은 평행하다. 광학 기계 가공 장치는 또한 출사 광 비임(7)이 일부분 또는 작업물(201, 211)에서 분리 유닛(2)에 의해 분리된 후에 그 출사 광 비임을 집속시키는 하나 이상의 집속 수단(17, 27)을 포함한다. 집속 수단(17, 27)의 상류에서 미러(119)의 회전에 의해 발생되는 출사 광 비임(7)의 회전 운동은, 집속 수단(17, 27)의 하류에서 출사 광 비임(7)의 세차 운동을 일으킨다. 출사 광 비임(7)의 이 세차 운동은 바람직하게는 구조화될 또는 기계 가공될 기판(201, 211) 상의 점, 스폿 또는 작은 영역에서 일어난다. 세차 운동은 도 2, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 5, 6a 및 6b에서 원의 일부분을 그리는 화살표로 도시되어 있다. 마지막으로, 본 장치는, 적어도 일부분 또는 작업물(201, 211)을 출사 광 비임(7)에 대해 변위시킬 수 있는 변위 수단(160)을 포함한다. 이 변위 수단(160)은 예컨대 방향(101, 102, 103)을 따라 기판을 변위시킬 수 있다. 방향(101, 102, 103)은 바람직하게는 3차원 카르테시안 좌표계를 규정한다.
가동 미러(119)를 회전시킬 수 있는 구동 수단(16)에 추가로, 가동 미러(119)의 병진 운동을 일으키기 위한 수단 및/또는 가동 미러(119)의 경사를 변화시키기 위한 수단이 존재할 수 있다(미러(119)는 2개 이상의 비평행 방향으로 경사질 수 있고 구동 수단은 미러(119)의 경사를 변화시키는 데에 적합하고 이 구동 수단은 예컨대 압전 시스템이다). 미러(19)의 병진 운동과 회전 운동을 조합하는 이점은, 미러(119)와 재귀반사 시스템(121) 사이의 상대 회전 운동에 의해 집속 수단(17, 27)의 하류에서 출사 광 비임(7)의 세차 운동을 발생시키고 또한 미러(119)와 재귀반사 시스템(121) 사이의 상대 병진 윤동에 의해 작업물(201, 211)의 표면(202, 212)과의 받음각(107, 207)을 변경할 수 있다는 것이다. 구동 수단의 예는 전기 모터, 브러시레스 모터이다.
오프셋팅 유닛(1)에 포함되는 재귀반사 시스템(121)은 예컨대 도브(Dove) 프리즘 및 직각 이등변 프리즘을 포함한다. 재귀반사 시스템의 다른 실시 형태는 예컨대 도브 프리즘, 직각 이등변 프리즘, 반파 판, 루프 프리즘 및 편광 반반사 미러를 포함한다.
도 5, 6a 및 6b의 실시 형태는 또한 비임을 제 1 오프셋 레이저 비임(10) 및 제 2 오프셋 레이저 비임(20)으로 분리할 수 있는 분리 유닛을 포함하고, 그들 오프셋 레이저 비임은 제 1 편향 수단(15) 및 제 2 편향 수단(25)으로 가고 그래서 제 1 오프셋 레이저 비임(10) 및 제 2 오프셋 레이저 비임(20)은 하나 이상의 작업물(201, 211)로 가게 된다. 따라서, 집속 수단(17, 27)은, 작업물(201, 211)의 표면(202, 212) 상의 법선(106, 206)에 대한 받음각(107, 207)으로, 제 1 오프셋 레이저 비임(10) 및 제 2 오프셋 레이저 비임(20)을 부분(201, 211)의 표면(202, 212) 상에 집속시킬 수 있다.
도 7a는 입사 광 비임(레이저)(301)을, 주 진행 축선(A)을 가지며 이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 광 비임(레이저)(7)으로 공간적으로 오프셋시키는 공간 오프셋팅 유닛(1)(측방향)을 나타낸다. 이 공간 오프셋팅 유닛(1)(측방향)은 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X)과 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)을 포함하고,
- 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X)은 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 방향(X 또는 Y)을 따라 입사 비임(301)을 측방향 오프셋 비임(302)으로 오프셋시킬 수 있고,
- 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)은, 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X)에 의해 오프셋되지 않은 방향(X 또는 Y)을 따른 측방향 오프셋 비임(302)을, 주 진행 축선(A)을 가지며 이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 비임(7)으로 오프셋시킬 수 있다.
측방향 오프셋 비임(302)은 이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 선을 그린다.
도 7b는 공기 또는 진공 보다 큰 굴절률을 갖는 판(410)을 포함하는 제 1 또는 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1X, 1Y)을 나타낸다. 판(410)은 그의 모든 배향에 대해 입사 광 비임(301) 또는 측방향 오프셋 광 비임(302)이 판(410)에 의해 투과되도록 경사진다. 판이 제 1 위치로부터 제 2 위치로 경사지면, 광 비임(301, 302)은 선에 따라 또는 비임(302)이 판(7)을 통과할 때의 선을 따라 이미 오프셋되었으면 원에 따라 측방향으로 오프셋된다(302, 7). 경사는 판의 경사에 대응하고, 그래서 판(410)에 대한 비임(301, 302)의 입사각은 변한다. 둥근 화살표는 판(410)의 경사를 나타낸다. 실선 판은 판(410)의 제 1 판 위치를 나타내고, 대시선 판은 판의 제 2 위치를 나타낸다. 오프셋 광 비임(302, 7)은, 판(410)에 의해 제 1 위치로 오프셋되면 실선으로 나타나고, 판(410)에 의해 대시선으로 오프셋되면 대시선으로 나타난다.
도 7c는 가동 미러(401), 제 1 고정 미러(402) 및 제 2 고정 미러(403)를 포함하는 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X) 또는 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)을 나타내고(가동 미러는 바람직하게는 경사 가능한데, 즉 축선 주위로 회전 가능함),
○ 가동 미러(401)에서의 레이저 비임(301, 302)의 제 1 입력 반사는 제 1 고정 미러(402) 쪽으로 가고,
○ 제 1 고정 미러(402)에서의 제 2 반사는 제 2 고정 미러(403) 쪽으로 가며,
○ 제 2 고정 미러(403)에서의 제 3 반사는 가동 미러(401) 쪽으로 가고,
○ 가동 미러(401)에서의 제 4 출력 반사는, 가동 미러의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해, 방향(X 및/또는 Y)을 따라 오프셋된 레이저 비임(302, 7)을 얻을 수 있다. 이 실시 형태에서, 레이저 비임은 예컨대 동일한 평면에 있다. 이 실시 형태에서, 미러의 배향은 입사 비임(301, 302) 및 출사 비임(302, 7)의 궤적을 변경하도록 조절될 수 있다.
도 7d는 제 1 가동 미러(421) 및 제 2 가동 미러(422)를 포함하는 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X) 또는 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)을 나타내고, 그래서 그들 미러의 법선은 2차원 공간에서 궤적으로 그릴 수 있다. 제 1 가동 미러(421) 및 제 2 가동 미러(422)는 그의 표면 또는 법선이 항상 평행하도록 움직일 수 있다. 미러(421, 422)의 변위는 미러(421, 422)의 어떤 변위에 대해서도 출사 비임(302, 7)이 항상 그 미러 내에서 평행하도록 동기화된다. 제 1 가동 미러(421)로 가는 입사 비임(301, 302)은 제 1 가동 미러(421)에서 입사 레이저 비임의 제 1 반사를 받고, 이 반사는 제 2 가동 미러(422)로 가게 되며, 그래서 제 2 가동 미러(422)에서의 제 2 반사에 의해 오프셋 레이저 비임(302, 7)이 생기게 된다. 이 오프셋 레이저 비임(302, 7)은 제 1 및 제 2 가동 미러(421, 422)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 얻어진다. 얻어진 오프셋 비임은 바람직하게는 선을 따르는데, 즉 오프셋 레이저 비임(302, 7)의 스캔은 직선을 따라 일어난다.
도 8a는 도 7d에서 설명한 바와 같은 2개의 측방향 오프셋팅 유닛(1X, 1Y)을 포함하는 공간 오프셋팅 유닛(1)의 실시 형태를 나타낸다. 입사 비임(301)은 제 1측방향 오프셋팅 유닛(1X)에 의해 측방향 오프셋 비임(302)으로 측방향으로 오프셋된다. 측방향 오프셋 비임(302)은, 모든 미러 위치(421X, 422X)에 대해 측방향 오프셋 비임(302)이 직선을 스캔하도록 오프셋된다. 이 직선은 오프셋 비임(302)의 진행에 수직인 평면에서 축선(X)을 따른다. 그런 다음에 측방향 오프셋 비임(302)은 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)에 들어가고 이 유닛에 의해, 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X)에 의해 오프셋되지 않은 방향(Y)을 따라 오프셋된다. 제 1 및 제 2 가동 미러(421Y, 422Y)에서의 측방향 오프셋 비임(302)의 반사의 결과로 오프셋 비임(302)은 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)에 의해 오프셋 비임(7)으로 측방향으로 오프셋된다. 그런 다음에 공간 오프셋 비임은 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그릴 수 있도록 얻어진다. 이 실시 형태는 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있다.
도 8b는 제 1 가동 미러(431)와 제 2 가동 미러를 포함하는 공간 오프셋팅 유닛(1)의 실시 형태를 나타내며, 그래서 그들 미러의 법선은 3차원 공간에서 궤적으로 그리는 데에 적합하다. 제 1 가동 미러(431)와 제 2 가동 미러(432)는 그의 표면 또는 법선이 항상 평행하도록 움직일 수 있다. 제 1 가동 미러(431)로 가는 입사 비임(301)은 제 1 가동 미러(431)에서 레이저 비임의 제 1 입사 반사를 받고, 이 반사는 제 2 가동 미러(432)로 가게 되며, 그래서 제 2 가동 미러(432)에서의 제 2 반사에 의해, 주 진행 축선(A)을 가지며 이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임(7)이 얻어진다. 이 오프셋 레이저 비임(7)은 제 1 및 제 2 가동 미러(421, 422)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 얻어진다. 얻어진 오프셋 비임은 바람직하게는 원을 따르는데, 즉 오프셋 레이저 비임(7)의 스캔은 원 주위로 일어난다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 가동 미러(431, 432)의 법선 각각은 미러(431, 432)의 변위 동안에 원을 그리게 된다. 이 실시 형태는 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있다.
도 8c는 도 7d의 측방 변위 유닛(1X, 1Y)을 포함하는 공간 오프셋팅 유닛(1)의 실시 형태를 나타내는데, 여기서, 경사 가능 판(401)이 제 1 가동 미러(421)와 제 2 가동 미러(422)(경사 가능함) 사이에 삽입된다. 따라서, 제 1 경사 가능 미러(421)와 제 2 경사 가능 미러(422)에 의해, 광 비임은 방향(X(Y))을 따라 변위될 수 있고, 그런 다음에, 경사 가능 판에 의해 동일한 광 비임이 방향(Y(X))을 따라 변위될 수 있다. 이러한 구성은, 판(410)을 제 1 가동 미러(421)의 상류에 위치시키거나 제 2 가동 미러(422)의 하류에 위치시킴으로써 가능하다. 그럼에도 불구하고 도 8c에 나타나 있는 구성은 특히 컴팩트하다. 두 가동(경사 가능) 미러(421, 422) 및 가동(경사 가능) 판(410)의 조합으로, 가동 미러(421, 422)와 가동 판(410)의 변위의 동기화 덕분에, 주 진행 축선(A)을 가지며 이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임(7)을 얻을 수 있다. 이 실시 형태는 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있다. 바람직하게는, 도 8c의 실시 형태는 도 7b의 실시 형태와 도 7d의 실시 형태를 조합한 것이다.
도 8d는 도 7b에 나타나 있는 측방향 오프셋팅 유닛(1X, 1Y)의 개량예를 포함하는 공간 오프셋팅 유닛(1)의 실시 형태를 나타낸다. 그 개량예는 판(410)의 운동에 대한 것이다. 도 8d에 나타나 있는 이 실시 형태에서, 판(410)은 그의 법선이 3차원 공간에서 궤적으로 그리도록, 예컨대 그의 법선이 원을 그리도록 움직이게 된다. 예컨대, 판의 법선은 입사 비임(301)과 판(410)의 입사점을 통과하는 축선을 중심으로 원을 그리게 되며, 그 축선은 입사 비임(301)에 평행하지 않은데, 즉, 입사 비임(301)과 합쳐지지 않는다. 이러한 축선은 대시선으로 나타나 있다. 공간 오프셋팅 유닛(1)의 이 실시 형태에 의해, 주 진행 축선(A)을 가지며, 특히 판(410)의 법선이 축선 주위로 원형 궤적을 그릴 때, 그 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그릴 수 있는 오프셋 레이저(7)를 얻을 수 있다. 이 실시 형태는 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있다.
도 8e는 제 1 쐐기 프리즘(441)과 제 2 쐐기 프리즘(442)을 포함하는 공간 오프셋팅 유닛(1)의 실시 형태를 나타내고, 두 쐐기 프리즘(441, 442) 각각은 도 8e에 나타나 있는 바와 같은 축선을 중심으로 회전되기에 적합하다. 두 쐐기 프리즘(441, 442)은 동기적으로 회전된다. 바람직하게는, 이들 쐐기 프리즘은, 그의 회전 축선에 평행한 방향으로 임의의 점에서 그의 두께의 합이 같도록 회전된다. 바람직하게는, 두 쐐기 프리즘(441, 442)은 동일한 쐐기 프리즘 각도를 갖는다. 따라서, 두 쐐기 프리즘의 동기화된 회전 동안에 광 비임이 두 쐐기 프리즘(441, 442)을 통과함으로써, 주 진행 축선(A)을 가지며 이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그릴 수 있는 오프셋 레이저(7)를 얻을 수 있다. 이 실시 형태는 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시 형태에 관해 설명되었고, 그 실시 형태는 순수히 실례적인 가치를 가지며 한정적인 것으로 생각되어 서는 안 된다. 일반적으로 말해서, 본 발명은 도시된 그리고/또는 위에서 설명된 예에 한정되지 않는다. 동사 "포함한다", "포괄한다" 또는 다른 변형어는 언급된 것 외의 다른 요소의 존재를 배제하는 것은 결코 아니다. 어떤 요소에 대한 단수 표현은 복수의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다. 청구 범위에 있는 참조 번호는 그 청구 범위를 한정하지 않는다.
요컨대, 본 발명은 다음과 같이 설명될 수 있다.
입력 레이저 비임(301)으로부터 공간적으로 오프셋된 제 1 레이저 비임(10)과 제 2 레이저 비임(20)을 제공하기 위한 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다:
a. 입력 레이저 비임(301)을 발생시키는 레이저 공급원(300)을 제공하는 단계;
b. 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이의 공통 편광을 유지하는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임(7)을 제공하는 공간 오프셋팅 유닛(1)을 제공하는 단계;
c. 오프셋 레이저 비임(7)으로부터 편광을 얻기 위한 제 1 편광 분리 모듈(50)을 포함하는 분리 유닛(2)을 제공하는 단계;
- 투과에 의한 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10), 및
- 반사에 의한 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20);
제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10) 및 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)은 원을 그릴 수 있다.

Claims (30)

  1. 입력 레이저 비임(301)에 대해 공간적으로 오프셋된 적어도 제 1 레이저 비임(10) 및 제 2 레이저 비임(20)을 제공하기 위한 방법으로서,
    a. 상기 입력 레이저 비임(301)이 시간이 지나도 고정된 편광을 갖도록 입력 레이저 비임을 발생시키기 위한 레이저 공급원(300)을 제공하는 단계;
    b. 상기 입력 레이저 비임(301)에 대한 오프셋 레이저 비임(7)을 제공하기 위한 공간 오프셋팅 유닛(1)을 제공하는 단계 - 상기 오프셋 레이저 비임(7)은 주 진행 축선(A)을 가지며, 이 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합하고, 상기 공간 오프셋팅 유닛(1)은 상기 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있음 -; 및
    c. 제 1 편광 분리 수단(51)을 포함하는 분리 유닛(2)을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 편광 분리 수단은, 상기 오프셋 레이저 비임(7)으로부터,
    - 제 1 주 진행 축선(11)을 갖는 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10)을 투과에 의해 얻고, 또한
    - 제 2 주 진행 축선(21)을 갖는 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)을 반사에 의해 얻으며,
    상기 분리 유닛(2)은, 상기 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10) 및 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)이 제 1 주 진행 축선(11) 및 제 2 주 진행 축선(21)에 수직인 평면에서 각각 원을 그리는 데에 적합하도록 구성되어 있는, 레이저 비임을 제공하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 오프셋팅 유닛(1)은 상기 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이의 공간 오프셋을 변화시키는 데에 적합한, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 주 진행 축선(11)은 제 2 주 진행 축선(21)에 수직인, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 분리 모듈(50)은 상기 제 1 편광 분리 수단(51)의 상류에 편광 관리 수단을 포함하는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 편광 관리 수단은 지연 판(retardation plate)(55), 바람직하게는 반파 판(half-wave plate)을 포함하고, 그래서 지연 판(55)의 회전은 상기 제 1 편광 분리 수단(51)에 의해 투과 파워와 반사 파워의 변조를 유도하는, 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 편광 관리 수단은 2개의 지연 판(55, 56), 바람직하게는 2개의 1/4-파 판(55, 56)을 포함하고, 그래서 두 1/4-파 판(55; 56) 중의 적어도 하나의 회전은 상기 제 1 편광 분리 수단(51)에 의해 투과 파워와 반사 파워의 변조를 유도하는, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    d. 상기 분리 유닛(2)의 하류에 위치되며 상기 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10)과 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)을 적어도 하나의 작업물(201; 211) 쪽으로 보내기 위한 제 1 편향 수단(15)과 제 2 편향 수단(25)을 제공하는 단계; 및
    e. 상기 제 1 편향 수단(15)과 제 2 편향 수단(25)의 하류에 각각 위치되어 상기 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10)과 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)을 상기 적어도 하나의 작업물(201; 211) 상으로 집속시키는 제 1 집속 수단(17)과 제 2 집속 수단(27)을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 레이저 기계 가공을 위한 광학 장치로서,
    - 주 진행 축선(A)을 가지며 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임(7)을 입력 레이저 비임(301)으로부터 얻기 위한 공간 오프셋팅 유닛(1); 및
    - 제 1 편광 분리 수단(51)을 포함하는 제 1 분리 모듈(50)을 포함하는 분리 유닛(2)을 포함하고,
    상기 제 1 편광 분리 수단은, 상기 오프셋 레이저 비임(7)으로부터,
    ○ 제 1 주 진행 축선(11)을 갖는 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10)을 투과에 의해 얻고, 또한
    ○ 제 2 주 진행 축선(21)을 갖는 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)을 반사에 의해 얻으며,
    상기 공간 오프셋팅 유닛(1)은 상기 입력 레이저 비임(301)과 오프셋 레이저 비임(7) 사이에 동일한 편광을 유지할 수 있고,
    상기 분리 유닛(2)은, 상기 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10) 및 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)이 제 1 주 진행 축선(11) 및 제 2 주 진행 축선(21)에 수직인 평면에서 각각 원을 그리는 데에 적합하도록 구성되어 있는, 레이저 기계 가공을 위한 광학 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10) 또는 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)을 반사시키기 위한 미러(4)를 더 포함하는 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 편광 분리 수단(51)은,
    - 편광 큐브;
    - 56°브루스터(Brewster) 판;
    - 45°편광 미러
    중의 하나에서 선택되는, 장치.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 분리 모듈(50)은 상기 제 1 편광 분리 수단(51)의 상류에 편광 관리 수단을 포함하는, 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 편광 관리 수단은 지연 판(55), 바람직하게는 반파 판을 포함하고, 그래서 지연 판(55)의 회전은 상기 제 1 편광 분리 수단(51)에 의해 투과 파워와 반사 파워의 변조를 유도하는, 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 편광 관리 수단은 2개의 지연 판(55, 56), 바람직하게는 2개의 1/4-파 판(55, 56)을 포함하고, 그래서 두 1/4-파 판(55; 56) 중의 적어도 하나의 회전은 상기 제 1 편광 분리 수단(51)에 의해 투과 파워와 반사 파워의 변조를 유도하는, 장치.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 오프셋팅 유닛(1)은,
    - 상기 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 방향(X)을 따라 오프셋된 레이저 비임을 얻기 위한 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X); 및
    - 상기 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 방향(Y)을 따라 오프셋된 레이저 비임을 얻기 위한 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)을 포함하고,
    상기 방향(X, Y)은 서로 직교하며,
    상기 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X) 및 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)은, 상기 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임(7)을 얻기 위해 입력 레이저 비임(301)을 오프셋시키는 데에 적합하도록 광학적으로 연결되어 있는, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X) 및/또는 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)은, 상기 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 방향(X 및/또는 Y)을 따라 각각 오프셋된 레이저 비임을 얻기 위해 레이저 비임을 오프셋시키도록 회전되기에 적합한 판(410)을 포함하는, 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X) 및/또는 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)은,
    - 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 가동 미러(401); 및
    - 상기 가동 미러(401)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 방향(X 및/또는 Y)을 따라 오프셋된 비임을 얻기 위해 상기 가동 미러(401)로부터의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임을 가동 미러(401)에 재지향시키도록 구성되어 있는 광학 복귀 시스템(402, 403)을 포함하는, 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 광학 복귀 시스템(402, 403)은,
    제 1 고정 미러(402)와 제 2 고정 미러(403)을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 고정 미러는,
    ○ 상기 가동 미러(401) 상에서의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임이 상기 제 1 고정 미러(402)로 지향되도록,
    ○ 제 1 고정 미러(402)에서의 제 2 반사 비임이 상기 제 2 고정 미러(403)로 지향되도록,
    ○ 상기 제 2 고정 미러(402)에서의 제 3 반사 비임이 상기 가동 미러(401) 쪽으로 지향되도록, 그리고,
    ○ 상기 가동 미러(401) 상에서의 제 4 출력 반사에 의해, 가동 미러(401)의 모든 가능한 위치 및 배향에 대해, 방향(X 및/또는 Y)을 따라 각각 오프셋된 비임을 얻을 수 있도록
    구성되어 있는, 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X) 및 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)은,
    - 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 1 가동 미러(421X, 421Y); 및
    - 2차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 2 가동 미러(422X, 422Y)를 포함하고,
    상기 제 1 가동 미러(421X, 421Y)와 제 2 가동 미러(422X, 422Y)의 법선은, 제 1 가동 미러(421X, 421Y)와 제 2 가동 미러(422X, 422Y)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 평행하며, 또한 상기 제 1 가동 미러(421X, 421Y)와 제 2 가동 미러(422X, 422Y)는,
    ○ 상기 제 1 가동 미러(421X) 상에서의 입력 레이저 비임(301)의 제 1 입력 반사 비임이 제 2 가동 미러(422X)로 지향되도록,
    ○ 상기 제 2 가동 미러(422X) 상에서의 제 2 반사에 의해, 제 1 가동 미러(421X)와 제 2 가동 미러(422X)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 방향(X)을 따라 측방향으로 오프셋된 비임(302)이 얻어질 수 있도록,
    ○ 상기 제 1 가동 미러(421Y) 상에서의 측방향 오프셋 비임(302)의 제 3 반사 비임이 상기 제 2 가동 미러(422Y) 쪽으로 지향되도록, 그리고
    ○ 상기 제 2 가동 미러(422Y) 상에서의 제 4 반사에 의해, 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X)과 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)의 제 1 가동 미러(421X, 421Y)와 제 2 가동 미러(422X, 422Y)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임(7)이 얻어질 수 있도록
    구성되어 있는, 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X)과 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)은 제 15 항에 따라 형성되는, 장치.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X)과 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)은 제 16 항 또는 제 17 항에 따라 형성되는, 장치.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X)과 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)은 제 18 항에 따라 형성되는, 장치.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 측방향 오프셋팅 유닛(1X)은 제 18 항에 따라 형성되고, 상기 제 2 측방향 오프셋팅 유닛(1Y)은 제 15 항에 따라 형성되며, 그래서 상기 판(410)은 제 1 가동 미러(421)와 제 2 가동 미러(422) 사이에 위치되어, 상기 제 1 가동 미러(421) 상에서의 상기 제 1 반사 비임은 상기 판(410)을 통과하여 상기 제 2 가동 미러(422) 쪽으로 지향되는, 장치.
  23. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 오프셋팅 유닛(1)은,
    - 3차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 1 가동 미러(431); 및
    - 3차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 제 2 가동 미러(432)를 포함하고,
    상기 제 1 가동 미러(431)와 제 2 가동 미러(432)의 법선은, 제 1 가동 미러(431)와 제 2 가동 미러(432)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 평행하고,
    상기 제 1 가동 미러(431)와 제 2 가동 미러(432)는,
    ○ 상기 제 1 가동 미러(431)로부터의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임이 제 2 가동 미러(432)로 지향되도록, 그리고
    ○ 상기 제 2 가동 미러(432) 상에서의 제 2 반사에 의해, 제 1 가동 미러(431)와 제 2 가동 미러(432)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임(7)이 얻어질 수 있도록
    구성되어 있는, 장치.
  24. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 오프셋팅 유닛(1)은,
    - 3차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합한 법선을 갖는 가동 미러(119); 및
    - 상기 가동 미러(119)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 주 진행 축선(A)에 수직인 평면에서 원을 그리는 데에 적합한 오프셋 레이저 비임(7)을 얻도록 상기 가동 미러(119) 상에서의 레이저 비임의 제 1 입력 반사 비임을 가동 미러(119) 쪽으로 재지향시키도록 구성되어 있는 광학 복귀 시스템(121)을 포함하는, 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 광학 복귀 시스템(121)은 재귀반사 시스템, 바람직하게는 재귀반사기인, 장치.
  26. 제 8 항 내지 제 13 항, 제 24 항 및 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 오프셋팅 유닛(1)은,
    - 미러(119)를 포함하고, 이 미러는,
    ○ 상기 입력 레이저 비임(301)으로부터 제 1 반사 레이저 비임(123)을 얻기 위해 법선(126)으로 규정되는 실질적으로 평평한 반사면을 가지며,
    ○ 상기 미러의 법선(126)이 3차원 공간에서 궤적을 그리는 데에 적합하도록 움직일 수 있고,
    상기 공간 오프셋팅 유닛(1)은, 가동 미러(119)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해 입력 레이저 비임(301)과 미러(119)의 상기 법선(126)이 0°내지 15°, 바람직하게는 0.01°내지 10°, 더 바람직하게는 0.1°내지 8°, 더더욱 바람직하게는 0.1°내지 3°의 각도(115)로 분리되도록 구성되어 있고,
    상기 공간 오프셋팅 유닛은,
    - 상기 가동 미러(119)를 변위시키기 위한 구동 수단(16); 및
    - 재귀반사 시스템(121)을 더 포함하고,
    상기 재귀반사 시스템은,
    ○ 상기 미러(119)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 상기 제 1 반사 레이저 비임(123)으로부터 상기 미러(119) 상에서 제 2 입사 레이저 비임(18)을 얻어, 상기 가동 미러(119) 상에서의 상기 제 2 입사 레이저 비임(18)의 반사로부터 상기 오프셋 레이저 비임(7)을 얻도록 상기 미러(119)에 대해 위치되며, 또한
    ○ 상기 가동 미러(119)의 모든 가능한 위치와 배향에 대해, 상기 제 1 반사 레이저 비임(123)에 평행하게 상기 미러(119) 상에서 상기 제 2 입사 레이저 비임(18)을 제공하는 데에 적합한, 장치.
  27. 다중 기계 가공 시스템으로서,
    - 입력 레이저 비임(301)을 발생시키기 위한 레이저 공급원(300);
    - 제 8 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치;
    - 분리 유닛(2)의 하류에 위치되어, 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10) 및 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)에 각도 오프셋을 부여하는 제 1 편향 수단(15)과 제 2 편향 수단(25); 및
    - 상기 제 1 편향 수단(15)과 제 2 편향 수단(25)의 하류에 각각 위치되어 상기 제 1 공간 오프셋 레이저 비임(10)과 제 2 공간 오프셋 레이저 비임(20)을 적어도 하나의 작업물(201; 211), 바람직하게는 2개의 작업물(201, 211) 상으로 집속시키는 제 1 집속 수단(17)과 제 2 집속 수단(27)을 포함하는 다중 기계 가공 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    편향 수단에 신호를 방출하는 데에 적합하고 편향 수단(15, 25)을 제어하기 위한 제어 유닛을 더 포함하고, 제어 유닛은 상기 편향 수단(15, 25) 각각에 공통의 제어 신호를 방출하도록 구성되어 있는, 다중 기계 가공 시스템.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 1 편향 수단(15)과 제 2 편향 수단(25)에 상이한 제어 신호를 방출하는 데에 적합하고 편향 수단(15, 25)을 제어하기 위한 유닛을 더 포함하는, 다중 기계 가공 시스템.
  30. 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집속 수단(17, 27)은 F-세타 렌즈인, 다중 기계 가공 시스템.
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