KR20220009004A - Line beam forming device - Google Patents

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Abstract

The present invention is to provide a line beam forming device, which improves beam efficiency while forming a line beam with a simpler configuration. To this end, the line beam forming device comprises: a light source for emitting a beam; a beam diameter adjusting unit for expanding the diameter of the beam emitted by the light source; a beam converting unit for converting the beam expanded by the beam diameter adjusting unit; a long-axis optical system of the beam emitted from the beam converting unit; and a short-axis optical system installed at the rear of the long-axis optical system. The beam converting unit includes: a two-dimensional FEL array disposed at the rear of the beam diameter adjusting unit, and including a plurality of first FELs; and an optical fiber array disposed at the rear of the two-dimensional FEL array, and formed of a plurality of optical fiber cores.

Description

라인빔 형성장치{LINE BEAM FORMING DEVICE}LINE BEAM FORMING DEVICE

본 발명은 라인빔 형성장치에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 라인빔을 좀 더 간단한 구성으로 형성하면서 빔 효율이 개선되는 라인빔 형성장치에 대한 것이다.The present invention relates to an apparatus for forming a line beam, and more particularly, to an apparatus for forming a line beam in which beam efficiency is improved while forming a line beam with a simpler configuration.

레이저 방사선의 전파 방향은, 특히 레이저 방사선이 평면파가 아니거나 또는 적어도 부분적으로 발산되는 경우, 레이저 방사선의 중간 전파 방향을 의미한다.The direction of propagation of laser radiation means an intermediate direction of propagation of laser radiation, in particular when the laser radiation is not a plane wave or is at least partially divergent.

광빔, 부분 빔 또는 빔은 달리 표현되지 않으면, 기하학적 광학 시스템의 이상적인 빔을 의미하는 것이 아니라, 실제 광빔,예컨대 극미하게 작은 빔 횡단면이 아니라 연장된 빔 횡단면을 가진, 가우스 프로파일 또는 변형된 가우스 프로파일의 레이저 빔이다.A light beam, partial beam or beam, unless otherwise indicated, does not mean the ideal beam of a geometrical optical system, but of an actual light beam, e.g. a Gaussian profile or a modified Gaussian profile, with an extended beam cross-section and not an extremely small beam cross-section. is a laser beam.

전술한 방식의 장치는 충분히 공지되어 있다. 이러한 장치들의 전형적인 레이저 광원들은 예컨대 Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저이다. Devices of the above-mentioned manner are well known. Typical laser light sources of these devices are, for example, Nd-YAG lasers or excimer lasers.

예컨대 싱글-모드 레이저로서 작동되지 않는 Nd-YAG 레이저는 약 8 내지 25의 회절율(beam quality factor) M2을 갖는다. 회절율 M2은 레이저 빔의 품질에 대한 척도이다. 예컨대, 가우스-프로파일을 가진 레이저 빔은 1의 회절율 M2을 갖는다. For example, an Nd-YAG laser that is not operated as a single-mode laser has a beam quality factor M 2 of about 8 to 25. The diffraction index M 2 is a measure of the quality of the laser beam. For example, a laser beam with a Gaussian-profile has a diffraction index M 2 of 1.

회절율 M2 은 레이저 방사선의 모드의 수에 대략 상응한다.The diffraction index M 2 approximately corresponds to the number of modes of laser radiation.

회절율 M2 은 레이저 방사선의 포커싱 가능성에 영향을 준다. 가우스-프로파일을 가진 레이저 빔에 있어서, 포커스 영역 내의 두께(d) 또는 빔 웨이스트는 포커싱될 레이저 빔의 파장(λ)에 비례하고, 역으로 포커싱 렌즈의 개구수 NA 에 비례한다. 포커스 영역에서 레이저 빔의 두께에 대해 하기 식이 성립된다:The diffraction rate M 2 influences the focusing potential of the laser radiation. For a laser beam with a Gaussian-profile, the thickness (d) or beam waist in the focus area is proportional to the wavelength (λ) of the laser beam to be focused, and inversely proportional to the numerical aperture NA of the focusing lens. The following equation holds for the thickness of the laser beam in the focus area:

Figure pat00001
Figure pat00001

가우스형 프로파일을 갖지 않거나 또는 1 보다 큰 회절율 M2 을 가진 레이저 빔에서는 포커스 영역에서 최소 두께 또는 포커스 영역에서 빔 웨이스트가 하기 식에 따라 추가로 회절율에 비례한다.For laser beams that do not have a Gaussian profile or have a diffraction rate M 2 greater than 1, the minimum thickness in the focus region or the beam waist in the focus region is additionally proportional to the diffraction rate according to the equation

Figure pat00002
Figure pat00002

회절율이 크면 클수록, 레이저 방사선을 포커싱하기 어렵다. 회절율 M2은 레이저 방사선의 전파 방향에 대해 직각인 2개의 방향에 대해 상이한 크기일 수 있다. The greater the diffraction rate, the more difficult it is to focus the laser radiation. The diffraction rate M 2 may be of different magnitudes for two directions perpendicular to the direction of propagation of the laser radiation.

이러한 회절율을 고려하여 빔 선형 장치를 구성하는 종래 기술이 한국특허등록공보 제10-951370호에 개시되어 있다.A prior art for configuring a beam linear device in consideration of such a diffraction rate is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-951370.

종래 기술에서는 빔 변환장치로 빔이 입사되기 전에 축소시킨 다음 입사시키게 되는 바, 이로 인해 광량 손실이 발생하는 문제점이 존재하고 있다.In the prior art, there is a problem in that the beam is reduced before being incident to the beam converting device and then incident, resulting in loss of the amount of light.

또한, 축소된 빔을 다시 확대하기 위해 별도의 장치가 추가되어야 하는 바, 전반적으로 장치의 구성이 복잡한 단점이 존재한다.In addition, since a separate device must be added to re-enlarge the reduced beam, there is a disadvantage in that the overall configuration of the device is complicated.

한국특허등록공보 제10-951370호Korean Patent Registration No. 10-951370

본 발명은 라인빔을 좀 더 간단한 구성으로 형성하면서 빔 효율이 개선되는 라인빔 형성장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.An object of the present invention is to provide a line beam forming apparatus in which beam efficiency is improved while forming a line beam in a simpler configuration.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해, 빔을 출사하는 광원과, 상기 광원에 의해 출사된 빔의 직경을 확대하기 위한 빔 직경조절부와, 상기 빔 직경조절부에 의해 확대된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부와, 상기 빔 변환부에서 출사된 빔의 장축 광학계와, 상기 장축 광학계의 후방에 설치되는 단축 광학계로 이루어지며, 상기 빔 변환부는, 상기 빔 직경조절부의 후방에 배치되며 복수의 제1 FEL로 이루어지는 2차원 FEL 어레이와, 상기 2차원 FEL 어레이의 후방에 배치되며 복수의 광섬유 코어로 형성되는 광섬유 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above problems, the present invention includes a light source for emitting a beam, a beam diameter control unit for expanding the diameter of the beam emitted by the light source, and converting the expanded beam by the beam diameter control unit It consists of a beam converting unit for, a long axis optical system of the beam emitted from the beam converting unit, and a short axis optical system installed at the rear of the long axis optical system, wherein the beam converting unit is disposed behind the beam diameter adjusting unit and includes a plurality of third It is characterized in that it consists of a two-dimensional FEL array made of one FEL, and an optical fiber array disposed behind the two-dimensional FEL array and formed of a plurality of optical fiber cores.

또한, 본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해, 빔을 출사하는 복수의 광원과, 상기 복수의 광원에 각각 설치되어 상기 각 광원에서 출사된 빔의 직경을 확대하기 위한 빔 직경조절부와, 상기 복수의 빔 직경 조절부에 각각 설치되어 상기 각 빔 직경조절부에 의해 확대된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부와, 상기 복수의 빔 직경 조절부에 각각 설치되어 상기 각 빔 직경조절부에 의해 확대된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부와, 상기 복수의 빔 변환부에 각각 설치되는 장축 광학계와, 상기 복수의 장축 광학계의 후방에 각각 설치되는 단축 광학계로 이루어지며, 상기 빔 변환부는, 상기 빔 직경조절부의 후방에 배치되며 복수의 제1 FEL로 이루어지는 2차원 FEL 어레이와, 상기 2차원 FEL 어레이의 후방에 배치되며 복수의 광섬유 코어로 형성되는 광섬유 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention, a plurality of light sources for emitting a beam, and a beam diameter adjusting unit installed in each of the plurality of light sources to enlarge the diameter of the beam emitted from each light source in order to solve the above problems, A beam conversion unit installed in each of a plurality of beam diameter adjusting units to convert a beam enlarged by each of the beam diameter adjusting units, and each installed in the plurality of beam diameter adjusting units to be enlarged by each of the beam diameter adjusting units It consists of a beam converting unit for converting the converted beam, a long-axis optical system respectively installed in the plurality of beam converting units, and a short-axis optical system respectively installed at the rear of the plurality of long-axis optical systems, wherein the beam converting unit has the beam diameter It is characterized in that it comprises a two-dimensional FEL array disposed behind the control unit and comprising a plurality of first FELs, and an optical fiber array disposed behind the two-dimensional FEL array and formed of a plurality of optical fiber cores.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 2차원 FEL 어레이는 복수의 제1 FEL 이 가로 및 세로 방향의 2차원으로 로 배열되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the two-dimensional FEL array is characterized in that a plurality of first FELs are arranged in two dimensions in the horizontal and vertical directions.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 2차원 FEL 어레이에서 가로 및 세로 방향의 크기는 상기 빔 직경조절부에서 출사된 빔의 크기와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, it is characterized in that the size of the horizontal and vertical directions in the two-dimensional FEL array is formed to be the same as the size of the beam emitted from the beam diameter adjusting unit.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 각 광섬유 코어의 입사부는 상기 각 제1 FEL 의 가로 세로 방향 중심에 배치되며, 상기 각 제1 FEL 의 촛점에 배치되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the incident portion of each optical fiber core is disposed at the center of each of the first FELs in the horizontal and vertical directions, and is disposed at the focal point of each of the first FELs.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 광원인 단수 개로 형성된 경우 각 광섬유 코어의 출사부는 세로방향으로 1차원으로 배치되며, 상기 광원이 복수 개로 형성된 경우 각각의 빔 변환부의 각 광섬유 코어의 출사부가 모두 합쳐져서 세로방향으로 1차원으로 배치되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, when a single light source is formed, the output part of each optical fiber core is arranged in one dimension in the longitudinal direction, and when the light source is formed in plurality, the output part of each optical fiber core of each beam conversion part is all It is characterized in that they are merged and arranged in one dimension in the vertical direction.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 장축 광학계는, 상기 빔 변환부의 후방에 배치되며 복수의 제2 FEL로 이루어지는 한 쌍의 1차원 FEL 어레이와, 상기 한 쌍의 1차원 FEL 어레이의 후방에 배치되며 실린더 렌즈로 이루어지는 장축투사렌즈로 이루어지며, 상기 제2 FEL 은 실린더 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the long-axis optical system includes a pair of one-dimensional FEL arrays disposed behind the beam conversion unit and comprising a plurality of second FELs, and a pair of one-dimensional FEL arrays disposed behind the pair of one-dimensional FEL arrays. and is composed of a long-axis projection lens composed of a cylinder lens, and the second FEL is composed of a cylinder lens.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 한 쌍의 1차원 FEL 어레이의 각 제2 FEL 은 상기 각 출사부의 광섬유 코어에 대응하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, each second FEL of the pair of one-dimensional FEL arrays is characterized in that it is arranged to correspond to the optical fiber core of each of the emitting units.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 각 제2 플라이 아이 렌즈는 상기 각 광섬유 코어의 출사부에 대응하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, each of the second fly's eye lenses is characterized in that it is arranged to correspond to the exit portion of each of the optical fiber cores.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 단축 광학계는, 상기 장축 광학계의 후방에 배치되며 실린더 렌즈로 이루어지는 한 쌍의 더블 텔리센트릭 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the short-axis optical system is arranged behind the long-axis optical system and is formed of a pair of double telecentric lenses comprising a cylinder lens.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 한 쌍의 더블 텔리센트릭 렌즈는 상기 장축 광학계의 후방에 배치되는 제1실린더 렌즈와, 상기 제1실린더 렌즈의 후방에 배치되는 제2실린더 렌즈로 이루어지며, 상기 제1 실린더 렌즈와 제2 실린더 렌즈 사이의 거리는 상기 제2 실린더 렌즈에서 출사되는 최외곽 빔이 광축과 평행하게 형성되도록 결정되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the pair of double telecentric lenses includes a first cylinder lens disposed behind the long axis optical system and a second cylinder lens disposed behind the first cylinder lens, , a distance between the first cylinder lens and the second cylinder lens is determined such that the outermost beam emitted from the second cylinder lens is formed parallel to the optical axis.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 빔을 출사하는 광원과, 상기 광원에 의해 출사된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부와, 상기 빔 변환부에서 출사된 빔의 장축 광학계와, 상기 장축 광학계의 후방에 설치되는 단축 광학계로 이루어지며, 상기 빔 변환부는, 상기 복수의 마이크로 렌즈로 이루어지는 2차원 마이크로 렌즈 어레이와, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 후방에 배치되며 복수의 광섬유 코어로 형성되는 광섬유 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a light source for emitting a beam in order to solve the above problems, a beam conversion unit for converting the beam emitted by the light source, a long axis optical system of the beam emitted from the beam conversion unit, and the long axis optical system Consists of a single-axis optical system installed at the rear, wherein the beam conversion unit includes a two-dimensional micro lens array comprising the plurality of micro lenses, and an optical fiber array disposed behind the micro lens array and formed of a plurality of optical fiber cores. characterized.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 빔의 크기와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the micro lens array is formed to have the same size as the beam.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 각 마이크로 렌즈에 대응하여 상기 광섬유 코어 어레이의 각 광섬유 코어가 배치되며, 상기 각 마이크로 렌즈의 촛점에 상기 각 광섬유 코어가 배치되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, each optical fiber core of the optical fiber core array is disposed corresponding to each microlens of the microlens array, and each optical fiber core is disposed at a focal point of each microlens. .

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 각 광섬유 코어의 출사부는 세로방향으로 1차원으로 배치되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, it is characterized in that the exit portion of each optical fiber core is arranged in one dimension in the longitudinal direction.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 장축 광학계는, 상기 빔 변환부의 후방에 배치되며 복수의 제2 FEL로 이루어지는 한 쌍의 1차원 FEL 어레이와, 상기 한 쌍의 1차원 FEL 어레이의 후방에 배치되며 실린더 렌즈로 이루어지는 장축투사렌즈로 이루어지며, 상기 제2 FEL 은 실린더 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the long-axis optical system includes a pair of one-dimensional FEL arrays disposed behind the beam conversion unit and comprising a plurality of second FELs, and a pair of one-dimensional FEL arrays disposed behind the pair of one-dimensional FEL arrays. and is composed of a long-axis projection lens composed of a cylinder lens, and the second FEL is composed of a cylinder lens.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 한 쌍의 1차원 FEL 어레이의 각 제2 FEL 은 상기 각 출사부의 광섬유 코어에 대응하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, each second FEL of the pair of one-dimensional FEL arrays is characterized in that it is arranged to correspond to the optical fiber core of each of the emitting units.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 각 제2 플라이 아이 렌즈는 상기 각 광섬유 코어의 출사부에 대응하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, each of the second fly's eye lenses is characterized in that it is arranged to correspond to the exit portion of each of the optical fiber cores.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 단축 광학계는, 상기 장축 광학계의 후방에 배치되며 실린더 렌즈로 이루어지는 한 쌍의 더블 텔리센트릭 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the short-axis optical system is arranged behind the long-axis optical system and is formed of a pair of double telecentric lenses comprising a cylinder lens.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 한 쌍의 더블 텔리센트릭 렌즈는 상기 장축 광학계의 후방에 배치되는 제1실린더 렌즈와, 상기 제1실린더 렌즈의 후방에 배치되는 제2실린더 렌즈로 이루어지며, 상기 제1 실린더 렌즈와 제2 실린더 렌즈 사이의 거리는 상기 제2 실린더 렌즈에서 출사되는 최외곽 빔이 광축과 평행하게 형성되도록 결정되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the pair of double telecentric lenses includes a first cylinder lens disposed behind the long axis optical system and a second cylinder lens disposed behind the first cylinder lens, , a distance between the first cylinder lens and the second cylinder lens is determined such that the outermost beam emitted from the second cylinder lens is formed parallel to the optical axis.

본원 발명은 빔 직경조절부의 구성을 종래기술에 비해 실린더 렌즈의 개수를 2개 감소시키면서도 동일한 빔 형성작용을 하는 것이 가능하게 됨으로써 장치의 구성이 간단하게 되는 작용을 하게 된다.The present invention makes it possible to perform the same beam forming operation while reducing the number of cylinder lenses by two compared to the prior art in the configuration of the beam diameter adjusting unit, thereby simplifying the configuration of the device.

또한, 종래기술에서는 빔 변환장치를 통과한 이후에 빔을 다시 확대하는 장치가 요구되었으나 본원 발명에서는 이러한 장치가 불요하여 장치의 구성이 더욱 간단하게 됨으로써 원가절감 및 장치제작에 소요되는 시간 및 노력이 절감되는 효과를 가지게 된다.In addition, in the prior art, a device for enlarging the beam again after passing through the beam converting device was required, but in the present invention, such a device is unnecessary and the configuration of the device becomes simpler, thereby reducing the cost and time and effort required for manufacturing the device. have a savings effect.

게다가, 빔 변환시에 빔에 대한 축소 및 확대를 위한 별도의 작용이 불요하게 되므로 광량손실을 방지하여 빔의 효율이 개선되는 효과를 가지게 된다.In addition, since a separate action for reducing and expanding the beam is unnecessary during beam conversion, loss of light quantity is prevented and the efficiency of the beam is improved.

도 1 은 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 직경조절부를 도시하는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부를 도시하는 도면이다.
도 4 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부의 2차원 FEL 어레이를 도시하는 도면이다.
도 5 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부의 2차원 FEL 어레이를 도시하는 정면도이다.
도 6 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부의 광섬유 어레이의 광섬유 코어가 설치된 상태를 도시하는 정면도이다.
도 7 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부의 광섬유 어레이의 입사부에서 광섬유 코어가 설치된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 8 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부의 광섬유 어레이의 출사부에서 코어 및 클래딩부를 도시하는 도면이다.
도 9 은 본 발명에서 장축 광학계를 도시하는 도면이다.
도 10 은 본 발명에서 단축 광학계를 도시하는 도면이다.
도 11 은 본 발명에서 단축 광학계를 조정한 상태를 도시하는 도면이다.
도 12 는 본 발명의 제2실시예서의 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 13 은 본 발명의 제2실시예서의 빔 변환부를 도시하는 도면이다.
도 14 는 본 발명의 제3실시예에서 빔 변환부를 도시하는 도면이다.
도 15 은 본 발명의 제3실시예에서 마이크로 렌즈 어레이를 도시하는 도면이다.
도 16 는 본 발명의 제3실시예에서 광섬유 어레이를 도시하는 도면이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of an apparatus according to the present invention.
2 is a view showing a beam diameter adjusting unit in the first embodiment of the present invention.
3 is a view showing a beam converting unit in the first embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a two-dimensional FEL array of a beam converter in the first embodiment of the present invention.
5 is a front view showing a two-dimensional FEL array of a beam converting unit in the first embodiment of the present invention.
6 is a front view showing a state in which the optical fiber core of the optical fiber array of the beam conversion unit is installed in the first embodiment of the present invention.
7 is a side view showing a state in which an optical fiber core is installed at an incident part of an optical fiber array of a beam converting part in the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view showing a core and a cladding unit in the output unit of the optical fiber array of the beam converting unit according to the first embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing a long-axis optical system in the present invention.
10 is a diagram showing a single-axis optical system in the present invention.
11 is a view showing a state in which the single-axis optical system is adjusted in the present invention.
12 is a schematic diagram showing the configuration of an apparatus according to a second embodiment of the present invention.
13 is a view showing a beam converting unit according to the second embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating a beam converting unit according to a third embodiment of the present invention.
15 is a diagram showing a micro lens array in the third embodiment of the present invention.
16 is a diagram showing an optical fiber array in the third embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[제1실시예][First embodiment]

도 1 은 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of an apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 빔 형성 장치는 레이저 광원(100), 빔 직경조절부(200), 빔 변환부(300)와, 장축 광학계(400) 및 단축 광학계(500)로 이루어진다.The beam forming apparatus according to the present invention includes a laser light source 100 , a beam diameter adjusting unit 200 , a beam converting unit 300 , and a long axis optical system 400 and a short axis optical system 500 .

레이저 광원(100)은 예컨대 Nd-YAG- 레이저 또는 엑시머 레이저로 실시될 수 있다. 레이저 광원(100)으로부터 나온 빔은 원형 횡단면을 가지며 빔의 직경은 6mm 이다.The laser light source 100 may be implemented as, for example, an Nd-YAG-laser or an excimer laser. The beam from the laser light source 100 has a circular cross-section and the diameter of the beam is 6 mm.

본 실시예에서 레이저 광원(100)의 방사선은 x-방향 및 y-방향으로 회절율 Mx2 = My 2 = 26 를 가진다.In this embodiment, the radiation of the laser light source 100 has a diffraction rate Mx 2 =My 2 = 26 in the x-direction and the y-direction.

본 발명에는 빔의 진행방향을 z 방향으로 하고, z 방향에 수직한 평면에서 라임 빔의 장축 방향을 x 축 방향으로 하고, 단축 방향을 y 방향으로 정의한다.In the present invention, the traveling direction of the beam is defined as the z direction, the long axis direction of the lime beam is defined as the x axis direction in a plane perpendicular to the z direction, and the short axis direction is defined as the y direction.

도 2 본 발명의 제1실시예에서 빔 직경조절부를 도시하는 도면이다.2 is a view showing a beam diameter adjusting unit in the first embodiment of the present invention.

빔 직경조절부(200)은 빔의 직경을 확대하기 위한 한 쌍의 구면 렌즈(210,220)로 이루어지며, 각각의 구면 렌즈의 공지된 구성으로 이루어진다.The beam diameter adjusting unit 200 is made of a pair of spherical lenses 210 and 220 for enlarging the diameter of the beam, and each of the spherical lenses has a known configuration.

레이저 광원(100)에서 출사된 직경 6mm 의 빔은 빔 직경조절부(200)를 통과하면서 6.5 배 확대되어 직경 39mm 의 빔으로 출사하게 된다.The beam having a diameter of 6 mm emitted from the laser light source 100 is magnified by 6.5 times while passing through the beam diameter adjusting unit 200 to be emitted as a beam having a diameter of 39 mm.

이때, 레이저 광원(100)에서 출사된 빔의 회절율이 Mx2 = My 2 = 26 이면 빔 직경조절부(200)에 의해 확대된 후에도 변경되지 않고 동일하게 Mx2 = My 2 = 26 이 된다.At this time, if the diffraction rate of the beam emitted from the laser light source 100 is Mx 2 = My 2 = 26, it is not changed even after being enlarged by the beam diameter adjusting unit 200, and Mx 2 = My 2 = 26 is the same.

본원 발명은 빔 직경조절부의 구성을 종래기술에 비해 실린더 렌즈의 개수를 2개 감소시키면서도 동일한 빔 형성작용을 하는 것이 가능하게 됨으로써 장치의 구성이 간단하게 되는 작용을 하게 된다.The present invention makes it possible to perform the same beam forming operation while reducing the number of cylinder lenses by two compared to the prior art in the configuration of the beam diameter adjusting unit, thereby simplifying the configuration of the device.

도 3 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부를 도시하는 도면이다.3 is a view showing a beam converting unit in the first embodiment of the present invention.

빔 변환부(300)는 2차원 FEL(Fly Eye Lenz) 어레이(310)와 광 섬유 어레이(320)로 이루어진다.The beam converter 300 includes a two-dimensional FEL (Fly Eye Lenz) array 310 and an optical fiber array 320 .

도 4 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부의 2차원 FEL 어레이를 도시하는 도면이다. 도 5 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부의 2차원 FEL 어레이를 도시하는 정면도이다.4 is a diagram showing a two-dimensional FEL array of a beam converter in the first embodiment of the present invention. 5 is a front view showing a two-dimensional FEL array of a beam converting unit in the first embodiment of the present invention.

2차원 FEL 어레이(310)는 도 4 에 도시된 바와 같이 각각이 구면 렌즈로 이루어지는 복수의 제1 FEL(311)을 가로 방향(x 방향) 및 세로 방향(y 방향)으로 2차원으로 배열하여 형성한다.The two-dimensional FEL array 310 is formed by arranging a plurality of first FELs 311 each formed of a spherical lens in two dimensions in the horizontal direction (x direction) and the vertical direction (y direction) as shown in FIG. 4 . do.

본 실시예에서 2차원 FEL 어레이(310)에서 제1 FEL(311)의 크기는 3mm x 3mm 으로 이루어지고 가로 및 세로에 13 개 X 13 개로 배열되어 전체 크기는 확대된 빔의 직경과 동일한 39mm X 39mm 이다.In this embodiment, the size of the first FEL 311 in the two-dimensional FEL array 310 is 3 mm x 3 mm and is arranged in 13 X 13 horizontally and vertically so that the overall size is 39 mm X equal to the diameter of the expanded beam It is 39mm.

즉, 2차원 FEL 어레이(310)는 도 5 에 도시된 바와 같이 빔의 직경과 동일한 크기의 정사각형으로 형성된다.That is, the two-dimensional FEL array 310 is formed in a square having the same size as the diameter of the beam as shown in FIG. 5 .

도 6 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부의 광섬유 어레이의 광섬유 코어가 설치된 상태를 도시하는 정면도이다. 도 7 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부의 광섬유 어레이의 입사부에서 광섬유 코어가 설치된 상태를 도시하는 측면도이다.6 is a front view showing a state in which the optical fiber core of the optical fiber array of the beam conversion unit is installed in the first embodiment of the present invention. 7 is a side view showing a state in which an optical fiber core is installed at an incident part of an optical fiber array of a beam converting part in the first embodiment of the present invention.

광섬유 어레이(320)는 2차원 FEL 어레이(310)의 각각의 제1 FEL(311)에 대해 일 단부가 일대일로 매칭되는 광섬유 코어(321)와, 상기 광섬유 코어(321)의 타 단부에 설치되는 클래딩(322)으로 이루어진다..The optical fiber array 320 includes an optical fiber core 321 whose one end is matched one-to-one for each first FEL 311 of the two-dimensional FEL array 310, and the other end of the optical fiber core 321. It consists of a cladding 322.

광섬유는 공지된 구성으로서 통상적으로 내부에 형성되는 광섬유 코어와 상기 광섬유 코어를 둘러싸는 클래딩과, 상기 클래딩을 둘러싸는 버퍼, 상기 버퍼를 둘러싸는 재킷으로 이루어지는 데, 본 발명에서는 광섬유의 핵심적인 구성을 위주로 설명하기 위해 코어와 클래딩에 대해서만 언급하기로 한다.An optical fiber is a known configuration and is typically composed of an optical fiber core formed therein, a cladding surrounding the optical fiber core, a buffer surrounding the cladding, and a jacket surrounding the buffer. In the present invention, the core configuration of the optical fiber is In order to explain mainly, only the core and the cladding will be mentioned.

광섬유 코어(321)의 입사부는 2차원 평면으로 배열된 각 제1 FEL(311)의 가로 및 세로 방향 중앙에 배치되고 길이 방향(z 방향)으로는 각 플라이 아이 렌즈(311)의 초점(f)이 위치하는 거리(d)에 배치된다. The incident portion of the optical fiber core 321 is disposed in the horizontal and vertical centers of each of the first FELs 311 arranged in a two-dimensional plane, and the focal point f of each fly's eye lens 311 in the longitudinal direction (z direction) It is arranged at this location distance d.

광섬유 코어(321)의 입사부는 2차원 FEL 어레이(310)의 2차원 평면 전부에 설치되는 것이 아니라 빔이 조사되는 영역에 배치된 제1 FEL(311)에 대해서만 배치된다.The incident portion of the optical fiber core 321 is not provided in the entire two-dimensional plane of the two-dimensional FEL array 310, but is disposed only with respect to the first FEL 311 disposed in the area to which the beam is irradiated.

예를 들어, 본 실시예 경우와 같이 빔의 단면이 원형인 경우이므로 빔의 원형 단면 직경 내부에 배치된 제1 FEL(311)의 각각에 대해서만 광섬유 코어(321)가 배치된다.For example, since the cross-section of the beam is circular as in the case of this embodiment, the optical fiber core 321 is disposed only for each of the first FELs 311 disposed inside the circular cross-sectional diameter of the beam.

빔의 단면이 사각형이며 2차원 FEL 어레이(310)와 동일한 크기를 가지는 경우 모든 제1 FEL(311)에 대해 모두 광섬유코어(321)가 배치되도록 구성된다.When the cross-section of the beam is rectangular and has the same size as the two-dimensional FEL array 310 , the optical fiber core 321 is configured to be disposed for all the first FELs 311 .

한편, 광섬유 코어(321)의 출사부는 세로 방향(y 방향)으로 1열로 배치되도록 구성된다.On the other hand, the emission part of the optical fiber core 321 is configured to be arranged in one row in the longitudinal direction (y-direction).

광섬유 코어(321)의 단면은 입사부에서는 원형이나 사각형 모두 가능하나 적어도 출사부에서는 사각형상으로 형성된다.The cross-section of the optical fiber core 321 may be either circular or quadrangular in the incident portion, but is formed in a quadrangular shape at least in the emitting portion.

본 실시예에서 복수의 광 섬유 코어(321)의 입사부와 출사부는 도시되지 않은 하우징에 의해 전술한 형상을 유지하는 것이 가능하게 된다.In the present embodiment, it is possible to maintain the above-described shape by the housing, not shown, of the entrance and exit portions of the plurality of optical fiber cores 321 .

도 8 은 본 발명의 제1실시예에서 빔 변환부의 광섬유 어레이의 출사부에서 코어 및 클래딩부를 도시하는 도면이다.FIG. 8 is a view showing a core and a cladding unit in the output unit of the optical fiber array of the beam converting unit according to the first embodiment of the present invention.

각 광섬유 코어(321)의 출사부에 클래딩부(322)가 형성되며, 클래딩부(322)는 세로방향으로 배열된 광섬유 코어(321)를 수용하기 위해 세로방향으로 형성된다.A cladding portion 322 is formed in the exit portion of each optical fiber core 321 , and the cladding portion 322 is formed in the longitudinal direction to accommodate the optical fiber cores 321 arranged in the longitudinal direction.

본 실시예에서 광섬유 코어(322)의 크기는 출사부에서 150um X 150um 로 이루어지며, 광섬유 코어(322)를 둘러싸는 클래딩부(322)는 300um X 300um 로 이루어지며, 각 광섬유 코어(322)는 각 클래딩부(322)의 내부 중심에 위치한다.In this embodiment, the size of the optical fiber core 322 is 150um X 150um in the emission part, and the cladding part 322 surrounding the optical fiber core 322 is 300um X 300um in size, and each optical fiber core 322 is It is located at the inner center of each cladding part 322 .

다음으로 빔 변환부(300)에서의 작용에 대해 설명한다.Next, an operation in the beam converting unit 300 will be described.

빔 직경조절부(200)를 통과하여 출사된 빔은 직경 39mm 및 회절율 Mx2 = My 2 = 26 을 가진다.The beam emitted through the beam diameter adjusting unit 200 has a diameter of 39 mm and a diffraction rate Mx 2 = My 2 = 26 .

이 빔은 도 5 에 도시된 바와 같이 빔의 직경과 동일한 가로 및 세로 방향 크기를 가지는 2차원 FEL 어레이(310)로 입사된다.This beam is incident on the two-dimensional FEL array 310 having the same horizontal and vertical dimensions as the diameter of the beam, as shown in FIG. 5 .

입사된 빔은 가로 3mm x 세로 3mm 로 형성된 각각의 제1 FEL(311)로 입사되면서 13등분으로 분할되며 이로 인해 도 5 에 도시된 바와 같이 각 제1 플라이 아이 렌즈(311)에서의 빔의 회절율은 Mx2 = My 2 = 2 로 변환된다.The incident beam is divided into 13 equal parts while being incident on each of the first FELs 311 formed with a width of 3 mm x a length of 3 mm, thereby diffraction of the beam from each of the first fly's eye lenses 311 as shown in FIG. 5 . The rate is converted to Mx 2 = My 2 = 2.

각 제1 플라이 아이 렌즈(311)를 출사한 각각의 빔은 촛점에 배치된 각 광섬유 코어(321)로 입사되는 작용을 하게 된다.Each beam emitted from each of the first fly's eye lenses 311 acts to be incident on each optical fiber core 321 disposed at a focal point.

광섬유 코어(321)는 출사부에서는 세로방향으로 총 133개가 수직으로 배열된다.A total of 133 optical fiber cores 321 are vertically arranged in the longitudinal direction in the emission unit.

여기서 133개는 빔의 원형 단면적(=πr2=π*19.5*19.5 mm2)을 각 제1 FEL(311)의 단면적(=9 mm2)로 나눈 것이다.Here, 133 is obtained by dividing the circular cross-sectional area of the beam (=πr 2 =π*19.5*19.5 mm 2 ) by the cross-sectional area (=9 mm 2 ) of each first FEL 311 .

따라서, 출사부에서 출사되는 빔은 회절율 Mx2 = 2, My 2 = 266(M2 = 2 인 광섬유 코어가 133개)이 된다.Therefore, the beam emitted from the emitting unit has a diffraction rate of Mx 2 = 2, My 2 = 266 (133 optical fiber cores with M 2 = 2).

즉, 가로 및 세로 방향으로 150um X 150um 의 크기를 가지는 광섬유 코어(321)가 세로방향, 장축방향으로 300um 마다 적층되도록 형성된다.That is, the optical fiber core 321 having a size of 150 μm X 150 μm in the horizontal and vertical directions is formed to be stacked every 300 μm in the longitudinal and longitudinal directions.

이와 같이 본 발명에서는 종래기술에서와 같이 빔 변환장치를 통과한 이후에 빔을 다시 확대하는 장치가 불요하게 되므로 불요하여 장치의 구성이 더욱 간단하게 됨으로써 원가절감 및 장치제작에 소요되는 시간 및 노력이 절감되는 효과를 가지게 된다.As described above, in the present invention, as in the prior art, an apparatus for enlarging the beam again after passing through the beam conversion apparatus is unnecessary, and thus the configuration of the apparatus is unnecessary, thereby reducing the cost and time and effort required for manufacturing the apparatus. have a savings effect.

게다가, 빔 변환시에 빔에 대한 축소 및 확대를 위한 별도의 작용이 불요하게 되므로 광량손실을 방지하여 빔의 효율이 개선되는 효과를 가지게 된다.In addition, since a separate action for reducing and expanding the beam is unnecessary during beam conversion, loss of light quantity is prevented and the efficiency of the beam is improved.

도 9 은 본 발명에서 장축 광학계를 도시하는 도면이다.9 is a diagram showing a long-axis optical system in the present invention.

장축 광학계(400)는 한 쌍의 1차원 FEL 어레이(410)와 장축 투사 렌즈(420)로 이루어진다.The long-axis optical system 400 includes a pair of one-dimensional FEL arrays 410 and a long-axis projection lens 420 .

한 쌍의 1차원 FEL 어레이(410)는 빔 변환부(300)의 후방에 설치되는 전방 FEL 어레이(411)와, 상기 전방 FEL 어레이(411)의 후방에 설치되는 후방 FEL 어레이(412)로 이루어진다.The pair of one-dimensional FEL arrays 410 includes a front FEL array 411 installed at the rear of the beam conversion unit 300 and a rear FEL array 412 installed at the rear of the front FEL array 411 . .

전방 및 후방 FEL 어레이(411,412)는 각각 세로방향으로 1차원으로 형성되며 전방 및 후방 FEL 어레이(411,412)를 구성하는 각 제2 FEL(413)는 실린더 렌즈로 이루어진다.The front and rear FEL arrays 411 and 412 are each formed in one dimension in the longitudinal direction, and each of the second FELs 413 constituting the front and rear FEL arrays 411 and 412 is made of a cylinder lens.

클래딩부(322)에서의 광섬유 코어간의 간격을 크게 형성하는 경우 도 9a 에 도시된 바와 같이, 1개의 광섬유 코어(321)에 대해 전방 FEL 어레이(411)에서의 1개의 제2 FEL(413)가 대응되도록 구성할 수 있으며, 이 경우 광섬유 코어(321)의 개수와 전방 FEL 어레이(411)에서의 제2 FEL(413)의 개수가 동일하게 된다.When the distance between the optical fiber cores in the cladding part 322 is formed large, as shown in FIG. 9A , one second FEL 413 in the front FEL array 411 for one optical fiber core 321 is It can be configured to correspond, and in this case, the number of optical fiber cores 321 and the number of second FELs 413 in the front FEL array 411 are the same.

이와 같이 형성되는 경우 광섬유 코어(321)에서 출사되는 빔의 폭이 장축의 폭이 되도록 투사되며, 광섬유 코어(321)의 출사부가 입사동(i)으로 형성되고, 최종적인 빔의 출사동(o)이 빔의 상부 및 하부에 형성되는 작용을 하게 된다.When formed in this way, the width of the beam emitted from the optical fiber core 321 is projected to be the width of the long axis, and the exit portion of the optical fiber core 321 is formed as the incident pupil (i), and the final beam exit pupil (o) ) is formed at the top and bottom of the beam.

또는, 도 9b 에 도시된 바와 같이, 예를 들어 클래딩부(322)의 크기를 광섬유 코어(321)의 크기의 10% 정도로 제작하여 광섬유 코어(321)간의 간격을 작게 형성할 수도 있다.Alternatively, as shown in FIG. 9B , for example, the size of the cladding portion 322 may be made to be about 10% of the size of the optical fiber core 321 to form a small gap between the optical fiber cores 321 .

이 경우 복수의 광섬유 코어(321)에서 출사되는 빔이 1개의 제2 FEL(413)을 통해 장축으로 투사되거나, 하나의 광섬유 코어(321)에서 출사된 빔이 이웃하는 다른 제2 FEL(413)를 통해 장축으로 투사될 수도 있다.In this case, the beams emitted from the plurality of optical fiber cores 321 are projected in the long axis through one second FEL 413 , or the beam emitted from one optical fiber core 321 is adjacent to another second FEL 413 . It can also be projected on the long axis through

이와 같이 형성되는 경우 제2 FEL(413)의 폭이 장축의 폭이 되도록 투사되며, 제2 FEL(413)가 입사동(i)으로 형성되고 최종적인 빔의 출사동(o)이 빔의 상부 및 하부에 형성되는 작용을 하게 된다.When formed in this way, the width of the second FEL 413 is projected to be the width of the long axis, the second FEL 413 is formed as the incident pupil (i), and the final exit pupil (o) of the beam is the upper part of the beam. And it acts to be formed in the lower part.

빔은 한 쌍의 1차원 FEL 어레이(410)를 통과하면서 다수의 광섬유 코어(321)에서 출사한 빔이 출사동(o)에서 중첩되어 장축빔의 균일화가 이루어지는 작용을 하게 된다.As the beam passes through the pair of one-dimensional FEL arrays 410, the beams emitted from the plurality of optical fiber cores 321 overlap in the exit pupil o to achieve uniformity of the long-axis beams.

본 실시예에서는 한 쌍의 1차원 FEL 어레이(410)를 각각 300um 크기의 마이크로 실린더 렌즈 어레이로 형성함으로써 각각 150um 출사광을 장축으로 투사시키게 된다.In this embodiment, by forming a pair of one-dimensional FEL arrays 410 as micro-cylinder lens arrays each having a size of 300 μm, each 150 μm of emitted light is projected along the long axis.

장축 투사 렌즈(420)는 공지된 구성의 다수의 실린더 렌즈로 이루어진다.The long-axis projection lens 420 consists of a plurality of cylinder lenses of known construction.

장축 투사 렌즈(420)를 통과하게 되면서 원하는 장축의 길이가 되도록 확대 중첩되는 작용을 하게 된다.As it passes through the long-axis projection lens 420, it expands and overlaps to a desired long-axis length.

광섬유 코어(321)에서 출사된 빔은 발산 빔 형태를 가지며 장축 광학계(400)의 상면을 통과하게 된다.The beam emitted from the optical fiber core 321 has a divergent beam shape and passes through the upper surface of the long-axis optical system 400 .

도 10 은 본 발명에서 단축 광학계를 도시하는 도면이다. 도 11 은 본 발명에서 단축 광학계를 조정한 상태를 도시하는 도면이다.10 is a diagram showing a single-axis optical system in the present invention. 11 is a view showing a state in which the single-axis optical system is adjusted in the present invention.

단축 투사 광학계(500)는 한 쌍의 실린더 렌즈(510, 520)로 이루어지는 이중 텔리센트릭 렌즈(double telecentric lens)로 형성된다.The single-axis projection optical system 500 is formed as a double telecentric lens including a pair of cylinder lenses 510 and 520 .

장축 광학계(400)에서 상면으로 투사된 빔은 단축 광학계(500)의 상면으로 투사되면서 결상되는 작용을 하게 된다.The beam projected from the long-axis optical system 400 to the image plane functions to form an image while being projected onto the image plane of the short-axis optical system 500 .

본 실시예에서는 단축 투사 광학계(500)는 광섬유 코어(321)에 출사되는 빔의 크기를 축소시켜 결상하는 것을 목적으로 한다.In this embodiment, the single-axis projection optical system 500 aims to form an image by reducing the size of the beam emitted to the optical fiber core 321 .

예를 들어, 제1 실린더 렌즈(510)의 촛점를 제2 실린더 렌즈(520)의 촛점보다 3배 길게 하면 150um 의 빔을 50um의 크기로 축소시켜 결상하는 것이 가능하게 된다.For example, if the focal point of the first cylinder lens 510 is three times longer than the focal point of the second cylinder lens 520, it is possible to form an image by reducing a 150 μm beam to a size of 50 μm.

종래의 라인 빔 광학계에서는 평행광을 단축 광학계로 투사시켜 최소 스팟(spot)으로 포커싱하도록 형성되었으며 이때 단축의 형태는 가우시안(Gaussian) 형태를 가지게 되었다.In the conventional line beam optical system, the collimated light is projected to the uniaxial optical system and focused to a minimum spot, and in this case, the uniaxial form has a Gaussian shape.

그러나, 본 실시예에서는 투사 결상방식으로 광학계가 형성됨으로써 단축 형상이 플랫 탑(Flat top)의 형상을 가지게 된다는 점에서 장점을 가진다.However, in the present embodiment, the optical system is formed in the projection imaging method, so that the short axis has an advantage in that it has a flat top shape.

특히,도 11 에 도시된 바와 같이 제1 실린더 렌즈(510)와 제2 실린더 렌즈(520)의 사이의 거리를 조절하여 제2 실린더 렌즈(520)에서 출사되는 최외곽 빔을 광축과 평행하게 하면 플랫 탑(flat top) 형상을 가지면서도 공정심도가 더욱 개선되는 효과를 가지게 된다.In particular, when the outermost beam emitted from the second cylinder lens 520 is parallel to the optical axis by adjusting the distance between the first cylinder lens 510 and the second cylinder lens 520 as shown in FIG. It has the effect of further improving the process depth while having a flat top shape.

[제2실시예][Second embodiment]

본 발명의 제2실시예는 광원이 복수로 존재하는 경우에 대한 것이다. 도 12 는 본 발명의 제2실시예서의 장치의 구성을 나타낸 개략도이다. 도 13 은 본 발명의 제2실시예서의 빔 변환부를 도시하는 도면이다.A second embodiment of the present invention relates to a case in which a plurality of light sources exist. Fig. 12 is a schematic diagram showing the configuration of an apparatus according to a second embodiment of the present invention. 13 is a view showing a beam converting unit according to the second embodiment of the present invention.

라인 빔 형성장치에서 장축의 길이가 100mm 인 경우 통상적으로 1개의 레이저 광원을 사용하면 되나, 장축의 길이가 250 mm 이며 2개의 광원을 사용하여야 하며, 1000 mm 인 경우에는 6개의 광원을 사용하여야 한다.When the length of the long axis of the line beam forming apparatus is 100 mm, one laser light source is usually used, but when the length of the long axis is 250 mm, two light sources must be used, and in the case of 1000 mm, six light sources must be used. .

본 발명의 제2실시예도 기본적으로 레이저 광원(100), 빔 직경조절부(200), 빔 변환부(300)와, 장축 광학계(400) 및 단축 광학계(500)로 이루어진다.The second embodiment of the present invention also basically includes a laser light source 100 , a beam diameter adjusting unit 200 , a beam converting unit 300 , and a long axis optical system 400 and a short axis optical system 500 .

제2실시예에서는 광원(100)이 복수로 존재하며 복수의 각 광원(100)에 대해 각각 빔 직경조절부(200), 2차원 FEL 어레이(310), 광섬유 코어(321)가 형성된다.In the second embodiment, a plurality of light sources 100 exist, and a beam diameter adjusting unit 200 , a two-dimensional FEL array 310 , and an optical fiber core 321 are formed for each of the plurality of light sources 100 .

다만, 각각의 광원(100)에 대한 광섬유 코어(321)의 출사부가 모두 합쳐지게 되어 세로로 형성되며, 이 출사부에는 클래딩부(352)가 형성된다.However, the output portions of the optical fiber core 321 for each light source 100 are all merged to form a vertical shape, and the cladding portion 352 is formed in the output portions.

[제3실시예][Third embodiment]

본 발명의 제3실시예에서 라인빔 형성장치는 레이저 광원(100), 빔 변환부(300)와, 장축 광학계(400) 및 단축 광학계(500)로 이루어진다.In the third embodiment of the present invention, the line beam forming apparatus includes a laser light source 100 , a beam conversion unit 300 , and a long-axis optical system 400 and a short-axis optical system 500 .

제3실시예에서는 빔의 크기를 확대하지 않으므로 기본적으로 빔 직경조절부(200)가 필요하지 않으며 단순히 빔의 크기를 조정하는 경우에만 적용하면 된다.In the third embodiment, since the size of the beam is not enlarged, the beam diameter adjusting unit 200 is not basically required, and it may be applied only when the size of the beam is simply adjusted.

도 14 는 본 발명의 제3실시예에서 빔 변환부를 도시하는 도면이다.14 is a diagram illustrating a beam converting unit in a third embodiment of the present invention.

제3실시예에서 빔 변환부(330)는 마이크로 렌즈 어레이(340)와, 광 섬유 어레이(350)로 이루어진다.In the third embodiment, the beam converting unit 330 includes a micro lens array 340 and an optical fiber array 350 .

도 15 은 본 발명의 제3실시예에서 마이크로 렌즈 어레이를 도시하는 도면이다.15 is a diagram showing a micro lens array in the third embodiment of the present invention.

마이크로 렌즈 어레이((Micro Lens Array. 340)는 복수의 마이크로 렌즈(341)로 이루어지며 마이크로 렌즈(341)는 제1,2 FEL(311,411)의 1/10 정도로서 수백 ㎛ 크기의 렌즈가 사용된다.The micro lens array (Micro Lens Array. 340) is composed of a plurality of micro lenses 341, and the micro lenses 341 are about 1/10 of the first and second FELs 311 and 411, and lenses having a size of several hundred μm are used.

마이크로 렌즈 어레이(340)는 빔의 단면에 대응하는 형상을 가지도록 복수의 마이크로 렌즈(341)를 배열하여 이루어진다.The micro lens array 340 is formed by arranging a plurality of micro lenses 341 to have a shape corresponding to the cross-section of the beam.

본 실시예에서 광원(100)에서 출사되는 빔은 원형이므로 마이크로 렌즈 어레이(340)도 이에 대응하도록 원형으로 형성된다.In this embodiment, since the beam emitted from the light source 100 is circular, the micro lens array 340 is also formed in a circular shape to correspond thereto.

도 16 는 본 발명의 제3실시예에서 광섬유 어레이를 도시하는 도면이다.16 is a diagram showing an optical fiber array in the third embodiment of the present invention.

광섬유 어레이(350)는 광섬유 코어(351)와, 상기 광섬유 코어(351)의 출사부에 형성되는 클래딩부(352)와, 상기 광섬유 코어(351) 및 클래딩부(352)를 수용하는 하우징(353)으로 이루어진다.The optical fiber array 350 includes an optical fiber core 351 , a cladding portion 352 formed in an exit portion of the optical fiber core 351 , and a housing 353 accommodating the optical fiber core 351 and the cladding portion 352 . ) is made of

각각의 마이크로 렌즈(341)에 대응하여 촛점(d)에 광섬유 코어(351)가 배치된다.An optical fiber core 351 is disposed at the focal point d corresponding to each microlens 341 .

제1실시예에서의 광 섬유 어레이(320)의 경우와 마찬가지로 제2실시예에서의 광섬유 코어(351)의 입사부는 원형으로 형성되나, 출사부는 세로방향(y 방향)으로 형성되며, 각 광섬유 코어(351)의 출사부에는 클래딩부(352)가 형성되어 광섬유 코어(321)를 수용하는 작용을 한다.As in the case of the optical fiber array 320 in the first embodiment, the incident part of the optical fiber core 351 in the second embodiment is formed in a circular shape, but the exit part is formed in the longitudinal direction (y-direction), and each optical fiber core A cladding portion 352 is formed at the exit portion of the 351 , and serves to accommodate the optical fiber core 321 .

제3실시예의 경우 라인 빔 형성장치를 형성함에 있어서 특히 빔 확대를 위한 빔 직경조절부의 구성이 포함되지 않아도 된다는 점에서 장치의 구성이 간단해지고 원가가 절감되는 장점을 가지게 된다.In the case of the third embodiment, the configuration of the apparatus is simplified and the cost is reduced in that the configuration of the beam diameter adjusting unit for expanding the beam is not particularly necessary in forming the line beam forming apparatus.

나머지 작용 효과는 제1실시예의 경우와 동일하다.The remaining operational effects are the same as in the case of the first embodiment.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. The embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention. Therefore, at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.

100 : 레이저 광원 200 : 빔 직경조절부
300 : 빔 변환부 400 : 장축 광학계
500 : 단축 광학계100: laser light source 200: beam diameter control unit
300: beam conversion unit 400: long axis optical system
500: single axis optical system

Claims (20)

빔을 출사하는 광원과,
상기 광원에 의해 출사된 빔의 직경을 확대하기 위한 빔 직경조절부와,
상기 빔 직경조절부에 의해 확대된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부와,
상기 빔 변환부에서 출사된 빔의 장축 광학계와,
상기 장축 광학계의 후방에 설치되는 단축 광학계로 이루어지며,
상기 빔 변환부는,
상기 빔 직경조절부의 후방에 배치되며 복수의 제1 FEL로 이루어지는 2차원 FEL 어레이와,
상기 2차원 FEL 어레이의 후방에 배치되며 복수의 광섬유 코어로 형성되는 광섬유 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.a light source emitting a beam, and
a beam diameter adjusting unit for expanding the diameter of the beam emitted by the light source;
a beam conversion unit for converting the expanded beam by the beam diameter control unit;
a long-axis optical system of the beam emitted from the beam conversion unit;
It consists of a short-axis optical system installed at the rear of the long-axis optical system,
The beam converter,
a two-dimensional FEL array disposed behind the beam diameter control unit and comprising a plurality of first FELs;
and an optical fiber array disposed behind the two-dimensional FEL array and formed of a plurality of optical fiber cores. 빔을 출사하는 복수의 광원과,
상기 복수의 광원에 각각 설치되어 상기 각 광원에서 출사된 빔의 직경을 확대하기 위한 빔 직경조절부와,
상기 복수의 빔 직경 조절부에 각각 설치되어 상기 각 빔 직경조절부에 의해 확대된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부와,
상기 복수의 빔 직경 조절부에 각각 설치되어 상기 각 빔 직경조절부에 의해 확대된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부와,
상기 복수의 빔 변환부에 각각 설치되는 장축 광학계와,
상기 복수의 장축 광학계의 후방에 각각 설치되는 단축 광학계로 이루어지며,
상기 빔 변환부는,
상기 빔 직경조절부의 후방에 배치되며 복수의 제1 FEL로 이루어지는 2차원 FEL 어레이와,
상기 2차원 FEL 어레이의 후방에 배치되며 복수의 광섬유 코어로 형성되는 광섬유 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.A plurality of light sources emitting a beam,
a beam diameter adjusting unit installed in each of the plurality of light sources to enlarge the diameter of the beam emitted from each light source;
and a beam conversion unit installed in each of the plurality of beam diameter adjusting units to convert the expanded beam by each of the beam diameter adjusting units;
and a beam conversion unit installed in each of the plurality of beam diameter adjusting units to convert the expanded beam by each of the beam diameter adjusting units;
a long-axis optical system respectively installed in the plurality of beam conversion units;
Consists of a short-axis optical system respectively installed at the rear of the plurality of long-axis optical systems,
The beam converter,
a two-dimensional FEL array disposed behind the beam diameter control unit and comprising a plurality of first FELs;
and an optical fiber array disposed behind the two-dimensional FEL array and formed of a plurality of optical fiber cores. 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,
상기 2차원 FEL 어레이는 복수의 제1 FEL 이 가로 및 세로 방향의 2차원으로 로 배열되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.The method according to claim 1 or 2,
The two-dimensional FEL array is a line beam forming apparatus, characterized in that the plurality of first FELs are arranged in two dimensions in the horizontal and vertical directions. 청구항 3 에 있어서,
상기 2차원 FEL 어레이에서 가로 및 세로 방향의 크기는 상기 빔 직경조절부에서 출사된 빔의 크기와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.4. The method according to claim 3,
In the two-dimensional FEL array, horizontal and vertical sizes are formed to be the same as the sizes of the beams emitted from the beam diameter adjusting unit. 청구항 4 에 있어서,
상기 각 광섬유 코어의 입사부는 상기 각 제1 FEL 의 가로 세로 방향 중심에 배치되며, 상기 각 제1 FEL 의 촛점에 배치되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.5. The method according to claim 4,
The line beam forming apparatus according to claim 1, wherein the incident portion of each optical fiber core is disposed at the center of each of the first FELs in the horizontal and vertical directions, and disposed at the focal point of each of the first FELs. 청구항 5 에 있어서,
상기 광원인 단수 개로 형성된 경우 각 광섬유 코어의 출사부는 세로방향으로 1차원으로 배치되며,
상기 광원이 복수 개로 형성된 경우 각각의 빔 변환부의 각 광섬유 코어의 출사부가 모두 합쳐져서 세로방향으로 1차원으로 배치되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.6. The method of claim 5,
When the light source is formed in a single number, the output portion of each optical fiber core is arranged in one dimension in the longitudinal direction,
When the light source is formed in plurality, the line beam forming apparatus, characterized in that the emitting parts of each optical fiber core of each beam converting part are combined and arranged in one dimension in the longitudinal direction. 청구항 6 에 있어서,
상기 장축 광학계는,
상기 빔 변환부의 후방에 배치되며 복수의 제2 FEL로 이루어지는 한 쌍의 1차원 FEL 어레이와,
상기 한 쌍의 1차원 FEL 어레이의 후방에 배치되며 실린더 렌즈로 이루어지는 장축투사렌즈로 이루어지며,
상기 제2 FEL 은 실린더 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.7. The method of claim 6,
The long-axis optical system,
a pair of one-dimensional FEL arrays disposed behind the beam converter and comprising a plurality of second FELs;
It is disposed behind the pair of one-dimensional FEL arrays and consists of a long-axis projection lens composed of a cylinder lens,
The second FEL is a line beam forming apparatus, characterized in that made of a cylinder lens. 청구항 7 에 있어서,
상기 한 쌍의 1차원 FEL 어레이의 각 제2 FEL 은 상기 각 출사부의 광섬유 코어에 대응하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.8. The method of claim 7,
Each second FEL of the pair of one-dimensional FEL arrays is arranged to correspond to the optical fiber core of each of the emission units. 청구항 8 에 있어서,
상기 각 제2 플라이 아이 렌즈는 상기 각 광섬유 코어의 출사부에 대응하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.9. The method of claim 8,
Each of the second fly's eye lens is a line beam forming apparatus, characterized in that disposed to correspond to the exit portion of each optical fiber core. 청구항 9 에 있어서,
상기 단축 광학계는,
상기 장축 광학계의 후방에 배치되며 실린더 렌즈로 이루어지는 한 쌍의 더블 텔리센트릭 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.10. The method of claim 9,
The uniaxial optical system,
A line beam forming apparatus, which is disposed behind the long-axis optical system and is formed of a pair of double telecentric lenses comprising a cylinder lens. 청구항 10 에 있어서,
상기 한 쌍의 더블 텔리센트릭 렌즈는 상기 장축 광학계의 후방에 배치되는 제1실린더 렌즈와, 상기 제1실린더 렌즈의 후방에 배치되는 제2실린더 렌즈로 이루어지며,
상기 제1 실린더 렌즈와 제2 실린더 렌즈 사이의 거리는 상기 제2 실린더 렌즈에서 출사되는 최외곽 빔이 광축과 평행하게 형성되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.11. The method of claim 10,
The pair of double telecentric lenses includes a first cylinder lens disposed behind the long axis optical system and a second cylinder lens disposed behind the first cylinder lens,
The line beam forming apparatus according to claim 1, wherein the distance between the first cylinder lens and the second cylinder lens is determined such that the outermost beam emitted from the second cylinder lens is formed parallel to the optical axis. 빔을 출사하는 광원과,
상기 광원에 의해 출사된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부와,
상기 빔 변환부에서 출사된 빔의 장축 광학계와,
상기 장축 광학계의 후방에 설치되는 단축 광학계로 이루어지며,
상기 빔 변환부는,
상기 복수의 마이크로 렌즈로 이루어지는 2차원 마이크로 렌즈 어레이와,
상기 마이크로 렌즈 어레이의 후방에 배치되며 복수의 광섬유 코어로 형성되는 광섬유 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.a light source emitting a beam, and
a beam conversion unit for converting the beam emitted by the light source;
a long-axis optical system of the beam emitted from the beam conversion unit;
It consists of a short-axis optical system installed at the rear of the long-axis optical system,
The beam converter,
a two-dimensional micro lens array comprising the plurality of micro lenses;
and an optical fiber array disposed behind the microlens array and formed of a plurality of optical fiber cores. 청구항 12 에 있어서,
상기 마이크로 렌즈 어레이는 빔의 크기와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.13. The method of claim 12,
The line beam forming apparatus, characterized in that the micro lens array is formed to have the same size as the beam. 청구항 13 에 있어서,
상기 마이크로 렌즈 어레이의 각 마이크로 렌즈에 대응하여 상기 광섬유 코어 어레이의 각 광섬유 코어가 배치되며, 상기 각 마이크로 렌즈의 촛점에 상기 각 광섬유 코어가 배치되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.14. The method of claim 13,
Each optical fiber core of the optical fiber core array is disposed corresponding to each microlens of the microlens array, and each optical fiber core is disposed at a focal point of each microlens. 청구항 14 에 있어서,
상기 각 광섬유 코어의 출사부는 세로방향으로 1차원으로 배치되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.15. The method of claim 14,
The line beam forming apparatus, characterized in that the emitting part of each optical fiber core is arranged in one dimension in the longitudinal direction. 청구항 15 에 있어서,
상기 장축 광학계는,
상기 빔 변환부의 후방에 배치되며 복수의 제2 FEL로 이루어지는 한 쌍의 1차원 FEL 어레이와,
상기 한 쌍의 1차원 FEL 어레이의 후방에 배치되며 실린더 렌즈로 이루어지는 장축투사렌즈로 이루어지며,
상기 제2 FEL 은 실린더 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.16. The method of claim 15,
The long-axis optical system,
a pair of one-dimensional FEL arrays disposed behind the beam converter and comprising a plurality of second FELs;
It is disposed behind the pair of one-dimensional FEL arrays and consists of a long-axis projection lens composed of a cylinder lens,
The second FEL is a line beam forming apparatus, characterized in that made of a cylinder lens. 청구항 16 에 있어서,
상기 한 쌍의 1차원 FEL 어레이의 각 제2 FEL 은 상기 각 출사부의 광섬유 코어에 대응하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.17. The method of claim 16,
Each second FEL of the pair of one-dimensional FEL arrays is arranged to correspond to the optical fiber core of each of the emission units. 청구항 17 에 있어서,
상기 각 제2 플라이 아이 렌즈는 상기 각 광섬유 코어의 출사부에 대응하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.18. The method of claim 17,
Each of the second fly's eye lens is a line beam forming apparatus, characterized in that disposed to correspond to the exit portion of each optical fiber core. 청구항 18 에 있어서,
상기 단축 광학계는,
상기 장축 광학계의 후방에 배치되며 실린더 렌즈로 이루어지는 한 쌍의 더블 텔리센트릭 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.19. The method of claim 18,
The uniaxial optical system,
A line beam forming apparatus, which is disposed behind the long-axis optical system and is formed of a pair of double telecentric lenses comprising a cylinder lens. 청구항 19 에 있어서,
상기 한 쌍의 더블 텔리센트릭 렌즈는 상기 장축 광학계의 후방에 배치되는 제1실린더 렌즈와, 상기 제1실린더 렌즈의 후방에 배치되는 제2실린더 렌즈로 이루어지며,
상기 제1 실린더 렌즈와 제2 실린더 렌즈 사이의 거리는 상기 제2 실린더 렌즈에서 출사되는 최외곽 빔이 광축과 평행하게 형성되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.20. The method of claim 19,
The pair of double telecentric lenses includes a first cylinder lens disposed behind the long axis optical system and a second cylinder lens disposed behind the first cylinder lens,
The line beam forming apparatus according to claim 1, wherein the distance between the first cylinder lens and the second cylinder lens is determined such that the outermost beam emitted from the second cylinder lens is formed parallel to the optical axis.
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