KR20230081272A - Exposure system - Google Patents

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박준한
이정운
이정훈
신보성
마용원
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 광간섭을 활용하여 3차원 구조물 제작을 위한 노광시스템에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 초적 거리의 조절이 용이한 3차원 구조물 제작을 위한 노광시스템에 대한 것이다.
본 발명에 따른 노광시스템은 제1하우징과, 콜리메이터와, 렌즈부와, 빔분할부와, 제2하우징과, 복수의 거울과, 선형스테이지와, 각도스테이지를 포함한다. 상기 콜리메이터는 상기 제1하우징으로 광을 입사시킬 수 있게 상기 제1하우징의 입구에 장착된다. 상기 렌즈부는 상기 콜리메이터에서 분사되는 광선을 확대시키기 위하여 상기 제1하우징의 내부에 장착된다. 상기 빔분할부는 상기 렌즈부에서 분사되는 광선을 분할시켜 상기 제1하우징에서 출사되도록 상기 제1하우징의 출구에 장착된다. 상기 제2하우징은 상기 빔분할부에서 출사되는 광선을 수용할 수 있다. 상기 복수의 거울은 상기 빔분할부에서 분할되는 각각의 광선을 반사하여 포커싱할 수 있도록 상기 제2하우징에 장착된다. 상기 선형스테이지는 상기 거울을 상기 제2하우징에서 축방향으로 이동시킬 수 있게 상기 제2하우징에 장착된다. 상기 각도스테이지는 상기 거울에서 반사되는 광선의 각도를 조절하기 위하여 상기 거울의 각도를 변경할 수 있게 상기 제2하우징에 장착된다.The present invention relates to an exposure system for fabricating a three-dimensional structure by utilizing light interference, and more particularly, to an exposure system for fabricating a three-dimensional structure with easy adjustment of a focusing distance.
An exposure system according to the present invention includes a first housing, a collimator, a lens unit, a beam splitting unit, a second housing, a plurality of mirrors, a linear stage, and an angle stage. The collimator is mounted at an inlet of the first housing to make light incident to the first housing. The lens unit is mounted inside the first housing to magnify the light emitted from the collimator. The beam splitting unit is mounted at an exit of the first housing to divide the light rays emitted from the lens unit and emit them from the first housing. The second housing may receive light emitted from the beam splitter. The plurality of mirrors are mounted on the second housing to reflect and focus each light beam divided by the beam splitter. The linear stage is mounted on the second housing to move the mirror in an axial direction in the second housing. The angle stage is mounted on the second housing to change the angle of the mirror in order to adjust the angle of the light beam reflected from the mirror.

Description

노광시스템{Exposure system}Exposure system {Exposure system}

본 발명은 광간섭을 활용하여 3차원 구조물 제작을 위한 노광시스템에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 초점 거리의 조절이 용이한 3차원 구조물 제작을 위한 노광시스템에 대한 것이다.The present invention relates to an exposure system for fabricating a three-dimensional structure using optical interference, and more particularly, to an exposure system for fabricating a three-dimensional structure with easy adjustment of a focal length.

선반, 밀링 등의 공작기계를 활용한 전통적인 제조방법은 미세 선폭제조에 한계가 있어서, 광원 등 전자기파를 활용한 미래형 제조시스템이 개발되고 있다. 미래형 제조시스템는 해상도를 크게 높여 미세하게 만드는 방향과 집적화하는 방향을 목표로 하고 있다. 특히, 전자기파를 활용한 제조시스템은 전자기파의 소스원이 단 하나인 경우가 많아서, 이를 활용한 3D프린터, 가공장비들은 선폭 미세화에 매우 큰 어려움을 겪을 수 밖에 없었다. 이를 해결하기 위해 다중빔(2개 이상의 빔)을 중첩하여 간섭패턴을 만들면 선폭의 미세화가 가능하지만 장치와 제조하고자 하는 물체의 표면과의 거리를 일정하게 유지시켜야 한다는 문제점이 있었다. Traditional manufacturing methods using machine tools such as lathes and milling have limitations in manufacturing fine line widths, so future manufacturing systems using electromagnetic waves such as light sources are being developed. The future manufacturing system is aiming for the direction of greatly increasing the resolution to make it finer and the direction of integration. In particular, in manufacturing systems using electromagnetic waves, there is often only one source of electromagnetic waves, so 3D printers and processing equipment using this had to face great difficulties in miniaturizing the line width. In order to solve this problem, if an interference pattern is created by overlapping multiple beams (two or more beams), line width can be miniaturized, but there is a problem in that the distance between the device and the surface of the object to be manufactured must be kept constant.

또한, 기존 종래의 공작기계 중에서는 공구를 회전하는 방법으로 제작할 수 있는 장비들이 많지만 다중빔을 노광할 수 있는 장치의 경우 빔 자체를 회전하는 것은 어려워서 가공하고자하는 구조체 모양에 한계가 있다. In addition, among conventional machine tools, there are many equipment that can be manufactured by rotating a tool, but in the case of a device capable of exposing multiple beams, it is difficult to rotate the beam itself, so there is a limit to the shape of the structure to be processed.

등록특허 제10-2149579호(등록일자 2020년 08월 24일)Registered Patent No. 10-2149579 (registration date: August 24, 2020)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 다중 빔을 노광할 수 있을 뿐만 아니라, 다중 빔이 포커싱 되는 초점의 거리를 자유롭게 조절할 수 있는 노광시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an exposure system capable of exposing multiple beams and freely adjusting a focal length at which multiple beams are focused.

본 발명에 따른 노광시스템은 제1하우징과, 콜리메이터와, 렌즈부와, 빔분할부와, 제2하우징과, 복수의 거울과, 선형스테이지와, 각도스테이지를 포함한다. 상기 콜리메이터는 상기 제1하우징으로 광을 입사시킬 수 있게 상기 제1하우징의 입구에 장착된다. 상기 렌즈부는 상기 콜리메이터에서 분사되는 광선을 확대시키기 위하여 상기 제1하우징의 내부에 장착된다. 상기 빔분할부는 상기 렌즈부에서 분사되는 광선을 분할시켜 상기 제1하우징에서 출사되도록 상기 제1하우징의 출구에 장착된다. 상기 제2하우징은 상기 빔분할부에서 출사되는 광선을 수용할 수 있다. 상기 복수의 거울은 상기 빔분할부에서 분할되는 각각의 광선을 반사하여 포커싱할 수 있도록 상기 제2하우징에 장착된다. 상기 선형스테이지는 상기 거울을 상기 제2하우징에서 축방향으로 이동시킬 수 있게 상기 제2하우징에 장착된다. 상기 각도스테이지는 상기 거울에서 반사되는 광선의 각도를 조절하기 위하여 상기 거울의 각도를 변경할 수 있게 상기 제2하우징에 장착된다.An exposure system according to the present invention includes a first housing, a collimator, a lens unit, a beam splitting unit, a second housing, a plurality of mirrors, a linear stage, and an angle stage. The collimator is mounted at an inlet of the first housing to make light incident to the first housing. The lens unit is mounted inside the first housing to magnify the light emitted from the collimator. The beam splitting unit is mounted at an exit of the first housing to divide the light rays emitted from the lens unit and emit them from the first housing. The second housing may receive light emitted from the beam splitter. The plurality of mirrors are mounted on the second housing to reflect and focus each light beam divided by the beam splitter. The linear stage is mounted on the second housing to move the mirror in an axial direction in the second housing. The angle stage is mounted on the second housing to change the angle of the mirror in order to adjust the angle of the light beam reflected from the mirror.

또한, 상기의 노광시스템에 있어서, 상기 제2하우징은 상기 제1하우징에 회전할 수 있게 장착된 것이 바람직하다.Also, in the above exposure system, it is preferable that the second housing is rotatably mounted to the first housing.

또한, 상기의 노광시스템에 있어서, 상기 선형스테이지와 상기 각도스테이지를 이동시켜 상기 거울에서 포커싱되는 거리를 조절할 수 있게 상기 제2하우징에서 상기 포커싱되는 물체가 떨어진 거리를 측정하는 거리센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.Further, in the above exposure system, a distance sensor for measuring a distance away from the focused object from the second housing so as to adjust the focused distance from the mirror by moving the linear stage and the angle stage further includes it is desirable

본 발명에 의하면 선형스테이지 및 각도스테이지가 복수의 거울의 위치 및 각도를 조절하므로 복수의 거울에서 반사되는 다중의 레이저 빔의 초점을 조절할 수 있다. 그래서 다중 빔의 초점 거리의 조절이 용이하다.According to the present invention, since the linear stage and the angle stage adjust the positions and angles of the plurality of mirrors, it is possible to adjust the focus of multiple laser beams reflected from the plurality of mirrors. Therefore, it is easy to adjust the focal length of the multi-beam.

또한, 본 발명에 의하면 거리센서가 빔이 노광될 물체의 표면과의 거리를 파악할 수 있으므로 표면과의 거리에 따라 초점 거리를 조절할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the distance sensor can determine the distance from the surface of the object to which the beam is exposed, the focal length can be adjusted according to the distance from the surface.

또한, 본 발명에 의하면 제2하우징의 회전이 가능하므로 3차원적으로 노광패턴을 원하는 방향으로 조절할 수 있다. 그래서 가공하고자 하는 구조체의 다양한 모양에 적용할 수 있다. In addition, according to the present invention, since the second housing can be rotated, the exposure pattern can be three-dimensionally adjusted in a desired direction. Therefore, it can be applied to various shapes of structures to be processed.

도 1은 본 발명에 따른 노광시스템의 일 실시예의 개념도,
도 2는 도 1을 사용하여 물체의 표면에 레이저 광선을 포커싱하는 개념도이다.1 is a conceptual diagram of an embodiment of an exposure system according to the present invention;
FIG. 2 is a conceptual diagram of focusing a laser beam on the surface of an object using FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 노광시스템의 일 실시예를 설명한다.An embodiment of an exposure system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .

본 발명에 따른 노광시스템은 제1하우징(10)과, 콜리메이터(15)와, 렌즈부(20)와, 빔분할부(25)와, 제2하우징(30)과, 복수의 거울(35)과, 선형스테이지(40)와, 각도스테이지(45) 및 거리센서(50)를 포함한다.An exposure system according to the present invention includes a first housing 10, a collimator 15, a lens unit 20, a beam splitter 25, a second housing 30, a plurality of mirrors 35, , It includes a linear stage 40, an angle stage 45 and a distance sensor 50.

제1하우징(10)은 일단(11)으로 레이저 광선이 들어와서 타단(12)으로 나간다.In the first housing 10, a laser beam enters through one end 11 and exits through the other end 12.

콜리메이터(15)는 하우징(10)의 입단(11)에 광섬유로 연결된다. 그래서 레이저 광선은 콜리메이터(15)를 통하여 제1하우징(10)으로 입사된다.The collimator 15 is connected to the mouth 11 of the housing 10 by an optical fiber. Thus, the laser beam is incident to the first housing 10 through the collimator 15 .

렌즈부(20)는 한 쌍의 렌즈를 구비하며 콜리메이터(15)에서 분사되는 광선을 확대시킬 수 있도록 제1하우징(10)의 내부에 장착된다.The lens unit 20 includes a pair of lenses and is mounted inside the first housing 10 to magnify the light rays emitted from the collimator 15 .

빔분할부(25)는 렌즈부(20)에서 분사되는 광선을 분할시켜 제1하우징(10)에서 출사되도록 제1하우징(10)의 출구(12)에 장착된다.The beam splitting unit 25 is mounted on the outlet 12 of the first housing 10 to split the light emitted from the lens unit 20 and emit it from the first housing 10 .

제2하우징(30)은 빔분할부(25)에서 출사되는 광선을 수용할 수 있게 제1하우징(10)의 타단에 장착된다. 이때 제2하우징(30)은 제1하우징(10)에서 회전할 수 있도록 장착된다.The second housing 30 is mounted on the other end of the first housing 10 to accommodate the light beam emitted from the beam splitter 25 . At this time, the second housing 30 is mounted so as to rotate in the first housing 10 .

복수의 거울(35)은 빔분할부(25)에서 분할되어 제2하우징(30)으로 입사되는 각각의 광선(1)이 물체의 표면(3)에 포커싱되도록 각각의 광선(1)을 반사할 수 있게 제2하우징(30)의 내부에 장착된다.The plurality of mirrors 35 may reflect each light ray 1 so that each light ray 1 divided by the beam splitter 25 and incident on the second housing 30 is focused on the surface 3 of the object. installed inside the second housing 30.

선형스테이지(40)는 거울(35)을 제2하우징(30)의 축방향으로 이동시킬 수 있게 제2하우징(30)에 장착된다.The linear stage 40 is mounted on the second housing 30 so as to move the mirror 35 in the axial direction of the second housing 30 .

각도스테이지(45)는 거울(35)에서 반사되는 광선의 각도를 조절하기 위하여 거울(35)의 각도를 변경할 수 있게 제2하우징(30)에 장착된다.The angle stage 45 is mounted on the second housing 30 so as to be able to change the angle of the mirror 35 in order to adjust the angle of the light beam reflected from the mirror 35 .

거리센서(50)는 제2하우징(30)에서 포커싱되는 물체의 표면(3)까지 떨어진 거리를 측정한다. 거리센서(50)에서 측정된 거리로 선형스테이지(30)와 각도스테이지(45)를 조절한다.The distance sensor 50 measures the distance from the second housing 30 to the surface 3 of the object being focused. The linear stage 30 and the angle stage 45 are adjusted with the distance measured by the distance sensor 50.

본 실시예의 경우 콜리메이터(15)로 레이저 광선(1)이 제1하우징(10)의 내부로 입사되면 렌즈부(20)와, 빔분활부(25)를 통하여 레이저 광선(1)이 분할되어 제2하우징(30)으로 입사된다. 제2하우징(30)에 입사된 각각의 레이저 광선(1)은 복수의 거울(35)에서 반사되어 포커싱된다. 이때 선형스테이지(40)와 각도스테이지(45)를 조절하면 포커싱되는 초점거리가 달라진다. 거리센서(50)로 물체의 표면(3)과 떨어진 거리가 측정되므로 거리센서(50)에서 측정된 거리로 선형스테이지(40)와 각도스테이지(45)를 조절하여 표면(3)에 각각의 거울(35)에서 반사된 레이저 광선(1)이 포커싱되도록 한다.In this embodiment, when the laser beam 1 is incident into the first housing 10 by the collimator 15, the laser beam 1 is divided through the lens unit 20 and the beam splitting unit 25, 2 enters the housing (30). Each laser beam 1 incident on the second housing 30 is reflected by a plurality of mirrors 35 and focused. At this time, adjusting the linear stage 40 and the angle stage 45 changes the focal length to be focused. Since the distance away from the surface 3 of the object is measured by the distance sensor 50, the distance measured by the distance sensor 50 is used to adjust the linear stage 40 and the angle stage 45 so that each mirror is placed on the surface 3. At 35, the reflected laser beam 1 is brought into focus.

한편 본 실시예의 경우 제2하우징(30)이 회전이 가능하므로 표면(1)에 레이저 광선(1)이 포커싱될 때 그 패턴의 방향을 조절할 수 있다.Meanwhile, in the case of the present embodiment, since the second housing 30 is rotatable, when the laser beam 1 is focused on the surface 1, the direction of the pattern can be adjusted.

따라서 본 실시예에 의하면, 레이저 광선(1)이 포커싱 되는 초점 거리의 조절이 용이하며, 포커싱 되는 패턴의 방향의 조절이 자유롭다.Therefore, according to the present embodiment, it is easy to adjust the focal length at which the laser beam 1 is focused, and the direction of the focused pattern is freely adjustable.

이를 사용하면 레이저 광선 기반의 3D 프린팅이 가능하여 단층이 아닌 다층의 적층 장비로서 사용될 수도 있다.If this is used, laser beam-based 3D printing is possible, so it can be used as a multi-layer lamination equipment instead of a single layer.

1 : 레이저 광선 3 : 물체의 표면
10 : 제1하우징 11 : 제1하우징의 일단
13 : 제1하우징의 타단 15 : 콜리메이트
20 : 렌즈부 25 : 빔분할부
30 : 제2하우징 35 : 복수의 거울
40 : 선형스테이지 45 : 각도스테이지
50 : 거리센서1: laser beam 3: surface of object
10: first housing 11: one end of the first housing
13: the other end of the first housing 15: collimate
20: lens unit 25: beam splitting unit
30: second housing 35: multiple mirrors
40: linear stage 45: angular stage
50: distance sensor

Claims (3)

제1하우징과,
상기 제1하우징으로 광을 입사시킬 수 있게 상기 제1하우징의 입구에 장착된 콜리메이터와,
상기 콜리메이터에서 분사되는 광선을 확대시키기 위하여 상기 제1하우징의 내부에 장착된 렌즈부와,
상기 렌즈부에서 분사되는 광선을 분할시켜 상기 제1하우징에서 출사되도록 상기 제1하우징의 출구에 장착된 빔분할부와,
상기 빔분할부에서 출사되는 광선을 수용할 수 있는 제2하우징과,
상기 빔분할부에서 분할되는 각각의 광선을 반사하여 포커싱할 수 있도록 상기 제2하우징에 장착된 복수의 거울과,
상기 거울을 상기 제2하우징에서 축방향으로 이동시킬 수 있게 상기 제2하우징에 장착된 선형스테이지와,
상기 거울에서 반사되는 광선의 각도를 조절하기 위하여 상기 거울의 각도를 변경할 수 있게 상기 제2하우징에 장착된 각도스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광시스템.a first housing;
a collimator mounted at an inlet of the first housing to allow light to enter the first housing;
A lens unit mounted inside the first housing to magnify the light rays emitted from the collimator;
a beam splitting unit mounted at an exit of the first housing to divide the light rays emitted from the lens unit and to emit the light from the first housing;
A second housing capable of accommodating the light beam emitted from the beam splitter;
A plurality of mirrors mounted on the second housing to reflect and focus each light beam divided by the beam splitter;
a linear stage mounted on the second housing to move the mirror in an axial direction in the second housing;
and an angle stage mounted on the second housing to change the angle of the mirror to adjust the angle of the light beam reflected from the mirror. 제1항에 있어서,
상기 제2하우징은 상기 제1하우징에 회전할 수 있게 장착된 것을 특징으로 하는 노광시스템.According to claim 1,
The exposure system of claim 1 , wherein the second housing is rotatably mounted on the first housing. 제2항에 있어서,
상기 선형스테이지와 상기 각도스테이지를 이동시켜 상기 거울에서 포커싱되는 거리를 조절할 수 있게 상기 제2하우징에서 상기 포커싱되는 물체가 떨어진 거리를 측정하는 거리센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광시스템.According to claim 2,
The exposure system of claim 1, further comprising a distance sensor for measuring a distance away from the focused object from the second housing so as to adjust a focused distance from the mirror by moving the linear stage and the angle stage.
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