KR20240006858A - 원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈 - Google Patents
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Abstract
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피복 내에 원형 또는 다각형 단면을 갖는 광섬유 코어가 삽입된 광케이블; 원통 형상의 하우징; 상기 광케이블과 하우징을 연결하는 광커넥터; 상기 하우징 내부에 구비되어 광커넥터로부터 입사되는 발산형 가우시안 빔 또는 유사한 형태의 공간적 빔 프로파일의 레이저광을 평행빔으로 변환하는 콜리메이션 렌즈; 상기 하우징 내부에 구비되어 콜리메이션 렌즈에 의해 평행빔으로 전환된 레이저광을 레이저 솔더링 공정에 이용하기 위해 플랫탑 빔(flat-top beam) 프로파일 형태의 레이저광으로 빔 모드를 변환하는 플랫탑 빔 변환수단; 및 상기 하우징 내부의 콜리메이션 렌즈 일측에 구비되어 하우징 외부에서 유입되거나 하우징 내부에서 의해 발생된 각종 분진 및 이물질이 콜리메이션 렌즈쪽으로 유입되지 못하도록 차단하는 보호윈도우;를 포함하는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈에 있어서, 상기 콜리메이션 렌즈와 인접된 위치에 하우징의 둘레방향을 따라 일정 각도만큼 개방 형성됨으로써 상기 하우징 내부의 중공이 외부와 연통되도록 하는 착탈 슬롯; 상기 착탈 슬롯에 대응되는 휘어진 판상으로 형성됨과 함께 판상의 내측면에는 보호윈도우가 장착된 상태로 착탈 슬롯에 선택적으로 끼워져 결합 또는 결합해제되고, 상기 착탈 슬롯에 끼워져 결합된 상태에서는 보호윈도우가 하우징의 중공과 동심축을 갖도록 배치되는 슬롯 커버; 및 상기 착탈 슬롯 또는 슬롯 커버 중 적어도 일측에 구비되어 착탈 슬롯에 끼워진 슬롯 커버가 빠져나오지 않도록 자기력을 이용하여 고정하는 마그네틱 고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 플랫탑(Flat-top) 레이저빔 헤드 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈의 보호윈도우를 원터치 방식으로 한번에 용이하게 착탈할 수 있도록 개선함으로써 광커넥터의 조립 또는 분해 시 하우징 내부로 유입될 수 있는 금속 등의 분진이나 이물질이 콜리메이션 렌즈 등의 표면에 부착되고, 이후 상기 렌즈의 표면에 부착된 분진에 레이저빔이 흡수 및 과열됨에 따라 고가의 콜리메이션 렌즈, 커넥터 등의 정밀 부품이 열적 손상에 의해 파손되거나 크랙 등의 표면손상이 방지되어 고정밀을 요하는 레이저 솔더링 장비의 고장을 사전에 방지해 줌으로써 레이저 솔더링 공정의 수율 및 공정효율 저하를 원천 방지할 수 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 다수의 솔더볼 또는 솔더페이스트 상에 일정 면적을 갖는 레이저빔을 조사함으로써 전자칩들을 한번에 솔더링하는 레이저 솔더링 공정에는 레이저빔 헤드 모듈이 이용된다.
상기 레이저빔 헤드 모듈은 통상 레이저빔의 고유한 특성인 가우시안 빔(Gaussian Beam Profile)을 이용하게 되는데, 상기 가우시안 빔은 원형의 레이저빔중앙부에서 레이저빔 에너지가 상대적으로 강해 전자칩과 기판 표면에 공간적으로 균일하게 레이저 에너지를 전달할 수 없어 전자칩 하부면적의 외곽부에 공정최적화를 하면 레이저 에너지가 상대적으로 많이 가해진 중앙부는 오버히팅(over heating)에 의해 기판 손상 또는 솔더링 불량이 발생할 수 있으며, 전자칩 하부면의 중심부에 공정최적화를 하면 레이저 에너지가 상대적으로 적게 가해준 외곽부는 언더히팅(under heating)에 의해 솔더링 불량이 발생될 수 있다는 문제점이 있었다. 또한, 가우시안 빔을 조사할 때 최적화할 중심부와 외곽부가 명확하게 구분되는 것도 아니므로 전체적으로 공정최적화가 매우 어려우며 많은 경우에 양산이 불가능해질 수 있다.
이러한 이유로 최근에는 기판 상에 균일한 레이저 에너지를 전달하기 위해 광콜리메이터(optical collimator)를 이용하여 레이저광을 빔 발산각이 영(zero, 0) 또는 거의 영에 가까운 일정한 또는 거의 일정한 빔 직경으로 전파되는 평행광 또는 평행빔(collimated beam)으로 변환한 뒤, 상기 평행빔을 다시 빔 진행방향에 수직인 횡방향(transverse direction)에서의 빔 강도 프로파일이 일정한 빔 강도를 가지는 빔 모드인 플랫탑(flat-top) 빔으로 변환하는 방식의 레이저빔 헤드 모듈이 개발되어 현장에 보급되고 있는 상황이다.
이러한 플랫탑 레이저빔 변환 방식의 레이저 헤드 모듈의 한가지 예가 국내등록특허(발명의 명칭: ‘레이저 광학 장치 및 헤드’, 특허등록 제1857544호, 이하, ‘선행문헌’이라 함)에 상세히 개시되어 있다.
선행문헌에 개시된 종래 플랫탑 레이저빔 변환 방식의 레이저빔 헤드 모듈은 레이저 표면처리 등의 레이저 가공을 위한 것으로, 도 1 및 도 2를 참조하여 구성을 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 종래 레이저빔 헤드 모듈을 나타낸 도면으로, 상기 레이저빔 헤드 모듈은 광섬유부(20), 커넥터(30), 콜리메이터(40), 집속 렌즈부(50), 빔 변환장치(60), 공간필터(70) 및 빔 확대장치(80)로 구성된다.
광섬유부(20)는 레이저빔 헤드 모듈 내부로 레이저빔을 전송해주는 역할을 하며, 커넥터(30)는 레이저빔 헤드 모듈과 광섬유부(20)를 서로 연결시켜주는 역할을 한다.
또한, 상기 커넥터(30)는 광섬유부(20)에서 전달된 레이저빔을 레이저빔 헤드 모듈 내부로 유도하며, 이를 위해 커넥터(30)의 일측은 광섬유부(20)와 연결되고, 타측은 레이저빔 헤드 모듈에 내입되는 형태로 구비된다.
또한, 상기 커넥터(30)는 콜리메이터(40)와 가까이에 위치하며, 콜리메이터(40)는 레이저에서 나온 레이저빔을 평행빔으로 변형시켜서 평행한 상태로 전달하며, 집속 렌즈부(50)는 빔 진행방향에 있어서 레이저빔 헤드 모듈의 가장 바깥쪽 일측에 배치되어 레이저빔을 집속하는 기능을 한다.
또한, 빔 변환장치(60)는 콜리메이터(40)에서 전달받은 평행빔의 에너지 분포를 변환하는 부품으로서, 레이저빔 진행방향에 수직인 횡방향 빔모드에 있어서 가우시안 빔(Gaussian Beam Profile) 형태의 레이저빔을 에너지 분포가 균일한 플랫탑 빔(Flat-top Beam) 형태로 변환하게 된다.
또한, 공간필터(70)는 빔의 형태를 변형하며, 빔 확대장치(80)는 레이저빔에서 조사된 레이저빔의 크기를 변환하는 기능을 한다.
도 2는 종래 가우시안 빔과 플랫탑 빔의 모형을 나타낸 도면으로서, 가우시안 빔의 에너지가 중심으로 갈수록 높아지는 형태로 생성되어 에너지 분포가 균일하지 않을 수 있다. 그러나, 플랫탑 빔은 에너지를 균일하게 분포시켜서 빔이 조사된 면적에서 균일한 품질을 갖는 레이저 가공을 가능하게 한다.
이 때, 플랫탑 빔은 균일한 에너지 분포를 갖는 원형 플랫탑 빔(Flat-top Circle Beam), 사각 플랫탑 빔(Flat-top Square Beam), 라인 플랫탑 빔(Flat-top Line Beam) 등의 형태로 변형될 수 있다.
그러나, 상술한 구성의 종래 레이저빔 헤드 모듈은 레이저빔이 입사되는 커넥터를 조립 또는 분해하는 과정에서 외부로부터 다량의 분진이 레이저빔 헤드 모듈 내부로 유입되거나 또는 커넥터를 조립 또는 분해할 때 나사 연결부에서 스크래치에 의해 다량의 금속 분진이 발생됨이 불가피하였다.
이에 따라 종래 기술에서 언급한 레이저빔을 이용한 기계 가공 분야에서는 분진이 큰 문제를 야기하지 않을 수 있으나, 후술할 본 발명에서처럼 레이저 솔더링 공정과 같이 레이저빔의 에너지 밀도 및 세기를 매우 정교하게 제어해야 하는 공정에서는 외부로부터 유입되거나 조립 또는 분해 시 스크래치에 의해 발생된 금속 등의 분진이나 이물질이 레이저빔 헤드 모듈 내부의 콜리메이션 렌즈에 부착되는 경우 아래와 같이 심각한 문제점이 야기되었다.
먼저, 상기 콜리메이션 렌즈 등에 부착된 분진이나 이물질이 레이저빔의 에너지를 흡수하는 경우 금속 분진 등에 의해 렌즈가 과열됨으로써 콜리메이션 렌즈 또는 커넥터 등의 내부 부품에 심각한 열적 손상을 야기하였으며, 상기 열적 손상으로 인해 결국 고가의 콜리메이션 렌즈가 물리적으로 파손되거나 렌즈 표면에 크랙 등의 표면손상이 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같이 주기적으로 콜리메이터나 커넥터 등 정밀 광학 부품의 표면에 깨짐과 크랙이 발생하는 등 미세한 표면손상에 의해서도 레이저 솔더링 등의 정밀 공정에는 솔더링 불량의 증가로 인해 수율이 크게 저하되기도 하였다.
또한, 내부 부품을 교체하기 위해 공정을 수시로 중단해야 할 뿐만 아니라, 콜리메이션 렌즈 등의 정밀 부품을 교체한 후에는 다시 정교한 광축정렬 작업을 실시함은 물론, 광축정렬이 정확히 이루어졌는지 다시 테스트를 거쳐야 했으므로 공정효율 또한 대폭 저하되는 문제점이 있었으며, 생산인력 외에도 다수의 고장수리 지원 엔지니어를 24시간 배치해야 하는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 방지하기 위해 종래에는 특히, 본 발명이 속한 정밀산업 분야의 경우 레이저빔 헤드 모듈의 하우징 내부에 유리 재질의 보호윈도우를 설치하여 외부로부터 유입되거나 조립 또는 분해 작업을 수행할 때 스크래치에 의해 발생된 금속 등의 분진이나 이물질이 레이저빔 헤드 모듈 내부의 콜리메이션 렌즈 등에 부착되지 못하도록 차단하는 기술이 적용되고 있다.
이러한 종래의 레이저빔 헤드 모듈은 제조 시 콜리메이션 렌즈의 보호를 위해 통상 보호윈도우를 먼저 하우징 내부로 깊이 삽입 및 하우징 내부의 특정 위치에 고정한 후, 이어서 콜리메이션 렌즈를 결합하는 순으로 제조되는데 통상 이러한 조립 공정은 생산현장에서 수행하기 어려워 원래의 광학모듈 제조라인으로 보내서 수리해야만 하였다.
따라서, 상술한 구성의 종래 레이저빔 헤드 모듈은 사용 중에 보호윈도우에 끼인 분진이나 이물질을 클리닝(cleaning)하기 위해 하우징 일단의 집속 렌즈부(50)를 풀어 하우징 내부의 중공을 개방한 후 콜리메이션 렌즈 등의 주요 고정밀 부품 등을 꺼내고, 이어서 상기 개방된 하우징 내부의 중공을 통해 종축 방향으로 보호윈도우를 꺼내 닦아내야만 했고, 보호윈도우의 세정이 끝나면 다시 상기 보호윈도우를 상술한 분해의 역순으로 다시 조립해야만 했다.
그러나, 상술한 보호윈도우의 세정 및 유지보수 과정에서 집속 렌즈부(50)의 나사를 풀어 하우징 내부를 개방함에 따라 고정밀 레이저빔 헤드 모듈 내부로 외부에서 또는 나사분해 및 나사잠금 과정에서 발생된 금속 등의 분진이나 이물질이 다시 하우징 내부로 재유입 될 수 있으므로 콜리메이션 렌즈나 보호윈도우가 재오염될 수 있는 문제점이 여전히 남아있었다.
따라서, 시간이 경과함에 따라 유지보수 과정에서 재유입된 분진이나 이물질에 의해 결국에는 상기 콜리메이션 렌즈가 재오염 및 과열됨으로써 콜리메이션 렌즈 또는 커넥터 등의 내부 부품에 심각한 열적 손상이 야기되고, 상기 열적 손상으로 인해 고가의 콜리메이션 렌즈가 파손되거나 렌즈 표면에 크랙 등의 표면손상이 여전히 해소되지 못하는 문제점이 남아있었다.
(특허문헌 1) 한국 등록특허 제1857544호 (2018.05.08. 등록)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈의 보호윈도우를 원터치 방식으로 한번에 용이하게 착탈할 수 있도록 개선함으로써 광커넥터의 조립 또는 분해 시 하우징 내부로 유입된 금속 등의 분진이나 이물질이 콜리메이션 렌즈 등의 표면에 부착되고, 이후 상기 렌즈의 표면에 부착된 분진에 레이저빔이 흡수 및 과열됨에 따라 고가의 콜리메이션 렌즈, 커넥터 등의 정밀 부품이 열적 손상에 의해 파손 또는 크랙 등의 표면손상이 방지되어 고정밀을 요하는 레이저 솔더링 공정의 수율 및 공정효율 저하를 원천 방지할 수 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예에 따라, 피복 내에 원형 또는 다각형 단면을 갖는 광섬유 코어가 삽입된 광케이블; 원통 또는 사각형 또는 다각형 형상의 하우징; 상기 광케이블과 하우징을 연결하는 광커넥터; 상기 하우징 내부에 구비되어 광커넥터로부터 입사되는 발산형 가우시안 빔 또는 유사한 형태의 공간적 빔 프로파일의 레이저광을 평행빔으로 변환하는 콜리메이션 렌즈; 상기 하우징 내부에 구비되어 콜리메이션 렌즈에 의해 평행빔으로 변환된 레이저광을 레이저 솔더링 공정에 이용하기 위해 플랫탑빔(flat-top beam) 프로파일 형태의 레이저광으로 빔모드를 변환하는 플랫탑빔 변환수단; 및 상기 하우징 내부의 콜리메이션 렌즈 일측에 구비되어 하우징 외부에서 유입되거나 하우징 내부에서 발생된 각종 분진 및 이물질이 콜리메이션 렌즈쪽으로 유입되지 못하도록 차단하는 보호윈도우;를 포함하는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈에 있어서, 상기 콜리메이션 렌즈와 인접된 위치에 하우징의 둘레방향을 따라 일정 각도만큼 개방 형성됨으로써 상기 하우징 내부의 중공이 외부와 연통되도록 하는 착탈 슬롯; 및 상기 착탈 슬롯에 대응되는 휘어진 판상으로 형성됨과 함께 판상의 내측면에는 보호윈도우가 장착된 상태로 착탈 슬롯에 선택적으로 끼워져 연결 또는 분리가 가능하고, 상기 착탈 슬롯에 끼워져 연결된 상태에서는 보호윈도우가 하우징의 중공과 동심축을 갖도록 배치되는 슬롯 커버; 및 상기 착탈 슬롯 또는 슬롯 커버 중 적어도 일측에 구비되어 착탈 슬롯에 끼워진 슬롯 커버가 빠져나오지 않도록 자기력을 이용하여 고정하는 마그네틱 고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 착탈 슬롯 또는 슬롯 커버 중 하나에는 스프링 포고핀 및 핀 삽입홈이 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 착탈 슬롯은, 제1 하우징에 형성되는 제1 착탈 슬롯; 및 제2 하우징에 형성되는 제2 착탈 슬롯; 으로 구성되고, 상기 제1 하우징이 제2 하우징의 중공에 끼워진 상태에서 제1 착탈 슬롯이 제2 착탈 슬롯에 겹쳐져 연통된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 슬롯 커버는, 착탈 슬롯에 연결된 상태에서 상기 착탈 슬롯을 막아 폐쇄하도록 측면이 착탈 슬롯에 대응되는 C자 형상을 갖는 판스프링부; 및 상기 판스프링부의 내측면에 형성되어 보호윈도우가 교체가능하게 결합되는 플랜지부;를 포함하여 구성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 판스프링부의 양 단부에는 고정 홀더부가 일체로 연장 형성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 판스프링부 및 고정 홀더부는 스프링 강(Spring steel)으로 형성되고, 상기 고정 홀더부를 포함하는 판스프링부 및 상기 판스프링부와 연결되는 착탈 슬롯의 호의 각도는 180도 내지 270도의 범위 이내이다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 플랜지부의 양 측면에는 고출력 레이저용 광학 모듈에 적합하도록 열에 강한 금속 또는 그라파이트 또는 테플론 또는 석면 소재의 개스킷이 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 슬롯 커버의 외측면에는 슬롯 커버를 파지하는 손이나 공구가 미끌리지 않도록 요철부가 더 형성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 플랫탑빔 변환수단은, 라이트 파이프(Light pipe), 적층형 판형 원통 렌즈어레이(Stacked Plate-type Cylindrical lens array), 마이크로 렌즈어레이(Micro lens array), 회절광학소자(Diffractive optic element) 중 하나 또는 둘 이상이 연결된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 보호윈도우는, 붕규산 유리(Borosilicate glass), 용융 실리카 유리(Fused silica glass) 또는 석영유리(Quartz glass)를 포함하는 고내열성 투광 유리 기재 중 하나 또는 둘 이상이 연결된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 보호윈도우의 양측면 중 적어도 일면에는 무반사 코팅층(Anti-reflection coating layer)이 더 형성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 레이저 솔더링 공정에 적용되는 레이저광의 파장 범위는 620 내지 690nm, 800 내지 850nm, 900 내지 990nm, 또는 1020 내지 1100mm 이내이다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 광커넥터는 QBH(Quartz Block Head) 커넥터 또는 SMA(Sub-Miniature A) 커넥터 또는 유사한 형태의 맞춤형 커넥터(QBH-equivalent or SMA equivalent customized connector)이다.
상술한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈의 보호윈도우가 원터치 방식으로 한번에 용이하게 착탈될 수 있도록 개선함으로써 보호윈도우에 부착된 금속입자를 포함하는 각종 분진 및 이물질의 수시 유지보수가 매우 용이하게 된다. 이에 따라 콜리메이션 렌즈 등에 각종 분진 및 이물질의 부착이 방지되어 상기 콜리메이션 렌즈 등에 부착된 분진 및 이물질에 레이저광이 조사됨에 의해 콜리메이션 렌즈가 과열됨으로 인해 파손되거나 크랙이 발생되는 등의 렌즈 손상을 원천적으로 방지할 수 있다.
둘째, 본 발명은 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈의 보호윈도우가 원터치 방식으로 한번에 용이하게 착탈될 수 있도록 개선함으로써 상기 보호윈도우에 손상이 발생하더라도 상기 보호윈도우만 간단히 빼서 교체하면 되므로 콜리메이션 렌즈 등이 렌즈 손상에 의해 광축정렬(Optical-axis alignment)의 틀어짐이 방지된다.
셋째, 본 발명은 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈의 보호윈도우가 원터치 방식으로 한번에 용이하게 착탈될 수 있도록 개선함으로써 보호유리판에 오염이 발생된 경우에는 종래처럼 레이저빔 헤드 모듈을 모두 분해할 필요없이 보호윈도우만을 빼서 상기 보호윈도우의 표면을 용이하게 클리닝(cleaning)할 수 있으므로 콜리메이션 렌즈의 파손이나 손상을 사전에 예방할 수 있다.
넷째, 본 발명은 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈의 보호윈도우가 원터치 방식으로 한번에 용이하게 착탈될 수 있도록 개선함으로써 다양한 레이저 본딩(bonding) 또는 솔더링 공정의 레시피에 알맞은 다양한 두께와 굴절률을 갖는 보호윈도우로 교체가 편리하므로 플랫탑 빔을 생성하는 본 발명 고정밀 레이저 헤드 모듈의 설계 및 제작 시 소형화, 원가절감 및 길이 축소 등 설계의 자유도가 대폭 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래 레이저 기계 가공을 위한 레이저빔 헤드 모듈의 구성을 보인 예시도.
도 2는 종래 레이저빔 헤드 모듈의 플랫탑 레이저빔 변환 과정을 보인 예시도.
도 3은 본 발명 원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈을 전체적으로 보인 사시도.
도 4는 도 3의 분해 사시도.
도 5는 도 3의 길이방향 수직 단면도.
도 6은 도 3의 횡단면 A-A선 수직 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호윈도우의 확대 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 광커넥터가 연결된 상태를 보인 예시도로서, (a)는 QBH 커넥터가 연결된 상태, (b)는 SMA 커넥터가 연결된 상태.
도 2는 종래 레이저빔 헤드 모듈의 플랫탑 레이저빔 변환 과정을 보인 예시도.
도 3은 본 발명 원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈을 전체적으로 보인 사시도.
도 4는 도 3의 분해 사시도.
도 5는 도 3의 길이방향 수직 단면도.
도 6은 도 3의 횡단면 A-A선 수직 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호윈도우의 확대 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 광커넥터가 연결된 상태를 보인 예시도로서, (a)는 QBH 커넥터가 연결된 상태, (b)는 SMA 커넥터가 연결된 상태.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 내지 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자,단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈을 전체적으로 보인 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해 사시도이며, 도 5는 도 3의 길이방향 수직 단면도이고, 도 6은 도 3의 횡단면 A-A선 수직 단면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호윈도우의 확대 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 광커넥터가 연결된 상태를 보인 예시도로서, (a)는 QBH 커넥터가 연결된 상태, (b)는 SMA 커넥터가 연결된 상태이다.
먼저, 본 발명 원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈의 일단에는 광케이블(100) 및 광커넥터(200)가 연결된다. 상기 광케이블(100)은 통상 합성수지 등의 절연 피복 내에 원형 또는 다각형 단면 등 평면 기판의 다양한 레이저 솔더링 공정에 필요한 레이저빔의 형상을 갖는 광섬유 코어(미도시)가 삽입된 구조를 갖는다. 또한, 상기 광케이블(100)은 원통 또는 사각형 또는 다각형 형상의 하우징(300)에 연결되는데, 상기 광케이블(100)은 통상 광커넥터(200)에 의해 하우징(300)에 연결된다.
보다 구체적으로, 도 8a를 참조하면 예컨대 상기 광커넥터(200)는 QBH 커넥터(200A)일 수 있다. 참조로 상기 QBH(Quartz Block Head) 커넥터는 광섬유 레이저 빔 출력을 확장하여 광섬유 레이저의 전력 및 밀도를 줄이고 금속 절단 및 용접 산업에서 널리 사용되는 섬유 레이저의 대표적인 섬유 출력 구성요소이다.
한편, 도 8b를 참조하면 상기 광커넥터(200)는 예컨대 SMA 커넥터(200B)일 수 있다. 참조로 상기 SMA(Sub-Miniature A) 커넥터는 광섬유에 사용되는 최초로 표준화된 나사산 타입의 플러그 및 소켓이다.
또한, 상기 하우징(300) 내부에는 광커넥터(200)로부터 입사되는 발산형 가우시안 빔 또는 유사한 형태의 공간적 빔 프로파일의 레이저광을 평행빔으로 변환하기 위한 콜리메이션 렌즈(400)가 구비된다.
또한, 상기 하우징(300) 내부에 구비되어 콜리메이션 렌즈(400, 도 5 참조)에 의해 평행빔으로 전환된 레이저광을 레이저 솔더링 공정에 이용하기 위해 플랫탑 빔(flat-top beam) 프로파일 형태의 레이저광으로 빔 모드를 변환하는 플랫탑 빔 변환수단(500)이 구비된다.
일 실시예에 따라, 상기 플랫탑 빔 변환수단(500)은, 라이트 파이프(Light pipe), 적층형 판형 원통 렌즈어레이(Stacked Plate-type Cylindrical lens array), 마이크로 렌즈어레이(Micro lens array), 회절광학소자(Diffractive optic element) 중 어느 하나이거나 또는 둘 이상이 연결되어 적용될 수 있다.
또한, 상기 하우징(300) 내부의 콜리메이션 렌즈(400) 일측에는 광커넥터(200)를 하우징(300)에 조립 또는 분리하는 과정에서 하우징 외부에서 유입되거나, 하우징(300)과 광커넥터(200) 간의 스크래치에 의해 발생된 각종 분진 및 이물질이 콜리메이션 렌즈(400)쪽으로 유입되지 못하도록 차단하는 보호윈도우(600)가 구비된다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따라, 상기 보호윈도우(600)는 기재로서 고출력 레이저빔 투과 사용시 흡수율이 매우 적어서 문제가 없는 붕규산 유리(Borosilicate glass), 용융 실리카 유리(Fused silica glass) 또는 쿼츠 유리(Quartz glass)를 포함하는 고내열성 투광 유리 기재(601)가 이용될 수 있다.
이 때, 상기 붕규산 유리(Borosilicate glass)는 열충격이나 급격한 온도 변화에 높은 저항성을 가진 유리로서, 높은 온도에서 작업이 가능하고 화학적 내구성이 우수하며, 기포와 불순물이 없어 무색투명하고, 고순도 재료를 이용하므로 광학 품질이 우수하다. 일례로, 상기 붕규산 유리는 독일 Schott사의 특수 유리인 ‘BK 7’ 글라스가 이용될 수 있다.
또한, 상기 용융 실리카 유리(Fused silica glass)는 단일 산화물 유리로서, 무정형, 비결정의 실리카로 이루어진다. 용융 실리카 유리는 최고 900℃의 고온에서 장시간 사용이 가능하며, 열충격에 높은 저항성을 갖는 특성이 있다.
또한, 석영유리(Quartz glass)는 비정질 고체 형태의 규소로 구성된 고강도 초고순도 실리카 유리로서, 순수한 규소와 산소만의 그물코로 된 유리를 지칭하며, 연화점이 1,500℃ 이상으로 내화학성 및 1,000℃ 정도의 온도차에 의한 급열 또는 급랭에서도 깨지지 않는 특성을 갖는다.
한편, 본 발명의 보호윈도우(600)는 아래의 특징적인 구성으로 인해 레이저빔 헤드 모듈의 하우징(300)에 원터치 방식으로 용이하게 착탈될 수 있다.
먼저, 상기 콜리메이션 렌즈(400, 도 5 참조)와 인접된 위치에 하우징(300)의 둘레방향을 따라 일정 각도만큼 개방 형성됨으로써 상기 하우징(300) 내부의 중공(300a)이 외부와 연통되도록 하는 착탈 슬롯(301, 도 4 참조)이 구비된다.
도 4를 참조하면, 보다 구체적으로 상기 착탈 슬롯(301)은 제1 하우징(310)에 형성되는 제1 착탈 슬롯(311) 및 제2 하우징(320)에 형성되는 제2 착탈 슬롯(321)으로 구성된다. 상기한 구성에 따라 상기 제1 하우징(310)이 제2 하우징(320)의 중공에 끼워진 상태에서는 제1 착탈 슬롯(311)이 제2 착탈 슬롯(321)에 겹쳐져 외부와 연통된다.
또한, 상기 착탈 슬롯(301)에는 사용자가 선택적으로 착탈 슬롯(301)에 끼우거나 빼서 착탈할 수 있는 슬롯 커버(700)가 구비된다. 상기 슬롯 커버는 착탈 슬롯(301)에 대응되는 휘어진 판상을 갖고, 상기 판상의 내측면에는 보호윈도우가 장착된 상태로 착탈 슬롯에 선택적으로 끼워져 연결 또는 분리되며, 상기 착탈 슬롯에 끼워져 연결된 상태에서는 보호윈도우가 하우징의 중공과 동심축을 가지면서 보호윈도우 면(protective winodw surface)이 레이저빔 진행방향에 수직이 되도록 배치된다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 보다 구체적으로, 상기 슬롯 커버(700)는 착탈 슬롯(301)에 결합한 상태에서 상기 착탈 슬롯(301)을 막아 폐쇄하도록 착탈 슬롯(301)에 대응되는 C자 형상을 갖는 판스프링부(710); 및 상기 판스프링부(710)의 내측면에 형성되어 원형의 보호윈도우(600)가 교체가능하게 연결되는 플랜지부(720);로 구성된다. 이때 판스프링부(710)와 플랜지부(720)는 금속용접 방법으로 영구적으로 접합을 하거나 볼트로 조립하거나 끼움 방법으로 조립할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 판스프링부(710)는 통상적으로 탄성이 좋은 스프링 강(Spring steel) 재질로 형성될 수 있다. 상기 스프링 강은 스프링재로서 사용되는 탄소강의 일종으로 탄성 한도 및 피로강도가 큰 것이 특징이며, 통상 탄소를 0.45 내지 0.65% 정도 함유하는 탄소강, 마그네슘(Mn)강, 실리콘-마그네슘(Si-Mn)강, 크롬(Cr)강, 크롬-바나듐(Cr-V)강, 크롬-마그네슘(Cr-Mn)강 등을 지칭한다.
또한, 상기 판스프링부(710)의 양 단부에는 단차에 의해 두께가 판스프링부(710)보다 얇게 형성된 고정 홀더부(711, fixing holder)가 일체로 연장 형성된다. 도 4 및 6에 도시된 바와 같이, 상기 고정 홀더부(711)는 판스프링부(710)의 평균적인 두께보다 얇게 형성되기 때문에 상기 고정 홀더부(711)를 제외한 나머지 판스프링부(710)의 부분보다 탄성이 더욱 증대될 수 있다.
여기서, 도 6을 참조하면 상기 고정 홀더부(711)를 제외한 나머지 판스프링부(710) 부분의 호의 각도는 대략 180도로 형성되고, 고정 홀더부(711)는 판스프링부(710)의 양단부로부터 일정 길이만큼 더 연장 형성된다. 일 실시예에 따라, 상기 고정 홀더부(711)를 포함한 판스프링부(710)와 상기 판스프링부(710)와 연결되는 착탈 슬롯(301)의 전체 호의 각도(A)는 180도 내지 270도의 범위 이내로 형성될 수 있다.
이에 따라 상기 슬롯 커버(700)를 착탈 슬롯(301)에 끼워넣을 때는 상기 고정 홀더부(711)에 의해 슬롯 커버(700)가 착탈 슬롯(301)에 탄력적으로 끼워지게 되는데, 이때 상기 고정 홀더부(711)는 하우징(300)의 착탈 슬롯(301)을 180도 이상 감싸 탄력적으로 조립되어 고정된 상태가 되므로 외력이 가해지지 않는다면 상기 슬롯 커버(700)는 착탈 슬롯(301)에서 스스로 이탈되지 않게 된다.
즉, 상기 고정 홀더부(711)는 착탈 슬롯(301)에 끼워진 슬롯 커버(700)가 진동이나 자중에 의해 스스로 빠져나오지 않도록 고정하는 제1 고정수단으로서 기능한다.
또한, 상기 슬롯 커버(700)의 플랜지부(720) 양 측면에는 내열성을 가지면서 하우징(300) 내부의 높은 기밀성을 유지하기 위해 고출력 레이저용 광학 모듈에 적합하도록 열에 강한 금속 또는 그라파이트 또는 테플론 또는 석면 소재의 개스킷(800, gasket, 도 4 참조)이 더 구비된다. 일례로, 상기 개스킷(300)은 기밀성 유지와 찢어짐에 대응하기 위해 일정 수준 이상의 연성을 갖는 구리합금 소재가 적용될 수 있다.
또한, 상기 착탈 슬롯(301) 또는 슬롯 커버(700)에는 마그네틱 고정부재(730)가 구비됨에 따라 착탈 슬롯(301)에 끼워진 슬롯 커버(700)가 진동이나 자중에 의해 스스로 빠져나오지 않도록 고정된다.
즉, 상기 마그네틱 고정부재(730)는 착탈 슬롯(301)에 끼워진 슬롯 커버(700)가 진동이나 자중에 의해 스스로 빠져나오지 않도록 고정하는 제2 고정수단으로서 기능한다.
이에 더해, 상기 착탈 슬롯(301) 또는 슬롯 커버(700)에는 착탈 슬롯(301)에 끼워진 슬롯 커버(700)를 고정하기 위한 제2 고정수단이 구비될 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 제2 고정수단은 상기 착탈 슬롯(301) 또는 슬롯 커버(700) 중 적어도 어느 하나에 각각 구비된 스프링 포고핀(Spring Pogo pin, 740) 및 핀 포고핀 삽입홈(Pogo pin insert hole, 미도시)일 수 있다.
또한, 상기 착탈 슬롯(301) 또는 슬롯 커버(700)에는 스프링 포고핀(740) 및 포고핀 삽입홈(미도시)이 더 구비됨에 따라 착탈 슬롯(301)에 끼워진 슬롯 커버(700)가 진동이나 자중에 의해 스스로 빠져나오지 않도록 고정된다.
즉, 상기 스프링 포고핀(740) 및 포고핀 삽입홈(미도시)은 착탈 슬롯(301)에 끼워진 슬롯 커버(700)가 진동이나 자중에 의해 스스로 빠져나오지 않도록 고정하는 제3 고정수단으로서 기능한다.
또한, 도 6을 참조하면 상기 슬롯 커버(700)의 외측면에는 슬롯 커버(710)를 파지하는 손이나 공구가 미끌리지 않도록 요철부(715)가 더 형성된다.
따라서, 본 발명에 따라 보호윈도우(600)가 장착된 슬롯 커버(700)를 하우징(300)의 착탈 슬롯(301)에 끼워 넣을 때에는 상기 슬롯 커버(700)의 요철부(715)를 손이나 공구로 파지한 후 미끄러짐없이 용이하게 착탈 슬롯(301)에 끼워 넣을 수 있다. 반대로, 상기 슬롯 커버(700)를 착탈 슬롯(301)에서 빼낼 때에도 상기 요철부(715)를 손이나 공구를 이용하여 파지한 후 착탈 슬롯(301)으로부터 슬롯 커버(700)를 빼낼 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면 상기와 같이 착탈 슬롯(301)으로부터 용이하게 분리된 보호윈도우(600)의 표면에는 분진이나 이물질 등이 표면에 부착되어 있을 수 있으므로 작업자가 수시로 상기 보호윈도우(600)의 표면을 세정함으로써 본 발명 레이저빔 헤드 모듈의 우수한 광학 특성을 유지할 수 있으며, 상기 고정밀 레이저 본딩 공정에서 수율저하 또는 생산성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈이 적용되는 레이저 솔더링 공정에서는 620 내지 690nm, 800 내지 850nm, 900 내지 990nm, 또는 1020 내지 1100nm 이내의 파장값을 갖는 레이저빔이 이용될 수 있다.
이에 따라 상기 보호윈도우(600)는 이러한 파장대의 레이저빔 에너지에 견딜 수 있는 상술한 여러 고내열성 재료 중에서 해당 레이저 솔더링의 공정 조건에 맞는 재료를 선택하여 적용할 수 있다.
보다 구체적으로, 먼저 상기한 바와 같이 620nmm에서 1100nm에 이르는 다양한 파장대의 레이저빔 에너지에 대해 열적 파괴에 대해 충분한 저항력을 가지는 유리 강성을 확보하고, 교체 취급 시의 파손 가능성을 최소화하기 위한 고내열성 투광 유리 재료의 두께는 최소 0.5mm 이상으로 형성될 필요가 있다.
한편, 빔 경로 상에 배치되는 상기 고내열성 투광 유리 기재(601)별 굴절율(예, 붕규산 유리≒1.5, 용융 실리카 유리≒1.46)에 의한 레이저빔의 자유공간 전파에 비교한 상대적인 직경 또는 크기의 축소와 레이저 솔더링 공정에 이용되는 파장대역별로 최종 출사되는 레이저빔의 직경 또는 크기를 감안하면 상기 고내열성 투광 유리 기재(601)의 최대 두께는 20mm까지 사용하는 것이 실용적이다.
또한, 본 발명의 플랫탑 빔 변환수단(500, 도 5 참조)으로서, 일례로 라이트 파이프(Light pipe)를 적용하는 경우에 라이트파이프를 투과하여 출사되는 레이저빔의 직경 또는 크기가 통상적으로 2 내지 5mm일 수 있다. 약간 더 확대하여 사용하는 경우에 레이저빔의 직경 또는 크기는 통상적으로 1 내지 100mm일 수 있다.
이때, 광학의 굴절법칙인 스넬의 법칙(Snell's law)을 사용하여 계산하면 고내열성 투광 유리 기재(601)를 투과하는 레이저빔의 직경을 2.9mm(약 7.2%, 유리 기재가 20mm인 경우, 유리 기재에 입사하는 빔 직경이 40mm인 경우) 정도 축소함에 의해 최종적으로 라이트파이프 계열의 플랫탑 빔 변환수단(500)으로부터 출사되는 레이저빔의 직경을 조절할 수 있다.
한편, 상기 플랫탑 빔 변환수단(500)으로서 상기 라이트 파이프(Light pipe) 대신에, 마이크로 렌즈어레이(MLA; Micro Lens Array)나 적층형 판형 원통 렌즈어레이(SPCLA; Stacked Plate-Type Cylindrical Lens Array)를 적용하는 경우 최종 출사되는 레이저빔의 직경은 22mm(콜리메이션 렌즈 초점거리가 50mm인 경우) 내지 45mm(콜리메이션 렌즈 초점거리가 100mm인 경우) 이내이므로 역시 상기 출사되는 레이저빔의 직경을 감안하면 광학 설계에 의한 고내열성 투광 유리 기재(601)의 두께는 최대 20mm까지 설정될 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면 상기 보호윈도우(600)의 고내열성 투광 유리 기재(601)의 양쪽 표면 모두 또는 양쪽 중 적어도 어느 한쪽 표면에는 무반사 코팅층(Anti-reflection coating layer, 602)이 더 형성될 수 있다.
여기서, 상기 무반사 코팅층(602)은 고내열성 투광 유리 기재(601)의 굴절률 등 광학 특성과 해당 레이저빔의 특정 파장대에서 통상 2% 이하인 최소 반사율을 갖는 유전체 또는 금속 등의 무기 재료의 박막 코팅층일 수 있다.
일례로, 실리카 유리 등의 기재 표면에 불화 마그네슘(MgF2) 싱글 레이어 또는 타 복합재료에 의한 다층 박막 무반사 코팅층을 진공증착장비를 사용하여 박막 증착하여 형성할 수 있다.
아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.
100 : 광케이블 200 : 광커넥터
300 : 하우징 301 : 착탈 슬롯
310 : 제1 하우징 311 : 제1 착탈 슬롯
320 : 제2 하우징 321 : 제2 착탈 슬롯
400 : 콜리메이션 렌즈 500 : 플랫탑 빔 변환수단
600 : 보호윈도우 601 : 고내열성 투광 유리 기재
602 : 무반사 코팅층(AR layer) 700 : 슬롯 커버
710 : 판스프링부 711 : 고정 홀더부
720 : 플랜지부 730 : 마그네틱 고정부재
740 : 스프링 포고핀 800 : 개스킷
A : (판스프링부 및 고정 홀더부의) 호의 각도
300 : 하우징 301 : 착탈 슬롯
310 : 제1 하우징 311 : 제1 착탈 슬롯
320 : 제2 하우징 321 : 제2 착탈 슬롯
400 : 콜리메이션 렌즈 500 : 플랫탑 빔 변환수단
600 : 보호윈도우 601 : 고내열성 투광 유리 기재
602 : 무반사 코팅층(AR layer) 700 : 슬롯 커버
710 : 판스프링부 711 : 고정 홀더부
720 : 플랜지부 730 : 마그네틱 고정부재
740 : 스프링 포고핀 800 : 개스킷
A : (판스프링부 및 고정 홀더부의) 호의 각도
Claims (13)
- 피복 내에 원형 또는 다각형 단면을 갖는 광섬유 코어가 삽입된 광케이블; 원통 또는 사각형 또는 다각형 형상의 하우징; 상기 광케이블과 하우징을 연결하는 광커넥터; 상기 하우징 내부에 구비되어 광커넥터로부터 입사되는 발산형 가우시안 빔 또는 유사한 형태의 공간적 빔 프로파일의 레이저광을 평행빔으로 변환하는 콜리메이션 렌즈; 상기 하우징 내부에 구비되어 콜리메이션 렌즈에 의해 평행빔으로 전환된 레이저광을 레이저 솔더링 공정에 이용하기 위해 플랫탑빔(flat-top beam) 프로파일 형태의 레이저광으로 빔모드를 변환하는 플랫탑빔 변환수단; 및 상기 하우징 내부의 콜리메이션 렌즈 일측에 구비되어 하우징 외부에서 유입되거나 하우징 내부에서 발생된 각종 분진 및 이물질이 콜리메이션 렌즈쪽으로 유입되지 못하도록 차단하는 보호윈도우;를 포함하는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈에 있어서,
상기 콜리메이션 렌즈와 인접된 위치에 하우징의 둘레방향을 따라 일정 각도만큼 개방 형성됨으로써 상기 하우징 내부의 중공이 외부와 연통되도록 하는 착탈 슬롯;
상기 착탈 슬롯에 대응되는 휘어진 판상으로 형성됨과 함께 판상의 내측면에는 보호윈도우가 장착된 상태로 착탈 슬롯에 선택적으로 끼워져 연결 또는 분리가 가능하고, 상기 착탈 슬롯에 끼워져 연결된 상태에서는 보호윈도우가 하우징의 중공과 동심축을 갖도록 배치되는 슬롯 커버; 및
상기 착탈 슬롯 또는 슬롯 커버 중 적어도 일측에 구비되어 착탈 슬롯에 끼워진 슬롯 커버가 빠져나오지 않도록 자기력을 이용하여 고정하는 마그네틱 고정부재;를 포함하는,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 착탈 슬롯 또는 슬롯 커버 중 적어도 하나에는 스프링 포고핀 및 포고핀 삽입홈이 구비되는 것을 특징으로 하는,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 착탈 슬롯은,
제1 하우징에 형성되는 제1 착탈 슬롯; 및 제2 하우징에 형성되는 제2 착탈 슬롯;으로 구성되고, 상기 제1 하우징이 제2 하우징의 중공에 끼워진 상태에서 제1 착탈 슬롯이 제2 착탈 슬롯에 겹쳐져 연통되는 것을 특징으로 하는,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 슬롯 커버는,
착탈 슬롯에 결합된 상태에서 상기 착탈 슬롯을 막아 폐쇄하도록 측면이 착탈 슬롯에 대응되는 C자 형상을 갖는 판스프링부; 및 상기 판스프링부의 내측면에 형성되어 보호윈도우가 교체가능하게 연결되는 플랜지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 4 항에 있어서,
상기 판스프링부의 양 단부에는 고정 홀더부가 일체로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 5 항에 있어서,
상기 판스프링부 및 고정 홀더부는 스프링강(Spring steel)으로 형성되고, 상기 고정 홀더부를 포함하는 판스프링부 및 상기 판스프링부와 연결되는 착탈 슬롯의 호의 각도는 180도 내지 270도의 범위 이내인 것을 특징으로 하는,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 4 항에 있어서,
상기 플랜지부의 양 측면에는 고출력 레이저용 광학모듈에 적합하도록 열에 강한 금속 또는 그라파이트 또는 테플론 또는 석면 소재의 개스킷이 더 구비되는 것을 특징으로 하는,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 슬롯 커버의 외측면에는 슬롯 커버를 파지하는 손이나 공구가 미끌리지 않도록 요철부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 플랫탑빔 변환수단은,
라이트 파이프(Light pipe), 적층형 판형 원통 렌즈어레이(Stacked Plate-type Cylindrical lens array), 마이크로 렌즈어레이(Micro lens array), 회절광학소자(Diffractive optic element) 중 하나 또는 둘 이상이 결합된 것인,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 보호윈도우는,
붕규산 유리(Borosilicate glass), 용융 실리카 유리(Fused silica glass) 또는 석영유리(Quartz glass)를 포함하는 고내열성 투광 유리 기재 중 하나 또는 둘 이상이 결합된 것인,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 보호윈도우의 양측면 중 적어도 일면에는 무반사 코팅층(Anti-reflection coating layer)이 더 형성되는,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 솔더링 공정에 적용되는 레이저광의 파장 범위는 620 내지 690nm, 800 내지 850nm, 900 내지 990nm, 또는 1020 내지 1100mm 이내인,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 광커넥터는 QBH(Quartz Block Head) 커넥터 또는 SMA(Sub-Miniature A) 커넥터 또는 이와 유사한 형태의 맞춤형 커넥터(QBH-equivalent or SMA-equivalent customized connector)인 것을 특징으로 하는,
원터치 방식으로 착탈되는 보호윈도우를 갖는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈.
Priority Applications (2)
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| KR20080002653U (ko) * | 2007-01-12 | 2008-07-16 | 주식회사 유토테크 | 충격방지보호부와 미끄럼방지용 손잡이가 구비된 수륙겸용탐조등 |
| KR101075129B1 (ko) * | 2009-12-11 | 2011-10-24 | 주성민 | 광케이블 커넥터 |
| KR102506370B1 (ko) * | 2016-04-06 | 2023-03-07 | 삼성디스플레이 주식회사 | 광 조사 장치의 렌즈 어셈블리 |
| KR101793380B1 (ko) * | 2016-06-28 | 2017-11-02 | 동국대학교 산학협력단 | 안저 검사 효율을 향상시키는 렌즈 필터 어댑터 |
| KR102515851B1 (ko) * | 2020-11-04 | 2023-03-30 | 주식회사 알씨엔 | 어구의 유실을 감지하는 스마트부이 |
| KR102428536B1 (ko) * | 2020-12-29 | 2022-08-03 | 레이저쎌 주식회사 | 분진 차폐 기능이 있는 플랫탑 레이저빔 헤드 모듈 |
-
2022
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-
2023
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