KR20240031741A - 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템 - Google Patents

에프세터 렌즈 성능 평가 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 렌즈의 평가 시스템은 레이저 발진 모듈, 레이저 발진 모듈로부터 발생된 레이저빔의 경로를 제공하는 광파이버, 광파이버를 통과한 레이저빔의 이동 경로 상에 순차적으로 배치되어 있는 콜리미네이션 렌즈, 갈바노 미러부, 촬영장치를 포함하고, 갈바노 미러부는 에프세터 렌즈 모듈이 착탈 가능하게 결합되는 결합부가 형성된다.

Description

에프세터 렌즈 성능 평가 시스템{F-THETA LENS PERFORMANCE EVALUATION SYSTEM}
본 발명은 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템에 관한 것이다.
에프세터 렌즈(f-theta lens)는 조사되는 레이저빔을 굴절 및 회전시켜 조사방향으로 초점(F)이 맺히도록 고안된 렌즈이다. 에프세타 렌즈는 레이저빔을 굴절시키는 굴절소자와 수차를 보정하기 위한 회절 소자를 모두 구비할 수 있다.
일반적으로 에프세타 렌즈는 오목렌즈와 볼록렌즈를 복수로 조합시킨 형태로 구성될 수 있다.
이처럼, 복수의 렌즈를 조립하여 에프세타 렌즈를 제작할 때 각 렌즈의 위치가 오정렬될 수 있다. 오정렬은 에프세타 렌즈를 통과하는 레이저빔을 촬영하여 파악할 수 있다.
그러나, 에프세타 렌즈를 통과한 레이저빔의 직경이 촬영용 CCD의 해상도보다 작은 경우, 레이저빔이 CCD로 촬영되지 않는다.
따라서, 본 발명은 CCD의 해상도 증가없이 CCD의 해상도보다 작은 크기의 레이저빔을 촬영하고, 촬영된 이미지로부터 오정렬 정도를 파악할 수 있는 에프세터 렌즈의 평가 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 렌즈의 평가 시스템은 레이저 발진 모듈, 레이저 발진 모듈로부터 발생된 레이저빔의 경로를 제공하는 광파이버, 광파이버를 통과한 레이저빔의 이동 경로 상에 순차적으로 배치되어 있는 콜리미네이션 렌즈, 갈바노 미러부, 촬영장치를 포함하고, 갈바노 미러부는 에프세터 렌즈 모듈이 착탈 가능하게 결합되는 결합부가 형성된다.
상기 촬영 장치는, 레이저빔의 스팟 이미지를 촬영하는 CCD, CCD를 이동시키기 위한 구동부, CCD에 촬영된 스팟의 크기를 계산하는 연산부를 포함할 수 있다.
상기 연산부는 하기 [수학식 1]로 에프세터 렌즈의 중심을 통과한 레이저빔과 에프세터 렌즈의 가장자리를 통과한 레이저빔의 스팟의 직경(D2)을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
(F1: 콜리미네이트 렌즈 포컬렌쓰, F2: 에프세터 렌즈의 포컬렌쓰, d1: 광파이버의 직경)
상기 갈바노 미러부는 에프세터 렌즈 모듈과 나사 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템을 사용하면, CCD에 촬영이 가능한 스팟 직경이 되도록 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템을 이용하면 용이하게 에프세터 렌즈의 성능을 검증할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 성능 평가 시스템에 성능 평가가 필요한 에프세터 렌즈와 갈바노 미러부의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발 명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 성능 평가 시스템에 성능 평가가 필요한 에프세터 렌즈와 갈바노 미러부의 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 렌즈의 성능 평가 시스템은, 레이저 발진 모듈(10), 광파이버(20), 콜리미네이션 렌즈(30), 갈바노 미러부(40) 및 촬영 장치(50)를 포함한다.
레이저 발진 모듈(10)은 레이저빔(15)을 생성하여 출력하며, 움직이지 않도록 받침대(도시하지 않음)에 고정될 수 있다. 받침대는 필요에 따라서 휴대 및 이동이 가능한 구조를 가질 수 있다. 레이저 발진 모듈(10)로부터 생성된 레이저빔은 광파이버(20)로 전달된다.
광파이버(20)는 레이저 발진 모듈(10)로부터 생성된 레이저빔(15)을 콜리미네이션 렌즈(30)로 전달하기 위한 광경로를 제공한다. 레이저 발진 모듈(10)의 레이저빔(15)의 출사 위치와 콜리미네이션 렌즈(30)의 입사 위치가 다를 수 있으며, 가요성을 가지는 광파이버(20)를 통해서 다양한 경로를 제공할 수 있다.
광파이버(20)의 직경은 레이저빔(15)의 직경보다 크고, 후술하는 CCD(charge coupled device)의 해상도보다 큰 30㎛ 내지 800㎛의 직경을 가질 수 있다.
콜리미네이션 렌즈(30)는 광파이버(20)를 통해 전달되는 레이저빔(15)이 파장 형태로 확장성을 가지므로, 콜리미네이션 렌즈(30)를 통과시켜 평행광으로 만든다. 콜리미네이션 렌즈(30)를 통과한 레이저빔은 갈바노 미러부(40)로 전달된다.
콜리미네이션 렌즈(30)의 출사 위치와 갈바노 미러부(40)의 입사 위치는 동일선상에 위치하여 콜리미네이션 렌즈(30)를 통과한 레이저빔(15)이 수평하게 갈바노 미러부(40)로 입사될 수 있다.
갈바노 미러부(40)는 본체(41), 본체(41) 내에 위치하는 갈바노 미러(42)를 포함한다.
갈바노 미러부(40)는 거울로 입사되는 레이저빔을 반사시켜 레이저빔의 진행 경로를 변경하면서, 거울을 미세하고 빠른 속도로 움직여서 반사되는 레이저빔이 스캐닝 되도록 하는 구성이다. 예를 들어, 갈바노 미러부(40)는 콜리미네이션 렌즈(30)를 통과해서 수평 방향으로 입사되는 레이저빔(15)을 수직방향으로 반사한다. 갈바노 미러(42)는 서로 수직한 두 축을 중심으로 회전하는 두 거울을 구비하여, 두 거울에 반사되는 레이저빔이 2차원 스캔을 수행하도록 한다.
갈바노 미러(42)는 회전함으로써, 반사되는 레이저빔을 스캔하면서 갈바노 미러부(40)와 촬영 장치(50) 사이에 위치하는 에프세터 렌즈 모듈(60)로 전달한다. 즉, 성능을 평가하고자 하는 에프세터 렌즈가 포함된 에프세터 렌즈 모듈(60)은 갈바노 미러부(40)와 촬영 장치(50) 사이에 배열된다.
도 2를 참고하면, 갈바노 미러부의 본체(41)는 콜리미네이션 렌즈(30)를 통과한 레이저빔(15)이 입사되는 입구(4)와 갈바노 미러(42)를 통과한 레이저빔(15)이 출사되는 출구(5)를 포함한다. 입구(5)는 콜리미네이션 렌즈(30)를 향해서 돌출되고, 출구(5)는 촬영 장치(50)를 향해서 돌출되는 긴 원통형일 수 있다. 입구(4)는 수평 방향, 출구(5)는 수직 방향과 같이 서로 수직한 방향으로 개방될 수 있다.
출구(5)에는 에프세터 렌즈 모듈(60)과 결합하기 위한 결합부가 형성된다. 결합부의 일례로서, 출구(5)의 내벽에는 나사 결합하기 위한 나사산(7)이 형성될 수 있으며, 에프세터 렌즈 모듈(60)의 외부에 형성된 나사산(8)과 나사 결합된다.
촬영 장치(50)는 에프세터 렌즈 모듈(60)을 통과한 레이저빔(15)을 촬영하기 위한 것으로, CCD(51), 구동부(도시하지 않음) 및 연산부(52)를 포함할 수 있다. CCD는 에프세터 렌즈 모듈(60)로부터 입사되는 레이저빔을 직접 촬영하여 연산부(52)로 전송하여 이미지화 할 수 있다.
구동부는 CCD(51)를 상하좌우로 이동시키기 위한 것으로, 갈바노 미러부(40)의 움직임에 따라 다양한 각도로 출사되는 레이저빔을 촬영하기 위해서 갈바노 미러부(40)와 연동되어 CCD(51)를 상하좌우로 이동시킨다.
연산부(52)는 하기 [수학식 1]을 통해서 CCD에 촬영 가능한 스팟 직경(D2) (예를 들어, 에프세터 렌즈를 통과한 레이저빔의 초점의 직경)를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
(F1: 콜리미네이션 렌즈 포컬렌쓰(focal length), F2: 에프세터 렌즈의 포컬렌쓰(focal length), d1: 광파이버의 직경)
[수학식 1]을 참고하면, 광파이버의 직경인 d1을 증가시키거나, 콜리미네이션 렌즈의 포컬렌쓰인 f1을 작게 함으로써, CCD에서 촬영이 가능한 스팟의 직경인 D2를 크게 할 수 있다. 예를 들어, CCD의 해상도가 30㎛인 경우, 광파이버의 직경 d1을 크게 하거나 콜리미네이션 렌즈의 포컬 렌쓰인 f1을 작게 함으로써 D2가 30㎛보다 크게 나오도록 에프세터 렌즈 평가 시스템을 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 CCD의 해상도에 따라서 촬영이 가능한 스팟 직경이 될 수 있도록, 콜리미네이션 렌즈 및 광파이버를 선택하여 에프세터 렌즈 평가 시스템을 용이하게 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템을 이용하면 용이하게 에프세터 렌즈의 성능을 확인할 수 있다.
에프세터 렌즈 모듈(60)은, 레이저빔을 굴절 및 회절시켜 조사 각도와 관계없이 평면 위에 초점(F)이 맺히도록 고안된 에프세터 렌즈(61), 및 에프세터 렌즈(61)가 장착된 고정본체(62)를 포함한다. 에프세타 렌즈(61)는 레이저빔을 굴절시키는 굴절소자와 수차를 보정하기 위한 회절 소자를 모두 구비할 수 있다. 일반적으로 에프세타 렌즈는 오목렌즈와 볼록렌즈를 복수로 조합시킨 형태로 구성될 수 있다. 에프세타 렌즈는 당업자에게 널리 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
이처럼, 에프세터 렌즈 모듈(60)의 에프세터 렌즈(61)는 복수의 렌즈, 예를 들어 4장의 렌즈를 정렬하여 제작하기 때문에 오정렬이 발생될 수 있다.
에프세터 렌즈(61)는 중심을 통과하는 레이저빔과 가장자리를 통과하는 레이저빔에서의 스팟 크기 차이를 줄이기 위한 렌즈로, 중심을 통과하는 레이저빔과 가장자리를 통과하는 레이저빔의 스팟(초점) 크기 차이가 작을수록 성능이 우수한 렌즈이고, 차이가 클수록 오정렬 등의 이유로 성능이 떨어지는 렌즈이다.
이러한 에프세터 렌즈(61)는 복수의 렌즈를 조합한 것으로, 정렬 상태를 육안으로 확인할 수 없다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템을 이용하여 성능을 평가할 수 있다.
즉, 중앙에 조사된 레이저빔의 스팟 직경 대비 가장자리에 조사된 레이저빔의 스팟 직경이 얼마나 커지는지 알고 이를 비교함으로써 성능을 알 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 에프세터 렌즈 모듈(60)은 에프세터 렌즈(61)가 고정되는 고정본체(62)를 가질 수 있다. 고정 본체(62)의 일측은 갈바노 미러부(40)에 나사결합되기 위해서 원통형 구조를 가지고, 외측에는 나사산(8)이 형성되어 있다.
에프세터 렌즈 모듈(60)의 나사산(8)은 수나사가 되고, 갈바노 미러부(40)의 나사산(7)은 암나사가 되어 회전으로 나사 결합될 수 있다. 또는, 그 반대로 에프세터 렌즈 모듈(60)의 나사산(8)은 암나사가 되고, 갈바노 미러부(40)의 나사산(7)은 수나사가 되어 회전으로 나사 결합될 수 있다.
이처럼, 성능 평가를 하고자 하는 에프세터 렌즈 모듈(60)을 갈바노 미러부(40)에 고정시킨 후, 레이저 발진 모듈(10)로부터 레이저빔을 발생시킨다.
레이저빔 발진 모듈(10)에서 생성된 레이저빔(10)은 광파이버(20), 콜레미네이션 렌즈(30), 갈바노 미러부(40) 및 에프세터 렌즈 모듈(60)을 통한 후 촬영 장치의 CCD(51)에 촬영된다.
CCD(51)에서 촬영된 레이저빔(15)의 스팟 이미지로부터 레이저빔(15)의 초점 직경을 계산한다.
본 발명의 일 실시예에서는 [수학식 1]을 통해서 CCD에서 촬영이 가능한 레이저빔의 스팟을 계산하고, 이에 따른 콜리미네이션 렌즈 또는 광파이버를 선택하여 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템을 구현함으로써, 작은 해상도의 CCD에서도 레이저빔의 스팟 직경을 촬영할 수 있도록 하여, 용이하게 에프세터 렌즈의 성능을 평가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 에프세터 렌즈의 중심을 통과한 레이저빔의 스팟 직경을 기준인 1로하고, 에프세터 렌즈의 가장자리를 통과한 레이저빔의 스팟 직경 크기를 [수학식 1]을 통해서 용이하게 구할 수 있다.
예를 들어, A라는 에프세터 렌즈를 장착한 후 계산된 가장자리 스팟의 직경이 1.2이고, B라는 에프세터 렌즈를 장착한 후 계산된 가장자리 스팟의 직경이 1.1인 경우 B라는 에프세터 렌즈의 성능이 더 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템을 이용하면, 판매된 제품이 판매사\에서 제공한 실제 성능과 동일한지 확인할 수 있다.
예를 들어, C라는 에프세터 렌즈의 판매사에서 제공하는 중심 스팟의 직경이 10㎛이고, 가장자리의 스팟의 직경이 11㎛라고 할 때, 이들의 비율은 1.1이다.
C라는 제품을 구입하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템에 장착한 후, 가장자리 스팟의 직경을 측정하고 [수학식 1]을 통해서 계산할 때 1.1이 나올 경우 제조사에서 제공한 정보와 일치하는 정상 제품으로 평가할 수 있으나, 1.2가 나올 경우 제조 과정에서 오정렬 등이 발생되어 제조사에서 제공한 정보와 일치하지 않는 불량 제품으로 평가할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
10: 레이저 발진 모듈 20: 광파이버
30: 콜리미네이션 렌즈 40: 갈바노 미러부
50: 촬영 장치 60: 에프세터 렌즈 모듈

Claims (5)

  1. 레이저 발진 모듈,
    상기 레이저 발진 모듈로부터 발생된 레이저빔의 경로를 제공하는 광파이버,
    상기 광파이버를 통과한 상기 레이저빔의 이동 경로 상에 순차적으로 배치되어 있는 콜리미네이션 렌즈, 갈바노 미러부, 촬영 장치
    를 포함하고,
    상기 갈바노 미러부는 에프세터 렌즈 모듈이 착탈 가능하게 결합되는 결합부가 형성되어 있는 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 촬영 장치는,
    상기 레이저빔의 스팟 이미지를 촬영하는 CCD,
    상기 CCD를 이동시키기 위한 구동부,
    상기 CCD에 촬영된 스팟의 크기를 계산하는 연산부
    를 포함하는 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 연산부는 하기 [수학식 1]로 상기 에프세터 렌즈의 중심을 통과한 레이저빔과 상기 에프세터 렌즈의 가장자리를 통과한 레이저빔의 스팟의 직경(D2)을 계산하는 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템.
    [수학식 1]

    (F1: 콜리미네이트 렌즈 포컬렌쓰, F2: 에프세터 렌즈의 포컬렌쓰, d1: 광파이버의 직경)
  4. 제1항에서,
    상기 갈바노 미러부는 상기 에프세터 렌즈 모듈과 나사 결합하는 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템.
  5. 제3항에서,
    상기 D2는 상기 CCD의 해상도 보다 큰 에프세터 렌즈 성능 평가 시스템.
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