WO2017069389A1 - Optical system aligning device and optical system aligning method for laser processing apparatus - Google Patents

Optical system aligning device and optical system aligning method for laser processing apparatus Download PDF

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WO2017069389A1
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optical system
laser
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eccentricity
processing apparatus
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김병오
이동준
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(주)이오테크닉스
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    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • GPHYSICS
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    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods

Definitions

  • the present invention relates to optical system alignment alignment of a laser processing apparatus, and more particularly, to an optical system alignment apparatus of a laser processing apparatus using a shark-hartman sensor and an optical system alignment method using the same.
  • a shack-hartmann sensor is a device that measures the distortion or aberration of the light wavefront reflected in a specific area in the field of astronomical telescopes and optometry, and uses the measured distortion or aberration of the light wavefront. It is generally used to measure the shape of the surface in a specific area.
  • the optical system used in the laser processing apparatus needs to be correctly aligned so that the laser beam can be accurately irradiated in the desired direction to improve the processing quality.
  • An embodiment of the present invention provides an optical system alignment device and an optical system alignment method of a laser processing apparatus using a shark-hartman sensor.
  • a shark-hartmann sensor for measuring a light wavefront of the laser beam emitted from the laser optics
  • An optical system alignment device is provided.
  • the calculator may calculate the eccentricity of the laser optical system using Zernike polynomials expressing the optical wavefront detected by the Shark-Hartman sensor as a formula.
  • the eccentricity value of the laser optical system is the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the second axis direction indicating the degree of eccentricity in the first axis direction and the second axis direction perpendicular to the advancing direction of the laser beam in the Zernike polynomial. It may be composed of an eccentric coefficient value.
  • the first axis direction and the second axis direction may be perpendicular to each other.
  • Alignment of the laser optical system may be performed by moving the laser optical system such that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction have “0” respectively.
  • the laser optical system may include a plurality of optical systems. In this case, alignment of the laser optical system may be performed by sequentially aligning each of the optical systems.
  • an optical system alignment method of a laser processing apparatus comprising; aligning the laser optical system.
  • the eccentric value of the laser optical system can be calculated using the Zernike polynomial which expresses the optical wavefront detected by the Shark-Hartmann sensor by a formula.
  • the eccentric value of the laser optical system is an eccentricity coefficient value and a second axis in the first axis direction indicating the degree of eccentricity in the first axis direction and the second axis direction perpendicular to the advancing direction of the laser beam in the Zernike polynomial It may consist of an eccentric coefficient value in the direction. .
  • Alignment of the laser optical system may be performed by moving the laser optical system such that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction have “0” respectively.
  • the laser optical system may include a plurality of optical systems.
  • alignment of the laser optical system may be performed by sequentially aligning each of the optical systems.
  • Alignment of each of the optical systems may be performed by moving each of the optical systems such that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction have “0” respectively.
  • the Shark-Heartmann sensor can detect whether the laser optical system constituting the laser processing apparatus is misaligned, and if the laser optical system is misaligned, it can be accurately aligned.
  • the alignment operation may be sequentially performed on each of the optical systems using the Shark-Hartman sensor.
  • FIG. 1A shows a state in which a laser beam enters a Shark-Hartman sensor after passing through a converging optical system.
  • FIG. 1B shows a state in which the laser beam is incident on the Shark-Hartman sensor after passing through the diverging optical system.
  • FIG. 1C shows the laser beam entering the Shark-Hartman sensor after passing through the diverging and converging optics.
  • FIG. 2 schematically shows an optical system alignment device of a laser processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates a change in an eccentric coefficient value in a first direction (eg, y-axis direction) according to a defocusing distance in the Zernike polynomial expressing a laser beam detected from a Shark-Hartman sensor.
  • FIG. 4 schematically shows an example of a laser processing apparatus.
  • 5A to 5C are views illustrating a method of aligning optical systems of the laser processing apparatus shown in FIG. 4.
  • the shack-hartmann sensor is a device for measuring the distortion or aberration of the light wavefront reflected in a specific area in fields such as astronomical telescopes and optometry.
  • the distortion or aberration of the optical wavefront measured by the Shark-Heartmann sensor is generally used to measure the shape of the surface in a specific region.
  • an apparatus and method for aligning a laser optical system constituting a laser processing apparatus using a Shark-Hartman sensor will be described.
  • 1A to 1C illustrate a state in which a laser beam is incident on a Shark-Heartman sensor after passing through a predetermined optical system.
  • FIG. 1A shows the state where the laser beams L1 and L2 enter the Shark-Hartman sensor 50 after passing through the converging optical system 10
  • FIG. 1B shows the laser beams L1 and L2.
  • the incidence of the Shark-Hartman sensor 50 via the diverging optics 20 is shown.
  • FIG. 1C shows a state in which the laser beam L1 enters the Shark-Hartman sensor 50 after passing through the diverging and converging optical system 30.
  • L1 represents a laser beam that is incident when the optical systems 10 and 20 are correctly aligned
  • L2 represents a first axis direction in which the optical systems 10 and 20 are perpendicular to the traveling direction of the laser beam (eg, For example, the laser beam is incident in a misaligned state inclined at a predetermined angle along the y-axis direction
  • FIG. 1C shows a laser beam that is incident when the optical system 30 is correctly aligned.
  • the Shark-Heartman sensor 50 enters the incident laser.
  • the optical wavefronts of the beams L1 and L2 are detected, and the optical wavefronts of the laser beams L1 and L2 thus detected are numerically calculated by a calculation unit as described below to determine whether the optical system is correctly aligned and, if misaligned, how misaligned. It can be known quantitatively.
  • FIG. 2 schematically shows an optical system alignment device of a laser processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the optical system aligning apparatus 100 includes a laser optical system 140 through which the laser beam L passes, and a Shark-Heartmann sensor that detects the laser beam L via the laser optical system 140. 150 and an operation unit 160 for calculating an eccentric value of the laser optical system 140 by expressing the optical wavefront of the laser beam L detected from the Shark-Hartman sensor 150 by a formula.
  • the laser optical system 140 passes through a laser beam L emitted from a laser light source (not shown), and may include at least one optical system.
  • the laser optical system 140 may include, for example, a beam expanding telescope (BET), a scanning optical system, a focusing lens, and the like.
  • BET beam expanding telescope
  • the present invention is not limited thereto, and other various optical systems may be included.
  • the laser beam L via the laser optical system 140 may be incident on the Shark-Heartmann sensor 150.
  • the Shark-Hartman sensor 150 may measure information about a light wavefront of the incident laser beam L, for example, a distortion or aberration of the light wavefront.
  • the calculation unit 160 may formulate information on the optical wavefront of the laser beam L detected by the Shark-Heartman sensor 150. Specifically, when the Shark-Heartmann sensor 160 detects information on the optical wavefront of the incident laser beam (L), it sends an electrical signal corresponding to the calculation unit 160. In addition, the calculator 160 may configure information on the optical wavefront of the laser beam L detected by the Shark-Hartman sensor 150 as Zernike polynomials, which are mathematical models.
  • the Zernike polynomial may consist of a number of terms, where each term constituting the Zernike polynomial represents optical aberrations, which terms are orthogonal to one another.
  • the calculation unit 160 expresses the information on the optical wavefront of the laser beam L by the Zernike polynomial, and then among the terms constituting the Zernike polynomial, the coefficient value representing the eccentricity in the first axis direction and the second The coefficient value representing the eccentricity in the axial direction can be used to determine whether the laser optical system is correctly aligned.
  • the eccentricity of the laser optical system 140 generated when the laser optical system 140 is misaligned can also be known quantitatively.
  • the first axis direction and the second axis direction mean directions perpendicular to the advancing direction of the laser beam L.
  • the first axis direction and the second axis direction may be perpendicular to each other.
  • the first axis direction when traveling in the z-axis direction of the laser beam L, the first axis direction may be, for example, the y axis direction, and the second axis direction may be the x axis direction. . Therefore, when the laser beam L travels in the z-axis direction and is incident on the Shark-Hartman sensor 150, among the terms constituting the Zernike polynomial represented by the calculation unit 160, the aligned related protest of the laser optical system 140 is performed.
  • the coefficient may include an eccentricity coefficient in the y-axis direction and an eccentricity coefficient in the x-axis direction.
  • the eccentricity coefficient in the y-axis direction represents an eccentricity value in the y-axis direction generated by tilting the laser optical system 140 in the y-axis direction
  • the eccentricity coefficient in the x-axis direction indicates the laser optical system 140 in the x-axis direction.
  • the eccentricity value in the x-axis direction generated by tilting is shown.
  • FIG. 3 shows an eccentricity coefficient in a first direction (eg, y-axis direction) according to a defocuse distance in the Zernike polynomial expressing the laser beam L detected from the Shark-Hartman sensor 150 as a formula. Value change is shown.
  • the defocus distance is the distance from the focused position to the Shark-Heartman sensor 150 when the laser beam L, which has exited the laser optical system 140, is focused and defocused to enter the Shark-Heartman sensor 150. Means.
  • FIG. 3 shows that when the laser optical system 140 is inclined at an angle of 0 °, 0.01 ° and 0.02 ° in the first direction (y-axis direction), respectively, the first direction (y-axis) in the Zernike polynomial as the defocus distance is changed.
  • Direction eccentric coefficient value change is shown. Referring to FIG. 3, when the laser optical system 140 is inclined at an angle of 0.01 ° and 0.02 ° in the first direction (y-axis direction), that is, when the laser optical system 140 is misaligned in the y-axis direction, It can be seen that the eccentricity coefficient value in the first direction (y-axis direction) changes linearly as the defocus distance changes.
  • the eccentricity coefficient value in the first direction (y-axis direction) is defocused. It can be seen that it has a value of "0" regardless. Therefore, when the eccentricity coefficient value in the first direction (y-axis direction) is not a value of "0", it can be seen that the laser optical system 140 is inclined in the first direction and is eccentric.
  • the eccentricity coefficient value of the second direction (x-axis direction) changes as the defocus distance is changed, and the laser optical system 140 When is not inclined in the second direction (x-axis direction), the eccentricity coefficient value in the second direction (x-axis direction) has a value of "0" regardless of the defocus distance. Therefore, when the eccentricity coefficient value in the second direction (x-axis direction) is not a value of "0", it can be seen that the laser optical system 140 is inclined in the second direction (x-axis direction) and eccentric.
  • the optical wavefront of the laser beam L incident on the Shark-Hartmann sensor 150 via the laser optical system 140 is constructed in a polynomial manner so that the eccentricity value of the first direction (y-axis direction) and the first By calculating the eccentricity value in one direction (y-axis direction), it is possible to know whether the laser optical system 140 is aligned, and if the laser optical system 140 is not properly aligned, it may be quantitatively determined how eccentrically.
  • the eccentricity value of the first direction calculated by constructing the optical wavefront of the laser beam L incident on the Shark-Hartman sensor 150 by the polynomial through the laser optical system 140 and the first If at least one of the eccentric values in one direction (y-axis direction) is not "0", the laser optical system 140 may be precisely aligned by moving the laser optical system 140 so that the eccentric values become a value of "0". Can be.
  • FIG. 4 schematically shows an example of a laser processing apparatus.
  • the laser beam L is oscillated from the laser light source 201, and the laser beam L thus oscillated is reflected by the plurality of reflection mirrors 221, 222, and 223, and then enters the laser optical system 210.
  • the laser optical system 210 may include one or more optical systems 211, 212, and 213.
  • the laser optical system 210 may include a BET, a scanning optical system, a focusing lens, and the like, and may include various other optical systems.
  • the laser optical system 210 includes three first, second, and third optical systems 211, 212, and 213.
  • the laser beam L emitted from the laser light source 201 and reflected by the reflection mirrors 221, 222, and 223 passes through the first, second, and third optical systems 211, 212, 213 sequentially.
  • the laser beam L emitted from the laser optical system 210 may be irradiated to a predetermined position of the processing target W loaded on the stage S to perform various processing operations.
  • the laser optical system 210 ie, the first, second and third optical systems 211, 212, 213 passing through the laser beam L, is correctly It must be aligned.
  • 5A to 5C are views illustrating a method of aligning optical systems of the laser processing apparatus shown in FIG. 4.
  • FIG. 5A illustrates a method of aligning the first optical system 211 of the laser optical system 210.
  • the laser beam L emitted from the laser light source 201 and reflected by the reflection mirrors 221, 222, and 223 passes through the first optical system 211 and passes through the first optical system 211.
  • One laser beam L is incident on the Shark-Heartmann sensor 250.
  • the Shark-Hartman sensor 250 detects information on the optical wavefront of the incident laser beam L, and sends this information to the calculator 260.
  • the calculation unit 260 configures Zernike polynomial information on the optical wavefront of the laser beam L via the first optical system 211 detected by the Shark-Hartman sensor 250.
  • the eccentricity coefficient values in the first axis direction and the eccentricity coefficient values in the second axis direction are respectively calculated among the terms constituting the Zernike polynomial.
  • the first axis direction may be the y axis direction
  • the second axis direction is the x axis direction. This can be
  • the first optical system 211 when the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the eccentricity coefficient value in the second axis direction calculated by the Zernike polynomial are “0”, the first optical system 211 is considered to be correctly aligned. Can be. However, when the eccentricity coefficient value in the first axis direction is not "0", the first optical system 211 may be considered to be eccentric by tilting in the first axis direction, and the eccentricity coefficient value in the second axis direction is " If not 0 ′′, the first optical system 211 may be considered to be eccentric by tilting in the second axis direction.
  • the first optical system 211 is misaligned. In this case, the first optical system 211 is used. ) So that the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the eccentricity coefficient value in the second axis direction are both "0", thereby accurately aligning the first optical system 211.
  • FIG. 5B illustrates a method of aligning the second optical system 212 of the laser optical system 210.
  • the first optical system 211 is already correctly aligned using the method shown in FIG. 5A.
  • the laser beam L which is emitted from the first optical system 211 and passes through the second optical system 212, is incident on the Shark-Heartman sensor 250.
  • the Shark-Hartman sensor 250 detects information on the optical wavefront of the incident laser beam L, and sends this information to the calculator 260.
  • the calculation unit 260 configures Zernike polynomial information on the optical wavefront of the laser beam L via the second optical system 212 detected by the Shark-Hartman sensor 250.
  • the eccentricity coefficient values in the first axis direction (y-axis direction) and the eccentricity coefficient values in the second axis direction (x-axis direction) are respectively calculated from the terms constituting the Zernike polynomial.
  • the second optical system 212 is misaligned, and in this case, the second optical system 212.
  • the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the eccentricity coefficient value in the second axis direction are both "0", thereby accurately aligning the second optical system 212.
  • FIG. 5C illustrates a method of aligning the third optical system 213 of the laser optical system 210.
  • the first and second optics 211, 212 are already correctly aligned using the method shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the laser beam L which is emitted from the first and second optical systems 211 and 212 and passes through the third optical system 213, is incident on the Shark-Heartman sensor 250.
  • the Shark-Hartman sensor 250 detects information on the optical wavefront of the incident laser beam L, and sends this information to the calculator 260.
  • the calculation unit 260 configures Zernike polynomial information on the optical wavefront of the laser beam L via the third optical system 213 detected by the Shark-Hartman sensor 250.
  • the eccentricity coefficient values in the first axis direction (y-axis direction) and the eccentricity coefficient values in the second axis direction (x-axis direction) are respectively calculated from the terms constituting the Zernike polynomial.
  • the third optical system 213 when at least one of the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the eccentricity coefficient value in the second axis direction is not “0”, the third optical system 213 is misaligned. In this case, the third optical system 213 ) So that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction are both “0” so that the third optical system 213 can be accurately aligned.
  • the laser optical system 210 includes the plurality of optical systems 211, 212, 213, all optical systems 211, 212, 213 are sequentially aligned with each of the optical systems 211, 212, 213 according to the order through which the laser beam L passes. ) Can be aligned correctly. Therefore, the laser processing apparatus 200 illustrated in FIG. 4 may accurately perform a desired laser processing operation by using the plurality of optical systems 211, 212, and 213 accurately aligned.
  • 5A to 5C a case in which the laser optical system 210 includes three optical systems 211, 212, and 213 has been described.
  • the present exemplary embodiment is not limited thereto, and the laser optical system may include various numbers of optical systems.
  • the Shark-Heartmann sensor can detect whether the laser optical system constituting the laser processing apparatus is misaligned, and if the laser optical system is misaligned, it is accurately aligned. You can.
  • the alignment operation may be sequentially performed on each of the optical systems using the Shark-Hartman sensor.

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Abstract

Disclosed are a device and method for aligning a laser optical system constituting a laser processing apparatus. The disclosed optical system aligning device for a laser processing apparatus comprises: a laser optical system through which a laser beam passes; a Shack-Hartmann sensor for measuring a light wavefront of the laser beam emitted from the laser optical system; and a computing unit for expressing the light wavefront of the laser beam detected by the Shack-Hartmann sensor in an equation, and calculating an eccentric value for the laser optical system, which arises when the laser optical system becomes misaligned.

Description

레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치 및 광학계 정렬 방법Optical system alignment device and optical system alignment method of laser processing equipment
본 발명은 레이저 가공장치의 광학계 정렬 정렬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 샤크-하트만(shark-hartman) 센서를 이용한 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치와 이를 이용한 광학계 정렬 방법에 관한 것이다. The present invention relates to optical system alignment alignment of a laser processing apparatus, and more particularly, to an optical system alignment apparatus of a laser processing apparatus using a shark-hartman sensor and an optical system alignment method using the same.
샤크-하트만(shack-hartmann) 센서는 천체 망원경이나 검안기 등의 분야에서 특정 영역에서 반사되는 광파면(light wavefront)의 왜곡 또는 수차를 측정하는 장치로서, 이렇게 측정된 광파면의 왜곡 또는 수차를 이용하여 특정 영역에서 면의 형상을 측정하는데 일반적으로 이용되고 있다. 한편, 레이저 가공장치에 사용되는 광학계는 가공 품질을 향상시키기 위해서 가공대상물에 레이저 빔이 원하는 방향으로 정확하게 조사될 수 있도록 올바르게 정렬될 필요가 있다. A shack-hartmann sensor is a device that measures the distortion or aberration of the light wavefront reflected in a specific area in the field of astronomical telescopes and optometry, and uses the measured distortion or aberration of the light wavefront. It is generally used to measure the shape of the surface in a specific area. On the other hand, the optical system used in the laser processing apparatus needs to be correctly aligned so that the laser beam can be accurately irradiated in the desired direction to improve the processing quality.
본 발명의 일 실시예는 샤크-하트만(shark-hartman) 센서를 이용한 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치 및 광학계 정렬 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention provides an optical system alignment device and an optical system alignment method of a laser processing apparatus using a shark-hartman sensor.
본 발명의 일 측면에 있어서, In one aspect of the invention,
레이저 가공장치를 구성하는 레이저 광학계를 정렬하는 장치에 있어서,In the apparatus for aligning the laser optical system constituting the laser processing apparatus,
레이저 빔이 경유하는 레이저 광학계:Laser optics via the laser beam:
상기 레이저 광학계로부터 출사되는 상기 레이저 빔의 광파면(light wavefront)을 측정하는 샤크-하트만 센서(shark-hartmann) 센서; 및A shark-hartmann sensor for measuring a light wavefront of the laser beam emitted from the laser optics; And
상기 샤크-하트만 센서에 의해 검출된 상기 레이저 빔의 광파면을 수식으로표현하여 상기 레이저 광학계가 오정렬(mis-alignment)됨으로써 발생되는 상기 레이저 광학계의 편심값을 계산하는 연산부;를 포함하는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치가 제공된다.And a calculation unit for calculating an eccentricity of the laser optical system generated by misalignment of the laser optical system by expressing the optical wavefront of the laser beam detected by the Shark-Hartman sensor by a formula. An optical system alignment device is provided.
상기 연산부는 상기 샤크-하트만 센서에 의해 검출된 광파면을 수식으로 표현한 제르니케 다항식(Zernike polynomials)를 이용하여 상기 레이저 광학계의 편심값을 계산할 수 있다. The calculator may calculate the eccentricity of the laser optical system using Zernike polynomials expressing the optical wavefront detected by the Shark-Hartman sensor as a formula.
상기 레이저 광학계의 편심값은 상기 제르니케 다항식에서 상기 레이저 빔의 진행 방향에 수직인 제1축 방향 및 제2축 방향으로 편심된 정도를 나타내는 제1축 방향의 편심 계수값 및 제2축 방향의 편심 계수값으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1축 방향과 상기 제2축 방향은 서로 수직일 수 있다. The eccentricity value of the laser optical system is the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the second axis direction indicating the degree of eccentricity in the first axis direction and the second axis direction perpendicular to the advancing direction of the laser beam in the Zernike polynomial. It may be composed of an eccentric coefficient value. Here, the first axis direction and the second axis direction may be perpendicular to each other.
상기 레이저 광학계의 정렬은 상기 제1축 방향의 편심 계수값과 상기 제2축 방향의 편심 계수값이 각각 “0”을 가지도록 상기 레이저 광학계를 이동시킴으로써 이루어질 수 있다. Alignment of the laser optical system may be performed by moving the laser optical system such that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction have “0” respectively.
상기 레이저 광학계는 복수계의 광학계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 레이저 광학계의 정렬은 상기 광학계들 각각을 순차적으로 정렬시킴으로써 이루어질 수 있다. The laser optical system may include a plurality of optical systems. In this case, alignment of the laser optical system may be performed by sequentially aligning each of the optical systems.
본 발명의 다른 측면에 있어서,In another aspect of the invention,
레이저 가공장치를 구성하는 레이저 광학계를 정렬하는 방법에 있어서,In the method for aligning the laser optical system constituting the laser processing apparatus,
레이저 광학계를 경유하는 레이저 빔을 샤크-하트만 센서를 이용하여 측정하는 단계; 및Measuring the laser beam via the laser optics using a Shark-Hartman sensor; And
상기 샤크-하트만 센서에 의해 검출된 상기 레이저 빔의 광파면을 수식으로표현하여 상기 레이저 광학계가 오정렬됨으로써 발생되는 상기 레이저 광학계의 편심값을 계산하는 단계; 및Calculating an eccentricity value of the laser optical system generated by misalignment of the laser optical system by expressing an optical wavefront of the laser beam detected by the Shark-Hartman sensor by a formula; And
상기 레이저 광학계를 정렬하는 단계;를 포함하는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 방법이 제공된다.There is provided an optical system alignment method of a laser processing apparatus comprising; aligning the laser optical system.
상기 레이저 광학계의 편심값은 상기 샤크-하트만 센서에 의해 검출된 광파면을 수식으로 표현한 제르니케 다항식를 이용하여 계산할 수 있다. 여기서, 상기 레이저 광학계의 편심값은 상기 제르니케 다항식에서 상기 레이저 빔의 진행 방향에 수직인 제1축 방향 및 제2축 방향으로 편심된 정도를 나타내는 제1축 방향의 편심 계수값 및 제2축 방향의 편심 계수값으로 구성될 수 있다. .The eccentric value of the laser optical system can be calculated using the Zernike polynomial which expresses the optical wavefront detected by the Shark-Hartmann sensor by a formula. Here, the eccentric value of the laser optical system is an eccentricity coefficient value and a second axis in the first axis direction indicating the degree of eccentricity in the first axis direction and the second axis direction perpendicular to the advancing direction of the laser beam in the Zernike polynomial It may consist of an eccentric coefficient value in the direction. .
상기 레이저 광학계의 정렬은 상기 제1축 방향의 편심 계수값과 상기 제2축 방향의 편심 계수값이 각각 “0”을 가지도록 상기 레이저 광학계를 이동시킴으로써 이루어질 수 있다. Alignment of the laser optical system may be performed by moving the laser optical system such that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction have “0” respectively.
상기 레이저 광학계는 복수계의 광학계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 레이저 광학계의 정렬은 상기 광학계들 각각을 순차적으로 정렬시킴으로써 이루어질 수 있다. 상기 광학계들 각각의 정렬은 상기 제1축 방향의 편심 계수값과 상기 제2축 방향의 편심 계수값이 각각 “0”을 가지도록 상기 광학계들 각각을 이동시킴으로써 이루어질 수 있다. The laser optical system may include a plurality of optical systems. In this case, alignment of the laser optical system may be performed by sequentially aligning each of the optical systems. Alignment of each of the optical systems may be performed by moving each of the optical systems such that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction have “0” respectively.
본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 샤크-하트만 센서를 이용하여 레이저 가공장치를 구성하는 레이저 광학계의 오정렬 여부를 검출할 수 있으며, 레이저 광학계가 오정렬된 경우 이를 정확하게 정렬시킬 수 있다. 또한, 레이저 광학계가 복수개의 광학계를 포함하는 경우 샤크-하트만 센서를 이용하여 광학계들 각각에 대해 순차적으로 정렬 작업을 수행할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the Shark-Heartmann sensor can detect whether the laser optical system constituting the laser processing apparatus is misaligned, and if the laser optical system is misaligned, it can be accurately aligned. In addition, when the laser optical system includes a plurality of optical systems, the alignment operation may be sequentially performed on each of the optical systems using the Shark-Hartman sensor.
도 1a는 레이저 빔이 수렴 광학계를 경유한 다음, 샤크-하트만 센서에 입사하는 모습을 도시한 것이다.FIG. 1A shows a state in which a laser beam enters a Shark-Hartman sensor after passing through a converging optical system.
도 1b는 레이저 빔이 발산 광학계를 경유한 다음, 샤크-하트만 센서에 입사하는 모습을 도시한 것이다.FIG. 1B shows a state in which the laser beam is incident on the Shark-Hartman sensor after passing through the diverging optical system.
도 1c는 레이저 빔이 발산 및 수렴 광학계를 경유한 다음, 샤크-하트만 센서에 입사하는 모습을 도시한 것이다.FIG. 1C shows the laser beam entering the Shark-Hartman sensor after passing through the diverging and converging optics.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치를 개략적으로 도시한 것이다.2 schematically shows an optical system alignment device of a laser processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 샤크-하트만 센서로부터 검출된 레이저 빔을 수식으로 표현한 제르니케 다항식에서 디포커싱 거리(defocusing distance)에 따른 제1방향(예를 들면, y축 방향) 편심 계수값 변화를 도시한 것이다. FIG. 3 illustrates a change in an eccentric coefficient value in a first direction (eg, y-axis direction) according to a defocusing distance in the Zernike polynomial expressing a laser beam detected from a Shark-Hartman sensor.
도 4는 레이저 가공장치의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.4 schematically shows an example of a laser processing apparatus.
도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 레이저 가공장치의 광학계들을 정렬하는 방법을 보여주는 도면들이다. 5A to 5C are views illustrating a method of aligning optical systems of the laser processing apparatus shown in FIG. 4.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; The examples illustrated below are not intended to limit the scope of the invention, but are provided to explain the invention to those skilled in the art. Like reference numerals in the drawings refer to like elements, and the size or thickness of each element may be exaggerated for clarity. Also, when a given layer of material is described as being in a substrate or other layer, the material layer may be in direct contact with the substrate or another layer, and another third layer may be present therebetween.
샤크-하트만(shack-hartmann) 센서는 천체 망원경이나 검안기 등의 분야에서 특정 영역에서 반사되는 광파면(light wavefront)의 왜곡 또는 수차를 측정하는 장치이다. 그리고, 이러한 샤크-하트만 센서로 측정된 광파면의 왜곡 또는 수차를 이용하여 특정 영역에서 면의 형상을 측정하는데 일반적으로 이용되고 있다. 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예들에서는 샤크-하트만 센서를 이용하여 레이저 가공장치를 구성하는 레이저 광학계를 정렬하는 장치 및 방법에 대해서 설명한다. The shack-hartmann sensor is a device for measuring the distortion or aberration of the light wavefront reflected in a specific area in fields such as astronomical telescopes and optometry. In addition, the distortion or aberration of the optical wavefront measured by the Shark-Heartmann sensor is generally used to measure the shape of the surface in a specific region. In the embodiments of the present invention described below, an apparatus and method for aligning a laser optical system constituting a laser processing apparatus using a Shark-Hartman sensor will be described.
도 1a 내지 도 1c는 레이저 빔이 소정 광학계를 경유한 다음, 샤크-하트만 센서에 입사하는 모습을 도시한 것이다. 1A to 1C illustrate a state in which a laser beam is incident on a Shark-Heartman sensor after passing through a predetermined optical system.
구체적으로, 도 1a에는 레이저 빔(L1,L2)이 수렴 광학계(10)를 경유한 다음 샤크-하트만 센서(50)에 입사하는 모습들 도시되어 있으며, 도 1b에는 레이저 빔(L1,L2)이 발산 광학계(20)를 경유한 다음 샤크-하트만 센서(50)에 입사하는 모습들 도시되어 있다. 그리고, 도 1c에는 레이저 빔(L1)이 발산 및 수렴 광학계(30)를 경유한 다음 샤크-하트만 센서(50)에 입사하는 모습이 도시되어 있다.Specifically, FIG. 1A shows the state where the laser beams L1 and L2 enter the Shark-Hartman sensor 50 after passing through the converging optical system 10, and FIG. 1B shows the laser beams L1 and L2. The incidence of the Shark-Hartman sensor 50 via the diverging optics 20 is shown. In addition, FIG. 1C shows a state in which the laser beam L1 enters the Shark-Hartman sensor 50 after passing through the diverging and converging optical system 30.
도 1a 및 도 1b에서 L1은 광학계(10,20)가 올바르게 정렬된 상태에서 입사하는 레이저 빔을 나타내며, L2는 광학계(10,20)가 레이저 빔의 진행 방향에 수직인 제1축 방향(예를 들면, y축 방향)을 따라 소정 각도로 기울어지게 오정렬된 상태에서 입사하는 레이저 빔을 나타낸다. 한편, 도 1c에는 광학계(30)가 올바르게 정렬된 상태에서 입사되는 레이저 빔이 도시되어 있다. In FIGS. 1A and 1B, L1 represents a laser beam that is incident when the optical systems 10 and 20 are correctly aligned, and L2 represents a first axis direction in which the optical systems 10 and 20 are perpendicular to the traveling direction of the laser beam (eg, For example, the laser beam is incident in a misaligned state inclined at a predetermined angle along the y-axis direction. Meanwhile, FIG. 1C shows a laser beam that is incident when the optical system 30 is correctly aligned.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(L1,L2)이 광학계(10,20)를 경유하여 샤크-하트만 센서(50)에 입사하게 되면 샤크-하트만 센서(50)는 입사된 레이저 빔(L1,L2)의 광파면을 검출하게 되고, 이렇게 검출된 레이저 빔(L1,L2)의 광파면은 후술하는 바와 같이 연산부에서 수치화됨으로써 광학계가 올바르게 정렬되었는지, 그리고, 오정렬되었다면 어느 정도 오정렬되었는지를 정량적으로 알 수 있다. As shown in FIGS. 1A and 1B, when the laser beams L1 and L2 enter the Shark-Heartman sensor 50 via the optical systems 10 and 20, the Shark-Heartman sensor 50 enters the incident laser. The optical wavefronts of the beams L1 and L2 are detected, and the optical wavefronts of the laser beams L1 and L2 thus detected are numerically calculated by a calculation unit as described below to determine whether the optical system is correctly aligned and, if misaligned, how misaligned. It can be known quantitatively.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치를 개략적으로 도시한 것이다.2 schematically shows an optical system alignment device of a laser processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 광학계 정렬 장치(100)는 레이저 빔(L)이 경유하는 레이저 광학계(140)와, 상기 레이저 광학계(140)를 경유한 레이저 빔(L)을 검출하는 샤크-하트만 센서(150)와, 상기 샤크-하트만 센서(150)로부터 검출된 레이저 빔(L)의 광파면을 수식으로 표현하여 상기 레이저 광학계(140)의 편심값을 계산하는 연산부(160)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the optical system aligning apparatus 100 includes a laser optical system 140 through which the laser beam L passes, and a Shark-Heartmann sensor that detects the laser beam L via the laser optical system 140. 150 and an operation unit 160 for calculating an eccentric value of the laser optical system 140 by expressing the optical wavefront of the laser beam L detected from the Shark-Hartman sensor 150 by a formula.
상기 레이저 광학계(140)는 레이저 광원(미도시)으로부터 출사되는 레이저 빔(L)이 경유하는 것으로, 적어도 하나의 광학계를 포함할 수 있다. 이러한 레이저 광학계(140)에는 예를 들면, BET(Beam Expanding Telescope), 스캔 광학계, 집속 렌즈 등이 포함될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이외에도 다른 다양한 광학계가 포함될 수 있다.The laser optical system 140 passes through a laser beam L emitted from a laser light source (not shown), and may include at least one optical system. The laser optical system 140 may include, for example, a beam expanding telescope (BET), a scanning optical system, a focusing lens, and the like. However, the present invention is not limited thereto, and other various optical systems may be included.
상기 레이저 광학계(140)를 경유한 레이저 빔(L)은 샤크-하트만 센서(150)에 입사될 수 있다. 여기서, 샤크-하트만 센서(150)는 입사된 레이저 빔(L)의 광파면(light wavefront)에 대한 정보, 예를 들면, 광파면(light wavefront)의 왜곡 또는 수차를 측정할 수 있다. The laser beam L via the laser optical system 140 may be incident on the Shark-Heartmann sensor 150. Here, the Shark-Hartman sensor 150 may measure information about a light wavefront of the incident laser beam L, for example, a distortion or aberration of the light wavefront.
상기 연산부(160)는 샤크-하트만 센서(150)에 의해 검출된 레이저 빔(L)의 광파면에 대한 정보를 수식화할 수 있다. 구체적으로, 샤크-하트만 센서(160)가 입사된 레이저 빔(L)의 광파면에 대한 정보를 검출하게 되면, 이에 해당하는 전기적인 신호를 연산부(160)에 보내게 된다. 그리고, 연산부(160)는 샤크-하트만 센서(150)에서 검출된 레이저 빔(L)의 광파면에 대한 정보를 수학적 모델인 제르니케 다항식(Zernike polynomials)으로 구성할 수 있다. 여기서, 제르니케 다항식은 다수의 항으로 구성될 수 있으며, 여기서 제르니케 다항식을 구성하는 각 항들은 광학적 수차들(optical aberration)을 의미하며, 이러한 항들은 서로에 대해 독립적(orthogonal)이다. The calculation unit 160 may formulate information on the optical wavefront of the laser beam L detected by the Shark-Heartman sensor 150. Specifically, when the Shark-Heartmann sensor 160 detects information on the optical wavefront of the incident laser beam (L), it sends an electrical signal corresponding to the calculation unit 160. In addition, the calculator 160 may configure information on the optical wavefront of the laser beam L detected by the Shark-Hartman sensor 150 as Zernike polynomials, which are mathematical models. Here, the Zernike polynomial may consist of a number of terms, where each term constituting the Zernike polynomial represents optical aberrations, which terms are orthogonal to one another.
본 실시예에서는 연산부(160)가 레이저 빔(L)의 광파면에 대한 정보를 제르니케 다항식으로 표현한 다음, 이 제르니케 다항식을 구성하는 항들 중에서 제1축 방향의 편심을 나타내는 계수값 및 제2 축 방향의 편심을 나타내는 계수값을 이용하여 레이저 광학계가 올바르게 정렬되었는지 알 수 있다. 그리고, 레이저 광학계(140)가 오정렬된 경우에 발생되는 레이저 광학계(140)의 편심값도 정량적으로 알 수 있다. In the present embodiment, the calculation unit 160 expresses the information on the optical wavefront of the laser beam L by the Zernike polynomial, and then among the terms constituting the Zernike polynomial, the coefficient value representing the eccentricity in the first axis direction and the second The coefficient value representing the eccentricity in the axial direction can be used to determine whether the laser optical system is correctly aligned. In addition, the eccentricity of the laser optical system 140 generated when the laser optical system 140 is misaligned can also be known quantitatively.
제1축 방향 및 제2축 방향은 레이저 빔(L)의 진행 방향에 수직인 방향을 의미한다. 여기서, 제1축 방향과 제2축 방향은 서로 수직이 될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(L)의 z축 방향으로 진행하는 경우, 제1축 방향은 예를 들어 y축 방향이 될 수 있으며, 제2축 방향은 x축 방향이 될 수 있다. 따라서, 레이저 빔(L)이 z축 방향으로 진행하여 샤크-하트만 센서(150)에 입사되는 경우 연산부(160)에서 표현되는 제르니케 다항식을 구성하는 항들 중에서 레이저 광학계(140)의 정렬된 관련된 항의 계수는 y축 방향의 편심 계수와 x축 방향의 편심 계수로 이루어질 수 있다. 여기서, y축 방향의 편심 계수는 레이저 광학계(140)가 y축 방향으로 기울어짐으로써 발생되는 y축 방향의 편심값을 나타내며, x축 방향의 편심 계수는 레이저 광학계(140)가 x축 방향으로 기울어짐으로써 발생되는 x축 방향의 편심값을 나타낸다. The first axis direction and the second axis direction mean directions perpendicular to the advancing direction of the laser beam L. FIG. Here, the first axis direction and the second axis direction may be perpendicular to each other. As shown in FIG. 2, when traveling in the z-axis direction of the laser beam L, the first axis direction may be, for example, the y axis direction, and the second axis direction may be the x axis direction. . Therefore, when the laser beam L travels in the z-axis direction and is incident on the Shark-Hartman sensor 150, among the terms constituting the Zernike polynomial represented by the calculation unit 160, the aligned related protest of the laser optical system 140 is performed. The coefficient may include an eccentricity coefficient in the y-axis direction and an eccentricity coefficient in the x-axis direction. Here, the eccentricity coefficient in the y-axis direction represents an eccentricity value in the y-axis direction generated by tilting the laser optical system 140 in the y-axis direction, and the eccentricity coefficient in the x-axis direction indicates the laser optical system 140 in the x-axis direction. The eccentricity value in the x-axis direction generated by tilting is shown.
도 3은 샤크-하트만 센서(150)로부터 검출된 레이저 빔(L)을 수식으로 표현한 제르니케 다항식에서 디포커스 거리(defocuse distance)에 따른 제1방향(예를 들면, y축 방향)의 편심 계수값 변화를 도시한 것이다. 여기서, 디포커스 거리는 레이저 광학계(140)를 출사한 레이저 빔(L)이 집속된 후 디포커스되어 샤크-하트만 센서(150)에 입사된 경우 집속된 위치에서 샤크-하트만 센서(150)까지의 거리를 의미한다.FIG. 3 shows an eccentricity coefficient in a first direction (eg, y-axis direction) according to a defocuse distance in the Zernike polynomial expressing the laser beam L detected from the Shark-Hartman sensor 150 as a formula. Value change is shown. Here, the defocus distance is the distance from the focused position to the Shark-Heartman sensor 150 when the laser beam L, which has exited the laser optical system 140, is focused and defocused to enter the Shark-Heartman sensor 150. Means.
도 3에는 레이저 광학계(140)가 제1방향(y축 방향)으로 각각 0°, 0.01° 및 0.02° 각도로 기울어졌을 때, 디포커스 거리가 변화함에 따라 제르니케 다항식에서 제1방향(y축 방향)의 편심 계수값 변화가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 레이저 광학계(140)가 제1방향(y축 방향)으로 각각 0.01° 및 0.02° 각도로 기울어졌을 때(즉, 레이저 광학계(140)가 y축 방향으로 오정렬된 경우)에는 디포커스 거리가 변화함에 따라 제1방향(y축 방향)의 편심 계수값이 선형적으로 변화함을 알 수 있다. 그러나, 레이저 광학계가 제1방향(y축 방향)으로 기울어지지 않았을 때(즉, 레이저 광학계가 y축 방향으로 올바르게 정렬된 경우)에는 제1방향(y축 방향)의 편심 계수값은 디포커스 거리에 무관하게 "0"의 값을 가지고 있음을 알 수 있다. 따라서, 제1방향(y축 방향)의 편심 계수값이 "0"의 값이 아닌 경우에 레이저 광학계(140)는 제1 방향으로 기울어져 편심되었음을 알 수 있다. 3 shows that when the laser optical system 140 is inclined at an angle of 0 °, 0.01 ° and 0.02 ° in the first direction (y-axis direction), respectively, the first direction (y-axis) in the Zernike polynomial as the defocus distance is changed. Direction eccentric coefficient value change is shown. Referring to FIG. 3, when the laser optical system 140 is inclined at an angle of 0.01 ° and 0.02 ° in the first direction (y-axis direction), that is, when the laser optical system 140 is misaligned in the y-axis direction, It can be seen that the eccentricity coefficient value in the first direction (y-axis direction) changes linearly as the defocus distance changes. However, when the laser optical system is not tilted in the first direction (y-axis direction) (that is, when the laser optical system is correctly aligned in the y-axis direction), the eccentricity coefficient value in the first direction (y-axis direction) is defocused. It can be seen that it has a value of "0" regardless. Therefore, when the eccentricity coefficient value in the first direction (y-axis direction) is not a value of "0", it can be seen that the laser optical system 140 is inclined in the first direction and is eccentric.
또한, 레이저 광학계(140)가 제2방향(x축 방향)으로 기울어져 있을 때에는 디포커스 거리가 변화함에 따라 제2방향(x축 방향)의 편심 계수값이 변화하게 되고, 레이저 광학계(140)가 제2방향(x축 방향)으로 기울어지지 않았을 때에는 제2방향(x축 방향)의 편심 계수값은 디포커스 거리에 무관하게 "0"의 값을 가지고 있다. 따라서, 제2방향(x축 방향)의 편심 계수값이 "0"의 값이 아닌 경우에 레이저 광학계(140)는 제2방향(x축 방향)으로 기울어져 편심되었음을 알 수 있다.In addition, when the laser optical system 140 is inclined in the second direction (x-axis direction), the eccentricity coefficient value of the second direction (x-axis direction) changes as the defocus distance is changed, and the laser optical system 140 When is not inclined in the second direction (x-axis direction), the eccentricity coefficient value in the second direction (x-axis direction) has a value of "0" regardless of the defocus distance. Therefore, when the eccentricity coefficient value in the second direction (x-axis direction) is not a value of "0", it can be seen that the laser optical system 140 is inclined in the second direction (x-axis direction) and eccentric.
이상과 같이, 레이저 광학계(140)를 경유하고 샤크-하트만 센서(150)에 입사되는 레이저 빔(L)의 광파면을 제르니게 다항식으로 구성하여 제1방향(y축 방향)의 편심값과 제1방향(y축 방향)의 편심값을 계산하여 보면 레이저 광학계(140)의 정렬 여부를 알 수 있으며, 레이저 광학계(140)가 올바르게 정렬되지 않았을 경우 얼마나 편심되었는지 여부를 정량적으로 알 수 있다. As described above, the optical wavefront of the laser beam L incident on the Shark-Hartmann sensor 150 via the laser optical system 140 is constructed in a polynomial manner so that the eccentricity value of the first direction (y-axis direction) and the first By calculating the eccentricity value in one direction (y-axis direction), it is possible to know whether the laser optical system 140 is aligned, and if the laser optical system 140 is not properly aligned, it may be quantitatively determined how eccentrically.
따라서, 레이저 광학계(140)를 경유하고 샤크-하트만 센서(150)에 입사되는 레이저 빔(L)의 광파면을 제르니게 다항식으로 구성하여 계산된 제1방향(y축 방향)의 편심값과 제1방향(y축 방향)의 편심값 중 적어도 하나가 "0"이 아닌 경우에는 이 편심값들을 "0"의 값이 되도록 레이저 광학계(140)를 이동함으로써 레이저 광학계(140)를 정밀하게 정렬할 수 있다. Therefore, the eccentricity value of the first direction (y-axis direction) calculated by constructing the optical wavefront of the laser beam L incident on the Shark-Hartman sensor 150 by the polynomial through the laser optical system 140 and the first If at least one of the eccentric values in one direction (y-axis direction) is not "0", the laser optical system 140 may be precisely aligned by moving the laser optical system 140 so that the eccentric values become a value of "0". Can be.
도 4는 레이저 가공장치의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.4 schematically shows an example of a laser processing apparatus.
도 4를 참조하면, 레이저 광원(201)으로부터 레이저 빔(L)이 발진되고, 이렇게 발진된 레이저 빔(L)은 복수의 반사 미러(221,222,223)에 의해 반사된 다음, 레이저 광학계(210)에 입사될 수 있다. 레이저 가공장치(200)에서 레이저 광학계(210)는 하나 이상의 광학계(211,212,213)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 레이저 광학계(210)는 BET, 스캔 광학계, 집속 렌즈 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 다른 다양한 광학계를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the laser beam L is oscillated from the laser light source 201, and the laser beam L thus oscillated is reflected by the plurality of reflection mirrors 221, 222, and 223, and then enters the laser optical system 210. Can be. In the laser processing apparatus 200, the laser optical system 210 may include one or more optical systems 211, 212, and 213. For example, the laser optical system 210 may include a BET, a scanning optical system, a focusing lens, and the like, and may include various other optical systems.
도 4에는 레이저 광학계(210)가 3개의 제1, 제2 및 제3 광학계(211,212,213)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 광원(201)으로부터 출사되어 반사 미러들(221,222,223)에 의해 반사된 레이저 빔(L)은 제1, 제2 및 제3 광학계(211,212,213)를 순차적으로 경유하게 된다. 그리고, 이러한 레이저 광학계(210)로부터 출사되는 레이저 빔(L)은 스테이지(S) 상에 적재된 가공 대상물(W)의 소정 위치에 조사됨으로써 다양한 가공 작업을 수행할 수 있다. 4 illustrates a case in which the laser optical system 210 includes three first, second, and third optical systems 211, 212, and 213. As shown in FIG. 4, the laser beam L emitted from the laser light source 201 and reflected by the reflection mirrors 221, 222, and 223 passes through the first, second, and third optical systems 211, 212, 213 sequentially. . In addition, the laser beam L emitted from the laser optical system 210 may be irradiated to a predetermined position of the processing target W loaded on the stage S to perform various processing operations.
상기와 같은 구성의 레이저 가공장치(200)에서 원하는 레이저 가공작업을 정확하게 수행하기 위해서는 레이저 빔(L)이 경유하는 레이저 광학계(210), 즉 제1, 제2 및 제3 광학계(211,212,213)가 올바르게 정렬되어야 한다. In order to accurately perform the desired laser processing operation in the laser processing apparatus 200 having the above-described configuration, the laser optical system 210, ie, the first, second and third optical systems 211, 212, 213 passing through the laser beam L, is correctly It must be aligned.
이하에서는 도 4에 도시된 레이저 가공장치(200)에서 광학계들(211,212,213)을 샤크-하트만 센서를 이용하여 정렬하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 5a 내지 도 5c는 도 4에 도시된 레이저 가공장치의 광학계들을 정렬하는 방법을 보여주는 도면들이다. Hereinafter, a method of aligning the optical systems 211, 212, 213 using the Shark-Hartman sensor in the laser processing apparatus 200 illustrated in FIG. 4 will be described. 5A to 5C are views illustrating a method of aligning optical systems of the laser processing apparatus shown in FIG. 4.
도 5a에는 레이저 광학계(210) 중 제1 광학계(211)를 정렬하는 방법이 도시되어 있다. 도 5a를 참조하면, 레이저 광원(201)으로부터 출사되어 반사 미러들(221,222,223)에 의해 반사된 레이저 빔(L)이 제1 광학계(211)를 경유하게 되고, 이 제1 광학계(211)를 경유한 레이저 빔(L)을 샤크-하트만 센서(250)에 입사시킨다. 여기서, 샤크-하트만 센서(250)는 입사된 레이저 빔(L)의 광파면에 대한 정보를 검출하게 되고, 이러한 정보를 연산부(260)로 보내게 된다.FIG. 5A illustrates a method of aligning the first optical system 211 of the laser optical system 210. Referring to FIG. 5A, the laser beam L emitted from the laser light source 201 and reflected by the reflection mirrors 221, 222, and 223 passes through the first optical system 211 and passes through the first optical system 211. One laser beam L is incident on the Shark-Heartmann sensor 250. Here, the Shark-Hartman sensor 250 detects information on the optical wavefront of the incident laser beam L, and sends this information to the calculator 260.
연산부(260)에서는 샤크-하트만 센서(250)를 통해 검출된 제1 광학계(211)를 경유한 레이저 빔(L)의 광파면에 대한 정보를 제르니케 다항식으로 구성한다. 그리고, 제르니케 다항식을 구성하는 각 항들 중에서 제1축 방향의 편심 계수값과 제2축 방향의 편심 계수값을 각각 계산한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(L)이 z축 방향으로 샤크-하트만 센서(250)에 입사하는 경우 제1축 방향은 y축 방향이 될 수 있으며, 제2축 방향은 x축 방향이 될 수 있다. The calculation unit 260 configures Zernike polynomial information on the optical wavefront of the laser beam L via the first optical system 211 detected by the Shark-Hartman sensor 250. The eccentricity coefficient values in the first axis direction and the eccentricity coefficient values in the second axis direction are respectively calculated among the terms constituting the Zernike polynomial. As shown in FIG. 5A, when the laser beam L is incident on the Shark-Heartmann sensor 250 in the z-axis direction, the first axis direction may be the y axis direction, and the second axis direction is the x axis direction. This can be
이와 같이, 연산부(260)가 제르니케 다항식에서 계산된 제1축 방향의 편심 계수값과 제2축 방향의 편심 계수값이 각각 “0”인 경우에는 제1 광학계(211)는 올바르게 정렬되었다고 볼 수 있다. 그러나, 제1축 방향의 편심 계수값이 “0”이 아닌 경우에는 제1 광학계(211)는 제1축 방향으로 기울어짐으로써 편심되어 있다고 볼 수 있으며, 제2축 방향의 편심 계수값이 “0”이 아닌 경우에는 제1 광학계(211)는 제2축 방향으로 기울어짐으로써 편심되어 있다고 볼 수 있다. As described above, when the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the eccentricity coefficient value in the second axis direction calculated by the Zernike polynomial are “0”, the first optical system 211 is considered to be correctly aligned. Can be. However, when the eccentricity coefficient value in the first axis direction is not "0", the first optical system 211 may be considered to be eccentric by tilting in the first axis direction, and the eccentricity coefficient value in the second axis direction is " If not 0 ″, the first optical system 211 may be considered to be eccentric by tilting in the second axis direction.
따라서, 제1축 방향의 편심 계수값과 제2축 방향의 편심 계수값 중 적어도 하나가 “0”이 아닌 경우에는 제1 광학계(211)가 오정렬된 경우이므로, 이 경우에는 제1 광학계(211)를 이동시켜 제1축 방향의 편심 계수값과 제2축 방향의 편심 계수값이 모두 “0”이 되도록 함으로써 제1 광학계(211)를 정확하게 정렬할 수 있다.Therefore, when at least one of the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the eccentricity coefficient value in the second axis direction is not “0”, the first optical system 211 is misaligned. In this case, the first optical system 211 is used. ) So that the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the eccentricity coefficient value in the second axis direction are both "0", thereby accurately aligning the first optical system 211.
도 5b에는 레이저 광학계(210) 중 제2 광학계(212)를 정렬하는 방법이 도시되어 있다. 도 5b에서 제1 광학계(211)는 도 5a에 도시된 방법을 이용하여 이미 올바르게 정렬되어 있다.5B illustrates a method of aligning the second optical system 212 of the laser optical system 210. In FIG. 5B the first optical system 211 is already correctly aligned using the method shown in FIG. 5A.
도 5b를 참조하면, 제1 광학계(211)로부터 출사되어 제2 광학계(212)를 경유한 레이저 빔(L)을 샤크-하트만 센서(250)에 입사시킨다. 여기서, 샤크-하트만 센서(250)는 입사된 레이저 빔(L)의 광파면에 대한 정보를 검출하게 되고, 이러한 정보를 연산부(260)로 보내게 된다.Referring to FIG. 5B, the laser beam L, which is emitted from the first optical system 211 and passes through the second optical system 212, is incident on the Shark-Heartman sensor 250. Here, the Shark-Hartman sensor 250 detects information on the optical wavefront of the incident laser beam L, and sends this information to the calculator 260.
연산부(260)에서는 샤크-하트만 센서(250)를 통해 검출된 제2 광학계(212)를 경유한 레이저 빔(L)의 광파면에 대한 정보를 제르니케 다항식으로 구성한다. 그리고, 제르니케 다항식을 구성하는 각 항들 중에서 제1축 방향(y축 방향)의 편심 계수값과 제2축 방향(x축 방향)의 편심 계수값을 각각 계산한다. The calculation unit 260 configures Zernike polynomial information on the optical wavefront of the laser beam L via the second optical system 212 detected by the Shark-Hartman sensor 250. The eccentricity coefficient values in the first axis direction (y-axis direction) and the eccentricity coefficient values in the second axis direction (x-axis direction) are respectively calculated from the terms constituting the Zernike polynomial.
여기서, 제1축 방향의 편심 계수값과 제2축 방향의 편심 계수값 중 적어도 하나가 “0”이 아닌 경우에는 제2 광학계(212)가 오정렬된 경우이므로, 이 경우에는 제2 광학계(212)를 이동시켜 제1축 방향의 편심 계수값과 제2축 방향의 편심 계수값이 모두 “0”이 되도록 함으로써 제2 광학계(212)를 정확하게 정렬할 수 있다.Here, when at least one of the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the eccentricity coefficient value in the second axis direction is not “0”, the second optical system 212 is misaligned, and in this case, the second optical system 212. ) So that the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the eccentricity coefficient value in the second axis direction are both "0", thereby accurately aligning the second optical system 212.
도 5c에는 레이저 광학계(210) 중 제3 광학계(213)를 정렬하는 방법이 도시되어 있다. 도 5c에서 제1 및 제2 광학계(211,212)는 도 5a 및 도 도 5b에 도시된 방법을 이용하여 이미 올바르게 정렬되어 있다.FIG. 5C illustrates a method of aligning the third optical system 213 of the laser optical system 210. In FIG. 5C the first and second optics 211, 212 are already correctly aligned using the method shown in FIGS. 5A and 5B.
도 5c를 참조하면, 제1 및 제2 광학계(211,212)로부터 출사되어 제3 광학계(213)를 경유한 레이저 빔(L)을 샤크-하트만 센서(250)에 입사시킨다. 여기서, 샤크-하트만 센서(250)는 입사된 레이저 빔(L)의 광파면에 대한 정보를 검출하게 되고, 이러한 정보를 연산부(260)로 보내게 된다. 연산부(260)에서는 샤크-하트만 센서(250)를 통해 검출된 제3 광학계(213)를 경유한 레이저 빔(L)의 광파면에 대한 정보를 제르니케 다항식으로 구성한다. 그리고, 제르니케 다항식을 구성하는 각 항들 중에서 제1축 방향(y축 방향)의 편심 계수값과 제2축 방향(x축 방향)의 편심 계수값을 각각 계산한다. Referring to FIG. 5C, the laser beam L, which is emitted from the first and second optical systems 211 and 212 and passes through the third optical system 213, is incident on the Shark-Heartman sensor 250. Here, the Shark-Hartman sensor 250 detects information on the optical wavefront of the incident laser beam L, and sends this information to the calculator 260. The calculation unit 260 configures Zernike polynomial information on the optical wavefront of the laser beam L via the third optical system 213 detected by the Shark-Hartman sensor 250. The eccentricity coefficient values in the first axis direction (y-axis direction) and the eccentricity coefficient values in the second axis direction (x-axis direction) are respectively calculated from the terms constituting the Zernike polynomial.
여기서, 제1축 방향의 편심 계수값과 제2축 방향의 편심 계수값 중 적어도 하나가 “0”이 아닌 경우에는 제3 광학계(213)는 오정렬된 경우이므로, 이 경우에는 제3 광학계(213)를 이동시켜 제1축 방향의 편심 계수값과 제2축 방향의 편심 계수값이 모두 “0”이 되도록 함으로써 제3 광학계(213)를 정확하게 정렬할 수 있다.Here, when at least one of the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the eccentricity coefficient value in the second axis direction is not “0”, the third optical system 213 is misaligned. In this case, the third optical system 213 ) So that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction are both “0” so that the third optical system 213 can be accurately aligned.
이상과 같이 레이저 광학계(210)가 복수개의 광학계(211,212,213)를 포함하는 경우 레이저 빔(L)이 경유하는 순서에 따라 순차적으로 광학계들(211,212,213) 각각에 대해 정렬 작업을 수행함으로써 모든 광학계들(211,212,213) 을 정확하게 정렬할 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 레이저 가공장치(200)에서 정밀하게 정렬된 복수의 광학계(211,212,213) 를 이용하여 원하는 레이저 가공작업을 정확하게 수행할 수 있다. 한편, 도 5a 내지 도 5c에는 레이저 광학계(210)가 3개의 광학계(211,212,213) 를 포함하는 경우가 설명되었으나, 본 실시예는 이에 한정되지 않고 레이저 광학계는 다양한 개수의 광학계를 포함할 수 있다. As described above, when the laser optical system 210 includes the plurality of optical systems 211, 212, 213, all optical systems 211, 212, 213 are sequentially aligned with each of the optical systems 211, 212, 213 according to the order through which the laser beam L passes. ) Can be aligned correctly. Therefore, the laser processing apparatus 200 illustrated in FIG. 4 may accurately perform a desired laser processing operation by using the plurality of optical systems 211, 212, and 213 accurately aligned. 5A to 5C, a case in which the laser optical system 210 includes three optical systems 211, 212, and 213 has been described. However, the present exemplary embodiment is not limited thereto, and the laser optical system may include various numbers of optical systems.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 샤크-하트만 센서를 이용하여 레이저 가공장치를 구성하는 레이저 광학계의 오정렬 여부를 검출할 수 있으며, 레이저 광학계가 오정렬된 경우 이를 정확하게 정렬시킬 수 있다. 또한, 레이저 광학계가 복수개의 광학계를 포함하는 경우 샤크-하트만 센서를 이용하여 광학계들 각각에 대해 순차적으로 정렬 작업을 수행할 수 있다. 이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. As described above, according to exemplary embodiments of the present invention, the Shark-Heartmann sensor can detect whether the laser optical system constituting the laser processing apparatus is misaligned, and if the laser optical system is misaligned, it is accurately aligned. You can. In addition, when the laser optical system includes a plurality of optical systems, the alignment operation may be sequentially performed on each of the optical systems using the Shark-Hartman sensor. Although embodiments of the present invention have been described above, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.

Claims (15)

  1. 레이저 가공장치를 구성하는 레이저 광학계를 정렬하는 장치에 있어서,In the apparatus for aligning the laser optical system constituting the laser processing apparatus,
    레이저 빔이 경유하는 레이저 광학계:Laser optics via the laser beam:
    상기 레이저 광학계로부터 출사되는 상기 레이저 빔의 광파면(light wavefront)을 측정하는 샤크-하트만 센서(shark-hartmann) 센서; 및A shark-hartmann sensor for measuring a light wavefront of the laser beam emitted from the laser optics; And
    상기 샤크-하트만 센서에 의해 검출된 상기 레이저 빔의 광파면을 수식으로표현하여 상기 레이저 광학계가 오정렬(mis-alignment)됨으로써 발생되는 상기 레이저 광학계의 편심값을 계산하는 연산부;를 포함하는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치.And a calculation unit for calculating an eccentricity of the laser optical system generated by misalignment of the laser optical system by expressing the optical wavefront of the laser beam detected by the Shark-Hartman sensor by a formula. Optical alignment device.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 연산부는 상기 샤크-하트만 센서에 의해 검출된 광파면을 수식으로 표현한 제르니케 다항식(Zernike polynomials)를 이용하여 상기 레이저 광학계의 편심값을 계산하는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치.And the calculating unit calculates an eccentricity of the laser optical system using Zernike polynomials expressing the optical wavefront detected by the Shark-Hartman sensor as a formula.
  3. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 레이저 광학계의 편심값은 상기 제르니케 다항식에서 상기 레이저 빔의 진행 방향에 수직인 제1축 방향 및 제2축 방향으로 편심된 정도를 나타내는 제1축 방향의 편심 계수값 및 제2축 방향의 편심 계수값으로 구성되는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치.The eccentricity value of the laser optical system is the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the second axis direction indicating the degree of eccentricity in the first axis direction and the second axis direction perpendicular to the advancing direction of the laser beam in the Zernike polynomial. Optical system alignment device of a laser processing device composed of eccentric coefficient value.
  4. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 제1축 방향과 상기 제2축 방향은 서로 수직인 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치.And the first axis direction and the second axis direction are perpendicular to each other.
  5. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 레이저 광학계의 정렬은 상기 제1축 방향의 편심 계수값과 상기 제2축 방향의 편심 계수값이 각각 “0”을 가지도록 상기 레이저 광학계를 이동시킴으로써 이루어지는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치.The alignment of the laser optical system is an optical system alignment device of a laser processing apparatus, wherein the laser optical system is moved such that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction are each "0".
  6. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 레이저 광학계는 복수계의 광학계를 포함하는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치.The laser optical system is an optical system alignment device of a laser processing apparatus including a plurality of optical systems.
  7. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 레이저 광학계의 정렬은 상기 광학계들 각각을 순차적으로 정렬시킴으로써 이루어지는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 장치.Alignment of the laser optical system is an optical system alignment device of the laser processing apparatus is made by sequentially aligning each of the optical systems.
  8. 레이저 가공장치를 구성하는 레이저 광학계를 정렬하는 방법에 있어서,In the method for aligning the laser optical system constituting the laser processing apparatus,
    레이저 광학계를 경유하는 레이저 빔을 샤크-하트만 센서를 이용하여 측정하는 단계; 및Measuring the laser beam via the laser optics using a Shark-Hartman sensor; And
    상기 샤크-하트만 센서에 의해 검출된 상기 레이저 빔의 광파면을 수식으로표현하여 상기 레이저 광학계가 오정렬됨으로써 발생되는 상기 레이저 광학계의 편심값을 계산하는 단계; 및Calculating an eccentricity value of the laser optical system generated by misalignment of the laser optical system by expressing an optical wavefront of the laser beam detected by the Shark-Hartman sensor by a formula; And
    상기 레이저 광학계를 정렬하는 단계;를 포함하는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 방법.Aligning the laser optical system; Optical system alignment method of a laser processing apparatus comprising a.
  9. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 레이저 광학계의 편심값은 상기 샤크-하트만 센서에 의해 검출된 광파면을 수식으로 표현한 제르니케 다항식를 이용하여 계산하는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 방법.Eccentricity value of the laser optical system is an optical system alignment method of the laser processing apparatus is calculated by using the Zernike polynomial expression expressed by the optical wavefront detected by the Shark-Hartman sensor.
  10. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 레이저 광학계의 편심값은 상기 제르니케 다항식에서 상기 레이저 빔의 진행 방향에 수직인 제1축 방향 및 제2축 방향으로 편심된 정도를 나타내는 제1축 방향의 편심 계수값 및 제2축 방향의 편심 계수값으로 구성되는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 방법.The eccentricity value of the laser optical system is the eccentricity coefficient value in the first axis direction and the second axis direction indicating the degree of eccentricity in the first axis direction and the second axis direction perpendicular to the advancing direction of the laser beam in the Zernike polynomial. An optical system alignment method of a laser processing apparatus composed of eccentric coefficient values.
  11. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 제1축 방향과 상기 제2축 방향은 서로 수직인 레이저 가공장치의 광학계 정렬 방법.And the first axis direction and the second axis direction are perpendicular to each other.
  12. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 레이저 광학계의 정렬은 상기 제1축 방향의 편심 계수값과 상기 제2축 방향의 편심 계수값이 각각 “0”을 가지도록 상기 레이저 광학계를 이동시킴으로써 이루어지는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 방법.The alignment of the laser optical system is an optical system alignment method of a laser processing apparatus, wherein the laser optical system is moved so that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction are respectively zero.
  13. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 레이저 광학계는 복수계의 광학계를 포함하는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 방법.The laser optical system is an optical system alignment method of a laser processing apparatus comprising a plurality of optical systems.
  14. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 레이저 광학계의 정렬은 상기 광학계들 각각을 순차적으로 정렬시킴으로써 이루어지는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 방법.Alignment of the laser optical system is an optical system alignment method of the laser processing apparatus is made by sequentially aligning each of the optical systems.
  15. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 광학계들 각각의 정렬은 상기 제1축 방향의 편심 계수값과 상기 제2축 방향의 편심 계수값이 각각 “0”을 가지도록 상기 광학계들 각각을 이동시킴으로써 이루어지는 레이저 가공장치의 광학계 정렬 방법.And the alignment of each of the optical systems is performed by moving each of the optical systems such that the eccentricity coefficient value in the first axial direction and the eccentricity coefficient value in the second axial direction are each "0".
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