WO2019132441A1 - 라인빔 형성장치 - Google Patents

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WO2019132441A1
WO2019132441A1 PCT/KR2018/016436 KR2018016436W WO2019132441A1 WO 2019132441 A1 WO2019132441 A1 WO 2019132441A1 KR 2018016436 W KR2018016436 W KR 2018016436W WO 2019132441 A1 WO2019132441 A1 WO 2019132441A1
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WO
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laser beam
laser
reflecting
divergent
reflector
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PCT/KR2018/016436
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English (en)
French (fr)
Inventor
이동희
이상길
Original Assignee
(주)유남옵틱스
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
    • C21D10/005—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation by laser shock processing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/06—Simple or compound lenses with non-spherical faces with cylindrical or toric faces

Definitions

  • the present invention relates to a line beam forming apparatus, and more particularly, to a line beam forming apparatus for focusing a laser beam emitted from a plurality of laser oscillating apparatuses to form a line beam.
  • an ion nitriding heat treatment apparatus In general, an ion nitriding heat treatment apparatus, a high frequency heat treatment apparatus, and a laser heat treatment apparatus are used for heat treatment of a metal mold or a metal.
  • Ion nitriding heat treatment apparatus and high frequency heat treatment apparatus have a disadvantage that maintenance cost is higher than that of laser heat treatment apparatus and operation of equipment is difficult.
  • a laser diode is attracting attention due to its high output due to MCCP (Multi Channel Cooled Package) technology and its low cost per unit output.
  • MCCP Multi Channel Cooled Package
  • Such a laser heat treatment apparatus is advantageous in that a laser light source having an output of 1 kW or more can be easily constructed by using a stack of a high power laser diode (LD) stacked in layers.
  • LD laser diode
  • FIG. 1 is a view showing a laser oscillator according to the prior art.
  • the laser oscillator 10 has a rectangular emission region G through which the laser beam emitted from the above-described stack of laser diodes passes.
  • the size of this luminescent area G i. E.
  • the total size of the laser beam emitted from the stack of laser diodes, is determined using the commercial product DILAS Diode Laser Inc. (X-axis direction) and 40mm (lengthwise direction) in the 9xxnm, Water-Cooled, Multi-Bar and Vertical Stack models of www.DILAS.com.
  • the laser beam emitted from the laser oscillator 10 passes through the beam focusing unit 30 composed of a lens or the like to form a line type beam on the image plane T, .
  • the length of the line beam focused on the image plane T is 20 mm, and the length of the line beam is 1 mm.
  • the line beam focused on the image plane T has a higher output than the laser beam emitted by the laser oscillator 10 before passing through the focusing unit. For example, when the laser beam emitted at 10 mm * 40 mm is converged to a line beam of 20 mm * 1 mm through the beam focusing unit 30, the output is increased about 20 times.
  • a high-output laser oscillator 10 In order to further increase the output of the line beam, a high-output laser oscillator 10 should be used. However, since the high-output laser oscillator 10 is very expensive, a high output laser oscillator 10 ) Has an adverse effect on economic efficiency.
  • a plurality of low-power laser oscillators 10 are arranged in parallel to form a single line beam by converging the laser beams emitted from the plurality of low- Has been proposed.
  • the method of using the plurality of laser oscillators 10 is based on the separation distance between the laser oscillators 10 so that the output is discontinuous on the image plane T as shown in FIG. R) is generated.
  • the quality of the work is deteriorated by the discontinuous portion R of output.
  • Patent Document 1 Korean Patent Registration No. 10-1608471 (Feb.
  • a laser processing apparatus comprising: a first laser oscillation unit that emits a first laser beam; A second laser oscillation unit arranged to be spaced apart from the first laser oscillation unit and emitting a second laser beam; A first laser beam and a second laser beam, and focusing the first laser beam and the second laser beam on an image plane at a predetermined position, and reflecting at least one of the first laser beam and the second laser beam, And a divergent-type reflection section for changing the traveling path of the beam to a direction away from the first axis direction.
  • the divergent reflection unit comprises: a first reflection unit having a reflection surface for reflecting the first laser beam; And a second reflecting portion provided with a reflecting surface for reflecting the second laser beam.
  • the divergent reflection unit may include coupling means for adjusting the angle between the reflection surface of the first reflection portion and the reflection surface of the second reflection portion.
  • the first reflector or the second reflector may include an internal total reflection surface that totally reflects the laser beam.
  • the first reflective portion or the second reflective portion may include a reflective coated surface for reflecting the laser beam.
  • the coupling means may include a hinge shaft portion rotatably coupling the first reflector and the second reflector.
  • the beam focusing unit is disposed so as to be spaced apart from the divergent reflection part so that the first laser beam and the second laser beam are converged before reaching the image plane and are connected to the first axial line beam on the image plane, And a first cylinder lens for refracting the path of the first laser beam and the second laser beam in a direction close to each other with respect to the first axis direction.
  • the beam focusing unit may further include a beam splitter for splitting the first laser beam and the second laser beam into a second axis intersecting the first axis direction so that the first laser beam and the second laser beam are respectively focused on the image plane, And a second cylinder lens for refracting the first and second cylindrical lenses, respectively.
  • Embodiments of the present invention are directed to a method and apparatus for focusing a first laser beam and a second laser beam onto an image plane at a predetermined position and reflecting at least one of a first laser beam and a second laser beam, And a divergent reflection unit for changing the traveling path of the laser beam emitted from the plurality of laser oscillators to a direction away from each other with respect to the first axis direction, A line beam can be formed and a line beam having a high output and a uniform output can be formed without using an expensive high-power laser oscillator.
  • FIG. 1 is a view showing a laser oscillator according to the prior art.
  • Figs. 2 and 3 are diagrams showing a line beam formed using the laser oscillator of Fig. 1.
  • Fig. 2 and 3 are diagrams showing a line beam formed using the laser oscillator of Fig. 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing a conventional line beam forming apparatus.
  • FIG. 5 is a view showing a line beam forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of the line beam forming apparatus of FIG.
  • Fig. 7 is a view showing the divergent reflection section of Fig. 5.
  • FIG. 8 is a plan view of Fig.
  • Fig. 9 is a view showing the length and output of a line beam focused on the image plane of Fig. 5; Fig.
  • FIG. 10 is a view showing a divergent reflection part according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a divergent reflection unit according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a divergent reflection unit according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing a divergent reflection part according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing a divergent reflection part according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a view showing a line beam forming apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the first axis is indicated by 'X', the second axis direction by 'Y', and the third axis direction by 'Z'.
  • FIG. 5 is a view showing a line beam forming apparatus according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a side view of the line beam forming apparatus of FIG. 5
  • FIG. 7 is a view showing a divergent reflection section of FIG. 5
  • FIG. 8 is a plan view of FIG. 7
  • FIG. 9 is a view showing a length and an output of a line beam focused on the image plane of FIG.
  • the line beam forming apparatus includes a first laser oscillating unit 110 for emitting a first laser beam, a second laser oscillating unit 110 for emitting a first laser beam to the first laser oscillating unit 110, A second laser oscillation unit 120 arranged to be axially spaced apart and emitting a second laser beam, a beam focusing unit 120 for focusing the first laser beam and the second laser beam on the image plane T at a predetermined position, 130).
  • the first laser oscillation unit 110 and the second laser oscillation unit 120 are formed by stacking a plurality of layers of a high output laser diode (LD) in a single stack.
  • the first laser oscillating unit 110 and the second laser oscillating unit 120 have a light emitting region having a length of 40 mm in the lateral direction and a length of 100 mm in the longitudinal direction.
  • the scope of the right is not limited and the sizes of the light emitting regions of the first laser oscillating unit 110 and the second laser oscillating unit 120 may be variously formed.
  • the beam focusing unit 130 focuses the first laser beam and the second laser beam on the image plane T at a predetermined position.
  • the beam focusing unit 130 has a first laser beam and a second laser beam so that a line beam having a length of 40 mm in the lateral direction (X axis direction) and a length of 1 mm in the longitudinal direction (Y axis direction)
  • the scope of the present invention is not limited, and the length and width of the line beam focused on the imaging plane T can be variously set.
  • the beam focusing unit 130 reflects at least one of the first laser beam and the second laser beam, and changes the propagation path of the first laser beam and the second laser beam in a direction away from the first axis direction, Type reflections 135 and the divergent reflection part 135 and refracts the path of the first laser beam and the second laser beam in a direction approaching each other with respect to the first axis direction, (X axis) in order to allow each of the first laser beam and the second laser beam to converge before reaching the image formation plane T and to cause the first laser beam and the second laser beam to diverge on the image plane T, (Y axis) orthogonal to the direction of the first laser beam and the second laser beam in the direction of the second axis (Y axis) intersecting the first laser beam in the first axis direction A second cylinder lens 160 which focuses the light beam on the image plane T, A line beam width adjusting lens 170 for adjusting the width of the line beam in the second axial direction, a protection window 180 for protecting the beam
  • the divergent reflection part 135 reflects at least one of the first laser beam and the second laser beam.
  • the divergent reflection unit 135 according to the present embodiment reflects the first laser beam and the second laser beam and reflects the traveling path of the reflected first laser beam and the second laser beam in directions away from each other with respect to the first axis direction Change it.
  • the divergent reflection section 135 includes a first reflection section 141 provided with a reflection surface H for reflecting the first laser beam, And a second reflecting portion 142 provided with a reflecting surface H for reflecting a second laser beam positioned in proximity to or connected to the first reflecting mirror 141 and the second reflecting mirror 142.
  • the first reflector 141 is disposed opposite to the first laser oscillating unit 110 to reflect the first laser beam.
  • the second reflecting portion 142 is arranged to face the second laser oscillating unit 120 to reflect the second laser beam.
  • the first cylinder lens 150 is disposed apart from the divergent reflection part 135.
  • the first cylinder lens 150 refracts the path of the first laser beam and the second laser beam in a direction close to each other with respect to the first axis direction and moves each of the first laser beam and the second laser beam, (T), so that the first laser beam and the second laser beam diverge on the image plane (T), and the first laser beam and the second laser beam respectively converge on a first axis (X Axis) to be one line beam.
  • the first cylinder lens 150 is disposed between the divergent-type reflective portion 135 and the protection window 180.
  • the first cylinder lens 150 changes the path of the laser beam only in the first axial direction and does not change the path of the laser beam in the second axial direction crossing the first axial direction.
  • the second cylinder lens 160 is used to focus the first laser beam and the second laser beam in the direction of the second axis (Y axis) which intersects the first axis direction.
  • the second cylinder lens 160 changes the path of the laser beam only in the second axial direction and does not change the path of the laser beam in the first axial direction.
  • the second cylinder lens 160 includes a cylinder lens 161 having a center thickness greater than the edge thickness + the refractive power, and a cylinder lens 163 having a center thickness smaller than the edge thickness - And more than one.
  • the line beam width adjusting lens 170 adjusts the width of the line beam focused on the imaging plane T in the second axial direction.
  • the line beam width adjusting lens 170 is disposed between the first cylinder lens 150 and the protection window 180, and may be added to the beam focusing unit 130 or the beam focusing unit 130, Lt; / RTI >
  • This line beam width adjusting lens 170 is used to finally change the second axial width of the line beam focused on the imaging plane T.
  • the line beam width adjusting lens 170 having a negative refracting power
  • the width of the line beam focused on the imaging plane T in the second axial direction can be adjusted to 3 mm.
  • This line beam width adjusting lens 170 changes the path of the laser beam only in the second axial direction and does not change the path of the laser beam in the first axial direction.
  • FIG. 5 the operation of the line beam forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 9.
  • the first axial path of the line beam focused on the imaging plane T will be described with reference to FIG.
  • the first laser beam and the second laser beam emitted from the first laser oscillating unit 110 and the second laser oscillating unit 120 are moved in directions away from each other with respect to the first axis direction by the divergent reflection unit 135 The path is changed.
  • the first laser beam and the second laser beam reflected by the divergent reflection part 135 are refracted in the direction close to each other with respect to the first axial direction by the first cylinder lens 150, Each of the laser beam and the second laser beam is converged before reaching the image plane T so that the first laser beam and the second laser beam diverge on the image plane T and are connected by one beam, (T).
  • the line beam converged on the imaging plane T has a uniform output with respect to the first axis direction.
  • the first laser beam and the second laser beam emitted from the first laser oscillating unit 110 and the second laser oscillating unit 120 are focused by the second cylinder lens 160 in the direction of the second axis (Y axis) (T).
  • the first laser beam and the second laser beam are focused on the image plane T by the second cylinder lens 160 in the direction of the second axis (Y axis), respectively.
  • the first cylindrical lens 150 Since the first cylindrical lens 150 is diverged and connected by a single beam, it appears as a single line beam as a whole as shown in FIG.
  • the line beam forming apparatus reflects at least one of the first laser beam and the second laser beam so that the traveling path of the first laser beam and the second laser beam is shifted away from each other in the first axis direction
  • the laser beam oscillated by the plurality of laser oscillators is focused on the image plane T to form a line beam having a uniform output by including the beam focusing unit 130 including the divergent reflection unit 135 So that a line beam having a high output and a uniform output can be formed without using an expensive high power laser oscillator.
  • FIG. 10 is a view showing a divergent reflection part according to a second embodiment of the present invention.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the divergent-type reflection portion.
  • the configuration is the same as that of the first embodiment in Figs. 5 to 9, It is omitted.
  • the divergent-type reflector includes an angle-adjustable reflector 240 whose divergence angle between the first laser beam and the second laser beam can be adjusted.
  • the angle-adjustable reflector 240 includes a first reflector 241 provided with a reflective surface H for reflecting the first laser beam, a first reflector 241 provided on the first reflector 241, A second reflecting portion 242 provided with a reflecting surface H for reflecting a second laser beam positioned in proximity to or in contact with the first reflecting portion 241 and the second reflecting portion 242, And a coupling means rotatably coupled.
  • a coupling means may include a hinge shaft portion 243.
  • the coupling means may be constructed such that the first reflecting portion 241 and the second reflecting portion 242 are rotatably coupled to each other independently, or the hinge has a hinge for rotating the tilt of the two reflecting surfaces symmetrically with respect to the third axis
  • the shaft portion 243 may be configured to adjust the divergence angle of the beam reflected from each of the reflection surfaces. Therefore, the angle between the first reflecting portion 241 and the second reflecting portion 242 can be changed from that of the first embodiment.
  • the line beam forming apparatus includes the angle-regulated reflection portion 240 in which the divergence angle between the first laser beam and the second laser beam can be adjusted, There is an advantage that the divergence angle of the laser beam can be easily changed.
  • FIG. 11 is a view showing a divergent reflection unit according to a third embodiment of the present invention.
  • the present embodiment differs from the first embodiment only in the configuration of the divergent reflection section 335, and the other configurations are the same as those of the first embodiment of Figs. 5 to 9, The description thereof will be omitted.
  • the divergent reflection section 335 includes a first reflection section 341 provided with an internal total reflection surface J for totally reflecting the first laser beam, And a second reflector 342 provided with an internal total reflection surface J for totally reflecting a second laser beam positioned in proximity to or connected to the first reflector 341.
  • the first reflecting portion 341 is arranged to face the first laser oscillating unit 110 and the second reflecting portion 342 is arranged to face the second laser oscillating unit 120.
  • the first reflecting portion 341 and the second reflecting portion 342 are provided in the shape of a triangular prism.
  • An inner total wall surface J for totally reflecting the first laser beam and the second laser beam is provided on the inner wall surfaces of the first reflector 341 and the second reflector 342, respectively.
  • the line beam forming apparatus includes the divergent reflection unit 335 that changes the traveling path of the first laser beam and the second laser beam in directions away from each other with respect to the first axis direction, It is possible to form a line beam having uniform output by focusing the laser beam emitted from the laser oscillating apparatuses on the image forming surface T and thereby to provide a high output and uniform output without using an expensive high- Can form a line beam.
  • FIG. 12 is a view showing a divergent reflection unit according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the divergent-type reflection portion.
  • the configuration is the same as that of the first embodiment in Figs. 5 to 9, It is omitted.
  • the divergent reflector includes an angled reflector 440 through which the angle of divergence between the first laser beam and the second laser beam can be adjusted.
  • the angle-regulated reflection section 440 includes a first reflection section 441 provided with an internal total reflection surface J for totally reflecting the first laser beam, a first reflection section 441 A second reflector 442 provided with an internal total reflection surface J for totally reflecting a second laser beam positioned in proximity to or in contact with the first reflector 441 and the second reflector 442 ) Are rotatably coupled to each other.
  • a coupling means may include a hinge shaft portion 443.
  • the first reflecting portion 441 is arranged to face the first laser oscillating unit 110 and the second reflecting portion 442 is arranged to face the second laser oscillating unit 120.
  • the first reflecting portion 441 and the second reflecting portion 442 are provided in the shape of a triangular prism.
  • An inner total wall surface J for totally reflecting the first laser beam and the second laser beam is provided on the inner wall surfaces of the first reflector 441 and the second reflector 442, respectively.
  • the coupling means may be configured such that the first reflecting portion 441 and the second reflecting portion 442 are rotatably coupled to each other independently, or the hinge has a hinge for rotating the two reflecting surface tilt in a third axis (Z axis)
  • the shaft portion 443 may be configured to adjust the divergence angle of the beam reflected from each of the reflection surfaces. Therefore, the angle between the first reflecting portion 441 and the second reflecting portion 442 can be changed from that of the first embodiment.
  • the line beam forming apparatus includes the angle-regulated reflection portion 440 whose divergence angle between the first laser beam and the second laser beam can be adjusted, There is an advantage that the divergence angle of the laser beam can be easily changed.
  • FIG. 13 is a view showing a divergent reflection part according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the present embodiment differs from the first embodiment only in the configuration of the divergent reflection section 535, and the other configurations are the same as those of the first embodiment of Figs. 5 to 9, The description thereof will be omitted.
  • the divergent reflection unit 535 includes a first reflection unit 541 provided with a reflection coated surface for reflecting the first laser beam, a first reflection unit 541 And a second reflective portion 542 having a reflective coated surface for reflecting the second laser beam.
  • the first reflecting portion 541 is disposed opposite to the first laser oscillating unit 110 and the second reflecting portion 542 is disposed opposite to the second laser oscillating unit 120.
  • the divergent reflection part 535 is provided in the form of a triangular prism, and the reflection coating surface is formed on the first reflection part 541 and the second reflection part 542.
  • the line beam forming apparatus includes the divergent reflection unit 535 that changes the traveling path of the first laser beam and the second laser beam in the direction away from the first axis direction, It is possible to form a line beam having uniform output by focusing the laser beam emitted from the laser oscillating apparatuses on the image forming surface T and thereby to provide a high output and uniform output without using an expensive high- Can form a line beam.
  • FIG. 14 is a view showing a divergent reflection part according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the divergent-type reflection portion.
  • the configuration is the same as that of the first embodiment in Figs. 5 to 9, It is omitted.
  • the divergent reflection unit includes an angled reflector 640 whose divergence angle between the first laser beam and the second laser beam can be adjusted.
  • the angle-regulated reflection section 640 includes a first reflection section 641 provided with a reflection coated surface K for reflecting the first laser beam, a first reflection section 641 provided with a first reflection section 641, A second reflective portion 642 provided with a reflective coating surface K for reflecting a second laser beam positioned in proximity to or connected to the first reflective portion 641 and the second reflective portion 642, ) Are rotatably coupled to each other.
  • This coupling means may include a hinge shaft 643.
  • the first reflecting portion 641 is arranged to face the first laser oscillating unit 110 and the second reflecting portion 642 is arranged to face the second laser oscillating unit 120.
  • the first reflecting portion 641 and the second reflecting portion 642 are provided in the shape of a triangular prism.
  • a reflective coating surface K for totally reflecting the first laser beam and the second laser beam is provided on the outer wall surfaces of the first reflective portion 641 and the second reflective portion 642, respectively.
  • the coupling means may include a hinge shaft portion (not shown) that rotatably couples the first reflector portion 641 and the second reflector portion 642 independently of each other or allows the two reflector surfaces to rotate in a third axis 643 may be configured to adjust the divergence angle of the beam reflected from each of the reflection surfaces. Accordingly, the angle between the first reflective portion 641 and the second reflective portion 642 can be changed from that of the first embodiment.
  • the line beam forming apparatus includes the angle-regulated reflection portion 640 whose divergence angle between the first laser beam and the second laser beam can be adjusted, There is an advantage that the divergence angle of the laser beam can be easily changed.
  • FIG. 15 is a view showing a line beam forming apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the present embodiment differs from the first embodiment only in the configuration of the divergent reflection section 735.
  • the other configurations are the same as those of the first embodiment of Figs. 5 to 9, The description thereof will be omitted.
  • the divergent reflection part 735 reflects the second laser beam as shown in detail in Fig.
  • the divergent reflection part 735 is provided with a reflecting surface for reflecting the second laser beam.
  • the line beam forming apparatus can prevent the progress path of the first laser beam and the second laser beam from moving away from each other So that it is easy to change the mounting position of the second laser oscillating unit 120 with respect to the first laser oscillating unit 110.
  • first laser oscillation unit 120 second laser oscillation unit
  • first cylinder lens 160 second cylinder lens
  • first reflecting portion 542 second reflecting portion

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Abstract

본 발명에 따른 라인빔 형성장치는, 제1 레이저 빔을 방사하는 제1 레이저 발진유닛과, 제1 레이저 발진유닛에 이격되어 배치되며 제2 레이저 빔을 방사하는 제2 레이저 발진유닛과, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 미리 결정된 위치의 결상면에 집속하며 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 중 적어도 하나를 반사시키되 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 진행경로를 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 변경시키는 발산형 반사부를 구비하는 빔 집속유닛을 포함한다.

Description

라인빔 형성장치
본 발명은, 라인빔 형성장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다수개의 레이저 발진장치에서 방사된 레이저 빔을 집속하여 라인빔을 형성하는 라인빔 형성장치에 관한 것이다.
일반적으로 금형 또는 금속의 열처리를 위해 이온질화(ion nitriding) 열처리 장치, 고주파 열처리 장치, 레이저 열처리 장치 등이 사용되고 있다.
이온질화 열처리 장치와 고주파 열처리 장치는 레이저 열처리 장치에 비해 유지 보수비용이 높고 장비의 운용이 어려운 단점이 있다.
이에 비해 레이저 열처리 장치의 경우에는 , 레이저 다이오드(laser diode, LD)가 MCCP(Multi Channel Cooled Package) 기술로 인해 고출력화가 가능한 점과, 단위 출력당 가격이 저렴해진 점에 의해 주목을 받고 있다.
이러한 레이저 열처리 장치는, 고출력의 레이저 다이오드(LD)를 여러 층으로 겹쳐서 하나의 더미(stack)로 구성하여 사용함으로써, 출력이 1kW 이상이 되는 레이저 광원을 쉽게 구성할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 레이저 발진장치가 도시된 도면이다.
레이저 발진장치(10)는 상술한 레이저 다이오드의 스택에서 방사된 레이저 빔이 통과하는 사각형 형상의 발광영역(G)을 가진다. 이러한 발광영역(G)의 크기, 즉, 레이저 다이오드의 스택에서 방사된 레이저 빔의 전체 크기는 상용제품 DILAS Diode Laser Inc. ( www.DILAS.com )사의 9xxnm, Water-Cooled, Multi-Bar, Vertical Stack 모델을 보면 가로방향(X축 방향)으로 10mm, 세로방향(Y축 방향)으로 40mm로 구성된다.
이러한 레이저 발진장치(10)에서 방사된 레이저 빔은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈 등으로 구성된 빔 집속유닛(30)을 거쳐 결상면(T)에 라인빔(line type beam)으로 집속된다.
도 2 및 도 3에서 결상면(T)에 집속된 라인빔의 가로방향 길이는 20mm이고, 세로방향 길이는 1mm이다. 이렇게 결상면(T) 집속된 라인빔은 집속유닛을 거치기 전의 레이저 발진장치(10)에서 방사된 레이저 빔에 비하여 높은 출력을 갖는다. 예를 들어, 10mm*40mm로 방사된 레이저 빔이 빔 집속유닛(30)을 거쳐 20mm*1mm의 라인빔으로 집속되면 출력이 약 20배 높아진다.
이러한 라인빔의 출력을 더욱 높이기 위해서는 고출력의 레이저 발진장치(10)를 사용하여야 하나, 고출력의 레이저 발진장치(10)는 매우 고가이므로 고출력의 라인빔을 형성하기 위해 단순히 고출력의 레이저 발진장치(10)를 사용하는 것은 경제성에 악영향을 미친다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 다수개의 저출력 레이저 발진장치(10)를 병렬적으로 배치하여 다수개의 저출력 레이저 발진방치(10)에서 방사된 레이저 빔들을 집속하여 하나의 라인빔을 형성하는 방식이 제안되고 있다.
그런데, 다수개의 레이저 발진장치(10)를 사용하는 방식은, 레이저 발진장치(10)들 사이의 이격거리에 의해, 도 4에 도시된 바와 같이, 결상면(T)에 출력이 불연속적인 부분(R)이 발생된다.
이렇게 출력이 불연속적인 부분(R)은 다른 부분에 비해 출력이 낮으므로, 출력이 불연속적인 부분(R)에 의해 작업 품질이 악화되는 문제점이 있다.
<선행기술문헌>
-특허문헌-
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제10-1608471호(2016.03.28)
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다수개의 레이저 발진장치에서 발진된 레이저 빔을 결상면에 집속하여 균일한 출력을 가지는 라인빔을 형성할 수 있는 라인빔 형성장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 레이저 빔을 방사하는 제1 레이저 발진유닛; 상기 제1 레이저 발진유닛에 이격되어 배치되며, 제2 레이저 빔을 방사하는 제2 레이저 발진유닛; 및 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔을 미리 결정된 위치의 결상면에 집속하며, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 중 적어도 하나를 반사시키되 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 진행경로를 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 변경시키는 발산형 반사부를 구비하는 빔 집속유닛을 포함하는 라인빔 형성장치가 제공될 수 있다.
상기 발산형 반사부는, 상기 제1 레이저 빔을 반사시키는 반사면이 마련된 제1 반사부; 및 상기 제2 레이저 빔을 반사시키는 반사면이 마련된 제2 반사부를 포함할 수 있다.
상기 발산형 반사부는, 상기 제1 반사부의 반사면과 상기 제2 반사부의 반사면 사이의 각도를 조절하는 결합수단을 포함할 수 있다.
상기 제1 반사부 또는 제2 반사부는 레이저 빔을 전반사시키는 내부 전반사면을 포함할 수 있다.
상기 제1 반사부 또는 제2 반사부는 레이저 빔을 반사시키는 반사 코팅면을 포함할 수 있다.
상기 결합수단은 상기 제1 반사부와 상기 제2 반사부를 회전 가능하게 결합하는 힌지축부를 포함할 수 있다.
상기 빔 집속유닛은, 상기 발산형 반사부에 이격되어 배치되며, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔이 결상면에 도달하기 전에 집속되어 결상면에서는 제1축 방향 라인빔으로 연결되도록, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔의 경로를 상기 제1축 방향에 대하여 서로 근접하는 방향으로 굴절시키는 제1 실린더렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔 집속유닛은, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔이 결상면에서 각각 집속되도록, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔을 상기 제1축 방향에 교차하는 제2축 방향에 대하여 각각 굴절시키는 제2 실린더렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 미리 결정된 위치의 결상면에 집속하며 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 중 적어도 하나를 반사시키되 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 진행경로를 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 변경시키는 발산형 반사부를 구비하는 빔 집속유닛을 포함함으로써, 다수개의 레이저 발진장치에서 발진된 레이저 빔을 결상면에 집속하여 균일한 출력을 가지는 라인빔을 형성할 수 있고, 그에 따라 고가의 고출력 레이저 발진장치를 사용하지 않으면서도 고출력이면서 균일한 출력을 가지는 라인빔을 형성할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 레이저 발진장치가 도시된 도면이다.
도 2와 도 3은 도 1의 레이저 발진장치를 이용하여 형성된 라인빔이 도시된 도면이다.
도 4는 종래기술에 따른 라인빔 형성장치가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라인빔 형성장치가 도시된 도면이다.
도 6은 도 5의 라인빔 형성장치의 측면도이다.
도 7은 도 5의 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
도 8는 도 7의 평면도이다.
도 9는 도 5의 결상면에 집속된 라인빔의 길이와 출력이 도시된 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 라인빔 형성장치가 도시된 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
이하의 도면에서 제1축은 방향은 ‘X’로 제2축 방향은 'Y'로, 제3축 방향은 ‘Z'로 표시한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라인빔 형성장치가 도시된 도면이고, 도 6은 도 5의 라인빔 형성장치의 측면도이며, 도 7은 도 5의 발산형 반사부가 도시된 도면이고, 도 8는 도 7의 평면도이며, 도 9는 도 5의 결상면에 집속된 라인빔의 길이와 출력이 도시된 도면이다.
본 실시예에 따른 라인빔 형성장치는, 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 레이저 빔을 방사하는 제1 레이저 발진유닛(110)과, 제1 레이저 발진유닛(110)에 제1축 방향으로 이격되어 배치되며 제2 레이저 빔을 방사하는 제2 레이저 발진유닛(120)과, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 미리 결정된 위치의 결상면(T)에 집속하는 빔 집속유닛(130)을 포함한다.
제1 레이저 발진유닛(110)과 제2 레이저 발진유닛(120)은 고출력의 레이저 다이오드(LD)를 여러 층으로 겹쳐서 하나의 더미(stack)로 구성하여 사용한다. 본 실시예에서 제1 레이저 발진유닛(110)과 제2 레이저 발진유닛(120)은 가로방향의 길이 40mm와, 세로방향의 길이 100mm의 발광영역을 가지는데, 이러한 발광영역의 크기에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 제1 레이저 발진유닛(110)과 제2 레이저 발진유닛(120)의 발광영역의 크기는 다양하게 형성될 수 있다.
빔 집속유닛(130)은 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 미리 결정된 위치의 결상면(T)에 집속한다. 본 실시예에서 빔 집속유닛(130)은 결상면(T)에 가로방향(X축 방향)의 길이 40mm와, 세로방향(Y축 방향)의 길이 1mm의 라인빔이 형성되도록 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 집속하는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며, 결상면(T)에 집속되는 라인빔의 길이와 폭은 다양하게 설정될 수 있다.
이러한 빔 집속유닛(130)은, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 중 적어도 하나를 반사시키되 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 진행경로를 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 변경시키는 발산형 반사부(135)와, 발산형 반사부(135)에 이격되어 배치되며 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 경로를 제1축 방향에 대하여 서로 근접하는 방향으로 굴절시키면서, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 각각을 결상면(T)에 도달하기 전에 집속시켜 결상면(T)에서는 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 각각이 발산하도록 하기 위해 제1축(X축) 방향과 직교하는 방향(Y축)을 축으로 갖는 제1 실린더렌즈(150)와, 상기 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 제1축 방향에 교차하는 제2축(Y축) 방향으로 각각 집속시키도록 하는 제2 실린더렌즈(160)와, 결상면(T)에 집속된 라인빔의 제2축 방향의 폭을 조절하는 라인빔 폭 조절렌즈(170)와, 외부로부터 빔 집속유닛(130)을 보호하는 보호윈도우(180)와, 보호윈도우(180)에 연결되며 발산형 반사부(135)와, 상기 제1 실린더렌즈(150)와 제2 실린더렌즈(160) 및 라인빔 폭 조절렌즈(170)를 수용하여 보호하는 하우징(미도시)을 포함한다.
발산형 반사부(135)는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 중 적어도 하나를 반사시킨다. 본 실시예에 따른 발산형 반사부(135)는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 반사시켜 반사된 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 진행경로를 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 변경시킨다.
이러한 발산형 반사부(135)는, 도 7 및 도 8에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 레이저 빔을 반사시키는 반사면(H)이 마련된 제1 반사부(141)와, 제1 반사부(141)에 서로 근접하여 위치되거나 서로 연결되어 위치되는 제2 레이저 빔을 반사시키는 반사면(H)이 마련된 제2 반사부(142)를 포함한다.
제1 반사부(141)는 제1 레이저 발진유닛(110)에 대향되게 배치되어 제1 레이저 빔을 반사시킨다. 제2 반사부(142)는 제2 레이저 발진유닛(120)에 대향되게 배치되어 제2 레이저 빔을 반사시킨다.
한편, 제1 실린더렌즈(150)는 발산형 반사부(135)에 이격되어 배치된다. 이러한 제1 실린더렌즈(150)는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 경로를 제1축 방향에 대하여 서로 근접하는 방향으로 굴절시키면서, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 각각을 결상면(T)에 도달하기 전에 집속시켜 결상면(T)에서는 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 각각이 발산하도록 하여, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 각각이 제1축(X축) 방향으로 서로 연결되어 하나의 라인 빔이 되도록 한다.
본 실시예에서 제1 실린더렌즈(150)는 발산형 반사부(135)와 보호윈도우(180) 사이에 배치된다. 이러한 제1 실린더렌즈(150)는 제1축 방향에 대하여만 레이저 빔의 경로를 변경시키고 제1축 방향에 교차하는 제2축 방향에 대해서는 레이저 빔의 경로를 변경시키지 않는다.
한편, 본 실시예에서 제2 실린더렌즈(160)는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 제1축 방향에 교차하는 제2축(Y축) 방향으로 각각 집속시키도록 하기 위해 사용된다. 이러한 제2 실린더렌즈(160)는 제2축 방향에 대하여만 레이저 빔의 경로를 변경시키고 제1축 방향에 대해서는 레이저 빔의 경로를 변경시키지 않는다.
본 실시예에서 제2 실린더렌즈(160)는, 중심 두께가 가장자리 두께 보다 더 두꺼운 +굴절력의 실린더렌즈(161)와, 중심 두께가 가장자리 두께 보다 더 얇은 -굴절력의 실린더렌즈(163)를 적어도 1개 이상 포함하여 다수개로 구성한다.
한편, 라인빔 폭 조절렌즈(170)는 결상면(T)에 집속된 라인빔의 제2축 방향의 폭을 조절한다. 본 실시예에서 라인빔 폭 조절렌즈(170)는, 제1 실린더렌즈(150)와 보호윈도우(180) 사이에 배치되며, 필요에 따라 빔 집속유닛(130)에 추가되거나 빔 집속유닛(130)에서 제거될 수 있다.
이러한 라인빔 폭 조절렌즈(170)는 결상면(T)에 집속되는 라인빔의 제2축 방향 폭을 최종적으로 변경하기 위해 사용된다. 예를 들어 결상면(T)에 40mm*1mm의 라인빔을 형성하도록 설계되어진 빔 집속유닛(130)을 이용하여 40mm*3mm의 라인빔을 만들고 싶으면, 마이너스 굴절력을 가지는 라인빔 폭 조절렌즈(170)로 교체함으로써, 결상면(T)에 집속되는 라인빔의 제2축 방향 폭을 3mm로 조절할 수 있다.
이러한 라인빔 폭 조절렌즈(170)는 제2축 방향에 대하여만 레이저 빔의 경로를 변경시키고 제1축 방향에 대해서는 레이저 빔의 경로를 변경시키지 않는다.
이하에서 본 실시예에 따른 라인빔 형성장치의 동작을 도 5 내지 도 9를 참고하여 설명한다.
먼저, 결상면(T)에 집속되는 라인빔의 제1축 방향 경로를 도 5에 따라 설명한다. 제1 레이저 발진유닛(110)과 제2 레이저 발진유닛(120)에서 발진된 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔은 발산형 반사부(135)에 의해 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 진행경로가 변경된다.
발산형 반사부(135)에 의해 반사된 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔은 제1 실린더렌즈(150)에 의해 제1축 방향에 대하여 서로 근접하는 방향으로 굴절되어 진행하게 되고, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 각각을 결상면(T)에 도달하기 전에 집속시켜 결상면(T)에서는 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 각각이 발산하여 하나의 빔으로 연결되어 결상면(T)에 집속된다.
결상면(T)에 집속된 라인빔에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 종래기술과 달리 제1축 방향에 대하여 불연속적인 부위가 없다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 결상면(T)에 집속된 라인빔은 제1축 방향에 대하여 균일한 출력을 갖는다.
다음, 결상면(T)에 집속되는 라인빔의 제2축 방향 경로를 도 6에 따라 설명한다.
제1 레이저 발진유닛(110)과 제2 레이저 발진유닛(120)에서 발진된 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔은 제2 실린더렌즈(160)에 의해 제2축(Y축) 방향으로 결상면(T)에 각각 집속된다. 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔이 제2 실린더렌즈(160)에 의해 제2축(Y축) 방향으로 각각 결상면(T)에 집속되지만, 제1축 방향으로는 결상면(T)에서 제1 실린더렌즈(150)에 의해 발산되어 하나의 빔으로 연결되기 때문에 전체적으로는 도 9에서와 같이 하나의 라인 빔의 형태로 나타나게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 라인빔 형성장치는, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 중 적어도 하나를 반사시키되 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 진행경로를 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 변경시키는 발산형 반사부(135)를 구비하는 빔 집속유닛(130)을 포함함으로써, 다수개의 레이저 발진장치에서 발진된 레이저 빔을 결상면(T)에 집속하여 균일한 출력을 가지는 라인빔을 형성할 수 있고, 그에 따라 고가의 고출력 레이저 발진장치를 사용하지 않으면서도 고출력이면서 균일한 출력을 가지는 라인빔을 형성할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 발산형 반사부의 구성에 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 5 내지 도 9의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 발산형 반사부는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 사이의 발산각도가 조절될 수 있는 각도 조절형 반사부(240)를 포함한다.
이러한 각도 조절형 반사부(240)는, 도 10에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 레이저 빔을 반사시키는 반사면(H)이 마련된 제1 반사부(241)와, 제1 반사부(241)와 서로 근접하여 위치되거나 서로 연결되어 위치되는 제2 레이저 빔을 반사시키는 반사면(H)이 마련된 제2 반사부(242)와, 제1 반사부(241)와 제2 반사부(242)가 회전 가능하게 결합되는 결합수단을 포함한다. 이러한 결합수단은 힌지축부(243)를 포함할 수 있다.
상기 결합수단은 상기 제1 반사부(241)와 제2 반사부(242)가 각각 독립적으로 회전가능하게 결합되도록 구성되거나, 두 반사면 기울기를 제3축(Z축) 대칭으로 회동되도록 하는 힌지축부(243)를 구성하여 각각의 반사면에서 반사되는 빔의 발산각을 조절할 수 도 있다. 따라서 제1 반사부(241)와 제2 반사부(242) 사이의 각도가 제1 실시예와 달리 변경될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 라인빔 형성장치는, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 사이의 발산각도가 조절될 수 있는 각도 조절형 반사부(240)를 구비함으로써, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 발산각도의 변경이 용이한 이점이 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 발산형 반사부(335)의 구성에 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 5 내지 도 9의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 발산형 반사부(335)는, 도 11에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 레이저 빔을 전반사시키는 내부 전반사면(J)이 마련된 제1 반사부(341)와, 제1 반사부(341)와 서로 근접하여 위치되거나 서로 연결되어 위치되는 제2 레이저 빔을 전반사시키는 내부 전반사면(J)이 마련된 제2 반사부(342)를 포함한다.
제1 반사부(341)는 제1 레이저 발진유닛(110)에 대향되게 배치되고, 제2 반사부(342)는 제2 레이저 발진유닛(120)에 대향되게 배치된다.
본 실시예에서 제1 반사부(341)와 제2 반사부(342)는 삼각기둥의 형상으로 마련된다. 제1 반사부(341)와 제2 반사부(342) 각각의 내벽면에는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 전반사시키는 내부 전반사면(J)이 마련된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 라인빔 형성장치는, 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 진행경로를 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 변경시키는 발산형 반사부(335)를 구비함으로써, 다수개의 레이저 발진장치에서 발진된 레이저 빔을 결상면(T)에 집속하여 균일한 출력을 가지는 라인빔을 형성할 수 있고, 그에 따라 고가의 고출력 레이저 발진장치를 사용하지 않으면서도 고출력이면서 균일한 출력을 가지는 라인빔을 형성할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 발산형 반사부의 구성에 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 5 내지 도 9의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 발산형 반사부는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 사이의 발산각도가 조절될 수 있는 각도 조절형 반사부(440)를 포함한다.
이러한 각도 조절형 반사부(440)는, 도 12에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 레이저 빔을 전반사시키는 내부 전반사면(J)이 마련된 제1 반사부(441)와, 제1 반사부(441)와 서로 근접하여 위치되거나 서로 연결되어 위치되는 제2 레이저 빔을 전반사시키는 내부 전반사면(J)이 마련된 제2 반사부(442)와, 제1 반사부(441)와 제2 반사부(442)가 회전가능하게 결합되는 결합수단을 포함한다. 이러한 결합수단은 힌지축부(443)를 포함할 수 있다.
제1 반사부(441)는 제1 레이저 발진유닛(110)에 대향되게 배치되고, 제2 반사부(442)는 제2 레이저 발진유닛(120)에 대향되게 배치된다.
본 실시예에서 제1 반사부(441)와 제2 반사부(442)는 삼각기둥의 형상으로 마련된다. 제1 반사부(441)와 제2 반사부(442) 각각의 내벽면에는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 전반사시키는 내부 전반사면(J)이 마련된다.
상기 결합수단은 상기 제1 반사부(441)와 제2 반사부(442)가 각각 독립적으로 회전가능하게 결합되도록 구성되거나, 두 반사면 기울기를 제3축(Z축) 대칭으로 회동되도록 하는 힌지축부(443)를 구성하여 각각의 반사면에서 반사되는 빔의 발산각을 조절할 수 도 있다. 따라서 제1 반사부(441)와 제2 반사부(442) 사이의 각도가 제1 실시예와 달리 변경될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 라인빔 형성장치는, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 사이의 발산각도가 조절될 수 있는 각도 조절형 반사부(440)를 구비함으로써, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 발산각도의 변경이 용이한 이점이 있다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 발산형 반사부(535)의 구성에 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 5 내지 도 9의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 발산형 반사부(535)는, 도 13에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 레이저 빔을 반사시키는 반사 코팅면이 마련된 제1 반사부(541)과, 제1 반사부(541)에 연결되며 제2 레이저 빔을 반사시키는 반사 코팅면이 마련된 제2 반사부(542)을 포함한다.
제1 반사부(541)은 제1 레이저 발진유닛(110)에 대향되게 배치되고, 제2 반사부(542)은 제2 레이저 발진유닛(120)에 대향되게 배치된다.
본 실시예에서 발산형 반사부(535)는 삼각기둥의 형상으로 마련되며, 제1 반사부(541)과 제2 반사부(542)에 반사 코팅면이 형성된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 라인빔 형성장치는, 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 진행경로를 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 변경시키는 발산형 반사부(535)를 구비함으로써, 다수개의 레이저 발진장치에서 발진된 레이저 빔을 결상면(T)에 집속하여 균일한 출력을 가지는 라인빔을 형성할 수 있고, 그에 따라 고가의 고출력 레이저 발진장치를 사용하지 않으면서도 고출력이면서 균일한 출력을 가지는 라인빔을 형성할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 발산형 반사부가 도시된 도면이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 발산형 반사부의 구성에 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 5 내지 도 9의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 발산형 반사부는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 사이의 발산각도가 조절될 수 있는 각도 조절형 반사부(640)를 포함한다.
이러한 각도 조절형 반사부(640)는, 도 14에 자세히 도시된 바와 같이, 제1 레이저 빔을 반사시키는 반사 코팅면(K)이 마련된 제1 반사부(641)와, 제1 반사부(641)와 서로 근접하여 위치되거나 서로 연결되어 위치되는 제2 레이저 빔을 반사시키는 반사 코팅면(K)이 마련된 제2 반사부(642)와, 제1 반사부(641)와 제2 반사부(642)가 회전가능하게 결합되는 결합수단을 포함한다. 이러한 결합수단은 힌지축부(643)를 포함할 수 있다.
제1 반사부(641)는 제1 레이저 발진유닛(110)에 대향되게 배치되고, 제2 반사부(642)는 제2 레이저 발진유닛(120)에 대향되게 배치된다.
본 실시예에서 제1 반사부(641)와 제2 반사부(642)는 삼각기둥의 형상으로 마련된다. 제1 반사부(641)와 제2 반사부(642) 각각의 외벽면에는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 전반사시키는 반사 코팅면(K)이 마련된다.
상기 결합수단은 상기 제1 반사부(641)와 제2 반사부(642)가 각각 독립적으로 회전가능하게 결합되거나, 두 반사면 기울기를 제3축(Z축) 대칭으로 회동되도록 하는 힌지축부(643)를 구성하여 각각의 반사면에서 반사되는 빔의 발산각을 조절할 수 도 있다. 따라서 제1 반사부(641)와 제2 반사부(642) 사이의 각도가 제1 실시예와 달리 변경될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 라인빔 형성장치는, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 사이의 발산각도가 조절될 수 있는 각도 조절형 반사부(640)를 구비함으로써, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 발산각도의 변경이 용이한 이점이 있다.
도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 라인빔 형성장치가 도시된 도면이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 발산형 반사부(735)의 구성에 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 5 내지 도 9의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 발산형 반사부(735)는, 도 15에 자세히 도시된 바와 같이, 제2 레이저 빔을 반사시킨다. 이러한 발산형 반사부(735)에는 제2 레이저 빔을 반사시키는 반사면이 마련된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 라인빔 형성장치는, 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 중 어느 하나만을 반사시키더라도 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔의 진행경로를 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 변경시킬 수 있어, 제1 레이저 발진유닛(110)에 대해 제2 레이저 발진유닛(120)의 설치위치를 변경하기 용이한 이점이 있다.
이상 도면을 참조하여 본 실시예에 대해 상세히 설명하였지만 본 실시예의 권리범위가 전술한 도면 및 설명에 국한되지는 않는다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
<부호의 설명>
110: 제1 레이저 발진유닛 120: 제2 레이저 발진유닛
130: 빔 집속유닛 135, 335, 535, 735: 발산형 반사부
141, 241: 제1 반사부 142, 242: 제2 반사부
150: 제1 실린더렌즈 160: 제2 실린더렌즈
161: + 굴절력의 실린더렌즈 163: - 굴절력의 실린더렌즈
170: 라인빔 폭 조절렌즈 180: 보호윈도우
240, 440, 640: 각도 조절형 반사부
341, 441, 641: 제1 반사부
342, 442, 642: 제2 반사부 243, 443, 643: 힌지축부
541: 제1 반사부 542: 제2 반사부
T: 결상면

Claims (8)

  1. 제1 레이저 빔을 방사하는 제1 레이저 발진유닛;
    상기 제1 레이저 발진유닛에 이격되어 배치되며, 제2 레이저 빔을 방사하는 제2 레이저 발진유닛; 및
    상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔을 미리 결정된 위치의 결상면에 집속하며, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔 중 적어도 하나를 반사시키되 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 진행경로를 제1축 방향에 대하여 서로 멀어지는 방향으로 변경시키는 발산형 반사부를 구비하는 빔 집속유닛을 포함하는 라인빔 형성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발산형 반사부는,
    상기 제1 레이저 빔을 반사시키는 반사면이 마련된 제1 반사부; 및
    상기 제2 레이저 빔을 반사시키는 반사면이 마련된 제2 반사부를 포함하는 라인빔 형성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발산형 반사부는,
    상기 제1 반사부의 반사면과 상기 제2 반사부의 반사면 사이의 각도를 조절하는 결합수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 라인빔 형성장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 반사부 또는 제2 반사부는 레이저 빔을 전반사시키는 내부 전반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 라인빔 형성장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    제1 반사부 또는 제2 반사부는 레이저 빔을 반사시키는 반사 코팅면을 포함하는 것을 특징으로 하는 라인빔 형성장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 결합수단은 상기 제1 반사부와 상기 제2 반사부를 회전 가능하게 결합하는 힌지축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 라인빔 형성장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 빔 집속유닛은,
    상기 발산형 반사부에 이격되어 배치되며, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔이 결상면에 도달하기 전에 집속되어 결상면에서는 제1축 방향 라인빔으로 연결되도록, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔의 경로를 상기 제1축 방향에 대하여 서로 근접하는 방향으로 굴절시키는 제1 실린더렌즈를 포함하는 라인빔 형성장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 빔 집속유닛은,
    상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔이 결상면에서 각각 집속되도록, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔을 상기 제1축 방향에 교차하는 제2축 방향에 대하여 각각 굴절시키는 제2 실린더렌즈를 포함하는 라인빔 형성장치.
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