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KR102425179B1 - Line beam forming device - Google Patents

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KR102425179B1
KR102425179B1 KR1020200016892A KR20200016892A KR102425179B1 KR 102425179 B1 KR102425179 B1 KR 102425179B1 KR 1020200016892 A KR1020200016892 A KR 1020200016892A KR 20200016892 A KR20200016892 A KR 20200016892A KR 102425179 B1 KR102425179 B1 KR 102425179B1
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KR
South Korea
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optical system
axis
light source
converting means
lenses
Prior art date
Application number
KR1020200016892A
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Korean (ko)
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KR20210102641A (en
Inventor
진 호 정
진 호 정
Original Assignee
(주)프로옵틱스
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Publication date
Application filed by (주)프로옵틱스 filed Critical (주)프로옵틱스
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Abstract

본 발명은 라인빔을 좀 더 간단한 구성으로 형성하면서 빔 효율이 개선되는 라인빔 형성장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해, 광원과, 상기 광원에 의해 출사된 빔을 확대하기 위한 빔 확대부와, 상기 빔 확대부에 의해 확대된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부로 이루어지며, 상기 빔 확대부는, 상기 광원의 후단에 설치되는 구면 렌즈와, 상기 구면 렌즈의 후단에 설치되는 한 쌍의 실린더 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본원 발명은 빔 확대부의 구성을 종래기술에 비해 실린더 렌즈의 개수를 2개 감소시키면서도 동일한 빔 형성작용을 하면서도 장치의 구성이 간단하게 되는 작용을 하게 된다. 또한, 종래기술에서는 빔 변환장치를 통과한 이후에 빔을 다시 확대하는 장치가 요구되었으나 본원 발명에서는 이러한 장치가 불요하여 장치의 구성이 더욱 간결하게 되는 작용을 하게 된다.
게다가, 빔 변환시에 빔에 대한 축소 및 확대 작용이 불요하게 되므로 광량손실을 방지하여 빔의 효율이 개선되는 효과를 가지게 된다.
An object of the present invention is to provide a line beam forming apparatus in which beam efficiency is improved while forming a line beam in a simpler configuration.
The present invention consists of a light source, a beam expander for expanding the beam emitted by the light source, and a beam converter for converting the expanded beam by the beam expander, The beam expander may include a spherical lens installed at a rear end of the light source and a pair of cylinder lenses installed at a rear end of the spherical lens.
The present invention serves to simplify the configuration of the device while performing the same beam forming operation while reducing the number of cylinder lenses by two compared to the prior art in the configuration of the beam expanding unit. In addition, in the prior art, a device for enlarging the beam again after passing through the beam converting device is required, but in the present invention, such a device is unnecessary, so that the configuration of the device becomes simpler.
In addition, since reduction and enlargement of the beam is unnecessary during beam conversion, loss of light quantity is prevented and beam efficiency is improved.

Description

라인빔 형성장치{LINE BEAM FORMING DEVICE}LINE BEAM FORMING DEVICE

본 발명은 라인빔 형성장치에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 라인빔을 좀 더 간단한 구성으로 형성하면서 빔 효율이 개선되는 라인빔 형성장치에 대한 것이다.The present invention relates to a line beam forming apparatus, and more particularly, to a line beam forming apparatus in which beam efficiency is improved while forming a line beam in a simpler configuration.

레이저 방사선의 전파 방향은, 특히 레이저 방사선이 평면파가 아니거나 또는 적어도 부분적으로 발산되는 경우, 레이저 방사선의 중간 전파 방향을 의미한다.The direction of propagation of laser radiation means the intermediate direction of propagation of laser radiation, in particular if the laser radiation is not a plane wave or is at least partially divergent.

광빔, 부분 빔 또는 빔은 달리 표현되지 않으면, 기하학적 광학 시스템의 이상적인 빔을 의미하는 것이 아니라, 실제 광빔,예컨대 극미하게 작은 빔 횡단면이 아니라 연장된 빔 횡단면을 가진, 가우스 프로파일 또는 변형된 가우스 프로파일의 레이저 빔이다.A light beam, partial beam or beam, unless otherwise indicated, does not mean the ideal beam of a geometrical optical system, but of an actual light beam, e.g. a Gaussian profile or a modified Gaussian profile, with an extended beam cross-section and not an extremely small beam cross-section. is a laser beam.

전술한 방식의 장치는 충분히 공지되어 있다. 이러한 장치들의 전형적인 레이저 광원들은 예컨대 Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저이다. Devices of the above-described manner are well known. Typical laser light sources of these devices are, for example, Nd-YAG lasers or excimer lasers.

예컨대 싱글-모드 레이저로서 작동되지 않는 Nd-YAG 레이저는 약 8 내지 25의 회절율(beam quality factor) M2을 갖는다. 회절율 M2은 레이저 빔의 품질에 대한 척도이다. 예컨대, 가우스-프로파일을 가진 레이저 빔은 1의 회절율 M2을 갖는다. For example, an Nd-YAG laser that is not operated as a single-mode laser has a beam quality factor M 2 of about 8 to 25. The diffraction index M 2 is a measure of the quality of the laser beam. For example, a laser beam with a Gaussian-profile has a diffraction index M 2 of 1.

회절율 M2 은 레이저 방사선의 모드의 수에 대략 상응한다.The diffraction rate M 2 approximately corresponds to the number of modes of laser radiation.

회절율 M2 은 레이저 방사선의 포커싱 가능성에 영향을 준다. 가우스-프로파일을 가진 레이저 빔에 있어서, 포커스 영역 내의 두께(d. 스폿의 크기) 또는 빔 웨이스트는 포커싱될 레이저 빔의 파장(λ)에 비례하고, 역으로 포커싱 렌즈의 개구수 NA 에 비례한다. 포커스 영역에서 레이저 빔의 두께(스폿의 크기)에 대해 하기 식이 성립된다:The diffraction rate M 2 influences the focusing potential of the laser radiation. For a laser beam with a Gaussian-profile, the thickness (d. spot size) or beam waist in the focus area is proportional to the wavelength (λ) of the laser beam to be focused, and inversely proportional to the numerical aperture NA of the focusing lens. For the thickness of the laser beam (size of the spot) in the focus area, the following equation holds:

Figure 112020014744208-pat00001
Figure 112020014744208-pat00001

가우스형 프로파일을 갖지 않거나 또는 1 보다 큰 회절율 M2 을 가진 레이저 빔에서는 포커스 영역에서 최소 두께(스폿의 크기) 또는 포커스 영역에서 빔 웨이스트가 하기 식에 따라 추가로 회절율에 비례한다.For laser beams that do not have a Gaussian profile or have a diffraction rate M 2 greater than 1, the minimum thickness (spot size) in the focus region or the beam waist in the focus region is additionally proportional to the diffraction rate according to the equation

Figure 112020014744208-pat00002
Figure 112020014744208-pat00002

회절율이 크면 클수록, 레이저 방사선의 빔 웨이스트를 작게 포커싱하기 어렵다. 회절율 M2은 레이저 방사선의 전파 방향에 대해직각인 2개의 방향에 대해 상이한 크기일 수 있다.The larger the diffraction index, the more difficult it is to focus the beam waist of the laser radiation to a smaller size. The diffraction rate M 2 may be of different magnitudes for two directions perpendicular to the direction of propagation of the laser radiation.

이러한 회절율을 고려하여 빔 선형 장치를 구성하는 종래 기술이 한국특허등록공보 제10-951370호에 개시되어 있다.A prior art for configuring a beam linear device in consideration of such a diffraction rate is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-951370.

종래 기술에서는 빔 변환장치로 빔이 입사되기 전에 축소시킨 다음 입사시키게 되는 바, 이로 인해 광량 손실이 발생하는 문제점이 존재하고 있다.In the prior art, there is a problem in that the beam is reduced before being incident to the beam converting device and then incident, resulting in loss of light quantity.

또한, 축소된 빔을 다시 확대하기 위해 별도의 장치가 추가되어야 하는 바, 전반적으로 장치의 구성이 복잡한 단점이 존재한다.In addition, since a separate device must be added to re-enlarge the reduced beam, there is a disadvantage in that the overall configuration of the device is complicated.

한국특허등록공보 제10-951370호Korean Patent Registration Publication No. 10-951370

본 발명은 라인빔을 좀 더 간단한 구성으로 형성하면서 빔 효율이 개선되는 라인빔 형성장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.An object of the present invention is to provide a line beam forming apparatus in which beam efficiency is improved while forming a line beam in a simpler configuration.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 빔을 출사하는 광원과, 상기 광원에 의해 출사된 빔을 확대하기 위한 빔 확대부와, 상기 빔 확대부에 의해 확대된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부로 이루어지며, 상기 빔 확대부는, 상기 광원의 후단에 설치되는 구면 렌즈와, 상기 구면 렌즈의 후단에 설치되는 한 쌍의 실린더 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention consists of a light source for emitting a beam to solve the above problems, a beam expanding unit for expanding the beam emitted by the light source, and a beam converting unit for converting the expanded beam by the beam expanding unit , and the beam expanding unit includes a spherical lens installed at the rear end of the light source, and a pair of cylinder lenses installed at the rear end of the spherical lens.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 빔 변환부는, 상기 한 쌍의 실린더 렌즈 후단에 설치되며 단부면이 절단된 복수의 구면 렌즈가 연결되어 이루어지는 전단 구면렌즈 어레이와, 상기 전단 구면렌즈 어레이의 후단에 설치되며 복수의 구면 렌즈 각각에 대응하여 각각 설치되어 부분 빔을 회전시키는 복수의 빔 변환수단으로 이루어지는 빔 변환수단 어레이와, 상기 빔 변환수단의 후단에 설치되며 단부면이 절단된 복수의 구면 렌즈가 연결되어 이루어지는 후단 구면렌즈 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the beam converting unit includes a front end spherical lens array provided at the rear end of the pair of cylinder lenses and connected to a plurality of spherical lenses with cut end surfaces, and a rear end of the front end spherical lens array. A beam converting means array installed in the spherical lens and each installed corresponding to each of a plurality of spherical lenses and comprising a plurality of beam converting means for rotating a partial beam, and a plurality of spherical lenses having an end surface cut off and installed at the rear end of the beam converting means It is characterized in that it consists of a rear-end spherical lens array formed by being connected.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 각 빔 변환수단은 입사된 부분 빔이 회전하여 상하반전되어 출사되도록 복수의 프리즘의 조합 또는 거울의 조합 또는 프리즘 및 거울의 조합으로 이루어지며, 상기 각 빔 변환수단은 빔 진행방향(z 방향)에 수직한 xy 평면상에서 경사지게 배치되고, 상하방향으로 일렬로 배치되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, each of the beam converting means is composed of a combination of a plurality of prisms or a combination of mirrors or a combination of prisms and mirrors so that the incident partial beam is rotated and output is vertically inverted, and each beam is converted The means are arranged obliquely on the xy plane perpendicular to the beam traveling direction (z direction), and are characterized in that they are arranged in a line in the vertical direction.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 각 빔 변환수단은 정면에서 볼 때 서로 대칭각으로 형성되어 하방으로 정점을 형성하도록 배치되는 2개의 제1,2거울과, 상기 정점의 하부에 수평하게 배치되는 제3거울로 이루어지며, 상기 제1,2거울의 외부에는 각각 제1,2반사면이 형성되어 있으며, 상기 제3거울의 상면에는 제3반사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, each of the beam converting means is formed at a symmetrical angle to each other when viewed from the front, and the first and second mirrors are arranged to form an apex downward, and are horizontally disposed below the apex. It is made of a third mirror that is formed, wherein the first and second reflective surfaces are respectively formed on the outside of the first and second mirrors, it is characterized in that the third reflective surface is formed on the upper surface of the third mirror.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 광원과 빔 확대부의 사이에는 빔 전달 광학계가 설치되고, 상기 빔 전달 광학계는 빔 직경 조절 광학계를 포함하며, 상기 빔 직경 조절 광학계는 상기 광원에서 출사되는 빔의 직경을 일정하게 조절하기 위한 무초점 줌 렌즈 광학계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, a beam delivery optical system is installed between the light source and the beam expander, the beam delivery optical system includes a beam diameter control optical system, and the beam diameter control optical system includes a beam output from the light source. It is characterized in that it consists of an afocal zoom lens optical system for uniformly adjusting the diameter.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 빔 전달 광학계는 상기 빔 직경 조절 광학계의 후방에 배치되는 스페클 저감부를 포함하며, 상기 스페클 저감부는, 상부 프리즘과 상기 상부 프리즘의 하부에 설치되는 하부 프리즘과, 상기 상부 프리즘 및 하부 프리즘 사이에 설치되며 서로 대향하도록 배치되는 2개의 빔 스플리터로 이루어지며, 상기 2개의 빔 스플리터의 투과 반사율은 상기 광원의 간섭 가능 거리보다 광원의 지연거리가 더 크도록 결정되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, the beam delivery optical system includes a speckle reducing part disposed behind the beam diameter adjusting optical system, and the speckle reducing part includes an upper prism and a lower prism installed below the upper prism. and two beam splitters installed between the upper prism and the lower prism and arranged to face each other, and the transmittance reflectance of the two beam splitters is determined so that the delay distance of the light source is greater than the possible interference distance of the light source. characterized by being

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 빔 변환수단의 후방에는 단축 빔 직경 조절 광학계가 설치되며, 상기 단축 빔 직경 조절 광학계는 무초점 줌 광학계로 형성되어 상기 빔 변환수단에서 출사된 단축 방향의 빔의 직경을 확대하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, a uniaxial beam diameter adjusting optical system is installed behind the beam converting means, and the uniaxial beam diameter adjusting optical system is formed as a non-focus zoom optical system, and the beam of the uniaxial direction emitted from the beam converting means is It is characterized in that it is formed to enlarge the diameter of.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 단축 빔 직경 조절 광학계의 후방에서는 장축 광학계가 설치되며, 상기 장축 광학계는 서로 대향하여 배치되어 장축 빔의 밝기를 균일화하기 위한 플라이 아이 렌즈부와, 상기 플라이 아이 렌즈 부의 후방에 배치되며 줌광학계로 이루어져 장축의 길이를 조절하기 위한 장축 투사 결상 광학계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, a long-axis optical system is installed at the rear of the short-axis beam diameter control optical system, the long-axis optical systems face each other and a fly's eye lens unit for equalizing the brightness of the long-axis beam, and the fly's eye It is disposed at the rear of the lens unit and it is characterized in that it consists of a zoom optical system and a long axis projection imaging optical system for adjusting the length of the long axis.

본 발명의 라인 빔 형성장치에서, 상기 장축 광학계의 후방에는 단축 투사 결상 광학계가 설치되며, 상기 단축 투사 결상 광학계는 단축방향의 선폭을 조절할 수 있도록 줌 렌즈 광학계로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the line beam forming apparatus of the present invention, a short axis projection imaging optical system is installed behind the long axis optical system, and the short axis projection imaging optical system is formed as a zoom lens optical system to adjust the line width in the short axis direction.

본원 발명에서는 빔 직경 조절 광학계가 설치되어 광원에서 출사되는 빔의 직경을 일정하게 조절하는 작용을 하게 된다.In the present invention, a beam diameter control optical system is installed to constantly adjust the diameter of the beam emitted from the light source.

또한, 스페클 저감부를 설치함으로써 스페클에 의하여 라인빔의 균일하지 않고 자글자글하게 불균일하게 분포되는 것이 방지되는 효과를 가지게 된다.In addition, by providing the speckle reducing unit, it has an effect of preventing the non-uniform distribution of the line beam by speckle from being non-uniform to small particles.

본원 발명은 빔 확대부의 구성을 종래기술에 비해 실린더 렌즈의 개수를 2개 감소시키면서도 동일한 빔 형성작용을 하는 것이 가능하게 됨으로써 장치의 구성이 간단하게 되는 작용을 하게 된다.The present invention makes it possible to perform the same beam forming operation while reducing the number of cylinder lenses by two compared to the prior art in the configuration of the beam expanding unit, thereby simplifying the configuration of the device.

또한, 종래기술에서는 빔 변환장치를 통과한 이후에 빔을 다시 확대하는 장치가 요구되었으나 본원 발명에서는 이러한 장치가 불요하여 장치의 구성이 더욱 간단하게 됨으로써 원가절감 및 장치제작에 소요되는 시간 및 노력이 절감되는 효과를 가지게 된다.In addition, in the prior art, a device for enlarging the beam again after passing through the beam converting device was required, but in the present invention, such a device is unnecessary and the configuration of the device becomes simpler, thereby reducing the cost and time and effort required for manufacturing the device. have a savings effect.

게다가, 빔 변환시에 빔에 대한 축소 및 확대를 위한 별도의 작용이 불요하게 되므로 광량손실을 방지하여 빔의 효율이 개선되는 효과를 가지게 된다.In addition, since a separate action for reducing and expanding the beam is unnecessary during beam conversion, loss of light quantity is prevented, thereby improving the efficiency of the beam.

본원 발명에서는 단축 결상광학계의 설치로 인해 입사하는 광선의 직경을 조정하여 NA(Numeric Aperture. 개구수)를 가변시키면서 단축 스폿의 크기를 변화시키는 역할을 한다.In the present invention, the size of the uniaxial spot is changed while changing the NA (Numerical Aperture) by adjusting the diameter of the incident light beam due to the installation of the uniaxial imaging optical system.

또한, 장축 광학계로서 플라이 아이 렌즈 부(610. Fly Eye Lens)를 설치하여 장축 빔을 균일화하고, 줌렌즈 광학계로 이루어진 장축 투사 결상 광학계를 설치하여 장축의 길이를 조절가능하게 하는 작용효과를 가진다.In addition, as a long-axis optical system, a fly-eye lens unit (610. Fly Eye Lens) is installed to equalize the long-axis beam, and a long-axis projection imaging optical system composed of a zoom lens optical system is installed to adjust the length of the long axis.

게다가, 줌렌즈 광학계로 이루어지는 단축 투사 결상광학계를 설치하여 단축방향의 선폭을 조절하여 12mm의 입사빔에 대하여 초점거리가 300mm (NA 0.02)에서 600mm(NA 0.01)까지 가변하게 하는 효과를 가지게 된다.In addition, by installing a single-axis projection imaging optical system consisting of a zoom lens optical system, the line width in the short axis direction is adjusted to have the effect of changing the focal length from 300 mm (NA 0.02) to 600 mm (NA 0.01) for an incident beam of 12 mm.

도 1 은 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2 은 본 발명에서 빔 직경 조절 광학계를 도시하는 도면이다.
도 3 은 본 발명에서 스페클 저감 소자부를 도시하는 도면이다.
도 4 은 본 발명에서 빔 확대부를 도시하는 도면이다.
도 5 은 본 발명에서 빔 변환부를 도시하는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 빔 변환부에서 구면 렌즈 어레이를 도시하는 도면이다.
도 7 내지 도 9 는 본 발명의 빔 변환부에서 빔 변환수단의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 10 는 본 발명에서 단축 빔 직경 조절 광학계를 도시하는 도면이다.
도 11 은 본 발명에서 장축 광학계를 도시하는 도면이다.
도 12 은 본 발명에서 단축 투사 결상 광학계를 도시하는 도면이다.
1 is a schematic diagram showing the configuration of an apparatus according to the present invention.
2 is a view showing a beam diameter adjusting optical system in the present invention.
3 is a view showing a speckle reducing element portion in the present invention.
4 is a view showing a beam expander in the present invention.
5 is a diagram illustrating a beam converter in the present invention.
6 is a view showing a spherical lens array in the beam converter of the present invention.
7 to 9 are views showing an embodiment of the beam converting means in the beam converting unit of the present invention.
10 is a view showing a uniaxial beam diameter adjusting optical system in the present invention.
11 is a diagram showing a long-axis optical system in the present invention.
12 is a diagram showing a single-axis projection imaging optical system in the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of an apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 빔 형성 장치는 광원(100), 상기 광원(100)의 빔 조사방향 후방에 설치되는 빔 전달 광학계(200)와, 상기 빔 전달 광학계(200)의 후방에 설치되는 빔 확대부(300)와, 상기 빔 확대부(300)의 후방에 설치되는 빔 변환부(400)와, 상기 빔 변환부(400)의 후방에 설치되는 단축 빔 직경 조절 광학계(500)와, 상기 단축 빔 직경 조절 광학계(500)의 후방에 설치되는 장축 광학계(600)와, 상기 장축 광학계(600)의 후방에 설치되는 단축 광학계(700)로 이루어진다.The beam forming apparatus according to the present invention includes a light source 100 , a beam delivery optical system 200 installed in the rear of the light source 100 in the beam irradiation direction, and a beam expanding unit installed in the rear of the beam delivery optical system 200 ( 300), the beam converting unit 400 installed at the rear of the beam expanding unit 300, the uniaxial beam diameter adjusting optical system 500 installed at the rear of the beam converting unit 400, and the uniaxial beam diameter It consists of a long-axis optical system 600 installed in the rear of the adjustment optical system 500 and a short-axis optical system 700 installed in the rear of the long-axis optical system 600 .

광원(100)은 예컨대 Nd-YAG- 레이저 또는 엑시머 레이저로 실시될 수 있다. 광원(100)으로부터 나온 레이저 방사선은 원형 횡단면을 가지도록 형성된다. The light source 100 may be implemented as, for example, an Nd-YAG-laser or an excimer laser. The laser radiation emitted from the light source 100 is formed to have a circular cross-section.

본 실시예에서 레이저 광원(100)의 방사선은 x-방향 및 y-방향으로 회절율 Mx2 = My 2 = 14 를 가진다.In this embodiment, the radiation of the laser light source 100 has a diffraction rate Mx 2 =My 2 = 14 in the x-direction and the y-direction.

본 발명에는 빔의 진행방향을 z 방향으로 하고, z 방향에 수직한 평면에서 라임 빔의 장축 방향을 x 축 방향으로 하고, 단축 방향을 y 방향으로 정의한다.In the present invention, the traveling direction of the beam is defined as the z direction, the long axis direction of the lime beam is defined as the x axis direction in a plane perpendicular to the z direction, and the short axis direction is defined as the y direction.

광원(100)에서 출사되는 빔(b)의 직경은 5 ±1.0mm 로 이루어진다.The diameter of the beam (b) emitted from the light source 100 is made of 5 ± 1.0mm.

도 2 은 본 발명에서 빔 직경 조절 광학계를 도시하는 도면이다.2 is a view showing a beam diameter adjusting optical system in the present invention.

빔 전달 광학계(200)는 빔 직경 조절 광학계(210)와, 스페클 저감부(220)로 이루어진다.The beam delivery optical system 200 includes a beam diameter control optical system 210 and a speckle reduction unit 220 .

빔 직경 조절 광학계(210)는 무초점계 및 줌광학계로 이루어진다. 여기서 무초점계란 평행으로 입사한 광선이 평행으로 출사하는 광학계를 의미하는 것으로 망원경 광학계라고도 한다. 또한, 줌광학계란 광학계의 배율 또는 초점거리가 연속적으로 변하는 광학계를 의미한다.The beam diameter control optical system 210 includes an afocal system and a zoom optical system. Here, the afocal system refers to an optical system in which rays incident in parallel are emitted in parallel, and is also referred to as a telescopic optical system. In addition, the zoom optical system refers to an optical system in which the magnification or focal length of the optical system is continuously changed.

빔 직경 조절 광학계(210)는 광이 입사되는 방향에서 순차적으로, 양의 굴절력을 가지는 제1군의 렌즈(211), 음의 굴절력을 가지는 제2군의 렌즈(212)와, 음의 굴절력을 가지는 제3군의 렌즈(213)와, 양의 굴절력을 가지는 제4군의 렌즈(214)로 이루어진다. Beam diameter control optical system 210 sequentially in the direction in which the light is incident, a first group of lenses 211 having a positive refractive power, a second group of lenses 212 having a negative refractive power, and a negative refractive power The branch consists of a third group of lenses 213 and a fourth group of lenses 214 having positive refractive power.

본 실시예에서 빔 직경 조절 광학계(210)의 복수의 렌즈군은 양, 음, 음, 양의 굴절력을 가지는 순서로 구성되나 줌렌즈 광학계로 이루어진다면 다른 순서로 구성되어도 무방하다.In the present embodiment, the plurality of lens groups of the beam diameter control optical system 210 are configured in an order having positive, negative, negative, and positive refractive power, but may be configured in a different order if the zoom lens optical system is configured.

제1군의 렌즈(211) 및 제4군의 렌즈(214)는 고정된 상태에서 제2군의 렌즈(212)와 제3군의 렌즈(213)가 줌 궤적을 따라 비선형적으로 움직이도록 구성된다. The lenses 211 of the first group and the lenses 214 of the fourth group are configured such that the lenses 212 of the second group and the lenses 213 of the third group move non-linearly along the zoom trajectory in a fixed state. do.

광원(100)에서 출사된 빔(b)의 직경은 4 내지 6 mm 로 다양한 크기를 가지게 되는 데, 전술한 바와 같은 빔 직경 조절 광학계(210)의 줌 작용에 의해 출사되는빔(b)의 직경이 도 2 에 도시된 바와 같이 일정한 5mm 의 빔으로 조절되는 작용을 하게 된다.The diameter of the beam b emitted from the light source 100 is 4 to 6 mm, which has various sizes, and the diameter of the beam b emitted by the zoom action of the beam diameter control optical system 210 as described above. As shown in FIG. 2, it acts as a constant beam of 5 mm.

도 3 은 본 발명에서 스페클 저감 소자부를 도시하는 도면이다.3 is a view showing a speckle reducing element portion in the present invention.

스페클 저감부(220)는 2개의 프리즘(P1,P2)과 2개의 빔 스플리터(BS1, BS2)로 이루어진다.The speckle reduction unit 220 includes two prisms P1 and P2 and two beam splitters BS1 and BS2.

제1,2 프리즘(P1,P2)은 공지된 구성으로 삼각 기둥형상으로 형성되며 각각의 장변이 저면을 향하면서 제1 빔 스플리터(BS1)및 제2 빔 스플리터(BS2)의 상부 및 하부에 배치된다.The first and second prisms P1 and P2 are formed in a triangular prism shape with a known configuration, and are disposed on the upper and lower portions of the first beam splitter BS1 and the second beam splitter BS2 while each long side faces the bottom. do.

제1,2 빔 스플리터(BS1,BS2)는 공지된 구성으로서 빛을 일정한 비율로 2개로 분할하는 장치로서 서로 대향하도록 배치된다.The first and second beam splitters BS1 and BS2 are devices for splitting light into two at a constant ratio as a known configuration, and are arranged to face each other.

제1,2 빔 스플리터(BS1,BS2)에서 광 투과반사율은 임의로 정할 수 있으며 본 In the first and second beam splitters (BS1, BS2), the light transmittance and reflectance can be arbitrarily determined.

실시예에서는 2개 빔 스플리터 모두 투과 50% 반사 50% 인 경우에 대해 설명한다. 여기서 P1, P2, 및 경계면에서는 100% 투과한다고 가정한다.In the embodiment, a case in which both beam splitters have 50% transmission and 50% reflection will be described. Here, 100% transmission is assumed at P1, P2, and the interface.

먼저, 빔 직경 조절 광학계(210)를 통과하여 좌측에서 입사한 빔은 제1 빔 스플리터(BS1)을 통과하면서 50% 는 투과되고 50% 는 반사된다.First, while passing through the beam diameter control optical system 210 and incident from the left, 50% is transmitted and 50% is reflected while passing through the first beam splitter BS1.

제1 빔 스플리터(BS1)을 통과한 50%의 투과빔은 제2 빔 스플리터(BS2)에서도 50% 만이 투과되어 최초 입사빔의 25% 가 출사하게 된다.Only 50% of the transmitted beam passing through the first beam splitter BS1 is transmitted through the second beam splitter BS2, and 25% of the first incident beam is emitted.

한편, 제1 빔 스플리터(BS1)에서 반사된 50% 의 반사빔은 제1프리즘(P1)에서 반사되고 제2 빔 스플리터(BS2)로 입사되어 마찬가지로 50% 만이 반사되므로 25% 만이 출사된다.On the other hand, 50% of the reflected beam reflected from the first beam splitter BS1 is reflected by the first prism P1 and is incident on the second beam splitter BS2.

따라서, 1차 빔의 합계는 총 50% 가 된다.Therefore, the sum of the primary beams totals 50%.

한편, 제1 빔 스플리터(BS1)을 통과한 50%의 투과빔은 제2 빔 스플리터(BS2)에서도 50% 가 반사되어 제2프리즘(P2)으로 입사되고 반사되어 다시 제1 빔 스플리터(BS1)에서 반사되고 제2 빔 스플리터(BS2)를 통해 출사하게 되므로, 최초 입사빔의 6.25% 만이 출사하게 된다.On the other hand, 50% of the transmitted beam passing through the first beam splitter BS1 is reflected by 50% of the second beam splitter BS2, is incident on the second prism P2, and is reflected back to the first beam splitter BS1. Since it is reflected from and emitted through the second beam splitter BS2, only 6.25% of the first incident beam is emitted.

또한, 제1 빔 스플리터(BS1)에서 반사된 50% 의 반사빔은 제2 빔 스플리터(BS2)에서도 50% 가 반사되어 최초 입사빔의 6.25% 만이 출사하게 된다.In addition, 50% of the reflected beam reflected by the first beam splitter BS1 is also reflected by the second beam splitter BS2 by 50%, so that only 6.25% of the first incident beam is emitted.

따라서, 2차 빔은 합계는 12.5% 가 된다.Therefore, the sum of the secondary beams becomes 12.5%.

한편, 제1,2 빔 스플리터(BS1,BS2)에서 광 투과반사율은 임의로 정할 수 있는 것인 바, 다른 실시예로서 제1 빔 스플리터(BS1)는 투과 80% 반사 20%, 제2 빔 스플리터(BS2)는 투과 20% 반사 80% 인 경우에 대해 설명한다. 여기서 P1, P2, 및 경계면에서는 100% 투과한다고 가정한다.On the other hand, the light transmittance and reflectance in the first and second beam splitters BS1 and BS2 can be arbitrarily determined. As another embodiment, the first beam splitter BS1 transmits 80% and reflects 20%, and the second beam splitter ( BS2) describes the case of 20% transmission and 80% reflection. Here, 100% transmission is assumed at P1, P2, and the interface.

좌측에서 입사한 빔은 제1 빔 스플리터(BS1)를 통과하면서 80% 는 투과되고 20%는 반사되며 제2 빔 스플리터(BS2) 투과 20% 반사 80% 되므로 제1,2 빔 스플리터(BS1,BS2)를 모두 투과하게 되면 최초 입사 빔의 16% 만이 출사하게 된다.As the beam incident from the left passes through the first beam splitter BS1, 80% is transmitted and 20% is reflected, and the second beam splitter BS2 transmits 20% and reflects 80%, so the first and second beam splitters BS1, BS2 ), only 16% of the first incident beam is emitted.

한편, 제1,2 빔 스플리터(BS1,BS2)에서 모두 반사된 경우에는 최초 입사빔의 16% 가 출사하게 된다.On the other hand, when both the first and second beam splitters BS1 and BS2 are reflected, 16% of the first incident beam is emitted.

따라서, 전체적으로 1차 빔의 32% 만이 출사하게 된다.Therefore, as a whole, only 32% of the primary beam is emitted.

즉, 2가지 경우를 비교하면 전자의 경우 1차 투과 빔은 50% 인 반면, 후자의 경우 1차 투과빔은 32% 이므로 제1,2 빔 스플리터(BS1, BS2)의 투과 반사율을 조정하면 광선이 소자내에서 더 많이 회전하여 광로가 지연됨을 알 수 있다.That is, when comparing the two cases, in the former case, the primary transmitted beam is 50%, whereas in the latter case, the primary transmitted beam is 32%, so if the transmittance of the first and second beam splitters BS1 and BS2 is adjusted, the light beam It can be seen that the more rotation in this device causes the optical path to be delayed.

이와 같이 광원(100)의 간섭 가능 거리보다 광로의 지연거리가 더 크게 되도록 제1,2 빔 스플리터(BS1, BS2)의 투과 반사율을 조정하게 되면 예를 들어 레이저의 가능 간섭성에 의하여 발생하는 스페클에 의하여 라인빔의 균일하지 않고 자글자글하게 불균일하게 분포되는 것이 방지되는 작용을 하게 된다.As described above, if the transmit reflectance of the first and second beam splitters BS1 and BS2 is adjusted so that the delay distance of the optical path is larger than the possible interference distance of the light source 100, for example, speckle generated by the possible coherence of the laser. By this, it acts to prevent the line beam from being non-uniformly and non-uniformly distributed.

도 4 는 본 발명에서 빔 확대부를 도시하는 도면이다.4 is a view showing a beam expander in the present invention.

빔 확대부(300)은 본 발명에서 구면 렌즈(310)와 한 쌍의 실린더 렌즈(320,330)로 이루어진다.The beam expander 300 includes a spherical lens 310 and a pair of cylinder lenses 320 and 330 in the present invention.

구면 렌즈(310) 및 한 쌍의 실린더 렌즈(320,330) 각각은 일반적으로 공지된 구성으로 이루어진다.Each of the spherical lens 310 and the pair of cylinder lenses 320 and 330 is generally made of a known configuration.

원형 단면의 빔(b1)은 구면 렌즈(310) 및 한 쌍의 실린더 렌즈(320,330)로 이루어지는 빔 확대부(400)를 통과하면서 도 4 에 도시된 바와 같이 장축이 확대되어 타원 단면의 빔(b2)으로 형성된다. The beam b1 of circular cross-section is enlarged as shown in FIG. 4 while passing through the beam expanding unit 400 composed of the spherical lens 310 and a pair of cylinder lenses 320 and 330, and the beam b2 of the elliptical cross-section. ) is formed from

레이저 광원(100)에서 출사된 원형 단면 빔(b1)의 직경 5mm 인 경우 빔 확대부(20)에 의해 확대된 빔(b2)은 단축이 5mm 이면서 장축은 7배 확대된 35mm 로 확대된다.When the diameter of the circular cross-section beam b1 emitted from the laser light source 100 is 5 mm, the beam b2 enlarged by the beam expander 20 has a minor axis of 5 mm and a major axis of 35 mm which is enlarged 7 times.

빔 확대부(20)를 통과하여 확대된 빔(b2)의 경우에도 레이저 광원(100)의 출사 빔은 여전히 x-방향 및 y-방향으로 회절율 Mx2 = My 2 = 14 를 가진다.Even in the case of the expanded beam b2 passing through the beam expanding unit 20 , the output beam of the laser light source 100 still has diffraction coefficients Mx 2 =My 2 = 14 in the x-direction and the y-direction.

본원 발명의 경우 빔 확대부(300)으로 1개의 구면렌즈(310)와, 한 쌍의 실린더 렌즈(320,330)로 이루어지는 바, 4개의 실린더 렌즈를 사용하여 타원으로 빔을 확장하는 종래 기술에 비해 동일한 효과를 발휘하면서 실린더 렌즈의 개수가 2개가 감소함으로써 장치는 간단하게 구성되는 장점을 가지게 된다.In the case of the present invention, the beam expander 300 is composed of a single spherical lens 310 and a pair of cylinder lenses 320 and 330, which is the same as compared to the prior art of expanding the beam in an ellipse using four cylinder lenses. By reducing the number of cylinder lenses by two while exhibiting the effect, the device has the advantage of simple configuration.

실린더 렌즈는 가공이 용이하지 않아 제작에 비용 및 시간이 소요되는 단점이 존재하기 때문에 가급적 적게 사용하는 것이 유리하다.Since the cylinder lens is not easy to process, it is advantageous to use it as little as possible because there are disadvantages in that it takes cost and time to manufacture.

도 5 은 본 발명에서 빔 변환부를 도시하는 도면이다. 도 6 은 본 발명의 빔 변환부에서 구면 렌즈 어레이를 도시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating a beam converter in the present invention. 6 is a view showing a spherical lens array in the beam converter of the present invention.

빔 변환부(400)는 전단 구면렌즈 어레이(410), 상기 전단 구면렌즈 어레이(410)의 후단에 설치되는 빔 변환수단 어레이(420), 상기 빔 변환수단 어레이(420)의 후단부에 설치되는 후단 구면렌즈 어레이(430)로 이루어진다.The beam converting unit 400 is installed at the rear end of the front end spherical lens array 410, the beam converting means array 420 installed at the rear end of the front end spherical lens array 410, and the beam converting means array 420. It consists of a rear end spherical lens array 430 .

전단 구면 렌즈 어레이(410) 및 후단 구면렌즈 어레이(430)는 도 6 에 도시된 바와 같이, 구면 렌즈(s)의 상단 및 하단을 평면 절단하고 이 평면에서 복수 개의 구면 렌즈(s)를 상하방향으로 적층하여 형성된다.The front-end spherical lens array 410 and the rear-end spherical lens array 430 cut the upper and lower ends of the spherical lens s in a plane as shown in FIG. It is formed by stacking with

본 실시예에서는 전단 구면렌즈 어레이(410)은 각 구면렌즈(s)의 촛점이 빔 변환수단(420)의 빔 진행방향(z 방향) 중앙에 위치하도록 배치된다. In this embodiment, the front end spherical lens array 410 is arranged so that the focal point of each spherical lens s is located at the center of the beam converting means 420 in the beam traveling direction (z direction).

이러한 경우 빔 변환수단(t)의 소재에 파손이 발생할 수도 있으므로 후술하는 실시예에서와 같이 프리즘(p) 사이의 이격시킨 공간(c)으로 촛점이 형성되게 하는 것도 가능하다.In this case, since damage may occur to the material of the beam converting means (t), it is also possible to form a focus in the space (c) spaced between the prisms (p) as in an embodiment to be described later.

전술한 실시예에서 전단 구면렌즈 어레이(410)은 각 구면렌즈(s)의 촛점이 빔 변환수단(420)의 빔 진행방향(z 방향) 중앙에 위치하도록 배치되나 이에 한정되는 것은 아니다.In the above-described embodiment, the front-end spherical lens array 410 is arranged such that the focal point of each spherical lens s is located at the center of the beam moving direction (z direction) of the beam converting means 420, but is not limited thereto.

즉, 전단 구면렌즈 어레이(410)은 각 구면렌즈(s)의 촛점은 빔 변환수단(t)에만 형성되어야 하는 것이며 빔 변환수단(t)의 z 방향 전방이나 후방에 맺히도록 형성되어도 무방하다.That is, in the front end spherical lens array 410, the focus of each spherical lens (s) should be formed only in the beam converting means (t), and may be formed so as to be focused on the front or rear of the beam converting means (t) in the z direction.

도 7 내지 도 9 는 본 발명의 빔 변환부에서 빔 변환수단의 실시예를 도시하는 도면이다.7 to 9 are views showing an embodiment of the beam converting means in the beam converting unit of the present invention.

빔 변환수단 어레이(420)는 복수의 빔 변환수단(t)으로 이루어진다.The beam converting means array 420 is composed of a plurality of beam converting means (t).

각 빔 변환수단(t)은 복수의 프리즘의 조합 또는 프리즘 및 거울의 조합으로 이루어지며 다양한 실시예가 가능하다. Each beam converting means (t) is made of a combination of a plurality of prisms or a combination of prisms and mirrors, and various embodiments are possible.

본 실시예에서 각 빔 변환수단(t)은 정면에서 볼 때 서로 대칭각으로 형성되어 하방으로 정점(p)을 형성하도록 배치되는 2개의 제1,2거울(421,422)과, 상기 정점(p)의 하부에 수평하게 배치되는 제3거울(423)로 이루어진다.In this embodiment, each beam converting means (t) is formed at a symmetrical angle to each other when viewed from the front, and the two first and second mirrors 421 and 422 arranged to form an apex (p) downward, and the vertex (p). It consists of a third mirror 423 that is horizontally arranged under the.

제1,2거울(421,422)의 외부에는 각각 제1,2반사면(m1,m2)이 형성되어 있으며, 제3거울(423)의 상면에는 제3반사면(m3)이 형성되어 있다.The first and second reflective surfaces m1 and m2 are formed on the outside of the first and second mirrors 421 and 422 , respectively, and the third reflective surface m3 is formed on the upper surface of the third mirror 423 .

한편, 각 빔 변환수단(t)은 xy 평면에서 볼 때 45도로 경사지게 배치되어 상하방향으로 일렬로 배치되도록 형성됨으로써 빔 변환수단 어레이(420)를 형성하게 된다.On the other hand, each beam converting means (t) is inclined at 45 degrees when viewed in the xy plane and is formed to be arranged in a line in the vertical direction, thereby forming the beam converting means array 420 .

빔 변환수단(t)에서는 프리즘의 조합에 의해 입사된 상이 상하반전되어 출사하도록 구성된다.In the beam converting means (t), the image incident by the combination of the prisms is vertically inverted and emitted.

빔 확대부(300)을 통과하여 확대된 타원 단면 빔(b2)은 전단 구면렌즈 어레이(410)를 통과하면서 부분 빔으로 분할된 형태의 빔(b3)으로 변환된다.The elliptical cross-section beam b2 enlarged by passing through the beam expander 300 is converted into a beam b3 in the form of being divided into partial beams while passing through the front-end spherical lens array 410 .

전단 구면렌즈 어레이(410)를 통과한 후에도 전체 빔(b3)의 회절율은 Mx2 = My 2 = 14 를 유지하게 되나, x축 방향으로 7개로 분할되므로 각 부분 빔은 Mx2 = 2, My 2 = 14 의 회절율을 가지게 된다.Even after passing through the front-end spherical lens array 410, the diffraction rate of the entire beam b3 is maintained at Mx 2 = My 2 = 14, but since it is divided into 7 in the x-axis direction, each partial beam is Mx 2 = 2, My It has a diffraction index of 2 = 14.

본원 발명에서는 부분 빔이 전단 구면 렌즈 어레이(410)의 구면 렌즈(s)를 통과하므로 빔이 축소되지 않은 상태로 빔 변환수단(420)을 통과하게 된다.In the present invention, since the partial beam passes through the spherical lens s of the front end spherical lens array 410, the beam passes through the beam converting means 420 without being reduced.

따라서, 종래 기술에서와 같이 빔이 실린더 렌즈를 통과하면서 축소시킨 다음 빔 변환부를 통과하게 함으로써 광량 손실이 발생하는 작용이 근본적으로 방지하는 작용을 하게 된다.Therefore, as in the prior art, the beam is reduced while passing through the cylinder lens and then passed through the beam converting unit, thereby fundamentally preventing the loss of light quantity.

즉, 본원 발명에서는 빔이 전단 구면렌즈 어레이(410)를 통과하면서 수축되지 않으므로 종래 기술에서와 같이 빔을 다시 확대하기 위한 장치가 필요하지 않게 되는 바, 동일한 작용효과를 단순한 구성에 의해 달성할 수 있게 되는 장점을 가지게 된다.That is, in the present invention, since the beam is not contracted while passing through the front-end spherical lens array 410, there is no need for an apparatus for re-enlarging the beam as in the prior art, and the same effect can be achieved by a simple configuration. have the advantage of being there.

한편, 전단 구면렌즈 어레이(410)를 통과하면서 분할된 부분 빔은 빔 변환수단(420)을 통과하면서 회전하게 된다. On the other hand, the partial beam divided while passing through the front end spherical lens array 410 is rotated while passing through the beam converting means 420 .

즉, 빔 변환수단(420)을 통과한 후의 부분 빔의 회절율은 Mx2 = 14, My 2 = 2 로 되며, 전체 빔(b4)의 회절율은 Mx2 = 98, My 2 = 2 를 가지게 된다.That is, the diffraction index of the partial beam after passing through the beam converting means 420 is Mx 2 = 14, My 2 = 2, and the diffraction index of the entire beam b4 has Mx 2 = 98, My 2 = 2 do.

이러한 부분 빔은 구면렌즈 어레이(430)를 통과하여 라인 빔 형상(b4)으로 형성된다.This partial beam passes through the spherical lens array 430 and is formed into a line beam shape b4.

도 10 는 본 발명에서 단축 빔 직경 조절 광학계를 도시하는 도면이다.10 is a view showing a uniaxial beam diameter adjusting optical system in the present invention.

단축 빔 직경 조절 광학계(500)는 줌 광학계로 이루어지며 본 실시예에서는 4군의 렌즈로 이루어지며 각 군의 렌즈는 실린더 렌즈로 이루어진다.The uniaxial beam diameter control optical system 500 is a zoom optical system, and in this embodiment, four groups of lenses are made, and each group of lenses is made of a cylinder lens.

입사방향의 좌측의 제1군의 렌즈(510) 및 후측의 제4군의 렌즈(540)는 고정되어 있는 상태에서 제1군의 렌즈(510) 및 제4군의 렌즈(540) 사이에 설치된 제2군의 렌즈(520) 및 제3군의 렌즈(530)가 줌 궤적에 맞게 비선형으로 움직이도록 구성된다.The lenses 510 of the first group on the left side and the lenses 540 of the fourth group on the rear side in the incident direction are installed between the lenses 510 of the first group and the lenses 540 of the fourth group in a fixed state. The second group of lenses 520 and the third group of lenses 530 are configured to move non-linearly according to the zoom trajectory.

단축 빔 직경 조절 광학계(500)는 줌배율은 1.5배에서 2.4배로 하였다. 즉 빔 변환부(400)에서 5mm로 출사한 빔을 실린더렌즈를 이용하여 7.5mm에서 최대 12mm까지 단축의 방향으로만 확대하여 단축 결상광학계로 입사하는 광선의 직경을 조정하여 NA(Numeric Aperture. 개구수)를 가변시키면서 단축 스폿의 크기를 변화시키는 역할을 한다.The uniaxial beam diameter control optical system 500 had a zoom magnification of 1.5 to 2.4 times. That is, the beam emitted from the beam converter 400 at 5 mm is enlarged only in the direction of the short axis from 7.5 mm to the maximum of 12 mm using a cylinder lens, and the diameter of the beam incident to the single axis imaging optical system is adjusted to adjust the NA (Numeric Aperture. Aperture). number) while changing the size of the short-axis spot.

도 11 은 본 발명에서 장축 광학계를 도시하는 도면이다.11 is a diagram showing a long-axis optical system in the present invention.

장축 광학계(600)는 플라이 아이 렌즈 부(610. Fly Eye Lens)와 장축 투사 결상 광학계(620)로 이루어진다.The long-axis optical system 600 includes a fly-eye lens unit 610 (Fly Eye Lens) and a long-axis projection imaging optical system 620 .

플라이 아이 렌즈 부(610)는 공지된 구성으로서 2개의 렌즈를 서로 대향하여 배치되도록 형성되며, 장축 빔을 균일화하여 밝기를 균일화하는 작용을 한다.The fly's eye lens unit 610 is a known configuration and is formed so that two lenses are disposed to face each other, and acts to equalize the long-axis beam to equalize the brightness.

장축 투사 결상 광학계(620)는 통상적으로는 고정 초점 광학계로 구성하나 본 실시예에서는 장축의 길이를 원하는 길이에서 ±10% 정도 조절이 가능하도록 줌 렌즈로 구성된다.The long-axis projection imaging optical system 620 is typically configured as a fixed-focus optical system, but in this embodiment, it is configured as a zoom lens so that the length of the long-axis can be adjusted by ±10% from the desired length.

즉, 장축 투사 결상 광학계(620)는 본 실시예에서는 3군의 렌즈로 이루어지며 각 군의 렌즈는 실린더 렌즈로 이루어진다.That is, the long-axis projection imaging optical system 620 is composed of three groups of lenses in this embodiment, and each group of lenses is composed of a cylinder lens.

입사방향의 좌측에서 제1군의 렌즈(621), 제2군의 렌즈(622) 및 제3군의 렌즈(623)가 순차적으로 설치되며, 제3군의 렌즈(623)가 고정된 상태에서 제1군의 렌즈(621) 및 제2군의 렌즈(622)가 줌궤적에 맞게 비선형으로 움직이도록 구성된다.A first group of lenses 621, a second group of lenses 622, and a third group of lenses 623 are sequentially installed on the left side of the incident direction, and in a state in which the third group of lenses 623 is fixed The first group of lenses 621 and the second group of lenses 622 are configured to move non-linearly according to the zoom trajectory.

장축 투사 결상 광학계(620)를 줌광학계로 구성하여 장축방향의 길이를 연속적으로 조절이 가능하게 하는 작용을 하게 된다.By configuring the long-axis projection imaging optical system 620 as a zoom optical system, the length in the long-axis direction can be continuously adjusted.

도 12 은 본 발명에서 단축 투사 결상 광학계를 도시하는 도면이다.12 is a diagram showing a single-axis projection imaging optical system in the present invention.

단축 투사 결상 광학계(700)는 전체적으로 4군의 렌즈(710,720,730,740)가 입사방향으로 순차적으로 설치된다.In the single-axis projection imaging optical system 700 , four groups of lenses 710 , 720 , 730 , and 740 are sequentially installed in the incident direction.

제1군의 렌즈(710) 및 제4군의 렌즈(740)가 고정된 상태에서 제2군의 렌즈(720. 통상 변환자 variator 라고 함)가 직선으로 움직이면 제3군의 렌즈(730. 통상 보상자, Compansator라고 함)가 줌궤적에 맞게 비선형으로 움직이도록 구성된다.When the lenses of the second group (720, usually referred to as a variator) move in a straight line while the first group of lenses 710 and the fourth group of lenses 740 are fixed, the third group of lenses 730 (normally) The compensator (called Compansator) is configured to move non-linearly according to the zoom trajectory.

단축 투사 결상광학계(700)는 단축방향의 선폭을 조절할 수 있도록 12mm의 입사빔에 대하여 초점거리가 300mm (NA 0.02)에서 600mm(NA 0.01)까지 가변하는 줌 렌즈로 설계된다.The single axis projection imaging optical system 700 is designed as a zoom lens whose focal length varies from 300 mm (NA 0.02) to 600 mm (NA 0.01) for an incident beam of 12 mm so that the line width in the short axis direction can be adjusted.

참고로, 레이저 광학계의 스폿 사이즈과 심도(Depth of Focus)는 아래 식으로 결정된다For reference, the spot size and depth of focus of the laser optical system are determined by the following formula

스폿 사이즈 = ( 2 / π ) * ( λ / NA ) * M² Spot size = ( 2 / π ) * ( λ / NA ) * M²

심도 = ( 2 / π ) * ( λ / NA² ) * M² Depth = ( 2 / π ) * ( λ / NA² ) * M²

= 스폿 사이즈 / NA = spot size / NA

여기서 λ : 파장, NA : 개구수, M : 회절율where λ: wavelength, NA: numerical aperture, M: diffraction

본 발명의 작용을 정리하면 다음과 같다.The operation of the present invention is summarized as follows.

본 발명에서는 광원(100)에서 출사된 빔은 줌렌즈 광학계로 이루어지는 빔 직경 조절 광학계(200)에 의해 직경이 일정하게 조절된 다음 스페클 저감부(220)에 의해 광로가 분리되면서 가능 간섭거리 이상으로 지연되어 스페클이 저감된 상태로 출사된다.In the present invention, the beam emitted from the light source 100 is adjusted to a constant diameter by the beam diameter control optical system 200 consisting of a zoom lens optical system, and then the optical path is separated by the speckle reduction unit 220 to exceed the possible interference distance. It is delayed and emitted with reduced speckle.

다음으로 빔 확대부(300)에 의해 원형 빔에서 타원으로 확대된 다음 빔 변환부(400)에 의해 y 축 방향으로 포커스된 스폿의 크기가 작은 라인 빔이 형성되는 작용을 하게 된다.Next, a line beam having a small size of a spot focused in the y-axis direction is formed by the beam converting unit 400 after being expanded from a circular beam to an ellipse by the beam expanding unit 300 .

그런 다음, 줌렌즈 광학계로 이루어지는 단축 빔 직경 조절 광학계(500)에 의해 단축 방향으로의 빔의 직경을 확대하는 작용을 한다.Then, it acts to enlarge the diameter of the beam in the short axis direction by the short axis beam diameter control optical system 500 made of the zoom lens optical system.

한편, 단축 빔 직경 조절 광학계(500)에서 출사된 빔은 장축 광학계(600)의 플라이 아이 렌즈 부(610)을 통과하면서 장축 빔의 밝기가 균일화된 다음, 줌렌즈 광학계로 이루어지는 장축 투사 결상 광학계(620)를 통과하면서 빔의 장축 길이가 조절되는 작용을 하게 된다.On the other hand, the beam emitted from the short-axis beam diameter control optical system 500 passes through the fly-eye lens unit 610 of the long-axis optical system 600, the brightness of the long-axis beam is uniformed, and then the long-axis projection imaging optical system 620 comprising a zoom lens optical system. ), the length of the long axis of the beam is adjusted.

다음으로, 줌렌즈 광학계로 이루어지는 단축 투사 결상 광학계(700)를 통과하면서 단축 방향의 선폭을 조절하는 작용을 하게 된다.Next, while passing through the uniaxial projection imaging optical system 700 made of the zoom lens optical system, it functions to adjust the line width in the short axis direction.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention. It should be understood that there may be equivalents and variations.

100 : 광원 200 : 빔 전달 광학계
300 : 빔 확대부 400 : 빔 변환부
500 : 단축 빔 직경 조절부 600 : 장축 광학계
700 : 단축 광학계
100: light source 200: beam delivery optical system
300: beam expanding unit 400: beam converting unit
500: short-axis beam diameter control unit 600: long-axis optical system
700: single axis optical system

Claims (9)

빔을 출사하는 광원과,
상기 광원에 의해 출사된 빔을 확대하기 위한 빔 확대부와,
상기 빔 확대부에 의해 확대된 빔을 변환하기 위한 빔 변환부로 이루어지며,
상기 빔 확대부는,
상기 광원의 후단에 설치되는 구면 렌즈와,
상기 구면 렌즈의 후단에 설치되는 한 쌍의 실린더 렌즈로 이루어지고,
상기 빔 변환부는,
상기 한 쌍의 실린더 렌즈 후단에 설치되며 단부면이 절단된 복수의 구면 렌즈가 연결되어 이루어지는 전단 구면렌즈 어레이와,
상기 전단 구면렌즈 어레이의 후단에 설치되며 복수의 구면 렌즈 각각에 대응하여 각각 설치되어 부분 빔을 회전시키는 복수의 빔 변환수단으로 이루어지는 빔 변환수단 어레이와,
상기 빔 변환수단의 후단에 설치되며 단부면이 절단된 복수의 구면 렌즈가 연결되어 이루어지는 후단 구면렌즈 어레이로 이루어지며,
상기 각 빔 변환수단은 입사된 부분 빔이 회전하여 상하반전되어 출사되도록 복수의 프리즘의 조합 또는 거울의 조합 또는 프리즘 및 거울의 조합으로 이루어지며,
상기 각 빔 변환수단은 빔 진행방향(z 방향)에 수평한 xy 평면상에서 경사지게 배치되고, 상하방향으로 일렬로 배치되고,
상기 각 빔 변환수단은 xy 평면에서 볼 때 서로 45도의 대칭각으로 경사지게배치되어 하방으로 정점을 형성하도록 배치되는 2개의 제1,2거울과, 상기 정점의 하부에 수평하게 배치되는 제3거울로 이루어지며,
상기 제1,2거울의 외부에는 각각 제1,2반사면이 형성되어 있으며, 상기 제3거울의 상면에는 제3반사면이 형성됨으로써,
상기 제1거울의 제1반사면으로 입사된 상이 상기 제3거울의 제3반사면에서 반사된 다음 상기 제2거울의 제2반사면에서 반사되어 상하반전되어 출사하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.
a light source emitting a beam, and
a beam expanding unit for expanding the beam emitted by the light source;
Consists of a beam converting unit for converting the expanded beam by the beam expanding unit,
The beam expander,
a spherical lens installed at the rear end of the light source;
Consists of a pair of cylinder lenses installed at the rear end of the spherical lens,
The beam converter,
a front-end spherical lens array installed at the rear end of the pair of cylinder lenses and connected to a plurality of spherical lenses with cut end surfaces;
a beam converting means array installed at the rear end of the front end spherical lens array and comprising a plurality of beam converting means installed in correspondence with each of a plurality of spherical lenses to rotate a partial beam;
It is installed at the rear end of the beam converting means and consists of a rear end spherical lens array in which a plurality of spherical lenses with cut end surfaces are connected,
Each of the beam converting means consists of a combination of a plurality of prisms or a combination of mirrors or a combination of a prism and a mirror so that the incident partial beam is rotated and output is vertically inverted,
Each of the beam converting means is disposed obliquely on the xy plane horizontal to the beam traveling direction (z direction), arranged in a line in the vertical direction,
Each of the beam converting means includes two first and second mirrors disposed to be inclined at a symmetric angle of 45 degrees to each other when viewed in the xy plane to form a vertex downward, and a third mirror disposed horizontally under the vertex. is made,
The first and second reflective surfaces are respectively formed on the outside of the first and second mirrors, and a third reflective surface is formed on the upper surface of the third mirror,
characterized in that the image incident on the first reflective surface of the first mirror is reflected by the third reflective surface of the third mirror, and then is reflected from the second reflective surface of the second mirror and is vertically inverted to output line beam forming device.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1 에 있어서,
상기 광원과 빔 확대부의 사이에는 빔 전달 광학계가 설치되고,
상기 빔 전달 광학계는 빔 직경 조절 광학계를 포함하며,
상기 빔 직경 조절 광학계는 상기 광원에서 출사되는 빔의 직경을 일정하게 조절하기 위한 무초점 줌 렌즈 광학계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.
The method according to claim 1,
A beam delivery optical system is installed between the light source and the beam expander,
The beam delivery optical system includes a beam diameter control optical system,
The beam diameter adjusting optical system is a line beam forming apparatus, characterized in that the non-focus zoom lens optical system for constantly adjusting the diameter of the beam emitted from the light source.
청구항 5 에 있어서,
상기 빔 전달 광학계는 상기 빔 직경 조절 광학계의 후방에 배치되는 스페클 저감부를 포함하며,
상기 스페클 저감부는,
상부 프리즘과 상기 상부 프리즘의 하부에 설치되는 하부 프리즘과,
상기 상부 프리즘 및 하부 프리즘 사이에 설치되며 서로 대향하도록 배치되는 2개의 빔 스플리터로 이루어지며,
상기 2개의 빔 스플리터의 투과 반사율은 상기 광원의 간섭 가능 거리보다 광원의 지연거리가 더 크도록 결정되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.
6. The method of claim 5,
The beam delivery optical system includes a speckle reduction unit disposed behind the beam diameter control optical system,
The speckle reduction unit,
an upper prism and a lower prism installed under the upper prism;
It is installed between the upper prism and the lower prism and consists of two beam splitters disposed to face each other,
The transmission reflectance of the two beam splitters is determined so that the delay distance of the light source is greater than the interference possible distance of the light source.
청구항 6 에 있어서,
상기 빔 변환수단의 후방에는 단축 빔 직경 조절 광학계가 설치되며,
상기 단축 빔 직경 조절 광학계는 무초점 줌 광학계로 형성되어 상기 빔 변환수단에서 출사된 단축 방향의 빔의 직경을 확대하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.
7. The method of claim 6,
A single axis beam diameter control optical system is installed behind the beam converting means,
The uniaxial beam diameter adjusting optical system is formed as a non-focus zoom optical system to enlarge the diameter of the beam in the uniaxial direction emitted from the beam converting means.
청구항 7 에 있어서,
상기 단축 빔 직경 조절 광학계의 후방에서는 장축 광학계가 설치되며,
상기 장축 광학계는 서로 대향하여 배치되어 장축 빔의 밝기를 균일화하기 위한 플라이 아이 렌즈부와,
상기 플라이 아이 렌즈 부의 후방에 배치되며 줌광학계로 이루어져 장축의 길이를 조절하기 위한 장축 투사 결상 광학계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.
8. The method of claim 7,
A long-axis optical system is installed at the rear of the short-axis beam diameter control optical system,
The long-axis optical system is disposed opposite to each other, and a fly-eye lens unit for equalizing the brightness of the long-axis beam;
A line beam forming apparatus, which is disposed at the rear of the fly's eye lens unit and comprises a long-axis projection imaging optical system for adjusting the length of the long-axis by a zoom optical system.
청구항 8 에 있어서,
상기 장축 광학계의 후방에는 단축 투사 결상 광학계가 설치되며,
상기 단축 투사 결상 광학계는 단축방향의 선폭을 조절할 수 있도록 줌 렌즈 광학계로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 라인 빔 형성장치.
9. The method of claim 8,
A short-axis projection imaging optical system is installed behind the long-axis optical system,
The single-axis projection imaging optical system is a line beam forming apparatus, characterized in that it is formed as a zoom lens optical system to adjust the line width in the short axis direction.
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