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KR101920685B1 - Scan Lens for Laser Micro Processing - Google Patents

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KR101920685B1
KR101920685B1 KR1020170139500A KR20170139500A KR101920685B1 KR 101920685 B1 KR101920685 B1 KR 101920685B1 KR 1020170139500 A KR1020170139500 A KR 1020170139500A KR 20170139500 A KR20170139500 A KR 20170139500A KR 101920685 B1 KR101920685 B1 KR 101920685B1
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laser beam
laser
lenses
scan
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KR1020170139500A
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Inventor
이병귀
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주식회사 필옵틱스
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Abstract

The present invention relates to a scan lens for laser micro processing and, more specifically, provides a scan lens for laser micro processing, wherein four lenses are arranged in order, and two lenses at a light source side relatively and greatly diffuse and refract a laser beam in an outdoor direction, and two lenses at a phase side relatively and greatly focus and refract a laser beam in a central direction by setting a focal distance of the four lenses. Therefore, a distortion aberration of the lenses can be minimized, and further, an aberration with respect to a laser beam can be easily corrected. Moreover, a lens is easily processed to reduce manufacturing costs, and an irradiation angle of a laser beam irradiated on an object to be processed is close to an orthogonal direction to more accurately process a laser.

Description

레이저 미세 가공용 스캔 렌즈{Scan Lens for Laser Micro Processing} Scan Lens for Laser Micro-machining [

본 발명은 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈에 관한 것이다. 보다 상세하게는 4개의 렌즈를 순차적으로 배치하고 광원측 2개의 렌즈는 레이저 빔을 상대적으로 크게 외곽 방향으로 확산 굴절시키고 결상면측 2개의 렌즈는 레이저 빔을 상대적으로 크게 중심 방향으로 집속 굴절시키도록 4개 렌즈의 초점 거리를 설정함으로써, 렌즈의 왜곡 수차를 최소화할 뿐만 아니라 레이저 빔에 대한 수차 보정이 용이하고, 렌즈 가공 또한 용이하여 제작 비용을 절감할 수 있으며, 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔의 조사 각도를 직각 방향에 근접하게 할 수 있어 더욱 정밀한 레이저 가공을 가능하게 하는 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈에 관한 것이다.The present invention relates to a scan lens for laser micro-machining. More specifically, four lenses are sequentially arranged, and the two lenses on the light source side diffuse and refract the laser beam relatively outward, and the two lenses on the image plane side focus the laser beam relatively in the center direction By setting the focal length of the single lens, distortion aberration of the lens can be minimized, aberration correction for the laser beam can be easily performed, lens processing can be easily performed, and manufacturing cost can be reduced. And the angle can be brought close to a perpendicular direction to enable more precise laser machining.

최근 반도체 산업의 발달과 함께 고밀도 집적회로 또는 고밀도 생산품이 요구되고 있는데, 이러한 제품들에 대해 과거의 기계 가공 기술만으로는 정밀한 가공에 한계가 있어 최근에는 레이저를 이용한 정밀 가공 장치가 개발되어 사용되고 있다.In recent years, a precision processing apparatus using a laser has been developed and used. In recent years, a precision processing apparatus using a laser has been developed and used.

레이저를 이용한 정밀 가공 장치는 목표물에 대해 비접촉 방식으로 매우 국부적인 곳에 레이저 빔을 조사하여 주변에 손상없이 원하는 목표물을 제거하거나 마킹, 표면 처리 등을 수행하는 것으로 최근 반도체 장비를 비롯하여 다양한 산업 분야에 널리 사용되고 있다.The precision machining system using laser is to irradiate a laser beam at a very local place in a non-contact manner to the target to remove the desired target without damaging the surroundings, to perform marking, surface treatment, etc. Recently, .

이러한 레이저 가공 장치는 가공 대상물이 스테이지 상면에 고정되고 레이저 발생부가 스테이지의 상부에 배치되며, 레이저 발생부에서 발생된 레이저 빔이 가공 대상물에 조사되는 방식으로 구성된다. Such a laser processing apparatus is configured in such a manner that the object to be processed is fixed on the upper surface of the stage, the laser generation unit is disposed on the stage, and the laser beam generated in the laser generation unit is irradiated to the object.

초기에는 레이저 빔의 조사 방향이 고정되고 가공 대상물이 결합된 스테이지가 이동하면서 가공 대상물의 전체 영역을 가공하는 방식으로 구성되었으며, 이 경우 정밀 가공은 가능하였으나 가공 시간이 오래걸리고 정밀한 이동을 위한 고가의 스테이지가 필요하다는 등의 문제가 있었다.In the initial stage, the irradiation direction of the laser beam is fixed, and the stage where the object to be processed is moved is used to process the entire area of the object. In this case, precision machining was possible but the machining time is long and the expensive There is a problem that a stage is required.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 갈바노미터(Galvanometer) 및 스캔 렌즈를 이용하여 레이저 빔의 조사 방향을 신속하게 조절하는 방식으로 빠른 시간에 가공 대상물에 대한 대면적 가공이 가능하도록 기술 발전이 이루어지고 있다.In order to solve these problems, recently, a method of quickly controlling the irradiation direction of a laser beam using a galvanometer and a scan lens has been developed so that a large area can be processed for a workpiece in a short time have.

이러한 레이저 가공 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 발생부(10)로부터 발생된 레이저 빔이 갈바노미터(30)에 의해 반사되어 조리개(ST)를 통해 스캔 렌즈(40)를 통과한 후, 가공 대상물(20)에 조사된다. 갈바노미터(30)는 레이저 빔의 반사 각도를 신속하게 조절하여 레이저 빔이 가공 대상물(20)의 전체 영역에 조사되도록 할 수 있다. 갈바노미터(30)에 의해 반사된 레이저 빔을 가공 대상물(20)에 집광시킬 수 있도록 스캔 렌즈(40)가 사용된다. 즉, 갈바노미터(30)에 의해 반사된 레이저 빔은 스캔 렌즈(40)를 통과하며 가공 대상물(20)에 집광 조사되어 가공 대상물(20)을 가공하게 된다.1, a laser beam generated from a laser generator 10 is reflected by a galvanometer 30 and passes through a diaphragm ST through a scan lens 40, And is irradiated onto the object 20 to be processed. The galvanometer 30 can rapidly adjust the reflection angle of the laser beam so that the laser beam is irradiated to the entire area of the object 20. A scan lens 40 is used to focus the laser beam reflected by the galvanometer 30 onto the object 20. That is, the laser beam reflected by the galvanometer 30 passes through the scan lens 40, is converged on the object 20 to be processed, and the object 20 is processed.

레이저 가공 장치의 초기 모델에서는 갈바노미터가 사용되지 않고 일정한 방향으로 레이저 빔이 조사되므로, 스캔 렌즈의 중심부를 통해 레이저 빔을 통과시켜 집광시키는 방식으로 구성되었지만, 최근 모델에서는 갈바노미터(30)가 사용되어 레이저 빔이 스캔 렌즈(40)의 중심부 뿐만 아니라 외곽부까지 통과해야 하는 방식으로 구성된다.In the initial model of the laser machining apparatus, the galvanometer is not used, but the laser beam is irradiated in a predetermined direction. Therefore, the laser beam is condensed by passing the laser beam through the center of the scan lens. Is used so that the laser beam passes through the outer periphery as well as the center of the scan lens 40. [

도 1에 도시된 바와 같이 레이저 빔이 스캔 렌즈(40)의 중심부를 통과하게 되면, 스캔 렌즈의 왜곡 수차 등이 최소화되므로, 가공 대상물(20)에 직각 방향으로 레이저 빔이 입사되어 집광되고, 따라서, 가공 대상물(20)에 집광된 레이저 빔의 초점 영역은 M1과 같이 상대적으로 작게 형성된다. 그러나, 레이저 빔이 스캔 렌즈(40)의 외곽부를 통과하게 되면, 스캔 렌즈의 왜곡 수차 등이 증가하여 도 1에 도시된 바와 같이 광축 방향에 대해 θ 각도 만큼 경사진 상태로 가공 대상물(20)에 입사되어 집광된다. 이 경우, 가공 대상물(20)에 집광된 레이저 빔의 초점 영역은 M2와 같이 상대적으로 크게 형성될 뿐만 아니라 일정 정도 찌그러진 형태로 형성된다.As shown in FIG. 1, when the laser beam passes through the center of the scan lens 40, a distortion aberration of the scan lens is minimized, so that the laser beam is incident on the object 20 in a direction perpendicular to the object 20, , The focus region of the laser beam focused on the object 20 is formed to be relatively small as in M1. However, when the laser beam passes through the outer frame of the scan lens 40, the distortion aberration of the scan lens increases, and as shown in Fig. 1, the laser beam is inclined at an angle of? And is incident and condensed. In this case, the focus region of the laser beam focused on the object 20 is formed not only relatively large as in M2 but also in a distorted shape to some extent.

따라서, 최근에는 이러한 왜곡 수차를 최소화할 수 있는 스캔 렌즈(40)에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 스캔 렌즈(40)를 제 1 및 제 2 렌즈(41,42) 2개의 렌즈로 구성하면, 구조가 단순화되는 장점이 있으나, 왜곡 수차가 증가하게 되며, 왜곡 수차를 감소시키기 위해서는 레이저 빔이 가급적 스캔 렌즈(40)의 중심부를 통과할 수 있도록 스캔 렌즈(40)의 크기를 대형화해야 한다. 스캔 렌즈(40)를 대형화할수록 전체 장치가 대형화되고 렌즈 제작 비용 또한 급격히 증가하게 되는 등 여러가지 문제가 있어 스캔 렌즈(40)를 대형화하는데에는 한계가 있다.Therefore, in recent years, research and development have been actively conducted on the scan lens 40 that can minimize such a distortion aberration. For example, as shown in FIG. 1, if the scan lens 40 is composed of two lenses of the first and second lenses 41 and 42, the structure is simplified, but the distortion aberration is increased, In order to reduce the distortion aberration, the size of the scan lens 40 must be increased so that the laser beam can pass through the center portion of the scan lens 40 as much as possible. As the size of the scan lens 40 is increased, the overall size of the apparatus is increased and the manufacturing cost of the lens is rapidly increased. Thus, there are limitations in increasing the size of the scan lens 40.

이러한 여러가지 문제들로 인해 레이저 가공 장치를 위한 최적화된 스캔 렌즈의 개발이 매우 어렵고 그 연구 과정 또한 매우 더디게 이루어지고 있다.Due to these various problems, it is very difficult to develop an optimized scan lens for a laser processing apparatus, and the research process is also very slow.

국내등록특허 제10-0364404호Korean Patent No. 10-0364404

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 4개의 렌즈를 순차적으로 배치하고 광원측 2개의 렌즈는 레이저 빔을 상대적으로 크게 외곽 방향으로 확산 굴절시키고 결상면측 2개의 렌즈는 레이저 빔을 상대적으로 크게 중심 방향으로 집속 굴절시키도록 4개 렌즈의 초점 거리를 설정함으로써, 렌즈의 왜곡 수차를 최소화할 뿐만 아니라 레이저 빔에 대한 수차 보정이 용이하고, 렌즈 가공 또한 용이하여 제작 비용을 절감할 수 있으며, 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔의 조사 각도를 직각 방향에 근접하게 할 수 있어 더욱 정밀한 레이저 가공을 가능하게 하는 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide an optical pickup apparatus, in which four lenses are arranged sequentially and two lenses on a light source side diffuse and refract a laser beam relatively outwardly, By setting the focal lengths of the four lenses so that the laser beam is relatively concentrated and refracted in the center direction, it is possible to minimize the distortion aberration of the lens as well as to correct the aberration of the laser beam. It is possible to reduce the cost and make the irradiation angle of the laser beam irradiated on the object close to the direction perpendicular to the direction of the laser beam, thereby enabling more precise laser processing.

본 발명은, 광원으로부터 다양한 입사각으로 입사되는 레이저 빔을 가공 대상물의 가공 지점에 집광하여 조사하는 미세 가공을 위한 레이저용 스캔 렌즈에 있어서, 광원측으로부터 결상면측을 따라 순서대로 배치되는 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈 및 제 4 렌즈를 포함하고, 상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈는 음의 굴절능을 갖고, 상기 제 3 렌즈 및 제 4 렌즈는 양의 굴절능을 갖도록 형성되며, 상기 제 1 내지 제 4 렌즈 각각의 초점 거리를 f1, f2, f3, f4 라 하고, 상기 제 1 내지 제 4 렌즈 전체에 대한 전체 초점 거리를 f 라 할 때, 다음의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈를 제공한다.The present invention relates to a scan lens for fine processing for collecting and irradiating a laser beam incident from a light source at various incidence angles to a processing point of an object to be processed, comprising: a first lens arranged in order from the light source side along the image plane side; Wherein the first lens and the second lens have a negative refracting power, the third lens and the fourth lens are formed to have a positive refracting power, and the second lens, the third lens and the fourth lens, The focal lengths of the first to fourth lenses are f1, f2, f3, and f4, and the total focal length of the first to fourth lenses is f, the following conditional expression 1 is satisfied And a scan lens for fine processing the laser.

<조건식 1><Conditional Expression 1>

-1.6 < f1/f < -1.3-1.6 < f1 / f < -1.3

-3.2 < f2/f < -2.7-3.2 < f2 / f < -2.7

0.9 < f3/f < 1.20.9 < f3 / f < 1.2

1.8 < f4/f < 21.8 < f4 / f < 2

또한, 상기 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈는, 상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈 전체에 대한 통합 초점 거리를 f12 라 하고, 상기 제 3 렌즈 및 제 4 렌즈 전체에 대한 통합 초점 거리를 f34 라 할 때, 다음의 조건식 2를 만족하도록 형성될 수 있다.When the integrated focal length of the first lens and the second lens is f12 and the integrated focal length of the third lens and the fourth lens is f34, The following conditional expression (2) can be satisfied.

<조건식 2><Conditional expression 2>

-1.1 < f12/f < -0.96-1.1 < f12 / f < -0.96

0.68 < f34/f < 0.750.68 < f34 / f < 0.75

이때, 상기 제 1 렌즈로부터 광원측 방향으로 이격된 위치에는 레이저 빔의 광량을 제한할 수 있는 조리개가 배치되고, 상기 조리개는 상기 제 1 렌즈로부터 25 ~ 30 mm 의 이격 거리를 갖도록 배치될 수 있다.At this time, a diaphragm for limiting the light amount of the laser beam may be disposed at a position spaced apart from the first lens in the direction of the light source, and the diaphragm may be arranged to have a distance of 25 to 30 mm from the first lens .

본 발명에 의하면, 4개의 렌즈를 순차적으로 배치하고 광원측 2개의 렌즈는 레이저 빔을 상대적으로 크게 외곽 방향으로 확산 굴절시키고 결상면측 2개의 렌즈는 레이저 빔을 상대적으로 크게 중심 방향으로 집속 굴절시키도록 4개 렌즈의 초점 거리를 설정함으로써, 렌즈의 왜곡 수차를 최소화할 뿐만 아니라 레이저 빔에 대한 수차 보정이 용이하고, 렌즈 가공 또한 용이하여 제작 비용을 절감할 수 있으며, 가공 대상물에 조사되는 레이저 빔의 조사 각도를 직각 방향에 근접하게 할 수 있어 더욱 정밀한 레이저 가공을 가능하게 하는 효과가 있다.According to the present invention, the four lenses are sequentially arranged, and the two lenses on the light source side diffuse and refract the laser beam relatively outward in the outward direction, and the two lenses on the image plane side focus the laser beam relatively in the center direction By setting the focal lengths of the four lenses, not only distortion aberration of the lens can be minimized, aberration correction for the laser beam can be easily performed, lens processing is also easy, and manufacturing cost can be reduced. It is possible to make the irradiation angle close to the perpendicular direction so that more accurate laser processing can be performed.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 레이저 가공 장치 및 스캔 렌즈의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈의 세부 배치 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈를 사용한 경우 나타나는 초점 영역의 형태를 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a conventional laser processing apparatus and a scan lens according to the related art,
FIG. 2 is a view schematically showing the construction of a scan lens for laser micro-machining according to an embodiment of the present invention;
3 is a schematic view illustrating a detailed arrangement structure of a scan lens for laser micro-machining according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a view showing a shape of a focus region when a scan lens for laser micro-machining according to an embodiment of the present invention is used.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈의 세부 배치 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈를 사용한 경우 나타나는 초점 영역의 형태를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view schematically showing a configuration of a scan lens for laser micro-machining according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic view illustrating a detailed arrangement structure of a scan lens for laser micromachining according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view showing a shape of a focus region when a scan lens for laser micro-machining according to an embodiment of the present invention is used.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈는 광원으로부터 다양한 입사각으로 입사되는 레이저 빔을 가공 대상물(20)의 가공 지점에 집광하여 조사하기 위한 렌즈로서, 광원측으로부터 결상면측을 따라 순서대로 배치되는 제 1 렌즈(100), 제 2 렌즈(200), 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)를 포함하여 구성된다. A scan lens for laser micro-machining according to an embodiment of the present invention is a lens for collecting and irradiating a laser beam incident at various incidence angles from a light source onto a processing point of a workpiece 20, A first lens 100, a second lens 200, a third lens 300, and a fourth lens 400 arranged in this order.

제 1 렌즈(100)의 광원측 방향으로 이격된 위치에는 레이저 빔의 광량을 제한할 수 있는 조리개(600)가 배치되고, 제 4 렌즈(400)의 결상면측 방향으로 이격된 위치에는 렌즈를 보호할 수 있도록 보호 글래스(500)가 배치된다.A diaphragm 600 capable of limiting the light amount of the laser beam is disposed at a position spaced apart from the light source side of the first lens 100. A lens 600 is provided at a position spaced apart from the image forming side of the fourth lens 400 A protective glass 500 is disposed.

제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)는 음의 굴절능(negative power)을 갖고, 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)는 양의 굴절능(positive power)을 갖도록 형성된다. The first lens 100 and the second lens 200 have a negative refractive power and the third lens 300 and the fourth lens 400 are formed to have a positive refractive power. do.

제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)는 음의 굴절능을 갖기 때문에 입사되는 레이저 빔을 렌즈의 외곽 방향으로 굴절시켜 확산시키는 기능을 수행하고, 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)는 양의 굴절능을 갖기 때문에 입사되는 레이저 빔을 중심 방향으로 굴절시켜 모아주는 기능을 수행한다.Since the first lens 100 and the second lens 200 have a negative refracting power, the first lens 100 and the second lens 200 refract and diffuse the incident laser beam toward the outer periphery of the lens, Since the laser beam 400 has a positive refracting power, it functions to refract the incident laser beam toward the center direction.

따라서, 레이저 빔(L2,L3,L4,L5)이 스캔 렌즈에 경사진 방향의 입사각도로 입사되는 경우, 레이저 빔은 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)를 통과하며 외곽 방향으로 확산되도록 굴절되고, 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)를 통과하며 중심 방향으로 모아지도록 굴절된다. 물론, 스캔 렌즈의 광축을 따라 입사되는 레이저 빔(L1)은 굴절되지 않고 광축과 평행하게 그대로 진행한다.Accordingly, when the laser beams L2, L3, L4, and L5 are incident on the scan lens at an incident angle oblique to the scan lens, the laser beam is incident on the first lens 100 and the second lens 200, Passes through the third lens 300 and the fourth lens 400, and is refracted so as to be collected in the center direction. Of course, the laser beam L1 incident along the optical axis of the scan lens is not refracted but travels in parallel with the optical axis.

이와 같은 굴절 경로로 제 1 렌즈(100) 내지 제 4 렌즈(400)를 통과한 레이저 빔은 이후 도 2에 도시된 바와 같이 가공 대상물(20)에 대한 직각 방향에 매우 근접한 조사 각도로 조사된다.The laser beam having passed through the first lens 100 to the fourth lens 400 with such a refraction path is then irradiated at an irradiation angle very close to the direction perpendicular to the object 20 as shown in Fig.

이때, 제 1 렌즈(100), 제 2 렌즈(200), 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)는 아래와 같은 <조건식 1>을 만족하도록 형성된다.At this time, the first lens 100, the second lens 200, the third lens 300, and the fourth lens 400 are formed to satisfy the following conditional expression (1).

<조건식 1><Conditional Expression 1>

-1.6 < f1/f < -1.3-1.6 < f1 / f < -1.3

-3.2 < f2/f < -2.7-3.2 < f2 / f < -2.7

0.9 < f3/f < 1.20.9 < f3 / f < 1.2

1.8 < f4/f < 21.8 < f4 / f < 2

여기서, f1은 제 1 렌즈(100)의 초점 거리, f2는 제 2 렌즈(200)의 초점 거리, f3은 제 3 렌즈(300)의 초점 거리, f4는 제 4 렌즈(400)의 초점 거리이며, f는 제 1 렌즈(100) 내지 제 4 렌즈(400) 전체에 대한 전체 초점 거리를 의미한다.Here, f1 is the focal length of the first lens 100, f2 is the focal length of the second lens 200, f3 is the focal length of the third lens 300, and f4 is the focal length of the fourth lens 400 , and f denotes the entire focal length of the entire first to fourth lenses 100 to 400. [

제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)는 전술한 바와 같이 음의 굴절능을 갖기 때문에, 입사되는 레이저 빔을 확산시키는 방향으로 굴절시키는데, 제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)의 초점 거리 범위를 각각 위의 <조건식 1>의 범위를 벗어나게 형성하게 되면, 레이저 빔의 확산 굴절이 과하게 발생하거나 또는 확산 굴절이 너무 작게 발생한다.Since the first lens 100 and the second lens 200 have a negative refracting power as described above, the first lens 100 and the second lens 200 refract in the direction of diffusing the incident laser beam. The first lens 100 and the second lens 200 ) Is formed to be out of the range of the above conditional expression (1), the diffraction refraction of the laser beam is excessively generated or the diffraction refraction occurs too small.

예를 들어, f2/f의 범위를 해당 범위보다 더 작은 수치로 설정하게 되면, 제 2 렌즈(200)의 곡률이 완만해지고 입사하는 레이저 빔의 각도가 상대적으로 작아지며, 이에 따라 제 2 렌즈(200)에 의한 확산 굴절 정도가 작아져 다양한 입사각의 레이저 빔의 굴절 경로가 서로 중첩되어 렌즈 외곽부에서 렌즈 수차 보정이 어렵게 된다. 또한, 이 경우, 렌즈 외곽을 통과하는 레이저 빔과 렌즈 중심을 통과하는 레이저 빔이 분리되지 않고 매우 근접하게 위치하게 되므로, 이들에 대한 수차 보정 또한 어렵게 된다.For example, if the range of f2 / f is set to a value smaller than the range, the curvature of the second lens 200 becomes gentle and the angle of the incident laser beam becomes relatively small, The diffraction refraction degree of the laser beam 200 is reduced and the refraction paths of the laser beams of various incident angles are superimposed on each other, thereby making it difficult to correct the lens aberration at the outer periphery of the lens. Further, in this case, since the laser beam passing through the lens outer periphery and the laser beam passing through the lens center are located very close to each other without being separated, aberration correction for them is also difficult.

따라서, f2/f의 범위를 상대적으로 크게 설정하여 제 2 렌즈(200)를 통과하는 레이저 빔에 대한 확산 굴절 정도가 크도록 형성하는 것이 다양한 입사각의 레이저 빔을 외곽 방향으로 크게 확산 굴절시킬 수 있어 레이저 빔에 대한 수차 보정이 용이해진다. Therefore, it is possible to largely diffuse and refract the laser beam of various incident angles in the outward direction by forming the f2 / f range to be relatively large and the diffraction refraction degree of the laser beam passing through the second lens 200 to be large The aberration correction for the laser beam becomes easy.

그러나, f2/f의 범위를 일정 범위 이상으로 크게 증가시키게 되면, 제 2 렌즈(200)의 곡률이 급격해져서 렌즈 가공에 어려움이 발생하며, 렌즈에 입사하는 레이저 빔의 입사 각도가 증가하여 수차 발생량이 증가하게 된다.However, if the range of f2 / f is largely increased to a certain range or more, the curvature of the second lens 200 becomes abrupt, so that it is difficult to process the lens, and the incidence angle of the laser beam incident on the lens increases, .

본 발명의 일 실시예에서는 이러한 원리에 따라 f2/f의 범위를 위 <조건식 1>과 같이 설정하였으며, 음의 굴절능을 갖는 제 1 렌즈에 대해서도 마찬가지 원리로 f1/f의 범위를 설정하였다.In the embodiment of the present invention, the range of f2 / f is set as above in accordance with this principle, and the range of f1 / f is also set for the first lens having negative refracting power on the same principle.

한편, 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)는 양의 굴절능을 갖는 것으로, 제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)에 의해 확산 굴절된 레이저 빔을 중심 방향으로 굴절시켜 모아주는 기능을 하는데, 제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)에 의해 상대적으로 확산 굴절 정도가 크게 설정된 것에 대응하여 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)의 굴절 성능 또한 상대적으로 크게 설정된다.The third lens 300 and the fourth lens 400 have a positive refracting power and refract the laser beam diffused and refracted by the first lens 100 and the second lens 200 in the center direction The refraction performance of the third lens 300 and the fourth lens 400 is relatively high in response to the degree of diffusion refraction relatively set by the first lens 100 and the second lens 200, .

이를 통해 가공 대상물(20)에 조사되는 레이저 빔의 입사 각도를 직각 방향에 근접하게 할 수 있으며, 이로 인해 가공 스팟의 면적을 줄일 수 있어 더욱 정밀한 가공을 가능하게 한다.This makes it possible to bring the angle of incidence of the laser beam irradiated on the object 20 close to the perpendicular direction, thereby reducing the area of the machining spot and enabling more precise machining.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 렌즈(100), 제 2 렌즈(200), 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)는 아래와 같은 <조건식 2>를 만족하도록 형성된다.In addition, the first lens 100, the second lens 200, the third lens 300, and the fourth lens 400 according to an embodiment of the present invention are formed to satisfy the following conditional expression (2).

<조건식 2><Conditional expression 2>

-1.1 < f12/f < -0.96-1.1 < f12 / f < -0.96

0.68 < f34/f < 0.750.68 < f34 / f < 0.75

여기서, f12는 제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200) 전체에 대한 통합 초점 거리를 의미하고, f34는 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400) 전체에 대한 통합 초점 거리를 의미한다.Here, f12 denotes an integrated focal length of the first lens 100 and the second lens 200, and f34 denotes an integrated focal length of the entire third lens 300 and the fourth lens 400 do.

전술한 바와 같이 제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)는 입사되는 레이저 빔을 외곽 방향으로 확산 굴절시키도록 형성되고, 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)는 레이저 빔을 중심 방향으로 굴절시켜 모아주도록 형성되므로, <조건식 1>과 같이 각각의 개별 렌즈의 초점 거리에 대한 범위 설정도 중요하지만, <조건식 2>와 같이 음의 굴절능을 갖는 제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)의 통합 초점 거리(f12)에 대한 설정 범위, 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)의 통합 초점 거리(f34)에 대한 설정 범위 또한 실질적으로 매우 중요하다 할 수 있다.As described above, the first lens 100 and the second lens 200 are formed to diffuse and refract the incident laser beam in the outward direction, and the third lens 300 and the fourth lens 400 form a laser beam The first lens 100 having negative refracting power and the second lens having the negative refracting power as in the <Conditional Expression 2> can be used as the first lens 100 and the second lens 100, respectively, as shown in <Conditional Expression 1> The setting range for the integrated focal length f12 of the second lens 200 and the setting range for the integrated focal length f34 of the third lens 300 and the fourth lens 400 are also very important have.

본 발명의 일 실시예에서는 <조건식 2>에서와 같이 제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)의 통합 초점 거리(f12)와, 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)의 통합 초점 거리(f34)를 설정하였으며, 이를 통해 제 1 렌즈(100) 및 제 2 렌즈(200)를 통해서는 상대적으로 확산 굴절 정도가 크게 설정되고, 제 3 렌즈(300) 및 제 4 렌즈(400)를 통해서는 상대적으로 모아주는 굴절 정도가 크게 설정됨으로써, 다양한 입사각의 레이저 빔에 대해 그 경로 중첩이 발생하지 않아 수차 보정이 용이하고 이에 대응하여 모아주는 굴절 정도를 크게 함으로써, 가공 대상물(20)에 조사되는 조사 각도를 직각 방향에 근접하게 형성할 수 있다.The combined focal length f12 of the first lens 100 and the second lens 200 and the combined focal length f12 of the third lens 300 and the fourth lens 400, The integrated focal length f34 is set so that the degree of diffusing refraction is set relatively large through the first lens 100 and the second lens 200 and the third lens 300 and the fourth lens 400 So that the aberration can be easily corrected and the degree of refraction of the laser beams corresponding to the laser beam can be increased. It is possible to form the irradiation angle to be close to the perpendicular direction.

이상에서 설명한 설정 범위에 따라 실시예로서 아래의 표 1에서와 같이 제 1 렌즈(100) 내지 제 4 렌즈(400)를 구성하였다.According to the setting range described above, the first lens 100 to the fourth lens 400 are constructed as shown in Table 1 below as an embodiment.

구분division 반경Radius 두께thickness 거리Street d1d1 2727 제 1 렌즈The first lens R1(광원쪽)R1 (light source side) -493-493 2.52.5 R2(결상면쪽)R2 (image plane side) 128128 d2d2 30.530.5 제 2 렌즈The second lens R1(광원쪽)R1 (light source side) -30-30 1313 R2(결상면쪽)R2 (image plane side) -39-39 d3d3 0.20.2 제 3 렌즈Third lens R1(광원쪽)R1 (light source side) -363-363 2121 R2(결상면쪽)R2 (image plane side) -72-72 d4d4 0.50.5 제 4 렌즈The fourth lens R1(광원쪽)R1 (light source side) 190190 1515 R2(결상면쪽)R2 (image plane side) -481-481 d5d5 1One

위의 실시예에서 설정한 값은 <조건식 1> 및 <조건식 2> 를 모두 만족하고 있으며, 이와 같이 구성된 스캔 렌즈를 통해 5개의 입사 각도를 갖도록 레이저 빔(L1,L2,L3,L4,L5)을 각도 조절하여 통과시킨 경우, 가공 대상물(20)의 표면에 나타나는 초점 영역의 형태가 도 4에 도시된다.L2, L3, L4, and L5 so as to have five incidence angles through the scan lens having the above-described configuration, the laser beams L1, L2, L3, L4, The shape of the focus area appearing on the surface of the object to be processed 20 is shown in Fig.

레이저 빔의 5개 입사각도는 0°, 6.870°, 11.45°, 16.03°, 22.9°이며, 이 경우, 각 레이저 빔(L1,L2,L3,L4,L5)이 스캔 렌즈를 통과하는 경로는 대략 도 2에 도시된 바와 같으며, 입사 각도가 증가할수록 가공 대상물(20)의 외곽 영역에 초점 영역(M1,M2,M3,M4,M5)을 형성하게 된다. 각각의 초점 영역(M1,M2,M3,M4,M5)의 형상은 도 4에 도시된 바와 같이 나타남을 확인하였다.The five incident angles of the laser beams are 0 °, 6.870 °, 11.45 °, 16.03 ° and 22.9 °. In this case, the paths through which the laser beams L1, L2, L3, L4, M2, M3, M4, and M5 are formed in the outer region of the object 20 as the incident angle is increased. It was confirmed that the shapes of the respective focus areas M1, M2, M3, M4, and M5 appear as shown in FIG.

한편, 제 1 렌즈(100)의 광원측 방향으로 이격된 위치에는 레이저 빔의 광량을 제한할 수 있는 조리개(600)가 배치되는데, 조리개는 상기 제 1 렌즈로부터 25 ~ 30 mm 의 이격 거리를 갖도록 배치될 수 있으며, 이를 통해 스캔 렌즈의 왜곡 수차를 최소화하는 범위 내에서 레이저 빔의 입사 각도를 제한할 수 있다.On the other hand, a diaphragm 600 capable of limiting the light amount of the laser beam is disposed at a position spaced apart from the first lens 100 in the light source side direction so that the diaphragm has a distance of 25 to 30 mm from the first lens So that the angle of incidence of the laser beam can be limited within a range that minimizes the distortion aberration of the scan lens.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100: 제 1 렌즈
200: 제 2 렌즈
300: 제 3 렌즈
400: 제 4 렌즈
500: 보호 글래스
600: 조리개
100: first lens
200: second lens
300: third lens
400: fourth lens
500: Protection glass
600: aperture

Claims (3)

광원으로부터 다양한 입사각으로 입사되는 레이저 빔을 가공 대상물의 가공 지점에 집광하여 조사하는 미세 가공을 위한 레이저용 스캔 렌즈에 있어서,
광원측으로부터 결상면측을 따라 순서대로 배치되는 제 1 렌즈, 제 2 렌즈, 제 3 렌즈 및 제 4 렌즈를 포함하고,
상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈는 음의 굴절능을 갖고, 상기 제 3 렌즈 및 제 4 렌즈는 양의 굴절능을 갖도록 형성되며,
상기 제 1 내지 제 4 렌즈 각각의 초점 거리를 f1, f2, f3, f4 라 하고, 상기 제 1 내지 제 4 렌즈 전체에 대한 전체 초점 거리를 f 라 할 때, 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈.
<조건식>
-1.6 < f1/f < -1.3
-3.2 < f2/f < -2.7
0.9 < f3/f < 1.2
1.8 < f4/f < 2
1. A scan lens for fine processing for converging a laser beam incident from a light source at various incidence angles on a processing point of a workpiece,
A first lens, a second lens, a third lens, and a fourth lens arranged in order from the light source side along the image plane side,
Wherein the first lens and the second lens have a negative refracting power, the third lens and the fourth lens are formed to have a positive refracting power,
Wherein f1, f2, f3, and f4 are the focal lengths of the first to fourth lenses, and f is a total focal length of the first to fourth lenses, respectively, the following conditional expression For laser micro-machining.
<Conditional expression>
-1.6 < f1 / f < -1.3
-3.2 < f2 / f < -2.7
0.9 < f3 / f < 1.2
1.8 < f4 / f < 2
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 렌즈 및 제 2 렌즈 전체에 대한 통합 초점 거리를 f12 라 하고, 상기 제 3 렌즈 및 제 4 렌즈 전체에 대한 통합 초점 거리를 f34 라 할 때, 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈.
<조건식>
-1.1 < f12/f < -0.96
0.68 < f34/f < 0.75
The method according to claim 1,
Wherein an integrated focal distance of the first lens and the second lens is f12, and an integrated focal distance of the third lens and the fourth lens is f34, the following conditional expression is satisfied: Scan lens for fine processing.
<Conditional expression>
-1.1 < f12 / f < -0.96
0.68 < f34 / f < 0.75
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 렌즈로부터 광원측 방향으로 이격된 위치에는 레이저 빔의 광량을 제한할 수 있는 조리개가 배치되고,
상기 조리개는 상기 제 1 렌즈로부터 25 ~ 30 mm 의 이격 거리를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 미세 가공용 스캔 렌즈.

The method according to claim 1,
A diaphragm capable of limiting the light amount of the laser beam is disposed at a position spaced apart from the first lens in the light source side direction,
Wherein the diaphragm is disposed so as to have a separation distance of 25 to 30 mm from the first lens.

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