KR100603287B1 - Wide band scan lens and laser marking apparatus employing the same and correction method of distortion - Google Patents
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Abstract
광대역 스캔 렌즈 및 이를 채용하는 광 마킹 장치 및 이를 이용한 왜곡 수차 보정 방법이 개시된다. 개시된 광대역 스캔 렌즈는, 초점면이 평면이 되도록 나란히 배열된 복수의 렌즈를 구비하며, 광축에 대해 25°이하의 광 스캔 각도로 광을 출사시킴으로써 상면에 일정 횡배율로 사각형의 마킹 이미지를 형성시킨다. 광대역으로 마킹 이미지를 형성시킬 수 있고 왜곡 없이 고정밀도로 마킹을 할 수 있다.A wideband scan lens, an optical marking apparatus employing the same, and a method of correcting distortion aberration using the same are disclosed. The disclosed broadband scan lens has a plurality of lenses arranged side by side such that the focal plane is planar, and emits light at an optical scan angle of 25 ° or less with respect to the optical axis to form a rectangular marking image at a constant horizontal magnification on the image plane. . The marking image can be formed over a wide band and can be marked with high accuracy without distortion.
Description
도 1은 종래의 스캔장치에 채용되는 스캔 렌즈에 의한 광빔의 대역폭을 보이는 도면,1 is a view showing a bandwidth of a light beam by a scan lens employed in a conventional scanning device,
도 2a는 도 1의 상면을 간략히 보인 도면, Figure 2a is a simplified view of the upper surface of Figure 1,
도 2b는 상면의 원 A를 확대한 도면,2B is an enlarged view of circle A on the upper surface;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 스캔 렌즈를 간략히 나타낸 구성도,3 is a schematic view showing a broadband scan lens according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광 마킹 장치를 간략히 나타낸 구성도,4 is a schematic view showing an optical marking apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 광 스캔 렌즈를 이용하여 상면에 발생하는 왜곡 수차를 보정하는 원리를 간략히 나타낸 도면,5A is a view briefly illustrating a principle of correcting distortion aberration occurring on an image plane by using an optical scan lens according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 5b는 상면에 결상되는 이미지를 보인 평면도,5b is a plan view showing an image formed on the upper surface,
도 6a는 왜곡 수차가 발생하지 않는 경우 마킹 이미지를 간략히 보이는 도면, 6A is a view briefly showing a marking image when distortion aberration does not occur;
도 6b는 왜곡 수차가 발생한 경우 마킹 이미지를 간략히 보이는 도면,6B is a view briefly showing a marking image when distortion aberration occurs;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 왜곡 수차 보정방법을 나타낸 플로우 차트,7 is a flowchart illustrating a distortion aberration correction method according to an embodiment of the present invention;
도 8a는 왜곡수차가 보정 전 그리드에 나타나는 이미지를 보이는 도면,8A shows an image in which distortion aberrations appear in a grid before correction;
도 8b는 왜곡수차 보정 후 그리드에 나타나는 이미지를 보이는 도면.8B shows an image appearing on the grid after distortion correction.
<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>
30 ; 광대역 스캔 렌즈 31 ; 제1렌즈30;
32 ; 제2렌즈 33 ; 제3렌즈32;
34 ; 제4렌즈 35 ; 제5렌즈34;
42 ; 광원 44 ; 광정형기42;
46 ; 갈바노미터 48 ; 상면46;
본 발명은 스캔 렌즈 및 이를 채용하는 레이저 마킹 장치 및 이를 이용한 왜곡 수차 보정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동일한 초점 거리로 스캔범위를 확장시킨 광대역 스캔 렌즈 및 이를 채용하는 레이저 마킹 장치 및 이를 이용한 왜곡 수차 보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a scan lens, a laser marking apparatus employing the same, and a method for correcting distortion aberration using the same, and more particularly, a wideband scan lens extending the scan range to the same focal length, a laser marking apparatus employing the same, and distortion using the same. A method for correcting aberration.
일반적으로 제품의 표면에 다양한 유형의 정보를 기록하기 위해서는 문자 또는 도형 등의 형태를 마킹한다. 특히 자동화 설비에서는 CCD 카메라와 같은 시각 인식 장치를 이용하여 정보를 자동으로 인식하기 위해서 정보를 코드화하여 마킹하며, 제품 표면에 마킹되는 코드는 문자, 그림, 또는 부호 등을 표현하도록 작은 사각의 셀에 마킹된다. 마킹되는 정보는 생산 라인 넘버, 제조년월일 또는 제품 ID 등이 된다.In general, in order to record various types of information on the surface of the product, markings such as letters or figures. In particular, in an automated facility, information is coded and marked in order to recognize information automatically using a visual recognition device such as a CCD camera, and a code marked on the surface of a product is placed in a small rectangular cell to express a character, a picture, or a sign. Marked. The information to be marked is the production line number, the date of manufacture or the product ID.
종래의 레이저 마킹 장치는 대형 글라스에 복수의 ID를 마킹하기 위해서 복수의 레이저를 구비하는 대신, 투자비 절감을 위해 일반적으로 두 대의 레이저만을 사용한다. 하지만, 두 대의 레이저를 이용하는 레이저 스캔장치는 전 영역에 분포해 있는 모든 ID를 마킹할 수 없으므로 광학 테이블을 이동하여야 하며, 이에 따라 광학테이블 구동을 위한 별도의 장비를 설치하여야 하였다.Conventional laser marking apparatuses generally use only two lasers to reduce the investment cost, instead of having a plurality of lasers to mark a plurality of IDs on a large glass. However, since the laser scanning apparatus using two lasers cannot mark all IDs distributed in all areas, the optical table must be moved, and accordingly, a separate device for driving the optical table has to be installed.
도 1은 종래의 스캔장치에 채용되는 스캔 렌즈에 의한 광빔의 대역폭을 보이고 있다. 도 1을 참조하면, 스캔 렌즈(11)를 통과한 광빔(l1)은 상면(18) 상에 30mm×30mm 영역의 넓이로 포커싱되고 일반적으로 마킹 아일랜드의 장변 길이가 15mm이므로 렌즈의 포커싱 영역 밖의 다른 ID를 마킹하기 위해서 광학 테이블(미도시)을 이동시켜야 한다. 1 shows the bandwidth of a light beam by a scan lens employed in a conventional scanning device. Referring to FIG. 1, the light beam l1 passing through the
도 2a는 도 1의 상면(18)을 간략히 보인 도면이며, 도 2b는 상면(18)의 원 A를 확대한 도면이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래 광스캔 장치의 스캔 렌즈는 상면이 아닌 초점면에서 ID를 마킹하므로 원형빔을 중첩하여 하나의 ID를 마킹한다. 이러한 마킹 방법은 마킹을 위한 시간이 많이 요구되며, 마킹 위치가 이동되어 이미지가 겹쳐지거나 번지는 등의 단점을 가진다. FIG. 2A is a simplified view of the
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 광 스캔 영역을 확대시킨 광대역 스캔 렌즈 및, 상기 광대역 스캔 렌즈를 채용하여 광학 테이블을 구동할 별도의 장비없이 광대역 마킹이 가능한 광 마킹 장치 및 왜곡 수차를 보정하여 고도의 위치 정밀도로 광을 제어 할 수 있는 왜곡 수차 보정 방법을 제공하는 것이다. Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to improve the above-described problems of the prior art, and a wideband scan lens having an enlarged optical scan area and a wideband scan lens employing the wideband scan lens without any additional equipment for driving an optical table. An optical marking device capable of marking and correcting distortion aberration to provide a distortion aberration correction method that can control the light with a high positional accuracy.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above technical problem,
초점면이 평면이 되도록 나란히 배열된 복수의 렌즈를 구비하며, 광축에 대해 25°이하의 광 스캔 각도로 광을 출사시킴으로써 상면에 일정 횡배율로 사각형의 마킹 이미지를 형성시키는 것을 특징으로 하는 광대역 스캔 렌즈를 제공한다.Broadband scanning, comprising a plurality of lenses arranged side by side such that the focal plane is a plane, and emits light at an optical scan angle of 25 ° or less with respect to the optical axis to form a rectangular marking image at a constant horizontal magnification on the upper surface Provide a lens.
상기 복수의 렌즈는, 양의 굴절률을 가지고 광의 진행방향에 따라 곡률반경이 커지는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 입사 렌즈군; 및The plurality of lenses may include an incident lens group including at least one lens having a positive refractive index and having a radius of curvature large in a traveling direction of light; And
상기 입사 렌즈군과 광축이 일치하도록 나란히 배열되며, 양의 굴절률을 가지고 광의 진행방향에 따라 곡률반경이 작아지는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 출사 렌즈군;으로 분류될 수 있다.The incident lens group and the optical axis are arranged side by side, and an output lens group including at least one lens having a positive refractive index and the radius of curvature is reduced according to the traveling direction of light.
상기 입사 렌즈군의 렌즈와 상기 출사 렌즈군의 렌즈는 실리카로 형성된다.The lenses of the incident lens group and the lenses of the exit lens group are made of silica.
상기 입사 렌즈군은,The incident lens group,
40 내지 50의 내부곡률반경과 50 내지 60의 곡률반경을 가지는 제1렌즈군;A first lens group having an internal curvature radius of 40 to 50 and a curvature radius of 50 to 60;
95 내지 100의 내부곡률반경과 65 내지 80의 곡률반경을 가지는 제2렌즈군;A second lens group having an internal curvature radius of 95 to 100 and a curvature radius of 65 to 80;
195 내지 205의 내부곡률반경과 80 내지 100의 곡률반경을 가지는 제3렌즈군; 및A third lens group having an internal curvature radius of 195 to 205 and a radius of curvature of 80 to 100; And
375 내지 390의 내부곡률반경과 1900 내지 2000의 곡률반경을 가지는 제4렌즈;를 구비할 수 있다.And a fourth lens having an internal curvature radius of 375 to 390 and a curvature radius of 1900 to 2000.
상기 출사 렌즈군은 130 내지 200의 내부곡률반경과 570 내지 600의 곡률반 경을 가지는 제5렌즈;를 구비할 수 있다. The emission lens group may include a fifth lens having an internal curvature radius of 130 to 200 and a curvature radius of 570 to 600.
상기 상면은 적어도 400mm ×400mm 의 넓이를 가지는 것이 바람직하다.Preferably, the upper surface has an area of at least 400 mm x 400 mm.
상기 마킹 이미지는 사각형이다.The marking image is rectangular.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,The present invention also to achieve the above technical problem,
광을 출사하는 광원;A light source for emitting light;
상기 광을 소정 형태로 정형하는 광정형기;An optical shaper for shaping the light into a predetermined form;
상기 광정형기로부터 입사하는 광을 왜곡수차를 감소시키도록 소정 각도로 조준하는 갈바노미터; 및A galvanometer for aiming light incident from the optical shaper at a predetermined angle to reduce distortion aberration; And
초점면이 평면이 되도록 나란히 배열된 복수의 렌즈를 구비하며, 상기 광축에 대해 25°이하의 광 스캔 각도로 광을 출사시킴으로써 상면에 일정 횡배율로 마킹 이미지를 형성시키는 광대역 스캔 렌즈;를 구비한다.And a plurality of lenses arranged side by side such that the focal plane is planar, and a wideband scan lens configured to form a marking image at a predetermined horizontal magnification on an upper surface by emitting light at an optical scan angle of 25 ° or less with respect to the optical axis. .
상기 광정형기는 상기 광을 사각형으로 정형하는 슬릿이다.The optical shaper is a slit for shaping the light into a square.
상기 광원은 레이저이다.The light source is a laser.
상기 복수의 렌즈는, The plurality of lenses,
양의 굴절률을 가지고 광의 진행방향에 따라 곡률반경이 커지는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 입사 렌즈군; 및An incident lens group including at least one lens having a positive refractive index and having a large radius of curvature in a traveling direction of light; And
상기 입사 렌즈군과 광축이 일치하도록 나란히 배열되며, 양의 굴절률을 가지고 광의 진행방향에 따라 곡률반경이 작아지는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 출사 렌즈군;으로 분류될 수 있다.The incident lens group and the optical axis are arranged side by side, and an output lens group including at least one lens having a positive refractive index and the radius of curvature is reduced according to the traveling direction of light.
상기 입사 렌즈군의 렌즈와 상기 출사 렌즈군의 렌즈는 실리카로 형성된다. The lenses of the incident lens group and the lenses of the exit lens group are made of silica.
상기 입사 렌즈군은,The incident lens group,
40 내지 50의 내부곡률반경과 50 내지 60의 곡률반경을 가지는 제1렌즈군;A first lens group having an internal curvature radius of 40 to 50 and a curvature radius of 50 to 60;
95 내지 100의 내부곡률반경과 65 내지 80의 곡률반경을 가지는 제2렌즈군;A second lens group having an internal curvature radius of 95 to 100 and a curvature radius of 65 to 80;
195 내지 205의 내부곡률반경과 80 내지 100의 곡률반경을 가지는 제3렌즈군; 및A third lens group having an internal curvature radius of 195 to 205 and a radius of curvature of 80 to 100; And
375 내지 390의 내부곡률반경과 1900 내지 2000의 곡률반경을 가지는 제4렌즈;를 구비할 수 있다. And a fourth lens having an internal curvature radius of 375 to 390 and a curvature radius of 1900 to 2000.
상기 출사 렌즈군은 130 내지 200의 내부곡률반경과 570 내지 600의 곡률반경을 가지는 제5렌즈;를 구비할 수 있다.The emission lens group may include a fifth lens having an internal curvature radius of 130 to 200 and a curvature radius of 570 to 600.
상기 상면은 적어도 400mm ×400mm 의 넓이를 가질 수 있다.The upper surface may have an area of at least 400 mm x 400 mm.
상기 마킹 이미지는 사각형이다.The marking image is rectangular.
상기 상면에 결상되는 마킹 이미지의 위치를 보정하는 변환식을 산출하고 상기 변환식으로부터 구한 보정 각도를 상기 갈바노미터에 송신하는 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include a control unit for calculating a conversion equation for correcting the position of the marking image formed on the upper surface and transmitting the correction angle obtained from the conversion equation to the galvanometer.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,The present invention also to achieve the above technical problem,
(a)초점면이 평면이 되도록 복수의 렌즈를 나란히 배열하여, 상기 광축에 대해 25°이하의 광 스캔 각도로 광을 출사시킴으로써 상면에 일정 횡배율로 마킹 이미지를 형성시키는 광대역 스캔 렌즈를 설계하고 광 마킹 장치에 장착하는 단계;(a) Designing a wide-band scanning lens in which a plurality of lenses are arranged side by side so that the focal plane is a plane, and light is emitted at an optical scan angle of 25 ° or less with respect to the optical axis to form a marking image at a constant horizontal magnification on the image plane. Mounting to an optical marking device;
(b)상기 광대역 스캔 렌즈를 이용하여 마킹 테스트를 실시하고 왜곡 수차 발생을 측정하는 단계;(b) performing a marking test using the wideband scan lens and measuring distortion generation;
(c)왜곡 수차가 발생하면 상기 광 마킹 장치를 이용하여 그리드에 광을 조사하고 변환식을 산출하는 단계; 및(c) irradiating light onto a grid using the optical marking device and calculating a conversion equation when distortion aberration occurs; And
(d)상기 변환식으로부터 보정 각도를 산출하여 갈바노미터에 적용함으로써 왜곡 수차를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 왜곡 수차 보정방법을 제공한다.and (d) correcting the distortion aberration by calculating a correction angle from the conversion equation and applying the correction angle to a galvanometer.
상기 복수의 렌즈는,The plurality of lenses,
양의 굴절률을 가지고 광의 진행방향에 따라 곡률반경이 커지는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 입사 렌즈군; 및An incident lens group including at least one lens having a positive refractive index and having a large radius of curvature in a traveling direction of light; And
상기 입사 렌즈군과 광축이 일치하도록 나란히 배열되며, 양의 굴절률을 가지고 광의 진행방향에 따라 곡률반경이 작아지는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 출사 렌즈군;으로 분류될 수 있다.The incident lens group and the optical axis are arranged side by side, and an output lens group including at least one lens having a positive refractive index and the radius of curvature is reduced according to the traveling direction of light.
상기 입사 렌즈군의 렌즈와 상기 출사 렌즈군의 렌즈는 실리카로 형성된다.The lenses of the incident lens group and the lenses of the exit lens group are made of silica.
상기 입사 렌즈군은,The incident lens group,
40 내지 50의 내부곡률반경과 50 내지 60의 곡률반경을 가지는 제1렌즈군;A first lens group having an internal curvature radius of 40 to 50 and a curvature radius of 50 to 60;
95 내지 100의 내부곡률반경과 65 내지 80의 곡률반경을 가지는 제2렌즈군;A second lens group having an internal curvature radius of 95 to 100 and a curvature radius of 65 to 80;
195 내지 205의 내부곡률반경과 80 내지 100의 곡률반경을 가지는 제3렌즈군; 및A third lens group having an internal curvature radius of 195 to 205 and a radius of curvature of 80 to 100; And
375 내지 390의 내부곡률반경과 1900 내지 2000의 곡률반경을 가지는 제4렌즈;를 구비한다. And a fourth lens having an internal curvature radius of 375 to 390 and a curvature radius of 1900 to 2000.
상기 출사 렌즈군은 130 내지 200의 내부곡률반경과 570 내지 600의 곡률반 경을 가지는 제5렌즈;를 구비한다.The emission lens group includes a fifth lens having an internal curvature radius of 130 to 200 and a curvature radius of 570 to 600.
상기 상면은 적어도 400mm ×400mm 의 넓이를 가지는 것이 바람직하다.Preferably, the upper surface has an area of at least 400 mm x 400 mm.
상기 마킹 이미지는 사각형이다. The marking image is rectangular.
상기 (c)단계는,Step (c) is,
왜곡 수차가 발생하면 소정 간격으로 그리드를 형성하는 단계;Forming a grid at predetermined intervals when distortion aberration occurs;
상기 그리드에 상기 광 마킹 장치를 이용하여 광을 조사한 다음 이미지의 격자점간 실제 거리를 측정하는 단계; 및Irradiating light onto the grid using the optical marking device and then measuring an actual distance between grid points of an image; And
상기 실제 거리로부터 다차원 피팅을 실행함으로써 변환식을 산출하는 단계;를 포함한다.Calculating a conversion equation by performing a multi-dimensional fitting from the actual distance.
상기 마킹 이미지를 ±100μm이내의 위치 정밀도 오차로 형성하는 것이 바람직하다.It is preferable to form the marking image with a position accuracy error within ± 100 μm.
이하 본 발명의 실시예에 따른 광대역 스캔 렌즈 및 이를 채용하는 광 마킹 장치 및 이를 이용한 왜곡 수차 보정 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a wideband scan lens, an optical marking apparatus employing the same, and a method of correcting distortion aberration using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 스캔 렌즈를 간략히 나타낸 구성도이다. 도 3은 도 4에 도시된 광 마킹 장치(40)의 원 B의 확대도이다. 도 3을 참조하면, 광대역 스캔 렌즈(30)는 광축에 중심이 일치하도록 나란히 배열된 총 5매의 렌즈, 즉 제1렌즈(31), 제2렌즈(32), 제3렌즈(33), 제4렌즈(34), 제5렌즈(35)를 포함한다. 광대역 스캔 렌즈(30)는 광축(Z)에 대해 소정 광 스캔 각도(Φ)로 광을 발산시킨다. 광 스캔 각도(Φ)는 광축(Z)과 광경로의 사이각을 의미한다. 여기서 제1 내지 제5렌즈(31, 32, 33, 34, 35)는 광 스캔 영역에서 초점 거리를 균일하게 유지 시켜 초점면이 평면이 되도록 배열된다. 3 is a schematic diagram illustrating a broadband scan lens according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged view of circle B of the
표 1은 제1렌즈 내지 제5렌즈(31, 32, 33, 34, 35)의 내부 곡률 반경(R1), 외부 곡률 반경(R2), 내부 유효경, 외부 유효경에 대한 설계치를 나타낸다. 제1렌즈(31, 32, 33, 34)는 양의 굴절률을 가지고 곡률반경이 광의 진행방향으로 진행할수록 점점 증가하는 특성을 가지는 입사 렌즈군으로 분류할 수 있으며, 이에 대해 제5렌즈(35)는 양의 굴절률을 가지고 곡률반경이 광의 진행방향으로 진행할수록 점점 감소하는 특성을 가지는 출사 렌즈군으로 분류할 수있다. 여기서, 제1렌즈 내지 제5렌즈(31, 32, 33, 34, 35)는 1.45 내지 1.5 정도의 굴절률을 가지는 실리카로 형성된다.Table 1 shows design values for the internal curvature radius R1, the external curvature radius R2, the internal effective diameter, and the external effective diameter of the first to
도 3에 도시된 광대역 스캔 렌즈(30)로부터 출사되는 광은 상면에 이미지를 형성한다. 본 발명의 광대역 스캔 렌즈(30)는 넓이가 최소 200mm×200mm 내지 최대 400mm×400mm 를 가지는 상면에 마킹 이미지를 형성하도록 최대 광 스캔 각도의 범위가 18°내지 25°정도를 가지는 광을 주사한다. The light emitted from the
하지만, 광대역 스캔 렌즈(30)를 이루는 복수의 렌즈의 구면 수차, 코마 수차, 비점 수차, 왜곡 수차 등의 여러 수차는 이미지에 영향을 미쳐 원하는 양질의 이미지를 얻을 수 없는 경우가 있다. 렌즈의 설계 단계에서 다른 수차들은 적절히 보정될 수 있으나 왜곡 수차는 여전히 남아있으므로 별도의 보정 알고리즘을 적용하여 마킹 위치를 보정할 필요가 있다. 왜곡 수차(distortion)는 배율이 렌즈의 가장자리로 갈수록 줄어들거나 커질 때 물체의 상을 찌그러뜨리는 현상을 의미한다. 왜곡 수차를 보정하기 위한 알고리즘은 도 7의 설명에서 후술하기로 한다. However, various aberrations such as spherical aberration, coma aberration, astigmatism, distortion aberration, etc. of the plurality of lenses constituting the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광 마킹 장치를 간략히 나타낸 구성도이다. 도 4를 참조하면, 광 마킹 장치(40)는 광을 발생시키는 광원(42)과, 상기 광을 원하는 형태로 정형하는 광 정형기(44)와, 상기 광을 소정 각도로 조준하는 갈바노미터(46)와, 갈바노미터(46)에서 출사한 광을 18°내지 25°의 스캔 각도(Φ)로 상면(48)에 출사하는 광대역 스캔 렌즈(30)를 구비한다. 여기서, 상면(48)은 대략 400mm ×400mm 이상의 폭을 가지도록 형성된다.4 is a schematic view showing an optical marking apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the
광원(42)은 직진성이 뛰어나고 간섭성이 적은 레이저광을 방출하는 레이저가 적합하며, 광 정형기(44)는 사각형으로 광을 정형하는 슬릿(44)이 적당하다. 갈바노미터(46)는 두 개의 모터에 부착된 미러 블록을 제어하여 입사광을 평면상의 임의의 위치로 반사시키는 광학 장치이다. 스캔 영역의 이동범위를 16비트의 정수를 등분하여 갈바노미터(46)의 모터를 제어함으로써 광을 원하는 각도로 반사시켜 X축 및 Y축으로 각각 광을 이동시킬 수 있다. 여기서, 상면(48)에 결상되는 마킹 이미지의 위치를 보정하는 변환식을 산출하고 상기 변환식으로부터 구한 보정 각도를 갈바노미터(46)에 송신하는 제어부(미도시)를 더 구비하는 것이 바람직하다.The
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 광 스캔 렌즈를 이용하여 상면에 발생하는 왜곡 수차를 보정하는 원리를 간략히 나타낸 도면이다.FIG. 5A is a diagram schematically illustrating a principle of correcting distortion aberration generated on an image surface by using an optical scan lens according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5a를 참조하면, 보정 전에 갈바노미터(46)에서 출사된 광은 광대역 스캔 렌즈(30)를 통과한 다음 광경로(L2)를 따라 진행하여 상면(48) 상에 왜곡된 마킹 이미지(S2)를 나타낸다. 왜곡 수차는 광경로를 정위치에서 어긋나게 유도하여 마킹 위치의 오차를 발생시킨다. 왜곡 수차는 광축의 중심(0)에서 멀어질수록 더욱 크게 영향을 미치므로 도시된 바와 같이 100mm에 결상되는 마킹 이미지보다 200mm에서 결상되는 마킹 이미지의 위치가 정위치에서 더 이격된다. 왜곡 수차가 보정되면 광대역 스캔 렌즈(30)를 통과한 광은 광경로(L1)를 따라 진행하여 상면(48)에 결상되어 정위치에 마킹 이미지(S1)가 형성된다.Referring to FIG. 5A, the light emitted from the
도 5b는 상면에 결상되는 이미지를 보인 평면도이다. 도 5b를 참조하면, 복수의 셀(C)이 배열되어 있고 각 셀 사이에 마킹 아일랜드(MI)가 형성된다. 광대역 스캔 렌즈에 의해 왜곡오차가 발생된 경우 마킹 이미지(S2)로 결상되지만 왜곡 오차를 보정하면 정위치에 마킹 이미지(S1)로 결상된다. 마킹 아일랜드(MI)를 벗어나 마킹이 되면 리딩을 할 수 없게 된다.5B is a plan view showing an image formed on an upper surface. Referring to FIG. 5B, a plurality of cells C are arranged and a marking island MI is formed between each cell. When a distortion error is generated by the broadband scanning lens, the image is formed as the marking image S2. However, when the distortion error is corrected, the image is formed as the marking image S1 at the correct position. Reading outside the marking island (MI) will not be possible to read.
도 6a는 왜곡 수차가 발생하지 않는 경우 마킹 이미지를 보이며, 도 6b는 왜곡 수차가 발생한 경우 마킹 이미지를 보인다. 도 6b에 도시된 바와 같이 왜곡수차가 발생한 경우 마킹 이미지에서 문자와 코드가 기울어지는 것을 볼 수 있다.6A shows a marking image when distortion aberration does not occur, and FIG. 6B shows a marking image when distortion aberration occurs. As shown in FIG. 6B, when the distortion aberration occurs, it can be seen that the character and the code are tilted in the marking image.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 왜곡 수차 보정방법을 나타낸 플로우 차트이다. 7 is a flow chart illustrating a distortion aberration correction method according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 왜곡 수차 보정 방법은 크게 광대역 스캔 렌즈를 설계하는 단계와, 마킹 테스트를 실시하는 단계 및, 왜곡수차 보 정용 변환식을 도출하여 적용하는 단계로 이루어진다. Referring to FIG. 7, the distortion aberration correction method according to the embodiment of the present invention consists of designing a wideband scan lens, performing a marking test, and deriving and applying a transform equation for distortion aberration correction.
먼저 광대역 스캔 렌즈를 설계하여(제101단계) 광 마킹 장치에 장착한다. 먼저 중심부에서 마킹 테스트를 실시한 다음 주변부에서 마킹 테스트를 실시하여(제102단계), 마킹 이미지를 관찰한다. 왜곡 수차가 발생하였는지를 알아낸 다음(제103단계), 왜곡 수차가 발생하지 않았으면 실 공장 라인에 설치하여 마킹을 실행하고 왜곡 수차가 발생하였으면 왜곡 수차 보정을 위한 알고리즘을 실행한다. First, a wideband scan lens is designed (step 101) and mounted on an optical marking device. First, a marking test is performed at the center, and then a marking test is performed at the periphery (step 102), and the marking image is observed. After determining whether distortion aberration has occurred (step 103), if distortion aberration does not occur, it is installed on a real factory line to perform marking, and if distortion aberration occurs, an algorithm for correcting distortion aberration is executed.
왜곡 수차 보정을 위해 도 8a에 도시된 바와 같은 그리드(G)를 형성한다. 그리드(G)는 상면의 면적과 동일한 면적의 결상면에 일정 간격으로 X축 및 Y축방향으로 바둑판 형태로 형성된다. 도 8a에서는 50mm 간격으로 형성된 그리드(G)가 도시되어 있다. 이 그리드(G)에 레이저빔과 같은 광을 조사시(제104단계), 왜곡 수차가 발생하면 도 8a에 도시된 바와 같이 ±200mm에 근접할수록 이미지는 그리드(G)와 더욱 크게 어긋나며 어그러지는 것을 볼 수 있다. A grid G as shown in Fig. 8A is formed for distortion aberration correction. The grid G is formed in the form of a checkerboard in the X-axis and Y-axis directions at regular intervals on an image forming surface having the same area as the upper surface. In FIG. 8A a grid G formed at 50 mm intervals is shown. When the grid G is irradiated with a light such as a laser beam (step 104), when a distortion aberration occurs, as shown in FIG. 8A, the closer to ± 200 mm, the more the image shifts and deviates from the grid G. can see.
이 후 그리드(G)상에 실제 결상되는 각 격자점(g1, g2) 간의 실제 거리를 측정하고(제105단계), 실제 거리와 정상 거리 사이의 오차를 산출한다. 이 오차를 제거하기 위해 다차원 피팅(fitting)을 이용하여(제106단계), 변환식을 도출한 다음 이를 갈바노미터에 적용하여(제107단계) 광선의 반사 각도를 변환시킴으로써 왜곡 수차를 보정한다. 왜곡 수차가 보정된 다음 결상되는 이미지가 도 8b에 도시되어 있다. 도 8a에 도시된 이미지와 달리 각 격자점(g1, g2)에서 이미지가 정확히 일치하는 것을 볼 수 있다. Thereafter, the actual distance between the grid points g1 and g2 actually formed on the grid G is measured (step 105), and an error between the actual distance and the normal distance is calculated. In order to eliminate this error, a distortion equation is corrected by using a multidimensional fitting (step 106), a transformation equation is derived, and then applied to a galvanometer (step 107) to convert the reflection angle of the light beam. The image formed after the distortion aberration is corrected is shown in Fig. 8B. Unlike the image shown in FIG. 8A, it can be seen that the images coincide exactly at the grid points g1 and g2.
각 좌표값에서 광을 마킹하여 실재 마킹된 좌표값과 이론적인 좌표값의 차이를 구한 다음 피팅(fitting)한 후 이 피팅 값을 최소로 하도록 계산하면 수학식 1과 같은 변환식을 산출할 수 있다. When the light is marked at each coordinate value to obtain a difference between the actual marked coordinate value and the theoretical coordinate value, the fitting is calculated to minimize the fitting value, and a conversion equation as shown in
변환식에서 보정 전에 결상된 이미지의 좌표값(X, Y)을 대입하여 보정 팩터(Px, Py)를 계산한 다음, 보정 팩터(Px, Py)를 결상된 이미지의 좌표값(X, Y)에 곱하면 광 스캔 위치를 보정한 값(X'=Px*X, Y'=Py*Y)이 구해진다. 보정된 좌표값(X', Y')으로부터 보정 각도를 계산하여 갈바노미터(46)에 입력함으로써 광 조준 각도를 보정하면 광대역 스캔 렌즈(30)를 출사하는 광은 도 5a의 실선으로 표시된 광경로(L1)를 따라 진행하여 원하는 정확한 위치에 결상된다. 수학식 1로 제시된 보정식은 도 3에 도시된 바와 같은 제1 내지 제5렌즈(31, 32, 33, 34, 35)를 표 1에 제시된 설계치로 제작한 경우에 적용되는 것으로 왜곡 수차를 보정하기 위한 알고리즘은 이 외에도 다양하게 제시될 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 광 마킹 장치에 더 구비될 수 있는 제어부는 마킹 이미지의 위치 정밀도 오차를 ±100μm 이내가 되도록 갈바노미터에 신호를 송신하는 것이 바람직하다. 갈바노미터의 오프셋값을 조정함으로써 기구적으로 발생하는 오차 및 광학적 오차를 최소화할 수 있다.In the conversion equation, the correction factors (Px, Py) are calculated by substituting the coordinate values (X, Y) of the image formed before correction, and then the correction factors (Px, Py) are converted to the coordinate values (X, Y) of the image formed. When multiplied, a value (X '= Px * X, Y' = Py * Y) of correcting the optical scan position is obtained. When the correction angle is corrected by calculating the correction angle from the corrected coordinate values (X ', Y') and inputting it into the
기존에는 렌즈 중심에서만 마킹을 하였으나, 본 발명에서는 광을 18°이상 25°이하의 최대 스캔 각도로 주사함으로써 상면에 나타나는 마킹 이미지의 최대 위치를 X축 및 Y축에서 200mm×200mm이상 400mm×400mm 이하의 범위로 조정할 수 있는 광대역 스캔 렌즈를 제공하요 광학 테이블의 이동을 최소화하면서 마킹 ID를 표시할 수 있다. 즉, 광대역 스캔 렌즈를 사용하지 않는 경우 동일한 ID를 표시하기 위해 레이저를 2대 이상 필요로 하므로 본 발명의 광 마킹 장치는 투자비 절감의 효과를 볼 수 있다. Conventionally, marking was performed only at the center of the lens, but in the present invention, the maximum position of the marking image appearing on the upper surface by scanning light at a maximum scan angle of 18 ° or more and 25 ° or less is 200 mm × 200 mm or more and 400 mm × 400 mm or less on the X and Y axes. Provides a wideband scanning lens that can be adjusted in the range of the marking ID can be displayed while minimizing the movement of the optical table. That is, when not using a wideband scan lens, two or more lasers are required to display the same ID, so that the optical marking apparatus of the present invention can reduce the investment cost.
또한, 본 발명의 왜곡 수차 보정 방법은 마킹 위치의 정밀도를 확보하여 광 대역 스캔 렌즈 설계에서 획득할 수 있는 모든 상면의 영역에서 양질의 이미지를 구현하는 것이 가능하다.In addition, the distortion aberration correction method of the present invention can ensure the accuracy of the marking position to implement a high-quality image in all areas of the image that can be obtained in the broadband scan lens design.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 렌즈를 이용하여 광대역 스캔 렌즈를 구성할 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, those skilled in the art will be able to configure a wideband scan lens using various lenses. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.
상술한 바와 같이 본 발명의 광대역 스캔 렌즈의 장점은 광을 25°이하의 최대 광 스캔 각도로 광을 주사함으로써 상면에 광대역으로 마킹 이미지를 형성시킬 수 있다는 것이다.As described above, an advantage of the wideband scan lens of the present invention is that the light is scanned at a maximum light scan angle of 25 ° or less to form a marking image on the upper surface with a broadband.
또한 본 발명의 광 마킹 장치의 장점은 광학 테이블의 이동을 최소화하여 설 비를 간소화할 수 있으며 상기 광대역 스캔 렌즈에 의한 광대역 스캔 영역을 획득할 수 있다는 것이다.In addition, an advantage of the optical marking device of the present invention is that the installation can be simplified by minimizing the movement of the optical table and a wideband scan area by the wideband scan lens can be obtained.
또한 본 발명의 왜곡 수차 보정 방법의 장점은 광대역 스캔 렌즈에서 발생하는 왜곡 수차를 정밀하게 보정할 수 있다는 것이다.In addition, an advantage of the distortion aberration correction method of the present invention is that it is possible to accurately correct the distortion aberration generated in the wideband scan lens.
Claims (26)
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