KR101298904B1 - 단일 펄스를 이용한 레이저 ｍ２ 측정기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저의 특성 중 하나인 M2 값을 간단한 방법으로 하나의 레이저 펄스만을 이용하여 빠르게 측정하는 방법 및 측정기에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른, 레이저 M2 측정기는, 레이저 빔을 빔 분리 수단에 입사하여, 상기 빔 분리 수단에서 분리되어 나오는 경로 차이가 있는 복수의 레이저빔들에 대해, 이동없는 고정된 카메라를 이용하여, 직접 또는 반사 거울을 통해, 해당 경로 차이가 있는 레이저 빔들의 영상을 획득하여, 레이저의 M2 값을 측정하기 위한 것을 특징으로 한다.

Description

단일 펄스를 이용한 레이저 Ｍ２ 측정기{Laser M2 Measurement Device using Single Pulse}
본 발명은 레이저 M2 측정에 관한 것으로서, 특히, 레이저의 특성 중 하나인 M2 값을 간단한 방법으로 하나의 레이저 펄스만을 이용하여 빠르게 측정하는 방법 및 측정기에 관한 것이다.
식각, 마킹 등의 산업에 이용되는 레이저는 렌즈를 이용하여 필요한 시편에 초점을 맺어 사용한다. 초점에서의 레이저 빔의 크기에 따라 작업 특성이 달라지므로 이 크기는 응용 기술에 있어 중요한 요소이다. 이 크기는 레이저의 M2 값에 의해 결정되며 이 M2 값은 사용하는 레이저의 특성이다. 따라서 레이저의 M2 값은 레이저 개발 및 이의 응용기술 개발에 있어 중요한 요소이며 정확하게 측정되어야 한다. 이러한 중요성으로 인해 M2 값의 측정방법은 ISO 11146에 표준화 되어 있다.
기존의 M2 측정은 레이저 빔을 렌즈를 이용하여 집속하고 레이저의 진행 방향에 따라서 빔의 크기를 측정하여 [수학식1]을 이용하여 측정한다.
[수학식1]
Figure 112011083401912-pat00001
위의 식에서 W(z)는 위치 z에서 레이저 빔의 크기이며, W0는 레이저 빔의 최소 크기, z0는 레이저 빔의 크기가 최소가 되는 위치, λ는 레이저의 파장, 그리고 M4은 M2 값의 제곱이다.
ISO 표준은 이러한 측정 위치를 정의하고 있다. 도 1은 이 표준에 따른 측정 위치(101)를 보여준다. ISO 표준은 M2 측정에 대하여 레이저의 특성에 따른 레일리 거리 안에서 5개 이상의 레이저 빔 크기를 측정하고 레이저 빔의 크기가 최소인 지점(102)에서 레일리 거리(130) 이상 떨어진 곳에서 5개 이상의 크기 측정(104)을 통해 M2 값을 측정하는 것으로 규정하고 있다. 따라서 이렇게 정해진 거리에서 레이저 빔의 크기인 W를 측정하고 위 식을 이용하여 M2 의 기본적인 측정법은 위 식을 이용해 곡선 맞춤으로 계산하게 된다. 따라서 M2 측정기는 기본적으로 집속을 위한 렌즈와 빔 크기 측정을 위한 CCD 카메라 등의 검출기, 그리고 카메라를 이동하기 위한 모터 등으로 구성된다. 또한 카메라를 이동하여 측정하여야 하므로 측정에 긴 시간이 필요하고 최근 많이 사용되는 반복율이 낮은 고출력 레이저(Q-switch 레이저나 mode-lock 레이저 등)의 측정에는 펄스간의 안정성 문제 등이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 기존과 같이 카메라를 구동하여 여러 위치에서 빔의 크기를 측정함에 따라 긴 측정시간 및 여러 번의 측정으로 인한 레이저 빔의 안정성에서 오는 오차 등을 해결할 수 있는 레이저 M2 측정 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
먼저, 레이저 빔의 위치에 따른 크기 측정을 위해서는 카메라 등의 검출기를 측정하고자 하는 위치로 이동하여 측정하고, 또 다음 위치로 이동하여 측정하는 방법을 사용하여야 한다. 이 경우 기존의 연속 발진형 레이저(CW 레이저)와 같이 측정 시간에 구애 받지 않은 경우에는 사용이 간편하나 펄스형의 레이저의 경우는 한번 측정하고 다음 측정할 때까지의 시간이 카메라 구동 시간뿐 아니라 레이저 펄스의 반복율에 의해 결정된다. 특히 최근 많이 사용되는 초고출력 레이저의 경우 반복율이 낮아(수십초 ~ 수십 분에 레이저 펄스 하나가 나오는 경우) 측정에 긴 시간이 걸리고 펄스의 안정성으로 인해 측정의 정확도가 낮아지는 문제가 발생한다. 따라서 여러 위치에서의 빔 크기를 측정하나 카메라를 이동하지 않고도 하나의 펄스를 이용하여 측정하는 방법이 필수적이다. 따라서 본 발명에서는 이러한 측정 시간의 문제와 펄스 안정성으로 인한 측정 정확도의 문제를 해결하는 M2 값 측정 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, 레이저 M2 측정기는, 레이저 빔을 빔 분리 수단에 입사하여, 상기 빔 분리 수단에서 분리되어 나오는 경로 차이가 있는 복수의 레이저빔들에 대해, 이동없는 고정된 카메라를 이용하여, 직접 또는 반사 거울을 통해, 해당 경로 차이가 있는 레이저 빔들의 영상을 획득하여, 레이저의 M2 값을 측정하기 위한 것을 특징으로 한다.
상기 빔 분리 수단으로서 레이저 빔을 순차 통과시키기 위한 복수의 빔 스플릿터를 이용하고, 일정 거리씩 이격된 상기 복수의 빔 스플릿터에서 각각 분리되어 반사되 나오는 레이저빔들의 영상을 획득할 수 있다.
레일리 거리가 짧은 경우를 위해, 상기 빔 분리 수단으로서 쐐기 구조의 프리즘을 이용하고, 미리 결정된 좌우 두께와 입사면과 반사면 사이의 각도를 갖는 상기 프리즘의 상기 입사면에 레이저 빔을 일정 각도로 입사하여, 상기 프리즘 내에서 반사 또는 굴절을 거쳐 경로차가 있는 다른 위치들에서 분리되어 나오는 레이저빔들의 영상을 획득할 수도 있다.
레일리 거리 보다 짧은 경우와 긴 경우에 대하여 동시에 측정하기 위하여, 다른 빔 스플릿터를 이용해 분리되는 제1 레이저빔과 제2 레이저빔 중 상기 제1 레이저빔은 상기 빔 분리 수단으로 입사시키고, 상기 제2 레이저빔은 다른 광학계의 경로를 거쳐 상기 복수의 빔 스플릿터로 입사시킬 수 있다. 상기 제2 레이저빔에 대해 복수의 반사거울들을 이용해 경로를 변경하여 상기 복수의 빔 스플릿터의 높이에 맞춘 후 상기 빔 분리 수단으로 입사시킬 수 있다.
측정 오차를 줄이고 단위 면적당 빔의 강도를 맞추기 위하여, 상기 복수의 빔 스플릿터 각각의 반사도가 서로 다르게 미리 결정되어 사용될 수 있다.
상기 복수의 빔 스플릿터 중 마지막 번째 빔 스플릿터의 반사도는 1이며, 상기 복수의 빔 스플릿터 5개 중 마지막 번째 빔 스플릿터를 제외한 빔 스플릿터들의 반사도는, 본문 [수학식4]에 의하여 결정될 수 있다. [수학식4]에서, 빔 스플릿터들에서 각 레이저 빔의 에너지의 비 a1=E1/E2=w12/w22, a2=E2/E3=w22/w32, a3=E3/E4=w32/w42, a4=E4/E5=w42/w52이고, E1, E2, E3, E4, E5는 레이저 빔의 에너지이며, w1, w2, w3, w4, w5는 레이저 빔의 크기이다.
상기 경로 차이의 정확도를 높이기 위하여, 입사되는 레이저 빔의 진행 방향의 앞뒤로 상기 카메라를 이동시켜 영상을 획득할 수 있다.
상기 복수의 빔 스플릿터를 동시에 좌우 이동시키기 위한 이동기를 포함하고, 상기 이동기는 손잡이의 회전에 따라 상기 손잡이와 벨트로 결합된 볼트들을 회전시킴으로써, 상기 볼트들과 결합된 해당 너트들의 좌우 이동으로 상기 너트들에 결합된 빔 스플릿터 장착부들을 이동시킴으로써 상기 빔 스플릿터 장착부들에 결합된 상기 복수의 빔 스플릿터를 동시에 좌우 이동시킬 수 있다.
상기 볼트들의 나사산 수를 서로 다르게 하여, 상기 볼트들이 동일한 회전수로 회전하여도 상기 복수의 빔 스플릿터 각각의 이동거리를 다르게 할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 M2 측정 방법 및 장치에 따르면, 기존의 장비 대비 낮은 비용과 짧은 측정 시간으로 인해 레이저의 제작 후 실시간으로 그 특성을 정확히 측정하는 방법으로 산업 현장에서 바로 적용가능하며, 또한 하나의 펄스만을 이용하므로 펄스형의 레이저에서 M2 값을 측정하는데 적용될 수 있다. 또한 초고출력 레이저와 같이 낮은 반복율로 인해 M2 측정이 어려운 경우에도 적용이 가능하여 초 고출력 레이저 응용 기술 개발에 바로 적용될 수 있다.
도 1은 ISO11146의 표준에 따른 레이저 빔의 M2값 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 빔 스플릿터를 이용하여 거리에 따른 레이저 빔의 크기를 측정하는 본 발명의 M2 측정기의 개념도이다.
도 3은 레일리 거리 안과 밖을 동시에 측정할 수 있는 본 발명의 M2 측정기의 개념도이다.
도 4는 레일리 거리가 짧은 경우 짧은 경로차이로 측정하기 위한 쐐기 구조의 프리즘을 이용한 본 발명의 경로 차이 발생기의 개념도이다.
도 5는 경로차이를 정확하게 측정하기 위한 본 발명의 CCD 카메라의 이동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 등간격을 유지하며 경로 차이를 변경할 수 있는 본 발명의 빔 스플릿터 이동기를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서, CCD 카메라를 이동하여 빔의 경로에 따른 레이저의 강도를 측정하지 하지 않고, 빔 스플릿터를 이용하여 단일 펄스의 레이저 빔을 여러개로 나누고 각 레이저 빔의 경로가 ISO에 정의된 표준 위치가 되도록하여 하나의 카메라를 이용하여 M2 값을 측정하는 방법을 제안한다. 이 경우 경로 차이는 측정하고자 하는 레이저의 특성에 따라 결정되며 경로차가 긴 경우와 짧은 경우에 대하여 서로 다른 경로차 기술을 이용하여 각각의 레이저의 특성에 맞는 M2 측정법을 이용한다.
도 2는 빔 스플릿터를 이용하여 거리에 따른 레이저 빔의 크기를 측정하는 본 발명의 M2 측정기의 개념도이다.
빔 스플릿터(202)를 이용하는 본 발명의 M2 측정기의 측정 개념을 도 2를 참조하여 설명한다. 여러개의 빔 스플릿터(202)에 의해 갈라진 레이저 빔(201)은 반사 거울(203)을 통하거나 또는 바로 CCD(Charge Coupled Device) 등의 이미지 센서를 이용한 카메라(204)에 입사하여 영상화된다. 이때 각 레이저의 경로차이는 빔 스플릿터(202) 간의 거리와 같다. 따라서 도 2의 구조를 사용하면 서로 다른 위치의 레이저 빔의 크기를 CCD 카메라(204)의 이동 없이 한번에 측정할 수 있게 된다. 도 2의 구조에서는 레일리(Rayleigh) 거리보다 작은 영역 내의 5개의 지점의 빔 스플릿터들(202)에 의해 분리된 빔들의 크기를 측정하는 방법을 나타내었다. 카메라(204) 상에서 스플릿터들(202)에 의해 분리된 각 레이저 빔의 위치는 이러한 경로 차이(빔 스플릿터(202) 간의 거리)와 같으므로 레일리 거리 보다 긴 곳의 위치에서 빔의 크기를 측정하기에는 카메라(204)의 크기 등에 제약이 있다.
도 3은 레일리 거리 안과 밖을 동시에 측정할 수 있는 본 발명의 M2 측정기의 개념도이다. 도 3에서, 빔 스플릿터들(305~309)는 도 2의 빔 스플릿터들(202)에 해당하고, 반사거울(310)은 도 2의 반사거울(203)에 해당하며, 카메라(311)은 도 2의 카메라(204)에 해당한다.
여기서는, 도 3에서 보인 것처럼 경로차를 주기위한 빔 스플릿터(도 2의 202) 이전에 다른 빔 스플릿터(320)를 더 설치하고, 여기서 갈라지는 레이저의 하나는 경로차 빔 스플릿터(305~309)에 입사하고 다른 하나는 제1반사거울(303)과 제2반사거울(304)을 통해 긴거리의 경로차를 두어 다시 경로차 빔 스플릿터(305~309)에 입사하도록 하였다.
이러한 경우에 첫 번째 빔 스플릿터(302)에서 갈라진 레이저 빔을 제1반사거울(303)을 이용해 높이를 낮추고 제2반사거울(304)을 통해 다시 경로차를 위한 빔 스플릿터들(305 ~ 309)에 입사하면 레일리 거리 보다 짧은 경우와 긴 경우를 동시에 측정할 수 있다. 또한, 레이저의 사양이 변경되어 레일리 거리가 달라지는 경우에도 도 3에서 제1반사거울(303)을 구성하는 거울 들의 위치를 달리하여 ISO 표준에 적합한 위치에서 측정이 가능할 수 있다. 예를 들어, 빔 스플릿터(320)에서 갈라져 직접 빔 스플릿터들(305 ~ 309)로 입사되는 레이저 빔에 대하여 레일리 거리보다 짧은 경우에 대하여 측정하고, 제1반사거울(303)은 2개의 반사거울들(또는 그 이상의 거울들)로 구성될 수 있으며, 레이저의 사양에 따라 이 2개의 반사거울들 중 어느 하나 이상을 화살표 방향으로 적절히 움직여, 빔 스플릿터(302)에서 입사된 레이저 빔의 높이를 조절해 제2반사거울(304)로 출사되도록 함으로써, 이때 빔 스플릿터들(305 ~ 309)로 입사되는 레이저 빔에 대하여 레일리 거리보다 긴 경우에 대하여 측정할 수 있다.
도 3에서, 각각의 빔 스플릿터들(305~309)의 반사도를 각각의 경로에서 측정된 빔의 강도가 서로 비슷한 정도로 결정하면 레이저의 강도에 의한 크기 측정 오차를 최소화할 수 있다. 이를 위해서는 단위 면적당 빔의 강도를 동일하게 하면 가능하다. 즉 각각의 경로에서 빔 스플릿터들(305~309) 각각의 레이저 빔의 에너지를 E1, E2, E3, E4, E5라 하고 빔의 크기(직경 등)를 w1, w2, w3, w4, w5 라 하면, [수학식2]의 조건을 만족하면 된다.
[수학식2]
Figure 112011083401912-pat00002
또한, 각 빔의 에너지는 입사 에너지와 반사율을 곱한 값이므로 각각의 빔 스플릿터(305~309)에서의 반사도를 R1, R2, R3, R4, R5라고 하면 [수학식3]이 성립된다. Ein은 첫번째 빔 스플릿터(305)로 입사되는 레이저의 에너지이다.
[수학식3]
Figure 112011083401912-pat00003
위의 식에서 마지막 빔스플릿터(309)는 투과광이 필요 없으므로 R5=1 로 하면 된다. 따라서 각 레이저 빔의 에너지의 비는 a1=E1/E2=w12/w22, a2=E2/E3=w22/w32, a3=E3/E4=w32/w42, a4=E4/E5=w42/w52이므로, 나머지 각 빔 스플릿터(305~308)의 반사도는 [수학식4]와 같다. R5=1이다.
[수학식4]
Figure 112011083401912-pat00004
따라서 각 빔의 크기를 [수학식1]의 관계에서와 같이 대략적인 크기를 예측하면 [수학식4]의 관계에 따라 각 레이저 빔의 CCD카메라(311)에서의 최고 강도가 비슷한 정도로 측정할수 있는 빔 스플릿터(305~309)의 반사도(단위 면적당 빛의 강도를 동일하게 하는 반사도)를 정할 수 있다.
도 4는 레일리 거리가 짧은 경우 짧은 경로차이로 측정하기 위한 쐐기 구조의 프리즘(401)을 이용한 본 발명의 경로 차이 발생기의 개념도이다.
레일리 거리가 짧은 경우 빔 스플릿터들(305~309) 간의 공간 간섭으로 인해 여러개의 빔 스플릿터를 이용할수 없는 경우가 있다. 이 경우는 도 3의 빔 스플릿터들(305~309) 대신에 도 4와 같은 쐐기 모양 프리즘(401) 형태의 빔 스플릿터를 이용하면 하나의 레이저 빔으로 경로차가 있는 다른 위치들에서의 레이저 빔의 크기 측정이 가능하다.
프리즘(401) 형태의 빔 스플릿터의 경우 경로 차이는 프리즘 각도와 두께 그리고 레이저 입사각에 의해 결정되며 수십에서 수백 마이크로미터 정도의 경로차이를 두고 측정이 가능해 진다. 따라서 레일리 거리가 짧은 경우에 레일리 거리 보다 작은 영역 내에서의 측정은 이 쐐기모양 프리즘(401) 형태의 빔 스플릿터를 이용하고, 레일리 거리 밖의 경우는 도2의 빔 스플릿터(202)(또는 도 3의 빔 스플릿터 305~309)를 이용하면 측정이 가능하다.
도 4에서, 프리즘(401) 각도는 레이저 빔(404)이 입사되는 입사면(402)과 레이저가 프리즘(401) 내에서 굴절된 후 반사되는 프리즘(401)의 반대면(403) 사이의 각도이다. 프리즘(401) 두께는 레이저 특성에 따라 그 좌우의 두께가 적절히 정해질 수 있다. 예를 들어, 레이저가 입사면(402)에 적절한 각도(θ1)로 입사되면, 프리즘(401)의 입사면(402)과 반대면(403)에서 반사 또는 굴절을 거쳐 경로차가 있는 다른 위치들에서의 레이저빔들(405, 406, 407)을 획득할 수 있다. 입사면(402)을 투과하여 나오는 경로차가 있는 레이저빔들(405, 406, 407)은 입사된 레이저 빔(404)에 대하여 서로 다른 각도(R1, R2, R3)를 갖는 방향으로 진행할 수 있다.
도 5는 경로차이를 정확하게 측정하기 위한 본 발명의 CCD 카메라(311)의 이동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
[수학식 1]을 이용한 M2 측정을 위하여, 빔의 크기를 측정하는 위치(z)를 정확히 알아야 한다. 따라서 도 5에서처럼 쉽게 사용할 수 있는 연속형(continuous wave) 등의 레이저(501)를 이용하고, 반사거울(504)에서 반사되어 진행되는 레이저 진행 방향의 앞뒤(503)로 CCD 카메라(502)(도 203, 도 3의 311에 해당)를 이동시켜 초점을 맞춤으로써 촬영한 영상으로부터 정확히 레이저 빔의 크기 W(z)를 측정하고 각각의 레이저 빔의 경로에서 빔이 최소가 되는 지점(z0)을 측정할 수 있으며, 이를 이용하여 각각의 경로 차이도 알 수 있게 된다. 따라서 이 방법을 이용하면 쉽게 경로를 정확하게 측정할 수 있다. CCD 카메라(502)는 레이저(501)의 파장(λ) 등 특성에 따라 수동으로 이동될 수 있거나, 또는 자동 제어 수단에 의해 자동 이동도 가능하다.
또한 레이저의 파장(λ) 등 다른 특성의 레이저 빔을 측정하는 경우에는, 경로 차이의 변경을 위하여 빔 스플릿터 간의 거리를 조정할 수 수 있다. 이때 각 빔 스플릿터들(305~309)은 위치에 따라서 이동 거리가 달라야 한다. 예를 들어, 도 3에서 305가 1 움직이는 경우 306은 2, 307은 3, 308은 4, 309는 5 등 그 상대적인 이동거리가 증가될 수 있다. 따라서 각각의 빔 스플릿터(305~309)를 서로 다른 정해진 거리로 동시에 이동하는 장치가 필요하다.
도 6은 등간격을 유지하며 경로 차이를 변경할 수 있는 본 발명의 빔 스플릿터 이동기를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 M2 측정기는 도 6과 같은 구조의 빔 스플릿터 이동기를 더 구비할 수 있으며, 본 발명의 빔 스플릿터 이동기는 빔 스플릿터 갯수(예, 5)만큼의 빔 스플릿터 장착부(601), 각 빔 스플릿터를 이동하기 위해 양측 지지부(608, 609) 사이에 결합된 볼트들(602~606), 빔 스플릿터 장착부(601)에 부착된 너트(607), 볼트들(602~606)의 회전을 위한 손잡이(610), 손잡이(610)와 풀리(pulley) 형태로 연결을 위한 벨트들(611)을 포함한다.
예를 들어, 손잡이(610)를 회전시키면 손잡이(610)와 제1벨트로 결합된 제1볼트(602)가 회전하여 그에 맞물린 너트가 회전하고 해당 너트에 결합된 빔 스플릿터 장착부가 이동하여 그에 결합된 제1빔 스플릿터(305)를 좌우 이동시킬 수 있다. 또한, 동시에 제1볼트(602)와 제2벨트로 결합된 제2볼트(603)가 회전하여 그에 맞물린 너트가 회전하고 해당 너트에 결합된 빔 스플릿터 장착부가 이동하여 그에 결합된 제2빔 스플릿터(306)를 좌우 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2볼트(603)와 제3벨트로 결합된 제3볼트(604)가 회전하여 그에 맞물린 너트가 회전하고 해당 너트에 결합된 빔 스플릿터 장착부가 이동하여 그에 결합된 제3빔 스플릿터(307)를 좌우 이동시킬 수 있다. 또한, 제3볼트(604)와 제4벨트로 결합된 제4볼트(605)가 회전하여 그에 맞물린 너트가 회전하고 해당 너트에 결합된 빔 스플릿터 장착부가 이동하여 그에 결합된 제4빔 스플릿터(308)를 좌우 이동시킬 수 있다. 제4볼트(605)와 제5벨트로 결합된 제5볼트(606)가 회전하여 그에 맞물린 너트가 회전하고 해당 너트에 결합된 빔 스플릿터 장착부가 이동하여 그에 결합된 제5빔 스플릿터(309)를 좌우 이동시킬 수 있다.
이와 같이, 각각의 빔 스플릿터 장착부들(601)은 그에 결합된 너트와 회전 운동하는 볼트에 의해서 동시에 위치가 좌우 이동되며, 이때 각 빔 스플릿터(305~309)에 대한 볼트와 너트의 나사산 수를 다르게 하여 볼트가 동일하게 회전하여도 각 빔 스플릿터의 이동거리를 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 602의 나사산이 1이면 603은 2, 604는 3 등으로 만들면 볼트들(602~606)의 동일 회전수에 대하여 나사산에 의해 결정된 거리만큼 각 빔 스플릿터를 이동시켜 각각의 빔 스플릿터(305~309)를 서로 다른 정해진 거리로 동시에 좌우 이동시킬 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
빔 스플릿터: 202, 305~309, 320
반사거울: 203, 310, 303, 304
CCD 카메라: 204, 311

Claims (12)

  1. 레이저의 M2 값을 측정하기 위한 레이저 M2 측정기에 있어서,
    레이저 빔을 순차 통과시키기 위해 일정 거리씩 이격된 복수의 빔 스플릿터;
    상기 복수의 빔 스플릿터에서 각각 분리되어 반사되 나오는 경로 차이가 있는 복수의 레이저빔들의 영상을 획득하는, 이동없는 고정된 카메라; 및
    레일리 거리 보다 짧은 경우와 긴 경우에 대하여 동시에 측정하기 위한 다른 빔 스플릿터를 포함하고,
    상기 다른 빔 스플릿터를 이용해 상기 레이저 빔이 분리되는 제1 레이저빔과 제2 레이저빔 중 상기 제1 레이저빔은 상기 복수의 빔 스플릿터로 입사시키고, 상기 제2 레이저빔은 다른 광학계의 경로를 거쳐 상기 복수의 빔 스플릿터로 입사시키며,
    상기 카메라는, 분리된 상기 복수의 레이저빔들로부터 직접 해당 경로 차이가 있는 레이저 빔들의 영상을 획득하거나, 분리된 상기 복수의 레이저빔들이 반사 거울을 통해 반사될 때 해당 경로 차이가 있는 레이저 빔들의 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 레이저 M2 측정기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    레일리 거리가 짧은 경우를 위해, 상기 복수의 빔 스플릿터로서 쐐기 구조의 프리즘을 이용하고,
    미리 결정된 좌우 두께와 입사면과 반사면 사이의 각도를 갖는 상기 프리즘의 상기 입사면에 레이저 빔을 일정 각도로 입사하여, 상기 프리즘 내에서 반사 또는 굴절을 거쳐 경로차가 있는 다른 위치들에서 분리되어 나오는 레이저빔들의 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 레이저 M2 측정기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 레이저빔에 대해 복수의 반사거울들을 이용해 경로를 변경하여 상기 복수의 빔 스플릿터의 높이에 맞춘 후 상기 복수의 빔 스플릿터로 입사시키는 것을 특징으로 하는 레이저 M2 측정기.
  6. 제1항에 있어서,
    측정 오차를 줄이고 단위 면적당 빔의 강도를 맞추기 위하여,
    상기 복수의 빔 스플릿터 각각의 반사도가 서로 다르게 미리 결정되어 사용되는 것을 특징으로 하는 레이저 M2 측정기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 빔 스플릿터 중 마지막 번째 빔 스플릿터의 반사도는 1인 것을 특징으로 하는 레이저 M2 측정기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 빔 스플릿터 5개 중 마지막 번째 빔 스플릿터를 제외한 빔 스플릿터들의 반사도는, 수학식
    Figure 112013008575845-pat00005

    에 의하여 결정되며, 여기서, 상기 복수의 빔 스플릿터에서 각 레이저 빔의 에너지의 비 a1=E1/E2=w12/w22, a2=E2/E3=w22/w32, a3=E3/E4=w32/w42, a4=E4/E5=w42/w52이고, R1, R2, R3, R4는 5개의 상기 복수의 빔 스플릿터 중 마지막 번째 빔 스플릿터를 제외한 첫번째부터 네번째 스플릿터들의 순차적인 반사도, E1, E2, E3, E4, E5는 5개의 상기 복수의 빔 스플릿터의 첫번째부터 순차적인 레이저 빔의 에너지이며, w1, w2, w3, w4, w5는 5개의 상기 복수의 빔 스플릿터의 첫번째부터 순차적인 레이저 빔의 크기인 것을 특징으로 하는 레이저 M2 측정기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 경로 차이의 정확도를 높이기 위하여, 입사되는 레이저 빔의 진행 방향의 앞뒤로 상기 카메라를 이동시켜 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 레이저 M2 측정기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 빔 스플릿터를 동시에 좌우 이동시키기 위한 이동기를 포함하고,
    상기 이동기는 손잡이의 회전에 따라 상기 손잡이와 벨트로 결합된 볼트들을 회전시킴으로써, 상기 볼트들과 결합된 해당 너트들의 좌우 이동으로 상기 너트들에 결합된 빔 스플릿터 장착부들을 이동시킴으로써 상기 빔 스플릿터 장착부들에 결합된 상기 복수의 빔 스플릿터를 동시에 좌우 이동시키는 것을 특징으로 하는 레이저 M2 측정기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 볼트들의 나사산 수를 서로 다르게 하여, 상기 볼트들이 동일한 회전수로 회전하여도 상기 복수의 빔 스플릿터 각각의 이동거리를 다르게 한 것을 특징으로 하는 레이저 M2 측정기.
  12. 레이저 빔을 복수의 빔 스플릿터로 순차 통과시켜 경로 차이가 있는 복수의 레이저빔들로 분리하는 단계; 및
    이동없는 고정된 카메라를 이용하여, 분리된 상기 복수의 레이저빔들로부터 직접 해당 경로 차이가 있는 레이저 빔들의 영상을 획득하거나, 분리된 상기 복수의 레이저빔들을 반사 거울을 통해 반사시켜 해당 경로 차이가 있는 레이저 빔들의 영상을 획득하는 단계를 포함하되,
    레일리 거리 보다 짧은 경우와 긴 경우에 대하여 동시에 측정하기 위해, 다른 빔 스플릿터를 이용해 상기 레이저 빔이 분리되는 제1 레이저빔과 제2 레이저빔 중 상기 제1 레이저빔은 상기 복수의 빔 스플릿터로 입사시키고, 상기 제2 레이저빔은 다른 광학계의 경로를 거쳐 상기 복수의 빔 스플릿터로 입사시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저의 M2 값 측정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002054989A (ja) * 2000-08-14 2002-02-20 Kawasaki Heavy Ind Ltd レーザビーム計測装置および制御装置
KR20100065971A (ko) * 2008-12-09 2010-06-17 한국전기연구원 극초단 레이저 펄스를 측정하기 위한 크로스 코릴레이터 및그 방법
US20110249256A1 (en) * 2010-04-08 2011-10-13 Scaggs Michael J Laser beam analysis apparatus

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