KR101888017B1 - 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치 및 방법 - Google Patents

3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101888017B1
KR101888017B1 KR1020170152103A KR20170152103A KR101888017B1 KR 101888017 B1 KR101888017 B1 KR 101888017B1 KR 1020170152103 A KR1020170152103 A KR 1020170152103A KR 20170152103 A KR20170152103 A KR 20170152103A KR 101888017 B1 KR101888017 B1 KR 101888017B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
processed
pattern
laser
dimensional
laser beam
Prior art date
Application number
KR1020170152103A
Other languages
English (en)
Inventor
최병찬
최용철
최호경
송영훈
정기원
안두백
Original Assignee
에이티아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이티아이 주식회사 filed Critical 에이티아이 주식회사
Priority to KR1020170152103A priority Critical patent/KR101888017B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101888017B1 publication Critical patent/KR101888017B1/ko
Priority to JP2018191576A priority patent/JP2019089129A/ja
Priority to EP18204525.2A priority patent/EP3485855A3/en
Priority to US16/182,911 priority patent/US20190143454A1/en
Priority to CN201811330355.1A priority patent/CN109794687A/zh
Priority to US16/723,368 priority patent/US20200130103A1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/14—Eye parts, e.g. lenses, corneal implants; Implanting instruments specially adapted therefor; Artificial eyes
    • A61F2/16—Intraocular lenses
    • A61F2/1613—Intraocular lenses having special lens configurations, e.g. multipart lenses; having particular optical properties, e.g. pseudo-accommodative lenses, lenses having aberration corrections, diffractive lenses, lenses for variably absorbing electromagnetic radiation, lenses having variable focus
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/14—Eye parts, e.g. lenses, corneal implants; Implanting instruments specially adapted therefor; Artificial eyes
    • A61F2/16—Intraocular lenses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A61C13/0003—Making bridge-work, inlays, implants or the like
    • A61C13/0006—Production methods
    • A61C13/0018—Production methods using laser
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/0077—Special surfaces of prostheses, e.g. for improving ingrowth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042—Automatically aligning the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626—Energy control of the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B23K26/0821—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head using multifaceted mirrors, e.g. polygonal mirror
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/355—Texturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/359—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by providing a line or line pattern, e.g. a dotted break initiation line
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00317—Production of lenses with markings or patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/02—Artificial eyes from organic plastic material
    • B29D11/023—Implants for natural eyes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G01B9/02091—Tomographic interferometers, e.g. based on optical coherence
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/0077—Special surfaces of prostheses, e.g. for improving ingrowth
    • A61F2002/0081—Special surfaces of prostheses, e.g. for improving ingrowth directly machined on the prosthetic surface, e.g. holes, grooves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/0077—Special surfaces of prostheses, e.g. for improving ingrowth
    • A61F2002/0086—Special surfaces of prostheses, e.g. for improving ingrowth for preferentially controlling or promoting the growth of specific types of cells or tissues
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/14—Eye parts, e.g. lenses, corneal implants; Implanting instruments specially adapted therefor; Artificial eyes
    • A61F2/16—Intraocular lenses
    • A61F2002/1681—Intraocular lenses having supporting structure for lens, e.g. haptics
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/14—Eye parts, e.g. lenses, corneal implants; Implanting instruments specially adapted therefor; Artificial eyes
    • A61F2/16—Intraocular lenses
    • A61F2002/1681—Intraocular lenses having supporting structure for lens, e.g. haptics
    • A61F2002/1689—Intraocular lenses having supporting structure for lens, e.g. haptics having plate-haptics
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2240/00—Manufacturing or designing of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2240/001—Designing or manufacturing processes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2240/00—Manufacturing or designing of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2240/001—Designing or manufacturing processes
    • A61F2240/002—Designing or making customized prostheses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2250/00—Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2250/0014—Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof having different values of a given property or geometrical feature, e.g. mechanical property or material property, at different locations within the same prosthesis
    • A61F2250/0026—Special features of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof having different values of a given property or geometrical feature, e.g. mechanical property or material property, at different locations within the same prosthesis differing in surface structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/30—Organic material
    • B23K2103/42—Plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/10—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to cutting or desurfacing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00038—Production of contact lenses
    • B29D11/00125—Auxiliary operations, e.g. removing oxygen from the mould, conveying moulds from a storage to the production line in an inert atmosphere
    • B29D11/0023—Transferring contact lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

레이저 발생부; 레이저 발생부에서 생성된 레이저 빔의 크기를 조절하는 제1빔조절부; 제1빔조절부를 경유한 상기 레이저 빔의 z축, x축 및 y축의 초점위치를 조절하는 제2빔조절부; 3차원 가공대상체에 레이저 패터닝이 가능하도록 상기 제2빔조절부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 제어부는, 배치된 3차원 가공대상체의 3차원 위치정보 및 3차원 형상 설계 파일에 포함된 3차원 위치정보 중 하나에, 가공될 패턴의 정보를 부여하고, 배치된 3차원 가공대상체의 3차원 위치정보 및 3차원 형상 설계 파일에 포함된 3차원 위치정보의 매칭을 통한 정렬을 시켜, 레이저 패터닝이 수행되도록 하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치가 제공된다.

Description

3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치 및 방법{LASER PATTERNING APPARATUS FOR 3-DIMENSIONAL OBJECT AND METHOD}
본 발명의 일 실시예는 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이저 가공은 레이저 빔을 이용하여 대상체를 가공하는 것을 의미하며, 최근에는 가공대상체의 피가공면에 일정한 패턴을 형성하기 위한 목적으로 레이저 가공이 사용되기도 한다. 이러한 레이저 가공에 사용되는 레이저 패터닝 장치는 레이저를 이용하여 대상체에 소정의 패턴을 형성하는 장치이다.
하지만, 종래의 레이저 패터닝 장치는 곡형의 3차원 대상물에 패터닝을 수행할 수 없었으며, 예를 들어, 인공수정체 등의 생체 이식체와 관련된 대상체 패터닝의 경우, 고도의 정밀도 및 오차 관리성이 확보될 수 없어 사용되기 어려웠다.
대한민국 등록특허공보 제10-1243998호 (2013. 03. 08)
본 발명의 실시예들은, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치에 있어서, 마이크로 또는 나노 패턴을 통해 세포의 정렬, 세포의 이동 방향, 세포의 접착 등에 영향을 주는 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 펄스화된 레이저 빔을 사용하여, 마이크로 크기에서 나노 크기의 패턴을 제작할 수 있는 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 레이저 빔의 초점 높이를 조절할 수 있는 다이나믹 포커싱 모듈을 통해, 나노 크기에서 마이크론 크기의 선폭을 균일하게 가공할 수 있는 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 세포의 정렬 및 세포의 이동 방향에 영향을 주는 마이크로 패턴과 세포의 접착에 영향을 주는 나노 패턴을 통해 세포의 이동성 및 접착성 조절이 가능한 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 광학 단층 촬영기, 레이저 간섭계, 공초점 현미경, 이광자 현미경 중 하나를 이용하여 3차원 가공대상체의 표면 정보를 취득할 수 있는 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들은, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치에 있어서, 마이크로 또는 나노 패턴을 통해 세포의 정렬, 세포의 이동 방향, 세포의 접착 등에 영향을 주는 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 방법을 제공하기 위한 것이다.
레이저 발생부; 레이저 발생부에서 생성된 레이저 빔의 크기를 조절하는 제1빔조절부; 제1빔조절부를 경유한 상기 레이저 빔의 z축, x축 및 y축의 초점위치를 조절하는 제2빔조절부; 3차원 가공대상체에 레이저 패터닝이 가능하도록 상기 제2빔조절부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 제어부는, 배치된 3차원 가공대상체의 3차원 위치정보 및 3차원 형상 설계 파일에 포함된 3차원 위치정보 중 하나에, 가공될 패턴의 정보를 부여하고, 배치된 3차원 가공대상체의 3차원 위치정보 및 3차원 형상 설계 파일에 포함된 3차원 위치정보의 매칭을 통한 정렬을 시켜, 레이저 패터닝이 수행되도록 하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치가 제공된다.
그리고,
패턴의 정보는, 패턴의 형상, 패턴의 폭, 패턴의 깊이, 패턴 간의 간격, 레이저 빔의 파장 및 출력, 펄스폭, 스캐닝 속도, 스폿사이즈 등을 포함할 수 있다.
또한, 패턴의 정보는, 평면 상에 형성된 패턴의 형상을, 배치된 상기 3차원 가공대상체의 3차원 위치정보 및 상기 3차원 형상 설계 파일에 포함된 3차원 위치정보 중 하나를 적용하여 3차원으로 상기 제어부에 의해 변환된 정보일 수 있다.
또한, 패턴의 정보는, 배치된 상기 3차원 가공대상체의 3차원 형상 위치 정보 및 상기 3차원 형상 설계 파일에 포함된 3차원 위치 정보 중 하나에 3차원 패턴 형상 정보를 직접 생성하여 3차원 정보로 상기 제어부에 의해 변환된 정보일 수 있다.
또한, 레이저 발생부는, 펄스화된 레이저 빔 소스(source)를 사용하여, 나노초, 피코초, 또는 펨토초 중 하나의 레이저 빔을 발생시킬 수 있다.
또한, 제1빔조절부는, 상기 레이저 빔의 크기를 조절하고 상기 레이저 빔을 콜리메이트 빔(collimated beam)으로 생성시킬 수 있다.
또한, 제1빔조절부는 빔 익스펜더이고, 제2빔조절부는 x축 및 y축의 초점위치를 조절하는 스캔헤드 및 z축 초점위치를 조정하는 다이나믹 포커싱 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 제2빔조절부는 2 개 이상의 렌즈를 포함하고, 렌즈들 간의 간격을 조절하여 상기 제1빔조절부를 경유한 상기 레이저 빔의 수렴 및 발산을 조절하여 상기 레이저 빔의 z축 초점을 조절할 수 있다.
또한, 스캔헤드는 x축 스캔미러 및 y축 스캔미러를 포함하는 갈바노미터를 포함할 수 있다.
또한, 레이저 빔을 상기 3차원 가공대상체에 집속하기 위한 집광부를 포함하고, 집광부는 텔레센트릭 에프-세타 렌즈(telecentric F-theta lens) 또는 에프-세타 렌즈(F-theta lens)를 포함할 수 있다.
또한, 제어부는, 3차원 가공대상체의 x, y, z축 표면 형상 데이터를 추출하고, 추출된 데이터에 맞춰 z축의 초점 위치를 조절하는 상기 다이나믹 포커싱 모듈 및 x, y축의 초점 위치를 조절하는 상기 스캔헤드를 제어하여, 3차원 가공대상체 표면에 마이크로 크기에서 나노크기의 패턴 폭과 패턴 깊이를 갖는 미세 패턴을 형성시킬 수 있다.
또한, 형상 인식부를 더 포함하고, 형상 인식부는, 상기 3차원 가공대상체의 x, y, z축을 포함하는 표면 형상 정보를 추출하기 위해 광학 단층 촬영기(OCT; Optical Coherence Tomography), 레이저 간섭계, 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(two-photon microscope) 중 하나를 포함할 수 있다.
또한, 3차원 가공대상체는 생체이식체이고, 3차원 가공대상체에 나노초, 피코초, 또는 펨토초 중 하나의 상기 레이저 빔을 조사하여 미세 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 유효 가공영역과 유효 초점거리 내에 상기 3차원 가공대상체가 위치하도록 제어할 수 있는 초정밀 스테이지를 포함할 수 있다.
3차원 가공대상체를 레이저 패터닝 장치에 배치(loading)시키고, 3차원 가공대상체의 표면을 측정하여 실측된 3차원 위치정보를 획득하고, 제어부에 의해 상기 제어부에 기 입력된 상기 가공대상체의 도면상 3차원 위치정보 또는 상기 실측된 3차원 위치정보를 매칭하여 상기 3차원 가공대상체를 정렬시키고, 정렬된 상기 3차원 가공대상체 상에 상기 패턴의 정보에 따라 레이저 빔을 조사하여 상기 패턴을 가공하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 방법이 제공된다.
그리고, 패턴의 정보는, 평면 상에 형성된 패턴의 형상을, 배치된 가공대상체의 3차원 위치정보 및 3차원 형상 설계 파일에 포함된 3차원 위치정보 중 하나에 적용하여 3차원으로 제어부에 의해 변환처리되어 형성될 수 있다.
또한, 패턴의 정보는, 배치된 상기 3차원 가공대상체의 3차원 형상 위치 정보 및 상기 3차원 형상 설계 파일에 포함된 3차원 위치 정보 중 하나에 3차원 패턴 형상 정보를 직접 생성하여 3차원으로 상기 제어부에 의해 변환된 정보일 수 있다.
또한, 패턴이 가공된 가공대상체를 대상으로, 패턴의 형상, 패턴의 폭, 패턴의 깊이, 패턴 간의 간격, 레이저 빔의 파장 및 출력, 펄스폭, 스캐닝 속도, 스폿사이즈를 검사하는 품질관리 단계를 더 포함할 수 있다.또한, 품질관리 단계에서 검사된 정보를 통해 분석 보고서를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치에 있어서, 마이크로 또는 나노 패턴을 통해 세포의 정렬, 세포의 이동 방향, 세포의 접착 등에 영향을 주는 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치를 제공할 수 있다.
또한, 펄스화된 레이저 빔을 사용하여, 마이크로 크기에서 나노크기의 패턴을 제작할 수 있는 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 레이저 빔의 초점 높이를 조절할 수 있는 다이나믹 포커싱 모듈을 통해, 나노 크기에서 마이크론 크기의 선폭을 균일하게 가공할 수 있다.
또한, 세포의 정렬 및 세포의 이동 방향에 영향을 주는 마이크로 패턴과 세포의 접착에 영향을 주는 나노 패턴을 통해 세포의 이동성 및 접착성 조절이 가능할 수 있다.
또한, 패턴의 크기에 따라 세포의 부착, 이동, 분화 등의 세포의 거동 및 기능을 조절할 수 있으며, 이를 이용하여 감영 방지, 항균, 스텐트의 혈관 재협착 방치 및 후기 혈전형성 방지, 치과 및 정용외과용 임플란트의 골형성 촉진, 골접착 촉진, 인공수정체의 후발백내장 방지 등의 패턴의 기능을 부여하여 생체 삽입형 기능성 의료기기를 제작할 수 있다.
또한, 생체 삽입형 의료용 기기의 생체적합성 강화를 위하여 마이크로-나노 패턴을 3차원 복잡 형상을 가진 의료용 기기의 표면에 형성할 수 있다.
또한 생체 삽입형 의료용 기기는 심혈관용 및 비혈관용 스텐트, 치과 및 정형외과용 임플란트 등일 수 있다.
또한, 광학 단층 촬영기(OCT; Optical Coherence Tomography), 레이저 간섭계, 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(two-photon microscope) 중 하나를 포함하여 3차원 가공대상체의 표면 정보를 취득할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치에 있어서, 마이크로 또는 나노 패턴을 통해 세포의 정렬, 세포의 이동 방향, 세포의 접착 등에 영향을 주는 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝의 빔 경로를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝의 빔 경로를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 패터닝의 빔의 범위를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체를 가공하는 흐름을 설명하기 위한 순서도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체를 가공하는 흐름을 구체적으로 설명하기 위한 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체를 가공하는 흐름을 구체적으로 설명하기 위한 순서도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체를 가공하는 흐름을 구체적으로 설명하기 위한 순서도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체의 위치정보가 데이터 변환되는 과정을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가공대상체를 나타낸 도면,
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴을 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체의 정렬과정을 나타낸 도면
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝이 완료된 인공수정체를 나타낸 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
본 발명에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치는, 생체이식체, 예를 들어, 인공수정체, 치과용 임플란트, 정형외과용 임플란트 등의 생체이식체 가공에 사용될 수 있다. 한편, 레이저 발생부 및 빔 조절부를 포함하여, 생체이식체에 있어서 세포 정렬 및 이동 방향에 영향을 주는 마이크로 패턴과 나노 패턴 중 하나 이상의 패턴을 패터닝할 수 있다. 여기서, 가공대상체의 예시로서 생체에 이식 또는 식립 될 수 있는 가공대상체를 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 인체 내에서 또는 인체와 함께 사용될 수 있는 패턴을 포함하는 가공대상체도 포함될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 이러한 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 하는 장치 및 방법을 구분하여 설명하되, 장치의 설명에서 기재가 생략되고, 방법의 설명에만 기재된 구체적인 단계들도 본 발명의 실시예에 따른 장치를 통해 수행될 수 있 음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치의 레이저 빔의 경로를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치는, 3차원 가공대상체(1)에 미세한 패터닝을 하기 위해 레이저 발생부(10), 빔 익스팬더(20), 빔 조절부(30), 집광부(50), 형상 인식부(60) 및 제어부(70)를 포함할 수 있다.
레이저 발생부(10)는 패터닝을 위한 레이저 빔을 생성할 수 있다. 구체적으로, 레이저 발생부(10)는 펄스화된 레이저 소스(laser source)를 사용할 수 있다. 이로써, 레이저 발생부(10)는 나노초, 피코초, 또는 펨토초 중 하나의 레이저 빔을 발생시킬 수 있다. 이 중, 예를 들어, 펨토초 레이저 빔은 1~1000 펨토초의 펄스 지속시간(duration time)을 갖는 극초단파 레이저일 수 있다. 구체적으로, 레이저 발생부(10)는 펨토초 범위 내의 펄스 지속 시간을 갖는 펄스화된 레이저 빔을 생성할 수 있다. 여기서, 펄스 반복율은 두자리 kHz 범위 내지 최대 세자리 kHz 범위 내에 있거나, MHz 범위 내에 있을 수 있다. 레이저 빔의 파장은 적외선 영역에서부터 자외선 영역 내에 위치하는 레이저 파장 전부를 사용할 수 있다. 예를 들어, 자외선 파장, 그린 파장, 자외선 파장 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치는, 3차원 가공대상체(1)에 마이크로 단위에서 나노 단위의 폭과 깊이를 갖는 패턴을 패터닝 할 수 있다. 설계된 패턴 크기에 따라 레이저 파장을 변환하여 사용함으로써 다양한 패턴 크기를 실현할 수 있다. 예를 들어, 3차원 가공대상체가 생체이식체 중 하나인 인공수정체인 경우, 10mm 이상(바람직하게는, 12mm) 직경 이상을 갖는 가공대상체의 표면 전체에 한번에 레이저 빔을 조사하여 수 마이크로 단위에서 나노 단위의 패턴을 생성할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치는, 레이저의 파장을 자외선 영역의 짧은 파장을 갖도록 변환시켜 사용함으로써 집광부(50)의 회절한계를 극복하고 나노 단위의 패턴을 구현할 수 있다.
레이저 발생부(10)에서 생성된 레이저 빔은, 펄스화된 펨토초 레이저 빔일 수 있으며, 빔 익스팬더(20) 및 빔 조절부(30)를 경유할 수 있다.
빔 익스팬더(20)는 레이저 발생부(10)에서 생성된 레이저 빔의 크기를 조절 할 수 있다. 구체적으로, 빔 익스팬더(20)는 레이저 빔을 확대 또는 축소시킬 수 있다. 또한, 빔 익스팬더(20)는 레이저 빔을 분산이나 집중이 적은 콜리메이트 빔(collimated beam)으로 생성시켜 줄 수 있다. 이로써, 레이저 발생부(10)에서 생성된 레이저 빔은 빔 익스팬더(20)를 경유하며 확대 또는 축소되어 크기 조절 되면서, 콜리메이트 빔으로 생성될 수 있다. 빔 익스팬더(20)로부터 변경된 레이저 빔의 크기는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치의 마지막 단의 렌즈로 입사되는 레이저 빔의 크기일 수 있다. 빔 익스팬더(20)는 레이저 발생부(10)에서 생성된 레이저 빔의 직경을 변경하고, 변경된 레이저 빔을 출력할 수 있다. 빔 익스팬더는(20)는 수동 또는 자동으로 조절이 가능할 수 있다.
이 밖에도, 빔 어테뉴에이터(attenuator), 편광판, 반파장판, 스플리터, 필터, 셔터 등의 다양한 광학소자가 더 배치될 수 있다.
빔 조절부(30)는 3차원 가공대상체에 조사될 수 있는 레이저 빔의 초점 높이 및 초점 위치를 조절할 수 있다. 빔 조절부(30)는 다이나믹 포커싱 모듈(dynamic focusing module)(31) 및 스캔 헤드(scan head)(32)를 포함할 수 있다. 빔 조절부(30)의 다이나믹 포커싱 모듈(31)은 레이저 빔의 초점 높이를 조절할 수 있으며, 스캔 헤드(32)는 3차원 가공대상체를 따라 레이저 빔의 초점 위치를 조절할 수 있다.
다이나믹 포커싱 모듈(31)은 3차원 가공대상체의 3차원 가공 데이터에 따라, 집광부(50)를 통과하는 레이저 빔의 초점 위치를 조절할 수 있다. 구체적으로, 다이나믹 포커싱 모듈(31)은 2개 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 각 렌즈들간의 간격을 조절하여, 다이나믹 포커싱 모듈(31)을 통과한 레이저 빔의 발산, 수렴을 조절함으로써 집광부(50)를 통과한 레이저 빔의 초점을 조절할 수 있다.
다시 말해, 다이나믹 포커싱 모듈(31)은 빔 조절부(20)를 경유한 레이저 빔의 초점 높이, 즉 초점의 z축 위치를 조절할 수 있다. 다이나믹 포커싱 모듈(31)은 빔 익스팬더(20)를 경유한 레이저 빔의 수렴 및 발산을 조절하여 레이저 빔의 z축 위치, 즉 레이저 빔의 초점 높이를 조절할 수 있다.
다이나믹 포커싱 모듈(31)은 수평 왕복 이동을 하는 모터(미도시)의 구동에 의해, 스캔 헤드(32)로 발사되는 레이저 빔의 거리를 조절하여 조사할 수 있다. 예를 들어, 모터가 수평 왕복 이동을 할 경우, 다이나믹 포커싱 모듈(31)이 좌측으로 이동하게 되면, 레이저 빔의 초점이 3차원 가공대상체(1)로부터 멀어지게 되므로, 레이저 빔이 z축 상에서 도 1 지면의 상측으로 이동할 수 있다. 따라서, 레이저 빔의 높이가 짧아질 수 있다. 반대로, 다이나믹 포커싱 모듈(31)이 우측으로 이동하게 되면, 레이저 빔이 3차원 가공대상체(1)로 가까워지므로, 레이저 빔의 초점이 z축 상에서 도 1 지면의 하측으로 이동할 수 있다. 따라서, 레이저 빔의 높이가 길어질 수 있다. 따라서, 3차원 가공대상체(1)에 입사되는 상기 레이저 빔의 초점 위치를 z축 방향으로 제어 할 수 있다.
다이나믹 포커싱 모듈(31)을 통해서, 3차원 가공대상체(1)의 3차원 형상의 표면의 높이를 따라 패터닝 할 수 있다. 예를 들어, 생체 이식체 중 하나인 인공수정체는 곡형의 형상을 가지므로, 레이저 빔에 의하여 패턴이 패터닝되어야 하는 위치가 각각의 x축 및 y축에 따라 높이(즉, z축)가 다를 수 있다. 다이나믹 포커싱 모듈(31)을 통한 레이저 빔의 초점의 z축상 위치 조절은 각각의 x축 및 y축 좌표마다 다른 z축 위치에 대응하여 균일한 패터닝을 할 수 있다. 또한, 나노 크기에서 마이크로 크기의 폭으로 패터닝을 할 수 있다. 또한, 패턴의 형상은 점, 점선, 선, 폴리라인(poly line), 원호, 다각형 등일 수 있다. 다이나믹 포커싱 모듈(31)은 내부 광학계의 이동 또는 광학계에 포함된 렌즈 각각을 이동시킬 수 있다. 따라서, 레이저 빔의 높이를 실시간으로 고속제어가 가능하여 3차원 가공대상체 표면에서의 선폭의 균일성을 높이고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
다이나믹 포커싱 모듈(31)에 의해 z축 초점위치가 조절된 상기 레이저 빔은 스캔 헤드(32)에 의해 x축 및 y축 초점위치가 조절될 수 있다.
스캔 헤드(32)는 3차원 가공대상체(1)의 x축 및 y축의 초점 위치를 조절할 수 있다. 스캔 헤드(32)는 x축 스캔미러(미도시됨) 및 y축 스캔미러(미도시됨)를 포함하여, 2차원적인 스캐닝을 할 수 있다. 다이나믹 포커싱 모듈(31)에 의해 z축 초점위치가 조절된 레이저 빔을 x축 스캔미러 및 y축 스캔미러를 통해 3차원 가공대상체(1)의 곡면을 따라 x축 및 y축 방향으로 미세하게 제어할 수 있다.
스캔 헤드(32)의 x축 스캔미러와 y축 스캔미러는 레이저 빔을 패터닝을 위한 방향으로 레이저 빔을 반사시켜 3차원 가공대상체(1)의 원하는 위치에 레이저 빔을 조사시킬 수 있다. x축 스캔미러와 y축 스캔미러는 갈바노미터(galvanometer)식으로 한 쌍의 스캔미러로 구성되고, 이 한 쌍의 스캔 미러들은 각각 x-y 평면을 가로지르는 축들 중의 하나의 방향으로 레이저 빔을 편향시킬 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이, 빔 조절부(30)는 상기 레이저 빔의 초점 높이 및 초점 위치를 조절할 수 있다. 레이저 빔은 빔 익스팬더(20)를 경유하면서 확대 또는 축소되어 크기 조절이 되고, 콜리메이트 빔으로 생성되어 제어된 방향으로 굴절될 수 있다. 빔 익스팬더(20)를 경유한 레이저 빔은 다이나믹 포커싱 모듈(31)에 의해 z축 초점위치가 조절되고, 스캔 헤드(32)에 의해 x, y 좌표가 조절되어 3차원 가공대상체(1)에 대응되게 레이저 빔의 초점 위치가 조절될 수 있다.
빔 조절부(30)의 하부에는, 다이나믹 포커싱 모듈(31) 및 스캔 헤드(32)를 통과한 상기 펨토초 레이저 빔을 3차원 가공대상체(1)로 집속하기 위한 집광부(50)가 배치될 수 있다.
집광부(50)는 레이저 빔을 집속시킬 수 있다. 집광부(50)는 빔 조절부(30)를 통과한 레이저 빔이 집광시켜서, 3차원 가공대상체(1)에 레이저 빔을 조사할 수 있다. 집광부(50)는 텔레센트릭 에프-세타 렌즈(telecentric F-theta lens) 또는 에프-세타 렌즈(F-theta lens)를 포함할 수 있다. 이로써, 마이크로 또는 나노 크기 단위의 미세 패턴을 가공할 수 있다.
이러한 구성들을 통해, 레이저 빔의 조사 위치, 초점 거리, 출력되는 레이저 빔의 펄스 파형, 조사 시간, 스캐닝 속도, 발산 특성, 비점 수차 등 다양한 파라미터 중 적어도 하나 이상을 조절할 수 있다.
형상 인식부(60)는 3차원 가공대상체(1)의 형상을 인식할 수 있다. 형상 인식부(60)는 도 1과 같이 레이저 빔 경로와 다른 공간에 배치될 수 있다. 또한 형상 인식부(60)는 다이나믹포커싱 모듈(31)과 스캔헤드(32)사이에 레이저 빔이 전달되는 경로내에 배치될 수도 있다. 형상 인식부(60)는 빛의 간섭현상을 통해 3차원 가공대상체(1)의 3차원 곡형 형상의 표면을 인식하고 도면으로 나타낼 수 있다. 굴절률을 이용하는 간섭계를 통해 3차원 가공대상체(1)의 형상 정보를 취득하여 제어부(70)로 전송할 수 있다. 구체적으로, 투명한 곡형의 3차원 가공대상체(1)는 투명하기 때문에 높이 및 표면을 인식하기 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 굴절율을 이용한 간섭계를 통해 가공대상체(1) 표면의 3차원 정보를 취득하고, 취득된 정보와 제어부(70)에 입력되어 있는 도면을 매칭하여, 3차원 가공대상체(10)의 특정점(예를 들어, 만곡 형상의 꼭지점)을 찾을 수 있다. 이를 따라서 레이저 빔을 조사하여 패터닝 가공할 위치를 파악할 수 있다. 형상 인식부(60)를 통해, 다양한 표면 구조에 대해 유연하게 패터닝을 할 수 있다.
뿐만 아니라, 형상 인식부(60)는 광학 단층 촬영기(OCT; Optical Coherence Tomography)를 포함하여 3차원 가공대상체(1)의 형상을 인식할 수 있다. 예를 들어, 검사용 광원으로 레이저 빔을 사용하여 투명한 곡형을 갖는 3차원 가공대상체(1)의 표면을 3차원적으로 스캐닝하여, 3차원 표면 형상의 좌표를 측정하고, 이 데이터를 기반으로 3차원 가공대상체 표면에 레이저 패터닝을 할 수 있다. 여기서, 레이저 패터닝하기 위한 레이저는 나노초 , 피코초, 또는 펨토초 레이저 중 하나일 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 레이저 빔의 파장은 100nm 초과 10000nm 이하, 반복률이 1Hz에서 수백 GHz를 갖는 레이저 빔일 수 있다.
나아가, 이에 한정되지 않고 형상 인식부(60)는 공초점 현미경(confocal microscope) 또는 이광자 현미경(two-photon microscope)를 포함하여 3차원 가공대상체(1)의 형상을 인식할 수 있음은 물론이다. 여기서, 공초점 현미경은 공초점 원리를 이용한 현미경으로서, 이를 포함하는 형상 인식부(60)는 레이저 빔에서 3차원 가공대상체(1)의 초점과 맞지 않는 광은 제거하고 3차원 가공대상체(1)의 초점과 일치하는 광만을 사용함으로써 3차원 가공대상체(1)의 형상을 인식할 수 있다. 또한, 형상 인식부(60)는, 이광자 흡수 현상을 이용한 이광자 현미경을 포함하여 3차원 가공대상체(1)의 형상을 인식할 수 있다.
제어부(70)는 곡면을 가진 3차원 가공대상체의 표면에 패터닝을 하기 위해, 설계된 3차원 패턴 데이터를 입력하여, x축, y축, z축의 초점 위치 데이터를 추출할 수 있다. 이 데이터를 기반으로 x축 및 y축의 2차원 초점 위치 데이터는 스캔 헤드(32)가 제어할 수 있다. 또한, z축의 초점 위치 데이터는 다이나믹 포커싱 모듈(32)이 제어함으로써 3차원 패턴 데이터를 실시간으로 제어할 수 있다. 따라서, 인공수정체 표면에 마이크로 단위에서 나노 단위의 패턴 폭과 패턴 깊이를 갖는 미세 패턴을 제작할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 가공대상체(1)의 레이저 패터닝 장치는 레이저 간섭계, 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(two-photon microscope) 중 하나를 포함하여, 생체이식체, 예를 들어 투명한 곡면을 갖는 인공수정체의 3차원 표면 형상 정보를 추출할 수 있다. 이를 기반으로 3차원 가공대상체의 표면 상에 레이저 빔을 조사하여 마이크로 크기에서 나노 크기의 패턴 폭과 패턴 깊이를 제작할 수 있다. 물론, 레이저 패터닝하기 위한 레이저는 나노초 , 피코초, 또는 펨토초 레이저 중 하나일 수 있다.
이로써, 3차원 가공대상체(1)의 표면에 레이저 패터닝시, 패턴 가공 위치 불량, 패턴 미가공 불량, 패턴 끊김 불량, 패턴 중첩 불량, 제품 표면 흠집 불량 등을 극복할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치는 초정밀 스테이지(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 3차원 가공대상체(1)가 가공을 위해 스테이지에 장착되었을 때, 광학계의 유효 초점거리를 벗어나는 변형이 발생할 개연성이 있다. 따라서, 나노급의 초정밀 스테이지를 통해 정의된 좌표계 안에서 다량의 축의 조합에 따라 다이나믹 포커싱 모듈(31)과 스캔 헤드(32)의 유효 가공영역과 유효 초점거리 내에 3차원 가공대상체(1)가 위치하도록 제어할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 예를 들어, 3차원 가공대상체(1)는 인공수정체일 수 있다. 이하에서는, 3차원 가공대상체를 예를 들어 설명할 때, 인공수정체를 예로 들어 설명하는 경우가 있으나, 이에 한정되지 않고 임플란트, 스텐트 등 인체에 식립 또는 삽입될 수 있는 임의의 대상체 및 인체와 함께 사용될 수 있는 대상체를 포함 할 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 인공수정체는 중앙지역의 옵틱부 및 외곽지역의 햅틱부를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치는 인공수정체의 햅틱부에 펨토초 레이저 빔을 조사하여 미세한 패터닝을 할 수 있다. 햅틱부에 마이크로 또는 나노 단위의 다양한 모양의 패턴을 형성하여, 방향성을 가지며 세포가 정렬될 수 있도록 하고, 이동 및 접착이 가능하도록 할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝의 빔 경로를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 레이저 발생부(10)에서 생성된 레이저 빔은 빔 익스팬더(20)를 통과하여, 빔 조절부(30)로 전달된다. 빔 조절부(30)로 전달된 레이저 빔은 다이다믹 포커싱 모듈(31)에 의해 z축이 조절되고, 스캔 헤드(32)에 의해 x축 및 y축이 조절될 수 있다.
도 3을 참조하면, 다이나믹 포커싱 모듈(31) 및 스캔 헤드(32)에 의해 x, y, z 축이 조절된 레이저 빔이 3차원 가공대상체(1)에 조사될 수 있다.
예를 들어, 3차원 가공대상체(1)의 높이가 다른 x축 및 y축 필드(즉, 결상면)에 조사되는 레이저 빔의 사이즈는 동일할 수 있다. 집광부(50)의 집속 렌즈의 사양에 따라 스캐닝 가능한 x축 및 y축의 크기 결정되며, 이에 따라 z축의 범위가 결정될 수 있다. x축 및 y축의 스캐닝 범위(Field size)가 120mm x 120mm일 경우 z축 초점 범위(Focus Range in Z-direction)는 8mm일 수 있다. 또한, x축 및 y축의 스캐닝 범위가 180mm x 180mm일 경우 z축 초점 범위는 41mm일 수 있고, x축 및 y축의 스캐닝 범위가 300mm x 300mm일 경우 z축 초점 범위는 202mm일 수 있다. 즉, 제어부(70)에 입력된 3차원 가공대상체(1)의 3차원 패턴 데이터에 따라서, 스캔 헤드(32)가 조절하는 x축 및 y축 좌표값에 대응되어 다이나믹 포커싱 모듈(31)이 z축을 조절할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체를 가공하는 흐름을 설명하기 위한 순서도이다,
도 4를 참조하면, 가공대상체를 가공하는 방법은 가공대상체를 로딩하고(S1), 가공대상체의 3차원 정보를 생성하고(S1), 가공대상체에 가공할 패턴을 생성하고(S3), 레이저를 통해 가공대상체를 가공(S4)하는 단계를 포함할 수 있다. 상기의 과정에서 가공대상체를 로딩(S1)하는 단계와 가공대상체의 3차원 정보를 생성(S1)하는 단계 간에 3차원 프로파일링(S1-1)과정이 수행될 수 있다.
우선, 3차원 프로파일링(S1-1) 단계를 포함하지 않는 가공 방법을 구체적으로 설명하면, 투명체인 가공대상체를 로딩하고, 기 결정된 상기 가공대상체의 형상 설계 파일을 장치에 입력할 수 있다. 여기서 형상 설계 파일이란, 상기 투명체인 가공대상체를 제조할 당시의 가공대상체 정보를 포함하며, 3차원 위치정보를 포함할 수 있다. 따라서, 수직방향 및 수평방향으로의 선 및 면의 위치정보가 포함될 수 있다. 즉, 상기 형상 설계 파일에 포함된 위치정보에 따라 제조된 가공대상체는 상기 위치정보와 일치할 수 있다.
한편, 상기 위치정보를 기준으로 가공대상체에 가공할 패턴이 입력될 수 있다. 즉, 후에 레이저 처리될 패턴이 상기 위치정보 상에 값으로 기록될 수 있다.
이어서, 이미 로딩되어 있는 가공대상체의 위치 및 정렬상태를 검사할 수 있다. 상기 검사는 형상 설계 파일에 포함된 위치정보와 일치되도록 확인하는 절차이며, 검사된 가공대상체는 기 입력된 상기 위치정보와 검사과정이 수행되어 위치가 확인된 가공대상체의 위치정보를 일치시킬 수 있다. 즉, 가공대상체의 검사된 위치정보와 형상 설계 파일에 포함된 위치정보가 서로 중첩(매칭)되도록 로딩된 가공대상체 또는 스캔헤드(32)가 이동되어 정렬이 된 상태가 될 수 있다.
상기 정렬과 관련하여 도 13을 참조하면, 정렬상태는 3차원 패턴 데이터(A)와 측정된 가공대상체 이미지(B)의 매칭을 통해 이루어 질 수 있다. 여기서 측정된 가공대상체 이미지(B)는 3차원일 수 있다. 따라서, 3차원 패턴 데이터(A)와 매칭될 수 있고, 매칭된 결과에 의해 실제 로딩된 가공대상체(1)의 정렬이 제어될 수 있다. 각 데이터의 매칭(C)에 의해 정렬상태를 확인하고 정렬상태를 보정하기 위해서, 가공대상체(1)가 로딩된 로딩부(미도시)의 회전 또는 틸팅이 이루어질 수 있고 정렬되기 위해 정렬 전 위치로부터 이동될 수 있다.
그리고, 상기 정렬이 된 가공대상체의 표면에는 입력된 상기 패턴이 레이저를 통해 가공될 수 있다. 가공 후에는 선택적으로 패터닝 된 가공대상체의 품질 검사가 수행될 수 있다. 품질 검사는, 형상 설계 파일에 포함된 위치정보를 기준으로 입력된 패턴이 상기 가공대상체에 레이저를 통해 일치되도록 형성된 여부를 포함하여 레이저를 통해 가공된 패턴의 크기 및 가공된 표면의 표면거칠기 등이 기 결정된 기준에 부합하는지를 검사하는 과정일 수 있다. 물론, 패턴의 일치된 정도는 당업자에 의해 기 결정될 수 있으며, 예를 들면, 패턴 가공에 의해 형성된 요철부 간의 폭, 요철의 깊이 및 폭 등이 상기 일치된 정도를 판가름하는 기준이 될 수 있다.
한편, 프로파일링(S1-1) 과정을 더 포함한 가공대상체를 가공하는 방법은, 앞서 설명한 바와 같이, 3차원 프로파일링(S1-1)과정은 가공대상체를 로딩(S1)하는 단계와 가공대상체의 3차원 정보를 생성(S1)하는 단계 간에 수행될 수 있다.
따라서, 앞서 설명한 과정과 동일한 설명은 생략하고, 상기 프로파일링(S1-1)과정에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다. 상기 가공대상체의 3차원 형상 설계 파일이 입력된 후에, 이미 로딩된 가공대상체의 3차원 프로파일이 검사될 수 있다. 여기서 3차원 프로파일이란, 가공대상체의 수직방향 및 수평방향으로의 위치정보를 확인하는 것으로 확인된 상기 위치정보는 제어부(70)에 입력되어 3차원 위치정보를 포함한 도면이 데이터(가공대상체의 위치정보)로서 생성될 수 있다. 상기 데이터(가공대상체의 위치정보)를 기초로 가공대상체에 레이저를 통해 가공될 패턴(패턴의 정보)이 추가로 생성될 수 있다.
상기 데이터(가공대상체의 위치정보)를 기초로 생성된 패턴(패턴의 정보)은 3차원 형상 설계 파일에 포함된 위치정보와 실측된 가공대상체의 위치정보를 매칭하여 정렬된 후에 레이저를 통해 가공될 수 있다.
상술한 두 가지 가공 방법은 실측한 가공대상체의 3차원 위치정보와 형상 설계 파일에 포함된 위치정보를 매칭하여 정렬 후에 가공하는 것으로, 최초로 패턴의 정보를 부여하는 대상이 형상 설계 파일에 포함된 위치정보이거나 실측된 가공대상체의 위치정보라는 점의 차이를 포함하고 있다. 이는 선택적으로 결정할 수 있으며, 가공환경에 따라 신뢰도가 높은 대상에 패턴의 정보를 부여한 후에 정렬을 위한 두 위치정보 간의 매칭을 수행할 수 있다.
나아가, 앞서 설명한 일련의 과정을 수행하기 위해 요구되는 연산은 제어부(70)를 통해 수행될 수 있는 것으로 설명하였으나 별도의 제어부를 더 포함하여 상기 연산을 처리할 수 있다. 상기 연산은, 가공대상체의 위치 및 정렬상태, 틸트, 3차원 외곽정보 등이 입력되고, 입력된 정보를 기반으로 가공대상체의 가공위치 및 틸트를 보정 및 조정하기 위해 요구되는 연산을 의미한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 3차원 가공대상체를 가공하는 방법은, 도 4의 각 단계를 포함하되, 보다 간단하게 준비(P1), 패턴 형성(P2) 및 가공(P3) 단계로 구분할 수 있다. 가공대상체를 로딩하는 과정이 준비(P1) 단계에 해당한다면, 패턴 형성(P2) 단계 및 가공단계(P3)는 다양한 세부단계들을 포함할 수 있다. 이러한 세부단계를 이하에서 도 6 및 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체를 가공하는 흐름을 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
우선, 도 6을 참조하여, 패턴 형성(P2) 단계에 포함되는 세부단계를 설명하기로 한다. 로딩된 가공대상체에 대하여 3차원 프로파일링(S1-1)단계를 수행할 수 있다. 3차원 프로파일링(S1-1)단계는, 가공대상체의 3차원 위치정보를 파악하는 것으로써, 상기 3차원 위치정보는 이후에 기 입력된 3차원 형상 설계 파일에 포함된 위치정보와 매칭되는 데이터일 수 있다.
파악된 가공대상체의 3차원 위치정보 또는 기 입력된 3차원 형상 설계 파일에 포함된 위치정보 중 적어도 하나의 위치정보에는 패턴의 정보가 입력될 수 있다.
실측된 가공대상체의 3차원 위치정보에 패턴의 정보가 입력되는 “제1경로”에 따라 순차적으로 제조과정이 수행될 경우에는, 가공대상체인 샘플의 표면이 스캔되고(P2-2), 소트프웨어 등을 통한 필터링(P2-3)을 통해 곡면인 가공대상체의 표면인 위치정보에 패턴의 정보가 입력되고, 상기 위치정보와 기 입력된 3차원 형상 설계 파일에 포함된 위치정보 간의 매칭이 이루어질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 각 위치정보 간에 매칭(S2)이 이루어진 후에 가공대상체와 스캔헤드(32)는 정렬될 수 있다. 정렬 후 또는 전에 생성된 상기 패턴(S3)이 적용되어 가공 직전 상태로 세팅이 될 수 있다.
상술한 일련의 과정은 일 예를 통한 순차에 의해 서술된 것으로, 패턴 형성(P2) 과정 내에서 세부적인 단계 간의 순서는 자유롭게 배치될 수 있다. 즉, 앞서 설명한 순서 외에도, 상기 매칭 전후로 패턴의 정보가 위치정보에 패턴의 정보가 입력될 수 있다.
상술한 “제1경로”와 달리 “제2경로”는 이하와 같다.
가공대상체를 대상으로 3차원 프로파일링(S1-1)이 수행되어 가공대상체의 위치정보를 얻을 수 있고, 상기 위치정보와 기 입력된 3차원 형상 설계 파일에 포함되는 위치정보가 매칭될 수 있다. 여기서, 상기 매칭 전 또는 후에 상기 3차원 형상 설계 파일에 포함되는 위치정보를 기준으로 레이저로 가공대상체에 가공된 패턴의 정보가 입력될 수 있다. 여기서 입력된 패턴의 정보에 따라 레이저 가공이 수행될 수 있고, 레이저 가공이 수행되기 전에 실측된 가공대상체의 위치정보와 3차원 형상 설계 파일에 포함되는 위치정보가 서로 매칭되어 상기 정렬될 수 있다. 이러한 정렬은 레이저 가공이 수행될 수 있도록 직전 단계까지 수행됨을 의미한다.
상술한 일련의 과정 또한, 일 예를 통한 순차에 의해 서술된 것으로, 패턴 형성(P2) 과정 내에서 세부적인 단계 간의 순서는 자유롭게 배치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 가공(P3) 단계의 세부적인 단계를 설명할 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하여 설명된 패턴 형성(P2) 이후에 수행될 수 있는 단계로써, 정렬된 상태의 가공대상체에 대하여 레이저 처리(P31)가 수행될 수 있다. 여기서 레이저 처리(P31)의 의미는, 상기 패턴의 정보에 따라 레이저에 의해 가공대상체가 가공되는 것을 의미한다. 이때 제어부(70)는 레이저의 파장, 출력, 펄스폭, 스폿사이즈 등의 레이저 가공 파라미터 정보와 패턴의 폭 및 패턴 간의 간격 정보를 포함하고, 레이저가 조사될 수 있도록 할 수 있다.
레이저 처리(P31)가 수행되고 나면, 가공된 가공대상체의 표면 즉, 패턴의 상태를 점검하는 품질 관리(P32) 단계가 수행될 수 있다. 품질 관리(P32) 단계는 스캔헤드(32) 등에 의해 앞서 설명된 비접촉 방식에 의해 이루어질 수 있다. 품질 관리(P32)가 완료되면 패터닝 장치의 패터닝 과정이 종료(P33)될 수 있다. 물론 종료(P33)의 의미는 패터닝의 한 사이클의 종료를 의미하므로 패터닝이 완료된 가공대상체를 언로드하고, 새로운 가공대상체를 로드할 수 있다.
한편, 추가적인 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적인 단계란, 예를 들어, 분석 보고서(P32a)를 생성하는 단계가 될 수 있다. 분석 보고서 생성(P32a) 단계는, 품질 관리(P32) 단계를 수행하면서 품질과 관련된 정보를 저장, 나아가 저장된 정보를 출력하는 것 등을 의미한다. 이러한 품질 관리 정보를 누적하여 가공대상체의 균일한 패터닝 품질을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 예로서의 3차원 가공대상체는 인공수정체일 수 있으며, 인공수정체는 옵틱부 및 햅틱부를 포함할 수 있다. 3차원 가공대상체는 표면 중 곡면을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 인공수정체인 경우 옵틱부가 표면이 곡면일 수 있다. 또한 상기 패턴의 가공은 적어도 옵틱부에 형성하되, 바람직하게는 원형인 옵틱부의 가장자리 부근에 형성될 수 있다. 보다 정확하게는, 가공대상체가 인공수정체일 경우에, 각막에 빚이 들어오는 경로 상에 상기 패턴이 위치되지 않도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공대상체의 위치정보가 데이터 변환되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 앞서 도 6을 참조하여 언급한 소트프웨어 등을 통한 필터링 과정을 나타낸 것으로, 도 8(a)는 가공대상체의 3차원 설계 도면(형상 설계 파일) 또는 3차원 프로파일링으로 얻은 가공대상체의 위치정보를 기반으로 나타낸 3차원 도면(가공대상체의 위치정보를 포함)이 될 수 있다. 즉, 위치정보를 통해 나타낸 도면(가공대상체의 위치정보를 포함)을 평면 측에서 좌표화하여 위치정보를 획득(도 8(b))하고, 상기 평면으로부터 수직방향의 위치를 획득하기 위해 수직방향으로 곡형의 좌표를 획득(도 8(c))할 수 있다. 이로써, 가공대상체의 3차원 위치정보를 좌표화할 수 있다.
도 8(d)를 참조하면, 획득한 3차원 위치정보(가공대상체의 위치정보)에서 가상의 패턴(패턴의 정보), 즉, 가공될 패턴도면(패턴의 정보)을 평면 상에 마련하고, 평면 상에 마련된 가상의 패턴도면을 상기 3차원 위치정보(가공대상체의 위치정보) 상에 적용하면, 평면 상에 마련된 상기 패턴도면(패턴의 정보)은 3차원 위치정보를 지닌 패턴으로 변환(도 8(e))될 수 있다. 변환된 3차원 위치정보를 지닌 패턴은 제어부로부터 신호를 전달하여 조사되는 레이저를 통해 상기 가공대상체의 표면에 가공(도 8(f))될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 3차원 가공대상체를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 가공대상체를 나타낸 도면이며, 도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴을 나타낸 도면이다. 이하에서는, 3차원가공대상체가 인공수정체인 경우를 예로 들어 주로 설명한다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 3차원 가공대상체는 임플란트, 스텐트 등 인체에 식립 또는 삽입 될 수 있는 임의의 3차원 가공대상체 및 인체와 함께 사용될 수 있는 3차원 가공대상체를 포함 할 수 있음은 물론이다.
도 9 내지 도 12 중 우선 도 9 및 10을 참조하면, 하나의 옵틱부(O)로부터 연장되는 한 쌍의 햅틱부(H)가 형성되거나, 하나의 옵틱부(O)로부터 두 쌍의 햅틱부(H)가 형성되는 가공대상체(1)가 마련될 수 있다. 두 실시예는 햅틱부(H)와 옵틱부(O)에 영역별로 패턴이 형성될 수도 있고, 두 영역을 가로지르며 패턴이 형성될 수도 있다. 이하의 예에서는 상기 두 영역을 가로지르며 패턴이 형성되는 경우를 실시예로써 설명하나, 특징이 되는 부분 즉, 옵틱부(O) 및 햅틱부(H) 상에 형성된 패턴의 정보(형태, 깊이, 간격 및 폭 등)가 상이할 수 있는 점은 동일하게 적용될 수 있다.
일 예를 도 11 및 도 12를 참조로 후술하면, 가공대상체(1)는 인공수정체일 수 있으며, 인공수정체는 햅틱부(H) 및 옵틱부(O)에 패턴을 포함할 수 있다. 각각에 형성되는 패턴의 정보 즉, 형태, 깊이(D1, D2), 간격(R1, R2) 및 폭(G1, G2)이 다르게 형성될 수 있다. 즉, 패턴은 연속적으로 햅틱부(H) 및 옵틱부(O) 측에 연장되며 형성되지만, 형성되는 위치에 따라 상기 패턴의 정보가 달리 형성될 수 있다. 예를 들면, 패턴 간 간격(R; R1, R2)은 1 내지 15 마이크로미터 범위에서 결정될 수 있고, 패턴의 폭(G; G1, G2)은 1 내지 50 마이크로미터 범위 내에서 결정될 수 있다. 그리고 패턴의 폭 내부의 나노표면은 1 내지 800 나노미터 범위에서 결정될 수 있다. 따라서 패턴은 마이크로미터 크기의 폭과 나노미터 크기의 내부 표면을 갖는 복합패턴일 수 있다. 한편, 이러한 패턴의 정보, 즉 패턴의 형태, 깊이, 간격, 폭 등은 패턴 상을 이동하는 세포의 종류에 따라 다르게 결정될 수 있다. 상기 패턴 간의 간격 또는 패턴의 폭은 3차원 가공대상체가 인공수정체이고, 인공수정체 형성된 패턴 상을 이동하는 세포가 상피세포인 경우를 예를 들어 설명한 것이다.
나아가, 패턴 간 간격(R)은 동일하되, 패턴의 폭(G)이 달리 형성될 수 있는데 이때에는 옵틱부(O) 상에 형성된 패턴의 폭(G1)이 햅틱부(H) 상에 형성된 패턴의 폭(G2)보다 작게 형성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 패터닝 가공 순서를 나타낸 도면이다. 도 13을 참조하면, 가공대상체(A), 3차원 프로파일 검사 데이터(B), 데이터 변환 및 3차원 CAD 파일(C), 패턴 파일 생성 및 프로젝션(D), 가공대상체표면에 설계된 3차원 패턴 데이터(E), 외곽형상 인식(F), 가공대상체 정렬 및 패턴 데이터 투영(G) 및 패터닝 된 인공수정체(I)가 순차적으로 행해지는 가공단계를 나타낸 것으로서, 기본적으로는 도 4 내지 도 7에서 설명한 내용을 포함할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라, 3차원 가공대상체가 인공수정체인 경우, 패터닝이 완료된 인공수정체를 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 3차원 투명 가공대상체(1)에 도 4 내지 도 7 및 도 13을 참조하여 설명한 가공방법을 통해 제조된 패터닝 된 인공수정체(D)일 수 있다. 옵틱부(O)의 중심은 패턴이 형성되지 않고 광이 패턴의 간섭없이 통과될 수 있도록 형성되고 옵틱부(O)를 제외한 햅틱부(H) 및 옵틱부(O)의 외주연 주변부에 패턴이 가공될 수 있다. 제1패턴(5)과 제2패턴(6)으로부터 각각 91배율, 500배율 및 1000배율 확대된 상태를 확인할 수 있다.
한편, 상술한 마이크로 크기의 패턴에는 기 결정된 구조가 마련될 수 있다. 여기서, 기 결정된 구조는 나노크기의 구조일 수 있으며 나노크기의 가공돌기를 포함하는 구조일 수 있다. 또한 마이크로 패턴 크기 및 마이크로 크기 패턴내의 기 결정된 구조는 세포의 종류 및 패턴의 기능에 따라 다르게 설계/형성할 수 있음은 물론이다. 즉, 생체 내에는 다양한 세포들이 존재하며, 종류에 따라 마이크로 패턴 크기 및 마이크로 크기 패턴내의 기 결정된 구조는 서로 다르게 형성될 수 있다. 나아가 세포의 이동을 억제하거나 세포의 이동을 활성화하는 등 패턴의 기능에 따라 마이크로 패턴 크기 및 마이크로 크기 패턴내의 기 결정된 구조는 서로 다르게 형성될 수 있다.
가공돌기의 형성은 가공 레이저가 상기 기 결정된 구조에 대응되는 크기로 출력되어 가공대상체(1)에 가공됨으로써 형성될 수 있다. 가공돌기는 측부 가공돌기와 저부 가공돌기로 구분될 수 있다. 가공 돌기의 형상 및 크기는 레이저 출력, 레이저 펄스의 중첩률 및 패턴간의 중첩률 등 레이저 가공 파라미터에 의해 조절될 수 있다. 이하에서는 3차원 가공대상체가 인공수정체인 경우에 대해서 설명하도록 한다. 또한, 이하의 설명에서 상피세포는 세포의 일례로서 기재한 것이며 이에 한정되는 것은 아니다. 실제로 다양한 3차원 가공대상체에 있어서 패턴을 형성함으로써 이동성이 제어될 수 있는 상피세포뿐만 아니고 골세포, 염증세포 등 인체내의 다양한 세포일 수 있다
3차원 가공대상체가 인공수정체이고, 제어대상 세포가 상피세포인 경우, 가공돌기 주변부의 깊이(이웃한 가공돌기 간 깊이)는 0.1㎛ 내지 30㎛ 사이 범위로 형성될 수 있다. 상기 깊이가 0.1㎛ 미만으로 형성되는 경우, 기 결정된 구조가 상피 세포의 이동성을 저하시키기 위해 기능하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 깊이의 상한선인 30㎛ 의 크기는 요부의 깊이 또는 철부의 높이와 대응되는 일 예의 크기로서, 후발백내장을 억제하기 위해 패턴에 마련되는 기 결정된 구조의 상한 수치를 예시한 것이다.
그리고, 가공돌기 간의 간격은 0.1㎛ 내지 10㎛ 사이 범위로 형성될 수 있다. 가공돌기 간의 간격이 0.1㎛ 미만으로 형성되는 경우, 후발백내장을 유발할 수 있는 상피 세포가 이동하기 위해 측부에 의존할 수 있으며, 이러한 측부의 면적이 넓어지므로 가공돌기에 의한 세포 이동성이 억제되는 효과를 기대하기 어렵다. 또한, 가공돌기 간 간격이 10㎛ 를 초과하는 경우에는 가공돌기의 수가 감소하여 가공돌기에 의한 세포 이동성이 억제되는 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 가공돌기의 폭은 0.1㎛ 내지 10㎛ 사이 범위로 형성될 수 있다. 가공돌기의 폭이 0.1㎛ 미만 또는 10㎛ 를 초과하는 경우에는 가공돌기에 의한 상기 세포의 이동성을 억제시키기 위한 기능의 달성이 어려우므로 이와 같은 크기로 형성될 수 있다.
상기 기 결정된 구조는 경계부가 될 수가 있다. 여기서 경계부는, 패턴 내에서 이동하는 세포의 이동성에서 속도 및 방향 등을 제어하는 구조를 의미할 수 있다. 즉, 세포의 이동성을 증감시킬 수 있는 구조를 의미한다.
세포의 이동방향을 기준으로 전측에서 후측으로 갈수록 좁아지는 구성이 형성될 수 있다. 구체적으로, 전체 폭에서, 세포가 이동되는 통과단면적이 1/2 또는 1/3 등으로 감소된 세포이동로가 형성되며 세포의 이동속도를 증가시킬 수 있다. 이러한 구조는 앞서 상술한 패턴의 일부 구간에 마련될 수 있다. 여기서, 기 결정된 구조에 의해 세포의 통과단면적이 좁은 부분과 넓은 부분이 상기 이동방향을 기준으로 전후측으로 마련되어질 수 있으며, 그 반대 방향으로 마련될 수도 있다. 즉, 세포이동성의 증감을 요구되는 조건에 따라 제어할 수 있다.
세포의 이동성이 가장 높은 상태의 패턴의 폭 및 세포의 이동성이 가장 낮은 상태의 폭이 레이저 가공 파라미터를 조절함에 따라 기 결정된 구간에 형성되어 세포 이동성을 제어할 수 있다.
예를 들어, 세포이동성이 가장 낮은 상태의 폭을 지닌 패턴은 이동속도를 저하시키기 위한 구간에 적용될 수 있으며, 그보다 폭이 좁은 이동성이 높은 상태의 폭은 이동송도를 촉진시키기 위한 구간에 마련될 수 있다. 일 예로써, 옵틱부(O)에 인접한 패턴에는 상기 폭이 좁은 이동성이 높은 상태의 폭을 지닌 패턴이 형성될 수 있다.
나아가, 앞서 설명한 구조가 될 수 있는 상기 경계부는 세포를 패턴 내에서 일방향으로는 이동을 차단시키고 반대방향인 타방향으로는 우회시킬 수 있는 구조가 될 수 있다. 이러한 경계부의 구조는 세포가 이동방향을 따라 이동할 때 이동을 억제하는 구조로 기능할 수 있다.
이와 유사한 구조로써, 도 8(c)를 참조하면, 통과단면적이 세포의 이동방향(M1)을 기준으로 후측에는 예를 들면, 1/3로 감소할 수 있다. 세포의 통과단면적이 감소하는 지점의 시작점에는 세포의 이동방향을 기준으로 사선방향으로 형성된 경계부가 위치될 수 있다. 경계부는 요부의 측부로부터 상기 이동방향의 전측을 향해 사선으로 연장될 수 있고, 이러한 구조로 인해 세포가 이동 중에 경계부에 의해 억제되거나 지연될 수 있다. 앞서 설명한 경우와 달리 반대의 이동방향인 경우에 경계부는 세포가 역방향으로 이동하는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 반대의 이동방향의 경우에는 이동속도를 저하시키기 위한 구간에 상기 경계가 적용될 수 있으며, 이는 옵틱부(O)로부터 햅틱부(H)이동되는 경계 또는 햅틱부(H) 상의 임의의 지점에 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 가공대상체
10 : 레이저 발생부
20 : 제1 빔 조절부
21 : 빔 감쇠부
22 : 빔 확장부
30 : 제2 빔 조절부
31 : 다이나믹 포커싱 모듈
32 : 스캔 헤드
40 : 미러부
50 : 집광부
60 : 간섭계 형상 인식부
70 : 제어부
S1 : 샘플 로딩
S1-1 : 3차원 프로파일링
S2 : 3차원 정보생성
S3 : 패턴 생성
S4 : 레이저 가공
P1 : 준비
P2 : 패턴 형성
P21 : 3차원 설계
P22 : 샘플스캔
P23 : 필터링
P3 : 가공
P31 : 레이저 처리
P32 : 품질 관리
P32a : 분석 보고서
P33 : 종료
H : 햅틱부
O : 옵틱부
OG : 옵틱 그루브
HG : 햅틱 그루브
D1, D2 : 깊이
R1, R2 : 간격
G1, G2 : 폭
A : 가공대상체
B : 3차원 프로파일 검사 데이터
C : 데이터 변환 및 3차원 CAD 파일
D : 패턴 파일 생성 및 프로젝션
E : 가공대상체표면에 설계된 3차원 패턴 데이터
F : 외곽형상 인식
G : 가공대상체 정렬 및 패턴 데이터 투영
I : 패터닝 된 인공수정체

Claims (20)

  1. 레이저 발생부;
    상기 레이저 발생부에서 생성된 레이저 빔의 크기를 조절하는 제1빔조절부;
    상기 제1빔조절부를 경유한 상기 레이저 빔의 z축 초점위치를 조절하는 다이나믹 포커싱 모듈 및 상기 레이저 빔의 x축 및 y축의 초점위치를 조절하는 스캔헤드를 포함하는, 제2빔조절부;
    3차원 가공대상체에 레이저 패터닝이 가능하도록 상기 제2빔조절부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    3차원 프로파일링에 의해 실측된 상기 가공대상체의 위치정보와 기 입력된 상기 가공대상체의 형상 설계 파일에 포함된 상기 가공대상체의 위치정보가 서로 매칭이 되도록, 로딩된 상기 가공대상체 또는 상기 스캔헤드를 정렬시키고,
    상기 위치정보 간의 상기 매칭이 되면, 상기 가공대상체에 상기 레이저에 의해 가공될 수 있는 패턴의 정보에 의한 상기 레이저 패터닝의 수행이 순차적으로 수행될 수 있도록 제어하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴의 정보는,
    패턴의 형상, 패턴의 폭, 패턴의 깊이, 패턴 간의 간격, 레이저 빔의 파장 및 출력, 펄스폭, 스캐닝 속도, 스폿사이즈를 포함하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴의 정보는,
    평면 상에 형성된 패턴의 형상을, 배치된 상기 가공대상체의 위치정보 및 상기 형상 설계 파일에 포함된 상기 가공대상체의 위치정보 중 하나에 적용하여 3차원으로 상기 제어부에 의해 변환된 정보인, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴의 정보는,
    배치된 상기 가공대상체의 위치정보 및 상기 형상 설계 파일에 포함된 상기 가공대상체의 위치정보 중 하나에 3차원 패턴 형상 정보를 생성하여 3차원 정보로 상기 제어부에 의해 변환된 정보인, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 발생부는, 펄스화된 레이저 빔 소스(source)를 사용하여, 나노초, 피코초, 또는 펨토초 중 하나의 레이저 빔을 발생시키는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1빔조절부는, 상기 레이저 빔의 크기를 조절하고 상기 레이저 빔을 콜리메이트 빔(collimated beam)으로 생성시키는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2빔조절부는 2 개 이상의 렌즈를 포함하고,
    상기 각 렌즈들간의 간격의 조절을 통해 상기 제1빔조절부를 경유한 상기 레이저 빔의 수렴 및 발산을 조절하여 상기 레이저 빔의 z축 초점을 조절하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 스캔헤드는 x축 스캔미러 및 y축 스캔미러를 포함하는 갈바노미터를 포함하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 빔을 상기 3차원 가공대상체에 집속하기 위한 집광부를 포함하고,
    상기 집광부는 텔레센트릭 에프-세타 렌즈(telecentric F-theta lens) 또는 에프-세타 렌즈(F-theta lens)를 포함하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가공대상체의 x, y, z축 표면 형상 데이터를 추출하고,
    상기 추출된 데이터에 맞춰 z축의 초점 위치를 조절하는 상기 다이나믹 포커싱 모듈 및 x, y축의 초점 위치를 조절하는 상기 스캔헤드를 제어하여,
    상기 3차원 가공대상체 표면에 마이크로 크기에서 나노크기의 패턴 폭과 패턴 깊이를 갖는 미세 패턴을 형성시키는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    형상 인식부를 더 포함하고,
    상기 형상 인식부는, 상기 가공대상체의 x, y, z축을 포함하는 표면 형상 정보를 추출하기 위해 광학 단층 촬영기(OCT; Optical Coherence Tomography), 레이저 간섭계, 공초점 현미경(confocal microscope), 이광자 현미경(two-photon microscope) 중 하나를 포함하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공대상체는 생체이식체이고,
    상기 가공대상체에 나노초, 피코초, 또는 펨토초 중 하나의 상기 레이저 빔을 조사하여 미세 패턴을 형성하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공대상체는 생체이식체이고,
    상기 가공대상체에 상기 레이저 빔을 조사되어 미세 패턴을 형성함으로써, 상기 미세패턴 상을 이동하는 세포의 이동성이 제어되는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 세포의 종류에 따라 상기 미세 패턴의 폭, 거리, 깊이 중 하나 이상이 다르게 형성되는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치.
  16. 3차원 가공대상체를 레이저 패터닝 장치에 배치(loading)시키고,
    상기 가공대상체의 표면을 측정하여, 3차원 프로파일링에 의해 실측된 상기 가공대상체의 위치정보를 획득하고,
    제어부에 의해 상기 가공대상체가 정렬되고,
    정렬된 상기 가공대상체 상에, 패턴의 정보에 따라 레이저 발생부에서 생성된 레이저 빔의 크기를 조절하는 제1빔조절부와, 상기 제1빔조절부를 경유한 상기 레이저 빔의 z축 초점위치를 조절하는 다이나믹 포커싱 모듈 및 상기 레이저 빔의 x축 및 y축의 초점위치를 조절하는 스캔헤드를 포함하는 제2빔조절부를 경유한 상기 레이저 빔을 조사하여 상기 패턴을 가공하되,
    상기 제어부는,
    상기 3차원 프로파일링에 의해 실측된 상기 가공대상체의 위치정보와, 기 입력된 상기 가공대상체의 형상 설계 파일에 포함된 상기 가공대상체의 위치정보가 서로 매칭이 되도록 로딩된 상기 가공대상체를 정렬시키고,
    상기 위치정보 간의 상기 매칭이 되면, 상기 가공대상체에 상기 레이저에 의해 가공될 수 있는 상기 패턴의 정보에 의한 상기 레이저 패터닝의 수행을 순차적으로 수행될 수 있도록 제어하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 패턴의 정보는,
    평면 상에 형성된 상기 패턴의 형상을, 배치된 상기 가공대상체의 위치정보 및 상기 형상 설계 파일에 포함된 상기 가공대상체의 위치정보 중 하나에 적용하여 3차원으로 상기 제어부에 의해 변환처리되어 형성되는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 패턴의 정보는,
    배치된 상기 가공대상체의 위치정보 및 상기 형상 설계 파일에 포함된 상기 가공대상체의 위치정보 중 하나에 패턴의 형상 정보를 직접 생성하여 3차원 정보로 상기 제어부에 의해 변환된 정보인, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 패턴이 가공된 상기 가공대상체를 대상으로, 패턴의 형상, 패턴의 폭, 패턴의 깊이, 패턴 간의 간격, 레이저 빔의 파장 및 출력, 펄스폭, 스캐닝 속도, 스폿사이즈를 검사하는 품질관리 단계를 더 포함하는, 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 방법.

  20. 삭제
KR1020170152103A 2017-11-15 2017-11-15 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치 및 방법 KR101888017B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170152103A KR101888017B1 (ko) 2017-11-15 2017-11-15 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치 및 방법
JP2018191576A JP2019089129A (ja) 2017-11-15 2018-10-10 ３次元加工対象体のレーザパターニング装置および方法
EP18204525.2A EP3485855A3 (en) 2017-11-15 2018-11-06 Laser patterning apparatus of three-dimensional object to be processed and method thereof
US16/182,911 US20190143454A1 (en) 2017-11-15 2018-11-07 Laser patterning apparatus for 3-dimensional object and method
CN201811330355.1A CN109794687A (zh) 2017-11-15 2018-11-09 三维待加工对象的激光图案化设备及其方法
US16/723,368 US20200130103A1 (en) 2017-11-15 2019-12-20 Laser patterning apparatus for 3-dimensional object and method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170152103A KR101888017B1 (ko) 2017-11-15 2017-11-15 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101888017B1 true KR101888017B1 (ko) 2018-09-20

Family

ID=63719739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170152103A KR101888017B1 (ko) 2017-11-15 2017-11-15 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치 및 방법

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20190143454A1 (ko)
EP (1) EP3485855A3 (ko)
JP (1) JP2019089129A (ko)
KR (1) KR101888017B1 (ko)
CN (1) CN109794687A (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020226444A1 (ko) * 2019-05-09 2020-11-12 경북대학교 산학협력단 세라믹 임플란트 레이저 가공 장치
KR102189459B1 (ko) * 2019-08-28 2020-12-11 주식회사 유니오텍 홀 가공 방법 및 그 장치
KR102236598B1 (ko) * 2019-10-28 2021-04-06 이영재 레이저를 활용한 의료용 인공 치아 및 뼈 가공시스템
CN113369680A (zh) * 2020-02-25 2021-09-10 广东汉邦激光科技有限公司 激光校准装置和激光校准方法
KR20210135716A (ko) * 2020-05-06 2021-11-16 한국전기연구원 레이저 표면처리 방법 및 그 장치
KR20220064049A (ko) * 2020-11-11 2022-05-18 최병찬 가공대상체의 레이저 패터닝 장치와 그 방법 및 그에 의하여 가공된 3차원 가공대상체
WO2023127993A1 (ko) * 2021-12-29 2023-07-06 최병찬 가공대상체의 레이저 패터닝 장가공대상체의 레이저 패터닝 장치와 그 방법 및 그에 의하여 가공된 3차원 가공대상체치와 그 방법 및 그에 의하여 가공된 3차원 가공대상체

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6626036B2 (ja) * 2017-04-18 2019-12-25 ファナック株式会社 測定機能を有するレーザ加工システム
CN110597014B (zh) * 2019-10-16 2022-11-01 东南大学 一种基于双光子吸收效应的光学定位及加工方法
US11945043B2 (en) 2020-11-20 2024-04-02 Concept Laser Gmbh Energy beam generation systems and optical systems with expanded scan fields
US20220179186A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 The Texas A&M University System Micro 3d visualization and shape reconstruction compositions and methods thereof
JP2023062990A (ja) * 2021-10-22 2023-05-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
CN114477149A (zh) * 2021-12-23 2022-05-13 北京理工大学 一种基于激光直写的图案化多孔石墨烯制备***
CN114850655A (zh) * 2022-03-22 2022-08-05 中国人民解放军海军潜艇学院 一种利用脉冲激光刻蚀降低船用螺旋桨噪音的装置及方法
CN116237654B (zh) * 2023-02-22 2023-07-21 武汉荣科激光自动化设备有限公司 一种激光加工设备的智能控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008114059A (ja) * 2006-10-13 2008-05-22 Japan Science & Technology Agency レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2011143615A (ja) * 2010-01-14 2011-07-28 Asahi Kasei E-Materials Corp ３次元形状を有する構造体の製造方法及び３次元形状を有する構造体
KR101544385B1 (ko) * 2013-11-19 2015-08-13 한국기계연구원 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템 및 레이저 가공방법

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5293025A (en) * 1991-08-01 1994-03-08 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for forming vias in multilayer circuits
JP2005329179A (ja) * 2004-05-21 2005-12-02 Osaka Industrial Promotion Organization 医用インプラント並びに医用インプラントの製造方法及び装置に溝を形成する方法及び装置
JP5013699B2 (ja) * 2005-10-21 2012-08-29 株式会社キーエンス ３次元加工データ設定装置、３次元加工データ設定方法、３次元加工データ設定プログラム、コンピュータで読み取り可能な記録媒体及び記録した機器並びにレーザ加工装置
CN101318263B (zh) * 2007-06-08 2011-12-07 深圳富泰宏精密工业有限公司 激光雕刻***及采用其进行激光雕刻的方法
EP2111831B1 (de) 2008-04-22 2010-01-20 WaveLight AG Einrichtung fuer die laseroptische Augenchirurgie
US20130256286A1 (en) * 2009-12-07 2013-10-03 Ipg Microsystems Llc Laser processing using an astigmatic elongated beam spot and using ultrashort pulses and/or longer wavelengths
CN102791228B (zh) * 2010-01-08 2016-05-11 眼科医疗公司 修正眼睛组织和人工晶状体的***
CN103890162B (zh) * 2011-04-18 2016-08-17 英格朗公司 麦管和用于标记麦管的方法
CN102785029B (zh) * 2012-08-05 2014-08-06 温州大学 一种复杂型面产品的激光防伪标刻方法
KR101470175B1 (ko) * 2013-06-26 2014-12-08 현대자동차주식회사 금형의 외관 레이저가공 방법
US10434603B2 (en) * 2014-06-21 2019-10-08 Apple Inc. Forming a textured pattern using a laser

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008114059A (ja) * 2006-10-13 2008-05-22 Japan Science & Technology Agency レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2011143615A (ja) * 2010-01-14 2011-07-28 Asahi Kasei E-Materials Corp ３次元形状を有する構造体の製造方法及び３次元形状を有する構造体
KR101544385B1 (ko) * 2013-11-19 2015-08-13 한국기계연구원 연속적인 롤 패터닝이 가능한 레이저 가공시스템 및 레이저 가공방법

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020226444A1 (ko) * 2019-05-09 2020-11-12 경북대학교 산학협력단 세라믹 임플란트 레이저 가공 장치
KR20200129726A (ko) * 2019-05-09 2020-11-18 경북대학교 산학협력단 세라믹 임플란트 레이저 가공 장치
KR102239663B1 (ko) * 2019-05-09 2021-04-13 경북대학교 산학협력단 세라믹 임플란트 레이저 가공 장치
KR102189459B1 (ko) * 2019-08-28 2020-12-11 주식회사 유니오텍 홀 가공 방법 및 그 장치
KR102236598B1 (ko) * 2019-10-28 2021-04-06 이영재 레이저를 활용한 의료용 인공 치아 및 뼈 가공시스템
CN113369680A (zh) * 2020-02-25 2021-09-10 广东汉邦激光科技有限公司 激光校准装置和激光校准方法
CN113369680B (zh) * 2020-02-25 2022-06-10 广东汉邦激光科技有限公司 激光校准装置和激光校准方法
KR20210135716A (ko) * 2020-05-06 2021-11-16 한국전기연구원 레이저 표면처리 방법 및 그 장치
KR102563889B1 (ko) 2020-05-06 2023-08-09 한국전기연구원 레이저 표면처리 방법 및 그 장치
KR20220064049A (ko) * 2020-11-11 2022-05-18 최병찬 가공대상체의 레이저 패터닝 장치와 그 방법 및 그에 의하여 가공된 3차원 가공대상체
KR102418701B1 (ko) * 2020-11-11 2022-07-07 최병찬 가공대상체의 레이저 패터닝 장치와 그 방법 및 그에 의하여 가공된 3차원 가공대상체
WO2023127993A1 (ko) * 2021-12-29 2023-07-06 최병찬 가공대상체의 레이저 패터닝 장가공대상체의 레이저 패터닝 장치와 그 방법 및 그에 의하여 가공된 3차원 가공대상체치와 그 방법 및 그에 의하여 가공된 3차원 가공대상체

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019089129A (ja) 2019-06-13
EP3485855A2 (en) 2019-05-22
US20200130103A1 (en) 2020-04-30
US20190143454A1 (en) 2019-05-16
CN109794687A (zh) 2019-05-24
EP3485855A3 (en) 2019-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101888017B1 (ko) 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치 및 방법
KR101801028B1 (ko) 3차원 가공대상체의 레이저 패터닝 장치
US11957622B2 (en) Laser induced collagen crosslinking in tissue
AU2003267274B2 (en) Method and system for determining the position and alignment of a surface of an object in relation to a laser beam
US20190247226A1 (en) Method and device for producing curved cuts in a transparent material
US9918874B2 (en) Ophthalmological laser system
CA2721113C (en) System for refractive ophthalmological surgery
AU2017376731B2 (en) Method for producing a transmissive optics
DE112008002448T5 (de) Effektive Laser-Photodisruptive Chirurgie in einem Gravitationsfeld
KR102418701B1 (ko) 가공대상체의 레이저 패터닝 장치와 그 방법 및 그에 의하여 가공된 3차원 가공대상체
EP2482770B1 (de) Vorrichtung für die ophthalmologische laserchirurgie
CN203380507U (zh) 激光加工装置
KR20140089599A (ko) 레이저를 이용한 상피 제거
TW201117788A (en) Apparatus for ophthalmic laser surgery
KR20190050187A (ko) 후낭 혼탁을 방지하기 위한 패터닝 장치 및 방법
KR20140009845A (ko) 안과용 치료장치 및 그 제어방법
CN103464891B (zh) 激光加工装置及激光加工方法
WO2023020731A1 (en) Magnification offset correction procedure
Spyratou et al. UV laser ablation of intraocular lenses: SEM and AFM microscopy examination of the biomaterial surface
KR101681193B1 (ko) 안과용 치료장치 및 이의 제어방법
KR20190050188A (ko) 상피세포를 유도하는 유도물질을 포함하는 인공수정체 및 이를 제조하는 방법
WO2023127993A1 (ko) 가공대상체의 레이저 패터닝 장가공대상체의 레이저 패터닝 장치와 그 방법 및 그에 의하여 가공된 3차원 가공대상체치와 그 방법 및 그에 의하여 가공된 3차원 가공대상체
US20200230696A1 (en) Apparatus and method for producing three-dimensional work pieces
JP6522753B2 (ja) 眼のレーザ手術用の機器
KR20200050724A (ko) 상피세포를 유도하는 유도물질을 포함하는 인공수정체 및 이를 제조하는 방법

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant