KR20220027876A - 레이저 방사선용 변환 기기 - Google Patents
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Abstract
레이저 방사선(7)용 변환 기기(1)는 제1 방향(x)으로 나란히 배치된 원통형 렌즈(3)의 제1 어레이(2) 및 상기 제1 방향(x)으로 나란히 배치된 원통형 렌즈(5)의 제2 어레이(4)를 포함하고, 상기 변환 기기(1)의 동작 중에, 변환될 상기 레이저 방사선(7)이 먼저 상기 제1 어레이(2)를 통과한 다음 상기 제2 어레이를 통과하도록 제공되고, 상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 중 하나가 축소 망원경의 어레이를 생성하도록 상기 제2 렌즈 어레이(4)의 원통형 렌즈(5) 중 하나와 연관되는 각각의 경우에, 상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)의 원통 축(6)은 상기 제1 방향(x)과 45°보다 크고 90°보다 작은 각도(
)를 둘러싼다.
Description
본 발명은 청구항 1 또는 청구항 10의 전제부에 따른 레이저 방사용 변환 기기 및 청구항 11의 전제부에 따른 레이저 기기에 관한 것이다.
평판 디스플레이의 제조를 위해, 자외선(ultra-violet, UV) DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저가 최근 안정적이고 낮은 유지비로 인해 레이저 소스로 확립되었다. 여기에서, LLO(Laser Lift Off)(예컨대, 플렉서블 OLED 디스플레이의 경우), 및 어닐링(즉, 비정질 실리콘 층의 결정화) 적용(예컨대, LTPS(Low Temperature Poly Silicon) 박막 트랜지스터 생산의 경우)은 이러한 유형의 소스로 해결할 수 있다. 이들 레이저는 엑시머 레이저와 같은, 다른 소스에 비해 펄스 에너지가 낮아서, 처리 영역에서 정확하게 집중된(tightly focused) 빔 스폿을 생성해야 할 필요가 있다. 또한, 일관된 제품 품질을 달성하려면, 가공중인 제품(workpiece)의 균일한 조명을 위한 균일한 강도 분포가 필수적이다.
특허문헌 US 7 782 535에는 레이저 광원을 구비한 레이저 기기 및 레이저 방사용 변환 기기가 개시되어 있다. 레이저 광원은 주파수를 2배로 한(frequency-doubled) Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저로 형성될 수 있다. 레이저 광원에서 나오는 레이저 방사는 예를 들어 x 방향과 y 방향 모두에서 원형 단면과 빔 품질 계수(beam quality factor) Mx 2 = My 2 = 4를 갖는다. 변환 기기는 함께 망원경 배열를 형성하는 두 개의 원통형 렌즈 어레이로 구성된다. 원통형 렌즈(cylindrical lense)의 원통 축(cylinder axe)은 원통형 렌즈가 나란히 배치되는 방향에 대해 45°의 각도로 기울어져 있다. 이 설계는 망원경을 통과하는 부분 빔의 단면이 원통형 렌즈의 축에 대해 미러링되도록 한다. 이러한 설계에 의해 달성될 수 있는 것은 한 방향에 대한 빔 품질 계수가 상당히 감소되고 1보다 훨씬 커지지는 않으며, 다른 방향에 관한 빔 품질 계수는 빔 변환 전의 상태에 비해 증가된다는 것이다. 선(line)에 수직인 방향에 관한 약 1의 빔 품질 계수의 경우, 긴 초점 심도(depth of focus)를 갖는 매우 얇은 선형 프로파일을 획득할 수 있다. 이 경우, 선의 길이 방향의 범위에 관한 빔 품질 계수가 동시에 상당히 증가된다는 사실은 선의 길이 방향으로 높은 수준의 초점 조정(focusing)이 요구되지 않거나 전혀 요구되지 않기 때문에 불리한 것으로 입증되지 않는다. 반대로, 선의 길이 방향으로 빔 품질 계수의 증가의 결과로, 일반적으로 공간 코히어런스(spatial coherence) 및 이에 따라 이 방향에서의 광 간섭(light interference)도 상당히 줄어든다.
이 빔 변환 방법은 레이저 방사선을 복수의 부분 빔으로 분할하는 것에 기초한다. 분할 과정에서 예리한 강도의 에지가 생성되며, 이는 대부분의 경우, 원통형 렌즈들 사이의 중간 영역의 조명을 동반한다. 이러한 영역상의 기운 빛은 원치 않는 에너지 손실을 초래하는데, 이들 영역의 표면과 코팅의 품질과 모양이 종종 기술적으로 제한되고 잘 제어되지 않기 때문이다. 또한, 빔 변환 기기는 일반적으로 잘 시준된 입사 빔용의 을 위한 텔레스코픽 시스템(telescopic system)으로 설계된다. 그러나 이것은 대부분의 경우, 한 방향으로만 충족된다. 다른 방향의 경우, 입사 빔은 눈에 띄는 발산을 가질 수 있으며, 이는 제2 어레이의 렌즈의 과도한 조명을 초래하여, 빛의 손실을 초래할 수 있다.
처음에 설명된 유형의 변환 기기 및 레이저 기기는 특허문헌 EP 1 528 425 A1에 공지되어 있다. 여기에 기술된 레이저 기기는 레이저 방사선이 광섬유에 결합되는 레이저 다이오드 바(laser diode bar)를 포함한다. 레이저 기기는 4개의 원통형 렌즈 어레이로 구성된 2개의 모놀리식 렌즈 망원경(monolithic lens telescope)을 포함하는 변환 기기를 더 포함한다. 렌즈가 첫 번째 방향에 대해 45°로 배향된 처음 두 개의 어레이는 축소 케플러 망원경 어레이(demagnifying Keppler telescope array)를 형성한다. 렌즈가 첫 번째 방향에 대해 -45°로 배향된 세 번째 및 네 번째 어레이는 축소 갈릴레오 망원경 어레이(demagnifying Galileo telescope array)를 형성한다. 이 두 개의 교차된 망원경은 원통형 렌즈의 축에 대해 들어오는 빔의 단면을 미러링하는 동시에 출구에서 그 단면을 줄인다. 크기의 축소는 레이저 다이오드 바의 개개의 방출기(emitter)로부터 방출되는 레이저 빔이 겹치는 것을 방지하고, 바 방사선의 초점 조정을 개선하기 위한 것이라고 한다. 그러나 첫 번째 케플러 망원경 뒤에 있는 빔 크기는 한 방향으로만 축소된다. 수직 방향의 경우, 그것들은 심지어 확장되고 두 번째 갈릴레오 망원경 어레이의 원통형 렌즈를 부분적으로 과도하게 조명한다.
본 발명의 근저에 있는 문제는 손실을 감소시키는 전술한 유형의 변환 기기 및 레이저 기기의 제작이다.
본 발명에 따르면, 이는 청구항 1 또는 청구항 10의 특징을 갖는 전술한 유형의 변환 기기 및 청구항 11의 특징을 갖는 전술한 유형의 레이저 기기에 의해 달성된다. 종속항은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이다.
제1항에 따르면, 제1 어레이의 원통형 렌즈의 원통 축은 제1 방향과 45°보다 크고 90°보다 작은 각도를 둘러싸도록 의도된다. 이러한 방식으로, 레이저 방사선이 제2 어레이의 원통형 렌즈와 제2 어레이의 인접한 렌즈들 사이의 공간과 부딪치는 것을 적어도 부분적으로 방지하는 것이 가능하다.
상기 제2 어레이의 원통형 렌즈의 원통 축은 상기 제1 어레이의 원통형 렌즈의 원통 축과 평행하도록 제공될 수 있다. 특히, 상기 제1 어레이 및/또는 상기 제2 어레이의 원통형 렌즈의 원통 축은 상기 제1 방향과 46°보다 크고 60°보다 작은 각도를 둘러쌀 수 있다. 이 각도 범위는 손실을 피하는 데 유리한 것으로 판명되었다.
상기 제1 어레이의 모든 원통형 렌즈가 동일한 초점 길이 및/또는 동일한 곡률 반경을 갖고/갖거나, 상기 제2 어레이의 모든 원통형 렌즈가 동일한 초점 길이 및/또는 동일한 곡률 반경을 갖는 것이 가능하다. 특히, 상기 제2 어레이의 원통형 렌즈의 초점 길이 및 반경은 상기 제1 어레이의 원통형 렌즈의 초점 길이 및 반경과 상이하다.
상기 망원경의 축소 계수(reduction factor)(Γ)는 1보다 크며, 특히 1.1과 3 사이인 것이 제공될 수 있다, 이 축소의 범위는 손실을 방지하는 데에도 유리한 것으로 입증되었다.
특히, 상기 망원경의 축소 계수(Γ)에 대해 다음이 적용될 수 있다:
여기서, F3은 상기 제1 어레이의 원통형 렌즈의 초점 거리이고,
F5는 상기 제2 어레이의 원통형 렌즈의 초점 거리이고,
R3은 상기 제1 어레이의 원통형 렌즈의 곡률 반경이고,
R5는 상기 제2 어레이의 원통형 렌즈의 곡률 반경이다.
축소를 달성하기 위해, 상기 제1 어레이의 원통형 렌즈의 초점 거리는 상기 제2 어레이의 원통형 렌즈의 초점 길이보다 더 길게 선택된다.
또한, 상기 제1 어레이 및/또는 상기 제2 어레이의 원통형 렌즈의 원통 축은 상기 제1 방향(x)과 다음:
상응하는 큰 축소 계수를 갖는 이러한 설계는, 입구에서 완벽하게 시준된 광이 아니더라도 레이저 방사선이 제2 어레이의 원통형 렌즈와 인접한 렌즈 사이의 공간에 부딪히지 않도록 한다. 이러한 손실 감소 변환은 동시에 렌즈 정점의 축에 대해 어레이 렌즈 쌍을 통과하는 모든 부분 빔의 단면을 미러링할 수 있다.
상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이의 원통형 렌즈는 하나의 기판, 특히 모놀리식(monolithic) 기판 상에 형성되는 것이 가능하다. 이는 변환 기기의 컴팩트하고 견고한 설계를 실현한다. 또한, 원통형 렌즈의 어레이들 사이의 거리를 조정할 필요가 없다.
대안적으로, 상기 어레이들은 또한 상이한 기판 상에 형성될 수 있다. 개개의 원통형 렌즈로부터 상기 어레이들을 조립하는 것도 가능하다. 이러한 설계는 예컨대, 제조 또는 열 안정성과 관련하여 이점을 제공할 수 있다.
상기 제1 어레이 및/또는 상기 제2 어레이의 원통형 렌즈는 굴절 렌즈(refractive lens) 또는 굴절률 분포형 렌즈(gradient index lens)인 것이 제공될 수 있다, 대안적으로, 회절 설계(diffractive design)도 생각할 수 있다.
제10항에 따르면, 상기 제1 어레이의 원통형 거울의 원통 축은 제1 방향과 45°보다 크고 90°보다 작은 각도를 둘러싸도록 의도된다. 이 대안적인 설계에서, 두 개의 어레이는 원통형 렌즈 대신 원통형 거울, 특히 오목한 원통형 거울을 포함한다. 원통형 거울을 구비한 이 설계에서, 종속항 2 내지 9의 특징이 유사하게 실현될 수 있다.
제11항에 따르면, 상기 제1 어레이의 원통형 렌즈의 원통 축은 상기 제1 방향과 45°보다 크고 90°보다 작은 각도를 둘러싸도록 의도된다. 특히, 변환 기기는 본 발명에 따른 변환 기기일 수 있다.
상기 레이저 광원은 반도체 레이저(semiconductor laser), 특히 레이저 다이오드 바, 예를 들어 서로 약 200 μm의 거리로 이격된 복수의 방출기를 구비한 레이저 다이오드 바로서 설계되는 것이 가능하다. 상기 레이저 기기는 상기 레이저 광원과 상기 변환 기기 사이에 배치된 하나 이상의 고속 축 시준 렌즈(fast axis collimating lens)를 포함하고, 특히, 상기 고속 축 시준 렌즈는 상기 레이저 광원에 의해 방출된 레이저 방사선을 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 시준하는 것이 제공될 수 있다. 이러한 레이저 다이오드 바의 경우, 복수의 방출기의 방사 광 필드(radiation light field)가 대칭될 수 있고 광 손실이 최소인 변환 기기에 의해 초점성(focusability)이 향상된다.
대안적으로, 상기 레이저 광원은, 상기 레이저 방사선의 전파 방향에 수직인 상기 제1 방향에 대한 빔 품질 계수는 1보다 크고, 특히 2보다 크며, 상기 전파 방향에 수직인, 상기 제1 방향에 수직인 상기 제2 방향에 대한 빔 품질 계수는 1보다 크고, 특히 2보다 큰, 다중 모드 레이저 방사선을 방출할 수 있고, 상기 레이저 방사선의 빔 품질 계수가 상기 제1 방향에 대해 증가하고 상기 레이저 방사선의 빔 품질 계수가 상기 제2 방향에 대해 감소하도록, 상기 변환 기기에 충돌하는 상기 레이저 방사선이 변환되도록, 상기 변환 기기의 어레이가 설계 및 배치되는 것이 가능하다. 특히, 상기 레이저 광원은 Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저 또는 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저, 예를 들어 자외선 DPSS 레이저일 수 있다. 또한, 이러한 레이저 광원을 사용하면, 변환 기기에 의해 빔 성형 손실(beam-shaping loss)을 줄일 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 첨부된 예시를 참조하여 바람직한 예시적인 실시예의 다음 설명에 기초하여 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 변환 기기의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 기기의 일 실시예의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 레이저 기기의 평면도를 도시한다.
도 4는 개략적으로 나타낸 레이저 방사선과 함께 본 발명에 따른 변환 기기의 실시예의 세부사항의 개략적인 정면도를 도시한다.
도 5는 도 4의 화살표 V-V에 따른 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6은 개략적으로 나타낸 레이저 방사선과 함께 본 발명에 따른 변환 기기의 실시예의 세부사항의 개략적인 정면도를 도시한다.
도 7은 개략적으로 나타낸 레이저 방사선과 함께 본 발명에 따른 변환 기기의 실시예의 제1 어레이의 세부사항의 정면도를 도시한다.
도 8은 개략적으로 나타낸 레이저 방사선과 함께 도 6에 따른 변환 기기의 제2 어레이의 세부사항의 정면도를 도시한다.
도면에서, 동일 및 기능적으로 동일한 부분은 동일한 참조 부호로 표시된다. 또한, 더 나은 방위의 확정을 위해 일부 도면에 데카르트 좌표계가 삽입되었다.
도 1은 본 발명에 따른 변환 기기의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 기기의 일 실시예의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 레이저 기기의 평면도를 도시한다.
도 4는 개략적으로 나타낸 레이저 방사선과 함께 본 발명에 따른 변환 기기의 실시예의 세부사항의 개략적인 정면도를 도시한다.
도 5는 도 4의 화살표 V-V에 따른 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6은 개략적으로 나타낸 레이저 방사선과 함께 본 발명에 따른 변환 기기의 실시예의 세부사항의 개략적인 정면도를 도시한다.
도 7은 개략적으로 나타낸 레이저 방사선과 함께 본 발명에 따른 변환 기기의 실시예의 제1 어레이의 세부사항의 정면도를 도시한다.
도 8은 개략적으로 나타낸 레이저 방사선과 함께 도 6에 따른 변환 기기의 제2 어레이의 세부사항의 정면도를 도시한다.
도면에서, 동일 및 기능적으로 동일한 부분은 동일한 참조 부호로 표시된다. 또한, 더 나은 방위의 확정을 위해 일부 도면에 데카르트 좌표계가 삽입되었다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 변환 기기(1)의 실시예는 제1 방향(x)으로 나란히 배치된 원통형 렌즈(3)의 제1 어레이(2)와, 또한 제1 방향(x)으로 나란히 배치된 원통형 렌즈(5)의 제2 어레이(4)를 포함한다. 어레이(2, 4)는 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)가 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)와 대향하도록 기판의 전면(front side)과 후면(back side)에 배치된다. 여기서, 원통형 렌즈(3, 5)는 기판 상에 모놀리식으로 형성된다.
제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 및 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)는 각각 그 원통 축(6)이 x 방향(도 1 참조)과 45°보다 큰, 특히 46°와 60° 사이의 각도(
)를 형성하도록 배향된다. 또한, 제1 어레이(2)의 모든 원통형 렌즈(4)의 초점 거리 및 곡률 반경은 동일하다. 또한, 제2 어레이(3)의 모든 원통형 렌즈(5)의 초점 거리 및 곡률 반경도 동일하다.
변환 기기(1)의 동작 중에, 변환될 레이저 방사선은 먼저 제1 어레이(2)를 통과한 다음 제2 어레이(4)를 통과하여, 레이저 방사선이 원통형 렌즈(3)에 의해 복수의 부분 빔으로 분할되도록 의도된다. 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)를 통과하는 부분 빔은 반대측의 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)를 통과한다.
개개의 부분 빔은 변환 기기(1)를 통과한 후 단면이 원통형 렌즈(3, 5)의 대응하는 정점 선(vertex line)(8)에 대해 미러링되어 나타나도록, x 방향에 대해 경사진 원통형 렌즈(3, 5)에 의해 변환된다. 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 여기서 입력 빔 ABCD는 출력 빔 A'B'C'D'로 변환된다.
다중 모드 레이저 방사선이고 빔 품질 계수(Mx 2, My 2)가 제1 방향 x 및 제2 방향 y 모두에 대해 2보다 큰 레이저 방사선의 경우, 레이저 방사선의 빔 품질 계수(Mx 2)가 제1 방향(x)에 대해 증가하고 레이저 방사선의 빔 품질 계수(My 2)가 제2 방향(y)에 대해 감소하는 것이 변환에 의해 달성될 수 있다. 이러한 레이저 방사선용의 전형적인 레이저 광원은 예를 들어 Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저 또는 자외선 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저이다.
제1 어레이(2)와 제2 어레이(4)의 대향하는 원통형 렌즈(3)와 원통형 렌즈(5)는 각각 망원경, 특히 케플러 망원경(Kepler telescope)을 형성한다. 망원경을 구성하는 대향하는 원통형 렌즈(3)와 원통형 렌즈(5) 사이의 거리는 이들 렌즈의 초점 거리의 합과 같다.
여기서, 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)의 초점 길이는 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)의 초점 길이보다 더 커서, 대향하는 원통형 렌즈(3)와 원통형 렌즈(5)에 의해 형성된 망원경을 축소 망원경으로 만든다. 망원경의 축소 계수(Γ)는 1보다 크며, 특히 1.1과 3 사이이다.
도 7은 원통형 렌즈(3)의 제1 어레이(2)에 대한 레이저 방사선(7)의 충돌을 개략적으로 나타내며, 단순화하기 위해, 4개의 원통형 렌즈(3)만이 여기에 나타나있다. 레이저 방사선(7)은 긴 타원형 단면을 갖는다. p로 인접한 원통형 렌즈(3)의 정점 선(8)의 거리가 표시된다. 레이저 빔(7)은 제1 어레이(2)에 의해 복수의 부분 빔(7a, 7b, 7c, 7d)으로 분할된다.
도 8은 원통형 렌즈(5)의 제2 어레이(4)에 대한 이러한 부분 빔(7a, 7b, 7c, 7d)의 충돌을 도시한다. 부분 빔(7a, 7b, 7c, 7d)이 정점 라인에 대해 미러링되어 축소 계수(Γ)에 따라 크기가 축소된 것을 알 수 있다. 이 축소는 부분 빔(7a, 7b, 7c, 7d)이 개개의 원통형 렌즈(5)와 제2 어레이(4)의 인접한 렌즈들 사이의 전이 영역(transition area)에 충돌하지 않는다는 사실에 기여한다.
도 4 및 도 5는 레이저 방사선의 개개의 빔이 변환 기기(1)에 의해 어떻게 변환되는지를 나타낸다. 망원경 중 하나만 개략적으로 도시되어 있다. 원통형 렌즈(3, 5)는 명확하게 하기 위해 개별 렌즈로 그려져 있다. 하지만, 이들은 도 1에 도시된 바와 같이, 모놀리식 기판의 입사면(entrance surface)과 출사면(exit surface)에 의해 형성될 수 있다.
도 5로부터, 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)의 초점 거리(F3)가 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)의 초점 길이(F5)보다 크고, 따라서 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)를 통과한 후에 광축(9)으로부터 거리 H에 있는 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)에 입사하는 빔이 광축(9)으로부터 더 작은 거리(H')를 가질 것임을 알 수 있다. 동일한 것이 광축(9)으로부터 더 작은 거리(h)에 있는 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)에 입사하는 빔에 적용된다. 도 5는, 제2 렌즈(4)의 원통형 렌즈(5)를 통과한 후, 이 빔은 광축(9)에 대해 훨씬 더 작은 거리(h')를 갖는다는 것을 보여준다. 도 4는 이러한 조건을 정면도로 도시한다.
따라서, 다음이 적용된다:
여기서 R3은 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)의 반경이고 R5는 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)의 반경이다. 원통형 렌즈(3, 5)의 반경(R3, R5)은 이방성 빔 성형을 위해 변환 기기를 사용하여 레이저 선(laser line)을 생성하는 경우에 수 밀리미터일 수 있다.
도 4의 도움으로, 각도(
)와 망원경의 축소 계수(Γ) 사이의 관계를 도출할 수 있다. 
은 
에 대한 것임을 알 수 있다. 이로부터 각도(
)는 다음과 같다:
식 1 및 식 2의 동시 충족은 원통형 렌즈(3, 5)의 정점 선(8)에 관하여, 나오는 부분 빔 단면의 미러링을 제공한다.
도 4로부터 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 상에서 x의 x 방향 확장(extension)을 갖는 빔이 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5) 상에서 y'의 y 방향 확장을 갖는다는 것을 추가로 도출할 수 있다(도 4 참조). 그러면 y'에 대해 다음이 적용된다:
따라서, 도 4로부터 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 상에서 y의 y 방향으로 확장을 갖는 빔이 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(5 제2 어레이(4) 상에서 x'의 x 방향으로 확장을 갖는다는 것을 추가로 도출할 수 있다(도 4 참조). 그러면 x'에 대해 다음이 적용된다:
식으로부터, 변환 기기의 출력에서 세그먼트의 높이와 너비가, Г>1이면, 
배만큼 감소하는 것 알 수 있다.
이러한 고려사항으로부터, 입사 강도 분포(incident intensity distribution)에 대한 변환 기기의 동작 원리는 또한 다음 속성을 유지하는 아핀 맵(affine map)의 맥락에서 설명될 수 있다:
1. 공선성(collinearity)
2. 병렬성(parallelism)
3. 세트의 볼록성(convexity of set)
4. 선에 따른 길이의 비율
5. 가중된 점 모음의 무게중심.
변환 기기의 아핀 맵은 이미지 공간에서 
, 각도 공간에서 
로 표시되어야 하며 다음과 같이 읽는다:
여기서,
여기서 
는 y축에 대한 스케일링 연산(scaling operation)을 나타낸다. 정점 선(8)에 대한 미러링 및 스케일링을 위해, 잘 알려진 2D 회전 행렬 
에 의해 제공되는 기본 변환이 필요하다. 또한, 각도 및 이미지 공간의 스케일링은 반전된 거동(inverted behavior)을 보이므로 
가 반전되어야 한다.
간단한 계산 후, 이는 다음과 같이 변환된다:
결과적으로 식 (3)과 식 (4)는 좌표 벡터를 따른 입력 벡터의 특수한 경우이며, 다음과 같이 획득된다:
도 2 및 도 3에는, 레이저 광원(10)으로서 레이저 다이오드 바를 포함하는 레이저 기기가 도시되어 있다. 도 3에 따른 평면도에는 이 레이저 다이오드 바의 3개의 방출기만 도시되어 있다. 예를 들어, 레이저 다이오드 바는 22개의 방출기와 980nm의 파장을 가진 고전력 바일 수 있다. 개개의 방출기는 도시된 예에서 x 방향에 대응하는 저속 축 방향(slow-axis direction)으로 크기가 각각 130μm일 수 있다. 개개의 방출기는 도시된 예에서 y 방향에 대응하는 고속 축 방향(fast axis direction)으로 각각 크기가 1.6μm일 수 있다. 개개의 방출기는 저속 축 방향 또는 x 방향으로 200μm의 피치를 가질 수 있다. 저속 축 방향 또는 x 방향의 개구수(numerical aperture)는 ± 4.25°일 수 있다. 고속 축 방향 또는 y 방향의 개구수는 ± 24.5°일 수 있다.
레이저 기기는 레이저 광원(10)과 변환 기기(1) 사이에 고속 축 시준 렌즈(11)를 더 포함한다. 고속 축 시준 렌즈(11)는 y 방향 또는 고속 축 방향으로 개개의 방출기에 의해 방출된 레이저 방사선(7)을 시준한다. 예를 들어, 고속 축 시준 렌즈(11)는 0.16mm의 초점 거리를 가질 수 있다.
이러한 레이저 다이오드 바와 함께 사용하기 위해, 변환 기기(1)의 원통형 렌즈(3, 5)의 반경은 약 0.2 내지 1.5mm일 수 있다.
변환 기기(1)의 설명된 설계에 의해, 레이저 광원(10)으로서 레이저 다이오드 바를 사용하는 경우에도 제2 어레이(4)의 인접한 원통형 렌즈(5)의 영역 내로 레이저 방사선을 충돌시키지 않음으로써 손실을 감소시킬 수 있다.
Claims (15)
- 레이저 방사선(7)용 변환 기기(1)로서,
제1 방향(x)으로 나란히 배치된 원통형 렌즈(3)의 제1 어레이(2) 및 상기 제1 방향(x)으로 나란히 배치된 원통형 렌즈(5)의 제2 어레이(4)를 포함하고, 상기 변환 기기(1)의 동작 중에, 변환될 상기 레이저 방사선(7)이 먼저 상기 제1 어레이(2)를 통과한 다음 상기 제2 어레이를 통과하도록 제공되고, 상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 중 하나가 축소 망원경(reducing telescope)의 어레이를 생성하도록 상기 제2 렌즈 어레이(4)의 원통형 렌즈(5) 중 하나와 연관되는 각각의 경우에, 상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)의 원통 축(6)은 상기 제1 방향(x)과 45°보다 크고 90°보다 작은 각도()를 둘러싸는,
변환 기기(1). - 제1항에 있어서,
상기 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)의 원통 축(6)은 상기 제1 렌즈(2)의 원통형 렌즈(3)의 원통 축(6)에 평행한, 변환 기기(1). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 및/또는 상기 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)의 원통 축(6)은 상기 제1 방향(x)과 46°보다 크고 60°보다 작은 각도()를 둘러싸는, 변환 기기(1).
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 어레이(2)의 모든 원통형 렌즈(3)는 동일한 초점 길이(F3) 및/또는 동일한 곡률 반경(R3)을 갖고/갖거나, 상기 제2 어레이(4)의 모든 원통형 렌즈(5)는 동일한 초점 길이(F5) 및/또는 동일한 곡률 반경(R5)을 갖는, 변환 기기(1). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 망원경의 축소 계수(Γ)는 1보다 크며, 특히 1.1과 3 사이인, 변환 기기(1). - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 망원경의 축소 계수(Γ)에 대해,
을 적용하며,
여기서 F3은 상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)의 초점 거리이고,
F5는 상기 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)의 초점 거리이고,
R3은 상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)의 곡률 반경이고,
R5는 상기 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)의 곡률 반경인, 변환 기기(1). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 및/또는 상기 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)의 원통 축(6)은 상기 제1 방향(x)과 각도()를 둘러싸고,
이 적용되는, 변환 기기(1).
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 및 상기 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)는 하나의, 특히 모놀리식 기판 상에 형성되는, 변환 기기(1). - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 및/또는 상기 제2 어레이(4)의 원통형 렌즈(5)는 굴절 렌즈(refractive lens) 또는 굴절률 분포형 렌즈(gradient index lens)인, 변환 기기(1). - 레이저 방사선용 변환 기기로서,
제1 방향으로 나란히 배치된 원통형 거울의 제1 어레이 및 상기 제1 방향으로 나란히 배치된 원통형 거울의 제2 어레이를 포함하고, 상기 변환 기기의 동작 중에, 변환될 상기 레이저 방사선이 먼저 상기 제1 어레이에 의해 반사된 다음 상기 제2 어레이에 의해 반사되도록 제공되며, 상기 제1 어레이의 원통형 미러 중 하나가 축소 망원경의 어레이를 생성하도록 상기 제2 어레이의 원통형 미러 중 하나와 연관되는 각각의 경우에, 상기 제1 어레이의 원통형 미러의 원통 축은 상기 제1 방향과 45°보다 크고 90°보다 작은 각도()를 둘러싸는,
변환 기기. - 레이저 기기로서,
- 상기 레이저 기기의 동작 중에 레이저 방사선(7)을 방출하는 레이저 광원(10), 및
- 상기 레이저 광원(10)으로부터 방출되는 상기 레이저 방사선(7)용 변환 기기(1)를 포함하고,
상기 변환 기기(1)는,
제1 방향(x)으로 서로 나란히 배치된 원통형 렌즈(3) 또는 원통형 미러의 제1 어레이(2), 및 상기 제1 방향(x)으로 서로 나란히 배치된 원통형 렌즈(5) 또는 원통형 미러의 제2 어레이(4)를 갖고, 상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3)를 통과하거나 상기 제1 어레이의 원통형 거울에 의해 반사되는 상기 레이저 방사선(7)의 부분 빔(7a, 7b, 7c, 7d)이 상기 제2 어레이(4)의 연관된 원통형 렌즈(5)를 적어도 실질적으로 통과하거나 상기 제2 어레이의 원통형 거울에 의해 적어도 실질적으로 반사되도록, 상기 제1 어레이(20)의 원통형 렌즈(3) 또는 원통형 거울 중 하나가 상기 제2 어레이(5)의 원통형 렌즈(5) 또는 원통형 미러 중 하나에 할당되는 각각의 경우에, 상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 또는 원통형 미러 상의 이 부분 빔(7a, 7b, 7c, 7d)의 단면이 상기 제2 어레이(4)의 연관된 원통형 렌즈(5) 또는 원통형 거울 상의 상기 부분 빔(7a, 7b, 7c, 7d)보다 크며, 특히 상기 변환 기기(1)는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 변환 기기(1)이며,
상기 제1 어레이(2)의 원통형 렌즈(3) 또는 원통형 거울의 원통 축(6)은 상기 제1 방향(x)과 45°보다 크고 90°보다 작은 각도()를 둘러싸는,
레이저 기기. - 제11항에 있어서,
상기 레이저 광원(10)은 반도체 레이저, 특히 레이저 다이오드 바, 예를 들어 서로 약 200 μm의 거리로 이격된 복수의 방출기를 구비한 레이저 다이오드 바로서 설계되는, 레이저 기기. - 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 기기는 상기 레이저 광원(10)과 상기 변환 기기(1) 사이에 배치된 하나 이상의 고속 축 시준 렌즈(fast axis collimating lens)(11)를 포함하고, 특히, 상기 고속 축 시준 렌즈(11)는 상기 레이저 광원(10)에 의해 방출된 레이저 방사선(7)을 상기 제1 방향(x)에 수직인 제2 방향(y)으로 시준하는, 레이저 기기. - 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 레이저 광원(10)은, 상기 레이저 방사선(7)의 전파 방향(z)에 수직인 상기 제1 방향(x)에 대한 빔 품질 계수(Mx 2)는 1보다 크고, 특히 2보다 크며, 상기 전파 방향(z)에 수직인 상기 제2 방향(y)에 대한 빔 품질 계수(My 2)는 1보다 크고, 특히 2보다 큰, 다중 모드 레이저 방사선을 방출할 수 있고, 상기 레이저 방사선(7)의 빔 품질 계수(Mx 2)가 상기 제1 방향(x)에 대해 증가하고 상기 레이저 방사선(7)의 빔 품질 계수(My 2)가 상기 제2 방향(y)에 대해 감소하도록, 상기 변환 기기(1)에 충돌하는 상기 레이저 방사선(7)이 변환되도록, 상기 변환 기기(1)의 어레이(2, 4)가 설계 및 배치되는, 레이저 기기. - 제10항 또는 제11항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광원(10)은 Nd-YAG 레이저 또는 엑시머 레이저 또는 자외선 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저로 설계되는, 레이저 기기.
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