10.6 μm CO2 레이저용 F-theta 렌즈의 설계 개발
Development and Design of F-theta Lens for 10.6 μm CO2 Laser
이제성(극동대학교 대학원 정보통신학과); 이동희(극동대학교)
24권 2호, 161~167쪽
초록
목적: 본 연구는 10.6 μm CO2 레이저용 F-theta 렌즈 설계 개발에 관한 것이다. 방법: 사용 레이저 빔의 직경20 mm 이내, 결상점의 spot 직경 100 μm 이하, 광학계의 두께 35 mm 이내, 작업거리 약 138.4 mm, 유효 결상 직경 약 71 mm 이내의 사용자 요구조건을 만족하는 F-theta 렌즈를 설계하기 위해, 두 갈바노미러 구동각을 8가지 상태로 분리하고, 곡률반경 4개와 렌즈 두께 및 렌즈사이의 거리 3개와 EFL 등 8개의 변수를 F-theta 렌즈 최적화에사용하였다. 결과: 최적화되어진 CO2 레이저용 F-theta 렌즈는 굴절력의 부호가 (−)(+)의 순서로 구성되는 2매의 렌즈로 구성되었다. 분해 가능한 선폭은 5.0 lps/mm (@35% MTF)이며, 유효 초점거리는 약 125.4 mm이며, 작업거리는 약 138.4 mm이며, 유효결상직경이 약 71 mm이며, 갈바노미러의 최대 구동각이 ±5.73o인 특성을 가지게 되었다. 결론: 본 연구에서 우리는 두 갈바노미러 구동각의 조합을 8가지 상태로 나누는 방법과 곡률반경 4개와 렌즈 두께2개 및 렌즈사이의 거리와 EFL 등 8개를 최적화 변수로 사용함으로써 레이저 마킹기 또는 3D 프린팅 장비에 사용될 수 있는 125.4 mm의 EFL을 갖는 CO2 레이저용 F-theta 렌즈를 개발할 수 있었다.
Abstract
Purpose: This study focuses on the design and development of an F-theta lens for a 10.6 μm CO2 laser. Methods: In order to design the F-theta lens satisfies the user's requirements that the diameter of the using laser beam is within 20 mm, the spot diameter of the imaging point is not more than 100 μm, the thickness of optical system is not more than 35 mm, the working distance is about 138.4 mm, and the effective imaging diameter is not less than 70.7 mm, we used eight variables that are four radii of curvatures, three distances between lens surfaces, and an effective focal length (EFL) to optimize the F-theta lens, after separating the two galvanomirror driving angles into eight states. Results: The optimized F-theta lens for CO2 lasers consists of two lenses in which the symbols of the refraction power are in the order of (−)(+). The characteristics of this system have the resolving line width of 5.0 lps/mm (@35% MTF value), the focal length of about 125.4 mm, the working distance of 138.4 mm, the effective imaging diameter of 70.7 mm, and the maximum galvanomirror driving angle of ± 5.73o. Conclusions: In this study, by the method of dividing the combination of two galvanomirror driving angles into eight states, and by using the eight variables consisting of four radii of curvatures, three distances which include the distance between lenses, the two thicknesses of lenses, and an EFL for optimization variables, we were able to develop the F-theta lens with the EFL of 125.4 mm for CO2 lasers, that could be used in laser marking machines or 3D printing equipments.
- 발행기관:
- 한국안광학회
- 분류:
- 시각및의료광학