10.6㎛ CO2 레이저용 F-theta 렌즈의 설계 개발 = Development and Design of F-theta Lens for 10.6 μm CO2 Laser

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 10.6 μm CO2 레이저용 F-theta 렌즈 설계 개발에 관한 것이다.
사용 레이저 빔의 직경 20mm 이내, 결상 점의 spot 직경 100μm이하, 광학
계의 두께 35 mm 이내, 작업거리 약 138.4 mm, 유효 결상 직경 약 71 mm
이내의 사용자 조건을 만족하는 F-theta렌즈를 설계하기 위해, 두 갈바노미러
구동각을 8가지 상태로 분리하고, 곡률반경 4개와 렌즈 두께 및 렌즈사이의
거리 3개와 EFL 등 8개의 변수를 F-theta 렌즈 최적화에 사용하였다.
최적화되어진 CO2 레이저용 F-theta 렌즈는 굴절력의 부호가 (-)(+)의 순서
로 구성되는 2매의 렌즈로 구성되었다. 분해 가능한 선폭은 5.0 lps/mm (@
35% MTF)이며, 유효 초점거리는 약 125.4 mm이며, 작업거리는 약 138.4 mm
이며, 유효결상직경이 약 71 mm이며, 갈바노미러의 최대 구동각이 ±5.73인
특성을 가지게 되었다.
본 연구에서 우리는 두 갈바노미러 구동각의 조합을 8가지 상태로 나누는
방법과 곡률반경 4개와 렌즈 두께 2개 및 렌즈사이의 거리와 EFL 등 8개를
최적화 변수로 사용함으로써 레이저 마킹기 또는 3D 프린팅 장비에 사용될
수 있는 125.4mm의 EFL을 갖는 CO2 레이저용 F-theta 렌즈를 개발할 수 있
었다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 -------------------------------------------------- 1
• Ⅱ. 적외선 광학과 3D 프린팅 ---------------------------------- 3
• 2-1. 적외선 스펙트럼의 특징 ------------------------------------ 3
• 2-2. 적외선 광학계 초자 ------------------------------------------- 9
• 2-3. 3D 프린팅의 종류 ------------------------------------------- 15
• 2-3-1. SLS(Selective Laser Sintering) -------------------------- 15
• 2-3-2. SLM(Selective Laser Melting) --------------------------- 17
• 2-3-3. DMLS(Direct Metal Laser Sintering) -------------------- 18
• Ⅲ. 결상 광학계 설계 이론 ------------------------------------- 20
• 3-1. 유한 광선 수차 ---------------------------------------------- 20
• 3-2. 단색광 수차 ------------------------------------------------ 25
• 3-2-1. 구면수차 ------------------------------------------------ 25
• 3-2-2. 코마수차 ------------------------------------------------ 27
• 3-2-3. 비점수차 ------------------------------------------------ 28
• 3-2-4. 상면만곡 ------------------------------------------------ 29
• 3-2-5. 왜곡수차 ------------------------------------------------ 31
• 3-3. 색수차 ------------------------------------------------------ 32
• 3-4. 상의 평가와 변조전달함수(MTF) ----------------------------- 33
• Ⅳ. CO2 레이저용 F-theta 렌즈의 설계 --------------------- 38
• 4-1. CO2 레이저 광원용 스캐닝 광학계 --------------------------- 38
• 4-2. CO2 레이저용 F-theta 렌즈의 설계 조건 --------------------- 41
• 4-3. CO2 레이저용 F-theta 렌즈의 초기 설계조건 도출 ----------- 43
• 4-4. CO2 레이저용 F-theta 렌즈의 최적화 설계 ------------------- 46
• V. CO2 레이저용 F-theta 렌즈의 설계 평가 --------------- 52
• VI. 결 론 -------------------------------------------------- 56
• 참고문헌 ----------------------------------------------------- 60
• 영문초록 ----------------------------------------------------- 64
• 감사의글 ----------------------------------------------------- 67

참고문헌 (Reference)

1 정용택, "적외선 센서의 응용과 원리", 서울 : 인포더북스, 2012

2 홍석민, "열상장비 개요, 물리학과 첨단기술", 한국광학회, 1998

3 정 보 선., "BS프리즘을 이용한 도트사이트 장치의 개발.", 석사학위 청구논문, 극동대학교 대학원, 2015

4 이싱길, "24mm 초점거리를 갖는 MWIR용 결상광학계 설계 및 평 가, 박사학위청구논문", 극동대학교 대학원, 2018

5 이동희, "DUV Submicron 리소그라피를 위한 5반사광학계의 설계 와 평가. 박사학위청구논문", 한국과학기술원, 1994