광학 설계 및 광학 설계 및 광학 설계 및 광학 설계 및 Tele-centric F-theta Lens Tele-centric F-theta Lens Tele-centric F-theta Lens Tele-centric F-theta Lens 초정밀 가공기술지원 초정밀 가공기술지원 초정밀 가공기술지원 초정밀 가공기술지원 2006. 11. 28. 2006. 11. 28. 2006. 11. 28. 2006. 11. 28. 한국기초과학지원연구원 한국기초과학지원연구원 한국기초과학지원연구원 한국기초과학지원연구원 그린광학 주 그린광학 주 그린광학 주 그린광학 주 ( ) ( ) ( ) ( ) 산업자원부 산업자원부 산업자원부 산업자원부
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Tele-centric F-theta Lens 광학 설계 및 초정밀 가공기술지원 · Tele-centric F-theta Lens 광학 설계 및 초정밀 가공기술지원 2006. 11. 28. 한국기초과학지원연구원
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광학 설계 및광학 설계 및광학 설계 및광학 설계 및Tele-centric F-theta LensTele-centric F-theta LensTele-centric F-theta LensTele-centric F-theta Lens
년초에 발족 정부지원을 받아 년 이내에 광 양산을 목표로 하고 있으며2004 , 5 PCB
일본과 소재 공정등에 대한표준 및 기술정보교류를 통하여 세계표준화 움직임에,
신속히 대응할 계획이다.
광 기술은 세계적으로 연구개발 초기 단계에 있기 때문에 광 표준 주도PCB PCB○
권을 확보하게 되면 핵심기술을 선도하여 광도파로재질 광접속소자 광원 및 광검, ,
출기 광모듈등 새로운 수요를 산점할 것으로 각국은 전망하고 있다, .
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제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333
제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111
개발에 있어 의 설계를 제외한 모든 업무는 고가의Tele centric F-theta Lens Iens
장비가 필요로 하며 초정밀 가공 기술과 초정밀 측정 기술 및 가 필요, know how
하다 이러한 기술은 세계 선진국만이 보유하고 있으며 고도의 정밀 가공 기술이. ,
필요하다 주 그린광학은 현재 를 설계할 수 있고 박막. ( ) Tele centric F-theta lens ,
설계 및 박막 증착을 수행 할 수 있으나 개발에 필요한Tele centric F-theta Lens
초정밀 렌즈의 정밀 가공 기술 및 정밀 측정 기술은 이미 한국기초과학지원연구원
의 연구 장비 개발부가 보유하고 있기 때문에 주 그린광학과 한국기초과학지원연( )
구원의 공동 개발을 통하여 고출력 용 광학 의 다양한 부품의 국산고출력 용 광학 의 다양한 부품의 국산고출력 용 광학 의 다양한 부품의 국산고출력 용 광학 의 다양한 부품의 국산CO2 Laser PartCO2 Laser PartCO2 Laser PartCO2 Laser Part
화가 가능화가 가능화가 가능화가 가능하다고 본다 현재 한국기초과학지원연구원에서는. Tele-centric F-theta
의 초정밀가공을 위한 폴리싱 공구에 대한 특허출원이 되어있고 현재 심사중lens ,
에 있다.
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제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222
기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정1.1.1.1.
역할분담 및 성과정도역할분담 및 성과정도역할분담 및 성과정도역할분담 및 성과정도2.2.2.2.
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의 개발공정 기술 개발 결과의 개발공정 기술 개발 결과의 개발공정 기술 개발 결과의 개발공정 기술 개발 결과3. F-theta lens3. F-theta lens3. F-theta lens3. F-theta lens
가 개발목표가 개발목표가 개발목표가 개발목표....
초정밀 가공기 을 이용하여 레이저 홀 가공기에 사용되는 광학소자Nanoform 600
인 게르마늄의 연성 절삭에 대한 최적의 초정밀 가공조건을 찾아내고, Tele-centric
의 가공에 적용하고자 한다 그리고 취성 재료의 초정밀 광학 요소들F-theta lens .
을 제조하는데 다이아몬드 선삭 기술을 적용함으로서 수입의존도가 매우 큰 적외선
영역에 사용되는 렌즈의 국산화 및 수입대체에 목표를 두고 있다.
나 개발 필요성나 개발 필요성나 개발 필요성나 개발 필요성....
의 개발 필요성의 개발 필요성의 개발 필요성의 개발 필요성Tele-centric F-theta lensTele-centric F-theta lensTele-centric F-theta lensTele-centric F-theta lens①①①①
을 위한 는 현재 핸드폰의 기판 천공 등에 사용Microvia Laser Drilling F-theta lens
되어지며 수입에 의존하고 있다, 100% .
고정밀 고성능의 천공을 위한, CO2 용 에는 가 필수적으로Laser Driller F-theta lens
장착되며 국내의 산업용 를 사용하는 기업이나 를 제조 판, Laser driller , laser driller
매하는 회사에 반드시 국산화 및 수입대체가 이루어져야 할 부품이다.
의 초기 기 확보의 초기 기 확보의 초기 기 확보의 초기 기 확보Tele-centric F-theta lens orderTele-centric F-theta lens orderTele-centric F-theta lens orderTele-centric F-theta lens order②②②②
현재 주 그린광학은 전자에( ) L.G. CO2 에 들어가는 및Laser Driller Banding mirror
를 국산화 완료하여 납품 하고 있다F-theta cover glass .
산업용산업용산업용산업용 COCOCOCO③③③③ 2222 용 광학부품의 개발 필요성용 광학부품의 개발 필요성용 광학부품의 개발 필요성용 광학부품의 개발 필요성LaserLaserLaserLaser
산업용 CO2 는 국내에 이미 의료용 등의Laser drilling, cutting, marking, welding,
목적으로 많이 보급화 되어 있으며 부품의 대부분은 수입에 의존하고 있다, laser .
다 개발 내용 및 방법다 개발 내용 및 방법다 개발 내용 및 방법다 개발 내용 및 방법....
비구면 제품의 형상측정 및 분석을 통한 광학설계 데이터 유추①
광학설계프로그램에 의한 광학 렌즈 시스템의 설계 및 최적화 작업②
CO③ 2 용 광학초자 등 의 초정밀 가공 데이터 및 가공 특성 분Laser (ZnSe, Ge )
석
시스템의 초정밀 가공 및 측정F-theta lens④
박막 설계프로그램에 의한 박막 설계 및 증착 기술 개발⑤
개발된 박막증착기술 적용 및 평가⑥
의 설계 및 제작F-theta lens housing⑦
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라 개발 공정라 개발 공정라 개발 공정라 개발 공정....
의 개발 공정의 개발 공정의 개발 공정의 개발 공정Fig. 3. 1 Tele-centric F-theta lensFig. 3. 1 Tele-centric F-theta lensFig. 3. 1 Tele-centric F-theta lensFig. 3. 1 Tele-centric F-theta lens
바 개발 결과 특허 인증 현황 등 포함바 개발 결과 특허 인증 현황 등 포함바 개발 결과 특허 인증 현황 등 포함바 개발 결과 특허 인증 현황 등 포함. ( , ). ( , ). ( , ). ( , )
천연다이아몬드 공구 윗면 경사각 를 이용한 의 초정밀 최적절(R 0.8 , -50°) Ge㎜
비구면에 관한 연구는 가 년에 구면 수차Rene Decartes 1638 (spherical aberration)
를 완전히 제거한 렌즈의 기하학적 조립 방법을 발표하였으며 년에, 1663 James
는 원추 곡면 이 구면수차를 보정할 수 있다는 것을 발표하Gregory (conic sections)
였다 년에 은 렌즈의 색수차 문제를 제거하기. 1671 Newton (chromatic aberration)
위하여 반사경을 이용한 망원경을 제작 발표하였고 년에 가 포물면 거울, 1732 Short
을 손으로 만들어 타원면 거울과 합하여 반사형 망원경을 제작하여 이 망원경의 이
름을 상술한 의 이름을 따서 라 칭하였다 년대Gregory “Gregory Telescope” . 1990
를 전후하여 는 비구면 시스템에 대한 많은 발명을 하였고 생산 방법에Carl Zeiss
대한 연구도 많이 하였다 정밀도가 높은 카메라 렌즈의 제작이 가능한 기계는.
년도에 가능하게 되었다1960 .
최근에는 새로운 광원으로 레이저가 개발되고 광학기술과 전자공학 정밀기계공학,
과의 결합이 이루어짐에 따라서 비구면 렌즈의 가공 기술도 크게 발전하고 있다.
또한 전자계산기의 개발과 더불어 복잡한 광학 시스템의 계산이 가능해 졌을 뿐,
아니라 초정밀 가공 기술이나 초정밀 측정 기술 등의 핵심기술이 급속히 진보되어
고 정밀 비구면 렌즈가 대량으로 생산되고 제품화되는 상황이 일어나고 있어 종래
의 구면 렌즈만을 주로 사용하였던 많은 단점과 불편함이 점차 해소되어 가고 있
다.
최근 사는 년 디스크 카메라에 비구면 사출 렌즈를 사용한 것을 기점으Kodak 1982 ,
로 년에는 픽업용 렌즈가 비구면으로 사용되고 년 월의 생산량을1984 CD , 1985 12
용 렌즈만 월 만개에 이르게 되는 등 비구면 렌즈의 단가가 구면렌즈의CD 60 3 ~
배가 되는 시점에 가면 구면 렌즈의 광학계는 거의 비구면으로 대치될 것으로 예4
상된다 은 구면과 비구면의 특성을 나타낸다 는 구면과 비구. Fig. 3. 7 . Fig. 3. 7(a)
면의 형상을 비교하여 나타낸 개념도이며 는 구면 렌즈에서 초점의 위, Fig. 3. 7(b)
치를 나타내며 는 비구면 렌즈에서 초점의 위치를 나타낸다 그리고, Fig. 3. 7(c) .
는 일정간격의 정사각형 격자용지를 구면 렌즈를 통하여 나타나는 이미Fig. 3. 7(d)
지를 나타내며 는 비구면 렌즈를 통하여 나타나는 이미지의 예를 나타, Fig. 3. 7(e)
낸다.
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Fig. 3. 7 Characteristics of spherical and aspherical lensFig. 3. 7 Characteristics of spherical and aspherical lensFig. 3. 7 Characteristics of spherical and aspherical lensFig. 3. 7 Characteristics of spherical and aspherical lens
비구면 렌즈를 사용하면 구면렌즈에 비하여 다음과 같은 많은 장점이 있다 첫째.
구면으로는 해결하기 어려운 상의 질을 저해하는 근본적인 구면수차(spherical
비점수차 왜곡수차 등을 극소화 내지는 보다aberration), (astigmatism), (distortion)
쉽게 제거하여 선명하고 넓은 시야의 영상을 얻을 수 있다 예를 들면 상의 일그러. ,
짐을 완전히 제거한 대단히 넓은 시야의 대물렌즈 를 갖는 넓은 시야의, Flat-field
대안렌즈 고도수의 안경렌즈 등의 광학계 제작에 비구면을 사용할 수 있다 둘째, .
광학계를 소형화 경량화 시킬 수 있다 즉 구면 렌즈와 거의 동일한 수준의 성능, . ,
을 유지한다면 비구면 면을 사용할 경우 통상 구면렌즈 면 정도의 효과를1 4 ~ 5
가질 수 있다 예를 들면 미놀타사에서는 카메라용 교환렌즈에 비구면 매를 사용. , 1
함으로써 렌즈의 매수를 매에서 매로 줄이고 길이를 에서 로 무14 12 , 87 59.5 ,㎜ ㎜
게를 에서 등으로 대폭 감소되었음을 보여주었다 셋째 결과적으로 생495 g 290 g .
산단가 인하에도 중요한 요인으로 부각되고 있다 넷째 설계자유도의 증가로 광학.
계 설계를 위한 설계 변수가 많아져서 고성능을 실현할수 있게 된다.
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나 비구면 보정 프로그램 개발나 비구면 보정 프로그램 개발나 비구면 보정 프로그램 개발나 비구면 보정 프로그램 개발....
비구면 보정 프로그램 개발에 있어서 일반적으로 작업자가 간단히 다룰수 있는
프로그램을 사용하였다 실험 모델로서 위성용 카메라에 사용되는 비구면Matlab .
반사경올 축소한 모델이다.
비구면 반사경에 대한 상세 내역은 다음과 갚다.
여기서 정점의 곡률c =
비구면 계수k =
A1,A2,A3.A20 비구면 변형 계수: ( )…
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비구면 수식에 대한 을 이용하여 를 생성후 초정밀 가(1) Tool Path Program Data
공을 한다.
의 메인 메뉴의 메인 메뉴의 메인 메뉴의 메인 메뉴Fig. 3. 8 Tool PathFig. 3. 8 Tool PathFig. 3. 8 Tool PathFig. 3. 8 Tool Path
성형보간에 필요한 수식을 도출성형보간에 필요한 수식을 도출성형보간에 필요한 수식을 도출성형보간에 필요한 수식을 도출Fig. 3. 14Fig. 3. 14Fig. 3. 14Fig. 3. 14
을 한 후 초기의 와 비교을 한 후 초기의 와 비교을 한 후 초기의 와 비교을 한 후 초기의 와 비교Fig. 3. 15 Curve fitting DataFig. 3. 15 Curve fitting DataFig. 3. 15 Curve fitting DataFig. 3. 15 Curve fitting Data
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초기 수식에 의한 에서 를 이용하여 측정한 가공 오(3) Data Form Talysurf Series2
차의 를 빼고 비구면 수식을 찾는다Data .
초기 수식에 의한 를 측정한 가공 오차의 뺀 비구면 수식초기 수식에 의한 를 측정한 가공 오차의 뺀 비구면 수식초기 수식에 의한 를 측정한 가공 오차의 뺀 비구면 수식초기 수식에 의한 를 측정한 가공 오차의 뺀 비구면 수식Fig. 3. 16 Data DataFig. 3. 16 Data DataFig. 3. 16 Data DataFig. 3. 16 Data Data
새로운 비구면 수석 값에 대하여 을 이용하여 를 생성(4) Tool Path Program Data
후 초정밀 보정가공을 한다.
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를 이용하여 측정후 검증을 행한다(5) Form Talysurf Series2 .
를 이용한 측정후 결과를 이용한 측정후 결과를 이용한 측정후 결과를 이용한 측정후 결과Fig. 3. 17 Form Talysurf Series2Fig. 3. 17 Form Talysurf Series2Fig. 3. 17 Form Talysurf Series2Fig. 3. 17 Form Talysurf Series2
비구면 수식을 이용한 가공시편비구면 수식을 이용한 가공시편비구면 수식을 이용한 가공시편비구면 수식을 이용한 가공시편Fig. 3. 18 (Ge)Fig. 3. 18 (Ge)Fig. 3. 18 (Ge)Fig. 3. 18 (Ge)
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용 광확소자의 초정밀가공 특성에 관한 실험 결과용 광확소자의 초정밀가공 특성에 관한 실험 결과용 광확소자의 초정밀가공 특성에 관한 실험 결과용 광확소자의 초정밀가공 특성에 관한 실험 결과5. F-thetal lens5. F-thetal lens5. F-thetal lens5. F-thetal lens
본 실험은 공구의 노우즈 반경 절삭속도 절삭깊이 이송속도 윗면 경사각을 주요, , , ,
변수로 하여 표면 거칠기 측정 초정밀 절삭 특성을 고찰함으로서 의, , F-theta lens
소재인 게르마늄의 최적 절삭조건을 찾아내기 위한 것이다 또한 게르마늄의 초정.
밀 절삭특성을 파악하여 미세 홀 레이저 가공기의 주요부품인 의 성공F-theta lens
적인 제작 특성을 알기 위함이다.
가 실험방법가 실험방법가 실험방법가 실험방법....
천연 다이아몬드 공구천연 다이아몬드 공구천연 다이아몬드 공구천연 다이아몬드 공구(1)(1)(1)(1)
본 실험에서 사용된 공구는 천연다이아몬드 바이트로서 바이트 날 끝 모양이 원통
형이며 노우즈 환경 와 를 사용하여 비교 실험하였다R0.8 R0.4 .㎜ ㎜
는 실험에 사용된 천연다이아몬드 바이트 형상을 보여주며 공구의 기Fig. 3. 20(a) ,
하학적 형상 및 크기는 윗면 경사각 로 변화를 주어 실험을 하였으-5°, -15°, -25°
며 국내 참피온 다이아몬드 공구 제작사에 의뢰하여 제작하였다 와. Fig. 3. 6 (b)
는 각각 노이즈 반경 다이아몬드 바이트를 실험 전에(c) 0.8, 0.4 Form Talysurf㎜
를 이용하여 정확한 반경을 측정한 것이다 측정결과 노이즈 반경 는. R0.8 ㎜
이였고 노이즈 반경 는 이였다 또한 각각의 값은0.8254 R0.4 0.3836 . Pv㎜ ㎜ ㎜
와 이였다 이에 요구되는 값 이하 이므로 공구를 사0.4269 0.6106 . Pv 0.1㎜ ㎜ ㎛
Fig. 3. 23 Surface roughness versus cutting speedFig. 3. 23 Surface roughness versus cutting speedFig. 3. 23 Surface roughness versus cutting speedFig. 3. 23 Surface roughness versus cutting speed
Fig. 3. 24 Surface 3D measurement of Ge sample by NT 2000Fig. 3. 24 Surface 3D measurement of Ge sample by NT 2000Fig. 3. 24 Surface 3D measurement of Ge sample by NT 2000Fig. 3. 24 Surface 3D measurement of Ge sample by NT 2000
이이이이송송송송속도속도속도속도 변변변변화에화에화에화에 따른따른따른따른 표면 거표면 거표면 거표면 거칠칠칠칠기기기기(2)(2)(2)(2)
이송속도 변화에 따른 실험은 와 같이 노우즈 반경 주축회전Fig. 3. 25(a) R0.8 ,㎜
속도 절삭깊이 에서 는 노우즈 반경 절180 m/min, 0.5 , Fig. 3. 25(b) R0.4 ,㎛ ㎜
삭속도 절삭깊이 에서 각각 이송속도에 따른 표면 거칠기를 측240 m/min, 0.5 ㎛
정한 결과이다.
이송속도가 증가하면서 표면 거칠기가 나빠지는 경향을 볼 수 있으며 이러한 실험,
결과는 이송방향의 표면 거칠기는 인선반경과 공작물의 분당 이송량의 관계에 의1
하여 기하학적으로 결정되는 이론적 표면 거칠기와 유사한 경향을 나타내고 있다.
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가장 양호한 표면 거칠기를 나타내는 공구는 노우즈 반경 의 공구이며R 0.8 ,㎜
실험결과는 일반적으로 노우즈 반경이 커짐에 따라 표면 거칠기는 양호하게 나타나
는 이론적인 거칠기와 비슷한 경향의 측정결과를 나타내었다.
정량적인 실제 가공면의 거칠기는 불확정인자인 진동이나 처짐 등의 동적 현상 공,
구 형상에 따른 러빙 특성 등에 의하여 영향을 받으므로 실제의 표면 거칠기는 예
측치 보다 크게 된다.
공작기계의 진동과 외부 환경 변수들이 절삭과정에 미치는 영향은 이송이 작은 범
위에서 크게 작용하게 되며 을 초과하면서부터 이러한 영향보다 이송의4 /min㎜
영향이 가공면의 표면 거칠기에 더 크게 작용하고 있음을 볼 수 있다 따라서 게르.
마늄의 경우 노우즈 반경 이송속도 정도로 가공을 할 경우 양호, R0.8 , 2 /min㎜ ㎜
한 표면 거칠기를 얻을 수 있을 수 있다.
은 노우즈 반경 이송속도 절삭속도 절Fig. 3. 26 R0.8 , 12 /min, 180 m/min,㎜ ㎜
삭깊이 의 절삭조건에서 실험한 차원적인 형상을 보여주는 것으로 공구의0.5 2㎛
형상이 가공표면에 그대로 전사됨을 볼 수 있다.
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Fig. 3. 25 Surface roughness versus feed rateFig. 3. 25 Surface roughness versus feed rateFig. 3. 25 Surface roughness versus feed rateFig. 3. 25 Surface roughness versus feed rate
Fig. 3. 26 2-dimensional shape of the surface roughness for machinedFig. 3. 26 2-dimensional shape of the surface roughness for machinedFig. 3. 26 2-dimensional shape of the surface roughness for machinedFig. 3. 26 2-dimensional shape of the surface roughness for machined
surface of Gesurface of Gesurface of Gesurface of Ge
절절절절삭깊삭깊삭깊삭깊이이이이 변변변변화에화에화에화에 따른따른따른따른 표면 거표면 거표면 거표면 거칠칠칠칠기기기기(3)(3)(3)(3)
절삭깊이 변화에 따른 실험은 와 같이 노이즈 반경 절삭속도Fig. 3. 27(a) R0.8 ,㎜
이송속도 에서 는 노이즈 반경 절삭180 m/min, 2 /min , Fig. 3. 27(b) R0.4 ,㎜ ㎜
속도 이송속도 에서 각각의 절삭 깊이 에 따른 표면240 m/min, 2 /min 0.1~4㎜ ㎛
거칠기를 측정한 결과이다.
일반적인 절삭가공에 있어서 이론적 표면 거칠기 값은 절삭깊이에 영향을 받지 않
는다 그러나 실제 미소절삭에서는 의 결과로 볼 패 절삭깊이가 작을때. Fig. 3. 27
표면 거칠기가 떨어지는 경향을 볼 수 있다.
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이러한 것은 절삭깊이가 아주 작을 경우의 칩 배출 과정은 주로 러빙 이나(rubbing)
버니싱 같은 소성변형에 의해 원활하게 이루어지지 못하며 소성변형을 일(burnsing) ,
으킨 표면에서는 큰 잔류 응력이 형성되어 표면의 질에 악영향을 끼치기 때문이다.
절삭날은 완전하게 날카롭지 못하므로 절삭날 날끝 부분을 확대하여 모델화하면 실
린더형으로 가정할 수 있다 이 때 실린더 부분에 작용하는 힘을 플로잉 힘.
이라고 한다 일반적인 절삭가공에 있어서는 절삭 깊이가 절삭날끝(plowing force) .
반경에 비하여 상당히 크기 때문에 플로잉 힘이 전체 절삭력에 미치는 영향은 거의
없어 무시할 수 있지만 절삭 깊이가 감소할수록 플로잉 힘은 비례적으로 커져 무,
시될 수 없게 된다 이러한 힘의 존재로 절삭깊이가 감소할수록 비절삭 에너지.
가 증가하는 치수 효과가 나타난다 초정밀가공에서는 이(specific cutting energy) .
러한 치수 효과를 잘 보여준다.
이러한 결과로부터 미소 절삭시 표면 거칠기는 절삭 깊이의 증가와 관련이 있다고
할 수 있다.
또한 공구의 노우즈 반경에 따른 표면 거칠기는 이론적인 표면 거칠기에 따라 노,
우즈 반경 공구가 에 비해 보다 양호한 표면 거칠기를 나타내고R0.8 R0.4㎜ ㎜
있다 그림에서 보여 지듯이 공구 경사각이 이고 절삭 깊이 이상 일때. -25° 0.5 ㎛
표면 거칠기가 현저히 낮게 나타난다 이런 현상은 경사각이 심하여 다이아몬드 바.
이트의 마모가 심하게 되고 이로 인하여 절삭면적이 커져서 표면에 스크래치가 많
이 생기게 되므로 표면 거칠기가 낮은 결과를 낳는 것으로 사료된다. Fig. 3. 28(a)
와 같이 경사각 를 사용하여 가공전과 가공한 후의 다이아몬드 바이트 모양(b) -25°
이 많이 마모가 된 것을 알 수 있다 와 는 비접촉 형상측정기. Fig. 3. 28(c) (d) NT
Fig. 3. 27 Surface roughness versus depth of cutFig. 3. 27 Surface roughness versus depth of cutFig. 3. 27 Surface roughness versus depth of cutFig. 3. 27 Surface roughness versus depth of cut
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Fig. 3. 28 Diamond tool after turning GeFig. 3. 28 Diamond tool after turning GeFig. 3. 28 Diamond tool after turning GeFig. 3. 28 Diamond tool after turning Ge
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비구면 광학계 설계 기술지원성과비구면 광학계 설계 기술지원성과비구면 광학계 설계 기술지원성과비구면 광학계 설계 기술지원성과6.6.6.6.
는 전량 수입에 의존하고 있으며 사용 후에는 회수의 조건으로F-theta lens , 100%
사용하고 있기에 제품에 대한 설계 자료가 전혀 없다 그러므로 의 설. F-theta lens
계값을 찾기 위하여 접촉식 측정기인 를 이용하여 비구면의Form Talysurf Series2
최적곡률 을 찾아내고 이를 다시 프로그램(best R) , IDL(Interactive Data Language)
과 오리진 프로그램을 이용하여 비구면 수식 설계치의 변수들을 찾아내었다 이렇.
게 얻은 비구면 설계 변수값들의 정확성을 검증하기 위하여 시편 측정결과에 비구
면 계수를 적용하여 검증하였다 마지막으로 검증된 비구면 설계 값으로 초정밀 가.
공기 을 이용하여 정밀 가공한 후 실제 측정 데이터와Nanoform 600 F-theta lens
비교 분석 하였다 와 은 비구면 수식을 이용한 광학 설계와. Fig. 3. 29 Fig. 3. 30
오슬로레이아웃을 나타낸 그림이다.
비구면 수식을 이용한 광학 설계비구면 수식을 이용한 광학 설계비구면 수식을 이용한 광학 설계비구면 수식을 이용한 광학 설계Fig. 3. 29Fig. 3. 29Fig. 3. 29Fig. 3. 29
등과 같이 널리 알려진 이미지 파일들을 비롯하여DXF, PNG HDF, CDF, netCDF,
등과 같은 과학 기술용 데이터 파일들 뿐만 아니라 잘 알려지지 않은HDF-EOS
파일 형태나 이상의 방대한 데이터 등 어떠한 형태1GB , Multi-dimensional Data
의 데이터라도 쉽게 읽고 처리할 수 있다 그리고 부터는 파일을 압. IDL 5.3 GZIP
축 또는 비압축 기능을 통해 압축된 데이터 파일을 읽고 쓸 수 있어서 디스크의 용
량을 절약할 수 있으며 장점으로 은 데이터 정렬전문 언어로써 강력한, IDL , Matrix
기능 등을Operation , Object Oriented Programming, Object Graphics, OpenGL
지원하며 등의 거의 모든 을 지, Windows/Unix/Linux/Mac/VMS Operating system
원한다 은 이용한 가공 순서도를 나타낸 그림이다. Fig. 3. 31 IDL 5.6 program .
이용한 가공 순서도이용한 가공 순서도이용한 가공 순서도이용한 가공 순서도Fig. 3. 31 IDL 5.6 programFig. 3. 31 IDL 5.6 programFig. 3. 31 IDL 5.6 programFig. 3. 31 IDL 5.6 program
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는 초정밀 가공기를 이용하여 가공하고 있는 사진이고 은 실Fig. 3. 32 , Fig. 3. 33
제 렌즈를 접촉식 측정기 를 이용하여 렌즈의 표면형상을 측Form Talysurf Series2
정하는 그림이며 는 평면과 비구면 측정 결과를 나타낸다 측정값으로, Fig. 3. 34 .
최적곡률은 이였으며 이는 시편 중심을 기점으로 번 측정을 하여154.7244 , 8㎜
그 결과 중 값이 가장 양호한 값으로 선택 하였다 이를 프로그램을 이용하Pt . IDL
여 측정값의 각도오차보정 을 하고 그래프의 중심선을 기점으로 측정 에러(Tilting)
값이 높은 데이터를 제거하여 에러율을 최소로 한다 는 프로그램에. Fig. 3. 35 IDL
서 보정된 결과 그래프이며 이 데이터를 다시 오리진 프로그램을 이용하여 비구면,
수식의 변수를 산출하여 내고 보다 세밀하게 높은 차수의 파라메타의 계수 값을 산
출하여낸다.
Fig. 3. 32 Cutting of F-theta lensFig. 3. 32 Cutting of F-theta lensFig. 3. 32 Cutting of F-theta lensFig. 3. 32 Cutting of F-theta lens
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Fig. 3. 33Fig. 3. 33Fig. 3. 33Fig. 3. 33 MMMMeasuring surface of F-theta lenseasuring surface of F-theta lenseasuring surface of F-theta lenseasuring surface of F-theta lens
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Fig. 3. 34Fig. 3. 34Fig. 3. 34Fig. 3. 34 RRRResult ofesult ofesult ofesult of MMMMeasure surface of F-theta lenseasure surface of F-theta lenseasure surface of F-theta lenseasure surface of F-theta lens
Fig. 3. 35Fig. 3. 35Fig. 3. 35Fig. 3. 35 VVVView of data by IDL programiew of data by IDL programiew of data by IDL programiew of data by IDL program
Fig. 3. 36 Graph of substitution resultFig. 3. 36 Graph of substitution resultFig. 3. 36 Graph of substitution resultFig. 3. 36 Graph of substitution result
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이렇게 얻은 변수들을 비구면 수식에 넣고 이 변수 값들을 검증하기 위해 실제
측정한 결과에 변수 값들을 넣어 검증하였다 그 결과로 에F-theta lens . Fig. 3. 36
서와 같이 큰 오차를 제외한다면 값이 이내라는 것을 알 수 있다 마지막Rt 1.0 .㎛
으로 얻은 비구면 수식으로 나온 가공위치 데이터를 초정밀 가공기 프로그램에 맞
는 파일 형식으로 출력해낸다.
최종적으로 과 소재의 렌즈를 가공하는데 요구되는 형상 공차는Ge ZnSe /10(λ λ
로 전체 가공면에 대하여 가장 높은 지점에서 가장 낮은 지점간의=10.4~10.9 )㎛
오차인 값은 약 이하를 요구한다 은 최종적으로 가공한 과Rt 1 . Fig. 3. 37 Ge㎛
렌즈의 모습이다 렌즈 가공 후 를 이용하여 측정한ZnSe . Form Talysurf Series2
결과 비구면 값이 이며 평면 값이 으로 나왔다 이로써Rt 0.3913 Pt 0.4245 .㎛ ㎛
과 에 요구되는 가공정밀도에 벗어나지 않음을 알 수 있다 은Ge ZnSe . Fig. 3. 38
각각의 비구면과 평면의 측정결과이고 는 에 조립된 최종 완성, Fig. 3. 39 Housing
품을 나타낸다.
Fig. 3. 37 F-theta lens after machining(Ge,Fig. 3. 37 F-theta lens after machining(Ge,Fig. 3. 37 F-theta lens after machining(Ge,Fig. 3. 37 F-theta lens after machining(Ge, ZZZZnSe)nSe)nSe)nSe)
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Fig. 3. 38Fig. 3. 38Fig. 3. 38Fig. 3. 38 MMMMeasure surface of F-theta lenseasure surface of F-theta lenseasure surface of F-theta lenseasure surface of F-theta lens