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일반적으로 레이저 기기에서 발생된 레이저 빔은 집속시키지 않은 상태에서는 사용 목적에 충분한 에너지 밀도를 주지 못한다. 그리고 목적에 따라 가능한 작은 열 영향부, 즉 초점 영역을 만들어 목적 이외의 부분에 대한 영향을 최대한 줄여야 한다. 이러한 관련 연구들은 1960년대 레이저가 최초로 발견된 이후에 광학렌즈와 광학미러와 같은 광학부품을 사용하여 끊임없이 연구가 진행되고 있다.
레이저 모듈에서 광학부품의 역할은 레이저 빔을 집속시키거나 필요에 따라 평행광을 만드는데 있다. 특히 레이저 빔을 집속을 시키는 경우, 초점의 크기와 초점의 깊이는 사용되는 IT기기의 성능과 밀접한 관계가 있어 광학부품의 중요성은 날로 부각되고 있는 실정이다. 이러한 초점의 크기와 깊이는 광학 설계도 중요하지만, 얼마나 정교하게 만들 수 있느냐의 문제로 정의된다. 또한 생산자 입장에서는 얼마나 빨리, 얼마나 값싸게 만들 수 있느냐의 문제로 다시 귀결될 수 있다. 이러한 문제들은 비단 광공학만의 문제가 아닌 광공학과 ...

일반적으로 레이저 기기에서 발생된 레이저 빔은 집속시키지 않은 상태에서는 사용 목적에 충분한 에너지 밀도를 주지 못한다. 그리고 목적에 따라 가능한 작은 열 영향부, 즉 초점 영역을 만들어 목적 이외의 부분에 대한 영향을 최대한 줄여야 한다. 이러한 관련 연구들은 1960년대 레이저가 최초로 발견된 이후에 광학렌즈와 광학미러와 같은 광학부품을 사용하여 끊임없이 연구가 진행되고 있다.
레이저 모듈에서 광학부품의 역할은 레이저 빔을 집속시키거나 필요에 따라 평행광을 만드는데 있다. 특히 레이저 빔을 집속을 시키는 경우, 초점의 크기와 초점의 깊이는 사용되는 IT기기의 성능과 밀접한 관계가 있어 광학부품의 중요성은 날로 부각되고 있는 실정이다. 이러한 초점의 크기와 깊이는 광학 설계도 중요하지만, 얼마나 정교하게 만들 수 있느냐의 문제로 정의된다. 또한 생산자 입장에서는 얼마나 빨리, 얼마나 값싸게 만들 수 있느냐의 문제로 다시 귀결될 수 있다. 이러한 문제들은 비단 광공학만의 문제가 아닌 광공학과 기계공학이 융합된 문제로서, 융합학문의 관점으로 해결되어야 한다.
따라서 본 논문에서는 레이저 반도체 응용을 위한 비구면 광학렌즈의 개발과정을 Optomechanics의 관점으로 조명하고 광학설계에 가장 근접한 제작방법과 개발 과정을 연구하였다. 본 논문의 연구 수행 내용은 다음과 같다.
1. 비구면 유리렌즈
이 절에서는 반도체 레이저를 광원으로 사용하는 각각 서로 다른 비구면 유리 렌즈의 개발 방법을 제시하였다. 레이저 피코 프로젝터용 비구렌즈 개발에서는 메탈홀더 일체형 비구면 렌즈의 금형 설계와 회전대칭형 비구면 유리렌즈 성형용 초경 금형 코어의 가공과 성형법을 제시하였으며, 비구면 실린드리컬 렌즈 개발에서는 비축회전 대칭형 비구면 유리 렌즈의 연삭가공법과 성형법을 제시하였다.
2. 비구면 렌즈 성형 수축 보정
금형을 이용해 성형된 렌즈는 고온 고압 공정으로 인해, 냉각과정에서 발생하는 수축현상은 필수적으로 동반된다. 이절에서는 렌즈의 열 변형으로 발생하는 수축현상을 규명하고 렌즈 수축 현상을 금형을 통해 개선할 수 있도록 수축 보정 알고리즘을 제시하였다. 또한 제시된 알고리즘의 타당성을 알아보기 위해 실제 렌즈에 적용하여 보정전 형상 정도가 3.5㎛인 렌즈를 보정후 0.35㎛으로 성형하여 수축보정알고리즘의 타당성을 검증하였다.
3. 비구면 플라스틱 렌즈
이 절에서는 레이저 프린터용 F-theta 렌즈를 제작하기 위해, 광학 설계된 렌즈의 성능을 시뮬레이션을 통해 검증하였고, 금형 설계를 위한 렌즈면 생성 프로그램을 자체 개발하였다. 설계된 사출 성형용 금형코어는 Fly-cutting법을 이용하여 초정밀 가공을 수행하였고. 개발된 금형을 이용해 F-theta 렌즈를 사출 성형하였다. 사출 성형된 렌즈는 빔경 측정을 통해 개발 방법의 유효성 검증하였다.

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