절대거리 측정을 위한 회절 광신호 주사장치

Abstract

정밀 레이저 가공을 위한 레이저 빔 스캐닝 및 정밀 레이저 측정을 위한 타겟 추적 시스템은 광경로를 변화시키기 위해 정밀 빔 주사 장치가 필요하다. 기존의 빔 주사는 크게 회절광학소자와 회전 거울 기반의 레이저 스캐너로 구현되어 왔다. 회절광학소자는 입사되는 광신호를 특정 각도로 분기할 수 있어 여러 대상으로 빔을 분기/주사 할 수 있지만, 소자 내의 격자 패턴이 고정되어 있어 빔의 분할 각도를 자유롭게 조절할 수 없다. 회전 거울 기반의 레이저 스캐너는 거울의 회전 및 반사를 이용하여 빔을 주사하는 장치로, 기계적 구동에 의해 매우 넓은 범위를 주사 시킬 수 있으나 레이저가 반사되는 지점과 거울의 회전 중심이 일치하지 않아 빔 포인팅 에러가 발생된다. 본 연구에서는 기존의 빔 주사 장치의 단점을 극복하기 위해 디지털 마이크로미러 디바이스(Digital micro-mirror device, DMD)를 이용하여 회절 기반의 광신호 주사 장치를 구현하였다. DMD는 마이크로 크기의 거울이 수 십만 개로 배열되어 있고 각 거울의 on-off 상태 전환이 가능하며, 거울의 패턴을 조절하여 회절 격자를 능동적으로 생성해 빔을 원하는 각도로 주사할 수 있다. 빔을 주사 시키기 위해 픽셀화 이진회절격자(Pixelated binary diffraction grating)방식을 이용하였고, 빔 주사 특성을 분석하기 위해 시뮬레이션을 수행하였고, 이를 실험적으로 검증하였다. 또한 절대거리 측정에 적용함으로써 응용 가능성을 보였다.