tele-centric f-theta lens 광학 설계 및 초정밀 가공기술지원 · tele-centric f-theta...
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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
초정밀 가공기술지원초정밀 가공기술지원초정밀 가공기술지원초정밀 가공기술지원
2006. 11. 28.2006. 11. 28.2006. 11. 28.2006. 11. 28.
한국기초과학지원연구원한국기초과학지원연구원한국기초과학지원연구원한국기초과학지원연구원
그린광학 주그린광학 주그린광학 주그린광학 주( )( )( )( )
산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부
- 2 -
제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문
산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하
본 보고서를 광학 설계 및 초정밀 가공에 관한 기술지“Tele-centric F-theta Lens
원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다”( : 2005. 11.~2006. 10.) .
2006. 11. 28.2006. 11. 28.2006. 11. 28.2006. 11. 28.
지원기관 한국기초과학지원연구원지원기관 한국기초과학지원연구원지원기관 한국기초과학지원연구원지원기관 한국기초과학지원연구원::::
대표자 강 신 원대표자 강 신 원대표자 강 신 원대표자 강 신 원( )( )( )( )
지원기업 그린광학 주지원기업 그린광학 주지원기업 그린광학 주지원기업 그린광학 주: ( ): ( ): ( ): ( )
대표자 조 현 일대표자 조 현 일대표자 조 현 일대표자 조 현 일( )( )( )( )
지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 김 건희김 건희김 건희김 건희::::
참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원
″″″″
양 순 철양 순 철양 순 철양 순 철::::
이 인 재이 인 재이 인 재이 인 재::::
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기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서
과제고유번호 연구기간 2005. 11. 01 ~ 2006. 10. 31
연구사업명 부품소재종합기술지원사업
지원과제명 광학 설계 및 초정밀 가공기술지원Tele-centric F-theta Lens
지원책임자 김 건 희 지원연구원수
총 명: 9
내부 명: 7
외부 명: 2
총
사업비
정부:
기업:
계:
천원90,000
천원90,000
천원180,000
지원기관명 한국기초과학지원연구원 소속부서명 연구장비개발부 초정밀가공팀
참여기업 기업명 그린광학 주: ( ) 기술책임자 김 동 균:
요약 연구결과를 중심으로 개조식 자 이내( 500 )보고서
면수
는 전량 수입에 의존하고 있으며 사용 후에는 회수의 조건으로 사F-theta lens , 100%•
용하고 있기에 제품에 대한 설계 자료가 전무한 상태이다.
의 설계값을 찾기 위하여 접촉식 측정기인 를 이용F-theta lens Form Talysurf Series2•
하여 비구면의 최적곡률 을 찾아내고 이를 다시(best R) , IDL(Interactive Data
프로그램과 오리진 프로그램을 이용하여 비구면 수식 설계치의 변수들을 찾Language)
아내었다.
비구면 설계 변수값들의 정확성을 검증하기 위하여 시편 측정 결과에 비구면 계수를•
적용하여 검증
검증된 비구면 설계 값으로 초정밀 가공기 을 이용하여 정밀 가공한 후Nanoform 600•
실제 측정 데이터와 비교F-theta lens
가공을 위해 을 사용F-theta lens IDL 5.6 program•
과 소재의 렌즈를 가공하는데 요구되는 형상 공차는Ge ZnSe N10( =10.4~10.9 )• λ ㎛
를 이용하여 측정한 결과 비구면 값이 이며 평면Form Talysurf Series2 Rt 0.3913• ㎛
값이Pt 0.4245 ㎛
과 에 요구되는 가공정밀도에 벗어나지 않음을 알 수 있음Ge ZnSe .•
색 인 어
각 개 이상( 5 )
한 글 초정밀가공 비구면렌즈 최적곡률 형상곡차, , F-theta lens, ,
영 어Ultra-precision machining, Aspherical, F-theta lens, Best R, Tolerance unit
of shape
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기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문
사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.
광학 설계 및 초정밀 가공을 완료하고Tele-centric F-theta Lens , Tele-centric
광학계 및 고출력 용의 를 국산화하여 국가 경쟁력 확보를Laser F-theta lens ,
목표로 한다.
기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.
의 기하 광학적 광학 설계1. Tele-centric F-theta lens
용 광학초자의 초정밀 가공2. CO2 Laser (infra red)
투과의 극대화를 위한 광학 설계3. Infra red spectrum
의 광학 경통 설계 및 개발4. Tele-centric F-theta lens
용 광 부품의 비구면 초정밀 측정 및 분석5. F-theta lens
지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.
지원항목
지원내용
비고
기술지원前 기술지원後
의Tele-centric F-theta lens
기하 광학적 광학 설계
외국 회사로 부터의 광학 설계에
대한 데이터 제공되지 않음
각 측정기를 이용하여 측정
후 데이터화 완성역설계
용 광CO2 Laser (infra-red)
학초자의 초정밀 가공구면으로만 작업 가능 비구면으로 렌즈 초정밀가공 정밀도향상
투과의Infra red spectrum
극대화를 위한 광학 설계
외국 회사로 부터의 증착 설계에
대한 데이터 제공되지 않음
코팅 분석 스펙트로 포터미터( )
후 물질 분석하여 증착
의Tele centric F-theta lens
광학 경통 설계 및 개발
외국 회사로 부터의 경통 설계에
대한 데이터 제공되지 않음샘플을 분석하여 도면화 완성
용 광 부품의F-theta lens
비 구면 정밀 측정 및 분석
외국 회사로 부터의 비구면 정밀
측정에 대한 데이터 제공되지 않
음
구면 분석 간섭계 비구면 분( ),
석 샘플 성능 평가 화학, (LG )
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기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.
해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)
적용제품명 가공기o : SUMITOMO LASER
모 델 명o : 1000TW
품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)
구 분 경쟁 제품해당기술적용제품
비 고지원전 지원후
경쟁제품 대비 품질 100% 60% 이상96%일본 제품과 거의
동일한 수준
경쟁제품 대비 가격 만원3,000 /set 만원1,800 /set 원가 절감
원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)
구 분 절 감 금 액 비 고
원부자재 절감 백만원 년600 / (60%)
인건비 절감 백만원 년200 / (67%)
계 백만원 년800 /
적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )
구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비
증가비율비고
내 수 백만원 년36 / 백만원 년900 / 400%
수 출 천달러 년/ 천달러 년54 / 540%
계 백만원 년/ 백만원 년954 / 940%
참고) 적용제품 주요수출국 대만 중국1. : ,
작성당시 환율기준 당 원2. : 1$ 1000
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수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)
모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고
1000TW 천달러 년24 / 천달러 년954 / 천달러 년600 /
천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/
계 천달러 년24 / 천달러 년954 / 천달러 년600 /
해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)
기존에는 외국의 장비업체로 부터 고가에 수입되던 광학 부품이었으나 개발 완
료 후 국내의 시장에 상당히 대체 효과를 나타내고 있으며 금범의 기술을 개선,
시켜 차세대 대구경 사이즈 구경 의 렌즈의 개발이 가능할( 200 ) F-theta lens㎜
것으로 기대된다 현재 핸드폰 및 각종 전자기기의 배터리 용접을 로 하. LASER
고 있으며 효율성과 가격 경쟁력이 있는 광학부품들이 국산화 되면서 타 업체와
대만 등으로의 수출을 진행 할 수 있을 것으로 파악된다.
기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)
용 의1. CO2 Laser Drilling, Cutting, Marking, Welding Machine 다양한 기종의다양한 기종의다양한 기종의다양한 기종의
광학 부품 국산화 가능광학 부품 국산화 가능광학 부품 국산화 가능광학 부품 국산화 가능
저렴한 가격의 광학 부품 구매로 관련 산업 종사자의2. 부품구입 비용 대폭 절부품구입 비용 대폭 절부품구입 비용 대폭 절부품구입 비용 대폭 절
감감감감
외국에서 수입하던 부품의 국산화로3. 단 납기 신속한 서비스 가능단 납기 신속한 서비스 가능단 납기 신속한 서비스 가능단 납기 신속한 서비스 가능,,,,
수입의 대체 효과를 통한 국가 경쟁력 증가4.
적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,
지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권1)1)1)1)
종 류 명칭 번호발명자
고안자( )권리자 실시권자
비고
출원( )
특허출원
광학렌즈 설계를 통한
컴펙트형 텔레비전
기능을 갖는 프로젝터
10-2206-0112
266
기초연
주 그린광학( )주 그린광학( ) 주 그린광학( ) 출원
특허출원
렌즈표면 정밀도
향상을 위한 자동정압
폴리싱장치
10-2006-0112
910
기초연
주 그린광학( )주 그린광학( ) 주 그린광학( ) 출원
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세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.
항 목지원
건수지 원 성 과
기술정보제공 건10를 초정밀 가공하기 위한 광학설계Tele-centric F-theta lens
및 박막설계 등의 정보제공
시제품제작 건15의 대한 최적 알고리즘 개발 및 초Tele-centric F-theta lens
정밀가공 지원
공정개선 건1 투과율 극대화를 위한 광학설계Infra red spectrum
품질향상 건1 의 초정밀 최적 알고리즘 개발F-theta lens
시험분석 건17요구정밀도에 준하는 의 형상측정 및 박막전후F-theta lens
의 형상비교
교육훈련 건20 교육훈련을 통한 의 초정밀 가공 인력양성F-theta lens
기술마케팅 경영자문/ 건2초정밀가공 워크샵 및 중소기업기술혁신대전을 통한 기술마
케팅 지원
논문게재 및 학술발표 건1 년 한국기계가공학회 논문게재예정2007
사업관리시스템
지원실적업로드 회수건7 광학설계 및 초정밀 최적 알고리즘을 통한 양산화 기틀 마련
지원기업 방문회수 건16 의 최적 알고리즘 개발Tele-centric F-theta lens
종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.
개발에 있어 주 그린광학의 광학 설계기술 및 박막Tele-centric F-theta Lens ( )
설계 기술과 기초과학지원연구원의 초정밀 가공기술 및 측정 기술을 합하여 빠
른 시간 내에 국산화를 완료하고 실장 를 하여 국내의 핸드폰 기판 제조Test ,
회사의 전량 수입에 의존하던 를 저가에 공급 확대Tele-centric F-theta Lens
하리라 판단된다.
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연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )□□□□
과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.
논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과□□□□
논문게재 세부사항
(9)
게재
년도
(10)
논문명
저자(11)(12)
학술지명
(13)
Vol.
(No.)
(14)
국내외
구분
(15)
SCI
구분주저자 교신 저자 공동 저자
2007
Tele-centric
의F-theta lens
초정밀절삭 특성
김건희 양순철 김동균
한국기계
가공학회
게재 예정
국내 비SCI
사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.
특허 성과특허 성과특허 성과특허 성과□□□□
출원된 특허의 경우○
세부사항
(9)
출원년도
(10)
특허명
(11)
출원인
(12)
출원국
(13)
출원번호
2006. 11. 14.
광학렌즈 설계를
통한 컴팩트형
텔레비전 기능을
갖는 프로젝터
한국기초과학지원연
구원 주 그린광학, ( )대한민국 10-2006-0112266
2006. 11. 15.
렌즈표면 정밀도
향상을 위한
자동정압
폴리싱장치
한국기초과학지원연
구원 주 그린광학, ( )대한민국 10-2006-0112910
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세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용□□□□
지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건1. : 161. : 161. : 161. : 16
No. 일자 구체적 내용 증빙유무
1 05. 11. 18.~11. 19. 레이저 가공용 광학설계 자료조사 유
2 05. 12. 01.기하학적 광학설계Tele-centric F-theta lens
관련 공청회유
3 06. 04. 10. 초정밀 측정 및 분석 유
4 06. 04. 19.~04. 20. 코팅 및 협의F-theta lens 유
5 06. 04. 24.~04. 25. 박막전후 형상비교F-theta lens 유
6 06. 08. 31. 초정밀렌즈 지그제작 유
7 06. 09. 04. 코팅 막 측정 유
8 06. 09. 12. 광구조물 제작협의 유
9 06. 09. 14. 시제품 성능평가 협의 유
10 06. 09. 19 비구면 형상 측정F-theta lens 유
11 06. 09. 25.~09. 26. 초정밀 워크샵 참가 유
12 06. 10. 02. 광학계 코팅 협의 유
13 06. 10. 12.~10. 13.적외선 광학계 초정밀 가공F-theta lens
특성에 관한 결과 발표유
14 06. 10. 17. 시제품 코팅 및 데이터 협의F-theta lens 유
15 06. 10. 25. 정밀광학기기 산업로드맵 수집 발표회 참가 유
16 06. 10. 30. 연구과제 종료에 따른 제품 최종 평가 협의 유
기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. : 112. : 112. : 112. : 11
NO. 일자 구체적 내용 증빙유무
1 05. 11. 03. 사업계획 수립을 위한 관련 기술정보협의 유
2 05. 11. 22.~11. 24.광학설계 및 최적화하기 위한 Z-MAX
기술정보제공Programming유
3 05. 12. 05.~12. 08.광학부품도 설계 및 에 관한 기술3D Modeling
정보제공유
4 06. 01. 02.~01. 01.의 가공성 를 위한 절삭특성Ge, Znse Test
파악유
5 06. 01. 23.~01. 26. 주요평가 방법에 따른 성능 평가 기술제공 유
6 06. 02. 06.~02. 09.주 그린광학의 최적 광학박막 설계를 위한( )
기술정보제공유
7 06. 03. 06.~03. 17.의 최적가공 알고리즘F-theta lens
기술정보제공유
8 06. 06. 05.~06. 23.시제품가공을 위한 초정밀 최적절삭특성을
파악유
9 06. 08. 07.~08. 25. 최적절삭조건으로 가공된 시제품을 비교측정 유
10 06. 09. 04.~09. 08.을 이용한 광학 경통 설계에 관한CAD/CAM
기술정보제공유
11 06. 10. 09.~10. 19.완성된 경통과 의 시스템 성능F-theta lens
평가에 관련된 기술정보제공유
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시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건3. : 153. : 153. : 153. : 15
NO. 일자 구체적 내용 증빙유무
1 06. 04. 10.~04. 12. 를 초정밀 가공하기 위한 설계F-theta lens Jig 유
2 06. 04. 12.~04. 20. 를 초정밀 가공하기 위한 제작F-theta lens Jig 유
3 06. 04. 21.~05. 09. 의 최적 알고리즘 개발을 위한 시편 가공F-theta lens 유
4 06. 05. 09.~05. 24. 의 초정밀 가공Ge First lens AR142.45 #1 유
5 06. 05. 24.~06. 07. 의 초정밀 가공Ge First lens AR142.45 #2 유
6 06. 06. 08.~06. 16. 초정밀가공ZnSe Third lens AR74.43 #1 유
7 06. 06. 19.~06. 23. 초정밀가공ZnSe Third lens AR74.43 #2 유
8 06. 06. 23.~06. 30. 초정밀가공ZnSe Third lens AR 92.35 #1 유
8 06. 07. 03.~07. 12. 초정밀가공ZnSe Third lens AR 92.35 #2 유
9 06. 07. 03.~07. 21. 초정밀 가공Ge First lens AR142.45 90Φ 유
10 06. 07. 12.~07. 27. 초정밀 가공ZnSe Third lens AR 92.35 #1 유
11 06. 07. 28.~08. 08. 초정밀 가공ZnSe Third lens AR 92.35 #2 유
12 06. 08. 09.~08. 21. 초정밀가공ZnSe Third lens AR 74.43#1 유
13 06. 08. 22.~08. 31. 초정밀가공ZnSe Third lens AR 74.43#2 유
14 06. 09. 05.~09. 15. 초정밀 가공Ge First lens AR 142.45 90Φ 유
15 06. 10. 09.~10. 12. 조립 및 시스템 구성을 위한 경통제작 유
시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건4. : 174. : 174. : 174. : 17
NO. 일자 구체적 내용 증빙유무
1 06. 04. 04.~04. 07. 초정밀 측정 및 분석 유
2 06. 04. 14.~04. 20. 시편 표면 거칠기 및 형상 측정 유
3 06. 05. 11.~05. 24. 의 표면 거칠기 및 형상측정Ge First lens AR142.45 #1 유
4 06. 06. 01.~06. 07. 표면 거칠기 및 형상측정Ge First lens AR142.45 #2 유
5 06. 06. 13.~06. 16. 표면 거칠기 및 형상측정ZnSe Third lens AR74.43 #1 유
6 06. 06. 21.~06. 23. 표면 거칠기 및 형상측정ZnSe Third lens AR74.43 #2 유
7 06. 06. 26.~06. 30. 표면 거칠기 및 형상측정ZnSe Third lens AR 92.35 #1 유
8 06. 07. 05.~07. 12. 표면 거칠기 및 형상측정ZnSe Third lens AR 92.35 #2 유
9 06. 07. 18.~07. 21. 표면 거칠기 및 형상측정Ge First lens AR142.45 90Φ 유
10 06. 07. 24.~07. 27. 표면 거칠기 및 형상측정ZnSe Third lens AR 92.35 #1 유
11 06. 08. 03.~08. 08. 표면 거칠기 및 형상측정ZnSe Third lens AR 92.35 #2 유
12 06. 08. 10.~08. 21. 표면 거칠기 및 형상측정ZnSe Third lens AR 74.43#1 유
13 06. 08. 23.~08. 31. 표면 거칠기 및 형상측정ZnSe Third lens AR 74.43#2 유
14 06. 09. 07.~09. 15. 표면 거칠기 및 형상측정Ge First lens AR 142.45 90Φ 유
15 06. 09. 18.~09. 21. 박막전후 형상비교F-theta lens 유
16 06. 09. 25.~09. 29. 코팅 막 측정 유
17 06. 10. 09.~10. 12. 비구면 형상측정F-theta lens 유
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기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건5. : 75. : 75. : 75. : 7
NO. 일자 구체적 내용 증빙유무
1 05. 11. 21.~12. 30.국내 유일한 의 기하학적 광학설계Tele-centric F-theta lens
개발유
2 06. 01. 02.~02. 22. 투과율 극대화를 위한 광학설계 개발 유
4 06. 06. 21.~09. 15. 광학박막 설계 기술개발 유
5 06. 04. 14.~05. 09. 의 초정밀 최적가공 알고리즘 개발Tele-centric F-theta lens 유
6 06. 04. 14.~09. 15. 의 최적 비구면 수치해석Tele-centric F-theta lens 유
7 06. 04. 14.~10. 12.일본 와 형상정밀도가 대등한 의SUMITOMO Ge, ZnSe社
초정밀 가공유
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목 차목 차목 차목 차
제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111
제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111
제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222
제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333
제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222
제 절 국내외 초정밀 가공 기술 현황제 절 국내외 초정밀 가공 기술 현황제 절 국내외 초정밀 가공 기술 현황제 절 국내외 초정밀 가공 기술 현황1111
제 절 국내 시장제 절 국내 시장제 절 국내 시장제 절 국내 시장2 PCB2 PCB2 PCB2 PCB
제 절 세계 시장제 절 세계 시장제 절 세계 시장제 절 세계 시장3 PCB3 PCB3 PCB3 PCB
제 절 관련 표준화 활동제 절 관련 표준화 활동제 절 관련 표준화 활동제 절 관련 표준화 활동4 PCB4 PCB4 PCB4 PCB
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
제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222
제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444
제 절 연구개발 목표 달성도제 절 연구개발 목표 달성도제 절 연구개발 목표 달성도제 절 연구개발 목표 달성도1111
제 절 연구개발 대외기여도제 절 연구개발 대외기여도제 절 연구개발 대외기여도제 절 연구개발 대외기여도2222
제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555
제 절 추가지원 필요성제 절 추가지원 필요성제 절 추가지원 필요성제 절 추가지원 필요성1111
제 절 활용계획 및 향후계획제 절 활용계획 및 향후계획제 절 활용계획 및 향후계획제 절 활용계획 및 향후계획2222
제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666
부 록부 록부 록부 록
[IDL Program][IDL Program][IDL Program][IDL Program]
설계설계설계설계[ Data][ Data][ Data][ Data]
해외 과학기술 정보해외 과학기술 정보해외 과학기술 정보해외 과학기술 정보[ ][ ][ ][ ]
특허출원 자료특허출원 자료특허출원 자료특허출원 자료[ ][ ][ ][ ]
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제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111
제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111
세기의 우리나라의 국가 경쟁력을 볼 때 의 초정밀 가공기술은 현재21 F-theta lens
선진국에서는 그 중요성과 부가가치가 매우 높은 전략산업으로 부상하고 있지만,
우리나라의 경우는 아직까지 그렇게 많이 알려진 기술이 아니다 현재 국가기술지.
도 비전 에 따르면 의 초정밀 가공기술의 고부가가치는 상상을 초(NIS) , F-theta lens
월하고 있다 특히 는 국가안보는 물론 일상생활에 필요한 각종 기상. , F-theta lens ,
정보 지구관측 대기원격 측정 우주감사 등의 다양한 정보를 생산할 수 있다는 점, , ,
에서 기술선진국을 중심으로 이미 많은 발전과 기술개발이 이루어지고 있는 분야이
기도 하다.
용 는 핸드폰 기판Microvia Co2 laser Drilling Machine Tele-Centric F-Theta lens
의 천공을 내는 장비의 핵심부품으로 현재 국내의 핸드폰 제작 사는 모두 본 부품3
을 수입에 의존하고 있다 고 에너지의 적외선이 기판을 빠른 속도로 스캔하며 기. ,
판에 천공을 함으로 가 로 크다 또한 이 짧아Clear Aperture 50 × 50 . , Life Time㎜
수입을 많이 하고 있다 외국의 경우는 용 광 부품을 많이 설계 사용하고 있으나. IR ,
우리나라에는 아직 방산에 적용되어지는 부품을 제외하고는 초정밀 가공 및 박막
코팅을 히는 곳이 없어 수요자는 당연히 수입에 의존하고 있다.
본 사업에서는 한국기초과학지원연구원의 초정밀가공 및 측정시스템을 활용하여 레
이저용 광학계의 형상을 측정하여 리버스 엔지니어링 공학을 적용한 비구면 계수를
찾아내고 이를 이용하여 주 그린광학에서 광학계에 대한 설계와 박막설계 및 코팅( )
기술 개발을 통한 핸드폰 기판의 천공을 내는 고출력 레이저 가공기의 핵심부품인
용 를 개발하여 기Microvia Co2 laser Drilling Machine Tele-Centric F-Theta lens
업체의 매출증대와 핵심부품의 국산화를 통한 수입 대체 효과를 내고자 한다.
제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222
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제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333
초정밀가공 및 폴리싱 가공 장비초정밀가공 및 폴리싱 가공 장비초정밀가공 및 폴리싱 가공 장비초정밀가공 및 폴리싱 가공 장비(1)(1)(1)(1)
본 기술지원에서는 의 초정밀 가공을 위하여 한국기초Tele-centric F-Theta Lens
과학연구원 에 있는 영국 의 계열사인 미국 에서(KBSI) Taylor Hobson Precitec co.
개발한 다이아몬드 터닝 머신을 사용하였다고 에 실제사Nanoform 600 , Fig. 1. 1
진이 있다 본 장치는 두 개의 유정압 안내면과 공작물을 고정시키는 공기정압 베.
어링 스핀들로 구성되어 있다 두 안내면은 각각 축과 축으로 형태의 직교를. X Z T
이루며 구동한다 축의 중심부에 해당하는 안내면에 주축 스핀들이 고정되어 회전. X
하며 안내면의 구동방향과 평행을 이루며 회전한다 축 구동안내면 위에는 공구, . Z
대가 고정되어 다이아몬드 바이트를 설치 할 수 있으며 스핀들 구동 방향과 수직,
방향으로 구동한다.
폴리싱 장비는 일본 의 모델로 에 실제 사진이 있다KURODA KFR2200F Fig. 1. 1 .
Fig. 1. 1 Ultra procession grinding and polishing machineFig. 1. 1 Ultra procession grinding and polishing machineFig. 1. 1 Ultra procession grinding and polishing machineFig. 1. 1 Ultra procession grinding and polishing machine
표면 측정 장치표면 측정 장치표면 측정 장치표면 측정 장치(2)(2)(2)(2)
측정 장치는 크게 접촉식과 비접촉식으로 구분할 수 있다 본 실험에서는 접촉식.
측정 장치로서 비첩촉식 측정장치로서Form Talysurf Series2, NT 2000,
등을 사용하였다Camscope, WYKO 6000 .
접촉식 측정장치접촉식 측정장치접촉식 측정장치접촉식 측정장치①①①①
는 접촉식 측정 장치이며 사의 모델Form Talysurf Series2 Rank Taylor Hobson
번호 일련번호 이다 팁이 측정하고자 하는 대상물의 표면을112-2617-01, 0626 .
직접 접촉한 상태에서 선형으로 이동하면서 측정한 값을 컴퓨터로 전송하는 장치이
다 실제 사진과 측정화면이 다음 에 있다. Fig. 1. 2 .
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측정범위는 최대 이며 팁은 크기가 사용되고 있다120 , 1.5 ~ 2.5 .㎜ ㎛
Fig. 1. 2 Form Talysurf Series2Fig. 1. 2 Form Talysurf Series2Fig. 1. 2 Form Talysurf Series2Fig. 1. 2 Form Talysurf Series2
비접촉식 측정장치비접촉식 측정장치비접촉식 측정장치비접촉식 측정장치(NT 2000)(NT 2000)(NT 2000)(NT 2000)②②②②
은 사 제품으로 모델번호 일련번호 이다 광NT 2000 Veeco PZ-06-SC-SF, 509586 .
간섭을 이용한 비접촉식 측정 장치로서 대상물의 국부 영역 최대( 100 × 100㎜
에 대한 값을 측정할 수 있는 장치이다 빛의 간섭을 이용한 장치로서 기준면) Ra .㎜
을 조사한 빛과 공작물을 조사한 빛과의 경로차를 통하여 대상물을 분석한다 측정.
장치의 전경 화면을 에 나타내었다 수직방향 측정 폭 반Fig. 1. 3 . 0.1 ~ 150 ,㎚ ㎛
복정확도 이다0.1 .㎚
Fig. 1. 3 NT 2000Fig. 1. 3 NT 2000Fig. 1. 3 NT 2000Fig. 1. 3 NT 2000
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WYKO 6000WYKO 6000WYKO 6000WYKO 6000③③③③
은 사 제품으로 모델번호 일련번호 이다WYKO 6000 Veeco 6000 PC, 0076 . NT
과 통일하게 광 간섭을 이용한 비접촉식 측정 장치로서 광학가공부품의 형상2000
정밀도를 측정할 수 있는 장치이다 광원의 파장은 이며 분해능은. 632.8 , /㎚ λ
이다 측정 대상물의 위치를 선형으로 움직이며 기준면을 반사한 빛과 공작물1,024 .
에 반사되어 측정 장치에 들어간 빛과의 간섭현상을 이용하여 형상정밀도 및(PV)
표면 거칠기 를 측정하는 장비이다(Ra) .
Fig. 1. 4 WYKO 6000Fig. 1. 4 WYKO 6000Fig. 1. 4 WYKO 6000Fig. 1. 4 WYKO 6000
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제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222
제 절 국내외 초정밀 가공 기술 현황제 절 국내외 초정밀 가공 기술 현황제 절 국내외 초정밀 가공 기술 현황제 절 국내외 초정밀 가공 기술 현황1111
가 세계 시장 규모 및 전망가 세계 시장 규모 및 전망가 세계 시장 규모 및 전망가 세계 시장 규모 및 전망....
최근에 와서 급속도로 증가하고 있으며 디지털카메라 카메라폰 프로젝터- , DVD, , ,
프린터 등의 물량 확대로 비구면 렌즈의 시장은 매년 괄목할 만한 성장세를TV, ,
이루고 있다.
년 카메라폰용 렌즈의 세계시장은 억원 규모로 추정되며 그중 카메라- 2004 2,138 ,
폰용 비구면 플라스틱 렌즈 세계시장은 전년대비 약 증가한 약 억 천만대220% 1 5
이다.
디지털카메라용 비구면 렌즈의 세계시장은 년에 천 백만매로 전년 대비- 2003 5 6
증가하였고 년에는 약 증가한 천 백만매로 추정하며 금액 규22.3% 2004 10.7% 6 2 ,
모에서는 년 억원에서 전년 대비 향상된 억원을 추정된다2003 760 7.9% 820 .
캠코더용 비구면 렌즈는 년에 만매로 전년 대비 증가하였고- 2003 2,120 7.6%
년에는 약 증가한 만매로 추정되며 금액 규모에서는 년2004 7.1% 2,250 , 2003 209
억원에서 전년 대비 향상된 억원으로 추정된다7.9% 310 .
비구면 렌즈의 세계 시장전망비구면 렌즈의 세계 시장전망비구면 렌즈의 세계 시장전망비구면 렌즈의 세계 시장전망Table 2. 1Table 2. 1Table 2. 1Table 2. 1
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광 픽업용 레즈의 세계 시장은 년에 억 천여만대로 전년 대비 증가- 2003 8 7 27%
하였고 년에는 액 증가한 억 천여만대로 추정되며 금액규모에서는, 2004 7.3% 9 3 ,
년 억원으로 최고치를 기록한 후 점차 조금씩 감소될 것으로 보인다 수2003 2,630 .
량이나 금액 규모로 보면 시장이 정체된 상황으로 볼 수 있다.
프로젝터용 렌즈의 세계 시장은 년에 만매로 전년 대비 증가하였- 2003 250 36.4%
고 년에는 약 증가한 만대로 추정되며 금액 규모에서는 년2004 24% 311 , 2004
억원 규모로 전년대비 증가하였다2,830 22.5% .
광통신용 비구면 렌즈 시장은 년에 백만대로 전년대비 증가하였으- 2003 6 11.1%
며 년에는 약 증가한 백만대로 추정된다, 2004 33.3% 8 .
나 국내 시장 규모 및 전망나 국내 시장 규모 및 전망나 국내 시장 규모 및 전망나 국내 시장 규모 및 전망....
국내 비구면 렌즈 시장은 최근 급속도로 성장하고 있으며 수출주력 품목으로 자- ,
리잡고 있는 카메라폰 프로젝션 프로젝터 등의 물량 확대에 힘, TV, DVD, Camera,
입어 매년 주목할 만한 성장세를 이루고 있다.
국내에서 비구면 글라스 렌즈는 휴대폰 및 디지털 카메라용 줌렌즈- , HMD(Head
레이저 프린터의 용으로 사Mount Display), LSU(Laser Scanning Unit) Collimator
용되고 있다.
국내 비구면 렌즈의 시장규모는 전 세계 비구면 렌즈 시장 규모에서 국내 시장이-
차지하는 비중을 고려하여 추정하였으며 카메라폰용 렌즈는 광픽업용 렌즈, 50%,
는 프로젝터용 렌즈는 용 렌즈는 캠코더용 렌즈는15%, 25%, Digital Camera 25%,
광통신부품은 프리즘 및 반사경은 각각 로 추정된다25%, 7%, 15% .
카메라폰의 급격한 시장 확대에 따라 세코닉스 코웰월드옵텍 코렌 등 광픽업렌- , ,
즈 및 광학 렌즈를 생산하던 렌즈 업체들이 카메라폰용 비구면 렌즈 생산으로 전환
하고 있으며 업체들의 생산능력 확장으로 생산규모도 급격히 증가하는 추세이다, .
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비구면 렌즈의 국내시장 규모 단위 백만원비구면 렌즈의 국내시장 규모 단위 백만원비구면 렌즈의 국내시장 규모 단위 백만원비구면 렌즈의 국내시장 규모 단위 백만원Table 2. 2 ( : )Table 2. 2 ( : )Table 2. 2 ( : )Table 2. 2 ( : )
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제 절 국내 시장제 절 국내 시장제 절 국내 시장제 절 국내 시장2 PCB2 PCB2 PCB2 PCB
는 전기절연성 재료 절연기판 의 표면에 도체회로를 형PCB(Printed Circuit Board) ( )
성시킨 것으로 전자부품을 탑재하기 직전의 인쇄기판으로 정보의 디지털화 네트워,
크화에 따른 모바일화로 고집적화 패키지화의 주요 핵심 부품이다 에서, . PCB
용 는 핸드폰 기판Microvia Co2 laser Drilling Machine Tele-Centric F-theta lens
의 천공을 내는 장비의 주요부품으로서 현재 국내의 핸드폰 제작 사는 모두 본 부3
품을 수입에 의존하고 있다 고 에너지의 적외선이 기판을 빠른 속도로 스캔하며. ,
기판에 천공을 함으로 가 로 크다 또한 이 짧Clear Aperture 50 × 50 . , LIFE TIME㎜
아 수입을 많이 하고 있다 외국의 경우는 용 광 부품을 많이 설계 사용하고 있. IR ,
으나 우리나라에는 아직 방산에 적용되어지는 부품을 제외하고는 초정밀가공 및 박
막 코팅을 하는 곳이 없어 수요자는 당연히 수입에 의존하고 있다 이번 부품소재.
기술지원사업으로 인하여 핸드폰 기판의 천공을 내는 장비의 주요부품인 Microvia
용 의 국산화로 인해 보다 저Co2 laser Drilling Machine Tele-centric F-theta lens
렴한 값으로 공급받을 수 있으며 여러 선진국과도 어깨를 나란히 할 수 있는 기틀,
이 마련되었다 또한 동남아시아등에 수출하여 국가 경쟁력에도 큰 효과가 있을 것.
으로 판단된다.
는 등 전통 전자제품뿐만 아니라 컴퓨터 휴대폰 디스플레이 통신네PCB TV, VTR , , ,
트워크 등 제품의 필수부품이고 이동통신단말기나 반도체 패기지분야의 활, FDA IT ,
용도가 증가함에 따라 다층 를 중심으로 소형화 고접적화를 위해 공PCB , Built-up
법 개발되었다 는 전자부품을 전기적으로 연결시켜주고. PCB(printed Circuit Board)
전자부품을 고정시켜주는 기판으로 전자제품의 설계과정에서 가장 나중에 설계되지
만 제품의 조립단계에서는 가장 먼저 사용되는 전자부품이다 에 중요한 자리, . PCB
매김을 하고 있는 는 산업에서 가장 중요한 포인트Tele-centric F-theta lens PCB
를 차지하고 있다.
우리나라는 년 산업은 전년대비 증가한 조 억원을 기록하였다‘02 PCB 18% 2 4,524 .
우리나라의 산업은 고 부가가치 제품은 일본 업체와 저 가격품은 중국에 진출PCB
하고 있는 일본계 업체 및 대만 업체와 경쟁을 하고 있다.
우리나라 업체별 생산 실적우리나라 업체별 생산 실적우리나라 업체별 생산 실적우리나라 업체별 생산 실적Table 2. 1Table 2. 1Table 2. 1Table 2. 1
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기존 제품에 비해 배선 밀도를 향상시킨 고밀도 배선기판으로 휴대용기기MLB○
의 경박 단소를 위해 채용되었으나 전기적 특성 및 신뢰성이 높아 현재 네트워크,
기기에 채용이 확대되었다.
전자제품의 경박단소화와 고밀도 직접화의 요구에 의해 지금까지 대부분은 이,○
동전화단말기에 채용되었으나 디지털카메라 캠코더 휴대용, , , PC, DVD, CD-ROM
등에서도 그 사용 범위가 확대되어 가격의 일부 하락에도 불구하고 초 다층 와PCB
더불어 산업의 부가가치를 이끌어 갈 전망이다PCB .
기판 시장은 연평균 의 고성장 시장으로 전세계 산업 성장을Build-up 11% PCB○
주도하고 있으며 국내 시장은 연평균 의 성장률로 년 억 천만Build-up 15% 2006 5 7
불의 시장 형성이 전망된다 현재 개인 휴대용기기인 휴대폰의 마더 보드에. 90%
이상이 기판을 채용하고 있으며 노트 네트워크 장비 등에도 채Build-up , PDA, PC,
용율이 급속도로 증가하고 있다 국내 수요처로는 삼성전자 전자 등 휴대폰. , LG ,
디지털 비디오카메라 디지털카메라 등 개인 휴대용기기 네트워PDA, (DVC), (DSC) ,
크기기 노트북 등 생산업체이다, PC .
국내업체는 인터플렉스 플렉스 영풍전자를 비롯하여 총 여개 업체가FPC , SI , 20○
있으나 상기 개 업체가 전체 사장의 를 점유하고 있다 산업의 성3 FPC 70% . FPC
장으로 대덕 가 공식적으로 사업 참여를 추진 년부터는 양산 매출에 기여GDS 2003
를 하고 있으며 삼성전기와 이수 페타시스는 휴대 전화용 사업에, Rigid-Flexible
참여 본격적인 양산을 계획하고 있다.
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제 절 세계 시장제 절 세계 시장제 절 세계 시장제 절 세계 시장3 PCB3 PCB3 PCB3 PCB
산업에 대한 장기 전망으로는 년부터 년까지 년간 판매량 증가율은PCB 2002 2006
평균 가 될 것으로 예상한다 그러나 이러한 성장의 원동력은 아사아에서부터7.3% .
출발 할 것으로 기대하고 있다 에는 의 성장률을 나타내었다. Table 2. 2 PCB .
세계 전망세계 전망세계 전망세계 전망Table 2. 2 PCBTable 2. 2 PCBTable 2. 2 PCBTable 2. 2 PCB
국가별 점유율국가별 점유율국가별 점유율국가별 점유율Table 2. 3Table 2. 3Table 2. 3Table 2. 3
종류별로는 다층기판 기판 포함 이 전체 시장의 대 점유를 지속 유지(Build Up ) 60%
하며 기판도 현재의 로부터 정도까지 점유율이 늘어나나 단편Flexible 9.5% 11%
기판과 양면기판은 감소할 것으로 예상한다 일본의 산업 정보조사회의 예측에 의,
하면 다층 기판의 수요는 년 억 엔에서 년에는 억 엔으로2002 25,144 2006 5,365
증가하며 기판은 억엔에서 증가할 것으로 예측된다21.3% Flexible 4,052 32.4% .
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세계 생산 예측세계 생산 예측세계 생산 예측세계 생산 예측Table 2. 4 PCBTable 2. 4 PCBTable 2. 4 PCBTable 2. 4 PCB
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제 절 관련 표준화 활동제 절 관련 표준화 활동제 절 관련 표준화 활동제 절 관련 표준화 활동4 PCB4 PCB4 PCB4 PCB
미국○
지난 년부터 인쇄회로기판협회인 와2000 IPC NEMI(National Electronics
가 주도적으로 표준화를 위한 시험기준 광접속기술Manufacturing Initiative) PCB ,
등에 대한 표준안들을 추진하고 있다 에서는 를 위한 기획 과제개발 표. NEMI PCB , ,
준화에 는 를 포함한 관련 기술의 표준화 시험기준을 수립하고 있다IPC BGA PCB .
유럽(European Community)○
유럽도 미국과 같은 시기에 산하의EC Information Society Technologies Program
분과 에서 광접속 기술에 대한 연구동향분석보고 및IO(Interconnection by Optics)
표준화를 제안해놓고 있다.
캐나다O
에서는CIIRDF(Canada Israel Industrial Research and Development Foundation)
광전자패키징에 관한 조사보고활동과 관련 표준화 제안을 하고 있다PCB .
일본○
일본 는 지난 년에EIAJ(Electronics Industries Association of Japan) 1999 Japan
을 수립하였으며 관련 기술중의 일부로서 차세대Jissio Technology Roadmap PCB
기술인 광 표준화를 시도하고 있다PCB .
한국○
한국전자회로산업협회 전자부품연구원 생산기술연구원 등은(KPCA), (KETI), (KITECH)
산업자원부와 긴밀한 협력관계를 구축하고 선진국의 광 표준화 대열에 가세하는PCB
것을 추진하고 있으며 삼성전기 등의 주요업체로 구성된 광 컨소시엄을, SKC PCB
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, .
- 25 -
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㎜
삭조건 : Cutting speed : 180m/min, Feed rate : 2 /min, Depth of cut : 0.5㎜
표면거칠기, 0.49 Ra㎛ → ㎚
의 렌즈 초정밀 가공 요구 형상정밀도 이하 비구면F-theta lens Ge : Rt 1.0 ,㎛
평면0.3913 Rt, 0.4245 Pt㎛ ㎛
초정밀 가공 사진초정밀 가공 사진초정밀 가공 사진초정밀 가공 사진Fig 3. 2Fig 3. 2Fig 3. 2Fig 3. 2 비구면 형상 측정비구면 형상 측정비구면 형상 측정비구면 형상 측정Fig 3. 3 Ge lensFig 3. 3 Ge lensFig 3. 3 Ge lensFig 3. 3 Ge lens
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투과투과투과투과Fig. 3. 4 Ge materialFig. 3. 4 Ge materialFig. 3. 4 Ge materialFig. 3. 4 Ge material
데이터데이터데이터데이터(un-coated)(un-coated)(un-coated)(un-coated)
투과투과투과투과Fig. 3. 5 Ge materialFig. 3. 5 Ge materialFig. 3. 5 Ge materialFig. 3. 5 Ge material
데이터데이터데이터데이터(coated)(coated)(coated)(coated)
확대 후 결과확대 후 결과확대 후 결과확대 후 결과Fig. 3. 6 Hole TestFig. 3. 6 Hole TestFig. 3. 6 Hole TestFig. 3. 6 Hole Test
마 개발 효과마 개발 효과마 개발 효과마 개발 효과....
국내 산업용 CO① 2 보유 중소기업 및 대기업의 부품 국산화 본격화 예상Laser
파장의 부품 가공 및 광학 박막 형성이 방위산업의 야식장비에도 응Infra Red②
용 가능
수입의존도가 매우 크던 부품의 국사화로 수입대체 효과 극대화IR .③
CO④ 2 용 비구면 광학계를 설계하고 정밀 가공함으로 국내 광학기술의 발Laser ,
전을 기대할 수 있으며 역 수출도 가능할 것으로 예상됨, .
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의 역설계의 역설계의 역설계의 역설계4. F-theta lens4. F-theta lens4. F-theta lens4. F-theta lens
가 개요가 개요가 개요가 개요....
비구면 광학소자의 생산기술과 측정기술은 현대의 첨단기술로 부각되고 있다 비구.
면으로 구성된 광학계는 넓은 시야와 고성능 양질의 상을 얻을 수 있고 또한 소, ,
형 경량화 시킬 수 있는 등 많은 장점을 가지고 있다 이러한 배경에 따라 초정밀, .
비구면 소자에 대한 필요성이 증대하고 있으며 이러한 요구에 부응하가 위하여 비,
구면 초정밀 가공기술과 측정기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다 초정.
밀 비구면에 대한 새로운 생산기술이 많이 소개되어 있으나 대부분의 핵심기술은
개발자의 비밀로 유지되고 있는 반면 측정기술은 업계에 널리 반영되어 있다.
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
비구면 수식 값 입력비구면 수식 값 입력비구면 수식 값 입력비구면 수식 값 입력Fig. 3. 9Fig. 3. 9Fig. 3. 9Fig. 3. 9
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비구면 수식에 의한 초기비구면 수식에 의한 초기비구면 수식에 의한 초기비구면 수식에 의한 초기Fig. 3. 10 DataFig. 3. 10 DataFig. 3. 10 DataFig. 3. 10 Data
초정밀 가공기에 의한 비구면 차 가공초정밀 가공기에 의한 비구면 차 가공초정밀 가공기에 의한 비구면 차 가공초정밀 가공기에 의한 비구면 차 가공Fig. 3. 11. 1Fig. 3. 11. 1Fig. 3. 11. 1Fig. 3. 11. 1
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를 이용하여 측정(2) Form Talysurf Series2
를 이용하여 비구면 수식 대입하고 측정한 초기상태의Form Talysurf Series2 Data
를 에 나타내고 있다 이 그림에서 발생하는 노이즈는 보정가공시 형상오Fig 3. 12 .
차를 발생할 수 있으므로 급격한 노이즈를 제거해야 한다 은. Fig. 3. 13 Fig. 3. 12
의 애서 급격한 노이즈를 제거한 상태를 나타내고 있다 측정시간동안 선형적Data .
으로 변화되는 일정기울기에 대한 보정을 위해 을 한 후linear fitting (Fig. 3. 14)
초기의 와 비교하였다Data (Fig. 3. i5).
비구면 수식 대입하고 측정한 초기상태의비구면 수식 대입하고 측정한 초기상태의비구면 수식 대입하고 측정한 초기상태의비구면 수식 대입하고 측정한 초기상태의Fig. 3. 12 DataFig. 3. 12 DataFig. 3. 12 DataFig. 3. 12 Data
급격한 노이즈를 제거한급격한 노이즈를 제거한급격한 노이즈를 제거한급격한 노이즈를 제거한Fig. 3. 13 DataFig. 3. 13 DataFig. 3. 13 DataFig. 3. 13 Data
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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㎜ ㎜ ㎛
용하기에 적합한 것으로 판단되었다.
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Fig. 3. 20 Diamond toolFig. 3. 20 Diamond toolFig. 3. 20 Diamond toolFig. 3. 20 Diamond tool
실험방법실험방법실험방법실험방법(2)(2)(2)(2)
광학소자 게르마늄의 초정밀 최적가공조건을 찾기 위해 과 같이 시편을Fig. 3. 21
제작하였다 초정밀 가공 실험 대상부위는 부분의 끝단으로 단면 절삭 실. Ø30 ㎜
험을 하였으며 가공 표면의 거칠기 측정은 에서 보여 주듯이 네 지점을, Fig. 3. 21
중심으로 동일한 부위를 반복 측정한 결과의 평균값으로 표면 거칠기를 산출하였
다 동일한 부위를 측정하기 위하여 지그의 측면에 표시를 하여 항상 같은 부위를.
측정하였다.
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Fig. 3. 21 Test workpieceFig. 3. 21 Test workpieceFig. 3. 21 Test workpieceFig. 3. 21 Test workpiece
시작품 재료인 게르마늄의 초정밀 최적 가공조건을 찾기 위하여 두께Ø 38 , 15㎜
의 시편을 제작하여 절삭속도와 절삭깊이 이송속도에 대하여 표면 거칠기를 측,㎜
정하였다 실험을 수행하기 전에 게르마늄 시편 지그를 주축의 진공척에. -20 in.Hg
로 고정하여 회전시켰으며 이때 사용되는 절삭유의 급유방식은 압축공기와 절삭유,
인 방전유를 혼합하여 분사하는 극미량 분사방식을 사용하였다 또한 절삭 후(MQL) .
측정 방법은 시편의 되는 부분을 선정하여 항상 같은 위치에서 번을 측정Ø 30 4㎜
하여 매번 총 회 측정을 통하여 오차 범위가 큰 값을 제외하고 나머지 개의16~20 8
값을 평균 산출하여 측정값의 오차를 줄이고자 했다 본 실험을 통하여 게르마늄의.
최적 초정밀 가공조건을 찾아내었으며 그 가공조건을 이용하여 미세 홀 레이저 가,
공의 중요부분인 를 제작하였다 는 게르마늄 최적절삭조건F-theta lens . Fig. 3. 22
을 찾기 위해 실제 가공하고 있는 모습이다.
제작은 연삭기를 이용하여 일차 외각을 가공 후 지그를 이용하여 제F-theta lens
품을 고정하고 비구면 계수 수식을 적용하여 비구면 가공 경로의 프로그램을 작성,
한 후 정밀 가공하였다 사용된 공구는 실린더형 천연다이아몬드 공구로써 차 황. 1
삭 가공에는 공구 형상정도 인 공구를 사용하였으며 정삭 가(form accuracy) 2 ,㎛
공시에는 노우즈 반경이 인 천연다이아몬드 바이트를 사용하여 최종 가공하R0.8 ㎜
였다 다음 은 실험조건을 나타낸다 본 연구는 공구의 노우즈 반경 절. Table 3. 1 . ,
삭속도 절삭깊이 이송속도 윗면 경사각을 주요 변수로 하여 표면 거칠기 측정, , , , ,
초정밀 절삭 특성을 고찰함으로서 의 소재인 게르마늄의 최적 절삭조F-theta lens
건을 찾아내기 위한 것이다 또한 게르마늄의 절삭특성을 파악하여 미세 홀 레이.
저 가공기의 주요부품인 의 성공적인 제작 특성을 알기 위함이다F-theta lens .
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Fig. 3. 22 Workpiece of cutting Sample(Ge)Fig. 3. 22 Workpiece of cutting Sample(Ge)Fig. 3. 22 Workpiece of cutting Sample(Ge)Fig. 3. 22 Workpiece of cutting Sample(Ge)
Table 3. 1Table 3. 1Table 3. 1Table 3. 1 ExExExExperimental conditionsperimental conditionsperimental conditionsperimental conditions
나 실험 결과 및 고나 실험 결과 및 고나 실험 결과 및 고나 실험 결과 및 고찰찰찰찰....
절절절절삭삭삭삭속도속도속도속도 변변변변화에화에화에화에 따른따른따른따른 표면 거표면 거표면 거표면 거칠칠칠칠기기기기(1)(1)(1)(1)
본 실험에서 절삭깊이 이송속도 로 하여 각각의 노우즈 반경0.5 , 2 /min 0.4㎛ ㎜
와 에 대한 절삭속도에 따른 표면 거칠기를 측정한 결과이다0.8 . Fig. 3.㎜ ㎜
는 노우즈 반경 인 공구를 사용하여 절삭속도를 단계적으로23(a) R0.8 140~240㎜
까지의 변화에 대한 측정결과 이다 는 노우즈 반경 를m/min . Fig. 3. 23(b) R0.4㎜
이용하여 까지의 절삭속도 변화에 대한 측정결과를 나타낸다140~260 m/min .
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그 결과 노우즈 반경 다이아몬드 바이트를 사용한 실험에서는 대체적으로R0.8 ㎜
절삭속도가 에서부터 표면 거칠기가 양호해지며 이후에는140 m/min 180 m/min
표면 거칠기가 악화 되는 것을 알 수 있다 하지만 노우즈 반경 다이아몬. R0.4 ㎜
드 바이트를 사용한 실험에서는 에서 가장 양호한 표면 거칠기를 얻을240 m/min
수 있었다 일반적인 미소 절삭에서 노우즈 반경이 커짐에 따라 이론적인 표면 거.
칠기가 양호하게 나타나는 것처럼 본 실험결과에서도 노우즈 반경이 큰 이R0.8 ㎜
보다 양호한 표면 거칠기를 나타냈다 윗면 경사각 에 대한 표R0.4 . (rake angle)㎜
면 거칠기의 변화는 두 공구에서 유사한 경향을 나타냈으며 경사각이 적을수록 보
다 양호한 표면 거칠기 값을 얻을 수 있었다 이는 경사각이 커질수록 공작물과 접.
촉되는 절삭면적이 커지므로 표면 거칠기가 좋지 않는 결과를 낳는 것으로 사료된
다 또한 게르마늄 시편을 가공 후 측정시 표면에 뿌옇게 마치 성애가 있는 것처럼.
나타난다 이는 가공칩이 절삭표면에 부착되어 나타남으로 가공 후 렌즈 세척용으.
로 쓰이는 더스트 웨이퍼에 알코올을 이용하여 가공표면을 세척 후 측정한다 게르.
마늄은 경도가 높기 때문에 알루미늄과 같이 세척시 큰 주위를 요하지 않는다.
실험 결과로 게르마늄의 미소 절삭에서 절삭속도는 이상으로 공작물을180 m/min
가공하는 것이 제품의 정밀도 향상에 도움을 주며 에서 보여 지듯이 노, Fig. 3. 24
우즈 반경 절삭속도 이송속도 절삭깊이R0.8 , 180 m/min, 2 /min, 0.5 ,㎜ ㎜ ㎛
경사각 일 때 로 가장 양호한 결과를 얻을 수 있었다 절삭공구의-5° 0.49 Ra .㎚
선정에 있어서 가공물의 형상에 따라 적용하는 공구의 형상과 노우즈 반경은 차이
가 있으나 본 실험결과에서는 노우즈 반경이 큰 공구에서 양호한 표면 거칠기를,
얻을 수 있었다.
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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
으로 측정한 결과이다2000 .
여러 가지 실험 결과 최적의 절삭 조건은 가공 효율성을 고려할 때 노우즈 반경
절삭속도는 이송속도는 절삭깊이는 공구R0.8 , 180 m/min, 2 /min, 0.5 ,㎜ ㎜ ㎛
경사각 일 때 가장 양호한 표면 거칠기를 얻을 수 있었다 또한 다이아몬드 공-5° .
구의 노우즈 반경에 따른 고찰에서는 노우즈 반경이 큰 공구가 우수한 가공 표면을
형성하는데 효과적임을 알 수 있었다.
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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
오오오오슬슬슬슬로로로로 레레레레이아이아이아이아웃웃웃웃Fig. 3. 30Fig. 3. 30Fig. 3. 30Fig. 3. 30
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가공을 위해 을 사용하는데 이 프로그램은 과학 공F-theta lens IDL 5.6 program ,
학 분야에서의 데이터 분석 가시화와 같은 응용프로그램 개발을 용이하게 해주며, ,
수학과 통계를 비롯한 수많은 과학 기술용 명령들과 다양한 가시화 기능 (2D/3D
Plotting, Surface Plotting, Contouring, 3D Graphics, Volume Rendering,
은 데이터를 빠른 시간 내에 가장 적합한 형Mapping, Animation, Simulation, etc.)
태로 나타내 줌으로써 데이터의 진정한 의미를 쉽게 파악할 수 있게 해 준다 또한, .
종합적인 소프트웨어로서Data Processing, Analysis, Visualization JPEG, GIF,
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
최최최최종 조종 조종 조종 조립된립된립된립된Fig. 3. 39 F-theta lensFig. 3. 39 F-theta lensFig. 3. 39 F-theta lensFig. 3. 39 F-theta lens
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제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444
제 절 연구개발 목표달성도제 절 연구개발 목표달성도제 절 연구개발 목표달성도제 절 연구개발 목표달성도1111
에 연구계획서에 기재하였던 연구개발 목표 및 내용을 보인다 연구개발Table 4. 1 .
목표는 의 광학설계 및 박막설계와 초정밀가공 최적공정Tele-centric F-theta lens
알고리즘 개발하여 주 그린광학에 기술지원을 수행하였다 본 연구에서는( ) .
의 초정밀 최적 알고리즘을 개발하기 위해 주 그린광학Tele-centric F-theta lens ( )
에서 이에 필요한 광학설계 및 박막설계를 하고 한국기초과학지원연구원에서는,
과 의 비구면 초정밀선삭을 수행하였으며 취성재요인 과 의 초정Ge ZnSe , Ge ZnSe
밀가공시 급격히 발생되는 공구마모에 대한 공구 수명연장을 위한 초정밀가공 공정
상의 방법개선을 위하여 마모된 공구를 사용하여 가공된 표면의 미세스크레치 제거
를 위하여 폴리싱용 패드장치를 개발하여 적용하였으며 특허출원을 통하여 현재,
심사중에 있다 그리고 접촉식 측정기인 를 이용하여 평면과. Form Talysurf Series2
비구면을 비교 측정하였다 그 결과 최종적으로 과 소재의 렌즈를 가공하는. Ge ZnSe
데 요구되는 형상 공차는 로 전체 가공면에 대하여 가장 높/10( =10.4~10.9 )λ λ ㎛
은 지점에서 가장 낮은 지점간의 오차인 값은 약 이하를 요구한다 가공 후Rt 1 .㎛
를 이용하여 측정한 결과 비구면 값이 이며 평Form Talysurf Series2 Rt 0.3913 ,㎛
면 값이 으로 나왔다 이로써 과 에 요구되는 가공정밀도에Pt 0.4245 . Ge ZnSe㎛
벗어나지 않음을 알 수 있었다.
연구개발 목표 및 결과연구개발 목표 및 결과연구개발 목표 및 결과연구개발 목표 및 결과Table 4. 1Table 4. 1Table 4. 1Table 4. 1
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제 절 연구개발 대외 기여도제 절 연구개발 대외 기여도제 절 연구개발 대외 기여도제 절 연구개발 대외 기여도2222
의 초정밀 가공 기술지원을 통해서 초정밀 가공기를 이Tele-centric F-theta lens
용한 과 의 비구면 광학계의 초정밀 선삭 기술을 위한 요소기술을 확립할Ge ZnSe
수 있었다 이와 같은 초정밀 가공 기술 지원은 그 동안. Tele-centric F-theta lens
외국에서의 완성시스템으로 구입하던 의 국산화 할 수Tele-centric F-theta lens
있으며 국내에서 반도체산업 및 산업에서 활용할 수 있는 기반이 마련되었다고, IT
할 수 있다.
최근 핸드폰기판에 사용되는 는 초정밀 선삭 기술이 매Tele-centric F-theta lens
우 어려우므로 현재 일본 미국 등의 선진국에서도 기술이전을 회피하는 첨단 기술,
이다 그러므로 독자적인 는 초정밀 선삭 기술 획득 및. Tele-centric F-theta lens
관리를 위해서는 의 자체개발이 필수적이며 광학설계 제Tele-centric F-theta lens ,
작 및 평가기술의 확보로 자체개발에 필요한 기술의 개발을 한 기반기술을 확보했
다고 할 수 있다 은 현재 일본 에서 개발되었던 회절 굴절형. Fig 4. 1 SUMITIMO /社
를 보여주고 있다F-theta lens .
일일일일본본본본 에서 개발에서 개발에서 개발에서 개발된된된된Fig. 4. I SUFig. 4. I SUFig. 4. I SUFig. 4. I SUMMMMITOITOITOITOMMMMO F-theta lensO F-theta lensO F-theta lensO F-theta lens社社社社
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제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555
제 절 추가 지원의 필요성제 절 추가 지원의 필요성제 절 추가 지원의 필요성제 절 추가 지원의 필요성1111
개발에 있어 현재의 시장에서 개발되어진Tele-centric F-theta Lens F-theta lens
의 대부분은 용이며 대역의 는 매 이상의 렌즈가 설계1064 , 10.6 F-theta lens 3㎚ ㎛
되어야 하며 매가 모두 비구면으로 설계되어야 한다 현재 초정밀 비구면의 가공, 3 .
기술은 한국기초과학지원연구원에서 보유하고 있으며 광학 설계의 능력은 주 그린, ( )
광학이 확보하고 있는 상태임으로 같이 협력하여 본 과제를 수행하였다. CO2
용 는 현재 핸드폰의 기판 제작업체에서는 모두 일본의LASER F-theta lens
에서 수입하여 사용하고 있으며 매우 고가이며 장시간의 수입기간으SUMITOMO ,社
로 제 의 를 필요로 하고 있기 때문에 영세한 중소기업에서는 한국기초과2 VENDER
학지원연구원과 같은 작업환경 및 장비의 지원이 뒤 따라 주지 않아 박막 설계 기
술 및 광학 설계 기술이 있어도 가공을 해 볼 수가 없다 본 을 설계 개발하여. ITEM
품질의 검증을 받고는 싶지만 본 과제 내용의 개발을 중소기업 자체적으로 수행하,
기에는 막대한 예산이 들어가기 때문에 중소기업 자체의 자금으로는 본 과제를 수
행하기 매우 힘이 든다 이번 의 초정밀 기술지원을 통. Tele-centric F-theta Lens
하여 수입에 의존한 의 초정밀 선삭기술을 개발하100% Tele-centric F-theta Lens
였지만 국산화 양산을 하기 위해서는 상품화를 위한 후속 지원과 초정밀 렌즈 생,
산을 위한 초정밀 연구 개발구축 또한 한국기초과학지원연구원을 중심으로 한 유,
관 업체들 네트워크 구축이 필요하다고 판단된다.
제 절 활용계획 및 향후계획제 절 활용계획 및 향후계획제 절 활용계획 및 향후계획제 절 활용계획 및 향후계획2222
이번에 의 초정밀 기술지원을 통하여Tele-centric F-theta Lens Tele-centric
의 초정밀가공 기술을 개발하고 고출력 용 광학 의 다F-theta Lens , CO2 Laser Part
양한 부품의 국산화 및 용 광학 부품의 정밀가공 및 코팅박막의 형성 국산화로IR
인한 국제적 기술력 확보하여 와 같은 고 부가가치 제품 및 고성능을F-theta Lens
가진 부품은 일부 선진국에서만 생산이 가능하기 때문에 국가경쟁력 확보에 활용될
예정이다 또한 수입의존도가 매우 크던 부품의 국산화로 수입대체 효과 극대화. IR
하고 본 과제 제품의 국산화 완료로 인한 수입대체의 효과는 상당히 크다고 할 수,
있다 따라서 관련 산업 종사자들의 부품 국산화로 인한 국제적인 경쟁. CO2 Laser
력 확보와 방위산업 및 산업체 핵심광학계의 기초기반기술로 적용하고자 한다, .
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본 기술지원을 이용하여 향후 반도체 및 분야의 핵심기반기술로써 절실히 필요로IT
하는 의 국산화를 통한 세계적 수준의 선도기관이 될 수 있는 기술을F-theta Lens
확보하고자 한다.
향후계획향후계획향후계획향후계획Fig. 5. 1Fig. 5. 1Fig. 5. 1Fig. 5. 1
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제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666
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