Beam scanner is required for the precision laser machining and the laser tracking system to steer the optical path. In the conventional way, it has been performed by the use of diffraction optical element (DOE) and laser scanner based on Galvano mirror system. The laser beam ahead DOE branches into several measurement channels with certain degree, which is possible to measure the targets simultaneously, and their references of measurement are the same but the splitting angle of laser beam is fixed so it is unable to measure if the target has displacement along longitudinal and lateral direction. Laser scanner using mirrors has the advantage of changeable optical path of laser beam in real time that is able to measure the moving target, but it has also disadvantages of time-sharing measurement for the multiple targets and measurement error due to ambiguous reference of measurement and no coincidence between the rotation center of mirror and the point reflection occurs. In this work, we propose the new method for beam scanning using digital micro-mirror device (DMD). Beam scanning is demonstrated by pixelated binary diffraction grating. The quantitative specification of beam scanning is calculated through simulation, and the experimental validation is performed. Moreover, the potential of diffractive beam scanner to be applied to absolute distance measurement is demonstrated.
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.
