KR100904685B1 - An optic module for observing multi-wavelength light using micro-mirror - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다파장 측정 광학 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고속으로 반사각을 변화시켜 빛의 경로를 바꾸어 줄 수 있는 마이크로미러와, 서로 다른 위치에 인접하게 배치되어 서로 다른 파장 범위의 광 신호를 검출할 수 있는 복수 개의 광 신호 검출부를 포함함으로써, 관측하고자 하는 대상의 분광 특성을 매우 빠른 속도로 효과적으로 측정할 수 있는 분광 시스템(spectrometer)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-wavelength measurement optical module, and more particularly, a micromirror capable of changing a path of light by changing a reflection angle at a high speed, and an optical signal of different wavelength ranges disposed adjacent to different positions. The present invention relates to a spectrometer capable of effectively measuring spectral characteristics of an object to be observed at a very high speed by including a plurality of optical signal detectors that can be detected.
본 발명의 다파장 측정 광학 모듈과 같은 분광 시스템(spectrometer)은, 광 신호로부터 서로 다른 종류의 광을 분리하는 시스템이다. 광 신호에는 서로 다른 종류의 다양한 광이 포함되어 있을 수 있다. 예컨대, 우주로부터 유입되는 우주선에도 다양한 종류의 광이 포함되어 있을 수 있다. 즉, 우주선에는, 적외선 범위의 광 신호, 자외선 범위의 광 신호, 및 가시광선 범위의 광 신호가 포함될 수 있으며, 경우에 따라서는 적외선보다 긴 파장의 광 신호 및 자외선보다 짧은 파장의 광 신호도 포함될 수 있다.A spectrometer, such as the multiwavelength measurement optical module of the present invention, is a system that separates different kinds of light from an optical signal. The optical signal may include various types of light of different types. For example, spacecraft entering from space may contain various kinds of light. That is, the spacecraft may include an optical signal in the infrared range, an optical signal in the ultraviolet range, and an optical signal in the visible range, and in some cases, may include an optical signal having a wavelength longer than infrared rays and an optical signal having a shorter wavelength than ultraviolet rays. Can be.
한편, 지상 또는 우주에 기초한 검출기의 무선 주파수를 관찰하고 그 이미지를 현상하는 것에 의해, 지구 극궤도(Earth polar orbit) 근처로부터 우주를 관찰하는 방법이 연구되고 있다. 이러한 방법은, 실질적으로 지구의 모든 지형 영역에서, 실질적으로 인공위성의 모든 동작 시간 동안에 대기 전기 활동에 대한 정보를 제공할 수 있다는 점에서 장점이 있다. 이와 같이, 검출기의 무선 주파수를 관찰하고 그 이미지를 현상하는 것에 의해 우주선을 연구하는 방법에 있어서, 우주선의 파장 범위에 따라 서로 다른 검출기를 이용하여 각각의 광 신호를 분리하여 분석할 수 있다면 매우 효과적인 관찰이 가능할 것으로 기대된다. 다만, 우주선이 고속으로 이동하며 그 지속시간이 매우 짧으므로, 우주선을 실시간으로 추적하여 효과적으로 분광하기 위해서는, 고속으로 회전(tilting) 각도를 변화시킬 수 있는 미러를 사용하는 다파장 측정 광학 모듈이 필요하다. 물론, 이와 같은 다파장 측정 광학 모듈의 용도를 우주선의 관찰로 한정시킬 필요는 없다.On the other hand, by observing the radio frequency of the detector based on the ground or the space and developing the image, a method of observing the universe from near the Earth polar orbit has been studied. This method is advantageous in that it can provide information on atmospheric electrical activity during virtually all operational time of the satellite, in virtually all terrain regions of the earth. As such, in the method of studying a spacecraft by observing a radio frequency of a detector and developing the image, it is very effective if each optical signal can be separated and analyzed using different detectors according to the wavelength range of the spacecraft. It is expected to be possible to observe. However, since the spacecraft moves at high speed and its duration is very short, in order to track the spacecraft in real time and effectively spectroscopically, a multiwavelength measurement optical module using a mirror capable of changing the tilting angle at high speed is required. Do. Of course, it is not necessary to limit the use of such a multi-wavelength measurement optical module to observation of the spacecraft.
한편, 마이크로 전기 기계 장치(micro-electro-mechanical system; MEMS)라고 하여, 센서 밸브, 기어, 반사경 및 반도체 칩 작동기 등의 작은 기계 장치와 컴퓨터를 조합시킨 기술이 요즘 새롭게 각광받고 있다. MEMS는‘스마트 메터(smart matter)'라고도 하며, 반사경이나 센서와 같은 기계 장치 제작 시에 넣는 작은 실리콘 칩의 마이크로 회로를 가진 장치로서, 자동차 에어백에서 감지된 속도와 보호자의 체중에 맞게 에어백을 팽창시키는 장치, 화물 수송의 연속 추적과 취급 과정을 알 수 있는 전 세계적 위치 시스템 센서, 비행기 날개의 표면 공기저항에 따라 공기 흐름의 변화를 감지하여 상호작용하는 센서, 20 나노초의 속도로 광 신호를 낼 수 있는 광 스위칭 장치, 센서 조작 냉온 장치, 대기 압력에 반응하는 물질의 유연성을 변화시키는 빌딩 내 센서 등 여러 용도로 쓰이고 있다. MEMS 기술의 특징 및 장점들을 고려할 때, MEMS 기술을 앞서 설명한 다파장 측정 광학 모듈에 적용해 볼 필요성이 있다.On the other hand, as a micro-electro-mechanical system (MEMS), a technology that combines a computer with a small mechanical device such as a sensor valve, a gear, a reflector, and a semiconductor chip actuator is emerging. MEMS, also known as 'smart matter', is a device with a small silicon chip microcircuit that is used in the manufacture of mechanical devices such as reflectors and sensors, inflating the airbag to match the speed detected by the car airbag and the weight of the guardian. Global positioning system sensor for continuous tracking and handling of cargo transport, interactive sensor to detect changes in air flow according to the surface air resistance of the aircraft wing, and to produce optical signals at speeds of 20 nanoseconds It is used in many applications such as light switching devices, sensor-operated cold and warm devices, and sensors in buildings that change the flexibility of materials reacting to atmospheric pressure. Given the features and advantages of MEMS technology, there is a need to apply MEMS technology to the multi-wavelength measurement optical module described above.
본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위해 제안된 것으로서, 고속으로 반사각을 변화시킬 수 있는 미러와, 서로 다른 위치에 인접하게 배치되어 서로 다른 파장 범위의 광 신호를 검출할 수 있는 복수 개의 광 신호 검출부를 포함함으로써, 관측하고자 하는 대상의 분광 특성을 매우 빠른 속도로 효과적으로 측정할 수 있는 다파장 측정 광학 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been proposed to meet the above needs, and includes a mirror capable of changing the reflection angle at high speed, and a plurality of optical signals disposed adjacent to different positions to detect optical signals having different wavelength ranges. It is an object of the present invention to provide a multi-wavelength measurement optical module capable of effectively measuring the spectral characteristics of an object to be observed at a very high speed by including a detection unit.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 다파장 측정 광학 모듈은,Multi-wavelength measurement optical module according to a feature of the present invention for achieving the above object,
(1) 반사각을 변화시킬 수 있는 미러;(1) a mirror capable of changing the reflection angle;
(2) 상기 미러에 의해 전달되는 신호로부터 제1 파장 범위에 해당하는 광 신호를 검출하기 위한 제1 광 신호 검출부;(2) a first optical signal detector for detecting an optical signal corresponding to a first wavelength range from the signal transmitted by the mirror;
(3) 상기 미러에 의해 전달되는 신호로부터 제1 파장 범위와 다른 파장 범위에 해당하는 광 신호를 검출하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부;(3) at least one second optical signal detector for detecting an optical signal corresponding to a wavelength range different from the first wavelength range from the signal transmitted by the mirror;
(4) 상기 미러를 제어하여, 광 신호의 파장 범위에 따라 상기 제1 광 신호 검출부 또는 상기 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부에서 상기 광 신호가 검출될 수 있도록 빛의 경로를 바꾸어 주는 제어부; 및(4) a controller for controlling the mirror so as to change a path of light so that the optical signal can be detected by the first optical signal detector or the at least one second optical signal detector according to a wavelength range of the optical signal; And
(5) 상기 미러, 상기 제1 광 신호 검출부, 상기 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부 및 상기 제어부를 그 내부에 구비하고, 상기 미러에 대한 개 구(aperture)를 더 구비하며, 상기 미러로부터 상기 제1 광 신호 검출부 또는 상기 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부로의 광 경로를 제공하는 보디(body)를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.(5) the mirror, the first optical signal detector, the at least one or more second optical signal detectors, and the controller are provided therein, and further provided with an aperture to the mirror; And a body for providing an optical path to the first optical signal detector or the at least one second optical signal detector.
바람직하게는, 상기 제1 파장 범위 및 제1 파장 범위와 다른 상기 파장 범위에는, 적외선 파장 범위, 자외선 파장 범위 및 가시광선 파장 범위가 포함된다.Preferably, the wavelength range different from the first wavelength range and the first wavelength range includes an infrared wavelength range, an ultraviolet wavelength range, and a visible wavelength range.
바람직하게는, 상기 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부는, 상기 제1 광 신호 검출부에 인접하게 배치된다.Preferably, the at least one second optical signal detector is disposed adjacent to the first optical signal detector.
또한 바람직하게는, 상기 미러는 마이크로 전기 기계 장치(Micro Electro Mechanical System; MEMS)에 의한 미러로서, 회전(tilting) 각도가 고속으로 변화한다.Also preferably, the mirror is a mirror by a Micro Electro Mechanical System (MEMS), and the tilting angle changes at a high speed.
본 발명의 다파장 측정 광학 모듈에 따르면, 고속으로 반사각을 변화시켜 빛의 경로를 바꾸어 줄 수 있는 마이크로미러와, 서로 다른 위치에 인접하게 배치되어 서로 다른 파장 범위의 광 신호를 검출할 수 있는 복수 개의 광 신호 검출부를 포함함으로써, 관측하고자 하는 대상의 분광 특성을 매우 빠른 속도로 효과적으로 측정할 수 있다.According to the multi-wavelength measuring optical module of the present invention, a micromirror capable of changing the path of light by varying the reflection angle at high speed, and a plurality of optical mirrors disposed adjacent to different positions to detect optical signals having different wavelength ranges By including two optical signal detectors, the spectral characteristics of the object to be observed can be effectively measured at a very high speed.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다파장 측정 광학 모듈의 구성을 나타내 는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다파장 측정 광학 모듈(100)은, 고속으로 반사각을 변화시킬 수 있는 미러(110), 미러(110)에 의해 전달되는 신호로부터 제1 파장 범위에 해당하는 광 신호(125)를 검출하기 위한 제1 광 신호 검출부(120), 미러(110)에 의해 전달되는 신호로부터 제1 파장 범위와 다른 파장 범위에 해당하는 광 신호(135, 145)를 검출하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140), 및 미러(110), 제1 광 신호 검출부(120) 및 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140)를 그 내부에 구비하고, 미러에 대한 개구(aperture)(115)를 더 구비하며, 미러(110)로부터 제1 광 신호 검출부(120) 또는 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140)로의 광 경로를 제공하는 보디(body)(150)를 포함한다. 또한, 도 1에 명확하게 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 다파장 측정 광학 모듈(100)은, 광 신호의 파장 범위에 따라 제1 광 신호 검출부(120) 또는 상기 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140)에서 광 신호가 검출될 수 있도록 미러(110)를 제어하는 제어부를 더 포함한다.1 is a view showing the configuration of a multi-wavelength measurement optical module according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the multi-wavelength measurement
미러(110)는 관찰하고자 하는 대상의 신호를 제어부에 의해 제어되는 반사각으로 제1 광 신호 검출부(120) 또는 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140)로 전달하는 역할을 한다. 미러(110)는 반사각을 고속으로 변화시킴으로써, 대상에 대한 이미지의 광 경로를 제1 광 신호 검출부(120) 또는 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140)로 임의로 바꿀 수 있게 된다. 여기서, 미러(110)는 고속으로 반사각을 변화시킬 수 있는 MEMS 마이크로미러 어레이인 것이 바람직하다.The
제1 광 신호 검출부(120)는 미러(110)로부터 입사되는 신호로부터 제1 파장 범위에 해당하는 광 신호(125)를 검출하는 역할을 한다. 이에 비하여, 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140)는 미러(110)로부터 입사되는 신호로부터 제1 파장 범위와 다른 파장 범위에 해당하는 광 신호(135, 145)를 검출하는 역할을 한다. 제1 광 신호 검출부(120) 및 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140)에 의해 검출 가능한 광 신호의 영역은 제한될 필요가 없다. 즉, 제1 파장 범위에 해당하는 광 신호 및 제1 파장 범위와 다른 파장 범위에 해당하는 광 신호에는, 적외선, 자외선 및 가시광선이 포함될 수 있으며, 경우에 따라서는 적외선보다 파장이 더 긴 광 신호 또는 자외선보다 파장이 더 짧은 광 신호도 포함될 수 있다.The first
보디(150)는 미러(110), 제1 광 신호 검출부(120), 및 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140)를 그 내부에 구비하며, 미러(110)로부터 제1 광 신호 검출부(120) 또는 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140)로의 광 경로를 제공하는 역할을 한다. 또한, 보디(150)는 미러(110) 하부에 개구(115)를 더 포함하는데, 개구(115)는 개구 조준기(도시 안함)를 포함할 수 있다.The
제어부는 광 신호의 파장 범위에 따라 제1 광 신호 검출부(120) 또는 상기 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부(130, 140)에서 광 신호가 검출될 수 있도록 미러(110)를 제어하는 역할을 한다. 물론, 제어부는 시스템 전체를 제어하는 역할도 할 수 있으며, 따라서 시스템 전체에 대한 제어부와 다파장 측정 광학 모듈에 대한 제어부가 별도로 존재할 수 있다.The controller controls the
도 1에 도시되지는 않지만, 본 발명에 따른 다파장 측정 광학 모듈(100)은 데이터 저장부, 인터페이스부, 전원공급부 등과 함께 사용될 수 있다. 데이터 저장부는 검출된 광 신호를 저장하기 위한 부분으로서, 하드 디스크 등이 사용될 수 있다. 인터페이스부는 기기 간을 연결하기 위한 부분으로서, 버스 인터페이스 등이 사용될 수 있다. 전원공급부는 시스템 내의 기기들에게 전원을 공급하기 위한 부분이다.Although not shown in FIG. 1, the multi-wavelength measurement
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention described above may be variously modified or applied by those skilled in the art, and the scope of the technical idea according to the present invention should be defined by the following claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다파장 측정 광학 모듈의 구성을 나타내는 도면.1 is a view showing the configuration of a multi-wavelength measurement optical module according to an embodiment of the present invention.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
100: (본 발명의 일 실시예에 따른) 다파장 측정 광학 모듈 100 : multi-wavelength measurement optical module (according to an embodiment of the present invention)
110: 미러(마이크로미러 어레이)110: mirror (micromirror array)
115: 개구115: opening
120: 특정 파장의 빛을 검출할 수 있는 제1 광 신호 검출부120: a first optical signal detector capable of detecting light of a specific wavelength
125: 마이크로미러에 의해 제1 광 신호 검출부로 입사되는 광신호125: optical signal incident to the first optical signal detector by the micromirror
130, 140: 서로 다른 파장의 빛을 검출할 수 있는 적어도 하나 이상의 제2 광 신호 검출부130 and 140: at least one second optical signal detector capable of detecting light of different wavelengths
135, 145: 마이크로미러의 제어에 의해 다른 광 신호 검출부로 입사되는 광신호135, 145: an optical signal incident on another optical signal detection unit under control of the micromirror
150 : 보디150: body
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