KR101608812B1

KR101608812B1 - 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치

Info

Publication number: KR101608812B1
Application number: KR1020140139061A
Authority: KR
Inventors: 강영일; 이종민; 박도현
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2016-04-04

Abstract

본 발명의 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치에는 장치대(40)의 내부에서 접촉하여 구속된 운동을 하는 반사경 지지봉(50)과 정렬판(20)의 체결 정도가 조절될 수 있는 3개의 정렬 스크류(30), 장치대(40)와 반사경 지지봉(50)의 회전을 위해 쌍을 이루는 V자 단면 통공(40-1)과 회전중심 구(53), 반사경 지지봉(50)에 45도 경사지게 구비된 반사경(60)이 포함됨으로써 협소한 공간에서 수직방향에서 올라오는 레이저 빔의 방향을 위한 광축의 미세 조절을 제한하는 공간적 제약이 해소되고, 특히 스프링의 탄성변형 대신 홈을 이용한 기구적 광축조향으로 진동과 충격과 같은 외란에도 강인함으로써 안정적인 광축 유지가 이루어지는 특징을 갖는다.

Description

협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치{45 Degree Beam Steering System Suitable for Limited Space}

본 발명은 밀집형 광학시스템의 광축조향장치에 관한 것으로, 특히 광축의 미세 조절을 제한하는 공간적 제약이 해소됨과 더불어 진동과 충격과 같은 외란에도 안정적인 광축 유지가 가능한 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 광학시스템에 레이저 빔이 사용되면, 레이저 빔의 크기와 방향 조절로 다양한 광학적 성능을 구현할 수 있으나 매우 정밀한 광축 정렬을 필요로 한다.

매우 정밀한 광축 정렬을 필요로 하는 광학시스템의 예로서 간섭계가 있다. 그러므로, 간섭계에는 광축 정렬의 변위(translation)를 위한 스테이지와 광축 정렬의 조향(steering)을 위한 광학마운트가 적용된다. 특히, 광학마운트는 기울기 조절이 가능한 회전축을 갖춤으로써 수직방향의 기울기 조절(tilt)과 수평방향의 기울기 조절(tip)이 가능하다.

이로 인해, 간섭계와 같은 밀집형 광학시스템은 광학마운트의 광축조향성능에 영향을 받게 되고, 광학마운트는 광축조향방식에 따라 K_마운트(Kinetic 마운트), F_마운트(Flexure 마운트), G_마운트(Gimbal 마운트)로 구분된다.

상기 K_마운트는 금속구가 회전축을 형성하며 정렬용 나사(actuator)의 이동에 의해 기울기를 조절하는 방식이며, 반사경을 지지하는 방식으로 대부분의 가장 널리 적용된다.

상기 F_마운트는 탄성변형을 갖는 판스프링이 겹쳐져 회전축을 형성하는 방식이며, 소형으로 제작이 가능하고 외란에 강한 특성을 갖는다.

상기 G_마운트는 회전축이 반사경의 중심축에 존재하는 방식이며, 특히 김발(Gimbal)을 이용한 회전축의 광축 근접이 가능함으로써 광축을 항상 반사경의 중심 부근으로 유지할 수 있다.

미국등록공보 US 6,198,580B1(2001.03.06)

하지만, 상기 K_마운트나 상기 F_마운트나 상기 G_마운트는 모두 반사경의 후면을 활용한 광축조향이 이루어짐으로써 정렬용 나사(actuator)가 반사경 마운트의 후면쪽으로 구비될 수밖에 없다.

특히, 정렬용 나사(actuator)는 반사경 마운트의 후면에서 움직이기 위한 정렬 공간을 요구하고, 이러한 정렬 공간은 광학마운트 크기를 키워줌으로써 광학시스템의 집적화가 어려운 한 원인이 되고 있다.

또한, 광학시스템의 집적화 어려움은 상기 K_마운트나 상기 F_마운트나 상기 G_마운트에 외부 환경에 취약한 복원력용 스프링이 적용되고, 이에 대한 보완으로 광학마운트 무게나 크기가 매우 커짐도 원인이 될 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 협소한 공간에서 수직방향에서 올라오는 레이저 빔의 방향을 전환함으로써 광축의 미세 조절을 제한하는 공간적 제약이 해소되고, 특히 스프링의 탄성변형 대신 홈을 이용한 기구적 광축조향으로 진동과 충격과 같은 외란에도 강인함으로써 안정적인 광축 유지가 이루어지는 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치는 정렬판, 정렬 스크류, 장치대, 반사경 지지봉, 반사경을 포함해 구성되고; 상기 정렬판은 상기 반사경 지지봉이 상기 장치대와 접촉하여 구속된 운동을 할 수 있도록 상기 정렬 스크류가 체결되는 나사체결 홀을 구비하고, 상기 정렬 스크류는 상기 반사경 지지봉에 대한 체결 정도를 조절해 상기 반사경의 광축을 조절하도록 다수로 구성되며, 상기 장치대는 상기 반사경 지지봉의 회전중심이 되는 V자 단면 통공을 내부 공간으로 형성하고, 상기 반사경 지지봉은 상기 장치대의 V자 단면 통공에 접촉되어 회전중심이 되는 회전중심 구를 구비하며, 상기 반사경은 상기 반사경 지지봉에 45도 경사지게 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 정렬판에는 상기 반사경 지지봉의 끝부위가 끼워져 고정되도록 관통된 포지션 보스가 더 형성된다. 상기 포지션 보스는 상기 반사경 지지봉의 끝부위와 용접 고정되거나 나사체결된다.

상기 장치대의 V자 단면 통공에는 상기 반사경 지지봉의 끝부위가 관통해 상기 정렬판과 고정되도록 목부가 이어진다.

상기 반사경 지지봉의 회전중심 구에는 한쪽으로 상기 정렬판에 고정되는 이중 동심축이 연장되고, 다른쪽으로 상기 반사경이 결합되는 반사경 축이 연장된다. 상기 이중 동심축의 직경과 상기 반사경 축의 직경은 상기 회전중심 구의 직경보다 작은 크기이다. 상기 반사경 축에는 상기 반사경을 안착해 고정시키는 반사경 위치면이 형성되고, 상기 반사경 위치면은 상기 반사경을 45도 경사지게 고정한다.

이러한 본 발명은 간섭계를 포함하는 분광기 또는 기타 광학장치에서 하부에서 90도로 입사하는 레이저 빔을 조향하는데 있어서, 평면공간의 점유를 최소화할 수 있음으로써 집적도 높은 광학장치의 구성이 가능하다.

또한, 본 발명은 스프링과 같은 탄성변형에 의해 광축조향을 하지 않고 V자 홈과 구형의 기하학적 조합에 의해 기계적으로 광축조향을 함으로써 외부요인에 의한 진동이나 충격에 대한 내구성을 높일 수 있고 안정적으로 자세를 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치의 조립 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치의 조립 사시도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치의 분해 사시도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 45도 반사경 광축조향장치는 정렬판 유닛(10), 장치대(40), 반사경 지지봉(50), 반사경(60)으로 구성된다.

구체적으로, 상기 정렬판 유닛(10)은 반사경 지지봉(50)이 장치대(40)와 접촉하여 구속된 운동을 할 수 있도록 하는 정렬판(20), 정렬판(20)의 높낮이 조절이 이루어지는 다수의 정렬 스크류(30)로 구성된다.

이를 위해, 상기 정렬판(20)은 원판형상의 체결 플랜지(21), 체결 플랜지(21)의 중심에서 육각형상으로 돌출된 포지션 보스(23)로 이루어진다. 특히, 상기 체결 플랜지(21)에는 등간격으로 3개의 나사체결 홀(21-1)이 관통되고, 3개의 나사체결 홀(21-1)의 각각에는 정렬 스크류(30)가 체결된다. 또한, 상기 체결 플랜지(21)와 상기 포지션 보스(23)에는 그 중심을 관통한 포지션 홀(23-1)이 뚫려짐으로써 반사경 지지봉(50)의 한쪽 부위가 체결 플랜지(21)의 중심으로 삽입되어 포지션 홀(23-1)로 위치된다. 상기 정렬 스크류(30)는 외주면에 나사를 형성한 나사축과 함께 공구홀을 형성한 헤드로 이루어짐으로써 공구(Tool)를 이용해 회전력이 가해질 수 있다. 상기 정렬 스크류(30)는 3개를 한쌍으로 구성해 정렬판(20)에 형성된 3개의 나사체결 홀(21-1)로 각각 나사 체결된다. 그러므로, 상기 정렬 스크류(30)는 정렬판(20)의 3점 위치에 대한 체결 정도를 조절함으로써 반사경 지지봉(50)에 결합된 반사경(60)의 광축조정을 수행한다.

구체적으로, 상기 장치대(40)의 하부로는 반사경 지지봉(50)이 내부공간을 관통하고, 상부로는 정렬 스크류(30)로 장치대(40)와 수직 높이 조절이 가능한 정렬판(20)이 위치된다. 도 2를 참조하면, 상기 장치대(40)의 내부공간에는 V자 단면 통공(40-1)이 하부부위로 형성되고, 상기 V자 단면 통공(40-1)에 이어 일정 단면의 원형으로 목부(40-1A)가 이어져 상부부위로 관통된다. 특히, 상기 V자 단면 통공(40-1)은 목부(40-1A)가 이어지는 V자 확장부(40-1B)를 이용해 반사경 지지봉(50)의 회전중심을 형성하여 준다.

구체적으로, 상기 반사경 지지봉(50)은 한쪽 끝부위로 갈수록 직경이 작아지는 다중 동심원을 형성한 직선의 원형 로드(Rod)로 이루어진다. 이를 위해, 상기 반사경 지지봉(50)의 상부구간은 원형 직경의 이중 동심축(51)으로 이루어지고, 하부구간은 이중 동심축(51)보다 큰 원형 직경의 반사경 축(55)으로 이루어진다. 상기 이중 동심축(51)의 끝부위는 인서트 축(51A)보다 직경이 작은 포지션 축(51B)으로 이루어지고, 상기 포지션 축(51B)은 정렬판(20)의 체결 플랜지(21)를 관통해 포지션 보스(23)로 위치된다. 특히, 상기 반사경 축(55)의 끝부위는 반사경(60)이 45도 경사지게 안착되도록 경사진 절단면으로 반사경 위치면(55A)을 형성한다. 구체적으로, 상기 반사경 위치면(55A)은 반사경(60)이 안착되는 45도 경사면과, 45도 경사면에 안착된 반사경(60)을 고정하도록 45도 경사면에 대해 90도로 직교하는 턱을 형성한다. 또한, 상기 반사경 지지봉(50)의 중간구간은 이중 동심축(51)과 반사경 축(55)을 구분하도록 가장 큰 직경의 회전중심 구(53)를 형성하고, 상기 회전중심 구(53)가 장치대(40)의 V자 단면 통공(40-1)에 끼워진 상태에서 V자 확장부(40-1B)를 이용해 반사경 지지봉(50)의 회전중심을 형성한다. 특히, 상기 회전중심 구(53)를 이용한 반사경 지지봉(50)의 회전범위는 일반적으로 광학마운트에서 요구되는 기울기의 정도(10도 이하)보다 충분히 큰 범위로 설정되고, 정렬판(20)과 장치대(40)의 공간간섭이 발생하는 정도까지 이다.

상기 반사경(60)은 이중 동심축(51)의 반사경 축(55)의 끝부위로 형성된 반사경 위치면(55A)에 결합된다. 특히, 상기 반사경(60)은 45도 경사진 반사경 위치면(55A)을 이용해 45도 반사경으로 형성됨으로써 협소공간에 적합하게 된다.

한편, 도 3은 본 실시예에 따른 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치의 조립 사시도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 장치대(40)를 기준으로 하여 장치대(40)의 상부로 정렬판(20)이 정렬 스크류(30)를 매개로 높이 조절 가능하도록 장치대(40)와 조립되고, 장치대(40)의 내부 공간으로 반사경 지지봉(50)이 수용되어져 정렬판(20)과 조립되며, 장치대(40)의 하부로 반사경 지지봉(50)과 조립된 반사경(60)이 협소한 공간에 적합한 45도 위치된다.

특히, 3개로 구성된 정렬 스크류(30)는 정렬판(20)의 3점 위치에 대한 체결 정도를 조절함으로써 반사경 지지봉(50)이 장치대(40)의 V자 단면 통공(40-1)에 안정적으로 접촉하도록 조립될 수 있다. 그러므로, 상기 정렬 스크류(30)는 전후진(H,h)함으로써 반사경(60)의 광축조정을 수행하고, 광축 정렬 완료 후 견고하게 고정될 수 있는 정도로 조여 준 다음 풀림방지를 위해 접착제가 발라진다.

한편, 상기 반사경 지지봉(50)과 상기 정렬판(20)의 조립은 이중 동심축(51)의 포지션 축(51B)과 정렬판(20)의 포지션 홀(23-1)을 이용한 용접으로 영구 접합되거나 또는 포지션 축(51B)과 포지션 홀(23-1)의 나사 형성을 이용한 탈착 가능하게 고정될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치에는 장치대(40)의 내부에서 접촉하여 구속된 운동을 하는 반사경 지지봉(50)과 정렬판(20)의 체결 정도가 조절될 수 있는 3개의 정렬 스크류(30), 장치대(40)와 반사경 지지봉(50)의 회전을 위해 쌍을 이루는 V자 단면 통공(40-1)과 회전중심 구(53), 반사경 지지봉(50)에 45도 경사지게 구비된 반사경(60)이 포함됨으로써 협소한 공간에서 수직방향에서 올라오는 레이저 빔의 방향을 위한 광축의 미세 조절을 제한하는 공간적 제약이 해소되고, 특히 스프링의 탄성변형 대신 홈을 이용한 기구적 광축조향으로 진동과 충격과 같은 외란에도 강인함으로써 안정적인 광축 유지가 이루어진다.

10 : 정렬판 유닛 20 : 정렬판
21 : 체결 플랜지 21-1 : 나사체결 홀
23 : 포지션 보스 23-1 : 포지션 홀
30 : 정렬 스크류
40 : 장치대 40-1 : V자 단면 통공
40-1A : 목부 40-1B : V자 확장부
50 : 반사경 지지봉 51 : 이중 동심축
51A : 인서트 축 51B : 포지션 축
53 : 회전중심 구 55 : 반사경 축
55A : 반사경 위치면
60 : 반사경

Claims

정렬판, 정렬 스크류, 장치대, 반사경 지지봉, 반사경을 포함해 구성되고;
상기 정렬판은 상기 반사경 지지봉이 상기 장치대와 접촉하여 구속된 운동을 할 수 있도록 상기 정렬 스크류가 체결되는 나사체결 홀을 구비하고,
상기 정렬 스크류는 상기 반사경 지지봉에 대한 체결 정도를 조절해 상기 반사경의 광축을 조절하도록 다수로 구성되며,
상기 장치대는 상기 반사경 지지봉의 회전중심이 되는 V자 단면 통공을 내부 공간으로 형성하고,
상기 반사경 지지봉은 상기 장치대의 V자 단면 통공에 접촉되어 회전중심이 되는 회전중심 구를 구비하며,
상기 반사경은 상기 반사경 지지봉에 45도 경사지게 구비되고;
상기 정렬판에는 상기 반사경 지지봉의 끝부위가 끼워져 고정되도록 관통된 포지션 보스가 더 형성되며; 상기 반사경 지지봉의 회전중심 구에는 한쪽으로 상기 정렬판에 고정되는 이중 동심축이 연장되고, 다른쪽으로 상기 반사경이 결합되는 반사경 축이 연장되고, 상기 이중 동심축의 직경과 상기 반사경 축의 직경은 상기 회전중심 구의 직경보다 작은 크기인 것을 특징으로 하는 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 포지션 보스는 상기 반사경 지지봉의 끝부위와 용접 고정되거나 나사체결되는 것을 특징으로 하는 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치.
청구항 1에 있어서, 상기 장치대의 V자 단면 통공에는 상기 반사경 지지봉의 끝부위가 관통해 상기 정렬판과 고정되도록 목부가 이어지는 것을 특징으로 하는 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 반사경 축에는 상기 반사경을 안착해 고정시키는 반사경 위치면이 형성되고, 상기 반사경 위치면은 상기 반사경을 45도 경사지게 고정하는 것을 특징으로 하는 협소한 공간에 적합한 45도 반사경 광축조향장치.