KR0150962B1 - 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치 - Google Patents

Abstract

입사하는 광을 초음파로 회절시켜서 그 광을 스캔시키거나 또는 원하는 방향에 고속으로 단속하는데 쓰이는 초음파광편향기에 대하여, 그 입사면에 일정한 각도로 광이 입사하도록 그 입사면의 기울기를 자동조정하기 위한 장치가 개시되어 있다. 그 장치는 적어도 한 방향에 양분된 분할영역을 갖는 광검출소자로 초음파광편향기의 입사면에서 반사하는 광을 검지하여 전기적 신호를 출력하고, 이 신호로 액튜에이터를 작동시키며, 액튜에이터가 그 입사면의 기울기를 조정하기 위하여 구비하는 조정스테이지를 구동하도록 구성된다. 초음파광편향기의 입사면과 그 입사광의 각도편차가 생기게 되면, 광검출소자의 분할영역으로부터 정부의 신호가 얻어지고, 따라서 액튜에이터가 조정스테이지를 구동하여 초음파광편향기 입사면의 기울기를 변화시키게 작동됨으로써, 그 각도편차가 자동적으로 보상되는 것이다. 그리하여 개시된 장치는 그 셋팅시의 기울기를 조정하여야 했던 불편을 없애 주고, 또 셋팅후의 발생될 수 있는 광축오차에 따른 오동작을 방지하여 주는 유용한 것이다.

Description

초음파광편향기의 입사각 자동조정장치

제1도는 초음파광편향기의 작동원리를 설명하기 위하여 나타낸 개요 평면도.

제2도는 초음파광편향기에 입사하는 광축오차를 설명하기 위하여 나타낸 사시도.

제3도는 본 발명에 따른 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치를 나타낸 사시도.

제4도는 본 발명에 따른 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치에 사용되는 광검출소자의 정면도.

제5도는 본 발명에 따른 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치의 작동을 설명하기 위하여 나타낸 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 결정체 1a : 입사면

5 : 송광기 6 : 조정스테이지

7 : 액튜에이터 8 : 광검출소자

9 : 차동증폭기 10 : 콜리메이팅 렌즈

본 발명은 입사하는 광을 초음파로 회절시켜서 그 광을 스캔시키거나 또는 원하는 방향에 고속으로 단속하는데 쓰이는 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치에 관한 것으로서, 특히 송광부로부터 그 초음파 광편향기로 송출되는 광이 일정한 각도로 입사되게 하는 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치에 관한 것이다.

초음파광편향기는 음향광학편향기(acousto-optic deflector)라고도 불리고 있으며, 광학결정제(光學結晶體)와 초음파 진동자(超音波 振動子)를 사용하여 그 결정체를 통과하는 광을 스캐닝시키거나 또는 원하는 방향에 고속으로 스위칭하기 위하여 사용된다.

제1도는 초음파광편향기의 원리도이다. 결정체(1)는 1차원적인 공간구조로서, 소정 간격의 음파면(2)를 갖고 있다. 초음파 진동자로서는 압전소자(3)가 그 결정체(1)에 붙여져 있다. 이 압전소자(3)에는 고주파 발진기(4)가 접속된다. 고주파 발진기(4)에 의하여 수십 MHz의 초음파로 발진하는 고주파 전압을 압전소자(3)에 인가하여 주면, 압전소자(2)가 전계의 방향으로 진동을 하게 되고, 이에 따라 결정체(1)에 소밀파가 생기면서 그 내부를 통과하는 광이 회절(回折)하여 그 음파면(2)에의 입사각(θ)에 대해 2θ만큼 편향되게 된다. 따라서 초음파 주파수에 수백 KHz의 주파수 변조를 가하여 광의 스캔이 가능하고, 또 그 출사측에서 광로를 정하여 광의 고속스위칭이 가능한 것이다. 이러한 초음파광편향기는 현재 레이저 빔(laser beam)을 매개로 하는 각종 정보처리 시스템, 예를들면 광테이프 기록재생장치, 레이저 디스크 기록장치, 레이저 프린터, 레이저 사식기, 레이저 스캐너 등에 응용되고 있다.

이와같은 초음파광편향기에 있어서, 결정체(1)의 입사면(1a)은 일반적으로 입사광에 수직하도록 배려되는데, 중요한 것은 입사광의 편광비(偏光比)와 그 입사각(θ)이다. 그중에서도 특히 주의할 것은 입사각인데, 그 입사각에 약간의 오차가 발생하여도 초음파광편향기의 분리도(分離度)에 큰 차이가 발생하기 때문이다. 여기서의 분리도라 함은 초음파광편향기에서 편향되지 않고 직진하는 0차광과 편향하는 ±1차광과의 광강도비(光强度比)를 말하는 것이다.

제2도를 참조하면, 송광기(5)로부터 초음파광편향기의 결정체(1)로 향하는 광의 방향중, A, B, C 방향으로의 오차발생은 상기한 분리도에 크게 영향을 미치지 아니하나, D방향은 그러하지 않게 된다. 입사각의 민감도는 약 ±0.5인데, 이는 그 결정체와 송광기의 각 위치에 따라 가변적이므로 각각을 따로 제작하여 그 방향에 정확히 일치하도록 고정시켜 두는 것이 기술적으로 쉽지 않으므로 그 조정이 필요하였던 것이다.

이를 위하여 종래에는 셋팅시에 송광기를 고정시키고, 초음파광편향기를 회전 스테이지에 부착하여, 그를 통과하는 광의 분리도를 확인하면서 정확한 방향에 조정하여 왔었다.

이같이 하였던 종래의 기술에 있어서의 문제점은, 그 조정작업이 매우 어려울 뿐 아니라, 정확한 방향에 조정하여 두었다 하더라도, 송출되는 광의 광경로는 실질적으로 고정되지 않아서 오동작이 빈번하게 발생하는데 있는 것이다.

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 초음파광편향기의 결정체 입사면에서 입사광의 광량 일부가 반사하는 것에 착안, 그 반사하는 광량을 검지하여 입사광의 광축오차를 전기적 신호로 검출하고, 검출된 신호로 조정스테이지를 구동케 함으로써, 자동적으로 입사광의 광축오차가 보상되게 한 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 초음파광편향기를 적어도 하나의 조정스테이지에 설치하여, 송광기로부터의 입사광의 광축오차에 따라 그 초음파광편향기의 입사면의 기울기를 조정하기 위한 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 조정스테이지를 작동시키는 적어도 하나의 액튜에이터와, 상기 입사면의 광축에 수직한 적어도 어느 한 방향으로 양분된 분할영역을 갖고서 그 입사면에서 반사하는 반사광으로부터 각각 전기신호를 검출하는 광검출소자를 포함하고, 그 전기신호를 차동하여 되는 신호에 의하여 상기 액튜에이터가 작동하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

이렇게 구성하는 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치에 있어서는, 송광기로부터 초음파광편향기의 입사면을 송출되는 입사광의 광축에 어떤 원인에 의하여 오차가 발생했을 때, 그 입사면에서 반사하는 반사광의 반사각도 그 오차만큼 기울게 된다. 만일 상기한 광검출소자의 영역이 그 오차방향으로 양분되어 있다고 한다면, 그 영역들에 각각 검지되는 광량에는 그 기울어진 만큼의 차이가 생길 것이다. 결국 각 영역으로부터 검출되는 신호를 차동하여, 그 오차발생의 변화 및 크기에 따라 방향과 진폭이 변화하는 주기적인 전기신호를 얻는 것이 가능하고, 이를 상기한 액튜에이터에 인가하여 조정스테이지가 작동되게 함으로써 그 오차가 보상될 수 있는 방향으로 초음파광편향기의 입사면의 기울기를 조정할 수 있는 것이다.

이와같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의상 이하에 참조하는 도면에는 앞의 도면들과 동일한 부분에 대하여 같은 부호를 사용하였다.

제3도에 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 부호 1은 전술한 바와 같이, 초음파광편향기의 광학결정체이고, 부호 2는 그 결정체(1)의 음파면을 나타낸 것이며, 부호 3은 압전소자, 4는 고주파 발전기, 5는 그 결정체(1)의 입사면(1a)의 입사광을 제공하는 송광기, 그리고 6은 결정체(1)를 회전시켜서 그 입사면(1a)의 기울기를 조정할 수 있도록 구비된 조정스테이지이다.

본 발명에 따라, 상기한 조정스테이지(6)에 액튜에이터(7)를 설치하였으며, 송광기(5)의 기체 선단부위에 광검출소자(8)를 설치하였다. 그리고 그 액튜에이터(7)와 광검출소자(8)를 차동증폭기(9)로 연결하였다. 여기서 액튜에이터(7)는 정역회전 가능한 정밀제어용 모터, 이를테면 광테이프 기록재생장치에 전형적으로 사용되고 있는 스캔용 갈바노미터미러의 액튜에이터와 같이 소정의 각도범위에서 정밀서보가능한 모터를 사용하면 된다.

제3도에 있어서, 결정체(1)의 입사면(1a)은 송광기(5)의 광축에 대하여 수직한 면을 이룬다. 결정체(1) 내의 음파면(2)에 대한 입사광의 입사각은 θ이고, 그 출사되는 광의 편향각도는 2θ이다. 광검출소자(8)는 제8도에 나타낸 바와 같이, 동심의 내경부와 외경부를 갖는 도우넛형으로서, 그 검출영역(8a)(8b)이 도면을 기준할 때, 입사광의 광축에 수직한 횡방향에 분할되어 있다. 이 광검출소자(8)의 일측영역(8a)은 차동증폭기(9)의 비반전단자(+)에, 타측영역(8b)은 반전단자(-)에 각각 접속된다. 한편, 조정스테이지(6)와 액튜에이터(7)의 회전중심은 그 입사면(1a)을 횡방향으로 기울일 수 있도록 설치되는데, 바람직하기로 그 회전중심이 결정체(1)의 음파면(2)상에 광축이 굴절하는 지점을 관통하도록 배려하였다.

무릇 본 발명은 제2도에 나타낸 바와 같은 광축의 모든 방향에 생기는 오차를 보정하기 위하여, 각 방향에 맞는 복수의 조정스테이지와 그 각각의 액튜에이터를 설치하고, 상기한 광검출소자(8)의 영역을 각 방향마다 똑같이 분할하여 구성할 수 있음을 배제하지 않는다.

본 발명은 또한 상기한 도우넛형의 광검출소자(8)의 내경부 위치에 입사광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(10)를 배치하였다. 참고로 그 콜리메이팅 렌즈(10)는 예를 들면, 광테이프 기록재생장치나 광디스크 기록장치에 있어서 전형적으로 사용되고 있는 렌즈요소 중의 하나이다.

이하 본 발명의 실시예에 의한 작동을 설명하기 위하여 제5도를 참조한다.

먼저 송광기(5)로부터 결정체(1)로 송출된 입사광이 그 결정체(1)의 입사면(1a)에 수직하게 입사되는 경우, 그 입사면(1a)으로부터의 반사광은 그 입사광의 광축을 따라 반사하게 된다. 이때에는 광검출소자(8)의 양측 영역(8a)(8b)에 그 반사광이 검지되지 않거나 또는 검지되더라도 똑같은 광량으로 검지되게 된다. 따라서 이 경우의 차동증폭기(9)의 출력신호값은 영(零)으로 되고, 액튜에이터(7)는 작동하지 않게 된다.

반면에 도면의 1점 또는 2점쇄선표시와 같이, 그 결정체(1)가 기울어 졌거나 또는 다른 어떤 원인에 의하여 그같은 각도편차가 생기게 되면, 그 입사면(1a)으로부터 반사되는 반사광의 광축이 입사광의 광축과 비스듬하게 벌어지게 된다. 따라서 이 경우의 반사광은 광검출소자(8)의 양측영역(8a)(8b) 중의 하나에만 검지되어 그 양측영역(8a)(8b)간의 광량차이가 생기게 된다. 이때의 차동증폭기(9)의 출력신호값은 포지티브(+) 또는 네거티브(-)로 되고, 이에 따라 액튜에이터(7)는 정 또는 역회전하도록 작동되는 것이다. 이와같은 작동은 상기 결정체(1)의 입사면(2)과 그 입사광이 수직으로 될 때까지 계속될 것이므로 그 광축오차에 따른 입사각 편차가 자동적으로 보상되어지는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은, 초음파광편향기(결정체)의 기울기를 조정하기 위한 조정스테이지를 액튜에이터로 구동하고, 그 액튜에이터가 광축오차에 따른 입사각편차에 대한 정보를 전기적 신호로 출력하는 광검출수단에 의하여 자동적으로 작동되게 하는 발명으로서, 그 셋팅시의 까다로운 조정작업을 필요없게 하여 주고, 특히 사용중에 발생될 수 있는 광축오차에 의한 오동작을 방지하여 제품의 품질향상에 기여하는 아주 바람직한 발명이다.

Claims (5)

1. 초음파광편향기를 적어도 하나의 조정스테이지에 설치하여, 송광기로부터의 입사광의 광축오차에 따라 그 초음파광편향기의 입사면의 기울기를 조정하기 위한 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 조정스테이지를 작동시키는 적어도 하나의 액튜에이터와, 상기 입사면의 광축에 수직한 적어도 어느 한 방향으로 양분된 분할영역을 갖고서 그 입사면에서 반사하는 반사광으로부터 각각 전기신호를 검출하는 광검출소자를 포함하고, 그 전기신호를 차동하여 얻는 신호에 의하여 상기 액튜에이터가 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 초음파광편향기가 상기 액튜에이터에 의하여 회전작동되고, 그 회전중심이 그 초음파광편향기를 통과하는 입사광 광축의 굴절지점을 관통하게 구성한 것을 특징으로 하는 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 초음파광편향기의 입사면을 송광기의 광축에 대하여 수직하게 형성하고, 상기 광검출소자를 그 송광기에 장착하여 된 것을 특징으로 하는 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치.
4. 제1항 또는 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광검출소자가 동심원의 내경부와 외경부를 갖는 고리형으로 형성되고, 그 내경부로 상기 송광기로부터의 입사광이 경유하게 구성한 것을 특징으로 하는 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 광검출소자의 내경부를 경유한 입사광이 평행광으로 되도록 그 내경부에 콜리메이팅 렌즈가 위치하여 된 것을 특징으로 하는 초음파광편향기의 입사각 자동조정장치.