KR100388954B1 - 미세 광학소자와 동축홀더를 이용한 비접촉식 광스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 광학소자와 동축홀더를 이용한 비접촉식 광스위치에 관한 것으로,

하부 받침대와; 상기 받침대 상부에 고정되는 직육면체 형태의 동축홀더와;

상기 동축홀더의 하우징에 수평방향으로 결합되며, 일측으로 샤프트가 소정길이만큼 돌출되어 나오고, 제어기에 의해 일정 회전각도 범위내에서 회전하는 모터와; 상기 모터 샤프트를 내부 중심부에 수용할 수 있도록 소정크기의 구멍이 그 중심부에 형성되고, 모터 전면부의 고정수단에 의해 고정되며, 원주둘레를 따라 수평방향으로 다수개의 일반포트를 갖는 렌즈 배열판과; 상기 렌즈 배열판 상부로 돌출되어 나온 모터 샤프트에 일측이 고정되어 모터의 회전에 상응하여 동작하고, 타측은 상기 렌즈 배열판상에 형성된 일반포트로 부터 수평선상으로 공통포트가 장착되며, 모터 중심축 연장선상에 기준점 확인용 차단자가 설치되는 회전자와; 상기 받침대 상부에 고정되며, 회전자의 차단자를 이용하여 기준점을 확인할 수 있도록, 차단자의 회전각도 범위안에 광차단용 홀을 갖는 포토 인터럽트를 포함하여 구성함이 특징이다.

Description

미세 광학소자와 동축홀더를 이용한 비접촉식 광스위치{Photo Switch and Moter Control Switch Using Photo Element and Holder}

본 발명은 미세 광학소자와 동축홀더를 이용한 비접촉식 광스위치에 관한 것으로, 특히 광섬유의 포트가 수평선상에서 위치하도록 하여 제작공정을 용이하게 하고 제작 단가를 낮추도록 하며, 기준점 인식 수단을 모터의 축 연장선상에 위치시켜 회전자의 유동을 정확히 제어하고, 모터를 구동시 해당 포트의 한칸 뒤로 빠른 속도로 유동시키고 이어 한칸 앞의 해당포트로 느린속도로 유동시켜 정확한 위치점을 찾아갈 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 미세 광학소자와 동축홀더를 이용한 비접촉식 광스위치에 관한 것이다.

일반적으로 광스위치는 광통신 및 광학과 관련된 시험 및 시스템 분야에 사용되는 것으로서, 광시험기와 피시험 대상물 사이에 위치하여 사용된다.

도 1a 내지 도 1b는 일반적으로 기계식 광스위치의 사용예를 도시한 것으로서;

도 1a는 1:N 광스위치를 이용한 광소자 특성을 측정하는 예를 도시한 도면이고;

도 1b는 1:N 광스위치를 이용한 광케이블 특성을 측정하는 예를 도시한 도면이다.

특히 상기 도 1a와 도 1b에 도시한 바와같이 광시험기(1)로부터의 시험광이 N개의 대상물(2)로 연결되기 위해서는 중간에 광스위치(3a, 3b)가 반드시 필요하게 된다. 이러한 광스위치(3a, 3b)는 주로 1:N 혹은 2:N의 비율로 구성되어서 1개의 광시험장치(1)로 N개의 시험대상(2)을 자동 혹은 수동으로 연결시켜 준다.

일반적으로 1개의 입력된 광을 N개중 선택된 다른 1개의 포트로 광손실없이 전달하기 위해서는 정밀한 모터제어 기술과 정밀한 기계적 가공 및 정확한 정밀 조립이 필요하게 된다.

또한 광시험기는 광섬유에 연결되어 사용되는데, 광섬유의 빛 전달 직경은 대개 8미크론에서 100미크론에 이르는 아주 작은 직경을 가지므로 광섬유대 광섬유로 빛을 전달하는 것은 많은 광손실을 가져온다.

상기와 같은 광섬유에 의한 빛의 전달시 발생되는 많은 광손실의 문제를 감안하여 소형의 광렌즈를 광섬유 끝단에 붙여서 빛을 평행하게 확대하여 광손실을 줄이는 방법을 사용하는데, 이와 같은 광섬유에 광렌즈를 부착시킨 것을 콜리메이터 링커라 한다.

상기 링커를 이용한 광스위치는 일부 개발되어 있으나, 그 구조가 복잡하고 제작상의 많은 어려움이 있는 관계로 이에 따른 제조경비 및 제조시간이 크게 증가하는등의 문제점이 있다.

즉, 종래의 광스위치 구조를 살펴보면 도 2a, 2b에 도시한 바와같이 일반포트(11)와 공통포트(21)가 수직축상으로 마주보고 있는 형상으로 제작되고 있으므로 일반포트(10a)가 형성되는 렌즈 배열판(10)의 제작이 매우 어려운 문제가 있다.

왜냐하면 렌즈 배열판(10)으로부터 돌출되는 원형판의 외주연부에 포트 삽입을 위한 홀을 형성해야 하므로, 중심축을 중심으로 정확한 각도를 유지하기 힘들고 또한 홀 형성 작업도 공간상에서 이루어지므로 숙련공이 아니면 제작이 매우 어려워 광스위치의 제작단가를 높이게 되는 이유중의 하나이다.

또한, 기준점을 확보하기 위해 설치되는 차단자(22)가 회전자(20)의 맨 끝부분에 위치하기 때문에 회전자(20)를 유동시키는 모터(30)의 토크가 상당히 강해야 하며, 공통포트(21)가 정확한 위치를 찾아가는데 있어서 정밀도를 떨어뜨리게 되는문제점이 있다.

또한, 모터를 동축홀더(40) 내부에 위치시키는 구성을 갖기 때문에, 모터(30)를 동축홀더(40) 내부에 정확하게 안착시키기 위해서 상기 동축홀더(40)를 정밀 가공해야 하므로 제작단가를 높이는 원인으로 작용하는 문제점이 있다.

상기에서 미설명부호 23은 차단자의 삽입을 감지하여 기준점을 잡기 위한 포토 인터럽트이고, 50은 모터의 유동을 제어하는 제어판이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로,

렌즈 배열판의 수평선상에 광섬유 일반포트를 설치하고, 이에 상응하여 공통포트 역시 수평선상에 위치토록 하여 포트를 삽입하기 위한 홀 제작을 용이하게 하고, 기준위치를 정하는 차단자를 모터축의 연장선상에 위치시켜 회전자의 유동이 자연스럽게 이루어지도록 하며, 동축홀더의 하우징에 모터를 결합시키도록 하여 동축홀더 제작이 쉽도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 모터를 구동시 반시계 방향인 경우 해당 포트의 한칸 뒤로 빠른 속도로 유동시키고 이어 한칸 앞의 해당포트로 느린속도로 유동시켜 정확한 위치점을 찾아갈 수 있도록 하는데 또다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 하부 받침대와;

상기 받침대 상부에 고정되는 직육면체 형태의 동축홀더와;

상기 동축홀더의 하우징에 수평방향으로 결합되며, 일측으로 샤프트가 소정길이만큼 돌출되어 나오고, 제어기에 의해 일정 회전각도 범위내에서 회전하는 모터와;

상기 모터 샤프트를 내부 중심부에 수용할 수 있도록 소정크기의 구멍이 그 중심부에 형성되고, 모터 전면부의 고정수단에 의해 고정되며, 원주둘레를 따라 수평방향으로 다수개의 일반포트를 갖는 렌즈 배열판과;

상기 렌즈 배열판 상부로 돌출되어 나온 모터 샤프트에 일측이 고정되어 모터의 회전에 상응하여 동작하고, 타측은 상기 렌즈 배열판상에 형성된 일반포트로 부터 수평선상으로 공통포트가 장착되며, 모터 중심축 연장선상에 기준점 확인용 차단자가 설치되는 회전자와;

상기 받침대 상부에 고정되며, 회전자의 차단자를 이용하여 기준점을 확인할 수 있도록, 차단자의 회전각도 범위안에 광차단용 홀을 갖는 포토 인터럽트를 포함하여 구성함이 특징이다.

도 1a 및 도 1b는 일반적인 기계식 광스위치의 사용 실시예도.

도 2a 및 도 2b는 일반적인 기계식 광스위치의 구성도.

도 3은 본 발명의 기계식 광스위치 구성도.

도 4는 본 발명의 기계식 광스위치 전체 구성도.

도 5a, 5b는 본 발명의 회전자 유동상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 렌즈 배열판 20: 회전자

30: 모터 40: 동축홀더

50: 제어판 60: 광섬유 고정자

이하에서 도면을 참조로 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 구성도로써, 도시한 바와같이

하부 받침대(70)와;

상기 받침대(70) 상부에 고정되는 직육면체 형태의 동축홀더(40)와;

상기 동축홀더(40)의 하우징에 수평방향으로 결합되며, 일측으로 샤프트가 소정길이만큼 돌출되어 나오고, 제어기에 의해 일정 회전각도 범위내에서 회전하는 모터(30)와;

상기 모터(30) 샤프트를 내부 중심부에 수용할 수 있도록 소정크기의 구멍이 그 중심부에 형성되고, 모터 전면부의 고정수단에 의해 고정되며, 원주둘레를 따라 수평방향으로 다수개의 일반포트를 갖는 렌즈 배열판(10)과;

상기 렌즈 배열판(10) 상부로 돌출되어 나온 모터 샤프트에 일측이 고정되어 모터의 회전에 상응하여 동작하고, 타측은 상기 렌즈 배열판상에 형성된 일반포트로 부터 수평선상으로 공통포트(21)가 장착되며, 모터 중심축 연장선상에 기준점 확인용 차단자가 설치되는 회전자(20)와;

상기 받침대(70) 상부에 고정되며, 회전자의 차단자를 이용하여 기준점을 확인할 수 있도록, 차단자의 회전각도 범위안에 광차단용 홀을 갖는 포토 인터럽트(23)를 포함하여 구성한다.

즉, 본 발명의 기계식 광스위치는 크게 회전자(20)와, 렌즈 배열판(10)과, 동축홀더(40)와, 모터(30)와, 콜리메이트 링커(11, 21) 및, 받침대(70)로 구성됨을 알 수 있다.

그리고, 상기 도면에 도시된 바와같이, 회전자(20)의 중심축 단부는 모터(30)에 연결되고, 상기 회전자(20)의 타측 단부 부근에는 링커(11, 21; 편의상 본 발명에서는 공통포트(21)와 일반포트(11)로 구분하여 설명하며 구조는 동일하다)가 결착되어 있으며, 공통포트(21)를 장착하기 위한 회전자 렌즈구멍과, 회전자를 모터 샤프트에 결착할시 정렬하기 위한 정열키 구멍이 형성되어 있다(도시하지 않음).

상기 회전자(20)의 중심측 단부는 모터 사프트에 연결되어 모터의 일정한 스텝각도에 따라서 회전하면서 렌즈 배열판(10)에 장착된 N개의 링커(일반포트, 11)중 모터 제어기에 의해 선택된 1개의 링커와 광축이 일치되어 광을 전달한다.

회전자 렌즈구멍의 회전반경은 렌즈 배열판상에 형성된 배열구멍과의 회전반경이 일치한다.

즉, 상기 배열구멍은 스텝모터(30)의 분할각도에 따라서 렌즈 배열판(10) 원주상에 N개의 링커(11)를 장착하기 위한 것이다.

그리고, 상기의 모터(30)는 스텝모터로써 제어기에 의해 항상 일정한 회전각도로 움직이며, 이는 회전자(20)에 장착된 링커(공통포트, 21)가 렌즈 배열판(20)에 장착된 N개의 링커(일반포트, 11)중 1개의 링커에 정확히 위치되도록 한다.

따라서, 본 발명을 이용하게 되면 수평축상에서 정확하게 광이 일치하도록 하기 때문에 일반포트를 다수개 설치하더라도 광손실을 최소화 할 수 있는 것이다.

이는 종래의 광 스위치 구조가 수직축상에 일반포트가 설치되기 때문에 중심축을 향한 각을 일정하게 유지하며 제작하므로 공정이 어려움은 물론 공통포트와의 일치가 어려워 광손실이 많은 것과 대비되는 것으로, 본 발명을 이용하게 되면 원판의 수평면에 홀을 형성하기 때문에 제작이 용이하며, 또한 정교한 제작으로 인하여 광손실을 최소화 할 수 있는 것이다.

참고로 광손실 특성의 형태는 아래의 3가지 링커의 배열에 따라 다르게 나타난다. 즉,

1) 서로 정확히 마주보고 있을 경우, 즉 광축이 정확히 일치하는 경우

2) 광축이 다른 하나와 평행하게 어긋난 경우

3) 광축이 다른 하나와 어느정도의 각을 가지고 어긋난 경우

상기 1)의 경우는 0.3 - 0.4dB정도의 광손실을 가지며, 2)의 경우는 광축이 서로 평행하게 어긋난 경우로 어긋남의 정도가 커짐에 따라 지수함수적으로 광손실이 커지게 된다. 보통은 ±10㎛이내에서는 1dB 정도의 손실값을 갖는다.

3)의 경우는 광축이 다른 하나와 어느정도 각을 가지고 어긋난 경우러써, 각θ가 커짐에 따라 광손실이 2)의 경우보다 더 심하게 증가한다.

따라서, 링커(11, 21)를 이용한 광스위치 개발시 각 구성부품의 정밀도 및 이들간의 정밀한 정렬이 매우 중요함을 알 수 있으며, 본 발명과 같이 수평축상에 공통포트와 일반포트를 배치시켜 광축이 정확히 일치하는 경우에는 0.3 - 0.4dB정도의 광손실을 수반하기 때문에 큰 문제가 되지 않으나, 종래와 같이 수직축상에서 일반포트와 공통포트를 배치시켜 평행하게 어긋나는 경우에는 1dB 정도의 손실값을 갖게 되므로 신뢰성이 매우 떨어지게 된다.

한편, 본 발명은 모터 중심축 연장선상에 기준점 확인용 차단자(22)가 설치하고, 상기 회전자(20)의 차단자(22)를 이용하여 기준점을 확인할 수 있도록, 차단자(22)의 회전각도 범위안에 광차단용 홀을 갖는 포토 인터럽트(23)를 설치하는바, 이는 모터(30)의 회전 토크를 최소화 할 수 있어 정확한 기준점 확인이 가능토록 하고 있다.

즉, 종래의 차단자는 회전자의 맨 끝부분에 설치되어 있으므로, 모터의 과도한 회전토크를 요구할 뿐만 아니라 장시간 사용하게 되면 정확한 지점에 회전자가 멈추는 것이 불가능하게 만들어 장비의 신뢰성이 떨어질 뿐만 아니라, 장비의 수명을 짧게 만드는 원인으로 작용한다.

이에 반해 본 발명은 모터의 축 연장선상에 차단자(22)를 설치하기 때문에 모터(30)에 과도한 토크를 유발하지 않게 되어 항상 정확한 기준점을 파악할 수 있도록 함으로써 장비의 신뢰도를 높일 수 있음은 물론 제품의 수명을 연장시키는 잇점이 있다.이하에서 본 발명의 차단자(22)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.도 3을 보면 알 수 있듯이, 공통포트(21)는 회전자(20)의 맨 끝단에 위치하고, 차단자(22)는 모터(30)의 중심축으로부터 직접 연결되어 있으며, 상기 차단자(22)가 포토 인터럽트(23)를 통과하도록 포토 인터럽트(23)의 위치가 설정되어 있다.즉, 차단자(22)가 포토 인터럽트(23) 사이에 들어가는 순간에 포토 인터럽트(23)에서 이를 센싱하게 되고, 이를 기준으로 하여 회전자(20)가 일반포트(11)를 지나가는 것을 카운트 하게 되는 것이다.본 발명의 차단자(22) 동작을 살펴보면, 먼저 모터(30)를 구동하여 회전자(20)를 회전시키고, 이에 따라 상기 회전자(20)의 일측에 부착된 공통포트(21)가 회전하며, 이와 동시에 모터(30)의 축상에 위치한 차단자(22) 역시 회전하게 되어 있다.이때 회전자(20)가 회전하는 중간에 차단자(22)가 포토 인터럽트(23)에 위치하게 되면, 그 지점이 기준점이 되고, 이때부터 공통포트(21)가 일반포트(11)를 지날때마다 카운트하여 원하는 일반포트 지점에 정지하도록 제어한다.결국, 종래의 기술이나 본 발명의 기술 모두 포토 인터럽트(23)를 이용하여 차단자(22)의 위치를 센싱하고 이를 기준점으로 잡는다는 공통점이 있고, 차이점을 살펴보면 종래에는 회전자(20)의 끝단에 차단자(22)가 부착되어 있다는 것이고, 본 발명에서는 모터 축상에 차단자(22)가 연결되어 있다는 점이다.따라서, 종래기술의 차단자(22)는 모터(30)의 강한 토크가 필요하고, 본 발명의 차단자(22)는 모터(30)의 축상에 설치되어 모터(30)가 회전자(20)를 회전시킬때 동시에 회전하면서 포토 인터럽트(23)에서 센싱되며, 이를 근거로 회전자(20)에 설치된 공통포트(21)의 유동을 카운트하도록 되어 있어 모터(30)로부터 강한 토크가 필요하지 않게 된다.

한편, 종래에는 해당포트 지정시 모터를 작동시키되, 회전자를 곧바로 지정한 해당포트로 향하도록 제어하였다.

여기서 나타나는 문제는 빠른 속도로 해당포트를 향해 회전자를 유동시키기 때문에 정확한 포인트에서 벗어나게 되는 경우가 종종 발생하는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 해당포트 지정시 회전자(20)를 빠른속도로 이동하되, 해당포트보다 한칸 뒤의 포트에서 정지시킨 다음 느린 속도로 앞칸으로 움직여 해당포트에 정확히 멈추도록 하였다.

즉, 도 5a에 도시한 바와같이 먼저 반시계 방향으로 회전자를 유동시, 해당 포트 한칸 뒤로 회전자(20)를 유동시켜 도 5b와 같이 한칸 앞으로 움직여 해당포트를 찾아가게 하는 것이다.

따라서, 상기와 같이 회전자를 유동시키면 보다 정확한 위치를 찾아갈 수 있게 하는 잇점이 있다.

그리고, 본 발명의 동축홀더(40)는 모터(30)와 렌즈 배열판(10) 및 광섬유 고정자를 지지토록 연결된후 최종적으로 받침대에 결합되어 상기 부품들을 지지토록 하고 있는바, 제품 조립시 동축 홀더(40)를 받침대(70)에 결합시키고, 상기 동축홀더(40)의 일측에 모터(30)와 렌즈 배열판(10)을 위치시켜 동축홀더(40)와 결합하고, 타측에 광섬유 고정자(60)를 지지토록 하고 있다.

상기와 같이 구성하게 되면 동축홀더의 제작이 용이하여 제작단가를 낮출 수가 있는바, 이는 종래의 동축홀더가 내부에 공간부를 형성하고 상기 공간부에 모터가 삽입되기 때문에 정밀 공정이 필요한 것과 대비되는 것으로, 본 발명을 이용하게 되면 직육면체 형태의 동축홀더의 하우징에 모터를 결합시키면 되기 때문에 동축홀더의 제작이 매우 간편할 뿐만 아니라 결합작업도 매우 용이한 잇점이 있다.

상술한 바와같이 본 발명은 광섬유의 포트가 수평선상에서 위치하도록 하여 제작공정을 용이하게 하고 제작 단가를 낮추도록 하며, 기준점 인식 수단을 모터의 축 연장선상에 위치시켜 회전자의 유동을 정확히 제어할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 하부 받침대와;

   상기 받침대 상부에 고정되는 직육면체 형태의 동축홀더와;

   상기 동축홀더의 하우징에 수평방향으로 결합되며, 일측으로 샤프트가 소정길이만큼 돌출되어 나오고, 제어기에 의해 일정 회전각도 범위내에서 회전하는 모터와;

   상기 모터 샤프트를 내부 중심부에 수용할 수 있도록 소정크기의 구멍이 그 중심부에 형성되고, 모터 전면부의 고정수단에 의해 고정되며, 원주둘레를 따라 수평방향으로 다수개의 일반포트를 갖는 렌즈 배열판과;

   상기 렌즈 배열판 상부로 돌출되어 나온 모터 샤프트에 일측이 고정되어 모터의 회전에 상응하여 동작하고, 타측은 상기 렌즈 배열판상에 형성된 일반포트로 부터 수평선상으로 공통포트가 장착되며, 모터 중심축 연장선상에 기준점 확인용 차단자가 설치되는 회전자와;

   상기 받침대 상부에 고정되며, 회전자의 차단자를 이용하여 기준점을 확인할 수 있도록, 차단자의 회전각도 범위안에 광차단용 홀을 갖는 포토 인터럽트를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 미세 광학소자와 동축홀더를 이용한 비접촉식 광스위치.
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