KR100582178B1

KR100582178B1 - 광 정렬 장치

Info

Publication number: KR100582178B1
Application number: KR1020040057363A
Authority: KR
Inventors: 장홍술; 이승훈; 정대준; 조영민; 우선희; 이덕규; 이응식
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2006-05-23
Also published as: KR20060007894A

Abstract

본 발명은 광 정렬 장치에 관한 것으로, 특히 반사 망원경 광학계의 광 정렬에 있어서, 상하, 좌우, 전후 방향의 3개의 선형 이동을 조절할 수 있는 조절 장치를 구성하고, 이에 상하 축 회전과 좌우 축 회전을 가능토록 하는 기구물을 일체로 구성하되 상하 축회전과 좌우 축회전시 반사경의 곡면중심이 움직이지 않도록 하여 5가지 자유도를 독립적으로 조절할 수 있도록 함으로써 손쉬운 광 정렬을 행하도록 하는 광 정렬 장치를 제공한다.

반사 망원경, 광 정렬, 회전, 선형, 5 자유도

Description

광 정렬 장치{A ALIGNMENT APPARATUS FOR OPTICAL SYSTEM}

도 1 은 일반적인 반사 망원경 광학계의 광 정렬 개념을 설명하기 위한 도.

도 2 는 부반사경의 정렬 자유도를 설명하기 위한 도.

도 3 은 본 발명에 의한 광 정렬 장치의 구조를 보인 도.

도 4 는 승하강부의 단면 구조를 보인 도.

도 5 는 좌우 이송부 및 전후 이송부의 단면 구조를 보인 도.

도 6 은 X축 회전체의 상세 구조를 보인 도.

도 7 은 Y축 회전체의 동작을 설명하기 위한 도.

도 8 은 X축 회전체의 동작을 설명하기 위한 도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 주반사경 2 : 부반사경

3 : 평면경 4 : 간섭계

5 : 정렬용 광선의 경로 6 : 광축

7 : 좌표계의 중심 8 : X축 회전체

9 : 지지 프레임 10 : Y축 회전체

11 : 전후 이송부 12 : 좌우 이송부

13 : 승하강부 14 : 이송 플레이트

15 : 가이드

본 발명은 광 정렬 장치에 관한 것으로, 특히 반사 망원경 광학계의 광 정렬을 위하여 5개 방향의 자유도를 갖도록 함으로써 손쉬운 광 정렬이 이루어지도록 한 망원경 광학계의 광 정렬 장치에 관한 것이다.

도 1 은 일반적인 망원경 반사 광학계의 광 정렬 개념을 나타낸 도로서, 두개의 반사경으로 구성되는 반사식 망원경의 경우 무겁고 부피가 큰 주반사경(1)을 고정시킨 다음 상기 주반사경(1)보다 상대적으로 가볍고 부피가 작은 부반사경(2)으로 위치와 자세를 조정하면서 전체 광학계를 정렬하게 된다.

간섭계(4)는 광 정렬의 정도를 측정하기 위한 장치인데 간섭계(4)의 보조렌즈를 통해 나온 빛이 정렬대상 광학계로 입사한다.

평면경(3)은 간섭계(4)에서 나와 광학계를 거친 빛이 다시 되돌아가 간섭계(4)로 들어갈 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.

부반사경(2)은 이론적으로 3가지의 선형 이동과 3가지의 축 중심 회전이 가능하여 총 6개의 제어가능한 자유도를 가지게 되나, 실질적으로 광축(6)을 중심으로 한 회전은 부반사경(2)이 광축대비 대칭인 구조를 가지므로 광학계의 정렬에 영향을 미치지 않으므로 총 5개의 자유도를 갖는다.

즉, 도 2 에 도시한 바와 같이 Dx, Dy, Dz의 세가지 선형 이동과, θx, θy 의 두가지 축 중심의 회전이 정렬시 조정 가능한 변수이다.

따라서, 상기의 다섯 가지(Dx, Dy, Dz, θx, θy)의 조정 가능한 자유도를 각각 제어할 수 있어야 광 정렬이 쉽게 이루어질 수 있는데, 부반사경(2)의 특성상 축을 중심으로 한 회전 이동시에는 부반사경(2) 면의 중심이 회전의 중심이 되어야 선형 이동과 회전 이동의 독립성이 보장된다.

그렇지 않을 경우 회전 이동과 선형 이동의 독립성이 유지되지 못하여 광 정렬이 어렵게 된다.

즉, 선형 이동으로 위치 정렬을 한 다음 다시 회전 이동을 할 경우 선형 이동에 의하여 정렬되어 있던 위치가 흐트러져 5개의 자유도를 동시에 조절하면서 정렬을 행하여야 하는 어려움이 따른다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점 및 결함을 해소하기 위한 것으로, 본 발명은 상하, 좌우, 전후 방향의 3개의 선형 이동을 조절할 수 있는 조절 장치를 구성하고, 이에 상하 축 회전과 좌우 축 회전을 가능토록 하는 기구물을 일체로 구성하되 상하 축 회전(X축 회전) 장치의 회전 중심은 정렬하고자 하는 반사경의 곡면 중심과 일치시키도록 하며, 좌우 회전(Y축 회전) 장치의 회전 중심은 정렬하고자 하는 반사경의 곡면 중심과 동일 선상에 있도록 하여 각각 독립적으로 5가지 자유도를 조절할 수 있도록 함으로써 손쉬운 광 정렬을 행하도록 하는 광 정렬 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 광 정렬 장치는, 곡면을 가지는 반사경의 광 정렬 장치에 있어서, 상하 방향으로 선형 이동하는 승하강부의 상부에 좌우 방향 및 전후 방향으로 이동하는 선형 이동체가 구비되고, 상기 선형 이동체의 상부에는 Y축 방향으로의 회전을 행하는 Y축 회전체가 입설되며, 상기 회전체의 상부에는 지지 프레임이 결합되어 상기 회전체에 의하여 회전 가능토록 구성되며, 상기 지지 프레임의 X축 방향으로 회전을 행하는 X축 회전체가 구비됨과 아울러, X축 회전체에는 부반사경이 지지 구조물에 의하여 지지되어 장착된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명 광 정렬 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3 은 본 발명에 의한 광 정렬 장치를 나타낸 도로서, 이송 플레이트(14)의 상부에 상하 방향으로 승하강하는 구조를 갖는 승하강부(13)가 구비되며, 상기 이송 플레이트(14)는 그 양측에 설치된 가이드(15)를 통해 전후 방향으로 이동함으로써 주반사경(1)과의 거리를 넓은 범위에서 맞추게 된다.

상기 승하강부(13)는 그 상부에 위치한 구조물들을 Y축 방향으로 미세하게 선형 이동시킴으로써 궁극적으로 부반사경(2)의 Y방향의 움직임(Dy)을 조절하여 광축(6)을 정렬시킬 수 있다.

이러한 승하강부(13)는 도 4 에 도시한 바와 같이, 측벽이 형성된 하부 구조물(13-1)의 내부에 상부 경사면을 갖는 수평 이동체(13-6)가 구비되고, 상기 수평 이동체(13-6)의 수평 왕복 운동을 위하여 상기 하부 구조물(13-1)의 측벽에 형성된 통공(13-2)에 나사산이 형성된 이송바(13-5)가 삽입된다.

상기 이송바(13-5)는 걸림턱(13-4)에 의하여 전후로 이동하지 못하게 구속되고, 이송바(13-5)의 나사산 부분은 수평 이동체(13-6)에 형성된 나사홈(13-7)에 삽입되어 나사 결합된다.

상기 이송바(13-5)의 타측 단부에는 노브(13-3)가 형성되어 있어, 사용자가 이를 회전시키게 되면 이송바(13-5)가 회전하게 되고, 그 회전에 의하여 이송바(13-5)에 나사 결합된 수평 이동체(13-6)가 전후 방향으로 이동하게 되는 것이다.

이때, 수평 이동체(13-6)의 경사면 상부에는 하부에 경사면을 갖는 수직 이동체(13-8)가 거치되어 있으며, 상기 수평 이동체(13-6)의 상부 경사면이 수직 이동체(13-8)의 하부 경사면을 따라 이동하게 되면 상기 수직 이동체(13-8)는 그에 따라 하부 구조물(13-1)의 측벽에 지지되어 승강 및 하강을 행하게 된다.

상기 승하강부(13)의 상부에는 좌우 이송부(12)가 구비되는데, 좌우 방향 즉 X축 방향으로 상부에 위치한 구조물들을 미세하게 선형 이동시킴으로써 부반사경(2)의 X방향의 움직임(Dx)을 조절하여 광축(6)을 정렬시키도록 한다.

이러한 좌우 이송부(12)는 도 5 에 도시한 바와 같이, 측벽이 형성된 하부 구조물(12-1)의 내부 저면에 좌우 방향으로 가이드(12-6)가 설치되어 있고, 상기 가이드(12-6)상에는 그 가이드(12-6)를 따라 좌우로 이동하는 좌우 이동체(12-8)가 구비된다.

상기 좌우 이동체(12-8)의 수평 좌우 운동을 위하여 상기 하부 구조물(12-1)의 측벽에 형성된 통공(12-2)에 나사산이 형성된 이송바(12-5)가 삽입된다.

이송바(12-5)는 걸림턱(12-4)에 의하여 전후로 이동하지 못하게 구속되고, 이송바(12-5)의 나사산 부분은 좌우 이동체(12-8)에 형성된 나사홈(12-7)에 삽입되어 나사 결합된다.

이송바(12-5)의 타측 단부에는 노브(12-3)가 형성되어 있어, 사용자가 이를 회전시키게 되면 이송바(12-5)가 회전하게 되고, 그 회전에 의하여 이송바(12-5)에 나사 결합된 좌우 이동체(12-8)가 전후 방향으로 이동하게 되는 것이다.

상기 좌우 이송부(12)의 상부에는 전후 이송부(11)가 구비되는데, 전후 방향 즉 Z축 방향으로 상부에 위치한 구조물들을 미세하게 선형 이동시킴으로써 부반사경(2)의 Z방향 움직임(Dz)을 조절하여 광축(6)을 정렬시키도록 한다.

이러한 전후 이송부(11)는 상기 좌우 이송부(12)와 그 구조가 동일하며, 다만 좌우 이송부(12)에 대해 전후 이송부(11)의 위치가 90도로 각도 변환되어 설치되도록 한다.

즉, 방향이 서로 직교되는 위치로 설치되는 것이다.

상기의 승하강부(13), 좌우 이송부(12), 전후 이송부(11)는 각각 순차 적층되어 각 방향으로의 이송을 담당하게 되지만, 그 적층되는 순서는 얼마든지 달리할 수 있을 것이다.

예를 들면, 필요에 따라 전후 이송부(11), 좌우 이송부(12), 승하강부(13)의 순서로 순차 적층될 수 있는 것이다.

상기 전후 이송부(11)의 상부에는 Y축 회전자(10)가 입설되어 Y축을 축 중심으로 한 회전을 담당하게 된다.

이때, 도 7 에 도시한 바와 같이 좌표계의 중심(7)이 Y축 회전의 중심점에 위치한 상태에서 Y축 회전자(10)가 θy방향으로 회전할 때 회전축은 부반사경(2)의 정점인 좌표계의 중심(7)과 동일선에 있도록 설계함이 바람직하다.

만일, 회전의 중심축이 부반사경(2)의 정점에 있지 않는 경우 회전 시에 부반사경(2)의 정점이 이동하게 되므로 정렬이 흐트러지게 되는 것이다.

상기 Y축 회전자(10)의 상부에는 90도 절곡된 지지 프레임(9)이 결합되며, Y축 회전자(10)의 회전에 따라 지지 프레임(9)이 회전하게 된다.

이때, 상기 지지 프레임(9)의 상측부에는 X축을 축 중심으로 한 회전을 위한 X축 회전체(8)가 구비된다.

상기 X축 회전체(8)는 도 6 에 도시한 바와 같이 부반사경(2)이 이를 지지하는 지지부(2-1)에 의하여 접속부(8-1)에 체결되고, 그 접속부(8-1)는 X축을 축 중심으로 하여 상하 방향으로 틸팅을 행하는 X축 회전자(8-3)에 체결되도록 구성된다.

상기 X축 회전자(8-3)의 하부에는 회전 조절자(8-2)가 구비되어 있어, 사용자가 그 회전 조절자(8-2)를 전후 방향으로 조절하는 경우 부반사경(2)의 틸팅이 이루어지는 것이다.

도 8 은 X축 회전자(8-3)가 X축을 중심으로 회전하는 경우 회전 중심과 부반사경(2)과의 관계를 나타낸 도로서, 좌표계의 중심(7)이 X축 회전(θx)의 중심점에 위치하도록 함이 바람직하다.

즉, X축 회전자(8-3)의 회전 반경(R)은 중심이 부반사경(2)의 정점인 좌표계 의 중심(7)에 있도록 설계됨이 바람직하며, 회전의 중심이 부반사경(2)의 정점에 있지 않으면 회전시 부반사경(2)의 정점이 이동하게 되므로 정렬이 흐트러지게 된다.

결국, Y축과 X축을 중심으로 θy, θx 방향으로 회전할 때 부반사체(2)의 정점 즉 곡면 중심에 그 좌표계의 중심(7)이 위치하도록 함으로써 정렬 상태를 유지하도록 하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 광 정렬 장치는, Dx, Dy, Dz의 세가지 선형 이동과, θx, θy의 두가지 회전 이동을 통하여 광 정렬을 독립적으로 행할 수 있도록 한다.

또한, 선형 이동 후에 회전 이동을 통하여 광을 정렬하는 경우에도 선형 이동에 의한 광 정렬에 영향을 미치지 않으므로 손쉬운 광 정렬이 이루어지는 효과가 있다.

Claims

곡면을 가지는 반사경의 광 정렬 장치에 있어서,

상하 방향으로 선형 이동하는 승하강부의 상부에 좌우 방향 및 전후 방향으로 이동하는 선형 이동부가 구비되고,

상기 선형 이동부의 상부에는 Y축 방향으로의 회전을 행하는 Y축 회전체가 입설되며,

상기 회전체의 상부에는 지지 프레임이 결합되어 상기 회전체에 의하여 회전 가능토록 구성되며,

상기 지지 프레임의 X축 방향으로 회전을 행하는 X축 회전체가 구비됨과 아울러, X축 회전체에는 부반사경이 지지 구조물에 의하여 지지되어 장착된 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
제 1 항에 있어서,

전후 방향 또는 좌우 방향으로 설치된 가이드; 및

상기 가이드 상에 이송 가능토록 설치되며, 그 상부에 상기 승하강부가 탑재되는 이송 플레이트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
제 1 항에 있어서, 승하강부는

하부 구조물상에 상부 경사면을 갖는 수평 이동체가 구비되고, 나사산이 형 성된 이송바가 상기 하부 구조물에 지지되어 설치되어 그 이송바의 회전에 따라 상기 수평 이동체가 수평 방향으로 선형 이동토록 하고, 상기 수평 이동체의 경사면 상부에는 하부에 경사면을 갖는 수직 이동체가 거치되어 상기 수평 이동체의 수평 이동에 따라 상기 수직 이동체가 상하 방향으로 선형 이동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
제 1 항에 있어서, 좌우 방향 선형 이동부는,

하부 구조물상에 좌우 방향으로 이동 가능토록 좌우 이동체가 구비되고, 나사산이 형성된 이송바가 상기 하부 구조물에 지지되어 설치되어 그 이송바의 회전에 따라 상기 좌우 이동체가 수평 방향으로 선형 이동토록 구성된 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
제 1 항에 있어서, 전후 방향 선형 이동부는,

상기 좌우 방향 선형 이동부의 상부에 직교 방향으로 하부 구조물이 설치되며, 그 하부 구조물상에 전후 방향으로 이동 가능토록 전후 이동체가 구비되고, 나사산이 형성된 이송바가 상기 하부 구조물에 지지되어 설치되어 그 이송바의 회전에 따라 상기 전후 이동체가 수평 방향으로 선형 이동토록 구성된 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 X축 회전체는

부반사경이 이를 지지하는 지지부에 의하여 접속부에 체결되고, 그 접속부는 X축을 축 중심으로 하여 상하 방향으로 틸팅을 행하는 X축 회전자에 체결되는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 Y축 회전체의 회전 중심은 부반사경의 정점에 일치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 X축 회전체의 회전 중심은 부반사경의 정점에 일치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.