KR100788271B1 - 복수 개의 광신호 검출부를 포함하는 광학 모듈 - Google Patents

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이화여자대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 광학 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 아날로그 방식으로 반사각을 제어할 수 있는 미러와, 상기 미러에 대하여 제1 위치에 배치되며, 상기 미러에 의해 전달되는 신호로부터 광신호를 검출하기 위한 제1 광신호 검출부와, 상기 미러에 대하여 상기 제1 위치와 다른 위치에 배치되며, 상기 미러에 의해 전달되는 신호로부터 광신호를 검출하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부와, 상기 제1 광신호 검출부에서 검출된 대상이 관찰 대상인지 여부를 결정하고, 검출된 상기 대상이 관찰 대상인 것으로 결정되면 검출된 상기 대상이 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부 중의 적어도 하나에서 상세하게 관찰될 수 있도록 상기 미러를 제어하는 제어부와, 상기 미러, 상기 제1 광신호 검출부, 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부 및 상기 제어부를 그 내부에 구비하고, 상기 미러에 대한 개구(aperture)를 더 구비하며, 상기 미러로부터 상기 제1 광신호 검출부 또는 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부로의 광 경로를 제공하는 보디(body)를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명의 광학 모듈에 따르면, 아날로그 방식으로 반사각을 제어할 수 있는 미러와, 서로 다른 위치에 배치되어 미러에 대해 서로 다른 초점 거리를 형성하는 복수 개의 광신호 검출부를 포함함으로써, 광시야각 관찰과 상세 관찰이 모두 가능하며 특히 고속으로 이동하는 대상을 효과적으로 추적할 수 있다.
광학 모듈, 복수개의 광신호 검출부, 미러, 아날로그, 반사각 제어, 제1 광신호 검출부, 초점 거리, 광시야각, 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부, 상세 관찰, 관찰 영역, 보디, 초미세 전기기계 시스템(MEMS; Micro-Electro-Mechanical Systems), 개구

Description

복수 개의 광신호 검출부를 포함하는 광학 모듈{AN OPTICAL MODULE INCLUDING A PLURALITY OF DETECTORS FOR AN OPTICAL SIGNAL}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 모듈의 구성을 나타내는 도면으로서, 광신호 검출부를 복수 개 포함하는 대신에 일반 반사 미러를 이용하여 하나의 광신호 검출부만을 가지고 여러 값의 초점거리에 결상하는 광학 모듈을 나타내는 도면.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : (본 발명의 일 실시예에 따른) 광학 모듈
110, 210 : 미러
115, 215 : 개구
120, 220 : 제1 광신호 검출부
122 : 제1 광신호 검출부에 대한 관찰 영역
125 : 제1 광신호 검출부에 대한 초점 거리
130, 140 : 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부
132, 142 : 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부에 대한 관찰 영역
135, 145 : 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부에 대한 초점 거리
150, 250 : 보디
200 : (본 발명의 다른 실시예에 따른) 광학 모듈
260a, 260b : 반사 미러
본 발명은 광학 모듈(optical module)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 아날로그 방식으로 반사각을 제어할 수 있는 미러와, 서로 다른 위치에 배치되어 미러에 대해 서로 다른 초점 거리를 형성하는 복수 개의 광신호 검출부를 포함함으로써, 광시야각 관찰과 상세 관찰이 모두 가능하며 특히 고속으로 이동하는 대상을 효과적으로 추적할 수 있는 광학 모듈에 관한 것이다.
최근, 10 km 이상의 성층권 이상, 즉 고층대기에서 일어나는 것으로 알려지고 있는 메가번개 또는 극한 방전 현상이 초미의 연구 대상이 되고 있다. 학술용어로는 TLE(Transient Luminous Events)라고 부른다. 이와 같은 고층대기의 초대형 방전 현상을 관찰하는 것은, TLE와 같은 현상들이 지구 및 우주와 관련된 많은 정보를 포함하고 있기 때문에, 대기에서의 전 지구적 전기 현상(global electrical phenomena)을 이해하고, 이들 현상을 기후, 오존의 상태, 나아가 전 지구적 전자기 모델의 확립 및 태양 활동과 관련시킬 수 있다는 점에서 매우 중요하다. TLE는 무작위로 하루에 수십 번에서 수만 번 일어나므로, 이를 판별하고 상세하게 관찰하는 것이 쉽지 않다. 우주에서 관측하는 것이 가장 효과적이며, 특히 광시야각으로 감시를 할 수 있고, 사건이 일어날 경우에는 사건을 확인하고 즉시 줌을 할 수 있는 광학계가 필요하다. 상황에 따라서 상기 광학계는 해당 사건을 추적할 수도 있어야 한다.
물론, 상기 광학계는, 지구상에서 일어나는 여러 현상, 즉 오로라, 운석의 낙하, 위성잔해의 낙하, 산불, 대형 폭발 등의 관찰에도 사용될 수 있을 것이며, 나아가 인공위성으로부터 지구상의 대상에 대한 관찰로 한정할 필요는 없이, 보안 감시용 카메라 등에 직접 응용할 수도 있을 것이다.
한편, 초미세 전기기계 시스템(Micro-Electro-Mechanical Systems; MEMS)이라고 하여, 센서 밸브, 기어, 반사경 및 반도체 칩 작동기 등의 작은 기계 장치와 컴퓨터를 조합시킨 기술이 요즘 새롭게 각광받고 있다. MEMS는‘스마트 메터(smart meter)'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 광신호를 낼 수 있는 광 스위칭 장치, 센서 조작 냉온 장치, 대기 압력에 반응하는 물질의 유연성을 변화시키는 빌딩 내 센서 등 여러 용도로 쓰이고 있다.
특히, 광 MEMS(optical MEMS) 기술로 제작되는 마이크로미러(micro-mirror) 또는 이들의 어레이를, 앞서 설명한 광학계, 즉 광시야감시-고속줌-고속추적의 기 능을 동시에 갖는 광학계의 제작에 적용해 볼 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위해 제안된 것으로서, 아날로그 방식으로 반사각을 제어할 수 있는 미러와, 서로 다른 위치에 배치되어 미러에 대해 서로 다른 초점 거리를 형성하는 복수 개의 광신호 검출부를 포함함으로써, 광시야각 관찰과 상세 관찰이 모두 가능하며 특히 고속으로 이동하는 대상을 효과적으로 추적할 수 있는 광학 모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 광학 모듈은,
(1) 아날로그 방식으로 반사각을 제어할 수 있는 미러;
(2) 상기 미러에 대하여 제1 위치에 배치되며, 상기 미러에 의해 전달되는 신호로부터 광신호를 검출하기 위한 제1 광신호 검출부;
(3) 상기 미러에 대하여 상기 제1 위치와 다른 위치에 배치되며, 상기 미러에 의해 전달되는 신호로부터 광신호를 검출하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부;
(4) 상기 제1 광신호 검출부에서 검출된 대상이 관찰 대상인지 여부를 결정하고, 검출된 상기 대상이 관찰 대상인 것으로 결정되면 검출된 상기 대상이 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부 중의 적어도 하나에서 상세하게 관찰될 수 있도록 상기 미러를 제어하는 제어부; 및
(5) 상기 미러, 상기 제1 광신호 검출부, 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신 호 검출부 및 상기 제어부를 그 내부에 구비하고, 상기 미러에 대한 개구(aperture)를 더 구비하며, 상기 미러로부터 상기 제1 광신호 검출부 또는 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부로의 광 경로를 제공하는 보디(body)를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
상기 제1 광신호 검출부가 배치되는 상기 제1 위치는, 검출되는 상기 대상이 광시야각(wide Field Of View; wide FOV)으로 관찰될 수 있도록 하는 위치이며, 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부가 배치되는 위치는, 검출되는 상기 대상이 상세하게 관찰될 수 있도록 하는 위치인 것이 바람직하다.
또한, 상기 미러는 초미세 전기기계 시스템(Micro-Electro-Mechanical Systems; MEMS) 기술로 제작되는 아날로그 타입의 마이크로미러 또는 이들의 어레이로서, 고속 회전(tilting)이 가능하고, 큰 회전각을 갖는 것이 바람직하다.
또한 바람직하게는, 상기 미러는, 광의 집속을 크게 하기 위하여 마이크로미러 어레이의 전체 모양을 구면 또는 포물면의 프레넬(Fresnel) 미러 형태로 할 수 있고, 상기 제어부는, 마이크로미러 어레이를 구성하는 각각의 마이크로미러를 제어함으로써, 마이크로미러 어레이 전체의 모양을 제어할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부를 포함하는 대신에, 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러를 더 포함하고, 상기 보디는, 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부 대신에 상기 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러를 그 내부에 구비하고, 상기 미러로부터 상기 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러를 경유하여 상기 제1 광신호 검출부로의 광 경로를 제공 하며, 상기 제어부는, 상기 미러로부터 상기 제1 광신호 검출부로의 직접 광 경로가 가능하도록 할뿐만 아니라, 상기 미러로부터 상기 제1 광신호 검출부로의 광 경로가 상기 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러를 경유할 수 있도록 상기 미러를 제어할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈(100)은, 아날로그 방식으로 반사각을 제어할 수 있는 미러(110), 미러(110)에 대하여 가까운 곳에 배치되며, 미러(110)에 의해 전달되는 신호로부터 광신호를 검출하여 광시야각으로 대상을 관찰하기 위한 제1 광신호 검출부(120), 미러(110)에 대하여 먼 곳에 배치되며, 미러(110)에 의해 전달되는 신호로부터 광신호를 검출하여 더욱 상세하게 대상을 관찰하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140), 미러(110), 제1 광신호 검출부(120), 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140)를 그 내부에 구비하고, 미러에 대한 개구(aperture)(115)를 더 구비하며, 미러(110)로부터 제1 광신호 검출부(120) 또는 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140)로의 광 경로를 제공하는 보디(body)(150)를 포함한다. 또한, 도 1에 명확하게 도시되지는 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 모듈(100)은, 제1 광신호 검출부(120)에서 검출된 대상이 관찰 대상인지 여부를 결정하고, 검출된 대상이 관찰 대상인 것으로 결정되면 검출된 대상이 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출 부(130, 140) 중의 적어도 하나에서 상세하게 관찰될 수 있도록 미러(110)를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
미러(110)는 관찰하고자 하는 대상의 신호를 제어부에 의해 제어되는 반사각으로 제1 광신호 검출부(120) 또는 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140)로 전달하는 역할을 한다. 미러(110)는 반사각을 아날로그 방식으로 바꾸는 것에 의해 대상에 대한 이미지의 광 경로를 제1 광신호 검출부(120) 또는 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140)로 임의로 바꿀 수 있게 된다. 미러(110)는, 검출된 대상이 고속으로 이동하는 경우에도 효과적으로 추적하면서 관찰할 수 있도록, 아날로그 방식으로 반사각을 제어할 수 있으며, 특히 고속 회전(tilting)이 가능하고, 큰 회전각을 갖는 마이크로미러 또는 어레이가 바람직하다.
미러(110)의 형태로서는, 핀-홀(pin-hole) 카메라와 원리가 같은 작은 평면 미러(plane mirror) 형태로 구성할 수도 있지만, 마이크로미러 어레이의 전체 모양을 구면 또는 포물면의 프레넬 미러 형태로 구성하여 광의 집속을 크게 할 수도 있다. 마이크로미러 어레이로 하여 광의 집속을 크게 한 경우에는, 각각의 광신호 검출기(120, 130, 140)에서의 결상을 위하여 초점거리를 변환시킬 수 있게 각 마이크로미러들을 제어할 수 있어야 한다.
제1 광신호 검출부(120)는 미러(110)로부터 입사되는 신호로부터 광신호를 검출하는 역할을 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 광신호 검출부(120)는 미러(110)로부터 가까운 곳에 위치하므로 짧은 초점 거리(125)를 형성하게 되고, 그 결과 광시야각으로 대상을 관찰하기에 적합하게 된다. 도 1을 참조하면, 제1 광신호 검출부(120)에 의해 관찰될 수 있는 관찰 영역이 참조번호 122로서 표시되고 있다.
적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140) 역시 미러(110)로부터 입사되는 신호로부터 광신호를 검출하는 역할을 한다. 다만, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140)는 미러(110)로부터 보다 먼 곳에 위치하므로 보다 긴 초점 거리(135, 145)를 형성하게 되고, 그 결과 대상을 더욱 상세하게 관찰하는데 적합하게 된다. 도 1을 참조하면, 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140)에 의해 관찰될 수 있는 관찰 영역이 참조번호 132 및 142로서 표시되고 있다.
제1 광신호 검출부(120) 및 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140)에 의해 검출 가능한 광신호의 영역은 제한될 필요가 없다.
보디(150)는 미러(110), 제1 광신호 검출부(120), 및 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140)를 그 내부에 구비하며, 미러(110)로부터 제1 광신호 검출부(120) 및 적어도 하나 이상의 제2 광신호 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(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
제어부는 제1 광신호 검출부(120)에서 검출된 대상이 관찰 대상인지 여부를 결정하고, 검출된 대상이 관찰 대상인 것으로 결정되면 검출된 대상이 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부(130, 140) 중의 적어도 하나에서 상세하게 관찰될 수 있 도록 미러(110)를 제어하는 역할을 한다. 물론, 제어부는 시스템 전체를 제어하는 역할도 할 수 있으며, 따라서 시스템 전체에 대한 제어부와 광학 모듈에 대한 제어부가 별도로 존재할 수 있다.
도 1에 도시되지는 않지만, 본 발명에 따른 광학 모듈(100)은 데이터 저장부, 인터페이스부, 전원공급부 등과 함께 사용될 수 있다. 데이터 저장부는 검출된 광신호를 저장하기 위한 부분으로서, 플래시 메모리 또는 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.
한편, 실시예에 따라서는, 광신호 검출부를 복수 개 포함하는 대신에 일반 반사 미러를 이용하여 하나의 광신호 검출부만을 가지고 여러 값의 초점거리에 결상하는 것이 가능할 수 있다. 도 2는 이와 같은 실시예를 나타내는 도면으로서, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 광신호 검출부를 복수 개 포함하는 대신에 일반 반사 미러를 이용하여 하나의 광신호 검출부만을 가지고 여러 값의 초점거리에 결상하는 광학 모듈을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 모듈(200)의 구성은, 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부 대신에 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러(260a, 260b)를 포함하고 있다는 점을 제외하고는, 도 1에 도시된 광학 모듈(100)의 구성과 기본적으로 동일하다. 도 1에 도시된 광학 모듈(100)의 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 다만, 도 2에 도시된 광학 모듈(200)의 보디(250)는 적어도 하 나 이상의 제2 광신호 검출부 대신에 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러(260a, 260b)를 그 내부에 구비하고, 미러(210)로부터 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러(260a, 260b)를 경유하여 제1 광신호 검출부(220)로의 광 경로를 제공한다는 점에서, 도 1에 도시된 광학 모듈(100)의 보디(150)와 차이가 있으며, 도 2에 도시된 광학 모듈(200)의 제어부는, 미러(210)로부터 제1 광신호 검출부(220)로의 직접 광 경로가 가능하도록 할 뿐만 아니라, 미러(210)로부터 제1 광신호 검출부(220)로의 광 경로가 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러(260a, 260b)를 경유할 수 있도록 미러(210)를 제어할 수 있다는 점에서, 도 1에 도시된 광학 모듈(100)의 제어부와 차이가 있다. 이와 같은 구성을 채택함으로써, 하나의 검출기만으로 여러 값의 초점거리로 결상시킬 수 있으므로, 보디(150)의 크기, 즉 광학 모듈의 전체 크기를 대폭 줄일 수 있다. 이와 같은 점은, 도 1에 도시된 광학 모듈(100)의 보디(150)와 도 2에 도시된 광학 모듈(200)의 보디(250)의 크기를 비교해 보면 쉽게 확인할 수 있다.
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.
본 발명의 광학 모듈에 따르면, 아날로그 방식으로 반사각을 제어할 수 있는 미러와, 서로 다른 위치에 배치되어 미러에 대해 서로 다른 초점 거리를 형성하는 복수 개의 광신호 검출부를 포함함으로써, 광시야각 관찰과 상세 관찰이 모두 가능 하며 특히 고속으로 이동하는 대상을 효과적으로 추적할 수 있다.

Claims (5)

  1. 아날로그 방식으로 반사각을 제어할 수 있는 미러;
    상기 미러에 대하여 제1 위치에 배치되며, 상기 미러에 의해 전달되는 신호로부터 광신호를 검출하기 위한 제1 광신호 검출부;
    상기 미러에 대하여 상기 제1 위치와 다른 위치에 배치되며, 상기 미러에 의해 전달되는 신호로부터 광신호를 검출하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부;
    상기 제1 광신호 검출부에서 검출된 대상이 관찰 대상인지 여부를 결정하고, 검출된 상기 대상이 관찰 대상인 것으로 결정되면 검출된 상기 대상이 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부 중의 적어도 하나에서 상세하게 관찰될 수 있도록 상기 미러를 제어하는 제어부; 및
    상기 미러, 상기 제1 광신호 검출부, 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부 및 상기 제어부를 그 내부에 구비하고, 상기 미러에 대한 개구(aperture)를 더 구비하며, 상기 미러로부터 상기 제1 광신호 검출부 또는 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부로의 광 경로를 제공하는 보디(body)
    를 포함하는 광학 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광신호 검출부가 배치되는 상기 제1 위치는, 검출되는 상기 대상이 광시야각(wide Field Of View; wide FOV)으로 관찰될 수 있도록 하는 위치이며, 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부가 배치되는 위치는, 검출되는 상기 대상이 상세하게 관찰될 수 있도록 하는 위치인 광학 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 미러는 초미세 전기기계 시스템(Micro-Electro-Mechanical Systems; MEMS) 기술로 제작되는 아날로그 타입의 마이크로미러 또는 이들의 어레이로서, 고속 회전(tilting)이 가능하고, 큰 회전각을 갖는 미러인 광학 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미러는, 광의 집속을 크게 하기 위하여 마이크로미러 어레이의 전체 모양을 구면 또는 포물면의 프레넬(Fresnel) 미러 형태로 할 수 있고,
    상기 제어부는, 마이크로미러 어레이를 구성하는 각각의 마이크로미러를 제어함으로써, 마이크로미러 어레이 전체의 모양을 제어할 수 있는 광학 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부를 포함하는 대신에, 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러를 더 포함하고,
    상기 보디는, 상기 적어도 하나 이상의 제2 광신호 검출부 대신에 상기 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러를 그 내부에 구비하고, 상기 미러로부터 상 기 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러를 경유하여 상기 제1 광신호 검출부로의 광 경로를 제공하며,
    상기 제어부는, 상기 미러로부터 상기 제1 광신호 검출부로의 직접 광 경로가 가능하도록 할뿐만 아니라, 상기 미러로부터 상기 제1 광신호 검출부로의 광 경로가 상기 적어도 한 쌍 이상의 짝수 개의 반사 미러를 경유할 수 있도록 상기 미러를 제어하는 광학 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR960018630A (ko) * 1994-11-15 1996-06-17 양승택 집광격자 접속기 어레이를 이용한 백-보드 광신호 연결모듈
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