KR101124607B1

KR101124607B1 - Beam width measurement method and system using optical grating panel

Info

Publication number: KR101124607B1
Application number: KR1020090052935A
Authority: KR
Inventors: 김천곤; 이연관
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2012-03-28
Also published as: KR20100134351A

Abstract

이 발명은 레이저 등의 빔의 폭을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 이 발명의 장치는, 반사물질로 구성되어 반사영역을 형성하는 반사면과, 투과물질로 구성되어 투과영역을 형성하는 투과면이 주기적으로 배열되어 격자 형태로 구성되는 격자판과; 격자판을 직립 상태로 세워 지지한 상태에서 반사면과 투과면의 주기적 배열방향으로 격자판을 직선 이동시키는 직선 이동수단과; 격자판의 표면과 수직한 방향으로 광섬유의 단부를 위치시킨 상태에서 직선 이동수단에 의해 직선 이동하는 격자판의 표면에 광섬유를 통해 수직한 광을 조사하는 광조사부와; 격자판에서 반사되는 반사광을 수신하여 검출하는 광검출부; 및 광검출부에서 검출한 일정 시간마다의 반사광의 출력신호와, 직선 이동수단에 의한 격자판의 직선이동 속도를 이용해 연산하고 그래프화하여 광빔의 폭을 측정하는 제어수단으로 구성된다. 이 발명은 반사면과 투과면이 주기적으로 형성된 격자판에 광섬유의 가이드를 이용해 광을 조사한 후 반사되는 광량을 수신하고 이를 이용하므로, 간단하면서도 저렴한 방법으로 빔의 폭을 측정할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring the width of a beam such as a laser, the apparatus of the present invention is a transmission surface consisting of a reflective material and a transmissive material to form a transmissive area A lattice board having faces arranged periodically and having a lattice shape; Linear movement means for linearly moving the grid in a periodic arrangement direction of the reflective surface and the transmissive surface while standing and supporting the grid in an upright state; A light irradiation part for irradiating light vertically through the optical fiber to the surface of the grating plate which is linearly moved by the linear moving means in a state where the end of the optical fiber is positioned in a direction perpendicular to the surface of the grating plate; A photo detector for receiving and detecting the reflected light reflected from the grating; And control means for calculating and graphing the output signal of the reflected light for each predetermined time detected by the photodetector and the linear movement speed of the grating plate by the linear movement means to measure the width of the light beam. The present invention has the advantage of measuring the width of the beam in a simple and inexpensive manner since it receives and uses the amount of reflected light after irradiating the light with the guide of the optical fiber to the grating plate periodically formed with the reflection surface and the transmission surface.

광섬유, 격자판, 반사면, 투과면, 빔 Optical fiber, grating, reflecting surface, transmission surface, beam

Description

Beam width measurement method and system using optical grating panel

이 발명은 레이저 등의 빔의 폭을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 반사면과 투과면이 주기적으로 형성된 격자판에 광섬유의 가이드를 이용하거나 가이드 없이 직접 광을 조사한 후 반사 또는 투과되는 광량을 광섬유로 수광하고 이를 이용하여 빔의 폭을 측정하는 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and a method for measuring the width of a beam such as a laser, and more particularly, to reflect or transmit after a direct irradiation of light using a guide of an optical fiber or without a guide on a grating plate periodically formed with a reflective surface and a transmission surface The present invention relates to a beam width measuring apparatus and a method using a grating plate for receiving a quantity of light into an optical fiber and measuring the width of the beam using the optical fiber.

군사 무기 관련 분야나 레이더 등의 응용 분야에서는 빔이 비추는 면적이나 범위 등을 알아야 하는데, 이를 위해서는 빔의 폭(beam width)(크기)이나 강도를 알아야 한다. 광섬유는 레이저 같은 장비에 빔을 전송해주는 역할로 많이 사용되고 있으며, 빛을 집적시키거나 평행하게 만들어 주기 위해 혹은 센서나 광의 연결고리 역할로 활용하기 위해 끝단에 렌즈가 부착된 형태를 갖기도 한다. 광을 얼마나 초점화하고 집적시켰는지를 파악하기 위해서는 빔의 폭(beam width)(크기)을 알 아야 한다. 따라서, 광섬유 기반의 빔뿐만 아니라 일반적인 빔의 폭을 아는 것은 매우 중요하다.In the field of military weapons and other applications such as radar, it is necessary to know the area and range of the beam shining. For this purpose, it is necessary to know the beam width (size) and the intensity of the beam. Optical fiber is widely used to transmit beams to equipment such as lasers, and has a lens attached to the end to integrate or parallel light, or to serve as a link between a sensor and light. To know how focused and focused the light is, you need to know the beam width (size). Therefore, it is very important to know the width of the general beam as well as the fiber based beam.

현재 빔의 폭을 측정하기 위한 기술로는 크게 나이프-에지(knife-edge) 방법과 CCD(charge-coupled device) 카메라 방법으로 나눌 수 있다. Currently, techniques for measuring the width of a beam can be broadly divided into a knife-edge method and a charge-coupled device camera.

knife-edge 방법은 knife-edge 형상에 따라 다르지만 해상도가 경우에 따라 1㎛ 이내로 매우 뛰어난 것으로 알려져 있다. 그러나, knife-edge 방법은 펄스 레이저(pulsed laser)의 경우 측정이 어렵고, 한 번의 측정으로 2차원의 빔 프로파일을 얻지 못하는 단점이 있다.The knife-edge method depends on the knife-edge geometry, but the resolution is known to be very good within 1 µm. However, the knife-edge method is difficult to measure in the case of a pulsed laser (pulsed laser), there is a disadvantage that does not obtain a two-dimensional beam profile in a single measurement.

CCD 카메라를 이용하는 방법은 실리콘을 사용한 CCD 카메라가 출시되어 가격이 다운되었을 뿐만 아니라 쉽게 측정할 수 있어 가장 많이 이용되고 있다. 이 방법은 강도가 약한 빔도 측정이 가능하다는 장점이 있는 반면에, 강도가 강한 빔에 대해서는 빔에서 나오는 광량을 조절해주는 광량 조절기(attenuator)를 사용해 CCD 카메라로 입사하는 빛의 광량을 조절해 주어야 하는 단점이 있다. 또한, 이 방법은 해상도가 CCD의 픽셀(pixel)에 의해 결정되는데, 현재 현상도가 5㎛ 정도로 알려져 있다. 이 밖에도 CCD 센서의 사이즈가 1인치(inch) 정도로 제한되는 단점이 있다.The method of using a CCD camera is most commonly used because silicon CCD cameras have been released and the price has been lowered and can be easily measured. This method has the advantage of being able to measure beams of low intensity, whereas for beams of high intensity, the amount of light entering the CCD camera must be controlled using an attenuator that controls the amount of light exiting the beam. There is a disadvantage. In addition, in this method, the resolution is determined by the pixel of the CCD, and the current development degree is known to be about 5 mu m. In addition, there is a disadvantage that the size of the CCD sensor is limited to about 1 inch (inch).

더 나아가, 상기 2가지 방법은 무엇보다 빔의 폭을 측정하기 위한 시스템을 구축하는데 많은 비용이 소요되는 단점이 있다. 따라서, 간단하면서도 측정 시스템을 저렴하게 구축할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.Furthermore, the above two methods have the disadvantage of costly to build a system for measuring the width of the beam. Therefore, there is a demand for the development of a technique that can be simple and inexpensive to construct a measurement system.

따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반사면과 투과면이 주기적으로 형성된 격자판에 광섬유의 가이드를 이용하거나 가이드 없이 직접 광을 조사한 후 반사 또는 투과되는 광량을 광섬유로 수신하고 이를 이용해, 간단하면서도 저렴한 방법으로 빔의 폭을 측정할 수 있는 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the amount of light that is reflected or transmitted after the direct irradiation of light using a guide of the optical fiber or without a guide on a grating plate periodically formed with a reflective surface and a transmission surface It is an object of the present invention to provide a beam width measuring apparatus and a method using a grating plate capable of receiving the optical fiber as an optical fiber and measuring the width of the beam in a simple and inexpensive manner.

이 발명의 격자판을 이용한 반사형 빔의 폭 측정 장치는, 반사물질로 구성되어 반사영역을 형성하는 반사면과, 투과물질로 구성되어 투과영역을 형성하는 투과면이 주기적으로 배열되어 격자 형태로 구성되는 격자판과; 격자판을 직립 상태로 세워 지지한 상태에서 반사면과 투과면의 주기적 배열방향으로 격자판을 직선 이동시키는 직선 이동수단과; 격자판의 표면과 수직한 방향으로 광섬유의 단부를 위치시킨 상태에서 직선 이동수단에 의해 직선 이동하는 격자판의 표면에 광섬유를 통해 수직한 광을 조사하는 광조사부와; 격자판에서 반사되는 반사광을 수신하여 검출하는 광검출부; 및 광검출부에서 검출한 일정 시간마다의 반사광의 출력신호와, 직선 이동수단에 의한 격자판의 직선이동 속도를 이용해 연산하고 그래프화하여 광빔의 폭을 측정하는 제어수단을 포함하며, 반사면의 폭과 투과면의 폭이 광섬유를 통해 조사되는 광빔의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다. In the reflective beam width measuring apparatus using the grating plate of the present invention, a reflective surface composed of a reflective material to form a reflective area and a transmission surface composed of a transmissive material to form a transmissive area are periodically arranged to form a lattice shape. A grating; Linear movement means for linearly moving the grid in a periodic arrangement direction of the reflective surface and the transmissive surface while standing and supporting the grid in an upright state; A light irradiation part for irradiating light vertically through the optical fiber to the surface of the grating plate which is linearly moved by the linear moving means in a state where the end of the optical fiber is positioned in a direction perpendicular to the surface of the grating plate; A photo detector for receiving and detecting the reflected light reflected from the grating; And control means for calculating and graphing the output signal of the reflected light for each predetermined time detected by the photodetector and the linear movement speed of the grating plate by the linear movement means to measure the width of the light beam. The width of the transmission surface is characterized in that it is larger than the diameter of the light beam irradiated through the optical fiber.

또한, 이 발명의 격자판을 이용한 투과형 빔의 폭 측정 장치는, 반사물질로 구성되어 반사영역을 형성하는 반사면과, 투과물질로 구성되어 투과영역을 형성하는 투과면이 주기적으로 배열되어 격자 형태로 구성되는 격자판과; 격자판을 직립 상태로 세워 지지한 상태에서 반사면과 투과면의 주기적 배열방향으로 격자판을 직선 이동시키는 직선 이동수단과; 격자판의 표면과 수직한 방향으로 광원을 위치시킨 상태에서 직선 이동수단에 의해 직선 이동하는 격자판의 표면에 수직한 광을 직접 조사하는 광조사부와; 격자판을 투과하는 투과광을 수신하여 검출하는 광검출부; 및 광검출부에서 검출한 일정 시간마다의 투과광의 출력신호와, 직선 이동수단에 의한 격자판의 직선이동 속도를 이용해 연산하고 그래프화하여 광빔의 폭을 측정하는 제어수단을 포함하며, 반사면의 폭과 투과면의 폭이 광조사부에서 직접 조사되는 광빔의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다. In addition, the apparatus for measuring the width of a transmissive beam using the lattice plate of the present invention includes a lattice shape in which a reflective surface composed of a reflective material and forming a reflective region and a transmissive surface composed of a transmissive material are periodically arranged to form a lattice shape. A grating configured; Linear movement means for linearly moving the grid in a periodic arrangement direction of the reflective surface and the transmissive surface while standing and supporting the grid in an upright state; A light irradiation part for directly irradiating light perpendicular to the surface of the grating plate linearly moved by the linear moving means in a state where the light source is positioned in a direction perpendicular to the surface of the grating plate; A photodetector configured to receive and detect transmitted light passing through the grating plate; And control means for calculating and graphing the output signal of the transmitted light for each predetermined time detected by the photodetector and the linear movement speed of the grating plate by the linear movement means to measure the width of the light beam. The width of the transmissive surface is larger than the diameter of the light beam directly irradiated from the light irradiation unit.

이 발명의 격자판은 반사면과 투과면이 직사각형 형태로 각각 형성되는 것이 바람직하다. In the grating plate of the present invention, it is preferable that the reflecting surface and the transmitting surface are each formed in a rectangular shape.

이 발명의 광섬유의 단부는 수직 절단면 형태를 갖는 것이 바람직하다. The end portion of the optical fiber of the present invention preferably has a vertical cut surface shape.

이 발명에서 격자판에서 반사되는 반사광은 광섬유를 거쳐 광검출부로 수신되고, 광섬유의 수직 절단면의 단부에는 광섬유로 반사되는 반사광의 광량을 증가시키기 위해 평행광을 만들어주는 시광기(collimator)가 더 장착되는 것이 더 바람직하다.In the present invention, the reflected light reflected from the grating plate is received by the photodetector via the optical fiber, and at the end of the vertical cut plane of the optical fiber, a collimator is further mounted to create parallel light to increase the amount of reflected light reflected by the optical fiber. More preferred.

이 발명의 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 방법은, 반사물질로 구성되어 반사 영역을 형성하는 반사면과, 투과물질로 구성되어 투과영역을 형성하는 투과면이 주기적으로 배열되어 격자 형태로 구성되는 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 방법으로서, 격자판을 직립 상태로 세워 지지한 상태에서 반사면과 투과면의 주기적 배열방향으로 격자판을 직선 이동시키는 단계와; 격자판의 표면과 수직한 방향으로 광섬유의 단부를 위치시킨 상태에서 직선 이동하는 격자판의 표면에 광섬유를 통해 수직한 광을 조사하는 단계와; 격자판에서 반사되는 반사광을 수신하여 검출하는 단계; 및 검출한 일정 시간마다의 반사광의 출력신호와, 격자판의 직선이동 속도를 이용해 연산하고 그래프화하여 광빔의 폭을 측정하는 단계를 포함하며, 반사면의 폭과 투과면의 폭이 광섬유를 통해 조사되는 광빔의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다. In the beam width measuring method using the grating plate of the present invention, a grating plate is formed in a lattice form in which a reflective surface composed of a reflective material to form a reflective region and a transmission surface composed of a transmissive material to form a transmission region are periodically arranged. A beam width measuring method using: a step of linearly moving a grating in a periodic arrangement direction of a reflection surface and a transmission surface in a state in which the grating is supported in an upright state; Irradiating light vertically through the optical fiber on the surface of the grating plate moving linearly with the end of the optical fiber positioned in a direction perpendicular to the surface of the grating plate; Receiving and detecting reflected light reflected from the grating board; And calculating and graphing the output signal of the reflected light for each predetermined time and the linear movement speed of the grating, and measuring the width of the light beam, wherein the width of the reflecting surface and the width of the transmissive surface are irradiated through the optical fiber. It is characterized in that the larger than the diameter of the light beam.

이 발명의 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 방법은, 반사물질로 구성되어 반사영역을 형성하는 반사면과, 투과물질로 구성되어 투과영역을 형성하는 투과면이 주기적으로 배열되어 격자 형태로 구성되는 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 방법으로서, 격자판을 직립 상태로 세워 지지한 상태에서 반사면과 투과면의 주기적 배열방향으로 격자판을 직선 이동시키는 단계와; 격자판의 표면과 수직한 방향으로 광원을 위치시킨 상태에서 직선 이동하는 격자판의 표면에 수직한 광을 직접 조사하는 단계와; 격자판을 투과하는 투과광을 수신하여 검출하는 단계; 및 검출한 일정 시간마다의 투과광의 출력신호와, 격자판의 직선이동 속도를 이용해 연산하고 그래프화하여 광빔의 폭을 측정하는 단계를 포함하며, 반사면의 폭과 투과면의 폭이 광원에서 직접 조사되는 광빔의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다. In the beam width measuring method using the grating plate of the present invention, a grating plate having a lattice shape in which a reflecting surface made of a reflective material to form a reflecting region and a transmitting surface made of a transmissive material to form a transmitting region are arranged periodically A beam width measuring method using: a step of linearly moving a grating in a periodic arrangement direction of a reflection surface and a transmission surface in a state in which the grating is supported in an upright state; Directly irradiating light perpendicular to the surface of the grating plate moving linearly with the light source positioned in a direction perpendicular to the surface of the grating plate; Receiving and detecting transmitted light passing through the grating; And calculating and graphing the output signal of the transmitted light for each predetermined time and the linear movement speed of the grating, and measuring the width of the light beam, wherein the width of the reflecting surface and the width of the transmissive surface are directly irradiated from the light source. It is characterized in that the larger than the diameter of the light beam.

이 발명은 반사면과 투과면이 주기적으로 형성된 격자판에 광섬유의 가이드를 이용하거나 가이드 없이 직접 광을 조사한 후 반사 또는 투과되는 광량을 수신하고 이를 이용하므로, 간단하면서도 저렴한 방법으로 빔의 폭을 측정할 수 있는 장점이 있다. The present invention uses a guide of an optical fiber to a grating plate periodically formed with a reflection surface and a transmission surface, and directly receives light without a guide, and then receives and uses the amount of light reflected or transmitted. Therefore, the beam width can be measured in a simple and inexpensive manner. There are advantages to it.

즉, 이 발명은 격자판의 반사면과 투과면의 폭에 의해 해상도가 결정되므로, 격자판을 오차 없이 균일하게 제작함으로써 해상도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이 발명은 일반적인 광빔 크기 이상으로 충분히 크면서 일정 크기의 반사면과 투과면의 폭을 갖는 격자판을 1개만 제작하면, 어떤 크기의 광빔도 모터의 속도조절을 통해 측정이 가능하다. 또한, 이 발명은 광원으로 LD(laser diode) 또는 LED(light emitting diode)를 사용하고 광검출기로 반사 또는 투과된 광량을 측정하므로 측정 장치의 구축비용이 저렴하고, 측정 방법도 매우 간단하다.That is, in the present invention, since the resolution is determined by the widths of the reflective and transmissive surfaces of the grating, the resolution can be improved by producing the grating uniformly without errors. In addition, the present invention can be made by measuring the speed of the motor by adjusting the speed of the motor, if only one grating plate having a width of the reflective surface and the transmission surface of a certain size and sufficiently large than the general light beam size. In addition, since the present invention uses a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED) as a light source and measures the amount of light reflected or transmitted by the photodetector, the construction cost of the measuring device is low and the measuring method is very simple.

아래에서, 이 발명에 따른 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 장치 및 그 방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.In the following, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the beam width measuring apparatus and the method using a grating plate according to the present invention will be described in detail.

먼저, 이 발명에 사용되는 격자판과, 격자판을 고정한 상태에서 직선 이동시키는 직선 이동수단의 구성관계에 대해 설명한다.First, the structural relationship between the grating board used for this invention and the linear moving means which moves linearly in the state which fixed the grating board is demonstrated.

도 1은 이 발명에 사용되는 격자판의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같 이, 이 발명의 격자판(100)은 반사물질로 구성되어 반사영역을 형성하는 반사면(110)과, 투과물질로 구성되어 투과영역을 형성하는 투과면(120)이 주기적으로 배열되어 격자 형태로 구성되어 있다. 여기서, 반사면(110)은 완전반사를 포함하되 완전반사가 아니더라도 투과면(120) 보다 반사율이 높은 것을 의미하고, 투과면(120)은 완전투과를 포함하되 완전투과가 아니더라도 반사면(110) 보다 투과율이 높은 것을 의미하는 것으로, 넓은 의미로 각각 해석되어야 할 것이다.1 is a block diagram of a grating plate used in the present invention. As shown in FIG. 1, the grating plate 100 of the present invention includes a reflective surface 110 made of a reflective material to form a reflective area, and a transmission surface 120 made of a transmissive material to form a transmissive area. It is arranged periodically and consists of a grid. Here, the reflecting surface 110 means that the reflectance is higher than the transmissive surface 120, including the complete reflection, but not the complete reflection, the transmissive surface 120, including the complete transmission, even if not completely transparent reflecting surface 110 It means that the transmittance is higher, it should be interpreted in a broad sense respectively.

격자판(100)은 반사면(110)과 투과면(120)이 직사각형 형태로 각각 형성된다. 즉, 격자판(100)은 반사면(110)과 투과면(120)이 일정 주기(d)(pitch)를 갖고 반복적으로 배열되는 구조를 갖는다. 여기서, 일정 주기(d)라 함은 반사면(110)의 폭(d1)과 투과면(120)의 폭(d2)에 대한 합을 의미한다. 그리고, 반사면(110)과 투과면(120)은 광의 입사영역이 달라짐에 따라 반사되는 광량이 선형적으로나 정현파적인 형태로 일정하게 나오는 광량과의 구별이 될 수 있다면 반사면(110)과 투과면(120) 간의 경계라인이 직선 형태가 아닌 곡선 형태로 구성하여도 무방하다.In the grating plate 100, the reflective surface 110 and the transparent surface 120 are each formed in a rectangular shape. That is, the grating plate 100 has a structure in which the reflective surface 110 and the transmissive surface 120 are repeatedly arranged at a predetermined pitch d. Here, the constant period d means the sum of the width d1 of the reflective surface 110 and the width d2 of the transmission surface 120. In addition, the reflective surface 110 and the transmissive surface 120 may be distinguished from the amount of light that is uniformly emitted in a linear or sinusoidal form as the incident region of the light varies, and thus the reflective surface 110 and the transmissive surface 120 The boundary line between the surfaces 120 may be configured in a curved shape instead of a straight line shape.

도 2는 이 발명에 사용되는 격자판 직선 이동수단의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이 발명의 직선 이동수단(200)은 격자판(100)을 직립 상태로 세워 지지한 상태에서 직선방향으로 이동시키기 위한 것으로서, 격자판을 세워주는 한 쌍의 막대(210)와, 한 쌍의 막대(210)를 조여 격자판(100)을 고정하는 클립(220)과, 클럽(220)이 고정된 고정부재(230)에 결합되어 격자판(100) 및 고정부재(230)가 직선방향으로 이동하도록 하는 스크루(240)와, 스크루(240)를 회전시켜 격자판(100)을 직선방향으로 이동시키는 모터(250), 및 스크루(240) 등을 지면에 대해 지지하는 베이스(260)로 구성된다. 또한, 이 발명의 직선 이동수단(200)은 상기와 같이 도면을 기준으로 전후 방향으로의 직선 이동뿐만 아니라, 상기와 같은 개념을 도입해 좌우 방향으로의 직선 이동도 함께 가능하도록 구성할 수 있다.Fig. 2 is a block diagram of the grid straight line moving means used in the present invention. As shown in FIG. 2, the linear movement means 200 of the present invention is for moving the grid plate 100 in an upright state while supporting the grid plate 100 in an upright state. And a clip 220 for fastening the grid plate 100 by tightening a pair of rods 210 and a club 220 to the fixed member 230 to which the club 220 is fixed, so that the grid plate 100 and the fixing member 230 are secured. A screw 240 for moving in a linear direction, a motor 250 for moving the grating plate 100 in a linear direction by rotating the screw 240, and a base 260 for supporting the screw 240, etc. with respect to the ground. It consists of. In addition, the linear movement means 200 of the present invention can be configured such that not only the linear movement in the front-rear direction based on the drawings as described above, but also the linear movement in the left-right direction by introducing the above concept.

도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 격자판을 이용한 반사형 빔의 폭 측정 장치 및 그 방법의 개념도로서, 광섬유의 가이드를 통해 광을 조사하고 격자판에서 반사되는 광량을 이용하여 빔의 폭을 측정하는 장치 및 그 방법의 개념도이고, 도 4는 도 3에 도시된 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 장치를 통해 취득한 출력신호의 그래프이다.3 is a conceptual diagram of an apparatus for measuring a width of a reflective beam using a grating according to an embodiment of the present invention, and a method thereof, wherein the beam is irradiated through a guide of an optical fiber and the width of the beam is measured using an amount of light reflected from the grating. 4 is a conceptual diagram of an apparatus and a method thereof, and FIG. 4 is a graph of an output signal obtained through a beam width measuring apparatus using the grating plate illustrated in FIG. 3.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 장치는 광섬유(300)가 고정된 상태에서 직선 이동수단(200)에 의해 직선운동을 하는 격자판(100)에 광을 조사하고, 그 후 격자판(100)에서 반사되는 반사광의 광량을 수신하여 이용하도록 구성된다. 이때, 격자판(100)은 그 직선운동방향 쪽으로 반사면(110)과 투과면(120)이 주기적으로 배열되도록 배치된다. 그리고, 광섬유(300)는 격자판(100)의 표면에 대해 수직한 방향으로 배치된다. 따라서, 격자판(100)은 광섬유(300) 끝단의 수직 절단면(310)과 수직한 방향으로 움직이고, 광섬유(300)의 수직 절단면(310)을 통해 조사되는 광은 격자판(100)에서 반사되는 광량의 합으로 변조되어 일정 주기(d)를 갖는 출력광으로 출력된다. 이때, 광섬유(300)의 수직 절단면(310)의 단부에는 광섬유로 반사되는 반사광의 광량을 증가시키기 위해 평행광을 만들어주는 시광기(collimator)를 더 장착하는 것이 바람직하다. As shown in Figures 1 to 3, the beam width measuring apparatus using the grating plate of this embodiment is a light to the grating plate 100 is a linear movement by the linear moving means 200 in a state where the optical fiber 300 is fixed Is irradiated, and then receives and uses the amount of light reflected from the grating plate 100. At this time, the grating plate 100 is arranged such that the reflective surface 110 and the transmission surface 120 are periodically arranged in the linear movement direction. In addition, the optical fiber 300 is disposed in a direction perpendicular to the surface of the grating 100. Therefore, the grating plate 100 moves in a direction perpendicular to the vertical cutting plane 310 of the end of the optical fiber 300, and the light irradiated through the vertical cutting plane 310 of the optical fiber 300 is the amount of light reflected from the grating plate 100. It is modulated by the sum and output as output light having a constant period d. At this time, the end of the vertical cut surface 310 of the optical fiber 300, it is preferable to further mount a collimator (collimator) for producing parallel light to increase the amount of reflected light reflected by the optical fiber.

일반적으로 광원의 출구[도 3의 경우, 광섬유(300)의 수직 절단면(310)]에서 발광되는 광은 거리에 따라 광빔의 크기가 변하며, 광빔의 크기가 가장 작을 때의 크기를 측정하는 것이 보통이므로, 이 실시예에서는 격자판(100)의 위치를 직선 이동수단(200)을 통해 도면을 기준으로 좌우방향으로 조절할 수 있으므로, 광섬유(300)의 수직 절단면(310)과 격자판(100) 사이의 거리에 따른 광빔의 크기 측정도 가능하다. 따라서, 직선 이동수단(200)을 이용해 광빔의 크기가 가장 작은 위치를 결정한 상태에서, 빔의 폭을 측정할 수가 있다.In general, the light emitted from the exit of the light source (vertical plane 310 of the optical fiber 300 in the case of FIG. 3) changes in size of the light beam according to distance, and it is common to measure the size when the size of the light beam is smallest. Therefore, in this embodiment, since the position of the grating plate 100 can be adjusted to the left and right directions based on the drawing through the linear moving means 200, the distance between the vertical cut surface 310 of the optical fiber 300 and the grating plate 100 It is also possible to measure the size of the light beam. Therefore, the width of the beam can be measured in a state where the position of the smallest light beam is determined using the linear moving means 200.

여기서, 반사면(110)과 투과면(120) 간의 반사율의 차이가 클수록 간섭신호는 줄어들고 출력신호는 더 큰 진폭을 갖게 되어 해상도가 좋아진다. 이때, 반사면(110)의 폭(d1)과 투과면(120)의 폭(d2)이 광섬유(300)에서 조사되는 광빔의 직경보다 커야 주기적인 신호를 취득하여 신호처리가 가능하다. 즉, 광빔의 직경보다 반사면(110)의 폭(d1)과 투과면(120)의 폭(d2)이 커야만, 도 4와 같이 일정한 크기의 반사광을 출력하는 구간과 변화하는 반사광을 출력하는 구간이 함께 존재하게 된다. Here, as the difference in reflectance between the reflecting surface 110 and the transmissive surface 120 increases, the interference signal decreases and the output signal has a larger amplitude, thereby improving resolution. At this time, the width d1 of the reflective surface 110 and the width d2 of the transmission surface 120 must be larger than the diameter of the light beam irradiated from the optical fiber 300 to acquire a periodic signal and perform signal processing. That is, only when the width d1 of the reflective surface 110 and the width d2 of the transmission surface 120 are larger than the diameter of the light beam, a section for outputting reflected light having a constant size and a changed reflected light are output as shown in FIG. 4. The sections will exist together.

이 실시예의 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 장치는 광섬유(300)를 통해 전송되는 광원(320)으로 LD(laser diode) 또는 LED(light emitting diode) 등을 사용하여 광섬유(300) 끝단의 수직 절단면(310)을 통해 격자판(100)에 광을 조사한다. 이때, 격자판(100)의 반사영역인 반사면(110)에서 입사한 광은 반사되어 다시 광섬유(300)의 수직 절단면(310)을 통해 광섬유(300)로 전달된다. 그러면, 반사된 광은 셔큘레이터(330 ; circulator) 또는 커플러(coupler)에 의해 입사할 때와 그 경 로를 달리하여 광검출기(340 ; photo detector)로 입력된다. 그로 인해, 출력광을 검출할 수 있게 된다.The beam width measuring apparatus using the grating plate of this embodiment is a light source 320 that is transmitted through the optical fiber 300, and uses a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED) to vertically cut the end of the optical fiber 300 ( Light is irradiated to the grating plate 100 through 310. At this time, the light incident on the reflecting surface 110, which is the reflecting region of the grating plate 100, is reflected and then transmitted to the optical fiber 300 through the vertical cut surface 310 of the optical fiber 300. Then, the reflected light is input to the photo detector 340 differently from when it is incident by the circulator or coupler. Therefore, the output light can be detected.

이 실시예의 장치는 광검출기(340)에서 검출한 출력광을 이용하되, 광검출기(340)에서 일정 시간마다 출력광의 출력신호를 취득하고, 모터(250)의 일정한 회전속도를 바탕으로 격자판(100)의 직선 이동속도를 알 수 있으므로, 격자판(100)의 이동변위에 관한 출력신호를 얻을 수 있다. 이때, 광빔이 조사되는 영역, 즉 반사면(110)과 투과면(120)의 폭에 따라 도 4와 같은 출력파형이 출력된다. The apparatus of this embodiment uses the output light detected by the photodetector 340, but obtains an output signal of the output light every predetermined time from the photodetector 340, and based on the constant rotational speed of the motor 250, the grid 100 Since the linear movement speed of Δm can be known, an output signal relating to the displacement of the grating plate 100 can be obtained. In this case, an output waveform as shown in FIG. 4 is output according to the area to which the light beam is irradiated, that is, the width of the reflective surface 110 and the transmission surface 120.

도 4에서, 출력광이 상대적으로 높은 일정 구간(410)은 광빔이 반사면(110)의 폭(d1) 내에 완전히 입사된 후 반사되었음을 의미하고, 출력광이 상대적으로 낮은 일정 구간(420)은 광빔이 투과면(120)의 폭(d2) 내에 완전히 입사된 후 투과되었음을 의미한다. 그리고, 출력광이 변화하는 일정 구간(430)은 격자판(100)이 직선 이동수단(200)에 의해 직선 이동함에 따라 반사면(110) 영역에서 투과면(120) 영역 쪽으로 또는 그 반대 영역 쪽으로 이동하는 구간에 광빔이 조사된 후 반사되었음을 의미한다. 따라서, 출력광이 변화하는 일정 구간(430)에서의 격자판(100)의 이동변위가 광빔의 폭이 된다. 즉, 이 실시예의 장치는 광검출기(340)에서 검출한 일정 시간마다의 출력광의 출력신호와, 모터(250)의 회전속도를 바탕으로 격자판(100)의 직선이동 속도를 이용하여 연산하고 그래프화하는 제어수단을 통해 광빔의 폭을 측정한다.In FIG. 4, a predetermined period 410 in which the output light is relatively high means that the light beam is reflected after being completely incident within the width d1 of the reflective surface 110. It means that the light beam is transmitted after being fully incident within the width d2 of the transmission surface 120. In addition, the predetermined period 430 in which the output light changes is moved toward the transmissive surface 120 area from the reflective surface 110 area or the opposite area as the grating plate 100 is linearly moved by the linear moving means 200. It means that the light beam is reflected after being irradiated in the section. Therefore, the displacement of the grating plate 100 in the predetermined section 430 in which the output light changes is the width of the light beam. That is, the apparatus of this embodiment calculates and graphs using the linear movement speed of the grating plate 100 based on the output signal of the output light for each predetermined time detected by the photodetector 340 and the rotational speed of the motor 250. The width of the light beam is measured through the control means.

도 5는 이 발명의 다른 실시예에 따른 격자판을 이용한 투과형 빔의 폭 측정 장치 및 그 방법의 개념도로서, 가이드를 이용하지 않고 직접 광을 조사하고 격자 판을 투과하는 광량을 이용하여 빔의 폭을 측정하는 장치 및 그 방법의 개념도이다.5 is a conceptual diagram of an apparatus and a method of measuring a width of a transmission beam using a grating plate according to another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a view illustrating a width of a beam by directly irradiating light without using a guide and using an amount of light passing through the grating plate. It is a conceptual diagram of the measuring apparatus and its method.

도 1, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 장치는 가이드를 이용하지 않고 직접 광을 조사하고 격자판(100)을 투과하는 광량을 이용하여 빔의 폭을 측정한다는 것을 제외하고는 도 3의 장치와 동일한 개념으로 구성되므로, 동일 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.As shown in Figs. 1, 2 and 5, the beam width measuring apparatus using the grating plate according to this embodiment is irradiated with the light directly without using the guide and the beam using the amount of light transmitted through the grating plate 100 Except for measuring the width of the structure is the same concept as the device of Figure 3, so the description of the same parts will be omitted.

이 실시예의 장치는 직선 이동수단(200)에 의해 직선운동을 하는 격자판(100)에 광을 조사하고, 그 후 격자판(100)을 투과하는 투사광의 광량을 수신하여 이용하도록 구성된다. 이때, 격자판(100)은 그 직선운동방향 쪽으로 반사면(110)과 투과면(120)이 주기적으로 배열되도록 배치된다. 그리고, 광원은 격자판(100)의 표면에 대해 수직한 방향으로 배치된다. 따라서, 격자판(100)은 광원의 조사면과 수직한 방향으로 움직이고, 광원에 의해 조사되는 광은 격자판(100)을 투과하는 광량의 합으로 변조되어 일정 주기(d)마다 출력광으로 출력된다. 즉, 격자판(100)의 투과영역인 투과면(120)에 입사한 광은 투과하여 광섬유(500)의 수직 절단면(510)을 통해 광섬유(500)로 전달되어 광검출기(520 ; photo detector)로 입력된다. 그로 인해, 출력광을 검출할 수 있게 된다.The apparatus of this embodiment is configured to irradiate light to the grating plate 100 which is linearly moved by the linear moving means 200, and then to receive and use the light amount of the projection light passing through the grating plate 100. At this time, the grating plate 100 is arranged such that the reflective surface 110 and the transmission surface 120 are periodically arranged in the linear movement direction. The light sources are arranged in a direction perpendicular to the surface of the grating plate 100. Accordingly, the grating plate 100 moves in a direction perpendicular to the irradiation surface of the light source, and the light irradiated by the light source is modulated by the sum of the amount of light passing through the grating plate 100 and output as output light at a predetermined period d. That is, light incident on the transmissive surface 120, which is a transmissive region of the grating plate 100, is transmitted and transmitted to the optical fiber 500 through the vertical cut surface 510 of the optical fiber 500 to the photodetector 520. Is entered. Therefore, the output light can be detected.

이 실시예의 장치는 광검출기(520)에서 검출한 출력광을 이용하되, 광검출기(520)에서 일정 시간마다 출력광의 출력신호를 취득하고, 모터(250)의 일정한 회전속도를 바탕으로 격자판(100)의 직선 이동속도를 알 수 있으므로, 격자판(100)의 이동변위에 관한 출력신호를 얻을 수 있다. 이때, 광빔이 조사되는 영역, 즉 반사 면(110)과 투과면(120)의 폭에 따라 도 4와 반대의 형상으로 출력파형이 출력된다. The apparatus of this embodiment uses the output light detected by the photodetector 520, but obtains an output signal of the output light at a predetermined time in the photodetector 520, and based on the constant rotational speed of the motor 250, the grid 100 Since the linear movement speed of Δm can be known, an output signal relating to the displacement of the grating plate 100 can be obtained. In this case, the output waveform is output in a shape opposite to that of FIG. 4 according to the area where the light beam is irradiated, that is, the widths of the reflective surface 110 and the transmission surface 120.

이 실시예에서, 출력광이 상대적으로 높은 일정 구간은 광빔이 투과면(120)의 폭(d2) 내에 완전히 입사된 후 투과되었음을 의미하고, 출력광이 상대적으로 낮은 일정 구간은 광빔이 반사면(110)의 폭(d1) 내에 완전히 입사된 후 반사되었음을 의미한다. 그리고, 출력광이 변화하는 일정 구간은 격자판(100)이 직선 이동수단(200)에 의해 직선 이동함에 따라 반사면(110) 영역에서 투과면(120) 영역 쪽으로 또는 그 반대 영역 쪽으로 이동하는 구간에 광빔이 조사된 후 투과되었음을 의미한다. 따라서, 출력광이 변화하는 일정 구간에서의 격자판(100)의 이동변위가 광빔의 폭이 된다. 즉, 이 실시예의 장치는 광검출기(520)에서 검출한 일정 시간마다의 출력광의 출력신호와, 모터(250)의 회전속도를 바탕으로 격자판(100)의 직선이동 속도를 이용하여 연산하고 그래프화하는 제어수단을 통해 광빔의 폭을 측정한다.In this embodiment, a predetermined section in which the output light is relatively high means that the light beam is transmitted after being completely incident within the width d2 of the transmission surface 120, and a predetermined section in which the output light is relatively low indicates that the light beam is reflected surface ( It means that it is reflected after being fully incident within the width d1 of 110. In addition, a predetermined section in which the output light is changed is a section in which the grating plate 100 moves from the reflecting surface 110 region toward the transmissive surface 120 region or the opposite region as the grating plate 100 moves linearly by the linear moving means 200. It means that the light beam is transmitted after being irradiated. Therefore, the displacement of the grating plate 100 in a predetermined section in which the output light changes is the width of the light beam. That is, the apparatus of this embodiment calculates and graphs using the linear movement speed of the grating plate 100 based on the output signal of the output light for each predetermined time detected by the photodetector 520 and the rotational speed of the motor 250. The width of the light beam is measured through the control means.

이상에서 이 발명의 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 장치 및 그 방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다. In the above description of the beam width measuring apparatus using the grating plate of the present invention and the technical details of the method together with the accompanying drawings, but the exemplary embodiments of the present invention by way of example and not limiting the present invention.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations within the scope of the appended claims without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 이 발명에 사용되는 격자판의 구성도이고, 1 is a block diagram of a grating plate used in the present invention,

도 2는 이 발명에 사용되는 격자판 직선 이동수단의 구성도이고, 2 is a configuration diagram of the grid plate linear movement means used in the present invention,

도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 격자판을 이용한 반사형 빔의 폭 측정 장치 및 그 방법의 개념도이고,3 is a conceptual diagram of an apparatus and method for measuring a width of a reflective beam using a grating plate according to an embodiment of the present invention;

도 4는 도 3에 도시된 격자판을 이용한 빔의 폭 측정 장치를 통해 취득한 출력신호의 그래프이며, 4 is a graph of an output signal obtained through the beam width measuring apparatus using the grating plate shown in FIG.

도 5는 이 발명의 다른 실시예에 따른 격자판을 이용한 투과형 빔의 폭 측정 장치 및 그 방법의 개념도이다. 5 is a conceptual diagram of an apparatus and method for measuring a width of a transmission beam using a grating plate according to another exemplary embodiment of the present invention.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠ ♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠

100 : 격자판 110 : 반사면100: grid 110: reflective surface

120 : 투과면 300 : 광섬유120: transmission surface 300: optical fiber

310 : 수직 절단면 320 : 광원310: vertical cutting surface 320: light source

330 : 셔큘레이터 340 : 광검출기330: shuffler 340: photodetector

Claims

A lattice plate composed of a reflective material to form a reflective area and a transmissive surface composed of a transmissive material to form a transmissive area periodically arranged in a lattice form;

Linear movement means for linearly moving the grating in a periodic arrangement direction of the reflective surface and the transmission surface in a state of supporting the grating in an upright state;

A light irradiation part for irradiating vertical light through the optical fiber to the surface of the grating plate which is linearly moved by the linear moving means in a state where the end of the optical fiber is positioned in a direction perpendicular to the surface of the grating plate;

A photo detector for receiving and detecting the reflected light reflected from the grating plate; And

And control means for calculating and graphing the output signal of the reflected light for each predetermined time detected by the photodetector and the linear movement speed of the grating plate by the linear movement means to measure the width of the light beam,

The width of the reflective surface and the width of the transmission surface is larger than the diameter of the light beam irradiated through the optical fiber,

The grating plate is a beam width measuring apparatus using a grating plate, characterized in that the reflective surface and the transmission surface are each formed in a rectangular shape.

A light irradiation part for directly irradiating light perpendicular to the surface of the grating plate which is linearly moved by the linear moving means while the light source is positioned in a direction perpendicular to the surface of the grating plate;

A photo detector for receiving and detecting the transmitted light passing through the grating; And

And control means for calculating and graphing the output signal of the transmitted light for each predetermined time detected by the photodetector and the linear movement speed of the grating plate by the linear movement means to measure the width of the light beam.

The width of the reflective surface and the width of the transmission surface is larger than the diameter of the light beam directly irradiated from the light irradiation unit,

delete

Claim 4 was abandoned when the registration fee was paid.

The method according to claim 1,

An end portion of the optical fiber has a vertical cutting surface form, the beam width measuring apparatus using a grid.

The method according to claim 4,

Reflected light reflected from the grating plate is received by the photodetector via the optical fiber,

At the end of the vertical cut surface of the optical fiber is a beam width measuring apparatus using a grating plate, characterized in that further mounted to a collimator for producing parallel light to increase the amount of reflected light reflected by the optical fiber.

A beam width measuring method using a lattice plate having a lattice shape in which a reflective surface composed of a reflective material to form a reflective area and a transmissive surface composed of a transmissive material to form a transmissive area are periodically arranged.

Linearly moving the grating in the periodic arrangement direction of the reflective surface and the transmission surface while standing and supporting the grating in an upright state;

Irradiating light perpendicular to the surface of the linearly moving grating plate with the end of the optical fiber positioned in a direction perpendicular to the surface of the grating plate;

Receiving and detecting reflected light reflected from the grating plate; And

Calculating and graphing the output signal of the reflected light for each predetermined time detected by the linear movement speed of the grating plate and measuring the width of the light beam;

The grating plate is a beam width measurement method using a grating plate, characterized in that the reflecting surface and the transmission surface are each formed in a rectangular shape.

Directly irradiating light perpendicular to the surface of the linearly moving grating while the light source is positioned in a direction perpendicular to the surface of the grating;

Receiving and detecting transmitted light passing through the grating; And

Calculating and graphing the output signal of the transmitted light for each fixed time and the linear movement speed of the grating plate to measure the width of the light beam,

The width of the reflective surface and the width of the transmission surface is larger than the diameter of the light beam irradiated directly from the light source,