KR101236350B1

KR101236350B1 - 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체

Info

Publication number: KR101236350B1
Application number: KR1020120008469A
Authority: KR
Inventors: 강영일; 최명진; 홍대식; 수 최; 박도현; 배효욱
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-02-22

Abstract

본 발명은 광선분할기와 보상판의 광학부품의 정렬과 함께 광학부품의 광학면과 광축과의 정렬을 확실하고 용이하게 하고, 또한 외부 요인에 의한 진동이나 충격에도 안정성을 유지하도록 하여 간섭계의 안정적인 성능을 확보할 수 있는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체를 제공한다.
본 발명에 따른 광선분할기 조립체는 전후면이 개방되어 있고 일정 폭을 갖는 관통공간을 구비하는 장치대(11)와, 장치대의 내부에 수용 장착되는 광선분할기(12)와, 장치대의 내부에 수용 장착되어 광선분할기와 간격을 두고 광선분할기와 평행하게 배치되는 보상판(12)과, 광선분할기와 보상판 사이에 개재된 간격 유지용 고리(13)와, 광선분할기, 간격유지용 고리, 보상판을 고정하도록 장치대의 타측면에 조립 고정되는 고정용 고리(15)를 포함하는 광선분할기 유닛(10); 광선분할기 유닛의 하면에 배치되어 광선분할기 유닛에 장착된 광선분할기와 보상판의 광학면이 입사 광축과 수직을 이루면서 광선분할기 유닛의 회전이 가능하도록 광선분할기 유닛과 수직으로 조립 고정되는 연결 유닛(20); 및 연결 유닛의 하면에 평행하게 배치되어 연결 유닛과 조립 고정되는 지지 유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체{Beam Splitter Assembly For Fourier Transform Infra-Red Interferometer}

본 발명은 푸리에 변환 적외선(Fourier Transform Infra-Red) 분광 간섭계에 사용되는 광선분할기의 조립체에 관한 것으로, 더 상세하게는 광선분할기와 보상판의 광학부품의 정렬과 함께 광학부품의 광학면과 광축과의 정렬을 확실하고 용이하게 하고, 또한 외부 요인에 의한 진동이나 충격에도 안정성을 유지하도록 하여 간섭계의 안정적인 성능을 확보할 수 있는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체에 관한 것이다.

적외선(IR)을 이용한 분광법은 다양한 분야에 적용되고 있으며, 정성에서 정량분석으로 그 영역을 넓혀가고 있다. 특히 적외선 분광기는 미지시료를 판별하는데 아주 유용한 도구로 사용된다. 적외선 분광기는 분자의 작용기에 의한 특성적 스펙트럼을 비교적 쉽게 얻을 수 있고, 광학 이성질체를 제외한 모든 물질의 스펙트럼이 서로 차이가 있어서 분자 구조를 확인하는데 결정적인 정보를 제공해 준다. 따라서 적외선은 무기/유기화학은 물론 화학의 모든 분야에서 널리 이용되고 있으며, 빠르고 정확한 분석법으로 R&D는 물론 산업현장의 QC/QA 등 그 응용분야가 빠르게 확대되고 있다.

이러한 적외선 분광기의 형태는 기기의 구조에 따라 필터형, 분산형, 푸리에변환형 등 다양하다. 여기서, 푸리에 변환형 적외선 분광기(Fourier-Transform Infrared Spectrometer)(이하, 'FTIR' 이라고 함)는 분산형 적외선 분광기의 장점을 유지하면서 광학배출(optical throughput)이 큰 장점으로 인하여 적외선 분광기 중 매우 효과적인 분석기법으로 널리 이용되고 있다.

이러한 FTIR은 광원, 시료부, 간섭계, 검출기의 주요 부분으로 구성되어 있어, 광학 센서부에 의하여 광신호를 간섭무늬의 형태로 변환하고, 그 간섭무늬를 푸리에 변환에 의하여 스펙트럼을 얻는 원리에 의한 것이다. 여기서 사용되는 간섭계는 일반적으로 마이켈슨 간섭계라 일컫는 두 빔 간섭계(two beam interferometer)이다. 마이켈슨 간섭계는 입사하는 빔을 두 개의 빔으로 분할하여 두 개의 광경로를 생성시킨 다음 각각의 경로에서 반사되어온 빔을 다시 광선분할기에서 결합하여 간섭무늬를 얻는 원리이다. 이때 분할된 빔은 인위적으로 공간변조를 함으로써 광검출기에서 변조에 의한 간섭무늬를 얻을 수 있게 된다. 간섭무늬는 시간 또는 공간 단위를 가지기 때문에 푸리에 변환에 의하여 파수 또는 주파수 단위의 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이처럼 FTIR은 기체의 정성 및 정량분석, 가스 모니터링, 미지의 성분 분석 등의 화학분석에 사용될 뿐 아니라 야외에서 대기 모니터링, 유독/유해 가스 탐지, 광물 탐사 등에 활용되고 있다.

도 7은 종래의 일례에 의한 FTIR을 도시한 것으로, 적외선을 발생하기 위한 광대역 적외선 광원(111), 시준 광학계(112), 광선분할기(beam splitter)(113A), 보상판(compensator)(113B), 광선분할기(113A)에서 분할되어 한 경로에 배치되는 이동경(115) 및 다른 한 경로에 배치되는 고정경(114A), 이동경(115)과 고정경(114A)에서 반사된 빔이 광선분할기(113A)를 통과하여 만나는 경로에 배치되는 광검출기(116)를 포함하는 구조로 되어 있다.

이러한 구조의 FTIR에 의하면, 적외선 광원(111)에서 방출된 적외선은 광선분할기(113A)에서 광세기의 50%는 고정경(114A)으로 향하고 나머지 50%는 이동경(115)으로 향한다. 각각의 경로부터 반사된 두 적외선 빔은 광선분할기(113B)에서 다시 만나 시료(S)를 통해 검출기(116)에서 간섭신호(interferogram)를 형성한다. 이 후 간섭무늬는 이동경(115)의 변위에 대한 푸리에 변환을 통해 적외선 흡수 스펙트럼을 얻게 된다.

그런데, 도 7에 도시한 바와 같은 두 빔 간섭계에 사용되는 고전적인 마이켈슨 간섭계는 구조가 단순하고 감도가 높은 장점이 있지만, 환경에 매우 취약하여 잘 준비된 환경에서만 동작이 가능하다는 단점이 있다. 이것은 FTIR의 사용을 제한하는 중요한 요소가 되고 있다.

이러한 한계를 극복하기 위하여, 미국특허 제4,654,530호, 미국특허 제5,898,495호, 국제특허 WO 2008/083492 등에는 간섭계의 구조를 견고하고 신뢰성 있는 형태로 고안된 형태가 제시되었다.

이 중, 일례로 미국 특허 제4,654,530호를 살펴보면, 미국 특허 제4,654,530호에 제시된 간섭계는 고전적인 마이켈슨 간섭계에서 사용되는 이동경 대신에 적외선 회전판(이하, 간단히 '회전판' 이라고 함)을 사용하여 회전판의 회전에 따라 광경로차를 발생시키는 회전형 간섭계라는 것이 특징이다. 미국 특허 제4,654,530호에 의한 회전형 간섭계에서는, 회전판이 두 개의 광경로에 대해 대칭적인 위치에 배열되어 있어, 회전판이 구동부의 구동에 의해 회전하면서 대칭성을 벗어나는 순간부터 교차하는 두 개의 광경로에서 경로차가 발생한다. 즉, 회전판이 두 개의 광경로에 대해 대칭적인 위치에서는 동일한 광경로를 갖지만 회전판의 회전에 따라 회전각이 커지면 대칭성이 깨지면서 두 개의 광경로 사이에 경로차가 발생한다. 최대 광경로차는 간섭계의 분해능을 결정하는 중요한 파라미터이다.

이와 같은 회전형 간섭계는 회전판의 고속 회전이 가능하여 높은 시간분해능과 신호 대 잡음비를 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 7에 도시한 고전적인 마이켈슨 간섭계는 물론 상기한 선행기술에 개시된 회전형 간섭계를 이용하는 FTIR 분광 간섭계는 광학장치 가운데 가장 감도가 우수한 광학장치인 반면에 조립 및 정렬에 매우 민감한 광학장치이므로, 안정적인 간섭계의 운용을 위해서 구성요소들의 안정적인 기능뿐 아니라 정확한 정렬이 요구된다. 특히, 보상판은 광선분할기에 사용되는 기판 두께에 의해 발생하는 반사된 빔과 투과된 빔의 경로차를 보상하기 위해 사용되는 것이므로, 보상판을 사용하는 경우 입사광축에 일정 각도로 설치되는 광선분할기와 일정한 간격(예를 들면, 수∼수십 mm 정도의 좁은 간격)을 유지하면서 평행하게 정렬하여 광선분할기의 광학면이 광축과 일치되도록 정렬할 필요가 있다. 이러한 정렬은 간섭계의 성능에 미치는 영향이 매우 크기 때문이다.

그러나, 광선분할기와 보상판은 간섭계의 중앙에 위치하여 있기 때문에 광선분할기와 보상판을 함께 지지하는 장치대에 스크류와 스프링 등의 정렬요소를 삽입하여 이를 이용하여 광선분할기와 보상판을 정렬함은 물론 광선분할기의 광학면을 광축과 일치하도록 정렬하는 작업이 용이하지 않아, 정밀도 및 반복도가 떨어지는 문제가 있고, 전체적으로 간섭계를 구성함에 있어 큰 어려움이 있다.

또한, 광선분할기와 보상판의 정렬이 제대로 되지 않으면 고품질의 스펙트럼을 얻을 수 없고, 특히 광선분할기와 보상판이 별도의 보호장치 없이 그 하부에 고정 설치된 장치대에 의해서만 지지되는 경우 외부 요인에 의한 진동이나 충격에 매우 약하다는 문제도 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계에 사용되는 광선분할기와 보상판의 광학부품의 정렬과 함께 광학부품의 광학면과 광축과의 정렬을 확실하고 용이하게 하고, 또한 외부 요인에 의한 진동이나 충격에도 안정성을 유지하도록 하여 간섭계의 안정적인 성능을 확보할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전후면이 개방되어 있고 일정 폭을 갖는 관통공간을 구비하는 장치대와, 상기 장치대의 내부에 수용 장착되는 광선분할기와, 상기 장치대의 내부에 수용 장착되어 광선분할기와 간격을 두고 광선분할기와 평행하게 배치되는 보상판과, 보상판의 이탈을 방지하도록 장치대의 타측면에 조립 고정되는 고정용 고리를 포함하는 광선분할기 유닛;

상기 광선분할기 유닛의 하면에 배치되어 광선분할기 유닛에 장착된 광선분할기와 보상판의 광학면이 입사 광축과 수직을 이루면서 광선분할기 유닛의 회전이 가능하도록 광선분할기 유닛과 수직으로 조립 고정되는 연결 유닛; 및

상기 연결 유닛의 하면에 평행하게 배치되어 연결 유닛과 조립 고정되는 지지 유닛; 을 포함하고,
상기 연결유닛은 안쪽과 바깥쪽에 일정 간격을 두고 형성된 복수개의 제1 체결공과 복수개의 제2 체결공을 갖고 상기 광선분할기 유닛의 장치대의 폭보다 큰 직경을 갖는 원판형 본체와, 본체의 중앙에 상향 돌출 형성된 회전축을 포함하는 구조로 되어 있고,
상기 광선분할기 유닛의 하면에는, 상기 연결 유닛의 회전축과 상기 제1 체결공에 대응하는 위치에 각각 형성된 회전축공과 복수개의 체결공이 형성되어 있는 것을 구비하는 것을 특징으로 하는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 장치대는 상기 관통공간의 내주면 가장 안쪽에 단턱부를 구비하고 있고, 상기 내주면의 가장 안쪽에 수용된 광선분할기의 외주면과 상기 장치대의 내주면과의 고정을 위해 상기 단턱부의 측면에 접착제를 투입하기 위한 복수개의 접착제 투입홈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 광선분할기와 보상판 사이에는 광선분할기와 보상판 간의 간격을 유지하면서 평행 정렬을 위한 간격 유지용 고리가 개재되어 있는 것을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 광선분할기, 보상판 및 간격유지용 고리 모두는 상기 원형의 장치대의 내경에 상응하는 동일한 외경을 갖는 것을 구비하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 있어서, 상기 지지 유닛은 가장자리에 환(環)형벽을 갖고 상기 연결 유닛의 원판형 본체의 직경보다 큰 직경을 갖는 원판형 본체와, 본체 내부 중앙에 형성되어 연결 유닛의 중앙 하부에 하향 돌출된 결합부를 수용하여 결합하기 위한 결합홈부와, 상기 환형벽과 결합홈부 사이에 형성되고 연결 유닛의 본체의 직경에 상응하는 직경을 가지며 상기 환형벽의 높이보다 낮은 높이의 원형 단턱부와, 상기 원형 단턱부 상면에, 상기 연결 유닛의 본체에 형성된 복수개의 제2 체결공에 대응하는 위치에 형성된 복수개의 체결공과, 상기 본체의 외측으로 수평 돌출되어 간섭계 하우징에 체결되는 복수개의 체결편을 포함하는 구조로 이루어져 있는 것을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 광선분할기 유닛의 장치대, 간격유지용 고리, 및 고정용 고리와, 상기 연결 유닛과, 상기 지지 유닛은 금속 소재로 이루어져 있는 것을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 금속은 알루미늄 합금, 티타늄 및 티타늄 합금, 코바 및 인바, 크롬 니켈 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, FTIR 분광 간섭계에 광선분할기 및 보상판을 적용함에 있어서, 광선분할기와 보상판의 광학부품을 광선분할기 유닛의 장치대 내에 수용하는 상태로 장착함으로써, 야외에서 사용하는 경우 외부 요인에 의한 진동이나 충격에 대한 내구성을 높일 수 있어 기계적인 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 넓은 온도범위에 걸쳐 간섭계의 안정적인 성능을 확보할 수 있다.

또한, 장치대에 장착되는 광선분할기와 보상판 사이에 간격유지용 고리를 개재하여 평행도가 1/100 이내에서 간격 유지 가능하므로 광선분할기와 보상판의 정렬이 용이하다.

또한, 광선분할기 유닛을 연결 유닛을 통해 회전 가능하게 지지 유닛에 장착하되, 광학부품의 광학면이 광축에 대하여 수직이 되도록 장착함으로써, 입사 광축에 대하여 정밀한 광 정렬이 가능하다.

또한, 광선분할기와 보상판의 광학부품을 광선분할기 유닛을 이용하여 외부로 노출되지 않게 장착하고, 또한 광학부품을 제외한 모든 부품을 동일한 금속 소재로 형성함으로써, 넓은 온도범위에 걸쳐 물리적인 변형과 기계적 응력을 최소화하여 고품질의 스펙트럼을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광선분할기 조립체가 적용된 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계의 일례의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체의 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체의 광선분할기 유닛의 분해 사시도.
도 5는 도 4에서의 광선분할기와 보상판이 조립된 상태를 나타낸 사시도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체의 적용 전과 적용 후의 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 7은 종래의 일례에 의한 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계를 설명하기 위한 개략도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 광선분할기 조립체가 적용된 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계의 일례의 개략도이이다.

도 1은 본 발명에 따른 광선분할기 조립체가 적용되는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계를 예시한 것으로, 미국특허 제4,654,530호에 개시된 고속 스캔 회전형 간섭계의 구조와 유사하다. 본 명세서에서는, 본 발명에 따른 광선분할기 조립체를 설명하기 위해 도 1과 같은 간섭계를 예시하였으나, 반드시 이러한 간섭계에 적용되는 것은 아니며 도 7에 도시한 바와 같은 고전적인 마이켈슨 간섭계에도 적용 가능하다.

도 1에 도시한 회전형 간섭계는 적외선 광원(도시하지 않음)에서 방출된 적외선 빔(이하, 간단히 '빔' 이라고 함)이 통과하는 입력창(1), 입력창(1)을 통해 입사된 빔을 두 개의 빔으로 분할하는 광선분할기(12), 빔의 파장에 따른 분산효과를 보상하는 보상판(14), 광선분할기(12)의 양 측면에 광선분할기(12)에 대하여 대칭적으로 배치된 한 쌍의 제1 및 제2 측면 반사경(2)(3), 상기 두 개의 빔의 경로 교차점에 배치되어 구동모터에 의해 회전축을 중심으로 회전 가능한 회전판(4), 회전판(4)의 후면 양 측면에 회전판(4)에 대하여 대칭적으로 배치된 한 쌍의 제1 및 제2 후면 반사경(5)(6), 및 반사된 빔을 광검출기(도시하지 않음)로 전달하기 위한 광검출렌즈(7)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.

이러한 간섭계의 구조에 의해, 적외선 광원으로부터 방출된 빔은 입력창(1)을 통하여 광선분할기(12)에 입사되어 두 개의 빔으로 분할된다. 이 때 분할되는 두 개의 빔 중 일부는 광선분할기(12)를 통해 제1 측면 반사경(2)으로 투과되고, 나머지 일부는 제2 측면 반사경(3)으로 반사된 후 회전판(4)을 통과한다. 이렇게 회전판(4)을 통과한 두 개의 빔은 제1 및 제2 후면 반사경(5)(6)에 의해 반사되어 같은 경로로 복귀하게 되고, 복귀된 빔은 다시 광선분할기(12)에서 만나 광검출렌즈(7)를 통과한 후 최종적으로 광검출기로 입사된다. 광검출기에 입사되는 빔은 이러한 경로를 통해 발생되는 광경로차에 의해 간섭무늬를 만들게 된다.

상기 광경로차는 회전판(4)이 회전함에 따라 입사각이 달라짐으로써 발생된다. 즉, 회전판(4)이 회전하게 되면, 도 1에 도시한 바와 같은 광경로가 회전판(4)에서 비대칭적인 경로를 통과하게 되는데, 하나는 짧은 경로를 다른 하나는 긴 경로를 통과하게 됨으로써 광경로차가 발생하게 된다. 이러한 광경로차는 회전하는 위치에 따라 크기가 달라지게 되며 180도를 주기로 동일한 경로차가 발생하게 된다.

광검출기는 이러한 광경로차에 의한 간섭무늬의 크기를 기록하고, 이러한 간섭무늬는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 통해 스펙트럼으로 변환된다. 따라서, 안정적인 스펙트럼을 얻기 위해서는 광학부품의 안정적인 정렬이 필요하다.

본 발명은 이러한 점에 초점을 두고 광선분할기와 보상판을 조립체 형태로 구성한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체의 광선분할기 유닛의 분해 사시도이며, 도 5는 도 4에서의 광선분할기와 보상판이 조립된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 2 - 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체는 광선분할기 유닛(10), 연결 유닛(20) 및 지지 유닛(30)으로 구성되어 있다.

광선분할기 유닛(10)은 장치대(11), 광선분할기(12), 간격유지용 고리(13), 보상판(14) 및 고정용 고리(15)를 포함한다.

장치대(11)는 전후면이 개방되어 있고 소정의 폭을 갖는 관통공간을 갖는 원형체로 이루어져 있어, 그 내부에 광선분할기(12)와 보상판(14)을 수용하여 조립하기 위한 것이다. 장치대(11)의 하부 외면은 후술하는 연결 유닛(20)과의 장착을 위해 평탄면으로 이루어져 있다. 광선분할기(12)와 보상판(14) 사이에는 소정 두께를 갖는 간격유지용 고리(13)가 개재되어 장치대(11)에 함께 수용되는 상태로 조립된다. 이러한 간격 유지용 고리(13)를 사용하여 광선분할기(12)와 보상판(14) 사이의 간격을 일정하게 유지하여 정렬할 수 있고 광선분할기(12)와 보상판(14)의 평행도를 1/100 이내로 유지할 수 있다.

그리고 광선분할기(12)와 보상판(14)은 동일한 크기와 형상을 갖는다. 즉, 광선분할기(12)와 보상판(14)은 각각 장치대(11)의 내경에 상응하는 외경을 갖는 소정 두께의 고리형상의 커버(12a)(14a)와 그 커버(12a)(14a) 내주면에 고정되는 유리판(12b)(14b)으로 이루어져 있다. 여기서, 유리판(12b)(14b)은 입사광의 일부를 반사시키고 나머지 일부를 투과시키는 코팅면을 갖는다. 광선분할기(12)의 유리판(12b)의 테두리는 커버(12a)의 측면에 형성된 복수개의 접착제 투입홈(12c)을 통하여 투입되는 접착제에 의해 커버(12a)의 내주면에 접착되어 고정된다. 마찬가지로, 보상판(14)의 유리판(14b)의 테두리는 커버(14a)의 측면에 형성된 복수개의 접착제 투입홈(도시하지 않음)을 통하여 투입되는 접착제에 의해 커버(14a)의 내주면에 접착되어 고정된다. 또한 유리판(12b)(14b)의 일부는 커버(12a)(14a)로부터 돌출되도록 커버(12a)(14a)의 폭보다 약간 큰 폭을 갖는다.

이에 의해, 광선분할기(12)와 보상판(14)의 외경과 같은 외경을 갖는 간격유지용 고리(13)가 광선분할기(12)와 보상판(14)의 커버(12a)(14a)로부터 일부 돌출된 유리판(12b)(14b)의 외주면을 수용하는 상태로 광선분할기(12)와 보상판(14) 사이에 밀착 지지된다. 광선분할기(12)와 보상판(14) 사이에 간격유지용 고리(13)를 사용하면, 광선분할기(12)와 보상판(14)의 평행 상태의 정렬을 별도로 할 필요가 없게 된다.

한편, 장치대(11)는 광선분할기(12)와 보상판(14)을 외부 환경으로부터 안정적으로 보호할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 장치대(11)는 보상판(14)과 광선분할기(12)를 수용하여 고정하기 위해, 내주면(11a)을 갖는 관통 공간과 그 공간 내주면(11a) 가장 안쪽에 단턱부(11b)를 구비하고 있다. 이러한 구조에 의해, 광선분할기(12), 간격유지용 고리(13) 및 보상판(14)은 이 순서대로 장치대(11)의 공간 내주면(11a)에 수용되어 고정용 고리(15)에 의해 장치대(11)의 내주면과 견고하게 고정된다. 본 발명에서는 광선분할기(12), 간격유지용 고리(13) 및 보상판(14)이 장치대(11)에 고정용 고리(15)에 의해 고정되는 것을 예시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 클램프, 볼트 등의 기계적 고정장치 및 접착제에 의해 장치대(11)에 고정될 수도 있다.

이와 같이 간격유지용 고리(13)를 사이에 개재하여 조립된 광선분할기(12)와 보상판(14)의 광학부품을 장치대(11)의 관통공간 내에 외측에서 내측을 향하여 장착한 후, 광학부품의 고정을 위해 장치대(11)의 가장 바깥쪽에 있는 광선분할기(12) 측에 체결공(15a)을 갖고 장치대(11)의 내경보다 작은 내경을 갖는 고정용 고리(15)를 배치하여 이를 장치대(11)의 가장자리에 형성된 체결공(11d)에 스크류 등의 체결수단(16)을 삽입함으로써 장치대(11)에 고정한다.

이와 같이 광학부품이 장착 고정된 장치대(11)는 그 아래쪽에 위치되는 연결유닛(20)과 지지 유닛(30)을 통하여 간섭계 하우징(도시하지 않음)에 고정한다.

연결유닛(20)은 안쪽과 바깥쪽에 일정 간격을 두고 형성된 복수개의 제1 체결공(21a)과 복수개의 제2 체결공(21b)을 갖고 광선분할기 유닛(10)의 장치대(11)의 폭보다 큰 직경을 갖는 원판형 본체(21)와, 본체(21)의 중앙에 상향 돌출 형성된 회전축(22)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.

이러한 구조의 연결 유닛(20)은, 광선분할기 유닛(10)이 회전축(22)을 중심으로 회전 가능하도록 광선분할기 유닛(10)의 하면과 연결 조립된다. 이를 위해, 광선분할기 유닛(10)의 하면에는, 연결 유닛(20)의 회전축(22)과 제1 체결공(21a)에 대응하는 위치에 각각 형성된 회전축공(도시하지 않음)과 복수개의 체결공(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 이에 의해, 광선분할기 유닛(10)과 연결 유닛(20)은 연결 유닛(20)의 아래쪽에서 위쪽 방향으로 연결 유닛(20)의 제1 체결공(21a)과 이에 대응하는 광선분할기 유닛(10)의 체결공을 통해 볼트 등의 체결수단(23)을 삽입함으로써 장착된다. 여기서, 광선분할기(12) 및 보상판(14)의 광학부품이 장착된 광선분할기 유닛(10)은 입사 광축에 수직이 되도록 연결 유닛(20)의 바닥면에 대하여 수직 장착됨으로써, 광선분할기 유닛(10)의 광선분할기(12)와 보상판(14)의 광학부품의 광학면(즉, 코팅면)이 광축면(광축을 포함하는 평면)에 대하여 정밀하게 수직 정렬된다. 이렇게 정렬된 상태에서, 광선분할기(12)에 의해 분할된 두 개의 빔이 90도를 이루게 하기 위해서 광선분할기(12)가 장착된 광선분할기 유닛(10)을 회전시킬 수 있어야 하므로, 연결 유닛(20)의 회전축(22)은 광선분할기(12)의 코팅면 위에 위치하여야 한다.

본 발명에서는, 이와 같이 회전축(22)에 의한 광선분할기 유닛(10)의 회전을 통해 광축 정렬을 확실하고 용이하게 행할 수 있다. 광선분할기 유닛(10)을 회전시키려면, 광선분할기 유닛(10)을 직접 회전시키면 되고, 또는 후술하는 바와 같은 지지 유닛(30)에 치구를 연결하여 회전시키면 된다.

이와 같이 광선분할기 유닛(10)과 연결 유닛(20)을 연결 장착한 후에, 최종적으로 연결 유닛(20)은 연결 유닛(20) 아래에 평행하게 배치되는 지지 유닛(30)과 고정된다.

지지 유닛(30)은 가장자리에 환(環)형벽을 갖고 연결 유닛(20)의 원판형 본체(21)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원판형 본체(31), 본체(31) 내부 중앙에 형성되어 연결 유닛(20)의 중앙 하부에 하향 돌출된 결합부(도시하지 않음)를 수용하여 결합하기 위한 결합홈부(33), 환형벽과 결합홈부(33) 사이에 형성되고 연결 유닛(20)의 본체(21)의 직경에 상응하는 직경을 가지며 환형벽의 높이보다 낮은 높이의 원형 단턱부(32)를 포함하는 구조로 이루어져 있다. 원형 단턱부(32)에는, 연결 유닛(20)의 본체(21)에 형성된 복수개의 제2 체결공(21b)에 대응하는 위치에 복수개의 체결공(32a)이 형성되어 있다. 이러한 구조에 의해, 연결 유닛(20)은 그 하부에 형성된 결합부를 지지 유닛(30)의 결합홈부(33)에 끼운 후 볼트 등의 체결수단(17)을 연결 유닛(20)의 체결공(21b)으로부터 지지 유닛(30)의 체결공(32a)을 통하여 체결함으로써 지지 유닛(30)과 고정되게 된다. 따라서, 연결 유닛(20)과 지지 유닛(30)은 면접촉에 의한 기계적인 고정을 통하여 조립 장착됨으로써 기계적으로 안정적이고 견고한 구조를 갖게 된다.

여기서, 연결 유닛(20)의 상면과 광선분할기 유닛(10)의 하면, 그리고 연결 유닛(20)의 하면과 지지 유닛(30)의 상면과의 평면도는 1/100 이내로 되도록 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 지지 유닛(30)의 바닥면은 광선분할기(12)의 코팅면과의 직각도가 1/100 이내로 유지하는 것이 바람직하다. 후자의 경우, 광선분할기(12)의 코팅면과 광축의 직각도는 25"(초) 이내에서 정렬되어야 하지만, 기계적 공차로 맞추는 것이 어렵기 때문에, 기계가공으로 확보할 수 있는 최소 공차(1/100)로 규정한 것이다. 최소 공차를 벗어나는 경우 후술하는 바와 같이 전후방 스펙트럼의 차이가 발생하는 문제가 있다.

상술한 바와 같이, 광선분할기 유닛(10)은 연결 유닛(20)을 통해 지지 유닛(30)에 수직 상태로 장착되어 본 발명에 따른 광선분할기 조립체를 구성한다. 이렇게 조립체를 구성한 후에, 지지 유닛(30)은 본체(31)의 외측으로 수평 돌출된 복수개의 체결편(34, 35)을 통해 간섭계 하우징(도시하지 않음)의 바닥면에 고정된다.

이와 같이, 본 발명에서는 간격유지용 고리(13)를 사이에 개재한 광선분할기(12)와 보상판(14)을 광선분할기 유닛(10)의 장치대(11)를 이용하여 견고하게 조립함으로써, 광선분할기(12)와 보상판(14)의 평행 정렬을 용이하게 행할 수 있을 뿐만 아니라 외부 요인에 의한 진동이나 충격에도 안정성을 유지할 수 있다. 또한, 이렇게 조립한 광선분할기 유닛(10)을 회전 가능하게 연결 유닛(20)을 통해 지지 유닛(30)에 수직 장착하여 간섭계 하우징에 고정함으로써, 광축 정렬을 용이하게 행할 수 있고, 특히 야외에서 사용하는 경우 외부 요인에 의한 진동이나 충격에 대한 강한 내구성에 의해 기계적인 안정성은 물론 넓은 온도범위에 걸쳐 간섭계의 안정적인 성능을 확보할 수 있다.

한편, 넓은 온도 범위에서 광선분할기(12)와 보상판(14)의 안정적인 정렬 상태를 유지하기 위해서는 물리적인 변형과 기계적 응력을 최소화하는 것이 필요하므로, 본 발명에서는 물리적인 변형을 최소화하기 위해서 광선분할기(12)를 통과하여 분할된 두 개의 빔의 경로가 대칭성을 유지하도록 광선분할기 조립체를 구성하였고, 이종 소재에 의한 압축 팽창의 비등방성을 방지하기 위하여 광선분할기(12)와 보상판(14)의 광학부품을 제외한 모든 부품을 동일한 금속 소재로 형성하였다. 이러한 구성에 의해, 넓은 온도범위에 걸쳐 물리적인 변형과 기계적 응력을 최소화하여 고품질의 스펙트럼을 얻을 수 있다. 본 발명에서, 상기한 금속은 안정적인 온도 특성을 가질 수 있도록 알루미늄 합금, 티타늄 및 티타늄 합금, 코바 및 인바, 크롬 니켈 합금 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나이다.

이하는 본 발명에 따른 광선분할기 조립체의 적용 전후의 스펙트럼에 대한 실시예를 설명한 것이나, 이 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예에 불과한 것이며 이와 관련하여 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 6은 회전형 간섭계에 본 발명을 적용하기 전(도 6a)과 후(도 6b)의 분광 스펙트럼 일부를 나타낸 것이다. 여기서, 스펙트럼은 간섭계의 광검출기를 통과한 데이터를 푸리에 변환하여 x축을 파수 단위로 환산하여 표시한 것이다. 회전형 간섭계에 있어서 반사경이 한 번의 주기를 거치는 동안 스펙트럼을 2회 측정하여 각각 전방 스펙트럼과 후방 스펙트럼을 생성시켰다.

도 6a에 나타내는 바와 같이 종래의 간섭계에서 얻은 스펙트럼은 전방과 후방 스펙트럼이 다소 차이를 보였다. 이러한 차이는 광선분할기와 보상판의 광학부품끼리의 정렬과 광학부품과 광축의 정렬이 제대로 이루어지지 않음으로써 발생된 것이다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 광선분할기 조립체를 적용한 간섭계에서 얻은 스펙트럼은 도 6b에 나타내는 바와 같이 전방과 후방 스펙트럼이 거의 동일함을 보였다. 이처럼 전방 및 후방 스펙트럼이 일치한다는 것은, 광선분할기와 보상판의 정밀한 정렬에 의해 광선분할기를 통하여 분할된 두 개의 빔의 광경로가 대칭성을 갖기 때문이다. 이와 같이 광선분할기와 보상판의 정렬은 간섭계의 성능에 상당한 영향을 끼침을 알 수 있다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 광선분할기 유닛
11 : 장치대
12 : 광선분할기
13 : 간격유지용 고리
14 : 보상판
15 : 고정용 고리
20 : 연결 유닛
21 : 본체
22 : 회전축
30 : 지지 유닛
31 : 본체
32 : 원형 단턱부
33 : 결합홈부
34, 35 : 체결편

Claims

전후면이 개방되어 있고 일정 폭을 갖는 관통공간을 구비하는 장치대(11)와, 상기 장치대(11)의 내부에 수용 장착되는 광선분할기(12)와, 상기 장치대(11)의 내부에 수용 장착되어 광선분할기(12)와 간격을 두고 광선분할기(12)와 평행하게 배치되는 보상판(14)과, 보상판(14)을 고정하도록 장치대(11)의 타측면에 조립 고정되는 고정용 고리(15)를 포함하는 광선분할기 유닛(10);
상기 광선분할기 유닛(10)의 하면에 배치되어 광선분할기 유닛(10)에 장착된 광선분할기(12)와 보상판(14)의 광학면이 입사 광축과 수직을 이루면서 광선분할기 유닛(10)의 회전이 가능하도록 광선분할기 유닛(10)과 수직으로 조립 고정되는 연결 유닛(20); 및
상기 연결 유닛(20)의 하면에 평행하게 배치되어 연결 유닛(20)과 조립 고정되는 지지 유닛(30); 을 포함하고,
상기 연결 유닛(20)은 안쪽과 바깥쪽에 일정 간격을 두고 형성된 복수개의 제1 체결공(21a)과 복수개의 제2 체결공(21b)을 갖고 상기 광선분할기 유닛(10)의 장치대(11)의 폭보다 큰 직경을 갖는 원판형 본체(21)와, 본체(21)의 중앙에 상향 돌출 형성된 회전축(22)을 포함하는 구조로 되어 있고,
상기 광선분할기 유닛(10)의 하면에는, 상기 연결 유닛(20)의 회전축(22)과 상기 제1 체결공(21a)에 대응하는 위치에 각각 형성된 회전축공과 복수개의 체결공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체.
제1항에 있어서,
광선분할기의 외주면과 상기 장치대의 내주면과의 고정을 위해
상기 장치대(11)는 상기 관통공간의 내주면(11a) 가장 안쪽에 단턱부(11b)를 구비하고 있고, 상기 내주면(11a)의 가장 안쪽에 수용된 광선분할기(12)의 외주면과 상기 장치대(11)의 내주면과의 고정을 위해 복수개의 접착제 투입홈(11c)을 구비하는 것을 특징으로 하는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체.
제1항에 있어서,
상기 광선분할기(12)와 보상판(14) 사이에는 광선분할기(12)와 보상판(14) 간의 간격을 유지하면서 평행 정렬을 위한 간격 유지용 고리(13)가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체.
제3항에 있어서,
상기 광선분할기(12), 보상판(14) 및 간격유지용 고리(13) 모두는 상기 장치대(11)의 내경에 상응하는 동일한 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체.
삭제
제1항에 있어서,
상기 지지 유닛(30)은 가장자리에 환(環)형벽을 갖고 상기 연결 유닛(20)의 원판형 본체(21)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원판형 본체(31)와, 본체(31) 내부 중앙에 형성되어 연결 유닛(20)의 중앙 하부에 하향 돌출된 결합부를 수용하여 결합하기 위한 결합홈부(33)와, 상기 환형벽과 결합홈부(33) 사이에 형성되고 연결 유닛(20)의 본체(21)의 직경에 상응하는 직경을 가지며 상기 환형벽의 높이보다 낮은 높이의 원형 단턱부(32)와, 상기 원형 단턱부(32) 상면에, 상기 연결 유닛(20)의 본체(21)에 형성된 복수개의 제2 체결공(21b)에 대응하는 위치에 형성된 복수개의 체결공(32a)과, 상기 본체(31)의 외측으로 수평 돌출되어 간섭계 하우징에 체결되는 복수개의 체결편(34, 35)을 포함하는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항 또는 제6항에 있어서,
상기 광선분할기 유닛(10)의 장치대(11), 간격유지용 고리(12), 및 고정용 고리(15)와, 상기 연결 유닛(20)과, 상기 지지 유닛(30)은 금속 소재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체.
제7항에 있어서,
상기 금속은 알루미늄 합금, 티타늄 및 티타늄 합금, 코바 및 인바, 크롬 니켈 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 푸리에 변환 적외선 분광 간섭계용 광선분할기 조립체.