KR101483061B1 - 광학계의 광축 검사 장치 - Google Patents

광학계의 광축 검사 장치 Download PDF

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Abstract

광학계 광축 검사 장치를 공개한다. 본 발명은 서로 다른 복수개의 파장이 혼합된 제1 광신호를 전송하는 광원부; 상기 제1 광신호를 전달 받아 제1 이산 신호로 변환하는 제1 신호처리부; 상기 제1 광신호의 진행경로에 위치하는 피검사물에 상기 제1 광신호를 출력하여 상기 피검사물로부터 상기 제1 광신호에 포함된 복수개의 파장 중 적어도 일부의 파장으로 이루어지는 제2 광신호를 전달 받아 제2 이산 신호로 변환하는 제2 신호처리부; 및 서로 다른 경로를 통해 전달된 상기 제1 이산 신호와 상기 제2 이산 신호를 비교하여 상기 피검사물의 광축의 이상 유무를 판별하는 신호판별부를 포함한다.

Description

광학계의 광축 검사 장치{Optical axis inspection apparatus in optical system}
본 발명은 광학계의 점검 장치에 관한 것으로, 특히 광학계의 광축 검사 장치에 관한 것이다.
광학계는 빛의 반사나 굴절을 이용해서 물체의 상을 만들거나 빛에너지를 전송하기 위한 반사경, 렌즈, 프리즘 등을 말한다. 광학기계는 이들 광학계를 목적에 맞추어 조립한 것으로서, 표적을 감지하는 탐색기의 카메라가 있을 수 있다.
탐색기의 카메라는 표적에서 방출되는 에너지 원을 통해 표적을 감지하는 장치이다. 이러한 탐색기의 카메라는 사용자의 조준을 통해 표적을 감지할 수 있다. 이때 탐색기 카메라는 광축 정렬 상태가 정상일 경우 표적을 정확히 감지할 수 있다. 광축이란 빛의 반사나 굴절을 이용하여 물체의 상을 만드는 광학계에서 초점과 렌즈의 중심을 통과하여 무한대로 확대되는 가상선을 의미한다. 광축을 따라 지나가는 빛은 렌즈 표면에 수직으로 들어가므로 크기나 방향의 변화가 없게 된다.
따라서, 탐색기 카메라의 광축이 사용자의 표적을 향한 조준과 일치 하지 않으면, 표적 감지에 어려움이 생기게 되어 광축 측정을 위한 점검 단계는 필수적이라 할 수 있다. 기존 기술을 적용한 광학정렬장치는 가시광 영역에 대해서만 광축정렬이 가능하고, 특정 영역의 필터를 사용한 광학계의 광축 점검 시 필터로 인하여 광량이 급격이 감소하여 광축 점검에 어려움이 있다.
종래의 한국 등록특허 제 10-1368403호는 광축 정렬 장치에 관한 것으로서, 이동하는 모의 표적을 형성하는 회전부를 구비하는 표적 모의기와 모의 표적을 향하는 광축의 초기 정렬상태를 확인하기 위한 광축 정렬부를 포함하며, 광축의 정렬상태를 확인하기 위해 일직선 상으로 이동하는 빛을 투과시키도록 일방향으로 연장되게 개구된 슬롯을 구비하는 점검창이 설치되는 것을 특징으로 하는 표적 모의기의 광축 정렬 장치이다. 그러나 광원부에서 발생한 광신호와 광학계가 감지한 광신호를 서로 다른 경로를 통해 디지털 신호로 변환하여 판별하는 본 발명과는 그 구성과 목적이 상이하다 할 수 있다.
본 발명의 목적은 가시광 영역부터 적외선 영역의 신호 중 적어도 일부를 감지할 수 있는 광학계의 광축 검사 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 광학계의 광축 검사 장치는 서로 다른 복수개의 파장이 혼합된 제1 광신호를 전송하는 광원부; 상기 제1 광신호를 전달 받아 제1 이산 신호로 변환하는 제1 신호처리부; 상기 제1 광신호의 진행경로에 위치하는 피검사물에 상기 제1 광신호를 출력하여 상기 피검사물로부터 상기 제1 광신호에 포함된 복수개의 파장 중 적어도 일부의 파장으로 이루어지는 제2 광신호를 전달 받아 제2 이산 신호로 변환하는 제2 신호처리부; 및 서로 다른 경로를 통해 전달된 상기 제1 이산 신호와 상기 제2 이산 신호를 이용하여 상기 피검사물의 광축의 이상 유무를 판별하는 신호판별부 포함한다.
상기 광원부로부터 상기 제1 광신호를 전달 받아 인가되는 전압에 따라 상기 제1 광신호를 왜곡시켜 진폭 변조된 제1 광신호를 발생시키고 진폭 변조된 제1 광신호를 상기 제1 신호처리부와 상기 제2 신호처리부에 서로 다른 경로를 통해 전달 하는 신호 왜곡부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원부는 상기 피검사물의 종류에 따라 감지할 수 있는 영역인 가시광선 영역과 적외선 영역의 파장을 포함하는 서로 다른 파장을 갖는 복수개의 레이저 광을 출력하고 광섬유를 통해 상기 레이저 광을 합성하여 서로 다른 복수개의 파장이 혼합된 상기 제1 광신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 신호처리부는 상기 제1 광신호로부터 제1 주파수를 검출하기 위한 제1 주파수검출부; 진폭 변조된 상기 제1 광신호로부터 제2 주파수를 검출하기 위한 제2 주파수검출부; 및 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수를 처리하여 생성된 제3 주파수를 제1 이산 신호로 변환하는 주파수 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 주파수 처리부는 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 위상값의 차를 통해 제3 주파수를 생성하는 제1 위상차 계산부; 상기 제1 위상차 계산부로부터 복수개의 채널을 통해 전달된 상기 제3 주파수 중 일부를 기설정된 시간차를 적용하여 지연시키는 주파수 지연부; 및 상기 지연된 제3 주파수를 포함하는 복수개의 제3 주파수를 상기 제1 이산 신호로 변환하는 제1 A/D 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 신호처리부는 상기 제1 광신호를 적어도 두 개의 제1 광신호로 나누어 서로 간에 시간차를 발생시키고, 두 개로 나누어진 상기 각각의 제1 광신호를 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 제1 광신호로 분배하고, 분배된 제1 광신호로부터 복수개의 파장을 검출하여 제4 주파수로 변환하고, 상기 피검사물로부터 상기 제2 광신호를 전달 받아 적어도 두 개의 제2 광신호로 나누어 서로 간에 시간차를 발생시키고, 두 개로 나누어진 상기 각각의 제2 광신호를 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 제2 광신호로 분배하고, 분배된 제2 광신호로부터 복수개의 파장을 검출하여 제5 주파수로 변환하는 파장 처리부; 상기 복수개의 제4 주파수와 상기 제5 주파수 각각의 위상값의 차를 통해 복수개의 제6 주파수를 생성하는 제2 위상차 계산부; 및 상기 복수개의 제6 주파수를 상기 제2 이산 신호로 변환하는 제2 A/D 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 파장 처리부는 상기 광원부와 광섬유를 통해 연결되어 상기 광섬유의 진행경로를 따라 진행하는 상기 제1 광신호를 상기 피검사물에 출력하는 레이저 발사기; 상기 제1 광신호의 진행경로에 위치하여 피검사물에 입사되는 상기 제1 광신호의 초점이 맞도록 조절하는 초점조절부; 상기 제1 광신호를 적어도 두 개의 제1 광신호로 나누어 전달하고, 상기 제1 광신호를 투과시켜 상기 초점조절부를 통해 상기 피검사물에 전달하고, 상기 피검사물로부터 상기 제2 광신호를 상기 초점조절부를 통해 전달 받아 적어도 두 개의 제2 광신호로 나누는 빔 가르개; 상기 빔 가르개를 통해 나누어진 두 개의 제1 광신호 중 어느 하나의 제1 광신호의 진행경로를 변경시키고, 상기 두 개의 제2 광신호 중 어느 하나의 제2 광신호의 진행 경로를 변경시켜 서로 간에 시간차를 발생시키는 신호지연부; 서로 간에 시간차가 발생된 상기 제1 광신호 또는 상기 제2 광신호 각각을 순차적으로 전달 받아 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 제1 광신호 또는 제2 광신호로 분배하는 비선형 광학결정; 상기 비선형 광학결정을 통해 분배된 복수개의 제1 광신호와 제2 광신호를 전달 받아 파장 별로 진행하는 경로를 분산하여 전달하는 신호 분산부; 및 상기 신호 분산부를 통해 분산되어 전달된 상기 복수개의 제1 광신호와 상기 복수개의 제2 광신호로부터 파장을 검출하여 상기 복수개의 제4 주파수와 상기 복수개의 제5 주파수로 변환하는 파장검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 피검사물은 상기 제1 광신호에 포함된 서로 다른 복수개의 파장 중 적어도 일부를 감지하는 광학계를 목적에 맞추어 조립한 광학기계인 것을 특징으로 한다.
상기 신호판별부는 상기 제1 이산 신호와 상기 제2 이산 신호가 서로 일치하는 경우, 상기 피검사물의 제2 광신호에 잡음이 섞이지 않아 상기 피검사물의 광축에 이상이 없다고 판단하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 가시광 영역부터 적외선 영역의 신호를 감지할 수 있는 여러 종류의 광학계의 광축에 이상 있는지 하나의 장치를 통해 검사할 수 있다.
도1 은 본 발명의 일실시예에 따른 광학게의 광축 검사 장치를 간략히 나타내는 블록도이다.
도2 는 본 발명의 일실시예에 따른 광학계의 광축 검사 장치를 상세히 나타내는 도면이다.
도3 은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 광신호의 진폭 변화를 나타내는 도면이다.
도4 는 본 발명의 일실시에에 따른 제3 주파수를 생성하는 것을 나타내는 제1 도면이다.
도5 는 본 발명의 일실시예에 따른 제3 주파수를 생성하는 것을 나타내는 제2 도면이다.
도6 은 본 발명의 일실시예에 따른 제3 주파수의 일부를 지연시키는 것을 나타내는 도면이다.
도7 은 본 발명의 일실시예에 따른 제3 주파수를 제1 이산 신호로 변환하는 것을 나타내는 도면이다.
도8 은 본 발명의 일실시예에 따른 제2 광신호에 시간차를 발생시키는 것을 나타내는 도면이다.
도9 는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 광신호로부터 검출된 제5 주파수를 이용하여 제6 주파수를 생성하는 것을 나타내는 도면이다.
도10 은 본 발명의 일실시예에 따른 제6 주파수를 제1 이산 신호로 변환하는 것을 나타내는 도면이다.
도11 은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 이산 신호와 제2 이산 신호를 비교하여 판별하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도12 는 본 발명의 일실시예에 따른 광학계의 광축 검사 장치의 운용 방법을 간략히 나타내는 흐름도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도1 은 본 발명의 일실시예에 따른 광학계의 광축 검사 장치를 간략히 나타내는 블록도이다.
도1 을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광학계의 광축 검사 장치(10)는 광원부(100), 신호 왜곡부(200), 제1 신호처리부(300), 제2 신호처리부(400) 및 신호판별부(500)를 포함한다.
광원부(100)는 가시광영역부터 적외선영역의 파장을 갖는 레이저 광을 발생시키는 장치이다. 광원부(100)는 630nm과 780nm의 파장을 갖는 가시광 영역의 레이저 광과 1060nm, 1550nm 및 2000nm의 파장을 갖는 적외선 영역의 레이저 광을 발생시킬 수 있다. 레이저 광의 파장은 여기에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 여기서, 레이저 광은 유도 방출에 의해 일정한 위상 및 파장으로 이루어진 것으로서, 일정한 방향으로 직진하는 특성을 갖추고 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 광축 검사 장치(10)는 이러한 레이저 광의 특성을 통해 광학계의 광축 이상유무를 점검할 수 있다.
이러한 광원부(100)는 반도체 레이저로 구성될 수 있다. 반도체 레이저는 다이오드의 일종으로 양단에 전압을 인가하면 정션(junction)에서 결맞는(coherent) 레이저 광이 나오는 다이오드를 말한다. 반도체 레이저는 전류를 흘리는 것만으로도 레이저 발진을 얻을 수 있고 직접 트랜지스터 회로와 결합시켜 발진이나 변조 시킬 수 있다.
또한 광원부(100)는 광섬유를 통해 레이저 광을 전달한다. 광섬유란 빛의 전송을 목적으로 하는 섬유 모양의 도파관으로서, 광학섬유라고도 한다. 광섬유는 외부의 전자파에 의한 간섭이나 혼신이 없고 도청이 힘들며, 소형, 경량으로서 굴곡에도 강하며, 하나의 광섬유에 많은 통신회선을 수용할 수 있고 외부환경의 변화에도 강하다. 여기서, 광섬유는 서로 다른 파장을 갖는 복수개의 레이저 광을 복수개의 파장을 갖는 제1 광신호로 합성할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 제1 광신호는 개개의 파형이 합쳐진 신호로서, 개개의 파형들의 바깥을 감싸듯이 나타나는 포락선으로 표현될 수 있다.
신호 왜곡부(200)는 광원부(100)로부터 제1 광신호를 전달받아 제1 광신호를 왜곡시켜 진폭을 변조시키는 장치이다. 신호 왜곡부(200)는 피에조(Piezo) 소자로서, 외부에서 입력되는 전압에 따라 제1 광신호를 왜곡시켜 진폭을 변조시킬 수 있다. 신호 왜곡부(200)는 인가되는 전압의 크기가 커짐에 따라 제1 광신호의 진폭에 보다 많은 변화를 줄 수 있다.
제1 신호처리부(300)는 광원부(100)로부터 제1 광신호를 전달 받아 광학계의 광축 검사에 이용되는 제1 이산 신호로 변환하는 장치이다. 이러한 제1 신호처리부(300)는 제1 광신호로부터 주파수를 검출하여 본 발명의 목적에 맞게 처리하여 제1 이산 신호로 변환할 수 있다. 또한 제1 신호처리부(300)는 진폭 변조되기 전 제1 광신호로부터 제1 주파수를 검출하고, 신호 왜곡부(200)에 의해 진폭 변조된 제1 광신호로부터 제2 주파수를 검출하여 서로 간에 위상값의 차를 통해 제3 주파수를 생성하여 제1 이산 신호로 변환할 수 있다. 여기서, 위상값은 동일한 위상에서의 진폭값으로 정의할 수 있다.
제2 신호처리부(400)는 신호 왜곡부(200)에 의해 진폭 변조된 제1 광신호를 광축 검사 대상인 피검사물(600)에 출력하여 피검사물(600)로부터 전달 받은 제2 광신호를 처리하여 제2 이산 신호로 변환하는 장치이다. 제2 신호처리부(400)는 먼저 진폭 변조된 제1 광신호를 두 개의 제1 광신호로 나누어 서로간에 시간차를 발생시키고 시간 차가 발생된 각각의 제1 광신호를 서로 다른 세 가지의 파장을 갖는 제1 광신호로 분배할 수 있다. 제2 신호처리부(400)는 서로 다른 파장을 갖는 복수개의 제1 광신호로부터 파장을 검출하여 검출된 파장에 대응되는 제4 주파수로 변환할 수 있다.
또한, 제2 신호처리부(400)는 피검사물(600)이 진폭 변조된 제1 광신호에 포함된 복수개의 파장 중 적어도 일부를 감지하여 생성된 제2 광신호를 피검사물(600)로부터 전달 받아 두 개의 제2 광신호로 나누어 서로간에 시간차를 발생시키고, 제2 광신호 각각을 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 제2 광신호로 분배할 수 있다. 제2 신호처리부(400)는 서로 다른 파장을 갖는 복수개의 제2 광신호로부터 파장을 검출하여 검출된 파장에 대응되는 제5 주파수로 변환할 수 있다. 제2 신호처리부(400)는 생성된 제4 주파수와 제5 주파수의 위상값의 차를 통해 제6 주파수를 생성하여 제2 이산 신호로 변환할 수 있다.
신호판별부(500)는 제1 신호처리부(300)와 제2 신호처리부(400)로부터 제1 이산 신호와 제2 이산 신호를 전달 받아 서로 간의 일치 여부를 판별하는 장치이다. 신호판별부(500)는 제1 이산 신호와 제2 이산 신호가 일치하는 경우 피검사물(600)의 광축 정렬 상태를 정상으로 판단할 수 있다. 이는 피검사물(600)이 제1 광신호를 정확히 감지하여 제2 광신호에 잡음이 섞이지 않아 광축 정렬이 정상인 것을 의미한다. 신호판별부(500)는 제1 이산 신호와 제2 이산 신호가 서로 일치하지 않는 경우 피검사물(600)이 제1 광신호를 정확히 감지하지 못하여 제2 광신호에 잡음이 섞인 것으로 판별할 수 있다. 이러한 신호판별부(500)는 피검사물(600)의 광축 정렬에 이상이 생긴 것으로 판별할 수 있다.. 광축에 이상이 생긴 피검사물(600)은 외부의 광축 정렬 장치에 의해 광축 정렬이 가능하다.
본 발명의 일실시예에 따른 피검사물(600)은 빛의 반사나 굴절을 이용해서 물체의 상을 만들거나 빛에너지를 전송하기 위한 반사경, 렌즈, 프리즘 등에 해당하는 광학계를 목적에 맞추어 조립한 광학기계로서, 표적을 감지하는 탐색기의 카메라일 수 있다.
도2 는 본 발명의 일실시예에 따른 광학계의 광축 검사 장치를 상세히 나타내는 도면이다.
도2 를 참조하면, 광원부(100)는 630nm, 780nm, 1060nm, 1550nm 및 2000nm의 파장을 갖는 반도체 레이저이다. 광원부(100)는 가시광영역부터 적외선영역까지 다양한 파장을 갖는 레이저 광을 발생시킬 수 있다. 여기서, 발생된 레이저 광은 단일 광섬유에 모이게 되어 다양한 파장이 합성된 제1 광신호로 변환되어 광축 검사 장치(10)를 구성하는 각종 장치들에게 전달 된다.
제1 신호처리부(300)는 광원부(100)에 의해 발생한 제1 광신호를 처리하여 제1 이산 신호로 변환하는 장치로서, 제1 주파수검출부(311), 제2 주파수검출부(312), 제1 위상차 계산부(321), 주파수 지연부(322) 및 제1 A/D변환부(323)를 포함한다.
제1 주파수 검출부(311)는 제1 광신호로부터 주파수를 검출하는 장치이다. 여기서, 제1 주파수 검출부(311)에 의해 검출된 주파수는 제1 주파수로 정의할 수 있다. 제1 주파수 검출부(311)는 제1 주파수를 제1 위상차 계산부(321)로 전달할 수 있다.
제2 주파수 검출부(312)는 제1 주파수 검출부(311)와 달리 신호 왜곡부(200)에 의해 진폭 변조된 제1 광신호로부터 주파수를 검출하는 장치이다. 여기서, 검출된 주파수는 신호 왜곡부(200)에 인가되는 전압에 따라 다양하게 진폭 변조된 주파수이다. 또한, 제2 주파수 검출부(312)에 의해 검출된 주파수는 제2 주파수로 정의할 수 있다. 제2 주파수 검출부(312)는 제2 주파수를 제1 위상차 계산부(321)로 전달 할 수 있다.
도3 을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이 제1 주파수와 제2 주파수를 확인할 수 있다. 신호 왜곡부(200)는 제1 광신호를 입력 받아 외부에서 인가되는 전압에 따라 광신호를 왜곡 시켜 원신호인 제1 주파수를 제2 주파수로 변경시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 주파수(f1, f2, f3)는 외부에서 신호 왜곡부(200)에 인가 되는 전압의 크기가 커짐에 따라 진폭 변화량이 많아짐을 나타낸다. 제2 주파수(f1)는 신호 왜곡부(200)에 인가 되는 전압의 크기가 약해 변화가 없는 것을 나타내고, 제2 주파수(f2)는 신호 왜곡부(200)에 인가 되는 전압에 의해 두 개의 골이 형성되어 진폭 변화가 생긴 것을 나타내고, 제2 주파수(f3)는 제2 주파수(f2)보다 큰 전압이 전폭 변조부(200)에 인가 되어 네 개의 골이 형성되어 진폭 변화가 생긴 것을 나타낸다. 여기서, 생성된 제2 주파수(f1, f2, f3) 하나의 일실시예로서, 더욱 다양한 형태로 생성될 수 있다.
주파수 처리부(320)는 제1 주파수 검출부(311)와 제2 주파수 검출부(312)를 통해 검출된 제1 주파수와 제2 주파수의 위상값을 기반으로 제3 주파수를 생성하여 제3 주파수를 제1 이산 신호로 변환하는 장치로서, 제1 위상차 계산부(321), 주파수 지연부(322) 및 제1 A/D 변환부(323)를 포함한다.
제1 위상차 계산부(321)는 제1 주파수 검출부(311)와 제2 주파수 검출부(312)로부터 전달 받은 제1 주파수와 제2 주파수의 위상값의 차를 통해 제3 주파수를 생성하는 장치이다.
도4 내지 도5 를 참조하면, 제1 위상차 계산부(321)는 제1 주파수와 제2 주파수(f2)의 시간에 따라 변화하는 위상값의 차를 통해 제3 주파수를 생성할 수 있다. 여기서, 위상값은 앞서 설명한 바와 같이 동일한 위상에서의 진폭값이다. 제1 위상차 계산부(321)는 제1 주파수의 위상값에서 제2 주파수(f2)의 위상값을 감산함으로써 제3 주파수를 생성할 수 있다. 여기서 사용된 제2 주파수(f2)는 신호 왜곡부(200)에 임의의 전압을 인가하여 생성된 하나의 일실시예로서, 이에 국한되는 것은 아니다.
주파수 지연부(322)는 제1 위상차 계산부(321)로부터 복수개의 채널을 통해 전달된 복수개의 제3 주파수에 시간차를 발생시키는 장치이다. 도6 을 참조하면, 주파수 지연부(322)는 복수개의 채널을 통해 전달되는 제3 주파수 중 일부를 임의의 시간 만큼 지연 시켜 전송할 수 있다. 주파수 지연부(300)는 기존의 제3 주파수(322a)와 임의의 시간만큼 지연된 제3 주파수(322b)를 제1 A/D(Analog/Digital) 변환부(323)로 전송할 수 있다. 제3 주파수를 지연시키는 것은 제3 주파수를 통해 생성되는 제1 이산 신호와 제2 신호 처리부(400)를 통해 일부가 지연되는 제6주파수로부터 생성되는 제2 이산 신호를 서로 비교하기 위함이다.
제1 A/D 변환부(323)는 복수개의 제3 주파수를 전달 받아 제1 이산 신호로 변환하는 장치이다. 도7 를 참조하면, 제1 A/D 변환부(323)는 입력 받은 제3 주파수의 하강점(323a)과 상승점(323b)을 기준으로 제1 이산 신호로 변환할 수 있다. 제1 A/D 변환부(323)는 제3 주파수의 하강점(323a)과 상승점(323b) 시점에서 샘플링을 통해 제1 이산 신호로 변환할 수 있다. 제1 A/D 변환부(323)는 제3 주파수의 하강점(323a)을 1, 상승점(323b)을 -1로 지정하여 제1 이산 신호로 변환할 수 있다. 여기서, 하강점(323a)과 상승점(323b)는 기설정된 진폭값 이상 또는 이하일 경우에 제1 이산신호로 변환될 수 있다. 이를 통해 생성된 제1 이산 신호는 제2 신호처리부(400)에 의해 생성되는 제2 이산 신호와의 비교에 이용된다.
제2 신호처리부(400)는 광원부(100)에 의해 발생한 제1 광신호를 피검사물(600)에 출력하여 피검사물(600)로부터 전달 받은 제2 광신호를 제2 이산 신호로 변환하는 장치로서, 파장 처리부(410), 제2 위상차 계산부(420) 및 제2 A/D변환부(430)를 포함한다. 여기서, 제2 광신호는 앞서 설명한 바와 같이 제1 광신호에 포함된 서로 다른 복수개의 파장 중 적어도 일부를 포함하는 것으로서, 피검사물(600)이 감지할 수 있는 파장들이 혼합된 것이다.
파장 처리부(410)는 피검사물(600)의 제2 광신호를 처리하는 장치로서, 레이저 발사기(411), 빔 가르개(412), 초점조절부(413), 신호 지연부(414), 비선형 광학결정(415), 신호 분산부(416), 파장 검출부(417)를 포함한다.
레이저 발사기(411)는 광섬유와 연결되어 광원부(100)에서 발생한 제1 광신호를 피검사물(600)에 출력하는 장치이다. 레이저 발사기(411)는 신호 왜곡부(200)에 의해 진폭 변조된 제1 광신호를 피검사물(600)에 출력한다. 레이저 발사기(411)는 광섬유의 진행 경로 상에 위치하는 피검사물(600)에 진폭 변조된 제1 광신호를 출력하여 피검사물(600)의 광축의 이상유무를 판별하는 것을 도울 수 있다. 여기서 레이저 발사기(411)는 진폭 변조된 제1 광신호에 대응되는 직진성을 갖는 레이저 광을 출력하여 피검사물의 광축의 이상유무를 판별하는데 도움이 된다.
빔 가르개(412)는 레이저 발사기(411)에서 출력한 제1 광신호의 진행 경로를 제어하는 장치이다. 빔 가르개(412)는 제1 광신호의 진행 경로에 위치하여 제1 광신호를 두 개로 분할하거나 제1 광신호를 피검사물(600)에 전달하여 제1 광신호에 포함된 적어도 일부의 파장을 감지한 피검사물(600)로부터 제2 광신호를 전달 받아 두 개로 분할할 수 있다. 빔 가르개(412)는 두 개로 분할된 제1 광신호를 서로 반대되는 방향으로 굴절시켜 전송할 수 있다. 또한, 빔 가르개(412)는 두 개로 분할된 제2 광신호를 서로 반대되는 방향으로 굴절시켜 전송할 수 있다.
초점 조절부(413)는 제1 광신호의 진행경로에 위치하여 피검사물(600)에 입사되는 제1 광신호의 초점이 맞도록 조절하는 장치이다. 이러한 초점 조절부(413)는 피검사물로부터의 제2 광신호를 빔 가르개(412)로 전달 할 수 있다. 또한 초절 조절부(413)는 초점 조절이 가능한 배율조정렌즈일 수 있다.
신호지연부(414)는 빔 가르개(412)에 의해 나누어진 제1 광신호 중 어느 하나를 전달 받아 진행하는 경로를 다르게 설정하여 서로 간의 시간차를 발생시키는 장치이다. 이러한 신호지연부(414)는 빔 가르개(412)에 의해 나누어진 제2 광신호 중 어느 하나를 전달 받아 진행하는 경로를 다르게 설정하여 서로 간에 시간차를 발생시킬 수 있다. 또한, 신호 지연부(414)는 적어도 두 개가 배치되어 제1 광신호와 제2 광신호의 진행하는 경로를 변경시킬 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 신호지연부(414)는 오목거울 일 수 있다.
도8을 참조하면, 신호지연부(414)는 피검사물(600)로부터 전달 받은 제2 광신호를 빔 가르개(412)를 통해 어느 하나의 제2 광신호를 전달 받아 서로 간에 시간차를 발생시킬 수 있다. 신호지연부(414)는 광경로2를 통해 제2 광신호 중 어느 하나를 전달함으로써, 서로 간에 시간차를 발생시킬 수 있다.
비선형 광학결정(415)은 일반적으로 단일 파장의 신호를 전달 받아 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 신호로 분배하는 장치이다. 본 발명의 일실시예에 따른 비선형 광학결정(415)은 제1 광신호와 제2 광신호를 통과시켜 서로 다른 파장을 갖는 세 가지 제1 광신호와 제2 광신호로 분배하여 출력할 수 있다. 비선형 광학결정(415)은 빔 가르개(412)를 통해 분할되고 신호지연부(414)를 통해 시간 차가 나는 두 개의 제1 광신호를 통과 시켜 서로 다른 파장을 갖는 여섯 개의 제1 광신호로 분배하여 출력할 수 있다. 또한, 비선형 광학결정은 시간 차가 나는 두 개의 제2 광신호를 통과 시켜 서로 다른 파장을 갖는 여섯 개의 제2 광신호로 분배하여 출력할 수 있다. 여기서 사용되는 비선형 광학결정(415)은 비선형 크리스탈일 수 있다.
신호 분산부(416)는 비선형 광학결정(415)을 통과하여 생성된 여섯 개의 제1 광신호와 제2 광신호를 파장별로 분산시키는 장치이다. 신호 분산부(416)는 제1 광신호와 제2 광신호를 파장별로 분산하여 파장검출부(417)에 전달할 수 있다. 이러한 신호 분산부(416)는 제1 광신호와 제2 광신호를 전달 받는 면이 오목하게 형성된 거울일 수 있다.
파장검출부(417)는 신호 분산부(416)를 통해 여섯 개의 파장으로 분산된 제1 광신호와 제2 광신호를 전달 받아 각각의 신호에 대한 파장을 검출할 수 있다. 파장 검출부(417)는 검출된 파장을 주파수로 변환하여 복수개의 채널을 통해 제2 위상차 계산부(420)로 전달할 수 있다. 파장검출부(417)는 제1 광신호로부터 검출된 각각의 파장을 복수개의 제4 주파수로 변환하고, 제2 광신호로부터 검출된 각각의 파장을 복수개의 제5 주파수로 변환할 수 있다.
제2 위상차 계산부(420)는 파장검출부(417)로부터 복수개의 채널을 통해 전달된 4 주파수와 제5 주파수 각각의 위상값의 차를 통해 제6 주파수를 생성하는 장치이다. 도9 를 참조하면, 제2 위상차 계산부(420)는 복수개의 채널을 통해 전달되는 제4 주파수(미도시)와 제5 주파수(417a, 417b, 417c)의 위상값의 차를 통해 제6 주파수(481)을 생성할 수 있다. 여기서, 제5 주파수(417a, 417b, 417c)는 신호 왜곡부(200)에 인가되는 전압에 따라 다양하게 형성될 수 있음을 보여주는 예이다. 따라서, 제5 주파수(417a, 417b, 417c)는 여기에 국한되지 않고 다양한 형태로 생성될 수 있다. 또한, 제6 주파수(421)는 제4 주파수와 제5 주파수(417b)의 위상값 차를 통해 생성된 것으로서, 하나의 일실시 예이다. 여기서, 제6 주파수(421)는 앞서 제1 위상차 계산부(322)가 계산한 방식과 동일한 방식에 의해 생성된 것임이 자명하다.
제2 A/D(Analog/Digital) 변환부(430)는 제2 위상차 계산부(420)에 의해 생성된 제6 주파수를 전달 받아 제2 이산 신호로 변환하는 장치이다. 도10 을 참조하면, 제2 A/D 변환부(430)는 앞서 설명한 바 있는 제1 A/D 변환부(323)가 제1 이산 신호를 생성하는 방식과 같이 제6 주파수의 하강점(431) 및 상승점(432)을 통해 제2 이산 신호를 생성할 수 있다. 제2 A/D 변환부(430)는 제6 주파수의 하강점(431)과 상승점(432) 시점에서 샘플링을 통해 제2 이산 신호로 변환할 수 있다. 제2 A/D 변환부(430)는 제6 주파수의 하강점(431)을 1, 상승점(432)을 -1로 지정하여 제2 이산 신호로 변환할 수 있다. 여기서, 제2 이산 신호는 신호판별부(500)로 전달되어 제1 이산 신호와의 비교에 이용된다.
신호판별부(500)는 제1 이산 신호와 제2 이산 신호를 전달 받아 비교를 통해 일치 여부에 따라 피검사물(600)의 광축 정렬의 이상 유무를 판별하는 장치이다. 도11을 참조하면, 신호판별부(500)는 제1 이산 신호와 제2 이산 신호의 값이 일치하면 피검사물(600)의 광축 정렬이 정상인 것으로 판단할 수 있다. 신호판별부(500)는 제1 이산 신호와 제2 이산 신호의 값이 일치 하지 않는 경우 피검사물(600)이 감지한 제2 광신호에 잡음이 섞인 경우로 판단할 수 있다. 이는 피검사물(600)의 광축 정렬에 이상이 있음을 나타낸다. 신호판별부(500)에 의해 광축 정렬에 이상이 있다고 판별된 피검사물(600)은 외부의 광축 정렬 장치를 통해 광축 정렬될 수 있다.
도12 는 본 발명의 일실시예에 따른 광학계의 광축 검사 장치의 운용 방법을 간략히 설명하는 흐름도이다.
도12 를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광학계의 광축 검사장치의 운용 방법은 먼저, 서로 다른 복수개의 파장이 혼합된 제1 광신호를 전송한다.(S1201) 여기서, 제1 광신호는 단일 파장의 레이저 광들이 혼합된 것으로서, 가시광선 영역과 적외선 영역의 파장을 포함한다.
다음에 제1 광신호를 왜곡시켜 진폭을 변조시킨다.(S1203) 여기서, 제1 광신호는 외부에서 인가되는 전압에 따라 왜곡되어 다양한 형태로 나타날 수 있다.
그 다음에 제1 광신호와 진폭 변조된 제1 광신호로부터 제1 주파수와 제2 주파수를 검출한다.(S1205) 여기서, 제1 광신호의 주파수를 제1 주파수로 정의하고, 진폭 변조된 제1 광신호의 주파수를 제2 주파수로 정의한다.
그 다음에 제1 주파수와 제2 주파수의 위상값의 차를 통해 제3 주파수를 생성한다.(S1207) 여기서 위상값은 시간의 흐름에 따른 동위상에서의 진폭값이다.
그 다음에 복수개의 채널을 통해 전송된 복수개의 제3 주파수 서로 간에 시간차를 발생시킨다.(S1209) 여기서, 시간차는 특정한 채널을 통해 전달되는 제3 주파수를 임의의 시간 동안 지연시킴으로써 발생될 수 있다.
그 다음에 복수개의 제3 주파수를 제1 이산 신호로 변환한다.(S1211) 여기서, 제3 주파수는 진폭의 하강점과 상승점을 기반으로 제1 이산 신호로 변환된다.
이 후 설명할 단계는 앞서 S1203 단계 이후 시점으로서, S1205 단계와 별개로 이루어질 수 있다. S1205 단계에 이어서 진폭 변조된 제1 광신호를 피검사물을 향하여 출력한다.(S1213) 여기서, 출력은 광섬유를 통해 전달되는 제1 광신호를 공중으로 쏘는 것을 말한다. 본 발명의 일실시예 따른 제1 광신호는 반도체 레이저를 통해 생성된 것으로서, 널리 퍼져 나가는 것이 아니라 광섬유의 진행경로를 따라 직진하게 된다.
다음에 제1 광신호를 서로 다른 파장을 갖는 적어도 여섯 개의 제1 광신호로 분배하여 분배된 복수개의 제1 광신호로부터 제4 주파수를 검출한다.(S1215) 여기서, 제1 광신호는 두 개로 분할되어 서로 간에 시간차가 발생된 것이다. 이러한 제1 광신호 각각은 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 광신호로 분배된 것이다. 서로 다른 파장을 갖는 신호로 분배된 제1 광신호는 각각 제4 주파수로 변환된다.
그 다음에 피검사물로부터 제2 광신호를 전달 받아 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 제2 광신호로 분배하여 분배된 복수개의 제2 광신호로부터 제5 주파수를 검출한다.(S1217) 여기서, 제2 광신호는 피검사물이 제1 광신호로부터 감지할 수 있는 파장영역에 따라 생성될 수 있다. 제2 광신호는 앞서 S1215 단계에서 설명한 바와 같이 두 개로 분할 되고 서로간에 시간차가 발생한 것이다. 이러한 제2 광신호 각각은 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 제2 광신호로 분배된다. 서로 다른 파장을 갖는 제2 광신호는 각각 제5 주파수로 변환된다.
그 다음에 제4 주파수와 제5 주파수의 위상값의 차를 통해 복수개의 제6 주파수를 생성한다.(1219) 여기서, 위상값은 시간의 흐름에 따른 동위상의 진폭값을 나타낸다.
그 다음에 복수개의 제6 주파수를 제2 이산 신호로 변환한다. 여기서, 제6 주파수는 진폭의 하강점과 상승점을 기반으로 제2 이산 신호로 변환될 수 있다.
마지막으로, 제1 이산 신호와 제2 이산 신호를 비교하여 신호를 판별한다.(S1223) 여기서, 제1 이산 신호와 제2 이산 신호가 일치하는 경우는 피검사물인 광학계의 광축 정렬이 정상인 경우이다. 제1 이산 신호와 제2 이산 신호가 일치하지 않는 경우에는 광축이 비정렬 상태로서, 외부의 광축 정렬 장치에 의해 광축 정렬 될 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 광축 검사 장치는 가시광 영역부터 적외선 영역에 해당하는 신호를 감지할 수 있는 다양한 종류의 광학계의 광축 검사를 실행할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 광원부
200: 신호 왜곡부
300: 제1 신호처리부
311: 제1 주파수 검출부
312: 제2 주파수 검출부
320: 주파수 처리부
321: 제1 위상차 계산부
322: 주파수 지연부
323: 제1 A/D 변환부
400: 제2 신호처리부
410: 파장 처리부
411: 레이저 발사기
412: 빔 가르개
413: 초점조절부
414: 신호지연부
415: 비선형 광학결정
416: 신호 분산부
417: 파장 검출부
420: 제2 위상차 계산부
430: 제2 A/D 변환부
500: 신호판별부

Claims (9)

  1. 서로 다른 복수개의 파장이 혼합된 제1 광신호를 전송하는 광원부(100);
    상기 제1 광신호를 전달받아 제1 이산 신호로 변환하는 것으로서, 진폭 변조되지 않은 상기 제1 광신호로부터 제1 주파수를 검출하기 위한 제1 주파수검출부(311); 진폭 변조된 상기 제1 광신호로부터 제2 주파수를 검출하기 위한 제2 주파수검출부(312); 및 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수를 처리하여 생성된 제3 주파수를 상기 제1 이산 신호로 변환하는 주파수 처리부(320)를 포함하는 제1 신호처리부(300);
    상기 제1 광신호의 진행경로에 위치하는 피검사물에 상기 제1 광신호를 출력하여 상기 피검사물로부터 상기 제1 광신호에 포함된 복수개의 파장 중 적어도 일부의 파장으로 이루어지는 제2 광신호를 전달받아 제2 이산 신호로 변환하는 제2 신호처리부(400); 및
    서로 다른 경로를 통해 전달된 상기 제1 이산 신호와 상기 제2 이산 신호를 이용하여 상기 피검사물의 광축의 이상 유무를 판별하는 신호판별부(500)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계의 광축 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부(100)로부터 상기 제1 광신호를 전달받아 인가되는 전압에 따라 상기 제1 광신호를 왜곡시켜 상기 제1 신호처리부(300)와 상기 제2 신호처리부(400)에 서로 다른 경로를 통해 전달하는 신호 왜곡부(200)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계의 광축 검사 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부(100)는 상기 피검사물의 종류에 따라 감지할 수 있는 영역인 가시광선 영역과 적외선 영역의 파장을 포함하는 서로 다른 파장을 갖는 복수개의 레이저 광을 출력하고 광섬유를 통해 상기 레이저 광을 합성하여 서로 다른 복수개의 파장이 혼합된 상기 제1 광신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 광학계의 광축 검사 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 처리부(320)는,
    상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 위상값의 차를 통해 제3 주파수를 생성하는 제1 위상차 계산부(321);
    상기 제1 위상차 계산부(321)로부터 복수개의 채널을 통해 전달된 상기 제3 주파수 중 일부를 기설정된 시간차를 적용하여 지연시키는 주파수 지연부(322); 및
    상기 지연된 제3 주파수를 포함하는 복수개의 제3 주파수를 상기 제1 이산 신호로 변환하는 제1 A/D 변환부(323)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계의 광축 검사 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 신호처리부(400)는,
    상기 제1 광신호를 적어도 두 개의 제1 광신호로 나누어 서로 간에 시간차를 발생시키고, 두 개로 나누어진 상기 각각의 제1 광신호를 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 제1 광신호로 분배하고, 분배된 제1 광신호로부터 복수개의 파장을 검출하여 제4 주파수로 변환하고, 상기 피검사물로부터 상기 제2 광신호를 전달받아 적어도 두 개의 제2 광신호로 나누어 서로 간에 시간차를 발생시키고, 두 개로 나누어진 상기 각각의 제2 광신호를 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 제2 광신호로 분배하고, 분배된 제2 광신호로부터 복수개의 파장을 검출하여 제5 주파수로 변환하는 파장 처리부(410);
    상기 복수개의 제4 주파수와 상기 제5 주파수 각각의 위상값의 차를 통해 복수개의 제6 주파수를 생성하는 제2 위상차 계산부(420); 및
    상기 복수개의 제6 주파수를 상기 제2 이산 신호로 변환하는 제2 A/D 변환부(430)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계의 광축 검사 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파장 처리부(410)는,
    상기 광원부(100)와 광섬유를 통해 연결되어 상기 광섬유의 진행경로를 따라 진행하는 상기 제1 광신호를 상기 피검사물에 출력하는 레이저 발사기(411);
    상기 제1 광신호의 진행경로에 위치하여 피검사물에 입사되는 상기 제1 광신호의 초점이 맞도록 조절하는 초점조절부(413);
    상기 제1 광신호를 적어도 두 개의 제1 광신호로 나누어 전달하고, 상기 제1 광신호를 투과시켜 상기 초점조절부(413)를 통해 상기 피검사물에 전달하고, 상기 피검사물로부터 상기 제2 광신호를 상기 초점조절부(413)를 통해 전달받아 적어도 두 개의 제2 광신호로 나누는 빔 가르개(412);
    상기 빔 가르개(412)를 통해 나누어진 두 개의 제1 광신호 중 어느 하나의 제1 광신호의 진행경로를 변경시키고, 상기 두 개의 제2 광신호 중 어느 하나의 제2 광신호의 진행 경로를 변경시켜 서로 간에 시간차를 발생시키는 신호지연부(414);
    서로 간에 시간차가 발생된 상기 제1 광신호 또는 상기 제2 광신호 각각을 순차적으로 전달받아 서로 다른 파장을 갖는 적어도 세 개의 제1 광신호 또는 제2 광신호로 분배하는 비선형 광학결정(415);
    상기 비선형 광학결정(415)을 통해 분배된 복수개의 제1 광신호와 제2 광신호를 전달받아 파장 별로 진행하는 경로를 분산하여 전달하는 신호 분산부(416); 및
    상기 신호 분산부(416)를 통해 분산되어 전달된 상기 복수개의 제1 광신호와 상기 복수개의 제2 광신호로부터 파장을 검출하여 상기 복수개의 제4 주파수와 상기 복수개의 제5 주파수로 변환하는 파장검출부(417)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계의 광축 검사 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 피검사물은 상기 제1 광신호에 포함된 서로 다른 복수개의 파장 중 적어도 일부를 감지하는 광학계를 목적에 맞추어 조립한 광학기계인 것을 특징으로 하는 광학계의 광축 검사 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호판별부(500)는 상기 제1 이산 신호와 상기 제2 이산 신호가 서로 일치하는 경우, 상기 피검사물의 제2 광신호에 잡음이 섞이지 않아 상기 피검사물의 광축에 이상이 없다고 판단하는 것을 특징으로 하는 광학계의 광축 검사 장치.
KR1020140084501A 2014-07-07 2014-07-07 광학계의 광축 검사 장치 KR101483061B1 (ko)

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