KR101536684B1 - 대형 광학계 정렬 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주경과 부경을 갖는 반사식 대형 광학계에 있어서, 주경을 고정 지지하는 주경 고정 유닛; 부경을 고정 지지하는 부경 고정 유닛; 및 주경에 입사된 평행광이 주경 및 부경에 반사되어 집광되는 초점면에 마련되어 초점을 확인하는 핀홀 조립체를 포함하는 대형 광학계 정렬 시스템을 제공하여, 주경과 부경을 포함하는 반사식 대형 광학계의 제작 시 주경과 부경을 용이하게 정렬하여 조립할 수 있는 효과가 있다.

Description

대형 광학계 정렬 시스템{Aligning System for Large Optical Apparatus}
본 발명은 대형 광학계 정렬 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주경과 부경을 포함하는 반사식 대형 광학계의 제작 시 주경과 부경을 용이하게 정렬하여 조립할 수 있는 대형 광학계 정렬 시스템에 관한 것이다.
대형 광학계는 정밀한 영상 획득을 위한 구경이 큰 광학계를 말한다.
대형 광학계는 대공표적 추적 시스템이나 레이저 무기 시스템 등에 사용될 수 있다.
이러한 대형 광학계에서는 주경과 부경을 그 필수적 구성요소로 포함한다.대형 광학계에서는 광경로 갈게 형성되므로 주경과 부경의 정렬이 정밀하지 않은 경우 그 성능에 큰 문제가 발생된다.
따라서, 대형 광학계의 주경 및 부경을 정밀하게 정렬시키는 과정은 대형 광학계의 제작 과정에 있어서 가장 중요한 공정이다.
종래에는 이러한 대형 광학계를 제작할 때에 그에 맞는 정렬 시스템이 마련되어 있지 않아 제작 공정이 오래 걸리고 양산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 대형 광학계의 주경 및 부경을 정밀하면서도 용이하게 정렬할 수 있는 대형 광학계 정렬 시스템이 고려되어야 할 것이다.
연구논문 "직경 300 mm 광집속장치의 광학정렬" (한국광학회, 2005)
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주경과 부경을 포함하는 반사식 대형 광학계의 제작 시 주경과 부경을 용이하게 정렬하여 조립할 수 있는 대형 광학계 정렬 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 주경과 부경을 갖는 반사식 대형 광학계에 있어서, 상기 주경을 고정 지지하는 주경 고정 유닛; 상기 부경을 고정 지지하는 부경 고정 유닛; 및 상기 주경에 입사된 평행광이 상기 주경 및 상기 부경에 반사되어 집광되는 초점면에 마련되어 초점을 확인하는 핀홀 조립체를 포함하는 대형 광학계 정렬 시스템을 제공한다.
상기 부경 고정 유닛은, 상기 부경을 고정 지지하는 그리퍼; 및 상기 그리퍼와 연결되어 상기 그리퍼를 직선 이동 및 회전 구동시키는 제1 정렬 스테이지를 포함할 수 있다.
상기 제1 정렬 스테이지는 x,y,z축 이동 및 y,z축을 회전 중심으로 회전 구동이 가능한 5축 스테이지로 마련될 수 있다.
상기 핀홀 조립체는, 핀홀이 형성되는 핀홀부; 및 상기 핀홀부와 연결되어 상기 핀홀부를 직선 이동 및 회전 구동시키는 제2 정렬 스테이지를 포함할 수 있다.
상기 제2 정렬 스테이지는 x,y,z축 이동 및 y,z축을 회전 중심으로 회전 구동이 가능한 5축 스테이지로 마련될 수 있다.
상기 대형 광학계는 카세그레인식 반사 망원경(Cassegrain telescope)일 수 있다.
상기 대형 광학계 정렬 시스템은, 빛을 생성하는 광원을 포함하며 빛의 간섭현상을 관측하는 간섭계; 및 상기 간섭계와의 사이에 상기 주경 고정 유닛, 상기 부경 고정 유닛, 상기 핀홀 조립체가 위치되도록 배치되며 입사된 빛을 반사시키는 평면경을 고정 지지하는 평면경 고정 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 평면경 고정 유닛은, 상하 방향(z축)을 회전 중심으로 회전 가능하게 마련될 수 있다.
상기 간섭계는, 상기 핀홀 조립체의 핀홀에 초점이 일치되도록 빛을 조사하여 상기 부경, 상기 주경 및 상기 평면경을 거쳐 반사되어 되돌아오는 빛을 통하여 간섭현상을 관측함으로써 상기 주경 및 부경의 형상 오차를 측정할 수 있다.
상기 간섭계는, 상기 평면경 고정 유닛의 회전에 따라 상기 평면경의 반사각이 변경될 때에, 상기 핀홀 조립체의 핀홀에 초점이 일치되도록 빛을 조사하여 상기 부경, 상기 주경 및 상기 평면경을 거쳐 반사되어 되돌아오는 빛을 통하여 간섭현상을 관측함으로써 상기 주경 및 부경의 시야각 성능을 측정할 수 있다.
본 발명의 대형 광학계 정렬 시스템에 따르면, 주경과 부경을 포함하는 반사식 대형 광학계의 제작 시 주경과 부경을 용이하게 정렬하여 조립할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 광학계 정렬 시스템에 사용되는 대형 광학계의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 광학계 정렬 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 대형 광학계 정렬 시스템에서 주경과 부경을 정렬하기 위한 과정을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3의 주요부 확대 사시도이다.
도 5는 도 2의 대형 광학계 정렬 시스템에서 주경과 부경의 형상 오차를 측정하기 위한 과정을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서 사용되는 대형 광학계는 카세그레인식 반사 망원경(Cassegrain telescope)으로 마련되며, 이를 기초로 실시예를 설명한다.
도 1은 카세그레인식 반사 망원경의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 카세그레인식 반사 망원경은 주경과 부경을 갖도록 마련되며, 주경으로 입사된 평행광이 주경 및 부경에 반사되어 초점면으로 집광된다.
반사형 대형 광학계는 이와 같이 주경과 부경은 필수 구성요소로 포함되는 경우가 대부분이며, 대형으로 제작됨에 따라 주경과 부경의 위치 정렬이 매우 정밀하게 이루어져야 한다. 본 발명은 반사형 대형 광학계에서 주경과 부경의 정밀한 정렬을 용이하게 수행할 수 있고, 아울러 주경과 부경의 형상 오차를 측정할 수 있는 대형 광학계 정렬 시스템에 대한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 광학계 정렬 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 광학계 정렬 시스템(1)은, 주경 고정 유닛(100), 부경 고정 유닛(200), 핀홀 조립체(300), 간섭계(400) 및 평면경 고정 유닛(500)을 포함한다.
주경 고정 유닛(100)은 주경(10)을 고정 지지한다.
부경 고정 유닛(200)은 부경(20)을 고정 지지하며 부경(20)의 위치 및 방향을 정밀 조절한다.
도 4를 참조하면, 부경 고정 유닛(200)은, 부경(20)을 고정 지지하는 그리퍼(210)와, 그리퍼(210)와 연결되어 그리퍼(210)를 직선 이동 및 회전 구동시키는 제1 정렬 스테이지(220)를 포함한다.
제1 정렬 스테이지(220)는 x,y,z축(도 2의 xyz축 기준) 이동 및 y,z축을 회전 중심으로 회전 구동이 가능한 5축 스테이지로 마련된다.
핀홀 조립체(300)는, 주경(10)에 입사된 평행광이 주경(10) 및 부경(20)에 반사되어 집광되는 초점면에 마련되어 초점을 확인한다.
도 4를 참조하면, 핀홀 조립체(300)는, 핀홀(311)이 형성되는 핀홀부(310)와, 핀홀부(310)와 연결되어 핀홀부(310)를 직선 이동 및 회전 구동시키는 제2 정렬 스테이지(320)를 포함한다.
제2 정렬 스테이지(320)는 x,y,z축(도 2의 xyz축 기준) 이동 및 y, z축을 회전 중심으로 회전 구동이 가능한 5축 스테이지로 마련된다.
간섭계(400)는, 빛을 생성하는 광원을 포함하며 빛의 간섭 현상을 관측한다. 구체적으로 간섭계(400)에서는 광원으로부터 생성된 빛이 전방으로 조사된 후 반사면에 반사되어 되돌아 오는 빛(object beam)과 동일 광원으로부터 생성된 기준광(reference beam)이 중첩되었을 때 발생하는 간섭 현상을 관측한다. 간섭계(400)에서 관측된 간섭 무늬에 따라 반사면의 형상 오차를 측정할 수 있다.
평면경 고정 유닛(500)은, 간섭계(400)와의 사이에 주경 고정 유닛(100), 부경 고정 유닛(200), 핀홀 조립체(300)가 위치되도록 배치되며 입사된 빛을 반사시키는 평면경(30)을 고정 지지한다.
평면경 고정 유닛(500)은, 평면경(30)의 반사 각도를 조절할 수 있도록 상하 방향(z축)을 회전 중심으로 회전 가능하게 마련된다.
이러한 구성을 갖는 대형 광학계 정렬 시스템(1)의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 주경 고정 유닛(100)에 주경(10)을 장착하여 고정시킨다.
다음으로, 주경(10)의 위치를 기준으로 설계 거리에 따라 부경(20)을 부경 고정 유닛(200)에 고정시킨다.
부경(20)을 부경 고정 유닛(200)에 고정시킨 후, 도 3과 같이, 간섭계(400)로부터 평행광을 평면경(30)으로 조사하면 평면경(30)에 반사된 평행광이 주경(10)에 입사되고, 주경(10) 및 부경(20)에 반사되어 초점면에 집광된다.
초점면에는 핀홀 조립체(300)가 마련되므로 핀홀 조립체(300)를 통하여 초점이 올바르게 형성되는 지 확인한다. 핀홀 조립체(300)는 주경(10)의 위치를 기준으로 설계 거리에 따라 핀홀부(310)의 핀홀(311)이 위치되도록 배치된다. 이때 핀홀(311)의 세부 위치 정렬은 핀홀 조립체(300)의 제2 정렬 스테이지(320)를 구동하여 조절한다.
정렬된 핀홀(311)에 초점이 올바르게 형성되지 않으면 부경 고정 유닛(200)의 제1 정렬 스테이지(220)를 구동하여 부경(20)의 위치 및 방향을 정밀하게 조절하면서 핀홀(311)에 초점의 형성을 확인한다. 부경(20)의 위치 및 방향을 조절하여 초점이 핀홀(311)에 형성되도록 함으로써 주경(10) 및 부경(20)의 정렬을 정밀하게 할 수 있다.
주경(10) 및 부경(20)의 정렬이 완료되면, 간섭계(400)를 이용하여 주경(10) 및 부경(20) 조립체의 형상 오차를 측정한다.
도 5를 참조하면, 주경(10) 및 부경(20)의 형상 오차를 측정하기 위하여, 간섭계(400)에서는 핀홀 조립체(300)의 핀홀(311)에 초점이 일치되도록 빛을 조사한다. 조사된 빛이 부경(20), 주경(10) 및 평면경(30)을 거쳐 반사되어 되돌아오면 기준광(reference beam)과의 간섭 현상을 관측함으로써 주경(10) 및 부경(20) 조립체의 형상 오차를 측정한다.
이때 평면경 고정 유닛(500)에 의하여 평면경(30)의 반사각을 조절하면서 주경(10) 및 부경(20) 조립체의 시야각 성능을 측정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 대형 광학계 정렬 시스템(1)에 의하면, 주경(10)과 부경(20)을 포함하는 반사식 대형 광학계의 제작 시 주경(10)과 부경(20)을 용이하게 정렬하여 조립할 수 있는 효과가 있다. 이를 통하여 제작 공정을 간소화하고 양산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 주경(10)과 부경(20) 조립체의 형상 오차 및 시야각 성능을 용이하게 측정할 수 있어 제작되는 대형 광학계의 성능을 보장할 수 있는 효과가 있다.
전술한 실시 예에서는, 대형 광학계를 카세그레인식 반사 망원경으로 마련하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 제한될 필요는 없으며 주경과 부경을 포함하는 다른 형태의 반사형 대형 광학계에도 적용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 대형 광학계 정렬 시스템
10 : 주경
20 : 부경
30 : 평면경
100 : 주경 고정 유닛
200 : 부경 고정 유닛
210 : 그리퍼
220 : 제1 정렬 스테이지
300 : 핀홀 조립체
310 : 핀홀부
311 : 핀홀
320 : 제2 정렬 스테이지
400 : 간섭계
500 : 평면경 고정 유닛

Claims (10)

  1. 주경과 부경을 갖는 반사식 대형 광학계에 있어서,
    상기 주경을 고정 지지하는 주경 고정 유닛;
    상기 부경을 고정 지지하는 부경 고정 유닛; 및
    상기 주경에 입사된 평행광이 상기 주경 및 상기 부경에 반사되어 집광되는 초점면에 마련되어 초점을 확인하는 핀홀 조립체를 포함하고,
    상기 핀홀 조립체는,
    핀홀이 형성되는 핀홀부; 및
    상기 핀홀부와 연결되어 상기 핀홀부를 직선 이동 및 회전 구동시키는 제2 정렬 스테이지를 포함하며,
    상기 제2 정렬 스테이지는 x,y,z축 이동 및 y,z축을 회전 중심으로 회전 구동이 가능한 5축 스테이지인 것을 특징으로 하는 대형 광학계 정렬 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부경 고정 유닛은,
    상기 부경을 고정 지지하는 그리퍼; 및
    상기 그리퍼와 연결되어 상기 그리퍼를 직선 이동 및 회전 구동시키는 제1 정렬 스테이지를 포함하는 대형 광학계 정렬 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 정렬 스테이지는 x,y,z축 이동 및 y,z축을 회전 중심으로 회전 구동이 가능한 5축 스테이지인 것을 특징으로 하는 대형 광학계 정렬 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 대형 광학계는 카세그레인식 반사 망원경(Cassegrain telescope)인 것을 특징으로 하는 대형 광학계 정렬 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    빛을 생성하는 광원을 포함하며 빛의 간섭현상을 관측하는 간섭계; 및
    상기 간섭계와의 사이에 상기 주경 고정 유닛, 상기 부경 고정 유닛, 상기 핀홀 조립체가 위치되도록 배치되며 입사된 빛을 반사시키는 평면경을 고정 지지하는 평면경 고정 유닛을 더 포함하는 대형 광학계 정렬 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 평면경 고정 유닛은,
    상하 방향(z축)을 회전 중심으로 회전 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 대형 광학계 정렬 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 간섭계는,
    상기 핀홀 조립체의 핀홀에 초점이 일치되도록 빛을 조사하여 상기 부경, 상기 주경 및 상기 평면경을 거쳐 반사되어 되돌아오는 빛을 통하여 간섭현상을 관측함으로써 상기 주경 및 부경의 형상 오차를 측정하는 것을 특징으로 하는 대형 광학계 정렬 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 간섭계는,
    상기 평면경 고정 유닛의 회전에 따라 상기 평면경의 반사각이 변경될 때에, 상기 핀홀 조립체의 핀홀에 초점이 일치되도록 빛을 조사하여 상기 부경, 상기 주경 및 상기 평면경을 거쳐 반사되어 되돌아오는 빛을 통하여 간섭현상을 관측함으로써 상기 주경 및 부경의 시야각 성능을 측정하는 것을 특징으로 하는 대형 광학계 정렬 시스템.
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