KR101970226B1 - 고에너지 레이저 무기에 적용되는 변형 거울의 구동 장치 - Google Patents
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Abstract
본 실시예들은 압전 소자를 변형시키는 전극을 압전 구동기의 구동 방향과 수평하게 적층하여 배치하고, 외부 전극을 압전 구동기의 하단에 일원화하여 배치한 변형 거울의 구동장치를 제공한다.
Description
본 발명이 속하는 기술 분야는 고에너지 레이저 무기에 적용되는 변형 거울의 구동 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
중력장의 영향을 받지 않고 빛의 속도로 에너지를 표적에 전달하는 지향성 에너지 무기인 레이저무기는 교전시 지연시간이 없고, 비행시간이 짧은 빠른 표적 및 다 표적과의 교전이 가능하다. 레이저무기는 운동성 에너지무기인 기존 재래식 대공무기로 방어가 불가능한 공중 위협물(표적) 방어 능력이 우수하다.
지향성 에너지 무기는 레이저 발생장치, 레이저 발생장치에서 나온 레이저빔의 떨림을 안정화시키고 레이저빔의 품질을 향상시키는 레이저 전송장치와 레이저빔을 표적으로 지향 및 집속시키는 광집속장치로 구성된다. 지향성 에너지 무기에 적용되는 변형 거울은 대기외란에 의한 광학적 성능 저하를 거울면 변형으로 보정하는 장치이다.
기존의 변형 거울을 구동하는 방식은 거울면과 접촉되는 부위에 전도성 물질을 코팅하는 방식과 구동기의 구동방향 측면에서 전극을 처리하는 방식이 있다.
도 1을 참조하면, 거울면에 전도성 물질을 코팅하는 방식은 전극을 단선으로 묶어 고전류 구동에 한계가 있으며, 거울면과 구동기 간에 접촉 공정 시에 코팅 손상이 발생할 가능성이 높아 구동기의 성능에 영향을 준다. 전극 처리를 구동기의 윗면과 아랫면으로 이원화시킴으로써 둘을 연결시키는 전선이 필요하기 때문에, 복잡성을 감소시키기 위하여 단일 전선을 사용하면 고전류 사용에 한계가 있다. 또한 고에너지 레이저용 변형 거울은 열확산이 중요하지만 전도성 코팅은 열확산도가 낮아서 고에너지 레이저용으로 적용이 어렵다.
도 2를 참조하면, 구동기의 구동방향 측면에서 전극을 처리하는 방식은 구동기의 수축과 이완 변형에 직접적으로 노출되어 전극 이탈에 취약하다. 구동기의 측면에서 전극 처리를 하기 때문에 제작이 어렵고, 작업에 필요한 충분한 공간이 필요하다. 외부 절연재 작업을 위해 구동기 간에 간격이 필요하므로, 소형화 및 고밀도화에 불리하다. 개별 구동기를 부착하더라도 구동기 간의 성능 표준화가 어려운 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 압전 소자를 변형시키는 전극을 압전 구동기의 구동 방향과 수평하게 적층하여 배치하고, 외부 전극을 압전 구동기의 하단에 일원화하여 배치함으로써, 변형 거울의 소형화 및 고밀도화가 가능하고, 구동기 간의 성능 표준화가 가능하고, 구동기의 개수 및 크기를 조절하는 데 발명의 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 변형 거울의 구동 장치를 제조하는 방법에 있어서, 제1 압전판에 더미 영역을 두고 복수의 양의 전극을 인쇄하는 단계, 제2 압전판에 더미 영역을 두고 복수의 음의 전극을 인쇄하는 단계, 상기 제1 압전판과 상기 제2 압전판이 적층하여 압전 구동기를 형성하는 단계, 및 상기 압전 구동기에서 상기 제1 압전판의 더미 영역과 상기 제2 압전판의 더미 영역을 제거하는 단계를 포함하는 변형 거울의 구동 장치를 제조하는 방법을 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 변형 거울의 구동 장치에 있어서, 양의 전극이 인쇄된 제1 압전판의 하단에 상기 양의 전극으로부터 연장된 양의 단자가 돌출 형성되고, 음의 전극이 인쇄된 제2 압전판의 하단에 상기 음의 전극으로부터 연장된 음의 단자가 돌출 형성되고, 상기 제1 압전판과 상기 제2 압전판이 적층된 압전 구동기, 및 상기 양의 단자와 상기 음의 단자에 각각 연결되어 전기 신호를 전달하는 인터페이스 보드를 포함하는 변형 거울의 구동 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 압전 소자를 변형시키는 전극을 압전 구동기의 구동 방향과 수평하게 적층하여 배치하고, 외부 전극을 압전 구동기의 하단에 일원화하여 배치함으로써, 변형 거울의 소형화 및 고밀도화가 가능하고, 구동기 간의 성능 표준화가 가능하고, 구동기의 개수 및 크기를 조절하고, 구동기의 상단에 열확산도가 높은 코팅이나 접착제를 사용할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1 및 도 2는 기존의 변형 거울을 구동하는 방식을 예시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 거울의 구동 장치를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 거울의 구동 장치를 예시한 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 거울의 구동 장치에서 압전판을 예시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 거울의 구동 장치에서 압전 구동기를 예시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 거울의 구동 장치를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 거울의 구동 장치를 예시한 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 거울의 구동 장치에서 압전판을 예시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형 거울의 구동 장치에서 압전 구동기를 예시한 단면도이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
본 실시예들은 변형 거울의 구동 장치에 관한 것으로, 변형 거울은 고에너지 레이저 무기, 전자 광학 위성 감시 장치 등 다양한 무기 체계에 적용할 수 있는 적응 광학의 핵심부품이다.
본 실시예들은 별도로 대량의 전선(Cable)을 사용하지 않고 압전 세라믹의 양면에 위치하는 내부 전극이 연장된 외부 전극을 통하여 압전 세라믹의 압전 효과를 발생시키기 위한 전압을 인가한다. 전극 처리를 위한 전선을 하기 위해 내부 전극이 연장된 외부 전극으로 대체함으로써, 변형 거울의 제작시 편의성을 확보하고, 소형화 및 고밀도화가 가능하다.
도 3 및 도 4는 변형 거울의 구동 장치를 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 변형 거울의 구동 장치는 압전 구동기와 인터페이스 보드를 포함한다. 인터페이스 보드는 제어 장치와 연결된다. 압전 구동기는 외부 전극(양의 단자 및 음의 단자)을 이용하여 솔더링과 FPC본딩 등과 같은 공정을 통해 인터페이스 보드와 연결된다. 압전 구동기와 인터페이스 보드가 연결될 때 추가적인 전선이 필요하지 않으며, 일괄적으로 제작이 가능하다.
도 4를 참조하면, 변형 거울의 구동 장치의 압전 구동기(10)는 다수의 채널을 포함하며, 균일성을 갖고, 소형화 제작이 가능하다. 압전 구동기(10)는 더미 영역을 제거하는 공정으로 제작될 수 있다. 더미 영역을 제거하는 공정을 수행하여 활성층의 폭을 비활성층의 폭보다 짧게 형성할 수 있다.
압전 구동기(10)를 참조하면, 압전 구동기(10)의 활성층은 MxN의 2차원 매트릭스로 배치된다. 여기서 M은 2 이상의 자연수이고, N은 2 이상의 자연수이다. 도 4에서는 10x10의 구동기이지만 구동기의 개수는 장비 특성 또는 사용자의 요구에 맞게 증감할 수 있다. 구동 변위를 고려하여 압전 세라믹 기판의 인쇄 패턴이나 적층되는 압전 세라믹 기판의 수를 조절할 수 있다. 기계 가공을 통하여 각각 구동이 가능하도록 구동기 간의 간격을 조절할 수 있다.
도 5는 변형 거울의 구동 장치를 예시한 단면도이다.
압전 구동기(10)는 전극을 전기적으로 병렬로 연결하고 세라믹 기판을 기계적 직렬로 연결하는 방식을 사용하여, 적층 방향의 종과 횡 방향으로 변위와 힘을 발생시킨다.
구동 방향과 수평하게 전극이 배치된다. 양의 전극(120)이 인쇄된 제1 압전판과 음의 전극(220)이 인쇄된 제2 압전판이 적층되며, 음의 전극면 -> 압전판 -> 양의 전극면 -> 압전판 -> 음의 전극면 -> 압전판 순으로 교차 배치된다. 적층량은 구동 범위와 힘의 범위를 고려하여 설정된다.
이러한 압전 구동기(10)의 형태는 다수의 구동기의 성능 표준화가 가능하고 제어가 용이하기 때문에, 변형 거울에 다수의 구동기를 적용할 때 구동기의 개수와 크기 변형에 유리하다.
도 6 및 도 7은 변형 거울의 구동 장치에서 압전판을 예시한 도면이다.
도 6 및 도 7에 도시된 전극의 인쇄 패턴을 참조하면, 제1 압전판(110)의 양(+)의 전극(120)은 복수의 '┐' 형상이 인쇄되고 제2 압전판(210)의 음(-)의 전극(220)은 복수의 '┌' 형상이 인쇄될 수 있다. 또는 제1 압전판(110)의 양(+)의 전극(120)은 복수의 '┌' 형상이 인쇄되고 제2 압전판(210)의 음(-)의 전극(220)은 복수의 '┐' 형상이 인쇄될 수 있다.
제1 압전판(110) 및 제2 압전판(120)은 PZT(Lead Zircanate Titanate), PMN(Lead Magnesium Niobate) 등의 압전 소자를 일정 두께로 형성한 판으로, 압전 세라믹으로 구현될 수 있다.
양의 전극(120) 및 음의 전극(220)은 세라믹 기판 내부에 있는 내부 전극과 세라믹 기판 외부에 있는 외부 전극으로 구분할 수 있다. 즉, 전극은 압전판에 인쇄된 영역과 압전판의 외부로 돌출된 단자로 구분된다. 압전 구동기는 전선을 사용하지 않고 이러한 단자(130, 230)를 통하여 인터페이스 보드에 장착이 가능하다.
도 7을 참조하면, 양의 전극이 인쇄된 압전판과 음의 전극이 인쇄된 압전판을 교차하여 적층한다. 일괄적으로 세라믹 기판을 인쇄하고 적층하기 때문에 각각의 개별 구동기는 균일한 성능을 보유할 수 있고 관리가 용이하다.
변형 거울의 구동 장치는 제1 압전판과 제2 압전판이 적층하여 압전 구동기를 형성한 이후에 압전 구동기에서 제1 압전판의 더미 영역과 제2 압전판의 더미 영역을 제거하는 공정으로 제작될 수 있다.
도 8 및 도 9는 변형 거울의 구동 장치에서 압전 구동기를 예시한 단면도이다.
도 8 및 도 9에 도시된 압전판과 전극이 적층된 압전 구동기를 참조하면, 개별 압전 구동기는 활성층과 비활성층으로 구분된다. 제1 압전판(110) 및 제2 압전판(210)은 활성층과 비활성층으로 구분된다. 인터페이스 보드로부터 전기 신호가 인가되면 활성층은 변위가 발생하고, 전기 신호가 인가되더라도 비활성층은 변위가 발생하지 않는다. 활성층은 -전극과 +전극이 완전히 겹쳐지게 적층되어 전압을 인가하였을 때 압전 효과로 인해 구동 변위가 발생한다. 하지만 비활성층은 -전극과 +전극이 겹치지 않게 적층되므로 전압을 인가하여도 압전 효과가 발생하지 않는다.
제1 압전판(110)의 양의 전극(120)은 복수의 '┐' 형상이 인쇄되고 제2 압전판(210)의 음의 전극(220)은 복수의 '┌' 형상이 인쇄되거나, 제1 압전판(110)의 양의 전극(120)은 복수의 '┌' 형상이 인쇄되고 제2 압전판(210)의 음의 전극(220)은 복수의 '┐' 형상이 인쇄된다. 교차하는 제1 압전판(110)과 제2 압전판(210)에서 양의 전극(120)의 면적과 음의 전극(220)의 면적이 중첩된 영역에 위치하는 압전판은 압전 효과가 발생한다. 압전 효과가 발생하는 층이 활성층이다. 압전 구동기의 활성층은 변형 거울에 부착될 수 있다.
활성층(101, 201)의 단면으로부터 수직한 방향에서 바라볼 때, 제1 압전판(110)에 인쇄된 양의 전극(120)과 제2 압전판(210)에 인쇄된 음의 전극(220)이 겹쳐지도록 제1 압전판(110) 및 제2 압전판(120)이 적층되어, 전기 신호가 인가되면 활성층에서 변위가 발생한다.
비활성층(102, 202)의 단면으로부터 수직한 방향에서 바라볼 때, 상기 제1 압전판(110)에 인쇄된 양의 전극과 제2 압전판(210)에 인쇄된 음의 전극이 겹치지 않도록 제1 압전판(110) 및 제2 압전판(210)이 적층되어, 전기 신호가 인가되더라도 비활성층의 변위가 발생하지 않는다.
비활성층(102, 202)의 폭(W12, W22)이 활성층(101, 201)의 폭(W11, W21)보다 길게 형성된다. 모듈 형태의 제작으로 구동기의 성능 표준화 및 관리가 용이하며, 구동기 제작시 확장 및 축소(Scalable)가 비교적 간편한 장점이 있다.
적층이 완료된 압전 세라믹 기판의 하단에는 전극이 노출되어 있다. 노출된 전극 단자는 +/- 소스에 구분하여 연결한다. 구동기의 측면이 아닌 구동기의 하단에서 전극 처리(연결 또는 체결)를 하기 때문에, 구동기 간의 간격이 필요하지 않으므로 소형화가 가능하다. 본 발명은 압전 구동기를 변형 거울에 적용할 때 전기적 상호 연결의 복잡성을 감소시킴으로써 구동기의 소형화 및 고밀도화가 가능하다.
레이저 무기에 포함된 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.
레이저 무기의 각 구성요소는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
레이저 무기의 각 구성요소는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 제1 압전판 210: 제2 압전판
120: 양의 전극 220: 음의 전극
130: 양의 단자 230: 음의 단자
120: 양의 전극 220: 음의 전극
130: 양의 단자 230: 음의 단자
Claims (10)
- 변형 거울의 구동 장치에 있어서,
양의 전극이 인쇄된 제1 압전판의 하단에 상기 양의 전극으로부터 연장된 양의 단자가 돌출 형성되고, 음의 전극이 인쇄된 제2 압전판의 하단에 상기 음의 전극으로부터 연장된 음의 단자가 돌출 형성되고, 상기 제1 압전판과 상기 제2 압전판이 적층된 압전 구동기; 및
상기 양의 단자와 상기 음의 단자에 각각 연결되어 전기 신호를 전달하는 인터페이스 보드를 포함하며,
상기 제1 압전판 및 상기 제2 압전판은 활성층과 비활성층으로 구분되며,
상기 양의 단자와 상기 음의 단자는 상기 활성층으로부터 상기 비활성층을 지나 돌출되며,
상기 활성층에 수직한 방향에서 바라볼 때, 상기 제1 압전판에 인쇄된 양의 전극과 상기 제2 압전판에 인쇄된 음의 전극이 겹쳐지도록 상기 제1 압전판 및 상기 제2 압전판이 적층되어, 상기 전기 신호가 인가되면 상기 활성층에서 변위가 발생하며,
상기 비활성층에 수직한 방향에서 바라볼 때, 상기 제1 압전판에 인쇄된 양의 전극과 상기 제2 압전판에 인쇄된 음의 전극이 겹치지 않도록 상기 제1 압전판 및 상기 제2 압전판이 적층되어, 상기 전기 신호가 인가되더라도 상기 비활성층에서 변위가 발생하지 않으며,
상기 제1 압전판 및 상기 제2 압전판에서 더미 영역을 제거하여 상기 비활성층의 폭이 상기 활성층의 폭보다 길게 형성되며,
상기 활성층은 MxN(상기 M은 2 이상의 자연수이고, 상기 N은 2 이상의 자연수)의 2차원 매트릭스로 배치되는 것을 특징으로 하는 변형 거울의 구동 장치. - 제1항에 있어서,
상기 압전 구동기의 구동 방향과 수평하게 상기 양의 전극과 상기 음의 전극을 교차 배치하는 것을 특징으로 하는 변형 거울의 구동 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 압전판의 상기 양의 전극은 복수의 '┐' 형상이 인쇄되고 상기 제2 압전판의 상기 음의 전극은 복수의 '┌' 형상이 인쇄되거나 상기 제1 압전판의 상기 양의 전극은 복수의 '┌' 형상이 인쇄되고 상기 제2 압전판의 상기 음의 전극은 복수의 '┐' 형상이 인쇄된 것을 특징으로 하는 변형 거울의 구동 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 압전 구동기의 상기 활성층은 상기 변형 거울에 부착되는 것을 특징으로 하는 변형 거울의 구동 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 변형 거울은 전자 광학 위성 감시 장치 또는 고에너지 레이저 무기에 적용되는 것을 특징으로 하는 변형 거울의 구동 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180127669A KR101970226B1 (ko) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | 고에너지 레이저 무기에 적용되는 변형 거울의 구동 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180127669A KR101970226B1 (ko) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | 고에너지 레이저 무기에 적용되는 변형 거울의 구동 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101970226B1 true KR101970226B1 (ko) | 2019-04-18 |
Family
ID=66285038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180127669A KR101970226B1 (ko) | 2018-10-24 | 2018-10-24 | 고에너지 레이저 무기에 적용되는 변형 거울의 구동 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101970226B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102267346B1 (ko) * | 2020-08-07 | 2021-06-21 | 한화시스템 주식회사 | 포그핀유닛을 포함하는 적응광학 장치의 변형거울 어셈블리 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030107796A1 (en) * | 2001-12-12 | 2003-06-12 | Diehl Munitonssysteme Gmbh & Co. Kg | Deformable mirror |
| JP2003209302A (ja) * | 2002-01-15 | 2003-07-25 | Megasera:Kk | 圧電アクチュエータとその製造方法 |
| US20100202070A1 (en) * | 2009-02-10 | 2010-08-12 | Optical Physics Company | Deformable mirror |
| KR101838101B1 (ko) | 2017-12-13 | 2018-03-13 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 변형 거울 구동 장치 |
-
2018
- 2018-10-24 KR KR1020180127669A patent/KR101970226B1/ko active IP Right Grant
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