KR102055427B1 - 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치 - Google Patents

Abstract

제안기술은 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성 광학계에 적용되어 디스페이스(광축 방향 변위)와 각 축에 대한 틸팅(회전)을 보상할 수 있는 포커스 조절 장치에 관한 발명이다.

Description

디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치{3-axis focus mechanism with de-space and tilting compensation}

제안기술은 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성 광학계에 적용되어 디스페이스(광축 방향 변위)와 각 축에 대한 틸팅(회전)을 보상할 수 있는 포커스 조절 장치에 관한 발명이다.

일반적으로, 카메라 등 위성 광학계에는 도 1에 도시된 바와 같은 정렬 오차가 발생하였을 경우, 이를 보상하기 위한 수단으로 모터나 스텝모터를 이용하여 부반사경의 디스페이스(광축 방향 변위, de-space)를 보상하는 수단이 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 종래의 포커스 메커니즘은 디스페이스에 관한 정렬오차만을 보정할 뿐 틸팅(회전, tilt) 등에 관한 정렬오차는 보정할 수 없으며, 발사 환경과 우주 환경에 대한 안정성이 검증된 기계 제작 과정에 어려움이 따르는 문제가 있었다.

한국등록특허 제10-0755640호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 간단한 구조로 구성되어 신뢰성을 개선하며, 디스페이스(광축 방향 변위)와 각 축에 대한 틸팅(회전)을 보상할 수 있는 포커스 메커니즘을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 메커니즘에 있어서,

부반사경;

부반사경의 후면 측에 연결된 압전작동기;를 포함하며,
전압 인가에 의해 발생되는 상기 압전작동기의 변위가 상기 부반사경에 전달되면서 상기 부반사경의 변위를 보상하며, 상기 부반사경의 후면과 상기 압전작동기의 전단면 사이에는 부반사경 플렉셔(flexure)가 부착되며, 상기 압전작동기의 후단면은 지지판에 부착되어 지지되며, 상기 지지판의 후면 측에는 상기 지지판과 서로 동축인 슈미트판이 위치하며, 우주환경에서 상기 슈미트판과 상기 지지판의 열팽창, 진동, 및 충격에 의한 손상을 방지하기 위해 상기 지지판과 상기 슈미트판 사이에는 슈미트판 플렉셔가 부착되며, 상기 슈미트판과 부반사경은 서로 다른 열팽창 계수를 가지며, 상기 슈미트판 플렉셔는 상기 부반사경 플렉셔와 동일한 축상으로 배치되며, 상기 부반사경 플렉셔는 상기 부반사경의 중심축을 중심으로 동일한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

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부반사경 플렉셔는 압전작동기의 상대 변위에 의한 부반사경 면의 파면오차(Wavefront Error)를 방지하는 것을 특징으로 한다.

압전작동기에는 스트레인 게이지(Strain Gauge)가 부착되는 것을 특징으로 한다.

스트레인 게이지에 의해 압전작동기의 변위가 측정되는 것을 특징으로 한다.

압전작동기는 부반사경의 중심축을 기준으로 서로 일정 각도 이격되어 복수 개 구성되는 것을 특징으로 한다.

압전작동기는 3개로 구성되며, 부반사경에 대해 3축 운동을 수행하는 것을 특징으로 한다.

부반사경 플렉셔는 양단면과, 양단면을 연결하는 축부를 포함하는 핀 형상인 것을 특징으로 한다.

부반사경 플렉셔의 양단면은 서로 동일한 형상으로 형성되며, 압전작동기의 단면 형상 및 크기와 동일한 단면 형상 및 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.

압전작동기의 중심축은 부반사경 플렉셔의 중심축과 서로 동축인 것을 특징으로 한다.

압전작동기의 중심축은 부반사경의 후단면과 서로 수직 것을 특징으로 한다.

지지판은 부반사경의 직경과 동일한 직경을 가지며, 동축이 되도록 위치하는 것을 특징으로 한다.

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슈미트판 플렉셔는 부반사경 플렉셔와 서로 동일한 형상인 것을 특징으로 한다.

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슈미트판 플렉셔는 슈미트판과 지지판의 열팽창에 의한 손상을 방지하는 것을 특징으로 한다.

슈미트판은 경통의 후단을 폐쇄시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 3축의 압전작동기가 적용되어 발사 환경에서의 진동과 충격에 의한 정렬오차 및 우주 환경에서의 무중력, 진공, 복사열에 의해 발생되는 디스페이스 뿐만 아니라 틸팅에 대한 정렬오차 또한 보상할 수 있는 효과가 있다.

또한, 압전작동기의 구동 시 변위가 부반사경으로 직접 전달되는 간단한 구조로 구성되어 종래의 포커스 메커니즘과 비교하여 신뢰성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 위성 광학계에서 부반사경에 발생되는 디스페이스(광축 방향 변위)와 틸팅(회전) 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 3축 포커스 메커니즘의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 3축 포커스 메커니즘의 분해사시도.
도 4는 본 발명에 따른 3축 포커스 메커니즘의 부반사경 변위 시 개념도.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성 광학계에 적용되어 디스페이스(광축 방향 변위)와 각 축에 대한 틸팅(회전)을 보상할 수 있는 포커스 조절 장치에 관한 발명이다.

도 2에는 본 발명에 따른 3축 포커스 조절 장치의 단면도가 도시되어 있다.

본 발명의 포커스 조절 장치는 경통(18) 내부에 위치하는 부반사경(2), 상기 부반사경(2)의 후단면 측에 연결되는 핀 형상의 부반사경 플렉셔(6), 상기 부반사경 플렉셔(6)의 후단면에 연결되는 압전작동기(4), 상기 압전작동기(4)의 후단면이 지지되는 지지판(12), 전단면이 상기 지지판(12)의 후단면에 연결되며 상기 부반사경 플렉셔(6)와 동일한 형상으로 형성되는 슈미트판 플렉셔(16), 상기 지지판(12)과 서로 동축이 되도록 상기 슈미트판 플렉셔(16)의 후면에 연결되는 슈미트판(14)을 포함하여 구성된다.

하기에서는 도 3을 참고하여 보다 자세하게 설명하도록 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 3축 포커스 조절 장치의 분해사시도가 도시되어 있다.

상기 부반사경(2)과 상기 지지판(12)은 서로 동일한 직경 및 동일한 형상으로 형성되며, 서로 동축이 되도록 위치하게 된다.

상기 지지판(12)의 두께는 광학계의 설계에 따라 달라지게 된다.

상기 부반사경(2)과 상기 지지판(12) 사이에 위치하는 상기 압전작동기(4)는 전단면이 상기 부반사경(2)과 마주보게 되며, 후단면이 상기 지지판(12)과 마주보도록 위치하게 된다. 즉, 상기 압전작동기(4)의 중심축은 상기 부반사경(2)의 후단면과 서로 수직이 된다.

상기 압전작동기(4)는 코일스프링 형상인 것으로, 전압 인가 시 길이방향으로 압축 또는 인장이 발생된다.

상기 압전작동기(4)에는 스트레인 게이지(Strain Gauge)가 부착되어 상기 스트레인 게이지에 의해 상기 압전작동기(4)의 변위가 측정된다.

상기 압전작동기(4)의 전단면과 상기 부반사경(2)의 후단면 사이에는 상기 부반사경 플렉셔(6)가 위치하게 된다.

상기 부반사경 플렉셔(6)는 양단면(8)과, 상기 양단면(8)을 연결하는 축부(10)를 포함하는 핀 형상인 것으로, 상기 부반사경 플렉셔(6)의 양단면(8)은 서로 동일한 형상 및 크기로 형성된다.

또한, 상기 부반사경 플렉셔(6)의 양단면(8)은 상기 압전작동기(4)의 단면 형상 및 크기와 서로 동일한 단면 형상 및 크기를 갖는다.

상기 지지판(12)과 상기 부반사경(2) 사이에 상기 압전작동기(4)와 상기 부반사경 플렉셔(6)가 구비될 때, 상기 압전작동기(4)의 중심축은 상기 부반사경 플렉셔(6)의 중심축과 서로 동축이 된다.

상기 부반사경 플렉셔(6)는 상기 압전작동기(4)의 상대 변위에 의한 상기 부반사경(2) 면의 변형을 방지하게 되며, 따라서 상기 부반사경(2) 면의 파면오차(Wavefront Error)를 방지하게 된다.

상기 부반사경 플렉셔(6)는 탄성을 갖는 것으로, 상기 부반사경(2)에 정렬오차 발생 시 상기 축부(10)가 휘어지면서 상기 압전작동기(4)와 연결되는 일단면에 대해 상기 부반사경(2)과 연결되는 타단면이 상기 축부(10)를 따라 회전하며 위치 이동하게 된다.

즉, 상기 압전작동기(4)의 변위가 상기 부반사경(2) 대신 상기 부반사경 플렉셔(6)에 전달되고, 이에 따라 상기 부반사경 플렉셔(6)에 변형이 일어나 상기 부반사경(2)에 발생된 정렬 오차를 보상함으로써 상기 압전작동기(4)의 상대 변위에도 상기 부반사경(2) 면의 파손 및 변형을 방지하게 된다.

상기 부반사경(2)의 후단면과 상기 부반사경 플렉셔(6)의 전단면 사이, 상기 부반사경 플렉셔(6)의 후단면과 상기 압전작동기(4)의 전단면 사이, 상기 압전작동기(4)의 후단면과 상기 지지판(12)의 전단면 사이에는 부시(bush)(22)가 구비될 수 있다.

상기 압전작동기(4)는 상기 부반사경(2)의 중심축을 기준으로 일정 각도 이격되어 복수 개 구성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 압전작동기(4)를 3개로 구성하여 상기 부반사경(2)에 대해 3축 운동을 수행할 수 있도록 구성하였다.

상기 슈미트판(14)은 상기 경통(18)의 후단을 폐쇄시키는 것으로, 상기 슈미트판(14)의 전단면과 상기 지지판(12)의 후단면 사이에는 슈미트판 플렉셔(16)가 구비된다.

상기 슈미트판(14)과 상기 경통(18)은 외주면에 위치하는 홀더(20)에 의해 서로 고정된다.

상기 슈미트판 플렉셔(16)는 상기 부반사경 플렉셔(6)와 동일한 형상 및 크기로 구성되는 것으로, 상기 압전작동기(4)와 동일한 개수로 구비되어 각각의 상기 압전작동기(4)와 동축이 되도록 위치하게 된다.

상기 슈미트판 플렉셔(16)는 상기 슈미트판(14)과 상기 지지판(12)의 열팽창에 의한 손상을 방지하게 된다.

상기 슈미트판(14)은 상기 지지판(12)으로부터 상기 부반사경(2)까지의 구성들과 서로 다른 열팽창계수를 갖도록 구성된다. 이러한 구성은 우주환경에서 극한의 열변화를 겪을 경우 서로 다른 팽창률에 의해 각각의 구성들이 파손되거나 변형되는 문제를 발생시킬 수 있다.

이러한 문제를 방지하기 위해 상기 지지판(12)과 상기 슈미트판(14) 사이에 상기 슈미트판 플렉셔(16)를 적용하여 열변화 시 상기 지지판(12)으로부터 상기 부반사경(2)까지의 구성들과 상기 슈미트판(14) 사이의 상대 변형을 최소화시키게 된다.

상기 지지판(12)의 후단면과 상기 슈미트판 플렉셔(16)의 전단면 사이, 상기 슈미트판 플렉셔(16)의 후단면과 상기 슈미트판(14)의 전단면 사이에는 부시(bush)(22)가 구비될 수 있다.

각각의 구성들의 연결은 접착제에 의해 접착되어 결합된다.

도 4에는 본 발명에 따른 3축 포커스 메커니즘의 부반사경 변위 시 개념도가 도시되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 포커스 조절 장치는 상기 부반사경(2)에 정렬오차에 발생 시 복수 개의 상기 압전작동기(4) 중 정렬오차를 보상하기 위해 변위가 발생되어야 하는 상기 압전작동기(4)에 필요한 만큼의 전압을 인가하게 된다.

이에 따라 발생되는 상기 압전작동기(4)의 변위는 상기 부반사경 플렉셔(6)에 전달되고, 상기 부반사경(2)의 디스페이스(광축 방향 변위) 및 틸팅을 보상하게 된다.

상기 부반사경(2)의 디스페이스(광축 방향 변위)는 상기 부반사경(2)이 광축방향으로 이동한 위치 변화이고, 상기 틸팅은 상기 압전작동기(4)의 중심축과 수직하는 x축, y축에 대해 상기 부반사경(2)이 회전한 각도 변화이다.

도 4에는 틸팅에 해당하는 정렬오차가 발생된 상기 부반사경(2)이 도시되어 있다.

도 4의 경우 상기 부반사경(2)의 틸팅을 보상하기 위해서는 도면상 좌측에 도시된 상기 부반사경 플렉셔(6)와 연결된 상기 압전작동기(4)에 전압을 인가하여 상기 압전작동기(4)가 초기 상태보다 인장되도록 함으로써 상기 부반사경(2)에 발생된 틸팅을 보상할 수 있다.

또한, 상기 부반사경(2)에 디스페이스에 해당하는 정렬오차가 발생되는 경우, 복수 개의 상기 압전작동기(4) 전체에 전압을 인가하여 상기 압전작동기(4)를 압축 또는 인장시킴으로써 상기 부반사경(2)에 발생된 디스페이스를 보상할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 부반사경
4 : 압전작동기
6 : 부반사경 플렉셔
8 : 양단면
10 : 축부
12 : 지지판
14 : 슈미트판
16 : 슈미트판 플렉셔
18 : 경통
20 : 홀더
22 : 부시

Claims (18)

1. 부반사경;
   상기 부반사경의 후면 측에 연결된 압전작동기;를 포함하며,
   전압 인가에 의해 발생되는 상기 압전작동기의 변위가 상기 부반사경에 전달되면서 상기 부반사경의 변위를 보상하며,
   상기 부반사경의 후면과 상기 압전작동기의 전단면 사이에는 부반사경 플렉셔(flexure)가 부착되며,
   상기 압전작동기의 후단면은 지지판에 부착되어 지지되며,
   상기 지지판의 후면 측에는 상기 지지판과 서로 동축인 슈미트판이 위치하며,
   우주환경에서 상기 슈미트판과 상기 지지판의 열팽창, 진동, 및 충격에 의한 손상을 방지하기 위해 상기 지지판과 상기 슈미트판 사이에는 슈미트판 플렉셔가 부착되며,
   상기 슈미트판과 부반사경은 서로 다른 열팽창 계수를 가지며, 상기 슈미트판 플렉셔는 상기 부반사경 플렉셔와 동일한 축상으로 배치되며,
   상기 부반사경 플렉셔는 상기 부반사경의 중심축을 중심으로 동일한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 부반사경 플렉셔는 상기 압전작동기의 상대 변위에 의한 상기 부반사경 면의 파면오차(Wavefront Error)를 방지하는 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 압전작동기에는 스트레인 게이지(Strain Gauge)가 부착되는 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 스트레인 게이지에 의해 상기 압전작동기의 변위가 측정되는 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 압전작동기는 상기 부반사경의 중심축을 기준으로 서로 일정 각도 이격되어 복수 개 구성되는 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 압전작동기는 3개로 구성되며, 상기 부반사경에 대해 3축 운동을 수행하는 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
8. 제3항에 있어서,
   상기 부반사경 플렉셔는 양단면과, 상기 양단면을 연결하는 축부를 포함하는 핀 형상인 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 부반사경 플렉셔의 양단면은 서로 동일한 형상으로 형성되며,
   상기 압전작동기의 단면 형상 및 크기와 동일한 단면 형상 및 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 압전작동기의 중심축은 상기 부반사경 플렉셔의 중심축과 서로 동축인 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
11. 제9항에 있어서,
    상기 압전작동기의 중심축은 상기 부반사경의 후단면과 서로 수직 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
12. 삭제
13. 제1항에 있어서,
    상기 지지판은 상기 부반사경의 직경과 동일한 직경을 가지며, 동축이 되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
14. 삭제
15. 삭제
16. 제1항에 있어서,
    상기 슈미트판 플렉셔는 상기 부반사경 플렉셔와 서로 동일한 형상인 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
    
17. 삭제
18. 제1항에 있어서,
    상기 슈미트판은 경통의 후단을 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 디스페이스와 틸팅 보상이 가능한 3축 포커스 조절 장치.
    

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