KR102176553B1 - Pmn 구동소자를 가지는 변형거울 장치 및 이의 작동방법 - Google Patents

Pmn 구동소자를 가지는 변형거울 장치 및 이의 작동방법 Download PDF

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김영수
박상영
조수형
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한화시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 변형거울; 상기 변형거울의 반사면 형상을 변형시킬 수 있도록, 상기 변형거울의 반사면과 대향되는 면에 연결되는 복수개의 구동기를 구비하는 구동부; 및 상기 변형거울에서 반사되는 파면이 왜곡된 정도인 파면 왜곡에 따라 상기 구동부의 작동을 제어할 수 있는 제어부;를 포함하고, 상기 구동기는, 마그네슘네오븀산납(PMN)으로 이루어져 전기신호에 의해 신장수축될 수 있고, 신장수축력이 강해지도록 서로 적층되어 연결되는 복수개의 구동소자를 포함하여, 변형거울의 활용성을 향상시킬 수 있다.

Description

PMN 구동소자를 가지는 변형거울 장치 및 이의 작동방법{DEFORMABLE MIRROR APPARATUS HAVING PMN DRIVING DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 PMN 구동소자를 가지는 변형거울 장치 및 이의 작동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 변형거울의 활용성을 향상시킬 수 있는 PMN 구동소자를 가지는 변형거울 장치 및 이의 작동방법에 관한 것이다.
일반적으로 적응광학은 천문학에서 고안된 기술이다. 적응광학을 이용하면 천체 망원경 또는 위성 인식 망원경으로부터 영상을 획득할 때 난류 현상에 의해 발생하는 파면 왜곡을 보상하여 고품질의 영상을 획득할 수 있다. 따라서, 최근에는 국방, 의료, 및 레이저 산업 등에서도 적응광학이 많이 사용되고 있다.
적응광학을 구현하는데 변형거울이 중요한 역할을 한다. 변형거울은 후면에 연결된 다수의 구동소자에 의해 반사면 형상이 변형될 수 있다. 따라서, 변형거울의 표면 형상을 조절하여 파면 왜곡을 보상해줄 수 있다.
이때, 변형거울은 사용하는 용도에 따라 두께가 달라졌다. 즉, 망원경에 구비되는 변형거울은 상대적으로 두께가 얇았다. 변형거울의 두께가 얇으면 반사면 형상을 변형시키기 용이하지만 큰 에너지의 빔을 반사시키지 못하는 문제가 있다. 한편, 고출력 레이저에 구비되는 변형거울은 상대적으로 두께가 두꺼웠다. 이에, 변형거울이 큰 에너지의 빔을 반사시킬 수 있지만, 변형거울의 두께가 너무 두꺼워져 반사면 형상을 변형시키기 어려웠다. 따라서, 하나의 변형거울을 망원경과 고출력 레이저에 사용하지 못하는 문제가 있다.
KR 10-1931959 B
본 발명은 변형거울의 두께가 두꺼워지더라도 변형거울의 반사면 형상을 용이하게 변형시킬 수 있는 PMN 구동소자를 가지는 변형거울 장치 및 이의 작동방법을 제공한다.
본 발명은 변형거울의 활용성을 향상시킬 수 있는 PMN 구동소자를 가지는 변형거울 장치 및 이의 작동방법을 제공한다.
본 발명은 변형거울; 상기 변형거울의 반사면 형상을 변형시킬 수 있도록, 상기 변형거울의 반사면과 대향되는 면에 연결되는 복수개의 구동기를 구비하는 구동부; 및 상기 변형거울에서 반사되는 파면이 왜곡된 정도인 파면 왜곡에 따라 상기 구동부의 작동을 제어할 수 있는 제어부;를 포함하고,
상기 구동기는, 마그네슘네오븀산납(PMN)으로 이루어져 전기신호에 의해 신장수축될 수 있고, 신장수축력이 강해지도록 서로 적층되어 연결되는 복수개의 구동소자를 포함한다.
본 발명은 변형거울; 상기 변형거울의 반사면 형상을 변형시킬 수 있도록, 상기 변형거울의 반사면과 대향되는 면에 연결되는 복수개의 구동기를 구비하는 구동부; 상기 변형거울에서 반사되는 파면이 왜곡된 정도인 파면 왜곡을 측정할 수 있는 파면측정부; 및 상기 파면측정부의 측정결과에 따라 상기 구동부의 작동을 제어할 수 있는 제어부;를 포함하고,
상기 구동기는, 마그네슘네오븀산납(PMN)으로 이루어져 전기신호에 의해 신장수축될 수 있고, 신장수축력이 강해지도록 서로 적층되어 연결되는 복수개의 구동소자를 포함한다.
상기 구동기는, 상기 구동소자들 각각의 연결되는 복수개의 내부전극; 상기 내부전극들과 연결되는 외부전극; 상기 구동소자들 중 상기 변형거울과 가장 근접한 구동소자에 연결되는 제1 절연체; 및 상기 구동소자들 중 상기 변형거울과 가장 먼 구동소자에 연결되는 제2 절연체;를 더 포함하고,
상기 제1 절연체와 상기 제2 절연체 사이에 상기 구동소자들이 일렬로 배치된다.
구동기는, 일측이 상기 변형거울에 연결되고, 적어도 일부가 상기 구동소자가 신장수축하는 방향과 교차하는 방향으로 굴절될 수 있는 연결체; 및 상기 연결체의 타측과 상기 제1 절연체를 접합해주는 접합체;를 더 포함한다.
상기 연결체는, 상기 구동소자가 신장수축하는 방향을 기준으로, 양단부에서 중심부로 갈수록 폭이 좁아지게 형성된다.
상기 제1 절연체에 삽입홈이 형성되고, 상기 연결체에서 상기 삽입홈과 마주보는 부분에 돌기가 형성된다.
상기 구동소자가 신장수축하는 방향을 기준으로, 상기 제2 절연체가 상기 제1 절연체보다 더 길게 형성된다.
일 구동기에 구비되는 외부전극이, 다른 구동기에 구비되는 외부전극과 마주보지 않게 배치된다.
상기 변형거울의 재질은 실리콘 카바이드(SiC)를 포함한다.
본 발명은 변형거울로 파면을 반사시키는 과정; 반사되는 파면에서 파면 왜곡을 측정하는 과정; 및 상기 변형거울에 연결되는 복수개의 구동기로 상기 변형거울의 반사면 형상을 변형시켜 파면 왜곡을 보상하는 과정;을 포함하고,
상기 복수개의 구동기로 상기 변형거울의 반사면 형상을 변형시키는 과정은, 상기 변형거울에서 상기 구동기들 각각과 연결된 부분들의 위치를 개별적으로 조절하기 위해, 적층 연결되는 복수개의 PMN 구동소자를 신장수축시키는 과정을 포함한다.
상기 변형거울로 파면을 반사시키는 과정은, 빛 또는 레이저 빔을 반사시키는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 변형거울의 두께가 두꺼워지더라도 변형거울의 반사면 형상을 용이하게 변형시킬 수 있다. 이에, 변형거울이 파면 왜곡을 용이하게 보상해주면서 에너지 큰 빔도 안정적으로 반사시킬 수 있다. 따라서, 망원경과 고출력 레이저 등에 동일한 구조의 변형거울이 사용될 수 있기 때문에, 변형거울의 활용성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형거울 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 변형거울, 구동부, 및 기울기 조절부의 결합구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 변형거울과 구동부의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 구동기들이 배치되는 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 구동기의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 구동기들이 변형거울을 지지하는 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변형거울 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 변형거울 장치의 작동방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 구동기의 응답특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형거울 장치의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 변형거울, 구동부, 및 기울기 조절부의 결합구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 변형거울과 구동부의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 구동기들이 배치되는 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 구동기의 구조를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 구동기들이 변형거울을 지지하는 구조를 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형거울 장치에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 변형거울 장치는, 파면 왜곡을 보정해줄 수 있는 장치이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면 변형거울 장치(100)는, 변형거울(110), 구동부(120), 및 제어부(140)를 포함한다.
변형거울(110)은 원형의 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 변형거울(110)은 서로 대향하는 전면과 후면, 및 전면과 후면의 둘레를 감싸는 측면을 가질 수 있다. 전면은 반사면일 수 있다.
또한, 변형거울(110)의 재질은 실리콘 카바이드(SiC)를 포함할 수 있다. 실리콘 카바이드는, 종래의 변형거울(110)의 재질로 사용되던 제로더(Zerodur)에 비해 열전달율이 높고 단단하다. 이에, 변형거울(110)을 실리콘 카바이드로 제작하면 고출력의 레이저도 안정적으로 반사할 수 있다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따른 변형거울(110)의 두께는, 종래의 망원경에 구비되는 변형거울보다 두께가 더 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 변형거울(110)의 두께는 1mm 이상일 수 있다. 따라서, 변형거울(110)이 고출력의 레이저를 더 안정적으로 반사할 수 있다. 그러나 변형거울(110)의 형상, 재질, 및 두께는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
구동부(120)는 변형거울(110)을 변형시킬 수 있다. 상세하게는 구동부(120)가 변형거울(110)에 결합되어 변형거울(110)을 지지해주면서 변형거울(110)의 반사면 형상을 변형시킬 수 있다. 도 3 내지 도 6을 참조하면 구동부(120)는, 구동기(121), 구동기판(122), 구동보드(123), 및 하우징(124)을 포함할 수 있다.
구동기(121)는 일방향(또는, X방향)으로 연장될 수 있다. 구동기(121)의 일단이 변형거울(110)의 반사면과 대향되는 면(또는, 후면)에 연결되고, 타단이 구동기판(122)을 관통하여 구동보드(123)에 연결될 수 있다. 구동기(121)는 일방향(또는, X방향)으로 길이가 조절될 수 있다. 구동기(121)의 길이가 증가하거나 감소하면, 변형거울(110)의 구동기(121)와 연결된 부분도 일방향 또는 역방향으로 밀어지거나 당겨져 이동할 수 있다. 이에, 구동기(121)의 작동에 의해 변형거울(110)의 구동기(121)와 연결된 부분의 위치가 변하면서 변형거울(110)의 형상이 변경될 수 있다.
또한, 구동기(121)는 도 4와 같이 복수개가 구비될 수 있다. 이에, 구동기(121)들 각각의 길이를 개별적으로 조절하여, 변형거울(110)의 반사면 형상을 원하는 형상으로 변형시킬 수 있다. 구비되는 구동기(121)의 개수가 증가할수록 변형거울(110)의 형상을 더 정밀하게 변형시킬 수 있다. 각 구동기(121)는, 구동소자(121a), 내부전극(121b), 외부전극(121c), 절연소자(121d), 제1 절연체(121e), 및 제2 절연체(121f)를 포함할 수 있다.
구동소자(121a)(또는, PMN 구동소자)는 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 구동소자(121a)는 전기신호(또는, 전압)에 의해 일방향(또는, X방향)으로 신장수축할 수 있다. 즉, 구동소자(121a)의 일방향(또는, X방향) 길이가 전기신호에 의해 조절될 수 있다.
또한, 구동소자(121a)는 도 5와 같이 복수개가 구비되어 일방향(또는, X방향)으로 서로 적층되어 연결될 수 있다. 이에, 복수개의 구동소자(121a)가 함께 동일한 방향으로 신장수축하기 때문에, 구동소자(121a)들이 신장하거나 수축하는 힘이 합쳐져 구동기(121)의 신장수축력이 강해질 수 있다. 따라서, 변형거울(110)의 두께가 두꺼워지더라도 구동기(121)가 변형거울(110)의 연결된 부분을 안정적으로 이동시킬 수 있다.
이때, 구동소자(121a)는 마그네슘네오븀산납(이하, PMN)으로 형성될 수 있다. PMN의 조성은 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3이다. PMN은 종래에 사용되던 PZT 소자에 비해 열전도도가 높고 압전특성도 우수하다. 이에, PMN으로 제작된 구동소자(121a)는 PZT 소자에 비해 열방출이 용이하고 압전특성이 우수하다. 따라서, 구동소자(121a)의 신장수축력이 강하기 때문에, 구동소자(121a)들을 적층시키면 구동소자(121a)들의 신장수축력이 합쳐져 용이하게 더 강해지고 응답특성이 향상될 수 있다.
내부전극(121b)은 전도성 물질로 제작될 수 있다. 내부전극(121b)은 복수개가 구비되어 구동소자(121a)들 각각의 연결될 수 있다. 이에, 복수개의 내부전극이 일방향(또는, X방향)을 따라 배치될 수 있다.
외부전극(121c)은 전도성 물질로 제작될 수 있다. 외부전극(121c)은 일방향(또는, X방향)을 따라 연장될 수 있다. 이에, 외부전극(121c)은 일방향(또는, X방향)을 따라 배치되는 복수개의 내부전극(121b)과 연결될 수 있다. 따라서, 외부전극(121c)으로 전달되는 전기신호가 내부전극(121b)들로 전달되어 구동소자(121a)들 각각을 작동시킬 수 있다.
이때, 어느 한 구동기(121)에 구비되는 외부전극(121c)은, 근접하는 다른 구동기(121)에 구비되는 외부전극(121c)과 마주보지 않게 배치될 수 있다. 예를 들어, 어느 한 구동기(121)의 일면에 외부전극(121c)이 구비되면, 상기 일면과 마주보는 다른 구동기(121)의 면에는 외부전극(121c)이 위치하지 않을 수 있다. 따라서, 외부전극(121c)들 사이로 전기신호가 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이에, 구동기(121)들 사이의 거리를 감소시킬 수 있기 때문에, 더 많은 구동기(121)를 구비하여 변형거울(110)의 형상을 더 정밀하게 조절할 수 있다.
절연소자(121d)는 절연성 물질로 제작될 수 있다. 절연소자(121d)는 복수개가 구비되어 구동소자(121a)들 각각의 측면에 연결될 수 있다. 이에, 절연소자(121d)는 구동소자(121a)의 측면의 일부를 커버하고 다른 일부를 노출시킬 수 있다. 외부전극(121c)은 구동소자(121a)에서 절연소자가 부착되면 면에 부착될 수 있다. 따라서, 절연소자(121d)에 의해 구동소자(121a)들 사이의 층이 구분될 수 있고, 외부전극(121c)이 층마다 전기신호를 전달해줄 수 있다.
제1 절연체(121e)는 구동소자(121a)들 중 변형거울(110)과 가장 근접한 구동소자(121a)에 연결될 수 있다. 이에, 제1 절연체(121e)는 구동소자(121a)들의 신장수축에 의해 일방향(또는, X방향)으로 이동할 수 있고, 구동소자(121a)들의 힘을 변형거울(110)에 전달해줄 수 있다.
또한, 제1 절연체(121e)는 절연성 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연체(121e)는 Al2O3로 제작될 수 있다. 따라서, 제1 절연체(121e)는 구동소자(121a)나 내부전극(121b) 또는 외부전극(121c)으로 전달되는 전기신호가 변형거울(110)로 전달되는 것을 방지할 수 있고, 강도를 가져 구동소자(121a)들이 변형거울(110)을 이동시킬 때 안정적으로 힘을 전달해줄 수 있다.
제2 절연체(121f)는 구동소자(121a)들 중 변형거울(110)과 가장 먼 구동소자(121a)에 연결될 수 있다. 제2 절연체(121f)는 구동소자(121a)들을 지지해줄 수 있다.
또한, 제2 절연체(121f)는 절연성 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제2 절연체(121f)는 Al2O3로 제작될 수 있다. 따라서, 제2 절연체(121f)는 구동소자(121a)나 내부전극(121b) 또는 외부전극(121c)으로 전달되는 전기신호가 구동기판(122)으로 전달되는 것을 방지할 수 있고, 강도를 가져 구동소자(121a)들을 안정적으로 지지해줄 수 있다.
이때, 제2 절연체(121f)에는 납땜용 보조전극(121g)이 구비될 수 있다. 따라서, 외부전극(121c)이 내부전극(121b)들 및 납땜용 보조전극(121g)과 모두 연결될 수 있도록 길이가 연장될 수 있다.
이처럼 제1 절연체(121e)와 제2 절연체(121f) 사이에 구동소자(121a)들이 일렬로 배치될 수 있다. 따라서, 제2 절연체(121f)에 안정적으로 지지된 상태에서 구동소자(121a)들이 일방향(또는, X방향)으로 신장수축하는 힘이 합쳐져 제1 절연체(121e)를 일방향(또는, X방향)을 따라 이동시킬 수 있고, 제1 절연체(121e)의 이동에 의해 변형거울(110)이 용이하게 변형될 수 있다.
한편, 구동기(121)는, 연결체(121h), 및 접합체(122i)를 더 포함할 수도 있다. 이에, 구동소자(121a)들이 신장수축하면서 발생하는 힘이 변형거울(110)에 안정적으로 전달될 수 있다.
연결체(121h)는 일측이 변형거울(110)에 연결된다. 연결체(121h)는 적어도 일부가 구동소자(121a)가 신장수축하는 방향과 교차하는 방향으로 굴절될 수 있다. 즉, 연결체(121h)는 플렉서블하게 제작되거나, 굴절될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 변형거울(110)과 구동소자(121a)들이 수직하지 않으면, 연결체(121h)가 변위가 조절되어 변형거울(110)과 구동소자(121a)들을 연결해주는 상태를 유지할 수 있다. 이에, 구동소자(121a)들이 신장수축하는 힘이 변형거울(110)에 안정적으로 전달되어, 변형거울(110)을 용이하게 변형시킬 수 있다.
예를 들어, 도 6과 같이 구동소자(121a)가 신장수축하는 방향을 기준으로, 연결체(121h)는 양단부에서 중심부로 갈수록 폭이 좁아져 모래시계처럼 형성될 수 있다. 따라서, 연결체(121h)의 중심부가 용이하게 굴절될 수 있다. 그러나 구동소자(121a)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
접합체(122i)는 연결체(121h)의 타측과 제1 절연체(121e)를 접합해줄 수 있다. 예를 들어, 접합체(122i)는 본드일 수 있으며, 일면이 연결체(121h)의 타측과 면접촉하고, 타면이 제1 절연체(121e)와 면접촉할 수 있다. 따라서, 접합체(122i)가 연결체(121h) 및 제1 절연체(121e)와 접촉하는 면적이 증가하여, 접합체(122i)가 연결체(121h)와 제1 절연체(121e)가 결합되는 상태를 안정적으로 유지해줄 수 있다.
이때, 제1 절연체(121e)에 삽입홈(A)이 형성되고, 연결체(121h)에서 삽입홈(A)과 마주보는 부분에 돌기(B)가 형성될 수 있다. 따라서, 제1 절연체(121e)와 연결체(121h)의 끼움결합하여, 연결체(121h)가 제1 절연체(121e)에 안정적으로 지지될 수 있다.
또한, 제1 절연체(121e)와 연결체(121h) 사이의 접합체(122i)가 돌기(B)와 삽입홈(A)에 의해, 제1 절연체(121e) 및 연결체(121h)과의 접촉면적이 더 증가할 수 있다. 이에, 접합체(122i)가 연결체(121h)와 제1 절연체(121e)가 결합되는 상태를 더 안정적으로 유지해줄 수 있다.
한편, 삽입홈(A)과 돌기(B)는 복수개가 구비될 수도 있다. 이에, 접합체(122i)가 제1 절연체(121e) 및 연결체(121h)과의 접촉면적이 더 많이 증가할 수 있다. 그러나 제1 절연체(121e)와 연결체(121h)의 구조는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
구동기판(122)은 구동기(121)들을 지지해줄 수 있다. 예를 들어, 구동기판(122)은 플레이트 형태로 형성되고, 복수개의 삽입구(H)를 가질 수 있다. 구동기(121)들은 각각 서로 다른 삽입구(H)에 삽입되어 정해진 위치에서 길이가 조절될 수 있다. 상세하게는 구동기(121)에 구비되는 제2 절연체(122f)가 삽입구(H)에 삽입되고 본딩되어 서로 접합될 수 있다. 그러나 구동기판(122)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
이때, 구동소자(121a)가 신장수축하는 방향을 기준으로, 제2 절연체(121f)가 제1 절연체(121e)보다 더 길게 형성될 수 있다. 따라서, 제2 절연체(121f)의 길이가 길어져 제2 절연체(121f)와 구동기판(122)이 접합되는 면적이 증가할 수 있다. 이에, 제2 절연체(121f)가 구동소자(121a)들을 안정적으로 지지해줄 수 있어, 구동기(121)가 안정적으로 신장수축할 수 있다.
구동보드(123)는 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 구동보드(123)는 구동기판(122)을 관통한 구동소자(121a)들과 전기적으로 연결될 수 있다. 구동보드(123)는 구동소자(121a)들에 개별적으로 전기신호를 공급해줄 수 있다. 이에, 구동소자(121a)들로 공급되는 전기신호가 각각 다르게 공급되어, 구동소자(121a)들의 길이가 개별적으로 조절될 수 있다.
하우징(124)은 내부에 변형거울(110), 구동소자(121a), 구동기판(122), 및 구동보드(123)를 수납할 수 있다. 이에, 하우징(124)이 외부로부터 내부에 수납된 구성요소들을 지지해주면서 보호해줄 수 있다. 하우징(124)은, 제1 부재(124a), 및 제2 부재(124b)를 포함할 수 있다.
제1 부재(124a)는 중공형 파이프 형태로 형성될 수 있다. 이에 제1 부재(124a)는 변형거울(110), 구동기(121), 구동기판(122), 및 구동보드(123)의 측면 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다.
제2 부재(124b)는 제1 부재(124a)의 타면에 결합될 수 있다. 제1 부재(124a), 및 제2 부재(124b)에 의해 하우징(124) 내부에 변형거울(110), 구동기(121), 구동기판(122), 및 구동보드(123)를 수납할 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 그러나 하우징(124)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
제어부(140)는 변형거울(110)에서 반사되는 파면이 왜곡된 정도(또는, 파면 왜곡)에 따라 구동부(120)의 작동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 변형거울 장치(100)는 망원경이나 레이저 설비에 구비될 수 있는데, 대기에 의해 망원경으로 확인하는 대상물체(50)나 레이저빔을 조사할 물체에 대한 파면 왜곡이 발생할 수 있다. 제어부(140)는 파면 왜곡과 역방향으로 변형거울(110)을 변형되도록 구동부(120)의 작동을 제어할 수 있다. 따라서, 파면 왜곡을 보상해주어 변형거울(110)을 통해 획득하는 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 변형거울 장치(100)는 기울기 조절부(130)를 더 포함할 수도 있다. 기울기 조절부(130)는 하우징(124)에 결합되어 하우징(124)에 지지되는 변형거울(110)의 기울기를 조절해줄 수 있다. 이에, 기울기 조절부(130)의 작동을 제어하여 파면의 기울기 오차를 보상해줄 수 있다.
이처럼 변형거울(110)의 두께가 두꺼워지더라도 변형거울(110)의 반사면 형상을 용이하게 변형시킬 수 있다. 따라서, 변형거울(110)이 파면 왜곡을 용이하게 보상해주면서 에너지 큰 빔도 안정적으로 반사시킬 수 있다. 따라서, 망원경과 고출력 레이저 등에 동일한 구조의 변형거울(110)이 사용될 수 있기 때문에, 변형거울(110)의 활용성이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변형거울 장치의 구조를 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변형거울 장치에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 변형거울 장치는, 파면 왜곡을 보정해줄 수 있는 장치이다. 도 7을 참조하면 변형거울 장치(100)는, 변형거울(110), 구동부(120), 파면측정부(150), 및 제어부(140)를 포함한다.
이때, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변형거울 장치(100)는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형거울 장치와 동일한 구조의 변형거울(110), 및 구동부(120)를 포함하고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형거울 장치와 동일한 구조의 기울기 조절부(130)를 더 포함할 수도 있다. 따라서, 변형거울(110), 구동부(120), 및 기울기 조절부(130)에 대한 설명은 생략하기로 한다.
파면측정부(150)는 변형거울(110)에서 파면이 반사되는 위치에 배치될 수 있다. 파면측정부(150)는 변형거울(110)에서 반사되는 파면이 왜곡된 정도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 변형거울 장치(100)는 망원경이나 레이저 설비에 구비될 수 있는데, 대기에 의해 망원경으로 확인하는 대상물체(50)나 레이저빔을 조사할 물체에 대한 파면 왜곡이 발생할 수 있고, 파면측정부(150)는 이를 측정하여 감지할 수 있다.
또한, 파면측정부(150)는 파면에서 기울기 오차도 측정할 수 있다. 이에, 파면측정부(150)를 통해 기울기 오차의 발생여부도 감지할 수 있다.
제어부(140)는 파면측정부(150), 구동부(120), 및 기울기 조절부(130)와 신호를 주고받을 수 있게 연결될 수 있다. 이에, 제어부(140)는 파면측정부(150)의 측정결과에 따라 구동부(120)와 기울기 조절부(130)의 작동을 제어할 수 있다. 제어부(140)는, 제1 제어기(141), 및 제2 제어기(142)를 포함한다.
제1 제어기(141)는 기울기 조절부(130)의 작동을 제어할 수 있다. 파면측정부(150)가 기울기 오차를 검출하면, 제1 제어기(141)는 기울기 조절부(130)의 작동을 제어하여 변형거울(110)의 기울기를 조절할 수 있다. 따라서, 제1 제어기(141)가 파면의 기울기 오차를 보상해줄 수 있다.
제2 제어기(142)는 구동부(120)의 작동을 제어할 수 있다. 파면측정부(150)가 파면 왜곡을 검출하면, 제2 제어기(142)는 구동부(120)의 작동을 제어하여 변형거울(110)의 반사면 형상을 변형시킬 수 있다.
예를 들어, 파면 왜곡과 역방향으로 변형거울(110)의 반사면을 변형시킬 수 있다. 즉, 복수개의 구동기의 작동을 개별적으로 제어하여, 변형거울(110)의 반사면 형상을 파면 왜곡과 역방향으로 조절할 수 있다. 따라서, 파면 왜곡을 보상해주어 획득하는 영상 또는 사진의 품질을 향상시킬 수 있다.
이처럼 변형거울 장치(100)가 기울기 오차와 파면 왜곡을 함께 보상해줄 수 있다. 따라서, 기울기 오차를 보정하기 위해 별도로 기울기 보정거울을 구비하지 않을 수 있기 때문에, 전체 설비의 구조와 작동방식이 단순화될 수 있다. 이에, 전체 설비의 크기를 소형화할 수 있고, 설비의 설치 및 유지보수가 용이해질 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 변형거울 장치의 작동방법을 나타내는 플로우차트이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 구동기의 응답특성을 나타내는 그래프이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 변형거울의 작동방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 변형거울 장치의 작동방법은, 파면 왜곡을 보정하기 위해 PMN 구동소자를 구비하는 변형거울 장치를 작동시키는 방법이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 변형거울 장치의 작동방법은, 변형거울로 파면을 반사시키는 과정, 반사되는 파면에서 파면 왜곡을 측정하는 과정, 및 변형거울에 연결되는 복수개의 구동기로 상기 변형거울의 반사면 형상을 변형시켜 파면 왜곡을 보상하는 과정을 포함한다.
이때, 변형거울 장치는 도 1 내지 도 6과 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형거울 장치, 또는 도 7과 같은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 변형거울 장치일 수 있다. 이러한 변형거울 장치(100)는 망원경이나 레이저 설비에 구비될 수 있다. 따라서, 대기에 의해 망원경으로 확인하는 대상물체(50)나 레이저빔을 조사할 물체에 대한 파면 왜곡이 발생할 수 있다.
우선, 변형거울로 파면을 반사시킬 수 있다.(S110) 예를 들어, 변형거울(110)이 망원경에 구비되는 경우 빛을 반사시키고, 레이저 설비에 구비되는 경우 레이저 빔을 반사시킬 수 있다.
그 다음, 반사되는 파면에서 파면 왜곡을 측정할 수 있다.(S120) 예를 들어, 변형거울(110)에서 파면이 반사되는 위치에 파면측정부(150)를 배치할 수 있다. 따라서, 파면측정부(150)가 변형거울(110)에서 반사되는 파면이 왜곡된 정도, 및 기울기 오차를 측정할 수 있다.
이때, 기울기 오차가 검출되면, 기울기 오차를 보상하는 작업이 수행될 수 있다. 즉, 변형거울(110)의 기울기를 조절하여 기울기 오차를 감소시킬 수 있다. 미리 설정된 오차범위 내에서 기울기 오차가 0이 되면, 변형거울(110)의 기울기를 조절하는 작업이 종료될 수 있다. 따라서, 기울기 오차에 대한 보상이 이루어져, 영상이 기울어지지 않고 정상적으로 나올 수 있다.
한편, 파면 왜곡이 검출되면, 파면 왜곡을 보상하는 작업이 수행될 수 있다. 즉, 변형거울(110)에 연결되는 복수개의 구동기(121)로 변형거울(110)의 반사면 형상을 변형시켜 파면 왜곡을 보상할 수 있다.
예를 들어, 파면 왜곡과 역방향의 신호를 발생시켜, 구동기(121)들의 작동을 제어할 수 있고, 구동기(121)들은 파면 왜곡과 역방향으로 변형거울(110)의 반사면 형상을 변형시킬 수 있다. 따라서, 잔류오차에 대한 보상이 이루어져, 영상이 흔들리지 않고 선명하게 나올 수 있다.
이때, 변형거울(110)에서 구동기(121)들 각각과 연결된 부분들의 위치를 개별적으로 조절하기 위해, 구동기(121)에 구비되어 적층 연결되는 복수개의 PMN 구동소자(121a)를 신장수축시킬 수 있다.(S130) 따라서, 적층된 구동소자(121a)들이 작동하는 힘이 합해져 변형거울(110)을 용이하게 변형시킬 수 있다. 이에, 변형거울(110)의 두께가 두꺼워지더라도 변형거울(110)이 구동소자(121a)들의 합해진 힘에 의해 변형될 수 있기 때문에, 동일한 구조의 변형거울 장치(100) 레이저 설비와 망원경에 모두 사용할 수 있다.
또한, 구동소자(121a)들이 적층되어 함께 작동하기 때문에, 구동기(121)의 응답특성이 향상될 수 있다. 이에, 도 9와 같이 사용자나 제어부(140)가 구동명령을 내리는 시점에 구동기(121)가 바로 응답하여 신속하게 작동할 수 있다. 따라서, 파면 왜곡에 신속하게 보정해줄 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 변형거울 장치 110: 변형거울
120: 구동부 121: 구동기
121a: 구동소자 121b: 내부전극
121c: 외부전극 121h: 연결체
122: 구동기판 123: 구동보드
124: 하우징 130: 기울기 조절부
140: 제어부 150: 파면측정부

Claims (11)

  1. 변형거울;
    상기 변형거울의 반사면 형상을 변형시킬 수 있도록, 상기 변형거울의 반사면과 대향되는 면에 연결되는 복수개의 구동기를 구비하는 구동부; 및
    상기 변형거울에서 반사되는 파면이 왜곡된 정도인 파면 왜곡에 따라 상기 구동부의 작동을 제어할 수 있는 제어부;를 포함하고,
    상기 구동기는,
    마그네슘네오븀산납(PMN)으로 이루어져 전기신호에 의해 신장수축될 수 있고, 신장수축력이 강해지도록 서로 적층되어 연결되는 복수개의 구동소자,
    상기 구동소자들 각각에 연결되는 복수개의 내부전극,
    상기 내부전극들과 연결되는 외부전극,
    상기 구동소자들 중 상기 변형거울과 가장 근접한 구동소자에 연결되는 제1 절연체, 및
    상기 구동소자들 중 상기 변형거울과 가장 먼 구동소자에 연결되는 제2 절연체를 포함하고,
    상기 제1 절연체와 상기 제2 절연체 사이에 상기 구동소자들이 일렬로 배치되는 변형거울 장치.
  2. 변형거울;
    상기 변형거울의 반사면 형상을 변형시킬 수 있도록, 상기 변형거울의 반사면과 대향되는 면에 연결되는 복수개의 구동기를 구비하는 구동부;
    상기 변형거울에서 반사되는 파면이 왜곡된 정도인 파면 왜곡을 측정할 수 있는 파면측정부; 및
    상기 파면측정부의 측정결과에 따라 상기 구동부의 작동을 제어할 수 있는 제어부;를 포함하고,
    상기 구동기는,
    마그네슘네오븀산납(PMN)으로 이루어져 전기신호에 의해 신장수축될 수 있고, 신장수축력이 강해지도록 서로 적층되어 연결되는 복수개의 구동소자,
    상기 구동소자들 각각에 연결되는 복수개의 내부전극,
    상기 내부전극들과 연결되는 외부전극,
    상기 구동소자들 중 상기 변형거울과 가장 근접한 구동소자에 연결되는 제1 절연체, 및
    상기 구동소자들 중 상기 변형거울과 가장 먼 구동소자에 연결되는 제2 절연체를 포함하고,
    상기 제1 절연체와 상기 제2 절연체 사이에 상기 구동소자들이 일렬로 배치되는 변형거울 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    구동기는,
    일측이 상기 변형거울에 연결되고, 적어도 일부가 상기 구동소자가 신장수축하는 방향과 교차하는 방향으로 굴절될 수 있는 연결체; 및
    상기 연결체의 타측과 상기 제1 절연체를 접합해주는 접합체;를 더 포함하는 변형거울 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연결체는,
    상기 구동소자가 신장수축하는 방향을 기준으로, 양단부에서 중심부로 갈수록 폭이 좁아지게 형성되는 변형거울 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 절연체에 삽입홈이 형성되고,
    상기 연결체에서 상기 삽입홈과 마주보는 부분에 돌기가 형성되는 변형거울 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 구동소자가 신장수축하는 방향을 기준으로, 상기 제2 절연체가 상기 제1 절연체보다 더 길게 형성되는 변형거울 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    일 구동기에 구비되는 외부전극이, 다른 구동기에 구비되는 외부전극과 마주보지 않게 배치되는 변형거울 장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 변형거울의 재질은 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 변형거울 장치.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2의 변형거울 장치를 작동시키는 작동방법으로서,
    변형거울로 파면을 반사시키는 과정;
    반사되는 파면에서 파면 왜곡을 측정하는 과정; 및
    상기 변형거울에 연결되는 복수개의 구동기로 상기 변형거울의 반사면 형상을 변형시켜 파면 왜곡을 보상하는 과정;을 포함하고,
    상기 복수개의 구동기로 상기 변형거울의 반사면 형상을 변형시키는 과정은,
    상기 변형거울에서 상기 구동기들 각각과 연결된 부분들의 위치를 개별적으로 조절하기 위해, 적층 연결되는 복수개의 PMN 구동소자를 신장수축시키는 과정을 포함하는 변형거울 장치의 작동방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 변형거울로 파면을 반사시키는 과정은,
    빛 또는 레이저 빔을 반사시키는 과정을 포함하는 변형거울 장치의 작동방법.
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