KR102254132B1 - 김발 성능 시험 장치 및 방법 - Google Patents

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고해석
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조수형
곽지윤
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국방과학연구소
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Abstract

일 실시 예에 따른 김발 시험 장치는, 레이저 빔을 방사하는 광원부; 상기 광원부에서 방사한 상기 레이저 빔을 수신할 수 있도록 방향을 조정 가능한 김발부; 상기 레이저 빔을 수신가능한 방향을 향하도록, 상기 김발부의 움직임을 제어하는 김발 제어부; 상기 김발 제어부에 의하여 제어된 상기 김발부를 향하여 분석용 빔을 방사하는 제어 기능 분석용 광원부; 및 상기 분석용 빔을 촬영하여 상기 김발부의 각도 제어 기능을 분석하는 제어 기능 분석부를 포함할 수 있다.

Description

김발 성능 시험 장치 및 방법{TEST APPARATUS FOR GIMBAL PERFORMANCE AND METHOD THEREOF}
아래의 설명은 김발 성능 시험 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 통신 분야에서는 주로 RF(radio frequency) 주파수 자원을 채택하고 있다. 하지만 현재 전세계적인 고화질, 고분해능, 고성능화, 정보의 다양화 추세에 따라 무선 통신 전송량이 급격히 증대되어 RF 주파수 자원은 빠른 속도로 고갈되고 있다. 특히 군사적으로 신속한 고용량의 데이터 전달이 필요한 항공기 또는 잠수함 통신의 경우, RF 통신망을 이용한 실시간의 대용량 정보전달에 제약이 있으므로, RF 통신망을 보완할 수 있는 통신 기술을 확보할 필요가 있다. 이러한 종래의 제한점을 극복하기 위하여 무선 레이저 통신 기술(Free Space Optical Laser Communication Technology)이 대두되었으며, RF 통신기술을 보완하기 위하여 무선 레이저 통신기술과 이중화(Hybrid)하여 운용하는 방식이 제안되었다. 무선 레이저 통신은 대기공간의 가시선상의 두 지점간에 레이저광을 이용하여 음성, 영상, 데이터 정보를 전송하는 형태의 통신 기술로서, RF 주파수 자원 고갈/통제 및 미래 정보 대용량화를 극복하는 고속의 대용량 통신 방법을 제공한다.
무선 레이저 통신망에서 단말기에서 다른 단말기로 정보를 전달하는 데 있어서 가장 필수적으로 요구되는 기술은 단말기간 시선축(Line of sight, LOS)을 일치시키는 기술이다. 무선 레이저 통신 단말기는 시선 차폐와 가림에 민감하기 때문에 송신부와 수신부의 정밀한 추적 조준기술이 필요하며, 일단 상대 단말기의 위치를 파악한 후에는 상호 단말기 간의 정밀한 시선축 확보 및 시선유지가 중요하다. 이러한 단말기 간의 포착, 추적 및 지향은 무선 레이저 통신 시스템에 각운동을 수행하는 김발(gimbal)을 장착함으로써 구현이 가능하며, 이를 위해서는 빔을 상대 단말로 빠르게 지향할 수 있도록 각운동이 가능한 김발이 요구된다. 무선 레이저 통신 단말기에 김발을 직접적으로 적용하기 앞서 김발 장치의 동적, 광학적 특성을 확인하는 과정이 선행되어야 한다. 개발된 단일의 김발은 추적 기능, 김발 내 광학계 정렬, 통신빔과 비콘빔의 적용성 등, 많은 노력과 시간이 소요되는 복합적인 테스트가 요구된다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예의 목적은 김발 시험 장치 및 방법을 소형의 장치로 구성함으로써 실험실 및 야외를 포함한 다양한 환경에서 시험하기 용이하며, 한 쌍의 김발을 구성하기 전에 단일의 김발을 가지고 김발의 동적 성능 및 광학적 성능을 검증하는 것을 목적으로 한다.
일 실시 예에 따르면 김발 시험 장치는, 레이저 빔을 방사하는 광원부; 상기 광원부에서 방사한 상기 레이저 빔을 수신할 수 있도록 방향을 조정 가능한 김발부; 상기 레이저 빔을 수신 가능한 방향을 향하도록, 상기 김발부의 움직임을 제어하는 김발 제어부; 상기 김발 제어부에 의하여 제어된 상기 김발부를 향하여 분석용 빔을 방사하는 제어 기능 분석용 광원부; 및 상기 분석용 빔을 촬영하여 상기 김발부의 각도 제어 기능을 분석하는 제어 기능 분석부를 포함할 수 있다.
상기 광원부는, 비콘 빔을 모사한 레이저 빔을 방사하는 비콘 레이저를 포함할 수 있다.
상기 김발 제어부는, 상기 비콘 레이저에서 방사된 레이저 빔의 영상을 추적하여 상기 김발부를 회전시킬 수 있다.
상기 광원부는, 상기 레이저 빔을 상기 김발부로 평행하게 송광하는 시준기; 및 상기 레이저 빔이 한쪽 방향으로만 진행되도록 유도함으로써, 상기 레이저 빔이 상기 비콘 레이저로 유입되는 것을 방지하기 위한 광 아이솔레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 광원부는, 통신 빔을 모사한 레이저 빔을 방사하는 통신 레이저를 더 포함할 수 있다.
상기 광원부는, 상기 통신 레이저에서 방사된 레이저 빔과 상기 비콘 레이저에서 방사된 레이저 빔을 결합하는 빔 결합기를 더 포함할 수 있다.
상기 김발 시험 장치는, 상기 통신 레이저에서 방사된 레이저 빔의 위치를 추적하여 상기 김발부를 제어하는 보조 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 김발부는, 김발부 본체; 상기 김발부를 통과하여 진행하는 레이저 빔의 방위각을 조정할 수 있도록 상기 김발부 본체가 지면에 수직한 축을 중심으로 회전할 수 있게 설계된 방위각 모터; 상기 김발부를 통과하여 진행하는 레이저 빔의 고저각을 조정할 수 있는 고저각 거울; 및 상기 고저각 거울이 지면에 평행한 축을 중심으로 회전할 수 있게 설계된 고저각 모터를 포함할 수 있다.
상기 김발부는, 상기 김발부 본체에 연결되고, 상기 김발부 본체가 사용자에 의하여 입력된 초기 방위각 및 초기 고저각을 지향하도록 지지함으로써, 상기 김발부의 초기 조건을 조정할 수 있는 스테이지를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 기능 분석부는, 상기 김발부의 지향 각도를 분석하는 빔 프로파일러; 및 상기 분석용 빔의 경로에 위치하여 상기 분석용 빔의 일부를 상기 빔 프로파일러로 송광하는 분석용 빔 분할기를 포함할 수 있다.
상기 김발 제어부는, 상기 광원부로부터 출력되어 상기 김발부를 통하여 수신된 비콘 빔을 촬영하는 카메라; 상기 비콘 빔의 경로에 위치하고, 상기 비콘 빔의 일부를 상기 카메라로 송광하는 비콘 빔 분할기; 및 상기 카메라 상에서의 비콘 빔의 위치를 분석하여 상기 김발부의 각도를 제어하는 김발 제어기를 포함할 수 있다.
상기 보조 제어부는, 상기 통신 레이저에서 방사된 통신 빔의 경로 상에 위치하여 상기 통신 빔의 경로를 조정하는 고속 조정 거울; 상기 통신 빔의 위치를 추출하는 위치 민감 검출기; 상기 통신 빔의 경로 상에 위치하여 상기 통신 빔의 일부를 상기 위치 민감 검출기로 송광하는 통신 빔 분할기; 및 상기 위치 민감 검출기 상에서 상기 통신 빔의 위치를 분석하여 상기 통신 빔을 상기 위치 민감 검출기 상의 영점 위치가 되도록 상기 고속 조정 거울을 제어하는 거울 제어기를 포함할 수 있다.
상기 보조 제어부는, 상기 통신 빔의 진행 경로를 기준으로, 고속 조정 거울보다 상류에 위치하고, 상기 통신 빔의 크기를 조정하는 빔 조정기를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 김발 시험 방법은, 광원부로부터 김발부를 향하여 비콘 빔을 방사하는 단계; 김발 제어부에서 상기 비콘 빔을 영상으로 입력받아 상기 김발부를 제어하는 단계; 제어 기능 분석용 광원부에서 분석용 빔을 방사하는 단계; 및 제어 기능 분석부에서 제어된 상기 김발부를 통과한 상기 분석용 빔을 촬영하여 상기 김발 제어부의 김발 제어 기능을 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 김발 시험 방법은, 광원부로부터 김발부를 향하여 비콘 빔 및 통신 빔을 방사하는 단계; 김발 제어부에서 상기 비콘 빔의 영상을 통하여 상기 김발부를 제어하는 단계; 보조 제어부가 상기 통신 빔의 위치를 측정하여 고속조정거울을 제어하는 단계; 제어 기능 분석용 광원부로부터 분석용 빔을 제어 기능 분석부를 향하여 방사하는 단계; 및 상기 제어 기능 분석부에서 제어된 상기 김발부와 상기 고속조정거울을 통과한 상기 분석용 빔을 촬영하여 상기 김발 제어부의 김발 제어 기능과 상기 보조 제어부의 광학계 제어 기능을 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 김발 시험 장치 및 방법에 따르면, 별도의 통신 모듈을 구비하지 않고도, 김발부의 시선 정렬 및 유지 여부와, 추적 성능을 시험할 수 있다.
일 실시 예에 따른 김발 시험 장치 및 방법에 따르면, 김발 시험 장치 및 방법을 소형의 장치로 구성함으로써 실험실 및 야외를 포함한 다양한 환경에서 시험하기 용이하며, 한 쌍의 김발을 구성하기 전에 단일의 김발을 가지고 김발의 동적 성능 및 광학적 성능을 검증할 수 있다.
일 실시 예에 따른 김발 시험 장치 및 방법에 따르면, 김발 장치를 무선 레이저 통신 장치에 적용하기 전에 김발의 성능을 전반적으로 점검할 수 있으며, 통신빔과 비콘빔을 모사한 레이저를 사용하여 김발의 고저각 또는 방위각 회전 추적 성능, 비콘빔에 기반한 김발의 제어 성능, 김발 내 광학계 성능 등 일련의 김발의 성능을 확인할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 김발 시험 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 김발 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 김발 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 김발 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 김발 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 김발 시험 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 김발 시험 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 김발 시험 장치의 블록도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 김발 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 김발 시험 장치(1)는 광원부(11), 김발부(12), 김발 제어부(13), 제어 기능 분석용 광원부(14) 및 제어 기능 분석부(15)를 포함할 수 있다.
광원부(11)는 레이저 빔을 방사할 수 있다. 예를 들어, 광원부(11)는 비콘 레이저(111)를 포함할 수 있다.
비콘 레이저(111)는 비콘 빔을 모사한 레이저 빔(L1)을 방사할 수 있다. 여기서 비콘 빔이란, 빔 형태로 전파되는 비콘 신호인 빛일 수 있다. 이하에서, 비콘 레이저(111)에서 방사된 레이저 빔(L1)은, "제 1 레이저 빔(L1)" 또는 "비콘 빔(L1)"이라고 할 수 있다. 제 1 레이저 빔(L1)은, 예를 들면, 650nm 내지 850nm 대역(예: 780nm)의 빛을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 레이저 빔(L1)으로는, 레이저 빔의 정렬 여부를 육안으로도 확인할 수 있도록, 가시 광선 대역의 빛이 이용될 수 있다.
김발부(12)는, 광원부(11)에서 방사한 레이저 빔을 수신하고, 제어 기능 분석부(15)로 레이저 빔을 송신할 수 있다. 김발부(12)는, 김발부 본체, 고저각 거울(121), 고저각 모터(미도시), 방위각 모터(미도시), 및 스테이지(122)를 포함할 수 있다.
고저각 거울(121)은, 김발부(12)를 통과하여 진행하는 레이저 빔의 고저각을 조정할 수 있다.
스테이지(122)는, 김발부(12)의 본체를 다양한 각도로 지지함으로써, 김발부 본체의 초기 방위각 및 초기 고저각 상태를 조정할 수 있다. 예를 들어, 스테이지(122)는, 김발부 본체에 연결되고, 김발부 본체가 사용자에 의하여 입력된 특정한 초기 방위각 및 초기 고저각을 지향하도록 지지함으로써, 김발부(12)의 초기 조건을 조정할 수 있다.
방위각 모터는 김발부(12)를 통과하여 진행하는 레이저 빔의 방위각을 조정할 수 있도록 김발부 본체가 지면에 수직한 축을 중심으로 회전할 수 있게 설계될 수 있다.
고저각 모터는, 고저각 거울(121)이 지면에 평행한 축을 중심으로 회전할 수 있게 설계될 수 있다.
김발 제어부(13)는, 김발부(12)의 움직임을 제어할 수 있다. 예를 들어, 김발 제어부(13)는 비콘 레이저(111)에서 방사된 제 1 레이저 빔(L1)의 영상을 추적하여 김발부(12)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 김발 제어부(13)는 비콘 빔 분할기(131), 카메라(132) 및 김발 제어기(133)를 포함할 수 있다.
비콘 빔 분할기(131)는, 제 1 레이저 빔(L1)의 경로 상에서 김발부(12)의 하류(downstream)에 위치하여, 김발부(12)에 의해 반사된 제 1 레이저 빔(L1)의 일부를 카메라(132)로 송광할 수 있다. 예를 들어, 비콘 빔 분할기(131)는, 파장별로 빛을 반사 또는 투과할 수 있는 파장 빔 분할기일 수 있다. 예를 들어, 비콘 빔 분할기(131)는, 제 1 레이저 빔(L1)에 해당하는 대역의 빛은 카메라(132)를 향하여 반사시키고, 나머지 대역의 빛 중 적어도 일부는 투과시킬 수 있다. 한편, 비콘 빔 분할기(131)가 이와 같이 반드시 파장별로 반사율을 달리하여야 하는 것은 아니라는 점을 밝혀 둔다. 반대되는 기재가 없는 이상, 제 1 레이저 빔(L1)에 해당하는 대역의 빛의 일부는 카메라(132)를 향하여 반사되고, 나머지 일부는 제어 기능 분석용 광원부(14)를 향하여 투과될 수도 있음을 밝혀 둔다.
카메라(132)는, 제 1 레이저 빔(L1)을 촬영할 수 있다.
김발 제어기(133)는, 카메라(132)에서 수집된 영상 내에서 제 1 레이저 빔(L1)의 위치를 분석하여 김발부(12)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 김발 제어기(133)는, 제 1 레이저 빔(L1)이 카메라(132)의 영상의 중심에 위치하도록, 김발부(12)의 고저각 모터 및 방위각 모터를 제어할 수 있다. 예를 들어, 김발 제어기(133)는, 자동으로 영상을 판독하고, 그에 맞추어 고저각 모터 및 방위각 모터를 제어할 수 있다. 그러나 이와 달리, 제 1 레이저 빔(L1)이 육안으로 식별 가능한 가시광선 대역의 빛일 경우, 사용자가 직접 카메라(132)의 영상에서 제 1 레이저 빔(L1)이 중앙에 위치하도록 카메라(132)의 영상을 확인해 가며, 고저각 모터 및 방위각 모터의 각도를 변경시킬 수도 있음을 밝혀 둔다.
제어 기능 분석용 광원부(14)는, 김발 제어부(13)에 의하여 제어된 김발부(12)를 향하여 분석용 빔(L2)을 방사할 수 있다. 여기서, 분석용 빔(L2)은 "제 2 레이저 빔(L2)" 또는 "분석용 빔(L2)"이라고 할 수 있다. 제 2 레이저 빔(L2)은, 예를 들면, 1500nm 내지 1600nm 대역(예: 1550nm)의 빛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 기능 분석용 광원부(14)는 반사 거울(141) 및 분석용 레이저(142)를 포함할 수 있다.
제어 기능 분석부(15)는 분석용 빔(L2)을 촬영하여 김발부(12)의 각도 제어 기능을 분석할 수 있다. 다시 말하면, 김발부(12)의 시선 정렬 및 유지 기능을 분석할 수 있다. 예를 들어, 제어 기능 분석부(15)는 분석용 빔 분할기(151) 및 빔 프로파일러(152)를 포함할 수 있다.
분석용 빔 분할기(151)는, 분석용 빔(L2)의 경로에 위치하여 분석용 빔(L2)의 일부를 상기 빔 프로파일러(152)로 송광할 수 있다.
빔 프로파일러(152)는, 김발부(12)의 지향 각도를 분석할 수 있다. 빔 프로파일러(152)를 통하여, 김발부(12)로부터 송광되는 빔의 각도 정확도를 확인할 수 있다. 분석용 빔(L2)이 빔 프로파일러(152)의 센서 CCD 화면 상에서 중심에 맺혔는지 여부를 통하여, 김발부(12)가 정확히 정렬되었는지 여부를 확인할 수 있다. 또한 분석용 빔(L2)의 공간적 분포를 확인하여 광학계 성능을 분석할 수 있다. 실제 광원부(11) 및 제어 기능 분석부(15)는, 김발부(12)로부터 수 km 이상 매우 멀리 떨어진 상태로 시험이 이루어질 수 있다. 이 경우, 김발부(12)에서의 작은 오차로 인해, 분석용 빔(L2)이 빔 프로파일러(152) 상에 맺히는 위치는 매우 차이가 날 수 있다. 따라서, 이와 같은 빔 프로파일러(152)를 통하여, 김발부(12)로부터 송광되는 빔의 지향 각도를 확인할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 김발 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 김발 시험 장치(2)는 광원부(21), 김발부(12), 김발 제어부(23), 제어 기능 분석용 광원부(24) 및 제어 기능 분석부(15)를 포함할 수 있다.
광원부(21)는, 비콘 레이저(111), 시준기(212) 및 광 아이솔레이터(213)를 포함할 수 있다.
시준기(212)는 레이저 빔을 김발부(12)로 평행하게 송광할 수 있다.
광 아이솔레이터(213)는 레이저 빔이 한쪽 방향(김발부(12)를 향한 방향)으로만 진행되도록 유도할 수 있다. 예를 들어, 광 아이솔레이터(213)는, 비콘 레이저(111)로부터 방사된 제 1 레이저 빔(L1)이 제어 기능 분석부(15)의 분석용 빔 분할기(151)로부터 후방으로 반사됨으로써, 비콘 레이저(111)를 지향하게 되어 비콘 레이저(111)를 손상시키는 것을 방지할 수 있으며 분석용 빔의 일부가 분석용 빔 분할기(151)를 통과하여 비콘 레이저(111)를 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
김발 제어부(23)는, 비콘 빔 분할기(131), 카메라(132), 김발 제어기(133) 및 렌즈부(234)를 포함할 수 있다.
렌즈부(234)는, 제 1 레이저 빔(L1)의 직경을 조정할 수 있다. 예를 들어, 렌즈부(234)는, 복수 개의 볼록 렌즈 및/또는 오목 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈부(234)에 의하면, 제 1 레이저 빔(L1)의 직경이 카메라(132)의 CCD 센서의 영역을 초과하지 않도록 제 1 레이저 빔(L1)의 직경을 줄여줄 수 있다. 예를 들어, 김발 제어부(23)는, 카메라(132)의 CCD 센서 상에서 제 1 레이저 빔(L1)이 차지하는 영역이 CCD 센서를 초과하는 것으로 판단하면, 렌즈부(234) 내부의 렌즈들의 거리를 이동시킴으로써, CCD 센서 상에서 제 1 레이저 빔(L1)이 차지하는 영역이 CCD 센서의 내부에 포함되도록 조정할 수 있다.
제어 기능 분석용 광원부(24)는, 반사 거울(141), 분석용 레이저(142) 및 광 아이솔레이터(243)를 포함할 수 있다.
광 아이솔레이터(243)는 레이저 빔이 한쪽 방향(김발부(12)를 향한 방향)으로만 진행되도록 유도할 수 있다. 예를 들어, 광 아이솔레이터(243)는, 분석용 레이저(142)로부터 방사된 분석용 빔(L2)이 비콘 빔 분할기(131)로부터 후방으로 반사됨으로써, 분석용 레이저(142)를 지향하게 되어 분석용 레이저(142)를 손상시키는 것을 방지할 수 있다. 또한 비콘 빔의 일부가 비콘 빔 분할기(131)을 통과하여 분석용 레이저(142)를 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 김발 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 김발 시험 장치(3)는, 광원부(31), 김발부(12), 김발 제어부(13), 제어 기능 분석용 광원부(14), 제어 기능 분석부(15) 및 보조 제어부(36)를 포함할 수 있다.
광원부(31)는 비콘 레이저(111), 통신 레이저(314) 및 빔 결합기(315)를 포함할 수 있다.
통신 레이저(314)는 통신 빔을 모사한 레이저 빔(L3)을 방사할 수 있다. 여기서 통신 빔이란, 통신 빔을 모사하여 광원부(31)에서 방사하는 빛이다. 이하에서, 통신 빔을 모사한 레이저 빔(L3)은 "제 3 레이저 빔(L3)" 또는 "통신 빔(L3)"이라고 할 수 있다. 예를 들어, 제 3 레이저 빔(L3)은 1500nm 내지 1600nm 대역(예: 1550 nm)의 빛을 포함할 수 있다.
빔 결합기(315)는, 통신 레이저(314)에서 방사된 제 3 레이저 빔(L3)의 적어도 일부를 반사하여, 비콘 레이저(111)에서 방사된 제 1 레이저 빔(L1)과 동일한 방향으로 진행시킬 수 있다. 빔 결합기(315)는, 제 1 레이저 빔(L1) 및 제 3 레이저 빔(L3)을 결합할 수 있다.
보조 제어부(36)는, 통신 레이저(314)에서 방사된 제 3 레이저 빔(L3)의 위치를 추적하여 고속 조정 거울(Fast Steering Mirror, FSM)(361)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 보조 제어부(36)는 고속 조정 거울(361), 통신 빔 분할기(362), 위치 민감 검출기(Position Sensitive Detector, PSD)(363) 및 거울 제어기(364)를 포함할 수 있다.
고속 조정 거울(361)은, 제 3 레이저 빔(L3)의 경로 상에서, 김발 제어부(13)의 하류(downstream)에 위치하여, 제 3 레이저 빔(L3)의 경로를 조정할 수 있다. 고속 조정 거울(361)은, 제 3 레이저 빔(L3)이 위치 민감 검출기(363)의 영점(중심)을 지나도록, 제 3 레이저 빔(L3)의 경로를 조절할 수 있다. 결과적으로, 고속 조정 거울(361)에 의하면, 위치 민감 검출기(363)로 진입하는 제 3 레이저 빔(L3)의 경로를 조정할 수 있다. 고속 조정 거울(361)은, 후면에 액츄에이터 등이 장착될 수 있고, 미세하고 빠르게 움직일 수 있으므로, 김발 제어부(13)에 의해 김발부(12) 내부의 고저각 거울 및/또는 스테이지를 조정하는 것보다 보다 신속하고 정확하게 제 3 레이저 빔(L3)의 경로를 조정하는 것이 가능하다. 고속 조정 거울(361)에 의한 조정 해상도는, 고저각 거울의 조정 해상도 및 스테이지의 조정 해상도보다 훨씬 높을 수 있다. 고속 조정 거울(361)로는 공지의 다양한 Fast Steering Mirror(FSM)를 활용할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
통신 빔 분할기(362)는 제 3 레이저 빔(L3)의 경로 상에서, 고속 조정 거울(361) 및 위치 민감 검출기(363) 사이에 위치하여, 제어 기능 분석용 광원부(14)의 분석용 빔(L2)의 일부를 제어된 고속 조정 거울(361)과 제어된 김발부(12)를 향하여 방사할 수 있다. 예를 들어, 통신 빔 분할기(362)는, 파장별로 빛을 반사 또는 투과할 수 있는 파장 빔 분할기일 수 있다. 예를 들어, 통신 빔 분할기(362)는, 제 3 레이저 빔(L3)에 해당하는 대역의 빛은 위치 민감 검출기(363)를 향하여 투과시키고, 나머지 대역의 빛 중 적어도 일부의 빛은 반사시킬 수 있다. 한편, 통신 빔 분할기(362)가 이와 같이 반드시 파장별로 반사율을 달리하여야 하는 것은 아니라는 점을 밝혀 둔다. 반대되는 기재가 없는 이상, 제 3 레이저 빔(L3)에 해당하는 대역의 빛이라도 일부는 위치 민감 검출기(363)를 향하여 투과되고, 나머지 일부는 제어 기능 분석용 광원부(14)를 향하여 반사될 수도 있음을 밝혀 둔다.
위치 민감 검출기(363)는, 통신 빔 분할기(362)를 통과한 제 3 레이저 빔(L3)을 수광함으로써, 제 3 레이저 빔(L3)의 위치를 추출할 수 있다. 위치 민감 검출기(363)는, 2차원 상의 통신 빔(L3)의 위치를 추출하는 기기로써, 예를 들면, 사분할 검출기 또는 오분할 검출기 등이 존재한다. 위치 민감 검출기(363)로는 공지의 다양한 Position Sensitive Detector(PSD)를 활용할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
거울 제어기(364)는 위치 민감 검출기(363) 상에서 제 3 레이저 빔(L3)의 위치를 분석하여 제 3 레이저 빔(L3)을 위치 민감 검출기(363) 상의 영점 위치가 되도록 고속 조정 거울(361)을 제어할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 김발 시험 장치를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 김발 시험 장치(4)는 광원부(41), 김발부(12), 김발 제어부(23), 제어 기능 분석용 광원부(24), 제어 기능 분석부(15) 및 보조 제어부(46)를 포함할 수 있다.
광원부(41)는, 비콘 레이저(111), 시준기(212) 및 광 아이솔레이터(213) 통신 레이저(314) 및 빔 결합기(315)를 포함할 수 있다.
보조 제어부(46)는, 고속 조정 거울(361), 통신 빔 분할기(362), 위치 민감 검출기(363), 거울 제어기(364) 및 빔 조정기(465)를 포함할 수 있다
빔 조정기(465)는 제 3 레이저 빔(L3)의 크기를 조정할 수 있다. 빔 조정기(465)는, 제 3 레이저 빔(L3)의 진행 경로를 기준으로, 고속 조정 거울(361)보다 상류(upstream)에 위치하고, 제 3 레이저 빔(L3)의 직경을 조정할 수 있다. 예를 들어, 빔 조정기(465)는, 복수 개의 볼록 렌즈 및/또는 오목 렌즈를 포함할 수 있다. 빔 조정기(465)에 의하면, 제 3 레이저 빔(L3)의 직경이 위치 민감 검출기(363)의 영역을 초과하지 않도록 제 3 레이저 빔(L3)의 직경을 줄여줄 수 있다. 예를 들어, 보조 제어부(46)는, 위치 민감 검출기(363) 상에서 제 3 레이저 빔(L3)이 차지하는 영역이 위치 민감 검출기(363)의 감지 영역을 초과하는 것으로 판단하면, 빔 조정기(465) 내부의 렌즈들의 거리를 이동시킴으로써, 위치 민감 검출기(363) 상에서 제 3 레이저 빔(L3)이 차지하는 영역이 위치 민감 검출기(363) 내부에 포함되도록 조정할 수 있다. 빔 조정기(465)는, 상술한 렌즈부(234)와 서로 다른 독립적인 빔 경로 상에 위치함으로써, 각각 통과되는 빔의 크기를 독립적으로 조절할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 김발 시험 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 김발 시험 방법은, 광원부로부터 김발부를 향하여 제 1 레이저 빔(예를 들어, 비콘 빔)을 방사하는 단계(51)와, 김발 제어부에서 제 1 레이저 빔을 영상으로 입력받아 김발부를 제어하는 단계(52)와, 제어 기능 분석용 광원부에서 제 2 레이저 빔(예를 들어, 분석용 빔)을 방사하는 단계(53)와, 제어 기능 분석부에서 제어된 김발부를 통과한 제 2 레이저 빔을 촬영하여 김발 제어부의 김발 제어 기능을 확인하는 단계(54)를 포함할 수 있다.
단계 51에서, 제 1 레이저 빔은, 김발부에서 방향이 전환되어 지면에 대하여 수직하게 진행할 수 있다.
단계 52에서, 김발부로부터 진행하는 제 1 레이저 빔은 김발 제어부를 향하여 입사되고, 입사된 제 1 레이저 빔의 영상에 의하여 김발부가 제어될 수 있다.
단계 53에서, 제 2 레이저 빔이 분석을 위한 용도로 김발부를 향해 방사될 수 있다.
단계 54에서, 김발부를 향하여 방사된 제 2 레이저 빔은 김발부에 의하여 방향이 전환되어 제어 기능 분석부를 향하여 입사될 수 있고, 입사된 제 2 레이저 빔을 통하여 김발 제어 기능을 확인할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 김발 시험 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 광원부로부터 김발부를 향하여 제 1 레이저 빔(예를 들어, 비콘 빔) 및 제 3 레이저 빔(예를 들어, 통신 빔)을 방사하는 단계(61)와, 김발 제어부에서 제 1 레이저 빔의 영상을 통하여 김발부를 제어하는 단계(62)와, 보조 제어부가 제 3 레이저 빔의 위치를 측정하여 상기 고속조정거울을 제어하는 단계(63)와, 제어 기능 분석용 광원부로부터 제 2 레이저 빔(예를 들어, 분석용 빔)을 제어 기능 분석부를 향하여 방사하는 단계(64)와, 제어 기능 분석부에서 제어된 김발부와 제어된 고속조정거울을 통과한 제 2 레이저 빔으로 김발 제어부의 김발 제어 기능과 보조 제어부의 광학계 제어 기능을 확인하는 단계(65)를 포함할 수 있다.
단계 63에서는, 제 3 레이저 빔(L3)의 위치를 측정하여 광학 시스템을 보조적으로 제어할 수 있다. 여기서, 단계 62를 통한 김발부의 제어는 전체적인 레이저 빔 지향 각도를 조정하는 것을 의미하고, 단계 63을 통한 보조 제어는 단계 62보다 정밀한 제어를 의미할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 레이저 빔을 방사하는 광원부;
    상기 광원부에서 방사한 상기 레이저 빔을 수신할 수 있도록 회전 가능한 김발부;
    상기 레이저 빔을 수신 가능한 방향을 향하도록, 상기 김발부의 움직임을 제어하는 김발 제어부;
    상기 김발 제어부에 의하여 제어된 상기 김발부를 향하여 분석용 빔을 방사하는 제어 기능 분석용 광원부; 및
    상기 분석용 빔을 촬영하여 상기 김발부의 각도 제어 기능을 분석하는 제어 기능 분석부를 포함하는 김발 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부는,
    비콘 빔을 모사한 레이저 빔을 방사하는 비콘 레이저를 포함하는 김발 시험 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 김발 제어부는,
    상기 비콘 레이저에서 방사되어 상기 김발부를 통하여 수신된 레이저 빔의 영상을 촬영하는 카메라에서 수집된 상기 레이저 빔의 위치를 분석하여, 상기 레이저 빔이 상기 카메라의 영상의 중심에 위치하도록 추적하여 상기 김발부의 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 김발 시험 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원부는,
    상기 레이저 빔을 상기 김발부로 평행하게 송광하는 시준기; 및
    상기 레이저 빔이 한쪽 방향으로만 진행되도록 유도함으로써, 상기 레이저 빔이 상기 비콘 레이저로 유입되는 것을 방지하기 위한 광 아이솔레이터를 더 포함하는 김발 시험 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원부는,
    통신 빔을 모사한 레이저 빔을 방사하는 통신 레이저를 더 포함하는 김발 시험 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원부는,
    상기 통신 레이저에서 방사된 레이저 빔과 상기 비콘 레이저에서 방사된 레이저 빔을 결합하는 빔 결합기를 더 포함하는 김발 시험 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 통신 레이저에서 방사된 레이저 빔의 위치를 추적하여 상기 김발부를 제어하는 보조 제어부를 더 포함하는 김발 시험 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 김발부는,
    김발부 본체;
    상기 김발부를 통과하여 진행하는 레이저 빔의 방위각을 조정할 수 있도록 상기 김발부 본체가 지면에 수직한 축을 중심으로 회전할 수 있게 설계된 방위각 모터;
    상기 김발부를 통과하여 진행하는 레이저 빔의 고저각을 조정할 수 있는 고저각 거울; 및
    상기 고저각 거울이 지면에 평행한 축을 중심으로 회전할 수 있게 설계된 고저각 모터를 포함하는 김발 시험 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 김발부는,
    상기 김발부 본체에 연결되고, 상기 김발부 본체가 사용자에 의하여 입력된 초기 방위각 및 초기 고저각을 지향하도록 지지함으로써, 상기 김발부의 초기 조건을 조정할 수 있는 스테이지를 더 포함하는 김발 시험 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 기능 분석부는,
    상기 김발부의 지향 각도를 분석하는 빔 프로파일러; 및
    상기 분석용 빔의 경로에 위치하여 상기 분석용 빔의 일부를 상기 빔 프로파일러로 송광하는 분석용 빔 분할기를 포함하는 김발 시험 장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 김발 제어부는,
    상기 광원부로부터 출력되어 상기 김발부를 통하여 수신된 비콘 빔을 촬영하는 카메라;
    상기 비콘 빔의 경로에 위치하고, 상기 비콘 빔의 일부를 상기 카메라로 송광하는 비콘 빔 분할기; 및
    상기 카메라 상에서의 상기 비콘 빔의 위치를 분석하여 상기 김발부의 각도를 제어하는 김발 제어기를 포함하는 김발 시험 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 보조 제어부는,
    상기 통신 레이저에서 방사된 통신 빔의 경로 상에 위치하여 상기 통신 빔의 경로를 조정하는 고속 조정 거울;
    상기 통신 빔의 위치를 추출하는 위치 민감 검출기;
    상기 통신 빔의 경로 상에 위치하여 상기 통신 빔의 일부를 상기 위치 민감 검출기로 송광하는 통신 빔 분할기; 및
    상기 위치 민감 검출기 상에서 상기 통신 빔의 위치를 분석하여 상기 통신 빔을 상기 위치 민감 검출기 상의 영점 위치가 되도록 상기 고속 조정 거울을 제어하는 거울 제어기를 포함하는 김발 시험 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보조 제어부는,
    상기 통신 빔의 진행 경로를 기준으로, 고속 조정 거울보다 상류에 위치하고, 상기 통신 빔의 크기를 조정하는 빔 조정기를 더 포함하는 김발 시험 장치.
  14. 광원부로부터 김발부를 향하여 비콘 빔을 방사하는 단계;
    김발 제어부에서 상기 비콘 빔을 영상으로 입력받아 상기 김발부를 제어하는 단계;
    제어 기능 분석용 광원부에서 분석용 빔을 방사하는 단계; 및
    제어 기능 분석부에서 제어된 상기 김발부를 통과한 상기 분석용 빔을 촬영하여 상기 김발 제어부의 김발 제어 기능을 확인하는 단계를 포함하는 김발 시험 방법.
  15. 광원부로부터 김발부를 향하여 비콘 빔 및 통신 빔을 방사하는 단계;
    김발 제어부에서 상기 김발부를 제어하는 단계;
    보조 제어부가 상기 통신 빔의 위치를 측정하여 고속조정거울을 제어하는 단계;
    제어 기능 분석용 광원부로부터 분석용 빔을 제어 기능 분석부를 향하여 방사하는 단계; 및
    상기 제어 기능 분석부에서 제어된 상기 김발부와 상기 고속조정거울을 통과한 상기 분석용 빔을 촬영하여 상기 김발 제어부의 김발 제어 기능과 상기 보조 제어부의 광학계 제어 기능을 확인하는 단계를 포함하고,
    상기 김발 제어부에서 상기 김발부를 제어하는 단계는,
    상기 광원부로부터 출력되어 상기 김발부를 통하여 수신된 상기 비콘 빔을 촬영하는 카메라에서 수집된 상기 비콘 빔의 위치를 분석하여, 상기 비콘 빔이 상기 카메라의 영상의 중심에 위치하도록 상기 김발부의 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 김발 시험 방법.
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