KR102316827B1

KR102316827B1 - 광부품의 광축 정렬 보조 홀더

Info

Publication number: KR102316827B1
Application number: KR1020200058931A
Authority: KR
Inventors: 오범환; 신진원
Original assignee: 국방과학연구소; 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2021-10-26

Abstract

본 발명은 X축 병진 부재, X축 회전 부재, Y축 병진 부재, Y축 회전 부재, Z축 병진 부재 및 Z축 회전 부재를 포함하여 광원시스템의 광축을 정렬하는 6축 조절기구의 상기 X축 회전 부재 또는 상기 Y축 회전 부재 또는 상기 Z축 회전 부재의 회전축에 결합되고, 광부품의 길이 방향이 상기 회전축에 나란하도록 상기 광부품을 지지하는 홀딩부 및 상기 홀딩부 하부에 결합되고, 열전소자 안착홈이 형성된 사각 프레임 형상의 열전소자 수용부를 포함하는 광부품의 광축 정렬 보조 홀더로서, 본 발명에 의하면, 능동광소자 시스템에 추가적인 광부품 정렬이 적용될 때 정렬 작업의 효율을 향상시키고 광부품의 온도를 조절하는 열전 소자를 효과적으로 장착 및 광축 정렬하는 구조물을 추가함으로써, 광원시스템의 광축 정렬을 용이하게 해주며, 운용효율 및 안정도를 높일 수 있다.

Description

광부품의 광축 정렬 보조 홀더{SUBSIDIARY HOLDER FOR THE ALIGNMENT OF OPTICAL PARTS}

본 발명은 고출력 광원 시스템에 있어서 능동적 온도조절 등이 필요한 여러 광부품-광소자 간 광축 정렬에 필요한 보조 홀더에 관한 것이다.

본 발명은 광부품-광소자 간 광축 정렬에 필요한 보조 홀더에 관한 것이다. 일 예로, VHG(Volume Holographic Grating) 필터와 FAC 렌즈 등을 온도조절 소자와 함께 광축을 정렬하기 위한 기구물이며, 정렬 도구를 사용해 3차원(x,y,z)의 3축과 그 축을 중심으로 하는 3개의 회전 방향(총 6축)을 조절할 때 VHG가 조절 방향 중심에 위치할 수 있도록 해주는 보조홀더 구조와 광부품의 온도를 안정화 할 수 있도록 열전 소자를 장착할 수 있는 구조, 열에 의한 기구 변형을 고려해 치수 공차를 감안하는 구조 등으로 이루어져 있다.

한편, 고출력 광원시스템에 추가 적용되는 광소자 혹은 부품, 일례로 VHG(Volume Holographic Grating)는 일반적으로 Lasing된 빛의 반치전폭(FWHM)을 좁히고 지극히 단일한 파장의 빛을 출력하게 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해 레이저 다이오드와 VHG는 알맞은 정렬 상태를 갖춰야 하며, 3차원(x,y,z)의 3축과 그 축을 중심으로 하는 3개의 회전 방향(총 6축)을 조절하는 기구를 활용하여 광축을 정렬하는 과정이 필수적이다.

그런데, 고출력 광원에서 발생하는 고온으로 인해 전체 시스템과 개별 광학 부품의 온도 변화가 발생하기 때문에 VHG를 사용해 목표하는 지극히 단일한 파장대역의 광을 출력하는데 어려움이 있다.

이와 같이 능동 광소자 시스템에 추가적인 광부품 정렬이 적용되면, 정렬 작업의 효율이 떨어지고 광부품의 온도를 조절하는 열전 소자를 효과적으로 장착하지 못하게 된다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-1745462호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 능동광소자 시스템에 추가적인 광부품 정렬이 적용될 때 정렬 작업의 효율을 향상시키고 광부품의 온도를 조절하는 열전 소자를 효과적으로 장착 및 광축 정렬하는 구조물을 추가함으로써, 광원시스템의 광축 정렬을 용이하게 해주며, 운용효율 및 안정도를 높일 수 있는 광부품의 광축 정렬 보조 홀더를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 광부품의 광축 정렬 보조 홀더는, 광원시스템 내 광부품의 광축을 정렬하기 위해 6축 조절기구에 결합되는 광부품의 광축 정렬 보조 홀더에 있어서, 상기 6축 조절기구는 X축 병진 부재, X축 회전 부재, Y축 병진 부재, Y축 회전 부재, Z축 병진 부재 및 Z축 회전 부재를 포함하며, 상기 X축 회전 부재, 상기 Y축 회전 부재 또는 상기 Z축 회전 부재의 회전축에 결합되고, 상기 광부품의 길이 방향이 상기 회전축에 나란하도록 상기 광부품을 지지하는 홀딩부 및 상기 홀딩부 하부에 결합되고, 열전소자 안착홈이 형성된 사각 프레임 형상의 열전소자 수용부를 포함한다.

그리고, 일 단은 상기 홀딩부에 결합되고, 타 단은 길이 방향이 상기 회전축과 수직한 상기 열전소자 수용부의 제1 측부에 결합되는 제1 수용부 지지대를 더 포함할 수 있다.

나아가, 상기 제1 수용부 지지대는 상기 홀딩부의 상단에 결합되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1 수용부 지지대로부터 상기 홀딩부 측으로 연장 형성되는 부품 지지대를 더 포함하고, 상기 홀딩부의 일 단에는 부품 지지단이 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 부품 지지대의 길이 방향은 상기 회전축에 평행한 것을 특징으로 한다.

그래서, 상기 광부품의 일 단부는 상기 부품 지지단에 의해 지지되고, 상기 광부품의 타 단부는 상기 부품 지지대에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 수용부 지지대는 일 단은 상기 홀딩부로부터 연장된 후 만곡되어 상기 열전소자 수용부에 결합되는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 일 단은 상기 홀딩부에 결합되고, 타 단은 길이 방향이 상기 회전축과 나란한 상기 열전소자 수용부의 제2 측부에 결합되는 제2 수용부 지지대를 더 포함할 수 있다.

또는, 상기 제2 수용부 지지대는 상기 홀딩부로부터 연장된 후 만곡되어 상기 열전소자 수용부에 결합되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 열전소자 수용부에는 상기 제1 측부 또는 상기 제2 측부로부터 상기 열전소자 안착홈 측으로 돌출된 복수의 안착단이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 안착단의 높이는 상기 제1측부 및 상기 제2 측부의 상단보다 낮은 것을 특징으로 한다.

본 발명은 능동광소자 시스템에 추가적인 광부품 정렬이 적용될 때 정렬 작업의 효율을 향상시키고 광부품의 온도를 조절하는 열전 소자를 효과적으로 장착 및 광축 정렬하는 구조물을 추가함으로써, 광원시스템의 광축 정렬을 용이하게 해주며, 운용효율 및 안정도를 높일 수 있다.

즉, 레이저 다이오드에 VHG를 적용할 때 6축 정렬 기구를 적용해 광축을 정렬할 경우 VHG가 6축 정렬 기구의 각 축 정렬 방향의 중심에 위치하도록 하는 것으로, 정렬 작업 효율을 향상시키며 온도 조절을 위한 열전 소자를 장착하는 것으로 온도 변화로 인한 광축 정렬의 틀어짐과 출사광 파장 변이 문제를 해결하며, 결과적으로 광축 정렬 작업 효율과 광품질을 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 광축 정렬 보조 홀더를 사용하지 않았을 경우와 비교하여, 광축정렬 소요시간이 획기적으로 줄어드는 것은 물론, 광정렬이 간편 용이해짐에 따라 출력광 품질도 우수해진다.

도 1은 본 발명의 광축 정렬 보조 홀더를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 광축 정렬 보조 홀더에 광부품 및 열전 소자가 장착된 것을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 광축 정렬 보조 홀더가 6축 조절기구에 결합된 상태를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 보조 홀더가 적용되지 않은 경우의 정렬 상태 및 회전 각도 오차 한계 초과 상태를 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 보조 홀더가 적용된 경우의 정렬 상태 및 회전 각도 오차 한계 초과 상태를 나타낸 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 광축 정렬 보조 홀더를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 광축 정렬 보조 홀더에 광부품 및 열전 소자가 장착된 것을 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 광축 정렬 보조 홀더가 6축 조절기구에 결합된 상태를 도시한 것이다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 광부품의 광축 정렬 보조 홀더를 설명하기로 한다.

본 발명은 능동광소자 시스템에 추가적인 광부품 정렬이 적용될 때 정렬 작업의 효율을 향상시키고 광부품의 온도를 조절하는 열전 소자를 효과적으로 장착 및 광축 정렬하기 위한 보조 홀더이며, 이를 통해 광원시스템의 광축 정렬을 용이하게 해주며, 운용효율 및 안정도를 높일 수 있다.

즉, VHG 필터나 FAC 렌즈와 같은 광부품(P)을 추가함에 있어 광원시스템의 광축에 정렬될 수 있도록 하고, 이러한 광부품(P)에 접하여 광부품(P)의 온도 조절을 위한 열전 소자를 안정적으로 장착하기 위한 보조 홀더이다.

도 3에서와 같이 6축 조절기구(200)에 회전축(217)을 통해 광축 정렬 보조 홀더(100)가 결합되며, 6축 조절기구(200)는 X축 병진 부재(211), X축 회전 부재(212), Y축 병진 부재(213), Y축 회전 부재(214), Z축 병진 부재(215), Z축 회전 부재(216)가 적층 배열되며, 적층되는 순서는 이와 상이할 수가 있다.

도시에서 회전축(217)은 Y축 회전 부재(214)의 회전축에 해당하고, 광축 정렬 보조 홀더(100)는 Y축 회전 부재(214)의 회전축에 결합되나, 이는 예시에 해당하며 X축 회전 부재(212) 또는 Z축 회전 부재(216)와 결합될 수 있다.

따라서, 6축 조절기구(200)에 의해 광축이 정렬될 경우, 광축 정렬 보조 홀더(100)는 광원시스템의 광축에 맞게 정렬되게 된다.

광축 정렬 보조 홀더(100)는 홀딩부(110), 열전소자 수용부(120), 제1 수용부 지지대(130), 제2 수용부 지지대(130) 및 부품 파지부(150)를 포함하여 구성된다.

홀딩부(110)는 6축 조절기구(200)와 회전축(217)에 의해 결합되는 부분이다.

열전소자 수용부(120)는 홀딩부(110) 하부에 결합 또는 일체로 형성되고, 사각 프레임 형상으로 마련되어, 프레임 내측에 형성되는 열전소자 안착홈(123)에 열전소자를 수용할 수 있게 구성된다.

그래서, 열전소자 수용부(120)는 한 쌍의 제1 측부(122)와 한 쌍의 제2 측부(121)가 사각 프레임을 구성하며, 편의상 제1 측부(122)는 길이방향이 회전축(217)과 수직한 부분을 지칭하고, 제2 측부(121)는 길이방향이 회전축(217)에 나란한 부분을 지칭한다.

그리고, 제1 측부(121) 또는 제2 측부(122)로부터 열전소자 안착홈(123) 측으로 돌출된 안착단(124)이 복수 형성되어, 열전소자(T)가 안착단(124)에 안착될 수 있게 하고, 안착단(124)의 상단은 제1 측부(121) 및 제2 측부(122)의 상단보다는 낮게 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 열전소자(T)의 발열 작용으로 인해 홀더가 손상되거나 변형되는 것을 방지할 수 있도록 기구물과 열전소자(T)의 접촉 면적을 최소화하면서 열전소자(T)의 고정 능력을 유지할 수 있다.

다음, 제1 수용부 지지대(130)와 제2 수용부 지지대(140)는 열전소자 수용부(120)의 안정적 지지를 위해 홀딩부(110)와 열전소자 수용부(120)를 연결되어 열전소자 수용부(120)를 지지하기 위한 구성이다.

제1 수용부 지지대(130)는 홀딩부(110)로부터 회전축(217)과 나란한 방향으로 연장되어 열전소자 수용부(120)의 제1 측부(122)와 결합된다. 홀딩부(110) 상단에 결합되는 것이 보다 안정적일 수 있으며, 제1 측부(122)와 결합되도록 연장 후 절곡된 형상을 가질 수 있다.

그리고, 제2 수용부 지지대(140)는 홀딩부(110)로부터 연장되어 열전소자 수용부(120)의 제2 측부(121)과 결합된다. 이 또한 홀딩부(110) 상단에 결합되는 것이 보다 안정적일 수 있으며, 제2 측부(121)와 결합되도록 연장 후 절곡된 형상이거나 완만한 곡선 형상일 수 있다.

이와 같은 제1 수용부 지지대(130), 제2 수용부 지지대(140)에 의해 보조 홀더의 연결 불량 또는 중력에 의한 기구의 처짐과 같은 현상을 보완하고, 보조 홀더 종단부에 집중될 수 있는 힘을 분산시킬 수가 있다.

나아가, 부품 지지대(150)는 제1 수용부 지지대(130)로부터 홀딩부(110) 측으로 연장 형성되는 부분이다.

그리고, 부품 지지대(150)의 끝단에는 광부품(P)의 일 단부의 양 측면을 지지하는 형태의 부품 파지부(151)가 형성된다. 그래서, 부품 파지부(151)에 의해 형성되는 파지홈에 광부품(P)이 삽입되도록 구성된다.

아울러, 홀딩부(110)의 일 단에는 돌출 형성된 부품 지지단(111)이 형성된다. 부품 지지단(111)은 광부품(P)의 폭만큼 이격된 한 쌍이 돌출 형성되어 광부품(P)의 일 단부의 양 측면을 지지할 수 있도록 형성되고, 이에 따라 광부품(P)의 일 단부는 부품 지지단(111)이 지지하고, 타 단부는 부품 파지부(151)에 의해 지지된다. 이에 따라 광부품(P)이 6축 조절기구(200)의 각 축 정렬 방향 중심에 위치할 수 있게 되며, 빛의 통과 면적을 높이기 위해 부품 지지단(111)과 부품 파지부(151)의 돌출 길이는 최대한 짧은 것이 바람직하다.

광부품(P)은 부품 지지단(111) 및 부품 파지부(151)에 의해 지지되어, 열전소자 수용부(120)에 안착된 열전소자(T) 상에 안착되게 되어, 열전소자(T)에 의해 온도 조절이 가능하게 된다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 보조 홀더가 적용되지 않은 경우의 정렬 상태 및 회전 각도 오차 한계 초과 상태를 나타낸 것이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 보조 홀더가 적용된 경우의 정렬 상태 및 회전 각도 오차 한계 초과 상태를 나타낸 것이다. 실험에서 Peak value : 15000, Peak wavelength : 852.07nm, FWHM : 0.2, 광원 온도 : 24.3°이다.

이를 통해 알 수 있듯이, 최적의 광정렬 상태에서 지극히 단일한 파장의 빛을 출력할 때 보조 홀더와 직접 연결된 Y축 회전 각도의 변형을 주는 것으로 파형의 일그러짐이 발생하는 각도를 확인하였고 결과적으로 보조 홀더를 적용했을 때 파형이 일그러지기 시작하는 y축 회전 각도의 범위가 ±2°로 보조 홀더를 적용하기 전 ±1°보다 오차 한계가 개선되었음을 확인할 수 있다.

따라서, 광축 정렬 소요시간이 획기적으로 줄어드는 것은 물론, 광정렬이 간편 용이해짐에 따라 출력광 품질도 우수해지고, VHG 등의 정렬 각도 오차에 따른 SMSR 반복비교 측정에 있어서도 안정된 결과를 보여줌으로써 측정결과의 신뢰도를 높여주고 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

100 : 광축 정렬 보조 홀더
110 : 홀딩부
111 : 부품 지지단
120 : 열전소자 수용부
121 : 제2 측부 122 : 제1 측부
123 : 열전소자 안착홈 124 : 안착단
130 : 제1 수용부 지지대
140 : 제2 수용부 지지대
150 : 부품 지지대
151 : 부품 파지부
200 : 6축 조절기구
211 : X축 병진 부재 212 : X축 회전 부재
213 : Y축 병진 부재 214 : Y축 회전 부재
215 : Z축 병진 부재 216 : Z축 회전 부재

Claims

삭제
광원시스템 내 광부품의 광축을 정렬하기 위해 6축 조절기구에 결합되는 광부품의 광축 정렬 보조 홀더에 있어서,
상기 6축 조절기구는 X축 병진 부재, X축 회전 부재, Y축 병진 부재, Y축 회전 부재, Z축 병진 부재 및 Z축 회전 부재를 포함하며,
상기 X축 회전 부재, 상기 Y축 회전 부재 또는 상기 Z축 회전 부재의 회전축에 결합되고, 상기 광부품의 길이 방향이 상기 회전축에 나란하도록 상기 광부품을 지지하는 홀딩부;
상기 홀딩부 하부에 결합되고, 열전소자 안착홈이 형성된 사각 프레임 형상의 열전소자 수용부; 및
일 단은 상기 홀딩부에 결합되고, 타 단은 길이 방향이 상기 회전축과 수직한 상기 열전소자 수용부의 제1 측부에 결합되는 제1 수용부 지지대를 포함하는,
광부품의 광축 정렬 보조 홀더.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 수용부 지지대는 상기 홀딩부의 상단에 결합되는 것을 특징으로 하는,
광부품의 광축 정렬 보조 홀더.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 수용부 지지대로부터 상기 홀딩부 측으로 연장 형성되는 부품 지지대를 더 포함하고,
상기 홀딩부의 일 단에는 부품 지지단이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는,
광부품의 광축 정렬 보조 홀더.
청구항 4에 있어서,
상기 부품 지지대의 길이 방향은 상기 회전축에 평행한 것을 특징으로 하는,
광부품의 광축 정렬 보조 홀더.
청구항 5에 있어서,
상기 광부품의 일 단부는 상기 부품 지지단에 의해 지지되고, 상기 광부품의 타 단부는 상기 부품 지지대에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는,
광부품의 광축 정렬 보조 홀더.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 수용부 지지대는 일 단은 상기 홀딩부로부터 연장된 후 만곡되어 상기 열전소자 수용부에 결합되는 것을 특징으로 하는,
광부품의 광축 정렬 보조 홀더.
청구항 2에 있어서,
일 단은 상기 홀딩부에 결합되고, 타 단은 길이 방향이 상기 회전축과 평행한 상기 열전소자 수용부의 제2 측부에 결합되는 제2 수용부 지지대를 더 포함하는,
광부품의 광축 정렬 보조 홀더.
청구항 8에 있어서,
상기 제2 수용부 지지대는 상기 홀딩부로부터 연장된 후 만곡되어 상기 열전소자 수용부에 결합되는 것을 특징으로 하는,
광부품의 광축 정렬 보조 홀더.
청구항 8에 있어서,
상기 열전소자 수용부에는 상기 제1 측부 또는 상기 제2 측부로부터 상기 열전소자 안착홈 측으로 돌출된 복수의 안착단이 형성된 것을 특징으로 하는,
광부품의 광축 정렬 보조 홀더.
청구항 10에 있어서,
상기 복수의 안착단의 높이는 상기 제1측부 및 상기 제2 측부의 상단보다 낮은 것을 특징으로 하는,
광부품의 광축 정렬 보조 홀더.