KR102433594B1

KR102433594B1 - 온도 안정화 홀더 및 이를 이용하는 광학 부품 홀딩방법

Info

Publication number: KR102433594B1
Application number: KR1020200124638A
Authority: KR
Inventors: 오범환; 신진원
Original assignee: 국방과학연구소; 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2022-08-18
Also published as: KR20220041438A

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더는, 광학 부품을 장착하는 구조; 광학 부품의 열을 방출시키는 열전 소자를 장착하는 구조; 및 광학 부품에서 열전 소자로의 열 전달을 촉진하는 수단을 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 고출력 광원 시스템에서 광학 부품을 이용한 광축 정렬 시에 광학 부품의 온도를 안정화시킬 수 있다.

Description

온도 안정화 홀더 및 이를 이용하는 광학 부품 홀딩방법{HOLDER FOR TEMPERATURE STABILITY AND METHOD FOR HOLDING OPTICAL PARTS USING THE SAME}

본 발명은 온도 안정화 홀더 및 이를 이용하는 광학 부품 홀딩방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광축정렬 스테이지에 결합되는 광학 부품 홀더로서 온도 안정화 기능을 갖는 홀더 및 이를 이용하는 광학 부품 홀딩방법에 관한 것이다.

광축정렬 스테이지란 고출력 광원 시스템을 이용하는 실험에서 광소자 또는 광학 부품의 위치 제어를 통해 광축을 정렬 하는 장치이다.

고출력 광원 시스템에서 출력되는 광으로 인해 광소자 또는 광학 부품의 온도가 올라가면, 예상 출력 값, 예를 들어 스펙트럼 파장 값에 오차가 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.

예를 들어 고출력 광원에서 발생하는 고온으로 인해 전체 시스템과 개별 광학 부품의 온도 변화가 발생하기 때문에 홀로 그램 방식의 산란 고체 필터(Volume Holographic Grating, VHG)를 사용해 목표하는 단일한 파장 대역의 광을 출력하는데 어려움이 있다.

이와 같이 능동 광원 시스템에 추가적인 광학 부품 정렬이 적용되면, 정렬 작업의 효율이 떨어지고 광학 부품의 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 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

관련 기술 중에서 공보 KR 제10-2102006호는 전자 장치를 위한 열 관리 시스템을 개시한다. 열 관리 시스템은, 개구를 포함하는 스페이서를 이용하여 램프에서 발생하는 열을 관리한다는 점에서 광소자 또는 광학 부품의 온도 안정화 홀더인 본 발명과 구별된다.

KR 제10-2102006호 (2020.04.20. 공고)

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 광축정렬 스테이지, 고출력 광원 시스템, 및 광학 부품을 이용하는 실험에서 광학 부품의 열화를 방지하고 온도를 안정화하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 광학 부품의 광 투과로 인한 온도 영향을 최소로 하여 스펙트럼의 파장 오차를 줄일 수 있는 광원 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 광학 부품의 온도 제어를 통해 목표하는 단일한 파장의 빛을 출력하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더는, 광학 부품을 장착하는 구조; 광학 부품의 열을 방출시키는 열전 소자를 장착하는 구조; 및 광학 부품에서 열전 소자로의 열 전달을 촉진하는 수단을 포함할 수 있다.

또한, 열전 소자를 장착하는 구조는, 사각 프레임 형상을 하고, 사각 프레임 내측에 형성된 열전 소자 안착 홈을 포함할 수 있다.

또한, 열 전달을 촉진하는 수단은, 광학 부품을 커버하는 열 전달 소자를 포함하되, 광학 부품을 장착하는 구조는, 열 전달 소자로 커버된 광학 부품을 장착할 수 있다.

또한, 열 전달 소자는, 금속 재질의 박을 포함할 수 있다.

또한, 열 전달 소자는, 광학 부품의 면들 중에서 광이 지나는 두 개의 면을 제외한 나머지 면을 커버할 수 있다.

또한, 온도 안정화 홀더는, 광축정렬 스테이지와 결합하는 홀딩부를 더 포함할 수 있다.

또한, 열전 소자를 장착하는 구조는, 광학 부품의 적어도 하나의 면과 열전 소자가 접하도록 광학 부품의 하부에 배치될 수 있다.

또한, 온도 안정화 홀더는, 광학 부품의 온도 측정 장치를 유도하는 온도측정 가이드를 더 포함할 수 있다.

또한, 온도측정 가이드는, 홀더 결합부; 및 전선 가이드를 포함할 수 있다.

또한, 홀더 결합부는, 온도 안정화 홀더에 체결 및 분리될 수 있다.

또한, 전선 가이드는, 광학 부품의 온도 측정에 필요한 전선이 광학 부품의 상부에 위치하도록 유도할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부품 온도 안정화 방법은, 열 전달 소자를 이용하여 광학 부품을 커버하는 단계; 홀더에 상가 광학 부품과 열전 소자를 장착하는 단계; 온도 안정화 홀더를 광축정렬 스테이지에 결합하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 광학 부품과 열전 소자를 장착하는 단계는, 온도 안정화 홀더에 광학 부품을 고정하는 단계; 및 전열 개선 소자로 커버된 광학 부품과 열전 소자가 접촉하도록 온도 안정화 홀더에 열전 소자를 고정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 열전 소자를 고정하는 단계는, 열전 소자 안착 홈을 이용하여 열전 소자와 온도 안정화 홀더가 접촉하는 면을 최소화하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 광학 부품을 커버하는 단계는, 금속 재질의 박을 이용하여 광학 부품을 커버하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 광학 부품을 커버하는 단계는, 광학 부품의 면들 중에서 광이 지나는 두 개의 면을 제외한 나머지 면을 커버하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 광학 부품과 열전 소자를 장착하는 단계는, 광학 부품의 적어도 하나의 면과 열전 소자가 접하도록 광학 부품의 하부에 열전 소자를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 광학 부품 온도 안정화 방법은, 광학 부품의 온도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 광학 부품의 온도를 측정하는 단계는, 광학 부품의 온도 측정에 필요한 전선이 광학 부품의 상부에 위치하도록 유도하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 고출력 광원 시스템에서 광학 부품을 이용한 광축 정렬 시에 광학 부품의 온도를 안정화시킬 수 있다.

또한, 고출력 광원 시스템에서 광학 부품의 온도 안정화에 의한 온도 변화를 정확히 측정할 수 있다.

또한, 고출력 광원 시스템에서 광학 부품의 열화로 인한 출사광 파장 변이 문제를 해결할 수 있다.

또한, 고출력 광원 시스템에서 광학 부품을 통해 출력되는 광 출력의 미세한 파장 길이 조절이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더의 사시도이다.
도 2는 온도 안정화 홀더에 결합되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도측정 가이드의 사시도이다.
도 3은 온도측정 가이드가 결합된 온도 안정화 홀더의 사시도이다.
도 4는 온도 안정화 홀더에 포함된 열전 소자 장착부의 사시도이다.
도 5는 온도측정 가이드 및 열전소자가 장착된 온도 안정화 홀더의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 홈의 가상의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부품의 열 전달을 촉진하는 수단의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 광원 시스템의 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더의 적용 전과 후의 VHG 온도에 따른 파장 이동의 안정도 경향을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부품 홀딩방법의 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 안되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 구성 요소의 위치와 관련된 용어는, 만약에 사용된다면, 해당 도면에서 해당 구성 요소의 상대적인 위치를 나타내는 것이며, 이들의 절대 위치가 특정되지 않은 이상, 위치와 관련 용어가 구성 요소의 절대적인 위치를 언급하는 것은 아니다.

더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 만약에 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.

고출력 광원 시스템에 추가 적용되는 광소자 또는 광학 부품, 예를 들어 VHG(Volume Holographic Grating)는 일반적으로 레이저 빛의 반치반폭(Full width at half maximum, FWHM)을 좁히고 지극히 단일한 파장의 빛을 출력하게 한다.

단일화된 중심 파장은 VHG 온도의 영향을 받으며 본 특허에서 실험의 예시로 사용된 VHG는 섭씨 1도 마다 중심 파장의 길이가 8.5pm 만큼 길어지거나 짧아진다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더는, 광학 부품 또는 광소자를 이용하는 광축 정렬에 필요한 장치로서 온도 안정화 기능을 갖는 홀더에 관한 것이다. 온도 안정화 홀더는, 광학 부품 예를 들어 VHG(Volume Holographic Grating) 필터와 SAC 렌즈, 열 전달 촉진 소자 및 열전 소자와 함께 광축 정렬에 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더는, 광축 정렬 도구를 사용해 3차원(XYZ)의 3축과 그 축을 중심으로 하는 3개의 회전 방향(총 6축)을 조절할 때, VHG가 조절 방향 중심에 위치할 수 있도록 해주는 홀더 구조와 광학 부품의 온도를 안정화 시키는 열전 소자를 장착할 수 있는 구조, 열에 의한 기구 변형을 고려해 치수 공차를 감안하는 구조 등으로 이루어져 있다.

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

본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더는, 능동 광소자 시스템에 광학 부품의 정렬이 적용될 때 정렬 작업의 효율을 향상시키고 광학 부품의 온도를 조절하는 열전 소자를 효과적으로 장착하고 광축 정렬하기 위한 홀더에 해당한다. 사용자는 광원 시스템에서 온도 안정화 홀더를 이용하여 광학 부품의 광축 정렬을 용이하게 할 수 있으며, 따라서 광축 정렬의 효율 및 온도 안정도가 높아질 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더는, SAC 렌즈(Slow Axis Collimating Lens)나 VHG 필터와 같은 광학 부품을 추가함에 있어 광원 시스템의 광축에 정렬될 수 있도록 하고, 이러한 광학 부품에 접하여 광학 부품의 온도 조절을 위한 열전 소자를 안정적으로 장착하기 위한 홀더이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더가 묘사되어 있다. 온도 안정화 홀더(100)는 홀딩부(110) 및 열전 소자 장착부(120)를 포함하도록 구성될 수 있다. 홀딩부(110)는 온도 안정화 홀더(100)를 광축정렬 스테이지에 결합시키는 부위에 해당한다. 즉 홀딩부(110)의 일단은 광축정렬 스테이지와 결합되고, 타 단은 열전 소자 장착부(120)에 이어진다.

열전 소자 장착부(120)는 열전 소자, 즉 열을 전기로 변환하는 반도체를 장착하기 위한 구성요소로서, 열전 소자에 한정하지 않고 광학 부품의 열을 공기 중으로 방출시키기 위한 도체 재질의 발열 핀, 라디에이터 모양의 발열 구조 등 방열 소자가 열전 소자 장착부(120)에 장착될 수 있다. 열전 소자 장착부(120)에 대한 자세한 사항은 후술 하기로 한다.

도 1을 다시 참조하면, 홀딩부(110)와 열전 소자 장착부(120)가, 열전 소자 장착부(120)의 측 부위에서 서로 이어지도록 묘사되어 있으나, 이에 한정되는 것이 아니므로 홀딩부(110)가 열전 소자 장착부(120)의 중앙에 이어지도록 설계될 수도 있다.

온도 안정화 홀더(100)는, 홀딩부(110)에 이어지는 열전 소자 장착부(120)가 안정적으로 지지되고, 뒤틀림이 없도록 하기 위한 구조로서 홀딩부(110)와 열전 소자 장착부(120)를 서로 연결시키는 제1 장착부 지지대(130) 및 제2 장착부 지지대(140)를 포함하도록 구성될 수 있다.

즉 온도 안정화 홀더(100)는, 열전 소자 장착부(120)가 홀딩부(110)에 안정되게 지지되게 하는 추가 포인트를 가질 수 있다. 즉 제1 장착부 지지대(130) 및 제2 장착부 지지대(140)를 통해 열전 소자 장착부(120)는 홀딩부(110)에 더 안정되게 지지될 수 있다.

제1 장착부 지지대(130)는 홀딩부(110)로부터 회전축(홀딩부(110)에 결합되는 광축정렬 스테이지의 회전축)과 나란한 방향으로 연장되어 열전 소자 장착부(120)의 제1 측부(121)와 결합한다. 제1 장착부 지지대(130)의 일 단은 홀딩부(110) 상단에 결합되는 것이 보다 안정적일 수 있으며, 타 단은 제1 측부(121)와 결합되도록 연장 후 절곡된 형상을 가질 수 있다.

제2 장착부 지지대(140)는 홀딩부(110)로부터 연장되어 열전 소자 장착부(120)의 제2 측부(122)와 결합한다. 또한 제2 장착부 지지대(140)의 일 단은 홀딩부(110) 상단에 결합하는 것이 보다 안정적일 수 있다. 그리고 제2 장착부 지지대(140)의 타 단은 제2 측부(122)와 결합하도록 연장 후 절곡된 형상이거나 완만한 곡선 형상일 수 있다.

제1 장착부 지지대(130)와 제2 장착부 지지대(140)에 의해 온도 안정화 홀더(100)의 연결 불량 또는 중력에 의한 열전 소자 장착부(120)의 처짐과 같은 현상이 보완되고, 온도 안정화 홀더(100) 종단부에 집중될 수 있는 힘과 무게를 분산시킬 수 있다.

열전 소자 장착부(120)의 상부에 광학 부품을 장착하는 구조, 일명 광학 부품 장착부가 마련될 수 있다. 광학 부품 장착부는, 광학 부품과의 최소의 접촉을 통해 광학 부품을 지지할 수 있다. 즉 광학 부품 장착부는 부품 지지단(111), 부품 지지대(150) 및 부품 파지부(151)를 포함하도록 구성될 수 있다. 온도 안정화 홀더(100)는 부품 지지단(111)과 부품 파지부(151)를 이용하여 광학 부품을 열전 소자 장착부(120)에 안착된 열전 소자 위에 위치시킬 수 있다.

부품 지지대(150)는 제1 장착부 지지대(130)로부터 홀딩부(110) 측으로 연장 형성되는 구성요소이다. 부품 지지대(150)의 일 단에는 광학 부품의 일 단부를 양 측면에서 지지하는 형태의 부품 파지부(151)가 형성된다. 부품 파지부(151)에 의해 형성되는 파지홈에 광학 부품이 삽입되도록 부품 파지부(151)가 형성된다.

홀딩부(110)의 일 단에는 돌출 형성된 부품 지지단(111)이 형성된다. 부품 지지단(111)은 광학 부품의 폭만큼 이격된 한 쌍이 돌출 형성되어 광학 부품의 일 단부를 양 측면에서 지지할 수 있도록 형성된다. 이에 따라 광학 부품의 일 단은 부품 지지단(111)이 지지하고, 타 단부는 부품 파지부(151)에 의해 지지된다. 이에 따라 광학 부품이 6축 조절기구의 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.

광학 부품은 부품 지지단(111) 및 부품 파지부(151)에 의해 지지되어, 열전 소자 장착부(121)에 안착된 열전 소자 상에 안착되게 되어, 열전 소자에 의해 온도 조절이 가능하게 된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더(100)는 광학 부품의 온도를 측정하는 구조, 즉 온도측정 가이드(160)를 포함하도록 구성될 수 있다.

도 2는 온도 안정화 홀더에 결합되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도측정 가이드의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 온도측정 가이드(160)는 홀더 결합부(161) 및 전선 가이드(162)를 포함하도록 구성될 수 있다. 홀더 결합부(161)는 온도 안정화 홀더(100)에 결합되는 부위이다. 온도측정 가이드(160)는 홀더 결합부(161)를 통해 온도 안정화 홀더(100)에 결합되거나 분리될 수 있다. 전선 가이드(162)에 관한 제세한 사항은 후술하기로 한다.

도 3은 온도측정 가이드가 결합된 온도 안정화 홀더의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 온도측정 가이드(160)가 결합된 온도 안정화 홀더(100)가 묘사되어 있다. 온도 안정화 홀더(100)는, 온도측정 가이드(160)가 제1 장착부 지지대(130)와 결합 및 분리될 수 있도록 구성될 수 있다.

이하 열전 소자 장착부(120)에 대해 자세히 설명하기로 한다.

도 4는 온도 안정화 홀더에 포함된 열전 소자 장착부의 사시도이다.

도 4를 참조하면, 열전 소자 장착부(120)는 광학 부품에 적용 가능한 열전 소자를 온도 안정화 홀더(100)에 장착하기 위한 온도 안정화 홀더(100)의 구성요소이다.

열전 소자 장착부(120)는 광학 부품이 온도 안정화 홀더(100) 운동의 중심에 위치하게 한다. 열전 소자 장착부(120)는 열전 소자가 광학 부품을 지지하도록 한다. 그리고 열전 소자 장차부(120)는 냉각 홈을 이용하여 열전 소자의 열을 발산시키며, 열전 소자와 온도 안정화 홀더(100)가 최소의 면적에서 접할 수 있도록 한다. 냉각 홈에 대한 자세한 사항은 후술하기로 한다.

열전 소자 장착부(120)는 홀딩부(110)의 타 단과 결합되거나 일체로 형성될 수 있다. 열전 소자의 모양과 이에 따른 열전 소자 장착부(120)의 모양도 사각 프레임 형상일 수 있다. 열전 소자 장착부(120)는 프레임 내측에 형성되는 열전 소자 안착 홈(123)에 열전 소자를 수용할 수 있게 구성된다. 열전 소자는, 열전 소자 안착 홈(123)을 통해 열전 소자 장착부(120)에 의해 지지된다. 그리고 열전 소자 장착부(120)는 장착되는 열전 소자의 일면이 공기에 노출되게 하는 안착 홈(123)을 포함하도록 구성될 수 있다.

열전 소자 장착부(120)는 한 쌍의 제1 측부(121)와 한 쌍의 제2 측부(122)가 사각 프레임을 구성하며, 편의상 제1 측부는 길이방향이 회전 축(홀딩부에 결합되는 광측정렬 스테이지의 회전축)과 나란한 부분을 지칭하고, 제2 측부는 길이방향이 회전축에 수직한 부분을 지칭한다.

제1 측부(121) 또는 제2 측부(122)로부터 열전 소자 안착 홈 측으로 돌출된 안착 단(124)이 적어도 하나, 안정을 위해서는 대칭적으로 복수 개 형성될 수 있다. 안착 단(124)은 열전 소자가 열전 소자 장착부(120) 내에 안착될 수 있게 한다. 안착 단(124)의 상단은 제1 측부(121) 및 제2 측부(122)의 상단보다 낮게 형성되어서, 열전 소자가 안정되게 열전 소자 장착부(120)에 안착되게 할 수 있다.

안착 단(124)은, 열전 소자의 온도 상승으로 인해 온도 안정화 홀더(100)가 손상되거나 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한 안착 단(124)은 열전 소자와 열전 소자 장착부(120)의 접촉 면적이 최소가 되도록 하면서 열전 소자 장착부(120)의 열전 소자 고정을 유지시킨다.

안착 단(124)에 접촉되어 열전 소자 장착부(120) 내에 장착되는 열전 소자와 열전 소자 장착부(120)가 접촉하는 면을 최소로 하기 위해 접촉방지 돌기(125)가 제1 측부(121) 및 제2 측부(122)가 형성하는 내측 면에 형성될 수 있다. 즉 접촉방지 돌기(125)에 의해 열전 소자와 열전 소자 장착부(120) 사이에 냉각 홈이 형성됨으로써 열 발산이 촉진될 수 있다.

도 5는 온도측정 가이드 및 열전 소자가 장착된 온도 안정화 홀더의 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더(100)의 열전 소자 장착부(120)를 기준으로, 열전 소자 장착부(120)에 열전 소자(T)가 안착되고, 열전 소자(T)에 접하도록 광학 부품(P)가 온도 안정화 홀더(100)에 장착된다. 그리고 광학 부품(P) 상부에 온도측정 가이드(160)가 위치하고 온도측정 가이드(160)에 의해 온도측정 전선(C)이 광학 부품(P)의 상부에 위치될 수 있다.

전선 가이드(162)는, 광학 부품의 온도 측정에 사용되는 기구, 예를 들어 온도 센서에 연결된 전선을 광학 부품의 온도가 측정될 장소, 예를 들어 광학 부품의 상부에 위치하도록 유도하는 부위이다.

광학 부품 상부에 놓인 전선을 통해 광학 부품의 열이 센서로 전달되고 센서는 전달된 열을 전기 신호 값으로 변환함으로써 광학 부품의 온도가 측정될 수 있다. 즉 온도측정 가이드(160)는 열전 소자 등에 의한 온도 변화가 반영된 값이 측정되도록 하는 장치이다.

온도측정 가이드(160)는 열전 소자(T)에서 VHG로 전달되는 온도를 측정하기 위해 온도측정 전선(C)을 고정한다. 즉 온도측정 전선(C)의 전선 가이드를 통해 광학 부품의 상단에서부터 발생하는 열전 소자(T)에 의한 온도 변화가 일어난 상태에서 온도가 측정될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 홈의 가상의 사시도이다.

도 6을 참조하면, 도 5의 열전 소자 장착부(120), 열전 소자(T) 및 가상의 바닥 사이에 형성되는 공간에 해당하는 가상의 냉각 홈(G)이 묘사되어 있다. 여기서, “가상”은 가상의 바닥에 대해서 형성되는 공간이라는 점에서 사용되었다.

도 6을 다시 참조하면, 냉각 홈(G)에 의해 열전 소자(T)의 하단은 공기와 접하게 되고, 열전 소자(T)의 4 개의 측면이 온도 안정화 홀더(100)와 최소로 접하도록 한다. 따라서, 냉각 홈(G)에 의해 냉각 작용이 촉진될 수 있고, 온도 안정화 홀더(100)의 열적 변형이 방지될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더(100)는 열 전달을 촉진(개선)하는 수단을 포함할 수 있다. 즉 열전 소자 장착부(120)에 장착되는 광학 부품(P)은, 온도 안정화 홀더(100)에 장착되기 전에 열 전달을 촉진하는 수단, 즉 전열 개선 소자에 의해 싸여질 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부품의 열 전달을 촉진하는 수단의 예시도이다.

도 7을 참조하면, 광학 부품(P), 예를 들어 VHG는 전열 개선 소자, 예를 들어 금속 박, 구체적으로 알루미늄 박(Aluminum foil)에 의해 커버될 수 있다. 알루미늄 박과 광학 부품(P)의 밀착을 돕기 위해 열전도 테이프(Thermal tape)가 1차로 VHG를 커버하고, 2차로 알루미늄 박이 광학 부품(P)을 커버할 수 있다.

광학 부품을 커버하는 전열 개선 도구(170)는, 광학 부품에서 광이 지나는 면을 제외한 면을 감쌀 수 있다. 예를 들어 고출력 광학 시스템에서 출사된 레이저 광이 VHG의 입사 면으로 들어와 출사 면으로 나오는 경우, 입사 면과 출사 면을 제외한 4개의 면이, 열전도 테이프를 매개로 열 전달 개선 소자, 즉 알루미늄 박으로 광학 부품을 커버할 수 있다.

전열 개선 도구(170)는 광학 부품(P)의 온도를 열전 소자(T)에 전달하는 과정을 촉진할 수 있다. 또한, 전열 개선 도구(170)는 광학 부품(P)과 온도 안정화 홀더(100)의 직접 접촉을 피하게 함으로써 온도 안정화 홀더(100)의 열적 변형을 방지할 수 있다.

전열 개선 도구(170)는 열전 소자를 통해 제어되는 온도 변화를 광학 부품, 예를 들어 VHG에 높은 효율로 전달하기 위한 부가 구조로 열 전달 개수가 높은 알루미늄 호일(Aluminum foil)로 광학 부품을 커버하고 그 사이를 열전도 테이프(thermal tape)로 커버하는 것으로 광학 부품과 알루미늄 사이의 결합력을 높일 수 있다. 전열 개선 도구의 적용 범위는 광선이 광학 부품을 통과 가능한 모든 면을 제외한 부분으로 정육면체의 광학 부품을 사용할 경우 광선이 통과하는 마주보는 두 면을 제외한 사면을 감싼다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 광원 시스템의 예시도이다.

도 8을 참조하면, 도 8을 참조하면 고출력 광원 시스템을 이용하여 광 출력을 관찰하는 실험 예가 묘사되어 있다. 레이저 다이오드 바(Laser-diode Bar)에서 생성된 레이저 광은 시준을 위한 FAC, SAC 렌즈와 VHG 필터 그리고 감쇄기를 거쳐 광스펙트럼 분석기에 입사한다. 여기서 사용된 광학 부품 중에서 VHG를 고정시키고 광축을 정렬하는데 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더(100)가 이용될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 안정화 홀더의 적용 전과 후의 VHG 온도 안정화에 따른 파장 이동의 안정도 개선 경향을 나타내는 그래프이다.

도 9를 참조하면, 고출력 광원 시스템에 8.5pm/℃인 VHG에 852nm의 중심 파장을 분해능 0.05nm의 광 스펙트럼 분석기로 측정한 예로 VHG에 적용된 열전 소자를 이용한 25~44℃까지 온도 변화에 따른 중심 파장 측정 결과가 나타나 있다.

본 발명의 일 실시 예에서 고출력 광원 시스템의 광축 정렬에 광학 부품 중의 하나인 VHG가 이용될 수 있다. 실시 예에서 사용될 수 있는 VHG는 1℃마다 8.5pm 파장 이동을 갖는다. 그리고 광 스펙트럼 분석기의 최소 분해능은 0.05nm일 수 있다.

VHG의 온도를 25℃부터 44℃까지 +1℃ 만큼 계속 높였을 때 25℃~33℃ 구간에서 중심 파장이 852.02nm로 측정되었고, 34℃~44℃ 구간에서 중심 파장이 852.07nm로 측정됐다. 중심 파장이 고정된 온도 구간은 각각 8℃ 및 10℃이고, VHG의 온도 특성에 따라면 0.068nm, 0.085nm 이동해야 하며 측정에 사용된 광 스펙트럼 분석기의 최소 분해능이 0.05nm인 것을 고려했을 때 6℃ 마다 파장이 이동하는 것이 측정되었다. 온도 안정화 홀더(100)를 적용 했을 때 안정된 상태에서 파장 이동이 명확하게 이뤄지는 것을 그래프를 통해 알 수 있다.

그래프는 VHG의 온도 안정화 전과 후의 조절 온도 증가에 따른 파장 스펙트럼을 확인하여, 온도 변화에 따른 피크 파장의 변화를 비교하여 보여준다.

온도 안정화 전에는 온도에 따른 피크 파장이 불안정한 변화를 보인다. 반면 온도 안정화 홀더(100)를 적용했을 때 온도 제어가 가능함에 따라 VHG의 적용 온도 범위가 넓어진 것을 확인할 수 있고 온도 안정화 후에는 온도에 따른 피크 파장이 안정적으로 변화되고 있음을 확연히 비교 확인할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부품 온도 안정화 방법의 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 부품 온도 안정화 방법(S120)은, 전열 개선 수단을 이용하는 광학 부품 커버링(S110), 온도 안정화 홀더에 광학 부품과 열전 소자 장착(S120), 및 온도 안정화 홀더와 광축정렬 스테이지의 결합(S130)을 포함하도록 구성될 수 있다.

S120에서, 온도 안정화 홀더에 광학 부품과 열전 소자 장착은, 홀더에 광학 부품 고정(S121) 및 전열 개선 도구로 커버된 광학 부품과 열전 소자가 접촉하도록 온도 안정화 홀더에 열전 소자 고정(S122)을 포함하도록 구성될 수 있다.

S122에서, 열전 소자 고정은, 열전 소자와 온도 안정화 홀더의 접촉면 최소화를 포함하도록 구성될 수 있다(S123).

S110에서, 광학 부품 커버링은, 금속 재질의 박을 이용하는 광학 부품 커버링을 포함하도록 구성될 수 있다.

S110에서, 광학 부품 커버링은, 광학 부품의 면들 중에서 광이 지나는 두 개의 면을 제외한 나머지 면의 커버링을 포함하도록 구성될 수 있다.

S120에서, 광학 부품과 열전 소자 장착은, 광학 부품의 적어도 하나의 면과 열전 소자가 접하도록 광학 부품의 하부에 열전 소자 배치를 포함하도록 구성될 수 있다.

S100에서, 광학 부품 온도 안정화 방법은 광학 부품의 온도 제어 및 측정(S140)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

S140에서, 광학 부품의 온도 제어 및 측정은, 열전 소자 제어 및 광학 부품의 온도 측정에 필요한 전선이 광학 부품의 상부에 위치시키는 유도를 포함하도록 구성될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고출력 광원 시스템에서 광학 부품을 이용한 광축 정렬 시에 광학 부품의 온도를 안정화시킬 수 있다.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.

100: 온도 안정화 홀더, 110: 홀딩부
111: 부품 지지단, 120: 열전 소자 장착부
121: 제1 측부, 122: 제2 측부
123: 안착 홈, 124: 안착 단
125: 접촉방지 돌기, 130: 제1 장착부 지지대
140: 제2 장착부 지지대, 150: 부품 지지대
151: 부품 파지부, 160: 온도측정 가이드
161: 홀더 결합부, 162: 전선 가이드
170: 전열 개선 도구, C: 온도측정 전선
P: 광학 부품, T: 열전 소자

Claims

광학 부품을 장착하는 구조;
상기 광학 부품의 열을 방출시키는 열전 소자를 장착하는 구조; 및
상기 광학 부품에서 열전 소자로의 열 전달을 촉진하는 수단;을 포함하고,
상기 열전 소자를 장착하는 구조는,
한 쌍의 제1 측부와 한 쌍의 제2 측부에 의해 사각의 프레임 형상을 이루며,
프레임 내측에 형성되어 열전 소자를 수용하는 열전 소자 안착 홈을 포함하되,
상기 제1 측부 및 상기 제2 측부로부터 상기 열전 소자 안착 홈 측으로 돌출된 안착 단이 적어도 하나 형성되어 상기 열전 소자를 장착하는 구조에 안착되는 열전 소자의 하단과 상기 열전 소자를 장착하는 구조 사이에서 냉각 홈을 형성하고,
상기 제1 측부 및 상기 제2 측부가 형성하는 내측 면에 접촉방지 돌기가 형성되어 상기 안착 단에 접촉되어 상기 열전 소자를 장착하는 구조 내에 장착되는 열전 소자의 측면과 상기 열전 소자를 장착하는 구조 사이에서 냉각 홈을 형성하는,
온도 안정화 홀더.
제 1 항에 있어서,
상기 안착 단의 상단은,
상기 제1 측부 및 상기 제2 측부의 상단보다 낮게 형성되는,
온도 안정화 홀더.
제 1 항에 있어서,
상기 열 전달을 촉진하는 수단은,
상기 광학 부품을 커버하는 열 전달 소자를 포함하되,
상기 광학 부품을 장착하는 구조는,
상기 열 전달 소자로 커버된 광학 부품을 장착하는,
온도 안정화 홀더.
제 3 항에 있어서,
상기 열 전달 소자는,
금속 재질의 박을 포함하는,
온도 안정화 홀더.
제 3 항에 있어서,
상기 열 전달 소자는,
상기 광학 부품의 면들 중에서 광이 지나는 두 개의 면을 제외한 나머지 면을 커버하는,
온도 안정화 홀더.
제 1 항에 있어서,
광축정렬 스테이지와 결합하는 홀딩부를 더 포함하는,
온도 안정화 홀더.
제 1 항에 있어서,
상기 열전 소자를 장착하는 구조는,
상기 광학 부품의 적어도 하나의 면과 상기 열전 소자가 접하도록 상기 광학 부품의 하부에 배치되는,
온도 안정화 홀더.
제 1 항에 있어서,
상기 광학 부품의 온도 측정 장치를 유도하는 온도측정 가이드를 더 포함하는,
온도 안정화 홀더.
제 8 항에 있어서,
상기 온도측정 가이드는,
홀더 결합부; 및
전선 가이드를 포함하는,
온도 안정화 홀더.
제 9 항에 있어서,
상기 홀더 결합부는,
상기 온도 안정화 홀더에 체결 및 분리되는,
온도 안정화 홀더.
제 9 항에 있어서,
상기 전선 가이드는,
상기 광학 부품의 온도 측정에 필요한 전선이 상기 광학 부품의 상부에 위치하도록 유도하는 것을 특징으로 하는,
온도 안정화 홀더.
전열 개선 수단을 이용하여 광학 부품을 커버하는 단계;
온도 안정화 홀더에 상가 광학 부품과 열전 소자를 장착하는 단계;
상기 온도 안정화 홀더를 광축정렬 스테이지에 결합하는 단계를 포함하고,
상기 온도 안정화 홀더는,
광학 부품을 장착하는 구조;
상기 광학 부품의 열을 방출시키는 열전 소자를 장착하는 구조; 및
상기 광학 부품에서 열전 소자로의 열 전달을 촉진하는 수단;을 포함하고,
상기 열전 소자를 장착하는 구조는,
한 쌍의 제1 측부와 한 쌍의 제2 측부에 의해 사각의 프레임 형상을 이루며,
프레임 내측에 형성되어 열전 소자를 수용하는 열전 소자 안착 홈을 포함하되,
상기 제1 측부 및 상기 제2 측부로부터 상기 열전 소자 안착 홈 측으로 돌출된 안착 단이 적어도 하나 형성되어 상기 열전 소자를 장착하는 구조에 안착되는 열전 소자의 하단과 상기 열전 소자를 장착하는 구조 사이에서 냉각 홈을 형성하고,
상기 제1 측부 및 상기 제2 측부가 형성하는 내측 면에 접촉방지 돌기가 형성되어 상기 안착 단에 접촉되어 상기 열전 소자를 장착하는 구조 내에 장착되는 열전 소자의 측면과 상기 열전 소자를 장착하는 구조 사이에서 냉각 홈을 형성하는,
광학 부품 온도 안정화 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 광학 부품과 열전 소자를 장착하는 단계는,
상기 온도 안정화 홀더에 상기 광학 부품을 고정하는 단계; 및
상기 전열 개선 도구로 커버된 광학 부품과 열전 소자가 접촉하도록 상기 온도 안정화 홀더에 상기 열전 소자를 고정하는 단계를 포함하는,
광학 부품 온도 안정화 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 열전 소자를 고정하는 단계는,
상기 열전 소자와 상기 온도 안정화 홀더의 접촉면을 최소화하는 단계를 포함하는,
광학 부품 온도 안정화 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 광학 부품을 커버하는 단계는,
금속 재질의 박을 이용하여 상기 광학 부품을 커버하는 단계를 포함하는,
광학 부품 온도 안정화 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 광학 부품을 커버하는 단계는,
상기 광학 부품의 면들 중에서 광이 지나는 두 개의 면을 제외한 나머지 면을 커버하는 단계를 포함하는,
광학 부품 온도 안정화 방법.
제 12 항에 있어서,
상가 광학 부품과 열전 소자를 장착하는 단계는,
상기 광학 부품의 적어도 하나의 면과 상기 열전 소자가 접하도록 상기 광학 부품의 하부에 상기 열전 소자를 배치하는 단계를 포함하는,
광학 부품 온도 안정화 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 광학 부품의 온도를 제어 및 측정하는 단계를 더 포함하는,
광학 부품 온도 안정화 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 광학 부품의 온도를 제어 및 측정하는 단계는,
열전 소자를 제어하는 단계 및;
상기 광학 부품의 온도 측정에 필요한 전선이 상기 광학 부품의 상부에 위치하도록 유도하는 단계를 포함하는,
광학 부품 온도 안정화 방법.