KR102577850B1 - 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트 - Google Patents

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남성식
이경호
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Abstract

본 발명은 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내측면에 광학부를 둘러싸며 형성된 마운트 몸체, 상기 마운트 몸체에 형성되며, 유연하게 광학부를 고정할 수 있는 유연 힌지부, 및 상기 마운트 몸체의 외주면에 따라 형성된 고정부를 포함하여, 광학부인 광학 거울 및 렌즈의 표면이 왜곡되지 않고 안정적으로 지지하는 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트에 관한 것이다.

Description

광학부용 일체형 유연 힌지 마운트{Monolithic Flexure Hinge Mount for Optical section}
광학 거울 및 렌즈와 같은 광학부품을 고정시키기 위한 고정 장치에 관한 것으로, 광학 거울 및 렌즈의 표면이 왜곡되지 않고 안정적으로 지지하는 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트에 관한 것이다.
감시, 정찰체계, 레이저무기 등의 광학시스템은 수신광을 검출기로 전송하거나, 광 에너지를 원거리에 전달하기 위해 다수의 광학 거울 및 렌즈를 포함하고 있다. 기계적, 열적 하중에 의한 광학 거울 및 렌즈 표면에서의 수십 나노미터(nm)의 변형만으로도 영상의 왜곡 및 고에너지의 집속 성능 저하가 발생하기 때문에 광학 부품의 표면 왜곡이 최소화되도록 광학 부품의 고정 장치를 설계해야 한다. 광학적인 요소뿐만 아니라 이러한 광학 부품과 고정 장치의 고속 정밀 구동을 위해 일정 수준 이상의 기계적인 강성이 요구된다.
따라서, 광학적 및 기계적 요소를 동시에 고려하여 광학 부품의 반경 방향에 대해서는 기계적으로 유연하고, 나머지 방향에 대해서는 강인한 구조를 갖는 고정 장치의 설계가 필요하다.
일반적으로 온도 변화에 대하여 열팽창 및 수축이 적은 Silicon, Ceramic, 상용 Glass(Schott AG사의 Zerodur, Corning 사의 ULE) 등의 재료로 광학 거울은 제작되며, 광학 부품의 고정 장치인 마운트는 기계적 가공성 및 열-기계적 성질이 우수한 금속으로 제작되어, 최종적으로 접착 등의 방법으로 광학 거울과 결합되어 접합체 조립체가 구성된다. 즉, 서로 다른 3개의 재료로 결합된 광학 거울, 마운트, 접착제 조립체는 재료 간의 열팽창 계수 차이로 인하여 온도가 변화함에 따라 열응력이 발생하여 광학 거울면을 변형시키는 결과를 초래한다.
온도 변화에 의한 열팽창/수축 또는 진동 등의 외란으로부터 광학 거울 및 렌즈의 표면이 왜곡되지 않고 안정적으로 지지될 수 있도록, 광학 거울로 전달되는 응력을 흡수하는 유연형 힌지 구조의 마운트 및 광학 거울의 마운트 장착 방법에 관하여 다수의 기술이 존재한다.
한국특허 제10-1372946호는 광학 거울 측면 3군데의 돌출부와 접착하는 유연 힌지 마운트에 관한 것으로서, 크게 제1프레임, 제2프레임, 인바, 지지부로 구성되며, 제1프레임과 제2프레임의 사이에 심을 적용하여 광학 거울의 정렬이 가능하도록 한 기술이다. 본 기술은 비교적 구경이 큰 거울의 고정에 적합하며, 다수의 부품으로 구성되어 구조가 복잡하고 가공 비용이 많이 소요되는 단점이 있다.
또한, 미국특허 US 10,101,559는 Clamping arm이라는 유연한 외팔보 형태의 힌지를 부드러운 재질의 세트스크류(Locking screw)를 이용하여 광학 거울 측면에 밀착시켜서 고정하는 방식으로서, 형상이 간단한 장점이 있으며, POLARIS-K1이라는 제품으로 상용화되었다. 그러나 여기서 제안한 기술의 마운트는 광학 거울에 비대칭적으로 응력이 전달되어서, 온도 변화에 의한 광학 거울면에서 국부적으로 왜곡이 증폭되는 문제점이 발생할 수 있다.
한국 등록특허 제10-1372946호 미국 등록특허 US 10,101,559
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 온도 변화에 따른 고정 장치의 구조적인 변화를 유연 힌지에서 보상함으로써 광학 거울의 광학 면의 왜곡을 줄이면서 동시에 높은 기계적 강성으로 광학 거울을 고정하기 위한 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트는, 내측면에 광학부를 둘러싸며 형성된 마운트 몸체, 상기 마운트 몸체에 형성되며, 유연하게 광학부를 고정할 수 있는 유연 힌지부, 및 상기 마운트 몸체의 외주면에 따라 형성된 고정부를 포함하고, 상기 유연 힌지부는 홀(hole) 형상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트에서 상기 유연 힌지부의 축방향 깊이(depth), 반경방향 두께(thickness) 및 원주방향 길이(length)는 상기 광학부의 높이와 무게에 비례하여 변화한다.
상기 유연 힌지부는 상기 마운트 몸체의 원주 방향으로 4개 이상이 등간격으로 형성될 수 있다.
상기 유연 힌지부는 '1'자 홀 구조로 형성되거나, 상기 마운트 몸체와 광학부의 높이의 차이가 큰 경우는 상기 유연 힌지부에 높이 단차를 갖는 구조로 형성할 수 있다.
또한, 상기 유연 힌지부는 상기 유연 힌지부의 양측 단부에서 일정거리 이격되어 홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트에서 상기 고정부는 상기 광학부로 응력 전파가 억제하도록 노치부가 형성될 수 있다.
본 발명의 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트는 상기 마운트 몸체 내측면에 형성되어 상기 광학부의 측면과 접착제로 결합하는 접착부, 및 상기 접착부에 접착제를 주입하기 위한 접착제 주입구를 더 포함할 수 있다.
상기 접착부는 상기 광학부의 측면 중심을 기준으로 상하 대칭구조로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 접착부는 상기 광학부의 측면과 접촉하는 면의 형상이 삼각형, 사각형, 다각형, 타원 및 원형 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트에서 상기 광학부는 광학 거울 및 광학 렌즈 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명의 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트에서 유연 힌지부를 통해 광학부인 광학 거울 및 렌즈를 고정 장치에 높은 기계적 강성으로 고정하면서, 동시에 온도 변화에 따른 열응력을 유연형 힌지에서 흡수함으로써 광학 거울 및 렌즈의 광학면에 발생하는 왜곡을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래 기술에 비하여 접착제를 이용하여 간편하게 광학 거울 및 렌즈를 일체형 유연 힌지 마운트와 쉽게 고정이 가능하므로 제작성이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 광학부와 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트의 결합구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트의 평면도이다.
도 4는 상기 도 3에서 A-A로 절단한 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트의 부분 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트의 구조를 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 광학부와 일체형 유연 힌지 마운트의 결합구조를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트(100)는 광학부(200)의 외측면 둘레를 둘러싸며 접착제로 결합되어, 광학부(200)를 견고하게 고정하며 온도 변화에 따른 열응력을 흡수하여 광학 거울의 왜곡을 최소화한다.
본 발명의 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트(100)는 광학 시스템에 장착하는 외팔보 형상이다.
상기 광학부(200)는 광학 거울 및 광학 렌즈 중에서 어느 하나이며, 바람직하게 광학 거울을 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트의 구조를 나타낸 것이다.
도 2에서처럼 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트(100)는 마운트 몸체(101), 유연 힌지부(110), 접착부(120), 접착제 주입구(130) 및 고정부(140)를 포함하여 구성되는 일체형 구조이다.
상기 마운트 몸체(101)는 내측면에 광학부(200)를 둘러싸는 것으로, 유연 힌지부(110)를 지지하며 유연 힌지부(110)의 기계적 강성을 높이기 위한 구조물이다.
상기 유연 힌지부(110)는 온도 변화에 따른 광학부의 열팽창 및 수축에 대해 대응하여 유연하게 광학부(200)를 고정하는 것으로, 상기 유연 힌지부(110)는 마운트 몸체(101)의 축방향으로 관통되는 홀(hole) 형상이고, 이 홀 형상이 일정 곡률을 가지도록 만곡되게 형성될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 이하에서 후술하도록 한다.
접착부(120)는 상기 마운트 몸체(101)의 내측면에서 상기 유연 힌지부(110)의 일면에 형성되어 상기 광학부(200)의 측면과 접착제로 결합하는 부분이다.
상기 접착부(120)는 상기 광학부(200)의 측면과 접촉하는 면의 형상이 삼각형, 사각형, 다각형, 타원 및 원형 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이에 반드시 한정되지는 않는다.
상기 접착부(120)에는 상기 광학부(200)와 일체형 유연 힌지 마운트(100)를 고정하도록 접착제를 주입하기 위한 접착제 주입구(130)가 형성된다.
상기 접착제 주입구(130)는 외부로부터 마운트 몸체(101)의 내측면에 접작체가 공급되도록 상기 마운트 몸체(101)와 접착부(120)에 형성된다.
상기 마운트 몸체(101)의 외측면에 형성된 접착제 주입구(130)로 접착제가 공급되면, 접착제는 접착부(120)에 형성된 접착제 주입구(130)를 통해 마운트 몸체 내측면에 공급하여 접착부(120)에 도포되고, 접착부(120)에 도포된 접착제를 통해 광학부(200)와 일체형 유연 힌지 마운트(100)가 일체로 결합된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트의 평면도이다.
유연 힌지부(110)는 상기 마운트 몸체(101)의 원주 방향으로 4개 이상이 등간격으로 이격되어 형성되고, 광학부(200)의 중심을 기준으로 상하 대칭구조로 형성한다.
상기 유연 힌지부(110)의 일면에 형성된 접착부(120)는 상기 유연 힌지부(110)와 동일하게 4개 이상이 등간격으로 형성되고, 광학부(200)의 중심을 기준으로 상하 대칭구조로 형성한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 바람직하게 유연 힌지부(110)와 접착부(120)는 마운트 몸체(101)를 따라 8개가 등간격으로 이격되어 상하 대칭 구조로 형성될 수 있다.
도 4는 상기 도 2에서 A-A로 절단한 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트의 부분 단면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 유연 힌지부(110)는 마운트 몸체(101)의 축방향으로 관통되는 홀 형상이고, 일정 곡률로 만곡되게 형성된다.
고정부(140)는 광학부(200)와 일체형 유연 힌지 마운트(100)가 서로 고정되어 형성된 이들을 광학 시스템에 장착하기 위한 것이다.
상기 고정부(140)는 상기 마운트 몸체(101)의 외주면에 따라 형성된다. 상기 고정부(140)는 상기 마운트 몸체(101)의 외주면에 4개 이상이 등간격으로 형성되고, 광학부(200)의 중심을 기준으로 상하 대칭구조로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 고정부(140)는 상기 광학부(200)로 응력 전파가 억제하도록 노치부(142)가 형성된다. 여기서 상기 노치부(142)는 고정부 몸체(141)에 상대적으로 얇은 두께의 홈 구조이다.
광학부용 일체형 유연 힌지 마운트(100)에서 유연 힌지부(110)는 열응력의 반경방향 전파를 억제할 수 있도록 얇고 긴 단순지지보 형상을 가지는 것이 바람직하다.
상기 유연 힌지부(110)의 축방향 깊이(depth), 반경방향 두께(thickness) 및 원주방향 길이(length)는 상기 광학부의 높이와 무게에 비례하여 변화하여 기설정된 강성을 가지면서 광학부의 왜곡을 최소화할 수 있도록 하는 구조이다.
상기 유연 힌지부(110)의 깊이는 상기 광학부(200)의 높이보다 큰 것이 바람직하며, 상기 광학부(200)의 무게가 커짐에 따라 상기 유연 힌지부(110)의 두께와 길이는 커질 수 있다.
상기 유연 힌지부(110)에서 '축방향 깊이'는 기준면으로부터 축방향으로 형성된 홀의 깊이(depth)이고, '반경방향 두께'는 반경방향으로 형성된 홀의 두께(thickness)로서 홀을 형성하는 벽(측면) 간의 너비를 의미하고, '원주방향 길이'는 원주방향으로 형성된 홀의 길이(length)로서 실제 원호의 길이를 의미한다.
상기 유연 힌지부(110)는 '1'자 홀 구조로 형성되거나, 상기 마운트 몸체(101)와 광학부(200)의 높이의 차이가 큰 경우는 상기 유연 힌지부(110)에 높이 단차 구조를 형성할 수 있다.
도 5 및 도 6은 광학부(200)에 따라 본 발명의 변형된 실시예에 따른 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트의 구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 단차를 갖는 유연 힌지부가 형성된 일체형 유연 힌지 마운트(100a)의 모습을 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일체형 유연 힌지 마운트(100)와 광학부(200)의 높이가 큰 경우 적정 강성을 갖도록 단차를 갖는 유연 힌지부(110a)를 구성할 수 있다.
상기 단차를 갖는 유연 힌지부(110a)는 유연 힌지부에 높이가 다르게 단차 구조를 갖는 것이다. 상기 유연 힌지부(110a)는 외부 힌지(111)와 내부 힌지(112)로 구성되고, 광학 거울의 측면과 접하는 내부 힌지(112)의 높이는 외부 힌지(111)의 높이보다 상대적으로 작게 구성하여 단차를 형성하며, 적정 강성을 갖도록 조정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 ㄷ자형 유연 힌지부가 형성된 일체형 유연 힌지 마운트(100b)의 모습을 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, ㄷ자형 유연 힌지부(110b)는 마운트 몸체(101)의 축방향으로 관통되는 홀 형상이며, 이 홀은 마운트 몸체(101)의 곡면에 맞춰 일정 곡률로 만곡되어 서로 일정거리 이격되게 형성되고, 이의 양측 단부 양측 단부에서 일정거리 이격되어 홈(114)이 형성된 것이다. 상기 홈(114)은 단면 형상이 'ㄷ'자 형상일 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이 구성된 본 발명의 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트는 유연성을 갖는 유연 힌지부를 통해 광학 거울 및 렌즈를 높은 기계적 강성으로 고정하면서, 동시에 온도 변화에 따른 열응력을 유연형 힌지에서 흡수함으로써 거울 및 렌즈의 광학 면 왜곡을 줄일 수 있다.
100 : 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트
100a : 단차를 갖는 유연 힌지부가 형성된 일체형 유연 힌지 마운트
100b : ㄷ자형 유연 힌지부가 형성된 일체형 유연 힌지 마운트
101 : 마운트 몸체
110 : 유연 힌지부
110a : 단차를 갖는 유연 힌지부
110b : ㄷ자형 유연 힌지부
111 : 외부 힌지
112 : 내부 힌지
114 : 홈
120 : 접착부
130 : 접착제 주입구
140 : 고정부
141 : 고정부 몸체
142 : 노치부
200 : 광학부

Claims (11)

  1. 내측면에 광학부를 둘러싸며 형성된 마운트 몸체(101);
    상기 마운트 몸체에 형성되며, 유연하게 광학부를 고정할 수 있는 유연 힌지부(110); 및
    상기 마운트 몸체의 외주면에 따라 형성된 고정부;를 포함하고,
    상기 유연 힌지부는,
    단면이 'ㄷ'자 형상인 홈(114)이 서로 일정거리 이격되어 축방향으로 형성되고,
    상기 광학부의 측면과 접하는 내부 힌지(112)와 상기 내부 힌지는 외부 힌지(111)의 높이보다 작도록 단차를 형성하며, 상기 내부 힌지와 상기 외부 힌지의 사이에는 일정 곡률로 만곡된 홀(hole)이 형성된 것을 특징으로 하는 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유연 힌지부의 축방향 깊이(depth), 반경방향 두께(thickness) 및 원주방향 길이(length)는 상기 광학부의 높이와 무게에 비례하여 변화하는 것을 특징으로 하는 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유연 힌지부는 상기 마운트 몸체의 원주 방향으로 4개 이상 등간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 광학부로 응력 전파가 억제하도록 노치부가 형성된 것을 특징으로 하는 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마운트 몸체 내측면에 형성되어 상기 광학부의 측면과 접착제로 결합하는 접착부; 및
    상기 접착부에 접착제를 주입하기 위한 접착제 주입구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 접착부는 상기 광학부의 측면 중심을 기준으로 상하 대칭구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 접착부는 상기 광학부의 측면과 접촉하는 면의 형상이 삼각형, 사각형, 다각형, 타원 및 원형 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광학부는 광학 거울 및 광학 렌즈 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광학부용 일체형 유연 힌지 마운트.
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