KR102633763B1 - 광통신을 위한 광학 시스템 및 광정렬 방법 - Google Patents

광통신을 위한 광학 시스템 및 광정렬 방법 Download PDF

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고해석
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Abstract

일 실시 예에 따른 광통신을 위한 광학 시스템은, 입사광을 집광하는 주경 및 상기 주경에서 반사된 입사광을 반사시키는 부경을 포함하고 원거리 피사체를 관측하기 위한 망원경부; 상기 피사체의 상을 반사함으로써 상기 망원경부로부터 상기 피사체의 상을 공간적으로 분리하는 제1 광학부 및 제2 광학부; 상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부의 광축을 정렬하기 위한 레이저 빔을 생성하는 레이저부; 및 상기 레이저부의 레이저 빔을 기반으로 상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부의 광축을 정렬하기 위한 정렬용 치구부를 포함할 수 있다.

Description

광통신을 위한 광학 시스템 및 광정렬 방법{AN OPTICAL APPARATUS AND ALIGNMENT METHOD FOR OPTICAL COMMUNICATION}
아래의 설명은 광통신을 위한 광학 시스템 및 광정렬 방법에 관한 것이다.
위성-지상간 무선통신은 RF(radio frequency) 및 마이크로파(microwave) 주파수 자원기반의 통신 방식을 채택하고 있으나 최근 정보의 고품질화, 다양화 추세에 따라 무선통신 전송량이 급격하게 증가하면서 주파수 자원이 포화 상태에 도달하고 있다. 이에 대한 대안으로, 고속으로 대용량의 데이터 전송이 가능한 자유공간 광통신(Free space Optical Communication) 기술이 대두되었다. 자유공간 광통신 기술은 종래의 Mbps 급으로 제한되었던 위성 통신 속도를 수~수십 Gbps 수준으로 비약적으로 증가시킬 수 있으며, 특히 적의 통신 교란 및 도감청 위험에도 안전하여 보안이 중요한 군용 통신에 적합한 기술이다.
전세계적으로 위성-지상간 레이저 통신을 구현하기 위하여 경쟁적으로 레이저 통신 단말기 탑재체를 탑재한 저궤도 위성들을 발사하고 있으며, 대기외란에 대한 영향이 적고 가시선(line-of-sight, LOS) 확보가 유리한 국가들을 선정하여 광지상국 또는 지상단말기를 설치하여 운용하고 있다. 장거리의 위성-지상간 통신을 위해서는 위성-지상간 고출력 광 송신 및 고감도 수신 기능, 고정밀의 지향, 획득, 추적(pointing, acquisition, and tracking, PAT) 기능 구현이 필수적이다. 특히 지상단말기 또는 광지상국의 고감도 광 수신을 위해서는 서브미터 내지 미터급 수준의 중대형 망원경이 요구된다.
일반적으로 중대형 망원경은 크기와 부피가 크기 때문에 광경로에 접근이 어려워 쿠데룸과 같이 추가 광학계를 배치하는 별도의 공간이 필요한 경우가 많으며, 쿠데패스를 통해 빛의 방향을 바꿈으로써 광학계 개발에 많은 유연성을 제공할 수 있다. 하지만 쿠데룸이 원거리에 위치할수록 광학계가 복잡해지고 모든 광경로에 접근이 어려우므로 광정렬을 위해서는 각각의 광부품을 위한 다양한 치구를 설계해야하며 많은 시간과 노력이 소비된다.
한국 등록특허 10-2315410(등록일2021년10월14일)에는 SLR 시스템 쿠데패스 미세 정렬을 위한 광학 정렬 치구에 관하여 개시되어 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시 예에 따르면, 소형의 탈부착 가능한 정렬용 치구부를 구비함으로써, 망원경부 및 쿠데패스를 구성하는 제1 광학부, 제2 광학부의 광축 정렬 상태를 빠르게 점검하고, 실시간으로 분석할 수 있는 광통신을 위한 광학 시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 망원경부의 정적 상태, 동적 상태에서의 제1 광학부와 제2 광학부의 정렬 상태를 모두 확인할 수 있도록 방위각 및 고각 회전시에도 정렬 상태가 유지되는지 여부를 확인할 수 있는 광학 시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 광 정렬 오차를 줄임으로써 광축 정렬 정밀도를 향상시킬 수 있고, 광축 정렬에 소요되는 시간을 크게 단축시키는 광학 시스템 및 그 방법을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따른 광통신을 위한 광학 시스템은, 입사광을 집광하는 주경 및 상기 주경에서 반사된 입사광을 반사시키는 부경을 포함하고 원거리 피사체를 관측하기 위한 망원경부; 상기 피사체의 상을 반사함으로써 상기 망원경부로부터 상기 피사체의 상을 공간적으로 분리하는 제1 광학부 및 제2 광학부; 상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부의 광축을 정렬하기 위한 레이저 빔을 생성하는 레이저부; 및 상기 레이저부의 레이저 빔을 기반으로 상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부의 광축을 정렬하기 위한 정렬용 치구부를 포함할 수 있다.
상기 제1 광학부는, 상기 부경에서 전달받은 입사광을 반사시켜 입사광이 향하는 방향을 상기 망원경부의 외부로 전환하고, 상기 제2 광학부는, 상기 제1 광학부에서 방향이 전환된 입사광을 공간적으로 분리시킨 외부로 전달할 수 있다.
상기 정렬용 치구부는, 상기 망원경부의 전단에 설치되는 반사경 부재; 및 상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부 사이에서 빔 경로상에 배치되는 치구 부재를 포함할 수 있다.
상기 반사경 부재 및 상기 치구 부재는 분리될 수 있다.
상기 치구 부재는, 상기 치구 부재에 기계적으로 결합 또는 분리되는 하우징; 상기 레이저 빔을 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하는 빔 분할기; 상기 레이저부로부터 방사되는 제1 빔을 촬영하는 제1 영상 장치; 및 상기 레이저부로부터 방사되어 상기 반사경 부재에 반사된 후 입사되는 제2 빔을 촬영하는 제2 영상 장치를 포함할 수 있다.
상기 망원경부가 회전할 때 상기 제1 영상 장치에서 감지되는 상기 제1 빔의 위치 변화가 설정한 범위 내에 있을 경우, 상기 제2 광학부가 정렬된 것으로 판단할 수 있다.
상기 망원경부가 회전할 때 상기 제2 영상 장치에서 감지되는 상기 제2 빔의 위치 변화가 설정한 범위 내에 있을 경우, 상기 제1 광학부가 정렬된 것으로 판단할 수 있다.
상기 반사경 부재는, 상기 부경 및 상기 주경을 통해 반사되는 제2 빔을 상기 망원경부의 전단에서 반사할 수 있다.
상기 제1 광학부는, 상기 부경으로부터 전달받은 빛을 반사하여 상기 망원경부의 외부로 빛을 전달하는 제1 경; 및 상기 제1 경으로부터 반사된 빛을 반사하여 상기 제2 광학부로 송광하는 제2 경을 포함하고, 상기 제2 광학부는, 상기 제1 광학부로부터 전달받은 빛을 반사하여 방향을 전환하는 제3 경; 상기 제3 경에서 반사된 빛을 반사하여 방향을 전환하는 제4 경; 및 상기 제4 경에서 반사된 빛을 반사하여 외부로 송광하는 제5 경을 포함할 수 있다.
상기 레이저부는, 근적외선 대역의 레이저 빔을 방출하는 제1 레이저; 및 가시광선 대역의 레이저 빔을 방출하는 제2 레이저를 포함할 수 있다.
광통신을 위한 광학 시스템은, 상기 레이저부의 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔의 광축을 정렬하는 레이저 광축 정렬부를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저부는, 레이저 빔을 반사하고, 각도 제어 가능한 제어 거울; 및 상기 제1 레이저에서 방사되는 레이저 빔과, 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔을 결합하는 광 결합기를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 광축 정렬부는, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔을 모으는 정렬 렌즈; 상기 제1 레이저에서 방사되는 레이저 빔과, 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔의 광축 차이를 측정하는 빔 프로파일러; 및 상기 제1 레이저에서 방사되는 레이저 빔과, 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔의 광축 차이에 대한 정보를 상기 빔 프로파일러로부터 입력받아 제어 신호를 생성하는 제어기를 포함하고, 상기 제어 신호를 기반으로 상기 제어 거울을 제어함으로써 상기 제1 레이저에서 방사되는 레이저 빔과, 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔의 광축을 정렬시킬 수 있다.
상기 제1 광학부는, 상기 제1 광학부에서 레이저 빔의 위치를 특정하는 제1 핀홀을 더 포함하고, 상기 제2 광학부는, 상기 레이저 빔의 초점의 위치를 조정하는 릴레이 렌즈; 상기 릴레이 렌즈의 위치를 조정하는 위치 조정자; 및 상기 제2 광학부에서 레이저 빔의 위치를 특정하는 제2 핀홀을 더 포함할 수 있다.
상기 광통신을 위한 광학 시스템을 사용하는 광통신을 위한 광정렬 방법은, 상기 정렬용 치구부를 설치하는 단계; 상기 레이저부로부터 상기 제2 광학부를 향하여 빔을 방사하는 단계; 상기 정렬용 치구부에서 상기 망원경부의 방위각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 상기 제2 광학부를 정렬하는 단계; 상기 정렬용 치구부에서 상기 망원경부의 고각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 상기 제1 광학부를 정렬하는 단계; 및 상기 정렬용 치구부를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광통신을 위한 광학 시스템을 사용하는 광통신을 위한 광정렬 방법은, 상기 레이저부 빔 경로상에 상기 레이저 광축 정렬부를 설치하는 단계; 상기 레이저부로부터 상기 제2 광학부를 향하여 빔을 방사하는 단계; 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 광축 정렬 후 상기 레이저 광축 정렬부를 분리하는 단계; 상기 정렬용 치구부를 설치하는 단계; 상기 정렬용 치구부에서 상기 망원경부의 방위각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 상기 제2 광학부를 정렬하는 단계; 상기 정렬용 치구부에서 상기 망원경부의 고각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 상기 제1 광학부를 정렬하는 단계; 및 상기 정렬용 치구부를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 광학 시스템 및 그 방법은, 소형의 탈부착 가능한 정렬용 치구부를 구비함으로써, 망원경부 및 쿠데패스를 구성하는 제1 광학부, 제2 광학부의 광축 정렬 상태를 빠르게 점검하고, 실시간으로 분석할 수 있다.
일 실시 예에 따른 광학 시스템 및 그 방법은, 망원경부의 정적 상태, 동적 상태에서의 제1 광학부와 제2 광학부의 정렬 상태를 모두 확인할 수 있도록 방위각 및 고각 회전시에도 정렬 상태가 유지되는지 여부를 확인할 수 있다.
일 실시 예에 따른 광학 시스템 및 그 방법은, 광 정렬 오차를 줄임으로써 광축 정렬 정밀도를 향상시킬 수 있고, 광축 정렬에 소요되는 시간을 크게 단축시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 광학 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 제1 광학부, 치구 부재 및 제2 광학부의 도면이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 광학 시스템의 개략적인 도면이다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 제1 광학부, 치구 부재 및 제2 광학부의 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 광정렬 방법의 순서도이다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 광정렬 방법의 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 광학 시스템의 개략적인 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 제1 광학부, 치구 부재 및 제2 광학부의 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 광통신을 위한 광학 시스템(1) 은, 소형의 탈부착 가능한 정렬용 치구부(12)를 구비함으로써, 망원경부(11) 및 쿠데패스를 구성하는 제1 광학부(13), 제2 광학부(14)의 광축 정렬 상태를 빠르게 점검하고, 실시간으로 분석할 수 있다. 또한, 광통신을 위한 광학 시스템은, 광 정렬 오차를 줄임으로써 광축 정렬 정밀도를 향상시킬 수 있고, 광축 정렬에 소요되는 시간을 크게 단축시킬 수 있다. 예를 들어, 광통신을 위한 광학 시스템(1)은, 망원경부(11), 정렬용 치구부(12), 제1 광학부(13), 제2 광학부(14), 레이저부(15) 및 감지부(17)를 포함할 수 있다.
망원경부(11)는, 입사광을 집광하는 주경(111) 및 주경(111)에서 반사된 입사광을 반사시키는 부경(112)을 포함하고 원거리 피사체를 관측할 수 있다. 망원경부(11)는 위성 지상간 광통신을 위한 대구경 망원경일 수 있다. 망원경부(11)는, 방위각 및 고각의 2축 이상의 회전축을 가질 수 있다. 망원경부(11)의 주경(111)은, 포물면 또는 쌍곡면 또는 구면 형태를 가지고, 직경은 0.5 m이상일 수 있다. 부경(112)은, 주경 보다 작은 직경을 갖고, 주경에서 반사된 빛을 입사광으로 하여 반사시킨다. 후술할 바와 같이, 광정렬 과정에서, 망원경부(11)의 단부는, 반사경 부재(121)에 의하여 외부로부터 들어오는 빛은 차단되고, 레이저부(15)로부터 송광되어 반사경 부재(121)를 향하여 입사되는 레이저 빔을 반사할 수 있다.
제1 광학부(13)는, 정렬이 완료된 상태에서, 망원경부(11)가 수광한 피사체의 상을 반사함으로써 망원경부(11)로부터 피사체의 상을 공간적으로 분리할 수 있다. 정렬 과정에서는, 레이저 빔이 제1 광학부(13)에 의하여 반사되어, 망원경부(11)로부터 레이저 빔이 공간적으로 분리될 수 있다. 제1 광학부(13)는, 부경(112)에서 전달받은 빛을 반사시켜 빛이 향하는 방향을 망원경부(11)의 외부로 전환할 수 있다. 제1 광학부(13)는, 제1 경(131) 및 제2 경(132)을 포함할 수 있다.
제1 경(131)은, 부경(112)으로부터 전달받은 빛을 반사하여 상기 망원경부의 외부로 빛을 전달할 수 있다.
제2 경(132)은, 제1 경(131)으로부터 반사된 빛을 반사하여 제2 광학부(14)로 송광할 수 있다.
제2 광학부(14)는, 정렬이 완료된 상태에서, 망원경부(11)가 수광한 피사체의 상을 반사함으로써 망원경부(11)로부터 피사체의 상을 공간적으로 분리할 수 있다. 정렬 과정에서는, 레이저 빔이 제2 광학부(14)에 의하여 반사되어, 망원경부(11)로부터 레이저 빔이 공간적으로 분리될 수 있다. 제2 광학부(14)는, 제1 광학부(13)에서 방향이 전환된 빛을 공간적으로 분리시킨 외부로 전달할 수 있다. 예를 들어, 제2 광학부(14)는, 제3 경(141), 제4 경(142) 및 제5 경(143)을 포함할 수 있다.
제3 경(141)은, 제1 광학부(13)로부터 전달받은 빛을 반사하여 방향을 전환할 수 있다.
제4 경(142)은, 제3 경(141)에서 반사된 빛을 반사하여 방향을 전환할 수 있다.
제5 경(143)은, 제4 경(142)에서 반사된 빛을 반사하여 외부로 송광할 수 있다. 예를 들어, 제5 경(143)은, 정렬 과정에서는 레이저 빔을 반사하여 레이저 빔을 망원경부(11)의 외부로 송광할 수 있다. 또한, 정렬이 완료된 상태에서, 망원경부(11)가 수광한 입사광을 반사하여 피사체의 상을 외부로 송광할 수 있다.
레이저부(15)는, 제1 광학부(13) 및 제2 광학부(14)의 광축을 정렬하기 위한 레이저 빔을 생성할 수 있다. 예를 들어, 레이저부(15)는, 제1 레이저(151), 제2 레이저(152), 광 결합기(154) 및 반사 거울(155)을 포함할 수 있다.
제1 레이저(151)는, 근적외선 대역의 레이저 빔을 방출할 수 있고, 제2 레이저(152)는, 가시광선 대역의 레이저 빔을 방출할 수 있다. 즉, 제1 레이저(151) 및 제2 레이저(152)는 종류가 다른 레이저를 방사할 수 있다.
광 결합기(154)는 제1 레이저(151)에서 방사되는 레이저 빔과, 제2 레이저(152)에서 방사되는 레이저 빔을 결합할 수 있다.
반사 거울(155)은, 제1 레이저(151)에서 방사되는 레이저 빔을 반사하여 광 결합기(154)를 통하여 제2 레이저(152)에서 방사되는 레이저 빔과 결합되도록 할 수 있다.
정렬용 치구부(12)는 레이저부(15)의 레이저 빔을 기반으로 제1 광학부(13) 및 제2 광학부(14)의 광축을 정렬할 수 있다. 정렬용 치구부(12)는, 광정렬 이후에 분리될 수 있다. 예를 들어, 정렬용 치구부(12)는, 반사경 부재(121) 및 치구 부재(122)를 포함할 수 있다.
반사경 부재(121)는 망원경부(11)의 전단에 설치될 수 있다. 예를 들어, 반사경 부재(121)는, 부경(112) 및 주경(111)을 통해 반사되는 제2 빔을 망원경부(11)의 전단에서 반사할 수 있다. 제1 빔 및 제2 빔에 대한 설명은, 빔 분할기(1224)에 대한 설명에서 후술하기로 한다.
치구 부재(122)를 제1 광학부(13) 및 제2 광학부(14) 사이에서 빔 경로상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 치구 부재(122)는, 하우징(1221), 기준 거울(1222), 제1 영상 장치(1223), 제2 영상 장치(1225) 및 빔 분할기(1224)를 포함할 수 있다.
하우징(1221)은 치구 부재(122)에 기계적으로 결합 또는 분리될 수 있다. 제1 영상 장치(1223)는 레이저부(15)로부터 방사되는 제1 빔을 촬영할 수 있다. 예를 들어, 제1 영상 장치(1223)는, 망원경부(11)의 방위각 조절에 따른 레이저 빔의 위치 변화를 촬영할 수 있다. 망원경부(11)가 회전할 때 제1 영상 장치(1223)에서 감지되는 제1 빔의 위치 변화가 설정한 범위 내일 경우, 제2 광학부(14)가 정렬된 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 빔의 위치 변화의 최소 범위는 미리 사용자가 설정한 값으로 지정될 수 있다. 이하에서, '설정한 범위'는 모두 미리 사용자가 설정한 최소 범위 값을 의미할 수 있다. 제2 영상 장치(1225)는 레이저부(15)로부터 방사되어 반사경 부재(121)에 반사된 후 입사되는 제2 빔을 촬영할 수 있다. 예를 들어, 제2 영상 장치는, 망원경부(11)의 고각 조절에 따른 레이저 빔의 위치 변화를 촬영할 수 있다. 망원경부(11)가 회전할 때 제2 영상 장치(1224)에서 감지되는 제2 빔의 위치 변화가 설정한 범위 내일 경우, 제1 광학부(13)가 정렬된 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 광통신을 위한 광학 시스템(1)은, 방위각 회전에 따른 제1 빔의 위치 변화량을 통해 제1 정렬 오차를 산출하고, 고각 회전에 따른 제2 빔의 위치 변화량을 통해 제2 정렬 오차를 산출하여, 제1 정렬 오차 및 제2 정렬 오차에 기초하여 제1 광학부(13) 및 제2 광학부(14)의 제1 경(131), 제2 경(132), 제3 경(141), 제4 경(142) 및 제5 경(143)을 정렬할 수 있다. 즉, 방위각, 고각 회전시에도 제1 영상 장치(1223) 및 제2 영상 장치(1225)에 제1 빔과 제2 빔의 위치 변화량을 최소화시킴으로써 광정렬 상태를 확인할 수 있다.
기준 거울(1222)은 레이저부(15)의 레이저 빔을 반사하여 제1 기준빔 또는 제2 기준빔을 생성할 수 있다. 예를 들어, 기준 거울(1222)은, 레이저 빔을 일부 투과하고 일부 반사할 수 있다. 기준 거울(1222)은 기구적으로 광경로에 수직으로 설치될 수 있다. 예를 들어, 기준 거울(1222)은 하우징 상단에 설치되어 레이저 빔을 일부 반사시킴으로써 제2 영상 장치(1225)에서 감지되는 제2 기준빔을 생성할 수 있다. 제2 기준빔은 제2 빔의 정렬 목표 위치를 알려주는 데 사용될 수 있다. 망원경부(11)의 고각 조절에도 제2 영상 장치(1225)에서 감지되는 제2 빔이 제2 기준빔과 동일한 위치가 될 경우 제1 광학부(13)가 정렬된 것으로 판단할 수 있다. 제1 기준빔을 생성하는 데 있어서, 치구 부재(122)는 제2 영상 장치(1225) 앞단에 설치되는 정렬경(미도시)을 더 포함할 수 있다. 정렬경은 기준 거울(1222)에 반사된 빔을 반사시킴으로써 제1 영상 장치(1223)에서 감지되는 제1 기준빔을 생성할 수 있다. 제1 기준빔은 제1 빔의 정렬 목표 위치를 알려주는 데 사용될 수 있다. 망원경부(11)의 방위각 조절에도 제1 영상 장치(1223)에서 감지되는 제1 빔이 제1 기준빔과 동일한 위치가 될 경우 제2 광학부(1225)가 정렬된 것으로 판단할 수 있다.
빔 분할기(1224)는 레이저 빔을 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하여 제1 영상 장치(1223) 및 제2 영상 장치(1225)에 송광할 수 있다. 예를 들어, 빔 분할기(1224)는, 레이저부(15)로부터 방사되는 레이저 빔의 일부(제1 빔)는 제1 영상 장치(1223)로 송광하고, 나머지 일부(제2 빔)는 기준 거울(1222)을 향하여 투과시킬 수 있다. 기준 거울(1222)을 향하여 투과된 제2 빔은 제1 광학부(13)를 통하여 망원경부(11)까지 송광되고, 망원경부(11)의 전단에 배치된 반사경 부재(121)에 의하여 반사되어 동일한 경로로 이동하여 빔 분할기(1224)까지 이동하고, 제2 빔은 제2 영상 장치(1224)로 송광될 수 있다.
감지부(17)는, 정렬된 이후에, 외부로부터 망원경부(11)에 의하여 수광되는 입사광을 감지할 수 있다.
도 1 내지 도 2에 대한 설명은, 이하의 서술에서 반대되거나 대치되지 않는 한, 도 3 내지 도 4에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 광통신을 위한 광학 시스템의 개략적인 도면이고, 도 4는 다른 실시 예에 따른 제1 광학부, 치구 부재 및 제2 광학부의 도면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 광통신을 위한 광학 시스템(2)은, 망원경부(11), 정렬용 치구부(12), 제1 광학부(23), 제2 광학부(24), 레이저부(25), 레이저 광축 정렬부(26) 및 감지부(17)를 포함할 수 있다.
제1 광학부(23)는, 정렬이 완료된 상태에서, 망원경부(11)가 수광한 피사체의 상을 반사함으로써 망원경부(11)로부터 피사체의 상을 공간적으로 분리할 수 있고, 부경(112)에서 전달받은 입사광을 반사시켜 입사광이 향하는 방향을 망원경부(11)의 외부로 전환할 수 있다. 정렬 과정에서는, 레이저 빔이 제1 광학부(23)에 의하여 반사되어, 망원경부(11)로부터 레이저 빔이 공간적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 제1 광학부(23)는, 제1 경(131), 제2 경(132) 및 제1 핀홀(233)을 포함할 수 있다.
제1 핀홀(233)은, 제1 광학부(23)에서 레이저 빔의 위치를 특정할 수 있다.
제2 광학부(24)는, 정렬이 완료된 상태에서, 망원경부(11)가 수광한 피사체의 상을 반사함으로써 망원경부(11)로부터 피사체의 상을 공간적으로 분리할 수 있고, 제1 광학부(23)에서 방향이 전환된 입사광을 공간적으로 분리시킨 외부로 전달할 수 있다. 정렬 과정에서는, 레이저 빔이 제2 광학부(24)에 의하여 반사되어, 망원경부(11)로부터 레이저 빔이 공간적으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 제2 광학부(24)는, 제3 경(141), 제4 경(142) 및 제5 경(143), 릴레이 렌즈(245), 위치 조정자(244) 및 제2 핀홀(246)을 포함할 수 있다.
릴레이 렌즈(245)는 레이저 빔의 초점의 위치를 조정할 수 있다.
위치 조정자(244)는 릴레이 렌즈(245)의 위치를 조정할 수 있다. 릴레이 렌즈(245)의 위치를 조정하여 레이저 빔의 종류에 따라 초점의 위치를 조정할 수 있다.
제2 핀홀(246)은 제2 광학부(24)에서 레이저 빔의 위치를 특정할 수 있다.
레이저부(25)는, 제1 레이저(151), 제2 레이저(152), 제어 거울(253) 및 광 결합기(254)를 포함할 수 있다.
제어 거울(253)은 레이저 빔을 반사하고, 각도 제어 가능할 수 있다.
광 결합기(254)는 제1 레이저(151)에서 방사되는 레이저 빔과, 제2 레이저(152)에서 방사되는 레이저 빔을 결합할 수 있다. 즉, 제1 레이저(151) 및 제2 레이저(152)는 종류가 다른 레이저를 방사할 수 있으며, 레이저 광축 정렬부(26)를 통하여 경로가 일치될 수 있다.
레이저 광축 정렬부(26)는, 레이저부(25)의 제1 레이저(151) 및 제2 레이저(152)에서 방사되는 레이저 빔의 광축을 정렬할 수 있다. 예를 들어, 레이저 광축 정렬부(26)는, 정렬 렌즈(261), 빔 프로파일러(262) 및 제어기(263)를 포함할 수 있다.
정렬 렌즈(261)는 제1 레이저(151) 및 제2 레이저(152)에서 방사되는 레이저 빔을 모을 수 있다.
빔 프로파일러(262)는 제1 레이저(151)에서 방사되는 레이저 빔과, 제2 레이저(152)에서 방사되는 레이저 빔의 광축 차이를 측정할 수 있다. 제어기(263)는 제1 레이저(151)에서 방사되는 레이저 빔과, 제2 레이저(152)에서 방사되는 레이저 빔의 광축 차이에 대한 정보를 빔 프로파일러(262)로부터 입력받아 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어 신호를 기반으로 제어 거울(253)을 제어함으로써 제1 레이저(151)에서 방사되는 레이저 빔과, 제2 레이저(152)에서 방사되는 레이저 빔의 광축을 정렬시킬 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 광정렬 방법의 순서도이다.
도 5를 참조하면, 광정렬 방법은, 망원경부의 정적 상태, 동적 상태에서의 제1 광학부와 제2 광학부의 정렬 상태를 모두 확인할 수 있도록 방위각 및 고각 회전시에도 정렬 상태가 유지되는지 여부를 확인할 수 있다. 광통신을 위한 광학 시스템을 사용하는 광통신을 위한 광정렬 방법은, 정렬용 치구부(12)를 설치하는 단계(31)와, 레이저부(15)로부터 제2 광학부(14)를 향하여 빔을 방사하는 단계(32)와, 정렬용 치구부(12)에서 망원경부(11)의 방위각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 제2 광학부를 정렬하는 단계(33)와, 정렬용 치구부(12)에서 망원경부(11)의 고각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 제1 광학부를 정렬하는 단계(34)와, 정렬용 치구부(12)를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6은 다른 실시 예에 따른 광정렬 방법의 순서도이다.
도 6을 참조하면, 광정렬 방법은, 망원경부의 정적 상태, 동적 상태에서의 제1 광학부와 제2 광학부의 정렬 상태를 모두 확인할 수 있도록 방위각 및 고각 회전시에도 정렬 상태가 유지되는지 여부를 확인할 수 있다. 광통신을 위한 광학 시스템을 사용하는 광통신을 위한 광정렬 방법은, 레이저부(25) 빔 경로상에 레이저 광축 정렬부(26)를 설치하는 단계(41)와, 레이저부(25)로부터 제2 광학부(24)를 향하여 빔을 방사하는 단계(42)와, 제1 레이저(151) 빔 및 제2 레이저(152) 빔의 광축 정렬 후 레이저 광축 정렬부(26)를 분리하는 단계(43)와, 정렬용 치구부(22)를 설치하는 단계(44)와, 정렬용 치구부(12)에서 망원경부(11)의 방위각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 제2 광학부(24)를 정렬하는 단계(45)와, 정렬용 치구부(12)에서 망원경부(11)의 고각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 제1 광학부를 정렬하는 단계(46)와, 정렬용 치구부(12)를 분리하는 단계(47)를 포함할 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.
1: 광통신을 위한 광학 시스템
11: 망원경부
111: 주경
112: 부경
12: 정렬용 치구부
121: 반사경 부재
122: 치구 부재
1221: 하우징
1222: 기준 거울
1223: 제1 영상 장치
1224: 빔 분할기
1225: 제2 영상 장치
13: 제1 광학부
131: 제1 경
132: 제2 경
14: 제2 광학부
141: 제3 경
142: 제4 경
143: 제5 경
15: 레이저부
151: 제1 레이저
152: 제2 레이저
154: 광 결합기
155: 반사 거울
17: 감지부
2: 광통신을 위한 광학 시스템
23: 제1 광학부
233: 제1 핀홀
24: 제2 광학부
244: 위치 조정자
245: 릴레이 렌즈
246: 제2 핀홀
25: 레이저부
253: 제어 거울
254: 광 결합기
26: 레이저 광축 정렬부
261: 정렬 렌즈
262: 빔 프로파일러
263: 제어기

Claims (16)

  1. 입사광을 집광하는 주경 및 상기 주경에서 반사된 입사광을 반사시키는 부경을 포함하고 원거리 피사체를 관측하기 위한 망원경부;
    상기 피사체의 상을 반사함으로써 상기 망원경부로부터 상기 피사체의 상을 공간적으로 분리하는 제1 광학부 및 제2 광학부;
    상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부의 광축을 정렬하기 위한 레이저 빔을 생성하는 레이저부; 및
    상기 레이저부의 레이저 빔을 기반으로 상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부의 광축을 정렬하기 위한 정렬용 치구부를 포함하고,
    상기 제1 광학부는,
    상기 부경에서 전달받은 입사광을 반사시켜 입사광이 향하는 방향을 상기 망원경부의 외부로 전환하고,
    상기 제2 광학부는,
    상기 제1 광학부에서 방향이 전환된 입사광을 공간적으로 분리시킨 외부로 전달하는 것을 특징으로 하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 정렬용 치구부는,
    상기 망원경부의 전단에 설치되는 반사경 부재; 및
    상기 제1 광학부 및 상기 제2 광학부 사이에서 빔 경로상에 배치되는 치구 부재를 포함하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 반사경 부재 및 상기 치구 부재는 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 치구 부재는,
    상기 치구 부재에 기계적으로 결합 또는 분리되는 하우징;
    상기 레이저 빔을 제1 빔 및 제2 빔으로 분할하는 빔 분할기;
    상기 레이저부로부터 방사되는 제1 빔을 촬영하는 제1 영상 장치; 및
    상기 레이저부로부터 방사되어 상기 반사경 부재에 반사된 후 입사되는 제2 빔을 촬영하는 제2 영상 장치를 포함하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 망원경부가 회전할 때 상기 제1 영상 장치에서 감지되는 상기 제1 빔의 위치 변화가 설정한 범위 내에 있을경우, 상기 제2 광학부가 정렬된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 망원경부가 회전할 때 상기 제2 영상 장치에서 감지되는 상기 제2 빔의 위치 변화가 설정한 범위 내에 있을경우, 상기 제1 광학부가 정렬된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 반사경 부재는,
    상기 부경 및 상기 주경을 통해 반사되는 상기 제2 빔을 상기 망원경부의 전단에서 반사하는 것을 특징으로 하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 광학부는,
    상기 부경으로부터 전달받은 빛을 반사하여 상기 망원경부의 외부로 빛을 전달하는 제1 경; 및
    상기 제1 경으로부터 반사된 빛을 반사하여 상기 제2 광학부로 송광하는 제2 경을 포함하고,
    상기 제2 광학부는,
    상기 제1 광학부로부터 전달받은 빛을 반사하여 방향을 전환하는 제3 경;
    상기 제3 경에서 반사된 빛을 반사하여 방향을 전환하는 제4 경; 및
    상기 제4 경에서 반사된 빛을 반사하여 외부로 송광하는 제5 경을 포함하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 레이저부는,
    근적외선 대역의 레이저 빔을 방출하는 제1 레이저; 및
    가시광선 대역의 레이저 빔을 방출하는 제2 레이저를 포함하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 레이저부의 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔의 광축을 정렬하는 레이저 광축 정렬부를 더 포함하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 레이저부는,
    레이저 빔을 반사하고, 각도 제어 가능한 제어 거울; 및
    상기 제1 레이저에서 방사되는 레이저 빔과, 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔을 결합하는 광 결합기를 더 포함하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 레이저 광축 정렬부는,
    상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔을 모으는 정렬 렌즈;
    상기 제1 레이저에서 방사되는 레이저 빔과, 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔의 광축 차이를 측정하는 빔 프로파일러; 및
    상기 제1 레이저에서 방사되는 레이저 빔과, 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔의 광축 차이에 대한 정보를 상기 빔 프로파일러로부터 입력받아 제어 신호를 생성하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어 신호를 기반으로 상기 제어 거울을 제어함으로써 상기 제1 레이저에서 방사되는 레이저 빔과, 상기 제2 레이저에서 방사되는 레이저 빔의 광축을 정렬시키는 것을 특징으로 하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 광학부는,
    상기 제1 광학부에서 레이저 빔의 위치를 특정하는 제1 핀홀을 더 포함하고,
    상기 제2 광학부는,
    상기 레이저 빔의 초점의 위치를 조정하는 릴레이 렌즈;
    상기 릴레이 렌즈의 위치를 조정하는 위치 조정자; 및
    상기 제2 광학부에서 레이저 빔의 위치를 특정하는 제2 핀홀을 더 포함하는 광통신을 위한 광학 시스템.
  15. 제10 항에 기재된 광통신을 위한 광학 시스템을 사용하는 광통신을 위한 광정렬 방법에 있어서,
    상기 정렬용 치구부를 설치하는 단계;
    상기 레이저부로부터 상기 제2 광학부를 향하여 빔을 방사하는 단계;
    상기 정렬용 치구부에서 상기 망원경부의 방위각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 상기 제2 광학부를 정렬하는 단계;
    상기 정렬용 치구부에서 상기 망원경부의 고각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 상기 제1 광학부를 정렬하는 단계; 및
    상기 정렬용 치구부를 분리하는 단계를 포함하는 광통신을 위한 광통신을 위한 광정렬 방법.
  16. 제14 항에 기재된 광통신을 위한 광학 시스템을 사용하는 광통신을 위한 광정렬 방법에 있어서,
    상기 레이저부 빔 경로상에 상기 레이저 광축 정렬부를 설치하는 단계;
    상기 레이저부로부터 상기 제2 광학부를 향하여 빔을 방사하는 단계;
    상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 광축 정렬 후 상기 레이저 광축 정렬부를 분리하는 단계;
    상기 정렬용 치구부를 설치하는 단계;
    상기 정렬용 치구부에서 상기 망원경부의 방위각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 상기 제2 광학부를 정렬하는 단계;
    상기 정렬용 치구부에서 상기 망원경부의 고각 회전에 따른 빔 위치 변화량을 통하여 상기 제1 광학부를 정렬하는 단계; 및
    상기 정렬용 치구부를 분리하는 단계를 포함하는 광통신을 위한 광정렬 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220029870A (ko) * 2020-09-02 2022-03-10 주식회사 한화 비축 포물 망원경의 정렬 측정장치
KR20220098926A (ko) * 2021-01-05 2022-07-12 주식회사 한화 비축 망원경 광축을 이용해 광축 정렬이 가능한 레이저 표적 조사 광학 시스템 및 레이저 표적 조사 광학 시스템의 광축 정렬 방법

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