KR200148536Y1 - 비구면경의 형상오차 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 비구면경의 형상오차 측정장치에 관한 것으로, 종래의 측정기술들은 대체로 실험실에서의 연구용으로 개발된 것으로서 비구면경의 평가시 매우 정교한 어라인이 요구되고, 많은 시간이 소요되며, 구경이 큰 비구면경에는 적용하기 어려운 문제점이 있었는바, 측정되는 원추곡면경(M)의 일측 촛점(F)에 위치하여 빛을 발광하는 광원(S)과, 상기 원추곡면경(M)의 타측 촛점(F')에 위치하여 원추곡면경(M)에서 반사되는 빛을 검지하는 광검지수단(D)으로 구성한 본 고안을 제공하여 평가과정 및 방법이 간소화되고, 신속, 정확하여져 장치의 대량생산이 가능해지고, 종래 기술로는 적용이 어려웠던 대구경의 비구면경에도 적용가능하도록 한 것이다.

Description

비구면경의 형상오차 측정장치

제1도는 여러 원추곡면들의 초점(F,F')의 위치를 도시한 것으로,

(a)가 타원면(K0)인 경우.

(b)는 타원면(-1K0)인 경우.

(c)는 포물면(K=-1)인 경우.

(d)는 쌍곡면(K-1)인 경우.

제2도는 본 고안 장치의 구성도.

제3도는 본 고안 장치의 적용예를 설명하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

M : 원추곡면경 F,F' : 초점

S : 광원 D : 광검지수단

본 고안은 타원면경의 형상오차를 평가하는 장치에 관한 것으로, 특히 구경이 큰 경우에 적합하도록 하며, 대량 생산시에 평가외 정확성, 용이성, 신속성이 가능 하도록 한 비구면경의 형상오차 측정 장치에 관한 것이다.

종래의 비구면경 평가방법은 크게 직접 형상 측정법, 광파면 측정법, 널 테스트(Null test)법 등의 3가지로 구분되어 사용되어왔다.

상기 직접형상 측정법은 거울면의 형상을 접촉식 또는, 비접촉식 촉침자를 이용하여 측정함으로써 설계형상과 비교하는 방법이며, 광파면 측정법은 비구면경에서 반사되는 광의 파면을 간섭계나 기하광학적 방법을 사용하여 측정하는 방법이다.

또한, 상기 널 테스트법은 비구면에서 반사 또는 투과되어 나오는 물체광의 파면을 보정용 광학계를 이용하여 구면파 또는 평면파로 교정하고, 참조광과 간섭시켜 간섭무늬의 직선들을 측정하여 형상오차를 얻어내는 방법이다.

그러나, 상기한 종래의 기술들은 대체로 실험실에서 이용하는 연구용으로 개발된 것으로서, 평가시 매우 정교한 어라인(align)이 요구되고, 많은 시간이 소요되는 결함이 있고, 또한 구경이 큰 비구면경에 대해서는 적용하기 어려운 문제점이 있었다.

본 고안의 목적은 평가의 방법과 과정이 간소화되고 신속, 정확하여져 대량생산이 가능하도록 하려는데 있는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 대구경 비구면경의 평가에도 적합하도록 하려는데 있다.

이러한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 측정되는 원추곡면경의 일측 촛점에 위치하여 빛을 발광하는 광원과, 상기 원추곡면경의 타측 촛점에 위치하여 원추곡면경에서 반사되는 빛을 검지하는 광검지 수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 비구면경의 형상오차 측정장치가 제공된다.

상기한 바와같은 본 고안 장치를 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

일반적인 광학적 회전 대칭 비구면경의 식은 다음과 같다.

로서, A1, A2,----이 모두 0인 경우에 원추상수 K값에 따라 K-1일때는 쌍곡면, K=-1일 경우에는 포물면, -1K0 일때는 장축을 중심으로 회전한 타원면, K=0일 경우에는 원, K0 일때는 단축을 중심으로 회전한 타원면의 원추곡면이 되고, 각 원추 곡면들의 촛점의 위치는 제1도에 도시한 바와같다.

본 고안은 원추곡면들의 한 촛점에서 퍼져 나온 빛이 원추곡면에 의해 반사되면 다른 촛점에 접속된다는 원리에 의거한 것으로, 원추 곡면들의 거울면이 제작시의 오차로 인해 상기한 식 1에 나타난 바와같은 sag z로부터 벗어나게 되면, 접속되는 빛의 위치가 달라지게 되는 것으로, 이를 참작하여 거울면의 제작오차를 추정하게 된다.

이와같은 원리에 의거한 본 고안 비구면경의 형상오차 측정장치는 제2도에 도시한 바와같이, 측정되는 원추곡면경(M)이 일측촛점(F)에 위치하여 빛을 발광하는 광원(S)과, 상기 원추곡면경(M)의 타측 촛점(F')에 위치하여 원추곡면경(M)에서 반사되는 빛을 검지하는 광검지수단(D)으로 구성되어 있다.

이와같이 구성된 본 고안 장치에 의하면, 광원(S)에서 발산된 빛이 원추곡면경(M)에 입사되면, 그 빛은 입사각과 동일한 크기의 반사각으로 원추곡면경(M)에서 반사되어 다른 촛점(F')상에 있는 광검지 수단(D)로 향하게 되는 것이며, 이때 광검지수단(D)에 의해 측정하고자 하는 원추곡면경(M)에서 반사되는 빛의 위치가 측정됨으로써, 설계값을 이용하여 계산된 이론적인 촛점의 위치와 비교되어 상기 원추곡면경(M)의 형상오차를 알아낼수 있게 된다.

또한, 원추곡면경(M)의 여타 영역에서의 형상오차를 측정하려면, 광원(S)을 촛점(F)을 중심으로 회전시켜 주면 된다.

도면에서 광경로 r1은 원추곡면경(M)의 오차가 없는 상태에서의 광경로이고, r2는 오차가 발생된 원추곡면경(M)의 광경로를 도시한 것이다.

본 고안장치의 적용예로서 레이저 주사장치의 주사선 등속화에 사용되는 실린더형 타원면경의 측정예를 제3도를 참조하여 설명한다.

실린더형 타원면경은 일측 방향은 타원이고, 타측 방향으로는 평면 상태인 비구면 경으로서, sag z(x)를 사용하여 식을 도시하면 다음과 같다.

일반적으로 레어저 주사장치에서 허용하는 등속화 정도를 만족하기 위한 곡면의 최대 허용편차 △Z는

|△Z| 50㎛ 이다.

도면에서와 같이, 광원(s)이 위치한 촛점을 F(-α,β)라 하고, 다른 촛점을 F'(α,β)라 할때 sag Z(x)가 제작시의 오차로 Z'(X)가 되었을 때, 반사된 빛의 위치를 D(α'(x),β)라 하면,

가 된다.

비구면경의 제작조건과 실제 측정된 데이타를 토대로 근사적인 Z'(x)를 가정하고, △Z(x)=Z(x)-Z'(x)가 비구면경의 허용오차 |△Z(x)|50㎛을 만족하기 위한 △α(x)의 허용최대값을 구하여 측정된 △α(x)와 비교하면 비구면경의 형상오차가 허용오차 내로 들어 오는지 알수 있는 것이다.

측정된 데이터는 아래표와 같다.

상기한 바처럼, CMM(Coordinate Measuring Machine)에 의한 측정결과가 일치하고 있음을 알수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 비구면경의 형상오차 측정장치는 평가과정 및 방법이 간소화되고, 신속, 정확하여짐으로써 대량생산이 가능해지며, 종래 기술로는 그 적용이 어려웠던 대구경의 비구면경에도 적용가능하도록 한 유용한 고안인 것이다.

Claims (1)

1. 측정되는 원추곡면경(M)의 일측 촛점(F)에 위치하여 빛을 발광하는 광원(S)과, 상기 원추곡면경(M)의 타측 촛점(F')에 위치하여 원추곡면경(M)에서 반사되는 빛을 검지하는 광검지수단(D)으로 구성한 것을 특징으로 하는 비구면경의 형상오차 측정장치.