KR200318321Y1 - 임의평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 점형태로 직진하면서 조사되는 레이저빔를 사용하여 임의 평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치에 관한것으로서, 특히 본 고안은 점 형태로 직진하는 레이저빔을 원형막대(이하 원기둥 프리즘이라 칭함)에 입사시키고, 상기 입사된 점형태의 레이저빔이 상기 원기둥 프리즘의 내부에서 투과와 반사를 거듭하면서 상기 원기둥 프리즘의 반경방향의 임의 평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치에 관한 것이다.

본 고안은 임의의 평면에 대해 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하기 위한 원통형프리즘과 점형태로 직진하면서 조사되는 레이저빔발생기로 구성된다. 실제로 레이저빔을 조사시키기 위한 장치를 제작하기 위해서는 상기 원통형프리즘과 상기 레이저빔발생기의 고정장치가 필요하나, 상기 고정장치는 당업자가 별다른 기술적 곤란성없이 구현할 수 있는 것이므로 본 고안에서는 상기 고정장치에 대해서는 직접 도시하지 않고 원통형 프리즘과 레이저빔발생기의 배치에 대해 설명하는 것으로 대신하고자 한다.

Description

임의평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치{Laser beam generating device which emits its beam to all 360 degree on any certain plane }

본 고안은 점형태로 직진하면서 조사되는 레이저빔를 사용하여 임의 평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치에 관한것으로서, 특히 본 고안은 점 형태로 직진하는 레이저빔을 원형막대(이하 원기둥 프리즘이라 칭함)에 입사시키고, 상기 입사된 점형태의 레이저빔이 상기 원기둥 프리즘의 내부에서 투과와 반사를 거듭하면서 상기 원기둥 프리즘의 반경방향의 임의 평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치에 관한 것이다.종래에는 소정각도로 퍼지는 레이저빔을 얻기 위해서는 점형태로 직진하는 레이저빔을 반원기둥 렌즈(Cylinderical lens)에 입사시킴으로써 가능하였다. 도1을 통해 점형태로 직진하는 레이저빔을 통해 소정각도로 퍼지는 레이저빔을 얻는 방법을 설명하면, 점형태의 레이저빔(10)을 반원기둥 렌즈(20)에 입시사키면 상기 점형태의 레이저빔은 반원기둥 렌즈내에서 투과와 굴절과정을 거쳐 소정의 각도를 가지고 공기중으로 퍼지면서 조사되는 레이저빔(30)을 얻게된다. 상기 공기중으로 퍼지면서 조사되는 각도(α)는 상기 렌즈의 곡률반경과 재질에 따라 결정되는데 일반적으로 90을 넘는 경우가 많지않은 실정이다.현재까지 하나의 광학요소를 통해 평면에 대해 360로 전방향으로 퍼지면서 레이저빔을 조사할 수 있는 광학요소는 전무한 실정이다. 만약 임의평면에 대해 360도 전방향으로 퍼지면서 조사할 수 있는 레이저빔을 하나의 광학요소로 실현할 수 있다면 상기 광학요소를 적용하여 많은 응용제품들이 발명될 것으로 기대되는데, 그 중의 일례로 보안경비 시스템에 적용이 예상된다. 즉 보안경비시스템에서는 되도록 많은 공간에 레이저빔을 발사시키기 위해 하나의 레이저 발사체에 대해 수개의 반사용 거울을 적용하거나, 수개의 센서를 주변에 배치하고 레이저빔 발사체가 회전하면서 상기 센서에 레이저빔을 발사되도록 구성된다. 그러나 상기 레이저빔 발사체는 회전에 필요한 구동모터와 기계구조물을 갖고 있어 장비가 고가로 되고 유지비도 많이 소요되게 된다. 상기 보안경비 시스템에 본 고안에서 제안하는 원통형프리즘을 적용하면, 임의평면 전범위에 걸쳐 레이저빔을 조사할 수 있음으로 인해 장비가 간단하여 유지보수의 횟수가 적고 저가장비의 제작이 가능할 것으로 예상된다. 또다른 예로 수평이나 라인을 표시하기 위한 레이저 마커로 사용이 기대된다. 즉 360도 전방향에 걸처 퍼지면서 조사되는 레이저빔을 사용하여 마킹이 가능하므로 어떠한 방향에서도 수평라인을 손쉽게 해결할 수 있을 것이다.

본 고안이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 점형태로 직진하는 레이저빔을 사용하여 임의의 평면에 대해 360도 전방향으로 퍼지면서 조사되는 레이저빔을 얻고자 하는 것이다. 이를 위해 본 고안에서는 점형태로 직진하는 레이저빔을 임의평면에서 360도 전방향으로 퍼지면서 조사되는 레이저빔을 얻을수 있는 광학요소로서 원기둥 형태를 갖는 광학부품(이하 원기둥프리즘 이라 칭함)을 제안하고자 한다. 또한 본 고안에서는 상기 원기둥프리즘을 적용하여 임의평면에서 360도 전방향으로 퍼지면서 조사되는 레이저빔을 얻을 수 있는 레이저빔발생기를 제안하고자 한다.

도1은 종래의 레이저 분산 구조를 도시한 것이며,

도2는 원통형프리즘을 사용하여 반경방향의 임의평면의 모든 방향으로 레이저빔이 조사되는 구조를 도시한 것이고,

도3 내지 도4는 원통형프리즘에 레이저빔이 입사되어 나타나는 거동을 도시한 것이며,

도5은 다수개의 원통형프리즘을 사용하여 공간상의 임의평면의 모든 방향으로 레이저빔을 조사하는 구조를 도시한 것이다.

* 도면번호에 대한 설명

50 ... 레이저빔 40 ... 레이저빔 발생장치

100 ... 원통형프리즘 101 ... 외주면

본 고안은 임의의 평면에 대해 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하기 위한 원통형프리즘과 점형태로 직진하면서 조사되는 레이저빔발생기로 구성된다. 실제로 레이저빔을 조사시키기 위한 장치를 제작하기 위해서는 상기 원통형프리즘과 상기 레이저빔발생기의 고정장치가 필요하나, 상기 고정장치는 당업자가 별다른 기술적 곤란성 없이 구현할 수 있는 것이므로 본 고안에서는 상기 고정장치에 대해서는 직접 도시하지 않고 원통형 프리즘과 레이저빔발생기의 배치에 대해 설명하는 것으로 대신하고자 한다.먼저 도2를 통해 원통형프리즘(100)과 레이저빔발생기(40)의 배치관계에 대해 설명한다. 상기 원통형프리즘은 원통외주면(101)은 투과도(T, transmittance)와 반사도(R, reflectance)를 제어하기 위해 코팅된다. 상기 투과도와 반사도는 코팅에 따라 결정되는데, 매질에서 흡수되지 않는 경우 R(반사도)+T(투과도)=1로 나타난다. 상기 레이저빔발생기(40)는 다이오드레이저 혹은 헬륨네온레이저 등 점형태로 직진하는 레이저빔을 발생하는 레이저빔발생기라면 어떠한 것도 적용할 수 있다.도2와 같이 레이저빔발생기(40)로부터 발생한 레이저빔(50)은 원통형프리즘(100)의 외주면(101)에 수직으로 입사하고 상기 입사된 레이저빔은 상기 원통형프리즘(100)을 통과하면서 외주면(101)에서 투과와 반사를 거듭하면서 상기 원통형프리즘의 반경방향으로 360도 전방향에 걸처 레이저빔이 조사된다.도3은 원통형프리즘을 상면에서 본 것으로 레이저빔(50)의 최외곽빔이 상기 원통형프리즘에 입사하여 반사와 투과를 진행되는 과정을 도시한 것이다. 이하 도3을 통해 레이저빔(50)의 진행과정을 설명하고자 한다.레이저빔(50)의 최외곽빔이 원통형프리즘(100)의 외주면(101)상의 한점(A)에 입사되면 A점에 입사한 레이저빔은 반사법칙에 의해 일부는 반사되고 일부는 투과되는 데 상기 반사되는 반사빔(A1)과 투과되는 투과빔(A2)은 도시한 바와 같다. 반사 및 투과법칙은 공지기술에 해당되므로 A점에서의 레이저빔의 반사와 투과과정의 이론적인 설명은 생략하기로 한다. 상기 A점에서 투과한 투과빔(A2)는 원통형프리즘 내부에서 직진하여 원통형의 외주면(101)의 소정의 지점인 B점에 도달한다. 상기 B점에서는 원통형프리즘 내부로 반사되는 반사빔(B1)과 공기중으로 투과되는 투과빔(B2)로 나누어진다. 상기 반사빔(B1)은 원기둥프리즘 매질을 진행하여 C점을 통과하게 된다. 상기 반사빔(B1)는 또다시 C점에서 투과되는 투과빔(C2)와 반사되는 반사빔(C1)으로 나누어지게 되며, 투과빔(C2)는 공기중으로 진행하고 반사빔(C1)은 다시 원통형프리즘의 매질에서 진행한다. 상기 반사빔(C1)은 매질을 진행하여 D점을 통과하는데 상기 D점에서도 마찬가지로 투과빔(D2)과 반사빔(D1)으로 나누어지고, 상기 반사빔(D1)은 다시 매질을 진행하여 E점을 통과한다. 상기 반사빔(D1)은 E점에서 다시 반사빔(E1)과 투과빔(E2)으로 나누어지며, 상기 과정을 통해 원통형프리즘의 외주면(101)을 통과하여 공기중으로 진행하는 레이저빔이 생성되는데(상술한 과정에서는 B점, C점, D점, E점을 투과하는 투과빔(B2, C2, D2, E2)임) 상기 레이저빔의 진행방향은 원통형프리즘의 반경방향이다. 상기 과정은 원통형프리즘으로 입사되는 레이저의 최외곽빔의 진행과정을 설명한 것으로써, A점과 대응하는 A'점에 입사된 레이저빔(도4 참조)도 동일하게 거동한다. 결국 레이저빔(50)의 전체영역인 A점과 A' 점 사이의 모든 빔들 역시 상술한 과정의 경로를 거쳐 도2의 반경방향의 임의평면(110)의 360도 전방향으로 퍼지면서 진행한다.도4는 A점과 반대지점에 위치하는 A' 점으로 입사하는 빔의 거동을 도시한 그림이다. 상기 도4의 A'위치는 도3의 A 위치와 대응되는 지점에 해당하므로 도3과 도4에 도시된 빔의 진행과정은 서로 대칭이다. 즉 도4의 A'점은 도3의 A에 대응되며, 도4의 A'1 은 도3의 A1에 대응되고, 도4의 A'2는 도3의 A2에 대응되며, 마찬가지로 동일한 과정을 통해 도4의 모든알파벳 부호는 도3의 알파벳부호에 ＜'＞ 첨자가 추가됨을 알 수 있다. 따라서 상기 대응되는 부호를 사용하여 상술한 과정을 적용하면 도4의 A'로 입사하는 빔의 거동을 확인할 수 있다.도5은 두 개의 원통형프리즘을 사용하여 두 개의 평면상에서 각 평면의 모든 방향으로 레이저빔이 조사될 수 있는 광학계를 설명한 것이다. 상기 두 개의 원통형프리즘은 XY좌표계에서 원통형프리즘의 중심축을 x축과 y축에 평행하도록 배치된다. 레이저빔발생기(330)로부터 조사되는 레이저가 하프미러(333)와 반사미러(334,335)을 거쳐 원통형프리즘(301,311)의 외주면에 수직으로 입사시키면 각 원통형프리즘은 반경방향의 임의평면의 360도 전방향에 걸쳐 레이저빔이 퍼지면서 조사된다. 상기와 같이 두 개의 원통형 프리즘을 사용하면, 공간상의 임의의 평면에 대해 모든 방향으로 레이저를 360도 조사할 수 있음을 보여준다.원기둥프리즘의 임의평면에서 360도 전방향으로 퍼지면서 조사되는 레이저빔의 세기(Intensity)가 모든 방향에 대해 편차를 작게 되도록 하기 위해서는 여러변수들을 제어해야 한다. 이에 해당하는 변수로는 원기둥프리즘의 외주면의 코팅상태, 외주면의 곡률변화(즉 타원형태 포함), 원기둥프리즘의 재질등이다. 상기 각 변수들은 상기 레이저빔 세기의 편차에 개별적으로 영향을 미치면서 또한 각 변수들 상호간의 관계에 따라 영향을 미치게 된다. 이들 관계는 공지의 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션을 통해 얻을 수 있는 기술이므로 본 고안에서는 생략하나, 이들 변수의 변화를 통해 레이저빔 세기의 편차를 제어하는 기술은 공지의 소프트웨어의 시뮬레이션을 통해 획득할 수 있는 것이므로, 본 고안의 권리범위에 있는 것은 당연하다 할 것이다. 상기 원기둥프리즘의 재질은 고분자 화합물인 아크릴, 혹은 수정 다이아몬드, 백색 사파이어, 루비등을 사용할 수 있으며, 원기둥 내외에 색소를 첨가하거나, 색상이 있는 광석이 사용될 수 있다. 또한 상기에서 제시한 내용들중에 공지의 소프트웨어를 사용하지 않는 부분은 당업자가 단순한 실험과 이론전개를 통해 손쉽게 확인할 수 있는 정도의 기술이므로, 이 역시 본 고안의 요지에 포함됨을 밝혀둔다.

상술한 원기둥프리즘을 사용할 경우 하나의 점형태의 레이저빔을 공간상 임의의 평면상에서 360도로 전방향에 퍼지면서 조사할 수 있으므로, 레이저빔의 활용을 극대화시킬 수 있을 뿐 아니라, 360 전방향에 레이저빔이 퍼져나가면서 진행하므로 수평레벨이나, 수직 혹은 모든 평면에 대해 레이저 라인을 손쉽고 경제적으로 만들 수 있다.또한 임의 평면에 대해 360도 전 범위에 걸쳐 레이저빔을 분산시킬 수 있으므로 레이저빔이 도달할 수 있는 공간을 최대한 크게 함으로써 경비 및 보안시설에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

Claims (11)

1. 소정의 직경으로 형성된 원기둥프리즘과, 상기 원기둥프리즘의 외주면(101)에 수직으로 레이저빔을 입사시키는 레이저빔발생기로 구성되며, 상기 레이저빔발생기는 상기 레이저빔이 상기 원기둥프리즘의 외주면(101)에서 반사와 투과를 거듭하면서 상기 원기둥프리즘의 반경방향 임의평면(110)에 대해 모든 방향으로 레이저빔이 조사되도록 배치되고, 상기 원기둥프리즘은 상기 레이저빔이 외주면(101)에서 반사와 투과가 진행되도록 코팅되며, 상기 반사와 투과는 상기 원기둥프리즘의 내부와 외부에서 이루어지면서, 상기 레이저빔발생기에서 발사된 레이저빔이 상기 원통형프리즘의 반경방향 임의평면(110)에 대해 모든방향으로 퍼지면서 조사되는 것을 특징으로 하는 임의평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 레이저빔의 일부는 상기 원기둥프리즘의 외주면(101)의 소정의 위치(도3의 A점 참조)에서 반사되는 반사빔(도3의 A1 참조)과 투과되는 투과빔(도3의 A2 참조)으로 나누어지고, 상기 투과빔(도3의 A2 참조)는 원기둥프리즘의 내부에서 내주면(102)까지 진행하여 상기 외주면(101)의 소정의 위치(도3의 B점 참조)에서 반사되는 반사빔(도3의 B1 참조)과 투과되는 투과빔(도3의 B2 참조)으로 나누어지며, 상기 반사빔(도3의 B1 참조)은 상기 원기둥프리즘의 내부를 진행하여 외주면(101)의 소정의 위치(도3의 C점 참조)에서 투과되는 투과빔(도3의 C2 참조)과 반사되는 반사빔(도3의 C1 참조)으로 나누어지고, 상기 투과빔(도3의 C2 참조)은 상기 원기둥프리즘의 반경방향 임의평면(110)으로 조사되는 것을 특징으로 하는 임의평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 원통형프리즘의 외주면(101)의 소정의 위치(도3의 C점 참조) 반사되는 반사빔(도3의 C1 참조)은 상기 원통형프리즘의 내부를 진행하여 상기 원통형프리즘 외주면(101)의 소정의 위치(도3의 D점 참조)에서 투과되는 투과빔(도3의 D2 참조)과 반사되는 반사빔(도3의 D1 참조)으로 나누어지며, 상기 투과빔(도3의 D2 참조)은 상기 원기둥프리즘의 반경방향 임의평면(110)으로 조사되는 것을 특징으로 하는 임의평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 원통형프리즘의 외주면(101)의 소정의 위치(도3의 D점 참조) 반사되는 반사빔(도3의 D1 참조)은 상기 원통형프리즘의 내부를 진행하여 상기 원통형프리즘 외주면(101)의 소정의 위치(도3의 E점 참조)에서 투과되는 투과빔(도3의 E2 참조)과 반사되는 반사빔(도3의 E1 참조)으로 나누어지며, 상기 투과빔(도3의 E2 참조)은 상기 원기둥프리즘의 반경방향 임의평면(110)으로 조사되는 것을 특징으로 하는 임의평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 원기둥프리즘 두 개를 배치하되 그 배치는 XY 축으로 구성된 좌표계에서 각 원기둥프리즘의 중심선이 X축과 Y축에 평행하도록 배치하여 두 개의 평면에서 각 평면의 모든 방향으로 레이저빔이 조사되는 것을 특징으로 하는 임의평면상에서 360도 전방향으로 레이저빔을 조사하는 레이저빔발생장치.
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