KR200373909Y1 - 빔 길이 조정형 레이저 프로젝터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 레이저에 실리더리컬 렌즈(Cylindrical Lens)를 적용하여 레이저 빔을 라인으로 만들고 또한 실리더리컬 렌즈의 광학적 원리를 이용하여 레이저 빔의 라인의 길이를 조정할 수 있도록 고안하였다. 빔 길이 조정형 레이저 프로젝터는 레이저 빔을 쉽게 산업분야에 적용할 수 있도록 고안되었다.

기존 레이저 프로젝터의 경우 레이저 빔을 라인 패턴으로 만들었을 때 보통은 평행광 렌즈(Collimate Lens)의 위치를 조정하여 초점거리를 변화시킴으로서 레이저 빔을 라인의 두께를 조정할 수 있었다.

라인 패턴의 레이저 빔을 가진 레이저 프로젝터를 각 산업장비나 기타 용도에 맞추어 사용되었을 때 핌 길이의 조정이 필요할 수도 있다. 하지면 현재의 레이저 프로젝터는 라인 길이의 조정이 필요할 때 레이저 프로젝터의 위치를 바꾸어야 하는 불편함이 있었다. 이 문제를 광학의 원리를 응용하여 레이저 빔의 Focusing 뿐만 아니라 레이저 프로젝터의 위치의 변화 없이 라인패턴의 길이를 조정할 수 있도록 하였다.

빔 길이 조정형 레이저 프로젝터의 구성은 레이저 다이오드LD:Laser Diode)와 레이저 다이오드에서 레이저 빔이 출력되게 하는 레이저 광원부; 광원부에서 출력되는 레이저 빔의 초점을 모아주는 평행광 렌즈(Collimate Lens)가 있는 제1광학부 ; 제1광학부의 렌즈를 쉽게 조정할 수 있는 제1광학조정부; 제1광학부로부터 출력되는 레이저 빔을 라인 형태로 바꾸어 주는 실린더리컬 렌즈(Cylindrical Lens)가 있는 제 2광학부; 제2광학부의 렌즈에서 출력되는 레이저 빔의 길이를 바꿀 수 있는 제2광학조정부; 레이저 빔의 길이를 조정이 가능하게하는 또 하나의 실린더리컬 렌즈(Cylindrical Lens)가 있는 제 3광학부로 구성되어 있어서 레이저 빔의 초점 거리 및 레이저 빔의 라인 패턴의 길이 및 두께를 사용자가 쉽게 조정하여 각종 산업장비에 설치 및 변경을 할 수 있다.

Description

빔 길이 조정형 레이저 프로젝터{Adjustable laser-beam length laser projector}

본 고안은 평행광 렌즈와 실린더리컬 렌즈의 광학적 원리를 적용하여 각종 산업 장비 및 계측장비에 사용되는 라인 빔 레이저의 적용 설치를 보다 쉽게 할 수 있게 함으로써 기존의 라인 빔 레이저 프로젝터의 불편함을 해소 하였다.

기존의 라인 빔 레이저 프로젝터의 경우 각종 장비에 설치 시 레이저 빔의 라인이 안 맞을 경우 레이저 프로젝터의 위치를 바꾸거나 레이저 프로젝터 안의 렌즈를 교체 하거나 아니면 레이저 프로젝터 그 자체를 바꾸어야 하는 문제점을 가지고 있다.

레이저 빔을 라인으로 만들기 위한 렌즈를 광학적 원리를 이용하여 산업장비 또는 계측장비에 적용이 쉽고 편의성을 높일 수 있다. 기존의 레이저 프로젝터의 경우는 거의 고정형태로 레이저 빔을 바꾸거나 변경이 어려웠다. 현재 각종 장비들의 경우 새로운 제품을 만들거나 생산성 향상을 위해 새로 변경 설치가 필요한데 이 경우가 새로운 레이저 프로젝터의 구입이 필요 없이 쉽게 사용자가 가장 알맞은 형태로 레이저 빔을 변경 조정이 가능하게 함으로서 편리성 및 생산성 향상을 가져올 수 있다.

종래의 레이저 프로젝터의 문제점의 해결을 위하여, 본 고안은 레이저 프로젝터의 핵심기술인 평행광 렌즈(Collimate lens)와 라인 빔을 만들기 위한 실린더리컬 렌즈(Cylindrical Lens)의 광학적 원리를 사용하였다.

실린더리컬 렌즈의 광학적 원리는 초점 거리가 한 축으로만 적용이 되는데 레이저 빔과 같은 평행광이 렌즈에 입사되었을 때 한 축으로는 평행광이 그대로 진행 하지만 다른 한 축으로는 초점거리가 변화되어 레이저 빔이 라인으로 펼쳐지거나 점으로 모이기도 한다. 이에 따라 앞단에 같은 축의 실린더리컬 렌즈를 더 두고 중간의 실린더리컬 렌즈를 축의 변화없이 이동하게 되면 한쪽 축으로만 초점거리가 변화된 레이저 빔이 다시 실린더리컬 렌즈를 통과함으로써 라인의 길이가 변화될 수 있다.

2개의 광학부 조정부를 두어 하나는 평행광 렌즈의 초점 거리와 또 다른 하나는 실린더리컬 렌즈의 초점 거리를 변화시킴으로써 라인 빔 레이저 프로젝터의레이저 빔을 사용자가 쉽게 길이와 두께를 조정할 수 있게 하였다.

도 1은 본 고안에 적용된 실린더리컬 렌즈의 간단한 구조 및 원리도

도 2는 본 고안에 적용된 광학적 원리도 1

( 평행광 렌즈 이동시의 적용된 광학적 원리)

도 3은 본 고안에 적용된 광학적 원리도 2

( 실린더리컬 렌즈 이동시의 적용된 광학적 원리)

도 4은 본 고안에 의한 빔 길이 조정형 레이저 프로젝터의 분리 세부도.

도 5는 본 고안에 의한 빔 길이 조정형 레이저 프로젝터 외관도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *

<광원부>

1) 레이저 다이오드(LD : Laser diode) 고정 링

2) 레이저 다이오드(LD : Laser diode)

a1) 경통 a2) 드라이브단

a3) 후위캡 a4) 후위캡고정무드

<제1광학부, 제1광학조정부>

3) 평행광 렌즈홀더 4) 레일고정오링(O-ring)

5) 렌즈홀더고정오링 6) 렌즈 고정용 너트

7) 평행광 렌즈(Collimate Lens) 8) 렌즈 고정홀더

9) 연결핀 10) 렌즈홀더고정오링

11) 렌즈 이동 레일(Rail) 12) 레일 고정홀더

13) 연결 무드 나사 14) 연결 무드 나사

15) 연결 무드 나사

<제2광학부, 제2광학조정부>

16) 실린더리컬 렌즈홀더 17) 레일고정오링

18) 실린더리컬 렌즈홀더고정오링

19) 실린더리컬 렌즈(Cylindrical Lens)

20) 실린더리컬 렌즈홀더 21) 연결핀

22) 실린더리컬 렌즈홀더고정오링 23) 렌즈 이동 레일

<제3광학부>

24) 레일 고정홀더 25) 연결 무드 나사

26) 연결 무드 나사 27) 연결 무드 나사

28) 실린더리컬 렌즈 고정 너트 29) 실린더리컬 렌즈

30) 실린더리컬 렌즈홀더고정오링 31) 고정형 실린더리컬 렌즈홀더

32) 보호 유리 33) 보호 유리 고정 너트

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 다양한 산업 분야에 쉽게 적용하여 사용할 수 있는 라인 빔 레이저 프로젝터에 관한 것으로 즉, 세부적으로는 광원부의 레이저 다이오드에서 출력되는 레이저 빔의 진행에 따른 레이저 빔의 초점거리 외부 조정에 관한 것으로, 광원부의 레이저 다이오드에서 발광하는 레이저 빔이 평행광 렌즈를 통과하여 초점거리에 레이저 빔이 맺혀지게 되는 제1광학부; 상기 제1광학부의 평행광 렌즈가 하우징(Housing)되어 외부 조정부와 연결핀에 의해 연결되어 외부에서 레이저 빔의 초점거리(즉, 평행광 렌즈의 이동)를 변경할 수 있도록 하는 제1광학조정부; 상기 제1광학조정부에서 조정되어 통과한 레이저 빔을 라인 빔의 형태(Line beam) 변경할 수 있는 실린더리컬 렌즈(Cylindrical Lens)가 들어가 있는 제2광학부; 상기 제2광학부의 실린더리컬 렌즈(Cylindrical Lens)를 외부 조정부와 연결핀에 의해 연결되어(즉, 실린더리컬 렌즈의 이동) 제2광학부를 통과한 라인빔 형태의 레이저 빔의 길이를 조정할 수 있는 제2광학조정부; 라인 형태의 레이저 빔의 길이를 조정에 필요한 또 다른 실린더리컬 렌즈가 들어가 있는 제3광학부;

상기 제1광학조정부와 제2광학조정부가 연계되어 레이저 빔의 길이를 조정하는 광학계; 상기 각각의 광학부 및 광학조정부를 적용 분야의 필요에 따라 레이저 빔의 라인을 쉽게 조정이 가능한 빔 길이 조정형 레이저 프로젝터를 제공한다.

또한, 각각의 광학조정부의 연결부분을 결합/분리가 쉬운 나사선과 무드나사를 사용하여 필요 시 분리적용 및 결합적용을 쉽게 할 수 있게 하였다.

이하 본 고안에 의한 빔 길이 조정형 레이저 프로젝터를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 적용된 실린더리컬 렌즈의 간단한 구조 및 및 원리도 이고, 도 2와 도 3은 본 고안에 적용된 광학적 원리도로 평행광 렌즈와 실린더리컬 렌즈의 특성을 본 고안에 적용시킨 원리도이다.

도 4는 본 고안에 의한 빔 길이 조정형 레이저 프로젝터의 분리 세부도이고, 도 5는 본 고안에 의한 빔 길이 조정형 레이저 프로젝터 외관도이다.

본 고안에 적용된 기본적 광학적 원리를 도 1, 도 2, 도 3에 나타내었는데

도 1의 실린더리컬 렌즈의 광학적 원리는 평행광의 레이저 빔이 입사 하였을 때 실린더리컬 렌즈는 한쪽 축으로만 초점을 가지고 있고, 다른 축으로는 초점이 없어서 한 축으로만 빔이 길어 질수 있다. 이 광학적 원리로 인하여 도 2에 표현된 것과 같이 제 1광학부의 평행광 렌즈를 광축을 따라 이동 시켜 초점거리를 변화 시켰을 때 레이저의 라인빔의 두께가 조절될 수 있고, 도 3에 나타낸 것과 같이 제 3광학부의 실린더리컬 렌즈를 광축에 따라 이동시켰을 때 레이저 라인 빔의 길이를 조정할 수 있다.

도 2와 도 3과 같이 레이저 빔을 조정 가능하게 하기 위해서는 각 광학부의 렌즈들이 광축을 따라 정확하게 움직일 수 있어야 하고, 특히 제 2광학부와 제 3광학부의 두개의 실린더리컬 렌즈는 광축 뿐만 아니라 수직 축과 수평축 또한 정확히 일치 하여야만 알맞은 형태의 레이저 라인 빔을 얻을 수 있고, 또한 라인 빔을 길이와 두께를 조정할 수 있다.

때문에 렌즈 이동시 광축을 따라 정확히 잘 이동 할 수 있도록 구조를 설계하였고 이를 도 4에 나타내었다.

이런 구조는 현미경이나 고성능 광학 카메라에 많이 적용되어지는 구조인데이를 응용 보완하고 2단구조로 설계하여 제 1광학부의 평행광 렌즈와 제 2광학부의 실린더리컬 렌즈에 적용하였고, 따라서 광축에 틀어짐이 없이 각 렌즈들을 조정할 수 있게 하여 레이저의 라인 빔의 길이와 두께를 조정할 수 있게 하였다.

도 5 도시된 바와 같이 기본 적으로 레이저 빔이 출력되는 광원부, 평행광 렌즈가 있는 제 1광학부와 제 1광학조정부, 실린더리컬 렌즈가 있는 제 2광학부와 제 2광학 조정부, 또 다른 하나의 실린더리컬 렌즈가 있는 제 3광학부로 구성되어 진다.

광원부에서 출력되는 빔을 평행광을 만들거나 포커싱(Focusing)을 조정하기 위해서 제1광학부의 핵심 부품인 평행광 렌즈(7)의 전후 이동이 필요한데, 제1광학조정부의 렌즈이동레일(11)을 연결핀(9)에 의해서 평행광 렌즈(7)블록(평행광 렌즈 블록 구성 부품 : 렌즈홀더고정오링(5, 10), 렌즈 고정용 너트(6), 평행광 렌즈(7), 렌즈 고정홀더(8))과 연결되어져 평행광 렌즈(7)가 평행광 렌즈홀더(3) 안에서 렌즈이동레일(11)을 외부에서 사용자가 돌림에 따라 이동하게 된다. 광원부, 제1광학부, 제1광학조정부의 결합이 도 1에서와 같이 부품1∼11로 구성되어지며, 이 구성으로서도 기본적인 포커싱 조정형 레이저 프로젝터가 구성된다.

상기와 같이 구성된 상태에서 제2광학부와의 연결은 1차적으로 평행광 렌즈홀더(3)와 레일고정홀더(12)의 나사 결합으로 이루어지며, 실린더리컬 렌즈홀더(16)의 연결고정은 연결무드나사(13, 14, 15)로 고정된다.

제2광학부의 구성은 제1광학부의 구성과 같은데 실린더리컬 렌즈(19)를 적용하여 평행광 렌즈 블록의 구성과 같이 실린더리컬 렌즈블록(실린더리컬 렌즈블록 구성부품 : 렌즈홀더고정오링(18, 22), 실린더리컬 렌즈(19), 렌즈 고정홀더(20))을 구성한다. 제2광학조정부의 구조 및 제2광학부의 연결방식은 상기 설명된 제1광학조정부와 제1광학부의 연결방식과 같다.

이때의 실린더리컬 렌즈(19)는 렌즈이동레일(23)이 외부 사용자에 의해서 돌아가면서 전후 이동을 하면서 레이저 빔의 라인의 길이를 조정할 수 있다. 여기서의 특징은 실린더리컬 렌즈(19)가 실린더리컬 렌즈홀더(16) 안에서 전후 이동을 할 때 회전운동을 할 경우 레이저 빔의 특성이 많이 변하게 되는데, 이 현상을 막기 위해 실린더리컬 렌즈홀더(16)에 일자 홈을 내어 연결핀(21)이 실린더리컬 렌즈홀더(16)의 일자 홈을 따라 회전 운동 없이 실린더리컬 렌즈(19)가 광축에 고정되어 수직축과 수평축의 변화 없이 전후 이동만을 하게 된다.

또한, 제 3광학부에 고정형 실린더리컬 렌즈블록(고정형 실린더리컬 렌즈블록 구성부품 : 실린더리컬 렌즈고정너트(28), 실린더리컬 렌즈(29), 실린더리컬 렌즈고정홀더오링(30), 고정형 실린더리컬 렌즈홀더(31))을 두어 레이저 빔의 라인의 길이를 조정하게 되는데 제 2광학부의 실린더리컬 렌즈와 제 3광학부의 실린더리컬 렌즈의 수직축과 수평축 모두가 일치하게 고정되어 있다.

제 2광학부의 실린더리컬 렌즈와 제 3광학부의 실린더리컬 렌즈의 수직축과수평축이 일치하지 않는다면 레이저 빔이 라인 형태가 아닌 S자 형태로 나타나게 된다. 제조 공정상 세심한 공정이 필요하다.

추가적으로 열악한 환경의 산업분야에 적용 시 분진이나 먼지로 인한 렌즈 불량이나 레이저 빔 손실을 줄이기 위해 보호유리(32)를 제3광학부의 고정형 실린더리컬 렌즈홀더(31)에 적용하였고, 이를 보호유리고정너트(33)를 사용하여 고정하였다.

빔 길이 조정형 레이저 프로젝터는 산업분야에 적용 응용이 쉽게 제작되었고, 또한 사용자의 사양에 맞추어 쉽게 분리/결합을 하여 필요한 구성을 만들 수 있다는 장점을 제공한다.

본 고안의 의한 레이저 프로젝터는 각종 산업장비에 적절히 대응 변경이 쉽도록 고안되었고, 산업장비의 기능개선이나 변경 시에도 적절한 대응이 가능하도록 하였다. 평행광 렌즈와 실린더리컬 렌즈의 초점거리 광학적 원리를 이용하여 변화시킴으로서 빔 길이의 조정이 가능하여 각종 산업장비에 효과적으로 적용할 수 있다.

Claims (1)

1. 광원부에서 출력되는 레이저 빔을 광학적 원리를 이용하여 레이저의 라인빔의 길이를 쉽게 조정할 수 있는 외부 조정형 레이저 프로젝터에 관한 것으로,

   레이저 다이오드를 구동시키는 드라이브단; 드라이브단과 후단부의 광출력을 조정하는 조정단자를 고정시켜주는 고정나사홈를 포함한 경통; 전원 공급용 전선을 고정하고 광출력 조정단자의 후위설치를 위한 원형홈이 뚫려있는 후위캡; 레이저 다이오드 전면과 일치하는 형태를 가지면서 레이저 다이오드가 삽입되는 레이저 다이오드 고정홀; 상기 레이저 다이오드를 레이저 다이오드 고정홀에 고정할 수 있는 고정링;

   상기 위의 부품의 구성으로 이루어져 레이저 빔이 발광할 수 있게 하는 광원부;

   상기 광원부에서 출력되는 레이저 빔으로 평행광을 만들거나 초점을 맺히게 하는 평행광 렌즈를 하우징(Housing)하는 렌즈고정홀더; 및 렌즈고정홀더너트; 평행광 렌즈의 전후 이동시 평행을 잡아주는 렌즈홀더고정오링;

   상기 위의 구성(평행광 렌즈 블록)으로 레이저 다이오드에서 발광하는 레이저 빔이 평행광 렌즈를 통과하여 초점을 맺혀지게 하는 제1광학부;

   상기 제1광학부의 평행광 렌즈 블록이 전후 이동하는 평행광 렌즈홀더; 외부에서 평행광 렌즈 블록을 전후 이동할 수 있게 조정하는 렌즈 이동 레일; 렌즈 이동 레일과 평행광 렌즈 블록과 연결을 하는 연결핀;

   상기 위의 구성으로 제1광학부를 외부에서 조정하여 전후 이동시켜 초점거리를 변할 수 있게 하는 제1광학조정부;

   상기 제1광학부를 통과한 레이저 빔을 라인빔의 형태로 바꿀 수 있는 실린더리컬 렌즈(Cylindrical Lens)를 하우징(Housing)하는 실린더리컬 렌즈 고정홀더; 및 실린더리컬 렌즈고정홀더너트 ; 실린더리컬 렌즈의 이동시 평행을 잡아주는 렌즈홀더고정오링;

   상기 위의 구성(실린더리컬 렌즈 블록)으로 제1광학부를 통과한 레이저 빔을 라인빔 형태를 가질 수 있게 하는 제2광학부;

   제 2광학부의 연장으로 보다 더 많은 형태, 형상, 크기를 표현할 수 있는 제 3광학부의 고정형 실린더리컬 렌즈 블록(실린더리컬 렌즈 고정 너트, 고정형 실린더리컬 렌즈홀더, 실린더리컬 렌즈고정홀더오링);

   상기 제2광학부의 패턴 렌즈 블록이 전후 이동하는 패턴 렌즈홀더; 외부에서 패턴 렌즈 블록을 전후 이동할 수 있게 조정하는 렌즈 이동 레일; 렌즈 이동 레일과 패턴 렌즈 블록과 연결을 하는 연결핀;

   상기 위의 구성으로 제2광학부를 외부에서 조정하여 패턴렌즈 블록이 전후 이동을 하면서 라인 빔의 길이를 변할 수 있게 하는 제2광학조정부;

   상기의 각 광학부와 광학조정부의 결합/분리를 쉽게 할 수 있게 하는 레일 고정 홀더; 및 연결 무드 나사;

   상기 각 광학부 및 광학조정부를 적용 분야의 필요에 따라 쉽게 분리/결합하여 적용 가능한 구조;

   상기 열악한 환경의 산업분야에 적용 시 분진이나 먼지가 레이저 프로젝터 안으로 들어감으로 인한 렌즈 불량이나 레이저 빔 손실을 차단하는 보호유리; 및 이를 고정하기 위한 보호유리고정너트;

   상기 제1광학조정부와 제2광학조정부의 연계되어 레이저 라인빔의 길이를 조정하는 광학계;

   상기 제 2광학부에서 실린더리컬 렌즈가 광축을 따라 전 후운동을 하면서 수직축과 수평축이 틀어지지 않는 구조:

   상기 제 3광학부의 실린더리컬 렌즈를 제2광학부의 실린더리컬 렌즈와 수직축과 수평축을 일치시킬 수 있는 구조:

   상기의 모든 구성 및 설계로 이루어진 빔 길이 조정형 레이저 프로젝터.