KR20080098223A - 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치 - Google Patents
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Abstract
회전다면경에 의한 1차원 반사광 분포를 굴절광학 부재를 이용해서 광경로 지연 경로를 생성한 후, 이를 다시 수직 광반사 부재를 통해 입사광원 방향으로 피드백해 줄 수 있는 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치에 대해 개시한다. 특정 방향에서 회전다면경으로 입력된 광이 회전다면경의 회전에 의해서 1차원적인 반사각 분포가 생성되는데, 이러한 분포광을 굴절광학 부재를 통해 광경로 지연을 생성시킨 후, 수렴 또는 발산된 광을 각 위치별로 수직입사 및 수직반사 기능을 갖는 수직 광반사 부재로 반사시켜 진행해 왔던 광경로가 유지된 상태에서 다시 역순으로 진행하여 처음 입사광 위치와 방향으로 되돌아가게 되므로, 초기 입사광이 입사한 위치와 방향에 정확히 일치된 출사광을 얻을 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의한 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 고속으로 회전하는 회전다면경에서 발생되는 반사각 분포를 이용하여 매우 빠른 속도의 광경로 지연장치의 구성이 가능하여 광학간섭계 또는 OCT 시스템 구성요소인 광경로 지연장치 등에 응용될 수 있다.
회전다면경, 굴절광학 부재, 수직 광반사 부재, 광경로 지연,
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 제4실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치를 나타낸 도면이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 회전다면경 20 : 굴절광학 부재
22 : 수렴렌즈 24 : 발산렌즈
26 : 프리즘 30 : 수직 광반사 부재
32 : 오목형 수직반사 미러 34 : 볼록형 수직반사 미러
36 : 자유곡면형 수직반사 미러 40 : 입,출사광
42 : 회전다면경에서 반사된 광 44 : 굴절광학 부재에 의한 광 수렴부분
46 : 수직 광반사 부재에서 수직입사 및 수직반사된 광
본 발명은 입사된 광이 광경로 지연장치에 의해 다시 입사광 위치로 되돌아 오는 상황에서, 시간에 따라 광경로가 변화(지연)되는 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전다면경에 의한 1차원 반사광 분포를 굴절광학 부재를 이용해서 광경로 지연 경로를 생성한 후, 이를 다시 수직 광반사 부재를 통해 입사광 방향으로 피드백해 줄 수 있는 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치에 관한 것이다.
일반적으로 광경로 지연장치로는 선형이동거울 또는 프리즘 등의 조합을 사용하는 방법이 있으며, 이 경우 광이 입사하여 선형이동거울에 의해 반사되어 원래 방향으로 진행하게 된다. 이러한 방법은 간단하고 광경로 지연 범위가 크지만 구동속도가 늦는 단점이 있다.
또한 회절격자와 진동거울을 사용하여 구성하는 방법이 있으며, 이 경우 서로 다른 파장의 광이 공통적으로 입사하여 회절격자에 의해 파장이 분리되며 진동거울에 의해 반사되어 원래 방향으로 진행하게 된다. 이러한 방법은 군지연과 위상지연이 일치하지 않으며, 광학계의 정렬이 난해한 단점이 있다.
그 외에 광섬유를 응용한 방법들로 광섬유를 스트레치하거나 광섬유격자를 이용하는 방법들은 구동속도가 늦거나 광파워 손실이 큰 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술에 따른 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 구조가 간단하고 스캔 범위가 넓으며 빠른 실시간 스캐닝이 가능하도록 한 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해소하기 위해서, 본 발명은,
입사되는 광이 반사되어 각도방향으로 분포되도록 회전 가능하게 배치되는 회전다면경; 상기 회전다면경의 회전에 의한 반사광의 각도방향 변화에 따라 반사된 광이 주기적으로 광경로가 발생되도록 광경로 상에 배치되는 굴절광학 부재; 및 상기 굴절광학 부재를 투과하여 진행하는 광이 표면에서 수직입사 및 수직반사되어 다시 역방향 및 역순으로 진행하여 처음 입사광 위치와 방향으로 되돌아가도록 배치되는 수직 광반사 부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치를 제공한다.
또한, 굴절광학 부재는 수렴렌즈, 발산렌즈 및 프리즘 중에서 선택되는 어느 하나의 렌즈로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수렴렌즈와 발산렌즈는 구면 또는 비구면으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직 광반사 부재는 그 표면이 상기 굴절광학 부재에 대해 역방향 경로가 유지되도록 입사각과 반사각이 영도 각도로 형성된 구면이나 비구면을 가지는 오목형 수직반사 미러로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직 광반사 부재는 그 표면이 상기 굴절광학 부재에 대해 역방향 경로가 유지되도록 입사각과 반사각이 영도 각도로 형성된 구면이나 비구면을 가지는 볼록형 수직반사 미러로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수직 광반사 부재는 그 표면이 상기 굴절광학 부재에 대해 역방향 경로가 유지되도록 입사각과 반사각이 영도 각도로 형성된 자유곡면을 가지는 자유곡면형 수직반사 미러로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 각 실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치에 대하여 첨부된 도면을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로지연장치가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 회전다면경(10), 굴절광학 부재(20) 및 수직 광반사 부재(30)로 이루어진다.
회전다면경(10)은 입사되는 광이 반사되어 다양한 각도방향으로 분포되도록 하기 위한 것으로, 그 외주에 다수의 반사면이 구비되어 회전 가능하게 배치된다.
굴절광학 부재(20)는 회전다면경(10)의 회전에 의한 반사광의 방향 변화에 따라 반사된 광이 주기적으로 광경로가 발생되도록 하기 위한 것으로, 회전다면경(10)에 입사되어 반사되는 반사광의 광경로상에 배치된다. 본 실시 예에서 굴절광학 부재(20)는 비구면이나 구면으로 형성되는 수렴렌즈(22)로 이루어질 수 있으며, 도면상에서 수렴렌즈(22)는 비구면으로 형성된 것이 도시되어 있다.
수직 광반사 부재(30)는 굴절광학 부재(20)를 투과하여 진행하는 광이 다시 역방향 및 역순으로 진행하여 처음 입사광 위치와 방향으로 되돌아가도록 하기 위한 것으로, 굴절광학 부재(20)를 투과하여 진행하는 광이 표면에서 수직입사 및 수직반사가 되도록 광경로상에 배치된다. 본 실시 예에서의 수직 광반사 부재(30)는 그 표면이 굴절광학 부재(20)에 대해 역방향 경로가 유지되도록 입사각과 반사각이 영도 각도로 형성되는 구면을 가지는 오목형 수직반사 미러(32)로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 회전다면경(10)이 회전되는 상태에서, 회전다면경(10)의 반사면에 입사광(40)이 입사되면, 입사광(40)은 회전다면경(10)의 회전에 따라 반사각이 변하게 되어 회전다면경(10)에 입사하는 위치를 중심으로 발산하는 형태를 갖게 된다.
이렇게 회전다면경(10)에 입사하는 위치를 중심으로 발산하는 반사광(42)을 수차가 제거된 비구면 수렴렌즈(22)를 통해 공간의 한점(44)으로 모은 뒤, 이 점(44)을 중심으로 한 원의 원주 상 곡선을 따라 구면을 가지는 오목형 수직반사 미러(32)를 배치하게 되면, 오목형 수직반사 미러(32)의 표면에서 수직으로 반사된 광(46)이 다시 공간의 한 점(44)으로 모이게 되고, 이들이 다시 수렴렌즈(22)를 통해 회전다면경(10)의 표면에서 입사하게 된다. 이러한 광경로들은 기하학적으로 광이 진행해왔던 방향의 역순 방향이므로, 초기 입사광(40)이 입사한 위치와 방향으로 다시 되돌아가게 된다.
즉, 회전다면경(10)의 반사면에 입사되고 반사되어 광경로를 생성하도록 수렴렌즈(22)를 투과하여 진행하는 광은 오목형 수직반사 미러(32)의 표면에서 수직입사 및 수직반사되어 진행해 왔던 광경로가 유지되도록 다시 역방향 및 역순으로 진행하여 처음 입사광 위치와 방향으로 되돌아가게 되므로, 초기 입사광(40)이 입사한 위치와 방향에 정확히 일치된 출사광(40)을 얻을 수 있게 된다.
한편, 상기한 수렴렌즈(22)는 비구면 대신에 구면으로 형성된 수렴렌즈를 사용할 수 있으며, 이 경우 발생하는 수렴위치에서의 구면수차 등은 수직 광반사 부재(30)의 곡면조절, 즉 비구면을 가지는 오목형 수직반사 미러의 도입을 통해 해결할 수 있다.
도 2에는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 회전다면경(10), 굴절광학 부재(20) 및 수직 광반사 부재(30)로 이루어진다.
다만, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 제1실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치의 구조에 있어서 다음과 같은 차이점을 가진다.
즉, 본 실시 예에서 수직 광반사 부재(30)는 그 표면이 굴절광학 부재(20)에 대해 역방향 경로가 유지되도록 입사각과 반사각이 영도 각도로 형성되는 구면을 가지는 볼록형 수직반사 미러(34)로 이루어진다. 이러한 볼록형 수직반사 미러(34) 의 반사면은 굴절광학 부재(20)에 대해 역방향 경로가 유지되도록 입사각과 반사각이 영도 각도로 형성되는 비구면으로 형성될 수도 있음은 물론이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치의 구조 이외의 구성은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치와 동일하므로 생략하기로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 수렴렌즈(22)와 볼록형 수직반사 미러(34)의 거리가 짧아져서 보다 소형화된 기기의 제작이 가능한 장점을 가진다.
도 3에는 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 회전다면경(10), 굴절광학 부재(20) 및 수직 광반사 부재(30)로 이루어진다.
다만, 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 제1실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치의 구조에 있어서 다음과 같은 차이점을 가진다.
즉, 본 실시 예에서 굴절광학 부재(20)는 구면 또는 비구면으로 형성되는 발산렌즈(24)로 이루어진다. 도면상에서 발산렌즈(24)는 비구면으로 형성된 것이 도시되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 회전다면경을 이 용한 광경로 지연장치의 구조 이외의 구성은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치와 동일하므로 생략하기로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 발산렌즈(24)와 오목형 수직반사 미러(32)의 거리가 짧아져서 보다 소형화된 기기의 제작이 가능한 장점을 가진다.
도 4에는 본 발명의 바람직한 제4실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제4실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 회전다면경(10), 굴절광학 부재(20) 및 수직 광반사 부재(30)로 이루어진다.
다만, 본 발명의 바람직한 제4실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 제1실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치의 구조에 있어서 다음과 같은 차이점을 가진다.
즉, 본 실시 예에서 굴절광학 부재(20)는 프리즘(26)으로 이루어진다.
또한, 수직 광반사 부재(30)는 그 표면이 굴절광학 부재(20)에 대해 역방향 경로가 유지되도록 입사각과 반사각이 영도 각도로 형성되는 자유곡면을 가지는 자유곡면형 수직반사 미러(36)로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제4실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치의 구조 이외의 구성은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치와 동일하므로 생략하기로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제4실시 예에 따른 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 굴절광학 부재(20)로 수렴렌즈(22)나 발산렌즈(24) 대신에 프리즘(26)을 사용하므로 부품의 준비가 용이한 장점을 가지며, 프리즘(26)을 투과하여 진행하는 광은 자유곡면형 수직반사 미러(36)에 의해 역방향 경로가 유지되도록 반사된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치는 현재 상용화된 회전다면경과 굴절광학 부재 및 수직 광반사 부재를 사용하므로 구성이 간단하고 상용화가 용이할 뿐만 아니라, 회전다면경의 회전속도 및 입사광 각도조절을 통해 광경로 지연속도와 스캔 범위를 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 회전다면경을 고속으로 회전시킬 경우 매우 빠른 속도의 광경로 지연장치가 가능하여 실시간 대응 간섭계 구성이 가능하고, 효율이 높은 광학계 구성으로 저손실을 갖는 광경로 지연장치가 가능한 효과도 있다.
이상에서는 본 발명을 각 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
Claims (6)
- 입사되는 광이 반사되어 각도방향으로 분포되도록 회전 가능하게 배치되는 회전다면경(10);상기 회전다면경(10)의 회전에 의한 반사광의 각도방향 변화에 따라 반사된 광이 주기적으로 광경로가 발생되도록 광경로 상에 배치되는 굴절광학부재(20); 및상기 굴적광학부재(20)를 투과하여 진행하는 광이 표면에서 수직입사 및 수직반사되어 다시 역방향 및 역순으로 진행하여 처음 입사광 위치와 방향으로 되돌아가도록 배치되는 수직 광반사 부재(30);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치.
- 청구항 1에 있어서, 굴절광학부재(20)는 수렴렌즈(22), 발산렌즈(24) 및 프리즘(26) 중에서 선택되는 어느 하나의 렌즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 수렴렌즈(22)와 발산렌즈(24)는 구면 또는 비구면으로 형성된 것을 특징으로 하는 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수직 광반사 부재 (30)는 그 표면이 상기 굴절광학부재(20)에 대해 역방향 경로가 유지되도록 입사각과 반사각이 영도 각도로 형성된 구면이나 비구면을 가지는 오목형 수직반사 미러(32)로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수직 광반사 부재(30)는 그 표면이 상기 굴절광학부재(20)에 대해 역방향 경로가 유지되도록 입사각과 반사각이 영도 각도로 형성된 구면이나 비구면을 가지는 볼록형 수직반사 미러(34)로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수직 광반사 부재(30)는 그 표면이 상기 광학굴절부재(20)에 대해 역방향 경로가 유지되도록 입사각과 반사각이 영도 각도로 형성된 자유곡면을 가지는 자유곡면형 수직반사 미러(36)로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전다면경을 이용한 광경로 지연장치.
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