KR20220096767A - 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3d 프린팅 구조물의 광학특성 측정 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정장치는, 광학구조물을 적층 제조하는 3D 프린팅을 이행하며, 상기 광학구조물을 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체로 제조하는 3D 프린터; 상기 광학구조물에 확장 및 시준화된 광을 통과시키고, 통과된 광을 집광한 광신호를 전기신호로 변환하여 출력하는 광학특성 검출부; 및 상기 광신호에 따른 전기신호로부터 전달특성신호를 검출하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 광학특성 측정기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 구조물을 적층 제조하는 3D 프린팅시에 3차원 구조물을 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체로 제작하고, 이에 대한 광학적 특성을 실시간으로 검출하여 분석하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
광 계측 기술은 특정 대상 물체나 물리량이 광과의 상호작용에서 나타나는 현상들을 광의 위상, 세기, 분극, 파장 등 다양한 광 특성들의 변화를 검출하는 것으로, 이는 많은 계측 원리에 기초를 두고 있다.
상기 광 계측 기술들은 광 고유의 많은 장점들(열악한 환경에서도 가능, 원거리 센싱, 인체에 무해, 비접촉 등)로 인해 다양한 응용 분야에 적용되고 있다. 또한, 온도, 습도, 압력 등의 기본 물리량의 검출뿐만 아니라, 바이오, 물질의 농도(이산화탄소, 특정 화학 물질의 농도), 의학 관련 혈류 등의 검출 등 매우 폭넓은 응용을 가능하게 한다.
이러한 광 계측 기술은 광 특성의 변화가 물체나 물리량과 직접적으로 관계된 것인지, 혹은 중간 검출 매질의 특성 변화에 의한 것인지에 따라 광 측정 기술과 광 센서(감지, 검출) 기술로 나눌 수 있다.
상기 광 측정 및 광 센서 분야의 광 계측 기술 중 간섭계를 이용한 방식은 손실이나 굴절 등의 다른 계측원리를 이용하는 방식에 비해 높은 감도 및 분해능, 외부 잡음에 덜 민감한 특성 등 많은 장점이 있다. 대표적인 광학 간섭계로는 마하젠더(Mach-Zehnder) 간섭계, 사그낙(Sagnac) 간섭계, 마이켈슨(Michelson) 간섭계, 그리고 페브리-페롯(Fabry-Perot) 간섭계 등이 있다. 이러한 간섭계를 이용하면 외부의 섭동(Perturbation)에 대해 입출력되는 신호의 특성 변화를 효과적으로 검출할 수 있게 된다.
상기 마하젠더 간섭계는 가장 널리 사용되는 간섭계 구조로 선형적인 위상특성과 넓은 대역특성, 그리고 높은 소멸비에서도 파장응답이 선형적인 전달특성을 가지고 있다. 상기의 마하젠더 간섭계는 여러 가지 방식으로 구현되는데, 반도체 공정을 응용한 집적광학형, 광섬유의 융착 접속 방식에 기반한 광섬유형, 광섬유형 콜리메이터(Collimator)를 기반으로 한 마이크로 옵틱형 등이 있다.
상기 광섬유형 마하젠더 간섭계는 융착 광섬유 기술을 이용한 두 개의 광파워 분할기(optical power splitter)를 융착 접속하여 마하젠더(machzehnder) 간섭계를 구현한 것으로 손실이 적고 우수한 광 특성을 제공한다.
그러나 이러한 종래의 광섬유형 마하젠더 간섭계는 원하는 전달 특성을 얻기 위해 정밀한 경로차가 요구되며, 제작 후 안정화를 위해 별도의 제어 장치를 필요로 하는 문제가 있었다.
또한, 상기 집적광학형은 평면광회로(planar lightwave circuit) 제작 기술을 통해 대량 생산이 가능하지만, 높은 삽입 손실과 편광 의존성으로 인해 상대적으로 광특성이 떨어지는 문제가 있었다.
상기의 마이크로 옵틱 광 간섭계의 대표적인 예로는 U.S. Pat. No. 5,841,583과 U.S. Pat. No. 5,930,441가 있으며, 이러한 마이크로 옵틱형 간섭계 구조는 삽입손실과 편광 의존성이 낮아 광특성이 우수하며, 소형화가 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래 마하젠더 간섭계의 구조를 예시한 것이다. 상기 마하젠터 간섭계에서 광섬유(fiber A)를 통해 입력된 광신호는 첫번째 콜리메이터(collimator)를 통해 확장 및 시준화되어 진행하고, 두번째 콜리메이터(collimator)를 통해 확장된 빔이 집속하여 광섬유(fiber B)로 전송된다.
상기 두 콜리메이터(collimator) 사이에 삽입된 평판(plate)은 x축 방향 삽입 깊이에 따라 평판을 통과한 빔과 그렇지 않은 빔 사이에 위상차를 초래한다. 이에 두번째 콜리메이터(collimator)에서 두빔이 집속될 때에 마하젠더 간섭계가 형성되도록 한다. 이는 평판(plate)의 삽입 위치에 따라 특성이 바뀌므로 정밀한 위치 조정이 요구된다.
이러한 방식은 기존의 다층 박막형 간섭계 구조를 정렬하는 마이크로 옵틱 소자의 정렬에 비해 상대적으로 많은 시간이 걸리고 정렬시 스펙트럼 특성 측정 장비와 별도의 정렬 기구물 등이 요구되었다.
이와 같은 측방향 정렬 문제는 마하젠터 간섭계의 상용화 및 대량 생산을 어렵게 하는 이유가 되었다.
이러한 문제를 해결하기 위한 노력이 계속되어 왔으며, 그에 대응되는 기술로는 대한민국 특허청에 마이크로 옵틱 간섭계형 필터를 명칭으로 하여 출원된 출원번호 제10-2006-0017506호가 있다. 상기 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 구조는 도 2에 도시한 바와 같다. 상기 도 2를 참조하면, 상기 마이크로 옵틱 간섭계형 필터는 빔의 진행 방향으로 일정한 위상 경로차를 유도하는 주기적인 굴절률 분포를 가지는 평판을 삽입하여 위치에 무관하게 식각된 부분을 통과하는 빔과 그렇지 않은 빔의 비를 일정하게 함으로써, 일정한 소멸비의 전달 특성을 측방향 정렬과 무관하게 얻을 수 있게 하였다.
그러나, 상기의 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 기술은 상용가능한 필터의 구현방식을 제안하는데 그치는 한계가 있었다. 이에 종래에는 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 기술을 상용화하기 위한 노력이 계속되고 있었다.
본 발명은 3차원 구조물을 적층 제조하는 3D 프린팅시에 3차원 구조물을 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체로 제작하고, 이에 대한 광학적 특성을 실시간으로 검출하여 분석하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체에 대한 처리과정마다 광학적 특성을 실시간으로 검출하여 분석하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정장치는, 광학구조물을 적층 제조하는 3D 프린팅을 이행하며, 상기 광학구조물을 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체로 제조하는 3D 프린터; 상기 광학구조물에 확장 및 시준화된 광을 통과시키고, 통과된 광을 집광한 광신호를 전기신호로 변환하여 출력하는 광학특성 검출부; 및 상기 광신호에 따른 전기신호로부터 전달특성신호를 검출하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 3차원 구조물을 적층 제조하는 3D 프린팅시에 3차원 구조물 자체로 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체로 제작하고, 이에 대한 광학적 특성을 실시간으로 검출하여 분석함으로써, 제작 제품의 품질 관리 및 모니터링을 가능하게 할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 3D 프린팅 공정 전과정에서 광학적 특성을 간단하고 즉각적으로 확인할 수 있고 다양한 소재에 대한 광학 특성 측정도 가능하므로, 보다 정밀하고 정교한 제조특성 제어에 활용할 수 있게 한다. 이를 통해, 단순 맞춤형 제조가 아니라 복잡하고 정밀한 2차원, 3차원 구조물들을 현장에 적용 가능한 수준의 제품으로 제작 판매할 수 있게 한다.
또한, 가공 뒤 분석해야 하는 추가 공정을 단축시킬 수 있어 시간 및 비용 절감 효과가 있다.
도 1은 종래 마하젠더 간섭계의 구조도.
도 2는 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 구조도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정 방법의 절차도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전달특성 그래프를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 굴절률 근사화 과정을 도시한 도면.
도 2는 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 구조도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정 방법의 절차도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전달특성 그래프를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 굴절률 근사화 과정을 도시한 도면.
본 발명은 3차원 구조물을 적층 제조하는 3D 프린팅시에 3차원 구조물을 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체로 제작하고, 이에 대한 광학적 특성을 실시간으로 검출하여 분석함으로써, 제작 제품의 품질 관리 및 모니터링을 가능하게 할 수 있다.
이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정 방법 및 장치, 그에 따른 3D 프린팅 구조물을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
<마이크로 옵틱 마하젠터 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정장치의 구성>
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 마이크로 옵틱 마하젠터 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정장치의 구성도를 도시한 것이다. 상기 도 3을 참조하면, 상기 마이크로 옵틱 마하젠터 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정장치는 크게 3D 프린팅부(100)와, 광학특성 검출부(200)와, 제어장치(300)로 구성된다.
상기 3D 프린팅부(100)는 프린팅부(102)와 거치 및 이송부(106)를 포함하며, 상기 프린팅부(102)는 상기 제어장치(300)의 제어에 따라 상기 거치 및 이송부(106)에 안착된 플레이트(108)상에 적층방식으로 프린팅을 이행하여 광학 구조물(104)를 형성한다. 특히 상기 3D 프린팅부(102)는 3차원 구조물을 적층 제조하는 3D 프린팅시에 3차원 광학구조물을 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체로 제작한다.
상기 거치 및 이송부(106)는 상기 제어장치(300)의 제어에 따라 상기 프린팅부(102)에 의해 형성된 광학 구조물(104)을 광학특성 검출부(200)로 이송하여 광학특성의 검증을 이행할 수 있게 한다. 또한, 상기 거치 및 이송부(106)는 광학특성의 검증이 완료되면 다시 3D 프린팅부(100)로 다시 이송하여 다음 프린팅 또는 처리 등을 이행할 수 있게 한다. 즉 거치 및 이송부(106)는 상기 제어장치(300)의 제어에 따라 3D 프린팅부(100)와 광학특성 검출부(200) 사이로 광학구조물(104)를 반복하여 이송하면서 광학구조물의 형성, 전처리, 후처리 외 여러가지 열처리시마다 광학특성을 확인할 수 있게 한다.
상기 광학특성 검출부(200)는 광원부(202)와, 제1콜리메이터(204)와, 제2콜리메이터(206)와, 수광부(208)로 구성된다. 상기 광원부(202)는 상기 제어장치(300)의 제어에 따른 파장을 가진 광을 발광하고 이 발광된 광을 광섬유를 통해 제1콜리메이터(204)로 제공한다. 상기 제1콜리메이터(204)는 상기 광섬유를 통해 제공되는 광을 확장 및 시준화하여 상기 광학구조물(104)로 제공한다.
상기 광학구조물(104)을 통과한 광은 제2콜리메이터(206)로 제공된다. 상기 제2콜리메이터(206)는 상기 광학구조물(104)을 통과하여 전달된 광을 다시 집속하여 광섬유를 통해 수광부(208)로 제공한다. 상기 수광부(208)는 상기 수광한 광신호에 따른 전기신호를 생성하여 제어장치(300)를 제공한다.
상기 제어장치(302)는 제어부(302)와, 사용자 인터페이스부(304)와, 메모리부(306)와, 표시부(308)로 구성된다. 상기 제어부(302)는 마이크로 옵틱 마하젠터 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정장치의 각부를 제어하며, 특히 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 마이크로 옵틱 마하젠터 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조하도록 3D 프린팅부(100)를 제어함과 아울러, 상기 3D 프린팅부(100)가 형성한 광학 구조물에 대한 광학특성을 측정하도록 광학특성 검출부(200)를 제어한다.
또한 상기 제어부(302)는 상기 광학특성 검출부(200)의 수광부(208)가 출력하는 광신호에 따르는 전기신호를 제공받아 상기 광학구조물(104)의 전달특성신호를 검출한다.
상기 전달특성신호가 검출되면, 상기 제어부(302)는 사용자가 상기 사용자 인터페이스부(304)를 통해 특정 영역에 대한 두께를 입력하면 굴절률을 산출하여 출력하여 사용자에게 안내한다.
그리고 상기 제어부(302)는 상기 사용자가 상기 사용자 인터페이스부(304)를 통해 특정 영역에 대한 두께를 요청하면 상기 광학특성신호 중 상기 영역에 대한 전달특성신호의 파장의 피크 또는 벨리를 검출하고, 피크 또는 벨리에서의 굴절율을 검출하고, 그 검출된 굴절율에 대응되는 두께를 산출하여 출력하여 사용자에게 안내한다.
상기 사용자 인터페이스부(304)는 상기 제어부(302)와 사용자 사이의 인터페이스를 담당한다.
상기 메모리부(306)는 상기 제어부(302)의 처리 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장한다.
상기 표시부(308)는 상기 제어부(302)의 제어에 따른 정보를 표시하여 사용자에게 안내한다.
<마이크로 옵틱 마하젠터 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정방법의 절차>
이제 상기한 마이크로 옵틱 마하젠터 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물 제조 및 광학특성 측정장치에 적용가능한 방법의 절차를 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
상기 도 4를 참조하면, 제어장치(300)의 제어부(302)는 사용자 인터페이스(304)를 통해 사용자가 전처리 또는 프린팅 또는 후처리중 어느 하나의 실행을 요청하면(400단계), 거치 및 이송부(106)를 제어하여 플레이트(108) 또는 광학구조물(104)을 3D 프린팅부(100)로 이송한다(402단계).
이후 상기 제어부(302)는 상기 3D 프린팅부(100)의 프린팅부(102)를 제어하여 거치 및 이송부(106)상에 안착된 플레이트상에 광학구조물(104)을 형성하거나 전처리하거나 후처리한다(404단계). 특히 상기 프린팅부(102)는 3차원 구조물을 적층 제조하는 3D 프린팅시에 3차원 구조물을 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체로 제작한다.
상기 광학구조물(104)의 형성 또는 전처리 또는 후처리가 완료되면, 상기 제어부(302)는 상기 거치 및 이송부(106)를 제어하여 상기 광학구조물(104)을 광학특성 측정부(200)로 이송한다(406단계).
이후 상기 제어부(302)는 상기 광학구조물(104)에 대한 광학특성을 분석하기 위해, 광학특성 측정부(200)의 광원(202)를 구동하여 특정 파장(λ)의 광을 생성하고, 해당 광을 광섬유와 제1콜리메이터(204)를 통해 상기 광학구조물(104)에 제공되게 하고, 상기 광학구조물(104)을 통과한 광을 다시 제2콜리메이터(206)와 광섬유를 통해 수광부(208)로 전달되게 한다.
상기 수광부(208)는 상기 광학구조물(104)을 통과한 광을 제공받아, 상기 광에 따른 전기신호를 생성하여 제어부(302)에 제공한다.
상기 제어부(302)는 상기 광에 따른 전기신호가 제공되면, 그 전기신호에 따른 전달특성신호를 검출한다(408단계). 상기 전달특성신호에 따른 그래프는 도 5에 예시한 바와 같다. 도 5는, 나노급 3D 프린터를 이용하여 샘플을 제작, 2개의 광섬유 콜리메이터 사이에 위치시켜 마하젠더 간섭계를 구현하고, 광대역광원(Broadband Source)과 광스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer)로 파장응답 특성을 측정한 것이다. 이때, 수평방향 1,500nm 해상도와 빔 스캐닝 스피드가 10mm/s로 테스트 패턴을 제작하였으며, 레이저 소스는 근적외선대 팸토초 레이저(NIR femtosecond laser)이다. 또한, 테스트 패턴의 주기는 60㎛, 적층 높이는 100㎛, 200㎛ 로 3×3 ㎟ 구조물을 제작하였으며, 출력물의 구조적 형상을 확인하기 위해서 공초점 현미경을 이용하였다. 제작된 3D 프린팅 구조체를 빔 직경이 약 500㎛인 광섬유 콜리메이터 사이에 삽입하여 광대역광원과 광스펙트럼 분석기를 통해 파장응답 특성을 측정한 것이다.
이후 상기 제어부(302)는 사용자가 사용자 인터페이스부(304)를 통해 광학구조물(104)의 특정 영역을 선택하여 두께의 검출을 요청하는지를 체크한다(410단계).
상기 사용자가 상기 광학구조물(104)의 특정 영역을 선택하여 두께의 검출을 요청하면, 해당 특정 영역에 대응되는 광특성신호의 파장의 피크(peak) 또는 벨리(valley)를 검출한 후에 해당 피크 또는 벨리의 광학특성을 결정하여 사용자에 의해 특정된 영역의 인근영역에 대한 굴절률의 근사값을 산출한다(412,414,416단계). 이러한 굴절률의 근사값 검출과정은 도 6에 예시한 바와 같다.
상기의 근사값의 산출이 이행되면, 상기 제어부(302)는 전달특성 산출식에 따라 해당 영역에 대한 두께를 산출하여 표시하여 사용자에게 안내한다(418단계).
상기 전달특성 산출식은 수학식 1과 같다.
상기 수학식 1에서 T는 전달 특성이고, 상기 e는 소멸 계수 비율(coefficient of extinction ratio(0~1))이고, L은 광학 플레이트의 두께(thickness of optical plate)이고, n은 굴절율(refractive index)이고, λ는 파장이다.
즉 전달특성값은 상기 전달특성신호로부터 획득되며, 상기 굴절률은 근사값이 산출되므로, 상기 두께는 수학식 1로부터 획득될 수 있다.
상기한 바와 달리 사용자가 사용자 인터페이스부(304)를 통해 특정 영역을 선택하여 굴절률의 검출을 요청하면(420단계), 상기 제어부(302)는 상기 사용자 인터페이스부(304)를 통해 특정 영역에 대한 두께를 입력받는다(422단계). 이후 상기 제어부(302)는 상기 전달특성 산출식에 따라 해당 영역의 굴절률을 산출함과 아울러 표시하여 사용자에게 안내한다. 즉 전달특성값은 상기 전달특성신호로부터 획득되며, 상기 두께는 사용자로부터 입력되므로, 상기 굴절률은 수학식 1로부터 획득될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 광학 구조물의 형성, 전처리 또는 후처리과정에서 전달특성을 분석하여 광학 구조물의 두께 또는 굴절률 등이 정상적으로 형성 또는 처리되는지를 즉각적으로 확인할 수 있게 한다.
위에서 설명된 본 발명의 실시 예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 3D 프린팅부
200 : 광학특성 검출부
300 : 제어장치
200 : 광학특성 검출부
300 : 제어장치
Claims (8)
- 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정장치에 있어서,
광학구조물을 적층 제조하는 3D 프린팅을 이행하며, 상기 광학구조물을 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체로 제조하는 3D 프린터;
상기 광학구조물에 확장 및 시준화된 광을 통과시키고, 통과된 광을 집광한 광신호를 전기신호로 변환하여 출력하는 광학특성 검출부; 및
상기 광신호에 따른 전기신호로부터 전달특성신호를 검출하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어장치는
상기 전달특성신호가 검출되면, 사용자가 사용자 인터페이스부를 통해 상기 광학구조물의 특정 영역에 대한 두께를 요청하면 상기 광학특성신호 중 상기 특정 영역에 대한 광학특성신호의 파장의 피크 또는 벨리를 검출하고, 피크 또는 벨리에서의 굴절율을 검출하고, 그 검출된 굴절율에 대응되는 두께를 산출하여 출력하여 사용자에게 안내함을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정장치. - 제1항에 있어서,
상기 3D 프린터는,
상기 광학구조물을 지지하는 플레이트를 거치함과 아울러
상기 3D 프린팅 영역과 상기 광학특성 검출영역 사이의 이송을 이행하는 거치 및 이송부;를 더 구비함을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어장치는,
상기 광학구조물에 대한 전처리 및 제조 및 후처리시 중 하나 이상에 대해 상기 광학구조물에 대한 전달특성신호를 검출함을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정장치. - 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정방법에 있어서,
광학구조물을 적층 제조하는 3D 프린팅을 이행하며, 상기 광학구조물을 주기적 굴절률 패턴을 가지는 평판 또는 주기적 굴절률 분포를 가지는 구조체로 제조하는 단계;
상기 광학구조물에 확장 및 시준화된 광을 통과시키고, 통과된 광을 집광한 광신호를 전기신호로 변환하여 출력하는 단계; 및
상기 광신호에 따른 전기신호로부터 전달특성신호를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정방법. - 제5항에 있어서,
상기 전달특성신호가 검출되면, 사용자가 사용자 인터페이스부를 통해 상기 광학구조물의 특정 영역에 대한 두께를 요청하는지를 체크하는 단계; 및
상기 사용자가 두께를 요청하면 상기 광학특성신호 중 상기 특정 영역에 대한 광학특성신호의 파장의 피크 또는 벨리를 검출하고, 피크 또는 벨리에서의 굴절율을 검출하고, 그 검출된 굴절율에 대응되는 두께를 산출하여 출력하여 사용자에게 안내하는 단계;를 더 구비함을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정방법. - 제5항에 있어서,
상기 광학구조물을 지지하는 플레이트를 거치하는 거치 및 이송부가, 상기 3D 프린팅을 위한 영역과 상기 광학특성 검출영역 사이의 이송을 이행하는 단계;를 더 구비함을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정방법. - 제5항에 있어서,
상기 광학구조물에 대한 전처리 및 제조 및 후처리시 중 하나 이상에 대해 상기 광학구조물에 대한 전달특성신호를 검출함을 특징으로 하는 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 3D 프린팅 구조물의 광학특성 측정방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR20060017506A (ko) | 2004-03-24 | 2006-02-23 | 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 | 하이브리드 차량의 구동장치를 위한 제어장치 및 제어방법 |
| JP2006275521A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 膜厚測定装置、及び膜厚測定方法 |
| JP2006284186A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Lasertec Corp | 測定装置及び測定方法 |
| KR100772557B1 (ko) | 2006-06-15 | 2007-11-02 | 경북대학교 산학협력단 | 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 계측 장치 |
-
2020
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR20060017506A (ko) | 2004-03-24 | 2006-02-23 | 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 | 하이브리드 차량의 구동장치를 위한 제어장치 및 제어방법 |
| JP2006275521A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 膜厚測定装置、及び膜厚測定方法 |
| JP2006284186A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Lasertec Corp | 測定装置及び測定方法 |
| KR100772557B1 (ko) | 2006-06-15 | 2007-11-02 | 경북대학교 산학협력단 | 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 계측 장치 |
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