KR900000058B1 - 반구 초과 방사선 시스템 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
반구 초과 방사선 시스템
[도면의 간단한 설명]
이제부터, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 상술한 형태 및 그 와의 다른 특징들에 대해 상세하게 기술하겠다.
제1도는 본 발명을 결합시킨 광학 시스템의 종 단면도이다.
제2도는 제1도의 시스템의 정면도이다.
제3도는 원형 장치 상에서 측정된 바와 같은 본 발명의 시스템의 메시빌(db)의 감쇠도를 도시한 극선도이다.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명의 권리는 해군의 조약 제N00123-81-C-0989호에 따라 정부가 갖는다.
본 발명은 작은 입력 및 출력 애퍼츄어(aperture)를 갖고 있는 광학 섬유와 같은 도파관의 광학 방사선 도관에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 상기 방사선에 대해 반구(hemisphere)를 초과하는 넓은 입체각을 카버(cover)할 수 있는 입력 또는 출력 포오트(port)를 제공하기 위해 애퍼츄어에 결합된 방사선 소오스(source) 또는 검출 시스템에 관한 것이다.광학 섬유와 같은 광학 방사선 도관은 통신 및 그외의 다른 광학 신호 전송 응용시에 광범위하게 사용된다. 광학 섬유의 특성은 직경이 작고, 방사선을 수신하거나 전송할 수 있는 시각이 양호하게 정해져서 제한된다는 것이다. 입력 또는 출력 원추형 각 시계는 광학 섬유의 고유 특성이고, 광학 섬유를 제조하는 유리의 굴절률에 의해 결정된다.
종래의 광학 시스템의 애퍼츄어 수를 증가시키기 위해 렌즈 및 거울들이 사용되어 왔다. 그러나, 광학 시스템내의 기하학적 광학 법칙 및 휘도 보존 법칙은 소정의 애퍼츄어에 대한 렌즈 또는 반사기에 의해 달성될수 있는 시계의 허용가능한 증가를 제한시킨다.
그러므로, 직경 및 유리 성분비가 특정하게 결합되어 있는 특정한 광학 섬유는 고정된 시스템 효율 또는 범위를 갖게된다. 이것은 광학 섬유의 애퍼츄어 직경을 감소시킴으로써만 시계가 증가될 수 있다는 것을 의미한다. 광학 섬유코어 고유의 작은 직경 (50㎛)은 광학 섬유를 비실용적으로 되게 한다.
예로써, 광선 전송 및 수신 장치 분야에 관한 미합중국 특허들은 다음과 같은 것들이 있다.밀러(Miller)의 미합중국 특허 제2,921,552호(제2도)에는 내부 표면에 함몰부(depression)들이 있는 도움(dome)이 도시되어 있다.할링(Harling)의 미합중국 특허 제3,274,392호(제2도)에는 반사성 코팅 (coating)으로 부분적으로 덮혀진 도움이 도시되어 있다. 스콧트(Scott)의 미합중국 특허 제3,576,563호(제2도)에는 프레스낼(Fresnel)렌즈가 도시되어 있다. 캔티(Canty)의 미합중국 특허 제3,813,514호(제1도)에는 단부상에 확산계 (diffuser)를 갖고 있는 도광관(light pipe)이 도시되어 있다. 구레야마(Kureyama)등의 미합중국 특허 제3,819,928호(제1도)에는 단부상에 렌즈를 갖고 있는 투명 로드(rod)가 도시되어 있다. 바우어맨(Bowerman)의 미합중국 특허 제3,923,375호(제1도)에는 광학 섬유 유도용 왯지(wedge) 반사기가 도시되어 있다. 아멘돌리아(Amendolia)의 미합중국 특허 제4,157,209호(제3도)에는 내부 및 외부 반사 표면들을 갖고 있는 도광관이 도시되어 있다. 아이취웨버(Eichweber)의 미합중국 특허 제4,222,632호(제3도)에는 프리즘(prism)내에서 종단된 광학도체가 도시되어 있다.
[본 발명이 요약]
반구보다 더 큰 각 시계의 공간 내외로 방사선을 방출 또는 수집할 수 있는, 광학 섬유에 접속시키기에 적합한 입력 또는 출력 포오트의 시스템에 의해 상술한 입력 또는 출력 포오트의 시스템에 의해 상술한 문제점은 제거되고 다른 장점들이 제공된다.
본 발명의 원리는 두가지 광학 산란 모우드(mode)를 사용하는데, 한모우드는 전방 방향으로 부터의 방사선 용이고, 다른 한 모우드는 후방 방향으로 부터의 방사선 용이다. 이 산란 메카니즘(mechanism)들은 전방 산란 및 후방 산란 사이의 원활한 전이를 위해 사용된다. 본 발명의 시스템은 시스템의 축 주위에서 수신되거나 전송된 방사선의 세기를 감소시키고 다른 방향으로 수신되거나 전송된 방사선의 세기를 증가시킨다.또한, 본 발명의 시스템은 영상이 광학 섬유의 입구에서 초점이 맞추어 진다는 의미에서 영상 시스템이 아니다. 오히려, 본 발명의 시스템은 광자 송신기 또는 수집기 (collector)이고, 공간의 반구초과 영역에 관선이 존재하는 것을 검출하도록 작용하고 광선을 이러한 영역으로 전송할 수 있다.
본 발명에 따르면, 광학 섬유는 이 광학 섬유가 종단되는 반사경으로된 관형 공동(cavity)을 갖고 있는 지지 기부(base)의 축을 따라 제공된다. 공동의 한 단부에는 반구형 또는 장축 타원형 표면을 갖고 있는 폐쇄말단부(terminus)를 가진 원통 형태의 중공상 투명체가 배치되어 있다.이 투명체의 내부 표면은 샌드 블라스팅(sandblasting), 에칭, 연마, 또는 작은 입자들을 이 내부 표면에 접착시킴으로써 거칠어 진다. 투명체의 외부 표면은 매끄럽다.
반구 초과 영역내의 어느 지점으로부터 도달하는 수신된 광선은 투명체의 외부 표면을 통해 들어가고, 공동의 양벽을 비추도록 거칠은 내부 표면의 다수의 미세한 부분들에 의해 산란되며, 그후에는 공동의 양벽뿐만 아니라 투명체의 거칠은 내부 표면으로부터 방사되어, 광학 섬유의 단부를 향해 방사되고 유사한 방식으로 전송된다.
방사선은 광학 섬유로부터 나온 후 역 방향으로 전송된다. 그러므로, 본 발명의 시스템은 반구초과 시계 이상의 방사선을 방출 또는 수집한다.
제1도 및 제2도를 참조하면, 본 발명을 경합시킨 광학 시스템(20)이 도시되어 있다. 이 시스템(20)은 중심보어(bore, 22a)를 따라 광학 섬유(22)를 수신하는 지지체 (21)를 포함한다. 광학 섬유(22)는 지지체(21)내에 배치된 완만하게 경사진 고정나사 (23)에 의해 보어(22a)내의 소정의 바람직한 위치에 지지된다.
본 발명에 따르면, 공간의 반구 이상으로 양호하게 연장되는 다수의 방향(27)로 부터의 광선은 중공체(24)로서 구성된 산란 소자상에 입사된다. 이 중공체(24)는 광선 또는 그외의 다른 방사선을 전송할 수 있는 투명 물질로 형성된다.
예를 들어, 투명체(24)는 유리 또는 강성 플라스틱 물질로 제조될 수 있는데, 이 유리 및 플라스틱 물질은 통과할 방사선의 파장 및 동작될 주위환경을 근거로하여 선택된다.
투명체(24)는 지지체(21)의 립(lip)에 원주상으로 형성된 리세스(25)에서 지지체(21)내에 고착된다.
양호하게도, 투명체(24)는 리세스(25)에 접착된다.
또한, 본 발명에 따르면, 지지체(21)은 원통형태로 되어 있고 이 지지체(21)의 중심축을 따라 배치된 공동(26)을 포함한다.
공동(26)은 광학 에너지의 반사기로서 작용하도록 매우 양호하게 닦여진 벽(26a)로 둘러싸여 진다.
화살표(27)로 표시한 입사 방사선은 투명체(24)에서 다수의 방향으로부터 보내지는 것으로 도시되어 있다.
양호한 실시예에서, 투명체(24)의 외부 표면은 매끄럽지만, 내부 표면(28)은 전방 및 후방 방향으로 광선을 산란시키기 위해 거칠게 되어 있다.
광학적으로 동일한 거칠은 외부표면은 오염되어 불투명하게 되는 경향이 있다.
입사 광선의 대부분은 공동(26)내로 반사된다.
광학 섬유(22)의 단부(29)는 공동(26)의 거의 중간점에 배치되는 것으로 도시되어 있는데, 단부(29)의 위치는 광학 에너지를 광학 섬유(22)에 또는 광학 섬유(22)로부터 최대로 결합시키기 위해 조정된다.
지지체(21)은 벽(26a)상에 거울로 된 표면을 보유하도록 알루미늄과 같은 광택 가능한 금속으로 제조될 수 있다.
동작시에, 넓은 각 시계 이상으로 장치에 도달하는 입사 방사선(27)은 중공 투명체(24)의 거칠은 내부 표면(28)에서 산란된다.
투명체(24)은 외부 단부에서 폐쇄 단부 부분(31)을 지지하는 광형넥크(neck,30)을 포함한다.
단부 부분(31)은 시스템(20)의 바람직한 각 감도에 따라 장축 타원형이 되도록 반구형으로부터 포물선 형으로 변하는 회전표면으로 둥글게 된다.
넥크의 직경은 이 네크의 축을 따라 변할 수 있고, 원형 단면으로부터의 이탈이 비대칭 감도의 경우에 허용될 수 있지만, 넥크(30)의 양호한 실시예는 정-원형 원통형태를 사용한다.
그러므로, 투명체(24)의 단부부분(31)은 특히 뾰족한 장축 타원형 표면의 경우에 중공 활꼴 형태를 제공한다.
상술한 바와 같이, 광학 섬유 단부(29)의 축위치는 시스템(20)의 각 응답을 변경시키기 위해 조정될 수 있다.
실험결과, 지지체(21)의 종축에 대해 다수의 각도로 입사되는 조준 광선으로 투명체(24)를 조명하는 동안 최대 출력 전력을 위해 광학 섬유(22)의 단부(29)의 위치를 조정함으로써 양호한 결과들이 얻어졌다.
또한, 시스템의 광선 수집 특성 또는 광선 방출 특성의 전체 효율은 내부 표면(28)의 입자 크기에 따라 변하는데, 표면(28)의 거칠은 영역은 광학 에너지의 산란 소오스로서 작용한다.
표면(28)의 입자 크기에 따라 변하는 것 외에도, 이 효율은 또한 사용된 광선의 파장에 따라서도 변한다.
헬륨-네온 레이져(heliun-neon laser)로부터의 광선을 사용하기 위해, #60그리트(grit) 크기를 갖고 있는 실리콘-카바이드 연마제(silicon-carbide abrasive)를 사용함으로써 표면(28)의 적당한 조도(roughness)가 얻어졌다.
제3도의 도면에서, Odb는 시스템(20)의 부재시에 비 장애나선(unobstructed bare) 광학 섬유(22)의 감도를 나타낸다.
이것은 산란체(24)에 의해 유도된 감쇠를 측정하기 위한 기준점을 제공한다.
그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 시스템(20)이 방사선을 검출(또는 방출)할 수 있는 능력은 반구 이상의 범위에서도 양호하게 유지되므로, 본 발명에 따라 구성된 2개의 유니트들에 의하면, 공간의 360°에 걸쳐 입사 방사선을 감지할 수 있다.
대응적으로, 시스템(20)을 결합시킨 반대 방향 유니트로 부터의 광학에너지의 방출은 전 구(full sphere)에 걸쳐 조명을 제공한다.
중공 투명 활꼴 산란체의 실제 크기는 중요하지 않은데, 그 이유는 시계의 각만이 본 발명의 동작을 결정하기 때문이다.
그러므로, 시스템의 형태는 성능에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는 크기로 될 수 있다.
다중 모우드 광학 섬유를 사용하는 양호한 실시예에서, 중공 투명 산란체의 직경은 장치에 부착된 도파 광학 섬유의 코어 직경의 150내지 200배이다.
산란 표면의 조도는 입사 또는 방출되는 방사선의 파장에 관련되는데, 각각의 미세한 산란 소자의 크기는 최소한 방사선 파장의 배수로 된다.
본 발명의 상술한 실시예는 단지 설명하기 위한 것으로, 본 분야에 숙련된 기술자들은 본 발명을 여러 가지로 변형시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 본 명세서에 기술한 실시예에 제한되는 것이 아니라, 첨부한 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (13)

  1. 광학 도관용으로 적합하고 반구형 보다 큰 구형 각에 걸쳐 도관의 내외로 방사선 에너지를 전송하는 광학 결합 시스템에 있어서, 내부 반사 표면을 갖고 있는 공동, 이 공동 내에 놓여진 말단부로 도관을 지지하기 위한 장치, 및 공동으로부터 떨어져 배치된 단부 부분내로 합체되어 있는 원통형 측벽을 갖고 있고, 단부 부분이 만곡된 회전 표면을 갖고 있으며, 공동의 단부를 폐쇄시키는 도움으로 구성되고, 방사선 에너지를 투과시키는 물질로 제조되는 도움의 내부 표면이 도관과 결합하기 위해 도움의 내부 주위 및 공동 내에서 도움을 통해 전달되는 방사선 에너지의 광선의 방향을 조정하는 거친 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 회전 표면이 반구형인 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 회전 표면이 장축 타원형인 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 광학 방사선 도관용으로 적합하고 반구형 보다 큰 구형각에 걸쳐 도관의 내외로 방사선 에너지를 전송하는 결합시스템에 있어서, 내부 반사 표면을 갖고 있는 공동, 이 공동 내에 놓여진 말단부로 도관을 지지하기 위한 장치, 및 공동으로부터 떨어져 배치된 단부 부분내로 합체되어 있는 원통형 측벽을 갖고 있고, 단부 부분이 만곡된 회전 표면을 갖고 있으며, 공통의 단부를 폐쇄시키는 투명 산란 소자로 구성되고, 방사선 에너지의 전달을 돕는 물질로 제조되는 산란 소자의 내부 표면이 도관과 결합하기 위해 산란소자의 내부주위 및 공동 내에서 방사선 에너지의 광선의 방향을 조정하는 거친 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 산란 소자가 매끄러운 외부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 회전 표면이 반구형인 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 회전 표면이 장축 타원형인 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 산란 소자가 활꼴 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 광학 방사선 도관에 결합하기에 적합하고 반구형 보다 큰 구형각에 걸쳐 도관의 내외로 방사선 에너지를 전송하는 시스템에 있어서, 내부 반사 표면을 갖고 있는 공동, 공동애에 놓여있는 말단부로 도관을 지지하기 위한 장치, 및 만곡된 회전 표면이 형성되어 있고, 거친 조직으로 이루어진 내부 표면을 갖고 있으며, 방사선 에너지를 전달시키는 물질로 제조되어 있고, 공동의 단부를 폐쇄시키는 도움-형 투명 산란 소자로 구성되고, 거친 조직이 도관과 결합하도록 산란 소자의 내부 주위 및 공동 내에서 산란소자를 통해 전달되는 방사선 에너지의 광선의 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 만곡된 회전 표면이 방사선 에너지 전달 물질로 제조된 원통형 벽에 의해 공동에 결합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 산란 소자가 매끄러운 외부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 산란 소자가 기다란 넥크 부분을 갖고, 회전 표면이 이 넥크 부분에 의해 공동으로부터 떨어져 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 넥크 부분의 내부 표면이 산란 조직을 갖고, 산란 소자의 외부 표면이 매끄러운 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
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