KR960008182B1 - 광센서 및 그의 제조방법 - Google Patents

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마사노부 야마모또
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닛뽕가이시 가부시끼가이샤
고하라 도시히또
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Abstract

내용 없음.

Description

광센서 및 그의 제조방법
제1도는 종래의 광센서의 단면도.
제2도는 제1도의 광센서의 요부 광소자 부분도.
제3도는 본 발명의 광센서 1 예의 구성을 나타낸 정면도.
제4도는 제3도의 평면도.
제5도는 제2도의 측면도.
제6도는 제3도, 제5도에 표시한 광센서를 제조함에 있어서 사용되는 광소자 광축 조정용 기반(base plate)의 1예를 나타내는 횡단 정면도.
제7도는 제6도의 평면도.
제8도는 제7도의 종단 측면도.
제9도는 제3도, 제5도에 표시한 광센서의 제조방법을 설명하기 위한 횡단 정면도.
제10도는 제9도와 같은 목적을 위한 평면도.
제11도는 제9도와 같은 목적을 위한 종단면도.
제12도는 제9도와 같은 목적을 위한 횡단 정면도.
제13도는 제9도와 같은 목적을 위한 평면도.
제14도는 제9도와 같은 목적을 위한 종단 측면도.
제15도는 본 발명의 광센서의 다른 예의 구성을 나타내는 정면도.
제16도는 제15의 평면도.
제17도는 제16도의 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21,29 : 광섬유 22,28 : 페루울(ferrule)
23,27 : 렌즈 24 : 편광자
25 : 파라데이소자 26 : 검광자
30 : 합성수지 31 : 기반(제1의 기반)
35 : 기반(제2의 기반)
본 발명은 예를 들면 송전선망, 배전선망 혹은 변전소 등에 있어서, 고장점이나 고장구간을 검출하는데 사용되는 광센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 광센서로서 예를 들면 일본국 특개소 62-54170호 공보에 제1도에 표시한 바와같은 광전압센서가 개시되어 있다. 이 광전압센서는 광섬유코어(1), 플러그(2), 마이크로렌즈(3), 편광자(4), 포겔스소자(pockels element)(5), 1/4 파장 플레이트(6), 검광자(7), 반사밀러(8), 마이크로렌즈(9), 플러그(10) 및 광섬유코어(11)를 포함한다. 광수신기(도시하지 않음)는 광원(도시하지 않음)의 광빔을 센서의 광학부품(1∼11)을 경유하여 수광하고, 그의 수광된 광빔의 변조상태에 의거하여 포켈스소자(5)에 인가되는 전압을 광학적으로 계측하도록 한 것이다.
제1도에 표시한 광전압센서에 있어서는, 각 광학부품(1∼11)을 패키지(12)내에 수용하고, 이 패키지(12)내에 설치된 홀더(13)에 파이프(14)를 통하여 입력측의 플러그(2) 및 마이크로렌즈(3)를 유지하는 동시에, 파이프(15)를 통하여 출력측이 마이크로렌즈(9) 및 플러그(10)를 유지하고 있다.
또 주위의 수분의 광통로에의 침입을 방지하고 낙하진동에 대하여 견고하게 하기 위하여, 마이크로렌즈(3), 편광자(4), 포켈스소자(5), 1/4 파장 플레이트(6), 검광자(7), 반사미러(8) 및 마이크로렌즈(9)의 각 광학부품간을, 제2도에 표시한 바와 같이 포켈스소자(5)의 양 경계는 연질접착제(16a)로, 다른 경계는 경질접착제(16b)로 각각 접착하는 동시에, 패키지(12)내의 공간의 일체화을 도모하고 낙하진동, 내습성의 향상을 도모하기 위하여, 각 광학부품의 주위를 연질수지(17)로 피복하고, 또 그의 주위를 경질수지(18)로 충전하고 있다. 또한 패키지(12)내에서, 홀더(13)으로부터 광학섬유코어(1,11)측에는 케블라섬유(19)를 충전하고 있다.
그러나 상술한 종래의 광전압센서에 있어서는 각 광학부품간을 접착제(16a,16b)로 접착하도록 하고 있기 때문에, 접착제 경화시의 접착제 수축등에 의해 각 광학부품 계면에 잔류응력이 발생하고, 이 때문에 외부의 온도변화에 의해서 각 광학부품간에서의 위치어긋남이 생겨서, 광량손실의 증대 및 변조 변화가 발생하여, 계측장치의 온도 특성이 악화되는 문제가 있다.
또 각 광학부품의 주위를 연질수지(17)로 피복하고, 또 그 주위를 경질수지(18)로 충전하고 있기 때문에, 연질수지(17)와 경질수지(18)와의 열팽창계수가 차가 있으면, 온도변화에 의한 열응력에 의해서 그것들의 계면에 금이가거나, 연질수지(17) 혹은 경질수지(18)에 균열이 생겨서, 광학부품의 내습성, 내낙하성, 내진동성이 약화되는 문제가 있다.
또 상술한 광전압센서에 있어서는 전체를 패키지(12)내에 수용하는 동시에, 이 패키지(12)에 홀더(13)를 설치하고, 이 홀더(13)에 입력축의 플러그(2) 및 마이크로렌즈(3)와 출력측의 마이크로렌즈(9) 및 플러그(10)를 각각 파이프(14,15)를 통하여 유지하도록 하고 있기 때문에 부품점수가 많아지고, 더우기 홀더(13) 및 이것을 부착시키는 패키지(12)로서 고정밀도의 것이 필요케 되어서 원가가 상승되는 문제점이 있는 동시에 제조공정이 많아져서 양산성이 나쁘다는 문제점이 있다.
본 발명의 제1의 목적은 상술한 종래의 문제점에 착안하여 이루어진 것으로서, 광학부품의 내습성, 내낙하성, 내진동성을 확보할 수 있고, 더우기 양호한 온도 특성이 얻어지도록 적절히 구성한 광센서를 제공하는데 있다.
또 발명의 제2의 목적은 이러한 광센서를 저비용으로 양산성이 양호하게 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 제1의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광학부품으로서 적어도 렌즈와 편광자와 포켈스소자 또는 파라데이소자 등의 광학소자와, 검광자와 광섬유를 포함하는 복수의 광학부품을 가지며, 이것들의 광학부품을 경유하여 광을 전송하여 상기 광학소자에 작용하는 측정량을 광학적으로 계측하도록 한 광센서에 있어서, 상기 각 광학부품을 틈새가 없게 밀착시키는 제1합성수지와 상기 각 광학부품의 주위를 몰드하는 상기 제1합성수지와 동일한 제2합성수지를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
발명의 다른 양태로는, 본 발명의 광센서는, 상기 각 광학부품을 얹어놓는 광축 조정용의 기반(base plate)과, 상기 각 광학부품을 틈새가 없게 밀착시키는 제1합성수지와, 상기 기반 및 광학부품의 주위를 몰드하는 상기 제1합성수지와 동일한 제2합성수지를 더우기 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수의 광학부품을 가지며, 이것들의 광학부품을 경유하여 광을 전송하여 상기 광학소자에 작용하는 측정량을 광학적으로 계측하기 위한 광센서의 제조방법에 있어서, 상기 복수의 광학부품을 광축 조정용의 제1기반에 얹어놓은 상태로 각 광학부품을 제1합성수지를 통하여 밀착시킨 후, 상기 제1합성수지와 동일한 제2합성수지르 매립하여 경화시키고, 다음에 상기 제1기반을 이탈시켜서 이 광학부품을 그의 표리를 반전하여 저면이 평탄한 제2기반에 얹어놓고 그 상태에서 상기 제1합성수지와 동일한 제3합성수지를 매립하여 경화시킨 후, 제2, 제3합성수지로 된 광학부품을 상기 제2기반으로부터 이탈시키는 것을 특징으로 한다.
발명의 다른 양태로서, 본 발명의 광센서의 제조방법은, 상기 복수의 광학부품을 광축 조정용의 제1기반에 접착하는 동시에, 각 광학부품을 제1합성수지를 통하여 밀착시킨 후, 상기 제1합성수지와 동일한 제2합성수지를 매립하여 경화시키고, 다음에 상기 제1기반을 상기 광학부품에 접착시킨채로, 그의 표리를 반전시켜 저면이 평탄한 제2의 기반에 얹어놓고, 그 상태에서 상기 제1합성수지와 동일한 제3합성수지를 매립하여 경화시킨 후, 제1의 기반 및 제2, 제3합성수지로 된 광학부품을 상기 제2의 기반으로부터 이탈시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 광학부품은 광학부품들 사이에 틈새가 없도록 합성수지가 채워져 밀착접촉되고 제1합성수지와 동일한 물질의 합성수지내에 매립된다.
따라서, 열팽창계수차에 기인하는 센서내의 열스트레스를 방지할 수 있으므로 광센서의 온도특성이 효과적으로 개선된다.
더욱이, 열스트레스를 방지함으로써 센서내의 합성수지가 틈이 생기거나, 균열 및 손상이 없다.
따라서, 본 발명에 따른 광센서는 내습성, 내진동성 및 내낙하성이 우수하며 광센서의 신뢰성이 보다 개선되었다.
본 발명의 또다른 양태에 있어서, 광학부품은 틈새가 없도록 광학부품 사이에 합성수지가 끼워넣어져 밀착되어 광학부품의 광축 조정용 기반과 함께 제1합성수지와 동일한 물질내에 매립된다.
따라서, 상술한 바와 동일한 효과가 얻어진다.
더욱이 본 발명의 방법에 따르면 광센서가 홀더로 통합되는 어떠한 패키지를 필요로 하지 않고도 제1 및 제2기판을 반복적으로 사용함으로써 제조되어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 광센서를 제조하는데 사용되는 부품의 수를 줄여서 제조될 수 있으며, 이 방법은 보다 값싸고 대량생산에 유리하다.
더욱이, 본 발명의 방법에 따르면, 광센서가 광학부품으로 통합되어 만들어지는 제1기반을 이용하고 제2기반을 반복적으로 이용함으로서 제조되어질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 종래 기술에 있어서는 방법보다는 광센서를 제조하는데 있어서 보다 적은 부품수로 광센서를 제조할 수 있으며, 이 방법의 수행이 보다 값이 저렴하고 대량생산에 유리하다.
본 발명은 첨부도면과 관련한 이하의 상세한 설명과 청구범위를 참조하여 보다 충분히 이해될 수 있을 것이다.
제1도, 제2도 및 제3도는 본 발명의 광센서의 1예의 구성을 나타낸 정면도, 평면도 및 측면도이다. 본 실시예는 광자계 센서를 나타낸 것으로, 광원(도시하지 않음)으로부터의 광을 광섬유(21), 페루울(22), 렌즈(23), 편광자(24), 파라데이소자(25), 검광자(26), 렌즈(27), 페루울(28) 및 광섬유(29)를 경유하여 광수신기(도시하지 않음)로 수광하고, 그 수광한 광의 변조상태에 의거하여 파라데이소자(25)에 작용하는 자계를 광학적으로 계측하도록 한 것이다.
본 실시예에서는 렌즈(23), 편광자(24), 파라데이소자(25), 검광자(26) 및 렌즈(27)의 각 광학부품의 상호간을 에폭시계 또는 우레탄계등의 합성수지(30)로 틈새가 없게 밀착시키는 동시에, 이것들의 광학부품 및 광섬유(21,29)를 포함하는 페루울(22,28)의 주위를 동일한 합성수지(30)로 틈새가 없게 몰드한다.
하기에 제3도, 제5도에 표시한 광자계센서의 제조방법 1예에 관하여 설명한다.
제6도는 본 발명의 제조방법에 사용되는 광축 조정용 제1기반(31)의 구성의 1예를 나타내는 횡단 정면도, 제7도는 평면도, 제8도는 종단 측면도이다. 제1기반(31)에는 페루울(22) 및 렌즈(23)를 얹어놓는 부분(32)과 렌즈(27) 및 페루울(28)을 얹어놓는 부분(33)과, 편광자(24), 파라데이소자(25) 및 검광자(26)를 얹어놓는 부분(34)을 일체로 설치하고, 각 부분에 필요로 하는 광학부품을 얹어놓는 것만으로 그것들의 광축이 나오도록 설계된다. 도시한 실시예에서 부분(32,33)은 V-자형 홈으로 형성된다. 또한 이 기반(31)은 합성수지 경화후, 광학부품과 이탈하기 쉬운 재질, 예를들면 테프론(상품명) 등으로 형성한다.
먼저 제9도∼제11도에 표시한 바와같이 각 광학부품을 기반(31)의 소요부분에 얹어놓고 각 광학부품을 합성수지(30)를 통하여 틈새가 없게 밀착시킨 후, 동일한 합성수지(30)를 매립하여 경화시킨다. 이어서, 제1합성수지와 동일한 제2합성수지가 기반(31)상의 광학부품 주위에 채워져 경화된다(제9도 및 제11도). 채워진 합성수지(30)가 단일체의 하측면이 되도록 광학부품과 단일체로 제2합성수지(30)가 기반(31)으로부터 이탈되어 상측이 하측이 되도록 반전된다.
제12, 13 및 14도에 도시한 바와같은 단일체는 제1기반(31)과 유사한 재료로 만들어지지만 바닥이 평탄하지 않은 제2기판(35)에 배열된다. 이어서, 제1합성수지(30)와 동일한 제3합성수지(30)가 광학부품 둘레에 채워지고 제2기반(31)에 제2합성수지(30)가 채워져 경화된다. 이어서, 광학부품과 제2 및 제3합성수지가 제2기반(35)으로부터 이탈되어 제3도 및 제5도에 도시된 광자기센서가 얻어진다.
제15도, 제16도 및 제17도는 본 발여의 광센서의 다른 예의 구성을 나타내는 정면도, 평면도 및 측면도이다. 광센서는 제1기반(31)이 제2합성수지(30)내에 광학부품과 함께 매립된 것을 제외하고 제3도 내지 제5도에 도시한 광센서와 유사하다.
이 실시예에서, 기반(31)은 합성수지(30)와의 접착성이 좋은 재질, 예를들면 알루미나, 지르코니아 등으로 구성된다. 이 기반(31) 위에서 각 광학부품은 합성수지(30)를 통하여, 틈새가 없게 밀착시킨 후, 동일한 합성수지(30)를 매립하여 경화시키고 이어서 기반(31)을 광학부품에 접착시킨채로, 그 표리를 반전시켜 상술한 것과 동일하게 저면이 평탄한 기반(35)에 얹어놓고 동일한 제3합성수지(30)를 광학부품과 제1기반(31)과 제2기반(35) 주위에 매립하여 제1실시예와 동일한 방식으로 경화시킨다.
이어서, 광학부품과 기반(31)을 제2기반(35)으로부터 이탈시켜 광센서를 얻는다.
또한 본 발명은 상술한 광전자계센서에 한하지 않고, 예를들면 파라데이소자(25)를 포켈스소자로 대치하고, 또한 편광자(24)와 포켈스소자와의 사이, 혹은 포켈스소자와 검광자(26)와의 사이에, 1/4 파장판을 삽입함으로써 광전압센서를 구성할 수 있고, 다른 광센서에도 유효하게 적용할 수가 있다.
상술한 바로부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명에 따르면 열팽창계수와 차이에 기인하는 센서내의 열스트레스를 방지하는 것이 가능하므로 광센서의 온도특성이 효과적으로 개선될 수 있다. 더욱이, 온도특성이 향상되므로서 광센서내의 수지내에서 금이가는 것이나, 균열, 파괴가 생기지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 광센서는 내습성, 내락하성, 내진동성이 우수하여 광센서의 신뢰성이 보다 향상될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 방법은 광센서의 제조에 보다 적은 부품수와 저렴한 가격으로 대량생산이 가능하다.
한편, 본 발명이 바람직한 실시예를 참조한 특정한 도시 및 상세한 설명을 포함하는 동시에, 전술한 기술분야의 당업자에 의해 형태와 상세한 설명에서 본 발명의 사상과 범위로부터 이탈함이 없이 그 범위내에서 다른 변형이 가능함이 이해될 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 렌즈와, 편광자와, 포켈스소자 또는 파라데이소자와, 검광자와, 광섬유 등의 복수의 광학부품을 가지며, 이들 광학부품을 경유하여 광빔을 전송하여 상기 광학부품에 작용하는 측정량을 광학적으로 계측하도록 한 광센서에 있어서, 상기 광센서가 상기 광학부품을 틈새가 없게 밀착시키는 제1합성수지와, 상기 각 광학부품의 주위를 몰드하는 상기 제1합성수지와 동일한 제2합성수지를 구비한 것을 특징으로 하는 광센서.
  2. 렌즈와, 편광자와, 포켈스소자 또는 파라데이소자와, 검광자와, 광섬유 등의 복수의 광학부품을 가지며, 이들 광학부품을 경유하여 광빔을 전송하여 상기 광학부품에 작용하는 측정량을 광학적으로 계측하도록 한 광센서에 있어서, 상기 광센서가 상기 광학부품을 얹어놓는 광축 조정용의 제1기반(base plate)과, 상기 각 광학부품을 틈새가 없이 밀착시키는 제1합성수지와, 상기 각 광학부품의 주위를 몰드하는 상기 제1합성수지와 동일한 제2합성수지를 구비한 것을 특징으로 하는 광센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 합성수지가, 에폭시 타입 및 우레탄타입 수지로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나의 것을 특징으로 하는 광센서.
  4. 제2항에 있어사, 상기 제1기판은, 상기 광학부품을 얹어놓은 표면을 가지며, 상기 표면은 얹어놓은 광학부품의 광축이 적절히 정렬되도록 V자형의 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1기반이 알루미나 및 지르코니아로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 재료인 것을 특징으로 하는 광센서.
  6. 렌즈와, 편광자와, 포켈스소자 또는 파라데이소자와, 검광자와, 광섬유 등의 복수의 광학부품을 가지며, 이들 광학부품을 경유하여 광빔을 전송하여 상기 광학부품에 작용하는 측정량을 광학적으로 계측하기 위한 광센서의 제조방법 있어서, 상기 복수의 광학부품을 광축 조정용의 제1기반에 얹어놓은 상태에서, 각 광학부품을 제1합성수지를 통하여 밀착시킨 후, 상기 광학부품을 제1합성수지와 동일한 제2합성수지로 매립하여 경화시키고, 이어서, 상기 경화된 제2합성수지와 함께 한 광학부품을 제1기반과 이탈시키고, 이 광학부품의 표리를 반전시켜서 저면이 평탄한 제2의 기반에 얹어넣고, 그 상태에서 광학부품의 주위를 제1합성수지와 동일한 제3합성수지로 매립하여 경화시킨 후, 제2 및 제3합성수지로 된 광학부품을 제2의 기반으로부터 이탈시키는 것을 특징으로 하는 광센서의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1의 기반은, 상기 합성수지가 경화된 후 광학부품으로부터 쉽게 이탈될 수 있는 재료로 형성됨을 특징으로 하는 광센서의 제조방법.
  8. 렌즈와, 편광자와, 포켈스소자 또는 파라데이소자와, 검광자와, 광섬유 등의 복수의 광학부품을 가지며, 이들 광학부품을 경유하여 광빔을 전송하여 상기 광학부품에 작용하는 측정량을 광학적으로 계측하기 위한 광센서의 제조방법 있어서, 상기 복수의 광학부품을 광축 조정용의 제1기반에 접착시키는 동시에, 각 광학부품을 제1합성수지를 통하여 밀착시킨 후, 상기 광학부품의 주위를 제1합성수지와 동일한 제2합성수지로 매립하여 경화시키고, 다음에 상기 제1의 기반을 상기 광학부품에 접착시킨채로, 그의 표리를 반전시켜서 저면이 평탄한 제2의 기반에 얹어넣고, 그 상태에서 광학부품 및 제1기반둘레를 제1합성수지와 동일한 제3합성수지로 매립하여 경화시킨 후 상기 제1기반 및 제2, 제3합성수지로 된 광학부품을 상기 제2의 기반으로부터 이탈시키는 것을 특징으로 하는 광센서의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 합성수지가, 에폭시타입 및 우레탄타입 수지로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 광센서의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제1기반은, 상기 광학부품을 엊어놓은 표면을 가지며, 상기 표면은, 얹어놓은 광학부품의 광축이 적절히 정렬되도록 V자형의 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1기반은, 알루미나 및 지르코니아로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 재료인 것을 특징으로 하는 광센서의 제조방법.
  12. 제2항에 있어서, 상기 합성수지가, 에폭시타입 및 우레탄타입 수지로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 광센서의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 합성수지가, 에폭시타입 및 우레탄타입 수지로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 광센서의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 제1기반은, 상기 광학부품을 엊어놓은 표면을 가지며, 상기 표면은, 얹어놓은 광학부품의 광축이 적절히 정렬되도록 V자형의 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서의 제조방법.
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