KR960013752B1 - 광 자계 센서 및 그의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

광 자계 센서 및 그의 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 광 자계 센서에 사용된 광섬유의 말단부를 근접하여 도시한 확대 부분 단면도.

제2도는 본 발명의 다른 실시예에 사용된 광섬유의 말단부를 근접하여 도시한 확대부분 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 광 자계 센서의 일실시예를 도시한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 케이싱 2 : 광섬유

2a : 광섬유의 말단부 3 : 페룰

3a : 페룰의 말단부 5 : 편광자

6 : 자기광학소자 7 : 검광자

8 : 베이스 11 : V형 홈

12 : 구형 렌즈 13,23 : 합성수지

14 : 오목부 또는 노치(notch)

본 발명은 전력 전송선망, 전력 분배선망, 변전소 등에서의 고장점을 검출하기 위한 검출 시스템에 주로 사용된 광 자계 센서에 관한 것으로, 특히 광 자계 센서의 제조방법에 관한 것이다.

전력 시스템에서 고장점을 자동적으로 발견하기 위해, 광 단결정(예를들어, BSO 등)을 이용한 광 자계센서가 최근에 실제 사용되어 왔다. 이 장치에 있어서, 광송신기로부터 발광된 광은 자기광학소자를 통해 전송되어 광이 감지된 광수신기로 수용된다. 만일 전류값이 단락회로 또는 접지에 의해 급변하게 된다면, 전력 전송선 주위에 생선된 자계의 크기가 변화되어 자기광학소자를 통해 전송된 광의 분극 평면을 변화시킨다. 분극 평면내의 변화를 검출하여 고장 발생의 여부를 판단한다.

상기 광 자계 센서는 자기광학소자와, 센서 내에 있는 편광자 및 검광자와, 및 센서에 삽입되고 페룰에 의해 센서의 고정된 말단부를 갖는 광섬유를 포함한다. 광섬유의 말단부로부터의 광의 시준(병렬 비임 다발을 형성하고 집광)은 로드(rod)렌즈에 의해 실행된다. 사실상, 원통형 로드렌즈는 각기 페룰의 말단부에 접속 고정되고 원통형 로드 렌즈의 다른 표면은 각각 편광자와 검광자에 마주보게 된다. 광섬유중 하나를 통해 전송된 광은 로드 렌즈 중의 하나를 통해 편광자로 공급되고, 검광자로부터 발광된 광은 다른 로드렌즈를 통해 다른 광섬유의 말단부 상으로 전송된다.

그러나, 상술된 광 자계 센서에 있어서는, 광섬유와 로드 렌즈의 말단부의 광축을 조절할 필요가 있다. 으로드 렌즈는 금속 원자의 방사상 분포를 조절함으로써 형성된 방사상 방향의 굴절률 분포를 갖는다. 따라서, 광섬유의 중심이 굴절률 분포의 중심과 일치하지 않는다면, 광은 고능률적으로 시준되지 않는다. 더우기, 굴절률의 중심이 로드 렌즈의 외부 형상으로부터 판단하여 찾을 수 없는 것과 마찬가지로, 광축의 조절 또는 정렬(alignment)은 모든 방향에 걸쳐 2차원으로 동작시키게 되는데, 이는 장시간을 필요로 하며 작동에 곤란성이 발생하게 된다.

더우이, 로드 렌즈를 사용할 경우, 광섬유와 로드렌즈의 말단부의 광축이 상기 이유로 인해 서로 자주 불일치 됨으로써, 광의 시준(collimationg)이 불완전하여 광량의 손실을 증가시킨다. 따라서, 각각 광송신기와 고장점 검출개소와의 거리, 및 광수신기와 고장점 검출개소와의 거리를 소정거리이상 확대할 수 없다.

본 발명의 목적은 단시간에 고정밀도로 시준기부에서 광축의 정렬을 용이하게 이행하는 광 자계 센서를 제공하고, 또한 개선된 상기 광 자계 센서의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 센서내에 삽입된 광섬유의 말단부에 대하여 상대적으로 고정된 베이스와, 광섬유의 말단부와 광학 부품 사이 및 자기광학소자와 광학 부품사이에 광신호를 전송시키기 위한 광학 부품을 포함하고, 광신호가 광섬유의 말단부와 광학부품 사이에서 시준되는 광자계 센서에 있어서, 베이스상에 형성되며 상기 구형 렌즈를 설치할 때 구형 렌즈의 기하학적인 중심이 광섬유의 높이와 위치 맞춤되도록 형성되는 홈 또는 돌출부와, 홈 또는 돌출부상에 설치되고 광신호를 시준하기 위해 광섬유의 말단부에 광학적으로 정렬되는 구형 렌즈와, 광섬유의 말단부와 구형 렌즈 사이의 간극에 각각 충전된 합성수지 부재를 포함한다.

본 발명의 제2측면에서 보면, 센서 내에 삽입된 광섬유의 말단부에 대하여 상대적으로 고정된 베이스와, 광섬유의 말단부와, 광학부품 사이 및 자기광학 소자와 광학부품 사이에 광신호를 전송시키기 위한 광학부품을 포함하고, 광신호는 광섬유의 말단부와 광학부품 사이에서 시준되는 광 자계센서의 제조방법에 있어서, 베이스상에 홈 또는 돌출부를 형성하는 단계로서, 상기 홈 또는 돌출부는 구형 렌즈를 설치할 때 광신호를 시준하기 위한 구형 렌즈의 기하학적인 중심이 광섬유의 높이와 위치 맞춤되도록 형성되는 단계와, 홈 또는 돌출부상에 구형 렌즈를 배치하는 단계와, 광섬유의 말단부와 구형 렌즈 사이에 합성수지를 충전하는 단계와, 합성 수지의 응고 이전에 구형 렌즈와 상기 광섬유의 말단부 사이의 거리를 조절하여 말단부의 광축과 구형 렌즈를 서로 정렬하는 단계와, 합성 수지를 응고시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 제3측면에서 보면 센서내에 삽입된 광섬유의 말단부에 대하여 상대적으로 고정된 베이스와, 광섬유의 말단부와 광학 부품 사이 및 자기광학 소자와 광학부품 사이에 광신호를 전송하기위한 광학 부품을 포함하고, 광신호는 광학 부품과 광섬유의말단부 사이에 시준되는 광 자계 센서의 제조방법에 있어서, 상기 베이스상에 홈 또는 돌출부를 형성하는 단계로서, 홈 또는 돌출부는 구형 렌즈를 설치할 때 광신호를 시준하기 위한 구형 렌즈의 기하학적인 중심이 광섬유의 높이에 위치 맞춤되도록 형성되는 단계와, 홈 또는 돌출부상에 구형 렌즈를 배치하는 단계와, 광섬유의 말단부와 구형 렌즈 사이에 합성수지를 충전하는 단계와, 합성 수지의 응고 이후에 구형 렌즈와 광섬유 말단부 사이의거리를 조절하여 말단부의 광축과 구형 렌즈를 서로 정렬하는 단계를 포함한다.

여기서 사용된 광학부품은 편광자와 검광자를 포함하는 것이다. 광섬유의 말단부는 페룰에 의한 센서에 고정될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 이후에 상세한 설명과 청구범위를 보다 이해하기 쉽게 언급하였다.

먼저, 제3도를 참조하여 본 발명의 일실시예로써 전력 시스템 내의고장점을 자동검출하기 위한 광 자계센서의 전체 구조에 대하여 설명한다.

제3도에 도시된 광 자계 센서는 입력측, 장치부분, 출력측이 대략 U자형인 레이아웃(layout)을 갖는다. 그러나, 그들은 일직선상에 나란히 배열될 수도 있다.

보다 상세하게는, 위에 페룰(3)이 입출력상에 배치된 베이스(8)가 케이싱(1)에 고정된다. 장치부분에 있어서, 편광자(5), 자기광학소자(6) 및 검광자(7)가 상기 순으로 배열된다. 자기광학소자(6)와 각 광학 부품은 베이스(8)상에 미리 제공되어진 소정 디자인 페턴(예를 들어, 홈 또는 돌출부)에 의해 위치지정된다.

다음, 확대 단면으로 페룰(3)의 말단부를 도시한 제1도를 참조하여 시준기부를 상세히 설명한다. 베이스(8)상에는 일정 폭을 갖는, 예를 들어 V자형 홈(11)이 형성되고, 이 홈(11)에 구형렌즈(12)가 지그(도시안됨)로 고정되어 지지된다.

입출력측상의 구성성분이 서로 거의 동일하므로, 입력측상의 구성성분에 대하여 설명한다. 광섬유(2)는 지그(도시안됨)로 베이스(8)내에 형성된 홈(11)에 배치되어진 페룰(3)에 고정된다. 페룰(3)의 위치 조절에 의해, 광섬유(2) 말단부(2a)의 광축이 구형 렌즈(12)의 것과 거의 일치하게 된다. 합성수지, 바람직하게 에폭시 수지는 제1도에 도시된 바와같이 페룰(3)의 말단부(3a)와 구형 렌즈(12)간의 간극에 충전된다.

합성수지(13)의 응고이전에, 광섬유(2)를 통해 광 비임이 전송되는 동안, 페룰(3)의 말단부(3a)가 지그(도시안됨)에 의해 제1도에 도시된 바와같이 좌우측으로 미세하게 조절됨으로써, 광 비임을 시준시키기에 가장 적합한 위치로 광섬유(2)의 말단부(2a)를 위치시키도록 광섬유(2)의 말단부(2a)와 구형렌즈(12)간의 거리는 미세하게 조절되어진다. 광섬유(2)가 위치 결정된 후, 합성수지(13)가 응고된다. 합성수지(13)가 응고됨으로써 구형 렌즈(12)와 합성수지(13), 페룰(3)의 말단부(3a) 및 베이스(8)는 시준부에서 광축이 최적상태로 조정되고 단일본체로써 유지된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 페룰(3)이 고정된 후, 구형 렌즈는 광축의 정렬이나 광축을 일치시키기 위해 좌우로 미세하게 조절된다. 다른 방법으로, 구형 렌즈(13)와, 합성수지(13), 및 페룰(3)의 말단부(3a)가 일체적으로 접합된 상태에 있어서 합성수지(13)와 베이스(8)을 접합하지 않고 베이스(8)에 대한 페룰(3)의 위치 결정 및 고정이 기계적인 고정 또는 접착제에 의해 실행될 수 있다.

또는 다른 대체방안으로, 합성수지(13)로서 응고이후 탄성을 갖는 합성수지가 사용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 구형 렌즈(12)와 페룰(3)의 말단부(3a)간의 간극에 충전된 합성수지와 응고 이후, 페룰(3) 및/또는 구형 렌즈(12)는 광섬유(2)와 구형 렌즈(12)의 광축의 정렬을 성취하기 위해 그 사이의 간격을 조절하도록 좌우로 미세하게 조절되어진다. 이후, 페룰(3)과 구형 렌즈(12)가 베이스(8)에 고정된다.

본 발명에 따른 광 자계 센서에 있어서, 입력측상의 광섬유(2)의 말단부(2a)로부터 발광된 광이 합성수지(13)와 구형 렌즈(12)에서 시준된다.

다음, 시준된 광이 편광자(5)를 통과하여 직선 편광으로 되고, 자기광학소자(6)를 통해 전송되어 패러데이 회전을 받는다. 광이 검광자(7)를 통과하고 광량은 패러데이 회전에 따라 변화한다. 이 광량은 자기광학소자(6)에 가해지는 자계에 대응한다. 다음, 검광자(7)로부터 발광된 광이 출력측상의 구형 렌즈(12)와 합성수지(13)에서 집광되며 출력측상의 광섬유의 말단부(2a)로 입사하게 된다.

도시된 실시예의 광 자계 센서에 있어서, 시준은 구형 렌즈(12)의 사용으로써 이루어진다. 구형 렌즈는 화학 조성의 제어를 이용하는 로드렌즈와는 다르게 구면의 곡률을 이용하여 굴절률 경사도(gradient)를 형성한다. 따라서, 구형 렌즈(12)의 광학 중심은 그의 기하학적 중심에 일치하게 된다. 결과적으로, 구형 렌즈(12)의 기하학적 중심의 높이가 홈(11)의 깊이를 조절함에 따라 디자인된 광섬유(2)의 높이와 일치되는한, 그 광축들은 상술된 바와 같이 로드 렌즈에서 2차원에 걸쳐 광축 조절을 행할 필요없이 광섬유의 축방향으로 베이스 상에 페룰(3)을 슬라이드시켜 용이하게 서로 일치시키거나 정렬시킨다.

그러므로, 본 발명에 따르면, 광축의 정렬은 종래 기술과 비교해서 광량의 손실이 훨씬 적고 고정밀도로 용이하게 이행되어진다. 더우기, 도면에 도시 되어진 실시예에 있어서, 구형 렌즈(12)와 페룰의 말단부(3a)간의 간극에 합성수지를 충전함으로써, 구형 렌즈(12)에 대응하여 시준에 적당한 굴절율과 두께를 갖는, 예를 들어, 면정밀도가 요구되는 스페이서가 불필요하다.

베이스(8)는, 예를 들어, 금속, 세라믹재, 플라스틱재 등으로 제조된다. 페룰(3)는 알루미나, 이산화지르코늄 등과 같은 세라믹재로 제조된다. 합성수지(13)는 예를 들어, 에폭시 베이스 접착제, 아크릴레이트 베이스 접착제 등으로 제조된다. 응고후 탄성을 갖는 합성수지는, 예를 들어, 실리콘 수지 등이있다. 구형 렌즈(12)는 제2도에 도시된 바와같이 페룰(3)의 말단부에 고정될 수 있다. 보다 상세하게, 제2도에 도시된 바와같이, 페룰(3)내의 광섬유(2)는 좌우로 이동가능하며, 페룰(3)의 말단부에는 V형 노치 또는 원추형 노치(14)가 설치되고, 노치(14)의 내면에 내접하도록 구형 렌즈(12)를 고정한다. 노치(14)와 구형 렌즈(12)간의 간극은 상술된 바와 같이 합성수지로 충전된다. 다음, 광섬유(2)는 광섬유와 구형 렌즈의 광축을 정렬하기 위해 좌우로 미세하게 조절된다. 광섬유(2)가 위치 결정된 후, 합성수지가 응고된다. 이 상태하에서, 합성수지(23)의 말단부(23a)는 편광자(5) 또는 검광자(7)에 마주보게 된다. 이 배치로 시준이 수행된다.

합성수지(23)로 구형 렌즈(12)와 페룰(3)을 부착하여 베이스(8)에 고정된다. 다른 방법으로, 구형 렌즈(12)가 페룰(3)의 노치(14)에 수용된 후, 구형 렌즈(12)는 합성수지(23)에 의해 페룰(3)에 고정된 다음 페풀(3)은 합성수지(23) 또는 다른 유기 접착제로 베이스(8)에 고정된다.

베이스(8)는 합성수지 접착제에 의해 페룰(3)에 접속되는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 베이스(8)와 페룰(3)사이에 접착층이 합성수지(23)로부터 분리될 수 있고 또한 합성수지(23)와는 다른 재료가 일 수도 있다. 더우기, 접착증은 합성수지(23)와 연결될 수도 있는데, 이 경우에 접착층은 동일 재료의 주조에 의해 동시에 형성된다.

구형 렌즈(12)의 외주면이 제2도에 도시된 바와같이 합성수지(23)의 말단부(23a)에 내접하지만, 구형 렌즈(12)가 말단부(23a)로부터 부분 돌출하거나 또는 말단부(23a)로부터 부분 돌출하거나 또는 말단부(23a)로부터 안쪽으로 노치(14)에 완전히 수용될 수도 있다.

광섬유(2)는 상기 실시예에서 페룰(3)내에 고정되도록 도시되었다. 그런, 페룰(3)이 광 자계 센서용으로 필수적인 것은 아니다. 광섬유(2)는 페룰을 사용하지 않고 베이스(8)에 고정될 수 있다. 이 경우에는, 마이크로 광학 분야에 통상적으로 사용되는 기술이 적용된다. 예를 들어, 베이스(8)에는 광섬유의 연장 방향을 따라 V형 단면을 갖는 홈이 형성되고, 광 섬유는 홈에 배열되며 합성수지 접착제에 의해 베이스(8)에 고정된다.

광 자계 센서와 그의 제조방법에 따르면, 합성수지가 상기 부재들을 위치 결정하기 위해 광섬유의 말단부와 구형 렌즈의 사이의 간극에 충전됨으로써, 구형 렌즈와 광섬유 간의 거리가 시준을 위해 최적이 되도록 결정되어진다. 따라서, 본발명에 따른 광 자계 센서는 시준 특성이 우수하고 광량의 손실이 감소된다. 결과적으로, 광송신기 및/또는 송수신기의 고장점을 검출하기 위한 위치간의 거리를 확대시킬 수 있다.

더우기, 본 발명에 따르면, 광섬유의 말단부와 구형 렌즈간의 충전된 합성수지가 1차원으로 광섬유의 말단부와 구형 렌즈간의 거리만을 조절함으로써 광섬유와 구형 렌즈의 광축의 정렬을 용이하게 한다. 따라서, 광축의 정렬은 고정밀도로, 보다 용이하게 이행되어진다. 결과적으로, 본 발명에 따라 고정밀도의 광 자계센서의 수득률이 현저하게 개선되고 그들의 생산비는 감소된다.

본 발명이 바람직한 특정의 실시예와 관련하여 기술되었지만 첨부 특허청구 범위에 규정된 본 발명의 범위를 이탈하지 않고 많은 변형이 가능하다고 본다.

Claims (7)

1. 센서내에 삽입된 광섬유의 말단부에 대하여 상대적으로 고정된 베이스와, 광섬유의 말단부와 광학 부품 사이 및 자기광학소자와 광학 부품사이에 광신호를 전송시키기 위한 광학 부품을 포함하고, 상기 광신호가 광섬유의 말단부와 광학 부품 사이에서 시준되는 광 자계 센서에 있어서, 상기 베이스상에 형성되며 구형 렌즈를 설치할 때 상기 구형 렌즈의 기하학적인 중심이 광섬유의 높이와 위치 맞춤되도록 형성되는 홈 또는 돌출부와, 상기 홈 또는 돌출부상에 설치되고 상기 광신호를 시준하기 위해 광섬유의 말단부에 광학적으로 정렬되는 구형 렌즈와, 광섬유의 말단부와 구형 렌즈 사이의 간극에 각각 충전된 합성수지 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광자계 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서가 이동가능한 광섬유를 수용하기 위해 제공되고, 구형렌즈가 노치의 내면상에 내접하도록 수용되어진 노치를 형성하는 페룰을 포함하는 것을 특징으로 하는 광자계 센서.
3. 센서 내에 삽입된 광섬유의 말단부에 대하여 상대적으로 고정된 베이스와, 광섬유의 말단부와 광학부품 사이 및 자기광학 소자와 광학부품 사이에 광신호를 전송시키기 위한 광학 부품을 포함하고, 상기 광신호는 광섬유의 말단부와 광학부품 사이에서 시준되는 광 자계 센서의 제조방법에 있어서, 베이스상에 홈 또는 돌출부를 형성하는 단계로서, 상기 홈 또는 돌출부는 구형 렌즈를 설치할 때 상기 광신호를 시준하기 위한 상기 구형 렌즈의 기하학적인 중심이 광섬유의 높이와 위치 맞춤되도록 형성되는 단계와, 상기 홈 또는 돌출부상에 구형 렌즈를 배치하는 단계와, 광섬유의 말단부와 구형 렌즈 사이에 합성수지를 충전하는 단계와, 합성수지의 응고 이전에 상기 구형 렌즈와 상기 광섬유의 말단부 사이의 거리를 조절하여 말단부의 광축과 상기 구형 렌즈를 서로 정렬하는 단계와, 합성 수지를 응고시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 자계 센서의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 광섬유의 말단부와 구형 렌즈간의 거리가 베이스 표면에 형성된 홈을 따라 조절됨을 특징으로 하는 광 자계 센서의 제조방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 합성 수지는 각각 이동가능한 광섬유를 수용하기 위해 제공된 페룰의 노치에 수용된 구형 렌즈와 말단부 사이에 충전되는 것을 특징으로 하는 광 자계 센서의 제조방법.
6. 센서내에 삽입된 광섬유의 말단부에 대하여 상대적으로 고정된 베이스와, 광섬유의 말단부와 광학 부품 사이 및 자기광학 소자와 광학 부품 사이에 광신호를 전송하기위한 광학 부품을 포함하고, 상기 광신호는 광학 부품과 광섬유의 말단부 사이에 시준되는 광 자계 센서의 제조방법에 있어서, 상기 베이스상에 홈 또는 돌출부를 형성하는 단계로서, 상기 홈 또는 돌출부는 구형 렌즈를 설치할 때 상기 광신호를 시준하기 위한 상기 구형 렌즈의 기하학적인 중심이 광섬유의 높이에 위치 맞춤되도록 형성되는 단계와, 상기 홈 또는 돌출부상에 구형 렌즈를 배치하는 단계와, 광섬유의 말단부와 구형 렌즈 사이에 합성수지를 충전하는 단계와, 합성수지의 응고 이후에 구형 렌즈와 광섬유 말단부 사이의 거리를 조절하여 말단부의 광축과 구형 렌즈를 서로 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 자계 센서의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 합성수지가 응고 이후에 탄성을 갖는 수지임을 특징으로 하는 광 자계 센서의 제조방법.