WO2010143866A2 - 광 정렬 장치 및 그 방법 - Google Patents

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WO2010143866A2
WO2010143866A2 PCT/KR2010/003665 KR2010003665W WO2010143866A2 WO 2010143866 A2 WO2010143866 A2 WO 2010143866A2 KR 2010003665 W KR2010003665 W KR 2010003665W WO 2010143866 A2 WO2010143866 A2 WO 2010143866A2
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optical
light
collimating lens
alignment
lens
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정진섭
손영수
신동수
김병민
홍진광
한유미
최용해
이욱재
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주식회사 나노베이스
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    • G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/646—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
    • G02B27/648—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake for automatically maintaining a reference alignment, e.g. in self-levelling surveying instruments
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    • G02B27/62—Optical apparatus specially adapted for adjusting optical elements during the assembly of optical systems

Definitions

  • the present invention relates to an optical alignment device and a method thereof, and in particular, to automatically align the light introduced into the optical type that requires precise alignment, including the optical fiber core, without using a separate manual operation or expensive large-scale equipment.
  • An optical alignment device and method thereof are provided.
  • the optical alignment is required for high precision, which is composed of the inner core and the cladding layer surrounding the optical fiber to accurately enter the light into the core of the optical fiber that transmits the optical signal to a long distance with low light loss through total reflection of the incident light.
  • the single mode optical fiber as well as the single mode optical fiber, if the optical alignment is misaligned, the light transmission efficiency is greatly reduced. Therefore, a device using an optical fiber uses a very precise fixing means for optical alignment.
  • the manual optical alignment means is used. Will be used.
  • Figure 1 shows an example of the configuration of the passive light alignment method of aligning the laser light source to the optical fiber.
  • the tilt stage 5 capable of precise tilting control of the lens 6 for adjusting the focus or the shape of the light in order to accurately align the laser generated by the laser generator 8 to the core portion of the optical fiber 2.
  • the optical fiber 2 is also mounted to the optical fiber adapter 4 and connected to the tilt stage 3.
  • These tilt stages 3, 5 are connected to the pole 7 and fixed in the correct direction and position.
  • the tilt stages 3 and 5 are finely adjusted by two or more tilt knobs, respectively, to allow alignment.
  • the aligned optical fiber 2 is connected to the various types of light utilization parts 1 to use the laser light aligned.
  • FIG. 2 shows an example of the tilt stage 10.
  • the stage as shown is generally used for fixing and aligning various types of optics, and is configured to enable precise adjustment with small deformation.
  • the tilt stage 10 is composed of a portion connected to and fixed to the pole, and a portion 14 to fix the optical flow while moving by the tilt knobs (11, 12, 13) to the laser light source and the optical fiber
  • the alignment position of the laser light can be adjusted manually during alignment.
  • the alignment takes a very long time, and a deviation occurs for each aligner, thereby lowering reliability.
  • FIG. 3 shows a configuration of a three-axis linear stage 20 used for optical fiber alignment, in which three large stages are combined in three axial directions to configure a three-axis stage. These stages also have a form that can be manually operated, as shown in the step may be configured to connect the stepping motor, respectively, and precisely through computer connection.
  • This configuration operates in such a way that the alignment is controlled by controlling the stepping motor while measuring the light output through the optical fiber through the optical fiber alignment through a separate optical measurement equipment.
  • the implementation cost is very high, and the optical measuring equipment is required for alignment, and the optical fiber output must be checked through the optical measuring equipment every time, and a separate computer is required as the control unit, which makes the configuration complicated and inconvenient to use. It is low in utilization and takes long alignment time.
  • An object of the present invention which is newly proposed to solve the alignment problem of the optical flow and the optical fiber as described above, automatically corrects the position and focus of the optical source between the optical source to be precisely aligned and the optical flow that requires precise alignment such as the optical fiber.
  • the automatic compensation configuration is a modular accessory, which ensures accurate and accurate use in every use, even without the need for inaccurate and time-consuming manual operations or large, complex, large-scale precision stages. It is to provide an optical alignment device and method for ensuring alignment.
  • Another object of the embodiments of the present invention is to control the collimating lens that aligns the incoming light source to the optical fiber core in three axes by using a voice coil motor, so that a single moving part can be miniaturized to precisely and quickly align the focus and position.
  • An optical alignment device and method thereof are provided.
  • Another object of the embodiments of the present invention is to determine the focus and position of the incident light source using only one set of optical sensors to generate a control signal that can be aligned to the correct position, thereby precise optical alignment with only minimal sensor configuration. It is to provide an optical alignment device and method thereof which enable this.
  • Another object of the embodiments of the present invention is to use only the collimating lens and the beam splitter to minimize the optical flow configuration, and to increase the versatility by allowing only the optical flow configuration to be replaced to correspond to the light source of various bands, It is an object of the present invention to provide an optical alignment device and a method for easily manufacturing a product of the lineup.
  • Another object of the embodiments of the present invention is to provide an optical alignment device and a method for minimizing the optical flow configuration and minimizing the configuration of the sensor and the control unit to increase the portability and versatility by miniaturizing the module size for the optical alignment. .
  • the optical alignment device and method includes an optical flow connection portion is fixed to the optical object to be aligned; A collimating lens for shaping a beam shape incident from an external light source; A lens position adjusting unit configured to vary the position of the collimating lens; An optical splitter disposed between the collimating lens and the optical object to be fixed fixed to the optical fiber connection part to provide light passing through the collimating lens to the optical object to be aligned, and to separate some of the auxiliary paths; A single detector which collects the light separated by the optical splitter and simultaneously collects the position and focus state information; It includes an automatic compensation control unit for adjusting the lens position adjusting unit in accordance with the detection result of the detection unit.
  • the optical object to be aligned may be an optical fiber adapter to which an optical fiber is fixed.
  • the collimating lens may include a plurality of lenses, and the lens position adjusting unit may be configured to vary a position of at least one of the plurality of lenses, and the light splitter includes a beam splitter, a reflective grating, and a transmission grating. You can use one of lens, prism.
  • the lens position adjusting unit varies the position of the collimating lens in three axes, and may use a voice coil motor as a driving means.
  • the single detector may comprise an optical sensor comprising a set of at least four mutually symmetric light receiving sensor elements of the same specification, wherein at least four of the light receiving sensor elements have two axes for positioning It is preferably arranged to pass through.
  • the automatic compensation controller controls the lens position adjusting unit so that the sum of sensing values of the mutually symmetric light receiving sensor element pairs is equal to the sum of the sensing values of the other light receiving sensor element pairs, thereby adjusting the focus of the incident light source. Characterized in that the implementation.
  • the automatic compensation control unit comprises a pair of light receiving sensor elements arranged at the center normal of the target axis and symmetrically divides the other light receiving sensor elements to form an even number combination, and the output sum of the light receiving sensor elements of each combination is
  • the process of controlling the lens position adjusting unit so as to be the same is characterized in that the position adjustment on the plane of the incident light source is performed on two axes.
  • An optical alignment method includes the steps of: arranging a collimating lens for shaping a beam shape incident from the external light source on an optical path between an optical object to be aligned and an external light source directed thereto; A beam splitter is disposed between the collimating lens and the alignment target optics to reflect a portion of the light passing through the collimation lens, and the transmitted light is led to the alignment point of the alignment target optics, and the reflected light Providing to a single optical sensor having a plurality of symmetrically configured light receiving sensor elements; And combining the outputs of the light receiving sensor elements of the single optical sensor to drive the collimating lens to at least two axes to achieve a target output combination.
  • the optical object to be aligned may be an optical fiber connected to an adapter.
  • the collimating lens, the beam splitter, and the single optical sensor configured between the alignment target optics and the external light source may be configured as a single module and disposed between the alignment target optics and the external light source.
  • the driving of the collimating lens may further include automatically compensating focus and position while driving the collimating lens with three axes.
  • the single light sensor has two or more pairs of light receiving sensor elements that are symmetrical, and the actuating of the collimating lens comprises driving the collimating lens such that the output sum between the predetermined combinations of the light receiving sensor elements is equal to the focal point and the position.
  • the method may further include automatically compensating for the target state.
  • the driving of the collimating lens may further include controlling the collimating lens by three axes by reading the single optical sensor once.
  • An optical alignment device and method comprise a modular accessory with an automatic compensation configuration that automatically corrects the position and focus of the optical source between the optical source to be precisely aligned and an optical source such as an optical fiber.
  • an optical alignment device and method thereof control a collimating lens that aligns an incoming light source to an optical fiber core in three axes using a voice coil motor, thereby miniaturizing a single operation unit to adjust focus and position. It has the effect of being able to align precisely and quickly.
  • An optical alignment device and method determine a focus and a position of an incident light source using only an optical sensor having a set of light receiving sensor elements to control a control signal that can be aligned to an accurate position. By generating it, precise light alignment is possible with only a minimum sensor configuration, so that the control unit configuration is simple and the configuration cost is lowered.
  • the optical alignment device and method according to the embodiment of the present invention use only a collimating lens and a beam splitter to minimize the optical flow configuration, and to replace only the optical flow configuration to correspond to the light source of various bands. It is possible to increase the efficiency of the various lineup products can be easily manufactured.
  • the optical alignment device and method thereof according to the embodiment of the present invention have the effect of minimizing the optical flow configuration and minimizing the configuration of the sensor and the controller to increase the portability and versatility by miniaturizing the module size for the optical alignment.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional passive optical alignment device.
  • 3 is a configuration of a driven multi-axis stage for the conventional optical fiber alignment
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an application of an automatic optical alignment device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of an optical alignment device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a drive unit configuration of the three-dimensional drive unit applied to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of the automatic compensation control unit applied to an embodiment of the present invention.
  • 8 to 10 are conceptual diagrams for explaining the evaluation method of the light receiving sensor element output for light alignment.
  • the optical fiber adapter 45 connected to the optical fiber is connected to the automatic optical alignment device 40, and the automatic The automatic optical alignment device 40 is disposed so that the light receiving side of the optical alignment device 40 faces the light source side of the laser generation unit 30 which is an external light source.
  • the automatic optical alignment device 40 may be compact, it may be applied in the form of an optical adapter module or an optical accessory between various light sources and the optical fiber adapter 45, and is easy to carry or handle, thus providing a light source for the optical fiber. It can be applied universally to the part that needs alignment.
  • the present invention is not limited to the optical fiber as described above, it can be applied for the alignment of the external light source for a variety of optical flow.
  • the automatic optical alignment device 40 configured as a module, there is no need to use a large, complex and expensive multi-axis stage, and do not need to manipulate the time-consuming manual tilt stage every time, optical alignment The burden required for this will be greatly reduced.
  • FIG. 5 illustrates an internal configuration of an automatic optical alignment device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the collimating lens 130, the light splitter 120, and the collimating lens 130 are three-dimensionally illustrated.
  • one side is configured with a connecting portion to which the optical fiber adapter 110 to which the optical fiber is connected is formed, and by forming the shape of the light beam incident from an external light source to the core portion of the optical fiber connected to the optical fiber adapter 110.
  • a collimating lens 130 is arranged to allow retraction.
  • the collimating lens 130 may be connected to the three-dimensional driving unit 160 and the position thereof may be adjusted in three axis directions.
  • the optical fiber adapter 110 may be configured and applied to the dedicated adapters for the automatic optical alignment device 100, only the universal adapter connection portion is configured in the automatic optical alignment device 100 for the purpose of versatility and substantially optical fiber is connected
  • the optical fiber adapter can be used to connect anything. Of course, instead of the optical fiber adapter 110 as described above, another type of optical type that requires alignment may be connected.
  • An optical splitter 120 is formed between the collimating lens 130 and the optical fiber adapter 110 so that the light of the external light source passing through the collimating lens 130 is mostly connected to the optical fiber adapter 110. Some light is split into auxiliary light paths while allowing them to reach the part. The separated auxiliary light is provided to the single optical sensor 140, and the automatic compensation controller 150 controls the 3D driver 160 based on the output of the single optical sensor 140 to control the optical sensor 140. Sorting is performed by making the output of the target value.
  • the optical splitter 120 may be applied to various light separation means such as a general beam splitter, a reflective grating, a transmission grating, a lens, a prism, and the like, and the illustrated configuration uses a beam splitter.
  • the beam splitter may separate the main optical path and the auxiliary optical path in various ratios, and the illustrated example uses a 99: 1 ratio.
  • the operation is possible, which can be appropriately determined according to the type of external light source.
  • an appropriate wavelength or an appropriate light may be determined according to an external light source.
  • the manufacturer can configure a plurality of product line-up corresponding to a variety of light sources with only a simple optical type change.
  • the optical fiber based on the optical splitter 120 optical separation point The optical splitter 120 and the optical sensor 140 should be disposed such that the distance to the core and the distance to the optical sensor 140 provide the same or optically identical characteristics.
  • an optical means for adjusting a distance or focus may be further disposed between the optical splitter 120 and the optical sensor 140, thereby increasing the alignment accuracy or the optical splitter 120 and the optical sensor.
  • the distance between the 140 may be adjusted regardless of the distance between the optical splitter 120 and the optical fiber core.
  • the collimating lens 130 may be made of a single lens as shown in the configuration, but composed of a plurality of lenses, the three-dimensional drive unit 160 for adjusting the position of the lens relative to one or more of them It can also be configured in a variable manner.
  • FIG. 6 illustrates a configuration example of the 3D driver 160 operating the collimating lens in FIG. 5, and as shown, the 3D driver includes three driving units 161 to 163 for driving three axes internally. It includes, each drive unit may be composed of a voice coil motor (Voice Coil Motor) for fine and precise control. Such a voice coil motor is used for precise control of a hard disk, and since its reliability has been proved as a small drive unit capable of very precise control, it is possible to precisely control the collimation lens, while reducing the size of the drive unit extremely.
  • a voice coil motor Voice Coil Motor
  • FIG. 7 illustrates a configuration of the automatic compensation controller 150.
  • an error gain unit 152 that applies a constant gain to an output obtained from the sensor unit 140 is applied, and the error gain unit 152 is applied.
  • the PID (Proportional-Integral-Derivative) gain control unit 152 is configured to generate a control value to control the three-dimensional drive unit 160.
  • the light sensor 140 consists of four mutually symmetric light receiving sensor elements in the example shown, and this set of light receiving sensor elements are arranged in a symmetrical structure and treated as a single light sensor.
  • the arrangement of a plurality of light-receiving sensor elements (mainly a photodiode) symmetrically in such a pair is called a PDIC (Photo Diode IC), which mainly focuses on an optical pickup portion of a media medium reproducing apparatus such as a CD or a DVD. It is developed as a device that is applied for control purposes and is used in a limited way.
  • PDIC Photo Diode IC
  • embodiments of the present invention utilize the fact that the individual light receiving sensor elements are uniformly arranged with high precision through a semiconductor process, and that the uniformity of the measurement value per unit area of each light receiving sensor element is high. This is used as a reference for the alignment of the light source with respect to the fiber core.
  • the application of the four light receiving sensor elements as shown in the embodiment of the present invention is not limited to the light sensor configuration, and in addition, if the plurality of light receiving sensor elements are arranged symmetrically with respect to the center, the application is not applicable. It is possible.
  • PDIC is used for focusing light, but in this embodiment, only one optical sensor is applied to control the focus and position of the light source at a time so that three-axis control can be performed with a single reading.
  • the error gain unit 152 shown in FIG. 1 is a value that can correspond to a target value by grasping the measurement values of each of the plurality of light receiving sensor elements (or may be referred to as divided cells) and applying appropriate weights to them. Make it. In this case, a combination value of the listening values of the respective light receiving sensor elements can be generated according to the control target.
  • the PID gain control unit 152 which grasps the difference from the desired target value through the difference between the combination values, provides the three-dimensional driving unit 160 with the axis adjustment control value corresponding thereto.
  • the arrangement of the light receiving sensor elements of the photosensor arranges the photosensor such that the reference axis for position adjustment (x, y axis in this embodiment) passes through the center of each of the light receiving sensor elements. That is, in the case of the optical sensor composed of four square light receiving sensor elements, the portion corresponding to the core of the optical fiber is the center of the optical sensor, and the optical sensor is disposed so as to be rhombic with respect to the axis.
  • the desired focus alignment criterion is the auxiliary light path through the optical splitter. This is the case where the light from the external light source passing through the collimated lens separated by is located at the center of symmetry of all the light receiving sensor elements.
  • the combination of output values of the light receiving sensor elements shown is set to a pair of symmetric light receiving sensor elements, paying attention to the fact that the shape of the light becomes an ellipse when out of focus. That is, when A and D are symmetrically combined, and B and C are symmetrically combined, it can be seen that the light becomes an ellipse when their output sums differ. Thus, the focus can be aligned if the values of these combinations are the same.
  • the uniformity may be a target value for the focus, and in this case, the error gain unit may output the error obtained through the illustrated evaluation equation by applying a predetermined weight.
  • FIG. 9 shows an example of combining the outputs of the light receiving sensor elements for adjusting the x-axis.
  • the centers of A and D are aligned with the center normal of the reference axis, and the centers of B and C are aligned with the reference axis. .
  • the light receiving sensor elements of the area where the light is biased are combined to ensure that the light is on the desired axis. That is, to have the left and right light receiving sensor elements B and C, respectively, including the light receiving sensor elements A and D through which the center normal line (dotted line) of the reference axis (x-axis) passes in order to grasp the light biased to the left.
  • FIG. 10 shows an example of combining the outputs of the light receiving sensor elements for adjusting the y-axis.
  • the evaluation combinations are respectively shown as B + D +.
  • C and B + A + C in some cases, individual weights may be applied to each measurement, eg B + C + 2D, B + C + 2A, etc.).
  • the alignment control can be made quickly and accurately even though the control configuration can be simplified since the control output is completed with all considerations for the three axes using only a single optical sensor.
  • a power unit such as a battery may be additionally configured to increase portability and convenience of operation.

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Abstract

본 발명은 광섬유 코어를 포함하는 정밀한 정렬이 필요한 광학류로 인입되는 광을 별도의 수동 조작이나 고가의 대형 장비를 사용하지 않고서도 자동적으로 정렬할 수 있도록 한 광 정렬 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 이를 위하여 정렬 대상 광 소스와 광섬유와 같은 정밀 정렬이 필요한 광학류 사이에서 광 소스의 위치와 초점을 자동적으로 보정하는 자동 보상 구성을 모듈형 액세서리로 구성함으로써, 작은 크기의 광학 액세서리를 적용하는 것 만으로 부정확하고 시간 소모가 큰 수동 조작이나 구성이 복잡하고 크기가 큰 대형의 정밀 스테이지를 적용하지 않더라도 매 사용 시 정확한 정렬이 보장되는 효과가 있다.

Description

광 정렬 장치 및 그 방법
본 발명은 광 정렬 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 광섬유 코어를 포함하는 정밀한 정렬이 필요한 광학류로 인입되는 광을 별도의 수동 조작이나 고가의 대형 장비를 사용하지 않고서도 자동적으로 정렬할 수 있도록 한 광 정렬 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
광학 기술의 발전은 다양한 산업 전반에 영향을 주어 미세 가공에서부터 초고속 통신에 이르는 광범위한 차세대 기술의 기반이 되고 있다. 특히, 직진성이 강한 레이저를 이용하여 미세 가공이나 표면을 개질하는 기술, 의학용 메스나 특정 세포를 선별 제거하는 기술, 광학 매체를 이용하여 데이터를 재생하는 기술, 광섬유의 전반사를 활용한 초고속 통신 기술 및 나노 크기의 입체적 시료에 대한 구성을 파악하는 현미경 기술 등 산업 및 의료 기술에 접목된 광학 기술은 점차 그 중요성이 높아지고 있다.
이러한 광학의 급속한 발전은 보다 정밀한 광학류와 이러한 광학류의 정밀한 정렬을 요구하게 되었으며, 이러한 정밀한 정렬을 위해서 다양한 정렬 장치들과 장비들이 등장하게 되었다.
특히 내부 코어와 이를 둘러싸는 클래드층으로 구성되어 입사광의 전반사를 통해 낮은 광손실로 광신호를 원거리까지 전달하는 광섬유의 코어에 광을 정밀하게 인입시키기 위한 광 정렬은 높은 정밀도를 요구하고 있는데, 멀티모드 광섬유는 물론이고 싱글모드 광섬유에서도 이러한 광정렬이 어긋날 경우 광전달 효율이 크게 낮아지게 된다. 따라서, 광섬유를 적용하는 장치의 경우 광정렬을 위해 대단히 정밀한 고정 수단을 이용하고 있다.
하지만, 광섬유를 이용하는 광학 기계를 연구 또는 개발하는 경우나 광학 장비에 광섬유를 선택적으로 연결하고자 하는 경우 등과 같이 광섬유와 광 소스(source)의 정렬이 가변적이거나 유동적일 경우 대부분의 경우 수동 광정렬 수단을 이용하게 된다.
도 1은 레이저 광 소스를 광섬유에 정렬시키는 방식 중 수동 광정렬 방식의 구성예를 보인 것이다.
도시된 바와 같이 레이저 발생부(8)에서 발생된 레이저를 광섬유(2)의 중심인 코어 부분에 정확하게 정렬하기 위하여 초점이나 광의 형태를 조절하는 렌즈(6)를 정밀한 틸팅 제어가 가능한 틸트 스테이지(5)에 배치하고, 광섬유(2) 또한 광섬유 어뎁터(4)에 장착하여 틸트 스테이지(3)에 연결한다. 이러한 틸트 스테이지들(3, 5)은 폴(7)에 연결되어 정확한 방향과 위치에 고정된다.
상기 틸트 스테이지(3, 5)는 각각 2개 이상의 틸트 노브(Tilt Knob)에 의해서 미세하게 조절되는데, 이를 통해서 정렬이 가능하게 된다.
이렇게 정렬된 광섬유(2)는 다양한 종류의 광이용부(1)와 연결되어 정렬된 레이저광을 이용할 수 있게 된다.
도 2는 틸트 스테이지(10)의 예를 보인 것으로, 도시한 바와 같은 형태의 스테이지는 다양한 광학류 고정과 정렬을 위해 일반적으로 사용되고 있는 것으로 변형이 작으면서 정밀한 조정이 가능하도록 구성되어 있다.
도시된 바와 같이, 틸트 스테이지(10)는 폴과 연결되어 고정되는 부분과, 틸트 노브들(11, 12, 13)에 의해 움직이면서 광학류를 고정하는 부분(14)으로 구성되어 레이저 광 소스와 광섬유 정렬 시 수동으로 레이저 광의 조사 위치를 조절할 수 있다.
하지만, 이러한 수동 조작 방식의 틸트 스테이지(10)를 이용하여 광섬유 정렬을 실시하는 경우 그 정렬 시간이 대단히 오래 걸리게 되며, 정렬하는 사람마다 편차가 발생하게 되어 신뢰성이 낮아지게 된다.
특히, 코어 부분이 극히 작은 광섬유에 대한 정확한 정렬을 위해서 많은 시행 착오가 필요하게 될 뿐만 아니라 온도와 습도, 틸트 스테이지를 구성하는 재질에 따라 정렬 상태가 가변되게 되므로, 실질적으로 정확한 정렬을 확인하기 위해서는 사용 직전에 다시한번 정렬해 줄 수 밖에 없고, 정렬하는 사람마다 편차가 발생하게 되어 균일성을 담보하기 어렵다.
이는 광학류를 이용하는 사용자에게 대단히 큰 부담이 되며, 실질적으로 광학류를 이용하여 제품을 개발하거나 연구하는 연구자와 같이 수시로 광섬유를 광원이나 광 신호에 정렬시켜야 할 경우 실질적으로 이러한 정렬을 위한 시간이 연구의 대부분을 차지할 정도이므로 그 불편함이 매우 크다.
도 3은 광섬유 정렬을 위해 사용되는 3축 선형 스테이지(20)의 구성을 보인 것으로, 대형 스테이지를 각 축방향으로 3개 결합하여 3축 스테이지를 구성한 것이다. 이러한 스테이지들 역시 수동으로 조작할 수 있는 형태가 있으며, 도시한 바와 같이 스테핑 모터를 각각 연결하여 컴퓨터 연결을 통해 정밀 조작할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 실질적으로 광섬유 정렬을 통해 광섬유를 통해 출력되는 광을 별도의 광 측정 장비를 통해 측정하면서 상기 스테핑 모터를 제어하여 정렬을 실시하는 방식으로 동작하게 된다.
즉, 구현 비용이 대단히 높고 정렬을 위해 광측정 장비가 별도로 필요하며, 매번 광섬유 출력을 광측정 장비를 통해 확인해야 할 뿐만 아니라 별도의 컴퓨터가 제어부로서 필요하게 되어 구성이 복잡하여 사용이 불편하고 공간 활용성이 낮으며 정렬 시간도 오래 걸리게 된다.
한편, 광섬유에 광원을 정렬시키는 경우가 아니더라도 정밀한 광학류에 대한 광정렬은 틸트 스테이지를 이용한 수동 조작 시 상당한 시간과 노력을 요구하며, 그 편차나 사용 환경 변화 등에 따른 왜곡에 의해 매번 재조정이 필요하여 광학류에 대한 광 소스의 정렬은 그 대상에 무관하게 어려운 작업이라 할 수 있다.
결국, 광학류와 광 소스의 정렬을 위해 소모되는 시간을 줄이고, 정렬된 상태에서도 미세한 변화를 매번 보정해 주어야하는 불편함을 해소할 수 있으면서, 정렬을 위한 별도의 구성 변경이 필요하지 않은 광정렬 수단에 대한 필요성은 광학류 정밀도 상승과 함께 급증하고 있는 추세이다.
상기와 같은 광학류와 광섬유의 정렬 문제점을 해결하기 위해 새롭게 제안하는 본 발명 실시예들의 목적은 정렬 대상 광 소스와 광섬유와 같은 정밀 정렬이 필요한 광학류 사이에서 광 소스의 위치와 초점을 자동적으로 보정하는 자동 보상 구성을 모듈형 액세서리로 구성함으로써, 작은 크기의 광학 액세서리를 적용하는 것 만으로 부정확하고 시간 소모가 많은 수동 조작이나 구성이 복잡하고 크기가 큰 대형의 정밀 스테이지를 적용하지 않더라도 매 사용 시 정확한 정렬이 보장되도록 한 광 정렬 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명 실시예들의 다른 목적은 인입되는 광소스를 광섬유 코어에 정렬하는 시준 렌즈를 보이스 코일 모터를 이용하여 3축으로 제어함으로써, 단일 동작부를 소형으로 구현하여 초점과 위치를 정밀하고 신속하게 정렬하도록 한 광 정렬 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명 실시예들의 다른 목적은 한 세트의 광센서만을 이용하여 입사되는 광 소스의 초점과 위치를 판단하여 정확한 위치가 되도록 정렬할 수 있는 제어 신호를 생성하도록 함으로써, 최소한의 센서 구성만으로 정밀한 광정렬이 가능하도록 한 광 정렬 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명 실시예들의 다른 목적은 시준 렌즈와 빔 스플리터 만을 이용하도록 하여 광학류 구성을 최소화하고, 다양한 대역의 광 소스에 대응하기 위해서 해당 광학류 구성만 교체할 수 있도록 함으로써 범용성을 높일 수 있으며, 다양한 라인업의 제품을 쉽게 제조할 수 있도록 한 광 정렬 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명 실시예들의 다른 목적은 광학류 구성을 최소화하고, 센서 및 제어부 구성을 최소화 함으로써 광 정렬을 위한 모듈 크기를 소형화하여 휴대성 및 범용성을 높일 수 있도록 한 광 정렬 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 정렬 장치 및 그 방법은 정렬 대상 광학류가 고정되는 광학류 연결부와; 외부 광 소스로부터 입사되는 광선 형상을 성형하는 시준 렌즈와; 상기 시준 렌즈의 위치를 가변하는 렌즈 위치 조절부와; 상기 시준 렌즈와 상기 광학류 연결부에 고정되는 정렬 대상 광학류 사이에 배치되어 시준 렌즈를 통과한 광을 상기 정렬 대상 광학류에 제공하면서 일부 광을 보조 경로를 분리하는 광분배기와; 상기 광분배기에 의해 분리된 광을 수집하여 그 위치와 초점 상태 정보를 동시에 수집하는 단일 검출부와; 상기 검출부의 검출 결과에 따라 상기 렌즈 위치 조절부를 조절하는 자동보상 제어부를 포함하여 이루어진다.
상기 정렬 대상 광학류는 광섬유가 고정된 광섬유 어뎁터일 수 있다.
상기 시준 렌즈는 복수의 렌즈들로 구성되고, 상기 렌즈 위치 조절부는 상기 복수의 렌즈들 중 하나 이상의 렌즈에 대한 위치를 가변하도록 구성할 수 있으며, 상기 광분배기는 빔 스플리터, 반사형 격자, 투과형 격자, 렌즈, 프리즘 중 하나를 이용할 수 있다.
상기 렌즈 위치 조절부는 상기 시준 렌즈의 위치를 3축으로 가변하며, 보이스 코일 모터를 구동 수단으로 이용할 수 있다.
상기 단일 검출부는 적어도 4개의 상호 대칭되는 동일한 규격의 수광 센서 요소들이 하나의 세트로 이루어진 광센서로 이루어질 수 있고, 상기 수광 센서 요소들 중 적어도 4개는 위치 조절을 위한 2개의 축이 각각의 중심을 지나도록 배치되는 것이 바람직하다.
바로 위에서, 상기 자동 보상 제어부는 상호 대칭되는 수광 센서 요소 쌍의 센싱값들의 합이 다른 수광 센서 요소 쌍의 센싱값들의 합과 동일하게 되도록 상기 렌즈 위치 조절부를 제어하여 입사되는 광 소스에 대한 초점 조절을 실시하는 것을 특징으로 한다.
바로 위에서, 상기 자동 보상 제어부는 목표 축의 중심 법선에 배치된 수광 센서 요소쌍을 포함하면서 그 외의 수광 센서 요소들을 각각 대칭되게 분할하여 짝수의 조합을 만들고, 이러한 각 조합의 수광 센서 요소들의 출력합이 모두 동일하도록 상기 렌즈 위치 조절부를 제어하는 과정을 2개 축에 대해 실시하여 입사되는 광 소스의 평면 상 위치 조절을 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 정렬 방법은 정렬 대상 광학류와 이를 지향하는 외부 광 소스 사이의 광 경로 상에 상기 외부 광 소스로부터 입사되는 광선 형상을 성형하는 시준 렌즈를 배치하는 단계와; 상기 시준 렌즈와 상기 정렬 대상 광학류 사이에 빔 스플리터를 배치하여 상기 시준 렌즈를 통과한 광의 일부를 반사시키고, 투과하는 광은 상기 정렬 대상 광학류의 정렬 지점으로 인입되도록 하며, 상기 반사된 광을 복수의 대칭 구성된 수광 센서 요소들을 구비한 단일 광센서에 제공하는 단계와; 상기 단일 광센서의 수광 센서 요소들의 출력을 조합하여 목표 출력 조합이 되도록 상기 시준 렌즈를 적어도 2개축 이상으로 구동시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 정렬 대상 광학류는 어뎁터에 연결된 광섬유일 수 있다.
상기 정렬 대상 광학류와 상기 외부 광 소스 사이에 구성되는 시준 렌즈와 빔 스플리터 및 단일 광센서는 단일 모듈 형태로 구성되어 상기 정렬 대상 광학류와 외부 광 소스 사이에 배치될 수 있다.
상기 시준 렌즈를 구동시키는 단계는 상기 시준 렌즈를 3개축으로 구동시키면서 초점과 위치를 자동 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단일 광센서는 대칭되는 두 쌍 이상의 수광 센서 요소들을 구비하며, 상기 시준 렌즈를 구동시키는 단계는 상기 수광 센서 요소들의 기 설정된 조합들 사이의 출력합이 동일하도록 상기 시준 렌즈를 구동시켜 초점과 위치가 목표 상태가 되도록 자동 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 시준 렌즈를 구동시키는 단계는 상기 단일 광센서를 한번 판독하여 상기 시준렌즈를 3개축으로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 정렬 장치 및 그 방법은 정렬 대상 광 소스와 광섬유와 같은 정밀 정렬이 필요한 광학류 사이에서 광 소스의 위치와 초점을 자동적으로 보정하는 자동 보상 구성을 모듈형 액세서리로 구성함으로써, 작은 크기의 광학 액세서리를 적용하는 것 만으로 부정확하고 시간 소모가 많은 수동 조작이나 구성이 복잡하고 크기가 큰 대형의 정밀 스테이지를 적용하지 않더라도 매 사용 시 정확한 정렬이 보장되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 정렬 장치 및 그 방법은 인입되는 광소스를 광섬유 코어에 정렬하는 시준 렌즈를 보이스 코일 모터를 이용하여 3축으로 제어함으로써, 단일 동작부를 소형으로 구현하여 초점과 위치를 정밀하고 신속하게 정렬하할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 정렬 장치 및 그 방법은 한 세트의 수광 센서 요소들을 구비한 광센서만을 이용하여 입사되는 광 소스의 초점과 위치를 판단하여 정확한 위치가 되도록 정렬할 수 있는 제어 신호를 생성하도록 함으로써, 최소한의 센서 구성만으로 정밀한 광정렬이 가능하여 제어부 구성이 간소하고 구성 비용이 낮아지는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 정렬 장치 및 그 방법은 시준 렌즈와 빔 스플리터 만을 이용하도록 하여 광학류 구성을 최소화 하고, 다양한 대역의 광 소스에 대응하기 위해서 해당 광학류 구성만 교체할 수 있도록 함으로써 범용성을 높일 수 있으며, 다양한 라인업의 제품을 쉽게 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 정렬 장치 및 그 방법은 광학류 구성을 최소화하고, 센서 및 제어부 구성을 최소화 함으로써 광 정렬을 위한 모듈 크기를 소형화하여 휴대성 및 범용성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존 수동 광정렬 장치의 구성도.
도 2는 수동 광정렬을 위한 틸트 스테이지 구성.
도 3은 종래의 광섬유 정렬을 위한 구동형 다축 스테이지의 구성
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 광정렬 장치의 적용 개념도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광정렬 장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 실시예에 적용된 3차원 구동부의 구동부 구성.
도 7은 본 발명의 실시예에 적용된 자동보상 제어부 구성 개념도.
도 8내지 도 10은 광정렬을 위한 수광 센서 요소 출력의 평가 방식을 설명하기 위한 개념도.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 광정렬 장치(40)의 배치예를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 광섬유가 연결된 광섬유 어뎁터(45)를 자동 광정렬 장치(40)에 연결하고, 상기 자동 광정렬 장치(40)의 수광측이 외부 광 소스인 레이저 발생부(30)의 광원측을 향하도록 자동 광정렬 장치(40)를 배치한다.
상기 자동 광정렬 장치(40)는 소형으로 구성될 수 있기 때문에 다양한 광 소스와 광섬유 어뎁터(45) 사이에 광학 어뎁터 모듈이나 광학 액세서리 형태로 적용될 수 있으며, 휴대나 취급이 간편하여 광섬유에 대한 광 소스 정렬이 필요한 부분에 범용적으로 적용될 수 있다. 한편, 본 발명은 상기와 같이 정렬 대상이 광섬유로 한정되지는 않으며 다양한 광학류에 대한 외부 광 소스의 정렬을 위해 적용될 수 있다.
이렇게 모듈 형태로 구성된 자동 광정렬 장치(40)를 이용하게 되면, 크기가 크고 구성이 복잡하며 고가인 다축 스테이지를 이용하지 않아도 되고, 시간이 오래 걸리는 수동 틸트 스테이지들을 매번 조작할 필요가 없어 광학 정렬에 필요한 부담이 획기적으로 경감될 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동 광정렬 장치(100)의 내부 구성을 보인 것으로, 도시한 바와 같이 시준 렌즈(130)와 광분배기(120), 상기 시준 렌즈(130)를 3차원으로 구동시키는 3차원 구동부(160)와 단일 광센서(140) 및 상기 광센서(140)의 출력에 따라 상기 3차원 구동부(160)를 제어하는 자동 보상 제어부(150)로 구성된다. 즉, 2개의 광학류 구성과 1개의 센서 그리고 구동부와 제어부로 이루어지므로 상기 자동 광정렬 장치(100)는 소형으로 구현될 수 있으며 광학류 사용이 최소화되어 낮고 양산성이 높다.
도시된 구성을 보면, 일측에는 광섬유가 연결된 광섬유 어뎁터(110)가 연결될 수 있는 연결부가 구성되고, 외부 광 소스로부터 입사되는 광선의 형상을 성형하여 상기 광섬유 어뎁터(110)에 연결된 광섬유의 코어 부분에 인입되도록 하는 시준 렌즈(130)가 배치된다. 상기 시준 렌즈(130)는 3차원 구동부(160)가 연결되어 3개축 방향으로 위치가 조절될 수 있다. 상기 광섬유 어뎁터(110)는 상기 자동 광정렬 장치(100)를 위한 전용 어뎁터들이 구성되어 적용될 수 있으며, 범용성을 위해 범용적인 어뎁터 연결부만 상기 자동 광정렬 장치(100)에 구성되고 실질적으로 광섬유가 연결되는 광섬유 어뎁터는 임의의 것을 연결하여 사용할 수 있도록 할 수 있다. 물론, 상기와 같은 광섬유 어뎁터(110) 대신 정렬이 필요한 다른 종류의 광학류가 연결될 수도 있다.
상기 시준 렌즈(130)와 상기 광섬유 어뎁터(110) 사이에는 광분배기(120)를 구성하여 상기 시준 렌즈(130)를 통과한 외부 광 소스의 광이 대부분 상기 광섬유 어뎁터(110)에 연결된 광섬유의 코어 부분에 도달하도록 하면서 일부 광을 보조 광로로 분리한다. 상기 분리된 보조광은 단일 광센서(140)에 제공되며, 상기 단일 광센서(140)의 출력을 기준으로 자동 보상 제어부(150)가 상기 3차원 구동부(160)를 제어하여 상기 광센서(140)의 출력이 목표값이 되도록 함으로써 정렬을 실시하게 된다.
상기 광분배기(120)는 일반적인 빔 스플리터, 반사형 격자, 투과형 격자, 렌즈, 프리즘 등과 같은 다양한 광 분리가 가능한 수단이 적용될 수 있으며, 도시된 구성은 빔 스플리터를 이용한 것이다. 상기 빔 스플리터는 다양한 비율로 주광로와 보조광로를 분리할 수 있으며, 도시된 예에서는 99:1 비율을 가지는 것을 이용한다. 물론, 보조 광로로 더 낮은 비율의 광이 분리되더라도 동작이 가능하며 이는 외부 광 소스의 종류에 따라 적절히 결정될 수 있다.
즉, 도시된 구성에서 상기 자동 광 정렬 장치(100)에는 시준 렌즈(130)와 광분배기(120)만 광학류에 해당하기 때문에 이를 교체 가능하도록 구성하게 되면 외부 광소스에 따라 적절한 파장이나 적절한 광분리 비율, 인입되는 광의 지름 등을 고려하여 적당한 광학류로 교체할 수 있으며, 제조사 측에서는 다양한 광 소스에 대응하는 복수의 제품 라인업을 간단한 광학류 변경만으로 구성할 수 있게 된다.
한편, 이러한 구성을 위해서는 광섬유 코어 부분에 인입되는 주광로의 광 상태와 상기 광센서(140)에 제공되는 보조광로의 광 상태가 대응되어야 하므로, 상기 광분배기(120) 광 분리 지점을 기준으로 광섬유 코어까지의 거리와 상기 광센서(140) 까지의 거리가 동일하거나 광학적으로 동일한 특성을 제공하도록 상기 광분배기(120) 및 광센서(140)를 배치해야 한다.
필요에 따라서는 상기 광분배기(120)와 상기 광센서(140) 사이에 거리나 초점 조절을 위한 광학 수단을 더 배치할 수 있으며, 이를 통해서 정렬 정밀도를 높이거나 상기 광분배기(120)와 광센서(140) 사이의 거리를 광분배기(120)와 광섬유 코어 사이의 거리에 무관하게 조절할 수 도 있다.
한편, 상기 시준 렌즈(130)는 도시된 구성과 같이 단일 렌즈로 이루어질 수 있으나 복수의 렌즈들로 구성되고, 렌즈의 위치를 조절하는 상기 3차원 구동부(160)가 이들 중 하나 이상의 렌즈에 대한 위치를 가변하는 방식으로도 구성될 수 있다.
도 6은 도 5에서 시준 렌즈를 동작시키는 3차원 구동부(160)의 구성 예를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 상기 3차원 구동부는 내부적으로 3개축에 대한 구동을 위하여 3개의 구동부(161 내지 163)를 포함하며, 각 구동부는 미세하면서 정밀한 제어를 위하여 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor)로 구성될 수 있다. 이러한 보이스 코일 모터는 하드디스크의 정밀한 제어를 위해 사용되고 있는 것으로, 대단히 정밀한 제어가 가능한 소형 구동부로서 그 신뢰성이 입증된 것이므로, 이를 통해서 시준 렌즈를 정밀하게 제어하면서도 구동부 크기를 극히 줄일 수 있다.
도 7은 상기 자동 보상 제어부(150)의 구성을 보인 것으로, 도시한 바와 같이 센서부(140)에서 얻어진 출력에 일정한 이득을 가하는 오차 이득부(152)를 적용하고, 상기 오차 이득부(152)의 출력과 원하는 목표값의 차이를 기준으로 PID(Proportional-Integral-Derivative) 이득 조절부(152)에서 상기 3차원 구동부(160)를 제어할 제어값을 생성하도록 구성한다.
이러한 궤환 구조를 가지는 PID 제어구조를 통해서 신속하게 원하는 목표값으로 수렴할 수 있게 되며, 그에 따라 광 정렬 역시 신속하게 실시될 수 있다.
상기 광센서(140)는 도시된 예에서 4개의 상호 대칭되는 수광 센서 요소들로 이루어지며, 이러한 한 세트의 수광 센서 요소들이 대칭 구조로 배치되어 하나의 광센서로 취급된다. 이러한 쌍으로 대칭되는 복수의 수광 센서 요소(주로 포토 다이오드)를 하나의 칩 형태로 배치한 것을 PDIC(Photo Diode IC)라 하는데, 이는 주로 CD나 DVD 등과 같은 미디어 매체 재생 장치의 광픽업 부분에 초점 조절 용도로 적용되는 소자로 개발되어 해당 용도로 제한되어 사용되고 있다.
기본적으로 상이한 용도로 사용되는 광센서지만, 본 발명의 실시예에서는 반도체 공정을 통해서 개별 수광 센서 요소들이 높은 정밀도로 균일 배치되며, 각 수광 센서 요소들의 단위 면적 당 측정치의 균일도가 높다는 점을 이용하여 이를 광섬유 코어에 대한 광 소스 정렬의 기준으로 활용한다.
물론, 본 발명의 실시예에 도시된 바와 같이 4개의 수광 센서 요소들을 적용한 것으로 광센서 구성이 한정되지는 않으며, 그 외에도 복수의 수광 센서 요소들이 중심을 기준으로 대칭적으로 배치된 형태라면 적용이 가능하다.
실질적으로, PDIC는 광의 초점을 맞추기 위한 용도로 사용되고 있으나, 본 실시예에서는 이러한 광센서를 하나만 적용하여 광 소스의 초점과 위치까지도 한꺼번에 제어할 수 있도록 하여 단일 판독으로 3축 제어를 실시하도록 한다.
이를 위해서, 도시된 오차 이득부(152)에서는 복수의 수광 센서 요소들(혹은 분할된 셀로 칭할 수도 있음) 각각의 측정치를 파악하여 이들에 적절한 가중치를 적용하는 것으로 목표값에 대응할 수 있는 수준의 값으로 만든다. 이때, 각 수광 센서 요소들의 측청치를 제어 대상에 따라 조합한 값을 만들 수 있다. 이러한 조합 값들 사이의 차이를 통해서 원하는 목표치와의 차이를 파악한 PID 이득 조절부(152)는 그에 대응하는 축 조절 제어값을 상기 3차원 구동부(160)에 제공하게 된다.
도 8 내지 도 10은 제어 대상에 맞추어 상기 광센서의 출력을 조합하는 방식을 나타낸 것으로, 여기서는 4개의 상호 대칭 형태의 수광 센서 요소들로 이루어진 광센서를 이용하는 경우를 보인 것이다. 한편, 상기 광센서의 수광 센서 요소들의 배치는 위치 조절을 위한 기준 축(실시예에서는 x, y 축)이 각 수광 센서 요소들의 중심을 지나도록 광센서를 배치한다. 즉, 4개의 정사각형 수광 센서 요소들로 이루어진 광센서의 경우 광섬유의 코어에 대응하는 부분이 광센서의 중심이 되도록 하며 광센서를 축을 기준으로 마름모꼴이 되도록 배치한다.
도 8은 초점을 조절하기 위하여 수광 센서 요소들의 출력을 조합한 예를 보인 것으로, 각 수광 센서 요소들을 도시한 바와 같이 각각 A 내지 D라 할 경우, 원하는 초점 정렬 기준은 상기 광분배기를 통해 보조 광로로 분리된 시준 렌즈를 통과한 외부 광소스의 광이 모든 수광 센서 요소들의 대칭 중심에 위치하는 경우이다. 도시된 수광 센서 요소들의 출력값 조합은 초점이 맞지 않을 경우 광의 형태가 타원이 된다는 점에 착안하여 대칭되는 수광 센서 요소들의 쌍으로 설정한다. 즉, A와 대칭되는 D를 한 쌍으로 조합하고, B와 대칭되는 C를 한 쌍으로 조합하면, 이들의 출력합이 차이를 보일 경우 광이 타원이 됨을 파악할 수 있다. 따라서, 이러한 조합의 값들이 동일하도록 할 경우 초점을 정렬할 수 있게 된다.
이러한 균일 정도가 초점에 대한 목표값이 될 수 있으며, 이 경우 오차 이득부에서는 도시된 평가식을 통해 얻어진 오차를 일정 가중치를 적용하여 출력할 수 있다.
도 9는 x축 조절을 위하여 수광 센서 요소들의 출력을 조합한 예를 보인 것으로, A와 D의 중심이 기준 축의 중심 법선에 일치되도록 배치하고, B와 C의 중심이 기준축에 일치되도록 배치한다. 이러한 경우, 광이 원하는 축에 존재하는지 확인하기 위하여 광이 치우칠 수 있는 영역의 수광 센서 요소들을 조합한다. 즉, 좌측으로 치우친 광을 파악하기 위하여 기준 축(x축)의 중심 법선(점선)이 지나가는 수광 센서 요소들(A, D)을 포함하면서 좌우측 수광 센서 요소들(B, C)을 각각 가지도록 조합(A+B+D, A+C+D)하여 이들의 출력합을 비교하는 것으로 광의 x축 기준 치우침을 파악할 수 있다.
비록, 이러한 경우 광이 좌측 D에만 존재하는 경우와 우측 D나 A에만 존재하는 경우에서 동일한 평가값이 나타날 수 있으나, 이러한 경우 도 10에 따른 y축 제어도 동시에 실시되므로 이러한 문제는 상호 보완 방식으로 해결된다.
도 10은 y축 조절을 위한 수광 센서 요소들의 출력을 조합한 예를 보인 것으로, 앞서 도 9와 동일한 방식으로 적용하며 단지 기준 축만 변경된 경우이므로, 그 평가 조합은 도시한 바와 같이 각각 B+D+C와 B+A+C가 된다.(경우에 따라서는, 각 측정값들에 대해 각각의 가중치가 적용될 수도 있다. 예를 들어, B+C+2D, B+C+2A 등)
결국, 이러한 방식을 통해서 단일 광센서만을 이용하여 한번의 센서 판독 만으로 3축에 대한 모든 고려가 완료된 제어 출력이 제공되므로 제어부 구성을 간단하게 할 수 있음에도 불구하고 정렬 제어가 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.
또한, 그 광학류 구성의 수가 작고 광센서와 3차원 구동부의 크기가 작으며 제어부 구성이 간단하기 때문에 비교적 작은 크기의 광정렬 장치를 제공할 수 있게 된다. 더불어, 제어 및 구동을 위한 전력 소모가 미비하기 때문에 건전지 등의 전원부를 추가 구성할 수 있어 휴대성이나 조작 편의성을 높일 수 있다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 정렬 대상 광학류가 고정되는 광학류 연결부와;
    외부 광 소스로부터 입사되는 광선 형상을 성형하는 시준 렌즈와;
    상기 시준 렌즈의 위치를 가변하는 렌즈 위치 조절부와;
    상기 시준 렌즈와 상기 광학류 연결부에 고정되는 정렬 대상 광학류 사이에 배치되어 시준 렌즈를 통과한 광을 상기 정렬 대상 광학류에 제공하면서 일부 광을 보조 경로를 분리하는 광분배기와;
    상기 광분배기에 의해 분리된 광을 수집하여 그 위치와 초점 상태 정보를 동시에 수집하는 단일 검출부와;
    상기 검출부의 검출 결과에 따라 상기 렌즈 위치 조절부를 조절하는 자동보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 정렬 대상 광학류는 광섬유가 고정된 광섬유 어뎁터인 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 시준 렌즈는 복수의 렌즈들로 구성되고, 상기 렌즈 위치 조절부는 상기 복수의 렌즈들 중 하나 이상의 렌즈에 대한 위치를 가변하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 광분배기는 빔 스플리터, 반사형 격자, 투과형 격자, 렌즈, 프리즘 중 하나인 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈 위치 조절부는 상기 시준 렌즈의 위치를 3축으로 가변하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈 위치 조절부는 하나 이상의 보이스 코일 모터를 구동 수단으로 이용하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 단일 검출부의 목표 검출 위치는 상기 광분배기를 기준으로 상기 광학류 연결부에 연결되는 정렬 대상 광학류의 정렬 지점에 대응하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 광분배기와 상기 단일 검출부 사이에 거리나 초점 조절을 위한 렌즈가 더 구성되는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 광분배기와 시준 렌즈는 교체 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 단일 검출부는 적어도 4개의 상호 대칭되는 동일한 규격의 수광 센서 요소들이 하나의 세트로 이루어진 광센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 수광 센서 요소들 중 적어도 4개는 위치 조절을 위한 2개의 축이 각각의 중심을 지나도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 자동 보상 제어부는 상호 대칭되는 수광 센서 요소 쌍의 센싱값들의 합이 다른 수광 센서 요소 쌍의 센싱값들의 합과 동일하게 되도록 상기 렌즈 위치 조절부를 제어하여 입사되는 광 소스에 대한 초점 조절을 실시하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  13. 청구항 11 있어서, 상기 자동 보상 제어부는 목표 축의 중심 법선에 배치된 수광 센서 요소쌍을 포함하면서 그 외의 수광 센서 요소들을 각각 대칭되게 분할하여 짝수의 조합을 만들고, 이러한 각 조합의 수광 센서 요소들의 출력합이 모두 동일하도록 상기 렌즈 위치 조절부를 제어하는 과정을 2개 축에 대해 실시하여 입사되는 광 소스의 평면 상 위치 조절을 실시하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  14. 청구항 1에 있어서, 휴대를 위해 상기 자동보상 제어부와 렌즈 위치 조절부 및 단일 검출부에 전원을 제공하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 장치.
  15. 정렬 대상 광학류와 이를 지향하는 외부 광 소스 사이의 광 경로 상에 상기 외부 광 소스로부터 입사되는 광선 형상을 성형하는 시준 렌즈를 배치하는 단계와;
    상기 시준 렌즈와 상기 정렬 대상 광학류 사이에 빔 스플리터를 배치하여 상기 시준 렌즈를 통과한 광의 일부를 반사시키고, 투과하는 광은 상기 정렬 대상 광학류의 정렬 지점으로 인입되도록 하며, 상기 반사된 광을 복수의 대칭 구성된 수광 센서 요소들을 구비한 단일 광센서에 제공하는 단계와;
    상기 단일 광센서의 수광 센서 요소들의 출력을 조합하여 목표 출력 조합이 되도록 상기 시준 렌즈를 적어도 2개축 이상으로 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 정렬 대상 광학류는 어뎁터에 연결된 광섬유인 것을 특징으로 하는 광 정렬 방법.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 정렬 대상 광학류와 상기 외부 광 소스 사이에 구성되는 시준 렌즈와 빔 스플리터 및 단일 광센서는 단일 모듈 형태로 구성되어 상기 정렬 대상 광학류와 외부 광 소스 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광 정렬 방법.
  18. 청구항 15에 있어서, 상기 시준 렌즈를 구동시키는 단계는 상기 시준 렌즈를 3개축으로 구동시키면서 초점과 위치를 자동 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 방법.
  19. 청구항 15에 있어서, 상기 단일 광센서는 대칭되는 두 쌍 이상의 수광 센서 요소들을 구비하며, 상기 시준 렌즈를 구동시키는 단계는 상기 수광 센서 요소들의 기 설정된 조합들 사이의 출력합이 동일하도록 상기 시준 렌즈를 구동시켜 초점과 위치가 목표 상태가 되도록 자동 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 방법.
  20. 청구항 15에 있어서, 상기 시준 렌즈를 구동시키는 단계는 상기 단일 광센서를 한번 판독하여 상기 시준렌즈를 3개축으로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 정렬 방법.
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