WO2012074280A2 - 광학 어셈블리 - Google Patents

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WO2012074280A2
WO2012074280A2 PCT/KR2011/009177 KR2011009177W WO2012074280A2 WO 2012074280 A2 WO2012074280 A2 WO 2012074280A2 KR 2011009177 W KR2011009177 W KR 2011009177W WO 2012074280 A2 WO2012074280 A2 WO 2012074280A2
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optical member
optical
light
axis
light source
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하태호
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(주)루트로닉
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • the present invention relates to an optical assembly that can detect the rotational position of the optical member, and having a position sensor using an optical sensor to detect the light receiving characteristics according to the rotational position of the optical member to precisely control the rotational position of the optical member And an optical assembly.
  • Optical devices using light such as lasers are widely used in various industries, including the medical industry.
  • Such an optical device generally includes a light source for generating light and a plurality of optical members disposed on a path through which light generated by the light source travels. At this time, each optical member performs a role of modulating the characteristics of the light or converting the traveling path of the light while rotating and moving the position.
  • optical members are controlled to selectively rotate in the optical device.
  • the scanner is installed to reflect the light traveling on the optical path, and converts the path through which the light travels as the rotation position such as the rotation direction and the rotation angle is changed.
  • Such a conventional optical member has a limitation in implementing a miniaturization module because it is rotatably installed in the optical device and requires a separate power source for providing rotational power.
  • the present invention is to provide an optical assembly having a compact structure with a power source that can control the optical member more precisely, and to provide power to the optical member to solve the above problems.
  • the present invention provides an optical member, a support unit which is installed so that the optical member is rotated in a direction of combining the first axis and the second axis or the first axis and the second axis, the optical member is rotated It provides a power assembly for providing power, and an optical assembly including a plurality of optical sensors and a position sensor for sensing the rotational position of the optical member.
  • the controller may further include a controller configured to control driving of the power providing unit according to the rotational position of the optical member detected by the position detecting unit.
  • the light source may further include at least one light source positioned below the optical member to irradiate light
  • the position detecting unit may detect a rotation position of the optical member based on the amount of light received from the light source or the position at which the light is received.
  • a separate light shield may be formed between the light source and the position sensing unit to selectively shield the position sensing unit according to the rotational position of the optical member.
  • the light source is installed to irradiate light in the outward direction of the optical member from the lower side of the optical member, the plurality of optical sensors to correspond to the direction in which the light is irradiated from the light source along the outer direction of the optical member.
  • the light shielding portion may be formed to extend downward from the lower surface of the optical member to rotate together with the optical member to selectively shield the position sensing unit.
  • the support part is formed along a circumference of the optical member so that the optical member is installed to be rotatable in the first axial direction and is formed along a circumference of the first holder so that the optical member and the first holder are It may be configured to include a second holder installed to be rotatable in the second axial direction.
  • the optical member may include a mirror and a mirror plate on which the mirror is installed, and the mirror plate may be formed of a magnetic material having magnetic poles.
  • the power supply unit may include a plurality of magnetic force units that form magnetic force, and may use the magnetic force to provide power for rotating the optical member.
  • two magnetic force units for providing the power to rotate the optical member to the first axis are disposed so as to be symmetrical with respect to the first axis on the line of the second axis, the optical member rotates to the second axis
  • the remaining two magnetic force units which provide power to each other may be arranged to be symmetrical with respect to the second axis on the line of the first axis.
  • the present invention it is possible to precisely control the optical member by using the rotational position information of the optical member, and by providing a compact structure including a position sensing unit and a power providing unit has the advantage of miniaturizing the optical assembly have.
  • FIG. 1 is a perspective view of an optical assembly according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the optical assembly of FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of the position sensing unit of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a plane of the position sensing unit of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a schematic view showing the arrangement of the optical sensor in FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view of an optical assembly according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view of the optical assembly of FIG. 6, FIG.
  • FIG. 8 is a perspective view showing another example of the support of FIG.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the support of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a perspective view showing another example of the support of FIG.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of the support of FIG. 10;
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the optical assembly of FIG. 6;
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the polarity of the magnetic body of the optical member of FIG.
  • 14 and 15 are cross-sectional views illustrating a state in which the optical member is rotated by the power supply unit in FIG. 6.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an optical assembly according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the optical assembly of FIG.
  • the optical assembly 10 of the present embodiment includes a power supply unit 200, an optical member 100 formed on one side of the power supply unit 200, and a power supply unit 200. Is formed on the other side of is configured to include a variety of components for detecting the position of the optical member 100.
  • the optical member 100 may be configured as a mirror that can reflect light as an example.
  • the optical member 100 is rotatably installed. Therefore, it is possible to change the path through which the light travels by controlling the rotational position in the state in which the light travels.
  • the mirror is described as an example of the optical member 100.
  • the optical member 100 may be configured using various optical elements.
  • the power provider 200 may be configured as, for example, a forward and reverse rotation motor.
  • the optical member 100 may be installed at one side of the power providing unit 200, and may rotate along the rotation axis A of the power providing unit 200 when the power providing unit 200 is driven.
  • the power supply unit 200 of the present embodiment may be configured as a forward and reverse rotation motor that can rotate 30 degrees in the forward and reverse directions, respectively. However, it is also possible to configure the power providing unit using various driving sources in addition to the forward and reverse rotation motors.
  • a stage 310 is spaced apart from the power providing unit 200 by a predetermined interval.
  • the stage 310 is provided with at least one light source 321 and an optical sensor 331.
  • the light source 321 and the light sensor 331 may be disposed to face each other so that the light sensor 331 may receive the light.
  • the outer edge of the stage 310 is provided with a plurality of optical sensor support 330 along the circumferential direction.
  • the optical sensor supporter 330 may be formed to extend in a direction parallel to the axis of rotation of the power provider 200, and may be configured to fix the stage 310 to the other side of the power provider 200.
  • the optical sensor 331 may be installed on the inner surface of the optical sensor support part 330 to face the center direction of the stage 310.
  • the light source support part 320 is formed at the center of the stage 310.
  • the light source support part 320 may be formed in a direction parallel to the rotation axis of the optical member 100, and may be positioned on an extension line of the rotation axis.
  • At least one light source 321 is installed in the light source support part 320 and irradiates light toward the optical sensor 331 located in the outer direction of the stage 310.
  • the light source 321 may use an infrared diode (IR LED, infra-red LED), and may use various light sources.
  • a light shielding portion 340 is disposed between the light source 321 and the light sensor 331 to selectively shield the light sensor 331.
  • the light shielding unit is described as selectively shielding the optical sensor, but depending on the viewpoint it may mean to selectively shield the light source, it may also mean to selectively shield the light irradiated from the light source.
  • the light shield 340 is connected to the rotating unit 350 of the power providing unit 200.
  • the rotating unit 350 is installed in the power providing unit 200 and is supported by the bearing unit 360.
  • the rotating unit 350 has the same rotation axis as the optical member 100, and when the optical member 100 is rotated by the power providing unit 200, the rotating unit 350 rotates together in the direction in which the optical member 100 rotates. Therefore, the light shield 340 may also rotate together with the optical member 100 in a state connected to the rotating unit 350.
  • the light shielding portion 340 extends outward from the rotating portion 350 and forms a wing structure 341 that is bent toward the light source support portion 320 again. Accordingly, when the light shield 340 rotates between the light source 321 and the light sensor 331, the light shield 340 selectively shields the light sensor 331 according to the rotation position. In this case, the light amount and the light receiving position at which the light irradiated from the light source 321 is received by the optical sensor 331 vary. Accordingly, the rotation position of the optical member 100 may be sensed based on the change in the amount of light received by the optical sensor and the change in the light receiving position.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cross section of the position sensing unit of FIG. 1, and FIG. 4 is a plan view illustrating a plane of the position sensing unit of FIG. 3.
  • the position detecting unit 300 includes at least one light source 321, at least one light sensor 331 for receiving light emitted from the light source 321, and a light source and a light sensor. It includes a light shield 340 for selectively shielding the light sensor therebetween.
  • the light shield 340 is rotatably installed to correspond to the rotational position of the optical member 100, and light is received by the optical sensor 331 according to the rotational position of the light shield 340.
  • Light quantity and light receiving position are variable. Therefore, the position detecting unit 300 may detect the rotation position of the optical member 100 based on the light receiving amount and the light receiving position detected by the optical sensor.
  • the position detecting unit 300 is part of the light irradiated from the light source 321 is shielded by the light shielding portion 340, while the optical member 100 moves in the rotational trajectory, part of the optical sensor 331 Is preferably configured to receive light. If the light shielding part shields the optical sensor entirely or does not shield at all in a particular section, even if the optical member moves within the section, there is no change in the amount of light received or the light receiving position received by the optical sensor. Because you can't figure it out.
  • the circumferential length of the optical sensor 331 is formed longer than the circumferential length of the light shielding portion 340, so that a part of the optical member 100 may be rotated.
  • the light is continuously configured to be received by the photosensor 331.
  • two or more optical sensors 331 may be disposed in succession.
  • the light source 321 and the light sensor 331 are respectively arranged at intervals of 180 degrees in the circumferential direction.
  • two wings of the light shielding portion 340 may also be formed and disposed at intervals of 180 degrees in the circumferential direction.
  • a plurality of optical sensors are used, even if a defect occurs in the optical sensor at a specific position, it is possible to detect the rotation position of the optical member by combining the remaining optical sensors.
  • the optical member assembly 10 may accurately determine the rotational position of the optical member 100 in real time using the position sensor 300 using the optical sensor 331. Therefore, the control unit (not shown) for controlling the driving of the power providing unit detects the rotational position of the optical member detected by the position detecting unit 300 in real time and controls the driving, so that precise position control of the optical member 100 is possible. Do.
  • the position sensing unit is configured by using a stage structure installed at the other end of the power supply unit.
  • the position sensing unit may be variously configured to sense the position using light reception information of the optical sensor according to the rotation position. .
  • the light source is installed inside to irradiate light toward the optical sensor installed along the circumference.
  • the light source is installed along the circumferential direction to direct the light toward the optical sensor provided inside. Can be configured to investigate.
  • the optical sensor by forming a through-hole or groove of a predetermined pattern on the wing of the light shield, it is also possible to configure the optical sensor to detect the position of the hole and the groove to detect the rotational position of the optical member.
  • optical assembly 1010 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 15.
  • descriptions of variations of similar configurations, functions, and similar manners to the above embodiments will be omitted in order to avoid duplication.
  • the optical assembly 1010 includes a frame 1500, a support part 1400 installed on the frame 1500, an optical member 1100 rotatably installed by the support part 1400, and an optical member 1100. It includes a power providing unit 1200 for providing a power to rotate. And, according to the rotation position of the position sensing unit 1300 and the optical member 1100 detected by the position detecting unit 1300 to detect the rotational position of the optical member 1100 rotated by the power providing unit 1200. A control unit (not shown) for controlling the providing unit 1200 is further included.
  • the frame 1500 forms a skeleton of the optical assembly 1010, and various components are installed inside the frame.
  • the frame 1500 of the present embodiment includes a base 1520 and a plurality of pillar members 1510 formed on the base.
  • the fastening part may be separately provided on the base 1520 so as to install the optical assembly inside the optical device.
  • the optical member 1100 may be configured to include a plate-shaped mirror like the above-described embodiment.
  • the optical member 1100 may be rotatably installed on the support 1400. Therefore, the light is disposed on a path through which the light travels, and thus, the path of the light reflected from the mirror may be changed as the optical member 1100 rotates.
  • the mirror is described as an optical member, for example, but may be configured using various other optical elements.
  • the optical member 1100 is rotatably installed on the support 1400.
  • the optical member 1100 is configured to rotate in the direction in which the first axis (X) and the second axis (Y) and the first axis and the second axis are combined in the state installed in the support 1400. Accordingly, the optical member 1100 may variously form a path of light reflected from the mirror while rotating in various directions.
  • FIG. 7 shows a top view of the optical assembly of FIG. 6.
  • the optical member 1100 may be configured as a circular plate.
  • the support 1400 includes a first holder 1410 disposed outwardly along the circumference of the optical member 1100 and a second holder 1420 disposed outwardly along the circumference of the first holder 1410. It is configured by.
  • the optical member 1100 is installed in the first holder 1410 of the support 1400.
  • the inner side of the first holder 1410 is provided with a pair of first shaft bearings 1411 in the first axial direction.
  • the optical member is rotatable on the first shaft X in a state where the optical member is installed inside the first holder 1410 by the first shaft bearing 1411.
  • the second holder 1420 is installed on the frame 1500.
  • the inner side of the second holder 1420 is provided with a pair of second shaft bearings 1421 in the second axial direction. Accordingly, the first holder 1410 and the optical member 1100 may be rotated on the second shaft Y in a state in which the first holder 1410 and the optical member 1100 are installed inside the second holder 1420 by the second shaft bearing 1421.
  • the optical member 1100 may be rotated in the first axis X direction by the first shaft bearing 1411, and may be rotated in the second axis Y direction by the second shaft bearing 1421. It is possible. Furthermore, the optical member 1100 may be rotated in a direction in which the first axis and the second axis are combined by using the first shaft bearing 1411 and the second shaft bearing 1421. Here, since the first axis and the second axis form a right angle direction, the mirror of the optical member 1100 may variously change the path of the reflected light in two dimensions.
  • the support part for supporting the optical member by using the first holder 1410 and the second holder 1420 has been described as an example.
  • the support part may be configured in various ways.
  • FIGS. 8 and 9 illustrate a support using a columnar structure having two or more hinge members.
  • the support of the optical member includes a first support member 1430 on which the optical member is installed and a second support member 1440 on which the first support member 1430 is installed.
  • the first support member 1430 is formed to have a hinge axis in the first axial direction, so that the optical member 1100 can be rotated in the first axial direction in a state in which the first support member 1430 is installed on the first support member 1430.
  • the second supporting member 1440 is formed to have a hinge axis in the second axial direction, so that the optical member 1100 and the first supporting member 1430 are rotated in the second axial direction in a state where they are installed in the second supporting member. It is possible. Accordingly, the optical member 1100 may be rotatably installed in the direction in which the first axis, the second axis, and the first axis and the second axis are combined using the support.
  • the support 1400 may be configured. 10 and 11 illustrate a support using a columnar structure with a ball bearing 1400a.
  • the optical member 1100 is installed at the end of the support 1400, the ball bearing 1400a is provided at the end of the support 1400, the optical member 1100 is installed. Therefore, the optical member 1100 is inserted into the ball bearing 1400a and can rotate freely in all directions.
  • the optical member may be installed by applying various structures.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a cross section of the optical assembly of FIG. 6.
  • the power providing unit 1200 is installed below the optical member 1100.
  • the power providing unit 1200 includes a plurality of magnetic force unit 1210 to form a magnetic force, and provides a magnetic force to provide the power to rotate the optical member 1100.
  • a driving method of the optical member and the power providing unit according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 13 and 14.
  • the optical member 1100 includes a mirror 1110, a mirror plate 1120, and a magnetic body 1130.
  • the mirror 1110 is formed to be exposed to the top surface of the mirror plate 1120 so as to change the traveling direction of the light on the optical path.
  • the mirror plate 1120 has a plate structure in which the mirror 1110 may be mounted.
  • a magnetic body 1130 is formed below the mirror plate 1120.
  • FIG. 13 illustrates a structure in which a separate magnetic body 1130 is inserted into the mirror plate 1120, the mirror plate itself may be formed of the magnetic body 1130. Therefore, the optical member 1100 may rotate using the magnetic force provided from the magnetic force unit 1210 of the power providing unit 1200.
  • the magnetic material 1130 of the mirror plate 1120 may use a permanent magnet as an example.
  • a permanent magnet may be configured to have different polarities according to the position of the bottom surface as shown in (a) of FIG. 13.
  • it may be configured to have different polarities according to the upper side and the lower side.
  • a plurality of magnetic force units 1210 of the power providing unit 1200 may be formed under the optical member 1100, and may rotate the optical member 1100 by providing a magnetic force corresponding to the magnetic pole pattern of the magnetic body.
  • each magnetic force unit 1210 forms a magnetic pole of the S pole, respectively, to provide a rotational force to the optical member 1100 by using the repulsive force.
  • FIG. 14 illustrates a state in which the optical member 1100 is rotated about the first axis.
  • the magnetic force part 1210 that provides power to rotate about the first axis is formed at a position symmetrical with respect to the first axis.
  • the two magnetic parts 1210 form repulsive forces of different intensities.
  • the left magnetic force portion generates a larger magnetic force than the right magnetic force portion, thereby maintaining the magnetic force balance while the optical member is rotated by a predetermined angle with respect to the first axis.
  • FIG. 15 illustrates a state in which the optical member 1100 is rotated about the second axis.
  • the magnetic force part 1210 that provides power to rotate about the second axis is formed at a position that is symmetrical about the second axis.
  • the two magnetic parts similarly form repulsive forces of different intensities.
  • the left magnetic part forms a larger magnetic force than the right magnetic part to maintain the magnetic balance in a state in which the optical member 1100 and the first holder 1410 are rotated by a predetermined angle with respect to the second axis.
  • the magnetic force units 1210 of the power providing unit 1200 are configured such that the magnetic force can be independently controlled by the control unit. Therefore, by controlling the strength of each magnetic portion separately, it is possible to rotate the optical member 1100 in the direction of combining the first axis, the second axis, and the first axis and the second axis.
  • each magnetic portion 1210 is disposed at a 90 degree interval along the circumferential direction of the optical member 1100.
  • Each of the magnetic parts 1210 may be disposed to be adjacent to the edge of the optical member 1100 in consideration of the moment.
  • two magnetic force units for providing the power to rotate the optical member 1100 in the first axis (X) may be disposed on the second axis (Y) line symmetrical with respect to the first axis.
  • the two magnetic parts that provide power to rotate the optical member 1100 in the second axis (Y) may be disposed on the first axis (X) line and symmetrical with respect to the second axis (see FIG. 6). ).
  • the present invention is not limited to the arrangement of the magnetic portion of the present embodiment, and can be configured using various arrangement patterns.
  • the configuration of rotating the optical member by using the repulsive force between the two magnetic force portion but it is also possible to rotate the optical member by combining two or more magnetic force portion, the magnetic force balance using the attraction force as well as the repulsive force
  • the position detection unit 1300 detects the rotation position of the optical member 1100.
  • the position sensing unit 1300 may include a light source 1311, an optical sensor 1321, and a light shielding unit 1330 installed in the optical assembly 1010.
  • a light source support 1310 is formed below the optical member 1100. And the light source 1311 is provided in the light source support part 1310, and irradiates light from an inner side to an outer side.
  • a plurality of optical sensor support parts 1320 are formed outside the light source support part 1310.
  • a plurality of optical sensors 1321 are installed in the optical sensor support 1320.
  • the photosensor 1321 is installed to face the light source 1311 at a position corresponding to the light source, and receives light emitted from the light source 1311.
  • a light shield 1330 for selectively shielding the optical sensor 1321 is disposed between the light source 1311 and the optical sensor 1321.
  • the light shielding unit is described as selectively shielding the optical sensor, but depending on the point of view may also mean to selectively shield the light source, it may mean to selectively shield the light emitted from the light source.
  • the light shield 1330 is installed to be interlockable when the optical member 1100 rotates. Therefore, the light shield 1330 moves as the optical member 1100 rotates, and the light amount and the light receiving position of the light irradiated from the light source 1311 and received by the optical sensor 1321 vary. Therefore, the position detecting unit 1300 may detect the rotational position of the optical member 1100 by sensing the light quantity and the light receiving position detected by the optical sensor 1321.
  • the light shield 1330 includes at least one extension part extending downward of the optical member 1100.
  • the optical member of this embodiment is composed of four extension parts which are arranged at intervals of 90 degrees each. Each extension may be disposed below the first shaft bearing 1411 and the second shaft bearing 1421. Accordingly, the light shield 1330 selectively shields the optical sensor 1321 while moving in accordance with the rotation of the optical member 1100.
  • each optical sensor support part 1320 of the present embodiment is disposed at a 90 degree interval along the circumferential lower side of the optical member 1100.
  • each optical sensor support 1320 may be disposed below the first shaft bearing 1411 and the second shaft bearing 1421, respectively.
  • the photosensor 1321 is installed in the direction of the light source 1311 inside each photosensor support part 1320.
  • the light sensor 1321 may be configured such that a part of the light irradiated from the light source is shielded and a part is received while the light shield 1330 moves along the rotation of the optical member 1100.
  • the light shielding part shields the optical sensor entirely or does not shield at all in a particular section, even if the optical member rotates within the section, there is no change in the amount of light received or the light receiving position by the optical sensor. I can't figure it out.
  • a plurality of optical sensors 1321 are installed in one optical sensor support unit 1320 in the vertical direction so that some light is continuously shielded and some of the light is traversed within the movement trajectory of the optical shield 1330.
  • the light is configured to be continuously received.
  • the position detecting unit 1300 of the present embodiment uses a plurality of optical sensors 1321 provided in the plurality of optical sensor support units 1320, and thus, a plurality of optical sensors as the rotational position of the optical member 1100 is changed.
  • the amount of light received from the light 1321 and the light receiving position information may be combined to detect an accurate rotation position of the optical member 1100.
  • the controller (not shown) receives the rotational position information of the optical member 1100 sensed by the position sensor 1300 in real time and controls the power providing unit 1200 to precisely control the position of the optical member 1100. Is possible. Therefore, such an optical assembly can be used in various laser equipment such as a medical device or a surgical device using a laser that needs to precisely control the light irradiation position.
  • the configuration and installation position of the light sensor, the light source, and the light shielding portion are specifically limited, but this is for convenience of description and the present invention is not limited thereto.
  • the configuration of the position sensing unit of the present invention can be applied by designing and changing the light sensor, the light source and the light shield to various positions and structures.

Abstract

본 발명은 광학부재의 회전 위치를 감지할 수 있는 광학 어셈블리에 관한 것으로, 광학부재, 상기 광학부재가 제1 축 제2 축 또는 상기 제1 축과 상기 제2 축을 조합한 방향으로 회전되도록 설치되는 지지부, 상기 광학부재가 회동하는 동력을 제공하는 동력 제공부 그리고, 복수개의 광센서를 포함하며 상기 광학부재의 회전 위치를 감지하는 위치 감지부를 포함하는 광학 어셈블리를 제공한다.

Description

광학 어셈블리
본 발명은 광학부재의 회전 위치를 감지할 수 있는 광학 어셈블리에 관한 것으로, 광센서를 이용한 위치 감지부를 구비하여 광학부재의 회전 위치에 따라 수광 특성을 감지하여 광학부재의 회전 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 광학 어셈블리에 관한 것이다.
레이저 등의 광을 이용하는 광학 장치는 의료 산업을 비롯하여 다양한 산업분야에 널리 이용되고 있다.
이러한 광학 장치는 일반적으로 광을 발생시키는 광원 및 상기 광원에서 발생된 광이 진행하는 경로 상에 배치되는 다수개의 광학부재를 구비한다. 이때, 각각의 광학부재는 회전 및 위치 이동을 하면서 광의 특성을 변조하거나 광의 진행 경로를 변환하는 역할을 수행한다.
이러한 광학부재 중 일부는 광학 장치 내에서 선택적으로 회전 운동하도록 제어된다. 일 예로, 스캐너는 광 경로상에 진행하는 광을 반사하도록 설치되고, 회전 방향 및 회전 각도 등의 회전 위치를 변경함에 따라 광이 진행하는 경로를 변환시킨다.
이러한 종래의 광학부재는 광학 장치 내부에 회전 가능하게 설치되며 회전 동력을 제공하는 별도의 동력원이 필요하기 때문에 소형화 모듈을 구현하는데 한계가 있었다.
또한, 광학부재의 회전 되는 위치 및 회전하는 속도를 제어하는 것이 곤란하여, 고도한 정밀도를 갖는 광학 장치를 구현하는 것이 어려웠다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결할 수 있도록, 광학부재를 보다 정밀하게 제어할 수 있고, 광학부재에 동력을 제공하는 동력원과 함께 컴팩트한 구조를 갖는 광학 어셈블리를 제공하기 위함이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 광학부재, 상기 광학부재가 제1 축 제2 축 또는 상기 제1 축과 상기 제2 축을 조합한 방향으로 회전되도록 설치되는 지지부, 상기 광학부재가 회동하는 동력을 제공하는 동력 제공부 그리고, 복수개의 광센서를 포함하며 상기 광학부재의 회전 위치를 감지하는 위치 감지부를 포함하는 광학 어셈블리를 제공한다. 그리고, 위치 감지부에서 감지되는 상기 광학부재의 회전 위치에 따라 상기 동력 제공부의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하도록 구성할 수 있다.
이때, 상기 광학부재의 하측에 위치하여 광을 조사하는 적어도 하나의 광원을 더 포함하고, 상기 위치 감지부는 상기 광원으로부터 조사되는 광의 수광량 또는 수광되는 위치에 근거하여 상기 광학부재의 회전 위치를 감지할 수 있다. 여기서, 별도의 광 차폐부가 광원과 상기 위치 감지부 사이에 형성되어 상기 광학부재의 회전 위치에 따라 상기 위치 감지부를 선택적으로 차폐하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 광원은 상기 광학부재의 하측에서 상기 광학부재의 외측 방향으로 광을 조사하도록 설치되고, 상기 복수개의 광센서는 상기 광학부재의 외측 방향을 따라 상기 광원에서 광이 조사되는 방향에 대응되도록 배치되며, 상기 광 차폐부는 상기 광학부재의 하면으로부터 하측으로 연장 형성되어 상기 광학부재와 함께 회전하여 상기 위치 감지부를 선택적으로 차폐하도록 구성할 수 있다.
상기 지지부는 상기 광학부재의 둘레를 따라 형성되어 상기 광학부재가 상기 제1 축 방향으로 회전 가능하도록 설치되는 제1 홀더 및 상기 제1 홀더의 둘레를 따라 형성되어 상기 광학부재 및 상기 제1 홀더가 상기 제2 축 방향으로 회전 가능하도록 설치되는 제2 홀더를 포함하여 구성될 수 있다.
또는, 상기 광학부재가 상기 제1 축 방향으로 회전 가능하도록 상기 광학부재의 하측에 힌지 연결 설치되는 제1 홀더 및 상기 광학부재와 상기 제1 홀더가 상기 제2 축 방향으로 회전 가능하도록 상기 제1 홀더의 타단에 힌지 연결되는 제2 홀더를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
상기 광학부재는 미러 및 상기 미러가 설치되는 미러 플레이트로 구성되며, 상기 미러 플레이트는 자극이 형성된 자성체로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 동력 제공부는 자력을 형성하는 다수개의 자력부를 포함하여 구성되며 자력을 이용하여 상기 광학부재가 회전하는 동력을 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 광학부재가 상기 제1 축으로 회전하는 동력을 제공하는 두 개의 자력부는 상기 제2 축의 선상에 상기 제1 축을 기준으로 대칭되도록 각각 배치되며, 상기 광학부재가 상기 제2 축으로 회전하는 동력을 제공하는 나머지 두 개의 자력부는 상기 제1 축의 선상에 상기 제2 축을 기준으로 대칭되도록 각각 배치될 수 있다.
본 발명에 의할 경우, 광학부재의 회전 위치 정보를 이용하여 광학부재의 정밀한 제어가 가능하며, 위치 감지부와 동력 제공부를 포함하는 컴팩트한 구조를 제공함에 따라 광학 어셈블리를 소형화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 어셈블리의 사시도,
도 2는 도 1의 광학 어셈블리의 분해 사시도,
도 3은 도 1의 위치 감지부의 단면을 도시한 단면도,
도 4는 도 3의 위치 감지부의 평면을 도시한 평면도,
도 5에 도 3에서 광센서의 배치를 도시한 개략도,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 어셈블리의 사시도,
도 7은 도 6의 광학 어셈블리의 평면도,
도 8은 도 6의 지지부의 다른 예를 도시한 사시도,
도 9는 도 8의 지지부의 분해사시도,
도 10은 도 6의 지지부의 또 다른 예를 도시한 사시도,
도 11은 도 10의 지지부의 분해사시도,
도 12는 도 6의 광학 어셈블리의 단면도,
도 13는 도 6의 광학부재의 자성체의 극성을 도시한 단면도,
도 14 및 도 15는 도 6에서 동력 제공부에 의해 광학부재가 회전하는 모습을 도시한 단면도이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 광학 어셈블리에 대해 구체적으로 설명한다. 아래의 설명에서 각 구성요소의 위치관계는 원칙적으로 도면을 기준으로 설명한다. 도면은 설명의 편의를 위해 구조를 단순화하거나 필요할 경우 과장되어 표시될 수 있다. 다만, 본 발명은 아래에서 설명하는 구성에 한정되는 것은 아니며, 각종 구성요소들을 부가하거나, 변경 또는 생략하여 실시할 수 있음을 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 광학 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 광학 어셈블리(10)는 동력 제공부(200), 동력 제공부(200)의 일측에 형성되는 광학부재(100) 그리고 동력 제공부(200)의 타측에 형성되어 광학부재(100)의 위치를 감지하는 각종 구성요소를 포함하여 구성된다.
광학부재(100)는 일 예로서 광을 반사할 수 있는 미러로 구성될 수 있다. 이러한 광학부재(100)는 회전 가능하게 설치된다. 따라서, 광이 진행하는 경로 상에 배치된 상태에서 회전 위치를 제어하여 광이 진행하는 경로를 변환시킬 수 있다. 본 실시예서는 광학부재(100)로서 미러를 예를 들어 설명하였으나, 이 이외에도 다양한 광학 소자를 이용하여 구성할 수 있다.
광학부재(100)의 일측에는 광학부재(100)가 회전하는 동력을 제공하는 동력 제공부(200)가 연결 설치된다. 동력 제공부(200)는 일 예로서 정역 회전 모터로 구성될 수 있다. 광학부재(100)는 동력 제공부(200)의 일측에 설치되어, 동력 제공부(200)의 구동시 동력 제공부(200)의 회전축(A)을 따라 회전할 수 있다. 본 실시예의 동력 제공부(200)는 정역 방향으로 각각 30도 회전 가능한 정역 회전 모터로 구성될 수 있다. 다만, 이러한 정역 회전 모터 이외에도 다양한 구동원을 이용하여 동력 제공부를 구성하는 것도 물론 가능하다.
동력 제공부(200)의 타측에는 동력 제공부(200)와 소정 간격 이격된 상태로 배치되는 스테이지(310)가 형성된다. 그리고, 스테이지(310)에는 적어도 하나의 광원(321) 및 광센서(331)가 구비된다. 이때, 광원(321)에서 광을 조사하면 광센서(331)가 이를 수광할 수 있도록, 각각의 광원(321) 및 광센서(331)는 각각 대향되도록 배치될 수 있다.
구체적으로, 스테이지(310)의 외측 가장 자리에는 원주 방향을 따라 다수개의 광센서 지지부(330)가 구비된다. 광센서 지지부(330)는 동력 제공부(200)의 회전축과 나란한 방향으로 연장 형성되어, 동력 제공부(200)의 타측면에 스테이지(310)를 고정시키도록 구성할 수 있다. 광센서(331)는 광센서 지지부(330)의 내측면에 설치되어 스테이지(310)의 중심 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이지(310)의 중심부에는 광원 지지부(320)가 형성된다. 광원 지지부(320)는 광학부재(100)의 회전축과 나란한 방향으로 형성되며, 상기 회전축의 연장선상에 위치할 수 있다. 적어도 하나의 광원(321)은 광원 지지부(320)에 설치되고, 스테이지(310) 외측 방향에 위치한 광센서(331)를 향해 광을 조사한다. 광원(321)은 적외선 다이오드(IR LED, infra-red LED)를 이용할 수 있으며, 이 이외에도 다양한 광원을 이용할 수 있다.
그리고, 광원(321)과 광센서(331) 사이에는 광센서(331)를 선택적으로 차폐하는 광 차폐부(340)가 배치된다. 여기서, 광 차폐부는 광센서를 선택적으로 차폐한다고 설명하나, 관점에 따라서는 광원을 선택적으로 차폐하는 것을 의미하기도 하고, 광원으로부터 조사되는 광을 선택적으로 차폐하는 것을 의미할 수도 있다.
광 차폐부(340)는 동력 제공부(200)의 회전부(350)에 연결 설치된다. 회전부(350)는 동력 제공부(200)에 설치되어 베어링부(360)에 지지된다. 회전부(350)는 광학부재(100)와 동일한 회전축을 갖고, 동력 제공부(200)에 의해 광학부재(100)가 회전하게 되면 광학부재(100)가 회전하는 방향으로 같이 회전하게 된다. 따라서, 광 차폐부(340) 또한 회전부(350)에 연결된 상태에서 광학부재(100)와 함께 회전할 수 있다.
이러한 광 차폐부(340)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 회전부(350)로부터 외측 방향으로 연장 형성되고 다시 광원 지지부(320) 방향으로 절곡되는 날개 구조(341)를 형성한다. 따라서, 광 차폐부(340)가 광원(321)과 광센서(331) 사이에서 회전하게 되면 회전 위치에 따라 광센서(331)를 선택적으로 차폐한다. 이 경우, 광원(321)으로부터 조사되는 광이 광센서(331)로 수광되는 광량 및 수광위치가 가변한다. 따라서, 광센서에서 수광되는 광량의 변화 및 수광 위치의 변화에 근거하여, 광학부재(100)의 회전 위치를 감지할 수 있다.
도 3은 도 1의 위치 감지부의 단면을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 위치 감지부의 평면을 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 위치 감지부(300)는 적어도 하나의 광원(321), 광원(321)으로부터 조사되는 광을 수광하는 적어도 하나의 광센서(331) 및 광원과 광센서 사이에서 광센서를 선택적으로 차폐하는 광 차폐부(340)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 광 차폐부(340)는 광학부재(100)의 회전 위치에 대응되도록 회전 가능하게 설치되며, 광 차폐부(340)의 회전 위치에 따라 광센서(331)에 광이 수광되는 광량 및 수광 위치가 가변한다. 따라서, 위치 감지부(300)는 광센서에서 감지되는 수광량 및 수광 위치에 근거하여 광학부재(100)의 회전 위치를 감지하는 것이 가능하다.
이때, 위치 감지부(300)는 광학부재(100)가 회전 궤적 내에서 이동하는 동안, 광원(321)으로부터 조사되는 광의 일부는 광 차폐부(340)에 의해 차폐되고, 일부는 광센서(331)에 수광되도록 구성되는 것이 바람직하다. 특정 구간에서 광 차폐부가 광센서를 전부 차폐하거나 또는 전혀 차폐하지 않게 되면, 해당 구간 내에서는 광학부재의 이동하더라도 광센서에 수광되는 광량 또는 수광 위치의 변화가 없기 때문에, 광학부재의 회전 위치를 정확하게 파악할 수 없기 때문이다.
따라서, 본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 광센서(331)의 원주 방향 길이를 광 차폐부(340)의 원주 방향 길이보다 길게 형성하여, 광학부재(100)의 회전 궤적 내에서 일부의 광이 지속적으로 광센서(331)에 수광될 수 있도록 구성한다. 이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이 광센서(331)를 2개 이상 연속적으로 배치하여 구성하는 것도 가능하다.
한편, 본 실시예에서는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 광원(321) 및 광센서(331)가 각각 원주 방향으로 180도 간격을 두고 배치되는 구성을 도시하고 있다. 그리고, 광 차폐부(340)의 날개 또한 2개로 형성되어, 원주 방향으로 180도 간격으로 배치될 수 있다.
다만, 이는 일 예에 불과하며, 광원 및 광센서가 원주 방향을 따라 60도 간격 또는 90도 간격으로 다수개 배치되도록 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 광학부재의 회전 위치가 변경됨에 따라, 다수개의 광센서를 조합하여 연속적으로 가변하는 광량 및 수광 위치 정보를 얻는 것이 유리하다. 또한, 다수개의 광센서를 이용하면 특정 위치의 광센서에서 불량이 발생하더라도, 나머지 광센서를 조합하여 광학부재의 회전위치를 감지하는 것이 가능하다.
이처럼, 본 실시예에 따른 광학부재 어셈블리(10)는 광센서(331)를 이용한 위치 감지부(300)를 이용하여 광학부재(100)의 회전 위치를 실시간으로 정밀하게 판단할 수 있다. 따라서, 동력 제공부의 구동을 제어하는 제어부(미도시)는 위치 감지부(300)에서 감지되는 광학부재의 회전 위치를 실시간으로 감지하여 구동을 제어함으로써, 광학부재(100)의 정밀한 위치 제어가 가능하다.
다만, 본 실시예에서는 동력 제공부의 타단에 설치되는 스테이지 구조를 이용하여 위치 감지부를 구성하였으나, 이는 일 예로서 회전 위치에 따른 광센서의 수광 정보를 이용하여 위치를 감지하도록 다양하게 구성할 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서는 광원이 내측에 설치되어 원주를 따라 설치되는 광센서 방향으로 광을 조사하도록 구성하였으나, 이와 반대로 광원이 원주 방향을 따라 설치되어 내측에 구비되는 광센서를 향해 광을 조사하도록 구성할 수 있다.
또는 ,광 차폐부의 날개에 소정 패턴의 통공 또는 홈을 형성하여, 광센서가 상기 통공 및 홈이 이동하는 위치를 감지하여 광학부재의 회전 위치를 감지하도록 구성하는 것도 가능하다.
이하에서는 도 6 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 어셈블리(1010)를 설명하도록 한다. 다만, 전술한 실시예와 유사한 구성, 기능 및 유사한 방식의 변형예에 대해서는 중복을 피하기 위해 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 어셈블리의 사시도이다. 본 실시예에 따른 광학 어셈블리(1010)는 프레임(1500), 프레임(1500)에 설치되는 지지부(1400), 지지부(1400)에 의해 회전 가능하게 설치되는 광학부재(1100), 광학부재(1100)가 회전하는 동력을 제공하는 동력 제공부(1200)를 포함한다. 그리고, 동력 제공부(1200)에 의해 회동하는 광학부재(1100)의 회전 위치를 감지하는 위치 감지부(1300) 및 위치 감지부(1300)에서 감지되는 광학부재(1100)의 회전 위치에 따라 동력 제공부(1200)를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함한다.
구체적으로 프레임(1500)은 광학 어셈블리(1010)의 골격을 형성하며, 프레임 내측으로 각종 구성 요소가 설치된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 프레임(1500)은 베이스(1520) 및 베이스 상에 형성되는 다수개의 기둥 부재(1510)를 포함하여 구성된다. 그리고, 도면에는 도시되지 않았으나, 베이스(1520) 상에는 광학 어셈블리를 광학 기기 내부에 설치할 수 있도록 체결부를 별도로 구비할 수 있다.
광학부재(1100)는 전술한 실시예와 마찬가지로 플레이트 형상의 미러를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 광학부재(1100)는 지지부(1400)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 따라서, 광이 진행하는 경로 상에 배치되어, 광학부재(1100)의 회전에 따라 미러에서 반사되는 광의 진행 경로를 변환시킬 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 광학부재로서 미러를 예를 들어 설명하였으나, 이 외의 다양한 광학 소자를 이용하여 구성할 수 있다.
이러한 광학부재(1100)는 지지부(1400)에 회전 가능하게 설치된다. 이때, 광학부재(1100)는 지지부(1400)에 설치된 상태에서 제1 축(X) 및 제2 축(Y), 그리고 제1 축과 제2 축을 조합한 방향으로 회전할 수 있도록 구성된다. 따라서, 광학부재(1100)는 다양한 방향으로 회전하면서 미러에서 반사되는 광의 경로를 다양하게 형성할 수 있다.
도 7은 도 6의 광학 어셈블리의 평면도를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이 광학부재(1100)는 원형 플레이트로 구성될 수 있다. 그리고, 지지부(1400)는 광학부재(1100)의 둘레를 따라 외측으로 배치되는 제1 홀더(1410) 및 상기 제1 홀더(1410)의 둘레를 따라 외측으로 배치되는 제2 홀더(1420)를 포함하여 구성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 광학부재(1100)는 지지부(1400)의 제1 홀더(1410)에 설치된다. 제1 홀더(1410)의 내측에는 제1 축 방향으로 한 쌍의 제1 축 베어링(1411)이 구비된다. 광학부재는 제1 축 베어링(1411)에 의해 제1 홀더(1410) 내측에 설치된 상태에서, 제1 축(X)으로 회전이 가능하다.
제2 홀더(1420)는 프레임(1500) 상에 설치된다. 제2 홀더(1420)의 내측에는 제2 축 방향으로 한 쌍의 제2 축 베어링(1421)이 구비된다. 따라서, 제1 홀더(1410) 및 광학부재(1100)는 제2 축 베어링(1421)에 의해 제2 홀더(1420) 내측에 설치된 상태에서 제2 축(Y)으로 회전이 가능하다.
이와 같이, 광학부재(1100)는 제1 축 베어링(1411)에 의해 제1 축(X) 방향의 회전이 가능하며, 제2 축 베어링(1421)에 의해 제2 축(Y) 방향의 회전이 가능하다. 나아가, 광학부재(1100)는 제1 축 베어링(1411) 및 제2 축 베어링(1421)을 이용하여, 제1 축 및 제2 축을 조합한 방향으로 회전이 가능하다. 여기서, 제1 축 및 제2 축은 직각 방향을 형성하므로, 광학부재(1100)의 미러는 반사되는 광의 경로를 2차원적으로 다양하게 변경시킬 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 제1 홀더(1410) 및 제2 홀더(1420)를 이용하여 광학부재를 지지하는 지지부를 예를 들어 설명하였으나, 이 이외에도 다양한 방식으로 지지부를 구성할 수 있다.
다른 일 예로서, 도 8 및 도 9에서는 두 개 이상의 힌지 부재를 갖는 기둥 구조를 이용한 지지부를 도시하고 있다.
구체적으로, 광학부재의 지지부는 광학부재가 설치되는 제1 지지부재(1430) 및 상기 제1 지지부재(1430)가 설치되는 제2 지지부재(1440)를 포함한다. 제1 지지부재(1430)는 제1 축 방향의 힌지축을 갖도록 형성되어, 광학부재(1100)는 제1 지지부재(1430)에 설치된 상태에서 제1 축 방향의 회전이 가능하다. 그리고, 제2 지지부재(1440)는 제2 축 방향으로 힌지축을 갖도록 형성되어, 광학부재(1100)와 제1 지지부재(1430)는 제2 지지부재에 설치된 상태에서 제2 축 방향의 회전이 가능하다. 따라서, 광학부재(1100)는 이러한 지지부를 이용하여 제1 축, 제2 축 그리고, 제1 축 및 제2 축을 조합한 방향으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.
또 다른 일예로서, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 지지부(1400)를 구성하는 것도 가능하다. 도 10 및 도 11에서는 볼 베어링(1400a)을 갖는 기둥 구조를 이용한 지지부를 도시하고 있다.
구체적으로, 광학부재(1100)는 지지부(1400)의 단부에 설치되며, 광학부재(1100)가 설치되는 지지부(1400)의 단부에는 볼 베어링(1400a)이 구비된다. 따라서, 광학부재(1100)는 볼 베어링(1400a)에 삽입 설치되어, 모든 방향으로 자유롭게 회전할 수 있다.
이상, 본 실시예에 따른 지지부 뿐만 아니라 두 가지의 다른 실시예를 설명하였으며, 이 이외에도 다양한 구조를 적용하여 광학부재를 설치할 수 있다.
한편, 도 12는 도 6의 광학 어셈블리의 단면을 도시한 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 동력 제공부(1200)는 광학부재(1100)의 하측에 설치된다. 여기서, 동력 제공부(1200)는 자력을 형성하는 다수개의 자력부(1210)를 포함하여 구성되며, 자력을 제공하여 상기 광학부재(1100)가 회전하는 동력을 제공한다. 이하에서는 도 13 및 14을 참조하여 본 발명에 따른 광학부재와 동력 제공부의 구동 방식에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 12에 도시된 바와 같이 광학부재(1100)는 미러(1110), 미러 플레이트(1120) 및 자성체(1130)를 포함하여 구성된다. 미러(1110)는 광 경로 상에서 광의 진행 방향을 변경할 수 있도록 미러 플레이트(1120)의 상면에 노출되도록 형성된다.
미러 플레이트(1120)는 미러(1110)가 안착 설치될 수 있는 플레이트 구조로 구성된다. 그리고, 미러 플레이트(1120)의 하측에는 자성체(1130)가 형성된다. 도 13에서는 미러 플레이트(1120)에 별도의 자성체(1130)가 인입된 구조를 도시하고 있으나, 미러 플레이트 자체가 자성체(1130)로 형성될 수도 있다. 따라서, 광학부재(1100)는 동력 제공부(1200)의 자력부(1210)로부터 제공되는 자력을 이용하여 회전하는 것이 가능하다.
이때, 미러 플레이트(1120)의 자성체(1130)는 일 예로서 영구 자석을 이용할 수 있다. 이러한 영구 자석은 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 저면의 위치에 따라 서로 다른 극성을 띄도록 구성할 수 있다. 또는 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이 상측과 하측에 따라 서로 다른 극성을 띄도록 구성하는 것도 가능하다.
따라서, 동력 제공부(1200)의 자력부(1210)는 광학부재(1100)의 하측에 다수개로 형성되며, 자성체의 자극 패턴에 대응하는 자력을 제공하여 광학부재(1100)를 회전시킬 수 있다.
도 14 및 도 15는 동력 제공부가 광학부재를 제1 축 및 제2 축으로 회전시키는 모습을 도시한 것이다. 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 광학부재(1100)의 하면 전체는 S극을 띄고 있는 구조를 예를 들어 설명하고 있다. 여기서, 각각의 자력부(1210)는 각각 S극의 자극을 형성함으로서, 척력을 이용하여 광학부재(1100)에 회전력을 제공한다.
도 14는 제1 축을 기준으로 광학부재(1100)가 회전한 모습을 도시하고 있다. 제1 축을 기준으로 회전하는 동력을 제공하는 자력부(1210)는 제1 축을 기준으로 대칭이 되는 위치에 형성된다. 그리고 두 개의 자력부(1210)는 서로 다른 세기의 척력을 형성한다. 도 14의 a에서는 좌측 자력부가 우측 자력부보다 더 큰 자력을 형성함으로써 광학부재가 제1 축을 기준으로 소정 각도만큼 회전한 상태에서 자력 평형을 유지하게 된다.
도 15는 제2 축을 기준으로 광학부재(1100)가 회전한 모습을 도시하고 있다. 제2 축을 기준으로 회전하는 동력을 제공하는 자력부(1210)는 제2 축을 기준으로 대칭이 되는 위치에 형성된다. 그리고 두 개의 자력부는 마찬가지로 서로 다른 세기의 척력을 형성한다. 도 14의 b에서는 좌측 자력부가 우측 자력부보다 더 큰 자력을 형성함으로써 광학부재(1100) 및 제1 홀더(1410)가 제2 축을 기준으로 소정 각도만큼 회전한 상태에서 자력 평형을 유지하게 된다.
이처럼, 동력 제공부(1200)의 자력부(1210)는 각각 제어부에 의해 독립적으로 자력이 제어될 수 있도록 구성된다. 따라서, 각각의 자력부의 세기가 개별적으로 제어됨으로써, 광학부재(1100)를 제1 축, 제2 축 그리고 제1 축과 제2 축을 조합한 방향으로 회전시키는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 4개의 자력부(1210)를 이용하며, 각각의 자력부(1210)는 광학부재(1100)의 원주 방향을 따라 90도 간격으로 배치된다. 그리고, 각각의 자력부(1210)는 모멘트를 고려하여 광학부재(1100)의 가장자리에 인접하도록 배치될 수 있다.
여기서, 광학부재(1100)가 제1 축(X)으로 회전하는 동력을 제공하는 두 개의 자력부는 제2 축(Y) 선상에 위치하여 제1 축을 기준으로 대칭되도록 배치될 수 있다. 그리고, 광학부재(1100)가 제2 축(Y)으로 회전하는 동력을 제공하는 두 개의 자력부는 제1 축(X) 선상에 위치하여 제2 축을 기준으로 대칭되도록 배치될 수 있다(도 6 참조).
다만, 본 발명이 본 실시예의 자력부 배치에 한정되는 것은 아니며, 다양한 배치 패턴을 이용하여 구성할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 두 자력부간의 척력을 이용하여 광학부재를 회전시키는 구성을 설명하고 있으나, 두 개 이상의 자력부를 조합하여 광학부재를 회전시키는 것도 가능하며, 척력뿐만 아니라 인력을 이용하여 자력 평형을 형성하는 것도 물론 가능하다.
한편, 이와 같이 동력 제공부에 의해 광학부재가 회전하게 되면, 위치 감지부(1300)는 광학부재(1100)의 회전 위치를 감지한다. 이때, 위치 감지부(1300)는 광학 어셈블리(1010)에 설치되는 광원(1311), 광센서(1321) 및 광 차폐부(1330)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 광학부재(1100)의 하측에는 광원 지지부(1310)가 형성된다. 그리고, 광원(1311)은 광원 지지부(1310)에 설치되어 내측에서 외측 방향으로 광을 조사한다.
그리고, 광원 지지부(1310)의 외측에는 다수개의 광센서 지지부(1320)가 형성된다. 그리고 다수개의 광센서(1321)가 광센서 지지부(1320)에 설치된다. 이때, 광센서(1321)는 광원에 대응되는 위치에 광원(1311)과 대향되도록 설치되어, 광원(1311)으로부터 조사되는 광을 수광한다.
한편, 광원(1311)과 광센서(1321) 사이에는 광센서(1321)를 선택적으로 차폐하는 광 차폐부(1330)가 배치된다. 여기서, 광 차폐부는 광센서를 선택적으로 차폐한다고 설명하나, 관점에 따라서는 광원을 선택적으로 차폐하는 것을 의미하기도 하고, 광원으로부터 조사되는 광을 선택적으로 차폐하는 것을 의미할 수 있다.
광 차폐부(1330)는 광학부재(1100)가 회전시 연동 가능하게 설치된다. 따라서, 광학부재(1100)의 회전에 따라 광 차폐부(1330)가 이동하게 되어, 광원(1311)으로부터 조사되어 광센서(1321)에 수광되는 광의 광량 및 수광 위치가 가변한다. 따라서, 위치 감지부(1300)는 광센서(1321)에서 감지되는 광량 및 수광위치를 감지하여 광학부재(1100)의 회전 위치를 감지하는 것이 가능하다.
구체적으로, 광 차폐부(1330)는 광학부재(1100)의 하측으로 연장되는 적어도 하나의 연장부를 포함하여 구성된다. 본 실시예의 광학부재는 각각 90도 간격으로 배치되는 4개의 연장부로 구성된다. 각각의 연장부는 제1 축 베어링(1411) 및 제2 축 베어링(1421)의 하측에 배치될 수 있다. 따라서, 광 차폐부(1330)는 광학부재(1100)의 회전에 따라 이동하면서, 광센서(1321)를 선택적으로 차폐한다.
본 실시예의 4개의 광센서 지지부(1320)를 구비하며, 각각의 광센서 지지부(1320)는 광학부재(1100)의 둘레 하측을 따라 90도 간격으로 배치된다. 이때, 각각의 광센서 지지부(1320)는 제1 축 베어링(1411) 및 제2 축 베어링(1421)의 하측에 각각 배치될 수 있다.
그리고, 광센서(1321)는 각각의 광센서 지지부(1320) 내측에 광원(1311) 방향으로 설치된다. 이때, 광센서(1321)는 광 차폐부(1330)가 광학부재(1100)의 회전에 따라 이동하는 동안 광원으로부터 조사되는 광의 일부는 차폐되고 일부는 수광되도록 구성되는 것이 바람직하다. 특정 구간에서 광 차폐부가 광센서를 전부 차폐하거나 또는 전혀 차폐하지 않게 되면, 해당 구간 내에서는 광학부재가 회전하더라도 광센서에서 수광되는 광량 또는 수광 위치의 변화가 없기 때문에, 광학부재의 회전 위치를 정확하게 파악할 수 없다.
따라서, 본 실시예에서는 하나의 광센서 지지부(1320)에 다수개의 광센서(1321)를 세로 방향으로 설치하여 광 차폐부(1330)의 이동 궤적 내에서 일부의 광은 지속적으로 차폐되고 또 일부의 광은 지속적으로 수광될 수 있도록 구성된다.
이와 같이, 본 실시예의 위치 감지부(1300)는 다수개의 광센서 지지부(1320)에 구비되는 다수개의 광센서(1321)를 통해, 광학부재(1100)의 회전 위치가 변경됨에 따라 다수개의 광센서(1321)로부터 수광되는 광량 및 수광 위치 정보를 조합하여 광학부재(1100)의 정확한 회전 위치를 감지할 수 있다.
그리고, 제어부(미도시)는 위치 감지부(1300)에서 감지되는 광학부재(1100)의 회전 위치 정보를 실시간으로 제공받아 동력 제공부(1200)를 제어함으로써, 광학부재(1100)의 정밀한 위치 제어가 가능하다. 따라서, 이러한 광학 어셈블리는 광 조사 위치를 정밀하게 제어할 필요가 있는 레이저를 이용한 의료 장치 또는 수술 장치 등 각종 레이저 장비에 이용될 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 광센서, 광원 및 광 차폐부의 구성 및 설치 위치를 구체적으로 한정하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 전술한 실시예에서 언급한 것과 마찬가지로, 본 발명의 위치 감지부의 구성은 광센서, 광원 및 광 차폐부를 다양한 위치 및 구조로 설계 변경하여 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims (20)

  1. 광학부재;
    상기 광학부재가 제1 축, 제2 축 또는 상기 제1 축과 상기 제2 축을 조합한 방향으로 회전되도록 설치되는 지지부;
    상기 광학부재가 회동하는 동력을 제공하는 동력 제공부; 그리고,
    복수개의 광센서를 포함하며, 상기 광학부재의 회전 위치를 감지하는 위치 감지부를 포함하는 광학 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치 감지부에서 감지되는 상기 광학부재의 회전 위치에 따라 상기 동력 제공부의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학부재의 하측에 위치하여 광을 조사하는 적어도 하나의 광원을 더 포함하고,
    상기 위치 감지부는 상기 광원으로부터 조사되는 광의 수광량 또는 수광되는 위치에 근거하여 상기 광학부재의 회전 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원과 상기 위치 감지부 사이에 형성되어 상기 광학부재의 회전 위치에 따라 상기 위치 감지부를 선택적으로 차폐하는 광 차폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광원은 상기 광학부재의 하측에서 상기 광학부재의 외측 방향으로 광을 조사하도록 설치되고,
    상기 복수개의 광센서는 상기 광학부재의 외측 방향을 따라 상기 광원에서 광이 조사되는 방향에 대응되도록 배치되며,
    상기 광 차폐부는 상기 광학부재의 하면으로부터 하측으로 연장 형성되어 상기 광학부재와 함께 회전하여 상기 위치 감지부를 선택적으로 차폐하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 위치 감지부의 상기 복수개의 광센서는 상기 광학부재의 외측 방향을 따라 복수개의 위치에 배치되고, 각각의 위치에서 종방향으로 2개 이상의 상기 광센서가 적층 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 위치 감지부의 복수개의 광센서의 일부는 상기 제1 축의 연장선 및 제2 축의 연장선 상에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  8. 제3항에 있어서, 상기 지지부는
    상기 광학부재의 둘레를 따라 형성되어 상기 광학부재가 상기 제1 축 방향으로 회전 가능하도록 설치되는 제1 홀더 및 상기 제1 홀더의 둘레를 따라 형성되어 상기 광학부재 및 상기 제1 홀더가 상기 제2 축 방향으로 회전 가능하도록 설치되는 제2 홀더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  9. 제3항에 있어서, 상기 지지부는
    상기 광학부재가 상기 제1 축 방향으로 회전 가능하도록 상기 광학부재의 하측에 힌지 연결 설치되는 제1 홀더 및 상기 광학부재와 상기 제1 홀더가 상기 제2 축 방향으로 회전 가능하도록 상기 제1 홀더의 타단에 힌지 연결되는 제2 홀더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  10. 제3항에 있어서, 상기 지지부는
    상기 광학부재의 하측에 설치되어 상기 광학부재를 지지하는 지지대 및 상기 광학부재와 상기 지지대 사이에 구비되는 볼 베어링 형상의 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 광학부재의 일부 또는 전부는 자성을 띄도록 형성되고,
    상기 동력 제공부는 자력을 형성하는 다수개의 자력부를 포함하여 구성되며 자력을 이용하여 상기 광학부재가 회전하는 동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광학부재는 미러 및 상기 미러가 설치되는 미러 플레이트로 구성되며, 상기 미러 플레이트는 자극이 형성된 자성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 다수개의 자력부는 각각의 자력부에서 형성하는 자력의 세기가 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 다수개의 자력부는 상기 광학부재의 하측에서 상기 광학부재의 원주 방향을 따라 90도 간격으로 배치되는 4개의 자력부로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 4개의 자력부 중 상기 광학부재가 상기 제1 축으로 회전하는 동력을 제공하는 두 개의 자력부는 상기 제2 축의 선상에 상기 제1 축을 기준으로 대칭되도록 각각 배치되며, 상기 광학부재가 상기 제2 축으로 회전하는 동력을 제공하는 나머지 두 개의 자력부는 상기 제1 축의 선상에 상기 제2 축을 기준으로 대칭되도록 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  16. 광학부재;
    상기 광학부재가 회동하는 동력을 제공하는 동력 제공부;
    상기 동력 제공부에서 제공되는 동력에 의해 상기 광학부재와 일체로 회전하는 광 차폐부;
    상기 광 차폐부의 일측에 설치되어 광을 조사하는 광원; 그리고,
    상기 광 차폐부의 타측에 설치되어 상기 광원으로부터 조사되는 광을 수광하는 적어도 하나의 광센서를 포함하고,
    상기 차폐부는 회전 위치에 따라 상기 적어도 하나의 광센서의 일부를 선택적으로 차폐하고, 상기 광센서는 상기 광원에서 조사되는 광의 수광량 또는 수광 위치에 근거하여 상기 광학부재의 회전 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 광원과 상기 광센서 중 어느 하나는 상기 광학부재의 회전축의 연장선상에 인접 설치되고, 나머지 하나는 상기 광학부재의 회전축을 중심으로 일정한 반경을 갖는 원주 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광 차폐부는 상기 광학부재의 회전축과 동일한 회전축으로 회전하며, 상기 광센서를 선택적으로 차폐할 수 있도록 상기 광원과 상기 광센서 사이에서 상기 회전축 방향으로 소정 길이만큼 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 광센서에서 감지되는 상기 광학부재의 회전 위치에 따라 상기 동력 제공부의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 동력 제공부의 일측에는 상기 광학부재가 회전 가능하게 설치되고 타측에는 상기 광원 및 상기 광센서가 설치되는 스테이지가 설치되며,
    상기 적어도 하나의 광원은 상기 스테이지의 중심부에 설치되어 외측 방향으로 광을 조사하고, 상기 복수개의 광센서는 상기 스테이지의 외곽을 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
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