(57)【要約】【課題】多様な波長に適用可能に回折格子の格子間隔を制御することができる可変型回折格子装置を提供する。【解決手段】本発明の可変回折格子装置は、格子間隔が線形的に変形可能な弾性素材からなる回折格子を備える回折格子部と、前記回折格子部に連結され、前記回折格子部に力を加えることによって格子間隔を変形させる駆動部と、外部から入力された特定波長によって前記格子間隔を調整するために前記駆動部を制御する制御部とを含む。【選択図】図２
2010145988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子間隔が線形的に変形可能な弾性素材からなる回折格子を備える回折格子部と、
前記回折格子部に連結され、前記回折格子部に力を加えることによって格子間隔を変形させる駆動部と、
外部から入力された特定波長によって前記格子間隔を調整するために前記駆動部を制御する制御部と
を含むことを特徴とする可変型回折格子装置。
【請求項２】
前記回折格子部は、前記回折格子の第一の側面に取り付けられ、前記回折格子を固定させる固定支持台と、前記固定支持台の両端に垂直に連結される一対の移動軸と、前記回折格子が前記移動軸に沿って線形的に変形可能に前記回折格子の第二の側面に取り付けられた移動支持台とをさらに含み、
前記駆動部は、前記移動支持台に連結され、前記回折格子の格子間隔を線形的に変形させることを特徴とする請求項１に記載の可変型回折格子装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記回折格子の全体の長さを変更するためにあらかじめ格納されたマッピングテーブルを利用して前記駆動部の駆動圧力を決定し、
前記マッピングテーブルは、回折格子の素材による駆動圧力がマッピングされることを特徴とする請求項１に記載の可変型回折格子装置。
【請求項４】
前記駆動部は、機械的応力を利用して前記回折格子の全体の長さを変形することを特徴とする請求項１に記載の可変型回折格子装置。
【請求項５】
前記駆動部は、電気刺激を利用して前記回折格子の全体の長さを変形することを特徴とする請求項１に記載の可変型回折格子装置。
【請求項６】
前記回折格子は、ゴム系の素材で形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変型回折格子装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記外部から入力された特定波長が弾性係数が許容される範囲以内である場合、前記回折格子の格子間隔を変更するように制御することを特徴とする請求項１に記載の可変型回折格子装置。
【請求項８】
前記回折格子の格子間隔を測定し、測定された格子間隔を前記制御部に提供する測定部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の可変型回折格子装置。
【請求項９】
前記制御部は、入力される任意の光が回折される地点を検出し、検出された地点で前記測定部によって提供された格子間隔に基づいて前記光の波長を計算することを特徴とする請求項８に記載の可変型回折格子装置。
【請求項１０】
前記回折格子の状態情報をディスプレイする表示部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の可変型回折格子装置。
【請求項１１】
前記特定波長は、１００ｎｍ乃至３０μｍの間の波長であることを特徴とする請求項１に記載の可変型回折格子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトル分析機、ネットワーク分析機などの光学測定及び分析機器に使用される可変型回折格子装置に関し、特に伸縮性を有し、且つ弾性範囲内で格子間隔を変化させることができる可変型回折格子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、回折格子は、一定の模様が一定の間隔を持って繰り返して配列されている形態の光学要素部品であり、入射する光の進行方向を変化させる機能を行う。この時、変化する光の進行方向は、光の波長と格子模様の間隔によって決定される。このような性質を利用して一般的な日光のように複数の互いに異なる波長が混合されている光を波長によって異なる角度に分散させる役目をすることができる。これは、プリズムのような機能をし、必要によって単色光を作るか、または分光スペクトルを形成する時に使用する。プリズムの場合は、光の屈折率が波長によって異なる特徴を利用するのに対し、回折格子では、特定角度で特定波長が進行する回折条件を利用する。
【０００３】
従来、特定波長に対して特定方向の回折角度を得ようとする時には、最大の回折効率を有する回折格子を使用する。ここで、最大の回折効率は、格子間隔以外にも、個別格子の細部形態、入射光の最適角度などによって決定される。そこで、すべての条件が同一であるとした時に特定波長専用の回折を研究する場合、回折格子は、条件によって１つの格子間隔を有する回折格子を使用すれば良い。しかし、不特定の波長範囲に対して回折現象を研究するか、または未知の波長範囲で最適条件を捜さなければならない必要性が発生する場合、多くの種類の回折格子が必要とされるという問題が生じる。
【０００４】
このような問題点を解決するための方案として、回折格子の格子角度を可変にする方案が提案された。しかし、回折格子における格子間隔は、最小限入射光波長の１／２以上でなければならないので、多様な波長に適用可能にするためには、回折格子の格子間隔を可変にしなければならない。したがって、従来技術のように、回折格子を可変にする方案は、多様な種類の波長をカバーすることができない。
【０００５】
光学分野において回折格子が最も多く使用される範囲は、一般的に波長１００ｎｍから１０μｍまでであり、紫外線から赤外線領域までの領域である。また、今後ＴＨｚ波の研究開発が進行されており、この技術に対する光特性研究が一般化されている現時点では、回折格子でカバーすべき範囲は、長波長側では３０μｍに至るようになる。これにより、ＴＨｚ波をカバーすることができる回折格子の必要性が提起された。
【０００６】
また、従来技術は、回折格子の格子ごとに傾斜角度を制御しなければならないので、回折格子の構造が複雑であり、しかも、製作コストが高くなり、経済的に効率性が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】大韓民国特許登録第１０−０３６５２６２号明細書
【特許文献２】大韓民国特許登録第１０−０６８８７３７号明細書
【特許文献３】特開２００１−３２４７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、多様な波長に適用できるように回折格子の格子間隔を制御することができる可変型回折格子装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、構造が簡単であり、且つ製作コストを低減することができる可変型回折格子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の可変型回折格子装置は、格子間隔が線形的に変形可能な弾性素材からなる回折格子を備える回折格子部と、前記回折格子部に連結され、前記回折格子部に力を加えることによって格子間隔を変形させる駆動部と、外部から入力された特定波長によって前記格子間隔を調整するために前記駆動部を制御する制御部とを含む。
【００１０】
前記回折格子部は、前記回折格子の第一の側面に取り付けられ、前記回折格子を固定させる固定支持台と、前記固定支持台の両端に垂直に連結される一対の移動軸と、前記回折格子が前記移動軸に沿って線形的に変形可能に前記回折格子の第二の側面に取り付けられた移動支持台とをさらに含み、前記駆動部は、前記移動支持台に連結され、前記回折格子の格子間隔を線形的に変形させる。
【００１１】
前記制御部は、前記回折格子の全体の長さを変更するためにあらかじめ格納されたマッピングテーブルを利用して前記駆動部の駆動圧力を決定し、前記マッピングテーブルは、回折格子の素材による駆動圧力がマッピングされる。
【００１２】
前記制御部は、前記外部から入力された特定波長が前記弾性係数が許容される範囲以内である場合、前記回折格子の格子間隔を変更するように制御する。
【００１３】
前記可変型回折格子装置は、前記回折格子の格子間隔を測定し、測定された格子間隔を前記制御部に提供する測定部をさらに含む。
【００１４】
この場合、前記制御部は、入力される任意の光が回折される地点を検出し、検出された地点で前記測定部によって提供された格子間隔に基づいて前記光の波長を計算することを特徴とする。
【００１５】
前記可変型回折格子装置は、前記回折格子の状態情報をディスプレイする表示部をさらに含むことができる。
【００１６】
前記特定波長は、１００ｎｍ乃至３０μｍの間の波長であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
前述したように、本発明の可変型回折格子装置によれば、弾性力のある素材を利用して回折格子の格子間隔を可変とすることによって、１００ｎｍから３０μｍの長波長までカバーが可能であり、テラヘルツの周波数帯域の信号も使用可能である。また、構成が簡単であり、且つ製作コストを低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】入射光が回折格子から反射される様子を示す図面である。
【図２】本発明の好ましい実施例による可変型回折格子装置を示す図面である。
【図３】本発明の回折格子の格子間隔が変形される様子を示す図面である。
【図４ａ】本発明の可変型回折格子において回折格子部及び駆動部の一例を詳しく示す図面である。
【図４ｂ】本発明の可変型回折格子において回折格子部及び駆動部の一例を詳しく示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照して本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる好ましい実施例を詳しく説明する。但し、本発明の好ましい実施例に係る動作原理を詳細に説明するにあたって、関連された公知機能または構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
【００２０】
本発明は、伸縮性を有し、且つ弾性範囲内で格子間隔を変化させることができる可変型回折格子装置を提案する。
【００２１】
以下、本発明の理解のために、まず、回折現象の基本概念を説明する。回折現象は、同一の方向に進行した光が互いに異なる経路を進行した後、再度結合される時に経路の差異が波長の整数倍に該当する場合に、補強干渉が生じ、半波長の奇数倍に該当する場合に相殺される現象を意味する。このような回折現象は、光の回折及び反射に関するブラッグ（Bragg）法則によって具現される。
【００２２】
図１は、回折格子における基本的な概念を示す図面であり、入射光が回折格子から反射される様子を示す。図１を参照すれば、回折格子１０１は、一定の間隔ｄで格子模様を構成している。入射光は、波長λで構成される。
【００２３】
このような回折格子１０１では、ブラッグ法則の回折条件を満足し、次の数式１のように示される。  
ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍλ        （式１）
【００２４】
ここで、ｄは、格子間の間隔、αは、格子面の垂直線１２０に対する入射光１１１、１１３の角度、βは、回折光１１５、１１７の角度、整数ｍは、ｍ番目次数の回折を意味し、λは、入射光の波長である。前記式１のように、一定の波長で回折条件に関連する要素は、回折格子の間隔ｄと入射光の波長λであることが分かる。
【００２５】
さらに、図１を参照すれば、前記入射光１１１、１１３が回折格子１０１の格子模様を通過する時に、各格子から反射された光が進行方向によって互いに異なる経路差異を有し、このため、回折が生じるということが分かる。
【００２６】
詳しく説明すれば、前記波長λの入射光１１１、１１３が格子の表面に対して入射角αで入射し、前記式１を満足する回折角βに回折されることを示している。ここで、互いに平行する入射光１１１、１１３による波面（wave front）Ａに対して、回折を起こした後に進行する回折光１１５、１１７の波面Ｂを考慮し、２つの平行光、すなわち入射光１１１、１１３と回折光１１５、１１７の経路差異は、次の式２のように表される。  
ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）        （式２）
【００２７】
なぜなら、入射角αと回折角βは、格子表面の垂直線１２０に対して互いに反対方向なので、符号が反対である。したがって、回折条件は、前記式２のような経路差異が入射光波長の整数倍になる条件なので、前記式１が成立することが分かる。
【００２８】
図２は、本発明の好ましい実施例による可変型回折格子装置２００を示すブロック図である。図２を参照すれば、可変型回折格子装置２００は、弾力性素材で形成され、回折格子の格子間隔の変形が可能な回折格子部２１０と、前記回折格子の格子間隔を測定する測定部２４０と、前記回折格子の全体の長さを変更させる駆動部２２０と、外部から入力された特定波長に使用される格子間隔によって前記回折格子の全体の長さを変更するように前記駆動部２２０を制御する制御部２３０とを含む。
【００２９】
また、前記可変型回折格子装置２００は、現在状態の情報を示すことができる表示部２５０を追加的に含むことができる。
【００３０】
前記回折格子部２１０は、弾力性のある素材からなる回折格子を利用することによって、前記回折格子の格子間隔が線形的に変形可能なように構成される。前記弾力性のある材料は、スプリングやシリコンゴムのようなゴム系の素材が可能である。ここで、前記格子間隔の変形率及び変形範囲は、素材の弾性度及び弾性限界によって決定され、回折格子が線形的に変わることができる範囲は、素材の弾性限界内で変形するようになる。
【００３１】
以下、弾力性のある素材からなる回折格子の格子間隔が変形される様子を図３を参照して説明する。図３は、本発明において回折格子の格子間隔を広げた場合を示す図面であり、変形前３０１と変形後３０３の様子を示す。
【００３２】
図３を参照すれば、回折格子の全体格子の長さがＬからＬ＋ΔＬに伸びた時、格子間隔はｄからｄ＋Δｄに伸びるようになる。本発明において、回折格子の素材は、線形的に変形可能な素材を使用するので、伸びる割合ΔＬ／ＬとΔｄ／ｄは、互いに等しくなる。
【００３３】
すなわち、回折格子の格子間隔を１０％広げた場合、前記回折格子の全体の長さＬを１０％伸ばして制御するようになる。したがって、本発明の可変型回折格子装置２００は、回折格子の全体の長さを変更することによって、回折格子の格子間隔を制御するようになる。
【００３４】
一方、前記回折格子の格子間隔を広げる場合、傾斜角度が変形されることもある。しかし、回折格子の傾斜角度は、回折効率と関連するだけで、格子間隔を変形するにはほとんど影響を及ぼさないので、本発明では考慮しない。
【００３５】
さらに図２を参照して説明すれば、前記制御部２３０は、外部から入力された特定波長によって所望の格子間隔を決定し、前記回折格子の全体の長さを制御するようになる。すなわち、前記制御部２３０は、前記回折格子の格子間隔が決定されれば、決定された格子間隔と同一の割合で前記回折格子の全体距離を制御するようになる。
【００３６】
また、前記制御部２３０は、前記測定部２４０から測定された情報を受信し、変形された回折格子の格子間隔が正確であるかどうかを確認することができる。
【００３７】
一方、前記制御部２３０は、入力される光の波長を計算することができる。すなわち、制御部２３０は、入力される光に対して回折格子の格子間隔を移動させ、前記光が回折される地点での格子間隔を検出し、前記光の波長を計算することもできる。
【００３８】
前記測定部２４０は、前記回折格子の格子間隔を測定する手段であり、前記回折格子の格子間隔が変更された場合、変更された回折格子の格子間隔を測定し、前記制御部２３０に伝送することができる。
【００３９】
前記駆動部２２０は、前記回折格子の格子間隔を線形的に変形させるために、前記制御部２３０の制御によって前記回折格子の全体の長さを変形させる。ここで、前記制御部２３０は、あらかじめ決定された回折間隔による全体の長さを変形させるために、駆動部２２０の駆動圧力を決定し、前記駆動部２２０に伝達することによって、前記回折格子の全体の長さを制御するようになる。
【００４０】
ここで、前記駆動圧力は、前記回折格子の素材によって変わるようになる。これにより、前記制御部２３０は、回折格子の素材による駆動圧力があらかじめマッピングされたテーブルを利用して駆動圧力を決定することができる。
【００４１】
前記駆動部２２０は、動力を均一に駆動させることができる手段で具現することができる。例えば、モーターなどの機械的な力を利用して均一に移動させることができ、圧電体などの電気刺激を利用して駆動させる方法も可能である。
【００４２】
前記表示部２５０は、選択的に具備されることができる手段であり、前記可変型回折格子２００の状態情報を表示する装置である。前記状態情報は、格子間隔、使用可能な周波数波長などを表示することができる。また、ユーザから使用すべき光の波長情報の入力を受けて前記制御部２３０に伝達することもできる。
【００４３】
以下、本発明の回折格子部２１０の構造を説明する。図４ａ及び図４ｂは、本発明の可変型回折格子２００において回折格子部２１０及び駆動部２２０の一例を詳しく示した図面であり、それぞれ平面図及び斜視図である。
【００４４】
図４ａ及び図４ｂを参照すれば、本発明の回折格子部２１０は、弾力性のある素材で形成される回折格子４１０で構成され、前記回折格子４１０の一側面に取り付けられ、前記回折格子４１０を固定させる固定支持台４２１と、前記固定支持台４２１の両端に垂直に連結される移動軸４３１、４３３と、前記回折格子４１０が前記移動軸に沿って線形的に変形可能に前記回折格子４１０の他の側面に取り付けられた移動支持台４４０とを含む。
【００４５】
ここで、前記回折格子部２１０は、前記移動軸４３１、４３３のそれぞれの端部に第２の固定支持台４２３を連結し、前記回折格子４１０をさらに堅固に固定させることができるように具現することができる。
【００４６】
また、前記駆動部２２０は、前記移動支持台４４０に連結され、前記回折格子４１０を線形的に変形させるようになる。
【００４７】
前記回折格子４１０は、弾力性のある素材であるスプリングやシリコンゴムのようなゴム系の素材で製作され、格子間隔が線形的に変形可能に製作される。ここで、前記回折格子の格子間隔変形率及び変形範囲は、素材の弾性度及び弾性限界によって決定され、回折格子が線形的に変わることができる範囲は、素材の弾性限界内で線形的に変形するようになる。
【００４８】
回折格子で回折させることができる光の波長範囲は、最大格子間隔の２倍なので、本発明のように、回折格子の格子間隔を増加させれば、その増加した長さの２倍に相当する波長を有する光を回折させることができるようになる。
【００４９】
前記駆動部２２０は、前記回折格子４１０の全体の長さを変更し、格子間隔を線形的に変形することができるように製作される。本実施例では、前記駆動部２２０をねじ形態で示したが、前記回折格子４１０を線形的に均一に移動させることができる手段であればよいので、多様に具現されることができる。例えば、モーターなどの機械的な力を利用してねじを駆動させることができ、圧電体など電気刺激を利用してねじを駆動させる方法も可能である。
【００５０】
一方、本発明の詳細な説明では、１つの実施例に関して説明したが、本発明の範囲から脱しない範囲内で様々な変形が可能であることは勿論である。それで、本発明の範囲は、説明された実施例に限定されて定められるべきではなく、後述する特許請求範囲だけでなく、この特許請求範囲と均等なものなどによって定められるべきである。
【符号の説明】
【００５１】
１０１  回折格子
１１５、１１７  回折光
２００  可変型回折格子装置
２１０  回折格子部
２２０  駆動部
２３０  制御部
２４０  測定部
２５０  表示部
４１０  回折格子
４２１、４２３  固定支持台
４３１、４３３  移動軸
４４０  移動支持台
【図１】
2010145988.tif 000003
【図２】
2010145988.tif 000004
【図３】
2010145988.tif 000005
【図４ａ】
2010145988.tif 000006
【図４ｂ】
2010145988.tif 000007