专利名称：光学系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种包含光学多工器的光学系统及其控制方法，尤其涉及包含对所输入的多条光可进行选择性输出的光学多工器的光学系统及其控制方法。
背景技术：
分光器是用于分光从光源输入的光并检测所分光的各光波长强度的光学装置。用户根据由分光器所得到的数据来获得针对光源成分或性质的信息。这种分光器也可以被连接于用于半导体工艺的个别室等使用，以用于提供在室内部产生的所有光信息。
图1为用于说明采用现有分光器的光学系统的控制框图。如图所示，光学系统包含多个光源10、20、30；连接于各光源10、20、30的多个分光器40、50、60；连接于分光器40、50、60的光数据处理部70；外部仪器80。
各光源10、20、30向分光器40、50、60提供作为分析对象的光，并且放出包含与其他光源不同的特征及信息的光。
分光器40、50、60对从光源10、20、30接收到的光进行分光，并将各波长强度的光信息输出到光数据处理部70。光数据处理部70将光信息处理为外部仪器80所能使用的数据。
通常，分光器40、50、60从光源10、20、30接收并处理光所需的时间最多为10msec左右，但是光数据处理部70约以1～3秒的间隔向外部仪器80传送数据。这说明相对于用户获得所需光数据的全部时间而言，分光器40、50、60实际工作的时间非常短，由此可知分光器40、50、60的使用效率非常低。
但是，由于各光源10、20、30中都连接了这种分光器40、50、60，因而使系统整体制造成本上升，并且随着光源数量的增加还要设置附加的分光器，因而导致系统结构的复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过使用所述光学多工器而使设备变得简单并减少制造成本的光学系统及其控制方法。
为了实现上述目的依据本发明所提供的光学系统，包含多个光源；光学多工器，该光学多工器具有用于接收从所述光源输出的光的多个光接收部、用于向外部装置输出光的光输出部、用于改变从所述多个光接收部中的某一个光接收部接收到的光方向并将其引导到所述光输出部的光引导部；分光器，以用于将从所述光学多工器输出的光进行分光，并输出分光信息；光数据处理部，以用于将从所述分光器所输出的分光信息译码并进行处理。
并且，所述光引导部可以包含反射镜，用于将从所述光接收部接收到的光反射到所述光输出部；电机，用于旋转所述反射镜；控制部，用于控制所述电机，以调节所述反射镜与所述多个光接收部之中的某一个接收部的相对位置。
并且，所述反射镜最好将所接收到的光路径方向改变80°～100°左右。
并且，所述光接收部相对于所述反射镜的转轴最好以等角度排列，以易于旋转反射镜；并且，所述光接收部最好以所述光输出部为中心排列于同一个圆周上，以提高集光的光效率。
并且，所述光学多工器可以进一步包含用于将从所述反射镜反射的光集中到所述光输出部的集光器。
并且，所述光学多工器可以进一步包含至少容纳所述反射镜的、内壁为黑色的外壳，以使对其他光的影响最小。
并且，所述分光信息可以包含光的各波长强度。
并且，最好进一步包含用于接收由所述光数据处理部所处理的光数据的外部仪器，而所述光数据处理部最好进一步包含用于存储所处理的光数据的存储部和与所述外部仪器进行通信的通信部。
并且，为了实现上述目的依据本发明提供一种光学系统的控制方法，该控制方法包含步骤识别连接于光源的光接收部的数量；旋转反射镜；将从所述光接收部接收到的光反射到光输出部；集中所反射的光；输出所集中的光；对所输出的光进行分光；输出被分光的光分光信息；将所输出的分光信息译码并处理；存储所处理的光数据；判断所述光数据的数量和所述光接收部的数量；判断结果，如果所述光数据的数量和所述光接收部的数量相一致，则将多个所述光数据传送到外部仪器。
图1为用于说明传统的光学系统的控制框图；图2为用于说明依据本发明一实施例所提供的光学系统的控制框图；图3为依据本发明一实施例所提供的光学多工器的分解示意图；图4为依据本发明一实施例所提供的光学多工器的控制框图；图5为依据本发明一实施例所提供的光学多工器的剖示图；图6为用于说明依据本发明一实施例所提供的光学系统控制方法的控制流程图。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。
图2为用于说明依据本发明一实施例所提供的光学系统的控制框图。
如图所示，光学系统包含多个光源10、20、30；光学多工器100；分光器200；光数据处理部300；及，外部仪器400。各光源10、20、30与光学多工器100之间以及光学多工器100与分光器200之间通过光纤维510而连接，分光器200与光数据处理部300之间以及光数据处理部300与外部仪器400之间通过如通用串行总线(USB)电缆的通信线520而连接。
本实施例与传统的光学系统不同，不包含多个分光器40、50、60而只具有一个分光器200。而分光器200的前端连接光学多工器100，以从多个光源10、20、30输入的光中只输出某一条光。由于使用光学多工器100而减少了高价装置的分光器200，从而具有可以显著地减少制造成本的优势，并且可以减少使用多个分光器200时用于个别地连接并控制所需的设备方面的繁琐工作。
多个光源10、20、30的种类有很多种，本实施例中将用于半导体工艺的室为例来进行描述。如果假设室内部进行半导体的等离子工艺，则每一道工序都需要进行针对所注入的物质及半导体状态的检测和分析。由于从室输出的光含有这种信息，因而用户通过分光器200来进行分析。
光学多工器100选择所输入的多条光而输出到分光器200。光学多工器100的控制部150根据从光数据处理部300所输入的控制信号来识别连接于光源的光接收部110的个数，并控制电机140的驱动。即，控制部150适当地调节旋转速度，以防止反射镜130反射多条光。
从光学多工器100输出的光输入到分光器200而被分光，并测定各波长的强度。由于各物质具有固有的光谱，因而可以通过分光来获知是否包含其物质以及所包含的大致含量。各波长强度的分光信息编码为数字信号而输出到光数据处理部300。
下面参照图3至图5来说明光学多工器。图3为依据本发明一实施例所提供的光学多工器的分解示意图，图4为光学多工器的控制框图，图5为表示光学多工器的部分剖示图。如图所示，光学多工器100包含多个光接收部110(包含111、113、115)、光输出部120、用于将从光接收部110接收到的光引导到光输出部120的光引导部160及集光器170。并且，光学多工器100进一步包含用于收容光引导部160和集光器180的外壳180，而该光引导部160由反射镜130、电机140及控制部150构成。
光学多工器100可以具有多种形状，但本实施例中光学多工器100包含圆柱形外壳180而其整体具有圆柱形状。光学多工器100的构成要素之中一部分被收容于圆柱形状的外壳180之中，而其余部分向外壳180的侧面或上面突出。
外壳180内部为呈茶褐色或黑色，并涂敷黑色颜料等。这是为了使外壳180内部形成如暗室的环境，从而由外部隔离光；而且，即使有光输入，也可以通过吸收该输入光而不影响光引导部160。为此，也可以在外壳180内部设置专门的光隔离装置。
光接收部110从外部光源接收光，并通过外部光源和光纤维等连接。三个光接收部111、113、115以等间距排列于外壳180的侧面，并且最好离布置在外壳180上面中心部的光输出部120具有相同距离。
光接收部110的数量并不限定于三个，按照光源数量而可以改变。并且，光接收部110可以专门制作，并按照可拆卸/贴附于外壳180的形式设计。
光引导部160包含用于改变从光接收部110接收到的光路径的反射镜130；与反射镜130相连接的电机140，以用于旋转反射镜130；为了旋转反射镜130而驱动并控制电机140的控制部150。
如图4所示，反射镜130为了将从光接收部110接收到的光引导到光输出部120，将光路径改变约80°～100°左右，最好改变90°左右。反射镜130被收容于圆柱形外壳180内部而进行圆周运动，用于将从多个光接收部110中的任意一个接收部所接收到的光引导到光输出部120。这利用了光的直进性及反射法，相对于垂直于反射镜130的法线而言，入射到反射镜130的光具有与入射角相同的反射角而被反射。因此，光接收部110、光输出部120及反射镜130的相对位置对于光的传递比较重要。本实施例中，光接收部110布置在外壳180的侧面、光输出部120布置在外壳180的上面，由光接收部110输入的光约以45°角入射到反射镜130而被反射。
反射镜130通过旋转运动而向光输出部120输出仅一条光，即使光输入到多个光接收部110，反射镜130除了反射需要通过光输出部120传递到外部的一条光以外，对其他光不进行反射。为了使反射镜130进行这种旋转，光接收部111、113、115最好分别相隔预定间距而布置，并且为了易于控制反射镜130的旋转运动最好以等间距排列。换句话说，如图5所示，多个光接收部111、113、115相对于反射镜130的转轴，即相对于贯通外壳180上面中心部的轴以等角度(α)排列。这样，当光接收部111、113、115以等角度(α)排列时，反射镜130可以每相隔预定时间旋转相同角度而反射光。如果光接收部111、113、115的间距不均匀，则反射镜130的转速也不均匀，从而使驱动该反射镜的电机140难以控制。
并且，为了易于集中从集光器170反射的光，光接收部110以反射镜130的转轴为中心排列于同一个圆周上。即使光接收部111、113、115相对于反射镜130的转轴以等角度(α)排列，但如果不排列于同一个圆周上，则因光被反射到光输出部120的位置互不相同，从而存在难以集中光并集光器170需要加大的问题。由此可见，光接收部111、113、115最好被布置为相对于反射镜130的转轴以等角度(α)排列，并且以转轴为中心位于同一个圆周上。本实施例中，反射镜130的转轴与由外壳180突出的光输出部120的位置相同。
电机140与反射镜130相连，并以预定的匀角速度旋转反射镜130。光学多工器100接收光的速度由电机140的运行速度来决定，因而用户可以通过控制控制部150来调节电机140的转速。
控制部150通过驱动电机140来调节反射镜130与多个光接收部111、113、115之中的某一个光接收部的相对位置。控制部150可以由从光学多工器100接收光的外部装置来控制，并根据光接收部110的数量及光接收速度等控制信号来控制电机140的转速。
集光器170用于集中从反射镜130所反射的光并传递到光输出部120，这是为了实现更高的光效率而布置的。该集光器170被布置在反射镜130与光输出部120之间，如果反射镜130与光输出部120之间的间隙非常小，则作为可选择性的构成要素而可以省略。相反，为了更高的光效率也可以使用多个集光器170。如上所述，为了缩小集光器170的大小并提高集光效率，多个光接收部110最好相对于作为反射镜130转轴的光输出部120排列于同一个圆周上。
光引导部160中反射镜130和集光器170是与光直接接触的部分，因此必须将这些收容于外壳180内部，以使其不受其他光的影响。
最后，可以将光路径的变化总结为向各光接收部111、113、115输入多条光；即使输入多条光，反射镜130接收并反射的光只为其中一条；由反射镜130而改变约90°左右方向的光通过设置在光输出部120前面的集光器170而被集光；所集中的光通过光输出部120而输出到外部之后，控制部150通过驱动电机140来旋转连接于电机140的反射镜130；反射镜130移动到相邻而排列的另一光接收部110，并反复上述过程。输入到光接收部110的所有光依次通过光输出部120而输出的时间为数十毫秒(msec)左右。
光数据处理部300将由分光器200输出的分光信息译码并处理而传送到外部仪器400。光数据处理部300包含用于存储所处理的光数据的存储部310和用于与外部仪器400进行通信的通信部320。
光数据处理部300将对编码为数字信号而被传送的分光信息进行译码而存储于各信道(channel)中，即分别根据各光接收部110接收到的光源而进行存储。光数据处理部300将从所有光接收部110接收到的光相关的分光信息存储为光数据之后，将其传递到外部仪器400。这种数据传送仪器并不限定于上述机构，可以按照用户的要求制作为多种形式。
通信部320接收外部仪器400所要求的光数据的信号，并对应于该信号传送光数据，外部仪器400与通信部320之间通过用于通信的如通用串行总线(USB)的通信电缆来连接。
通常，光数据处理部300为多路分光计(spectrometer multiplex)，外部仪器400可能为用户服务器或用于控制整个光学系统的主电脑。
图6为用于说明依据本发明一实施例所提供的光学系统控制方法的控制流程图。
首先，光学多工器100根据光数据处理部300的控制信号来识别连接于光源的光接收部110的数量(S10)。
然后，以预定的角速度旋转反射镜130(S20)，将多个光接收部110中的某一个光接收部所输入的光反射到光输出部120的方向(S30)。多个光接收部110相对于反射镜130转轴的光输出部120以等角度(α)排列，并排列于同一圆周上。从反射镜130反射的光被集光器170集光之后，通过光输出部120从光学多工器100输出(S40)。
所输出的光通过光纤维520传递到分光器200而被分光(S50)。被分光的光被编码为根据各波长光强度的分光信息而被输出(S60)。
所输出的分光信息在光数据处理部300经过进行译码的处理过程(S70)，所处理的光数据存储于存储部310(S80)。光数据处理部300比较所存储的光数据数量和与光源相连接的光接收部110的数量(S90)。如果，光数据的数量小于光接收部110的数量，则向光学多工器100的控制部150发送控制信号，以再次旋转反射镜130。在反复进行这种过程中，如果光数据的数量与光接收部110的数量相等，则光数据处理部300将所存储的光数据输出到外部仪器400(S100)。光数据处理部300以约1～3秒的间隔向外部仪器400传送光数据。这种光数据传送周期可以根据外部仪器400的控制而进行改变。
虽然描述并示出了本发明的几个实施例，但本发明所属领域的具有通常知识的技术工作者应该知道，在不脱离本发明的原则或精神的情况下将可以对多条光进行选择性输出的本实施例可以进行变更。本发明的保护范围由权利要求和其等同物而决定。
综上所述，依据本发明提供一种通过使用光学多工器而使设备变得简单并节省制造成本的光学系统。
权利要求
1.一种光学系统，其特征在于包含多个光源；光学多工器，该光学多工器具有用于接收从所述光源输出的光的多个光接收部、用于向外部装置输出光的光输出部、用于改变从所述多个光接收部中的某一个光接收部接收到的光方向并将其引导到所述光输出部的光引导部；分光器，以用于将从所述光学多工器输出的光进行分光，并输出分光信息；光数据处理部，以用于将从所述分光器所输出的分光信息译码并进行处理。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述光引导部包含反射镜，用于将从所述光接收部接收到的光反射到所述光输出部；电机，用于旋转所述反射镜；控制部，用于控制所述电机，以调节所述反射镜与所述多个光接收部之中的某一个接收部的相对位置。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于所述反射镜将所接收到的光路径方向改变80°～100°左右。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述光接收部相对于所述反射镜的转轴以等角度排列。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于所述光接收部以所述光输出部为中心排列于同一个圆周上。
6.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于所述光学多工器进一步包含用于将从所述反射镜反射的光集中到所述光输出部的集光器。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述光学多工器进一步包含至少容纳所述反射镜的、内壁为黑色的外壳。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于所述分光信息包含光的各波长强度。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于进一步包含用于接收由所述光数据处理部所处理的光数据的外部仪器，而所述光数据处理部进一步包含用于存储所处理的光数据的存储部和与所述外部仪器进行通信的通信部。
10.一种光学系统的控制方法，包含步骤识别连接于光源的光接收部的数量；旋转反射镜；将从所述光接收部接收到的光反射到光输出部；集中所反射的光；输出所集中的光；对所输出的光进行分光；输出被分光的光分光信息；将所输出的分光信息译码并处理；存储所处理的光数据；判断所述光数据的数量和所述光接收部的数量；判断结果，如果所述光数据的数量和所述光接收部的数量相一致，则将多个所述光数据传送到外部仪器。
全文摘要
本发明涉及光学系统及其控制方法。依据本发明所提供的光学系统，包含多个光源；光学多工器，该光学多工器具有用于接收从所述光源输出的光的多个光接收部、用于向外部装置输出光的光输出部、用于改变从所述多个光接收部中的某一个光接收部接收到的光方向并将其引导到所述光输出部的光引导部；分光器，以用于将从所述光学多工器输出的光进行分光，并输出分光信息；光数据处理部，以用于将从所述分光器所输出的分光信息译码并进行处理。由此可以提供从多条光中选择某一条而输出的光学多工器，并提供设备简单、节省制造成本的光学系统。
文档编号G02B26/08GK1908730SQ200610007308
公开日2007年2月7日 申请日期2006年2月7日 优先权日2005年8月5日
发明者崔命受, 朴起梁, 尚兑峻 申请人:三星电子株式会社