The high precision and fast actuation system for large aperture mirror using magnetic levitation technology is proposed in this dissertation. High precision laser beam steering technology is used in various fields for purposes such as aerospace engineering, long-distance communication and data transfer engineering, and military defense. Optical mirror actuation system plays an important role in the laser beam steering technology. The proposed mirror actuation system is actuated by VCM for large motion range. For the high quality laser beam, mirror mounting system is composed of flexure mechanism. Compact structure is designed to be control easily. VCM can be designed for maximum force within limited size. Analytical modeling of magnetic flux density is introduced to design optimally. Optimal design of VCM is conducted based on the analytical modeling. Mirror mounting system using flexure mechanism is proposed and designed. In order to design optimally, analytical modeling of flexure mechanism is introduced. Optimal design is conducted based on the analytical modeling. The proposed mirror actuation system is finally designed with optimized mirror mounting system and optimized actuators. The proposed mirror actuation system is fabricated by using optimal design results. The realized system with three parts of mirror actuation system is presented. The electric devices and the controller for experiment are selected with each purpose. The target performances of the mirror actuation system are evaluated by experiments.
초정밀 레이저 빔 지향 기술은 항공우주, 통신뿐만 아니라 국방분야까지 광범위하게 사용되고 있다. 광학거울 구동 시스템은 레이저 빔 지향 기술에서 중요한 역할을 하고 있다. 거울 구동 시스템은 레이저 빔 품질의 저하를 최소화 하면서 출력 빔을 빠르고 정밀하게 지향하여 목표물에 유지시키도록 요구되고 있다. 본 학위논문에서는 대구경 광학거울을 빠르고 정밀하게 구동할 수 있도록 자기부상 기술을 적용한 거울 구동시스템을 제안하였다. 이를 위해 광학거울 구동 시스템은 큰 구동범위 구현이 가능한 보이스 코일 모터를 구동기로 사용하고 빔 품질의 저하를 최소화 하기 위해 유연기구 메커니즘을 적용한 거울 고정 시스템을 사용하였다. 수학적 모델링을 적립하고 최적화 과정을 통해 질량 대비 큰 힘을 낼 수 있는 구동기를 설계하고 주변 환경에 의한 광학거울의 변형을 최소화 시킬 수 있는 거울 고정시스템을 설계하였다. 설계 결과를 바탕으로 광학거울 구동 시스템을 제작하였다. 전체 시스템은 크게 구동부, 거울 고정부, 센서부로 나누어진다. 제작된 광학거울 구동 시스템과 센서 외에도 전류 공급을 위한 전류 증폭기와 전력 공급장치 등 전장과 제어를 위한 제어기 등이 포함된 전체 시스템을 구성하고 광학거울 구동 시스템의 성능평가를 진행하였다.
