KR100425770B1 - 미소 반사체의 회전각도 측정장치 - Google Patents

Abstract

수십 마이크로미터 크기의 회전 미소 반사체를 시각적으로 간단히 초기 위치에 정확히 위치시킬 수 있고, 미소 반사체의 미소 단위의 회전각도를 정확하게 측정한다.

X축, Y축 및 Z축으로 구동되는 3축 구동 테이블과, 상기 3축 구동 테이블 상에 설치되고 회전각도를 측정하기 위한 미소 반사체와, 미소 반사체에 일체로 구비되어 미소 반사체를 회전시키는 액츄에이터와, 상기 미소 반사체의 전방에 설치되어 입사되는 광을 전기적 신호로 변환하는 광 센서 어레이와, 광을 발생하는 광원과, 상기 광원의 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈와, 상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 광을 분할하여 상기 미소 반사체 및 광 센서 어레이로 출력하는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터와 상기 미소 반사체의 사이에 구비되는 대물렌즈, 시각적으로 미소 반사체를 확인하기 위한 조명과 조명 스플리터로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

미소 반사체의 회전각도 측정장치{Apparatus for measuring rotation angle of micro mirror}

본 발명은 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터에 사용되는 DMD(Digital Micro-mirror Device) 소자 및 광 스위치 등에 구비된 수십 마이크로미터 크기의 미소 반사체의 회전각도를 측정하는 미소 반사체의 회전각도 측정장치에 관한 것이다.

반도체 기술의 발전과 더불어 DMD 소자 및 광 스위치 등에는 액츄에이터가 일체로 구비되는 미소 반사체를 구비하고, 액츄에이터의 구동에 따라 미소 반사체를 회전시켜 광의 경로를 조절하고 있는 것으로서 액츄에이터의 구동에 따른 미소 반사체의 회전각도를 정확하게 측정할 필요가 있다.

도 1은 액츄에이터의 구동에 따른 미소 반사체의 회전각도를 측정하는 종래의 측정장치의 일 예를 보인 도면이다.

여기서, 부호 100은 X축, Y축 및 Z축으로 구동되는 3축 구동 테이블이고, 부호 110은 상기 3축 구동 테이블(100) 상에 설치되고 회전각도를 측정하기 위한 미소 반사체이다. 상기 미소 반사체(110)에는 액츄에이터(120)가 일체로 구비되어 액츄에이터(120)의 구동에 따라 미소 반사체(110)가 소정의 각도로 회전된다.

부호 130은 상기 미소 반사체(110)로 레이저 등의 광을 발사하는 광원이고, 부호 140은 상기 미소 반사체(110)에서 반사된 광이 입사되는 스크린이다.

이러한 구성을 가지는 종래의 측정장치의 일 예는 먼저 광원(130)을 동작시켜 미소 반사체(110)로 광을 발사하고, 그 발사한 광이 미소 반사체(110)에서 반사된 후 스크린(140)의 기준위치(A)에 입사되도록 한다. 이 때, 반사광이 스크린(140)의 기준위치(A)에 입사되지 않을 경우에 작업자가 3축 구동 테이블(100)을 조절하여 반사광이 스크린(140)의 기준위치(A)에 정확히 입사되도록 한다.

이와 같이 미소 반사체(110)의 위치를 정확하게 조절한 상태에서액츄에이터(120)를 구동시킨다.

그러면, 액츄에이터(120)의 구동에 따라 미소 반사체(110)가 점선으로 도시된 바와 같이 회전하게 되고, 미소 반사체(110)의 회전에 따라 광이 상기와는 다른 각도로 반사되어 스크린(140)의 소정의 위치(B)로 입사된다. 이 때, 반사광의 반사 각도(θ2)는 미소 반사체(110)의 회전각도(θ1)의 2배 각도(2×θ1=θ2)로 반사된다.

이와 같은 상태에서 작업자는 미소 반사체(110)의 중심(C)으로부터 스크린(140)의 기준위치(A)까지 거리(r)와 스크린(140)의 기준위치(A)로부터 미소 반사체(110)가 회전되었을 때 광이 입사되는 위치(B) 사이의 간격(d)으로 각도(θ2)를 계산함으로써 미소 반사체(110)의 회전각도(θ1)를 계산한다.

그러나 상기한 종래의 기술은 작업자가 광원(130)의 광이 수십 마이크로미터 크기의 미소 반사체(110)에서 반사되어 스크린(140)의 기준위치(A)로 정확하게 입사되도록 조절하는 작업이 매우 어렵고, 또한 스크린(140)면과 광축(CA)이 수직을 이루어하며, 일일이 스크린(140)의 기준위치(A)부터 위치(B)의 거리를 측정하여 미소 반사체(100)의 회전각도(θ1)를 측정하는 것으로서 측정오차가 많이 발생하는 등의 여러 가지 문제점이 있었다.

도 2는 종래의 측정장치의 다른 예를 보인 도면이다. 여기서, 부호 200은 3축 구동 테이블이고, 부호 210은 상기 3축 구동 테이블(200) 상에 설치되고 회전각도를 측정하기 위한 미소 반사체로서 그 미소 반사체(210)에는 액츄에이터(220)가 일체로 구비된다.

부호 230은 상기 미소 반사체(210)와 직교되는 방향으로 설치되는 대물렌즈이고, 부호 240은 상기 대물렌즈(230)를 통해 상기 미소 반사체(210)를 측면에서 촬영하기 위한 CCD (Charge Coupled Device) 카메라 등의 이미지 센서이고, 부호 250은 이미지 센서와 연결된 모니터이며, 부호 260은 이미지 센서에 의해 획득된 회전된 미소 반사체(210)의 측면 이미지를 나타낸 것이다.

이와 같이 구성된 종래의 다른 예는 먼저 이미지 센서(240)로 대물렌즈(230)를 통해 미소 반사체(210)의 측면을 촬영한다. 이 때 작업자는 3축 구동 테이블(200)을 조절하여 미소 반사체(210)가 이미지 센서(240)에 대하여 정확히 수평을 유지하도록 한다.

이와 같은 상태에서 액츄에이터(220)를 구동시켜 미소 반사체(210)를 회전시키고, 그 회전시킨 미소 반사체(210)를 이미지 센서(240)로 측면 촬영한다.

이때, 액츄에이터(220)의 구동에 따라 미소 반사체(210)가 일정 각도로 회전된 모습을 측면에서 이미지센서(240)로 이미지(260)를 획득한 다음 회전각도 측정을 위한 프로그램을 가동하여 획득된 이미지(260)로부터 회전된 미소 반사체(210)의 회전각도를 측정하게 된다. 그러나 상기한 다른 예는 DMD 소자 및 광 스위치 등에 사용되는 미소 반사체(210)의 두께가 1∼2 ㎛를 이루기 때문에 미소 반사체(210)의 측면 이미지를 선명하게 획득하기 위해서는 고성능의 대물렌즈와 분해능이 높은 이미지센서를 사용해야 하는 문제점을 갖고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 작업자가 시각적으로 수십 마이크로미터 크기의 미소 반사체를 간단히 초기 위치에 정확히 위치시킬 수 있는 미소 반사체의 회전각도 측정장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 미소 반사체의 미소 단위의 회전각도를 정확하게 측정할 수 있는 미소 반사체의 회전각도 측정장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 가지는 본 발명의 미소 반사체의 회전각도 측정장치는, X축, Y축 및 Z축으로 구동되는 3축 구동 테이블과, 상기 3축 구동 테이블 상에 설치되고 회전각도를 측정하기 위한 미소 반사체와, 미소 반사체에 일체로 구비되어 미소 반사체를 회전시키는 액츄에이터와, 상기 미소 반사체의 전방에 설치되어 입사되는 광을 전기적 신호로 변환하는 광 센서 어레이와, 광을 발생하는 광원과, 상기 광원의 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈와, 상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 광을 분할하여 상기 미소 반사체 및 광 센서 어레이로 출력하는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터와 상기 미소 반사체의 사이에 구비되는 대물렌즈로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 미소 반사체는, 상기 대물렌즈의 초점 위치에 위치되고, 상기 빔 스플리터와 광 센서 어레이의 사이에는, 상기 빔 스플리터를 통과한 광을 분할하여 작업자가 시각적으로 확인할 수 있도록 하는 또 하나의 빔 스플리터가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 측정장치의 일 예를 보인 도면이고,

도 2는 종래의 측정장치의 다른 예를 보인 도면이며,

도 3은 본 발명의 측정장치의 일 실시 예의 구성을 보인 도면이며,

도 4는 본 발명의 측정장치의 다른 실시 예의 구성을 보인 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

300 : 3축 구동 테이블 310 : 미소 반사체

320 : 액츄에이터 330 : 대물렌즈

340, 400 : 빔 스플리터 350 : 광 센서 어레이

360 : 광원 370 : 콜리메이터 렌즈

이하, 첨부된 도 3 및 도 4의 도면을 참조하여 본 발명의 미소 반사체의 회전각도 측정장치를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 미소 반사체의 회전각도 측정장치의 실시 예 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 300은 X축, Y축 및 Z축으로 구동되는 3축 구동 테이블이고, 부호 310은 상기 3축 구동 테이블(300) 상에 설치되고 회전각도를 측정하기 위한 미소 반사체이다. 상기 미소 반사체(310)에는 액츄에이터(320)가 일체로 구비되어 액츄에이터(320)의 구동에 따라 미소 반사체(310)가 소정의 각도로 회전된다.

상기 미소 반사체(310)의 전방에는 대물렌즈(330)와, 빔 스플리터(340)와, 광 센서 어레이(350)가 동일 광축상에 순차적으로 배열된다.

그리고 상기 빔 스플리터(330)의 일측에는 광원(360)이 구비되고, 빔 스플리터(330)와 광원(360)의 사이에는 광원(360)의 광을 평행광으로 변환하기 위한 콜리메이터 렌즈(370)가 구비된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 측정장치는 먼저 광원(360)을 동작시켜 광을 출력하게 하고, 그 출력한 광은 콜리메이터 렌즈(370)를 통해 평행광으로 변환된 후 빔 스플리터(340)로 입사된다.

상기 빔 스플리터(340)로 입사된 광은 2로 분할되어, 하나의 광은 반사면(345)에 의해 다시 반사된 후 광 센서 어레이(350)로 입사된다. 그리고 다른 하나의 광은 대물렌즈(330)를 통해 미소 반사체(310)로 입사되어 반사되고, 반사된 광은 대물렌즈(330) 및 빔 스플리터(340)를 통해 광 센서 어레이(350)로 입사된다.

이와 같은 상태에서 작업자는 빔 스플리터(340)에서 분할되어 반사면(345)에서 반사된 후 광 센서 어레이(350)로 직접 입사되는 하나의 광과, 빔 스플리터(340)에서 분할되어 미소 반사체(310)에서 반사된 후 대물렌즈(330) 및 빔스플리터(340)를 통해 광 센서 어레이(350)로 입사되는 다른 하나의 광이 하나의 광축을 이루어 광 센서 어레이(350)의 동일한 기준위치(A)로 입사되도록 3축 구동 테이블(300)로 미소 반사체(310)의 위치를 조절하고, 또한 미소 반사체(310)가 대물렌즈(330)의 초점 위치에 위치되도록 한다.

이와 같이 미소 반사체(310)을 대물렌즈(330)의 초점 위치에 위치시키는 이유는 평행광이 대물렌즈(330)을 통과하면 평행광은 초점에 모이며, 반대로 초점에서 나온 광이 대물렌즈(330)을 통과하면 평행광을 이루기 때문에 콜리메이터(370)에 의해 형성된 평행광이 쉽게 발산되는 것을 막을 수 있으며, 도 3에서 미소반사체(310)의 회전 변화에 따른 광의 경로가 평행하게 진행할 수 있게 해준다.

이와 같은 상태에서 액츄에이터(320)를 구동시켜 미소 반사체(310)를 회전시키면, 점선으로 도시된 미소 반사체(310)의 회전각도에 따라 광이 비스듬히 반사되고, 그 반사된 광은 대물렌즈(330) 및 빔 스플리터(340)를 통해 광 센서 어레이(350)의 소정의 위치(B)로 입사된다.

이와 같이 광 센서 어레이(350)의 소정의 위치(B)로 입사된 광은 전기적 신호로 변환되어 출력되는 것으로서 그 전기적 신호로 소정의 위치(B)를 계산하여 미소 반사체(310)의 회전각도를 측정한다.

도 4는 본 발명의 측정장치의 다른 실시 예의 구성을 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예는 빔 스플리터(340)와 광 센서 어레이(350)의 사이에 또 하나의 빔 스플리터(400), 빔 스플리터(340)와 콜리메이터 렌즈(370) 사이에 광원(365)와 조명 스플리터(375)를 구비한다.

DMD 소자, 광 스위치 소자에서 사용되는 미소 반사체(310)의 크기는 수십 마이크로미터 크기 정도이기 때문에 콜리메이터(370)에 의한 평행광을 초기에 정확히 미소 반사체에 위치 시키기가 어렵다. 따라서 조명(365)와 조명 스플리터(375)를 이용하여 미소 반사체(310)와 주변을 비추어 줌으로써 빔 스플리터(400)을 통해서 확대된 미소 반사체(310)을 육안 또는 카메라와 연결된 모니터를 통해서 초기 위치 설정을 정확히 할 수 있다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 측정장치는 작업자가 직접 시각적으로 확인하면서 미소 반사체를 정확하게 정렬시켜 회전각도를 측정할 수 있고, 미소 반사체의 각도 변화에 따른 광의 위치를 전기적인 신호로 변환하여 측정 작업이 매우 간편하며, 또한 대물렌즈의 개구수(Numerical Aperture) 범위 내에서 미소 반사체의 회전각도를 정확하게 측정할 수 있다.

Claims (4)

1. 광을 발생하는 광원;

   상기 광원의 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈;

   상기 콜리메이터 렌즈를 통과한 광을 둘로 분할하는 빔 스플리터;

   상기 빔 스플리터에서 분할되어 입사되는 하나의 광을 반사시키는 미소 반사체;

   상기 미소 반사체에 회전 변위를 발생시키는 액츄에이터;

   상기 미소 반사체를 X축, Y축 및 Z축으로 이동시키는 3축 구동 테이블;

   상기 빔 스플리터와 상기 미소 반사체의 사이에 구비되어 상기 빔 스플리터에서 분할된 하나의 광을 상기 미소 반사체에 입사시키고 미소 반사체에서 반사된 광이 상기 빔 스플리터를 통과하게 하는 대물렌즈;

   상기 빔 스플리터에서 분할된 다른 하나의 광 및 상기 미소 반사체에서 반사되어 상기 대물렌즈 및 빔 스플리터를 통과한 광을 수광하여 전기적 신호로 변환하는 광 센서 어레이로 구성됨을 특징으로 하는 미소 반사체의 회전각도 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 미소 반사체는;

   상기 대물렌즈의 초점 위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 미소 반사체의 회전각도 측정장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 스플리터와 광 센서 어레이의 사이에는;

   상기 빔 스플리터를 통과한 광을 분할하여 작업자가 시각적으로 확인할 수 있도록 하는 또 하나의 빔 스플리터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 미소 반사체의 회전각도 측정장치.
4. 제 1 항에 있어서, 콜리메이터 렌즈 및 빔 스플리터의 사이에는;

   상기 미소 반사체를 작업자가 시각적으로 확인할 수 있도록 조명 및 조명 스플리터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 미소 반사체의 회전각도 측정장치.