KR100478860B1 - 스캐너 모터의 온도제어장치와 이를 구비한 레이저 스캐너 - Google Patents

스캐너 모터의 온도제어장치와 이를 구비한 레이저 스캐너 Download PDF

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Abstract

스캐너 모터의 온도제어장치와 이를 구비한 레이저 스캐너가 개시된다. 개시된 레이저 스캐너는, 레이저 빔을 반사시키는 반사미러와, 반사미러를 회전시켜 그 각도를 조절하는 스캐너 모터와, 스캐너 모터의 온도가 일정하게 유지되도록 제어하는 온도제어장치를 구비한다. 그리고, 상기 온도제어장치는, 스캐너 모터를 둘러싸는 히트 파이프와; 히트 파이프와 소정 간격을 두고 배치된 히트 싱크와; 히트 파이프와 히트 싱크 사이에 설치되어 히트 파이프와 히트 싱크에 열적으로 접촉되는 열전 소자와, 스캐너 모터의 온도를 측정하는 온도 센서와, 온도 센서에서 측정된 온도 값에 따라 열전 소자에 흐르는 전류의 방향을 전환시켜 열전 소자를 통한 열의 흐름 방향을 바꾸는 제어부를 포함하는 열전 모듈;을 구비한다. 이와 같은 구성에 의하면, 스캐너 모터의 온도를 빠르고 정밀하며 신뢰성 있게 제어할 수 있으며 주위 온도의 영향이 최소화되므로, 반사미러의 제어 정밀도가 높아지게 되고 레이저 스캐너를 구성하는 부품들의 수명이 증가된다.

Description

스캐너 모터의 온도제어장치와 이를 구비한 레이저 스캐너{Temperature controlling apparatus for scanner motor and laser scanner having it}
본 발명은 레이저 빔을 편향시키는 레이저 스캐너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반사미러의 각도에 대한 제어 정밀도를 높일 수 있도록 스캐너 모터의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 스캐너 모터의 온도제어장치와 이를 구비한 레이저 스캐너에 관한 것이다.
최근에는 레이저 빔을 이용하여 소재를 가공하거나 소재의 표면에 마킹하는 미세 가공 시스템이 널리 이용되고 있다. 특히, 마이크로 단위 또는 나노 단위의 미세 가공에 있어서, 가공의 정밀도를 높이기 위해서는 레이저 편향 장치인 레이저 스캐너의 제어 정밀도가 고도로 요구된다.
도 1에는 종래의 레이저를 이용한 미세 가공 시스템의 전체적인 구성이 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1에 도시된 스캐너가 확대 도시되어 있다.
도 1과 도 2를 함께 참조하면, 레이저 빔을 이용한 소재의 미세 가공 시스템은, 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진기(10)와, 상기 레이저 발진기(10)에 전력을 공급하는 전원(20)과, 레이저 발진기(10)로부터 출사된 레이저 빔을 편향시켜 레이저 빔이 피가공물(90)의 원하는 위치에 조사되도록 하는 스캐너(30, 40)와, 상기 스캐너(30, 40)를 구동시키는 드라이버(50, 60)와, 시스템 전체를 제어하는 제어장치(80)와, 제어장치(80)의 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환시키는 D/A 컨버터(70)를 구비하고 있다. 상기 레이저 발진기(10)로부터 출사된 레이저 빔을 X축 및 Y축 방향으로 편향시킬 필요가 있을 때에는, 도시된 바와 같이 X축 스캐너(30)와 Y축 스캐너(40)가 마련되며, 이에 따라 X축 스캐너(30)와 Y축 스캐너(40) 각각을 구동시키기 위해 X축 드라이버(50)와 Y축 드라이버(60)가 마련된다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 편향 장치인 레이저 스캐너(30, 40)는 레이저 빔을 소정 각도로 반사시키는 반사미러(33)와, 상기 반사미러(33)를 회전시켜 반사미러(33)의 각도를 조절하는 스캐너 모터(31)로 구성되어 있다. 상기 반사미러(33)는 스캐너 모터(31)의 회전축(32)에 결합되어 있다.
이와 같이 구성된 레이저 빔을 이용한 미세 가공 시스템에 있어서, 전술한 바와 같이 레이저 편향 장치인 스캐너의 제어 정밀도는 대단히 중요하다. 일반적으로 스캐너 모터에는 자석과 코일이 사용되는데, 일정한 자력이 작용할 때 모터의 토크는 코일에 흐르는 전류의 양에 의해 제어된다. 즉, 코일에 흐르는 전류의 양과 자력에 따라 회전축에 작용하는 토크가 변화되는데, 일반적으로 자력은 일정하므로 코일에 흐르는 전류의 양이 모터의 토크를 결정하는 요인이 된다.
그런데, 외부 환경 요인 중 하나인 온도의 변화에 따른 반사미러의 변형은 극히 미소하나, 모터의 코일 저항의 변화는 모터의 코일에 흐르는 전류의 양을 변화시키게 된다. 즉, 모터의 코일에 흐르는 전류에 영향을 미치는 주요한 요소 중의 하나인 저항이 온도가 변함에 따라 그 값이 변하게 된다. 모터의 코일은 주로 도전성이 양호한 금속, 예컨대 구리로 이루어지는데, 일반적으로 금속은 도 3에 도시된 바와 같이 온도가 상승하면 저항률이 증가하는 성질을 갖고 있다. 예컨대, 코일이 구리로 이루어진 경우, 코일의 저항은 온도 1℃ 상승에 대해 대략 0.4% 정도 증가하게 된다. 이에 반해 자석의 경우에는, 온도가 상승함에 따라 그 자속이 감소하는 성질을 가지고 있다. 예컨대, 알니코 자석의 경우, 온도 1℃ 상승에 대해 대략 -0.02%의 자속 감소율을 가지고 있으며, 페라이트 자석의 경우, 온도 1℃ 상승에 대해 대략 -0.18%의 자속 감소율을 가지고 있다.
이와 같이, 온도가 상승하게 되면, 저항의 증가에 의해 코일에 흐르는 전류의 양은 감소하게 되고, 자속 또한 감소하게 된다. 이러한 전류와 자속의 변화는 결국 모터의 토크를 변화시키게 되고, 이에 따라 제어장치에서 스캐너의 반사미러의 정확한 각도를 제어하는데 오차를 발생시키게 되어 스캐너의 제어 정밀도가 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
이러한 문제점을 방지하기 위해서는, 단위 온도 변화에 따른 코일 저항의 변동율(온도계수)을 안다면 온도 변화에 따라 저항값을 보상해 주면 된다. 그러나, 실제 저항값의 보상은 보상 방법이나 저항 변동율의 측정에서부터 오차가 있으므로 제어 정밀도가 떨어진다는 단점이 있다. 그래서, 온도에 따른 저항 변동율을 보상하는 방법을 사용하기 보다는 스캐너 모터의 온도를 적정하게 유지시키는 방법이 주로 사용되어 왔다.
도 4에는 종래의 스캐너 모터의 온도제어장치의 일례가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 종래의 스캐너 모터(31)의 온도제어장치는 모터(31)를 둘러싸는 히트 싱크(35)와, 히트 싱크(35)의 표면에 마련된 다수의 방열핀(36)과, 히트 싱크(35)를 냉각시키기 위한 냉각 팬(37)을 구비하고 있다. 그리고, 종래의 스캐너 모터(31)의 온도제어장치는, 모터(31)의 온도를 설정된 적정 온도로 가열하기 위한 가열 코일과, 모터(31)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서와 측정된 온도 값에 따라 가열 코일과 냉각 팬(37)을 제어하기 위한 온도제어회로를 가진 서말 컨트롤 모듈(TCM; Thermal Control Module)을 사용하여 스캐너 모터(31)의 온도를 제어하는 방식을 취하고 있다.
종래의 온도제어장치의 작동을 설명하면, 스캐너 모터(31)의 소비전력의 최대, 최소값과 주변 대기 온도의 최고, 최저값을 고려하여 적정 온도를 설정한 뒤, 스캐너 모터(31)의 초기 작동시 상기 가열 코일을 이용하여 모터(31)의 온도를 적정 온도로 미리 가열시킨다. 그리고, 스캐너 모터(31)의 정상 작동시 상기 TCM의 온도 센서에서 모터(31)의 온도를 측정하여, 측정된 온도가 상기 적정 온도보다 높으면 상기 온도제어회로를 통해 냉각 팬(37)을 작동시켜 강제 공냉시키고, 측정된 온도가 적정 온도보다 낮아지면 온도제어회로에서 가열 코일을 작동시켜 모터(31)의 온도를 상승시키게 된다.
이와 같이 종래의 스캐너 모터의 온도제어장치는, 스캐너 모터의 온도를 적정 온도, 예컨대 대략 40℃ 정도의 고온으로 미리 상승시킨 상태에서 그 온도를 제어하는 방식을 취하고 있다. 따라서, 종래의 온도제어장치에 있어서는, 스캐너 모터를 적정 온도로 예열하는 시간이 많이 소요되는 단점이 있으며, 냉각 팬이 일으키는 바람만을 이용하여 냉각을 시키게 되므로 냉각 효율도 떨어지는 단점이 있다. 또한, 레이저 스캐너를 높은 온도에서 관리하게 되므로, 그 구성부품의 수명이 짧아지게 되는 단점도 있다.
그리고, 스캐너 모터에 공급되는 전력의 갑작스런 변화로 인해 스캐너의 온도가 TCM이 반응할 수 있는 것보다 빠르게 올라가거나 낮아지게 되면 시스템의 갑작스런 셧다운(shutdown)이 발생할 수 있다. 또한, 스캐너는 밀폐된 공간에서 사용되므로 그 주위 온도가 대기 온도보다 높아지는 것이 일반적이다. 만약, 스캐너 모터의 주위 온도가 높아져서 상기한 적정 온도와의 차이가 감소하게 되면, 냉각 팬에 의한 강제 공냉만으로는 냉각 성능이 급격하게 저하될 수 있다.
상기한 바와 같이 종래의 스캐너 모터의 온도제어장치는 주위 온도의 영향을 많이 받게 되며 온도 변화에 따른 코일 전류의 변화를 빠르고 정밀하게 보정할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 점차 고도의 제어 정밀도를 요구하는 최근의 레이저 스캐너에는 다른 방식의 온도제어장치가 필요하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 제1 목적은 히트 파이프와 열전 소자를 사용하여 스캐너 모터의 온도를 보다 빠르고 정밀하며 신뢰성 있게 제어할 수 있으며 주위 온도의 영향을 받지 않는 스캐너 모터의 온도제어장치를 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명의 제2 목적은 상기한 스캐너 모터의 온도제어장치를 구비한 레이저 스캐너를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스캐너 모터의 온도제어장치는, 레이저 빔을 소정 각도로 편향시키는 레이저 스캐너에 마련되어, 스캐너 모터의 온도가 일정하게 유지되도록 제어하는 장치로서,
상기 스캐너 모터를 둘러싸는 히트 파이프;
상기 히트 파이프와 소정 간격을 두고 배치된 히트 싱크; 및
상기 히트 파이프와 상기 히트 싱크 사이에 설치되어 상기 히트 파이프와 상기 히트 싱크에 열적으로 접촉되는 열전 소자와, 상기 스캐너 모터의 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에서 측정된 온도 값에 따라 상기 열전 소자에 흐르는 전류의 방향을 전환시켜 상기 열전 소자를 통한 열의 흐름 방향을 바꾸는 제어부를 포함하는 열전 모듈;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 온도제어장치는 상기 히트 싱크를 냉각시키기 위한 냉각 팬을 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 히트 싱크에는 다수의 방열 핀이 형성된 것이 바람직하다.
상기 스캐너 모터와 상기 히트 파이프 사이에는 열전도성 물질, 예컨대 서말 컴파운드 또는 서말 패드가 개재된 것이 바람직하다.
상기 열전 소자는 N형 반도체와 P형 반도체를 사용하는 펠티에 소자인 것이 바람직하며, 상기 온도 센서는 서모커플인 것이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 측정된 온도 값에 따라 제어 신호를 발생시키는 마이컴과, 상기 제어 신호에 따라 상기 열전 소자에 소정 방향의 전류를 흘려 주는 전원공급회로를 포함할 수 있으며, 상기 전원공급회로는 릴레이를 사용하는 H-브리지 회로를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 스캐너는,
레이저 빔을 반사시키는 반사미러와, 상기 반사미러를 회전시켜 그 각도를 조절하는 스캐너 모터와, 상기 스캐너 모터의 온도가 일정하게 유지되도록 제어하는 온도제어장치를 구비하며, 상기 온도제어장치는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면, 스캐너 모터의 온도를 빠르고 정밀하며 신뢰성 있게 제어할 수 있으며 주위 온도의 영향이 최소화되므로, 반사미러의 제어 정밀도가 높아지게 되고 레이저 스캐너를 구성하는 부품들의 수명이 증가된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 스캐너 모터의 온도제어장치와 이를 구비한 레이저 스캐너의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 스캐너와 스캐너 모터의 온도제어장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 열전 소자의 일례로서 펠티에 소자의 구성을 보여주는 도면이다.
먼저 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 스캐너는 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔을 편향시키는 장치로서, 레이저 빔을 소정 각도로 반사하는 반사미러(110)와, 상기 반사미러(110)의 각도를 조절하기 위해 상기 반사미러(110)를 회전시키는 스캐너 모터(120)와, 상기 스캐너 모터(120)의 온도가 일정하게 유지되도록 제어하는 온도제어장치(200)를 구비한다.
상기 반사미러(110)는 상기 스캐너 모터(120)의 회전축(122)에 결합되어 상기 회전축(122)의 회전 방향에 따라 소정 방향으로 회전됨으로써 그 각도가 변하게 된다. 이에 따라 반사미러(110)에 의해 반사되는 레이저 빔의 반사 각도가 변하게 된다.
상기 스캐너 모터(120)로는 주로 DC모터가 사용되며, 전술한 바와 같이 스캐너 드라이버에 의해 그 구동이 제어된다.
그리고, 본 발명의 특징부로서 상기 온도제어장치(200)는, 히트 파이프(210)와, 히트 싱크(220)와, 열전 모듈(TEM; Thermoelectric Module)을 구비한다.
상기 히트 파이프(210)는 스캐너 모터(120)를 둘러싸고 있으며, 2중 벽(212) 사이에 작동유체(214)가 채워진 구조를 가지고 있다. 상기 작동유체(214)는 히트 파이프(210) 내를 순환하며 고온부에서 열을 흡수하고 저온부에서 그 열을 방출함으로써 고온부의 열을 저온부로 전달하게 된다. 이러한 히트 파이프(210)는 응답성이 우수하고 구조가 간단하며 전열성이 뛰어난 장점으로 인해 현재 열전달장치로서 많이 사용되고 있다.
그리고, 스캐너 모터(120)와 히트 파이프(210) 사이의 열전달 효율을 높이기 위해 스캐너 모터(120)와 히트 파이프(210) 사이에 열전도성이 우수한 물질(125)을 채우는 것이 바람직하다. 상기 열전도성 물질(125)로는 통상적으로 사용되는 서말 컴파운드(thermal compound) 또는 서말 패드(thermal pad)가 사용될 수 있다.
상기 히트 싱크(220)는 상기 히트 파이프(210)와 소정 간격을 두고 배치된다. 그리고, 상기 히트 싱크(220)에는 열방출 성능을 향상시키기 위해 다수의 방열 핀(222)이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기 히트 싱크(220)에 인접한 곳에 상기 히트 싱크(220)를 냉각시키기 위한 냉각 팬(270)이 마련될 수 있다. 상기 냉각 팬(270)은 히트 싱크(220)로부터의 열의 방출을 보다 빠르게 하여, 스캐너 모터(120)의 온도 제어가 보다 신속하게 이루어질 수 있도록 한다. 그리고, 밀폐된 시스템 내부의 더운 공기를 시스템 외부로 배출하는 역할도 하게 되므로, 레이저 스캐너가 설치되어 있는 공간의 온도가 일정하게 유지될 수 있다.
상기 열전 모듈(TEM)은 열전 소자(230)와, 온도 센서(260)와, 제어부를 구비하며, 상기 제어부는 마이컴(250)과 전원공급회로(240)를 포함한다.
상기 열전 소자(230)는 상기 히트 파이프(210)와 히트 싱크(220) 사이에 설치되며, 열전 소자(230)의 일측면은 히트 파이프(210)에 열적으로 접촉되고, 타측면은 히트 싱크(220)에 열적으로 접촉된다. 상기 열전 소자(230)는 히트 파이프(210)와 히트 싱크(220) 각각에 직접 접촉될 수도 있으나, 도시된 바와 같이 서말 패드(thermal pad, 218, 219)를 열전 소자(230)와 히트 파이프(210) 사이 및 열전 소자(230)와 히트 싱크(220) 사이에 개재시키는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 열전 소자(230)와 히트 파이프(210) 및 열전 소자(230)와 히트 싱크(220)의 열적 접촉이 보다 확실하게 이루어질 수 있다.
두 종류의 다른 금속을 접합하여 전류를 흘렸을 때, 접합부에서 전류에 비례하는 열의 발생 또는 흡수가 일어난다. 열의 발생과 흡수는 주위 온도에 관계 없이 전류의 방향에 따라 가역적으로 일어나며, 전류의 방향이 반대로 되면 열의 발생, 흡수도 반대가 된다. 이러한 현상을 이용한 장치가 상기 열전 소자(230)이다.
도 6을 참조하면, 상기 열전 소자(230)로는 N형 반도체(231)와 P형 반도체(232)를 사용하는 펠티에 소자가 사용될 수 있다. 상기 N형 반도체(231)와 P형 반도체(232) 각각의 일단부에는 제1 전극(234)과 제2 전극(235)이 각각 연결되며, 각각의 타단부는 중간 전극(233)에 의해 연결된다. 상기 제1 전극(234)과 제2 전극(235)은 상기 전원공급회로(240)에 연결된다. 그리고, 상기 중간 전극(233)은 제1 절연체(233)에 의해 히트 파이프(210)와 절연되며, 제1 전극(234)과 제2 전극(235)도 제2 절연체(237)에 의해 히트 싱크(220)와 절연된다.
도시된 바와 같이, 상기 제1 전극(234)을 전원공급회로(240)의 양(+)극에 연결하고, 제2 전극(235)을 음(-)극에 연결한 상태에서 제1 전극(234)과 제2 전극(235)을 통해 전류를 흘려주게 되면, N형 반도체(231) 내에서는 전자가 중간 전극(233)으로부터 제1 전극(234)쪽으로 이동하게 되고, P형 반도체(232) 내에서는 정공이 중간 전극(233)으로부터 제2 전극(235)쪽으로 이동하게 되므로, 중간 전극(233)측에서는 흡열이 일어나고 제1 전극(234)과 제2 전극(235)측에서는 발열이 일어나게 된다. 따라서, 열은 히트 파이프(210)로부터 히트 싱크(220) 쪽으로 흐르게 되므로, 스캐너 모터(120)의 온도가 낮아지게 된다.
반면에, 제1 전극(234)을 전원공급회로(240)의 음(-)극에 연결하고, 제2 전극(235)을 양(+)극에 연결하게 되면, 전류의 방향이 바뀌게 되므로 제1 전극(234)과 제2 전극(235)측에서 흡열이 일어나고, 중간 전극(233)측에서 발열이 일어나게 된다. 따라서, 열은 히트 싱크(220)로부터 히트 파이프(210) 쪽으로 흐르게 되므로, 스캐너 모터(120)의 온도가 상승하게 된다.
이와 같이, 상기 열전 소자(230)는 고온부, 즉 히트 파이프(210)와 저온부, 즉 히트 싱크(220) 사이의 열구배에 관계 없이 전류의 방향에 따라 히트 싱크(220) 또는 히트 파이프(210)쪽으로 열을 전달할 수 있다. 따라서, 열전 소자(230)에 흐르는 전류의 방향만 바꾸어 주면, 스캐너 모터(120)의 온도를 높이거나 낮출 수 있으므로, 스캐너 모터(120)의 온도를 빠르고 정밀하게 제어할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 온도제어장치(200)는 열전 소자(230)를 사용하여 스캐너 모터(120)의 온도를 일정하게 유지하도록 제어하게 된다. 이와 같은 열전 소자(230)에 의하면 전류의 방향에 따라 주위 온도에 관계 없이 열을 원하는 방향으로 전달할 수 있으므로, 스캐너 모터(120)의 적정 온도를 종래보다 낮게, 예컨대 20℃ 정도의 상온으로 관리할 수 있으며, 또한 주위 온도보다 낮게 관리할 수도 있다. 따라서, 레이저 스캐너를 구성하는 부품들이 고온에 의해 그 수명이 짧아지는 종래의 문제점이 해소될 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 상기 온도 센서(260)는 스캐너 모터(210)의 온도를 측정하는 장치로서, 서모커플(thermo couple)을 사용할 수 있으며, 이 외에도 다양한 종류의 온도 센서가 사용될 수 있다. 상기 온도 센서(260)는 스캐너 모터(120) 내부의 코일 온도를 직접 측정할 수도 있으나, 이 경우 온도 센서(260)의 설치가 곤란하고 복잡한 단점이 있다. 따라서, 상기 온도 센서(260)는 도시된 바와 같이 스캐너 모터(120)와 히트 파이프(210) 사이에 설치되어 스캐너 모터(120)의 표면 온도를 측정하게 된다. 이 경우에도, 스캐너 모터(120)의 표면 온도에 의해 코일의 온도를 간접적으로 추정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 온도 센서(260)에서 측정된 온도 값에 따라 상기 열전 소자(230)에 흐르는 전류의 방향을 전환시켜 상기 열전 소자(260)를 통한 열의 흐름 방향을 바꾸는 역할을 하며, 전술한 바와 같이 온도 센서(260)에서 측정된 온도 값에 따라 제어 신호를 발생시키는 마이컴(250)과, 상기 제어 신호에 따라 열전 소자(230)에 소정 방향의 전류를 흘려 주는 전원공급회로(240)를 포함한다.
구체적으로, 상기 마이컴(250)은 온도 센서(260)에서 측정된 온도 값을 미리 설정된 기준 온도와 비교하고, 측정 온도 값이 기준 온도보다 높으면 히트 파이프(210)로부터 열전 소자(230)를 통해 히트 싱크(220)쪽으로 열이 방출될 수 있도록 열전 소자(230)에 흐르는 전류의 방향을 제어하는 신호를 발생시킨다. 반대로, 측정 온도 값이 기준 온도보다 낮으면 히트 싱크(220)로부터 히트 파이프(210)쪽으로 열이 전잘될 수 있도록 열전 소자(230)에 흐르는 전류의 방향을 바꾸는 신호를 발생시킨다.
상기 전원공급회로(240)에는 상기한 바와 같은 마이컴(250)으로부터의 제어 신호에 따라 열전 소자(230)에 흐르는 전류의 방향을 전환시키는 회로가 마련된다. 상기 전류방향 전환회로는 다양한 구성을 가질 수 있으나, 도 7에 도시된 바와 같은 일반적으로 사용되는 모터의 정역회로, 예컨대 네 개의 릴레이(S1, S2, S 3, S4)로 구성된 H-브리지 회로를 사용할 수 있다.
도 7을 참조하면, 마이컴(250)으로부터의 제어 신호에 의해 제1 릴레이(S1)와 제4 릴레이(S4)가 온(On)되면, 열전 소자(230)에는 A 방향으로 전류가 흐르게 된다. 반대로, 마이컴(250)으로부터의 제어 신호에 의해 제2 릴레이(S2)와 제3 릴레이(S3)가 온(On)되면, 열전 소자(230)에는 B 방향으로 전류가 흐르게 된다. 이와 같이 열전 소자(230)에 흐르는 전류의 방향이 바뀌게 되면, 전술한 바와 같이 열전 소자(230)를 통한 열의 흐름 방향이 바뀌게 되고, 이에 따라 스캐너 모터(120)의 온도가 올라가거나 낮아져 기준 온도에 맞추어지게 된다.
본 발명은 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 스캐너 모터의 온도제어장치와 이를 구비한 레이저 스캐너에 의하면, 히트 파이프와 열전 소자를 채용하여 스캐너 모터의 온도를 빠르고 정밀하며 신뢰성 있게 제어할 수 있으며, 주위 온도의 영향을 받지 않고 가열과 냉각이 가능하게 된다. 이에 따라 레이저 스캐너의 반사미러의 제어 정밀도가 높아지게 되므로, 마이크로 단위 또는 나노 단위의 가공에 대한 신뢰성이 높아지고, 또한 레이저 스캐너를 보다 낮은 온도에서 관리할 수 있으므로 레이저 스캐너를 구성하는 부품들의 수명이 증가된다.
도 1은 종래의 레이저를 이용한 미세 가공 시스템의 전체적인 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스캐너를 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 온도에 따른 금속의 저항률의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는 종래의 스캐너 모터의 온도제어장치의 일례를 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 스캐너와 스캐너 모터의 온도제어장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 열전 소자의 일례로서 펠티에 소자의 구성을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 전원공급회로에 마련된 H-브리지 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110...반사미러 120...스캐너 모터
122...회전축 200...온도제어장치
210...히트 파이프 218,219...서말 패드
220...히트 싱크 222...방열 핀
230...열전 소자 231...N형 반도체
232...P형 반도체 233,234,235...전극
236,237...절연체 240...전원공급회로
250...마이컴 260...온도 센서
270...냉각 팬

Claims (16)

  1. 레이저 빔을 소정 각도로 편향시키는 레이저 스캐너에 마련되어, 스캐너 모터의 온도가 일정하게 유지되도록 제어하는 스캐너 모터의 온도제어장치에 있어서,
    상기 스캐너 모터를 둘러싸는 히트 파이프;
    상기 히트 파이프와 소정 간격을 두고 배치된 히트 싱크; 및
    상기 히트 파이프와 상기 히트 싱크 사이에 설치되어 상기 히트 파이프와 상기 히트 싱크에 열적으로 접촉되는 열전 소자와, 상기 스캐너 모터의 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에서 측정된 온도 값에 따라 상기 열전 소자에 흐르는 전류의 방향을 전환시켜 상기 열전 소자를 통한 열의 흐름 방향을 바꾸는 제어부를 포함하는 열전 모듈;을 구비하는 것을 특징으로 하는 스캐너 모터의 온도제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 히트 싱크를 냉각시키기 위한 냉각 팬을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스캐너 모터의 온도제어장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 히트 싱크에는 다수의 방열 핀이 형성된 것을 특징으로 하는 스캐너 모터의 온도제어장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스캐너 모터와 상기 히트 파이프 사이에는 열전도성 물질이 개재된 것을 특징으로 하는 스캐너 모터의 온도제어장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 열전도성 물질은 서말 컴파운드 또는 서말 패드인 것을 특징으로 하는 스캐너 모터의 온도제어장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 열전 소자는 N형 반도체와 P형 반도체를 사용하는 펠티에 소자인 것을 특징으로 하는 스캐너 모터의 온도제어장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 온도 센서는 서모커플인 것을 특징으로 하는 스캐너 모터의 온도제어장치.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 측정된 온도 값에 따라 제어 신호를 발생시키는 마이컴과, 상기 제어 신호에 따라 상기 열전 소자에 소정 방향의 전류를 흘려 주는 전원공급회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐너 모터의 온도제어장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전원공급회로는 릴레이를 사용하는 H-브리지 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 스캐너 모터의 온도제어장치.
  10. 레이저 빔을 반사시키는 반사미러와, 상기 반사미러를 회전시켜 그 각도를 조절하는 스캐너 모터와, 상기 스캐너 모터의 온도가 일정하게 유지되도록 제어하는 온도제어장치를 구비하는 레이저 스캐너에 있어서,
    상기 온도제어장치는,
    상기 스캐너 모터를 둘러싸는 히트 파이프;
    상기 히트 파이프와 소정 간격을 두고 배치된 히트 싱크; 및
    상기 히트 파이프와 상기 히트 싱크 사이에 설치되어 상기 히트 파이프와 상기 히트 싱크에 열적으로 접촉되는 열전 소자와, 상기 스캐너 모터의 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에서 측정된 온도 값에 따라 상기 열전 소자에 흐르는 전류의 방향을 전환시켜 상기 열전 소자를 통한 열의 흐름 방향을 바꾸는 제어부를 포함하는 열전 모듈;을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 히트 싱크를 냉각시키기 위한 냉각 팬을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 히트 싱크에는 다수의 방열 핀이 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너.
  13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 스캐너 모터와 상기 히트 파이프 사이에는 열전도성 물질이 개재된 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너.
  14. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 열전 소자는 N형 반도체와 P형 반도체를 사용하는 펠티에 소자인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너.
  15. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 온도 센서는 서모커플인 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너.
  16. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 온도 센서에서 측정된 온도 값에 따라 제어 신호를 발생시키는 마이컴과, 상기 제어 신호에 따라 상기 열전 소자에 소정 방향의 전류를 흘려 주는 전원공급회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐너.
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