KR101093121B1 - 거울 챔버 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 거울 챔버 구동 장치에 관한 것으로, 자동으로 빔의 각도를 조절할 수 있는 기술을 개시한다. 이를 위해, 본 발명은 전자빔 경로의 각도를 조절하고, 서로 평행하게 위치하는 제1 및 제2 거울과, 제1 및 제2 거울의 각도를 조절하여, 전자빔 경로의 각도를 조절하는 거울 각도 조절 모터와, 제1 및 제2 지점 각각으로부터 전자빔에 대응하는 제1 및 제2 검출 전류를 생성하는 검출부와, 제1 및 제2 검출 전류에 대응하는 제1 및 제2 검출 전압을 생성하는 전류-전압 변환부와, 제1 및 제2 검출 전압을 각각 제1 및 제2 기준 주파수로 변환하고, 제1 및 제2 검출 전압의 차에 대응하는 전압을 차동 주파수로 변환하는 전압-주파수 변환부 및 차동 주파수, 제1 및 제2 기준 주파수에 따라 거울 각도 조절 모터를 제어하는 각 산출부를 포함한다.

빔라인, 거울, 차동 주파수

Description

거울 챔버 구동 장치{MIRROR CHAMBER DRIVING DEVICE}

본 발명은 거울 챔버 구동 장치에 관한 것으로, 자동으로 빔의 각도를 조절할 수 있는 거울 챔버 구동 장치에 관한 기술을 개시한다.

전자 가속기의 전자총에서 방출되는 전자는 광속으로 가속되어 저장링에 입사된다. 저장링은 원형 궤도에서 전자를 운동시키는 장치로서, 저장링에 한번 저장된 전자는 수십 시간 이상 저장된다. 전자가 저장링의 휨자석에 의해 휘어질 때 전자빔이 방출된다. 이러한 전자빔은 저장링에서 최종 사용지점으로 나와야 한다. 이를 위해 전자빔은 빔라인(beamline)을 거치게 된다. 빔라인은 전자빔이 최종 사용지점에 정확히 도달될 수 있도록 거울(mirror)과 같은 광학 장치를 이용하여 전자빔의 각도를 변경시킨다. 그런데, 현재 이러한 각도 변경은 사용자의 조작에 의해 직접 조절되고 있기 때문에, 정확한 각도 조절에 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 자동으로 빔의 각도를 조절할 수 있는 거울 챔버 구동 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 거울 챔버 구동 장치는 전자빔 경로의 각도를 조절하고, 서로 평행하게 위치하는 제1 및 제2 거울; 상기 제1 및 제2 거울의 각도를 조절하여, 상기 전자빔 경로의 각도를 조절하는 거울 각도 조절 모터; 제1 및 제2 지점 각각으로부터 상기 전자빔에 대응하는 제1 및 제2 검출 전류를 생성하는 검출부; 상기 제1 및 제2 검출 전류에 대응하는 제1 및 제2 검출 전압을 생성하는 전류-전압 변환부; 상기 제1 및 제2 검출 전압을 각각 제1 및 제2 기준 주파수로 변환하고, 상기 제1 및 제2 검출 전압의 차에 대응하는 전압을 차동 주파수로 변환하는 전압-주파수 변환부; 및 상기 차동 주파수, 상기 제1 및 제2 기준 주파수에 따라 상기 거울 각도 조절 모터를 제어하는 각 산출부를 포함한다. 여기서, 상기 제1 및 제2 지점은 상기 제1 및 제2 거울의 회전 방향에 따라 상하 방향에 위치한다. 상기 각 산출부는 상기 제1 및 제2 기준 주파수를 동일한 값으로 초기 설정하고, 상기 제1 및 제2 기준 주파수의 변화량에 따라 상기 전자빔의 이동 방향이 변화되도록 상기 거울 각도 조절 모터를 제어한다. 상기 각 산출부는 상기 제1 기준 주파수가 증가하고, 상기 제2 기준 주파수가 감소하면 상기 전자빔의 방향이 하측으로 이동하도록 상기 거울 각도 조절 모터를 제어한다. 상기 각 산출부는 상기 제1 기준 주파수가 감소하고, 상기 제2 기준 주파수가 증가하면 상기 전자빔의 방향이 상측으로 이동하도록 상기 거울 각도 조절 모터를 제어한다. 상기 각 산출부는 상기 차동 주파수의 변화량에 대응하는 각도를 산출하여 상기 전자빔의 각도가 상기 산출된 각도로 변경되도록 상기 거울 각도 조절 모터를 제어한다. 상기 산출된 각도는 상 기 차동 주파수의 변화량에 비례한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 특징에 따르면, 자동으로 빔의 각도를 조절하여 최종 사용지점에 정확히 도달하도록 할 수 있는 효과를 제공한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 거울 챔버 구동 장치를 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전압-주파수 변환부(230)의 상세 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 거울 챔버 구동 장치는 빔라인(100) 및 각 조절부(200)를 포함한다. 빔라인(100)은 전자빔(1)을 집속하여 시료(2)로 이동시킨다. 빔라인(100)은 고정 마스크(10), 제1 및 제2 슬릿(20, 60), 거울 챔버(30), 제1 및 제2 검출부(40, 50)를 포함한다. 여기서, 고정 마스크(10)는 전자빔(1)만 통과시키고, 그 이외의 것은 차단시킨다. 고정 마스크(10)는 거울 챔버(30)나 그 외의 부품들이 전자빔(1)에 의해 손상받는 것을 방지한다. 제1 슬릿(20)은 고정 마스크(10)를 통과한 전자빔(1)의 크기를 조절하고, 제2 슬릿(60)은 거울 챔버(30)에서 나온 전자빔(1)의 크기를 조절한다. 거울 챔버(30)는 제1 거울(32), 제2 거울(34) 및 거울 각도 조절 모터(36)를 포함한다. 제1 거울(32)은 제1 슬릿(20)을 통과한 전자빔(1)을 반사시키고, 제2 거울(34)은 제1 거울(32)과 평행하게 위치하며 제1 거울(32)에서 반사된 전자빔(1)을 반사시킨다.

거울 각도 조절 모터(36)는 각 조절부(200)에 의해 제어되어 제1 및 제2 거울(32, 34)의 각도를 조절한다. 거울 각도 조절 모터(36)는 각 조절부(200)로부터 출력된 신호의 펄스 폭에 따라 회전 각도가 조절된다. 또한, 거울 각도 조절 모터(36)는 각 조절부(200)로부터 출력된 신호가 음의 신호인지 양의 신호인지에 따라 회전 방향이 조절된다. 본 발명의 실시 예에서는 각 조절부(200)로부터 출력된 신호가 음의 신호인 경우 거울 각도 조절 모터(36)가 반시계 방향으로 회전하고, 양의 신호인 경우 거울 각도 조절 모터(36)가 시계 방향으로 회전하는 것으로 가정한다. 본 발명의 실시 예에서는 거울 각도 조절 모터(36)를 이용하여 제1 및 제2 거울(32, 34)의 각도를 조절하는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 PZT 구동기를 이용할 수도 있다. PZT 구동기를 사용할 경우 각 조절부(200)는 0V~500V의 전압을 생성하는 파워 서플라이(power supply)를 포함하여 PZT 구동기를 제어한다.

제1 및 제2 검출부(40, 50)는 제1 및 제2 거울(32, 34)의 회전 방향에 따라상하 방향에 위치한다. 제1 및 제2 검출부(40, 50)는 각각 텅스텐을 표적으로 한 광전 효과(Photoelectric effect)를 이용하여 전자빔(1)으로부터 제1 및 제2 검출 전류를 생성한다. 예를 들어, 전자빔(1)이 제1 검출부(40) 측(이하, 상측 방향)으로 치우쳐 이동하는 경우 제1 검출 전류가 제2 검출 전류보다 크게 생성되고, 전자빔(1)이 제2 검출부(50) 측(이하, 하측 방향)으로 치우쳐 이동하는 경우 제2 검출 전류가 제2 검출 전류보다 크게 생성된다.

각 조절부(200)는 제1 전류-전압 변환부(210), 제2 전류-전압 변환부(220), 전압-주파수 변환부(230) 및 각 산출부(240)를 포함한다. 제1 전류-전압 변환부(210)는 제1 검출부(40)로부터 제1 검출 전류를 인가받아 증폭하고, 증폭된 제1 검출 전류를 제1 검출 전압(DVIN1)으로 변환하여 출력한다. 제2 전류-전압 변환부(220)는 제2 검출부(50)로부터 제2 검출 전류를 인가받아 증폭하고, 증폭된 제2 검출 전류를 제2 검출 전압(DVIN2)으로 변환하여 출력한다.

전압-주파수 변환부(230)는 제1 및 제2 검출 전압(DVIN1, DVIN2)을 이용하여 제1 기준 주파수(REFF1), 제2 기준 주파수(REFF2) 및 차동 주파수(DIFF)를 생성한다. 여기서, 전압-주파수 변환부(230)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 증폭기(AMP1~AMP3) 및 제1 내지 제3 변환기(VFC1~VFC3)를 포함한다. 제1 증폭기(AMP1)는 제1 검출 전압(DVIN1)을 증폭하여 제1 기준 전압(REFV1)으로 출력한다. 제2 증폭기(AMP1)는 제1 및 제2 검출 전압(DVIN1, DVIN2) 간의 차이를 증폭하여 차 동 전압(DIFV)으로 출력한다. 제3 증폭기(AMP3)는 제2 검출 전압(DVIN2)을 증폭하여 제2 기준 전압(REFV2)으로 출력한다.

제1 변환기(VFC1)는 제1 기준 전압(REFV1)을 인가받아 제1 기준 주파수(REFF1)로 변환하여 출력한다. 제2 변환기(VFC2)는 차동 전압(DIFV)을 인가받아 차동 주파수(DIFF)로 변환하여 출력한다. 제3 변환기(VFC3)는 제2 기준 전압(REFV2)을 인가받아 제2 기준 주파수(REFF2)로 변환하여 출력한다.

각 산출부(240)는 차동 주파수(DIFF), 제1 및 제2 기준 주파수(REFF1, REFF2)를 이용하여 거울 각도 조절 모터(36)의 회전 방향 및 각도를 제어한다. 각 산출부(240)는 제1 및 제2 기준 주파수(REFF1, REFF2)를 피드백(feedback) 받아 전자빔(1)의 방향을 검출하고, 차동 주파수(DIFF)에 따라 전자빔(1)이 목표 위치에서 벗어난 정도를 검출하여 전자빔(1)이 목표 위치에 도달하도록 거울 각도 조절 모터(36)를 제어한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 거울 챔버 구동 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 제1 및 제2 거울(32, 34)의 각에 따른 차동 주파수(DIFF)에 대한 그래프이다. 도 3에서 차동 주파수(DIFF)가 '0'이 되는 제1 및 제2 거울(32, 34)의 각에 따른 전자빔(1)의 위치가 목표 위치가 된다. 여기서, 차동 주파수(DIFF)가 '0'이 되는 제1 및 제2 거울(32, 34)의 각을 목표 각(Ta)로 도시한다. 그래프에서, 목표 각(Ta)을 기준으로 좌측은 전자빔(1)의 경로가 상측 방향에 있고, 목표 각(Ta)을 기준으로 우측은 전자빔(1)의 경로가 하측 방향에 있는 것을 나타낸다. 여기서, 제1 및 제2 거울(32, 34)이 하측 방향(전자빔(1)의 이동 방향과 제1 및 제2 거울(32, 34)의 각도 차가 감소하는 방향) (도 1의 ② 방향)으로 회전하면 전자빔(1)의 경로가 하측 방향으로 변경된다. 반대로, 제1 및 제2 거울(32, 34)이 상측 방향(전자빔(1)의 이동 방향과 제1 및 제2 거울(32, 34)의 각도 차가 증가하는 방향)(도 1의 ① 방향)으로 회전하면 전자빔(1)의 경로가 상측 방향으로 변경된다. 이하에서는 거울 각도 조절 모터(36)가 반시계 방향으로 회전하면 제1 및 제2 거울(32, 34)이 하측 방향으로 회전하는 것으로 가정하여 설명하고, 거울 각도 조절 모터(36)가 시계 방향으로 회전하면 제1 및 제2 거울(32, 34)이 상측 방향으로 회전하는 것으로 가정하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 먼저 제1 및 제2 검출부(40, 50)가 전자빔(1)으로부터 제1 및 제2 검출 전류를 생성한다. 그 다음, 제1 및 제2 전류-전압 변환부(210, 220)가 제1 및 제2 검출 전류를 제1 및 제2 검출 전압(DVIN1, DVIN2)으로 변환하여 출력한다. 그 다음, 전압-주파수 변환부(230)는 제1 및 제2 검출 전압(DVIN1, DVIN2)을 제1 및 제2 기준 주파수(REFF1, REFF2)로 변환한다. 여기서, 제1 기준 주파수(REFF1)가 제2 기준 주파수(REFF2) 보다 높으면 전자빔(1)이 상측 방향으로 치우친 것을 의미하며, 제2 기준 주파수(REFF2)가 제1 기준 주파수(REFF1) 보다 높으면 전자빔(1)이 하측 방향으로 치우친 것을 의미한다. 그리고, 전압-주파수 변환부(230)는 제1 및 제2 기준 주파수(REFF1, REFF2)의 차에 해당하는 차동 주파수(DIFF)를 생성한다. 예를 들어, 차동 주파수(DIFF)가 소정의 "A" 값을 가지는 경우, 각 산출부(230)는 차동 주파수(DIFF)가 "0"이 되도록 하는 펄스 폭을 가지는 신호를 출력한다. 즉, 차동 주파수(DIFF)가 "A"인 경우, 전자빔(1)의 경로가 상측 방향으로 차동 주파수 "A"에 대응하는 소정 각도 "AN" 만큼 치우친 것을 의미하므로, 하측 방향으로 "AN"만큼 이동시키기 위해서는 제1 및 제2 거울(32, 34)을 하측 방향으로 회전시켜야 한다. 이를 위해, 각 산출부(230)는 음의 값을 가지며, 하측 방향으로 각도 "AN"만큼 전자빔(1)을 이동시키기 위한 펄스 폭을 갖는 신호를 거울 각도 조절 모터(36)에 출력한다. 이에 따라, 거울 각도 조절 모터(36)가 반시계 방향으로 각도 "AN"에 대응하는 각도만큼 회전한다. 그러면, 그러면, 제1 및 제2 거울(32, 34)이 하측 방향으로 각도 "AN"에 대응하는 각도만큼 각도가 변경되어 전자빔(1)의 경로가 목표 위치에 도달할 수 있다. 이와 같은 동작은 계속 반복되며, 이에 따라 전자빔(1)의 경로를 자동으로 변경할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 거울 챔버 구동 장치를 도시한 개략도.

도 2는 도 1에 도시된 전압-주파수 변환부(230)의 상세 구성도.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 거울 챔버 구동 장치의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면.

Claims (7)

1. 전자빔을 반사시키는 제1 거울;

   상기 제1 거울과 평행하게 위치하여 상기 제1 거울에서 반사된 전자빔을 목표 경로로 반사시키는 제2 거울;

   상기 제1 및 제2 거울의 각도를 조절하여, 상기 전자빔의 경로를 조절하는 거울 각도 조절 모터;

   상기 전자빔의 목표 경로에 수직하는 방향으로 위치하여 상기 전자빔에 대응하는 제1 검출 전류를 생성하는 제1 검출부;

   상기 전자빔의 목표 경로에 수직하는 방향으로 상기 제1 검출부와 반대방향에 위치하여 상기 전자빔에 대응하는 제2 검출 전류를 생성하는 제2 검출부;

   상기 제1 및 제2 검출 전류에 대응하는 제1 및 제2 검출 전압을 생성하는 전류-전압 변환부;

   상기 제1 및 제2 검출 전압을 각각 제1 및 제2 기준 주파수로 변환하고, 상기 제1 및 제2 검출 전압의 차에 대응하는 전압을 차동 주파수로 변환하는 전압-주파수 변환부; 및

   상기 차동 주파수, 상기 제1 및 제2 기준 주파수에 따라 상기 전자빔이 상기 목표 경로에서 벗어난 정도를 검출하여 상기 전자빔이 상기 목표 경로에 도달하도록 상기 거울 각도 조절 모터를 제어하는 각 산출부

   를 포함하는 거울 챔버 구동 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 검출부의 위치 및 상기 제2 검출부의 위치는 상기 제1 및 제2 거울의 회전 방향에 따라 상하 방향에 위치한 거울 챔버 구동 장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 각 산출부는 상기 제1 및 제2 기준 주파수를 동일한 값으로 초기 설정하고, 상기 제1 및 제2 기준 주파수의 변화량에 따라 상기 전자빔의 이동 방향이 변화되도록 상기 거울 각도 조절 모터를 제어하는 거울 챔버 구동 장치.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 각 산출부는 상기 제1 기준 주파수가 증가하고, 상기 제2 기준 주파수가 감소하면 상기 전자빔의 방향이 하측으로 이동하도록 상기 거울 각도 조절 모터를 제어하는 거울 챔버 구동 장치.
5. 제3 항에 있어서,

   상기 각 산출부는 상기 제1 기준 주파수가 감소하고, 상기 제2 기준 주파수가 증가하면 상기 전자빔의 방향이 상측으로 이동하도록 상기 거울 각도 조절 모터를 제어하는 거울 챔버 구동 장치.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 각 산출부는 상기 차동 주파수의 변화량에 대응하는 각도를 산출하여 상기 전자빔의 각도가 상기 산출된 각도로 변경되도록 상기 거울 각도 조절 모터를 제어하는 거울 챔버 구동 장치.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 산출된 각도는 상기 차동 주파수의 변화량에 비례하는 거울 챔버 구동 장치.

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