KR101250007B1 - 피반사체 수평측정장치 및 수평측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 광원, 광원으로부터 출사되는 광을 광원으로 반사하는 반사판, 광원과 반사판 사이에 형성되는 광경로에 배치되는 제 1 광학모듈 및 제 2 광학모듈 및 광을 수광하는 수광부를 포함하고, 제 1 광학모듈은 광원으로부터 출사되는 광을 투과시켜 제 2 광학모듈로 입사시키고, 제 2 광학모듈을 투과하거나 또는 제 2 광학모듈에 의해 반사된 광을 수집하여 상기 수광부로 반사하고, 제 2 광학모듈은 반사판으로부터 반사된 광을 투과시켜 제 1 광학모듈로 입사하거나 또는 제 1 광학모듈을 투과한 광을 피반사체로 반사시킨 후 피반사체로부터 반사된 광을 수집하여 제 1 광학모듈로 반사하는 피반사체 수평측정장치가 제공된다.

Description

피반사체 수평측정장치 및 수평측정방법 {Apparatus for detecting level and method for detecting level}

본 발명은 측정 대상의 수평 여부를 판단하기 위한 수평측정장치 및 이를 이용한 수평측정방법에 관한 것이다.

부재의 위치정보를 측정하는 것 중 부재의 수평을 정밀하게 측정하는 것은 산업적으로 매우 중요하다. 산업상 많은 분야에서 부재가 수평을 이룬다는 가정하에 공정을 진행하고 있으며, 따라서 만약 실제 부재가 수평을 이루고 있지 못하다면 예상치 못한 공정상의 문제점을 일으키게 된다.

예를 들어, 고성능 반도체 장치의 집적도 및 신뢰도를 유지하기 위하여 반도체 제조 설비의 수평도 유지가 선행되어야 한다. 특히, 반도체 웨이퍼 상에 이온을 주입하는 이온주입공정의 경우 반도체 웨이퍼 상에 형성된 다수 개의 다이에 균등한 이온 주입 효과를 얻기 위해서는 반도체 웨이퍼가 장착되는 장착대의 수평도 유지는 필수적이다. 따라서 반도체 설비의 사용자는 수평을 유지하기 위해 수시로 설비의 수평 여부를 파악하고 이상이 있으면 필요한 조치를 취한다.

따라서 종래부터 작업 공정의 정확성을 유지하기 위해 부재의 수평여부를 측정하기 위한 여러 방법들이 제시되어 왔다. 일반적으로 특정 부재의 수평 상태를 측정하기 위한 수평 측정 장치를 통상적으로 '레벨러(leveler)'라고 하는데, 상기 레벨러는 기포를 이용하거나 수평대를 이용하여 기포의 이동정도 또는 수평대와 특정 부재와의 이격정도를 작업자가 육안으로 그 장비의 수평 여부를 확인하는 것이다.

그러나 상기 레벨러에 의할 경우 육안으로 수평 여부를 확인하는 바, 엄격한 수평을 요구하는 장비에 적절하지 않으며, 직접 대상에 올려 놓아야 하는 바, 접촉을 하지 아니하고 수평 여부를 판단할 수 없는 한계가 있어 왔다.

이에 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광을 이용하여 수평 여부를 측정하고 기울어진 정도를 정량적으로 제시할 수 있는 수평측정장치 및 수평측정방법을 제공한다. 전술한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 양상에 따른 피반사체 수평측정장치가 제공된다. 이 장치는 광원, 광원으로부터 출사되는 광을 광원으로 반사하는 반사판, 광원과 반사판 사이에 형성되는 광경로에 배치되는 제 1 광학모듈 및 제 2 광학모듈 및 광을 수광하는 수광부를 포함한다. 여기서 제 1 광학모듈은 광원으로부터 출사되는 광을 투과시켜 제 2 광학모듈로 입사시키고, 제 2 광학모듈을 투과하거나 또는 제 2 광학모듈에 의해 반사된 광을 수집하여 수광부로 반사하고, 제 2 광학모듈은 반사판으로부터 반사된 광을 투과시켜 제 1 광학모듈로 입사하거나 또는 제 1 광학모듈을 투과한 광을 피반사체로 반사시킨 후 피반사체로부터 반사된 광을 수집하여 제 1 광학모듈로 반사할 수 있다.

이 때, 제 1 광학모듈 및 제 2 광학모듈은 광원과 반사판 사이에 소정의 각도를 가지고 배치될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 광학모듈은 일부의 광은 투과하고 일부의 광은 반사하는 하나 이상의 반투과 미러 또는 부분 투과 미러로 이루어질 수 있다. 그리고 제 2 광학모듈은 반투과 미러 또는 부분 투과 미러가 복수개로 이루어질 수 있다.

이 때, 수광부는 복수의 광을 수광하여 상기 복수의 광의 수광위치를 인식할 수 있으며, 피반사체의 2차원적 수평정보를 획득할 수도 있다. 또한 수광부는 CCD 카메라, CMOS 이미지 센서 또는 광 다이오드, 또는 이차원 어레이 센서 또는 쿼드로플 검출기가 될 수 있다.

그리고 수광부에서 측정한 광의 위치 정보를 이용하여 피반사체가 기울어진 정도를 연산할 수 있는 광 정보 연산부를 더 포함하는 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면 피반사체 수평 측정 방법이 제공된다. 이 방법은 광원과 소정의 거리를 두고 이격 배치된 반사판 사이에 광원으로부터 출사되는 광에 의해 형성되는 광경로를 따라 제 1 광학모듈 및 제 2 광학모듈을 배치시키는 단계, 광원으로부터 광을 출사시켜, 광이 상기 제 1 및 제 2 광학모듈을 투과하여 상기 반사판에 의해 상기 광경로를 따라 제 1 반사되게 하는 단계, 반사판에 의해 반사된 광이 제 2 광학모듈을 투과하여 제 1 광학모듈에 의해 수광부로 제 2 반사되게 하는 단계, 광원으로부터 출사되어 제 1 광학모듈을 투과한 광을 제 2 광학모듈에 의해 피반사체로 제 3 반사되게 하는 단계, 제 3 반사된 광을 수집하여 제 1 광학모듈로 제 4 반사시킨 후, 제 1 광학모듈에 의해 수광부로 제 5 반사되게 하는 단계 및 수광부에서 제 2 및 제 5 반사된 광의 위치정보를 비교하는 단계를 포함한다.

이 때, 제 1 및 제 2 광학모듈은 광경로에 대해 각각 소정의 각도를 가지도록 배치시킬 수 있다. 또한 제 1 또는 제 2 광학모듈은 하나 이상의 반투과 미러 또는 부분 투과 미러로 구성될 수 있다.

또한, 광원, 제 1 및 제 2 광학모듈 및 반사판이 광경로를 따라 일직선을 이루어 이격 배치되어 본 발명이 실행될 수 있다.

이 때, 제 3 반사시키는 단계는 제 2 광학모듈이 피반사체의 복수의 지점에 광을 반사시킬 수 있다.

그리고 제 2 및 제 5 반사된 광의 위치정보를 비교하는 단계는 피반사체의 2차원적 수평정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

이 때, 광경로에 대해 상기 피반사체가 기울어진 각을 제시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 광 반사를 이용하여 수평 여부를 측정함에 따라 보다 정확한 수평 측정이 가능할 수 있다. 또한 상기 측정은 측정 대상에 물리적 접촉없이도 정밀하게 측정대상의 수평을 측정할 수 있다.

특히 수평 여부를 알려주는 광 신호를 분석하여 수평으로부터의 편차를 연산하여 실시자에게 수평으로 회복할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 피반사체 수평측정장치의 사시도,
도 1b는 피반사체가 상하로 기울어진 경우를 도시한 우측면도,
도 1c는 피반사체가 좌우로 기울어진 경우를 도시한 평면도,
도 2a는 도 1의 피반사체가 수평인 경우 광의 흐름을 개략적으로 표현한 평면도,
도 2b 는 도 1의 피반사체가 수평이 아닌 경우 광의 흐름을 개략적으로 표현한 평면도,
도 2c는 본 발명의 다른 일실시예에 따라 수광부가 피반사체의 측면에 있는 경우의 평면도,
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 피반사체 수평측정장치의 사시도,
도 4는 도 3의 피반사체를 측정하는 경우 광의 흐름을 개략적으로 표현한 측면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 피반사체 수평측정방법의 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장될 수 있다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1a에는 본 발명의 일실시예를 따르는 피반사체 수평측정장치(100)의 사시도가 도시되어 있으며, 도 2a 및 2b에는 본 발명의 일실시예에 따른 피반사체 수평측정장치(100)에서의 광의 흐름을 개략적으로 표현한 평면도이다.

도 1a, 도 2a 및 2b를 참조하면, 피반사체 수평측정장치(100)는 광원(110)과 제 1 광학모듈(120), 제 2 광학모듈(130), 반사판(140), 수광부(150)를 구비한다.

이러한 피반사체 수평측정장치(100)는 피반사체(160)의 측면에 설치될 수 있다. 피반사체는 그 자체가 광을 반사할 수 있는 표면상태를 가진 부재뿐만 아니라 그 자체는 광을 반사하지 못하더라도 광을 반사할 수 있는 소정의 부재를 그 표면상에 장착하여 상기 부재를 통해 광을 반사시킬 수 있는 물체를 모두 포함한다.

광원(110)은 반사판(140)으로 광을 출사하는 장치로서, 광원(110)에서 출사되는 광은 직진성을 가지고 있고 수광 소자에 의해 감지될 수 있는 성질을 가지는 광으로 볼 수 있다. 이때 광원(110)으로부터 출사되는 광의 종류로는 적외선, 가시광선, 자외선 등을 포함할 수 있다. 또한 출사되는 광은 레이저 형태로 출사될 수 있다. 상기 출사는 능동 부재로부터 일정한 방향성을 가지고 광 또는 신호 등이 송신됨을 의미한다.

반사판(140)은 광원(110)으로부터 출사된 광을 다시 광원으로 반사시킬 수 있다. 따라서 광원(110) 및 반사판(140) 사이에는 광원(110)으로부터 출사된 광이 반사판(140)에 의해 반사되어 형성된 광경로(OP)가 형성될 수 있다.

제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)은 광원(110) 및 반사판(140) 사이에 소정의 거리를 두고 이격 배치된다.

이때 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)은 투과되는 광 중 일부의 광은 투과하고 일부의 광은 반사하는 하나 이상의 광학부재로 이루어 질 수 있다. 이러한 광학부재로는 반투과 미러(beam splitter) 또는 부분 투과 미러(leaky beam splitter)가 이용될 수 있다.

이때 반투과 미러 또는 부분 투과 미러는 반사광과 투과광의 비율(이하 반사-투과 비율이라 함)를 다양하게 조절할 수 있다. 예를 들어 반투과 미러의 경우, 반사-투과 비율을 5:5로 하거나 9:1, 8:2, 7:3 등의 비율을 갖도록 할 수 있다.

도 1a에는 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)이 각각 하나의 반투과 미러로 구성되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 경우에 따라 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130) 중 어느 하나 이상은 복수개의 반투과 미러 또는 부분 투과 미러를 구비할 수 있다. 이는 이하의 모든 실시예에서도 동일하게 적용될 수 있다.

반투과 미러 또는 부분 투과 미러가 복수개로 이루어진 경우, 각각은 서로 다른 반사-투과 비율을 가질 수 있으며 이러한 서로 다른 반사-투과 비율을 조절하여 광의 세기를 균배할 수 있다.

제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)은 광경로(OP)에 대해 각각 소정의 각도를 가지고 배치될 수 있다. 이때 소정의 각도는 도 2a를 참조할 때, 광경로(OP)중 반사판(140) 쪽에서 상기 제 1 광학모듈(120) 또는 제 2 광학모듈(130)의 피반사체(160) 쪽으로 연장되는 부분과 이루는 각도로 정의할 수 있다.

예를 들어 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)은 광경로(OP)에 대해 각각 α 및 β의 각도를 가지고 배치될 수 있다. 이때 α 및 β는 서로 동일한 각도를 가질 수 있으며, 일예로서 모두 45도의 각도를 가질 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고 서로 다른 각도를 가지는 경우도 포함할 수 있다.

제 1 광학모듈(120)은 광원(110)으로부터 출사되는 광을 투과시켜 제 2 광학모듈(130)로 입사시키고, 제 2 광학모듈을 투과하거나 또는 상기 제 2 광학모듈에 의해 반사된 빛을 상기 수광부(150)로 반사할 수 있다.

제 2 광학모듈(130)은 반사판(140)으로부터 반사된 광을 투과시켜 상기 제 1 광학모듈(120)로 입사하거나 또는 제 1 광학모듈(120)을 투과한 광을 수평 측정 대상인 피반사체(160)로 반사시킨 후 피반사체(160)로부터 반사된 광을 수집하여 제 1 광학모듈(120)로 다시 반사시키는 기능을 한다.

도 1a을 참조하면, 이러한 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)이 광원(110) 및 반사판(140) 사이에 위치함에 따라 광원(110)에서 출사된 광은 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)을 투과한 후 반사판(140)에 의해 다시 광원(110) 방향으로 반사된다.

제 1 광학모듈(120)에 도달될 수 있는 광은, 반사판(140)에서 반사되어 제 2 광학모듈(130)을 투과한 후 제 1 광학모듈(120)에 도달한 광과 피반사체(160)로부터 반사된 광을 제 2 광학모듈(130)이 수집하여 제 1 광학모듈(120)로 반사함으로써 제 1 광학모듈(120)에 도달하는 광이 될 수 있다. 제 1 광학모듈(120)은 이렇게 도달된 광의 일부를 수광부(150)로 반사하게 되며, 수광부(150)는 이렇게 제 1 광학모듈(120)로부터 반사된 광을 수광하게 된다.

수광부(150)는 입사되는 복수의 광을 수광하여 상기 복수의 광의 수광위치를 인식하고 이로부터 피반사체(160)의 위치정보를 파악할 수 있게 한다. 즉 수광부(150)는 수광된 복수의 광의 수광위치의 상하 및 좌우의 이격 정도를 이용하여 피반사체(160)가 상하방향 및 좌우방향으로의 기울어진 각도, 즉 피반사체(160)의 2차원적 정보를 획득할 수 있다.

여기서 피반사체(160)의 상하방향으로의 기울어진 각도의 의미는 피반사체 수평측정장치의 우측면도인 도 1b에 간략하게 도시되어 있다. 즉 피반사체(160)가 광으로 하여금 수광부(150)의 상하방향으로 반사하도록 하는 각도를 뜻하는 것이다. 피반사체의 좌우방향으로 기울어진 각도는 피반사체 수평측정장치의 평면도인 도 1c에 도시되어 있다. 평면도를 보았을 때의 피반사체(160)가 광으로 하여금 수광부(150)의 좌우방향으로 반사하도록 하는 각도를 의미하는 것이다.

이러한 수광부(150)로는 광을 인식할 수 있는 어떠한 형태의 센서도 가능하다 .

예를 들어 수광부(150)로 이용될 수 있는 센서로서는 CCD 카메라, CMOS 이미지 센서, 광 다이오드(photo diode) 등이 이용될 수 있으며, 이러한 센서들을 복수 개로 가지며, 2차원적으로 배열된 2차원 어레이 센서(2D arrary sensor)가 이용될 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 2차원 어레이 센서 대신 쿼드러플 검출기(Quadarple detector)가 이용될 수 있다. 쿼드러플 디텍터는 광 센싱이 가능한 4개의 광 다이오드를 구비하며, 이러한 각각의 광 다이오드의 동일위치에 빔 형태로 입사되는 광이 수광될 경우 4개의 광 다이오드로부터 발생되는 전기적 신호의 크기가 동일하게 된다. 그러나 4개의 광 다이오드에 수광되는 광의 위치가 각각 다를 경우, 각 광 다이오드로부터 발생되는 전기적 신호의 차이가 발생되며 이러한 차이를 연산함으로써 피반사체(160)의 수평정보를 얻을 수 있다.

도 1a에 도시된 본 발명의 일실시예로서 피반사체 수평장치는 다음과 같이 기능한다.

광원(110)이 광을 출사하면 광은 제 1 광학모듈(120)을 투과하고 제 2 광학모듈(130)에 도달한다. 제 2 광학모듈(130)은 광경로(OP)와 소정의 각도를 이루고 있으며, 광원(110)에서 출사된 광은 제 2 광학모듈(130)에서 두 방향으로 분리되어 일부는 반사판(140)으로 투과되고 일부는 피반사체(160)로 반사된다.

반사판(140)에서 반사된 광은 다시 제 2 광학모듈(130)을 투과하여 제 1 광학모듈(120)에 도달한다. 제 1 광학모듈(120)은 광경로(OP)와 소정의 각도를 이루고 있는 바, 반사판(140)에서 반사된 광은 수광부(150)로 그 일부가 반사된다.

상술한 단계를 거쳐 수광부(150) 수광된 광은 하나의 점 형태로 수광부(150)상에 수집될 수 있다. 이때 수광부(150)가 수집한 반사판(140)에서 반사된 광의 위치는 측정 대상, 즉 피반사체(160)의 수평 여부를 판단하기 위한 기준점이 될 수 있다.

한편 피반사체(160)에 의해 반사된 광은 상술한 것과 같은 방식으로 제 2 광학모듈(130)과 제 1 광학모듈(120)에 의해 순차적으로 반사되어 수광부(150)에 의해 수집된다. 역시 이러한 단계로 반사된 광은 하나의 점 형태로 수광부(150) 상에 수집될 수 있다.

반사판(140)로부터 반사되어 수광부(150)에 수집된 광의 위치와 피반사체(160)로부터 반사되어 수광부(150)에 수집된 광의 위치가 동일한 경우, 즉 수광부(150)가 하나의 점으로 인식하고 있는 경우, 광경로(OP)와 피반사체(160)는 서로 평행하게 배치되어 있다고 할 수 있다. 광경로(OP)는 직진하는 광의 특성상 일직선을 이루게 되며, 따라서 이와 평행한 피반사체(160)는 수평 상태에 있다고 볼 수 있다. 즉 광의 직진성을 이용하여 피반사체가 기울어져 있는지 여부를 판단하는 것이다.

이에 비해 반사판(140)로부터 반사되어 수광부(150)에 수집된 광의 위치와 피반사체(160)로부터 반사되어 수광부(150)에 수집된 광의 위치가 서로 상이하다면, 광경로(OP)와 피반사체(160)는 서로 평행하게 배치되어 있다고 할 수 없으며, 이로부터 피반사체(160)는 광경로(OP)에 대해서 기울어져 있다고 판단할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 피반사체(160)가 광경로(OP)에 대해 평행하게 배치된 경우(즉 수평인 경우) 및 평행하게 배치되지 않은 경우(즉 수평이 아닌 경우)의 광의 흐름을 개략적으로 도시하는 평면도이다.

도 2a를 참조할 때, 피반사체(160)가 수평이라면 피반사체(160)로부터 반사된 광(o)은 반사판(140)으로부터 반사된 광(r)과 동일한 경로를 통해 제 1 광학모듈(120)을 거쳐 수광부(150)에 도달하는 바, 수광부(150)에는 실질적으로 하나의 광으로 인식하게 된다.

반면, 도 2b를 참조할 때, 피반사체(160)가 수평이 아니라면 피반사체(160)로부터 반사된 광(o)은 제 2 광학모듈(130)을 통해 제 1 광학모듈(120)에 도달할 시, 반사판(140)을 통과한 광(r)과 다른 지점에 도달하게 되고, 이는 결과적으로 수광부(150)로 하여금 서로 다른 위치에 있는 두 개의 점(o, r)을 인식하도록 한다.

도 2a 및 2b의 실시예는 피반사체(160) 및 수광부(150)가 광경로(OP)를 기준으로 서로 반대 측에 위치한 경우이며, 또 다른 실시예로서 도 2c와 같이 피반사체(160) 및 수광부(150)가 광경로(OP)를 기준으로 서로 같은 측에 위치할 수 있다.

이 경우에도 제 1 광학모듈(120)의 광경로(OP)에 대한 각도 α가 예각에서 둔각으로 변화될 뿐 도 2a 또는 2b에 도시된 실시예와 같이 수광부(150)로 하여금 피반사체(160)를 반사한 광(o) 과 반사판(140)을 반사한 광(r)을 인식하게 한다는 점에 차이가 없다.

본 발명의 다른 실시예로서, 제 2 광학모듈(130)이 복수 개의 반투과 미러로 구성될 수 있다. 제 2 광학모듈(130)이 복수 개의 반투과 미러로 구성될 경우 한 번의 측정으로 피반사체(160) 내 여러 지점의 수평 여부를 알 수 있다. 예를 들어 피반사체(160)가 불규칙한 표면 형상을 가지고 있거나 소정의 곡률을 가지고 있는 경우에 복수의 지점에서의 수평정보를 동시에 얻을 수 있게 된다.

도 3에서는 세 개의 반투과 미러(131 내지 133)를 사용하는 경우가 도시되었다. 세 개의 반투과 미러(131 내지 133)가 제 2 광학모듈로서 기능하며, 이는 피반사체(160)의 각기 다른 지점 a, b, c의 수평 여부를 측정한다.

도 4는 도 3의 실시예에 따를 경우 광의 흐름을 개략적으로 표현한 사시도이다. a지점을 반사한 광(oa)과는 달리 b지점과 c지점을 반사한 광(ob, oc)은 반사판(140)으로부터 반사된 광(r)과 동일한 지점에 도달하지 못하는 바, 작업자는 측정 대상인 피반사체(160)의 a, b 및 c 지점이 균일하게 수평을 유지하고 있지 않음을 알 수 있다.

따라서 제 2 광학모듈이 복수 개의 반투과 미러를 구비할 경우 한 번의 측정으로 피반사체(160) 내 여러 지점의 수평 여부를 알 수 있으며, 도 4에 예시된 바와 같이 피반사체(160)가 소정의 곡률을 가지고 있는 경우에 복수의 지점에서의 수평정보를 해석함으로써 곡률의 유무 및 그 곡률값을 도출하는 것이 가능하게 된다.

한편 도 1a을 참조할 때, 본 발명에 따른 피반사체 수평측정장치(100)는 수광부(150)에서 측정한 광의 위치 정보를 이용하여 피반사체(160)가 기울어진 정도를 연산할 수 있는 광 정보 연산부(170)를 더 포함할 수 있다. 상기 광 정보 연산부(170)는 수광부(150)로 도달하는 광의 위치 정보와 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)의 위치를 토대로 기울어진 정도를 연산할 수 있다.

이때 수광부(150)는 광의 정보를 이차원적으로 인식할 수 있기에 피반사체가 광경로를 기준으로 상하방향 및 좌우방향으로 기울어진 각도를 모두 측정할 수 있다.

이러한 본 발명의 일실시예를 따르는 피반사체 수평장치에 의할 경우, 광의 직진하는 성질을 이용하여 기존의 육안에 의한 관찰법보다 정밀하게 측정 대상의 수평 여부를 측정할 수 있으며, 적외선 등을 이용하여 측정하는 바, 측정 대상의 물리적 압력이나 접촉 없이도 피반사체의 수평을 측정할 수 있게 된다.

도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 피반사체 수평측정방법의 순서도가 나타나 있다. 이에 도 1a 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 피반사체 수평측정방법을 개념적으로 설명할 수 있다. 이를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따르는 피반사체 수평측정방법에 대해 설명한다.

우선 광원(110)과 상기 광원(110)과 소정의 거리를 두고 이격 배치된 반사판(140) 사이에 광원(110)으로부터 출사된 광과 반사판(140) 사이에 형성되는 광경로(OP)를 따라 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)을 배치시킨다(단계 S1).

이때 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)은 광경로(OP)에 대해 각각 소정의 각도를 가지도록 배치시킬 수 있다.

이 경우 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)은 반투과 미러 또는 부분 투과 미러를 사용할 수 있다. 바람직하게는 광원(110), 제 1 광학모듈(120), 제 2 광학모듈(130) 및 반사판은 일직선을 이루고 배치되게 한다. 광의 특성상 일직선을 이루고 배치되어야 반사되어 수광부(150)로 입사되는 광의 위치 정보를 파악하기 용이하기 때문이다.

이때 광경로(OP)와 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)이 이루는 각도(α,β)는 모두 45도로 셋팅(setting)할 수 있다.

이후 광원(110)으로부터 광을 출사하여 상기 광이 상기 제 1 광학모듈(120)및 제 2 광학모듈(130)을 투과하여 반사판(140)에 의해 상기 광의 경로를 따라 제 1 반사되게 하는 단계(단계 S2)를 거친다.

다음, 반사판(140)에 의해 반사된 광이 제 2 광학모듈(130)을 투과하여 제 1 광학모듈(120)에 의해 수광부(150)로 제 2 반사되게 하는 단계(단계 S3)가 이어진다. 상기 단계 S3을 거쳐 수광부(150)가 인식한 광의 위치는 피반사체(160)가 수평인지 아닌지를 결정하는 기준점이 된다. 광의 직선 운동만으로 위치가 정해졌기 때문이다.

한편, 피반사체(160)로부터 반사된 광을 얻기 위하여 광원(110)으로부터 출사되어 제 1 광학모듈(120)을 투과한 광을 제 2 광학모듈(130)에 의해 피반사체(160)로 제 3 반사시킨다(단계 S4).

다음, S4 단계에서 제 3 반사된 광을 제 2 광학모듈(130)이 수집하여 제 1 광학모듈(120)로 제 4 반사시킨 후, 제 1 광학모듈(120)에 의해 수광부(150)로 제 5 반사시키는 단계(단계 S5)로 이어진다.

다음, 수광부(150)에서 상기 제 2 및 제 5 반사된 광의 위치정보를 비교하는 단계(단계 S6)로 이어진다.

제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)은 광경로(OP)와 45도의 각도를 이루고 있으므로, 피반사체(160)가 수평일 경우 광은 피반사체(160)를 반사하고 다시 광원(110)과 같은 위치로 제 2 광학모듈(130)을 통해 반사되어 나가게 된다. 그러나 수평이 아닌 경우 광원(110)과 다른 위치로 광이 반사되어 나가므로 수광부(150)에는 서로 다른 위치를 가지는 2개의 광이 인식되게 된다.

따라서 상기 단계 S6에서 하나의 광만이 감지되었다면 피반사체는 수평을 유지하고 있다는 의미이고, 복수 개의 서로 다른 위치에 반사된 광이 감지되었다면 피반사체는 수평상태가 아니라는 의미이다. 이때 복수 개의 다른 위치에 반사된 광의 수광부에서의 수광 위치을 비교하여, 상기 광의 상하방향 또는 좌우방향의 이격 정도로부터 피반사체(160)의 2차원적 수평정보를 획득할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, 제 2 광학모듈(130)에 복수 개의 광학부재, 예를 들어 복수 개의 반투명 미러를 구비할 경우, 단계 S4를 통해 피반사체의 서로 다른 복수 개의 지점의 수평 여부를 한번에 측정할 수 있다. 어느 한 지점이라도 수평이 아닌 경우, 피반사체를 반사한 광은 제 2 광학모듈(130)에 의해 광원(110)과 다른 위치로 반사되어 나가기 때문이다.

한편, 위에서 상기 단계 S2 내지 단계 S5의 각 단계를 순서대로 기술하였으나, 이는 광의 흐름에 맞춰 설명의 편의를 위한 것이며, 상기 단계들은 본 발명의 실시를 시작함과 거의 동시에 일어날 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예로 피반사체가 수평이 아닌 경우 수평을 이루기 위한 각, 즉 광경로(OP)에 대해 피반사체(160)가 기울어진 각을 연산하는 연산 단계(단계 S7)를 더 포함할 수 있다. 상기 단계 S7은 피반사체와 측정 장치와의 거리, 광원(110)과 제 1 광학모듈(120) 및 제 2 광학모듈(130)과의 거리, 수광부(150)에 의해 감지된 광의 위치 정보를 토대로 하여 수평을 이루기 위한 각도를 제시한다.

이러한 본 발명의 일실시예에 따른 측정방법을 적용하는 경우, 광을 이용하여 보다 정확히 측정할 수 있으며, 피반사체와의 접촉 없이도 손쉽게 수평 기준을 도출해 내고 수평 여부를 판단할 수 있다.

발명의 특정 실시예 및 실험예에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예 및 실험예들에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.

Claims (16)

1. 광원;
   상기 광원으로부터 출사되는 광을 상기 광원으로 반사하는 반사판;
   상기 광원과 반사판 사이에 형성되는 광경로에 배치되는 제 1 광학모듈 및 제 2 광학모듈; 및
   광을 수광하는 수광부;를 포함하고,
   상기 제 1 광학모듈은 상기 광원으로부터 출사되는 광을 투과시켜 상기 제 2 광학모듈로 입사시키고, 상기 제 2 광학모듈을 투과하거나 또는 상기 제 2 광학모듈에 의해 반사된 광을 수집하여 상기 수광부로 반사하고,
   상기 제 2 광학모듈은 상기 반사판으로부터 반사된 광을 투과시켜 상기 제 1 광학모듈로 입사하거나 또는 상기 제 1 광학모듈을 투과한 광을 피반사체로 반사시킨 후 상기 피반사체로부터 반사된 광을 수집하여 상기 제 1 광학모듈로 반사하는, 피반사체 수평측정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광학모듈 및 제 2 광학모듈은 상기 광원과 상기 반사판 사이에 소정의 각도를 가지고 배치되는, 피반사체 수평측정장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광학모듈 및 제 2 광학모듈은 일부의 광은 투과하고 일부의 광은 반사하는 하나 이상의 반투과 미러 또는 부분 투과 미러로 이루어진, 피반사체 수평측정장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 광학모듈은 반투과 미러 또는 부분 투과 미러가 복수개로 이루어진, 피반사체 수평측정장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 수광부는 복수의 광을 수광하여 상기 복수의 광의 수광위치를 인식할 수 있는, 피반사체 수평측정장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 수광부는 상기 피반사체의 2차원적 수평정보를 획득할 수 있는, 피반사체 수평측정장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 수광부는 CCD 카메라, CMOS 이미지 센서 또는 광 다이오드를 포함하는, 피반사체 수평측정장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 수광부는 이차원 어레이 센서 또는 쿼드로플 검출기를 포함하는, 피반사체 수평측정장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수광부에서 측정한 광의 위치 정보를 이용하여 피반사체가 기울어진 정도를 연산할 수 있는 광 정보 연산부를 더 포함하는, 피반사체 수평측정장치.
   
10. 광원과 상기 광원과 소정의 거리를 두고 이격 배치된 반사판 사이에 상기 광원으로부터 출사되는 광에 의해 형성되는 광경로를 따라 제 1 광학모듈 및 제 2 광학모듈을 배치시키는 단계;
    상기 광원으로부터 광을 출사시켜, 상기 광이 상기 제 1 광학모듈 및 제 2 광학모듈을 투과하여 상기 반사판에 의해 상기 광경로를 따라 제 1 반사되게 하는 단계;
    상기 반사판에 의해 반사된 광이 제 2 광학모듈을 투과하여 상기 제 1 광학모듈에 의해 수광부로 제 2 반사되게 하는 단계;
    상기 광원으로부터 출사되어 상기 제 1 광학모듈을 투과한 광을 상기 제 2 광학모듈에 의해 피반사체로 제 3 반사되게 하는 단계;
    상기 제 3 반사된 광을 수집하여 제 1 광학모듈로 제 4 반사시킨 후, 상기 제 1 광학모듈에 의해 상기 수광부로 제 5 반사되게 하는 단계; 및
    상기 수광부에서 제 2 및 제 5 반사된 광의 위치정보를 비교하는 단계;
    를 포함하는 피반사체 수평측정방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 광학모듈 및 제 2 광학모듈은 상기 광경로에 대해 각각 소정의 각도를 가지도록 배치시키는, 피반사체 수평측정방법.
12. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 광학모듈 또는 제 2 광학모듈은 하나 이상의 반투과 미러 또는 부분 투과 미러로 구성하는, 피반사체 수평측정방법.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 광원, 상기 제 1 광학모듈, 제 2 광학모듈 및 상기 반사판은 상기 광경로를 따라 일직선을 이루어 이격 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 피반사체 수평측정방법.
14. 제 10 항에 있어서, 상기 제 3 반사시키는 단계는 상기 제 2 광학모듈이 상기 피반사체의 복수의 지점에 광을 반사시키는 단계인, 피반사체 수평측정방법.
15. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 및 제 5 반사된 광의 위치정보를 비교하는 단계는 상기 피반사체의 2차원적 수평정보를 획득하는 단계를 포함하는, 피반사체 수평측정 방법.
16. 제 10 항에 있어서, 상기 광경로에 대해 상기 피반사체가 기울어진 각을 제시하는 단계를 더 포함하는, 피반사체 수평측정 방법.

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