KR101336751B1 - 파형 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

파형 생성 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치는 동일한 피치의 회전 슬릿들이 형성되며 회전가능한 회전체, 상기 회전 슬릿을 통과하는 빛을 방출하는 광원 및 상기 회전 슬릿을 통과한 빛이 입사되어 소정의 파형을 지닌 신호를 출력하는 수광부를 포함한다.

Description

파형 생성 장치{WAVEFORM GENERATING APPARATUS}
본 발명은 파형 형성 장치에 관한 것이다.
아날로그 프로세서에 의한 제어방식은 각종 로봇, NC 기계(numerical control machine), OA 기기 등에 많이 사용되고 있다. 이런 기기는 더욱이 고정밀도 및 고속화가 요구되고 보다 정밀한 제어가 필요하게 되었다. 이를 위해 기기 가동부의 위치나 속도를 정확히 검출하고 그 정보를 구동부에 피드백하기 위한 장치(Unit)로써 파형 형성 장치가 많이 사용되고 있다.
한국공개특허 10-2008-0095911는 일반적인 파형 형성 장치를 개시한다. 한국공개특허 10-2008-0095911는 회전 디스크에, 평행하게 배열된 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴(slit pattern)으로 이루어지는 원점상용 회전 슬릿을 형성하여, 원점상용 고정 스케일(scale), 평행하게 배열된 동일한 피치의 직선 형상의 슬릿 패턴으로 이루어지는 원점상용 고정 슬릿을 형성한다. 광원으로부터의 조사광은 사출창을 통해 원점상용 회전 슬릿을 조사한다. 원점상용 회전 슬릿으로부터의 반사광을 원점상용 고정 슬릿을 통해 수광소자로 검출하여 이 검출 신호로부터 원점 신호를 생성한다.
이와 같은 파형 형성 장치의 구조를 간단히 하기 위한 연구가 진행되고 있다.
한국공개특허 10-2008-0095911
본 발명의 실시예에 따른 파형 형성 장치는 고정 슬릿없이 출력신호를 형성하기 위한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치는 동일한 피치의 회전 슬릿들이 형성되며 회전가능한 회전체, 상기 회전 슬릿을 통과하는 빛을 방출하는 광원 및 상기 회전 슬릿을 통과한 빛이 입사되어 소정의 파형을 지닌 신호를 출력하는 수광부를 포함한다.
상기 수광부는 상기 빛의 입사에 따라 출력 신호를 생성하는 수광 영역과, 상기 수광 영역과 연결되어 상기 출력 신호를 외부로 출력하는 전극을 포함하며, 상기 수광 영역의 형상에 따라 상기 출력 신호의 파형이 결정된다.
상기 회전 슬릿을 통과한 빛이 상기 수광부의 전체 수광 영역에 입사가능할 수 있다.
상기 수광 영역과 상기 회전 슬릿 영역이 중첩되는 면적은 점진적으로 증가하다 감소할 수 있다.
상기 수광부는 포토 다이오드일 수 있다.
상기 전체 수광 영역은 상기 회전체의 회전에 따라 상기 수광부를 통하여 출력된 출력 신호가 정현파형을 지니도록 하는 형상을 지닐 수 있다.
상기 수광부들은 상기 수광부들 사이의 웰층에 의하여 전기적으로 분리될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치는 전체 수광 영역의 형상에 따라 출력 신호의 파형이 결정됨으로써 고정 슬릿 없이 출력신호를 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치의 수광부에 포함된 포토 다이오드의 제조 과정을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치의 수광부의 평면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치의 수광부로부터 출력된 출력신호의 파형을 나타낸다.
도 5는 일반적인 파형 생성 장치의 수광부를 나타낸다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치는 회전체(100), 광원(200) 및 수광부(300)를 포함한다.
회전체(100)는 동일한 피치(pitch)(p)의 회전 슬릿들(110)이 형성되며 회전가능하다. 이 때 회전 슬릿(110)의 피치(p)는 인접한 회전 슬릿들(110) 사이의 거리일 수 있다. 또한 회전체(100)에 형성된 회전 슬릿들(110)의 폭들(w)은 서로 동일할 수 있다. 도 1에서 참조번호 10은 회전체(100)에 연결된 회전축일 수 있다.
광원(200)은 회전 슬릿(110)을 통과하는 빛을 방출한다. 회전체(100)의 회전에 따라 회전 슬릿(110)이 회전하며 광원(200)에서 방출된 빛은 회전 슬릿(110)을 통하여 수광부(300)에 입사될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 광원(200)은 LED(Light Emitting Diode)와 같은 다양한 발광 장치를 포함할 수 있다.
수광부(300)는 회전 슬릿(110)을 통과한 빛이 입사되어 소정의 파형을 지닌 신호를 출력한다. 이 때, 수광부(300)는 빛의 입사에 따라 출력 신호를 생성하는 수광 영역과, 수광 영역과 연결되어 출력 신호를 외부로 출력하는 전극을 포함할 수 있다. 이 때 수광 영역의 형상에 따라 출력 신호의 파형이 결정된다.
수광 영역, 전극 및 출력 신호의 파형에 대해서는 이후에 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서 수광부(300)는 포토 다이오드(photo diode), 포토 트랜지스터(photo transistor), 포토 레지스터(photo resistor) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다음에서는 포토 다이오드를 일례로 하여 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치의 수광부(300)에 대해 설명한다.
먼저 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치의 수광부(300)에 포함된 포토 다이오드의 제조 과정에 대해 설명한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 소자 분리층(310)에 의하여 활성 영역이 형성된 웨이퍼(320)가 준비된다. 이 때 웨이퍼(320)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In)과 같은 p 타입 도핑 물질로 도핑된 상태일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 소자 분리층(310)은 실리콘 옥사이드층(SiO2)일 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 활성 영역과 활성 영역 사이에 이온 주입 공정을 통하여 웰층(well layer)(330)이 형성된다. 웰층(330)의 형성을 위하여 p 타입 도핑 물질의 이온이 웰층(330) 영역에 주입될 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 수광 영역(340)의 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 입접한 웰층들(330) 사이의 영역을 안티몬(Sb), 비소(As), 인(P)과 같은 n 타입 도핑 물질로 도핑함으로써 수광 영역(340)을 형성한다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 수광 영역(340) 내의 일부 영역에 n 타입 도핑 물질을 이온 주입함으로써 수광 영역(340)의 n 타입 도핑 물질의 농도보다 높은 n+ 도핑 영역(350)을 형성한다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(320)의 전면에 실리콘 옥사이드층(360)을 형성하고, 도 2f에 도시된 바와 같이, n+ 도핑 영역(350) 상의 실리콘 옥사이드층(360) 일부를 식각하여 콘택홀(contact hole)(370)을 형성한다.
도 2g에 도시된 바와 같이, 콘택홀(370)을 금속과 같은 도전성 물질로 채움으로써 n+ 도핑 영역(350)을 포함하는 수광 영역(340)이 금속과 연결된다. 콘택홀(370)에 채워진 도전성 물질은 전극(380)의 기능을 수행할 수 있다. 이와 같은 과정을 통하여 포토 다이오드가 제조될 수 있다.
이상의 설명에서 웨이퍼(320), 웰층(330), 수광 영역(340) 및 n+ 도핑 영역(350)은 각각 p 타입 도핑 물질, p 타입 도핑 물질, n 타입 도핑 물질 및 n 타입 도핑 물질로 도핑되었으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 웨이퍼(320)는 n 타입 도핑 물질로 도핑되고, n 타입 도핑 물질로 도핑된 웰층(330)이 웨이퍼(320)에 형성되며, 수광 영역(340)은 p 타입 도핑 물질로 도핑되고, p+ 도핑 영역이 수광 영역(340) 내부에 형성될 수도 있다.
이상에서 설명된 포토 다이오드의 제조 과정은 하나의 일례일 뿐이며 이에 한정되지 않고 다양한 제조 과정에 의하여 수광 영역(340)을 포함하는 포토 다이오드의 제조가 가능하다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 파형 생성 장치에 포함된 수광부(300)의 평면도를 나타낸다. 도 1에는 복수의 회전 슬릿(110)이 회전체(100)에 형성되어 있으나, 설명의 편의를 위하여 도 3b에는 하나의 회전 슬릿(110)이 도시된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 웰층(330)은 인접한 수광부들(300)을 전기적으로 분리시키는 역할을 수행할 수 있다.
이 때, 회전 슬릿(110)을 통과한 빛은 수광부(300)의 전체 수광 영역(340)에 입사가능할 수 있다. 즉, 도 3b에 도시된 바와 같이, 회전체(100)(도 1 참조)의 회전에 따라 회전 슬릿(110)이 화살표 방향으로 이동하면 회전 슬릿(110) 영역이 전체 수광 영역(340)과 중첩되면서 이동한다. 이에 따라 회전 슬릿(110)을 통과한 빛은 전체 수광 영역(340)에 입사가 가능하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전체 수광 영역(340)은 회전체(100)의 회전에 따라 수광부(300)를 통하여 출력된 출력 신호가 정현파형을 지니도록 하는 형상을 지닐 수 있다.
즉, 회전 슬릿(110)이 1번 위치에 있으면 회전 슬릿(110)은 수광부(300)의 수광 영역(340)과 중첩되지 않으므로 빛은 수광 영역(340)에 입사되지 않는다. 따라서 수광 영역(340)과 연결된 전극(380)으로부터 출력되는 출력신호의 전류값은 최소이다.
회전 슬릿(110)이 1번 위치에서 2번 위치로 이동하면 회전 슬릿(110)과 수광 영역(340)이 중첩되는 면적이 점진적으로 증가한다. 이에 따라 수광 영역(340)에 입사되는 광량 역시 점진적으로 증가하게 된다. 따라서 수광 영역(340)과 연결된 전극(380)으로부터 출력된 출력신호의 전류값 역시 점진적으로 증가한다.
회전 슬릿(110)이 2번 위치로 이동하면 회전 슬릿(110)과 수광 영역(340)이 중첩되는 면적이 최대가 된다. 이에 따라 수광 영역(340)에 입사되는 광량 역시 최대가 되므로 수광 영역(340)과 연결된 전극(380)으로부터 출력된 출력신호의 전류값은 최대가 된다.
회전 슬릿(110)이 2번 위치에서 3번 위치로 이동하면 회전 슬릿(110)과 수광 영역(340)이 중첩되는 면적이 점진적으로 감소한다. 이에 따라 수광 영역(340)에 입사되는 광량 역시 점진적으로 감소하며 수광 영역(340)과 연결된 전극(380)으로부터 출력된 출력신호의 전류값 역시 점진적으로 감소한다.
회전 슬릿(110)이 3번 위치로 이동하면 회전 슬릿(110)과 수광 영역(340)이 중첩되는 면적이 최소가 된다. 이에 따라 수광 영역(340)에 입사되는 광량 역시 최소가 되므로 수광 영역(340)과 연결된 전극(380)으로부터 출력된 출력신호의 전류값 역시 최소가 된다.
이와 같이 회전 슬릿(110)의 이동에 따라 정현파형을 지닌 출력신호가 생성되는 것은 수광 영역(340)이 회전체(100)의 회전에 따라 수광부(300)를 통하여 출력된 출력 신호가 정현파형을 지니도록 하는 형상을 지니기 때문이다.
본 발명의 실시예에서는 정현파를 생성하기 위한 수광 영역(340)의 형상은 마름모 형상이나 이에 한정되는 것은 아니며 수광 영역(340)은 마름모 형상 이외의 형상을 지닐 수 있다.
도 5는 일반적인 파형 생성 장치의 수광부를 나타낸다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 일반적인 수광부는 전극(51)을 덮고 있는 실리콘 옥사이드(52) 상에 금속과 같은 물질로 고정 슬릿(53)이 형성된다. 고정 슬릿(53)과 수광 영역(54)은 서로 중첩되는 영역(55)이 존재하므로 회전 슬릿(미도시)의 이동에 따라 회전 슬릿(미도시)을 통과한 빛이 전체 수광 영역(54)에 입사가능하지 않고 수광 영역(54)의 일부에만 입사가능하다.
고정 슬릿(53)은 포토 리소그라피(photolithography) 공정을 통하여 형성되므로 수광부의 제조 단가가 상승할 뿐만 아니라 고정 슬릿(53)으로 인하여 수광부의 구조가 복잡해진다.
또한 고정 슬릿(53)의 형성을 위하여 실리콘 옥사이드(52)의 두께가 도 2g의 실시콘 옥사이드의 두께보다 증가해야 하므로 수광 영역(54)에 도달하는 빛의 양이 줄어들 수 있다.
본 발명의 실시예에서 전극(380)이 수광 영역(340) 상에 위치할 경우, 전체 수광 영역(340)은 전극(380) 영역의 제외한 수광 영역(340)을 의미할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (7)

  1. 동일한 피치의 회전 슬릿들이 형성되며 회전가능한 회전체;
    상기 회전 슬릿을 통과하는 빛을 방출하는 광원; 및
    상기 회전 슬릿을 통과한 빛이 입사되어 소정의 파형을 지닌 신호를 출력하는 수광부를 포함하며,
    상기 수광부들은 상기 수광부들 사이의 웰층에 의하여 전기적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 파형 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수광부는 상기 빛의 입사에 따라 출력 신호를 생성하는 수광 영역과, 상기 수광 영역과 연결되어 상기 출력 신호를 외부로 출력하는 전극을 포함하며,
    상기 수광 영역의 형상에 따라 상기 출력 신호의 파형이 결정되는 것을 특징으로 하는 파형 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전 슬릿을 통과한 빛이 상기 수광부의 전체 수광 영역에 입사가능한 것을 특징으로 하는 파형 생성 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 수광 영역과 상기 회전 슬릿 영역이 중첩되는 면적은 점진적으로 증가하다 감소하는 것을 특징으로 하는 파형 생성 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 수광부는 포토 다이오드인 것을 특징으로 하는 파형 생성 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전체 수광 영역은
    상기 회전체의 회전에 따라 상기 수광부를 통하여 출력된 출력 신호가 정현파형을 지니도록 하는 형상을 지니는 것을 특징으로 하는 파형 생성 장치.
  7. 삭제
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