KR101465363B1 - 공기 역학 렌즈 - Google Patents

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KR101465363B1 KR20130112657A KR20130112657A KR101465363B1 KR 101465363 B1 KR101465363 B1 KR 101465363B1 KR 20130112657 A KR20130112657 A KR 20130112657A KR 20130112657 A KR20130112657 A KR 20130112657A KR 101465363 B1 KR101465363 B1 KR 101465363B1
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김영석
김동빈
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신용현
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 공기 역학 렌즈에 관한 것으로서 본 발명에 따른 공기 역학 렌즈는 기체가 유입되는 유입부가 형성되고, 상기 기체 상에 부유하는 입자가 집속되어 유출되는 유출부가 형성되며, 중공 형상으로 마련되는 몸체부; 상기 입자의 크기에 관계없이 상기 유출부를 통하여 집속된 입자가 유출되도록, 가변적인 직경을 가지며 상기 입자가 집속되는 집속공이 형성되고, 복수 개로 마련되어 상기 몸체부 내부를 서로 다른 유동을 갖는 영역으로 구획하되 이웃하는 영역에서의 상기 기체의 유동에 영향을 미치지 않도록 배치되는 집속부;를 포함하며, 상기 몸체부 내부에 외부공기 유입이 방지되도록, 상기 몸체부 외부에서 상기 집속부를 회동시켜 상기 집속공이 가변적인 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 가변적인 직경을 갖는 집속공이 형성되는 집속부가 설치되어, 장치의 교체나 재조립 없이 다양한 공정조건에서 기체 상에 부유하는 입자를 효율적으로 집속할 수 있는 공기 역학 렌즈가 제공된다.

Description

공기 역학 렌즈{AERODYNAMIC LENS}
본 발명은 공기 역학 렌즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 집속부 상에 가변적인 직경을 갖는 집속공이 형성되어, 장치의 교체나 재조립 없이 다양한 공정조건에서 기체 상에 부유하는 입자를 효율적으로 집속할 수 있는 공기 역학 렌즈에 관한 것이다.
최근 나노입자에 대한 관심도가 높아지면서 나노입자 측정 및 제어에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 나노입자를 빔 형태로 만들어 응용하는 연구가 많이 진행된다. 나노입자를 빔 형태로 만드는 가장 일반적인 방법이 공기 역학 렌즈를 사용하는 것이다.
공기 역학 렌즈는 기체의 흐름으로 인해 발생하는 항력과 입자가 지니는 관성력의 관계를 이용하여 기체 상에 부유하는 입자를 집속시켜 입자 빔을 생성하는 장치이다.
공기 역학 렌즈는 일반적으로 에어로졸 상태의 단일 입자에 대한 화학적 조성과 크기를 분석하는 단일 입자 질량 분석기(Single Particle Mass Spectrometer,SPMS) 또는 진공 조건이나 저농도 조건에서 사용되는 입자빔 질량 분석기(Particle Beam Mass Spectrometer;PBMS)와 연결되어 사용된다.
이 밖에도 공기 역학 렌즈는 반도체 칩의 생산 수율을 향상시키기 위해 생산 환경의 오염을 제어할 목적으로 입자의 광 산란 현상을 이용하여 실시간으로 진공 중 입자를 측정할 수 있는 계측기(In-Istu Particle Monitor,ISPM)에 사용된다. 또한, 집속된 입자빔을 평판에 조사하여 마이크로-나노 스케일의 구조물을 증착시키는 용도 등에도 널리 사용된다.
도 1은 종래의 공기 역학 렌즈의 단면도이다. 종래의 공기 역학 렌즈(10)는 고정된 직경의 집속공(12)을 가지는 오리피스(11)를 사용한다. 따라서, 단일공정에서만 사용가능한 문제점이 있다. 예를 들어, 공정에 사용되는 기체의 종류가 바뀌거나 압력조건이 바뀌게 되면, 공기 역학 렌즈(10) 내부에서 기체 항력과 입자 관성력의 비율이 바뀌게 되어 집속 효율이 변한다. 따라서, 다양한 공정 조건에서 입자를 측정하고자 할 경우 각각의 공정에 적합한 공기 역학 렌즈(10)가 필요하게 된다. 이는 진공 조건에서 진행되는 조건 하에서 장치를 교체하는데 소요되는 시간 및 정밀도 등의 문제점이 있다. 또한, 비용적인 측면에서도 비효율적이다.
또한, 같은 공정조건의 경우에도, 입자의 크기에 따라 항력의 영향을 크게 받는 작은 입자의 경우 충분히 집속이 되지 않는 문제점이 있다. 나아가, 관성력의 영향을 크게 받는 큰 입자는 장치 내부 벽에 충돌하여 집진되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가변적인 직경을 갖는 집속공이 형성되는 집속부가 설치되어, 장치의 교체나 재조립 없이 다양한 공정조건에서 기체 상에 부유하는 입자를 효율적으로 집속할 수 있는 공기 역학 렌즈를 제공함에 있다.
또한, 동일한 공정조건에서도 입자 크기에 따라 더 높은 집속 효율을 얻을 수 있는 공기 역학 렌즈를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 기체가 유입되는 유입부가 형성되고, 상기 기체 상에 부유하는 입자가 집속되어 유출되는 유출부가 형성되며, 중공 형상으로 마련되는 몸체부; 상기 입자의 크기에 관계없이 상기 유출부를 통하여 집속된 입자가 유출되도록, 가변적인 직경을 가지며 상기 입자가 집속되는 집속공이 형성되고, 복수 개로 마련되어 상기 몸체부 내부를 서로 다른 유동을 갖는 영역으로 구획하되 이웃하는 영역에서의 상기 기체의 유동에 영향을 미치지 않도록 배치되는 집속부;를 포함하며, 상기 몸체부 내부에 외부공기 유입이 방지되도록, 상기 몸체부 외부에서 상기 집속부를 회동시켜 상기 집속공이 가변적인 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈에 의하여 달성된다.
여기서, 상기 유출부에는 상기 입자가 집속되어 유출되는 영역인 유출공이 형성되며, 상기 유출공은 가변적인 직경을 갖는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 유출부에 설치되며, 상기 유출부로부터 유출되는 집속된 상기 입자를 가속화시키는 노즐을 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 집속부는, 제1관통공이 형성되는 베이스와, 상기 베이스 일면에 장착되며, 복수 개가 마련되어 상기 베이스 상에서 이동함으로써 상기 제1관통공의 차폐영역을 조절하는 블레이드를 포함하는 조리개부를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 조리개부는, 복수 개가 마련되어 상기 블레이드와 상기 베이스를 관통하며 상기 블레이드와 일체로 이동하는 안내핀을 더 포함하며, 상기 집속부는, 상기 안내핀이 삽입되며 상기 안내핀의 이동을 안내하는 복수 개의 안내홈이 형성되며, 상기 안내핀을 이동시켜 상기 제1관통공의 차폐영역을 조절하는 제1조절부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 복수 개의 상기 블레이드는 인접하는 블레이드의 일부와 중첩되도록 가상의 원주를 따라서 교대로 배치되며, 상기 안내핀의 이동에 따라 중첩되는 영역이 변화됨으로써 상기 제1관통공의 차폐영역을 조절하여 상기 집속공이 가변적인 직경을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 집속부는, 상기 집속공을 형성하며 상기 제1조절부와 상기 조리개부가 삽입되는 제3관통공이 형성되며, 상기 제1조절부와 연동하는 제2조절부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1조절부와 상기 제2조절부를 연동시키는 연동부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 연동부재는, 상기 제1조절부의 외주면에 설치되는 제1자성체; 상기 제2조절부의 내주면에설치되며, 상기 제1자성체와 반대극성을 갖는 제2자성체;를 포함하며, 상기 제1조절부와 상기 제2조절부는 상기 제1자성체와 상기 제2자성체 상호 간의 인력에 의하여 연동하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 조리개부 측으로 외부 공기가 유입되지 않도록 상기 조리개부와 상기 제2조절부 사이에 개재되는 차폐부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 공기 역학 렌즈 내부에 설치된 집속부 상의 집속공이 가변적인 직경을 가짐으로써, 다양한 공정조건에서 교체 및 재조립의 과정 없이 기체 상에 부유하는 입자를 효율적으로 집속할 수 있다.
또한, 집속공의 직경을 조절할 수 있도록 함으로써, 입자의 크기와 관계없이 기체상에 부유하는 입자를 효율적으로 집속할 수 있다.
또한, 유출부에는 집속되어 유출되는 입자를 가속화시키는 노즐이 설치됨으로써, 공기 역학 렌즈와 연결되는 외부장치와의 사이에서 발생되는 압력차와 관계없이 집속된 입자를 외부장치로 유출할 수 있다.
또한, 제1조절부를 회동시켜 블레이드로부터 돌출된 안내핀이 이동되도록 함으로써, 간단한 조작만으로 블레이드를 이동시켜 용이하게 집속공의 직경을 변경할 수 있다.
또한, 제1조절부와 제2조절부는 자성체의 인력에 따라 연동됨으로써, 제1조절부와 제2조절부 사이에 차폐부가 개재되어, 보다 용이하게 외부공기의 유입을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 공기 역학 렌즈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 역학 렌즈의 결합사시도이다.
도 3은 도 2의 공기 역학 렌즈의 집속부의 분해사시도이다.
도 4는 도 2의 공기 역학 렌즈의 조리개부 및 제1조절부의 결합을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 공기 역학 렌즈의 제1조절부와 차폐부 및 제2조절부의 결합을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 공기 역학 렌즈의 집속부의 작동을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 공기 역학 렌즈에 대하여 상세하게 설명한다. 이는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 정하여지는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 역학 렌즈의 결합사시도이다. 도 2를 참조하여 보면, 본 발명의 일실시예에 따른 공기 역학 렌즈(100)는 몸체부(110)와, 몸체부(110) 내부에 삽입되어 몸체부(110) 내부 공간을 구획하는 집속부(120) 및 입자가 집속되어 유출되는 몸체부(110)의 일단에 연결되는 노즐(170)을 포함한다.
몸체부(110)는 양단이 개구되어, 내부에 유입된 기체 상에 부유하는 입자가 집속되어 유출되는 구성이다. 이때, 몸체부(110)의 일단에는 기체가 유입되는 유입부(111)가 형성된다. 또한, 몸체부(110)의 타단에는 기체 상에 부유하는 입자가 집속되어 유출되는 유출부(120)가 형성된다. 본 실시예에서 몸체부(110)는 집속공(121)의 직경이 정밀하게 조절되도록 함으로써, 효율적이고 정밀하게 입자를 집속할 수 있도록 단면이 원형인 중공 형상을 갖는다. 다만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 주로 단일 입자 질량 분석기(Single Particle Mass Spectrometer,SPMS) 또는 입자빔 질량 분석기(Particle Beam Mass Spectrometer;PBMS) 등에 연결되어 사용되는 공기 역학 렌즈(100)의 특성상, 공기 역학 렌즈(100)와 연결되는 외부장치 등을 고려하여 다른 형상으로 마련될 수도 있다.
유입부(111)는 몸체부(110) 내부에 기체가 유입되는 영역이다. 유입부(111)는 외부장치와 연결됨으로써 몸체부(110) 내부에 기체가 공급되도록 하거나, 대기 중에 노출된 상태로 기체가 유입되도록 형성될 수 있다.
유출부(112)는 몸체부(110) 내부에 유입된 기체 상에 부유하는 입자가 집속되어 입자 빔 형태로 유출되는 영역이다. 유출부(112)에는 입자가 집속되어 유출되는 유출공(112a)이 형성된다. 공기역학렌즈(100)에서 입자의 집속률은 공정조건 또는 입자의 특성에 영향을 받는다. 일반적으로 공기역학렌즈(100)에서 입자의 집속률은 스토크 수(Stokes Number)에 의하여 결정된다. 스토크 수는 입자의 밀도, 입자의 크기, 유체의 점성, 압력, 온도, 집속공(112a)의 직경에 의해 결정된다. 이러한 공정 조건은 공기역학렌즈(100)가 설치되는 외부장치의 조건에 의해서도 변화된다. 한편, 동일한 공정조건의 경우에도 기체 상에 부유하는 입자 중 입자의 크기에 따라 항력의 영향을 크게 받는 작은 입자의 경우에는 충분히 집속이 되지 않는 문제가 있다. 또한, 관성력의 영향을 크게 받는 큰 입자는 공기 역학 렌즈(110) 내부에 충돌하는 문제가 있다.
따라서, 본 실시예에서는 공정 조건 또는 기체 상에 부유하는 입자의 크기와 관계없이 높은 집속 효율을 얻을 수 있도록, 유출공(112a)은 가변적인 직경을 갖는다. 이때, 집속부(120)와 같이 복수 개의 블레이드(132)에 의하여 가변적인 직경을 갖도록 마련되는 등 그 방법은 제한되지 않는다. 한편, 집속부(120)가 가변적인 직경을 갖도록 마련되어, 유출부(112)로는 일정한 직경을 갖는 입자 빔이 유출되도록 할 수 있으므로, 반드시 유출공(112a)이 가변적인 직경을 갖도록 제한되는 것은 아니다.
도 3은 도 2의 공기 역학 렌즈의 집속부의 분해사시도이다. 집속부(120)는 유입부(111)로 유입되는 기체 상에 부유하는 입자를 집속하기 위한 것이다. 집속부(120)는 조리개부(130)와, 조리개부(130)의 안내핀(133)과 연결되는 제1조절부(140)와, 조리개부(130)와 제1조절부(140)가 삽입되는 차폐부(160) 및 차폐부(160)를 감싸며 제1조절부(140)와 연동하는 제2조절부(150)를 포함한다.
집속부(120)는 몸체부(110) 내부에 설치된다. 집속부(120)는 몸체부(110) 내부에 복수 개가 설치될 수 있다. 집속부(120)의 개수는 집속이 완료되어 최종적으로 유출부(112)를 통하여 유출되는 입자 빔의 직경을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 집속부(120)는 몸체부(110)의 길이방향과 수직한 방향으로 몸체부(110) 내부에 설치되어 몸체부(110) 내부공간을 구획한다. 기체는 집속부(120)를 통과하면서 유동이 변화하게 된다. 따라서, 집속부(120)에 의하여 구획된 몸체부(110) 내부의 각각의 영역은 그 유동이 상이하다.
한편, 기체가 유출부(112) 쪽으로 이동하면서 집속부(120)를 통과하는 경우, 집속부(120) 후면에는 와류(vortex)가 생성된다. 이때, 와류는 이웃하는 집속부(120)가 입자를 집속 시킬 수 있도록 기체의 유동에 영향을 미치지 않아야 한다. 와류는 입자의 균일한 집속을 저해하는 요인으로 작용하므로, 복수 개의 집속부(120)를 설치하는 경우에는 와류에 의한 집속이 저해되지 않도록 집속부(120) 간의 간격을 조절하는 것이 바람직하다.
조리개부(130)는 공정 조건 또는 기체 상에 부유하는 입자의 특성과 관계없이 입자를 효율적으로 집속하기 위하여, 집속공(112a)이 가변적인 직경을 갖도록 하기 위한 것이다. 여기서, 집속공(112a)은 입자가 집속되는 영역으로서 원형으로 형성되며, 집속부(120)에 관통되어 형성된다.
조리개부(130)는 제1관통공(131a)이 형성되는 베이스(131)와, 베이스(131)의 일면에 장착되며 복수 개가 마련되어 베이스(131) 상에서 이동하는 블레이드(132) 및 블레이드(132)를 관통하며 블레이드(132)와 일체로 이동하는 안내핀(133)을 포함한다. 한편, 베이스(131)에는 결합공이 형성되어 결합핀에 의하여 블레이드(132)와 결합될 수 있다.
베이스(131)에는 기체 상에 부유하는 입자가 집속되어 통과될 수 있도록 원형의 제1관통공(131a)이 형성된다. 즉, 제1관통공(131)은 집속공(121)을 형성한다. 본 실시예에서 베이스(131)는 원형의 판인 것으로 하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
블레이드(132)는 제1관통공(131a)이 차폐되는 영역을 조절함으로써 집속공(121)의 직경이 변경되도록 하는 것이다. 블레이드(132)는 복수 개가 베이스(131) 상에서 가상의 원주를 따라서 교대로 배치된다. 각 블레이드(132)는 일부 영역이 인접하는 블레이드(132)와 중첩되도록 배치되며, 제1관통공(131a)을 차폐함으로써 집속공(121)을 형성한다. 제1관통공(131a)의 차폐되지 않는 영역이 제1관통공(131a)의 중심부로부터 넓어지거나 좁아지도록 블레이드(132)가 이동함으로써 집속공(121)이 가변적인 직경을 갖는다. 다만, 베이스(131) 상에서 이동하여 제1관통공(131a)이 차폐되지 않도록 함으로써, 집속공(121)의 최대직경이 제1관통공(131a)의 최대직경과 동일하게 할 수도 있다.
안내핀(133)은 블레이드(132)를 이동시켜 집속공(121)이 가변적인 직경을 갖도록 하는 것이다. 안내핀(133)은 복수 개의 블레이드(131)에 각각 형성된다. 안내핀(133)은 블레이드(132)의 외면으로부터 돌출되도록 형성되거나 블레이드(132)를 관통하여 형성되는 등 블레이드(132)가 이동되도록 함으로써 집속공(121)의 직경을 변경할 수 있다면 그 형성 방법은 제한되지 않는다. 도 4는 도 2의 공기 역학 렌즈의 조리개부 및 제1조절부의 결합을 나타내는 도면이다. 안내핀(133)은 제1조절부(140)의 안내홈(142)에 삽입되며, 안내홈(142)을 따라 이동함으로써 블레이드(132)를 이동시킨다. 즉, 안내핀(133)은 블레이드(132)와 연동함으로써 집속공(121)의 직경이 변경되도록 한다.
제1조절부(140)는 안내핀(133)을 이동시킴으로써 블레이드(132)가 이동되도록 하여 집속공(121)이 가변적인 직경을 갖도록 하는 것이다. 제1조절부(140)에는 입자가 집속되어 이동하는 영역인 제2관통공(141)이 형성된다. 즉, 제2관통공(141)은 집속공(121)을 형성하는 영역이다. 또한, 제1조절부(140)에는 안내핀(133)이 삽입되는 안내홈(142)이 형성된다. 안내홈(142)은 블레이드(132)에 설치된 안내핀(133)과 동일한 개수가 형성된다. 안내홈(142)은 양단부가 안내핀(133)의 곡률과 대응된다. 이때, 안내홈(142)의 폭은 안내핀(133)이 밀착되어 삽입될 수 있도록 안내핀(133)의 직경과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 안내핀(133)이 이동되어 블레이드가 이동되는 경우, 집속공(121)의 직경에 오차가 발생하지 않는다. 제1조절부(140)가 회동하면, 안내핀(133)이 안내홈(142) 상에서 이동됨으로써 블레이드(132)가 이동된다. 즉, 안내핀(133)은 안내홈(142)에 삽입되어 안내홈(142)의 길이방향을 따라 이동됨으로써 블레이드(132)를 이동시킨다.
한편, 제1조절부(140)에는 연동부재가 설치되어 제1조절부(140)와 제2조절부(150)는 연동된다. 연동부재로서, 제1조절부(140)의 외면에는 자성체(143)가 설치된다. 제1조절부(140)에 설치되는 자성체(143)의 극성은 제2조절부(150)에 설치되는 자성체(152)의 극성과 반대극성을 띤다. 따라서, 제1조절부(140)와 제2조절부(150)는 상호 간의 인력에 의하여 연동된다.
도 5는 도 2의 공기 역학 렌즈의 제1조절부와 차폐부 및 제2조절부의 결합을 나타내는 도면이다. 제2조절부(150)는 제1조절부(140)와 연동되어 블레이드를 이동시킴으로써 집속공이 가변적인 직경을 갖도록 하는 것이다. 제2조절부(150)에는 입자가 집속되어 이동하며 제1조절부(140)가 삽입되는 제3관통공(151)이 형성된다. 이때, 제3관통공(151)에는 제1조절부(140)와 연결되는 조리개부(130)가 함께 삽입될 수도 있다.
또한, 제2조절부(150)에는 연동부재가 설치되어 제2조절부(150)와 제1조절부(140)는 연동된다. 연동부재로서 제2조절부(150)의 내주면에는 자성체(152)가 설치된다. 제2조절부(150)에 설치되는 자성체(152)의 극성은 제1조절부(140)에 설치되는 자성체(143)의 극성과 반대극성을 띤다. 제1조절부(140)는 제1조절부(140)의 외주면에 설치된 자성체(143)와 제2조절부(150)의 내주면에 설치된 자성체(152)가 대향하도록 제3관통공(151)에 삽입된다. 따라서, 제2조절부(150)가 회동되면 자성체(143,152) 간의 인력에 의하여 제1조절부(140)가 회동된다. 이때, 제2조절부(150)는 조절장치에 의하여 회동된다. 몸체부(110) 내부의 공간이 진공상태를 유지할 수 있도록, 조절장치는 몸체부(110) 외부에 설치되어 원격으로 제2조절부(150)를 작동시키는 것이 바람직하다.
차폐부(160)는 조리개부(130) 측으로 외부공기가 유입되지 않도록 함으로써 몸체부(110) 내부공간이 진공상태를 유지할 수 있도록 하는 것이다. 차폐부(160)는 제1조절부(140)와 제2조절부(150) 사이에 개재된다. 차폐부(160)에는 입자가 집속되어 이동하는 영역인 제4관통공(161)이 형성된다. 제4관통공(161)에는 제1조절부(140)와 조리개부(130)가 삽입된다. 또한, 조리개부(130)와 차폐부(160) 사이에는 오링 등의 밀봉부재가 개재되어 보다 용이하게 기밀상태를 유지할 수 있다.
노즐(170)은 유출부(112)로부터 유출되는 집속된 입자를 가속화시키는 것이다. 공기 역학 렌즈(100)는 단일 입자 질량 분석기 또는 입자빔 질량 분석기 등의 외부장치와 연결되어 사용된다. 이때, 몸체부(110) 내부공간의 압력과 외부장치의 압력은 상이하다. 이때, 외부장치의 압력이 유출부(112)의 압력보다 높은 경우, 외부장치의 압력과 유출부(112)의 압력의 높은 압력비에 의해 외부장치에서 기체가 급격히 팽창하는 문제점이 있다. 이때, 관성이 작은 입자의 경우 이러한 기체의 팽창에 영향을 받는다. 이로 인해, 입자의 집속에 영향을 미치게 된다. 따라서, 유출부(112)에 노즐(170)을 설치함으로써, 유출부(112)로부터 유출되는 입자를 가속화시켜 입자가 발산하는 문제점을 해결할 수 있다.
지금부터는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 역학 렌즈의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 유출부(112)를 통하여 유출되는 입자 빔의 직경 등을 고려하여 몸체부(110) 내부에 설치되는 집속부(120)의 개수를 결정한다. 또한, 집속공(121)을 통과하면서 발생하는 와류에 의하여 입자의 집속이 저해되지 않도록 복수 개의 집속부(120) 간의 간격을 설정한다. 이후, 몸체부(110) 내에 집속부(120)를 설치한다. 집속부(120)에 의하여 몸체부(110)는 복수 개의 영역으로 구획된다.
이후, 입자의 밀도, 입자의 크기, 유체의 점성, 압력, 온도 등을 측정하여 스토크 수를 계산한다. 계산된 스토크 수에 따라 최초의 집속공(112a)의 직경을 결정한다. 이후, 측정된 입자의 크기에 따라 조절장치를 작동시킨다. 조절장치를 작동시켜 제2조절부(150)를 회동시킨다. 제2조절부(150) 내주면에 설치된 자성체(152)와 제1조절부(140) 외주면에 설치된 자성체(143) 상호 간의 인력에 의하여, 제2조절부(150)의 회동에 따라 제1조절부(140)가 회동된다.
도 6은 도 2의 공기 역학 렌즈의 집속부의 작동을 나타내는 도면이다. 제1조절부(140)가 회동됨으로써 안내홈(142) 내에 삽입된 안내핀(133)이 이동한다. 안내핀(133)이 안내홈(142) 양단부 사이에서 안내홈(142)의 길이방향을 따라 이동함으로써 블레이드(132)의 위치가 변경된다. 즉, 제1조절부(140)가 회동됨으로써, 안내핀(133)이 직선이동하여 블레이드(132)를 이동시킨다. 이때, 안내핀(133)의 직경과 안내홈(142)의 폭은 동일하므로, 안내홈(142)의 폭 방향으로 오차 없이 블레이드(132)가 이동된다.
블레이드(132)를 이동시켜 제1관통공(131a)의 차폐되는 영역을 조절한다. 구체적으로, 제1관통공(131a)의 차폐되지 않는 영역이 제1관통공(131a)의 중심으로부터 넓어지거나 좁아지도록 블레이드(132)를 이동시킴으로써 집속공(121)의 직경을 변경시킨다.
이후, 유입부(111)로 기체를 유입시킨다. 기체는 집속부(120)를 이동하는 과정에서 입자가 집속된다. 이때, 몸체부(110) 내부의 압력 및 유동속도를 살펴보면, 압력은 각 집속부(120)를 지날 때마다 강하 된다. 또한, 유동 속도는 집속부(120) 부분에서 피크로 나타난다. 복수 개의 집속부(120)를 통과하는 기체 상에 부유하는 입자는 최종적으로 입자 빔 형태로 되어 유출부(112)를 통하여 유출된다.
따라서, 본 발명에 따르면 다양항 공정조건 또는 기체 상에 부유하는 입자의 크기와 관계없이 입자를 효율적으로 집속할 수 있는 공기 역학 렌즈가 제공된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 공기 역학 렌즈 110 : 몸체부
111 : 유입부 112 : 유출부
112a : 유출공 120 : 집속부
121 : 집속공 130 : 조리개부
131 : 베이스 131a : 제1관통공
132 : 블레이드 133 : 안내핀
140 : 제1조절부 141 : 제2관통공
142 : 안내홈 143 : 자성체
150 : 제2조절부 151 : 제3관통공
152 : 자성체 160 : 차폐부
161 : 제4관통공

Claims (10)

  1. 기체가 유입되는 유입부가 형성되고, 상기 기체 상에 부유하는 입자가 집속되어 유출되는 유출부가 형성되며, 중공 형상으로 마련되는 몸체부;
    상기 입자의 크기에 관계없이 상기 유출부를 통하여 집속된 입자가 유출되도록, 가변적인 직경을 가지며 상기 입자가 집속되는 집속공이 형성되고, 복수 개로 마련되어 상기 몸체부 내부를 서로 다른 유동을 갖는 영역으로 구획하되 이웃하는 영역에서의 상기 기체의 유동에 영향을 미치지 않도록 배치되는 집속부;를 포함하며,
    상기 몸체부 내부에 외부공기 유입이 방지되도록, 상기 몸체부 외부에서 상기 집속부를 회동시켜 상기 집속공이 가변적인 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유출부에는 상기 입자가 집속되어 유출되는 영역인 유출공이 형성되며, 상기 유출공은 가변적인 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유출부에 설치되며, 상기 유출부로부터 유출되는 집속된 상기 입자를 가속화시키는 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집속부는,
    제1관통공이 형성되는 베이스와, 상기 베이스 일면에 장착되며, 복수 개가 마련되어 상기 베이스 상에서 이동함으로써 상기 제1관통공의 차폐영역을 조절하는 블레이드를 포함하는 조리개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조리개부는, 복수 개가 마련되어 상기 블레이드와 상기 베이스를 관통하며 상기 블레이드와 일체로 이동하는 안내핀을 더 포함하며,
    상기 집속부는, 상기 안내핀이 삽입되며 상기 안내핀의 이동을 안내하는 복수 개의 안내홈이 형성되며, 상기 안내핀을 이동시켜 상기 제1관통공의 차폐영역을 조절하는 제1조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈.
  6. 제5항에 있어서,
    복수 개의 상기 블레이드는 인접하는 블레이드의 일부와 중첩되도록 가상의 원주를 따라서 교대로 배치되며, 상기 안내핀의 이동에 따라 중첩되는 영역이 변화됨으로써 상기 제1관통공의 차폐영역을 조절하여 상기 집속공이 가변적인 직경을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 집속부는,
    상기 집속공을 형성하며 상기 제1조절부와 상기 조리개부가 삽입되는 제3관통공이 형성되며, 상기 제1조절부와 연동하는 제2조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1조절부와 상기 제2조절부를 연동시키는 연동부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연동부재는,
    상기 제1조절부의 외주면에 설치되는 제1자성체; 상기 제2조절부의 내주면에설치되며, 상기 제1자성체와 반대극성을 갖는 제2자성체;를 포함하며,
    상기 제1조절부와 상기 제2조절부는 상기 제1자성체와 상기 제2자성체 상호 간의 인력에 의하여 연동하는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 조리개부 측으로 외부 공기가 유입되지 않도록 상기 조리개부와 상기 제2조절부 사이에 개재되는 차폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 역학 렌즈.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3181235A1 (fr) * 2015-12-18 2017-06-21 Commissariat À L'Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives Procede pour controler la divergence d'un jet de particules sous vide avec une lentille aerodynamique et lentille aerodynamique associee

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000251831A (ja) * 1999-03-01 2000-09-14 Jeol Ltd 質量分析装置
KR100744006B1 (ko) * 2005-03-25 2007-07-30 부산대학교 산학협력단 단일 입자 질량 분석기
KR20070089404A (ko) * 2006-02-28 2007-08-31 (주)에이치시티 입자측정장치 및 방법
KR20090081647A (ko) * 2008-01-24 2009-07-29 부산대학교 산학협력단 공기 역학 렌즈
KR20090116458A (ko) * 2008-05-07 2009-11-11 부산대학교 산학협력단 넓은 입자 직경 범위에서 집속이 가능한 공기 역학 렌즈
JP2010223803A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Kobe Steel Ltd 散乱イオン分析装置及び散乱イオン分析方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000251831A (ja) * 1999-03-01 2000-09-14 Jeol Ltd 質量分析装置
KR100744006B1 (ko) * 2005-03-25 2007-07-30 부산대학교 산학협력단 단일 입자 질량 분석기
KR20070089404A (ko) * 2006-02-28 2007-08-31 (주)에이치시티 입자측정장치 및 방법
KR20090081647A (ko) * 2008-01-24 2009-07-29 부산대학교 산학협력단 공기 역학 렌즈
KR20090116458A (ko) * 2008-05-07 2009-11-11 부산대학교 산학협력단 넓은 입자 직경 범위에서 집속이 가능한 공기 역학 렌즈
JP2010223803A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Kobe Steel Ltd 散乱イオン分析装置及び散乱イオン分析方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3181235A1 (fr) * 2015-12-18 2017-06-21 Commissariat À L'Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives Procede pour controler la divergence d'un jet de particules sous vide avec une lentille aerodynamique et lentille aerodynamique associee
US20170181262A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Process for controlling, under void, a jet of particles with an aerodynamic lens and associated aerodynamic lens
FR3045418A1 (fr) * 2015-12-18 2017-06-23 Commissariat Energie Atomique Procede pour controler la divergence d'un jet de particules sous vide avec une lentille aerodynamique et lentille aerodynamique associee
US11076476B2 (en) 2015-12-18 2021-07-27 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Process for controlling, under void, a jet of particles with an aerodynamic lens and associated aerodynamic lens

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