KR101608669B1 - 빔스토퍼장치 - Google Patents

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KR101608669B1
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김한석
박진근
윤명훈
이승우
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테크밸리 주식회사
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Abstract

본 발명은 광학측정분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 빔의 정렬시 빔스토퍼를 정확한 위치에 정렬할 수 있는 빔스토퍼장치에 관한 것이다.
본 발명은, 빔 경로에 배치되는 하나 이상의 빔스토퍼, 상기 빔스토퍼의 양측에 연결되는 와이어, 상기 와이어에 대해 장력을 제공함으로써 빔스토퍼의 좌우 위치를 조정하는 구동부 및 상기 구동부가 상하로 이송될 수 있도록 가이드로서 기능하는 지지부를 포함하며, 상기 구동부는, 선택된 빔스토퍼에 대한 상하방향의 위치를 조정한 이후에, 와이어를 권취하여 좌우방향의 위치를 조정함으로써 빔의 방향을 얼라인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 빔스토퍼장치를 제공한다.

Description

빔스토퍼장치{APPARATUS ALIGNMENT OF BEAM STOPPER}
본 발명은 광학측정분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 빔의 정렬시 빔스토퍼를 정확한 위치에 정렬할 수 있는 빔스토퍼장치에 관한 것이다.
광학기술의 발전에 따라 광학적으로 물질을 측정하는 다양한 장치들이 개발되고 있으며, 미세한 구조를 높은 정확도로써 측정이 가능하게 되었다.
이에 따라 가시광, 적외선, 레이저 또는 엑스선과 같은 다양한 광원의 빔을 특정 위치로 집중할 수 있는 연구가 계속되고 있는데, 측정의 정밀도가 높아짐에 따라 이러한 빔의 집중에 대한 필요성도 날로 증가되고 있다.
최근에는 소스의 발전에 따라 X선을 미소한 각도로 표면에 조사하고, 그 산란 강도를 해석함으로써 샘플의 나노 구조를 측정하는 방사광 소각 산란법(small-angle X-ray scattering, SAXS)이 적용되는 장비가 등장하고 있다.
광각 산란의 경우에 대비하여 소각 산란 측정의 경우 소스로부터의 X선을 몇 도 이내의 범위에서 관찰되는 현상을 측정하여야 하고 1~100 나노미터 영역에서 구조적인 정보들을 얻어내야 하는 차이가 있다. 이로 인하여 소각 산란분석장치는 광각 산란분석에서 측정할 수 없는 샘플의 다양한 특성을 획득할 수 있는 장점을 가지나 이를 장비로서 구현하기 위한 실제적인 문제들을 가지기 때문에 개발이 어려웠다.
소각 산란분석장치의 경우 샘플과 검출기 사이의 거리는 일반적인 산란측정장비에 비하여 매우 길게 형성되어야 하는데, 이는 소각산란에 대비하여 검출기의 분해능이 한계를 가지기 때문이다.
또한, 작은 각도의 편차로 인하여 샘플의 측정시 민감도가 높기 때문에 산란 환경에서 주변의 가스들이 노이즈를 증가시키고 이러한 노이즈를 최소화하기 위하여 샘플과 검출기 사이에 소정의 산란 경로를 형성하여주어야 한다. 이러한 산란 경로는 별도의 배기장치를 통하여 진공에 가까운 상태로 유지되어야 하는 것으로 알려져 있다.
또한, 엑스선빔의 정확한 얼라인이 이루어지지 않는 경우 일반적인 CT장치와는 달리 샘플의 분석이 용이하지 않은 문제도 내포하고 있다.
미국등록특허공보 제6,956,928호는 종래기술의 소각 산란 시스템을 개시하고 있다.
도 1은 이러한 종래기술의 소각 산란 시스템에 대한 개념도이다.
기본적인 구조는 엑스선 소스(10)와 검출기(12)는 수직하게 바라보며, 그 사이의 샘플스테이지(16) 상에 샘플(14)이 배치되어 형성된다. 이때, 산란 시스템이 수직의 구조를 가지기 때문에 샘플은 수평면 상에 배치되어 있다.
이러한 소각 산란 시스템에서 엑스선빔의 정렬은 더욱 중요하게 인식되는데, 제조과정에서 일직선상에 각 장비들이 배치하는 경우에도 제조공차나 오차로 인하여 정확한 엑스선빔의 정렬이나 영역의 확정이 어렵기 때문에 수시적으로 이를 보완해주는 작업이 필요하다.
빔의 정렬을 위하여 검출기 측에 소정 크기의 빔스토퍼를 사용하기도 하는데, 이용자가 빔의 정렬시 임의적으로 이를 검출기쪽에 위치하여 빔을 정렬한 이후에 탈거하게 된다.
이와 관련하여 미국공개특허공보 US20090060144 A1(2009년 3월 5일 공개)는 'Automated x-ray optic alignment with four-sector sensor'를 개시하고 있다.
그런데, 다양한 광학 측정장비에서 이러한 수동의 빔스토퍼 작동과정에 따라 정확한 위치로의 빔스토퍼의 정렬이 쉽지 않을 뿐만 아니라 특히 소각 산란 시스템과 같은 경우 진공과 같은 구조의 한계로 인하여 빔스토퍼의 조작이 매우 불편하고 진공배기 등에 과도한 시간이 소요되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 정확한 위치로 다양한 빔스토퍼를 정렬할 수 있도록 함으로써 측정 정밀도를 향상할 수 있는 빔스토퍼장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 빔 경로에 배치되는 하나 이상의 빔스토퍼, 상기 빔스토퍼의 양측에 연결되는 와이어, 상기 와이어에 대해 장력을 제공함으로써 빔스토퍼의 좌우 위치를 조정하는 구동부 및 상기 구동부가 상하로 이송될 수 있도록 가이드로서 기능하는 지지부를 포함하며, 상기 구동부는, 선택된 빔스토퍼에 대한 상하방향의 위치를 조정한 이후에, 와이어를 권취하여 좌우방향의 위치를 조정함으로써 빔의 방향을 얼라인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 빔스토퍼장치를 제공한다.
상기 구동부는, 와이어의 일측을 권취하여 빔스토퍼를 일측으로 이동시킬 수 있다.
상기 지지부는, 일측에서 구동부의 이동을 가이드하는 제1지지부와, 와이어의 타단에 연결되는 신축부를 지지하는 제2지지부를 포함하며, 상기 신축부는, 와이어보다 탄성계수가 작은 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 빔의 얼라인 과정을 자동적으로 수행할 수 있도록 함은 물론, 복수의 빔스토퍼들을 개별적으로 정확한 위치관계의 확인과 조정이 가능하도록 함으로써 보다 정확한 얼라인을 수행할 수 있는 효과가 있다.
특히, 신축 가능한 와이어 또는 신축부를 이용하기 때문에 장비의 무게와 부하가 절감될 뿐만 아니라 경제성과 유지보수성도 향상될 수 있고, 특히 방사선장비에 사용되는 경우 인체에의 피폭과 사용 시간을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 소각 산란 시스템에 대한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 빔스토퍼장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 빔스토퍼장치의 배치관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔스토퍼장치를 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 빔스토퍼장치를 상세히 설명한다.
이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 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.
본 발명은 광원과 디텍터의 사이에 배치되는 빔스토퍼장치로서, 하나 이상의 스토퍼와, 상기 스토퍼에 연결되는 와이어와, 상기 와이어에 장력을 제공하는 구동부와, 상기 스토퍼를 상하로 이송할 수 있도록 구동부가 상하로 이송되는 지지부를 포함하여 이루어진다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 빔스토퍼장치를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 빔스토퍼장치(400)는, 하나 이상의 빔스토퍼와, 상기 빔스토퍼에 연결되는 와이어(450)와, 와이어에 대해 장력을 제공함으로써 빔스토퍼의 좌우 위치를 조정하는 하나 이상의 구동부(440)와, 구동부(440)가 상하로 이송될 수 있도록 가이드로서 기능하는 지지부를 포함할 수 있는데, 본 발명의 일실시예에서는 상기 빔스토퍼가 3개로 이루어지는 경우를 예로 들어 설명하도록 한다. 이러한 빔스토퍼의 개수는 선택적이다.
상기 스토퍼들은 각각 양측으로 와이어(450)가 연장되며, 일측이 제1지지부(410)를 따라 이동하며 타측이 제2지지부(420)측에 배치될 수 있다.
상기 제1지지부(410) 및 제2지지부(420)는 빔스토퍼의 높이방향의 이송의 정도를 고려하여 높이방향으로 긴 바 형태로 이루어질 수 있으며, 가이드레일이나 랙기어 형태로 이루어지는 경우가 고려될 수 있다. 높이방향으로의 정밀한 제어를 위하여 제1지지부(410) 및/또는 제2지지부(420)는 스크류 형태로 이루어지고 구동부들은 볼너트를 포함하여 회전운동을 상하 직선운동으로 변환하도록 하는 것이 바람직하다.
이렇게, 제1구동부(441), 제2구동부(442) 및 제3구동부(443)는 각각 제1와이어(451), 제2와이어(452) 및 제3와이어(453)의 일단을 잡는 기능을 수행하며 내부에서 각각의 와이어를 권취하도록 함으로써 제1스토퍼(431), 제2스토퍼(432) 및 제3스토퍼(433)의 좌우방향의 위치를 조정하게 된다.
따라서, 각각의 구동부는 상하이송을 위한 구동장치와, 와이어의 권취를 위한 구동장치의 두 가지 구동수단을 포함하게 된다.
이러한 와이어(450)는 빔의 경로에 장애를 주지 않도록 광투과성 또는 엑스선 투과성의 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 와이어(431, 432, 433)는 좌우방향으로의 신축성을 고려하여 신장이 가능한 탄성재로서 이루어지는 것이 바람직하며, 구동부의 권취동작에 따라 장력을 제공하여 빔스토퍼를 일측으로 이송시키며, 권취해제동작에 따라 장력을 해제하여 와이어의 탄성복원력을 통하여 타측으로 이송시키도록 기능하게 된다.
이때, 빔스토퍼들은 초기 상태에서 제2지지부(420)에 인접되도록 배치되어 장력의 제공에 따라 제1지지부(410) 측으로 이동되는데, 대략 그 중심인 조정영역(301) 까지만 이동하면 족하므로 대부분의 동작이 타측에서 이루어지게 된다. 따라서, 빔스토퍼를 연결하는 와이어(450)가 양측으로 연결되되 일측보다는 타측에서 신장의 정도가 더 큰것이 바람직하다.
이를 위하여 상기 빔스토퍼의 타측에 연결되는 와이어의 타단에는 신축부(460)가 더 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 신축부(460)는, 예를 들어 코일스프링으로 이루어질 수 있고, 와이어(450)에 비하여 탄성계수가 더 작은 재질, 즉 더 잘 늘어나는 재질로 이루어질 수 있다.
상기된 예에 따라 작동이 되지 않는 상태에서 상기 스토퍼(431, 432, 433)들은 하방 타측에 배치되어 있으며, 각각 필요한 경우마다 필요한 크기가 호출되면 각 구동부가 소정의 조정영역(301)에 해당 스토퍼를 승강이동한 이후에 권취동작을 통하여 일측으로 이송시켜 상하 및 좌우 방향의 위치를 개별적으로 제어할 수 있는 것이다.
개별적인 동작을 위하여 각각의 빔스토퍼들은 전후방향으로 서로 다른 위치에 배열될 수 있다.
각각의 빔스토퍼들은 예를 들어, 원반 형태로 구성될 수 있고 서로 다른 직경 또는 면적을 가질 수 있다. 이 경우 상측에서 가장 크고 하측으로 갈 수록 직경이 가장 작은 형태로 배치할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 상기 신축부(460)들은 구동부(450)와 함께 승하강 이송되어 와이어(450)를 대략 수평상태로 유지할 수 있는데, 이 경우 양측으로의 동시 이송을 위한 추가적인 브라켓이나 구동장치들이 소요될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 일측에서만 이동될 수 있는 경우를 후술하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 빔스토퍼장치의 배치관계를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 설명에서는 주로 소각산란시스템에 적용되는 빔스토퍼를 예로 드나, 본 발명의 빔스토퍼장치는 레이저나 가시광 등의 다양한 빔(Beam)을 형성하여 물질 또는 물체의 형상이나 성분을 측정하는 장치에 적용될 수 있다.
광원(101)은 엑스선을 방출하는 튜브(Tube) 또는 레이저 등의 광을 방출하는 장치로서 구성될 수 있으며, 튜브로 구성되는 경우 내부에 전자총과 타겟을 구비할수 있다.
디텍터(300)는 빔을 검출할 수 있으며, 산란빔에 대한 디텍터의 경우 산란빔을 전기신호화하여 제어부(700)로 전송함으로써 물질의 구조를 분석할 수 있는 데이터를 제공한다.
상기 광원과 디텍터 사이에서 피검사물을 고정지지할 수 있는 스테이지(미도시)를 포함할 수 있는데, 본 발명의 빔스토퍼장치(400)의 경우 피검사물이 제거된 상태에서 빔의 정렬을 위하여 사용되므로 이에 대한 설명은 생략하돌고 한다.
소각산란분석의 경우 측정의 특성상 다른 엑스선분석장비의 경우에 비하여 길이가 비교적 길게 형성될 필요성이 있는데, 엑스선빔과 산란빔의 경로가 길게 형성되고 그 경로상에서 방사선의 누설 가능성이 높기 때문에 소정의 차폐구조인 빔경로를 형성할 필요성이 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 광원(101)과 스테이지 사이에 관 형태의 엑스선빔의 경로인 제1빔경로(미도시)를 배치하고, 스테이지부와 디텍터(300) 사이에 관 형태의 산란빔 경로인 제2빔경로(미도시)를 배치할 수 있다.
제1빔경로의 경우 광원(101)으로부터 방출되는 엑스선빔이 비교적 좁은 영역에서 직진성을 가지는 빔을 샘플에 조사하도록 하는 것이 소각산란분석의 특성상 바람직하며, 이를 위하여 광원(101)으로부터 방출되는 엑스선빔의 영역을 제한하는 하나 이상의 슬릿부(500)이 배치될 수 있다. 이러한 슬릿부는 빔스토퍼장치(400)에 의한 얼라인(Align)이 완료된 이후에 빔의 영역을 검사에 유효하게 제한하도록 기능할 수 있다.
제2빔경로는 스테이지와 디텍터(300) 사이에 연결되어 산란빔의 외부로의 누설을 방지하는 기능을 제공한다. 이와 같이 빔경로가 차폐된 구조를 가지기 때문에 디텍터와 광원 사이에 빔스토퍼를 배치하여 조정하는 데 문제가 있음은 상기한 바와 같다. 광원으로서 엑스선 튜브를 사용하는 경우 이러한 얼라인 과정에서 이용자에 대한 피폭의 우려도 존재한다. 도시된 바와 같이 소각산란분석장치의 경우는 XRD나 XRF와 같은 장비에 비하여 길이방향으로의 길이가 상당히 길게 형성되어 있고, 각각의 구성에 대한 거리의 조정의 필요성이 있기 때문에 광원(101)가 가동되는 상태에서 장비의 탈착이 이루어지는 경우 방사선 피폭의 문제가 발생할 수 있는 것이다. 또한, 제2빔경로에 대한 진공을 해제하고 이용자가 빔스토퍼의 위치를 수동으로 조정한 이후에 엑스선빔을 조사하고 다시 위치를 조정한 이후에 재조사하는 과정을 반복하여야 할 뿐만 아니라 다시 차폐경로를 결합하고 진공을 형성하는 얼라인 과정에 과도한 시간이 소요되어 비경제적인 문제가 있다. 따라서, 본 발명의 빔스토퍼장치(400)는 엑스선빔을 사용하는 검사장비에서 더욱 유용하게 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
상기된 광원(101), 슬릿부(500), 스테이지, 디텍터(300) 및 빔스토퍼장치(400)는 소정의 베이스(미도시)에 위치가 가변될 수 있도록 장착될 수 있다.
또한, 광원(101)와 빔경로 사이의 각도의 가변에 적응하기 위하여 연결부(600)가 추가로 배치될 수 있으며, 이러한 연결부(600)는 각도의 상대적인 변화에 유연하게 대응할 수 있도록 자바라 호스 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 자바라 호스는 방사선의 차폐가 가능한 납과 같은 물질을 혼합한 합성수지재로서 이루어지거나, 금속의 자바라 형태로 구성될 수 있다.
상기와 같은 빔스토퍼장치(400)의 빔스토퍼에 대한 위치의 조정을 위하여 제어부(미도시)가 추가될 수 있으며, 이러한 제어부는 튜브의 작동을 위한 고전압발생장치를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 구동부의 높이방향의 이송 및 스토퍼의 좌우방향의 이송을 제어할 수 있는 제어명령을 구동부측에 제공할 수 있으며 이와 관련되어서는 후술하도록 한다.
상기 빔스토퍼장치(400)는 광원(101)과 디텍터(300) 사이에 배치되되 얼라인 과정에서의 오차를 최소화하기 위하여 디텍터(300)에 밀착되거나 인접되게 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 빔스토퍼장치(400)를 구성하는 하나 이상의 빔스토퍼는 납 재질로 이루어질 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서는 빔스토퍼장치(400)의 각각의 빔스토퍼에 대응되는 구동부들이 와이어를 지지하며 상하이동을 하는 동시에 와이어의 장력을 조정함으로써 빔스토퍼에 대한 좌우방향의 위치를 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 빔스토퍼장치를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 다른 실시예에서는 와이어(450)의 일측에서 구동부(440)만이 상하이송되고, 타측의 신축부(460)에서는 위치를 고정하는 경우를 설명한다. 빔스토퍼의 위치 조정을 위하여 와이어 및/또는 신축부가 길이방향으로 신축 가능하고 소정의 변형도 허용할 수 있기 때문에 타측이 고정설치될 수 있는 이점을 가짐에 유의하여야 한다.
여기서 일실시예와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도시된 예에서는 제2스토퍼(432) 및 제3스토퍼(433)는 타측 하부에 초기 상태로 위치되고 제1스토퍼(431)가 사용되고 있는데, 제1구동부(441)가 상측으로 이송되면서 1차적으로 제1와이어(451) 및 제1신축부(461)가 신장 동작을 하게 된다. 이에 따라 제1스토퍼(431)는 상측 및 일측으로 어느 정도 이동을 수행하며, 제1와이어(451)가 조정영역(301)의 중심에 위치하면 제1구동부(441)가 신축동작을 통하여 제1스토퍼(431)의 정밀한 위치를 사선 방향으로써 조정하는 2차적인 신장 동작을 하게 되는 것이다.
상술된 본 발명의 실시예는, 구동부가 좌우로 이송되고 와이어가 상하방향으로 신축되는 경우에도 적용될 수 있다.
상기된 본 발명의 빔스토퍼장치에 의하여, 빔의 얼라인 과정을 자동적으로 수행할 수 있도록 함은 물론, 복수의 빔스토퍼들을 개별적으로 정확한 위치관계의 확인과 조정이 가능하도록 함으로써 보다 정확한 얼라인을 수행할 수 있는 이점이 있다.
특히, 신축 가능한 와이어 또는 신축부를 이용하기 때문에 장비의 무게와 부하가 절감될 뿐만 아니라 경제성과 유지보수성도 향상되는 이점이 있다.
또한, 방사선장비에 사용되는 경우 인체에의 피폭과 사용 시간을 현저히 절감할 수 있는 장점이 있다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
101...광원 300...디텍터
400...빔스토퍼장치 410...제1지지부
420...제2지지부 431...제1스토퍼
432...제2스토퍼 433...제3스토퍼
440...구동부 441...제1구동부
442...제2구동부 443...제3구동부
450...와이어 451...제1와이어
452...제2와이어 453...제3와이어
460...신축부 461...제1신축부
462...제2신축부 463...제3신축부
500...슬릿부 600...연결부

Claims (3)

  1. 빔경로 상에 배치될 수 있는 하나 이상의 빔스토퍼;
    상기 빔스토퍼의 양측에 연결되는 와이어;
    상기 와이어에 대해 장력을 제공함으로써 빔스토퍼의 좌우 위치를 조정하는 구동부; 및
    상기 구동부가 상하로 이송될 수 있도록 가이드로서 기능하는 지지부;를 포함하며,
    상기 구동부는,
    선택된 빔스토퍼에 대한 상하방향의 위치를 조정하고 와이어를 권취하여 좌우방향의 위치를 조정한 이후에 조사되는 빔을 확인하여 빔의 방향을 얼라인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 빔스토퍼장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    와이어의 일측을 권취하여 빔스토퍼를 일측으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 빔스토퍼장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지부는,
    일측에서 구동부의 이동을 가이드하는 제1지지부와, 와이어의 타단에 연결되는 신축부를 지지하는 제2지지부를 포함하며,
    상기 신축부는,
    와이어보다 탄성계수가 작은 것을 특징으로 하는 빔스토퍼장치.
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