KR101692152B1 - 비점수차를 이용한 변위 센서 및 그 변위 측정방법 - Google Patents

비점수차를 이용한 변위 센서 및 그 변위 측정방법 Download PDF

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Abstract

비점수차를 이용한 변위 센서 및 그 변위 측정방법이 개시된다. 본 발명의 변위센서는 센서부와 측정부를 포함한다. 센서부는, 물체와 대향하는 대물렌즈와, 레이저 다이오드에서 출사되는 빔을 상기 대물렌즈로 반사하고 상기 대물렌즈로 입사된 다음 상기 물체의 면에서 다시 반사된 빔을 통과시키는 편광 빔 스플릿터와, 상기 스플릿터에서 통과된 빔이 입사되는 실린더형 렌즈와, 4개 포토 다이오드로 구현되어 상기 실린더형 렌즈에서 출사되는 빔이 결상하는 위치감지검출기를 구비한다. 측정부는 상기 위치감지검출기에 결상된 빔에 의해 4개 포토 다이오드에서 출사되는 전압을 이용하여 상기 물체의 z축 방향 병진운동 값(VT'), 상기 물체의 회전운동에 의한 상기 z축에 수직한 x축 방향 변위(Vx') 및 회전운동에 의한 상기 z축과 x축에 수직한 y축 방향 변위(Vy') 값을 계산하여 출력할 수 있다. 이러한 측정에 의하면, 회전운동에 독립적인 병진운동만을 측정할 수 있는 방법을 제시함으로써, 실제의 운동에서 회전이 있더라도 순수한 병진운동만을 측정할 수 있다.

Description

비점수차를 이용한 변위 센서 및 그 변위 측정방법{Displacement Sensor Using Astigmatism and Sensing Method thereof}
본 발명은 다자유도 운동을 측정하기 위한 변위 센서로서, 보다 상세하게는 비점수차방식의 원리를 이용하여, 물체의 1자유도 병진운동의 측정을 회전운동 여부와 무관하게 나노미터의 정밀도로 측정할 수 있는 변위 센서 및 그 센싱방법에 관한 것이다
일반적으로 미세한 크기의 구조물의 이동을 측정하기 위해서 높은 정밀도를 가지는 변위센서가 필요하다. 그러나, 일반적으로 사용되는 레이저 간섭계 또는 정전용량방식의 변위센서는 측정하고자 하는 대상의 크기가 일정크기 이상이 되어야 적용할 수 있다. 따라서, 미세한 크기의 구조물의 변위는 미세한 측정포인트에도 적용이 가능한 방식으로 원자현미경에서 주로 적용되고 있는 광지렛대 방식(Optical Lever)이나 비점수차방식의 광픽업장치가 활용되고 있다.
비점수차는 3차원에서의 렌즈를 통한 결상에 관한 것으로서, 광축에서 벗어난 물체의 결상위치가 자오면(Tangential plane)과 시상면(Sagittal plane)에서 서로 다른 것을 말한다. 비점수차의 결과가 광축에서 벗어난 물체의 상이 타원형으로 길게 형성된다. 이러한 비점수차를 이용하여 물체의 변형이나 움직임을 측정하는 센서가 비점수차를 이용한 변위 센서이다. 예를 들어, 광디스크 드라이브에 사용되는 광학 픽업유닛(Optical pickup unit)에 적용되는 대물렌즈는 비점수차 기반의 센서를 사용하여 초점을 맞춘다. 비점수차 기반의 센서는 광지렛대 방식(Optical Lever)에 비해 부피와 무게가 작아서, 센서가 적용되는 시스템의 구축에 설계자에게 많은 유연성을 제공해준다. 그리고, 광픽업장치에서는 대물렌즈의 초점거리 방향으로만 변위측정이 가능하였으나, 디스크의 기울어짐도 측정이 가능하여 동시에 다자유도 운동의 측정이 가능함이 확인되었다
도 1은 종래의 광 픽업 유닛의 광학적 내부구성을 도시한 도면으로서, 레이저 다이오드(Laser Diode)(101)에서 나온 빔은 편광 빔 스플릿터(Polarized Beam Splitter)(103)에서 반사되어 대물렌즈(105)로 입사된 다음, 광 디스크(m) 면에서 다시 반사되어 스플릿터(103)와 실린더형 렌즈(107)를 통과해 4 분할 위치감지검출기(PSD: Position Sensing Detector)(110)에 도달한다.
여기서 실린더형 렌즈(107)가 자오면과 시상면에서의 초점거리가 달라서 비점수차 효과를 낸다. 따라서 비점수차 효과에 의해 두 개의 초점이 발생하고 위치감지검출기(110)에 결상되는 레이저 빔의 형태가 변한다. 위치감지검출기(110)가 대물렌즈의 초점 거리에 해당하는 지점에 있을 때 빔의 형태는 원이지만, 다른 지점에서 빔은 타원이다.
빔의 형태정보는 4분할 위치감지검출기(110)의 각 셀인 포토 다이오드의 출력값을 다음의 수학식 1과 같이 계산하여 구할 수 있다.
Figure 112015049314416-pat00001
여기서, Va, Vb, Vc, Vd는 위치감지검출기(110)의 각 포토 다이오드의 출력전압을 나타내고, VFE는 초점오류신호(Focus Error)를 나타낸다. 초점오류신호가 0이면, 도 1의 (b)처럼 위치감지검출기(110)에 원형 빔이 형성된 것이고 위치감지검출기(110)의 초점이 맞는 것이다. 초점오류신호가 (+)값이면 도 1의 (c)처럼 세로방향의 타원형 빔이 형성되고, 초점오류신호가 (-)값이면 도 1의 (a)처럼 가로방향의 타원형 빔이 형성되며 그만큼 위치감지검출기(110)의 초점이 맞지 않는 것이다.
초점오류신호는 z축방향에 대하여 S자 곡선의 형태로 나타나므로, 두 피크의 중간의 선형 구간을 측정구간으로 사용한 비점수차 변위 센서가 가능하다.
한편, S 곡선은 광 디스크(m)의 비틀림이 발생하지 않는 상태에서 측정한 결과이기 때문에 z 축방향으로의 병진 운동만 측정이 가능한 상태이다. 그러나, 광 픽업유닛에서 도 2와 같이 측정대상물이 기울어지는 경우에도 출력값의 변화가 발생할 수 있다.
도 2는 인포커스(In-Focus) 상태에서 디스크(m)의 틸팅에 의한 빔의 위치를 나타낸다. 이 경우, 도 2의 (d) 내지 (f)와 같이, 비틀림에 의한 빔의 위치이동은 존재하나, 디스크(m)가 인포커스의 위치에 있으므로 광축(z축) 상의 거리변화가 없기 때문에 도 1과 같은 병진 운동이 없고 빔의 형태는 일정하게 된다. 도 2에 주어진 좌표축을 기준으로 x, y축에 대한 틸팅만이 발생하였으므로, 빔은 렌즈의 수직축(x) 및 수평축(y)으로 이동하게 된다.
한편 렌즈의 광축에 대해 기울어진 빛이 주사할 때도 비점수차가 발생하는데, 틸팅 각도가 아주 작으며, 실린더형 렌즈(107)에 의한 비점수차보다 영향이 미비할 것으로 예상되어 무시할 수 있다. 따라서, 빔의 형태와 빔의 위치로부터 z축으로의 거리 정보와 비틀림의 정보를 얻을 수 있다. 즉 z축의 거리 정보는 수학식 1로부터 구하고, 틸팅값은 위치감지검출기(110)의 4분할 포토 다이오드에서 x축과 y축 기준으로 분리되는 포토 다이오드의 출력값을 이용하여 다음의 수학식 2 및 3으로부터 측정할 수 있다고 알려졌다.
Figure 112015049314416-pat00002
Figure 112015049314416-pat00003
Vx'은 회전운동에 의한 x축 방향 변위이고, Vy'은 회전운동에 의한 y축 방향 변위이다. 그러나, 수학식 1 내지 수학식 3으로 표현된 측정 방법은 서로 연관되어 있어서, 측정대상이 병진(1 자유도)운동 없이 순수한 회전(2 자유도, 틸팅)만을 하여도 병진운동의 양이 변한다. 이것은 다자유도의 운동 측정이 불가능함을 나타내며, 순수하게 병진만 측정하고자 하는 경우에도 미세한 회전이 있으면 병진운동의 값이 변할 수 있음을 의미한다.
따라서, 병진운동 측정을 위한 수학식은 회전운동 측정을 위한 수학식과 독립적으로 계산될 수 있어야 하며, 서로 종속되어서는 안된다. 그러나 병진운동 측정을 위한 수학식 1을 대신하여, 회전운동 측정을 위한 수학식 2와 3과 독립적인 측정방법이 제시되어야 한다.
[관련 기술 문헌]
1. 광학적 초점장치(Optical Focussing Device) 미국특허 제4079247호(1978. 3. 14)
본 발명의 목적은, 비점수차방식의 원리를 이용하여, 물체의 1자유도 병진운동의 측정을 회전운동 여부와 무관하게 나노미터의 정밀도로 측정할 수 있는 변위 센서 및 그 센싱방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 변위센서는 센서부와 측정부를 포함한다. 센서부는, 물체와 대향하는 대물렌즈와, 레이저 다이오드에서 출사되는 빔을 상기 대물렌즈로 반사하고 상기 대물렌즈로 입사된 다음 상기 물체의 면에서 다시 반사된 빔을 통과시키는 편광 빔 스플릿터와, 상기 스플릿터에서 통과된 빔이 입사되는 실린더형 렌즈와, 4개 포토 다이오드로 구현되어 상기 실린더형 렌즈에서 출사되는 빔이 결상하는 위치감지검출기를 구비한다.
측정부는 상기 위치감지검출기에 결상된 빔에 의해 4개 포토 다이오드에서 출사되는 전압을 이용하여 상기 물체의 z축 방향 병진운동 값(VT')을 다음의 수학식과 같이 계산하여 출력한다.
Figure 112015049314416-pat00004
Figure 112015049314416-pat00005
Figure 112015049314416-pat00006
여기서, Va, Vb, Vc, Vd는 상기 4개 포토 다이오드 각각의 출력전압이다.
실시 예에 따라, 상기 측정부는 상기 물체의 회전운동에 의한 상기 z축에 수직한 x축 방향 변위(Vx'), 회전운동에 의한 상기 z축과 x축에 수직한 y축 방향 변위(Vy') 값을 다음의 수학식과 같이 계산하여 출력한다.
Figure 112015049314416-pat00007
Figure 112015049314416-pat00008
본 발명의 변위센서는 위치감지검출기의 4개 포토 다이오드 신호를 기초로 물체의 병진운동과 회전운동을 측정할 수 있다.
다만, 본 발명은 종래와 달리 회전운동에 독립적인 병진운동만을 측정할 수 있는 방법을 제시함으로써, 실제의 운동에서 회전이 있더라도 순수한 병진운동만을 측정할 수 있다.
도 1은 종래의 광 픽업 유닛의 병진운동 측정을 개념적으로 도시한 도면,
도 2는 도 1의 광 픽업유닛의 틸팅동작 측정을 개념적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 변위센서의 블록도,
도 4는 위치감지검출기에 촬상된 레이저 영상을 도시한 도면,
도 5는 병진운동없이, 원형의 레이저 빔이 결상된 경우의 틸팅에 의한 오프셋에 따른 종래 측정방식에서의 측정값을 시뮬레이션한 그래프,
도 6은 병진운동없이, 타원의 레이저 빔이 결상된 경우의 틸팅에 의한 오프셋에 따른 종래 측정방식에서의 측정값을 시뮬레이션한 그래프, 그리고
도 7은 본 발명의 측정방식과 기존의 초점오류신호에 의한 병진운동의 차이를 도시한 도면이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명이 제시하는 변위센서(300)는 센서부(301)와 측정부(303)를 포함한다. 본 발명의 변위센서는 이에 한정되지 아니하며, 물체의 병진운동과 회전운동을 개별적으로 측정하는 센서로서, 도 1의 광 픽업유닛이나, 원자현미경 등은 그 일 예이다.
센서부(301)는 도 1과 같은 구조의 레이저 다이오드(101), 편광 빔 스플릿터(Polarized Beam Splitter)(103), 대물렌즈(105), 실린더형 렌즈(107) 및 4 분할 위치감지검출기(PSD: Position Sensing Detector)(110)를 포함한다.
레이저 다이오드(101)에서 나온 빔은 편광 빔 스플릿터(103)에서 반사되어 대물렌즈(105)로 입사된 다음, 물체(m) 면에서 다시 반사되어 스플릿터(103)와 실린더형 렌즈(107)를 통과해 4 분할 위치감지검출기(110)에 도달한다.
측정부(303)는 센서부(301)의 위치감지검출기(110)의 4개 포토 다이오드(110a, 110b, 110c, 110d)에서 각각 출력되는 출력전압 Va, Vb, Vc, Vd를 입력받아 물체(m)의 운동을 측정한다.
우선, 수학식 1과 수학식 2 및 3은 위치감지검출기(110)의 출력값을 이용하여 실험적으로 구한 것이므로, 위치감지검출기(110)에 촬상되는 레이저 빔(B)의 형태를 수학적으로 모델링하여 수학식 1과 수학식 2 및 3이 서로 독립적이지 않음을 아래와 같이 규명한다.
수학식 2 및 3은 틸팅에 의해 최종적인 빔의 위치 이동을 나타낸다. 실제 틸팅에 의한 빔 중심의 오프셋 양을 정량적으로 계산하기 위해서는 틸팅이 고려된 광픽업헤드 출력값 모델이 필요하다. 이를 위해 위치감지검출기(110)의 4개 포토 다이오드(110a, 110b, 110c, 110d)와 틸팅에 의해 이동된 레이저 빔의 관계를 도 4를 이용하여 유도한다.
도 4는 위치감지검출기(110)에 촬상된 레이저 영상을 개념적으로 도시한 것으로서, 실린더형 렌즈(107)에서 자오면과 시상면의 초점거리의 차이에 의해서 비점수차가 일어나는 상황을 가정한다. 도 1에서 살핀 것처럼, 물체(m)의 병진운동에 따른 z축 방향(도면에 수직한 방향)으로의 거리에 따라 위치감지검출기(110)의 4개 포토 다이오드(110a, 110b, 110c, 110d)에 맺히는 빔(B)의 형태가 달라지며, 물체(m)의 병진운동에 의해 타원인 빔(B)이 촬상된다. 타원 빔(B)의 장반경(semi-major axis)과 단반경(semi-minor axis)의 길이는 다음의 수학식 4 및 5로 표현할 수 있다.
Figure 112015049314416-pat00009
Figure 112015049314416-pat00010
여기서, t(z)는 타원의 장반경의 길이, s(z)는 타원의 단반경의 길이이며, rt, rs, ft, fs는 여러 광학요소의 효과를 고려하여 최종적으로 비점수차효과를 나타내는 수평과 수직평면에서의 등가 렌즈의 반경(rt, rs)과 초점거리(ft, fs)를 나타낸다. 여기서, 상수 Z는 z축 방향(광축방향)의 거리를 나타내는 변수이다.
물체(m)의 틸팅 또는 회전이 있는 경우에, 빔(B)의 중심은 위치감지검출기(110)의 중심을 벗어나 도 4와 같이 편향된다. 이 경우, 레이저 빔(B)은 다음의 수학식 6의 타원 방정식으로 표현할 수 있다.
Figure 112015049314416-pat00011
여기서, xm와 ym은 레이저 빔(B)의 좌표계로 위치감지검출기(110)의 고정좌표계(X-Y)에 대해서 상대 이동한다. t와 s는 각각 축의 길이로 수학식 4와 5에 의해 각각 계산된다.
4개 포토 다이오드(110a, 110b, 110c, 110d)의 경계선(c1, c2)은 다음의 수학식 7로 표현할 수 있다.
Figure 112015049314416-pat00012
수학식 7도 좌표계 기준으로 유도되어 레이저 빔(B)의 중심이 위치감지검출기(110) 상에서 x0'과 y0’만큼 오프셋될 때 -x0', -y0'만큼 이동하는 것을 확인할 수 있다.
위치감지검출기(110)의 각 포토 다이오드(110a, 110b, 110c, 110d)의 출력값 Va, Vb, Vc와 Vd는 그 포토 다이오드에 촬상되는 빔의 면적에 비례한다고 전제하고 시뮬레이션한다.
도 4에서 위치감지검출기(110)의 제2 다이오드(110b)에 맺힌 빔의 면적은 한번에 구할 수 없고, 레이저 빔(B)과 제1 내지 제4 다이오드(110a, 110b, 110c, 110d) 사이의 교점들(P1, P2, P3, P4)을 이용하여 4 부분(b1, b2, b3, b4)으로 나누어서 계산할 수 있다. 교점(P1, P2, P3, P4)은 수학식 7을 수학식 6에 대입하여 구할 수 있다. 이에 따라, 4 부분(b1, b2, b3, b4) 각각의 면적은 다음의 수학식 9 내지 수학식 11과 같이 구할 수 있다.
Figure 112015049314416-pat00013
Figure 112015049314416-pat00014
Figure 112015049314416-pat00015
Figure 112015049314416-pat00016
위와 유사한 방법으로 나머지 제1, 제3 및 제4 다이오드(110a, 110c, 110d)에서의 레이저 빔(B)의 면적을 구할 수 있다. 제1 내지 제4 다이오드(110a, 110b, 110c, 110d)에 촬상되는 레이저 빔(B)의 면적은 제1, 제3 및 제4 다이오드(110a, 110c, 110d)의 출력전압 Va, Vb, Vc, Vd에 대응된다.
이를 이용하여, 틸팅이 발생하는 경우를 시뮬레이션함으로써, 도 5 및 도 6과 같은 결과를 구할 수 있다.
도 5는 병진운동없이, 틸팅에 의한 오프셋에 따른 제1 내지 제4 다이오드(110a, 110b, 110c, 110d)의 출력값을 표시하였다. 틸팅의 각도를 제한하여, 레이저 빔(B)은 항상 위치감지검출기(110) 내에 존재하도록 하였다. 병진운동이 없으므로, 빔(B)의 형태는 원형이다.
도 5를 참조하면, (a)는 X축 방향으로의 오프셋에 따른 수학식 2의 틸팅값, (b)는 Y축 방향으로의 오프셋에 따른 수학식 3의 틸팅값이고, (c)는 오차 신호값을 나타낸다. (a)와(b)를 참조하면, 틸팅에 의한 출력값 수학식 2와 수학식 3은 오프셋에 의해 선형적으로 변하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 출력값이 보정이 되면, 도 5의 (a)와 (b)로부터 측정되는 Vx’, Vy’값을 이용하여, 각축으로의 오프셋값(xo’, yo’)을 구할 수 있다. 그러나, 도 5의 (c)에서의 에러신호값, 즉 z 축으롱의 병진운동은 빔의 형태가 원형으로 일정하게 유지됨에도 불구하고, 오프셋에 의해 변하는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 물체의 Z축상의 위치가 초점거리와 다른 한 점에 고정되어 빔의 형태가 타원인 경우로서, (a)는 X축 방향으로의 오프셋에 따른 수학식 2의 틸팅값, (b)는 Y축 방향으로의 오프셋에 따른 수학식 3의 틸팅값이고, (c)는 오차 신호값을 나타낸다. 여기서도, 도 6의 (a)와 (b)로부터 측정되는 Vx’, Vy’값을 이용하여, 각축으로의 오프셋값(xo’, yo’)을 구할 수 있다. 그러나, 도 6의 (c)에서의 에러신호값, 즉 z 축으로의 병진운동은 빔의 형태가 일정한 형태의 타원으로 일정하게 유지됨에도 불구하고, 오프셋에 의해 변하는 것을 확인할 수 있다. 이는 곧 독립적인 자유도의 측정이 이루어질 수 없음을 나타낸다.
새로운 방법의 제시
따라서, 본 발명의 측정부(303)는 (1) 틸팅이 발생해도 레이저 빔(B)의 면적은 일정하다는 점과 (2) 병진운동의 크기가 레이저 빔(B)의 면적에 대응된다는 점에 착안하여, z축의 변위(즉 병진운동)의 측정을 위해 수학식 1의 에러신호를 사용하지 않고, 다음의 수학식 12로 표현되는 레이저 빔(B)의 전체 면적정보를 이용하여 오프셋에 의한 영향을 없앤다.
Figure 112015049314416-pat00017
수학식 12는 위치감지검출기(110)의 4개 포토 다이오드(110a, 110b, 110c, 110d)의 출력값을 더한 것으로서, VT는 레이저 빔(B)의 면적에 대응된다. 그러나 VT는 항상 (+)의 값을 가지므로 병진운동의 방향을 확인할 수 없다.
따라서, 초점오류신호(Focus Error, VFE)가 병진운동에 의한 레이저 빔(B)이 인포커스(In-focus)인지 아웃 포커스(Out-focus) 인지를 나타내므로, 수학식 13과 같은 병진 운동 측정 방법을 도출할 수 있다.
Figure 112015049314416-pat00018
여기서, VT'는 물체의 병진운동 값으로서, 병진운동 측정의 최종 출력값이다. 도 7은 z축 방향으로의 거리에 따라 전체면적신호에 오차신호의 부호를 고려하여 구한 VT'(s1)로서, 초점오류신호(VFE)(s2)처럼 병진운동에 따른 측정이 가능함을 보인다. 신호 VT'은 초점오류신호를 이용하는 경우보다 선형성이 떨어지나, 넓은 측정영역을 사용할 수 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 측정부(303)는 수학식 13을 이용하여 병진운동을 구하고, 수학식 2와 수학식 3을 이용하여 회전운동을 측정한다.
본 발명에서는 다자유도 측정을 위한 비점수차기반의 변위센서 개발을 위한 관계식을 유도하였다. 유도된 관계식을 바탕으로 할 때 1축 변위와 2축에 대한 회전의 측정법이 가능함을 확인하였는데, 종래와 달리 빔 전체의 면적을 함께 이용한 것을 특징으로 한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (4)

  1. 물체와 대향하는 대물렌즈와, 레이저 다이오드에서 출사되는 빔을 상기 대물렌즈로 반사하고 상기 대물렌즈로 입사된 다음 상기 물체의 면에서 다시 반사된 빔을 통과시키는 편광 빔 스플릿터와, 상기 스플릿터에서 통과된 빔이 입사되는 실린더형 렌즈와, 4개 포토 다이오드로 구현되어 상기 실린더형 렌즈에서 출사되는 빔이 결상하는 위치감지검출기를 구비한 센서부;
    상기 위치감지검출기에 결상된 빔에 의해 상기 4개 포토 다이오드에서 출사되는 전압을 이용하여 상기 물체의 z축 방향 병진운동 값(VT')을 계산하여 출력하는 측정부를 포함하되,
    Figure 112016055725443-pat00019

    Figure 112016055725443-pat00020

    Figure 112016055725443-pat00021
    이고,
    여기서, Va, Vb, Vc, Vd는 상기 4개 포토 다이오드 각각의 출력전압인 것을 특징으로 하는 변위센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 물체의 회전운동에 의한 상기 z축에 수직한 x축 방향 변위(Vx'), 회전운동에 의한 상기 z축과 x축에 수직한 y축 방향 변위(Vy') 값을 계산하여 출력하되,
    Figure 112015049314416-pat00022

    Figure 112015049314416-pat00023

    인 것을 특징으로 하는 변위센서.
  3. 물체와 대향하는 대물렌즈와, 레이저 다이오드에서 출사되는 빔을 상기 대물렌즈로 반사하고 상기 대물렌즈로 입사된 다음 상기 물체의 면에서 다시 반사된 빔을 통과시키는 편광 빔 스플릿터와, 상기 스플릿터에서 통과된 빔이 입사되는 실린더형 렌즈와, 상기 실린더형 렌즈에서 출사되는 빔이 결상하는 위치감지검출기를 구비한 센서부를 구비한 변위센서의 변위 측정방법에 있어서,
    상기 위치감지검출기의 4개 포토 다이오드에서 출사되는 전압을 이용하여 상기 물체의 z축 방향 병진운동 값(VT')을 계산하는 단계를 포함하되,
    Figure 112016055725443-pat00024

    Figure 112016055725443-pat00025

    Figure 112016055725443-pat00026
    이고,
    여기서, Va, Vb, Vc, Vd는 상기 4개 포토 다이오드 각각의 출력전압인 것을 특징으로 하는 변위 측정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 물체의 회전운동에 의한 상기 z축에 수직한 x축 방향 변위(Vx'), 회전운동에 의한 상기 z축과 x축에 수직한 y축 방향 변위(Vy') 값을 계산하여 출력하는 단계를 더 포함하되,
    Figure 112015049314416-pat00027

    Figure 112015049314416-pat00028

    인 것을 특징으로 하는 변위 측정방법.
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