KR101727709B1 - 곡선 터렛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 곡선 터렛에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 대물렌즈 변경 시 위치 정렬이 용이하게 이루어질 수 있음과 동시에 변경 동작 중 대물렌즈 및 관찰 대상물 등 간의 충돌이 구조적으로 배제될 수 있도록 하는, 곡선 터렛을 제공함에 있다. 본 발명의 또다른 목적은, 제작이 용이하고 경제적이며, 수동 및 자동 모두에 적용할 수 있는, 곡선 터렛을 제공함에 있다.

Description

곡선 터렛 {Curvilinear turret}

본 발명은 곡선 터렛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학 장치에서 대물렌즈 변경에 사용되는 터렛에 있어서 렌즈 변경 시 위치 정렬이 원활하게 잘 이루어질 수 있도록 함과 동시에 경제적이고 용이한 제작이 가능하도록 하는 곡선 터렛에 관한 것이다.

광학 분야에서 터렛(turret)이란 회전 가능한 렌즈 마운트를 칭하는 것으로, 현미경 등과 같은 광학 장치에 널리 사용되고 있는 부품이다. 광학 장치에서의 터렛은 대물렌즈부에 구비되는 것으로서, 배율 등의 특성이 서로 다른 대물렌즈들이 터렛 상에 복수 개 구비되도록 하고, 필요 시 터렛을 회전시켜 대물렌즈를 교체함으로써 동일한 시편과 위치에 대하여 배율 변경 등과 같은 동작이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위해 구비된다.

이러한 터렛의 기능적 측면에서 볼 때, 대물렌즈가 변경되더라도 광축으로부터의 대물렌즈의 중심 위치가 최대한 동일하게 유지될 수 있도록 하여, 관찰 영역이 동일하게 유지되도록 하는 것이 중요하다. 한편 대물렌즈로 관찰 대상물을 관찰할 때 대물렌즈의 끝단과 관찰 대상물의 간격이 수백 마이크로미터 수준으로 매우 근접하게 배치되도록 하는 경우가 많다. 이러한 경우 대물렌즈 변경 과정에서 대물렌즈와 관찰 대상물 또는 관찰 대상물 고정 장치 등이 충돌하지 않도록 설계해야 한다.

상술한 바와 같이 터렛의 설계 조건으로서는, 첫째로 대물렌즈 변경 시 정렬이 잘 이루어져야 한다는 조건(이하 '렌즈 정렬 조건'이라 칭함)과, 둘째로 대물렌즈를 변경하는 과정에서 관찰 대상물 등과의 충돌이 발생하지 않도록 해야 한다는 조건(이하 '충돌 방지 조건'이라 칭함), 이 두 가지를 중요하게 고려하여야 한다. 이러한 조건들을 고려하여 기존에 설계되어 사용되고 있는 종래의 터렛들의 여러 형태가 도 1에 도시되어 있다.

도 1(A)의 예시는 종래에 일반적으로 가장 널리 사용되는 터렛 형태로서, 터렛 몸체가 원추형으로 형성되며, 원추면 상에 대물렌즈들이 배열되어 있는 형태이다. 이 경우 실제 관찰에 사용되는 대물렌즈 외의 다른 대물렌즈들은 관찰 대상물로부터 충분히 멀리 떨어지도록 이루어지므로, 충돌 방지 조건에 잘 부합한다는 장점이 있다. 그러나 대물렌즈-관찰 대상물 간의 간격이 수백 마이크로미터 수준이 되는 만큼 원추형 몸체의 제작 정밀도도 수~수십 마이크로미터 수준이 되어야 하는데, 이 정도 수준으로 정밀한 가공을 하는 것은 사실상 상당히 어렵기 때문에 제작 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 도시된 바와 같이 광축과 회전축이 비스듬한 각도를 형성하고 있기 때문에, 상술한 바와 같이 터렛 몸체 제작 정밀도가 떨어질 경우 터렛 회전을 통한 대물렌즈 변경 시 원래의 관찰 위치로의 정렬이 올바르게 이루어지지 못하게 되는 문제점 또한 발생한다.

도 1(B)의 예시는 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 제작되어 사용되는 개선된 터렛 형태로서, 터렛 몸체를 원판형으로 형성하고, 회전 모터를 사용하여 터렛을 회전시킴으로써 대물렌즈를 교체하도록 이루어져 있다. 이 경우 터렛 몸체가 원판형으로 이루어지기 때문에 수~수십 마이크로미터 수준의 평탄도만 달성하면 되므로 도 1(A)의 예시에 비해 상대적으로 터렛 몸체의 제작은 용이하게 이루어질 수 있다. 이 경우에는 회전축과 광축이 서로 이격되어 있기는 하나 평행하게 형성되어 있어서 렌즈 정렬 조건에 있어서는 도 1(A)의 예시와 비교할 때 보다 유리한 점이 있다. 반면 충돌 방지 조건 측면에서 볼 때, 관찰에 사용되는 대물렌즈 및 관찰 대상물 간의 간격과, 그 외의 다른 대물렌즈들 및 관찰 대상물 간의 간격이 동일하기 때문에, 대물렌즈 변경 동작 중 충돌이 발생할 위험성이 있다는 문제점이 있다.

도 1(C)의 예시는 도 1(B)의 예시와 유사하나 렌즈 변경을 위한 동작이 회전 운동이 아닌 선형 운동으로 이루어지는 리니어 터렛 형태이다. 이 경우 회전 운동에 비해 선형 운동의 동작이 단순하기 때문에 제어 정밀도도 상대적으로 향상되며, 즉 대물렌즈 변경 시 관측 영역의 중심 위치 편차 관리가 용이하다는 장점이 있다. 이러한 장점 때문에 정밀 검사 장비 등과 같은 산업용 관찰 장비에서는 리니어 터렛이 자주 활용되고 있다. 그러나 이 경우에도 도 1(B)의 예시와 동일하게 충돌 방지 조건에 있어서는 상당히 불리한 점이 있으며, 따라서 사람의 직접적인 수동 조작이 배제되는 장비에서는 활용도가 높은 반면 일반 현미경과 같은 수동 조작용 광학 장비에 이러한 리니어 터렛 구조를 적용하기에는 여전히 어려움이 있다.

이외에도 한국특허공개 제2006-0079465호("광 중심축을 용이하게 조절할 수 있는 반도체 검사 광학장치", 이하 선행문헌)에는 각 대물렌즈들이 터렛 몸체에 고정적으로 결합되는 것이 아니라 별도의 조절판에 의해 결합됨으로써, 대물렌즈 - 조절판 - 터렛 간 결합 후에도 별도로 조절판을 움직임으로써 광축을 조절할 수 있도록 하는 기술이 개시된다. 상기 선행문헌의 기술을 적용할 경우 렌즈 정렬 조건에 있어서의 정밀도 향상을 도모할 수는 있겠으나, 별도의 조절판 및 이 조절판의 구동을 제어하기 위한 별도의 부품들이 추가 구성되어야 하기 때문에 제작비용이 더욱 상승하는 문제가 있으며, 또한 터렛 구동 동작에서 발생되는 동작 오류에 조절판 구동 동작에서 발생되는 동작 오류가 누적되어 도리어 제어가 더욱 난해해지는 문제점이 생길 수 있다.

상술한 바와 같이 렌즈 정렬 조건과 충돌 방지 조건을 모두 만족함과 동시에, 경제적으로 제작할 수 있으며 수동 및 자동 모두에 적용할 수 있는 터렛 구조는 기존에 없었던 바, 이러한 요구를 모두 만족시킬 수 있는 새로운 터렛 구조에 대한 요구가 꾸준히 있어 왔다.

1. 한국특허공개 제2006-0079465호("광 중심축을 용이하게 조절할 수 있는 반도체 검사 광학장치")

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 대물렌즈 변경 시 위치 정렬이 용이하게 이루어질 수 있음과 동시에 변경 동작 중 대물렌즈 및 관찰 대상물 등 간의 충돌이 구조적으로 배제될 수 있도록 하는, 곡선 터렛을 제공함에 있다. 본 발명의 또다른 목적은, 제작이 용이하고 경제적이며, 수동 및 자동 모두에 적용할 수 있는, 곡선 터렛을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 곡선 터렛(1000)은, 광축 상의 임의의 위치에 존재하는 기준점을 중심으로 하여 반경 방향으로 연장되며 다수 개가 방사상으로 배치되어 이웃하며 구비된 대물렌즈(100); 일면이 곡선 형상으로 이루어져 상기 일면에 다수 개의 상기 대물렌즈(100)들이 결합되는 회전 가이드부(200); 를 포함하여 이루어지며, 상기 회전 가이드부(200)가 상기 기준점을 회전 중심으로 하여 회전되는 메커니즘에 의해 상기 대물렌즈(100)의 변경이 이루어지도록 형성될 수 있다. 보다 상세히 설명하자면, 상기 광축을 포함하는 평면을 광축포함평면이라 할 때, 상기 회전 가이드부(200)의 회전축 및 광축이 서로 수직 교차되어, 상기 회전 가이드(200)부는 상기 기준점을 중심으로 상기 광축포함평면 상에서 회전하도록 이루어질 수 있다. 또한 보다 구체적으로는, 상기 회전 가이드부(200)는 일면이 원호 형상으로 이루어질 수 있다.

이 때 상기 곡선 터렛(1000)은, 상기 회전 가이드부(200)를 회전시키도록 동력을 공급 및 전달하는 동력부(300); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 이 때 상기 동력부(300)는, 회전 동력을 공급하는 모터부(310) 및 기어, 벨트, 체인 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어져 상기 모터부(310)에서 공급되는 회전력을 상기 회전 가이드부(200)로 전달하는 동력 전달부(320)를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한 상기 곡선 터렛(1000)은, 상기 회전 가이드부(200)의 회전 정도를 측정하는 센서부(400); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또는 상기 곡선 터렛(1000)은, 상기 회전 가이드부(200)를 회전시키도록 동력을 공급 및 전달하는 동력부(300); 상기 회전 가이드부(200)의 회전 정도를 측정하는 센서부(400); 상기 센서부(400)에서 측정된 회전 정도를 사용하여 상기 동력부(300)에 의해 공급되는 상기 회전 가이드부(200)의 회전 동작을 제어하는 제어부(500); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또는 상기 곡선 터렛(1000)은, 수동에 의해 상기 회전 가이드부(200)가 회전되도록 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 광학 장치에서 대물렌즈 변경에 사용되는 터렛의 구조를 개선함으로써, 렌즈 정렬 조건 및 충돌 방지 조건을 동시에 효과적으로 실현시킬 수 있다는 큰 효과가 있다. 보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명에 의한 곡선 터렛은, 대물렌즈들이 배치된 회전 가이드부의 회전축 및 대물렌즈를 통한 관찰용 광이 진행하는 광축이 서로 수직 교차되도록 배치되며, 회전 가이드부의 회전에 의하여 대물렌즈의 변경이 이루어지도록 이루어진다. 이에 따라 터렛 회전 중심이 광축 상에 존재하게 되므로 렌즈 정렬 조건 즉 대물렌즈 변경 시 광축으로부터의 대물렌즈의 중심 위치가 동일하게 유지되도록 정렬이 잘 이루어져야 한다는 조건이 효과적으로 실현될 수 있으며, 또한 곡선 터렛의 회전에 의해 대물렌즈 변경이 이루어지므로 관찰용 이외의 대물렌즈들은 관찰 대상물로부터 멀리 떨어지게 되어 충돌 방지 조건 즉 대물렌즈를 변경하는 과정에서 관찰 대상물 등과의 충돌이 발생하지 않도록 해야 한다는 조건이 효과적으로 실현될 수 있는 것이다.

뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 그 구조가 간단하고 제작이 용이하여 경제적인 제작이 가능하다는 효과가 있으며, 더불어 수동 조작 또는 자동 조작 어디에나 적용이 가능하다는 효과가 있다. 이에 따라 저가의 수동 조작용 일반 현미경에서부터 고정밀 산업용 관찰 장비에 이르기까지 다양한 광학 장치에 폭넓게 적용할 수 있다는 큰 산업적 효과 또한 있다.

도 1은 종래의 터렛들의 다양한 형태.
도 2는 본 발명의 터렛의 한 실시예의 상면도.
도 3은 본 발명의 터렛의 한 실시예의 측면도.
도 4는 본 발명의 터렛에서의 대물렌즈 변경 동작 실시예.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 곡선 터렛을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 터렛의 한 실시예의 상면도를, 도 3은 상기 실시예의 측면도를 각각 도시하고 있다. 또한 도 4는 본 발명의 터렛에서의 대물렌즈 변경 동작 실시예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 본 발명의 곡선 터렛(100)은, 기본적으로 다수 개의 대물렌즈(100)와 회전 가이드부(200)를 포함하여 이루어진다.

상기 대물렌즈(100) 각각은 광축 상의 임의의 위치에 존재하는 기준점을 중심으로 하여 반경 방향으로 연장된다. 또한 다수 개의 상기 대물렌즈(100)들은 상기 기준점을 중심으로 하여 방사상으로 배치되며 서로 이웃하며 구비된다. 상기 대물렌즈(100)가 관찰 대상물을 향하는 쪽을 전단, 그 반대쪽을 후단이라 할 때, 상술한 바와 같이 다수 개의 상기 대물렌즈(100)들이 배치될 경우 상기 대물렌즈(100)들의 후단들을 연결하면 대략 상기 기준점을 중심으로 하는 원호 형상이 이루어지게 된다.

상기 회전 가이드부(200)는 일면이 곡선 형상으로 이루어져 상기 일면에 다수 개의 상기 대물렌즈(100)들이 결합된다. 이 때 상기 일면은 상기 대물렌즈(100)들의 후단들을 연결하여 이루어지는 형상, 즉 원호 형상이 될 수 있다. 보다 엄밀히는, 상기 대물렌즈(100)들이 결합되는 상기 회전 가이드부(200)의 일면은 도시된 바와 같이 짧은 직선들이 연결된 형상으로 이루어진다고 하여야겠으나, 상술한 바와 같이 상기 대물렌즈(100)들이 하나의 기준점을 중심으로 반경 방향으로 연장되며 방사상으로 배치되도록 하는 설계 원리를 고려할 때 대략적으로 직선들이 연결되어 이루어지는 형상이 원호 내지 원호에 가까운 곡선 형상에 근사한다고 할 수 있다.

이와 같이 상기 회전 가이드부(200)의 일면에 다수 개의 상기 대물렌즈(100)들이 배치된 상태에서, 상기 회전 가이드부(200)가 상기 기준점을 회전 중심으로 하여 회전되면, 상기 대물렌즈(100) 중 어느 하나가 광축에 나란하게 배치되는 지점이 발생한다. 바로 이 지점에서 광축에 나란하게 배치된 상기 대물렌즈(100)에 의해 관찰 대상물의 관찰이 이루어질 수 있게 된다. 또한, 상기 회전 가이드부(200)를 다시 회전시키면, 다른 대물렌즈(100)가 광축에 나란하게 배치되며, 이 때에는 새롭게 광축에 나란하게 배치된 상기 대물렌즈(100)에 의해 관찰 대상물의 관찰이 이루어질 수 있게 된다. 이와 같은 예시가 바로 도 4에 나타나 있는데, 도 4(A)는 1번 대물렌즈가 광축에 나란하게 배치된 상태를, 도 4(B)는 6번 대물렌즈가 광축에 나란하게 배치된 상태를 도시하고 있다.

이처럼 본 발명의 곡선 터렛(1000)은, 상기 회전 가이드부(200)가 상기 기준점을 회전 중심으로 하여 회전되는 메커니즘에 의해 상기 대물렌즈(100)의 변경이 이루어지도록 형성된다. 이 때, 광축에 나란하게 배치된 어느 하나의 대물렌즈(100)가 관찰 대상물에 가장 근접하게 배치되며, 그 외의 다른 대물렌즈(100)들은 자연히 관찰 대상물로부터 멀리 떨어져 배치된다. 이에 따라 대물렌즈 변경 과정에서 대물렌즈와 관찰 대상물 또는 관찰 대상물 고정장치와의 충돌이 구조적으로 자연히 방지된다(충돌 방지 조건 달성). 뿐만 아니라, 본 발명의 곡선 터렛(100)은 광축 상에 존재하는 기준점을 회전 중심으로 하여 상기 회전 가이드부(200)가 회전하도록 이루어지므로, 이와 같은 메커니즘 및 구조에 따라 상기 회전 가이드부(200)의 형상 오차가 일부 있다 하더라도 대물렌즈 변경 시 광축으로부터의 대물렌즈의 중심 위치가 역시 구조적으로 자연히 정확하게 정렬될 수 있다(렌즈 정렬 조건 달성). 더불어, 상술한 바와 같이 제작 과정에서 상기 회전 가이드부(200)의 형상 오차가 일부 발생하더라도 렌즈 정렬 조건이 용이하게 달성될 수 있기 때문에, 상기 회전 가이드부(200) 제작 시 고가의 정밀 가공을 하지 않아도 되며, 이에 따라 제작비 절감의 경제적 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.

본 발명의 곡선 터렛(1000)은, 상술한 바와 같이 다수 개의 대물렌즈(100)들 및 회전 가이드부(200)로 이루어져, 상기 회전 가이드부(200)를 수동으로 회전시킴으로써 대물렌즈(100)를 변경할 수도 있다. 이 경우 상기 곡선 터렛(1000)은 더 이상의 부품이 추가되지 않아도 되므로 제작비의 최대 절감이 가능하며, 이에 따라 저가의 일반 현미경에도 원활하게 적용될 수 있다.

한편, 산업용 정밀 관찰 장비 등에도 상기 곡선 터렛(1000)을 적용할 수 있으며, 이 경우 제작비 절감보다는 정밀도 및 작업 효율 향상을 더 고려하게 된다. 이러한 경우에는 상기 곡선 터렛(1000)은, 상기 회전 가이드부(200)를 회전시키도록 동력을 공급 및 전달하는 동력부(300)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 동력부(300)의 구성예를 보다 구체적으로 설명하자면, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전 동력을 공급하는 모터부(310) 및 기어, 벨트, 체인 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어져 상기 모터부(310)에서 공급되는 회전력을 상기 회전 가이드부(200)로 전달하는 동력 전달부(320)를 포함하여 이루어질 수 있다. 물론 상기 동력부(300)가 모터부(310)만으로 이루어져 상기 모터부(310)가 상기 회전 가이드부(200)를 직접 회전시키도록 이루어져도 무방하다.

또한, 상기 곡선 터렛(1000)의 회전 정도를 정확하게 조절하기 위해서, 상기 곡선 터렛(1000)은 상기 회전 가이드부(200)의 회전 정도를 측정하는 센서부(400)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 센서부(400)는 수동에 의해 회전되도록 이루어지는 곡선 터렛(1000)에 구비되어도 되는데, 이러한 경우 상기 센서부(400)는 상기 회전 가이드부(200)의 회전 정도를 모든 각도에서 정확히 측정할 수 있어야만 할 필요는 없으며, 상기 대물렌즈(100)들 중 어느 하나가 광축에 정확히 정렬되었는지만을 감지할 수 있도록 이루어져도 된다.

물론 가장 정교하고 정밀한 제어를 실현하고자 할 경우 상기 곡선 터렛(1000)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 동력부(300) 및 상기 센서부(400)에 더불어, 상기 센서부(400)에서 측정된 회전 정도를 사용하여 상기 동력부(300)에 의해 공급되는 상기 회전 가이드부(200)의 회전 동작을 제어하는 제어부(500)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 이루어질 경우 완전 자동 제어에 의하여 수동 조작에 비해 훨씬 정교하고 정밀한 제어를 실현할 수 있으며, 이러한 구성은 고수준의 정밀도 또는 작업 효율을 요구하는 산업용 또는 연구용 관찰 장비에 적용되기에 적절하다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000: 곡선 터렛 100: 대물렌즈
200: 회전 가이드부 300: 동력부
400: 센서부 500: 제어부

Claims (7)

1. 광축 상의 임의의 위치에 존재하는 기준점을 중심으로 하여 반경 방향으로 연장되며 다수 개가 방사상으로 배치되어 이웃하며 구비된 대물렌즈;
   일면이 곡선 형상으로 이루어져 상기 일면에 다수 개의 상기 대물렌즈들이 결합되는 회전 가이드부;
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 회전 가이드부가 상기 기준점을 회전 중심으로 하여 회전되는 메커니즘에 의해 상기 대물렌즈의 변경이 이루어지도록 형성되되,
   상기 광축을 포함하는 평면을 광축포함평면이라 할 때, 상기 회전 가이드부의 회전축 및 광축이 서로 수직 교차되어, 상기 회전 가이드부는 상기 기준점을 중심으로 상기 광축포함평면 상에서 회전하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 곡선 터렛.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 회전 가이드부는
   일면이 원호 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 곡선 터렛.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 곡선 터렛은
   상기 회전 가이드부를 회전시키도록 동력을 공급 및 전달하는 동력부;
   를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 곡선 터렛.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 동력부는
   회전 동력을 공급하는 모터부 및
   기어, 벨트, 체인 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어져 상기 모터부에서 공급되는 회전력을 상기 회전 가이드부로 전달하는 동력 전달부
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 곡선 터렛.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 곡선 터렛은
   상기 회전 가이드부의 회전 정도를 측정하는 센서부;
   를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 곡선 터렛.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 곡선 터렛은
   상기 회전 가이드부를 회전시키도록 동력을 공급 및 전달하는 동력부;
   상기 회전 가이드부의 회전 정도를 측정하는 센서부;
   상기 센서부에서 측정된 회전 정도를 사용하여 상기 동력부에 의해 공급되는 상기 회전 가이드부의 회전 동작을 제어하는 제어부;
   를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 곡선 터렛.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 곡선 터렛은
   수동에 의해 상기 회전 가이드부가 회전되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 곡선 터렛.

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