KR102283179B1

KR102283179B1 - 2차원 스캔 장치

Info

Publication number: KR102283179B1
Application number: KR1020190116779A
Authority: KR
Inventors: 이홍권
Original assignee: 알엠스 주식회사
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2021-08-02
Also published as: KR20210034884A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치는 타겟을 향하여 빔을 반사하는 반사 미러; 상기 반사 미러와 연결되어 상기 반사 미러를 제1 회전축을 중심으로 정회전 및 역회전시키는 제1 구동부; 및 상기 반사 미러 및 상기 제1 구동부와 연결되어 상기 반사 미러를 상기 제1 회전축과 수직하는 제2 회전축을 중심으로 회전시키는 제2 구동부를 포함하는 2차원 스캔 장치가 제공된다.

Description

2차원 스캔 장치{TWO DIMENSION SCAN APPARATUS}

본 발명은 2차원 스캔 장치에 관한 것이다.

래스터 스캔 방식은 빔을 수평으로 왼쪽에서 오른쪽으로 일정한 속도로 스윕한 다음 블랭크로 빠르게 왼쪽으로 이동하여, 다음 래스터 라인을 스윕한다.

이 시간 동안 수직 위치도 꾸준히 수평 이동보다 훨씬 느리게 하향한다. 이미지 프레임 당 하나의 수직 스윕이 있고, 해상도 라인 당 하나의 수평 스윕이 있습니다.

래스터 스캔 속도는 수평방향 스윕을 얼마나 빠르게 하는 것에 의해 결정되어지는데, 즉 X축 갈바노미터 스캔 속도에 결정되고 X축 갈바노미터의 스캔 속도는 왕복 주기 속도에 결정된다.

래스터 스캔 속도를 증가 하기 위해서는 X축 갈바노미터의 왕복운동주기를 매우 빠르게 해야 하고 Y축 갈바노미터는 수직으로 상대적으로 매우 천천히 움직여야 한다.

여기서 Y축 갈바노미터는 천천히 적은 량을 회전하기 때문에 문제없으나, X축 갈바노미터는 제한된 각도에서 빠른 속도로 왕복운동을 해야 하는데, 여기서 방향을 바꾸기 위해서 감속 /브레이크/가속 등의 모터 전류 제어 알고리즘을 통해서 이루어지며, 이 과정에서 에너지 손실이 매우 크고 발열이 발생한다.

모터 속도가 증가하면 할수록 많은 에너지가 필요하고, 에너지 손실은 더욱 더 증가합니다. 이러한 이유로 갈바노미터 스캐너의 래스터 스캔 왕복회전속도는 40Hz 가 일반적인 조건에서 한계로 알려져 있다.

공개특허 10-2008-0098811 (공개일 : 2008년11월12일)

본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치는 모터의 속도 제어에대한 부담을 줄이고 스캔왕복회전속도를 증가시키기 위한 것이다.

본 출원의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 타겟을 향하여 빔을 반사하는 반사 미러; 상기 반사 미러와 연결되어 상기 반사 미러를 제1 회전축을 중심으로 정회전 및 역회전시키는 제1 구동부; 및 상기 반사 미러 및 상기 제1 구동부와 연결되어 상기 반사 미러를 상기 제1 회전축과 수직하는 제2 회전축을 중심으로 회전시키는 제2 구동부를 포함하는 2차원 스캔 장치가 제공된다.

상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부의 동작에 따라 복수의 스캔 라인에 스캐닝이 이루어지는 동안, 상기 반사 미러의 표면의 반사 영역에서 빔의 반사가 이루어지며, 상기 반사 미러의 반사 영역은 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축의 교차점을 포함할 수 있다.

상기 제1 구동부는 래스터 라인(raster line)을 스캔닝하는 래스터 스캐닝을 수행하고, 상기 제1 구동부가 래스터 라인 전체를 스캐닝한 후 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부가 연동함으로써 수직 리트레이스를 수행할 수 있다.

상기 제1 구동부는 제1 모터를 포함하고, 상기 제1 모터의 구동축과 상기 반사 미러의 상기 제1 회전축은 서로 평행하고, 상기 제2 구동부는 제2 모터를 포함하고, 상기 제2 모터의 구동축과 상기 반사 미러의 상기 제2 회전축은 서로 동일할 수 있다.

상기 반사 미러가 상기 제1 회전축을 따라 정회전 및 역회전하는 동안 상기 제1 모터는 일방향으로 회전할 수 있다.

상기 제1 모터의 회전속도는 상기 제2 모터의 회전속도보다 빠르며, 상기 제1 모터의 회전속도는 일정할 수 있다.

상기 제1 구동부는, 지지부재의 제1측에 고정되고 구동축이 상기 지지부재의 제1측을 관통하는 제1 모터, 상기 제1 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 크랭크, 및 상기 크랭크와 상기 반사 미러를 연결하는 로드(rod)를 포함할 수 있다.

상기 제2 구동부는 제2 모터와 상기 제2 모터의 회전에 따라 회전하는 상기 지지부재를 포함하며, 상기 반사 미러의 제1 회전축이 서로 마주보는 상기 지지부재의 제1측 및 제2측에 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치는 하나의 반사 미러를 통하여 2차원 스캔을 수행하므로 모터의 속도 제어에 대한 부담을 줄이고 스캔왕복회전속도를 증가시킬 수 있다.

본 출원의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치의 사시도를 나타낸다.
도 3은 제1 구동부의 동작 원리 및 동작 상태를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 각각 일반적인 2차원 스캔 장치와 본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치를 나타낸다.
도 6은 래스터 스캔(raster scan)을 나타낸다.
도 7은 래스터 스캐닝에서 X축 갈바노미터의 동작을 나타낸다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치의 사시도를 나타낸다. 도 1 및 도 2의 사시도는 서로 다른 방향에서 바라본 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치는 반사 미러(mirror)(110), 제1 구동부(130) 및 제2 구동부(150)를 포함한다.

반사 미러(110)는 타겟을 향하여 빔(beam)을 반사한다. 즉, 반사 미러(110)는 입사빔을 반사하여 반사빔을 생성할 수 있다. 타겟은 스크린일 수도 있고, 물체, 사람 또는 동식물일 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1 및 도 2에는 도시되어 있지 않으나 본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치는 빔을 방출하는 빔 소스(source)을 더 포함할 수 있다. 이 때 빔은 레이저일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 구동부(130)는 반사 미러(110)와 연결되어 반사 미러(110)를 제1 회전축을 중심으로 정회전 및 역회전시킨다. 이 때 정회전이 시계방향이면 역회전은 반시계방향이고, 정회전이 반시계방향이면 역회전은 시계방향일 수 있다.

이 때 제1 구동부(130)는 제1 모터(131), 크랭크(133) 및 로드(rod)(135)를 포함할 수 있다. 제1 모터(131)는 지지부재(151)의 제1측에 고정되고 제1 모터(131)의 구동축이 지지부재(151)의 제1측을 관통할 수 있다. 크랭크(133)는 제1 모터(131)의 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 로드(135)는 크랭크(133)와 반사 미러(110)를 연결할 수 있다.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 크랭크(133)가 회전하면 크랭크(133)의 둘레에 연결된 로드(135)가 물체를 당기거나 밀게 됨에 따라 물체가 직선운동을 하게 된다.

도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 모터(131)와 크랭크(133)가 회전수 조정을 위한 평기어와 기어축을 통하여 연결되고, 로드(135)는 크랭크(133)와 반사 미러(110)의 일측에 연결될 수 있다. 반사 미러(110)의 제1 회전축은 지지부재(151)에 위치가 고정된다. 제1 모터(131)의 동작에 따라 크랭크(133)가 회전하면 로드(135)가 반사 미러(110)를 당기거나 밀게 되고, 이에 따라 반사 미러(110)는 제1 회전축을 중심으로 정회전 및 역회전하게 된다.

도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 모터(131)가 일방향으로 회전하면 로드(135)가 반사미러를 당기고 밀기 때문에 반사미러는 정회전 및 역회전을 하게 된다.

제1 모터(131)의 구동축과 크랭크(133)의 연결은 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 모터(131)의 구동축이 크랭크(133)에 직접 연결되었으나 도 3에서는 제1 모터(131)의 구동축과 크랭크(133)가 평기어를 통하여 연결될 수 있다.

한편, 제2 구동부(150)는 반사 미러(110) 및 제1 구동부(130)와 연결되어 반사 미러(110)를 제1 회전축과 수직하는 제2 회전축을 중심으로 회전시킨다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 구동부(150)는 제2 모터(153)와 제2 모터(153)의 회전에 따라 회전하는 지지부재(151)를 포함할 수 있다.

제2 모터(153)의 구동축은 지지부재(151)에 연결되고, 제2 모터(153)의 구동축의 회전에 따라 지지부재(151)가 회전할 수 있다. 이 때 반사 미러(110)의 제1 회전축이 서로 마주보는 지지부재(151)의 제1측 및 제2측에 연결될 수 있다. 지지부재(151)의 제3측은 제1측 및 제2측과 연결되어 ㄷ 자 형상을 지닐 수 있으며, 제2 모터(153)의 구동축은 지지부재(151)의 제3측에 연결될 수 있다.

이와 같은 제2 구동부(150)의 구조에 따라 지지부재(151)가 회전하면 반사 미러(110) 역시 회전하게 된다. 즉, 반사미러의 제2 회전축은 제2 모터(153)의 구동축과 동일할 수 있다.

이상에서 설명된 제1 구동부(130) 및 제2 구동부(150)에 따라 반사 미러(110)는 서로 수직한 제1 회전축 및 제2 회전축을 따라 회전할 수 있으므로 2차원 스캔이 구현될 수 있다.

도 4 및 도 5는 각각 일반적인 2차원 스캔 장치와 본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치를 나타낸다. 도 5는 동작 원리를 설명하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치를 간단하게 표시한 것으로서 지지부재(151), 크랭크(133) 및 로드(135)가 도시되어 있지 않다.

도 4에 도시된 바와 같이, 일반적인 2차원 스캔 장치는 2개의 반사 미러를 가지고 있으며, 반사 미러마다 하나의 모터가 연결되어 반사 미러가 구동될 수 있다. 이에 따라 입사빔이 x 축 및 y 축으로 이루어진 2차원 평면에 조사될 수 있다.

도 4에서도 볼 수 있듯이 반사 미러의 이동(각도 변화)에 따라 두 반사 미러 사이의 거리가 조금씩 변하는데 이로 인해 실제 빔의 위치는 정사각형이 아닌 왜곡(distortion)될 수 있다. 즉, 제1 반사 미러 및 제2 반사 미러가 빔을 스크린의 중앙 및 스크린의 좌우측 외곽으로 반사할 때 각도 Φ1 및 각도 Φ2가 형성되므로 2개의 반사 미러를 사용하는 스캔 장치의 구조상 베게모양(pillow-shaped)의 왜곡이 발생할 수 있다.

이에 비하여 도 5의 본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치는 앞서 설명된 바와 같이 하나의 반사 미러(110)를 통하여 2차원 스캔이 이루어지므로 도 4의 각도 Φ1 및 각도 Φ2가 형성되지 않는다. 즉, 제1 구동부(130) 및 제2 구동부(150)의 동작에 따라 복수의 스캔 라인에 스캐닝이 이루어지는 동안, 제1 회전축 및 제2 회전축이 교차하는 반사 미러(110)의 한 지점에서 빔의 반사가 이루어질 수 있다. 이에 따라 도 4의 베게모양(pillow-shaped)의 왜곡이 발생하지 않음을 알 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 2차원 스캔의 일종인 래스터 스캔은 x 축 및 y 축으로 이루어진 평면을 스캔할 수 있다. 하나의 프레임은 복수의 래스터 라인(raster line)으로 이루어지고, 각 래스터 라인에는 픽셀(pixel)이 배치될 수 있다. 래스터 라인은 x 축에 평행하므로 도 1 및 도 2의 제1 구동부(130)는 래스터 라인(raster line)을 스캔닝하는 래스터 스캐닝을 수행할 수 있다.

수평 리트레이스(horizontal retrace)는 하나의 래스터 라인에서 다음 래스터 라인으로의 첫 번째 픽셀로 이동하는 것이므로 x 좌표 및 y 좌표가 모두 변하므로 제1 구동부(130) 및 제2 구동부(150)가 연동함으로써 수평 리트레이스 가 수행될 수 있다.

제1 구동부(130)가 래스터 라인 전체를 스캐닝한 후 수직 리트레이스(vertical retrace)를 통하여 다시 처음 래스터 라인으로 이동한다. 즉, 마지막 래스터 라인의 마지막 픽셀 위치(m,n)에서 처음 래스터 라인의 처음 픽셀 위치(1,1)로 이동해야 하므로 x 좌표 및 y 좌표가 모두 변한다. 따라서 제1 구동부(130) 및 제2 구동부(150)가 연동함으로써 수평 리트레이스가 수행될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 구동부(130)는 제1 모터(131)를 포함하고, 제1 모터(131)의 구동축과 반사 미러(110)의 제1 회전축은 서로 평행할 수 있다. 또한 제2 구동부(150)는 제2 모터(153)를 포함하고, 제2 모터(153)의 구동축과 반사 미러(110)의 제2 회전축은 서로 동일할 수 있다.

제1 모터(131)는 크랭크(133)와 로드(135)를 통하여 반사 미러(110)의 구동력을 전달하므로 제1 모터(131)의 구동축과 반사 미러(110)의 제1 회전측을 평행하여 이격될 수 았다.

제2 모터(153)는 지지부재(151)에 연결되고 지지부재(151)의 회전에 따라 지지부재(151)에 구비된 반사 미러(110)가 회전되므로 제2 모터(153)의 구동축과 반사 미러(110)의 제2 회전축은 서로 동일할 수 있다.

또한 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 구동부(130)의 크랭크(133)와 로드(135)는 제1 모터(131)가 일방향으로 회전하더라도 반사 미러(110)를 제1 회전축을 따라 정회전 및 역회전시킬 수 있다.

앞서 [발명의 배경이 되는 기술]에서 설명된 바와 같이, X축 갈바노미터는 제한된 각도에서 빠른 속도로 왕복운동을 해야 하는데, 여기서 방향을 바꾸기 위해서 감속 /브레이크/가속 등의 모터 전류 제어 알고리즘을 통해서 이루어지며, 이 과정에서 에너지 손실이 매우 크고 발열이 발생한다. 이에 따라 갈바노미터 스캐너의 래스터 스캔 왕복회전속도는 40Hz 가 일반적인 조건에서 한계로 알려져 있다.

반면에 본 발명의 실시예에 따른 2차원 스캔 장치는 제1 모터(131)의 일방향 회전에 따라 크랭크(133)와 로드(135)를 통하여 반사 미러(110)가 정회전 및 역회전이 수행되므로 일반적인 X축 갈바노미터의 감속/브레이크/가속이 필요하지 않다. 따라서 제1 모터(131)의 회전속도는 제2 모터(153)의 회전속도보다 빠르며, 제1 모터(131)의 회전속도는 일정할 수 있다. 또한 제1 모터(131)의 감속/브레이크/가속 동작이 필요하지 않으므로 래스터 스캔의 왕복회전속도 40Hz를 뛰어넘을 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 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.

반사 미러(110)
제1 구동부(130
제1 모터(131)
크랭크(133)
로드(rod)(135)
제2 구동부(150)
지지부재(151)
제2 모터(153)

Claims

타겟을 향하여 빔을 반사하는 반사 미러;
상기 반사 미러와 연결되어 상기 반사 미러를 제1 회전축을 중심으로 정회전 및 역회전시키는 제1 구동부; 및
상기 반사 미러 및 상기 제1 구동부와 연결되어 상기 반사 미러를 상기 제1 회전축과 수직하는 제2 회전축을 중심으로 회전시키는 제2 구동부를 포함하고,
상기 제1 구동부는, 지지부재의 제1측에 고정되고 구동축이 상기 지지부재의 제1측을 관통하는 제1 모터, 상기 제1 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 크랭크, 및 상기 크랭크와 상기 반사 미러를 연결하는 로드(rod)를 포함하며,
상기 제2 구동부는 제2 모터와 상기 제2 모터의 회전에 따라 회전하는 상기 지지부재를 포함하고,
상기 반사 미러의 제1 회전축이 서로 마주보는 상기 지지부재의 제1측 및 제2측에 연결되며,
상기 제1 모터는 상기 지지부재에 고정되어 상기 제2 모터의 회전에 따라 상기 지지부재와 함께 회전하며,
상기 지지부재의 제3측은 상기 제1측 및 상기 제2측과 연결되고, 상기 제2 모터의 구동축은 상기 지지부재의 제3측에 연결되며,
상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부의 동작에 따라 복수의 스캔 라인에 스캐닝이 이루어지는 동안, 상기 제1 회전축 및 상기 제2 회전축이 교차하는 상기 반사 미러의 한 지점에서 빔의 반사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부의 동작에 따라 복수의 스캔 라인에 스캐닝이 이루어지는 동안, 상기 반사 미러의 표면의 반사 영역에서 빔의 반사가 이루어지며,
상기 반사 미러의 반사 영역은 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축의 교차점을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동부는 래스터 라인(raster line)을 스캔닝하는 래스터 스캐닝을 수행하고,
상기 제1 구동부가 래스터 라인 전체를 스캐닝한 후 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부가 연동함으로써 수직 리트레이스를 수행하는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 구동부는 제1 모터를 포함하고, 상기 제1 모터의 구동축과 상기 반사 미러의 상기 제1 회전축은 서로 평행하고,
상기 제2 구동부는 제2 모터를 포함하고, 상기 제2 모터의 구동축과 상기 반사 미러의 상기 제2 회전축은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 장치.
제4항에 있어서,
상기 반사 미러가 상기 제1 회전축을 따라 정회전 및 역회전하는 동안 상기 제1 모터는 일방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 모터의 회전속도는 상기 제2 모터의 회전속도보다 빠르며,
상기 제1 모터의 회전속도는 일정한 것을 특징으로 하는 2차원 스캔 장치.
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