KR20010097143A - Apparatus and its method for displacement measurement by optical process - Google Patents

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KR20010097143A KR1020000020959A KR20000020959A KR20010097143A KR 20010097143 A KR20010097143 A KR 20010097143A KR 1020000020959 A KR1020000020959 A KR 1020000020959A KR 20000020959 A KR20000020959 A KR 20000020959A KR 20010097143 A KR20010097143 A KR 20010097143A
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Abstract

광학적 방법에 의한 변위 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물체의 움직임에 따라 움직이도록 연결된 광학헤드에서 발생되는 레이저빔을 기판 위에 조사하여 반사되는 레이저빔을 포토디텍터로 검출한 후 신호처리를 통하여 이동거리를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것으로,The present invention relates to a displacement measuring apparatus and method by an optical method, and more particularly, to a laser beam generated from an optical head connected to move according to the movement of an object on a substrate, and detecting a reflected laser beam with a photodetector, followed by signal processing. Apparatus and method for measuring a moving distance through

반사도가 다른 피트(1)와 랜드(2)로 구성된 기판(7)과, 상기 기판(7)에 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생장치(8)를 포함한 광학장치로 구성된 광학헤드뭉치(20)와 상기 기판(7)으로부터 반사된 레이저빔을 감지하는 포토디텍터(16)를 포함하는 마이켈슨 간섭계로 구성됨을 특징으로 하여,An optical head bundle 20 composed of an optical device including a substrate 7 composed of pits 1 and lands 2 having different reflectances, and a laser generator 8 for generating a laser beam on the substrate 7; Characterized in that it consists of a Michelson interferometer including a photo detector 16 for sensing the laser beam reflected from the substrate (7),

자기장이 발생되는 장소 및 측정 부위에 금속물체가 간섭이 될 경우도 측정이 가능하며 측정범위가 0.1mm에서 수 미터에 이르고 측정거리의 길고 짧음에 무관하게 전 측정범위에 걸쳐 똑같은 측정정도를 갖는다. 또한 기계적인 장치가 지원되면 측정정도를 떨어뜨리지 않고 측정범위를 얼마든지 늘일 수 있는 효과가 있게 된다.Measurements can also be made when metal objects interfere with the magnetic field and the measuring site. The measuring range is 0.1mm to several meters and the same measurement accuracy is measured over the entire measuring range regardless of the long and short measuring distance. In addition, if a mechanical device is supported, the measuring range can be extended without any deterioration.

Description

광학적 방법에 의한 변위 측정장치 및 방법{Apparatus and its method for displacement measurement by optical process}Apparatus and its method for displacement measurement by optical process

본 발명은 광학적 방법에 의한 변위 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물체의 움직임에 따라 움직이도록 연결된 광학헤드에서 발생되는 레이저빔을 기판 위에 조사하여 반사되는 레이저빔을 포토디텍터로 검출한 후 신호처리를 통하여 이동거리를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring displacement by an optical method, and more particularly, by detecting a laser beam reflected by a photodetector by irradiating a laser beam generated from an optical head connected to move according to an object movement. An apparatus and method for measuring a moving distance through post-signal processing are disclosed.

종래에는 LVDT(Linear Variable Differential Transducer)를 사용하여 정지되어 있거나 움직이는 물체의 위치를 측정하는 기술(미국특허 제 5,708,298호, 미국특허 제 4,982,156호, 미국특허 제 4,514,689호, 미국특허 제 4,467,320호, 미국특허 제 5,767,670호 등)이 널리 사용되었다. 그러나 상기 LVDT 측정장치는 측정범위 내에서는 우수하지만 측정범위를 벗어난 경우에는 측정정도가 현저히 떨어질 뿐만 아니라, 상기 LVDT 측정장치를 설치한 후 금속성의 물체가 근처에서 간섭이 되게 되면 측정이 어렵고 심할 경우에는 측정이 불가능하게 된다. 또 LVDT는 주위의 온도가 변할 경우 측정정도가 심하게 변하기 때문에 온도변화가 심한 위치에는 사용이 어렵고, 주위에 전자기장이 있으면 이를 효과적으로 차단해주어야 한다.Conventionally, a technique for measuring the position of a stationary or moving object using a linear variable differential transducer (LVDT) (US Pat. No. 5,708,298, US Pat. No. 4,982,156, US Pat. No. 4,514,689, US Pat. No. 4,467,320, US Pat. 5,767,670, etc.) have been widely used. However, the LVDT measuring device is excellent within the measuring range, but when the measuring range is out of range, the measuring accuracy is notably reduced, and when the metallic object is interfered in the vicinity after the LVDT measuring device is installed, the measuring is difficult and severe. Measurement becomes impossible. In addition, LVDT is difficult to use in the place of severe temperature change because the measurement accuracy changes severely when the surrounding temperature changes, and if there is an electromagnetic field around it, it should be effectively blocked.

다른 종래기술로는 측정 또는 발신코일을 새긴 여러 개의 기판을 병렬로 연결한 후, 상기 기판들 가운데로 정지 또는 움직이는 물체와 연결된 코아의 위치에 따라 상기 물체의 위치를 측정하는 장치(미국특허 제 4,253,079호 등)는 측정 또는 발신코일을 새긴 여러 개의 기판을 병렬로 연결하는 신호선이 지나치게 많으며 복잡한 연결을 해야하는 제작상의 어려움이 있다. 그리고 전자기장이 있으면 이를 효과적으로 차단해주어야 한다.Another conventional technology is a device for measuring the position of the object in accordance with the position of the core connected to a stationary or moving object in the center of the substrate after connecting a plurality of substrates having a measuring or transmitting coil in parallel (US Patent No. 4,253,079). Call, etc.) has too many signal lines to connect several boards with measuring or transmitting coils in parallel, and there is a difficulty in making a complicated connection. If there is an electromagnetic field, it must be effectively blocked.

또한 코드트랙 트랜듀서(Code Track Transducer)(미국특허 제 5,841,244호, 미국특허 제 5,886,513호)는 코드트랙 발신기(Code Track Transmitter)와 최소한 1개 이상의 코드트랙 수신기(Code Track Receiver)로 구성되어 있으며, 측정범위 내에서는 정밀한 측정이 가능하지만, 주위의 전자기장의 영향을 받아 그 측정정도를 저하시킨다.In addition, the code track transducer (Code Track Transducer) (U.S. Patent No. 5,841,244, U.S. Patent No. 5,886,513) is composed of a Code Track Transmitter and at least one Code Track Receiver. Precise measurement is possible within the measurement range, but the measurement accuracy is degraded under the influence of surrounding electromagnetic fields.

인덕토신(Inductosyns)(Sensors, A comprehensive Survey, 제 5권, 275∼276쪽)은 스케일과 슬라이더로 구성되어 있으며 상기 스케일 위에 상기 슬라이더가 움직임을 감지하여 정지 또는 움직이는 물체의 위치를 측정하게 되는데, 기계적인 움직임이 불규칙한 경우와 먼지가 많이 끼인 경우에는 측정정도가 떨어지는 단점이 있다.Inductosyns (Sensors, A comprehensive Survey, Vol. 5, pp. 275-276) consists of a scale and a slider, and the slider detects movement on the scale to measure the position of a stationary or moving object. In the case of irregular mechanical movement and a lot of dust, the measurement accuracy is reduced.

본 발명은 상기와 같은 종래기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 측정범위가 증가하면 측정 정밀도가 떨어지고 전자기장의 영향 및 먼지나 이물질에 의해 측정이 장해를 받는 문제를 해결하도록 하는 광학적 방법에 의한 변위 측정장치 및 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention has been invented to solve the above problems in the prior art, an optical method that solves the problem that measurement accuracy decreases as the measurement range increases, and the measurement is disturbed by the influence of electromagnetic fields and dust or foreign matter. It is an object of the present invention to provide a displacement measuring apparatus and method.

도 1은 본 발명에 의한 변위 측정장치의 구조도,1 is a structural diagram of a displacement measuring apparatus according to the present invention,

도 2는 도 1에 도시된 기판의 A-A 단면도,2 is a cross-sectional view A-A of the substrate shown in FIG. 1;

도 3은 마이켈슨(Michelson) 간섭계의 구성도,3 is a block diagram of a Michelson interferometer,

도 4는 기판에서 레이저빔의 반사도,4 is a reflectance of the laser beam on the substrate,

도 5a와 도 5b는 포토디텍터(Photodetector)에서 감지된 신호도,5A and 5B are signal diagrams detected by a photodetector,

도 6은 기계적인 오차를 보정하기 위한 신호처리 회로도,6 is a signal processing circuit diagram for correcting mechanical error;

도 7은 변위 측정을 위한 신호처리 회로도,7 is a signal processing circuit diagram for displacement measurement;

도 8a와 도 8b는 세그넥(Segnac)간섭계를 이용한 변위 측정장치 개략도,8A and 8B are schematic views of a displacement measuring device using a Segnac interferometer,

도 9a와 도 9b는 세그넥 간섭계의 센서헤드의 일실시예,9A and 9B illustrate an embodiment of a sensor head of a Segneck interferometer,

도 10은 회전속도 및 각도측정을 위한 회전기판의 표면도.10 is a surface view of a rotating substrate for measuring the rotational speed and angle.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1,1a : 피트(Pit) 2,2a : 랜드(Land)1,1a: Pit 2,2a: Land

3 : 폴리카보네이트(Polycarbonate) 4 : 알루미늄 반사층3: polycarbonate 4: aluminum reflective layer

5 : 보호층 6 : 레이저빔(Laser beam)5: protective layer 6: laser beam

7 : 기판 8 : 레이저 발생장치(Laser Diode)7 substrate 8 laser diode

9 : 회절격자 (Diffraction Grating)9: diffraction grating

10 : 분광기(Polarizing Beam Splitter)10: Polarizing Beam Splitter

11 : 편광렌즈(Collimator Lens)11: polarizer lens

12 : 1/4파장판(1/4 Collimator Lens) 13 : 대물렌즈12: 1/4 Collimator Lens 13: Objective Lens

14 : 오목형 싱글릿 렌즈(Concave Singlet Lens)14: Concave Singlet Lens

15 : 원기둥 렌즈 16 : 포토디텍터(Photodetector)15: cylindrical lens 16: photodetector

17 : 기계적 연결수단 18 : 이동방향17: mechanical connecting means 18: direction of movement

19 : 가이드(Guide)19: Guide

20 : 광학헤드뭉치(Optical Head Assembly)20: Optical Head Assembly

21 : 감지된 레이저빔 22 : 기판 보호대21: detected laser beam 22: substrate protector

23, 23a : 센서헤드(Sensor Head)23, 23a: Sensor Head

24 : 광 아이솔레이터(Optical Isolator)24: Optical Isolator

25, 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f : 광섬유(Optical Fiber)25, 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f: Optical Fiber

26, 26a, 26b : 광섬유 커플러(Optical Fiber Coupler)26, 26a, 26b: Optical Fiber Coupler

27, 27a, 27b : 위상변환기(Phase Modulator)/위상지연기(Phase Delay Unit)27, 27a, 27b: Phase Modulator / Phase Delay Unit

28 : 디지털 신호처리기(Digital Signal Processing unit)28: Digital Signal Processing Unit

29 : 실린더 30 : 피스톤29 cylinder 30 piston

31,32 : 반사판 33 : 회전기판31,32: reflector 33: rotating substrate

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학적 방법에 의한 변위 측정장치 및 방법은, 반사도가 다른 피트(1)와 랜드(2)로 구성된 기판(7)과, 상기 기판(7)에 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생장치(8)를 포함한 광학장치로 구성된 광학헤드뭉치(20)와 상기 기판(7)으로부터 반사된 레이저빔을 감지하는 포토디텍터(16)를포함하는 마이켈슨 간섭계로 구성됨을 특징으로 한다.Displacement measuring device and method according to the optical method of the present invention for achieving the above object is a substrate (7) consisting of a pit (1) and land (2) having different reflectivity, and a laser beam on the substrate (7) And a Michelson interferometer including an optical head bundle 20 composed of an optical device including a laser generating device 8 for generating the photodetector 16 for detecting a laser beam reflected from the substrate 7. do.

또한 본 발명은 간섭계로서, 레이저 발생장치(8)와 광 아이솔레이터(24)와 광섬유(25)와 광섬유 커플러(26)와 위상변환기/위상지연기(27)와 디지털 신호처리기(28)와 센서헤드(23)로 구성된 세그넥 간섭계를 이용함을 특징으로 한다.In addition, the present invention is an interferometer, the laser generator 8, the optical isolator 24, the optical fiber 25, the optical fiber coupler 26, the phase shifter / phase delay 27, the digital signal processor 28 and the sensor head Characterized in that it uses a Segneck interferometer consisting of (23).

또한 본 발명은 레이저 발생장치(8)와 회절격자(9), 분광기(10), 편광렌즈(11), 1/4파장판(12), 대물렌즈(13), 오목형 싱글릿 렌즈(14), 원기둥 렌즈(15) 그리고 포토디텍터(16)를 포함하는 마이켈슨 간섭계를 이용함을 특징으로 한다.In addition, the present invention is a laser generator (8), diffraction grating (9), spectrometer (10), polarizing lens (11), quarter wave plate (12), objective lens (13), concave singlet lens (14). ), A Michelson interferometer including a cylindrical lens 15 and a photo detector 16 is used.

또한 본 발명은 상기 세그넥 간섭계에서 세 개의 광섬유 커플러(26),(26a),(26b)와 두 개의 의 위상변환기/위상지연기(27a),(27b) 그리고 두 개의 레이저빔을 기판(7)에 조사하는 센서헤드(23a)로 구성된 상기 세그넥 간섭계를 사용함을 특징으로 한다.The present invention also provides three optical fiber couplers 26, 26a and 26b, two phase shifters / phase delays 27a and 27b and two laser beams in the Segneck interferometer. The Segneck interferometer consisting of a sensor head (23a) irradiated to) is used.

또한 본 발명은 상기 센서헤드(23),(23a)를 실린더(29)에 고정시키고 반사판(32) 및 피트(1a)와 랜드(2a)가 부착된 피스톤(30)이 움직이면서 물체의 이동을 측정함을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the sensor heads 23 and 23a are fixed to the cylinder 29, and the reflector 32 and the piston 30 to which the pit 1a and the land 2a are attached measure the movement of an object. It is characterized by.

또한 본 발명은 기판(7) 대신에 회전기판(32)을 사용함을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized by using a rotary substrate 32 instead of the substrate (7).

또한 본 발명은 레이저 발생장치(8)에서 발생된 레이저빔이 회절격자(9)와 분광기(10), 편광렌즈(11), 1/4파장판(12), 대물렌즈(13)를 차례로 통과하여 기판(7) 위에 조사된 후, 상기 기판(7)에서 반사되는 상기 레이저빔이 다시 상기 대물렌즈(13), 1/4파장판(12), 편광렌즈(11), 분광기(10)를 각각 거쳐서오목렌즈(14)와 원기둥 렌즈(15)를 지나는 마이켈슨 간섭계를 사용하여 상기 반사된 레이저빔이 포토디텍터(16)에 상기 레이저빔의 상이 맺히게 되는데, 상기 포토디텍터(16)에 감지된 레이저빔(21)의 초점을 맞추기 위한 신호처리부를 거친 후, 변위측정을 위한 신호처리부에서 연산기(33a), (33b), (33c)로 출력값을 계산함을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the laser beam generated by the laser generator 8 passes through the diffraction grating 9, the spectrometer 10, the polarizing lens 11, the quarter-wave plate 12, and the objective lens 13. After irradiating onto the substrate 7, the laser beam reflected from the substrate 7 again returns the objective lens 13, the quarter-wave plate 12, the polarizing lens 11, and the spectroscope 10. The reflected laser beam forms an image of the laser beam on the photodetector 16 by using a Michelson interferometer passing through the concave lens 14 and the cylindrical lens 15, respectively, which is detected by the photodetector 16. After passing through the signal processor for focusing the laser beam 21, the signal processor for displacement measurement is characterized by calculating the output value with the calculator (33a), (33b), (33c).

또한 본 발명은 레이저 발생장치(8)에서 방출된 레이저빔이 광섬유(25)로 연결된 광 아이솔레이터(24), 광섬유커플러(26), 위상변환기/위상지연기(27)를 통과하여 센서헤드(23)로 전달되어 기판(1) 위에 조사된 후, 반사된 레이저빔이 다시 상기 센서헤드(23), 위상변환기(27), 광섬유커플러(26)를 되돌아 나오는 세그넥 간섭계를 사용하여 상기 반사된 레이저빔이 포토디텍터(16)에 감지됨을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the laser beam emitted from the laser generator 8 passes through the optical isolator 24, the optical fiber coupler 26, the phase shifter / phase delay 27 connected to the optical fiber 25, and the sensor head 23. After being transmitted to the substrate 1 and irradiated onto the substrate 1, the reflected laser beam is again reflected using the Segneck interferometer which exits the sensor head 23, the phase shifter 27, and the optical fiber coupler 26. A beam is detected by the photodetector 16.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.

도 1은 본 발명에 의한 변위 측정장치의 구조도로서, 변위를 측정하고자 하는 물체와 함께 움직일 수 있도록 광학헤드뭉치(20, Optical Head Assembly)를 상기 물체와 기계적으로 연결하여 상기 물체가 직선운동을 할 때 가이드(19, Guide)를 따라 움직일 수 있도록 한다.1 is a structural diagram of a displacement measuring apparatus according to the present invention, by connecting the optical head assembly (20, Optical Head Assembly) with the object to move together with the object to measure the displacement to the linear motion When you move along the guide (19).

또한 상기 광학헤드뭉치(20)는 레이저빔을 발생시킬 수 있는 여러 개의 레이저 발생장치를 포함하며, 상기 레이저 발생장치로부터 발생된 레이저빔(6)이 기판(7) 위에 기록된 피트(1, Pit)와 랜드(2,Land)에 조사된다.In addition, the optical head bundle 20 includes a plurality of laser generators capable of generating a laser beam, and the pits 1 and Pit in which the laser beam 6 generated from the laser generator is recorded on the substrate 7. ) And land (2, Land).

도 2는 도 1에서 도시된 기판(7)의 A-A 단면도로서 그 제작 방법은 다음과같다.FIG. 2 is a sectional view taken along line A-A of the substrate 7 shown in FIG. 1, and the fabrication method thereof is as follows.

먼저, 피트(1)를 담은 마스터 테이프(Master Tape)를 만들고, 소다 유리를 이용하여 유리의 표면을 평평하게 만들고 깨끗한 상태로 말린다. 상기 유리의 원판은 기판(7)의 크기 즉, 측정하고자 하는 측정범위에 따라 길이를 정하며, 그 넓이(w)는 레이저빔(6)의 파장보다 훨씬 크게 제조한다.First, a master tape containing the pit 1 is made, and the surface of the glass is flattened and dried in a clean state using soda glass. The disc of glass is defined in length according to the size of the substrate 7, that is, the measurement range to be measured, and the width w is made much larger than the wavelength of the laser beam 6.

상기 피트(1)를 만들기 위하여 포토레지스트(Potoresist)를 상기 유리판에 110∼120nm 만큼 덮는다. 프리마스터링(Premastering)에서 만든 상기 마스터 테이프에 담은 상기 피트(1)에 맞게 변조해서 빛을 유리판에 쐬도록 하는데, 빛을 받은 부분은 물에 녹지 않고, 빛을 받지 않은 곳은 물에 녹는 원리를 이용하여 상기 피트(1)를 만드는 글래스 마스터(Glass Master)를 제조한다.In order to make the pit 1, a photoresist is covered by the glass plate by 110 to 120 nm. The light is modulated to fit the pit (1) in the master tape made by premastering, and the light is transmitted to the glass plate, where the lighted part is not dissolved in water, and the lighted part is dissolved in water. A glass master for making the pit 1 is manufactured.

상기 글래스 마스터는 부도체이기 때문에 표면에 니켈(Ni)을 입혀 전도체인 파더(Father)를 만들고, 상기 파더에 니켈 도금처리를 한 뒤에 떼어내면 마더(Mother)가 된다. 상기 마더에 다시 니켈 도금한 뒤, 분리한 것이 스탬퍼(Stamper)이며, 폴리카보네이트(3, Polycarbonate)를 녹여 액체로 만든 뒤 기판을 찍어낼 때 사용한다. 상기 폴리카보네이트(3) 위에 알루미늄 반사층(4)을 입히고 상기 알루미늄 반사층(4)을 보호하는 보호층(5)을 덧입힌다. 상기 알루미늄 대신에 구리, 금 또는 다른 종류의 금속도 사용 가능하다.Since the glass master is an insulator, nickel is coated on the surface to form a conductor, which is a conductor, and after the nickel plating is applied to the father, the glass master is a mother. Nickel-plated on the mother again, the separated is a stamper (Stamper), it is used to melt the polycarbonate (3, Polycarbonate) to make a liquid and then dip the substrate. An aluminum reflective layer 4 is coated on the polycarbonate 3 and a protective layer 5 which protects the aluminum reflective layer 4 is coated. Copper, gold or other metals may also be used instead of the aluminum.

마지막으로 불량품을 검사한 뒤, 기판 보호대(22)에 부착함으로써 완성된다.Finally, after inspecting the defective article, it is completed by attaching to the substrate protector 22.

이렇게 완성된 기판(7) 내에 새겨진 피트(1)와 랜드(2)에 레이저빔(6)을 조사하는데 상기 기판(7)에 있는 폴리카보네이트(3)는 그 자체로서 광학계의 일종으로 작용하며, 공기에서의 반사율이 1.0 일 때, 상기 폴리카보네이트(3)의 빛의 반사율은 1.55가 된다. 또한 상기 폴리카보네이트(3)에서 상기 레이저빔(6)이 투사할 경우 표면에서 큰 각도로 반사하게 되는데, 예를 들면 입사하는 약 800 ㎛에 달하는 레이저빔(6)의 초기 입사점(Incident Spot)은 알루미늄 반사층에서 약 1.7 ㎛으로 작아져서 초점이 모아지게 되어, 먼지나 스크레치(Scratch)에 영향을 적게 받게 된다.The laser beam 6 is irradiated to the pit 1 and the land 2 engraved in the completed substrate 7 so that the polycarbonate 3 in the substrate 7 acts as a kind of optical system. When the reflectance in air is 1.0, the reflectance of light of the polycarbonate 3 is 1.55. In addition, when the laser beam 6 projects from the polycarbonate 3, the laser beam 6 is reflected at a large angle from the surface. For example, an initial incident spot of the laser beam 6 reaching about 800 μm is incident. The silver shrinks to about 1.7 μm in the aluminum reflective layer, causing focus to become less susceptible to dust and scratches.

본 발명에서 사용되는 레이저빔의 종류가 여러 가지 일 수 있지만, 본 발명과 관련하여 설명의 편의를 위하여 상기 레이저빔은 적외선 영역에 가까운 780nm의 파장을 갖는 AlGaAs 레이저 다이오드를 사용하며, 이 때 폴리카보네이트에서의 상기 레이저빔의 파장은 약 500 nm가 된다.The laser beam used in the present invention may be various, but for the sake of convenience in connection with the present invention, the laser beam uses an AlGaAs laser diode having a wavelength of 780 nm close to the infrared region, wherein a polycarbonate The wavelength of the laser beam at is about 500 nm.

도 3은 마이켈슨 간섭계의 구성도를 도시하고 있다.3 shows a schematic diagram of a Michelson interferometer.

레이저 발생장치(8, Laser Diode)에서 발생된 레이저빔은 회절격자(9, Diffraction Grating)를 통해 가운데 하나의 빔과 다른 두 개의 작은 빔으로 변환된다. 본 발명에서는 상기 회절격자(9) 뿐만 아니라, 빔 익스팬더(Beam Expander)를 사용할 수 있는데 이는 상기 레이저빔이 기판(7) 내에 새겨진 피트(1)와 랜드(2)를 읽는데 트랙을 벗어나지 않도록 피트(1)의 넓이, w1을 크게 제작했기 때문이다.The laser beam generated by the laser generator 8 is converted into one of the middle beams and two other small beams through a diffraction grating 9. In the present invention, not only the diffraction grating 9 but also a beam expander may be used, so that the laser beam reads the pit 1 and the land 2 engraved in the substrate 7 so as not to leave the track. It is because the width of 1) and w1 were made large.

상기 회절격자(9)를 통과한 레이저빔은 분광기(10, Polarizing Beam Splitter)를 지나 편광렌즈(11, Collimator Lens)를 통과하면서 평행광으로 변환된다. 상기 평행광은 1/4파장판(12, 1/4 Collimator Lens)을 지나면서원편광(Circularly Polarized Light)으로 변환되고, 대물렌즈(13)를 통하여 상기 기판(7) 위에 초점이 맞춰지게 된다.The laser beam passing through the diffraction grating 9 passes through a polarizing beam splitter 10 and is converted into parallel light while passing through a collimator lens 11. The parallel light is converted into circularly polarized light while passing through a 1/4 wavelength plate 12 and focused on the substrate 7 through the objective lens 13.

반사된 레이저빔이 다시 1/4파장판(12)을 통과하게 되고 방향은 그 반대가 되어, 분광기(10), 오목형 싱글릿 렌즈(14, Concave Singlet Lens)와 원기둥 렌즈(15, Cylindrical Lens)를 차례로 통하여 포토디텍터(16)에 상이 잡힌다.The reflected laser beam passes through the quarter wave plate 12 again and the direction is reversed. The spectrometer 10, the concave singlet lens 14 and the cylindrical lens 15 ) Is captured by the photodetector 16 in sequence.

도 4에서는 상기 레이저빔이 기판(7)의 피트(1)와 랜드(2)에 각각 조사되어 반사되는 파장의 경로를 도시한 것으로, 상기 기판(1) 내 위치한 상기 피트(2)의 높이 h2는 레이저빔(6) 파장의 1/4이 되도록 제작한다. 이는 상기 기판(7) 내의 랜드(2)에 조사된 레이저빔(6)의 경로가 피트(1)의 높이 h2의 2배인 상기 레이저빔(6)의 파장의 1/2이 되어, 상기 랜드(2)에서 반사된 레이저빔(6)은 상기 레이저빔의 파장의 1/2 만큼 지연되게 된다. 상기 랜드(2)에서 반사된 레이저빔은 상기 피트(1)에서 반사된 레이저빔과 정확하게 위상이 바뀐 상태가 되어 상기 두 빛은 상쇄가 되므로, 상기 피트(1)에서는 상기 레이저빔이 반사되지 않는다.In FIG. 4, a path of a wavelength at which the laser beam is irradiated and reflected on the pit 1 and the land 2 of the substrate 7, respectively, and the height h2 of the pit 2 located in the substrate 1 is illustrated. Is produced so that it becomes 1/4 of the wavelength of the laser beam 6. This means that the path of the laser beam 6 irradiated to the land 2 in the substrate 7 is 1/2 of the wavelength of the laser beam 6, which is twice the height h 2 of the pit 1, so that the land ( The laser beam 6 reflected in 2) is delayed by 1/2 of the wavelength of the laser beam. Since the laser beam reflected from the land 2 is in a state in which the laser beam reflected from the pit 1 is exactly out of phase and the two lights cancel each other, the laser beam is not reflected from the pit 1. .

도 5a는 대물렌즈(13)와 기판(7) 사이의 거리에 따른 포토디텍터(16)에서의 반응을 세 경우로 표시하고 있다. 여기에서 상기 대물렌즈(13)에서 상기 기판(7)으로 조사된 빛의 초점이 맞게 되면 포토디텍터(16)에 감지된 레이저빔(21)이 원형에 가까운 상이 되며, 상기 대물렌즈(13)와 기판(7) 사이의 거리가 가까워지게 되면 세로로 길쭉한 상이 맺히게 된다. 또한 상기 거리가 멀어지게 되면 가로로 긴 상이 맺힌다.FIG. 5A shows the reaction in the photodetector 16 according to the distance between the objective lens 13 and the substrate 7 in three cases. When the light irradiated from the objective lens 13 to the substrate 7 is focused, the laser beam 21 sensed by the photodetector 16 becomes a circular image, and the objective lens 13 and As the distance between the substrates 7 approaches, vertically elongated images are formed. In addition, when the distance increases, a long image is formed horizontally.

도 5b는 레이저빔이 랜드와 피트에 걸쳐서 조사된 경우(가), 랜드에만 조사된 경우(나), 피트와 랜드에 걸쳐서 조사된 경우(다), 피트에만 조사된 경우(라)에 따른 포토디텍터(16)에서의 감지된 반응을 도시한 것이다. 결론적으로 기판(7) 내에 새겨진 피트(1)와 랜드(2)에서 반사되는 레이저빔은 피트(1)에서는 반사가 되지 않지만 랜드(2)에서 반사가 되기 때문에 상기 피트(1)와 랜드(2)의 구별이 용이하며, 상기 도 5b에 도시된 세 가지의 서로 다른 신호를 사용하여 변위를 측정할 수 있다.FIG. 5B shows a photo according to the case where the laser beam is irradiated across the land and the pit (a), only the land is irradiated (b), the pit and the land is irradiated (c), and only the pit is irradiated (d) The sensed response at detector 16 is shown. In conclusion, the laser beam reflected from the pit 1 and the land 2 engraved in the substrate 7 is not reflected from the pit 1 but is reflected from the land 2, so that the pit 1 and the land 2 are reflected. ) Is easy to distinguish, and the displacement can be measured using three different signals illustrated in FIG. 5B.

또한 피트(1)의 넓이 t는 레이저빔(6)이 대물렌즈(13)와 기판(7) 사이에 초점이 정확히 맞았을 때의 상기 레이저빔의 직경 d가 동일한 크기를 갖도록 하며, 피트와 피트 사이의 간격은 피트의 넓이 t와 동일하도록 상기 기판(7)을 제작한다.In addition, the width t of the pit 1 causes the diameter d of the laser beam 6 to have the same size when the laser beam 6 is accurately focused between the objective lens 13 and the substrate 7, and the pit and the pit The substrate 7 is manufactured so that the interval between them is equal to the width t of the pit.

신호의 변화되는 상태를 살펴봄으로써 광학헤드뭉치(20)가 기판(7)의 아래에서 위로 움직이는지, 위에서 아래로 움직이는 지를 알 수 있는데, 좀 더 자세히 설명하면 상기 도 5b에서 포토디텍터(16)에 감지되는 신호의 패턴이 (가)→(나)→(다)→(라)로 변화하게 되면 상기 도 5b에 도시된 기판(7)의 하단에서 상단으로 이동하는 것이며, 반대로 (라)→(다)→(나)→(가)로 변화하게 되면 상기 기판(7)의 상단에서 하단으로 이동하는 것이다.By examining the changing state of the signal, it is possible to know whether the optical head bundle 20 moves from the bottom to the top of the substrate 7 or from the top to the bottom. More specifically, the photodetector 16 of FIG. When the pattern of the detected signal changes from (a) → (b) → (c) → (d), it moves from the bottom to the top of the substrate 7 shown in FIG. 5b, and vice versa. C) → (b) → (a) is to move from the top to the bottom of the substrate (7).

본 발명의 광학적 방법에 의한 변위 측정장치는 제작시 약간의 오차로 인하여 대물렌즈(13)와 기판(7) 사이에 초점이 맞지 않게 되는 경우에 도 6에 도시한 합산기와 감산기로 구성된 신호처리부를 이용하여 기계적인 오차에 의한 레이저빔의 초점을 조절한다. 또한 측정정도를 높이기 위하여 도 7에서 보여주는 신호처리부를 사용할 수 있다.Displacement measuring apparatus according to the optical method of the present invention is a signal processing unit composed of the adder and the subtractor shown in Figure 6 when the focus between the objective lens 13 and the substrate 7 is out of focus due to some errors in manufacturing To adjust the focus of the laser beam due to mechanical errors. In addition, the signal processor shown in FIG. 7 may be used to increase the measurement accuracy.

도 8a와 도 8b는 세그넥(Sagnac)간섭계를 이용한 변위 측정장치 및 방법을 나타내고 있는데, 도 8a는 하나의 광섬유 커플러를 사용하며 기판 위에 조사하는 레이저빔이 하나인 반면, 도 8b는 세 개의 광섬유 커플러를 사용하며 두 개의 레이저빔으로 변위를 측정하는 장치이다.8A and 8B show a displacement measuring apparatus and a method using a Sagnac interferometer. FIG. 8A uses one optical fiber coupler and one laser beam irradiated onto a substrate, while FIG. 8B shows three optical fibers. It is a device that uses a coupler and measures displacement with two laser beams.

먼저 도 8a를 살펴보면, 레이저 발생장치(8)에서 발생된 레이저빔은 광 아이솔레이터(24)를 거쳐서 광섬유(25)를 통하여 광섬유 커플러(26)를 통과하면서 두 개의 레이저빔으로 분기된다. 상기 광 아이솔레이터(24)는 필요에 따라서 사용하지 않을 수도 있다. 또한 상기 분기되어지는 빛의 양은 필요에 따라 달라질 수 있으며 주로 3dB 광섬유 커플러(26)를 사용하여 50:50으로 분기시킨다. 분기된 하나의 광섬유를 따라 이동되는 레이저빔은 반사판(31)에 반사되어 다시 광섬유 커플러(26)를 통과한 후 포토디텍터(16)로 보내어 진다. 한편, 다른 하나의 광섬유로 분기된 레이저빔은 위상변환기/위상지연기(27)를 거쳐서 센서헤드(23)를 지나 기판(7)에 새겨진 피트(1)나 랜드(2)에 조사된 후 반사되어 상기 광섬유 커플러(26)를 통해 상기 포토디텍터(16)로 보내진다.First, referring to FIG. 8A, the laser beam generated by the laser generator 8 is split into two laser beams while passing through the optical fiber 25 through the optical fiber 25 through the optical isolator 24. The optical isolator 24 may not be used if necessary. In addition, the amount of light to be diverted may vary depending on the need, and mainly split to 50:50 using the 3dB optical fiber coupler 26. The laser beam that is moved along the branched optical fiber is reflected by the reflector 31 and passes through the optical fiber coupler 26 to be sent to the photodetector 16. On the other hand, the laser beam branched to the other optical fiber is irradiated to the pit (1) or land (2) engraved on the substrate 7 through the sensor head 23 through the phase shifter / phase delay unit 27, and then reflected And is sent to the photodetector 16 through the optical fiber coupler 26.

상기 위상변환기/위상지연기(27)는 필요에 따라서 또는 제작상의 편의에 의하여 다른 위치에 설치하여도 같은 목적인 경우에는 무관하다.The phase shifter / phase delay unit 27 is irrelevant in the case where the phase shifter / phase delay unit 27 is installed at another position as necessary or for convenience of manufacture.

좀 더 정밀한 정도를 측정하기 위하여 세 개의 광섬유 커플러를 사용하는데, 도 8b에 도시하였듯이 레이저 발생장치(8)에서 방출된 레이저빔이 광 아이솔레이터(24)를 지나 광섬유(25)를 통하여 광섬유 커플러(26)로 전달된다. 상기 광섬유 커플러(26)를 거치면서 분기된 두 개의 광섬유(25a)와 광섬유(25b)를 통하여 또 다른 광섬유 커플러(26a)와 (26b)에서 각각 두 개의 광섬유로 다시 분기된다. 상기 광섬유 커플러(26a)에서 분기된 광섬유 중 하나는 반사판(31a)과 연결되고 나머지 광섬유는 위상변환기/위상지연기(27a)와 연결된다. 또한 상기 광섬유 커플러(26b)에서 분기된 광섬유도 위와 동일하게 하나는 반사판(31b)과 연결되고, 나머지 광섬유는 위상변환기/위상지연기(27b)로 연결된 후, 상기 위상변환기(27a)와 (27b)를 광섬유(25a)와 (25d)로 센서헤드(23a)와 연결시킨다. 상기 센서헤드(23a)를 통하여 조사된 두 개의 레이저빔이 기판(7)에 반사되어, 상기 연결된 광섬유들을 통하여 상기 광섬유 커플러(26a)및 (26b)에 이르면, 광섬유(25e)와 (25f)가 상기 기판(7)의 정보를 담은 반사된 레이저빔을 포토디텍터(16)로 보내 감지되도록 한 후, 디지털 신호처리기(28)를 거쳐 변위를 측정하게 된다. 상기 세 개의 광섬유 커플러(26), (26a), (26b)를 사용하는 상기 방법에서는 서로 다른 2개의 포토디텍터를 사용하여 센서헤드의 움직임을 감지하고, 이를 상기 디지털 신호처리기(28)에서 처리되도록 할 수 있다.Three optical fiber couplers are used to measure the accuracy more precisely. As shown in FIG. 8B, the laser beam emitted from the laser generator 8 passes through the optical isolator 24 and through the optical fiber 25 through the optical fiber coupler 26. Is delivered. Through the two optical fibers 25a and 25b branched through the optical fiber coupler 26, the two optical fibers coupler 26a and 26b respectively branch back to two optical fibers. One of the optical fibers branched from the optical fiber coupler 26a is connected to the reflector 31a and the other optical fiber is connected to the phase shifter / phase delay 27a. In addition, the optical fiber branched from the optical fiber coupler 26b is also connected to the reflector 31b, and the other optical fiber is connected to the phase shifter / phase delay 27b, and then the phase shifters 27a and 27b. ) Is connected to the sensor head 23a by the optical fibers 25a and 25d. When two laser beams irradiated through the sensor head 23a are reflected on the substrate 7 and reach the optical fiber couplers 26a and 26b through the connected optical fibers, the optical fibers 25e and 25f The reflected laser beam containing the information of the substrate 7 is sent to the photo detector 16 to be sensed, and then the displacement is measured through the digital signal processor 28. In the method using the three optical fiber couplers 26, 26a, and 26b, two different photodetectors are used to sense the movement of the sensor head and to process them in the digital signal processor 28. can do.

또한 상기 방법에서 광섬유(25c)와 (25d)로 센서헤드를 통하여 기판(7)에 레이저빔을 조사할 때, 두 개의 레이저빔이 나란하지 않게 어긋나도록 설치함으로써 측정정도를 약 2배정도 향상시킬 수 있다.Also, in the above method, when the laser beam is irradiated to the substrate 7 through the sensor head with the optical fibers 25c and 25d, the two laser beams are arranged so as not to be parallel to each other, thereby improving the measurement accuracy by about 2 times. have.

도 8a와 도 8b에서 도시된 세그넥 간섭계를 이용한 변위 측정방법은 센서헤드(23), (23a)를 기판(7)과 평행하기 움직이면서 정지 또는 움직이는 물체의 변위를 측정하는 방법으로 도 3의 마이켈슨 간섭계를 이용한 방법과 유사하거나 동일하다. 따라서 포토디텍터(16)에서 감지되는 레이저빔은 도 5b와 동일하며, 상기 신호들로 변위를 측정하는 방법을 설명하고자 한다.The displacement measuring method using the Segneck interferometer shown in FIGS. 8A and 8B is a method of measuring displacement of a stationary or moving object while moving the sensor heads 23 and 23a in parallel with the substrate 7. Similar or equivalent to the method using a kelson interferometer. Therefore, the laser beam detected by the photodetector 16 is the same as that of FIG. 5B, and a method of measuring displacement using the signals will be described.

도 7에 도시되어 있듯이, 상기 포토디텍터(16)에서 연산기(33a),(33b),(33c) 를 통하여 출력되는 값은 a-b, a-d, c-b로 세 가지의 서로 다른 값이 출력된다. 만일 연산기(33a)에서 출력되는 값이 영(zero)이고 a나 b가 영보다 크면 레이저빔이 랜드에 놓여져 있는 것이며(도 5b의 (나)), a나 b가 영이면 레이저빔은 피트에 놓여져 있는 것이다.(도 5b의 (라)).As illustrated in FIG. 7, three different values are output as a-b, a-d, and c-b from the photodetector 16 through the calculators 33a, 33b, and 33c. If the value output from the calculator 33a is zero and a or b is greater than zero, the laser beam is placed on the land (Fig. 5B (b)). If a or b is zero, the laser beam is applied to the pit. (D) of FIG. 5B).

다시 말해서, 연산기(33a)에서 출력값이 영이 다섯 번이고 측정을 시작할 때 a나 b가 영보다 컸으며 다섯 번째 출력값이 역시 a나 b가 영보다 컸다면, 마이켈슨 간섭계의 광학헤드뭉치(20)나 세그넥 간섭계의 센서헤드(23)는 랜드(2)를 세 번, 피트(1)를 두 번 통과하였기 때문에 상기 광학헤드뭉치(20)나 센서헤드(23)가 움직인 거리는 상기 피트(1)의 두께 t의 다섯 배인 5t가 된다. 만약 t가 5㎛라면, 물체는 25㎛를 움직인 셈이 된다.In other words, if the output value in the calculator 33a is five zeros and a or b is greater than zero at the start of the measurement and the fifth output value is also greater than zero, the optical head bundle 20 of the Michelson interferometer Since the sensor head 23 of the Segneck interferometer has passed through the land 2 three times and the pit 1 twice, the distance that the optical head bundle 20 or the sensor head 23 has moved is the pit 1 5t, which is five times the thickness of t). If t is 5 μm, the object has moved 25 μm.

또한, 연산기(33a)에서 출력된 값이 영이 다섯 번이고 시작 시에 a나 b가 영이였으며, 다섯 번째 역시 a나 b가 영이였다면 상기 광학헤드뭉치(20)나 센서헤드(23)가 피트(1)에서 시작하여 피트(1)를 세 번, 랜드(2)를 두 번 통과한 것이다. 따라서 피트(1)의 두께 t의 다섯 배 즉, 5t만큼 움직인 것으로 t가 5㎛라면 상기 광학헤드뭉치(20)나 센서헤드(23)가 25㎛를 움직인 것이다.In addition, if the value output from the operator 33a is five times zero and a or b was zero at the beginning, and the fifth is also a or b zero, the optical head bundle 20 or the sensor head 23 is filled with feet ( Beginning at 1), the pit 1 has been passed through three times and the land 2 has been passed through twice. Accordingly, if t is 5 μm, which is 5 times the thickness t of the pit 1, that is, 5 t, the optical head bundle 20 or the sensor head 23 has moved 25 μm.

만일, 연산기(33a)에서 출력된 값이 영이 다섯 번이고 시작 시 a나 b가 영이였으며 다섯 번째 역시 a나 b가 영이고 그 다음 상기 광학헤드뭉치(20)나 센서헤드(23)가 멈추었을 경우에 연산기(33b)의 출력신호가 음수이고 a가 영이라면, 레이저빔은 도 5b의 (다)와 같이 피트(1)와 랜드(2)의 가운데에 놓여 있는 것이다. 그리고 움직인 거리는 피트(1)의 두께인 t의 다섯 배인 5t에 상기 레이저빔이 피트와 랜드의 가운데 놓여 있기 때문에 0.5t를 더하여 5.5t 만큼 움직였다는 것을 알 수 있다.If the value output from the operator 33a is five times zero, a or b was zero at the start, and a or b is zero at the fifth time, and then the optical head bundle 20 or the sensor head 23 is stopped. In this case, if the output signal of the calculator 33b is negative and a is zero, the laser beam lies in the center of the pit 1 and the land 2 as shown in Fig. 5B. And the distance moved was 5t, which is five times the thickness t of the pit 1, so that the laser beam was placed in the middle of the pit and the land, so that 0.5t was added and moved by 5.5t.

측정정도를 높이기 위하여 도 7의 연산기(33a), (33b), (33c)의 출력값을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 세가지 출력값을 근간으로 하여 원하는 신호 및 정지 또는 움직이고 있는 물체의 직선이동거리를 정밀하게 측정할 수 있으며 그 정밀한 정도는 사용하는 레이저빔의 파장 및 피트(1)의 넓이 t와 피트와 피트 사이의 거리에 따라 결정된다. 만약 0.5㎛의 파장을 가지고 있는 푸른빛의 레이저빔을 사용한다면 피트(1)의 넓이와 피트와 피트 사이의 거리를 0.5㎛로 제작할 수 있으며, 이 때 측정정도는 0.25㎛ 이하가 될 것이다. 이는 10억 분의 0.25m의 정밀도를 뜻한다.In order to increase the measurement accuracy, the output values of the calculators 33a, 33b, and 33c of FIG. 7 may be used in combination. Based on the three output values, it is possible to precisely measure the desired signal and the linear moving distance of the stationary or moving object, and the precise degree is determined between the wavelength of the laser beam and the width t of the pit 1 and between the pit and the pit. It depends on the distance. If a blue laser beam having a wavelength of 0.5 μm is used, the width of the pit 1 and the distance between the pit and the pit can be manufactured to 0.5 μm, and the measurement accuracy will be 0.25 μm or less. This represents a precision of 0.25m for a billion.

마이켈슨 간섭계를 이용한 방법은 광학계 전체가 광학헤드뭉치(20)에 장착되어 함께 움직여야 하는 단점을 가지고 있는 반면, 세그넥 간섭계를 이용한 방법은 여러 개의 광섬유가 센서헤드(23), (23a)에 연결되어 있어 상기 센서헤드(23), (23a)의 이동이 한결 자유로워 측정자의 편의에 따라 장착할 수 있다. 따라서 상기 광섬유의 길이는 충분한 여유를 갖는 것이 필요하다.The method using the Michelson interferometer has the disadvantage that the whole optical system is mounted on the optical head bundle 20 and moves together, whereas the method using the Segneck interferometer connects several optical fibers to the sensor heads 23 and 23a. Since the sensor heads 23 and 23a are freely moved, they can be mounted at the convenience of the measurer. Therefore, the length of the optical fiber needs to have sufficient margin.

다음으로 상기 세그넥 간섭계의 또다른 실시예로 도 9a와 도 9b에서, 센서헤드가 실린더(29)에 고정된 상태에서 반사판(32)이 부착된 피스톤(30) 또는 피트와 랜드가 부착된 피스톤(30)이 움직이면서 미소한 변위를 측정하는 장치를 보이고 있다.Next, as another embodiment of the Segneck interferometer in FIGS. 9A and 9B, the piston 30 with the reflector plate 32 or the piston with the pit and land in the state in which the sensor head is fixed to the cylinder 29 is shown. 30 shows a device for measuring a small displacement as it moves.

상기 도 9a는 상기 실린더(29)에 고정된 센서헤드를 하나의 광섬유와 연결하여 변위를 측정하는 반면, 도 9b는 상기 실린더(29)에 고정된 센서헤드가 두 개의 광섬유(25c)및 (25d)와 연결되어 변위를 측정하게 되는데, 여기서 상기 도 9b에 도시된 방법은 피트의 높이를 레이저빔 파장의 1/4로 제작되었기 때문에 상기 도 9a를 사용하는 방법보다 측정 정밀도를 약 2배 높일 수 있다. 즉 하나의 광섬유와 연결하여 변위를 측정하는 방법에서는 레이저 빛 파장의 1/2의 측정정도를 얻을 수 있는 반면, 두 개의 광섬유과 연결하여 변위를 측정하는 방법에서는 레이저빔 파장의 1/4까지의 측정정도를 얻을 수 있다.9A shows the displacement of the sensor head fixed to the cylinder 29 with one optical fiber, while FIG. 9B shows that the sensor head fixed to the cylinder 29 has two optical fibers 25c and 25d. ) And the displacement is measured, where the method shown in FIG. 9B can increase the measurement accuracy by about twice as compared to the method using FIG. 9A since the height of the pit is made 1/4 of the laser beam wavelength. have. That is, in the method of measuring displacement by connecting one optical fiber, the measurement accuracy of 1/2 of the laser light wavelength can be obtained, while in the method of measuring displacement by connecting two optical fibers, measuring up to 1/4 of the laser beam wavelength You can get a degree.

도 10은 회전속도 및 각도측정을 위한 회전기판의 표면도로서, 컴팩트 디스크 타입의 회전기판(33)을 만들고 회전체의 한쪽과 연결을 한 후, 상기 컴팩트 디스크 타입의 회전기판(33) 내에 새겨진 피트(33a)와 랜드(33b)를 레이저빔(6)에 의하여 반사된 신호를 읽음으로써 위에서 설명한 방법에 의하여 회전체의 회전속도와 회전각도를 정밀하게 측정할 수 있다.Fig. 10 is a surface view of the rotating substrate for measuring the rotational speed and the angle, which is formed in the compact disk-type rotating substrate 33 after making a compact disk-type rotating substrate 33 and connecting it with one side of the rotating body. By reading the signal reflected by the laser beam 6 on the pit 33a and the land 33b, the rotation speed and rotation angle of the rotating body can be precisely measured by the method described above.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 광학적 방법에 의한 변위 측정장치 및 방법을 적용하면, 자기장이 발생되는 장소 및 측정 부위에 금속물체가 간섭이 될 경우도 측정이 가능하며 측정범위가 0.1mm에서 수 미터에 이르고 측정거리의 길고 짧음에 무관하게 전 측정범위에 걸쳐 똑같은 측정정도를 갖는다. 또한 기계적인 장치가 지원되면 측정정도를 떨어뜨리지 않고 측정범위를 얼마든지 늘일수 있는 효과가 있게 된다.As described in detail above, if the displacement measuring apparatus and method according to the optical method of the present invention is applied, it is possible to measure even when the metal object interferes in the place and the measurement site where the magnetic field is generated, the measuring range is 0.1mm The same measurement accuracy is achieved over the entire measurement range up to several meters and regardless of the long and short measuring distances. In addition, if a mechanical device is supported, the measuring range can be extended without any deterioration.

Claims (8)

정지 또는 움직이는 물체의 변위를 측정하는 장치에 있어서,In a device for measuring displacement of a stationary or moving object, 반사도가 다른 피트(1)와 랜드(2)로 구성된 기판(7)과, 상기 기판(7)에 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생장치(8)를 포함한 광학장치로 구성된 광학헤드뭉치(20)와 상기 기판(7)으로부터 반사된 레이저빔을 감지하는 포토디텍터(16)를 포함하는 간섭수단으로 구성됨을 특징으로 하는 광학적 방법에 의한 변위 측정장치.An optical head bundle 20 composed of an optical device including a substrate 7 composed of pits 1 and lands 2 having different reflectances, and a laser generator 8 for generating a laser beam on the substrate 7; Displacement measuring device by an optical method, characterized in that it comprises an interference means including a photo detector (16) for detecting the laser beam reflected from the substrate (7). 제 1항에 있어서, 상기 간섭수단이 레이저 발생장치(8)와 광 아이솔레이터(24)와 광섬유(25)와 광섬유 커플러(26)와 위상변환기/위상지연기(27)와 디지털 신호처리기(28)와 센서헤드(23)로 구성된 세그넥 간섭계를 이용함을 특징으로 하는 광학적 방법에 의한 변위 측정장치.The method of claim 1, wherein the interference means comprises: a laser generator (8), an optical isolator (24), an optical fiber (25), an optical fiber coupler (26), a phase shifter / phase delay (27), and a digital signal processor (28). Displacement measuring device by the optical method, characterized in that using a segment neck interferometer consisting of a sensor head (23). 제 1항에 있어서, 상기 간섭수단이 레이저 발생장치(8)와 회절격자(9), 분광기(10), 편광렌즈(11), 1/4파장판(12), 대물렌즈(13), 오목형 싱글릿 렌즈(14), 원기둥 렌즈(15) 그리고 포토디텍터(16)를 포함하는 마이켈슨 간섭계를 이용함을 특징으로 하는 광학적 방법에 의한 변위 측정장치.The method according to claim 1, wherein the interference means includes a laser generator (8), a diffraction grating (9), a spectrometer (10), a polarization lens (11), a quarter-wave plate (12), an objective lens (13), and a concave. An apparatus for measuring displacement by an optical method, characterized by using a Michelson interferometer including a type singlet lens (14), a cylindrical lens (15), and a photodetector (16). 제 2항에 있어서, 상기 세그넥 간섭계에서 세 개의 광섬유커플러(26),(26a),(26b)와 두 개의 의 위상변환기/위상지연기(27a),(27b) 그리고 두 개의 레이저빔을 기판(7)에 조사하는 센서헤드(23a)로 구성된 상기 세그넥 간섭계를 사용함을 특징으로 하는 광학적 방법에 의한 변위 측정장치.3. The Segneck interferometer according to claim 2, wherein three optical fiber couplers 26, 26a, 26b, two phase shifters / phase delays 27a, 27b, and two laser beams An apparatus for measuring displacement by an optical method, characterized in that the segment neck interferometer composed of the sensor head (23a) irradiated to (7) is used. 제 2항 또는 4항에 있어서, 상기 센서헤드(23),(23a)를 실린더(29)에 고정시키고 반사판(32) 및 피트(1a)와 랜드(2a)가 부착된 피스톤(30)이 움직이면서 물체의 이동을 측정함을 특징으로 하는 광학적 방법에 의한 변위 측정장치.The method according to claim 2 or 4, wherein the sensor heads (23) and (23a) are fixed to the cylinder (29) and the reflector (32) and the piston (30) to which the pit (1a) and the land (2a) are attached are moved. Displacement measuring device by an optical method, characterized in that for measuring the movement of the object. 제 1항 내지 5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(7)으로서 회전기판(33)을 사용함을 특징으로 하는 광학적 방법에 의한 회전변위 측정장치.The rotation displacement measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a rotating substrate (33) is used as the substrate (7). 정지 또는 움직이는 물체의 변위를 측정함에 있어서,In measuring the displacement of a stationary or moving object, 레이저 발생장치(8)에서 발생된 레이저빔이 회절격자(9)와 분광기(10), 편광렌즈(11), 1/4파장판(12), 대물렌즈(13)를 차례로 통과하여 기판(7) 위에 조사되고, 상기 기판(7)에서 반사되는 상기 레이저빔이 다시 상기 대물렌즈(13), 1/4파장판(12), 편광렌즈(11), 분광기(10)를 각각 거쳐서 오목렌즈(14)와 원기둥 렌즈(15)를 지나는 마이켈슨 간섭계에 의해 포토디텍터(16)에 상기 레이저빔의 상이 맺히며, 상기 포토디텍터(16)에 감지된 레이저빔(21)의 초점을 맞추기 위한 신호처리부를 거친 후, 변위측정을 위한 신호처리부에서 연산기(33a), (33b), (33c)로 출력값을 계산함을 특징으로 하는 광학적 방법에 의한 변위 측정방법.The laser beam generated by the laser generator 8 passes through the diffraction grating 9, the spectrometer 10, the polarizing lens 11, the quarter-wave plate 12, and the objective lens 13 in order, and then the substrate 7. And the laser beam reflected from the substrate 7 passes through the objective lens 13, the quarter-wave plate 12, the polarizing lens 11, and the spectroscope 10, respectively. 14) and a signal processing unit for focusing the laser beam 21 detected by the photodetector 16 by the Michelson interferometer passing through the cylindrical lens 15, and detected by the photodetector 16. After passing through, the displacement measuring method by the optical method, characterized in that for calculating the output value by the calculator (33a), (33b), (33c) in the signal processing unit for displacement measurement. 제 7항에 있어서, 상기 레이저 발생장치(8)에서 방출된 레이저빔이 광섬유(25)로 연결된 광 아이솔레이터(24), 광섬유커플러(26), 위상변환기/위상지연기(27)를 통과하여 센서헤드(23)로 전달되어 기판(1) 위에 조사된 후, 반사된 레이저빔이 다시 상기 센서헤드(23), 위상변환기/위상지연기(27), 광섬유커플러(26)를 되돌아 나오는 세그넥 간섭계를 사용하여 상기 반사된 레이저빔이 포토디텍터(16)에 감지됨을 특징으로 하는 광학적 방법에 의한 변위 측정방법.The laser beam of claim 7, wherein the laser beam emitted from the laser generator (8) passes through an optical isolator (24), an optical fiber coupler (26), and a phase shifter / phase delay (27) connected to the optical fiber (25). After being transmitted to the head 23 and irradiated onto the substrate 1, the reflected laser beam is again returned from the sensor head 23, the phase shifter / phase delay device 27, and the optical fiber coupler 26. Using the optical method, characterized in that the reflected laser beam is detected by the photodetector (16).
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