KR20230058983A

KR20230058983A - Xz 스테이지 고정 모듈

Info

Publication number: KR20230058983A
Application number: KR1020210142923A
Authority: KR
Inventors: 이용우; 김창성
Original assignee: 주식회사 휴비츠
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2023-05-03
Also published as: EP4170409A1

Abstract

전원 OFF 상태에서 XZ 스테이지에 힘을 가하여도 움직이지 않는 XZ 스테이지 고정 모듈이 개시된다. 상기 동력을 부여하는 제1 모터 기어(12), 상기 제1 모터 기어(12)와 맞물리며 회전하는 제1 평기어(14), 상기 제1 평기어(14)의 다른 일단에 존재하며, 스테이지를 X축 방향으로 움직이는 제1 랙기어(16) 및 상기 제1 모터 기어(12)의 다른 일단에 존재하며, 브레이크 역할을 하는 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)을 포함하는 제1 이동 모듈(10); 및 동력을 부여하는 제2 모터 기어(22), 상기 제2 모터 기어(22)에 의해 작동하는 제2 평기어(24), 상기 제2 평기어(24)의 다른 일단에 존재하며, 스테이지를 Z축 방향으로 움직이는 제2 랙기어(26), 상기 제2 모터 기어(22)의 다른 일단에 존재하며, 브레이크 역할을 하는 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)을 포함하는 제2 이동 모듈(20)을 포함하는 모듈 이동 수단을 포함하는 것인 XZ 스테이지 고정 모듈을 포함한다.

Description

XZ 스테이지 고정 모듈{A XZ stage fixing module}

본 발명은 XZ 스테이지 고정 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전원 OFF 상태에서 XZ 스테이지에 힘을 가하여도 움직이지 않는 XZ 스테이지 고정 모듈에 관한 것이다.

현미경은 관찰자가 시료 등의 관찰 대상을 빠르고 정확하게 관찰하기 위한 것으로서, 관찰에 필요한 장치 및 장치들에 대한 연결을 제공한다. 관찰자는 현미경의 스테이지 또는 재물대에 관찰 대상을 올리고 접안렌즈와 대물 렌즈를 통해 관찰 대상을 관찰하며, 필요에 따라, 편광, 현광, DIC 등의 필터류를 삽입하여 관찰한다.

관찰 시 관찰자는 접안렌즈 등을 포함하는 접안부를 통해 관찰을 하게 되며, 이 때 관찰자의 눈은 접안부에 고정되어 있으므로, 관찰 대상에 초점을 맞추기 위해서는 관찰자는 양손의 감도만으로 관찰 대상의 X, Y, Z축 위치를 조절하여야 한다. 상기 관찰 대상이 고정되어 있는 스테이지 또는 재물대의 Z축 움직임은 조, 미동 손잡이를 이용하여 조절하고, X축 및 Y축의 움직임은 XY-스테이지(XY-stage)를 이용하여 조절함으로써, 관찰 대상의 수직 및 수평을 맞추게 된다. 이때, 관찰자가 관찰 대상을 빠르고 정확하게 관찰하기 위해서는 관찰 대상의 위치 조절 후 관찰 대상이 흔들리지 않고 고정이 되어야 한다.

상기 XZ-스테이지는 X축 및 Z축 이동조절 노브에 의해 각각 구동되며, 일반적인 구동 메커니즘으로는 기어 타입, 벨트 타입, 와이어 타입 등이 있다. 상기 구동 메커니즘의 공통점은 마찰력을 이용한다는 점이다.

상기 벨트타입의 경우, 벨트의 장력 조절하여 관찰 대상 움직임의 감도나 힘을 조절할 수 있다는 장점이 있어 많이 사용되고 있다.

대한민국 공개특허 10-2011-0110966호에 개시된 XY-스테이지는 현미경을 이용한 시료 관찰 시, 외부 충격에 의한 시료의 X축 및 Y축 움직임을 방지할 수 있도록, 브레이크 기능의 브레이크용 노브를 포함하는 와이드 타입의 XY-스테이지를 제공하는 것을 개시하고 있다.

상기 기어 타입의 경우, 일반적으로 스퍼기어보다 좀 더 부드럽고 진동에 있어 안정적으로 사용할 수 있으나, 종래의 XZ 스테이지는 전원 OFF 상태에서 힘이 가해지면 자유롭게 움직이는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 시료 등의 관찰 대상의 위치를 고정시킨 후에는 외부 충격에 의해서도 관찰 대상의 위치가 변하지 않도록 X축 및 Z축 이동판의 움직임을 방지하는 XZ 스테이지 고정 모듈을 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 리니어 솔레노이드를 브레이크로 사용하여, 전원 OFF 상태에서 XZ 스테이지에 힘을 가하여도 움직이지 않는 XZ 스테이지 고정 모듈을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 동력을 부여하는 제1 모터 기어(12), 상기 제1 모터 기어(12)와 맞물리며 회전하는 제1 평기어(14), 상기 제1 평기어(14)의 다른 일단에 존재하며, 스테이지를 X축 방향으로 움직이는 제1 랙기어(16) 및 상기 제1 모터 기어(12)의 다른 일단에 존재하며, 브레이크 역할을 하는 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)을 포함하는 제1 이동 모듈(10); 및 동력을 부여하는 제2 모터 기어(22), 상기 제2 모터 기어(22)에 의해 작동하는 제2 평기어(24), 상기 제2 평기어(24)의 다른 일단에 존재하며, 스테이지를 Z축 방향으로 움직이는 제2 랙기어(26), 상기 제2 모터 기어(22)의 다른 일단에 존재하며, 브레이크 역할을 하는 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)을 포함하는 제2 이동 모듈(20)을 포함하는 모듈 이동 수단을 포함하는 것인 XZ 스테이지 고정 모듈을 제공한다.

본 발명에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈은 리니어 솔레노이드를 브레이크로 사용함으로써, 전원 OFF 상태에서 외부 충격에 의해서도 관찰 대상의 위치가 변하지 않는 XZ 스테이지 고정 모듈을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈을 보여주는 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈의 구동을 보여주는 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈에 있어서, 전원 상태에 따른 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈의 구동을 보여주는 도면.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈을 보여주는 도면이고, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈은, 현미경 등의 관찰 장비 등으로 시료 등의 관찰 대상을 관찰할 수 있도록 관찰 대상을 X축 및/또는 Z축으로 수평 이동시키는 것으로서, 종래의 XZ 스테이지를 이동시키는 모듈에 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈을 적용하여, 전원 상태에 따라 브레이크 역할을 하여, 외부 충격에 의해서도 관찰 대상의 위치가 변하지 않도록 한다.

본 발명에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈에서 XZ 스테이지는 종래의 XZ 스테이지와 유사한 구성을 포함할 수 있으며, 유사한 방법으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 모듈 이동 수단을 포함하는 베이스 프레임, 상기 베이스 프레임의 상면에 존재하는 고정 프레임, 상기 고정 프레임 상면에 존재하며, 관찰 대상이 위치하는 스테이지 프레임을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않고, 통상적으로 XZ 스테이지로 구성되는 장치들을 더욱 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈은, 베이스 프레임에 위치하고 있으며, 구체적으로, 동력을 부여하는 제1 모터 기어(12), 상기 제1 모터 기어(12)와 맞물리며 회전하는 제1 평기어(14), 상기 제1 평기어(14)의 다른 일단에 존재하며, 스테이지를 X축 방향으로 움직이는 제1 랙기어(16), 상기 제1 모터 기어(12)의 다른 일단에 존재하며, 브레이크 역할을 하는 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)을 포함하는 제1 이동 모듈(10), 및 동력을 부여하는 제2 모터 기어(22), 상기 제2 모터 기어(22)에 의해 작동하는 제2 평기어(24), 상기 제2 평기어(24)의 다른 일단에 존재하며, 스테이지를 Z축 방향으로 움직이는 제2 랙기어(26), 상기 제2 모터 기어(22)의 다른 일단에 존재하며, 브레이크 역할을 하는 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)을 포함하는 제2 이동 모듈(20)을 포함한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈의 구동을 보여주는 도면으로, 구체적으로, 도 2a는 제1 이동 모듈(10)에 의해 스테이지가 X축 방향으로 구동하는 것을 보여주며, 도 2b는 제2 이동 모듈(20)에 의해 스테이지가 Z축 방향으로 구동하는 것을 보여주는 도면으로서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 이동 모듈(10)에 포함되는 제1 모터 기어(12)는 제1 평기어(14)에 의해 제1 랙기어(16)를 구동시키는 구조로서, 상기 제1 모터 기어(12)에서 발생한 동력은 제1 평기어 및 제1 랙기어 등의 기어 장치 등으로 전달된다. 상기 제1 모터 기어(12)가 회전하게 되면, 제1 모터 기어(12)에 맞물려 있는 제1 평기어(14)가 회전하게 되는데, 예를 들어, 제1 모터 기어(12)가 반시계 방향으로 회전하면, 제1 평기어(14)는 시계 방향으로 회전한다. 상기 제1 평기어(14)의 다른 일단(예를 들어, 제1 모터 기어(12)와 맞물려 있는 일단의 반대편)은 제1 랙기어(16)와 맞물려 있어, 상기 제1 평기어(14)가 회전하게 되면, 제1 랙기어(16)가 함께 구동되어, 스테이지를 X축으로 이동시킨다. 이때, 상기 제1 랙기어(16)가 회전하게 되면, 제1 랙기어(16)와 제1 평기어(14)의 기어가 서로 맞물리면서, 제1 랙기어(16)가 X축 방향으로 이동하게 되며, 상기 제1 랙기어(16)에 연결된 스테이지 또한 X축 방향으로 이동하게 된다. 도면에 도시되어 있지 않지만, 제1 랙기어(16)는 X축 스테이지와 연결되어 있어, 상기 제1 랙기어(16)가 이동하게 되면, 제1 스테이지가 X축 방향으로 이동하는 것이다.

이와 동일한 방법으로, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 제2 이동 모듈(20)의 제2 모터 기어(22)가 회전하면, 제2 평기어(24)가 함께 회전된다. 상기 제2 평기어(24)가 회전하면, 맞물려 있는 제2 랙기어(26)가 Z축 방향으로 이동하게 되므로, 상기 제2 랙기어(26)에 연결된 스테이지 또한 Z축 방향으로 이동하게 된다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈에 있어서, 전원 상태에 따른 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈의 구동을 보여주는 도면이다. 하기 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)은 브레이크 모듈로서, 전원 상태에 따라 선택적으로 동작하여, 관찰 대상의 위치를 고정시킬 수 있다.

일반적으로, 종래의 XZ 스테이지에서는 전원이 OFF 상태면, 모터에 전력이 들어가지 않아 스테이지에 외부 충격이 가해지면 관찰 대상의 위치가 변하는 문제점이 있었다. 반면, 본 발명에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈은, 리니어 솔레노이드를 이용한 브레이크 모듈을 적용함으로써, 전원이 꺼진 OFF 상태에서 리니어 솔레노이드에 연결된 랙기어가 제1 모터 기어에 맞물려 고정됨으로, 관찰 대상의 위치가 변하지 않는다.

구체적으로, 상기 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)은, 제1 리니어 솔레노이드(18a)와 상기 제1 리니어 솔레노이드(18a)의 일단(예를 들어, 모터 기어(12)와 맞물리는 일단)에 위치하여, 모터 기어(12)에 맞물리는 구조로, 브레이크 역할을 하는 제1 랙기어(18b)를 포함한다.

상기 제1 리니어 솔레노이드(18a)는 푸시-풀(push-pull) 타입으로, 내부에 스프링(도면에 도시되어 있지 않음)을 포함하여, 전원의 상태(유무)에 따라, 스프링에 부하되는 압력에 의해 좌우 이동이 가능하며, 구체적으로, 스프링에 부하되는 압력에 의해 제1 리니어 솔레노이드(18a)와 연결되어 있는 랙기어(18b)가 좌우 이동을 하는 것이다.

전원이 켜지면(전원 ON, 도 3a), 코일에 전류가 흘러 생성되는 자력으로 인해, 스프링이 압축되면, 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)이 제1 모터 기어(12)에서 이탈되어 위치하므로, 상기 제1 모터 기어(12)의 회전에 방해를 주지 않는다. 따라서, 상기 제1 모터 기어(12)는 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)의 방해없이 작동되어, 제1 랙기어(16)가 회전되므로, 상기 제1 랙기어(16)에 연결되어 있는 X 스테이지가 이동된다.

반대로, 전원이 꺼지면(전원 OFF, 도 3b), 압축되어 있던 스프링 본래의 탄성력에 의해 복원되어, 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)의 랙기어(18b)가 제1 모터 기어(12)와 맞물리게 되므로, 상기 제1 모터 기어(12)가 회전되지 않는 고정된 상태가 되어, 외부 충격에도 측정 대상의 위치를 고정시킬 수 있다.

즉, 전기적으로 연결하여 인가되는 전원의 양과 방향에 따라 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈의 자력은 가변되고, 자극은 변경되는 유도 자석의 상호작용에 의해 이동체(예를 들어, 랙기어(18b))가 이동할 수 있다. 상기 제1 리니어 솔레노이드 모듈(18)은 제1 모터 기어(12)를 구동하기 위해 모터의 부하에 인가되는 전원의 양을 가변시켜 출력 특성을 제어하고 전원의 방향을 바꾸어 출력의 세기 및 부하의 운동 방향을 제어할 수 있다.

이로써, 전원이 꺼진 OFF 상태에서, 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)의 랙기어(18b)가 제1 모터 기어(12)와 맞물려 고정되므로, 브레이크 역할을 하고, 전원이 켜진 ON 상태에서, 제1 모터 기어(12)의 움직임(회전)에 방해되지 않도록 이탈되는 것이다.

상기 제2 이동 모듈(20)은 상기 기술된 바와 같이, 제1 이동 모듈(10)과 동일한 방법으로 구동된다. 상기 제2 리니어 솔레노이드 모듈(28)은 제1 리니어 솔레노이드 모듈(18)과 동일하게, 푸시-풀(push-pull) 타입을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)은, 제2 리니어 솔레노이드(28a); 및 상기 제1 리니어 솔레노이드(28a)의 일단에 위치하여, 제2 모터 기어(22)에 맞물리는 구조로, 브레이크 역할을 하는 제2 랙기어(28b)를 포함한다. 상기 제2 리니어 솔레노이드 모듈(28)의 구동은 제1 리니어 솔레노이드 모듈(18)과 동일하게, 전원이 켜지면, 제2 리니어 솔레노이드(28a)에 위치하는 스프링이 압축되어, 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)이 제2 모터 기어(22)에서 이탈되어 위치하며, 전원이 꺼지면, 압축되어 있던 스프링 본래의 탄성력에 의해 복원되어, 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)의 제2 랙기어(28b)가 제2 모터 기어(22)와 맞물려 고정된다.

따라서, 본 발명에 따른 XZ 스테이지 고정 모듈은 제1 및 제2 리니어 솔레노이드 모듈(18, 28)을 포함함으로써, XZ 스테이지에 힘을 가하여도, 제1 및 제2 리니어 솔레노이드 모듈(18, 28)의 랙기어(18b, 28b)가 제1 및 제2 모터 기어(12, 22)에 맞물려 움직일 수 없는 상태이기 때문에, 물리적인 힘(외력)이 가해지더라도 고정되어, 관찰 대상의 위치가 변하지 않는다. 반대로, 전원이 ON 상태에서는, 제1 및 제2 리니어 솔레노이드 모듈(18, 28)에 전력이 들어가 맞물린 제1 및 제2 모터 기어(12, 22)에 맞물린 랙기어(18b, 28b)가 빠져나오게 되어, XZ 스테이지는 모터의 회전에 따라 움직인다.

Claims

동력을 부여하는 제1 모터 기어(12), 상기 제1 모터 기어(12)와 맞물리며 회전하는 제1 평기어(14), 상기 제1 평기어(14)의 다른 일단에 존재하며, 스테이지를 X축 방향으로 움직이는 제1 랙기어(16) 및 상기 제1 모터 기어(12)의 다른 일단에 존재하며, 브레이크 역할을 하는 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)을 포함하는 제1 이동 모듈(10); 및
동력을 부여하는 제2 모터 기어(22), 상기 제2 모터 기어(22)에 의해 작동하는 제2 평기어(24), 상기 제2 평기어(24)의 다른 일단에 존재하며, 스테이지를 Z축 방향으로 움직이는 제2 랙기어(26), 상기 제2 모터 기어(22)의 다른 일단에 존재하며, 브레이크 역할을 하는 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)을 포함하는 제2 이동 모듈(20)을 포함하는 모듈 이동 수단을 포함하는 것인 XZ 스테이지 고정 모듈.
제1항에 있어서, 상기 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)은, 제1 리니어 솔레노이드(18a); 및 상기 제1 리니어 솔레노이드(18a)의 일단에 위치하여, 모터 기어(12)에 맞물리는 구조로, 브레이크 역할을 하는 제1 랙기어(18b)를 포함하는 것인, XZ 스테이지 고정 모듈.
제2항에 있어서, 상기 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)은, 전원이 켜지면, 제1 리니어 솔레노이드(18a)에 위치하는 스프링이 압축되어, 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)이 제1 모터 기어(12)에서 이탈되어 위치하는 것인, XZ 스테이지 고정 모듈.
제3항에 있어서, 상기 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)은, 전원이 꺼지면, 압축되어 있던 스프링 본래의 탄성력에 의해 복원되어, 제1 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(18)의 제1 랙기어(18b)가 제1 모터 기어(12)와 맞물려 고정되는 것인, XZ 스테이지 고정 모듈.
제1항에 있어서, 상기 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)은, 제2 리니어 솔레노이드(28a); 및 상기 제1 리니어 솔레노이드(28a)의 일단에 위치하여, 제2 모터 기어(22)에 맞물리는 구조로, 브레이크 역할을 하는 제2 랙기어(28b)를 포함하는 것인, XZ 스테이지 고정 모듈.
제5항에 있어서, 상기 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)은, 전원이 켜지면, 제2 리니어 솔레노이드(28a)에 위치하는 스프링이 압축되어, 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)이 제2 모터 기어(22)에서 이탈되어 위치하는 것인, XZ 스테이지 고정 모듈.
제5항에 있어서, 상기 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)은, 전원이 꺼지면, 압축되어 있던 스프링 본래의 탄성력에 의해 복원되어, 제2 리니어 솔레노이드 랙기어 모듈(28)의 제2 랙기어(28b)가 제2 모터 기어(22)와 맞물려 고정되는 것인, XZ 스테이지 고정 모듈.
제1항에 있어서, 상기 모듈 이동 수단은 베이스 프레임에 위치하는 것인, XZ 스테이지 고정 모듈.