KR20230075764A - 하이브리드 아이솔레이션 시스템 - Google Patents

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류동옥
허행팔
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Abstract

본 발명은 광학정반 상 대상물의 측정 및 작업을 높은 정밀도로 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템은 대상물에 의한 광학정반의 변형에 대한 보상이 가능한 엑스트라 댐퍼를 포함하고, 패시브 아이솔레이터 및 액티브 아이솔레이터와 함께 선택적, 복합적인 배치로 다양한 조건에 대응할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 아이솔레이션 시스템{Hybrid Isolation System}
본 발명은 광학정반 상 대상물의 측정 및 작업을 높은 정밀도로 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 대상물에 의한 광학정반의 변형에 대한 보상이 가능한 하이브리드 아이솔레이션 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 광학정반 시스템의 주요 목적은 광학정반 위에 정렬되어 고정된 민감한 광학요소(반도체 등)들 사이에 상대운동을 없애고 바닥진동 등 외부 노이즈가 정반에 전달되지 않는 초정밀 환경을 제공하는 것으로, 광학, 현미경, 정밀 가공 및 측정 시스템 등을 위해 사용되어진다.
종래의 광학정반 시스템은 정반 상에 위치한 대상물에 대한 측정 및 작업에 있어서, 외부의 원하지 않는 진동 노이즈를 차단시켜주는 역할을 한다. 하지만 종래의 광학정반 시스템은 대상물 또는 측정시스템의 하중으로 인한 변형에 대해서는 보상을 못해주는 문제점이 있었다. 특히, 광학정반 시스템이 소형일 때는 그 변형에 대한 오차가 미미하나 시스템이 커질수록 대상물 또는 측정시스템의 하중으로 인한 광학정반의 변형이 대상물의 측정 및 작업에 있어서 큰 오차를 발생시키는 문제점이 있었다.
또한, 광학정반 상 대상물을 추가하거나 제거하였을 때 매번 변동되는 변형으로 인해 테스트 장비를 매번 재정렬해야 하는 불편함이 있었다.
한국 등록특허공보 제10-2060906호("광정렬을 위한 3차원 측정 및 정렬시스템", 등록일 2019.12.23.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 고안된 것으로, 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템의 목적은 광학정반 상 대상물 또는 측정시스템에 의한 광학정반의 변형을 보상하여 좀 더 정밀한 측정 및 작업 환경을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템의 목적은 광학정반 상 대상물을 추가하거나 제거하였을 때 재정렬 작업을 최소화할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템의 목적은 변형을 보상하는 엑스트라 댐퍼의 배치변경이 수월한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 광학정반 상의 대상물 또는 측정장비 등으로 발생하는 변형을 보상을 위한 시스템으로, 상부에 대상물이 정렬되는 광학정반(Optical Table); 및 상기 광학정반(Optical Table) 하부에 배치되는 적어도 하나의 엑스트라 댐퍼(Extra Damper);를 포함하고, 상기 엑스트라 댐퍼(Extra Damper)는 상기 대상물의 하중에 의한 상기 광학정반(Optical Table)의 변형을 보상할 수 있다.
또한, 상기 광학정반(Optical Table)은 하부에 액티브 아이솔레이터(Active Isolator) 또는 패시브 아이솔레이터(Passive Isolator)가 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
또한, 상기 엑스트라 댐퍼(Extra Damper)는 공기압 장치 및 광학 스케일(Optical Scale)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 스케일(Optical Scale)은 상기 공기압 장치 상부와 결합되는 상부 고정부 및 상기 공기압 장치 하부와 결합되는 하부 고정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 스케일(Optical Scale)은 상기 하부 고정부의 하강 또는 상승에 따라 상기 상부 고정부와의 변위차이를 감지하는 측정부를 더 포함하고, 상기 측정부는 변위차이의 정보를 상기 공기압 장치에 제공할 수 있다.
또한, 상기 상부 고정부는 상기 하부 고정부와 결합되며 초기변위를 조절할 수 있는 초기 설정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기압 장치는 상기 공기압장치의 상부와 하부를 연결하는 완충부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 엑스트라 댐퍼(Extra Damper)는 각각 높이 조절이 가능한 복수의 레벨풋을 더 포함하고, 상기 레벨풋이 수축하면 이동이 가능한 복수의 무빙휠을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템은 패시브 아이솔레이터, 액티브 아이솔레이터 및 엑스트라 댐퍼를 선택적, 복합적으로 채용할 수 있어 다양한 환경에서의 정밀 측정 및 작업이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템은 광학정반 상 대상물 또는 측정장비가 추가되거나 제거되는 과정에서 재정렬 작업을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템은 광학정반 상 발생하는 하중에 대한 변형을 재정렬 작업 없이 즉시 보상할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템은 대형 광학정반 시스템에서도 큰 오차없이 정밀 측정 및 작업이 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 광학정반의 개념도 및 변형량을 가시화한 해석도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 엑스트라 댐퍼의 측면도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 엑스트라 댐퍼의 확대도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엑스트라 댐퍼의 확대도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템의 개념도
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템의 개념도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해석 되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템은 광학정반(Optical Table)을 기초로 패시브 아이솔레이션(Passive Isolation) 또는 액티브 아이솔레이션(Active Isolation) 또는 엑스트라 댐퍼(Extra Damper)를 선택적, 복합적으로 채용하는 초정밀시스템을 구축할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템에서 채용되는 패시브 아이솔레이터는 주로 코일스프링, 방진고무 또는 공기스프링 등을 사용할 수 있으며, 지반의 진동이 전달되지 않도록 하거나, 진동원이 지반에 진동을 전하지 못하도록 차단하는 역할로 큰 진동요소를 차단하는 패시브 제진시스템으로 질량, 탄성체, 댐퍼로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템에서 채용되는 액티브 아이솔레이터는 반도체, 디스플레이, NanoFab, Nano Research 등 대부분의 초정밀 공정 및 측정연구분야에서 사용되는 저주파 대역의 미세진동을 제어하기 위한 장치로 센서와 액추에이터 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템은 광학정반에 상술한 패시브 아이솔레이터 및 액티브 아이솔레이터가 선택적으로 설치가 되며, 패시브 아이솔레이터 및 액티브 아이솔레이터가 제어하지 못하는 광학정반의 하중 변형을 보상하는 엑스트라 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1b는 광학정반(1) 상에 대상물(A)이 배치되었을 때의 한 예를 시각적으로 나타낸 해석도이다. 광학정반(1) 상에 대상물(A) 또는 측정장비를 설치할 경우 부품들의 정렬상태에 오차가 발생할 수 있다. 이는 광학정반(1) 자체의 변형이 그 원인 중 하나로, 이러한 변형으로 인해 광학정반 상의 대상물(A) 또는 측정장비를 매번 재정렬해야 하는 문제점이 있었다.
특히, 도 1a에 도시된 바와 같이 대상물(A) 또는 측정장비를 추가적으로 배치하거나 제거하는 과정에서 국소적으로 추가적인 변형이 발생할 수 있어 재정렬의 문제점이 더욱 부각되었다.
이에 따라 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템(10)은 상술한 변형 문제에 대응하고자 엑스트라 댐퍼(100)를 포함한다. 도 2는 본 발명에 따른 엑스트라 댐퍼(100)를 나타낸 것으로, 상기 엑스트라 댐퍼(100)는 크게 광학 스케일(120), 공기압 장치(110) 및 레벨풋(140)으로 구성될 수 있다.
좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 엑스트라 댐퍼(100)는 광학정반(11)의 변형이 예측되는 지점의 하부에 설치되는 것이 바람직하다. 상기 광학정반(11)에 설치되는 상기 엑스트라 댐퍼(100)의 수는 환경에 따라 단일 또는 복수 개가 설치될 수 있으며, 상술한 패시브 아이솔레이터 및 액티브 아이솔레이터와 복합적으로 설치될 수 있다. 상기 엑스트라 댐퍼(100)는 공기를 주입하거나 배출하는 에어 스프링 방식의 공기압 장치(110)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 엑스트라 댐퍼(100)는 변위를 감지하는 광학 스케일(120)을 포함할 수 있다. 또한 상기 엑스트라 댐퍼(100)는 높이 조절이 가능한 복수의 레벨풋(140)을 포함할 수 있다. 상기 광학 스케일(120)은 상부 고정부(121)와 하부 고정부(122)로 나뉠 수 있다. 상기 상부 고정부(121)는 상기 공기압 장치(110)의 상부(111)에 결합되고, 상기 하부 고정부(122)는 상기 공기압 장치(110)의 하부(112)에 결합될 수 있다. 상기 상부 고정부(121) 및 상기 하부 고정부(122)는 상기 엑스트라 댐퍼(100)에 가해지는 하중 등의 외부 요인에 따라 간격이 변하고, 상기 광학 스케일(120)은 그 간격의 변위에 따라 변형량을 추산하여 상기 공기압 장치(110)에 정보를 전달하는 역할을 할 수 있다. 이어 변형량에 대한 정보를 받은 상기 공기압 장치(110)는 팽창 또는 수축을 통해 변형을 상쇄시키는 역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 엑스트라 댐퍼(100)는 완충부(130)를 더 포함할 수 있다. 상기 완충부(130)는 상기 광학정반(11) 상에 대상물 또는 측정장비가 배치될 때 급격한 하중변화로 상기 공기압 장치(110)에 부하가 가해지는 것을 방지하고자 추가적으로 상기 완충부(130)를 더 포함할 수 있다. 상기 완충부(130)는 도시된 바와 같이 상기 공기압 장치(110)의 상부(111)와 하부(112)를 연결하는 형태로 형성될 수 있으며, 외력으로 인한 상기 공기압 장치(110)의 충격력 또는 상기 공기압 장치(110) 자체의 수축 또는 팽창으로 급격한 변위에 대한 충격력을 상쇄시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 상기 광학 스케일(120)을 확대하여 나타낸 것으로, 상기 광학 스케일(120)은 도시된 바와 같이 상부 고정부(121), 하부 고정부(122) 및 측정부(123)로 구성될 수 있다.
좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 상부 고정부(121)는 상기 광학정반(11)의 하부와 맞닿는 상기 공기압 장치(110)의 상부(111)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 하부 고정부(122)는 상기 공기압 장치(110)의 하부에 고정될 수 있다. 상기 상부 고정부(121)와 상기 하부 고정부(122)는 상기 측정부(123)에 의해 연결될 수 있다. 상기 측정부(123)는 변위를 감지하는 구성으로, 정지되어 있는 상기 하부 고정부(122)를 기준으로 상기 상부 고정부(121)가 상하로 움직이면, 그 변위를 감지하여 그에 따른 변형량을 추산하는 역할을 할 수 있다. 일예로 상기 측정부(123)는 상기 하부 고정부(122)와 피스톤 방식으로 결합될 수 있다. 상기 상부 고정부(121)는 상기 측정부(123)와 고정 결합되되, 상기 하부 고정부(122)와의 초기 간격을 조절할 수 있는 초기 설정부(121-1)를 더 포함할 수 있다. 일예로 상기 초기 설정부(121-1)는 상기 상부 고정부(121)와 상기 측정부(123) 간의 고정 또는 해제 전환이 가능한 체결수단일 수 있다.
이에 따라 상기 광학정반(11) 상에 대상물 또는 측정장비가 배치되었을 때, 상기 광학정반(11)에 변형이 발생되고, 그 변형만큼 상기 광학정반(11)의 처짐이 발생하면, 상기 상부 고정부(121) 및 상기 상부 고정부(121)에 고정된 상기 측정부(123)가 상기 하부 고정부(122) 방향으로 눌리게 된다. 이때, 측정된 변형량에 대한 정보를 상기 공기압 장치(110)가 받게 되고, 그 변형량 만큼 상기 공기압 장치(110)가 팽창하게 된다. 이후, 다시 상기 공기압 장치(110)가 팽창되면, 다시 상기 상부 고정부(121) 및 상기 측정부(123)가 상승하게 되고, 변형량에 대한 보상 수치만큼 상승하게 되고 그 위치에서 정지하게 된다. 즉, 상기 엑스트라 댐퍼(100)는 상술한 구성으로 상기 광학정반(11)에 발생된 변형량을 상쇄시켜 좀 더 정밀한 측정 및 작업이 가능해진다.
도 4는 본 발명에 따른 엑스트라 댐퍼(100)의 하단을 확대한 모습을 나타낸 것으로, 상기 엑스트라 댐퍼(100)는 레벨풋(140) 및 무빙휠(150)을 더 포함할 수 있다.
좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 레벨풋(140)은 지면과 맞닿는 상기 엑스트라 댐퍼(100)의 하단부에 결합된다. 상기 레벨풋(140)은 높이조절을 통해 상기 광학정반(11)과 상기 엑스트라 댐퍼(100) 사이에 이격이 발생하지 않고 밀착할 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기 레벨풋(140)은 복수 개가 구비될 수 있으며, 바람직하게는 상기 엑스트라 댐퍼(100)가 지면의 기울기에 제약받지 않도록 삼각형 형태의 3점 배치로 설치될 수 있다. 또한, 상기 레벨풋(140)은 높이 조절이 가능하도록 높이 조절부(141)를 더 포함할 수 있다. 일예로 상기 높이 조절부(141)는 너트와 볼트 방식의 체결수단으로 회전에 의해 높이가 조절되는 형태로 구성이 될 수 있다. 또한, 상기 엑스트라 댐퍼(100)의 하단부에는 무빙휠(150)을 더 포함할 수 있다. 상기 무빙휠(150)은 상기 광학정반(11) 하부에서 배치 변경 및 이동이 자유로울 수 있도록 바퀴를 포함할 수 있다. 일예로 상기 높이 조절부(141)를 통해 상기 레벨풋(140)의 높이를 일정수준까지 낮게 조절하면, 상기 무빙휠(150)이 직접 지면과 닿게 되어 움직일 수 있는 상태가 된다. 반대로 상기 높이 조절부(141)를 통해 상기 레벨풋(140)의 높이를 일정수준까지 높게 조절하면 상기 엑스트라 댐퍼(100)가 상기 광학정반(11) 및 지면과 밀착되면서 상기 무빙휠(150)은 움직일 수 없어 정착상태가 된다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템(10)의 다양한 예를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템(10)은 목적에 따라 패시브 아이솔레이터, 액티브 아이솔레이터 및 본 발명에 따른 엑스트라 댐퍼(100)가 다양한 배치로 설치될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 하이브리드 아이솔레이션 시스템(10)은 광학정반(11)과 엑스트라 댐퍼(100)로만 구성될 수 있다. 또는, 패시브 아이솔레이터 및 액티브 아이솔레이터의 설치를 통해 외부 요인으로 인한 진동요소 등을 배제하고 변형이 예상되는 위치에 본 발명에 따른 엑스트라 댐퍼(100)를 각각 복수 개 설치하는 구성으로 각 국소부의 변형을 보상하는 형태의 시스템을 구성하는 예를 포함할 수 있다.
도 5 및 도 6은 각각 상기 광학정반(11)이 소형일 때와 대형일 때의 배치 예를 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 엑스트라 댐퍼(100)는 대형 시스템에서 그 효과가 부각된다. 물론, 본 발명에 따른 하이브리드 아이솔레이션 시스템(10)은 도면상 도시된 배치 예에 한정되지 않는다.
11 : 종래의 광학정반
10 : 하이브리드 아이솔레이션 시스템
11 : 광학정반
A : 대상물
100 : 엑스트라 댐퍼
110 : 공기압 장치
111 : 공기압 장치 상부 112 : 공기압 장치 하부
120 : 광학 스케일
121 : 상부 고정부 121-1 : 초기 설정부
122 : 하부 고정부
123 : 측정부
130 : 완충부
140 : 레벨풋 141 : 높이 조절부
150 : 무빙휠

Claims (8)

  1. 상부에 대상물이 정렬되는 광학정반(Optical Table); 및
    상기 광학정반(Optical Table) 하부에 배치되는 적어도 하나의 엑스트라 댐퍼(Extra Damper);를 포함하고,
    상기 엑스트라 댐퍼(Extra Damper)는 상기 대상물의 하중에 의한 상기 광학정반(Optical Table)의 변형을 보상하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 아이솔레이션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학정반(Optical Table)은 하부에 액티브 아이솔레이터(Active Isolator) 또는 패시브 아이솔레이터(Passive Isolator)가 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 아이솔레이션 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엑스트라 댐퍼(Extra Damper)는 공기압 장치 및 광학 스케일(Optical Scale)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 아이솔레이션 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광학 스케일(Optical Scale)은 상기 공기압 장치 상부와 결합되는 상부 고정부 및 상기 공기압 장치 하부와 결합되는 하부 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 아이솔레이션 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광학 스케일(Optical Scale)은 상기 하부 고정부의 하강 또는 상승에 따라 상기 상부 고정부와의 변위차이를 감지하는 측정부를 더 포함하고, 상기 측정부는 변위차이의 정보를 상기 공기압 장치에 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 아이솔레이션 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부 고정부는 상기 하부 고정부와 결합되며 초기변위를 조절할 수 있는 초기 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 아이솔레이션 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 공기압 장치는 상기 공기압장치의 상부와 하부를 연결하는 완충부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 아이솔레이션 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 엑스트라 댐퍼(Extra Damper)는 각각 높이 조절이 가능한 복수의 레벨풋을 더 포함하고, 상기 레벨풋이 수축하면 이동이 가능한 복수의 무빙휠을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 아이솔레이션 시스템.
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