AHN WOO JUNG (KR)
KIM SOUK (KR)
PARK HEUI JAE (KR)
AHN WOO JUNG (KR)
KIM SOUK (KR)
| JP2002328726A | 2002-11-15 | |||
| JP2001014817A | 2001-01-19 | |||
| JP2001006307A | 2001-01-12 |
| 조동제어에 의하여 시점부터 종점 사이의 조동제어범위와 미동제어에 의하여 상기 조동제어범위에 포함되어 있는 미동제어범위를 움직이는 작동부를 가지며, 상기 작동부를 구동하는 마이크로액츄에이터와; 상기 마이크로액츄에이터를 조동제어하는 제1 디지털신호와 상기 마이크로액츄에이터를 미동제어하는 제2 디지털신호를 출력하는 제어수단과; 상기 제1 디지털신호를 제1 아날로그신호로 변환하여 출력하는 제1 디지털아날로그변환기와; 상기 제2 디지털신호를 제2 아날로그신호로 변환하여 출력하는 제2 디지털아날로그변환기와; 상기 제1 아날로그신호와 상기 제2 아날로그신호를 가산하여 상기 마이크로액츄에이터를 구동하기 위한 제3 아날로그신호를 출력하고, 상기 제3 아날로그신호를 상기 마이크로액츄에이터에 입력하는 가산기를 포함하는 초정밀 위치결정장치. |
| 제 1 항에 있어서, 상기 제1 디지털아날로그변환기는 제1 분해능으로 상기 제1 디지털신호를 상기 제1 아날로그신호로 변환하여 출력하도록 구성되어 있고, 상기 제2 디지털아날로그변환기는 제2 분해능으로 상기 제2 디지털신호를 상기 제2 아날로그신호로 변환하여 출력하도록 구성되어 있는 초정밀 위치결정장치. |
| 제 2 항에 있어서, 상기 제1 디지털아날로그변환기의 제1 분해능과 상기 제2 디지털아날로그변환기의 제2 분해능 각각은 16비트로 이루어지는 초정밀 위치결정장치. |
| 제 1 항에 있어서, 상기 제1 디지털신호와 제2 디지털신호에 의하여 상기 제1 디지털아날로그변환기와 상기 제2 디지털아날로그변환기 각각의 작동을 제어하는 앤드게이트칩셀렉트를 더 구비하는 초정밀 위치결정장치. |
| 조동제어에 의하여 시점부터 종점 사이의 조동제어범위와 미동제어에 의하여 상기 조동제어범위에 포함되어 있는 미동제어범위를 움직이는 작동부를 가지며 상기 작동부를 구동하는 마이크로액츄에이터와, 상기 마이크로액츄에이터를 조동제어 및 미동제어하는 제어수단을 구비하는 초정밀 위치결정장치에 의한 초정밀 위치결정방법에 있어서, 상기 마이크로액츄에이터를 조동제어하는 제1 디지털신호와 미동제어하는 제2 디지털신호를 출력하는 단계와; 상기 제1 디지털신호를 제1 디지털아날로그변환기에 의하여 제1 아날로그신호로 변환하여 출력하는 단계와; 상기 제2 디지털신호를 제2 디지털아날로그변환기에 의하여 제2 아날로그신호로 변환하여 출력하는 단계와; 상기 제1 아날로그신호에 상기 제2 아날로그신호를 가산기에 의하여 가산하여 상기 마이크로액츄에이터를 구동하기 위한 제3 아날로그신호를 출력하는 단계로 이루어지는 초정밀 위치결정방법. |
| 제 5 항에 있어서, 상기 제1 디지털아날로그변환기는 상기 마이크로액츄에이터를 조동제어하도록 상기 제1 아날로그신호를 제1 분해능으로 출력하며, 상기 제2 디지털아날로그변환기는 상기 마이크로액츄에이터를 미동제어하도록 상기 제2 아날로그신호를 제2 분해능으로 출력하는 초정밀 위치결정방법. |
| 제 6 항에 있어서, 상기 제1 디지털아날로그변환기의 제1 분해능과 상기 제2 디지털아날로그변환기의 제2 분해능 각각은 16비트로 상기 제1 아날로그신호와 상기 제2 아날로그신호를 출력하는 초정밀 위치결정방법. |
본 발명은 초정밀 위치결정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로미터 이하 수준의 미세 운동을 조동제어와 미동제어의 이원 방식으로 제어하는 초정밀 위치결정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
산업현장의 각 분야에서 초정밀 위치결정기술과 미세측정기술의 중요성은 날로 증대되고 있다. 서브미크론(Submicron) 수준의 초정밀 위치결정장치는 원자간력현미경(Atomic Force Microscope, AFM), 주사형전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 등의 미세측정분야와 반도체, 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System, MEMS) 등의 산업분야에 광범위하게 사용되고 있다.
미세측정분야에 사용되고 있는 초정밀 위치결정장치의 일례로 미국특허 제6,992,779호에 간섭계 장치(Interferometer Apparatus)가 개시되어 있다. 이 특허 문헌의 간섭계 장치는 샘플(Sample)과 콜리메이터렌즈(Collimator Lens) 사이에 배치되어 있는 레퍼런스플레이트(Reference Plate)와, 레퍼런스플레이트를 운동시킬 수 있도록 장착되어 있는 압전장치(Piezoelectric Device)로 구성되어 있다. 압전장치의 압전변환기(Piezoelectric Transducer, PZT) 구동회로는 컴퓨터에 연결되어 있다. 컴퓨터의 제어에 의하여 구동되는 압전장치는 레퍼런스플레이트를 미세하게 운동시킨다.
압전변환기 장치(PZT Device), 압전적층액츄에이터(Piezostack Actuator, PSA) 등과 같은 마이크로액츄에이터(Micro Actuator)의 구동회로는 디지털아날로그변환기(Digital to Analog Converter, DAC)로 구성되고 있다. 마이크로액츄에이터는 조동제어범위(Coarse Control Range), 즉 마이크로액츄에이터가 구동되기 시작하는 시점(Starting Point)부터 종점(End Point)까지의 스트로크 거리(Stroke Length)를 보유한다. DAC는 그 분해능(Resolution)에 따라 컴퓨터로부터 입력되는 디지털신호의 명령값을 아날로그신호의 전압으로 변환하여 출력함으로써 마이크로액츄에이터의 구동을 제어한다.
그러나 상기한 간섭계 장치를 포함하는 종래기술의 초정밀 위치결정장치는, DAC의 분해능에 의하여 마이크로액츄에이터를 조동제어하기 때문에 정확성(Accuracy)이 저하되는 문제가 있다. 즉, DAC는 컴퓨터로부터 입력되는 디지털신호의 명령값에 따라 마이크로액츄에이터의 조동제어범위를 분해하여 마이크로액츄에이터의 구동을 제어하므로, 명령값과 마이크로액츄에이터의 구동에 의하여 얻어지는 실제값(Actual Value)에 분해능 한계가 존재하게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 마이크로미터 이하 수준의 미세 운동을 조동제어와 미동제어의 이원 방식으로 제어하여 정확성을 높일 수 있는 초정밀 위치결정장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 미동제어범위(Fine Control Range)의 분해능과 속도를 높일 수 있는 초정밀 위치결정장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 조동제어에 의하여 시점부터 종점 사이의 조동제어범위와 미동제어에 의하여 조동제어범위에 포함되어 있는 미동제어범위를 움직이는 작동부를 가지며, 작동부를 구동하는 마이크로액츄에이터와; 마이크로액츄에이터를 조동제어하는 제1 디지털신호와 마이크로액츄에이터를 미동제어하는 제2 디지털신호를 출력하는 제어수단과; 제1 디지털신호를 제1 아날로그신호로 변환하여 출력하는 제1 DAC와; 제2 디지털신호를 제2 아날로그신호로 변환하여 출력하는 제2 DAC와; 제1 아날로그신호와 제2 아날로그신호를 가산하여 마이크로액츄에이터를 구동하기 위한 제3 아날로그신호를 출력하고, 제3 아날로그신호를 마이크로액츄에이터에 입력하는 가산기를 포함하는 초정밀 위치결정장치에 있다.
본 발명의 다른 특징은, 조동제어에 의하여 시점부터 종점 사이의 조동제어범위와 미동제어에 의하여 조동제어범위에 포함되어 있는 미동제어범위를 움직이는 작동부를 가지며 작동부를 구동하는 마이크로액츄에이터와, 마이크로액츄에이터를 조동제어 및 미동제어하는 제어수단을 구비하는 초정밀 위치결정장치에 의한 초정밀 위치결정방법에 있어서, 마이크로액츄에이터를 조동제어하는 제1 디지털신호와 미동제어하는 제2 디지털신호를 출력하는 단계와; 제1 디지털신호를 제1 DAC에 의하여 제1 아날로그신호로 변환하여 출력하는 단계와; 제2 디지털신호를 제2 DAC에 의하여 제2 아날로그신호로 변환하여 출력하는 단계와; 제1 아날로그신호에 제2 아날로그신호를 가산기에 의하여 가산하여 마이크로액츄에이터를 구동하기 위한 제3 아날로그신호를 출력하는 단계로 이루어지는 초정밀 위치결정방법에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초정밀 위치결정장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 초정밀 위치결정장치에서 마이크로액츄에이터의 조동제어범위와 미동제어범위를 설명하기 위하여 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 초정밀 위치결정방법을 설명하기 위하여 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 초정밀 위치결정장치 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 초정밀 위치결정장치는 마이크로미터 이하 수준의 미세 운동을 조동제어와 미동제어의 이원 방식으로 제어한다. 본 발명에 따른 초정밀 위치결정장치는 마이크로미터 이하 수준의 미세 운동을 구현하는 마이크로액츄에이터(10)를 구비한다. 마이크로액츄에이터(10)는 구동되기 시작하는 시점(P1)부터 종점(P2)까지의 조동제어범위(R1)를 갖는다. 마이크로액츄에이터(10)의 조동제어범위(R1)에는 미동제어범위(R2)가 포함되어 있다. 마이크로액츄에이터(10)는 조동제어범위(R1)와 미동제어범위(R2)를 움직이는 작동부(12)를 갖는다. 마이크로액츄에이터(10)는 공지의 압전변환기 장치, 압전적층액츄에이터 등으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 초정밀 위치결정장치는 마이크로액츄에이터(10)의 구동을 제어하는 제어수단으로 컨트롤러(20)를 구비한다. 컨트롤러(20)는 마이크로액츄에이터(10)의 구동에 요구되는 조동제어와 미동제어의 명령값을 출력한다. 컨트롤러(20)는 컴퓨터, 키매트릭스(Key Matrix)를 갖는 마이크로프로세서, 제어반으로 구성될 수 있다. 컨트롤러(20)는 마이크로액츄에이터(10)의 조동제어범위(R1)를 조동제어하는 제1 디지털신호와 미동제어범위(R2)를 미동제어하는 제2 디지털신호 중 어느 하나를 출력한다. 미동제어범위(R2)는 컨트롤러(20)의 명령값에 의하여 마이크로액츄에이터(10)가 구동되어 구하는 위치결정값(P)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 제1 DAC(30)와 제2 DAC(40) 각각이 컨트롤러(20)에 병렬로 연결되어 있다. 컨트롤러(20)와 제1 및 제2 DAC(30, 40)는 직렬주변장치인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI)에 의하여 연결될 수 있다. 컨트롤러(20)는 마이크로액츄에이터(10)의 구동에 요구되는 제1 및 제2 디지털신호를 제1 및 제2 DAC(30, 40) 각각에 입력한다.
제1 DAC(30)는 제1 분해능으로 컨트롤러(20)로부터 입력되는 제1 디지털신호를 마이크로액츄에이터(10)의 조동제어범위(R1)를 조동제어하기 위한 제1 아날로그신호로 변환하여 출력한다. 제2 DAC(40)는 제2 분해능으로 컨트롤러(20)로부터 입력되는 제2 디지털신호를 마이크로액츄에이터(10)의 미동제어범위(R2)를 미동제어하기 위한 제2 아날로그신호로 변환하여 출력한다. 제1 및 제2 디지털아날로그(30, 40) 각각의 제1 및 제2 분해능은 16비트(Bit)가 바람직하다. 제1 및 제2 분해능은 필요에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
가산기(50)는 제1 및 제2 DAC(30, 40)에 병렬로 연결되어 있으며, 마이크로액츄에이터(10)에 직렬로 연결되어 있다. 가산기(50)는 제1 및 제2 DAC(30, 40)로부터 입력되는 제1 및 제2 아날로그신호를 가산하여 마이크로액츄에이터(10)의 구동을 위한 제3 아날로그신호를 출력하고, 제3 아날로그신호를 마이크로액츄에이터(10)에 입력한다. 앤드게이트칩셀렉트(AND Gate Chip Select: 60)는 컨트롤러(20)에 직렬로 연결되어 있고, 제1 및 제2 DAC(30, 40)에 직렬로 연결되어 있다. 앤드게이트칩셀렉트(60)는 컨트롤러(20)로부터 입력되는 제1 및 제2 디지털신호에 따라 제1 및 제2 DAC(30, 40)의 작동을 제어한다.
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 초정밀 위치결정장치에 의한 초정밀 위치결정방법을 도 3에 의거하여 설명한다.
도 1을 함께 참조하면, 컨트롤러(20)는 마이크로액츄에이터(10)의 구동에 요구되는 제1 디지털신호 및 제2 디지털신호 중 어느 하나를 출력한다(S10). 작업자는 컨트롤러(20)를 조작하여 마이크로액츄에이터(10)의 조동제어를 위한 조동제어 명령값 또는 미동제어를 위한 미동제어 명령값을 입력한다. 컨트롤러(20)의 조작에 의하여 입력되는 미동제어 명령값은 조동제어 명령값의 범위 내에 존재한다. 컨트롤러(20)는 조동제어 명령값에 상응하는 제1 디지털신호와 미동제어 명령값에 상응하는 제2 디지털신호를 출력한다.
다음으로, 컨트롤러(20)는 제1 디지털신호 또는 제2 디지털신호의 출력에 따라 마이크로액츄에이터(10)의 미동제어인가를 판단한다(S12). 컨트롤러(20)는 제1 디지털신호의 출력에 따라 미동제어가 아닌것으로 판단되면, 앤드게이트칩셀렉트(60)를 통하여 제1 DAC(30)를 작동시킨다(S14). 제1 DAC(30)는 마이크로액츄에이터(10)의 조동제어범위(R1)를 조동제어하기 위하여 16비트의 제1 분해능에 의하여 제1 디지털신호를 제1 아날로그신호로 변환하여 출력한다(S16). 가산기(50)는 제1 DAC(30)로부터 입력되는 제1 아날로그신호를 마이크로액츄에이터(10)에 입력하여 마이크로액츄에이터(10)를 구동시킨다(S18). 제1 DAC(30)의 작동에 의한 마이크로액츄에이터(10)의 조동제어는 간섭계 장치 등의 오토포커싱(Auto Focusing)에 유용하다.
위의 단계(S12)에서 컨트롤러(20)는 제2 디지털신호가 출력되었으면 미동제어인 것으로 판단하고, 앤드게이트칩셀렉트(60)를 통하여 제1 및 제2 DAC(30, 40)를 작동시킨다(S20). 제1 DAC(30)는 16비트의 제1 분해능에 의하여 제1 디지털신호를 제1 아날로그신호로 변환하여 출력한다(S22). 제2 DAC(40)는 마이크로액츄에이터(10)의 미동제어범위(R2)를 미동제어하기 위하여 16비트의 제2 분해능에 의하여 제2 디지털신호를 제2 아날로그신호로 변환하여 출력한다(S24).
가산기(50)는 제1 DAC(30)로부터 입력되는 제1 아날로그신호와 제2 DAC(40)로부터 입력되는 제2 아날로그신호를 가산하여 제3 아날로그신호를 출력한다(S26). 가산기(50)는 제3 아날로그신호를 마이크로액츄에이터(10)에 입력하여 마이크로액츄에이터(10)를 구동시킨다(S28). 마이크로액츄에이터(10)의 구동에 의하여 그 작동부(12)는 정확한 위치결정값(P)으로 작동된다.
이와 같이 제1 DAC(30)는 마이크로액츄에이터(10)의 조동제어범위(R1)를 조동제어하는 제1 아날로그신호, 즉 전압을 출력하고, 제2 DAC(40)는 마이크로액츄에이터(10)의 미동제어범위(R2)를 미동제어하는 전압을 출력하는 이원 방식에 의하여 마이크로액츄에이터(10)를 구동시킴으로써, 마이크로액츄에이터(10)의 미세 운동의 정확성을 높일 수 있다. 또한, 제2 DAC(40)의 분해능에 의하여 마이크로액츄에이터(10)의 미동제어범위(R2)가 제어되므로, 미동제어범위(R2)의 분해능과 속도를 높일 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 초정밀 위치결정장치 및 그 방법에 의하면, 마이크로미터 이하 수준의 미세 운동을 조동제어와 미동제어의 이원 방식으로 제어하여 정확성을 높일 수 있으며, 미동제어범위의 분해능과 속도를 높일 수 있는 효과가 있다.
Next Patent: DISPOSABLE GAS MASK