KR100851394B1 - 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탐침과 샘플에서 근접한 위치에 소형 고휘도 발광 소자를 설치하고 제어하게 하여 원자간력 현미경(AFM : Atomic Force Microscope)에서 나노급 측정을 위한 탐침의 거동을 감지하는 레이저 빔이 캔틸레버의 반사면 위에 정렬하도록 하는 캔틸레버의 몸체와 샘플의 표면 정보를 영상 정보로 변환하여 주는 영상 정보 획득 장치에서 필요로 하는 광원을 용이하게 조사시킬 수 있는 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 캔틸레버에 근접한 위치에 소형 고휘도 발광 소자를 설치하여 필요로 하는 광원을 용이하게 조사시킬 수 있어 전체적인 구조를 간단하게 구성시킬 수 있고, 이에 따른 소형화 및 경량화가 가능하게 하는 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 간단한 구조로 인해 경제성을 향상시키는 등의 그 효율성을 향상시켜 이를 사용하는 사용자로 하여금 사용상의 신뢰도 및 만족도를 극대화하는 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

원자간력 현미경, AFM, 조명장치, 소형 고휘도 발광 소자

Description

원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법{Illumination system for an Atomic Force Microscope and control process thereof}

도 1은 본 발명에 따른 개념적인 실시 상태를 설명하기 위한 구성 예시도,

도 2는 본 발명에 의해 실시되는 조명부가 대물렌즈의 하단부에 위치된 상태를 보여주는 다른 예시도,

도 3은 본 발명에 의해 실시되는 조명부가 AFM 헤드본체의 하단부에 위치된 상태를 보여주는 또 다른 예시도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 영상 정보 획득부 20 : 대물렌즈

30 : 프리즘 40 : 반사경

50 : 캔틸레버 60 : AFM 헤드본체

100 : 조명부 110 : 소형 고휘도 발광 소자

200 : 구동부 300 : 신호처리부

400 : 제어부

본 발명은 물질의 특성 분석, 나노급 크기의 장치 제조 및 구조물 분석 등에 사용하는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope, 이하 'AFM'이라 한다)에 적용시키는 조명장치 및 그 제어방법에 관한 것으로,

좀 더 상세하게는 탐침과 샘플에서 근접한 위치에 소형 고휘도 발광 소자를 설치하고 제어하도록 함으로써, AFM에서 나노급 측정을 위한 탐침의 거동을 감지하는 레이저 빔이 캔틸레버의 반사면 위에 정렬하도록 하는 캔틸레버의 몸체와 샘플의 표면 정보를 영상 정보로 변환하여 주는 영상 정보 획득 장치에서 필요로 하는 광원을 용이하게 제공하기 위한 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, AFM은 시료의 표면과 레이저 빔을 정렬하기 위하여 캔틸레버의 위치를 관찰할 수 있는 광학 현미경 또는 광학 기구와 CCD(Charge-coupled Device, 이하 'CCD'이라 한다) 소자를 사용하여 영상 정보를 획득하는 장치가 결합된 구조로 구성되어 있다.

이와 같이, 관찰하기 위한 대상, 즉 캔틸레버의 몸체와 시료의 표면에 일정한 밝기의 광량이 필요한데, 상기의 AFM에서는 별도의 조명장치를 외부에 두어 결합하는 형태로 구성되기 때문에 별도의 조명장치(Illumination system)를 이용하기 위하여는 CCD 소자를 이용한 영상 정보 획득 장치(CCD camera)와 조명장치(Illumination system) 광원(Light source)의 광경로(Optical path)를 만들어 주 는 광학 파이버(Optical Fiber) 및 이들을 결합할 수 있도록 해주는 경통장치(Compact video microscope)가 필요로 하게 되는 것이다.

상기와 같은 조명장치의 기능은 캔틸레버의 반사 표면위에 레이저 빔을 정렬하기 위하여 CCD 소자를 이용한 영상 정보 획득 장치를 이용하는데, 관찰 대상을 감지하기 위한 밝기의 광량을 확보하기 위하여 사용하는 것이고, 시료의 표면을 관찰하는데 필요한 밝기의 광량을 확보하기 위하여 사용하는 것이다.

이에 따른, 종래에 실시하고 있는 AFM에서 레이저 빔 정렬이 마무리되면 조명장치가 불필요하게 되어 본체에서 분리시키게 되는 것이다.

따라서, 종래의 AFM에 광원을 캔틸레버에 조사할 수 있도록 별도로 부가되는 조명장치를 이용하기 위해서 광파이버(Optical fiber)와 경통장치(Compact video microscope)와 같은 별도의 부가장치가 필요하기 때문에 전체적인 AFM 시스템의 부피가 커지게 되는 문제가 있는 동시에 AFM 설계의 구조적 제한이 따르는 문제로 인해 실질적으로 AFM을 사용하는 사용상의 신뢰도 및 만족도가 극소화되는 문제가 있는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 갖는 제반 문제점들을 해결하고자 창출된 것으로 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 발명은 탐침과 샘플에서 근접한 위치에 소형 고휘도 발광 소자를 설치하고 제어하게 하여 AFM에서 나노급 측정을 위한 탐침의 거동을 감지하는 레이저 빔 이 캔틸레버의 반사면 위에 정렬하도록 하는 캔틸레버의 몸체와 샘플의 표면 정보를 영상 정보로 변환하여 주는 영상 정보 획득 장치에서 필요로 하는 광원을 용이하게 조사시킬 수 있는 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 캔틸레버에 근접한 위치에 소형 고휘도 발광 소자를 설치하여 필요로 하는 광원을 용이하게 조사시킬 수 있어 전체적인 구조를 간단하게 구성시킬 수 있고, 이에 따른 소형화 및 경량화가 가능하게 하는 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구조로 인해 경제성을 향상시키는 등의 그 효율성을 향상시켜 이를 사용하는 사용자로 하여금 사용상의 신뢰도 및 만족도를 극대화하는 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.

이하, 상기한 본 발명에 대해서 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 사용자 및 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라 질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명은 물질의 특성 분석, 나노급 크기의 장치 제조 및 구조물 분석 등에 사용하는 원자간력 현미경에 있어서, 상기 원자간력 현미경에서 캔틸레버의 위치를 확인하여 레이저 빔의 정렬을 용이하게 하고, 시료의 표면 상태를 확인할 수 있도록 영상 정보 획득부에서 필요한 광원을 조사시키는 조명부가 구비되어 이루어지는 것이 바람직하다.

이에, 상기 조명부는 반사경과 캔틸레버의 사이에 위치되어 광원을 조사시키도록 이루어질 수 있고, 또한 상기 조명부는 대물렌즈의 하단부에 위치되어 광원을 조사시키도록 이루어질 수 있으며, 또한 상기 조명부는 AFM 헤드본체의 하단부에 위치되어 광원을 조사시키도록 이루어질 수 있는 것이다.

이에 따른, 상기 조명부는 소형 고휘도 발광 소자로 이루는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 의해 실시되는 원자간력 현미경용 조명장치는 원자간력 현미경에서 캔틸레버의 위치를 확인하여 레이저 빔의 정렬을 용이하게 하고, 시료의 표면 상태를 확인할 수 있도록 영상 정보 획득부에서 필요한 광원을 조사시키는 조명부와, 상기 조명부를 구동시켜 광원을 조사시키기 위해 신호를 출력시키기 위한 구동부와, 상기 구동부에 신호를 출력하여 원활한 구동을 실시할 수 있도록 신호를 처리하기 위한 신호처리부와, 상기 조명부의 밝기를 제어하고 신호처리부의 신호를 제어하도록 하는 제어부와, 상기 조명부에 의해 캔틸레버에 조사하기 위한 광원 또는 샘플의 표면에 조사하기 위한 광원에 대한 효율을 높이기 위해 국부적으로 조명이 가능하도록 하는 반사경을 포함하여 이루어지게 된다.

상기의 제어부는 조명부에서 조사되는 광원의 밝기를 제어할 수 있도록 전압의 크기와 일정 전압에서 주파수의 변화를 주어 조명부의 조도를 조절하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 원자간력 현미경용 조명장치에 대한 제어방법은 원자간력 현미경을 통해 캔틸레버의 위치를 확인하여 레이저 빔의 정렬을 용이하게 하고 시료의 표면 상태를 확인할 수 있도록 영상 정보 획득부에서 필요한 광원을 조사시키기 위해서, 상기의 광원을 조사시키는 조명부를 제어부에 의해 신호를 제어하도록 실행하는 단계와, 상기의 제어부를 통해 제어되는 신호에 의해 조명부의 밝기를 제어할 수 있도록 신호처리부에 의해 신호를 처리시키는 단계와, 상기 신호처리부를 통해 처리되는 신호에 의해 조명부가 해당 밝기로 광원을 조사시킬 수 있도록 구동부에 의해 조명부를 구동시키는 단계를 실행하게 되는 것이다.

[실시예]

상기한 본 발명을 이루기 위한 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명은 첨부도면 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1은 본 발명에 따른 개념적인 실시 상태를 설명하기 위한 구성 예시도이고, 도 2는 본 발명에 의해 실시되는 조명부가 대물렌즈의 하단부에 위치된 상태를 보여주는 다른 예시도이며, 도 3은 본 발명에 의해 실시되는 조명부가 AFM 헤드본체의 하단부에 위치된 상태를 보여주는 또 다른 예시도를 나타낸 것이다.

즉, 본 발명을 적용하는 원자간력 현미경(AFM)은 물질의 특성 분석, 나노급 크기의 장치 제조 및 구조물 분석 등에 사용하게 되는 것이다.

이때, 상기 원자간력 현미경에 구비된 영상 정보 획득부(10)에서 필요한 광원을 조사시키는 조명부(100)를 구비시키게 되는데, 이는 레이저 빔의 정렬을 목적으로 캔틸레버(50)의 위치를 확인시키기 위한 것이고, 또한 시료의 표면 상태, 즉 샘플을 용이하게 확인할 수 있도록 하기 위한 것이다.

이에 따른, 상기 조명부(100)는 소형 고휘도 발광 소자(110)로 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 전압의 크기와 일정 전압에서 주파수의 변화를 주어 조도를 용이하게 조절할 수 있디 때문이다.

상기와 같이 소형 고휘도 발광 소자(110)로 이루어진 조명부(100)는 광원을 조사하여 효율적으로 영상정보를 획득할 수 있도록 다양하게 위치시킬 수 있는데, 이는 본 발명에 의해 한정하지 않음을 밝혀두는 바이다.

즉, 상기 조명부(100)가 반사경(40)과 캔틸레버(50)의 사이에 위치될 수 있고, 또한 대물렌즈(20)의 하단부에 위치될 수 있으며, 또한 AFM 헤드본체(60)의 하단부에 위치될 수가 있는 것이다.

본 발명에 따라 실시되는 원자간력 현미경용 조명장치는 소형 고휘도 발광 소자(110)로 이루어진 조명부(100)에 의해 원자간력 현미경에서 캔틸레버(50)의 위치를 확인하여 레이저 빔의 정렬을 용이하게 하고, 또는 시료의 표면 상태를 확인할 수 있도록 광원을 조사시키게 되는데, 이는 구동부(200)에서 출력되는 신호에 의해 조명부(100)가 구동되어 원하는 광원을 조사시키게 되는 것이다.

이에, 상기의 구동부(200)는 신호처리부(300)를 통해 신호를 입력받게 되는데, 상기의 신호는 제어부(400)에 의해 조명부(100)의 밝기를 제어할 수 있는 신호와 조명부(100)를 구동시킬 수 있는 신호를 나타낸 것이다.

또한, 상기의 원자간력 현미경용 조명장치는 국부적으로 조명이 가능한 반사경(40)을 구비시킬 수가 있는데, 이는 상기 조명부(100)에 의해 캔틸레버(50)에 조사하기 위한 광원과 샘플의 표면에 조사하기 위한 광원에 대한 효율을 높이기 위한 것이다.

또한, 소형 고휘도 발광 소자(110)로 이루어진 조명부(100)에서 조사되는 광원의 밝기를 제어할 수 있도록 전압의 크기와 일정 전압에서 주파수의 변화를 주어 조명부(100)의 소형 고휘도 발광 소자(110)에 대한 조도를 제어부(400)를 통해 용이하게 조절할 수가 있는 것이다.

한편, 상기와 같은 원자간력 현미경용 조명장치에 대한 제어방법은 상기의 광원을 조사시키는 조명부(100)의 소형 고휘도 발광 소자(110)를 제어부(400)에 의해 신호를 제어하도록 실행하게 된다.

이때, 상기 제어부(400)는 전압의 크기와 일정 전압에서 주파수의 변화를 주는 신호를 제어하여 상기 조명부(100)에서 조사되는 광원의 밝기, 즉 조도를 조절할 수 있도록 실행시키게 된다.

상기에서 제어부(400)를 통해 제어되는 신호에 의해 조명부(100)를 제어할 수 있도록 신호처리부(300)에 의해 신호를 처리시킨 다음 상기 신호처리부(300)를 통해 처리되는 신호에 의해 조명부(100)가 해당 광원을 조사시킬 수 있도록 구동 부(200)를 통해 조명부(100)를 구동시킬 수 있도록 실행하게 되는 것이다.

미 설명부호 30은 프리즘을 나타낸 것이다.

마지막으로, 본 발명을 실시하고 있는 원자간력 현미경용 조명장치 및 그 제어방법의 구성 및 실행에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 탐침과 샘플에서 근접한 위치에 소형 고휘도 발광 소자를 설치하고 제어하게 하여 AFM에서 나노급 측정을 위한 탐침의 거동을 감지하는 레이저 빔이 캔틸레버의 반사면 위에 정렬하도록 하는 캔틸레버의 몸체와 샘플의 표면 정보를 영상 정보로 변환하여 주는 영상 정보 획득부에서 필요로 하는 광원이 용이하게 조사되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 캔틸레버에 근접한 위치에 소형 고휘도 발광 소자가 설치되어 필요로 하는 광원이 용이하게 조사될 수 있어 전체적인 구조가 간단하고, 이에 따른 소형화 및 경량화가 가능하게 이루질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 간단한 구조로 인해 경제성이 향상되는 등의 그 효율성이 향상되어 이를 사용하는 사용자로 하여금 사용상의 신뢰도 및 만족도가 극대화되는 등의 여러 효과가 있다.

Claims (16)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 물질의 특성 분석, 나노급 크기의 장치 제조 및 구조물 분석 등에 사용하는 원자간력 현미경에 있어서,

   상기 원자간력 현미경에서 캔틸레버의 위치를 확인하여 레이저 빔의 정렬을 용이하게 하고, 시료의 표면 상태를 확인할 수 있도록 영상 정보 획득부에서 필요한 광원을 조사시키는 조명부;

   상기 조명부를 구동시켜 광원을 조사시키기 위해 신호를 출력시키기 위한 구동부;

   상기 구동부에 신호를 출력하여 원활한 구동을 실시할 수 있도록 신호를 처리하기 위한 신호처리부;

   상기 조명부의 밝기를 제어하고 신호처리부의 신호를 제어하도록 하는 제어 부;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경용 조명장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 조명부에 의해 캔틸레버에 조사하기 위한 광원 또는 샘플의 표면에 조사하기 위한 광원에 대한 효율을 높이기 위해 국부적으로 조명이 가능하도록 하는 반사경을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경용 조명장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 제어부는 조명부에서 조사되는 광원의 밝기를 제어할 수 있도록 전압의 크기와 일정 전압에서 주파수의 변화를 주어 조명부의 조도를 조절하는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경용 조명장치.
9. 제6항에 있어서,

   상기 조명부는 반사경과 캔틸레버의 사이에 위치되어 광원을 조사시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경용 조명장치.
10. 제6항에 있어서,

    상기 조명부는 대물렌즈의 하단부에 위치되어 광원을 조사시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경용 조명장치.
11. 제6항에 있어서,

    상기 조명부는 AFM 헤드본체의 하단부에 위치되어 광원을 조사시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경용 조명장치.
12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조명부는 소형 고휘도 발광 소자인 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경용 조명장치.
13. 물질의 특성 분석, 나노급 크기의 장치 제조 및 구조물 분석 등에 사용하는 원자간력 현미경에 있어서,

    상기 원자간력 현미경에서 캔틸레버의 위치를 확인하여 레이저 빔의 정렬을 용이하게 하고 시료의 표면 상태를 확인할 수 있도록 영상 정보 획득부에서 필요한 광원을 조사시키는 조명부와, 상기 조명부를 구동시켜 광원을 조사시키기 위해 신호를 출력시키기 위한 구동부와, 상기 구동부에 신호를 출력하여 원활한 구동을 실시할 수 있도록 신호를 처리하기 위한 신호처리부와, 상기 조명부의 밝기를 제어하고 신호처리부의 신호를 제어하도록 하는 제어부와, 상기 조명부에 의해 캔틸레버에 조사하기 위한 광원 또는 샘플의 표면에 조사하기 위한 광원에 대한 효율을 높이기 위해 국부적으로 조명이 가능하도록 하는 반사경을 포함하여 이루어지되, 상기 제어부는 조명부에서 조사되는 광원의 밝기를 제어할 수 있도록 전압의 크기와 일정 전압에서 주파수의 변화를 주어 조명부의 조도를 조절하게 하고, 상기 조명부는 소형 고휘도 발광 소자인 것을 특징으로 하는 원자간력 현미경용 조명장치.
14. 원자간력 현미경을 통해 캔틸레버의 위치를 확인하여 레이저 빔의 정렬을 용이하게 하고 시료의 표면 상태를 확인할 수 있도록 영상 정보 획득부에서 필요한 광원을 조사시키기 위해서,

    상기의 광원을 조사시키는 조명부를 제어부에 의해 신호를 제어하도록 실행하는 단계;

    상기의 제어부를 통해 제어되는 신호에 의해 조명부의 밝기를 제어할 수 있도록 신호처리부에 의해 신호를 처리시키는 단계;

    상기 신호처리부를 통해 처리되는 신호에 의해 조명부가 해당 밝기로 광원을 조사시킬 수 있도록 구동부에 의해 조명부를 구동시키는 단계;

    를 실행하는 원자간력 현미경용 조명장치의 제어방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 조명부에서 조사되는 광원의 밝기를 제어할 수 있도록 전압의 크기와 일정 전압에서 주파수의 변화를 주어 조명부의 조도를 제어부에 의해 조절시키도록 실행하는 원자간력 현미경용 조명장치의 제어방법.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서,

    상기 조명부는 소형 고휘도 발광 소자로 구성시켜 실행하는 원자간력 현미경용 조명장치의 제어방법.

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