KR101249126B1 - 변위 측정 장치 - Google Patents

Abstract

변위 측정 장치가 개시된다. 변위 측정 장치는 기준 좌표 패널 및 측정 유닛을 포함할 수 있다. 기준 좌표 패널은 제1 높이에 위치하고 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 반사면들 및 제1 높이와 다른 제2 높이에 위치하고 제1 방향으로 연장된 복수의 제2 반사면들이 교호적으로 배치된 상부면을 가지는 하부 기판 및 제2 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 개구부를 구비하고 공기와 굴절률이 다른 광투과 물질로 이루어지며 상부면 위에 배치되는 상부 기판을 포함한다. 측정 유닛은 기준 좌표 패널로 레이저광을 조사하는 레이저 유닛 및 기준 좌표 패널로부터 반사된 레이저광을 수광하고 수광된 레이저광의 수광 위치를 판별할 수 있는 수광 유닛을 구비한다. 변위 측정 장치는 측정 유닛에 대한 기준 좌표 패널의 제1 및 제2 방향으로의 상대적인 변위 정보를 측정할 수 있다.

Description

변위 측정 장치{DISPLACEMENTS MEASURING APPARATUS}

본 발명은 변위 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다축 혹은 다자유도 운동 시스템에 대한 변위 측정 장치에 관한 것이다.

종래 회전 모터 또는 선형 모터의 가동부 이동량을 계측하는 인코딩 방법으로는 규칙화된 패턴에 조사되는 레이저 빔의 반사 유무를 측정하는 방법, 패턴 좌우에서 빔의 투과 여부를 측정하는 방법, 패턴에 반사된 레이저 빔의 회절 또는 간섭 등을 이용하는 방법 등이 적용되어 왔다.

이러한 인코딩 방법은 회전 시스템의 경우에는 원주 방향으로 그리고 선형 시스템의 경우에는 가동부의 진행 방향으로 정렬된 패턴을 이용하는 등의 1자유도 계측 시스템이므로 평면 스테이지 등과 같이 X-축 및 Y-축으로 이축 운동을 하는 시스템의 경우 각 축마다 이러한 인코딩 방법을 별도로 적용하여 개별 축 변위 정보를 조합하여 다축 변위 정보로 활용하고 있다.

다축 혹은 다자유도 운동 시스템의 경우 전술한 인코딩 방법을 이용하여 변위 측정을 행함에 있어서, 각 축의 변위 정보를 종합하여 관심 영역 안에 있는 특정 점의 변위를 계산하므로 각 축 인코딩 시스템의 오차가 누적되어 최종 변위에 반영된다. 예로, X-축 이동 시스템에 수직으로 Y-축 이동 시스템이 적층되어있을 때 Y-축 시스템 상부에 장착된 특정 위치의 변위는 X-축 변위와 Y-축 변위가 조합되어 표현되는데 이 때 X-축 이동 시스템과 Y-축 이동 시스템의 초기 조립 시 수직 오차가 미소하게나마 내재되어 있는 경우 또는 각 축 방향 구동시 진직도 오차가 존재하는 경우 실제 특정 위치의 변위는 이러한 오차가 수반되어 나타나므로 고정 프레임 좌표계를 기준으로 특정 점의 위치를 별도로 계측하여 정밀도를 보상하는 방법을 채용하고 있다. 이러한 보상 방법은 다자유도 로봇 시스템에서 흔하게 볼 수 있는데 각 축의 위치 오차가 중첩되어 로봇 첨단(end-effector) 혹은 끝단에 나타나므로 베이스 프레임을 기준으로 실제 작업이 수행되는 로봇 첨단의 위치를 측정해보면 상기 누적 오차 때문에 각 축의 위치 정보를 조합하여 계산된 변위 정보와는 상당히 다른 결과를 낳는다.

본 발명의 목적은 X-축 및 Y-축 변위를 동시에 직접 측정할 수 있는 변위 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 변위 측정 장치는 기준 좌표 패널 및 제1 측정 유닛을 포함할 수 있다. 상기 기준 좌표 패널은 하부 기판 및 상부 기판을 구비할 수 있다. 상기 하부 기판은 제1 높이에 위치하고 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 반사면들 및 상기 제1 높이와 다른 제2 높이에 위치하고 상기 제1 방향으로 연장된 복수의 제2 반사면들이 교호적으로 배치된 상부면을 구비할 수 있다. 상기 상부 기판은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 개구부를 구비하고 공기와 굴절률이 다른 광투과 물질로 이루어지며 상기 상부면 위에 배치될 수 있다. 상기 제1 측정 유닛은 제1 레이저 유닛 및 제1 수광 유닛을 구비할 수 있다. 상기 제1 레이저 유닛은 상기 기준 좌표 패널로 제1 레이저광을 조사할 수 있다. 상기 제1 수광 유닛은 상기 기준 좌표 패널로부터 반사된 상기 제1 레이저광을 수광하고 상기 수광된 제1 레이저광의 수광 위치를 판별할 수 있다. 본 발명에 따른 벼위 측정 장치는 상기 측정 유닛에 대한 상기 기준 좌표 패널의 상기 제1 및 제2 방향으로의 상대적인 변위 정보를 측정할 수 있다.

상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 수직하고, 상기 제1 반사면 및 상기 제2 반사면의 상기 제2 방향으로의 폭은 서로 동일하며, 상기 개구부의 상기 제1 방향으로의 폭은 상기 개구부들 중 인접한 개구부들 사이의 이격 거리와 동일할 수 있다. 상기 제1 반사면들은 상기 제2 반사면들보다 높은 위치에 배치되고, 상기 제1 반사면들의 일부 영역은 상기 상부 기판과 접촉할 수 있다. 상기 수광 유닛은 상기 레이저광의 수광 위치를 판별할 수 있는 선형 다이오드를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 변위 측정 장치는 상기 기준 좌표 패널 중 상기 제1 레이저 유닛과 다른 위치에 제2 레이저광을 조사하는 제2 레이저 유닛 및 상기 기준 좌표 패널로부터 반사된 상기 제2 레이저광을 수광하고 상기 수광된 제2 레이저광의 수광 위치를 판별할 수 있는 제2 수광 유닛을 구비하는 제2 측정 유닛을 더 구비할 수 있다. 이러한 변위 측정 장치는 상기 제1 및 제2 측정 유닛에 의해 측정된 상기 기준 좌표 패널의 상기 제1 및 제2 방향으로의 변위 정보를 기초로 상기 기준 좌표 패널의 회전 변위 정보를 측정할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 변위 측정 장치는 하부 기판, 상부 기판, 레이저 유닛, 레이저광 분할기 및 수광 유닛을 포함할 수 있다. 상기 하부 기판은 제1 방향으로의 제1 길이 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 폭을 갖고 제1 높이에 위치하는 복수의 제1 반사면들, 상기 제1 반사면들과 동일한 길이와 폭을 갖고 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이에 위치하며 상기 제1 반사면들과 교호적으로 배치된 복수의 제2 반사면들 및 상기 제1 및 제2 반사면들을 각각 연결하는 복수의 연결면들을 구비하는 상부면을 가질 수 있다. 상기 상부 기판은 상기 제2 방향으로의 제2 길이와 상기 제1 방향으로의 제2 폭을 갖고 상기 제2 폭만큼 상기 제1 방향으로 이격된 복수의 개구부를 구비하고 공기와 굴절률이 다른 광투과 물질로 이루어지며 상기 하부 기판 상부에 배치되어 상기 하부 기판과 결합될 수 있다. 상기 레이저 유닛은 상기 상부 기판 상부에 배치되고 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판으로 레이저광을 조사할 수 있다. 상기 레이저광 분할기는 상기 레이저 유닛과 상기 상부 기판 사이에 배치되어 상기 레이저 유닛으로부터 조사된 레이저광을 제1 레이저광, 상기 제1 레이저광이 조사되는 위치보다 제2 방향으로 상기 제1 폭보다 작은 거리만큼 쉬프트된 위치에 조사되는 제2 레이저광 및 상기 제1 레이저광이 조사되는 위치보다 제1 방향으로 상기 제2 폭보다 작은 거리만큼 쉬프트된 위치에 조사되는 제3 레이저광으로 분할할 수 있다. 상기 수광 유닛은 상기 하부 기판으로부터 반사된 상기 제1, 제2 및 제3 레이저광들을 수광하고 상기 수광된 제1, 제2 및 제3 레이저광들의 수광 위치를 판별할 수 있다. 이러한 변위 측정 장치는 상기 레이저 유닛 및 상기 수광 유닛에 대한 결합된 상기 하부 기판과 상기 상부 기판의 상기 제1 및 제2 방향으로의 상대적인 변위 정보를 측정할 수 있다.

일례로, 상기 제2 레이저광은 상기 제1 레이저광이 조사되는 위치보다 제2 방향으로 상기 제1 폭의 절반에 해당하는 거리만큼 쉬프트된 위치에 조사될 수 있고, 상기 제3 레이저광은 상기 제1 레이저광이 조사되는 위치보다 제1 방향으로 상기 제2 폭의 절반에 해당하는 거리만큼 쉬프트된 위치에 조사될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 변위 측정 장치는 기준 좌표 패널 및 측정 유닛을 포함할 수 있다. 상기 기준 좌표 패널은 하부 기판 및 상부 기판을 포함할 수 있다. 상기 하부 기판은 제1 방향으로 연장되고 서로 다른 굴절률을 가지며 서로 교호적으로 배치된 복수의 제1 반사면들 및 제2 반사면들로 이루어진 상부면을 구비할 수 있다. 상기 상부 기판은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 개구부를 구비하고 공기와 굴절률이 다른 광투과 물질로 이루어지며 상기 상부면 위에 배치될 수 있다. 상기 측정 유닛은 레이저 유닛, 반사경, 레이저광 분할기, 광 검출기 및 수광 유닛을 포함할 수 있다. 상기 레이저 유닛은 상기 기준 좌표 패널로 제1 레이저광을 조사할 수 있다. 상기 반사경은 상기 기준 좌표 패널로부터 반사된 상기 레이저광을 반사할 수 있다. 상기 레이저광 분할기는 상기 반사경에 의해 반사된 레이저광을 제1 및 제2 레이저광으로 분할할 수 있다. 상기 광 검출기는 상기 제1 레이저광을 수광하여 상기 제1 레이저광의 광량을 측정할 수 있다. 상기 수광 유닛은 상기 제2 레이저광을 수광하고 상기 수광된 제2 레이저광의 수광 위치를 판별할 수 있다. 이러한 변위 측정 장치는 상기 측정 유닛에 대한 상기 기준 좌표 패널의 상기 제1 및 제2 방향으로의 상대적인 변위 정보를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 반사면들과 상기 제2 반사면들은 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 상기 제1 반사면 및 상기 제2 반사면의 상기 제2 방향으로의 폭은 서로 동일할 수 있고, 상기 개구부의 상기 제1 방향으로의 폭은 상기 개구부들 중 인접한 개구부들 사이의 이격 거리와 동일할 수 있다. 나아가, 상기 제1 반사면의 폭과 상기 개구부의 폭은 서로 동일할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 변위 측정 장치는 기준 좌표 패널에 조사되는 단일 레이저 빔으로 X-축 및 Y-축 변위 정보를 직접 측정할 수 있고, 그 결과 복수개의 개별적인 인코딩 방법을 조합하여 최종 특정 점의 위치를 얻는 방법이 갖는 다양한 문제점 즉, 개별적인 측정 시스템의 배치, 구동 오차가 최종 특정점 위치에 누적되어 반영되는 문제점을 해결할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 변위 측정 장치는 단일 레이저 유닛을 채택하고, 반사 위치 및 굴절률 차이라는 간이한 방법을 적용함으로써 시스템 구성 비용을 대폭 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 변위 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기준 좌표 패널을 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 3a는 도 1에 도시된 A-A'선을 따라 절단한 기준 좌표 패널의 단면도이다.
도 3b는 도 1에 도시된 B-B'선을 따라 절단한 기준 좌표 패널의 단면도이다.
도 3c는 도 1에 도시된 C-C'선을 따라 절단한 기준 좌표 패널의 단면도이다.
도 3d는 도 1에 도시된 D-D'선을 따라 절단한 기준 좌표 패널의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 기준 좌표 패널에 조사된 레이저광의 수광 위치를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 변위 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 변위 측정 장치를 이용하여 회전 변위를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 변위 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 기준 좌표 패널이 X-축 또는 Y-축의 양의 방향으로 이동하였는지 음의 방향으로 이동하였는지 판별하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 변위 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 변위 측정 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 변위 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 기준 좌표 패널을 설명하기 위한 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 변위 측정 장치(1000)는 기준 좌표 패널(1100) 및 측정유닛(1200)을 포함할 수 있다.

기준 좌표 패널(1100)은 하부 기판(1110) 및 상부 기판(1130)을 포함할 수 있다. 기준 좌표 패널(1100)은 계측 대상점이 위치하는 대상체(미도시)에 부착되어 측정 유닛(1200)에 대해 상대적인 운동을 할 수 있다.

하부 기판(1110)은 상부면(1111) 및 이에 대향하는 하부면(1113)을 구비하고, 하부 기판(1110)의 상부면(1111)은 입사광(10)을 반사할 수 있다. 하부 기판(1110)의 상부면(1111)은 X-축 방향으로 연장되고 서로 교호적으로 위치하는 복수의 양각면들(1110b)과 복수의 음각면들(1111a) 및 상기 양각면들(1111b)과 상기 음각면들(1111a)을 각각 연결하는 복수의 연결면들(1111c)을 포함할 수 있다. 양각면들(1111b)은 동일 평면(이하, '제1 평면'이라 함) 상에 위치할 수 있다. 양각면들(1111b) 각각은 서로 동일한 형상을 가지고, 상기 X-축 방향으로의 길이와 상기 X-축 방향에 수직한 Y-축 방향으로의 폭을 가질 수 있다. 양각면들(1111b) 각각의 폭과 길이는 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 일례로, 양각면들(1111b)의 길이는 하부 기판(1110)의 상기 X-축 방향으로의 길이와 동일할 수 있다. 음각면들(1111a)은 상기 제1 평면에 평행하고, 상기 제1 평면보다 하부에 위치하는 제2 평면 상에 위치할 수 있다. 음각면들(1111a) 역시 서로 동일한 형상을 가지고, 상기 X-축 방향으로의 길이와 상기 Y-축 방향으로의 폭을 가질 수 있다. 음각면들(1111a) 각각의 폭과 길이 역시 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 일례로, 음각면들(1111a) 각각의 길이 및 폭은 양각면들(1111b) 각각의 길이 및 폭과 동일할 수 있다. 연결면들(1111c)은 상기 제1 및 제2 평면에 수직한 면들로서, 연결면들(1111c) 각각은 서로 인접한 양각면((1111b))의 일 모서리와 음각면(1111a)의 일 모서리를 연결할 수 있다. 연결면들(1111c)은 X-축 방향 및 Y-축 방향에 수직한 Z-축 방향으로의 폭과 X-축 방향으로의 길이를 가질 수 있다. 연결면들(1111c)의 폭만큼 양각면들(1111b)과 음각면들(1111a) 사이에는 높이 차이가 존재한다.

상부 기판(1130)은 하부 기판(1110)의 상부에 위치하고, 광이 투과할 수 있는 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 상부 기판(1130)은 상기 Y-축 방향으로 연장되고, 서로 소정 간격으로 이격된 복수의 선형 개구부(1133)를 포함할 수 있다. 선형 개구부들(1133)은 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 선형 개구부들(1133)의 상기 X-축 방향으로의 폭은 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 일례로, 선형 개구부들(1133)의 X-축 방향으로의 폭은 하부 기판(1110)의 양각면들(1111b) 및 음각면들(1111a)의 Y-축 방향으로의 폭과 동일할 수 있다. 인접한 개구부(1133) 사이의 이격 거리 역시 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 일례로, 인접한 개구부들(1133) 사이의 이격 거리는 개구부(1133)의 상기 폭과 동일할 수 있다. 상기와 같이 복수의 개구부(1133)가 형성된 상부 기판(1130)은 서로 교호적으로 위치하는 선형의 개구 영역(1133)과 선형의 비개구 영역(1131)을 포함하게 된다. 상기 기판(1130)의 개구 영역(1133)을 통과하는 레이저광(10, 10')은 굴절되지 않고 그대로 진행하나 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)을 통과하는 레이저광(10, 10')은 상부 기판(1130)을 이루는 물질과 공기의 굴절률 차이로 인하여 굴절된다.

측정 유닛(1200)은 기준 좌표 패널(1100)의 상부에 위치하고, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 레이저 빔을 조사할 수 있는 레이저 유닛(1210) 및 하부 기판(1110)에서 반사된 레이저광(10')을 수광하는 수광 유닛(1230)을 포함할 수 있다. 레이저 유닛(1210)에 의하여 조사된 레이저광(10)은 하부 기판(1110)에 반사되어 수광 유닛(1230)으로 궤환하는데, 레이저광이 조사되는 기준 좌표 패널(1100)의 위치에 따라 수광 유닛(1230)에 수광되는 위치가 달라진다. 구체적으로, 레이저 유닛(1210)에 의하여 조사된 레이저광(10)은 상부 기판(1130)의 개구 영역(1133)과 비개구 영역(1131)에서의 굴절 유무 및 하부 기판(1110)의 양각면들(1111b)과 음각면들(1111a) 사이의 높이 차이로 인한 반사 위치 차이 등에 의해 레이저광의 수광 위치가 달라진다. 수광 유닛(1230)은 레이저광의 수광 위치를 판별할 수 있는 선형 다이오드(linear diode)를 포함할 수 있다. 측정 유닛(1200)은 상기와 같은 레이저광의 수광 위치 차이를 삼각법에 기초하여 해석하여 측정 유닛(1200)에 대한 기준 좌표 패널(1100)의 X-축, Y-축 방향으로의 상대적인 변위 정보를 측정할 수 있다.

도 3a는 도 1에 도시된 A-A'선을 따라 절단한 기준 좌표 패널의 단면도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 B-B'선을 따라 절단한 기준 좌표 패널의 단면도이다. 그리고 도 3c는 도 1에 도시된 C-C'선을 따라 절단한 기준 좌표 패널의 단면도이고, 도 3d는 도 1에 도시된 D-D'선을 따라 절단한 기준 좌표 패널의 단면도이다.

도1, 도 2 및 도 3a를 참조하면, 상부 기판(1130)은 비개구 영역(1131)만으로 구성되고, 반사면인 하부 기판(1110)의 상부면(1111)은 교호적으로 정렬된 양각면들(1111b)과 음각면들(1111a)로 구성된다. 하부 기판(1110)의 양각면들(1111b)은 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)과 접촉할 수 있다. 이와 달리, 하부 기판(1110)의 양각면들(1111b)은 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)과 이격될 수도 있다.

도 1, 도 2 및 도 3b를 참조하면, 상부 기판(1130)은 개구 영역(1133)으로만 구성되고, 반사면인 하부 기판(1110)의 상부면(1111)은 양각면들(1111b)과 음각면들(1111a)이 교호적으로 정렬된다.

도 1, 도 2 및 도 3c를 참조하면, 상부 기판(1130)은 교호적으로 정렬된 개구 영역들(1133)과 비개구 영역들(1131)로 구성되고, 반사면인 하부 기판(1110)의 상부면(1111)은 음각면(1111a)으로만 구성된다.

도 1, 도 2 및 도 3d를 참조하면, 상부 기판(1130)은 교호적으로 정렬된 개구 영역들(1133)과 비개구 영역들(1131)로 구성되고, 반사면인 하부 기판(1110)의 상부면(1111)은 양각면(1111b)으로만 구성된다.

기준 좌표 패널(1100)을 X-축 방향에 평행한 방향 또는 Y-축 방향에 평행한 방향으로 절단하는 경우, 기준 좌표 패널(1100)의 어느 부분을 절단하더라도 위에서 설명된 도 3a 내지 도 3d에 도시된 단면들 중 하나와 동일한 단면을 이루게 된다.

도 4a 내지 도 4d는 기준 좌표 패널에 조사된 레이저광의 수광 위치를 설명하기 위한 단면도들이다.

도 4a를 참조하면, 레이저 유닛(1210)에 의해 기준 좌표 패널(1100)에 조사된 레이저광(10)은 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)을 경유하여 하부 기판(1110)의 양각면(1111b)에 도달하여 반사된다. 하부 기판(1110)의 양각면(1111b)에서 반사된 광(10')은 다시 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)을 경유하여 수광 유닛(1230)에 도달하게 된다. 이 경우, 레이저광(10, 10')은 하부 기판(1110)의 양각면(1111b)에 도달하기 전 공기 중에서 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)으로 입사하는 과정에서 한 번 굴절되고, 하부 기판(1110)의 양각면(1111b)에서 반사된 후 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)에서 공기 중으로 출사하는 과정에서 다시 한 번 굴절된다. 그 결과, 레이저광(10')은 수광 유닛(1230)의 위치 중 레이저 유닛(1210)에 가장 가까운 위치인 'a 위치'에 수광된다.

도 4b를 참조하면, 레이저 유닛(1210)에 의해 기준 좌표 패널(1100)에 조사된 레이저광(10)은 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)을 경유하여 하부 기판(1110)의 음각면(1111a)에 도달하여 반사된다. 하부 기판(1110)의 음각면(1111a)에서 반사된 광(10')은 다시 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)을 경유하여 수광 유닛(1230)에 도달하게 된다. 이 경우, 레이저광(10, 10')은 하부 기판(1110)의 음각면(1111a)에 도달하기 전 공기 중에서 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)으로 입사하는 과정 및 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)에서 공기 중으로 출사하는 과정에서 두 번 굴절되고, 하부 기판(1110)의 음각면(1111a)에서 반사된 후 공기 중에서 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)으로 입사하는 과정 및 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)에서 공기 중으로 출사하는 과정에서 다시 두 번 굴절된다. 레이저광은 양각면(1111b)보다 하부에 위치하는 음각면(1111a)에서 반사되므로, 상기의 경우 레이저광은 수광 유닛(1230)의 위치 중 'a 위치'보다 레이저 유닛(1210)에서 상대적으로 멀리 위치하는 'c 위치'에 수광된다.

도 4c를 참조하면, 레이저 유닛(1210)에 의해 기준 좌표 패널(1100)에 조사된 레이저광(10)은 상부 기판(1130)의 개구 영역(1133)을 경유하여 하부 기판(1110)의 양각면(1111b)에 도달하여 반사된다. 하부 기판(1110)의 양각면(1111b)에서 반사된 광은 다시 상부 기판(1130)의 개구 영역(1133)을 경유하여 수광 유닛(1230)에 도달하게 된다. 이 경우, 레이저광은 굴절 없이 양각면(1111b)에서 반사되고, 반사된 레이저광(10')은 굴절 없이 수광 유닛(1230)에 도달하게 된다. 레이저광은 굴절 없이 수광 유닛(1230)에 도달하고 음각면(1111a)보다 상부에 위치하는 양각면(1111b)에서 반사되므로, 상기의 경우 레이저광은 수광 유닛(1230)의 위치 중 'a 위치'보다는 레이저 유닛(1210)에서 상대적으로 멀리 위치하고 'c 위치'보다는 레이저 유닛(1210)에서 상대적으로 가깝게 위치하는 'b 위치'에 수광된다.

도 4d를 참조하면, 레이저 유닛(1210)에 의해 기준 좌표 패널(1100)에 조사된 레이저광(10)은 상부 기판(1130)의 개구 영역(1133)을 경유하여 하부 기판(1110)의 음각면(1111a)에 도달하여 반사된다. 하부 기판(1110)의 음각면(1111a)에서 반사된 광(10')은 다시 상부 기판(1130)의 개구 영역(1133)을 경유하여 수광 유닛(1230)에 도달하게 된다. 이 경우, 레이저광은 굴절 없이 음각면(1111a)에서 반사되고, 반사된 레이저광(10')은 굴절 없이 수광 유닛(1230)에 도달하게 된다. 레이저광은 굴절 없이 수광 유닛(1230)에 도달하고, 양각면(1111b)보다 하부에 위치하는 음각면(1111a)에서 반사되므로, 상기의 경우 레이저광은 수광 유닛(1230)의 위치 중 레이저 유닛(1210)에서 상대적으로 가장 멀리 위치하는 'd 위치'에 수광된다.

다시 도 3a를 참조하면, 레이저광이 상부 기판(1130)의 비개구 영역(1131)에 조사된 상태에서 기준 좌표 패널(1100)이 측정 유닛(1200)에 대해 Y-축 방향으로 상대적으로 이동하면, 레이저광은 수광 유닛(1230)의 'a 위치'와 'c 위치'에 교대로 반복적으로 수광된다.

다시 도 3b를 참조하면, 레이저광이 상부 기판(1130)의 개구 영역(1133)에 조사된 상태에서 기준 좌표 패널(1100)이 측정 유닛(1200)에 대해 Y-축 방향으로 상대적으로 이동하면, 레이저광은 수광 유닛(1230)의 'b 위치'와 'd 위치'에 교대로 반복적으로 수광된다.

다시 도 3c를 참조하면, 레이저광이 하부 기판(1110)의 음각면(1111a)에 조사된 상태에서 기준 좌표 패널(1100)이 측정 유닛(1200)에 대해 X-축 방향으로 상대적으로 이동하면, 레이저광은 수광 유닛(1230)의 'c 위치'와 'd 위치'에 교대로 반복적으로 수광된다.

다시 도 3d를 참조하면, 레이저광이 하부 기판(1110)의 양각면(1111b)에 조사된 상태에서 기준 좌표 패널(1100)이 측정 유닛(1200)에 대해 X-축 방향으로 상대적으로 이동하면, 레이저광은 수광 유닛(1230)의 'a 위치'와 'b 위치'에 교대로 반복적으로 수광된다.

따라서, 수광 위치의 변화 패턴과 수광 위치의 변화 횟수를 파악한다면 기준 좌표 패널(1100)이 측정 유닛(1200)에 대해 상대적으로 X-축 또는 Y-축 방향으로 얼마만큼 이동했는지 알 수 있다.

실시예 2

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 변위 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 변위 측정 장치(2000)는 기준 좌표 패널(2100), 제1 측정 유닛(2300) 및 제2 측정 유닛(2500)을 포함할 수 있다.

기준 좌표 패널(2100)은 본 발명의 실시예 1에 따른 변위 측정 장치(1000)의 기준 좌표 패널(1100)과 실질적으로 동일 또는 유사한 구성을 가지고 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 그리고, 제1 측정 유닛(2300) 및 제2 측정 유닛(2500) 각각의 구성은 본 발명의 실시예 1에 따른 변위 측정 장치(1000)의 측정 유닛(1200)의 구성과 실질적으로 동일 또는 유사하므로 이에 대한 구체적인 설명 역시 생략한다. 또한, 제1 측정 유닛(2300) 및 제2 측정 유닛(2500) 각각은 본 발명의 실시예 1에 따른 변위 측정 장치(1000)의 측정 유닛(1200)과 실질적으로 동일한 방법으로 기준 좌표 패널(1100)의 상대적인 X-축 및 Y-축 방향으로의 변위 정보를 측정하므로, 이에 대한 구체적인 설명 역시 생략한다.

이하에서는 제1 측정 유닛(2300) 및 제2 측정 유닛(2500)을 이용하여 기준 좌표 패널(2100)의 상대적인 회전 변위를 측정하는 방법을 중심으로 설명한다.

도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 변위 측정 장치(2000)를 이용하여 회전 변위를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 구체적으로, 도 6a는 기준 좌표 패널(2100)의 회전 전에 제1 및 제2 측정 유닛들(2300, 2500)의 레이저 유닛들로부터 조사된 레이저광이 조사된 위치를 나타내는 도면이고, 도 6b는 기준 좌표 패널(2100)을 각도 'θ'만큼 시계 반대 방향으로 회전한 후에 제1 및 제2 측정 유닛들(2300, 2500)의 레이저 유닛들로부터 조사된 레이저광이 조사된 위치를 나타내는 도면이다.

도 6a를 참조하면, 기준 좌표 패널(2100)의 회전 전의 경우, 제1 측정 유닛(2300)의 레이저 유닛은 'a 지점'에 레이저광을 조사하고, 제2 측정 유닛(2500)의 레이저 유닛은 'a 지점'으로부터 X-축 방향으로 거리 'L'만큼 이격된 'b'지점에 레이저 광을 조사한다. 설명의 편의를 위해, 'a 지점'과 'b 지점'의 Y-축 좌표값은 서로 동일한 것으로 가정한다.

도 6b를 참조하면, 제1 및 제2 측정 유닛(2300, 2500)을 기준으로 기준 좌표 패널(2100)을 시계 반대 방향으로 각도 'θ'만큼 회전하면, 제1 측정 유닛(2300)의 레이저 유닛은 'c 지점'에 레이저광을 조사하게 되고, 제2 측정 유닛(2500)의 레이저 유닛은 'd 지점'에 레이저광을 조사하게 된다. 이 경우 기준 좌표 패널(2100)의 회전에 의해 제1 측정 유닛(2300)에 측정된 Y-축 변위는 '△y1'이고, 제2 측정 유닛(2500)에 측정된 Y-축 변위는 '△y2'이다. 제1 및 제2 측정 유닛(2300, 2500)의 레이저 유닛들로부터 조사된 fp이저광의 이격 거리 'L', 제1 측정유닛(2300)으로부터 측정된 Y-축 변위 '△y1' 및 제2 측정 유닛(2500)으로부터 측정된 Y-축 변위 '△y2'와 기준 좌표 패널(2100)의 회전각도 'θ'는 하기 식 1의 관계를 갖는다. 따라서, 하기 식 1로부터 기준 좌표 패널(2100)의 회전 변위에 대한 정보를 계산할 수 있다.

[식 1]

실시예 3

도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 변위 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예 3에 따른 변위 측정 장치(3000)는 기준 좌표 패널, 측정 유닛(미도시) 및 레이저광 분할기(미도시)를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예 1에 따른 변위 측정 장치(1000)의 경우, X-축 및 Y-축 방향으로의 변위량을 측정하는 것은 가능하지만, 측정된 변위량이 X-축 및 Y-축의 음의 방향으로의 변위량인지 양의 방향으로의 변위량인지 판별할 수 없는 문제점이 있다. 본 발명의 실시예 3에 따른 변위 측정 장치(3000)는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 레이저 광분할기를 포함한다. 즉, 본 발명의 실시예 3에 따른 변위 측정 장치(3000)는 기준 좌표 패널의 X-축 및 Y-축의 음의 변위량 및 양의 변위량을 측정할 수 있다.

본 발명의 실시예 3에 따른 변위 측정 장치(3000)의 기준 좌표 패널 및 측정 유닛의 구성은 본 발명의 실시예 1에 따른 변위 측정 장치(1000)의 기준 좌표 패널(1100) 및 측정 유닛(1200)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

레이저광 분할기는 측정 유닛과 기준 좌표 패널 사이에 배치되어 측정 장치의 레이저 유닛으로부터 조사된 단일 레이저광을 3개의 레이저광, 즉, 제1 레이저광, 제2 레이저광 및 제3 레이저광(10, 20, 30)으로 분할한다. 레이저광 분할기에 의해 분할된 레이저광들(10, 20, 30)은 기준 좌표 패널의 서로 다른 위치에 조사된다. 제2 레이저광(20)은 제1 레이저광(10)이 조사된 위치에서 하부 기판(3110)의 양각면들(3111b) 및 음각면들(3111a) 각각의 Y-축 방향으로의 폭보다 작은 거리만큼 Y-축 방향으로 쉬프트된 위치에 조사될 수 있고, 제3 레이저광(30)은 제1 레이저광(10)이 조사된 위치에서 상부 기판의 개구영역들 및 비개구 영역들 각각의 X-축 방향으로의 폭보다 작은 거리만큼 X-축 방향으로 쉬프트된 위치에 조사될 수 있다. 일례로, Y-축 방향으로의 하부 기판(3100)의 패턴 주기를 'T1'라고 했을 때, 제2 레이저광(20)은 제1 레이저광의 조사된 위치보다 Y-축 방향으로'T1/4'만큼 쉬프트된 위치에 조사될 수 있다. 또한, X-축 방향으로의 상부 기판의 패턴 주기를 'T2'라고 했을 때, 제3 레이저광(30)은 제1 레이저광(10)이 조사된 위치보다 X-축 방향으로 'T2/4'만큼 쉬프트된 위치에 조사될 수 있다.

이하 도 8을 참조하여, 기준 좌표 패널이 Y-축의 양의 방향으로 이동하였는지 음의 방향으로 이동하였는지 판별하는 방법을 설명한다. 도 8a는 제1 레이저광이 조사된 위치를 나타내고, 도 8b는 제2 레이저광이 조사된 위치를 나타낸다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1 레이저광(10)이 'A 위치'에 조사된 상태에서 기준 좌표 패널이 측정 유닛에 대해 Y-축의 음의 방향으로 이동하는 경우, 제1 및 제2 레이저광(10, 20)이 반사되는 위치는 하기의 표 1과 같이 변할 것이다. 그 결과, 제1 및 제2 레이저광(10, 20)의 수광되는 위치도 그에 따라 변할 것이다. 또한, 제1 레이저광(10)이 'A 위치'에 조사된 상태에서 기준 좌표 패널이 측정 유닛에 대해 Y-축의 양의 방향으로 이동하는 경우, 제1 및 제2 레이저광(10, 20)이 반사되는 위치는 하기의 표 2와 같이 변할 것이고, 그 결과, 제1 및 제2 레이저광(10, 20)이 수광되는 위치도 그에 따라 변할 것이다.

위치	A	A-T1/4	A-2T1/4	A-3T1/4	A-4T1/4
제1 레이저광	양각면	양각면	음각면	음각면	양각면
제2 레이저광	양각면	음각면	음각면	양각면	양각면
식별 부호	가	나	다	라	가

위치	A	A+T1/4	A+2T1/4	A+3T1/4	A+4T1/4
제1 레이저광	양각면	음각면	음각면	양각면	양각면
제2 레이저광	양각면	양각면	음각면	음각면	양각면
식별 부호	가	라	다	나	가

표 1 및 표 2에 있어서, 제1 및 제2 레이저광(10, 20)이 각각 양각면(3111b) 및 양각면(3111b)에서 반사되는 경우를 '가'라 표시하고, 양각면(3111b) 및 음각면(3111a)에서 반사되는 경우를 '나'라 표시하고, 음각면(3111a) 및 음각면(3111a)에서 반사되는 경우를 '다'라 표시하며, 음각면(3111a) 및 양각면(3111b)에서 반사되는 경우를 '라'라 표시하였다.

도 8, 표 1 및 표 2를 참조하면, 측정 유닛에 대해 기준 좌표 패널이 Y-축의 음의 방향으로 이동하는 경우, 제1 및 제2 레이저광(10, 20)의 반사 위치는 '가-나-다-라-가-나-...'순으로 변하고, 측정 유닛에 대해 기준 좌표 패널이 Y-축의 음의 방향으로 이동하는 경우, 제1 및 제2 레이저광(10, 20)의 반사 위치는 '라-다-나-가-라-다-...'순으로 변함을 알 수 있다. 제1 및 제2 레이저광(10, 20)의 반사 위치는 제1 및 제2 레이저광(10, 20)의 수광 위치를 통해 파악할 수 있으므로, 제1 및 제2 레이저광(10, 20)을 이용하면 기준 좌표 패널이 Y-축의 양의 방향으로 이동하였는지 음의 방향으로 이동하였는지 파악할 수 있다.

상기와 실질적으로 동일 방법으로 제1 레이저광 및 제3 레이저광을 이용하면, 기준 좌표 패널이 측정 유닛에 대해 X-축의 양의 방향으로 이동하였는지 음의 방향으로 이동하였는지 파악할 수 있다.

실시예 4

도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 변위 측정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예 4에 따른 변위 측정 장치(4000)는 기준 좌표 패널(4100) 및 측정 유닛(4200)을 포함할 수 있다.

기준 좌표 패널(4100)은 하부 기판(4110) 및 상부 기판(4130)을 포함할 수 있다.

하부 기판(4110)은 상부면(4111) 및 이에 대향하는 하부면을 구비하고, 하부 기판(4110)의 상부면(4111)은 입사광을 반사할 수 있다. 하부 기판(4110)의 상부면(4111)은 X-축 방향으로 연장되고 서로 교호적으로 위치하는 복수의 제1 반사면들(4111a)과 복수의 제2 반사면들(4111b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반사면들(4111a, 4111b)은 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 이와 달리, 제1 및 제2 반사면들(4111a, 4111b)은 서로 다른 평면 상에 위치할 수도 있다. 제1 반사면들(4111a)은 서로 동일한 형상을 가지고, 상기 X-축 방향으로의 길이와 상기 X-축 방향에 수직한 Y-축 방향으로의 폭을 가질 수 있다. 제1 반사면들(4111a)의 각각의 폭과 길이는 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 일례로, 제1 반사면들(4111a)의 길이는 하부 기판(4110)의 상기 X-축 방향으로의 길이와 동일할 수 있다. 제2 반사면들(4111b)은 제1 반사면들(4111a)과 다른 반사율을 가질 수 있다. 제2 반사면들(4111b) 역시 서로 동일한 형상을 가지고, 상기 X-축 방향으로의 길이와 상기 Y-축 방향으로의 폭을 가질 수 있다. 제2 반사면들(4111b) 각각의 폭과 길이 역시 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 일례로, 제2 반사면들(4111b) 각각의 길이 및 폭은 제1 반사면들(4111a) 각각의 길이 및 폭과 동일할 수 있다.

상부 기판(4130)은 하부 기판(4110)의 상부에 위치하고, 광이 투과할 수 있는 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 상부 기판(4130)은 상기 Y-축 방향으로 연장되고, 서로 소정 간격으로 이격된 복수의 선형 개구부(4133)를 포함할 수 있다. 선형 개구부들(4133)은 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 선형 개구부들(4133)의 X-축 방향으로의 폭은 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 일례로, 선형 개구부들(4133)의 X-축 방향으로의 폭은 하부 기판(4110)의 제1 및 제2 반사면들(4111a, 4111b)의 Y-축 방향으로의 폭과 동일할 수 있다. 인접한 개구부들(4133) 사이의 이격 거리 역시 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 일례로, 인접한 개구부들(4133) 사이의 이격 거리는 개구부(4133)의 상기 X-축 방향으로의 폭과 동일할 수 있다. 상기와 같이 복수의 개구부(4133)가 형성된 상부 기판(4130)은 서로 교호적으로 위치하는 선형의 개구 영역(4133)과 선형의 비개구 영역(4131)을 포함하게 된다. 상부 기판(4130)의 개구 영역(4133)을 통과하는 레이저광은 굴절되지 않고 그대로 진행하나 상부 기판(4130)의 비개구 영역(4131)을 통과하는 레이저광은 상부 기판을 이루는 물질과 공기의 굴절률 차이로 인하여 굴절된다.

측정 유닛(4200)은 레이저 유닛(4210), 반사경(4220), 광분할기(4230), 광 검출기(4240) 및 수광유닛(4250)을 포함할 수 있다.

레이저 유닛(4210)은 기준 좌표 패널(4100)로 레이저광을 조사할 수 있다.

반사경(4220)은 기준 좌표 패널(4100)에 의해 반사된 광을 반사하여 레이저광의 경로를 원하는 방향으로 변경할 수 있다.

광분할기(4230)는 반사경(4220)에 의해 반사된 레이저광을 2개의 레이저광, 즉, 제1 및 제2 레이저광으로 분할할 수 있다.

광 검출기(4240)는 광분할기(4230)에 의해 분할된 레이저광 중 제1 레이저광을 수광하여 제1 레이저광의 광량을 검출하고, 이를 기초로 기준 좌표 패널(4100)의 Y-축 변위를 측정한다. 기준 좌표 패널(4100)의 하부 기판(4110) 중 제1 반사면(4111a)에 의해 반사된 레이저광의 광량은 제1 반사면(4111a)과 제2 반사면(4111b)의 반사율 차이로 인하여 제2 반사면(4111b)에 의해 반사된 레이저광의 광량과 다르다. 기준 좌표 패널(4100)이 Y-축 방향으로 이동하면, 레이저광은 제1 및 제2 반사면들(4111a, 4111b)에 의해 반복적으로 반사되고, 그 결과, 광량 변화의 횟수를 파악하면 기준 좌표 패널(4100)의 Y-축 방향으로의 변위를 측정할 수 있다.

수광 유닛(4250)은 광분할기(4230)에 의해 분할된 레이저광 중 제2 레이저광을 수광하여 제2 레이저광의 수광 위치를 파악하고, 이를 기초로 기준 좌표 패널(4100)의 X-축 변위를 측정한다. 기준 좌표 패널(4100)의 상부 기판(4130) 중 개구 영역(4133)을 통과한 레이저광은 굴절되지 않으나, 상부 기판(4130)의 비개구 영역(4131)을 통과한 광은 공기와 상부 기판(4130)을 이루어는 물질의 굴절률 차이로 인하여 굴절된다. 따라서, 앞에서 설명한 바와 같이, 상부 기판(4130)의 개구 영역(4133)을 통과한 레이저광과 비개구 영역(4131)을 통과한 레이저광의 수광 위치가 다르게 된다. 수광 유닛(4250)은 기준 좌표 패널(4100)이 X-축 방향으로 이동하는 경우에 발생하는 수광 위치의 변화 횟수를 감지하여 기준 좌표 패널(4100)의 X-축 방향으로의 변위를 측정할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예 4에 따른 변위 측정 장치(4000)는 광 검출기(4240)를 통하여 기준 좌표 패널(4100)의 Y-축 변위를 측정하고, 수광 유닛(4250)을 통하여 기준 좌표 패널(4100)의 X-축 변위를 측정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 변위 측정 장치는 기준 좌표 패널에 조사되는 단일 레이저 빔으로 X-축 및 Y-축 변위 정보를 직접 측정할 수 있고, 그 결과 복수개의 개별적인 인코딩 방법을 조합하여 최종 특정 점의 위치를 얻는 방법이 갖는 다양한 문제점 즉, 개별적인 측정 시스템의 배치, 구동 오차가 최종 특정점 위치에 누적되어 반영되는 문제점을 해결할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 변위 측정 장치는 단일 레이저 유닛을 채택하고, 반사 위치 및 굴절률 차이라는 간이한 방법을 적용함으로써 시스템 구성 비용을 대폭 절감시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

1. 제1 높이에 위치하고 제1 방향으로 연장된 복수의 제1 반사면들 및 상기 제1 높이와 다른 제2 높이에 위치하고 상기 제1 방향으로 연장된 복수의 제2 반사면들이 교호적으로 배치된 상부면을 가지는 하부 기판; 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 개구부를 구비하고 공기와 굴절률이 다른 광투과 물질로 이루어지며 상기 상부면 위에 배치되는 상부 기판을 포함하는 기준 좌표 패널; 및
   상기 기준 좌표 패널로 제1 레이저광을 조사하는 제1 레이저 유닛; 및 상기 기준 좌표 패널로부터 반사된 상기 제1 레이저광을 수광하고 상기 수광된 제1 레이저광의 수광 위치를 판별할 수 있는 제1 수광 유닛을 구비하는 제1 측정 유닛을 포함하고,
   상기 측정 유닛에 대한 상기 기준 좌표 패널의 상기 제1 및 제2 방향으로의 상대적인 변위 정보를 측정하는 변위 측정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 수직하고, 상기 제1 반사면 및 상기 제2 반사면의 상기 제2 방향으로의 폭은 서로 동일하며, 상기 개구부의 상기 제1 방향으로의 폭은 상기 개구부들 중 인접한 개구부들 사이의 이격 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 변위 측정 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 반사면들은 상기 제2 반사면들보다 높은 위치에 배치되고, 상기 제1 반사면들의 일부 영역은 상기 상부 기판과 접촉하는 것을 특징으로 하는 변위 측정 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 수광 유닛은 상기 레이저광의 수광 위치를 판별할 수 있는 선형 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 변위 측정 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 기준 좌표 패널 중 상기 제1 레이저 유닛과 다른 위치에 제2 레이저광을 조사하는 제2 레이저 유닛 및 상기 기준 좌표 패널로부터 반사된 상기 제2 레이저광을 수광하고 상기 수광된 제2 레이저광의 수광 위치를 판별할 수 있는 제2 수광 유닛을 구비하는 제2 측정 유닛을 더 포함하고,
   상기 제1 및 제2 측정 유닛에 의해 측정된 상기 기준 좌표 패널의 상기 제1 및 제2 방향으로의 변위 정보를 기초로 상기 기준 좌표 패널의 회전 변위 정보를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 변위 측정 장치.
6. 제1 방향으로의 제1 길이 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 폭을 갖고 제1 높이에 위치하는 복수의 제1 반사면들, 상기 제1 반사면들과 동일한 길이와 폭을 갖고 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이에 위치하며 상기 제1 반사면들과 교호적으로 배치된 복수의 제2 반사면들 및 상기 제1 및 제2 반사면들을 각각 연결하는 복수의 연결면들을 구비하는 상부면을 갖는 하부 기판;
   상기 제2 방향으로의 제2 길이와 상기 제1 방향으로의 제2 폭을 갖고 상기 제2 폭만큼 상기 제1 방향으로 이격된 복수의 개구부를 구비하고 공기와 굴절률이 다른 광투과 물질로 이루어지며 상기 하부 기판 상부에 배치되어 상기 하부 기판과 결합된 상부 기판;
   상기 상부 기판 상부에 배치되고 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판으로 레이저광을 조사하는 레이저 유닛;
   상기 레이저 유닛과 상기 상부 기판 사이에 배치되어 상기 레이저 유닛으로부터 조사된 레이저광을 제1 레이저광, 상기 제1 레이저광이 조사되는 위치보다 제2 방향으로 상기 제1 폭보다 작은 거리만큼 쉬프트된 위치에 조사되는 제2 레이저광 및 상기 제1 레이저광이 조사되는 위치보다 제1 방향으로 상기 제2 폭보다 작은 거리만큼 쉬프트된 위치에 조사되는 제3 레이저광으로 분할하는 레이저광 분할기; 및
   상기 하부 기판으로부터 반사된 상기 제1, 제2 및 제3 레이저광들을 수광하고 상기 수광된 제1, 제2 및 제3 레이저광들의 수광 위치를 판별할 수 있는 수광 유닛을 포함하고,
   상기 레이저 유닛 및 상기 수광 유닛에 대한 결합된 상기 하부 기판과 상기 상부 기판의 상기 제1 및 제2 방향으로의 상대적인 변위 정보를 측정하는 변위 측정 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2 레이저광은 상기 제1 레이저광이 조사되는 위치보다 제2 방향으로 상기 제1 폭의 절반에 해당하는 거리만큼 쉬프트된 위치에 조사되고, 상기 제3 레이저광은 상기 제1 레이저광이 조사되는 위치보다 제1 방향으로 상기 제2 폭의 절반에 해당하는 거리만큼 쉬프트된 위치에 조사되는 것을 특징으로 하는 변위 측정 장치.
8. 제1 방향으로 연장되고 서로 다른 굴절률을 가지며 서로 교호적으로 배치된 복수의 제1 반사면들 및 제2 반사면들로 이루어진 상부면을 구비하는 하부 기판; 및 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 개구부를 구비하고 공기와 굴절률이 다른 광투과 물질로 이루어지며 상기 상부면 위에 배치된 상부 기판을 포함하는 기준 좌표 패널; 및
   상기 기준 좌표 패널로 제1 레이저광을 조사하는 레이저 유닛; 상기 기준 좌표 패널로부터 반사된 상기 레이저광을 반사하는 반사경; 상기 반사경에 의해 반사된 레이저광을 제1 및 제2 레이저광으로 분할하는 레이저광 분할기; 상기 제1 레이저광을 수광하여 상기 제1 레이저광의 광량을 측정하는 광 검출기; 및 상기 제2 레이저광을 수광하고 상기 수광된 제2 레이저광의 수광 위치를 판별하는 수광 유닛을 구비하는 측정 유닛을 포함하고,
   상기 측정 유닛에 대한 상기 기준 좌표 패널의 상기 제1 및 제2 방향으로의 상대적인 변위 정보를 측정하는 변위 측정 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1 반사면들과 상기 제2 반사면들은 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 변위 측정 장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 제1 반사면 및 상기 제2 반사면의 상기 제2 방향으로의 폭은 서로 동일하고, 상기 개구부의 상기 제1 방향으로의 폭은 상기 개구부들 중 인접한 개구부들 사이의 이격 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 변위 측정 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 제1 반사면의 폭과 상기 개구부의 폭은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 변위 측정 장치.

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