JP6138286B2 - 色情報を測定することができる3次元形状測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、色情報を測定することができる3次元形状測定装置に関する。より詳細には、干渉計を用いながらも、測定対象物の有色情報を測定できる色情報を測定することができる3次元形状測定装置に関する。
半導体工程及びFPD工程においては、品質を決定する様々な要因のうち、薄膜層の厚さの制御が占める比重が大きいため、薄膜層を工程中に直接モニタリングすることが必須であると言える。「薄膜層」とは、基底層、すなわち、基板の表面に形成させた非常に微細な厚さを有する層であって、一般的に厚さが数nm〜数μmである。これらの薄膜層を特定の用途に応用するためには、薄膜層の厚さ、組成、照度及びその他の物理的、光学的な特性を知る必要がある。ここで、半導体工程及びその他の応用工程などで使用する薄膜層の厚さなどを測定するには、様々な方式があるが、干渉計を用いる方法と分光光度計を用いる方法が最も一般的である。
一方、最近では、R/G/Bのような有色情報を有するLCDパネルのような半導体素子についても薄膜層の物理的、光学的特性を測定するとともにR/G/Bのような有色情報を測定することができる技術が関心を集めている。
図1は、従来の3次元形状測定装置を概略的に示す光経路図である。図1によれば、従来の3次元形状測定装置は、光源10と光分割器30とレンズ部40と光検出部50を含み、光源10から放出される光がレンズ部40で2つ以上の光に分割されて進行経路に差を発生させた後に、分割された光が再び合わさった時に起こる干渉現象を観察して測定対象物の形状などを測定することになる。
しかし、このような従来の3次元形状測定装置は、光の干渉効果のために測定対象物の有色情報を正確に測定することができず、測定対象物上にそれぞれの色ごとに異なって形成されたパターンによって認識することが一般的である。
すなわち、従来技術は、有色情報を区別して直接判別するものではないため、測定対象物上にパターンが形成されていなかったり、またはパターンの形状がそれぞれの色ごとに同一に形成された場合には、それぞれの有色情報を区別して測定することができないという問題点が発生する。
したがって、本発明の目的は、このような従来の問題点を解決するためのものであって、干渉計を用いて測定対象物の形状を測定することができ、追加的に測定対象物の色情報を測定できる色情報を測定することができる3次元形状測定装置を提供することにある。
前記目的は、本発明により、干渉計を用いて測定対象物の形状を測定する3次元形状測定装置において、光を放出する光源と、前記光源から放出された光を反射させるか、または測定対象物によって反射された光を透過させる光分割器と、前記光分割器によって反射された光を前記測定対象物に集束させるレンズ部と、前記測定対象物から反射される光を検出する光検出部と、前記光源と前記光分割器との間の光経路上に配置され、前記光源の中心領域から放出される光を遮断して前記レンズ部で発生する光の干渉を弱化させる光調節部を含むことを特徴とする色情報を測定することができる3次元形状測定装置によって達成される。
ここで、前記光調節部は、光を透過させる透過部が備えられる本体部と、前記透過部の内部に設けられて光を遮断する光絞りを含み、前記光源から放出された光が透過する光経路を前記透過部の外面と前記光絞りの外面との間の領域に制限することが好ましい。
また、前記光絞りは、円形、多角形及び棒状のうちの少なくともいずれか1つで設けられることが好ましい。
ここで、前記光調節部は、前記光源と前記光分割器との間の光経路上に選択的に装着されることが好ましい。
また、前記光調節部と前記光分割器との間の光経路上に配置され、前記光調節部を通過した光の一部を遮断する補助光調節部をさらに含むことが好ましい。
ここで、前記レンズ部は、倍率が50倍以下で設けられることが好ましい。
また、前記補助光調節部は、光を透過させる開口部が備えられ、前記光調節部を透過した光のうちで一部が前記開口部を透過して測定対象物に到達することが好ましい。
ここで、前記光絞りの中心軸と前記開口部の中心軸は、同一に設けられることが好ましい。
また、前記透過部の面積が、前記開口部の面積よりも広いことが好ましい。
ここで、前記光検出部は、干渉光測定に使用される第1カメラと色情報測定に使用される第2カメラを含み、前記光検出部と前記光分割器との間の光経路に設けられ、測定対象物から反射された光を前記第1カメラまたは第2カメラのうちの少なくともいずれか1つに透過させる第2光分割器をさらに含むことが好ましい。
本発明によれば、干渉計を用いて測定対象物の形状を測定することができ、追加的に測定対象物の色情報も測定できる色情報を測定することができる3次元形状測定装置が提供される。
また、光調節部が選択的に装着されることによって、測定対象物の形状及び色情報をすべて測定することができる。
また、レンズ部の倍率に応じて、測定対象物に入射される光を調節して測定対象物の色情報をレンズ部の倍率に関係なく測定することができる。
また、光絞りと開口部の中心軸を一致させることによって、測定対象物に入射される光を容易に調節することができる。
図1は、従来の3次元形状測定装置を概略的に示す光経路図である。 図2は、本発明の第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置を概略的に示す光経路図である。 図3は、図2の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で光調節部の一例を概略的に示す図面である。 図4は、図2の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で光調節部の他の例を概略的に示す図面である。 図5は、図2の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で光源から放出された光が光調節部を通過する様子を概略的に示す図面である。 図6は、図5の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で光調節部を通過した光がレンズ部に入射した様子を概略的に示す図面である。 図7は、図2の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で測定対象物の色情報を測定した様子を示す第1の写真である。 図8は、図2の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で測定対象物の色情報を測定した様子を示す第2の写真である。 図9は、本発明の第2実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置を概略的に示す光経路図である。 図10は、本発明の第2実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置を概略的に示す光経路図である。 図11は、図10の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で光源から放出された光が光調節部を通過する様子を概略的に示す図面である。
説明に先立ち、様々な実施例において、同一の構成を有する構成要素については、同一の符号を使用して代表的に第1実施例で説明し、その他の実施例では、第1実施例と異なる構成について説明することにする。
以下、添付した図面を参照して、本発明の第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置について詳細に説明する。
図2は、本発明の第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置を概略的に示す光経路図である。
図2を参照すると、本発明の第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置100は、レンズ部140を通過する光が干渉効果が発生することを最小化するものであって、光源110と光調節部120と光分割器130とレンズ部140と光検出部160を含む。
前記光源110は、光を放出するものであって、本発明の第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置100で、光源110は、白色光源を使用しているが、これに制限されるものではない。
図3は、図2の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で光調節部の一例を概略的に示す図面であり、図4は、図2の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で光調節部の他の例を概略的に示す図面である。
図3または図4を参照すると、前記光調節部120は、光源110と後述する光分割器130との間の光経路上に配置され、光源110の中心領域から放出される光を遮断して後述するレンズ部140で光の干渉が発生することを最小化させるものである。
すなわち、測定対象物の形状などを測定するために光の干渉効果を用いるが、有色情報を測定する際には、光調節部120を用いて、光源110で干渉が活発に発生する中心光が測定対象物に向かうことを遮断することにより後述するレンズ部130で光の干渉が発生することを最小化して測定対象物の有色情報を測定することができる。
本発明の第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置100において、光調節部120は、本体部121と光絞り123を含む。
前記本体部121は、光調節部120のメインフレームの役割をするものであって、光源110の中心領域を含む領域に光を透過させる透過部122が形成される。
ここで、本体部121と透過部122は同じ中心軸を有し、透過部122は本体部121の中央部に形成されることが好ましいが、これに制限されるものではない。
また、本体部121と透過部122は円形に設けられるが、これに制限されるものではなく、多角形の形状に設けられることも可能である。
また、透過部122は、本体部121を貫通するように設けられるが、これに制限されるものではなく、光を透過させる膜で形成されることができる。
前記光絞り123は透過部122の内部に設けられ、光絞りは光絞り123が設けられた領域に対応する領域に進行する光(以下、「中心光」という)を遮断する。光絞りは中心光以外の光である周辺光のみを通過させるように設けられる。
ここで、周辺光は、中心光に比べて光の干渉効果発生率が落ち、レンズ部140内でも光の干渉効果の発生が低くなる
ここで、光絞り123は、透過部122の中央部に形成されることが好ましいが、これに制限されるものではない。
また、光絞り123は、円形、多角形、棒状のうちの少なくともいずれか1つで設けられることが好ましいが、これに制限されるものではない。
もう一度説明すると、光源110と本体部121と透過部122と光絞り123は、同じ中心軸を有するように配置されて中心光を遮断するように設けられるが、これに制限されるものではない。
ここで、光調節部120によって案内される光経路について説明すると、光源110から放出された光は、透過部122が形成された領域中で光絞り123が形成されていない領域にのみ光(以下、「周辺光」という)を透過させる。
すなわち、透過部122と光絞り123が重複する領域に進行する光(以下、「中心光」という)は、光調節部120によって進行が遮断される。
一方、光調節部120は、光源110と光分割器130との間の光経路で選択的に装着されるように設けられるが、これに制限されるものではない。すなわち、光調節部は使用者の意図に応じて測定対象物の色情報を測定することができるように、周辺光のみを通過させるか、干渉測定を介して測定対象物の形状を測定するように光源110から放出される光のすべてを通過させることができる。
前記光分割器130は、光調節部120を通過した光を反射させるか、透過させる。すなわち、光調節部120を通過した光が測定対象物に入射されるように、光分割器は光分割器130を介して光を反射させるか、測定対象物から反射した光が後述する光検出部160側に向かうように光分割器130を介して光を透過させる。
一方、本発明の第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置100において、光調節部120と光分割器130との間の光経路上には光調節部120を通過した光のスペクトル特性を同一に維持し、輝度を減少させるために灰色フィルター(ND filter、Neutral Density filter)(図示せず)が設けられることができるが、これに制限されるものではない。
また、灰色フィルター(図示せず)を通過した光を集束させるために集光レンズ(図示せず)を設置することができ、集光レンズを通過した光を平行にするためにコリメーター(collimator)(図示せず)を設置することができるが、これに制限されるものではない。
前記レンズ部140は、光分割器130から反射された光を測定対象物に集束させるものであって、光分割器130から反射された光はレンズ部140内部で、測定対象物に向かう光と測定対象物に向かわない光に分割される。
ここで、測定対象物に向かわない光は基準光になり、測定対象物に向かう光は測定対象物によって反射され、基準光に対して光経路差が発生する。すなわち、測定対象物に向かう光と測定対象物に向かわない光が干渉を起こして、測定対象物の形状などを測定することができるようになる。
本発明の第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置100において、レンズ部140は、光分割器130から反射された光を測定対象物に集束させるレンズ141とレンズ141を通過した光を測定対象物に透過させるか、後述する基準ミラー143で反射させる基準光分割器142と基準光分割器142から反射された光を照射して、基準光を生成する基準ミラー143が一つのモジュールとして設けられるが、これに制限されるものではない。
但し、光調節部120が光源110と光分割器130との間の光経路上に装着されて周辺光のみがレンズ部140に進入する場合、中心光が進入する場合より光の干渉効果発生率が落ち、基準光分割器142から基準ミラー143に反射される光の量が大幅に減少し、ほとんどの光が測定対象物に向かうことになる。
すなわち、光調節部120が光源110と光分割器130との間の光経路上に装着されるか否かに応じて、光の干渉を用いて測定対象物の形状などを測定するのか、それとも光の干渉を制限して測定対象物の色情報を測定するのかを選択する。
前記光検出部160は、測定対象物から反射された光と基準光によって発生する干渉信号を検出するものであって、測定対象物から反射される光と基準光によって発生する干渉信号を検出する。
また、本発明の第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置100で光検出部160は、CCD(charge coupled device)カメラを用いるが、これに制限されるものではない。
ここからは、前述した色情報を測定することができる3次元形状測定装置の第1実施例の作動について光経路を基準に説明する。
一方、光調節部120が光源110と光分割器130との間の光経路上から離脱される場合は、従来の干渉計原理を用いて、測定対象物の形状などを測定する装置の原理と同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
但し、このような場合、光分割器130を透過した光は、光検出部160に伝達され、測定対象物の形状などを測定することができる。
以下、光調節部120を介して光源110から放出される光のうち、周辺光のみを測定対象物に進入させる場合を説明する。
図5は、図2の色情報を測定することができる3次元形状測定装置において、光源から放出された光が光調節部を通過する様子を概略的に示す図面であり、図6は、図5の色情報を測定することができる3次元形状測定装置において、光調節部を通過した光がレンズ部に入射した様子を概略的に示す図面である。
図5を参照すると、光源110から光が放出された後、光調節部120を通過して、光調節部120から透過部122と光絞り123との間の一部領域にのみ光の透過領域が制限される。透過部122と光絞り123との間の一部領域は、前述したように、光源110の中心光を遮断し、干渉効果が弱い周辺光を活用して測定対象物の色情報を測定することができるようにする。
光調節部120によって周辺光のみが進行されて、光分割器130は、光調節部120を通過した周辺光を測定対象物に向かって反射させる。
図6を参照すると、光分割器130によって反射された周辺光は、レンズ部140側に入射されて、まずレンズ141を通過する。レンズ141を通過した周辺光は基準光分割器142を通過するが、周辺光は干渉効果が弱いため基準ミラー143側に分割される光が最小化され、ほとんどの光が、好ましくは周辺光のすべてが測定対象物側に照射される。
測定対象物側に照射された後の周辺光は、光分割器130を透過して光検出部160側に入射され、光検出部160から測定対象物の色情報を取得する。
図7及び図8は、図2の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で測定対象物の色情報を測定した様子を示す写真である。
図7を参照すると、横方向に3個、縦方向に7個、総21個のパターンが本発明の第1実施例に係る3次元形状測定装置100を介して1つの映像で撮影されたものである。横方向のパターンは、すべて同じ色であり、縦方向に沿って赤色(Red)、青色(Blue)、緑色(Green)、赤色(Red)、青色(Blue)、緑色(Green)及び赤色(Red)が順次に配置されており、このようなパターンの色情報を鮮明に撮影したことが分かる。
また、図8を参照すると、図7の映像を拡大して横方向に2個、縦方向に3個のパターンが本発明の第1実施例に係る3次元形状測定装置100を介して1つの映像で撮影されたものである。図7のように、横方向のパターンは、すべてそれぞれ同じ色で設けられ、縦方向には、青色(Blue)、緑色(Green)及び赤色(Red)が順次に配置されており、このようなパターンの色情報を鮮明に撮影したことが分かる。ここで、最上側に撮影された赤色(Red)のパターンは、極めて一部のみが撮影されているため、これを無視して説明した。
したがって、図7または図8を参照すると、本発明の第1実施例に係る3次元形状測定装置100を介して光源110の周辺光のみを用いて、測定対象物の色情報を鮮明に測定することができることが分かる。
次に、本発明の第2実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置200について説明する。
図9は、本発明の第2実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置を概略的に示す光経路図である。
図9を参照すると、本発明の第2実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置100は、レンズ部140を通過する光が干渉効果が発生することを最小化するものであって、光源110と光調節部120と光分割器130とレンズ部140と第2光分割器250と光検出部260を含む。
一方、前記光源110と前記光調節部120と前記光分割器130と前記レンズ部130の構成は、前述した第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置200での構成と同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
前記第2光分割器250は、測定対象物から反射された光を選択的に後述する光検出部260のうちのいずれか1つに透過させるか、すべての光検出部260に透過させるように光を分割するものである。
前記光検出部260は、測定対象物から反射された光を検出するものであって、本発明の第2実施例によれば、光検出部260は、干渉光を用いて干渉測定に使用される第1カメラ261と色情報測定時に使用される第2カメラ262を別個に設けるが、これに制限されるものではない。
ここで、一般的な3次元形状測定装置として活用される場合、光調節部120が光経路上から離脱されて第2光分割器250を透過した光が第1カメラ261側に入射される。
また、色情報を測定する場合、光調節部120が光経路上に装着され、第2光分割器250を反射した光が第2カメラ262側に入射される。
ここで、第1カメラ261は、モノカメラ(mono camera)で設けられ、第2カメラ262は、測定対象物の色情報を測定することができるようにカラーカメラ(color camera)で設けられるが、これに制限されるものではない。
ここからは、前述した色情報を測定することができる3次元形状測定装置の第2実施例の作動について説明する。
光源110から放出された光が測定対象物から反射される過程は、第1実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置100と同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
測定対象物から反射された光は、光分割器130を透過して第2光分割器250側に入射される。光調節部120が光経路上に装着されているか否かに応じて、すなわち、本発明の第2実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置200が形状を測定するか、色情報を測定するかによって第2光分割器250から透過される光の進行方向が決定される。
すなわち、測定対象物の形状を測定する場合には、第2光分割器250を透過した光を第1カメラ261側に入射させて、第1カメラ261を介して測定対象物の形状を観察し、測定対象物の色情報を測定する場合には、第2光分割器250を反射した光を第2カメラ262側に入射させて、第2カメラ262を介して測定対象物の色情報を観察する。
次に、本発明の第3実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置について説明する。
図10は、本発明の第2実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置を概略的に示す光経路図であり、図11は、図10の色情報を測定することができる3次元形状測定装置で光源から放出された光が光調節部を通過する様子を概略的に示す図面である。
図10または図11を参照すると、本発明の第3実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置300は、レンズ部140の倍率に応じて測定対象物に入射する光を調節するものであって、光源110と光調節部120と補助光調節部325と光分割器130とレンズ部140と第2光分割器250と光検出部260を含む。
前記光源110と光調節部120と光分割器130は、本発明の第1実施例100で説明したものと同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
また、第2光分割器250と光検出部260は、本発明の第2実施例200で説明したものと同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
前記補助光調節部325は、光調節部120と光分割器130との間の光経路上に配置され、レンズ部140の倍率変更に応じて光調節部325を通過した周辺光の一部領域を追加的に遮断して測定対象物に入射する光の領域を調節するものであって、内部に光が透過することができる開口部326が形成される。
すなわち、光調節部120を通過した周辺光のうちで開口部326を通過する一部の周辺光のみが光分割器130側に進行する。従って、測定対象物に入射される光の領域を、光調節部120のみを用いる場合より、さらに縮小させる。
ここで、開口部326は、透過部122と同じ中心軸を有するように配置されることが好ましい。
また、開口部326は、光調節部120を通過する周辺光の一部を追加的に遮断することができるように、透過部122より小さい面積を有するように設けられることが好ましい。
ここで、開口部326は、円形、多角形または棒状のうちの少なくともいずれか1つの形状を有するように形成されることができるが、これに制限されるものではない。
前記光分割器130は、本発明の第1実施例100と同じ機能を行うが、第1実施例100での光分割器は周辺光を透過または通過させるが、第3実施例300での光分割器は、補助光調節部325を通過した周辺光の一部のみを透過または通過させるという点が異なっている。
ここからは、前述した色情報を測定することができる3次元形状測定装置の第3実施例の作動について光経路を基準に説明する。
本発明の第3実施例に係る色情報を測定することができる3次元形状測定装置300の作動は、第1実施例100または第2実施例200で説明したものと同じであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
但し、光調節部120と光分割器130との間の光経路上に補助光調節部325が配置され、光調節部120を通過した周辺光のうちで開口部326を通過する一部のみが光分割器130側に進行することができるという点が異なっている。
すなわち、3次元形状測定装置を使用する場合、測定対象物の大きさまたは測定精密などを考慮して倍率を異なって設定する必要があり、3次元形状測定装置の倍率が変更される場合には、測定対象物に入射される光の領域を追加的に制限する必要があり、第3実施例300では、倍率に応じて周辺光の中でも一部のみを活用して測定対象物の色情報を測定することである。
本発明の権利範囲は、前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲内で様々な形態の実施例で具現することができる。特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも変形可能な多様な範囲まで本発明の請求範囲の記載の範囲内にあるものとみなす。
干渉計を用いて測定対象物の形状を測定することができ、追加的に測定対象物の色情報を測定することができる3次元形状測定装置が提供される。

Claims (5)

  1. 干渉計を用いて測定対象物の形状を測定する3次元形状測定装置において、
    光を放出する光源と、
    前記光源から放出された光を反射させ、測定対象物によって反射された光を透過させる光分割器と、
    前記光分割器によって反射された光を前記測定対象物に集束させるレンズ部と、
    前記測定対象物から反射される光を検出する光検出部と、
    前記光源と前記光分割器との間の光経路上に配置され、前記光源の中心領域から放出される光を遮断して前記レンズ部で発生する光の干渉を弱化させる光調節部とを含み、
    前記光調節部は、前記光源と前記光分割器との間の光経路上に選択的に装着され、
    前記光調節部と前記光分割器との間の光経路上に配置され、前記光調節部を通過した光の一部を遮断し、前記レンズ部の倍率に応じて、測定対象物に入射される光を可変的に調節する補助光調節部をさらに含
    ことを特徴とする色情報を測定することができる3次元形状測定装置。
  2. 前記光検出部は、干渉光測定に使用される第1カメラと色情報測定に使用される第2カメラを含み、前記光検出部と前記光分割器との間の光経路に設けられ、前記測定対象物から反射された光の一部を透過させて前記第1カメラに入射させるとともに、前記測定対象物から反射された光の一部を反射させて前記第2カメラに入射させる第2光分割器をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の色情報を測定することができる3次元形状測定装置。
  3. 前記光調節部は、光を透過させる透過部が備えられる本体部と、前記透過部の内部に設けられて光を遮断する光絞りを含み、
    前記光源から放出された光が透過する光経路を前記透過部の外面と前記光絞りの外面との間の領域に制限し、前記光源の中心領域から放出される光が測定対象物に入射することを弱化させることを特徴とする請求項1に記載の色情報を測定することができる3次元形状測定装置。
  4. 前記光絞りは、円形、多角形及び棒状のうちの少なくともいずれか1つで設けられることを特徴とする請求項3記載の色情報を測定することができる3次元形状測定装置。
  5. 前記補助光調節部は、光を透過させる開口部が備えられ、
    前記光調節部を透過した光のうちで一部が前記開口部を透過して測定対象物に到達することを特徴とする請求項1に記載の色情報を測定することができる3次元形状測定装置。
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