KR100517296B1 - 광부품 검사장치 - Google Patents

광부품 검사장치 Download PDF

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KR100517296B1
KR100517296B1 KR10-2003-0014470A KR20030014470A KR100517296B1 KR 100517296 B1 KR100517296 B1 KR 100517296B1 KR 20030014470 A KR20030014470 A KR 20030014470A KR 100517296 B1 KR100517296 B1 KR 100517296B1
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유장훈
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학교법인연세대학교
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Abstract

광부품의 특성을 정밀하게 검사할 수 있는 광부품 검사장치가 개시되어 있다.
이 개시된 광부품 검사장치는, 다수개의 광원, 광원으로부터 출사된 광을 분할하여 서로 다른 광경로로 진행되도록 하는 광분할기, 광분할기에 의해 분할된 광이 간섭을 일으켜 생긴 무늬를 촬영하는 고체촬상소자를 포함하고, 피검 부품에 대해 파장, 입사광의 입사각, 광세기, 온도 등을 변화시키면서 이 변화에 따른 광학적 특성을 검사하도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 피검 부품에 대한 외부조건을 다양하게 변화시키면서 그 변화에 따른 특성을 정밀하게 검사할 수 있다.

Description

광부품 검사장치{Apparatus for inspecting optical element}
본 발명은 광부품의 특성을 측정하는 광부품 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피검 부품에 입사되는 광의 외부 조건을 다양하게 변화시켜 그 변화에 따른 광부품의 특성을 정밀하게 검사할 수 있는 광부품 검사장치에 관한 것이다.
일반적으로 광학 렌즈나 글라스와 같은 광부품 또는 기계부품 표면의 정밀도나 광학적인 수차를 측정 및 평가하는 장치로 간섭계가 많이 사용된다. 간섭계는 검사 또는 측정하고자 하는 피검 부품을 투과하거나 또는 상기 피검 부품에서 반사된 제1광과, 이 제1광과 다른 경로로 진행된 제2광과의 간섭에 의한 간섭무늬를 얻고, 이 간섭무늬를 해석하여 피검 부품의 특성이나 성능을 평가하는 장치이다.
종래 간섭계를 이용한 광부품 검사 장치가 도 1에 도시되어 있다.
종래의 광부품 검사 장치는 광원(100)과, 이 광원(100)에서 출사된 광(L)을 일정 비율로 반사 및 투과시키는 광분할기(110)와, 상기 광분할기(110)를 투과하여 피검 부품(115)을 통과한 제1광(L1)이 상기 광분할기(110)쪽으로 되반사되도록 하는 제1반사경(120), 상기 광분할기(110)에서 반사된 제2광(L2)을 상기 광분할기(110)쪽으로 되반사시키는 제2반사경(117)을 포함한다.
상기 제1반사경(120)에서 반사되어 상기 피검 부품(115)을 경유하여 상기 광분할기(110)에서 반사된 제1광(L1)과, 상기 제2반사경(117)에서 반사되어 상기 광분할기(110)를 투과한 제2광(L2)이 간섭을 일으키고, 이 간섭에 의한 간섭무늬가 고체촬상소자(CCD)(125)에 의해 촬영된다. 이 간섭무늬를 분석함으로써 피검 부품(115)의 광학 특성을 알아낼 수 있다.
그런데, 상기와 같이 구성된 간섭계는 하나의 광원(100)을 사용하여 단일 파장의 광만이 출사되므로, 여러 파장에서 사용되는 광부품의 광학 특성을 검사하기에 부적합하다. 예를 들어, 카메라는 가시광을 이용하여 물체를 촬영하므로, 카메라에 사용되는 렌즈는 여러 파장의 광을 동시에 사용하게 된다. 그런데, 종래의 간섭계를 이용하여 카메라 렌즈의 광학적 특성을 검사하려면 특정한 어느 한 파장에 대해서만 렌즈의 특성을 검사할 수밖에 없다.
또한, DVD 혹은 HD-DVD와 같이 다수의 파장을 사용하는 광픽업 장치를 검사하기 위해서는 광픽업 장치에 사용되는 다수의 광의 파장과 동일한 파장을 갖는 광을 출사시키는 광원을 구비한 검사장치가 필요하다.
그런데, 여러 파장에서 사용되는 광부품을 검사하는 경우에 종래의 광부품 검사장치에 의해서는 이러한 광부품의 정확한 특성을 알아낼 수 없다. 특히, 여러 파장에서 사용되는 렌즈의 색수차 특성을 알아내고자 할 때, 종래의 간섭계를 이용한 검사장치에서는 색수차를 정밀하게 검사할 수 없다.
또한, 광부품은 파장 외에 다른 외부 조건에 대해서도 광학적 특성을 나타낼 수 있다. 하지만, 상기한 종래의 광부품 검사장치로는 한 파장에 따른 광학적 특성만을 검사하는 한계가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 여러 파장의 광을 이용한 간섭계에 의해 피검 부품의 광학적 특성을 정밀하게 검사할 수 있는 광부품 검사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 광부품의 특성을 다양한 방법으로 검사할 수 있도록 피검 부품에 대한 파장, 편광, 피검 부품의 기울기, 온도, 피검 부품의 위치, 빛의 강도 등과 같은 외부 조건을 다양하게 변화시키면서 피검 부품의 특성을 검사할 수 있도록 된 광부품 검사장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광 부품 검사 장치는, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 다수개의 광원; 상기 다수개의 광원에서 조사된 광을 소정 비율로 분할하는 적어도 하나의 광분할기; 상기 적어도 하나의 광분할기에 의해 분할된 제1광이 피검 부품을 경유하여 상기 적어도 하나의 광분할기로 반사 되도록 하는 제1반사경; 상기 적어도 하나의 광분할기에 의해 분할된 제2광이 상기 제1광과 다른 경로로 진행되어 상기 적어도 하나의 광분할기로 반사 되도록 하는 제2반사경; 상기 제1광과 제2광이 간섭되어 생긴 간섭무늬를 촬영하는 고체촬상소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2반사경을 이동시키는 이동수단을 구비하여, 간섭무늬의 위상천이를 얻을 수 있도록 되어 있다.
상기 피검 부품이 이동가능하거나 회동가능하게 된 것이 바람직하다.
상기 다수개의 광원과 광분할기 사이에 제1편광기 혹은 위상지연기가 구비되고, 상기 광분할기와 고체촬상소자 사이에 제2편광기가 구비되며, 상기 제1편광기, 위상지연기 또는 제2편광기가 회전 가능하게 되어 있다.
상기 다수개의 광원 중에서 어느 하나는 측정용 프로브빔을 출사하고, 또 다른 하나의 광원은 피검부품의 광학적인 특성을 변화시키는 펌브빔을 출사하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광부품 검사장치는, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 다수개의 광원; 상기 다수개의 광원에서 출사된 광을 투과 및 반사시켜 제1광과 제2광으로 분할하는 제1광분할기; 상기 제1광의 진행경로상에 배치되고, 그 사이에 피검 부품이 배치된 제1 및 제2 이미징 렌즈; 상기 제1이미징 렌즈, 피검 부품 및 제2 이미징 렌즈를 경유한 제1광과, 상기 제1광과 다른 경로로 진행된 제2광이 만나도록 각각의 경로상에 배치된 제1 및 제2 광경로변환기; 상기 제1광과 제2광의 경로상에 배치되어 상기 제1광과 제2광을 같은 방향으로 진행하도록 해주는 제2광분할기; 상기 제1광과 제2광이 만나 간섭을 일으켜 생긴 간섭무늬를 촬영하는 고체촬상소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광부품 검사 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 광부품 검사장치는, 도 2를 참조하면 서로 다른 파장의 광을 출사하는 다수개의 광원과, 상기 다수개의 광원에서 출사된 광을 분할하는 광분할기(15)와, 상기 광분할기(15)에 의해 분할되어 서로 다른 경로로 진행되는 제1광(L1)과 제2광(L2)을 각각 반사시키는 제1 및 제2 반사경(25)(30)을 포함한다.
상기 다수개의 광원으로는, 예를 들어, 제1 파장을 가지는 제1칼라광을 출사하는 제1광원(3), 제2 파장을 가지는 제2칼라광을 출사하는 제2광원(5) 및 제3 파장을 가지는 제3칼라광을 출사하는 제3광원(10)이 구비된다. 상기 제1 내지 제3 광원(3)(5)(10)은 서로 다른 파장의 광을 조사하도록 되어 있어 필요에 따라 선택적으로 서로 다른 파장의 광을 사용하여 피검 부품(20)의 광특성을 다양하게 검사할 수 있다.
상기 제1 내지 제 3 광원(3)(5)(10)은 각각 독립적으로 구비될 수 있는 한편, 다수개의 광원이 하나의 유닛에 구비되어 제작된 광모듈이 사용될 수도 있다. 도 2에서는 제1 및 제2 광원(3)(5)이 패키지된 광모듈(8)과 제3 광원(10)이 도시되어 있다. 상기 광원(3)(5)(10)은 소형화를 위해 반도체 레이저를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 제1광원(3)은 700nm 이상의 파장을 가지고, 제2광원(5)은 500-700nm 파장을 가지며, 제3광원(10)은 500nm 이하의 파장을 가지는 것으로 준비될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 광부품 검사장치는 상기 광모듈(8)에서 출사된 광을 상기 광분할기(15)로 보내기 위한 제1광경로변환기(12), 상기 제3광원(10)에서 출사된 광을 상기 광분할기(15)로 보내기 위한 제2광경로변환기(34)를 구비한다. 상기 제1광경로변환기(12) 또는 제2광경로변환기(34)에 의해 상기 제1 내지 제3광원(3)(5)(10) 중 어느 하나의 광원에서 출사된 광이 상기 광분할기(15)에 입사되고, 상기 광분할기(15)에 의해 제1광(L1)과 제2광(L2)으로 분리된다.
상기 제1광경로변환기(12)와 광모듈(8) 사이에 상기 제1광원(3) 또는 제2광원(5)에서 출사된 광의 경로를 바꿔주기 위한 홀로그램(9)이 구비될 수 있다. 상기 홀로그램(9)은 제1광원(3)과 제2광원(5)에서 출사된 광이 동일한 광경로로 진행되도록 어느 한 광의 경로를 바꿔주기 위한 것이다.
상기 광분할기(15)에 의해 분할된 광 중 제1광(L1)은 피검 부품(17)을 거쳐 상기 제1반사경(25)에 입사된다. 그리고, 상기 광분할기(15)에 의해 분할된 광 중 제2광(L2)은 제2반사경(30)에 입사된다. 한편, 상기 제1광경로변환기(12)와 제2광경로변환기(34)는 광경로를 변환하기 위한 것으로, 제1 내지 제3 광원(3)(5)(10)에서 출사된 광은 반사시켜 광분할기(15) 쪽으로 보내는 한편, 상기 제1 및 제2 반사경(25)(30)에서 각각 반사된 광은 투과되도록 한다.
상기 제1광경로변환기(12)와 광분할기(15) 사이에는 입사광을 평행광으로 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈(13)가 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1 및 제2 반사경(25)(30)에서 반사된 제1광(L1)과 제2광(L2)이 간섭을 일으켜 생긴 간섭 무늬를 촬영하기 위한 고체촬상소자(CCD)(40)와, 이 간섭 무늬를 분석하여 피검 부품(20)의 광학적 특성을 알아내는 파면 분석기(43)가 구비된다.
상기 제3광분할기(34)와 고체촬상소자(40) 사이의 광경로상에 상기 제1 및 제2 반사경(25)(30)에서 각각 반사된 제1광(L1)과 제2광(L2)을 상기 고체촬상소자(40)쪽으로 향하도록 광경로를 바꿔주는 제3 광경로변환기(36), 상기 제1광과 제2광에 의한 간섭무늬를 고체촬상소자(40)에 결상시키기 위한 이미징렌즈(37)가 더 구비될 수 있다. 상기 제3 광경로변환기(36)는 본 발명의 광부품 검사장치의 부피를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 즉, 상기 제3 광경로변환기(36)를 사용하여 광부품 검사장치의 공간활용을 효율적으로 할 수 있도록 광경로를 변환할 수 있다. 또한, 상기 제2광경로변환기(34)를 통과한 광의 노이즈를 줄이고 산란광을 차단하기 위해 핀홀(35)을 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제2반사경(30)은 소정 축방향 예를 들어, 광축방향으로 이동가능하게 되어 있어 간섭 무늬의 위상천이가 가능하도록 되어 있다. 상기 제2반사경(30)은 예를 들어 PZT(Plumbum Zirconate Titanate)와 같은 이동수단(32)을 이용하여 상기 제2광(L2)의 경로를 변화시킴으로써 위상천이가 이루어지도록 한다. 이와 같이 하여 위상천이된 간섭 무늬를 이용하여 피검 부품(20)의 광학적 특성을 알아낼 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 광부품 검사장치는 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 제1광경로변환기(12)를 구비하지 않고 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 광원(3)(5)에서 출사된 광이 상기 광분할기(15)로 입사하여 제1 및 제2광(L1)(L2)으로 분할되도록 한다. 이 경우에는 상기 제1 및 제2 광원(3)(5)을 가진 광모듈(8)과 광분할기(15) 사이에 제1콜리메이팅 렌즈(13)를 배치한다.
그리고, 제3광원(10)에서 출사된 광은 제2광경로변환기(34)를 거쳐 상기 광분할기(15)를 향해 진행되도록 한다. 상기 제3광원(10)과 광분할기(15) 사이의 광경로상에 제2콜리메이팅 렌즈(33)가 배치된다. 상기 광분할기(15)에서 분할된 제1 및 제2광(L1)(L2)이 제1 및 제2 반사경(25)(30)에서 반사되어 고체촬상소자(40)에 이르는 광경로상에 핀홀(35), 제3광경로변환기(36), 이미징 렌즈(37)가 구비된다.
본 실시예에서는 상기와 같이 서로 다른 파장을 가지는 제1, 제2 및 제3 광원(3)(5)(10)을 구비하여 여러 파장에 대한 피검 부품의 광학적 특성을 알아낼 수 있다. 상기 제1광원(3)에서 출사된 제1칼라광, 제2광원(5)에서 출사된 제2칼라광 및 제3광원(10)에서 출사된 제3칼라광에 대해 각각 피검 부품(20)의 광학적 특성을 검사한다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에 따른 광부품 검사장치는 특히 파장에 민감하게 반응하거나 여러 파장에 대해 사용되는 피검 부품의 특성을 알아내는데 유리하게 적용할 수 있다. 다시 말하면, 피검 부품이 광의 파장에 따라 투과, 반사, 간섭, 굴절 또는 회절 특성이 변하는 경우, 파장이 다른 광을 차례로 조사하여 각 파장에 따라 상기 광학적 특성들의 변화를 검사함으로써 피검 부품의 광학적 특성을 정밀하게 검사할 수 있다.
다음, 상기 피검 부품(20)으로 입사되는 제1광(L1)의 입사각을 변화시킴으로써 피검 부품의 경사 특성을 측정할 수 있다. 특히, 피검 부품(20)이 렌즈인 경우에는 이와 같이 제1광(L1)의 입사각을 변화시킴으로써 광학적 필드 특성을 알아낼 수 있다. 상기 피검 부품(20)으로 입사되는 제1광의 입사각을 조절하기 위해 상기 피검 부품(20)이 지지된 홀더(17)와, 이 홀더(17)를 소정 축방향 예를 들어, 광축 방향으로 이동시키거나 회동시킬 수 있는 이동수단(18)이 구비된다. 상기 홀더(17)가 광축 방향으로 이동하거나 회동됨에 따라 피검 부품(20)으로 입사되는 광의 입사각이 변하고, 입사각의 변화에 따른 피검 부품(20)의 특성 변화를 측정할 수 있다.
또한, 상기 홀더(17)의 온도를 조절할 수 있는 온도조절기(22)를 구비하여 피검 부품(20)의 온도를 변화시킬 수 있도록 할 수 있다. 이와 같이 피검 부품(20)의 온도를 변화시킴으로써 피검 부품(20)의 광학적 수차의 변화 또는 굴절률을 알아내거나 비열과 같은 열적 특성을 알아낼 수 있다. 상기 온도조절기(22)는 피검부품과 분리되어 설치되거나 피검부품에 부착되어 설치될 수 있다.
한편, 상기 피검 부품(20)과 제1반사경(25) 사이에 투과성 기판(23)을 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 투과성 기판(23)은 예를 들어 광디스크와 같은 기록매체를 대신하는 것으로, 광픽업에 사용되는 대물렌즈를 피검 부품으로 하여 렌즈의 광학적 특성이나 성능을 검사하고자 할 때 좀 더 정확히 그 특성을 알아보기 위해 주변 환경을 조성하고자 제공되는 것이다. 다시 말하면, 광픽업에 사용되는 대물렌즈에 의해 집속된 광은 광디스크에 맺히게 되므로, 광디스크에 대응되는 기판을 구비함으로써 대물렌즈의 광학적 특성 또는 성능을 좀 더 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다.
또한, 도 3b와 같이 상기 투과성 기판(23)에 홀더(27)와 이동수단(24)을 구비하고, 이 이동수단(24)에 의해 투과성 기판(23)의 위치와 경사를 바꾸어 가면서 광학적인 수차와 특성을 측정할 수 있다. .
특히, 투과성 기판(23)으로 비선형 특성을 가지는 광디스크를 사용하는 경우에 광의 세기에 따른 광학적인 특성이 달라지게 된다. 따라서, 상기 피검부품(20) 뿐만 아니라 투과성 기판(23)도 피검 부품에 해당되며, 상기 투과성 기판(23)을 소정 축방향 예를 들어, 광축 방향으로 이동가능하도록 한다. 투과성 기판(23)이 광축 방향으로 이동됨에 따라 투과성 기판(23)에 입사되는 광의 세기가 변한다. 이와 같이 상기 투과성 기판(23)을 이동시키면서 광세기의 변화에 따른 특성 변화를 측정할 수 있다.
예를 들어, 상기 투과성 기판(23)에 비선형 특성을 유발하기 위해서는 소정의 광세기를 갖는 광이 입사되어야 한다. 이때, 상기 다수개의 광원 중 적어도 두 개의 광원을 동시에 작동시킨다. 예를 들어, 상기 제3광원(10)에서 상대적으로 강한 세기를 갖는 펌프빔(pump beam)을 출사하는 한편, 이 펌프빔과 투과성 기판(23)의 상호작용에 의하여 발생한 광학적 특성을 측정하기 위해 상기 제1 혹은 제2 광원(3,5)에서 상기 펌프빔보다 약한 프로브빔(probe beam)을 출사한다.
또한, 상기 피검 부품(20) 또는 투과성 기판(23)에 입사되는 광의 편광을 바꾸기 위하여 광모듈(8)과 광분할기(15) 사이에 제1편광기 또는 위상지연기(38)를 구비할 수 있다. 상기 제1편광기(38)를 이용하여 특정 편광의 광이 상기 피검부품(20) 또는 투과성 기판(23)에 입사되도록 한다. 상기 제1편광기(38) 대신에 위상지연기가 배치될 수도 있다. 위상지연기는 광원에서 편광빔이 출사될 때, 그 편광 방향을 바꿔주기 위해 사용된다. 예를 들어, 1/2파장판을 구비하여 S편광의 광을 P편광의 광으로 바꾸거나 P편광의 광을 S편광의 광으로 바꿀 수 있다. 또는 1/4파장판을 구비하여 S편광 또는 P편광의 광을 원편광의 광으로 바꿀 수 있다.
상기 제1편광기 또는 위상지연기(38)를 이용하여 피검 부품(20)에 입사되는 광의 편광을 조절한다. 소정 편광의 광이 상기 피검 부품(20) 또는 투과성 기판(23)을 통과한 후에 편광 특성이 변한다. 이러한 편광 특성의 변화를 알아보기 위해 상기 광분할기(15)와 고체촬상소자(40) 사이의 광경로상에 제2편광기(39)를 구비한다. 예를 들어, S편광의 광이 피검 부품(20) 또는 투과성 기판(23)을 통과한 후에는 편광 특성이 변하여 S편광과 P편광이 혼합된 상태가 된다. 이렇게 변화된 광이 상기 제2편광기(39)를 지나면서 특정 편광의 광만이 통과되므로 편광 특성의 변화를 알 수 있다.
예를 들어, 상기 광모듈(8)과 광분할기(15) 사이에 제1편광기 또는 위상지연기(38)가 배치되고, 상기 광분할기(15)와 제2광경로변환기(34) 사이에 제2편광기(3)가 배치될 수 있다. 또는 상기 제3광원(10)과 제2광경로변환기(34) 사이에 편광기 또는 위상지연기가 구비될 수도 있다.
상기 제1 광원(3) 또는 제2광원(5)에서 출사된 광의 편광 특성은 상기 제1편광기 또는 위상지연기(38)에 의해 정해지고, 예를 들어 S편광의 광이 상기 광분할기(15)를 통해 상기 피검부품(20)에 입사된다. 피검부품을 통과한 광은 부품의 광학적인 성질에 따라 편광이 바뀌게 되고 S편광과 P편광을 모두 가지게 된다. 이때 파면분석기(43)로 들어가는 광 중에서 P편광 또는 S 편광을 선택적으로 관측하기 위하여 상기 제2편광기(39)를 고체촬상소자(40) 앞에 설치할 수도 있다. 또한 P 편광 또는 S 편광의 광량을 검출하기 위해서는 고체촬상소자 대신에 광량검출기를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 제1편광기(38) 또는 제2편광기(39)가 소정 축방향 예를 들어, 광축을 중심으로 회전함에 따라 편광에 따른 광학적 특성을 분석할 수 있다, 즉, 편광에 따른 피검 부품(20) 또는 투과성 기판(23)의 복굴절 특성과 비선형적인 특성의 측정이 가능하다.
한편, 상기 제1편광기(38) 또는 제2편광기(39)는 필요에 따라 구비될 수 있다. 즉, 편광에 따른 특성 이외에 다른 조건에 따른 피검부품(20)의 특성을 검사할 때에는 상기 제1편광기(38) 또는 제2편광기(39)를 광경로 바깥쪽으로 이동시킨다. 이와 같이 하여 다른 외부 조건에 따른 특성을 알아볼 때, 편광에 의해 영향을 받지 않도록 해야 한다.
다음, 본 발명의 제3실시예에 따른 광부품 검사장치에 대해 도 4a를 참조하여 상세히 설명한다.
제3실시예에 따른 광부품 검사장치는, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 제4광원(50) 및 제5광원(52)과, 상기 제4 및 제5 광원(50)(52)에서 출사된 광을 소정 비율로 투과 및 반사시켜 제1광과 제2광으로 분할하는 제1광분할기(55)와, 상기 제1광분할기(55)에서 분할된 제1광(L1)의 진행 경로상에 상기 제1광을 집속시키는 제1 이미징 렌즈(57) 및 제2 이미징 렌즈(59)가 구비된다. 또한, 상기 제4광원(50)과 제1광분할기(55) 사이에 제1콜리메이팅 렌즈(51)가 구비되고 상기 제5광원(52)과 제1광분할기(55) 사이에 제2콜리메이팅 렌즈(53)가 구비되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1광분할기(55)에서 분할된 제2광(L2)의 진행경로상에 제4광경로변환기(62) 및 제2광분할기(64)가 구비된다. 상기 제3 및 제4 이미징 렌즈(57)(59)를 통과한 제1광(L1)을 상기 제2광분할기(64)로 보내기 위한 제5광경로변환기(60)가 구비된다. 여기서, 상기 제4광경로변환기(62) 및 제5광경로변환기(60)는 전반사미러일 수 있다.
상기 제2광분할기(64)에서 만난 제1광(L1) 및 제2광(L2)은 간섭을 일으키고, 이 간섭에 의해 생긴 간섭 무늬가 고체촬상소자(70)에 의해 촬영되고, 파면 분석기(73)에 의해 그 광학적 특성이 분석된다.
상기 고체촬상소자(70)에서 관측되는 간섭무늬를 위상천이시키기 위해서 상기 제4 또는 제5 광경로변환기(60)(62)를 앞뒤로 이동시키면서 간섭무늬를 촬영한다. 이는 앞서 설명한 제1실시예와 제2실시예에서 상기 반사경(30)을 이동시키면서 간섭무늬를 위상천이시키는 것과 같다. 상기 고체촬상소자(70)와 제5광경로변환기(64) 사이에는 필터(65)와 제3 이미징 렌즈(67)가 더 구비될 수 있다.
한편, 상기 제1 이미징 렌즈(57)와 제2 이미징 렌즈(59) 사이에 피검 부품(20)이 배치된다. 상기 피검 부품(20)은 소정 축방향 예를 들어, 광축방향으로 이동가능하게 되어 있다. 상기 피검 부품(20)이 광축 방향으로 이동됨에 따라 도 4b에 도시된 바와 같이 피검 부품(20)에 입사되는 광의 세기가 변한다. 상기 피검부품(20)을 소정의 축방향 예를 들어, 광축방향으로 이동시키면서 피검부품(20)의 단위면적당 입사되는 광량을 변화시킬 수 있을 뿐만아니라, 소정 축을 중심으로 회동 가능하도록 할 수 있음은 제2실시예에서 설명한 바와 같다. 상기 피검 부품(20)을 이동시키면서 광의 입사조건에 따른 피검 부품의 특성 변화를 측정할 수 있다. 특히, 비선형 물질은 광세기 변화에 의해 광학적 특성, 예를 들어 굴절률이 변한다. 다시 말하면 광이 비선형 물질을 지날 때, 2차 또는 3차 비선형 효과로 인하여 광세기에 비례하여 굴절률이 변하는 현상이 일어난다. 이러한 현상을 이용하여 피검 부품의 특성을 알아낼 수 있다.
예를 들어, 상기 피검 부품(20)에 비선형 특성을 유발하기 위해서는 피검 부품(20)에 소정의 광세기를 갖는 광이 입사되어야 한다. 이에, 상기 제2광원(52)에서 상대적으로 강한 세기를 갖는 펌프빔(pump beam)을 출사하는 한편, 이 펌프빔과 피검 부품(20)의 상호작용에 의한 광에 대한 특성을 측정하기 위해 상기 제4광원(50)에서 상기 펌프빔보다 약한 프로브빔(probe beam)을 출사한다.
상기 제2광원(52)에서 출사된 펌프빔에 의해 상기 피검 부품(20)의 광학적 특성 예를 들어, 굴절률이 변한다. 한편, 상기 제1광원(50)에서 출사된 프로브빔은 상기 광분할기(55)에 의해 제1광(L1)은 상기 피검 부품(20) 쪽으로 향하고, 나머지 제2광(L2)은 상기 제4광경로변환기(62)와 제2광분할기(64)를 경유하여 진행된다. 상기 제1광(L1)은 상기 펌프빔의 영향을 받아 변화된 피검 부품(20)과 상호작용한 후 제5광경로변환기(60)를 거쳐 상기 제2광(L2)과 만나 간섭을 일으킨다. 그리고, 이 간섭무늬는 제3이미징 렌즈(67)에 의해 고체촬상소자(70)에 결상된다.
상기 펌프빔은 필터(65)에 의해 상기 고체촬상소자(70) 쪽으로 진행되지 못하고, 상기 피검 부품(20)의 특성을 측정하는 프로브빔만이 통과되어 상기 고체촬상소자(70)에 들어간다. 상기 예에서, 프로브빔이 측정빔으로 사용되었으나, 반대로 펌프빔이 측정빔으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 제1광원(50)과 제1광분할기(55) 사이에 제3편광기 혹은 위상지연기(54)가 구비되고, 상기 제2광분할기(64)와 고체촬상소자(70) 사이에 제4편광기(66)가 구비될 수 있다. 이와 같이 하여 펌프빔과 프로브빔의 편광에 따른 피검부품의 광학적인 특성을 조사할 수 있다.
다시 말하면, 상기 제1광원(50)에 의한 펌프빔과 상기 제2광원(52)에 의한 프로브빔의 편광 방향을 서로 달리하여 사용한다. 예를 들어, 펌프빔으로 P편광을 사용하고, 프로브빔으로 S편광을 사용할 수 있다. P편광의 펌프빔이 피검부품(20)에 주는 광학적 성질의 변화를 S 편광의 프로브빔을 사용하여 측정할 수 있다.
한편, 광세기를 조절하기 위해 피검 부품(20)을 소정 축방향 예를 들어, 광축방향으로 이동시키는 외에, 광원에 공급하는 전류를 조절하는 방법이 있다. 즉, 전류 공급원에서 전류를 줄이거나 증가시킴에 따라 광세기가 줄거나 감소된다.
이와 같이 광세기를 조절하여 광세기의 변화에 따른 피검 부품의 광학적 특성을 검사할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 광부품 검사장치를 이용하여 피검 부품의 특성을 검사하는 파면분석기의 블록도를 나타낸 것이다. 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 광부품 검사장치에서 서로 다른 경로로 진행된 제1광과 제2광의 간섭에 의해 생긴 간섭무늬를 이미지처리부(75)에서 이미지 처리하여 이미지모니터(77)에 표시한다. 그리고, 이미지를 연산처리부(79)에 의해 계산하고 그 계산 결과를 데이터 디스플레이부(80)를 통해 표시한다. 그리고, 이 데이터들을 통해 피검 부품의 특성을 알아낼 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 광부품 검사장치는 피검 부품에 대한 외부 조건을 다양하게 제공할 수 있어 피검 부품의 광학적 특성을 정밀하고, 다양한 방법으로 검사할 수 있도록 한다. 예를 들어, 파장이 서로 다른 다수개의 광을 조사하는 광원들을 사용하여 파장에 따라 달라지는 피검 부품의 광학적 특성을 검사할 수 있으며, 이러한 다중 파장을 이용한 검사는 카메라 렌즈나 호환형 광픽업 장치에 사용되는 대물렌즈, 다수의 파장을 사용하는 홀로그램이 포함된 렌즈 등에 유용하게 적용될 수 있다. 또한, 정밀광학렌즈, 표면정밀도가 요구되는 광학적 기판, 선형 또는 비선형 특징을 가지는 광학 시료, 정밀 프리즘, 정밀 기계 표면 등에 대한 광학적 특성을 검사하는 데에도 유용하게 사용될 수 있다.
더욱이, 피검 부품에 입사되는 광의 입사각을 조절하거나, 피검 부품의 온도를 조절하거나, 피검 부품에 입사되는 광의 세기를 조절하거나, 편광을 변화시켜 이들 변화에 따른 피검 부품의 광학적 특성을 검사할 수 있다. 이와 같이 하나의 광부품 검사장치에 여러 가지 변화 요소들을 구비함으로써 피검 부품의 광학적 특성을 정밀하고도 다양하게 검사할 수 있다.
도 1은 종래에 단일 파장의 광을 이용하여 광부품의 광학적 특성을 검사하는 광부품 검사장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 광부품 검사장치의 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 광부품 검사장치의 광학적 배치를 달리한 구성도이다.
도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 광부품 검사장치의 구성도이다.
도 4b는 도 4a의 피검 부품이 이동됨에 따른 작용 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 광부품 검사장치를 이용하여 광부품의 광학적 특성을 검사하는 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3,5,10,50,52...광원, 8...광모듈
12,34,36,60,62...광경로변환기, 15,55,64...광분할기
17...홀더, 18,32...이동수단
22...온도조절기, 25,30...반사경
40,70...고체촬상소자, 43,73...파면분석기

Claims (16)

  1. 서로 다른 파장의 광을 조사하는 다수개의 광원;
    상기 다수개의 광원에서 조사된 광을 소정 비율로 분할하는 광분할기;
    상기 광분할기에 의해 분할된 제1광이 피검 부품을 경유하여 상기 광분할기로 반사 되도록 하는 제1반사경;
    상기 광분할기에 의해 분할된 제2광이 상기 제1광과 다른 경로로 진행되어 상기 광분할기로 반사 되도록 하는 제2반사경;
    상기 제1광과 제2광이 간섭되어 생긴 간섭무늬를 촬영하는 고체촬상소자;
    상기 간섭무늬를 분석하여 피검 부품의 광학적 특성을 알아내는 파면 분석기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2반사경을 이동시키는 이동수단을 구비하여, 간섭무늬의 위상천이를 얻을 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 피검 부품을 광축 방향으로 이동시키는 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 피검 부품을 회동시키는 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 다수개의 광원에 전류를 공급하는 전류 공급원이 구비되고, 상기 전류 공급원의 전류를 조절하여 광세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 다수개의 광원 중에서 어느 하나는 측정용 프로브빔을 출사하고, 또 다른 하나의 광원은 피검부품의 광학적인 특성을 변화시키는 펌브빔을 출사하는 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 피검 부품의 온도를 조절할 수 있도록 온도 조절기를 구비한 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 다수개의 광원이 하나의 유닛 안에 구비된 광모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 광모듈에서 출사된 광의 경로를 변환시키기 위한 홀로그램이 구비되는 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  11. 서로 다른 파장의 광을 조사하는 다수개의 광원;
    상기 다수개의 광원에서 출사된 광을 투과 및 반사시켜 제1광과 제2광으로 분할하는 제1광분할기;
    상기 제1광의 진행경로상에 배치되고, 그 사이에 피검 부품이 배치된 제1 및 제2 이미징 렌즈;
    상기 제1이미징 렌즈, 피검 부품 및 제2 이미징 렌즈를 경유한 제1광과, 상기 제1광과 다른 경로로 진행된 제2광이 만나도록 각각의 경로상에 배치된 제1 및 제2 광경로변환기;
    상기 제1광과 제2광의 경로상에 배치되어 상기 제1광과 제2광을 같은 방향으로 진행하도록 해주는 제2광분할기;
    상기 제1광과 제2광이 만나 간섭을 일으켜 생긴 간섭무늬를 촬영하는 고체촬상소자;
    상기 간섭무늬를 분석하여 피검 부품의 광학적 특성을 알아내는 파면 분석기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 피검 부품을 광축 방향으로 이동시키는 이동수단을 구비하여 피검 부품에 입사되는 광의 세기를 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 피검 부품을 회동시키는 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  14. 제 11항, 제12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 다수개의 광원 중 어느 한 광원은 프로브빔을 출사하고, 또 다른 광원은 펌브빔을 출사하는 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  15. 제 11항, 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 광분할기와 고체촬상소자 사이에 상기 다수개의 광원에서 출사된 광 중 적어도 하나의 광을 차단하는 필터가 구비된 것을 특징으로 하는 광부품 검사장치.
  16. 삭제
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