KR100843720B1 - 3차원측정 간섭계 - Google Patents

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KR100843720B1 KR1020070035193A KR20070035193A KR100843720B1 KR 100843720 B1 KR100843720 B1 KR 100843720B1 KR 1020070035193 A KR1020070035193 A KR 1020070035193A KR 20070035193 A KR20070035193 A KR 20070035193A KR 100843720 B1 KR100843720 B1 KR 100843720B1
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임우영
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Abstract

본 발명은 기준거울의 틸트를 조정할 수 있으며 기준거울의 이송 시 발생될 수 있는 진동을 제거함과 아울러 초점을 정밀하게 조정할 수 있는 3차원측정 간섭계에 관한 것이다.
본 발명의 3차원측정 간섭계는 측정헤드(100)와 스테이지부(300)로 구성되며, 측정헤드(100)는 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 각각 조명을 분리하여 조사하기 위해 제1빔 스플릿터(110)가 구비되고, 제1빔 스플릿터(100)를 기준으로 상측과 하측에 각각 결상부(120)와 제2대물렌즈(160)가 설치되며, 제1빔 스플릿터(100)를 기준으로 일측과 타측에 각각 조명부(130)와 제1대물렌즈(140)가 각각 설치되고, 제1대물렌즈(140)의 타측에 기준거울부(150)가 설치되어 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 각각 조명을 조사한 후 반사되는 간섭무늬를 촬영하며, 측정헤드(100)의 기준거울부(150)는 제1대물렌즈(140)의 타측에 설치되는 보조거울(151)과, 보조거울(151)이 설치되는 PZT이송기구(152)와, 보조거울(151)의 하측에 설치되는 기준거울(153)과, 기준거울(153)이 설치되는 틸팅유닛(154)으로 이루어짐을 특징으로 한다.
3차원, 측정, 틸트, 기준, 거울, 초점

Description

3차원측정 간섭계{Three Dimensional Measurement Interferometer}
도 1은 종래의 3차원측정 간섭계의 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원측정 간섭계의 개략 구성도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원측정 간섭계의 개략 구성도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원측정 간섭계의 개략 구성도,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원측정 간섭계의 개략 구성도,
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 3차원측정 간섭계의 개략 구성도,
도 7은 본 발명의 측정물체의 틸팅 상태를 처리하는 방법을 나타낸 도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100: 측정헤드 110: 제1빔 스플릿터
120: 결상부 130: 조명부
140: 제1대물렌즈 150: 기준거울부
160: 제2대물렌즈 170: 대물광학변환부
200: 헤드승강부 300: 스테이지부
400: 제어부
본 발명은 3차원측정 간섭계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기준거울의 틸트를 조정할 수 있으며 기준거울의 이송 시 발생될 수 있는 진동을 제거함과 아울러 초점을 정밀하게 조정할 수 있는 3차원측정 간섭계에 관한 것이다.
측정물체의 3차원 형상을 고해상도로 측정하기 위해 리닉(Linnik)형 3차원측정 간섭계가 사용된다. 고해상도로 측정물체의 3차원 형상을 측정하기 위한 리닉형 3차원측정 간섭계의 구성을 첨부된 도 1을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 3차원측정 간섭계의 개략 구성도이다. 도시된 바와 같이 종래의 리닉형 3차원측정 간섭계는 측정헤드(10)와 XY 스테이지(20)로 구성된다.
종래의 3차원측정 간섭계의 측정헤드(10)는 조명부(11), CCD 카메라(Charge Coupled Device camera)(12), 결상렌즈(13), 빔 스플릿터(beam splitter)(14), 제1대물렌즈(15), 제2대물렌즈(16), 기준거울(17), PZT 이송기구(18) 및 레이저 광원(19)으로 이루어지는 측정헤드(10)가 구비된다. 측정헤드(10)의 조명부(11)는 광원(11a), 제1투영렌즈(11b) 및 제2투영렌즈(11c)로 구성된다.
상기 구성을 갖는 종래의 3차원측정 간섭계의 작용을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
XY 스테이지(20)에 의해 이송되는 측정물체(1)를 측정하기 위해 측정헤드(10)의 조명부(11)에서 조명을 발생한다. 조명부(11)에서 발생된 조명은 빔 스플릿터(14)를 통개 분리되어 측정물체(1)와 기준거울(17)로 각각 조사된다. 측정물체(1)와 기준거울(17)로 조명이 조사되면 각각에서 반사되는 기준광과 측정광이 이 합쳐지게 되고, 기준광과 측정광이 합쳐질 때 발생되는 광경로차에 의한 간섭신호를 CCD 카메라(12)에서 측정하여 측정물체(1)의 높이를 측정하게 된다. 측정물체(1)의 측정시 기준조명을 반사시키는 기준거울(17)의 조정은 PZT 이송기구(18)를 이용하게 된다.
PZT 이송기구(18)로 기준거울(17)을 수평방향으로 이송하여 조정하는 과정에서 기준거울(17)이 틸트되거나 외부환경 요인으로 기준거울(17)이 틸트(tilt)되는 경우에 종래에는 이를 조정할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 측정헤드에서 기준거울의 이송과 아울러 기준거울의 틸트를 조정할 수 있는 3차원측정 간섭계를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 측정헤드에서 기준거울을 이송시키는 PZT 이송기구와 기준거울의 틸트를 조정하는 틸팅유닛을 분리시켜 설치함으로써 기준거울의 이송 시 발생될 수 있는 틸팅유닛으로 인한 진동발생을 제거할 수 있는 3차원측정 간섭계를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기준거울을 사용하지 않고 1차로 측정물체를 측정한 후 측정된 결과를 이용하여 초점을 조정하고, 2차로 기준거울을 사용하여 측정물체를 측정한 후 측정된 결과를 이용하여 초점을 조정함으로써 보다 정밀한 초점을 조정할 수 있는 3차원측정 간섭계를 제공함에 있다.
본 발명의 3차원측정 간섭계는 제1빔 스플릿터와, 제1빔 스플릿터의 상측에 설치되는 결상부와, 제1빔 스플릿터의 일측에 설치되는 조명부와, 제1빔 스플릿터의 타측에 설치되는 제1대물렌즈와, 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 기준거울부와, 제1빔 스플릿터의 하측에 설치되는 제2대물렌즈로 이루어져 측정물체와 기준거울부로 각각 조명을 조사한 후 반사되는 간섭무늬를 촬영하는 측정헤드와; 측정물체를 이송시키는 XY 스테이지로 구비되며, 측정헤드의 기준거울부는 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 보조거울과, 보조거울이 설치되는 PZT이송기구와, 보조거울의 하측에 설치되는 기준거울과, 기준거울이 설치되는 틸팅유닛으로 이루어져 보조거울을 수평방향으로 이송시키고 기준거울의 틸트를 조정하여 기준거울을 조정함을 특징으로 한다.
본 발명의 3차원측정 간섭계의 다른 실시예는 제1빔 스플릿터와, 제1빔 스플릿터의 상측에 설치되는 결상부와, 제1빔 스플릿터의 일측에 설치되는 조명부와, 제1빔 스플릿터의 타측에 설치되는 제1대물렌즈와, 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 기준거울부와, 제1빔 스플릿터의 하측에 설치되는 제2대물렌즈로 이루어져 측정물체와 기준거울부로 각각 조명을 조사한 후 반사되는 반사무늬나 간섭무늬를 촬영하는 측정헤드와; 측정헤드에 설치되어 측정헤드를 승/하강시키는 헤드승강부와; 측정물체를 이송시키고 틸트를 조정하는 스테이지부와; 측정헤드와 헤드승강부와 스테이지부를 각각 제어하여 측정물체의 3차원 형상을 측정하기 위한 제어부로 구비되며, 측정헤드의 기준거울부는 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 보조거울과, 보조거울이 설치되는 PZT이송기구와, 제1대물렌즈와 보조거울 사이에 설치되는 셔터와, 보조거울의 하측에 설치되는 기준거울과, 기준거울이 설치되는 틸팅유닛으로 이루어져 보조거울을 수평방향으로 이송시키고 기준거울의 틸트를 조정하여 기준거울을 조정하며, 제어부는 초점 조정 시 셔터를 닫은 상태에서 조명부와 결상부와 헤드승강부를 각각 제어하여 촬영된 측정물체의 반사무늬를 이용하여 초점을 조정하며, 초점 조정이 완료되면 셔터를 개방시킨 상태에서 조명부와 결상부와 헤드승강부를 각각 제어하여 촬영된 측정물체의 간섭무늬를 이용하여 초점을 재조정함을 특징으로 한다.
(실시예1)
이하, 본 발명의 실시예1을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원측정 간섭계의 개략 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원측정 간섭계는 크게 측정헤드(100)와 XY 스테이지(320)로 구성되며, 각각의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
측정헤드(100)는 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 각각 조명을 분리하여 조사하기 위해 제1빔 스플릿터(110)가 구비되고, 제1빔 스플릿터(100)를 기준으로 상측과 하측에 각각 결상부(120)와 제2대물렌즈(160)가 설치된다. 또한, 제1빔 스플릿터(100)를 기준으로 일측과 타측에 각각 조명부(130)와 제1대물렌즈(140)가 각각 설치되고, 제1대물렌즈(140)의 타측에 기준거울부(150)가 설치되어 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 각각 조명을 조사한 후 반사되는 간섭무늬를 촬영하여 측정물체(1)의 높이를 측정한다. 측정물체(1)의 높이가 측정되면 이러한 높이정보를 이용 하여 측정물체(1)의 표면 전체의 형상을 측정하기 위해 측정물체(1)를 이송시키기 위해 XY 스테이지(320)가 구비된다.
측정물체(1)의 3차원측정 시 기준광을 발생시키는 기준거울부(150)는 기준거울(153), PZT이송기구(152) 및 틸팅유닛(154)으로 이루어진다. 기준거울부(150)의 기준거울(153)은 제1대물렌즈(140)의 타측에 위치되도록 PZT이송기구(152)에 설치되며, PZT이송기구(152)의 하측에 기준거울(153)의 틸트를 조정하기 위한 틸팅유닛(154)이 설치된다.
기준거울(153)을 수평방향으로 이송시키는 PZT이송기구(152)의 하측에 기준 틸팅유닛(154)을 설치함으로써 기준거울(151)의 틸트가 발생시 PZT이송기구(152)의 틸트를 조정함으로써 PZT이송기구(152)에 설치되는 기준거울(153)의 틸트를 용이하게 조정할 수 있게 된다. 기준거울(153)의 틸트를 조정하기 위한 틸팅유닛(154)은 탄성부재(154a) 및 조정레버(154b)가 구비된다. 조정레버(154b)는 틸팅유닛(154)의 벌어짐의 각도를 조정하기 위해 풀거나 조임이기 위해 적용되며, 탄성부재(154a)는 탄성력으로 틸팅유닛(154)의 벌어진 틸트 각도를 유지시켜 주게 된다.
(실시예2)
이하, 본 발명의 실시예2를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원측정 간섭계의 개략 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 3차원측정 간섭계는 크게 측정헤드(100)와 스테이지부(300)로 구성되며, 각각의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
측정헤드(100)는 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 각각 조명을 분리하여 조사하기 위해 제1빔 스플릿터(110)가 구비되고, 제1빔 스플릿터(100)를 기준으로 상측과 하측에 각각 결상부(120)와 제2대물렌즈(160)가 설치된다. 또한, 제1빔 스플릿터(100)를 기준으로 일측과 타측에 각각 조명부(130)와 제1대물렌즈(140)가 각각 설치되고, 제1대물렌즈(140)의 타측에 기준거울부(150)가 설치되어 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 각각 조명을 조사한 후 반사되는 간섭무늬를 촬영하여 측정물체(1)의 높이를 측정한다. 측정물체(1)의 높이가 측정되면 이러한 높이정보를 이용하여 측정물체(1)의 표면 전체의 형상을 측정하기 위해 측정물체(1)를 이송시키고 측정물체(1)의 틸트 발생시 이를 조정하기 위한 스테이지부(300)가 구비된다.
측정물체(1)의 3차원측정 시 기준광을 발생시키는 기준거울부(150)는 보조거울(151), PZT이송기구(152), 기준거울(153) 및 틸팅유닛(154)으로 이루어진다. 기준거울부(150)의 보조거울(151)은 제1대물렌즈(140)의 타측에 설치되고 PZT이송기구(152)에 설치된다. 또한, 기준거울(153)은 보조거울(151)의 하측에 일정한 간격으로 이격된 상태로 설치되고 틸팅유닛(140)에 설치된다.
PZT이송기구(150)에 틸팅유닛(140)을 직접 설치하는 본 발명의 제1실시예와 다르게 보조거울(151)을 이용하여 기준거울(153)을 수평방향으로 이송시키거나 틸트를 조정하는 PZT이송기구(150)와 틸팅유닛(140)을 서로 분리시켜 설치함으로써 기준거울(151)의 조정 시 탄성부재(154a) 및 조정레버(154b)를 구비한 틸트유닛(154)에 의해 발생될 수 있는 진동을 제거할 수 있게 된다. 즉, 기준거울(151)을 PZT이송기구(152)로 수평방향으로 이송시키는 과정에서 틸팅유닛(154)에 의한 진동 발생을 제거할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 본 발명의 3차원측정 간섭계에 공통적으로 적용되는 구성 요소를 상세히 설명하면 다음과 같다.
결상부(120)는 결상부는 간섭무늬를 촬영하는 제1카메라(121)와 제1카메라(121)의 하측에 설치되어 간섭무늬를 결상시키는 결상렌즈(122)로 구성되며, 조명부(130)는 광원(131)과 복수개의 투영렌즈(132,133)로 이루어진다. 조명부(130)의 광원(131)에서 발생된 조명은 제1빔 스플릿터(110)를 통해 분할된 상태로 측정물체(1)나 기준거울부(150)로 조사한다. 조명을 조사받아 반사하는 기준거울(150)의 보조거울(151)은 도 3에 도시된 바와 같이 빗면에 반사면에 형성된 삼각거울이 적용된다.
또한, 기준거울(153)의 조정을 정밀하게 조정하기 위해 리니어 스케일(156)과 같은 이송거리측정센서가 구비된다. 리니어 스케일(156)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 PZT 이송기구(152)나 보조거울(151)에 설치된다. 이와 같이 리니어 스케일(156)과 같은 이송거리측정센서는 도 2 및 도 3에 도시된 리니어 스케일(156) 이외에 정전용량형 센서와 스트레인 게이지 중 어느 하나가 적용될 수 있다.
(실시예3)
이하, 본 발명의 실시예3을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원측정 간섭계의 개략 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 3차원측정 간섭계는 크게 측정헤 드(100), 헤드승강부(200), 스테이지부(300) 및 제어부(400)로 구성되며, 각각의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
측정헤드(100)는 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 각각 조명을 분리하여 조사하기 위해 제1빔 스플릿터(110)가 구비되고, 제1빔 스플릿터(100)를 기준으로 상측과 하측에 각각 결상부(120)와 제2대물렌즈(160)가 설치된다. 또한, 제1빔 스플릿터(100)를 기준으로 일측과 타측에 각각 조명부(130)와 제1대물렌즈(140)가 각각 설치되고, 제1대물렌즈(140)의 타측에 기준거울부(150)가 설치되어 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 각각 조명을 조사한 후 반사되는 간섭무늬를 촬영하여 측정물체(1)의 높이를 측정하여 측정물체(1)의 3차원 형상을 측정하게 된다. 측정물체(1)의 3차원형상의 측정과 아울러 측정헤드(100)는 초점을 조정하는 경우에 측정물체(1)로만 조명을 조사하여 발생되는 반사무늬를 촬영하게 된다.
측정헤드(100)의 구성 중 기준거울부(150)는 기준거울(153)의 조정 시 발생될 수 있는 기준거울(153)의 진동을 해결하는 제1실시예의 구성 및 작용과 동일하므로 상세한 설명을 생략하였다. 다만, 본 발명의 제2실시예에 따른 기준거울부(150)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1대물렌즈(140)와 보조거울(151) 사이에 셔터(155)가 설치된다. 셔터(155)는 직선이송기구(도시 않음)나 회전이송기구(도시 않음)에 의해 이송하거나 회전시켜 개폐시킬 수 있도록 구성된다.
기준거울(153)의 틸트를 조정하고 수평이송 시 발생될 수 있는 진동 문제를 해결함과 아울러 본 발명의 제3실시예에 따른 3차원측정 간섭계는 초점을 조정을 위해 측정헤드(100)에 헤드승강부(200)가 설치된다. 헤드승강부(200)는 측정헤 드(100)를 수직방향으로 승/하강시켜 초점을 조정하게 된다. 초점 조정 시 측정된 높이정보를 이용하여 측정물체(1)의 틸트를 조정하거나 측정물체(1)의 이송을 위해 지지프레임(300a)에 설치되는 스테이지부(300)가 구비되며, 측정헤드(100)와 헤드승강부(200)와 스테이지부(300)를 각각 전반적으로 제어하여 측정물체(1)의 3차원 형상을 측정하기 위한 제어부(400)가 구비된다. 제어부(400)는 초점 조정 시 헤드승강부(200)를 제어하여 측정헤드(100)를 수직방향으로 승/하강시켜 측정헤드(100)의 초점을 조정한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 3차원측정 간섭계는 초점 조정과정을 설명하면 다음과 같다. 제어부(400)는 초점 조정 시 셔터(155)를 닫은 상태에서 조명부(130)와 결상부(120)와 헤드승강부(200)를 각각 제어하여 촬영된 측정물체(1)의 반사무늬를 이용하여 1차적으로 초점을 조정한다. 즉, 조명부(130)에서 발생된 조명이 제1빔 스플릿터(130)에서 분할된 후 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 각각 조사된 후 반사되어 발생되는 간섭무늬 없이 측정물체(1)만으로 조명을 조사하여 반사되는 반사무늬가 결상부(120)의 제1카메라(121)에서 촬영되면 이 정보를 이용하여 1차적으로 초점을 조정하게 된다.
반사무늬를 이용하여 초점 조정이 완료되면 제어부(400)는 셔터(155)를 개방시킨 상태에서 조명부(130)와 결상부(120)와 헤드승강부(200)를 각각 제어하여 촬영된 측정물체(1)의 간섭무늬를 이용하여 정밀하게 초점을 재조정한다. 즉, 조명부(130)에서 발생된 조명이 제1빔 스플릿터(130)에서 분할된 후 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 각각 조사된 후 반사되어 발생되는 간섭무늬가 결상부(120)의 제1 카메라(121)에서 촬영되면 이 정보를 수신받아 초점을 조정하기 위해 헤드승강부(200)를 구동시켜 측정헤드(100)의 초점을 조정하게 된다.
(실시예4)
이하, 본 발명의 실시예4를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원측정 간섭계의 개략 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 제4실시예에 따른 3차원측정 간섭계는 제3실시예에서와 같이 크게 측정헤드(100), 헤드승강부(200), 스테이지부(300) 및 제어부(400)로 구성된다.
본 발명의 제4실시예의 구성은 제4실시예의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략하였다. 다만, 제4실시예의 결상부(120)의 구성은 제1 및 제2실시예에 각각 구비되는 결상부(120)의 구성과 상이하다. 제3실시예에 구비되는 결상부(120)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 반사무늬나 간섭무늬를 촬영하는 제1카메라(121)와, 제1카메라(121)의 하측에 설치되어 반사무늬나 간섭무늬를 결상시키는 결상렌즈(122)로 구비되는 반면에 제4실시예에 구비되는 결상부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 제2빔 스플릿터(123)와 제2카메라(124)가 더 구비된다. 여기서, 제1카메라(121)는 실제측정을 위해 고해상도의 카메라가 사용되나, 제2카메라(124)는 고속의 자동초점조정을 위해 고속의 저해상도 카메라가 사용된다.
제2빔 스플릿터(123)는 제1카메라(121)와 결상렌즈(122) 사이에는 설치되어 결상렌즈(122)에서 결상되는 반사무늬나 간섭무늬를 제1카메라(121)와 제2카메라(124)로 분할하여 조사한다. 제2카메라(122)는 초점 조정 시 활성화되어 제2빔 스플릿터(123)에서 분할된 반사무늬나 간섭무늬를 촬영하기 위해 제2빔 스플릿터(123)의 일측에 설치된다.
결상부(120)에 구비되는 제2빔 스플릿터(123)와 제2카메라(124)를 이용하여 초점을 조정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
제어부(400)는 초점 조정 시 셔터(155)를 닫은 상태에서 조명부(130)와 결상부(120)와 헤드승강부(200)를 각각 제어하여 촬영된 측정물체(1)의 반사무늬가 제2빔 스플릿터(123)를 통해 분할되어 제2카메라(124)에서 촬영되면, 촬영된 정보를 이용하여 제2실시예에서와 같이 초점을 조정하게 된다. 반사무늬를 이용하여 초점 조정이 완료되면 제어부(400)는 셔터(155)를 개방시킨 상태에서 조명부(130)와 결상부(120)와 헤드승강부(200)를 각각 제어하여 촬영된 측정물체(1)의 간섭무늬를 제2빔 스플릿터(123)를 통해 분할되어 제2카메라(124)에서 촬영되면, 촬영된 정보를 이용하여 초점을 조정하게 된다. 즉, 본 발명의 제4실시예에서는 자동 초점조정을 위해서는 고속 저해상도의 제2카메라(124)를 사용하여 고속 자동 초점 조점을 달성하며, 실제 측정을 위해서는 고해상도의 제1카메라(121)를 사용하여 측정물체의 상세한 분석을 실시하게 된다.
(실시예5)
이하, 본 발명의 실시예5를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 3차원측정 간섭계의 개략 구성도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 제5실시예에 따른 3차원측정 간섭계는 크게 측정헤드(100), 헤드승강부(200), 스테이지부(300) 및 제어부(400)로 구성된다.
본 발명의 제5실시예에 따른 측정헤드(100)의 구성은 크게 제1빔 스플릿터(110), 결상부(120), 조명부(130), 제1대물렌즈(140), 기준거울부(150), 제2대물렌즈(160) 및 대물광학변환부(170)로 구성된다.
제1빔 스플릿터(110), 결상부(120), 조명부(130), 제1대물렌즈(140) 및 기준거울부(150)의 구성은 제1실시예의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 본 발명의 제4실시예에서의 제2대물렌즈(160)는 대물광학변환부(170)에 설치된다. 대물광학변환부(170)는 도 5에 도시된 바와 같이 렌즈 이송기구(171), 이송프레임(172), 제3빔 스플릿터(173) 및 레이저 발생기(174)로 구성된다.
렌즈 이송기구(171)는 볼 스크류, 리니어모터 또는 공압 실린더 등의 직선이송기구가 적용되며, 렌즈 이송기구(171)에 수평방향으로 이송 가능하도록 이송프레임(172)에 설치된다. 이송프레임(172)은 제1 및 제2관통홀(hole)(172a,172b)이 일정한 거리로 이격된 상태로 각각 형성되며, 제2대물렌즈(160)는 제1관통홀(172a)에 정렬되어 설치된다. 제1관통홀(172a)에 제2대물렌즈(160)가 설치된 상태에서 제2대물렌즈(160)가 제1빔 스플릿터(110)의 광축에 정렬되도록 이동되면 조명부(130)에서 발생된 조명을 측정물체(1)로 조사할 수 있고 측정광을 다시 제1빔 스플릿터(110)로 반사시킬 수 있게 된다.
이송프레임(172)에 형성된 제2관통홀(172a)에 위치되도록 제2대물렌즈(160)의 일측에 제3빔 스플릿터(173)가 설치된다. 또한, 제3빔 스플릿터(173)의 일측에 위치되도록 레이저 발생기(174)가 이송프레임(172)에 설치되어 초점 조정 시 제3빔 스플릿터(173)로 레이저광을 조사한다. 레이저광이 제3빔 스플릿터(173)에서 반사 되어 측정물체(1)로 조사되면 반사무늬가 발생되고, 발생된 반사무늬는 본 발명의 제3실시예에서와 같이 결상부(120)의 제1카메라(121)가 촬영하고, 촬영된 정보를 이용하여 제어부(400)에서 측정헤드(100)의 초점을 조정한다. 여기서 레이저 발생기(174)는 반도체 레이저 다이오드가 적용되며, 레이저광에 의한 반사무늬를 결상부(120)로 조사시키기 위해 제3빔 스플릿터(173)는 제1빔 스플릿터(110)의 광축에 정렬되도록 이송된다.
레이저광을 이용하여 반사무늬를 발생하여 측정헤드(100)의 1차 초점 조정이 완료되면 2차 초점을 조정하게 된다. 2차 초점 조정과정은 조명부(130)에서 발생된 조명은 제1빔 스플릿터(110)를 통해 분할하여 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 조사하고 각각 반사되는 측정광과 기준광을 이용하여 발생되는 간섭무늬를 이용하여 본 발명의 제3 및 제4실시예와 동일하게 초점을 조정하게 된다.
본 발명의 제5실시예의 다른 구현 방법으로는 레이저 발생기(174) 대신 레이저 거리측정기를 장착하고, 제3빔 스플릿터(173) 대신 삼각거울을 장착하여, 1차 초점과정을 구현하는 것이 가능하다. 이와 같이 구성함으로써 본 발명의 제5실시예의 다른 실시예는 1차 자동초점을 위해 여러 장의 영상을 분석해야 하는 제3 내지 제5실시예와 다르게 별도의 거리측정계를 구현하여 직접 측정헤드로부터 측정물체까지의 거리를 계측함으로써 1차 자동초점에 소요되는 시간을 고속화하는 것이 목적이다.
이상과 같이 본 발명의 제3 내지 제5실시예에 따른 본 발명의 3차원측정 간섭계에 공통적으로 적용되는 구성 요소를 상세히 설명하면 다음과 같다.
결상부(120)는 제3 및 제5실시예에서는 결상부(120)는 간섭무늬를 촬영하는 제1카메라(121)와 제1카메라(121)의 하측에 설치되어 간섭무늬를 결상시키는 결상렌즈(122)로 구성된다. 반면에 제4실시예서는 도 5에 도시된 바와 같이 제1카메라(121)와 결상렌즈(122) 사이에는 제2빔 스플릿터(123)가 설치되고, 제2빔 스플릿터(123)의 일측에 제2카메라(124)가 설치되어 초점 조정 시 반사무늬 또는 간섭무늬를 각각 촬영하게 된다.
조명부(130)는 본 발령의 제3 내지 제5실시예에 모두 동일하게 적용되며 그 구성은 광원(131)과 복수개의 투영렌즈(132,133)로 이루어져 조명을 발생하여 측정물체(1)와 기준거울부(150)로 조사한다. 조명발명부(130)에서 발생된 조명을 제1빔 스플릿터(110)를 통해 분할된 상태로 조사받는 기준거울부(150)는 리니어 스케일(156)과 같은 이송거리측정센서가 구비된다.
리니어 스케일(156)은 도 4 내지 도6에 도시된 바와 같이 보조거울(151)과 PZT 이송기구(152) 중 어느 하나에 리니어 스케일(156)이 설치되며, 리니어 스케일(156)과 같은 이송거리측정센서는 리니어 스케일(156) 이외에 정전용량형 센서와 스트레인 게이지 중 어느 하나가 적용될 수 있다. 이러한 리니어 스케일(156)은 도 5에 도시된 바와 같이 보조거울(151)에 직접 설치되거나 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 PZT 이송기구(152)에 설치되어 기준거울(153)의 조정을 정밀하게 조정하기 위해 보조거울(151)이나 PZT 이송기구(152)의 이송거리를 정밀하게 측정하게 된다.
본 발명의 제3 내지 제5실시예에 모두 동일하게 적용되는 기준거울부(150)의 보조거울(151)은 각각 빗면에 반사면(도시되지 않음)이 형성되는 삼각거울이 적용되며, 본 발명의 제3 내지 제5실시예에 모두 동일하게 적용되는 스테이지부(300)는 팁틸트 스테이지(tip/tilt stage)(310)와 XY 스테이지(320)로 구성된다.
팁틸트 스테이지(310)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 일점쇄선(311)을 기준으로 화살표 방향으로 이동되어 안착된 측정물체(1)의 틸트를 조정하게 된다. 측정물체(1)의 틸트를 조정하기 위해서는 먼저, 도 7에 도시된 바와 같이 제어부(400)에서 측정물체(1)에 미리 설정된 다수개의 초점 조정영역(R1,R2,R3,R4,R5)의 각 높이를 산출하고, 각 조정영역의 높이정보를 이용하여 측정물체(1)가 틸트정보를 산출하여 측정물체(1)의 틸트 여부를 확인한다. 측정물체(1)의 틸트가 발생되면 제어부(400)는 팁틸트 스테이지(310)를 제어하여 측정물체(1)의 틸트를 조정함으로써 측정물체(1)를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
이상에 설명한 바와 같이 본 발명의 3차원측정 간섭계는 측정헤드에서 기준거울의 이송과 더불어 기준거울의 틸트를 조정할 수 있는 이점을 제공하며, 기준거울의 틸트 조정 시 PZT 이송기구와 틸팅유닛을 분리시켜 설치함으로써 기준거울의 이송 시 발생될 수 있는 진동발생을 제거할 수 있으며, 기준거울부의 기준거울을 사용하지 않고 1차로 측정물체를 측정한 후 측정된 결과를 이용하여 초점을 조정하고, 2차로 기준거울을 사용하여 측정물체를 측정한 후 측정된 결과를 이용하여 초점을 조정함으로써 보다 정밀하게 초점을 조정할 수 있는 이점을 제공한다.

Claims (13)

  1. 제1빔 스플릿터와, 상기 제1빔 스플릿터의 상측에 설치되는 결상부와, 상기 제1빔 스플릿터의 일측에 설치되는 조명부와, 상기 제1빔 스플릿터의 타측에 설치되는 제1대물렌즈와, 상기 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 기준거울부와, 상기 제1빔 스플릿터의 하측에 설치되는 제2대물렌즈로 이루어져 측정물체와 기준거울부로 각각 조명을 조사한 후 반사되는 간섭무늬를 촬영하는 측정헤드와;
    측정물체를 이송시키는 XY 스테이지로 구비되며,
    상기 측정헤드의 기준거울부는 상기 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 기준거울과, 상기 기준거울이 설치되는 PZT이송기구와, 상기 PZT이송기구가 설치되는 틸팅유닛으로 이루어져 상기 기준거울을 PZT이송기구에 의해 수평방향으로 이송시키며 상기 틸팅유닛으로 기준거울의 틸트를 조정함을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  2. 제1빔 스플릿터와, 상기 제1빔 스플릿터의 상측에 설치되는 결상부와, 상기 제1빔 스플릿터의 일측에 설치되는 조명부와, 상기 제1빔 스플릿터의 타측에 설치되는 제1대물렌즈와, 상기 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 기준거울부와, 상기 제1빔 스플릿터의 하측에 설치되는 제2대물렌즈로 이루어져 측정물체와 기준거울부로 각각 조명을 조사한 후 반사되는 간섭무늬를 촬영하는 측정헤드와;
    측정물체를 이송시키는 XY 스테이지로 구비되며,
    상기 측정헤드의 기준거울부는 상기 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 보조거울과, 상기 보조거울이 설치되는 PZT이송기구와, 상기 보조거울의 하측에 설치되는 기준거울과, 상기 기준거울이 설치되는 틸팅유닛으로 이루어져 보조거울을 수평방향으로 이송시키고 기준거울의 틸트를 조정하여 기준거울을 조정함을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 결상부는 반사무늬나 간섭무늬를 촬영하는 제1카메라와;
    상기 제1카메라의 하측에 설치되어 반사무늬나 간섭무늬를 결상시키는 결상렌즈로 구성됨을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 기준거울부의 보조거울은 삼각거울이 적용됨을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기준거울부는 이송거리측정센서가 구비되며,
    상기 이송거리측정센서는 상기 이송거리측정센서는 리니어 스케일과 정전용량형 센서와 스트레인 게이지 중 어느 하나가 적용됨을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  6. 제1빔 스플릿터와, 상기 제1빔 스플릿터의 상측에 설치되는 결상부와, 상기 제1빔 스플릿터의 일측에 설치되는 조명부와, 상기 제1빔 스플릿터의 타측에 설치되는 제1대물렌즈와, 상기 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 기준거울부와, 상기 제1빔 스플릿터의 하측에 설치되는 제2대물렌즈로 이루어져 측정물체와 기준거울부로 각각 조명을 조사한 후 반사되는 반사무늬나 간섭무늬를 촬영하는 측정헤드와;
    상기 측정헤드에 설치되어 측정헤드를 승/하강시키는 헤드승강부와;
    측정물체를 이송시키고 틸트를 조정하는 스테이지부와;
    상기 측정헤드와 상기 헤드승강부와 상기 스테이지부를 각각 제어하여 측정물체의 3차원 형상을 측정하기 위한 제어부로 구비되며,
    상기 측정헤드의 기준거울부는 상기 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 보조거울과, 상기 보조거울이 설치되는 PZT이송기구와, 상기 제1대물렌즈와 상기 보조거울 사이에 설치되는 셔터와, 상기 보조거울의 하측에 설치되는 기준거울과, 상기 기준거울이 설치되는 틸팅유닛으로 이루어져 보조거울을 수평방향으로 이송시키고 기준거울의 틸트를 조정하여 기준거울을 조정하며, 상기 제어부는 초점 조정 시 상기 셔터를 닫은 상태에서 상기 조명부와 상기 결상부와 상기 헤드승강부를 각각 제어하여 촬영된 측정물체의 반사무늬를 이용하여 초점을 조정하며, 초점 조정이 완료되면 셔터를 개방시킨 상태에서 조명부와 결상부와 헤드승강부를 각각 제어하여 촬영된 측정물체의 간섭무늬를 이용하여 초점을 재조정함을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  7. 제1빔 스플릿터와, 상기 제1빔 스플릿터의 상측에 설치되는 결상부와, 상기 제1빔 스플릿터의 일측에 설치되는 조명부와, 상기 제1빔 스플릿터의 타측에 설치되는 제1대물렌즈와, 상기 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 기준거울부와, 상기 제1빔 스플릿터의 하측에 설치되는 제2대물렌즈와, 상기 제2대물렌즈가 설치되는 대물광학변환부로 이루어져 측정물체와 기준거울부로 각각 조명을 조사한 후 반사되는 반사무늬나 간섭무늬를 촬영하는 측정헤드와;
    상기 측정헤드의 일측에 설치되어 측정헤드를 승/하강시키는 헤드승강부와;
    측정물체를 이송시키고 틸트를 조정하는 스테이지부로 구비되며,
    상기 측정헤드의 기준거울부는 상기 제1대물렌즈의 타측에 설치되는 보조거울과, 상기 보조거울이 설치되는 PZT이송기구와, 상기 보조거울의 하측에 설치되는 기준거울과, 상기 기준거울이 설치되는 틸팅유닛으로 이루어져 보조거울을 수평방향으로 이송시키고 기준거울의 틸트를 조정하여 기준거울을 조정하며, 상기 대물광학변환부는 렌즈 이송기구와, 상기 렌즈 이송기구에 설치되고 제1 및 제2관통홀이 형성되며 제1관통홀은 상기 제2대물렌즈가 설치되는 이송프레임과, 상기 이송프레임에 형성된 제2관통홀에 위치되도록 상기 제2대물렌즈의 일측에 설치되는 제3빔 스플릿터와, 상기 제3빔 스플릿터의 일측에 위치되도록 이송프레임에 설치되어 초점 조정 시 상기 제3빔 스플릿터로 레이저광을 조사하는 레이저 발생기로 이루어짐을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 결상부는 반사무늬나 간섭무늬를 촬영 하는 제1카메라와;
    상기 제1카메라의 하측에 설치되어 반사무늬나 간섭무늬를 결상시키는 결상렌즈로 구비됨을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 결상부는 반사무늬나 간섭무늬를 촬영하는 제1카메라와;
    상기 제1카메라의 하측에 설치되어 반사무늬나 간섭무늬를 결상시키는 결상렌즈로 구비되며,
    상기 제1카메라와 상기 결상렌즈 사이에는 설치되는 제2빔 스플릿터와, 상기 제2빔 스플릿터의 일측에 설치되어 초점 조정 시 반사무늬 또는 간섭무늬를 각각 촬영하는 제2카메라가 더 구비되어 설치됨을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 기준거울부의 보조거울은 삼각거울이 적용됨을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  11. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 기준거울부의 보조거울과 상기 PZT 이송기구 중 어느 하나에 이송거리측정센서가 설치되며,
    상기 이송거리측정센서는 리니어 스케일과 정전용량형 센서와 스트레인 게이지 중 어느 하나가 적용됨을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 대물광학변환부의 상기 제3빔 스플릿터와 상기 레이저 발생기는 각각 삼각거울과 레이저 거리측정계로 대체하여 상기 측정헤드에서 측정물체까지의 거리를 계측할 수 있도록 구성할 수 있음을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
  13. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 스테이지부는 안착된 측정물체의 틸트를 조정하는 팁틸트 스테이지와,
    상기 팁틸트 스테이지의 하측에 설치되어 팁틸트 스테이지에 안착된 측정물체를 이송시키는 XY 스테이지와,
    상기 팁틸트 스테이지는 측정물체에 미리 설정된 다수개의 초점 조정영역의 각 높이를 이용하여 산출된 틸트정보가 수신되면 틸트정보에 따라 측정물체의 틸트를 조정함을 특징으로 하는 3차원측정 간섭계.
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