KR100947031B1 - 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치및 그 방법 - Google Patents

3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 서로 다른 파장을 갖는 레이저광을 조사하고, 파장의 변화에 따른 위상정보로부터 위상물체의 2차원적 굴절률의 정보와 두께를 대수적인 관계를 이용하여 측정할 수 있는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치 및 그 방법을 제공하는데 제1목적이 있다. 또한, 본 발명은 위상물체를 회전시킴에 따라 각 파장별로 회전 각도에 따라 달라지는 위상변화를 통해 위상물체의 3차원적 굴절률과 두께를 측정할 수 있는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치 및 그 방법을 제공하는데 제2목적이 있다. 이를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치는, 서로 다른 파장을 갖는 3개의 레이저광을 조사하여 각 레이저광을 기준광과 측정광으로 분리시켜 주는 광원부(10); 회전각도를 조절할 수 있으며, 굴절률 정합용액이 충진되어 측정광을 투과시켜 주는 시편부(20); 기준광의 진행방향을 전환시켜 주는 기준부(30); 시편부(20) 및 기준부(30)를 각각 투과한 측정광 및 기준광으로부터 간섭신호를 검출하는 검출부(40); 및 시편부(20)의 회전각을 제어하고, 각 레이저광으로부터 얻은 3개의 간섭신호로부터 간접투영 정보를 추출하는 신호처리부(50);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
위상신호, 간섭신호, 3파장 광원

Description

3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치 및 그 방법{Apparatus for measuring the Refractive Index and Thickness of Phase Object using Three-different-wavelength Light Sources and the Method therewith}
본 발명은 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정광과 기준광으로부터 얻은 위상정보로부터 위상물체의 2차원적 굴절률 정보와 두께 정보를 분리하여 획득할 수 있고, 또한 위상물체의 회전각도 조절을 통해 3차원 물성치 정보를 얻을 수 있는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 위상물체의 2차원적인 물성 정보를 추출하는 방법으로 마하젠더 간섭계를 많이 이용한다. 마하젠더 간섭계를 이용한 추출방법은 단색광원을 마하젠더 간섭계를 이용하여 위상물체에 투과한다. 이때 측정광과 기준광으로부터 얻어지는 간섭신호로부터 위상물체의 2차원적 물성 정보를 추출한다. 이때 얻어지는 간섭정보(위상 정보)는 굴절률과 측정 물체의 두께의 곱의 함수로 주어진다. 따라서, 마하젠더 간섭계를 이용하는 기존의 방법에서는 굴절률 또는 두께를 구하기 위해서는 이들 변수중 어느 하나를 상수값으로 정한 다음 원하는 물성치 정보를 추출하게 된다.
그러나, 이러한 2차원 추출방식은 변수값을 정하는데에 문제가 있다. 즉, 굴절률은 광원의 파장이나 온도의 함수이기 때문에 특정 조건에 대해서는 상수값으로 정할 수 있다. 그러나, 다른 일반적인 상황에서는 굴절률을 상수값으로 정할 수 없는 문제가 생긴다. 게다가, 위상물체의 두께를 상수값으로 정하는 경우, 위상물체의 두께가 일정하지 않으면 측정값과 실제값 사이에서 측정 오차가 발생하게 된다.
위상물체의 3차원적 물성치 분포의 측정은 3차원 단층 촬영방식의 간섭계를 많이 이용하고 있다. 이 방식은 단파장의 광원을 기준광과 측정광으로 입사시키고, 특히 굴절률 정합용액 안에서 위상물체를 회전시키게 된다. 이에, 위상물체의 회전각에 대한 간섭신호를 측정한 다음 이를 종합하여 3차원 굴절률 분포를 얻게 된다. 이렇게 회전각의 함수로 얻어진 투영정보는 PST(projection slice theorem) 방식으로 3차원 형상과 굴절률 분포가 포함된 간섭 정보를 얻게 된다.
그러나, 3차원 물성분포 측정방법 또한, 굴절률과 두께 정보를 획득하기 위해 위상물체의 2차원적 물성 정보의 측정방법과 같이, 두 변수 중 하나의 성분을 상수값으로 정하기 때문에 정확한 3차원적 두께 및 굴절률 분포 정보를 획득하는데 한계가 있었다.
이와 같이, 변수의 상수값 설정으로 인한 방법을 보완하기 위한 방법으로 굴절률 정합용액의 농도를 변화시키는 방법이 있다. 이 방법은 굴절률 정합용액의 농도를 미세하게 변화시켜 달라지는 위상값을 기준농도의 위상값과 비교하여 3차원적 두께 정보와 굴절률 분포 정보를 분리하여 얻게 된다.
그러나, 농도를 변화시키는 방법은, 정합용액의 농도를 변화시키기 위한 장치 및 변화된 농도를 측정하기 위한 장치를 부수적으로 필요로 한다. 또한, 정합용액의 농도를 용액 전체에 걸쳐 균일하게 변화시키기거나 미세하게 제어하기가 어렵다는 단점이 있다. 게다가, 정합용액의 농도가 실제 사용하고자 하는 값과 다를 경우 측정 오차가 커질 수 있기 때문에 이 방법을 통해 위상물체의 정확한 3차원 두께 및 굴절률 분포를 얻는데는 한계가 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 서로 다른 파장을 갖는 레이저광을 조사하고, 파장의 변화에 따른 위상정보로부터 위상물체의 2차원적 굴절률의 정보와 두께를 대수적인 관계를 이용하여 측정할 수 있는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치 및 그 방법을 제공하는데 제1목적이 있다.
또한, 본 발명은 위상물체를 회전시킴에 따라 각 파장별로 회전 각도에 따라 달라지는 위상변화를 통해 위상물체의 3차원적 굴절률과 두께를 측정할 수 있는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치 및 그 방법을 제공하는데 제2목적이 있다.
이를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치는,
서로 다른 파장을 갖는 3개의 레이저광을 조사하여 각 레이저광을 기준광과 측정광으로 분리시켜 주는 광원부(10);
회전각도를 조절할 수 있으며, 굴절률 정합용액이 충진되어 측정광을 투과시켜 주는 시편부(20);
기준광의 진행방향을 전환시켜 주는 기준부(30);
시편부(20) 및 기준부(30)를 각각 투과한 측정광 및 기준광으로부터 간섭신 호를 검출하는 검출부(40); 및
시편부(20)의 회전각을 제어하고, 각 레이저광으로부터 얻은 3개의 간섭신호로부터 간접투영 정보를 추출하는 신호처리부(50);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 광원부(10)는 각 레이저광을 형성시켜 주는 광생성기(11)와, 각 레이저광을 평행광으로 형성시켜 주는 제1렌즈부(12)와, 각 레이저광을 기준광과 측정광으로 분리시켜 주는 광분리기(13)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이때의 3개의 레이저광은 파장의 차가 등간격인 것을 특징으로 한다.
또한, 시편부(20)는 측정광의 진행방향을 바꿔주는 미러(21)와, 굴절률 정합용액이 충진되며, 장착된 시편(100)의 회전 각도조절이 가능한 시편장착부(22)와, 시편장착부(22)를 투과한 측정광의 파면의 프레넬 회절을 최소화하기 위한 제2렌즈부(23)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이때의 제2렌즈부(23)는 대물렌즈인 것을 특징으로 한다.
또한, 기준부(30)는 미러인 것을 특징으로 한다.
또한, 검출부(40)는 시편부(20) 및 기준부(30)를 투과한 측정광 및 기준광을 간섭시켜 주는 광분리기(41)와, 측정광 및 기준광의 간섭신호를 검출하는 검출소자(42)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이때의 검출소자(42)는 2차원 결상소자인 것을 특징으로 한다.
또한, 간접투영정보는 시편부(20)에 시편(100)의 장착유무, 및 각 레이저광의 파장에 따라 신호처리부(50)로부터 얻은 위상정보로부터 얻어지는 시편(100)의 굴절률 및 두께 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 시편(100)은 세포, 또는 렌즈를 포함하는 광학 위상물체인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따르는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정방법은,
본 발명에 따르는 측정장치의 광원부(10)에서 조사되는 레이저광의 기준파장(λ0) 및 파장차(Δλ1,Δλ2)를 설정하는 제1단계(S100); 레이저광을 측정장치에 조사하는 제2단계(S200); 측정장치로부터 위상정보를 검출하는 제3단계(S300); 기준파장(λ0)을 갖는 레이저광에 대하여 각각 파장차(Δλ1,Δλ2)만큼 파장을 조절하고, 다시 제2단계(S200) 및 제3단계(S300)를 반복하는 제4단계(S400); 및 파장이 다른 각 레이저광으로부터 검출된 각 위상정보로부터 시편(100)의 굴절률 및 두께 정보를 분리하여 검출하는 제5단계(S500);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 각 위상정보는 시편(100)이 측정장치에 장착된 상태 및 장착되지 않은 상태에서, 레이저광을 측정장치에 조사하여 얻은 위상정보로부터 얻은 각 레이저광에 대한 위상차(φ0,φ1,φ2)인 것을 특징으로 한다.
또한, 각 위상차(φ0,φ1,φ2)는 다음의 [수학식 1]에 따르고,
Figure 112008024204879-pat00001
여기서, (φ0,φ1,φ2)는 파장이 각각 λ0, λ1, λ2인 레이저광에 대한 위상정보를, n0(λ0), n0(λ1), n0(λ2) 는 정합용액에서의 각 파장별 굴절률을, h는 시편의 두께 정보를, A와 B는 특정 매질에서의 파장별 굴절률 관계식을 규정하는 코쉬모델의 코쉬 계수를 각각 나타낸다.
또한, 굴절률(n) 및 두께(h)는 다음의 [수학식 2]에 따라 구하고,
Figure 112008024204879-pat00002
여기서, (φ0,φ1,φ2)는 파장이 각각 λ0, λ1, λ2인 레이저광에 대한 위상정보, n0(λ0), n0(λ1), n0(λ2) 는 정합용액에서의 각 파장별 굴절률, h는 시편의 두께 정보, A와 B는 특정 매질에서의 파장별 굴절률 관계식을 규정하는 코쉬 모델의 코쉬 계수를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따르는 측정방법은 측정장치의 시편부(20)를 일정 각도로 회전시키면서 각도에 대한 위상정보를 검출하고, 위상정보로부터 시편(100)의 3차원적 물성치 분포를 측정하는 것을 특징이다. 특히, 시편부(20)는 0~180°의 범위 내에서 회전할 수 있다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
1) 위상물체의 굴절률과 두께를 모르더라도 이를 파장별로 구분된 레이저광을 통해 얻은 위상정보로부터 각각의 변수로 분리하여 위상물체의 두께 정보와 2차원 굴절률 분포를 얻을 수 있다.
2) 또한, 이러한 위상정보를 단층촬영기법에 적용함으로써 위상물체의 3차원 내부 굴절률 분포를 정확하게 얻을 수 있다.
3) 굴절률과 두께 정보를 동시에 얻을 수 있기 때문에, 특정변수를 측정하기 위해 굴절률 또는 두께를 상수로 고정시키거나, 굴절률 정합용액의 농도를 미세하게 조절할 필요가 없다.
4) 광학 렌즈의 설계 및 평가 분야, 세포의 구성 요소 및 동적 특성을 연구하기 위한 바이오 분야 등 다양한 분야에 걸쳐 적용이 가능하다.
5) 기존의 단파장의 광원에 따른 위상 모호성이 발생할 수 있으나, 본 발명에서는 3파장을 이용하여 얻은 위상 정보를 이용하기 때문에 위상 모호성을 줄이고 측정 정확도를 높일 수 있다.
6) 바이오 분야에 있어서, 세포의 굴절률 분포와 두께 정보를 측정함으로서 세포 내의 여러 기관 및 물질의 위치와 형태에 관한 정보를 얻을 수 있으며, 실시간으로 세포내 기관 및 물질을 추적함으로써 측정 대상물의 동적 특성을 얻을 수 있다.
7) 광학적 오차 및 성능 저하 등을 측정할 수 있고, 그 측정 결과를 렌즈 생산 과정에 피드백시켜 굴절률이 균일한 렌즈를 생산하는데 도움을 줄 수 있다. 또한 특정 굴절률 분포를 나타내야 하는 GRIN(Graded Refractive Index) 렌즈의 굴절률 분포 특성을 평가하는데 이용될 수 있다.
(구성)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따르는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치를 개략적으로 나타내는 개략도이다. 여기서, 도면부호 "100"은 측정하고자 하는 시편을 나타낸다.
본 발명에 따르는 측정장치는, 광원부(10), 시편부(20), 기준부(30), 검출부(40) 및 신호처리부(50)를 포함하여 이루어진다.
광원부(10)는 서로 다른 파장을 갖는 레이저광을 형성시켜 주는 광생성기(11)와, 각 레이저광을 평행광으로 변환시켜 주는 제1렌즈부(12)와, 각 레이저광을 분리시켜 주는 광분리기(13)를 포함하여 이루어진다. 광생성기(11)는 서로 다른 파장을 갖는 3개의 레이저광을 생성한다. 광분리기(13)는 각 레이저광을 기준광과 측정광으로 분리시켜 준다. 분리된 기준광과 측정광은 각각 기준부(30)와 시편부(20)에 조사된다.
시편부(20)는 입사되는 측정광의 진행방향을 바꿔주기 위한 미러(21)와, 시편(100)의 지지 및 회전을 위한 시편장착부(22)와, 이 시편장착부(22)를 투과한 측정광의 파면의 프레넬 회절을 최소화하기 위한 제2렌즈부(23)를 포함하여 이루어진다. 특히, 시편장착부(22)는 내부에 굴절률 정합용액이 충진되어 있으며, 시편(100)은 이 굴절률 정합용액에 담겨지게 된다. 또한, 시편장착부(22)는 정합용액에 담겨진 시편(100)을 회전시켜 각도조절이 가능하도록 미도시된 회전구동부를 포함하여 구성된다. 제2렌즈부(23)는 시편장착부(22)를 투영한 레이저광을 집광하여 프레넬 회절을 최소화할 수 있는 대물렌즈를 이용한다.
기준부(30)는 기준광을 입사받아 신호처리부(50)로 조사시켜 준다. 이때의 기준광은 광원부(10)에서 분광된 상태를 그대로 유지할 수 있도록 미러를 이용한다.
검출부(40)는 제2렌즈(23)에서 집광된 측정광과 기준부(30)에서 반사된 기준광으로부터 간섭파를 얻기 위한 광분리기(41)와, 간섭파로부터 간섭신호를 검출하기 위한 검출소자(42)를 포함하여 이루어진다. 검출소자(42)는 평행광 형태로 입사되는 간섭파로부터 광경로차에 의한 간섭신호를 검출한다. 이러한 검출소자(42)로는 3차원 결상소자를 이용할 수 있다.
신호처리부(50)는 검출소자(42)에서 검출된 간섭신호를 저장하고 이를 분석한다. 특히, 이때의 간섭신호는 서로 다른 파장을 갖는 3파장의 레이저광으로부터 각각 시편장착부(22)에 시편(100)이 장착 및 탈착 상태에 따라 측정된 3셋트의 간섭신호를 의미한다. 즉, 각 간섭신호의 셋트는 하나의 레이저광에 대하여 시편장착부(22)에 시편(100)이 장착되었을 때와 장착되지 않았을 때 2번에 걸쳐 측정한 2개의 간섭신호를 의미한다.
결국, 신호처리부(50)는 3파장의 레이저광으로부터 각각 2개씩의 간섭신호를 얻게 되어, 모두 6개의 간섭신호를 검출하게 되는 것이다. 또한, 신호처리부(50)는 이들 간섭신호의 셋트별로 위상정보를 얻는다. 이 위상정보는 시편(100)의 굴절률과 두께와 같은 간접투영정보를 얻는데 이용된다. 이에 대해서는 후술하는 측정방법에서 보다 상세하게 설명한다.
한편, 본 발명에 따르는 측정장치에서 이용되는 시편(100)은 투명하여 빛의 진폭을 변화시키지 않고 투과시키는 성질을 이용하여 빛의 위상만을 변화시키는 위 상물체를 의미한다. 또한, 이러한 위상물체로는 생물체를 구성하는 세포, 광학 장비에 들어가는 렌즈 등을 그 예로 들 수 있다.
(측정방법)
도 2는 본 발명에 따른 측정장치를 이용하여 위상물체의 굴절률 및 두께를 측정하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
제1단계(S100)는 본원발명에 따르는 측정장치의 광원부(10)에서 조사되는 레이저광의 기준파장(λ0) 및 파장차(Δλ1,Δλ2)를 설정한다.
제2단계(S200)는 레이저광을 본 발명에 따르는 측정장치에 조사하는 단계이다. 이에 측정장치로부터 기준광과 시편부(20)를 통과한 측정광의 간섭신호를 얻게 된다. 특히, 본 발명에서는 위상차를 검출하기 위하여 하나의 레이저광에 대해, 시편부(20)에 시편(100)을 장착한 상태 및 장착하지 않은 상태로 각각 한 번씩 레이저광을 조사한다. 즉, 소정의 파장을 갖는 하나의 레이저광에 대하여 2개의 간섭신호를 얻는 것이다.
제3단계(S300)는 상술한 2개의 간섭신호로부터 위상정보를 검출하는 단계이 다. 광의 위상에는 후술하는 바와 같이 위상물체의 굴절률 정보와 두께 정보가 곱의 형태로 표현된다. 이를 광경로(OPLi)와 위상(φ)과의 관계를 살펴보면 다음과 같다.
일반적으로, 광경로(OPLi)는 다음의 [수학식 3]과 같이 표현된다.
Figure 112008024204879-pat00003
여기서, nc ,i는 임의 지점에서의 시편의 굴절률을, nm은 정합용액의 굴절률을, D는 정합용액을 담는 시편장착부의 두께를, hi는 시편의 두께를 각각 나타낸다.
또한, 이러한 광경로(OPLi)는 광의 위상(φ) 함수로 표현할 수 있는데, 다음의 [수학식 4]와 같이 표현된다.
Figure 112008024204879-pat00004
여기서, φ는 측정하고자 하는 광의 위상을, λ는 광의 파장을 각각 나타낸다.
[수학식 3] 및 [수학식 5]에서 보는 바와 같이, 광의 위상에는 위상물체의 굴절률 정보와 두께 정보가 곱의 형태로 표현된다는 것을 알 수 있다.
제4단계(S400)는 레이저광의 파장조절(±Δλ)을 하고 다시 레이저광을 조사하여 위상정보를 얻는 단계이다. 이 단계는 서로 다른 파장을 갖는 레이저광에 대한 위상정보를 얻기 위한 것이다. 이를 위해, 초기의 레이저광이 갖는 파장을 기준파장(λ0)이라고 할 때, 이 값을 기준으로 임의의 파장차(Δλ1,Δλ2)만큼 차이가 나는 파장을 갖는 레이저광을 얻게 된다. 즉, 3개의 레이저광이 갖는 파장은, 크기순으로 기재해 보면, λ0, λ1, λ2가 된다. 이에 따라, 제4단계(S400)에서는 이처럼 서로 다른 파장을 갖는 3개의 레이저광에 대하여 각각의 위상정보를 얻게 된다. 이값을 기준으로 파장차(Δλ)만큼 가감된 파장을 갖는 레이저광을 얻게 된다. 즉, 3개의 레이저광이 갖는 파장은, 크기순으로 기재해 보면, (λ0-Δλ), λ0, (λ0+Δλ)가 된다. 이에 따라, 제4단계(S400)에서는 이처럼 서로 다른 일정한 파장을 갖는 3개의 레이저광에 대하여 각각의 위상정보를 얻게 된다. 이때, 레이저광을 조사하는 제2단계(S200) 및 위상정보를 검출하는 제3단계(S300)를 반복하여 수행한다. 따라서, 제4단계(S400)에서는 파장이 다른 3개의 각 레이저광에 대하여 시편(100)의 장착여부에 따라 2개씩의 간섭신호를 얻게 된다. 결국, 하나의 레이저광에 대해 2개의 위상정보를 얻게 되어 모두 6개의 위상정보를 얻게 되는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 이와 같이 얻어진 위상정보로 각 레이저광에 대한 위상차(φ0,φ1,φ2)를 얻게 된다. 이때의 위상차(φ0,φ1,φ2)는 각 레이저광에 대하여 시편(100)의 장착여부에 따라 얻어진 2개의 위상차를 의미한다. 이러 한 각 위상차(φ0,φ1,φ2)는 다음의 [수학식 5]와 같이 표현된다.
Figure 112008024204879-pat00005
여기서, (φ0,φ1,φ2)는 파장이 각각 λ0, λ1, λ2인 레이저광에 대한 위상정보를, n0(λ0), n0(λ1), n0(λ2) 는 정합용액에서의 각 파장별 굴절률을, h는 시편의 두께 정보를, A와 B는 특정 매질에서의 파장별 굴절률 관계식을 규정하는 코쉬모델의 코쉬 계수를 각각 나타낸다. 또한, 코쉬모델은 다음의 [수학식 6]과 같이 나타낼수 있다.
Figure 112008024204879-pat00006
여기서, A와 B는 코쉬 계수이고, λ는 파장을 나타낸다. 이처럼 코쉬계수값이 결정되면 특정 매질에서의 파장별 굴절률이 근사적으로 획득된다.
제5단계(S500)는 이처럼 각 레이저광에 대해 얻어진 위상차(φ0,φ1,φ2)를 이용하여 굴절률 및 두께를 분리하여 검출하는 단계이다. 이 단계에서는 3개의 위상차(φ0,φ1,φ2)를 대수적인 관계식으로 이용하게 된다. 다음의 [수학식 7]은 그 결과에 따라 다음과 같이 굴절률 정보와 두께를 얻을 수 있다.
Figure 112008024204879-pat00007
여기서, (φ0,φ1,φ2)는 파장이 각각 λ0, λ1, λ2인 레이저광에 대한 위상정보, n0(λ0), n0(λ1), n0(λ2) 는 정합용액에서의 각 파장별 굴절률, h는 시편의 두께 정보, A와 B는 특정 매질에서의 파장별 굴절률 관계식을 규정하는 코쉬 모델의 코쉬 계수를 각각 나타낸다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 본 발명에 따르는 측정장치를 회전시켜 시편의 회전각도에 따른 위상정보를 검출하여 이로부터 시편(100)의 3차원적 물성치 분포를 측정할 수도 있다. 이때의 시편(100)은 시편장착부(22)를 통해 회전각도가 조절되며, 바람직하기로는 0~180°의 범위 내에서 일정한 각도로 회전할 수 있도록 조절해 주게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치를 개략적으로 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 측정장치를 이용하여 위상물체의 굴절률 및 두께를 측정하는 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 광원부
11 : 광생성기
12 : 제1렌즈부
13 : 광분리기
20 : 시편부
21 : 미러
22 : 시편장착부
23 : 제2렌즈부
30 : 기준부
40 : 검출부
41 : 광분리기
42 : 검출소자
50 : 신호처리부
100 : 시편
λ0 : 기준파장
Δλ : 파장차

Claims (16)

  1. 서로 다른 파장을 갖는 3개의 레이저광을 조사하여 상기 각 레이저광을 기준광과 측정광으로 분리시켜 주는 광원부(10);
    회전각도를 조절할 수 있으며, 굴절률 정합용액이 충진되어 상기 측정광을 투과시켜 주는 시편부(20);
    상기 기준광의 진행방향을 전환시켜 주는 기준부(30);
    상기 시편부(20) 및 상기 기준부(30)를 각각 투과한 상기 측정광 및 상기 기준광으로부터 간섭신호를 검출하는 검출부(40); 및
    상기 시편부(20)의 회전각을 제어하고, 상기 각 레이저광으로부터 얻은 3개의 간섭신호로부터 간접투영 정보를 추출하는 신호처리부(50);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부(10)는 상기 각 레이저광을 형성시켜 주는 광생성기(11)와,
    상기 각 레이저광을 평행광으로 형성시켜 주는 제1렌즈부(12)와,
    상기 각 레이저광을 상기 기준광과 상기 측정광으로 분리시켜 주는 광분리기(13)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 3개의 레이저광은 파장의 차가 등간격인 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시편부(20)는 상기 측정광의 진행방향을 바꿔주는 미러(21)와,
    굴절률 정합용액이 충진되며, 장착된 시편(100)의 회전 각도조절이 가능한 시편장착부(22)와,
    상기 시편장착부(22)를 투과한 측정광의 파면의 프레넬 회절을 최소화하기 위한 제2렌즈부(23);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2렌즈부(23)는 대물렌즈인 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준부(30)는 미러인 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부(40)는 상기 시편부(20) 및 상기 기준부(30)를 투과한 측정광 및 기준광을 간섭시켜 주는 광분리기(41)와, 상기 측정광 및 기준광의 간섭신호를 검출하는 검출소자(42)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 검출소자(42)는 2차원 결상소자인 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 간접투영 정보는 상기 시편부(20)에 시편(100)의 장착유무, 및 상기 각 레이저광의 파장에 따라 상기 신호처리부(50)로부터 얻은 위상정보로부터 얻어지는 시편(100)의 굴절률 및 두께 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시편(100)은 세포, 또는 렌즈를 포함하는 광학 위상물체인 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한항에 의한 측정장치를 이용한 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정방법에 있어서,
    상기 측정장치의 광원부(10)에서 조사되는 레이저광의 기준파장(λ0) 및 파장차(Δλ1,Δλ2)를 설정하는 제1단계(S100);
    상기 레이저광을 상기 측정장치에 조사하는 제2단계(S200);
    상기 측정장치로부터 위상정보를 검출하는 제3단계(S300);
    기준파장(λ0)을 갖는 상기 레이저광에 대하여 각각 파장차(Δλ1,Δλ2)만큼 파장을 조절하고, 다시 상기 제2단계(S200) 및 상기 제3단계(S300)를 반복하는 제4단계(S400); 및
    파장이 다른 상기 각 레이저광으로부터 검출된 각 위상정보로부터 시편(100)의 굴절률 및 두께 정보를 분리하여 검출하는 제5단계(S500);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제5단계(S500)에서,
    상기 각 위상정보는 상기 시편(100)이 상기 측정장치에 장착된 상태 및 장착되지 않은 상태에서, 상기 레이저광을 상기 측정장치에 조사하여 얻은 위상정보로부터 얻은 각 레이저광에 대한 위상차(φ0,φ1,φ2)인 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 각 위상차(φ0,φ1,φ2)는 다음의 [수학식 8]에 따르고,
    Figure 112008024204879-pat00008
    여기서, (φ0,φ1,φ2)는 파장이 각각 λ0, λ1, λ2인 레이저광에 대한 위상정보를, n0(λ0), n0(λ1), n0(λ2) 는 정합용액에서의 각 파장별 굴절률을, h는 시편의 두께 정보를, A와 B는 특정 매질에서의 파장별 굴절률 관계식을 규정하는 코쉬모델의 코쉬 계수를 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 굴절률(n) 및 두께(h)는 다음의 [수학식 9]에 따라 얻어진 코쉬 계수 A 및 B를 코쉬모델과 상기 [수학식 8]에 대입하여 구하고,
    Figure 112008024204879-pat00009
    여기서, (φ0,φ1,φ2)는 파장이 각각 λ0, λ1, λ2인 레이저광에 대한 위상정보, n0(λ0), n0(λ1), n0(λ2) 는 정합용액에서의 각 파장별 굴절률, h는 시편의 두께 정보, A와 B는 특정 매질에서의 파장별 굴절률 관계식을 규정하는 코쉬 모델의 코쉬 계수인 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 측정방법은 상기 측정장치의 시편부(20)를 일정 각도로 회전시키면서 각도에 대한 위상정보를 검출하고, 상기 위상정보로부터 상기 시편(100)의 3차원적 물성치 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 시편부(20)는 0~180°의 범위 내에서 회전하는 것을 특징으로 하는 3파장 광원을 이용한 위상물체의 굴절률과 두께 측정방법.
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