KR101241439B1 - Confocal measurement equipment using micro-lens array - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 일측면에 마이크로 렌즈 어레이가 장착되며 핀홀이 형성된 제1디스크와, 일측면에 마이크로 렌즈 어레이 장착되며 윈도우가 형성된 제2디스크를 연동 회전시키며 그 사이에 광분할기를 삽입하여 조명을 입사시킴으로써 조명광의 효율을 극대화 시키고, 핀홀 이외의 표면에서 반사되는 광을 차단하여 광검출기로 들어오는 영상 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a confocal measuring apparatus using a microlens array, and more particularly, a first disk having a microlens array mounted on one side and having a pinhole, and a second disk having a microlens array mounted on one side and a window formed. Microlens array to maximize the efficiency of the illumination light by inserting a light splitter in between and inserting the light in between, and to improve the signal-to-noise ratio of the image signal coming into the photodetector by blocking the light reflected from the surface other than the pinhole It relates to a confocal measuring device using.
Description
본 발명은 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 일측면에 마이크로 렌즈 어레이가 장착되며 핀홀이 형성된 제1디스크와, 일측면에 마이크로 렌즈 어레이 장착되며 윈도우가 형성된 제2디스크를 연동 회전시키며 그 사이에 광분할기를 삽입하여 조명을 입사시킴으로써 조명광의 효율을 극대화 시키고, 핀홀 이외의 표면에서 반사되는 광을 차단하여 광검출기로 들어오는 영상 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a confocal measuring apparatus using a microlens array, and more particularly, a first disk having a microlens array mounted on one side and having a pinhole, and a second disk having a microlens array mounted on one side and a window formed. Microlens array to maximize the efficiency of the illumination light by inserting a light splitter in between and inserting the light in between, and to improve the signal-to-noise ratio of the image signal coming into the photodetector by blocking the light reflected from the surface other than the pinhole It relates to a confocal measuring device using.
산업의 발달에 따라 물체 표면의 3차원 형상을 정밀하게 측정할 필요가 발생하였다. 이와 같은 기술로는 광삼각법을 이용한 방식, 모아레 패턴을 이용한 방식, 광 위상 간섭법을 이용한 방식 및 공초점(Confocal)을 이용한 방식 등 여러 가지 기술들이 존재한다.The development of the industry has led to the need to precisely measure the three-dimensional shape of object surfaces. Such techniques include various methods such as optical triangulation, moiré pattern, optical phase interference, and confocal.
도 1은 1점에서의 공초점법의 측정원리를 나타낸 것으로 핀홀(Pin Hole)로부터 출발한 조명광이 대물렌즈를 거쳐 시편에 결상되고, 시편에서 반사된 빛이 다시 대물렌즈를 거쳐 광검출기 앞단의 핀홀에 결상된다. 이때 시편이 초점위치를 조금만 벗어나게 되면 광검출기에 검출되는 빛의 세기가 급격하게 감소하게 되는데, 이를 이용하여 3차원 높이정보를 획득하는 방법을 공초점법이라 한다.1 shows the measuring principle of the confocal method at one point. The illumination light from the pin hole is imaged on the specimen through the objective lens, and the light reflected from the specimen passes through the objective lens again to the front of the photodetector. It is formed in the pinhole. At this time, when the specimen is slightly out of the focal position, the intensity of light detected by the photodetector is drastically reduced. The method of acquiring three-dimensional height information by using this is called a confocal method.
하지만 상술한 바와 같은 1점의 공초점 방식은 한번의 Z축 스캐닝으로 한 점의 높이 정보밖에 획득할 수 없으므로, 시편의 정확한 형상을 측정하기 위하여 X축, Y축, Z축의 스캐닝이 모두 필요하다. 이 같은 스캐닝은 시간이 많이 걸리므로, 다음과 같이 핀홀을 원판위에 어레이 형태로 만든 닙코 디스크(Nipkow Disk)가 사용된다.However, since the confocal method of one point as described above can only acquire the height information of one point by one Z-axis scanning, scanning of the X-axis, Y-axis, and Z-axis is necessary to measure the exact shape of the specimen. . Since such scanning takes a long time, Nipkow Disk, which is an array of pinholes on a disc, is used as follows.
도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 닙코 디스크를 이용한 공초점 방식은 측정 시간을 단축하기 위하여 닙코 디스크 위에 복수개의 핀홀을 만들어 회전시키고, 상기 핀홀을 통해 투과되는 빛이 CCD 카메라로 입사됨으로써, 시편의 형상이 X축, Y축으로 스캐닝 되는 효과가 발생되어 측정 시간을 단축시킬 수 있다.As shown in Figure 2, the confocal method using the Nipco disk is made by rotating a plurality of pinholes on the Nipco disk to reduce the measurement time, the light transmitted through the pinhole is incident to the CCD camera, The scanning effect on the X and Y axes of the shape is generated to reduce the measurement time.
이 때, 공초점의 효과를 나타내기 위해 상기 닙코 디스크의 핀홀 사이거리는 일정 간격 이상으로 배치하여야 하는데, 이것이 조명광의 효율을 급격히 떨어뜨릴 수 있다.At this time, in order to show the effect of confocal, the distance between the pinholes of the Nipco disk should be arranged at a predetermined interval or more, which can drastically reduce the efficiency of the illumination light.
일반적으로 공초점의 효과를 나타내기 위해 핀홀의 크기는 수십um 정도로 작아야 하고 핀홀 사이의 간격은 핀홀 크기의 5~10배 정도는 되어야 한다. 이에 따라, 실제적으로 상기 닙코 디스크에 조사된 조명광 중 상기 핀홀을 통과한 빛은 도 3(a)과 같이 약 1~2%정도에 불과하므로 닙코 디스크를 이용한 공초점 측정 장치는 정상적인 작동을 위해 매우 밝은 광원이 필요하다.In general, to show the effect of confocal, the size of the pinhole should be as small as a few tens of um and the spacing between the pinholes should be about 5 to 10 times the size of the pinhole. Accordingly, since the light passing through the pinhole of the illumination light irradiated onto the Nipco disk is only about 1 to 2% as shown in FIG. 3 (a), the confocal measuring device using the Nipco disk is very suitable for normal operation. You need a bright light source.
또한, 도 3(b)에서 도시된 바와 같이, 상기 닙코 디스크는 조명광의 대부분이 윗면에서 반사 또는 흡수될 수 있으며, 핀홀의 제작을 위해 닙코 디스크의 윗면 글라스에 크롬 코팅을 할 경우, 반사가 주로 일어난다.In addition, as shown in Figure 3 (b), the nipco disk can be reflected or absorbed most of the illumination light from the top surface, when the chromium coating on the top glass of the nipco disk to produce a pinhole, the reflection is mainly Happens.
상기 닙코 디스크는 반사가 적게 일어나도록 하기 위해 블랙크롬(Black Chromium)과 Anti-Reflection 코팅이 사용되기도 하는데, 그렇다 하더라도 입사된 광량의 많은 부분이 반사되어 결상렌즈를 통해 영상 획득 장치인 CCD카메라로 들어가게 되어 시편의 형상 위치가 정밀하게 측정되기 어렵다.In order to reduce reflection, the nipco disk may use black chromium and anti-reflection coating. However, a large portion of the incident light is reflected to enter the CCD camera, which is an image acquisition device, through an imaging lens. As a result, the shape position of the specimen is difficult to accurately measure.
이에 따라, 광의 사용 효율을 높이고, 신호 대 잡음비(S/N Ratio)를 높여 정밀측정이 가능한 공초점 측정 장치의 개발이 필요하다.
Accordingly, there is a need for the development of a confocal measurement device capable of precise measurement by increasing light use efficiency and increasing signal-to-noise ratio (S / N ratio).
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 일측면에 마이크로 렌즈 어레이가 장착되며 핀홀이 형성된 제1디스크와, 일측면에 마이크로 렌즈 어레이 장착되며 윈도우가 형성된 제2디스크를 연동 회전시키며 그 사이에 광분할기를 삽입하여 조명을 입사시킴으로써 조명광의 효율을 극대화 시키고, 핀홀 이외의 표면에서 반사되는 광을 차단하여 광검출기로 들어오는 영상 신호의 신호 대 잡음비를 향상시키는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치를 제공하는 것이다.
The present invention has been made to solve the problems described above, an object of the present invention is a micro disk array is mounted on one side and the pinhole is formed on the first disk, micro lens array is mounted on one side and the window is formed 2 The disk is rotated and the optical splitter is inserted in between to maximize the efficiency of the illumination light by inserting the light, and the micro-block that improves the signal-to-noise ratio of the image signal coming into the photodetector by blocking the light reflected from the surface other than the pinhole. It is to provide a confocal measuring device using a lens array.
본 발명의 공초점 측정 장치는 빛을 일정 방향으로 조명하는 광원발생부(10); 상기 광원발생부(10)로부터 선형으로 입사되는 광을 분할하는 광분할기(20); 상기 광분할기(20)에서 입사되는 광원 진행방향에 수직으로 핀홀(31)이 복수개 배치되어 핀홀(31) 어레이가 형성되는 원판형의 제1디스크(30); 상기 제1디스크(30)의 핀홀(31)을 통과한 빛이 시편(1) 상에 결상되도록 하는 광학계(50); 및 상기 제1디스크(30)와 평행하게 설치되며, 시편(1)에서 반사된 빛이 상기 광학계(50), 상기 제1디스크(30) 및 상기 광분할기(20)를 거쳐 전기적 신호로 변환되어 결상되는 광검출기(60); 를 포함하되, 상기 제1디스크(30)는 상측에 제1 마이크로 렌즈(41)가 복수개 배열되는 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)가 설치되며, 각각의 제1 마이크로 렌즈(41)의 중심에 상기 핀홀(31)이 위치되는 것을 특징으로 한다.Confocal measuring device of the present invention is a light
또한, 상기 광학계(50)는 상기 제1디스크(30)의 핀홀(31)을 통과한 빛이 평행광이 되도록 하는 결상렌즈(51) 및 상기 결상렌즈(51)를 통과한 평행광을 집광하는 대물렌즈(52)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 광검출기(60)는 CCD 카메라인 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 공초점 측정 장치(100)는 시편(1)에서 반사되어 상기 광학계(50), 상기 제1디스크(30) 및 상기 광분할기(20)를 거친 빛이 상기 광검출기(60) 방향으로 굴절되어 모아지도록 상기 광검출기(60)와 광분할기(20) 사이에 상기 제1디스크(30)와 평행하게 굴절렌즈(82)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 공초점 측정 장치(100)는 상기 제1디스크(30)가 회전되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 제1 마이크로 렌즈(41)의 지름은 이웃하는 상기 핀홀(31) 중심의 사이 거리인 것을 특징으로 한다.In addition, the diameter of the first
또한, 상기 공초점 측정 장치(100)는 제2 마이크로 렌즈(81)가 복수개 배열되는 제2 마이크로 렌즈 어레이(80)가 하면에 설치되며, 각각의 상기 제2 마이크로 렌즈(81)에 입사된 빛이 통과되도록 상기 핀홀(31)보다 크고 상기 제2 마이크로 렌즈(81) 보다 작게 일정영역에 원형의 윈도우(71)가 형성되는 원판형의 제2디스크(70)를 더 포함하며, 상기 제2디스크(70)가 상기 광검출기(60)와 광분할기(20) 사이에 위치되어 상기 제1디스크(30)와 평행하게 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 공초점 측정 장치(100)는 상기 제1 마이크로 렌즈(41) 및 제2 마이크로 렌즈(81)의 중심이 동일 수직선상에 위치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또한, 상기 공초점 측정 장치(100)는 상기 제1디스크(30) 및 제2디스크(70)가 동일한 속도로 연동 회전되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
또, 상기 제2 마이크로 렌즈(81)의 지름은 이웃하는 상기 윈도우(71) 중심의 사이 거리인 것을 특징으로 한다.
In addition, the diameter of the second
본 발명의 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치는 일측면에 마이크로 렌즈 어레이가 장착되며 핀홀이 형성된 제1디스크와, 일측면에 마이크로 렌즈 어레이 장착되며 윈도우가 형성된 제2디스크를 조합하여 회전시키며 그 사이에 광분할기를 삽입하여 조명을 입사시킴으로써 조명광의 효율을 극대화 시키고, 핀홀 이외의 표면에서 반사되는 광을 차단하여 광검출기로 들어오는 영상 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킨다는 장점이 있다.The confocal measuring device using the microlens array of the present invention rotates by combining a first disk having a microlens array mounted on one side thereof and having a pinhole, and a second disk having a microlens array mounted on one side thereof and having a window formed thereon. By inserting a light splitter in between, the illumination is maximized, and the efficiency of the illumination light is maximized, and the light reflected from the surface other than the pinhole is blocked to improve the signal-to-noise ratio of the image signal coming into the photodetector.
또한, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치는 신호 대 잡음비를 향상시킴으로써, 시편 형상의 정밀 측정이 가능하다는 장점이 있다.In addition, the confocal measuring device using the microlens array of the present invention has an advantage that the precision of the specimen shape can be measured by improving the signal-to-noise ratio.
또한, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치는 종래 닙코 디스크에서 발생될 수 있는 반사광으로 인한 노이즈 문제를 해결하여, 스캐닝 속도가 빠르고, 주사 면적이 넓어 해상도가 높다는 닙코 디스크의 장점을 최대한 살릴 수 있다는 장점이 있다.
In addition, the confocal measuring device using the micro-lens array of the present invention solves the noise problem due to the reflected light that can be generated in the conventional Nipco disk, thereby maximizing the advantages of the Nipco disk that the scanning speed is fast and the scanning area is high and the resolution is high. It has the advantage of being saved.
도 1은 공초점의 원리를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 닙코 디스크를 이용한 공초점 측정 장치를 나타낸 개략도.
도 3은 종래의 닙코 디스크의 광 비효율성 및 반사정도를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 공초점 측정 장치를 나타낸 개략도.
도 5는 도 4에서 나타낸 공초점 측정 장치에서 광의 흐름을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 공초점 측정 장치를 나타낸 개략도.
도 7은 도 6에서 나타낸 공초점 측정 장치에서 광의 흐름을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 공초점 측정 장치를 나타낸 개략도.
도 9는 도 8에서 나타낸 공초점 측정 장치에서 광의 흐름을 나타낸 도면.1 shows the principle of confocal;
Figure 2 is a schematic diagram showing a confocal measuring device using a conventional Nipco disk.
Figure 3 is a view showing the optical inefficiency and the degree of reflection of the conventional Nipco disk.
4 is a schematic view showing a confocal measuring device according to the present invention.
5 is a view showing the flow of light in the confocal measuring device shown in FIG.
6 is a schematic view showing another confocal measuring device according to the present invention.
7 is a view showing the flow of light in the confocal measuring device shown in FIG.
8 is a schematic view showing another confocal measuring device according to the present invention.
9 is a view showing the flow of light in the confocal measuring device shown in FIG.
이하, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a confocal measuring device using a microlens array of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 공초점 측정 장치를 나타낸 개략도이며, 도 5는 도 4에서 나타낸 공초점 측정 장치에서 광의 흐름을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 또 다른 공초점 측정 장치를 나타낸 개략도이며, 도 7은 도 6에서 나타낸 공초점 측정 장치에서 광의 흐름을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 또 다른 공초점 측정 장치를 나타낸 개략도이며, 도 9는 도 8에서 나타낸 공초점 측정 장치에서 광의 흐름을 나타낸 도면이다.
Figure 4 is a schematic diagram showing a confocal measuring device according to the present invention, Figure 5 is a view showing the flow of light in the confocal measuring device shown in Figure 4, Figure 6 shows another confocal measuring device according to the present invention 7 is a view showing the flow of light in the confocal measuring device shown in Figure 6, Figure 8 is a schematic diagram showing another confocal measuring device according to the invention, Figure 9 is a confocal measurement shown in Figure 8 A diagram showing the flow of light in the device.
본 발명의 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치(100)는 크게 광원발생부(10), 광분할기(20), 제1디스크(30), 광학계(50) 및 광검출기(60)를 포함하여 형성된다.The
상기 광원발생부(10)는 단색광 또는 레이저일 수 있으며, 상기 공초점 측정 장치(100)에 빛을 일정 방향으로 조명시킨다.The
상기 광분할기(20)는 상기 광원발생부(10)로부터 선형으로 입사되는 광을 수직 또는 수평으로 분할한다. The light splitter 20 splits light incident linearly from the
상기 제1디스크(30)는 원판형으로, 상기 광분할기(20)에서 입사되는 광원 진행방향에 수직으로 핀홀(31)이 복수개 배치되어 핀홀(31) 어레이가 형성되며, 상기 광학계(50)는 상기 제1디스크(30)의 핀홀(31)을 통과한 빛이 시편(1) 상에 결상되도록 한다.The
이 때, 상기 광학계(50)는 상기 제1디스크(30)의 핀홀(31)을 통과한 빛이 평행광이 되도록 하는 결상렌즈(51) 및 상기 결상렌즈(51)를 통과한 평행광을 집광하는 대물렌즈(52)를 포함한다.In this case, the
상기 광검출기(60)는 상기 제1디스크(30)와 평행하게 설치되며, 시편(1)에서 반사된 빛이 상기 제1광학계(50), 상기 제1디스크(30) 및 상기 광분할기(20)를 거쳐 전기적 신호로 변환되어 결상되며, CCD(Charge-Coupled Device) 카메라일 수 있다.The
특히, 본 발명의 공초점 측정 장치(100)의 제1디스크(30)는 상측에 제1 마이크로 렌즈(41)가 복수개 배열되는 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)가 설치되며, 각각의 제1 마이크로 렌즈(41)의 중심에 상기 핀홀(31)이 위치된다.In particular, the
도 4 및 도 5를 참고로 상술한 바와 같은 공초점 측정 장치(100)를 설명하면,Referring to the
먼저, 상기 광원발생부(10)로부터 평행광에 가깝게 조사되는 광원이 상기 광분할기(20)에 입사된 후, 상기 광원이 수직으로 반사되어 핀홀(31)이 형성되는 제1디스크(30) 상측에 설치된 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)에 입사된다.First, a light source irradiated close to parallel light from the
상기 광원은 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)를 통과하면서 집광되어 핀홀(31)을 통과하게 된다. 통과된 광원은 상기 광원계의 결상렌즈(51)를 통해 평행광으로 대물렌즈(52)에 입사되며, 그 후 대물렌즈(52)를 통해 시편(1) 쪽으로 굴절시켜 초점이 맞춰진다.The light source is collected while passing through the first
상기 대물렌즈(52)의 초점 위치에 있는 시편(1) 면에서 반사된 광은 다시 대물렌즈(52)와 결상렌즈(51)를 거쳐 상기 제1디스크(30)의 핀홀(31)을 통과하게 된다.The light reflected from the surface of the
상기 핀홀(31)을 통과한 광은 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)를 거쳐 평행광이 되고, 이 평행광은 상기 광분할기(20)를 거쳐 CCD 카메라에 결상된다.The light passing through the
이 때, 상기 공초점 측정 장치(100)는 제1디스크(30)가 회전될 수 있으며, 이에 따라CCD 카메라에 영상정보가 적분되어 전달됨으로써 정확한 시편(1)의 형상을 측정할 수 있다.In this case, the
상술한 바와 같은 과정을 거쳐 작동되는 상기 공초점 측정 장치(100)는 도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 제1 마이크로 렌즈(41)의 지름이 이웃하는 상기 핀홀(31) 중심의 사이 거리가 되도록 제작될 수 있다.As shown in FIG. 5, the
이에 따라, 상기 공초점 측정 장치(100)는 상기 제1 마이크로 렌즈(41)로 입사된 광을 집광시켜 상기 핀홀(31)을 통과시킴으로써, 종래 디스크에서 반사되었던 광량이 급격히 감소되고, 광원의 사용 효율이 크게 향상될 수 있다.Accordingly, the
또 다른 실시 예로, 상술한 바와 같은 공초점 측정 장치(100)는 시편(1)에서 반사되어 상기 광학계(50), 상기 제1디스크(30) 및 상기 광분할기(20)를 거친 빛이 상기 광검출기(60) 방향으로 굴절되어 모아지도록 상기 광검출기(60)와 광분할기(20) 사이에 상기 제1디스크(30)와 평행하게 굴절렌즈(82)가 더 구비될 수 있다.In another embodiment, the
도 6 및 도 7을 참고로 상술한 바와 같은 공초점 측정 장치(100)를 설명하면,Referring to the
먼저, 상기 광원발생부(10)로부터 평행광에 가깝게 조사되는 광원이 상기 광분할기(20)에 입사된 후, 상기 광원이 수직으로 반사되어 핀홀(31)이 형성되는 제1디스크(30) 상측에 설치된 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)에 입사된다.First, a light source irradiated close to parallel light from the
상기 광원은 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)를 통과하면서 집광되어 핀홀(31)을 통과하게 된다. 통과된 광원은 상기 광원계의 결상렌즈(51)를 통해 평행광으로 대물렌즈(52)에 입사되며, 그 후 대물렌즈(52)를 통해 시편(1) 쪽으로 굴절시켜 초점이 맞춰진다.The light source is collected while passing through the first
상기 대물렌즈(52)의 초점 위치에 있는 시편(1) 면에서 반사된 광은 다시 대물렌즈(52)와 결상렌즈(51)를 거쳐 상기 제1디스크(30)의 핀홀(31)을 통과하게 된다.The light reflected from the surface of the
상기 핀홀(31)을 통과한 광은 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)를 거쳐 평행광이 되고, 이 평행광은 상기 광분할기(20)를 거친 후, 굴절렌즈(82)를 통해 상기 CCD 카메라 방향으로 굴절되어 모아져 상기 CCD 카메라에 결상된다.The light passing through the
이 때, 상기 공초점 측정 장치(100)는 제1디스크(30)가 회전될 수 있으며, 이에 따라CCD 카메라에 영상정보가 적분되어 전달됨으로써 정확한 시편(1)의 형상을 측정할 수 있다.In this case, the
상술한 바와 같은 과정을 거쳐 작동되는 상기 공초점 측정 장치(100)는 도 7에서 도시된 바와 같이, 상기 제1 마이크로 렌즈(41)의 지름이 이웃하는 상기 핀홀(31) 중심의 사이 거리가 되도록 제작될 수 있다.As shown in FIG. 7, the
이에 따라, 상기 공초점 측정 장치(100)는 상기 제1 마이크로 렌즈(41)로 입사된 광을 집광시켜 상기 핀홀(31)을 통과시킴으로써, 종래 디스크에서 반사되었던 광량이 급격히 감소되고, 광원의 사용 효율이 크게 향상될 수 있다.Accordingly, the
또한, 시편(1)으로부터 반사되어 상기 제1 마이크로 렌즈(41) 및 광분할기(20)를 통해 CCD 카메라로 전달되는 광은 상기 굴절렌즈(82)에 의해 상기 CCD 카메라 측으로 굴절되어 집광됨으로써, 상기 공초점 측정 장치(100)의 신호 대 잡음비(S/N Ratio)를 크게 향상시킬 수 있다.In addition, the light reflected from the
또 다른 실시 예로, 상술한 바와 같은 공초점 측정 장치(100)는 제2 마이크로 렌즈(81)가 복수개 배열되는 제2 마이크로 렌즈 어레이(80)가 하면에 설치되며, 각각의 상기 제2 마이크로 렌즈(81)에 입사된 빛이 통과되도록 상기 핀홀(31)보다 크고 상기 제2 마이크로 렌즈(81) 보다 작게 일정영역에 원형의 윈도우(71)가 형성되는 원판형의 제2디스크(70)를 더 포함하며, 상기 제2디스크(70)가 상기 광검출기(60)와 광분할기(20) 사이에 위치되어 상기 제1디스크(30)와 평행하게 설치될 수 있다.In another embodiment, the
이 때, 상기 윈도우(71)는 유리판으로 제작되는 상기 제2디스크(70)에 크롬(Cr)이 에칭 됨으로써 형성된다.At this time, the
상기 공초점 측정 장치(100)는 상기 제1 마이크로 렌즈(41) 및 제2 마이크로 렌즈(81)의 중심이 동일 수직선상에 위치되며, 상기 제1디스크(30) 및 제2디스크(70)가 동일한 속도로 연동 회전되도록 할 수 있다.In the
이를 위해, 상기 공초점 측정 장치(100)는 상기 제1디스크(30) 및 제2디스크(70)가 연동되어 회전 되는 것이 용이하도록 회전부(90)에 의해 일체로 형성될 수 있다.To this end, the
이 때, 상기 광분할기(20)는 상기 제1디스크(30) 및 제2디스크(70)의 회전과는 별개로 고정되어 상기 제1디스크(30) 및 제2디스크(70) 사이에 구비된다.At this time, the
도 8 및 도 9를 참고로 상술한 바와 같은 공초점 측정 장치(100)를 설명하면,Referring to the
먼저, 상기 광원발생부(10)로부터 평행광에 가깝게 조사되는 광원이 상기 광분할기(20)에 입사된 후, 상기 광원이 수직으로 반사되어 핀홀(31)이 형성되는 제1디스크(30) 상측에 설치된 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)에 입사된다.First, a light source irradiated close to parallel light from the
상기 광원은 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)를 통과하면서 집광되어 핀홀(31)을 통과하게 된다. 통과된 광원은 상기 광원계의 결상렌즈(51)를 통해 평행광으로 대물렌즈(52)에 입사되며, 그 후 대물렌즈(52)를 통해 시편(1) 쪽으로 굴절시켜 초점이 맞춰진다.The light source is collected while passing through the first
상기 대물렌즈(52)의 초점 위치에 있는 시편(1) 면에서 반사된 광은 다시 대물렌즈(52)와 결상렌즈(51)를 거쳐 상기 제1디스크(30)의 핀홀(31)을 통과하게 된다.The light reflected from the surface of the
상기 핀홀(31)을 통과한 광은 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)를 거쳐 평행광이 되고, 이 평행광은 상기 광분할기(20)를 거친 후, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(80)를 통해 집광되어 상기 윈도우(71)를 지나 상기 CCD 카메라에 결상된다.The light passing through the
상술한 바와 같은 과정을 거쳐 작동되는 상기 공초점 측정 장치(100)는 도 9에서 도시된 바와 같이, 상기 제1 마이크로 렌즈(41)의 지름이 이웃하는 상기 핀홀(31) 중심의 사이 거리이고, 상기 제2 마이크로 렌즈(81)의 지름이 이웃하는 상기 윈도우(71) 중심의 사이 거리가 되도록 제작될 수 있다.As shown in FIG. 9, the
이에 따라, 상기 공초점 측정 장치(100)는 상기 제1 마이크로 렌즈(41)로 입사된 광을 집광시켜 상기 핀홀(31)을 통과시킴으로써, 종래 디스크에서 반사되었던 광량이 급격히 감소되고, 광원의 사용 효율이 크게 향상될 수 있다.Accordingly, the
또한, 시편(1)으로부터 반사되어 광이 제1 마이크로 렌즈(41) 사이 또는 상기 핀홀(31) 사이에서 반사될 경우, 반사된 광은 제2디스크(70)의 윈도우(71) 사이에 걸려 상기 CCD 카메라로 도달되지 않게 되므로 종래 닙코 디스크와 달리 반사되는 빛에 의한 노이즈 영향을 거의 받지 않아 상기 CCD 카메라로 들어오는 영상 신호의 신호 대 잡음비(S/N Ratio)를 향상 시킬 수 있다.
In addition, when the light reflected from the
이에 따라, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치는 신호 대 잡음비를 향상시킴으로써, 시편 형상의 정밀 측정이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치는 종래 닙코 디스크에서 발생될 수 있는 반사광으로 인한 노이즈 문제를 해결하여, 스캐닝 속도가 빠르고, 주사 면적이 넓어 해상도가 높다는 닙코 디스크의 장점을 최대한 살릴 수 있다는 장점이 있다.
Accordingly, the confocal measuring device using the microlens array of the present invention has an advantage of enabling accurate measurement of the specimen shape by improving the signal-to-noise ratio. In addition, the confocal measuring device using the micro-lens array of the present invention solves the noise problem due to the reflected light that can be generated in the conventional Nipco disk, thereby maximizing the advantages of the Nipco disk that the scanning speed is fast and the scanning area is high and the resolution is high. It has the advantage of being saved.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.
1 : 시편
10 : 광원발생부
20 : 광분할기
30 : 제1디스크 31 : 핀홀
40 : 제1 마이크로 렌즈 어레이 41 : 제1 마이크로 렌즈
50 : 광학계
51 : 결상렌즈 52 : 대물렌즈
60 : 광검출기
70 : 제2디스크 71 : 윈도우
80 : 제2 마이크로 렌즈 어레이 81 : 제2 마이크로 렌즈
82 : 굴절렌즈
90 : 회전부
100 : 공초점 측정 장치1: Psalm
10: light source generating unit
20: light splitter
30: first disk 31: pinhole
40: first micro lens array 41: first micro lens
50: Optical system
51: imaging lens 52: objective lens
60: photodetector
70: second disk 71: Windows
80: second micro lens array 81: second micro lens
82: refractive lens
90: rotating part
100: confocal measuring device
Claims (10)
상기 광원발생부(10)로부터 선형으로 입사되는 광을 분할하는 광분할기(20);
상기 광분할기(20)에서 입사되는 광원 진행방향에 수직으로 핀홀(31)이 복수개 배치되어 핀홀(31) 어레이가 형성되는 원판형의 제1디스크(30);
상기 제1디스크(30)의 핀홀(31)을 통과한 빛이 시편(1) 상에 결상되도록 하는 광학계(50); 및
상기 제1디스크(30)와 평행하게 설치되며, 시편(1)에서 반사된 빛이 상기 광학계(50), 상기 제1디스크(30) 및 상기 광분할기(20)를 거쳐 전기적 신호로 변환되어 결상되는 광검출기(60);
제2 마이크로 렌즈(81)가 복수개 배열되는 제2 마이크로 렌즈 어레이(80)가 하면에 설치되며, 각각의 상기 제2 마이크로 렌즈(81)에 입사된 빛이 통과되도록 상기 핀홀(31)보다 크고 상기 제2 마이크로 렌즈(81) 보다 작게 일정영역에 원형의 윈도우(71)가 형성되는 원판형의 제2디스크(70); 를 포함하되,
상기 제1디스크(30)는 상측에 제1 마이크로 렌즈(41)가 복수개 배열되는 제1 마이크로 렌즈 어레이(40)가 설치되며, 각각의 제1 마이크로 렌즈(41)의 중심에 상기 핀홀(31)이 위치되며,
상기 제2디스크(70)가 상기 광검출기(60)와 광분할기(20) 사이에 위치되어 상기 제1디스크(30)와 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치.
A light source generator 10 for illuminating light in a predetermined direction;
A light splitter 20 for dividing light incident linearly from the light source generator 10;
A disk-shaped first disk 30 in which a plurality of pinholes 31 are arranged in a direction perpendicular to the light traveling direction incident from the light splitter 20 to form an array of pinholes 31;
An optical system 50 for allowing light passing through the pinhole 31 of the first disk 30 to be imaged on the specimen 1; And
It is installed in parallel with the first disk 30, the light reflected from the specimen 1 is converted into an electrical signal through the optical system 50, the first disk 30 and the optical splitter 20 to form an image A photodetector 60;
A second micro lens array 80 having a plurality of second micro lenses 81 arranged thereon is disposed on a lower surface thereof, and is larger than the pinhole 31 so that light incident on each of the second micro lenses 81 passes. A disk-shaped second disk 70 having a circular window 71 formed in a predetermined area smaller than the second micro lens 81; Including but not limited to:
The first disk 30 is provided with a first micro lens array 40 in which a plurality of first micro lenses 41 are arranged on the upper side, and the pinhole 31 at the center of each first micro lens 41. Is located,
Confocal measurement device using a micro-lens array, characterized in that the second disk (70) is located between the photodetector (60) and the optical splitter (20) and installed in parallel with the first disk (30) .
상기 광학계(50)는
상기 제1디스크(30)의 핀홀(31)을 통과한 빛이 평행광이 되도록 하는 결상렌즈(51) 및 상기 결상렌즈(51)를 통과한 평행광을 집광하는 대물렌즈(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치.
The method of claim 1,
The optical system 50
And an imaging lens 51 for collecting light passing through the pinhole 31 of the first disk 30 to be parallel light, and an objective lens 52 for collecting parallel light passing through the imaging lens 51. Confocal measuring device using a micro lens array, characterized in that.
상기 광검출기(60)는
CCD 카메라인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치.
The method of claim 2,
The photodetector 60 is
A confocal measuring device using a micro lens array, characterized in that the CCD camera.
상기 공초점 측정 장치(100)는
시편(1)에서 반사되어 상기 광학계(50), 상기 제1디스크(30) 및 상기 광분할기(20)를 거친 빛이 상기 광검출기(60) 방향으로 굴절되어 모아지도록
상기 광검출기(60)와 광분할기(20) 사이에 상기 제1디스크(30)와 평행하게 굴절렌즈(82)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치.
The method of claim 3, wherein
The confocal measuring device 100
The light reflected by the specimen 1 and passed through the optical system 50, the first disk 30, and the light splitter 20 is refracted and collected in the direction of the photodetector 60.
Confocal measuring device using a micro-lens array, characterized in that the refractive lens 82 is further provided between the photodetector (60) and the optical splitter (20) in parallel with the first disk (30).
상기 공초점 측정 장치(100)는
상기 제1디스크(30)가 회전되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치.
5. The method of claim 4,
The confocal measuring device 100
Confocal measurement device using a micro lens array, characterized in that the first disk 30 is rotated.
상기 제1 마이크로 렌즈(41)의 지름은
이웃하는 상기 핀홀(31) 중심의 사이 거리인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치.
6. The method of claim 5,
The diameter of the first micro lens 41 is
Confocal measuring device using a micro-lens array, characterized in that the distance between the center of the adjacent pinhole (31).
상기 공초점 측정 장치(100)는
상기 제1 마이크로 렌즈(41) 및 제2 마이크로 렌즈(81)의 중심이 동일 수직선상에 위치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치.
The method according to claim 1,
The confocal measuring device 100
Confocal measurement apparatus using a microlens array, characterized in that the center of the first microlens (41) and the second microlens (81) is located on the same vertical line.
상기 공초점 측정 장치(100)는
상기 제1디스크(30) 및 제2디스크(70)가 동일한 속도로 연동 회전되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치.
The method of claim 8,
The confocal measuring device 100
Confocal measurement device using a micro-lens array, characterized in that the first disk 30 and the second disk 70 is rotated at the same speed.
상기 제2 마이크로 렌즈(81)의 지름은
이웃하는 상기 윈도우(71) 중심의 사이 거리인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 공초점 측정 장치.The method of claim 9,
The diameter of the second micro lens 81 is
Confocal measurement device using a micro-lens array, characterized in that the distance between the center of the adjacent window (71).
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