KR101261694B1 - 3d measuring apparatus using coherent and the measuring method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단색필터를 이용하여 백색광 또는 단색광을 선택적으로 주사할 수 있게 함과 동시에 측정광의 광행로의 높이를 조절할 수 있게 하여 탈축홀로그램 방식과 백색광을 이용한 높이 측정 방식을 이용하여 3차원 영상을 얻을 수 있게 함으로써, 측정높이의 한계와 함께 측정속도의 한계를 극복할 수 있도록 한 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 대상물의 높이 및 표면 상태에 따라 광원을 선택(단색광 또는 백색광)을 선택하고, 이에 맞게 단색필터를 온/오프하여 사용할 수 있게 함으로써, 측정하고자 하는 대상물의 크기와 측정 속도에 따라 적절한 측정방법을 선택하여 사용할 수 있도록 한 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
The present invention enables to selectively scan white light or monochromatic light using a monochromatic filter and to adjust the height of the optical path of the measurement light to obtain a three-dimensional image using a deaxis hologram method and a height measurement method using white light. The purpose of the present invention is to provide a three-dimensional measuring apparatus using interference characteristics that can overcome the limitation of the measuring speed and the measuring speed.
In addition, the present invention by selecting a light source (monochrome light or white light) according to the height and surface conditions of the object, and by enabling the monochrome filter to be used on / off according to, according to the size and measurement speed of the object to be measured Another object of the present invention is to provide a three-dimensional measuring apparatus using interference characteristics to select and use an appropriate measuring method.

Description

가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치 및 그 측정방법{3D MEASURING APPARATUS USING COHERENT AND THE MEASURING METHOD THEREOF}3D measuring apparatus using the interference interference and its measuring method {3D MEASURING APPARATUS USING COHERENT AND THE MEASURING METHOD THEREOF}

본 발명은 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단색필터의 온/오프 조작과 마이크로 액츄에이터의 온/오프 조작에 의하여 기존의 탈축(Off-axis) 방식이 갖는 측정높이에 대한 한계와 느린 측정속도의 한계를 서로 보완할 수 있게 한 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus using a coherence characteristic and a measuring method thereof, and more specifically, the conventional off-axis method by the on / off operation of the monochromatic filter and the on / off operation of the micro actuator The present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus using a coherent characteristic and a measuring method thereof, which make it possible to compensate for the limitation of the measuring height and the slow measuring speed.

일반적으로 미소한 대상물의 3D 입체 영상을 얻는 방법에는 디지털 홀로그래피를 이용한 탈축(Off-axis) 조명을 위한 측정장비가 많이 이용되고 있다.In general, a method of obtaining a 3D stereoscopic image of a small object has been widely used for measuring equipment for off-axis illumination using digital holography.

여기서, 탈축 조명법이란, 원형인 조리개(Aperture)를 통해 노광하면 투사 렌즈(Projection Lens)에 동일한 모양이 생기는 일반적인 조명법(Conventional Illumination)과 달리 광이 경사지게 입사하게 하는 조명법을 말한다. 이러한 조명법은 사입사 조명법이라고도 하며, 미세형상 및 구조물에 대하여 실시간으로 3차원 영상을 측정하는 많이 이용된다. Here, the off-axis illumination method refers to an illumination method that causes light to be incident obliquely, unlike conventional illumination, in which the same shape is formed on a projection lens when exposed through a circular aperture. Such an illumination method is also called an incidence illumination method, and is widely used to measure a three-dimensional image in real time on a fine shape and a structure.

도 1은 종래의 탈축조명법을 이용하는 디지털 홀로그래픽 탈축 측정장치의 구성을 보여주는 개념도이다. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a digital holographic deaxis measurement device using a conventional deaxial illumination method.

탈축 측정장치(Digital Holographic Off-axis Microscope)는, 광원부(10), 이 광원부(10)로부터 주사된 광을 기준광과 측정광으로 분할시켜 주는 빔분할기(20), 상기 측정광과 상기 기준광을 각각 반사시켜 주는 제1미러(30)와 제2미러(40), 그리고, 반사된 측정광과 기준광의 파장을 비교하여 필요한 영상을 얻는 촬상소자(50)를 포함한다.The digital holographic off-axis microscope includes a light source unit 10, a beam splitter 20 for dividing the light scanned from the light source unit 10 into reference light and measurement light, and the measurement light and the reference light, respectively. The first mirror 30 and the second mirror 40 to reflect, and the imaging device 50 to obtain the required image by comparing the wavelength of the reflected measurement light and the reference light.

이러한 탈축 측정장치는, 기준광과 대상물을 투과한 측정광을 입력받아 디지털 방식(Digital Method)으로 기준광과 측정광을 분리하여 대상물의 입체 정보를 얻는다. 따라서, 이러한 입체정보를 실시간으로 얻을 수 있는 장점이 있으나, 단파장을 쓰기 때문에 대상물의 측정높이(파장의 1/4)에 한계가 있었다.
The deaxial measurement apparatus receives the reference light and the measurement light transmitted through the object, and separates the reference light and the measurement light by a digital method to obtain stereoscopic information of the object. Therefore, there is a merit that such stereoscopic information can be obtained in real time. However, since the short wavelength is used, there is a limit in the measurement height of the object (1/4 of the wavelength).

한편, 이러한 측정높이에 제약을 극복하기 위한 한가지 방법으로서 백색광 간섭계가 많이 이용되고 있다.On the other hand, a white light interferometer is widely used as one method for overcoming the constraint on the measurement height.

도 2는 종래의 백색광 간섭계를 이용한 측정장치의 일예를 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 개념도이다.2 is a schematic diagram schematically showing an example of a measuring apparatus using a conventional white light interferometer.

백색광 간섭 측정장치는, 광원(10'), 광원으로부터 주사된 광을 기준광과 측정광으로 분리하는 빔분리기(20'), 기준광을 반사시켜 주기 위한 기준미러(30'), 대상물을 투과한 측정광을 반사시켜 주기 위한 측정미러(40'), 그리고 반사된 기준광과 측정광을 통하여 대상물의 형상을 검출하는 촬상소자(50')를 포함한다.The white light interference measuring device includes a light source 10 ', a beam splitter 20' that separates the light scanned from the light source into a reference light and a measurement light, a reference mirror 30 'for reflecting the reference light, and a measurement passing through the object. And a measurement mirror 40 'for reflecting light, and an image pickup device 50' for detecting the shape of the object through the reflected reference light and the measurement light.

특히, 측정미러(40')에는 미소단위로 높이 조절이 가능하도록 피에조 액츄에이터(41)가 구비된다. 피에조 액츄에이터(41)는 일정한 미소단위로 움직이면서 간섭무늬를 얻게 된다. 이때의 간섭무늬는 사인 곡선 형상의 밝기값으로 얻어지고, 그 인터페로그램은 가우스 함수 형태의 모양을 띄고 있다.In particular, the measurement mirror 40 'is provided with a piezo actuator 41 so that the height can be adjusted by a minute unit. The piezo actuator 41 moves in a constant minute unit to obtain an interference fringe. At this time, the interference fringe is obtained by a sinusoidal brightness value, and the interferogram has a shape of a Gaussian function.

이렇게 얻어진 간섭무늬에서 측정 변위 구간의 최고 정점을 구하게 되면 대상물의 한 포인트에 대하여 피에조 액츄에이터(41)와의 상대거리를 구할 수 있으며, 이 값을 높이변위로 변화되며 전체 영상의 획득구간에 걸쳐서 3차원 높이를 구할 수 있다.When the highest vertex of the measurement displacement section is obtained from the interference fringes thus obtained, the relative distance with the piezo actuator 41 can be obtained for a point of the object, and this value is changed to height displacement and is three-dimensional over the entire acquisition interval of the image. You can get the height.

이와 같이 이루어진 백색광 간섭계는 주로 마이크로 패턴에 대한 나노미터 정밀도의 형상 측정 및 표면 분석용 등에서 광범위하게 사용되고 있다. 하지만, 간섭무늬의 측정시 소음이라든가 피에조 액츄에이터의 진동에 의한 왜곡으로 3차원 측정 영상에 수많은 점 노이즈가 발생하는 문제가 있었다. 게다가, 표면 전체에 대한 스캔과 더불어서 높이에 대한 스캔이 필요하기 때문에 측정시간이 오래 걸리는 문제가 발생하였다.The white light interferometer thus formed is widely used in nanometer precision shape measurement and surface analysis mainly for micro-patterns. However, there was a problem that a lot of point noise occurs in the three-dimensional measurement image due to the noise or the distortion of the vibration of the piezo actuator when measuring the interference fringe. In addition, the measurement takes a long time because the scan of the height is required in addition to the scan of the entire surface.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 단색필터를 이용하여 백색광 또는 단색광을 선택적으로 주사할 수 있게 함과 동시에 측정광의 광행로의 높이를 조절할 수 있게 하여 탈축홀로그램 방식과 백색광을 이용한 높이 측정 방식을 이용하여 3차원 영상을 얻을 수 있게 함으로써, 측정높이의 한계와 함께 측정속도의 한계를 극복할 수 있도록 한 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치 및 그 측정방법를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of this point, and it is possible to selectively scan the white light or monochromatic light using a monochromatic filter and to adjust the height of the optical path of the measurement light to measure the height using the deaxial hologram method and the white light. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional measuring apparatus using a coherent characteristic and a method of measuring the same, by which a three-dimensional image can be obtained using a method, thereby overcoming the limitation of the measuring height and the measuring speed.

또한, 본 발명은 대상물의 크기 및 표면 상태에 따라 광원을 선택(단색광 또는 백색광)을 선택하고, 이에 맞게 단색필터를 온/오프하여 사용할 수 있게 함으로써, 측정하고자 하는 대상물의 크기와 측정 속도에 따라 적절한 측정방법을 선택하여 사용할 수 있도록 한 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치 및 그 측정방법를 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention by selecting a light source (monochrome light or white light) according to the size and surface state of the object, and by using a monochromatic filter on / off according to, according to the size and measurement speed of the object to be measured Another object of the present invention is to provide a three-dimensional measuring apparatus using a coherent characteristic and a measuring method thereof so that an appropriate measuring method can be selected and used.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치는, 광원; 광원으로부터 생성된 광으로부터 일정한 파장대의 광을 투과하기 위한 단색필터; 단색필터를 투과한 광을 기준광과 측정광으로 분할시켜 주는 빔분할기; 기준광을 다시 빔분할기로 반사시켜 주기 위한 기준광 반사미러; 측정광을 다시 빔분할기로 반사시켜 주며 높이 조절이 가능한 측정광 반사미러; 및 빔분할기로 반사된 측정광과 기준광의 간섭을 검출하여 영상을 획득하는 촬상소자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Three-dimensional measurement apparatus using the interference characteristics according to the present invention for achieving this object, the light source; A monochromatic filter for transmitting light of a predetermined wavelength band from the light generated from the light source; A beam splitter for dividing the light transmitted through the monochromatic filter into reference light and measurement light; A reference light reflecting mirror for reflecting the reference light back to the beam splitter; A measurement light reflection mirror which reflects the measurement light back to the beam splitter and whose height is adjustable; And an image pickup device for detecting an interference between the measurement light reflected by the beam splitter and the reference light and obtaining an image.

특히, 광원은, 단파장 레이저 및 백색광을 선택적으로 주사할 수 있는 것을 특징으로 한다.In particular, the light source is capable of selectively scanning a short wavelength laser and white light.

또한, 단색필터는 선택적으로 온/오프하여 사용되는 것을 특징으로 하고, 이러한 단색필터로는 패브리-페로형 간섭필터를 이용한다.In addition, the monochromatic filter is selectively turned on and off, and the monochromatic filter uses a Fabry-Perot type interference filter.

그리고, 측정광 반사미러에는 높이조절을 위하여 정전형·압전형·전자구동형 또는 정밀모터에 의해 구동되는 리니어 구동형의 마이크로 액츄에이터가 더 구비된 것을 특징으로 한다. 이러한 마이크로 액츄에이터는 3~200㎛의 미소단위로 높이조절이 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the measuring light reflecting mirror is further characterized in that the linear actuator type micro actuator driven by an electrostatic type, piezoelectric type, electronic drive type or precision motor for height adjustment. Such a micro actuator is characterized in that the height adjustment is made in a minute unit of 3 ~ 200㎛.

또한, 촬상소자는 고체 촬상소자(Solid State Image Sensing Device)·시모스(CMOS) 또는 전하결합소자(CCD)인 것을 특징으로 한다.The imaging device may be a solid state image sensing device, a CMOS, or a charge coupled device (CCD).

그리고, 한편, 본 발명에 따른 측정장치는, 단파장 레이저를 이용하여 탈축(Off-axis) 방식으로 얻어진 홀로그램에 디지털 푸리에 변환(Digital Fourier Transform)을 이용하여 기준광과 측정광을 분리하고, 이들 분리된 광에 디지털 프레넬 변환(Digital Fresnel Transform)을 적용하여 3차원 입체 영상을 얻는 것을 특징으로 한다.The measurement apparatus according to the present invention separates the reference light and the measurement light by using a Digital Fourier Transform on the hologram obtained by the off-axis method using a short wavelength laser. A 3D stereoscopic image may be obtained by applying a digital fresnel transform to light.

또한, 백생광을 주사하는 경우, 측정광 반사미러의 높이를 조절하면서 스캔하여 피크를 검출하는 것을 특징으로 한다.In addition, when scanning white light, it is characterized in that the peak is detected by scanning while adjusting the height of the measurement light reflection mirror.

한편, 본 발명에 따른 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정방법은, 단파장 레이저를 이용하는 경우, 단색필터를 온(ON)시키고 측정광 반사미러의 마이크로 액츄에이터를 오프(OFF)시키고, 광원으로부터 단색광을 빔분할기에 주사하여 측정광과 기준광으로 분할되게 한 다음, 분할된 기준광과 측정광이 각각 기준광반사미러와 측정광 반사미러로부터 상기 빔분할기로 반사되게 하고, 반사된 측정광과 기준광의 간섭을 검출하여 촬상소자로부터 영상을 얻는 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the three-dimensional measurement method using the interference characteristics according to the present invention, when using a short wavelength laser, the monochromatic filter is turned on (ON), the micro actuator of the measurement light reflecting mirror is turned off (OFF), and the monochromatic light beams from the light source After scanning the splitter, the light is divided into the measurement light and the reference light, and the divided reference light and the measurement light are reflected by the beam splitter from the reference light reflecting mirror and the measurement light reflecting mirror, respectively, and the interference between the reflected measuring light and the reference light is detected. An image is obtained from an imaging device.

또한, 본 발명에 따른 가간섭 특성을 이용한 다른 3차원 측정방법은, 단색필터를 오프(OFF)시키고 측정광 반사미러의 마이크로 액츄에이터를 온(ON)시키고, 광원으로부터 백색광을 빔분할기에 주사하여 측정광과 기준광으로 분할되게 한 다음, 분할된 기준광과 측정광이 각각 기준광반사미러와 측정광 반사미러로부터 빔분할기로 반사되게 하고, 반사된 측정광과 기준광의 간섭을 검출하여 촬상소자로부터 영상을 얻는 것을 특징으로 한다.In addition, another three-dimensional measurement method using the interference characteristics according to the present invention, the monochromatic filter is turned off (OFF), the micro actuator of the measurement light reflecting mirror (ON), the white light from the light source is measured by scanning the beam splitter The light is divided into the reference light and the reference light, and then the divided reference light and the measurement light are reflected by the beam splitter from the reference light reflecting mirror and the measuring light reflecting mirror, respectively, and the interference between the reflected measuring light and the reference light is detected to obtain an image from the image pickup device. It is characterized by.

마지막으로, 본 발명에 따른 가간섭 특성을 이용한 또 다른 3차원 측정방법은, 단색필터를 온(ON)시키고 측정광 반사미러의 마이크로 액츄에이터를 온(ON)시키고, 광원으로부터 백색광을 빔분할기에 주사하여 측정광과 기준광으로 분할되게 한 다음, 분할된 기준광과 측정광이 각각 기준광반사미러와 측정광 반사미러로부터 빔분할기로 반사되게 하고, 반사된 측정광과 기준광의 간섭을 검출하여 촬상소자로부터 영상을 얻고, 마이크로 액츄에이터를 3~99㎛로 고속 주사하여 정점(피크)을 검출하는 것을 특징으로 한다. 이때, 단색필터를 투과한 광의 가간섭성 폭은 100~200㎛인 것을 특징으로 한다.Finally, another three-dimensional measuring method using the interference characteristics according to the present invention, the monochrome filter is turned on (ON), the micro actuator of the measurement light reflecting mirror (ON), and scanning white light from the light source to the beam splitter And split the divided reference light and the reference light into the beam splitter from the reference light reflecting mirror and the measuring light reflecting mirror, and detect the interference of the reflected measuring light and the reference light to detect the image from the image pickup device. It is characterized by detecting the peak (peak) by high-speed scanning the micro actuator at 3 ~ 99㎛. At this time, the coherent width of the light transmitted through the monochromatic filter is characterized in that 100 ~ 200㎛.

본 발명의 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치 및 그 측정방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the three-dimensional measuring apparatus and its measuring method using the interference characteristics of the present invention has the following effects.

1) 대상물의 크기에 따라 단파장 레이저 또는 백색광을 이용하여 3차원 영상을 얻을 수 있다. 즉, 대상물이 미소한 경우 측정높이에 덜 영향을 받는 단파장레이저를 광원으로 사용하고, 대상물이 큰 경우에는 측정높이에 유리한 백색광을 이용하여 영상을 측정함으로써, 대상물의 크기에 상관없이 짧은 시간에 고품질의 영상을 획득할 수 있다.1) 3D image can be obtained by using short wavelength laser or white light according to the size of object. That is, if the object is small, the short wavelength laser which is less affected by the measurement height is used as the light source, and if the object is large, the image is measured using white light, which is advantageous for the measurement height, so that the quality is high in a short time regardless of the object size. Can obtain an image.

2) 측정시 광원을 선택(백색광과 단파장 레이저)하여 사용하고 여기에 백색광보다 큰 가간섭 특성을 갖도록 단색필터를 온하여 주사함에 따라 발생되는 가우시안 분포의 정점을 백색광과 동일한 원리로 측정하며, 단파장의 광원이 갖는 측정높이의 한계를 극복하고 백색광에 의한 스캔 속도에 의한 영상 획득 한계를 보완해 주게 된다. 이에 따라 백색광보다 빠른 속도로 높은 단차의 측정이 가능하다.2) When measuring, use the light source (white light and short wavelength laser) and measure the peak of the Gaussian distribution generated by scanning the monochromatic filter by turning on the monochromatic filter to have more coherent characteristics than the white light. It overcomes the limitations of the measurement height of the light source and compensates for the limitation of image acquisition due to the scanning speed by white light. This enables the measurement of high steps at a faster rate than white light.

도 1은 종래의 탈축조명법을 이용하는 디지털 홀로그래픽 탈축 측정장치의 구성을 보여주는 개념도.
도 2는 종래의 백색광 간섭계를 이용한 측정장치의 일예를 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 3차원 측정장치의 구성을 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 개념도.
1 is a conceptual diagram showing the configuration of a digital holographic deaxis measurement device using a conventional deaxial illumination method.
2 is a schematic diagram schematically showing an example of a measuring apparatus using a conventional white light interferometer.
Figure 3 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

(구성)(Configuration)

도 3은 본 발명에 따른 3차원 측정장치의 구성을 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 개념도이다.3 is a conceptual diagram schematically showing the configuration of a three-dimensional measuring apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 측정장치는, 광원(100)으로부터 선택적으로 주사된 광원이 단색필터(200)로 투과되게 한 다음, 빔분할기(200)에서 기준광과 측정광으로 분리하고, 기준광 반사미러(400)와 측정광 반사미러(500)로부터 반사된 광을 분석하여 촬상소자(600)로부터 3차원 영상을 얻을 수 있도록 한 것이다.In the measuring apparatus according to the present invention, the light source selectively scanned from the light source 100 is transmitted to the monochromatic filter 200, and then separated into the reference light and the measurement light in the beam splitter 200, and the reference light reflecting mirror 400. And analyzing the light reflected from the measurement light reflection mirror 500 to obtain a three-dimensional image from the image pickup device 600.

특히, 광원(100)은 백색광과 단파장을 선택적으로 주사할 수 있으며, 측정광 반사미러(500)는 선택적으로 높이조절이 가능하다.
In particular, the light source 100 may selectively scan white light and short wavelengths, and the measurement light reflection mirror 500 may be selectively adjusted in height.

이하, 이러한 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, this configuration will be described in more detail as follows.

광원(100)은 통상적으로 미세 대상물의 영상을 얻는데 많이 사용되는 단파장 레이저와 높이 측정에 많이 사용되는 백색광을 이용한다.The light source 100 typically uses short-wavelength lasers, which are commonly used to obtain images of fine objects, and white light, which is frequently used for height measurement.

이러한 광원(100)은 바람직하게는 백색광을 이용하는 것이 바람직하며, 백색광은 후술하게 될 단색필터(200)의 온/오프 조작에 따라 백색광 또는 단색광으로 변환되어 빔분할기(300)에 주사된다. 즉, 단색필터(200)가 오프이면 백색광 그대로 주사되고, 단색필터(200)가 온 상태이면 단색광이 빔분할기(300)에 주사된다.Preferably, the light source 100 uses white light, and the white light is converted into white light or monochromatic light according to the on / off operation of the monochromatic filter 200 which will be described later, and scanned by the beam splitter 300. That is, when the monochrome filter 200 is off, the white light is scanned as it is, and when the monochrome filter 200 is on, the monochromatic light is scanned by the beam splitter 300.

도면에서, 미설명부호 "110"은 광원(100)에서 주사된 광원이 평행하게 주사될 수 있도록 유도하는 평행광 렌즈를 나타낸다.
In the drawing, reference numeral 110 denotes a parallel light lens that guides the light source scanned by the light source 100 to be scanned in parallel.

단색필터(200)는 간섭편광을 일으키는 필터라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 필터 중에서, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 예시적으로, 패브리-페로형 간섭필터를 이용한다.The monochromatic filter 200 can be used as long as it is a filter causing interference polarization. Among these filters, in a preferred embodiment of the present invention, a Fabry-Perot type interference filter is used as an example.

특히, 단색필터(200)는 가간섭성이 우수한 단색광을 얻기 위한 것으로, 본 발명에서는 고속으로 넓은 이송 거리를 확보할 수 있도록 가간섭폭이 3~200㎛ 정도인 것을 이용한다. 물론, 이러한 가간섭폭은 이보다 더 넓은 것도 사용할 수 있으나, 미세 대상물에 대한 측정을 위하여 이러한 가간섭폭을 갖는 것을 이용하고 있다.In particular, the monochromatic filter 200 is for obtaining monochromatic light having excellent coherence, and in the present invention, a coherent interference width of about 3 to 200 μm is used to secure a wide transfer distance at high speed. Of course, such a coherent interference width can be used even wider than this, but for the measurement of the fine object is used to have such a coherence bandwidth.

또한, 단색필터(200)는 선택적으로 온/오프가 가능한 것을 이용한다. 이는 광원(100)으로부터 주사된 광이 단색필터(200)를 투과하여 빔분할기(300)로 주사되게 되는데, 투과된 광이 서로 다른 파장을 갖도록 하기 위함이다.In addition, the monochromatic filter 200 may be one that can be selectively turned on / off. This is because the light scanned from the light source 100 is transmitted to the beam splitter 300 by passing through the monochromatic filter 200, so that the transmitted light has a different wavelength.

예를 들어서, 광원(100)이 백색광을 주사하는 경우, 이 백색광은 단색필터(200)를 투과함에 있어서, 단색필터(200)가 오프상태이면 그냥 백색광으로 투과되고, 단색필터(200)가 온 상태이면 단색광으로 투과된다.
For example, when the light source 100 scans white light, the white light is transmitted through the monochromatic filter 200, and when the monochromatic filter 200 is off, it is transmitted as white light, and the monochromatic filter 200 is turned on. If it is, it transmits with monochromatic light.

빔분할기(300)는 단색필터(200)를 투과한 광을 기준광과 측정광으로 분할시켜 주는 역할을 한다. 이때, 빔분할기(300)는 기준광이 아무런 간섭없이 후술하게 될 기준광 반사미러(400)로 향하게 하고, 측정광이 대상물을 투과하게 하여 측정광 반사미러(500)로 향하게 한다.The beam splitter 300 divides the light transmitted through the monochrome filter 200 into reference light and measurement light. At this time, the beam splitter 300 directs the reference light to the reference light reflecting mirror 400 which will be described later without any interference, and directs the measurement light to the measuring light reflecting mirror 500 by transmitting the object.

이때, 단색필터(200)를 투과한 광은 이 단색필터(200)의 온/오프 조작에 따라 백색광 또는 단색광이 된다.
At this time, the light transmitted through the monochromatic filter 200 becomes white light or monochromatic light according to the on / off operation of the monochromatic filter 200.

기준광 반사미러(400)는 촬상소자(600)에서 3차원 영상을 획득하는데 기준이 되는 파장값을 얻을 수 있도록 기준광이 촬상소자(600)를 향하도록 반사시켜 주게 된다. 이때, 기준광 반사미러(400)는 기준광을 빔분할기(300)를 통해 촬상소자(600)에 주사한다.
The reference light reflection mirror 400 reflects the reference light toward the image pickup device 600 so that the wavelength of the reference light can be obtained by the image pickup device 600 to obtain a 3D image. In this case, the reference light reflection mirror 400 scans the reference light to the image pickup device 600 through the beam splitter 300.

측정광 반사미러(500)는 대상물을 투과한 측정광이 촬상소자(600)를 향하도록 반사시켜 주게 된다. 이때, 측정광 반사미러(500)는 측정광이 상기 빔분할기(300)를 통하여 촬상소자(600)로 주사되게 설치함으로써, 측정광과 기준광이 촬상소자(600)에 나란하게 주사되게 한다.The measurement light reflection mirror 500 reflects the measurement light transmitted through the object toward the imaging device 600. In this case, the measurement light reflection mirror 500 is installed so that the measurement light is scanned to the image pickup device 600 through the beam splitter 300, so that the measurement light and the reference light is scanned side by side in the image pickup device 600.

한편, 측정광 반사미러(500)에는 광경로차를 위한 높이조절을 위하여 마이크로 액츄에이터(510)가 더 구비된다. 마이크로 액츄에이터(510)는 상하로 움직이면서 높이변화를 주어 그에 따른 단차를 통하여 측정대상물의 높이측정을 하는데 이용한다. 이러한 마이크로 액츄에이터(510)는 미소단위(예를 들어서, 3~200㎛)로 높이 조절이 가능한 것은 어떠한 것이라도 이용할 수 있다. On the other hand, the measurement light reflecting mirror 500 is further provided with a micro actuator 510 to adjust the height for the optical path difference. The micro actuator 510 is used to measure the height of the measurement object through the step according to the height change while moving up and down. The micro actuator 510 may be any type that can be height-adjusted in small units (for example, 3 to 200 μm).

그 예로서, 미소단위로 위치조절이 가능한 정전형·압전형·전자구동형 그리고 정밀모터에 의해 구동되는 리니어 구동형의 마이크로 액츄에이터를 들 수 있다.Examples thereof include electrostatic type, piezoelectric type, electronic drive type, and linear drive type micro actuators driven by a precision motor.

이 중에서, 마이크로 액츄에이터(510)로는 정밀모터에 의해 구동되는 리니어 구동형을 이용하는 것이 가장 저렴하다.
Among these, it is most inexpensive to use the linear actuator type driven by the precision motor as the micro actuator 510.

촬상소자(600)는 상기 빔분할기(300)로 반사된 측정광과 기준광을 검출하여 이를 바탕으로 3차원 영상을 획득한다. The imaging device 600 detects the measurement light and the reference light reflected by the beam splitter 300 and obtains a 3D image based on the measurement light.

이러한 촬상소자(600)로는 통상적으로 기준광과 측정광을 바탕으로 3차원 미세 영상을 획득하는데 많이 이용되는 고체 촬상소자(Solid State Image Sensing Device)·시모스(CMOS) 및 전하결합소자(CCD)를 이용할 수 있다.
As the image pickup device 600, a solid state image sensing device, a CMOS, and a charge coupled device (CCD), which are commonly used to acquire a 3D microscopic image based on reference light and measurement light, are used. Can be.

한편, 이와 같이 기준광과 측정광을 얻은 촬상소자(600)는 다음과 같이 3차원 영상을 획득한다.On the other hand, the imaging device 600 obtained the reference light and the measurement light as described above acquires a three-dimensional image as follows.

우선, 단파장 레이저(단색광)을 광원으로 이용하는 경우(보다 미세한 대상물의 경우), 탈축(Off-axis) 방식을 이용한 디지털 홀로그램 방식으로 이용한다. 이때, 단파장 레이저는 디지털 푸리에 변환(Digital Fourier Transform) 방식을 통해 기준광과 측정광으로 분리된다. 그리고, 반사하여 얻은 기준광과 측정광은 디지털 프레넬 변환(Digital Fresnel Transform) 방식으로 3차원 입체 영상을 얻는다.First, when a short wavelength laser (monochromatic light) is used as a light source (for a finer object), it is used as a digital hologram method using an off-axis method. In this case, the short wavelength laser is separated into a reference light and a measurement light through a digital Fourier transform method. In addition, the reference light and the measured light obtained by the reflection obtain a 3D stereoscopic image by a digital Fresnel transform method.

그리고, 백생광을 주사하는 경우(상대적으로 큰 미세한 대상물의 경우), 마이크로 액츄에이터(510)를 미소단위, 즉, 예를 들어서, 3㎛ 정도의 단위로 상기 측정광 반사미러(500)의 높이를 조절해가면서 스캔한다. 그리고 그 중에서 가장 높은 피크를 검출하여 3차원 입체 영상을 획득한다.When the white light is scanned (in the case of a relatively large fine object), the height of the measurement light reflection mirror 500 is adjusted in micro units, that is, for example, about 3 μm. Scan as you adjust. The highest peak among them is detected to obtain a 3D stereoscopic image.

이러한 단파장 레이저와 백색광을 이용하여 3차원 영상을 획득하는 기술은 통상의 기술로 이루어지는 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
The technique of acquiring a 3D image using such a short wavelength laser and white light is made of a conventional technique, and a detailed description thereof will be omitted.

(측정방법)(How to measure)

본 발명에 따른 3차원 측정장치는, 단색필터(200)의 온/오프 그리고 마이크로 액츄에이터(510)의 구동여부에 따라 측정방법이 달라진다. 즉, 단색필터(200)와 마이크로 액츄에이터(510)는 다음의 [표 1]과 같은 조작에 의하여 동작한다. In the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention, the measuring method varies depending on whether the monochrome filter 200 is turned on or off and whether the micro actuator 510 is driven. That is, the monochromatic filter 200 and the micro actuator 510 operate by the operation as shown in Table 1 below.


구분

division

단색필터

Monochromatic filter

마이크로 액츄에이터

Micro actuator

비교

compare

1

One

ON

ON

OFF

OFF
광원은 단색광
참조광과 기준광의 거리 고정
디지털 홀로그래피법으로 측정
The light source is monochromatic light
Fixed distance between reference light and reference light
Measurement by digital holography

2

2

OFF

OFF

ON

ON
광원은 백색광
피크를 검출할 수 있도록 참조광의 광행로 변경
백색광 주사 간섭계와 동일 작용
The light source is white light
Changing the light path of the reference light to detect peaks
Same function as the white light scanning interferometer

3

3

ON

ON

ON

ON
광원은 단색광
피크를 검출할 수 있도록 참조광의 광행로 변경
단색광 가간섭성 주사 간섭계
The light source is monochromatic light
Changing the light path of the reference light to detect peaks
Monochromatic Coherent Scanning Interferometer

위의 표에서, 광원은 백색광을 주사하는 것으로 가정하고, 단색필터(200)의 온/오프 조작에 따라 파장변화에 의하여 주사된 광원이 단색광 또는 백색광으로 투과된다. 또한, 마이크로 액츄에이터(510)의 동작여부에 따라 측정광의 광행로의 길이변화를 통해 대상물의 피크를 검출한다.
In the above table, it is assumed that the light source scans white light, and the light source scanned by the wavelength change according to the on / off operation of the monochromatic filter 200 is transmitted as monochromatic light or white light. In addition, the peak of the object is detected by changing the length of the optical path of the measurement light according to the operation of the micro actuator 510.

특히, 본 발명에 따른 측정방법에서, 상기 표에서, (구분1) 및 (구분2)는 종래와 동일한 방법에 의해 이루어진다. In particular, in the measuring method according to the present invention, in the above table, (Division 1) and (Division 2) are made by the same method as in the prior art.

즉, (구분1)의 경우, 단색광을 이용하여 광행로의 변화없이 홀로그래피법으로 3차원 측정하는 통상의 기술로 수행된다.That is, in the case of (Division 1), it is performed by the conventional technique of performing three-dimensional measurement by holographic method using monochromatic light without changing the optical path.

그리고, (구분2)의 경우, 백색광을 주사하고 측정광의 광행로의 높이차를 조절함으로써, 측정광과 기준광의 차가 같을 때의 피크 검출을 통해 3차원 이미지를 검출한다. 이러한 측정방법은 통상의 백색광 주사 간섭계와 동일하다.
In the case of (Section 2), the three-dimensional image is detected through the peak detection when the difference between the measurement light and the reference light is the same by scanning white light and adjusting the height difference of the optical path of the measurement light. This measuring method is the same as a conventional white light scanning interferometer.

하지만, 본 발명에 따른 (구분3)의 측정방법에서는, 백색광을 단색광으로 변환시키면서 측정광의 광행로 길이를 가변시켜 주는 일종의 단색광 주사 간섭계이다.However, in the measuring method of (Section 3) according to the present invention, it is a kind of monochromatic light scanning interferometer that varies the optical path length of the measurement light while converting white light into monochromatic light.

특히, 광원이 백색광 주사 간섭계(구분2)와 달리 단색광이기 때문에 가간섭이 그만큼 넓어진다. 즉, 통상적으로 백색광 주사 간섭계의 경우 가간섭폭은 대략 3㎛ 정도이나, 단색필터(200)를 통해 얻어진 가간섭폭은 약 200㎛ 정도이다.In particular, since the light source is monochromatic light unlike the white light scanning interferometer (Division 2), the interference increases as much. That is, in the case of the white light scanning interferometer, the interference width is about 3 μm, but the interference width obtained through the monochromatic filter 200 is about 200 μm.

따라서, 마이크로 액츄에이터(510)는 한번에 움직일 수 있는 미세 이동거리를 3~99㎛ 범위 내에서 정할 수 있게 된다. 이에 따라 백색광 주사 간섭계의 미세 이동거리(3~5㎛)에 비하여 월등히 빠른 속도로 측정할 수 있게 되는 것이다. 물론, 이러한 마이크로 액츄에이터(510)는, 경우에 따라 백색광 주사 간섭계의 미세 이동거리와 동일하게 이동시키는 것도 가능하다.
Therefore, the micro actuator 510 can determine the micro movement distance that can be moved at one time within the range of 3 ~ 99㎛. Accordingly, the measurement can be performed at a much faster speed than the fine moving distance (3 to 5 μm) of the white light scanning interferometer. Of course, such a micro-actuator 510 can also be moved in the same manner as the fine movement distance of a white light scanning interferometer.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 단색필터의 온/오프 조작과 마이크로 액츄에이터의 온/오프 조작을 선택적으로 할 수 있게 함으로써, 3개의 간섭계 장치와 같은 측정 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 단파장 레이저가 갖는 측정높이의 제한과 백색광이 갖는 스캔에 따른 측정속도의 제한을 해소할 수 있게 되는 것이다.As described above, the present invention enables the on / off operation of the monochromatic filter and the on / off operation of the micro actuator to be selectively performed, so that not only the same measurement effect as the three interferometer devices can be obtained but also the measurement that the short wavelength laser has The limitation of the height and the measurement speed due to the scan of white light can be eliminated.

100 : 광원 110 : 평행광 렌즈
200 : 단색필터 300 : 빔분할기
400 : 기준광 반사미러 500 : 측정광 반사미러
510 : 마이크로 액츄에이터 600 : 촬상소자
100: light source 110: parallel light lens
200: monochrome filter 300: beam splitter
400: reference light reflection mirror 500: measurement light reflection mirror
510: micro actuator 600: image pickup device

Claims (13)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 광원(100);
상기 광원(100)으로부터 생성된 광으로부터 일정한 파장대의 광을 투과하기 위한 단색필터(200);
상기 단색필터(200)를 투과한 광을 기준광과 측정광으로 분할시켜 주는 빔분할기(300);
상기 기준광을 다시 빔분할기(300)로 반사시켜 주기 위한 기준광 반사미러(400);
상기 측정광을 다시 빔분할기(300)로 반사시켜 주며 높이 조절이 가능한 측정광 반사미러(500); 및
상기 빔분할기(300)로 반사된 측정광과 기준광의 간섭을 검출하여 영상을 획득하는 촬상소자(600);를 포함하고,
상기 단색필터(200)는 선택적으로 온/오프하여 사용되고,
상기 단색필터(200)는 패브리-페로형 간섭필터인 것을 특징으로 하는 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치.
A light source 100;
A monochromatic filter 200 for transmitting light of a predetermined wavelength band from the light generated by the light source 100;
A beam splitter 300 for dividing the light transmitted through the monochromatic filter 200 into reference light and measurement light;
A reference light reflection mirror 400 for reflecting the reference light back to the beam splitter 300;
A measurement light reflection mirror 500 which reflects the measurement light back to the beam splitter 300 and whose height is adjustable; And
And an image pickup device 600 for detecting an interference between the measurement light reflected by the beam splitter 300 and the reference light to obtain an image.
The monochrome filter 200 is used to selectively turn on / off,
The monochromatic filter 200 is a three-dimensional measurement apparatus using the interference characteristics, characterized in that the Fabry-Perot type interference filter.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 광원(100);
상기 광원(100)으로부터 생성된 광으로부터 일정한 파장대의 광을 투과하기 위한 단색필터(200);
상기 단색필터(200)를 투과한 광을 기준광과 측정광으로 분할시켜 주는 빔분할기(300);
상기 기준광을 다시 빔분할기(300)로 반사시켜 주기 위한 기준광 반사미러(400);
상기 측정광을 다시 빔분할기(300)로 반사시켜 주며 높이 조절이 가능한 측정광 반사미러(500); 및
상기 빔분할기(300)로 반사된 측정광과 기준광의 간섭을 검출하여 영상을 획득하는 촬상소자(600);를 포함하는 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치로서,
상기 측정장치는, 단파장 레이저를 이용하여 탈축(Off-axis) 방식으로 얻어진 홀로그램에 디지털 푸리에 변환(Digital Fourier Transform)을 이용하여 기준광과 측정광을 분리하고, 이들 분리된 광에 디지털 프레넬 변환(Digital Fresnel Transform)을 적용하여 3차원 입체 영상을 얻는 것을 특징으로 하는 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치.
A light source 100;
A monochromatic filter 200 for transmitting light of a predetermined wavelength band from the light generated by the light source 100;
A beam splitter 300 for dividing the light transmitted through the monochromatic filter 200 into reference light and measurement light;
A reference light reflection mirror 400 for reflecting the reference light back to the beam splitter 300;
A measurement light reflection mirror 500 which reflects the measurement light back to the beam splitter 300 and whose height is adjustable; And
An imaging device 600 for detecting an interference between the measurement light reflected by the beam splitter 300 and the reference light to obtain an image;
The measuring device separates the reference light and the measurement light using a digital Fourier transform on the hologram obtained by the off-axis method using a short wavelength laser, and the digital Fresnel transform 3D measurement apparatus using interference characteristics, characterized in that to obtain a three-dimensional stereoscopic image by applying Digital Fresnel Transform.
광원(100);
상기 광원(100)으로부터 생성된 광으로부터 일정한 파장대의 광을 투과하기 위한 단색필터(200);
상기 단색필터(200)를 투과한 광을 기준광과 측정광으로 분할시켜 주는 빔분할기(300);
상기 기준광을 다시 빔분할기(300)로 반사시켜 주기 위한 기준광 반사미러(400);
상기 측정광을 다시 빔분할기(300)로 반사시켜 주며 높이 조절이 가능한 측정광 반사미러(500); 및
상기 빔분할기(300)로 반사된 측정광과 기준광의 간섭을 검출하여 영상을 획득하는 촬상소자(600);를 포함하는 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치로서,
상기 측정장치는, 백생광을 주사하는 경우, 상기 측정광 반사미러(500)의 높이를 조절하면서 스캔하여 피크를 검출하는 것을 특징으로 하는 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치.
A light source 100;
A monochromatic filter 200 for transmitting light of a predetermined wavelength band from the light generated by the light source 100;
A beam splitter 300 for dividing the light transmitted through the monochromatic filter 200 into reference light and measurement light;
A reference light reflection mirror 400 for reflecting the reference light back to the beam splitter 300;
A measurement light reflection mirror 500 which reflects the measurement light back to the beam splitter 300 and whose height is adjustable; And
An imaging device 600 for detecting an interference between the measurement light reflected by the beam splitter 300 and the reference light to obtain an image;
The measuring device is a three-dimensional measuring device using a coherent characteristic, characterized in that when scanning the white light, the peak is detected by scanning while adjusting the height of the measuring light reflection mirror (500).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 광원(100);
상기 광원(100)으로부터 생성된 광으로부터 일정한 파장대의 광을 투과하기 위한 단색필터(200);
상기 단색필터(200)를 투과한 광을 기준광과 측정광으로 분할시켜 주는 빔분할기(300);
상기 기준광을 다시 빔분할기(300)로 반사시켜 주기 위한 기준광 반사미러(400);
상기 측정광을 다시 빔분할기(300)로 반사시켜 주며 높이 조절이 가능한 측정광 반사미러(500); 및
상기 빔분할기(300)로 반사된 측정광과 기준광의 간섭을 검출하여 영상을 획득하는 촬상소자(600);를 포함하는 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정장치를 이용한 측정방법에 있어서,
단색필터(200)를 온(ON)시키고 측정광 반사미러(500)의 마이크로 액츄에이터(510)를 온(ON)시키고,
광원(100)으로부터 백색광을 빔분할기(300)에 주사하여 측정광과 기준광으로 분할되게 한 다음,
분할된 기준광과 측정광이 각각 기준광반사미러(400)와 측정광 반사미러(500)로부터 상기 빔분할기(300)로 반사되게 하고,
반사된 측정광과 기준광을 이용하여 촬상소자(600)를 얻고, 마이크로 액츄에이터(510)를 3~99㎛로 고속 주사하여 정점을 검출하고,
상기 단색필터(200)를 투과한 광의 가간섭성 폭은 100~200㎛인 것을 특징으로 하는 가간섭 특성을 이용한 3차원 측정방법.
A light source 100;
A monochromatic filter 200 for transmitting light of a predetermined wavelength band from the light generated by the light source 100;
A beam splitter 300 for dividing the light transmitted through the monochromatic filter 200 into reference light and measurement light;
A reference light reflection mirror 400 for reflecting the reference light back to the beam splitter 300;
A measurement light reflection mirror 500 which reflects the measurement light back to the beam splitter 300 and whose height is adjustable; And
In the measuring method using a three-dimensional measuring apparatus using a coherence characteristic comprising a; image pickup device 600 for detecting the interference of the measurement light reflected by the beam splitter 300 and the reference light to obtain an image;
The monochromatic filter 200 is turned on and the micro actuator 510 of the measurement light reflection mirror 500 is turned on.
After scanning the white light from the light source 100 to the beam splitter 300 to be divided into the measurement light and the reference light,
The divided reference light and the measurement light are reflected from the reference light reflection mirror 400 and the measurement light reflection mirror 500 to the beam splitter 300, respectively.
Using the reflected measurement light and the reference light to obtain the image pickup device 600, the micro-actuator 510 is scanned at a high speed of 3 ~ 99㎛, the peak is detected,
Three-dimensional measurement method using the interference characteristics, characterized in that the coherence width of the light transmitted through the monochromatic filter 200 is 100 ~ 200㎛.
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