KR101311184B1 - 산란 측정기를 위한 듀얼 빔 장치 - Google Patents

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Abstract

듀얼빔 장치를 가지는 산란미터기 또는 파로우지아미터(parousiameter) 및 이를 사용하기 위한 방법이 광학 파라메타의 측정을 생성하기 위해 제공된다. 듀얼빔 파로우지아미터는 베이스(320)와 저면에 봉합된 반구돔 인클로우저(318)를 포함한다. 방사 소스(302)는 2개의 빔인 샘플 표면(308)을 조명하기 위한 조명빔(304) 및 이 조명빔(304)에 관한 광학 특징화 정보를 제공하는 교정빔(330)에서 방사를 생성한다. 각 빔은 별개의 광학 경로를 통하여 반구돔 인클로우저(318)로 인도된다. 광학 이미징 디바이스(324)는 조명빔(304)에 의해 조명된 샘플 표면(308)에 의해 산란된 산란 방사(314)의 이미지를 획득하고, 동시에 교정빔의 이미지를 획득하기 위해 위치된다. 이 교정빔 이미지는 산란 방사 데이터를 분석하는 경우, 방사 소스(302)의 광학 출력에서 변동성을 보상하기 위해 사용된다.
Figure R1020087003521
빔, 파로우지아미터, 광학, 프로젝터, 스크린

Description

산란 측정기를 위한 듀얼 빔 장치{DUAL BEAM SET-UP FOR SCATTEROMETER}
본 발명의 공개는 일반적으로 물질의 광학 성질을 특징화하기 위한 장치에 대한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명의 공개는 물질의 광학 측정을 수행하기 위한 듀얼 빔 파로우지아미터(parousiameter)를 제공한다.
현재 세계 경제에서, 제품의 제조가 한 곳의 제조 공장에서 발생하는 것은 드물다. 콤포넌트들은 세계도처의 다양한 공장에서 제조되어 모든 콤포넌트가 최종 제품으로 통합되는 최종 제조 장소로 수송된다. 이러한 세계적 제조 공급 체인은 다수의 혜택, 가장 주목할 만한 비용 절감을 가지며, 이는 고객들에게 전해질 수 있다. 그러나, 이러한 분산 제조 공정에서 단점이 존재하게 되었다.
제품 콤포넌트가 분산된 로케이션에서 제조되는 경우, 겪게 되는 한 가지 문제점은 제품 하우징의 광학 성질(예를 들면, 컬러, 광택, 결 등)에서의 일관성이다. 회사들은, 신발 또는 티셔츠에 나이키사의 "스위시(Swoosh)"를 새기거나, 컴퓨터 중에 애플사의 iMac 라인의 특징적인 케이스 디자인을 새김으로서 고객에 어필하고 쉽게 경쟁 제품(즉 브랜드 인지)과 차별화되는 제품을 만들기 위해 시장 조사 에 수백만 달러를 지출한다.
불행히도, 브랜드의 어필은 불일치성을 보이는 제조로부터 어려움을 겪을 수 있다.
일예로서, 텔레비젼 세트의 제조를 보자. 내부 회로는 타이완에서, CRT는 한국에서, 프론트 하우징은 말레이지아에서, 후면 하우징은 필리핀에서 제조될 수 있다. 종종 동일한 광학 성질을 갖는 프론트 및 후면 하우징을 만드는 것은 꽤 어려우며, 심지어 동일한 물질 및 도색이 사용될지라도 그렇다. 장비 교정 에러, 기계적 마모(Mechanical wear) 및 다수의 다른 인자가 불일치성에 기여한다. 이러한 최종 결과는 프론트 하우징은 후면 하우징과 다른 외관을 갖는 텔레비젼 세트가 된다. 컬러, 광택, 결 등의 이러한 비균일성은 쉽게 고객에 의해 주목되므로, 주어진 인상은 하나의 저 품질이다.
산업 제품의 많은 표면은 일정한 성질을 갖는 물리적 구조를 구비하게 되므로 제품의 기능성을 향상시키거나 또는 이 제품의 외관을 개선한다. 몇 개의 전형적인 예는 고품질 광학 콤포넌트의 대단히 매끈한 표면, 절단 도구상의 방수층, 페인트의 표면, 화장품 용기 및 장식적인 개인 건강 제품의 세련되게 짜넣어진 플라스틱 부분, 시트 메탈로 생산된 롤링 결(rolling texture)의 압착, 및 자동차 산업을 위한 고광택 금속성처럼 보이는 칠이다.
이들 및 많은 다른 제품은 표면결(surface texture)을 가지는 것으로 기술된다. 결은 인간 인터페이스를 결정하는 성질로서 인식되며, 다른 말로 하면 일반적으로 이 성질은 제품이 어떻게 느껴지는지 와 어떻게 보이는 지이다. 결의 "모양- 부분(looks-part)"은 광학적 외관으로 불린다. 이 광학적 외관은 표면이 주변 환경으로부터 입사된 광과 작용한 결과이다. 입사광은 많은 경우에서 많은 방향으로부터 오며, 이 입사광은 표면의 거친 정도(roughness) 또는 표면 구조에 의해, 또는 작은 입자의 존재에 의해 반사, 투과, 재방출, 흡수, 착색, 확산 및 산란될 수 있다.
광학적 외관을 위한 결의 평가는 보통 3가지 방법 중 하나 이상에서 이루어지는데, 이 3 가지 방법은, 시각적 비교, 광택 및 컬러 측정, 그리고 기계적 표면 기하학적 측정이다.
시각적 평가는 훈련된 직원에 의해 일정한 표준으로 결된 표면에 제품 표면을 시각적으로 비교함으로써 이루어진다. 시각적 외관은 물질 그 자체의 광학적 성질 및 표면의 기하학적 윤곽에 의해 지배된다.
예를 들면, 스크래치에 대한 시각적 결평가는 광-착색된 표면을 가져 매우 어려운데, 왜냐하면 거기에는 결 영향이 강력한 반사에 의해 압도되기 때문이다. 백색, 적당히 거칠거나 또는 미세한 표면은 눈에 매우 다르게 보이지 않는다.
광택 미터기는 표면상에 광 빔을 투사하는 단순한 디바이스로서, 특정 반사 주위의 헤일로(halo)에 있는 특정 반사된 빔과 확산된 광의 강도 비를 측정한다. 이는 종종 30 또는 60도의 고정된 입사각 하에 이루어진다.
접촉 탐침(표면-테스트)을 구비하는 기계적 마이크로-기하학적 측정(mechanical micro-geometrical measurements)은 표면의 1-D, 2-D 또는 3-D 맵을 생성시킨다. 기계적 평가에 의해, 잘 알려진 거칠기 측정(Ra), 평균 기울기 또는 피크 카운트(peak count)와 같은 많은 통계적 변형이 이러한 방법에 의해 획득될 수 있다. 이 방법은 표면의 광학적 외관 및 이 표면의 기하학 사이 관계를 발견하기를 시도한다.
후자의 2가지 방법은 광학적 외관에 대한 관계를 가지는 관찰 데이터로부터 통계학적으로 유도된 장점의 일정한 특징을 한정하려 시도한다.
일반적인 용어에서, 이들 방법의 제한은 측정된 파라메타의 간접성(indirectness)으로부터 기원한다. 일례로서, 표면 측정으로부터 유도된 간결한 통계적 데이터는 표면결의 기하학적 형상을 매우 잘 기술하는 수개의 장점을 포함한다. 명제는 기하학적 데이터 및 표면이 눈에 어떻게 보이는지 사이의 관계가 존재한다는 것이다. 주관적이고 개인적인 인자는 이러한 관계를 오류적이고 비생산적이도록 한다.
두 번째 문제로서, 불완전한 데이터 필드의 한계가 있다. 광택 미터기는 광학적 성질을 측정하지만, 그러나 매우 제한된 방식으로 측정하게 되는데, 이 방식은 단지 하나의 입사각 및 2개의 (직접 및 전방향 산란된) 반사방향이 된다. 이는 표면의 풍부한 변화성, 입사각 효과, 방위각 효과(azimuthal effects), 및 반구적으로 흩어진 광을 해소하지 못한다. 제품의 광학적 외관은 전체 반구에서 모든 반사된 광(또는 반투명 물질에 의해 재방출됨)의 합에 의해 결정되는데, 이는 전체 반구 환경으로부터의 입사광에서 기원하게 된다.
결된 표면의 광학적 외관(모든 표면은 자연적이거나 또는 의도적으로 부가되 결을 가짐)은 이러한 표면을 벗어나 반사되어 눈으로 들어가는 광에 의해 형성된 다. 평행 광빔이 자동차 대쉬보드와 같은 적당하게 거친 표면을 조명한다고 가정하면, 광의 일부가 특히 일정 방향으로 반사하지만, 그러나 또한 일부는 다른 방향으로 확산한다. 이러한 표면은 완전히 확산되지 않는 것으로 알려져 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 눈(1)은 상이한 각도하에서 표면(2)의 상이한 부분(3,4)으로부터 제품을 벗어나 산란된 광을 포획한다. 이러한 광은 다른 각도에서 다른 세기를 가질 수 있으므로, 표면은 제품의 다른 부분에서 다른 밝기, 예를 들면 더 낮은 각도에서 더 어두운 것으로 보일 수 있다.
눈에 의해 포획된 것 이외의 다른 방향에서 산란된 임의의 광은 함께 눈에서 사라진다. 광택 미터기의 보통 폼에 대해서도 동일하다. 만일 광빔이 표면에 맞추어 진다면, 상단 반구에서 광학적 반응을 완전히 기술하기 위해, 통합되지 않고 방향적 해상도를 가지는 모든 방향으로 산란된 광을 측정하는 것이 필수적이다.
완전하게 하기 위해, 이 측정은 전체 반구내에서 임의의 방향으로부터, 즉 모든 수직(상승) 및 수평(방위)각 하에서, 입사광에 대해 이루어져야 한다. 산란된 방사의 방향 및 세기에 대한 풀 이미지는 입사 높이 및 방위의 복수 조합을 위하여 이러한 반구적 세기 분포를 측정함으로써 획득될 수 있다. 이러한 측정을 위한 보통 방법은, 특히 그 중에서도, 독일 특허 출원 제33 12 948호로부터 알려진 이동 검출기를 구비한 산란 미터기로 전체 반구를 스캐닝하는 것이다. 완전한 측정은 실제 많은 시간을 소비한다.
2003.6.10일자 본 발명자에 특허 허여된 본 명세서에서 참조에 의해 병합된 미국 특허 제6,577,397호에 공개된 파로우지아미터(parousiameter)는 광학적으로 제어된 방식으로 표면을 조명하고 완전한 반구에서 반사를 측정한다. 밝기 변화 및 다양한 플롭 효과(flop effect), 즉 관찰자가 시야각을 변화시킴에 따라 발생하는 컬러 또는 밝기 쉬프트는 임의의 다른 광학적 이방성 뿐만 아니라 다양한 조명하에서 노출된다. 이후, 소프트웨어는 이들 측정치를 특정 품질 제어 파라메타에 적응된 장점 인자(merit point)로 변환한다. 사전에 교시된 특성화를 갖는 파로우지아미터를 사용하면, 완전한 측정이 15초만큼 짧은 시간내에 수행될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 파로우지아미터는 확산 중립 그레이 코팅으로 코팅된 돔(10)과, 샘플 표면의 일부가 이를 통하여 가시적이 되는 중앙홀(12)을 갖는 둔탁한 블랙 베이스 플레이트(11)로 구성된다. 돔의 표면상에 형성된 수직 슬롯(13)은 광원(14)에 맞추어지고, 이 슬롯은 광빔(15)을 샘플상에 투사한다. 빔이 줄곧 샘플을 향하므로, 광원은 다른 높이 또는 기울기로 이동될 수 있다. 광원은 돔으로부터 떨어져 배열되고, 방사 빔은 광섬유 케이블에 의해 돔으로 인도된다. 샘플 다음에, 축이탈(off-axis) 볼록 거울(16)이 놓인다. 이 거울 바로 위쪽에 거울에서 반사된 돔 표면의 이미지를 관찰하도록 비디오 이미징 디바이스를 위한 이미징 디바이스 포트(17)가 있으며, 이 포트는 돔의 전체 내부를 반사하도록 설계된다. 샘플의 조명된 영역은 대략
Figure 112008010826942-pct00001
12mm로부터
Figure 112008010826942-pct00002
2mm까지의 광경로에서 조리개(미도시)에 의해 조정될 수 있다. 스폿은 돔상에 집속되고,
Figure 112008010826942-pct00003
30mRad의 직경을 갖는다. 해상도는 1 - 5mRad까지 더 개선될 수 있다. 도 2에서 반사성 와이드각 시스템은 일반적으로 내부 돔 표면의 변형된 이미지를 형성한다. 다크 마크(dark mark)의 규칙적인 어레이는 광학 시스템에 의해 이미지 변형을 교정하기 위해 돔에 적응될 수 있다.
다크 마크는 이미지의 후속 소프트웨어 교정 및 실제 구상의 입체사진술적 투사로의 변환에 유용하다. 이 다크 마크는 모든 측정에서 사용될 필요는 없지만, 그러나 교정 측정에는 유용하다. 변형의 정정(correction)은 만일 표면의 모양이 알려져 있다면, 광선-추적으로 또는 수학적으로 계산될 수 있다.
파로우지아미터에 사용된 광원, 일반적으로 할로겐 백열 전구는 잘 안정화된 DC 전압원에 의해 공급될 때조차 시간에 대하여 세기 드리프트(intensity drift)를 겪게 되며, 이는 결국 종종 수 퍼센트의 변동을 초래한다. 이러한 불안정성은 또한, 다 형태의 광학 측정 장비에 대한 문제가 된다. 광 세기 변동을 보상하기 위한 표준 방법론은 샘플 측정 전 및 1초 후의 일련의 샘플 측정과 블랭크 측정(blank measurement)을 하나로 묶는 것이다. 이들 블랭크 측정은 샘플 측정의 개시로부터 이 일련에서 마지막 샘플 측정의 완성까지 세기 변동을 추적하기 위한 교정 측정으로서 사용된다. 그러나, 제 1 블랭크 측정과 제 2 블랭크 측정 사이의 경과 시간은 1시간을 초과할 수 있다.
본 발명 공개의 목적은 각 이미지에서 샘플 측정을 동시에 램프 측정에 제공하는 것으로서, 각 이미지는 광원 출력을 위한 자신만의 교정 기준을 포함한다.
본 발명 공개는 방사 소스로부터 조명빔과 교정빔의 2개 방사빔을 제공함으로써 위에 언급된 목적을 달성한다. 이 조명빔은 샘플 소스쪽으로 인도되고, 그 결과 조명빔은 샘플 표면을 조명한다. 샘플 표면의 조명은 결국 샘플 표면에 의해 산란된 방사가 된다. 교대로, 이러한 산란된 방사는 프로젝션 스크린에 가해지며, 이 방사는 예를 들면, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라 등의 이미징 디바이스에 의해 이미징된다. 와이드각, 물고기 눈알 렌즈, 또는 볼록 거울이 사용되어 이 이미징 디바이스가 최대 프로젝션 스크린 표면에 이미징하는 것을 허용한다.
교정빔은 이미징 디바이스로 향하고, 따라서 프로젝션 스크린 이미지 데이터 및 교정빔 데이터는 동시에 이미징 디바이스에 의해 이미징된다.
샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치는 반구돔과 베이스에 의해 형성된 하우징을 포함한다. 이 반구돔은 정상에 형성된 제 1 구멍, 정상으로부터 오프셋된(offset) 위치에 형성된 제 2 구멍, 및 반구돔의 저면 위치에 형성되고 정상에 수직인 제 3 구멍을 가지며, 적어도 반구돔의 내부 표면의 일부는 프로젝션 스크린으로서 구성된다.
베이스는 반구돔을 지지하기 위해 구성되고 위치되며, 따라서 베이스 및 돔은 밀폐된 반구돔을 형성한다. 개구는 베이스위에 형성되고 제 1 구멍의 맞은편에 위치된다. 샘플 표면은 적어도 샘플 표면의 일부가 제 1 구멍과 개구를 통하여 가시적이 될 수 있도록 베이스의 외부 표면에 대항하여 위치된다. 제 2 거울은 베이스의 내부 표면에 위치되고, 제 2 구멍의 맞은편에 수직적으로 위치되고 제 3 구멍의 맞은편에 수평적으로 위치된다.
제 2 구멍 및 제 2 거울, 그리고 방사 소스와 일렬로 배치된 광학 이미징 디바이스는 밀폐된 반구돔의 외부에 위치된다.
방사 소스는 제 1 방사빔을 생성하며, 이 빔은 방사 소스에서 기원하여 제 1 광학 경로를 따라 향하여 , 제 1 구멍 및 개구를 관통하고 입사각도로 샘플 표면에서 종료된다. 제 1 방사빔의 방출과 동시에 방사 소스에 의해 방출된 제 2 방사빔은 방사 소스에서 기원하여 제 2 광학 경로를 따라 향하여, 제 3 구멍을 관통해서 밀폐된 반구돔에 인입하여 제 2 구멍을 관통하여 방향을 다시 정하여 상기 광학 이미징 디바이스에서 종료하게 된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 측면, 및 이점은 다음의 설명, 첨부된 도면, 및 첨부된 도면에 대하여 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 결된 표면으로부터 산란하는 입사광의 광선 표현을 예시하는 도면.
도 2는 종래 기술의 단일빔 파로우지아미터(parousiameter)에 대한 실시예를 예시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 듀얼 빔 파로우지아미터에 대한 실시예를 예시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 듀얼 빔 파로우지아미터에 대한 다른 실시예를 예시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 듀얼 빔 파로우지아미터에 대한 또 다른 실시예를 예시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 듀얼 빔 파로우지아미터를 사용하여 샘플 표면의 광 학적 파라메타를 측정하는 단계를 예시하는 흐름도.
도 7은 본 발명에 따른 듀얼 빔 파로우지아미터의 또 다른 실시예를 예시하는 도면.
도 3을 참조하면, 방사 소스(302), 예를 들면 할로겐 백열 램프는 만일 필요하다면, 필드를 제한하고 샘플 표면(308)상에 램프 구멍(lamp aperture)을 이미징하기 위해 렌즈(306)를 사용하여 조명빔(304)은 제 1 구멍(310)을 관통하고, 따라서 장치(300)의 반구돔 인클로우저(enclosure)(318)의 저면 부분을 캡핑(capping)하는 반구돔 인클로우저(318)와 베이스(320)에 의해 형성된 밀폐된 반구돔(312)에 인입한다. 제 1 구멍(310)은 반구돔 인클로우저(318)의 정상에 형성되고 베이스(320)에서 종료하는 적어도 아크의 일부를 따라 반구돔 인클로우저(318)의 정상으로부터 퍼져있는 슬릿으로서 구성될 수 있다. 조명빔(304)은 이러한 아크를 따라 이동하도록 구성되므로, 따라서 이 빔은 0°와 90°사이의 복수 각도로부터 샘플 표면(308)을 조명하는 능력을 제공한다.
결국 샘플 표면을 가하는 조명빔(304)은 표면에 의해 반사된 광이 된다. 일반적으로, 이렇게 반사된 광(314)은 산란 패턴(미도시)를 형성하는데, 이는 프로젝션 스크린(316)상의 다른 광학 성질뿐만 아니라 반사각 및 세기에서 변동을 갖는다. 이 산란 패턴이 변하는 정도는 샘플 표면의 결 및 광학 성질에 의존한다. 예를 들면, 매끈하고 매우 반사성인 표면은 대응하게 균일한 산란 패턴을 생성할 것이 고, 반면에 매우 거칠고 매트 표면은 전체 산란 패턴에 걸쳐 높은 변화성을 생성하는 경향이 있다.
프로젝션 스크린(316)은 반구돔 인클로우저(318)의 내부 표면에 형성된다. 그러나, 반구돔 인클로저(318)의 전체 내부 표면은 프로젝션 스크린으로서 구성될 필요가 없다.
베이스(320)는 제 1 구경(310)과 수직으로 정합된 중앙 개구(322)를 제공한다. 이러한 개구(322)는 베이스(320)의 외부 표면에 대항하여 놓이는 적어도 샘플 표면(308)의 일부에 대한 광학적 접근을 허용한다.
대안적으로, 개구는 플랫폼 또는 다른 지지 수단(미도시)에 의해 대체될 수 있으며, 여기서 샘플 표면(308)은 광학 성질 측정 동안 위치될 수 있다. 그러나, 베이스(320)는 반구돔 인클로우저(318)로부터 제거될 수 있도록 구성될 필요가 있을 것이며, 장치(300)는 내부적으로 샘플 표면(308)을 수용하기 위한 크기가 될 필요가 있을 것이다.
반구돔 인클로우저(318)의 외면에, 광학 이미징 디바이스(324)가 위치된다. 이 광학 이미징 디바이스(324)는 반구돔 인클로우저(318) 상에 형성된 제 2 구멍(326)과 수직적으로 일직선상에 배치되고, 제 1 구멍으로부터 오프셋된다. 추가적으로, 프로젝션 스크린(316)의 와이드각 이미지를 광학 이미징 디바이스(324)에 제공하는 방식에서, 광학 이미징 디바이스(324)와 제 2 개구(326)는 베이스(320)상에 위치된 볼록 거울(328)과 수직적으로 일직선상에 배치된다.
또한 방사 소스는 조명빔(304)와 동시에 교정빔(330)을 발생한다. 이 교정빔 은 반구돔 인클로우저(318)의 더 낮은 일부에 위치된 제 3 구멍(332)을 관통하게 향하고 수평적으로 볼록 거울(328)과 일직선상에 정열된다. 이 교정빔(330)은 볼록 거울(328)에 가해지고 광학 이미징 디바이스(324)에 반사된다.
대안적으로, 제 2 거울(미도시)은 이 볼록 거울과 근접하게 위치될 수 있으며 볼록 거울을 대신하여 교정빔을 광학 이미징 디바이스(324)로 반사하기 위해 사용될 수 있다. 필터(336) 및 확산기(334)와 같은 다양한 콤포넌트가, 필요시에 구멍빔의 광학 성질을 구성하기 위해 교정빔(330)의 광학 경로에 위치될 수 있다. 제 3 구멍(332) 위에 놓이는 배플(338)은 다른 주변광뿐만 아니라 반사된 광(314)이 교정빔 및 이 교정빔의 광학 콤포넌트(334 및 336)를 간섭하는 것을 방지한다.
광학 이미징 디바이스는 프로젝션 스크린 이미지와 교정빔 데이터 둘다를 동시에 레코딩하는데, 여기서 이 레코딩의 일부는 교정빔 데이터를 포함하고 레코딩의 나머지 부분이 프로젝션 스크린 이미지를 포함한다.이러한 방식으로, 각 레코딩은 교정 데이터뿐만 아니라 프로젝션 스크린(316)에 투사된 샘플 표면(308)의 광학 성질을 포함한다. 이 교정 데이터가 조명빔(304)의 광학 성질을 특징화하기 위해 사용되므로, 따라서 방사 소스(302)로부터의 출력에서의 광학 변동이 프로젝션 스크린 이미지의 분석동안 보상되는 것을 허용한다.
장치(300)는 광학 이미징 디바이스 광 경로에서 스트레이 광(stray light)을 생성하기 쉽게 될 수 있는데, 이는 조명빔(304)가 제 1 구멍(310)의 정상에 위치되는 경우 광학 이미징 디바이스(324)가 조명빔(304)를 통해 보여져야 하기 때문이다. 그러므로, 도 4에 도시된 다른 실시예에서, 볼록 거울(328)은 교정빔(330)과 관련하여 반구돔 인클로우저(318)의 가장 끝단에 위치된다. 덧붙여, 광학 이미징 디바이스(324)와 제 2 구멍(326)은 볼록 거울(328)과 수직적인 일직선상에 위치된다. 교정빔(330)은 샘플 표면(308)을 지나 볼록 거울(328)로 이동하며, 광학 이미징 디바이스(224)까지 반사된다.
또 다른 실시예가 도 5에 도시되며, 이 도 5는 도 3과 도 4 둘다의 측면을 결합한다. 도 4에서와 같이, 볼록 거울(328), 제 2 구멍(326), 및 광학 이미징 디바이스는 조명빔(304)의 경로 외부에 놓이게 된다. 이러한 제 3 구멍는 볼록 거울(328)에 최근접한 반구돔 인클로우저(318)의 일부상에 형성된다. 광섬유 필라멘트(502)는 방사 소스(302)로부터 제 3 구멍(332)으로 교정빔(330)을 향하게 한다.
도 6을 참조하면, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하기 위해 요구되는 단계가 도시된다. 단계(601)로 시작하면, 샘플 표면(308)은 베이스(320) 아래에 위치되어, 샘플 표면(308)의 일부는 개구(322)와 일직선상으로 배치된다. 단계(603)에서, 방사 소스(302)가 활성화되어, 단계(605)에서 샘플 표면(308)을 조명하는 조명빔(304)을 생성한다. 추가적으로, 단계(607)에서 교정빔(330)은 동시에 방사 소스(302)로부터 투과된다. 단계(609)에서, 샘플 표면(308)에 의해 산란된 광은 프로젝션 스크린(316)상으로 투사된다. 단계(611)을 진행하면, 단계(613)에서 광학 이미징 디바이스(324)는 교정빔을 동시에 수신하는 동안, 프로젝션 스크린을 이미징한다. 이 프로세스는 단계(615)로 종료되며, 이 단계에서 전자 이미지의 일부분에 스크린 데이터를 가지고 전자 이미지의 제 2 부분에 교정 데이터를 가지는 전자 이미지가 생성된다.
본 발명에서 사용된 광원(302)은 할로겐 전구에 제한되지 않고 방전 램프, 예를 들면, 금속 할로겐 화합물, 수은 증발기체, 나트륨 증발기체 등 및 레이저 소스를 포함할 수 있다. 방전 램프는 일반적으로 할로겐이 제공할 수 있는 것보다 더 높은 세기의 광 출력을 제공한다.
방전 램프는 시간에 대해 다양한 방출 방향 사이의 불균일한 광 세기와 컬러 분포에 대한 훨씬 더 큰 경향을 갖는다. 예를 들면, 방전 램프는 램프의 장축에 수직 방향의 세트로 황색이 도는 백색(yellowish white) 광을 방사할 수 있으며, 반면에 더 짙은 청색이 도는 백색(more bluish-white) 광은 이 장축을 따라 방출된다. 동일한 방전 램프가 세기를 위해 적용된다.
추가적으로, 방전 램프가 가열됨으로써, 방전의 모양 및 로케이션, 즉 조명을 생성하는 램프내에 있는 실제 포인트는 따라서 비균일한 방식으로 램프 특징을 더 변경하면서 변화한다.
위에 기술된 실시예는 방전 램프를 사용할 때 전체적으로 효과적이지 않을 것이다. 따라서, 다른 실시예가 도 7에서 제공되며, 이 도 7은 방전 램프의 특징인 이들 비-균일성을 극복한다. 이제 도 7의 실시예를 참조하면, 파로우지아미터(700)는 도 5에 도시된 훨씬 동일한 방식으로 구성된다.
그러나, 본 실시예에서의 광원(702)은 방전 램프이고, 이 방전 램프는 초기 광빔(704)을 출력한다. 이후, 초기 빔(704)은 금속화된 페리클(pellicle) 또는 큐브(cube) 분리기와 같은 크기 빔 분리기(710)을 사용하여 조명빔(706)과 교정빔(708)으로 분리된다. 이전의 실시예에서와 같이, 조명빔은 반구돔 인클로우 저(318)의 정상으로 향하게 되고, 반면에 교정빔은 제 3 구멍(332)을 통과하여 광학 이미징 디바이스(324)쪽으로 전진하도록 향한다. 조명빔(706)과 교정빔(708)이 동일한 초기빔(704)로부터 기원하므로, 둘 다 많은 동일한 특징을 공유하므로 따라서 더 넓은 범위의 인자를 보상하기 위해 사용될 수 있다.
본 실시예는 백열 전구 또는 심지어 레이저 소스와도 동등하게 잘 적용되는 것을 주목해야 한다. 사실, 레이저 소스를 이용하는 경우, 편극 분포에서의 변동도 또한 보상될 수 있다.
비디오 주파수를 갖는 이미지가 획득될 수 있으며, 예를 들면, 25Hz를 사용하는 비디오-이미징 디바이스가 이용된다. 조명빔 상승 및 샘플 방위각의 지속적인 조정을 위한 규정(provision)이 있으며, 따라서 가령 수백 이미지의 완전한 세트는 추가 데이터 처리의 기본을 형성하기 위해 수분내에 획득될 수 있다.
추가적으로, 만일 컬러 비디오-이미징 디바이스가 사용된다면, 동일한 측정 또한 샘플의 파장 의존 반응에 관한 데이터를 제공한다. 컬러 비디오는 3개의 파장 대역을 사용하는데, 이 대역은 CIE 의미에서 실제 컬러 측정이 아니지만, 샘플의 가장 유용한 방향-의존 컬러 정보를 가져다준다. 이는 홀로그램과 같은 회절성 표면에 위하여 특히 흥미있다.
보통, 이미징 다비이스는 스크린상의 이미지를 보기위한 목적인데, 반면에 샘플 그 자체는 이미징 디바이스에 대하여 가시적이지 못하다. 본 장치의 특정 실시예에서, 샘플 그 자체가 이미징 디바이스에 의해 직접 이미징되는 것을 허용하는 규정들(provisions)이 있다. 이 이미징 디바이스는 거울로부터 샘플로 이미징 디바 이스를 살짝 돌림으로써 그 샘플에 겨누어질 수 있다. 이러한 뷰잉(viewing) 모드에서, 샘플은 돔의 내부를 조명하는 하나 이상의 추가 램프를 통하여 획득된 확산광에 의해 조명을 받을 수 있다. 이 샘플은 또한 시준된 광빔 또는 스크린상에 투사된 밝은 스폿(bright spot)에 의해 조명을 받을 수 있다. 샘플에서 벗어난 빔 또는 스폿의 거울 반사는 관찰될 샘플의 원하는 특징에 의존하여, 이미징 디바이스 내로 떨어지거나 또는 이미징 디바이스면으로 떨어지게 된다. 뷰잉 모드는 샘플 결의 다른 특징이 회수되는 것을 허용하는데, 왜냐하면 샘플은 직접 보여지고 푸리에-유사 변환을 통하지 않기 때문이다.
스크린은 반사 또는 투과에 사용될 수 있고 프로젝션 스크린의 보통 성질을 갖는다. 스크린상에 형성된 2-차원 이미지는 샘플 로케이션에 배열된 샘플에 의해 산란된 방사의 각 분포(angular distribution)를 나타낸다. 따라서, 이미지는 샘플의 물리적 성질의 푸리에-유사 변화이며, 이 샘플의 물리적 성질에서 공간적 변동은 방사 에너지의 각 변동으로 변환된다. 이미징 디바이스, 예를 들면 비디오 카메라의 사용은 산란된 방사의 완전한 분포가 되는 이미지의 급속 포획을 허용한다.
샘플 표면은 반사 또는 투과에서 연구될 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 검출될 조명빔 및 산란된 방사는 샘플의 반대면에 있으며, 측정은 샘플의 출구 및/또는 입구 표면의 물질적 특징뿐만 아니라 샘플의 내부의 물질적 특징을 가리킨다. 샘플은 샘플의 방위각에서의 변화를 허용하기 위해 조정가능한 스테이지상에 마운팅된다.
본 발명의 기술된 실시예는 제한적이라기보다 예시적인 것을 의도하며, 본 발명의 모든 실시예를 대표하는 것으로 의도되지 않는다. 다양한 개조 및 변형은 법에서 인식되는 등가물에서 및 글자 그대로 양쪽 모두에서 다음 청구항에 기술된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서도 이루어질 수 있다.
본 발명은 일반적으로 물질의 광학 성질을 특징화하기 위한 장치에 이용가능하다. 또한, 더 상세하게는, 본 발명은 물질의 광학 측정을 수행하기 위한 듀얼 빔 파로우지아미터(parousiameter)에 이용가능하다.

Claims (21)

  1. 샘플 표면(308)의 광학적 외관을 특징화하는 장치(300)로서,
    상단 표면의 중앙 위치에 있는 제 1 구멍(aperture)(310), 상기 제 1 구멍(310)으로부터 오프셋된 위치에 형성된 제 2 구멍(326), 및 상부 하우징(318)의 저면 위치에 형성되고 상기 제 1 구멍(310)에 수직인 제 3 구멍(332)을 가지며, 프로젝션 스크린(316)으로서 구성된 내부 표면을 가지는, 상부 하우징(318);
    상기 상부 하우징(318)을 지지하기 위해 구성되고 위치된 베이스(320)로서, 상기 베이스(320)와 상부 하우징(318)은 밀폐된 볼륨(312)을 형성하며, 상기 베이스(320)는 상기 제 1 구멍(310)의 맞은편에 위치된 개구(322)를 구비하여, 상기 샘플 표면(308)이 상기 베이스(320)의 외부 표면에 대항하여 위치되는 경우, 상기 샘플 표면(308)의 적어도 일부는 상기 제 1 구멍(310)와 개구(322)를 통하여 볼 수 있는, 베이스(320);
    상기 베이스(320)의 내부 표면에 위치되며, 상기 제 2 구멍(326)과 상기 제 3 구멍(332)와 광학적으로 연결된 제 2 거울(328);
    상기 밀폐된 볼륨(312)의 외부에 위치되는 방사 소스(302);
    상기 방사 소스(302)에 의해 생성된 제 1 방사빔(304)으로서, 상기 방사 소스(302)에서 기원하는 제 1 광학 경로를 따라 안내되어 상기 제 1 구멍(310), 상기 개구(322)를 통과하고 상기 샘플 표면(308)에서 임의의 입사각도로 종료되는, 제 1 방사빔(304);
    상기 밀폐된 볼륨(312) 외부에 위치되고 상기 제 2 구멍(326) 및 상기 제 2 거울(328)과 광학적 연결상태에 있는 광학 이미징 디바이스(324); 및
    상기 제 1 방사빔(304)의 방출과 동시에 동화된 상기 방사 소스(302)에 의해 방출된 제 2 방사빔(330)으로서, 상기 방사 소스(302)에서 기원하여 제 2 광학 경로를 따라 안내되어 상기 제 3 구멍(332)을 통해 상기 밀폐된 볼륨(312)에 인입하여, 상기 제 2 구멍(326)을 통해 방향을 바꿔 상기 광학 이미징 디바이스(324)에서 종료하는, 제 2 방사빔(330)
    을 포함하는, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방사빔(304)과 상기 제 2 방사빔(330)은 방사 소스(702)에 의해 생성된 초기 방사빔(704)으로부터 기원하고,
    상기 초기 방사빔(704)은 상기 초기 방사빔(704)을 상기 제 1 방사빔(304)과 상기 제 2 방사빔(330)으로 분리하는 분리 수단(710)쪽으로 향하게 되는, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 경로와 상기 제 2 광학 경로의 하나 이상의 부분은 광섬유 필라멘트(502)를 통하는, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 하우징(318)은 반구돔으로 크기가 정해지며, 상기 밀폐된 볼륨은 밀폐된 반구 볼륨인, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 구멍(310)은 정점으로부터 상기 베이스(320)까지의 아크의 적어도 일부를 따라 슬릿으로 크기가 정해지며, 상기 제 1 광학 경로는 상기 입사각이 상기 아크의 일부를 따라 0°와 90°사이 범위에서 선택가능할 수 있도록 상기 제 1 구멍(310)을 따라 이동 가능한, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 소스(302)는 가시광의 방사빔을 발생하는, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플 표면(308)을 위치시키기 위한 이동가능한 스테이지를 더 포함하는, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방사빔(304)은, 상기 샘플 표면(308)이 광학적으로 투과성인 경우, 상기 샘플 표면(308)을 통하여 조명하도록 위치할 수 있어서, 적어도 상기 조명의 일부가 상기 샘플 표면(308)을 통하여 상기 밀폐된 볼륨(312)으로 투과되는, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 소스(302)에 의해 발생되어 상기 제 1 방사빔(304)과 광학적 연결상태에 있지 않은 측면으로부터 상기 샘플 표면(308)을 조명하는 쪽으로 향하는 제 3 방사빔을 더 포함하되,
    광학적 외관의 특징화가 투과 모드에서 실행되는 경우, 상기 제 3 방사빔이 사용되는, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 제 3 구멍(332)의 일부를 따라 상기 상부 하우징(318)의 상기 내부 표면에 위치되는 배플(338)을 더 포함하되,
    상기 배플(338)은 상기 제 2 광학 경로를 형성하는 임의의 광학 콤포넌트(334,336)와의 간섭으로부터 산란된 방사(314)를 차단하도록 구성되는, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 거울(328)은 상기 프로젝션 스크린(316)의 적어도 일부를 상기 광 학 이미징 디바이스(324)에 반사하기 위해 위치되는 볼록 거울인, 샘플 표면의 광학적 외관을 특징화하는 장치.
  12. 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 방법으로서,
    광원(302)로부터 제 1 광빔(304)으로 상기 샘플 표면(308)을 조명하는 단계(605);
    상기 샘플 표면(308)에 의해 산란된 광(314)을 프로젝션 스크린(316) 상으로 투사하는 단계(609);
    이미징 수단(324)을 사용하여 상기 프로젝션 스크린(316)을 이미징하는 단계(611); 및
    제 2 광빔(330)을 상기 이미징 수단(324)으로 향하게 하는 단계(607)로서, 상기 제 2 광빔(330)은 상기 제 1 광빔(304)과 동시에 상기 광원(302)에 의해 생성되는, 제 2 광빔(330)을 상기 이미징 수단(324)으로 향하게 하는 단계(607)
    를 포함하는, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    반구돔(318)의 내부 표면위에 상기 프로젝션 스크린(316)을 위치시키는 단계를 더 포함하는, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 샘플 표면(308)을 조명하는 단계(605)는 적어도 일부의 광섬유 필라멘트(502)가 포함된 광경로를 따라 상기 제 1 광빔(304)과 상기 제 2 광빔(330) 중 적어도 하나를 향하게 하는 단계를 포함하는, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    수직 아크를 따라 상기 제 1 광빔(304)을 이동가능하게 위치시키는 단계를 더 포함하는, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 이미징하는 단계(611)에서 생성된 이미지를 이미지 프로세서로 전송하는 단계(615)로서, 상기 이미지는 상기 프로젝션 스크린(316)을 나타내는 데이터와 상기 제 2 광빔(330)을 나타내는 데이터를 가지는, 이미지 전송 단계(615); 및
    상기 이미지를 광학 파라메타 측정값으로 변환하는 단계를 포함하는, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 프로젝션 스크린 데이터(316)로부터 상기 제 2 광빔(330)을 나타내는 상기 데이터를 분리하는 단계를 더 포함하되,
    상기 분리하는 단계는 상기 변환하는 단계 이전에 수행되는, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 변환하는 단계를 실행할 때, 상기 광원(302)의 광학 성질에서의 변동을 보상하기 위해 상기 이미지 프로세서에 의해 상기 제 2 광빔(330)을 나타내는 상기 데이터를 사용하는 단계를 더 포함하는, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 방법.
  19. 샘플 표면(308)의 광학 파라메타를 측정하는 장치(300)로서,
    광원(302)으로부터의 제 1 광빔(304)으로 상기 샘플 표면(308)을 조명하는 수단;
    상기 샘플 표면(308)에 의해 산란된 광(314)을 프로젝션 스크린(316) 상으로 투사하는 수단;
    상기 프로젝션 스크린(316)을 이미징하는 수단(324); 및
    상기 이미징 수단(324)에 제 2 광빔(330)을 향하게 하는 수단으로서, 상기 제 2 광빔(330)은 상기 광원(302)에 의해 상기 제 1 광빔(304)와 동시에 발생되는, 제 2 광빔(330)을 향하게 하는 수단을 포함하는, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 이미징 수단(324)에 의해 생성된 이미지를 이미지 프로세서에 전송하는 수단으로서, 상기 이미지는 상기 프로젝션 스크린(316)을 나타내는 데이터와 상기 제 2 광빔(330)을 나타내는 데이터를 가지는, 이미지를 이미지 프로세서에 전송하는 수단; 및
    상기 이미지를 광학 파라메타 측정값으로 변환하는 수단으로서, 상기 변환하는 수단은 상기 광원(302)의 광학 성질에서의 변동을 보상하기 위해 상기 제 2 광빔(330)을 나타내는 상기 데이터를 이용하는, 변환하는 수단을 더 포함하는, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 프로젝션 스크린(316) 데이터로부터 상기 제 2 광빔(330)을 나타내는 상기 데이터를 분리하는 수단을 더 포함하되,
    상기 분리하는 수단은 상기 변환하는 수단이 활성화되기 전에 상기 분리를 실행하는, 샘플 표면의 광학 파라메타를 측정하는 장치.
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