KR101371371B1 - Shape measuring apparatus - Google Patents

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윤상규
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Abstract

주파수 주사 간섭계(FSI)를 이용한 형상 측정장치가 개시된다. 상기 형상 측정장치는 파장 가변형 레이저 장치로부터 조사된 광을 확산시키는 확산판; 상기 확산판으로부터 조사된 광을 분할시키는 광분할 수단; 상기 광분할 수단을 통과한 광을 다시 상기 광분할 수단 측으로 반사시키는 레퍼런스 미러; 상기 광분할 수단에 의해 분할된 후 측정대상물로부터 반사된 다음 상기 광분할 수단을 통과하는 광과, 상기 광분할 수단을 통과한 후 레퍼런스 미러에 의해 반사된 다음 상기 광분할 수단에 의해 경로가 변경되는 광을 이미지 센서에 입사되도록 투과시키기 위한 제1 렌즈; 및 상기 확산판과 광분할 수단 사이에 위치하여 상기 확산판에 의해 확산된 광을 수렴시켜 상기 광분할 수단 측으로 입사되도록 하여 상기 광분할 수단에 의해 분할된 광이 사선으로 측정대상물에 입사되도록 함으로써 측정대상물로부터 반사된 후 상기 광분할 수단을 통과하여 상기 제1 렌즈로 입사되는 광의 면적을 넓힐 수 있는 제2 렌즈를 포함할 수 있다.A shape measuring apparatus using a frequency scanning interferometer (FSI) is disclosed. The shape measuring device includes a diffuser plate for diffusing light emitted from the wavelength tunable laser device; Light dividing means for dividing the light irradiated from the diffusion plate; A reference mirror for reflecting the light passing through the light dividing means back to the light dividing means; The light is split by the light dividing means and then reflected from the measurement object and then passes through the light dividing means, and after passing through the light dividing means, reflected by a reference mirror, and then the path is changed by the light dividing means. A first lens for transmitting light to be incident on the image sensor; And located between the diffusion plate and the light dividing means to converge the light diffused by the diffuser to be incident to the light dividing means so that the light split by the light dividing means is incident on the measurement object with an oblique line. It may include a second lens that can increase the area of the light incident on the first lens after passing through the light splitting means after being reflected from the object.

Figure R1020120054477
Figure R1020120054477

Description

형상 측정장치{SHAPE MEASURING APPARATUS}Shape measuring device {SHAPE MEASURING APPARATUS}

본 발명은 형상 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주파수 주사 간섭계(FSI)를 이용한 형상 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a shape measuring device, and more particularly, to a shape measuring device using a frequency scanning interferometer (FSI).

3차원 형상 측정장치란 검사하고자 하는 물체(이하 '측정 대상물'이라고 함)의 표면에 일정한 형태를 가지는 빛을 조사시켜 간섭무늬를 형성하고 이 간섭무늬를 측정 및 해석하여 물체 표면의 높이에 대한 정보를 얻는 장치를 의미한다. 이와 같은 측정 방법은 측정 대상물의 3차원 형상을 용이하게 얻을 수 있으므로 의학 산업분야에서 널리 이용되고 있다. 특히 최근의 산업계 전 분야에 걸쳐 급속한 기술 반전은 반도체, MENS, 평판 디스플레이, 광부품 등의 분야에서 미세가공이 필요하며, 현재는 나노 단위의 초정밀 제조 기술이 필요한 단계로 진입하고 있다.A three-dimensional shape measuring device is used to irradiate light of a certain shape on the surface of an object to be inspected (hereinafter referred to as 'measurement object') to form an interference pattern, and to measure and interpret the interference pattern to provide information about the height of the object surface. Means to get the device. Such a measuring method is widely used in the medical industry because it is easy to obtain a three-dimensional shape of the measurement target. In particular, the rapid reversal of technology across all industrial fields requires fine processing in the fields of semiconductors, MENS, flat panel displays, optical components, etc., and is now entering a stage requiring nano-precision manufacturing technology.

이러한 가공에 있어서 필요한 가공의 형상도 단순한 2차원 패턴에서 이제는 복잡한 3차원 형상으로 변화하고 있으며, 이에 따라 3차원 미세형상을 측정하는 기술의 중요성은 더욱 부각되고 있다.The shape of processing required for such processing is also changed from a simple two-dimensional pattern to a complex three-dimensional shape, and accordingly, the importance of a technique for measuring a three-dimensional fine shape is becoming more important.

종래에는 이러한 3차원 형상 측정을 위해 광위상 천이 간섭계(PSI : Phase Shifting Interferometer)를 이용한 측정방법을 사용하였는데, 광위상 천위 간섭계의 기본적인 측정원리를 설명하면 다음과 같다. 광원으로부터의 조명광을 각각 기준면과 측정면에 조사한 후, 광분할기를 이용하여 합쳐서 측정면의 영상과 줄무늬의 간선신호를 획득한다. 이후, 광 검출소자에서 발생하는 간섭신호의 위상을 계산함으로써 높이를 측정하게 된다. 이러한 위상 간섭 측정법은 간섭신호 추적법이라고 해서 간섭신호의 간격이 광원 파장의 반파장에 해당하는 점과 그 사이의 간섭신호 변화를 조화함수로 보관해 간접적으로 간섭신호의 위상을 계산하는 방법을 사용하였다.Conventionally, a measurement method using a phase shifting interferometer (PSI) has been used to measure the three-dimensional shape, and the basic measurement principle of the optical phase shift interferometer will be described as follows. The illumination light from the light source is irradiated to the reference plane and the measurement plane, respectively, and then combined using a light splitter to obtain an edge signal of an image of the measurement plane and a stripe. Then, the height is measured by calculating the phase of the interference signal generated in the photodetecting device. This phase interference measurement method is called an interference signal tracking method that uses the method of calculating the phase of the interference signal indirectly by storing the point where the interval of the interference signal corresponds to the half wavelength of the light source wavelength and the change of the interference signal therebetween as a harmonic function. It was.

한편, 최근에는 3차원 형상 측정을 위해 광위상 천이 간섭계(PSI) 대신 주파수 주사 간섭계(FSI : Frequency Scanner Interference)를 사용하는 경우가 점차적으로 증가하는 추세를 보이고 있는 실정이다.On the other hand, in recent years, the use of a frequency scanner interferometer (FSI) instead of the optical phase shift interferometer (PSI) for the three-dimensional shape measurement has been gradually increasing trend.

그러나 3차원 형상 측정을 위해 주파수 주사 간섭계를 사용할 경우에는 측정 대상물로부터 반사되어 수광부로 입사되는 광의 입사 면적이 좁아 기울어진 측정 대상물의 형상 측정이 가능한 허용 기울기 각도가 매우 한정적이라는 문제점이 있었다.However, when the frequency scanning interferometer is used to measure the three-dimensional shape, there is a problem in that the allowable tilt angle for measuring the shape of the measured measurement object is narrow because the incident area of the light reflected from the measurement object and incident on the light receiving portion is narrow.

따라서 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명의 목적은 카메라 렌즈의 크기를 변경하지 않을 뿐만 아니라 카메라 렌즈의 초점 거리를 짧게하지 않으면서도 구와 같이 기울어진 측정 대상물의 측정 가능한 허용 기울기 각도를 대폭 증가시킬 수 있는 형상 측정장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is not only to change the size of the camera lens but also to greatly reduce the measurable permissible tilt angle of the measured object inclined as a sphere without shortening the focal length of the camera lens. It is to provide a shape measuring apparatus that can be increased.

본 발명의 일실시예에 의한 형상 측정장치는, 파장 가변형 레이저 장치로부터 조사된 광을 확산시키는 확산판; 상기 확산판으로부터 조사된 광을 분할시키는 광분할 수단; 상기 광분할 수단을 통과한 광을 다시 상기 광분할 수단 측으로 반사시키는 레퍼런스 미러; 상기 광분할 수단에 의해 분할된 후 측정대상물로부터 반사된 다음 상기 광분할 수단을 통과하는 광과, 상기 광분할 수단을 통과한 후 레퍼런스 미러에 의해 반사된 다음 상기 광분할 수단에 의해 경로가 변경되는 광을 이미지 센서에 입사되도록 투과시키기 위한 제1 렌즈; 및 상기 확산판과 광분할 수단 사이에 위치하여 상기 확산판에 의해 확산된 광을 수렴시켜 상기 광분할 수단 측으로 입사되도록 하여 상기 광분할 수단에 의해 분할된 광이 사선으로 측정대상물에 입사되도록 함으로써 측정대상물로부터 반사된 후 상기 광분할 수단을 통과하여 상기 제1 렌즈로 입사되는 광의 면적을 넓힐 수 있는 제2 렌즈를 포함할 수 있다.A shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, the diffusion plate for diffusing light emitted from the wavelength tunable laser device; Light dividing means for dividing the light irradiated from the diffusion plate; A reference mirror for reflecting the light passing through the light dividing means back to the light dividing means; The light is split by the light dividing means and then reflected from the measurement object and then passes through the light dividing means, and after passing through the light dividing means, reflected by a reference mirror, and then the path is changed by the light dividing means. A first lens for transmitting light to be incident on the image sensor; And located between the diffusion plate and the light dividing means to converge the light diffused by the diffuser to be incident to the light dividing means so that the light split by the light dividing means is incident on the measurement object with an oblique line. It may include a second lens that can increase the area of the light incident on the first lens after passing through the light splitting means after being reflected from the object.

일예를 들면, 상기 광분할 수단은 빔 스플리터(BS :Beam splitter)일 수 있다.For example, the light splitting means may be a beam splitter (BS).

다른 예를 들면, 상기 광분할 수단은 편광 빔 스플리터(PBS : Polarizing beam splitter)일 수 있다.For another example, the light splitting means may be a polarizing beam splitter (PBS).

한편, 상기 제2 렌즈는 텔레 센트릭(Telecentirc Lens) 렌즈일 수 있다.Meanwhile, the second lens may be a telecentric lens.

이와 같은 본 발명에 따른 형상 측정장치는 제2 렌즈를 확산판과 광분할 수단 사이에 더 설치하여 확산판으로부터 출력되는 광을 광분할 수단 측으로 사선형태로 수렴하는 형태로 입사시킴으로써 광분할 수단에 의해 분할된 광이 기울어진 형태의 측정 대상물에 사선 형태로 입사된 후 반사될 수 있도록 하여 기울어진 측정 대상물의 탑면 뿐만 아니라 측면 부분에 입사된 광도 제1 렌즈를 투과할 수 있도록 한다.The shape measuring apparatus according to the present invention further comprises a second lens between the diffusion plate and the light dividing means so that the light output from the diffusion plate is incident in the form of diagonally converging to the light dividing means by the light dividing means. The divided light may be incident on the inclined object to be measured in an oblique form and then reflected, thereby allowing not only the top surface of the inclined object to be transmitted but also the light incident on the side part to pass through the first lens.

따라서, 제1 렌즈의 개구수를 크게 하기 위해서 제1 렌즈를 보다 큰 렌즈로 교체하거나 상기 제1 렌즈의 초점거리 (S0)를 짧게 변경하지 않고도 기울어진 측정 대상물의 측정 가능한 허용 기울기 각도를 크게 할 수 있다. Therefore, in order to increase the numerical aperture of the first lens, the measurable allowable tilt angle of the inclined measurement object is increased without replacing the first lens with a larger lens or changing the focal length S 0 of the first lens shortly. can do.

그러므로, 본 발명의 일실시예에 의한 형상 측정장치는 기울어진 측정 대상물에 있어서 보다 넓은 영역을 측정할 수 있다는 효과가 있다.Therefore, the shape measuring apparatus according to the embodiment of the present invention has the effect of measuring a wider area in the inclined measurement object.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 형상 측정장치를 도시한 개념도
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 형상 측정장치에서 제2 렌즈가 설치되지 않은 상태에서 구형의 측정 대상물을 측정할 시 측정 대상물에 광이 조사되는 상태를 도시한 개략도
도 3은 도 2에 따른 형상 측정장치에서 측정 대상물을 통해 반사되는 광의 경로를 도시한 개략도
도 4는 도 2에 도시된 바와 같은 상태에서 구형의 측정 대상물을 측정할 시 결상된 영상의 평면도1 is a conceptual diagram showing a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention
Figure 2 is a schematic diagram showing a state in which light is irradiated to the measurement object when measuring the spherical measurement object in a state in which the second lens is not installed in the shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a path of light reflected through a measurement object in the shape measuring device according to FIG. 2;
4 is a plan view of an image formed when a spherical measurement object is measured in a state as shown in FIG.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, the terms "comprising" or "having ", and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted as ideal or overly formal in meaning unless explicitly defined in the present application Do not.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 형상 측정장치를 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 형상 측정장치는 파장 가변형 레이저 장치(100), 확산판(110), 주파수 주사 간섭계(120), 이미지 픽업수단(130) 및 제2 렌즈(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the shape measuring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include a wavelength tunable laser device 100, a diffusion plate 110, a frequency scanning interferometer 120, an image pickup means 130, and a second lens ( 140).

상기 파장 가변형 레이저 장치(100)는 레이저 다이오드(101), 콜리메이트 렌즈(102 : collimating lens) 회절격자(103) 및 미러(104)를 포함한다.The tunable laser device 100 includes a laser diode 101, a collimating lens diffraction grating 103, and a mirror 104.

상기 레이저 다이오드(101)는 레이저광을 출력하며, 레이저 다이오드(101)로부터 출력된 레이저 광은 콜리메이트 렌즈(102)로 입사된다. 상기 콜리메이트 렌즈(102)는 레이저 다이오드(101)에서 출력되어 퍼지는 레이저 광을 수렴하여 평행한 광을 출력하며, 상기 콜리메이트 렌즈(102)로부터 출력되는 평행한 광은 회절격자(103)로 입사된다. 상기 회절격자(103)는 콜리메이트 렌즈(102)로부터 입사되는 광을 회절시킨다. 상기 미러(104)는 상기 회절격자(103)에서 입사된 광을 회절격자(103)로 반사시킨다.The laser diode 101 outputs laser light, and the laser light output from the laser diode 101 is incident on the collimated lens 102. The collimated lens 102 converges laser light output from the laser diode 101 to output parallel light, and the parallel light output from the collimated lens 102 is incident on the diffraction grating 103. do. The diffraction grating 103 diffracts the light incident from the collimated lens 102. The mirror 104 reflects the light incident from the diffraction grating 103 to the diffraction grating 103.

상기 회절격자(103)에 의한 1차 회절광은 미러(104)에 의해 다시 회절격자(103)로 반사되고 회절격자(103)에서 반사되어 특정 파장만이 레이저 다이오드(101)로 다시 입사하게 된다. 이런 과정이 여러 번 반복하게 되면, 특정파장의 광은 레이저 다리오드(101)에 의해 증폭되고, 1차 회절광, 즉 회절격자(103)에 의해 반사된 광이 파장 가변형 레이저 장치(100)로부터 확산판(102) 측으로 최종 출력된다. 이때, 출력되는 파장은 미러(104)의 각도 변화에 의해서 가변된다.The first-order diffracted light by the diffraction grating 103 is reflected back to the diffraction grating 103 by the mirror 104 and reflected by the diffraction grating 103 so that only a specific wavelength is incident again on the laser diode 101. . When this process is repeated several times, the light of a specific wavelength is amplified by the laser bridge 101, and the first diffracted light, that is, the light reflected by the diffraction grating 103, from the tunable laser device 100 The final output is made to the diffusion plate 102 side. At this time, the output wavelength is changed by the change of the angle of the mirror 104.

상기 확산판(110)은 상기 파장 가변형 레이저 장치(100)의 전방부에 위치하도록 설치된다. 상기 확산판(110)은 상기 파장 가변형 레이저 장치(100)로부터 출력되는 광을 확산시킨다.The diffusion plate 110 is installed to be located at the front of the wavelength tunable laser device 100. The diffusion plate 110 diffuses the light output from the wavelength tunable laser device 100.

상기 주파수 주사 간섭계(120 : FSI : Frequency Scanner Interference)는 상기 확산판(110)의 전방부에 위치하도록 설치될 수 있다. 즉, 상기 주파수 주사 간섭계(120)는 광분할 수단(121) 및 레퍼런스 미러(122)를 포함할 수 있다. The frequency scanning interferometer (FSI: Frequency Scanner Interference) may be installed to be located in front of the diffusion plate 110. That is, the frequency scanning interferometer 120 may include a light splitter 121 and a reference mirror 122.

여기서, 상기 광분할 수단(121)은 상기 확산판(110)의 전방부에 위치하도록 설치된다. 상기와 같이 확산판(110)의 전방부에 위치하도록 설치된 광분할 수단(121)은 상기 확산판(110)에 의해 확산된 후 제2 렌즈(140)를 통해 수렴되어 입사되는 광의 일부는 레퍼런스 미러(122) 측으로 통과시키고 상기 레퍼런스 미러(122) 측으로 통과되지 않은 광의 일부는 측정 대상물(200) 측으로 반사시킨다. 예를 들면, 상기 광분할 수단(121)으로는 빔 스플리터(BS :Beam splitter)와 편광 빔 스플리터(PBS : Polarizing beam splitter) 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.Here, the light dividing means 121 is installed to be located in the front of the diffusion plate 110. As described above, the light splitter 121 installed to be positioned at the front of the diffuser plate 110 is diffused by the diffuser plate 110, and then a part of the light that is converged through the second lens 140 is incident to the reference mirror. A portion of the light passing through the 122 side and not passing through the reference mirror 122 is reflected toward the measurement target 200. For example, the light splitter 121 may use any one selected from a beam splitter (BS) and a polarizing beam splitter (PBS).

상기 레퍼런스 미러(122)는 상기 광분할 수단(121) 전방부에 위치하도록 설치되어 상기 광분할 수단(121)을 통과한 광을 다시 상기 광분할 수단(121) 측으로 반사시킨다.The reference mirror 122 is installed to be located in front of the light dividing means 121 to reflect the light passing through the light dividing means 121 to the light dividing means 121.

상기 이미지 픽업수단(130)은 상기 주파수 주사 간섭(120)계의 상부에 위치하도록 설치될 수 있다. 예를 들면 상기 이미지 픽업수단(130)은 제1 렌즈(131) 및 이미지 센서(132)를 포함할 수 있다.The image pickup means 130 may be installed to be located above the frequency scanning interference 120 system. For example, the image pickup means 130 may include a first lens 131 and an image sensor 132.

상기 제1 렌즈(131)는 상기 광분할 수단(121)의 상부에 위치하도록 설치된다. 상기 광분할 수단(121)에 의해 분할되어 측정대상물(200)로 조사된 후 반사되어 상기 광분할 수단(121)을 통과하는 광(L1)과, 상기 광분할 수단(121)을 통과하여 레퍼런스 미러(122)에 의해 반사된 후 상기 광분할 수단(121)에 의해 이미지 픽업수단(130) 측으로 경로가 변경되는 광(L2)을 이미지 센서(132)에 입사되도록 투과시킨다.The first lens 131 is installed to be located above the light splitter 121. The light L1 split by the light dividing means 121 and irradiated to the measurement object 200 and then reflected and passed through the light dividing means 121 and the reference mirror through the light dividing means 121. After the light is reflected by the light source 122, the light L2 whose path is changed by the light splitter 121 to the image pickup means 130 is transmitted to the image sensor 132.

여기서, 상기 이미지 센서(132)는 상기 제1 렌즈(131)의 상부에 위치하도록 설치되어 상술한 바와 같이 측정 대상물(200)로 조사된 후 반사되어 광분할 수단(121)을 통과한 다음 상기 제1 렌즈(131)를 투과한 광(L1)과, 레퍼런스 미러(122)에 의해 반사된 후 광분할 수단(121)에 의해 경로가 변경되어 상기 제1 렌즈(131)를 투과한 광(L2)이 입사될 수 있다.Here, the image sensor 132 is installed so as to be positioned above the first lens 131 is irradiated to the measurement target 200 as described above and then reflected through the light dividing means 121 and then the first The light L1 transmitted through the first lens 131 and the light L2 transmitted through the first lens 131 after being changed by the light splitter 121 after being reflected by the reference mirror 122 are transmitted. Can be incident.

상기 제2 렌즈(140)는 상기 확산판(121)과 광분할 수단(121) 사이에 위치하도록 설치될 수 있다. 상기 제2 렌즈(140)는 상기 확산판(110)에 의해 확산된 광을 수렴시켜 상기 광분할 수단(121) 측으로 입사되도록 하여 상기 광분할 수단(121)에 의해 분할된 광(L1)이 사선으로 측정 대상물(200)에 입사되도록 한다. 그리하여 상기 측정 대상물(200)로부터 반사된 후 상기 광분할 수단(121)을 통과하여 상기 제1 렌즈(131)로 입사되는 광의 면적을 넓힐 수 있도록 한다. 예를 들면, 상기 제2 렌즈(140)로는 텔레 센트릭 렌즈(Tele centric Lens) 사용할 수 있다. The second lens 140 may be installed to be positioned between the diffusion plate 121 and the light splitter 121. The second lens 140 converges the light diffused by the diffusion plate 110 to be incident to the light splitter 121 so that the light L1 split by the light splitter 121 is oblique. To be incident on the measurement target 200. Thus, after reflecting from the measurement target 200, the light splitting means 121 passes through the light dividing means 121 so as to increase the area of the light incident on the first lens 131. For example, a telecentric lens may be used as the second lens 140.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 형상 측정장치에서 제2 렌즈가 설치되지 않은 상태에서 구형의 측정 대상물을 측정할 시 측정 대상물에 광이 조사되는 상태를 도시한 개략도이며, 도 3은 도 2에 따른 형상 측정장치에서 측정 대상물을 통해 반사되는 광의 경로를 도시한 개략도이고, 도 4는 도 2에 도시된 바와 같은 상태에서 구형의 측정 대상물을 측정할 시 결상된 영상의 평면도이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a state in which light is irradiated to a measurement object when measuring a spherical measurement object in a state in which a second lens is not installed in the shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a path of light reflected through a measurement object in the shape measuring device according to FIG. 2, and FIG. 4 is a plan view of an image formed when the spherical measurement object is measured in a state as shown in FIG. 2.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 형상 측정장치에서 제2 렌즈(140)가 설치되지 않으면 상기 확산판(110)으로부터 확산된 광(L3)이 도 2에 도시된 바와 같이 광분할 수단(121)에 일직선으로 수평하게 조사된다. 그리하여 상기 광분할 수단(121)에 의해 분할되어 측정 대상물(200)로 반사되는 광(L4)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 측정 대상물(200)에 수직한 형태로만 조사된 후 반사된다. 따라서 구 형태로 형성된 측정 대상물(200) 같은 경우에는 상기 제1 렌즈(131)와 수평한 측정 대상물(200)의 탑면의 중앙부에 조사되는 광(L5)은 반사되어 제1 렌즈(131)를 투과하게 되나, 상기 측정 대상물(200)의 탑면의 중앙부 이외의 부분에 조사되는 광은 화살표 A와 같은 방향으로 반사됨으로써 제1 렌즈(131)를 투과하지 못하게 되어 영상이 결상되지 못한다.2 to 4, when the second lens 140 is not installed in the shape measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the light L3 diffused from the diffusion plate 110 is illustrated in FIG. 2. As described above, the light splitting means 121 is irradiated horizontally in a straight line. Thus, the light L4 split by the light dividing means 121 and reflected by the measurement object 200 is reflected after being irradiated only in a form perpendicular to the measurement object 200 as shown in FIG. 3. Therefore, in the case of the measuring object 200 formed in a spherical shape, the light L5 irradiated to the center of the top surface of the measuring object 200 which is parallel to the first lens 131 is reflected to pass through the first lens 131. However, the light irradiated to a portion other than the center portion of the top surface of the measurement target 200 is reflected in the same direction as arrow A, and thus may not penetrate the first lens 131, and thus an image may not be formed.

그러므로, 상기와 같이 제2 렌즈(140)가 설치되지 않을 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 구와 같이 기울어진 측정 대상물(200)에 있어서는 측정 대상물(200)의 탑면의 중앙부(T)만 영상으로 결상되고 기울기를 가지는 측정 대상물(200)의 측면부는 영상으로 결상되지 않으므로 상기 구와 같이 기울어진 측정 대상물(200)에 있어서는 측정 가능한 영역이 매우 좁다는 문제점이 있다.Therefore, when the second lens 140 is not installed as described above, in the measurement object 200 inclined as shown in FIG. 4, only the central portion T of the top surface of the measurement object 200 is displayed as an image. Since the side part of the image to be measured and having an inclination is not formed as an image, there is a problem in that the measurable area is very narrow in the measurement object 200 which is inclined like the sphere.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이 확산판(110)과 광분할 수단(121) 사이에 제2 렌즈(140)를 설치하게 되면 확산판(110)으로부터 출력되는 광이 상기 제2 렌즈(140)를 투과하면서 상기 광분할 수단(121) 측으로 사선 형태로 수렴되면서 입사된다. 상기와 같이 제2 렌즈(140)를 투과하면서 상기 광분할 수단(121) 측으로 사선 형태로 수렴되면서 광이 입사되면, 상기 광분할 수단(121)에 의해 분할되는 광(L1)이 사선 형태로 측정 대상물(200)에 입사됨으로써 구 형태의 측정 대상물(200)에 광이 입사된다 하더라도 측정 대상물의 탑면 뿐만 아니라 측정 대상물(200)의 측면 에 입사된 광 또한 광분할 수단(121)을 통과한 후 제1 렌즈(131)를 투과하게 된다.However, when the second lens 140 is installed between the diffuser plate 110 and the light splitter 121 as shown in FIG. 1, the light output from the diffuser plate 110 is transmitted to the second lens 140. While passing through the light splitter 121, the light splitter 121 converges to the light splitter 121 side in a diagonal manner. As described above, when light is incident on the light splitting means 121 while the light is incident while passing through the second lens 140, the light L1 split by the light splitting means 121 is measured in a diagonal shape. Even though light is incident on the measuring object 200 having a spherical shape by being incident on the object 200, the light incident on the side surface of the measuring object 200 as well as the top surface of the measuring object 200 passes through the light splitting means 121, One lens 131 is transmitted through.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 렌즈(131)의 빛이 투과할 수 있는 최대 각도를 θ1 이라고 하고, 제2 렌즈(140)의 빛이 투과할 수 있는 최대 각도를 θ2라 하면 측정대상물(200)의 측정 허용기울기(V)는 하기 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.That is, as shown in FIG. 1, the maximum angle through which light from the first lens 131 can pass is θ 1 , and the maximum angle through which light from the second lens 140 can pass is θ 2 . The measurement allowance slope V of the measurement object 200 may be expressed as in Equation 1 below.

V = θ1/2 + θ1/2 --------------------------------- 수학식 1 V = θ 1/2 + θ 1/2 --------------------------------- equation

따라서, 본 발명에 따른 일실시예에 의한 형상 측정장치는 제1 렌즈(131)의 개구수(Numerical Aperture)와 제2 렌즈(140)의 개구수(Numerical Aperture)가 통합된 각도의 측정 대상물(200)의 측정 허용기울기를 갖을 수 있으므로 기울어진 측정 대상물(200)에 있어서 보다 넓은 영역의 형상을 측정할 수 있는 장점이 있다.Accordingly, the shape measuring apparatus according to the embodiment of the present invention is a measurement object having an angle at which the numerical aperture of the first lens 131 and the numerical aperture of the second lens 140 are integrated. Since it may have a measurement allowable slope of 200, there is an advantage of measuring the shape of a wider area in the inclined measurement object 200.

한편, 측정 대상물(200)의 측정 허용기울기를 크게 하기 위한 제1 렌즈(131)의 개구수를 확대하기 위한 방법으로는 제1 렌즈(131)를 보다 큰 렌즈로 교체하거나 상기 제1 렌즈(131)의 초점거리(S0)를 짧게 하는 방법이 있으나, 이와 같은 방법은 형상 측정장치의 부피나 구조 자체를 변경해야 함으로써 실행하는데 많은 제약이 따른다는 문제점이 있다.On the other hand, as a method for increasing the numerical aperture of the first lens 131 to increase the measurement allowance of the measurement target 200, the first lens 131 is replaced with a larger lens or the first lens 131 There is a method of shortening the focal length (S 0 ) of), but this method has a problem in that it requires a lot of constraints to be executed by changing the volume or the structure itself of the shape measuring apparatus.

그러나, 본 발명의 일실시예에 의한 형상 측정장치는 제2 렌즈(140)를 확산판(110)과 광분할 수단(121) 사이에 더 설치하여 확산판(110)으로부터 출력되는 광을 광분할 수단(121) 측으로 사선형태로 수렴하는 형태로 입사시킴으로써 광분할 수단(121)에 의해 분할된 광(L1)이 기울어진 형태의 측정 대상물(200)에 사선 형태로 입사된 후 반사될 수 있도록 하여 기울어진 측정 대상물(200)의 탑면 뿐만 아니라 측면 부분에 입사된 광도 제1 렌즈(131)를 투과할 수 있도록 한다.However, in the shape measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the second lens 140 is further disposed between the diffuser plate 110 and the light splitter 121 to split the light output from the diffuser plate 110. The light L1 split by the light dividing means 121 is incident to the measuring object 200 having the inclined shape in a diagonal form and then reflected to the means 121 in the form of converging in an oblique form. Not only the top surface of the inclined measurement object 200 but also the light incident on the side surface may pass through the first lens 131.

따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 형상 측정장치는 제1 렌즈(131)의 개구수를 크게 하기 위하여 제1 렌즈(131)를 보다 큰 렌즈로 교체하거나 상기 제1 렌즈(131)의 초점거리 (S0)를 짧게 변경하지 않고도 기울어진 측정 대상물(200)의 측정 가능한 허용 기울기 각도를 크게 할 수 있다. 그러므로 기울어진 측정 대상물(200)에 있어서 보다 넓은 영역을 측정할 수 있다는 장점이 있다.
Therefore, the shape measuring apparatus according to the embodiment of the present invention replaces the first lens 131 with a larger lens or increases the focal length of the first lens 131 to increase the numerical aperture of the first lens 131. The measurable permissible tilt angle of the inclined measurement object 200 can be increased without changing the (S 0 ) shortly. Therefore, there is an advantage in that a wider area can be measured in the inclined measurement object 200.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, 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.

(100) : 파장 가변형 레이저 장치 (110) : 확산판
(120) : 주파수 주사 간섭계 (130) : 이미지 픽업수단
(140) : 제2 렌즈100: tunable laser device 110: diffuser plate
120: frequency scanning interferometer 130: image pickup means
140: second lens

Claims (4)

레이저광을 출력하는 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드에서 출력되어 퍼지는 레이저광을 수렴하여 평행한 광을 출력하는 콜리메이트 렌즈, 상기 콜리메이트 렌즈로부터 입사되는 광을 회절시키는 회절격자 및 상기 회절격자에서 입사된 광을 상기 회절격자로 반사시키는 미러를 포함하며, 상기 미러의 각도 변화를 통해 출력되는 파장을 가변시키는 파장 가변형 레이저 장치;
상기 파장 가변형 레이저 장치로부터 조사된 광을 확산시키는 확산판;
상기 확산판으로부터 조사된 광을 분할시키는 광분할 수단;
상기 광분할 수단을 통과한 광을 다시 상기 광분할 수단 측으로 반사시키는 레퍼런스 미러;
상기 광분할 수단에 의해 분할된 후 측정대상물로부터 반사된 다음 상기 광분할 수단을 통과하는 광과, 상기 광분할 수단을 통과한 후 상기 레퍼런스 미러에 의해 반사된 다음 상기 광분할 수단에 의해 경로가 변경되는 광을 이미지 센서에 입사되도록 투과시키기 위한 제1 렌즈; 및
상기 확산판과 상기 광분할 수단 사이에 위치하여 상기 확산판에 의해 확산된 광을 수렴시켜 상기 광분할 수단 측으로 입사되도록 하여 상기 광분할 수단에 의해 분할된 광이 사선으로 측정대상물에 입사되도록 함으로써 측정대상물로부터 반사된 후 상기 광분할 수단을 통과하여 상기 제1 렌즈로 입사되는 광의 면적을 넓힐 수 있는 제2 렌즈를 포함하는 형상 측정장치.A laser diode for outputting laser light, a collimator lens for outputting parallel light by converging the laser light output from the laser diode, a diffraction grating diffracting the light incident from the collimator lens, and an incident light from the diffraction grating A wavelength tunable laser device comprising a mirror for reflecting light to the diffraction grating, the variable wavelength laser device being configured to vary the wavelength output through a change in angle of the mirror;
A diffuser plate for diffusing light emitted from the tunable laser device;
Light dividing means for dividing the light irradiated from the diffusion plate;
A reference mirror for reflecting the light passing through the light splitting means back to the light splitting means;
The light is split by the light dividing means and then reflected from the measurement object and then passes through the light dividing means, and after passing through the light dividing means, reflected by the reference mirror and then the path is changed by the light dividing means. A first lens for transmitting the light to be incident on the image sensor; And
Located between the diffuser and the light splitting means to converge the light diffused by the diffuser to be incident to the light splitting means so that the light split by the light splitting means is incident on the measurement object with an oblique line. And a second lens capable of widening the area of light incident on the first lens after passing through the light splitting means after being reflected from the object. 제 1 항에 있어서,
상기 광분할 수단은 빔 스플리터(BS :Beam splitter)인 것을 특징으로 하는 형상 측정장치.The method of claim 1,
And the light splitting means is a beam splitter (BS). 제 1 항에 있어서,
상기 광분할 수단은 편광 빔 스플리터(PBS : Polarizing beam splitter)인 것을 특징으로 하는 형상 측정장치.The method of claim 1,
The light splitting means is a shape measuring apparatus, characterized in that the polarizing beam splitter (PBS). 제 1 항에 있어서,
상기 제2 렌즈는 텔레 센트릭 렌즈인 것을 특징으로 하는 형상 측정장치.The method of claim 1,
And the second lens is a telecentric lens.
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