KR101452931B1 - 비 접촉식 물리량 측정 시스템 - Google Patents

비 접촉식 물리량 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비 접촉식 물리량 측정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파장 가변형 광원;과, 상기 파장 가변형 광원으로부터 출력된 빛이 수직으로 입사되고, 빛에 대해 투과 특성을 가지며 평탄하게 가공된 광학 매질;과, 광학매질에 수직으로 입사된 파장 가변형 광원이 광학매질의 입사면에서 반사된 빛과, 출력면에서 반사된 빛의 간섭에 의한 광신호의 세기변화를 측정하는 광 검출기;와, 상기 광검출기에서 측정한 광신호 세기변화를 검출하여, 광학매질 입사면 반사광과 광학매질 출력면 반사광 사이의 간섭 스펙트럼을 측정하는 신호검출부;를 포함하여 구성함으로써, 광학 매질의 두께를 접촉 없이 측정하는 것을 특징으로 하는 비 접촉식 물리량 측정시스템에 관한 것이다.

Description

비 접촉식 물리량 측정 시스템{NON CONTACT MEASURING PHYSICAL QUANTITY}
본 발명은 비 접촉식 물리량 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유 광학계의 광부품을 사용함으로써 광학계의 정렬이 간단/용이하며, 파장 가변형 광원과 광검출기를 이용함으로써 평탄하게 가공된 광학 매질의 두께와 형상을 동시에 측정 가능한 비 접촉식 물리량 측정 시스템에 관한 것이다.
광학 매질의 두께를 측정하는 종래의 기술에는 광학식 두께 측정 방법, 캐패시턴스 프로브(capacitance probe)를 이용한 정전용량 방식 및, 물질의 굴절률 차이에 의한 빛의 반사와 빛의 간섭성을 이용하여 두께를 측정하는 인터페로그램(inteferogram)이 있다.
먼저, 광학식 두께 측정 방법은, 레이저를 사용하여 펜타프리즘, 영상 광학계와 같은 고가의 부품이 필요하고, 광학부품의 정렬과 영점 조절이 필요한 단점이 있으며, 주변 환경(온도 또는 진동)에 의해 측정 정확도의 성능에 영향을 미칠 수 있는 단점이 있었다. 또한, 광학 매질 두께만 측정 가능하며 형상 측정은 불가능한 구조를 가지고 있다는 단점이 있었다.
그리고, 캐패시턴스 프로브를 이용한 정전용량 방식은, 두께를 측정하는 웨이퍼 바닥에 접지상태가 요구되고, 웨이퍼의 형상을 측정하기 위하여 프로브 2개가 웨이퍼의 상부와 하부에 각각 사용되어야 하며, 프로브의 위치에 대한 보정이 필요하다. 또한, 웨이퍼의 면 전체를 측정하기 위해 많은 시간이 필요하므로 측정 위치나 회수에 대한 제한이 있다.
상기 인터페로그램을 이용한 기술은, 웨이퍼와 기준 반사면으로 광 간섭계를 구성하고 빛의 간섭 패턴을 영상으로 찍는 방식으로 웨이퍼 표면의 형상을 빠르고 직관적으로 볼 수 있다. 그러나, 다양한 크기의 웨이퍼의 표면을 한번에 찍기 위해서 구조물의 크기가 커져야 하고, 기준 반사면과의 거리 조절이 필요하며 측정 정확도를 높이기 위하여 반사면의 절대 위치에 변화가 없도록 외부 진동 또는 온도 변화에 주의해야 한다는 단점이 있었다.
본 발명은 상기 기술한 단점을 보완하기 위하여 광섬유 광학계의 광부품, 주입전류가 직접 변조된 다수개의 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)을 이용한 파장 가변형 광원, 광 검출기를 이용하여 제작이 용이하며 비용이 저렴한, 빛의 간섭성을 이용하여 두께를 측정하는 비 접촉식 물리량 측정시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 특별히 고안된 반사판을 더 포함하여 구성함으로써 빛이 통과할 수 있는 광학 매질의 두께와 형상의 동시 측정이 가능하며 외부의 진동이나 온도 변화에 민감하지 않은 비 접촉식 물리량 측정시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 종래 문제점을 해결하고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 빚 접촉식 물리량 측정 시스템은,
파장 가변형 광원;과, 상기 파장 가변형 광원으로부터 출력된 빛이 수직으로 입사되고, 빛에 대해 투과 특성을 가지며 평탄하게 가공된 광학 매질;과, 광학매질에 수직으로 입사된 파장 가변형 광원이 광학매질의 입사면에서 반사된 빛과, 출력면에서 반사된 빛의 간섭에 의한 광신호의 세기변화를 측정하는 광 검출기;와, 상기 광 검출기에서 측정한 광신호 세기변화를 검출하여, 광학매질 입사면 반사광과 광학매질 출력면 반사광 사이의 간섭 스펙트럼을 측정하는 신호검출부;를 포함하여 구성함으로써, 광학 매질의 두께를 접촉 없이 측정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 파장 가변형 광원은 주입전류가 직접 변조된 VCSEL 광원을 사용하는 것을 특징으로 하고,
상기 광학매질의 하단에 광학매질과 평행하도록 위치하는 광 반사판;을 더 포함하여 구성하고, 상기 반사판은, 광원이 입사하는 입사면이 평행하게 제작되며, 출력면에서 반사된 반사광이 상기 입사면에서 발생한 빛과 간섭되지 않도록 출력면이 제작됨으로써, 광학매질의 입사면과 출력면 및 반사판의 입사면에서 각각 반사된 반사광들에 의해 간섭된 빛의 스펙트럼을 측정하여 광학매질의 두께와 형상을 동시 측정 가능한 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 VCSEL 광원으로부터 출력된 파장 가변된 광원의 파장 변화를 측정하고, 동시에 파장 보정기능을 수행하는 광 필터 또는 광소자;를 더 포함하여 구성하고, 상기 광 필터는 ETALON 또는 GASCELL을 사용함으로써 측정 정확도를 향상시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 VCSEL 광원을 다수개 사용하여 광원으로부터 출력되는 빛의 파장 가변 범위를 확장함으로써, 측정 대상 광학매질의 물리량 측정 범위를 확대 가능하고, 상기 다수개의 VCSEL로부터 출력되는 빛을 하나의 출력단자에서 출력되도록 결합하는 광 결합기; 및, 상기 VCSEL 광원에 입력되는 전류를 직접 펄스 형태로 변조하여 가변광원을 발생하는 주입전류 변조회로;를 더 포함함으로써, 상기 다수개의 주입전류 변조회로에 서로 독립적인 주입전류 파형을 인가함으로써, 상기 다수개의 VCSEL 광원에서 출력되어 서로 연결된 빛의 파장이 시간 영역에서 연속적으로 변화하는 광대역폭의 파장 가변 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 다수개의 VCSEL 광원에 입력되는 주입전류의 DC(Direct Current), 즉 파장 변조의 옵셋(offset) 성분을 각 VCSEL 의 특성에 맞도록 조절함으로써, 상기 다수개의 VCSEL 광원에서 출력되는 빛의 파장 변화가 시간영역에서 연속적이고 순차적으로 변조되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 다수개의 VCSEL 광원에 일대일 대응되도록 항온유지회로를 다수개 구비하며, 상기 다수개의 VCSEL 광원에 대한 항온유지 온도를 서로 달리 설정하여 파장변조의 DC 성분을 조절함으로써, 상기 다수개의 VCSEL 광원에서 출력되는 빛의 파장 변화가 시간영역에서 연속적이고 순차적으로 변조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 VCSEL 광원에서 출력된 빛이 입사되는 광 평행기; 와, 상기 다수개의 VCSEL 광원과 상기 광 평행기 사이에 위치하고, 상기 다수개의 VCSEL로부터 출력되어 광 결합기에서 결합되었던 다수개의 파장 변조된 광원을 각각의 파장으로 분기시키는 광분기부;와, 상기 광 분기부의 각 포트로부터 출력된 빛을 광 평행기로 출력시켜 광학매질에 입사시키며, 광학매질에서 반사된 빛을 전달받아 광검출기로 전달하는 광 써큐레이터(circulator); 및 광학매질의 입사면과 출력면에서 반사된 빛의 간섭에 의한 빛의 세기 변화를 측정하는 광검출기;를 더 포함하여 구성함으로써, 측정 채널을 증가하고, 각 채널에 연결되어 있는 광학매질의 두께와 형상의 측정을 각 채널에서 동시에 수행할 수 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 다수개의 광학매질의 측정을 위하여, 상기 광 평행기를 광학매질에 일대일 대응 되도록 다수개 구성하고, 상기 다수개의 VCSEL 광원과 상기 다수개의 광 평행기 사이에 광스위치를 더 포함하여 구성하여, 상기 광 스위치는 상기 다수개의 VCSEL 광원으로부터 출력되어 광 결합기에서 결합되었던 파장 변조된 광원을 각각의 측정 채널로 스위칭하여 상기 다수개의 광 평행기로 파장변조된 빛을 전달함으로써, 측정 채널을 증가하고, 각 채널에 연결되어 있는 광학매질의 두께와 형상의 측정을 각 채널에서 순차적으로 측정하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 비 접촉식 물리량 측정시스템은 광섬유 광학계의 광부품, 파장 가변형 광원, 광 검출기 및 특별히 고안된 반사판을 포함하여 구성함으로써, 외부의 진동이나 온도 변화에 민감하지 않고, 광학 매질의 두께와 형상의 동시 측정이 가능하다는 효과가 있다.
그리고, 파장 가변형 광원으로 주입전류가 직접 변조된 다수개의 VCSEL을 이용하고, 각 면에서 반사에 의해 간섭된 빛의 스펙트럼 측정을 위하여 광 검출기를 사용함으로써 측정 시스템의 구성이 용이하며 제작 비용이 저렴하다는 효과가 있다.
또한, 파장 가변형 광원을 이용함으로써 광학 매질의 측정 가능한 두께의 범위가 넓다는 효과가 있고, 광필터를 포함하여 구성하여 파장 가변형 광원으로부터 출력되는 빛의 파장을 실시간으로 보정함으로써 측정 시스템의 측정 정확도를 향상시키는 효과가 있다.
그리고 또한, 비 접촉식으로 대상의 물리량을 측정함으로써 광학 매질의 오염을 발생시키지 않고 물리량 측정이 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비접촉식 물리량 측정 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 광학매질(105)과 광 반사판(206)에서의 빛의 간섭을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 따른 비접촉식 물리량 측정시스템의 또 다른 구성을 나타낸 도면,
도 4는 광 써큐레이터 및 광검출기의 구성을 나타낸 도면.
본 발명은 측정 대상 광학매질에 시간영역에서 연속적으로 파장이 변화하는 파장 가변형 광원을 광학매질에 입사시키고, 측정 대상 광학매질에 빛이 입사되는 입사면과, 광학매질의 투과면에서 반사되는 반사광의 간섭에 의한 스펙트럼을 측정함으로써 측정 대상 광학매질의 두께와 형상을 동시에 측정 가능한 비 접촉식 물리량 측정 시스템에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
제 1 실시 예.
도 1은 본 발명에 따른 비접촉식 물리량 측정 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 비 접촉식 물리량 측정 시스템은 파장 가변형 광원과, 주입전류 변조회로(100)와, 광 평행기(104)와, 광 검출기(106)와, 광 필터(107)와, 신호검출부(108) 및 광학매질(105)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 비 접촉식 물리량 측정시스템에서, 파장 가변형 광원은 주입전류가 직접 변조된 VCSEL 광원(102)을 이용한다. 이 때, 주입전류 변조회로(100)에서 VCSEL 광원(102)에 입력될 주입전류를 직접 펄스 형태로 변조함으로써 가변광원을 발생한다.
항온유지 회로(101)는 VCSEL 광원(102) 의 온도를 유지한다.
VCSEL 광원(102)는 주입전류 변조회로(100)로부터 주입전류를 입력 받아, 파장 가변된 광원을 출력한다. 이 때, VCSEL 광원(102)에서 출력된 파장 가변된 빛은 광학 매질(105)에 입사한다.
VCSEL 광원(102)에서 출력된 빛이 광학 매질(105)에 입사되는 동안, VCSEL 광원(102)의 출력광은 광 커플러(103) 및 광 평행기(104)를 지나게 된다. 광 커플러(103)는 상기 VCSEL 광원(102)에서 출력된 파장 가변된 빛을 두 경로로 나눈다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 구성하는 광 커플러(103)는 입력과 출력 포트가 각각 복수개로 구성되어 있는 것을 사용한다. 여기서, 광 커플러(103)의 어느 하나의 입력포트에는 VCSEL 광원(102)로부터 출력된 광이 입사되고, 광 커플러(103)의 다른 어느 하나의 입력포트에는 광학매질(105)의 표면으로부터 반사되어 간섭된 빛의 세기 변화 측정을 위한 광검출기(106)가 연결된다.
광 커플러(103)를 통해 두 경로로 나뉜 파장 가변된 빛은 광 커플러(103)에 구성된 복수개의 출력포트 중 어느 하나를 통해 출력되어 광필터(107)로 입사되어, 광필터(107)에서는 상기 VCSEL 광원(102)으로부터 출력된 빛의 파장 변화의 측정과 보정을 수행한다.
그리고, 파장 가변된 빛은 광 커플러(103)에 형성된 복수개의 출력포트 중 다른 어느 하나를 통해 출력되어 광 평행기(104)로 입사되며, 광평행기(104)에 입사된 파장 가변된 빛은 광 평행기(104)를 투과한 후 광학매질(105)에 입사된다. 광학매질(105)은 물리량 측정 대상으로써, 광평행기(104)로부터 출력되는 빛의 진행방향과 광학매질(105)의 입사면이 서로 수직하게 위치한다. 물리량 측정 대상인 광학매질(105)의 입사면과 광평행기(104)로부터 출력되는 빛의 진행방향이 수직하게 위치함으로써, 광평행기(104)를 통과한 파장 가변된 빛이 광학매질(105)에 수직으로 입사하게 된다.
이 때, 파장 가변된 빛이 광학매질(105)에 입사되는 입사면과, 광학매질(105)에 입사되어 투과된 후 광학매질(105)을 빠져나오는 출력면에서, 광학매질(105)과 공기의 굴절률 차이로 인해 입사면 및 출력면 각각에서 빛이 반사된다. 또한, 각각의 면에서 발생한 빛이 서로 간섭된다.
이 때, 광학매질(105)의 입사면 및 출력면의 반사광이 서로 간섭된 빛은 다시 광평행기(104)에 입사되어, 광 커플러(103)의 입력포트 중 어느 하나를 통해 광 검출기(106)에 전달된다.
광 검출기(106)에서는 광학매질(105)로부터 수신한 간섭광의 스펙트럼을 측정한다. 이 때, VCSEL 광원(102)의 파장을 연속적으로 변화시키며 광 검출기(106)에서 발생하는 스펙트럼을 측정한다.
광 검출기(106)에서 측정된 간섭광의 스펙트럼에서, 입사면 반사광과 출력면 반사광의 거리에 의해 간섭광의 빛의 세기 변화가 발생하는 주기(광주파수 간격)가 결정된다. 이 때, 측정된 간섭광의 스펙트럼을 고속 퓨리에 변환(FFT;Fast Fourier Transform)을 함으로써 주기(광 주파수 간격)를 측정할 수 있으며, 측정된 주기를 이용하여 광학 매질의 두께를 측정한다. 또한, 반사면의 수가 증가하는 경우 간섭광 스펙트럼에서 나타나는 광신호 세기변화의 주기는 다수개로 증가하게 된다.
도 2는 광학매질(105)과 광 반사판(206)에서의 빛의 간섭을 나타낸 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 비 접촉식 물리량 측정시스템에서, 광 반사판(206)은 광학매질(105)의 하단에 광학매질(105)과 평행하도록 위치한다. 광 반사판(206)은 광학 매질(105)의 형상 측정을 위해 특별히 고안된다.
더욱 자세하게는, 광 반사판(206)의 구조에 있어서, VCSEL 광원(102)에서 출력된 빛이 광 반사판(206)에 입사하는 면인 입사면은 광반사가 잘 발생할 수 있도록 평탄하게 가공된다. 그리고, 광 반사판(206)의 입사면에 입사된 빛이 출력되는 출력면은 난반사가 발생하도록 제작함으로써, 광 반사판(206)의 출력면에서 발생한 반사광과 다른면(광학매질의 입사면, 출력면 및 광 반사판의 입사면)에서 반사된 빛들이 서로 간섭되지 않도록 하는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 비 접촉식 물리량 측정시스템의 구조에서는 광학매질(105)과 광 반사판(206)이 평행하되 일정 거리 이격되어 위치하기 때문에, 광학매질(105)의 입사면과 출력면, 광 반사판(206)의 입사면에서 반사된 빛들이 간섭된다. 그리고, 반사된 빛의 간섭광을 이용하여 스펙트럼을 측정함으로써 광학매질(105)의 입사면과 출력면에 의한 광신호 세기변화의 주기를 분석하고, 광학매질(105)의 출력면과 광 반사판(206)의 입사면에 의한 광신호 세기변화의 주기를 분석함으로써 광학매질(105)의 두께와 형상을 동시에 측정 가능하다.
계속해서 도 1을 참조하여 다시 설명하면, 광학 매질(105) 및 광 반사판(206)의 각 표면에서 발생한 반사광들에 의해 간섭된 빛의 스펙트럼을 광검출기(106)를 이용하여 측정한다. 신호검출부(108)에서는 광검출기(106)에서 검출한 간섭광 스펙트럼으로부터 광학 매질의 두께 및 형상 측정을 위한 계산과정을 수행한다.
광필터(107)는 VCSEL 광원(102)로부터 출력된 파장 가변된 빛의 파장 변화 측정과, 파장 보정 기능을 수행한다. 본 발명의 바람직한 일 실시 예에서는, 광필터(107)에 Etalon(FSR=50GHz)을 사용하여 VCSEL 광원(102)의 파장 변화 측정 정확도를 향상시킨다. Etalon 광필터(107)를 사용하여 파장 가변된 빛의 파장 변화 측정과 파장 보정을 하는 원리는 다음과 같다.
시간에 따라 변화하는 VCSEL 광원(102)에서 출력된 파장 가변된 빛을 Etalon광필터(107)에 투과 시키면, 특정 광주파수 간격마다 투과 스펙트럼이 가장 크게 나타나는 Etalon의 특성에 의하여, Etalon에 입사된 빛의 광주파수가 일정한 시점에, Etalon 광필터(107)를 투과한 빛의 세기가 가장 크게 나타나는 피크(peak)를 형성하게 된다. 이때, 피크의 간격은 절대적 광주파수의 변화량을 나타낸다.
Etalon 광필터(107)를 투과한 빛의 세기가 가장 크게 나타나는 피크 위치를 시간영역에서 검출하고, 이를 다차항 함수의 피팅을 적용하여, VCSEL 광원(102)으로부터 출력된 빛의 파장 변화를 시간의 함수로 나타낸다.
또한, Etalon 광필터(107)에 의해 형성된 각 피크는 절대적 파장을 나타내므로, 광원의 파장을 실시간으로 보정할 수 있다. 광원의 파장은 시간에 따라 변화하기 때문에 광학 매질의 각 면에서 발생하는 반사광에 의해 간섭되는 빛의 세기도 시간에 따라 변화하게 된다.
따라서, 광학 매질(105)에서 발생하는 반사광들이 간섭된 빛의 세기 변화의 측정 결과와, Etalon 광필터(107)에 의해 측정된 시간의 변화에 따른 파장 변화를 나타내는 다차항을 이용함으로써, 광학 매질의 면에 의해 간섭된 빛의 스펙트럼을 측정한다.
Etalon 광필터(107)의 투과 스펙트럼에서 피크 위치 검출은 가우시안 함수 피팅 또는 무게중심 계산을 이용한다.
그리고, Etalon 광필터(107)를 대신하여 GASCELL을 사용함으로써 광원의 파장변화의 측정과 보정이 가능하다.
제 2 실시 예.
도 3은 본 발명의 따른 비접촉식 물리량 측정시스템의 또 다른 구성을 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 비접촉식 물리량 측정시스템의 제 2 실시 예에서는, 측정 대상 광학매질의 물리량 측정 범위를 확대하기 위하여, VCSEL 광원(102), 항온유지회로(101), 광 평행기(104), 광 검출기(106)를 다수개 구성하고, 광결합기(401)와, 광 스위치(400) 및 다수개의 광 써큐레이터(Optical Circulator; 500)를 추가적으로 구성한다.
VCSEL 광원(102)을 다수개 사용함으로써, 측정 대상인 광학매질의 두께 또는 형상 측정 범위의 확대가 가능하다. 주입전류 변조회로(300)로부터 서로 독립적인 주입전류 파형이 인가된 다수개의 VCSEL 광원(102)에서 출력된 독립적인 다수개의 파장 변조된 빛들은 광결합기(401)에서 서로 연결된다.
이 때, 다수개의 VCSEL 광원(102)에 일대일(1:1) 대응되도록 연결된 다수개의 항온유지회로(101)에 의하여, 각각의 VCSEL 광원(102)에 대한 항온유지 온도를 서로 달리 설정함으로써, 파장변조의 DC 성분을 조절할 수 있다. 항온유지회로(101)에서 각각의 VCSEL 광원(102)에 대한 각 파장변조 DC 성분을 조절함으로 인해, 다수개의 VCSEL 광원(102)에서 출력되는 빛의 파장 변화가 시간영역에서 연속적이고 순차적으로 변조되게 된다.
또한, 다수개의 VCSEL 광원(102)에 입력되는 주입전류 변조회로(300)를 조절하여, VCSEL 광원(102)에 입력되는 주입전류의 DC 성분을 각 VCSEL의 특성에 맞게 조절 가능하다. 이와 같이 VCSEL에 입력되는 주입전류 조절을 통해, 다수개의 VCSEL 광원(102)에서 출력되는 빛의 파장 변화가 시간영역에서 연속적이고 순차적으로 변조되게 된다.
전술한 바와 같이, 다수개의 VCSEL 광원(102)에 독립적인 주입전류를 입력하거나, 항온유지회로(101)를 통해 각 VCSEL 광원(102)의 주입전류를 조절함으로써 다수개의 VCSEL 광원(102)에서 출력되어 서로 연결된 빛의 파장은 시간영역에서 연속적으로 변화하는 광대역폭의 파장 가변 범위를 갖게 된다.
광결합기(401)에서 연결된 VCSEL의 출력 광원은, 광스위치(400)로 입사된다. 광스위치(400)는 다수개의 VCSEL 광원(102)로부터 출력되어 광 결합기(401)에서 결합되었던 파장 변조된 광원을 각각의 출력포트로 빛을 스위칭하여 다수개의 광평행기(206)에 파장 변조된 빛을 전달한다.
다수개의 광평행기(206)는 광스위치(400)로부터 광대역폭을 갖는 파장 변조된 빛을 전달받고, 광평행기(206)를 통과한 VCSEL 광원은 광평행기(206)로부터 출력되는 빛의 방향과 빛의 입사면이 수직하게 위치하는 광학매질(105)에 전달된다.
전술한 바와 같이, 다수개의 VCSEL 광원(102a) 및 광결합기(401)에서 결합된 광대역폭의 파장 가변 범위를 갖는 광원은 광스위치(400)가 아닌 광 분기부(301)와 써큐레이터(500)를 구성함으로써 광 평행기(206)로 각각의 VCSEL 광원을 분기할 수 있다.
도 4는 광 써큐레이터(500) 및 광 수신 다이오드(109)의 구성을 나타낸 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 광 결합기(401)에서 결합된 다수개의 VCSEL 광원은 광 분기부(301)에서 각각의 VCSEL 광원으로 분기되게 된다.
광 분기부(301)로부터 분기된 각각의 VCSEL 광원은 광 써큐레이터(500)로 전달되고, 광 써큐레이터(500)에 연결된 광 수신 다이오드(109)는 각각의 VCSEL 광원으로부터 발생되어 광학매질(105)에서 발생된 반사광들의 간섭광을 측정한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 300 : 주입전류 변조회로 101 : 항온유지회로
102, 102a : VCSEL 광원 103 : 광커플러
104 : 광평행기 105 : 광학매질
106 : 광검출기 107 : 광필터
108 : 신호검출부 206 : 광 반사판
301 : 광 분기부 400 : 광 스위치
401 : 광 결합기 500 : 광 써큐레이터

Claims (9)

  1. 입력되는 주입전류를 직접 펄스 형태로 파장변조하여 서로 독립적인 주입전류 파형을 출력하는 주입전류 변조회로,
    상기 주입전류 변조회로로부터 출력된 상기 서로 독립적인 주입전류 파형을 전달받아 파장 가변된 빛을 출력하는 복수개의 파장 가변형 광원,
    상기 복수개의 파장 가변형 광원으로부터 출력되는 파장 가변된 빛이 하나의 출력단자에서 출력되도록 상기 파장 가변된 빛을 결합하는 광 결합기,
    상기 광 결합기에서 출력된 빛이 수직으로 입사되고, 빛에 대해 투과 특성을 가지며 평탄하게 가공된 광학 매질,
    상기 복수개의 파장 가변형 광원에서 출력된 파장 가변된 빛이 상기 광학매질에 수직으로 입사될 때 상기 광학매질의 입사면에서 반사된 빛과 상기 광학매질의 출력면에서 반사된 빛의 간섭에 의한 광신호의 세기변화를 측정하는 광검출기, 그리고
    상기 광 검출기에서 측정한 광신호 세기변화를 검출하여 상기 광학매질의 입사면의 반사광과 상기 광학매질의 출력면의 반사광 사이의 간섭 스펙트럼을 측정하는 신호검출부
    를 포함하는 비 접촉식 물리량 측정시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 파장 가변형 광원은 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 광원을 사용하는 비 접촉식 물리량 측정시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 광학매질의 하단에 상기 광학매질과 평행하도록 위치하고, 입사면은 평탄하게 제작되며, 출력면은 상기 평탄하게 제작된 입사면으로 입사된 상기 복수개의 파장 가변형 광원에서 출력되는 파장 가변된 빛이 출력될 때 반사되는 반사광이 상기 평탄하게 제작된 입사면에 입사된 입사광과 간섭되지 않도록 제작되는 광 반사판을 더 포함하고,
    상기 광 검출기는 상기 광학매질의 상기 입사면과 상기 광학매질의 상기 출력면 및 상기 광 반사판의 상기 입사면에서 각각 반사된 반사광에 의해 간섭되는 빛의 스펙트럼을 측정하여 광학매질의 두께와 형상을 동시에 측정하는 비 접촉식 물리량 측정시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 파장 가변형 광원에서 출력되는 파장 가변된 빛의 파장 변화를 측정하고, 동시에 파장 보정기능을 수행하는 광 필터를 더 포함하고,
    상기 광 필터는 ETALON 또는 GASCELL을 사용하는 비 접촉식 물리량 측정시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 주입전류 변조회로는 상기 복수개의 파장 가변형 광원에 입력되는 파장 변조된 서로 독립적인 주입전류의 DC 성분을 상기 복수개의 파장 가변형 광원의 각 특성에 맞도록 조절하여 상기 복수개의 파장 가변형 광원에서 출력되는 빛의 파장 변화가 시간영역에서 연속적이고 순차적으로 변조되도록 하는 비 접촉식 물리량 측정시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 복수개의 파장 가변형 광원에 일대일 대응되게 위치하는 복수개의 항온유지회로를 더 포함하고,
    상기 항온유지회로는 상기 복수개의 파장 가변형 광원에 대한 항온유지 온도를 서로 다르게 설정하여, 파장변조된 서로 독립적인 주입전류의 DC 성분을 조절하여 상기 복수개의 파장 가변형 광원에서 출력되는 빛의 파장 변화가 시간영역에서 연속적이고 순차적으로 변조되도록 하는 비 접촉식 물리량 측정시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 복수개의 파장 가변형 광원에서 출력된 파장 가변된 빛이 입사되는 광 평행기,
    상기 복수개의 파장 가변형 광원과 상기 광 평행기 사이에 위치하고, 상기 복수개의 파장 가변형 광원으로부터 출력되어 상기 광 결합기에서 결합된 빛을 각각의 파장 가변된 빛으로 분기시키는 광분기부,
    상기 광 분기부에서 분기된 상기 각각의 파장 가변된 빛을 상기 광 평행기로 출력하여 상기 광학매질에 입사시키며, 상기 광학매질에서 반사된 빛을 전달받아 상기 광 수신 다이오드로 전달하는 광 써큐레이터(circulator), 그리고
    상기 광학매질의 입사면과 상기 광학매질의 출력면에서 반사된 빛의 간섭에 의한 빛의 세기 변화를 측정하는 광 수신 다이오드
    를 더 포함하여 측정 채널을 증가하고, 각 채널에 연결되어 있는 상기 광학매질의 두께와 형상의 측정을 각 채널에서 동시에 수행하도록 하는
    비 접촉식 물리량 측정시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    복수개의 상기 광학매질의 측정을 위하여, 상기 광학매질에 일대일 대응 되는 복수개의 광 평행기, 그리고
    상기 복수개의 파장 가변형 광원과 상기 복수개의 광 평행기 사이에 위치하는 광 스위치
    를 더 포함하고,
    상기 광 스위치는 상기 복수개의 파장 가변형 광원으로부터 출력되어 상기 광 결합기에서 결합된 빛을 각각의 측정 채널로 스위칭하여 상기 복수개의 광 평행기로 전달함으로써 측정 채널을 증가하고, 상기 각 채널에 연결되어 있는 상기 광학매질의 두께와 형상의 측정을 상기 각 채널에서 순차적으로 측정하도록 하는 비 접촉식 물리량 측정시스템.
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