KR101492343B1 - 광 산란 패턴 검출 장치 및 광 산란 패턴 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

샘플에 대한 광 산란 패턴을 검출하는 광 산란 패턴 검출 장치가 제공된다. 일 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치는, 상기 샘플에 빛을 조사하는 빛 소스, 상기 샘플로부터 산란되는 빛의 산란 패턴을 검출하는 검출기, 상기 샘플에 대한 빛의 조사 각도 및 파면 패턴 중 적어도 하나를 변경시키는 파면 제어기 및 복수 개의 변경된 조사 각도 각각에서 검출되는 복수 개의 산란 패턴을 합성하는 프로세서를 포함한다.

Description

광 산란 패턴 검출 장치 및 광 산란 패턴 검출 방법 {APPARATUS FOR DETECTING LIGHT SCATTERING PATTERN AND METHOD FOR DETECTING LIGHT SCATTERING PATTERN}
본 개시는 광 산란 패턴 검출 장치 및 광 산란 패턴 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 푸리에 광 산란 패턴 검출 장치 및 푸리에 광 산란 패턴 검출 방법에 관한 것이다.
근자에 들어서 샘플(sample)의 세부 구조를 파악하기 위한 방법으로서 푸리에 광 산란 기술이 각광받고 있다. 푸리에 광 산란 기술은 개별적 샘플의 광 산란 신호를 홀로그래피 영상으로부터 검출하는 기술로서, 종래에는 획득할 수 없었던 세부 화학적 또는 생물학적 정보를 획득되는데 이용되었다.
또한, 종래의 푸리에 광 산란 기술은 각도계 기반의 산란 측정법보다 구현 및 동작을 용이하게 수행할 수 있다. 이에 따라, 푸리에 광 산란 기술은 입도 분석기나 유동 세포 분석법 또는 엑스 레이를 사용한 결정 구조 분석 등에 널리 이용될 수 있다.
다만, 종래의 푸리에 광 산란 기술은 채용되는 대물렌즈의 개구 수에 의한 산란 각 한계의 문제점을 가진다. 특히 대물렌즈의 산란 각이 제한됨에 따라서 샘플의 다소 제한적인 부분으로부터의 산란 정보만이 획득되는 문제점이 발생한다.
뿐만 아니라, 종래의 푸리에 광 산란 기술은 단일 파장을 이용함으로써 낮은 신호 대 잡음 비율을 가져, 정확한 샘플 구조 정보를 획득하기 어려운 문제점을 가진다.
이에 따라, 대물렌즈의 낮은 산란 각에 의하여 발생하는 문제점을 해결하도록 하는 기술 개발이 요청된다.
본 개시는 상술한 문제점을 해결하는 동시에 상술한 기술 개발 요청에 응답하여 안출된 것으로, 다양한 빛 조사 조건에서 획득되는 복수 개의 산란 패턴을 합성하는 광 산란 패턴 검출 장치 및 광 산란 패턴 검출 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따른 샘플에 대한 광 산란 패턴을 검출하는 광 산란 패턴 검출 장치는, 상기 샘플에 빛을 조사하는 빛 소스; 상기 샘플로부터 산란되는 빛의 산란 패턴을 검출하는 검출기; 상기 샘플에 대한 빛의 조사 각도 및 파면 패턴 중 적어도 하나를 변경시키는 파면 제어기; 및 복수 개의 변경된 조사 각도 각각에서 검출되는 복수 개의 산란 패턴을 합성하는 프로세서를 포함할 수 있다.
한편, 상기 파면 제어기는, 상기 빛 소스 및 상기 샘플 사이에 배치되며, 상기 샘플에 조사되는 빛의 조사 각도를 변경하는 파면 제어기일 수 있다.
아울러, 상기 프로세서는, 상기 복수 개의 산란 패턴 중 서로 중첩된 영역의 산란 패턴의 복소 산란 정보 중 적어도 하나에 대하여 산술 평균을 적용할 수 있다.
또한, 상기 파면 제어기는, 상기 빛 소스 및 상기 샘플 사이에 배치되며, 상기 샘플에 조사되는 빛의 파면 패턴을 변경하는 파면 제어기일 수도 있다.
이 경우, 상기 파면 제어기는, 빛의 파면 패턴을 랜덤하게 또는 기설정된 방식으로 변경할 수 있다.
상기 프로세서는, 복수 개의 변경된 파면 패턴에 의하여 산란된 복수 개의 산란 패턴을 합성할 수 있다.
한편, 상기 광 산란 패턴 검출 장치는 위상 변이 간섭계로, 상기 빛 소스로부터 조사되는 상기 빛을 확장하는 빔 확장기(beam expander); 상기 빔 확장기로부터 확장된 빛을 제 1 스플리트 빔 및 제 2 스플리트 빔으로 스플리팅(spliting)하여, 상기 제 1 스플리트 빔을 상기 빛의 조사 각도 및 파면 패턴 중 적어도 하나를 변경시키는 수단으로 전달하는 빔 스플리터(beam splitter); 상기 빔 스플리터로부터 전달되는 상기 제 2 스플리트 빔을 반사시키는 거울; 및 상기 제 1 스플리트 빔 및 상기 샘플 사이에 배치되는 적어도 하나의 렌즈를 더 포함할 수도 있다.
또 다른 실시 예에서, 상기 광 산란 패턴 검출 장치는 마하-젠더 간섭계로, 상기 빛 소스로부터 조사되는 상기 빛을 확장하여 샘플로 전달하는 빔 확장기(beam expander); 상기 빔 확장기로부터 확장된 빛을 제 1 스플리트 빔 및 제 2 스플리트 빔으로 스플리팅(spliting)하여, 상기 제 1 스플리트 빔을 상기 샘플로 전달하는 제 1 빔 스플리터(beam splitter); 상기 제 1 빔 스플리터로부터 전달되는 상기 제 1 스플리트 빔을 반사시키는 적어도 하나의 거울; 상기 적어도 하나의 거울에 의하여 반사되는 제 1 스플리트 빔을 전달받아 상기 검출기로 전달하는 제 2 빔 스플리터; 상기 샘플 및 상기 제 2 빔 스플리터 사이에 배치되는 적어도 하나의 렌즈를 더 포함할 수도 있다.
다른 실시 예에서, 샘플에 대한 광 산란 패턴을 검출하는 광 산란 패턴 검출 장치로, 상기 샘플에 각각 상이한 조사 각도로 빛을 조사하는 복수 개의 빛 소스; 상기 샘플로부터 산란되는 빛의 산란 패턴을 검출하는 검출기; 및 복수 개의 조사 각도에서 검출되는 복수 개의 산란 패턴을 합성하는 프로세서를 포함할 수 있다.
한편, 상기 광 산란 패턴 검출 장치는 인-라인 홀로그래피로, 상기 빛 소스로부터 조사되는 상기 빛을 확장하여 샘플로 전달하는 빔 확장기(beam expander)를 더 포함할 수도 있다.
다양한 실시 예들에 의하여, 다양한 빛 조사 조건에서 획득되는 복수 개의 산란 패턴을 합성하는 광 산란 패턴 검출 장치 및 광 산란 패턴 검출 방법이 제공될 수 있다.
이에 따라, 다소 제한적인 산란 각을 가지는 경우에도 샘플의 보다 넓은 부분에 대한 산란 패턴이 검출될 수 있다. 즉, 다양한 실시 예들에 의한 광 산란 패턴 검출 장치 및 광 산란 패턴 검출 방법은, 샘플의 세밀한 구조나 기관들을 검출할 수 있는 높은 산란각 정보를 획득할 수 있다.
아울러, 신호 대 잡음 비율이 향상될 수 있어 보다 정확한 샘플 구조의 추정이 가능할 수 있다.
도 1a는 일 실시 예에 의한 푸리에 광 산란 패턴 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1b는 일 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 다른 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치의 개념도이다.
도 4는 일 실시 예에 의한 위상 변이 간섭계(phase shifting interferometry)의 개념도이다.
도 5는 일 실시 예에 의한 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometry)의 개념도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 광 산란 패턴 검출 방법의 흐름도이다.
도 7은 일 실시 예에 의한 인-라인 홀로그래피(in-line holography)의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
도 1a는 일 실시 예에 의한 푸리에 광 산란 패턴 검출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 광 산란 패턴 검출 방법은 홀로그래피 장치(110)를 포함할 수 있다. 홀로그래피 장치(110)는 샘플에 대한 광 산란 패턴을 생성시킬 수 있는 장치일 수 있다. 예를 들어, 홀로그래피 장치(110)는 소정의 파장을 가지는 빛을 발진시키는 빛 소스(light source), 예를 들어 레이저 장치로 구현될 수 있다. 홀로그래피 장치(110)는 복수 개의 빛 소스를 포함할 수 있으며, 또는 단일 빛 소스를 포함할 수도 있다. 홀로그래피 장치(110)가 복수 개의 빛 소스를 포함하는 경우에는, 복수 개의 빛 소스 각각이 동일한 파장을 가질 수도 있고, 또는 복수 개의 빛 소스 각각이 상이한 파장을 가질 수도 있다.
한편, 홀로그래피 장치(110)는 광 산란 패턴의 측정 조건을 변화(111)시킬 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이, 홀로그래피 장치(110)는 제 1 측정 조건(121), 제 2 측정 조건(123) 및 제 3 측정 조건(125)의 다양한 측정 조건에서 광 산란 패턴을 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 홀로그래피 장치(110)는 샘플에 대한 빛의 조사 각도를 변경하여 광 산란 패턴을 생성시킬 수 있다. 홀로그래피 장치(110)가 복수 개의 빛 소스를 포함하는 경우에는, 홀로그래피 장치(100)는 빛을 발진시키는 빛 소스를 변경함으로써 빛의 조사 각도를 변경시킬 수 있다. 또는 홀로그래피 장치(100)가 단일 빛 소스를 포함하는 경우에는, 빛 소스의 조사 위치를 변경함으로써 빛의 조사 각도를 변경시킬 수 있다.
또는 홀로그래피 장치(110)는, 예를 들어 빛의 조사 각도 또는 파면 패턴을 변경할 수 있는 파면 제어기를 포함할 수 있다. 파면 제어기는, 스펙클 패턴을 동적으로 변경하는 수단, 빛의 입사 각도를 변경시키는 회전 거울, 공간 파면 제어기(spatial light modulator), 동적 거울 기기 (dynamic mirror device) 또는 갈바노 미터(Galvano meter) 기반의 거울 등으로 다양하게 구현될 수 있다.
빛은 파면 제어기를 통과하면서, 빛의 파면이 랜덤하게 또는 기설정된 방식으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 빛의 조사 각도는 랜덤하게 또는 기설정된 방식으로 변경될 수 있다. 또는 빛의 파면 패턴은 랜덤하게 또는 기설정된 방식으로 변경될 수 있다.
예를 들어, 파면 제어기가 갈바노 미터 기반의 동적 거울으로 구현되는 경우, 파면 제어기는 샘플에 대한 빛의 조사 각도를 변경하도록 제어할 수 있으며, 이에 따라 샘플에 대한 빛의 조사 각도가 다양하게 변경될 수 있다.
또는, 홀로그래피 장치(110)는 다양한 스펙클 패턴을 생성하여 샘플에 조사할 수도 있으며, 이에 대하여서는 더욱 상세하게 후술하도록 한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 광 산란 패턴 검출 방법은, 제 1 측정 조건(121)에서 제 1 홀로그램 패턴(122)을 검출할 수 있다. 광 산란 패턴 검출 방법은, 제 1 홀로그램 패턴(122), 예를 들어 광 산란 패턴으로부터 제 1 진폭 및 위상 정보(131)를 도출할 수 있으며, 이를 푸리에 변환하여 제 1 푸리에 공간 정보(141)를 획득할 수 있다.
한편, 홀로그래피 장치(110)는 상술한 다양한 방법에 따라서 측정 조건을 제 1 측정 조건(121)으로부터 제 2 측정 조건(123)으로 변경할 수 있다. 광 산란 패턴 검출 방법은, 제 2 측정 조건(123)에서 제 2 홀로그램 패턴(124)을 검출할 수 있으며, 검출된 제 2 홀로그램 패턴(124)으로부터 제 2 진폭 및 위상 정보(132) 및 제 2 푸리에 공간 정보(142)를 획득할 수 있다.
아울러, 홀로그래피 장치(110)는 상술한 다양한 방법에 따라서 측정 조건을 제 2 측정 조건(123)으로부터 제 3 측정 조건(125)으로 변경할 수 있다. 광 산란 패턴 검출 방법은, 제 3 측정 조건(125)에서 제 3 홀로그램 패턴(126)을 검출할 수 있으며, 검출된 제 3 홀로그램 패턴(126)으로부터 제 3 진폭 및 위상 정보(133) 및 제 3 푸리에 공간 정보(143)를 획득할 수 있다.
광 산란 패턴 검출 방법은, 제 1 푸리에 공간 정보(141) 내지 제 3 푸리에 공간 정보(143)를 푸리에 공간 상에서 합성(150)하여, 합성된 푸리에 공간 정보(160)를 획득할 수 있다.
광 산란 패턴 검출 방법은, 합성된 푸리에 공간 정보(160)에 측정조건에 따른 산란각 정보를 부여하여 획득할 수 있다.
도 1b는 일 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치의 블록도이다.
광 산란 패턴 검출 장치(180)는 빛 소스(181), 검출기(182), 파면 제어기(183) 및 산란 패턴 합성부(184)를 포함할 수 있다.
빛 소스(181)는 샘플(190)을 향하여 소정의 파장을 가지는 빛(191)을 조사할 수 있다. 빛 소스(181)는 예를 들어 레이저 장치로 구현될 수 있으며, 단일 개 또는 복수 개로 구현될 수 있다.
소스(190)는 빛(191)을 조사받을 수 있으며, 산란 패턴(192)이 발생될 수 있다.
검출기(182)는 샘플(190)로부터 산란되는 빛의 산란 패턴(192)을 검출할 수 있다.
파면 제어기(183)는 샘플(190)에 대하여 조사하는 빛(191)의 조사 조건을 변경할 수 있다. 예를 들어, 파면 제어기(183)는 샘플(190)에 대한 빛의 조사 각도를 변경할 수 있다. 또는 파면 제어기(183)는 샘플에 조사되는 빛(191)의 파면 패턴을 변경할 수도 있다.
파면 제어기(183)는, 샘플(190)에 조사되는 빛(191)의 조사 각도를 변경하는 예를 들어 동적 거울을 포함하는 파면 제어기이거나 또는 샘플(190)에 조사되는 빛(191)의 스펙클 패턴을 변경하는 스펙클 패턴 변경기를 포함하는 파면 제어기 등으로 구현될 수 있다. 또는, 파면 제어기(183)는 빛 소스(181)의 조사 위치를 기계적 또는 전기적으로 변경시키는 수단일 수도 있다. 또는, 파면 제어기(183)는 복수 개의 빛 소스(181) 각각의 구동 시기를 조정하는 수단으로 구현될 수도 있다.
산란 패턴 합성부(194)는 복수 개의 변경된 조사 조건 하에서 검출되는 복수 개의 산란 패턴을 합성할 수 있다. 산란 패턴 합성부(194)는 복수 개의 산란 패턴을 예를 들어 푸리에 영역에서 합성할 수 있다. 산란 패턴 합성부(194)는 다양한 조사 조건에서 검출된 산란 패턴에 대하여 푸리에 변환을 수행할 수 있으며, 푸리에 변환된 복수 개의 산란 패턴을 합성할 수 있다. 산란 패턴 합성부(194)는 합성된 복수 개의 산란 패턴에 대하여 측정조건에 따른 산란각 정보를 부여하여 획득할 수 있다.
합성 산란 패턴을 생성할 수 있다. 여기에서, 산란 패턴 합성부(194)는 CPU 및 미니 컴퓨터 등으로 구현되는 프로세서일 수 있다.
일 실시 예에 의한 산란 패턴 합성부(194)는 복수 개의 산란 패턴에 대하여 산술 평균을 적용하여 합성 산란 패턴을 생성할 수 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 3을 각각 참조하여 변경되는 조사 조건이 조사 각도 및 스펙클 패턴인 경우에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 일 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2의 실시 예에서의 광 산란 패턴 검출 장치는 조사 조건의 변경을 조사 각도의 변경으로 설정할 수 있다. 이에 따라, 파면 제어기(미도시)는 샘플(201)로 조사 각도를 변경하여 빛을 조사하도록 빛 소스를 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 광 산란 패턴 검출 장치는 샘플(201)에 제 1 조사 각도(#1), 제 2 조사 각도(#2) 및 제 3 조사 각도(#3)로 조사 각도를 변경하여 빛을 조사할 수 있다.
예를 들어, 광 소스는 제 1 기간 동안 샘플(201)에 제 1 조사 각도(#1)로 빛을 조사할 수 있다. 조사된 빛은 샘플(201)에 의하여 산란될 수 있으며, 대물렌즈(202)에 의하여 산란 정보가 측정될 수 있다. 제 1 기간 동안에는 제 1 조사 각도(#1)에 의한 제 1 산란 패턴(211)이 검출기에서 검출될 수 있다.
파면 제어기는 제 1 산란 패턴(211)을 검출한 후, 조사 각도를 제 1 조사 각도(#1)에서 제 2 조사 각도(#2)로 변경할 수 있다. 빛 소스는 제 2 조사 각도(#2)로 샘플(201)에 빛을 조사할 수 있다.
샘플(201)은 제 2 조사 각도(#2)로 조사된 빛을 산란시킬 수 있으며, 대물렌즈(202)는 산란된 빛을 전달받을 수 있다. 대물렌즈(202)는 제 2 산란 패턴(212)을 생성할 수 있으며, 검출기는 제 2 산란 패턴(212)을 검출할 수 있다.
상술한 바와 동일한 방식으로, 검출기는 제 3 조사 각도(#3)로 조사된 빛에 의한 제 3 산란 패턴(213)을 검출할 수 있다.
산란 패턴 합성부(220)는 제 1 산란 패턴(211), 제 2 산란 패턴(212) 및 제 3 산란 패턴(213)을 합성할 수 있으며, 합성 산란 패턴(230)을 생성할 수 있다.
산란 패턴 합성부(220)는 제 1 산란 패턴(211), 제 2 산란 패턴(212) 및 제 3 산란 패턴(213)을 푸리에 영역에서 합성할 수 있다. 산란 패턴 합성부(220)는 제 1 산란 패턴(211), 제 2 산란 패턴(212) 및 제 3 산란 패턴(213)에 대한 산술 평균을 적용하여 합성 산란 패턴(230)을 생성할 수 있다.
산란 패턴 합성부(220)는 복수 개의 산란 패턴 중 중첩되는 영역의 복소 산란 정보에 대한 산술 평균을 도출할 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역에 대응하는 산란 패턴이 N개인 경우에는, 해당 영역에 대응하는 합성 산란 패턴을 생성하기 위하여 수학식 1을 적용할 수 있다.
Figure 112013104230941-pat00001
수학식 1에서, Pi는 제 1 영역에 대응하는 산란 패턴의 복소 산란 정보일 수 있으며, P(합성)은 합성 산란 패턴의 복소 산란 정보일 수 있다.
산란 패턴 합성부(220)는 예를 들어 수학식 1에 기초하여 합성 산란 패턴(230)을 생성할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단일 빛 소스에 의한 산란 패턴(211,212,213)과 비교하여 합성 산란 패턴(230)은 샘플(201)에 대한 더욱 넓은 범위에 대한 산란 패턴을 가질 수 있다. 이에 따라, 대물렌즈(202)의 산란 각 제한에 의한 종래 기술의 문제점이 해결될 수 있다.
도 3은 다른 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치의 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 광 산란 패턴 검출 장치는 샘플(301)에 제 1 스펙클 패턴(#1), 제 2 스펙클 패턴(#2) 및 제 3 스펙클 패턴(#3)로 스펙클 패턴을 변경하여 빛을 조사할 수 있다. 여기에서, 스펙클 패턴은 복수 개의 조사 각도로부터의 빛의 가중치 합일 수 있다.
파면 제어기는, 스펙클 패턴을 생성하여 샘플(301)에 조사할 수 있다.
예를 들어, 광 소스는 제 1 기간 동안 샘플(301)에 제 1 스펙클 패턴(#1)으로 빛을 조사할 수 있다. 조사된 빛은 샘플(301)에 의하여 산란될 수 있으며, 대물렌즈(302)에 의하여 산란 정보가 측정될 수 있다. 제 1 기간 동안에는 제 1 스펙클 패턴(#1)에 의한 제 1 산란 패턴(311)이 검출기에서 검출될 수 있다.
파면 제어기는 제 1 산란 패턴(311)을 검출한 후, 스펙클 패턴을 제 1 스펙클 패턴(#1)에서 제 2 스펙클 패턴(#2)으로 변경할 수 있다. 빛 소스는 제 2 스펙클 패턴(#2)으로 샘플(301)에 빛을 조사할 수 있다.
샘플(301)은 제 2 스펙클 패턴(#2)으로 조사된 빛을 산란시킬 수 있으며, 대물렌즈(302)는 산란된 빛을 전달받을 수 있다. 대물렌즈(302)는 제 2 산란 패턴(312)을 생성할 수 있으며, 검출기는 제 2 산란 패턴(312)을 검출할 수 있다.
상술한 바와 동일한 방식으로, 검출기는 제 3 스펙클 패턴(#3)으로 조사된 빛에 의한 제 3 산란 패턴(313)을 검출할 수 있다.
산란 패턴 합성부(320)는 제 1 산란 패턴(311), 제 2 산란 패턴(312) 및 제 3 산란 패턴(313)을 합성할 수 있으며, 합성 산란 패턴(330)을 생성할 수 있다.
산란 패턴 합성부(320)는 제 1 산란 패턴(311), 제 2 산란 패턴(312) 및 제 3 산란 패턴(313)을 푸리에 영역에서 합성할 수 있다. 산란 패턴 합성부(320)는 제 1 산란 패턴(311), 제 2 산란 패턴(312) 및 제 3 산란 패턴(313)에 대한 산술 평균을 적용하여 합성 산란 패턴(330)을 생성할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 의한 위상 변이 간섭계(phase shifting interferometry)의 개념도이다.
위상 변이 간섭계는 빛 소스(410), 빔 익스팬더(beam expander:BE)(420), 빔 스플리터(beam splitter)(430), 거울(440), 검출기(450), 렌즈(460), 대물렌즈(470) 및 파면 제어기(미도시)를 포함할 수 있다.
빛 소스(410)는 소정의 파장을 가지는 빛을 기설정된 조사 조건으로 조사할 수 있다.
빔 익스팬더(beam expander:BE)(420)는 빛 소스(410)로부터 조사되는 빛을 확장시켜 빔 스플리터(430)로 전달할 수 있다. 빔 익스팬더(420)는, 예를 들어 빛 소스(410)로부터 조사되는 광선속의 크기를 확장시킬 수 있다.
빔 스플리터(430)는 빔 익스팬더(420)로부터 전달되는 빛을 제 1 스플리트 빔 및 제 2 스플리트 빔으로 스플리팅할 수 있다. 빔 스플리터(430)는 제 1 스플리트 빔을 렌즈(460)로 전달할 수 있다. 아울러, 빔 스플리터(430)는 제 2 스플리트 빔을 거울(440)로 전달할 수 있으며, 광 산란 패턴 검출 장치는 제 2 스플리트 빔을 레퍼런스(reference) 빔으로 이용할 수 있다.
일 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치는, 파면 제어기(미도시)를 빔 스플리터(430) 및 렌즈(460) 사이의 위치에 포함할 수 있다. 여기에서, 파면 제어기(미도시)는 예를 들어 갈바노 미터로 구현되어 제 1 스플리트 빔의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 또는, 파면 제어기(미도시)는 예를 들어 스펙클 패턴 변경기로 구현되어 제 1 스플리트 빔으로부터 스펙클 패턴을 생성할 수 있다.
한편 다른 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치는, 파면 제어기(미도시)를 빛 소스(410)의 조사 위치를 기계적 또는 전기적으로 변경시키는 수단으로 구현될 수도 있다.
대물렌즈(470)는 제1 스플리트 빔을 샘플(480)로 전달할 수 있으며, 제 1 스플리트 빔의 샘플(480)에 의한 산란 패턴을 검출기(450)에 맺히게 할 수 있다. 검출기(450)는 산란 패턴을 검출할 수 있다.
한편, 파면 제어기(미도시)는 제 1 스플리트 빔의 조사 조건을 변경시킬 수 있으며, 검출기(450)는 변경된 조사 조건 각각 하에서 산란 패턴을 검출할 수 있다. 산란 패턴 합성부(미도시)는 검출된 복수 개의 산란 패턴을 합성하여 합성 산란 패턴을 생성할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 의한 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometry)의 개념도이다.
마하 젠더 간섭계는 빛 소스(510), 빔 익스팬더(beam expander:BE)(520), 제 1 빔 스플리터(beam splitter)(531), 제 2 빔 스플리터(532), 제 1 거울(541), 제 2 거울(542), 검출기(550), 렌즈(560) 및 대물렌즈(570)를 포함할 수 있다.
빛 소스(510)는 소정의 파장을 가지는 빛을 기설정된 조사 조건으로 조사할 수 있다.
빔 익스팬더(beam expander:BE)(520)는 빛 소스(410)로부터 조사되는 빛을 확장시켜 제 1 빔 스플리터(531)로 전달할 수 있다. 빔 익스팬더(520)는, 예를 들어 빛 소스(510)로부터 조사되는 광선속의 크기를 확장시킬 수 있다.
제 1 빔 스플리터(531)는 빔 익스팬더(520)로부터 전달되는 빛을 제 1 스플리트 빔 및 제 2 스플리트 빔으로 스플리팅할 수 있다. 제 1 빔 스플리터(531)는 제 1 스플리트 빔을 샘플(580)로 전달할 수 있다. 아울러, 제 1 빔 스플리터(531)는 제 2 스플리트 빔을 제 1 거울(541)로 전달할 수 있다. 제 2 스플리트 빔은 제 1 거울(541) 및 제 2 거울(542)에 의하여 반사되어 제 2 빔 스플리터(532)로 전달될 수 있으며, 레퍼런스 빔으로 이용될 수 있다.
제 1 스플리트 빔은 샘플(580)에 의하여 산란될 수 있으며, 대물렌즈(570)는 산란 패턴을 검출기(550)에 맺히도록 할 수 있다. 산란 패턴은 렌즈(560)로 전달되며, 제 2 빔 스플리터(532)를 거쳐 검출기(550)에서 검출될 수 있다.
일 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치는, 파면 제어기(미도시)를 제 1 빔 스플리터(531) 및 샘플(58) 사이의 위치에 포함할 수 있다. 여기에서, 파면 제어기(미도시)는 예를 들어 갈바노 미터로 구현되어 제 1 스플리트 빔의 진행 방향을 변경시킬 수 있다. 또는, 파면 제어기(미도시)는 예를 들어 스펙클 패턴 변경기로 구현되어 제 1 스플리트 빔으로부터 스펙클 패턴을 생성할 수 있다.
한편 다른 실시 예에 의한 광 산란 패턴 검출 장치는, 파면 제어기(미도시)를 빛 소스(510)의 조사 위치를 기계적 또는 전기적으로 변경시키는 수단으로 구현될 수도 있다.
한편, 파면 제어기(미도시)는 제 1 스플리트 빔의 조사 조건을 변경시킬 수 있으며, 검출기(550)는 변경된 조사 조건 각각 하에서 산란 패턴을 검출할 수 있다. 산란 패턴 합성부(미도시)는 검출된 복수 개의 산란 패턴을 합성하여 합성 산란 패턴을 생성할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 광 산란 패턴 검출 방법의 흐름도이다.
단계 610에서, 광 산란 패턴 검출 방법은 샘플에 빛을 조사할 수 있다. 광 산란 패턴 검출 방법은, 예를 들어 제 1 조사 조건에 기초하여 샘플에 빛을 조사할 수 있다.
단계 620에서, 광 산란 패턴 검출 방법은 샘플로부터의 산란 패턴을 검출할 수 있다.
단계 630에서, 광 산란 패턴 검출 방법은 조사 조건을 변경할 수 있다. 예를 들어, 광 산란 패턴 검출 방법 제 1 조사 조건으로부터 제 2 조사 조건으로 조사 조건을 변경할 수 있다.
예를 들어, 광 산란 패턴 검출 방법은 샘플로 조사되는 빛의 조사 각도를 변경하거나 또는 스펙클 패턴을 변경할 수 있다.
단계 640에서, 광 산란 패턴 검출 방법은 조사 조건 변경이 완료되었는지를 판단할 수 있다. 조사 조건 변경이 완료되지 않은 것으로 판단되는 경우에는 광 산란 패턴 검출 방법은 변경된 조사 조건 하에서 빛을 조사하고, 산란 패턴을 검출할 수 있다. 예를 들어, 광 산란 패턴 검출 방법은 제 2 조사 조건 하에서 빛을 조사하고 산란 패턴을 검출할 수 있다.
조사 조건 변경이 완료된 것으로 판단되면, 단계 650에서 광 산란 패턴 검출 방법은 복수 개의 산란 패턴을 합성할 수 있다. 예를 들어, 광 산란 패턴 검출 방법은 푸리에 영역 상에서 복수 개의 산란 패턴을 합성하고, 푸리에 영역 상의 합성 산란 패턴에 측정조건에 따른 산란각 정보를 대입하여 광 산란 정보로 치환 할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 의한 인-라인 홀로그래피(in-line holography)의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 인-라인 홀로그래피는 빛 소스(710), 빔 익스팬더(720) 및 검출기(740)를 포함할 수 있다.
빛 소스(710)는 소정의 파장을 가지는 빛을 기설정된 조사 조건으로 조사할 수 있다. 특히, 빛 소스(710)는 상이한 조사 위치로 이동하여 빛을 조사할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 조사 위치에서의 조사 각도는 상이할 수 있다.
샘플(730)에 의하여 빛은 산란될 수 있으며, 산란된 빛은 검출기(740)에서 검출될 수 있다.
도 8은 다른 실시 예에 의한 인-라인 홀로그래피(in-line holography)의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
빛 소스는 복수 개의 서브 발광 수단(711,712)을 포함할 수 있으며, 각각의 서브 발광 수단(711,712)은 공간적으로 상이한 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 서브 발광 수단 각각이 샘플(730)과 이루는 조사 각도는 상이하다.
복수 개의 서브 발광 수단(711,712)은 각각 다른 타이밍에 소스(730)를 향하여 빛을 조사할 수 있다. 빔 익스팬더(720)는 빛 소스(710)로부터 조사되는 빛의 광선속의 크기를 확장시켜 샘플(730)에 전달할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 샘플에 대한 홀로그램 패턴을 검출하는 홀로그램 패턴 검출 장치에 있어서,
    상기 샘플에 간섭성 빛을 조사하는 빛 소스;
    상기 샘플로부터 산란되는 빛으로부터 홀로그램 패턴을 검출하는 검출기;
    상기 샘플에 대한 빛의 조사 각도 및 파면 패턴 중 적어도 하나를 변경시키는 파면 제어기; 및
    복수 개의 변경된 조사 각도 각각에서 검출되는 복수 개의 홀로그램 패턴을 합성하는 프로세서
    를 포함하는 홀로그램 패턴 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파면 제어기는, 상기 빛 소스 및 상기 샘플 사이에 배치되며, 상기 샘플에 조사되는 빛의 조사 각도를 변경하는 파면 제어기인 홀로그램 패턴 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 복수 개의 홀로그램 패턴 중 서로 중첩된 영역의 홀로그램 패턴의 복소 산란 정보 중 적어도 하나에 대하여 산술 평균을 적용하는 홀로그램 패턴 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 파면 제어기는, 상기 빛 소스 및 상기 샘플 사이에 배치되며, 상기 샘플에 조사되는 빛의 파면 패턴을 변경하는 파면 제어기인 홀로그램 패턴 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 파면 제어기는, 빛의 파면 패턴을 랜덤하게 또는 기설정된 방식으로 변경하는 홀로그램 패턴 검출 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 복수 개의 변경된 파면 패턴에 의하여 산란된 복수 개의 홀로그램 패턴을 합성하는 홀로그램 패턴 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀로그램 패턴 검출 장치는 위상 변이 간섭계로,
    상기 빛 소스로부터 조사되는 상기 빛을 확장하는 빔 확장기(beam expander);
    상기 빔 확장기로부터 확장된 빛을 제 1 스플리트 빔 및 제 2 스플리트 빔으로 스플리팅(spliting)하여, 상기 제 1 스플리트 빔을 상기 빛의 조사 각도 및 파면 패턴 중 적어도 하나를 변경시키는 수단으로 전달하는 빔 스플리터(beam splitter);
    상기 빔 스플리터로부터 전달되는 상기 제 2 스플리트 빔을 반사시키는 거울; 및
    상기 제 1 스플리트 빔 및 상기 샘플 사이에 배치되는 적어도 하나의 렌즈
    를 더 포함하는 홀로그램 패턴 검출 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀로그램 패턴 검출 장치는 마하-젠더 간섭계로,
    상기 빛 소스로부터 조사되는 상기 빛을 확장하여 샘플로 전달하는 빔 확장기(beam expander);
    상기 빔 확장기로부터 확장된 빛을 제 1 스플리트 빔 및 제 2 스플리트 빔으로 스플리팅(spliting)하여, 상기 제 1 스플리트 빔을 상기 샘플로 전달하는 제 1 빔 스플리터(beam splitter);
    상기 제 1 빔 스플리터로부터 전달되는 상기 제 1 스플리트 빔을 반사시키는 적어도 하나의 거울;
    상기 적어도 하나의 거울에 의하여 반사되는 제 1 스플리트 빔을 전달받아 상기 검출기로 전달하는 제 2 빔 스플리터; 및
    상기 샘플 및 상기 제 2 빔 스플리터 사이에 배치되는 적어도 하나의 렌즈
    를 더 포함하는 홀로그램 패턴 검출 장치.
  9. 샘플에 대한 홀로그램 패턴을 검출하는 홀로그램 패턴 검출 장치에 있어서,
    상기 샘플에 각각 상이한 조사 각도로 간섭성 빛을 조사하는 복수 개의 빛 소스;
    상기 샘플로부터 산란되는 빛으로부터 홀로그램 패턴을 검출하는 검출기; 및
    복수 개의 조사 각도에서 검출되는 복수 개의 홀로그램 패턴을 합성하는 프로세서
    를 포함하는 홀로그램 패턴 검출 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 홀로그램 패턴 검출 장치는 인-라인 홀로그래피로,
    상기 빛 소스로부터 조사되는 상기 빛을 확장하여 샘플로 전달하는 빔 확장기(beam expander)
    를 더 포함하는 홀로그램 패턴 검출 장치.
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