KR101799775B1

KR101799775B1 - 레이저 간섭계 및 이를 이용한 측정방법

Info

Publication number: KR101799775B1
Application number: KR1020160017913A
Authority: KR
Inventors: 유정수; 한성현
Original assignee: 휴멘 주식회사
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-12-20
Also published as: KR20170096484A

Abstract

레이저 간섭계 및 이를 이용한 측정방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계는 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을 측정광과 기준광으로 분배하는 광 분배기 및 측정광이 조사된 측정 대상물로부터 반사된 광과 기준광을 간섭시킨 간섭광을 출력하는 간섭 광학계를 포함한다.

Description

레이저 간섭계 및 이를 이용한 측정방법{LASER INTERFEROMETER AND MEASUREMENT METHOD USING THE SAME}

본 발명은 레이저 간섭계 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 파이버와 자유공간 광학계가 합쳐진 레이저 간섭계 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체와 디스플레이 분야에서 고집적화 및 다층 레이어 기술 발전에 따라 정밀 측정을 이용한 검사 방법의 도입이 시급하다.

1㎛ 이하의 정밀한 측정을 위해서는 간섭계(Interferometer)를 이용한 시스템을 많이 활용하고 있다.

간섭계(Interferometer)는 미세 변위 측정이 필요한 광학부품 소자 가공 산업, 다이아몬드 연마 공정, 정밀 기계 가공, 정밀 측정분야 등에서 많이 사용되고 있다.

특히, 레이저를 간섭계의 광원으로 이용하는 레이저 간섭계(Laser Interferometer)는 레이저를 이용한 간섭신호를 분석하여 측정대상물에 대한 다양한 정보를 획득할 수 있는 장치이다.

이러한 레이저 간섭계는 레이저광원, 콜리메이터(Collimator), 빔 스플리터(Beam splitter), 기준미러(Reference mirror) 및 카메라 등을 포함할 수 있다.

이러한 레이저 간섭계에서는 레이저광원이 콜리메이터를 거쳐 빔 스플리터에 입사되고, 입사된 광 중 측정대상물에 조사된 후 반사된 측정광과 기준미러에 반사된 기준광이 간섭한 간섭광이 카메라에 입사된다. 이에 따라, 카메라를 통해 촬영한 영상을 분석함으로써 측정대상물을 검사한다.

즉, 기존의 레이저 간섭계는 레이저광원으로부터 출사되는 광을 고정된 길이의 광 경로를 가지는 기준광과, 측정대상물을 경유함에 따라 가변적인 길이의 광 경로를 가지는 측정광으로 분할하고, 이 기준광과 측정광에 의해 형성된 간섭무늬를 촬영하여 측정대상물의 손상 등을 검사한다.

기존의 레이저 간섭계에서 측정 정밀도는 측정대상물의 광 반사율에 많은 영향을 받는다. 따라서, 측정 대상물이 바뀌면 정렬(align)을 통해 레이저 간섭계의 구조를 물리적으로 바꾸어 주어야 한다.

이로 인해, 기존의 레이저 간섭계는 고정밀의 정렬이 요구되기 때문에 정렬이 어렵고 전체적인 측정시간이 길어질 뿐만 아니라, 구조적인 원인으로 인해 광 손실이 커서 고정밀의 측정이 어렵다.

1. 일본공개특허공보 제1999-287612(1999.10.19.공개) 2. 대한민국공개특허공보 제2012-0080669호(2012.07.18.공개)

본 발명의 실시예는 측정대상물을 변경하더라도 간섭계 구조를 변경할 필요없이 보다 빠르고 간편하며 고정밀 측정이 가능한 레이저 간섭계 및 이를 이용한 측정방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저광을 출사하는 레이저 광원; 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을 측정광과 기준광으로 분배하는 광 분배기; 상기 측정광을 도파하는 측정 광학계; 상기 기준광을 도파하는 기준 광학계; 및 상기 측정 광학계에 의해 도파되는 측정광이 조사된 측정 대상물로부터 반사된 광과 상기 기준 광학계에 의해 도파되는 기준광을 간섭시킨 간섭광을 출력하는 간섭 광학계를 포함하고, 상기 측정 광학계는, 상기 간섭 광학계로부터 들어온 광이 상기 광 분배기를 거쳐 상기 레이저 광원으로 전달되는 것을 차단할 수 있도록 상기 광 분배기로부터 전달된 측정광이 상기 간섭 광학계가 있는 방향으로 나아갈 때는 측정광을 통과시키고 상기 간섭 광학계가 있는 방향에서 들어오는 광은 차단하여 상기 기준 광학계에서 상기 간섭 광학계에 입사된 기준광 중 일부가 반사되지 않고 진행하여 상기 측정 광학계로 유입되는 것을 방지하는 제1 광 아이솔레이터; 상기 광 분배기에 의해 분배된 측정광의 광량을 조절하는 제1 가변 감쇠기; 상기 제1 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 측정광을 평행광 형태로 간섭 광학계에 입사시키는 제1 콜리메이터; 및 상기 제1 가변 감쇠기와 상기 제1 콜리메이터를 연결하는 제1 광섬유를 포함하고, 상기 기준 광학계는, 상기 간섭 광학계로부터 들어온 광이 상기 광 분배기를 거쳐 상기 레이저 광원으로 전달되는 것을 차단할 수 있도록 상기 광 분배기로부터 전달된 기준광이 상기 간섭 광학계가 있는 방향으로 나아갈 때는 기준광을 통과시키고 상기 간섭 광학계가 있는 방향에서 들어오는 광은 차단하여 상기 측정 광학계에서 상기 간섭 광학계에 입사된 측정광 중 일부가 반사되지 않고 진행하여 상기 기준 광학계로 유입되는 것을 방지하는 제2 광 아이솔레이터; 상기 광 분배기에 의해 분배된 기준광의 광량을 조절하는 제2 가변 감쇠기; 상기 제2 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 기준광을 평행광 형태로 간섭 광학계에 입사시키는 제2 콜리메이터; 및 상기 제2 가변 감쇠기와 상기 제2 콜리메이터를 연결하는 제2 광섬유를 포함하는 레이저 간섭계가 제공될 수 있다.

삭제

또한, 상기 광 분배기는 상기 측정 대상물에 따라 상기 측정광과 기준광의 광량 비율을 분배하는 광 커플러를 포함할 수 있다.

삭제

또한, 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기는 전자신호에 의해 광량을 조절하는 전자적인 가변 감쇠기일 수 있다.

또한, 상기 간섭 광학계로부터 출력된 간섭광을 집광하는 집광렌즈와 상기 집광렌즈에 의해 집광된 간섭광이 결상되는 CCD 카메라를 갖는 감지부; 및 상기 감지부를 통해 상기 간섭 광학계로부터 전달된 간섭광을 촬영하고, 상기 촬영된 간섭광에 대한 영상분석을 수행하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 가변 감쇠기를 온 시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 오프시킨 후 상기 감지부를 통해 상기 측정 대상물의 반사광 영상을 촬영하고, 상기 제1 가변 감쇠기를 오프시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 온 시킨 후 상기 감지부를 통해 상기 측정 대상물의 기준광 영상을 촬영하고, 상기 촬영된 반사광 영상과 상기 기준광 영상을 비교하여 광량이 일치하도록 하는 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값을 산출하고, 상기 산출된 제어값들을 메모리에 저장할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 간섭광 촬영시 측정 대상물의 종류를 인식하고, 상기 메모리에 저장된 제어값들을 이용하여 상기 인식된 측정 대상물에 대응하는 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값을 인식하고, 상기 인식된 각 제어값에 따라 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기를 구동시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 레이저광을 출사하는 레이저 광원; 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을 측정광과 기준광으로 분배하는 광 분배기; 상기 광 분배기에 의해 분배된 측정광의 광량을 조절하는 제1 가변 감쇠기, 상기 제1 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 측정광을 평행광 형태로 상기 간섭 광학계에 입사시키는 제1 콜리메이터, 및 상기 제1 가변 감쇠기와 상기 제1 콜리메이터를 연결하는 제1 광섬유를 포함하는 측정 광학계; 상기 광 분배기에 의해 분배된 기준광의 광량을 조절하는 제2 가변 감쇠기, 상기 제2 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 기준광을 평행광 형태로 상기 간섭 광학계에 입사시키는 제2 콜리메이터, 및 상기 제2 가변 감쇠기와 상기 제2 콜리메이터를 연결하는 제2 광섬유를 포함하는 기준 광학계; 상기 측정 광학계에 의해 도파되는 측정광이 조사된 측정 대상물로부터 반사된 광과 상기 기준 광학계에 의해 도파되는 기준광을 간섭시킨 간섭광을 출력하는 간섭 광학계; 상기 간섭 광학계에 의해 출력된 간섭광을 촬영하는 감지부; 측정 대상물 종류별로 상기 제1 가변 감쇠기를 온 시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 오프시켜 얻은 측정 대상물의 반사광 영상과, 상기 제1 가변 감쇠기를 오프시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 온 시켜 얻은 측정 대상물의 기준광 영상의 광량이 일치하도록 하는 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값이 저장된 메모리; 및 측정 대상물의 종류를 인식하고, 측정할 대상물별로 미리 저장된 상기 제1 가변 감쇠기와 제2 가변 감쇠기의 제어값들을 이용하여 상기 인식된 측정 대상물에 대응하는 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값을 인식하고, 상기 인식된 각 제어값에 따라 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기를 구동시켜 광량을 미세 조정하는 제어부를 포함하는 레이저 간섭계가 제공될 수 있다.

또한, 상기 기준 광학계와 상기 측정 광학계 중 적어도 하나는 상기 간섭 광학계로부터 입사되는 광이 상기 광 분배기로 전달되는 것을 차단시키는 광 아이솔레이터를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 레이저광을 출사하는 레이저 광원; 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을 측정광과 기준광으로 분배하는 광 분배기; 상기 광 분배기에 의해 분배된 측정광의 광량을 조절하는 제1 가변 감쇠기, 상기 제1 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 측정광을 평행광 형태로 상기 간섭 광학계에 입사시키는 제1 콜리메이터, 및 상기 제1 가변 감쇠기와 상기 제1 콜리메이터를 연결하는 제1 광섬유를 포함하는 측정 광학계; 상기 광 분배기에 의해 분배된 기준광의 광량을 조절하는 제2 가변 감쇠기, 상기 제2 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 기준광을 평행광 형태로 상기 간섭 광학계에 입사시키는 제2 콜리메이터, 및 상기 제2 가변 감쇠기와 상기 제2 콜리메이터를 연결하는 제2 광섬유를 포함하는 기준 광학계; 상기 기준 광학계와 상기 측정 광학계 중 적어도 하나에 마련되어 상기 간섭 광학계로부터 입사되는 광이 상기 광 분배기로 전달되는 것을 차단시키는 광 아이솔레이터; 상기 측정 광학계에 의해 도파되는 측정광이 조사된 측정 대상물로부터 반사된 광과 상기 기준 광학계에 의해 도파되는 기준광을 간섭시킨 간섭광을 출력하는 간섭 광학계; 상기 간섭 광학계에 의해 출력된 간섭광을 촬영하는 감지부; 및 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 감쇠율을 조절하는 제어부를 포함하는 레이저 간섭계를 이용한 측정방법에 있어서, 상기 제어부에 의해, 측정할 대상물이 등록된 대상물인지를 판단하고, 상기 판단결과 측정할 대상물이 등록된 대상물이 아니면, 상기 제1 가변 감쇠기를 온 시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 오프시킨 후 상기 감지부를 통해 상기 측정할 대상물의 반사광 영상을 촬영하고, 상기 제1 가변 감쇠기를 오프시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 온 시킨 후 상기 감지부를 통해 상기 기준광 영상을 촬영하고, 상기 촬영된 반사광 영상과 상기 기준광 영상을 비교하여 광량이 일치하도록 하는 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값을 산출하고, 상기 산출된 제어값들을 저장하는 레이저 간섭계를 이용한 측정방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 제어부에 의해, 상기 측정할 대상물이 등록된 대상물이면, 상기 측정할 대상물에 대응하는 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값을 인식하고, 상기 인식된 각 제어값에 따라 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기를 구동시킬 수 있다.

본 발명의 실시예는 레이저 간섭계의 구조를 변경하고 광 간섭에 필요한 최적화된 광량을 자동으로 제어함으로써 측정대상물을 변경하더라도 간섭계 구조를 변경할 필요없이 보다 빠르고 간편하며 고정밀 측정이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정방법에 대한 제어흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계에서 각 가변 감쇠기의 제어값을 등록시키는 것을 설명하기 위한 제어흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계에서 제1 가변 감쇠기는 온 시키고, 제2 가변 감쇠기는 오프시킨 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계에서 제1 가변 감쇠기는 오프시키고, 제2 가변 감쇠기는 온 시킨 경우를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달할 수 있도록 하기 위해 예로서 제공하는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화할 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장하여 표현할 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 레이저 간섭계는 레이저 광원(10), 광 분배기(20), 측정 광학계(30), 기준 광학계(40), 간섭 광학계(50) 및 감지부(60)를 포함할 수 있다.

레이저 광원(10)은 외부로 레이저광을 발생한다.

레이저 광원(10)의 레이저광 출사측에는 레이저광을 도파하는 광 파이버(Optical Fiber ;OF)가 배치되어 있다.

광 파이버(OF)는 레이저 광원(10)의 광 출사구에 접속하거나 레이저 광원(10)으로부터 출사된 레이저광이 입사되게 마련될 수 있다.

광 파이버(OF)의 레이저광 출사측의 광로 상에는 광 분배기(20)가 마련된다.

광 분배기(20)는 레이저 광원(10)으로부터 출사되어 광 파이버(OF)로부터 입사되는 레이저광을 분배한다.

광 분배기(20)는 레이저 광원(10)으로부터 출사되는 레이저광을 두 개의 레이저광으로 분배한다.

광 분배기(20)는 출사된 레이저광을 측정광과 기준광으로 분배한다.

광 분배기(20)는 예를 들면, 측정광과 기준광의 광량 비율은 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20, 90:10 중 어느 하나로 설정되어 있을 수 있다.

광 분배기(20)는 측정대상물(OB)의 종류에 따라 여러 광량 비율 중 어느 하나의 광량 비율을 갖는다.

측정 광학계(30)는 광 분배기(20)에 의해 분배된 레이저광 중 측정광을 간섭 광학계(50)로 입사시킨다.

측정 광학계(30)는 제1 광 아이솔레이터(Optical Isolator)(31), 제1 가변 감쇠기(Variable Attenuator)(32) 및 제1 콜리메이터(33)를 포함할 수 있다. 광 분배기(20)와 제1 광 아이솔레이터(31), 제1 광 아이솔레이터(31)와 제1 가변 감쇠기(32), 제1 가변 감쇠기(32)와 제1 콜리메이터(33)는 각각 광 파이버(OF)에 의해 연결되어 있다. 즉, 측정 광학계(30)는 광 분배기(20)에 의해 분배된 측정광이 간섭 광학계(50)로 입사되는 광 경로를 형성한다.

제1 광 아이솔레이터(31)는 간섭 광학계(50)로부터 들어온 광이 광 분배기(20)를 거쳐 레이저 광원(10)으로 전달되는 것을 차단한다.

제1 광 아이솔레이터(31)는 간섭 광학계(50)로부터 측정 광학계(30)로 들어오는 광을 막아주는 역할을 한다.

제1 광 아이솔레이터(31)는 광 분배기(20)로부터 전달된 측정광이 간섭 광학계(50)가 있는 방향으로 나아갈 때는 측정광을 통과시키고, 간섭 광학계(50)가 있는 방향에서 들어오는 광은 차단한다. 이는 기준 광학계(40)에서 간섭 광학계(50)에 입사된 기준광 중 일부가 반사되지 않고 진행하여 측정 광학계(30)로 유입되는 것을 방지하기 위해서 사용된다.

제1 가변 감쇠기(32)는 제1 광 아이솔레이터(31)를 통과한 측정광의 광량을 조절하는 역할을 한다.

제1 가변 감쇠기(32)는 편광이나 광 경로 차단방식 등을 이용하여 감쇠율(혹은 투과율)을 조정함에 따라 제1 광 아이솔레이터(31)를 통과한 측정광의 광량을 미세 조정할 수 있다.

제1 가변 감쇠기(32)는 레이저 간섭계의 전반적인 제어를 수행하는 제어부(70)의 제어신호에 따라 구동하여 측정광의 광량을 조절한다. 제1 가변 감쇠기(32)는 수동 조작 가능할 수 있다.

제1 가변 감쇠기(32)는 광량 조절된 측정광을 제1 콜리메이터(33)로 전달한다.

제1 콜리메이터(33)는 들어온 광을 수평하게 진행시키는 역할을 한다.

제1 콜리메이터(33)는 제1 가변 감쇠기(32)로부터 전달된 측정광을 평행광 형태로 간섭 광학계(50)로 입사시킨다.

기준 광학계(40)는 광 분배기(20)에 의해 분배된 레이저광 중 기준광을 간섭 광학계(50)로 입사시킨다.

기준 광학계(40)는 제2 광 아이솔레이터(41), 제2 가변 감쇠기(Variable Attenuator)(42) 및 제2 콜리메이터(43)를 포함할 수 있다. 광 분배기(20)와 제2 광 아이솔레이터(41), 제2 광 아이솔레이터(41)와 제2 가변 감쇠기(42), 제2 가변 감쇠기(42)와 제2 콜리메이터(43)는 각각 광 파이버(OF)에 의해 연결되어 있다. 즉, 기준 광학계(40)는 광 분배기(20)에 의해 분배된 기준광이 간섭 광학계(50)로 입사되는 광 경로를 형성한다.

제2 광 아이솔레이터(41)는 간섭 광학계(50)로부터 들어온 광이 광 분배기(20)를 거쳐 레이저 광원(10)으로 전달되는 것을 차단한다.

제2 광 아이솔레이터(41)는 간섭 광학계(50)로부터 측정 광학계(30)로 들어오는 광을 막아주는 역할을 한다.

제2 광 아이솔레이터(41)는 광 분배기(20)로부터 전달된 기준광이 간섭 광학계(50)가 있는 방향으로 나아갈 때는 기준광을 통과시키고, 간섭 광학계(50)가 있는 방향에서 들어오는 광은 차단한다. 이는 측정 광학계(40)에서 간섭 광학계(50)에 입사된 측정광 중 일부가 반사되지 않고 진행하여 기준 광학계(30)로 유입되는 것을 방지하기 위해서 사용된다.

제2 가변 감쇠기(42)는 제2 광 아이솔레이터(41)를 통과한 기준광의 광량을 조절하는 역할을 한다.

제2 가변 감쇠기(42)는 제1 가변 감쇠기(32)와 마찬가지 방식으로 편광이나 광 경로 차단방식 등을 이용하여 감쇠율을 조정함에 따라 제2 광 아이솔레이터(41)를 통과한 기준광의 광량을 미세 조정할 수 있다.

제2 가변 감쇠기(42)는 제어부(70)의 제어신호에 따라 구동하여 기준광의 광량을 조절한다. 제2 가변 감쇠기(42)는 수동 조작 가능할 수 있다.

제2 가변 감쇠기(42)는 광량 조절된 기준광을 제2 콜리메이터(43)로 전달한다.

제2 콜리메이터(43)는 들어온 광을 수평하게 진행시키는 역할을 한다.

제2 콜리메이터(43)는 제2 가변 감쇠기(42)로부터 전달된 기준광을 평행광 형태로 간섭 광학계(50)로 입사시킨다.

간섭 광학계(50)는 빔 스플리터(51)를 포함하고, 빔 스플리터(51)를 통해 측정 광학계(30)로부터 입사된 측정광을 스테이지(ST)에 올려진 측정 대상물(OB)에 조사하고, 측정 대상물로부터 반사된 광과 기준 광학계(40)로부터 입사된 기준광이 간섭된 간섭광을 출력한다.

간섭 광학계(50)는 간섭광을 감지부(60)에 전달한다.

감지부(60)는 집광렌즈(61)와 CCD 카메라(62)를 포함할 수 있다.

집광렌즈(61)는 간섭 광학계(50)와 감지부(60)사이의 광 경로상에 마련된다.

집광렌즈(61)에 의한 결상 위치에 CCD 카메라가 배치된다.

간섭 광학계(50)로부터 출력된 간섭광은 집광렌즈(61)에 의해 집광되어 CCD 카메라(62) 상에 결상된다. CCD 카메라에서는 간섭광에 대한 촬영이 이루어진다.

CCD 카메라(62)에 의해 촬영된 영상 데이터는 제어부(70)로 송신되어 측정대상물(OB)에 대한 검사가 가능하다.

제어부(70)는 송신된 영상 데이터를 디스플레이로 표시하여 검사자가 측정대상물(OB)에 대한 검사를 수행하게 할 수도 있고, 영상 데이터에 대한 영상 분석을 수행하여 측정대상물(OB)에 대한 검사를 직접 수행할 수도 있다.

상기한 구성을 갖는 레이저 간섭계의 작동을 살펴보면, 먼저, 레이저 광원(10)에서 출사된 레이저광은 광 분배기(20)에 의해 측정광과 기준광으로 분배된다. 이때, 광 분배기(20)에 셋팅된 광량 비율에 따라 측정광과 기준광은 예를 들면, 90:10으로 광량 비율을 가질 수 있다.

측정광은 측정 광학계(30)의 제1 광 아이솔레이터(31), 제1 가변 감쇠기(32), 제1 콜리메이터(33)을 순차적으로 통과한 후 간섭 광학계(50)의 빔 스플리터(51)에 입사된다.

한편, 기준광은 기준 광학계(40)의 제2 광 아이솔레이터(41), 제2 가변 감쇠기(42), 제2 콜리메이터(43)를 순차적으로 통과한 후 간섭 광학계(50)의 빔 스플리터(51)에 입사된다.

간섭 광학계(50)의 빔 스플리터(51)는 입사된 측정광을 측정대상물(OB)에 조사하고, 측정 대상물(OB)에 반사된 광과, 기준 광학계(40)로부터 입사된 기준광이 간섭된 간섭광을 감지부(60)로 전달한다. 즉, 입사된 측정광은 빔 스플리터(51)에 반사되어 측정대상물(OB)에 조사되고, 측정대상물(OB)에 반사된 광과, 입사된 기준광이 간섭을 일으킨 간섭광은 감지부(60)의 집광렌즈(61)를 통해 CCD 카메라(62)에 결상된다.

본 발명의 실시예에 따른 레이저 간섭계는 상기한 구성을 가짐으로써 광 파이버와 자유공간 광학계가 합쳐진 형태를 가질 수 있어 광학 정렬 및 광량 분배가 가능하여 다양한 측정대상물에 대한 적용이 가능하고, 자유공간 광학계 구조가 간편해져 기존에 비해 저가로 구현 가능하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 간섭계는 원하는 광량 비율을 갖는 광 분배기를 채용함으로써 광량을 자유롭게 선택할 수 있어 광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있어 상대적으로 고정밀의 측정이 가능하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 간섭계는 측정 대상물의 종류에 따라 광 분배기를 교환하기만 하면 적용 가능하기 때문에 광학계에 대한 정렬이 불필요하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 간섭계는 가변 감쇠기에서 보다 세밀한 광량 조절이 가능하므로 교환이 필요한 부품을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 간섭계는 측정 광학계와 기준 광학계를 독립적으로 배치하더라도 각각에 광 아이솔레이터를 장착함으로써 역으로 들어오는 광을 차단할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 간섭계는 레이저 간섭계의 구조를 변경하고 광 간섭에 필요한 최적화된 광량을 자동으로 제어함으로써 측정대상물을 변경하더라도 간섭계 구조를 변경할 필요없이 보다 빠르고 간편하며 고정밀 측정이 가능하다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정방법에 대한 제어흐름도이다.

도 2를 참조하면, 먼저, 제어부(70)는 사용자로부터 입력장치를 통해 측정 대상물을 입력받는다(100). 이때, 측정 대상물의 명칭이나 ID, 일련번호 등을 입력받을 수 있다. 측정 대상물을 수동 입력받는 대신에 측정 대상물을 판단할 수 있는 검출장치를 이용하여 자동 검출하는 것도 가능하다.

제어부(70)는 입력된 측정 대상물이 등록된 측정 대상물인지를 판단한다(102). 이때, 등록된 측정 대상물은 해당 측정 대상물에 대응하는 각 가변 감쇠기(32,42)의 제어값이 미리 저장된 것을 의미한다.

만약, 작동모드 102의 판단결과 입력된 측정 대상물이 등록된 측정 대상물이면, 제어부(70)는 미리 저장된 각 가변 감쇠기(32,42)의 제어값들 중에서 입력된 측정 대상물에 대응하는 각 가변 감쇠기(32,42)의 제어값을 인식한다(104).

각 가변 감쇠기(32,42)의 제어값을 인식한 후 제어부(70)는 인식된 제어값에 따라 각 가변감쇠기(31,32)를 구동시킨다(106).

제어부(70)는 감지부(60)를 통해 간섭 광학계(50)로부터 전달된 간섭광을 촬영한다(108).

간섭광을 촬영한 후 제어부(70)는 촬영된 간섭광에 대한 영상분석을 수행한다(110).

촬영된 간섭광에 대한 영상분석을 수행한 후 제어부(70)는 분석 결과를 디스플레이 등에 표시시켜 검사 결과를 통보한다(112).

한편, 작동모드 102의 판단결과 입력된 측정 대상물이 등록된 측정 대상물이 아니면, 제어부(70)는 각 가변 감쇠기(32,42)의 제어값을 등록시키는 작업을 수행한다(114).

이하에서는 도 2에서 각 가변 감쇠기의 제어값을 등록시키는 작업을 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계에서 각 가변 감쇠기의 제어값을 등록시키는 것을 설명하기 위한 제어흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계에서 제1 가변 감쇠기는 온 시키고, 제2 가변 감쇠기는 오프시킨 경우를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭계에서 제1 가변 감쇠기는 오프시키고, 제2 가변 감쇠기는 온 시킨 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하여 도 3을 살펴보면, 먼저, 제어부(70)는 입력된 측정 대상물에 대한 반사광 영상을 감지부(60)를 통해 촬영한다(200). 이때, 제어부(70)는 제1 가변 감쇠기(VA#1)(32)를 온 시키고, 제2 가변 감쇠기(VA#2)(42)를 오프시킨다. 제2 가변 감쇠기(VA#2)(42)가 오프됨에 따라 광 분배기(20)에 의해 분배된 기준광은 간섭 광학계(50)에 입사되지 않고, 제1 가변 감쇠기(VA#1)(32)가 온 됨에 따라 측정광만이 간섭 광학계(50)에 입사된다. 제1 가변 감쇠기(VA#1)(32)가 온 되면, 광량 조절없이 전체 측정광이 제1 가변 감쇠기(VA#1)(32)를 통과한다. 간섭 광학계(50)에 입사된 측정광은 빔 스플리터(51)에 의해 측정 대상물(OB)에 반사된 후 감지부(60)에 촬상된다.

입력된 측정 대상물에 대한 반사광 영상을 촬영한 후 제어부(70)는 반대로 기준광 영상을 촬영한다(202). 이때, 제어부(70)는 제1 가변 감쇠기(VA#1)(32)를 오프시키고, 제2 가변 감쇠기(VA#2)(42)를 온 시킨다. 제1 가변 감쇠기(VA#1)(32)가 오프됨에 따라 광 분배기(20)에 의해 분배된 측정광은 간섭 광학계(50)에 입사되지 않고, 제2 가변 감쇠기(VA#2)(42)가 온 됨에 따라 기준광만이 간섭 광학계(50)에 입사된다. 제2 가변 감쇠기(VA#2)(42)가 온 되면, 광량 조절없이 전체 기준광이 제2 가변 감쇠기(42)를 통과한다. 간섭 광학계(50)에 입사된 기준광은 간섭 광학계(50)의 빔 스플리터(51)에 반사되어 감지부(60)에 촬상된다. 참고로, 기준광 영상을 먼저 촬영하고 측정 대상물의 반사광 영상을 나중에 촬영해도 상관없다.

기준광 영상과 측정 대상물의 반사광 영상을 촬영한 후 제어부(70)는 촬영된 영상을 비교한다(204).

제어부(70)는 촬영된 영상에서 광량을 비교한 결과에 따라 이 측정 대상물에 대한 제1 가변 감쇠기(VA#1)(32)과 제2 가변 감쇠기(VA#2)(42)의 제어값을 산출한다(206). 이때, 각 가변 감쇠기(32,42)의 제어값은 두 개의 영상에서 광량이 일치하도록 하기 위한 감쇠율에 대응하는 보정값이다.

그리고, 제어부(70)는 산출된 각 가변 감쇠기(32,42)의 제어값은 자체 내의 메모리에 저장한다(208). 이후 이 측정 대상물에 대해서는 저장된 각 가변 감쇠기(32,42)의 제어값을 반영하여 각 가변 감쇠기(32,42)를 제어함으로써 광량을 미세 조정한다. 이와 같이, 측정 대상물이 변경되더라도 광 간섭에 필요한 최적화된 광량을 자동으로 제어함으로써 간섭계 구조를 변경할 필요없이 보다 빠르고 간편하며 고정밀 측정이 가능하다.

10 : 레이저광원 20 : 광 분배기
30 : 측정 광학계 31 : 제1 광 아이솔레이터
32 : 제1 가변 감쇠기 33 : 제1 콜리메이터
40 : 기준 광학계 41 : 제2 광 아이솔레이터
42 : 제2 가변 감쇠기 43 : 제2 콜리메이터
50 : 간섭 광학계 51 : 빔 스플리터
60 : 감지부 61 : 집광렌즈
62 : CCD 카메라 70 : 제어부

Claims

레이저광을 출사하는 레이저 광원;
상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을 측정광과 기준광으로 분배하는 광 분배기;
상기 측정광을 도파하는 측정 광학계;
상기 기준광을 도파하는 기준 광학계; 및
상기 측정 광학계에 의해 도파되는 측정광이 조사된 측정 대상물로부터 반사된 광과 상기 기준 광학계에 의해 도파되는 기준광을 간섭시킨 간섭광을 출력하는 간섭 광학계를 포함하고,
상기 측정 광학계는,
상기 간섭 광학계로부터 들어온 광이 상기 광 분배기를 거쳐 상기 레이저 광원으로 전달되는 것을 차단할 수 있도록 상기 광 분배기로부터 전달된 측정광이 상기 간섭 광학계가 있는 방향으로 나아갈 때는 측정광을 통과시키고 상기 간섭 광학계가 있는 방향에서 들어오는 광은 차단하여 상기 기준 광학계에서 상기 간섭 광학계에 입사된 기준광 중 일부가 반사되지 않고 진행하여 상기 측정 광학계로 유입되는 것을 방지하는 제1 광 아이솔레이터;
상기 광 분배기에 의해 분배된 측정광의 광량을 조절하는 제1 가변 감쇠기;
상기 제1 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 측정광을 평행광 형태로 간섭 광학계에 입사시키는 제1 콜리메이터; 및
상기 제1 가변 감쇠기와 상기 제1 콜리메이터를 연결하는 제1 광섬유를 포함하고,
상기 기준 광학계는,
상기 간섭 광학계로부터 들어온 광이 상기 광 분배기를 거쳐 상기 레이저 광원으로 전달되는 것을 차단할 수 있도록 상기 광 분배기로부터 전달된 기준광이 상기 간섭 광학계가 있는 방향으로 나아갈 때는 기준광을 통과시키고 상기 간섭 광학계가 있는 방향에서 들어오는 광은 차단하여 상기 측정 광학계에서 상기 간섭 광학계에 입사된 측정광 중 일부가 반사되지 않고 진행하여 상기 기준 광학계로 유입되는 것을 방지하는 제2 광 아이솔레이터;
상기 광 분배기에 의해 분배된 기준광의 광량을 조절하는 제2 가변 감쇠기;
상기 제2 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 기준광을 평행광 형태로 간섭 광학계에 입사시키는 제2 콜리메이터; 및
상기 제2 가변 감쇠기와 상기 제2 콜리메이터를 연결하는 제2 광섬유를 포함하는 레이저 간섭계.
제1항에 있어서,
상기 광 분배기는 상기 측정 대상물에 따라 상기 측정광과 기준광의 광량 비율을 분배하는 광 커플러를 포함하는 레이저 간섭계.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기는 전자신호에 의해 광량을 조절하는 전자적인 가변 감쇠기인 레이저 간섭계.
제6항에 있어서,
상기 간섭 광학계로부터 출력된 간섭광을 집광하는 집광렌즈와 상기 집광렌즈에 의해 집광된 간섭광이 결상되는 CCD 카메라를 갖는 감지부; 및
상기 감지부를 통해 상기 간섭 광학계로부터 전달된 간섭광을 촬영하고, 상기 촬영된 간섭광에 대한 영상분석을 수행하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 가변 감쇠기를 온 시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 오프시킨 후 상기 감지부를 통해 상기 측정 대상물의 반사광 영상을 촬영하고, 상기 제1 가변 감쇠기를 오프시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 온 시킨 후 상기 감지부를 통해 상기 측정 대상물의 기준광 영상을 촬영하고, 상기 촬영된 반사광 영상과 상기 기준광 영상을 비교하여 광량이 일치하도록 하는 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값을 산출하고, 상기 산출된 제어값들을 메모리에 저장하는 레이저 간섭계.
제7항에 있어서,
상기 제어부는 간섭광 촬영시 측정 대상물의 종류를 인식하고, 상기 메모리에 저장된 제어값들을 이용하여 상기 인식된 측정 대상물에 대응하는 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값을 인식하고, 상기 인식된 각 제어값에 따라 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기를 구동시키는 레이저 간섭계.
레이저광을 출사하는 레이저 광원;
상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을 측정광과 기준광으로 분배하는 광 분배기;
상기 광 분배기에 의해 분배된 측정광의 광량을 조절하는 제1 가변 감쇠기, 상기 제1 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 측정광을 평행광 형태로 간섭 광학계에 입사시키는 제1 콜리메이터, 및 상기 제1 가변 감쇠기와 상기 제1 콜리메이터를 연결하는 제1 광섬유를 포함하는 측정 광학계;
상기 광 분배기에 의해 분배된 기준광의 광량을 조절하는 제2 가변 감쇠기, 상기 제2 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 기준광을 평행광 형태로 상기 간섭 광학계에 입사시키는 제2 콜리메이터, 및 상기 제2 가변 감쇠기와 상기 제2 콜리메이터를 연결하는 제2 광섬유를 포함하는 기준 광학계;
상기 측정 광학계에 의해 도파되는 측정광이 조사된 측정 대상물로부터 반사된 광과 상기 기준 광학계에 의해 도파되는 기준광을 간섭시킨 간섭광을 출력하는 간섭 광학계;
상기 간섭 광학계에 의해 출력된 간섭광을 촬영하는 감지부;
측정 대상물 종류별로 상기 제1 가변 감쇠기를 온 시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 오프시켜 얻은 측정 대상물의 반사광 영상과, 상기 제1 가변 감쇠기를 오프시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 온 시켜 얻은 측정 대상물의 기준광 영상의 광량이 일치하도록 하는 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값이 저장된 메모리; 및
측정 대상물의 종류를 인식하고, 측정할 대상물별로 미리 저장된 상기 제1 가변 감쇠기와 제2 가변 감쇠기의 제어값들을 이용하여 상기 인식된 측정 대상물에 대응하는 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값을 인식하고, 상기 인식된 각 제어값에 따라 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기를 구동시켜 광량을 미세 조정하는 제어부를 포함하는 레이저 간섭계.
제9항에 있어서,
상기 기준 광학계와 상기 측정 광학계 중 적어도 하나는 상기 간섭 광학계로부터 입사되는 광이 상기 광 분배기로 전달되는 것을 차단시키는 광 아이솔레이터를 포함하는 레이저 간섭계.
레이저광을 출사하는 레이저 광원; 상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을 측정광과 기준광으로 분배하는 광 분배기; 상기 광 분배기에 의해 분배된 측정광의 광량을 조절하는 제1 가변 감쇠기, 상기 제1 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 측정광을 평행광 형태로 간섭 광학계에 입사시키는 제1 콜리메이터, 및 상기 제1 가변 감쇠기와 상기 제1 콜리메이터를 연결하는 제1 광섬유를 포함하는 측정 광학계; 상기 광 분배기에 의해 분배된 기준광의 광량을 조절하는 제2 가변 감쇠기, 상기 제2 가변 감쇠기에 의해 광량 조절된 기준광을 평행광 형태로 상기 간섭 광학계에 입사시키는 제2 콜리메이터, 및 상기 제2 가변 감쇠기와 상기 제2 콜리메이터를 연결하는 제2 광섬유를 포함하는 기준 광학계; 상기 기준 광학계와 상기 측정 광학계 중 적어도 하나에 마련되어 상기 간섭 광학계로부터 입사되는 광이 상기 광 분배기로 전달되는 것을 차단시키는 광 아이솔레이터; 상기 측정 광학계에 의해 도파되는 측정광이 조사된 측정 대상물로부터 반사된 광과 상기 기준 광학계에 의해 도파되는 기준광을 간섭시킨 간섭광을 출력하는 간섭 광학계; 상기 간섭 광학계에 의해 출력된 간섭광을 촬영하는 감지부; 및 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 감쇠율을 조절하는 제어부를 포함하는 레이저 간섭계를 이용한 측정방법에 있어서,
상기 제어부에 의해,
측정할 대상물이 등록된 대상물인지를 판단하고,
상기 판단결과 측정할 대상물이 등록된 대상물이 아니면, 상기 제1 가변 감쇠기를 온 시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 오프시킨 후 상기 감지부를 통해 상기 측정할 대상물의 반사광 영상을 촬영하고,
상기 제1 가변 감쇠기를 오프시키고 상기 제2 가변 감쇠기를 온 시킨 후 상기 감지부를 통해 상기 기준광 영상을 촬영하고,
상기 촬영된 반사광 영상과 상기 기준광 영상을 비교하여 광량이 일치하도록 하는 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값을 산출하고,
상기 산출된 제어값들을 저장하는 레이저 간섭계를 이용한 측정방법.
제11항에 있어서,
상기 제어부에 의해,
상기 측정할 대상물이 등록된 대상물이면,
상기 측정할 대상물에 대응하는 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기의 제어값을 인식하고,
상기 인식된 각 제어값에 따라 상기 제1 가변 감쇠기 및 제2 가변 감쇠기를 구동시키는 레이저 간섭계를 이용한 측정방법.