KR101817667B1 - 광학간섭계의 광축 정렬방법 - Google Patents

광학간섭계의 광축 정렬방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측정대상물의 표면에 광을 투사하여 간섭렌즈의 초점을 형성하는 단계; 제어부가 카메라부를 제어하여 간섭렌즈를 통하여 확보된 간섭무늬를 촬영하는 단계; 상기 촬영된 간섭무늬 이미지를 이진화하는 단계; 상기 이진화된 데이터를 기초로 기준 좌표상에서 라인 개수 또는 라인 폭을 산출하는 단계; 기준 좌표상 라인의 축방향을 선택하는 단계; 및 틸트부를 제어하여 선택된 축방향으로 광축을 조절하는 단계를 포함하는 광학간섭계의 광축 정렬방법에 관한 것이다. 본 발명의 광학간섭계의 광축 정렬방법은 획득된 간섭무늬를 이진화하여 광축을 자동 제어함으로써 측정이 용이하며, 측정대상물의 법선 방향과 광축 방향이 일치되도록 간섭무늬를 제어하는 경우에도 초점거리와 초점위치가 변동하지 않으므로 측정신뢰도가 우수하다.

Description

광학간섭계의 광축 정렬방법{METHOD FOR ALIGNING OPTICAL AXIS OF OPTICAL INTERFEROMETER}
본 발명은 광학간섭계의 광축 정렬방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 간섭렌즈를 통하여 획득된 간섭무늬를 이진화하여 광축 정렬을 자동 제어함으로써 측정 신뢰도가 우수하고 측정이 용이한 광학간섭계의 광축 정렬 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 및 LCD(Liquid Crystal Display) 제조공정 중에서 불투명한 금속 층의 표면상에 박막 층을 도포하는 공정이 존재하는데, 이때 박막 층의 두께나 그 표면 형상에 대한 정보를 측정하는 몇 가지 방법들이 제안되었다.
이러한 박막층의 표면 형상을 측정하는 방법의 하나로, 백색광 주사 간섭법(WSI : White-light Scanning Interferometry)이 제안되었다.
백색광 주사 간섭법의 기본 측정 원리는 백색광의 짧은 가간섭(Short Coherence Length) 특성을 이용한다. 이는 광분할기인 빔 스플리터(Beam splitter)에서 분리되는 기준광과 측정광이 거의 동일한 광경로차(Optical path difference)를 겪을 때에만 간섭신호(Interference signal)가 발생하는 원리를 이용한다.
그러므로, 측정물을 광축 방향으로 PZT 액츄에이터와 같은 이송수단으로 수 나노미터(nanometer)의 미소 간격씩 이동하면서 측정 영역 내의 각 측정점에서의 간섭신호를 관찰하면, 각 점이 기준미러와 동일한 광경로차가 발생하는 지점에서 짧은 간섭신호가 발생한다.
이러한 간섭신호의 발생 위치를 측정 영역 내의 모든 측정점에서 산출하면 측정면의 3차원 형상에 대한 정보를 획득하게 되고, 획득된 3차원 정보로부터 측정대상물의 표면 형상을 측정하게 된다.
가장 널리 알려진 백색광 주사 간섭법에 사용되는 간섭렌즈의 구조로 마이켈슨간섭계, 미라우간섭계 및 리닉간섭계가 있다.
이러한 광학간섭계들은 측정 신뢰도를 높이기 위하여 측정대상물 표면의 법선(normal) 방향과 간섭렌즈의 광축(optical axis) 방향이 일치하는 것이 바람직하다.
도 1은 측정대상물 표면의 법선 방향과 광축 방향의 일치 여부에 따른 간섭무늬의 광학적 의미를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 개념도이다. 도 1을 참고하면, 도 1 (a)는 측정대상물(10)의 법선(N, normal)과 광축(OA, optical axis) 방향이 일치하여 간섭무늬 간격이 넓게 형성된 반면, 도 1 (b)는 측정대상물(11)의 법선 방향과 광축(OA, optical axis) 방향이 일치하지 않아서 간섭무늬 간격이 조밀하게 형성된 것을 알 수 있다.
광학간섭계의 3차원 형상 측정은 간섭무늬를 스캔하여 각각의 픽셀마다 강도(intensity)를 산출하면, 이로부터 측정대상물의 상대적인 형상이 측정될 수 있다.
이때, 도 1 (a)와 같이 간섭무늬 간격이 넓게 형성되면 경면을 측정할 때 카메라의 모든 픽셀에서 동시에 강도 측정이 가능하기 때문에 간섭무늬로 인한 측정 에러 값을 줄일 수 있는 반면, 도 1 (b)와 같이 간섭무늬 간격이 조밀한 경우에는 측정 에러 값이 높아져 측정 신뢰도를 저하시킬 수 있다.
종래에는 측정대상물의 법선 방향과 광축 방향을 일치시키고자 측정대상물이 고정된 작업테이블의 수평 위치를 조정하는 시도가 있었으나, 작업테이블의 위치를 변경시키는 경우에는 초점위치와 초점거리가 변동되어 측정 위치를 다시 조절해야 하는 등 측정 작업에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 측정 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 획득된 간섭무늬를 이진화하여 광축을 자동 제어함으로써 측정이 용이한 광학간섭계의 광축 정렬방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 측정대상물의 법선 방향과 광축 방향이 일치되도록 간섭무늬를 제어하는 경우에 초점거리와 초점위치가 변동하지 않는 광학간섭계의 광축 정렬방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 측정대상물의 표면에 광을 투사하여 간섭렌즈의 초점을 형성하는 단계; 제어부가 카메라부를 제어하여 간섭렌즈를 통하여 확보된 간섭무늬를 촬영하는 단계; 상기 촬영된 간섭무늬 이미지를 이진화하는 단계; 상기 이진화된 데이터를 기초로 기준 좌표상에서 라인 개수 또는 라인 폭을 산출하는 단계; 기준 좌표상 라인의 축방향을 선택하는 단계; 및 틸트부를 제어하여 선택된 축방향으로 광축을 조절하는 단계를 포함하는 광학간섭계의 광축 정렬방법에 관한 것이다.
상기 간섭무늬 이미지는 보강간섭에 따른 보강영역과 상쇄간섭에 따른 상쇄영역으로 구성되며, 기준 좌표의 x축 상에서 나타나는 보강영역과 상쇄영역의 각 픽셀값을 측정하여, 측정된 각 지점의 픽셀값이 임계값 이하인 경우에는 0으로, 임계값을 초과하는 경우에는 1로 이진화할 수 있다.
상기 라인 개수는 이진화된 데이터 중 1이 연속적으로 나타나는 구간의 개수로 산출되며, 상기 라인 폭은 이진화된 데이터 중 1이 연속적으로 나타나는 구간의 크기로 산출될 수 있다.
상기 기준 좌표는 x축과 y축이 교차되는 2차원 평면 좌표이며, x축 상에서 산출되는 라인 개수가 y축 상에서 산출되는 라인 개수보다 큰 경우에는 x축으로 축방향이 선택되고, y축 상에서 산출되는 라인 개수가 x축 상에서 산출되는 라인 개수보다 큰 경우에는 y축으로 축방향이 선택될 수 있다.
상기 틸트부는 회전운동에 의하여 광축을 조절하고, 상기 회전운동의 곡률중심과 상기 렌즈초점이 일치되도록 광축을 조절할 수 있다.
상기 측정대상물은 위치가 고정되며, 상기 틸트부의 회전운동에 의하여 광축이 조절될 수 있다.
상기 제어부는 카메라를 통하여 확보된 간섭무늬 이미지를 이진화시키는 영상 이진화부; 기준 좌표상에서 간섭무늬의 라인 개수를 측정하는 라인 개수 산출부; 기준 좌표상에서 간섭무늬의 라인 폭의 크기를 측정하는 라인 폭 산출부 및 라인의 축방향을 선택하고 라인 개수에 따라 상기 틸트부의 회전 정도를 제어하는 틸트 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 광학간섭계의 광축 정렬방법은 측정대상물의 표면에 광을 투사하여 간섭렌즈의 초점을 형성하는 단계; 제어부가 카메라부를 제어하여 간섭렌즈를 통하여 확보된 간섭무늬를 촬영하는 단계; 상기 촬영된 간섭무늬 이미지를 이진화하는 단계; 상기 이진화된 데이터를 기초로 기준 좌표상에서 라인의 개수를 산출하는 단계; 기준 좌표상에서 라인의 축방향을 선택하는 단계; 틸트부를 제어하여 선택된 축방향으로 광축을 조절하는 단계; 및 라인의 폭을 측정하는 단계를 포함하는 광학간섭계의 광축 정렬방법에 관한 것이다.
본 발명의 광학간섭계의 광축 정렬방법은 획득된 간섭무늬를 이진화하여 광축 정렬을 자동 제어함으로써 측정이 용이하며, 측정대상물의 법선 방향과 광축 방향이 일치되도록 간섭무늬를 제어하는 경우에도 초점거리와 초점위치가 변동하지 않으므로 측정 신뢰도가 우수하다.
도 1은 측정대상물 표면의 법선 방향과 광축 방향의 일치 여부에 따라 획득된 간섭무늬의 광학적 의미를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학간섭계를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 블록도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학간섭계의 광축 정렬방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 광축 정렬 전 광학간섭계의 광경로를 나타낸 것이다.
도 6는 광축 정렬을 완료한 후 광학간섭계의 광경로를 나타낸 것이다.
도 7 은 도 5의 광학간섭계에서 기준 좌표상에 정렬된 간섭무늬 이미지를 이진화시킨 예이다.
도 8 은 도 6의 광학간섭계에서 기준 좌표상에 정렬된 간섭무늬 이미지를 이진화시킨 예이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학간섭계의 광축 정렬방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면에 대한 참조 부호를 사용한 이하의 설명은 특허청구범위와 그에 균등한 것들에 의해 정의된 것과 같은 본 발명의 실시예의 포괄적인 이해를 돕기 위한 것이다. 또한 본 발명의 실시예들의 이해를 돕기 위해 여러 가지 특정 상세들이 포함되지만, 이는 단지 예시에 관한 것으로 간주되어야 한다. 따라서 당업자라면 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않으면서 이하에 설명된 실시예들의 여러 가지 변경 및 수정을 할 수 있음을 인식할 것이다. 또한 공지 기능이나 구성에 관한 설명은 명확성과 간결성을 위해 생략될 수 있다.
본 발명의 광학간섭계의 광축 정렬방법을 설명하기에 앞서 광축 정렬방법이 적용되는 광학간섭계에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학간섭계를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면, 광학간섭계(100)는 광원부(110), 광분할부(120), 기준 미러(130), 광검출부(140), 제어부(150), 틸트부(160) 및 카메라부(170)를 포함한다.
광원부(110)는 광을 발생시키되, 상기 광의 파장을 변화시킬 수 있다.
광분할부(120)는 상기 광원부(110)로부터 발생된 광을 적어도 기준광(RL) 및 측정광(ML)으로 분리한다. 예를 들면, 광분할부(120)는 빔 스플리터(beam splitter)를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 광분할부(120)는 광원부(110)로부터 발생된 광의 적어도 일부를 투과시키며, 투과된 상기 기준광(RL)은 후술되는 기준 미러(130)로 제공될 수 있다. 또한, 광분할부(120)는 광원부(110)로부터 발생된 광의 적어도 일부를 반사시키며, 반사된 상기 측정광(ML)은 간섭렌즈(미도시)를 경유하여 형상 측정을 원하는 측정대상물(10)을 향하여 제공될 수 있다.
기준 미러(mirror)(130)는 상기 기준광(RL)을 반사시킨다. 반사된 상기 기준광(RL)은 광분할부(120)로 되돌아가서, 후술되는 광검출부(140)를 향하여 반사될 수 있다.
광검출부(140)는 상기 기준광(RL) 및 상기 측정광(ML)을 수신한다.
상기 기준광(RL)은 기준 미러(130)에 의해 기준 광경로를 형성하도록 반사된다. 예를 들면, 상기 기준광(RL)의 기준 광경로는 도 2에 점선 화살표로 도시된 형태로 형성될 수 있다.
상기 측정광(ML)은 측정대상물(10)에 의해 측정 광경로를 형성하도록 반사된다. 예를 들면, 상기 측정광(ML)의 측정 광경로는 도 2에 실선 화살표로 도시된 형태로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(150)의 블록도를 나타낸 것이다. 도 3을 참고하면, 제어부(150)는 카메라부(170)를 통하여 확보된 간섭무늬 이미지를 이진화시키는 영상 이진화부(151), 기준 좌표상에서 간섭무늬의 라인 개수를 산출하는 라인 개수 산출부(152), 기준 좌표상에서 간섭무늬의 라인 폭의 크기를 측정하는 라인 폭 산출부(153), 및 라인의 축방향을 선택하고 라인 개수에 따라 틸트부(160)의 회전 정도를 제어하는 틸트 제어부(154)를 포함한다.
영상 이진화부(151)는 카메라부(170)에서 촬영한 영상을 이진화시킨다. 즉, 미리 설정된 임의의 임계값(threshold)보다 밝은 픽셀들은 모두 흰색 배경으로 처리하고, 상기 임계값보다 어두운 픽셀들은 모두 검은색 라인(line)으로 처리한다. 여기서 상기 이진화 방식으로는 전역 고정 이진화 방식이나 지역 가변 이진화 방식 등이 있으며, 영상의 밝기 변화 정도에 따라 적절한 이진화 방식을 조합하여 사용할 수 있다.
제어부(150)는 미리 설정된 조건(예 : 특정 버튼 입력, 특정 동작 모드 등)이 되었을 때 카메라부(170)에 제어 명령을 출력한다.
제어부(150)는 간섭무늬를 확보하기 위하여, 정지 영상을 일정시간 간격으로 연속 촬영하거나 일정시간 동안 동영상을 촬영하도록 카메라부(170)를 제어할 수 있다.
틸트부(160)는 광학간섭계의 광축조절을 위하여 구비된 것이다. 틸트부(160)는 기준점을 중심으로 회전운동에 의하여 광축을 조절할 수 있다. 이때, 틸트부(160)는 기준점으로 간섭렌즈 초점을 곡률중심으로 삼아 틸트(tilt)될 수 있다.
카메라부(170)는 적외선 카메라일 수 있으며, 또는 디지털 이미지 센서(예 : CMOS, CCD)를 이용한 디지털 카메라가 이용될 수도 있다. 또한 상기 카메라부(170)는 구동에 필요한 전자 부품들(미도시)이 포함된 모듈 형태로 구성될 수도 있으며, 또한 상기 카메라부는 내시경용 초소형 카메라 모듈을 사용할 수도 있다.
카메라부(170)는 제어부(160)의 제어에 따라 간섭렌즈를 통하여 획득된 간섭무늬를 촬영한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학간섭계의 광축 정렬방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학간섭계의 광축 정렬방법은 측정대상물의 표면에 광을 투사하여 간섭렌즈의 초점을 형성하는 단계(S1); 제어부가 카메라부를 제어하여 간섭렌즈를 통하여 확보된 간섭무늬를 촬영하는 단계(S2); 상기 촬영된 간섭무늬 이미지를 이진화하는 단계(S3); 상기 이진화된 데이터를 기초로 기준 좌표상에서 라인 개수 또는 라인 폭을 산출하는 단계(S4); 기준 좌표상에서 라인의 축방향을 선택하는 단계(S5); 및 틸트부를 제어하여 선택된 축방향으로 광축을 조절하는 단계(S6)를 포함한다.
본 발명에서 광학간섭계의 광축 정렬(axis aligning)이란 측정대상물 표면의 법선(normal) 방향과 간섭렌즈의 광축(optical axis) 방향이 일치하는 것 또는 평행한 것을 의미한다. 상기 광축은 간섭렌즈의 중심과 렌즈 초점을 관통하는 가상의 축을 의미한다.
상기 촬영된 간섭무늬 이미지를 이진화하는 단계(S3)는 확보된 간섭이미지를 기준 좌표상에 정렬시킨 후, 영상 이진화부(151)를 통하여 x축 상 각 지점의 픽셀값을 측정하여 0 또는 1로 이진화시키는 단계이다.
상기 기준 좌표는 x축과 y축이 교차되는 2차원 평면 좌표이며, 간섭무늬 이미지는 보강간섭에 따른 보강영역과 상쇄간섭에 따른 상쇄영역으로 구성된다. 간섭무늬 이미지는 보강영역과 상쇄영역이 교대로 배치되며, 본 발명에서 보강영역은 라인(line)으로 정의하고, 상쇄영역은 배경으로 정의하기로 한다.
도 7 및 도 8은 기준 좌표상에 정렬된 간섭무늬 이미지를 이진화시킨 예를 각각 나타낸 것이다. 도 7 은 도 5의 광학간섭계에서 기준 좌표상에 정렬된 간섭무늬 이미지를 이진화시킨 예를, 도 8 은 도 6의 광학간섭계에서 기준 좌표상에 정렬된 간섭무늬 이미지를 이진화시킨 예를 각각 나타낸 것이다. 도 7 및 도 8 에서 (a)는 간섭무늬 이미지를 기준 좌표상에 정렬시킨 것을 나타낸 것이며, (b)는 간섭무늬 이미지를 이진화시킨 그래프를 각각 나타낸 것이다.
도 7은 측정대상물 표면의 법선(N)과 광축(OA) 방향이 일치하지 않는 경우에 확보된 간섭무늬 이미지를 이진화시킨 예로서, 다수의 라인들이 조밀하게 형성된 것을 알 수 있다. 도 7을 참고하면, 기준 좌표상 중앙에 위치한 라인들은 배경과 명확하게 구분될 수 있으나, 중앙에서 멀어질수록 라인과 배경의 구분이 쉽지 않은 것을 알 수 있다.
간섭무늬 이미지는 영상 이진화부(151)에 의하여 이진화된다. 영상 이진화부(151)는 제공된 간섭무늬 이미지의 기준 좌표상에 정렬시킨 후 기준 좌표의 x축 상의 각 지점의 픽셀값을 측정하게 된다. 이때, 라인과 배경을 구분짓는 임계값을 설정한 후, 측정된 각 지점의 픽셀값이 임계값 이하인 경우에는 0으로, 임계값을 초과하는 경우에는 1로 이진화한다.
도 8은 측정대상물 표면의 법선과 광축 방향이 일치하는 경우에 확보된 간섭무늬 이미지를 이진화시킨 예이다. 도 8에서도 이진화하는 단계는 도 7에서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 이진화된 데이터를 기초로 기준 좌표상에서 라인 개수 또는 라인 폭을 산출하는 단계(S4)는 광학간섭계의 광축 정렬이 필요한지 여부를 결정하기 위하여 수행되는 단계이다.
일 실시예로서, 라인 개수는 기준 좌표의 간섭무늬를 0과 1로 이진화시킨 그래프 상에서 1이 연속적으로 나타나는 구간의 개수로 산출할 수 있다. 구체적으로, 도 7의 경우에는 이진화된 그래프 상에서 라인 개수가 12개로 산출되는 반면, 도 8의 경우에는 라인 개수가 1개로 산출될 수 있다.
일 실시예로서, 라인 폭(W, width)은 기준 좌표의 간섭무늬를 0과 1로 이진화시킨 그래프 상에서 1이 연속적으로 나타나는 구간의 크기로 정의할 수 있다. 또한, 상기 라인 폭은 간섭무늬 이미지에서 라인 개수가 복수 개인 경우에는 측정된 라인 폭의 크기 중 최대값을 의미한다.
도 7의 경우에는 측정대상물 표면의 법선과 광축 방향이 일치하지 않으므로 광축 조절을 요하는 경우이며, 도 8의 경우에는 측정대상물 표면의 법선과 광축 방향이 일치하는 경우로서 광축 조절을 요하지 않는 경우이다. 따라서, 측정대상물에 따라 라인 개수를 설정하여 산출된 라인 개수가 기설정된 라인 개수 이하인 경우에는 광축을 조절하지 않고 광축 정렬을 완료한 후 측정대상물의 형상을 측정하게 되며, 산출된 라인 개수가 기설정된 라인 개수를 초과하는 경우에는 광축 조절을 위하여 기준 좌표상에서 라인의 축방향을 선택하는 단계(S5)를 수행하게 된다. 상기 기설정된 라인 개수는 일 예로 2개일 수 있으며, 바람직하게는 1개일 수 있다.
기준 좌표상에서 라인의 축방향을 선택하는 단계(S5)는 광축 조절을 위하여 틸트부(160)를 기준 좌표상 x축 방향으로 제어할 것인지, 아니면 y축 방향으로 제어할 것인지를 결정하기 위하여 수행되는 단계이다.
라인의 축방향은 기준 좌표의 x축 상에서 산출되는 라인 개수와 y축 상에서 산출되는 라인 개수를 비교하여 선택될 수 있다.
구체적으로, 기준 좌표의 x축 상에서 산출되는 라인 개수가 y축 상에서 산출되는 라인 개수보다 큰 경우에는 x축으로 축방향이 선택되고, y축 상에서 산출되는 라인 개수가 x축 상에서 산출되는 라인 개수보다 큰 경우에는 y축으로 축방향이 선택될 수 있다.
일 예로서, 도 7에서는 x축 상에서 산출되는 라인 개수가 12개인 반면 y축에서 산출되는 라인 개수는 1개이므로 라인의 축방향은 x축으로 선택될 수 있다.
틸트부를 제어하여 선택된 축방향으로 광축을 조절하는 단계(S6)는 측정대상물의 법선과 광축 방향이 일치되도록 선택된 축방향으로 틸트부를 회전운동시키는 단계이다.
이때, 틸트부는 회전운동에 의하여 광축을 조절하되, 기 형성된 간섭렌즈 초점, 즉 상술한 (S1) 단계에서 형성된 렌즈 초점을 곡률중심으로 삼아 틸트되어야 한다. 또한, 상기 측정대상물은 위치가 고정되며, 틸트부의 회전운동에 의하여 광축이 조절된다. 이런 조건하에서만, 초점위치와 초점거리가 변동하지 않아 측정의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광학간섭계의 광축 정렬방법에 대하여 설명하기로 한다. 도 5는 광축 정렬을 위한 간섭무늬를 제어하기 전 광학간섭계의 광경로를 나타낸 것이며, 도 6은 광축 정렬이 완료된 광학간섭계의 광경로를 나타낸 것이다.
도 5를 참고하면, 측정대상물(10) 표면의 법선(N)과 광축(OA) 방향이 일치하지 않은 것을 알 수 있다.
우선, 측정대상물(10) 표면의 법선(N)과 광축(OA) 방향을 일치시키기 위해서는 측정대상물(10)의 표면에 광을 투사하여 간섭렌즈 초점(F)을 형성한다(S1). 이후, 제어부(150)가 카메라부(170)를 제어하여 간섭렌즈를 통하여 획득된 간섭무늬를 촬영한다(S2). 도 7 (a)는 촬영된 간섭무늬를 나타낸 것으로, 상기 촬영된 간섭무늬 이미지는 영상 이진화부(151)를 통하여 이진화된다. 도 7 (b)는 간섭무늬 이미지를 이진화시킨 그래프로 라인 개수 산출부(152)는 기준 좌표상에서 간섭무늬의 라인 개수를 산출한다. 틸트 제어부(154)는 산출된 라인 개수가 설정된 라인 개수를 초과하면 광축조절을 위하여 기준 좌표상에서 라인의 축방향을 선택한다. 틸트 제어부(154)는 선택된 축방향으로 회동하도록 틸트부에 명령한다. 또한, 틸트 제어부(154)는 산출된 라인 개수가 설정된 라인 개수를 초과하는 개수에 비례하여 틸트부의 회전되는 각도가 더 커지도록 프로그래밍하여 제어가 이루어질 수 있다.
틸트부(160)를 제어하여 선택된 축방향으로 광축을 조절한 후 제어부(150)는 카메라부(170)를 제어하여 측정대상물 표면의 간섭무늬를 다시 촬영한다. 재촬영된 간섭무늬 이미지는 영상 이진화부(151)를 통하여 이진화된 후 라인 개수 산출부(152)를 통하여 라인 개수를 산출하며, 산출된 라인 개수가 설정된 라인 개수 이하가 될 때까지 상술한 (S2) 내지 (S6)단계를 반복하여 수행하게 된다.
도 6를 참고하면, 최종적으로 틸트부(160)는 초점(F)을 곡률중심으로 광축(OA)을 θ 만큼 회전이동시켜 측정대상물 표면의 법선(N)과 광축(OA') 방향을 일치시킨 것을 확인할 수 있다. 이때, 도 8에서 보듯이, 확보된 간섭이미지를 이진화시킨 경우 라인 개수는 1개로서 기설정된 라인 개수인 1개 이하인 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학간섭계의 광축 정렬방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 9를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학간섭계의 광축 정렬방법은 측정대상물의 표면에 광을 투사하여 간섭렌즈의 초점을 형성하는 단계(S1); 제어부가 카메라부를 제어하여 간섭렌즈를 통하여 확보된 간섭무늬를 촬영하는 단계(S2); 상기 촬영된 간섭무늬 이미지를 이진화하는 단계(S3); 상기 이진화된 데이터를 기초로 기준 좌표상에서 라인의 개수를 산출하는 단계(S4); 기준 좌표상에서 라인의 축방향을 선택하는 단계(S5); 및 틸트부를 제어하여 선택된 축방향으로 광축을 조절하는 단계(S6); 및 라인의 폭을 측정하는 단계(S7)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광학간섭계의 광축 정렬방법은 상술한 (S2) 내지 (S6) 단계를 반복하여 재촬영된 간섭무늬 이미지의 라인 개수가 설정된 라인 개수 이하인 경우에 광축 정렬을 종료하지 않고 라인의 폭을 측정하는 단계(S7)를 더 수행할 수 있다. 상기 라인 폭은 라인 폭 산출부(153)에 의하여 산출된다.
상기 라인의 폭을 측정하는 단계(S7)는 보다 정교하게 광축을 정렬시키기 위한 것으로, 기준 좌표의 그래프 상에서 임계값을 설정하고 측정된 라인 폭이 임계값 미만인 경우에는 상기 기준 폭에 도달할 때까지 틸트부를 제어하여 선택된 축방향으로 광축을 조절하는 단계(S6)를 더 수행하게 되며, 간섭무늬 이미지를 재촬영하여 측정된 라인 폭이 임계값을 초과하는 경우에는 광축 정렬을 종료하게 된다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 도 7에서 산출된 라인의 폭(W)은 기 설정된 임계값(T) 이하이므로 임계값에 도달할 때까지 광축 조절이 필요한 예이며, 도 8에서는 산출된 라인 폭(W)이 임계값(T)을 초과하므로 광축 정렬을 종료하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 광학간섭계의 광축 정렬방법은 획득된 간섭무늬를 이진화하여 광축을 자동 제어함으로써 측정이 용이하며, 측정대상물의 법선 방향과 광축 방향이 일치되도록 간섭무늬를 제어하는 경우에도 초점거리와 초점위치가 변동하지 않으므로 측정신뢰도가 우수하다.
이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 측정대상물의 표면에 광을 투사하여 간섭렌즈의 초점을 형성하는 단계;
    제어부가 카메라부를 제어하여 간섭렌즈를 통하여 확보된 간섭무늬를 촬영하는 단계;
    상기 촬영된 간섭무늬 이미지를 이진화하는 단계;
    상기 이진화된 데이터를 기초로 기준 좌표상에서 라인 개수 또는 라인 폭을 산출하는 단계;
    기준 좌표상 라인의 축방향을 선택하는 단계; 및
    틸트부를 제어하여 선택된 축방향으로 광축의 각도를 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 틸트부는 회전운동에 의하여 광축의 각도를 조절하고,
    상기 회전운동의 곡률중심과 상기 간섭렌즈의 초점이 일치되도록 광축의 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 광학간섭계의 광축 정렬방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 간섭무늬 이미지는 보강간섭에 따른 보강영역과 상쇄간섭에 따른 상쇄영역으로 구성되며,
    기준 좌표의 x축 상에서 나타나는 보강영역과 상쇄영역의 각 픽셀값을 측정하여, 측정된 각 지점의 픽셀값이 임계값 이하인 경우에는 0으로, 임계값을 초과하는 경우에는 1로 이진화하는 것을 특징으로 하는 광학간섭계의 광축 정렬방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 라인 개수는 이진화된 데이터 중 1이 연속적으로 나타나는 구간의 개수로 산출되며,
    상기 라인 폭은 이진화된 데이터 중 1이 연속적으로 나타나는 구간의 크기로 산출되는 것을 특징으로 하는 광학간섭계의 광축 정렬방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준 좌표는 x축과 y축이 교차되는 2차원 평면 좌표이며,
    x축 상에서 산출되는 라인 개수가 y축 상에서 산출되는 라인 개수보다 큰 경우에는 x축으로 축방향이 선택되고,
    y축 상에서 산출되는 라인 개수가 x축 상에서 산출되는 라인 개수보다 큰 경우에는 y축으로 축방향이 선택되는 것을 특징으로 하는 광학간섭계의 광축 정렬방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정대상물은 위치가 고정되며, 상기 틸트부의 회전운동에 의하여 광축의 각도가 조절되는 것을 특징으로 하는 광학간섭계의 광축 정렬방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 카메라를 통하여 확보된 간섭무늬 이미지를 이진화시키는 영상 이진화부; 기준 좌표상에서 간섭무늬의 라인 개수를 측정하는 라인 개수 산출부; 기준 좌표상에서 간섭무늬의 라인 폭의 크기를 측정하는 라인 폭 산출부; 및 라인의 축방향을 선택하고 라인 개수에 따라 상기 틸트부의 회전 정도를 제어하는 틸트 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학간섭계의 광축 정렬방법.
  8. 삭제
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001304837A (ja) * 2000-04-19 2001-10-31 Nok Corp 平面検査装置および平面検査方法
JP2012242085A (ja) 2011-05-13 2012-12-10 Olympus Corp 曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法および曲率半径測定機

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001304837A (ja) * 2000-04-19 2001-10-31 Nok Corp 平面検査装置および平面検査方法
JP2012242085A (ja) 2011-05-13 2012-12-10 Olympus Corp 曲率半径測定機の被測定体保持位置補正方法および曲率半径測定機

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11454770B2 (en) 2019-09-02 2022-09-27 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for adjusting optical axis for optical wireless communication in free space

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