KR102116667B1 - 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템 - Google Patents

현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템 Download PDF

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이종민
성진욱
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(주)하이비젼시스템
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Abstract

본 발명의 실시예는 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 모든 배율의 현미경 대물 렌즈에 적용이 가능하고, 관측 대상체의 FOV 전 영역에 균일한 광도의 분포가 가능하여 이미지 콘트라스트를 높일 수 있으며, 관측 대상체에 평행광 조명이 가능하고, 모든 배율의 현미경 대물 렌즈의 검출 품질을 최적화할 수 있는 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 광원; 상기 광원으로부터의 광을 전반사시켜 출사시키는 라이트 파이프 호모지나이징 로드(Light Pipe homogenizing Rod); 상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드로부터의 광을 평행광으로 만들어 출사시키는 콜리메이션 렌즈(collimation lens); 상기 콜리메이션 렌즈로부터의 광을 무초점계로 만들어 출사시키는 필드 렌즈(field lens); 상기 필드 렌즈로부터의 광에 대한 EPD(Entrance Pupil Diameter) 위치를 가변시켜 출사시키는 줌 렌즈(zoom lens); 및 상기 줌 렌즈로부터의 광을 초점계로 만들어 검사 대상물에 출사시키는 대물 렌즈(objective lens)를 포함하는, 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템을 개시한다.

Description

현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템{Telecentric lighting system for microscope objectives}
본 발명의 실시예는 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 현미경과 같은 광학계에 있어서 관측하고자 하는 관측 대상체 즉, 물체 또는 대상물을 관측하기 위해서는 대물 렌즈를 거쳐서 관측 대상을 조명하는 광원을 필요로 한다. 이러한 광원은 반사된 빛과 불필요한 빛들에 의해 생기는 플레어(flare)가 없어야 하며 평행 광선이 바람직하다.
그러나, 종래에는 관측 대상체의 FOV(Field Of View)에 불균일한 조명 밝기와 대물 렌즈의 배율에 따라 조명 각도가 변화됨으로써, 이미지 콘트라스트(image contrast) 차이가 대상체에 따라 변화되는 불균일성이 존재하여 검출 품질 개선에 한계가 있었다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 모든 배율의 현미경 대물 렌즈에 적용이 가능하고, 관측 대상체의 FOV 전 영역에 균일한 광도의 분포가 가능하여 이미지 콘트라스트를 높일 수 있으며, 관측 대상체에 평행광 조명이 가능하고, 모든 배율의 현미경 대물 렌즈의 검출 품질을 최적화할 수 있는 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템을 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 현미경 대물 렌즈의 조명 NA(개구수), 조명 영역 및 조명 각도의 3가지 핵심 변수를 자동화 제어할 수 있는 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템은 광원; 상기 광원으로부터의 광을 전반사시켜 출사시키는 라이트 파이프 호모지나이징 로드(Light Pipe homogenizing Rod); 상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드로부터의 광을 평행광으로 만들어 출사시키는 콜리메이션 렌즈(collimation lens); 상기 콜리메이션 렌즈로부터의 광을 무초점계로 만들어 출사시키는 필드 렌즈(field lens); 상기 필드 렌즈로부터의 광에 대한 EPD(Entrance Pupil Diameter) 위치를 가변시켜 출사시키는 줌 렌즈(zoom lens); 상기 줌 렌즈로부터의 광을 초점계로 만들어 검사 대상물에 출사시키는 대물 렌즈(objective lens); 상기 콜리메이션 렌즈와 상기 필드 렌즈 사이에 위치한 제1조리개; 및 상기 줌 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이에 위치하고, 상기 대물 렌즈에 부속된 제2조리개를 포함하고, 상기 제1조리개는 상기 제1조리개의 직경과 동일한 크기로 직경이 가변되는 가변 조리개일 수 있다.
상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드는 상기 광원으로부터의 광을 광입사면으로 입사하여 내부에서 다중 전반사시킨 후 광출사면에서 균일한 광 분포를 만들 수 있다.
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상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드는 상기 광입사면으로부터 상기 광출사면까지 길이를 갖는 유리 기둥을 포함하거나, 또는 상기 유리 기둥의 측면을 따라 반사 금속이 코팅될 수 있다.
상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드는 상기 광입사면으로부터 상기 광출사면까지 길이를 갖는 공동으로서, 상기 공동의 측면이 전반사 미러로 형성될 수 있다.
상기 필드 렌즈와 상기 줌 렌즈 사이에 상기 무초점계가 만들어질 수 있다.
상기 콜리메이션 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이에 상기 초점계가 만들어질 수 있다.
상기 줌 렌즈는, 상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드의 광출사면으로부터 상기 대물 렌즈의 초점 거리까지인 전체 트랙 거리의 변화없이 상기 대물 렌즈의 위치 또는 배율에 따라 EPD 위치를 변화시키는 줌 기능이 적용될 수 있다.
검사 배율이 결정되면 상기 줌 렌즈에 의해 EPD 위치가 변경되면서 상기 제1조리개에 의해 상기 대물 렌즈의 EPD 크기에 대응하는 광을 만들어줄 수 있다.
본 발명의 실시예는 모든 배율의 현미경 대물 렌즈에 적용 가능하고, 관측 대상체의 FOV 전 영역에 균일한 광도의 분포가 가능하여 이미지 콘트라스트를 높일 수 있으며, 관측 대상체에 평행광 조명이 가능하고, 모든 배율의 현미경 대물 렌즈의 검출 품질을 최적화할 수 있는 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템을 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예는 현미경 대물 렌즈의 조명 NA(개구수), 조명 영역 및 조명 각도의 3가지 핵심 변수를 자동화 제어할 수 있는 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템에서 무초점계 및 초점계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 방사 조명 시스템 및 텔레센트릭 조명을 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템에 의한 조명 특성을 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템에서 평행광 효과를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템(100)의 구성을 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템(100)에서 무초점계 및 초점계를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템(100)은 광원(110), 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)(Light Pipe homogenizing Rod), 콜리메이션 렌즈(130)(collimation lens), 필드 렌즈(140)(field lens), 줌 렌즈(150)(zoom lens) 및 대물 렌즈(160)(objective lens)를 포함하며, 추가로 조리개(171, 172)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템(100)은 제1조리개(제1개구)(171) 및 제2조리개(제2개구)(172)를 더 포함할 수 있다.
광원(110)은 적어도 하나의 백색 또는 RGB LED(Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광원(110)과 라이트 파이프 호모지나이징 로드 (120)의 사이에 위치된 광 투과 확산판을 더 포함할 수 있다. 광 투과 확산판은 회색 유리 또는 유백색의 아크릴 등을 포함할 수 있고, 이는 광원(110)의 광축 상에 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 광원(110)은 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)로부터 일정 거리 이격되어 설치되거나 또는 직접 접촉되어 설치될 수 있다.
라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)(Light Pipe homogenizing Rod)는 광원(110)으로부터의 광을 전반사시켜 콜리메이션 렌즈(130)에 출사시킬 수 있다. 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)는 상호간 반대면에 형성된 광입사면 및 광출사면을 포함할 수 있다. 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)는 광원(110)으로부터의 광을 광입사면으로 입사하여 내부에서 다중 전반사시킨 후 광출사면을 통해 콜레메이션 렌즈에 출사시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)는 광출사면에서 균일한 분포를 갖는 광을 만들 수 있다. 일부 예들에서, 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)는 단순히 로드, 광 터널 또는 내부 전반사 부재 등을 포함하거나 이로서 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)는 광입사면으로부터 광출사면까지 소정 길이를 갖는 유리 기둥을 포함할 수 있다. 유리 기둥은 사각 기둥, 오각 기둥, 육각 기둥, 다각 기둥 또는 원 기둥의 형태를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 유리 기둥은 광입사면으로 입사된 광이 내부에서 다중 전반사되도록 한 후, 광출사면을 통해 균일한 분포를 갖는 광으로 출사되도록 할 수 있다.
일부 예들에서, 유리 기둥의 측면을 따라 반사 금속(예를 들면, 알루미늄, 크롬, 니켈, 금, 은 등등)이 코팅될 수 있다. 따라서, 반사 금속이 코팅된 유리 기둥은 광입사면으로 입사된 광이 내부에서 더욱 활발하게 다중 반사된 후, 광출사면에서 균일한 광분포 특성을 만들 수 있다.
일부 예들에서, 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)는 광입사면으로부터 광출사면까지 소정 길이를 갖는 공동으로서, 공동의 측면이 전반사 미러로 형성될 수 있다. 따라서, 전반사 미러를 갖는 공동은 광입사면으로 입사된 광이 내부에서 다중 반사된 후, 광출사면에서 균일한 광분포 특성을 만들 수 있다.
일부 예들에서, 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)와 콜리메이션 렌즈(130)의 사이에 위치된 광 투과 확산판을 더 포함할 수 있다. 이러한 광 투과 확산판은 상술한 것과 동일한 것이거나 유사한 것일 수 있다.
콜리메이션 렌즈(130)(collimation lens)는 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)로부터의 광을 대략 평행광으로 만들어 필드 렌즈(140)에 출사시킬 수 있다. 일부 예들에서, 콜리메이션 렌즈(130)는 광 경로를 변경하기 위해 적어도 하나의 미러를 더 포함할 수 있다.
필드 렌즈(140)(field lens)는 콜리메이션 렌즈(130)로부터의 광을 무초점계로 만들어 줌 렌즈(150)로 출사시킬 수 있다. 일부 예들에서, 필드 렌즈(140)는 광 경로를 변경하기 위해 적어도 하나의 미러를 더 포함할 수 있다.
줌 렌즈(150)(zoom lens)는 필드 렌즈(140)로부터의 광에 대한 EPD(Entrance Pupil Diameter) 위치를 가변시켜 대물 렌즈(160)에 출사시킬 수 있다. 일부 예들에서, 줌 렌즈(150)는 물상 거리가 고정된 상태에서 초점 거리가 변화될 수 있다. 일부 예들에서, 줌 렌즈(150)는 광 경로를 변경하기 위해 적어도 하나의 미러를 더 포함할 수 있다.
조리개(171, 172)는 제1조리개(171) 및 제2조리개(172)를 포함할 수 있다. 제1조리개(171)는 콜리메이션 렌즈(130)와 필드 렌즈(140) 사이에 위치하고, 제2조리개(172)는 줌 렌즈(172)와 대물 렌즈(160) 사이에 위치한다.
제2조리개(172)는 대물 렌즈(160)에 부속된 조리개이므로 해당 조리개의 위치 및 조리개 직경이 고정되어 있으며, 다만 배율에 따라 제2조리개의 위치 및 직경이 결정된다. 저배율 대물 렌즈의 경우 제2조리개(172)는 줌 렌즈(150)쪽에 가까이 있는 동시에 그 직경이 DOL로서 크며, 배율이 높아질수록 제2조리개의 위치는 대물 렌즈(160)가까워지는 동시에 조리개 직경이 작아진다. DOL > DOM > DOH
한편, 제1조리개(171)는 그 직경을 가변시킬 수 있는 가변 조리개로서, 제1조리개(171)는 대물 렌즈(160)에 부속된 제2조리개(172)의 직경과 동일한 직경으로 가변된다.
줌 렌즈(150)는 콜리메이션 렌즈(130)와 필드 렌즈(140) 사이에 위치한 제1조리개(171)에서의 단면 영상이 줌 렌즈(172)와 대물 렌즈(160) 사이에 위치한 제2조리개(172)의 단면 위치에 결상되도록 초점 거리를 조절할 수 있다.
대물 렌즈(160)(objective lens)는 줌 렌즈(150)로부터의 광을 초점계로 만들어 검사 대상물에 출사시킬 수 있다. 일부 예들에서, 대물 렌즈(160)는 광 경로를 변경하기 위해 적어도 하나의 미러를 더 포함할 수 있다. 도 1,2에 도시된 바와 같이, 대물 렌즈(160)의 EPD 위치는 줌 렌즈(150)에 의해 변화될 수 있음을 볼 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 필드 렌즈(140)와 줌 렌즈(150) 사이에 무초점계가 만들어질 수 있고, 콜리메이션 렌즈(130)와 대물 렌즈(160) 사이에 초점계가 만들어질 수 있다. 여기서, 대물 렌즈(160)는 저배율, 중배율 및/또는 고배율을 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템(100)의 배율은 무초점계의 배율과 초점계 배율의 곱에 의해 결정될 수 있다.
일부 예들에서, 본 발명의 실시예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템(100)의 배율, EFL(Effective Focal Length), EPD(Entrance Pupil Diameter), NAO(Numerical Aperture Objective), 라이트 파이프 호모나이징 로드의 FOV, Design FOV 및 System Mag(Magnitude)는 아래의 표 1과 같을 수 있다.
여기서, EFL은 콜리메이션 렌즈(130)의 EFL이고, EPD는 콜리메이션 렌즈(130)와 필드 렌즈(140) 사이의 EPD이며, NAO는 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)의 NA이며, ROD FOV(mm)는 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)의 FOV이다. 또한, Design FOV(mm)는 배율별 조명 영역이고, System Mag는 시스템의 배율이다.
Figure 112020024839158-pat00001
상기 표에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템(100)은 배율이 증가함에 따라 Design FOV(mm) 및 System Mag의 값이 점차 작아짐을 볼 수 있다. 즉, 배율이 5, 7,5, 10 및 20으로 증가함에 따라 Design FOV가 5.59, 3.73, 2.80 및 1.40으로 감소하고, System Mag는 0.56, 0.37, 0.28, 0.14로 감소됨을 볼 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템은 모든 배율의 현미경 대물 렌즈에 적용 가능하고, 관측 대상체의 FOV 전 영역에 균일한 광도의 분포가 가능하여 이미지 콘트라스트를 높일 수 있으며, 관측 대상체에 평행광 조명이 가능하고, 모든 배율의 현미경 대물 렌즈의 검출 품질을 최적화시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템은 현미경 대물 렌즈의 조명 NA(개구수), 조명 영역 및 조명 각도의 3가지 핵심 변수를 자동화 제어할 수 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템(100)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 콜리메이션 렌즈(130)와 필드 렌즈(140)의 사이에 제1조리개(제1개구)(171)가 개재될 수 있고, 또한 줌 렌즈(150)와 대물 렌즈(160)의 사이에 제2조리개(제2개구)(172)가 개재될 수 있다.
제1,2조리개(171,172)에 의해 각각 EPD 즉, 입사동의 위치가 결정될 수 있다. 한편 전술한 것처럼, 제1조리개(171)에 의해 EPD의 직경은 제2조리개(172)의 직경과 동일한 크리고 결정될 수 있다.
여기서, 현미경 대물렌즈의 분해능을 결정하는 요소는 NA(개구수)이며, 이는 대물렌즈의 F/n로 환산이 된다. NA = 1/(2 x F/n)
F/n = EFL / EPD로 정의되며, 배율에 따라 현미경 대물 렌즈의 EPD(Entrance Pupil Diameter)가 다르다. 정해진 EPD 크기보다 작은 크기로 광이 입사되면 해상력이 저하되고, 상대적으로 큰 크기로 광이 입사되면 필요치 않은 광의 입사에 의한 산란광 즉 노이즈의 발생 유발로, 이 또한 해상력 저하에 영향을 줄 수 있다.
따라서 현미경 대물 렌즈 배율에 맞는 입사 조명광을 구현하기 위하여 조리개(즉, 제1조리개)가 가변되어야 한다. 제2조리개(172)는 대물 렌즈의 제품 내에 존재할 수 있으며 이는 조정이 불가능함으로, 제1조리개(171)의 직경을 조정하여 제2조리개(172)의 직경과 동일하게 조정하여 1배 배율 관계를 이용할 수 있다.
한편, 줌 렌즈(150)와 저배율 대물 렌즈(160) 사이의 거리가 WD1으로 정의될 수 있고, 줌 렌즈(150)와 중배율 대물 렌즈(160) 사이의 거리가 WD2로 정의될 수 있으며, 줌 렌즈(150)와 고배율 대물 렌즈(160) 사이의 거리가 WD3으로 정의될 수 있다. 여기서, WD1>WD2>WD3의 관계일 수 있으나, 검사 대상물까지의 초점 거리는 동일할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 필드 렌즈(140)와 줌 렌즈(150) 사이에 무초점계가 만들어질 수 있고, 콜리메이션 렌즈(130)와 대물 렌즈(160) 사이에 초점계가 만들어질 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템(100)의 배율은 무초점계의 배율과 초점계 배율의 곱에 의해 결정될 수 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템(100)의 동작을 설명한다.
먼저, 광원(110)에 의해 방사되는 광은 라이트 파이프 호모지나이징 로드 (120)의 광입사면을 통해 입사된 후 내부에서 전반사 및 믹싱되고, 이어서 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)의 광출사면에서 균일한 광분포를 만들게 된다.
콜리메이션 렌즈(130)는 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)로부터 광을 대략 평행광으로 만들어 출사시키는데, 이때 콜리메이션 렌즈(130)는 대물 렌즈(160)의 EPD 크기를 정의한다. 여기서, EPD 즉, 입사동의 반경은 아래의 수학식과 같이 정의될 수 있다.
Y = F X Tan(Theta)
여기서, Y는 입사동의 반경을 의미하고, F는 콜리메이션 렌즈(130)의 EFL을 의미하며, Theta는 각도를 의미한다.
한편, 상술한 바와 같이 라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)에 의한 균일한 분포의 광을 얻기 위한 조건은 필드 렌즈(140)와 줌 렌즈(150)의 관계가 "1X Afocal(무초점) System"이 되어야 한다.
즉, 1X Afocal(무초점) System으로 구성이 안되면, 조리개에 의한 가변량과 조명 영역 등이 복합적으로 변화되어 조명 시스템 구성에 한계가 있게 되지만, 1X 구성이 되면 조리개 및 조명 영역 등이 각각 독립적으로 가변 가능하게 된다. 즉, 조명 최적화에 유리한 구성이 가능해진다.
라이트 파이프 호모지나이징 로드(120)의 광출사면으로부터 대물 렌즈(160)의 초점 거리까지의 거리는 전체 트랙 거리로 정의될 수 있는데, 줌 렌즈(150)에 의해 이러한 전체 트랙 거리의 변화없이 대물 렌즈(160)의 위치 또는 배율에 따라 EPD 위치를 변화시키는 줌 기능이 적용될 수 있다.
또한, 검사 배율이 결정되면 줌 렌즈(150)에 의해 EPD 위치가 변경되면서 제1조리개(171)에 의해 대물 렌즈(160)의 EPD 크기에 대응하는 광이 출사될 수 있다. 따라서, 대물 렌즈(160)에 최적화된 조명의 NA(Numerical Aperture, 개구수)가 제공될 수 있다.
여기서, 조명의 NA(개구수) 조정이 가능한 이유는, 실제 대물 렌즈 내부에 존재하는 조리개의 크기는 필드 렌즈와 줌 렌즈의 1배 관계에 의하여 제1조리개(171)를 조정하면, 동일한 크기로 현미경 대물 렌즈 내의 조리개(172)를 조정하는 효과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템(100)은 구면수차와 색수차를 제거하거나 최소화할 수 있다. 즉, 광학계에서 구면수차와 색수차가 크면, 입사동의 직경과 파장에 따라 대물 렌즈를 거쳐 검사 대상체에 조사되는 조명 각도가 발산되거나 수렴 또는 방사하는 조명 특성을 갖게 된다. 이러한 방사 타입의 조명 특성은 검사 대상체에 대한 이미지 콘트라스트의 저하로 이미지 번짐 현상을 야기한다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템(100)은 평행광의 특성으로 인해 구면수차와 색수차를 최소화할 수 있고, 이는 이러한 이미지 콘트라스트 저하 및 이미지 번짐 현상을 방지할 수 있도록 한다.
이와 같이 하여 본 발명의 실시 예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템(100)은 상술한 바와 같이 구면수차와 색수차가 없음으로써, 모든 현미경의 대물 렌즈(160)에 적용 가능하고, 검사 대상체의 전 영역에서 균일한 광도 분포를 제공할 수 있으며, 방사 조명 타입에서 발생하는 이미지 번짐을 개선하여 높은 콘트라스트 획득으로 보다 높은 검출력 확보가 가능하다.
도 4는 방사 조명 시스템 및 텔레센트릭 조명 시스템을 비교한 도면이다.
도 4의 (a)는 3개의 조명이 각각 방사 특성을 나타내고 있고, (c)는 3개의 조명이 각각 텔레센트릭 특성을 나타내고 있으며, (b)는 그 중간 특성을 나타내고 있다. 여기서, 텔레센트릭 특성은 광학계를 지나는 주광선(chief ray)의 각도가 광축과 평행한 것을 의미하고, 텔레센트릭 에러는 평행광에서 벗어나는 정도를 의미한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템(100)에 의한 조명 특성을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템(100)은 검사 영역 예를 들면, 적색 사각 라인의 영역 내부에서 균일한 세기/분포의 광이 제공됨을 볼 수 있다. 즉, 영상 처리 이전에 광학적으로 검사 대상 전체 영역에 균일한 광도 조명이 제공됨으로써, 이미지 콘트라스트가 높아 검출 품질이 향상될 수 있음을 알 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템(100)에서 평행광 효과를 도시한 도면이다.
도 6a에 도시된 바와 같이 텔레센트릭 조명 하에서는 텔레센트릭 효과에 의해 0-256 트랜지션 존(transition zone)이 3개의 픽셀로 이루어진 반면, 도 6b에 도시된 바와 같이 난 텔레센트릭 조명 하에서는 난 텔레센트릭 효과에 의해 0-256 트랜지션 존이 7개의 픽셀로 이루어짐을 볼 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이 텔레센트릭 조명 시스템(100)에서 검출 이미지의 콘트라스트 및 검출 이미지 품질이 향상됨을 볼 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템(100)은 모든 배율의 현미경 대물 렌즈에 적용 가능하고, 관측 대상체의 FOV 전 영역에 균일한 광도의 분포가 가능하여 이미지 콘트라스트를 높일 수 있으며, 관측 대상체에 평행광 조명이 가능하고, 모든 배율의 현미경 대물 렌즈의 검출 품질을 최적화할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 텔레센트릭 조명 시스템(100)은 현미경 대물 렌즈의 조명 NA(개구수), 조명 영역 및 조명 각도의 3가지 핵심 변수를 자동화 제어할 수 있도록 한다. 즉, 검사 배율 결정 => 현미경 대물 렌즈 결정 => 결정된 현미경 대물 렌즈의 NA(개구수) 최적화(자동화 모터 구동) => 결정된 현미경 대물 렌즈의 EPD 위치 제어를 통해 텔레센트릭 조명을 위한 줌 렌즈 구동(자동화 모터 구동) => 조명 영역은 현미경 대물 렌즈 결정과 동시에 반영된다. 또한, 조명 각도는 검사 대상체의 특성에 따라 최적화를 위한 독립 제어(줌 렌즈 조정)가 가능하다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템
110; 광원
120; 라이트 파이프 호모지나이징 로드
130; 콜리메이션 렌즈
140; 필드 렌즈
150; 줌 렌즈
160; 대물 렌즈
171,172; 제1,2조리개

Claims (9)

  1. 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 전반사시켜 출사시키는 라이트 파이프 호모지나이징 로드(Light Pipe homogenizing Rod);
    상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드로부터의 광을 평행광으로 만들어 출사시키는 콜리메이션 렌즈(collimation lens);
    상기 콜리메이션 렌즈로부터의 광을 무초점계로 만들어 출사시키는 필드 렌즈(field lens);
    상기 필드 렌즈로부터의 광에 대한 EPD(Entrance Pupil Diameter) 위치를 가변시켜 출사시키는 줌 렌즈(zoom lens);
    상기 줌 렌즈로부터의 광을 초점계로 만들어 검사 대상물에 출사시키는 대물 렌즈(objective lens);
    상기 콜리메이션 렌즈와 상기 필드 렌즈 사이에 위치한 제1조리개; 및
    상기 줌 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이에 위치하고, 상기 대물 렌즈에 부속된 제2조리개를 포함하고,
    상기 제1조리개는 상기 제1조리개의 직경과 동일한 크기로 직경이 가변되는 가변 조리개인, 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드는 상기 광원으로부터의 광을 광입사면으로 입사하여 내부에서 다중 전반사시킨 후 광출사면을 통해 균일한 분포로 광을 출사시키는, 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드는 상기 광입사면으로부터 상기 광출사면까지 길이를 갖는 유리 기둥을 포함하거나, 또는 상기 유리 기둥의 측면을 따라 반사 금속이 코팅된, 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드는 상기 광입사면으로부터 상기 광출사면까지 길이를 갖는 공동으로서, 상기 공동의 측면이 전반사 미러로 형성된, 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 필드 렌즈와 상기 줌 렌즈 사이에 상기 무초점계가 만들어지는, 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜리메이션 렌즈와 상기 대물 렌즈 사이에 상기 초점계가 만들어지는, 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 줌 렌즈는,
    상기 라이트 파이프 호모지나이징 로드의 광출사면으로부터 상기 대물 렌즈의 초점 거리까지인 전체 트랙 거리의 변화없이 상기 대물 렌즈의 위치 또는 배율에 따라 EPD 위치를 변화시키는 줌 기능이 적용된, 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    검사 배율이 결정되면 상기 줌 렌즈에 의해 EPD 위치가 변경되면서 상기 제1조리개에 의해 상기 대물 렌즈의 EPD 크기에 대응하는 광을 만들어주는, 현미경의 대물 렌즈에 적용이 가능한 텔레센트릭 조명 시스템.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009031549A1 (ja) * 2007-09-04 2009-03-12 Nikon Corporation リレー変倍光学系と、これを有する顕微鏡
KR20140058636A (ko) * 2011-08-22 2014-05-14 캐논 가부시끼가이샤 현미경, 대물광학계 및 화상취득장치
KR101418781B1 (ko) * 2014-01-16 2014-07-11 에스피오주식회사 고해상도 광학계에서의 조명 균일화 장치
KR20150066425A (ko) * 2013-12-06 2015-06-16 삼성전자주식회사 조명 장치 및 이를 이용한 광학 검사 장치와 광학 현미경
JP2017521729A (ja) * 2014-07-31 2017-08-03 カール ツァイス マイクロスコピー ゲーエムベーハーＣａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｇｍｂｈ ズーム顕微鏡
JP2018022127A (ja) * 2016-05-02 2018-02-08 株式会社ミツトヨ 可変焦点距離撮像システム
KR101907845B1 (ko) * 2017-07-21 2018-10-12 (주)로고스바이오시스템스 쾰러조명계를 포함하는 투과 형광현미경

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009031549A1 (ja) * 2007-09-04 2009-03-12 Nikon Corporation リレー変倍光学系と、これを有する顕微鏡
KR20140058636A (ko) * 2011-08-22 2014-05-14 캐논 가부시끼가이샤 현미경, 대물광학계 및 화상취득장치
KR20150066425A (ko) * 2013-12-06 2015-06-16 삼성전자주식회사 조명 장치 및 이를 이용한 광학 검사 장치와 광학 현미경
KR101418781B1 (ko) * 2014-01-16 2014-07-11 에스피오주식회사 고해상도 광학계에서의 조명 균일화 장치
JP2017521729A (ja) * 2014-07-31 2017-08-03 カール ツァイス マイクロスコピー ゲーエムベーハーＣａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｇｍｂｈ ズーム顕微鏡
JP2018022127A (ja) * 2016-05-02 2018-02-08 株式会社ミツトヨ 可変焦点距離撮像システム
KR101907845B1 (ko) * 2017-07-21 2018-10-12 (주)로고스바이오시스템스 쾰러조명계를 포함하는 투과 형광현미경

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