KR102254322B1

KR102254322B1 - 광 간섭 시스템

Info

Publication number: KR102254322B1
Application number: KR1020190124379A
Authority: KR
Inventors: 박재석; 유정수
Original assignee: 휴멘 주식회사
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2021-05-24
Also published as: KR20200040680A

Abstract

광 간섭 시스템이 개시된다. 광 간섭 시스템은, 광을 발생시키는 광원; 광원으로부터 발생된 광 중 대물렌즈에 의해 샘플에 반사된 측정광과 기준미러에 반사된 기준광을 간섭시켜 메인 간섭신호를 발생시키는 메인 간섭계; 광원으로부터 발생되어 샘플로 향하는 광과 기준미러로 향하는 광중 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호를 측정하기 위해 샘플에 인접한 보조미러와 기준미러에 인접한 보조미러에 각각 반사된 진동 잡음용 측정광을 간섭시켜 보조 간섭신호를 발생시키는 보조 간섭계; 메인 간섭신호와 보조 간섭신호를 감지하는 감지부; 및 메인 간섭신호와 보조 간섭신호에 대한 광 스펙트럼 분석으로부터 결정되는 메인 간섭신호와 보조 간섭신호의 광축방향 위치가 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 포함된 광축방향 위치이면, 보조 간섭신호의 광축방향 위치 변화량 만큼 메인 간섭신호의 광축방향 위치를 본래의 광축방향 위치로 변경하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

광 간섭 시스템{OPTICAL INTERFEROMETER}

개시된 발명은 광 간섭 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 측정 정밀도를 높일 수 있는 광 간섭 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 고정밀 3차원 측정이 필요한 분야에서 광 간섭계를 이용한 측정 장치가 많이 이용되고 있다.

광 간섭계를 이용한 측정 장치는 광원과 광학계 그리고 측정 장치의 3가지 부분으로 나눌 수 있다.

광학계는 측정을 하기 위한 렌즈 등의 광학 소자 그리고 각종 홀더 및 이송장치 등의 기구물로 구성되어 있고, 측정 장치는 광의 간섭을 유도하기 위한 빔 스플리터와 기준미러 그리고 간섭된 광을 감지하기 위한 감지부등의 기구물로 구성되어 있다.

특히 광학계는 측정하고자 하는 대상물에 대해 적합하게 설계하여 광학 프로브 형태로 측정을 하며, 산업용으로 응용할 경우 주로 다른 장비와 결합하며 나머지 광원, 측정부와 물리적으로 분리되어 있다.

이러한 이유로 광학 프로브는 광학 프로브 구조물 자체에 의한 진동신호와 신호 불안정성등의 잡음신호 외에, 다른 장비와 결합됨으로써 광학 프로브 구조물내에서 발생하는 진동신호 및/또는 온도 변화와 습도 변화등에 따라 발생하는 원하지 않는 잡음신호를 측정한다.

기존 광 간섭계를 이용한 측정 장치는 샘플 신호에 광학 프로브 구조물내에서 발생하는 진동신호 및/또는 온도 변화와 습도 변화등에 따라 발생하는 원하지 않는 잡음신호가 포함되기 때문에 측정 정밀도가 떨어졌다.

이상의 이유로, 개시된 발명의 일 측면은 광학 프로브 구조물내에서 발생하는 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 발생할 경우 이를 감지 및 보상하여 측정 정밀도를 높일 수 있는 광 간섭 시스템을 제공하고자 한다.

개시된 발명의 일 측면에 따른 광 간섭 시스템은, 광을 발생시키는 광원; 상기 광원으로부터 발생된 광 중 대물렌즈에 의해 샘플에 반사된 측정광과 기준미러에 반사된 기준광을 간섭시켜 메인 간섭신호를 발생시키는 메인 간섭계; 상기 광원으로부터 발생되어 상기 샘플로 향하는 광과 상기 기준미러로 향하는 광중 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호를 측정하기 위해 상기 샘플에 인접한 보조미러와 상기 기준미러에 인접한 보조미러에 각각 반사된 진동 잡음용 측정광을 간섭시켜 보조 간섭신호를 발생시키는 보조 간섭계; 상기 메인 간섭신호와 상기 보조 간섭신호를 감지하는 감지부; 및 상기 메인 간섭신호와 상기 보조 간섭신호에 대한 광 스펙트럼 분석으로부터 결정되는 상기 메인 간섭신호와 상기 보조 간섭신호의 광축방향 위치가 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 포함된 광축방향 위치이면, 상기 보조 간섭신호의 광축방향 위치 변화량 만큼 상기 메인 간섭신호의 광축방향 위치를 본래의 광축방향 위치로 변경하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 샘플에 인접한 보조미러는 두개가 서로 마주 보도록 마련되어 진동 잡음용 측정광을 반사시키고; 상기 기준미러에 인접한 보조미러는 두개가 서로 마주 보도록 마련되거나 한개로 마련되어 진동 잡음용 측정광을 반사시킬 수 있다.

상기 제어부는 다음의 수학식을 이용하여 상기 메인 간섭신호와 상기 보조 간섭신호를 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 식으로 각각 산출할 수 있다.

<수학식>

,

여기서,

는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 메인 간섭신호,

는 간섭에 의한 envelope function,

은 굴절률,

은 광이 광원부터 시작해서 샘플과 기준미러에 반사되어 돌아오는 경로에 대한 거리,

는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 보조 간섭신호,

는 광이 광원부터 시작해서 샘플에 인접한 보조미러와 기준미러에 인접한 보조미러에 반사되어 돌아오는 경로에 대한 거리이다.

상기 제어부는 다음의 수학식을 이용하여 상기 진동신호 및/또는 상기 원하지 않는 잡음신호가 포함된 메인 간섭신호와 보조 간섭신호를 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 식으로 각각 산출할 수 있다.

<수학식>

,

여기서,

는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 메인 간섭신호,

는 간섭에 의한 envelope function,

은 굴절률,

는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 보조 간섭신호,

는 광이 광원부터 시작해서 샘플에 인접한 보조미러와 기준미러에 인접한 보조미러에 반사되어 돌아오는 경로에 대한 거리,

는 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호에 대한 거리이다.

상기 제어부는 다음의 수학식을 이용하여 상기 보조 간섭신호의 광축방향 위치 변화량을 산출할 수 있다.

<수학식>

여기서,

는 보조 간섭신호의 광축방향 위치 변화량,

는 간섭에 의한 envelope function,

은 굴절률,

개시된 발명의 일 측면에 따르면, 광학 프로브 구조물내에서 발생하는 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 발생할 경우 이를 감지 및 보상하여 측정 정밀도를 높일 수 있는 광 간섭 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 의한 광 간섭 시스템의 구성을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 의한 광 간섭 시스템의 다른 구성을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 의한 광 간섭 시스템에서 광축방향 프로파일을 도시한다.
도 4는 일 실시예에 의한 광 간섭 시스템에서 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 포함된 광축방향 프로파일을 도시한다.
도 5는 일 실시예에 의한 광 간섭 시스템에서 메인 간섭신호의 광축방향 위치를 변경하는 광축방향 프로파일을 도시한다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 개시된 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 일 실시예에 의한 광 간섭 시스템의 구성을 도시한다.

광 간섭 시스템은 샘플을 측정하기 위한 측정광의 속도가 매우 빠르기 때문에, 샘플에 반사된 측정광과 기준미러에 반사된 기준광을 간섭시켜 측정광과 기준광이 합성된 합성 간섭 신호를 이용하여 샘플의 측정 정밀도를 높이도록 구축된다.

광 간섭 시스템은 광학 프로브 구조물 자체내에서 볼트와 너트 체결에 의한 진동신호와 신호 불안정성등의 잡음신호 외에, 샘플이 컨베이어 벨트에 의해 이송될 때에 광학 프로브 구조물내에서 발생하는 진동신호 및/또는 온도 변화와 습도 변화등에 따라 발생하는 잡음신호가 포함되기 때문에 측정 정밀도가 떨어진다.

이하에서는 광학 프로브 구조물내에서 발생하는 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 발생할 경우에도 측정 정밀도를 높일 수 있는 광 간섭 시스템을 살펴보기로 한다.

도 1을 참조하면, 광 간섭 시스템은 광원(110)과, 메인 간섭계(120, 130)와, 보조 간섭계(140, 150)와, 감지부(160)와, 제어부(170)를 포함할 수 있다.

광원(110)은 광을 발생시킨다. 예를 들어, 광원(110)은 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 고휘도 발광 다이오드(super luminescent diode, SLD), 레이저(Laser)를 포함할 수 있다. 이에 한정하지 않고, 광원(110)은 광을 발생시킬 수 있는 다양한 소자들로 구성될 수 있다.

메인 간섭계(120, 130)는 제 1 메인 간섭계(120)와 제 2 메인 간섭계(130)를 포함할 수 있다. 제 1 메인 간섭계(120)는 제 1 빔 스플리터(121)와, 제 2 빔 스플리터(122)와, 대물렌즈(123)를 포함할 수 있다. 제 2 메인 간섭계(130)는 제 3 빔 스플리터(131)와, 제 4 빔 스플리터(132)와, 기준미러(133)를 포함할 수 있다.

메인 간섭계(120, 130)는 샘플(S)을 측정하기 위해 제 1 메인 간섭계(120)에 의해 반사된 측정광과 제 2 메인 간섭계(130)에 의해 반사된 기준광을 간섭시켜 메인 간섭신호를 발생시킨다.

구체적으로, 제 1 빔 스플리터(121)는 광원(110)으로부터 출력된 광 중 일부 광을 제 2 빔 스플리터(122)로 입사시키고, 나머지 광을 제 3 빔 스플리터(131)로 입사시킨다.

제 2 빔 스플리터(122)는 제 1 빔 스플리터(121)로부터 출력된 광중 일부 광을 대물렌즈(123)로 입사시킨다.

대물렌즈(123)는 제 2 빔 스플리터(122)로부터 출력된 광을 투과시킨다. 대물렌즈(123)는 그 크기에 따라 배율이 정해진다. 예를 들어, 대물렌즈(123)의 길이가 커질수록 배율이 높아진다. 대물렌즈(123)의 초점 상에 샘플(S)이 위치한다. 이러한 과정이 ①번 화살표의 광경로를 나타낸다.

대물렌즈(123)를 통과한 광은 샘플(S)에 입사된 후 샘플(S)에 반사된다. 샘플(S)에 반사된 측정광은 대물렌즈(123)를 거쳐 제 2 빔 스플리터(122)로 입사되고, 제 2 빔 스플리터(122)는 측정광을 제 1 빔 스플리터(121)로 입사시킨다. 제 1 빔 스플리터(121)는 측정광을 감지부(160)에 전송한다. 이러한 과정이 ②번 화살표의 광경로를 나타낸다.

제 3 빔 스플리터(131)는 제 1 빔 스플리터(121)로부터 출력된 광중 나머지 광을 제 4 빔 스플리터(132)로 입사시키고, 제 4 빔 스플리터(132)는 제 3 빔 스플리터(131)로부터 출력된 광을 기준미러(133)에 반사시킨다. 이러한 과정이 ①번 화살표의 광경로를 나타낸다.

제 4 빔 스플리터(132)는 반사된 기준광을 제 3 빔 스플리터(131)로 입사시킨다. 제 3 빔 스플리터(131)는 제 4 빔 스플리터(132)로부터 출력된 기준광을 제 1 빔 스플리터(121)로 입사시킨다. 제 1 빔 스플리터(121)는 기준광을 감지부(160)에 전송한다. 이러한 과정이 ③번 화살표의 광경로를 나타낸다.

보조 간섭계(140, 150)는 제 1 보조 간섭계(140)와 제 2 보조 간섭계(150)를 포함할 수 있다. 제 1 보조 간섭계(140)는 제 1 보조미러(141)와 제 2 보조미러(142)를 포함할 수 있다. 제 2 보조 간섭계(150)는 제 3 보조미러(151)와 제 4 보조미러(152)를 포함할 수 있다.

보조 간섭계(140, 150)는 진동신호 및/또는 온도 변화와 습도 변화등에 따라 발생하는 원하지 않는 잡음신호를 측정하기 위해 제 1 보조 간섭계(140)에 의해 반사된 제 1 진동 잡음용 측정광과 제 2 보조 간섭계(150)에 의해 반사된 제 2 진동 잡음용 측정광을 간섭시켜 보조 간섭신호를 발생시킨다.

구체적으로, 제 2 빔 스플리터(122)는 제 1 빔 스플리터(121)로부터 출력된 광중 나머지 광을 샘플(S)에 인접한 제 1 보조미러(141)에 반사시킨다. 제 1 보조미러(141)는 이웃하는 제 2 보조미러(142)에 반사된 제 1 진동 잡음용 측정광을 제 2 빔 스플리터(122)로 입사시킨다. 제 1 빔 스플리터(121)는 제 2 빔 스플리터(122)로부터 출력된 제 1 진동 잡음용 측정광을 감지부(160)에 전송한다. 이러한 과정이 ④번 화살표의 광경로를 나타낸다.

제 1 보조미러(141)와 제 2 보조미러(142)는 서로 마주보도록 고정식으로 마련될 수 있다. 제 1 보조미러(141)와 제 2 보조미러(142)는 광학 프로브 구조물(A)내에 서로 마주보도록 고정식으로 마련되고, 광학 프로브 구조물(A)내에 제 2 빔 스플리터(122)와 대물렌즈(123)가 함께 마련될 수 있다. 제 1 보조미러(141)는 제 2 보조미러(142)와 제 2 빔 스플리터(122)에 대하여 제 1 진동 잡음용 측정광을 반사시키도록 일정한 각도로 고정될 수 있다.

제 1 보조미러(141)와 제 2 보조미러(142)는 도시된 바에 한정되지 아니하며, 광학 프로브 구조물(A)의 내부 조건에 따라 다양한 각도 및/또는 다양한 크기로 변경될 수 있다. 제 1 보조미러(141)와 제 2 보조미러(142)는 제어부(170)의 각도 변경 신호에 응답하여 각도를 변경하는 각도 변경부를 통해 다양한 각도 및/또는 다양한 크기로 변경될 수 있다.

제 3 빔 스플리터(131)는 제 1 빔 스플리터(121)로부터 출력된 광중 나머지 광을 기준미러(133)에 인접한 제 3 보조미러(151)에 반사시킨다. 제 4 보조미러(152)는 이웃하는 제 3 보조미러(151)에 반사된 제 2 진동 잡음용 측정광을 제 4 빔 스플리터(132)로 입사시킨다. 제 4 빔 스플리터(132)는 기준미러(133)에 반사된 제 2 진동 잡음용 측정광을 제 4 보조미러(152)에 반사시킨다. 제 3 보조미러(151)는 제 4 보조미러(152)에 반사된 제 2 진동 잡음용 측정광을 제 3 빔 스플리터(131)로 입사시킨다. 제 1 빔 스플리터(121)는 제 3 빔 스플리터(131)로부터 출력되는 제 2 진동 잡음용 측정광을 감지부(160)에 전송한다. 이러한 과정이 ⑤번 화살표의 광경로를 나타낸다.

제 3 보조미러(151)와 제 4 보조미러(152)는 서로 마주보도록 고정식으로 마련될 수 있다. 제 3 보조미러(151)는 제 4 보조미러(152)와 제 3 빔 스플리터(131)에 대하여 제 2 진동 잡음용 측정광을 반사시키도록 일정한 각도로 고정될 수 있다. 제 4 보조미러(152)는 제 3 보조미러(151)와 제 4 빔 스플리터(132)에 대하여 제 2 진동 잡음용 측정광을 반사시키도록 일정한 각도로 고정될 수 있다.

제 3 보조미러(151)와 제 4 보조미러(152)는 도시된 바에 한정되지 아니하며, 설계 조건에 따라 다양한 각도 및/또는 다양한 크기로 변경될 수 있다. 제 3 보조미러(151)와 제 4 보조미러(152)는 제어부(170)의 각도 변경 신호에 응답하여 각도를 변경하는 각도 변경부를 통해 다양한 각도로 변경될 수 있다.

도 2는 일 실시예에 의한 광 간섭 시스템의 다른 구성을 도시한다.

도 2를 참조하면, 제 2 메인 간섭계(130)는 제 3 빔 스플리터(131)를 포함할 수 있다. 제 2 보조 간섭계(150)는 제 3 보조미러(151)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제 3 빔 스플리터(131)는 제 1 빔 스플리터(121)로부터 출력된 광중 일부 광을 기준미러(133)에 반사시킨다. 이러한 과정이 제 2 메인 간섭계(130)에서 ①번 화살표의 광경로를 나타낸다.

제 3 빔 스플리터(131)는 기준미러(133)에 반사된 기준광을 제 1 빔 스플리터(121)로 입사시킨다. 제 1 빔 스플리터(121)는 기준광을 감지부(160)에 전송한다. 이러한 과정이 ③번 화살표의 광경로를 나타낸다.

제 3 빔 스플리터(131)는 제 1 빔 스플리터(121)로부터 출력된 광중 나머지 광을 기준미러(133)에 인접한 제 3 보조미러(151)에 반사시킨다. 제 3 빔 스플리터(131)는 제 3 보조미러(151)에 반사된 제 2 진동 잡음용 측정광을 기준미러(133)에 반사시킨다. 제 3 빔 스플리터(131)는 기준미러(133)에 반사된 제 2 진동 잡음용 측정광을 제 3 보조미러(151)에 반사시킨다. 제 3 빔 스플리터(131)는 제 3 보조미러(151)에 반사된 제 2 진동 잡음용 측정광을 제 1 빔 스플리터(121)로 입사시킨다. 제 1 빔 스플리터(121)는 제 3 빔 스플리터(131)로부터 출력되는 제 2 진동 잡음용 측정광을 감지부(160)에 전송한다. 이러한 과정이 ⑤번 화살표의 광경로를 나타낸다.

제 3 보조미러(151)는 제 3 빔 스플리터(131)와 서로 마주보도록 고정식으로 마련될 수 있다. 제 3 보조미러(151)는 도시된 바에 한정되지 아니하며, 설계 조건에 따라 다양한 크기로 변경될 수 있다.

감지부(160)는 ①, ②번 화살표의 광경로를 통한 측정광과, ①, ③번 화살표의 광경로를 통한 기준광이 간섭되어 합성된 메인 간섭광(메인 간섭신호)을 감지한다. 감지부(160)는 ④번 화살표의 광경로를 통한 제 1 진동 잡음용 측정광과, ⑤번 화살표의 광경로를 통한 제 2 진동 잡음용 측정광이 간섭되어 합성된 보조 간섭광(보조 간섭신호)을 감지한다. 감지부(160)는 CCD 센서나 CCD 카메라를 포함할 수 있다. CCD 카메라는 메인 간섭광과 보조 간섭광에 대해 촬영을 한다. CCD 카메라에 의해 촬영된 메인 간섭무늬와 보조 간섭무늬에 대한 영상 데이터는 제어부(170)로 전송된다.

①, ②, ③번 화살표의 광경로와 ④, ⑤번 화살표의 광경로는 광원(110)과 샘플(S)과 기준미러(133)간의 간섭거리보다 멀게 설정하여 서로 간섭되지 않도록 설계 변경하여 조절할 수 있다.

제어부(170)는 프로세서(171)와 메모리(172)를 포함한다.

프로세서(171)는 수신된 메인 간섭무늬와 보조 간섭무늬에 대한 영상 데이터를 처리하는 이미지 프로세서와, 수신된 메인 간섭무늬와 보조 간섭무늬에 대한 영상 데이터에 대해 광 스펙트럼 분석을 통해 메인 간섭신호와 보조 간섭신호의 광축방향 위치정보를 처리하는 디지털 시그널 프로세서를 포함할 수 있다.

이미지 프로세서는 영상 데이터에 대한 영상 분석을 수행하여 샘플(S)에 대한 검사를 직접 수행할 수 있다. 이미지 프로세서는 수신된 메인 간섭무늬와 보조 간섭무늬에 대한 영상 데이터를 표시하는 표시부에 표시하여 검사자가 샘플(S)에 대한 검사를 수행할 수 있다.

디지털 시그널 프로세서는 메인 간섭신호와 보조 간섭신호에 대한 광 스펙트럼 분석으로부터 결정되는 메인 간섭신호와 보조 간섭신호의 광축방향 위치가 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 포함된 광축방향 위치이면, 보조 간섭신호의 광축방향 위치 변화량 만큼 메인 간섭신호의 광축방향 위치를 본래의 광축방향 위치로 변경 처리할 수 있다.

프로세서(171)는 제 1 보조미러(141) 및/또는 제 2 보조미러(142) 및/또는 제 3 보조미러(151) 및/또는 제 4 보조미러(152)의 각도를 변경하기 위한 각도 변경 신호를 생성하는 마이크로 컨트롤 유닛(Micro Control Unit, MCU)을 포함할 수 있다.

메모리(172)는 프로세서(171)가 영상 데이터를 처리하기 위한 프로그램 및/또는 데이터와, 메인 간섭신호의 광축방향 위치를 변경 처리하기 위한 프로그램 및/또는 데이터와, 프로세서(131)가 각도 변경 신호를 생성하기 위한 프로그램 및/또는 데이터를 저장할 수 있다.

메모리(172)는 영상 데이터의 처리 결과를 임시로 기억하고, 메인 간섭신호의 광축방향 위치에 대한 변경 처리 결과를 임시로 기억할 수 있다. 예를 들어, 메모리(172)는 S램(S-RAM), D램(D-RAM)등의 휘발성 메모리뿐만 아니라 플래시 메모리, 롬(Read Only Memory, ROM), 이피롬(Erasable Programmable Read Only Memory: EPROM) 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 의한 광 간섭 시스템에서 광축방향 프로파일을 도시한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 감지부(160)는 ①, ②번 화살표의 광경로를 통한 측정광과, ①, ③번 화살표의 광경로를 통한 기준광이 간섭되어 합성된 메인 간섭신호를 감지한다. 감지부(160)는 ④번 화살표의 광경로를 통한 제 1 진동 잡음용 측정광과, ⑤번 화살표의 광경로를 통한 제 2 진동 잡음용 측정광이 간섭되어 합성된 보조 간섭신호를 감지한다.

도 3을 참조하면, 제어부(170)는 감지부(160)에 의하여 감지된 메인 간섭신호와 보조 간섭신호를 광 스펙트럼 분석하여 메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

)의 위치(P1, Q1)를 광축방향 위치상에 서로 구분되게 나타낼 수 있다.

구체적으로, 제어부(170)는 다음의 <수학식 1>을 이용하여 메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

)를 산출할 수 있다.

<수학식 1>

,

여기서,

는 메인 간섭신호,

는 스펙트럼 밀도(source spectral density),

은 굴절률,

는 파수(wave number),

는 보조 간섭신호,

제어부(170)는 다음의 <수학식 2>를 이용하여 메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

)를 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 식으로 각각 산출할 수 있다.

<수학식 2>

,

여기서,

는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 메인 간섭신호,

는 간섭에 의한 envelope function,

은 굴절률,

는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 보조 간섭신호,

도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(170)는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

)의 위치(P1, Q1)를 광축방향 위치상에 서로 구분되게 나타낼 수 있다. P1은

로 나타낼 수 있고 Q1은

로 나타낼 수 있다.

도 4는 일 실시예에 의한 광 간섭 시스템에서 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 포함된 광축방향 프로파일을 도시한다.

도 4를 참조하면, 제어부(170)는 감지부(160)에 의하여 감지된 메인 간섭신호와 보조 간섭신호를 광 스펙트럼 분석하여 메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

)의 위치(P2, Q2)를 광축방향 위치상에 서로 구분되게 나타낼 수 있다.

메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

)의 위치(P2, Q2)는 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 포함된 위치를 나타낸다.

구체적으로, 제어부(170)는 다음의 <수학식 3>을 이용하여 메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

)를 산출할 수 있다.

<수학식 3>

,

여기서,

는 메인 간섭신호,

는 스펙트럼 밀도(source spectral density),

은 굴절률,

는 파수(wave number),

는 보조 간섭신호,

제어부(170)는 다음의 <수학식 4>를 이용하여 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 포함된 메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

<수학식 4>

,

여기서,

는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 메인 간섭신호,

는 간섭에 의한 envelope function,

은 굴절률,

는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 보조 간섭신호,

도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(170)는 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 포함된 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

)의 위치(P2, Q2)를 광축방향 위치상에 서로 구분되게 나타낼 수 있다. P2는

로 나타낼 수 있고, Q2는

로 나타낼 수 있다.

도 5는 일 실시예에 의한 광 간섭 시스템에서 메인 간섭신호의 광축방향 위치를 변경하는 광축방향 프로파일을 도시한다.

도 4를 참조하면, 제어부(170)는 메인 간섭신호와 보조 간섭신호에 대한 광 스펙트럼 분석으로부터 결정되는 메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

)의 광축방향 위치가 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 포함된 광축방향 위치(P2, Q2)인지를 판단한다.

제어부(170)는 메인 간섭신호(

)와 보조 간섭신호(

)의 광축방향 위치가 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 포함된 광축방향 위치(P2, Q2)이면, 보조 간섭신호(

)의 광축방향 위치 변화량(Q2-Q1) 만큼 메인 간섭신호(

)의 광축방향 위치(P2)를 본래의 광축방향 위치(P1)로 변경한다.

구체적으로, 제어부(170)는 다음의 <수학식 5>를 이용하여 보조 간섭신호(

)의 광축방향 위치 변화량(Q2-Q1)을 산출할 수 있다.

<수학식 5>

여기서,

는 보조 간섭신호의 광축방향 위치 변화량,

는 간섭에 의한 envelope function,

은 굴절률,

도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(170)는 보조 간섭신호(

)의 광축방향 위치 변화량(

) 만큼 메인 간섭신호(

제어부(170)는 샘플(S) 측정시에 메인 간섭신호(

)가 유동적일 수가 있으므로, 유동적이지 않은 보조 간섭신호(

)를 이용하여 보조 간섭신호(

)의 광축방향 위치 변화량(

)이 발생하면, 광학 프로브 구조물(A)내에서 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 발생한 것으로 판단하여 보조 간섭신호(

)의 광축방향 위치 변화량(

) 만큼 메인 간섭신호(

)의 광축방향 위치(P2)를 본래의 광축방향 위치(P1)로 변경할 수 있다.

이러한, 광 간섭 시스템은 광학 프로브 구조물(A)내에서 진동신호 및/또는 원하지 않는 잡음신호가 발생할 경우 메인 간섭신호의 광축방향 위치를 보상하여 측정 정밀도를 높일 수가 있게 된다.

한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.

이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

110: 광원 120: 제 1 메인 간섭계
121: 제 1 빔 스플리터 122: 제 2 빔 스플리터
123: 대물렌즈 130: 제 2 메인 간섭계
131: 제 3 빔 스플리터 132: 제 4 빔 스플리터
133: 기준미러 140: 제 1 보조 간섭계
141: 제 1 보조미러 142: 제 2 보조미러
150: 제 2 보조 간섭계 151: 제 3 보조미러
152: 제 4 보조미러 160: 감지부
170: 제어부

Claims

광을 발생시키는 광원;
상기 광원으로부터 발생된 광 중 대물렌즈에 의해 샘플에 반사된 측정광과 기준미러에 반사된 기준광을 간섭시켜 메인 간섭신호를 발생시키는 메인 간섭계;
상기 광원으로부터 발생되어 상기 샘플로 향하는 광과 상기 기준미러로 향하는 광중 진동신호와 원하지 않는 잡음신호중 적어도 하나를 측정하기 위해 상기 샘플에 인접한 보조미러와 상기 기준미러에 인접한 보조미러에 각각 반사된 진동 잡음용 측정광을 간섭시켜 보조 간섭신호를 발생시키는 보조 간섭계;
상기 메인 간섭신호와 상기 보조 간섭신호를 감지하는 감지부; 및
상기 메인 간섭신호와 상기 보조 간섭신호에 대한 광 스펙트럼 분석으로부터 결정되는 상기 메인 간섭신호와 상기 보조 간섭신호의 광축방향 위치가 진동신호와 원하지 않는 잡음신호중 적어도 하나가 포함된 광축방향 위치이면, 상기 보조 간섭신호의 광축방향 위치 변화량 만큼 상기 메인 간섭신호의 광축방향 위치를 본래의 광축방향 위치로 변경하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 다음의 수학식을 이용하여 상기 메인 간섭신호와 상기 보조 간섭신호를 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 식으로 각각 산출하는 것인 광 간섭 시스템.
<수학식>

,

여기서,
는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 메인 간섭신호,
는 간섭에 의한 envelope function,
은 굴절률,
은 광이 광원부터 시작해서 샘플과 기준미러에 반사되어 돌아오는 경로에 대한 거리,
는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 보조 간섭신호,
는 광이 광원부터 시작해서 샘플에 인접한 보조미러와 기준미러에 인접한 보조미러에 반사되어 돌아오는 경로에 대한 거리이다.
제1항에 있어서,
상기 샘플에 인접한 보조미러는 두개가 서로 마주 보도록 마련되어 진동 잡음용 측정광을 반사시키고;
상기 기준미러에 인접한 보조미러는 두개가 서로 마주 보도록 마련되거나 한개로 마련되어 진동 잡음용 측정광을 반사시키는 광 간섭 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는 다음의 수학식을 이용하여 상기 진동신호와 상기 원하지 않는 잡음신호중 적어도 하나가 포함된 메인 간섭신호와 보조 간섭신호를 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 식으로 각각 산출하는 것인 광 간섭 시스템.
<수학식>

,

여기서,
는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 메인 간섭신호,
는 간섭에 의한 envelope function,
은 굴절률,
은 광이 광원부터 시작해서 샘플과 기준미러에 반사되어 돌아오는 경로에 대한 거리,
는 푸리에 변환을 통한 거리에 관한 보조 간섭신호,
는 광이 광원부터 시작해서 샘플에 인접한 보조미러와 기준미러에 인접한 보조미러에 반사되어 돌아오는 경로에 대한 거리,
는 진동신호와 원하지 않는 잡음신호중 적어도 하나에 대한 거리이다.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 다음의 수학식을 이용하여 상기 보조 간섭신호의 광축방향 위치 변화량을 산출하는 것인 광 간섭 시스템.
<수학식>

여기서,
는 보조 간섭신호의 광축방향 위치 변화량,
는 간섭에 의한 envelope function,
은 굴절률,
는 광이 광원부터 시작해서 샘플에 인접한 보조미러와 기준미러에 인접한 보조미러에 반사되어 돌아오는 경로에 대한 거리,
는 진동신호와 원하지 않는 잡음신호중 적어도 하나에 대한 거리이다.