KR102315016B1

KR102315016B1 - 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 ｆｐｍ

Info

Publication number: KR102315016B1
Application number: KR1020200071254A
Authority: KR
Inventors: 안희경; 전병혁
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2021-10-22

Abstract

본 발명은 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 LED광원이 구비되며, 대물렌즈를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제1빔을 조사하는 제1LED 어레이로 구성된 제1패널을 갖는 제1조명기; 다수의 LED광원이 구비되며, 상기 제1조명기에 의한 조사 후, 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제2빔을 조사하는 제2LED 어레이로 구성되고, 중앙홀에 상기 대물렌즈가 구비되는 제2패널을 갖는 제2조명기; 상기 제2조명기에 의해 발생된 각각의 LED 제2빔이 반사되어 상기 측정대상물로 입사되도록 하는 조각거울; 상기 제2조명기에서 조사되는 상기 LED 제2빔의 노이즈 성분을 제거하기 위하여 상기 제2조명기 상에 설치되는 가림막; LED 제1빔과 제2빔이 조사된 측정대상물에서 나오는 빔을 수집하도록 구성된 렌즈; 및 상기 렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 제1빔 및 제2빔 각각에 대한 이미지를 취득하는 광검출기;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM.에 관한 것이다.

Description

조각거울과 가림막을 이용한 반사형 ＦＰＭ{Reflective Fourier ptychographic microscopy using segmented mirrors and a mask}

본 발명은 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM에 대한 것이다. 보다 상세하게는 종래 반사형 FPM의 한계를 극복하기 위해, 조각거울과, 가림막을 사용하여, 측정대상물의 크기와 위치에 제한이 없으며, 각 LED 광원의 정상 빔이 측정대상물로 조사되기 때문에 획득된 영상의 신호 대 잡음비율(SNR)을 증가시킬 수 있고 분해능을 개선시킬 수 있는, 조각거울과 가림막을 사용한 반사형 FPM에 관한 것이다.

Fourier Ptychographic Microscopy(FPM)은 2013년 Guoan Zheng에 의해 개발된 위상복구(phase retrieval) 방법으로 기존의 digital holographic microscopy와 같이 기준(reference)빔을 이용하지 않아도 위상이 계산될 수 있다.

이러한 FPM은 기준빔이 없이 위상계산이 가능하므로 시스템이 컴팩트해 질 수 있고, 신호빔/기준빔이 구분되지 않으므로 진동에 강한 장점이 있다.

또한, 기존의 digital holographic microscopy는 로 고해상도를 얻기위해 높은 NA의 대물렌즈를 사용할 경우 적은 FOV(field of view)와 DOF(depth of focus)를 갖는 반면, FPM은 집광렌즈를 LED 어레이로 대체해서 높은 illumination angle이 가능하게 함으로써 낮은 NA의 대물렌즈로도 고해상도를 얻기 때문에 넓은 FOV와 DOF를 갖는 장점이 있다. 또한, LED어레이로 높은 illumination angle을 얻기 때문에 기계적 구동부가 필요없다.

도 1은 투과타입 FPM 시스템(1)의 구성도를 도시한 것이고, 도 2는 측정대상물의 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 투과타입 FPM시스템(1)은 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 조사되는 다수의 LED 광원(11)으로 구성되는 LED 어레이(10)와, 측정대상물(2)을 투과한 LED 빔이 결상되는 대물렌즈(20)와, 집광렌즈(30) 그리고 측정대상물(2)에 조사된 LED빔의 이미지를 획득하는 광검출기(40) 등을 포함하여 구성된다.

N 개의 LED광원(11)으로 구성된 LED 어레이(10)를 이용해 N 개의 서로 다른 조사 각도의 빔을 순서대로 측정대상물(2)에 조사하고 N 개의 이미지를 광검출기(40)에 저장하게 된다.

그리고 분석수단은 N 개의 이미지를 FFT하여 도 2에 도시된 바와 같이(도 2에서 ○은 하나의 LED에서 나오는 빔을 통해 대물렌즈가 집속하는 신호의 스펙트럼이다), 스펙트럼 도메인에서 θx, θy의 각 위치에 해당하는 것에 위치시키면서 스티칭(stitching)하여 위상을 산출하게 된다.

그러나 투과형 FPM은 생물 시료 등 투과형 시료 측정에 많이 사용되므로 연구가 많이 진행된 반면, 반사형 FPM은 불투명한 산업용 시료 측정 수요가 많음에도 불구하고 셋업의 어려움으로 연구가 더딘 상태에 해당한다.

도 3은 종래 투과형 FPM 시스템의 구성도를 도시한 것이다. 도 4a는 도 3에서 다크필드 LED 어레이 패널 부분의 확대도를 도시한 것이고, 도 4b는 다크필드 LED 어레이 패널 사진을 도시한 것이다.

도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 평면 LED 조명기의 사용으로 인해 신호 대 잡음비율(SNR)이 감소되게 되는 문제가 존재한다. 즉, 측정대상물 S로부터 먼 LED 광원일수록 측정대상물에 도달하는 빛의 세기가 약해지게 되며, 낮은 SNR을 초래하여 고공간 주파수 신호(high spatial frequency signal)를 얻지 못해 낮은 분해능을 갖게 되는 문제점이 존재한다.

일본 공개특허 2016-530567 일본 공개특허 2018-504627

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 다크필드 조명기에서 미러를 사용하여 개개의 LED 광원들이 측정대상물에 잘 포커싱되게 함으로써 SNR을 높이고 고분해능을 얻을 수 있으며, 대물렌즈 측에 다크필드 LED 패널을 위치시키고, 패널에 구비되는 LED 측 각각에 조각거울을 설치하여 측정대상물의 위치와 크기에 제한이 없으며, 가림막을 설치하여 노이즈로 작용하는 성분을 제거할 수 있는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은, FPM에 있어서, 다수의 LED광원이 구비되며, 대물렌즈를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제1빔을 조사하는 제1LED 어레이로 구성된 제1패널을 갖는 제1조명기; 다수의 LED광원이 구비되며, 상기 제1조명기에 의한 조사 후, 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제2빔을 조사하는 제2LED 어레이로 구성되고, 중앙홀에 상기 대물렌즈가 구비되는 제2패널을 갖는 제2조명기; 상기 제2조명기에 의해 발생된 각각의 LED 제2빔이 반사되어 상기 측정대상물로 입사되도록 하는 조각거울; 상기 제2조명기에서 조사되는 상기 LED 제2빔의 노이즈 성분을 제거하기 위하여 상기 제2조명기 상에 설치되는 가림막; LED 제1빔과 제2빔이 조사된 측정대상물에서 나오는 빔을 수집하도록 구성된 렌즈; 및 상기 렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 제1빔 및 제2빔 각각에 대한 이미지를 취득하는 광검출기;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM으로서 달성될 수 있다.

그리고 상기 제2패널은 중앙홀이 형성된 링판형태이고, 이러한 중앙홀에 상기 대물렌즈가 위치되며, 상기 제2LED 어레이는, 상기 제2패널의 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 상기 링형 제2LED 어레이는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되고, 상기 조각거울은 상기 제2LED 어레이를 구성하는 제2LED 광원 각각에서 조사되는 LED 제2빔을 반사시켜 상기 측정대상물 측으로 입사되도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 가림막은 원판형 플레이트 형태를 가지며, 상기 제2LED광원에 대응되는 위치에 관통홀이 형성되며, 이러한 관통홀 일측면에 상기 조각거울이 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 제1패널은 판형태이고, 상기 제1LED 어레이는, 상기 제1패널의 중심점과, 상기 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 상기 링형 제1LED 어레이는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 제1패널의 중심점에 위치된 광원부터 순차적으로 반경이 작은 제1LED 어레이 상의 광원들이 순차적으로 조사된 후, 제2패널에서 반경이 작은 제2LED어레이 상의 광원부터 순차적으로 조사되도록 제어하는 LED제어부를 더 포함하고, 상기 광검출기는 각각의 빔에 대한 이미지를 취득하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 이미지 각각을 스펙트럼 도메인에 위치시켜 스티칭하여 상기 측정대상물의 위상정보를 갖는 합성 이미지를 산출하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 제1빔은 상기 제1조명기에서 조사되어 광학계를 통과하여 빔스플리터에 의해 반사된 후, 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM에 따르면, 다크필드 조명기에서 미러를 사용하여 개개의 LED 광원들이 측정대상물에 잘 포커싱되게 함으로써 SNR을 높이고 고분해능을 얻을 수 있으며, 대물렌즈 측에 다크필드 LED 패널을 위치시키고, 패널에 구비되는 LED 측 각각에 조각거울을 설치하여 측정대상물의 위치와 크기에 제한이 없으며, 가림막을 설치하여 노이즈로 작용하는 성분을 제거할 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 투과타입 FPM 시스템의 구성도,
도 2는 측정대상물의 스펙트럼,
도 3은 종래 투과형 FPM 시스템의 구성도,
도 4a는 도 3에서 다크필드 LED 어레이 패널 부분의 확대도,
도 4b는 다크필드 LED 어레이 패널 사진,
도 5는 본 발명의 선출원 특허인 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM의 구성도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 조각거울을 이용한 반사형 FPM의 제2조명기의 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 제2조명기의 단면도,
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 제2조명기의 단면도,
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 제2조명기의 저면도,
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 구성도,
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 브라이트 필드 조명기(제1조명기)에 의한 빔이 조사될 때의 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 구성도,
도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 다크 필드 조명기(제2조명기)에 의한 빔이 조사될 때의 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 구성도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 브라이트 필드 조명기의 LED 패널의 평면도를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

본 발명의 실시예에 따른 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM를 설명하기 전에 본 발명의 발명자의 선출원 특허인 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM(10-2020-0020510, 2020.02.19 출원, 본원발명의 출원시 미공개)에 대해 간략히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 선출원 특허인 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM의 구성도를 도시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM(100)는 전체적으로 브라이트 필드 조명기에 해당하는 제1조명기(110)와, 대물렌즈(20), 다크필드 조명기에 해당하는 제2조명기(150)와, 집광렌즈(30), 광검출기(40) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

제1조명기(110)는 제1패널(120)과, 광학계(130), 빔스플리터(140)를 포함하며, 제1패널(120)에는 제1패널(120) 상에 배치되며 다수의 제1LED광원(122)을 갖는 복수의 제1LED어레이(121)를 포함하여 구성된다.

제2조명기(150)는 다크필드 조명기로서 대물렌즈(20)를 거치지 않고 파라볼릭 미러(180)에 반사되어 측정대상물(2)로 입사되도록 구성된다.

파라볼릭 미러(180)를 적용하게 됨으로써, 측정대상물(2)에서 먼 제2LED광원(162)에 해당하더라고 측정대상물(2)에 도달하는 빛의 세기를 균일하게 함으로써, 종래 반사형 FPM(3)과 대비하여 SNR을 높이고 고분해능을 얻을 수 있게 된다.

제2조명기(150)는 제2패널(160)과, 파라볼릭 미러(180)를 포함하여 구성된다. 제2패널(160)은 다수의 제2LED광원(162)이 구비되며, 제1조명기(110)에 의한 조사 후, 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 순차적으로 복수의 LED 제2빔을 조사하는 복수의 제2LED 어레이(161)로 구성된다.

그러나 도 5에 도시된 바와 같이, 제2패널(160)은 중앙홀(170)이 형성된 링판형태로 구성되며, 이러한 중앙홀(170)에는 측정대상물(2)이 위치되게 된다.

이러한 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM의 경우 제2패널(160) 중앙홀에 측정대상물(2)이 위치하고 있어 측정할 수 있는 측정대상물의 크기가 제한될 수밖에 없는 문제점이 존재한다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 발명자는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM을 도출하였다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 조각거울을 이용한 반사형 FPM의 제2조명기의 단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 제2조명기의 단면도를 도시한 것이다.

도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 제2조명기의 단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 제2조명기의 저면도를 도시한 것이다.

또한, 도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 브라이트 필드 조명기(제1조명기)에 의한 빔이 조사될 때의 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 구성도를 도시한 것이고, 도 9c는 본 발명의 실시예에 따른 다크 필드 조명기(제2조명기)에 의한 빔이 조사될 때의 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 브라이트 필드 조명기의 LED 패널의 평면도를 도시한 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다크필드 조명기인 제2조명기(150)는 다수의 제2LED광원(162)이 구비되며, 제1조명기(110)에 의한 조사 후, 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 순차적으로 복수의 LED 제2빔을 조사하는 제2LED 어레이(161)로 구성되는 제2패널(160)을 포함하여 구성됨을 알 수 있다. 그리고 제2패널(160)에는 중앙홀(170)이 구비되며, 이러한 중앙홀(170)에 대물렌즈(20)가 위치되게 됨을 알 수 있다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2패널(160)이 대물렌즈(20) 편에 위치하여 측정대상물(2)의 위치와 크기에 제한이 없게 됨을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 제2조명기(150)에는 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 조각거울(191)이 장착되는 장착단(190)이 설치됨을 알 수 있다. 이러한 조각거울(191)은 제2조명기(150)에 의해 발생된 각각의 LED 제2빔이 반사되어 측정대상물(2)로 입사되도록 구성된다.

조각거울(191)은 제2LED 광원(162) 각각에 대응되어 구비되며 각각의 제2빔이 조각거울(191)에 반사되어 장착단(190)의 관통홀(192)을 지나 측정대상물(2) 측으로 입사되게 되도록 구성됨을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 가림막(193)을 설치하여 노이즈로 작용하는 LED 제2빔 성분을 제거하도록 구성될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 실제로 LED 제2빔이 퍼져 원치 않는 빔이 초점면으로 들어가 노이즈로 작용하게 되므로 가리막(193)을 설치하여 노이즈로 작용하는 성분이 제거되도록 구성될 수 있다 .

보다 구체적으로 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 가림막(193)과 조각거울(191)들이 설치되어 있는 일체형 가림 플레이트(210)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 가림 플레이트(210)는 도 8b에 도시된 바와 같이, 전체적으로 원판형태로 도 8a에 도시된 바와 같이, 제2패널(160)과 특정간격 이격되어 최외곽면의 패널연결부(211)를 통해 제2패널(160)과 결합되게 된다.

그리고 이러한 가림 플레이트(210)의 중앙에는 대물렌즈 장착홀(194)이 형성되어 있어, 대물렌즈(20)가 삽입되도록 구성되고, 제2LED 광원(162) 각각에 대응되는 위치 각각에 관통홀(192)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 이러한 각각의 관통홀(192)의 외측면에는 제2패널(160) 측으로 돌출된 가림막(193)이 형성되며, 이러한 가림막(193) 내측면 각각에 조각거울(191)이 설치될 수 있음을 알 수 있다.

이러한 도 8a 및 도 8b의 하나의 가림 플레이트(2100)를 통해 복수의 조각거울(191)과, 가림막(193)이 설치된 구조는 하나의 바람직한 예시를 도시, 설명한 것일뿐, 이러한 형태로 권리범위를 제한 해석해서는 아니될 것이다. 즉, 제2LED 광원(162)에서 조사된 LED 제2빔을 측정대상물(2) 측으로 반사시켜 입사시킬 수 있고, 노이즈로 작용하는 성분을 제거할 수 있는 구조라면 그 구체적인 개수, 형태, 연결구조는 본 발명의 권리범위에 영향을 미치지 않는다.

이하에서는 앞서 언급한 조각거울과 가림막을 갖는 제2조명기를 포함하는 전체 FPM시스템의 구성과 그 작동방법에 대해 설명하도록 한다.

도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이, 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM(200)는 전체적으로 브라이트 필드 조명기에 해당하는 제1조명기(110)와, 대물렌즈(20), 다크필드 조명기에 해당하는 앞서 설명한 제2조명기(150)와, 집광렌즈(30), 광검출기(40) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.

제1조명기(110)는 도 10에 도시된 바와 같이, 제1패널(120)과, 광학계(130), 빔스플리터(140)를 포함하며, 제1패널(120)에는 제1패널(120) 상에 배치되며 다수의 제1LED광원(122)을 갖는 복수의 제1LED어레이(121)를 포함하여 구성된다.

도 9a에 도시된 바와 같이, 제1패널(120)은 편형태이고, 제1LED 어레이(121)는, 제1패널(120)의 중심점과, 그 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 이러한 링형 제1LED 어레이(121)는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되게 됨을 알 수 있다.

따라서 LED 제어부를 통해, 제1패널(120)의 중심점에 위치된 제1LED광원(122)부터 순차적으로 반경이 작은 제1LED 어레이(121) 상의 광원(122)들이 순차적으로 조사되게 된다.

제1조명기(110)에 의해 조사된 제1빔은 제1렌즈(131)와 필드스탑(132), 제2렌즈(133)로 구성된 광학계(130)를 통과한 후, 빔스플리터(140)에 의해 반사되어 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 대물렌즈(20)를 지나, 측정대상물(2)에 반사되어 대물렌즈(20)의 후초점면에 이미징되며, 이미징을 위한 빔은 빔스플리터(140)를 통과하여 집광렌즈(30)를 거쳐 광검출기(40)에 의해 검출되게 된다.

광검출기(40)는 집광렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 제1LED빔 각각에 대한 이미지를 취득하게 된다.

그리고 제1패널(120)에 배치된 모든 제1LED광원(122)에 의한 조사가 순차적으로 이루어져, 이미지를 취득한 후, 제2조명기(150)가 구동되게 된다.

도 9c에 도시된 바와 같이, 제2조명기(150)는 다크필드 조명기로서 대물렌즈(20)를 거치지 않고 조각거울(191)에 반사되어 측정대상물(2)로 입사되도록 구성된다.

제2조명기(150)는 앞서 언급한 바와 같이, 제2패널(160)과, 조각거울(191)과 가림막(193)을 포함하여 구성된다. 제2패널(160)은 다수의 제2LED광원(162)이 구비되며, 제1조명기(110)에 의한 조사 후, 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 순차적으로 복수의 LED 제2빔을 조사하는 복수의 제2LED 어레이(161)로 구성된다.

제2패널(160)은 중앙홀(170)이 형성된 링판형태로 구성되며, 이러한 중앙홀(170)에는 대물렌즈가 위치되게 된다.

또한, 제2LED 어레이(161)는, 제2패널(160)의 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 이러한 링형 제2LED 어레이(161)는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되게 된다.

따라서 LED 제어부는 제1조명기(110)의 광원들이 순차적으로 조사된 후, 제2패널(160)에서, 반경이 작은 제2LED어레이(161) 상의 광원들부터 순차적으로 조사되도록 제어하게 된다.

그리고 각각의 광원들에 의한 이미지를 광검출기에서 검출하게 된다.

즉, 제1조명기(110)와 제2조명기(150)의 각 LED 광원에 의한 이미지를 취득하게 된다. 그리고 분석수단은 각각의 이미지를 스펙트럼 도메인에 위치시키게 된다.

그리고 이를 스티칭하여 측정대상물(2)의 위상정보를 갖는 합성 이미지를 산출하게 된다. 즉, 이미지를 역푸리에 변환하여 스펙트럼을 획득하여 오버래핑 영역을 통해 위상수렴을 하여 위상정보를 획득하여 위상정보를 갖는 합성 이미지를 생성하게 된다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:종래 투과형 FPM
2:측정대상물
3:종래 반사형 FPM
10:LED 어레이
11:LED 광원
20:대물렌즈
30:집광렌즈
40:광검출기
100:파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM
110:제1조명기(브라이트 필드 조명기)
120:제1패널(브라이트 필드 패널)
121:제1LED어레이(브라이트 필드 LED 어레이)
122:제1LED광원(브라이트 필트 LED 광원)
130:광학계
131:제1렌즈
132:필드스탑
133:제2렌즈
140:빔스플리터
150:제2조명기(다크 필드 조명기)
160:제2패널(다크 필드 패널)
161:제2LED어레이(다크 필드 LED 어레이)
162:제2LED광원(다크 필드 LED 광원)
170:중앙홀
180:파라볼릭 미러
190:장착단
191:조각거울
192:관통홀
193:가림막
194:대물렌즈 장착홀
200:조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM
210:가림플레이트
211:패널연결부

Claims

FPM에 있어서,
다수의 LED광원이 구비되며, 대물렌즈를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제1빔을 조사하는 제1LED 어레이로 구성된 제1패널을 갖는 제1조명기;
다수의 LED광원이 구비되며, 상기 제1조명기에 의한 조사 후, 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제2빔을 조사하는 제2LED 어레이로 구성되고, 중앙홀에 상기 대물렌즈가 구비되는 제2패널을 갖는 제2조명기;
상기 제2조명기에 의해 발생된 각각의 LED 제2빔이 반사되어 상기 측정대상물로 입사되도록 하는 조각거울;
상기 제2조명기에서 조사되는 상기 LED 제2빔의 노이즈 성분을 제거하기 위하여 상기 제2조명기 상에 설치되는 가림막;
LED 제1빔과 제2빔이 조사된 측정대상물에서 나오는 빔을 수집하도록 구성된 렌즈; 및
상기 렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 제1빔 및 제2빔 각각에 대한 이미지를 취득하는 광검출기;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM.
제 1항에 있어서,
상기 제2패널은 중앙홀이 형성된 링판형태이고, 이러한 중앙홀에 상기 대물렌즈가 위치되며,
상기 제2LED 어레이는, 상기 제2패널의 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 상기 링형 제2LED 어레이는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되고,
상기 조각거울은 상기 제2LED 어레이를 구성하는 제2LED 광원 각각에서 조사되는 LED 제2빔을 반사시켜 상기 측정대상물 측으로 입사되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM.
제 2항에 있어서,
상기 가림막은 원판형 플레이트 형태를 가지며,
상기 제2LED광원에 대응되는 위치에 관통홀이 형성되며, 이러한 관통홀 일측면에 상기 조각거울이 설치되는 것을 특징으로 하는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM.
제 2항에 있어서,
상기 제1패널은 판형태이고,
상기 제1LED 어레이는, 상기 제1패널의 중심점과, 상기 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 상기 링형 제1LED 어레이는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되는 것을 특징으로 하는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM.
제 4항에 있어서,
상기 제1패널의 중심점에 위치된 광원부터 순차적으로 반경이 작은 제1LED 어레이 상의 광원들이 순차적으로 조사된 후, 제2패널에서 반경이 작은 제2LED어레이 상의 광원부터 순차적으로 조사되도록 제어하는 LED제어부를 더 포함하고,
상기 광검출기는 각각의 빔에 대한 이미지를 취득하는 것을 특징으로 하는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM.
제 5항에 있어서,
상기 이미지 각각을 스펙트럼 도메인에 위치시켜 스티칭하여 상기 측정대상물의 위상정보를 갖는 합성 이미지를 산출하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM.
제 1항에 있어서,
상기 제1빔은 상기 제1조명기에서 조사되어 광학계를 통과하여 빔스플리터에 의해 반사된 후, 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되는 것을 특징으로 하는 조각거울과 가림막을 이용한 반사형 FPM.