KR102542900B1 - 표면 프로파일 측정 장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

표면 프로파일 측정 장치 및 그의 제어방법 Download PDF

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Abstract

표면 프로파일 측정장치 및 그의 제어방법이 개시된다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 광원; 상기 광원에서 조사된 광을 대물광 및 참조광으로 분할하는 제1 광분할기; 상기 대물광의 경로 상에 설치된 대물렌즈; 상기 대물광 및 상기 참조광 중 적어도 하나의 경로 상에 설치되어 입사된 광의 파면곡률을 조절하도록 구성된 파면곡률 조절기; 간섭패턴을 획득하는 촬상소자; 및 상기 간섭패턴을 기초로 대상 객체의 표면 프로파일 정보를 생성하는 프로파일 정보 생성기를 포함하는 표면 프로파일 측정장치가 개시된다.

Description

표면 프로파일 측정 장치 및 그의 제어방법{Surface Profile Measuring Device And Controlling Method Thereof}
본 발명은 표면 프로파일 측정 장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 참조광과 대상 객체로부터 반사된 대물광이 상호 간섭하여 형성하는 간섭패턴을 기초로 대상 객체의 표면 프로파일을 측정하는 장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
대상 객체의 3D 프로파일을 측정하기 위한 장치로서 디지털 홀로그래픽 현미경(Digital Holographic Nanoscopy; 이하, DHN)이 제안된 바 있다. DHN은 광원에서 조사된 빛을 참조광(reference beam)과 대물광(object beam)으로 분할하고, 분할된 참조광과 대상 객체를 거친 대물광이 다시 만나 상호 간섭하여 형성한 간섭패턴을 분석함으로써 대상 객체의 3D 프로파일을 측정한다.
한편, 대물광과 참조광이 선형 간섭패턴을 형성하기 위하여는 대물광의 파면곡률(wavefront curvature)과 참조광의 파면곡률이 상호 일치해야만 한다.
그런데, 참조광과 대물광이 간섭하여 비선형 간섭패턴을 형성하는 경우, 대상 객체의 3D 프로파일이 실제와 달리 절곡되게 된다. 이러한 절곡은 참조 홀로그램의 위상 맵을 사전에 준비하고, 대물 홀로그램으로부터 참조 홀로그램의 위상 맵을 감산함으로써 제거할 수 있다. 따라서, 레퍼런스 홀로그램의 위상 맵을 사전에 준비할 수 없는 경우에는 대물광과 참조광이 선형 간섭패턴을 형성해야만 대상객체의 실제 프로파일에 부합하는 3D 프로파일을 얻을 수 있다.
한편, DHN의 대물렌즈의 배율이 변경되면 대물광의 파면곡률 역시 변경되기 때문에, 선형 간섭패턴이 형성되도록 하기 위하여 참조광의 파면곡률을 재보정해야만 한다. 그렇지 않으면 두 파동의 간섭이 비선형 간섭패턴을 형성한다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 조절함으로써 대물광과 참조광의 파면곡률을 일치시킬 수 있는 프로파일 측정장치 및 그의 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면 프로파일 측정장치는, 광을 조사하는 광원; 광원에서 조사된 광을 대물광 및 참조광으로 분할하는 제1 광분할기; 대물광의 경로 상에 설치된 대물렌즈; 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 경로 상에 설치되어 입사된 광의 파면곡률을 조절하도록 구성된 파면곡률 조절기; 대물광과 참조광 간의 간섭에 의하여 형성되는 간섭패턴을 획득하는 촬상소자; 및 간섭패턴을 기초로 대상 객체의 표면 프로파일 정보를 생성하는 프로파일 정보 생성기를 포함한다.
여기서 파면곡률 조절기는 참조광의 경로 상에 설치되어 참조광의 파면곡률을 조절하도록 구성된다.
파면곡률 조절기는 가변렌즈를 포함한다.
파면곡률 조절기는 간섭패턴이 선형 간섭패턴이 되도록 가변렌즈의 초점거리를 조절하는 초점거리 조절기를 더 포함한다.
여기서 초점거리 조절기는, 간섭패턴에 대한 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석패턴 이미지를 생성하고, 분석패턴 이미지를 기초로 가변렌즈의 초점거리를 조절하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
프로세서는 실시간으로 얻어진 분석패턴 이미지 상의 역격자영역의 크기가 최소 크기가 될 때까지 가변렌즈의 초점거리를 변화시키도록 구성된다.
또한, 대물렌즈와 촬상소자의 사이에 배치되는 튜브렌즈를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 프로파일 측정장치의 제어방법은, 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 조절하도록 구성되는 파면곡률 조절기를 포함하고, 대물광과 참조광 간의 간섭에 의하여 형성된 간섭패턴을 기초로 대상 객체의 표면 프로파일 정보를 생성하도록 구성된 표면 프로파일 측정장치의 제어방법으로서, 간섭패턴 이미지를 획득하는 단계(S100); 간섭패턴 이미지에 대한 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석패턴 이미지를 생성하는 단계(S300); 및 간섭패턴이 선형 간섭패턴이 되도록 분석패턴 이미지를 기초로 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 조절하는 단계(S400)를 포함한다.
여기서 S400은, 분석패턴 이미지 상의 역격자영역이 점으로 나타나는지 판단하는 단계(S420); 및 역격자영역이 점으로 나타나는 경우 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 변화시키는 단계(S431)를 포함한다.
파면곡률 조절기는 가변렌즈를 포함하며 가변렌즈의 초점거리를 조절함으로써 참조광의 파면곡률을 조절하도록 구성되고, S431에서, 역격자영역이 점으로 나타나지 않는 경우 가변렌즈의 초점거리를 변화시킨다.
본 발명의 표면 프로파일 측정장치 및 그의 제어방법은, 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 조절함으로써 대물광과 참조광의 파면곡률을 일치시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 프로파일 측정장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초점거리 조절기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초점거리 조절기에 대하여 설명하기 위하여 분석패턴을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로파일 측정장치의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하
부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고
연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제1, 제2, 제3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 구성 요소가 제2 또는 제3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제2 또는 제3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 프로파일 측정장치를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 프로파일 측정장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 표면 프로파일 측정장치(100)는 광원(110), 광분할기(121,122), 반사체(131,132,133), 공간필터 어셈블리(141,142), 대물렌즈(151), 튜브렌즈(152), 파면곡률 조절기(160), 간섭기(170), 촬상소자(180) 및 프로파일 정보 생성기(190)의 전부 또는 일부를 포함할 수 있다.
광원(110)은 대상 객체(10)의 관찰을 수행하기 위한 빛을 발생시키는 것으로서, 레이저를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 광원(110)에 의해 조사된 광은 광분할기, 렌즈 및 복수의 반사체 등을 거쳐 촬상소자(180)에 입사될 수 있다.
광원(110)에서 조사된 광은 광원(110)의 전방에 설치된 제1 광분할기(121)에 입사될 수 있다. 제1 광분할기(121)는 입사된 빛의 일부를 투과시키고, 나머지 일부를 반사시킴으로써 빛을 분할할 수 있으며, 본 발명에서 제1 광분할기(121)는 광원(110)에서 조사된 광을 대물광(object beam) 및 참조광(reference beam)으로 분할한다. 여기서 대물광이란 제1 광분할기(121)에 의하여 분할된 빛 중 대상 객체(10)를 경유하여 진행하는 빛을 말하고, 참조광이란, 제1 광분할기(121)에 의하여 대물광과 나뉘어 진행하게 되어 대물광과 광경로차를 가지게 되어 이후 대물광과 간섭하여 간섭패턴을 형성하는 빛을 말한다.
본 발명의 표면 프로파일 측정장치(100)는 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 경로 상에 설치되어 입사된 광의 파면곡률(wavefront curvature)을 조절하도록 구성된 파면곡률 조절기(160)를 포함한다. 일 실시예에서 파면곡률 조절기(160)는 가변렌즈(161)를 포함할 수 있으며 가변렌즈(161)의 초점거리에 따라 가변렌즈(161)에 입사된 광의 파면곡률이 변화된다. 가변렌즈(161)는 그의 초점거리가 조절 가능하게 구성된 렌즈로서 여러 개의 하위 렌즈를 가지고 각각의 렌즈 간의 거리를 조정함으로써 초점거리가 조절되는 것이거나, 전기적 신호에 의하여 형상이 변화되는 광학 유동체를 가지는 것일 수 있는 등 그 구성은 제한되지 않는다.
표면 프로파일 측정장치(100)는 가변렌즈(161)와 더불어 간섭패턴이 선형간섭패턴이 되도록 가변렌즈(161)의 초점거리를 자동으로 조절하는 초점거리 조절기(162)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 파면곡률 조절기(160)는 가변렌즈(161)의 초점거리를 자동으로 조절하는 것 이외에도 사용자가 파면곡률 조절기(160)를 이용하여 직접 파면곡률 조절기(160)에 입사된 참조광/대물광의 파면곡률을 대물광/참조광의 파면곡률에 일치시킴으로써 대물광과 참조광이 선형의 간섭패턴을 형성시키도록 구성된 것일 수도 있다.
본 발명의 파면곡률 조절기(160)에 의하면 대물광 및 참조광이 형성하는 간섭패턴을 선형의 간섭패턴이 되도록 대물광 및/또는 참조광의 파면곡률을 변화시킬 수 있으므로, 비선형 간섭패턴을 형성하는 경우에 필요한 참조 홀로그램 위상 맵을 감산하는 과정을 거치지 않고도 대상 객체(10)의 프로파일 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 광원(110), 제1 광분할기(121), 제1 공간필터 어셈블리(141), 제2 광분할기(122), 대물렌즈(151) 및 대상 객체(10)가 순차적으로 일렬로 설치될 수 있다. 광원(110)에서 조사된 광 중 제1 광분할기(121)를 투과한 광이 대물광으로서 제1 공간필터 어셈블리(141), 제2 광분할기(122) 및 대물렌즈(151)를 순차적으로 투과하여 대상 객체(10)에 조사될 수 있다.
대물렌즈(151)는 대물광의 경로 상에 설치된다. 구체적으로, 대물렌즈(151)는 광원(110)과 촬상소자(180)의 사이에 설치될 수 있는데, 본 발명의 대물렌즈(151)는 배율이 조절될 수 있도록 구성된 대물렌즈(151) 어셈블리의 일부분일 수 있다. 대물렌즈(151)의 배율이 변화하면 대물광의 파면곡률이 함께 변화된다.
대물광은 제2 광분할기(122) 및 제2 광분할기(122)의 전방에 배치된 대물렌즈(151) 를 투과하여 대상 객체(10)에 조사된 후, 대상 객체(10)에서 반사되어 다시 제2 광분할기(122)에 재입사된다. 제2 광분할기(122)는 재입사된 대물광을 촬상소자(180) 측으로 반사시키도록 구성된다.
제2 광분할기(122)와 촬상소자(180)의 사이에는 대물렌즈(151) 및 대상 객체(10)를 경유한 후 입사된 빛을 결상시키기 위한 튜브렌즈(152)가 배치될 수 있다. 대물광은 튜브렌즈(152)를 거쳐 촬상소자(180)에 입사될 수 있는데, 일 실시예에서 간섭기(170)가 튜브렌즈(152)와 촬상소자(180)의 사이에 배치되고 대물광은 튜브렌즈(152) 및 간섭기(170)를 투과하여 촬상소자(180)에 도달할 수 있다. 그러나, 대물광의 경로 상에 배치된 구성요소들 및 그들의 배치는 도시된 실시예에 제한되지 않는다.
광원(110)에서 조사된 광 중 제1 광분할기(121)에서 반사되어 대물광과 나뉘어 진행하게된 빛은 참조광으로서 제1 반사체(131), 제2 반사체(132), 제3 반사체(133), 제2 공간필터 어셈블리(142), 파면곡률 조절기(160), 간섭기(170)를 거쳐 촬상소자(180)에 입사될 수 있다. 촬상소자(180)에서 대물광과 참조광은 상호 광경로차를 가지며, 따라서 대물광과 간섭하여 간섭패턴을 형성한다. 여기서 간섭기(170)는, 대물광을 촬상소자(180) 측으로 투과시키고, 참조광을 촬상소자(180) 측으로 반사시키도록 구성될 수 있다.
제1 반사체(131)는 제1 광분할기(121)로부터 입사된 빛을 제2 반사체(132) 측으로 참조광을 반사시키며, 제2 반사체(132)로부터 반사되어 입사된 빛을 제3 반사체(133) 측으로 반사시킨다. 제2 반사체(132)는 제1 반사체(131)로부터 입사된 빛을 다시 제1 반사체(131) 측으로 반사시킨다. 제1 반사체(131) 및 제2 반사체(132)로 인하여 참조광은 순차적으로 제1 반사체(131), 제2 반사체(132), 제1 반사체(131)를 거쳐 제3 반사체(133)로 입사되며, 이 과정에서 참조광과 대물광 간의 광경로차가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파면곡률 조절기(160)는 참조광의 경로 상에 설치되어 참조광의 파면곡률을 조절하도록 구성된다. 대물광의 파면곡률을 조작하기 위하여 대물광의 경로 상에 파면곡률 조절기(160)를 설치하는 경우 파면곡률 조절기(160)가 의도치 않게 대상 객체(10)를 비추는 조명에 영향을 미칠 수 있으며, 대물렌즈(151)의 배율에 따라 대물 광의 파면곡률이 달라지므로 대물광의 파면곡률을 조절하는 것보다 참조광의 파면곡률을 조작하는 것이 프로파일 측정과정을 단순화할 수 있기 때문이다.
파면곡률 조절기(160)는 제3 반사체(133)와 촬상소자(180)의 사이에 배치될 수 있다. 더욱 구체적으로는 제3 반사체(133), 제2 공간필터 어셈블리(142), 파면곡률 조절기(160)의 가변렌즈(161) 및 간섭기(170)가 순차적으로 일렬로 배치될 수 있다. 즉, 파면곡률 조절기(160)는 제2 공간필터 어셈블리(142)와 간섭기(170) 사이에 배치될 수 있다.
제3 반사체(133)는 입사된 참조광을 제2 공간필터 어셈블리(142) 측으로 반사시킨다. 참조광은 제2 공간필터 어셈블리(142)를 투과하여 파면곡률 조절기(160)의 가변렌즈(161)에 입사된다. 참조광이 가변렌즈(161)를 투과하면서 참조광의 파면곡률이 변화된다. 변화된 파면곡률의 참조광이 간섭기(170)에 입사되고, 간섭기(170)에 의하여 촬상소자(180) 측으로 반사되어 결국 촬상소자(180)에 참조광이 입사되게 된다.
결국, 대물광 및 참조광이 간섭기(170)에서 상호 간섭하여 간섭패턴을 형성하게 된다. 촬상소자(180)는 대물광과 참조광 간의 간섭에 의하여 생성된 간섭패턴을 획득할 수 있다. 예를 들어 촬상소자(180)는 광 신호인 간섭패턴을 전기적인 신호로 변환할 수 있다.
프로파일 정보 생성기(190)는 촬상소자(180)가 획득한 간섭패턴을 기초로 대상 객체(10)의 표면 프로파일 정보를 생성한다. 프로파일 정보 생성기(190)는 촬상소자(180)로부터 참조광의 영상 및 대물광의 영상을 입력받고, 입력받은 영상의 관심 영역으로 설정된 위치의 영상을 선택적으로 추출함으로써 그 관심 영역에 대응되는 유의미한 데이터만이 선별적으로 분석될수록 도움을 주는 추출장치를 포함할 수 있다. 본 개시에서 영상이란, 이미지를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초점거리 조절기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초점거리 조절기에 대하여 설명하기 위하여 분석패턴을 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면 초점거리 조절기(162)는, 촬상소자(180)가 획득한 간섭패턴에 대한 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행하여 분석패턴 이미지를 생성하고 분석패턴 이미지를 기초로 가변렌즈(161)의 초점을 조절하도록 구성된 프로세서(162a)를 포함할 수 있다.
도 3의 (a)는 참조광과 대물광의 파면곡률이 상호 불일치하는 때의 분석패턴 이미지를 나타낸 것이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 참조광과 대물광의 파면곡률이 상호 불일치하는 경우 이들 간의 간섭으로 인하여 비선형 간섭패턴이 형성되고, 비선형 간섭패턴을 고속 푸리에 변환하여 얻어진 분석패턴 이미지 상의 역격자영역은 직사각형 형태의 면적을 가지는 것으로 나타난다.
도 3의 (b)는, 이와 달리 참조광과 대물광이 파면곡률이 상호 일치할 때의 분석패턴 이미지를 나타낸 것이다. 도 3의 (b)를 참조하면, 참조광과 대물광의 파면곡률이 상호 일치하는 경우 이들 간의 간섭으로 인하여 선형 간섭패턴이 형성되고, 선형 간섭패턴을 고속 푸리에 변환하여 얻어진 분석패턴 이미지 상의 역격자영역은 점으로 나타난다.
분석패턴 이미지의 상술한 성질을 이용하여 선형 간섭패턴을 얻기 위해, 프로세서(162a)는 분석패턴 이미지 상의 역격자영역이 점으로 나타나는지 판단하고, 역격자영역이 점으로 나타날 때까지 가변렌즈(161)의 초점거리를 변화시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서 프로세서(162a)는, 실시간으로 얻어진 분석패턴 이미지 상의 역격자영역의 크기가 최소 크기가 될 때까지 가변렌즈(161)의 초점거리를 변화시키도록 구성될 수 있다.
프로세서(162a)는 분석패턴 이미지 상의 역격자영역의 크기가 소정 크기보다 작아질 때까지 가변렌즈(161)의 초점거리를 변화시키도록 구성될 수도 있다. 여기서 소정 크기란 역격자영역이 점으로 나타난다고 판단할 수 있는 크기로서 기 설정될 수 있다.
초점거리 조절기(162)는 역격자영역이 점으로 나타난다고 판단될 때까지 가변렌즈(161)의 초점거리를 변화시키며, 이로써 결국 참조광과 대물광이 상호 간섭하여 선형 간섭패턴을 형성하게 되면 역격자영역이 점으로 나타나게 되며 프로세서는 초점거리의 조절을 종료한다. 여기서 프로세서(162a)는 예를 들면 가변렌즈(161)의 광학 유동체의 형상을 변화시키기 위한 전기 제어신호를 발생시킴으로써 가변렌즈(161)의 초점거리를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 표면 프로파일 측정장치(100)를 이용하면 파면곡률 조절기(160)에 입사되는 광의 파면곡률을 조절함으로써 대물광과 참조광의 파면곡률을 일치시킬 수 있으므로 대물광과 참조광 간의 간섭에 의하여 선형 간섭패턴이 형성되도록 할 수 있고, 이에 따라 사전에 참조 홀로그램 위상 맵을 준비하지 않고도 대상 객체(10)의 프로파일을 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로파일 측정장치의 제어방법(400)을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 프로파일 측정장치의 제어방법(400)은, 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 조절하도록 구성되는 파면곡률 조절기를 포함하고, 대물광과 참조광 간의 간섭에 의하여 형성된 간섭패턴을 기초로 대상 객체(10)의 프로파일 정보를 생성하도록 구성된 표면 프로파일 측정장치, 예를 들어 도 1 내지 도 3을 통하여 설명한 표면 프로파일 측정장치에 적용될 수 있다. 프로파일 측정장치의 제어방법(400)은 적어도 하나의 프로세서에 의하여 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 프로파일 측정장치의 제어방법(400)은 간섭패턴 이미지를 획득하는 것으로부터 개시될 수 있다(S100). S100에서 실시간으로 간섭패턴 이미지를 연속 획득할 수 있다.
이후, S100에서 획득된 간섭패턴 이미지의 관심 영역으로 설정된 위치의 이미지를 선택적으로 추출함으로써 그 관심 영역에 대응되는 유의미한 데이터만이 선별적으로 분석되도록 하는 단계(S200)를 거칠 수 있다.
S100 이후, 단계 S100에서 획득된 간섭패턴 이미지에 대한 고속 푸리에 변환을 수행하여 간섭패턴 이미지의 공간 도메인을 주파수 도메인으로 변환함으로써 분석패턴 이미지를 생성할 수 있다(S300). S300에서는 S200에서 선별적으로 추출된 이미지 영역에 대하여만 고속 푸리에 변환을 실시할 수도 있다.
S300 이후, 간섭패턴이 선형 간섭패턴이 되도록 분석패턴 이미지를 기초로 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 조절할 수 있다(S400). 구체적으로, 파면곡률 조절기가 가변렌즈를 포함하고 프로세서가 참조광의 경로 상에 설치된 가변렌즈의 초점거리를 전기적으로 조절함으로써 참조광의 파면곡률을 조절할 수 있다.
S400에서, 분석패턴 이미지 상의 역격자영역이 점으로 나타나는지 판단할 수 있다(S420). 간섭패턴이 선형 간섭패턴이라면 역격자영역은 점으로 나타나고, 비선형 간섭패턴이라면 역격자영역은 면으로 나타난다. 따라서, 분석패턴 이미지 상의 역격자영역이 점으로 나타나지 않는 것으로 판단된 경우, 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 변화시키고(S431) 이에 따라 새롭게 실시간으로 얻어진 간섭패턴 이미지에 대하여 S300 이하의 과정을 다시 수행할 수 있다. 분석패턴 이미지 상의 역격자영역이 점으로 나타나는 것으로 판단된 경우 즉, S100에서 획득된 간섭패턴이 선형 간섭패턴인 경우 더 이상 광의 파면곡률을 변화시키지 않고 제어를 종료한다.
도시된 실시예와 같이 S420에서 분석패턴 상의 역격자영역의 크기가 최소 크기인지 여부를 판단하고, 분석패턴 상의 역격자영역의 크기가 최소 크기가 아닌 경우 S431에서 가변렌즈의 초점거리를 변조할 수 있다.
혹은, 예를 들어 S420은 분석패턴 상의 역격자영역의 크기가 소정 크기 이하인지 여부를 판단하는 과정을 포함하고, S431에서 역격자영역의 크기가 소정 크기 이하가 아닌 경우 파면곡률 조절기에 입사된 광의 파면곡률을 변화시키고, 이와 달리 역격자영역의 크기가 소정 크기 이하인 경우 제어를 종료할 수 있다.
과정 S420 이전에, 분석패턴 상의 역격자영역에 인접한 영역의 이미지를 추출하는 단계(S410)을 추가로 거칠 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 도시되어 있지만, 반드시 동작들이 도시된 특정한 순서로 또는 순차적 순서로 실행되어야만 하거나 또는 모든 도시 된 동작들이 실행되어야만 원하는 결과를 얻을 수 있는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 상황에서는, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수도 있다. 더욱이, 위에 설명한 실시예들에서 다양한 구성들의 분리는 그러한 분리가 반드시 필요한 것으로 이해되어서는 안 되고, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품으로 패키지 될 수 있음을 이해하여야 한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 대상 객체
100: 표면 프로파일 측정장치
110: 광원
121: 제1 광분할기
151: 대물렌즈
160: 파면곡률 조절기
161: 가변렌즈
162: 초점거리 조절기
180: 촬상소자
190: 프로파일 정보 생성기
400: 표면 프로파일 측정장치의 제어방법

Claims (10)

  1. 광을 조사하는 광원;
    상기 광원에서 조사된 광을 대물광 및 참조광으로 분할하는 제1 광분할기;
    상기 대물광의 경로 상에 설치된 대물렌즈;
    상기 대물광 및 상기 참조광 중 적어도 하나의 경로 상에 설치되어 입사된 광의 파면곡률을 조절하도록 구성된 파면곡률 조절기;
    상기 대물광과 상기 참조광 간의 간섭에 의하여 형성되는 간섭패턴을 획득하는 촬상소자; 및
    상기 간섭패턴을 기초로 대상 객체의 표면 프로파일 정보를 생성하는 프로파일 정보 생성기를 포함하고,
    상기 파면곡률 조절기는 가변렌즈 및 상기 간섭패턴이 선형 간섭패턴이 되도록 상기 가변렌즈의 초점거리를 조절하는 초점거리 조절기를 포함하고,
    상기 초점거리 조절기는, 상기 간섭패턴에 대한 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석패턴 이미지를 생성하고 상기 분석패턴 이미지를 기초로 상기 가변렌즈의 초점거리를 조절하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 실시간으로 얻어진 분석패턴 이미지 상의 역격자영역의 크기가 최소 크기가 될 때까지 상기 가변렌즈의 초점거리를 변화시키도록 구성된 표면 프로파일 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파면곡률 조절기는 상기 참조광의 경로 상에 설치되어 상기 참조광의 파면곡률을 조절하도록 구성된 표면 프로파일 측정장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제2항에 있어서,
    상기 대물렌즈와 상기 촬상소자의 사이에 배치되는 튜브렌즈를 더 포함하는 표면 프로파일 측정장치.
  8. 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 조절하도록 구성되는 파면곡률 조절기를 포함하고, 상기 대물광과 상기 참조광 간의 간섭에 의하여 형성된 간섭패턴을 기초로 대상 객체의 표면 프로파일 정보를 생성하도록 구성된 표면 프로파일 측정장치의 제어방법에 있어서,
    상기 간섭패턴 이미지를 획득하는 단계(S100);
    상기 간섭패턴 이미지에 대한 고속 푸리에 변환을 수행하여 분석패턴 이미지를 생성하는 단계(S300); 및
    상기 간섭패턴이 선형 간섭패턴이 되도록 상기 분석패턴 이미지를 기초로 상기 대물광 및 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 조절하는 단계(S400)를 포함하고,
    상기 S400은 상기 분석패턴 이미지 상의 역격자영역이 점으로 나타나는지 판단하는 단계(S420), 및 상기 역격자영역이 점으로 나타나는 경우 상기 대물광 및 상기 참조광 중 적어도 하나의 파면곡률을 변화시키는 단계(S431)를 포함하고,
    상기 파면곡률 조절기는 가변렌즈를 포함하며 가변렌즈의 초점거리를 조절함으로써 참조광의 파면곡률을 조절하도록 구성되고,
    상기 S431에서, 상기 역격자영역이 점으로 나타나지 않는 경우 상기 가변렌즈의 초점거리를 변화시키는 표면 프로파일 측정장치의 제어방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3283499B2 (ja) * 1999-03-18 2002-05-20 オリンパス光学工業株式会社 レーザ顕微鏡
KR20070013582A (ko) * 2005-07-26 2007-01-31 (주)에이피앤텍 광시야각 디지털 홀로그램 현미경
US20150130905A1 (en) * 2012-03-12 2015-05-14 Kazuki Yamamoto 3d shape measurement apparatus
KR20160029359A (ko) * 2014-09-05 2016-03-15 광운대학교 산학협력단 다중 기준 영상들을 이용한 ３차원 물체 형상 복원 장치 및 방법
KR101765824B1 (ko) * 2016-05-26 2017-08-10 주식회사 오즈텍 휴대용 광단층 검사 장치
KR20190137733A (ko) * 2017-12-15 2019-12-11 주식회사 내일해 결함 검출 방법 및 장치
KR102220209B1 (ko) * 2019-11-12 2021-02-24 강원대학교산학협력단 다중광학유리를 이용한 3차원 고해상도 물체형상 복원 장치 및 방법
KR102424819B1 (ko) * 2021-10-29 2022-07-27 (주)힉스컴퍼니 물체 형상 복원 방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3283499B2 (ja) * 1999-03-18 2002-05-20 オリンパス光学工業株式会社 レーザ顕微鏡
KR20070013582A (ko) * 2005-07-26 2007-01-31 (주)에이피앤텍 광시야각 디지털 홀로그램 현미경
US20150130905A1 (en) * 2012-03-12 2015-05-14 Kazuki Yamamoto 3d shape measurement apparatus
KR20160029359A (ko) * 2014-09-05 2016-03-15 광운대학교 산학협력단 다중 기준 영상들을 이용한 ３차원 물체 형상 복원 장치 및 방법
KR101765824B1 (ko) * 2016-05-26 2017-08-10 주식회사 오즈텍 휴대용 광단층 검사 장치
KR20190137733A (ko) * 2017-12-15 2019-12-11 주식회사 내일해 결함 검출 방법 및 장치
KR102220209B1 (ko) * 2019-11-12 2021-02-24 강원대학교산학협력단 다중광학유리를 이용한 3차원 고해상도 물체형상 복원 장치 및 방법
KR102424819B1 (ko) * 2021-10-29 2022-07-27 (주)힉스컴퍼니 물체 형상 복원 방법

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