KR102557305B1

KR102557305B1 - 촬상장치

Info

Publication number: KR102557305B1
Application number: KR1020210034010A
Authority: KR
Inventors: 서장일
Original assignee: 주식회사 디딤센서
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2023-07-19
Also published as: KR20220129302A

Abstract

촬상장치는, 스테이지, 조사부, 빔분할부, 광학부재 및 수광부를 포함한다. 스테이지에는 측정대상물이 배치된다. 조사부는 측정대상물의 측정영역을 향하여 광을 조사한다. 프리즘부는 스테이지 및 조사부 사이에 배치되고, 스테이지 및 조사부에 대해 경사지도록 형성되며 조사부로부터 입사되는 광의 편광상태에 따라 선택적으로 투과하고 반사하는 편광빔분할유닛을 포함한다. 광학부재는 프리즘부 및 스테이지 사이에 배치되고, 입사하는 광의 위상을 지연시켜 광의 편광상태를 변화시킨다. 수광부는 프리즘부 내에서 반사된 광을 수광한다. 이에 따라, 최소 입사각의 크기를 증가시키고 촬상장치의 크기를 축소시키며, 획득되는 이미지의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

촬상장치{IMAGE CAPTURING DEVICE}

본 발명은 촬상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입사각을 증가시킬 수 있는 촬상장치에 관한 것이다.

일반적으로, 임의의 물체에 대해 촬영하고 그 이미지를 획득하는 다양한 구조의 촬상장치가 이용되고 있다.

촬상장치는 일반적으로 촬영을 위한 조명 및 카메라를 구비하고, 상기 카메라는 촬영 가능한 시야범위(field of view)를 갖는다. 상기 시야범위 내의 영상은 사용자의 사용 목적에 따라 다양한 용도로 활용될 수 있는데, 물체의 특성을 파악하기 위해, 예를 들면 물체에 대한 재질을 인식하기 위해 활용될 수도 있다.

이와 같이, 사용자의 사용 목적에 따라 촬영 영상이 활용될 때, 측정대상물 내의 미세한 요철을 갖는 다양한 부분에 대한 정확한 촬영을 위해서, 측정대상물에 입사되는 입사각, 특히 최소 입사각을 증가시키는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 측정대상물의 재질을 인식하기 위해, 측정대상물이 갖는 미세한 요철은 그 돌출된 경사각에 따라 카메라에 촬상되지 않을 수 있고, 이 경우 최소 입사각이 증가되면 측정 가능한 경사각의 크기 범위도 증가하므로, 최소 입사각을 증가시킴에 따라 측정 가능 범위를 증가시킬 수 있다.

이러한 측정대상물에 입사되는 최소 입사각은 촬상장치 구조 자체에 따라 결정되므로, 종래의 촬상장치의 구조에 비해 최소 입사각의 크기를 증가시킬 수 있는 구조를 갖는 촬상장치의 개발이 요청된다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 최소 입사각을 증가시킬 수 있고, 획득되는 이미지의 품질을 향상시킬 촬상장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 촬상장치는, 스테이지, 조사부, 빔분할부, 광학부재 및 수광부를 포함한다. 상기 스테이지에는 측정대상물이 배치된다. 상기 조사부는 상기 측정대상물의 측정영역을 향하여 광을 조사한다. 상기 프리즘부는 상기 스테이지 및 상기 조사부 사이에 배치되고, 상기 스테이지 및 상기 조사부에 대해 경사지도록 형성되며 상기 조사부로부터 입사되는 광의 편광상태에 따라 선택적으로 투과하고 반사하는 편광빔분할유닛을 포함한다. 상기 광학부재는 상기 프리즘부 및 상기 스테이지 사이에 배치되고, 입사하는 광의 위상을 지연시켜 상기 광의 편광상태를 변화시킨다. 상기 수광부는 상기 프리즘부 내에서 반사된 광을 수광한다.

일 실시예로, 상기 조사부는, 광을 발생시키는 광원유닛 및 상기 광원유닛에서 발생된 광을 확산시키는 확산유닛을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 편광빔분할유닛은, 상기 측정영역으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 수평 방향보다 하방으로 반사하도록 수평 방향에 대해 45도보다 작은 경사각을 갖도록 배치될 수 있다.

상기 프리즘부는, 상기 편광빔분할유닛의 제1 측에 배치되고, 제1 굴절률을 갖는 제1 바디, 상기 편광빔분할유닛의 제2 측에 배치되고, 제2 굴절률을 갖는 제2 바디 및 상기 제2 바디의 일측에서 돌출되도록 형성된 제3 바디를 더 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 광학부재는, 상기 편광빔분할유닛으로부터 상기 측정영역을 향해 진행하는 광 및 상기 측정영역으로부터 상기 편광빔분할유닛을 향해 진행하는 광의 편광상태를 변화시키는 위상지연유닛 및 상기 위상지연유닛 및 상기 스테이지 사이에 배치되어 반사를 방지하는 반사방지유닛을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 조사부는, 제1 편광상태의 광을 포함하는 제1 광을 발생시키는 광원유닛을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 편광빔분할유닛은, 상기 측정영역으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 수평 방향보다 하방으로 반사하도록 수평 방향에 대해 45도보다 작은 경사각을 갖도록 배치될 수 있으며, 상기 제1 광 중에서 상기 제1 편광상태를 갖는 광을 상기 측정대상물을 향해 투과시킬 수 있다.

일 실시예로, 상기 광학부재는, 상기 편광빔분할유닛으로부터 입사하는 상기 제1 광의 상기 제1 편광상태를 변화시켜 제2 편광상태를 갖는 제2 광을 상기 측정대상물을 향해 출사하고, 상기 측정대상물에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제2 광의 상기 제2 편광상태를 변화시켜 제3 편광상태를 갖는 제3 광을 상기 편광빔분할유닛을 향해 출사하는 위상지연유닛을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 프리즘부는, 상기 편광빔분할유닛에 의해 반사된 상기 제3 광의 상기 제3 편광상태를 유지하면서 상기 수광부를 향하여 전반사할 수 있다.

일 실시예로, 상기 제1 편광상태와 상기 제3 편광상태는 선편광으로서 서로 반대의 편광상태일 수 있다.

일 실시예로, 상기 수광부는, 전방에 배치되어 상기 제3 광의 제3 편광상태를 갖는 광을 통과시키고, 상기 제3 편광상태와 다른 편광상태를 갖는 광은 차단하는 편광부재 및 상기 편광부재를 통과한 상기 제3 광을 수광하는 수광소자를 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 위상지연유닛은 1/4파장위상지연판(quarter wave plate)을 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 촬상장치는, 스테이지, 조사부, 빔분할부, 광학부재 및 수광부를 포함한다. 상기 스테이지에는 측정대상물이 배치된다. 상기 조사부는 상기 측정대상물의 측정영역을 향하여 광을 조사하며, 제1 편광상태의 광을 포함하는 제1 광을 조사한다. 상기 프리즘부는 상기 스테이지 및 상기 조사부 사이에 배치되고, 상기 스테이지 및 상기 조사부에 대해 경사지도록 형성되며 상기 조사부로부터 입사되는 광의 편광상태에 따라 상기 제1 광 중에서 상기 제1 편광상태를 갖는 광을 상기 측정대상물을 향해 투과시키며, 상기 측정영역으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 반사시키는 편광빔분할유닛을 포함하고, 상기 편광빔분할유닛에 의해 반사된 광을 내부에서 편광상태를 유지하면서 전반사한다. 상기 광학부재는 상기 편광빔분할유닛으로부터 입사하는 상기 제1 광의 상기 제1 편광상태를 변화시켜 제2 편광상태를 갖는 제2 광을 상기 측정대상물을 향해 출사하고, 상기 측정대상물에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제2 광의 상기 제2 편광상태를 변화시켜 제3 편광상태를 갖는 제3 광을 상기 편광빔분할유닛을 향해 출사한다. 상기 수광부는 상기 프리즘부 내에서 전반사된 광을 수광한다.

일 실시예로, 상기 수광부는, 전방에 배치되어 상기 제3 광의 제3 편광상태를 갖는 광을 통과시키고, 상기 제3 편광상태와 다른 편광상태를 갖는 광은 차단하는 편광부재 및 상기 편광부재를 통과한 제3 광을 수광하는 수광소자를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 빔분할부가 측정영역으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 수평 방향보다 하방으로 반사하도록 수평 방향에 대해 45도보다 작은 경사각을 갖도록 배치되어, 촬상장치의 최소 입사각의 크기를 증가시킬 수 있고, 광학부재를 이용하여 빔분할부에 의해 반사된 아래로 향하는 광을 일측 상방으로 반사하여 수광부로 가이드함으로써, 수광부가 배치되는 공간을 옆으로 확장하지 않으면서도 촬상장치의 크기를 상하로 축소할 수 있고, 이에 따라 최소 입사각의 크기는 증가시키면서 촬상장치의 크기는 감소시킬 수 있다.

또한, 빔분할부는 조사부로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 투과시키고 측정영역으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 반사시키며, 광학부재를 이용하여 빔분할부에 의해 반사된 아래로 향하는 광을 일측 상방으로 반사하여 수광부로 가이드하고, 광학부재에서 원하는 편광상태의 광을 수광부에서 수광하도록 광의 편광상태를 변화시켜 조절함으로써, 촬상장치의 최소 입사각의 크기를 증가시키고 촬상장치의 크기를 축소할 수 있으면서도, 원하는 편광상태의 광을 선택적으로 수광하여 노이즈 광이 수광되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 프리즘부는 조사부로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 투과시키고 측정영역으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 반사시키며, 광학부재를 이용하여 빔분할부에 의해 반사된 아래로 향하는 광을 일측 상방으로 반사하여 수광부로 가이드하고, 광학부재에서 원하는 편광상태의 광을 수광부에서 수광하도록 광의 편광상태를 변화시켜 조절함으로써, 촬상장치의 최소 입사각의 크기를 증가시키고 촬상장치의 크기를 축소할 수 있으면서도, 원하는 편광상태의 광을 선택적으로 수광하여 노이즈 광이 수광되는 것을 방지할 수 있다.

프리즘부의 편광빔분할유닛은 조사부로부터 입사되는 광 및 측정영역으로부터 입사되는 광을 편광상태에 따라 선택적으로 투과하고 반사하며, 편광빔분할유닛에 의해 반사된 아래로 향하는 광을 프리즘부 내부에서 일측 상방으로 전반사하여 수광부로 가이드하고, 광학부재에서 원하는 편광상태의 광을 수광부에서 수광하도록 광의 편광상태를 변화시켜 조절함으로써, 촬상장치의 최소 입사각의 크기를 증가시키고 촬상장치의 크기를 축소할 수 있으면서도, 광학부재의 구성을 단순화하고 원하는 편광상태의 광을 수광하여 노이즈 광이 수광되는 것을 방지할 수 있다. 또한 프리즘부 자체의 굴절률에 의해 최소 입사각의 크기를 더욱 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 촬상장치에 의하면, 최소 입사각의 크기를 증가시키고 촬상장치의 크기를 축소시키며, 획득되는 이미지의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 사용자의 사용 목적에 따라 촬영 영상이 활용될 때, 측정대상물 내의 미세한 요철을 갖는 다양한 부분에 대한 정확한 촬상이 가능할 수 있으며, 측정대상물의 표면의 돌출 경사각이 큰 경우 등에도 측정이 가능하여 측정 가능 범위가 증가될 수 있다. 예를 들면, 측정대상물이 갖는 미세한 요철의 돌출된 경사각이 큰 경우에도 측정 가능한 경사각의 크기 범위가 증가하여 정확한 촬상이 가능할 수 있고, 이에 따라 예를 들면, 측정대상물의 재질 인식이나 판정, 측정대상물의 표면의 상태 판정, 불량 판정의 목적 등과 같은 사용자의 다양한 사용 목적에 따른 영상을 보다 정확하고 높은 품질로 획득할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 촬상장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 촬상장치에서 조사부로부터 조사된 입사광이 측정대상물에 의해 반사되어 카메라에 의해 촬상될 수 있는 입사각의 범위를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 촬상장치의 최소 입사각이 증가하는 원리를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 촬상장치를 나타낸 개념도이다.
도 6은 도 5의 촬상장치의 동작의 일 예를 편광상태를 기초로 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 위상지연판에 의한 편광상태의 변화를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 촬상장치를 나타낸 개념도이다.
도 9는 도 7의 촬상장치의 동작을 편광상태를 기초로 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서, 층과 영역의 크기와 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수도 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 촬상장치를 나타낸 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 촬상장치(100)은 스테이지(110), 조사부(120), 빔분할부(130), 광학부재(140) 및 수광부(150)를 포함한다.

상기 스테이지(110)에는 측정대상물(MT)이 위치한다. 상기 스테이지(110)는 상방으로 오픈될 수 있다. 도 1에서, 상기 스테이지(110)는 고정되어 있지만, 내부에서 혹은 외부에서 제공되는 제어부 등에 의해 상기 측정대상물(MT)의 위치, 자세 등을 제어할 수도 있다. 예를 들면, 상기 스테이지(110)는 서로 수직인 X, Y, Z 방향들 중 적어도 하나 이상의 방향으로 이송 및/또는 회전되어 상기 측정대상물(MT)의 위치 및/또는 자세를 제어할 수 있다.

상기 조사부(120)는 상기 측정대상물(MT)의 측정영역(MA)을 향하여 광을 조사한다. 상기 측정영역(MA)은 후술되는 수광부(150)의 수광소자에 의해 정의되는 시야범위(field of view)에 대응할 수 있다.

일 실시예로, 상기 조사부(120)는 상기 측정대상물(MT)에 대하여 입사광(IL)들을 조사하는 다수의 광원들을 포함하는 광원유닛을 포함할 수 있다. 상기 광원들은 상기 측정대상물(MT)의 상부에 배치되며, 상기 입사광(IL)이 상기 측정대상물(MT)을 향하여 선택적, 개별적으로 점등 제어가 가능할 수 있다. 이에 따라, 상기 조사부(120)는 평면광원으로 기능할 수 있고, 사용자의 목적에 따라 패턴광을 형성할 수도 있다.

예를 들면, 상기 조사부(120)의 광원들은, 각각 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 조사부(120)는 액정표시장치를 포함하여 디스플레이함으로써, 사용자의 목적에 따라 패턴광을 형성할 수도 있다. 이와는 다르게, 상기 조사부(120)는 다른 형태의 발광유닛을 포함할 수도 있고, 다른 형태의 광원 장치 혹은 디스플레이 장치일 수 있다.

상기 조사부(120)의 광원유닛은 원하는 편광상태를 얻기 위해 위상지연판을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 조사부(120)는 상기 광원유닛의 전방에서, 발생된 광을 확산시키는 확산유닛을 포함할 수도 있다.

상기 입사광(IL)들은 상기 측정대상물(MT)에 대한 법선 방향(예를 들면, 도 1에 도시된 Z 방향)에 대하여 경사진 입사각으로 상기 측정대상물(MT)의 측정영역(MA)에 입사하며, 상기 조사부(110)의 양단으로부터 상기 측정영역(MA)의 양단에 입사하는 광의 입사각을 최소 입사각(IAN)으로 정의할 수 있다. 상기 최소 입사각(IAN)의 크기는 상기 측정대상물(MT)의 영상 획득 가능성과 일정한 관계가 있는데, 이는 후술한다.

상기 빔분할부(130)는 상기 스테이지(110) 및 상기 조사부(120) 사이에 배치되며, 상기 조사부(120)로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 투과시키고, 상기 측정영역(MA)으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 반사시킨다. 상기 빔분할부(130)는 상기 촬상장치(100)가 상기 측정영역(MA)을 촬상할 때 상기 수광부(150)로 광을 가이드할 수 있다. 상기 빔분할부(130)는 상기 측정영역(MA)으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 수평 방향보다 하방으로 반사하도록 수평 방향에 대해 45도보다 작은 경사각(BA)을 갖도록 배치될 수 있다. 상기 빔분할부(130)의 일면(예를 들면, 도 1에서 상면)은 반사방지 코팅이 형성될 수 있다. 상기 반사방지 코팅은 광 경로에 따라 상기 빔분할부(130)에 입사되는 광 및 주변의 노이즈 광이 반사되는 것과, 이에 따라 발생하는 노이즈 광들이 상기 수광부(150)로 입사되는 것을 방지할 수 있다.

상기 광학부재(140)는 상기 빔분할부(130) 및 상기 스테이지(110) 사이에 배치되고, 상기 빔분할부(130)에 의해 반사된 광을 반사시킨다. 상기 빔분할부(130)가 상기 측정영역(MA)으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 수평 방향보다 하방으로 반사하므로, 상기 빔분할부(130)에 의해 반사된 광을 일측에 배치된 상기 수광부(150)로 가이드하기 위해, 상기 광학부재(140)는 하방으로 반사된 상기 광을 상기 수광부(150)로 향하도록 반사한다.

상기 반사부재(140) 상에는 반사방지부재(도시되지 않음)가 형성될 수 있다. 상기 반사방지부재는 상기 반사부재(140) 및 상기 스테이지(110) 사이에 위치할 수 있으며, 주변 노이즈 광의 반사를 방지할 수 있다.

상기 수광부(150)는 상기 광학부재(140)로부터 반사된 광을 수광한다. 즉, 상기 광학부재(140)는 상기 빔분할부(130)에 의해 하방으로 반사된 광을 상기 수광부(150)로 향하도록 일측 상방으로 반사하고, 상기 수광부(150)는 상기 반사된 광을 수광한다.

도 2는 도 1의 촬상장치에서 조사부로부터 조사된 입사광이 측정대상물에 의해 반사되어 카메라에 의해 촬상될 수 있는 입사각의 범위를 설명하기 위한 개념도이다.

도 2를 참조로, 상기 스테이지(110) 및 상기 측정대상물(MT)에 대한 법선방향인 Z 방향을 기준으로 제1 돌출부(P1), 제2 돌출부(P2) 제1 돌출부(P3)에 동일한 입사각(IA)으로 입사하는 3가지 경우들 각각에 대해서, 반사광들의 진행방향을 살펴본다.

먼저, 상기 입사각(IA)으로 제1 돌출부(P1)로 입사하는 제1 입사광(IL1)이 상기 제1 돌출부(P1)에 의해 반사된 제1 반사광(RL1)의 경우, 상기 제1 입사광(IL1)이 입사된 지점에서의 제1 경사각(PA1)이 상기 입사각(IA)의 1/2과 동일한 크기를 가질 때, 상기 제1 반사광(RL1)은 수직 상방으로 진행한다.

다음으로, 상기 입사각(IA)으로 제2 돌출부(P2)로 입사하는 제2 입사광(IL2)이 상기 제2 돌출부(P2)에 의해 반사된 제2 반사광(RL2)의 경우, 상기 제2 입사광(IL2)이 입사된 지점에서의 제2 경사각(PA2)이 상기 입사각(IA)의 1/2보다 작은 크기를 가질 때, 상기 제2 반사광(RL2)은 수직 상방을 기준으로 우측으로 진행한다.

다음으로, 상기 입사각(IA)으로 제3 돌출부(P3)로 입사하는 제3 입사광(IL3)이 상기 제3 돌출부(P3)에 의해 반사된 제3 반사광(RL3)의 경우, 상기 제3 입사광(IL3)이 입사된 지점에서의 제3 경사각(PA3)이 상기 입사각(IA)의 1/2보다 큰 크기를 가질 때, 상기 제3 반사광(RL3)은 수직 상방을 기준으로 좌측으로 진행한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어 상기 측정대상물(MT)에 의해 반사된 광이 상기 측정영역(MA)의 양단을 기준으로 수직 상방으로 향할 때를 시야범위의 양단에 대응하도록 상기 수광부(150)가 설치되는 경우, 도 2에 도시된 상기 제1 돌출부(P1)의 입사 지점에서와 같은 제1 경사각(PA1)을 임계각으로 하여, 상기 제2 경사각(PA2)과 같이 상기 제1 경사각(PA1)보다 작은 경사각을 갖는 경우에는 상기 수광부(150)의 시야범위 내에 포함되는 반면, 상기 제3 경사각(PA3)과 같이 상기 제1 경사각(PA1)보다 큰 경사각을 갖는 경우에는 상기 수광부(150)의 시야범위 내에 포함되지 않는다.

따라서, 상기 측정대상물(MT)의 영상 획득 가능 여부는 상기 입사각(IA)의 크기에 의존하며 그 크기가 클수록 영상 획득에 유리하므로, 상기 입사각(IA) 중 가장 작은 최소 입사각의 크기를 증가시킬수록 영상 획득에 유리하며, 상기 측정대상물(MT)의 표면이 거칠어서 경면반사보다 확산반사가 많을수록 최소 입사각의 크기를 크게 하는 것이 유리할 수 있다.

도 3 및 도 4는 도 1의 촬상장치의 최소 입사각이 증가하는 원리를 설명하기 위한 개념도들이다.

도 3을 참조하면, 통상 수광부(15)로 광을 가이드하기 위해, 상기 빔분할부(130)의 일 예인 빔스플리터(13)를 채용하는 경우, 상기 빔스플리터(13)가 수평 방향(X 방향)에 대해 이루는 각도(BA1)는 45도이며, 상기 조사부(120)의 양단으로부터 상기 측정영역(MA)의 양단에 입사하는 최소 입사각(IAN1)은 도 3에 도시된 바와 같다.

이에 반하여 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상장치(100)에서는, 도 4를 참조로, 상기 빔분할부(130)가 수평 방향(X 방향)에 대해 이루는 각도(BA2)는 45도보다 작으며, 이에 따라 상기 스테이지(110) 및 그 위에 배치된 측정대상물(MT)을 상기 조사부(120)에 더욱 가깝게 위치시킬 수 있다. 따라서, 상기 조사부(110)의 양단으로부터 상기 측정영역(MA)의 양단에 입사하는 최소 입사각(IAN2)은 도 4에 도시된 바와 같으며, 도 4의 최소 입사각(IAN2)이 도 3의 최소 입사각(IAN1)보다 큰 값을 가짐은 자명하다.

한편 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 빔스플리터(13)에 의해 반사된 광은 수평 방향으로 진행하므로, 상기 수광부(15)는 일 측에 배치된다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상장치(100)에서, 상기 빔분할부(130)에 의해 반사된 광은 하방으로 진행하므로, 이에 대응하여 수광부(150a)를 하방에 배치시키는 경우 장치의 크기를 증가시켜야 한다. 따라서, 상기 광학부재(140)가 상기 반사광을 상부로 향하도록 다시 반사하여, 장치의 크기를 증가시키지 않고 상기 수광부(150)를 배치할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상장치(100)는 최소 입사각(IAN2)의 크기를 증가시키면서, 상기 수광부(150)가 배치되는 공간을 옆으로 확장하지 않도록 하고, 이와 더불어 상기 촬상장치(100)의 크기를 상하로 축소할 수 있다. 따라서, 최소 입사각(IAN2)의 크기가 증가될 수 있고, 상기 촬상장치(100)의 크기는 감소될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 촬상장치(100)에 의하면, 빔분할부(130)가 측정영역(MA)으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 수평 방향보다 하방으로 반사하도록 수평 방향에 대해 45도보다 작은 경사각을 갖도록 배치되어, 촬상장치(100)의 최소 입사각의 크기를 증가시킬 수 있고, 광학부재(140)를 이용하여 빔분할부에 의해 반사된 아래로 향하는 광을 일측 상방으로 반사하여 수광부(150)로 가이드함으로써, 수광부(150)가 배치되는 공간을 옆으로 확장하지 않으면서도 촬상장치(100)의 크기를 상하로 축소할 수 있고, 이에 따라 최소 입사각의 크기는 증가시키면서 촬상장치(100)의 크기는 감소시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 촬상장치를 나타낸 개념도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 촬상장치(200)는 스테이지(210), 조사부(220), 빔분할부(230), 광학부재(240) 및 수광부(250)를 포함한다.

상기 스테이지(210)는 도 1에 도시된 스테이지(110)와 실질적으로 동일하므로, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.

상기 조사부(220)는 상기 측정대상물(MT)의 측정영역(MA)을 향하여 광을 조사한다. 상기 측정영역(MA)은 후술되는 수광부(250)의 수광소자에 의해 정의되는 시야범위(field of view)에 대응할 수 있다.

상기 조사부(220)는 상기 측정대상물의 측정영역을 향하여 광을 조사한다. 상기 조사부(220)는 제1 편광상태를 갖는 제1 광(L1)을 발생시키고, 상기 제1 광(L1)의 편광상태를 변화시켜 제2 편광상태를 갖는 제2 광(L2)을 출사할 수 있다.

본 명세서에서, 편광상태란 선편광 및 원편광 상태 중 어느 한 상태를 의미한다. 상기 선편광은 수평편광 및 수직편광을 포함하고, 수평편광과 수직편광은 서로 반대의 편광상태로 정의된다. 또한, 상기 원편광은 좌원편광 및 우원편광을 포함하고, 좌원편광과 우원편광은 서로 반대의 편광상태로 정의된다.

일 실시예로, 상기 조사부(220)는 광원유닛(222) 및 제1 위상지연유닛(224)을 포함할 수 있다.

상기 광원유닛(222)은 제1 편광상태를 갖는 제1 광(L1)을 발생시킨다. 상기 광원유닛(222)은 도 1의 조사부(120)의 광원유닛과 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들면, 상기 광원유닛(222)은 발광을 위한 광원들을 포함할 수 있고, 상기 광원들로부터 발생된 광을 상기 제1 편광상태를 갖도록 할 수 있다.

상기 제1 위상지연유닛(224)은 상기 광원유닛(222) 및 상기 빔분리부(230) 사이에 배치되어 상기 제1 광(L1)이 입사되고, 상기 제1 광(L1)의 편광상태를 변화시켜 제2 편광상태를 갖는 제2 광(L2)을 출사한다. 상기 제1 위상지연유닛(224)은, 예를 들면, 1/4파장위상지연판(quarter wave plate; QWP)을 포함할 수 있다.

상기 조사부(220)는 확산유닛(226)을 더 포함할 수 있다. 상기 확산유닛(226)은, 상기 광원유닛(222) 및 상기 제1 위상지연유닛(224)의 사이 및/또는 상기 제1 위상지연유닛(224)의 전방에 배치될 수 있고, 상기 광원유닛(222)에서 발생된 광을 확산시킬 수 있다.

상기 빔분할부(230)는 상기 스테이지(210) 및 상기 조사부(220) 사이에 배치되며, 상기 조사부(220)로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 투과시키고, 상기 측정영역(MA)으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 반사시킨다. 상기 빔분할부(230)는 상기 제2 편광상태를 갖는 제2 광(L2)을 상기 측정대상물(MT)을 향해 투과할 수 있다.

상기 빔분할부(230)는 도 1에 도시된 빔분할부(130)와 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 빔분할부(230)는 상기 측정영역(MA)으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 수평 방향보다 하방으로 반사하도록 수평 방향에 대해 45도보다 작은 경사각을 갖도록 배치될 수 있다. 상기 빔분할부(230)의 일면(예를 들면, 도 5에서 상면)은 반사방지 코팅이 형성될 수 있다. 상기 반사방지 코팅은 광 경로에 따라 상기 빔분할부(230)에 입사되는 광 및 주변의 노이즈 광이 반사되는 것과, 이에 따라 발생하는 노이즈 광들이 상기 수광부(250)로 입사되는 것을 방지할 수 있다.

상기 광학부재(240)는 상기 빔분할부(230) 및 상기 스테이지(210) 사이에 배치되고, 상기 빔분할부(230)에 의해 반사된 광을 반사시킨다. 또한, 상기 광학부재(240)는 입사하는 광의 위상을 지연시켜 상기 광의 편광상태를 변화시킬 수 있다.

상기 광학부재(240)는 도 1에 도시된 광학부재(140)와 실질적으로 동일한 동작을 수행할 수 있다. 즉, 상기 광학부재(240)는, 상기 빔분할부(230)가 상기 측정영역(MA)으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 수평 방향보다 하방으로 반사하므로, 상기 빔분할부(230)에 의해 반사된 광을 일측에 배치된 상기 수광부(250)로 가이드하기 위해, 상기 광학부재(240)는 하방으로 반사된 상기 광을 상기 수광부(250)로 향하도록 반사할 수 있다.

상기 광학부재(240)는, 제2 위상지연유닛(242) 및 편광빔분할유닛(244)을 포함할 수 있다.

상기 제2 위상지연유닛(242)은 상기 빔분할부(230)로부터 상기 측정영역(MA)을 향해 진행하는 광 및 상기 측정영역(MA)으로부터 상기 빔분할부(230)를 향해 진행하는 광의 편광상태를 변화시킨다.

예를 들면, 상기 제2 위상지연유닛(242)은 상기 빔분할부(230)로부터 입사하는 상기 제2 광(L2)의 편광상태를 변화시켜 제3 편광상태를 갖는 제3 광(L3)을 상기 측정대상물(MT)을 향해 출사하고, 상기 측정대상물(MT)에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제3 광(L3)의 편광상태를 변화시켜 제4 편광상태를 갖는 제4 광(L4)을 상기 빔분할부(230)를 향해 출사한다. 또한, 상기 제2 위상지연유닛(242)은 상기 빔분할부(230)에 의해 반사된 상기 제4 광(L4)의 편광상태를 변화시켜 제5 편광상태를 갖는 제5 광(L5)을 상기 편광빔분할유닛(244)을 향해 출사하고, 상기 편광빔분할유닛(244)에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제5 광(L5)의 편광상태를 변화시켜 제6 편광상태를 갖는 제6 광(L6)을 상기 수광부(250)를 향해 출사할 수 있다.

상기 편광빔분할유닛(244)은 상기 제2 위상지연유닛(242) 및 상기 스테이지(210) 사이에 배치되고, 입사된 광을 편광상태에 따라 선택적으로 투과하고 반사한다.

예를 들면, 상기 편광빔분할유닛(244)은 상기 빔분할부(230)로부터 상기 제2 위상지연유닛(242)을 통과하고 상기 측정대상물(MT)에 의해 반사되는 상기 제3 편광상태를 갖는 제3 광을 투과한다. 일 예로, 상기 상기 편광빔분할유닛(244)은 입사된 광의 편광상태가 상기 제3 편광상태인 경우 이를 통과시킬 수 있고, 상기 제3 편광상태와 반대되는 편광상태를 갖는 경우 이를 반사할 수 있다.

또한, 상기 제4 광(L4)이 상기 빔분할부(230)에 의해 반사된 이후의 경로로서, 상기 제2 위상지연유닛(242)은, 상기 빔분할부(230)에 의해 반사된 상기 제4 광(L4)의 편광상태를 변화시켜 제5 편광상태를 갖는 제5 광(L5)을 상기 편광빔분할유닛(244)을 향해 출사하고, 상기 편광빔분할유닛(244)은, 상기 제3 편광상태와 다른 상기 제5 편광상태를 갖는 상기 제5 광(L5)을 상기 제2 위상지연유닛(242)을 향하여 반사하며, 상기 제2 위상지연유닛(242)은 상기 편광빔분할유닛(244)에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제5 광(L5)의 편광상태를 변화시켜 제6 편광상태를 갖는 제6 광(L6)을 상기 수광부(250)를 향해 출사할 수 있다.

상기 광학부재(240)는 반사방지유닛(246)을 더 포함할 수 있다. 상기 반사방지유닛(246)은 상기 편광빔분할유닛(244) 및 상기 스테이지(210) 사이에 배치될 수 있다. 상기 반사방지유닛(246)은 광 경로에 따라 상기 제2 위상지연유닛(242) 및 상기 편광빔분할유닛(244)에 입사되는 광 및 주변의 노이즈 광이 반사되는 것과, 이에 따라 발생하는 노이즈 광들이 상기 수광부(250)로 입사되는 것을 방지할 수 있다. 일 실시예로, 상기 반사방지유닛(246)은 반사방지 코팅된 글래스 혹은 필름으로 이루어질 수 있다.

상기 수광부(250)는 상기 광학부재(240)로부터 반사된 광을 수광한다. 예를 들면, 상기 수광부(250)는 상기 광학부재(240)로부터 반사된 상기 제6 광(L6)을 수광한다.

상기 수광부(250)는 제3 위상지연유닛(252) 및 수광소자(254)를 포함할 수 있다.

상기 제3 위상지연유닛(252)은, 전방에 배치되어 상기 제6 광(L6)이 상기 제2 위상지연유닛(242)으로부터 입사되며, 상기 제6 광(L6)의 편광상태를 변화시켜 제7 편광상태를 갖는 제7 광(L7)을 출사한다.

상기 수광소자(254)는 상기 제3 위상지연유닛(252)으로부터 출사된 상기 제7 광(L7)을 수광한다.

상기 수광부(250)는 편광부재(256)를 더 포함할 수 있다.

상기 편광부재(256)는 상기 제3 위상지연유닛(252) 및 상기 수광소자(254) 사이에 배치되어 상기 제7 광(L7)의 제7 편광상태를 갖는 광을 통과시키고, 상기 제7 편광상태와 다른 편광상태를 갖는 광은 차단한다. 따라서, 상기 수광소자(254)에 상기 제7 편광상태 이외의 편광상태를 갖는 노이즈 광이 입사하는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 도 5의 촬상장치의 동작의 일 예를 편광상태를 기초로 설명하기 위한 개념도이다. 도 7은 위상지연판에 의한 편광상태의 변화를 설명하기 위한 개념도이다.

도 6을 참조하면, 상기 조사부(220)에서 발생된 광이 상기 수광부(250)에 수광될 때까지 편광상태의 변화가 나타나 있다. 도 6에서, 좌우 화살표의 직선으로 표시된 광 및 원형 내의 점으로 표시된 광은 모두 선편광으로서, 각각 수평선편광 및 수직선편광을 나타낸다. 또한, 시계방향으로 회전하는 화살표로 표시된 광 및 반시계방향으로 회전하는 화살표로 표시된 광은 모두 원편광으로서, 각각 우원편광 및 좌원편광을 나타낸다.

도 7을 참조하면, 위상지연판이 1/4파장위상지연판(quarter wave plate, QWP)일 경우, 특정 편광상태를 갖는 광이 1/4파장위상지연판을 통과하면 편광상태가 변화된다. 예를 들면, 상기 1/4파장위상지연판은 광축이 45°인 경우와, -45°인 경우를 고려할 수 있고, 이들을 각각 QWP1 및 QWP2로 정의하는 경우에, 다음과 같이 편광상태가 변화한다.

특정 편광상태를 갖는 광이, 광축이 45°인 1/4파장위상지연판(QWP1)을 통과하면, 수평선편광은 우원편광이 되고, 우원편광은 수직선편광이 되며, 수직선편광은 좌원편광이 되고, 좌원편광은 다시 수평선편광이 된다.

이와 반대로 특정 편광상태를 갖는 광이, 광축이 -45°인 1/4파장위상지연판(QWP2)을 통과하면, 수평선편광은 좌원편광이 되고, 좌원편광은 수직선편광이 되며, 수직선편광은 우원편광이 되고, 우원편광은 다시 수평선편광이 된다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조로 도 5의 촬상장치의 동작의 일 예를 편광상태를 기초로 설명한다.

상기 조사부(220)의 상기 광원유닛(222)은 제1 편광상태를 갖는 제1 광(L1)을 발생시킨다. 상기 제1 편광상태는 선편광으로서, 도 6에서 수평선편광일 수 있다.

상기 조사부(220)의 상기 제1 위상지연유닛(224)은 상기 제1 광(L1)의 편광상태를 변화시켜 제2 편광상태를 갖는 제2 광(L2)을 출사한다. 상기 제1 위상지연유닛(224)은 1/4파장위상지연판일 수 있고, 이에 따라 상기 제2 편광상태는 원편광일 수 있다. 상기 제1 위상지연유닛(224)이 광축이 45°인 1/4파장위상지연판(QWP1)인 경우, 상기 제2 편광상태는 도 6에 도시된 바와 같이 우원편광일 수 있다. 다른 실시예로, 상기 제1 위상지연유닛(224)이 광축이 -45°인 1/4파장위상지연판(QWP2)인 경우, 상기 제2 편광상태는 좌원편광일 수도 있다.

상기 빔분할부(230)는 상기 제2 편광상태를 갖는 제2 광(L2)을 상기 측정대상물(MT)을 향해 투과할 수 있다.

상기 광학부재(240)의 상기 제2 위상지연유닛(242)은 상기 빔분할부(230)로부터 입사하는 상기 제2 광(L2)의 편광상태를 변화시켜 제3 편광상태를 갖는 제3 광(L3)을 상기 측정대상물(MT)을 향해 출사하고, 상기 측정대상물(MT)에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제3 광(L3)의 편광상태를 변화시켜 제4 편광상태를 갖는 제4 광(L4)을 상기 빔분할부(230)를 향해 출사한다.

도 6에서, 상기 제2 위상지연유닛(242)은 상기 제1 위상지연유닛(224)의 광축과 수직인 광축을 갖는 1/4파장위상지연판이다. 이 경우, 상기 제3 편광상태는 선편광으로서 상기 제1 편광상태와 동일한 편광상태이며, 도 6에서 상기 제1 및 제3 편광상태들은 모두 수평선편광이다.

일 실시예로 도 6에서는, 상기 제1 위상지연유닛(224)이 광축이 45°인 1/4파장위상지연판(QWP1)이고, 상기 제2 위상지연유닛(242)은 광축이 -45°인 1/4파장위상지연판(QWP2)이다. 따라서, 상기 제3 편광상태는 수평선편광이며, 상기 제4 편광상태는 좌원편광이다. 다른 실시예로, 상기 제1 위상지연유닛(224)이 광축이 -45°인 1/4파장위상지연판(QWP2)이고, 상기 제2 위상지연유닛(242)은 광축이 45°인 1/4파장위상지연판(QWP1)일 때, 상기 제2 편광상태는 좌원편광이므로, 상기 제3 편광상태 및 상기 제4 편광상태는 각각 수평선편광 및 우원편광일 수 있다.

상기 제2 위상지연유닛(242)은 상기 빔분할부(230)에 의해 반사된 상기 제4 광(L4)의 편광상태를 변화시켜 제5 편광상태를 갖는 제5 광(L5)을 상기 편광빔분할유닛(244)을 향해 출사하고, 상기 편광빔분할유닛(244)에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제5 광(L5)의 편광상태를 변화시켜 제6 편광상태를 갖는 제6 광(L6)을 상기 수광부(250)를 향해 출사할 수 있다.

도 6에서, 상기 편광빔분할유닛(244)은 입사된 광의 편광상태가 상기 제3 편광상태인 경우, 즉 수평선편광인 경우 이를 통과시킬 수 있고, 상기 제3 편광상태와 반대되는 편광상태인 경우, 즉 수직선편광인 경우 이를 반사할 수 있다.

일 실시예로 도 6에서는, 상기 제1 위상지연유닛(224)이 광축이 45°인 1/4파장위상지연판(QWP1)이고, 상기 제2 위상지연유닛(242)은 광축이 -45°인 1/4파장위상지연판(QWP2)이다. 이 경우, 상기 제5 편광상태는 선편광으로서 상기 제1 편광상태와 반대의 편광상태이며, 상기 제1 편광상태는 수평선편광이고, 상기 제5 편광상태는 수직선편광이다.

따라서, 상기 제2 위상지연유닛(242)을 통과한 상기 제5 편광상태는 수직선편광이 되므로 상기 편광빔분할유닛(244)에 의해 반사되며, 반사된 광은 다시 상기 제2 위상지연유닛(242)을 통과하여 상기 제6 편광상태는 우원편광이 된다. 다른 실시예로, 상기 제1 위상지연유닛(224)이 광축이 -45°인 1/4파장위상지연판(QWP2)이고, 상기 제2 위상지연유닛(242)은 광축이 45°인 1/4파장위상지연판(QWP1)인 경우, 상기 제5 편광상태 및 상기 제6 편광상태는 각각 수직선편광 및 좌원편광일 수 있다. 이때, 상기 제2 위상지연유닛(242)을 통과한 상기 제5 편광상태도 역시 수직선편광이 되므로 상기 편광빔분할유닛(244)에 의해 반사되며, 반사된 광은 다시 상기 제2 위상지연유닛(242)을 통과하여 상기 제6 편광상태는 좌원편광이 된다.

상기와 같이, 상기 빔분할부(230) 및 상기 광학부재(240) 사이에서 진행하는 상기 제2 광(L2), 상기 제4 광(L4) 및 상기 제6 광(L6)은, 상기 제2 편광상태와 상기 제6 편광상태가 원편광으로서 서로 동일한 편광상태가 되고, 상기 제4 편광상태가 원편광으로서 상기 제2 및 제6 편광상태들과 서로 반대의 편광상태가 된다.

상기 수광부(250)의 상기 제3 위상지연유닛(252)은, 상기 제6 광(L6)이 상기 제2 위상지연유닛(242)으로부터 입사되며, 상기 제6 광(L6)의 편광상태를 변화시켜 제7 편광상태를 갖는 제7 광(L7)을 출사한다.

도 6에서, 상기 제3 위상지연유닛(252)은 상기 제1 위상지연유닛(224)의 광축과 동일한 광축을 갖는 1/4파장위상지연판이며, 상기 제1 위상지연유닛(224)이 광축이 45°인 1/4파장위상지연판(QWP1)인 경우 상기 제3 위상지연유닛(252)도 광축이 45°인 1/4파장위상지연판(QWP1)이다. 따라서, 상기 제7 편광상태는 상기 제1 편광상태와 반대인 편광상태를 갖게 되며, 도 6에서는 수직선편광이다.

상기 수광소자(254)는 상기 제3 위상지연유닛(252)으로부터 출사된 상기 제7 광(L7)을 수광한다. 상기 편광부재(256)는 제7 편광상태를 갖는 광을 통과시키고, 상기 제7 편광상태와 다른 편광상태를 갖는 광은 차단한다. 즉, 상기 수광부(250)는 수직선편광의 편광상태를 갖는 광을 통과시키고, 수직선편광 이외의 편광상태를 갖는 노이즈 광이 입사하는 것을 방지할 수 있다.

도 6에서는, 상기 제2 위상지연유닛(242)이 상기 제1 위상지연유닛(224)의 광축과 수직인 광축을 갖는 1/4파장위상지연판인 것을 실시예로 설명하였지만, 이와는 다르게 상기 제2 위상지연유닛(242)이 상기 제1 위상지연유닛(224)의 광축과 동일한 광축을 갖는 1/4파장위상지연판일 수도 있다. 이 경우, 상기 제3 광(L3)의 상기 제3 편광상태는 상기 제1 편광상태와 반대의 편광상태가 되고, 상기 제5 광(L5)의 상기 제5 편광상태는 상기 제1 편광상태와 동일한 편광상태가 된다. 즉, 상기 제3 광(L3)의 상기 제3 편광상태 및 상기 제5 광(L5)의 상기 제5 편광상태는 도 6의 실시예와 다르게 각각 수직선편광 및 수평선편광이 된다. 그러나, 상기 편광빔분할유닛(244)은 상기 제3 편광상태를 투과하고 상기 제3 편광상태와 반대되는 편광상태는 반사하는 특성을 갖는 구성을 채용한다. 따라서, 상기 제3 편광상태가 수직선편광인 경우 이를 통과시키고 상기 제5 편광상태가 수평선편광인 경우 이를 반사하는 편광빔분할유닛을 채용함으로써, 도 6의 실시예와 동일한 동작 효과를 얻을 수 있다. 한편 이 경우에, 상기 제4 광(L4)의 상기 제4 편광상태 및 상기 제6 광(L6)의 상기 제6 편광상태 및 상기 제7 광(L7)의 상기 제7 편광상태는 도 6의 실시예와 동일하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 촬상장치(200)에 의하면, 빔분할부(230)는 조사부(210)로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 투과시키고 측정영역(MA)으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 반사시키며, 광학부재(240)를 이용하여 빔분할부(230)에 의해 반사된 아래로 향하는 광을 일측 상방으로 반사하여 수광부(250)로 가이드하고, 광학부재(240)에서 원하는 편광상태의 광을 수광부(250)에서 수광하도록 광의 편광상태를 변화시켜 조절함으로써, 촬상장치(200)의 최소 입사각의 크기를 증가시키고 촬상장치(200)의 크기를 축소할 수 있으면서도, 원하는 편광상태의 광을 선택적으로 수광하여 노이즈 광이 수광되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 5 및 도 6에서, 조사부(220), 광학부재(240) 및 수광부(250)의 세부 구성의 적어도 일부는, 도면에서 편의상 접촉 혹은 이격되어 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 접촉 혹은 이격되거나 다른 추가 구성이 개재될 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 촬상장치를 나타낸 개념도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 촬상장치(300)는 스테이지(310), 조사부(320), 프리즘부(330), 광학부재(340) 및 수광부(350)를 포함한다.

상기 스테이지(310)는 도 1에 도시된 스테이지(110)와 실질적으로 동일하므로, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.

상기 조사부(320)는 상기 측정대상물(MT)의 측정영역(MA)을 향하여 광을 조사한다. 상기 측정영역(MA)은 후술되는 수광부(250)의 수광소자에 의해 정의되는 시야범위(field of view)에 대응할 수 있다.

상기 조사부(320)는 상기 측정대상물의 측정영역을 향하여 광을 조사한다. 상기 조사부(320)는 제1 편광상태의 광을 포함하는 제1 광(L1)을 조사할 수 있다.

일 실시예로, 상기 조사부(320)는 광원유닛(322)을 포함할 수 있다.

상기 광원유닛(322)은 제1 편광상태의 광을 포함하는 제1 광(L1)을 발생시킨다. 상기 광원유닛(322)은 도 1의 조사부(120)의 광원유닛 혹은 도 5의 조사부(220)의 광원유닛(222)과 실질적으로 동일할 수 있다.

예를 들면, 상기 광원유닛(222)은 발광을 위한 광원들을 포함할 수 있고, 상기 광원들로부터 발생된 광을 위상지연판과 같은 부재를 이용하여 상기 제1 편광상태를 갖도록 할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 제1 광(L1)은 후술하는 프리즘부(330)의 편광빔분할유닛(332)에 의해 원하는 편광상태의 광을 투과시킬 수 있으므로, 상기 광원유닛(222)으로부터 조사되는 광은 특정한 편광상태를 갖지 않는 비편광상태일 수도 있다.

상기 조사부(320)는 확산유닛(326)을 더 포함할 수 있다. 상기 확산유닛(326)은, 상기 광원유닛(322)의 전방에 배치될 수 있고, 상기 광원유닛(322)에서 발생된 광을 확산시킬 수 있다.

상기 프리즘부(330)는 상기 스테이지(310) 및 상기 조사부(320) 사이에 배치되고, 편광빔분할유닛(332)을 포함한다.

상기 편광빔분할유닛(332)은 상기 스테이지(310) 및 상기 조사부(320)에 대해 경사지도록 형성되며 상기 조사부(320)로부터 입사되는 광의 편광상태에 따라 선택적으로 투과하고 반사한다.

상기 편광빔분할유닛(332)은 도 1에 도시된 빔분할부(130)와 유사하게, 상기 측정영역(MA)으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 수평 방향보다 하방으로 반사하도록 수평 방향에 대해 45도보다 작은 경사각을 갖도록 배치될 수 있다.

상기 편광빔분할유닛(332)은 상기 제1 광(L1) 중에서 상기 제1 편광상태를 갖는 광을 상기 측정대상물(MT)을 향해 투과시킬 수 있다. 일 예로, 상기 제1 광(L1)이 상기 광원유닛(322)에서 상기 제1 편광상태를 갖도록 형성된 경우, 상기 제1 편광상태를 갖는 상기 제1 광(L1)은 상기 편광빔분할유닛(332)을 통과한다. 다른 예로, 상기 제1 광(L1)이 상기 편광빔분할유닛(332)을 투과하기 이전에 비편광상태인 경우, 상기 편광빔분할유닛(332)은 상기 제1 편광상태를 갖는 광만을 투과시키므로, 상기 제1 광(L1)이 상기 제1 편광상태를 갖도록 편광상태가 변경될 수 있다. 상기 두 예들은 모두, 상기 편광빔분할유닛(332)을 투과한 상기 제1 광(L1)이 상기 제1 편광상태를 갖는다.

일 실시예로, 상기 프리즘부(330)는 제1 바디(334), 제2 바디(336) 및 제3 바디(338)를 포함할 수 있다.

상기 제1 바디(334)는 상기 편광빔분할유닛(332)의 제1 측, 예를 들면 도 8에서 상부에 배치된다. 상기 제1 바디(334)는 제1 굴절률을 가진 재료로 이루어지고, 상기 제1 굴절률에 따라 상기 조사부(320)로부터의 상기 제1 광(L1)의 진행 경로를 경사지게 굴절할 수 있다.

상기 제2 바디(336)는 상기 편광빔분할유닛(332)의 제2 측, 예를 들면 도 8에서 하부에 배치된다. 상기 제2 바디(336)는 제2 굴절률을 가진 재료로 이루어지고, 상기 제2 굴절률의 상기 제1 굴절률에 대한 상대적 값에 따라 상기 조사부(320)로부터의 상기 제1 광(L1)의 진행 경로를 유지하거나 굴절한다. 예를 들어, 상기 제2 굴절률이 상기 제1 굴절률과 동일한 경우, 상기 제1 광(L1)은 직진 방향으로 투과하고, 상기 제2 굴절률이 상기 제1 굴절률보다 큰 경우 더욱 경사지도록 굴절할 수 있다.

상기 제3 바디(338)는 상기 제2 바디(336)의 일측에서 돌출되도록 형성될 수 있다. 상기 제3 바디(338)는 적어도 하나의 경사면을 가질 수 있으며, 상기 수광부(350)는 상기 경사면에 배치될 수 있다.

상기 광학부재(340)는 상기 프리즘부(330) 및 상기 스테이지(310) 사이에 배치되고, 입사하는 광의 위상을 지연시켜 상기 광의 편광상태를 변화시킨다.

상기 광학부재(340)는 위상지연유닛(342) 및 반사방지유닛(344)을 포함할 수 있다.

상기 위상지연유닛(342)은 상기 편광빔분할유닛(332)으로부터 상기 측정영역(MA)을 향해 진행하는 광 및 상기 측정영역(MA)으로부터 상기 편광빔분할유닛(332)을 향해 진행하는 광의 편광상태를 변화시킨다.

예를 들면, 상기 위상지연유닛(342)은 상기 편광빔분할유닛(332)으로부터 입사하는 상기 제1 광(L1)의 편광상태를 변화시켜 제2 편광상태를 갖는 제2 광(L2)을 상기 측정대상물(MT)을 향해 출사하고, 상기 측정대상물(MT)에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제2 광(L2)의 편광상태를 변화시켜 제3 편광상태를 갖는 제3 광(L3)을 상기 편광빔분할유닛(332)을 향해 출사한다.

상기 반사방지유닛(344)은 상기 위상지연유닛(342) 및 상기 스테이지(310) 사이에 배치되어 반사를 방지한다.

상기 반사방지유닛(344)은 광 경로에 따라 상기 위상지연유닛(342)에 입사되는 광 및 주변의 노이즈 광이 반사되는 것과, 이에 따라 발생하는 노이즈 광들이 상기 수광부(350)로 입사되는 것을 방지할 수 있다. 일 실시예로, 상기 반사방지유닛(246)은 반사방지 코팅된 글래스 혹은 필름으로 이루어질 수 있다.

상기 제3 광(L3)이 상기 편광빔분할유닛(332)에 의해 반사된 이후의 경로로서, 상기 상기 프리즘부(330)는, 상기 편광빔분할유닛(332)에 의해 반사된 상기 제3 광(L3)의 제3 편광상태를 유지하면서 상기 수광부(350)를 향하여 전반사할 수 있다.

상기 수광부(350)는 상기 프리즘부(330) 내에서 반사된 광을 수광한다. 예를 들면, 상기 수광부(350)는 상기 프리즘부(330) 내에서 전반사된 상기 제3 광(L3)을 수광한다.

상기 수광부(350)는 편광부재(352) 및 수광소자(354)를 포함할 수 있다.

상기 편광부재(352)는 전방에 배치되어 상기 제3 광(L3)의 제3 편광상태를 갖는 광을 통과시키고, 상기 제3 편광상태와 다른 편광상태를 갖는 광은 차단한다. 따라서, 상기 수광소자(354)에 상기 제3 편광상태 이외의 편광상태를 갖는 노이즈 광이 입사하는 것을 방지할 수 있다.

상기 수광소자(354)는 상기 편광부재(352)를 통과한 상기 제3 광(L3)을 수광한다.

도 9는 도 7의 촬상장치의 동작의 일 예를 편광상태를 기초로 설명하기 위한 개념도이다.

도 9를 참조하면, 상기 조사부(320)에서 발생된 광이 상기 수광부(350)에 수광될 때까지 편광상태의 변화가 나타나 있다. 여기서, 좌우 화살표의 직선으로 표시된 광 및 원형 내의 점으로 표시된 광은 모두 선편광으로서, 각각 수평선편광 및 수직선편광을 나타낸다. 또한, 시계방향으로 회전하는 화살표로 표시된 광 및 반시계방향으로 회전하는 화살표로 표시된 광은 모두 원편광으로서, 각각 우원편광 및 좌원편광을 나타낸다.

이하, 도 7 및 도 9를 참조로 도 8의 촬상장치의 동작의 일 예를 편광상태를 기초로 설명한다.

상기 조사부(320)는 제1 편광상태를 갖는 제1 광(L1)을 발생시킨다. 상기 제1 편광상태는 선편광으로서, 도 9에서 수평선편광일 수 있다.

상기 제1 광(L1)은 상기 프리즘(330)에 입사될 때 굴절되어 진행할 수 있다. 상기 편광빔분할유닛(332)은 상기 제1 편광상태를 갖는 제1 광(L1)을 상기 측정대상물(MT)을 향해 투과할 수 있다. 도 9에서, 상기 제1 편광상태는 수평선편광이고, 상기 편광빔분할유닛(332)은 수평선편광을 투과하고, 다른 편광상태의 광은 반사할 수 있다.

상기 광학부재(340)의 상기 위상지연유닛(342)은 상기 편광빔분할유닛(332)으로부터 입사하는 상기 제1 광(L1)의 편광상태를 변화시켜 제2 편광상태를 갖는 제2 광(L2)을 상기 측정대상물(MT)을 향해 출사하고, 상기 측정대상물(MT)에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제2 광(L2)의 편광상태를 변화시켜 제3 편광상태를 갖는 제3 광(L3)을 상기 편광빔분할유닛(332)을 향해 출사한다.

도 9에서, 상기 위상지연유닛(342)은 광축이 45°인 1/4파장위상지연판(QWP1)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3 편광상태는 선편광으로서 상기 제1 편광상태와 서로 반대의 편광상태이며, 도 9에서 상기 제3 편광상태는 수직선편광이다. 이와는 다르게, 상기 위상지연유닛(342)은 광축이 -45°인 1/4파장위상지연판(QWP2)을 포함할 수 있다. 이 경우 상기 제2 편광상태는 도 9의 실시예와 다르게 좌원편광이지만, 상기 제3 편광상태는 도 9의 실시예와 동일하게 상기 제1 편광상태와 서로 반대인 수직선편광이 된다.

상기 제3 광(L3)은 상기 프리즘부(330) 내로 입사한 후에도 상기 제3 편광상태를 유지하며, 상기 편광빔분할유닛(332)이 제1 편광상태만을 투과시키므로 상기 제1 편광상태와 반대인 제3 편광상태를 갖는 상기 제3 광(L3)은 상기 편광빔분할유닛(332)에 의해 반사된다. 상기 프리즘부(330)는 상기 편광빔분할유닛(332)에 의해 반사된 상기 제3 광(L3)의 제3 편광상태를 유지하면서 상기 수광부(350)를 향하여 전반사할 수 있다.

상기 수광부(350)는 상기 프리즘부(330) 내에서 전반사된 상기 제3 광(L3)을 수광한다.

상기 수광부(350)의 상기 편광부재(352)는 상기 제3 편광상태를 갖는 광을 통과시키고, 상기 제3 편광상태와 다른 편광상태를 갖는 광은 차단한다. 즉, 상기 수광부(350)는 수직선편광의 편광상태를 갖는 광을 통과시키고, 수직선편광 이외의 편광상태를 갖는 노이즈 광이 입사하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 촬상장치(300)에 의하면, 프리즘부(330)의 편광빔분할유닛(332)은 조사부(310)로부터 입사되는 광 및 측정영역(MA)으로부터 입사되는 광을 편광상태에 따라 선택적으로 투과하고 반사하며, 편광빔분할유닛(332)에 의해 반사된 아래로 향하는 광을 프리즘부(330) 내부에서 일측 상방으로 전반사하여 수광부(350)로 가이드하고, 광학부재(340)에서 원하는 편광상태의 광을 수광부(350)에서 수광하도록 광의 편광상태를 변화시켜 조절함으로써, 촬상장치(300)의 최소 입사각의 크기를 증가시키고 촬상장치(300)의 크기를 축소할 수 있으면서도, 도 6에 비해 광학부재(340)의 구성을 단순화하고 원하는 편광상태의 광을 수광하여 노이즈 광이 수광되는 것을 방지할 수 있다. 또한 프리즘부(330) 자체의 굴절률에 의해 최소 입사각의 크기를 더욱 증가시킬 수 있다.

한편, 도 8 및 도 9에서, 조사부(320), 광학부재(340) 및 수광부(350)의 세부 구성의 적어도 일부는, 도면 상에서 필요에 따라 접촉 혹은 이격되어 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 접촉 혹은 이격되거나 다른 추가 구성이 개재될 수 있다.

본 발명에 따른 촬상장치에 의하면, 최소 입사각의 크기를 증가시키고 촬상장치의 크기를 축소시키며, 획득되는 이미지의 품질을 향상시킬 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.　 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.

100, 200, 300 : 촬상장치 110, 210, 310 : 측정 스테이지
120, 220, 320 : 조사부 130, 230 : 빔분할부
330 : 프리즘부 140, 240, 340 : 광학부재
150, 250, 350 : 수광부 MA : 측정영역
MT : 측정대상물

Claims

측정대상물이 배치되는 스테이지;
상기 측정대상물의 측정영역을 향하여 광을 조사하는 조사부;
상기 스테이지 및 상기 조사부 사이에 배치되고, 상기 스테이지 및 상기 조사부에 대해 경사지도록 형성되며 상기 조사부로부터 입사되는 광의 편광상태에 따라 선택적으로 투과하고 반사하는 편광빔분할유닛을 포함하는 프리즘부;
상기 프리즘부 및 상기 스테이지 사이에 배치되고, 입사하는 광의 위상을 지연시켜 상기 광의 편광상태를 변화시키는 광학부재; 및
상기 프리즘부 내에서 반사된 광을 수광하는 수광부;를 포함하고,
상기 조사부는,
제1 편광상태의 광을 포함하는 제1 광을 발생시키는 광원유닛을 포함하고,
상기 편광빔분할유닛은,
상기 측정영역으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 수평 방향보다 하방으로 반사하도록 수평 방향에 대해 45도보다 작은 경사각을 갖도록 배치되며, 상기 제1 광 중에서 상기 제1 편광상태를 갖는 광을 상기 측정대상물을 향해 투과하고,
상기 광학부재는,
상기 편광빔분할유닛으로부터 입사하는 상기 제1 광의 상기 제1 편광상태를 변화시켜 제2 편광상태를 갖는 제2 광을 상기 측정대상물을 향해 출사하고, 상기 측정대상물에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제2 광의 상기 제2 편광상태를 변화시켜 제3 편광상태를 갖는 제3 광을 상기 편광빔분할유닛을 향해 출사하는 위상지연유닛을 포함하고,
상기 프리즘부는,
상기 편광빔분할유닛에 의해 반사된 상기 제3 광의 상기 제3 편광상태를 유지하면서 상기 수광부를 향하여 전반사하는 것을 특징으로 하는,
촬상장치.
제1항에 있어서,
상기 조사부는,
상기 광원유닛에서 발생된 광을 확산시키는 확산유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
촬상장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 프리즘부는,
상기 편광빔분할유닛의 제1 측에 배치되고, 제1 굴절률을 갖는 제1 바디;
상기 편광빔분할유닛의 제2 측에 배치되고, 제2 굴절률을 갖는 제2 바디; 및
상기 제2 바디의 일측에서 돌출되도록 형성된 제3 바디;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
촬상장치.
제1항에 있어서,
상기 광학부재는,
상기 위상지연유닛 및 상기 스테이지 사이에 배치되어 반사를 방지하는 반사방지유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
촬상장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 편광상태와 상기 제3 편광상태는 선편광으로서 서로 반대의 편광상태인 것을 특징으로 하는,
촬상장치.
제10항에 있어서,
상기 수광부는,
전방에 배치되어 상기 제3 광의 제3 편광상태를 갖는 광을 통과시키고, 상기 제3 편광상태와 다른 편광상태를 갖는 광은 차단하는 편광부재; 및
상기 편광부재를 통과한 상기 제3 광을 수광하는 수광소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
촬상장치.
제1항에 있어서,
상기 위상지연유닛은 1/4파장위상지연판(quarter wave plate)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
촬상장치.
측정대상물이 배치되는 스테이지;
상기 측정대상물의 측정영역을 향하여 광을 조사하며, 제1 편광상태의 광을 포함하는 제1 광을 조사하는 조사부;
상기 스테이지 및 상기 조사부 사이에 배치되고, 상기 스테이지 및 상기 조사부에 대해 경사지도록 형성되며 상기 조사부로부터 입사되는 광의 편광상태에 따라 상기 제1 광 중에서 상기 제1 편광상태를 갖는 광을 상기 측정대상물을 향해 투과시키며, 상기 측정영역으로부터 입사되는 광의 적어도 일부를 반사시키는 편광빔분할유닛을 포함하고, 상기 편광빔분할유닛에 의해 반사된 광을 내부에서 편광상태를 유지하면서 전반사하는 프리즘부;
상기 편광빔분할유닛으로부터 입사하는 상기 제1 광의 상기 제1 편광상태를 변화시켜 제2 편광상태를 갖는 제2 광을 상기 측정대상물을 향해 출사하고, 상기 측정대상물에 의해 반사된 후 입사하는 상기 제2 광의 상기 제2 편광상태를 변화시켜 제3 편광상태를 갖는 제3 광을 상기 편광빔분할유닛을 향해 출사하는 광학부재; 및
상기 프리즘부 내에서 전반사된 광을 수광하는 수광부;를 포함하는,
촬상장치.
제13항에 있어서,
상기 수광부는,
전방에 배치되어 상기 제3 광의 제3 편광상태를 갖는 광을 통과시키고, 상기 제3 편광상태와 다른 편광상태를 갖는 광은 차단하는 편광부재; 및
상기 편광부재를 통과한 제3 광을 수광하는 수광소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
촬상장치.