KR102597197B1 - 거울 표면을 위한 구조화 광의 투영 - Google Patents

거울 표면을 위한 구조화 광의 투영 Download PDF

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Abstract

반사성 테스트 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 시스템(1100)은 테스트 타깃(1106) 상에 패터닝된 조사광(1108)을 생성하도록 구성된 조사광 공급원(1102), 테스트 타깃 상(1106)에 패터닝된 조사광(1108)의 이미지를 획득하도록 구성된 이미징 시스템(1004) 및 카메라가 적어도 2개의 다른 초점 위치(1124, 1126)에서 테스트 타깃을 이미징하도록 구성된 가변 초점 광학 시스템(1132)을 포함하고, 상기 조사광 공급원(1102) 및 카메라(1104)는 카메라(1104)가 패터닝된 조사광(1108)의 거울 이미지를 획득하도록 테스트 타깃(1106)에 대해 정렬된다. 상기 시스템(1100)은 조사광 공급원(1102), 카메라(1104) 및 가변 초점 광학 시스템(1132)에 결합되고, 적어도 2개의 다른 초점 위치(1124, 1126)를 사용하여 패터닝된 조사광(1108)의 획득된 이미지에 기초하여 테스트 타깃(1106)의 높이 이미지를 생성하도록 구성된 제어기(1454)를 더 포함한다.

Description

거울 표면을 위한 구조화 광의 투영{STRUCTURED LIGHT PROJECTION FOR SPECULAR SURFACES}
본 발명은 광 프로파일 측정 시스템에 관한 것이고, 특히 반사성 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 시스템에 관한 것이다.
표면이나 물체에 대한 정밀한 치수 정보를 얻는 것은 많은 산업과 공정에서 필수적이다. 예를 들어, 전자 어셈블리 산업에서, 전자 부품이 적절하게 배치되는지 유무를 판단하기 위하여 회로 기판상의 전자 부품에 대한 정밀한 치수 정보가 사용될 수 있다. 또한, 치수 정보는, 적당한 양의 솔더 페이스트(solder paste)가 회로 보드의 적절한 위치에 증착되도록 보장하기 위하여, 부품을 장착하기 전에 회로 보드 상의 솔더 페이스트 증착물을 검사하는 데에도 유용하다. 또한, 치수 정보는 반도체 웨이퍼 및 평판 디스플레이의 검사에도 유용하다.
광 위상 프로파일 측정 시스템은, 표면 또는 물체에 대한 정밀한 치수 정보를 정확하게 측정하고 획득하기 위하여 사용되어 왔다. 그러나, 일부 새로운 전자 어셈블리 제품은 반사성 거울 표면(specular surfaces)을 갖는 부품을 포함한다. 일반적으로 확산(diffuse) 비-반사성 표면을 측정하도록 구성된 기존 시스템은, 이러한 부품에 대한 정확한 치수 정보를 얻는 것이 곤란하다. 이러한 부품에 대한 치수 정보의 정밀도가 다양한 산업 및 공정에 점점 더 중요해짐에 따라, 이러한 정보를 정확하게 측정 및 획득하고, 거울 표면을 포함하는 어셈블리의 관측에 관련된 시스템 장애의 다양한 원인을 수정하는 것이 점점 더 중요해지고 있다.
본 발명은 반사성 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 반사성 테스트 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 시스템은, 테스트 타깃 상에 패터닝된 조사광(illumination)을 생성하도록 구성된 조사광 공급원, 테스트 타깃 상에 패터닝된 조사광의 이미지를 획득하도록 구성된 이미징 시스템 및 카메라가 적어도 2개의 다른 초점 위치에서 테스트 타깃을 이미징하도록 구성된 가변 초점 광학 시스템을 포함하고, 상기 조사광 공급원 및 카메라는, 카메라가 패터닝된 조사광의 거울 이미지를 얻도록 테스트 타깃에 대하여 정렬한다.
상기 시스템은, 조사광 공급원, 카메라 및 가변 초점 광학 시스템에 결합되고, 적어도 2개의 다른 초점 위치를 사용하여 패터닝된 조사광의 획득된 이미지에 기초하여 테스트 타깃의 높이 이미지를 생성하도록 구성된 제어기를 추가로 포함한다.
본 발명의 광 프로파일 측정 시스템에 의하면, 거울 타깃의 치수를 정확하게 측정하고 거울 타깃의 반사 효과를 보정할 수 있는 시스템, 기술 및 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 2는 광 프로파일 측정 시스템 타깃의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 7은 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 8은 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 9는 이미징 시스템 렌즈 어셈블리의 일례를 나타낸 하면도이다.
도 10은 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 11a는 이상적인 초점 환경의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 11b는 비-이상적인 초점 환경의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 12a는 이상적인 렌즈 초점 평면 환경의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 12b는 비-이상적인 렌즈 초점 평면 환경의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 14a는 광 프로파일 측정 시스템(800)의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 14b는 광 프로파일 측정 시스템(800)의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 15a는 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 15b는 상이한 초점 위치에서 초점화된 시스템(900)의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 18a 및 도 18b는 광 프로파일 측정 시스템에 대한 교정 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다.
도 19는 교정 오프셋(offset)을 사용하여 거울 타깃에 대응하는 이미지를 생성하는 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 단순 블록 다이어그램이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.
광 위상 프로파일 측정 시스템은 표면 또는 물체에 대한 정밀한 치수 정보를 얻기 위하여 다양한 산업 및 공정에서 자주 사용된다. 예를 들어, 이들 시스템은 다양한 부품의 높이와 위치를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자 산업에서, 수많은 전자 어셈블리는 회로 보드에 장착된 소자를 포함한다. 이러한 소자의 올바른 치수와 배치를 보장하기 위하여, 조사광 공급원은 타깃 표면이나 물체 상에 조사광을 투영한다. 타깃 표면 또는 물체로부터 반사된 이미지는, 이미징 시스템(예, 카메라)에 의해 캡처된다. 광 위상 프로파일 측정 시스템은, 이미징 시스템에 의해 캡처된 이미지의 특정 지점(예, 픽셀)에서 투영된 조사광의 위상 또는 위치를 측정함으로써, 타깃 표면 또는 물체의 치수를 계산한다.
이들 소자 중 일부는, 거울 표면처럼 빛을 한 방향으로만 반사하는, 반사성 거울 표면을 갖는다. 전형적인 광 위상 프로파일 시스템은 거울 타깃에 대한 정확한 치수 정보를 얻는 데 어려움이 있고, 그 이유는 거울 타깃에 대한 치수 측정이 타깃의 높이 및 경사 모두의 함수이기 때문이다. 타깃 위치(예, 높이 또는 경사)는 설계 선택, 조작자 또는 기계 오차, 잘못된 커플링(예, 납땜), 잘못된 배치 및 기타 다양한 오차와 같은 제한되지 않는 많은 변수의 영향을 받을 수 있다.
거울 표면, 예를 들어 연마된 실리콘 칩을 측정할 필요가 있다. 조사광 공급원과 이미징 시스템이 같은 크기의 반대 경사를 갖도록 광 프로파일 측정 시스템의 기하 구조가 변경되는 경우, 거울 타깃은 이미징되고, 대략 1/(개구수)2 (Numerical Aperture; NA) 인수에 의하여 복귀하는 확산보다 더욱 강해지고 상당히 우세한 반사로 된다. 이 감지(sensing) 기하 구조는 확산 기하 구조와 유사하게 작동한다고 가정하고, 즉 확산 타깃이 거울 타깃으로 대체된 경우, 결과는 동일하나 반드시 그렇지는 않다. 유도된(derived) 높이는 동공(pupils)의 조사광에 민감하고, 이러한 문제는 거울 타깃이 경사진 경우, 전술한 바와 같이 종종 나타나고 특히 명백해진다.
거울 타깃의 정확한 치수 정보를 얻을 필요성이 다양한 산업 및 공정에서 점점 더 중요해짐에 따라, 거울 타깃의 치수를 정확하게 측정하고 거울 타깃의 반사 효과를 보정할 수 있는 광 프로파일 측정 시스템이 필요하다. 이러한 시스템, 기술 및 방법이 아래에 제공된다.
아래의 도면 중 일부는 한 쌍의 작동식 조사광 공급원 및 이미징 시스템만을 갖는 광 프로파일 측정 시스템을 나타내지만, 복수 쌍의 작동식 조사광 공급원 및 이미징 시스템을 갖는 광 프로파일 측정 시스템을 사용할 수 있음이 충분히 고려된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 사시도이다. 시스템(100)은 조사광 공급원(102), 이미징 시스템(104), 타깃(106), 조사광(108) 및 반사광(110)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 이 시스템에 복수 쌍의 프로젝터-카메라를 사용할 수 있다. 조사광 공급원(102)이 타깃(106)에 대해 위치하고 타깃(106)을 향해 조사광(108)을 투영한다. 이미징 시스템(104)이 타깃(106) 및 조사광 공급원(102)에 대해 위치한다. 조사광(108)은 타깃(106) 상에 투영되고, 반사광(110)은 이미징 시스템(104)을 향해 유도된다. 조사광(108)은 다수의 구조화 광 패턴, 예를 들어 반복된 사인파형(sinusoidal) 세기 패턴 또는 타깃을 조사하기 위한 임의의 다른 적절한 기술을 포함하고, 그 타깃에 대해 치수 정보를 얻을 수 있다. 이미징 시스템(104)은 조사광 공급원에 의해 조사된 타깃의 이미지를 획득하도록 구성된 카메라 이미징 시스템으로서 도시되고 있지만, 조사광 공급원에 의해 투영된 이미지를 캡처하기 위한 여러 적절한 기술을 포함할 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 조사광 공급원(102) 및 이미징 시스템(104) 모두를 위한 렌즈 어셈블리는 텔레센트릭(telecentric)이고, 이는 조사광(108) 및 반사광(110)의 경로로 표시된다. 비-텔레센트릭 렌즈 어셈블리가 사용되는 경우, 조사광 공급원(102)으로부터의 조사광(108)은, 타깃(106)에 부딪히면 발산(diverging)하고 반사광(110)은 이미징 시스템(104)을 놓칠 수 있다. 텔레센트릭 렌즈 어셈블리를 사용함으로써, 공급원 조사 각도와 이미징 각도가 타깃(106)에 대해 동일하고, 전체 시스템의 시야에서 거울 반사가 캡처되는 것을 보장한다. 조사광 공급원(102)에 의해 생성된 광은, 복수-요소 텔레센트릭 렌즈 어셈블리로 들어가서 실질적으로 평행하게 되고, 따라서 조사광 공급원(102)을 빠져나가면서 상당히 집중된다. 따라서, 조사광 공급원(102)에 의해 생성된 거의 모든 광이 타깃(106)에 충돌하고, 반사광(110)은 거울 방식으로 이미징 시스템(104)을 향해 유도된다. 타깃(106)은 거울 타깃으로 나타나 있다. 타깃(106)은 실리콘 소자(예, 실리콘 칩), 또는 거울이나 거울 유사 표면을 갖는 임의의 다른 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 조사광 공급원(102)은 작은 개구수를 갖는다. 일 실시예에서, 하나의 장치(조사광 공급원(102) 또는 이미징 시스템(104))의 동공은 다른 장치의 동공을 완전히 둘러싼다. 일 실시예에서, 이미징 시스템(104)의 개구수는 타깃(106)의 모든 잠재적 경사에 대해 조사광(108)의 전체 투영된 다발을 수용하도록 충분히 크다. 다른 실시예에서, 조사광 공급원(102)의 개구수는 타깃(106)의 모든 잠재적 경사에 대해 이미징 시스템(104)의 개구수를 완전히 넘치게 하도록 충분히 크다. 다른 실시예에서, 조사광 공급원(102) 및 이미징 시스템(104)의 개구수는 동일하다.
도 2는 광 프로파일 측정 시스템 타깃의 일례를 나타낸 사시도이다. 타깃(106)은 조사광(108)과 거울 소자(150)를 포함한다. 조사광(108)은 조사광 공급원(예, 공급원(102))에 의해 타깃(106) 상에 투영된다. 조사광(108)은 거울 소자(150) 위에 투영되고, 이미징 시스템(예, 시스템(104))이 거울 소자(150)에 대한 치수 정보를 획득할 수 있도록 한다. 타깃(106)은, 거울 및 확산 표면 모두를 포함하는 반사성 가변 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 타깃(106)은 실리콘 칩과 같은 거울 소자(예, 소자(150))를 갖는 회로 보드를 포함할 수 있다. 타깃(106)은 전체가 거울 소자 또는 전체가 확산 소자일 수 있다. 조사광(108)은 반복된 사인파형 세기 패턴과 같은 패터닝된 조사광, 또는 이미징 시스템(예, 시스템(104))에 의하여 타깃(106) 또는 소자(150)에 대한 치수 정보를 획득할 수 있는 임의의 다른 조사 기술일 수 있다.
도 3은 종래 기술에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 사시도이다. 시스템(200)은 조사광 공급원(202), 이미징 시스템(204), 확산 타깃(206), 조사광(208) 및 반사광(210)을 포함한다. 시스템(200)은 종래 기술에 따른 조사광 공급원(202) 및 이미징 시스템(204)의 전형적인 구성을 도시한다. 조사광 공급원(202)은 조사광(208)을 확산 타깃(206) 상에 투영한다. 반사광(210)은 확산 타깃(206)으로부터 반사되고 이미징 시스템 (204)에 의해 캡처되어, 확산 타깃(206)에 대한 치수 정보를 얻을 수 있다.
도 4는 종래 기술에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(200)은 조사광 공급원(202), 이미징 시스템(204), 확산 타깃(206), 조사광(208), 반사광(210), 주 광선(211), 수용된 광선 다발(213) 및 확산 반사 경로(254)를 포함한다. 시스템(200)은 도 3과 동일한 구성으로 나타나 있다. 조사광(208)은 조사광 공급원(202)에 의해 확산 타깃(206)에 투영되고, 반사광(210)은 확산 타깃(206)으로부터 반사되고, 수용된 광선 다발(213)은 이미징 시스템(204)에 의해 캡처된다. 주 광선(211)은 이미지 시스템(204)의 중심을 향한 광선 경로를 나타낸다. 확산 타깃(206)은, 확산 반사 경로(254)에 의해 표현된 바와 같이, 모든 방향으로 입사광(예, 반사광(210))을 산란시킨다. 입사광이 모든 방향으로 산란되기 때문에, 이미징 시스템(204)은 타깃(206) 및 조사광 공급원(202)에 대해 다양한 위치에 배치될 수 있고, 여전히 반사광(210)의 일부를 캡처한다.
도 5는 종래 기술에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(200)은 조사광 공급원(202), 이미징 시스템(204), 타깃(106), 조사광(208) 및 반사광(110)을 포함한다. 시스템(200)은 도 3 및 도 4와 동일한 구성으로 나타나 있다. 타깃(106)은 거울 타깃(예, 실리콘 칩)이다. 조사광(208)은 조사광 공급원(202)에 의해 타깃(106) 상에 투영된다. 반사광(110)은 타깃(106)으로부터 반사되지만, 이미징 시스템 (204)에 의해 캡처되지 않는다. 타깃(106)이 거울 타깃이기 때문에, 조사광 공급원(202)으로부터의 입사광은, 타깃(106)에 대한 조사광 공급원(202)의 입사각에 의해 정의된 방향으로 타깃(106)으로부터 반사된다. 따라서, 반사광(110)은 거울 반사이다. 즉, 입사광(예, 조사광(208))은, 반사광(110)으로 표시되는 바와 같이 단일 출사 방향으로 반사된다. 이것 때문에, 시스템(200)의 구성은 반사광(110)을 캡처할 수 없으므로, 이미징 시스템(204)은 타깃(106)에 대한 치수 정보를 획득하지 못한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(100)은 조사광 공급원(102), 이미징 시스템(104), 타깃(106), 조사광(108), 반사광(110), 주 광선(111), 표면 법선 벡터(160), 입사각(162) 및 반사각(164)을 포함한다. 시스템(100)은 도 1의 시스템과 유사하다. 이미징 시스템(104)은 타깃(106)과 조사광 공급원(102)에 대해, 이미징 시스템(104)의 시야각이 조사광 공급원(102)에 의해 타깃(106) 상에 투영된 입사광(예, 조사광(108))의 거울 반사광(예, 반사광(110))과 정렬되도록 구성된다. 이 구성에서, 이미징 시스템(104)은 거울 타깃(예, (106))으로부터 거울 반사광(예, (110))을 캡처하고, 타깃(106)에 대한 치수 정보를 획득할 수 있도록 한다. 주 광선(111)은 이미징 시스템(104)의 중심을 향한 광선 경로를 나타낸다. 표면 법선 벡터(160)(반사 법칙에서 법선으로도 지칭됨)는 입사 지점(즉, 조사광(108)이 타깃(106)에 부딪치는 지점)에서 타깃(106)의 표면에 수직으로 그려진 선을 나타내고, 조사광(108)과 반사광(110) 사이의 각도는 입사각(162) 및 반사각(164)으로 표시되는 것과 같이, 동일한 반으로 분할된다. 그러나, 타깃(106)이 거울 타깃이기 때문에, 반사광(110)은 입사각(162)에 의해 정의된 방향에서 타깃(106)으로부터 반사된다. 따라서, 반사광(110)을 캡처하기 위하여, 이미징 시스템(104)은 반사각(164)과 정렬된다.
도 7은 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(300)은, 다양한 경사 각도에서 타깃(106)을 나타낸 점을 제외하고 시스템(100)과 유사하다. 시스템(300)은 이미징 시스템(104), 타깃(106), 조사광(108), 반사광(들)(110), 렌즈 어셈블리(112), 개구(114), 제1 렌즈(116), 제2 렌즈(118), 이미지 센서(120) 및 수용점(reception point)(121)을 포함한다. 조사광(108)은 조사광 공급원(예, 공급원(102))에 의해 타깃(106) 상에 투영되고, 이미징 시스템(104)을 향해 타깃(106)으로부터 반사된다. 반사광(110)은 이미지 센서(120)를 향해 제1 렌즈(116), 개구(114) 및 제2 렌즈(118)(즉, 렌즈 어셈블리(112))를 통과한다. 반사광(110)의 거울 특성으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 타깃(106)은 거울 타깃을 포함한다. 렌즈 어셈블리(112)는 텔레센트릭 렌즈 어셈블리를 포함하고, 광선 다발이 제1 렌즈(116)를 통해 제2 렌즈(118)를 향해 통과할 때 광선 다발의 실질적으로 평행한 성질을 볼 수 있다.
시스템(300)은 타깃(106)에 대한 치수 정보를 획득하고, 이는 최상의 초점 높이에 나타나 있다. 전술한 바와 같이 타깃 경사에 따라, 반사 광선 다발이 다른 지점에서 렌즈 어셈블리로 들어간다. 경사 위치(T1)에서, 타깃(106)은 실질적으로 수평 각도에 있다(즉, 이상적인 최상의 초점 평면 또는 이상적인 평면 초점). (T1) 위치에서, 조사광(108)은 반사 위치(R1)로 나타낸 바와 같이 중심에서 렌즈 어셈블리(112)를 향해 타깃(106)으로부터 반사되어, 타깃(106) 높이의 정확한 측정을 초래한다. 경사 위치(T2)에서, 타깃(106)은 T1에 대해 좌측(반시계 방향)으로 기울어진다. 경사 위치(T2)에서, 조사광(108)은 반사 위치(R2)로 나타낸 바와 같이 축을 벗어나(탈축) 렌즈 어셈블리(112)를 향해 타깃(106)으로부터 반사된다. 경사 위치(T3)에서, 타깃(106)은 T1에 대해 우측(시계 방향)으로 경사진다. 경사 위치(T3)에서, 조사광(108)은 반사 위치(R3)로 나타낸 바와 같이 축을 벗어나 렌즈 어셈블리(112)를 향해 타깃(106)으로부터 반사된다. 그러나, (R2 및 R3으로 표현된) 반사광(110)은 여전히 이미징 시스템(104)에 의해 캡처되고, 비록 축을 벗어날지라도, 이미지 센서(120) 상의 동일한 지점(즉, 수용점(121))에 이미징되어, 높이 판독 값은 T1의 높이 판독 값(R1으로 표시됨)과 동일하다.
위에 도시된 바와 같이, 수평 타깃은 반사광이 중심에서 렌즈 어셈블리로 들어가도록 하는 반면, 경사진 타깃은 반사로 하여금 탈축해서 렌즈 어셈블리로 들어가도록 한다. 임의의 방향으로 너무 많이 경사가 지면, 반사광(또는 그 일부)이 렌즈 어셈블리를 놓치게 되고, 따라서 이미징 시스템(104)에 의해 캡처되지 않을 것이고, 이는 부정확한 치수 정보를 야기할 것이다. 조사광 공급원의 개구수가 이미징 시스템의 개구수보다 작은 시스템의 경우, 최대 타깃 경사는 다음보다 작아야 한다:
식 1
조사광 공급원의 개구수가 이미징 시스템의 개구수보다 큰 시스템의 경우, 최대 타깃 경사는 식 1의 음(negative)보다 작아야 한다.
이미징 시스템의 초점 위치에서 타깃이 멀어지면, 비록 그 양이 적어도 또한문제가 발생하고, 그 이유는 거울 타깃을 이용하는 경우, 측정된 위상이 타깃 경사와 타깃 높이의 함수이기 때문이다.
도 8은 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(400)은, 타깃을 다양한 높이에서 나타내는 점을 제외하고, 시스템(300)과 유사하다. 시스템(400)은 이미징 시스템(104), 타깃(들)(106), 조사광(들)(108), 반사광(들)(110), 렌즈 어셈블리(112), 개구(114), 제1 렌즈(116), 제2 렌즈(118), 이미지 센서(120) 및 수용점(121)을 포함한다. 조사광(108)은 조사광 공급원(예, 공급원(102))에 의해 타깃(106) 상에 투영되고, 이미징 시스템(104)을 향해 타깃(106)으로부터 반사된다. 반사광(110)은 이미지 센서(120)를 향해 제1 렌즈(116), 개구(114) 및 제2 렌즈(118)(즉, 렌즈 어셈블리(112))를 통과한다. 반사광(110)의 거울 특성으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 타깃(106)은 거울 타깃을 포함한다. 렌즈 어셈블리(112)는 텔레센트릭 렌즈 어셈블리를 포함하고, 광선 다발이 제1 렌즈(116)를 통해 제2 렌즈(118)를 향해 통과할 때 광선 다발의 실질적으로 평행한 성질을 볼 수 있다.
높이 위치(H1)는 도 7의 타깃(106)의 위치와 유사하고, 경사 위치(T1)는 조사광 공급원(104)의 이상적인 최상의 초점 평면을 나타낸다. 높이 위치(H2)에서, 타깃(106)은 이상적인 최상의 초점 평면 위에 위치한다. 경사 위치(T4)에서, 타깃(106)은 실질적으로 수평 각도에 있다. 경사 위치(T4)에서, 조사광(108)은 반사 위치(R1)로 표현된 바와 같이 중심에서 렌즈 어셈블리(112)를 향해 타깃(106)으로부터 반사되고, 타깃(106) 높이의 정확한 측정을 초래한다. 경사 위치(T5)에서, 타깃(106)은 T4에 대해 좌측으로(반시계 방향) 경사진다. 경사 위치(T5)에서, 조사광(108)은 반사 위치(R2)로 표현된 바와 같이 탈축하여 렌즈 어셈블리(112)를 향해 타깃(106)으로부터 반사되고, 타깃(106) 높이의 부정확한 측정을 초래한다. 경사 위치(T6)에서, 타깃(106)은 T4에 대해 우측으로(시계 방향) 경사진다. 경사 위치(T6)에서, 조사광(108)은 반사 위치(R3)로 표현된 바와 같이 탈축하여 렌즈 어셈블리(112)를 향해 타깃(106)으로부터 반사되고, 타깃(106) 높이의 부정확한 측정을 초래한다.
높이 위치(H3)에서, 타깃(106)은 이상적인 최상의 초점 평면 아래에 위치한다. 경사 위치(T7)에서, 타깃(106)은 실질적으로 수평 각도에 있다(즉, 이상적인 최상의 초점 평면 또는 이상적인 평면 초점). 경사 위치(T7)에서, 조사광(108)은 반사 위치(R1)로 표현된 바와 같이 중심에서 렌즈 어셈블리(112)를 향해 타깃(106)으로부터 반사되고, 타깃(106) 높이의 정확한 측정을 초래한다. 경사 위치(T8)에서, 타깃(106)은 T7에 대해 우측으로(시계 방향) 경사진다. 경사 위치(T8)에서, 조사광(108)은 반사 위치(R3)로 표현된 바와 같이 탈축하여 렌즈 어셈블리(112)를 향해 타깃(106)으로부터 반사되고, 타깃(106) 높이의 부정확한 측정을 초래한다. 경사 위치(T9)에서, 타깃(106)은 T7에 대해 좌측으로(반시계 방향) 경사진다. 경사 위치(T9)에서, 조사광(108)은 반사 위치(R2)로 표현된 바와 같이 탈축하여 렌즈 어셈블리(112)를 향해 타깃(106)으로부터 반사되고, 타깃(106) 높이의 부정확한 측정을 초래한다.
최상의 초점 위에서, 시계 방향으로 경사가 진 타깃은, 실제 높이 위치보다 높게 측정된다. 반시계 방향으로 경사진 타깃은 실제 높이 위치보다 낮게 측정된다. 타깃이 이미징 시스템의 최상 초점 위치에서 멀어질수록, 경사 각도에 대한 높이 측정의 오차 감도는 증가한다. T8에 대한 T6, T9에 대한 T5의 비교에 의하여 알 수 있는 바와 같이, 타깃이 타깃의 최상 초점 평면 위에서 아래로 갈수록 오차의 사인(sign)도 뒤집힌다. T6과 T8은 모두 시계 방향으로 경사지며 동등한 반사각을 갖는다. 조사광(108)은 탈축하여 렌즈 어셈블리(112)를 향해 양쪽으로부터 반사된다. 그러나, T6(타깃의 최상의 초점 평면, 예를 들어 T1 위)에서, 반사광(110)은 R3으로 표현된 바와 같이 타깃(106)으로부터 초기에 반사될 때 광선 다발의 우측에 위치한다. 반면에, T8(타깃의 최상의 초점 평면, 예를 들어 T1 아래)에서, 반사광(110)은, R2로 표현된 바와 같이 타깃(106)으로부터 초기에 반사될 때 광선 다발의 좌측에 위치한다. 유사하게, T9에 대해 T5를 비교하면 T5와 T9는 모두 반시계 방향으로 경사지며 동등한 반사각을 갖는다. 조사광(108)은 탈축하여 렌즈 어셈블리(112)를 향해 양쪽으로부터 반사된다. 그러나, T5(타깃의 최상의 초점 평면, 예를 들어 T1 위)에서, 반사광(110)은, R2로 표현된 바와 같이 타깃(106)으로부터 초기에 반사될 때 광선 다발의 좌측에 위치한다. 반면에, T9(타깃의 최상의 초점 평면, 예를 들어 T1 아래)에서, 반사광(110)은, R3으로 표현된 바와 같이 타깃(106)으로부터 초기에 반사될 때 광선 다발의 우측에 위치한다.
타깃 경사 각도에 대해 측정된 높이의 감도는, 시스템의 삼각 측량 각도의 변화로 생각할 수 있다. 시계 방향으로 경사진 타깃은 효과적으로 일반적인(이상적인) 시스템 삼각 측량 각도보다 더 작은 삼각 측량 각도를 갖는다. 반시계 방향으로 경사진 타깃은 효과적으로 일반적인(이상적인) 시스템 삼각 측량 각도보다 더 큰 삼각 측량 각도를 갖는다.
도 7 및 도 8에 도시된 경사는, 타깃(106)에 대해 정확한 치수 정보를 얻는 데 문제를 야기한다. 예를 들어, T6 및 T5가 T4와 다른 높이임에도 불구하고, 반사광(110)(각각 R3 및 R2로 표현됨)은 여전히 이미징 시스템 (104)에 의해 캡처되고, 탈축이지만 이미지 센서(120) 상의 동일한 지점(즉, 수용점(121))에 이미징되기 때문에, 높이 판독 값(readings)은 T4의 높이 판독 값과 동일한 것으로 나타난다. 유사하게 T9 및 T8의 경우, 이들이 T7과 다른 높이임에도 불구하고, 탈축이지만 반사광(110)(각각 R2 및 R3로 표현됨)은 여전히 이미징 시스템 (104)에 의해 캡처되기 때문에, 높이 판독 값은 T7의 높이 판독 값과 동일한 것으로 나타난다. 이것은 광 위상 프로파일 측정 시스템(예, 100, 300 및 400)으로 하여금 상이한 높이 및 상이한 경사(예, T5, T6, T8 및 T9)에서의 타깃을, 마치 상이한 높이 및 상이한 경사의 타깃(예, T4 및 T7)과 실질적으로 같은 위치에 있는 것으로서 판독시킨다.
도 9는 이미징 시스템 렌즈 어셈블리의 일례를 나타낸 하면도이다. 렌즈 어셈블리(112)는 반사광(들)(110)과 제1 렌즈(116)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 타깃 경사는 반사광(들)(110)의 광선 다발을 상이한 지점에서 렌즈 어셈블리(112)로 진입시킨다. 실질적으로 수평 각도를 갖는 타깃(예, T1, T4 또는 T7)의 경우, 반사광(110)은 반사 위치(R1)로 표시되는 중심에서 렌즈 어셈블리(112)로 진입하여 타깃 높이의 정확한 측정을 초래한다. 반시계 방향 경사를 갖는 타깃(예, T2, T5 또는 T9)의 경우, 반사광(110)은 반사 위치(R2)로 표시되는 바와 같이 탈축하여 렌즈 어셈블리(112)로 진입하여 타깃 높이의 부정확한 측정을 초래한다. 시계 방향 경사를 갖는 타깃(예, T3, T6 또는 T8)의 경우, 반사광(110)은 반사 위치(R3)로 표시되는 바와 같이 탈축하여 렌즈 어셈블리(112)로 진입하여 타깃 높이의 부정확한 측정을 초래한다.
타깃 경사 각도에 대해 측정된 높이의 감도는, 시스템의 삼각 측량 각도의 변화로 생각할 수 있다. 시계 방향으로 경사진 타깃은 효과적으로 일반적인(즉, 이상적인 최상 초점) 시스템 삼각 측량 각도보다 더 작은 삼각 측량 각도를 갖는다. 반시계 방향으로 경사진 타깃은 효과적으로 일반적인(즉, 이상적인 최상 초점) 시스템 삼각 측량 각도보다 더 큰 삼각 측량 각도를 갖는다.
전술한 바와 같이, 거울 타깃의 유도된 높이는 동공의 조사광에 민감하고, 이 문제는 거울 타깃이 경사지면 특히 중요해진다. 예를 들어, 타깃에 대해 부정확한 치수 정보의 획득 또는 캡처된 이미지의 비네팅(vignetting) 효과와 같은 다양한 문제를 야기할 수 있다. 문제의 본질을 보다 잘 이해하기 위하여, 아래 도면에 도시된 바와 같이, 어디서든 텔레센트릭 광학 및 단위 배율을 갖춘 이상적인 2-D 프로파일 측정기를 고려하기 바란다.
도 10은 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(500)은 거울 타깃(506), 조사광(508) 및 반사광(510)을 포함한다. 조사광(508)은 선택된 삼각 측량 각도(예, 입사각(162))에 대응하는 기울기(slope)(ms)를 갖는 조사광 공급원(미도시)으로부터 투영된다. 조사광(508)은 거울 타깃(506) 상에 떨어지고, 여기서 거울 타깃(506)은 기울기(mt)를 갖는다. 그 다음 조사광(508)은 이미징 시스템(미도시)을 향해 반사광(510)로서 mr 방향으로 반사된다. 이 도시의 목적상, 조사광 공급원과 이미징 시스템 모두 zt에 초점이 맞춰져 있다. 이에 의해, 조사광 공급원의 동공 상의 특정 지점으로부터 기인한 조사광 공급원의 투영된 광선 다발(예, 조사광(508))은 Zt 에서 공통점으로 수렴하고, Zt 에서의 특정 타깃 지점으로부터 나온 거울 타깃(506)에서 반사된 광선 다발(예, 반사광(510))은 이미징 시스템의 동공 상의 공통점으로 수렴한다. 따라서, 조사광 공급원의 동공 또는 이미징 시스템의 동공 상의 위치와 그 광선이 x 축을 차단하는(intercept) 위치 사이에는, 일대일 대응이 존재한다. 또한, 이 도시의 목적상, 이미징 시스템은 반사 광선 다발을 비네팅하지 않는다. 따라서, 광선 다발의 중심은 주 광선, 즉 이미징 시스템의 동공 중심에서의 광선과 일치한다. 이러한 방식으로, 주 광선만을 추적함으로써(예시의 목적상) 유도를 단순화할 수 있다.
조사광 공급원 광선(예, 조사광(508))은 아래와 같은 식을 갖는다:
식 2
그리고 이미징 시스템 광선(예, 반사광(510))은 아래와 같은 식을 갖는다:
식 3
이들 정의를 이용해, 이미징 시스템 광선 각도는 타깃 각도의 두 배에 조사광 공급원 각도를 더한 것이다. 분석 기하 용어로, 다음 식을 갖는다:
식 4
여기서, w는 균질한 가중치이다. 이를 계산하면, 다음 식을 갖는다:
식 5
도 10에 도시된 기하 구조로부터, 다음 식이 명백하다:
식 6
그리고
식 7
테일러 급수에서 식 7을 확장하는 것이 유용하다.
식 8
실제로, 우리는 r-s를 관측하고 zt를 도출하기를 원한다. 식 8의 결과, r - s는 카메라 시스템에서 볼 수 있는 바와 같이 구조화 광 패턴의 관찰된 시프트이다. 식 8은 타깃 기울기 mt에 대해 재구성된 높이 zt의 의존성을 나타낸다. 임의의 타깃에 대해, 식 8은 다음과 같이 비선형 미분 방정식으로 일반화된다:
식 9
타깃 프로파일 z를 계산하기 위하여는 식 9를 풀어야 한다. 정확한 타깃 프로파일을 계산해야 한다면, 거울 반사의 특성으로 인하여 거울 타깃을 이미징하는 광 위상 프로파일 측정기가 또한 휨 측정기(deflectometer)로 작용해야 한다는 점은 매우 곤란한 점이다.
확산 타깃을 측정하기 위하여 사용된 전통적인 위상 프로파일 측정 시스템은, 이미징 시스템 렌즈 어셈블리 및 조사광 공급원 렌즈 어셈블리의 기하학적 왜곡을 보정하기 위하여 교정된다. 위에 나타낸 바와 같이, 거울 위상 프로파일 측정 시스템은 (타깃에 대한) 이미징 시스템의 초점 위치 및 반사 광선 다발의 수용된 광선 각도에 민감하다. 또한, 거울 위상 프로파일 측정 시스템은 추가적인 렌즈 수차(aberrations)에도 또한 민감하다. 이러한 추가적인 수차는, 필드 곡률(curvature) 및 구면 수차를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 예시 목적이나 이에 제한되지 않고, 후술하는 렌즈 수차 보정 방법은, 필드 곡률 및 구면 수차를 고려하고 또한 다른 렌즈 특성을 보정하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명의 방법에 대한 설명은 먼저 두 가지 유형의 렌즈 수차에 대한 논의로 시작한다.
필드 곡률은, 이미징 시스템의 시야 전체에 대한 초점 위치의 변화이다. 평평하고 수평인 평면에 있는 최상의 초점에 대신하여, 최상의 초점 높이는 필드 전체에 대해 기울어지고 만곡된 표면이다. 필드 곡률의 수차는 아래에 도시된다.
도 11a는 이상적인 평면 초점 환경의 일례를 나타낸 개략도이다. 환경(600)은 초점 평면(606) 및 반사광(들)(610)을 포함한다. 환경(600)과 같이 이상적인 평면 초점 환경에서, 이상적인 이미징 시스템은 초점 평면(606)과 같이 평평하고 수평인 초점 평면에 초점을 맞춘다. 그러나, 실제 환경에서 이미징 시스템은 이상적인 환경에서와 같은 방식으로 초점을 맞추지 않는다.
도 11b는 비-이상적인 초점 환경의 일례를 나타낸 개략도이다. 환경(650)은 이상적인 초점 평면(652), 비-이상적인 초점 평면(656) 및 반사광(들)(660)을 포함한다. 환경(650)과 같이 비-이상적인 초점 환경에서, 타깃은 평평한 이미지 평면(예, 이상적인 초점 평면(652)) 상에 초점을 맞출 수 없다. 이러한 환경에서, 광축(즉, 렌즈의 중심점) 근처의 광선 다발(예, 반사광(들)(660))은 이상적인 초점 평면(652)과 일치하는 초점 평면 높이를 중간 광선 다발에서 볼 수 있는 바와 같이 이상적인 초점 평면에서 초점될 것이다. 그러나, 도면에서 좌측 및 우측 광선 다발과 같이, 탈축인 광선 다발의 경우, 비이상적인 초점 평면(656)에 의해 볼 수 있는 바와 같이, 초점 위치는 이상적인 초점 평면(652)으로부터 멀어지며 이동한다. 이 수차는 이에 제한되지는 않지만 흐릿함(blurring), 뿌연 현상(haziness), 초점이 맞지 않는 이미지 모양 등과 같은 이미지 왜곡을 야기할 수 있다.
구면(spherical) 수차는 광선 각도의 초점 위치의 이동을 야기한다. 주변 광선(marginal rays)은 근축(paraxial) 광선과 다른 높이에서 초점을 맞춘다. 구면 수차가 양인 일반적인 렌즈의 경우, 주변 광선이 근축 광선보다 렌즈에 더 근접하게 초점을 맞춘다. 구면 수차는 아래 도면에 도시된다.
도 12a는 이상적인 렌즈 초점 평면 환경의 일례를 나타낸 개략도이다. 환경(700)은 구면 수차가 없는 이상적인 렌즈 초점 평면을 도시한다. 환경(700)은 초점 평면(702), 주축(704), 주변 광선(들)(706) 및 근축 광선(들)(708)을 포함한다. 주축(704)은 렌즈의 중심(미도시)을 도시한다. 환경(700)에서 볼 수 있는 바와 같이, 구면 수차가 없는 이상적인 렌즈를 이용하면, 주변 광선(들)(706) 및 근축 광선(들)(708) 둘 모두가 동일한 위치에 초점을 맞춘다.
도 12b는 비-이상적인 렌즈 초점 평면 환경의 일례를 나타낸 개략도이다. 환경(750)은 구면 수차를 갖는 렌즈, 특히 양의 구면 수차를 갖는 전형적인 렌즈의 초점 평면을 도시한다. 환경(750)은 근축 초점 평면(752), 주변 초점 평면(754), 주축(756), 주변 광선(들)(758) 및 근축 광선(들)(760)을 포함한다. 주축(756)은 렌즈의 중심(미도시)을 도시한다. 환경(750)에서 볼 수 있는 바와 같이, 구면 수차를 갖는 렌즈는 초점 위치를 이동시킨다. 주변 초점 평면(754)은 근축 초점 평면(752)과 비교하면 렌즈 어셈블리에 더 가깝다. 광선 세트 각각에 대한 초점 위치의 이러한 이동은, 타깃의 캡처된 이미지에서 비정상을 야기할 수 있다. 예를 들어 이에 제한되지는 않지만, 흐릿함, 뿌연 현상, 초점이 맞지 않는 이미지 등을 야기한다.
광 프로파일 측정 시스템의 다양한 타깃에 대한 정확한 치수 정보를 얻기 위하여, 전술한 것과 같은 렌즈 수차 및 다른 형태의 렌즈 수차가 보정되어야 한다. 본 발명의 일 실시예는 식 9에 의해 예측되지 않은 타깃 구배(경사 또는 기울기)(gradient)를 갖는 변화를 갖는 것으로 입증되었다. 이 실시예에서, 이미징 시스템 렌즈는 알리아싱(aliasing) 효과를 억누르기 위하여 제어된 양의 구면 수차를 갖도록 설계되었다. 이 실시예에서, 타깃이 경사짐에 따라, 리턴 광(즉, 반사광)을 이미징 시스템 렌즈의 동공 밖으로 치워 버린다. 구면 수차 때문에, 중심은 타깃 경사에서 세제곱 조건으로 교란된다. 그러나 적어도 부분적으로 이런 문제를 보정하기 위하여 사후 보상을 적용하는 것이 가능하고, 따라서 높이 측정의 정확도를 향상시킨다. 방위각(azimuth) 벡터를 도입하여
식 10
여기서 이미징 시스템의 방위각은 λ이고, z 오차(errors)를 아래 식의 형태로 예상하고,
식 11
여기서 c는 특정 상수이고,
식 12
식 12는 v 방향에서 z의 도함수이다.
실제로, 식 12의 구배 계산에서 노이즈(noise)는 계산에 매우 해로운 영향을 미친다는 것을 알았다. 일부 저대역 필터링(lowpass filtering)이 필수적이었다. 처음에 보정된 이미지는 다음과 같이 계산되고,
식 13
그리고 보정된(r-s)는
식 14
여기서, (r-s)는 보정되지 않은 기하학적 변위이고, P3( )은 삼변량 삼차 다항식으로, 이는 광학 수차가 검출된 위치 이동 r-s에 미치는 영향을 설명한다:
식 15
이 계산은 편리하지만 저대역 필터링은 최종 이미지의 선명도를 떨어뜨렸다. 이 문제를 피하기 위하여, 저대역 필터링이 보정 계산에만 영향을 미치는 수정된 코드가 고안되었다:
식 16
거울 타깃을 이미징하는 광 프로파일 측정 시스템을 위한 중요한 응용 분야는 집적화된 수동 소자의 측정이다. 집적화된 수동 소자는 작고, 거울 상부를 갖는 직사각형 부품이다. 구배로부터 유도된 예측으로 발생했던 노이즈 및 집적화된 수동 소자 상부 표면의 평활도(smoothness)(즉, 거울 특성) 때문에, 이변량 다항식에 의해 집적화된 수동 소자를 모델링하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, z의 실제 타깃 경사의 함수로서 구면 수차 및 휨 측정 보정 모두를 모델링할 수 있다. 따라서 식 9는 아래와 같이 된다:
식 17
여기서 구면 수차 보정은 식 14의 삼변량 다항식에 해당한다.
교정의 역할은, 특히 거울 타깃을 이미징하는 광학 프로파일 측정 시스템에 필수적이다. 교정 방정식을 선형 시스템으로 설정하는 것이 바람직하다. 재구성 알고리즘을 얻기 위하여 식 17을 어떻게든 반전시켜야 한다는 반대 의견이 제기될 수 있지만, 명시적인(반복적이지 않은) 보정 모델을 선택함으로써, 교정 루틴에 맞는 선형 최소 제곱이 모든 반전을 처리시켜 모든 런타임 보정이 단일의 명시적 공식이 될 수 있도록 하는 것이 가능하다:
식 18
이 단일의 명시적 공식에서, P( )는 픽셀 좌표 및 방향 도함수의 변수의 삼변량 다항식이다. 첫 번째 조건은 거울 재구성을, 두 번째 조건은 구면 수차 보정을 처리한다.
전술한 렌즈 수차와 함께, 타깃에 대한 정확한 치수 정보를 얻는 데 영향을 줄 수 있는 다른 비-이상성은 동공의 비네팅 효과이다. 임의의 실제 광 프로파일 측정 시스템에서, 조사광 공급원은 타깃 상의 각 지점으로부터 나오는 광선 다발의 경계를 정의하는 개구수를 갖는다. 일반적으로, 경사지지 않은 타깃에 대해 조사광 공급원 동공의 중심이 이미징 시스템 동공의 중심과 교차하도록, 시스템이 정렬될 것이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 타깃이 경사지면 이런 정렬을 방해한다.
또한, 이미징 시스템은 고유한 개구수를 갖는다. 두 개의 개구수를 비교하면, 개구가 부분적으로 겹치는 상황이 있을 수 있다. 따라서, 개구는 비네팅 현상에서 광선 다발의 단면을 제한할 수 있다. 이것은 이미지 재구성을 복잡하게 하는데, 그 이유는 도 8 및 도 10에서 전술된 바와 같이, 광 프로파일 측정의 기본 기하학적 구조는 광선 다발의 중심이 타깃 경사의 정확히 두 배만큼 벗어난 것으로 가정하기 때문이다. 그러나, 비네팅을 사용하면, 광선 다발의 중심과 따라서 효과적인 삼각 측량 각도는 경사의 복잡한 함수가 된다. 원칙적으로, 이러한 이상치로부터의 벗어남(즉, 도 8 및 도 10에 기술된 것으로 가정된 기하 구조)은 교정 및 보상될 수 있다. 그러나 두 개구 함수의 에지가 날카롭기 때문에, 교정 곡선은 기울기 불연속성을 갖는다. 이러한 불연속성은 일반적인 다변량 다항식이 잘 적응되는 것을 방해한다.
본 발명의 일 실시예에서, 이러한 문제를 피하기 위하여, 하나의 동공은 다른 동공을 완전히 둘러싸야 한다(즉, 이미징 시스템의 동공이 조사광 공급원의 동공을 완전히 둘러싸거나 또는 그 반대임). 일 실시예에서, 조사광 공급원의 개구수는 이미징 시스템의 개구수보다 작다. 다른 실시예에서, 조사광 공급원의 개구수는 이미징 시스템의 개구수보다 크다. 다른 실시예에서, 조사광 공급원의 개구수와 이미징 시스템의 개구수는 동일하다.
또한, 프로파일 z를 유도하기 위하여 식 9를 푸는 것과 관련된 어려움이 있다. 이러한 문제점 하나는, (광 프로파일 측정 시스템의 응용에서 종종 그러하듯이) 작은 기능을 측정해야 하는 경우, 타깃 구배를 추정하는 기준선이 작다는 것이다. 이로 인해, 검출된 위상(z 높이 위치)에서의 작은 오차는 구배에서 큰 오차를 야기할 수 있고, 이는 식 9를 통해 재구성된 프로파일을 크게 혼란시킬 수 있다. 수치 분석 용어로, 문제는 좋지 않은 조건이라는 것이다. 즉, 입력 데이터의 작은 오차는 재구성에서 큰 오차를 초래한다.
이 문제를 피하는 한 가지 방법은, 복수 조사광 공급원-이미징 시스템 쌍으로 타깃을 관측하는 것이다. 전술한 바와 같이, 오직 단일 조사광 공급원-이미징 시스템 쌍을 사용하는 광 위상 프로파일 측정 시스템이 본 발명에 의해 완전히 고려되고 있다. 또한, 복수 조사광 공급원-이미징 시스템 쌍을 사용하는 광 위상 프로파일 측정 시스템도 본 발명에 의해 완전히 고려된다. 각 시스템은 타깃에 대해 정확한 치수 정보를 얻을 수 있지만, 각 시스템은 고유한 장점을 제공한다. 단일 쌍 시스템의 경우, 예를 들어 보다 효율적이고 보다 비용 효과적인 방식으로 (상기 기술 및 방법을 이용하여) 정확한 치수 정보를 얻을 수 있다. 단일 쌍만 사용하면, 다른 이점과 함께 설치가 쉽고, 제조 및 유지 관리 비용이 저렴하다. 특정 타깃(예, 이미지에 그림자를 드리울 수 있는 다양한 높이 치수를 갖는 부품을 갖는 타깃)의 경우, 복수 쌍을 사용하면, 예를 들어 여러 관점에서 타깃을 관측함으로써 (그림자와 연관된 문제를 줄여서) 유리할 수 있다.
임의의 방위각을 사용하여 복수 조사광 공급원-이미징 시스템 쌍으로 타깃을 관측하는 시스템에서, k 번째 쌍에 대한 식 9는 다음과 같이 된다:
식 19
여기서, v =[cos φ, sin φ ]이다. 전술한 바와 같이 다루기 힘든 기울기 조건은 식 19에서 방위각 벡터 vk로 표시된다. 방위각이 여러 개인 경우 구배 조건이 모든 구배에 대해 상쇄되도록 가중치 합계를 형성할 수 있다:
식 20
구배 조건이 없으면, 재구성은 상당히 단순화된다. 바람직한 상쇄는 다음의 경우 일어나며,
식 21
또는 wT V = 0 이다. 이것은 영-부분공간(null-subspace) 문제이고, V가 전체 행 랭크(row rank)가 아닌 경우 비자명 해결을 갖는다. 설명의 목적상, 세 개의 조사광 공급원-이미징 시스템 쌍을 사용하는 시스템에 대해 문제를 설명할 것이다:
식 22
v 행렬의 QR 인수분해를 계산하면, 다음 식을 얻는다:
식 23
여기서, ~는 0 이 아닌 어떤 요소를 나타낸다. 조건은 아래 식으로 만족되는 것으로 보이고 식 25를 유도한다:
식 24
식 25
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(800)은 조사광 공급원(802, 806, 810), 이미징 시스템(804, 808, 812), 광축(814, 816, 818) 및 타깃(820)을 포함한다. 시스템(800)은 세 개의 조사광 공급원-이미징 시스템 쌍의 광 프로파일 측정 시스템이다. 전술한 바와 같이, 이러한 시스템은 다수의 다양한 관점에서 타깃의 이미지를 캡처하도록 구성되는 점에서 유리하다. 이러한 방식으로, 이는 다른 장점과 함께, 예를 들어 그림자의 광학 효과를 줄일 수 있다. 시스템(800)의 정렬 기하 구조는 각각의 조사광 공급원이 다른 조사광 공급원으로부터 120도 정렬됨을 나타낸다. 유사하게, 각각의 이미징 시스템은 다른 것으로부터 120도 정렬된다. 별개의 조사광 공급원-이미징 시스템 쌍에 각각 대응하는 광축(814, 816 및 818)은, 각각의 조사광 공급원-이미징 시스템 쌍에 대한 렌즈 어셈블리의 초점 및 중심을 도시한다. 예를 들어, 광축(814)은 조사광 공급원(802)-이미징 시스템(804) 쌍에 대한 렌즈 어셈브리의 초점 및 중심에 대응한다. 타깃(820)은 거울 타깃이지만, 확산 타깃, 거울 표면과 확산 표면 또는 부품을 갖는 결합 타깃 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 수의 타깃을 포함할 수 있다.
시스템(800)의 기하학적 정렬은 가중치 조건(wk)이 모두 동일하게 된다. 시스템(800)에 도시된 정렬 기하 구조는 120도의 분리를 나타내지만, 다른 정렬 기하 구조도 고려된다. 이러한 시스템에 대한 유일한 요구 사항은, 동일한 방위각에 두 개의 이미징 시스템이 나타나지 않아야 하고, 조사광 공급원과 이미징 시스템이 거울 타깃을 이미징하도록 구성되어 있기 때문에, 조사광 공급원 방위각을 정의함으로써 반드시 이미징 시스템 방위각을 정의한다. 다시 말해서, 타깃의 거울 이미지를 획득하기 위하여, 두 개의 카메라 프로파일 측정 시스템에 대해, 이미징 시스템은 조사광 공급원으로부터 방위각 180도로 배치되어야 한다. 시스템(800)이 세 개의 조사광 공급원-이미징 시스템 쌍의 광 프로파일 측정 시스템으로서 나타나 있지만, 본 발명은 다른 쌍의 조합이 또한 광 프로파일 측정 시스템에 이용될 수 있음을 고려한다. 예를 들어, 이미징 시스템이 180도 떨어져 있는 한, 두 개의 조사광 공급원-이미징 시스템 쌍의 시스템이 또한 이용될 수 있다.
도 14a는 광 프로파일 측정 시스템 (800)의 일례를 나타낸 상면도이다. 시스템(800)은 조사광 공급원(802, 806, 810), 이미징 시스템(804, 808, 812), 광축(814, 816, 818) 및 타깃(820)을 포함한다.
도 14b는 광 프로파일 측정 시스템 (800)의 일례를 나타낸 사시도이다. 시스템(800)은 조사광 공급원(802, 806, 810), 이미징 시스템(804, 808, 812), 광축(814, 816, 818) 및 타깃(820)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 식 9에 대한 z 높이 노이즈의 영향을 피하는 다른 방법은, 상이한 초점 위치에서 두 번의 측정을 수행하는 것이다.
도 15a는 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(900)은 거울 타깃(906), 조사광(908), 반사광(910), 주 광선(922), 수용 광선(924), 초점 위치a(926), 이상적인 초점 평면(928), 스트라이크 지점(930, 932 및 934)을 포함한다. 조사광(908)은 조사광 공급원에 의해 투영되고 스트라이크 지점(930)에서 거울 타깃(906)을 타격한다. 조사광(908)은 그 다음 반사광(910)으로 표현된 바와 같이 이미징 시스템을 향해 반사된다. 반사광(910)은, 중심에서 이미징 시스템의 렌즈 어셈블리로 진입하는 광선을 나타내는 주 광선(922) 및 타깃(906)과 같이 경사를 갖는 타깃으로부터 탈축으로 반사된 광선의 방향을 나타내는 수용 광선을 포함한다. 초점 위치a(926)는 시스템(900) 중 이미징 시스템이 초점을 맞추는 평면을 나타낸다. 이상적인 초점 평면(928)은 전술한 바와 같이 이상적인 시스템에 대한 이상적인 초점 평면을 나타낸다.
발명의 설명상, 시스템(900) 중 이미징 시스템과 조사광 공급원은 그 기울기가 ms인 정렬을 갖지만 이에 제한되지 않는다. 도 15a에서 조사광(908)은 xta, zta 위치에서 거울 타깃(906)을 차단한다. 주 광선(922)은 xt, zt 위치에서 타깃(906)을 차단한다. 초점 위치a(926)는 높이 위치 za에 위치한다. 주 광선(922)과 수용 광선(924)은 xa, za 위치에서 초점 위치a(926)를 차단한다. 이상적인 초점 평면(928)은 높이 위치 z=0에 위치한다. 반사광(910)은 r 위치에서 이상적인 초점 평면(928)을 차단한다. 조사광(908)은 sa 위치에서 이상적인 초점 평면(928)을 차단하고, 수용 광선(924)은 기울기 mr을 갖는다. 거울 타깃(906)은 기울기 mt를 갖는다. 주 광선(922)의 위치는 x = r-msz에 의해 찾을 수 있다. 조사광(908)의 위치는 x = sa+msz에 의해 찾을 수 있다. 거울 타깃(906)의 위치는 x = xt + (z-zt)/mt에 의해 찾을 수 있다.
도 15b는 상이한 초점 위치에서 초점이 맞춰진 시스템(900)의 개략도이다. 도 15b의 시스템(900)은, 도 15b의 이미징 시스템이 초점 위치b(936)에 초점이 맞춰져 있는 것을 제외하고, 도 15a의 시스템(900)과 유사하다.
도 15b에서 조사광(908)은 xtb, ztb 위치에서 거울 타깃(906)을 차단한다. 주 광선(922)은 xt, zt 위치에서 거울 타깃(906)을 차단한다. 초점 위치b(936)는 높이 위치 zb에 위치한다. 주 광선(922)과 수용 광선(924)은 xb, zb 위치에서 초점 위치b(936)를 차단한다. 이상적인 초점 평면(928)은 높이 위치 z=0에 위치한다. 반사광(910)은 r 위치에서 이상적인 초점 평면(928)을 차단한다. 조사광(908)은 sb 위치에서 이상적인 초점 평면(928)을 차단한다. 수용 광선(924)은 기울기 mr을 갖는다. 거울 타깃(906)은 기울기 mt를 갖는다. 주 광선(922)의 위치는 x = r-msz에 의해 찾을 수 있다. 조사광(908)의 위치는 x = sb+msz에 의해 찾을 수 있다. 거울 타깃(906)의 위치는 x = xt + (z-zt)/mt에 의해 찾을 수 있다.
도 15a 및 도 15b로부터, 이미징 시스템은 기울기 mr을 갖고 타깃으로부터 반사된 광을 수용하는 것을 알 수 있다. 이 수용 광선은 이미징 시스템의 초점 위치(초점 평면)에서 주 광선과 교차한다(구면 수차 무시). 초점 위치a(926)의 경우, 이 교차점은 위치 xa, za에서 발생한다. 초점 위치b(936)의 경우, 이 교차점은 위치 xb, zb에서 발생한다. 수용 광선은, 초점 위치a(926)의 경우에 위치 xta, zta에서 그리고 초점 위치b(936)의 경우에 위치 xtb, ztb에서 타깃과 교차한다. xta, zta를 통과하는 조사광은 x = sa에서 이상적인 초점 평면을 교차한다. xtb, ztb를 통과하는 조사광은 x = sb에서 이상적인 초점 평면을 교차한다. 따라서, 이미징 시스템이 가변 초점 위치(예, 926, 936)에서 초점이 맞춰지는 경우, 가변 공급원 위치(예, sa 및 sb)를 찾는다.
시스템 작동시, 타깃 위치 zt 및 mt는 픽셀 r에 대해 측정된 공급원 위치 sa, sb에 기초하여 추정된다. 편의상 두 개의 변수, 두 개의 측정된 공급원 위치의 평균 및 이의 차이가 정의된다:
식 26
식 27
타깃 높이 및 타깃 경사는 아래 식에 의해 추출될 수 있다:
식 28
식 29
이 방법을 사용하면 렌즈 수차(예, 구면 수차) 높이 보정은, P(α, β, Δs)의 형태를 취한다. 이 인자는 식 28을 사용하여 zt 계산에 추가된다.
효율성 관심 측면에서, 두 초점 위치에 대하여 타깃에 대한 치수 정보를 동시에 얻는 것이 바람직하다. 이것은, 빔 스플리터와 두 대의 카메라를 포함하는 이미징 시스템을 사용하여 달성할 수 있다. 이러한 시스템은 아래 도면에 설명되어 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(1000)은 조사광 공급원(1002), 이미징 시스템(1004), 거울 타깃(1006), 조사광(1008), 반사광(1010), 주 광선(1011), 법선 벡터(1020), 반사각(1021), 입사각(1022), 초점 위치(1024) 및 초점 위치(1026)를 포함한다. 조사광 공급원(1002)은 조사광 발생기(1012)(예, 구조화 광 발생기), 공간 광 변조기(spatial light modulator(1013)(예, 디지털 마이크로미러 장치), 렌즈(1014), 개구(1016) 및 렌즈(1018)를 포함한다. 조사광 공급원(1002)은, 디지털 광 처리(digital light processing; DLP), 투과성(transmissive) 액정, LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 및 구조화 광 패턴을 투영하기 위한 임의의 다른 적절한 기술을 포함할 수 있다. 이미징 시스템(1004)은 렌즈(1028), 개구(1030), 렌즈(1032), 카메라(1034), 이미지 평면(1036), 카메라(1038), 이미지 평면(1040), 빔 스플리터(1042) 및 스플릿 빔(1044)을 포함한다. 시스템(1000)은, 각각 동일한 타깃(예, 1006)을 보고 동일한 렌즈 축을 공유하는 두 개의 카메라(예, 1034 및 1038)를 포함하는 텔레센트릭 렌즈 시스템을 포함한다.
조사광(1008)은 조사광 공급원(1002)에 의해 타깃(1006) 상에 투영되고, 이는 반사광(1010)으로 표현된 바와 같이 타깃(1006)으로부터 이미징 시스템(1004)을 향해 반사된다. 반사광(1010)이 이미징 시스템(1004)을 통과할 때, 이는 빔 스플리터(1042)에 도달한다. 빔 스플리터(1042)(50-50 빔 스플리터)는 카메라(1034 및 1038) 모두를 위한 광학 경로를 제공한다. 따라서, 반사광(1010)은, 카메라(1034)의 이미지 평면(1036) 및 카메라(1038)의 이미지 평면(1040) 모두에 의해 수용된다. 카메라(1034)의 이미지 평면(1036)은, 그 초점 위치가 초점 위치(1024)가 되도록 빔 스플리터(1042)에 대해 위치한다. 카메라(1038)의 이미지 평면(1040)은, 그 초점 위치가 초점 위치(1026)가 되도록 빔 스플리터(1042)에 대해 위치한다. 다시 말해서, 초점 위치(1024)와 일치하는 높이 위치에서의 타깃은 카메라(1034)에게 초점될 것이고, 초점 위치(1026)와 일치하는 높이 위치에서의 타깃은 카메라(1038)에게 초점될 것이다. 시스템(1000)의 병렬 캡처 타이밍은, 두 개의 상이한 초점 위치(예, 1024 및 1026)에서 타깃(1006)의 이미지를 동시에 획득할 수 있게 한다.
도 16에서, 조사광 공급원(1002)의 개구수(1016)는 이미징 시스템(1004)의 개구수(1030)보다 작은 것으로 나타나 있지만, 대안적인 실시예에서, 조사광 공급원의 개구수가 이미징 시스템의 개구수보다 더 큰 것도 본 발명에 의해 고려된다. 다른 실시예에서, 조사광 공급원 및 이미징 시스템 모두의 개구수는 동일하다.
복수의 초점 위치에 대해 타깃에 관한 치수 정보를 획득하기 위한 다른 기술은, 조절 가능한 부품을 갖는 광 프로파일 측정 시스템이다. 추가 캡처 시간이 허용되면, 조절 가능한 광 시스템을 사용하여 여러 초점 위치에 대해 타깃에 관한 치수 정보를 순차적으로 얻을 수 있다. 조절 가능한 광 시스템은 널리 다양한 높이에 배치된 타깃에 조정할 수 있다는 점에서 유리하다. 이러한 시스템은 아래에 설명되어 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(1100)은, 조절 가능한 렌즈 부품을 포함하는 점을 제외하고 시스템(1000)과 유사하다. 시스템(1100)은 조사광 공급원(1102), 이미징 시스템(1104), 거울 타깃(1106), 조사광(1108), 반사광(1110), 주 광선(1111), 법선 벡터(1120), 반사각(1121), 입사각(1122), 초점 위치(1124) 및 초점 위치(1126)를 포함한다. 조사광 공급원(1102)은 조사광 발생기(1112)(예, 구조화 광 발생기), 공간 광 변조기(1113)(예, 디지털 마이크로미러 장치), 렌즈(1114), 개구(1116) 및 렌즈(1118)를 포함한다. 조사광 공급원(1002)은, 디지털 광 처리(DLP), 투과성 액정, LCOS 및 구조화 광 패턴을 투영하기 위한 임의의 다른 적절한 기술을 포함할 수 있다. 이미징 시스템은, 렌즈(1128), 개구(1130), 조절 가능한 렌즈(1132), 카메라(1134), 이미지 평면(1136), 조절 장치(1138) 및 화살표(1140)로 나타낸 바와 같이 광축(1140)을 포함한다. 시스템(1100)은 텔레센트릭 렌즈 시스템을 포함한다.
도 17에서, 조사광 공급원(1102)의 개구수(1116)는 이미징 시스템(1104)의 개구수(1130)보다 작은 것으로 나타나 있지만, 대안적인 실시예에서, 조사광 공급원의 개구수가 이미징 시스템의 개구수보다 더 큰 것도 본 발명에 의해 고려된다. 다른 실시예에서, 조사광 공급원 및 이미징 시스템 모두의 개구수는 동일하다.
시스템(1100)은 이미징 시스템(1104)의 초점 길이를 조절함으로써 두 개의 상이한 초점 위치(예, 1124 및 1126)에서 거울 타깃(1106)의 이미지를 생성할 수 있다. 이러한 조절은 화살표(1140)로 표시한 바와 같이 광축(1140)을 따라 조절 장치(1138)로 렌즈(1132)의 위치를 조절함으로써 수행될 수 있다. 조절 장치(1138)는, 예를 들어 음성 코일 작동기(voice coil actuator) 또는 압전(piezo) 구동 작동기이거나, 또는 렌즈(1132)가 광축(1140)을 따라 이동할 수 있는 임의의 다른 적절한 기술일 수 있다. 타깃(1106)의 두 이미지는 이미지 캡처 사이에서 렌즈(1132)를 조절함으로써 두 개의 상이한 초점 위치(예, 1124 및 1126)에서 순차적으로 캡처될 수 있다.
또한, 도 17은 두 개의 초점 위치(예, 1124 및 1126)만을 도시하지만, 복수의 초점 위치가 달성될 수 있음이 고려된다. 이러한 시스템에 사용 가능한 초점 위치의 개수는 시스템의 가변 제약에 의해서만 제한된다. 예를 들어, 시스템(1100)에 이용 가능한 초점 위치의 개수는 조절 장치에 대한 조절 축의 치수로 제한되는 반면, 예를 들어 후술한 실시예에서, 초점 위치의 개수는 사용 가능한 곡률 조절의 양에 의해 제한된다.
다른 실시예에서, 조절 장치(1138)는 가변(variable) 초점 렌즈로 대체된다. 이러한 렌즈는 이미지 캡처 사이에서 그 형상을 변화시키는 전기 광학 렌즈를 포함할 수 있고, 따라서 초점 위치를 변화시킨다. 이러한 시스템에서, 렌즈의 곡률은 전류를 인가함으로써 조절된다.
다른 실시예에서, 초점 위치는 광 경로에 가변 파워 렌즈를 포함시킴으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 액체 렌즈 어셈블리는 이미징 시스템의 렌즈 어셈블리의 개구 근처에 포함될 수 있다. 이것은 렌즈의 확대에 거의 영향을 미치지 않고 초점 위치를 조절한다.
다른 실시예에서, 초점 위치는, 예를 들어 이미징 시스템에서 마지막 렌즈 다음의 어떤 지점에서, 광 경로에 삽입되는 글라스 판을 포함함으로써 조절될 수 있다. 다른 실시예에서 이미지 평면은 조절 가능할 수 있다. 다른 실시예에서, 전체 카메라 어셈블리는 조절 가능할 수 있다.
식 9에 대해 z 높이 노이즈의 효과를 피하기 위한 다른 기술은 타깃 이동을 포함한다. 각 피처(feature)가 동공 조사광 효과에 대해 변하지 않는 높이 z=0에 있도록 z 스테이지에 타깃을 장착하고 스테이지를 구동함으로써, 동공 조사광 효과에 대해 변하지 않는 높이 측정을 유도하기 위하여 재구성의 선형성을 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 거울 타깃에 대한 치수 정보를 획득하는 광 위상 프로파일 측정 시스템은, 필드 곡률 및 구면 수차와 같은 렌즈 수차에 민감하다. 따라서, 거울 타깃에 대한 정확한 치수 정보를 얻으려면, 광 위상 프로파일 측정 시스템은 이들 수차를 측정하고 그 영향을 보상해야 한다.
기존의 위상 프로파일 시스템(일반적으로 이미징 확산 타깃)은 기하 왜곡 및 텔레센트릭 오차를 유발하는 수차에 민감하지만 구형 수차 또는 필드 곡률에는 크게 민감하지 않다. 거울 타깃을 성공적으로 측정하기 위하여, 기존 수차뿐만 아니라 추가적인 수차(예, 구면 수차 및 필드 곡률)를 모두 측정하는 교정 방법이 필요하다. 이러한 방법을 아래에 설명한다.
본 발명에서 집합적으로 도 18로 지칭되는 도 18a 및 도 18b는 광 프로파일 측정 시스템을 위한 교정 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다. 방법(1200)은 교정 작업이 수행되는 블록(1205)에서 시작한다. 일반적으로, 교정 작업은 시스템의 일반적인 제조 공정(1206)의 일부로 시작한다. 교정 작업은 또한 일정 시간이 지난(1207) 후에 주기적으로 개시될 수 있거나, 교정 방법은 시스템 사용(1208) 또는 시스템 환경 조건의 변화(1209)와 같은 다른 요인에 기초할 수 있다. 예를 들어, 작업은 광 프로파일 측정 시스템에 결합된 제어 시스템에 의해 자동으로 수행될 수 있고, 이는 교정 방법을 개시하기 위하여 제어 신호를 생성한다. 작업은, 예를 들어 디스플레이 스크린, 컴퓨터, 제어 패드, 레버, 스위치 또는 사용자 또는 작업자 입력을 수신하는 임의의 다른 적절한 기술과 같은 사용자 인터페이스 상에 어떤 형태의 입력을 생성하는 사용자 또는 작업자에 의해 수동으로 수행될 수 있다. 교정 작업은 허용 가능한 값의 선택된(또는 달리 결정된) 범위와 같은 임계치(threshold)에 기초하여 수행될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 임계치는 사용자 또는 작업자의 선택일 수 있고, 이력 데이터에 기초하거나 또는 이미징되는 타깃의 특성 또는 임계치를 결정하기 위한 임의의 다른 적절한 기술에 기초하여 제조자 또는 시스템에 의해 결정될 수 있다. 교정 방법은 시간 간격(1209)에 기초하여 개시될 수 있고, 여기서 일정 시간이 경과 할 때마다 교정이 개시된다. 또는 교정 방법은 효율성, 사용자 또는 작업자의 요구, 시스템이 실행될 때마다 의무적으로 등과 같으나 이에 제한되지 않는 다른 요인에 기초하여 개시될 수 있다.
방법(1200)은 블록(1215)에서 계속되고, 테스트 거울 타깃의 전체 시야는 시스템 시야의 중앙에 배치되고, 테스트 타깃을 알려진 z 높이와 알려진 표면 구배 각도(팁 각도)에서 위치 조절할 수 있는 모션 시스템에 장착된다. 블록(1215)에서 테스트 타깃은, 시스템의 양(positive)의 최대 z 높이 및 양의 최대 표면 구배 각도 범위에서 초기 배치된다. 방법(1200)은 블록(1225)에서 계속되고, 여기서 테스트 거울 타깃은 시스템의 표면 구배 각도 범위 중 음(negative)의 한계로 이동된다. 방법(1200)은 블록(1235)에서 계속되고, 여기서 테스트 거울 타깃은 시스템의 z 높이 범위 중 음의 한계로 이동된다.
방법(1200)은 블록(1245)에서 계속되고, 여기서 테스트 거울 타깃의 높이 이미지가 생성된다. 방법(1200)은 블록(1255)에서 계속되고, 여기서 상기 생성된 높이 이미지와 알려진 z 위치의 차이 및 시스템 시야에서 각각의 x, y 위치에서 테스트 거울 타깃의 표면 구배 각도가 계산된다.
방법(1200)은 블록(1260)에서 계속되고, 여기서 시스템의 전체 z 높이 범위가 샘플링되었는지 여부가 결정된다. 만약 아니면, 방법(1200)은 블록(1266)에서 계속된다. 블록(1266)에서, 모션 시스템은 양의 z 높이 방향으로 증분되고(incremented), 타깃의 다음 이미지가 획득된다(블록(1245). 일단 z 높이 방향에서 전체 범위에 걸쳐 이미지가 획득되면, 방법(1200)은 블록(1267)에서 계속되고, 여기서 시스템의 전체 표면 구배 범위가 샘플링되었는지 여부가 결정된다. 만약 아니면, 방법(1200)은 블록(1265)에서 계속되고, 여기서 모션 시스템은 양의 표면 구배 각도 범위 방향으로 증분된다.
블록(1260)에서 전체 z 범위가 샘플링된 것으로 결정되면, 방법(1200)은 블록(1270)에서 계속되고, 여기서 상기 획득된 높이 이미지와 알려진 z 위치 사이의 차이 및 각각의 x, y 위치에서 테스트 거울 타깃의 표면 구배의 차이를 이용하여 각각의 x, y, z 에서 오차 및 표면 구배를 기술하는 최적 피팅 함수(p)가 계산된다.
방법(1200)은 블록(1280)에서 계속되고, 여기서 최적 피팅 함수(p)가 저장된다. 함수(p)는, 광 프로파일 측정시스템에 결합된 메모리 부품 같은, 특정 프로파일 측정 시스템과 연관된 메모리 부품에 저장될 수 있다.
도 18은 본 발명의 설명의 목적을 위한, 이에 제한되지 않는 특정 순서로 방법(1200)을 도시한다. 방법(1200)의 단계의 순서는, 방법(1200)의 목적에 영향을 미치지 않으면서 변경될 수 있음이 고려된다. 예를 들어, 블록(1215)에서, 테스트 타깃은 최대 음의 범위 또는 임의의 다른 알려진 위치에서 시작할 수 있고, 블록(1225)에서, 테스트 타깃은 임의의 방향에서(예, 음의 범위 또는 양의 범위를 향해) 임의의 알려진 위치로 이동할 수 있다. 순서는 결정적이지 않고, 방법(1200)의 목적을 위하여 테스트 타깃은 시스템의 양의 범위 및 음의 범위에 걸쳐 알려진 위치로 단지 이동할 필요가 있다. 유사하게, 블록(1265 및 1266)에서, 모션 시스템은 음의 방향으로, 또는 음의 방향과 양의 방향의 결합으로 이동할 수 있음이 고려된다. 순서는 결정적이지 않다. 이 방법의 목적을 위하여, 테스트 타깃은 시스템의 양의 범위와 음의 범위 전체에 걸쳐 이동해야 한다.
도 19는, 교정 오프셋을 사용하여 거울 타깃에 대응하는 이미지를 생성하는 방법의 일례를 나타낸 흐름도이다. 방법(1300)은 블록(1305)에서 시작되고, 여기서 테스트 거울 타깃의 높이 이미지의 생성이 개시된다. 방법(1300)은 블록(1310)에서 계속되고, 여기서 패터닝된 조사광 세트가 테스트 거울 타깃 상에 투영된다. 블록(1310)에서 조사광은 본 발명에 설명된 조사광 공급원(1311) 중 임의의 것에 의해 투영될 수 있다. 방법(1300)은 블록(1315)에서 계속되고, 여기서 패터닝된 조사광 세트의 이미지가 획득된다. 이러한 이미지는 본 발명에 설명된 임의의 이미징 시스템(1316)에 의해 획득될 수 있다.
방법(1300)은 블록(1320)에서 계속되고, 여기서 패터닝된 조사광 세트의 획득된 이미지를 사용하여 테스트 거울 타깃의 초기 높이 이미지가 계산된다. 방법(1300)은 블록(1325)에서 계속되고, 여기서 초기 높이 이미지는 표면 반사율에 의해 정의된 하위-영역(sub-regions)으로 분할되어 분할된 높이 이미지를 생성한다. 방법(1300)은 블록(1330)에서 계속되고, 여기서 분할된 높이 이미지에서 각각의 하위 영역에 대한 x, y 위치가 결정된다.
방법(1300)은 블록(1335)에서 계속되고, 여기서 교정 함수(p)(위에서 설명됨)를 사용하여, x, y 위치, 표면 구배 및 각각의 하위 영역의 측정된 높이에 기초하여 각각의 하위 영역에 대한 높이 교정 오프셋을 계산한다. 방법(1300)은 블록(1340)에서 계속되고, 여기서 각각의 하위 영역에 대해, 높이 보정 오프셋 및 각 하위 영역의 초기 높이가 최종 보정된 높이 이미지를 계산한다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 단순 블록도이다. 시스템(1400)은 조사광 공급원(들)(1402), 이미징 시스템(들)(1404), 전자 장치(1450), 정렬 기하 구조(1462), 전원(1464), 사용자 인터페이스(들)(1466) 및 원격 장치(들)(1468)를 포함한다.
조사광 공급원(들)(1402)은 조사광 발생기(들)(1412), 공간 광 변조기(들)(1413), 렌즈 어셈블리(1414), 개구(들)(1416), 하우징(1418), 전원(1420) 및 기타(1422)를 포함한다. 조사광 공급원(들)(1402)은 본 발명에 기술된 임의의 실시예를 포함할 수 있고, 단일 조사광 공급원 및 복수 조사광 공급원 시스템을 포함한다. 조사광 발생기(들)는 타깃 상에 투영될 조사광(예, 구조화되거나 패터닝된 조사광)을 생성하도록 구성된다. 조사광 발생기는, 구조화 광 발생기, 디지털 광 처리(DLP), 투과성 액정, LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 및 구조화 광 패턴을 투영하기 위한 임의의 다른 적절한 기술을 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(들)(1413)는 디지털 마이크로미러 장치를 포함할 수 있다.
렌즈 어셈블리(1414)는 조사광 공급원(1402)으로부터 타깃을 향해 조사광을 유도하도록 구성되고, 텔레센트릭 렌즈 어셈블리, 입사(entrance) 렌즈 및 출사(exit) 렌즈, 두 개 이상의 렌즈를 포함할 수 있고, 다양한 재질로부터 만들어진 렌즈는 폴리카보네이트, 플라스틱, 폴리머, 글라스, 액체 렌즈 재료 및 기타 적합한 재료를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 개구(들)(1416)는 조사광 공급원(1402)으로부터 조사광을 유도하도록 구성되고, 이미징 시스템(들)(1404)의 개구수보다 큰 개구수, 이미징 시스템(들)(1404)의 개구수보다 작은 개구수, 또는 이미징 시스템(들)(1404)의 개구수와 동등한 개구수를 포함할 수 있다.
하우징(들)(1418)은 조사광 공급원(들)(1402)의 몸체 및 조사광 공급원(들)(1402)의 하우스 부품을 한정하도록 구성된다. 하우징(들)(1418)은 플라스틱, 폴리머, 금속 또는 다른 적합한 임의의 재료를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 하우징(들)(1418)은 본 발명에 설명된 임의의 실시예, 예를 들어 도 14a 및 도 14b에 도시된 것을 포함할 수 있다. 기타(1422)는 타깃 상에 구조화 조사광을 투영하도록 조사광 공급원에 의해 사용되기 적절한 임의의 다른 부품을 포함할 수 있다.
이미징 시스템(들)(1404)은, 렌즈 어셈블리(1428), 개구(들)(1430), 카메라(들)(1414), 이미지 평면(들)(1414), 빔 스플리터(들)(1414), 조절 메커니즘(들)(1440), 하우징(들)(1444), 센서(들)(1446), 기타(1448)를 포함한다. 이미징 시스템(들)(1404)은, 타깃으로부터 반사되고 조사광 공급원(들)(1402)으로부터 투영된 조사광을 수용하도록 구성된다. 렌즈 어셈블리(1428)는 이미징 시스템(들)의 내부 구성 요소, 예를 들어 이미징 시스템(들)의 카메라(들)(1432), 이미지 평면(들)(1434), 및 빔 스플리터(들)(1444))향해 타깃으로부터 반사된 조사광을 유도하도록 구성되고, 텔레센트릭 렌즈 어셈블리, 입사 렌즈 및 출사 렌즈, 두 개 이상의 렌즈, 조절 가능한 렌즈 및 다양한 재질로 만들어진 렌즈를 포함할 수 있고, 렌즈들은 폴리카보네이트, 플라스틱, 폴리머, 글라스, 액체 렌즈 재료 및 임의의 다른 적절한 재료를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 개구(들)(1430)는 이미징 시스템(들)(1404)의 내부 구성 요소를 향해 타깃으로부터 반사된 조사광을 유도하도록 구성되고, 조사광 공급원(들)(1402)의 개구수보다 큰 개구수, 조사광 공급원(들)(1402)의 개구수보다 작은 개구수, 또는 조사광 공급원(들)(1402)의 개구수와 동등한 개구수를 포함할 수 있다.
카메라(들)(1432)는 조사광 공급원(들)(1402)에 의해 투영되고 타깃으로부터 이미징 시스템(들)(1404)을 향해 반사된 조사광을 수용하도록 구성된다. 카메라(들)(1432)는, 수용된 조사광에 기초하여 타깃의 이미지를 나타내는 센서 신호를 생성하도록 구성된 센서(들)(1446)를 포함할 수 있다. 이미지 평면(들)(1434)은 카메라(들)(1432)의 일부이고 카메라의 표면을 정의하며, 그 표면 위로 반사된 조사광은, 이미징 시스템(들)(1404)의 내부 구성 요소(예, 렌즈 어셈블리(1428), 개구(들)(1430), 빔 스플리터(들)(1436))를 통해 통과한 후, 초점이 맞추어진다. 빔 스플리터(들)(1444)는 반사된 조사광을 수용하고 반사된 광선 다발을 두 개 이상의 광선 다발로, 예를 들어 도 16에 설명된 바와 같은 빔 스플리터(예, 1042)로 분할하도록 구성된다.
조절 메커니즘(들)(1440)은, 렌즈 어셈블리(1428) 또는 이미징 시스템(들)(1404)의 다른 구성 요소의 위치 또는 특성을 변경하도록 구성된 장치이다. 조절 메커니즘(들)(1440)은 렌즈의 초점이 변경되도록(예, 1138) 렌즈의 위치를 변경하도록 구성된 기계 장치를 포함할 수 있다. 조절 메커니즘(들)(1440)은 초점 위치가 변경되도록 이미지 캡처 사이에서 그 형상을 변경시키는 전기-광학 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 시스템에서, 렌즈의 곡률은 전류를 인가함으로써 조절된다. 조절 메커니즘(들)(1440)은 가변 파워 렌즈, 예를 들어 액체 렌즈 어셈블리를 포함할 수 있다. 조절 메커니즘(들)은 이미지 평면(들)(1434)의 위치를 변경하도록 구성된 장치를 포함할 수 있다. 조절 메커니즘(들)은 카메라(들)(1422)의 위치를 변경하도록 구성된 장치를 포함할 수 있다. 조절 메커니즘(들)(1440)은, 이미징 시스템의 초점 위치가 변할 수 있는 임의의 다른 적절한 장치 또는 기술을 포함할 수 있다.
하우징(들)(1442)은, 이미징 시스템(들)(1404)의 몸체와 이미징 시스템(들)(1404)의 하우스 구성 요소를 정의하도록 구성된다. 하우징(들)(1442)은 플라스틱, 폴리머, 금속 또는 임의의 다른 적합한 재료를 포함하는 임의의 수의 재료를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 하우징(들)(1442)은 본 발명에서 설명된 임의의 실시예, 예를 들어 도 14a 및 도 14b에 도시된 것을 포함할 수 있다. 센서(들)(1446)는 수용된 조사광의 특성, 타깃 치수 정보, 캡처된 이미지 등을 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 임의의 수의 센서를 포함할 수 있다. 기타(1448)는 이미징 시스템(들)(1404)이 조사광을 수용하거나 타깃에 대한 치수 정보를 얻게 하도록 구성된 임의의 다른 적합한 구성 요소를 포함할 수 있고, 예를 들어 기타(1448)는 이미징 시스템의 광학 경로, 예를 들어 마지막 렌즈 이후의 어느 지점에 삽입된 글라스 판을 포함할 수 있고, 이미징 시스템(들)(1404)의 초점 위치를 조절한다.
전자 장치(150)는 통신 회로(1452), 프로세서(들)(1454), 제어기(들)(1456) 및 기타(1460)를 포함한다. 통신 회로(1452)는 시스템(1400)의 다른 구성 요소(예, 이미징 시스템(들)(1404) 및 조사광 공급원(들)(1402)) 뿐만아니라 외부 구성 요소(예, 사용자 인터페이스(들)(1466), 원격 장치(들)(1468) 및 디스플레이(들)(1470))와 통신하도록 구성된다. 프로세서(들)(1454)는 타깃에 대한 신호 및 다른 입력을 수신하고, 이들 신호 및 입력에 기초하여, 타깃에 대한 특성(예, 높이, 기울기, x, y 위치 등)을 결정하고 계산하도록 구성된다. 예를 들어, 이러한 프로세서는, 이미징 시스템(들)(1404)으로부터 획득된 이미지를 수신하고, 초기 높이 이미지를 계산하고, 높이 이미지를 하위 영역으로 분할하고, 각 하위 영역에 대한 x, y 위치를 결정하고, 각 하위 영역에 대한 표면 구배를 결정하고, 높이 보정을 계산하고, 도 19에 설명된 대로 보정된 높이 이미지를 계산하기 위하여, 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 결합을 통해 조정될 수 있다. 유사하게, 프로세서(들)(1454)는 본 발명에서 설명된 식을 계산하고 풀도록 구성된다.
제어기(들)(1456)는, 프로세서(들)(1454) 및 다른 구성 요소(예, 사용자 인터페이스(들)(1466))로부터 신호를 수신하고, 시스템(1400)의 구성 요소를 제어하는 제어 신호를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 제어기(들)(1456)는, 교정 프로세스를 개시할 필요성을 나타낸 출력을 프로세서(들)(1454)로부터 수신할 수 있다. 그 다음 제어기(들)(1456)는, 도 17에 설명된 바와 같이 이미징 시스템(들)(1404)이 테스트 거울 타깃의 이미지를 캡처하도록 제어 신호를 생성할 수 있다. 유사하게, 제어기(들)(1456)는 도 17에 설명된 바와 같이, 통신 회로(1452)가 메모리(1465)에서 프로세서(들)(1454)에 의해 계산된 보정 함수(p)의 설명을 저장하도록, 제어 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어기(들)(1454)는 시스템(1400)의 구성 요소를 제어할 필요성을 나타낸 입력을 사용자 인터페이스(들)(1466)로부터 수신할 수 있고, 예를 들어 조절 메커니즘(들)(1440)이 렌즈 어셈블리(1428)의 위치 또는 특성을 변경시키도록 제어 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어기(들)(1456)는, 일부 수신된 입력, 예를 들어 시스템(1400)이 교정을 필요로 하는 프로세서(들)(1454)로부터의 입력에 기초하여, 디스플레이(들)(1470)이 시스템(1400)에 관한 정보를 디스플레이하도록 제어 신호를 생성할 수 있다. 이러한 예에서, 제어기(들)(1456)는, 시스템(1400)의 상태를 나타낸 가시(visible) 상태 표시등을 켜거나 가청(audible) 경보를 설정하도록 제어 신호를 생성할 수 있다.
정렬 기하 구조(1462)는 시스템(1400)의 위치 및 정렬 구조이다. 정렬 기하 구조(1462)는 조사광 공급원(들)(1402) 또는 이미징 시스템(들)(1404)의 수직 또는 수평 위치를 포함할 수 있고, 기하 구조(1462)는 조사광 공급원(들)(1402) 또는 이미징 시스템(들)(1404)의 방위각 또는 광축을 포함할 수 있다. 기하 구조(1462)는 본 발명에 설명된 임의의 시스템, 방법, 기술 또는 실시예, 예를 들어 도 13 내지 도 14b에 설명된 정렬 기하 구조를 포함할 수 있다.
전원(1464)은 시스템(1400)의 구성 요소에 전력을 제공하도록 구성된다. 전원(1464)은 시스템(1400)의 구성 요소에 전력이 공급되도록 배터리, 또는 전기 회로로의 무선 연결 또는 임의의 다른 적절한 기술을 포함할 수 있다. 또한, 시스템(1400)의 개별 서브 시스템, 예를 들어 조사광 공급원(들)(1402), 이미징 시스템(들)(1404) 및 전자 장치(1450) 각각은 그들 자신의 전원(예, 배터리 또는 전자 회로에 대한 개별 연결)을 포함하여 서로 독립적으로 전원이 공급되도록 할 수 있다. 전원(1464)은 또한 이들의 임의 조합을 포함할 수 있다.
메모리(1465)는 데이터(예, 타깃에 대한 치수 정보, 계산, 결정, 명령 등) 및 교정 정보, 예를 들어 전술한 바와 같은 보정 함수(p)를 저장하도록 구성된다. 메모리(1465)는 RAM, ROM, 캐시, 동적 RAM, 정적 RAM, 플래시 메모리, 가상 메모리, 비디오 메모리, BIOS 또는 임의의 다른 적절한 형태의 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(1465)는 바람직하게는 시스템(1400)에 전기적으로 결합된다.
사용자 인터페이스(들)(1466)는, 예를 들어 시스템(1400)을 제어하기 위하여 사용자 또는 작업자 입력을 수신하도록 구성된다. 사용자 인터페이스(들)는 터치 스크린 디스플레이, 스위치, 레버, 전자 제어 보드, 버튼, 제어 보드, 또는 사용자 또는 작업자 입력을 수신하기 위한 임의의 다른 적절한 기술을 포함할 수 있다. 원격 장치(들)(1468)는, 유선 루프 상의 제어실 내의 컴퓨터와 같은 시스템(1400)에 전자적으로 연결되어 있지만 이로부터 원격인 장치를 포함할 수 있다. 원격 장치(들)(1468)는 또한 휴대용 장치, 랩탑, 태블릿, 오프 사이트(off-site) 컴퓨터와 같은 시스템(1400)에 무선으로 연결된 장치를 포함할 수 있다. 원격 장치(들)는 시스템(1400)에 관한 정보(예, 타깃에 대한 치수 정보, 성능 분석, 경고 및 통지 등)를 디스플레이, 수신 및 전송하도록 구성될 수 있다. 디스플레이(들)(1470)는 시스템(1400)에 관한 정보를 디스플레이하도록 구성된다. 디스플레이(들)(1470)는 스크린 디스플레이와 같은 가시적 디스플레이, 또는 시스템(1400)의 상태를 디스플레이하도록 구성된 등(예, 경고등)을 포함할 수 있다. 디스플레이(들)(1470)는 시스템 (1400)에 관한 정보를 전달하기 위하여 소리(예, 알람)를 발생시키도록 구성된 가청 디스플레이를 포함할 수 있다.
시스템(1400)이 위에서 설명되었지만, 본 발명에 설명된 시스템, 방법, 기술 및 실시예 중 어느 하나 및 전부가 시스템(1400)에 통합될 수 있는 것이 고려된다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 프로파일 측정 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다. 시스템(1500)은 조사광 공급원(1502), 이미징 시스템(1504), 거울 타깃(1506), 조사광(1508), 조사광 주 광선(1509), 반사광(1510), 반사광 주 광선(1511), 법선 벡터(1520), 반사각(1521) 및 입사각(1522)을 포함한다. 조사광 공급원(1502)은, 광 발생기(1512)(예, 구조화 광 발생기), 공간 광 변조기(1513)(예, 디지털 마이크로미러 장치), 렌즈(1514), 개구(1516) 및 렌즈(1518)를 포함한다. 조사광 공급원(1502)은, 디지털 광 처리(DLP), 투과성 액정, LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 및 구조화 광 패턴을 투영하기 위한 임의의 다른 적절한 기술을 포함할 수 있다. 이미징 시스템(1504)은 렌즈(1528), 개구(1530), 렌즈(1532), 카메라(1534) 및 이미지 평면(1536)을 포함한다. 시스템(1500)은 텔레센트릭 렌즈 시스템을 포함한다.
시스템(1500)은, 조사광 공급원 및 이미징 시스템의 개구수가 동일하다는 점을 제외하고, 본 발명에 개시된 이전 실시예와 유사하다. 동일한 개구수를 사용하면, 전술한 바와 같이, 거울 반사로 인한 높이 오차가 개구 사이에서 균형을 이루어 거울 반사 측정 오차를 최소화한다. 시스템(1500)은 예시적으로 하나의 카메라만으로 나타내지만, 시스템(1500)은 복수의 카메라를 포함할 수 있음이 고려된다. 또한, 시스템(1500)은 빔 스플리터 및 본 발명에 설명된 임의의 조절 메커니즘, 조절 기술, 조절 가능한 렌즈 어셈블리, 또는 조절 가능한 광학계를 포함할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항이 변경될 수 있음을 인식할 것이다. 더욱이, 본 발명의 실시예가 일반적으로 광 위상 프로파일 측정 시스템으로 설명되었지만, 본 발명에 설명된 기술, 방법 및 시스템은 임의의 개수의 광 프로파일 측정기 및 다른 광학 이미징 시스템을 이용해 실행 가능하다.

Claims (9)

  1. 테스트 타깃 상에 반복된 사인파형 세기 패턴을 갖는 패터닝된 조사광을 생성하도록 구성된 조사광 공급원;
    테스트 타깃 상에 패터닝된 조사광의 이미지를 획득하도록 구성된 제1 카메라;
    테스트 타깃 상에 패터닝된 조사광의 이미지를 획득하도록 구성되고, 공유 광축을 따라 제1 카메라와 동축으로 정렬된 제2 카메라; 및
    상기 조사광 공급원, 제1 및 제2 카메라에 결합되고, 패터닝된 조사광의 획득된 이미지에 기초하여 다른 초점 위치에서 테스트 타깃의 높이 이미지를 생성하도록 구성된 제어기를 포함하고;
    상기 제1 및 제2 카메라는 공유 광축을 따라 다른 위치에서 초점되도록 구성되고, 조사광 공급원 및 제1 및 제2 카메라의 공유 광축은, 제1 및 제2 카메라가 테스트 타깃상에 패터닝된 조사광의 거울 이미지를 획득하도록 테스트 타깃에 대해 정렬되는, 반사성 테스트 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 시스템.
  2. 테스트 타깃 상에 반복된 패턴을 갖는 패터닝된 조사광을 생성하도록 구성된 복수의 조사광 공급원;
    각각의 카메라가 다른 방위각으로부터 테스트 타깃 상에 패터닝된 조사광의 이미지를 획득하도록 구성된 복수의 카메라; 및
    상기 조사광 공급원과 카메라에 결합되고, 각각 거울상으로 정렬된 패턴 조사광 공급원과 카메라로부터 테스트 타깃의 틸트에 의하여 유도된 바이어스를 제거하는 가중치 합계를 사용하여 생성된 높이 이미지를 결합함으로써 테스트 타깃의 높이 이미지를 생성하도록 구성되는 프로세서를 포함하고;
    상기 조사광 공급원 및 카메라는, 적어도 하나의 카메라가 적어도 하나의 조사광 공급원으로부터 테스트 타깃 상에 패터닝된 조사광의 거울상 이미지를 획득하도록 테스트 타깃 및 서로에 대하여 정렬되는, 반사성 테스트 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 적어도 세 개의 카메라 및 적어도 세 개의 조사광 공급원을 포함하고, 각각의 카메라는 각각의 조사광 공급원 파트너를 갖도록 배치되고, 각각의 조사광 공급원으로부터 동일한 앙각(elevation angle)에 배치되고 180도 방위각으로 이격되고, 각각의 카메라 및 조사광 공급원 파트너는 카메라/프로젝터 쌍을 포함하는, 반사성 테스트 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 적어도 세 개의 카메라/프로젝터 쌍을 포함하고, 각각의 쌍은 테스트 타깃의 방위각 주위에 동등하게 이격되는, 반사성 테스트 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 시스템.
  5. 제1 시점으로부터 테스트 타깃 상에 반복된 사인파형 프린지 패턴을 갖는 패터닝된 조사광을 투영하는 단계;
    상기 투영된 패터닝된 조사광 이미지의 거울 반사를 명목상 얻기 위하여 위치된 제2 시점으로부터, 제1 초점 위치에서 테스트 타깃의 제1 세트의 프린지상 (fringe phase) 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 투영된 패터닝된 조사광 이미지의 거울 반사를 명목상 얻기 위하여 위치된 제2 시점으로부터, 제2 초점 위치에서 테스트 타깃의 제2 세트의 프린지상 이미지를 캡처하는 단계;
    상기 제1 및 제2 세트의 프린지상 이미지에 기초해서 반사성 테스트 타깃의 높이 이미지를 계산하는 단계를 포함하고; 그리고
    상기 제1 및 제2 세트의 프린지상 이미지는 2개의 카메라를 사용하여 획득되고, 카메라는 공통 광축을 공유하고 반사성 테스트 타깃에 대하여 2개의 다른 초점 위치에서 초점되도록 구성되는, 반사성 테스트 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 세트의 프린지상 이미지는 반사성 테스트 타깃과 이미징 시스템 사이의 거리가 높이 측정 축의 방향으로 변경된 후에 획득되는, 반사성 테스트 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세트의 프린지상 이미지는 반사성 테스트 타깃에 대하여 적어도 2개의 다른 초점 위치로 구성될 수 있는 가변 초점 길이 광학 시스템을 사용하여 획득되는, 반사성 테스트 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 방법.
  9. 제2항에 있어서, 상기 가중치 합계는 카메라의 방위각과 조사광 공급원의 복수의 조사각의 각각에 기초하는, 반사성 테스트 타깃의 3차원 높이 이미지를 생성하는 시스템.
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