KR20030056971A - 3차원 형상/표면조도 측정장치 - Google Patents

3차원 형상/표면조도 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 형상/표면조도 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동부에 의해 상하로 미세 이동하는 대물렌즈의 이동량을 특정파장대의 광을 수광하는 것에 의해 그 이동량을 획득할 수 있도록 구성함으로써 대물렌즈의 직진도에 무관하게 상기 대물렌즈에 의한 3차원 형상/표면조도의 측정이 이루어질 수 있도록 하고, 이로인해 기기의 신뢰성 확보 및 측정의 정확성을 기할 수 있도록 한 3차원 형상/표면조도 측정장치에 관한 것이다.
본 발명은 제1 렌즈(212), 제2 렌즈(213), 제3 렌즈(214)를 통과한 광원(211)의 백색광을 전반사 미러(215)를 통해 광분할기(216)로 인가되게 되고, 상기 광분할기(216)로 인가된 백색광은 대물렌즈(217)와 기준면(218) 및 광분할기(216)를 통해 측정물(P)로 조사되어 간섭을 일으키게 하며, 이 간섭무늬는 결상렌즈(220)를 통해 CCD카메라(221)로 촬상하여 3차원 형상을 측정할 수 있도록 구성됨에 있어서,
상기 광분할기(216)와 결상렌즈(220) 사이에 특정 파장대만 반사시키는 제1 반사필터(1)가 경사 설치되고, 상기 대물렌즈(217)의 상부측에는 대물렌즈(217)와 동일 광축을 이루면서 연동되는 특정 파장대의 제2 반사필터(2)가 수평 설치되며, 상기 제1 반사필터(1) 및 제2 반사필터(2)의 광축과 직각을 이루는 광축 상의 제1 반사필터(1) 측방에 레이저 간섭계(3)가 구비되어 상기 레이저 간섭계(3)의 발광 및 제1 반사필터(1) 및 제2 반사필터(2)를 통한 수광에 의해 대물렌즈(217)의 이동량을 감지할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 형상/표면조도 측정장치{Tree demensional shape/surface illumination measuring apparatus}
본 발명은 3차원 형상/표면조도 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동부에 의해 상하로 미세 이동하는 대물렌즈의 이동량을 특정파장대의 광을 수광하는 것에 의해 그 이동량을 획득할 수 있도록 구성함으로써 대물렌즈의 직진도에 무관하게 상기 대물렌즈에 의한 3차원 형상/표면조도의 측정이 이루어질 수 있도록 하고, 이로인해 기기의 신뢰성 확보 및 측정의 정확성을 기할 수 있도록 한 3차원 형상/표면조도 측정장치에 관한 것이다.
도 2는 일반적인 광학식 치수/형상/표면조도 측정장치의 전체 구성을 나타낸 사시도로서, 키보드(111)와 마우스(112)를 통해 설정되는 측정방식에 따라 측정장치를 제어 및 운영하는 제어/운영부(113)에 측정결과를 가시적으로 출력하는 모니터(114)와 프린터(115)가 각각 연결되어 있다.
또한 측정물(P)의 2차원 및 3차원 형상을 측정하는 측정유니트(116)가 상기 제어/운영부(113)에 접속되어 있는데, 상기 측정유니트(116)의 제어기 본체(117)에는 제진대(118), 석정반(119), X-Y테이블(120), 틸트테이블(121)이 순차적으로 적층되어 있으며, 상기 석정반(119)의 일측에 고정된 지지대(122)에는 측정물(P)의 형상측정에 이용되는 광학장치가 내장된 프로브(123)가 상하방향으로 유동가능하게 장착되어 있다.
상기 프로브(123)에는 측정물(P)의 2차원 치수측정을 위한 제1 광학계(124)와 3차원 형상/표면조도 측정을 위한 제2 광학계(200)가 장착되어 있는 것으로서, 상기 제2 광학계(200)는 도 3에 도시된 바와 같다.
이에 도시된 바와 같이 3차원 형상/표면조도 측정을 위한 제2 광학계(200)는대물렌즈(217)와 기준면(218) 및 광분할기(219)가 제어기 본체(117)에 장착된 측정물(P)을 향하도록 터렛(125)을 회동시키게 된다.
이와같이 터렛(125)을 회동시킨 상태에서 측정장치가 구동되면 상기와 마찬가지로 광원(211)에서 출사된 백색광이 제1 렌즈(212), 제2 렌즈(213), 제3 렌즈(214) 및 전반사 미러(215)를 통해 광분할기(216)로 인가된다.
이와같이 광분할기(216)로 인가된 백색광은 대물렌즈(217)와 기준면(218) 및 광분할기(219)를 통해 측정물(P)로 조사되는데, 이때 상기 기준면(218)은 대물렌즈(217)에 의해 집광된 광에 대한 기준광속을 형성하고, 상기 광분할기(219)는 측정물(P)의 형상/표면조도의 측정을 위한 측정광속을 형성하게 된다.
상기와 같이 형성된 기준광속과 측정광속이 기준면과 측정면에 각각 입사되고, 그 복수의 광속이 다시 기준면과 측정면에 의해 반사되며 간섭을 일으키게 된다. 이때 간섭무늬를 결상렌즈(220)를 통해 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(221)로 촬상하면 측정물(P)의 3차원 형상을 측정할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기 대물렌즈(217)는 구동부(222)에 의해 상.하 미소 이동되고, 상기 구동부(222)에 포함된 센서(미도시됨)에 의해서 그 이동량을 감지하게 된다.
그러나 상기 제2 광학계(200)로 이루어진 종래의 3차원 형상/표면조도 측정장치는 상기 대물렌즈(217)가 직진상태로 이동하는 경우에만 구동부(222)의 센서가 그 이동량을 정확히 감지하고, 대물렌즈(217)가 일측으로 기울어진 경우에는 상기 센서에 의한 상기 대물렌즈(217)의 이동량 감지가 정확하게 이루어지지 않고 오차범위가 크게 발생됨으로써 측정의 부정확성으로 인한 기능 상실을 초래하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 창안된 것으로서, 그 목적은 구동부에 의해 상하로 미세 이동하는 대물렌즈의 이동량을 특정파장대의 광을 수광하는 것에 의해 그 이동량을 획득할 수 있도록 구성함으로써 대물렌즈의 직진도에 무관하게 상기 대물렌즈에 의한 3차원 형상/표면조도의 측정이 이루어질 수 있도록 하고, 이로인해 기기의 신뢰성 확보 및 측정의 정확성을 기할 수 있도록 하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈를 통과한 광원의 백색광을 전반사 미러를 통해 광분할기로 인가되게 되고, 상기 광분할기로 인가된 백색광은 대물렌즈와 기준면 및 광분할기를 통해 측정물로 조사되어 간섭을 일으키게 하며, 이 간섭무늬는 결상렌즈를 통해 CCD카메라로 촬상하여 3차원 형상을 측정할 수 있도록 구성됨에 있어서, 상기 광분할기와 결상렌즈 사이에 특정 파장대만 반사시키는 제1 반사필터가 경사 설치되고, 상기 대물렌즈의 상부측에는 대물렌즈와 동일 광축을 이루면서 연동되는 특정 파장대의 제2 반사필터가 수평 설치되며, 상기 제1 반사필터 및 제2 반사필터의 광축과 직각을 이루는 광축 상의 제1 반사필터 측방에 레이저 간섭계가 구비되어 상기 레이저 간섭계의 발광 및 제1 반사필터 및 제2 반사필터를 통한 수광에 의해 대물렌즈의 이동량을 감지할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한 3차원 형상/표면조도 측정장치가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 형상/표면조도 측정장치의 광학계 구성을 보인 개략도.
도 2는 일반적인 광학식 2차원 및 3차원 형상 측정장치의 전체 구성을 보인 사시도.
도 3은 종래의 3차원 형상/표면조도 측정장치의 광학계 구성을 보인 개략도.
*도면의주요부분에대한부호의설명
1:제1 반사필터 2:제2 반사필터
3:제3 반사필터 211:광원
212,213,214:제1,2,3 렌즈 215:전반사 미러
216,219:광분할기 217:대물렌즈
218:기준면 220:결상렌즈
221:CCD카메라 222:구동부
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 구성을 실시예에 따라 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 형상/표면조도 측정장치의 광학계 구성을 보인 개략도로서, 이 3차원 형상/표면조도 측정장치는 통상에서와 같이 광원(211)의 하부측으로 제1 렌즈(212), 제2 렌즈(213), 제3 렌즈(214) 및 전반사 미러(215)가 수직의 동일 광축을 이루며 순차 배치 및 설치되고, 그 광축과 직각을 이루는 방향으로 광분할기(216)가 배치되어 있으며, 상기 광분할기(216)의 상하로 CCD카메라(221) 및 결상렌즈(220)와 대물렌즈(217) 및 기준면(218), 광분할기(219)가 순차 배열된 것으로 광학계를 구성한다.
그리고 상기 광원(211)에서 출사된 백색광은 제1 렌즈(212), 제2 렌즈(213), 제3 렌즈(214) 및 전반사 미러(215)를 통해 광분할기(216)로 인가되고, 상기 광분할기(216)로 인가된 백색광은 대물렌즈(217)와 기준면(218) 및 광분할기(219)를 통해 측정물 조사되는데, 이때 상기 기준면(218)은 대물렌즈(217)에 의해 집광된 광에 대한 기준광속을 형성하고, 상기 광분할기(219)는 측정물(P)의 형상/표면조도의 측정을 위한 측정광속을 형성하게 된다.
이 기준광속과 측정광속은 기준면과 측정면에 입사되고, 그 복수의 광속이 다시 기준면과 측정면에 의해 반사되며 간섭을 일으키게 되는데, 이때 간섭무늬를 결상렌즈(220)를 통해 CCD카메라(221)로 촬상함으로써 측정물(P)의 3차원 형상을 측정할 수 있도록 하고 있다.
이러한 3차원 형상/표면조도 측정장치에 있어, 본 발명은 상기광분할기(216)와 결상렌즈(220) 사이와, 이의 하부측 대물렌즈(217)의 상부측에 각각 특정 파장대만 반사시키는 제1 반사필터(1)와 제2 반사필터(2)가 구비되고, 상기 제1 반사필터(1)와 제2 반사필터(2) 간의 광축에 대해 직각을 이루는 방향의 제1 반사필터(1) 측방으로 레이저 간섭계(Laser Interferomete)(3)가 구비된다.
이때 상기 제1 반사필터(1)는 상기 레이저 간섭계(3)에서 조사된 수평의 레이저광을 하부측 제2 반사필터(2) 측으로 수직 반사시킬 있도록 45도 경사진 형태로 설치되고, 상기 제2 반사필터(2)는 대물렌즈(217)와 동일 광축을 이루며 수평방향으로 설치됨과 아울러 상기 대물렌즈(217)와 연동될 수 있게 구성된 것을 특징으로 한다.
다음은 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 상세히 설명한다.
우선, 3차원 형상/표면조도를 측정하는 과정은 종래와 동일하므로 생략하고, 여기서는 대물렌즈(217)의 이동량 검출을 위한 작용에 대해서만 설명하기로 한다.
레이저 간섭계(3)에서 광이 조사되면 이 레이저 광은 광분할기(216)와 결상렌즈(220) 사이에 45도 경사지게 구비된 제1 반사필터(1)로 인가되고, 이 인가된 광은 다시 상기 제1 반사필터(1)에 의해 하부측에 수평 설치된 제2 반사필터(2) 측으로 인가된다.
이렇게 제2 반사필터(2) 측으로 인가된 광은 다시 상기 제2 반사필터(2)에 의해 특정파장대의 광만 제1 반사필터(1) 측으로 반사시키게 되고, 상기 제1 반사필터(1) 측으로 인가된 광은 다시 제1 반사필터(1)에 의해 레이저 간섭계(3) 측으로 수광됨으로써 이의 광값으로 대물렌즈(217)의 이동량을 획득할 수 있게 되는 것이다.
즉, 대물렌즈(217)가 구동부()에 의해 상하로 이동되면 제2 반사필터(2)도 함께 연동하면서 위치가 변동되는데, 이때 레이저 간섭계(3)에서 조사된 후 제1 반사필터(1) 및 제2 반사필터(2)를 통해 반사되어 수광되는 광값은 상기 제2 반사필터(2)의 위치변화에 따른 특정파장대의 광을 수광하는 것에 의해 서로 다른 광값으로 이동량을 획득할 수 있게 되는 것이다. 그리고 그 이동량으로 구동부(222)를 구동시키는 것에 의해 기준위치의 복귀 및 보정이 이루어지게 되는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 구동부에 의해 상하로 미세 이동하는 대물렌즈의 이동량을 특정파장대의 광을 수광하는 것에 의해 그 이동량을 획득할 수 있도록 구성함으로써 대물렌즈의 직진도에 무관하게 상기 대물렌즈에 의한 3차원 형상/표면조도의 측정이 이루어질 수 있도록 하고, 이로인해 기기의 신뢰성 확보 및 측정의 정확성을 기할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 제1 렌즈(212), 제2 렌즈(213), 제3 렌즈(214)를 통과한 광원(211)의 백색광을 전반사 미러(215)를 통해 광분할기(216)로 인가되게 되고, 상기 광분할기(216)로 인가된 백색광은 대물렌즈(217)와 기준면(218) 및 광분할기(219)를 통해 측정물(P)로 조사되어 간섭을 일으키게 하며, 이 간섭무늬는 결상렌즈(220)를 통해 CCD카메라(221)로 촬상하여 3차원 형상을 측정할 수 있도록 구성됨에 있어서,
    상기 광분할기(216)와 결상렌즈(220) 사이에 특정 파장대만 반사시키는 제1 반사필터(1)가 경사 설치되고, 상기 대물렌즈(217)의 상부측에는 대물렌즈(217)와 동일 광축을 이루면서 연동되는 특정 파장대의 제2 반사필터(2)가 수평 설치되며, 상기 제1 반사필터(1) 및 제2 반사필터(2)의 광축과 직각을 이루는 광축 상의 제1 반사필터(1) 측방에 레이저 간섭계(3)가 구비되어 상기 레이저 간섭계(3)의 발광 및 제1 반사필터(1) 및 제2 반사필터(2)를 통한 수광에 의해 대물렌즈(217)의 이동량을 감지할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한 3차원 형상/표면조도 측정장치.
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