KR20060091860A - Real-time confocal microscopy using dispersion optics - Google Patents

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KR20060091860A
KR20060091860A KR1020050012582A KR20050012582A KR20060091860A KR 20060091860 A KR20060091860 A KR 20060091860A KR 1020050012582 A KR1020050012582 A KR 1020050012582A KR 20050012582 A KR20050012582 A KR 20050012582A KR 20060091860 A KR20060091860 A KR 20060091860A
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Abstract

주사 장치에 따른 진동 문제, 신호 처리 문제, 측정기 단가 향상 문제 등을 해결하기 위한 것으로서, 주사 장치를 포함하지 않으면서 물체의 2차원 단면 영상을 실시간으로 획득할 수 있도록 한 분산 광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경에 관한 것으로, 일실시예에 따르면, 빛을 공급하는 광대역 광원과; 상기 광원에서 나온 빛을 집광하여 슬릿 개구 상에 조명하는 조명 광학계와; 상기 조명 광학계로부터 조명된 빛 중 슬릿 영역만을 통과시키는 슬릿 개구와; 상기 슬릿 개구를 통과한 빛을 평행광으로 만들어 주는 튜브 렌즈와; 상기 튜브 렌즈에서 나온 평행광을 파장에 따라 다른 각도로 진행하도록 만들어 주는 제1분산 광학계와; 상기 제1분산 광학계에서 나온 빛을 시편 상에 조명하는 대물 렌즈와; 상기 시편에서 반사되어 상기 슬릿 개구를 통과한 빛을 평행광으로 만들어 주는 제1결상 렌즈와; 상기 제1결상 렌즈를 통과한 평행광을 파장에 따라 다른 각도로 진행하도록 만들어 주는 제2분산 광학계와; 상기 제2분산 광학계에서 나온 빛을 결상하는 제2결상 렌즈와; 상기 제2결상 렌즈로부터 결상된 빛을 전기적인 신호로 바꾸어 주는 2차원 광전 검출기로 구성되어 달성된다.Real-time confocal using a distributed optical system to solve the vibration problems, signal processing problems, measuring unit cost improvement problems, etc. according to the scanning device to obtain a two-dimensional cross-sectional image of the object in real time without including the scanning device According to an embodiment, a microscope and a broadband light source for supplying light; An illumination optical system for collecting light from the light source and illuminating the light on the slit opening; A slit opening for passing only a slit region of light illuminated from the illumination optical system; A tube lens for converting light passing through the slit opening into parallel light; A first scattering optical system for making parallel light emitted from the tube lens to travel at different angles according to the wavelength; An objective lens for illuminating the light from the first scattering optical system on a specimen; A first imaging lens for reflecting light from the specimen and passing through the slit opening into parallel light; A second scattering optical system for making the parallel light passing through the first imaging lens to travel at different angles according to the wavelength; A second imaging lens for imaging light emitted from the second scattering optical system; It consists of a two-dimensional photoelectric detector for converting light formed from the second imaging lens into an electrical signal.

광학, 광원, 파장필터, 조명광학계, 광분할기, 대물렌즈, 튜브렌즈, 슬릿개구, 결 상렌즈, 2차원 광전검출기, 회절격자, 프리즘, 조명렌즈, 원통렌즈Optics, light source, wavelength filter, illumination optical system, light splitter, objective lens, tube lens, slit opening, imaging lens, 2D photodetector, diffraction grating, prism, illumination lens, cylindrical lens

Description

분산 광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경 {Real-time confocal microscopy using dispersion optics}Real-time confocal microscopy using dispersion optics

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited to.

도 1은 종래의 회전 디스크를 이용한 공초점 주사 현미경의 개략도.1 is a schematic diagram of a confocal scanning microscope using a conventional rotating disk.

도 2는 다중 핀홀 개구가 형성되어 있는 회전 디스크의 개략도.2 is a schematic representation of a rotating disk in which multiple pinhole openings are formed.

도 3은 슬릿 핀홀 개구가 형성되어 있는 회전 디스크의 개략도.3 is a schematic view of a rotating disk with slit pinhole openings formed therein.

도 4는 다중 개구를 이용한 공초점 주사 현미경에서 시편의 광축 방향 이동에 따른 튜브 렌즈에서 집광된 반사광의 영향을 보여주는 도면.4 is a view showing the effect of the reflected light collected from the tube lens according to the optical axis movement of the specimen in a confocal scanning microscope using multiple apertures.

도 5는 다중 개구를 이용한 공초점 주사 현미경과 단일 개구를 이용한 공초점 주사 현미경에 대하여 개구의 크기 증가에 따른 광축 방향 분해능의 변화 정도를 보여주는 그래프.FIG. 5 is a graph showing the degree of change in resolution in the optical axis direction with increasing aperture size for a confocal scanning microscope using multiple apertures and a confocal scanning microscope using a single aperture.

도 6은 빔 편향기를 이용하는 종래의 공초점 주사 현미경의 개략도.6 is a schematic diagram of a conventional confocal scanning microscope using a beam deflector.

도 7은 한 축으로 파장 코딩된 종래의 공초점 주사 현미경의 개략도.7 is a schematic representation of a conventional confocal scanning microscope wavelength coded in one axis.

도 8은 본 발명의 제 1 실시 형태를 도시한 도면.Fig. 8 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

도 9는 시편이 조명되는 형태를 보여주는 개략도.9 is a schematic view showing the form in which the specimen is illuminated.

도 10a,10b,10c는 실제로 시편을 관찰하는 경우 시편이 조명되는 모습과 2차원 광전 검출기에서 관찰되는 모습을 보여주는 개략도.Figures 10a, 10b, 10c is a schematic diagram showing the appearance of the specimen is illuminated and observed in the two-dimensional photoelectric detector when actually observing the specimen.

도 11은 프리즘에서 빛이 분산되는 것을 보여주는 개략도.11 is a schematic diagram showing light scattering in a prism.

도 12는 회절 격자에서 빛이 분산되는 것을 보여주는 개략도.12 is a schematic showing that light is scattered in a diffraction grating.

도 13은 VPH grating에서 빛이 분산되는 것을 보여주는 개략도.FIG. 13 is a schematic showing light scattering in a VPH grating. FIG.

도 14는 본 발명의 제 2 실시 형태를 도시한 도면.Fig. 14 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

도 15는 본 발명의 제 3 실시 형태를 도시한 도면.Fig. 15 shows a third embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 제 4 실시 형태를 도시한 도면.Fig. 16 shows a fourth embodiment of the present invention.

도 17은 본 발명의 제 5 실시 형태를 도시한 도면.17 shows a fifth embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110 : 프리즘110: prism

120 ; 반사회절격자120; Reflective grating

140 : 평광판140: flat plate

141 ; 편광 광분할기141; Polarized light splitter

142 : 파장판142 wave plate

150 : 원통렌즈150: cylindrical lens

160 : 조명렌즈160: illumination lens

170 : 제2슬릿개구170: second slit opening

801 : 광대역 광원801: Broadband Light Source

801 : 파장필터801: Wavelength Filter

803 : 조명 광학계803: Illumination Optical System

804 : 광분할기804: light splitter

805 : 슬릿 개구805: slit opening

806 : 튜브렌즈806: Tube Lens

807 : 제1분산광학계807: First Distributed Optical System

808 : 대물렌즈808: Objective Lens

809 : 시편809 Psalms

810 : 제1결상렌즈810: First imaging lens

811 : 제2분산광학계811: second dispersion optical system

812 : 제2결상렌즈812: Second imaging lens

813 : 2차원 광전검출기813: 2D photodetector

본 발명은 공초점 현미경을 주사 장치 없이 구성하여, 주사 장치의 존재에 따라 발생하는 진동 문제, 신호 처리 문제, 광손실 문제, 생산 단가 문제를 해결하면서 실시간으로 영상을 획득하기 위한 분산 광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경에 관한 것이다.The present invention configures a confocal microscope without a scanning device, and uses a distributed optical system to obtain an image in real time while solving a vibration problem, a signal processing problem, a light loss problem, and a production cost problem caused by the presence of the scanning device. It relates to a confocal microscope.

본 발명에 따른 분산 광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경은 반도체 웨이퍼의 결함 검사, LCD의 결함 검사등의 빠른 속도를 요구하는 검사에 응용될 수 있다.The real-time confocal microscope using the dispersion optical system according to the present invention can be applied to inspections requiring fast speeds such as defect inspection of semiconductor wafers, defect inspection of LCDs, and the like.

종래, 공초점 주사 현미경은 생의학 분야의 대상물을 관측하는데 많이 사용되고 있다. 광축 방향의 깊이 분별력이 뛰어나 시편 내부의 형상을 관찰할 수 있으며, 대상물의 3차원 형상을 얻을 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 공초점 주사 현미경은 기존의 광학 현미경에 비하여 수평 방향으로 높은 분해능을 가지기 때문에 최근에는 반도체 웨이퍼, 영상 출력 장치, 미세 패턴 등의 측정 및 검사에 많이 응용되고 있다.Conventionally, confocal scanning microscopy is widely used for observing objects in the biomedical field. Excellent depth discrimination in the optical axis direction can observe the shape of the specimen, and has the advantage of obtaining a three-dimensional shape of the object. In addition, confocal scanning microscopes have a higher resolution in the horizontal direction than conventional optical microscopes, and thus are recently applied to measurement and inspection of semiconductor wafers, image output devices, and fine patterns.

도 1은 종래의 닙코 디스크(Nipkow disk)를 이용한 공초점 주사 현미경의 개략도이다. 도시한 바와 같이 종래의 기술은 광원(1), 시준렌즈(2), 광분할기(3), 닙코 디스크(4), 모터(5), 튜브렌즈(6), 대물렌즈(7), 시편(8), 제1렌즈(9), 제2렌즈(10), 2차원광전검출기(11)로 구성되어 있다.1 is a schematic diagram of a confocal scanning microscope using a conventional Nipkow disk. As shown in the related art, a conventional light source 1, a collimating lens 2, a light splitter 3, a Nipco disk 4, a motor 5, a tube lens 6, an objective lens 7, a specimen ( 8), a first lens 9, a second lens 10, and a two-dimensional photoelectric detector 11.

광원(1)으로부터 나온 빛은 시준 렌즈(2)를 거치면서 평행광이 된다. 평행광은 광분할기(3)에서 반사되어 닙코 디스크(4)의 윗면을 조명하게 된다. Light emitted from the light source 1 becomes parallel light while passing through the collimating lens 2. The parallel light is reflected by the light splitter 3 to illuminate the upper surface of the Nipco disk 4.

이때 팁코 디스크(4)의 한 형태는 도 2와 같다. 도 2는 바늘 구멍 형태의 작은 개구(4a)가 디스크 상에 다수 분포하는 디스크의 형태를 보여주는 것으로, 평행빔이 디스크를 조명하는 경우 조명되는 영역 내에 있는 다수의 개구를 통과한 빛 만이 튜브 렌즈(6)쪽으로 진행할 수 있다. 조명 영역내에 있는 개구 각각을 통과한 빛은 회절 현상에 의해 다양한 각도를 가지고 전파되게 되어, 개구의 위치에 점광 원을 놓은 것과 같은 효과를 가져 온다. At this time, one form of the tip nose disk 4 is shown in FIG. FIG. 2 shows the shape of a disk with a large number of small openings 4a in the form of needle holes distributed on the disk, in which only light passing through the plurality of openings in the illuminated area when the parallel beam illuminates the disk (see Fig. 2). You can proceed to 6). Light passing through each of the openings in the illumination area is propagated at various angles by diffraction, which has the same effect as placing a point light source at the position of the opening.

튜브 렌즈(6)와 대물 렌즈(7)는 개구를 시편(8) 상에 결상하는데 이에 따라 시편의 관찰 영역 중 다수의 점 영역만이 조명되는 효과를 얻을 수 있다. 시편의 관찰 영역을 모두 조명하기 위해서는 개구의 위치를 변화시켜야 하는데 이를 위해서 닙코 디스크(4)를 모터(5)에 장착하여 그의 회전축 운동을 통해 디스크 상의 개구(4a)들이 이동하게 만들어 준다. The tube lens 6 and the objective lens 7 form an opening on the specimen 8, thereby obtaining the effect that only a plurality of point regions of the observation region of the specimen are illuminated. In order to illuminate all the viewing areas of the specimen, the position of the openings must be changed. For this purpose, the Nipco disk 4 is mounted on the motor 5 so that the openings 4a on the disk move through the rotational axis movement thereof.

시편(8) 상의 조명된 부분에서 반사된 빛은 대물렌즈(7) 및 튜브렌즈(6)를 통과하여 닙코 디스크(4)상에 결상된다. 이때 시편(8)이 대물 렌즈(7)의 초점 평면상에 있는 경우 반사광이 닙코 디스크(4) 상의 개구를 통과하게 되는 반면, 시편(8)이 대물 렌즈(7)의 초점 평면에서 벗어나 광축 방향으로 이동한 경우 반사광이 개구를 통과하기 못 하게 된다. 이를 통해서 공초점 효과를 얻을 수 있으며, 광축 방향으로 높은 분해능을 얻을 수 있다.Light reflected from the illuminated portion on the specimen 8 passes through the objective lens 7 and the tube lens 6 and forms an image on the nibco disk 4. In this case, when the specimen 8 is on the focal plane of the objective lens 7, the reflected light passes through the opening on the Nipco disk 4, while the specimen 8 deviates from the focal plane of the objective lens 7 in the optical axis direction. When moved to, the reflected light does not pass through the opening. Through this, confocal effect can be obtained and high resolution can be obtained in the optical axis direction.

개구를 통과한 반사광은 제1렌즈(9)와 제2렌즈(10)에 의해 2차원 광전검출기(11) 상에 결상된다. 모터(5)의 구동회전에 따라 광전검출기(11)상에 결상되는 점의 위치 또한 변하게 되어 2차원 광전검출기 전 영역에 광신호가 전달되게 되어 시편의 2차원 정보를 얻을 수 있게 된다.The reflected light passing through the opening is formed on the two-dimensional photodetector 11 by the first lens 9 and the second lens 10. The position of the point formed on the photodetector 11 also changes according to the driving rotation of the motor 5 so that an optical signal is transmitted to the entire area of the two-dimensional photodetector, thereby obtaining two-dimensional information of the specimen.

도 3은 닙코 디스크의 다른 형태를 보여준다. 도 3에 보여지는 디스크의 경우 표면에 곡선 형태의 개구(4b)를 가지고 있다. 이와 같은 개구를 이용하는 경우 조명광이 통과하는 영역이 선의 형태를 가지게 되고 이에 따라 시편 상에 대물 렌즈에 의해서 조명되는 영역 또한 선의 형태를 띄게 된다. 모터(5)의 구동 회전함에 따라서 시편을 조명하는 선이 이동하게 되고, 또한 2차원 광전검출기(11) 상에서 결상되는 선 또한 이동하게 되어 시편의 2차원 형상을 획득할 수 있다.3 shows another form of a Nipco disk. The disk shown in FIG. 3 has a curved opening 4b on its surface. In the case of using such an opening, the area through which the illumination light passes has a shape of a line, and thus the area illuminated by the objective lens on the specimen also has a shape of a line. As the motor 5 rotates, the line illuminating the specimen is moved, and the line formed on the two-dimensional photodetector 11 is also moved to obtain the two-dimensional shape of the specimen.

회전 디스크를 이용한 공초점 주사 현미경은 빔편향기를 이용하여 직렬 방식으로 영상을 획득하는 빔 편향 공초점 주사 현미경에 비해 높은 영상 획득 속도를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 측정 속도의 한계는 2차원 광전검출기의 영상 획득 속도에 의해 결정되며, 1초에 30장 정도의 영상을 획득하는 것이 일반적이고 최근에 와서는 2차원 광전검출기의 영상 획득 속도 향상에 따라 1초에 1000장의 영상을 획득할 수 있는 공초점 주사 현미경도 실현된 바가 있다.A confocal scanning microscope using a rotating disk has an advantage of obtaining a higher image acquisition speed than a beam deflecting confocal scanning microscope which acquires images in a serial manner using a beam deflector. The limit of the measurement speed is determined by the image acquisition speed of the 2D photodetector, and it is common to acquire about 30 images per second, and recently, the image acquisition speed of the 2D photodetector has been improved in 1 second. Confocal scanning microscopes capable of acquiring 1000 images have also been realized.

그러나 병렬 신호 처리를 위하여 시편 상의 한 점이 아닌 다수의 점 또는 넓은 영역을 조명하기 때문에 광축 방향의 분해능이 떨어진다는 단점이 있다. However, there is a disadvantage in that the resolution in the optical axis direction is lowered because it illuminates a plurality of points or a wide area instead of one point on the specimen for parallel signal processing.

도 4는 이러한 효과를 도시해서 보여주고 있다. 시편(8)이 대물 렌즈(7)의 초점 평면에 위치하는 경우 시편에서 반사된 빛이 튜브렌즈(6)에 의해 개구 상에 정확하게 집광되기 때문에 도 4의 (a)에서와 같이 다량의 빛이 개구를 통과하게 된다. 이런 경우 집광된 반사광이 이웃한 개구에는 어떤 영향도 주지 않는다.4 illustrates this effect. When the specimen 8 is located in the focal plane of the objective lens 7, since the light reflected from the specimen is condensed accurately on the opening by the tube lens 6, a large amount of light is emitted as shown in FIG. It will pass through the opening. In this case, the reflected reflected light does not have any effect on the neighboring openings.

그러나 시편이 대물 렌즈(7)의 초점 평면에서 벗어나 있는 경우 도 4의(b)에서 볼 수 있는 바와 같이 튜브렌즈(6)에 의해 집광된 빛이 조명광이 나왔던 개구에 정확하게 집광되지 못하고 광축 방향으로 이동된 위치에 집광되게 된다. 이런 경우 반사광이 조명광이 나왔던 개구 뿐만이 아니라 이웃한 개구도 통과하게 되어 공초점 원리에 따른 광축 방향의 분해능 향상 효과가 떨어지게 된다.However, when the specimen is out of the focal plane of the objective lens 7, as shown in FIG. 4B, the light collected by the tube lens 6 may not be correctly collected in the opening through which the illumination light is emitted. The light will be collected at the moved position. In this case, the reflected light passes through not only the opening from which the illumination light was emitted but also the adjacent opening, thereby reducing the effect of improving the resolution in the optical axis direction according to the confocal principle.

도 5는 단일 개구를 이용한 공초점 주사 현미경과 다중 개구를 이용한 공초 점 주사 현미경에 대하여 개구의 크기를 증가함에 따른 광축 방향 분해능의 변화 형태를 보여준다. 측정할 수 있을만한 범위의 광량을 얻기 위해서는 개구의 크기를 증가시키는 것이 필요한데, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 다중 개구를 이용한 공초점 주사 현미경의 경우는 개구의 크기가 증가함에 따라서 광축 방향의 분해능의 값이 증가하여 성능이 저하된다는 것을 알 수 있다.FIG. 5 shows the change in the optical axis direction resolution with increasing aperture size for a confocal scanning microscope using a single aperture and a confocal scanning microscope using a multiple aperture. It is necessary to increase the size of the aperture in order to obtain a light amount within the measurable range. As shown in FIG. 5, in the case of a confocal scanning microscope using multiple apertures, the resolution in the optical axis direction increases as the size of the aperture increases. It can be seen that the value of decreases and the performance decreases.

이와 같이 기존의 회전 디스크를 이용한 공초점 주사 현미경에서는 이웃한 개구에서 조명된 빛이 시편에서 반사되어 들어오는 것이 일종의 잡음으로 작용하게 되어 광축 방향으로 성능이 떨어지게 된다.As described above, in a confocal scanning microscope using a rotating disk, the reflection of light emitted from a neighboring opening from the specimen acts as a kind of noise, which degrades performance in the optical axis direction.

기존 발명의 또다른 문제로는 진동 문제와 샘플링 문제가 있다. 닙코 디스크(Nipkow disk)를 회전시키기 위하여 회전 운동을 하는 모터등이 필요한데 이는 전체 광학계에 진동에 의한 문제를 유발시킬 수 있다. 또, 영상 획득 속도가 높은 2차원 광전검출기를 사용하는 경우 닙코 디스크의 회전수가 충분하지 못하여 영상의 왜곡이 일어날 수 있다.Another problem of the existing inventions is a vibration problem and a sampling problem. In order to rotate the Nipkow disk, a motor for rotating motion is required, which may cause problems due to vibration in the entire optical system. In addition, when a two-dimensional photodetector having a high image acquisition speed is used, the rotation speed of the Nipco disk may not be sufficient, which may cause distortion of the image.

도 6은 종래의 공초점 주사 현미경의 개략도이다. 도시한 바와 같이, 종래의 공초점 주사 현미경(10)은 광원(12), 빔 공간 필터/확장 장치(14), 광분할기(16), 주사 장치(18), 대물 렌즈(20), 집광 렌즈(22), 바늘 구멍 개구(24) 및 광전 검출기(26)를 포함한다.6 is a schematic diagram of a conventional confocal scanning microscope. As shown, the conventional confocal scanning microscope 10 includes a light source 12, a beam space filter / expansion device 14, a light splitter 16, a scanning device 18, an objective lens 20, and a condenser lens. (22), a needle hole opening (24) and a photoelectric detector (26).

광원(12)에서 나온 빛은 빔 공간 필터/확장 장치(14)를 통과하여 평행광이 되고, 상기의 평행광은 광분할기(16)에서 반사되어 주사 장치(18)에 입사한다. 주사 장치에 의해 진행 방향이 바뀐 상기 평행광은 대물 렌즈(20)에 의해 시편(8)상 에 집광 된다. 상기 시편에서 반사 또는 형광되어 나온 빛은 상기 대물 렌즈(20), 상기 주사 장치(18)를 거쳐 상기 광분할기(16)를 통과하여 집광 렌즈(22)에 의해 바늘 구멍 개구(24)상에 집광된다. 이때, 시편(8)에서 반사 또는 형광되어 나온 빛 중에서 대물 렌즈(20)의 초평면(focal plane)에서 반사 또는 형광된 빛은 바늘 구멍 개구(24) 상에 초점을 맺게 되어 바늘 구멍 개구를 통과하여 광전 검출기(26)에 의해 측정된다. 초평면 외의 영역에서 반사 또는 형광되어 나온 빛은 바늘 구멍 개구의 앞 또는 뒤에 초점을 맺게 되어 빛의 많은 부분이 바늘 구멍 개구를 통과하지 못하고, 따라서 광전 검출기에서 측정되는 빛의 강도가 떨어지게 된다.Light from the light source 12 passes through the beam space filter / expansion device 14 to become parallel light, and the parallel light is reflected by the light splitter 16 and enters the scanning device 18. The parallel light whose direction of travel is changed by the scanning device is focused on the specimen 8 by the objective lens 20. Light reflected or fluoresced from the specimen passes through the objective lens 20 and the scanning device 18 and passes through the light splitter 16 to be focused on the needle hole opening 24 by the condenser lens 22. do. At this time, the light reflected or fluoresced in the focal plane of the objective lens 20 among the light reflected or fluoresced by the specimen 8 is focused on the needle hole opening 24 and passes through the needle hole opening. It is measured by the photoelectric detector 26. Light reflected or fluoresced in areas outside the hyperplane is focused in front of or behind the needle hole openings, so that a large portion of the light does not pass through the needle hole openings, thus reducing the intensity of the light measured by the photoelectric detector.

이와 같은 원리를 이용하여 대물 렌즈(20)의 초평면에서 나온 정보만을 얻을 수 있어 대상물 내부의 조직을 관찰할 수 있다. 또한, 초평면 상에 있더라도 초점에서 떨어진 점에서 나온 빛을 바늘 구멍 개구가 걸러내어 수평 방향으로의 분해능도 향상된다. Using this principle, only information from the hyperplane of the objective lens 20 can be obtained, so that the tissue inside the object can be observed. In addition, even if it is on the hyperplane, the needle hole opening filters out light emitted from the point away from the focus, thereby improving the resolution in the horizontal direction.

그러나, 바늘 구멍 개구(24)를 사용하는 공초점 주사 현미경(10)은 주사 장치(18)의 주사 속도의 한계 때문에 하나의 2차원 영상을 얻기 위해 많은 시간이 걸린다는 문제점이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 주사 장치에 음향 광학 굴절기(Acousto-optic deflector)를 사용하여 높은 측정 속도를 얻는 경우도 있으나 이 경우 신호 처리에 많은 계산 하중이 걸리게 되며, 반드시 컴퓨터가 필요하다는 단점을 가진다.However, the confocal scanning microscope 10 using the needle hole opening 24 has a problem that it takes a long time to obtain one two-dimensional image due to the limitation of the scanning speed of the scanning device 18. In order to solve this problem, a high measurement speed may be obtained by using an acoustic-optic deflector in the scanning device, but this requires a large computational load in signal processing and requires a computer. Have

도 7은 회절 격자 (Diffraction grating)를 이용하여 시편의 2차원 평면중 한쪽 방향을 색깔에 따라 코딩한 공초점 현미경(Spectrally-encoded confocal microscopy)의 개략도이다. 도시한 바와 같이 종래의 기술은 광섬유(71), 렌즈(72), 회절격자(73), 시편(74)으로 구성되어 있다.FIG. 7 is a schematic diagram of spectrally-encoded confocal microscopy, color-coded one direction of a two-dimensional plane of a specimen using a diffraction grating. FIG. As shown in the drawing, the prior art is composed of an optical fiber 71, a lens 72, a diffraction grating 73, and a specimen 74.

광섬유(71)의 끝단에서 나온 빛은 렌즈(72)에 의해 모아지게 된다. 이때 광섬유(71)에서 나오는 빛은 다양한 파장을 가지는 광대역(broad-band) 광원을 이용하게 된다. 회절 격자(73)는 빛의 파장에 따라서 1차빔이 진행하는 각도가 달라지기 때문에 도시된 바와 같이 파장1, 파장2, 파장 3의 빛이 시편 상에 각기 다른 점에 맺히게 된다. 이때 시편에서 반사된 빛은 다시 회절 격자(73)와 렌즈(72)를 통과하여 광섬유(71)의 끝단에 집광되고 집광된 빛은 광섬유의 다른쪽 끝단으로 전달된다. 이렇게 시편 평면에서 한 방향으로 파장이 다른 빛과 시편 상의 좌표를 매칭시킬 수 있어 매칭된 방향으로는 스캔을 하지 않아도 된다는 장점을 가진다.Light emitted from the end of the optical fiber 71 is collected by the lens 72. At this time, the light emitted from the optical fiber 71 uses a broad-band light source having various wavelengths. Since the angle of propagation of the primary beam varies according to the wavelength of light, the diffraction grating 73 forms light of wavelengths 1, 2, and 3 at different points on the specimen as shown. At this time, the light reflected from the specimen passes through the diffraction grating 73 and the lens 72 to be concentrated at the end of the optical fiber 71 and the collected light is transmitted to the other end of the optical fiber. In this way, it is possible to match the coordinates on the specimen with light having a different wavelength in one direction in the specimen plane, which has the advantage of not having to scan in the matched direction.

그러나 시편의 2차원 영상을 모두 획득하기 위해서는 광섬유의 끝단을 매칭된 방향과 수직인 방향(도 7에서 지면에 수직인 방향)으로 이송시키거나 광섬유(71)와 회절 격자(73) 사이에 빔 편향기를 장치하여 매칭되지 않은 방향으로 빛을 편향시켜야 한다. However, in order to acquire a two-dimensional image of the specimen, the ends of the optical fiber are transferred in a direction perpendicular to the matched direction (the direction perpendicular to the ground in FIG. 7) or beam deflection between the optical fiber 71 and the diffraction grating 73. A device must be installed to deflect the light in an unmatched direction.

이와 같이 이송부가 장착되게 되는 경우 이송부의 운동에 따른 시스템의 진동이 발생하게 되고, 이러한 진동은 측정의 신뢰성을 떨어뜨리는 요인으로 작용하게 된다. 또한 매칭된 방향으로 한 줄의 정보를 얻고 이에 수직인 방향으로 빔을 움직여가면서 직렬(serial)로 신호를 받아들여 처리하기 때문에 신호 처리에 시간이 걸려 영상 획득 속도를 떨어뜨리는 요인이 된다. 또, 사용되는 빔 편향기 또는 광섬유 이송 장치는 고가로서 측정 기기의 단가를 높이는 요인이 되기도 한다.When the conveying unit is mounted as described above, vibration of the system due to the movement of the conveying unit is generated, and the vibration acts as a factor that lowers the reliability of the measurement. In addition, since a single line of information is acquired in a matched direction and the beam is moved in a direction perpendicular to the direction, the signal is serially received and processed, which takes time to process the signal, thereby slowing down the image acquisition speed. In addition, the beam deflector or the optical fiber conveying apparatus used is expensive and may be a factor to increase the unit cost of the measuring device.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상기 주사 장치에 따른 진동 문제, 신호 처리 문제, 측정기 단가 향상 문제 등을 해결하기 위한 것으로서, 주사 장치를 포함하지 않으면서 물체의 2차원 단면 영상을 실시간으로 획득할 수 있도록 한 분산 광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and to solve the vibration problem, the signal processing problem, the measuring unit cost improvement problem, etc. according to the scanning device, 2 of the object without including the scanning device It is an object of the present invention to provide a real-time confocal microscope using a scattering optical system to obtain a dimensional cross-sectional image in real time.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,Specific means of the present invention for achieving the above object,

분산광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경에 있어서,In a real-time confocal microscope using a scattering optical system,

빛을 공급하는 광대역 광원과;A broadband light source for supplying light;

상기 광원에서 나온 빛을 집광하여 슬릿 개구 상에 조명하는 조명 광학계와;An illumination optical system for collecting light from the light source and illuminating the light on the slit opening;

상기 조명 광학계로부터 조명된 빛 중 슬릿 영역만을 통과시키는 슬릿 개구와;A slit opening for passing only a slit region of light illuminated from the illumination optical system;

상기 슬릿 개구를 통과한 빛을 평행광으로 만들어 주는 튜브 렌즈와;A tube lens for converting light passing through the slit opening into parallel light;

상기 튜브 렌즈에서 나온 평행광을 파장에 따라 다른 각도로 진행하도록 만들어 주는 제1분산 광학계와;A first scattering optical system for making parallel light emitted from the tube lens to travel at different angles according to the wavelength;

상기 제1분산 광학계에서 나온 빛을 시편 상에 조명하는 대물 렌즈와;An objective lens for illuminating the light from the first scattering optical system on a specimen;

상기 시편에서 반사되어 상기 슬릿 개구를 통과한 빛을 평행광으로 만들어 주는 제1결상 렌즈와;A first imaging lens for reflecting light from the specimen and passing through the slit opening into parallel light;

상기 제1결상 렌즈를 통과한 평행광을 파장에 따라 다른 각도로 진행하도록 만들어 주는 제2분산 광학계와;A second scattering optical system for making the parallel light passing through the first imaging lens to travel at different angles according to the wavelength;

상기 제2분산 광학계에서 나온 빛을 결상하는 제2결상 렌즈와;A second imaging lens for imaging light emitted from the second scattering optical system;

상기 제2결상 렌즈로부터 결상된 빛을 전기적인 신호로 바꾸어 주는 2차원 광전 검출기로 구성되어 달성된다.It consists of a two-dimensional photoelectric detector for converting light formed from the second imaging lens into an electrical signal.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제1 및 제2분산 광학계는 프리즘으로 구성될 수 있다.In addition, according to the present invention, the first and second scattering optical system may be composed of a prism.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제1 및 제2분산 광학계는 회절격자로 구성될 수 있다.In addition, according to the present invention, the first and second scattering optical system may be composed of a diffraction grating.

또한, 본 발명에 따르면, In addition, according to the present invention,

상기 광대역 광원과 상기 조명 광학계와의 사이에 배치된 편광판과; A polarizing plate disposed between the broadband light source and the illumination optical system;

상기 제1분산 광학계와 상기 대물 렌즈와의 사이에 배치된 파장판과;A wave plate disposed between the first scattering optical system and the objective lens;

상기 제1결상 렌즈와 상기 제2분산 광학계와의 사이에 배치된 편광판을 구비하고;A polarizing plate disposed between the first imaging lens and the second scattering optical system;

상기 조명광학계로부터 조명된 빛을 상기 슬릿개구와 결상렌즈로 각기 분할시키는 편광 광분할기가 포함된다.And a polarized light splitter for dividing the light illuminated from the illumination optical system into the slit opening and the imaging lens, respectively.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 조명광학계는 원통렌즈로 이루어질 수 있다.In addition, according to the present invention, the illumination optical system may be formed of a cylindrical lens.

또한, 본 발명에 따르면,In addition, according to the present invention,

상기 조명 광학계는 빛을 집광시키는 원통렌즈로 이루어지고,The illumination optical system is made of a cylindrical lens for condensing light,

상기 원통렌즈에 의해 집광된 슬릿 패턴을 평행광으로 만들어 주는 조명 렌즈와;An illumination lens for making the slit pattern collected by the cylindrical lens into parallel light;

조명 렌즈에서 나온 평행광을 슬릿 개구 상에 집광시켜주는 결상 렌즈가 더 포함된다.An imaging lens for condensing parallel light from the illumination lens onto the slit opening is further included.

또한, 본 발명에 따르면, In addition, according to the present invention,

상기 원통렌즈와 상기 조명렌즈와의 사이에 배치되어 원통렌즈에 의해 집광된 빛을 걸러주는 제2슬릿 개구가 더 포함될 수 있다.A second slit opening may be further disposed between the cylindrical lens and the illumination lens to filter light collected by the cylindrical lens.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 8은 발명의 실시예에 따른 공초점 현미경의 개략도이다.8 is a schematic diagram of a confocal microscope according to an embodiment of the invention.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명은 광대역 광원(801), 파장 필터(802), 조명 광학계(803), 광분할기(804), 슬릿개구(805), 튜브렌즈(806), 제1분산광학계(807)(dispersion optics), 대물렌즈(808), 제1결상렌즈(810), 제2결상렌즈(812), 제2분산 광학계(811), 2차원 광전 검출기(813)를 포함하고 있다.As shown in FIG. 8, the present invention provides a broadband light source 801, a wavelength filter 802, an illumination optical system 803, a light splitter 804, a slit opening 805, a tube lens 806, and a first dispersion. The optical system 807 (dispersion optics), the objective lens 808, the first imaging lens 810, the second imaging lens 812, the second scattering optical system 811, the two-dimensional photoelectric detector 813 is included. .

광대역 광원(801)에서 나오는 빛은 파장 필터(802)를 통과하면서 파장의 범위가 좁아진다. 파장의 범위가 지나치게 큰 경우 다양한 파장의 빛에 대하여 색수차가 발생하게 된다. 광대역 광원(801)의 파장 범위가 작은 경우는 광효율 향상을 위하여 파장 필터를 사용하지 않을 수도 있다. The light emitted from the broadband light source 801 passes through the wavelength filter 802 to narrow the wavelength range. If the wavelength range is too large, chromatic aberration occurs for light of various wavelengths. When the wavelength range of the broadband light source 801 is small, a wavelength filter may not be used to improve light efficiency.

파장 필터(802)를 통과한 빛은 조명 광학계(803)에 의하여 슬릿 개구(805) 상에 모아진다. 슬릿 개구(805)를 통과한 빛은 회절에 의하여 마치 슬릿 상의 각 점이 점 광원인 것처럼 진행하게 된다. 슬릿 개구(805)에서 초점 거리만큼 떨어져 있는 튜브 렌즈(806)는 슬릿을 통과한 빛을 도 8의 지면에 수직인 방향으로 다양한 각도로 진행하는 평행광으로 만들어 준다. Light passing through the wavelength filter 802 is collected on the slit opening 805 by the illumination optical system 803. Light passing through the slit opening 805 proceeds by diffraction as if each point on the slit is a point light source. The tube lens 806 spaced apart by the focal length from the slit opening 805 turns the light passing through the slit into parallel light traveling at various angles in a direction perpendicular to the ground of FIG. 8.

이 평행광 다발은 제1분산 광학계(807)에 입사하게 된다. 제1분산 광학계(807)는 빛의 파장에 따라서 서로 다른 각도로 진행하게 만들어 주는 광학계이다. 제1분산 광학계(807)에 입사하는 빛이 다양한 파장을 가지므로 파장이 서로 다른 빛들은 갈라져서 다른 각도로 진행하게 된다. 이렇게 갈라진 빛은 대물렌즈(808)에 의하여 시편 상에 집광되는데 이때 시편이 조명되는 패턴은 도 9와 같다. 특정 파장의 빛이 슬릿 모양으로 시편 상에 조명되고, 각기 다른 파장의 빛들이 슬릿의 길이 방향에 수직인 방향으로 서로 다른 영역을 슬릿 모양으로 조명하게 된다. 이와 같이 본 발명은 시편의 2차원 영역을 한 번에 조명하는 것을 특징으로 한다.This bundle of parallel lights is incident on the first scattering optical system 807. The first scattering optical system 807 is an optical system that makes the light traveling at different angles according to the wavelength of light. Since light incident on the first scattering optical system 807 has various wavelengths, light having different wavelengths splits and proceeds at different angles. The split light is condensed on the specimen by the objective lens 808, in which the pattern is illuminated as shown in FIG. Light of a specific wavelength is illuminated on the specimen in a slit shape, and light of different wavelengths illuminates different areas in a slit shape in a direction perpendicular to the length direction of the slit. As described above, the present invention is characterized by illuminating the two-dimensional area of the specimen at a time.

시편에서 반사된 빛은 대물렌즈(808)와 제1분산 광학계(807)를 통과하면서 하나로 합쳐지게 되고 튜브렌즈(806)에 의해 슬릿 개구(805) 상에 집광된다. 이때 대물렌즈(808)의 초점 평면에 시편이 놓여져 있는 경우에만 반사되어온 빛이 슬릿 개구(805)를 통과하고 초점 평면의 위나 아래에 시편이 놓여져 있는 경우에는 반사된 빛이 슬릿 개구(805)에 의해 많은 부분 제거되게 된다. 슬릿을 통과한 빛은 다시 제1결상 렌즈(810)에 의해 평행광의 다발이 되고 이는 제2분산광학계(811)에 입사하여 파장에 따라 지면에 수평인 방향으로 갈라지게 된다. 갈라진 빛은 제2결상 렌즈(812)에 의하여 2차원 광전검출기(813) 상에 초점을 맺게 된다. 만약 거울이 시편으로 사용되고 시편이 대물 렌즈의 초점 평면에 위치하고 있다면 2차원광전검출기(813) 상에서 관찰되는 상은 도 9 의 조명 패턴과 유사한 형태를 가지게 된다. The light reflected from the specimen passes through the objective lens 808 and the first scattering optical system 807 and merges into one and is focused on the slit opening 805 by the tube lens 806. At this time, the reflected light passes through the slit opening 805 only when the specimen is placed in the focal plane of the objective lens 808, and when the specimen is placed above or below the focal plane, the reflected light is reflected in the slit opening 805. Many parts are eliminated. The light passing through the slit again becomes a bundle of parallel light by the first imaging lens 810, which is incident on the second scattering optical system 811 and splits in a direction horizontal to the ground according to the wavelength. The split light is focused on the two-dimensional photodetector 813 by the second imaging lens 812. If a mirror is used as the specimen and the specimen is located in the focal plane of the objective lens, the image observed on the 2D photoelectric detector 813 has a shape similar to that of the illumination pattern of FIG. 9.

도 10a 내지 도 10c는 실제로 시편을 관찰하는 경우 볼 수 있는 조명 영역과 2차원 광전검출기 상에서 관찰되는 상을 보여준다. 도 10a와 같이 높이 단차를 가지는 시편(809)에서 윗면이 대물렌즈(803)의 초점 평면에 위치하는 경우 아랫면에서 반사되어온 신호는 슬릿 개구에 의하여 제거되어 그 광량이 매우 약하게 된다. 이때 시편 상에 조명되는 빛의 패턴은 도 10b와 같다. 따라서 도 10c와 같은 영상을 2차원 광전검출기(813)에서 관찰할 수 있게 된다.10A to 10C show an illumination region that can be seen when actually observing the specimen and an image observed on the two-dimensional photodetector. In the specimen 809 having a height step as shown in FIG. 10A, when the upper surface is located in the focal plane of the objective lens 803, the signal reflected from the lower surface is removed by the slit opening, and thus the amount of light is very weak. At this time, the pattern of light illuminated on the specimen is as shown in FIG. Accordingly, the image as shown in FIG. 10C may be observed by the 2D photodetector 813.

이와 같이 아무런 주사 장치 없이 시편의 영상을 얻을 수 있어 그 구성이 간단하며 신호 처리에 드는 비용과 시간을 줄일 수 있다. 또한 기존의 일반 광학 현미경과 동일하게 사용할 수 있으면서도, 기존의 광학 현미경보다는 분해능이 높은 영상을 얻을 수 있다는 강점을 가진다.In this way, the image of the specimen can be obtained without any scanning device, so the configuration is simple and the cost and time for signal processing can be reduced. In addition, it can be used in the same way as a conventional optical microscope, but has the advantage of obtaining a higher resolution image than a conventional optical microscope.

빛을 파장에 따라 각기 다른 각도로 진행시킬 수 있는 분상 광학계(807)는 다양한 방법으로 구현될 수 있다.The split optical system 807 that can propagate light at different angles according to the wavelength can be implemented in various ways.

도 11은 분산광학계(807)가 프리즘(110)으로 이루어진 경우를 보여준다. 도 11에 도시된 바와 같이 하나의 빛이 입사하는 경우에 빛이 다양한 각도로 갈라져서 출사하게 된다. 이는 프리즘(110)을 구성하는 물질의 굴절률이 파장에 따라 각기 다른 값을 가지기 때문에 굴절각의 차이가 생기기 때문이다.11 shows a case where the scattering optical system 807 is made of the prism 110. As shown in FIG. 11, when one light is incident, the light is split at various angles and emitted. This is because the refractive index of the material constituting the prism 110 has a different value depending on the wavelength, thereby causing a difference in refractive angle.

도 12는 회절 격자(grating)(120)를 사용하여 분산 광학계를 구성한 예이다. 도 12에 도시한 바와 같이 하나의 빛이 입사하는 경우 빛이 파장에 따라 다양한 각도로 갈라져서 출사하게 된다. 격자에 의해서 회절이 일어나는 경우 1차광의 진행각은 파장의 크기에 비례하므로 파장이 다른 빛은 각기 다른 방향으로 진행하게 된다.12 shows an example in which a scattering optical system is configured using a diffraction grating 120. As shown in FIG. 12, when one light is incident, the light is split at various angles according to the wavelength and is emitted. When diffraction occurs by the grating, the propagation angle of the primary light is proportional to the size of the wavelength, so light having different wavelengths proceeds in different directions.

도 13은 VPH (Volume Phase Holographic) 회절격자(grating)(130)를 이용하여 분산 광학계를 구성한 예이다. VPH 회절격자는 volume hologram을 이용하여 회절 격자를 제작한 것으로 1차광의 효율을 극대화한 것이다. 프리즘의 경우 파장에 따라 각도가 갈라지는 정도가 크지 않아 시편의 넓은 영역을 조명하기 위해서는 파장이 매우 넓은 광원을 필요로 하게 된다. 그러나 파장의 영역이 지나치게 넓은 경우 색수차가 발생하게 된다. 기존의 회절 격자의 경우 회절 격자간의 간격을 줄여서 1차광이 갈라지는 정도를 크게 만들 수 있으나 1차광에 대한 효율이 떨어진다는 단점이 있다. VPH grating을 파장의 변화에 따른 각도 변화를 크게 하면서 1차광의 효율을 증대시켰다는 장점이 있다.FIG. 13 shows an example in which a dispersion optical system is configured using a volume phase holographic (VPH) diffraction grating 130. VPH diffraction grating is a diffraction grating using volume hologram to maximize the efficiency of primary light. The prism does not have a large degree of angle divergence depending on the wavelength, and thus a light source having a very wide wavelength is required to illuminate a large area of the specimen. However, if the wavelength range is too wide, chromatic aberration occurs. Conventional diffraction gratings can reduce the gap between the diffraction gratings to increase the degree of primary light splitting, but have a disadvantage in that the efficiency of the primary light is poor. VPH grating has the advantage of increasing the primary light efficiency while increasing the angle change according to the wavelength change.

도 14는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 것이다. 도 14에서 도 8과 동일 또는 동등 부분은 동일부호를 사용한다. 도 14에서 파장 필터(802)와 조명 광학계(803) 사이에 편광판(140)을 사용하고, 광분할기 대신에 편광 광분할기(804)를 사용하였으며, 제1분산 광학계(807)와 대물 렌즈(808) 사이에 파장판(142)을 사용하고, 제1결상렌즈(810)와 제2분산 광학계(811) 사이에 편광판(143)을 사용한 것을 특징으로 한다.14 shows another embodiment of the present invention. In Fig. 14, the same or equivalent parts as those in Fig. 8 have the same reference numerals. In FIG. 14, a polarizing plate 140 was used between the wavelength filter 802 and the illumination optical system 803, and a polarization light splitter 804 was used instead of the light splitter. The first dispersion optical system 807 and the objective lens 808 were used. The wavelength plate 142 is used, and the polarizing plate 143 is used between the first imaging lens 810 and the second scattering optical system 811.

본 실시예는 슬릿 개구(805)에 입사하는 빛을 편광시켜서 슬릿 개구를 통과하지 못하고 반사된 빛이 2차원 광전 검출기(813)에서 검출되는 것을 방지한다. 슬릿 개구(805)에서 반사된 빛은 입사한 빛과 동일한 편광 상태를 가지므로 편광 광분할기(141)를 통과하지 못하고 반사된다. 따라서 슬릿 개구(805)면에서 반사된 빛은 2차원 광전검출기(813)에서 검출되지 않는다. This embodiment polarizes the light incident on the slit opening 805 to prevent the reflected light from passing through the slit opening and being reflected by the two-dimensional photoelectric detector 813. Since the light reflected from the slit opening 805 has the same polarization state as the incident light, it does not pass through the polarized light splitter 141 and is reflected. Therefore, light reflected from the slit opening 805 surface is not detected by the two-dimensional photodetector 813.

따라서 슬릿 개구(805)를 통과하고 튜브 렌즈(806), 분산 광학계(807), 대물렌즈(808)를 거쳐 시편(809)에 조명되고 반사된 빛은 파장판을 두 번 통과하게 되어 다시 슬릿 개구를 통과한 후 편광 광분할기(141)에서 반사되지 않고 통과되어 2차원 광전 검출기(813)에서 검출된다. 본 실시예는 슬릿 개구 평면상의 반사면, 각종 광학 부품에 의해 반사된 잡광의 영향을 줄일 수 있어 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다.Therefore, the light that passes through the slit opening 805 and is reflected and reflected on the specimen 809 through the tube lens 806, the scattering optical system 807, and the objective lens 808 passes through the wave plate twice, and thus the slit opening again. After passing through, the light is passed through the polarized light splitter 141 without being reflected and detected by the two-dimensional photoelectric detector 813. In this embodiment, the influence of the reflection surface on the slit opening plane and the light reflection reflected by various optical components can be reduced, so that the signal-to-noise ratio can be improved.

도 15는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 것으로 조명 광학계가 원통 렌즈 (Cylindrical lens)(150)로 구성된 것을 특징으로 한다. 원통 렌즈(150)를 이용하여 광원에서 나온 빛을 모아주는 경우 집광 효과가 한 방향으로만 발생하여 모인 부분에서의 빛이 슬릿의 모양을 가지게 된다. 이런 빛을 슬릿 개구(805)에 조명하는 경우 슬릿 개구를 통과하지 못하고 반사되는 빛의 양을 줄일 수 있어 광효율을 증대시킬 수 있으며 반사광에 의한 영상의 질 저하를 막을 수 있다는 장점이 있다.FIG. 15 shows another embodiment of the present invention, characterized in that the illumination optical system consists of a cylindrical lens 150. When the light from the light source is collected using the cylindrical lens 150, the light collecting effect is generated in only one direction so that the light at the collected portion has the shape of a slit. When the light is illuminated in the slit opening 805, the amount of light reflected without passing through the slit opening can be reduced, thereby increasing the light efficiency and preventing the degradation of the image due to the reflected light.

도 16은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 것으로 조명 광학계가 원통 렌즈(150), 조명 렌즈(160), 제1결상렌즈(810)로 구성된 것을 특징으로 한다. FIG. 16 illustrates another embodiment of the present invention, wherein the illumination optical system includes a cylindrical lens 150, an illumination lens 160, and a first imaging lens 810.

따라서 원통 렌즈(150)에 의해 슬릿의 형태로 집광된 빛을 다시 슬릿 개구 (805)상에 조명 렌즈(160)와 제1결상 렌즈(810)를 이용하여 결상하는 방식을 사용한다. 이때 조명 렌즈(160)를 통과한 빛은 각기 진행하는 방향이 다른 평행광의 다발이 되고 이것이 제1결상 렌즈(810)에 의해 슬릿 개구(805)상에 결상된다. 이와 같은 광학계를 이용하는 경우, 광분할기(804)를 통과하는 빛이 평행광이 되어 수렴광이나 발산광일때 발생 가능한 수차를 제거할 수 있다는 장점을 가진다.Therefore, the light collected in the form of a slit by the cylindrical lens 150 is imaged again using the illumination lens 160 and the first imaging lens 810 on the slit opening 805. At this time, the light passing through the illumination lens 160 is a bundle of parallel light, each traveling direction is different, which is formed on the slit opening 805 by the first imaging lens 810. In the case of using such an optical system, the light passing through the optical splitter 804 becomes parallel light and has an advantage of eliminating aberrations that may occur when the light is converged or diverged.

도 17은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 것으로 조명 광학계가 원통 렌즈(803), 제2슬릿 개구(170), 조명 렌즈(160), 제1결상 렌즈(810)로 구성된 것을 특징으로 한다.FIG. 17 illustrates another embodiment of the present invention, wherein the illumination optical system includes a cylindrical lens 803, a second slit opening 170, an illumination lens 160, and a first imaging lens 810.

따라서 원통 렌즈(800)에 의해 슬릿의 형태로 집광된 빛 중 제2슬릿 개구(170)를 통과한 빛 만이 조명 렌즈(160)와 제1결상 렌즈(810)를 통하여 슬릿 개구(805) 상에 조명되게 된다. 제2슬릿 개구(170)를 통과한 빛 만을 슬릿 개구 상에 조명하기 때문에 슬릿 개구 상에서 반사된 빛이 없어 잡광에 의한 영상의 질 저하를 막을 수 있다는 장점이 있다.Therefore, only the light passing through the second slit opening 170 among the light collected in the form of slit by the cylindrical lens 800 is on the slit opening 805 through the illumination lens 160 and the first imaging lens 810. Will be illuminated. Since only the light passing through the second slit opening 170 is illuminated on the slit opening, there is no light reflected on the slit opening, thereby preventing the deterioration of the image due to the light.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

상술한 바와 같이 본 발명의 분산 광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경에 따르면, 주사 장치가 전혀 없이 공초점 현미경을 구성함으로써 (1)주사 장치가 존재함에 따른 진동 문제를 없애고, (2)고가의 빔 편향 장치, 신호 처리 장치를 사용하지 않음으로써 측정기 제작 단가를 줄일 수 있으며, (3)신호 처리에 따른 시간 지연이 전혀 없이 고속으로 영상을 얻을 수 있다는 장점을 가진다. 또한 (4)주사 장치가 전혀 없어 소형화가 용이하다는 장점을 가진다.As described above, according to the real-time confocal microscope using the dispersion optical system of the present invention, by constructing a confocal microscope without a scanning device at all, (1) eliminating vibration problems due to the presence of a scanning device, and (2) expensive beam deflection. By not using the device or the signal processing device, the manufacturing cost of the measuring device can be reduced, and (3) the image can be obtained at high speed without any time delay caused by the signal processing. In addition, (4) there is no scanning device, so it is easy to miniaturize.

따라서 본 발명은 고속으로 고분해능 측정을 요구하는 반도체 생산 라인에서의 검 사 공정, LCD 생산 라인에서의 검사 공정등에 응용될 수 있으며 응용될 경우 (1)생산 단가 및 생산 시간을 단축시키며 (2)전수 검사를 통해 고부가가치 제품의 품질을 향상시킬 수있다. 또한 (4)소형화를 통화여 접근이 어려운 부분의 관찰에도 널리 응용될 수 있다.Therefore, the present invention can be applied to the inspection process in the semiconductor production line, the inspection process in the LCD production line that requires high resolution measurement at high speed, and when applied, (1) shorten the production cost and production time and (2) Inspection can improve the quality of high value-added products. (4) Miniaturization can be widely applied to the observation of parts that are difficult to access by currency.

Claims (7)

분산광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경에 있어서,In a real-time confocal microscope using a scattering optical system, 빛을 공급하는 광대역 광원(801)과;A broadband light source 801 for supplying light; 상기 광원(801)에서 나온 빛을 집광하여 슬릿 개구 상에 조명하는 조명 광학계(803)와;An illumination optical system 803 for collecting light emitted from the light source 801 and illuminating it on the slit opening; 상기 조명 광학계(803)로부터 조명된 빛 중 슬릿 영역만을 통과시키는 슬릿 개구(805)와;A slit opening (805) for passing only a slit region of light illuminated from the illumination optical system (803); 상기 슬릿 개구(805)를 통과한 빛을 평행광으로 만들어 주는 튜브 렌즈(806)와;A tube lens 806 for converting light passing through the slit opening 805 into parallel light; 상기 튜브 렌즈(806)에서 나온 평행광을 파장에 따라 다른 각도로 진행하도록 만들어 주는 제1분산 광학계(807)과;A first distributed optical system 807 which makes the parallel light emitted from the tube lens 806 proceed at different angles according to the wavelength; 상기 제1분산 광학계(807)에서 나온 빛을 시편 상에 조명하는 대물 렌즈(808)와;An objective lens 808 for illuminating the light from the first scattering optical system 807 on the specimen; 상기 시편에서 반사되어 상기 슬릿 개구(805)를 통과한 빛을 평행광으로 만들어 주는 제1결상 렌즈(810)와;A first imaging lens 810 reflecting light from the specimen and passing through the slit opening 805 into parallel light; 상기 제1결상 렌즈(810)를 통과한 평행광을 파장에 따라 다른 각도로 진행하도록 만들어 주는 제2분산 광학계(811)와;A second scattering optical system 811 for making the parallel light passing through the first imaging lens 810 proceed at different angles according to the wavelength; 상기 제2분산 광학계(811)에서 나온 빛을 결상하는 제2결상 렌즈(812)와;A second imaging lens 812 for imaging light emitted from the second scattering optical system 811; 상기 제2결상 렌즈(812)로부터 결상된 빛을 전기적인 신호로 바꾸어 주는 2차원 광전 검출기(813)로 구성된 것을 특징으로 하는 분산광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경.Real-time confocal microscope using a distributed optical system, characterized in that consisting of a two-dimensional photoelectric detector (813) for converting the light formed from the second imaging lens (812) into an electrical signal. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2분산 광학계(807,811)는 프리즘(110)으로 구성된 것을 특징으로 하는 분산광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경.The first and second distributed optical system (807,811) is a real-time confocal microscope using a distributed optical system, characterized in that consisting of a prism (110). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2분산 광학계(807,811)는 회절격자(120)로 구성된 것을 특징으로 하는 분산광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경.The first and second distributed optical system (807,811) is a real-time confocal microscope using a scattering optical system, characterized in that consisting of a diffraction grating (120). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광대역 광원(801)과 상기 조명 광학계(803)와의 사이에 배치된 편광판(140)과;A polarizing plate 140 disposed between the broadband light source 801 and the illumination optical system 803; 상기 제1분산 광학계(807)와 상기 대물 렌즈(803)와의 사이에 배치된 파장판(841)과;A wave plate 841 disposed between the first dispersion optical system 807 and the objective lens 803; 상기 제1결상 렌즈(810)와 상기 제2분산 광학계(811)와의 사이에 배치된 편광판(842)을 구비하고;A polarizing plate (842) disposed between the first imaging lens (810) and the second scattering optical system (811); 상기 조명광학계(803)로부터 조명된 빛을 상기 슬릿개구(805)와 결상렌즈(810)로 각기 분할시키는 편광 광분할기(804)가 포함된 것을 특징으로 하는 분산광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경.And a polarized light splitter (804) for dividing the light illuminated from the illumination optical system (803) into the slit opening (805) and the imaging lens (810), respectively. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 조명광학계(803)는 원통렌즈(150)로 이루어진 것을 특징으로 하는 분산광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경.The illumination optical system 803 is a real-time confocal microscope using a distributed optical system, characterized in that consisting of a cylindrical lens 150. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 조명 광학계(803)는 빛을 집광시키는 원통렌즈(150)로 이루어지고,The illumination optical system 803 is made of a cylindrical lens 150 for condensing light, 상기 원통렌즈(150)에 의해 집광된 슬릿 패턴을 평행광으로 만들어 주는 조명 렌즈(160)와;An illumination lens 160 for making the slit pattern collected by the cylindrical lens 150 into parallel light; 조명 렌즈(160)에서 나온 평행광을 슬릿 개구(805) 상에 집광시켜주는 결상 렌즈(810)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 분산광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경.Real time confocal microscope using a scattering optical system, characterized in that it further comprises an imaging lens 810 for condensing parallel light from the illumination lens 160 on the slit opening (805). 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 원통렌즈(803)와 상기 조명렌즈(160)와의 사이에 배치되어 원통렌즈 (803)에 의해 집광된 빛을 걸러주는 제2슬릿 개구(170)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 분산광학계를 이용한 실시간 공초점 현미경.And a second slit opening 170 disposed between the cylindrical lens 803 and the illumination lens 160 to filter the light collected by the cylindrical lens 803. Real time confocal microscope.
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