KR20090028981A

KR20090028981A - 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법

Info

Publication number: KR20090028981A
Application number: KR1020070094167A
Authority: KR
Inventors: 박진무; 류호철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-09-17
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2009-03-20

Abstract

본 발명은 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 수준의 미세한 영역의 온도를 측정하기 위한 것이다. 이를 위하여 탐침에 반사되어 광 검출부에 수광되는 제1광을 방출하는 제1 광원과 상기 제1광과 다른 파장의 제2 광을 시료에 조사하는 제2 광원, 상기 광 검출부로 상기 제1광에 상응하는 파장 대역의 광을 통과시키는 대역통과 필터 및 상기 시료의 표면 온도에 상응하는 상기 탐침의 변형을 측정하여 상기 시료의 온도를 측정하는 온도 측정부를 포함한다. 이를 통하여 신뢰성있는 미세 단위의 온도 측정 장치와 그 방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.

온도 측정, 탐침, 파장, 대역 통과 필터, 렌즈의 온도 측정

Description

온도 측정 장치 및 온도 측정 방법{Apparatus and method for measuring temperature}

본 발명은 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 수준의 미세한 영역의 온도를 측정하기 위한 것이다.

광학 기술을 이용하는 다양한 종류의 광학 장치가 개발되고 있고, 현재 개발되는 광학 장치는 고밀도의 집속화를 지향하고 있다. 예를 들면, 데이터를 기록하거나 재생하는 기록 매체의 경우에도 최근 압축 기술의 발달과 고화질의 데이터를 원하는 수요자의 요구에 상응하여 블루레이(Blue-ray)를 이용하거나 근접장(Near field)을 이용하는 기술이 개발되고 있다. 상기 근접장을 이용하는 기술에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이 대물 렌즈(1) 외에 NA를 높여주기 위한 방안으로 고굴절률 렌즈(2)를 이용하는 경우가 있다. 여기서 도 1은 근접장을 이용하는 기록 재생 장치에 구비되는 대물 렌즈(1)와 고굴절률 렌즈(2)의 일 예를 기록 매체(3)와 함께 도시한 개략적 측단면도이다. 이와 같은 광학 장치에서는 데이터를 기록 매체에 기록하거나 재생하기 위하여 레이저와 같은 광원을 사용하므로 열에 의한 신뢰성 문제가 야기될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 기록 재생 장치의 경우, 고굴절률 렌즈(2)의 표면에 광이 포커싱되므로, 광이 포커싱된 위치에서 고온의 집광된 광에 의해 온도가 고굴절률 렌즈(2)의 녹는점 이상으로 상승할 우려가 있다. 즉, 고온의 집광된 광에 의해 광학계 구성에 있어서 신뢰성이 문제될 수 있다. 또한, 근접장에 이용되는 고굴절률 렌즈(2)는 그 크기가 수십에서 수백 마이크로 미터 정도로 매우 작게 제작될 수 있다. 그러므로 나노 미터 수준의 미세한 부분의 온도를 측정하여 광학 장치의 신뢰성을 확보할 수 있는 방안이 마련될 필요가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광학 장치에 대한 미세 단위의 온도를 측정하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광원에 의한 온도 상승이 있는 광학 장치의 온도를 미세 단위로 측정하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 광의 파장의 차이를 이용하여, 신뢰성있는 온도 측정 장치와 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 근접장 기록 재생 장치에 이용되는 고굴절률 렌즈에 대하여, 광원에 의해 상승하는 고굴절률 렌즈의 온도를 측정하는 장치와 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 온도 측정 장치는 탐침에 반사되어 광 검출부에 수광되는 제1광을 방출하는 제1 광원과 상기 제1광과 다른 파장의 제2 광을 시료에 조사하는 제2 광원, 상기 광 검출부로 상기 제1광에 상응하는 파장 대역의 광을 통과시키는 대역통과 필터 및 상기 시료의 표면 온도에 상응하는 상기 탐침의 변형을 측정하여 상기 시료의 온도를 측정하는 온도 측정부를 포함한다.

여기서 상기 온도 측정부는, 상기 탐침의 변형에 상응하는 열기전력을 측정하는 전압측정부와 상기 전압측정부에서 측정된 열기전력에 상응하여 상기 시료의 온도를 검출하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 전압측정부는, 두 종류의 금속선을 접합한 열전쌍으로 구성된 상기 탐침과 연결되어, 상기 탐침 주변의 온도 변화에 따라 발생하는 열기전력을 측정할 수 있다. 상기 제어부는 기 저장된 데이터로부터 상기 전압측정부에서 측정된 열기전력에 상응하는 온도를 검출할 수 있다. 상기 기 저장된 데이터는, 상기 탐침의 주변 온도와 상기 주변 온도에 따라 상기 탐침이 변형되어 발생하는 열기전력의 상관 관계를 나타낼 수 있다. 이를 위하여 상기 제어부는, 상기 탐침의 주변 온도와 상기 주변 온도에 따라 상기 탐침이 변형되어 발생하는 열기전력의 상관 관계를 나타내는 데이터를 구비한 메모리와 상기 전압측정부에서 측정된 열기전력에 상응하여, 상기 메모리에서 해당 온도를 검출하는 선택회로를 포함함을 특징으로 할 수 있다. 그리고 상기 제어부는 온도를 표시하는 온도출력부로 상기 검출된 데이터를 송출할 수 있다.

상기 온도 측정 장치는, 상기 탐침을 X, Y 또는 Z 축으로 구동하는 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 시료와 상기 탐침의 스캐닝 조건을 형성하기 위하여, 상기 제1광이 상기 광 검출부의 중앙에 수광되도록 제어하면서, 상기 탐침을 상기 시료의 간격을 좁히도록 상기 구동부에 구동 신호를 출력할 수 있다. 또는 상기 제어부는 상기 탐침을 x축 또는 y축으로 구동하여, 상기 제1광이 광 검출부의 중앙에 수광되도록 제어할 수 있다. 상기 제어부는 스캐닝 단계에서, 상기 제1광이 상기 광 검출부의 중앙에 수광되도록 상기 구동부를 제어함으로써, 상기 시료의 형상에 관한 정보를 검출한다. 그리고 온도를 표시하는 온도출력부로 상기 형상에 관한 정보를 각 부분의 온도에 관한 정보와 함께 송출할 수 있다.

본 발명에 따른 온도 측정 방법은 측정 대상이 되는 시료에 탐침을 근접시키고 온도 측정에 이용되는 제1 광을 출력하는 단계와 상기 시료에 조사되는 제2 광을 출력하는 단계, 상기 제2 광에 의한 탐침의 변형을 보정하면서 스캐닝 조건을 형성하는 단계 및 상기 시료를 스캐닝하여 온도 데이터를 출력하는 단계를 포함함을 특징한다. 으로 하는 온도 측정 방법. 여기서 상기 탐침의 변형을 보정함은 상기 변형된 탐침에 반사되어 수광되는 상기 제1 광을 이용함을 특징으로 한다. 구체체적으로는 상기 제1 광이 광검출부의 중심에 수광되도록 상기 탐침의 위치를 x축 또는 y축 방향으로 보정함을 특징으로 한다.

상기 탐침은 열전쌍으로 구성되어, 상기 제2 광에 의한 온도 변화에 상응하여 변형될 수 있다. 상기 제1 광과 제2 광은 서로 다른 파장으로 구성되고, 대역 통과 필터에 의해 상기 제1 광만 검출될 수 있다.

그리고 상기 온도 데이터의 출력은 상기 시료 표면의 온도에 상응하는 상기 탐침의 변형을 측정하여 온도 데이터를 검출하고, 검출된 온도 데이터를 출력하도록 구성할 수 있다. 상기 온도 데이터의 검출은, 상기 탐침에 연결된 전압측정부에서 상기 탐침의 변형에 상응하여 발생하는 열기전력을 측정하고, 기 저장된 데이터에서 상기 측정된 열기전력에 상응하는 온도값 데이터를 검출하도록 할 수 있다.

상기 온도 측정 방법은, 상기 제1 광을 이용하여 상기 탐침이 상기 시료를 스캐닝하여 상기 시료의 표면 형상에 관한 정보를 수집하고, 상기 시료의 표면에 대한 온도값 데이터를 검출하도록 할 수 있다. 여기서 상기 제1 광을 이용함은, 상기 탐침에 반사되어 수광되는 상기 제1 광이 괌검출부의 중심에 수광되도록 상기 탐침의 위치를 z축 방향으로 보정함을 특징으로 할 수 있다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

즉, 광학 장치에 대한 미세 단위의 온도를 측정할 수 있는 장점이 있다.

또한, 광학 장치에 광이 조사될 때 상승하는 온도를 측정할 수 있는 장점이 있다.

또한, 사용하는 광의 파장 차이를 이용하여 신뢰성있는 온도 측정 장치와 그 방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 근접장 기록 재생 장치에 이용되는 고굴절률 렌즈에 대하여, 광원에 의해 상승하는 고굴절률 렌즈의 온도를 측정하는 장치와 그 방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 구성하는 온도 측정 장치 및 온도 측정 방법의 일 실시예를 들어 구체적으로 설명한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 이하에서는 도 2를 참조하여 구체적인 구성을 순차적으로 설명하고자 한다.

제1 광원(10)은 광을 후술할 탐침(Probe, 20)에 조사하는 부분이다. 여기서 상기 탐침(20)에 조사된 광은 반사되어 후술할 광검출부(40)로 수광된다. 상기 광검출부(40)에서 수광된 광은 시료의 표면을 촬영하는데 이용되고, 이에 대한 설명은 구체적으로 후술한다. 여기서 편의상 상기 제1 광원(10)에서 출력되는 광의 파장을 제1 파장(λ1)이라고 한다.

제2 광원(15)은 시료(미도시)에 조사하는 부분이다. 여기서 시료는 본 발명에 따른 온도 측정 장치에서 온도 측정의 대상이 되는 부분이다. 나노 수준의 미세한 온도 측정을 요하는 경우라면 모두 시료에 해당할 수 있다. 더 나아가, 광학 장치 내에서 조사되는 광에 의해 온도가 상승되는 광학 부품의 경우, 광에 의해 상승된 온도를 측정하기 위하여 시료로 이용될 수 있다. 그러므로 상기 제2 광원(15)은 광에 의한 온도 상승이 필요한 시료일 경우에만 광을 출력하도록 구성할 수 있다.

여기서 편의상 상기 제2 광원(15)에서 출력되는 광의 파장을 제2 파장(λ2)이라고 한다. 제2 파장(λ2)은 시료가 되는 광학 장치에서 실제 사용되는 파장을 이용할 수 있다. 예를 들면, 시료가 근접장을 이용하는 기록 재생 장치에 이용되는 근접장 렌즈 유닛인 경우, 제2 광원(15)은 405nm의 파장을 출력하는 광원을 이용한다. 이를 위하여, 상기 제2 광원(15)은 대상이 되는 시료에 따라 다른 파장으로 제작되거나, 사용시 다른 파장의 광원으로 교체 가능하도록 구성할 수 있다. 또한, 제2 파장(λ2)은 제1 파장(λ1)과 다르게 구성할 수 있고, 이에 대한 설명은 구체적으로 후술한다.

탐침(Probe, 20)은 캔틸 레버형으로 구성되어 시료 표면을 촬영하거나 시료 표면과 일정한 간격을 가지고 스캐닝하는 부분이다. 상기 탐침(20)은 Z 스캐너(25)에 연결되어, Z축 방향의 변위를 측정할 수 있도록 구성된다. 여기서, 온도 측정을 위하여 탐침(20)은 열전쌍(Thermocouple)되어 구성되고, 후술할 전압측정부(50)의 회로와 연결된다.

광검출부(40)는 제1 광원(10)에서 출력되어 탐침(20)에 반사된 광을 수광하는 부분이다. 이를 위하여 상기 광검출부(40)는 2분할 또는 4분할된 수광소자(예를 들면, 포토 다이오드(Photo Diode))로 구성될 수 있다. 그리고 상기 광검출부(40)는 수광된 반사광에 상응하는 신호를 후술할 제어부(60)로 출력한다.

이때, 광검출부(40)로 입사하는 광의 경로에 대역통과 필터(45)가 구비된다. 상기 대역통과 필터(45)는 상기 광검출부(40)로 제1 광원(10)의 광 만이 입사되도록 하는 부분이다. 이를 위하여 상기 대역통과 필터(45)는 제1 파장(λ1)을 포함하는 대역의 파장을 통과시키고 제2 파장(λ2)을 포함하는 대역의 파장을 통과시키지 않도록 구성할 수 있다.

전압측정부(50)는 상기 탐침(20)의 열전쌍과 연결되어 탐침(20) 주변의 온도 변화에 따라 발생하는 열기전력을 측정하는 부분이다. 구체적인 예를 들면 도시된 바와 같이, 전압측정부(50)는 휘트스톤 브릿지의 형태로 구성될 수 있다.

제어부(60)는 탐침(20)의 변형에 따라 광검출부(40)로부터 입력된 신호와 전압측정부(50)에서 입력된 열기전력을 이용하여 3차원의 시료 표면의 온도를 검출하는 부분이다. 이를 위하여, 상기 제어부(60)는 광검출부(40)에서 검출되는 신호에 상응하여 탐침(20)을 구동하는 구동부(80)로 구동신호를 출력한다. 또한, 상기 제 어부(60)는 탐침(20) 주변의 온도와, 상기 온도에 따라 발생하는 열기전력의 상관 관계를 나타내는 데이터를 구비한 메모리(미도시)를 구비한다. 또한, 제어부(60)는 전압측정부(50)에서 입력되는 열기전력의 값에 상응하여 메모리(미도시)에서 해당하는 온도를 검출하는 선택회로(미도시)를 더 포함한다. 이를 통하여 제어부(60)는 검출된 온도 데이터를 후술할 온도출력부(70)로 출력한다.

온도출력부(70)는 검출된 온도를 출력하는 부분으로, 디스플레이 패널과 같은 표시부(미도시)를 포함한다.

상기의 탐침의 변형에 상응하는 열기전력을 측정하는 전압측정부(50)와 전압측정부(50)에서 측정된 전압에 상응하여 시료의 온도를 검출하는 제어부(60), 그리고 제어부(60)에서 검출된 온도에 관한 데이터를 전송받아 출력하는 온도출력부(70)를 포함하여 시료의 온도를 측정하는 온도측정부를 구성할 수 있다.

이하에서는 상기 온도 측정 장치의 작동 순서를 도 2 및 도 3을 참조하여 순차적으로 설명하고자 한다. 온도 측정에 있어서, 상기 탐침을 이용하여 시료를 스캐닝하는 방법에는 원자력간 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)에서 널리 사용하는 접촉모드(Contact Mode)와 비접촉모드(Non-contact Mode) 등을 알려지고 있다. 본 발명에서는 상기 접촉모드나 비접촉모드 그 이외 다양한 방법의 스캐닝이 가능하나, 설명의 편의를 위하여 접촉모드를 이용하여 스캐닝하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 본 말명은 제2 광원을 사용할 경우에 그 특징이 있으므로, 제2 광원에 의한 온도 상응이 요구되는 시료를 이용하는 경우를 예로 들어 설명하고자 한다. 설명의 편의를 위하여 기록 재생 장치에 이용되는 렌즈를 시료로 하여, 렌즈 의 상승된 온도를 측정하는 경우를 예로 들어 구체적으로 설명하고자 하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다. 이하 시료로 사용되는 렌즈를 '시료 렌즈'라고 한다.

우선, 제1 광원(10)에서 제1 파장(λ1)의 광이 출력된다. 출력된 광은 탐침(20) 선단의 평행판부에 반사되어 광검출부(40)로 수광된다. 광검출부(40)는 수광된 광량에 상응하는 전기 신호를 생성하여 제어부(60)로 출력한다. 여기서 탐침(20)은 렌즈 시료(30)에 접근하면, 탐침(20)과 렌즈 시료(30) 표면 원자의 원자력간의 인력에 상응하여 탐침(20)이 변형되어 접촉(Contact)이 발생한다. 이와 같은 탐침(20)의 변형은 탐침(20) 선단의 평행판부에 반사되는 광이 광검출부(40)에 입사되는 각도를 변경시킨다. 이에 따라 광검출부(40)의 상하 영역에서 각각 수광되는 광의 차가 발생한다. 제어부(60)는 광검출부(40)로부터 입력되는 신호에 상응하여, 광검출부(40)의 상하 영역에서 출력되는 신호에 차가 없어지도록 탐침(40)을 상하 이동하도록 제어한다. 즉, 상하 방향으로 이동하도록 구동하는 신호를 구동부(80)로 출력한다. 이를 통하여 렌즈 시료(30)의 표면이 스캐닝되면서 렌즈 시료의 표면의 형상이 파악된다.

한편, 제2 광원(15)에서는 제2 파장(λ2)의 광이 출력된다. 상기 제2 파장(λ2)의 광은 렌즈 시료(30)의 표면에 조사되어 렌즈 시료(30)의 온도를 상승시킨다. 렌즈 시료(30)의 온도가 상승하면, 상승된 온도에 상응하여 열전쌍으로 구성된 탐침(20)에 변형이 생긴다. 이와 같은 탐침(20)의 변형은 전압측정부(50)를 통하여 열기전력으로 발생한다. 그리고 제어부(60)는 전압측정부(50)에서 입력되는 열기전 력에 상응하여 탐침(20) 주변의 온도, 즉 탐침(20)과 접촉된 렌즈 시료(30) 표면의 온도를 검출한다. 상기 제어부(60)에서 온도를 검출하는 도 3의 순서도를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 제어부(60)에서 온도를 검출하는 방법을 순서적으로 나열한 흐름도이다. 여기서 제어부(60)는 탐침(20) 주변의 온도 변화에 따라 발생하는 열기전력 데이터가 기 저장된 메모리(미도시)를 포함한다(S11). 탐침(20) 주변의 온도가 변하면, 열전쌍의 변화에 따라 전압측정부(50)에서 열기전력을 제어부(60)로 출력한다(S12). 그러므로 제어부(60)의 선택부(미도시)는 입력받은 열기전력에 상응하는 온도값을 상기 메모리(미도시)에서 검색한다(S13). 만약, 해당하는 데이터가 없는 경우 반복하여 다시 측정한다(S14). 측정된 열기전력에 상응하는 온도값이 검색되면, 해당 온도값을 선택한다(S15). 이를 통하여 탐침(20)이 위치한 부분에서 시료 렌즈(30) 표면의 온도를 검출할 수 있다.

도 2의 온도 측정 장치에 있어서, 제2 광원(15)에서 출력된 제2 파장(λ2)의 일부가 광검출부(40)로 입사되면 렌즈 표면의 형상이 파악되기 어렵다. 그러므로 제1 광원(10)에서 출력되는 제1 파장(λ1)의 광과 제2 광원(15)에서 출력되는 제2 파장(λ2)의 광이 서로 다른 파장을 사용하도록 한다. 예를 들면, 실시예에서 근접장에 이용되는 렌즈를 렌즈 시료(30)로 사용하는 경우 제2 파장(λ2)은 405nm를 사용함이 바람직하다. 그리고 이때, 제1 파장(λ1)은 660nm를 이용할 수 있다. 그리고 대역 통과 필터(45)는 제1 파장(λ1)의 광 만을 통과시키도록 구성한다. 이를 통하여 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 파장(λ2)의 광의 일부는 광검출부(40)를 향 하여 진행하지만, 대역통과 필터(45)를 통과하지 못하므로 광검출부(40)에 수광되지 않도록 구성할 수 있다.

제어부(60)는 렌즈 시료(30)의 표면 형상에 관한 정보와 온도 정보를 바탕으로 시료 표면 각 위치에서의 온도를 검출하여, 온도출력부(70)로 출력한다. 이와 같이 온도출력부에서 출력되는 데이터의 예를 들면 도 5a 및 도 5b와 같다. 여기서 도 5a는 2차원적 데이터, 도 5b는 3차원적 데이터를 나타낸다.

본 발명의 온도 측정 장치의 다른 실시예에 따르면, 탐침 현미경(Scanning Probe Microscope)의 일종인 원자력간 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)을 이용할 수 있다. 원자력간 현미경은 캔틸레버형의 탐침(Probe)를 사용하여 시료의 표면을 촬영하거나 시료의 표면과 일정한 간격을 가지고 스캐닝하여 탐침의 상하 방향에서의 변위를 측정한다. 상기의 원자력간 현미경에 이전의 실시예에서 구체적으로 설명된 온도측정부 및 제2 광원(15)을 별도의 유닛으로 제작하여 착탈가능하도록 구성할 수 있다. 이때, 시료에 따라 제2 광원(15)의 파장을 선택할 수 있도록 구성한다. 온도측정부 및 제2 광원(15)을 별도의 유닛을 장착한 경우에 작동은 상기 서술된 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

이하에서는 본 발명에 따른 온도 측정 방법을 도 5 내지 도 9의 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 온도 측정 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 온도 측정 방법에 따르면, 우선 온도 측정의 대상이 되는 시료(특히, 광원에 의한 온도 상승이 있는 광학 부품 시료가 해당할 수 있다)가 온도 측정 장치에 놓여진다. 그러므로 탐침(20)을 광학 부품 시료에 거시적으로 접근시킨다(S21). 그 이후에 제2 광원(15)에서 광학 부품 시료에 포커싱되는 광을 조사한다(S22). 이때, 제2 광원에 의해 발생되는 열에 탐침(20)이 갑작스럽게 노출되면 영구적 변형이 일어날 우려가 있다. 그러므로 세밀하게 탐침을 광학 부품 시료에 접근시키는 과정에서 탐침(20)의 뒤틀림을 보정하여, 스캐닝 조건(예를 들면, 접촉 모드로 스캐닝하는 경우 접촉 조건)을 형성한다(S23). 이와 같이 형성된 스캐닝 조건 하에서 광학 부품 시료를 스캐닝하여 온도를 출력한다(S24).

이하에서는 구체적으로 근접장에 이용되는 렌즈 유닛의 온도를 측정하는 방법을 도 7 내지 10을 참조하여 구체적으로 설명하고자 한다.

도 7은 근접장 기록 재생 장치에 이용되는 렌즈 유닛을 일 실시예를 도시한 측 단면도이다. 도시된 바와 같이 렌즈 유닛은 대물 렌즈(31) 이외에 고굴절률 렌즈(32)를 포함하고, 두 렌즈 사이의 정렬을 맞추어 렌즈 유닛을 형성한다. 즉, 대물 렌즈(41) 이외에 굴절률이 높은 렌즈를 더 구비함으로써 상기 렌즈의 개구수를 높이고 이를 통해 소산파(Evanescent wave)를 형성한다. 여기서 고굴절률 렌즈(32)는 도시된 바와 같이 기록 매체에 접하는 면을 최소화하기 위하여 원추형으로 형성하여 충돌하지 않는 한계각을 증가시킴과 동시에 광을 기록 매체에 조사하기 위한 최소한의 면적 즉, 면적부(32a)을 가지도록 구성될 수 있다. 근접장 기록 재생 장치에서는 데이터의 기록 재생을 위해 상기와 같은 고굴절률 렌즈(32)에 장시간 광원을 조사한다. 특히 고굴절률 렌즈(32)의 면적부(32a)는 광이 포커싱되는 부분으로 광이 포커싱될 때의 온도 측정이 요구된다. 이하에서는 상기 면적부(32a)의 온 도를 측정하는 방법을 구체적으로 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이 렌즈 유닛이 온도 측정 장치에 장차되면, 제2 광원(15)에서 고굴절률 렌즈(32)에 광을 조사한다. 그리고 온도 측정을 위하여 탐침(20)을 고굴절률 렌즈(32)의 표면에 접근시킨다. 이때, 여기서 렌즈와 탐침(20) 사이의 간격(H)에 따른 온도의 분포를 도시하면 도 9와 같이 표시될 수 있다. 즉, 제2 광원(15)에서 출력된 광이 렌즈로 조사되면, 렌즈의 표면에 온도가 증가한다. 그리고 온도 측정을 위해 탐침(20)을 렌즈의 표면으로 접근시키면, 온도의 증가로 인하여 탐침(20)이 변형될 우려가 높다. 그러므로 온도 상승에 의한 탐침(20)의 변형을 방지하기 위하여, 도 10에 도시된 바와 같은 측정방법이 이용될 수 있다.

도 10은 렌즈를 시료로 하여 광이 조사될 때 렌즈 표면의 온도를 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 온도 측정 장치에 시료 렌즈(32)를 안착시키고, 탐침(20)에 반사되는 제1 파장의 광을 제1 광원(10)에서 출력한다(S31). 그리고 시료 렌즈(32)에 근접한 위치로 탐침을 이동시킨다(S32). 이때의 이동은 거시적 범위의 러프한 이동에 해당한다. 그리고 시료 렌즈(32)에 포커싱되는 제2 파장의 광을 제2 광원(15)에서 출력한다(S33). 이때, 제2 파장의 광이 조사됨에 따라 시료 렌즈(32)의 표면 온도가 증가한다. 그리고 증가된 온도에 의해 탐침(20)이 변형될 수 있다. 이때의 변형은 열전쌍의 변형으로 광검출부(40)로 수광되는 광이 좌측 또는 우측으로 이동하도록 한다. 그러므로 변형된 탐침(20)에 반사되어 광검출부(40)에서 검출되는 광도 좌측 또는 우측으로 이동하게 된다. 그러므로 제1 파장의 광이 광검출부(40)의 중심에 수광되는지 판단한다(S34). 이때, 중심 에 수광되지 않고 좌측 또는 우측으로 치우쳐서 수광되면, 탐침의 온도에 따른 변형이 있는 것이므로 중심에 광이 수광되도록 탐침(20)의 위치를 보정한다(S35). 이때, 스캐닝 조건을 만족하는지 판단한다(S36). 즉, 접촉 모드로 스캔하는 경우라면, 탐침(20)이 시료 렌즈(32)에 접촉하는 상태가 되었는지를 판단하는 것이 될 것이다. 이때, 스캐닝 조건을 만족하지 않는다면, 탐침과 시료 렌즈(32)의 간격(H)을 조절한다. 여기서는 간격(H)을 좁히는 방향으로 조절하게 될 것이다. 이와 같은 과정을 반복하여 스캐닝 조건을 만족하면, 시료 렌즈(32)를 스캐닝한다(S38). 스캐닝하는 과정에서 상기 온도 측정 장치에서 설명한 바와 같은 원리로 시료 렌즈(32) 표면의 형상과 각 부분에 대한 미세 단위의 온도 분포를 측정할 수 있다. 그리고 측정된 시료 렌즈(32)의 온도를 출력한다(S39).

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 종래 기술에 따른 기록 재생 장치의 렌즈부를 기록 매체와 함께 도시한 개략적 일부 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예를 구성하는 온도 측정 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 온도 측정 장치의 작동 순서를 도시한 흐름도이다.

도 4는 상기 온도 측정 장치에서 광의 경로를 도시한 일부 개략도이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치를 통해 출력된 데이터를 도시한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 방법을 도시한 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 온도 측정에 사용되는 근접장용 렌즈 유닛을 도시한 측단면도 및 일부 확대도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서 근접장용 렌즈 유닛의 온도를 측정하는 예를 도시한 개략도이다.

도 9는 시료 렌즈와 탐침의 간격(H)에 따른 탐침 주변 온도(T)의 변화를 도시한 상관 관계도이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 시료 렌즈의 온도를 측정하는 방법을 도시한 흐름도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1, 31: 대물 렌즈 2, 32: 고굴절률 렌즈

3: 기록 매체 10: 제1 광원

15: 제2 광원 20: 탐침

40: 광검출부 45: 대역 통과 필터

50: 전압측정부 60: 제어부

70: 온도출력부 80: 구동부

Claims

탐침에 반사되어 광 검출부에 수광되는 제1광을 방출하는 제1 광원;

상기 제1광과 다른 파장의 제2 광을 시료에 조사하는 제2 광원;

상기 광 검출부로 상기 제1광에 상응하는 파장 대역의 광을 통과시키는 대역통과 필터;

상기 시료의 표면 온도에 상응하는 상기 탐침의 변형을 측정하여 상기 시료의 온도를 측정하는 온도 측정부;를 포함함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 측정부는,

상기 탐침의 변형에 상응하는 열기전력을 측정하는 전압측정부와;

상기 전압측정부에서 측정된 열기전력에 상응하여 상기 시료의 온도를 검출하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제2항에 있어서, 상기 전압측정부는,

두 종류의 금속선을 접합한 열전쌍으로 구성된 상기 탐침과 연결되어, 상기 탐침 주변의 온도 변화에 따라 발생하는 열기전력을 측정함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제2항에 있어서, 상기 제어부는,

기 저장된 데이터로부터 상기 전압측정부에서 측정된 열기전력에 상응하는 온도를 검출함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제4항에 있어서, 상기 기 저장된 데이터는,

상기 탐침의 주변 온도와 상기 주변 온도에 따라 상기 탐침이 변형되어 발생하는 열기전력의 상관 관계를 나타냄을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제2항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 탐침의 주변 온도와 상기 주변 온도에 따라 상기 탐침이 변형되어 발생하는 열기전력의 상관 관계를 나타내는 데이터를 구비한 메모리와;

상기 전압측정부에서 측정된 열기전력에 상응하여, 상기 메모리에서 해당 온도를 검출하는 선택회로;를 포함함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제4항 또는 제6항에 있어서, 상기 제어부는,

온도를 표시하는 온도출력부로 상기 검출된 데이터를 송출함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제2항에 있어서, 상기 온도 측정 장치는,

상기 탐침을 X, Y 또는 Z 축으로 구동하는 구동부를 더 포함함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제8항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 시료와 상기 탐침의 스캐닝 조건을 형성하기 위하여, 상기 제1광이 상기 광 검출부의 중앙에 수광되도록 제어하면서, 상기 탐침을 상기 시료의 간격을 좁히도록 상기 구동부에 구동 신호를 출력함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제9항에 있어서, 상기 제어부는,

상기 탐침을 x축 또는 y축으로 구동하여, 상기 제1광이 광 검출부의 중앙에 수광되도록 제어함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제9항에 있어서, 상기 제어부는,

스캐닝 단계에서, 상기 제1광이 상기 광 검출부의 중앙에 수광되도록 상기 구동부를 제어함으로써, 상기 시료의 형상에 관한 정보를 검출함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
제11항에 있어서, 상기 제어부는,

온도를 표시하는 온도출력부로 상기 형상에 관한 정보를 각 부분의 온도에 관한 정보와 함께 송출함을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
측정 대상이 되는 시료에 탐침을 근접시키고 온도 측정에 이용되는 제1 광을 출력하는 단계;

상기 시료에 조사되는 제2 광을 출력하는 단계;

상기 제2 광에 의한 탐침의 변형을 보정하면서 스캐닝 조건을 형성하는 단계; 및

상기 시료를 스캐닝하여 온도 데이터를 출력하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
제13항에 있어서, 상기 탐침의 변형을 보정함은,

상기 변형된 탐침에 반사되어 수광되는 상기 제1 광을 이용함을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
제14항에 있어서, 상기 탐침의 변형을 보정함은,

상기 제1 광이 광검출부의 중심에 수광되도록 상기 탐침의 위치를 x축 또는 y축 방향으로 보정함을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
제14항에 있어서, 상기 탐침은,

열전쌍으로 구성되어, 상기 제2 광에 의한 온도 변화에 상응하여 변형됨을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
제13항에 있어서,

상기 제1 광과 제2 광은 서로 다른 파장으로 구성되고, 대역 통과 필터에 의해 상기 제1 광만 검출됨을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
제13항에 있어서, 상기 온도 데이터의 출력은,

상기 시료 표면의 온도에 상응하는 상기 탐침의 변형을 측정하여 온도 데이터를 검출하고, 검출된 온도 데이터를 출력함을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
제18항에 있어서, 상기 온도 데이터의 검출은,

상기 탐침에 연결된 전압측정부에서 상기 탐침의 변형에 상응하여 발생하는 열기전력을 측정하고,

기 저장된 데이터에서 상기 측정된 열기전력에 상응하는 온도값 데이터를 검출함을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
제19항에 있어서, 상기 온도 측정 방법은,

상기 제1 광을 이용하여 상기 탐침이 상기 시료를 스캐닝하여 상기 시료의 표면 형상에 관한 정보를 수집하고,

상기 시료의 표면에 대한 온도값 데이터를 검출함을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
제20항에 있어서, 상기 제1 광을 이용함은,

상기 탐침에 반사되어 수광되는 상기 제1 광이 괌검출부의 중심에 수광되도록 상기 탐침의 위치를 z축 방향으로 보정함을 특징으로 하는 온도 측정 방법.