KR20100087791A - Ｏｆｆ-ａｘｉｓ 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 복굴절 측정 장치는 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하는 광원부와; 상기 광원부로부터의 상기 선형 편광 빔을 측정 빔 경로와 기준 빔 경로로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와; Off-axis 방식이 적용 가능하도록 상기 기준 빔 경로에 대해 기울어져 배치된 기준 미러와; 상기 제1 광 분할부로부터 출광된 상기 선형 편광 빔이 상기 기준 미러에 의해 반사되도록 상기 제1 광 분할부로부터 출광된 상기 선형 편광 빔을 상기 기준 미러 방향으로 향하게 하는 제2 빔 스플리터와; 상기 제1 빔 스플리터로부터 출광된 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물을 투과하도록 상기 제1 빔 스플리터로부터 출광된 상기 선형 편광 빔을 상기 측정 대상물 방향으로 반사시키는 반사 미러와; 상기 선형 편광 빔이 상기 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준빔 및 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물을 투과하여 형성된 측정빔을 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 방향으로 분할하여 출력하기 위한 제3 빔 스플리터와; 상기 제1 촬상부와 상기 제3 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 측정빔 및 상기 기준빔 간의 간섭에 의해 형성된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시켜 상기 제1 촬상부로 출력하는 수직 편광판과; 상기 제1 촬상부와 상기 제3 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시켜 상기 제2 촬상부로 출력하는 수평방향 선편광판; 상기 제1 촬상부에 의해 촬상된 상기 수직 편광 성분과 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 상기 수평 편광 성분 각각에 대해 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피 해석 방식이 적용되어 상기 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 위상 정보와 상기 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 위상 정보가 추출하고, 상기 수직 편광 위상 정보 및 상기 수평 편광 위상 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절의 크기를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 측정 대상물의 복굴절 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용하여 측정 속도가 향상되고, LCD 글라스(Glass)와 같은 대면적의 측정 대상물의 측정이 가능하면서도 노이즈(Noise) 발생 원인을 최소화하여 보다 정확한 측정이 가능한 복굴절 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
다양한 광학적 재료는 크게 등방성(Isotropic) 재질과 비등방성(Anisotropic) 재질로 구분될 수 있으며, LCD 글라스(Glass)와 같은 재료가 등방성 재질의 대표적인 예이고, 광학 소자 중 파장판(Wave plate)이 대표적인 비등방성 재질이다.
LCD 글라스와 같은 등방성 재질에서 발생하는 잔류응력(Residual stress)은 재료의 복굴절(Birefringence)을 야기시킨다. 따라서, LCD 글라스의 제조 과정에서 잔류응력의 측정은 복굴절의 크기와 방향을 측정함으로서 재료에 발생하는 복굴절을 정량적으로 검사함으로써 확인될 수 있으며, 잔류응력이 심하게 발생한 부분이 발견되면 해당 LCD 글라스 자체를 폐기 처분하거나 수리(Repair) 공정으로 이송하는 등의 조치를 취할 수 있게 된다.
복굴절은 재료의 slow axis와 fast axis 간의 굴절률 차이를 의미하는 것으로, 위상지연(Retardation)으로 정의되는 서로 수직인 두 편광 상태의 위상 차이를 측정함으로써 얻을 수 있는데, 근래에 디지털 홀로그래피를 이용하여 복굴절을 측정하는 방법이 제안된 바 있다.
'저널 오브 어플라이드 옵틱스(Journal of Applied Optics)'의 2002년 1월 호에 발표된 논문 'Polarization imaging by using of digital holography'(Tristan colomb 외 5명)에서는 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용하여 복굴절의 크기 및 방향에 대한 정보를 취득하는 방식을 제시하고 있다. 여기서, 도 1은 상기 논문에 개시된 복굴절 측정 장치를 도시한 도면이다.
여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 논문에 개시된 복굴절 측정 장치는 He-Ne 레이저로부터 방출된 빔을 두 개의 빔 스플리터(Beam splitter)를 이용하여 두 개의 기준 빔 경로와 하나의 측정 빔 경로를 형성하고 있다. 즉, 하나의 홀로그램만을 이용하여 복굴절의 크기 및 방향에 대한 정보를 얻기 위해 2개의 기준빔과 하나의 측정빔을 발생시키고, 이를 하나의 CCD 카메라를 통해 촬상하는 구조를 취하고 있다. 그리고, 각 기준 빔 경로 상에는 2개의 기준빔 상호 간의 편광 방향 이 직교하도록, 즉 수직 방향으로 편광된 기준빔과 수평 방향으로 편광된 기준빔이 생길 수 있도록 편광판들이 각각 배치되어 있다.
그런데, 상기 논문에 개시된 복굴절 측정 장치는 이론적으로 LCD 글라스 등의 복굴절 측정이 가능하다는 점을 제시하고 있다는 점에서 고무적이나, 기준 빔 경로를 서로 수직인 두 편광에 대해서 독립적으로 운영하기 때문에 시스템 구성 자체가 복잡한 단점이 있다. 또한, 근래의 대면적화 되어가는 LCD 글라스를 상기 논문에 개시된 복굴절 측정 장치로 측정하는 것은 현실적으로 어려운 문제점이 있다.
이뿐 아니라, 하나의 CCD 카메라로부터 얻은 한 장의 홀로그램에서 원하는 데이터 즉, 측정빔의 진폭 정보 및 위상 정보를 얻는데 있어 DC 항목(Term)과 컨쥬게이트(Conjugate) 항목을 제거하기 위한 필터링 과정에서 DC 항목과 컨쥬게이트 항목이 완벽하게 제거되지 않아 실제 오브젝트 항목에 노이즈(Noise)로 작용할 확률이 높다. 도 2을 참조하여 설명하면, 도 2는 상기 논문에 개시된 복굴절 측정 장치를 통해 얻은 홀로그램에 대한 공간 주파수 영역에서의 신호도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 원 형태의 윈도윙(Windowing)을 O1에 대해 수행할 때, O2 항목, DC 항목, O2 컨쥬게이트 항목으로부터 상하좌우로 길게 나온 신호선의 영향을 받게 되는데, 하나의 홀로그램에 모든 정보가 포함되어 있어 원하지 않은 모든 항목의 영향을 받게 되어 노이즈로 작용할 확률이 그만큼 높아지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용하여 측정 속도가 향상되고, LCD 글라스(Glass)와 같은 대면적의 측정 대상물의 측정이 가능하면서도 노이즈(Noise) 발생 원인을 최소화하여 보다 정확한 측정이 가능한 복굴절 측정 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 장치에 있어서, 제1 촬상부 및 제2 촬상부와; 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하는 광원부와; 상기 광원부로부터의 상기 선형 편광 빔을 측정 빔 경로와 기준 빔 경로로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와; Off-axis 방식이 적용 가능하도록 상기 기준 빔 경로에 대해 기울어져 배치된 기준 미러와; 상기 제1 광 분할부로부터 출광된 상기 선형 편광 빔이 상기 기준 미러에 의해 반사되도록 상기 제1 광 분할부로부터 출광된 상기 선형 편광 빔을 상기 기준 미러 방향으로 향하게 하는 제2 빔 스플리터와; 상기 제1 빔 스플리터로부터 출광된 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물을 투과하도록 상기 제1 빔 스플리터로부터 출광된 상기 선형 편광 빔을 상기 측정 대상물 방향으로 반사시키는 반사 미러와; 상기 선형 편광 빔이 상기 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준빔 및 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물을 투 과하여 형성된 측정빔을 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 방향으로 분할하여 출력하기 위한 제3 빔 스플리터와; 상기 제1 촬상부와 상기 제3 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 측정빔 및 상기 기준빔 간의 간섭에 의해 형성된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시켜 상기 제1 촬상부로 출력하는 수직방향 선편광판과; 상기 제1 촬상부와 상기 제3 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시켜 상기 제2 촬상부로 출력하는 수평방향 선편광판; 상기 제1 촬상부에 의해 촬상된 상기 수직 편광 성분과 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 상기 수평 편광 성분 각각에 대해 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피 해석 방식이 적용되어 상기 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 위상 정보와 상기 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 위상 정보가 추출하고, 상기 수직 편광 위상 정보 및 상기 수평 편광 위상 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절의 크기를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복굴절 측정 장치에 의해서 달성된다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 장치에 있어서, 제1 촬상부 및 제2 촬상부와; 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하는 광원부와; 상기 광원부로부터의 상기 선형 편광 빔을 측정 빔 경로와 기준 빔 경로로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와; Off-axis 방식이 적용 가능하도록 상기 기준 빔 경로에 대해 기울어져 배치된 기준 미러와; 상기 제1 광 분할부로부터 출광된 상기 선형 편광 빔이 상기 기준 미러에 의해 반사되도록 상기 제1 광 분할부로부터 출광된 상기 선형 편광 빔을 상기 기준 미러 방향으로 향하게 하는 제2 빔 스플리터와; 상기 제1 빔 스플리터로부터 출광된 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물을 투과하도록 상기 제1 빔 스플리터로부터 출광된 상기 선형 편광 빔을 상기 측정 대상물 방향으로 향하게 하는 대면적용 빔 스플리터와; 상기 측정 대상물을 투과하여 형성된 측정빔을 상기 대면적용 빔 스플리터 방향으로 반사하는 반사 미러와; 상기 선형 편광 빔이 상기 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준빔 및 상기 반사 미러에 의해 반사되어 상기 대면적용 빔 스플리터를 거친 상기 측정빔을 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 방향으로 분할하여 출력하기 위한 제3 빔 스플리터와; 상기 제1 촬상부와 상기 제3 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 측정빔 및 상기 기준빔 간의 간섭에 의해 형성된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시켜 상기 제1 촬상부로 출력하는 수직방향 선편광판과; 상기 제1 촬상부와 상기 제3 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시켜 상기 제2 촬상부로 출력하는 수평방향 선편광판; 상기 제1 촬상부에 의해 촬상된 상기 수직 편광 성분과 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 상기 수평 편광 성분 각각에 대해 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피 해석 방식이 적용되어 상기 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 위상 정보와 상기 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 위상 정보가 추출하고, 상기 수직 편광 위상 정보 및 상기 수평 편광 위상 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절의 크기를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복굴절 측정 장치에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 수직 편광 성분 및 상기 수평 편광 성분으로부터 각각 수직 편광 진폭 정보 및 수평 편광 진폭 정보를 추출하고, 상기 산출된 복 굴절의 크기, 상기 수직 편광 진폭 정보 및 상기 수평 편광 진폭 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절 방향에 대한 정보가 산출될 수 있다.
그리고, 상기 광원부는, 레이저 빔을 출력하는 레이저 광원과; 상기 레이저 광원으로부터 출력된 레이저 빔이 통과하여 45°기울어진 편광 상태를 갖는 상기 선형 편광 빔을 형성되도록 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 갖는 선형편광판을 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따라, Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 방법에 있어서, (a) 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔이 형성되는 단계와; (b) 상기 선형 편광 빔이 측정 빔 경로와 기준 빔 경로로 분할되어 진행되는 단계와; (c) 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 빔 경로 상에 배치된 측정 대상물을 투과하여 측정빔이 형성되는 단계와; (d) 상기 선형 편광이 Off-axis 방식이 적용 가능하도록 상기 기준 빔 경로에 대해 기울어져 배치된 기준 미러로 부터 반사되어 기준빔이 형성되는 단계와; (e) 상기 측정빔과 상기 기준빔이 상호 간섭된 간섭광이 형성되는 단계와; (g) 상기 간섭광이 상호 편광 방향이 수직인 제1 편광판 및 제2 편광판 방향으로 분할되어 진행하는 단계와; (h) 상기 간섭광이 상기 제1 편광판을 통과하여 형성된 수직 편광 성분이 제1 촬상부에 의해 촬상되는 단계와; (i) 상기 간섭광이 상기 제2 편광판을 통과하여 형성된 수평 편광 성분이 제2 촬상부에 의해 촬상되는 단계와; (j) 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부로 입사된 상기 수직 편광 성분 및 상기 수평 편광 성분 각각에 대해 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피 해석 방식이 적용되어, 상기 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 위상 정보와 상기 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 위상 정보가 추출되는 단계와; (k) 상기 수직 편광 위상 정보 및 상기 수평 편광 위상 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절의 크기를 산출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복굴절 측정 방법에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 (j) 단계는 상기 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 진폭 정보와, 상기 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 진폭 정보를 추출하는 단계를 더 포함하며; 상기 (k) 단계는 상기 산출된 복굴절의 크기, 상기 수직 편광 진폭 정보, 및 상기 수평 편광 진폭 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절 방향에 대한 정보가 산출되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용하여 측정 속도가 향상되고, LCD 글라스(Glass)와 같은 대면적의 측정 대상물의 측정이 가능하면서도 노이즈(Noise) 발생 원인을 최소화하여 보다 정확한 측정이 가능한 복굴절 측정 방법 및 장치가 제공된다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 본 발명의 실시예들을 설명하는데 있어, 상호 대응하는 구 성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 필요에 따라 그 설명을 생략할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 복굴절 측정 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용하여 측정 대상물(100)의 복굴절을 측정한다. 본 발명에서는 측정 대상물(100)로 등방성 재질인 LCD(Liquid Crystal Display) 글라스(Glass)가 적용되는 것을 예로 하며, 제1 실시예에서는 면적이 상대적으로 좁은 LCD 글라스의 측정을 위한 구성을 갖는 것을 예로 한다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 복굴절 측정 장치는 제1 촬상부(50), 제2 촬상부(60), 광원부(10), 제1 빔 스플리터(20), 기준 미러(30), 제2 빔 스플리터(21), 반사 미러(40), 제3 빔 스플리터(22), 수직방향 선편광판(51), 수평방향 선편광판(61) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
광원부(10)는 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하여 출력한다. 여기서, 본 발명에 따른 광원부(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 광원(11) 및 선형편광판(14)을 포함한다. 또한, 광원부(10)는 공간 필터(12)(Spatial filter) 및 콜리메이팅 렌즈(13)(Collimating lens)를 포함한다.
레이저 광원(11)은 소정 파장(λ)의 레이저 빔을 출력한다. 본 발명에서는 레이저 광원(11)으로 선형 편광된 레이저 빔을 출력하는 레이저 다이오드(Laser diode : LD) 모듈 형태로 마련되는 것을 일 예로 한다.
레이저 광원(11)으로부터 출력된 레이저 빔은 공간 필터(12)를 거쳐 콜리메 이팅 렌즈(13)를 통과하며 평행광 형태로 변환되어 선형편광판(14)을 통과하게 된다. 여기서, 선형편광판(14)은 수직 편광 방향 및 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 가지며, 이에 따라 선형편광판(14)을 통과한 레이저 빔은 45° 기울어진 편광 상태를 갖게 된다. 이하에서는 선형편광판(14)을 통과하면서 45° 기울어진 편광 상태를 갖게 된 레이저 빔을 선형 편광 빔이라 정의하여 설명한다.
광원부(10)로부터 출력된 선형 편광 빔은 제1 빔 스플리터(20)(Beam Splitter)로 입사된다. 제1 빔 스플리터(20)는 광원부(10)로부터의 선형 편광 빔을 측정 빔 경로와 기준 빔 경로로 분할하여 각각 출력한다.
기준 빔 경로로 진행하는 선형 편광 빔은 다시 제2 빔 스플리터(21)로 입사된다. 여기서, 제2 빔 스플리터(21)는 입사되는 선형 편광 빔의 빔 경로를 기준 미러(30) 방향으로 향하게 한다.
제2 빔 스플리터(21)로부터 출력되어 기준 미러(30) 방향으로 진행하는 선형 편광 빔은 기준 미러(30)로부터 반사되어 기준빔을 형성하게 되며, 기준 미러(30)에 의해 반사되어 형성된 기준빔은 제2 빔 스플리터(21)를 거쳐 제3 빔 스플리터(22) 방향으로 진행하게 된다. 여기서, 기준 미러(30)는 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피가 적용 가능하도록 기준 빔 경로에 대해 일정 각도 기울어져 배치된다.
한편, 제1 빔 스플리터(20)로 출력되어 측정 빔 경로로 진행하는 선형 편광 빔은 반사 미러(40)에 의해 반사되어 제3 빔 스플리터(22) 방향으로 진행한다. 여 기서, 반사 미러(40)에 의해 반사된 선형 편광 빔은 반사 미러(40)와 제3 빔 스플리터(22) 사이의 측정 빔 경로 상에 배치되는 측정 대상물(100)을 투과하여 제3 빔 스플리터(22) 방향으로 진행하는데, 선형 편광 빔이 측정 대상물(100)을 투과하면서 측정 대상물(100)의 복굴절에 대한 정보를 갖는 측정빔이 형성된다.
제3 빔 스플리터(22)는 기준 빔 경로와 측정 빔 경로가 교차하는 위치에 배치되어 기준 빔 경로를 통해 입사되는 기준빔과 측정 빔 경로를 통해 입사되는 측정빔을 제1 촬상부(50) 및 제2 촬상부(60) 방향으로 분할하여 출력한다. 여기서 제3 빔 스플리터(22)에 입사되는 기준빔과 측정빔은 광학적으로 상호 간섭되는데, 기준빔과 측정빔 간의 광학적 간섭에 의해 간섭광이 형성된다.
제3 빔 스플리터(22)로부터 출력되어 제1 촬상부(50) 방향으로 진행하는 간섭광은 제1 촬상부(50) 및 제3 빔 스플리터(22) 사이의 광 경로 상에 배치된 수직방향 산편광판(51)을 통과한다. 여기서, 수직방향 선편광판(51)은 수직 방향의 편광 상태를 가지며, 간섭광 중 수직 편광 성분 만을 통과시켜 제1 촬상부(50)로 출력하게 된다.
또한 제3 빔 스플리터(22)로부터 출력되어 제2 촬상부(60) 방향으로 진행하는 간섭광은 제2 촬상부(60)와 제3 빔 스플리터(22) 사이의 광 경로 상에 배치된 수평방향 선편광판(61)을 통과한다. 여기서, 수평방향 선편광판(61)은 수평 방향의 편광 상태를 가지며, 간섭광 중 수평 편광 성분 만을 통과시켜 제2 촬상부(60)로 출력하게 된다.
상기와 같은 구성에 따라, 한번의 촬상으로 제1 촬상부(50)에 의해 수직 편 광 성분이 촬상되고 제2 촬상부(60)에 수평 편광 성분이 촬상됨에 따라, 수직 편광 성분 및 수평 편광 성분에 대한 두 장의 홀로그램을 따로 각각 얻을 수 있게 된다.
여기서, 제어부는 제1 촬상부(50)에 의해 촬상된 수직 편광 성분과 제2 촬상부(60)에 의해 촬상된 수평 편광 성분 각각에 대해 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피 해석 방식이 적용한다. 즉, 제어부는 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 위상 정보와 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 위상 정보를 추출한다. 그리고, 제어부는 추출된 수직 편광 위상 정보 및 수평 편광 위상 정보에 기초하여 측정 대상물(100)에 대한 복굴절의 크기를 산출한다.
보다 구체적으로 설명하면, 복굴절은 측정 대상물(100)의 slow axis와 fast axis 간의 굴절률의 차이를 의미하며, 위상지연(Retardation)으로 정의되는 상호 수직인 두 편광 상태의 위상차를 의미하는 바, 제1 촬상부(50) 및 제2 촬상부(60)로부터 각각 촬상된 수직 편광 성분과 수평 편광 성분으로부터 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피 해석 방식을 통해 수직 편광 위상 정보 및 수평 편광 위상 정보를 각각 추출하여 두 성분의 위상차를 통해 복굴절의 크기가 측정될 수 있다. 복굴절의 크기는 [수학식 1]을 통해 산출된다.
[수학식 1]
여기서, 
는 복굴절의 크기이고, 
는 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 위상 정보이고, 
는 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 위상 정보이다.
또한, 제어부는 수직 편광 성분 및 수평 편광 성분에 대해 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피 해석 방식을 적용하게 되면, 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 진폭 정보와 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 진폭 정보를 추출할 수 있다.
여기서, 제어부는 산출된 복굴절의 크기, 수직 편광 진폭 정보 및 수평 편광 진폭 정보에 기초하여 측정 대상물(100)에 대한 복굴절 방향에 대한 정보가 산출하게 된다. 복굴절의 크기, 수직 편광 진폭 정보 및 수평 편광 진폭 정보를 이용한 복굴절 방향을 산출하는 방식은 전술한 논문에 기재되어 있으며, [수학식 2]와 같다.
[수학식 2]
여기서, 
는 복굴절 방향이고, 
는 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 진폭 정보이고, 
는 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 진폭 정보이다.
상기와 같은 구성에 따라, 기준 빔 경로를 서로 수직인 두 편광, 즉 수직 편광 성분 및 수평 편광 성분 각각에 대해 독립적으로 운영하지 않고, 하나의 기준 빔 경로 만을 적용하고, 이를 수직방향 선편광판(51) 및 수평방향 선편광판(61)에 의해 분리하여 2개의 촬상부(50,60)를 통해 동시에 2장의 홀로그램을 취득함으로써, 시스템 구성 자체를 간소화시킬 수 있게 된다.
또한, 도 4는 본 발명에 따른 복굴절 측정 장치를 통해 얻은 수직 편광 성분에 대한 홀로그램을 해석하여 얻는 공간 주파수 영역의 신호도이다. 도 4에서 왼 쪽 위가 오브젝트 항목이고, 오른쪽 아래가 컨쥬게이트 항목이고, 가운데가 DC 항목이다. 여기서, DC 항목과 컨쥬게이트 항목이 필터링을 통해 제거되는데, 도 2에 도시된 하나의 홀로그램에 모든 정보가 포함된 경우보다 윈도윙시 주변의 다른 항목의 영향을 보다 적게 받게 되어, 노이즈의 발생 확률이 현저히 적어질 수 있음을 알 수 있다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 복굴절 측정 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 복굴절 측정 장치는 대면적의 측정 대상물(100)을 측정하기 위한 구조를 가지며, 제1 실시예와 차별화되는 구성에 대해서만 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 복굴절 측정 장치는 제1 실시예에서의 반사 미러(40)의 위치에 대면적용 빔 스플리터(40a)가 배치된다. 여기서, 대면적용 빔 스플리터(40a)는 제1 빔 스플리터(20)로부터의 선형 편광 빔을 반사 미러(41a) 방향으로 향하게 한다.
여기서, 본 발명의 제2 실시예에서는 측정 대상물(100)이 대면적용 빔 스플리터(40a)와 반사 미러(41a) 사이에 배치된다. 이에 따라, 대면적용 빔 스플리터(40a)로부터 반사 미러(41a)를 향해 진행하는 선형 편광 빔이 측정 대상물(100)을 투과하여 측정빔을 형성하고, 측정빔이 반사 미러(41a)를 통해 반사되어 대면적용 빔 스플리터(40a)를 거쳐 제3 빔 스플리터(22)로 향하게 된다.
상기와 같은 구성을 통해, 대면적의 측정 대상물(100)은 고정된 상태에서, 복굴절 측정 장치가 측정 대상물(100)을 사이에 두고 측정 대상물(100)의 판면 방 향을 따라 이동하며 측정 대상물(100)의 전체 면에 대해 복굴절의 측정이 가능하게 된다.
전술한 실시예에서는 광원부(10)가 레이저 다이오드 모듈 형태의 레이저 광원(11)과 선형편광판(14)으로 구성되는 것을 예로 하여 설명하였다. 이외에도 광원부(10)가 45°기울어진 편광 상태를 갖는 선형 편광 빔을 출력할 수 있으면 다른 형태를 가질 수 있음은 물론이다. 일 예로 He-Ne 레이저 모듈과 같이 선형 편광 상태가 좋은 레이저 모듈의 사용이 가능하며, 레이저 모듈 자체가 45°기울어진 편광 상태를 갖는 선형 편광 빔을 출력할 수 있으면, 선형편광판(14)의 제거 또한 가능함은 물론이다.
그리고, 본 발명에 따른 제1 촬상부(50) 및 제2 촬상부(60)는 CCD 카메라 형태로 마련되는 것을 일 예로 하며, 홀로그램의 촬상이 가능한 다른 형태의 카메라의 적용 또한 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 종래의 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 복굴절 측정 장치를 통해 얻은 홀로그램에 대한 공간 주파수 영역에서의 신호도이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 4는 도 1의 복굴절 측정 장치를 통해 얻은 하나의 홀로그램에 대한 공간 주파수 영역에서의 신호도이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 광원부 11 : 레이저 광원
14 : 선형편광판 20 : 제1 빔 스플리터
21 : 제2 빔 스플리터 23 : 제3 빔 스플리터
30 : 기준 미러 40 : 반사 미러
50 : 제1 촬상부 51 : 수직방향 선편광판
60 : 제2 촬상부 61 : 수평방향 선편광판
Claims (6)
- Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 장치에 있어서,제1 촬상부 및 제2 촬상부와;수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하는 광원부와;상기 광원부로부터의 상기 선형 편광 빔을 측정 빔 경로와 기준 빔 경로로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와;Off-axis 방식이 적용 가능하도록 상기 기준 빔 경로에 대해 기울어져 배치된 기준 미러와;상기 제1 광 분할부로부터 출광된 상기 선형 편광 빔이 상기 기준 미러에 의해 반사되도록 상기 제1 광 분할부로부터 출광된 상기 선형 편광 빔을 상기 기준 미러 방향으로 향하게 하는 제2 빔 스플리터와;상기 제1 빔 스플리터로부터 출광된 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물을 투과하도록 상기 제1 빔 스플리터로부터 출광된 상기 선형 편광 빔을 상기 측정 대상물 방향으로 반사시키는 반사 미러와;상기 선형 편광 빔이 상기 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준빔 및 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물을 투과하여 형성된 측정빔을 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 방향으로 분할하여 출력하기 위한 제3 빔 스플리터와;상기 제1 촬상부와 상기 제3 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 측정빔 및 상기 기준빔 간의 간섭에 의해 형성된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시켜 상기 제1 촬상부로 출력하는 수직방향 선편광판과;상기 제1 촬상부와 상기 제3 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시켜 상기 제2 촬상부로 출력하는 수평방향 선편광판;상기 제1 촬상부에 의해 촬상된 상기 수직 편광 성분과 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 상기 수평 편광 성분 각각에 대해 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피 해석 방식이 적용되어 상기 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 위상 정보와 상기 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 위상 정보가 추출하고, 상기 수직 편광 위상 정보 및 상기 수평 편광 위상 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절의 크기를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복굴절 측정 장치.
- Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 장치에 있어서,제1 촬상부 및 제2 촬상부와;수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하는 광원부와;상기 광원부로부터의 상기 선형 편광 빔을 측정 빔 경로와 기준 빔 경로로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와;Off-axis 방식이 적용 가능하도록 상기 기준 빔 경로에 대해 기울어져 배치된 기준 미러와;상기 제1 광 분할부로부터 출광된 상기 선형 편광 빔이 상기 기준 미러에 의 해 반사되도록 상기 제1 광 분할부로부터 출광된 상기 선형 편광 빔을 상기 기준 미러 방향으로 향하게 하는 제2 빔 스플리터와;상기 제1 빔 스플리터로부터 출광된 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물을 투과하도록 상기 제1 빔 스플리터로부터 출광된 상기 선형 편광 빔을 상기 측정 대상물 방향으로 향하게 하는 대면적용 빔 스플리터와;상기 측정 대상물을 투과하여 형성된 측정빔을 상기 대면적용 빔 스플리터 방향으로 반사하는 반사 미러와;상기 선형 편광 빔이 상기 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준빔 및 상기 반사 미러에 의해 반사되어 상기 대면적용 빔 스플리터를 거친 상기 측정빔을 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 방향으로 분할하여 출력하기 위한 제3 빔 스플리터와;상기 제1 촬상부와 상기 제3 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 측정빔 및 상기 기준빔 간의 간섭에 의해 형성된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시켜 상기 제1 촬상부로 출력하는 수직방향 선편광판과;상기 제1 촬상부와 상기 제3 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시켜 상기 제2 촬상부로 출력하는 수평방향 선편광판;상기 제1 촬상부에 의해 촬상된 상기 수직 편광 성분과 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 상기 수평 편광 성분 각각에 대해 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피 해석 방식이 적용되어 상기 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 위상 정보와 상기 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 위상 정보가 추출하고, 상기 수직 편광 위상 정보 및 상기 수평 편광 위상 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절의 크기를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복굴절 측정 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 제어부는 상기 수직 편광 성분 및 상기 수평 편광 성분으로부터 각각 수직 편광 진폭 정보 및 수평 편광 진폭 정보를 추출하고, 상기 산출된 복굴절의 크기, 상기 수직 편광 진폭 정보 및 상기 수평 편광 진폭 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절 방향에 대한 정보가 산출하는 것을 특징으로 하는 복굴절 측정 장치.
- 제3항에 있어서,상기 광원부는,레이저 빔을 출력하는 레이저 광원과;상기 레이저 광원으로부터 출력된 레이저 빔이 통과하여 45°기울어진 편광 상태를 갖는 상기 선형 편광 빔을 형성되도록 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 갖는 선형편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 복굴절 측정 장치.
- Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 복굴절 측정 방법에 있어서,(a) 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔이 형성되는 단계와;(b) 상기 선형 편광 빔이 측정 빔 경로와 기준 빔 경로로 분할되어 진행되는 단계와;(c) 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 빔 경로 상에 배치된 측정 대상물을 투과하여 측정빔이 형성되는 단계와;(d) 상기 선형 편광이 Off-axis 방식이 적용 가능하도록 상기 기준 빔 경로에 대해 기울어져 배치된 기준 미러로 부터 반사되어 기준빔이 형성되는 단계와;(e) 상기 측정빔과 상기 기준빔이 상호 간섭된 간섭광이 형성되는 단계와;(g) 상기 간섭광이 상호 편광 방향이 수직인 제1 편광판 및 제2 편광판 방향으로 분할되어 진행하는 단계와;(h) 상기 간섭광이 상기 제1 편광판을 통과하여 형성된 수직 편광 성분이 제1 촬상부에 의해 촬상되는 단계와;(i) 상기 간섭광이 상기 제2 편광판을 통과하여 형성된 수평 편광 성분이 제2 촬상부에 의해 촬상되는 단계와;(j) 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부로 입사된 상기 수직 편광 성분 및 상기 수평 편광 성분 각각에 대해 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피 해석 방식이 적용되어, 상기 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 위상 정보와 상기 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 위상 정보가 추출되는 단계와;(k) 상기 수직 편광 위상 정보 및 상기 수평 편광 위상 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절의 크기를 산출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복굴절 측정 방법.
- 제5항에 있어서,상기 (j) 단계는 상기 수직 편광 성분에 대한 수직 편광 진폭 정보와, 상기 수평 편광 성분에 대한 수평 편광 진폭 정보를 추출하는 단계를 더 포함하며;상기 (k) 단계는 상기 산출된 복굴절의 크기, 상기 수직 편광 진폭 정보, 및 상기 수평 편광 진폭 정보에 기초하여 상기 측정 대상물에 대한 복굴절 방향에 대한 정보가 산출되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복굴절 측정 방법.
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