KR20110079000A - 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계에 관한 것으로, 광을 출사하는 광원, 상기 광을 측정면과 기준면에 조사하기 위해 측정광과 기준광으로 분리하는 광분할기, 상기 측정면과 기준면에 조사된 후 반사되는 간섭광과 기준광에 의해 간섭무늬를 입사받는 배율렌즈와 일체로 형성된 다수의 간섭렌즈 및 입사된 간섭무늬를 영상으로 획득하는 영상획득부로 구성되고, 간섭 신호를 획득하기 위하여 광축방향으로 상기 간섭렌즈를 구동부를 통해 구동시키는 간섭계에 있어서, 상기 간섭렌즈는 배율렌즈와 분할 구성되고, 상기 간섭렌즈는 하나만 구비되어 구동부와 연동되며, 상기 배율렌즈는 상기 영상획득부와 간섭렌즈간의 빔 경로에 해당하는 경통 중간에 설치되며, 상기 구동부는 하나의 상기 간섭렌즈만을 광축방향으로 구동시키는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 배율렌즈와 간섭렌즈를 분할 구성하고 하나의 간섭렌즈만을 구동시킴으로써 고속구동이 가능한 이점이 있고, 경제성을 제고할 수 있다.

간섭계, 배율렌즈, 간섭렌즈, PZT, 버킷

Description

배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계{Magnification lens and of interference lens for separation Interferometer}

본 발명은 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계에 관한 것으로, 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 구조를 통해 대상물 측정 시 간섭계 원리에 따라 버킷 구동할 때 간섭렌즈만을 구동하여 고속구동이 가능한 간섭계에 관한 것이다.

백색광 주사 간섭계는 광원으로 백색광(일반적으로 텅스텐 할로겐 램프나 제논 램프, 그리고 백색 발광다이오드 등)을 이용하며, 간섭 신호를 획득하기 위하여 광축방향으로 기준 미러나 측정 물체를 PZT와 같은 미세 구동기를 이용하여 이동한다.

도 1은 백색광 주사 간섭계의 기본 원리를 보여준다. 광원(1)에서 나온 백색광은 광분할기(3)에 의하여 측정광과 기준광으로 분리되어 측정면(5)과 기준면(6)에 조사되고 각 면에서 반사된 광은 동일 거리의 광경로를 거쳐 생성된 간섭무늬를 생성하고 영상획득부(8)에 의해 획득된다.

백색광 주사 간섭계의 특징은 백색광의 짧은 가간섭성을 이용하는 것으로, 레이저와 같은 단색광은 수 미터(m)에 걸쳐서 간섭 신호를 발생시킬 수 있지만, 백색광은 수 마이크로(㎛)이내에서만 간섭 신호를 발생시킨다. 도 1에 도시된 바와 같이 측정 물체를 광축 방향으로 미소 간격씩 이동하면서 한 측정점에서의 간섭 신호를 획득한 후 이를 도시하면 도 1에서와 같이 측정면(5)과 기준면(6)의 위치차이가 가간섭 길이 내의 짧은 거리에서만 간섭신호를 나타낸다.

그러므로 측정 영역내의 모든 측정점에 대한 간섭신호를 획득하고, 각 간섭 신호의 정점에서의 광축 방향 위치를 높이 값으로 설정하면, 기준면에 대한 측정면의 3차원 형상을 측정할 수 있다.

이와 같은 백색광 주사 간섭계는 2π 모호성으로부터 자유롭기 때문에 수 밀리미터(mm)의 상대적으로 큰 단차도 나노미터(nm)이하의 수직 분해능으로 측정할 수 있어 최근 초정밀 형상 측정분야에서 각광받고 있다.

하지만, 대물렌즈를 이용하여 측정면의 3차원 형상을 획득하다 보니 대물렌즈의 배율과 개구수(Numerical aperture)에 의해 한 번에 측정할 수 있는 측정 영역이 제한되는 단점이 있게 된다. 따라서 수 밀리미터(mm)의 대영역을 측정하기 위해서는 좁은 영역을 여러 번 측정하고, 이를 정합함으로써 측정하고 있다.

도 2 내지 도 3은 종래기술에 따라 터렛(turret ;10))이 적용된 상용화된 간섭계 시스템을 개략적으로 도시하고 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이 종래 기술로는 간섭렌즈가 포함된 각기 다른 배율렌즈(20)가 터렛에 장착되어 있고, 배율 조정 시 터렛을 돌려 해당 배율로 촬영을 한다. 이때 앞서 언급한 바와 같이 간섭 신호를 획득하기 위하여 광축방향으로 기준 미러나 측정 물체를 PZT actuator와 같은 미세 구동기(30)를 이용하여 이동하여야 한다. 이때 다수의 간섭렌즈가 장착된 터렛 전체를 z축 구동시켜야 하기 때문에 PZT와 같은 미세 구동기의 구동속도를 저하시키는 문제점이 있고, 각 배율렌즈에는 고가의 간섭렌즈와 함께 각각 적용됨으로써 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 대상물 측정 시 구동부에 의한 버킷 구동의 고속성을 제공하여 보다 높은 고속측정이 가능하고, 각기 다른 배율의 렌즈를 적용하되, 고가의 간섭렌즈는 하나만 채용하여 경제성을 향상시킬 수 있는 간섭계를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광을 출사하는 광원, 상기 광을 측정면과 기준면에 조사하기 위해 측정광과 기준광으로 분리하는 광분할기, 상기 측정면과 기준면에 조사된 후 반사되는 간섭광과 기준광에 의해 간섭무늬를 입사받는 배율렌즈와 일체로 형성된 다수의 간섭렌즈 및 입사된 간섭무늬를 영상으로 획득하는 영상획득부로 구성되고, 간섭 신호를 획득하기 위하여 광축방향으로 상기 간섭렌즈를 구동부를 통해 구동시키는 간섭계에 있어서, 상기 간섭렌즈는 배율렌즈와 분할 구성되고, 상기 간섭렌즈는 하나만 구비되어 구동부와 연동되며, 상기 배율렌즈는 상기 영상획득부와 간섭렌즈간의 빔 경로에 해당하는 경통 중간에 설치되며, 상기 구동부는 하나의 상기 간섭렌즈만을 광축방향으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배율렌즈는, 각기 다른 배율을 가지는 다수의 배율렌즈가 회전자에 고정되고, 상기 회전자는 배율 선택에 따른 배율렌즈 교체를 위해 회전되어 상 기 영상획득부와 간섭렌즈간의 경통 사이에서 교체되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원은, 백색광을 출사하는 광원인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배율렌즈는, 상기 광원에서 출사되는 광을 기준광과 측정광으로 분리를 빔스플리터를 기준으로 상기 영상획득부 방향의 빔경로에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간섭렌즈는, 인피니티(infinite) 포커스로 대물렌즈가 설계된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간섭계는, 상기 간섭렌즈와 빔스플리터를 연결하는 제 1경통, 상기 빔스플리터와 상기 배율렌즈를 연결하는 제 2경통 및 상기 배율렌즈와 영상획득부를 연결하는 제 3경통으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간섭렌즈는, 대물렌즈, 기준미러, 빔스플리터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 배율렌즈와 간섭렌즈를 분리하여 구성함에 따라 구동부(PZT)의 하중 부담을 줄여 n버킷 구동 시 고속 구동이 용이한 이점이 있다.

또한, 고가의 간섭렌즈를 하나만 채용하고 다수의 배율렌즈를 적용하여 제조비용을 크게 절감시킬 수 있고, 배율조정은 종래기술과 크게 차이 없이 용이하게 조절할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계의 개략적인 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계의 배율렌즈를 나타낸 사시도이다.

본 발명에 따른 광을 출사하는 광원, 상기 광을 측정면과 기준면에 조사하기 위해 측정광과 기준광으로 분리하는 광분할기, 상기 측정면과 기준면에 조사된 후 반사되는 간섭광과 기준광에 의해 간섭무늬를 입사받는 배율렌즈를 포함하는 다수의 간섭렌즈 및 입사된 간섭무늬를 영상으로 획득하는 영상획득부로 구성되고, 간섭 신호를 획득하기 위하여 광축방향으로 상기 간섭렌즈를 구동부를 통해 구동시키는 간섭계에 있어서, 상기 간섭렌즈는 하나로 구성되고, 상기 배율렌즈는 간섭렌즈와 분할되어 상기 영상획득부와 간섭렌즈간의 경통 중간에 설치되며, 상기 구동부는 하나의 간섭렌즈만을 광축방향으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계는 기존의 터렛형 간섭계에서 다수의 배율렌즈가 장착된 터렛 전체를 간섭무늬 획득 시 구동시켜야함에 따른 질량 부담을 줄여 고속구동이 가능하고 배율조절은 용이하게 실시할 수 있는 간섭계를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 간섭렌즈(100)는 간섭 시스템에 있어 대물렌즈(110)와 기준 미러(reference mirror ; 120) 및 빔스플리터를 포함하여 구성된다. 이러한 간섭렌즈는 한 개만 구성되어 간섭무늬를 획득하게 된다. 여기서 상기 간섭렌즈는 인피니티 포커싱(infinite focus)으로 대물렌즈가 설계되어 있는 공지의 간섭렌즈(ex. 미우라 간섭렌즈)가 적용될 수 있다.

상기 간섭렌즈는 기존의 경우 배율렌즈와 함께 적용되어 배율조정에 따라 필요한 개수만큼 터렛(turret)에 장착되어 회전 조정하는 것으로 구성되었지만, 본 발명에서는 하나의 간섭렌즈만을 적용하고 배율렌즈는 분할 구성되어 간섭계의 빔경로 일측에 설치된다.

구동부(200)는 상기 간섭렌즈를 대상물에 대해 z축으로 구동시키면서 간섭무늬를 획득하기 위한 것으로, 일반적으로 PZT소자가 적용되는 것이 바람직하다. 앞서 언급한 바와 같이 기존에는 터렛에 장착된 다수의 배율렌즈를 포함하는 간섭렌즈를 구동시키기 위해서는 질량이 커지므로 고속구동이 어려웠으나, 본 발명에서는 하나의 간섭렌즈만을 구동부가 구동시키기 때문에 고속 구동이 가능한 이점이 있다.

한편, 간섭렌즈와 분할된 배율렌즈를 적용하기 위해서 본 발명에서는 빔경로 즉, 빔 경통을 제 1경통(300), 제 2경통(310) 및 제 3경통(320)으로 분할 구성한다.

우선, 간섭계의 개략적인 구성을 살펴보면, 광원(400)으로부터 출사되는 광은 콜리메이터(410)를 통해 평행광을 만든 후 빔스플리터(하프미러 ; 420)를 통과하여 분리된다. 상기 광원은 백색광 광원이 바람직하며, 이에 따라 가장 바람직한 실시예로 본 발명에 따른 간섭계는 백색광 간섭계에 해당하나, 이에 결코 한정되지 않는다.

상기 빔스플리터를 중심으로 간섭렌즈가 구비되는 아래쪽으로는 제 1경통이 구비되며, 영상획득부(600)가 구비되는 위쪽으로는 제 2경통(310)이 위치한다.

그리고 제 2경통으로 전달되는 기준광과 측정광이 영상획득부(600)로 전달되는 경로상에 각 배율별 구비되는 배율렌즈(500)가 위치한다. 여기서 상기 영상획득부는 CCD 촬상소자에 해당한다. 상기 배율렌즈는, 각각 다른 배율렌즈를 가지고 구비되며 본 발명에 따른 일실시예로 도 5에 나타낸 바와 같이 배율 조정을 용이하게 실시하기 위하여 회전가능한 회전자(510)를 구비하고 여기에 다수의 배율렌즈(500a ~ 500c)가 각각 설치되어 있어 원하는 배율에 따라 회전자를 회전시키면 배율렌즈는 제 3경통과 제 2경통으로 위치하여 해당 배율에 따른 대상물을 측정할 수 있다.

상기 회전자는 본 발명에 있어서, 배율렌즈의 교체 용이성을 제공하고자 하기 위해 구성된 것이며, 이러한 구조에서 벗어나 회전자 없이 준비된 다양한 배율렌즈를 개별적으로 교체할 수 있도록 구성할 수도 있다. 이러한 구조에는 경통과 배율렌즈를 결합하기 위한 기계적 구조는 구조적 메커니즘을 통해 쉽게 구현할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 예를 들어 경통으로 결합홈이 형성되고 이 결합홈에 끼움 결합될 수 있는 결합부가 배율렌즈가 형성되고 쉽게 착탈 가능하도록 구현한다.

상기 배율렌즈는 저가의 튜브렌즈(Tube Lens)로 구비하여 경제성을 높일 수 있고 배율조정은 기존 터렛 구조와 마찬가지로 용이하게 실시할 수 있다.

그리고 마지막으로 배율렌즈와 영상획득부(600)를 연결하는 제 3경통이 위치하고, 상기 제 3경통은 상세히 도시하지는 않았지만 영상획득부(카메라)와 결합되기 위한 아답터 구조를 갖는다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 간섭신호 획득을 위해 z축으로 구동하는 구동부의 하중 부담을 줄려 고속 구동이 가능하며, 고가의 간섭렌즈를 하나만 사용하기 때문에 경제성 높은 간섭계를 제공할 수 있는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.

오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 백색광 간섭계의 개략적인 구성도,

도 2는 종래기술에 따른 터렛이 적용된 간섭 시스템의 개략적인 구성도,

도 3은 도 2의 터렛부를 상세히 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계의 개략적인 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계의 배율렌즈를 나타낸 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 간섭렌즈 110 : 대물렌즈

120 : 기준미러 130 : 빔스플리터

200 : 구동부 300 : 제 1경통

310 : 제 2경통ㅇ 330 : 제 3경통

400 : 광원 410 : 콜리메이터

420 : 빔스플리터 500 : 배율렌즈

510 : 회전자 600 : 카메라

Claims (7)

1. 광을 출사하는 광원, 상기 광을 측정면과 기준면에 조사하기 위해 측정광과 기준광으로 분리하는 광분할기, 상기 측정면과 기준면에 조사된 후 반사되는 간섭광과 기준광에 의해 간섭무늬를 입사받는 배율렌즈와 일체로 형성된 다수의 간섭렌즈 및 입사된 간섭무늬를 영상으로 획득하는 영상획득부로 구성되고, 간섭 신호를 획득하기 위하여 광축방향으로 상기 간섭렌즈를 구동부를 통해 구동시키는 간섭계에 있어서,

   상기 간섭렌즈는 배율렌즈와 분할 구성되고,

   상기 간섭렌즈는 하나만 구비되어 구동부와 연동되며,

   상기 배율렌즈는 상기 영상획득부와 간섭렌즈간의 빔 경로에 해당하는 경통 중간에 설치되며,

   상기 구동부는 하나의 상기 간섭렌즈만을 광축방향으로 구동시키는 것을 특징으로 하는 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계.
2. 제 1항에 있어서, 상기 배율렌즈는,

   각기 다른 배율을 가지는 다수의 배율렌즈가 회전자에 고정되고,

   상기 회전자는 배율 선택에 따른 배율렌즈 교체를 위해 회전되어 상기 영상획득부와 간섭렌즈간의 경통 사이에서 교체되는 것을 특징으로 하는 배율렌즈와 간 섭렌즈가 분리된 간섭계.
3. 제 1항에 있어서, 상기 광원은,

   백색광을 출사하는 광원인 것을 특징으로 하는 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 배율렌즈는,

   상기 광원에서 출사되는 광을 기준광과 측정광으로 분리를 빔스플리터를 기준으로 상기 영상획득부 방향의 빔경로에 설치되는 것을 특징으로 하는 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계.
5. 제 1항에 있어서, 상기 간섭렌즈는,

   인피니티(infinite) 포커스로 대물렌즈가 설계된 것을 특징으로 하는 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계.
6. 제 1항에 있어서, 상기 간섭계는,

   상기 간섭렌즈와 빔스플리터를 연결하는 제 1경통;

   상기 빔스플리터와 상기 배율렌즈를 연결하는 제 2경통; 및

   상기 배율렌즈와 영상획득부를 연결하는 제 3경통;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계.
7. 제 1항에 있어서, 상기 간섭렌즈는,

   대물렌즈, 기준미러, 빔스플리터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배율렌즈와 간섭렌즈가 분리된 간섭계.

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