KR20130083345A - 다중 병렬 공초점 시스템 - Google Patents

다중 병렬 공초점 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20130083345A
KR20130083345A KR1020120004073A KR20120004073A KR20130083345A KR 20130083345 A KR20130083345 A KR 20130083345A KR 1020120004073 A KR1020120004073 A KR 1020120004073A KR 20120004073 A KR20120004073 A KR 20120004073A KR 20130083345 A KR20130083345 A KR 20130083345A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microlens
row
light
column
optical probe
Prior art date
Application number
KR1020120004073A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101300733B1 (ko
Inventor
강신일
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Priority to KR1020120004073A priority Critical patent/KR101300733B1/ko
Priority to PCT/KR2013/000256 priority patent/WO2013105822A1/ko
Priority to US14/350,578 priority patent/US9081187B2/en
Publication of KR20130083345A publication Critical patent/KR20130083345A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101300733B1 publication Critical patent/KR101300733B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/06—Means for illuminating specimens
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0032—Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002—Scanning microscopes
    • G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0036—Scanning details, e.g. scanning stages
    • G02B21/004—Scanning details, e.g. scanning stages fixed arrays, e.g. switchable aperture arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0056—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

본 발명은 마이크로 렌즈에서 시료 표면까지의 작업거리를 높여 측정시 마이크로 렌즈나 시료 표면이 오염되거나 손상되는 것을 방지하고, 대영역에 걸쳐 보다 고속으로 피측정물의 표면 측정이 가능하게 하는 다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 광을 조사하는 광원; 피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고, 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부; 상기 릴레이 렌즈부를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈가 다수 개 배열되어 마이크로 렌즈 어레이를 이루며, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광이 피측정물의 표면에 포커싱되는 멀티 광 프로브; 상기 피측정물로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector);를 포함하여 이루어지되, 상기 마이크로 렌즈의 초점거리와 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리에 의해서 정해지는 후초점과 상기 릴레이 렌즈부의 초점은 동일 평면상에 위치되는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법{multi parallel confocal systeme and surface measurement method using this}
본 발명은 다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법에 관한 것이다.
공초점 현미경(confocal microscope)은 시료(sample)에 일정 파장의 빛을 조사하면서 시료로부터 반사되는 빛을 핀홀과 같은 공초점 어퍼쳐(confocal aperture)에 통과시킴으로써, 대물렌즈의 초점에서 발산된 빛만을 광전검출기(PD, photo-detector)로 검출하는 장치이다.
도 1은 일반적인 공초점 현미경의 원리를 설명하고자 도시한 공초점 광학시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 공초점 현미경은 레이저 광을 조사하는 광원(11)과, 입사광의 진행경로를 변환하는 빔스프리터(13)와, 광원(11)에서 조명된 광을 샘플에 집속시키는 대물렌즈(15)와, 광전검출기(19)를 포함하며, 빔스프리터(13)와 광전검출기(19) 사이에는 초점이 일치하는 상만이 광전검출기(19)로 향하도록 단속하는 어퍼쳐(17)가 배치되어 있다.
광원(11)은 시료에 표지된 형광물질에 적합한 파장대의 레이저 광을 조사하여 형광물질의 발산을 유도하며, 발산된 형광신호는 대물렌즈(15)에 의해 집속되고, 빔스프리터(13)를 경유하여 광전검출기(19)에 집속된다. 이때, 초점이 맞지 않는 부분의 상은 어퍼쳐(17)에 의하여 차단되므로, 초점이 맞는 형광신호의 상만이 상기 광전검출기(19)에서 검출된다.
대물렌즈의 초점평면(focal plane) 외부에서 반사된 빛은 어퍼쳐를 통과하지 못하여 광전검출기에서 검출되지 않기 때문에, 공초점 현미경은 광축방향으로 높은 분해능을 가질 뿐만 아니라, 광축에 수직한 방향으로도 기존의 광학 현미경에 비하여 높은 분해능을 가진다.
시료의 기계적인 절단 없이 레이저 광원을 사용하여 광 절편으로 상을 구성할 수 있어, 시료의 지정 평면을 관찰하는 것과 시료의 입체적인 3차원 영상을 얻는 것도 가능하며, 다양한 영상처리가 가능하고, 살아있는 재료를 대상으로 하여 이온, pH의 변화 등을 관찰할 수도 있고, 형광물질의 특성을 이용하여 세포 내물질간의 상호 연관성을 분석할 수도 있다.
공초점 광학시스템은 이러한 높은 분해능과 3차원 영상 획득 능력으로 인해, 최근에 세포 생물학 분야와 반도체 칩 검사분야를 포함하여, 항공우주산업의 인공위성에 쓰이는 대구경 렌즈(lens)나 미러(mirror)와 같은 전문적인 분야에서뿐만 아니라, 반도체 디스플레이부품, 자동차 부품, 휴대용 카메라와 복사기의 부품과 같이 생활과 밀접한 다양한 분야에 걸쳐 품질 검사에 광범위하게 활용되고 있다.
한편, 전술된 공초점 현미경 시스템에 있어서, 광원에서 조사되는 레이저 광은 공초점 현지경 시스템의 하부에 위치한 대물렌즈인 마이크로 렌즈를 통해 시료의 표면에 상이 맺도록 집속하게 되는데, 도 2에서 보는 바와 같이 마이크로 렌즈(15)에 입사되는 광(L)은 평행광 형태로 입사되어 마이크로 렌즈(15)의 구면형상을 통해 집속되어 시료 표면에 조사된다.
그러나, 이러한 구성의 공초점 광학 시스템은 평행광 상태로 입사되어 마이크로 렌즈(15)를 통해 집속되는 광의 초점거리, 즉 마이크로 렌즈(15)의 초점거리(f)가 매우 짧아서 시료의 측정시 시료의 표면으로부터 충분한 작업거리(working distance)가 확보되지 못하기 때문에 측정시스템과 시료 표면과의 접촉이 발생할 우려가 있다. 특히, 도 3에서와 같이, 시료(20)의 표편(S)이 평탄하지 못하고 굴곡이 많은 경우 시료의 표면을 측정하는 과정에서 측정시스템의 하단부에 위치된 마이크로 렌즈(15)와 시료의 표면(S)이 접촉되어 마이크로 렌즈(15)나 시료의 표면(S)에 오염(contamination)이나 스크래치(scratch)가 발생되는 문제가 있었다.
이와 같은 측정 시스템과 시료 표면과의 접촉을 방지하기 위하여 측정 시스템이나 시료를 Z축 방향으로 이송시킬 수 있는 별도의 스테이지(stage)를 적용하는 경우도 있었으나, 이러한 경우에는 측정시스템의 Z축 방향으로 제어하기 위한 높은 정밀도가 요구되며 추가적인 장치구성으로 인하여 전체 시스템 장치가 복잡해지는 문제가 있었다.
또한, 전술된 공초점 광학 시스템을 이용하여 시료의 표면을 스캐닝(scanning)함에 있어서는, 시료 표면의 측정 영역 전체에 걸쳐 하나의 광 스폿(beam spot) 또는 광 프로브(optical probe)를 위치시키기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 시료가 안착된 스테이지(nano stage)를 미세 이동시키는 액츄에이터(actuator)가 사용되고 있다.
그러나, 하나의 광 스폿을 전 측정 영역에 걸쳐 이동시키는데 장시간이 소요될 뿐만 아니라, 액츄에이터의 구동에 따른 진동으로 인해 전체 광학시스템의 성능 저하를 유발하게 되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 광 스폿(beam spot) 또는 광 프로브(optical probe)를 동시에 조사하여 광전검출기에서 동시에 광 스폿 개수만큼의 정보를 페이지(page) 단위로 획득할 수 있도록 하는 멀티 광 프로브 광학시스템이 고려될 수 있다.
도 6을 참조하여 멀티 광 프로브 광학시스템에 대해 설명하면, 전 측정 영역(도 5의 일점 쇄선 영역)의 표면 정보를 획득함에 있어서, 각각의 광 스폿이 광 스폿의 갯수에 반비례하여 축소된 영역(macrocell)(도 5의 x0,y0 영역) 내에서만 이동하면 되는 장점이 있다.
기존의 단일 광 스폿의 경우와 비교해 광 스폿의 동선이 단축되기는 하는 것이나, 이러한 멀티 광 프로브 광학시스템은 지정된 2차원 영역 전체에 걸쳐 광 스폿을 종방향(y방향) 및 횡방향(x방향)으로 일정 스텝으로 이동시키는데 여전히 장시간이 소요되며, 현재 측정 중인 멀티 광 프로브 배열 영역(유닛) 내에서 스캐닝이 완료되면 인접한 다른 영역으로 멀티 광 프로브를 전체적으로 이동, 정지시킨 후 다시 상기와 같이 광 스폿을 종방향(y방향) 및 횡방향(x방향)으로 일정 스텝으로 이동시키는 것을 반복하여야 한다.
최근 산업계의 동향을 보면 피측정물의 대형화 등으로 인해 고분해능으로 대영역을 측정하는 것이 불가피한 실정이나, 종래의 멀티 광 프로브 광학시스템에 의하면 상기와 같이 광 스폿의 면 채움 이동, 멀티 광 프로브의 유닛 단위 위치 이동 및 정지를 일일이 반복하면서 측정이 이루질 수 밖에 없어 대영역 측정 시 장시간이 소요되므로 품질 검사의 효율성 향상 등을 위해 그 개선이 필요한 실정이다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 마이크로 렌즈에서 시료 표면까지의 작업거리(working distance)를 높일 수 있어 측정시 마이크로 렌즈나 시료 표면이 오염되거나 스크래치가 발생되는 문제를 극복할 수 있으며, 멀티 광 프로브 배열 영역뿐만 아니라 이를 초과하는 대영역에 걸쳐 보다 고속으로 피측정물의 표면 측정이 가능하게 하는 다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 광을 조사하는 광원; 피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고, 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부; 상기 릴레이 렌즈부를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈가 다수 개 배열되어 마이크로 렌즈 어레이를 이루며, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광이 피측정물의 표면에 포커싱되는 멀티 광 프로브; 상기 피측정물로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector);를 포함하여 이루어지되, 상기 마이크로 렌즈의 초점거리와 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리에 의해서 정해지는 후초점(back focus)과 상기 릴레이 렌즈부의 초점dl 동일 평면상에 위치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 후초점의 거리 (back focal length, 이하 BFL)는 마이크로 렌즈의 초점거리를 f, 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리를 f+x라 할 때 아래의 산출식에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00001
아울러, 상기 릴레이 렌즈부는 어퍼쳐(aperture)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 릴레이 렌즈부는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens)를 가질 수 있다.
상기 광원은 상기 텔레센트릭 렌즈의 상부 광축상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 광원은 상기 텔레센트릭 렌즈의 하부 광축상에 배치될 수도 있다.
아울러, 상기 광원에서 조사되는 광의 진행경로를 변환시킬 수 있는 빔스프리터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 릴레이 렌즈부의 초점과 상기 마이크로 렌즈의 후초점이 만나는 초점면상에는 핀홀을 갖는 어퍼쳐가 설치될 수 있다.
한편, 상기한 마이크로렌즈 어레이(microlens array)로 이루어진 멀티 광 프로브는, 마이크로렌즈(microlens)(M1)가 횡렬로 배치되는 제1열(111); 및 마이크로렌즈(microlens)(M2)가 상기 제1열(111)과 종렬로 배치되어 형성되며, 상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1) 사이에 일부가 위치되는 제2열(112);을 포함하는 멀티 광 프로브를 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 제2열(112)은, 상기 제1열(111)과 동일한 이격 간격의 마이크로렌즈 어레이를 가지고, 상기 제1열(111)에 대해 횡방향 상대위치를 가지도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2열(112)은, 상기 제1열(111)과 다른 이격 간격의 마이크로렌즈 어레이를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1열(111)은, 상기 마이크로렌즈(M1)가 상기 마이크로렌즈(M1)의 사이즈보다 작은 이격 간격으로 배치되며, 상기 제2열(112)은, 상기 마이크로렌즈(M2)의 횡방향 단부 또는 중간부가 상기 제1열(111)을 구성하는 마이크로렌즈(M1)의 이격 간격 사이로 돌출되거나 가로지르도록 배치될 수 있다.
또한, 마이크로렌즈(microlens)(M3)가 상기 제1열(111), 제2열(112)과 종렬로 배치되어 형성되되, 상기 제1열(111) 또는 제2열(112)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1, M2) 사이에 일부가 위치되는 제3열(113);을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 광을 조사하는 광원; 피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고, 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부; 상기 릴레이 렌즈부를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈가 다수 개 배열되어 마이크로 렌즈 어레이를 이루며, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광이 피측정물의 표면에 포커싱되는 멀티 광 프로브; 상기 피측정물로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector);를 포함하여 이루어지며, 상기 마이크로 렌즈의 초점거리와 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리에 의해서 정해지는 후초점과 상기 릴레이 렌즈부의 초점은 동일 평면상에 위치되고, 상기 마이크로 렌즈 어레이로 이루어진 멀티 광 프로브는, 마이크로렌즈(M1)가 횡렬로 배치되어 형성되는 제1열(111)과, 상기 제1열(111)과 횡방향 상대위치를 가지고 종렬로 배치되는 제2열(112)을 포함하는 마이크로렌즈 어레이(microlens array)를 가지는 다중 병렬 공초점 시스템, 또는 피측정물을 종방향으로 이동시키면서, 상기 제1열(111) 및 제2열(112)을 포함하는 횡방향 너비를 가지는 직사각형 또는 선형 면적에 걸쳐 상기 피측정물을 연속적으로 스캐닝하는 다중 병렬 공초점 시스템을 이용한 표면 측정방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 다중 병렬 공초점 시스템에 적용되는 마이크로 렌즈 어레이의 피측정물의 측정거리(Working distance;WD)를 길게 함으로써 검사할 대상면의 표면과 렌즈 표면의 오염 및 손상을 줄일 수 있다. 또한 릴레이 렌즈의 광경로를 이용하여 광학적 핀홀 효과를 얻음으로써 물리적 핀홀 없이도 공초점 시스템을 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 각 열(종렬)을 구성하는 마이크로렌즈간 이격 간격 사이에, 다른 열(종렬)의 마이크로렌즈가 위치되는 마이크로렌즈 어레이 구조에 의해, 멀티 광 프로브 또는 피측정물을 종방향(단방향)으로 연속하여 이동시키면서 다수열을 구성하는 마이크로렌즈의 횡방향 너비를 포괄하는 직사각형 또는 선형 면적에 걸쳐 피측정물을 연속적으로 스캐닝할 수 있다.
이에 따라, 멀티 광 프로브의 유닛 단위 영역을 스캐닝함에 있어서, 기존의 멀티 광 프로브 광학시스템에서 광 스폿 단위로 지정된 2차원 영역 전체에 걸쳐 광 스폿을 종방향 및 횡방향으로 이동시키며 이루어지던 것과 비교해, 멀티 광 프로브를 단방향으로 이동시키면서 고속으로 스캐닝할 수 있다.
또한, 멀티 광 프로브의 유닛 단위 영역을 초과하는 대영역을 스캐닝함에 있어서, 기존의 멀티 광 프로브 광학시스템에서 광 스폿의 면 채움 이동, 멀티 광 프로브의 유닛 단위 위치 이동 및 정지를 일일이 반복하며 이루어지던 것과 비교해, 멀티 광 프로브를 단방향으로 연속하여 이동시키면서 고속으로 스캐닝할 수 있다.
도 1 - 종래의 공초점 현미경의 원리를 설명하고자 도시한 개념도
도 2 - 종래의 공초점 시스템의 요부 단면도.
도 3 - 종래의 공초점 시스템을 이용한 피측정물 측정모습을 도시한 개념도
도 4 - 단일 광 프로브를 이용하여 스캐닝하는 방법을 설명하고자 도시한 개념도
도 5 - 멀티 광프로브를 이용하여 스캐닝하는 방법을 설명하고자 도시한 개념도
도 6 - 도 5에 도시된 멀티 광 프로브에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 7 - 본 발명의 실시 예에 따른 다중 병렬 공초점 현미경 시스템의 구성을 보여주는 개념도.
도 8 - 본 발명의 광 프로브의 마이크로 렌즈 부분을 확대 도시한 단면도.
도 9 - 본 발명의 다른 실시 예에 따른 텔레센트릭 렌즈와 빔스프리터를 포함하는 광학계인 릴레이 렌즈부의 구성을 나타낸 구성도.
도 10 - 본 발명의 또 다른 실시 예로서 릴레이 렌즈부와 마이크로 렌즈의 초점이 만나는 초점면 상에 핀홀 어퍼쳐가 부가적으로 설치된 구성을 보여주는 도면.
도 11 - 본 발명의 작업거리(WD)가 향상된 공초점 시스템을 이용하여 피측정물의 표면을 검사하는 모습을 예시한 개념도.
도 12 - 본 발명의 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이를 이용한 스캐닝 방법을 설명하고자 도시한 개념도
도 13 - 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 14 - 본 발명의 제2 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 15 - 본 발명의 제3 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 16 - 본 발명의 제4 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 17 - 본 발명의 제5 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 18 - 본 발명의 제6 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 19 - 본 발명의 제7 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 20 - 본 발명의 제8 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 21 - 본 발명의 제19 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
도 22 - 본 발명의 제10 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이 내지 이에 의한 스캐닝 영역을 도시한 개념도
멀티 광 프로브를 포함하는 멀티 광 프로브 광학시스템(예를 들어, 공초점 현미경(confocal microscope), 공초점 센서(confocal sensor) 등)은 그 목적에 따라 광학 구성요소들의 선택, 조합, 형상, 설치 구조, 갯수 등에 따라 다양한 실시예로 구현가능하다.
본 발명은 이러한 멀티 광 프로브 광학시스템에 광범위하게 적용가능한 멀티 광 프로브에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다수의 레이저광을 발산하는 면 발광 레이저(laser), 피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사되는 다수의 레이저광이 통과하는 다수의 핀홀이 형성된 공초점 어퍼쳐(confocal aperture), 포커싱 마이크로 렌즈(focusing micro lens), 콜리메이터 렌즈(collomator lens), CCD와 같은 광전검출기(PD, photo-detector)의 수광부 중 하나 또는 둘 이상이 조합된 구조체일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다중 병렬 공초점 시스템의 구성을 보여주는 개념도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 병렬 공초점 시스템은, 광을 조사하는 광원(미도시)과, 피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부(102)와, 상기 릴레이 렌즈부(102)를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈(104)가 다수 개 배열된 마이크로 렌즈 어레이(array)를 가지며 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광을 피측정물(105)의 표면에 포커싱하는 광 프로브(103)와, 상기 피측정물(105)로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈(104) 및 릴레이 렌즈부(102)를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector)(106)를 포함하여 구성된다.
상기 릴레이 렌즈부(102)는 마이크로 렌즈(104)로 입사되는 광을 집속시키기 위한 광학계로서, 피측정물의 측정시 피측정물 표면의 위치에 따른 원근감을 보상하도록 하는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens)를 포함한다.
이때, 텔레센트릭 렌즈(105)는 피측정물(105)로 향하거나 피측정물(105)에서 반사되는 광을 집속시키기 위한 2개의 집광렌즈(108a)(108c)와, 상기 2개의 집광렌즈(108a)(108c) 사이에 배치되는 어퍼쳐(aperture)(105b)를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 릴레이 렌즈부(102)는 광원에서 입사되는 광을 기존과 같은 평행광 형태가 아닌 포커싱(focusing)된 집속광 형태로 집속시킨 후 하부측에 위치한 광 프로브(103)의 마이크로 렌즈(104)에 입사시킨다.
도 8은 본 발명의 광 프로브(103)에 있어서 마이크로 렌즈 어레이에 구비된 마이크로 렌즈(104) 부분을 확대 도시한 것이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 마이크로 렌즈(104)에는 상부 측 릴레이 렌즈부(102)를 통해 집속된 광이 입사된다. 이러한 경우 기존의 평행광 형태(점선으로 표시된 광경로)로 입사될 때의 마이크로 렌즈(104)의 초점거리(f)보다 긴 거리(WD)상에 초점이 맺혀되고, 상기 피측정물의 표면을 통해 반사된 광은 다시 마이크로 렌즈(104)를 통과하여 마이크로 렌즈(104)의 후방측에 초점이 맺혀진다.
이때, 상기 마이크로 렌즈(104)의 초점거리(f)와 마이크로 렌즈(104)와 피측정물(105) 사이의 거리(WD)에 의해서 정해지는 후초점과 상기 릴레이 렌즈부(102)의 초점은 도 7에 나타낸 바와 같이 동일 평면상의 초점면(focal plane)동일 평면상에 위치된다.
여기서, 상기 마이크로 렌즈(104)의 초점거리(f)와 마이크로 렌즈(104)와 피측정물(105) 사이의 거리(WD)에 의해서 정해지는 후초점 길이(BFL;back focal length)는 마이크로 렌즈(104)의 초점거리를 f, 마이크로 렌즈(104)와 피측정물(105) 사이의 거리를 f+x라 할 때, 아래의 산출식에 의해 결정된다.
Figure pat00002
즉, 릴레이 렌즈부(102)에 의해 광이 마이크로 렌즈(104)에 집속광 형태로 입사될 경우 피측정물이 위치한 마이크로 렌즈(104)의 전방에 원초점거리(f)에 x만큼 늘어난 작업거리(WD; working distance)가 형성된다.
이렇게 구성하게 되면, 마이크로 렌즈(104) 어레이의 결상면(object plane)까지의 거리가 마이크로 렌즈(104)의 초점거리(f)보다 길어지는 효과를 얻을 수 있다. 이와 같이 마이크로 렌즈(104)로부터 피측정물(105)까지의 측정거리(WD)가 늘어나기 때문에 피측정물의 스캐닝 과정시 피측정물(105)의 표면의 굴곡에 영향을 받지 않고서 안정적으로 스캐닝 검사작업을 실시할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예로서, 텔레센트릭 렌즈 및 빔스프리터를 포함하는 광학계인 릴레이 렌즈부(102)의 구성을 나타낸 것이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 광을 집속하기 위한 광학계인 릴레이 렌즈부(102)는 2개의 집광렌즈(108a)(108c) 및 상기 집광렌즈(108a)(108c) 사이에 배치되는 어퍼쳐(108b)를 포함하는 텔레센트릭 렌즈(108)와, 광원에서 조사되는 광의 진행경로를 변환시킬 수 있도록 상기 텔레센트릭 렌즈(108)의 하부 광축 상에 배치되는 빔스프리터(107)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 광원은 도 9와 같이 텔레센트릭 렌즈(108)를 기준으로 하부의 광축상에 배치하여 구성하거나, 혹은 텔레센트릭 렌즈(108)의 상부측에 배치하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 텔레센트릭 렌즈(108)의 상부측에 광원이 배치되는 경우 빔스프리터를 텔레센트릭 렌즈(108)의 상부측에 배치하여 구성한다.
한편, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예로서, 릴레이 렌즈부(102)의 초점과 마이크로 렌즈(104)의 후초점이 만나는 초점면(focal plane) 상에 핀홀(142)이 형성된 어퍼쳐(140)를 부가적으로 설치된 구성을 보여주고 있다. 이와 같이, 마이크로 렌즈(104)의 후방측 초점과 릴레이 렌즈부(102)의 전방측 초점이 만나는 초점면 상에 다수의 핀홀(142)이 형성된 어퍼쳐(140)를 설치하게 되면 공초점 시스템의 결상 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 공초점 시스템을 이용하여 피측정물(105)의 표면을 검사하는 모습을 예시한 것으로서, 도 11에서 보는 것과 같이, 기존의 마이크로 렌즈의 초점거리(f)보다 길어진 작업거리(WD)를 갖는 본 발명의 공초점 시스템을 이용하여 피측정물(105)을 측정하는 경우 피측정물(105)의 표면과 마이크로 렌즈(104)가 접촉되지 않고서 표면 스캐닝 작업이 가능해지고, 이에 따라, 공초점 시스템 장치와 피측정물 상호 간의 접촉으로 인한 오염 및 스크래치 손상을 방지할 수 있다. 아울러, 기존 공초점 시스템과 같이 공초점 장치와 피측정물 사이의 접촉을 회피하기 위해 공초점 장치나 피측정물을 Z축 방향으로 이송하기 위한 별도의 장치구성이 필요 없기 때문에 전체 시스템의 구성이 간단해지고 콤펙트하게 구현될 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이를 이용한 스캐닝 방법을 설명하고자 도시한 개념도이고, 도 13 내지 도 21는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 멀티 광 프로브에 의한 스캐닝 영역 및 이를 위한 마이크로렌즈 어레이 구조를 도시한 개념도이다.
도 13 내지 도 21에 도시된 도면 각각은, 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예 내지 제10 렌즈 어레이 실시예에 대응되며, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 광 프로브의 마이크로렌즈 어레이(microlens array)를 나타냄과 동시에, 이러한 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 다수의 마이크로렌즈(microlens)(M) 각각을 통과하여 피측정물의 표면에 도달된 광 스폿의 배열을 나타낸다.
도 13 내지 도 21를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 멀티 광 프로브는, 마이크로렌즈(M1)가 횡렬(x방향)로 배치되는 제1열(111)과, 마이크로렌즈(M2)가 상기 제1열(111)과 종렬(y방향)로 배치되되 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격 간격 사이에 상기 마이크로렌즈(M2)의 일부가 위치되는 제2열(112)을 포함하는 마이크로렌즈 어레이 구조를 가진다.
이에 따라, 상기 제2열(112)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M2)는, 상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격 간격 사이로 일부가 돌출되거나, 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격 간격을 완전히 가로지르도록 배치된다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 6에 도시된 종래기술상에 일점쇄선으로 표시된 영역(멀티 광 프로브의 유닛 단위 영역)과 동일한 크기의 일점쇄선 표시 영역 내에, 상기 제1열(111)과, 제2열(112)이 형성된 구조를 가진다.
도 6에 도시된 종래기술과 비교하여 설명하면, 상기 제1열(111)은, 도 6의 종래기술에 도시된 마이크로 렌즈 어레이 중 최상부에 위치하는 종렬과 동일한 형상의 배열을 가지며, 상기 제2열(112)은, 상기 제1열(111)과 동일한 이격 간격의 마이크로렌즈 어레이를 가지되, 도 6에 도시된 종래기술과 달리, 상기 제1열(111)에 대해 횡방향 상대위치를 가지도록 배치된다.
상기 제1, 2열의 마이크로렌즈(M1, M2)에 의한 빔 스폿간 횡방향 이격 간격이 상기 빔 스폿의 사이즈 보다 작은 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제2열(112)의 빔 스폿의 횡방향 좌측단부 또는 우측단부가 상기 제1열(111)의 빔 스폿간 이격간격을 완전히 채우도록 배열하면, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브를 종방향(화살표방향)으로 연속하여 이동시키는 것에 의해, 일점쇄선 표시 영역 전체를 고속으로 스캐닝할 수 있다.
도 6에 도시된 종래기술에 의하면 일점쇄선 표시 영역 전체를 스캐닝하기 위해 멀티 광 프로브가 6×5 배열을 가지며, 광 스폿 단위로 지정된 2차원 영역(점선 표시 영역) 전체에 걸쳐 광 스폿을 종방향 및 횡방향으로 이동시켜야 하였으나, 상기 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예에 의하면, 5~6×2의 간결한 배열을 가지며 멀티 광 프로브 또는 피측정물을 종방향(단방향)으로 연속하여 이동시키는 것만으로 일점쇄선 표시 영역 전체를 용이하게 고속으로 스캐닝할 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제2 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13에 도시된 상기 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 상기 제2열(112)의 빔 스폿의 횡방향 중간부가 상기 제1열(111)의 빔 스폿간 이격간격을 완전히 채우도록 배열된다.
본 발명의 제2 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브에 의하면, 상기 제1 렌즈 어레이 실시예와 비교해 보다 균일하게 분포된 멀티 광 프로브 어레이를 구현할 수 있으며, 상기 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예와 마찬가지로, 도 12에 도시된 바와 같이 멀티 광 프로브를 종방향(화살표방향)으로 연속하여 이동시키는 것에 의해 일점쇄선 표시 영역 전체를 고속으로 스캐닝할 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제3 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13에 도시된 상기 본 발명의 제1 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 상기 제2열(112)의 빔 스폿의 횡방향 좌측단부 또는 우측단부가 상기 제1열(111)의 빔 스폿간 이격간격 중 일부만을 채우도록 배열된다.
본 발명의 제3 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브에 의하면, 도 12에 도시된 바와 같이 멀티 광 프로브를 종방향(화살표방향)으로 연속하여 이동시키는 것에 의해, 일점쇄선 표시 영역 내에서 상기 제1, 2열의 마이크로렌즈(M1, M2)에 의한 빔 스폿간 횡방향 통합 너비에 대응되는 너비를 가지는 줄무늬(종방향으로 연속) 형상의 일부 영역을 고속으로 연속하여 스캐닝할 수 있다.
상기 제3 렌즈 어레이 실시예의 멀티 광 프로브를 이용하여 일점쇄선 표시 영역 전체를 스캐닝함에 있어서는, 상기 제3 렌즈 어레이 실시예의 멀티 광 프로브를 종방향(화살표 방향)으로 연속하여 이동시킨 후, 스캐닝 되지 않은 영역에 빔 스폿이 위치되도록 횡방향으로 이동시키고, 다시 종방향(화살표 반대 방향)으로 연속하여 이동시킴으로써 이루어질 수 있다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제4 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 15에 도시된 상기 제3 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 마이크로렌즈(M3)가 상기 제1, 2열(111, 112)과 종렬로 배치되어 형성되고 상기 제1열(111) 또는 제2열(112)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1, M2) 사이에 상기 마이크로렌즈(M3)의 일부가 위치되는 제3열(113)을 포함한 다른 종열부가 추가로 형성된 구조를 가진다.
상기 제3열(113)을 포함한 다른 종렬부를 구성하는 상기 마이크로렌즈(M3) 다수는, 상기 제1, 2열을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1, M2) 사이의 이격간격 사이로 돌출되거나 가로질러 위치된다.
상기 본 발명의 제4 렌즈 어레이 실시예는 상기 제3열(113) 및/또는 제4열(도면부호 미표기)을 추가로 구비함으로써, 상기 제3 렌즈 어레이 실시예가 일점쇄선 표시 영역 내에서 일부 영역만 스캐닝가능한 것과 비교해, 멀티 광 프로브 또는 피측정물을 종방향(단방향)으로 연속하여 이동시키는 조작에 의해 일점쇄선 표시 영역 전체를 용이하게 고속 스캐닝할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 다수의 종렬부를 가지는 마이크로렌즈 어레이를 구성함에 있어서는, 예를 들어, 도 16에 도시된 상기 제1열(111)의 최좌측단부에 위치하는 마이크로렌즈(M1)를 기준으로 하는 경우, 상기 제2열(112) 등을 포함한 다른 종렬부의 최좌측단부에 위치하는 마이크로렌즈와, 도 16에 일점쇄선으로 경사지게 도시된 바와 같이, 동일한 횡방향 위상차를 가지도록, 각각의 종렬부를 배치하면 균일한 마이크로렌즈 분포를 구현할 수 있다.
각각의 종렬부를 상호 동일한 횡방향 위상차를 가지도록 배치함에 있어서는, 상기 제1열(111)의 최좌측단부에 위치하는 마이크로렌즈(M1)와 가장 인접한 다른 마이크로렌즈(M1)의 중심점 사이에, 상기 제2열(112)을 포함한 다수의 종렬부의 최좌측 마이크로렌즈가 위치되도록 하면, 다수의 종열부 전부가 서로 다른 횡방향 위상을 가지게 된다.
여기서, 상기 제1열(111), 제2열(112) 등을 포함한 다수의 열 중, 상기 제1열(111)의 최좌측단부에 위치하는 마이크로렌즈와 가장 인접한 다른 마이크로렌즈(M1)는 상기 다수의 열 중 마지막 열의 최좌측단부에 위치하는 마이크로렌즈와도 동일한 횡방향 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제1열(111)을 구성하는 마이크로렌즈의 중심점간 간격을 5로 하고, 마이크로렌즈 어레이를 5개의 종열부로 구성하는 경우, 종렬부간 횡방향 위상차가 1이 되도록 구성하면 상기와 같은 균일한 마이크로렌즈 분포를 구현할 수 있다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제5 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13에 도시된 상기 제1 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 상기 제1, 2열(111, 112)이 횡렬로 배치된 구조를 가지며, 멀티 광 프로브 또는 피측정물을 횡방향(단방향)으로 연속하여 이동시키는 조작에 의해 일점쇄선 표시 영역 전체를 용이하게 고속 스캐닝할 수 있다.
도 18를 참조하면, 본 발명의 제6 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13에 도시된 상기 제1 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 상기 제1, 2열(111, 112)이 일차 방정식(y=ax+b)상의 기울기(-a)에 해당되는 사선으로 배치된 구조를 가지며, 멀티 광 프로브 또는 피측정물을 기울기(a)방향(단방향)으로 연속하여 이동시키는 조작에 의해 일점쇄선 표시 영역 전체를 용이하게 고속 스캐닝할 수 있다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 제7 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 상기 제1 렌즈 어레이 실시예 내지 제6 렌즈 어레이 실시예와 비교해, 일점쇄선 표시 영역 내부에 상기 제1, 2열(111, 112)을 포함한 다수열을 구성함에 있어서, 각각의 열(종렬)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M)의 갯수와 간격이 동일한 특징을 가진다.
상기 제1, 2열(111, 112)을 포함한 각 열이 동일한 형태의 배열을 가짐에 따라, 멀티 광 프로브 제작 시, 또는 멀티 광 프로브를 이용한 광정보 획득 시, 상기 마이크로렌즈(M) 각각의 개별 단위가 아닌 열(종렬) 단위로 일괄적으로 제작, 이용될 수 있다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 제8 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13 내지 도 19에 도시된 실시예들과 비교해, 상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격간격과, 상기 제2열(112)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M2)간 이격간격이 서로 다르게 적용되는 차이점을 가진다.
상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격간격 사이에 상기 마이크로렌즈(M2)를 위치시킴에 있어서, 상기 제9 렌즈 어레이 실시예와 같이, 상기 제1열(111)에 비해 상기 제2열(112)을 보다 조밀하게 구성할 수도 있으며, 상기 제1열(111)이 조밀한 경우, 상대적으로 덜 조밀한 상기 제2열(112)을 포함한 다수열로 구성할 수도 있다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 제9 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 도 13 내지 도 19에 도시된 실시예들과 비교해, 상기 제1, 2열(111, 112) 각각을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1, M2)간 이격간격이 동일하지 않고 서로 다르게 적용되는 차이점을 가진다.
도 21에 도시된 바와 같이, 상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1)가 횡방향 일측으로 갈수록 그 이격 간격이 점차 확장되는 배열을 가지는 경우, 상기 마이크로렌즈(M1)간 이격간격 사이에 상기 마이크로렌즈(M2)를 위치시킴에 있어서는, 횡방향 일측으로 갈수록 상기 마이크로렌즈(M2)간 이격 간격이 점차 축소되는 배열을 가지도록 구성하면, 상기 마이크로렌즈(M1, M2)들에 의해 동시에 스캐닝가능한 횡방향 너비를 최대한 확대형성할 수 있다.
도 22는 본 발명의 제10 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브에 의한 스캐닝 영역 및 이를 위한 마이크로렌즈 어레이 구조를 도시한 개념도이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 제10 렌즈 어레이 실시예에 따른 멀티 광 프로브는, 상기 제1 렌즈 어레이 실시예 내지 제9 렌즈 어레이 실시예에 해당되는 마이크로렌즈 어레이를 가지는 제1유닛(110)과, 마이크로렌즈(M)가 횡렬 및 종렬로 배치된 마이크로렌즈 어레이 구조를 가지고 상기 제1유닛(110)과 종렬로 배치되되, 상기 제1유닛(110)과 횡방향 상대위치를 가지는 제2유닛(120)을 포함하는 구조를 가진다.
상기 제2유닛(120)을 구성함에 있어서는, 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 제1유닛(110)과 동일한 형상의 마이크로렌즈 어레이를 가지도록 구성할 수도 있으며, 상기 제1유닛(110)과 다른 마이크로렌즈 어레이를 가지도록 구성할 수도 있다.
상기 제1유닛(110)에 대해 횡방향 상대위치를 가지도록 상기 제2유닛(120)을 위치시킴에 있어서는, 상기 제2유닛(120)의 횡방향 일단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(MF2)가, 상기 제1유닛(110)의 횡방향 타단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(ML1)와 지정된 횡방향 상대위치를 가지도록 배치할 수 있다.
이에 따라, 상기 마이크로렌즈(MF2)의 횡방향 일단부 또는 중간부가, 종방향 연속선상에서 상기 마이크로렌즈(ML1)와 일부 중첩된 위상을 가지게 되며, 상기 본 발명의 제10 렌즈 어레이 실시예에 의하면, 대면적의 동시 스캐닝 영역을 구현함에 있어서, 상기 제1열(111), 제2열(112) 각각을 대면적에 걸쳐 횡방향으로 연속되게 구성할 필요없이, 상기 제1유닛(110), 제2유닛(120) 각각으로 이루어지는 다수열로 멀티 광 프로브를 구성할 수 있다.
이에 따라, 피측정물상의 스캐닝 영역의 면적(너비)에 따라, 일일이 다른 사이즈의 일체화된 멀티 광 프로브를 제작, 적용할 필요없이, 상기 제1유닛(110), 제2유닛(120)의 갯수를 증감 조정하면서 보다 간단하고 효율적으로 대면적 동시 스캐닝을 구현할 수 있다.
상기 제1유닛(110)은 횡방향으로 상호 이격된 제1-1유닛(110a)과 제1-2유닛(110b)을 포함하여 다수가 횡렬로 이격 배치되며, 상기 제2유닛(120)은 상기 제1-1유닛(110a)과 제1-2유닛(110b)과 지정된 횡방향 상대위치를 가지도록 상기 제1유닛(110) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2유닛(120)의 횡방향 일단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(MF2)가, 상기 제1-1유닛(110a)의 횡방향 타단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(ML1)와 지정된 횡방향 상대위치를 가지고, 상기 제2유닛(120)의 횡방향 타단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(ML2)가, 상기 제1-2유닛(110b)의 횡방향 일단부에 위치하는 상기 마이크로렌즈(MF1)와 지정된 횡방향 상대위치를 가지도록 하면, 상기 다수의 제1유닛(110) 및 제2유닛(120)을 구성하는 마이크로렌즈(M) 전체를 포괄하는 횡방향 너비에 걸쳐 동시에 스캐닝할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 멀티 광 프로브에 의하면, 상기 멀티 광 프로브, 또는 피측정물을 종방향으로 이동시키면서, 상기 제1열(111) 및 제2열(112), 또는 상기 제1유닛(110) 및 제2유닛(120)을 구성하는 마이크로렌즈(M) 전체의 횡방향 너비에 대응되는 직사각형 또는 선형 면적에 걸쳐 상기 피측정물을 연속적으로 스캐닝할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
102 : 릴레이 렌즈부 103 : 멀티 광 프로브
104 : 마이크로 렌즈 105 : 피측정물
106 : 광전검출기 108 : 텔레센트릭 렌즈
110 : 제1유닛 110a : 제1-1유닛
110b : 제1-2유닛 111 : 제1열
112 : 제2열 113 : 제3열
120 : 제2유닛 M, MF, ML : 마이크로렌즈
140 : 어퍼쳐 142 : 핀홀

Claims (14)

  1. 광을 조사하는 광원;
    피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고, 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부;
    상기 릴레이 렌즈부를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈가 다수 개 배열되어 마이크로 렌즈 어레이를 이루며, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광이 피측정물의 표면에 포커싱되는 멀티 광 프로브;
    상기 피측정물로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector);를 포함하여 이루어지되,
    상기 마이크로 렌즈의 초점거리와 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리에 의해서 정해지는 후초점과 상기 릴레이 렌즈부의 초점은 동일 평면상에 위치되는 다중 병렬 공초점 시스템
  2. 제1항에 있어서, 상기 후초점은 마이크로 렌즈의 초점거리를 f, 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리를 f+x라 할 때 아래의 산출식에 의해 결정되는 다중 병렬 공초점 시스템
    Figure pat00003

  3. 제1항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈부는 어퍼쳐(aperture)를 포함하는 다중 병렬 공초점 시스템
  4. 제1항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈부는 텔레센트릭 렌즈(Telecentric lens)를 가지는 다중 병렬 공초점 시스템
  5. 제4항에 있어서, 상기 광원은 상기 텔레센트릭 렌즈의 상부 광축상에 배치되는 다중 병렬 공초점 시스템
  6. 제4항에 있어서, 상기 광원은 상기 텔레센트릭 렌즈의 하부 광축상에 배치되는 다중 병렬 공초점 시스템
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 광원에서 조사되는 광의 진행경로를 변환시킬 수 있는 빔스프리터를 더 포함하는 다중 병렬 공초점 시스템
  8. 제1항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈부의 초점과 상기 마이크로 렌즈의 후초점이 만나는 초점면상에는 핀홀을 갖는 어퍼쳐가 설치된 다중 병렬 공초점 시스템
  9. 제1항에 있어서, 마이크로렌즈 어레이(microlens array)로 이루어진 멀티 광 프로브는,
    마이크로렌즈(microlens)(M1)가 횡렬로 배치되는 제1열(111); 및
    마이크로렌즈(microlens)(M2)가 상기 제1열(111)과 종렬로 배치되어 형성되며, 상기 제1열(111)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1) 사이에 일부가 위치되는 제2열(112);
    을 포함하는 다중 병렬 공초점 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2열(112)은,
    상기 제1열(111)과 동일한 이격 간격의 마이크로렌즈 어레이를 가지고, 상기 제1열(111)에 대해 횡방향 상대위치를 가지도록 배치되는 다중 병렬 공초점 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2열(112)은,
    상기 제1열(111)과 다른 이격 간격의 마이크로렌즈 어레이를 가지는 다중 병렬 공초점 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1열(111)은,
    상기 마이크로렌즈(M1)가 상기 마이크로렌즈(M1)의 사이즈보다 작은 이격 간격으로 배치되며,
    상기 제2열(112)은,
    상기 마이크로렌즈(M2)의 횡방향 단부 또는 중간부가 상기 제1열(111)을 구성하는 마이크로렌즈(M1)의 이격 간격 사이로 돌출되거나 가로지르도록 배치되는 다중 병렬 공초점 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    마이크로렌즈(microlens)(M3)가 상기 제1열(111), 제2열(112)과 종렬로 배치되어 형성되되, 상기 제1열(111) 또는 제2열(112)을 구성하는 상기 마이크로렌즈(M1, M2) 사이에 일부가 위치되는 제3열(113);
    을 더 포함하는 다중 병렬 공초점 시스템.

  14. 광을 조사하는 광원;
    피측정물로 향하거나 피측정물에서 반사된 광이 통과하고, 상기 광원에서 조사된 광을 집속시키기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함하는 릴레이 렌즈부;
    상기 릴레이 렌즈부를 통해 집속된 광이 입사되는 마이크로 렌즈가 다수 개 배열되어 마이크로 렌즈 어레이를 이루며, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통해 광이 피측정물의 표면에 포커싱되는 멀티 광 프로브;
    상기 피측정물로부터 반사된 후 상기 마이크로 렌즈 및 릴레이 렌즈부를 거쳐 입사되는 광을 검출하는 광전검출기(photo detector);를 포함하여 이루어지며,
    상기 마이크로 렌즈의 초점거리와 마이크로 렌즈와 피측정물 사이의 거리에 의해서 정해지는 후초점과 상기 릴레이 렌즈부의 초점은 동일 평면상에 위치되고,
    상기 마이크로 렌즈 어레이로 이루어진 멀티 광 프로브는,
    마이크로렌즈(M1)가 횡렬로 배치되어 형성되는 제1열(111)과, 상기 제1열(111)과 횡방향 상대위치를 가지고 종렬로 배치되는 제2열(112)을 포함하는 마이크로렌즈 어레이(microlens array)를 가지는 다중 병렬 공초점 시스템, 또는 피측정물을 종방향으로 이동시키면서, 상기 제1열(111) 및 제2열(112)을 포함하는 횡방향 너비를 가지는 직사각형 또는 선형 면적에 걸쳐 상기 피측정물을 연속적으로 스캐닝하는 다중 병렬 공초점 시스템을 이용한 표면 측정방법.
KR1020120004073A 2012-01-12 2012-01-12 다중 병렬 공초점 시스템 KR101300733B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120004073A KR101300733B1 (ko) 2012-01-12 2012-01-12 다중 병렬 공초점 시스템
PCT/KR2013/000256 WO2013105822A1 (ko) 2012-01-12 2013-01-11 다중 병렬 공초점 시스템 및 이를 이용한 표면 측정방법
US14/350,578 US9081187B2 (en) 2012-01-12 2013-01-11 Multiple parallel confocal system and surface measurement method using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120004073A KR101300733B1 (ko) 2012-01-12 2012-01-12 다중 병렬 공초점 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130083345A true KR20130083345A (ko) 2013-07-22
KR101300733B1 KR101300733B1 (ko) 2013-08-27

Family

ID=48781702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120004073A KR101300733B1 (ko) 2012-01-12 2012-01-12 다중 병렬 공초점 시스템

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9081187B2 (ko)
KR (1) KR101300733B1 (ko)
WO (1) WO2013105822A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014003773B4 (de) * 2014-03-15 2024-05-08 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Mikroskop und Baugruppe zur Mehrstrahlabtastung
US10352860B2 (en) * 2014-04-24 2019-07-16 Bruker Nano, Inc. Super resolution microscopy
EP3278166A2 (en) 2015-03-31 2018-02-07 Samantree Medical SA Systems and methods for in-operating-theatre imaging of fresh tissue resected during surgery for pathology assessment
FR3040798B1 (fr) * 2015-09-08 2018-02-09 Safran Camera plenoptique
CN106568779A (zh) * 2015-10-09 2017-04-19 苍南县三维电子塑胶有限公司 液晶显示面板的缺陷检测方法
CN113532286A (zh) * 2015-12-25 2021-10-22 株式会社基恩士 共焦位移计
DE102017105719A1 (de) * 2017-03-16 2018-09-20 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Multi-Pinhole-Lichtrastermikroskop und -mikroskopieverfahren
US11747603B2 (en) 2017-10-31 2023-09-05 Samantree Medical Sa Imaging systems with micro optical element arrays and methods of specimen imaging
US10928621B2 (en) 2017-10-31 2021-02-23 Samantree Medical Sa Sample dishes for use in microscopy and methods of their use
US10539776B2 (en) 2017-10-31 2020-01-21 Samantree Medical Sa Imaging systems with micro optical element arrays and methods of specimen imaging
EP3613344B1 (en) * 2018-08-23 2021-08-04 Nokia Technologies Oy Photodetector apparatus for measuring heart rate
DE102019129932B4 (de) * 2019-11-06 2023-12-21 Technische Universität Braunschweig Optische Detektionseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer optischen Detektionseinrichtung

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU6288294A (en) * 1993-03-25 1994-10-11 De Montfort University Lens system
JP3776500B2 (ja) * 1996-03-26 2006-05-17 オリンパス株式会社 多重化光学系及びそれを用いた特徴ベクトル変換装置、特徴ベクトル検出伝送装置、及び、それらを用いた認識分類装置
US6392752B1 (en) * 1999-06-14 2002-05-21 Kenneth Carlisle Johnson Phase-measuring microlens microscopy
US6628390B1 (en) * 2000-01-24 2003-09-30 Kenneth C. Johnson Wafer alignment sensor using a phase-shifted microlens array
EP1953580B1 (fr) * 2000-09-18 2014-09-17 Vincent Lauer Dispositif de balayage optique confocal
JP2005121906A (ja) * 2003-10-16 2005-05-12 Fuji Photo Film Co Ltd 反射型光変調アレイ素子及び露光装置
JP2005310942A (ja) * 2004-04-20 2005-11-04 Canon Inc 露光装置、露光方法、及びそれを用いたデバイス製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20150085289A1 (en) 2015-03-26
US9081187B2 (en) 2015-07-14
WO2013105822A1 (ko) 2013-07-18
KR101300733B1 (ko) 2013-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101300733B1 (ko) 다중 병렬 공초점 시스템
KR102119297B1 (ko) 다중 스팟 주사 수집 광학장치
US6639201B2 (en) Spot grid array imaging system
US7601944B2 (en) High throughput multi beam detection system and method
TWI484139B (zh) 彩色共焦掃描裝置
US20160124201A1 (en) Light sheet illumination microscope and light sheet illumination method
US9927297B2 (en) Optical microscope and spectrometry method
JP6573757B2 (ja) 高分解能走査顕微鏡
US11016277B2 (en) Method and device for examination of a sample
JP5918009B2 (ja) 欠陥検査方法および欠陥検査装置
JPH1183753A (ja) 光学式基板検査装置
WO2013144891A2 (en) Improved confocal microscopy methods and devices
CN114719765A (zh) 用于半导体检验及计量的线扫描刀口高度传感器
JP2013164281A (ja) 欠陥検査方法および欠陥検査装置
US8681343B2 (en) Three dimensional inspection and metrology based on short pulses of light
KR101745797B1 (ko) 광학 현미경 장치
CN118103751A (zh) 分辨率增强成像
KR100913508B1 (ko) 공초점을 이용한 3차원 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법
JP2006276756A (ja) 異物検査装置及び方法
CN117872576A (zh) 线扫描共聚焦显微系统
KR101675437B1 (ko) 공초점 라인스캔 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160818

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180820

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190805

Year of fee payment: 7