KR20150021346A - Three demension coordinate measuring machine - Google Patents

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이석준
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Abstract

The present invention relates to a three-dimensional shape measurement device capable of measuring a three-dimensional image in real time. The device comprises a light source; a light collimation unit which transforms the light emitted from the light source in a uniform form in a space; a beam splitter which distributes the light passing through the light collimation unit; a reference mirror and a sample mirror which reflect the light distributed from the beam splitter; a macro lens which forms the focus for the light reflected from the reference mirror and the sample mirror; a light detector which detects an interference signal for the focus formed by the macro lens; and a data calculation unit which extracts the interference signal by calculating the interference signal detected in the light detector into data.

Description

3차원 형상 측정기{Three demension coordinate measuring machine}A three-dimensional coordinate measuring machine

본 발명은 3차원 형상 측정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 영상을 실시간으로 측정할 수 있도록 한 3차원 형상 측정기에 관한 것이다.
The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device, and more particularly, to a three-dimensional shape measuring device capable of measuring a three-dimensional image in real time.

일반적으로, 단층 분석은 파장 가변 광원을 이용한 광 간섭 단층 촬영법을 통해 이루어진다. Generally, a single layer analysis is performed by optical coherence tomography using a wavelength variable light source.

광 간섭 단층 촬영법은 파장 변환 레이저가 광원으로 사용되며, 기준 광신호와 샘플로부터 반사된 광신호에서 생성된 간섭신호를 분석해 샘플의 단층 정보를 구별하게 된다. In the optical coherence tomography, a wavelength conversion laser is used as a light source, and the reference optical signal and the interference signal generated from the optical signal reflected from the sample are analyzed to discriminate tomographic information of the sample.

이러한 광 간섭 단층 촬영법은 파장 변환 레이저를 광 커플러로 입사시키게 되면, 기준 미러로부터 반사된 광신호와 샘플로부터 반사된 광신호로부터 생성된 간섭신호를 광 검출기를 이용하여 획득한다. In this optical coherence tomography method, when a wavelength-converted laser is incident on an optical coupler, an optical signal reflected from a reference mirror and an optical signal generated from an optical signal reflected from a sample are acquired using a photodetector.

이때, 샘플부는 샘플영역의 스캔을 위한 스캐너와 미세 형상을 측정하기 위한 고배율의 현미경 대물렌즈가 사용된다. At this time, the sample portion uses a scanner for scanning the sample region and a high magnification microscope objective lens for measuring the fine shape.

광 검출기로부터 측정된 신호는 곧 간섭신호의 분광스펙트럼 정보이며, 이를 연산하면 시료 깊이에 따른 세기 신호를 얻을 수 있게 된다. The signal measured from the photodetector is spectroscopic spectral information of the interference signal, and it is possible to obtain the intensity signal according to the depth of the sample.

시료 깊이에 따른 세기 신호의 분석은 생체조직 내부를 구성하는 층을 알 수 있으며, 이로부터 다양한 병변의 분석 및 예측이 가능하다. Analysis of the intensity signal according to the depth of the sample reveals the layer constituting the inside of the living tissue, from which various lesions can be analyzed and predicted.

그러나, 샘플부를 측정하기 위해 설치된 현미경 대물렌즈는 대물렌즈의 좁은 시각 영역에 의해 측정 가능 영역이 수백 마이크로미터에서 수 밀리미터로 제한됨에 따라, 샘플의 면적을 측정 시 여러 번에 걸쳐 나누어 측정해야 하는 문제점이 있다. However, the microscope objective lens installed to measure the sample portion has a problem that the area of the sample is required to be divided over several times in the measurement as the measurable area is limited to several millimeters to several millimeters due to the narrow visual range of the objective lens .

또한 주파수 변환 광원을 이용하는 경우 광학적 측정 시간은 빠르나, 측정 이후에 데이터 연산량이 방대하여 연산이 완료되기까지의 대기시간이 상당히 오래 걸리는 문제점도 있다.
In addition, when a frequency conversion light source is used, the optical measurement time is fast, but there is also a problem that the waiting time until the calculation is completed is considerably long because the data calculation amount is large after the measurement.

인용문헌: 대한민국특허공개 제 2009-0121885호Citation: Korean Patent Publication No. 2009-0121885

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 넓은 샘플 영역의 측정이 가능하면서도 측정된 데이터를 단시간 내에 연산할 수 있도록 한 3차원 형상 측정기를 제공하는데 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a three-dimensional shape measuring device capable of measuring a wide sample area and calculating measured data in a short time.

이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위해 본 발명은, 광원; 상기 광원에서 조사되는 빛을 공간상 균일한 형태로 변형하는 광시준부; 상기 광시준부를 통과한 빛을 분광하는 빔스플리터; 상기 빔스플리터에서 분광된 빛을 반사하는 기준미러 및 샘플미러; 상기 기준미러 및 샘플미러에서 반사된 빛에 대해 초점을 형성하는 접사렌즈; 상기 접사렌즈에서 형성된 초점에 대한 간섭신호를 검출하는 광검출기; 그리고 상기 광검출기에서 검출된 간섭신호를 데이터로 연산하여 추출하는 데이터연산처리부; 를 포함할 수 있다. In order to achieve the above objects, the present invention provides a light source device, comprising: a light source; A light-receiving unit for converting the light emitted from the light source into a uniform shape in space; A beam splitter for splitting light passing through the light-receiving unit; A reference mirror and a sample mirror for reflecting the spectra of light in the beam splitter; A macro lens for focusing the light reflected from the reference mirror and the sample mirror; A photodetector for detecting an interference signal to a focus formed at the macro lens; A data operation processor for calculating and extracting the interference signal detected by the optical detector with data; . ≪ / RTI >

상기 광검출기를 통해 검출된 데이터 신호는 데이터 병렬처리부를 통해 연산되어 출력될 수 있으며, 상기 광원은 시간에 따라 레이저의 파장이 변하는 파장 가변 레이저로 구성될 수 있다. The data signal detected through the photodetector may be calculated and output through a data parallel processing unit, and the light source may be composed of a wavelength tunable laser whose wavelength varies with time.

상기 접사렌즈는 촬영배율이 0.5-5배의 범위를 갖을 수 있으며, 상기 접사렌즈의 초점거리는 65mm에서 180mm의 범위를 갖을 수 있다. The macro lens may have an imaging magnification of 0.5-5 times, and the macro lens may have a focal length of 65mm to 180mm.

상기 접사렌즈의 촬영거리는 70mm에서 800mm의 범위를 갖을 수 있으며, 상기 광검출기는 CCD 또는 CMOS 영상센서 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
The photographic distance of the macro lens may range from 70 mm to 800 mm, and the photodetector may be composed of a CCD or a CMOS image sensor.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 형상 측정기는 넓은 샘플 영역의 측정이 가능하면서도 측정된 데이터를 단시간 내에 연산할 수 있어 분석 시간을 크게 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
The three-dimensional shape measuring apparatus according to the embodiment of the present invention can measure a wide sample area and can calculate the measured data in a short time, thereby greatly shortening the analysis time.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 형상 측정기를 보인 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an exemplary view showing a three-dimensional shape measuring device according to an embodiment of the present invention; FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 형상 측정기를 보인 예시도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing an example of a three-dimensional shape measuring device according to an embodiment of the present invention. FIG.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 형상 측정기(100)는 광원(10)과 광원(10)에서 출사되는 빛을 균일하게 변형하는 광시준부(20)와 광시준부(20)를 통과한 빛을 분광하는 빔스플리터(30)와 빔스플리터(30)를 통해 분광된 빛을 반사하는 기준미러(42) 및 샘플미러(44)와 각 미러에서 반사된 빛에 대해 초점을 형성하는 접사렌즈(50)와 접사렌즈(50)에서 형성된 초점에 대한 간섭신호를 검출하는 광검출기(60) 및 검출된 간섭신호를 데이터로 연산하여 추출하는 데이터연산처리부(70)를 포함한다.3, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention includes a light source 10 and a light-receiving unit 20 and a light-receiving unit 20 that uniformly deform light emitted from the light source 10 A beam splitter 30 for splitting the passed light, a reference mirror 42 for reflecting the light split by the beam splitter 30, a sample mirror 44, and a macro lens 44 for focusing on the light reflected from each mirror. A photodetector 60 for detecting an interference signal with respect to a focus formed by the lens 50 and the macro lens 50, and a data operation processing unit 70 for computing and extracting the detected interference signal by data.

본 발명의 3차원 형상 측정기(100)는 파장 가변 광원(10)을 이용한 광 간섭 단층 촬영법을 트와이만 그린 간섭계를 적용하여 제조된 것이다. The three-dimensional shape measuring apparatus 100 of the present invention is manufactured by applying a twisted-beam green interferometer to an optical coherence tomography method using a tunable light source 10.

광원(10)은 시간에 따라 레이저의 파장이 변하는 파장 가변 레이저로 구성될 수 있다. The light source 10 may be composed of a wavelength tunable laser whose wavelength varies with time.

광원(10)에서 출사되는 빛은 광섬유(12)를 통해 손실되지 않은 채 광시준부(20)로 전송된다. 광시준부(20)는 광원의 세기를 공간상 균일한 형태로 변경하기 위해 구비된 것으로, 빛을 응용에 따라 원모양 혹은 네모 모양으로 변형시킬 수 있다. The light emitted from the light source 10 is transmitted through the optical fiber 12 to the light-demanding unit 20 without being lost. The light-shielding portion 20 is provided to change the intensity of the light source into a uniform shape in a space, and the light can be deformed into a circle shape or a square shape according to application.

이렇게 광시준부(20)를 통과한 빛은 빔 스플리터(30)에서 분광되어 기준미러(42)와 샘플미러(44)가 위치된 곳으로 각각 진행하게 된다. The light passing through the optical time splitting unit 20 is split by the beam splitter 30 and travels to a position where the reference mirror 42 and the sample mirror 44 are located.

기준미러(42)는 샘플(44a)이 부착되지 않은 기준이 되는 미러이며, 반대로 샘플미러(44)는 측정이 진행되기 위한 샘플(44a)이 부착된 미러이다. The reference mirror 42 is a reference mirror to which the sample 44a is not attached, and conversely, the sample mirror 44 is a mirror to which a sample 44a for the measurement is attached.

기준미러(42)와 샘플미러(44)로 진행된 빛은 이들 표면에서 반사된 후 다시 빔 스플리터(30)를 향하여 돌아오게 되고, 빔 스플리터(30)를 통해 접사렌즈(50)가 위치한 곳으로 이동하게 된다. Light traveling to the reference mirror 42 and the sample mirror 44 is reflected by these surfaces and then returns toward the beam splitter 30 and is moved to the position where the macro lens 50 is located through the beam splitter 30 .

접사렌즈(50)는 기준미러(42) 및 샘플미러(44)에서 반사되어 돌아오는 빛에 대해 초점을 형성하게 된다. The macro lens 50 focuses on the returning light reflected from the reference mirror 42 and the sample mirror 44.

이때, 접사렌즈(50)는 카메라용 접사렌즈가 사용될 수 있다. 카메라용 접사렌즈는 접사촬영을 목적으로 설계되었기 때문에 촬영 거리가 짧으며 촬영 배율을 크게 높일 수 있다. At this time, the macro lens 50 may be a macro lens. Because the camera lens is designed for close-up photography, the shooting distance is short and the shooting magnification can be greatly increased.

접사렌즈(50)의 촬영 배율은 0.5-5배의 범위를 갖을 수 있으며, 초점거리는 65mm에서 180mm의 범위를 갖을 수 있다.The imaging magnification of the macro lens 50 may range from 0.5 to 5 times, and the focal length may range from 65 mm to 180 mm.

또한 접사렌즈(50)의 촬영거리는 70mm에서 800mm의 범위를 갖을 수 있다. Further, the photographing distance of the macro lens 50 may range from 70 mm to 800 mm.

이처럼 접사렌즈(50)를 통해 초점이 형성된 빛은 기준미러(42)와 샘플미러(44)에서 반사된 빛 사이에 간섭신호가 발생되며, 이렇게 발생된 간섭신호는 광검출기(60)를 통해 검출된다. In this way, an interference signal is generated between the reference mirror 42 and the light reflected from the sample mirror 44, and the interference signal thus generated is detected through the photodetector 60 do.

광검출기(60)는 CCD 또는 CMOS 영상센서 중 어느 하나로 구성될 수 있다. The photodetector 60 may be configured as either a CCD or a CMOS image sensor.

즉, 광검출기(60)는 기준이 되는 빛의 파장과 샘플(44a)에서 반사된 빛의 파장 사이의 간섭차이를 영상센서를 통해 검출하게 되는 것이다. That is, the photodetector 60 detects the interference difference between the wavelength of the reference light and the wavelength of the light reflected from the sample 44a through the image sensor.

광검출기(60)에서 검출된 데이터 신호는 데이터 병렬처리부(70)를 통해 연산되어 출력된다. 데이터 병렬처리부(70)는 정밀한 해상도로 넓은 면적의 3차원 표면 형상 이미지를 실시간으로 검출하게 된다. The data signal detected by the photodetector 60 is calculated and output through the data parallel processing unit 70. The data parallel processing unit 70 detects a wide area three-dimensional surface shape image in real time at a precise resolution.

이와 같이 구성된 본 발명의 3차원 형상측정기는 다음과 같은 작용을 한다. The three-dimensional shape measuring device of the present invention thus constituted has the following functions.

파장가변 레이저인 광원(10)으로부터 빛이 출사되기 시작하면, 출사된 빛이 광섬유(12)를 통해 광시준부(20)로 진행된다. When light begins to be emitted from the light source 10 which is a tunable laser, the emitted light travels to the light-receiving unit 20 through the optical fiber 12.

광시준부(20)로 진행된 빛은 광시준부(20)를 통과하는 과정에서 원형 또는 네모 형상 등으로 변형되면서 빔 스플리터(30)로 진행한다. 여기서, 광시준부(20)를 통과하는 빛의 형상은 빔 스플리터(30)의 형상에 대응하도록 변형될 수 있다. Light traveling to the light-sensing part 20 is transformed into a circular shape, a square shape or the like in the process of passing through the light-sensing part 20, and proceeds to the beam splitter 30. Here, the shape of the light passing through the light-demanding section 20 can be modified to correspond to the shape of the beam splitter 30.

빔 스플리터(30)로 진행된 빛 중 일부는 기준미러(42)가 위치한 방향으로 진행되고, 일부는 샘플(44a)이 부착된 샘플미러(44)가 위치한 곳으로 진행된다. Some of the light traveling to the beam splitter 30 advances in the direction in which the reference mirror 42 is located and a part of the light advances to a position where the sample mirror 44 to which the sample 44a is attached is located.

기준미러(42)와 샘플미러(44)에서 반사된 빛은 서로 다른 경로차에 의해 간섭이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 간섭신호는 접사렌즈(50)를 통과한 후 광 검출기(60)를 통해 검출된다. The light reflected by the reference mirror 42 and the sample mirror 44 is interfered by different path differences. The generated interference signal is detected through the photodetector 60 after passing through the macro lens 50.

이때, 광검출기(60)는 파장 가변이 일어나는 동안 각 파장에 대한 간섭신호를 검출하게 되며, 검출된 신호에 대한 샘플(44a)의 높이 값을 데이터 연산처리부에서 연산하여 데이터 값을 추출하게 된다. At this time, the photodetector 60 detects an interference signal for each wavelength while the wavelength tuning occurs, and the data processing unit calculates the height value of the sample 44a with respect to the detected signal to extract the data value.

따라서, 본 발명의 3차원 형상 측정기(100)는 카메라용 접사렌즈(50)를 채용함에 따라 샘플(44a) 전체의 3차원 영상을 한 번에 측정할 수 있게 되며, 측정된 데이터의 경우 데이터 병렬처리부(70)를 통해 신속한 데이터 추출이 가능하게 된다. Therefore, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 of the present invention can measure the three-dimensional image of the entire sample 44a at one time by using the macro lens 50, and in the case of the measured data, The data can be quickly extracted through the processing unit 70.

이에 따라, 미세패턴의 검사 및 측정이 신속하게 진행될 수 있으며, PCB 및 반도체 산업, LED, 태양전지 산업 등에서 실시간 전수 검사가 진행될 수 있게 된다. Accordingly, the inspection and measurement of the fine pattern can be rapidly performed, and the real time full inspection can be performed in the PCB, semiconductor industry, LED, solar cell industry, and the like.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 3차원 형상 측정기에 대해 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하지 아니하며 당업자라면 그 응용과 변형이 가능함은 물론이다.
While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.

10: 광원
12: 광섬유
20: 광시준부
30: 빔 스플리터
42: 기준미러
44: 샘플미러
44a: 샘플
50: 접사렌즈
60: 광검출기
70: 데이터 병렬처리부
100: 3차원 형상 측정기10: Light source
12: Optical fiber
20: Guangxi Province
30: beam splitter
42: Reference mirror
44: sample mirror
44a: sample
50: Macro lens
60: photodetector
70: Data parallel processor
100: 3D shape measuring instrument

Claims (7)

광원;
상기 광원에서 조사되는 빛을 공간상 균일한 형태로 변형하는 광시준부;
상기 광시준부를 통과한 빛을 분광하는 빔스플리터;
상기 빔스플리터에서 분광된 빛을 반사하는 기준미러 및 샘플미러;
상기 기준미러 및 샘플미러에서 반사된 빛에 대해 초점을 형성하는 접사렌즈;
상기 접사렌즈에서 형성된 초점에 대한 간섭신호를 검출하는 광검출기; 그리고
상기 광검출기에서 검출된 간섭신호를 데이터로 연산하여 추출하는 데이터연산처리부; 를 포함하는 3차원 형상 측정기.
Light source;
A light-receiving unit for converting the light emitted from the light source into a uniform shape in space;
A beam splitter for splitting light passing through the light-receiving unit;
A reference mirror and a sample mirror for reflecting the spectra of light in the beam splitter;
A macro lens for focusing the light reflected from the reference mirror and the sample mirror;
A photodetector for detecting an interference signal to a focus formed at the macro lens; And
A data operation processing unit for calculating and extracting the interference signal detected by the photodetector as data; Dimensional shape measuring device.
제 1항에 있어서,
상기 광검출기를 통해 검출된 데이터 신호는 데이터 병렬처리부를 통해 연산되어 출력되는 3차원 형상 측정기.
The method according to claim 1,
And a data signal detected through the photodetector is calculated and output through a data parallel processing unit.
제 1항에 있어서,
상기 광원은 시간에 따라 레이저의 파장이 변하는 파장 가변 레이저로 구성된 3차원 형상 측정기.
The method according to claim 1,
Wherein the light source is a wavelength tunable laser whose wavelength varies with time.
제 1항에 있어서,
상기 접사렌즈는 촬영배율이 0.5-5배의 범위를 갖는 3차원 형상 측정기.
The method according to claim 1,
Wherein the macro lens has a photographing magnification of 0.5-5 times.
제 1항에 있어서,
상기 접사렌즈의 초점거리는 65mm에서 180mm의 범위를 갖는 3차원 형상 측정기.
The method according to claim 1,
And the focal distance of the macro lens has a range of 65 mm to 180 mm.
제 1항에 있어서,
상기 접사렌즈의 촬영거리는 70mm에서 800mm의 범위를 갖는 3차원 형상 측정기.
The method according to claim 1,
Wherein the photographing distance of the macro lens has a range of 70 mm to 800 mm.
제 1항에 있어서,
상기 광검출기는 CCD 또는 CMOS 영상센서 중 어느 하나인 3차원 형상 측정기.





The method according to claim 1,
Wherein the photodetector is one of a CCD or a CMOS image sensor.





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