KR20170058179A

KR20170058179A - 광학 현미경 장치

Info

Publication number: KR20170058179A
Application number: KR1020150162062A
Authority: KR
Inventors: 권대갑; 이동령; 도덕호; 유홍기; 류지흔; 정형준
Original assignee: 한국과학기술원; 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-05-26
Also published as: KR101745797B1

Abstract

일 실시예에 따른 광학 현미경 장치는, 빛을 방출하는 레이저 광원, 상기 레이저 광원의 일 측에 형성되어 상기 빛을 반사 시키는 미소 반사 표시기, 상기 미소 반사 표시기에서 반사된 빛을 시편에 주사하는 대물 렌즈, 상기 시편에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출기를 포함한다. 여기서, 상기 미소 반사 표시기는 스캐닝 영역 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함하고, 일부 미소 거울들이 시간에 따라 상기 스캐닝 영역을 이동함으로써 광학 현미경 장치는 상기 시편의 이차원 이미지를 측정할 수 있다.

Description

광학 현미경 장치{OPTICAL MICORSCOPY DEVICE}

아래의 실시예들은 광학 현미경 장치에 관한 것이다.

광학 현미경은 점주사 스캐닝 방식으로써 삼차원 스캐닝을 하기 위해서 이차원의 절편된 이미지를 여러 장 얻어야 가능했다. 따라서 분해능이 높은 반면 측정 속도가 느리다.

다중 핀홀 스캐닝이 가능한 닙코 디스크 광학 현미경은 광학계 구조가 복잡하고, 핀홀의 크기와 간격이 고정되어 광효율이 낮다.

이 외에 핀홀의 크기와 간격을 프로그래밍을 통해 쉽고 빠르게 바꿀 수 있도록 디지털 미소 반사 표시기를 사용한 광학 현미경이 있다. 하지만 고속 이차원 스캐닝은 가능하나, 이 기술 역시 삼차원 이미지 복원을 위해서는 여러 장의 이차원 이미지를 획득해야 가능하다.

삼차원 높이 정보를 축방향 스캐닝 없이 계산하여 구하는 방식으로 미분 공초점 현미경(Differential confocal microscopy)와 다색 공초점 현미경(Chromatic confocal microscopy)가 있다. 이 방식은 이차원 스캐닝으로 이차원 영상을 얻고, 높이 정보는 각 시스템별 고유의 높이 환산표를 통해 계산하여 구한다. 따라서 이차원 스캐닝으로 삼차원 이미지를 복원할 수 있다. 하지만 다중 핀홀 스캐닝 방식에 비해 이차원 스캐닝 속도가 느리며, 구조가 복잡하다.

한국공개특허 제2009-0071499호 (공개일 2009년 07월 01일)에는 공초점 현미경에 관하여 개시되어 있다.

일 실시예에 따른 목적은 미소 반사 표시기를 다중 점광원 및 다중 핀홀로 사용하여, 프로그램을 통해 핀홀의 크기 및 간격을 자유롭게 변경하기 위한 것이다.

또한, 일 실시예에 따른 목적은 광학 현미경 장치를 이용해 시편의 동일 영역의 이차원 이미지를 다양한 축방향 분해능으로 측정하기 위함이다. 그리하여, 시편의 동일 영역에 대해 축방향 분해능이 다른 이차원 이미지 두 장을 획득하고, 이를 통해 시편의 삼차원 높이 정보를 계산하여 빠르게 시편의 삼차원 이미지를 복원하기 위한 것이다.

일 실시예에 따른 광학 현미경에 사용되는 미소 반사 표시기는 스캐닝 영역 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함한다. 상기 복수 개의 미소 거울들 중 일부 미소 거울로 구성된 제1 미소 거울 그룹은 시편을 향하고, 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹은 상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향하며, 상기 제1 미소 거울 그룹은 시간에 따라 상기 스캐닝 영역을 이동할 수 있다.

또한, 미소 반사 표시기는 상기 제1 미소 거울 그룹을 구성하는 미소 거울의 수를 변화시켜 상기 제1 미소 거울 그룹의 크기를 조정함으로써, 축방향 분해능을 변화시킬 수 있다.

미소 반사 표시기의 상기 스캐닝 영역은 복수 개의 영역으로 구획될 수 있다.

일 실시예에 따른 광학 현미경 장치는, 빛을 방출하는 레이저 광원, 상기 레이저 광원의 일 측에 형성되어 상기 빛을 반사 시키는 미소 반사 표시기, 상기 미소 반사 표시기에서 반사된 빛을 시편에 주사하는 대물 렌즈, 상기 시편에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출기를 포함한다.

여기서, 상기 미소 반사 표시기는 스캐닝 영역 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함하고, 일부 미소 거울들이 시간에 따라 상기 스캐닝 영역을 이동함으로써 광학 현미경 장치는 상기 시편의 이차원 이미지를 측정할 수 있다.

상기 스캐닝 영역의 상기 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹은 시편을 향하고, 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹은 상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향한다.

또한, 광학 현미경 장치는, 상기 제1 미소 거울 그룹을 구성하는 미소 거울의 수를 변화시켜 상기 제1 미소 거울 그룹의 크기를 조정함으로써, 축방향 분해능을 변화시켜 시편의 동일 영역의 이차원 이미지를 측정할 수 있다.

광학 현미경 장치는, 크기 변화 전의 제1 미소 거울 그룹이 상기 스캐닝 영역을 이동하여 상기 시편의 제1 이차원 이미지를 측정하고, 크기 변화 후의 제1 미소 거울 그룹이 상기 스캐닝 영역을 이동하여 상기 제1 이차원 이미지와 다른 축방향 분해능의 제2 이차원 이미지를 측정하여, 상기 제1 이차원 이미지 및 상기 제2 이차원 이미지를 통해 높이 정보를 계산하여 상기 시편의 삼차원 이미지를 복원할 수 있다.

상기 광학 현미경 장치는, 상기 미소 반사 표시기 하측에 위치하여 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사되는 빛을 차단시키는 차단부재를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사되는 빛은 상기 대물렌즈를 향할 수 있다.

광학 현미경 장치는, 상기 레이저 광원과 상기 미소 반사 표시기 사이에 위치하여 상기 레이저 광원에서 방출된 되는 빛을 투과시키는 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다.

상기 빔 스플리터는 상기 시편에서 반사되어 돌아오는 빛을 상기 광 검출기로 향하도록 편향시킬 수 있다.

또한, 광학 현미경 장치는, 상기 레이저 광원과 상기 빔 스플리터 사이에 위치하여 상기 레이저 광원에서 방출된 빛을 통과시키고 상기 미소 반사 표시기 전체 영역을 비출 수 있도록 상기 빛의 사이즈를 확대시킬 수 있는 빔 익스팬더를 더 포함할 수 있다.

광학 현미경 장치는 상기 미소 반사 표시기와 상기 대물 렌즈 사이에 위치하여 상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사되는 빛을 평행하게 변형시킬 수 있는 제1 튜브 렌즈 및 상기 빔 스플리터와 상기 광 검출기 사이에 위치하여 상기 빔 스플리터에서 반사된 빛을 평행하게 변형시킬 수 있는 제2 튜브 렌즈를 더 포함할 수 있다.

또한, 광학 현미경 장치는, 상기 제2 튜브 렌즈와 상기 광 검출기 사이에 위치하여 상기 제2 튜브 렌즈를 통과한 빛을 상기 광 검출기에 집광시키는 이미징 렌즈를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 미소 반사 표시기는 다중 점광원 및 다중 핀홀로 사용되어, 프로그램을 통해 핀홀의 크기 및 간격이 자유롭게 변경될 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치는 시편의 동일 영역의 이차원 이미지를 다양한 축방향 분해능으로 측정할 수 있다. 따라서, 시편의 동일 영역에 대한 축방향 분해능이 다른 이차원 이미지 두 장을 획득하고, 이를 통해 시편의 삼차원 높이 정보를 계산하여 빠르게 시편의 삼차원 이미지를 복원할 수 있다.

도1은 미소 반사 표시기를 포함한 광학 현미경 장치를 나타낸다.
도2는 미소 반사 표시기를 나타낸다.
도3은 미소 반사 표시기를 이용하여 이차원 이미지 스캐닝하는 원리를 나타낸다.
도4는 미소 반사 표시기의 제1 미소 거울 그룹의 크기를 변화시킬 수 있는 원리를 나타낸다.
도5는 시편의 동일 영역을 크기가 다른 두 종류의 제1 미소 거울 그룹으로 스캐닝하는 원리 및 삼차원 이미지 획득에 소요되는 시간을 계산하는 방법을 나타낸다.
도6은 시편의 삼차원 이미지를 획득하는 과정의 순서도이다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.

다만, 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도1은 미소 반사 표시기를 포함한 광학 현미경 장치를 나타내고, 도2는 미소 반사 표시기를 나타낸다. 도3은 미소 반사 표시기를 이용하여 이차원 이미지 스캐닝하는 원리를 나타내며, 도4는 미소 반사 표시기의 제1 미소 거울 그룹의 크기를 변화시킬 수 있는 원리를 나타낸다. 또한, 도5는 시편(W)의 동일 영역을 크기가 다른 두 종류의 제1 미소 거울 그룹으로 스캐닝하는 원리 및 삼차원 이미지 획득에 소요되는 시간을 계산하는 방법을 나타낸다. 도6은 시편(W)의 삼차원 이미지를 획득하는 과정의 순서도이다.

도1을 참조하면, 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치(10)는 빛을 방출하는 레이저 광원(100), 레이저 광원(100)의 일 측에 형성되어 빛을 반사 시키는 미소 반사 표시기(200), 미소 반사 표시기(200)에서 반사된 빛을 시편(W)에 주사하는 대물 렌즈(300), 시편(W)에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출기(400)를 포함한다

여기서 미소 반사 표시기(200)는 스캐닝 영역(A) 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함한다. 복수 개의 미소 거울들 중 일부 미소 거울로 구성된 제1 미소 거울 그룹(210)은 시편(W)을 향하고, 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹(220)은 제1 미소 거울 그룹(210)과 다른 방향을 향하며, 제1 미소 거울 그룹(210)은 시간에 따라 스캐닝 영역(A)을 이동할 수 있다.

뿐만 아니라, 미소 반사 표시기(200)의 스캐닝 영역(A)은 복수 개의 영역으로 구획될 수 있다.

또한, 미소 반사 표시기(200)는 제1 미소 거울 그룹(210)을 구성하는 미소 거울의 수를 변화시켜 제1 미소 거울 그룹(220)의 크기를 조정함으로써, 축방향 분해능을 변화시킬 수 있다. 그에 따라, 광학 현미경 장치(10)는 축방향 분해능을 변화시키면서 시편(W)의 동일 영역의 이차원 이미지를 측정할 수 있다.

광학 현미경 장치(10)는 크기 변화 전의 제1 미소 거울 그룹(210)이 스캐닝 영역(A)을 이동하면서 시편(W)의 제1 이차원 이미지를 측정하고, 크기 변화 후의 제1 미소 거울 그룹(210)이 상기 스캐닝 영역(A)을 이동하면서 제1 이차원 이미지와 다른 축방향 분해능의 제2 이차원 이미지를 측정할 수 있다. 상기 제1 이차원 이미지 및 상기 제2 이차원 이미지를 통해 높이 정보를 계산하고, 시편(W)의 삼차원 이미지를 복원할 수 있다.

광학 현미경 장치(10)는, 미소 반사 표시기(200) 하측에 위치하여 제2 미소 거울 그룹(220)에서 반사되는 빛을 차단시키는 차단부재(500)를 더 포함할 수 있고, 제1 미소 거울 그룹(210)에서 반사되는 빛은 대물 렌즈(300)를 향할 수 있다.

또한, 광학 현미경 장치(10)는 레이저 광원(100)과 미소 반사 표시기(200) 사이에 위치하여 레이저 광원(100)에서 방출된 되는 빛을 투과시키는 빔 스플리터(beam splitter; 600)를 더 포함할 수 있다.

빔 스플리터(600)는 시편(W)에서 반사되어 돌아오는 빛을 광 검출기(400)로 향하도록 편향시킬 수 있다.

광학 현미경 장치(10)는, 레이저 광원(100)과 빔 스플리터(600) 사이에 위치하여 레이저 광원(100)에서 방출된 빛을 통과시키고 미소 반사 표시기(200) 전체 영역을 비출 수 있도록 상기 빛의 사이즈를 확대시킬 수 있는 빔 익스팬더(beam expander; 700)를 더 포함할 수 있다.

광학 현미경 장치(10)는 미소 반사 표시기(200)와 대물 렌즈(300) 사이에 위치하여 제1 미소 거울 그룹(210)에서 반사되는 빛을 평행하게 변형시킬 수 있는 제1 튜브 렌즈(810) 및 빔 스플리터(600)와 광 검출기(400) 사이에 위치하여 빔 스플리터(600)에서 반사된 빛을 평행하게 변형시킬 수 있는 제2 튜브 렌즈(820)를 더 포함할 수 있다.

또한, 광학 현미경 장치(10)는 제2 튜브 렌즈(820)와 광 검출기(400) 사이에 위치하여 제2 튜브 렌즈(820)를 통과한 빛을 광 검출기(400)에 집광시키는 이미징 렌즈(900)를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 광학 현미경 장치(10)의 작동 원리를 설명한다. 레이저 광원을(100)을 광원으로 사용한다. 이 레이저 광원(100)에서 방출되는 빛은 빔 익스팬더(700)를 통과하여 미소 반사 표시기(200) 전체 영역으로 비출 수 있는 사이즈로 확대된다. 확대된 빛은 빔 스플리터(600)을 통과하여 미소 반사 표시기(200)를 비춘다. 미소 반사 표시기(200)는 복수의 미소 거울을 포함하고, 복수의 미소 거울들 중 반사 된 빛이 시편(W)을 향하도록 기울어진 제1 미소 거울 그룹(210)과 그 반대로 기울어진 제2 미소 거울 그룹(220)이 있다. 제1 미소 거울 그룹(210)에 반사된 빛은 반사된 영역이 매우 작으므로 마치 점광원에서 발생한 빛처럼 퍼지게 된다. 이 빛은 제1 튜브 렌즈(810)에 의해 평행한 빛이 된다. 이 평행한 빛은 대물 렌즈(300)에 의해 시편(W) 위에 집광된다. 시편(W)에서 반사된 빛은 반대의 경로를 거치며, 핀홀 역할을 하는 제1 미소 거울 그룹(210)에 반사된 빛만 이 빔 스플리터(600)를 향하고, 상기 빛은 빔 스플리터(600)에서 반사되어 광 검출기(400)를 향한다. 빔 스플리터(600)에서 반사된 빛은 제2 튜브 렌즈(820)에 의해서 평행한 빛이 되며, 이미징 렌즈(900)에 의해 광 검출기(400)에 집광된다. 제2 미소 거울 그룹(820)에서 반사된 빛은 차단부재(500)로 향하고, 차단부재(500)에 의해 차단된다.

즉, 일 실시예에 따른 광학 현미경 장치(10)는 삼차원 시편(W)의 표면 형상을 높은 분해능으로 측정하기 위해 포인트 스캐닝 방식을 사용하며, 빠른 속도로 이차원 이미지를 빠르게 스캐닝하고, 시편(W)의 평면 영상 및 높이 정보를 구하여 삼차원 이미지로 복원할 수 있다.

이하에서는 도2를 참조하여 미소 반사 표시기(200)가 다중 핀홀의 역할을 수행하는 원리를 설명하고, 그에 따라 미소 반사 표시기(200)를 포함하는 광학 현미경 장치(10)가 시편(W)의 평면 영상 및 높이 정보를 구하여 삼차원 이미지로 복원하는 원리를 설명한다.

광학 현미경 장치(10)는 핀홀의 크기에 따라 다양한 축방향 분해능을 갖는데, 이러한 특징을 이용하기 위하여 일 실시예에 따른 미소 반사 표시기(200)는 복수 개의 미소 거울들을 포함하고, 상기 복수의 미소 거울들 중에서 기울어진 각도가 다른 두 상태의 제1 미소 거울 그룹(210) 및 제2 미소 거울 그룹(220)에서 반사 된 빛은 다른 경로를 갖는다. 대부분의 미소 거울은 제2 미소 거울 그룹(220)에 포함되고, 상기 제2 미소 거울 그룹(220)에서 반사된 빛은 시편(W)을 향하지 않는다. 반면 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹(210)은 몇 개의 일정 단위와 간격을 갖는다. 상기 제1 미소 거울 그룹(210)에 반사된 빛은 시편(W)을 향하여 시편(W)에 집광되고, 상기 빛은 반사되어 광 검출기(400)로 검출된다. 따라서 이러한 제1 미소 거울 그룹(210)은 다중 핀홀의 역할을 할 수 있다

상기 설명한 원리에 의하여 미소 반사 표시기(200)는 다중 점광원 및 다중 핀홀로써 사용될 수 있다. 프로그램을 통해 미소 반사 표시기(200)의 제1 미소 거울 그룹의 크기를 변화시킴으로써 다양한 크기의 핀홀을 구현할 수 있다. 따라서, 미소 반사 표시기(200)에 의하여 구현된 다중 핀홀은 프로그램으로 그 크기가 쉽고 빠르고 다양하게 바뀔 수 있다. 또한, 동시에 여러 점에서 스캐닝이 이루어지므로 이차원 스캐닝 속도가 매우 빠르며, 광학계의 변화나 시편(W)의 이동 없이, 프로그램으로 제1 미소 거울 그룹(210)의 크기를 변화시킴으로써 다양한 크기의 핀홀에 의하여 동일 영역의 영상을 구하는 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 크기가 다른 두 개의 제1 미소 거울 그룹(210)을 이용함으로써, 크기가 다른 두 개의 핀홀로 구하는 것과 같은 시편(W)의 이차원 이미지를 매우 빠르게 순차적으로 얻을 수 있다. 이렇게 획득된 두 이미지는 축방향 분해능이 다르다. 두 종류의 축방향 분해능은 초점 평면에서 벗어난 높이에 대해 다른 빛의 세기로 관찰되며, 이러한 성질을 이용하여 시편(W)의 높이 정보를 look-up 테이블로 나타낼 수 있다. 따라서 이차원 정보는 이차원 스캐닝으로 구한 빛의 세기로 구하며, 나머지 높이 정보는 높이 정보의 look-up 테이블로 계산하여 구한다. 그리하여 시편(W)의 삼차원 이미지를 획득할 수 있다.

제1 미소 거울 그룹(210)에서 반사된 빛은 광 검출기(400)에 의해 검출될 수 있다. 광 검출기(400)에 의해 검출되는 광의 세기는 제1 미소 거울 그룹(210)의 크기에 기반하여 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 미소 거울 그룹(210)의 크기가 더 클수록 광 검출기(400)에 의해 검출되는 빛의 세기는 더 클 수 있다.

광 검출기(400)는 빛의 세기를 검출할 수 있다. 광 검출기(400)는 시편으로부터의 반사되고 제1 미소 거울 그룹(210)을 거쳐 도달하는 빛의 세기를 검출할 수 있다. 광 검출기(400)에 의해 검출되는 빛의 세기는 빛이 생성된 위치에 따라 변할 수 있다. 반사된 빛이 생성된 위치는 시편(W)의 표면의 위치로서 레이저 광원(100)으로부터 방출된 빛이 조사된 시편(W)의 표면 상의 위치일 수 있다.

예컨대, 광 검출기(400)에 의해 검출되는 빛의 세기는 반사된 빛이 생성된 위치가 대물렌즈(300)의 초점이 존재하는 초점 평면 상에 존재하는 위치인 경우에 가장 강할 수 있다. 광 검출기(400)는 시편(W) 및/또는 대물렌즈(300)가 상기 초점 평면의 수직 방향으로 이동함 따라, 시편(W)으로부터의 서로 상이한 반사된 빛들의 세기들을 검출할 수 있다. 광학 현미경 장치(10)는 광 검출기(400)에 의해 검출된

서로 상이한 반사된 빛의 세기들에 기반하여 시편(W)의 높이들의 정보를 검출할 수 있다.

시편(160)의 표면 상의 서로 상이한 위치들로부터 반사된 빛들의 세기들은 서로 상이할 수 있다. 말하자면, 광 검출기(400)로부터 검출된 시편(W)의 표면 상의 서로 상이한 위치들로부터의 반사된 빛들의 세기를 응답 곡선에 대입함으로써 대물렌즈(300)의 초점 및 반사된 빛이 생성된 위치 간의 거리가 검출될 수 있다. 검출된 대물렌즈(300)의 초점 및 반사된 빛이 생성된 위치 간의 거리는 시편(W)의 표면 상의 위치에 대한 높이의 정보일 수 있다. 광학 현미경 장치(10)는 시편(W)의 표면 상의 모든 위치들을 스캔함으로써, 시편(W)의 표면 상의 모든 위치들로부터의 반사된 빛들의 세기들을 검출할 수 있다. 광학 현미경 장치(10)는 획득된 상기 반사된 빛들의 세기들을 응답 곡선에 대입함으로써 시편(W)의 표면 상의 모든 위치들에 대한 높이들의 정보를 검출할 수 있고, 시편(W)의 삼차원 이미지를 생성할 수 있다.

도3을 참조하여, 미소 반사 표시기(200)가 이차원 이미지 스캐닝하는 원리를 설명한다. 미소 반사 표시기(200)의 스캐닝 영역(A)은 하나일 수 있으며, 복수 개의 영역으로 구획될 수도 있다. 핀홀 역할을 하는 제1 미소 거울 그룹(210)이 일정한 간격으로 떨어져 배치되고 그 사이에 제2 미소 거울 그룹(220)이 배치됨으로써, 한 개의 제1 미소 거울 그룹(210)과 이를 둘러싼 한 개의 제2 미소 거울 그룹(220)으로 이루어진 복수의 영역이 구획될 수 있다.

제2 미소 거울 그룹(220)을 구성하는 복수의 미소 거울들 중에서 종전 제1 미소 거울 그룹(210)에 인접한 미소 거울들부터 차례로 그 각도가 시편(W)을 향하도록 기울어져 제1 미소 거울 그룹(210)을 형성하게 된다. 이와 동시에, 종전의 제1 미소 거울 그룹(210)은 제2 미소 거울 그룹(220)과 같은 시편(W)을 향하지 않도록 각도가 기울어져 제2 미소 거울 그룹(220)에 속하게 된다. 이와 같은 원리를 통하여, 제1 미소 거울 그룹(210)이 스캐닝 영역(A)을 이동함으로써 핀홀이 이차원 평면 내에서 이동한 효과를 만들 수 있다. 이와 같이, 제1 미소 거울 그룹(210)이 모든 영역을 스캐닝하여 이차원 이미지를 획득할 수 있다.

도4를 참조하여, 미소 반사 표시기(200)의 제1 미소 거울 그룹(210)의 크기를 변화시킬 수 있는 원리를 설명한다. 프로그램을 통하여 제1 미소 거울 그룹(210)을 구성하는 미소 거울들의 수를 변화시킴으로써 제1 미소 거울 그룹(210)의 크기를 조정할 수 있다.

즉, 제1 미소 거울 그룹(210)을 구성하는 가로 m개, 세로 n개의 미소 거울들과 제2 미소 거울 그룹(220)을 구성하는 나머지 미소 거울들의 기울어진 각도를 달리하여 설정함으로써 크기가 (m x n) x (하나의 미소 거울 크기)인 핀홀을 구현할 수 있다. 따라서, 제1 미소 거울 그룹(210)을 구성하는 미소 거울의 개수를 조정함으로써 핀홀의 크기를 쉽게 변화시킬 수 있다.

도5를 참조하여 시편(W)의 동일 영역을 크기가 다른 두 종류의 제1 미소 거울 그룹으로 스캐닝하는 원리 및 삼차원 이미지 획득에 소요되는 시간을 계산하는 방법을 설명한다.

도5의 (a)와 같이 적은 수의 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹(210)을 형성하여 작은 핀홀을 구현할 수 있다. 이와 같은 작은 제1 미소 거울 그룹(210)을 통해 t1초 동안 스캐닝 영역(A)을 스캐닝하여 시편(W)의 제1 이차원 이미지를 얻을 수 있다.

그 후, 제1 이차원 이미지를 얻기 위해 형성된 작은 제1 미소 거울 그룹(210) 보다 많은 수의 미소 거울들로 구성된 큰 제1 미소 거울 그룹(210)을 형성하여 큰 핀홀을 구현할 수 있다. 이와 같은 큰 제1 미소 거울 그룹(210)을 통해 t2초 동안 스캐닝 영역(A)을 스캐닝하여 앞서 구한 제1 이차원 이미지와 다른 축방향 분해능의 제2 이차원 이미지를 획득할 수 있다. 그리하여, 상기 두 장의 이차원 이미지로 시편(W) 표면의 높이 정보를 계산할 수 있고, 이들을 통해 시편(W)의 삼차원 이미지를 복원할 수 있다.

따라서, 시편(W)의 삼차원 이미지를 얻는데 걸리는 시간은 t1+t2가 된다. 이 과정을 계속 반복하면 여러 장의 시편(W)의 삼차원 이미지를 반복해서 구할 수 있다.

도6을 참조하여, 시편(W)의 삼차원 이미지 한 장을 획득하는 과정을 설명한다. 작은 제1 미소 거울 그룹(210)으로 구현된 작은 핀홀의 스캐닝을 통하여 시편(W)의 축방향 분해능이 높은 제1 이차원 이미지 한 장을 획득한다. 그 후, 큰 제2 미소 거울 그룹(210)으로 구현된 큰 핀홀의 스캐닝을 통하여 시편(W)의 축방향 분해능이 낮은 제2 이차원 이미지 한 장을 획득한다. 상기 두 장의 이차원 이미지로 시편(W)의 삼차원 이미지를 복원할 수 있다. 그리고 이 과정을 반복하여 시편(W)의 고속 삼차원 영상을 연속적으로 획득할 수 있다.

상기 설명한 미소 반사 표시기(200)를 포함하는 광학 현미경 장치(10)를 통하여 빠르게 시편(W)의 이차원 이미지를 획득할 수 있다. 또한, 프로그램을 통해 제1 미소 거울 그룹의 크기와 간격을 제어함으로써, 크기와 간격이 다양한 핀홀을 구현할 수 있다. 이를 통해 별도의 시스템 변화 없이 다양한 측정 면적의 크기 및 영역을 측정할 수 있다. 또한, 시편(W)의 동일 영역의 이차원 이미지 두 장으로 시편(W) 표면의 높이 정보를 획득하는 기술을 도입하여 시편(W)의 삼차원 형상을 매우 빠르게 이미징할 수 있다.

이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 광학 현미경 장치
100 : 레이저 광원
200 : 미소 반사 표시기
210 : 제1 미소 거울 그룹
220 : 제2 미소 거울 그룹
300 : 대물 렌즈
400 : 광 검출기
500 : 차단부재
600 : 빔 스플리터
700 : 빔 익스팬더
810 : 제1 튜브 렌즈
820 : 제2 튜브 렌즈
900 : 이미징 렌즈
A : 스캐닝 영역
W : 시편

Claims

광학 현미경에 사용되는 미소 반사 표시기에 있어서,
스캐닝 영역 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함하고,
상기 복수 개의 미소 거울들 중 일부 미소 거울로 구성된 제1 미소 거울 그룹은 시편을 향하고,
나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹은 상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향하며,
상기 제1 미소 거울 그룹은 시간에 따라 상기 스캐닝 영역을 이동할 수 있는, 미소 반사 표시기.
제1항에 있어서,
상기 제1 미소 거울 그룹을 구성하는 미소 거울의 수를 변화시켜 상기 제1 미소 거울 그룹의 크기를 조정함으로써, 축방향 분해능을 변화시킬 수 있는, 미소 반사 표시기.
제1항에 있어서,
상기 스캐닝 영역은 복수 개의 영역으로 구획될 수 있는, 미소 반사 표시기.
빛을 방출하는 레이저 광원;
상기 레이저 광원의 일 측에 형성되어 상기 빛을 반사 시키는 미소 반사 표시기;
상기 미소 반사 표시기에서 반사된 빛을 시편에 주사하는 대물 렌즈;
상기 시편에서 반사된 빛을 검출하는 광 검출기;
를 포함하고,
상기 미소 반사 표시기는 스캐닝 영역 내에 구비된 복수 개의 미소 거울들을 포함하고,
일부 미소 거울들이 시간에 따라 상기 스캐닝 영역을 이동함으로써 상기 시편의 이차원 이미지를 측정할 수 있는, 광학 현미경 장치.
제4항에 있어서,
상기 스캐닝 영역의 상기 일부 미소 거울들로 구성된 제1 미소 거울 그룹은 시편을 향하고, 나머지 미소 거울들로 구성된 제2 미소 거울 그룹은 상기 제1 미소 거울 그룹과 다른 방향을 향하며,
상기 제1 미소 거울 그룹을 구성하는 미소 거울의 수를 변화시켜 상기 제1 미소 거울 그룹의 크기를 조정함으로써, 축방향 분해능을 변화시켜 시편의 동일 영역의 이차원 이미지를 측정할 수 있는, 광학 현미경 장치.
제5항에 있어서,
크기 변화 전의 제1 미소 거울 그룹이 상기 스캐닝 영역을 이동하여 상기 시편의 제1 이차원 이미지를 측정하고,
크기 변화 후의 제1 미소 거울 그룹이 상기 스캐닝 영역을 이동하여 상기 제1 이차원 이미지와 다른 축방향 분해능의 제2 이차원 이미지를 측정하여,
상기 제1 이차원 이미지 및 상기 제2 이차원 이미지를 통해 높이 정보를 계산하여 상기 시편의 삼차원 이미지를 복원할 수 있는, 광학 현미경 장치.
제5항에 있어서,
상기 미소 반사 표시기 하측에 위치하여, 상기 제2 미소 거울 그룹에서 반사되는 빛을 차단시키는 차단부재;
를 더 포함하고,
상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사되는 빛은 상기 대물렌즈를 향하는, 광학 현미경 장치.
제4항에 있어서,
상기 레이저 광원과 상기 미소 반사 표시기 사이에 위치하여, 상기 레이저 광원에서 방출된 되는 빛을 투과시키는 빔 스플리터;
를 더 포함하고,
상기 빔 스플리터는 상기 시편에서 반사되어 돌아오는 빛을 상기 광 검출기로 향하도록 편향시킬 수 있는, 광학 현미경 장치.
제8항에 있어서,
상기 레이저 광원과 상기 빔 스플리터 사이에 위치하여, 상기 레이저 광원에서 방출된 빛을 통과시키고 상기 미소 반사 표시기 전체 영역을 비출 수 있도록 상기 빛의 사이즈를 확대시킬 수 있는 빔 익스팬더;
를 더 포함하는, 광학 현미경 장치.
제8항에 있어서,
상기 미소 반사 표시기와 상기 대물렌즈 사이에 위치하여, 상기 제1 미소 거울 그룹에서 반사되는 빛을 평행하게 변형시킬 수 있는 제1 튜브 렌즈; 및
상기 빔 스플리터와 상기 광 검출기 사이에 위치하여, 상기 빔 스플리터에서 반사된 빛을 평행하게 변형시킬 수 있는 제2 튜브 렌즈;
를 더 포함하는, 광학 현미경 장치.
제10항에 있어서,
상기 제2 튜브 렌즈와 상기 광 검출기 사이에 위치하여, 상기 제2 튜브 렌즈를 통과한 빛을 상기 광 검출기에 집광시키는 이미징 렌즈;
를 더 포함하는, 광학 현미경 장치.