KR20200132572A - 공간 광 변조기를 이용한 광학계 및 이를 이용한 물성 측정 방법 - Google Patents

공간 광 변조기를 이용한 광학계 및 이를 이용한 물성 측정 방법 Download PDF

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Abstract

시료의 물성을 측정하기 위한 광학계로서, 상기 광학계는, 광원으로부터 수신된 빛에 대하여 빛의 빔-단면을 미리 정해진 제1 이미지의 모양으로 변조하는 공간 광 변조기; 상기 공간 광 변조기에 의해 변조된 빛을 수신하여, 미리 정해진 제1 편광 상태로 변환하는, 편광상태생성기; 상기 제1 편광 상태로 변환된 빛을 수신하여 시료에 입사시키고, 상기 시료로부터 반사되어 나온 빛을 수신하는, 대물렌즈; 상기 시료로부터 반사되어 상기 대물렌즈에 수신되어 상기 대물렌즈를 통과한 빛을 수신하여, 미리 정해진 제2 편광 상태로 변환하는, 편광상태분석기; 상기 제2 편광 상태로 변환된 빛을 수신하여 전기 신호로 변환하는, 광감지기; 를 포함하는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계가 제공된다.

Description

공간 광 변조기를 이용한 광학계 및 이를 이용한 물성 측정 방법 {OPTICAL SYSTEM USING SPATIAL LIGHT MODULATOR AND METHOD OF MEASURING PHYSICAL PROPERTIES USING THE SAME}
본 발명은 공간 광 변조기를 이용한 광학계 및 이를 이용한 시료의 물성 측정에 관한 것이다.
타원계측법(ellipsometry)은 빛의 편광 특성 변화를 이용하여 시료의 물성을 측정하는 방법이다. 타원계측법을 이용한 측정 장비를 타원계(ellipsometer)라고 하는데, 입사광을 원하는 형태로 편광시켜 시료에 입사시킨 후, 시료에서 반사(반사형 타원계) 또는 투과(투과형 타원계)되는 빛의 편광 상태를 측정하여 복소 굴절률, 유전함수, 전기 전도도, 격자 구조와 같은 결정상태와 같은 물성을 측정하는 것이다.
예컨대 반사형 타원계는 다중층 박막의 두께를 측정하는데 사용될 수 있는데, 다른 방식의 박막 두께 측정 방식에 비해 비접촉-비파괴 방식이라는 점, 투명한 재질이나 유전체 박막에도 적용가능하다는 점, 분해능이 뛰어나다는 점에서 각광받으며, 디스플레이 및 반도체 산업에서 널리 쓰이고 있다.
그러나 일반적인 타원계는 일정한 경사를 가지고 한 지점에만 빛을 조사하기 때문에 측면 해상도(lateral resolution)가 떨어져 이미징(imaging)이 어렵고, 좁은 영역이나 미세 패턴에서 원하는 부위의 해석을 하기가 어렵다는 단점이 있었다. 이를 극복하기 위해 광감지기 단에 카메라에 사용되는 CCD 어레이(CCD array) 등을 배치하여 샘플을 이미징하는 방법이 시도되었으나, 타원계의 경사 구조로 인해 측면 해상도를 높이는 데에는 한계가 있었다.
한편, 2000년 K. R. Neumaier에 의해 소개된 타원편광 현미경(Ellipsometric Microscope)은 수직 현미경 구조를 도입하여 고배율의 이미징을 가능케 하였지만, 편광 상태 조절을 위해 광학 소자(optical component)를 물리적으로(수동으로 또는 적어도 기계적으로) 조절해 주어야 한다는 점에서 한계가 있었다. 다시 말해, 타원편광 현미경을 사용하기 위해서는 예컨대 편광자(polarizer)의 위치를 조절해주거나 현미경 내에서 미세하게 움직이는 거울을 배치하여야 하고, 이러한 광학 소자의 물리적 움직임은 그 자체로 진동을 유발하여 잡음(noise)을 발생시킬 뿐만 아니라, 극도로 민감하게 유지되는 광학 소자 간의 광학적 정렬(optical alignment)을 깨트릴 위험이 있다는 점에서 문제가 된다. 작업자는 각 측정 이후 다음 측정을 재개하기 전까지 잡음을 제거하고 광학적 정렬 상태를 회복하기 위하여 상당한 시간을 허비하여야 되며, 각 측정마다 신뢰성이 확보되기 어렵다. 이 때문에 타원편광 현미경은 현재까지도 널리 쓰이지 못하고 있다.
따라서 종래의 타원계 및 타원편광 현미경의 단점을 극복하는, 즉, 높은 측면 해상도를 확보하면서도 물리적 진동을 유발하지 않는 광학계의 개발이 요구된다.
특허공개공보 제10-2008-0089173호 (2008. 10. 06.) 특허공개공보 제10-2003-0004778호 (2003. 01. 15.) 미국 특허등록공보 제9,574,992호 (2017. 02. 21.)
K. R. Neumaier et al. 2000 Europhys. Lett., 49 (1), pp. 14-19 (2000. 1. 1. 공개)
본 발명은 공간 광 변조기를 이용한 광학계 및 이를 이용한 물성 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면 위와 같은 목적은 후술될 청구범위의 특징을 포함하는 광학계 및 물성을 측정하는 방법으로써 달성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 의해 제공되는 이들 및 추가적인 특징들은 도면들과 관련하여 이하의 상세한 설명의 관점에서 보다 완전히 이해될 것이다.
본 발명에 따른 공간 광 변조기를 이용한 광학계를 사용하면 모터의 구동없이 자동화된 시료의 물성 측정을 할 수 있으며, 기계적 조작으로 인한 노이즈의 개입 가능성이 감소되기 때문에 더 정확하고 빠른 측정이 가능해진다. 또한 종래의 타원편광 현미경이 가졌던 장점, 즉 높은 측면 해상도와 고해상도 이미징이 가능하다는 장점은 본 발명에 따른 광학계에서도 그대로 유지된다.
도면들에 개시된 실시예들은 본질적으로 설명적이고 예시적인 것이며 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 이하의 설명적인 예시들의 상세한 설명은 이하의 도면들과 함께 읽혀질 때 이해될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 타원계의 기본적인 구조를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 일반적인 구조, 즉 광학 소자의 배치 및 광 경로를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계에서 공간 광 변조기로 디지털 광 프로젝터 또는 LCoS 방식의 마이크로디스플레이를 사용한 경우의 광학계의 구조를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계에서 공간 광 변조기로 투과형 액정 디스플레이를 사용한 경우의 광학계의 구조를 도시한 개념도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 공간 광 변조기의 예시인 디지털 광 프로젝터 및 디지털 광 프로젝터를 구성하는 소자인 디지털 마이크로미러 장치를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 광학계의 공간 광 변조기의 예시인 LCoS 방식의 마이크로디스플레이의 단일 소자를 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 공간 광 변조기의 예시인 투과형 액정 디스플레이의 단일 소자를 도시한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 공간 광 변조기의 예시인 투과형 액정 디스플레이의 단일 소자인 투과형 LC 셀에 인가되는 전압에 따라 액정이 투과시키는 색상 및 편광 상태가 달라지는 것을 도시한 개념도이다.
도 10과 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계에서 후방 초점 면의 특성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12와 도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 광학계에서 입사광과 반사광의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계에서, 공간 광 변조기에 의해 후방 초점 면 상에서 조광되는 위치를 조절하여 물성 측정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가질 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 발명의 실시예들을 여기에서 상세하게 설명할 것이다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상기 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것이며, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다른 뜻을 가진 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 "포함한다", "가진다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
1. 타원계의 원리 (도 1)
도 1은 종래 기술에 의한 타원계의 기본적인 구조를 도시한 개념도이다. 좌측의 광원(light source)은 입사광을 생성하여 방출하는 역할을 하며, LED나 레이저 기타 알려진 형태의 강도와 파장을 가진 다양한 광원이 사용될 수 있다.
방출된 입사광은 편광상태생성기(polarization state generator, PSG)를 통과하면서 원하는 형태의 편광 상태를 가지게 된다. 편광상태생성기는 하나 또는 그 이상의 다양한 광학 소자로 이루어질 수 있는데, 예컨대 편광자(polarizer), 보상기(compensator, 지연기(retarder)로도 불림), 위상변조기(phase modulator) 등이 그것이다. 이러한 광학 소자들 및 그들이 하는 역할은 당업자에게 잘 알려져 있다. 전기 소자와 마찬가지로, 이러한 광학 소자들을 조합하여 입사광이 원하는 편광상태(선형 편광, 원형 편광, 타원 편광)를 가지도록 조절 가능하다.
편광상태생성기를 통과한 입사광은 일정한 각도(θi)를 가지고 시료 표면에 입사된다. 입사광(incident light)은 시료 표면에서 시료를 투과하는 투과광(transmissive light)과 시료에서 반사되는 반사광(reflected light)으로 나뉘는데, 투과광은 입사광이 지나온 매질과 시료의 굴절률 등에 따라 특정한 각도로 휘게 되고, 반사광은 입사광과 동일한 각도(θr)로 반사된다. 즉, θi = θr이다. 여기서 입사광과 반사광에 의해 결정되는, 시료에 수직인 면을 입사면(plane of incidence)이라고 한다. 반사광은 시료 표면에서 바로 반사된 빛 뿐만 아니라, 전술한 투과광이 시료 내부로 진행하다가 시료 하단에 배치된 다른 매질과의 표면에서 반사된 후 상부의 시료 표면을 투과한 빛, 또는 시료 표면에서 다시 한 번 아래쪽으로 반사되어 하단으로 진행하다가 하단의 다른 매질과의 표면에서 재차 반사되어 상부의 시료 표면을 투과한 빛 등이 중첩된 형태가 된다.
반사광은 편광상태생성기에서 조절된 입사광과는 다른 상태를 가지게 되므로, 그 상태를 분석하기 위하여 반사광의 경로 상에 편광상태분석기(polarized state analyzer, PSA)를 두어, 예컨대 특정 편광 성분의 빛만을 추출하여 그 강도 등을 측정함으로써 반사광의 상태를 알아낼 수 있다.
반사광의 경로의 마지막에 있는 광감지기(photodetector)는 빛의 세기를 측정하여 전기신호로 변환한다. 광감지기는 광다이오드, CCD 등일 수 있으며, 일반적으로 빛의 성분이나 위상 등을 측정하지는 못하고 세기(intensity)만 측정할 뿐이지만, 편광상태분석기를 조절하여, 예컨대 편광상태분석기 내에 포함된 편광기를 회전시킴으로써, 특정 편광 상태의 빛 만을 통과하도록 하고 각 편광 상태에 따른 빛의 세기를 감지함으로써 빛의 편광 상태까지 계산해 낼 수 있다. 또 이하에서 보듯이 편광상태분석기 대신 편광상태생성기에서 그 안에 포함된 편광기를 회전시킴으로써 시료에 입사하는 입사광을 조절하는 방식으로 빛의 편광 상태를 계산해 낼 수도 있다.
이하에서는 존스 행렬(Jones Matrix)을 이용하여 전술한 타원계에 의한 편광 상태의 변화를 설명할 것이다. 이 방법에서 빛의 상태 벡터는 1×2 행렬의 형태를 가지는데, 관행적으로 행렬의 제1행 성분은 p 편광, 즉 자기장의 진동방향이 입사면에 수직인 TM 모드(transverse magnetic mode)를, 제2행 성분은 s 편광, 즉 전기장의 진동방향이 입사면에 수직인 TE 모드(transverse electric mode)를 의미한다. p 편광과 s 편광 성분은 서로 수직이다. 존스 행렬의 표기에 따르면, p 편광된 빛은
Figure pat00001
, s 편광된 빛은
Figure pat00002
이 되며, 주어진 빛은 이 p 편광과 s 편광의 세기(intensity) 및 위상(phase)에 의해 완전하게 나타낼 수 있다.
한편 빛이 광경로 상에 지나가게 되는 광학 소자 그리고 시료는 2×2 행렬로 나타낼 수 있으며, 주어진 빛의 벡터(1×2 행렬)에 작용하는 연산자(operator)(2×2 행렬)가 된다. 예컨대, 편광기는
Figure pat00003
, 보상기는
Figure pat00004
가 되며, 시료는 (등방성 물질을 가정할 경우)
Figure pat00005
가 된다. 즉 광학 소자나 시료를 지나면서 변형된 빛의 상태는 연산자에 의해 빛의 벡터가 변형되는 작용에 비유된다. 편광상태생성기나 편광상태분석기는 위 2×2 행렬로 표현되는 광학 소자의 조합이므로, 내부에 포함된 소자에 대응하는 2×2 행렬의 곱을 구함으로서 전체가 하나의 2×2 행렬로 표현될 수도 있다.
따라서, 광원에서 나와 편광상태생성기, 시료, 편광상태분석기를 지나 감지기로 들어간 빛의 결과는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00006
여기에서 광원(최우측의 벡터)은 논의의 편의상 p 편광만을 가진것으로 전제되었다. 실제로는 빛이 광원에서 나올 당시에는 p 편광과 s 편광 성분을 모두 가질 수 있지만, 편광상태생성기의 도입부에 편광판을 배치하여 위와 같이 특정 성분만을 지닌 상태 벡터로 변환을 할 수 있다.
이제 가장 단순한 형태의 편광상태생성기 및 편광상태분석기를 전제할 경우, 위 수식은 아래와 같이 된다.
Figure pat00007
여기서, 최우측의 벡터는 광원에서 나온 빛을, 그 왼쪽의 행렬은 편광상태생성기(PSG)에 의한 변형을, 그 왼쪽의 행렬은 시료를, 그 왼쪽의 두 개의 행렬은 편광상태분석기(PSA)에 의한 변형을 나타내며, 특히 가장 왼쪽의 행렬은 편광상태분석기의 입사면을 기준으로 편광방향이 편광자의 각도(A)와 일치하는 빛 만을 통과시키는 것을 의미한다. 위 구성에서 편광상태생성기와 편광상태분석기는 편광자만으로 이루어져 있는 경우로서, 편광자의 축 각도에 해당하는 선형 편광 성분만을 남기는 기능을 하고 있으며, P와 A가 그 축 각도를 의미하는 변수이다.
rp와 rs는 물질의 다양한 물성에 대한 정보를 포함하므로, 광원, 편광상태생성기, 편광상태분석기의 설정을 조절하여 rp와 rs 값을 알아내는 것이 타원계측법의 목표가 된다.
한편, 전술한 바와 같이 광감지기에서는 강도(intensity)만을 얻어내므로, 얻어진 E값과 그 복소켤레값(E*)을 곱하여 강도(I(t))의 함수를 얻으면 아래와 같다.
Figure pat00008
Figure pat00009
즉, 광학계의 조절을 통해 강도 I(t)를 측정하면 α와 β 값을 알아낼 수 있고, α와 β 값을 알아내면 Ψ와 Δ 값을 알아낼 수 있고, Ψ와 Δ 값을 알아내면 rp와 rs의 값을 알아낼 수 있다. rp와 rs 값을 알아내면 미리 만들어진 시료의 물리 모델에 의한 예측값과 피팅하여 정합성을 판단하고, 그에 따라 모델 자체 혹은 모델의 변수값을 조절하는 재귀과정을 통해 적합한(미리 정해진 기준치 이상의 정합도를 가진) 물리 모델 및 그에 따른 시료의 물성과 특성을 계산할 수 있다.
정합도는 예컨대 예측치에 의한 수치와 실제 측정값 사이의 오차의 분산(variance) 등을 기준으로 할 수 있으며, 당업자는 다양한 방식으로 정합도를 측정하는 기준을 설정할 수 있다.
2. 본 발명의 실시예들에 따른 광학계의 구조
(1) 일반적인 구조 (도 2)
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 일반적인 구조, 즉 광학 소자의 배치 및 광 경로를 도시한 개념도이다.
광학계(100)의 좌측에는 광원(light source)(110)과 공간 광 변조기(spatial light modulator)(120)가 도시되어 있다. 본 발명에서 광원(110)과 공간 광 변조기(120)는 다양한 형태로 조합될 수 있기 때문에, 광학계의 일반적인 구조를 다루는 도 2에서는 광 경로의 도시없이 다이어그램으로 대체되어 있다. 공간 광 변조기의 종류에 따른 광학계의 구체적인 구성을 다루는 도 3 및 도 4에서는 광원(110)과 공간 광 변조기(120)가 분리된 형태로 도시될 것이다.
광원(110)은 광학계의 입사광의 원천이 되는 빛을 생성하는 부분이며, 단일 파장의 빛 혹은 일정 범위의 스펙트럼을 가진 빛이 생성되어 사용될 수 있다.
공간 광 변조기(120)는 공간에서 빛을 변조하여 원하는 이미지(image)를 만들어 주는 장치이다. 전술한 도 1의 편광상태생성기나 편광상태분석기가 입사하는 빛을 받아들여 특정 편광 상태의 성분만을 걸러내거나, 위상을 정해진 만큼 지연시키는 등의 역할을 하는 반면, 공간 광 변조기는 주어진 빛의 빔-단면에 대하여 특정 부분은 빛을 통과시키고, 특정 부분은 빛을 통과시키지 않음으로써, 입력된 빛이 사용자가 원하는 모양을 가진 상태로 출력되도록 한다.
본 명세서에서는 빛을 통과시키거나 통과시키지 않는 최소 단위가 되는 부분을 화소(pixel)로 정의하고, 각 화소가 빛을 통과시키는 상태를 온(on), 빛을 통과시키지 않는 상태를 오프(off)라고 부르기로 한다.
외부에서 보았을 때, 공간 광 변조기(120)는 화소들이 일정한 배열(array)로 배치된 면광원 또는 디스플레이처럼 보일 수 있다. 이 때 화소들은 임의의 배열을 가질 수 있는데, 예컨대 2차원 사각형 어레이(array)의 형태일 수 있다. 이 경우 각 화소는 카테시안 좌표계(Cartesian coordinate system)의 좌표에 대응될 수 있다. 또는 화소들은 2차원 원형 어레이의 형태일 수 있다. 이 경우 각 화소는 극점 좌표계의 좌표에 대응될 수 있다. 본 발명은 공간 광 변조기의 각 화소의 특정한 배열 방식이나 그 화소를 온/오프하는 방법, 즉 구체적인 구동 방식에 한정되지 않는다.
공간 광 변조기(120)는 그 구체적인 구현 방식에 한정되지 않고 입력된 빛에 대하여 사용자가 원하는 상(image)을 만들어 출력하는 기기를 일컫는 것으로 이해될 수 있다. 사용자는 공간 광 좌표기에 연결된 제어 모듈(도면에 도시되지 않음)을 사용하여 각 화소의 온/오프를 조절할 수 있으며, 그에 따라 미리 지정한 대로 원하는 이미지를 그려낼 수 있다. 공간 광 변조기(120)의 예시적인 유형은 뒤에서 자세히 다루어질 것이다.
공간 광 변조기(120)에 의해 변조된 빛은 선택적 구성인 릴레이 렌즈(relay lens)(130a, 130b)를 지나치는데, 이것은 광 경로 상의 빔 직경(beam diameter)이 지나치게 넓어지는 것을 방지하고 빔을 일정한 범위 안으로 제한하려는 것이다.
이후 편광상태생성기에 해당하는 소자들을 지나게 되는데, 도 2에서는 예시로서 편광자(130c), 보상기(130d)가 도시되어 있다. 다만, 이는 예시적인 소자들이며 당업자는 다른 소자들을 사용하여 다른 형태의 편광상태생성기를 구성할 수도 있다.
편광상태생성기를 통과한 빛은 원하는 값의 편광 상태를 가지게 되며, 이 상태에서 빔 스플리터(beam splitter)(140)에 의해 경로가 꺾이면서 도면 상의 하단으로 가게 된다. 하단에는 대물렌즈(150)가 있으며, 그 전에 후방 초점 면(back focal plane, 200)을 통과하게 되는데, 후방 초점 면에 대해서는 도 11, 도 12 및 그에 대한 설명에서 좀 더 자세히 다루어질 것이다.
대물렌즈를 통과한 빛은 렌즈의 작용에 의해 경로가 휘게 되어, 시료(300)의 특점 지점에 입사된다. 이로서 입사 경로가 완성된다.
이후, 입사 지점에서 시료에 의해 편광 상태에 변화가 생긴 반사광이 시료로부터 방출되어 대물렌즈(150)를 다시 통과한 뒤, 후방 초점 면(200)과 빔 스플리터(140)를 지나 도면 상의 상단으로 가게 되며, 편광상태분석기에 해당하는 소자들을 지나게 되는데, 도 2에서는 예시로서 편광자(160)가 도시되어 있다.
편광상태분석기를 통과한 반사광은 접안렌즈(170)를 지나 광감지기(180)에 도달한다. 광감지기에 도달된 빛은 전기 신호로 변환되며, 광학 소자, 예컨대 편광자(130c) 소자를 회전시켜 그에 따른 광감지기의 세기(intensity) 변화를 측정하여, 전술한 시료의 물성을 분석하게 된다.
입사광과 반사광의 경로 및 전술한 소자의 구성은 예시적인 것이며, 당업자는 본 발명의 본질적인 구성을 유지하면서 광학 소자의 조합을 달리하여 목적에 맞는 광학계를 설계할 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
(2) 공간 광 변조기의 종류에 따른 광학계의 구조 (도 3, 도 4)
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계에서 공간 광 변조기(120)로 디지털 광 프로젝터(digital light projector, DLP) 또는 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 방식의 마이크로디스플레이(microdisplay)를 사용한 경우의 광학계의 구조를 도시한 개념도이다. 디지털 광 프로젝터의 구체적인 구조 및 작동방식은 도 5, 도 6 및 관련된 설명에서, LCoS 방식의 마이크로디스플레이의 구체적인 구조 및 작동방식은 도 7 및 관련된 설명에서 자세히 다루어질 것이다.
도 3에서 광원(110)은 공간 광 변조기(120)와 광 경로 상 동축 혹은 일직선 상에 배열되지 않는다. 도면에서는 일 예시로서 광원(110)에서 나온 빛이 비스듬한 각도로 공간 광 변조기(120)에 입사된 뒤 반사되고 있음을 볼 수 있다.
위에서는 광원(110)이 공간 광 변조기(120)에 동축 혹은 일직선상에 배열되지 않은 경우로서 디지털 광 프로젝터와 LCoS 방식의 마이크로디스플레이만을 예로 들고 있으나, 다른 방식의 공간 광 변조기(120)도 유사한 방식 또는 다른 방식으로 사용될 수 있으며, 이러한 변용은 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계에서 공간 광 변조기(120)로 투과형 액정 디스플레이(transmissive liquid crystal display)를 사용한 경우의 광학계의 구조를 도시한 개념도이다. 투과형 액정 디스플레이의 구체적인 구조 및 작동방식은 도 8 및 관련된 설명에서 자세히 다루어질 것이다.
도 4에서 광원(110)은 공간 광 변조기(120)와 광 경로상 동축 혹은 일직선으로, 공간 광 변조기(120)의 앞에 배치된다. 따라서 광원(110)에서 나온 빛은 공간 광 변조기(120)를 투과하여 지나게 된다.
위에서는 광원(110)이 공간 광 변조기(120)에 동축 혹은 일직선상에 배열되는 경우로서 투과형 액정 디스플레이만을 예로 들고 있으나, 다른 방식의 공간 광 변조기(120)도 유사한 방식 또는 다른 방식으로 사용될 수 있으며, 이러한 변용은 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
또한 도 2 내지 도 4에서는 광원(110) 및 공간 광 변조기(120)의 특정 조합만이 도시되고 있으나, 본 발명은 양 소자의 구체적인 결합 방식에 한정되지 않는다.
(3) 공간 광 변조기의 예시 (도 5 내지 도 8)
본 발명은 임의의 공간 광 변조기(120)에 대해 구현될 수 있다. 이하에서는 본 발명에서 사용가능한 예시적인 공간 광 변조기(120)의 구조 및 작동방식에 대해 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 공간 광 변조기(120)의 예시인 디지털 광 프로젝터 및 디지털 광 프로젝터를 구성하는 소자인 디지털 마이크로미러 장치(digital micromirror device, DMD)를 도시한 개념도이다.
도 5에 도시된 디지털 광 프로젝터는 디지털 마이크로미러 장치가 어레이(array)를 이루어 배열된 것이며, 디지털 마이크로미러 장치는 미세전자기계시스템(micro electro-mechanical system, MEMS)으로 제작된 미소크기의 거울이다. 즉, 디지털 광 프로젝터에서 각 디지털 마이크로미러 장치는 화소(pixel)의 역할을 한다. 도 5의 디지털 광 프로젝터에서는 디지털 마이크로미러 장치가 1024열과 768행의 어레이를 이루고 있으나, 어레이를 구성하는 열과 행의 숫자는 예시적인 것이며, 임의의 다른 숫자의 열과 행을 가질 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 의한 디지털 광 프로젝터는 임의의 장치를 통해 구현될 수 있는데, 예컨대 텍사스-인스트루먼츠(Texas Instruments)사의 디지털 광 프로젝터 등을 사용하여 구현될 수 있하다.
도 6에는 2개의 디지털 마이크로미러 장치(120)가 도시되어 있다. 디지털 마이크로미러 장치(120)의 하부에는 전극이 있어 외부로부터 전기 신호를 수신할 수 있고, 상부에는 반사경이 있어 빛을 반사시킨다. 하부의 전극에 전기 신호가 인가되면 상부의 반사경을 떠받치는 힌지(hinge)가 휘게 되면서, 반사경의 각도가 조절된다.
외부에서 들어온 빛(121)은 디지털 마이크로미터 장치의 반사경(120)의 각도에 따라, 투사 렌즈(122)로 반사되어 외부로 방출되거나, 흡광판(123)으로 반사되어 외부로 방출되지 않은 채 흡수된다. 도 6에서, 오른쪽에 도시된 디지털 마이크로미러 장치는 빛(121)을 투사 렌즈(122)로 반사하고 있는 반면, 왼쪽에 도시된 디지털 마이크로미러 장치는 빛(121)을 흡광판(123)으로 반사하고 있다. 디지털 광 프로젝터의 외부에서 볼 때, 오른쪽에 도시된 디지털 마이크로미러 장치에 대응하는 픽셀은 빛을 방출하는 on 상태인 것으로 보이고, 왼쪽에 도시된 디지털 마이크로미러 장치에 대응하는 픽셀은 빛을 방출하지 않는 off 상태인 것으로 보인다. 결과적으로, 각각의 디지털 마이크로미러 장치의 하부 전극과 연결된 전기 회로를 이용하여 전기 신호를 인가하거나 인가하지 않음으로써, 개별 디지털 마이크로미러 장치의 빛을 온/오프(on/off)할 수 있게 된다.
예컨대 신호가 온(on)이면, 힌지 각도를 조절하여 빛이 투사 렌즈(122)를 향하게 하고, 신호가 오프(off)이면, 힌지 각도를 조절하여 빛이 흡광판(123)으로 반사되도록 할 수 있다. 전기 신호와 빛의 켜지고 꺼짐은 반대로 대응되게 할 수도 있으며, 이러한 변용은 모두 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
다시 도 5로 돌아가면, 디지털 광 프로젝터의 각 화소는 예컨대 컴퓨터를 이용하여 외부로부터의 신호에 의해 온/오프 할 수 있으므로, 원하는 모양, 예컨대 원형, 사각형, 심지어 텍스트나 그림의 형태를 가진 광원을 생성 가능하며, 이 신호를 미리 정해진 데이터에 의하여 일정한 주사율(refresh rate)로 제어함으로써, 동영상에 대응하는 광원을 만들어 낼 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계에서는 광원으로부터 나온 빛을 편광상태생성기로 바로 주입하지 않고 공간 광 변조기(120), 위에서 설명된 실시예에서는 디지털 광 프로젝터에 먼저 입사시키기 때문에, 편광상태생성기(도 2에서는 그에 앞서 릴레이 렌즈(130a, 103b)를 통과함)에 입사되는 빛은 공간 광 변조기(120)에 의해 원하는 형태의 모양으로 편집된 형태가 된다.
LCoS 방식의 마이크로디스플레이는 개별 소자가 어레이를 이루어 배열된 점에서는 도 5에 도시된 디지털 광 프로젝터와 유사하나, 그 개별 소자가 디지털 마이크로미러 장치가 아닌 LCoS 소자라는 점에서 차이가 있다. 즉, LCoS 방식의 마이크로디스플레이에서 LCoS 소자는 화소(pixel)의 역할을 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 광학계의 공간 광 변조기의 예시인 LCoS 방식의 마이크로디스플레이의 단일 소자(이하, 'LCoS 소자'라 함)를 도시한 개념도이다.
도 7에 도시된 LCoS 소자는 그 구조면에서 공지된 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD)의 단일 소자와 대체로 유사하나, 유리 기판 대신 실리콘 기판 위에 형성되어 있다는 점 등에서 다소 차이가 있다. 실리콘 기판 위에는 CMOS 소자(127)가 배치되어 있으며, 그 위로 반사막, 액정(126), 배향막, 투명 전극(125), 액정을 외부로부터의 물리적 손상에서 보호하기 위한 유리판이 배치되어 있고, 유리판 위에는 광원으로부터 입사광의 각도를 고려하여 비스듬하게 배치된 편광판(124)이 배치된다.
도 7에서, 외부의 광원(121)으로부터 입사된 빛은 편광판(124)을 거쳐 액정(126)에 도달한다. 액정(126)의 하부에 배치된 CMOS 소자(127)와 액정(126)의 상부에 배치된 투명 전극(125) 사이에 전압을 인가하거나 인가하지 않으면, 그에 따라 액정(126)의 상태가 변화하며, 액정(126)의 상태에 따라 광원(121)으로부터 들어온 빛이 액정(126)에 입사된 후 반사되어 나갈 때 반사된 빛의 편광 상태가 변화하고, 그에 따라 액정(126)의 상부에 배치된 편광판(124)을 통과하거나 통과하지 않게 된다. 따라서 액정에 인가되는 전압을 조절함으로써 LCoS 소자가 빛을 반사하거나 반사하지 않게 만들 수 있으며, 이 방식으로 LCoS 방식의 마이크로디스플레이의 개별 화소의 온/오프가 구현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 공간 광 변조기의 예시인 투과형 액정 디스플레이의 단일 소자(이하, '투과형 LC 셀'이라 함)를 도시한 개념도이다. 도 8에 도시된 투과형 LC 셀은 업계에 공지된 액정 디스플레이의 셀과 유사한 구조이며, 설명을 위해 일부 구조, 예컨대 투명 전극이 생략되어 단순화된 형태로 제시되었다. 도 7의 LCoS 소자와 비교하면 양쪽 면이 유리로 되어 있다는 점을 인식할 수 있다.
도 8의 (a)에 도시된 투과형 LC 셀을 보면, 양쪽 유리판(128)(좀 더 일반적으로는 유리 이외의 빛을 투과할 수 있는 재질이 될 수 있음) 사이에 액정(129)이 배치되어 있으며, 액정 사이에 전압원 V(t)이 연결되어 있다. 도 8의 (a)에서 투과형 LC 셀에 전압이 인가되지 않은 경우, 액정(129)은 무질서한 방향을 가지고 배열되는 반면, 도 8의 (b)에서 전압이 인가되면, 액정(129)이 같은 방향으로 정렬되고, 그에 따라 빛이 통과할 수 있게 된다. 즉 액정(129)은 전압의 인가여부에 따라 정렬되거나 정렬되지 않으며, 정렬 상태에 따라 빛을 투과시키거나 투과시키지 않을 수 있다. 따라서 각 투과형 LC 셀에 전압을 인가하거나 인가하지 않음으로써, 각 투과형 LC 셀을 온/오프할 수 있다.
다만 액정 디스플레이는 여러가지 방식이 있으며, 도 8 및 관련된 위 설명에서는 전압이 인가되어 액정이 정렬된 경우에 빛이 통과하는 것으로 설명되었으나, 반대로 전압을 인가하여 액정이 정렬된 경우에 빛이 통과하지 않도록 설계하는 것도 가능하다.
(4) 공간 광 변조기(120)의 구조에 따른 편광상태생성기의 기능 수행 (도 9)
본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 구성에서, 공간 광 변조기(120)는 편광상태생성기와 분리된 별개의 소자인 것으로 묘사되었다. 예컨대 도 2 내지 도 4에서 편광상태생성기(120)는 편광상태생성기에 대응하는 소자인 (130a) 내지 (130d) 등과 분리된 별개의 소자인 것으로 묘사되었다. 그러나 공간 광 변조기(120)는 그 구조에 따라 공간 광 변조기(120) 스스로가 편광상태를 변화시키는 기능을 일부 또는 전부 수행할 수 있다.
당업자라면 편광상태생성기(120)의 단일 소자에 이러한 편광상태생성기의 역할을 수행하는 소자를 결합시키거나, 편광상태생성기(120)의 전체 기기에 일체로 편광상태생성기의 역할을 수행하는 소자를 결합하는 것을 구상할 수 있으며, 이러한 구성은 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
여기에서는 예시로서 투과형 액정 디스플레이의 투과형 LC 셀의 구조에서 편광상태생성기의 역할을 일부 수행하는 구조를 설명할 것이나, 본 발명은 이하에서 도시되는 방식에 한정되는 것이 아니다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 공간 광 변조기의 예시인 투과형 액정 디스플레이의 단일 소자인 투과형 LC 셀에 인가되는 전압에 따라 액정이 투과시키는 색상 및 편광 상태가 달라지는 것을 도시한 개념도이다.
도 8의 투과형 LC 셀과 비교하여, 도 9의 (a) 내지 (e)의 구조에서는 좌측과 우측에 편광판(회색)이 부가되어 있다(화살표는 편광 방향을 나타냄). 좌측에서 입사된 빛은 좌측 편광판을 지나면서 편광된 성분의 빛만이 통과하며, 액정을 통과하여 편광 상태에 변화가 일어나고, 우측 편광판에 의해 정해진 편광 방향 성분의 빛만이 우측 편광판을 통과하여 기기를 벗어나게 된다.
도 9의 (a)는 액정에 전압이 인가되지 않은 상태, 즉 V(t) = 0인 상태이다. 전압이 인가되지 않았기 때문에, 액정은 정렬되지 않은 상태이다. 좌측에서 입사된 빛은 좌측 편광판을 지나면서 편광된 성분의 빛만이 통과한다. 이 빛은 액정에 입사되는데, 액정이 정렬되지 않아 편광 방향의 변화없이 액정을 통과하게 된다. 액정을 통과한 빛은 우측 편광판에 도달하는데, 우측 편광판은 좌측 편광판과는 수직인 편광 방향을 가지고 있다. 예컨대, 좌측 편광판의 편광 방향이 45도인 경우 우측 편광판의 편광 방향은 135도가 된다. 우측 편광판에 도달한 빛은 우측 편광판과 수직인 편광 방향을 가지고 있으므로, 우측 편광판을 통과하지 못한다. 결과적으로 이 화소는 외부에서 볼 때 빛을 방출하지 않아 검은색으로 보이며, 화소가 오프(off) 상태가 된다.
도 9의 (b) 내지 (e)는 액정에 전압이 인가되고 인가되는 전압이 증가함에 따라 액정이 정렬되는 상태를 도시하고 있다. 인가되는 전압의 세기는 연속값을 가질 수 있으며, 액정은 완전히 정렬되지 않거나 완전히 정렬된 상태 뿐만이 아닌 연속적인 중간 상태들을 가질 수 있다. 액정이 점점 더 정렬됨에 따라, 좌측 편광판을 통과하여 액정에 입사하는 빛이 액정에 의해 편광 상태가 변화되는 정도가 점점 더 커진다. 액정이 완전히 정렬된 도 9의 (e)에서는 좌측으로부터 입사된 빛이 액정을 통과하면서 편광 방향이 90도 회전하게 되며, 그 결과 우측 편광판의 편광 방향과 일치하게 되어, 액정을 통과한 빛 전부가 우측 편광판을 통과할 수 있게 된다. 따라서 도 9의 (b) 내지 (e)에서 인가되는 전압이 증가할수록 우측 편광판을 통과하는 빛의 양이 증가하고, 이 화소는 외부에서 볼 때 검은색에서 어두운 회색, 어두운 회색에서 회색, 회색에서 밝은 회색, 밝은 회색에서 흰색으로 변화하게 되며, 도 9의 (e)의 흰색 화소는 온(on) 상태인 화소가 된다.
도 9의 (a) 내지 (e)에서, 우측 편광판의 존재로 인해 공간 광 변조기(120)에서 출력되는 빛은 선형 편광된 빛이 된다. 이것은 마치 공간 광 변조기(120)에 우측 편광판이 부재하고, 공간 광 변조기(120)와 분리된 편광상태생성기의 시작 부분에 편광판이 존재하는 것과 같은 효과를 가지게 된다. 즉, 공간 광 변조기(120)에 내장된 우측 편광판으로 인하여 공간 광 변조기(120)는 편광상태생성기의 일부 역할을 수행하게 된다.
또한 도 9의 (a) 내지 (e)에서 액정에 인가되는 전압의 세기에 따라 액정의 정렬 정도가 변화하고 그에 따라 액정을 통과하는 빛의 편광 상태를 변화시키는 정도가 달라지므로, 액정은 위상 변조의 역할을 하게 된다. 이것은 마치 공간 광 변조기(120)에 액정 대신 다른 방식으로 공간 광 변조를 수행하는 소자가 내장되어 있고, 공간 광 변조기(120)와 분리된 편광상태생성기의 시작 부분에 위상변조기가 존재하는 것과 같은 효과를 가지게 된다. 즉, 공간 광 변조기(120)의 액정으로 인하여 공간 광 변조기(120)는 편광상태생성기의 일부 역할을 수행하게 된다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계에서 공간 광 변조기(120)와 편광상태생성기가 별도의 구성요소로 기술된 경우라 하더라도, 공간 광 변조기(120)는 편광상태생성기의 일부 또는 전부 기능을 수행할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
3. 본 발명의 실시예들에 따른 광학계의 작동 원리
(1) 후방 초점 면에서 빛의 거동 (도 10, 도 11)
도 10과 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계에서 후방 초점 면(200)의 특성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 후방 초점 면(200) 상의 같은 점으로 입사한 빛은 시료(300)에 동일한 각도로 입사하게 됨을 설명하기 위한 것이다. 도 10에는 도 2의 후방 초점 면(200), 대물렌즈(150)(설명의 편의를 위해 선으로 단순화되어 표시됨), 시료(300)가 도시되어 있다. 광 경로 상의 A 지점과 B 지점에서 각각 3가지 빛의 경로가 도시되어 있는데, A와 B에서 나온 실선은 후방 초점 면(200)의 좌측 지점을, 파선은 후방 초점 면(200)의 가운데 지점을, 이점쇄선은 후방 초점 면(200)의 우측 지점을 통과하고 있다. 비록 광선의 출발점이 A와 B로 다르지만, 후방 초점 면(200)의 동일한 지점을 통과한 각 광선들은 대물렌즈(150)를 거쳐 시료(300)에 입사할 때 동일한 각도로 입사하게 된다. 즉, A 지점과 B 지점에서 후방 초점 면(200)의 좌측을 통과한 광선(실선)은 대물렌즈(150)를 거쳐 시료(300)에 입사할 때 좌측에서 θ의 각도로 입사하고, 후방 초점 면(200)의 가운데를 통과한 광선(파선)은 대물렌즈(150)를 거쳐 시료(300)에 수직으로 입사하고 있으며, 후방 초점 면(200)의 우측을 통과한 광선(이점쇄선)은 대물렌즈(150)를 거쳐 시료(300)에 입사할 때 우측에서 θ의 각도로 입사하는 것을 볼 수 있다.
또한 후방 초점 면(200)의 좌측을 통과하는 광선(실선)과 후방 초점 면(200)의 우측을 통과하는 광선(이점쇄선)은 후방 초점 면(200)에서 대물 렌즈(150)의 중심축으로부터 등거리만큼 떨어진 지점을 통과하는데, 그 결과 시료(300)에 입사하는 각도가 동일함을 알 수 있다.
즉, 후방 초점 면(200)의 동일한 지점을 통과한 광선은 시료(300)에 동일한 각도로 입사하며, 이 각도는 대물렌즈(150)의 중심축으로부터의 거리에 따라 정해진다는 것이다.
한편 도 11는 시료(300) 상의 다른 점으로부터 나온 빛이라도 같은 각도로 출발한 빛은 후방 초점 면(200) 상의 한 점에서 만나게 됨을 설명하기 위한 것이다. 이러한 원리는 도 10에서 광선의 경로를 역으로 추적해 보면 알 수 있다.
도 11에는 시료(300), 대물렌즈(150)(설명의 편의를 위해 선으로 단순화되어 표시됨), 후방 초점 면(200)이 도시되어 있다. 시료(300) 상의 다른 점 A와 B에서 출발한 빛은 동일한 각도로 좌측으로 올라가거나(실선), 수직으로 올라가거나(파선), 우측으로 올라가는데(이점쇄선), 시료(300)에서의 출발점이 다름에도 불구하고 각도가 동일하였기 때문에 후방 초점 면(200) 상의 동일한 지점, 즉 각각 a, b, c에서 만나게 된다.
(2) 본 발명의 일 실시예에 의한 입사광의 후방 초점 면에서의 위치에 따른 조절가능성 (도 12, 도 13)
도 12와 도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계의 광학계에서 입사광과 반사광의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
먼저 도 12에서는 후방 초점 면(200), 대물렌즈(150), 시료(300)가 도시되어 있다. 시료(300)는 대물 렌즈(150)의 초점거리(f) 만큼 떨어진 지점에 위치되어 있다. 후방 초점 면(200)을 통과한 광선(실선, 파선)(편의상 후방 초점 면(200)을 수직으로 통과하는 광선만 도시됨)은 대물렌즈(150)를 지나 시료(300)에 입사되는데, 다음과 같은 점을 알 수 있다.
첫째, 한 광선이 입사 후 반사될 때, 입사되는 각도와 반사되는 각도는 동일하다. (광학의 원리상 자명함)
둘째, 후방 초점 면(200)의 동일한 점을 통과한 광선은 시료(300)에 동일한 각도로 입사되며, 대물렌즈(150)의 중심축으로부터의 반경거리가 동일한 경우, 즉 도 6에서 좌우측의 파선, 또는 좌우측의 실선의 경우와 같은 때에는, 입사각의 값이 동일하다.
다음으로 도 13은 대물렌즈(150)의 중심축을 중심으로 하는 극좌표계에서 후방 초점 면(200) 상의 각 지점에 입사한 입사광과 그에 따른 반사광의 상관관계를 표현한 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학계에 의한 입사광은 대물렌즈(150) 및 시료(300)의 입사 전에는 모두 동일한 편광, 예컨대 이 예시에서는 x축 방향의 편광을 가지고 있다(실선).
그러나 각 입사광은 대물렌즈(150)의 중심축을 중심으로 하는 극좌표계에서의 각도(
Figure pat00010
)에 따라 휘는 방향이 다르므로, 그에 따라 입사면의 방향이 달라지고(각각 ①과 ①', ②와 ②', ③과 ③', ④와 ④' 사이의 파선) p 편광과 s 편광의 성분이 달라지며, 그 결과 반사광의 편광 성분도 달라지게 된다.
예컨대, 입사광 ①는 대물렌즈(150)를 통과하면서 -x축 방향으로 꺾인 경로로 시료(300)에 입사하게 되고, 그 결과 입사면(①과 ①' 사이의 파선)이 편광방향과 평행하게 되므로, 반사광의 편광이 입사광의 편광방향과 같은 편광 방향을 가진채 나오게 된다(①'). 또한 입사광 ③은 대물렌즈(150)를 통과하면서 -y축 방향으로 꺾인 경로로 시료(300)에 입사하게 되고, 그 결과 입사면(③과 ③' 사이의 파선)이 편광방향과 완전한 수직이 되며, s 편광만 있는 셈이 되어 반사광은 (위상 변화를 불문) p 편광 성분이 섞이지 않은 채로 나오게 된다(③').
반면 입사광 ②와 ④의 경우 대물렌즈(150)를 지나 꺾이게 되는 방향(중심축을 향한 방향)이 편광 방향과 완전한 평행도 완전한 수직도 아니므로, p 편광과 s 편광 성분을 모두 갖게 되며, 그 결과 각각의 반사광(②'와 ④')은 타원 편광이 된다.
즉, 도 13에 의하면, 동일한 편광을 가진 입사광이라도, 후방 초점 면(200) 상의 위치, 정확히는 각도(
Figure pat00011
)에 따라 반사광의 p 편광과 s 편광의 성분이 변화하게 된다.
정리하면, 후방 초점 면(200)에서의 위치가, 대물렌즈(150)의 중심축을 원점으로 하는 극좌표계 상의 반지름(r)과 각도(
Figure pat00012
)에 대하여, 각도(
Figure pat00013
)을 조절함으로써 시료(300)에 입사하는 p 편광과 s 편광의 성분을 조절할 수 있게 되고, 반지름(r)을 조절함에 따라, 시료(300)에 입사하는 입사각(θ)을 조절할 수 있게 된다.
(3) 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 광 변조기의 화소의 온/오프 조작을 통한 후방 초점 면에서의 위치 조절 (도 14 내지 도 17)
이제 앞에서 설명한 공간 광 변조기(120)의 화소의 온/오프 조작을 이용하여 입사광의 후방 초점 면에서의 위치를 변화시키고, 그에 따라 물성을 측정하는 방법을 개시한다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계에서, 공간 광 변조기(120)에 의해 후방 초점 면(200) 상에서 조광되는 위치를 조절하여 물성 측정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 14의 좌표평면은 후방 초점 면(200)상의 위치를 나타낸다. 앞서 설명한 바와 같이, 공간 광 변조기(120)를 사용하여 이 후방 초점 면(200) 상에서 어느 특정 지점에만 입사광이 들어가도록 하는 것이 가능하다. 특정 지점의 크기는 공간 광 변조기(120)의 화소 수와 화소당 면적에 따라 달라질 수 있으며, 더 많은 숫자의 화소가 집적된, 즉 더 고해상도(high resolution)의 공간 광 변조기(120)는 더 좁은 또는 더 정확한 지점에만 입사광을 지나가도록 할 수 있다.
우선 후방 초점 면(200)의 극좌표계 상에서 반경을 r1으로 고정하고, 같은 반지름에 대하여 각도(
Figure pat00014
)를 0도 내지 360도로 달리해 가면서 입사광을 조사하고, 그에 따른 반사광을 측정한다(경로 ①). 이 경우 반경이 고정되었기 때문에 그에 따라 시료(300)에 조사되는 입사광의 입사각이 고정되며, 각도가 변화하면서 편광 성분이 변화되는 값이 시료(300)에 입사된다. 각도를 조절하는 방식은 0도에서 360도까지 연속적으로 측정하거나, 예컨대 0도, 45도, 90도와 같은 특정 각도에 대해 이산적으로 측정할 수 있으며, 측정 방향도 각도가 커지는 방향(반시계 방향)(도 14) 또는 감소하는 방향(시계 방향)(도 15)으로 측정할 수 있다.
정해진 반경에 대하여 각도 변화에 따른 측정을 완료하면, 반경을 다소 변화시킨 뒤(r1에서 r2로)(이하에서 이 반경의 차이를 변화값이라 한다), 다시 각도(
Figure pat00015
)를 0도에서 360도로 달리해 가면서 입사광을 조사하고, 그에 따른 반사광을 측정한다(경로 ②).
앞서 말한 것과 같이 변화값과 측정하는 각도의 간격은 공간 광 변조기(120)의 해상도에 따라 달라질 수 있다. 변화값은 반경이 증가하는 값일 수도 있고, 감소하는 값일 수도 있으며, 반경에 따라 변화값 자체가 달라질 수도 있다. 즉, 반경이 1 -> 2 -> 3 -> 4와 같이 점증할 수도 있고, 4 -> 3 -> 2 -> 1로 감소할 수도 있으며, 10 -> 15 -> 18 -> 20과 같이 변화하되 증가폭이 감소하거나, 그 반대일 수도 있다.
위와 같은 반사광의 측정은 예시적으로 다음과 같은 시퀀스를 통해 구현될 수 있다: 상기 대물렌즈의 후방 초점 면(back focal plane)에서 렌즈 중심축을 원점으로 하는 극좌표계에 대하여, 반경(radius) 값을 1차 변수, 각도(radian) 값을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 0도 내지 360도에서 변화시키고, 각 2차 변수의 변화 사이클마다 1차 변수를 미리 정해진 값에서 상기 공간 광 변조기의 해상도에 따라 정해지는 변화값(incremental value) 만큼 변화시키는 시퀀스.
또는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 각도(
Figure pat00016
)를 고정하고 반경(r)을 변화시킨 뒤, 반경에 따른 반사광 측정이 끝나면, 각도(
Figure pat00017
)를 변화시키고 반경(r)을 변화시키면서 반사광 측정을 수행할 수도 있다(도 16). 즉, 극좌표계에 따른 측정은 동일하되, 변수를 측정하는 순서가 바뀔 수 있다.
위와 같은 반사광의 측정은 다음과 같은 시퀀스를 통해 구현될 수 있다: 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에서 렌즈 중심축을 원점으로 하는 극좌표계에 대하여, 각도 값을 1차 변수, 반경 값을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 미리 정해진 값에서 상기 공간 광 변조기의 해상도에 따라 정해지는 변화값 만큼 변화시키고, 각 2차 변수의 변화 사이클마다 1차 변수를 0도 내지 360도에서 변화시키는 시퀀스.
이와 같은 과정을 반복하면, 광학계가 허용하는 한도 내에서 다양한 입사각(θ)에 대하여 다양한 편광 성분에 대한 시료(300)의 반응, 즉 rp, rs 값을 구할 수 있으며, 이로부터 전술한 과정을 거쳐 다양한 물성을 측정할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 공간 광 변조기(120)에 대하여, 전술한 극좌표계에 따른 각도를 1차 변수, 반경을 2차 변수로 하는 시퀀스 대신, 다른 시퀀스를 사용하여 측정을 수행할 수 있다.
예컨대 공간 광 변조기(120)의 화소는 극좌표계가 아닌 카테시안 좌표계로 구성될 수 있으므로, 광선이 대물 렌즈(150)의 중심축에 대하여 일정한 반경을 그리기보다는 각 화소를 행-렬 순서대로, 즉, 1행의 1열부터 마지막 열까지, 2행의 1열부터 마지막 열까지, ...와 같이 이어지는 형태로 시퀀스를 구성할 수 있다(도 17). 이 때 마지막 열과 마지막 행은 공간 광 변조기(120)를 구성하는 화소의 어레이의 가로 및 세로 해상도에 따라 결정될 수 있다. 전술한 극좌표계에서와 마찬가지로 각 행-렬을 스윕(sweep)하는 방향은 달라질 수 있다. 예컨대 마지막 행부터 1행까지 및/또는 마지막 열부터 1열까지 이어지는 형태로 시퀀스를 구성할 수도 있다.
구체적으로는 위 방식에 따른 반사광의 측정은 다음과 같은 시퀀스를 통해 구현될 수 있다: 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에서 대물 렌즈의 중심축을 원점으로 하는 카테시안 좌표계에 대하여, 행을 1차 변수, 열을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 1열에서 상기 하나 이상의 화소의 어레이의 열 수 사이에서 변화시키고, 각 2차 변수의 변화 사이클마다 1차 변수를 1행에서 상기 하나 이상의 화소의 어레이의 행 수 사이에서 변화시키는 시퀀스.
이 대안적인 시퀀스는 예컨대 브라운관 TV의 전자총이 주사되는 것과 유사하게 좌상단부터 가로줄을 그리면서 우하단으로 이어지는 시퀀스일 수 있으며, 공간 광 변조기(120)의 각 화소의 제어 신호가 입력되는 것과 동일한 순서일 수 있기 때문에, 시퀀스의 코딩이 더 간단하다는 장점이 있다. 다만 극좌표계에 따른 시퀀스에 비하면 각 측정값의 순서와 입사각, 편광 상태와의 연관성이 없이 섞여 있기 때문에, 측정 후에 이를 재정렬하여 입사각과 편광 상태에 따른 데이터로 정리해 주어야 한다.
이상에서 설명한 시퀀스는 어디까지나 예시적인 것이며, 당업자는 사용하려는 광학계의 광학적 구성, 측정하려는 시료의 특성, 광학계의 구성에 사용된 장비의 특성, 조사광에 의한 시료의 특정 부위의 과열, 측정되는 데이터의 계산을 위한 최적화 등을 고려하여 다양한 좌표계와 순서에 따른 시퀀스를 고안할 수 있으며, 이러한 변형가능성은 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
위에서 설명한, 본 발명의 일 실시예에 의한 광학계에 의한 물성 측정 방법은, 입사광의 편광 성분을 변화시켜 주기 위하여 편광상태생성기 혹은 편광상태분석기 상의 적어도 하나의 광학 소자를 수동으로 또는 기계적으로 움직여 주어야 했던 종래의 기술에 비해, 물리 진동을 발생시키지 않으면서 광학계의 운용이 가능해진다는 장점을 가진다. 공간 광 변조기(120) 내에 포함된 화소의 기계적 움직임은 있을 수 있으나, 이것으로 인한 진동은 실질적으로 감지하기 어려운 수준으로 작다. 때문에, 진동으로 인한 잡음이 감소하며 측정값의 신뢰성이 향상된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광학계에 의한 물성 측정 방법의 또다른 장점은 전술한 공간 광 변조기(120)에서 특정 화소의 온/오프는 외부에 연결된 컴퓨터 등의 전자기기를 통하여 사실상 자동화된 시퀀스로 가능하기 때문에, 이전의 수동 조작 또는 기계적 조작에 비해 더 빠르고 편리한 측정이 가능하다는 점이다. 즉 전술한 후방 초점 면(200) 상의 빛의 위치 이동은 공간 광 변조기(120)에서 온(on)될 픽셀을 지정하는 시퀀스를 코딩하는 것만으로 컴퓨터에 의해 자동화 될 수 있으며, 이 시퀀스는 미리 프로그래밍된 것을 사용할 수도 있다. 따라서 사용자의 직접 조작 필요성이 현저히 줄어든다.
또한 기존의 타원편광 현미경의 장점, 즉, 높은 측면 해상도와 고해상도 이미징이 가능한 장점은 본 발명에서 그대로 유지된다.
여기서는 본 발명의 실시예들에 의한 광학계 및 이를 이용한 물성 측정 방법만을 설명하였지만, 당업자라면 본 발명을 사용하여 다양한 응용방법을 구현할 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (27)

  1. 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계로서, 상기 광학계는,
    광원으로부터 수신된 빛에 대하여 빛의 빔-단면을 미리 정해진 제1 이미지(image)의 모양으로 변조하는 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM);
    상기 공간 광 변조기에 의해 변조된 빛을 수신하여, 미리 정해진 제1 편광 상태로 변환하는, 편광상태생성기(polarization state generator, PSG);
    상기 제1 편광 상태로 변환된 빛을 수신하여 시료에 입사시키고, 상기 시료로부터 반사되어 나온 빛을 수신하는, 대물렌즈(object lens);
    상기 시료로부터 반사되어 상기 대물렌즈에 수신되어 상기 대물렌즈를 통과한 빛을 수신하여, 미리 정해진 제2 편광 상태로 변환하는, 편광상태분석기(polarization state analyzer, PSA);
    상기 제2 편광 상태로 변환된 빛을 수신하여 전기 신호로 변환하는, 광감지기(photodetector);
    를 포함하는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 대물렌즈의 후방 초점 면(back focal plane)에 미리 정해진 제2 이미지가 맺히게 하는 것을 특징으로 하는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 편광상태생성기와 상기 편광상태분석기 각각은, 편광자(polarizer), 보상기(compensator), 위상 변조기(phase modulator), 파장변조필터(wavelength modulation filter) 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함하고,
    상기 광학계는, 릴레이 렌즈(relay lens), 접안 렌즈(eyepiece), 빔 스플리터(beam splitter) 중 어느 하나 또는 그 이상을 포함하는,
    시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 하나 이상의 디지털 마이크로미러 장치(digital micromirror device, DMD)의 어레이(array)이고, 상기 디지털 마이크로미러 장치는 상부에 빛을 반사하는 금속, 비금속, 유리 어느 하나 또는 그 이상의 재질로 구성된 반사경(reflective mirro)과 상기 반사경의 하부에 연결된 힌지(hinge)를 포함하고, 상기 디지털 마이크로미러 장치는 외부에서 주어진 신호에 따라 힌지에 전압을 인가하여 상기 반사경을 휘게 함으로써 상기 공간 광 변조기에 입사된 빛 중 상기 디지털 마이크로미러 장치에 입사된 빛의 변조를 조절하는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 하나 이상의 LCoS(Liquid Cell on Silicon) 소자의 어레이이고, 상기 LCoS 소자는 액정, 전극, 수신측 편광판, 반사측 편광판을 포함하고, 상기 LCoS 소자는 외부에서 주어진 신호에 따라 상기 전극을 통해 상기 액정에 전압을 인가하여 상기 액정의 구조를 변화시킴으로써 상기 공간 광 변조기에 입사된 빛 중 상기 LCoS 소자에 입사된 빛의 변조를 조절하는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 하나 이상의 투과형 LC(Liquid Crystal) 소자의 어레이이고, 상기 투과형 LC 소자는 액정, 전극 및 액정의 양면 쪽에 형성된 투과판을 포함하고, 상기 투과형 LC 소자는 외부에서 주어진 신호에 따라 상기 전극을 통해 상기 액정에 전압을 인가하여 상기 액정의 투과도(transmittivity)를 변화시킴으로써 상기 공간 광 변조기에 입사된 빛 중 상기 투과형 LC 소자에 입사된 빛의 변조를 조절하는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이는 2차원 사각형 어레이(2-dimensional rectangular array) 또는 2차원 원형 어레이(2-dimensional circular array)의 형태인, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 상기 어레이를 구성하는 각 개체에 대하여 빛을 반사하거나 반사하지 않는 상태를 지정하는 미리 정해진 시퀀스(sequence)에 따라 각 개체의 빛을 반사하거나 반사하지 않는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시퀀스는 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에서 렌즈 중심축을 원점으로 하는 극좌표계에 대하여, 반경(radius) 값을 1차 변수, 각도(radian) 값을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 0도 내지 360도 범위에서 변화시키고, 각 2차 변수의 주기마다 1차 변수의 값을 미리 정해진 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 해상도에 따라 정해지는 변화값 만큼 변화시키는 것에 대응하는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 시퀀스는 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에서 렌즈 중심축을 원점으로 하는 극좌표계에 대하여, 각도 값을 1차 변수, 반경 값을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 미리 정해진 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 해상도에 따라 정해지는 변화값만큼 변화시키고, 각 2차 변수의 주기마다 1차 변수를 0도 내지 360도 범위에서 변화시키는 것에 대응하는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 시퀀스는 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에서 대물 렌즈의 중심축을 원점으로 하는 카테시안 좌표계(Cartesian coordinate system)에 대하여, 행(row)을 1차 변수, 열(column)을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 미리 정해진 제2 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 가로 해상도에 따라 정해지는 변화값만큼 변화시키고, 각 2차 변수의 주기마다 1차 변수를 미리 정해진 제1 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 세로 해상도에 따라 정해지는 변화값만큼 변화시키는 것에 대응하는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 시퀀스는 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에서 대물 렌즈의 중심축을 원점으로 하는 카테시안 좌표계(Cartesian coordinate system)에 대하여, 열(column)을 1차 변수, 행(row)을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 미리 정해진 제2 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 세로 해상도에 따라 정해지는 변화값만큼 변화시키고, 각 2차 변수의 주기마다 1차 변수를 미리 정해진 제1 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 가로 해상도에 따라 정해지는 변화값만큼 변화시키는 것에 대응하는, 시료의 물성을 측정하기 위한 광학계.
  13. 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하는 방법으로서, 상기 방법은,
    공간 광 변조기가 광원으로부터 수신된 빛의 빔-단면을 미리 정해진 제1 이미지의 모양으로 변조하는 단계(S10);
    편광상태생성기가 상기 공간 광 변조기에 의해 변조된 빛을 수신하여, 미리 정해진 제1 편광 상태로 변환하는 단계(S20);
    대물렌즈가 상기 제1 편광 상태로 변환된 빛을 수신하여 시료에 입사시키는 단계(S30);
    대물렌즈가 상기 시료로부터 반사되어 나온 빛을 수신하는 단계(S40);
    편광상태분석기가 상기 시료로부터 반사되어 상기 대물렌즈에 수신되어 상기 대물렌즈를 통과한 빛을 수신하여, 미리 정해진 제2 편광 상태로 변환하는 단계(S50);
    광감지기가 상기 제2 편광 상태로 변환된 빛을 수신하여 전기 신호로 변환하는 단계(S60);를 포함하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단계 (S30)은 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에 미리 정해진 제2 이미지가 맺히게 하는 단계(S31);를 포함하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 하나 이상의 디지털 마이크로미러 장치의 어레이이고, 상기 디지털 마이크로미러 장치는 상부에 빛을 반사하는 금속, 비금속, 유리 어느 하나 또는 그 이상의 재질로 구성된 반사경과 상기 반사경의 하부에 연결된 힌지를 포함하고,
    상기 단계 (S10)은 상기 디지털 마이크로미러 장치가 외부에서 주어진 신호에 따라 힌지에 전압을 인가하여 상기 반사경을 휘게 함으로써 상기 공간 광 변조기에 입사된 빛 중 상기 디지털 마이크로미러 장치에 입사된 빛의 변조를 조절하는 단계(S11);를 포함하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 하나 이상의 LCoS 소자의 어레이이고, 상기 LCoS 소자는 액정, 전극, 수신측 편광판, 반사측 편광판을 포함하고,
    상기 단계 (S10)은 상기 LCoS 소자가 외부에서 주어진 신호에 따라 상기 전극을 통해 상기 액정에 전압을 인가하여 상기 액정의 구조를 변화시킴으로써 상기 공간 광 변조기에 입사된 빛 중 상기 LCoS 소자에 입사된 빛의 변조를 조절하는 단계(S12);를 포함하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하는 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는 하나 이상의 투과형 LC 소자의 어레이이고, 상기 투과형 LC 소자는 액정, 전극 및 액정의 양면 쪽에 형성된 투과판을 포함하고,
    상기 단계 (S10)은 상기 투과형 LC 소자는 외부에서 주어진 신호에 따라 상기 전극을 통해 상기 액정에 전압을 인가하여 상기 액정의 투과도를 변화시킴으로써 상기 공간 광 변조기에 입사된 빛 중 상기 투과형 LC 소자에 입사된 빛의 변조를 조절하는 단계(S13);를 포함하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하기 위한 방법.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (S10)은 상기 공간 광 변조기가 2차원 사각형 어레이 또는 2차원 원형 어레이의 형태로 상기 수신된 빛의 빔-단면을 미리 정해진 제1 이미지의 모양으로 변조하는 단계(S14);를 포함하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하기 위한 방법.
  19. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (S10)은 상기 공간 광 변조기가 상기 어레이를 구성하는 각 개체에 대하여 빛을 반사하거나 반사하지 않는 상태를 지정하는 미리 정해진 시퀀스에 따라 각 개체의 빛을 반사하거나 반사하지 않는 단계(S15);를 포함하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하기 위한 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 단계 (S15)에서 상기 시퀀스는 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에서 렌즈 중심축을 원점으로 하는 극좌표계에 대하여, 반경 값을 1차 변수, 각도 값을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 0도 내지 360도 범위에서 변화시키고, 각 2차 변수의 주기마다 1차 변수의 값을 미리 정해진 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 해상도에 따라 정해지는 변화값 만큼 변화시키는 것에 대응하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하기 위한 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 단계 (S15)에서 상기 시퀀스는 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에서 렌즈 중심축을 원점으로 하는 극좌표계에 대하여, 각도 값을 1차 변수, 반경 값을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 미리 정해진 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 해상도에 따라 정해지는 변화값만큼 변화시키고, 각 2차 변수의 주기마다 1차 변수를 0도 내지 360도 범위에서 변화시키는 것에 대응하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하기 위한 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 단계 (S15)에서 상기 시퀀스는 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에서 대물 렌즈의 중심축을 원점으로 하는 카테시안 좌표계(Cartesian coordinate system)에 대하여, 행(row)을 1차 변수, 열(column)을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 미리 정해진 제2 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 가로 해상도에 따라 정해지는 변화값만큼 변화시키고, 각 2차 변수의 주기마다 1차 변수를 미리 정해진 제1 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 세로 해상도에 따라 정해지는 변화값만큼 변화시키는 것에 대응하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하기 위한 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 단계 (S15)에서 상기 시퀀스는 상기 대물렌즈의 후방 초점 면에서 대물 렌즈의 중심축을 원점으로 하는 카테시안 좌표계(Cartesian coordinate system)에 대하여, 열(column)을 1차 변수, 행(row)을 2차 변수로 두고, 2차 변수를 미리 정해진 제2 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 세로 해상도에 따라 정해지는 변화값만큼 변화시키고, 각 2차 변수의 주기마다 1차 변수를 미리 정해진 제1 시작값에서 상기 공간 광 변조기의 상기 어레이의 가로 해상도에 따라 정해지는 변화값만큼 변화시키는 것에 대응하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하기 위한 방법.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 변환된 전기 신호의 측정값을 기초로 시료의 물성을 계산하는 단계(S70);를 더 포함하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하기 위한 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 단계(S70)는:
    상기 변환된 전기 신호의 측정값을 상기 미리 정해진 물리 모델에서 계산된 추정값과 비교하여, 상기 물리 모델의 정합도를 계산하는 단계(S71);
    상기 정합도의 계산 결과에 따라, 상기 물리 모델을 변경하거나 상기 물리 모델의 변수를 조절하는 단계(S72);
    상기 단계 (S10) 내지 상기 단계 (S72)를 반복하여, 미리 정해진 기준치 이상의 정합도를 가진 물리 모델 및 물리 모델의 변수값을 계산하고, 계산된 물리 모델 및 물리 모델의 변수값에 따라 시료의 물성을 계산하는 단계(S73);를 포함하는, 광학계를 사용하여 시료의 물성을 측정하기 위한 방법.
  26. 제14항에 있어서,
    상기 방법은:
    단계 (S10) 이전에, 광원에서 빛이 생성되어 상기 공간 광 변조기로 입사하는 단계(S09);
    단계 (S20)과 단계 (S30) 사이에, 빔 스플리터가 상기 제1 편광 상태로 변환된 빛을 수신하여 상기 대물렌즈에 입사시키는 단계(S25);
    단계 (S40)과 단계 (S50) 사이에, 빔 스플리터가 상기 대물렌즈에 수신되고 상기 대물렌즈를 통과한 상기 시료로부터 반사된 빛을 수신하여, 상기 편광상태분석기로 입사시키는 단계(S45);를 더 포함하는, 타원편광 현미경을 사용하여 시료의 물성을 측정하는 방법.
  27. 제14항에 있어서,
    상기 방법은:
    단계 (S10)과 단계 (S20) 사이에, 둘 또는 그 이상의 릴레이 렌즈가 상기 공간 광 변조기로부터 반사된 빛을 수신하여, 상기 편광상태생성기로 입사시키는 단계(S15);
    단계 (S50)과 단계 (S60) 사이에, 접안렌즈가 상기 제2 편광 상태로 변환된 빛을 수신하여, 상기 광감지기로 입사시키는 단계(S55);를 더 포함하는, 타원편광 현미경을 사용하여 시료의 물성을 측정하는 방법.
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