KR20210095403A - 대상물의 형상을 측정하는 방법 및 장치 - Google Patents

대상물의 형상을 측정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시는 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치에 관한 것이다. 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치는 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들을 포함하는 광원부; 상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환하는 선형 편광판; 상기 직선 편광으로 변환된 광들을 기준 거울로 입사되는 참조광 및 상기 측정 대상물로 입사되는 측정광으로 각각 분할하고, 상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 출력하는 간섭계; 및 상기 간섭계로부터 출력된 참조광 및 측정광을 소정의 편광 패턴에 따라 필터링하고, 상기 필터링된 참조광 및 측정광 사이의 간섭 강도에 기초하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 형상 검출부; 를 포함할 수 있다.

Description

대상물의 형상을 측정하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING SHAPE OF TARGET OBJECT}
본 개시는 대상물의 형상을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 카메라를 이용하여 단일 영상 내 측정 대상물의 형상을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이 등의 여러 산업 기술들이 발전함에 따라 반도체, 디스플레이에 필요한 부품들의 생산 역시 증가하고 있다. 또한, 생산된 부품들의 조립을 통하여 완성되는 제품의 품질을 향상시키기 위해 제조 공정상의 신속하고 정확한 측정 기술들 역시 활발히 연구되고 있다.
최근, 반도체나 디스플레이의 제품 특성상 높은 정밀성을 요구하고 있으며, 제조된 제품의 미세한 결함을 판단하기 위해서는 제품의 형상을 측정하기 위한 기술의 개발이 요구되고 있다. 실제 연구소나 산업현장에서는 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하고 검사할 수 있는 장비들에 대한 수요가 급증하고 있으나, 종래의 제품의 형상을 측정하기 위한 전자 현미경이나 원자 현미경등은 속도가 느리기 때문에 생산 공정에서는 주로 간섭계(Interferometer)처럼 광학식으로 형상을 측정하는 기술이 널리 사용되고 있다.
3차원 측정 및 검사용 장비의 경우, 크게 넓은 파장 대역의 저간섭성 광원을 이용하여 짧은 가간섭 거리 특징에 기초하여 3차원 형상을 측정하는 저간섭성 주사 간섭계 및 위상 천이 간섭계로 구분될 수 있다. 그러나, 저간섭성 주사 간섭계는 광축 방향의 주사(scanning)을 통해 간섭 신호를 획득하기 때문에 측정 속도에 한계가 있고, 위상 천이 간섭계 역시, 시간적으로 위상을 천이 시키기 때문에 빠른 측정이 어려운 한계 및 측정 영역의 한계로 인한 위상 모호성이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 위상 천이 간섭계의 한계를 극복하기 위해 공간 위상 천이 간섭계가 개발되었으나, 일반적인 공간 위상 천이 간섭계 역시 여전히 위상 모호성의 한계를 가지기 때문에 측정 영역의 한계를 가지는 문제점이 있었다. 한편, 위상 모호성을 해결하기 위해 다파장 위상 천이 간섭계 기술이 개발되었으나, 일반적인 다파장 위상 천이 간섭계의 경우, 파장을 분리하기 위한 시간적 공간적 별도의 방법이 필요한 문제점이 있었다.
따라서, 기존의 형상 측정 장비의 한계 및 높은 분해능으로 큰 단차 높이를 고속 측정하기 위한 새로운 형상 측정 기술 개발이 요구되고 있다.
한국공개특허 제 10-2013-0049551호
일 실시 예에 따르면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 의하면, 단일 영상으로부터 획득되는 4개의 위상 천이 간섭무늬들의 간섭 강도에 기초하여 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따라, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치는 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들을 포함하는 광원부; 상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환하는 선형 편광판; 상기 직선 편광으로 변환된 광들을 기준 거울로 입사되는 참조광 및 상기 측정 대상물로 입사되는 측정광으로 각각 분할하고, 상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 출력하는 간섭계; 및 상기 간섭계로부터 출력된 참조광 및 측정광을 소정의 편광 패턴에 따라 필터링하고, 상기 필터링된 참조광 및 측정광 사이의 간섭 강도에 기초하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 형상 검출부; 를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치는 상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광 중, 제1 광을 제1 경로로 획득하고, 상기 발생된 광 중, 제2 광을 제2 경로로 획득하며, 상기 획득된 제1 광 및 제2 광을 제3 경로로 출력하는 광 분배기; 를 더 포함하고, 상기 선형 편광판은 상기 제3 경로로 출력된 제1 광 및 제2 광을 상기 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치는 상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 서로 다른 파장의 광들을 평행하게 출력하는 콜리메이터 렌즈; 를 더 포함하고, 상기 선형 편광판은 상기 콜리메이터 렌즈로부터 평행하게 출력된 서로 다른 파장의 광들을 상기 직선 편광으로 변환할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 간섭계는 상기 하나 이상의 광들을 투과 및 반사 시키는 광 분할부; 및 상기 광 분할부로부터 투과된 하나 이상의 광들을 각각 상기 참조광 및 상기 참조광과 직교하는 상기 측정광으로 분할하는 편광 광 분할부; 를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 간섭계는 상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 원편광 시키는 파장판; 및 상기 파장판으로부터 출력된 원편광된 참조광 및 측정광을 결상시키는 결상 렌즈; 를 더 포함하고, 상기 형상 검출부는 상기 결상 렌즈를 통하여 결상된 참조광 및 측정광을 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 형상 검출부는 상기 간섭계로부터 출력된 측정광 및 참조광이 입사되는 마이크로 렌즈 어레이; 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 상기 측정광 및 상기 참조광을 상기 소정의 편광 패턴에 따라 필터링하기 위한 편광 필터; 및 상기 편광 패턴에 따라 필터링된 참조광 및 측정광 내 간섭무늬들의 간섭 강도를 격자 단위로 획득하는 픽셀 어레이; 를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 편광 광 분할부는 상기 광 분할부로부터 투과된 제1광 및 상기 제2 광을 수직 편광함으로써 각각 생성된 제1 수직 편광 광 및 제2 수직 편광 광을 상기 참조광으로 하여, 상기 기준 거울에 입사시키고, 상기 광 분할부로부터 투과된 제1 광 및 상기 제2 광을 수평 편광함으로써 각각 생성된 제1 수평 편광 광 및 제2 수평 편광 광을 상기 측정광으로 하여 상기 측정 대상물로 입사시키며, 상기 기준 거울로부터 반사된 제1 수직 편광 광 및 상기 제2 수직 편광 광을 상기 광 분할부로 반사시키고, 상기 측정 대상물로부터 반사된 제1 수평 편광 광 및 상기 제2 수평 편광 광을 상기 광 분할부로 투과시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 광 분할부는 상기 기준 거울로부터 반사된 제1 수직 편광 광 및 상기 제2 수직 편광 광과, 상기 측정 대상물로부터 반사된 제1 수평 편광 광 및 상기 제2 수평 편광 광을 상기 파장판으로 반사시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 형상 검출부는 상기 제1 광의 파장 및 상기 제2 광의 파장의 합에 기초하여 제1 등가 파장을 결정하고, 상기 제1 광의 파장 및 상기 제2 광의 파장의 차이에 기초하여 제2 등가 파장을 결정하며, 상기 결정된 제1 등가 파장에서의 위상 및 상기 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나를 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 형상 검출부는 상기 결정된 제1 등가 파장에서의 위상을 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하고, 상기 결정된 제1 등가 파장에서의 위상에 대한 2 파이 모호성이 발생하는 경우, 상기 제2 등가 파장에서의 위상을 이용하여 상기 제1 등가 파장에서의 위상을 보상할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 편광 필터는 상기 픽셀 어레이 내 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 단위 격자 셀에 대응되는 복수의 단위 격자 필터를 포함하고, 상기 단위 격자 필터는 상기 단위 격자 필터에 대응되는 단위 격자 셀 내 픽셀 별로 서로 다른 각도의 단위 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 또 다른 실시 예에 따라, 측정 대상물의 형상을 검출하는 방법은 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들로부터 광들을 획득하는 단계; 상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환하는 단계; 상기 직선 편광으로 변환된 광들을 기준 거울로 입사되는 참조광 및 상기 측정 대상물로 입사되는 측정광으로 각각 분할하는 단계; 상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 획득하는 단계; 상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 참조광 및 측정광 사이의 간섭 강도에 기초하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 개시의 또 다른 실시 예에 따라, 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들로부터 광들을 획득하는 단계; 상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환하는 단계; 상기 직선 편광으로 변환된 광들을 기준 거울로 입사되는 참조광 및 상기 측정 대상물로 입사되는 측정광으로 각각 분할하는 단계; 상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 획득하는 단계; 상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 참조광 및 측정광 사이의 간섭 강도에 기초하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 단계; 를 포함하는, 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체가 제공될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 의하면, 단일 영상으로부터 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 의하면, 서로 다른 파장의 간섭 신호가 합쳐진 영상으로부터 측정대상물의 형상을 빠르고 정확하게 검출할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치가 측정 대상물의 형상을 검출하는 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 위상 천이 간섭계의 위상 모호성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치와 연결되는 서버의 블록도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 형상 검출부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 형상 검출부 내 편광 필터의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 형상 검출부 내 편광 필터 및 상기 편광 필터를 이용하여 필터링된 간섭무늬를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 개시에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 일 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치가 측정 대상물의 형상을 검출하는 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 광원부(110), 선형 편광판(120), 간섭계(140) 및 형상 검출부(160)를 포함할 수 있다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치 (1000)는 구현될 수 있다.
예를 들어, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 서로 다른 파장을 발생시키는 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 직선 편광된 직선 편광으로 변환하고, 직선 편광으로 변환된 광들을 광 분할부 및 편광 광분할기를 이용하여, 각각 측정 대상물로 입사되는 측정광 및 기준 거울로 입사되는 참조광으로 분할할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 45도 편광 정의된 4분의 1 파장판으로 전송함으로써 원형 편광시키고, 원형 편광된 참조광 및 측정광들을 소정의 편광 패턴에 따라 필터링하며, 필터링된 참조광 및 측정광 사이의 간섭무늬들의 간섭 강도를 이용하여 측정 대상물의 형상을 결정할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 공간 위상 천이 기술 및 등가파장 간섭계의 원리를 기반으로 단일 영상으로부터 획득된 간섭무늬 강도를 이용하여 측정 대상물의 형상을 결정할 수 있다. 특히, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 서로 다른 파장을 이용하는 일반적인 등가파장 간섭계와 같이, 파장별 위상을 추출하는 것이 아니라, 서로 다른 파장을 가지는 광들의 간섭 신호를 단일 영상으로부터 한번에 획득함으로써, 측정 대상물의 형상을 빠르게 검출할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 반도체 및 디스플레이 등과 같은 첨단 산업 분야에서 제조된 제품의 형상을 실시간으로 측정 및 검사하기 위한 컴퓨팅 장치에 사용될 수 있다. 또한, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 첨단 산업 분야에서 제조된 제품 검수를 위한 컴퓨팅 장치, PC, 서버, 마이크로 서버, MEC(Multi-Access Edge Computing)를 수행하는 엣지 컴퓨팅 서버, 키오스크, 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
광원부(110)는 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 광원부(110)는 버터 플라이(Butterfly) 타입의 하나 이상의 광원들을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 의하면, 광원부(110)내 하나 이상의 광원들은 단일 주파수 레이저 다이오드일 수 있다.
본 개시에 따른 광원부(100)는 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광 중, 제1 광을 제1 경로로 획득하고, 상기 발생된 광 중, 제2 광을 제2 경로로 획득하며, 상기 획득된 제1 광 및 제2 광을 제3 경로로 출력하는 광 분배기를 포함할 수 있다. 광 분배기는 2 by 1 형식으로 상기 제1 광이 획득된 상기 제1 경로 및 상기 제2 광이 획득된 제2 경로를 이용하여 상기 제3 경로를 형성할 수 있다. 그러나, 또 다른 실시 예에 의하면, 광 분배기는 상기 광원부에 포함되지 않고, 상기 광원부와 연결됨으로써, 광원부(110) 외부에서 광원부(110)로부터 출력되는 서로 다른 파장의 광들을 획득할 수도 있다.
선형 편광판(120)은 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 선형 편광판은 상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 간섭계(140)내 편광 광 분할부의 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환할 수 있다.
간섭계(140)는 선형 편광판(120)을 통하여 직선 편광으로 변환된 광들을 기준 거울로 입사되는 참조광 및 측정 대상물로 입사되는 측정광으로 분할하고, 상기 기준 거울(142)로부터 반사된 측정광 및 측정 대상물(Specimen, 144)로부터 반사된 측정광을 출력할 수 있다.
예를 들어, 간섭계(140)는 서로 다른 파장을 가지는 제1 광 및 제2 광을 각각 직교 분할함으로써, 각각의 광들의 수평 편광(P편광) 성분을 측정 대상물로 입사시키고, 각각의 광들의 수직 편광(S편광) 성분을 기준 거울로 입사시킬 수 있다. 간섭계(140)는 측정 대상물로부터 반사된 각 광들의 수직 편광 성분과 기준 거울로부터 반사된 각 광들의 수평 편광 성분을 이용하여 서로 다른 파장의 광들 사이에서 광로차에 기초한 간섭무늬가 발생하도록 경로를 형성할 수 있다.
형상 검출부(160)는 간섭계(140)로부터 출력된 참조광 및 측정광을 소정의 편광 패턴에 따라 필터링하고, 상기 필터링된 참조광 및 측정광 사이의 간섭 강도에 기초하여 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다. 예를 들어, 형상 검출부(160)는 일반적인 등가파장 간섭계 기술을 이용하는 형상 검출 장치들이 파장별 간섭무늬를 분리하기 위한 파장 분리기 또는 색 필터등을 이용하는 것과는 달리, 간섭계(140)로부터 출력된 참조광 및 측정광 내 서로 다른 파장 성분 별 간섭무늬를 분리하지 않는다. 일 실시 예에 의하면, 형상 검출부는 적어도 하나의 편광 필터를 포함하고, 편광 필터를 통하여 편광된 광으로부터 측정 대상의 영상을 획득할 수 있는 편광 카메라일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 본 개시에 따른 형상 검출부(160)는 소정의 편광패턴에 따라 간섭계로부터 출력된 광들을 필터링함으로써 천이되는, 4종류의 위상 천이 간섭무늬들을 광원 별로 동시에 획득할 수 있고, 광원 별 위상 천이 간섭무늬들을 이용하여 측정 대상물의 형상을 빠르게 검출할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 네트워크 인터페이스(미도시)를 더 포함하고, 네트워크 인터페이스를 통하여 서버(2000)와 연결될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 네트워크 인터페이스는 근거리 통신부(short-range wireless communication unit)(1510)는, 블루투스 통신부, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신부, 근거리 무선 통신부(Near Field Communication unit), WLAN(와이파이) 통신부, 지그비(Zigbee) 통신부, 적외선(IrDA, infrared Data Association) 통신부, WFD(Wi-Fi Direct) 통신부, UWB(ultra wideband) 통신부, Ant+ 통신부 등을 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 서버(2000)와 연동함으로써 측정 대상물의 형상을 검출하고, 검출된 측정 대상물의 형상에 대한 정보를 서버(2000)와 공유할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 서버(2000)는 본원 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)와 통신 가능한 다른 전자 장치일 수 있다.
서버(2000)는 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)와 네트워크를 통하여 통신 연결되고, 데이터를 송수신할 수 있는 기타 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 네트워크는 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 광역 통신망(Wide Area Network; WAN), 부가가치 통신망(Value Added Network; VAN), 이동 통신망(mobile radio communication network), 위성 통신망 및 이들의 상호 조합을 포함하며, 도 1에 도시된 각 네트워크 구성 주체가 서로 원활하게 통신을 할 수 있도록 하는 포괄적인 의미의 데이터 통신망이며, 유선 인터넷, 무선 인터넷 및 모바일 무선 통신망을 포함할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 광원부(212), 광원 분배기(216), 콜리메이터 렌즈(218), 선형 편광판(218), 간섭계(240) 및 형상 검출부(290)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 광원부(212)는 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 광원부(212)는 광원 분배기(216)를 포함할 수도 있지만, 광원 분배기(216)는 광원부(212)에 포함되지 않고, 광원부(212) 외부에 별도로 형성될 수 있다. 즉, 일 실시 예에 의하면 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 하나 이상의 광원들 및 광원 분배기를 포함하는 광원부(210)를 포함할 수도 있다.
광원 분배기(216)는 2 by 1 형식으로 서로 다른 파장의 광들이 이동하는 경로를 단일의 경로로 결합할 수 있다. 예를 들어, 광원 분배기(216)는 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광 중, 제1 광을 제1 경로로 획득하고, 제2 광을 제2 경로로 획득하며, 획득된 제1 광 및 제2 광을 제3 경로로 출력할 수 있다. 본 개시에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 2개의 서로 다른 레이저를 같은 광섬유에 의해 간섭계로 전달함으로써, 우수한 시간 가간섭성을 획득할 수 있다.
즉, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 광원 분배기를 통하여 서로 다른 파장을 가지는 광원들이 동일한 광경로를 통하여 이동하도록 제어함으로써, 기준 거울로 입사된 참조광의 기준 거울의 반사면에 대한 반사율 및 측정 대상물의 반사면에 대한 반사율이 같아지도록 할 수 있다.
콜리메이터 렌즈(218)는 광원부로부터 발생된 서로 다른 파장을 가지는 광들을 평행화하고, 평행화된 서로 다른 파장의 광들을 선형 편광판(220)으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 콜리메이터 렌즈(218)을 포함하는 경우, 선형 편광판(220)은 콜리메이터 렌즈로부터 평행하게 출력된 서로 다른 파장의 광들(241, 242)을 직선 편광으로 변환할 수 있다.
선형 편광판(220)은 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 선형 편광판(220)의 주축은 후술하는 편광 광 분할부의 주축과 평행할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 광 분배기(216)를 더 포함하는 경우, 선형 편광판은 제3 경로로 출력된 제1광(241) 및 제2 광(242)을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환할 수 있다. 또 다른 실시 예에 의하면, 선형 편광판(220)은 콜리메이터 렌즈(218)을 통하여 평행광화(예컨대 콜리메이팅)된 제1 광(241) 및 제2 광(242)을 직선편광으로 변환할 수도 있다.
간섭계(240)는 광 분할부(246), 편광 광 분할부(248), 기준 거울(262), 측정 대상물(264), 파장판(282), 결상 렌즈(288)을 포함할 수 있다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 간섭계(240)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 간섭계(240)가 구현될 수도 있다. 일 실시 예에 의하면, 간섭계(240)는 서로 다른 파장을 가지는 광들의 간섭을 유도하기 위한, 광 분할부(246), 편광 광 분할부(248), 파장판(282)만을 포함할 수도 있다. 간섭계(240)는 등가파장 간섭계의 원리를 적용하기 위해, 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광들에 대한 공간 위상 천이를 유도할 수 있다.
광 분할부(246)는 하나 이상의 광들을 투과 및 반사 시킬 수 있다. 예를 들어, 광 분할부(246)는 콜리메이터 렌즈를 통하여 평행광화된 서로 다른 파장을 가지는 제1 광(241) 및 제2 광(242)이 입사되면, 제1광 및 제2광의 일부를 투과 및 반사 시킬 수 있다. 또한, 광 분할부(246)는 기준 거울(262)로부터 반사된 제1 수직 편광(258) 광 및 상기 제2 수직 편광 광(256)과, 상기 측정 대상물로부터 반사된 제1 수평 편광 광(252) 및 상기 제2 수평 편광 광(254)을 상기 파장판(282)로 반사 시킬 수 있다. 일 실시 예에 의하면 광 분할부(246)는 입사된 광을 하나 이상의 광들로 분할하기 위한 빔 스플리터(Beam Splitter)일 수 있다.
편광 광 분할부(248)는 광 분할부(246)로부터 투과된 하나 이상의 광들을 각각 참조광 및 상기 참조광과 직교하는 측정광으로 분할할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 참조광은 편광 광 분할부(248)로부터 수직 편광되어 기준 거울(262)로 입사되는 광을 나타내고, 측정광은 편광 광 분할부(248)로부터 수평 편광되어 측정 대상물(264)로 입사되는 광을 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 수직 편광은, S편광(Perpendicular polarization)으로써, 전자기파의 진동 방향이 입사 평면과 수직하도록 전자기파를 편광시키는 것을 의미하고, 수평 편광은 P편광(Parallel polarization)으로써, 전자기파의 진동 방향이 입사 평면에 평행하도록 전자기파를 편광시키는 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 편광 광 분할부(248)는 광 분할부(248)로부터 투과된 하나 이상의 광들을 직교 성분으로 분할함으로써, 수평 성분의 측정광과 수직 성분의 참조광으로 분할할 수 있다. 보다 상세하게는, 편광 광 분할부(248)는 광 분할부(246)를 투과한, 제1 파장을 가지는 제1 광을 직교 분할함으로써, 제1 수직 편광 광(258) 및 제1 수평 편광 광(252)으로 분할하고, 제2 파장을 가지는 제2 광을 직교 분할함으로써, 제2 수직 편광 광(256) 및 제2 수평 편광 광(254)으로 분할할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 기준 거울(262)로 입사되는 참조광은, 편광 광 분할부(248)를 통하여 직교 분할된 광들 중, 제1 수직 편광 광(258) 및 제2 수직 편광 광(256)을 포함하고, 측정 대상물(264)로 입사되는 측정광은 편광 광 분할부(248)를 통하여 직교 분할된 광들 중, 제1 수평 편광 광(252) 및 제2 수평 편광 광(254)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 편광 광 분할부(248)는 광 분할부로부터 투과된 제1광 및 제2 광을 수직 편광함으로써 각각 생성되는 제1 수직 편광 광(258) 및 제2 수직 편광 광(256)을 참조광으로 하여 기준 거울에 입사시킨 후, 상기 기준 거울(262)로부터 반사된 제1 수직 편광 광 및 제2 수직 편광 광을 광 분할부(246)로 반사시킬 수 있다. 또한, 편광 광 분할부(248)는 광 분할부로부터 투과된 제1 광 및 제2 광을 수평 편광함으로써 각각 생성되는 제1 수평 편광 광(252) 및 제2 수평 편광 광(254)를 측정 대상물(264)에 입사시키고, 상기 측정 대상물(264)로부터 반사된 제1 수평 편광 광 및 제2 수평 편광 광을 광 분할부(246)로 투과시킬 수 있다.
파장판(retarder, 282)은 파장판으로 입사된 광들의 위상을 지연시킬 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 파장판(282)은 1/4 파장판(quarter wave plate) 일 수 있다. 예를 들어, 파장판(282)은 광 분할부(246)로부터 반사된 직선 편광들을 진동 방향에 대해 45도만큼 위상을 천이함으로써, 직선 편광들을 원편광으로 변환할 수 있다. 즉, 파장판(282)은 광 분할부(246)로부터 반사된 직선 편광들에 1/4 파장의 광로차를 일으키도록 두께가 미리 정해진 복 굴절판일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 간섭계(240) 내 광 분할부(246)로부터 반사된 광들(272, 274)는 직선 편광된 상태의 광들이지만, 파장판(282)을 통과한 광들(284, 286)은 원편광된 상태의 광들일 수 있다. 예를 들어, 파장판(282)은 기준 거울(262)로부터 반사된 측정광들 및 측정 대상물(264)로부터 반사된 측정광들 중 적어도 일부의 광들을 좌원 편광시키거나, 우원 편광시킬 수 있다.
결상 렌즈(imaging lens, 288)는 파장판(288)으로부터 출력되는 원편광된 측정광 및 참조광들을 결상시킬 수 있다. 예를 들어, 결상 렌즈(288)는 원편광된 광들을, 원편광된 광들이 입사된 결상 렌즈의 방향의 반대 방향의 한 지점에서 결상되도록 할 수 있다. 결상 렌즈(288)는 원편광된 광들을 결상시킴으로써, 결상된 광들이 형상 검출부(290)로 입사되도록 할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 형상 검출부(290)는 마이크로 렌즈 어레이(미도시), 편광 필터(미도시) 및 픽셀 어레이(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 형상 검출부(290)는 간섭계(240)로부터 출력된 측정광 및 참조광을 소정의 편광패턴이 형성된 편광 필터를 이용하여 필터링하고, 필터링된 측정광 및 참조광 내 간섭무늬들의 간섭 강도에 기초하여, 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다. 예를 들어, 형상 검출부(290)는 소정의 패턴이 형성된 편광 필터(polarizer filter)를 이용하여 측정광 및 참조광을 필터링하고, 필터링된 측정광 및 참조광 사이의 간섭무늬들을 복수의 픽셀들이 배열된 이미지 센서를 이용하여 획득할 수 있다.
예를 들어, 형상 검출부(290)는 일반적인 등가 파장 간섭계와는 달리, 서로 다른 파장의 두 광들의 간섭무늬를 단일의 영상으로 획득하고, 단일의 영상으로부터 4가지 타입의 간섭무늬를 획득하며, 획득된 간섭무늬의 강도를 이용하여 측정 대상물의 형상을 결정할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 위상 천이 간섭계의 위상 모호성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일반적인 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치가 4-bucket 알고리즘에 기초하여 위상을 천이시키고, 카메라를 이용하여 획득한 위상이 천이된 광들의 간섭무늬가 도시된다. 도 3에서 IO(302), I1(304), I2(306), I3(308)은 광원에서 발생된 특정 광의 위상을 기준으로, 0도, 90도, 180도, 270도만큼 위상이 천이된 광들을 나타낸다. 이때 측정 대상물의 형상을 측정하기 위한 광의 위상을 하기 수학식 1과 같이 획득할 수 있다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서,
Figure pat00002
은 대상물의 형상을 측정하기 위한 광의 위상이고, IO, I1, I2, I3은 상기 광의 위상이 천이된 광들의 간섭무늬의 강도를 나타낸다. 위상
Figure pat00003
은, IO, I1, I2, I3은 상기 광의 위상이 천이된 광들의 간섭무늬의 강도를 입력으로 하는 아크 탄젠트 함수를 이용하여 상기 수학식 1과 같이 나타날 수 있다.
도 3의 위상 펼침 전의 위상(wrapped phase) 차트를 보면, 312 및 314 부분에서, 위상이 연속되지 않고, 불연속하게 증가하는 부분을 관측할 수 있는데, 이는 수학식 1에서 도시된 위상을 표현하기 위한 아크 탄젠트 함수의 측정 영역(예컨대, -90도에서 90도)의 한계로 인한
Figure pat00004
-모호성 문제를 나타낸다.
상기 수학식 1을 통하여 획득된 광의 위상을 위상 펼침(phase unwrapping)하면, 도 3 내 차트 316, 318, 320 및 322와 같은 위상 곡선을 획득할 수 있다. 일반적인 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치들은, 펼쳐진 위상(unwrapped)들을 이용하여, 도 3의 차트 324 또는 315와 같이 측정 대상물의 높이를 획득할 수 있다. 천이된 위상의 간섭무늬의 강도를 이용하여 측정 대상물의 높이(height)는 하기 수학식 2에 의하여 검출될 수 있다.
Figure pat00005
상기 수학식 2에서, h는 측정 대상물의 높이이고, IO, I1, I2, I3은 상기 광의 위상이 천이된 광들의 간섭무늬의 강도(Intensity)를 나타낸다. 상기 수학식 1 및 수학식 2에서 도시된 바와 같이, 일반적인 대상물의 형상을 검출하는 장치는, 측정 대상물의 높이를 위상으로 표현함에 있어, 측정 영역의 한계로 인한
Figure pat00006
-모호성 문제 및 위상을 천이시키는데 많은 시간이 소모되는 문제점이 있었다.
그러나, 본 개시에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 시간 지연 방식이 아닌, 광 분할부 및 편광 광 분할부를 이용한, 공간 위상 천이 방식을 사용하고, 특히 측정 영역의 확대를 위한 서로 다른 파장을 이용한 등가 파장 간섭계의 원리를 이용함과 함께, 편광 필터를 구비한 단일의 편광카메라로부터 위상이 천이된 광들의 간섭무늬를 한번에 획득함으로써, 빠르고 정확하게 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
S410에서, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들로부터 광들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 제1 파장을 가지는 제1 광 및 상기 제1 광과 서로 다른 파장 길이를 가지는 제2 파장을 가지는 제2 광을 동일한 경로로 획득할 수 있다.
S420에서, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 상기 광원부로부터 발생된 서로 다른 파장을 가지는 하나 이상의 광원들을 콜리메이팅함으로써 평행하게 변환한 후, 평행하게 변환된 서로 다른 파장을 가지는 광들을 직선 편광으로 변환할 수도 있다.
S430에서, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 직선 편광으로 변환된 광들을 기준 거울로 입사되는 참조광 및 측정 대상물로 입사되는 측정광으로 분할할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 직선편광으로 변환된 광들을 수직 편광함으로써 생성된 광들을 참조광으로 하여 기준 거울로 입사시키고, 상기 직선 편광으로 변환된 광들을 수평 편광함으로서 생성된 광들을 측정광으로 하여 측정 대상물로 입사시킬 수 있다.
S440에서, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 획득할 수 있다. 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 간섭계를 이용하여, 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 획득하는 구체적인 과정은 도 2에서의 간섭계(240)의 기능에 대응될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
S450에서, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 필터링할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 소정의 편광 패턴이 형성된 편광 필터를 영상 검출부 내 마이크로 렌즈 어레이 및 픽셀 어레이 사이에 위치시키고, 편광 필터를 이용하여 참조광 및 측정광을 필터링함으로써, 4종류의 위상 천이된 간섭무늬들을 광원별로 동시에 획득할 수 있다.
S460에서, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 필터링된 참조광 및 측정광 사이의 간섭 강도에 기초하여 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 편광 필터를 포함하는 형상 검출부를 이용하여 획득한 4종류의 위상 천이된 간섭무늬들(I0, I45, I90, I135)은 하기 수학식 3, 4, 5 및 6과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00007
여기에서, IO는 기준축에서 0도 편광된 편광필터를 이용하여 편광된 제1 타입의 위상 천이 간섭무늬를 나타내고,
Figure pat00008
는 제1 타입의 위상 천이 간섭무늬 내 제1 파장을 가지는 제1 광의 전자기파 성분으로,
Figure pat00009
와 같이 표현되고,
Figure pat00010
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 전자기파 성분으로
Figure pat00011
와 같이 표현될 수 있다. 또한,
Figure pat00012
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 위상,
Figure pat00013
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 가시도,
Figure pat00014
는 제1 광의 파장의 길이를 나타내고,
Figure pat00015
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 위상,
Figure pat00016
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 가시도,
Figure pat00017
는 제2 광의 파장의 길이를 나타낼 수 있다.
Figure pat00018
상기 수학식 4에서, I45는 기준축에서 45도 편광된 편광필터를 이용하여 편광된 제2 타입의 위상 천이 간섭무늬를 나타내고,
Figure pat00019
는 제2 타입의 위상 천이 간섭무늬 내 제1 파장을 가지는 제1 광의 전자기파 성분으로
Figure pat00020
와 같이 표현되고,
Figure pat00021
는 제2 타입의 위상 천이 간섭무늬 내 제2파장을 가지는 전자기파 성분으로,
Figure pat00022
와 같이 표현될 수 있다. 또한,
Figure pat00023
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 위상,
Figure pat00024
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 가시도,
Figure pat00025
는 제1 광의 파장의 길이를 나타내고,
Figure pat00026
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 위상,
Figure pat00027
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 가시도,
Figure pat00028
는 제2 광의 파장의 길이를 나타낸다.
Figure pat00029
상기 수학식 5에서, I90는 기준축에서 90도 편광된 편광필터를 이용하여 편광된 제3 타입의 위상 천이 간섭무늬를 나타내고,
Figure pat00030
는 제3 타입의 위상 천이 간섭무늬 내 제1 파장을 가지는 제1 광의 전자기파 성분으로
Figure pat00031
와 같이 표현되고,
Figure pat00032
는 제3 타입의 위상 천이 간섭무늬 내 제2파장을 가지는 전자기파 성분으로,
Figure pat00033
와 같이 표현될 수 있다. 또한,
Figure pat00034
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 위상,
Figure pat00035
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 가시도,
Figure pat00036
는 제1 광의 파장의 길이를 나타내고,
Figure pat00037
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 위상,
Figure pat00038
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 가시도,
Figure pat00039
는 제2 광의 파장의 길이를 나타낸다.
Figure pat00040
상기 수학식 6에서, I135는 기준축에서 135도 편광된 편광필터를 이용하여 편광된 제4 타입의 위상 천이 간섭무늬를 나타내고,
Figure pat00041
는 제4 타입의 위상 천이 간섭무늬 내 제1 파장을 가지는 제1 광의 전자기파 성분으로
Figure pat00042
와 같이 표현되고,
Figure pat00043
는 제4 타입의 위상 천이 간섭무늬 내 제2파장을 가지는 전자기파 성분으로,
Figure pat00044
와 같이 표현될 수 있다. 또한,
Figure pat00045
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 위상,
Figure pat00046
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 가시도,
Figure pat00047
는 제1 광의 파장의 길이를 나타내고,
Figure pat00048
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 위상,
Figure pat00049
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 가시도,
Figure pat00050
는 제2 광의 파장의 길이를 나타낸다.
상기 수학식 3, 4, 5 및 6에서,
Figure pat00051
및
Figure pat00052
가 서로 비슷하고, 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치 내 구성들이 동일한 광학 특성을 가진다고 가정하며, 광원부에서 발생된 서로 다른 파장을 가지는 두 광원은 동일한 광섬유에 의해 간섭계로 전달됨으로써 동일한 광경로를 지나므로, 기준 거울에 대한 반사율 및 측정 대상물에 대한 반사율에 영향을 받는 가시도
Figure pat00053
및
Figure pat00054
는 동일하다고 가정하고, 서로 다른 파장을 가지는 두 광원의 세기는 서로 유사하다고 가정한다. 상기 가정에 따라 상기 수학식 3, 4, 5 및 6에서 정의된 4가지 타입의 위상 천이 간섭무늬는 하기 수학식 7과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00055
상기 수학식 7에서, IO는 편광필터의 기준축에서 0도 편광된 편광필터를 이용하여 편광된 제1 타입의 위상 천이 간섭무늬를 나타내고, I45는 기준축에서 45도 편광된 편광 필터를 이용하여 편광된 제2 타입의 위상 천이 간섭무늬를 나타내며, I90은 90도 편광된 편광필터를 이용하여 편광된 제3 타입의 위상 천이 간섭무늬를 나타내고, I135는 기준축에서 135도 편광된 편광 필터를 이용하여 편광된 제4 타입의 위상 천이 간섭무늬를 나타낸다. 또한, 상기 수학식 7에서, A는 제1광 또는 제2 광의 세기를 나타내고,
Figure pat00056
는 제1 광 또는 제2광의 가시도를 나타내며,
Figure pat00057
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 위상,
Figure pat00058
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 위상을 나타낸다.
측정 가능한 물체 영역을 넓게 확보하기 위해, 등가 파장 간섭계 원리에 따라, 제1 파장 및 제2 파장의 합에 기초하여, 짧은 등가 파장인 제1 등가 파장 및 제1 파장 및 제3 파장의 차이에 기초하여, 긴 등가 파장인 제2 등가 파장을 하기 수학식 8 및 9에 기초하여 정의할 수 있다.
Figure pat00059
여기에서,
Figure pat00060
은 제1 파장 및 제2 파장의 합에 기초하여 정의되는 짧은 등가 파장인 제1 등가 파장이고,
Figure pat00061
및
Figure pat00062
는 각각 제1 파장의 길이 및 제2 파장의 길이이다.
Figure pat00063
여기에서,
Figure pat00064
은 제1 파장 및 제2 파장의 차에 기초하여 정의되는 긴 등가 파장인 제2 등가 파장이고,
Figure pat00065
및
Figure pat00066
는 각각 제1 파장의 길이 및 제2 파장의 길이이다. 상기 수학식 8 및 9에서 정의된 제1 등가 파장에서의 위상과 제2 등가 파장에서의 위상은 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00067
여기에서,
Figure pat00068
은 제1 파장 및 제2 파장의 합에 기초하여 정의되는 짧은 등가 파장인 제1 등가 파장에서의 위상으로,
Figure pat00069
룰 나타내고, 상기 수학식 10과 같이 4종류의 위상 천이된 간섭무늬들(I0, I45, I90, I135)의 강도를 입력 변수로 하는 아크 탄젠트 함수를 이용하여 정의될 수 있다.
Figure pat00070
여기에서,
Figure pat00071
은 제1 파장 및 제2 파장의 차에 기초하여 정의되는 긴 등가 파장인 제2 등가 파장에서의 위상으로,
Figure pat00072
를 나타내고, 상기 수학식 11과 같이 상기 수학식 11과 같이 4종류의 위상 천이된 간섭무늬들(I0, I45, I90, I135)의 강도를 입력 변수로 하는 역 코사인 함수를 이용하여 정의될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 상기 수학식 8에 기초하여 짧은 등가 파장인 제1 등가 파장 및 상기 수학식 9에 기초하여 긴 등가 파장인 제2 등가 파장을 결정하고, 상기 결정된 제1 등가 파장에서의 위상 및 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나를 이용하여 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 상기 수학식 8에 기초하여 결정된 제1 등가 파장에서의 위상에 대한
Figure pat00073
(2파이)-모호성이 발생하는 경우, 상기 수학식 9에 기초하여 결정된 제2 등가 파장에서의 위상을 이용하여 모호성을 보상함으로써, 측정 대상물의 형상을 정확하게 검출할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 등가 파장 간섭 원리에 기초하여, 측정 대상물의 형상을 검출하는 방법을 하기의 수학식들을 참조하여 설명하기로 한다.
Figure pat00074
여기에서,
Figure pat00075
는 등가 위상이고,
Figure pat00076
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 위상,
Figure pat00077
는 제2 파장을 가지는 제2 광의 위상,
Figure pat00078
는 제1 광의 파장의 길이,
Figure pat00079
는 제2 광의 파장의 길이,
Figure pat00080
는 등가 파장을 나타낸다.
Figure pat00081
여기에서,
Figure pat00082
는 제2 파장 및 제1 파장의 차이에 기초하여 결정되는 등가 파장이고,
Figure pat00083
는 제1 광의 파장의 길이,
Figure pat00084
는 제2 광의 파장의 길이를 나타낸다.
Figure pat00085
여기에서, H12는 등가 파장을 이용하여 측정된 물체의 높이를 나타내고,
Figure pat00086
는 등가 파장,
Figure pat00087
는 등가 위상을 나타낸다. 등가 파장을 이용하여 물체의 높이를 측정하면 측정 가능한 물체 영역이 길어지는 장점이 있으나, 잡음 역시 증폭되는 한계가 있다.
Figure pat00088
여기에서, N은 상기 수학식 14에서 결정된 H12가
Figure pat00089
/2의 몇배인지를 나타내는 정수이고, H12는 등가 파장을 이용하여 측정된 물체의 높이,
Figure pat00090
는 제1 광의 파장의 길이를 나타낸다.
Figure pat00091
여기에서 H는 H12가
Figure pat00092
/2의 몇배인지를 나타내는 정수 N을 이용하여, 측정된 등가 파장 간섭계에서의 높이이고,
Figure pat00093
는 제1 파장을 가지는 제1 광의 위상,
Figure pat00094
는 제1 광의 파장의 길이를 나타낸다.
전술한 바와 같이, 본 개시에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 상기 수학식 12 내지 16에 정의된 등가 파장 간섭계의 원리를 이용하여 측정 대상물의 형상을 검출함으로써
Figure pat00095
-모호성을 해결할 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 일반적인 등가 간섭계의 원리를 이용하는 대상물의 형상을 검출하는 장치와 달리, 편광 필터를 포함하는 편광 카메라로부터 획득된 단일 영상 내 4개 타입의 위상 천이된 간섭무늬의 간섭 강도에 기초하여 짧은 등가 파장인 제1 등가 파장에서의 위상 및 긴 등가 파장인 제2 등가 파장에서의 위상을 동시에 획득하고, 제1 등가 파장에서의 위상의 모호성을 제2 등가 파장에서의 위상을 이용하여 보상함으로써, 측정 대상물의 3차원 형상을 빠르고 정확하게 측정할 수 있다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 광원부(502), 광 분배기(504), 콜리메이터 렌즈(506), 선형 편광판(508), 간섭계(520) 및 형상 검출부(540)를 포함할 수 있다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치 (1000)는 구현될 수 있다.
광원부(502)는 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들을 포함할 수 있다. 광원부(502)는 도 2의 광원(212)에 대응될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 광 분배기(504)는 2 by 1 형식으로 서로 다른 파장의 광들이 이동하는 경로를 단일의 경로로 결합할 수 있다. 광 분배기(504)는 도 2에서 설명한 광 분배기(216)에 대응될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
콜리메이터 렌즈(506)는 광원부로부터 발생된 서로 다른 파장을 가지는 광들을 평행광화 할 수 있다. 콜리메이터 렌즈(506)는 도 2의 콜리메이터 렌즈(218)에 대응될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 선형 편광판(508)은 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 소정의 각도로 편광된 직선 편광으로 변환할 수 있다. 선형 편광판(508)은 도 2의 선형 편광판(220)에 대응될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
간섭계(520)는 광 분할부(522), 편광 광 분할부(524), 기준 거울(526) 및 측정 대상물(528)을 포함할 수 있다. 그러나 또 다른 실시 예에 의하면 간섭계(520)는 결상 렌즈 및 파장판을 더 포함하고, 기준 거울(526) 및 측정 대상물(528)은 간섭계 내부에 포함하지 않을 수도 있다. 간섭계(520)는 등가파장 간섭계의 원리를 적용하기 위해, 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광들에 대한 공간 위상 천이를 유도할 수 있다. 간섭계(520)는 도 2의 간섭계(240)에 대응될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
형상 검출부(540)는 간섭계(240)로부터 출력된 측정광 및 참조광을 소정의 편광패턴이 형성된 편광 필터를 이용하여 필터링하고, 필터링된 측정광 및 참조광 내 4가지 타입의 위상 천이 간섭무늬들의 간섭 강도에 기초하여 제1 등가 파장에서의 위상 및 제2 등가 파장에서의 위상을 결정할 수 있다. 형상 검출부(540)는 제1 등가 파장에서의 위상 또는 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나를 이용하여 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 형상 검출부(540)는 마이크로 렌즈 어레이(542), 편광 필터(544), 픽셀 어레이(546), 프로세서(548) 및 메모리(552)를 더 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(542)는 간섭계로부터 출력되는 측정광 및 참조광이 입사되는 적어도 하나의 렌즈들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 마이크로 렌즈 어레이(542)는 형상 검출부(540)내 픽셀 어레이 각각에 대응되는 하나 이상의 렌즈들을 포함할 수 있다.
편광 필터(544)는 마이크로 렌즈 어레이(542)를 통과한 측정광 및 참조광을 소정의 편광 패턴에 따라 필터링할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 편광 필터는 픽셀 어레이(546) 내 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 단위 격자 셀에 대응되는 복수의 단위 격자 필터를 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 의하면, 단위 격자 필터가 대응되는 픽셀 어레이 내 단위 격자 셀은 2*2 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 편광 필터 내 하나의 단위 격자 필터는 픽셀 어레이 내 소정의 픽셀들을 포함하는 단위 격자 셀 내 픽셀 별로 서로 다른 편광 각도를 가지는 단위 필터를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(542)는 적어도 하나의 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 픽셀 어레이 내 적어도 하나의 픽셀들은 마이크로 렌즈 어레이를 통하여 입사되는 광들을 센싱함으로써, 적어도 하나의 픽셀 정보를 획득할 수 있다. 또한, 픽셀 어레이(542)는 편광 패턴에 따라 필터링된 참조광 및 측정광 내 간섭무늬들의 간섭 강도를 격자 단위로 획득할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 픽셀 정보는 픽셀의 위치에 대한 정보 및 상기 픽셀에서 수신된 광의 화소 값을 포함할 수 있다.
프로세서(548)는, 통상적으로 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 프로세서(548)는, 메모리(552)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 마이크로 렌즈 어레이(542), 편광 필터(544), 픽셀 어레이(546), 광원부(520), 광 분배기(504), 콜리 메이터 렌즈(506), 선형 편광판(508), 간섭계(520) 중 적어도 하나를 전반적으로 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(548)는 메모리(552)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 도 1 내지 도 4에 기재된 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(548)는 하나 또는 복수의 프로세서로 구성될 수 있고, 하나 또는 복수의 프로세서는 CPU, AP, DSP(Digital Signal Processor) 등과 같은 범용 프로세서, GPU, VPU(Vision Processing Unit)와 같은 그래픽 전용 프로세서일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 프로세서(548)가 복수의 프로세서 또는 그래픽 전용 프로세서로 구현될 때, 복수의 프로세서 또는 그래픽 전용 프로세서의 일부는 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000) 또는 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)와 연결되는 서버(2000) 중 적어도 하나에 탑재될 수도 있다.
일 실시 예에 의하면, 프로세서(548)는 광원부 내 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광 중, 제1 광을 제1 경로로 획득하고, 제2 광을 제2 경로로 획득하며, 상기 획득된 제1 광 및 제2 광을 제3 경로로 출력하도록 광 분배기(504)를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 프로세서(548)는 선형 편광판(508)을 제어함으로써, 상기 광 분배기에 의해 제3 경로로 출력되는 제1 광 및 제2 광을 직선 편광으로 변환할 수 있다. 또한, 프로세서(548)는 콜리메이터 렌즈(506)를 제어함으로써, 제3 경로에서 출력된 제1광 및 제2 광을 콜리메이터 렌즈를 이용하여 평행화하고, 평행화된 제1 광 및 제2 광을 직선 편광으로 변환하도록 선형 편광판을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 프로세서(548)는 직선 편광으로 변환된 제1 광 및 제2 광을 투과 및 반사 시키도록 광 분할부를 제어하고, 투과된 제1 광 및 제2 광을 각각 상기 참조광 및 상기 참조광과 직교하는 상기 측정광으로 분할하도록 편광 광 분할부를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 프로세서(548)는 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 측정 대상물로부터 반사된 측정광이 파장판을 통과하여 원편광되도록 파장판을 제어하고, 파장판을 통과한 원편광된 참조광 및 측정광을 형상 검출부내 일 지점에서 결상 되도록 결상 렌즈를 제어할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 의하면, 프로세서(548)는 결상 렌즈를 통하여 결상된 참조광 및 측정광을 이용하여 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(548)는 제1 광의 파장 및 상기 제2 광의 파장의 합에 기초하여 제1 등가 파장을 결정하고, 제1 광의 파장 및 상기 제2 광의 파장의 차이에 기초하여 제2 등가 파장을 결정하며, 상기 제1 등가 파장에서의 위상 및 상기 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나를 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출할 수 있다.
또한, 프로세서(548)는 제1 등가 파장에서의 위상을 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하고, 제1 등가 파장에서의 위상에 대한 2 파이 모호성이 발생하는 경우, 상기 제2 등가 파장에서의 위상을 이용하여 상기 제1 등가 파장에서의 위상을 보상할 수 있다. 프로세서(540)가 제1 등가 파장에서의 위상 또는 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나에 기초하여 측정 대상물의 형상을 검출하는 구체적인 방법은 도 4의 S460에 대응될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
메모리(552)는 제1 등가 파장 및 제2 등가 파장을 결정하기 위한 방법, 4개 타입의 위상 천이된 간섭무늬로부터 간섭 강도를 획득하기 위한 방법, 제1 등가 파장에서의 위상 또는 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나를 이용하여 측정 대상물의 형상을 검출하기 위한 상술한 수학식 3 내지 16을 컴퓨터에서 수행하기 위한 하나 이상의 인스트럭션들(instructions)을 저장할 수 있다.
또한, 메모리(552)는 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 결정한 제1 등가 파장에서의 위상 또는 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나의 값과, 검출된 측정 대상물의 형상에 대한 정보를 더 저장할 수도 있다.
메모리(552)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치와 연결되는 서버의 블록도이다.
서버(2000)는 네트워크 인터페이스(610), 데이터 베이스(Data Base, 620) 및 프로세서(630)를 포함할 수 있다.
네트워크 인터페이스(610)는 도 1에서 전술한 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)의 네트워크 인터페이스의 구성에 대응될 수 있다. 예를 들어, 네트워크 인터페이스(610)는 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)로부터 서로 다른 파장을 가지는 광원들로부터 획득된 4가지 타입의 위상 천이된 간섭무늬 영상에 대한 정보, 제1 등가 파장에서의 위상 또는 제2 등가 파장에서의 위상에 대한 정보를 수신할 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 네트워크 인터페이스(610)는 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)로부터 검출된 측정 대상물의 형상에 기초하여, 측정 대상물의 이상 유무에 대한 정보를 더 수신할 수 도 있다. 또한, 네트워크 인터페이스(610)는 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)로부터 획득된 간섭무늬 영상에 대한 정보, 제1 등가 파장에서의 위상 또는 제2 등가 파장에서의 위상에 대한 정보에 기초하여, 측정 대상물의 형상을 결정하고, 결정된 형상에 대한 정보를 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)로 전송할 수도 있다.
데이터 베이스(620)는 도 5에 도시된 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)의 메모리(552)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 데이터 베이스(620)는 제1 등가 파장 및 제2 등가 파장을 결정하기 위한 방법, 4개 타입의 위상 천이된 간섭무늬로부터 간섭 강도를 획득하기 위한 방법, 제1 등가 파장에서의 위상 또는 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나를 이용하여 측정 대상물의 형상을 검출하기 위한 방법을 컴퓨터에서 수행하기 위한 하나 이상의 인스트럭션들(instructions)을 저장할 수 있다. 또한, 데이터 베이스(620)는 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 결정한 제1 등가 파장에서의 위상 또는 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나의 값과, 검출된 측정 대상물의 형상에 대한 정보를 더 저장할 수도 있다.
프로세서(630)는 통상적으로 서버(2000)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 프로세서(630)는, 서버(2000)의 DB(620)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, DB(620) 및 네트워크 인터페이스(610) 등을 전반적으로 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(630)는 DB(620)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 도 1 내지 도5에서의 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)의 동작의 일부를 수행할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 형상 검출부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 따르면, 형상 검출부(702)는 마이크로 렌즈 어레이(720), 편광 필터(730) 및 픽셀 어레이(740)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 예에 의하면, 형상 검출부(702)는 적어도 하나의 이미지 센서(710), 메모리, 또는 프로세서를 더 포함할 수도 있다.
형상 검출부(702)는 간섭계로부터 획득된 서로 다른 파장을 가지는 광들을 획득하고, 획득된 서로 다른 파장을 가지는 광들을 소정의 편광 패턴을 가지는 편광 필터를 이용하여 필터링할 수 있다. 형상 검출부(702)는 편광 필터를 이용하여 필터링된 서로 다른 파장을 가지는 광들을 픽셀 어레이(740)를 이용하여 센싱함으로써, 4개 타입의 간섭무늬를 획득할 수 있다. 보다 상세하게는, 형상 검출부(702)는 픽셀 어레이(740)내 픽셀들로부터 획득된 픽셀 정보를 이미지 센서(710)로 전달하고, 이미지 센서(710)가 서로 다른 파장을 가지는 광들로부터, 4개 타입의 간섭무늬를 획득하도록 할 수 있다.
일 실시 예에 의하면 편광 필터(740)는 복수의 단위 격자 필터(750)를 포함할 수 있다. 예를 들어 복수의 단위 격자 필터(750)는 편광 필터(730) 하부에 위치하는 픽셀 어레이(740)내 적어도 하나의 단위 격자셀에 대응될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 단위 격자셀은, 픽셀 어레이 내 정방형으로 분포된 2*2 픽셀을 포함할 수 있다. 즉, 단위 격자 필터 내 하나의 단위 필터는, 픽셀 어레이 내 하나의 픽셀(760)에 대응될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 편광 필터 내 단위 격자 필터(750)는, 정방형의 2*2 단위 필터(770, 772, 774, 776)를 포함할 수 있고, 각각의 단위 필터들은 3시 방향의 주축을 기준으로 소정의 각도로 기울어진 편광 축을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 단위 필터(770)는 3시 방향의 주축을 기준으로 90도 기울어진 편광축을 가질 수 있고, 단위 필터(772)는 3시 방향의 주축을 기준으로 45도 기울어진 편광축을 가지며, 단위 필터(774)는 3시 방향의 주축을 기준으로 135도 기울어진 편광축을 가질 수 있고, 단위 필터(776)은 3시 방향의 주축을 기준으로 0도 만큼 기울어진 편광축을 가질 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 편광 필터 내 단위 격자 필터의 편광 축들이 배치되는 패턴은 도 7에 도시된 바에 한정되지 않으며, 대상물의 형상을 측정하기 위한 기준에 따라 달라질 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 형상 검출부 내 편광 필터의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 의하면, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 적어도 하나의 편광 카메라(polarized camera, pcam, 801, 802, 803, 804, 805)를 포함할 수 있다. 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 이용하는 편광 카메라는 도 7에서 상술한 바와 같이, 소정의 편광 패턴을 포함하는 편광 필터를 포함할 수 있다.
또한, 편광 필터는 복수의 단위 격자 필터(810)를 포함할 수 있고, 각각의 단위 격자 필터(820, 832)는 소정의 주축을 기준으로 기 설정된 각도만큼 기울어진 편광 축을 가지는 4개의 단위 필터를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 편광 필터의 크기는, 픽셀 어레이를 이용하여 측정하고자 하는 영상 면(imaging plane, 830)의 크기에 대응될 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 형상 검출부 내 편광 필터 및 상기 편광 필터를 이용하여 필터링된 간섭무늬를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 소정의 간섭무늬 영상을 획득하기 위해 이용하는 픽셀 어레이의 크기에 대응되는 영상 면(910)이 도시된다. 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 픽셀 어레이로부터 획득된 픽셀 정보를 이용하여 영상 면(910)을 생성할 수 있다. 영상면(910) 내 단위 영상면(920)은 픽셀 어레이 내 단위 격자 픽셀에 대응될 수 있다.
측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 소정의 편광 패턴에 따라 배치된 단위 필터를 포함하는 단위 격자 필터(930) 별로, 서로 다른 파장의 간섭무늬를 획득할 수 있다. 보다 상세하게는, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)가 이용하는 단위 격자 필터(930)는 4가지 타입의 서로 다른 편광축을 가지는 단위 필터를 포함하고, 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치(1000)는 단위 격자 필터(930)단위로 간섭계로부터 획득된 측정광 및 참조광들을 편광시킴으로써, 4가지 타입의 간섭무늬 영상(940)을 획득할 수 있다.
일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
또한, 상기 일 실시 예에 다른 방법을 수행하도록 하는 프로그램이 저장된 기록매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 장치가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시의 권리범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치에 있어서,
    서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들을 포함하는 광원부;
    상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환하는 선형 편광판;
    상기 직선 편광으로 변환된 광들을 기준 거울로 입사되는 참조광 및 상기 측정 대상물로 입사되는 측정광으로 각각 분할하고, 상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 출력하는 간섭계; 및
    상기 간섭계로부터 출력된 참조광 및 측정광을 소정의 편광 패턴에 따라 필터링하고, 상기 필터링된 참조광 및 측정광 사이의 간섭 강도에 기초하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 형상 검출부; 를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치는
    상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광 중, 제1 광을 제1 경로로 획득하고, 상기 발생된 광 중, 제2 광을 제2 경로로 획득하며, 상기 획득된 제1 광 및 제2 광을 제3 경로로 출력하는 광 분배기; 를 더 포함하고,
    상기 선형 편광판은 상기 제3 경로로 출력된 제1 광 및 제2 광을 상기 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환하는 것인, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장치는
    상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 서로 다른 파장의 광들을 평행하게 출력하는 콜리메이터 렌즈; 를 더 포함하고,
    상기 선형 편광판은 상기 콜리메이터 렌즈로부터 평행하게 출력된 서로 다른 파장의 광들을 상기 직선 편광으로 변환하는 것인, 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 간섭계는
    상기 하나 이상의 광들을 투과 및 반사 시키는 광 분할부; 및
    상기 광 분할부로부터 투과된 하나 이상의 광들을 각각 상기 참조광 및 상기 참조광과 직교하는 상기 측정광으로 분할하는 편광 광 분할부; 를 더 포함하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 간섭계는
    상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 원편광 시키는 파장판; 및
    상기 파장판으로부터 출력된 원편광된 참조광 및 측정광을 결상시키는 결상 렌즈; 를 더 포함하고,
    상기 형상 검출부는 상기 결상 렌즈를 통하여 결상된 참조광 및 측정광을 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 것인, 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 형상 검출부는
    상기 간섭계로부터 출력된 측정광 및 참조광이 입사되는 마이크로 렌즈 어레이;
    상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 상기 측정광 및 상기 참조광을 상기 소정의 편광 패턴에 따라 필터링하기 위한 편광 필터; 및
    상기 편광 패턴에 따라 필터링된 참조광 및 측정광 내 간섭무늬들의 간섭 강도를 격자 단위로 획득하는 픽셀 어레이; 를 포함하는, 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 편광 광 분할부는
    상기 광 분할부로부터 투과된 제1광 및 상기 제2 광을 수직 편광함으로써 각각 생성된 제1 수직 편광 광 및 제2 수직 편광 광을 상기 참조광으로 하여, 상기 기준 거울에 입사시키고,
    상기 광 분할부로부터 투과된 제1 광 및 상기 제2 광을 수평 편광함으로써 각각 생성된 제1 수평 편광 광 및 제2 수평 편광 광을 상기 측정광으로 하여 상기 측정 대상물로 입사시키며,
    상기 기준 거울로부터 반사된 제1 수직 편광 광 및 상기 제2 수직 편광 광을 상기 광 분할부로 반사시키고, 상기 측정 대상물로부터 반사된 제1 수평 편광 광 및 상기 제2 수평 편광 광을 상기 광 분할부로 투과시키는 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광 분할부는
    상기 기준 거울로부터 반사된 제1 수직 편광 광 및 상기 제2 수직 편광 광과, 상기 측정 대상물로부터 반사된 제1 수평 편광 광 및 상기 제2 수평 편광 광을 상기 파장판으로 반사시키는 것을 특징으로 하는, 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 형상 검출부는
    상기 제1 광의 파장 및 상기 제2 광의 파장의 합에 기초하여 제1 등가 파장을 결정하고, 상기 제1 광의 파장 및 상기 제2 광의 파장의 차이에 기초하여 제2 등가 파장을 결정하며,
    상기 결정된 제1 등가 파장에서의 위상 및 상기 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나를 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 것인, 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 형상 검출부는
    상기 결정된 제1 등가 파장에서의 위상을 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하고,
    상기 결정된 제1 등가 파장에서의 위상에 대한 2 파이 모호성이 발생하는 경우, 상기 제2 등가 파장에서의 위상을 이용하여 상기 제1 등가 파장에서의 위상을 보상하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 편광 필터는
    상기 픽셀 어레이 내 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 단위 격자 셀에 대응되는 복수의 단위 격자 필터를 포함하고,
    상기 단위 격자 필터는 상기 단위 격자 필터에 대응되는 단위 격자 셀 내 픽셀 별로 서로 다른 각도의 단위 필터를 포함하는, 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 광원부는 버터 플라이(Butterfly) 타입의 하나 이상의 광원들을 포함하고,
    상기 광 분배기는 2 by 1 형식으로 상기 제1 광이 획득된 상기 제1 경로 및 상기 제2 광이 획득된 제2 경로를 이용하여 상기 제3 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  13. 측정 대상물의 형상을 검출하는 장치가 측정 대상물의 형상을 검출하는 방법에 있어서,
    서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들로부터 광들을 획득하는 단계;
    상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환하는 단계;
    상기 직선 편광으로 변환된 광들을 기준 거울로 입사되는 참조광 및 상기 측정 대상물로 입사되는 측정광으로 각각 분할하는 단계;
    상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 획득하는 단계;
    상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 필터링하는 단계; 및
    상기 필터링된 참조광 및 측정광 사이의 간섭 강도에 기초하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 단계; 를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 방법은
    상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광 중, 제1 광을 제1 경로로 획득하고, 상기 발생된 광 중, 제2 광을 제2 경로로 획득하는 단계;
    상기 획득된 제1 광 및 제2 광을 제3 경로로 출력 하는 단계; 및
    상기 직선 편광으로 변환하는 단계는, 상기 제3 경로에서 출력된 제1 광 및 제2 광을 상기 직선 편광으로 변환하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 방법은
    상기 제3 경로에서 출력된 제1광 및 제2 광을 콜리메이터 렌즈를 이용하여 평행화 하는 단계; 및
    상기 평행화된 상기 제1 광 및 제2 광을 상기 직선 편광으로 변환하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 방법은
    상기 직선 편광으로 변환된 제1 광 및 제2 광을 투과 및 반사 시키는 단계; 및
    상기 투과된 제1 광 및 제2 광을 각각 상기 참조광 및 상기 참조광과 직교하는 상기 측정광으로 분할하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 방법은
    상기 기준 거울로부터 반사된 참조광 및 상기 측정 대상물로부터 반사된 측정광을 원편광 시키는 단계;
    상기 원편광된 참조광 및 측정광을 결상시키는 단계; 및
    상기 결상 렌즈를 통하여 결상된 참조광 및 측정광을 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 형상을 검출하는 단계는
    상기 제1 광의 파장 및 상기 제2 광의 파장의 합에 기초하여 제1 등가 파장을 결정하는 단계;
    상기 제1 광의 파장 및 상기 제2 광의 파장의 차이에 기초하여 제2 등가 파장을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 제1 등가 파장에서의 위상 및 상기 제2 등가 파장에서의 위상 중 적어도 하나를 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 단계; 를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 형상을 검출하는 단계는
    상기 결정된 제1 등가 파장에서의 위상을 이용하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 단계;
    상기 결정된 제1 등가 파장에서의 위상에 대한 2 파이 모호성이 발생하는 경우, 상기 제2 등가 파장에서의 위상을 이용하여 상기 제1 등가 파장에서의 위상을 보상하는 단계; 를 더 포함하는, 방법.
  20. 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 하나 이상의 광원들로부터 광들을 획득하는 단계;
    상기 하나 이상의 광원들로부터 발생된 광들을 미리 설정된 주축에 대하여 45도 편광된 직선 편광으로 변환하는 단계;
    상기 직선 편광으로 변환된 광들을 기준 거울로 입사되는 참조광 및 측정 대상물로 입사되는 측정광으로 각각 분할하는 단계;
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    상기 필터링된 참조광 및 측정광 사이의 간섭 강도에 기초하여 상기 측정 대상물의 형상을 검출하는 단계; 를 포함하는, 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102333747B1 (ko) * 2021-09-06 2021-12-01 주식회사 솔디아 고정확도의 도로 위험상황 감지 시스템 및 방법
KR20230039277A (ko) * 2021-09-14 2023-03-21 (주) 파란텍 BGA(Ball Grid Array) 높낮이 결함 검사용 편광카메라를 이용한 인라인 디지털 홀로그래픽 현미경 장치 및 이를 이용한 결함검사 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070057253A (ko) * 2004-09-22 2007-06-04 코닝 인코포레이티드 주파수 변이 간섭계의 위상 분석 측정방법
KR20090046564A (ko) * 2007-11-06 2009-05-11 한국표준과학연구원 레이저 간섭계식 메코메타 및 이를 이용한 거리 측정 방법
KR20130049551A (ko) 2011-11-04 2013-05-14 한국표준과학연구원 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계
KR20130082279A (ko) * 2012-01-11 2013-07-19 주식회사 고영테크놀러지 비대칭 편광을 이용한 간섭계 및 이를 이용한 광학장치
KR102007004B1 (ko) * 2018-03-20 2019-08-02 (주) 인텍플러스 3차원 형상 측정장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070057253A (ko) * 2004-09-22 2007-06-04 코닝 인코포레이티드 주파수 변이 간섭계의 위상 분석 측정방법
KR20090046564A (ko) * 2007-11-06 2009-05-11 한국표준과학연구원 레이저 간섭계식 메코메타 및 이를 이용한 거리 측정 방법
KR20130049551A (ko) 2011-11-04 2013-05-14 한국표준과학연구원 다파장을 이용한 위상 천이 간섭계
KR20130082279A (ko) * 2012-01-11 2013-07-19 주식회사 고영테크놀러지 비대칭 편광을 이용한 간섭계 및 이를 이용한 광학장치
KR102007004B1 (ko) * 2018-03-20 2019-08-02 (주) 인텍플러스 3차원 형상 측정장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102333747B1 (ko) * 2021-09-06 2021-12-01 주식회사 솔디아 고정확도의 도로 위험상황 감지 시스템 및 방법
KR20230039277A (ko) * 2021-09-14 2023-03-21 (주) 파란텍 BGA(Ball Grid Array) 높낮이 결함 검사용 편광카메라를 이용한 인라인 디지털 홀로그래픽 현미경 장치 및 이를 이용한 결함검사 방법

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