KR20210131344A - 광학 요소의 경계면들을 측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 "기준 광학 요소"로 지칭되는 적어도 하나의 광학 요소를 포함하는 복수의 유사한 광학 요소들의 일부를 형성하는, 측정되는 광학 요소(5)의 경계면들을 측정하기 위한 방법(100)에 관한 것으로서, 상기 방법(100)은
- 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소와 상기 측정 빔(11)의 상대적 포지셔닝 단계(102), 이로써 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소의 경계면들의 측정을 허용하게 되고;
- 이로써 위치되는 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소의, "기준 이미지"로 지칭되는, 이미지의 획득 단계(104);
- 상기 측정되는 광학 요소의, "측정 이미지"로 지칭되는, 이미지의 획득을 허용하도록 상기 시야에 대하여 상기 측정되는 광학 요소(5)의 포지셔닝 단계(106);
- 상기 기준 및 측정 이미지들에 기초하여, 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소에 대한 상기 측정되는 광학 요소(5)의 시야에 있어서 위치의 차이의 결정 단계(107);
- 상기 위치의 차이를 제거하도록 상기 시야에 있어서 상기 측정되는 광학 요소(5)의 위치의 조정 단계(110); 및
- 상기 측정 빔(11)을 이용한 상기 측정되는 광학 요소(5)의 경계면들의 측정 단계(112)를 포함한다.
본 발명은 또한 이러한 방법(100)을 구현하는 장치(1)에 관한 것이다.

Description

광학 요소의 경계면들을 측정하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 복수의 실질적으로 동일한 광학 요소들의 부분을 형성하는 광학 요소의 경계면들을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 방법을 구현하는 측정 장치에 관한 것이다.

본 발명의 기술 분야는 광학 요소들의 광학 측정에만 한정되지는 않는다.

렌즈들 또는 수 개의 렌즈들을 포함하는 대물렌즈들과 같은, 광학 요소들을 제조할 때, 광학 요소의 광학 축과 같은 측정 축을 따라, 이를 구성하는 요소들의 두께들 또는 위치들, 또는 요소들 사이의 간격들을 제어 또는 측정할 필요가 있을 수 있다.

이를 위해, 특히 로우-코히어런스 간섭측정 기술을 사용하는 것이 알려져 있다. 광대역-스펙트럼 광학 소스로부터 비롯된 측정 광학 빔은 광학 요소의 표면들을 통해 전파된다. 이 표면들 상에서의 빔의 반사들은 수집되고 분석되어, 간섭 빔들 사이의 광학 경로들에 있어서의 차이를 결정하기 위해 서로 및/또는 기준 빔과 간섭시켜서, 이들로부터 대응하는 표면들 또는 경계면들 사이의 거리들 및/또는 위치들을 도출한다. 이로써, 예를 들어 렌즈들의 두께들, 광학 조립체 내의 렌즈들 사이의 거리들 및/또는 렌즈들의 위치들을 결정하는 것이 가능하다.

이러한 측정 기술들은 일반적으로 재귀반사에 의해 기능한다. 이때 측정 광학 빔은 측정 시스템에 의해 캡쳐될 수 있는, 반사되는 파장을 생성하도록, 수직 또는 수직 입사(normal or perpendicular incidence)로 측정되는 모든 표면들에 입사될 필요가 있다. 광학 조립체를 측정하기 위해, 이 조건은 일반적으로 측정 빔과 특히 그 렌즈들이 구성하는, 조립체의 광학 축을 중첩 또는 정렬시킬 필요를 수반한다. 따라서 측정 광학 빔의 정렬을 위한 효과적인 절차를 구현할 필요가 있다. 실제로, 예를 들어 수 밀리미터의 크기를 갖는 물체들에 대하여 1 마이크론 대의 정확도로 측정 빔을 조립체의 광학 축에 대하여 위치시킬 수 있는 것이 필요하다. 이때 이용가능한 방법들이 이 성능을 달성하는 것이 가능하도록 하는 것이 필요하다.

로우-코히어런스 간섭계를 가지고 광학 조립체 내의 렌즈들의 위치들을 측정하기 위한 시스템은 US 8,760,666 B2에 기술되어 있다. 측정 빔의 정렬은 정렬 광학 빔을 조립체의 광학 요소들을 통해 전파시키는 것에 의해, 그리고 CCD 또는 PSD 타입의 위치-감지 검출기를 가지고 이론상 위치에 대한 그 편향을 검출하는 것에 의해 수행된다. 이론상 위치가 사실상 알려져 있지 않기 때문에, 또한 게다가 정렬 빔이 이를 통해 통과하는 렌즈들에 의해 열화되기 때문에, 이 편향은 광학 조립체의 회전을 수행하는 것에 의해 검출되고, 이로부터 검출기 상에서 이 정렬 빔에 의해 지나가는 경로를 도출하게 된다. 조립체의 위치 및 그 각도 지향(orientation)은 이 경로의 범위를 최소화하기 위해 교정된다.

하지만, 예를 들어 스마트폰을 위한 대물렌즈들을 제조하기 위한, 광학 조립체들의 대량 생산 맥락에서, 측정 시간은 최소화되어야 한다. 특히, 이전에 설명된 것과 같은 샘플들의 각도 회전에 기초한 광학적 정렬 기술들의 이용은 적절치 않다.

본 발명의 목적은 이러한 단점들을 극복하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 물체의 광학 축에 대한 측정 빔의 신속하고 정확한 포지셔닝을 허용하면서, 광학 요소 또는 조립체와 같은 물체의, 표면들 사이의 간격들 또는 위치들의 측정들과 같이, 경계면들을 측정하기 위한 방법 및 장치를 제안하는 데 있다.

본 발명의 목적은 또한 특히, 수 백 마이크로미터에서 수 밀리미터 대의 치수를 가지는 렌즈들의, 또는 마이크로 렌즈들의 조립체들에 대한 측정들에 적합한 경계면들 또는 표면들을 측정하기 위한 방법 및 장치를 제안하는 데 있다.

본 발명의 목적은 또한 밀리미터 스케일의 곡률 반지름을 갖는 비구면 또는 프리폼 형태의 렌즈들에 대한 측정들에 적합한 경계면들의 측정을 위한 방법 및 장치를 제안하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 복수의 유사한 광학 물체들 또는 요소들에 대한 고속 측정들에 적합한 경계면 측정 장치 및 방법을 제안하는 데 있다.

이 목적들 중 적어도 하나는 "기준 광학 요소"로 지칭되는 적어도 하나의 광학 요소를 포함하는 복수의 유사한 광학 요소들의 일부를 형성하는, 측정되는 광학 요소의 경계면들을 측정하기 위한 방법으로 달성되는데, 상기 방법은

- 조명 빔을 생성하도록 구성되고, 또한 이미징 수단의 시야에 있어서 상기 조명 빔에 의해 조명되는 광학 요소의 이미지들을 획득하도록 구성되는 이미징 수단을 포함하는, 이미징 채널; 및

- 상기 시야에 대하여 결정된 위치에서 측정 빔을 생성하도록 구성되고, 또한 거리 및/또는 두께 측정들을 생성하도록 구성되는 거리 광학 센서를 포함하는 측정 채널을 포함하는 측정 장치에 의해 구현되고,

상기 방법은

- 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소와 상기 측정 빔의 상대적 포지셔닝 단계, 이로써 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소의 경계면들의 측정을 허용하게 되고;

- 이로써 위치되는 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소의, "기준 이미지"로 지칭되는, 이미지의 획득 단계;

- 상기 측정되는 광학 요소의, "측정 이미지"로 지칭되는, 이미지의 획득을 허용하도록 상기 시야에 대하여 상기 측정되는 광학 요소의 포지셔닝 단계;

- 상기 기준 및 측정 이미지들에 기초하여, 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소에 대한 상기 측정되는 광학 요소의 시야에 있어서 위치의 차이의 결정 단계;

- 상기 위치의 차이를 제거하도록 상기 시야에 있어서 상기 측정되는 광학 요소의 위치의 조정 단계; 및

- 상기 측정 빔을 이용한 상기 측정되는 광학 요소의 경계면들의 측정 단계를 포함한다.

본 발명의 맥락에서, "광학 요소(optical element)"는 광학 빔을 형성하거나 및/또는 이미지를 생성하기 위해, 예를 들어 광학 빔 내에 삽입되는, 어떠한 종류의 광학적 객체든 지시할 수 있다. 이는 예를 들어,

- 렌즈 또는 블레이드와 같이 하나의 광학 구성요소;

- 광학 빔을 형성하기 위한 장치 또는 이미징 또는 카메라 대물렌즈와 같이, 렌즈들 및/또는 다른 광학 구성요소들의 조립체,

- 광학적 도파관, 광섬유 등을 지시할 수 있다.

광학 요소는 특히 렌즈들과 같은 굴절 또는 회전 요소들로 구성되거나 또는 이를 포함할 수 있다. 이때 이를 통과하는 빔의 전파 축에 대응하는 광학 축을 포함할 수 있다. 이 광학 축은 또한, 특히 굴절 렌즈들로 광학 요소들에 있어서, 광학 요소의 경계면들 또는 표면들 모두에 수직하는 축 또는 축만일 수 있다.

"복수의 유사한 광학 요소들(plurality of similar optical elements)"은 특히 대량 생산에 있어서 동일한 제조 단계들을 거치거나, 또는 하나의 동일한 뱃치로부터의, 동일한 종류의, 동일한 모델의 광학 요소들의 세트를 의미한다.

본 발명에 따른 방법은 광학 요소의 경계면들의 측정들을 수행하거나, 이로부터 예를 들어 이 경계면들의 거리 또는 위치의 측정들, 및/또는 광학 구성요소들의 두께들 또는 이들을 분리하는 간격들의 측정들을 도출하는 것을 가능하게 해준다. 이 경계면들은 예를 들어 렌즈들의 표면들을 포함할 수 있다.

이 측정들은 재귀-반사에 의해 작동하는 거리 센서의 측정 빔으로 수행될 수 있다. 이를 위해, 측정 빔은 측정되는 경계면들 상에 수직으로 입사될 필요가 있다(사용되는 광학계에 따른 각도 허용오차 한계들 내에서). 일반적으로, 이 조건은 측정 빔이 측정되는 광학 요소의 광학 축과 최적으로 또는 적어도 충분히 정렬될 것을 필요로 한다. 실제로, 이 포지셔닝은 까다롭고 시간이 많이 소모되는 작업이다.

본 발명에 따르면, 이 포지셔닝은 동일한 제조 단계들을 거치거나, 또는 예를 들어 하나의 동일한 뱃치, 하나의 동일한 생산 시리즈들로부터 유래되는, 복수의 유사한 광학 요소들의, 기준 광학 요소들로 지칭되는, 하나 또는 그 이상의 광학 요소들에 대하여 결정된다. 이렇게 결정된 측정 점은 이미징 수단의 시야에 있어서 기준 점에 대응한다.

본 발명에 따른 방법은 동일하거나 또는 유사한 제조 단계들에 따라 제조된 광학 요소들은 이들이 유사하게 조명될 때 반사되는 및/또는 투과되는 광도에 있어서 유사한 특정 패턴들 또는 특성들을 보인다는 사실을 이용한다. 이로써 이미징 수단의 시야에 있어서 이러한 광학 요소들의 상대적 변위들 또는 천이들을 결정하기 위해, 광학 요소들에 의해 반사되거나, 투과되거나 및/또는 산란되는 조명 빔에 의해 생성되고 또한 이러한 특정 패턴들 또는 특성들을 내포하는, 이미지들을 활용하는 것이 가능하다.

광학 요소들이 투명 구성요소들을 포함하거나 또는 이로 구성되는 한, 획득되는 이미지들은 일반적으로 이러한 요소들 또는 그 표면들의 이미지들이 아니고, 이 구성요소들과 조명의 상호작용으로부터 귀결된 광학적 신호들임에 유의해야 한다.

이렇게 획득되는 변위 정보는 그후 더 신속하고 효과적으로 광학 요소들을 시야에 있어서 기준 점에 대하여 위치시키는 데 이용될 수 있다. 기준 또는 측정 점에 위치되는, 측정 빔은 그후 측정되는 광학 요소의 광학 축과 자동으로 정렬된다. 측정 빔의 위치는 광학 요소의 경계면들의 가능한 가장 정확한 측정들이 획득될 수 있는 광학 위치에 대응한다. 특성 패턴 또는 형태에 대한 측정 빔의 포지셔닝 덕분에, 유사한 광학 요소들 모두에 대한 측정 빔의 최적의 위치가 신뢰도 있게 위치되는 것이 가능하고, 이로써 신뢰할 수 있고, 반복가능하고 재현가능한 측정들을 획득하는 것을 가능하게 해준다. 특성 형태에 대한 측정 빔의 포지셔닝에 대한 지식은 이로써 하나 또는 그 이상의 기준 광학 요소들에 대하여 측정되는 광학 요소들의 자동 포지셔닝에 그리고 이 특성 패턴들 중 적어도 하나의 위치발견 후, 이로부터, 직집적으로 추가적인 노력 없이, 광학 요소들의 후속 측정들을 위한 측정 빔의 위치를 도출하는 데 이용된다.

기준 광학 요소 또는 요소들 상에서 측정 점을 결정하고, 이로써 기준 광학 요소 또는 요소들과 측정 빔의 상대적 포지셔닝 단계는 알려진 방법들에 의해 수행될 수 있다. 이 단계는 측정되는 다른 광학 요소들에 대하여 반복될 필요가 없다.

본 발명에 따른 방법은, 특히 대량 생산에 있어서, 특히 예를 들어 자동차 산업에서 또는 스마트폰 대물렌즈들과 같은 렌즈들 또는 마이크로렌즈들로부터 형성되는 대물렌즈들의, 그 제조 동안 광학 요소들 또는 조립체들을 제어하기 위해 구현될 수 있다. 실제로, 이 경우에 있어서, 높은 생산 속도를 유지하기 위해 측정 시간을 최소화하는 것은 매우 중요하다. 본 발명에 따른 방법은 만족할만한 측정 신호들이 획득될 때까지 측정 빔으로 요소를 스캔할 필요 없이, 그리고 하나의 동일한 대량 생산으로부터의 뱃치 내 광학 요소 각각에 대하여 이 최적화를 수행할 필요 없이, 가능한 한 신속하게 가능한 한 신뢰할 수 있게 측정 빔의 최적화된 정렬에 대응하는, 측정되는 광학 요소 또는 조립체의 평균 광학 축(mean optical axis)을 결정하는 것을 가능하게 해준다. 특히, 측정 빔의 포지셔닝은 이 뱃치의 하나의 광학 요소의 측정에 대한 정보를 이용하여 신속하게 수행될 수 있다.

상기 기준 광학 요소와 상기 측정 빔의 상대적 포지셔닝 단계는 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소의 경계면들의 적어도 일 부분에 수직하도록 상기 측정 빔의 정렬을 포함할 수 있다.

한정적이지 않은 이 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 복수의 광학 요소들로부터의 복수의 기준 광학 요소들을 이용하여 복수의 기준 이미지들의 획득을 포함할 수 있다.

이 경우에 있어서, 기준 이미지는 복수의 기준 이미지들의 조합에 기초하여 생성될 수 있다. 이 조합은 예를 들어 서로 다른 기준 이미지들의 세기들을 이용함으로써 생성될 수 있다.

한정적이지 않은 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따르면, 위치들의 차이를 결정하는 단계는 상기 기준 및 측정 이미지들의 비교 단계를 포함할 수 있다.

이 비교 단계 동안, 형태들의 유사성 및 특히 이미지들의 광도 대비 형태들(luminous intensity contrast shapes)이 시야에 대하여 광학 요소의 상대적 위치를 결정하는 데 활용될 수 있다.

이 비교 단계는 이로써

- 상기 기준 및 측정 이미지들 각각에, 적어도 하나의 대응하는 특성 형태를 식별 및 위치시키는 단계;

- 상기 기준 및 측정 이미지들에 있어서, 상기 대응하는 특성 형태들 간의 위치의 차이 또는 상대적 변위를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

대안적으로 또는 이에 더하여, 상기 비교 단계는 이미지 상관 단계를 포함할 수 있다.

이미지 상관의 기술은 실제로 특히 2 개의 이미지들 간의 상대적 변위들 또는 위치의 차이들을 측정하는 데 적합하다. 이것은 다른 이미지 또는 기준 이미지에 대하여 이미지 전체 또는 일부의 변위 필드를 측정하는 기술이다.

일반적으로, 이미지들 간의 위치의 차이를 결정하는 단계는 알려진 이미지 등록 방법을 구현하는 것에 의해 수행될 수 있다.

위치의 차이 또는 상대적 변위는 기하학적 변환의 형태로, 예를 들어 병진 및 회전을 가지는, 견고한 기하학적 변환의 형태로 표현될 수 있다.

한정적이지 않은 일 실시예에 따르면, 위치의 조정 단계는

- 상기 시야에 대하여 상기 측정되는 광학 요소의 변위; 및/또는

- 상기 시야에 대하여 상기 측정 빔의 변위를 포함할 수 있다.

위치의 조정은 이전 단계에서 식별된 위치의 차이를 보상하기 위해 수행된다. 이것은 적어도 병진으로 수행하는데, 이것은 측정 빔을 위치시키기에 충분할 수 있다. 선택적으로 더 정확하게 하기 위해 이것은 또한 회전으로 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 또한 측정되는 광학 요소에 대하여 측정 빔의 포지셔닝의 최적화를 포함할 수 있다.

이 최적화는 검출된 세기 또는 예상되는 측정들로부터의 차이와 같은, 측정 파라미터를 최적화하기 위해, 측정 빔을 요소에 대하여 지역적으로 변위시키는 것에 의해 수행될 수 있다. 지역적 변위는, 예를 들어 도트 그리드 또는 경로에 따라, 또는 기울기 오차(error gradients))를 최소화하는 이러한 방식으로, 수행될 수 있다.

이 최적화는 물론 기준 광학 요소와 측정 빔의 상대적 포지셔닝에 대한 구현과 유사하다. 하지만, 최적이지 않을지라도, 경계면들의 측정을 허용하도록 이를 위치시키는, 측정 빔을 포지셔닝하는 가장 시간을 많이 소모하는 단계가 기준 및 측정 이미지들의 비교에 의해 측정 빔의 위치의 조정 덕분에 신속하게 수행되기 때문에, 여전히 더 신속하다.

한정적이지 않은 일 실시예에 따르면, 상기 측정되는 광학 요소에 관련된 방법의 단계들은 하나의 동일한 생산 라인으로 유래되는 측정되는 복수의 광학 요소들에 대하여 수행될 수 있다.

유리하게, 본 발명에 따른 방법은 스마트폰 대물렌즈와 같이, 렌즈들을 갖는 광학 조립체의 형태로 광학 요소의 경계면들 사이의 간격들 및/또는 위치들을 측정하도록 구현될 수 있고, 상기 경계면들은 렌즈들의 표면들을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 기준 광학 요소를 포함하는 복수의 유사한 광학 요소들의 일부를 형성하는, 측정되는 광학 요소의 경계면들을 측정하기 위한 장치가 제안되는데, 상기 장치는

- 조명 빔을 생성하도록 구성되고, 또한 이미징 수단의 시야에 있어서 상기 조명 빔에 의해 조명되는 광학 요소의 이미지들을 획득하도록 구성되는 이미징 수단을 포함하는, 이미징 채널; 및

- 상기 시야에 대하여 결정된 위치에서 측정 빔을 생성하도록 구성되고, 또한 거리 및/또는 두께 측정들을 생성하도록 구성되는 거리 광학 센서를 포함하는 측정 채널; 및

- 상기 거리 및/또는 두께 측정들, 및 상기 이미지들을 처리하도록 구성되는 처리 모듈을 포함하고,

본 발명에 따른 방법의 모든 단계들을 구현하도록 배치된다.

본 발명에 따른 방법을 구현하는 장치는 측정 시스템에 해당하는데, 이것은 측정 빔이 예를 들어 측정되는 광학 요소의 광학 축과 올바르게 정렬될 때, 활용가능한 측정 신호가 획득되고, 이것이 경계면들, 그 위치들 및 간격들을 식별하는 것을 가능하게 해주는 것을 의미한다.

이러한 장치는, 예를 들어 사양에 맞는지 검증하기 위해, 광학 요소들의 공정 중 제어가 수행되도록 허용한다. 나아가 위치 조정 후 활용가능한 측정 신호가 없다면, 이것은 측정 빔을 측정되는 광학 요소의 광학 축에 정렬시킬 수 없었음(예를 들어)을, 또는 이 요소는 그 구성요소들 모두에 공통되는 광학 축을 가지지 않음을 의미할 수 있고, 이는 광학 요소가 결함이 있어 거부되어야 함을 지시함에 유의해야 한다. 이 가정적인 경우는 예를 들어 광학 구성요소가 정렬되지 않거나, 중심에서 벗어나거나 또는 기울어져 있다면 발생할 수 있다.

한정적이지 않은 일 실시예에 따르면, 상기 광학 센서는 로우-코히어런스 간섭계를 포함할 수 있다.

이러한 간섭계는 특히 거리 및/또는 간격 측정들을 수행하는 데 적합하다.

적절한 어떠한 종류의 알려진 로우-코히어런스 간섭계도 사용될 수 있다. 이러한 간섭계는 특히

- 간섭 파들 간의 광학적 지연들을 생성하는 지연 라인을 갖는, 시간 영역에서의 로우-코히어런스 간섭계 기술;

- 간섭 신호들의 분석을 위한 분광계를 갖는, 스펙트럼 영역에서의 로우-코히어런스 간섭계 기술; 또는

- 튜닝가능한 레이저 소스를 갖는, 파장 스캐닝에 의한 로우-코히어런스 간섭계 기술을 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 또한 상기 측정 빔을 상기 이미징 채널로 삽입하기 위한 광학 요소들을 더 포함하여, 이로써 상기 시야로 전파될 수 있다.

이 광학 요소들은, 예를 들어 빔 스플리터들 또는 빔 스플리터 큐브들을 포함할 수 있다.

한정적이지 않은 장치의 특정 일 실시예에 따르면, 상기 측정 채널은 상기 측정되는 광학 요소의 반대 면 상에 입사되는 제2 측정 빔을 생성하도록 더 구성될 수 있다.

이 경우에 있어서, 측정되는 광학 요소는 그 양 면들에서 측정될 수 있다.

유리하게도, 본 발명에 따른 장치는 상기 복수의 광학 요소들을 수신하기 위한 지지부를 더 포함할 수 있다.

이 지지부는, 예를 들어 리셉터클들 또는 구멍들로 측정되는 복수의 광학 요소들을 수신하도록 의도되는 샘플들을 위한 지지부로 구성될 수 있고, 이 리셉터클들 또는 구멍들은 예를 들어 격자 패턴으로 정렬될 수 있다.

바람직하게, 측정되는 광학 요소들은 이미징 수단의 광학 축 및 측정 빔에 평행한 각각의 광학 축들을 가지도록 지지부 상에 정렬된다. 실제로, 렌즈들의 배럴들과 같이, 정밀한 허용오차들을 가지는 광학 요소들에 있어서, 이 평행성(parallelism)은 공차 및 기계적 조정에 의해 충분히 정확하게 수행될 수 있다.

이 경우에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 상기 이미징 수단의 광학 축에 수직하는 평면에서 상기 지지부를 변위시킬 수 있는 변위 수단을 포함할 수 있다.

이 변위 수단은 예를 들어 병진 및/또는 회전 테이블들을 포함할 수 있다.

측정되는 광학 요소들의 정렬은 그후 이미징 수단의 광학 축에 수직한 평면에서만 수행되는데, 이것은 쉽게 고속으로 획득될 수 있다.

본 발명의 다른 장점들 및 특성들은 첨부된 도면들로부터 및 한정적이지 않은 예들의 상세한 설명을 검토할 때 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 구현되는 측정 장치의 한정적이지 않은 일 실시예의 도면이다.
도 2는 본 발명의 측정 장치에 활용될 수 있는 광학 센서 예의 도면이다.
도 3은 본 발명에 활용될 수 있는, 측정되는 광학 요소들 또는 물체들의 예들을 도식적으로 보여준다.
도 4는 본 발명에 따른 측정 방법의 한정적이지 않는 일 실시예의 도면이다.
도 5는 본 발명에서 획득되는 기준 물체의 측정 예이다.
도 6a는 본 발명에서 획득되는 물체의 이미지의 일 예이다.
도 6b는 본 발명에서 획득되는 처리되는 이미지의 일 예이다.
도 7a는 본 발명에서 획득되는 기준 물체의 처리되는 이미지의 일 예이다.
도 7b는 본 발명에서 획득되는 측정되는 물체의 처리되는 이미지의 일 예이다.
도 8은 본 발명에 따른 방법의 단계들의 구현의 한정적이지 않은 일 예를 보여준다.
도 9는 본 발명에서 획득되는 측정되는 물체의 측정의 일 예이다.

이하에서 설명되는 실시예들은 한정적이지 않음이 잘 이해된다. 본 발명의 변형들은, 설명되는 다른 특성들로부터 분리되어, 이 특성의 선택이 종래 기술 수준에 비해 본 발명을 구별하거나 또는 기술적인 장점을 부여하기에 충분하다면, 특히 이하에서 설명되는 특성들의 선택만을 포함하는 것으로 예상될 수 있다. 이 선택은, 적어도 하나의 바람직하게 기능적인, 구조적인 상세사항들 없는, 또는 이 부분 만으로도 종래 기술 수준에 비해 본 발명을 구별하거나 또는 기술적인 장점을 부여하기에 충분하다면 구조적인 상세사항들의 일부만을 갖는, 특성을 포함한다.

특히, 설명되는 모든 실시예들 및 모든 변형들은 기술적인 관점에서 이 조합에 반대가 없다면 함께 조합될 수 있다.

도면들에 있어서, 수 개의 도면들에 공통된 요소들은 동일한 참조부호를 유지한다.

도 1은 본 발명의 맥락에서 구현될 수 있는 측정 장치의 한정적이지 않은 일 실시예의 도면이다. 이 장치는 특히 본 발명의 방법을 구현하는 데 이용될 수 있다.

도 1에 도시된, 장치(1)은, 복수의 렌즈들을 갖는 광학 조립체와 같은 광학 요소(5) 종류의 물체(5)에 대한, 광학 축을 따른, 경계면 위치들, 또는 두께들의 측정들을 수행하도록 배치된다.

측정 장치(1)는 이미징 채널(VI) 및 측정 채널(VM)을 포함한다. 측정 채널(VM)에 있어서, 거리 광학 센서(2)로부터 유래되는 측정 빔(11)이 시준기(20)로, 예를 들어 단일-모드 광섬유(21)에 의해 전달된다. 시준기(20)는 빔 스플리터(7), 바람직하게 이색성의, 또는 빔 스플리터 큐브에 의해, 측정되는 물체(5)를 향해 안내되는, 실질적으로 시준된 빔을 형성한다. 측정 빔(11)은 말단 대물렌즈(3)에 의해 물체 상에 포커싱된다.

시준기(20) 및 말단 대물렌즈(3)는 이로부터 측정 빔(11)이 물체(5) 내부에 또는 그 근방에 발생하는 광섬유(21) 코어를 이미징하는 이미징 시스템을 구성한다.

측정 빔(11)이 측정되는 물체(5)의 경계면 또는 표면 상에 이 경계면 또는 이 표면에 실질적으로 수직하는 방향으로 입사될 때, 특히 말단 대물렌즈(3)의 수준에서 각 구멍(angular aperture)에 종속하는 허용오차 한계들 내에서, 이 경계면 또는 이 표면에서 생성되는 반사들은 광섬유(21)로 리-커플링되고 광학 센서(2)에서 처리된다.

거리 광학 센서(2)는 로우-코히어런스 간섭계를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 맥락에서 이용가능한, 시간 영역에서의 로우-코히어런스 간섭계의 일 예를 보여준다.

로우-코히어런스 간섭계(2)는 예를 들어 적외선 영역에서 작동될 수 있다. 반사방지 처리들을 가지는 광학 조립체들을 측정할 때, 이 경우에 있어서 높은 반사율을 보여줄 수 있는, 반사방지 처리가 최적화되는 파장과는 다른 작동 파장의 간섭계를 선택하는 것이 유리할 수 있다. 그러므로, 적외선 영역에서 작동하는 간섭계는 가시광선 파장들에서 사용되는 광학 조립체들을 측정하는 데 매우 적합하다.

나아가, 도 1에 도시된 구성에 있어서, 간섭계(2)는 이미징 수단을 통해 작동되는데, 특히 말단 대물렌즈(3)에 있어서는, 현미경에서는 표준인, 가시광선 파장들에서 최적화되어 있다. 이제, 한편 가시광선 파장들에 최적화된 광학계들의 반사방지 처리들이 적외선 하에서 표면들의 반사율을 종종 30%까지, 실질적으로 증가시키는 경향이 있음이 알려져 있는데, 이것은 적외선 간섭측정에 있어서는 매우 힘든 측정 조건들을 구성한다. 간섭계(2)에 구현되는 이 방법은 특히 기생 반사들에 실질적으로 둔감하도록 만들어지는 것을 허용한다.

이 결과는 물체(5)의 경계면들을 둘러싸는 측정 구역 또는 범위 내에서만(또는 적어도 빔(1)을 따라 시준기(20)와 물체(5) 사이의 광학적 거리와 동등한 광학적 거리에서) 발생하는 측정 빔(11)의 반사들이 이용가능한 간섭들을 야기시킬 수 있는 로우-코히어런스 간섭계 원리를 구현하는 것에 의해 달성된다.

도 2에 도시된 것과 같은, 간섭계(2)는 단일-모드 광섬유들에 기초한 이중 마이켈슨 간섭계를 포함한다. 이것은 섬유 광 소스(42)에 의해 조명된다. 광 소스(42)는 그 중심 파장이 1300 nm 내지 1350 nm 대일 수 있는 SLD(Super Luminescent Diode)일 수 있다. 이 파장의 선택은 특히 구성요소들의 이용가능성의 기준에 대응한다.

소스(42)로부터 발생하는 광은 커플러(40) 및 섬유(21)를 통해 시준기(20)로 안내되어, 측정 빔(11)을 구성한다. 빔의 일부는 기준 파를 구성하기 위해, 섬유(21) 내에서 시준기(20) 수준에서, 예를 들어 광섬유의 끝단을 구성하는 실리카-공기 또는 유리-공기 경계면에서 반사된다.

물체(5)로부터 유래하는 재귀-반사들은 섬유(21) 내에서 커플링되고 기준 파와 광섬유 커플러(41) 주위에 구축되는 디코딩 간섭계로 안내된다. 이 디코딩 간섭계는 광학 상관기 기능을 가지는데, 그 2 개의 암들은 각각 고정 기준(44) 및 시간-지연 라인(45)이다. 기준(44) 및 지연 라인(45)의 수준에서 반사되는 신호들은, 커플러(41)를 통해, 검출기(43) 상에서 결합된다. 지연 라인(45)의 기능은 입사 파와 반사 파 사이에, 예를 들어 미러의 변위에 의해 획득되는, 알려진 방식으로 시간에 대해 가변적인, 광학적 지연을 도입하는 것이다.

디코딩 간섭계의 암들(44 및 45)의 길이는 지연 라인(45)으로 시준기(20)의 수준에서 반사되는 기준 파와 물체(5)로부터 유래되는 재귀-반사들 사이의 광학적 경로들에 있어서의 차이들을 재현하는 것이 가능하도록 조정되는데, 이 경우에 있어서 간섭 피크는 검출기(43) 수준에서 획득되고 그 형태 및 폭은 소스(42)의 스펙트럼 특성들에 달려 있다.

그러므로, 측정의 범위는 디코딩 간섭계(2)의 암들(44 및 45) 사이의 광학적 길이에 있어서의 차이에 의해, 및 지연 라인(45)의 최대 스트로크에 의해 결정된다. 게다가, 기준 파는 이미징 시스템의 외부에 있는 시준기(20)의 수준에서 생성되기 때문에, 측정 채널(VM) 내의 기생 반사들은 간섭들에 크게 기여하지 않는다.

도 1을 참조하면, 도시된 실시예에 따른 장치(1)의 이미징 채널(VI)은 CCD7 매트릭스 센서가 구비된 카메라(6) 뿐만 아니라, 물체(5) 상의 시야에 따라, 카메라(6)의 센서(7) 상에, 물체(5)의, 또는 적어도 그 입력 면의, 이미지를 형성하기에 적절한 이미징 광학 수단을 포함하고, 이 시야는 이미징 광학 수단의 배율 및 센서(7)의 치수에 실질적으로 비례한다.

도 1의 구현 예에 있어서, 이미징 광학 수단은 광학 지연(13) 및 물체(5) 측 상에 배치되는 말단 대물렌즈(3)를 포함한다.

장치(1)의 이미징 채널(VI)은 또한 그 방출 스펙트럼이 가시광선 및/또는 근적외선(대략 1μm) 파장들을 포함하는 광원(8)을 포함한다. 이 광원(8)은 반사에 의해 그 이미징을 허용하도록 물체(5)를 조명하는 조명 빔(9)을 방출한다. 명확함을 위해, 조명 빔(9)은 도 1에 있어서 광원(8)으로부터 물체(5)로 광을 그리고 반사된 광을 카메라(6)로 안내하는 것을 가능하게 해주는 스플리터(10) 뒤에는 도시되어 있지 않다.

장치(1)는 또한, 광원(8)에 더하여 또는 이의 교체로서, 투과로 물체(5)를 조명하기 위한 광원(8a)을 포함할 수 있다.

측정 빔(11)을 포함하는 간섭 측정 채널(VM)은 적어도 부분적으로 이미징 광학 수단 및 특히 말단 대물렌즈(3)를 통과하도록 배치된다. 측정 빔(11)은 커플링 수단(7)에 의해 이미징 광학 수단에 삽입되어 이미징 채널의 시야에 포함되는 측정 구역을 따라 물체(5) 상에 입사된다.

도시되지 않은, 다른 구성에 있어서, 측정 빔은 대물렌즈(3)와 물체(5) 사이에 위치되는 빔 스플리터에 의해 이미징 수단의 시야로 삽입될 수 있다.

도 1의 조립체는 이로써 간섭 측정 빔(11)을 도시된 예에 있어서는 카메라(6), 말단 대물렌즈(3) 및 지연 렌즈(13)로 구성되는, 이미징 시스템의 시야로 삽입하는 것을 가능하게 해준다. 이 구성 덕분에, 측정 빔(11)의 위치는 알 수 있거나 또는 인덱싱되거나, 또는 이미징 시스템에 의해 생성되는 이미지들에 대해서는 적어도 고정될 수 있다.

시준기(20)는 또한 선택적으로 알려진 방식으로 측정 빔(11)의 위치를 이로 인해 이미징 수단에 의해 커버되는 시야에 대하여 물체(5) 상의 측정 점의 위치를 변위시키는 것을 가능하게 해주는 변위 수단(15)을 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 것과 같은 장치(1)에 있어서, 간섭 측정 빔(11)은 이미징 채널(VI) 내, 동일한 위치에 고정이 유지된다. 이로써, 측정 빔(11)의 위치는 또한 카메라의 기준 프레임 내에 고정이 유지된다. 이것은 또한 장치의 초기 정렬 단계 중 조정되거나 및/또는 정확하게 결정될 수 있다.

도 1에 도시된 것과 다른 구성에 있어서, 장치는 검사되는 물체(5) 상에 제2 측정 빔을, 이미징 채널의 요소들로부터 물체에 대하여 반대 측으로부터 전달하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 이 구성에 있어서, 이미징 수단에 의해 생성되는 이미지들에 대하여 제2 측정 빔의 위치를 고정으로 유지하거나 인덱싱하는 것이 가능하다.

이 경우에 있어서, 장치는 또한 측정 빔(11)을 포함할 수 있고, 이것은 그 양 면들 상에서 물체(5)를 측정하는 것을 가능하게 해준다.

제2 측정 빔은 센서(2)로부터, 또는 동일하거나 또는 다른 측정 원리를 구현하는 다른 센서로부터 유래할 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에 따른 장치(1)는 또한 측정되는 물체들(5)을 수신하도록 의도된 샘플 지지부(30), 뿐만 아니라 병진 및/또는 회전 테이블들과 같은, 변위 수단(14)을 포함하는데, 이것은 이미징 수단의 광학 축에 수직하는 평면 내에서 지지부(30)를 변위시키는 것을 가능하게 해준다.

도 1에 도시된 일 예에 따르면, 특히 대량으로 생산되는 카메라 대물렌즈들의 종류인 광학 요소들(5)의 형태로 물체들(5)의 제어를 위해, 샘플 지지부(30)는 측정되는 복수의 물체들(5)을 수신하는 것을 가능하게 해주는 복수의 리셉터클들(31)을 포함한다.

예를 들면, 이 물체들(5)은 배럴에 조립되는 렌즈들일 수 있고, 리셉터클들은, 베이스에 배럴이 안착되는 숄더를 갖는, 배럴들에 대응하는 지름을 갖는 관통공들이다.

바람직하게, 샘플 지지부(30)는 측정되는 물체들(5)이 이미징 시스템의 광학 축에 평행한 가장 중요하게는 측정 빔(11)의 광학 축에 평행한 그 각각의 광학 축들을 가지고 위치되도록 배치된다. 이로써, 물체들(5)의 광학 축 상에의 측정 빔(11)의 정렬은 평면(14)에서만, 이로써 고속으로 변위 수단으로 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 장치(1)는 또한 거리 및/또는 두께 측정들, 및 이미지들을 처리하도록 구성되는, 처리 모듈(50), 또는 컴퓨팅 모듈을 포함한다. 이 컴퓨팅 모듈은 적어도 하나의 컴퓨터, 중앙 처리 또는 계산 유닛, 마이크로프로세서(바람직하게 전용) 및/또는 적절한 소프트웨어 수단을 포함한다.

도 1에 도시된 실시예에 따르면, 장치(1)은 이하에서 설명되는 본 발명에 따른 방법의 단계들을 구현하는 데 이용될 수 있다.

도 3은 측정되는 광학 요소들 또는 물체들(5)의 예들을 보여준다. 이것들은 배럴(36)에 장착되고 공통 광학 축(23)을 따라 적재되는 수 개의 렌즈들 또는 마이크로렌즈들(35)에 의해 그 각각이 구성되는 대물렌즈들이다.

도 3 (a)는 이상적인 경우를 보여주는데, 여기서 렌즈들(35)은 완벽하게 정렬되고 렌즈들(35)의 광학 축들 각각은 이렇게 형성되는 대물렌즈의 공통 광학 축(23) 상에 중첩된다.

도 3 (b) 및 도 3 (c)는 도 3 (a)에 제시된 동일한 물체(5)를 보여준다. 측정 축을 따른 간섭계의 측정 빔(11)의 위치가 지시된다. 제시된 2 가지 경우들에 있어서, 물체(5)의 광학 축(23)과 측정 빔(11)에 의해 표현되는 측정 축은 다르고, 측정 빔(11)의 위치는 최적이지 않다. 도 3 b 및 도 3 c는 측정 빔(11)과 고려되는 광학 축(23)의 정렬 오차들의 2 가지 종류들을 보여주는데, 소위 그 각각은 측정 빔(11)의 중심 오차 및 각도 정렬 오차이다. 양 경우들에 있어서, 이것은 최적화되지 않은 측정들, 또는 불가능한 것으로 귀결된다.

도 3 (b)에 도시된 바와 같이, 측정 빔(11)의 반사들(25)은 물체(5)의 각 경계면에서 생성된다. 측정 빔(11)에 대한 물체(5)의 광학 축(23)의 정렬 오차의 결과로서, 경계면들에서 반사들(25)의 전파 방향은 더 이상 측정 빔(11)의 방향(24)과 정렬되지 않는다. 이것은 장치(1)의 측정 채널의 광섬유(21)와의 커플링 중 재귀-반사되는 신호의 세기의 손실로 이어진다. 이후에 경계면들은 심각한 오차들로 검출되지 않거나 또는 측정되지 않을 수 있다.

도 3 (a) 내지 (c)에 제시된 예들에 있어서, 광학 요소들(렌즈들(35))은 서로에 대하여 완벽하게 정렬되고 배치된다. 조립 중 생성되는 렌즈들(35)의 개별적인 위치들의 오차들은 경계면들의 반사들의 검출에 있어서 동일한 문제들을 통해 명백해질 것이다. 이러한 상황에서, 하나의 광학 대칭 축은 존재하지 않는다.

도 3 (d)는 그 각각이 공통 대칭 축(23)과 약간 다른 광학 축(26)을 가지는 렌즈들(35)의 조립체를 보여준다. 측정은 이때 이 렌즈들(35)의 개별적인 광학 축들(26)에 대하여 각각의 렌즈(35)에 대한 측정 빔(11)이 최소 포지셔닝 오차에 대응하는 축 상에 정렬될 때만 최적화된다.

도 4는 본 발명에 따른 측정 방법의 한정적이지 않는 일 실시예의 도면이다.

도 4에 도시된 방법(100)은 거리 광학 센서의 측정 빔과 기준 물체의 상대적 포지셔닝 단계(102)를 포함하고, 이로써 기준 물체의 경계면들의 측정을 허용하게 된다. 측정 빔은, 예를 들어, 도 1의 장치(1)에 대하여 설명된 것과 같이, 로우-코히어런스 간섭계으로부터 유래할 수 있다. 기준 물체와 측정되는 물체 각각은 복수의 유사한 물체들의 일부를 형성한다.

단계 102는 기준 물체의 광학 축을 나타내는 측정 점을 결정하고, 이로써 기준 물체의 광학 축과 측정 빔을 정렬시키는 것을 가능하게 해준다. 측정 빔은 기준 물체의 경계면들의 측정에 대하여 최적화된 위치에 위치된다.

최적화된 측정 위치, 또는 기준 위치는 기준 물체의 평균 광학 축에 대하여 측정 빔의 최근접 정렬에 대응한다. 이 구성에 있어서, 가능한 한 정확하게 물체를 형성하는 요소들의 경계면들의 위치들의 측정이 획득될 수 있다.

일 예에 따르면, 포지셔닝 단계(102) 동안, 측정 빔은 기준 물체의 경계면들 중 적어도 일부에 수직하도록 정렬된다.

기준 물체에 대한 최적화된 측정 위치의 결정 단계(102)는 수 개의 접근법들에 따라 수행될 수 있다.

측정 신호들의 크기들 및/또는 예상되는 값들과 측정들의 대응과 같은 기준에 따라 최적 위치를 결정하기 위해 예를 들어 미리 결정된 경로에 따라(예를 들어 격자로 또는 나선으로) 측정 빔에 의한 기준 물체의 시스템적인 스캐닝을 수행하는 것이 가능하다.

물론, 카메라는 선-포지셔닝을 수행하는 데 그리고 스캐닝 구역을 한정하는 데 이용될 수 있다.

이 포지셔닝 단계(102)가 상기에서 설명된 바와 같이 샘플 지지부(30)를 포함하는 장치(1)로 구현될 때, 측정 빔(11)은 광학 요소들(5) 또는 물체들의 각각의 광학 축들에 평행한 것으로 고려될 수 있다. 측정 위치를 결정하는 데 있어서, 변위들이 그후 병진 및/또는 회전 테이블들과 같이, 그 변위 수단(14)으로 샘플 지지부(30)의 평면에서 단순히 수행된다.

도 5는 하나의 동일한 광학 축을 따른 4 개의 마이크로렌즈들의 적재에 의해 형성되는, 카메라 대물렌즈 종류의 광학 요소(5)에 대하여, 도 2에 도시된 것과 같은 로우-코히어런스 간섭계(2)로 획득되는 간섭 측정의 일 예를 보여준다. 이 마이크로렌즈들은 각각 두께들(d1, d2, d3 및 d4)을 가지고 또한 간격들(e1, e2 및 e3)에 의해 분리되어 있다. 마이크로렌즈들의 표면들의 위치들, 또는 경계면들 사이의 거리들의 예상되는 값들은 설계에 의해 알려져 있거나 또는 초기 측정들에 의해 도출될 수 있다. 연속적인 곡선(51)은 광학 요소(5)의 렌즈들의 경계면들 상에서 측정 빔의 반사들을 나타내는 대응하는 인터페로그램 엔벨롭 피크들을 갖는 측정 신호(51)를 보여준다. 이 피크들은 실제 경계면들에 대응할 수 있거나, 또는 시스템에 있어서 복수의 반사들로 인할 수 있다(가상의 경계면들). 실제 경계면들을 식별하기 위해, 특히 복잡한 샘플들에 있어서, 표면들의 위치들에 대한 예상되는 값들과 같이, 광학 요소(5)에 대한 선험 지식을 이용하는 것이 가능하다. 도 5의 예에 있어서, 측정 신호(51)에 대해 식별된 것과 같이, 마이크로렌즈들의 표면들의 예상되는 각각의 위치들은, 십자표들에 의해 지시된다. 측정 신호 상의 예상되는 경계면들의 식별 및 예상되는 값들과 측정된 위치들 및/또는 거리들에 대한 값들의 비교는 측정 및 기준 대물렌즈의 광학 축에 대한 측정 빔의 위치를 입증하는 것을 가능하게 해준다. 실제로, 측정 빔이 광학 축에 대하여 잘못 위치되면, 일반적으로 측정 신호(51) 상에서 검출되는 피크들이 없거나, 또는 일부만, 위치들 또는 거리들에 대한 부정확한 값들을 갖는다. 나아가, 특히 측정 광학 요소(5)에 있어서, 예상되는 값들에 대한 허용오차의 한계 외부에 위치들 또는 거리들에 대한 소정의 값들 또는 피크들의 부재는, 예를 들어 잘못 위치된 렌즈들을 갖는, 잘못된 광학 요소를 지시한다.

도시된 예에 있어서, 도 5는 기준 카메라 대물렌즈의 경계면들 상에서 입증되는 실험 측정 결과를 제공하고, 연속적인 곡선(51)의 피크들은 마이크로렌즈들의 표면들의 예상되는 위치들에 대응하는 위치들을 가진다. 이 결과는 그러므로 기준 카메라 대물렌즈의 광학 축과 측정 빔의 정렬을 나타낸다.

방법(100)의 단계(104) 동안, 이전 단계(102)에서 위치되는 바와 같이, 기준 광학 요소의 또는 물체의 "기준 이미지"로 지칭되는, 이미지가 획득된다. 이 획득은 본 발명에 따른 장치(1)의, 이미징 시스템 또는 이미징 채널(VI) 덕분에 수행된다.

도 1을 참조하여 상기에서 설명된 바와 같이, 물체(5)는 조명 빔(9)에 의해 조명된다. 도시된 예에 있어서, 이 빔은 부분적으로 카메라(6)의 광검출기(7) 상에 이미징되는 이미징 빔(12)을 따라 물체에 의해 반사된다.

반사 이미지들은 요소(5)의 또는 물체의 제1 표면들, 예를 들어 배럴의 요소들의 및/또는 제1 광학 구성요소의 표면에 의해 반사되는 광에 의해 생성될 수 있다.

이미지들은 또한 조명 빔(9)에 의해 조명되는 물체의 서로 다른 광학 구성요소들로부터 발생하는 다중 반사들로부터 귀인될 수 있다.

이로써 이미징 조건들의 및 검사되는 물체의 광도 대비 형태들 특성(luminous intensity contrast shapes characteristic)을 갖는 이미지들이 생성된다.

도 6a는 조명 하에서 카메라 대물렌즈의 마이크로렌즈들에 의해 반사되는 다중 반사들의 컴퓨터(50) 상에서의 획득 및 처리 후 이미지의 일 예이다. 이 예에 있어서, 광도 대비들은 실질적으로 동심 원들의 특성 형태들을 가진다.

광학 요소 또는 조립체 종류의 물체(5)를 이용해, 엄밀히 말하면 획득되는 것은 물체의 이미지가 아닌데, 이것은 조립체의 요소들의 표면들이 반사성이거나 및/또는 투명하기 때문임에 유의해야 한다. 획득되는 이미지는 대신 예를 들어 렌즈들 사이 및 조립체의 벽들 상에서의 조명 빔(9)의 반사 및 산란되는 부분들의 기여로 인한 가상의 시그니쳐에 대응한다. 이것은 광학 요소에 있어서 기생 반사들의 이미지를 수반한다. 특히, 이 이미지는 일반적으로 조립체의 광학 축이 가시화되는 것을 허용하지 않는다.

이러한 관점에서, 더 많은 기생 반사들을 생성하도록, 특히 반사방지 처리 수준에서, 그 스펙트럼이 광학 요소(5)가 최적화되었던 파장들이 아닌 파장들을 포함하는 반사 광원(8)을 이용하는 것이 유리할 수 있다.

측정 빔의 위치(70) 또한 도 6a에 지정된다. 하지만 이 위치는 카메라(6)의 시야 내에서 고정되어 유지되므로, 정확히 알 필요가 없음에 유의해야 한다.

기준 물체의 소집되는 이미지는, 장치(1)의 데이터 저장 수단에 예를 들어 컴퓨터(50)에 저장된다.

방법의 단계 106 중, 측정되는 물체는 카메라(6)의 시야에 대하여 위치되어 물체의 "측정 이미지"로 지칭되는, 이미지의 획득을 허용하게 된다.

도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 제조 뱃치의 복수의 물체들(5)은 배치된 지지부(30) 상에 배치되어 측정 빔(11)의 광학 축에 평행하고 또한, 측정되는 물체들(5)이 장치(1)의 이미징 시스템의 광학 축에 평행한 그 각각의 광학 축들을 가지고 위치된다.

변위 수단(14)은 이미징 수단의 시야에 대하여 그리고 이 시야에 대하여 고정된 측정 빔(11)에 대하여 물체들(5)을 변위시키는 것을 가능하게 해준다. 변위 수단(14)은 이로써 조명 수단 또는 검출 시스템 및 측정 빔(11)의 위치를 변경할 필요 없이 측정되는 물체(5)를 변경하는 것을 가능하게 해준다. 하지만, 지지부(30) 상에 물체들(5)의 포지셔닝의 불확실성으로 인해, 이 변위 수단은 전반적으로 또는 적어도 신뢰할 수 있을 정도로, 물체(5) 상의 올바른 위치에 조명 빔(11)을 직접 위치시키는 것을 가능하게 해주지 않는다.

기준 및 측정되는 물체들(5)이 동일하거나 또는 유사하다면, 동일한 측정 장치(1)로 획득되는 물체들(5)의 각각의 측정 이미지들은 이미지들 내에 존재하는 대비 패턴들 또는 텍스쳐들이 유사하다는 의미에서 유사하다. 측정 이미지들은 그러므로 또한 미리 저장된 기준 이미지와 유사하다.

측정 이미지가 물체에 대해서 획득되기만 하면, 방법의 단계 107에서 기준 이미지에 비교된다. 이 비교 단계(107)는 기준 물체에 대한 측정되는 물체의 시야에 있어서 위치들의 차이를 결정하기 위해 대비 또는 형태들의 유사성들을 활용하는 것을 가능하게 해준다.

단계 107 동안, 측정 및 기준 이미지들은 이로부터 이미징 시스템의 시야에 있어서 기준 물체에 대한 측정되는 물체의 위치 차이 정보의 항목을 도출하기 위해 분석된다. 위치 정보의 차이는 측정 빔(11)에 대해 측정되는 물체의 상대적 위치를 도출하는 것을 가능하게 해주고, 그 위치는 시야 내에 고정되어 유지된다.

단계 107의 구현의 일 예에 따르면, 유사한 형태들 또는 윤곽들이 측정 및 기준 이미지들에서 발견되고, 이 윤곽들 및 형태들이 다른 위치들에서 나타나는 것이 가능하다.

보다 상세하게, 단계 108 동안, 각각의 이미지는 하나 또는 그 이상의 특성 형태들을 식별하고 위치시키기 위해 분석된다. 획득된 이미지들에서 특성 형태들의 식별은 알려진 이미지 처리 기술들로, 예를 들어 형태 인식 및/또는 이미지 상관에 의해, 수행될 수 있다.

특성 형태들은, 예를 들어 그레이스케일의, 또는 칼라의, 이미지, 또는 이미지의 일부, 또는 윤곽 추출 및/또는 세그멘테이션 기법에 의해 획득되는 윤곽 이미지를 포함할 수 있다. 형태들은 캘리브레이션 측정들 및/또는 이론적 또는 기하학적 모델링으로부터 발생할 수 있다. 이것들은 고유의, 전역 이미지 또는 구조의 형태, 또는 알려진 공간 관계들을 갖는 불연속 이미지들의 세트 또는 구조들을 취할 수 있다.

특성 형태들은 일부 경우들에 있어서 미리 결정될 수 있다.

특성 형태들의 위치의 차이들은 측정되는 물체 및 시야에 있어서 기준 물체의 개별적인 위치들에 대응한다.

단계 109 동안, 2 개의 이미지들의 윤곽들 또는 특성 형태들 사이의 거리들은 이후에 2 개의 이미지들 사이에서, 동일한 시야에서, 위치들의 차이를 제공하기 위해 계산될 수 있다.

도 6b는 도 6a의 이미지의 처리의 일 예를 보여준다. 적용되는 처리는 그래디언트 타입의 필터링이고, 이것은 도 6a의 이미지의 그레이스케일에 있어서 변화들을 강조한다. 따라서 투명한 광학 요소들에 있어서 산란 또는 기생 반사 이미지들 상에 더 쉽게 위치되는 특성 형태들은 명백해질 것이다.

도 7a 및 도 7b는 각각 기준 물체 및 측정되는 물체의 처리되는 이미지들의 예들을 보여준다. 처리는 특성 형태들(82)이 나타나도록 야기시킨다. 커서(80)는 카메라의 시야 내 처리 빔의 위치를 지시한다. 도 7a에서, 기준 이미지에 대응하여, 이 측정 빔의 위치는 기준 물체의 광학 축과 정렬된다.

도 7b에서, 측정되는 물체는 도 7a의 기준 물체의 위치에 대하여 이미징 시스템의 시야에서 다른 위치에서 나타난다. 제2 커서(81)는 이 측정되는 물체의 광학 축의 위치를 지시하는데, 그 위에 측정 빔이 배치되어야 하고, 또한 이는 알려져 있지 않다. 커서들(80, 81)의 위치에 있어서의 차이는 이로써 시야에 있어서 기준 물체에 대하여, 또한 결과적으로 거리 광학 센서의 측정 빔에 대하여, 측정되는 물체의 천이에 대응한다. 본 발명에 따르면, 이 천이는 이미지 등록 기술에 의해 결정되고, 그 목적은 시야에, 2 개의 이미지들 및/또는 그 특성 형태들(82)을 최적 중첩시켜, 그 위치의 차이를 결정하는 데 있다.

본 발명의 방법의 단계 107의 구현의 선택적인 예에 따르면, 이미지 상관 방법이 시야에 있어서 기준 물체에 대하여 측정되는 물체의 위치들의 차이를 결정하는 데 이용된다. 기준 이미지와 측정되는 물체의 변형된 또는 변위된 이미지 사이의 차는 관찰되는 특성 형태의 변위 필드의 효과에서만 발생한다고 가정된다.

도 8은 이미지 상관의 이용에 기초한 방법의 단계 107의 구현의 일 예를 보여준다.

도 8(a) 및 도 8(b) 각각은 저장된 기준 물체의 기준 이미지 및 측정되는 물체의 측정 이미지를 보여준다. 도 8(c)는 특정 상대적 위치 (x, y)에 대한, 상관 계산을 위해 이용되는, 도 8(a) 및 (b)의 이미지들의 중첩을 보여준다. 서로 다른 상대적 위치들 (x, y)에 대한 이미지들의 복수의 중첩들은 이 계산을 수행하기 위해 이용된다.

도 8(d)는 이 이미지들의 복수의 상대적 위치들 (x, y)의 함수로서, 도 8(a) 및 (b)의 이미지들의 상관 그래프를 보여준다. 원 위치(91)는 기준 이미지의 위치에 대응한다. 그래프의 최대는 측정 이미지에 대한 최대 상관의 위치(92)에 대응한다. 2 개의 위치들(91, 92)의 비교는 동일한 시야에서 2 개의 이미지들 사이의 등록 값들을 획득하고 또한 이로써, 동시에, 위치 조정들이 측정 및 기준 물체들 사이에서 수행되는 것을 가능하게 해준다.

도시된 예에 있어서, 이 등록 또는 조정 값들은 병진으로만 결정됨에 유의해야 한다. 실제로, 고려되는 광학 물체들 또는 요소들은 필수적으로 그 광학 축에 대하여 회전 대칭을 가지는 한, 기준 물체와 측정 물체 사이의 위치의 회전 차는 무시될 수 있다.

기준 물체에 대한 측정되는 물체의 시야에 있어서 위치들의 차이가 결정된 때, 도 4에 도시된, 본 발명에 따른 방법의 다음 단계 110은, 기준 물체의 위치에 대하여 시야에서 측정되는 물체의 위치의 조정으로 구성되고, 이로써 위치들의 차는 제거되게 된다.

실제로, 상기에서 알 수 있는 바와 같이, 기준 물체와 측정되는 물체의 이미지들 간 이미징 시스템의 시야에 있어서의 위치들의 차는 동일한 시야에 있어서 물체들의 위치들에 있어서의 차를 직접 도출하는 것을 가능하게 해준다.

이 지식은 측정되는 물체가 기준 물체의 위치에 대응하는 위치에 이를 배치하도록 시야에서 변위되는 것을 허용한다. 이 단계 110 동안, 측정되는 물체의 광학 축은 이로써 거리 광학 센서(2)의 측정 빔(11)과 자동적으로 정렬된다. 이것은 이 방법의 단계 102에서 결정되고 또한 기준 물체의 광학 축을 나타내는 측정 지점이 측정되는 물체 상에 위치된다는 사실 때문이다.

제시된 실시예에 있어서, 위치의 조정 단계 110는 한편으로 변위 수단(14)을 이용해 시야에 대하여 측정되는 물체를 변위시키는 것에 의해 수행된다.

물론, 다른 한편 이 위치 조정은 변위 수단(15)을 이용해 시야에 대하여 측정 빔을 변위시키는 것에 의해 수행될 수 있다.

등록 단계 110의 종료 시, 측정되는 물체는 이로써 시야에 올바르게 위치되어, 측정 빔은 측정되는 물체의 광학 축에 정렬된다.

측정 단계 112 동안, 측정되는 물체의 경계면들은 측정 빔(11)을 이용해 측정된다.

도 9는 기준 대물렌즈로서 동일한 제조 뱃치로부터 나오는 카메라 대물렌즈에 대한 로우-코히어런스 간섭계 측정 결과의 일 예를 보여주는데, 그 측정 결과들은 도 5에 도시되어 있고 광학 축의 대표적인 측정 지점을 결정하는 단계 104에 대하여 상기에서 설명되었다.

도 9에서, 측정되는 세기는 측정 빔에 의해 이동하는 거리의 함수로서 추적된다. 마이크로렌즈들의 표면들의, 십자표들에 의해 표시된, 예상되는 위치들에 대응하는 세기 피크들이 올바르게 검출된다.

물론, 본 발명은 설명된 예들에 한정되지 않고, 또한 다양한 변형들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이 예들에 수행될 수 있다.

Claims (15)

1. "기준 광학 요소"로 지칭되는 적어도 하나의 광학 요소를 포함하는 복수의 유사한 광학 요소들의 일부를 형성하는, 측정되는 광학 요소(5)의 경계면들을 측정하기 위한 방법(100)에 있어서, 상기 방법(100)은
   - 조명 빔(9)을 생성하도록 구성되고, 또한 이미징 수단(3, 6, 13)의 시야에 있어서 상기 조명 빔(9)에 의해 조명되는 광학 요소의 이미지들을 획득하도록 구성되는 이미징 수단(3, 6, 13)을 포함하는, 이미징 채널(VI); 및
   - 상기 시야에 대하여 결정된 위치에서 측정 빔(11)을 생성하도록 구성되고, 또한 거리 및/또는 두께 측정들을 생성하도록 구성되는 거리 광학 센서(2)를 포함하는 측정 채널(VM)을 포함하는 측정 장치(1)에 의해 구현되고,
   상기 방법(100)은
   - 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소와 상기 측정 빔(11)의 상대적 포지셔닝 단계(102), 이로써 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소의 경계면들의 측정을 허용하게 되고;
   - 이로써 위치되는 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소의, "기준 이미지"로 지칭되는, 이미지의 획득 단계(104);
   - 상기 측정되는 광학 요소의, "측정 이미지"로 지칭되는, 이미지의 획득을 허용하도록 상기 시야에 대하여 상기 측정되는 광학 요소(5)의 포지셔닝 단계(106);
   - 상기 기준 및 측정 이미지들에 기초하여, 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소에 대한 상기 측정되는 광학 요소(5)의 시야에 있어서 위치의 차이의 결정 단계(107);
   - 상기 위치의 차이를 제거하도록 상기 시야에서 상기 측정되는 광학 요소(5)의 위치의 조정 단계(110); 및
   - 상기 측정 빔(11)을 이용한 상기 측정되는 광학 요소(5)의 경계면들의 측정 단계(112)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(100).
2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소와 상기 측정 빔(11)의 상대적 포지셔닝 단계(102)는 상기 적어도 하나의 기준 광학 요소의 경계면들의 적어도 일 부분에 수직하도록 상기 측정 빔(11)의 정렬을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(100).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방법은 복수의 광학 요소들의 복수의 기준 광학 요소들을 이용하여 복수의 기준 이미지들의 획득을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(100).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 위치들의 차이를 결정하는 단계(107)는 상기 기준 및 측정 이미지들의 비교 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(100).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 비교 단계가
   - 상기 기준 및 측정 이미지들 각각에, 적어도 하나의 대응하는 특성 형태를 식별 및 위치시키는 단계(108);
   - 상기 기준 및 측정 이미지들에 있어서, 상기 대응하는 특성 형태들 간의 위치의 차이를 결정하는 단계(109)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(100).
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 비교 단계는 이미지 상관 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(100).
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 위치의 조정 단계(110)는
   - 상기 시야에 대하여 상기 측정되는 광학 요소의 변위; 및/또는
   - 상기 시야에 대하여 상기 측정 빔의 변위를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(100).
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정되는 광학 요소에 관련된 단계들은 하나의 동일한 생산 앙상블로부터 유래되는 측정되는 복수의 광학 요소들에 대하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법(100).
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 스마트폰 대물렌즈와 같이, 렌즈들을 갖는 광학 조립체의 형태로 측정되는 광학 요소의 경계면들 사이의 간격들 및/또는 위치들을 측정하도록 구현되고, 또한 상기 경계면들은 렌즈들의 표면들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법(100).
10. 적어도 하나의 기준 광학 요소를 포함하는 복수의 유사한 광학 요소들의 일부를 형성하는, 측정되는 광학 요소(5)의 경계면들을 측정하기 위한 장치(1)에 있어서, 상기 장치는
    - 조명 빔(9)을 생성하도록 구성되고, 또한 이미징 수단(3, 6, 13)의 시야에 있어서 상기 조명 빔(9)에 의해 조명되는 광학 요소의 이미지들을 획득하도록 구성되는 이미징 수단(3, 6, 13)을 포함하는, 이미징 채널(VI); 및
    - 상기 시야에 대하여 결정된 위치에서 측정 빔(11)을 생성하도록 구성되고, 또한 거리 및/또는 두께 측정들을 생성하도록 구성되는 거리 광학 센서(2)를 포함하는 측정 채널(VM); 및
    - 상기 거리 및/또는 두께 측정들, 및 상기 이미지들을 처리하도록 구성되는 처리 모듈(50)을 포함하고,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법(100)의 모든 단계들을 구현하도록 배치되는, 장치(1).
11. 제 10 항에 있어서, 상기 광학 센서(2)는 로우-코히어런스 간섭계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 측정 빔(11)을 상기 이미징 채널(VI)로 삽입하기 위한 광학 요소들(7)을 더 포함하여, 이로써 상기 시야로 전파되는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 채널(VM)은 상기 측정되는 광학 요소(5)의 반대 면 상에 입사되는 제2 측정 빔을 생성하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 광학 요소들을 수신하기 위한 지지부(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
15. 제 14 항에 있어서, 상기 이미징 수단(3, 6, 13)의 광학 축에 수직하는 평면에서 상기 지지부(30)를 변위시키기에 적절한 변위 수단(14)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).

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