KR20220170272A - A measuring device that can measure 2D and 3D images with a single light source - Google Patents

A measuring device that can measure 2D and 3D images with a single light source Download PDF

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KR20220170272A
KR20220170272A KR1020210081107A KR20210081107A KR20220170272A KR 20220170272 A KR20220170272 A KR 20220170272A KR 1020210081107 A KR1020210081107 A KR 1020210081107A KR 20210081107 A KR20210081107 A KR 20210081107A KR 20220170272 A KR20220170272 A KR 20220170272A
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Abstract

A measurement device capable of measuring both 2D and 3D images using a single light source is disclosed. The measurement device for obtaining 2D and 3D images comprises: measurement light emitting the light source; a pin hole located below the measurement light and transmitting the light source emitted from the measurement light; a mirror part located at the bottom of the measurement light and including a first mirror and a second mirror that change an optical path of the light source; a beam splitter splitting the light source from the measurement light to be emitted to a reference surface of a reference mirror and a measurement surface of a measurement object, separately; a photodetector photographing an interference pattern generated by interference between reference light and measurement light reflected from the measurement surface and the reference surface, respectively; and a control part analyzing necessary information from images captured through the photodetector and controlling the measurement device and further comprises a prism or a blocking lens part instead of the mirror part including the first mirror and the second mirror that change the optical path of the light source.

Description

하나의 광원으로 2차원 및 3차원 영상을 측정할 수 있는 측정 장치{A measuring device that can measure 2D and 3D images with a single light source}A measuring device that can measure 2D and 3D images with a single light source}

본 발명은 하나의 광원으로 2차원 및 3차원 영상을 측정할 수 있는 측정 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 백색광 주사 간섭 원리를 이용한 단일 장비에서 2차원과 3차원 영상을 모두 획득할 수 있는 하나의 광원으로 2차원 및 3차원 영상을 측정할 수 있는 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a measuring device capable of measuring 2D and 3D images with a single light source, and more particularly, to a measuring device capable of acquiring both 2D and 3D images with a single device using the principle of white light scanning interference. It relates to a measuring device capable of measuring 2-dimensional and 3-dimensional images with a light source of

최근, 전자, 기계 부품의 소형화 및 정밀화에 의해, 복잡한 단차 형상(step shape)을 갖는 미세 구조물의 가공과 제조 상태를 확인하기 위해서는 치수, 형상, 표면 조도에 대한 계측 고정밀도화가 요구되고 있다.Recently, due to the miniaturization and precision of electronic and mechanical parts, high-precision measurement of dimensions, shapes, and surface roughness is required in order to check the processing and manufacturing conditions of microstructures having complex step shapes.

따라서, 현재에는 소형의 전자, 기계부품 등의 계측에는 광학식 2차원 측정장치를 이용한 치수 측정 방법과, 광학식 3차원 측정장치를 이용한 형상이나 두께(표면조도)를 측정 방법이 사용되고 있다.Therefore, currently, a dimension measuring method using an optical two-dimensional measuring device and a shape or thickness (surface roughness) measuring method using an optical three-dimensional measuring device are used to measure small electronic and mechanical parts.

종래의 광학식 3차원 측정 장치의 하나로 백색광 주사 간섭법(WSI: White-light Scanning Interferometry)이 제안된 바 있다.As one of conventional optical three-dimensional measuring devices, white-light scanning interferometry (WSI) has been proposed.

도 1은 일반적인 백색광 주사 간섭계의 구조를 보여주는 도면으로써, 도 1에나타내는 바와 같이, 측정 조명(1)에서 핀 홀(3)을 통과한 광원은 시준부(10)(collimation lens)를 통과한다. 상기 시준부(10)는 측정 조명(1)의 광원을 평행광으로 시준할 수 있다. 상기 시준부(10)를 통과한 광원을 빔 스플리터(30)(Beam splitter)로 유도하기 위해 광 유도부(20)를 더욱 포함한다. 상기 광 유도부(20)는 전반사 거울일 수 있다. 1 is a view showing the structure of a general white light scanning interferometer. As shown in FIG. 1, a light source passing through a pinhole 3 in a measurement light 1 passes through a collimation lens 10. The collimating unit 10 may collimate the light source of the measurement light 1 into parallel light. A light guiding unit 20 is further included to guide the light source passing through the collimating unit 10 to a beam splitter 30. The light guide part 20 may be a total reflection mirror.

상기 시준부(10)를 통과한 평행광은 광 유도부에 반사되어 빔 스플리터(30)로 유도된다. 상기 빔 스플리터(30)에서 유도된 광원은 기준광과 측정광으로 각각 분리되며, 상기 기준광과 측정광은 각각 기준 미러(reference mirror, 40)의 기준면과 측정물(50, 또는 관측부)의 측정면으로부터 반사되어 돌아와 합쳐져 상호 간섭 신호(Interference signal)를 발생하면, 상기 광원은 기준 미러(40)와 측정물(50)의 미세한 거리 차에 의해 간섭 무늬가 나타나게 된다. 상기 발생한 간섭광은 텔레센트릭 렌즈(Telecentric Lens, 70)를 통과하여, 상기 간섭광을 광 검출기(sensor, 80)로 전달한다. 상기 텔레센트릭 렌즈(70)를 통과한 간섭광은 가능한 최상의 정밀도를 얻을 수 있다.　상기 간섭광을 광 검출기(80)로 촬영한 후 검출되는 물체의 높이 또는 위치를 통해 3차원 형상을 계측하는 것으로서, 기준광과 측정광이 동일한 광경로차(Optical path difference)를 겪을 때에만 간섭신호를 나타내는 특성을 이용한다.The parallel light passing through the collimating unit 10 is reflected by the light guiding unit and guided to the beam splitter 30 . The light source induced by the beam splitter 30 is separated into reference light and measurement light, respectively, and the reference light and measurement light are respectively the reference surface of the reference mirror (40) and the measurement surface of the measurement object (50, or observation unit) When the light is reflected back and combined to generate an interference signal, the light source shows an interference pattern due to a minute distance difference between the reference mirror 40 and the measurement object 50. The generated coherent light passes through a telecentric lens 70 and transfers the coherent light to a sensor 80 . The interfering light passing through the telecentric lens 70 can obtain the highest possible precision. The three-dimensional shape is measured through the height or position of the object to be detected after photographing the interference light with the photodetector 80, and the interference signal only when the reference light and the measurement light experience the same optical path difference. using a characteristic that represents

상기 광 검출기에서 측정된 간섭신호의 발생 위치를 측정 영역 내의 모든 측정점에서 산출하면 측정면의 3차원 형상에 대한 정보를 획득하게 되고, 획득된 3차원 정보로부터 물체의 두께 및 형상을 측정할 수 있다.When the generation position of the interference signal measured by the photodetector is calculated at all measurement points in the measurement area, information on the 3D shape of the measurement surface is obtained, and the thickness and shape of the object can be measured from the obtained 3D information. .

백색 광 간섭 계측 장치는, 미세 구조물의 3차원 형상 계측뿐만 아니라, 유전체 다층막의 막 두께 측정이나, 예를 들면 안저(eyeground)나 피부 등의 연속체(확산체)의 구조 해석 등에도 사용된다.The white light interferometry device is used not only for three-dimensional shape measurement of microstructures, but also for film thickness measurement of dielectric multilayer films and structural analysis of continuum (diffusion bodies) such as eyeground and skin.

종래의 형상 측정 장치는 측정물의 치수를 측정하는 2차원 측정장치와 측정물의 형상 및 두께(표면조도)를 측정하는 3차원 측정 장치가 각각 독립적으로 설계되어 별개로 사용됨에 따라, 측정물의 2차원 치수와 3차원 형상을 측정하기 위해서는 2차원 및 3차원 측정장치를 번갈아 사용하며 측정물의 치수와 형상을 측정하여야 한다는 번거로움이 있다.In a conventional shape measuring device, a 2D measuring device for measuring the dimension of a workpiece and a 3D measuring device for measuring the shape and thickness (surface roughness) of a workpiece are independently designed and used separately. In order to measure the shape and the 3D shape, 2D and 3D measuring devices have to be used alternately and the size and shape of the object to be measured must be measured.

다만, 백색광 간섭계 원리에 따라, 기준 미러와 관측부의 거리가 차이가 있으면 간섭무늬가 나타나게 되고, 둘의 거리가 측정 영역보다 멀면 간섭무늬는 나오지 않지만 기준 미러에서 반사되는 빛 때문에 대비(contrast)가 매우 떨어져 식별이 어려운 2차원(2D) 영상이 획득된다.However, according to the principle of white light interferometry, if there is a difference in the distance between the reference mirror and the observation part, an interference pattern appears. A two-dimensional (2D) image is obtained, which is difficult to distinguish from each other.

그렇기 때문에 이러한 구조를 가진 광학계에서 안정적인 2차원(2D) 영상을 획득하기 위해선, 기준 미러에서 반사되는 빛을 가리개(16)와 같은 구조물로 확실히 차단하여야 하지만, 측정 조명에서 방출되는 광이 핀 홀을 통과하면서 광량이 부족해지고, 빔 스플리터에서 절반 정도가 추가로 손실되기 때문에, 광량이 부족해져서 관측이 용이하지 않는 문제점이 있다. Therefore, in order to obtain a stable two-dimensional (2D) image in an optical system having such a structure, the light reflected from the reference mirror must be surely blocked by a structure such as a cover 16, but the light emitted from the measurement light penetrates the pinhole. Since the amount of light is insufficient while passing, and about half of the light is additionally lost in the beam splitter, there is a problem in that the amount of light is insufficient and it is not easy to observe.

따라서, 부족한 광량을 보충하기 위해 기준 미러의 빛을 차단하는 것과 동시에 보조 조명을 사용하거나, 다른 방법으로는 측정광을 off하고 외부 조명을 사용할 수 있지만, 측정 장치의 크기가 상대적으로 커질 수 있다.Therefore, in order to compensate for the insufficient amount of light, auxiliary lighting may be used simultaneously with blocking light from the reference mirror, or alternatively, measurement light may be turned off and external lighting may be used, but the size of the measuring device may be relatively large.

따라서, 본 발명의 목적은 백색광 간섭계에서 기준 반사광 하나만으로 간섭계 이미지로 얻을 수 있는 3차원 이미지와 2차원(2D) 영상을 획득할 수 있는 하나의 광원으로 2차원 및 3차원 영상을 측정할 수 있는 측정 장치를 제공한다.Therefore, an object of the present invention is to measure 2D and 3D images with one light source that can obtain 3D images and 2D images that can be obtained as interferometric images with only one reference reflected light in a white light interferometer. A measuring device is provided.

본 발명의 다른 목적은 기준 미러(reference mirror)에 별도의 기구적 차단없이 측정광만을 사용하여 2차원(2D) 이미지를 획득할 수 있는 하나의 광원으로 2차원 및 3차원 영상을 측정할 수 있는 측정 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to measure 2D and 3D images with a single light source capable of obtaining a 2D image using only measurement light without a separate mechanical blocking of a reference mirror. to provide a measuring device.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광원을 방출하는 측정 조명, 상기 측정 조명의 하부에 위치하며, 측정 조명에서 방출하는 광원을 전달하는 핀 홀, 상기 측정 조명의 하단에 위치하며, 광원의 광 경로를 바꾸는 제1 미러 및 제2 미러는 포함하는 미러부, 상기 측정 조명으로부터의 광원이 각각 기준 미러의 기준면과 측정물의 측정면에 조사되도록 분할시키는 빔 스플리터, 상기 측정면과 기준면으로부터 각각 반사되는 기준광과 측정광의 간섭에 의해 생성된 간섭무늬를 촬영하는 광 검출기 및 상기 광 검출기를 통해 촬영된 영상으로 필요한 정보를 분석하고 측정 장치를 제어하는 제어부를 포함하는 측정 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention measures lighting for emitting a light source, A mirror unit including a pinhole located below the measurement light and transmitting a light source emitted from the measurement light, a first mirror and a second mirror located below the measurement light and changing a light path of the light source; A beam splitter that splits the light source from the measurement light so that it is irradiated to the reference surface of the reference mirror and the measurement surface of the object to be measured, respectively, a photodetector for photographing interference fringes generated by the interference of the reference light and measurement light reflected from the measurement surface and the reference surface, respectively, and Provided is a measuring device including a controller that analyzes necessary information from an image captured through the photodetector and controls the measuring device.

본 발명은 광원을 방출하는 측정 조명, 상기 측정 조명의 하부에 위치하며, 측정 조명에서 방출하는 광원을 전달하는 핀 홀, 상기 측정 조명의 하단에 위치하며, 광원의 광 경로를 바꾸는 프리즘, 상기 측정 조명으로부터의 광원이 각각 기준 미러의 기준면과 측정물의 측정면에 조사되도록 분할시키는 빔 스플리터, 상기 측정면과 기준면으로부터 각각 반사되는 기준광과 측정광의 간섭에 의해 생성된 간섭무늬를 촬영하는 광 검출기 및 상기 광 검출기를 통해 촬영된 영상으로 필요한 정보를 분석하고 측정 장치를 제어하는 제어부를 더욱 제공한다.The present invention is a measurement light that emits a light source, a pinhole located below the measurement light and transmitting a light source emitted from the measurement light, A prism located at the lower end of the measurement light and changing the light path of the light source, a beam splitter that splits the light source from the measurement light to be irradiated to the reference surface of the reference mirror and the measurement surface of the object to be measured, respectively, and reflections from the measurement surface and the reference surface, respectively. An optical detector for photographing interference fringes generated by the interference of reference light and measurement light, and a control unit for analyzing necessary information from an image captured through the optical detector and controlling the measurement device are further provided.

본 발명은 광원을 방출하는 측정 조명, 상기 측정 조명의 하부에 위치하며, 측정 조명에서 방출하는 광원을 점광원으로 전달하는 핀 홀, 상기 측정 조명의 하단에 위치하며, 광원의 광 경로를 바꾸는 가림 렌즈부, 상기 측정 조명으로부터의 광원이 각각 기준 미러의 기준면과 측정물의 측정면에 조사되도록 분할시키는 빔 스플리터, 상기 측정면과 기준면으로부터 각각 반사되는 기준광과 측정광의 간섭에 의해 생성된 간섭무늬를 촬영하는 광 검출기 및 상기 광 검출기를 통해 촬영된 영상으로 필요한 정보를 분석하고 측정 장치를 제어하는 제어부를 더욱 포함하는 측정 장치를 제공한다.The present invention is a measurement light that emits a light source, a pinhole positioned below the measurement light and transmitting a light source emitted from the measurement light to a point light source, and a shield positioned at the bottom of the measurement light to change the light path of the light source. A lens unit, a beam splitter that divides the light source from the measurement light to be irradiated to the reference surface of the reference mirror and the measurement surface of the measurement object, respectively, and captures interference fringes generated by interference between the reference light and measurement light reflected from the measurement surface and the reference surface, respectively. It provides a measuring device further comprising a photodetector to analyze necessary information from an image captured through the photodetector and a control unit to control the measuring device.

본 발명에 따른 하나의 광원으로 2차원 및 3차원 영상을 측정할 수 있는 측정 장치는 간섭 신호를 측정하여 3차원 형상 정보를 얻을 수 있으며, 기준 미러에 별도의 기구적 차단없이 단일 측정광만을 사용하여 색상을 포함한 2차원 영상을 얻을 수 있다.The measurement device capable of measuring 2D and 3D images with one light source according to the present invention can obtain 3D shape information by measuring an interference signal, and uses only a single measurement light without a separate mechanical blocking of the reference mirror. Thus, a 2D image including color can be obtained.

도 1은 일반적인 백색광 주사 간섭계의 구조를 보여주는 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치의 구성을 보여주는 도면.1 is a view showing the structure of a general white light scanning interferometer;
2A and 2B are diagrams showing the configuration of a measuring device for obtaining 2D and 3D images according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams showing the configuration of a measuring device for obtaining 2D and 3D images according to another embodiment of the present invention.
4A and 4B are diagrams showing the configuration of a measuring device for obtaining 2D and 3D images according to another embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams showing the configuration of a measuring device for obtaining 2D and 3D images according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치로서, 기본적인 구조는 상기 도 1에 개시된 종래의 백색광 간섭계를 이용한 측정 장치의 구성과 동일하다.The present invention is a measuring device for obtaining 2-dimensional and 3-dimensional images, and its basic structure is the same as that of the conventional measuring device using a white light interferometer disclosed in FIG. 1 .

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치의 구성을 보여주는 도면으로서, 도 2a 및 도 2b에서 보여주는 바와 같이, 광원을 방출하는 측정 조명(1), 상기 측정 조명(1)의 하부에 위치하며, 측정 조명(1)에서 방출하는 광원을 점광원(point source)으로 전달하는 핀 홀(3), 상기 측정 조명(1)의 하단에 위치하며, 광원의 광 경로를 바꾸는 미러부(4), 상기 측정 조명(1)으로부터의 광원이 각각 기준 미러(reference mirror, 40)의 기준면과 측정물(sample, 50)의 측정면에 조사되도록 분할시키는 빔 스플리터(30)(beam spliter), 상기 측정면과 기준면으로부터 각각 반사되는 기준광과 측정광의 간섭에 의해 생성된 간섭무늬를 촬영하는 광 검출기(sensor, 80) 및 상기 광 검출기(80)를 통해 촬영된 영상으로부터 영상 이미지를 획득하고, 획득한 정보를 통해 결함 유무를 검출하는 제어부를 포함하며, 상기 미러부(4) 대신에, 광원의 광 경로에 위치하도록 이동할 수 있는 프리즘(9); 또는 임의의 렌즈(14) 및 상기 렌즈의 중앙을 가리는 가리개(16); 를 더욱 포함하여, 백색광 주사 간섭계의 측정 장치 구조에서 2차원 및 3차원 영상을 얻을 수 있다.2a and 2b are diagrams showing the configuration of a measuring device for obtaining 2-dimensional and 3-dimensional images according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 2a and 2b, a measurement light (1) emitting a light source , located at the bottom of the measurement light 1, and a pinhole 3 for transmitting the light source emitted from the measurement light 1 to a point source, located at the bottom of the measurement light 1, A mirror unit 4 that changes the light path of the light source, and a beam split so that the light source from the measurement light 1 is irradiated to the reference surface of the reference mirror 40 and the measurement surface of the sample 50, respectively A beam splitter (30), a photodetector (80) for photographing an interference fringe generated by the interference of the reference light and measurement light reflected from the measurement plane and the reference plane, respectively, and the photodetector 80 A prism 9 that acquires a video image from a video and includes a controller that detects the presence or absence of a defect through the obtained information, and instead of the mirror unit 4, can move to be located in the light path of the light source; or an arbitrary lens 14 and a shield 16 covering the center of the lens; Including further, two-dimensional and three-dimensional images can be obtained from the measuring device structure of the white light scanning interferometer.

상기 측정 장치는 광원을 평행광으로 시준하는 시준부(10) 및 상기 시준된 광원을 빔 스플리터(30)로 유도시키는 제1 광 유도부(20)를 더욱 포함한다. 상기 제1 광 유도부(20)는 전반사 거울일 수 있다.The measurement device further includes a collimating unit 10 that collimates the light source into parallel light and a first light guide unit 20 that guides the collimated light source to the beam splitter 30 . The first light guiding part 20 may be a total reflection mirror.

구체적으로, 상기 미러부(4)를 포함하는 측정 장치를 사용하여 3차원 영상을 촬영하는 경우(도 2a 참고), 종래의 백색광 간섭계 방법과 동일하게 측정할 수 있으며, 예를 들면, 측정 조명(1)에서 광원을 방출하면, 상기 방출된 광원은 핀 홀(3)을 통과하여 점광원(point source)으로 방출하게 된다. 상기 광원은 시준부(10)를 통과하고, 제1 광 유도부(20)에 반사되어 빔 스플리터(30)로 유도시킨다. 상기 빔 스플리터(30)는 기준 미러(reference mirror, 40)의 기준면과 측정물(sample, 50)의 측정면에 광원이 조사되도록 분할시킨다. 상기 기준 미러(40)의 기준면에 반사된 빛과 측정물(50)의 측정면에 반사된 빛은 서로 간섭하게 되어 간섭광이 형성된다. 상기 형성된 간섭광은 기준 미러(40)와 측정물(50)의 미세한 거리 차에 의해 간섭 무늬를 발생시킨다. 상기 생성된 간섭무늬는 광 검출기(80)에서 관측하여 분석한다. 상기 획득된 간섭 무늬 영상의 전 영역에서 3차원 정보를 얻을 수 있다. Specifically, when a 3D image is taken using a measuring device including the mirror unit 4 (see FIG. 2A), it can be measured in the same way as the conventional white light interferometry method, and for example, measurement lighting ( When a light source is emitted in 1), the emitted light source passes through the pin hole 3 and is emitted as a point source. The light source passes through the collimating unit 10, is reflected by the first light guiding unit 20, and is guided to the beam splitter 30. The beam splitter 30 divides the light source so that the light source is irradiated to the reference plane of the reference mirror 40 and the measurement plane of the measurement object 50 . The light reflected on the reference surface of the reference mirror 40 and the light reflected on the measurement surface of the measurement object 50 interfere with each other to form interference light. The formed interference light generates an interference fringe due to a minute distance difference between the reference mirror 40 and the measurement object 50 . The generated interference fringes are observed and analyzed by the photodetector 80. 3D information can be obtained from the entire region of the obtained interference fringe image.

상기 미러부(4)를 포함하는 측정 장치를 사용하여 2차원 영상을 촬영하는 경우(도 2b 참고), 측정 조명(1) 하단에 위치하는 핀 홀(3)이 광경로에서 이탈하게 된다. 상기 핀 홀(3)이 광경로에서 이탈하게 되면, 광원의 광 경로에 위치하도록 미러부(4)를 이동시킨다. 상기 미러부(4)는 제1 미러(5) 및 제2 미러(7)를 포함한다. 상기 제1 미러(5)는 측정 조명(1)과 마주보는 위치에 형성되고, 상기 제1 미러의 양측으로 제2 미러(7)가 위치한다. 상기 제2 미러(7)는 2개인 것이 바람직하다. When taking a two-dimensional image using the measuring device including the mirror unit 4 (see FIG. 2B), the pinhole 3 located at the lower end of the measuring light 1 deviates from the optical path. When the pin hole 3 deviates from the optical path, the mirror unit 4 is moved to be located in the optical path of the light source. The mirror unit 4 includes a first mirror 5 and a second mirror 7 . The first mirror 5 is formed at a position facing the measuring light 1, and the second mirror 7 is positioned on both sides of the first mirror. It is preferable that the number of the second mirrors 7 is two.

상기 측정 조명(1)에서 방출하는 광원의 광 경로에 핀 홀(3)이 아닌, 제1 미러(5) 및 제2 미러(7)가 위치하게 되며, 상기 측정 조명(1)에서 광원을 방출하게 되면, 측정 조명(1)과 마주보는 제1 미러(5)에 반사되고, 상기 제1 미러에 반사된 빛은 양측의 제2 미러(7)에 반사되어 광 경로가 바뀌게 된다. 이로 인해, 상기 측정 조명(1)은 점 광원이 아닌 면 발광 상태가 되어 빛을 방출시킨다. The first mirror 5 and the second mirror 7, instead of the pinhole 3, are located in the light path of the light source emitted from the measurement light 1, and the light source is emitted from the measurement light 1. When this is done, the light is reflected on the first mirror 5 facing the measurement light 1, and the light reflected on the first mirror is reflected on the second mirrors 7 on both sides to change the light path. Due to this, the measurement light 1 becomes a surface light emitting state instead of a point light source and emits light.

상기 미러부(4)에 의해 바뀐 광 경로는 평행광을 형성하지 않으며, 광원은 무작위의 방향을 갖는 광 경로에 의해 빔 스플리터(30)로 유도된다. 상기 빔 스플리터(30)에 의해 기준 미러의 기준면과 측정물의 측정면에 빛이 분할되어 입사하게 되는데, 평행광으로 전달되지 않아, 상기 기준 미러(40)의 기준면과 측정물(50)의 측정면에서 반사되는 광이 서로 일치하지 않아 간섭광으로 형성되지 않는다. 구체적으로, 상기 기준 미러(40)의 기준면에 반사되는 광이 무작위의 방향으로 반사되어 광 검출기(80)로 전달되지 못하고, 측정물의 측정면에서 반사되는 광만 광 검출기(80)로 전달된다. 상기 빔 스플리터(30)와 측정물(50) 사이에 제2 광 유도부(60)를 더욱 형성할 수 있으며, 상기 제2 광 유도부(60)에 의해 측정물의 측정면에 광을 더욱 전달시키고, 반사되는 광을 광 검출기(80)로 전달시킨다. 상기 제2 광 유도부(60)는 전반사 거울일 수 있다.The optical path changed by the mirror unit 4 does not form parallel light, and the light source is guided to the beam splitter 30 by an optical path having a random direction. The beam splitter 30 splits the light to the reference surface of the reference mirror and the measurement surface of the workpiece 50, but the light is not transmitted as parallel light. The reflected light does not coincide with each other, so it is not formed as interference light. Specifically, light reflected on the reference surface of the reference mirror 40 is reflected in a random direction and is not transmitted to the photodetector 80, and only light reflected from the measurement surface of the measurement object is transmitted to the photodetector 80. A second light guiding unit 60 may be further formed between the beam splitter 30 and the measurement object 50, and the second light guiding unit 60 further transmits and reflects light to the measurement surface of the measurement object. The light to be transmitted to the photodetector 80. The second light guide part 60 may be a total reflection mirror.

상기 기준 미러의 기준면에 반사되는 빛이 광 검출기로 전달되지 못하는 이유는, 기준 미러에 반사되는 빛이 광 검출기 방향으로 통과되지 못하는 각도를 가지게 되기 때문이다. 이로 인해, 종래의 기준 미러를 가린 것과 동일한 효과를 가지게 되며, 또한 측정 조명이 면 발광상태가 되므로, 측정 조명에서 방출하는 광원의 밝기가 밝아지게 되어, 2차원 영상을 얻는 데 알맞은 밝기를 갖게 된다. 따라서, 상기 광 검출기에 전달된 측정물의 측정면에서 반사된 빛에 의해 2차원 영상을 얻을 수 있다.The reason why the light reflected on the reference surface of the reference mirror is not transmitted to the photodetector is that the light reflected on the reference mirror has an angle at which it does not pass in the direction of the photodetector. Due to this, it has the same effect as covering the conventional reference mirror, and since the measurement light is in a surface light emitting state, the brightness of the light source emitted from the measurement light is bright, so that it has a brightness suitable for obtaining a two-dimensional image. . Accordingly, a two-dimensional image can be obtained by the light transmitted to the photodetector and reflected from the measurement surface of the measurement object.

도 3a 및 도 3b는 다른 실시예에 따른 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치의 구성을 보여주는 도면으로서, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 상기 미러부(4)를 사용하는 다른 실시예에 따른 측정 장치의 구성을 보여준다. 구체적으로, 상기 측정 조명(1) 하부에 핀 홀(3)이 위치하고, 상기 핀 홀(3)의 하단에 2개의 제2 미러(7)가 고정되어 위치하며, 제1 미러(5)만 광 경로로 이동시킨다.3A and 3B are diagrams showing the configuration of a measuring device for acquiring 2D and 3D images according to another embodiment, and as shown in FIGS. 3A and 3B, another embodiment using the mirror unit 4 Shows the configuration of the measuring device according to the example. Specifically, a pinhole 3 is located under the measuring light 1, two second mirrors 7 are fixedly located at the bottom of the pinhole 3, and only the first mirror 5 is light move to the path

상기 미러부(4)를 포함하는 다른 실시예에 따른 측정 장치에 의해 3차원 영상을 얻는 경우(도 3a 참고), 상기 핀 홀(3) 하단에 제2 미러(7)가 고정되어 있지만, 상기 제2 미러의 위치는 측정 조명(1)의 광 경로에 영향을 주지 않는 위치에 존재하므로, 상기 개시된 방법과 동일하게 백색광 간섭계를 이용하여 3차원 영상을 얻을 수 있다.When a 3D image is obtained by a measuring device according to another embodiment including the mirror unit 4 (see FIG. 3A), the second mirror 7 is fixed to the bottom of the pinhole 3, but the Since the position of the second mirror exists at a position that does not affect the light path of the measurement light 1, a 3D image can be obtained using a white light interferometer in the same manner as the method disclosed above.

상기 미러부(4)를 포함하는 다른 실시예에 따른 측정 장치에 의해 2차원 영상을 얻는 경우(도 3b 참고), 상기 측정 조명(1)의 하단에 위치하는 핀 홀(3)은 광 경로에서 이탈하게 된다. 상기 제2 미러(7)는 기존의 핀 홀(3)의 하단에 고정되어 있으며, 제2 미러 사이, 구체적으로 상기 측정 조명(1)을 마주보는 위치에 제1 미러(5)만 이동시켜, 상기 측정 조명(1)의 광 경로를 바꾸게 한다. 이처럼 제2 미러(7)를 고정시키고, 제1 미러(5)만 이동시키는 측정 장치는 이동되는 구조체가 작아, 보다 컴팩트한 광학계를 구성할 수 있다. 상기 미러부(4)를 포함하는 측정 장치에 의해 2차원 영상을 얻는 방법은 상기 기재된 방법과 동일하다.When a 2D image is obtained by a measuring device according to another embodiment including the mirror unit 4 (see FIG. 3B), the pinhole 3 located at the lower end of the measuring light 1 is in the optical path. will depart The second mirror 7 is fixed to the lower end of the existing pin hole 3, and moves only the first mirror 5 between the second mirrors, specifically, to a position facing the measurement light 1, The light path of the measurement light 1 is changed. In this way, the measuring device in which the second mirror 7 is fixed and only the first mirror 5 is moved has a small moving structure, so a more compact optical system can be configured. A method of obtaining a 2D image by the measuring device including the mirror unit 4 is the same as the method described above.

도 4a 및 도 4b는 다른 실시예에 따른 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치의 구성을 보여주는 도면으로서, 도 4a 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 미러(5) 및 제2 미러(7)를 포함하는 미러부(4) 대신에 프리즘(9), 바람직하게는 원형 프리즘을 사용하여 2차원 영상을 얻을 수 있다.4A and 4B are diagrams showing the configuration of a measuring device for obtaining 2D and 3D images according to another embodiment, and as shown in FIGS. 4A and 4, a first mirror 5 and a second mirror ( A two-dimensional image can be obtained by using a prism 9, preferably a circular prism, instead of the mirror unit 4 including 7).

상기 프리즘(9)을 포함하는 측정 장치는, 상기 개시된 방법과 동일하게 백색광 간섭계를 이용하여 3차원 영상을 얻을 수 있다(도 4a 참고). The measuring device including the prism 9 can obtain a 3D image using a white light interferometer in the same manner as the method disclosed above (see FIG. 4A).

상기 프리즘(9)을 포함하는 측정 장치를 사용하여 2차원 영상을 얻는 경우(도 4b 참고), 제1 미러(5) 및 제2 미러(7)를 포함하는 미러부(4)의 역할을 프리즘(9)이 대신하는 것이다. 구체적으로, 측정 조명(1)의 하단에 위치하는 핀 홀(3)이 광경로를 이탈하게 되고, 광원의 광 경로에 위치하도록 미러부(4)를 이동시킨다. 상기 측정 조명(1)에서 광원을 방출시키면, 프리즘(9)에 의해 광원의 광 경로가 바뀌게 된다. 상기 프리즘(9)을 포함하는 측정 장치에 의해 2차원 영상을 얻는 방법은 상기 개시된 방법과 동일하다.When obtaining a two-dimensional image using the measuring device including the prism 9 (see FIG. 4B), the role of the mirror unit 4 including the first mirror 5 and the second mirror 7 is performed by the prism. (9) is instead. Specifically, the pinhole 3 located at the lower end of the measuring light 1 is deviating from the optical path, and the mirror unit 4 is moved to be located in the optical path of the light source. When the light source is emitted from the measurement light 1, the light path of the light source is changed by the prism 9. A method of obtaining a 2D image by the measuring device including the prism 9 is the same as the method disclosed above.

도 5a 및 도 5b는 다른 실시예에 따른 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치의 구성을 보여주는 도면으로서, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 제1 미러(5) 및 제2 미러(7)를 포함하는 미러부(4) 대신에 광을 집속시킬 수 있는 임의의 렌즈(14) 및 상기 렌즈의 중앙을 가리는 가리개(16)를 포함하는 가림 렌즈부(12)를 이용하여, 2차원 영상을 얻을 수 있다. 상기 렌즈(14)는 광을 제1 광 유도부(20)에 집속시키는 렌즈로서, 상기 렌즈(14)는 광을 집속시킬 수 있는 렌즈라면 모두 사용 가능하다.5A and 5B are views showing the configuration of a measuring device for obtaining 2D and 3D images according to another embodiment, and as shown in FIGS. 5A and 5B, a first mirror 5 and a second mirror ( 7) by using an optional lens 14 capable of concentrating light and a shielding lens unit 12 including a shield 16 covering the center of the lens instead of the mirror unit 4 including a 2D video can be obtained. The lens 14 is a lens that focuses light to the first light guiding unit 20, and any lens 14 capable of concentrating light can be used.

상기 가림 렌즈부(12)를 포함하는 측정 장치는, 상기 개시된 백색광 간섭계를 이용하여 3차원 영상을 얻을 수 있다(도 5a 참고).The measuring device including the blocking lens unit 12 may obtain a 3D image using the white light interferometer described above (see FIG. 5A ).

상기 가림 렌즈부(12)를 포함하는 측정 장치를 사용하여 2차원 영상을 얻는 경우(도 5b 참고), 핀 홀(3)은 광 경로를 이탈하게 되고, 측정 조명(1)은 그대로 방출하게 된다. 상기 임의의 렌즈(14) 및 상기 임의의 렌즈의 중앙을 가리는 가리개(16)를 포함하는 가림 렌즈부(12)는 측정 조명(1)의 하단, 구체적으로 시준부(10)의 하단에 위치한다. 측정 조명(1)에서 방출하는 광원은 시준부(10)를 통과하여 평행광으로 시준된다. 상기 가림 렌즈부(12)는 시준부(10)와 제1 광 유도부(20) 사이의 광 경로에 위치하도록 이동시켜, 광원의 광 경로 방향을 바꿀 수 있다. 따라서, 상기 광원은 시준부(10)를 통과하게 평행광이 되지만, 가림 렌즈부(12), 특히 렌즈(14)의 중앙을 가리는 가리개(16)에 광원이 전달되면 평행광이 아닌, 기존의 광 경로의 방향이 바뀌게 되는 것이다.When obtaining a two-dimensional image using a measuring device including the covering lens unit 12 (see FIG. 5B), the pinhole 3 deviates from the light path, and the measurement light 1 is emitted as it is . The blind lens unit 12 including the optional lens 14 and the shade 16 covering the center of the optional lens is located at the lower end of the measurement light 1, specifically, at the lower end of the collimating unit 10 . A light source emitted from the measurement light 1 passes through the collimating unit 10 and is collimated into parallel light. The occluding lens unit 12 may be moved to be located in an optical path between the collimating unit 10 and the first light guiding unit 20 to change the direction of the light path of the light source. Therefore, the light source becomes parallel light passing through the collimating unit 10, but when the light source is transmitted to the occluding lens unit 12, in particular, the shading 16 covering the center of the lens 14, it is not parallel light, but the existing The direction of the light path is changed.

상기 측정 조명(1) 및 시준부(10)와의 거리에 무관하게 상기 임의의 렌즈(14)를 설치할 수 있고, 반사광의 각도 선정이 용이함으로 설계의 자유도가 높아지게 된다. 그 이후의 방법은 상기의 방법과 동일한 방법으로 2차원 영상을 얻을 수 있다.The optional lens 14 can be installed regardless of the distance between the measuring light 1 and the collimating unit 10, and the degree of freedom in design increases because the angle of the reflected light can be easily selected. After that, a 2D image can be obtained in the same way as the above method.

일반적으로 3차원 영상을 얻는 백색광 관섭계 구조에서, 2차원 영상을 얻기 위해서, 본 발명에 따른 측정 장치는, 핀 홀을 기존의 광 경로에서 이탈시키며, 상기 측정 조명을 마주보는 위치에 제1 미러 및 제2 미러를 포함하는 미러부 또는 프리즘을 위치하여 광 경로를 바뀌게 하거나, 시준부의 하단에 임의의 렌즈 및 상기 렌즈의 중앙에 위치하는 가리개를 포함하는 가림 렌즈부를 위치하여 기존의 광 경로를 바꿀 수 있다.In order to obtain a 2-dimensional image in a white light interferometer structure that generally obtains a 3-dimensional image, the measuring device according to the present invention deviates from the existing optical path, and the first mirror is positioned facing the measurement light. And positioning a mirror unit or prism including a second mirror to change the optical path, or positioning an optional lens at the bottom of the collimating unit and a shielding lens unit including a shield located in the center of the lens to change the existing optical path. can

상기와 같은 구조물(예: 미러부, 프리즘 또는 가림 렌즈부)을 광 경로에 위치함으로써, 보조 광원이나 외부 광원을 사용하지 않고, 측정 조명 하나만을 사용하여, 2차원 영상을 얻을 수 있다. 또한, 별도로 기준 미러를 가려주는 구조물을 필요로 하지 않아, 컴팩트한 광학계를 구성할 수 있고, 보다 간단한 조명 제어 시스템을 구축할 수 있다By placing the structure (eg, a mirror unit, a prism or a blocking lens unit) as described above in an optical path, a 2D image can be obtained using only measurement light without using an auxiliary light source or an external light source. In addition, since a structure that separately covers the reference mirror is not required, a compact optical system can be configured and a simpler lighting control system can be constructed.

Claims (17)

광원을 방출하는 측정 조명;
상기 측정 조명의 하부에 위치하며, 측정 조명에서 방출하는 광원을 전달하는 핀 홀;
상기 측정 조명의 하단에 위치하며, 광원의 광 경로를 바꾸는 제1 미러 및 제2 미러는 포함하는 미러부;
상기 측정 조명으로부터의 광원이 각각 기준 미러의 기준면과 측정물의 측정면에 조사되도록 분할시키는 빔 스플리터:
상기 측정면과 기준면으로부터 각각 반사되는 기준광과 측정광의 간섭에 의해 생성된 간섭무늬를 촬영하는 광 검출기; 및
상기 광 검출기를 통해 촬영된 영상으로 필요한 정보를 분석하고 측정 장치를 제어하는 제어부; 를 포함하는 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치.a measurement light emitting light source;
a pin hole positioned below the measurement light and transmitting a light source emitted from the measurement light;
a mirror unit located at a lower end of the measurement light and including a first mirror and a second mirror for changing a light path of a light source;
A beam splitter that splits the light source from the measurement light to be irradiated to the reference surface of the reference mirror and the measurement surface of the measurement object, respectively:
an optical detector for photographing interference fringes generated by interference of reference light and measurement light reflected from the measurement surface and the reference surface, respectively; and
a controller that analyzes necessary information from the image captured through the photodetector and controls a measuring device; Measuring device for obtaining 2-dimensional and 3-dimensional images comprising a. 제1항에 있어서, 상기 핀 홀은 2차원 영상을 측정하는 경우, 광 경로에서 이탈되는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 1 , wherein the pinhole is detached from an optical path when measuring a 2D image. 제1항에 있어서, 상기 제2 미러는 제1 미러의 양 측에 위치하는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 1, wherein the second mirror is located on both sides of the first mirror. 제1항에 있어서, 상기 미러부는 2차원 영상을 측정하는 경우, 광 경로에 위치하도록 이동되는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 1, wherein the mirror unit is moved to be located in an optical path when measuring a 2D image. 제1항에 있어서, 상기 제2 미러는 핀 홀의 하단에 고정되어 있는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 1, wherein the second mirror is fixed to a lower end of the pin hole. 제5항에 있어서, 상기 제1 미러는 2차원 영상을 측정하는 경우, 광 경로에 위치하도록 이동되는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 5, wherein the first mirror is moved to be located in an optical path when measuring a 2D image. 제1항에 있어서, 상기 빔 스플리터와 측정물 사이에 제2 광 유도부를 더욱 포함하는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 1, further comprising a second light guiding unit between the beam splitter and the measurement object. 광원을 방출하는 측정 조명;
상기 측정 조명의 하부에 위치하며, 측정 조명(1)에서 방출하는 광원을 전달하는 핀 홀;
상기 측정 조명의 하단에 위치하며, 광원의 광 경로를 바꾸는 프리즘(9);
상기 측정 조명으로부터의 광원이 각각 기준 미러의 기준면과 측정물의 측정면에 조사되도록 분할시키는 빔 스플리터:
상기 측정면과 기준면으로부터 각각 반사되는 기준광과 측정광의 간섭에 의해 생성된 간섭무늬를 촬영하는 광 검출기; 및
상기 광 검출기를 통해 촬영된 영상으로 필요한 정보를 분석하고 측정 장치를 제어하는 제어부; 를 포함하는 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치.a measurement light emitting light source;
a pin hole located below the measurement light and transmitting a light source emitted from the measurement light 1;
A prism (9) located at the lower end of the measurement light and changing the light path of the light source;
A beam splitter that splits the light source from the measurement light to be irradiated to the reference surface of the reference mirror and the measurement surface of the measurement object, respectively:
an optical detector for photographing interference fringes generated by interference of reference light and measurement light reflected from the measurement surface and the reference surface, respectively; and
a controller that analyzes necessary information from the image captured through the photodetector and controls a measuring device; Measuring device for obtaining 2-dimensional and 3-dimensional images comprising a. 제8항에 있어서, 상기 프리즘은 원형 프리즘인 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 8, wherein the prism is a circular prism. 제8항에 있어서, 상기 핀 홀은 2차원 영상을 측정하는 경우, 광 경로에서 이탈되는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 8 , wherein the pinhole is detached from an optical path when measuring a 2D image. 제8항에 있어서, 상기 프리즘은 2차원 영상을 측정하는 경우, 광 경로에 위치하도록 이동되는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 8, wherein the prism is moved to be located in an optical path when measuring a 2D image. 제8항에 있어서, 상기 빔 스플리터와 측정물 사이에 제2 광 유도부를 더욱 포함하는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 8 , further comprising a second light guiding unit between the beam splitter and the object to be measured. 광원을 방출하는 측정 조명;
상기 측정 조명의 하부에 위치하며, 측정 조명(1)에서 방출하는 광원을 점광원으로 전달하는 핀 홀;
상기 측정 조명의 하단에 위치하며, 광원의 광 경로를 바꾸는 가림 렌즈부;
상기 측정 조명으로부터의 광원이 각각 기준 미러의 기준면과 측정물의 측정면에 조사되도록 분할시키는 빔 스플리터:
상기 측정면과 기준면으로부터 각각 반사되는 기준광과 측정광의 간섭에 의해 생성된 간섭무늬를 촬영하는 광 검출기; 및
상기 광 검출기를 통해 촬영된 영상으로 필요한 정보를 분석하고 측정 장치를 제어하는 제어부; 를 포함하는 2차원 및 3차원 영상을 얻기 위한 측정 장치.a measurement light emitting light source;
a pin hole located below the measurement light and transmitting a light source emitted from the measurement light 1 to a point light source;
an occluding lens unit located at a lower end of the measuring light and changing a light path of a light source;
A beam splitter that splits the light source from the measurement light to be irradiated to the reference surface of the reference mirror and the measurement surface of the measurement object, respectively:
an optical detector for photographing interference fringes generated by interference of reference light and measurement light reflected from the measurement surface and the reference surface, respectively; and
a controller that analyzes necessary information from the image captured through the photodetector and controls a measuring device; Measuring device for obtaining 2-dimensional and 3-dimensional images comprising a. 제13항에 있어서, 상기 가림 렌즈부는 광을 집속시키는 렌즈 및 상기 렌즈의 중앙을 가리는 가리개를 포함하는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 13, wherein the covering lens unit includes a lens for focusing light and a cover covering the center of the lens. 제13항에 있어서, 상기 측정 장치는 광원을 평행광으로 시준하는 시준부 및 상기 시준된 광원을 빔 스플리터로 유도시키는 제1 광 유도부를 더욱 포함하는 것인, 측정 장치.14 . The measuring device according to claim 13 , further comprising a collimating unit for collimating a light source into parallel light and a first light guiding unit for guiding the collimated light source to a beam splitter. 제15항에 있어서, 상기 가림 렌즈부는 2차원 영상을 측정하는 경우, 시준부와 제1 광 유도부 사이의 광 경로에 위치하도록 이동되는 것인, 측정 장치.The measuring device according to claim 15, wherein the occluding lens unit is moved to be located in an optical path between the collimating unit and the first light guiding unit when measuring a 2D image. 제13항에 있어서, 상기 빔 스플리터와 측정물 사이에 제2 광 유도부를 더욱 포함하는 것인, 측정 장치The measuring device according to claim 13, further comprising a second light guiding unit between the beam splitter and the measurement object.
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