WO2014178514A1 - 스캐닝 모듈, 베셀빔을 이용한 검출 장치, 검출용 프로브 및 프로브형 검출 장치 - Google Patents

스캐닝 모듈, 베셀빔을 이용한 검출 장치, 검출용 프로브 및 프로브형 검출 장치 Download PDF

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path
beam forming
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최성욱
김현정
이나리
장현주
옥경식
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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
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    • G01J1/08—Arrangements of light sources specially adapted for photometry standard sources, also using luminescent or radioactive material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/001—Axicons, waxicons, reflaxicons

Definitions

  • Imaging methods are mainly used for inspecting objects or materials by non-destructive methods. There are two main methods, image detection method using continuous output light source and image detection method using spectroscopic method. These methods have advantages and disadvantages, but image detection methods using continuous output light sources are more widely used in fields requiring relatively high output, such as transmission images.
  • the detection resolution increases as the focal length of the lens is shorter.
  • the distance between the specimen and the lens must be very close. Therefore, in this case, there is a problem that a working distance is limited.
  • Bessel beams which are proposed by Durnin and known as non-diffracting beams, which can improve the resolution (sub-wavelength) while increasing the depth of focus of the optical system. It is known.
  • a conventional method may be used to acquire an image by directly using a Focal Plane Array Detector, or to obtain an image by combining a linear array detector or a single point detector with a scanning means.
  • the method is well known.
  • the method of increasing the intensity irradiated per unit area and detecting high sensitivity at low cost is focused on raster scanning at a high speed by focusing the incident electromagnetic waves at one point.
  • scanning polygon mirror, galvano mirror, etc.
  • the electromagnetic wave reflected or transmitted to the sample is detected with a single detector while changing the direction of the electromagnetic wave.
  • the electromagnetic beams used in such high-speed raster scanning are mostly focused in the form of Gaussian beams, and as mentioned above, there are many limitations in improving resolution and depth of focus.
  • Raster at high speed by using Bessel beam which can extend the working distance with high detection resolution and long depth of focus so that accurate image of the specimen can be obtained in a non-destructive way by using electromagnetic waves for various kinds of specimens. It is intended to provide a technology capable of scanning.
  • the present invention aims to provide a scanning technology using a Bessel beam capable of extending the operating distance due to a high detection resolution and a long depth of focus.
  • Imaging methods are mainly used for inspecting objects or materials by non-destructive methods. There are two main methods, image detection method using continuous output light source and image detection method using spectroscopic method. These methods have advantages and disadvantages, but image detection methods using continuous output light sources are more widely used in fields requiring relatively high output, such as transmission images.
  • the detection resolution increases as the focal length of the lens is shorter.
  • the distance between the specimen and the lens must be very close. Therefore, in this case, there is a problem that a working distance is limited.
  • a conventional method may be used to acquire an image by directly using a Focal Plane Array Detector, or to obtain an image by combining a linear array detector or a single point detector with a scanning means.
  • the method is well known.
  • the method of increasing the intensity irradiated per unit area and detecting high sensitivity at low cost is focused on raster scanning at a high speed by focusing the incident electromagnetic waves at one point.
  • scanning polygon mirror, galvano mirror, etc.
  • the electromagnetic wave reflected or transmitted to the sample is detected with a single detector while changing the direction of the electromagnetic wave.
  • the electromagnetic beams used in such high-speed raster scanning are mostly focused in the form of Gaussian beams, and as mentioned above, there are many limitations in improving resolution and depth of focus.
  • a scanning module includes a first path changer for changing a path of an incident electromagnetic wave, a first driver and a first path changer for moving a first path changer to adjust the path of electromagnetic waves. And a vessel beam forming unit configured to form the vessel beam in at least a portion of the specimen by using the changed electromagnetic wave.
  • the first path changing unit and the vessel beam forming unit may be mechanically coupled, and when the first path changing unit is moved by the first driving unit, the vessel beam forming unit may be integrally moved with the first path changing unit.
  • the scanning module may be spaced apart from the first path changing unit and the vessel beam forming unit, and when the first path changing unit is moved by the first driving unit, electromagnetic waves incident from the first path changing unit may be incident to the vessel beam forming unit.
  • the second driver may further include a second driver to move the vessel beam forming unit.
  • the scanning module is disposed between the vessel beam forming unit and the specimen, and moves the second path changing unit and the second path changing unit to change the path of the vessel beam so that the vessel beam is formed on at least a portion of the specimen. It may further include a third drive for adjusting.
  • the first path changing unit is connected to the body moving by the first driving unit, the first reflecting unit for changing the path of electromagnetic waves incident from the light source, and one side is connected to the body, and the other side is connected to the first reflecting unit, and the first reflection. It may include a fourth driving unit for moving the part to adjust the path of the electromagnetic wave.
  • the scanning module may further include an electromagnetic wave control unit configured to form electromagnetic waves incident from the light source in parallel and to collimate the incident electromagnetic waves into the first path changing unit.
  • an electromagnetic wave control unit configured to form electromagnetic waves incident from the light source in parallel and to collimate the incident electromagnetic waves into the first path changing unit.
  • the scanning module may further include an electromagnetic wave control unit including a collimating unit for forming the electromagnetic wave incident from the light source in parallel and a second reflecting unit reflecting the parallel electromagnetic wave to the first path changing unit.
  • an electromagnetic wave control unit including a collimating unit for forming the electromagnetic wave incident from the light source in parallel and a second reflecting unit reflecting the parallel electromagnetic wave to the first path changing unit.
  • the scanning module is an electromagnetic wave composed of a collimating part which forms electromagnetic waves incident from a light source in parallel, and a variable optical element which is moved between the collimating part and the first path changing part and injects the parallelized electromagnetic wave into the first path changing part.
  • the control unit may further include.
  • the scanning module may include a fifth driver for moving the variable optical device between the collimating part and the first path changing part.
  • the scanning module is moved between the collimating part for forming the electromagnetic wave incident from the light source in parallel, the second reflecting part for reflecting the paralleled electromagnetic wave, and the second reflecting part and the first path changing part, and the reflected electromagnetic wave is removed.
  • the electronic device may further include an electromagnetic wave control unit including a variable optical element incident on the one path changing unit.
  • the vessel beam forming unit may include a diffractive optical element having a plurality of circular grooves or circular holes and a lens having a positive refractive index, an excicon lens, or a holographic optical element.
  • the scanning module may adjust the distance between the first path changing unit and the vessel beam forming unit.
  • a detection apparatus using a Bessel beam comprising: a first path changing unit for changing a path of an incident electromagnetic wave, a first driving part for adjusting the path of the electromagnetic wave by moving the first path changing unit; And a vessel beam forming unit configured to form a vessel beam in at least a portion of the specimen by using the electromagnetic wave whose path is changed by the first path changing unit, and a detector configured to detect the intensity of the electromagnetic wave from the specimen.
  • the detection apparatus using the Bessel beam further includes a beam splitter that reflects electromagnetic waves incident from the object to be detected through the Bessel beam forming unit and the first path changing unit to the detection unit, and the detection unit includes the intensity of the electromagnetic wave incident from the beam splitter. Can be detected.
  • the detection apparatus using the Bessel beam further includes a light concentrator configured to condense the electromagnetic waves transmitted through the inspected object, and the detector may detect the intensity of the electromagnetic waves collected by the light concentrator.
  • the light collecting unit may have a diameter equal to or greater than the diameter of the electromagnetic wave that passes through the test object and diverges.
  • the first path changing unit and the vessel beam forming unit may be mechanically coupled, and when the first path changing unit is moved by the first driving unit, the vessel beam forming unit may be integrally moved with the first path changing unit.
  • a first path changing unit and the vessel beam forming unit are disposed to be spaced apart, and when the first path changing unit is moved by a first driving unit, electromagnetic waves incident from the first path changing unit form the vessel beam.
  • the apparatus may further include a second driving unit which moves the vessel beam forming unit to be incident to the unit.
  • a detection device using a Bessel beam includes a collimating unit for forming electromagnetic waves incident from a light source in parallel, and a variable optical element which is moved between the collimating unit and the first path changing unit and injects parallelized electromagnetic waves to the first path changing unit. It may further include an electromagnetic wave control unit consisting of.
  • the detection probe includes at least a portion of an object by using a light source for generating electromagnetic waves, a path changing unit for changing a path of electromagnetic waves incident from the light source, and an electromagnetic wave whose path is changed by the path changing unit.
  • a housing including a vessel beam forming unit for forming a vessel beam in the vessel, a detector for detecting the intensity of electromagnetic waves from the specimen, the light source, the path changing unit, the vessel beam forming unit, and the detection unit therein; Include.
  • the detection probe includes a waveguide formed between the light source and the alarm changing unit, a coupling lens for injecting electromagnetic waves incident from the light source into the waveguide, and a focusing lens for focusing electromagnetic waves emitted from the waveguide to the path changing unit. It may further include.
  • the detection probe may further include a driver for a path changer that rotates the path changer or moves in a straight line.
  • the path changing unit and the vessel beam forming unit may be mechanically coupled, and the vessel beam forming unit may be integrally moved with the path changing unit when the path changing unit is moved by the path changing unit driving unit.
  • Probe-type detection device is a light source for generating an electromagnetic wave, a path changing unit for changing the path so that the electromagnetic wave incident from the light source is irradiated to the object, and a path change for rotating the path changing unit
  • a detection probe comprising a bouillon drive unit, a detection unit for detecting the intensity of electromagnetic waves from the test object, the light source, the path change unit, the path change drive unit, and a housing having the detection unit therein; And a linear driver for moving the detection probe in a straight line.
  • the detection probe may further include a Bessel beam forming unit configured to form a Bessel beam on at least a portion of the specimen by using the electromagnetic wave whose path is changed by the path changing unit.
  • the detection probe may include a waveguide formed between the light source and the alarm changing unit, a coupling lens for injecting electromagnetic waves incident from the light source into the waveguide, and the electromagnetic wave emitted from the waveguide to focus the path changing unit. It may further include a focusing lens.
  • the path changing unit and the vessel beam forming unit may be mechanically coupled, and the vessel beam forming unit may be integrally moved with the path changing unit when the path changing unit is moved by the path changing unit driving unit.
  • a probe-type detection device includes a light source for generating electromagnetic waves, a first housing part having a detection unit for detecting the intensity of electromagnetic waves from an object, and an electromagnetic wave incident from the light source. And a second housing part having a path changing part for changing a path to be irradiated to a second part and a driving part for path changing part rotating the path changing part, wherein the first housing part has a groove for accommodating the second housing part.
  • a detection member including a rotating member on both sides of the groove to rotate in a state where the second housing part is received, and the second housing part including a coupling part coupled to the rotating member; And a linear driver for moving the detection probe in a straight line.
  • the detection performance can be improved by increasing the resolution while increasing the depth of focus while increasing the resolution.
  • the projection image of the absorber or the reflector existing in the object may be clearly obtained.
  • the detection performance can be improved by increasing the working distance by increasing the depth of focus while increasing the resolution by using the vessel beam.
  • FIG. 1 is a block diagram of a detection apparatus using a vessel beam related to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate a detection apparatus using a vessel beam related to an embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B illustrate a vessel beam forming unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining mechanical coupling of the first path changing unit and the vessel beam forming unit according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are diagrams for describing a driving method of a first driving unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B are diagrams for describing a method of driving the first path changing unit and the vessel beam forming unit when the first path changing unit and the vessel beam forming unit are spaced apart from each other.
  • FIG. 7 is a diagram for describing a method of adjusting a distance between a first path changing unit and a vessel beam forming unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a scanning module capable of performing a 2D scan according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for describing a scanning module capable of performing two-dimensional scan, according to another exemplary embodiment.
  • 10A and 10B are diagrams for describing an electromagnetic wave control unit according to an embodiment of the present invention.
  • 11A and 11B are diagrams for describing a method of diverting electromagnetic waves by an electromagnetic wave control unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • 12A and 12B are diagrams for describing a method of converging electromagnetic waves by an electromagnetic wave control unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block diagram of a detection probe according to an embodiment of the present invention.
  • 14A to 14B are views for explaining a probe type detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a view for explaining a probe type detection device according to another embodiment of the present invention.
  • 16 is a view for explaining a probe-type detection device related to another embodiment of the present invention.
  • 17 is a view for explaining in detail the driving unit for the path changing unit of FIG.
  • 18A to 18C are diagrams for describing a driving process of a probe type detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a detection apparatus using a vessel beam related to an embodiment of the present invention.
  • the detection apparatus 100 using the vessel beam includes a light source 110, an electromagnetic wave control unit 120, a first path changing unit 130, a first driving unit 140, and a vessel beam forming unit 150. ), The test object 160, the light collecting unit 170, and the detecting unit 180.
  • a Bessel beam is a set of solutions of the Maxwell's equation for free space, which refers to electromagnetic waves given by the Bessel function of the first order, and are known as non-diffraction beams.
  • the Bezel beam proceeds indefinitely because it is implemented by an optical system having a limited aperture rather than an infinite aperture, it is commonly referred to as Quasi-Bessel-Beam (QBB).
  • QBBs can be made from holograms, multiple rings or a combination of circular masks and lenses with finite apertures, and funnel-shaped lenses known as axicons.
  • the scanning module refers to an apparatus including only some components of a detection apparatus using a Bessel beam.
  • the light source 110 may be various types of devices capable of generating electromagnetic waves.
  • the light source 110 may generate millimeter waves or terra waves.
  • the millimeter wave is an electromagnetic wave of an extremely high frequency region, and preferably has a frequency of 30 GHz to 300 GHz.
  • the terrapa means an electromagnetic wave in the terahertz region, and preferably, may have a frequency of 0.1 THz to 10 THz. However, even if somewhat out of this range, as long as those skilled in the art can easily conceive, it can be recognized as a terrapa in the present invention.
  • the electromagnetic wave control unit 120 may be disposed between the light source 110 and the first path changing unit 130.
  • the electromagnetic wave controller 120 may collimate, converge, or diverge the electromagnetic wave incident from the light source 110.
  • converging refers to a case in which the area of the electromagnetic wave is reduced compared to the area of the electromagnetic wave incident on the first path changing unit 130 when collimating.
  • Diving refers to a case in which the area of the electromagnetic wave is enlarged compared to the area of the electromagnetic wave incident on the first path changing unit 130 when collimating.
  • the electromagnetic wave control unit 120 may include a collimating unit for forming the electromagnetic wave incident from the light source 110 in parallel and injecting the parallelized electromagnetic wave into the first path changing unit 130.
  • the collimating part may be a convex lens that refracts incident electromagnetic waves in parallel or a parabolic mirror reflects incident electromagnetic waves in parallel.
  • the electromagnetic wave control unit 120 may include a collimating unit that forms the electromagnetic waves incident from the light source in parallel, and an agent that reflects the parallelized electromagnetic waves to the first path changing unit 130. It may include two reflectors.
  • the electromagnetic wave control unit 120 may include a collimating unit for forming an electromagnetic wave incident from a light source in parallel, and between the collimating unit and the first path changing unit. It may include a variable optical element that is moved, the parallel electromagnetic wave incident to the first path changing unit 130. The electromagnetic wave control unit 120 moves the variable optical element between the collimating unit and the first path changing unit 130 to converge or diverge electromagnetic waves incident to the first path changing unit 130. It may further include a fifth driver for diverging).
  • the variable optical element moves toward the collimating part, electromagnetic waves incident to the first path changing part 130 are diverging. In this case, the depth of focus (DOF) of the vessel beam generated by the vessel beam forming unit 150 is increased.
  • the variable optical element is moved toward the first path changing unit, electromagnetic waves incident to the first path changing unit 130 are converged. In this case, the depth of focus (DOF) of the vessel beam generated by the vessel beam forming unit 150 is reduced.
  • the electromagnetic wave control unit 120 may include a collimating unit which forms an electromagnetic wave incident from the light source 110 in parallel, and an agent that reflects the paralleled electromagnetic wave.
  • the second reflector may include a variable optical element that is moved between the second reflector and the first path changer and allows the reflected electromagnetic wave to enter the first path changer 130.
  • the electromagnetic wave adjusting unit 120 moves the optical element between the second reflecting unit and the first path changing unit to converge or diverge electromagnetic waves incident to the first path changing unit 130.
  • the apparatus may further include a fifth driver.
  • the first path changing unit 130 may change a path of the electromagnetic wave incident from the light source 110 ('the electromagnetic wave control unit') or the electromagnetic wave control unit 120.
  • the electromagnetic wave whose path is changed by the first path changing unit 130 is incident to the vessel beam forming unit 150.
  • the first path changing unit 130 may include a reflective surface for changing a path of incident electromagnetic waves.
  • the reflective surface may reflect the incident electromagnetic wave and enter the vessel beam forming unit 150.
  • the first path changing unit 130 may include a body moving by the first driving unit 140, a first reflecting unit changing a path of electromagnetic waves incident from the light source 110, and one side of the body. It is connected to, and the other side is connected to the reflector, may include a fourth driving unit for adjusting the path of the electromagnetic wave by moving the reflector.
  • the fourth driving unit may move the vessel beam forming unit 150 so that the electromagnetic wave whose path is changed by the reflecting unit is incident perpendicularly to the light incident surface of the vessel beam forming unit 150. It means a light incident surface and a surface on which light is incident.
  • the first driver 140 may adjust the path of the electromagnetic wave by moving the first path changer 130. As the path of the electromagnetic wave is adjusted, the position of the inspected object 160 to which the Bessel beam generated by the Bessel beam forming unit 150 is irradiated is changed. By using this, the detection apparatus 100 may scan the specimen 160. For example, the first driver 140 may rotate or linearly move. In addition, the first driving unit 140 may be driven in one or two axes. A detailed description of the first driver 140 will be described in more detail with reference to FIGS. 5A to 5C.
  • the vessel beam forming unit 150 may allow the vessel beam to be formed on at least a portion of the specimen 160 by using the electromagnetic wave whose path is changed by the first path changing unit 130. Since it is difficult to form, the vessel beam formed by the vessel beam forming unit 150 may be referred to as a quasi-bessel beam (QBB).
  • QBB quasi-bessel beam
  • the vessel beam forming unit 150 may be disposed such that electromagnetic waves whose path is changed by the first path changing unit 130 are incident perpendicularly to the incident surface of the vessel beam forming unit 150.
  • the vessel beam forming unit 150 is configured in various forms such as a diffractive optical element having a plurality of circular grooves or circular holes and a lens having a positive refractive index, an excicon lens, or a holographic optical element. Can be.
  • a coupling state and a driving method of the first path changing unit 130 and the vessel beam forming unit 150 are mechanically coupled to the first first path changing unit 130 and the vessel beam forming unit 150.
  • the vessel beam forming unit 150 may be integrally moved with the first path changing unit 130.
  • the path changing unit 140 may further include a second driving unit which moves the vessel beam forming unit 150 so that the electromagnetic wave whose path is changed by the path changing unit 140 is incident to the vessel beam forming unit 150.
  • the second driving unit may move the vessel beam forming unit 150 so that electromagnetic waves whose path is changed by the first path changing unit 140 are incident perpendicularly to the incident surface of the vessel beam forming unit 150. Can be. Accordingly, the changed electromagnetic waves may be maintained to be perpendicular to the light incident surface of the vessel beam forming unit 150.
  • first path changing unit 130 and the vessel beam forming unit 150 may be spaced apart from each other, and the distance between the first path changing unit 130 and the vessel beam forming unit 150 may be adjustable. have.
  • the user may manually adjust the position of the vessel beam forming unit 150, or the second driving unit may automatically adjust the position of the vessel beam forming unit 150 according to an input control signal.
  • the test object 160 refers to a target material to be tested.
  • the condenser 170 condenses electromagnetic waves emitted by reflecting, transmitting, or diffracting the object 160. For example, while being separated from the vessel beam forming unit 150 is spread in the form of a ring-shaped circular beam, the light collecting unit 170 condenses the electromagnetic wave spreading in a circular manner as described above, the collected electromagnetic wave to the detection unit 180 Make it head on.
  • the light collecting unit 170 may be implemented as a convex lens.
  • the convex lens has a large aperture as much as possible, and has a high numerical aperture (NA) to condense as many millimeter waves or terrapas as possible into the effective detection area of the detector.
  • NA numerical aperture
  • the present invention is not necessarily limited to the shape of the condenser formed by such a convex lens, but may be implemented in various forms such as a concave mirror, a parabolic mirror, an ellipsoidal mirror, and the like.
  • the detector 180 may detect the intensity of the electron clogging from the specimen 160.
  • the detector 180 may detect the intensity of electromagnetic waves reflected, transmitted, diffracted, or scattered from the object 160.
  • the detector 180 may collect and detect the electromagnetic waves collected by the condenser 170.
  • the detector 180 may be implemented with a Schottky diode.
  • the detector 180 may collect and detect all the electromagnetic waves collected by the light collecting unit 170.
  • the light concentrator 170 may condense all electromagnetic waves including millimeters and terra waves into the effective area of the detector 180.
  • An image generator may generate an image image by using the Bessel beam detected by the detector 180.
  • the generated image may be displayed on a display unit (not shown).
  • the detection apparatus using the Bessel beam may improve the detection performance by extending the working distance by increasing the resolution while increasing the resolution while using the Bessel beam for image detection.
  • the detection apparatus using the Bessel beam may clearly acquire the projection image of the absorber or the reflector existing in the object when the object is positioned within the depth of focus by using a transmission method because of the long depth of focus.
  • the detection apparatus using the Bessel beam can be easily applied even in the inspection of a material or an object that is absorbed by the electromagnetic wave due to the long depth of focus and the volume or thickness is large.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate a detection apparatus using a vessel beam related to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram for describing a case in which a detection apparatus using a Bessel beam according to an embodiment of the present invention detects using a transmission method.
  • the detection apparatus 200a using the Bessel beam includes a light source 210a, an electromagnetic wave control unit 220a, a first path change unit 230a, a first driver 240a, and a Bessel beam forming unit 250a. ), A test object 260a, a light collecting part 270a, and a detection part 280a.
  • the light source 210a may be various types of devices capable of generating electromagnetic waves.
  • the electromagnetic wave controller 220a may be disposed between the light source 210a and the first path changing unit 230a.
  • the electromagnetic wave controller 220a may collimate, converge, or diverge electromagnetic waves incident from the light source 210a.
  • the converging refers to a case in which the area of the electromagnetic wave is reduced compared to the area of the electromagnetic wave incident on the first path changing unit 230a when collimating.
  • Diving refers to a case in which the area of the electromagnetic wave is enlarged compared to the area of the electromagnetic wave incident on the first path changing unit 230a when collimating.
  • the first path changing unit 230a may change the path of the electromagnetic wave incident from the electromagnetic wave adjusting unit 220a.
  • the electromagnetic wave whose path is changed by the first path changing unit 230a is incident to the vessel beam forming unit 250a.
  • the first path changing unit 230a may include a reflective surface for changing a path of incident electromagnetic waves.
  • the reflecting surface may reflect incident electromagnetic waves to be incident to the vessel beam forming unit 250a.
  • the first driver 240a may move the first path changer 230a to adjust the path of electromagnetic waves.
  • the first driver 240a changes the path of the electromagnetic wave, the position of the inspected object 260a to which the Bessel beam generated by the Bessel beam forming unit 250a is irradiated is changed.
  • the vessel beam forming unit 250a may allow the vessel beam to be formed on at least a portion of the specimen 260a by using electromagnetic waves whose path is changed by the first path changing unit 230a.
  • the vessel beam is formed.
  • the case where the forming part 250a is an excicon lens will be described as a reference.
  • the object 260a is positioned in a region ('Z max interval in FIG. 3B') in which a Bessing beam is formed between the vessel beam forming unit 250a and the light collecting unit 270a.
  • the light collecting unit 270a collects electromagnetic waves that transmit and diverge through the object 260a.
  • the light collecting part 270a may be implemented as a convex lens or an F-THETA lens.
  • the convex lens preferably has a large aperture and has a high numerical aperture (NA) to condense as many electromagnetic waves as possible into the effective detection area of the detector.
  • NA numerical aperture
  • the present invention is not necessarily limited to the shape of the condenser formed by such a convex lens, but may be implemented in various forms such as a concave mirror.
  • the detector 280a may be configured as one detection device or as an array including a plurality of detection devices.
  • the detector 280a may detect the intensity of electromagnetic waves collected by the light collecting unit 270a.
  • FIG. 2B is a diagram for describing a case in which a detection device using a Bessel beam according to an embodiment of the present invention detects using a reflection method.
  • the detection apparatus 200b using the Bessel beam includes a light source 210b, an electromagnetic wave control unit 220b, a first path changing unit 230b, a first driver 240b, and a Bessel beam forming unit 250b. ), A test object 260b, a beam splitter 265b, and a detector 280b.
  • the light source 210b may be various types of devices capable of generating electromagnetic waves.
  • the electromagnetic wave controller 220b may be disposed between the light source 210b and the first path changing unit 230b.
  • the electromagnetic wave controller 220b may collimate, converge, or diverge the electromagnetic wave incident from the light source 210b.
  • converging refers to a case in which the area of the electromagnetic wave is reduced compared to the area of the electromagnetic wave incident on the first path changing unit 230b when collimating.
  • Diving refers to a case in which the area of the electromagnetic wave is enlarged compared to the area of the electromagnetic wave incident on the first path changing unit 230b when collimating.
  • the first path changing unit 230b may change the path of the electromagnetic wave incident from the electromagnetic wave adjusting unit 220b.
  • the electromagnetic wave whose path is changed by the first path changing unit 230b is incident to the vessel beam forming unit 250b.
  • the first path changing unit 230b may include a reflective surface for changing a path of incident electromagnetic waves.
  • the reflecting surface may reflect incident electromagnetic waves and enter the vessel beam forming unit 250b.
  • the first driver 240b may adjust the path of the electromagnetic wave by moving the first path changer 230b.
  • the first driver 240b changes the path of the electromagnetic wave, the position of the inspected object 260b to which the Bessel beam generated by the Bessel beam forming unit 250b is irradiated is changed.
  • the vessel beam forming unit 250b may allow the vessel beam to be formed on at least a portion of the specimen 260b by using electromagnetic waves whose path is changed by the first path changing unit 230b.
  • the vessel beam is formed.
  • the case where the forming part 250b is an excicon lens will be described as a reference.
  • the object 260b is positioned in a region ('Z MAX section' of FIG. 3B) in which the Bessem beam is formed between the vessel beam forming unit 250b and the light collecting unit 270b.
  • the beam splitter 265b may cause the electromagnetic wave incident from the electromagnetic wave control unit 220b to enter the first path changing unit 230b.
  • the beam splitter 265b may reflect the electromagnetic wave incident through the vessel beam forming unit 250b and the first path changing unit 230b to the detector 280b after being reflected from the object 260b.
  • a light collecting unit (not shown) may be disposed between the beam splitter 265b and the detector 280b, and may collect electromagnetic waves incident from the beam splitter 265b and enter the detector 280b.
  • the detector 266b detects the intensity of the electromagnetic wave incident from the beam splitter 265b.
  • 3A and 3B illustrate a vessel beam forming unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram for describing a case in which the vessel beam forming unit includes a diffractive optical element having a plurality of circular grooves or circular holes and a lens having a positive refractive index.
  • the vessel beam forming unit 300a may include a diffractive optical element 310a having a plurality of circular grooves or circular holes 311a arranged in a concentric shape, and a lens 320a having a positive refractive index.
  • the circular grooves or holes 311a formed in the diffractive optical element may be formed in the form of a plate or penetrating the diffractive optical element 310a.
  • the lens 320a having such a positive refractive index is disposed opposite to the direction in which parallel light is incident on the diffractive optical element 310a.
  • 3B is a diagram for describing a case in which the vessel beam forming unit is configured of an excicon lens.
  • the vessel beam forming unit may be configured of an excicon lens 300b.
  • R is the radius of the axicon lens
  • ⁇ is the vertex angle of the axon lens
  • ⁇ 0 represents the half of the cross angle of the beam intersecting the excimon lens
  • w 0 is the radius of parallel light incident to the excimon lens.
  • the section in which the Bessel beam is formed is represented by Z max in FIG. 3, and the terrapa incident on the excicon lens collects energy toward the center along the z axis through constructive interference in the section region.
  • the Gaussian beam and the Bessel beam formed by the excicon lens are distributed in axial symmetry, and the field is distributed in a circular shape along the z-axis. That is, when viewed in a left to right direction with reference to FIG. 3B, both the Gaussian beam in front of the excicon lens and the Bessel beam in the back of the exicon lens are formed in a circular shape.
  • the Bessel beam formed by the excicon lens is separated from the excicon lens and spreads into a ring-shaped circular beam.
  • the most important factor for determining the resolution of the image is the diameter of the beam incident on the object 1.
  • n 0 represents a refractive index in the air
  • n represents a refractive index of the excicon lens
  • ⁇ represents a vertex angle of the excicon lens
  • Equation 2 Z max corresponds to a depth of focus, and this depth of focus may be expressed by Equation 2 below.
  • w 0 represents the radius of the beam incident on the excicon lens, as shown in FIG. 3B. Referring to this equation, it can be seen that the depth of focus also depends on ⁇ 0 .
  • n 0 is 1.0
  • n is 1.54 (High Density Polyethylene)
  • ⁇ is 150 °
  • R is 25 mm
  • ⁇ 0 when ⁇ 0 is calculated using Equation 1, ⁇ 0 may be calculated as 8.5 °. In addition, when the depth of focus Z max is calculated using Equation 2, Z max may be calculated as 40.2 mm.
  • the FDTD may be used to more accurately calculate the intensity distribution of the terapas formed by propagating the Bessel beam in space.
  • a parallel beam is formed such that the center of the parallel beam incident on the excicon lens 300b coincides with the center of the excicon lens 300b, and the radius of the parallel beam is w 0 , the exci- tion. If the radius of the cone lens 300b is R, it is preferable that they have the following relationship.
  • the size of the parallelized electromagnetic wave is less than half of the diameter of the excicon lens, diffraction effects that may occur at the edge of the excicon lens can be minimized, thereby improving transmission image detection performance. have.
  • the vessel beam forming unit may be configured in various forms such as a hologram structure.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining mechanical coupling of the first path changing unit and the vessel beam forming unit according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a diagram for describing a case in which a first path change unit and a vessel beam forming unit are formed on a plate.
  • FIG. 4A is a diagram for describing a case in which a first path change unit and a vessel beam forming unit are formed on a plate.
  • the first path changing unit 420a may be formed on the plate 410a.
  • the vessel beam forming unit 430a may be formed on the plate 410a and spaced apart from the first path changing unit 420a.
  • a shaft is formed on one side of the plate 410a, and when the driving unit moves the shaft, the first path changing unit 420a and the vessel beam forming unit 430a may be integrally moved. .
  • An interlocking device such as a gear may be provided.
  • 4B is a diagram for describing a case in which the first path changing unit and the vessel beam forming unit are directly coupled.
  • the first path changing unit 420b and the vessel beam forming unit 430b may be directly connected.
  • the vessel beam forming unit 430a may also be integrally moved.
  • 5A and 5B are diagrams for describing a driving method of a first driving unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first driving unit 540a may rotate in one axis. Accordingly, when the first driving unit 540a rotates, the first path changing unit 530a rotates. As the first path changing unit 530a rotates, the position of the inspected object to which the Bessel beam generated by the Bessel beam forming unit is irradiated is changed.
  • the first driver 540b may reciprocate linearly based on one axis. Accordingly, when the first driving unit 540b performs the reciprocating linear motion, the first path changing unit 530b performs the reciprocating linear motion.
  • the first driver 540c may include two actuators.
  • the actuator may be coupled to the lower portion of the first path changing unit 530c.
  • the inclination of the first path changing unit 530a is changed.
  • the inclination of the Bessel beam generated by the Bessel beam forming unit 550c is also changed.
  • a detection apparatus can change the position of the Bessem beam irradiated to a test object, and can scan a test object.
  • the first driving unit may be implemented as a two-axis motor.
  • the first path changing unit since the first driving unit is driven in two axes, the first path changing unit is moved in two dimensions. Accordingly, the vessel beam formed by the vessel beam forming unit may be irradiated two-dimensionally on the specimen. If the first path change unit is not an axisymmetric circular motion, the light source unit and the electromagnetic wave control unit may be moved together with the first path change unit.
  • 6A and 6B are diagrams for describing a method of driving the first path changing unit and the vessel beam forming unit when the first path changing unit and the vessel beam forming unit are spaced apart from each other.
  • the first path changing unit 630 and the vessel beam forming unit 650 may be spaced apart from each other.
  • the vessel beam forming unit 650 may be disposed such that electromagnetic waves incident from the first path changing unit 630 are incident perpendicularly to the light incident surface of the vessel beam forming unit 650.
  • the first driver 640 may adjust the path of electromagnetic waves incident by moving the first path changer 630.
  • the second driver 660 may move the vessel beam forming unit 650.
  • the second driver 660 may rotate the vessel beam forming unit 650 by about 45 degrees. have. Accordingly, the second driver 660 may maintain the electromagnetic wave incident from the first path changing unit 630 to be incident perpendicularly to the light incident surface of the vessel beam forming unit 650.
  • the electromagnetic wave incident from the first path changing unit 630 is maintained to be perpendicular to the light incident surface of the vessel beam forming unit 650 to maintain a constant performance. Can be.
  • FIG. 7 is a diagram for describing a method of adjusting a distance between a first path changing unit and a vessel beam forming unit according to an embodiment of the present invention.
  • the first path changing unit 730 and the vessel beam forming unit 750 may be spaced apart from each other.
  • the distance between the first path changing unit 730 and the vessel beam forming unit 750 may be adjustable.
  • the second driver 760 may move the vessel beam forming unit 750 to adjust the distance between the first path changing unit 730 and the vessel beam forming unit 750.
  • the vessel beam formed in the vessel beam forming unit 750 may be controlled to be formed in the specimen.
  • the position of the vessel beam forming unit 750 may be manually adjusted by using a device capable of manually adjusting the position of the vessel beam forming unit 750 or moving the vessel beam forming unit 750 such as a rail.
  • a device capable of manually adjusting the position of the vessel beam forming unit 750 or moving the vessel beam forming unit 750 such as a rail.
  • Various methods can be applied, such as to adjust the.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a scanning module capable of performing a 2D scan according to an embodiment of the present invention.
  • the scanning module includes a first path changing unit 830, a first driving unit 840, a vessel beam forming unit 850, a second path changing unit 860, an object 870, and a third object.
  • the driver 880 is included.
  • the first path changing unit 830 may change the path of the electromagnetic wave incident from the light source.
  • the electromagnetic wave whose path is changed by the first path changing unit 830 is incident to the vessel beam forming unit 850.
  • the first driver 840 may move the first path changer 830 to adjust the path of electromagnetic waves.
  • the vessel beam forming unit 850 forms a vessel beam using electromagnetic waves whose path is changed by the first path changing unit 830.
  • the second path changing unit 860 may be disposed between the vessel beam forming unit 850 and the specimen 870.
  • the second path changing unit 860 may change the path of the vessel beam such that the vessel beam is formed on at least a portion of the specimen 870.
  • the third driver 880 may adjust the path of the vessel beam by moving the second path changer 860.
  • the scanning module can perform a two-dimensional scan on the inspected object.
  • FIG. 9 is a diagram for describing a scanning module capable of performing two-dimensional scan, according to another exemplary embodiment.
  • the scanning module includes a first path changing unit 930, a first driver 940, and a vessel beam forming unit 950.
  • the first path changing unit 930 may include a body 931, a first reflecting unit 932, and a fourth driving unit 933.
  • the body 931 may be moved by the first driver 940.
  • the first reflector 932 may change the path of the electromagnetic wave incident from the light source.
  • the electromagnetic wave whose path is changed may be incident to the vessel beam forming unit 950.
  • One side of the fourth driving unit 933 may be connected to the body 931, and the other side of the fourth driving unit 933 may be connected to the first reflecting unit 932.
  • the fourth driver 933 may move the first reflector 932 to adjust the path of electromagnetic waves.
  • the fourth driver 933 may be various types of motors, such as a voice coil motor.
  • the scanning module can perform a two-dimensional scan on the inspected object.
  • 10A and 10B are diagrams for describing an electromagnetic wave control unit according to an embodiment of the present invention.
  • the electromagnetic wave control unit may be a collimating unit 1020a that forms and outputs incident electromagnetic waves in parallel.
  • the collimating unit 1020a may be a convex lens that refracts incident electromagnetic waves in parallel, or a parabolic mirror that reflects incident electromagnetic waves in parallel.
  • the collimating unit 1020a may form the electromagnetic waves incident from the light source 1010a in parallel, and inject the parallel electromagnetic waves into the first path changing unit 1030a.
  • the first driver 1040a may move the first path changer 1030a to adjust the path of the electromagnetic wave.
  • the vessel beam forming unit 1050a forms a vessel beam using electromagnetic waves whose path is changed by the first path changing unit 1030a.
  • the length of the vessel beam is L1.
  • the electromagnetic wave control unit may include a collimating unit 1020b and a second reflecting unit 1021b that form and output incident electromagnetic waves in parallel.
  • the collimating unit 1020b may form the electromagnetic waves incident from the light source 1010b in parallel, and inject the parallel electromagnetic waves into the second reflecting unit 1021b.
  • the second reflector 1021b may reflect the paralleled electromagnetic waves to enter the first path changing unit 1030b.
  • the first driver 1040b may move the first path changer 1030b to adjust the path of the electromagnetic wave.
  • the vessel beam forming unit 1050b forms a vessel beam using electromagnetic waves whose path is changed by the first path changing unit 1030b.
  • the second reflector 1021b may be implemented as a beam splitter.
  • the beam splitter causes the electromagnetic wave incident from the collimating part 1020b to enter the first path changing part 1030b, and the electromagnetic wave incident from the first path changing part 1030b to be incident to the detector (not shown).
  • the detector (not shown) may be disposed above the beam splitter 1021b.
  • a condenser (not shown) may be further included between the detector and the beam splitter 1021b to condense electromagnetic waves incident from the beam splitter 1021b and enter the detector.
  • 11A and 11B are diagrams for describing a method of diverting electromagnetic waves by an electromagnetic wave control unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the electromagnetic wave control unit includes a collimating unit 1120a, an optical element 1130a, and a fifth driving unit 1131a.
  • the collimating unit 1120a may form the electromagnetic waves incident from the light source 1110a in parallel to allow the parallelized electromagnetic waves to enter the optical device 1130a.
  • the optical device 1130a may inject parallelized electromagnetic waves into the first path changing unit 1140a.
  • the fifth driver 1131a may move the optical device 1130a between the collimating part 1120a and the first path changing part 1140a.
  • the first driver 1150a may adjust the path of the electromagnetic wave by moving the first path changer 1140a.
  • the vessel beam forming unit 1160a forms a vessel beam using electromagnetic waves whose paths are changed by the first path changing unit 1140a.
  • the length of the vessel beam is L2.
  • the fifth driver 1131a moves the optical device 1130a toward the collimating part 1120a. Accordingly, since electromagnetic waves incident to the first path changing unit 1140a are diverging, the depth of focus of the vessel beam generated by the vessel beam forming unit 1160a is increased. .
  • the electromagnetic wave control unit includes a collimating unit 1120b, a second reflecting unit 1130b, an optical element 1140b, and a fifth driving unit 1141b.
  • the collimating unit 1120b forms the electromagnetic waves incident from the light source 1110b in parallel, and injects the parallelized electromagnetic waves into the second reflecting unit 1130b.
  • the second reflecting unit 1130b reflects the parallel electromagnetic waves and enters the optical element 1140b.
  • the optical device 1140b may incident the paralleled electromagnetic wave to the first path changing unit 1150b.
  • the fifth driver 1141a may move the optical device 1140a between the second reflector 1130b and the first path changer 1150a.
  • the first driver 1160b may move the first path changer 1150a to adjust the path of the electromagnetic wave.
  • the vessel beam forming unit 1170b forms a vessel beam using electromagnetic waves whose path is changed by the first path changing unit 1150b.
  • the fifth driver 1141b moves the optical element 1140b toward the second reflector 1130b. Accordingly, since electromagnetic waves incident to the first path changing unit 1150b diverge, the depth of focus of the vessel beam generated by the vessel beam forming unit 1170b is increased. .
  • 12A and 12B are diagrams for describing a method of converging electromagnetic waves by an electromagnetic wave control unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the electromagnetic wave control unit includes a collimating unit 1220a, an optical element 1230a, and a fifth driver 1231a.
  • the collimating part 1220a may form the electromagnetic waves incident from the light source 1210a in parallel to allow the parallel electromagnetic waves to enter the optical device 1230a.
  • the optical device 1230a may incident the paralleled electromagnetic wave to the first path changing unit 1240a.
  • the fifth driver 1231a may move the optical element 1230a between the collimating unit 1220a and the first path changing unit 1240a.
  • the first driver 1250a may move the first path changer 1240a to adjust the path of electromagnetic waves.
  • the vessel beam forming unit 1260a forms a vessel beam using electromagnetic waves whose path is changed by the first path changing unit 1240a.
  • the length of the vessel beam is L3.
  • the length L1 of the vessel beam of FIG. 10A Comparing the length L1 of the vessel beam of FIG. 10A, the length L2 of the vessel beam of FIG. 11A, and the length L3 of the vessel beam of FIG. 12A, the length is long in the order of L2> L1> L3.
  • the length L2 when the electromagnetic wave is diverged is the longest, and the length L3 when the electromagnetic wave is converged is short.
  • the length of L1 which is the length when electromagnetic waves are collimated, is formed between the length of L2 and the length of L3.
  • the fifth driver 1231a moves the optical element 1230a toward the first path changing unit 1240a. Accordingly, since electromagnetic waves incident to the first path changing unit 1240a are converged, a depth of focus (DOF) of the Bessel beam generated by the vessel beam forming unit 1160a is reduced. .
  • DOE depth of focus
  • the electromagnetic wave control unit includes a collimating unit 1220b, a second reflecting unit 1230b, an optical element 1240b, and a fifth driving unit 1241b.
  • the collimating part 1220b forms the electromagnetic waves incident from the light source 1210b in parallel, and injects the parallelized electromagnetic waves into the second reflection part 1230b.
  • the second reflector 1230b reflects the paralleled electromagnetic waves and enters the optical element 1240b.
  • the optical device 1240b may cause the parallel electromagnetic wave to enter the first path changing unit 1250b.
  • the fifth driver 1241a may move the optical device 1240a between the second reflector 1230b and the first path changing unit 1250a.
  • the first driver 1260b may adjust the path of the electromagnetic wave by moving the first path changer 1250a.
  • the vessel beam forming unit 1270b forms a vessel beam using electromagnetic waves whose paths are changed by the first path changing unit 1250b.
  • the fifth driver 1241b moves the optical element 1240b toward the first path changing unit 1250b. Accordingly, since electromagnetic waves incident to the first path changing unit 1250b are converging, the depth of focus of the vessel beam generated by the vessel beam forming unit 1270b is reduced. .
  • the fifth driving unit may move the optical element to converge or diverge electromagnetic waves incident to the first path changing unit. By doing so, it is possible to increase or decrease the depth of focus (DOF) of the vessel beam generated by the vessel beam forming unit. Accordingly, the user or the like may control the fifth driving unit to form a desired depth of focus.
  • DOE depth of focus
  • FIG. 13 is a block diagram of a detection probe according to an embodiment of the present invention.
  • the detection probe 1300 may include a light source 1310, a path change unit 1320, a vessel beam forming unit 1330, a detector 1340, and a housing 1350.
  • the light source 1310 may be various types of devices capable of generating electromagnetic waves.
  • the light source 1310 may generate millimeter waves or terra waves.
  • the millimeter wave is an electromagnetic wave of an extremely high frequency region, and preferably has a frequency of 30 GHz to 300 GHz.
  • the terrapa means an electromagnetic wave in the terahertz region, and preferably, may have a frequency of 0.1 THz to 10 THz. However, even if somewhat out of this range, as long as those skilled in the art can easily conceive, it can be recognized as a terrapa in the present invention.
  • the path changing unit 1320 may change a path of electromagnetic waves incident from the light source 1310.
  • the electromagnetic wave whose path is changed by the path changing unit 1320 is incident to the vessel beam forming unit 130.
  • the path changing unit 1320 may include a reflective surface for changing a path of an incident electromagnetic wave.
  • the reflective surface may reflect the incident electromagnetic wave and enter the vessel beam forming unit 130.
  • the vessel beam forming unit 1330 may allow the vessel beam to be formed on at least a portion of the specimen 1360 by using the electromagnetic wave whose path is changed by the path changing unit 1320.
  • the vessel beam formed by the vessel beam forming unit 1330 may be referred to as a quasi-bessel beam (QBB).
  • QBB quasi-bessel beam
  • a Bessel beam is a set of solutions of the Maxwell's equation for free space, which refers to electromagnetic waves given by the Bessel function of the first order, and are known as non-diffraction beams.
  • the Bezel beam proceeds indefinitely because it is implemented by an optical system having a limited aperture rather than an infinite aperture, it is commonly referred to as Quasi-Bessel-Beam (QBB).
  • QBBs can be made from holograms, multiple rings or a combination of circular masks and lenses with finite apertures, and funnel-shaped lenses known as axicons.
  • the vessel beam forming unit 1330 may be disposed so that electromagnetic waves whose path is changed by the path changing unit 1320 are incident perpendicularly to the light incident surface of the vessel beam forming unit 1330.
  • the vessel beam forming unit 1330 is configured in various forms such as a diffractive optical element having a plurality of circular grooves or circular holes and a lens having a positive refractive index, an excicon lens, or a holographic optical element. Can be.
  • the path changing unit 1320 and the vessel beam forming unit 1330 may be mechanically coupled to each other in a coupling state and a driving method of the path changing unit 1320 and the vessel beam forming unit 1330.
  • the path change unit 1320 and the vessel beam forming unit 1330 are integrally moved.
  • the detector 1340 may detect the intensity of the electromagnetic wave from the object 1360.
  • the detector 1340 may detect the intensity of electromagnetic waves reflected, transmitted, diffracted, or scattered from the object 1360.
  • the detector 1340 is described based on the case of detecting the intensity of electromagnetic waves reflected from the object 1360 through the path changing unit 1320 and the vessel beam forming unit 1330. Detects the intensity of electromagnetic waves that are formed on the opposite side of the Bessel beam forming unit 1330 and transmitted based on the inspected object 1360, or may detect the intensity of the electromagnetic waves that are formed and scattered around the inspected object 1360. .
  • the housing 1350 may include a light source 1310, a path change unit 1320, a vessel beam forming unit 1330, and a detection unit 1340 therein.
  • a light source 1310 may include a light source 1310, a path change unit 1320, a vessel beam forming unit 1330, and a detection unit 1340 therein.
  • all or part of the light source 1310, the path changing unit 1320, the vessel beam forming unit 1330, and the detection unit 1340 may be mechanically coupled to the housing 1350.
  • the inspected object 1360 means a target material to be inspected.
  • the detection probe may improve the detection performance by increasing the working distance by increasing the depth of focus while increasing the resolution by using the vessel beam.
  • the detection probe can scan while rotating, it may be more effective for a specimen formed in a cylindrical shape.
  • 14A to 14B are views for explaining a probe type detection device according to an embodiment of the present invention.
  • the probe type detection device 1400 may include a detection probe and a linear driver 220.
  • the detection probe includes a housing 1410, a light source 1411, a collimating unit 1412, a beam splitter 1413, a focusing lens 1414, a path changing unit 1415, a path changing unit driving unit 1416, and a Bessel beam. And a forming unit 1417, a light collecting unit 1418, and a detection unit 1418.
  • the housing 1410 includes a light source 1411, a collimating unit 1412, a beam splitter 1413, a focusing lens 1414, a path changing unit 1415, a driving unit 1416 for a path changing unit, and a Bessel beam forming unit 1417. ), A light collecting unit 1418 and a detection unit 1418 may be provided inside.
  • the light source 1411 may be various types of devices capable of generating electromagnetic waves.
  • the collimating unit 1412 may form electromagnetic waves incident from the light source 1411 in parallel.
  • the beam splitter 1413 may inject electromagnetic waves incident from the collimating unit 1412 into the focusing lens 1414.
  • the beam splitter 1413 may reflect the electromagnetic wave incident from the object 1430 and reflected through the vessel beam forming unit 1417 and the path changing unit 1415 to the light collecting unit 1418.
  • the focusing lens 1414 may focus the electromagnetic wave incident from the beam splitter 1413 to the path changing unit 215.
  • the path changing unit 1415 may change the path of the electromagnetic wave incident from the focusing lens 1414.
  • the electromagnetic wave whose path is changed by the path changing unit 1415 may be incident to the vessel beam forming unit 1417.
  • the path changing unit 1415 and the vessel beam forming unit 1417 may be mechanically coupled.
  • the driving unit 1416 for the path changing unit may move the path changing unit 1415 to adjust the path of electromagnetic waves.
  • the path changer driver 1416 performs a rotational motion
  • the path changer 1415 and the vessel beam forming unit 1417 may rotate as the path changer driver 1416 rotates. Therefore, the inspection object 1430 formed circularly around the probe-type detection device 1400 can also be scanned effectively.
  • the vessel beam forming unit 1417 may allow the vessel beam to be formed on at least a portion of the object 1430 by using electromagnetic waves whose path is changed by the path changing unit 1415.
  • the vessel beam formed by the vessel beam forming unit 1417 may be referred to as a quasi-bessel beam (QBB).
  • QBB quasi-bessel beam
  • the light collecting unit 1418 is disposed between the beam splitter 1413 and the detector 1418 and is reflected from the object 1430 through the path changing unit 1415 and the Bessel beam forming unit 1417 from the beam splitter 1413.
  • the electromagnetic wave can be incident to the detector 1418.
  • the detector 1418 may detect the intensity of the electromagnetic wave incident from the light collecting unit 1418.
  • the linear driver 1420 may move the housing 1410 in a straight line. As the path changing unit driving unit 1416 is rotationally driven and the linear driving unit 1420 is driven in a straight line, the probe type detection device 1400 may scan not only in the rotational direction but also in the vertical direction.
  • the vessel beam forming unit may be configured as an axicon lens 1450.
  • the vessel beam forming unit is described based on the case of an excicon lens.
  • the vessel beam forming unit may be implemented in various forms in addition to the vessel beam forming unit.
  • R is the radius of the axicon lens
  • ⁇ is the vertex angle of the axon lens
  • ⁇ 0 represents the half of the cross angle of the beam intersecting the excimon lens
  • w 0 is the radius of parallel light incident to the excimon lens.
  • the section in which the Bessel beam is formed is represented by Z max in FIG. 14B, and the terrapa incident to the excicon lens collects energy toward the center along the z axis through constructive interference in the section region.
  • the Gaussian beam and the Bessel beam formed by the excicon lens are distributed in axial symmetry, and the field is distributed in a circular shape along the z-axis. That is, when viewed from the left to the right with respect to FIG. 14B, the Gaussian beam in front of the excicon lens and the Bessel beam in the back of the exicon lens are both formed in a circular shape.
  • the Bessel beam formed by the excicon lens is separated from the excicon lens and spreads into a ring-shaped circular beam.
  • the most important factor for determining the resolution of the image is the diameter of the beam incident on the specimen.
  • n 0 represents a refractive index in the air
  • n represents a refractive index of the excicon lens
  • ⁇ represents a vertex angle of the excicon lens
  • Z max corresponds to a depth of focus, which may be expressed by Equation 4 below.
  • w 0 denotes the radius of the beam incident on the excicon lens, as shown in FIG. 14B. Referring to this equation, it can be seen that the depth of focus also depends on ⁇ 0 .
  • ⁇ 0 when ⁇ 0 is calculated using Equation 3, ⁇ 0 may be calculated as 8.5 °. In addition, when the depth of focus Z max is calculated using Equation 4, Z max may be calculated to be 40.2 mm.
  • the FDTD may be used to more accurately calculate the intensity distribution of the terapas formed by propagating the Bessel beam in space.
  • a parallel beam is formed so that the center of the parallel beam incident on the excicon lens 1450 coincides with the center of the excicon lens 1450, and the radius of the parallel beam is w 0 , the exci- tion.
  • the radius of the cone lens 1450 is R, it is preferable that they have the following relationship.
  • the size of the parallelized electromagnetic waves is less than half of the diameter of the excicon lens, diffraction effects that may occur at the edge of the excicon lens can be minimized, thereby improving transmission or reflection image detection performance. Can be.
  • FIG. 15 is a view for explaining a probe type detection device according to another embodiment of the present invention.
  • the probe type detection apparatus 1500 may include a detection probe and a linear driver 1530.
  • the detection probe may include a housing 1510, a light source 1511, a collimating unit 1512, a beam splitter 1513, a coupling lens 1514, a waveguide 1515, a focusing lens 1516, and a path change.
  • the unit 1517 includes a vessel beam forming unit 1518, a path changing unit driving unit 1519, a light collecting unit 1520, and a detection unit 1521.
  • the housing 1510 includes a light source 1511, a collimating unit 1512, a beam splitter 1513, a coupling lens 1514, a waveguide 1515, a focusing lens 1516, and a path changing unit 1517.
  • the vessel beam forming unit 1518, the path changing unit driving unit 1519, the light collecting unit 1520, and the detection unit 1521 may be provided therein.
  • the light source 1511 may be various types of devices capable of generating electromagnetic waves.
  • the collimating unit 1512 may form electromagnetic waves incident from the light source 1511 in parallel.
  • the beam splitter 1513 may inject electromagnetic waves incident from the collimating part 1512 into the coupling lens 1514.
  • the beam splitter 1513 is reflected from the specimen 1540 and is incident through the coupling lens 1514, the waveguide 1515, the focusing lens 1516, the path changing unit 1517, and the vessel beam forming unit 1518.
  • the electromagnetic waves may be reflected by the light converging unit 1520.
  • the coupling lens 1514 may inject electromagnetic waves incident from the beam splitter 1513 into the waveguide 1515.
  • Waveguide 1515 may be formed between coupling lens 1514 and focusing lens 1516.
  • the focusing lens 1516 may focus the electromagnetic wave emitted from the waveguide 1515 to the path change unit 1517.
  • the path changing unit 1517 may change the path of the electromagnetic wave incident from the focusing lens 1516.
  • the electromagnetic wave whose path is changed by the path changing unit 1517 may be incident to the vessel beam forming unit 1518.
  • the path change unit 1517 and the vessel beam forming unit 1518 may be mechanically coupled.
  • the vessel beam forming unit 1518 may allow the vessel beam to be formed on at least a portion of the object 1540 by using the electromagnetic wave whose path is changed by the path changing unit 1517.
  • the vessel beam formed by the vessel beam forming unit 1518 may be referred to as a quasi-bessel beam (QBB).
  • QBB quasi-bessel beam
  • the driving unit 1519 for the path changing unit may move the path changing unit 1517 to adjust the path of the electromagnetic wave.
  • the path changer driver 1519 rotates
  • the path changer 1517 and the vessel beam forming unit 1518 may rotate as the path changer driver 1519 rotates. Therefore, the inspection object 1540 formed circularly around the probe-type detection device 1500 can also be scanned effectively.
  • the condenser 1520 may be disposed between the beam splitter 1513 and the detector 1521, and may incident electromagnetic waves reflected from the beam splitter 1513 to the detector 1521.
  • the detector 1521 may detect the intensity of the electromagnetic wave incident from the light collecting unit 1520.
  • the linear driver 1530 may move the housing 1510 in a straight line. As the driving unit 1519 for the path changing unit is driven to rotate and the linear driving unit 1530 is driven in a straight line, the probe type detection apparatus 1500 may scan in the rotational direction as well as in the vertical direction.
  • the probe-type detection apparatus can use the waveguide to prevent the performance from being lowered even if the length of the detection probe is increased.
  • 16 is a view for explaining a probe-type detection device related to another embodiment of the present invention.
  • the probe type detection device 1600 may include a detection probe, a linear driver 1630, and a rotation driver 1640.
  • the detection probe may include a first housing 1610, a light source 1611, a collimating unit 1612, a beam splitter 1613, a light collecting unit 1614, a detection unit 1615, a rotating member 1616, and a second housing ( 1620, a focusing lens 1621, a path changing unit 1622, a path changing unit driving unit 1623, and a Bessel beam forming unit 1624.
  • the first housing 1610 may include a light source 1611, a collimating unit 1612, a beam splitter 1613, a light collecting unit 1614, a detector 1615, and a rotating member 1616.
  • the first housing 1610 may include a groove for accommodating the second housing 1620, and may include a rotating member 1616 on both sides of the groove to rotate in the state where the second housing 1620 is accommodated. Can be.
  • the light source 1611 may be various types of devices capable of generating electromagnetic waves.
  • the collimating unit 1612 may form electromagnetic waves incident from the light source 1611 in parallel.
  • the beam splitter 1613 may inject electromagnetic waves incident from the collimating unit 1612 into the focusing lens 1621.
  • the beam splitter 1613 may reflect the electromagnetic wave incident through the focusing lens 1621, the path changing unit 1622, and the vessel beam forming unit 1624 to be reflected from the object 1650 to the light collecting unit 1614. have.
  • the condenser 1614 is disposed between the beam splitter 1613 and the detector 1615, and is arranged from the beam splitter 1613 through the focusing lens 1621, the path changing unit 1622, and the vessel beam forming unit 1624. Electromagnetic waves reflected from the object 1650 may be incident to the detector 1615.
  • the detector 1615 may detect the intensity of the electromagnetic wave incident from the light collecting unit 1614.
  • the second housing 1620 may include a focusing lens 1621, a path changing unit 1622, a path changing unit driving unit 1623, and a vessel beam forming unit 1624 therein.
  • the second housing 1620 may include a coupling portion 1625 that is coupled to the rotating member 1616. Accordingly, even when the second housing 1620 is rotated by the rotation driver 1640, the second housing 1620 may not be separated from the first housing 1610.
  • the focusing lens 1621 may focus the electromagnetic wave incident from the beam splitter 1613 to the path changing unit 1622.
  • the path changing unit 1622 may change the path of the electromagnetic wave incident from the focusing lens 1621.
  • the electromagnetic wave whose path is changed by the path changing unit 1622 may be incident to the vessel beam forming unit 1624.
  • the path changing unit 1622 and the vessel beam forming unit 1624 may be mechanically coupled.
  • the driving unit 1623 for the path changing unit may include at least two or more actuators. Actuators may be coupled to the lower portion of the path changing unit 1622. By varying the driving length of the actuators, the inclination of the path changing unit 1622 may be changed. Accordingly, the inclination of the Bessem beam generated by the Bessem beam forming unit 1624 is also changed to change the position of the Bess beam to be irradiated to the object 1650.
  • the vessel beam forming unit 1624 may allow the vessel beam to be formed on at least a portion of the specimen 1650 by using the electromagnetic wave whose path is changed by the path changing unit 1622.
  • the vessel beam formed by the vessel beam forming unit 1624 may be referred to as a quasi-bessel beam (QBB).
  • QBB quasi-bessel beam
  • the linear driver 1630 may move the first housing 1610 in a straight line.
  • the rotation driver 1640 may rotate the second housing 1620.
  • the probe type detection device 1600 may scan in the rotational direction. You can scan in the vertical direction as well.
  • 17 is a view for explaining in detail the driving unit for the path changing unit of FIG.
  • the path change unit 1730 and the vessel beam forming unit 1750 may be spaced apart from each other on a plate.
  • the driving unit 1740 for the path change unit may include at least two actuators. Actuators may be coupled to the bottom of the plate. By varying the drive length of the two actuators, the inclination of the plate changes. As the inclination of the plate is changed, the inclinations of the path changing unit 1722 and the vessel beam forming unit 1750 may be changed to change the position of the Besemb beam to be irradiated to the specimen.
  • 18A to 18C are diagrams for describing a driving process of a probe type detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the probe-type detection device 1800 may be inserted into the accommodating part 1811 included in the cylindrical object 1810 to scan the object 1810.
  • the accommodation unit 1811 may be implemented as a through hole or a groove in which one side is blocked.
  • the outer surface of the specimen 1810 may be made of metal, and the inner surface 1812 of the receiving portion 1811 may be made of a material through which electromagnetic waves can be transmitted.
  • the vessel beam 1801 may scan while rotating the specimen 1810.
  • the vessel beam 1801 may scan the specimen 1810 up and down. .
  • the probe-type detection device can scan the object to be scanned in the rotational direction as well as the vertical direction.
  • the described embodiments may be configured by selectively combining all or part of the embodiments so that various modifications can be made.

Landscapes

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Abstract

본 발명의 일 실시예와 관련된 스캐닝(scanning) 모듈은 광원으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시키는 제 1 경로 변경부와, 상기 제 1 경로 변경부를 이동시켜 상기 전자기파의 경로를 조절하는 제 1 구동부 및, 상기 제 1 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부를 포함한다. 본 발명의 일 실시예와 관련된 검출용 프로브는 전자기파를 생성하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부와, 상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부 및, 상기 광원, 상기 경로 변경부, 상기 베셀 빔 형성부 및 상기 검출부를 내부에 구비한 하우징을 포함한다.

Description

스캐닝 모듈, 베셀빔을 이용한 검출 장치, 검출용 프로브 및 프로브형 검출 장치
비파괴적인 방법으로 물체나 물질을 검사하기 위해서는 영상학적인 방법이 주로 활용되는데, 크게 연속출력 광원을 이용한 영상 검출법과 분광학적인 방법을 이용한 영상 검출법의 두 가지 방법이 주류를 이룬다. 이러한 방법들은, 각각 장단점을 갖고 있으나, 투과 이미지와 같이 상대적으로 고출력을 요구하는 분야에서는 연속출력 광원을 이용한 영상 검출법이 보다 널리 이용되고 있다.
일반적으로, 분해능이 개선되면 상대적으로 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 감소하는 문제로 인해, 종래 기술들은 여전히 한계점을 갖고 있다.
특히, 분해능이 높은 광학계의 경우 초점 심도가 짧기 때문에 일정한 부피를 가진 물체의 경우 내부 구조를 비파괴적인 방법으로 검사하기 위해서는 초점이 맺히는 점을 피검물 내에서 깊이 방향으로도 스캐닝을 해야 하는 번거로움이 있다. 이러한 문제는 투영된 흡수 이미지를 바탕으로 3차원 CT(Computerized Tomography)를 만드는 경우 더 많은 시간이 소요되고, 이러한 깊이 방향의 스캐닝을 생략하게 되면 정확도가 크게 떨어지는 투영 영상이 만들어져 영상의 품질이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 검출 분해능은 렌즈가 갖는 초점 거리가 짧을수록 높아지는데, 이처럼 분해능을 개선하기 위해서는 피검물과 렌즈 사이의 거리가 매우 가까워야 하는 문제가 있다. 따라서, 이 경우 동작 거리(working distance)가 많이 제한되는 문제가 있다.
이러한 문제점들은, Durnin에 의해 제안되었고 non-diffracting beam으로 알려진 베셀빔(Bessel Beam)을 이용하면 해결이 가능한데, 베셀빔은 광학계의 초점심도를 길게 하면서도 동시에 분해능(파장이하까지 가능)을 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.
한편, 실시간으로 Focal Plane에서 영상을 획득하기 위해서는 종래의 방법으로, Focal Plane Array Detector를 직접 사용하여 영상을 획득하거나 Linear array detector 혹은 단일 검출기(single point detector)와 스캐닝 수단을 결합하여 영상을 획득하는 방법이 잘 알려져 있다.
특히, 이러한 방법 가운데 입사하는 전자기파의 에너지를 가장 효율적으로 사용하기 위하여 단위면적당 조사하는 강도를 높이면서도 저비용으로 고감도의 검출이 가능한 방법은, 입사하는 전자기파를 한 점에 집속하고 고속으로 래스터스캐닝 (raster scanning; polygon mirror, galvano mirror등)을 활용하여 전자기파의 진행방향을 변화시키면서 시료에 반사 혹은 투과된 전자기파를 단일 검출기로 검출하는 방법이다.
하지만, 이러한 고속 래스터 스캐닝에서 사용되는 전자기파 빔들은 거의 대부분 가우시안 빔 형태로 집속되어져 있어서, 앞에서 언급했듯이 분해능과 초점심도의 개선에 많은 한계가 있다.
다양한 종류의 피검물에 대하여 전자기파를 이용하여 비파괴적인 방법으로 피검물에 대한 정확한 영상을 얻을 수 있도록, 검출 분해능이 높으면서도 초점 심도가 길어서 동작 거리를 확장할 수 있는 베셀빔을 이용하여 고속으로 래스터 스캐닝이 가능한 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
검출 분해능이 높으면서도 초점 심도가 길어서 동작 거리를 확장할 수 있는 베셀빔을 이용하여 스캐닝 가능한 기술을 제공하고자 한다.
또한, 원통형으로 형성된 피검물에 대해 더욱 효과적 스캐닝을 할 수 있도록 회전하면서 스캔하는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
비파괴적인 방법으로 물체나 물질을 검사하기 위해서는 영상학적인 방법이 주로 활용되는데, 크게 연속출력 광원을 이용한 영상 검출법과 분광학적인 방법을 이용한 영상 검출법의 두 가지 방법이 주류를 이룬다. 이러한 방법들은, 각각 장단점을 갖고 있으나, 투과 이미지와 같이 상대적으로 고출력을 요구하는 분야에서는 연속출력 광원을 이용한 영상 검출법이 보다 널리 이용되고 있다.
일반적으로, 분해능이 개선되면 상대적으로 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 감소하는 문제로 인해, 종래 기술들은 여전히 한계점을 갖고 있다.
특히, 분해능이 높은 광학계의 경우 초점 심도가 짧기 때문에 일정한 부피를 가진 물체의 경우 내부 구조를 비파괴적인 방법으로 검사하기 위해서는 초점이 맺히는 점을 피검물 내에서 깊이 방향으로도 스캐닝을 해야 하는 번거로움이 있다. 이러한 문제는 투영된 흡수 이미지를 바탕으로 3차원 CT(Computerized Tomography)를 만드는 경우 더 많은 시간이 소요되고, 이러한 깊이 방향의 스캐닝을 생략하게 되면 정확도가 크게 떨어지는 투영 영상이 만들어져 영상의 품질이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 검출 분해능은 렌즈가 갖는 초점 거리가 짧을수록 높아지는데, 이처럼 분해능을 개선하기 위해서는 피검물과 렌즈 사이의 거리가 매우 가까워야 하는 문제가 있다. 따라서, 이 경우 동작 거리(working distance)가 많이 제한되는 문제가 있다.
한편, 실시간으로 Focal Plane에서 영상을 획득하기 위해서는 종래의 방법으로, Focal Plane Array Detector를 직접 사용하여 영상을 획득하거나 Linear array detector 혹은 단일 검출기(single point detector)와 스캐닝 수단을 결합하여 영상을 획득하는 방법이 잘 알려져 있다.
특히, 이러한 방법 가운데 입사하는 전자기파의 에너지를 가장 효율적으로 사용하기 위하여 단위면적당 조사하는 강도를 높이면서도 저비용으로 고감도의 검출이 가능한 방법은, 입사하는 전자기파를 한 점에 집속하고 고속으로 래스터스캐닝 (raster scanning; polygon mirror, galvano mirror등)을 활용하여 전자기파의 진행방향을 변화시키면서 시료에 반사 혹은 투과된 전자기파를 단일 검출기로 검출하는 방법이다.
하지만, 이러한 고속 래스터 스캐닝에서 사용되는 전자기파 빔들은 거의 대부분 가우시안 빔 형태로 집속되어져 있어서, 앞에서 언급했듯이 분해능과 초점심도의 개선에 많은 한계가 있다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 스캐닝 모듈은 입사되는 전자기파의 경로를 변경시키는 제 1 경로 변경부와, 제 1 경로 변경부를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절하는 제 1 구동부 및 제 1 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부를 포함한다.
제 1 경로 변경부 및 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고, 베셀 빔 형성부는 제 1 구동부에 의해 제 1 경로 변경부가 이동되면, 제 1 경로 변경부와 일체로 이동될 수 있다.
스캐닝 모듈은 제 1 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 이격되어 배치되고, 제 1 구동부에 의해 상기 제 1 경로 변경부가 이동되면, 제 1 경로 변경부로부터 입사된 전자기파가 베셀 빔 형성부로 입사될 수 있도록 베셀 빔 형성부를 이동시키는 제 2 구동부를 더 포함할 수 있다.
스캐닝 모듈은 베셀 빔 형성부와 피검물의 사이에 배치되고, 베셀 빔이 피검물의 적어도 일부에 형성되도록 베셀 빔의 경로를 변경시키는 제 2 경로 변경부 및 제 2 경로 변경부를 이동시켜 베셀 빔의 경로를 조절하는 제 3 구동부를 더 포함할 수 있다.
제 1 경로 변경부는 제 1 구동부에 의해 이동하는 몸체와, 광원으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경하는 제 1 반사부 및 일측은 몸체와 연결되고, 타측은 제 1 반사부에 연결되고, 제 1 반사부를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절하는 제 4 구동부를 포함할 수 있다.
스캐닝 모듈은 광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하고, 평행해진 전자기파를 제 1 경로 변경부로 입사시키는 콜리메이팅부로 구성되는 전자기파 조절부를 더 포함할 수 있다.
스캐닝 모듈은 광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부 및 평행해진 전자기파를 반사시켜 제 1 경로 변경부로 입사시키는 제 2 반사부로 구성되는 전자기파 조절부를 더 포함할 수 있다.
스캐닝 모듈은 광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부와, 콜리메이팅부와 제 1 경로 변경부 사이에서 이동되며, 평행해진 전자기파를 제 1 경로 변경부로 입사시키는 가변 광학 소자로 구성되는 전자기파 조절부를 더 포함할 수 있다.
스캐닝 모듈은 가변 광학 소자를 콜리메이팅부 및 제 1 경로 변경부 사이에서 이동시키는 제 5 구동부를 포함할 수 있다.
스캐닝 모듈은 광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부와, 평행해진 전자기파를 반사시키는 제 2 반사부 및, 제 2 반사부와 제 1 경로 변경부 사이에서 이동되며, 반사된 전자기파를 제 1 경로 변경부로 입사시키는 가변 광학 소자를 포함하는 전자기파 조절부를 더 포함할 수 있다.
베셀 빔 형성부는 다수의 원형 홈 또는 원형 홀이 형성된 회절 광학 소자 및 양의 굴절률을 갖는 렌즈로 구성되거나, 엑시콘 렌즈로 구성되거나, 홀로그램 광학 소자로 구성될 수 있다.
스캐닝 모듈은 제 1 경로 변경부 및 베셀 빔 형성부 사이의 거리는 조절 가능할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 베셀빔을 이용한 검출 장치는 입사되는 전자기파의 경로를 변경시키는 제 1 경로 변경부와, 제 1 경로 변경부를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절하는 제 1 구동부와, 제 1 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부 및 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.
베셀빔을 이용한 검출 장치는 피검물로부터 반사되어 베셀 빔 형성부 및 제 1 경로 변경부를 통해 입사된 전자기파를 검출부로 반사시키는 빔스플리터를 더 포함하고, 검출부는 빔 스플리터로부터 입사된 전자가파의 세기를 검출할 수 있다.
베셀빔을 이용한 검출 장치는 피검물을 투과하여 발산하는 전자기파를 집광시키는 집광부를 더 포함하고, 검출부는 집광부에 의해 집광된 전자기파의 세기를 검출할 수 있다.
집광부는 피검물을 투과하여 발산하는 전자기파의 직경 이상의 직경을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
제 1 경로 변경부 및 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고, 베셀 빔 형성부는 제 1 구동부에 의해 제 1 경로 변경부가 이동되면, 제 1 경로 변경부와 일체로 이동될 수 있다.
베셀빔을 이용한 검출 장치는 제 1 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 이격되어 배치되고, 제 1 구동부에 의해 상기 제 1 경로 변경부가 이동되면, 제 1 경로 변경부로부터 입사된 전자기파가 베셀 빔 형성부로 입사될 수 있도록 베셀 빔 형성부를 이동시키는 제 2 구동부를 더 포함할 수 있다.
베셀빔을 이용한 검출 장치는 광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부와, 콜리메이팅부와 제 1 경로 변경부 사이에서 이동되며, 평행해진 전자기파를 제 1 경로 변경부로 입사시키는 가변 광학 소자로 구성되는 전자기파 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 검출용 프로브는 전자기파를 생성하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부와, 상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부 및, 상기 광원, 상기 경로 변경부, 상기 베셀 빔 형성부 및 상기 검출부를 내부에 구비한 하우징을 포함한다.
검출용 프로브는 상기 광원 및 상기 경보 변경부 사이에 형성되는 도파관과, 상기 광원으로부터 입사되는 전자기파를 도파관의 내부로 입사시키는 커플링 렌즈 및 상기 도파관으로부터 방출된 전자기파를 상기 경로 변경부로 집속시키는 포커싱 렌즈를 더 포함할 수 있다.
검출용 프로브는 상기 경로 변경부를 회전시키거나, 직선으로 이동시키는 경로 변경부용 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고, 상기 베셀 빔 형성부는 상기 경로 변경부용 구동부에 의해 상기 경로 변경부가 이동되면, 상기 경로 변경부와 일체로 이동될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 프로브형 검출 장치는 전자기파를 생성하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 전자기파가 피검물로 조사되도록 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 상기 경로 변경부를 회전시키는 경로 변경부용 구동부와, 상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부 및, 상기 광원, 상기 경로 변경부, 상기 경로 변경용 구동부 및, 상기 검출부를 내부에 구비한 하우징을 포함하는 검출용 프로브; 및 상기 검출용 프로브를 직선으로 이동시키는 직선 구동부를 포함한다.
상기 검출용 프로브는 상기 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부를 더 포함할 수 있다.
상기 검출용 프로브는 상기 광원 및 상기 경보 변경부 사이에 형성되는 도파관과, 상기 광원으로부터 입사되는 전자기파를 도파관의 내부로 입사시키는 커플링 렌즈 및, 상기 도파관으로부터 방출된 전자기파를 상기 경로 변경부로 집속시키는 포커싱 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고, 상기 베셀 빔 형성부는 상기 경로 변경부용 구동부에 의해 상기 경로 변경부가 이동되면, 상기 경로 변경부와 일체로 이동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로브형 검출 장치는 전자기파를 생성하는 광원과, 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부를 내부에 구비하는 제 1 하우징부와, 광원으로부터 입사되는 전자기파가 피검물로 조사되도록 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 상기 경로 변경부를 회전시키는 경로 변경부용 구동부를 내부에 구비하는 제 2 하우징부를 포함하되, 상기 제 1 하우징부는 상기 제 2 하우징부를 수용할 수 있는 홈을 구비하고, 홈의 양측면에는 상기 제 2 하우징부가 수용된 상태에서 회전할 수 있도록 하는 회전 부재를 포함하고, 상기 제 2 하우징부는 상기 회전 부재와 결합되는 결합부를 포함하는 검출용 프로브; 및 상기 검출용 프로브를 직선으로 이동시키는 직선 구동부를 포함한다.
개시된 발명에 따르면, 영상 검출을 위해서 베셀 빔을 이용함으로써 분해능을 높이면서도 초점 심도를 길게 확보하여 동작 거리(working distance)를 확장함으로써, 검출 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 긴 초점 심도 때문에 투과법을 이용하여 초점 심도 내에 피검물이 위치하게 되면, 피검물 내에 존재하는 흡수체 혹은 반사체의 투영 영상을 선명하게 획득할 수 있다.
또한, 긴 초점 심도 때문에 전자기파에 대한 흡수가 적고 부피나 두께가 큰 물체 내부에 존재하는 물질이나 물체를 검사하는 곳에서도 용이하게 적용될 수 있다.
개시된 발명에 따르면, 베셀 빔을 이용함으로써 분해능을 높이면서도 초점 심도를 길게 확보하여 동작 거리(working distance)를 확장함으로써, 검출 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 회전하면서 스캔할 수 있으므로, 원통형으로 형성된 피검물에 대해 더욱 효과적일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 베셀빔을 이용한 검출 장치에 대한 블록 구성도(block diagram)이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 베셀빔을 이용한 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔 형성부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 경로 변경부와 베셀 빔 형성부의 기계적인 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 구동부의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 제 1 경로 변경부와 베셀 빔 형성부가 이격되어 형성된 경우 제 1 경로 변경부와 베셀 빔 형성부를 구동시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 경로 변경부와 베셀 빔 형성부 사이에 거리를 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 스캔을 할 수 있는 스캐닝 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 2차원 스캔을 할 수 있는 스캐닝 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파 조절부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자기파 조절부가 전자기파를 다이버징(diverging) 시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자기파 조절부가 전자기파를 컨버징(converging) 시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예와 관련된 검출용 프로브에 대한 블록 구성도(block diagram)이다.
도 14a 내지 도 14b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 16의 경로 변경부용 구동부를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치의 구동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 베셀빔을 이용한 검출 장치에 대한 블록 구성도(block diagram)이다.
도 1을 참조하면, 베셀빔을 이용한 검출 장치(100)는 광원(110), 전자기파 조절부(120), 제 1 경로 변경부(130), 제 1 구동부(140), 베셀 빔 형성부(150), 피검물(160), 집광부(170) 및 검출부(180)를 포함한다.
베셀 빔은 자유공간에 대한 맥스웰 방정식의 한 해집합으로 0차 제1종 베셀함수로 주어지는 전자기파를 말하며 비회절성 빔으로 알려져 있다. 1987년 Durnin에 의해 처음으로 소개되었으며 축대칭을 가지면서 마치 바늘 모양처럼 축을 중심으로 일정한 길이만큼 에너지가 집중되어 있다. 무한한 구경(aperture)이 아니라 제한된 구경을 가지는 광학계에 의해 구현되므로 무한하게 진행하는 베셀빔은 존재하지 않아 이를 보통 Quasi-Bessel-Beam(QBB)이라 부르기도 한다. 이러한 QBB은 홀로그램, 다수의 링이나 혹은 유한한 개구(aperture)로된 원형의 마스크와 렌즈의 결합, axicon으로 알려진 깔대기모양의 렌즈로 만들 수 있다.
이하의 본 발명에서, 스캐닝(scanning) 모듈은 베셀빔을 이용한 검출 장치 중 일부 구성만을 포함한 장치를 의미한다.
광원(110)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다. 예를 들면, 광원(110)는 밀리미터파나 테라파를 발생시킬 수 있다. 밀리미터파란 초고주파(extremely high frequency)영역의 전자기파로 바람직하게는, 30GHz에서 300GHz대역의 진동수를 가진다. 테라파란 테라헤르츠(terahertz) 영역의 전자기파를 의미하는 것으로, 바람직하게는, 0.1THz 내지 10THz의 진동수를 가질 수 있다. 다만, 이러한 범위를 다소 벗어난다 하더라도, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 용이하게 생각해낼 수 있는 범위라면, 본 발명에서의 테라파로 인정될 수 있음은 물론이다.
전자기파 조절부(120)는 광원(110) 및 제 1 경로 변경부(130) 사이에 배치되될 수 있다. 전자기파 조절부(120)는 광원(110)으로부터 입사된 전자기파를 콜리메이팅(collimating), 컨버징(converging) 또는 다이버징(diverging) 시킬 수 있다. 여기서, 컨버징(converging)이란 콜리메이팅(collimating)된 경우에 제 1 경로 변경부(130)에 입사되는 전자기파의 면적에 비해, 전자기파의 면적이 축소된 경우를 의미한다. 다이버징(diverging)이란 콜리메이팅(collimating)된 경우에 제 1 경로 변경부(130)에 입사되는 전자기파의 면적에 비해, 전자기파의 면적이 확대된 경우를 의미한다.
콜레메이팅에 대한 예를 들면, 전자기파 조절부(120)는 광원(110)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하고, 평행해진 전자기파를 제 1 경로 변경부(130)로 입사시키는 콜리메이팅부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 콜리메이팅부는 입사된 전자기파를 평행하게 굴절시키는 볼록 렌즈 또는 입사된 전자기파를 평행하게 반사시키는 포물면경 등일 수 있다.
콜리 메이팅에 대한 또 다른 예를 들면, 전자기파 조절부(120)는 광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부 및, 평행해진 전자기파를 반사시켜 제 1 경로 변경부(130)로 입사시키는 제 2 반사부를 포함할 수 있다.
컨버징(converging) 또는 다이버징(diverging)에 대한 예를 들면, 전자기파 조절부(120)는 광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부와, 콜리메이팅부와 제 1 경로 변경부 사이에서 이동되며, 평행해진 전자기파를 제 1 경로 변경부(130)로 입사시키는 가변 광학 소자를 포함할 수 있다. 전자기파 조절부(120)는 가변 광학 소자를 콜리메이팅부 및 제 1 경로 변경부(130) 사이에서 이동시켜, 제 1 경로 변경부(130)로 입사되는 전자기파를 컨버징(converging) 또는 다이버징(diverging) 시키는 제 5 구동부를 더 포함할 수 있다. 가변 광학 소자가 콜리메이팅부 쪽으로 이동시키면, 제 1 경로 변경부(130)로 입사되는 전자기파는 다이버징(diverging)된다. 이 경우, 베셀빔 형성부(150)에서 생성되는 베셀 빔의 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 증가된다. 반면에, 가변 광학 소자를 제 1 경로 변경부 쪽으로 이동시키면, 제 1 경로 변경부(130)로 입사되는 전자기파는 컨버징(converging)된다. 이 경우, 베셀빔 형성부(150)에서 생성되는 베셀 빔의 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 감소된다.
컨버징(converging) 또는 다이버징(diverging)에 대한 다른 예를 들면, 전자기파 조절부(120)는 광원(110)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부와, 평행해진 전자기파를 반사시키는 제 2 반사부와, 제 2 반사부와 제 1 경로 변경부 사이에서 이동되며, 반사된 전자기파를 제 1 경로 변경부(130)로 입사시키는 가변 광학 소자를 포함할 수 있다. 전자기파 조절부(120)는 광학 소자를 제 2 반사부 및 제 1 경로 변경부 사이에서 이동시켜, 제 1 경로 변경부(130)로 입사되는 전자기파를 컨버징(converging) 또는 다이버징(diverging) 시키는 제 5 구동부를 더 포함할 수 있다.
전자기파 조절부(120)에 대한 구체적인 설명은 이하의 도 10a 내지 도 12b를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
제 1 경로 변경부(130)는 광원(110)('전자기파 조절부가 없는 경우') 또는 전자기파 조절부(120)로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 제 1 경로 변경부(130)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(150)로 입사된다.
예를 들면, 제 1 경로 변경부(130)는 입사되는 전자기파의 경로를 변경하기 위한 반사면을 포함할 수 있다. 반사면은 입사되는 전자기파를 반사시켜 베셀 빔 형성부(150)로 입사시킬 수 있다.
또 다른 예를 들면, 제 1 경로 변경부(130)는 제 1 구동부(140)에 의해 이동하는 몸체와, 광원(110)으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경하는 제 1 반사부 및, 일측은 몸체와 연결되고, 타측은 반사부에 연결되고, 반사부를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절하는 제 4 구동부를 포함할 수 있다. 제 4 구동부는 반사부에 의해 경로가 변경된 전자기파가 베셀 빔 형성부(150)의 입광면에 수직으로 입사되도록, 베셀 빔 형성부(150)를 이동시킬 수 있다. 입광면이랑 광이 입사되는 면을 의미한다.
제 1 경로 변경부(130)에 대한 구체적인 설명은 도 4a,도 4b, 도 7 및 도 9를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
제 1 구동부(140)는 제 1 경로 변경부(130)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다. 전자기파의 경로가 조절됨에 따라, 베셈 빔 형성부(150)에서 생성된 베셀 빔이 조사되는 피검물(160)의 위치가 변경된다. 이를 이용하여, 검출 장치(100)는 피검물(160)을 스캐닝할 수 있게 된다. 예를 들면, 제 1 구동부(140)는 회전 운동하거나, 직선 운동을 할 수 있다. 또한, 제 1 구동부(140)는 1축 또는 2축으로 구동될 수 있다. 제 1 구동부(140)에 대한 구체적인 설명은 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
베셀 빔 형성부(150)는 제 1 경로 변경부(130)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(160)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다.다만, 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(150)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다. 이러한 베셀 빔 형성부(150)에 의한 베셀 빔 형성 구성에 대해서는, 도 3b를 참조하여, 보다 상세하게 설명하도록 한다.
베셀 빔 형성부(150)는 제 1 경로 변경부(130)에 의해 경로가 변경된 전자기파가 베셀 빔 형성부(150)의 입광면에 대해 수직하게 입사되도록 배치될 수 있다.
베셀 빔 형성부(150)는 다수의 원형 홈 또는 원형 홀이 형성된 회절 광학 소자 및 양의 굴절률을 갖는 렌즈로 구성되거나, 엑시콘 렌즈로 구성되거나, 홀로그램 광학 소자로 구성되는 등과 같이 다양한 형태로 구성될 수 있다.
제 1 경로 변경부(130) 및 베셀 빔 형성부(150)의 결합 상태 및 구동 방법에 대한 예를 들면, 제 1 제 1 경로 변경부(130) 및 베셀 빔 형성부(150)는 기계적으로 결합될 수 있다. 베셀 빔 형성부(150)는 제 1 구동부(140)에 의해 제 1 경로 변경부(130)가 이동되면, 제 1 경로 변경부(130)와 일체로 이동될 수 있다.
또 다른 예를 들면, 제 1 경로 변경부(130) 및 베셀 빔 형성부(150)는 이격되어 배치되고, 제 1 구동부(140)에 의해 제 1 경로 변경부(130)가 이동되면, 제 1 경로 변경부(140)에 의해 경로가 변경된 전자기파가 베셀 빔 형성부(150)로 입사되도록 베셀 빔 형성부(150)를 이동시키는 제 2 구동부를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 2 구동부는 제 1 경로 변경부(140)에 의해 경로가 변경된 전자기파가 베셀 빔 형성부(150)의 입광면에 대해 수직으로 입사되도록, 베셀 빔 형성부(150)를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 변경된 전자기파가 베셀 빔 형성부(150)의 입광면에 대해 수직으로 입사되도록 유지할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 제 1 경로 변경부(130) 및 베셀 빔 형성부(150)는 이격되어 배치되고, 제 1 경로 변경부(130) 및 베셀 빔 형성부(150) 사이의 거리는 조절 가능할 수 있다. 예를 들면, 사용자 등이 수동으로 베셀 빔 형성부(150)의 위치를 조절하거나, 제 2 구동부가 베셀 빔 형성부(150)의 위치를 입력되는 제어 신호에 따라 자동으로 조절할 수 있다.
피검물(160)은 검사하고자 하는 대상 물질을 의미한다.
집광부(170)는 피검물(160)을 반사, 투과 또는 회절하여 발산하는 전자기파를 집광시킨다. 예를 들면, 베셀 빔 형성부(150)로부터 멀어지면서 링 모양의 원형 빔 형태로 퍼져나가게 되는데, 집광부(170)는 이와 같이 원형으로 퍼져나가는 전자기파를 집광시켜 집광된 전자기파가 검출부(180)로 향할 수 있도록 한다.
예를 들면, 집광부(170)는 볼록 렌즈로 구현될 수 있다. 볼록 렌즈는, 가급적 큰 구경을 가지고, 높은 개구수(Numerical Aperture;NA)를 가짐으로써, 검출기의 유효 검출 면적 안으로 가급적 많은 밀리미터파나 테라파를 집광시키는 것이 좋다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 볼록 렌즈로 구현된 집광부 형태로 한정되는 것은 아니며 오목 거울, 포물면 거울, 타원면 거울 등과 같이 다양한 형태로 구현될 수도 있다.
검출부(180)는 피검물(160)로부터의 전자가피의 세기를 검출할 수 있다. 예를 들면, 검출부(180)는 피검물(160)로부터 반사, 투과, 회절 또는 산란되는 전자기파의 세기를 검출할 수 있다.
집광부(170)가 형성된 경우, 검출부(180)는 집광부(170)에 의해 집광된 전자기파를 수집하여 검출할 수 있다. 예를 들면, 검출부(180)는 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)를 구비하여 구현될 수 있다.
바람직하게는, 검출부(180)는, 해상도를 향상시키기 위해, 집광부(170)에 의해 집광된 전자기파를 모두 수집하여 검출하는 것이 좋다. 다시 말해, 집광부(170)는, 검출부(180)의 유효 면적 안으로 밀리미터라나 테라파를 포함하는 전자기파를 모두 집광시키는 것이 좋다.
영상 생성부(미도시) 검출부(180)를 통해 검출된 베셀 빔을 이용하여 영상 이미지를 생성할 수 있다. 생성된 이미지는 디스플레이부(미도시)에 표시될 수 있다.
베셀빔을 이용한 검출 장치는 영상 검출을 위해서 베셀 빔을 이용함으로써 분해능을 높이면서도 초점 심도를 길게 확보하여 동작 거리(working distance)를 확장함으로써, 검출 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 베셀빔을 이용한 검출 장치는 긴 초점 심도 때문에 투과법을 이용하여 초점 심도 내에 피검물이 위치하게 되면, 피검물 내에 존재하는 흡수체 혹은 반사체의 투영 영상을 선명하게 획득할 수 있다.
또한, 베셀빔을 이용한 검출 장치는 긴 초점 심도 때문에 전자기파에 대한 흡수가 적고 부피나 두께가 큰 물체 내부에 존재하는 물질이나 물체를 검사하는 곳에서도 용이하게 적용될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 베셀빔을 이용한 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예와 관련된 베셀빔을 이용한 검출 장치가 투과 방식을 이용하여 검출하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 베셀빔을 이용한 검출 장치(200a)는 광원(210a), 전자기파 조절부(220a), 제 1 경로 변경부(230a), 제 1 구동부(240a), 베셀 빔 형성부(250a), 피검물(260a), 집광부(270a) 및 검출부(280a)를 포함한다.
광원(210a)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다.
전자기파 조절부(220a)는 광원(210a) 및 제 1 경로 변경부(230a) 사이에 배치되될 수 있다. 전자기파 조절부(220a)는 광원(210a)으로부터 입사된 전자기파를 콜리메이팅(collimating), 컨버징(converging) 또는 다이버징(diverging) 시킬 수 있다. 여기서, 컨버징(converging)이란 콜리메이팅(collimating)된 경우에 제 1 경로 변경부(230a)에 입사되는 전자기파의 면적에 비해, 전자기파의 면적이 축소된 경우를 의미한다. 다이버징(diverging)이란 콜리메이팅(collimating)된 경우에 제 1 경로 변경부(230a)에 입사되는 전자기파의 면적에 비해, 전자기파의 면적이 확대된 경우를 의미한다.
제 1 경로 변경부(230a)는 전자기파 조절부(220a)로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 제 1 경로 변경부(230a)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(250a)로 입사된다. 예를 들면, 제 1 경로 변경부(230a)는 입사되는 전자기파의 경로를 변경하기 위한 반사면을 포함할 수 있다. 반사면은 입사되는 전자기파를 반사시켜 베셀 빔 형성부(250a)로 입사시킬 수 있다.
제 1 구동부(240a)는 제 1 경로 변경부(230a)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다. 제 1 구동부(240a)가 전자기파의 경로를 변경하면, 베셈 빔 형성부(250a)에서 생성된 베셀 빔이 조사되는 피검물(260a)의 위치가 변경된다.
베셀 빔 형성부(250a)는 제 1 경로 변경부(230a)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(260a)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다.본 실시예에서는, 베셀 빔 형성부(250a)가 엑시콘 렌즈인 경우를 기준으로 설명하겠다.
피검물(260a)은 베셀 빔 형성부(250a)와 집광부(270a) 사이의 베셈 빔이 형성되는 영역('도 3b의 Zmax구간')에 위치하게 된다.
집광부(270a)는 피검물(260a)을 투과하여 발산하는 전자기파를 집광시킨다. 예를 들면, 집광부(270a)는 볼록 렌즈 또는 에프세터(F-THETA) 렌즈 등으로 구현될 수 있다. 볼록 렌즈는, 가급적 큰 구경을 가지고, 높은 개구수(Numerical Aperture;NA)를 가짐으로써, 검출기의 유효 검출 면적 안으로 가급적 많은 전자기파를 집광시키는 것이 좋다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 볼록 렌즈로 구현된 집광부 형태로 한정되는 것은 아니며 오목 거울 등과 같이 다양한 형태로 구현될 수도 있다.
검출부(280a)는 한개의 검출 장치로 구성되거나 다수의 검출 장치를 포함하는 어레이 형태로 구성될 수 있으며, 집광부(270a)에 의해 집광된 전자기파의 세기를 검출한다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 베셀빔을 이용한 검출 장치가 반사 방식을 이용하여 검출하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b를 참조하면, 베셀빔을 이용한 검출 장치(200b)는 광원(210b), 전자기파 조절부(220b), 제 1 경로 변경부(230b), 제 1 구동부(240b), 베셀 빔 형성부(250b), 피검물(260b), 빔 스플리터(265b) 및 검출부(280b)를 포함한다.
광원(210b)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다.
전자기파 조절부(220b)는 광원(210b) 및 제 1 경로 변경부(230b) 사이에 배치되될 수 있다. 전자기파 조절부(220b)는 광원(210b)으로부터 입사된 전자기파를 콜리메이팅(collimating), 컨버징(converging) 또는 다이버징(diverging) 시킬 수 있다. 여기서, 컨버징(converging)이란 콜리메이팅(collimating)된 경우에 제 1 경로 변경부(230b)에 입사되는 전자기파의 면적에 비해, 전자기파의 면적이 축소된 경우를 의미한다. 다이버징(diverging)이란 콜리메이팅(collimating)된 경우에 제 1 경로 변경부(230b)에 입사되는 전자기파의 면적에 비해, 전자기파의 면적이 확대된 경우를 의미한다.
제 1 경로 변경부(230b)는 전자기파 조절부(220b)로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 제 1 경로 변경부(230b)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(250b)로 입사된다. 예를 들면, 제 1 경로 변경부(230b)는 입사되는 전자기파의 경로를 변경하기 위한 반사면을 포함할 수 있다. 반사면은 입사되는 전자기파를 반사시켜 베셀 빔 형성부(250b)로 입사시킬 수 있다.
제 1 구동부(240b)는 제 1 경로 변경부(230b)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다. 제 1 구동부(240b)가 전자기파의 경로를 변경하면, 베셈 빔 형성부(250b)에서 생성된 베셀 빔이 조사되는 피검물(260b)의 위치가 변경된다.
베셀 빔 형성부(250b)는 제 1 경로 변경부(230b)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(260b)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다.본 실시예에서는, 베셀 빔 형성부(250b)가 엑시콘 렌즈인 경우를 기준으로 설명하겠다.
피검물(260b)은 베셀 빔 형성부(250b)와 집광부(270b) 사이의 베셈 빔이 형성되는 영역('도 3b의 ZMAX구간')에 위치하게 된다.
빔 스플리터(265b)는 전자기파 조절부(220b)로부터 입사된 전자기파를 제 1 경로 변경부(230b)로 입사시킬 수 있다.
빔 스플리터(265b)는 피검물(260b)로부터 반사되어 베셀 빔 형성부(250b) 및 제 1 경로 변경부(230b)를 통해 입사된 전자기파를 검출부(280b)로 반사시킬 수 있다. 집광부(미도시)는 빔 스플리터(265b) 및 검출부(280b) 사이에 배치되고, 빔 스플리터(265b)로부터 입사되는 전자기파를 집광하여 검출부(280b)로 입사시킬 수 있다.
검출부(266b)는 빔 스플리터(265b)로부터 입사된 전자기파의 세기를 검출한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 베셀 빔 형성부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 베셀 빔 형성부가 다수의 원형 홈 또는 원형 홀이 형성된 회절 광학 소자 및 양의 굴절률을 갖는 렌즈를 포함하여 구성된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 베셀 빔 형성부(300a)는 다수의 원형 홈 또는 원형 홀(311a)이 동심원 형태로 배치된 회절 광학 소자(310a) 및 양의 굴절률을 갖는 렌즈(320a)를 구비할 수 있다. 이때, 회절 광학 소자에 형성된 원형 홈 또는 홀(311a)은 회절 광학 소자(310a)를 오목하게 판 형태 또는 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 양의 굴절률을 갖는 렌즈(320a)는 회절 광학 소자(310a)에 대하여 평행광이 입사되는 방향의 반대편에 배치된다.
도 3b는 베셀 빔 형성부가 엑시콘 렌즈로 구성된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b를 참조하면, 베셀 빔 형성부는 엑시콘 렌즈(axicon)(300b)로 구성될 수 있다. R은 엑시콘 렌즈의 반지름, τ는 엑시콘 렌즈의 꼭지각,α0는 엑시콘 렌즈를 지나 교차하는 빔의 교차각의 절반을 나타내며, w0는 엑시콘 렌즈로 입사하는 평행광의 반지름을 나타낸다. 또한, 베셀 빔이 형성되는 구간은 도 3에서 Zmax로 나타나 있으며, 엑시콘 렌즈로 입사한 테라파는 이러한 구간 영역에서 보강 간섭을 통해 z축을 따라 중심부로 에너지가 모이게 된다.
이때, 엑시콘 렌즈로 입사하는 가우시안 빔과 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔은, 축대칭(axial symmetry)으로 분포되어 있으며, z축을 따라 원형 모양으로 필드가 분포하고 있다. 즉, 도 3b를 기준으로 좌측에서 우측 방향으로 바라보았을 때, 엑시콘 렌즈 앞쪽의 가우시안 빔과 엑시콘 렌즈 뒤쪽의 베셀 빔은 모두 원형 모양으로 형성된다. 특히, 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔은 엑시콘 렌즈에서 멀어지며 링 모양의 원형 빔으로 퍼져나가게 된다.
한편, 래스터 주사(raster scanning)와 같이 한 점 한 점 움직이며 얻어지는 투과 이미지에 있어서, 이미지의 분해능을 결정하는 가장 중요한 요소는, 피검물(1)에 입사하는 빔의 직경이다.
특히, 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔의 경우, 그 직경은 테라파의 파장 및 α0에 의해 결정되는데, 여기서 α0는 스넬의 법칙에 의해 다음 수학식 1을 이용하여 구해질 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2013011798-appb-I000001
여기서, n0는 공기 중의 굴절률을 나타내고, n은 엑시콘 렌즈의 굴절률을 나타내며, τ는 엑시콘 렌즈의 꼭지각을 나타낸다.
한편, Zmax는 초점 심도에 해당하는데, 이러한 초점 심도는 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Zmax = w0/tanα0
여기서, w0는, 도 3b에 표시된 바와 같이, 엑시콘 렌즈로 입사하는 빔의 반경을 나타낸다. 이러한 식을 참조하면, 초점 심도 역시 α0에 의존하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 이러한 점들을 종합하면, 이미지의 분해능과 초점 심도는, 주로 α0의 값에 의해 크게 변화된다고 볼 수 있다.
이러한 점을 기초로, 도 3b에 도시된 구조의 엑시콘 렌즈에 대해, n0는 1.0, n은 1.54(High Density Polyethylene), τ는 150°, R은 25mm라고 가정하고, α0와 초점 심도를 계산하면 다음과 같다.
먼저, 수학식 1을 이용하여 α0를 계산하면, α0는 8.5°로 계산될 수 있다. 또한, 수학식 2를 이용하여 초점 심도(Zmax)를 계산하면, Zmax는 40.2mm로 계산될 수 있다.
한편, 베셀 빔이 공간 상에서 전파되어가며 형성되는 테라파의 세기 분포를 좀 더 엄밀하게 계산하기 위하여 유한차분 시간영역법(FDTD)을 이용할 수 있다.
베셀 빔 형성부가 엑시콘 렌즈인 경우, 엑시콘 렌즈(300b)로 입사되는 평행 빔의 중심이 엑시콘 렌즈(300b)의 중심과 일치하도록 평행 빔을 형성하며, 평행 빔의 반지름을 w0, 엑시콘 렌즈(300b)의 반지름을 R이라 하면, 이들은 다음과 같은 관계를 갖는 것이 좋다.
w0 ≤ (1/2)R
이와 같이, 평행해진 전자기파의 크기가 엑시콘 렌즈의 직경의 절반 이하가 되도록 하는 실시예에 의하면, 엑시콘 렌즈의 가장자리에서 발생할 수 있는 회절 효과를 최소화할 수 있어, 투과 이미지 검출 성능이 향상될 수 있다.
본 실시예 이외에도, 베셀 빔 형성부는 홀로그램 구조체 등과 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 경로 변경부와 베셀 빔 형성부의 기계적인 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 제 1 경로 변경부와 베셀 빔 형성부이 판 위에 형성된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 제 1 경로 변경부(420a)는 판(410a) 위에 형성될 수 있다. 베셀 빔 형성부(430a)는 판(410a) 위에 형성되되, 제 1 경로 변경부(420a)와는 이격되어 형성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 판(410a)의 일측면에는 샤프트(shaft)가 형성되고, 구동부가 샤프트를 이동시키면, 제 1 경로 변경부(420a) 및 베셀 빔 형성부(430a)가 일체로 이동될 수 있다.
본 실시예에서 설명하지는 않았지만, 제 1 경로 변경부(420a)와 베셀 빔 형성부(430a)가 연동될 수 있도록, 제 1 경로 변경부(420a)와 베셀 빔 형성부(430a) 사이에 톱니 또는 기어 등과 같은 연동 장치가 구비될 수도 있다.
도 4b는 제 1 경로 변경부와 베셀 빔 형성부이 직접적으로 결합된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b를 참조하면, 제 1 경로 변경부(420b) 및 베셀 빔 형성부(430b)는 직접적으로 연결될 수 있다. 이에, 구동부가 제 1 경로 변경부(420a)을 이동시키면, 베셀 빔 형성부(430a)도 일체로 이동될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 구동부의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 제 1 구동부(540a)는 1축을 기준으로 회전 운동을 할 수 있다. 이에 따라, 제 1 구동부(540a)가 회전 운동을 하면, 제 1 경로 변경부(530a)가 회전하게 된다. 제 1 경로 변경부(530a)가 회전 운동함에 따라, 베셈 빔 형성부에서 생성된 베셀 빔이 조사되는 피검물의 위치가 변경된다.
도 5b를 참조하면, 제 1 구동부(540b)는 1축을 기준으로 왕복 직선 운동을 할 수 있다. 이에 따라, 제 1 구동부(540b)가 왕복 직선 운동을 하면, 제 1 경로 변경부(530b)가 왕복 직선 운동을 하게 된다.
도 5c의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 제 1 구동부(540c)는 2개의 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 엑츄에이터는 제 1 경로 변경부(530c)의 하부에 결합될 수 있다. 2개의 엑츄에이터의 구동 길이를 달리하면, 제 1 경로 변경부(530a)의 기울기가 변경된다. 제 1 경로 변경부(530c)의 기울기가 변경됨에 따라, 베셀 빔 형성부(550c)에서 생성된 베셈 빔의 기울기도 변경된다. 이와 같이 함으로써, 검출 장치는 피검물에 조사되는 베셈 빔의 위치를 변경하여, 피검물을 스캔할 수 있다. 본 실시예에서는 엑츄에이터가 2개인 경우를 기준으로 설명하였으나, 엑츄에이터의 개수는 이에 한정되지 않고 다양하게 변형할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 제 1 구동부는 2축 모터로 구현될 수 있다. 이 경우, 제 1 구동부는 2축으로 구동되기 때문에, 제 1 경로 변경부가 2차원으로 이동되게 된다. 이에 따라, 베셀 빔 형성부에서 형성된 베셀 빔이 피검물에 2차원적으로 조사되게 될 수 있다. 만약 제 1 경로 변경부가 축대칭의 원운동이 아닌 경우라면, 광원부와 전자기파 조절부도 제 1경로 변경부와 함께 이동될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 제 1 경로 변경부와 베셀 빔 형성부가 이격되어 형성된 경우 제 1 경로 변경부와 베셀 빔 형성부를 구동시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 제 1 경로 변경부(630) 및 베셀 빔 형성부(650)는 이격되어 배치될 수 있다. 베셀 빔 형성부(650)는 제 1 경로 변경부(630)로부터 입사되는 전자기파가 베셀 빔 형성부(650)의 입광면에 대해 수직으로 입사되도록 배치될 수 있다.
제 1 구동부(640)는 제 1 경로 변경부(630)를 이동시켜 입사되는 전자기파의 경로를 조절할 수 있다. 제 2 구동부(660)는 베셀 빔 형성부(650)를 이동시킬 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제 1 구동부(640)에 의해 제 1 경로 변경부(630)가 약 45도 회전하였다면, 제 2 구동부(660)는 베셀 빔 형성부(650)를 약 45도 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 제 2 구동부(660)는 제 1 경로 변경부(630)로부터 입사된 전자기파가 베셀 빔 형성부(650)의 입광면에 대해 수직으로 입사되도록 유지할 수 있다.
따라서, 제 1 경로 변경부(630)가 이동하더라도, 제 1 경로 변경부(630)로부터 입사된 전자기파가 베셀 빔 형성부(650)의 입광면에 대해 수직하게 입사되도록 유지함으로써, 일정한 성능을 유지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 경로 변경부와 베셀 빔 형성부 사이에 거리를 조절하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제 1 경로 변경부(730) 및 베셀 빔 형성부(750)는 이격되어 배치될 수 있다. 제 1 경로 변경부(730) 및 베셀 빔 형성부(750) 사이의 거리는 조절 가능할 수 있다. 제 2 구동부(760)는 베셀 빔 형성부(750)을 이동시켜, 제 1 경로 변경부(730) 및 베셀 빔 형성부(750) 사이의 거리를 조절할 수 있다. 피검물의 위치에 따라 베셀 빔 형성부(750)의 위치를 변경하여, 베셀 빔 형성부(750)에서 형성되는 베셀 빔이 피검물에 형성되도록 제어할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 사용자 등이 수동으로 베셀 빔 형성부(750)의 위치를 조절하거나, 레일 등과 같이 베셀 빔 형성부(750)를 이동시킬 수 있는 장치를 이용하여 베셀 빔 형성부(750)의 위치를 조절하는 등과 같이 다양한 방법을 적용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 스캔을 할 수 있는 스캐닝 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 스캐닝 모듈은 제 1 경로 변경부(830), 제 1 구동부(840), 베셀 빔 형성부(850), 제 2 경로 변경부(860), 피검물(870) 및 제 3 구동부(880)를 포함한다.
제 1 경로 변경부(830)는 광원으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 제 1 경로 변경부(830)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(850)로 입사된다.
제 1 구동부(840)는 제 1 경로 변경부(830)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다.
베셀 빔 형성부(850)는 제 1 경로 변경부(830)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 베셀 빔을 형성한다.
제 2 경로 변경부(860)는 베셀 빔 형성부(850)와 피검물(870)의 사이에 배치될 수 있다. 제 2 경로 변경부(860)는 베셀 빔이 피검물(870)의 적어도 일부에 형성되도록 베셀 빔의 경로를 변경할 수 있다.
제 3 구동부(880)는 제 2 경로 변경부(860)를 이동시켜 베셀 빔의 경로를 조절할 수 있다.
이와 같이 2개의 경로 변경부를 사용함으로써, 스캐닝 모듈은 피검물에 대해 2차원 스캔을 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 2차원 스캔을 할 수 있는 스캐닝 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 스캐닝 모듈은 제 1 경로 변경부(930), 제 1 구동부(940) 및 베셀 빔 형성부(950)를 포함한다.
제 1 경로 변경부(930)는 몸체(931), 제 1 반사부(932) 및 제 4 구동부(933)를 포함할 수 있다.
몸체(931)는 제 1 구동부(940)에 의해 이동될 수 있다.
제 1 반사부(932)는 광원으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경할 수 있다. 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(950)로 입사될 수 있다.
제 4 구동부(933)는 일측은 몸체(931)와 연결되고, 타측은 제 1 반사부(932)에 연결될 수 있다. 제 4 구동부(933)는 제 1 반사부(932)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다.
제 4 구동부(933)는 1개 또는 다수개가 형성될 수 있다. 제 4 구동부(933)는 보이스 코일 모터 등과 같이 다양한 형태의 모터일 수 있다.
이와 같이 제 1 구동부에 의해 이동되는 몸체 및, 제 4 구동부에 의해 이동되는 제 1 반사부를 사용함으로써, 스캐닝 모듈은 피검물에 대해 2차원 스캔을 할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파 조절부를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a를 참조하면, 전자기파 조절부는 입사되는 전자기파를 평행하게 형성하여 출력하는 콜리메이팅부(1020a)일 수 있다. 예를 들면, 콜리메이팅부(1020a)는 입사된 전자기파를 평행하게 굴절시키는 볼록 렌즈 또는 입사된 전자기파를 평행하게 반사시키는 포물면경 등일 수 있다.
콜리메이팅부(1020a)는 광원(1010a)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하고, 평행해진 전자기파를 제 1 경로 변경부(1030a)로 입사시킬 수 있다.
제 1 구동부(1040a)는 제 1 경로 변경부(1030a)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다.
베셀 빔 형성부(1050a)는 제 1 경로 변경부(1030a)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 베셀 빔을 형성한다. 이 경우, 베셀 빔의 길이는 L1이다.
도 10b를 참조하면, 전자기파 조절부는 입사되는 전자기파를 평행하게 형성하여 출력하는 콜리메이팅부(1020b) 및 제 2 반사부(1021b)를 포함할 수 있다.
콜리메이팅부(1020b)는 광원(1010b)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하고, 평행해진 전자기파를 제 2 반사부(1021b)로 입사시킬 수 있다.
제 2 반사부(1021b)는 평행해진 전자기파를 반사시켜 제 1 경로 변경부(1030b)로 입사킬 수 있다.
제 1 구동부(1040b)는 제 1 경로 변경부(1030b)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다.
베셀 빔 형성부(1050b)는 제 1 경로 변경부(1030b)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 베셀 빔을 형성한다.
도시하지는 않았지만, 반사방식을 이용하여 검출하는 경우, 제 2 반사부(1021b)는 빔스플리터로 구현될 수 있다. 이 경우, 빔스플리터는 콜리메이팅부(1020b)로부터 입사된 전자기파는 제 1 경로 변경부(1030b)로 입사시키고, 제 1 경로 변경부(1030b)로부터 입사되는 전자기파는 검출부(미도시)로 입사시킬 수 있다. 검출부(미도시)는 빔스플리터(1021b)의 상부에 배치될 수 있다. 또한, 검출부와 빔스플리터(1021b) 사이에는, 빔스플리터(1021b)로부터 입사되는 전자기파를 집광하여 검출부로 입사시키는 집광부(미도시)가 더 포함될 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자기파 조절부가 전자기파를 다이버징(diverging) 시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a를 참조하면, 전자기파 조절부는 콜리메이팅부(1120a), 광학소자(1130a) 및 제 5 구동부(1131a)를 포함한다.
콜리메이팅부(1120a)는 광원(1110a)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하여, 평행해진 전자기파를 광학소자(1130a)로 입사시킬 수 있다.
광학소자(1130a)는 평행해진 전자기파를 제 1 경로 변경부(1140a)로 입사시킬 수 있다.
제 5 구동부(1131a)는 광학 소자(1130a)를 콜리메이팅부(1120a) 및 제 1 경로 변경부(1140a) 사이에서 이동시킬 수 있다.
제 1 구동부(1150a)는 제 1 경로 변경부(1140a)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다.
베셀 빔 형성부(1160a)는 제 1 경로 변경부(1140a)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 베셀 빔을 형성한다. 이 경우, 베셀 빔의 길이는 L2이다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 제 5 구동부(1131a)는 광학 소자(1130a)를 콜리메이팅부(1120a) 쪽으로 이동시킨다. 이에 따라, 제 1 경로 변경부(1140a)로 입사되는 전자기파가 다이버징(diverging)되기 때문에, 베셀빔 형성부(1160a)에서 생성되는 베셀 빔의 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 증가하게 된다.
도 11b를 참조하면, 전자기파 조절부는 콜리메이팅부(1120b), 제 2 반사부(1130b), 광학소자(1140b) 및 제 5 구동부(1141b)를 포함한다.
콜리메이팅부(1120b)는 광원(1110b)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하여, 평행해진 전자기파를 제 2 반사부(1130b)로 입사시킨다.
제 2 반사부(1130b)는 평행해진 전자기파를 반사시켜, 광학소자(1140b)로 입사시킨다.
광학소자(1140b)는 평행해진 전자기파를 제 1 경로 변경부(1150b)로 입사시킬 수 있다.
제 5 구동부(1141a)는 광학 소자(1140a)를 제 2 반사부(1130b) 및 제 1 경로 변경부(1150a) 사이에서 이동시킬 수 있다.
제 1 구동부(1160b)는 제 1 경로 변경부(1150a)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다.
베셀 빔 형성부(1170b)는 제 1 경로 변경부(1150b)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 베셀 빔을 형성한다.
도 11b에 도시된 바와 같이, 제 5 구동부(1141b)는 광학 소자(1140b)를 제 2 반사부(1130b) 쪽으로 이동시킨다. 이에 따라, 제 1 경로 변경부(1150b)로 입사되는 전자기파가 다이버징(diverging)되기 때문에, 베셀빔 형성부(1170b)에서 생성되는 베셀 빔의 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 증가하게 된다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자기파 조절부가 전자기파를 컨버징(converging) 시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a를 참조하면, 전자기파 조절부는 콜리메이팅부(1220a), 광학소자(1230a) 및 제 5 구동부(1231a)를 포함한다.
콜리메이팅부(1220a)는 광원(1210a)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하여, 평행해진 전자기파를 광학소자(1230a)로 입사시킬 수 있다.
광학소자(1230a)는 평행해진 전자기파를 제 1 경로 변경부(1240a)로 입사시킬 수 있다.
제 5 구동부(1231a)는 광학 소자(1230a)를 콜리메이팅부(1220a) 및 제 1 경로 변경부(1240a) 사이에서 이동시킬 수 있다.
제 1 구동부(1250a)는 제 1 경로 변경부(1240a)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다.
베셀 빔 형성부(1260a)는 제 1 경로 변경부(1240a)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 베셀 빔을 형성한다. 이 경우, 베셀 빔의 길이는 L3이다.
도 10a의 베셀 빔의 길이 L1, 도 11a의 베셀 빔의 길이 L2 및 도 12a의 베셀 빔의 길이 L3를 비교하면, L2 > L1 > L3 순으로 길이가 길다. 다시 말해, 전자기파가 다이버징된 경우의 길이인 L2가 가장 길고, 전자기파가 컨버징 된 경우의 길이인 L3가 가잘 짧다. 전자기파가 콜리메이팅된 경우의 길이인 L1의 길이는 L2의 길이와 L3의 길이 사이에 형성된다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 제 5 구동부(1231a)는 광학 소자(1230a)를 제 1 경로 변경부(1240a) 쪽으로 이동시킨다. 이에 따라, 제 1 경로 변경부(1240a)로 입사되는 전자기파가 컨버징(converging)되기 때문에, 베셀빔 형성부(1160a)에서 생성되는 베셀 빔의 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 감소하게 된다.
도 12b를 참조하면, 전자기파 조절부는 콜리메이팅부(1220b), 제 2 반사부(1230b), 광학소자(1240b) 및 제 5 구동부(1241b)를 포함한다.
콜리메이팅부(1220b)는 광원(1210b)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하여, 평행해진 전자기파를 제 2 반사부(1230b)로 입사시킨다.
제 2 반사부(1230b)는 평행해진 전자기파를 반사시켜, 광학소자(1240b)로 입사시킨다.
광학소자(1240b)는 평행해진 전자기파를 제 1 경로 변경부(1250b)로 입사시킬 수 있다.
제 5 구동부(1241a)는 광학 소자(1240a)를 제 2 반사부(1230b) 및 제 1 경로 변경부(1250a) 사이에서 이동시킬 수 있다.
제 1 구동부(1260b)는 제 1 경로 변경부(1250a)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다.
베셀 빔 형성부(1270b)는 제 1 경로 변경부(1250b)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 베셀 빔을 형성한다.
도 12b에 도시된 바와 같이, 제 5 구동부(1241b)는 광학 소자(1240b)를 제 1 경로 변경부(1250b) 쪽으로 이동시킨다. 이에 따라, 제 1 경로 변경부(1250b)로 입사되는 전자기파가 컨버징(converging)되기 때문에, 베셀빔 형성부(1270b)에서 생성되는 베셀 빔의 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)가 감소하게 된다.
도 11a 내지 도 12b에서 설명한 바와 같이, 제 5 구동부는 광학 소자를 이동시켜, 제 1 경로 변경부로 입사되는 전자기파를 컨버징(converging) 또는 다이버징(diverging) 시킬 수 있다. 이렇게 함으로써, 베셀빔 형성부에서 생성되는 베셀 빔의 초점 심도(Depth Of Focus; DOF)를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 따라서, 사용자 등은 원하는 초점심도가 형성되도록 제 5 구동부를 제어할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예와 관련된 검출용 프로브에 대한 블록 구성도(block diagram)이다.
도 13을 참조하면, 검출용 프로브(1300)는 광원(1310), 경로변경부(1320), 베셀빔 형성부(1330), 검출부(1340) 및 하우징(1350)을 포함한다.
광원(1310)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다. 예를 들면, 광원(1310)는 밀리미터파나 테라파를 발생시킬 수 있다. 밀리미터파란 초고주파(extremely high frequency)영역의 전자기파로 바람직하게는, 30GHz에서 300GHz대역의 진동수를 가진다. 테라파란 테라헤르츠(terahertz) 영역의 전자기파를 의미하는 것으로, 바람직하게는, 0.1THz 내지 10THz의 진동수를 가질 수 있다. 다만, 이러한 범위를 다소 벗어난다 하더라도, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 용이하게 생각해낼 수 있는 범위라면, 본 발명에서의 테라파로 인정될 수 있음은 물론이다.
경로 변경부(1320)는 광원(1310)으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 경로 변경부(1320)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(130)로 입사된다.
예를 들면, 경로 변경부(1320)는 입사되는 전자기파의 경로를 변경하기 위한 반사면을 포함할 수 있다. 반사면은 입사되는 전자기파를 반사시켜 베셀 빔 형성부(130)로 입사시킬 수 있다.
베셀 빔 형성부(1330)는 경로 변경부(1320)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(1360)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다. 다만, 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(1330)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다.
베셀 빔은 자유공간에 대한 맥스웰 방정식의 한 해집합으로 0차 제1종 베셀함수로 주어지는 전자기파를 말하며 비회절성 빔으로 알려져 있다. 1987년 Durnin에 의해 처음으로 소개되었으며 축대칭을 가지면서 마치 바늘 모양처럼 축을 중심으로 일정한 길이만큼 에너지가 집중되어 있다. 무한한 구경(aperture)이 아니라 제한된 구경을 가지는 광학계에 의해 구현되므로 무한하게 진행하는 베셀빔은 존재하지 않아 이를 보통 Quasi-Bessel-Beam(QBB)이라 부르기도 한다. 이러한 QBB은 홀로그램, 다수의 링이나 혹은 유한한 개구(aperture)로된 원형의 마스크와 렌즈의 결합, axicon으로 알려진 깔대기모양의 렌즈로 만들 수 있다.
베셀 빔 형성부(1330)는 경로 변경부(1320)에 의해 경로가 변경된 전자기파가 베셀 빔 형성부(1330)의 입광면에 대해 수직하게 입사되도록 배치될 수 있다.
베셀 빔 형성부(1330)는 다수의 원형 홈 또는 원형 홀이 형성된 회절 광학 소자 및 양의 굴절률을 갖는 렌즈로 구성되거나, 엑시콘 렌즈로 구성되거나, 홀로그램 광학 소자로 구성되는 등과 같이 다양한 형태로 구성될 수 있다.
경로 변경부(1320) 및 베셀 빔 형성부(1330)의 결합 상태 및 구동 방법에 대한 예를 들면, 경로 변경부(1320) 및 베셀 빔 형성부(1330)는 기계적으로 결합될 수 있다. 이 경우, 경로 변경부(1320)과 베셀 빔 형성부(1330)는 일체로 이동된다.
검출부(1340)는 피검물(1360)로부터의 전자기파의 세기를 검출할 수 있다. 예를 들면, 검출부(1340)는 피검물(1360)로부터 반사, 투과, 회절 또는 산란되는 전자기파의 세기를 검출할 수 있다. 본 실시예에서는 검출부(1340)는 경로 변경부(1320), 베셀빔 형성부(1330)를 통해 피검물(1360)로부터 반사되는 전자기파의 세기를 검출하는 경우를 기준으로 설명하나, 검출부(1340)는 피검물(1360)을 기준으로 베셀빔 형성부(1330)에 반대편에 형성되어 투과한 전자기파의 세기를 검출하거나, 피검물(1360)의 주변에 형성되어 산란된 전자기파의 세기를 검출할 수도 있다.
하우징(1350)은 광원(1310), 경로 변경부(1320), 베셀빔 형성부(1330) 및 검출부(1340)를 내부에 구비할 수 있다. 예를 들면, 광원(1310), 경로 변경부(1320), 베셀빔 형성부(1330) 및 검출부(1340) 중 전부 또는 일부는 하우징(1350)에 기계적으로 결합될 수 있다.
피검물(1360)은 검사하고자 하는 대상 물질을 의미한다.
검출용 프로브는 베셀 빔을 이용함으로써 분해능을 높이면서도 초점 심도를 길게 확보하여 동작 거리(working distance)를 확장함으로써, 검출 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 검출용 프로브는 회전하면서 스캔할 수 있으므로, 원통형으로 형성된 피검물에 대해 더욱 효과적일 수 있다.
도 14a 내지 도 14b는 본 발명의 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 14a를 참조하면, 프로브형 검출장치(1400)는 검출용 프로브 및 직선 구동부(220)를 포함할 수 있다.
검출용 프로브는 하우징(1410), 광원(1411), 콜리메이팅부(1412), 빔 스플리터(1413), 포커싱 렌즈(1414), 경로변경부(1415), 경로 변경부용 구동부(1416), 베셀빔 형성부(1417), 집광부(1418) 및 검출부(1419)를 포함한다.
하우징(1410)은 광원(1411), 콜리메이팅부(1412), 빔 스플리터(1413), 포커싱 렌즈(1414), 경로변경부(1415), 경로 변경부용 구동부(1416), 베셀빔 형성부(1417), 집광부(1418) 및 검출부(1419)를 내부에 구비할 수 있다.
광원(1411)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다.
콜리메이팅부(1412)는 광원(1411)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성할 수 있다.
빔 스플리터(1413)는 콜리메이팅부(1412)로부터 입사된 전자기파를 포커싱 렌즈(1414)로 입사시킬 수 있다.
빔 스플리터(1413)는 피검물(1430)로부터 반사되어 베셀 빔 형성부(1417) 및 경로 변경부(1415)를 통해 입사된 전자기파를 집광부(1418)로 반사시킬 수 있다.
포커싱 렌즈(1414)는 빔 스플리터(1413)로부터 입사된 전자기파를 경로 변경부(215)로 집속시킬 수 있다.
경로 변경부(1415)는 포커싱 렌즈(1414)로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 경로 변경부(1415)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(1417)로 입사될 수 있다. 경로 변경부(1415)와 베셀빔 형성부(1417)는 기계적으로 결합될 수 있다.
경로 변경부용 구동부(1416)는 경로 변경부(1415)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다. 예를 들면, 경로변경부용 구동부(1416)가 회전 운동을 하는 경우, 경로 변경부용 구동부(1416)가 회전 운동함에 따라 경로 변경부(1415) 및 베셀빔 형성부(1417)가 회전될 수 있다. 따라서, 프로브형 검출 장치(1400)의 주변에 원형으로 형성된 피검물(1430)에 대해서도 효과적으로 스캐닝할 수 있다.
베셀 빔 형성부(1417)는 경로 변경부(1415)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(1430)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다. 다만, 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(1417)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다.
집광부(1418)는 빔 스플리터(1413) 및 검출부(1419) 사이에 배치되고, 빔 스플리터(1413)로부터 경로 변경부(1415) 및 베셀빔 형성부(1417)를 통해 피검물(1430)로부터 반사된 전자기파를 검출부(1419)로 입사시킬 수 있다.
검출부(1419)는 집광부(1418)로부터 입사된 전자기파의 세기를 검출할 수 있다.
직선 구동부(1420)는 하우징(1410)을 직선으로 이동시킬 수 있다. 경로 변경부용 구동부(1416)는 회전 구동되고, 직선 구동부(1420)는 직선으로 구동됨에 따라, 프로브형 검출 장치(1400)는 회전 방향으로 스캔할 수 있을 뿐만 아니라 상하 방향으로도 스캔할 수 있다.
도 14b를 참조하면, 베셀 빔 형성부는 엑시콘 렌즈(axicon)(1450)로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 베셀 빔 형성부가 엑시콘 렌즈로 구성된 경우를 기준으로 설명하나, 베셀 빔 형성부는 이외에도 다양한 형태로 구현될 수 있다. R은 엑시콘 렌즈의 반지름, τ는 엑시콘 렌즈의 꼭지각,α0는 엑시콘 렌즈를 지나 교차하는 빔의 교차각의 절반을 나타내며, w0는 엑시콘 렌즈로 입사하는 평행광의 반지름을 나타낸다. 또한, 베셀 빔이 형성되는 구간은 도 14b에서 Zmax로 나타나 있으며, 엑시콘 렌즈로 입사한 테라파는 이러한 구간 영역에서 보강 간섭을 통해 z축을 따라 중심부로 에너지가 모이게 된다.
이때, 엑시콘 렌즈로 입사하는 가우시안 빔과 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔은, 축대칭(axial symmetry)으로 분포되어 있으며, z축을 따라 원형 모양으로 필드가 분포하고 있다. 즉, 도 14b를 기준으로 좌측에서 우측 방향으로 바라보았을 때, 엑시콘 렌즈 앞쪽의 가우시안 빔과 엑시콘 렌즈 뒤쪽의 베셀 빔은 모두 원형 모양으로 형성된다. 특히, 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔은 엑시콘 렌즈에서 멀어지며 링 모양의 원형 빔으로 퍼져나가게 된다.
한편, 래스터 주사(raster scanning)와 같이 한 점 한 점 움직이며 얻어지는 투과 또는 반사 이미지에 있어서, 이미지의 분해능을 결정하는 가장 중요한 요소는, 피검물에 입사하는 빔의 직경이다.
특히, 엑시콘 렌즈에 의해 형성된 베셀 빔의 경우, 그 직경은 테라파의 파장 및 α0에 의해 결정되는데, 여기서 α0는 스넬의 법칙에 의해 다음 수학식 3을 이용하여 구해질 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2013011798-appb-I000002
여기서, n0는 공기 중의 굴절률을 나타내고, n은 엑시콘 렌즈의 굴절률을 나타내며, τ는 엑시콘 렌즈의 꼭지각을 나타낸다.
한편, Zmax는 초점 심도에 해당하는데, 이러한 초점 심도는 다음의 수학식 4로 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Zmax = w0/tanα0
여기서, w0는, 도 14b에 표시된 바와 같이, 엑시콘 렌즈로 입사하는 빔의 반경을 나타낸다. 이러한 식을 참조하면, 초점 심도 역시 α0에 의존하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 이러한 점들을 종합하면, 이미지의 분해능과 초점 심도는, 주로 α0의 값에 의해 크게 변화된다고 볼 수 있다.
이러한 점을 기초로, 도 14b에 도시된 구조의 엑시콘 렌즈에 대해, n0는 1.0, n은 1.54(High Density Polyethylene), τ는 150°, R은 25mm라고 가정하고, α0와 초점 심도를 계산하면 다음과 같다.
먼저, 수학식 3을 이용하여 α0를 계산하면, α0는 8.5°로 계산될 수 있다. 또한, 수학식 4를 이용하여 초점 심도(Zmax)를 계산하면, Zmax는 40.2mm로 계산될 수 있다.
한편, 베셀 빔이 공간 상에서 전파되어가며 형성되는 테라파의 세기 분포를 좀 더 엄밀하게 계산하기 위하여 유한차분 시간영역법(FDTD)을 이용할 수 있다.
베셀 빔 형성부가 엑시콘 렌즈인 경우, 엑시콘 렌즈(1450)로 입사되는 평행 빔의 중심이 엑시콘 렌즈(1450)의 중심과 일치하도록 평행 빔을 형성하며, 평행 빔의 반지름을 w0, 엑시콘 렌즈(1450)의 반지름을 R이라 하면, 이들은 다음과 같은 관계를 갖는 것이 좋다.
w0 ≤ (1/2)R
이와 같이, 평행해진 전자기파의 크기가 엑시콘 렌즈의 직경의 절반 이하가 되도록 하는 실시예에 의하면, 엑시콘 렌즈의 가장자리에서 발생할 수 있는 회절 효과를 최소화할 수 있어, 투과 또는 반사 이미지 검출 성능이 향상될 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 프로브형 검출장치(1500)는 검출용 프로브 및 직선 구동부(1530)를 포함할 수 있다.
검출용 프로브는 하우징(1510), 광원(1511), 콜리메이팅부(1512), 빔 스플리터(1513), 커플링 렌즈(1514), 도파관(waveguide)(1515), 포커싱 렌즈(1516), 경로변경부(1517), 베셀빔 형성부(1518), 경로 변경부용 구동부(1519), 집광부(1520) 및 검출부(1521)를 포함한다.
하우징(1510)은 광원(1511), 콜리메이팅부(1512), 빔 스플리터(1513), 커플링 렌즈(1514), 도파관(waveguide)(1515), 포커싱 렌즈(1516), 경로변경부(1517), 베셀빔 형성부(1518), 경로 변경부용 구동부(1519), 집광부(1520) 및 검출부(1521)를 내부에 구비할 수 있다.
광원(1511)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다.
콜리메이팅부(1512)는 광원(1511)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성할 수 있다.
빔 스플리터(1513)는 콜리메이팅부(1512)로부터 입사된 전자기파를 커플링 렌즈(1514)로 입사시킬 수 있다.
빔 스플리터(1513)는 피검물(1540)로부터 반사되어 커플링 렌즈(1514), 도파관(1515), 포커싱 렌즈(1516), 경로 변경부(1517) 및, 베셀 빔 형성부(1518)를 통해 입사된 전자기파를 집광부(1520)로 반사시킬 수 있다.
커플링 렌즈(1514)는 빔 스플리터(1513)로부터 입사되는 전자기파를 도파관(1515)의 내부로 입사시킬 수 있다.
도파관(1515)는 커플링 렌즈(1514) 및 포커싱 렌즈(1516) 사이에 형성될 수 있다.
포커싱 렌즈(1516)는 도파관(1515)으로부터 방출된 전자기파를 경로 변경부(1517)로 집속시킬 수 있다.
경로 변경부(1517)는 포커싱 렌즈(1516)로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 경로 변경부(1517)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(1518)로 입사될 수 있다. 경로 변경부(1517)와 베셀빔 형성부(1518)는 기계적으로 결합될 수 있다.
베셀 빔 형성부(1518)는 경로 변경부(1517)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(1540)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다. 다만, 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(1518)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다.
경로 변경부용 구동부(1519)는 경로 변경부(1517)를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절할 수 있다. 예를 들면, 경로 변경부용 구동부(1519)가 회전 운동을 하는 경우, 경로 변경부용 구동부(1519)가 회전 운동함에 따라 경로 변경부(1517) 및 베셀빔 형성부(1518)가 회전될 수 있다. 따라서, 프로브형 검출 장치(1500)의 주변에 원형으로 형성된 피검물(1540)에 대해서도 효과적으로 스캐닝할 수 있다.
집광부(1520)는 빔 스플리터(1513) 및 검출부(1521) 사이에 배치되고, 빔 스플리터(1513)로부터 반사된 전자기파를 검출부(1521)로 입사시킬 수 있다.
검출부(1521)는 집광부(1520)로부터 입사된 전자기파의 세기를 검출할 수 있다.
직선 구동부(1530)는 하우징(1510)를 직선으로 이동시킬 수 있다. 경로 변경부용 구동부(1519)는 회전 구동되고, 직선 구동부(1530)는 직선으로 구동됨에 따라, 프로브형 검출 장치(1500)는 회전 방향으로 스캔할 수 있을 뿐만 아니라 상하 방향으로도 스캔할 수 있다.
또한, 프로브형 검출장치는 도파관을 이용함으로써, 검출용 프로브의 길이가 길어지더라도 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 프로브형 검출장치(1600)는 검출용 프로브, 직선 구동부(1630) 및 회전 구동부(1640)를 포함할 수 있다.
검출용 프로브는 제 1 하우징(1610), 광원(1611), 콜리메이팅부(1612), 빔 스플리터(1613), 집광부(1614), 검출부(1615), 회전부재(1616), 제 2 하우징(1620), 포커싱 렌즈(1621), 경로변경부(1622), 경로 변경부용 구동부(1623), 베셀빔 형성부(1624)를 포함한다.
제 1 하우징(1610)은 광원(1611), 콜리메이팅부(1612), 빔 스플리터(1613), 집광부(1614), 검출부(1615), 회전부재(1616)를 내부에 구비할 수 있다.
제 1 하우징(1610)은 제 2 하우징(1620)을 수용할 수 있는 홈을 구비하고, 홈의 양측면에는 제 2 하우징(1620)이 수용된 상태에서 회전할 수 있도록 하는 회전 부재(1616)를 포함할 수 있다.
광원(1611)은 전자기파를 발생시킬 수 있는 다양한 형태의 장치일 수 있다.
콜리메이팅부(1612)는 광원(1611)으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성할 수 있다.
빔 스플리터(1613)는 콜리메이팅부(1612)로부터 입사된 전자기파를 포커싱 렌즈(1621)로 입사시킬 수 있다.
빔 스플리터(1613)는 피검물(1650)로부터 반사되어 포커싱 렌즈(1621), 경로 변경부(1622) 및, 베셀 빔 형성부(1624)를 통해 입사된 전자기파를 집광부(1614)로 반사시킬 수 있다.
집광부(1614)는 빔 스플리터(1613) 및 검출부(1615) 사이에 배치되고, 빔 스플리터(1613)로부터 포커싱 렌즈(1621), 경로 변경부(1622) 및, 베셀 빔 형성부(1624)를 통해 피검물(1650)로부터 반사된 전자기파를 검출부(1615)로 입사시킬 수 있다.
검출부(1615)는 집광부(1614)로부터 입사된 전자기파의 세기를 검출할 수 있다.
제 2 하우징(1620)은 포커싱 렌즈(1621), 경로 변경부(1622), 경로 변경부용 구동부(1623), 베셀빔 형성부(1624)를 내부에 구비할 수 있다.
제 2 하우징(1620)은 회전 부재(1616)와 결합되는 결합부(1625)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제 2 하우징(1620)이 회전 구동부(1640)에 의해 회전되더라도, 제 2 하우징(1620)이 제 1 하우징(1610)과 분리되지 않을 수 있다.
포커싱 렌즈(1621)는 빔 스플리터(1613)로부터 입사된 전자기파를 경로 변경부(1622)로 집속시킬 수 있다.
경로 변경부(1622)는 포커싱 렌즈(1621)로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경시킬 수 있다. 경로 변경부(1622)에서 경로가 변경된 전자기파는 베셀 빔 형성부(1624)로 입사될 수 있다. 경로 변경부(1622)와 베셀빔 형성부(1624)는 기계적으로 결합될 수 있다.
경로 변경부용 구동부(1623)는 적어도 2개 이상의 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터들은 경로 변경부(1622)의 하부에 결합될 수 있다. 액추에이터들의 구동 길이를 달리함에 따라, 경로 변경부(1622)의 기울기가 변경될 수 있다. 이에 따라, 베셈빔 형성부(1624)에서 생성되는 베셈 빔의 기울기도 변경되어, 피검물(1650)에 조사되는 베셈 빔의 위치를 변경할 수 있다.
베셀 빔 형성부(1624)는 경로 변경부(1622)에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물(1650)의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 할 수 있다. 다만, 현실적으로 이상적인 베셀 빔을 형성하기는 어려우므로, 베셀 빔 형성부(1624)에 의해 형성되는 베셀 빔은 Quasi-Bessel Beam(QBB)이라 할 수 있다.
직선 구동부(1630)는 제 1 하우징(1610)을 직선으로 이동시킬 수 있다.
회전 구동부(1640)는 제 2 하우징(1620)을 회전시킬 수 있다.
직선 구동부(1630)는 제 1 하우징(1610)을 직선으로 이동시키고, 회전 구동부(1610)는 제 2 하우징(1620)을 회전시킴에 따라, 프로브형 검출 장치(1600)는 회전 방향으로 스캔할 수 있을 뿐만 아니라 상하 방향으로도 스캔할 수 있다.
도 17은 도 16의 경로 변경부용 구동부를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 17을 참조하면, 경로 변경부(1730) 및 베셀빔 형성부(1750)는 판 위에 이격되어 형성될 수 있다.
경로 변경부용 구동부(1740)는 적어도 2개 이상의 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 엑츄에이터들은 판의 하부에 결합될 수 있다. 2개의 엑츄에이터의 구동 길이를 달리하면, 판의 기울기가 변경된다. 판의 기울기가 변경됨에 따라, 경로 변경부(1722) 및 베셀 빔 형성부(1750)의 기울기가 변경되어 피검물에 조사되는 베셈 빔의 위치를 변경할 수 있다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 프로브형 검출 장치의 구동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 18a를 참조하면, 프로브형 검출 장치(1800)는 원통형 모양의 피검물(1810)에 포함된 수용부(1811)의 내부에 삽입되어 피검물(1810)을 스캔할 수 있다.
수용부(1811)는 관통 홀 또는 일측면이 막혀있는 홈 등으로 구현될 수 있다. 피검물(1810)의 외측면은 금속으로 구현되고, 수용부(1811)의 내측면(1812)은 전자기파가 잘 투과될 수 있는 물질로 구현될 수 있다.
도 18b를 참조하면, 프로브형 검출 장치(1800)가 수용부(1811)의 내부에 삽입된 상태에서 회전함에 따라, 베셀 빔(1801)이 피검물(1810)을 회전하면서 스캔할 수 있다.
도 18c를 참조하면, 프로브형 검출 장치(1800)는 수용부(1811)의 내부에 삽입된 상태에서 상하로 이동함에 따라, 베셀 빔(1801)이 피검물(1810)을 상하로 스캔할 수 있다.
이와 같이, 프로브형 검출 장치는 피검물을 회전 방향으로 스캔할 수 있을 뿐만 아니라 상하 방향으로도 스캔할 수 있다.
설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (30)

  1. 입사되는 전자기파의 경로를 변경시키는 제 1 경로 변경부;
    상기 제 1 경로 변경부를 이동시켜 상기 전자기파의 경로를 조절하는 제 1 구동부; 및
    상기 제 1 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부;를 포함하는 스캐닝 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고,
    상기 베셀 빔 형성부는,
    상기 제 1 구동부에 의해 상기 제 1 경로 변경부가 이동되면, 상기 제 1 경로 변경부와 일체로 이동되는 스캐닝 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 이격되어 배치되고,
    상기 제 1 구동부에 의해 상기 제 1 경로 변경부가 이동되면, 상기 제 1 경로 변경부로부터 입사된 전자기파가 베셀 빔 형성부로 입사될 수 있도록 상기 베셀 빔 형성부를 이동시키는 제 2 구동부를 더 포함하는 스캐닝 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 베셀 빔 형성부와 상기 피검물의 사이에 배치되고, 상기 베셀 빔이 피검물의 적어도 일부에 형성되도록 상기 베셀 빔의 경로를 변경시키는 제 2 경로 변경부; 및
    상기 제 2 경로 변경부를 이동시켜 상기 베셀 빔의 경로를 조절하는 제 3 구동부를 더 포함하는 스캐닝 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 경로 변경부는,
    상기 제 1 구동부에 의해 이동하는 몸체;
    광원으로부터 입사되는 전자기파의 경로를 변경하는 제 1 반사부; 및
    일측은 상기 몸체와 연결되고, 타측은 상기 제 1 반사부에 연결되고, 상기 제 1 반사부를 이동시켜 전자기파의 경로를 조절하는 제 4 구동부를 포함하는 스캐닝 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 이격되어 배치되고,
    상기 제 1 경로 변경부로부터 입사된 전자기파가 베셀 빔 형성부의 입광면에 수직으로 입사될 수 있도록, 상기 베셀 빔 형성부를 이동시키는 제 2 구동부를 더 포함하는 스캐닝 모듈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하고, 평행해진 전자기파를 상기 제 1 경로 변경부로 입사시키는 콜리메이팅부로 구성되는 전자기파 조절부를 더 포함하는 스캐닝 모듈.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부 및 평행해진 전자기파를 반사시켜 상기 제 1 경로 변경부로 입사시키는 제 2 반사부로 구성되는 전자기파 조절부를 더 포함하는 스캐닝 모듈.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부와, 상기 콜리메이팅부와 상기 제 1 경로 변경부 사이에서 이동되며, 평행해진 전자기파를 상기 제 1 경로 변경부로 입사시키는 가변 광학 소자로 구성되는 전자기파 조절부를 더 포함하는 스캐닝 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가변 광학 소자를 상기 콜리메이팅부 및 상기 제 1 경로 변경부 사이에서 이동시키는 제 5 구동부를 포함하는 스캐닝 모듈.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부와, 평행해진 전자기파를 반사시키는 제 2 반사부 및, 상기 제 2 반사부와 상기 제 1 경로 변경부 사이에서 이동되며, 상기 반사된 전자기파를 상기 제 1 경로 변경부로 입사시키는 가변 광학 소자를 포함하는 전자기파 조절부를 더 포함하는 스캐닝 모듈.
  12. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베셀 빔 형성부는,
    다수의 원형 홈 또는 원형 홀이 형성된 회절 광학 소자 및 양의 굴절률을 갖는 렌즈로 구성되거나, 엑시콘 렌즈로 구성되거나, 홀로그램 광학 소자로 구성되는 스캐닝 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부 사이의 거리는 조절 가능한 스캐닝 모듈.
  14. 입사되는 전자기파의 경로를 변경시키는 제 1 경로 변경부;
    상기 제 1 경로 변경부를 이동시켜 상기 전자기파의 경로를 조절하는 제 1 구동부;
    상기 제 1 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부; 및
    상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부;를 포함하는 베셀빔을 이용한 검출 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    피검물로부터 반사되어 상기 베셀 빔 형성부 및 상기 제 1 경로 변경부를 통해 입사된 전자기파를 상기 검출부로 반사시키는 빔스플리터를 더 포함하고,
    상기 검출부는,
    상기 빔 스플리터로부터 입사된 전자가파의 세기를 검출하는 베셀빔을 이용한 검출 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 피검물을 투과하여 발산하는 전자기파를 집광시키는 집광부를 더 포함하고,
    상기 검출부는,
    상기 집광부에 의해 집광된 전자기파의 세기를 검출하는 베셀빔을 이용한 검출 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 집광부는,
    상기 피검물을 투과하여 발산하는 전자기파의 직경 이상의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 베셀빔을 이용한 검출 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고,
    상기 베셀 빔 형성부는,
    상기 제 1 구동부에 의해 상기 제 1 경로 변경부가 이동되면, 상기 제 1 경로 변경부와 일체로 이동되는 베셀빔을 이용한 검출 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 이격되어 배치되고,
    상기 제 1 구동부에 의해 상기 제 1 경로 변경부가 이동되면, 상기 제 1 경로 변경부로부터 입사된 전자기파가 베셀 빔 형성부로 입사될 수 있도록 상기 베셀 빔 형성부를 이동시키는 제 2 구동부를 더 포함하는 베셀빔을 이용한 검출 장치.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광원으로부터 입사된 전자기파를 평행하게 형성하는 콜리메이팅부와, 상기 콜리메이팅부와 상기 제 1 경로 변경부 사이에서 이동되며, 평행해진 전자기파를 상기 제 1 경로 변경부로 입사시키는 가변 광학 소자로 구성되는 전자기파 조절부를 더 포함하는 베셀빔을 이용한 검출 장치.
  21. 전자기파를 생성하는 광원;
    광원으로부터 입사되는 전자기파가 피검물로 조사되도록 경로를 변경시키는 경로 변경부;
    상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부; 및
    상기 광원, 상기 경로 변경부, 상기 베셀 빔 형성부 및 상기 검출부를 내부에 구비한 하우징을 포함하는 검출용 프로브.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 광원 및 상기 경보 변경부 사이에 형성되는 도파관;
    상기 광원으로부터 입사되는 전자기파를 상기 도파관의 내부로 입사시키는 커플링 렌즈; 및
    상기 도파관으로부터 방출된 전자기파를 상기 경로 변경부로 집속시키는 포커싱 렌즈를 더 포함하는 검출용 프로브.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 경로 변경부를 회전시키거나, 직선으로 이동시키는 경로 변경부용 구동부를 더 포함하는 검출용 프로브.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부를 더 포함하는 검출용 프로브.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고,
    상기 베셀 빔 형성부는,
    경로 변경부용 구동부에 의해 상기 경로 변경부가 이동되면, 상기 경로 변경부와 일체로 이동되는 검출용 프로브.
  26. 전자기파를 생성하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 전자기파가 피검물로 조사되도록 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 상기 경로 변경부를 회전시키는 경로 변경부용 구동부와, 상기 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부 및, 상기 광원, 상기 경로 변경부, 상기 경로 변경용 구동부 및, 상기 검출부를 내부에 구비한 하우징을 포함하는 검출용 프로브; 및
    상기 검출용 프로브를 직선으로 이동시키는 직선 구동부를 포함하는 프로브형 검출 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 검출용 프로브는,
    상기 경로 변경부에 의해 경로가 변경된 전자기파를 이용하여 피검물의 적어도 일부분에 베셀 빔이 형성되도록 하는 베셀 빔 형성부를 더 포함하는 프로브형 검출 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 검출용 프로브는,
    상기 광원 및 상기 경보 변경부 사이에 형성되는 도파관;
    상기 광원으로부터 입사되는 전자기파를 상기 도파관의 내부로 입사시키는 커플링 렌즈; 및
    상기 도파관으로부터 방출된 전자기파를 상기 경로 변경부로 집속시키는 포커싱 렌즈를 더 포함하는 프로브형 검출 장치.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 경로 변경부 및 상기 베셀 빔 형성부는 기계적으로 결합되고,
    상기 베셀 빔 형성부는,
    상기 경로 변경부용 구동부에 의해 상기 경로 변경부가 이동되면, 상기 경로 변경부와 일체로 이동되는 프로브형 검출 장치.
  30. 전자기파를 생성하는 광원과, 피검물로부터의 전자기파의 세기를 검출하는 검출부를 내부에 구비하는 제 1 하우징과, 광원으로부터 입사되는 전자기파가 피검물로 조사되도록 경로를 변경시키는 경로 변경부와, 상기 경로 변경부를 회전시키는 경로 변경부용 구동부를 내부에 구비하는 제 2 하우징을 포함하되, 상기 제 1 하우징은 상기 제 2 하우징을 수용할 수 있는 홈을 구비하고, 홈의 양측면에는 상기 제 2 하우징이 수용된 상태에서 회전할 수 있도록 하는 회전 부재를 포함하고, 상기 제 2 하우징은 상기 회전 부재와 결합되는 결합부를 포함하는 검출용 프로브; 및
    상기 검출용 프로브를 직선으로 이동시키는 직선 구동부를 포함하는 프로브형 검출 장치.
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