WO2021167186A1 - 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 ｆｐｍ - Google Patents

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WO2021167186A1
WO2021167186A1 PCT/KR2020/009568 KR2020009568W WO2021167186A1 WO 2021167186 A1 WO2021167186 A1 WO 2021167186A1 KR 2020009568 W KR2020009568 W KR 2020009568W WO 2021167186 A1 WO2021167186 A1 WO 2021167186A1
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panel
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illuminator
led array
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PCT/KR2020/009568
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안희경
이휘형
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한국표준과학연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a reflective FPM using a parabolic mirror. More specifically, in order to overcome the limitations of the conventional reflective FPM, the signal-to-noise ratio (SNR) of the image obtained because the normal beam of each LED light source is irradiated to the measurement object using a flat LED array panel and a parabolic mirror. ) and to improve the resolution and to a reflective FPM using a parabolic mirror.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • FPM Fourier Ptychographic Microscopy
  • the FPM can perform phase calculation without a reference beam
  • the system can be compact, and since the signal beam/reference beam is not distinguished, there is a strong advantage in vibration.
  • FPM replaces the condenser lens with an LED array to achieve high resolution.
  • FOV field of view
  • DOF depth of focus
  • the transmission type FPM system 1 includes an LED array 10 composed of a plurality of LED light sources 11 irradiated to the measurement object 2 at different angles, and the measurement object 2 . It is configured to include an objective lens 20 for forming an image of the LED beam passing through, a condensing lens 30, and a photodetector 40 for acquiring an image of the LED beam irradiated to the measurement object 2 .
  • N beams of different irradiation angles are sequentially irradiated to the measurement object 2 , and N images are stored in the photodetector 40 .
  • the analysis means FFT the N images and as shown in FIG. 2 (in FIG. 2, ⁇ is the spectrum of the signal that the objective lens focuses through the beam emitted from one LED), the angles of ⁇ x and ⁇ y in the spectral domain
  • the phase is calculated by stitching while positioning the corresponding position.
  • the transmissive FPM is widely used for measuring transmissive samples such as biological samples, so research has been conducted a lot, whereas the reflective FPM is in a state of slow research due to difficulties in setup despite the high demand for measuring opaque industrial samples.
  • FIG. 3 is a block diagram of a conventional transmissive FPM system.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion of the dark field LED array panel in FIG. 3
  • FIG. 5 shows a photograph of the dark field LED array panel.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the present invention has been devised to solve the problems of the prior art.
  • the SNR is reduced by using a parabolic mirror in the dark field illuminator so that individual LED light sources are well focused on the measurement object.
  • An object of the present invention is to provide a reflective FPM using a parabolic mirror that can increase and obtain high resolution.
  • An object of the present invention is, in FPM, a first panel comprising a first LED array provided with a plurality of LED light sources and sequentially irradiating a plurality of LED first beams to a measurement object at different angles through an objective lens.
  • a first illuminator having a first illuminator; a second illuminator having a second panel comprising a second LED array provided with a plurality of LED light sources and sequentially irradiating a plurality of LED second beams to a measurement object at different angles after irradiation by the first illuminator; a parabolic mirror for reflecting each second beam generated by the second illuminator to be incident on the measurement object; a lens configured to collect a beam emitted from the measurement object to which the LED first and second beams are irradiated; and a photodetector for receiving light from the lens and acquiring images for each of the plurality of first and second beams.
  • the first panel has a plate shape
  • the first LED array has a center point of the first panel and a ring shape spaced apart from each other by a predetermined distance in a circumferential direction based on the center point, and the ring-type first LED array has a radial direction. It may be characterized in that it is arranged in a plurality spaced apart by a specific interval.
  • the second panel is in the form of a ring plate having a central hole
  • the second LED array is a ring-shaped spaced apart from each other in a circumferential direction based on the center point of the second panel
  • the ring-shaped second LED array is in a radial direction. It may be characterized in that it is arranged in a plurality spaced apart by a specific interval.
  • the LED control unit for controlling the light source on the second LED array having a small radius in the second panel to be sequentially irradiated may be characterized in that it acquires an image for each beam.
  • it may be characterized in that it further comprises an analysis means for calculating a composite image having the phase information of the measurement object by positioning each of the images in the spectral domain and stitching.
  • the first beam may be irradiated from the first illuminator, pass through an optical system, be reflected by a beam splitter, and then be incident on the measurement object through an objective lens.
  • the effect of increasing the SNR and obtaining high resolution by using the parabolic mirror in the dark field illuminator so that individual LED light sources are well focused on the measurement object have
  • FIG. 1 is a block diagram of a transmission type FPM system
  • FIG. 3 is a block diagram of a conventional transmission-type FPM system
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion of the dark field LED array panel in FIG. 3;
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a reflective FPM using a parabolic mirror according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a reflective FPM using a parabolic mirror when a beam is irradiated by a bright field illuminator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a block diagram of a reflective FPM using a parabolic mirror when a beam is irradiated by a dark field illuminator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a plan view of an LED panel of a bright field illuminator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a measurement object, a dark field illuminator, a parabolic mirror, and an objective lens according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a plan view of an LED panel of a dark field illuminator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a photograph of an LED panel of a dark field illuminator according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a scale bar measured according to an experimental example of the present invention, a high-resolution image reconstructed at 200 ⁇ m;
  • 17 is an enlarged view of element 1 in group 11 when a normal beam is irradiated at a scale bar, 10 ⁇ m;
  • first illuminator (bright field illuminator)
  • first LED array (bright field LED array)
  • first LED light source (bright field LED light source)
  • FIG. 6 is a block diagram of a reflective FPM 100 using a parabolic mirror according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram of a reflective FPM 100 using a parabolic mirror when a beam is irradiated by a bright field illuminator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram of a reflective FPM 100 using a parabolic mirror when a beam is irradiated by a dark field illuminator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of an LED panel of a bright field illuminator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram of a measurement object, a dark field illuminator, a parabolic mirror, and an objective lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows a plan view of the LED panel of the dark field illuminator according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 12 shows a photograph of the LED panel of the dark field illuminator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 shows a parabolic mirror picture according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 shows a spectral domain of a measurement object measured according to an embodiment of the present invention.
  • the reflective FPM 100 using a parabolic mirror is a first illuminator 110 corresponding to a bright field illuminator, an objective lens 20, and a dark field illuminator as a whole. It can be seen that the second illuminator 150, the condensing lens 30, and the photodetector 40 are included.
  • the first illuminator 110 includes a first panel 120 , an optical system 130 , and a beam splitter 140 .
  • the first panel 120 is disposed on the first panel 120 and includes a plurality of first LEDs. It is configured to include a plurality of first LED arrays 121 having a light source (122).
  • the first panel 120 has a flat shape, and the first LED array 121 is spaced apart from each other by a predetermined distance in the circumferential direction based on the center point of the first panel 120 and the center point. It can be seen that the arrangement of the ring-shaped first LED array 121 is arranged in a plurality spaced apart from each other by a specific interval in the radial direction.
  • the light sources 122 on the first LED array 121 having a small radius are sequentially irradiated from the first LED light source 122 positioned at the center point of the first panel 120 through the LED control unit.
  • the first beam irradiated by the first illuminator 110 passes through the optical system 130 composed of the first lens 131 , the field stop 132 , and the second lens 133 , and is then transmitted to the beam splitter 140 . 6 and 7, it passes through the objective lens 20, is reflected by the measurement object 2, and is imaged on the rear focal plane of the objective lens 20, and the beam for imaging is a beam splitter It passes through 140 and is detected by the photodetector 40 through the condensing lens 30 .
  • the photodetector 40 receives the light from the condensing lens and acquires an image for each of the plurality of first LED beams.
  • the second illuminator 150 is a dark field illuminator configured to be reflected by the parabolic mirror 180 without passing through the objective lens 20 to be incident on the measurement object 2 .
  • the parabolic mirror 180 by applying the parabolic mirror 180, even if it corresponds to the second LED light source 162 far from the measurement object 2, by making the intensity of the light reaching the measurement object 2 uniform, Compared with the conventional reflective FPM (3), it is possible to increase the SNR and obtain a high resolution.
  • the second illuminator 150 includes a second panel 160 and a parabolic mirror 180 .
  • the second panel 160 is provided with a plurality of second LED light sources 162 , and after irradiation by the first illuminator 110 , a plurality of LED second beams are sequentially irradiated to the measurement object 2 at different angles. It is composed of a plurality of second LED arrays (161).
  • the second panel 160 is configured in the form of a ring plate having a central hole 170 formed therein. ) will be located.
  • the second LED array 161 is a ring-shaped arrangement spaced apart from each other by a predetermined distance in the circumferential direction with respect to the center point of the second panel 160, and this ring-shaped second LED array 161 is spaced apart from each other by a certain distance in the radial direction. are arranged in multiples.
  • the LED control unit controls the light sources of the first illuminator 110 to be sequentially irradiated, and then sequentially irradiated from the light sources on the second LED array 161 having a small radius in the second panel 160 .
  • images by the respective LED light sources of the first illuminator 110 and the second illuminator 150 are acquired.
  • the analysis means places each image in the spectral domain, as shown in FIG. 14 .
  • a composite image having phase information of the measurement object 2 is calculated. That is, the spectrum is obtained by inverse Fourier transform of the image, and phase information is obtained by phase convergence through the overlapping region to generate a composite image having phase information.
  • FIG. 15 shows a high-resolution image (composite image) reconstructed at a scale bar of 200 ⁇ m measured according to an experimental example of the present invention.
  • Figure 16 is a scale bar, 10 ⁇ m.
  • An enlarged view of the group 11, element 1 part of FIG. 15 is shown.
  • FIG. 17 shows an enlarged view of the group 11, element 1 part when a normal beam is irradiated at a scale bar, 10 ⁇ m.
  • FIG. 18 shows the intensity profile in the group 11, element 1 part in FIG. 16 .
  • FIG. 19 shows a synthesized spectrum by FPM on a log scale measured by an example of the present invention.

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Abstract

본 발명은 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 LED광원이 구비되며, 대물렌즈를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제1빔을 조사하는 제1LED 어레이로 구성된 제1패널을 갖는 제1조명기; 다수의 LED광원이 구비되며, 상기 제1조명기에 의한 조사 후, 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제2빔을 조사하는 제2LED 어레이로 구성된 제2패널로 구성된 제2조명기; 상기 제2조명기에 의해 발생된 각각의 제2빔이 반사되어 상기 측정대상물로 입사되도록 하는 파라볼릭 미러; LED 제1빔 또는 제2빔이 조사된 측정대상물에서 나오는 빔을 수집하도록 구성된 렌즈; 및 상기 렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 LED 빔 각각에 대한 이미지를 취득하는 광검출기;을 포함하는 것을 특징으로 하는 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM에 관한 것이다.

Description

파라볼릭 미러를 이용한 반사형 ＦＰＭ
본 발명은 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM에 대한 것이다. 보다 상세하게는 종래 반사형 FPM의 한계를 극복하기 위해, 평면 LED 어레이 패널과, 파라볼릭 미러를 사용하여 각 LED 광원의 정상 빔이 측정대상물로 조사되기 때문에 획득된 영상의 신호 대 잡음비율(SNR)을 증가시킬 수 있고 분해능을 개선시킬 수 있는 파라볼릭 미러를 이용한반사형 FPM에 관한 것이다.
Fourier Ptychographic Microscopy(FPM)은 2013년 Guoan Zheng에 의해 개발된 위상복구(phase retrieval) 방법으로 기존의 digital holographic microscopy와 같이 기준(reference)빔을 이용하지 않아도 위상이 계산될 수 있다.
이러한 FPM은 기준빔이 없이 위상계산이 가능하므로 시스템이 컴팩트해 질 수 있고, 신호빔/기준빔이 구분되지 않으므로 진동에 강한 장점이 있다.
또한, 기존의 digital holographic microscopy는 로 고해상도를 얻기위해 높은 NA의 대물렌즈를 사용할 경우 적은 FOV(field of view)와 DOF(depth of focus)를 갖는 반면, FPM은 집광렌즈를 LED 어레이로 대체해서 높은 illumination angle이 가능하게 함으로써 낮은 NA의 대물렌즈로도 고해상도를 얻기 때문에 넓은 FOV와 DOF를 갖는 장점이 있다. 또한, LED어레이로 높은 illumination angle을 얻기 때문에 기계적 구동부가 필요없다.
도 1은 투과타입 FPM 시스템(1)의 구성도를 도시한 것이고, 도 2는 측정대상물의 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 투과타입 FPM시스템(1)은 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 조사되는 다수의 LED 광원(11)으로 구성되는 LED 어레이(10)와, 측정대상물(2)을 투과한 LED 빔이 결상되는 대물렌즈(20)와, 집광렌즈(30) 그리고 측정대상물(2)에 조사된 LED빔의 이미지를 획득하는 광검출기(40) 등을 포함하여 구성된다.
N 개의 LED광원(11)으로 구성된 LED 어레이(10)를 이용해 N 개의 서로 다른 조사 각도의 빔을 순서대로 측정대상물(2)에 조사하고 N 개의 이미지를 광검출기(40)에 저장하게 된다.
그리고 분석수단은 N 개의 이미지를 FFT하여 도 2에 도시된 바와 같이(도 2에서 ○은 하나의 LED에서 나오는 빔을 통해 대물렌즈가 집속하는 신호의 스펙트럼이다), 스펙트럼 도메인에서 θx, θy의 각 위치에 해당하는 것에 위치시키면서 스티칭(stitching)하여 위상을 산출하게 된다.
그러나 투과형 FPM은 생물 시료 등 투과형 시료 측정에 많이 사용되므로 연구가 많이 진행된 반면, 반사형 FPM은 불투명한 산업용 시료 측정 수요가 많음에도 불구하고 셋업의 어려움으로 연구가 더딘 상태에 해당한다.
도 3은 종래 투과형 FPM 시스템의 구성도를 도시한 것이다. 도 4는 도 3에서 다크필드 LED 어레이 패널 부분의 확대도를 도시한 것이고, 도 5는 다크필드 LED 어레이 패널 사진을 도시한 것이다.
도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 평면 LED 조명기의 사용으로 인해 신호 대 잡음비율(SNR)이 감소되게 되는 문제가 존재한다. 즉, 측정대상물 S로부터 먼 LED 광원일수록 측정대상물에 도달하는 빛의 세기가 약해지게 되며, 낮은 SNR을 초래하여 고공간 주파수 신호(high spatial frequency signal)를 얻지 못해 낮은 분해능을 갖게 되는 문제점이 존재한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 다크필드 조명기에서 파라볼릭 미러를 사용하여 개개의 LED 광원들이 측정대상물에 잘 포커싱되게 함으로써 SNR을 높이고 고분해능을 얻을 수 있는 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은, FPM에 있어서, 다수의 LED광원이 구비되며, 대물렌즈를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제1빔을 조사하는 제1LED 어레이로 구성된 제1패널을 갖는 제1조명기; 다수의 LED광원이 구비되며, 상기 제1조명기에 의한 조사 후, 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제2빔을 조사하는 제2LED 어레이로 구성된 제2패널을 갖는 제2조명기; 상기 제2조명기에 의해 발생된 각각의 제2빔이 반사되어 상기 측정대상물로 입사되도록 하는 파라볼릭 미러; LED 제1빔과 제2빔이 조사된 측정대상물에서 나오는 빔을 수집하도록 구성된 렌즈; 및 상기 렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 제1빔 및 제2빔 각각에 대한 이미지를 취득하는 광검출기;을 포함하는 것을 특징으로 하는 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 제1패널은 판형태이고, 상기 제1LED 어레이는, 상기 제1패널의 중심점과, 상기 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 상기 링형 제1LED 어레이는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제2패널은 중앙홀이 형성된 링판형태이고, 상기 제2LED 어레이는, 상기 제2패널의 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 상기 링형 제2LED 어레이는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제1패널의 중심점에 위치된 광원부터 순차적으로 반경이 작은 제1LED 어레이 상의 광원들이 순차적으로 조사된 후, 제2패널에서 반경이 작은 제2LED어레이 상의 광원부터 순차적으로 조사되도록 제어하는 LED제어부를 더 포함하고, 상기 광검출기는 각각의 빔에 대한 이미지를 취득하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 이미지 각각을 스펙트럼 도메인에 위치시켜 스티칭하여 상기 측정대상물의 위상정보를 갖는 합성 이미지를 산출하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제1빔은 상기 제1조명기에서 조사되어 광학계를 통과하여 빔스플리터에 의해 반사된 후, 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM에 따르면, 다크필드 조명기에서 파라볼릭 미러를 사용하여 개개의 LED 광원들이 측정대상물에 잘 포커싱되게 함으로써 SNR을 높이고 고분해능을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 투과타입 FPM 시스템의 구성도,
도 2는 측정대상물의 스펙트럼,
도 3은 종래 투과형 FPM 시스템의 구성도,
도 4는 도 3에서 다크필드 LED 어레이 패널 부분의 확대도,
도 5는 다크필드 LED 어레이 패널 사진,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM의 구성도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 브라이트 필드 조명기에 의한 빔이 조사될 때의 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM의 구성도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다크 필드 조명기에 의한 빔이 조사될 때의 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM의 구성도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 브라이트 필드 조명기의 LED 패널의 평면도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 측정대상물, 다크필드 조명기, 파라볼릭 미러, 대물렌즈의 구성도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다크 필드 조명기의 LED 패널의 평면도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 다크 필드 조명기의 LED 패널의 사진,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 파라볼릭 미러 사진,
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 측정된 측정대상물의 스펙트럼 도메인,
도 15는 본 발명의 실험예에 따라 측정된 Scale bar, 200㎛에서 재구성된 고해상도 이미지,
도 16은 Scale bar, 10㎛에서. 도 15의 그룹 11에서 요소 1 부분의 확대도,
도 17은 Scale bar, 10㎛에서 정상빔(normal beam)이 조사되었을 때의 그룹 11에서 요소 1 부분의 확대도,
도 18은 도 16에서 그룹 11, 요소 1 부분에서의 강도 프로파일,
도 19는 본 발명의 실험에예 의해 측정된 로그 스케일에서 FPM에 의한 합성 스펙트럼을 도시한 것이다.
<부호의 설명>
1:종래 투과형 FPM
2:측정대상물
3:종래 반사형 FPM
10:LED 어레이
11:LED 광원
20:대물렌즈
30:집광렌즈
40:광검출기
100:파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM
110:제1조명기(브라이트 필드 조명기)
120:제1패널(브라이트 필드 패널)
121:제1LED어레이(브라이트 필드 LED 어레이)
122:제1LED광원(브라이트 필트 LED 광원)
130:광학계
131:제1렌즈
132:필드스탑
133:제2렌즈
140:빔스플리터
150:제2조명기(다크 필드 조명기)
160:제2패널(다크 필드 패널)
161:제2LED어레이(다크 필드 LED 어레이)
162:제2LED광원(다크 필드 LED 광원)
170:중앙홀
180:파라볼릭 미러
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM(100)의 구성도를 도시한 것이다. 또한, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 브라이트 필드 조명기에 의한 빔이 조사될 때의 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다크 필드 조명기에 의한 빔이 조사될 때의 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM(100)의 구성도를 도시한 것이다.
또한, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 브라이트 필드 조명기의 LED 패널의 평면도를 도시한 것이다. 그리고 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 측정대상물, 다크필드 조명기, 파라볼릭 미러, 대물렌즈의 구성도를 도시한 것이다.
그리고 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 다크 필드 조명기의 LED 패널의 평면도를 도시한 것이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 다크 필드 조명기의 LED 패널의 사진을 도시한 것이다.
그리고 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 파라볼릭 미러 사진을 도시한 것이다.
또한, 도 14는 본 발명의 실시예에 따라 측정된 측정대상물의 스펙트럼 도메인을 도시한 것이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM(100)는 전체적으로 브라이트 필드 조명기에 해당하는 제1조명기(110)와, 대물렌즈(20), 다크필드 조명기에 해당하는 제2조명기(150)와, 집광렌즈(30), 광검출기(40) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
제1조명기(110)는 제1패널(120)과, 광학계(130), 빔스플리터(140)를 포함하며, 제1패널(120)에는 제1패널(120) 상에 배치되며 다수의 제1LED광원(122)을 갖는 복수의 제1LED어레이(121)를 포함하여 구성된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1패널(120)은 편형태이고, 제1LED 어레이(121)는, 제1패널(120)의 중심점과, 그 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 이러한 링형 제1LED 어레이(121)는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되게 됨을 알 수 있다.
따라서 LED 제어부를 통해, 제1패널(120)의 중심점에 위치된 제1LED광원(122)부터 순차적으로 반경이 작은 제1LED 어레이(121) 상의 광원(122)들이 순차적으로 조사되게 된다.
제1조명기(110)에 의해 조사된 제1빔은 제1렌즈(131)와 필드스탑(132), 제2렌즈(133)로 구성된 광학계(130)를 통과한 후, 빔스플리터(140)에 의해 반사되어 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 대물렌즈(20)를 지나, 측정대상물(2)에 반사되어 대물렌즈(20)의 후초점면에 이미징되며, 이미징을 위한 빔은 빔스플리터(140)를 통과하여 집광렌즈(30)를 거쳐 광검출기(40)에 의해 검출되게 된다.
광검출기(40)는 집광렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 제1LED빔 각각에 대한 이미지를 취득하게 된다.
그리고 제1패널(120)에 배치된 모든 제1LED광원(122)에 의한 조사가 순차적으로 이루어져, 이미지를 취득한 후, 제2조명기(150)가 구동되게 된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제2조명기(150)는 다크필드 조명기로서 대물렌즈(20)를 거치지 않고 파라볼릭 미러(180)에 반사되어 측정대상물(2)로 입사되도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따르면 파라볼릭 미러(180)를 적용하게 됨으로써, 측정대상물(2)에서 먼 제2LED광원(162)에 해당하더라고 측정대상물(2)에 도달하는 빛의 세기를 균일하게 함으로써, 종래 반사형 FPM(3)과 대비하여 SNR을 높이고 고분해능을 얻을 수 있게 된다.
제2조명기(150)는 제2패널(160)과, 파라볼릭 미러(180)를 포함하여 구성된다. 제2패널(160)은 다수의 제2LED광원(162)이 구비되며, 제1조명기(110)에 의한 조사 후, 서로 다른 각도로 측정대상물(2)에 순차적으로 복수의 LED 제2빔을 조사하는 복수의 제2LED 어레이(161)로 구성된다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제2패널(160)은 중앙홀(170)이 형성된 링판형태로 구성되며, 이러한 중앙홀(170)에는 도 10에 도시된 바와 같이, 측정대상물(2)이 위치되게 된다.
또한, 제2LED 어레이(161)는, 제2패널(160)의 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 이러한 링형 제2LED 어레이(161)는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되게 된다.
따라서 LED 제어부는 제1조명기(110)의 광원들이 순차적으로 조사된 후, 제2패널(160)에서, 반경이 작은 제2LED어레이(161) 상의 광원들부터 순차적으로 조사되도록 제어하게 된다.
그리고 각각의 광원들에 의한 이미지를 광검출기에서 검출하게 된다.
즉, 제1조명기(110)와 제2조명기(150)의 각 LED 광원에 의한 이미지를 취득하게 된다. 그리고 분석수단은 도 14에 도시된 바와 같이, 각각의 이미지를 스펙트럼 도메인에 위치시키게 된다.
그리고 이를 스티칭하여 측정대상물(2)의 위상정보를 갖는 합성 이미지를 산출하게 된다. 즉, 이미지를 역푸리에 변환하여 스펙트럼을 획득하여 오버래핑 영역을 통해 위상수렴을 하여 위상정보를 획득하여 위상정보를 갖는 합성 이미지를 생성하게 된다.
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM의 실험결과에 대해 설명하도록 한다.
도 15는 본 발명의 실험예에 따라 측정된 Scale bar, 200㎛에서 재구성된 고해상도 이미지(합성이미지)를 도시한 것이다. 그리고 도 16은 Scale bar, 10㎛에서. 도 15의 그룹 11, 요소 1 부분의 확대도를 도시한 것이다. 도 17은 Scale bar, 10㎛에서 정상빔(normal beam)이 조사되었을 때의 그룹 11, 요소 1 부분의 확대도를 도시한 것이다. 그리고 도 18은 도 16에서 그룹 11, 요소 1 부분에서의 강도 프로파일을 도시한 것이다. 또한, 도 19는 본 발명의 실험에예 의해 측정된 로그 스케일에서 FPM에 의한 합성 스펙트럼을 도시한 것이다.
본 발명의 실험예에서 측정대상물은 석영판에 크롬을 입힌 파지티브 USAF-1951를 사용하였고, 그룹 4부터 그룹 11까지로 구성하였다. 도 7 a와 도 7 e는 각각 FPM 재구성을 통해 고해상도 영상 강도와 합성 스펙트럼을 보여준다. 도 16은 가장 정밀한 패턴을 중심으로 확대된 이미지이다. 도 17은 비교를 위해, 축상 LED로부터의 정상빔이 조사되어질 때, 동일영역에서의 영상강도를 나타낸 것이다. 도 18은 그룹 11에서 요소 1(488 nm period; 2,048 1p/mm)의 강도 프로파일을 나타낸 것이고, 그것은 두 개의 수직방향으로 분명하게 해상됨을 알 수 있다.
도 15 내지 도 19 특히 도 16에 도시된 바와 같이, 결과적으로 본 발명의 실시예에 따른 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM을 통해 약 300 nm 이하의 고분해능을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. FPM에 있어서,
    다수의 LED광원이 구비되며, 대물렌즈를 투과하여 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제1빔을 조사하는 제1LED 어레이로 구성된 제1패널을 갖는 제1조명기;
    다수의 LED광원이 구비되며, 상기 제1조명기에 의한 조사 후, 서로 다른 각도로 측정대상물에 순차적으로 복수의 LED 제2빔을 조사하는 제2LED 어레이로 구성된 제2패널을 갖는 제2조명기;
    상기 제2조명기에 의해 발생된 각각의 제2빔이 반사되어 상기 측정대상물로 입사되도록 하는 파라볼릭 미러;
    LED 제1빔과 제2빔이 조사된 측정대상물에서 나오는 빔을 수집하도록 구성된 렌즈; 및
    상기 렌즈로부터 광을 수광하고 복수의 제1빔 및 제2빔 각각에 대한 이미지를 취득하는 광검출기;을 포함하는 것을 특징으로 하는 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1패널은 판형태이고,
    상기 제1LED 어레이는, 상기 제1패널의 중심점과, 상기 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 상기 링형 제1LED 어레이는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되는 것을 특징으로 하는 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2패널은 중앙홀이 형성된 링판형태이고,
    상기 제2LED 어레이는, 상기 제2패널의 중심점을 기준으로 서로 원주방향으로 소정간격 이격되어 배치된 링형이고, 상기 링형 제2LED 어레이는 반경방향으로 특정 간격 이격된 복수로 배열되는 것을 특징으로 하는 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1패널의 중심점에 위치된 광원부터 순차적으로 반경이 작은 제1LED 어레이 상의 광원들이 순차적으로 조사된 후, 제2패널에서 반경이 작은 제2LED어레이 상의 광원부터 순차적으로 조사되도록 제어하는 LED제어부를 더 포함하고,
    상기 광검출기는 각각의 빔에 대한 이미지를 취득하는 것을 특징으로 하는 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 이미지 각각을 스펙트럼 도메인에 위치시켜 스티칭하여 상기 측정대상물의 위상정보를 갖는 합성 이미지를 산출하는 분석수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1빔은 상기 제1조명기에서 조사되어 광학계를 통과하여 빔스플리터에 의해 반사된 후, 대물렌즈를 거쳐 측정대상물에 입사되는 것을 특징으로 하는 파라볼릭 미러를 이용한 반사형 FPM.
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