따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 두 가지 측정 기술을 융합함으로써 종래 수준의 측정을 각각 수행할 수 있음은 물론, 두 개의 다른 측정원리를 이용한 동시 측정이 가능한 3차원 형상 측정 장치를 제공함에 있다. 또한 본 발명의 다른 목적은, 다양한 방법으로의 형상 측정이 가능하여 측정 작업의 정확성 및 효율을 극대화시킬 수 있는 3차원 형상 측정 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3차원 형상 측정 장치는, 레이저 광원(110), 상기 레이저 광원(110)으로부터의 광선을 평행 광선으로 형성시키는 시준 렌즈(120), 상기 시준 렌즈(120)를 통과하여 나온 평행 레이저 광선을 시편(1000) 방향으로 입사시키며 더불어 시편(1000)에 반사되어 나온 광선을 검출 측으로 보내는 광분할장치, 필터링수단, 집광수단 및 광검출수단을 포함하여 이루어지는 공초점 현미경 시스템(100); 광원(210), 시준 렌즈(220), 상기 시준 렌즈(220)를 통과하여 나온 평행 광선을 반사하여 시편(1000) 방향으로 입사시키며 더불어 시편(1000)에 반사되어 나온 광선을 검출 측으로 통과하여 보내는 광 분배기(230) 및 CCD(Charge Coupled Device, 280)를 포함하여 이루어지는 백색광 간섭 현미경 시스템(200); 상기 공초점 현미경 시스템(100)과 백색광 간섭 현미경 시스템(200)을 결합하는 결합수단; 및 시편(1000)과의 수직 거리를 조절하는 Z스테이지 (301), 상기 공초점 현미경 시스템(100) 또는 상기 백색광 간섭 현미경 시스템(200)을 통과하여 나온 광선을 시편(1000)을 향해 집광하여 보내는 기능을 담당하는 대물렌즈(303)를 포함하여 이루어지는 제1 및 제2 렌즈 모드(310, 320)를 포함하여 이루어지는 공유 시스템(300); 을 포함하여 이루어진다. 이 때, 상기 결합수단은 이색성 거울(240)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 렌즈 모드(310)는 상기 대물렌즈(303)로만 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 제2 렌즈 모드(320)는 상기 대물렌즈(303), 상기 대물렌즈(303)의 시편(1000) 방향 전면에 위치하는 거울(250), 상기 거울(250)의 시편(1000) 방향 전면에 위치하며 광선을 분배하는 광분할기(260)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 공유 시스템(300)은 상기 Z스테이지(301)와 연결되어 구비되며 렌즈 모드를 전환하는 대물렌즈 회전교환기(302)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 대물렌즈 회전교환기(302)는 회전식으로 상기 제1 렌즈 모드(310)과 상기 제2 렌즈 모드(320)를 전환하는 것이 바람직하다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 3차원 형상 측정 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 3차원 형상 측정 장치는, 공초점 현미경 시스템 백색광 간섭 현미경 시스템에서 공통적으로 사용되는 시스템을 공유함으로써 하나의 시스템에서 두 가지의 측정이 동시에 이루어지도록 한다. 이와 같이 공통적인 광학계를 이용함으로써, 시편을 재정렬할 필요 없이 동일한 위치에 대한 관찰 및 측정이 가능하기 때문에, 상술한 바와 같이 동일한 위치로의 재정렬이 어렵다는 문제에 의해 발생되는 일관성 없는 데이터 및 데이터의 신뢰성 하락과 같은 치명적인 문제점들이 일시에 해소되게 된다.
도 3은 본 발명에 의한 3차원 형상 측정 장치의 일 실시예이며, 도 4는 본 발명에 의한 3차원 형상 측정 장치의 다른 실시예이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 3차원 형상 측정 장치는, 도 1에 도시된 공초점 현미경 시스템과 도 2에 도시된 백색광 간섭 시스템에서 공통적으로 사용되는 부분을 공유하도록 되어 있다.
먼저, 공초점 현미경 시스템(100) 부분은, 핀홀(111)을 통해 시편(1000)을 향하여 레이저 광선을 입사시키는 레이저 광원(110), 상기 핀홀(111)을 통해 나온 레이저 광선을 평행 광선으로 형성시키는 시준 렌즈(120), 광분할장치, 필터링수단, 집광수단 및 광검출수단을 포함하여 이루어진다. 이 때 상기 광분할장치는 상기 시준 렌즈(120)를 통과하여 나온 평행 레이저 광선을 시편(1000) 방향으로 입사시키며 더불어 시편(1000)에 반사되어 나온 광선을 검출 측으로 반사하여 보내는 PBS(Polarizing Beam Splitter, 130)인 것이 바람직하다. 또한, 상기 필터링수단은, 상기 PBS(130)를 통과하여 나온 평행 레이저 광선을 스캔하는 스캐닝 시스템 (140), 상기 스캐닝 시스템(140)을 통과하여 나온 평행 레이저 광선의 선편광을 원편광으로 전환하는 사분파판(quarter-wave plate, 150), 시편(1000)에 반사된 후 상기 PBS(130)에서 반사되어 검출 측을 향하여 나오는 광선의 특정 위상만을 통과시키는 편광판(160)을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 집광수단은 상기 편광판(160)을 통과하여 나온 광선을 한 곳으로 집중시키는 집광 렌즈(170)인 것이 바람직하다. 또한, 상기 광검출수단은 상기 집광 렌즈(170)에 의해 집중된 광선을 핀홀(181)을 통해 받아들여 검출하는 광 검출기(180)인 것이 바람직하다.
또한, 백색광 간섭 현미경 시스템(200)은, 광원(210), 상기 광원(210)으로부터 나온 광선을 평행 광선으로 형성시키는 시준 렌즈(220), 상기 시준 렌즈(220)를 통과하여 나온 평행 광선을 반사하여 시편(1000) 방향으로 입사시키며 더불어 시편(1000)에 반사되어 나온 광선을 검출 측으로 통과하여 보내는 광 분배기(230) 및 시편(1000)에 반사된 후 상기 광 분배기(230)를 통과하여 검출 측을 향하여 나오는 광선을 집중시켜 상(image)을 형성하는 이미징 렌즈(270), 상기 이미징 렌즈(270)에 의해 집중된 광선을 받아들여 전기적 신호로 전환하는 CCD(Charge Coupled Device, 280)를 포함하여 이루어진다.
또한, 결합수단에 의해 상기 공초점 현미경 시스템(100)과 상기 백색광 간섭 현미경 시스템(200)을 서로 결합된다. 이 때 상기 결합수단으로는 선택적으로 광선을 통과시키거나 반사시키는 성질을 가진 이색성 거울(240)이 사용되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 결합수단으로서 이색성 거울(240)이 사용되는 것으로 도 3 및 도 4를 도시하였다. 공초점 현미경 또는 백색광 간섭 현미경 단독의 시스템에서라면 상기 이색성 거울(240)을 필요로 하지 않으나, 본 발명에서는 두 가지 시스템을 하나로 결합하여야 하며 또한 동시에 시편(1000)에 양쪽 시스템의 광원으로부터의 광선을 집중시켜야 할 수 있어야 하기 때문에, 방향에 따라 선택적으로 광선을 통과시키거나 또는 반사시키는 이색성 거울(240)을 결합수단으로 사용함으로써 이러한 목적을 달성할 수 있게 된다.
이 때, 상기 공초점 현미경 시스템(100)과 백색광 간섭 현미경 시스템(200) 모두에서 시편(1000) 쪽, 즉 대물부에서는 초점을 맞추기 위하여 시편(1000)과의 수직 거리를 조절하는 Z스테이지(301), 상기 Z스테이지(301)와 연결되어 구비되며 렌즈 모드를 전환하는 대물렌즈 회전교환기(302), 상기 공초점 현미경 시스템(100)의 사분파판(150) 또는 상기 백색광 간섭 현미경 시스템(200)의 이색성 거울(240)을 통과하여 나온 광선을 시편(1000)을 향해 집광하여 보내는 대물렌즈(303)를 필요로 하기 때문에, 상기 Z스테이지(301), 대물렌즈 회전교환기(302), 대물렌즈(303)를 공유한다.
물론 이 경우 대물렌즈 회전교환기(302)는 반드시 필요하지는 않으나, 하기에 서술될 제1 렌즈 모드(310) 및 제2 렌즈 모드(320)를 신속하게 전환하기 위해서는 대물렌즈 회전교환기(302)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시되어 있는 일 실시예에서는, 공초점 현미경 시스템(100)에서와 마찬가지로 대물렌즈(303)만이 구비되어 있는 경우를 도시하고 있다. 이와 같이 될 경우, 공초점 영상과 일반 CCD 영상을 동시에 얻거나 또는 각각 따로 얻을 수 있게 된다. 본 발명에서, 이와 같이 대물렌즈(303)만 구비시키는 경우를 제1 렌즈 모드(310)로 칭한다.
도 4에 도시되어 있는 다른 실시예에서는, 대물렌즈(303)와 더불어 백색광 간섭 현미경 시스템(200)에서 필요로 하는 거울(250) 및 광분할기(260)를 더 포함한다. 본 발명에서 이러한 경우를 제2 렌즈 모드(320)라고 칭하며, 보다 상세히 제2 렌즈 모드(320)를 설명하자면, 제2 렌즈 모드(320)는 상기 대물렌즈(303), 상기 대물렌즈(303)의 시편(1000) 방향 전면에 위치하는 거울(250), 상기 거울(250)의 시편(1000) 방향 전면에 위치하며 광선을 분배하는 광분할기(260)로 이루어진다. 제2 렌즈 모드(320)에서는, 공초점 간섭 현미경 영상과 백색광 간섭 현미경 영상을 동시에 얻거나 또는 역시 각각 따로 얻을 수 있게 된다.
또한 본 발명에서, 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 제1 렌즈 모드(310)와 도 4에 도시되어 있는 바와 같은 제2 렌즈 모드(320)는, 각각의 구성이 독립적으로 형성되며 대물렌즈 회전교환기(302)를 사용하여 회전식으로 전환할 수 있도록 구성된다.
본 발명에서, 이와 같이 제1 및 제2 렌즈 모드(310, 320)와, 공통적으로 사용되는 Z스테이지(301), 대물렌즈 회전교환기(302), 대물렌즈(303)을 통틀어 공유 시스템(300)이라고 칭한다. 이와 같이 공유 시스템(300)을 구성함으로써, 공초점 현미경 시스템(100)에서 얻을 수 있는 높은 수평분해능을 가진 영상과, 백색광 간 섭 시스템(200)에서 얻을 수 있는 높은 수직분해능을 가진 영상을 동시에 얻을 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.