KR101103685B1 - 시료의 두께와 굴절률 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시료의 두께와 굴절률 측정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 시료의 굴절률로 인한 광학거리의 이동현상을 이용하여 시료의 두께와 굴절률을 동시에 측정하는 것이 가능한 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명은 광원으로부터 조사되는 광을 기준광과 측정광으로 분배하는 광분배부; 상기 광분배부로부터 분배된 기준광을 입력받아 상기 광분배부 측으로 반사하는 기준광 반사부; 시료가 배치되고 상기 광분배부로부터 분배된 측정광을 입력받아 상기 시료의 각 경계면으로부터 반사되는 측정광을 상기 광분배부 측으로 조사하거나 또는 상기 시료를 투과한 측정광을 상기 광분배부 측으로 반사하는 측정광 반사부; 및 상기 광분배부를 거쳐 도달하는 상기 기준광 반사부로부터 반사되는 기준광, 상기 시료의 각 경계면으로부터 반사되는 측정광, 및 상기 시료를 투과한 후 반사되는 측정광의 광경로차에 따라 나타나는 간섭 스펙트럼으로부터 상기 시료의 두께와 굴절률을 동시에 계산하는 광검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 시료의 형태 또는 상태에 무관하게 시료의 두께와 굴절률을 동시에 측정하는 것이 가능한 효과를 갖는다.
광경로차, 간섭 스펙트럼, 상관 함수

Description

시료의 두께와 굴절률 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring thickness and refractive index of sample}
본 발명은 시료의 두께와 굴절률을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 시료의 굴절률로 인한 광학거리의 이동현상을 이용하여 한번의 측정으로 시료의 두께와 굴절률을 높은 정밀도로 측정하는 것이 가능한 시료의 두께와 굴절률 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 매질의 두께와 굴절률을 동시에 측정하는 기술은 물질의 광학적 특성 연구와 바이오 의공학 등 여러 산업 분야에 응용될 수 있으며, 상기와 같이 매질의 두께와 굴절률을 측정하기 위하여 광결맞음 간섭계(Coherence reflectometry)를 주로 사용한다.
이러한 광결맞음 간섭계를 사용하여 매질의 두께와 굴절률을 측정하는 방법은 크게 광결맞음 간섭계의 기준단을 이송시켜 간섭신호를 얻는 시간영역 측정 방법(Optical Low Coherence Reflectometry: OLCR)과 기준단의 이송없이 분광기를 이용하여 간섭스펙트럼을 얻는 주파수 영역 측정방법(Optical Frequency Domain Reflectometry: OFDR)으로 구분할 수 있다.
그러나, 시간영역 측정 방법의 경우 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 매질을 교체할 때마다 매번 광결맞음 간섭계의 기준단을 이송시켜야 하는 문제점이 있었으며, 주파수 영역 측정 방법의 경우 측정하고자 하는 매질의 두께와 굴절률을 모두 알지 못할 때 정확한 피팅값을 찾기 어려운 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 2002년도 Applied Optics에 게재된 "낮은 결맞음 간섭계를 이용한 굴절률과 두께 동시측정(Low-coherence interferometer system for the simultaneous measurement of refractive index and thickness)"에서는 샘플의 위상 굴절률, 군굴절률, 및 두께를 동시에 측정하기 위하여 낮은 결맞음 간섭계와 공초점 광학계를 동시에 이용하며 특수하게 제작된 샘플 고정대를 사용하여 샘플의 두께를 측정하거나 근사된 색분산 관계식을 사용하여 샘플의 군굴절률과 위상굴절률의 관계식을 얻는 방법을 제안한바 있다.
그러나 상기 방법의 경우 샘플의 위상 굴절률, 군 굴절률, 및 시료 두께를 측정하기 위해서는 특수하게 제작된 샘플 고정대를 사용하거나 근사된 색분산 식을 사용하는 등의 추가적인 작업과 측정 오차를 줄이기 위한 고성능의 이송장치가 요구되어 비용 부담이 커지고 소형화가 용이하지 못하며 여러 단계의 복잡한 측정과정이 요구되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 시료의 굴절률로 인한 광학거리의 이동현상을 이용하여 한번의 측정으로 시료의 두께와 굴절률을 높은 정밀도로 측정하는 것이 가능한 시료의 두께와 굴절률 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치는 광원으로부터 조사되는 광을 기준광과 측정광으로 분배하는 광분배부; 상기 광분배부로부터 분배된 기준광을 입력받아 상기 광분배부 측으로 반사하는 기준광 반사부; 시료가 배치되고 상기 광분배부로부터 분배된 측정광을 입력받아 상기 시료의 각 경계면으로부터 반사되는 측정광을 상기 광분배부 측으로 조사하거나 또는 상기 시료를 투과한 측정광을 상기 광분배부 측으로 반사하는 측정광 반사부; 및 상기 광분배부를 거쳐 도달하는 상기 기준광 반사부로부터 반사되는 기준광, 상기 시료의 각 경계면으로부터 반사되는 측정광, 및 상기 시료를 투과한 후 반사되는 측정광의 광경로차에 따라 나타나는 간섭 스펙트럼으로부터 상기 시료의 두께와 굴절률을 동시에 계산하는 광검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 방법은 (a) 광원으로부터 조사되는 광을 기준광과 측정광으로 분배하는 단계; (b) 상기 분배된 기준광을 입력받아 반사하고 상기 분배된 조사광을 입력받아 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료에 조사하는 단계; (c) 상기 반사되어 도달하는 기준광, 상기 시료의 각 경계면에서 반사되어 도달하는 측정광, 및 상기 시료를 투과한 후 반사되어 도달하는 측정광의 광 경로차에 따라 발생하는 시료 간섭 스펙트럼을 측정하는 단계; 및 (d) 상기 시료 간섭 스펙트럼으로부터 복수 개의 상관함수를 산출한 후 미리 결정되어 있는 기준 상관함수와 상기 산출된 복수 개의 상관함수를 이용하여 상기 시료의 두께와 굴절률을 동시에 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 광검출부에 도달하는 광들의 광경로차에 따라 나타나는 간섭 스펙트럼을 이용하여 한번의 측정으로 시료의 두께와 굴절률을 동시에 측정하므로 종래에 시료의 두께와 굴절률을 측정하기 위해 사용되던 시료나 렌즈에 대한 정밀 이송장치가 필요하지 않아 장치 구성에 요구되는 비용 절감, 장치 구성의 간략화, 및 소형화가 가능한 효과를 갖는다.
또한, 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료를 절개하거나 접촉하지 않는 비파괴적인 방법으로 시료의 두께와 굴절률을 측정할 수 있으므로 시료의 형태 또는 상태에 무관하게 시료의 두께와 굴절률을 측정하는 것이 가능한 효과를 갖는다.
또한, 시료에 대한 두께와 굴절률 측정시에 외부환경의 영향을 적게 받으므로 정확한 측정이 가능한 효과를 갖는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호들을 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치에 대한 개념도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(1)는 광원(10), 광분배부(20), 기준광 반사부(30), 측정광 반사부(40), 및 광검출부(50)를 포함한다.
이때, 광원(10)과 광분배부(20)의 연결, 광분배부(20)와 기준광 반사부(30)의 연결, 광분배부(20)와 측정광 반사부(40)의 연결, 및 광분배부(20)와 광검출부(50)의 연결은 광섬유로 이루어질 수 있다.
광원(10)은 광을 조사한다. 이때, 광원(10)은 임의의 중심파장을 가질 수 있으며 측정하고자 하는 시료의 두께를 구분할 수 있기 위한 최소한의 파장 대역폭을 갖는 고휘도 발광소자(Super Luminescent Diode: SLD)일 수 있다.
광분배부(20)는 광원(10)으로부터 조사되는 광을 입력받아 기준광(L1)과 측정광(L2)으로 분배한다. 이때, 광분배부(20)는 광섬유를 통하여 전송되는 광을 분배 또는 결합할 수 있는 광커플러일 수 있다.
기준광 반사부(30)는 일측이 광분배부(20)와 연결되며 광분배부(20)로부터 분배된 기준광(L1)을 입력받은 후 기준광(L1)을 광분배부(20) 측으로 반사한다.
이때, 기준광 반사부(30)는 광분배부(20)로부터 조사되는 기준광(L1)을 평형광으로 변환하거나 또는 상기 반사된 기준광(L1)을 집광하는 제1 콜리메이터(32)와 제1 콜리메이터(32)로부터 이격되며 상기 평형광으로 변환된 기준광(L1)을 반사하여 광분배부(10) 측으로 조사하는 제1 반사체(34)를 포함할 수 있다.
측정광 반사부(40)는 일측이 광분배부(20)와 연결되고 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료(S1)가 배치되며 광분배부(20)로부터 조사되는 측정광(L2)을 입력받은 후 시료(S1)의 각 경계면에서 반사되는 측정광(L2)을 광분배부(20) 측으로 조사하거나 또는 시료(S1)를 투과한 측정광(L2)을 광분배부(20)측으로 반사한다.
이때, 측정광 반사부(40)는 시료(S1)의 일측으로부터 이격되어 광분배부(20)로부터 조사되는 측정광(L2)을 평형광으로 변환하거나 시료(S1)의 각 경계면에서 반사되는 측정광(L2) 또는 시료(S1)를 투과한 후 반사되는 측정광(L2)을 집광하는 제2 콜리메이터(42)와 시료(S1)의 타측으로부터 이격되어 시료(S1)를 투과한 측정광(L2)을 반사하여 광분배부(20) 측으로 조사하는 제2 반사체(44)를 포함할 수 있다.
광검출부(50)는 일측이 광분배부(10)와 연결되어 기준광 반사부(30)의 제1 반사체(34)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 기준광(L1), 측정광 반사부(40)에 배치된 시료(S1)의 각 경계면에서 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 측정광(L2), 및 측정광 반사부(40)의 제2 반사체(44)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 측정 광(L2)의 광경로차에 따라 나타나는 시료 간섭 스펙트럼으로부터 복수 개의 상관함수를 산출한 후 미리 결정되어 있는 기준 상관함수와 상기 복수 개의 상관함수를 이용하여 시료(S1)의 두께와 굴절률을 계산한다.
이때, 상기 복수 개의 상관함수는 상기 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 미리 결정되어 있는 기준 상관함수는 기준광 반사부(30)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 기준광(L1)과 시료(S1)가 배치되지 않은 상태의 측정광 반사부(40)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 측정광(L2)의 광경로차에 따라 나타나는 기준 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 기준 상관함수는 시료가 배치되지 않은 상태에서 산출되므로 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료가 변경되는 경우에도 반복적으로 사용하는 것이 가능하다.
또한, 광검출부(50)는 파장에 따른 광세기를 구분할 수 있는 광학 스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer: OSA)일 수 있다.
도 2a는 간섭 스펙트럼에 대한 참고도, 도 2b는 상기 도 2a의 간섭 스펙트럼으로부터 산출되는 기준 상관함수에 대한 그래프이다.
도 2a는 기준광 반사부(30)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 기준광(L1)과 시료(S1)가 배치되지 않은 측정광 반사부(40)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 측정광(L2)의 광경로차 가 1.1mm 일 때 발생되는 간섭 스텍트럼을 실험적으로 측정한 것을 나타낸다.
도 2b는 상기 도 2a에서 관찰되는 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환(Inverse Fourier Transform)을 통하여 산출되는 기준 상관함수를 나타내며, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 기준 상관함수는 기준광 반사부(30)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 기준광(L1)과 시료(S1)가 배치되지 않은 측정광 반사부(40)의 제2 반사체(44)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 측정광(L2)의 광경로차가 1.1mm인 것을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치로부터 산출되는 상관 함수들에 대한 그래프이다.
여기에서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치를 이용하여 두께와 굴절률을 동시에 측정하고자 하는 시료는 굴절률에 따른 광학적 특성이 잘 알려진 석영유리(Fused silica)라고 하자.
도 3에서 기준광 반사부(30)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 기준광(L1)과 시료가 배치되지 않은 상태의 측정광 반사부(40)의 제2 반사체(44)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 측정광(L2)의 광경로차에 따라 나타나는 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출되는 기준 상관 함수는 B와 같다.
그리고, 상기 시료 간섭 스펙트럼으로부터 산출되는 복수 개의 상관함수 중 시료(S1)의 앞면에서 반사되는 측정광(L2)의 광경로차에 따라 나타나는 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출되는 상관함수는 A와 같고, 시료(S1)의 뒷면에서 반사되는 측정광(L2)의 광경로차에 따라 나타나는 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출되는 상관함수는 C와 같다.
또한, 시료(S1)가 배치된 상태에서 시료(S1)를 투과한 후 제2 반사체(44)로부터 반사되어 광분배부(20)를 거쳐 광검출부(50)에 도달하는 측정광(L2)의 광경로차에 따라 나타나는 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출되는 상관함수는 D와 같다.
이때, 상기 상관함수 D는 상기 기준 상관 함수 B에 비해 상기 시료의 굴절률에 따라 발생하는 광경로 지연 현상으로 인하여 상기 B에 비해 뒤로 밀린 위치에서 산출되므로 상기 상관함수 B와 상기 상관함수 D를 이용하여 상기 시료의 굴절률에 의한 상기 기준 상관 함수의 변화값을 계산할 수 있다.
여기에서, 시료(S1)의 광학적 두께를 △l 이라고 하면 △l은 상기 상관함수 C와 상기 상관함수 A의 거리차인 C-A와 같이 나타낼 수 있고, 시료(S1)의 굴절률에 의한 상기 기준 상관함수의 변화값을 △라고 하면 △는 상기 기준 상관함수 B와 시료(S1)가 배치된 후 시료(S1)의 굴절률에 따른 광경로 지연 현상으로 인하여 산출되는 상관함수 D의 거리차인 D-B와 같이 나타낼 수 있다.
따라서, 시료(S1)의 두께는 아래의 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009026199123-pat00001
여기에서, t는 시료(S1)의 두께, △l은 시료(S1)의 광학적 두께, 및 △는 시 료(S1)의 굴절률에 의한 상기 기준 상관함수의 변화값을 의미한다.
또한, 시료(S1)의 굴절률은 아래의 수학식 2와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009026199123-pat00002
여기에서, ng는 시료(S1)의 군굴절률(Group refractive index), △l은 시료(S1)의 광학적 두께, 및 t는 시료(S1)의 두께를 의미한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치를 이용하여 측정한 시료의 두께 및 군굴절률과 해상도 1마이크로미터인 디지털 마이크로미터와 셀마이어 방정식을 이용하여 측정한 시료의 두께와 군굴절률에 대한 참고도 이다.
여기에서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(1)를 이용하여 두께와 굴절률을 동시에 측정하고자 하는 시료는 굴절률에 따른 광학적 특성이 잘 알려진 석영유리(Fused silica)라고 하자.
도 4에 도시된 바와 같이 814nm, 1050nm, 1310nm의 중심 파장을 갖는 세 종류의 서로 다른 광원을 이용하여 동일한 시료에 대한 두께와 군굴절률을 동시 측정하였다. 이때, 상기 측정된 두께와 군굴절률 값은 10번의 반복 검출을 통하여 획득되었다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(1)를 이용하여 측정한 시료의 두께와 굴절률을 비교하기 위한 기준값의 측정은 시료의 두께의 경우 해상도가 1μm인 마이크로미터를 이용하여 시료의 두께를 30번 측정한 후 그 평균값을 기준값으로 하였으며, 시료의 군굴절률의 경우 셀마이어 방정식을 이용하여 계산하였다.
도 4에 도시된 바와 같이 시료의 두께와 굴절률 모두 기준값과 비교하였을 때 매우 정확한 값을 얻을 수 있었으며, 0.0002 이하의 매우 안정된 표준편차를 얻을 수 있었다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치는 광원(10)으로부터 조사된 광을 광분배부(20)에서 기준광(L1)과 측정광(L2)으로 분배하여 조사한 후 기준광 반사부(30)에서 기준광(L1)을 반사하여 광분배부(20) 측으로 조사하며 측정광 반사부(40)에서 시료(S1)의 각 경계면에서 반사되는 측정광(L2)과 시료(S1)을 투과한 후 제2 반사체(44)에서 반사되는 측정광(L2)을 광분배부(20)측으로 조사한다.
그리고 광검출부(50)에서 기준광 반사부(30)에서 반사된 후 도달하는 기준광(L1), 측정광 반사부(40)에 배치된 시료(S1)의 각 경계면에서 반사된 후 도달하는 측정광(L2), 및 시료(S1)를 투과한 후 제2 반사체(44)에서 반사된 후 도달하는 측정광(L2)의 광경로차에 따라 발생하는 간섭 스펙트럼으로부터 복수 개의 상관 함수를 산출하여 미리 결정되어 있는 기준 상관함수와 상기 산출된 적어도 한 개 이상의 상관 함수를 이용하여 시료(S1)의 두께와 굴절률을 계산한다.
따라서, 광검출부에 도달하는 광들의 광경로차에 따라 나타나는 간섭 스펙트럼을 이용하여 한번의 측정으로 시료의 두께와 굴절률을 측정하므로 종래에 시료의 두께와 굴절률을 측정하기 위해 사용되던 시료나 렌즈에 대한 정밀 이송장치가 필요하지 않아 장치 구성에 요구되는 비용 절감, 장치 구성의 간략화, 및 소형화가 가능한 효과를 갖는다.
또한, 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료를 절개하거나 접촉하지 않는 비파괴적인 방법으로 시료의 두께와 굴절률을 측정할 수 있으므로 시료의 형태 또는 상태에 무관하게 시료의 두께와 굴절률을 측정하는 것이 가능하다.
또한, 시료에 대한 두께와 굴절률 측정시에 외부환경의 영향을 적게 받으므로 정확한 측정이 가능한 효과를 갖는다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치의 개념도 이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(100)는 광원(110), 광서큘레이터(120), 광반사부(130), 및 광검출부(140)를 포함한다.
이때, 광원(110)과 광서큘레이터(120)의 연결, 광서큘레이터(120)와 광반사부(130)의 연결, 및 광서큘레이터(120)와 광검출부(140)의 연결은 광섬유로 이루어질 수 있다.
광원(110)은 광을 조사한다. 이때, 광원(110)은 임의의 중심파장을 가질 수 있으며 시료의 두께를 구분할 수 있기 위한 최소한의 파장 대역폭을 갖는 고휘도 발광소자(Super Luminescent Diode: SLD)일 수 있다.
광서큘레이터(120)는 일측이 광원(110)과 연결되고 타측이 광반사부(130)와 연결되어 광원(110)으로부터 조사되는 광을 광반사부(130) 측으로 조사하고 동시에 광반사부(130)에 배치된 시료(S2)의 각 경계면에서 반사되어 외부로 출력되는 광 또는 시료(S2)를 투과한 후 측정 반사체(136)에서 반사되어 외부로 출력되는 광을 광검출부(140)측으로 조사한다.
광반사부(130)는 일측이 광서큘레이터(120)와 연결되고 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료(S2)가 배치되어 시료(S2)의 각 경계면에서 반사되는 광을 광서큘레이터(120)측으로 조사하거나 또는 시료(S2)를 투과하는 광을 반사시켜 광서큘레이터(120)측으로 조사한다.
이때, 광반사부(130)는 시료(S2)의 일측으로부터 이격되어 광서큘레이터(120)를 통과한 광을 평행광으로 변환하거나 광반사부(130)에 배치된 시료(S2)로부터 반사되는 광 또는 시료(S2)를 투과한 후 반사되는 광을 집광하는 콜리메이터(132), 콜리메이터(132)와 시료(S2) 사이에 배치되어 콜리메이터(132)를 통과한 광을 광서큘레이터(120)측으로 부분 반사하는 부분 반사체(134), 및 시료(S2)의 타측으로부터 이격되어 시료(S2)를 투과한 광을 광서큘레이터(120)측으로 반사시키는 측정 반사체(136)를 포함할 수 있다.
광검출부(140)는 일측이 광서큘레이터(120)와 연결되며 광반사부(130)의 부분 반사체(134)로부터 반사되어 광검출부(140)에 도달하는 광, 시료(S2)의 각 경계면에서 반사되어 광검출부(140)에 도달하는 광, 및 측정 반사체(136)로부터 반사되어 광검출부(140)에 도달하는 광의 광경로차에 따라 나타나는 시료 간섭 스펙트럼으로부터 복수 개의 상관함수를 산출한 후 미리 결정되어 있는 기준 상관함수와 상 기 산출된 복수 개의 상관함수를 이용하여 시료(S2)의 두께와 굴절률을 계산한다.
이때, 상기 복수 개의 상관함수는 상기 시료 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 미리 결정된 기준 상관함수는 광반사부(130)의 부분 반사체(134)로부터 반사된 후 광서큘레이터(120)를 통과하여 광검출부(140)에 도달하는 광과 광반사부(130)에 시료(S2)가 배치되지 않은 상태에서 측정 반사체(136)로부터 반사된 후 광서큘레이터(120)를 통과하여 광검출부(140)에 도달하는 광의 광경로차에 따라 나타나는 기준 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출될 수 있다.
또한, 광검출부(140)는 파장에 따른 광세기를 구분할 수 있는 광학 스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer:OSA)일 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(100)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(1)의 광분배부(20)를 광서큘레이터(120)로 대체하고 기준광 반사부(30)를 제거한 구성으로써 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 동시 측정 장치(10)가 갖는 장점 외에 외부환경의 영향을 덜 받으면서도 보다 안정적으로 시료의 두께와 굴절률을 측정 가능한 장점을 갖는다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치의 블록도 이다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절 률 측정 장치(200)는 광원(210), 광서큘레이터(220), 광반사부(230), 및 광검출부(240)를 포함한다.
이때, 광원(210)과 광서큘레이터(220)의 연결, 광서큘레이터(220)와 광반사부(230)의 연결, 및 광서큘레이터(220)와 광검출부(240)의 연결은 광섬유로 이루어질 수 있다.
이때, 본 발명의 제3 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(200)의 광원(210)과 광서큘레이터(220)의 역할은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 동시 측정 장치(100)에서의 광원(110)과 광서큘레이터(120)의 역할과 동일하므로 생략하도록 한다.
광반사부(230)는 일측이 광서큘레이터(220)와 연결되며 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료(S3)가 배치되어 시료(S3)로부터 반사되는 광 또는 시료(S3)를 투과한 후 반사체(234)로부터 반사되는 광을 광서큘레이터(220)측으로 보낸다.
이때, 광반사부(230)는 광서큘레이터(220)와 광반사부(230)를 연결하는 광섬유(OL1)의 말단부에 결합되어 광서큘레이터(220)를 통과한 광을 집광시키는 렌즈(232)와 시료(S3)를 투과하는 광을 광서큘레이터(220)측으로 반사시키는 반사체(234)를 포함한다.
또한, 도시하지는 않았지만 광반사부(230)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(1)의 측정광 반사부(40)를 대체하여 활용되는 것이 가능하다.
광검출부(240)는 일측이 광서큘레이터(220)와 연결되며 광반사부(230)의 렌 즈(232)로부터 반사된 후 광검출부(240)에 도달하는 광, 광반사부(230)의 시료(S3)의 각 경계면으로부터 반사되어 광검출부(240)에 도달하는 광, 및 시료(S3)를 투과한 후 반사체(234)로부터 반사되어 광검출부(240)에 도달하는 광의 광경로차에 따라 나타나는 시료 간섭 스펙트럼으로부터 복수 개의 상관함수를 산출한 후 미리 결정되어 있는 기준 상관 함수와 상기 산출된 복수 개의 상관함수로부터 시료(S3)의 두께와 굴절률을 계산한다.
이때, 상기 복수 개의 상관함수는 상기 시료 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 미리 결정되어 있는 기준 상관 함수는 광섬유(OL1) 끝단의 렌즈(232)로부터 반사된 후 광서큘레이터(220)를 통과하여 시료 측정부(240)에 도달하는 광과 시료(S3)가 배치되지 않은 상태에서 반사체(234)로부터 반사된 후 광서큘레이터(220)를 통과하여 시료 측정부(240)에 도달하는 광의 광경로차에 따라 나타나는 기준 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출될 수 있다.
또한, 광검출부(240)는 파장에 따른 광세기를 구분할 수 있는 광학 스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer: OSA)일 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(200)는 광서큘레이터(220)와 광반사부(230)를 연결하는 광섬유(OL1)의 말단부에 렌즈(232)를 결합하여 광섬유 렌즈 일체형으로 형성해준 구성으로써 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(100)의 콜리메이터(132)와 부분 반사체(134)를 대체할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(1)와 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(100)가 갖는 장점 외에 시료의 두께와 굴절률 측정 장치의 구성이 보다 간결해 지고 광 정렬이 용이해질 수 있으며 탐침과 같은 형태로 구성할 수 있기 때문에 극소형의 프로브 형태로 제작하는 것이 가능한 장점을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치에 대한 개념도 이다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 제4 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(300)는 광원(310), 광서큘레이터(320), 광반사부(330), 및 광검출부(340)를 포함한다.
이때, 본 발명의 제4 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(300)의 광원(310)과 광서큘레이터(320)의 역할은 본 발명의 제2 실시예의 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(100)에서의 광원(110)과 광서큘레이터(120)의 역할과 동일하므로 생략하도록 한다.
광반사부(330)는 일측이 광서큘레이터(320)와 연결되며 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료(S4)가 배치되어 시료(S4)로부터 반사되는 광 또는 시료(S4)를 투과하는 광을 광서큘레이터(320)측으로 반사시킨다.
이때, 광반사부(330)는 광서큘레이터(320)와 광반사부(330)를 연결하는 광섬유(OL2)의 말단부에 결합되는 그린렌즈(Gradient Index Lens: GRIN LENS)(332)와 시료(S4)를 투과한 광을 광서큘레이터(320)측으로 반사시키는 반사체(334), 및 그 린렌즈(332)와 반사체(334)를 감싸는 형태로 형성되는 몸체부(336)를 포함할 수 있다.
또한, 도시하지는 않았지만 광반사부(330)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(1)의 측정광 반사부(40)를 대체하여 활용되는 것이 가능하다.
광검출부(340)는 일측이 광서큘레이터(320)와 연결되며 광반사부(330)의 그린렌즈(332)로부터 반사된 후 광검출부(340)에 도달하는 광, 광반사부(330)의 시료(S4)의 각 경계면으로부터 반사되어 광검출부(340)에 도달하는 광, 및 시료(S4)를 투과한 후 반사체(334)로부터 반사되어 광검출부(340)에 도달하는 광의 광경로차에 따라 나타나는 시료 간섭 스펙트럼으로부터 적어도 한 개 이상의 상관함수를 산출한 후 미리 결정되어 있는 기준 상관 함수와 상기 산출된 적어도 한 개 이상의 상관함수로부터 시료(S4)의 두께와 굴절률을 동시에 계산한다.
이때, 상기 적어도 한 개 이상의 상관함수는 상기 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 미리 결정되어 있는 기준 상관 함수는 광섬유 끝단의 그린렌즈(332)로부터 반사된 후 광서큘레이터(320)를 통과하여 광검출부(340)에 도달하는 광과 시료(S4)가 배치되지 않은 상태에서 반사체(334)로부터 반사된 후 광서큘레이터(320)를 통과하여 광검출부(340)에 도달하는 광의 광경로차에 따라 나타나는 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환을 통하여 산출될 수 있다.
또한, 광검출부(340)는 파장에 따른 광세기를 구분할 수 있는 광학 스펙트럼 분석기(Optical Spectrum Analyzer: OSA)일 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치(300)는 광서큘레이터(320)와 광반사부(330)를 연결하는 광섬유(OL2)의 말단부에 결합되는 그린렌즈(332)와 그린렌즈(332)로부터 이격되는 반사체(334), 및 그린렌즈(332)와 반사체(334)를 감싸는 형태의 몸체부(330)로 구성되는 패키지 형태로써 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료가 액체이고 측정하고자 하는 위치가 매우 협소한 곳에 유용하게 활용될 수 있는 장점을 가진다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예, 제2 실시예, 제3 실시예, 및 제4 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 동시 측정 장치는 물질의 광학적 특성 연구와 생체시료를 측정하는 바이오 의공학 등 다양한 분야에서 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 방법을 나타낸 흐름도이다. 본 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 방법은 도 1에서 설명된 시료의 두께와 굴절률 측정 장치에서 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서 이하 생략된 내용이라 하더라도 시료의 두께와 굴절률 측정 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 방법에도 적용된다.
광분배부(20)는 광원(10)으로부터 조사되는 광을 기준광(L1)과 측정광(L2)으로 분배한다(100단계).
기준광 반사부(30)는 광분배부(20)로부터 분배된 기준광(L1)을 입력받아 광분배부(20)측으로 반사하고 측정광 반사부(40)는 분배된 측정광(L2)을 입력받아 측 정광 반사부(40)에 배치된 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료(L1)에 조사한다(110단계).
광검출부(50)는 기준광 반사부(30)로부터 반사되어 도달하는 기준광, 시료(L1)의 각 경계면에서 반사되어 도달하는 측정광, 및 시료(L1)를 투과한 후 반사되어 도달하는 측정광의 광경로차에 따라 발생하는 시료 간섭 스펙트럼을 측정한다(120단계).
광검출부(50)는 상기 시료 간섭 스펙트럼으로부터 복수 개의 상관함수를 산출하고 미리 결정되어 있는 기준 상관함수와 상기 산출된 복수 개의 상관함수를 이용하여 시료(L1)의 두께와 굴절률을 동시에 측정하면 종료가 이루어진다(130단계).
이때, 상기 기준 상관함수는 광분배부(20)로부터 분배되어 기준광 반사부(30)에서 반사되는 기준광(L1)과 광분배부(20)로부터 분배되어 시료(S1)가 배치되지 않은 상태의 측정광 반사부(40)에서 반사되는 측정광(L2)의 광경로차에 따라 발생하는 기준 간섭 스펙트럼을 측정한 후 상기 기준 간섭 스펙트럼에 대한 역 푸리에 변환으로 계산될 수 있다.
도 9는 도 8의 130단계에 대한 상세 흐름도이다.
광검출부(50)는 상기 시료 간섭 스펙트럼으로부터 산출되는 시료(L1)의 앞면에서 반사되는 측정광에 대한 상관함수와 시료(L1)의 뒷면에서 반사되는 측정광에 대한 상관함수의 거리차인 시료(L1)의 광학적 두께를 계산한다(132단계).
광검출부(50)는 상기 미리 결정되어 있는 기준 상관함수와 상기 시료 간섭 스펙트럼으로 산출되는 시료(L1)를 투과한 후 제2 반사체(44)에서 반사되는 측정광 에 대한 상관함수의 거리차인 시료(L1)의 굴절률에 의한 상기 기준 상관함수의 변화값을 계산한다(134단계).
광검출부(50)는 상기 132단계에서 계산된 시료(L1)의 광학적 두께와 상기 134단계에서 계산된 상기 기준 함수의 변화값으로부터 시료(L1)의 두께를 계산하고 시료(L1)의 광학적 두께와 시료(L1)의 두께로부터 시료(L1)의 굴절률을 계산하면 종료가 이루어진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명이 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의하면 높은 정확도로 시료의 두께와 굴절률을 측정하는 것이 가능하므로 광학단층영상술(Optical Coherence Tomography: OCT)에서의 이미지 보정 또는 생체 샘플의 비절단 굴절률 측정 등에도 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치의 개념도,
도 2a는 간섭 스펙트럼에 대한 참고도,
도 2b는 상기 도 2a의 간섭 스펙트럼으로부터 산출되는 기준 상관함수에 대한 그래프,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치로부터 산출되는 상관 함수들에 대한 그래프,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치를 이용하여 측정한 시료의 두께및 군굴절률과 해상도 1마이크로미터인 디지털 마이크로미터와 셀마이어 방정식을 이용하여 측정한 시료의 두께와 군굴절률에 대한 비교도,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치의 개념도,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치의 개념도,
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 시료의 두께와 굴절률 측정 장치의 개념도, 및
도 8은 본 발명의 시료의 두께와 굴절률 측정 방법에 대한 흐름도, 및
도 9는 도 8의 130단계에 대한 상세 흐름도이다.
<도면의 주요 부위에 대한 간단한 설명>
(1,100,200,300) : 시료의 두께와 굴절률 측정 장치
(10,110,210,310) : 광원 (20) : 광분배부
(30) : 기준광 반사부 (32) : 제1 콜리메이터
(34) : 제1 반사체 (40) : 측정광 반사부
(42) : 제2 콜리메이터 (44) : 제2 반사체
(50,140,240,340) : 광검출부 (120,220,320) : 광서큘레이터
(130,230,330) : 광반사부 (132) : 콜리메이터
(134) : 부분 반사체 (136) : 측정 반사체
(232) : 렌즈 (234,334) : 반사체
(332) : 그린렌즈 (336) : 몸체부

Claims (16)

  1. 광원으로부터 조사되는 광을 기준광과 측정광으로 분배하는 광분배부;
    상기 광분배부로부터 분배된 기준광을 입력받아 상기 광분배부 측으로 반사하는 기준광 반사부;
    두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료가 배치되고 상기 광분배부로부터 분배된 측정광을 입력받아 상기 시료의 각 경계면으로부터 반사되는 측정광을 상기 광분배부 측으로 조사하거나 또는 상기 시료를 투과한 측정광을 상기 광분배부 측으로 반사하는 측정광 반사부; 및
    상기 광분배부를 거쳐 도달하는 상기 기준광 반사부로부터 반사되는 기준광, 상기 시료의 각 경계면으로부터 반사되는 측정광, 및 상기 시료를 투과한 후 반사되는 측정광의 광경로차에 따라 측정되는 시료 간섭 스펙트럼으로부터 상기 시료의 두께와 굴절률을 계산하는 광검출부를 포함하되,
    상기 광검출부는, 상기 시료 간섭 스펙트럼으로부터 복수 개의 상관함수를 산출한 후 미리 결정되어 있는 기준 상관함수와 상기 산출된 복수 개의 상관함수로부터 상기 시료의 두께와 굴절률을 계산하고,
    상기 기준 상관 함수는, 상기 기준광 반사부로부터 반사되어 상기 광검출부에도달하는 기준광과 상기 시료가 배치되지 않은 상기 측정광 반사부로부터 반사되어 상기 광검출부에 도달하는 측정광의 광경로차에 따라 측정되는 기준 간섭 스펙트럼으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 시료의 두께와 굴절률 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광검출부는,
    상기 시료 간섭 스펙트럼으로부터 산출되는 상기 시료의 앞면에서 반사되는 측정광에 대한 상관함수와 상기 시료의 뒷면에서 반사되는 측정광에 대한 상관함수의 거리차인 상기 시료의 광학적 두께와 상기 미리 결정되어 있는 기준 상관함수와 상기 시료 간섭 스펙트럼으로부터 산출되는 상기 시료를 투과한 후 반사되는 측정광에 대한 상관함수의 거리차인 상기 시료의 굴절률에 의한 상기 기준 상관함수의 변화값으로부터 상기 시료의 두께를 계산하고 상기 시료의 광학적 두께와 상기 계산된 시료의 두께로부터 상기 시료의 굴절률을 계산하는 것을 특징으로 하는 시료의 두께와 굴절률 측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 시료의 두께는 아래의 수학식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 시료의 두께와 굴절률 측정 장치.
    [수학식]
    Figure 112009026199123-pat00003
    여기에서, t는 상기 시료의 두께, △l은 상기 시료의 광학적 두께, 및 △는 상기 시료의 굴절률에 의한 상기 기준 상관함수의 변화값을 의미한다.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 시료의 굴절률은 아래의 수학식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 시료의 두께와 굴절률 측정 장치.
    [수학식]
    Figure 112009026199123-pat00004
    여기에서, ng는 상기 시료의 굴절률, △l은 상기 시료의 광학적 두께, 및 t는 상기 시료의 두께를 의미한다.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 기준광 반사부는,
    상기 입력받은 기준광을 평행광으로 변환하는 제1 콜리메이터와 상기 제1 콜리메이터로부터 이격되어 상기 평행광으로 변환된 기준광을 상기 광분배부측으로 반사하는 제1 반사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 두께와 굴절률 측정 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 측정광 반사부는,
    상기 시료의 일측으로부터 이격되어 상기 입력받은 측정광을 평행광으로 변환하는 제2 콜리메이터와 상기 시료의 타측으로부터 이격되어 상기 시료를 투과한 측정광을 상기 광분배부측으로 반사하는 제2 반사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 두께와 굴절률 측정 장치.
  9. 두께와 굴절률을 측정하고자 하는 시료가 배치되고 광원으로부터 조사되는 광을 입력받아 상기 시료의 각 경계면으로부터 반사되는 광을 외부로 조사하거나 또는 상기 시료를 투과한 광을 외부로 반사하는 광반사부;
    상기 시료의 각 경계면으로부터 반사된 후 도달하는 광과 상기 시료를 투과한 후 반사되어 도달하는 광의 광경로차에 따라 측정되는 시료 간섭 스펙트럼으로부터 복수 개의 상관함수를 산출한 후 미리 결정되어 있는 기준 상관함수와 상기 산출된 복수 개의 상관함수로부터 상기 시료의 두께와 굴절률을 동시에 계산하는 광검출부; 및
    상기 광원으로부터 조사되는 광을 상기 광반사부측으로 조사하고 상기 광반사부에 배치된 시료의 각 경계면에서 반사되는 광 또는 상기 시료를 투과한 후 반사되는 광을 상기 광검출부로 조사하는 광서큘레이터를 포함하되,
    상기 광서큘레이터와 상기 광반사부의 연결은 광섬유로 이루어지며,
    상기 광반사부는 상기 시료의 일측으로부터 이격되며 상기 광섬유의 말단부에 결합되는 렌즈와 상기 시료의 타측으로부터 이격되며 상기 렌즈를 통과한 후 상기 시료를 투과한 광을 상기 광서큘레이터 측으로 반사하는 반사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 두께와 굴절률 측정 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 광검출부는,
    상기 시료 간섭 스펙트럼으로부터 산출되는 상기 시료의 앞면에서 반사되는 광에 대한 상관함수와 상기 시료의 뒷면에서 반사되는 광에 대한 상관함수의 거리차인 상기 시료의 광학적 두께를 계산한 후 미리 결정되어 있는 기준 상관함수와 상기 시료 간섭 스펙트럼으로부터 산출되는 상기 시료를 투과한 후 반사되는 광에 대한 상관함수의 거리차인 상기 시료의 굴절률에 의한 상기 기준 상관함수의 변화값으로부터 상기 시료의 두께를 계산하고 상기 시료의 광학적 두께와 상기 계산된 시료의 두께로부터 상기 시료의 굴절률을 계산하는 것을 특징으로 하는 두께와 굴절률 측정 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 광반사부는,
    상기 시료의 일측으로부터 이격되어 상기 광 서큘레이터로부터 출력된 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터, 상기 콜리메이터와 상기 시료 사이에 배치되어 상기 콜리메이터를 통과한 광을 상기 광서큘레이터 측으로 부분 반사하는 부분 반사체, 및 상기 시료의 타측으로부터 이격되어 상기 시료를 투과한 광을 상기 광서 큘레이터 측으로 반사하는 측정 반사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 두께와 굴절률 측정 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 기준 상관함수는 상기 기준 반사체로부터 반사되어 상기 광검출부에 도달하는 광과 상기 시료가 배치되지 않은 상태에서 상기 측정 반사체로부터 반사되어 상기 광검출부에 도달하는 광의 광경로차에 따라 측정되는 기준 간섭 스펙트럼으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 시료의 두께와 굴절률 측정 장치.
  13. 삭제
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 광서큘레이터와 상기 광반사부의 연결은 광섬유로 이루어지며,
    상기 광반사부는 상기 시료의 일측으로부터 이격되며 상기 광섬유의 말단부에 결합되는 그린렌즈(Gradient Index Lens:GRIN Lens)와 상기 시료의 타측으로부 터 이격되며 상기 그린렌즈를 통과한 후 상기 시료를 투과한 광을 상기 광서큘레이터 측으로 반사하는 반사체, 및 상기 그린렌즈와 상기 반사체를 감싸는 형태로 형성되는 몸체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료의 두께와 굴절률 측정 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
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KR20130106178A (ko) * 2012-03-19 2013-09-27 (주)파이버프로 광학적 방법을 이용한 두께 및 형상 측정 장치 및 측정 방법
KR101498109B1 (ko) * 2013-07-31 2015-03-05 광주과학기술원 광단층 촬영에 의한 굴절률 및 두께 측정 방법
CN108426530B (zh) * 2018-01-29 2020-04-07 哈尔滨工程大学 一种薄膜厚度与折射率同时测量的装置及测量方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100393522B1 (en) * 2003-01-11 2003-08-02 Ellipso Technology Co Ltd Device and method for measuring film thickness, making use of improved fast fourier transformation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101434965B1 (ko) * 2013-02-13 2014-08-28 주식회사 나노베이스 두께 측정 시스템 및 그 방법

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