KR102420823B1 - 색채 공초점 센서에 의한 광학 표면 측정을 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

색채 공초점 센서에 의한 광학 표면 측정을 위한 방법 및 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 색채 공초점 센서에 의한 기술적인 표면들의 광학적 측정 방법 및 디바이스에 관한 것으로, 하나의 광원(2)으로부터 광은 한정된 색수차를 갖는 광학 시스템(4, 14)을 통해 측정될 샘플(5)의 표면으로 지향된다.
본 발명에 따르면, 상기 광원(2)은 방출될 파장에 대해 튜닝될 수 있고, 상기 샘플 표면(5)으로부터 반사된 광은 적어도 하나의 광센서(7)로 지향되고, 상기 센서 신호는 검출 시스템(8)에 의해 시간에 걸쳐 측정되고, 신호 최대의 시간이 결정된다. 상기 검출 시스템(8)은 상기 신호 최대의 시간에 상기 광원(2)의 파장으로부터 상기 표면(5)의 높이(Z)를 도출한다.

Description

색채 공초점 센서에 의한 광학 표면 측정을 위한 방법 및 디바이스
본 발명은 적어도 하나의 광원으로부터의 광이 한정된 색수차를 갖는 광학 시스템을 통해 측정될 샘플의 표면으로 지향되는 색채 공초점 센서에 의한 기술적인 표면들의 광학적 측정 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 한정된 색수차를 갖는 광학 시스템을 통해 측정될 샘플의 표면으로 지향되는 광의 적어도 하나의 광원을 갖는, 이러한 방법을 수행하기 위한 색채 공초점 센서에 관한 것이다.
공초점 측정 기술에서, 광원으로부터의 광은 일반적으로 공초점 필터, 빔 스플리터 및 렌즈를 통해 측정될 표면상에 집중된다. 과거에, 샘플이 위치한 측정 스테이지 또는 렌즈를 Z 방향으로 위아래로 이동시키고, 초점이 측정할 표면에 맞춰지는 정확한 순간을 평가하는 단계가 수반되었다. 이 광은 공초점 필터(예 : 핀홀 구멍)를 통해 적절한 센서로 전달된다. 센서는 표면이 정확히 초점이 맞춰질 때 최대 신호를 도시한다. 이것은 표면의 정확한 Z 높이가 결정될 수 있게 한다.
움직일 질량의 관성 때문에, 이러한 형태의 방법은 더 높은 측정 속도를 제공할 수 없다.
따라서 개발이 진행됨에 따라, 스캐닝 방법들이 추가로 개발되었지만 기계 구성요소들이 여전히 관련되어 있다는 사실은 이러한 방법들이 또한 한계들을 가짐을 의미한다.
이러한 기계적 요소들이 필요하지 않은 방법은 색채 공초점 센서를 사용하는 것이다. 광원(예를 들어, 백색광)의 광대역 스펙트럼은 한정된 분산을 갖는 광학 시스템을 통해 샘플 표면에 전달된다. 분산 때문에, 샘플 표면상의 한정된 Z 위치가 각각의 "광의 색"에 할당될 수 있게 하고, 따라서 샘플 토포그래피(topography)가 결정될 수 있게 하는, 축 방향 색수차가 얻어진다. Z 방향의 기계적인 스캐닝은 따라서 더 이상 필요하지 않다.
색채 공초점 센서들에서, 샘플 표면의 정확한 Z 위치, 즉 토포그래피는 분광계에 의해 전통적으로 결정된다. 샘플에 의해 반사된 광은 스펙트럼 분석되고, 주된 파장은 샘플의 Z 위치에 대응한다. 사용된 분광계 라인들은 수 kHz의 데이터 속도로 판독될 수 있어, 빠른 색채 공초점 센서들이 만들어지도록 허용한다. 그러나 분광계 라인의 판독 속도는 수 kHz의 영역에서 한계에 도달하고, 쉽게 증가되지 않는다.
따라서, 본 발명은 매우 높은 측정 속도가 가능해지는 방식으로 상술한 유형의 방법을 개발하는 목적에 기초한다.
본 발명은, 광원이 방출될 파장과 관련하여 튜닝되고, 샘플 표면으로부터 반사된 광이 적어도 하나의 광센서에 지향되는 사실에 의해 상술한 유형의 방법으로부터 시작하여 이 목적을 달성하고, 센서 신호는 시간에 걸쳐 측정되고, 신호 최대의 시간 및 강도가 결정되고 평가되며, 표면의 높이 Z는 신호 최대의 시간에서 광원의 파장으로부터 도출된다.
한정된 색수차를 갖는 광학 시스템과 결합하여 광원으로서 사용되는 "스위핑된 소스"의 파장을 변화시킴으로써, 순수 광학 "스캐닝"이 광학 시스템과 샘플 표면 사이의 Z 방향에서 발생한다. 샘플 표면에 입사하는 광은 Z 영역을 통해 집중되고 다시 반사되며, 가장 단순한 경우, 신호 최대를 결정하는 데 사용되는 광센서로서의 고속 포토다이오드에 입사하고, 튜닝-가능한 광원은 검출 시스템과 동기가 맞추어지고, 검출 시스템은 신호 최대의 반사광의 파장이 신호 곡선의 시간-기반 라인으로부터 결정되고 따라서 샘플의 높이 Z가 추정될 수 있도록, 파장의 시간 의존도에 관해 사용된다.
광센서는 포인트 센서의 형태를 취할 수 있다. 그러나 본 발명에 따르면, 광원으로부터의 광이 복수의 빔릿(beamlet)들로 분할되고, 다채널 센서들, 예를 들어 포토다이오드들의 (선형 또는 매트릭스) 어레이가 검출기로 사용되는 것이 또한 규정된다.
마찬가지로, 복수의 광원들이 사용될 수 있고, 반사된 광원들로부터의 개별 빔들은 적절한 멀티-채널 광센서에 의해 병렬로 검출된다.
이러한 유형의 병렬화는, 개별 빔들이 서로 떨어져 있는 샘플 표면상의 다수의 포인트를 동시에 스캔한다는 사실을 통해, 샘플 토포그래피의 검출이 더욱 가속화되게 한다.
본 발명에 따른 방법의 가능한 실시예에서, 광센서의 시간변화 신호를 분석하는데 사용되는 검출 시스템은, 각각의 경우에 신호 극단이 도달될 때까지 시간변화 신호를 모니터하는 극단 값 메모리를 갖고, 극단이 도달되는 각각의 경우에 피크 지시자 신호(peak indicator signal)가 생성되고, 이의 도움으로 극단의 시간이 설정되고, 이의 도움으로 차례로 신호 최대와 연관된 광원의 파장이 설정된다. 신호의 시간-기반 라인이 다중(로컬) 극단들을 갖는 경우, (절대) 신호 최대는 광원의 튜닝 사이클 동안 가장 최근에 생성된 피크 표시자 신호와 연관되어야 한다. 다중 (로컬) 신호 최대의 검출은, 예컨대 본 발명에 따른 방법을 사용하여 샘플 표면상의 코팅의 층 두께 분포를 결정하기 위하여, 또한 이 방법을 사용하여 가능하다.
상기 목적은, 광원이 방출될 파장을 기준으로 튜닝될 수 있고, 샘플 표면으로부터 반사된 광이 적어도 하나의 광센서에 지향되는 사실에 의해, 상술한 유형의 색채 공초점 센서로부터 시작하여 본 발명에 의해 달성되고, 이러한 센서 신호는 검출 시스템에 의해 시간에 걸쳐 측정되고, 신호 최대의 시간이 결정되고, 검출 시스템은 신호 최대의 시간에 광원의 파장으로부터 표면의 높이 Z를 도출하도록 구성된다.
광원으로부터의 광은, 예컨대 빔 스플리터(beam splitter)로서 반투명 거울 또는 빔 스플리터 큐브를 통해, 한정된 색수차를 갖는 광학 시스템으로 지향된다. 광학 시스템을 통해 반사된 광은 반투명 거울을 통과하여 광센서로 전달되고, 오로지 측정에 필수적인 광이 센서의 상류에 위치한 공초점 필터(핀홀)를 통과하도록 허용된다. 이러한 장치를 사용하면, 광원이 렌즈의 종 방향 수차로 인해 샘플 표면상에 집중되는 파장을 방출할 때, 센서 위의 광은 최대가 된다. 주기적으로 스펙트럼 튜닝된 광원이 사용될 때, 센서 신호는 전형적인 신호 피크(공초점 피크)를 표시한다. 렌즈의 파장 및 스펙트럼 특성이 알려지면, 각 측정 위치에서의 샘플 높이는 이러한 신호 최대가 발생한 시간으로부터 결정될 수 있다.
다른 가능성은 광섬유를 사용하는 통합된 방식으로 디바이스를 설계하는 것이다. 이 경우, 광원, 광센서 및 광학 시스템은 광섬유를 사용하여 함께 연결된다.
본 발명에 특히 유리하게, 레이저가 광원으로 사용된다. 이들 파장-튜닝 가능한 스위핑된 레이저 소스(예 : OptoRes사로부터의 FDML-1310)는 10nm 초과의 대역폭을 갖는 최대 1.5MHz의 스위핑 속도를 제공한다. 그러나 임의의 다른 파장-튜닝 가능한 광원이 원칙적으로 이러한 방법에 적합하다.
이들 스위핑된 소스들은, 예컨대 Chen D. Lu, Martin F. Kraus, Benjamin Potsaid, Jonathan J. Liu, WooJhon Choi, Vijaysekhar Jayaraman, Alex E. Cable, Joachim Hornegger, Jay S. Duker 및 James G. Fujimoto에 의한 논문 "Handheld ultrahigh speed swept source optical coherence tomography instrument using a MEMS scanning mirror"(BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS 293, 2013년 12월 20일)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 특히 광 간섭 단층촬영(OCT)의 의료 분야에서 이미 사용되었다.
상술한 스위핑된 레이저가 색채 공초점 센서와 조합되어 사용될 때, 매우 높은 측정 속도가 가능하다. 측정 채널당 초당 1,000,000개 이상의 3D 측정 포인트가 달성된다. 토포그래피 측정 동안, 조사되는 샘플은 광학 시스템에 대해 X/Y 방향으로, 즉 샘플 표면으로 지향된 광 빔의 방향에 횡 방향으로 이동되어, 표면이 래스터 패턴으로 스캐닝된다. 이동을 위해, 그 자체로 알려진 유형의 X/Y 위치 설정 디바이스가 사용될 수 있다.
이러한 매우 높은 측정된 데이터 속도 및 관련 신호들이 이에 따라 신속하게 평가되도록 하기 위해, 센서 신호를 전자적으로 분석하는 상술한 유형의 검출 시스템이 바람직하게 사용되고, 검출 시스템은 각 경우에 신호의 극단이 도달될 때까지 시간-변화 신호를 모니터링하는 극단 값의 메모리를 갖고, 피크 표시자 신호는 극단이 도달될 때의 각 경우에 생성되고, 이의 도움으로 극단의 시간 및 이의 도움으로 차례로 신호 최대와 관련된 광원의 파장이 설정된다. 신호 최대를 결정할 때 검출 시스템이 기능하는 방식은 독일 특허출원 DE 10 2016 100 261.6에 기술되었고, 이 특허출원에 전체가 참조된다.
따라서, 다중 신호 평가들이 동시에 병렬로 수행될 수 있고, 각각의 시간 신호들이 다중-채널 방식으로 검출될 수 있고, 검출된 최대값은 다중-채널 방식으로 평가된다.
달성될 수 있는 높은 측정 속도는 공초점 색채 측정 기술에 대한 애플리케이션의 새로운 영역들을 개척한다. 예를 들어, 샘플이 높은 공급 속도로 이동되는 제조 프로세스들(시트 금속의 롤링, 필름의 인출)에서 표면 검사가 가능해진다.
측정 기술의 종래의 사용에서와 같이, 본 발명에 따른 급속 버전은 또한, 필름/층의 상부 및 하부가 센서의 측정 범위 내에 있는 조건하에서, 얇고 투명한 샘플들 또는 투명 코팅들의 두께를 검사하는데 사용될 수 있다. 이 경우 샘플에서 반사된 광은 2개의 상이한 파장들에서 최대값들을 표시한다. 층 두께는 광 최대값들 사이의 스펙트럼 거리로부터 추정될 수 있다.
당연히 애플리케이션 영역들의 목록은 완전한 것이 아니다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 도면을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 자유-빔 구성의 본 발명에 따른 센서 장치의 개략도.
도 2는 광섬유-기반 구성에서의 본 발명에 따른 센서 장치의 개략도.
도 1은 일반적인 참조 번호 1을 갖는 색채 공초점 센서를 도시한다. 이 색채 공초점 센서(1)의 필수 구성요소들은 한편으로는 튜닝 가능한 광원, 바람직하게는 참조 번호 2를 갖는 적절한 레이저(스위핑된 레이저 소스)이다. 튜닝 가능한 레이저(2)는 가변 파장들을 갖는 광을 본 예에서 반투명 거울인 빔 스플리터(3)를 경유하여 공초점 필터(핀홀)(6)를 통해, 한정된 축 색수차를 가진 렌즈로 구성된 광학 시스템(4)으로 방출한다. 광은 파장에 따라 Z 방향으로 상이한 높이들에 집중되고, 오로지 지시된 샘플(5)로 지향된다. 광원의 파장은 초점이 신속한 순서로 Z 방향으로 스캐닝될 수 있도록 주기적으로 변화되는 것이 바람직하다.
레이저가 튜닝될 때, 특정 파장의 광은 샘플 표면에 집중된다. 광은 광학 시스템(4), 반투명 거울(3)을 통해 표면으로부터 반사되고, 추가 공초점 필터(핀홀)(6)를 통해 개별 포토다이오드가 될 수 있는 광센서(7)에 전달되고, 포토다이오드의 시간에 걸쳐 측정된 신호(I(t))는 8에 도시된 바와 같이 강도 분포를 제공한다.
레이저(2)는 참조 번호 9로 표시된 바와 같이 광센서(7)의 센서 신호를 분석하는 검출 시스템(8)과 동기가 맞추어져, 검출된 신호 최대는 각각의 경우 그 순간에 레이저(2)의 대응하는 파장과 관련될 수 있다. 레이저(2)와 검출 시스템(8) 사이의 동기화의 결과로서, 강도 곡선의 최대 신호에 속하는 정확한 파장(λF)이 결정된다. 이것은, 색채 렌즈 앞에 있는 초점의 위치가 파장의 함수로 공지되는 경우, 샘플 표면의 높이를 제공한다. 정확도를 높이고 선형성을 개선하기 위해, 파장과 초점 거리 사이의 전달 함수는 추가로 교정될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 센서 장치의 광섬유-기반 변형(10)을 도시한다. 서로 대응하는 구성요소들은 도 1에서와 동일한 참조 번호들로 표시된다. 튜닝 가능한 광원(2)은 그 출구에서 광섬유(11)를 통해 광섬유 커플러(13)에 접속된다. 이것은 차례로 다른 광섬유 섹션(11)을 통해, 한정된 색수차를 갖는 렌즈를 포함하는 측정 헤드(14)에 접속된다. 추가의 광섬유 섹션(11)을 통해, 광섬유 커플러(13)는 광센서(7)에 연결되고, 광센서(7)는 따라서 샘플(5)에서 반사된 광을 수신한다.

Claims (34)

  1. 색채 공초점 센서에 의한 기술적 표면의 광학적 측정 방법으로서, 적어도 하나의 광원으로부터의 광은 한정된 색수차를 갖는 광학 시스템을 통해 측정될 샘플의 표면으로 지향되는, 색채 공초점 센서에 의한 기술적 표면의 광학적 측정 방법에 있어서,
    상기 광원은 방출될 파장과 관련하여 튜닝되고, 상기 샘플 표면으로부터 반사된 광은 적어도 하나의 광센서로 지향되고, 상기 광센서 신호는 시간에 걸쳐 측정되고, 신호 최대의 시간 및 강도가 결정 및 평가되고, 상기 표면의 높이(Z)는 상기 광센서 신호 최대의 시간에서의 상기 광원의 파장으로부터 도출되고,
    상기 광센서의 시간-변화 신호는 신호 최대를 결정하기 위해 검출 시스템에 의해 전자적으로 분석되고, 상기 검출 시스템은, 각 경우에 상기 신호의 극단이 도달될 때까지, 상기 시간-변화 신호를 모니터링하는 극단 값의 메모리를 갖고, 상기 극단이 도달될 때의 각 경우에 피크 표시자 신호가 생성되고, 이의 도움으로 상기 극단의 시간이 설정되고, 이의 도움으로 차례로 상기 신호 최대와 관련된 상기 광원의 파장이 설정되는
    것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서에 의한 기술적 표면의 광학적 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원으로부터의 광은 복수의 빔릿(beamlet)들로 분할되고, 반사된 상기 빔렛들은 다중-채널 광센서에 의해 병렬로 검출되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서에 의한 기술적 표면의 광학적 측정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    복수의 광원들이 사용되고, 반사된 상기 광원들의 개개의 빔들은 다중-채널 광센서에 의해 병렬로 검출되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서에 의한 기술적 표면의 광학적 측정 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 따른 방법을 수행하기 위한 색채 공초점 센서로서, 적어도 하나의 광원(2)을 구비하고, 상기 광원의 광은 한정된 색수차를 갖는 광학 시스템(4, 14)을 통해 측정될 샘플(5)의 표면으로 지향되는, 색채 공초점 센서에 있어서,
    상기 광원(2)은 방출될 파장에 대해 튜닝될 수 있고, 상기 샘플 표면(5)으로부터 반사된 광은 적어도 하나의 광센서(7)로 지향되고, 상기 센서 신호는 검출 시스템(8)에 의해 시간에 걸쳐 측정되고, 신호 최대의 시간이 결정되고, 상기 검출 시스템(8)은 상기 신호 최대의 시간에 상기 광원(2)의 파장으로부터 상기 표면(5)의 높이(Z)를 도출하도록 구성되고,
    광센서의 시간-변화 신호는 신호 최대를 결정하기 위해 검출 시스템에 의해 전자적으로 분석되고, 상기 검출 시스템은, 각 경우에 상기 신호의 극단이 도달될 때까지, 상기 시간-변화 신호를 모니터링하는 극단 값의 메모리를 갖고, 상기 극단이 도달될 때의 각 경우에 피크 표시자 신호가 생성되고, 이의 도움으로 상기 극단의 시간이 설정되고, 이의 도움으로 차례로 상기 신호 최대와 관련된 상기 광원의 파장이 설정되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광센서(7)는 포토다이오드인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 광원(2)으로부터의 광은 빔 스플리터에 의해 복수의 빔릿들로 분할되고, 반사된 상기 빔릿들은 다중-채널 광센서(7)에 의해 병렬로 검출되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    복수의 광원들(2)이 제공되고, 반사된 상기 광원(2)으로부터의 개개의 빔들은, 다중-채널 광센서(7)에 의해 병렬로 검출되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 광원(2)으로부터의 광은 빔 스플리터(3)를 통해 한정된 색수차를 갖는 상기 광학 시스템(4, 14)으로 지향되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터(3)는 반투명 거울인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터(3)는 빔 스플리터 큐브인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  12. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    공초점 필터(6)가 상기 광센서(7)의 상류에 위치되고 및/또는 공초점 필터(6)가 상기 광원(2)의 하류에 위치되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  13. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 광원(2), 상기 광센서(7) 및 상기 광학 시스템(14)은 광섬유들(11)을 통해 광섬유 커플러(13)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  14. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 광원(2)은 레이저인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  15. 제 2 항에 따른 방법을 수행하기 위한 색채 공초점 센서로서, 적어도 하나의 광원(2)을 구비하고, 상기 광원의 광은 한정된 색수차를 갖는 광학 시스템(4, 14)을 통해 측정될 샘플(5)의 표면으로 지향되는, 색채 공초점 센서에 있어서,
    상기 광원(2)은 방출될 파장에 대해 튜닝될 수 있고, 상기 샘플 표면(5)으로부터 반사된 광은 적어도 하나의 광센서(7)로 지향되고, 상기 센서 신호는 검출 시스템(8)에 의해 시간에 걸쳐 측정되고, 신호 최대의 시간이 결정되고, 상기 검출 시스템(8)은 상기 신호 최대의 시간에 상기 광원(2)의 파장으로부터 상기 표면(5)의 높이(Z)를 도출하도록 구성되고,
    광센서의 시간-변화 신호는 신호 최대를 결정하기 위해 검출 시스템에 의해 전자적으로 분석되고, 상기 검출 시스템은, 각 경우에 상기 신호의 극단이 도달될 때까지, 상기 시간-변화 신호를 모니터링하는 극단 값의 메모리를 갖고, 상기 극단이 도달될 때의 각 경우에 피크 표시자 신호가 생성되고, 이의 도움으로 상기 극단의 시간이 설정되고, 이의 도움으로 차례로 상기 신호 최대와 관련된 상기 광원의 파장이 설정되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광센서(7)는 포토다이오드인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 광원(2)으로부터의 광은 빔 스플리터에 의해 복수의 빔릿들로 분할되고, 반사된 상기 빔릿들은 다중-채널 광센서(7)에 의해 병렬로 검출되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    복수의 광원들(2)이 제공되고, 반사된 상기 광원(2)으로부터의 개개의 빔들은, 다중-채널 광센서(7)에 의해 병렬로 검출되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  19. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 광원(2)으로부터의 광은 빔 스플리터(3)를 통해 한정된 색수차를 갖는 상기 광학 시스템(4, 14)으로 지향되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터(3)는 반투명 거울인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터(3)는 빔 스플리터 큐브인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  22. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    공초점 필터(6)가 상기 광센서(7)의 상류에 위치되고 및/또는 공초점 필터(6)가 상기 광원(2)의 하류에 위치되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  23. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 광원(2), 상기 광센서(7) 및 상기 광학 시스템(14)은 광섬유들(11)을 통해 광섬유 커플러(13)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  24. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 광원(2)은 레이저인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  25. 제 3 항에 따른 방법을 수행하기 위한 색채 공초점 센서로서, 적어도 하나의 광원(2)을 구비하고, 상기 광원의 광은 한정된 색수차를 갖는 광학 시스템(4, 14)을 통해 측정될 샘플(5)의 표면으로 지향되는, 색채 공초점 센서에 있어서,
    상기 광원(2)은 방출될 파장에 대해 튜닝될 수 있고, 상기 샘플 표면(5)으로부터 반사된 광은 적어도 하나의 광센서(7)로 지향되고, 상기 센서 신호는 검출 시스템(8)에 의해 시간에 걸쳐 측정되고, 신호 최대의 시간이 결정되고, 상기 검출 시스템(8)은 상기 신호 최대의 시간에 상기 광원(2)의 파장으로부터 상기 표면(5)의 높이(Z)를 도출하도록 구성되고,
    광센서의 시간-변화 신호는 신호 최대를 결정하기 위해 검출 시스템에 의해 전자적으로 분석되고, 상기 검출 시스템은, 각 경우에 상기 신호의 극단이 도달될 때까지, 상기 시간-변화 신호를 모니터링하는 극단 값의 메모리를 갖고, 상기 극단이 도달될 때의 각 경우에 피크 표시자 신호가 생성되고, 이의 도움으로 상기 극단의 시간이 설정되고, 이의 도움으로 차례로 상기 신호 최대와 관련된 상기 광원의 파장이 설정되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 광센서(7)는 포토다이오드인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    상기 광원(2)으로부터의 광은 빔 스플리터에 의해 복수의 빔릿들로 분할되고, 반사된 상기 빔릿들은 다중-채널 광센서(7)에 의해 병렬로 검출되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  28. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    복수의 광원들(2)이 제공되고, 반사된 상기 광원(2)으로부터의 개개의 빔들은, 다중-채널 광센서(7)에 의해 병렬로 검출되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  29. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    상기 광원(2)으로부터의 광은 빔 스플리터(3)를 통해 한정된 색수차를 갖는 상기 광학 시스템(4, 14)으로 지향되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터(3)는 반투명 거울인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 빔 스플리터(3)는 빔 스플리터 큐브인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  32. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    공초점 필터(6)가 상기 광센서(7)의 상류에 위치되고 및/또는 공초점 필터(6)가 상기 광원(2)의 하류에 위치되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  33. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    상기 광원(2), 상기 광센서(7) 및 상기 광학 시스템(14)은 광섬유들(11)을 통해 광섬유 커플러(13)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
  34. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    상기 광원(2)은 레이저인 것을 특징으로 하는, 색채 공초점 센서.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018109649A1 (de) 2018-04-23 2019-10-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren sowie Vorrichtung zur Prüfung geometrischer Eigenschaften optischer Komponenten
DE102018221778A1 (de) 2018-12-14 2020-06-18 Carl Zeiss Smt Gmbh Sonde, sowie Verfahren, Vorrichtung und Computerprogramm zur Herstellung einer Sonde für Rastersondenmikroskope
WO2020221818A1 (de) 2019-05-02 2020-11-05 Inproq Optical Measurement Gmbh Zahnradprüfverfahren und -einrichtung
WO2020221859A1 (de) 2019-05-02 2020-11-05 Inproq Optical Measurement Gmbh Oberflächenprüfverfahren und -einrichtung
KR102251319B1 (ko) * 2019-08-29 2021-05-12 ㈜아이비젼웍스 두께측정장치
US11293799B2 (en) 2019-12-30 2022-04-05 Palo Alto Research Center Incorporated Chromatic confocal sensor
WO2023096967A1 (en) * 2021-11-29 2023-06-01 Applied Materials, Inc. Chromatic focal shift compensation methods and systems
DE102021214722A1 (de) 2021-12-20 2023-06-22 Universität Rostock, Körperschaft des öffentlichen Rechts Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Abbildern eines Objekts

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005221451A (ja) * 2004-02-09 2005-08-18 Mitsutoyo Corp レーザ変位計
JP2010266364A (ja) 2009-05-15 2010-11-25 Mitsutoyo Corp レーザ変位計
US20110235045A1 (en) * 2008-10-10 2011-09-29 Universitaet Stuttgart Method and apparatus for interferometry
US20150260504A1 (en) 2012-11-15 2015-09-17 Precitec Optronik Gmbh Optical measuring method and measuring device having a measuring head for capturing a surface topography by calibrating the orientation of the measuring head

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3452278A (en) * 1967-03-03 1969-06-24 Gen Electric Apparatus for electrical waveform analysis
EP0492292A3 (en) * 1990-12-21 1992-09-16 Siemens Aktiengesellschaft Scanning microscope
JPH06109435A (ja) * 1992-03-13 1994-04-19 Hitachi Ltd 表面変位計
US5436725A (en) * 1993-10-12 1995-07-25 Hughes Aircraft Company Cofocal optical system for thickness measurements of patterned wafers
JPH07229720A (ja) * 1994-02-21 1995-08-29 Nec Corp ３次元形状測定装置
JP3761240B2 (ja) * 1996-02-28 2006-03-29 浜松ホトニクス株式会社 光検出装置
TW498152B (en) * 2000-09-11 2002-08-11 Olympus Optical Co Confocal microscope
CN1260596C (zh) * 2002-04-23 2006-06-21 北京清大德人科技有限公司 一种计算机激光共焦扫描显微镜***
EP1527320A1 (en) * 2002-07-12 2005-05-04 Luka Optoscope ApS Method and apparatus for optically measuring the topography of nearly planar periodic structures
CN1766580A (zh) * 2005-10-14 2006-05-03 中国科学院上海光学精密机械研究所 扫描型上转磷光颗粒分布状态检测仪
US7480058B2 (en) * 2006-01-19 2009-01-20 Optovue, Inc. Fourier-domain optical coherence tomography imager
CN100491901C (zh) * 2007-08-08 2009-05-27 北京交通大学 合成波干涉纳米表面三维在线测量***及方法
DE102008029459B4 (de) * 2008-06-20 2011-07-14 MEL Mikroelektronik GmbH, 85386 Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Abstandsmessung
DE102009025562A1 (de) * 2008-10-20 2010-04-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum optischen Untersuchen von Schichten
GB0900705D0 (en) * 2009-01-16 2009-03-04 Univ Huddersfield Surface measurement system
DE102010016462B4 (de) * 2010-04-15 2015-07-16 Technische Universität München Schichtmessverfahren und Messvorrichtung
JP5790178B2 (ja) * 2011-03-14 2015-10-07 オムロン株式会社 共焦点計測装置
GB2497792A (en) * 2011-12-21 2013-06-26 Taylor Hobson Ltd Metrological apparatus comprising a confocal sensor
JP5955574B2 (ja) * 2012-02-03 2016-07-20 株式会社東光高岳 立体形状計測装置
DE102012009836A1 (de) * 2012-05-16 2013-11-21 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Lichtmikroskop und Verfahren zur Bildaufnahme mit einem Lichtmikroskop
DE102013016368B4 (de) * 2013-09-30 2024-05-16 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Lichtmikroskop und Mikroskopieverfahren zum Untersuchen einer mikroskopischen Probe
DE102016100261A1 (de) 2016-01-08 2017-07-13 Nanofocus Ag Verfahren zur elektronischen Analyse eines zeitlichen veränderlichen Signals

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005221451A (ja) * 2004-02-09 2005-08-18 Mitsutoyo Corp レーザ変位計
US20110235045A1 (en) * 2008-10-10 2011-09-29 Universitaet Stuttgart Method and apparatus for interferometry
JP2010266364A (ja) 2009-05-15 2010-11-25 Mitsutoyo Corp レーザ変位計
US20150260504A1 (en) 2012-11-15 2015-09-17 Precitec Optronik Gmbh Optical measuring method and measuring device having a measuring head for capturing a surface topography by calibrating the orientation of the measuring head

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Publication number Publication date
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