KR20130039005A

KR20130039005A - 3차원 형상 및 두께 측정 장치

Info

Publication number: KR20130039005A
Application number: KR1020110103415A
Authority: KR
Inventors: 최대식; 강인철; 민순기; 송청호
Original assignee: (주)미래컴퍼니
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2013-04-19

Abstract

3차원 두께 및/또는 형상 측정 장치 및 방법이 개시된다. 백색광원으로부터 입사된 백색광을 복수의 단파장광으로 분광하고, 복수의 단파장광이 파장별로 순차적으로 출사되는 파장 가변기와, 제1 광분할기와 기준미러 사이에 개재되며, 기준광이 제1 편광성분만을 가지도록 선형 편광시키는 선형 편광기와, 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광을 제1 편광성분에 대한 제1 간섭신호와 제1 편광성분과 수직하는 제2 편광성분에 대한 제2 간섭신호로 분리하여 각각 검출하는 제1 및 제2 영상획득부와, 제1 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 측정물체의 형상 데이터를 생성하고, 제2 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 측정물체의 두께 데이터를 생성하는 데이터 처리부를 포함하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치에 의하면, 간단한 구조의 파장 가변기를 이용하여 파장별로 측정면의 두께 혹은 측정면과 기준면과의 간섭신호를 측정하여 3차원 형상을 측정하는 것이 가능하다.

Description

3차원 형상 및 두께 측정 장치 {Three dimensional depth and shape measuring device}

본 발명은 3차원 두께 및/또는 형상 측정 장치에 관한 것이다.

평면 디스플레이, 반도체, 미세 정밀 부품 등의 결함을 검출하기 위해, 물체의 표면을 검사하고 3차원 두께 및/또는 형상을 측정할 필요가 있으며, 일반적으로 간섭계적인 방법이 이용되고 있다. 측정 대상이 되는 물체의 표면에 대한 간섭계 패턴을 생성하고 분석함으로써 물체의 두께 및/또는 입체 형상을 얻는 것이 가능하다.

이를 위한 방법 중에 하나로 백색광 주사 간섭 측정법(WSI: White light Scanning Interferometry)이 있다. 1990년 이후부터 활발히 연구되고 있는 백색광 주사 간섭 측정법은 위상 천이 간섭법(phase-shifting interferometry)의 위상 모호성을 극복하기 위하여 개발되었으며, 현재 수 um의 큰 단차를 가지는 형상에 대해서도 수 nm의 분해능으로 측정할 수 있는 장점을 가진다.

백색광 주사 간섭법이란 조명으로 백색광을 이용하여, 간섭 신호를 획득하기 위하여 광축 방향으로 미소 간격씩 상대 이동하는 것에서 유래된 말이다.

도 1은 백색광 주사 간섭법의 기본 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 백색광원(10), 광분할기(20), 기준미러(30), 측정물체(40), 검출기(50)를 포함하는 백색광 주사 간섭계가 도시되어 있다.

이러한 백색광 주사 간섭계는 일반적으로 리닉(Linnik), 마이켈슨(Michelson), 미라우(Mirau), 트와이만-그린(Twyman-GreeN) 방식 중 하나를 사용한다.

백색광원(10)에서 나온 조명광(예를 들어, 백색광(white light))은 광분할기(20)에 의해 측정광과 기준광으로 분리되고, 측정면(측정물체(40)의 표면)과 기준면(기준미러(30)의 표면)에 각각 조사된다. 각 면에서 반사된 광은 동일한 광경로를 거쳐 간섭 신호를 생성한다.

이러한 백색광 주사 간섭계의 특징은 백색광의 짧은 가간섭성(coherence length)을 이용하는 것으로, 레이저와 같은 단색광은 수 m에 걸쳐서 간섭 신호를 발생시킬 수 있지만, 백색광은 수 um 이내에서만 간섭 신호를 발생시키는 특성을 이용한다.

도 1에서와 같이 측정물체를 광축 방향(z축 방향)으로 미소 간격씩 이동하면서 한 측정점에서의 간섭 신호를 관찰하면, 그림에서와 같이 측정점과 기준면의 위치 차이가 가간섭 길이 내의 짧은 거리에 있는 경우, 즉 측정점이 기준면과 동일한 광경로차가 발생하는 지점에서만 간섭 신호가 나타난다. 그러므로 측정 영역내의 모든 측정점에 대한 간섭 신호를 획득하고, 각 간섭 신호의 정점에서의 광축 방향위치를 높이값으로 설정하면, 기준면에 대한 측정면의 3차원 표면 형상을 측정할 수 있다.

이러한 백색광 주사 간섭계에 대해서는 공개특허 10-2000-0061037호 등에 개시되어 있다.

하지만 백색광 주사 간섭계의 경우, 측정물체를 광축 방향으로 미소 간격씩 이동시켜야 하기 때문에, 평면 디스플레이 기판 전체 면적에 대하여 측정을 하고자 하는 경우 많은 시간이 소요되어 측정 속도가 느리며, 기계적인 이송 구동부(예를 들어, 측정물체를 거치하는 스테이지)의 광축 방향으로의 구동에 의해 발생하는 진동에 민감하여 측정 결과가 부정확한 문제점이 있었다.

이러한 점을 극복하기 위해 많이 시도되고 있는 방법이 간섭된 백색광 신호를 회절격자나 프리즘 등과 같은 광 분산장치를 이용하여 직접 분광 시키는 분산 백색광 간섭법(DWI: Dispersive White light Interferometry)이다.

분산 백색광 간섭법은 백색광의 넓은 분광대역폭을 사용하여 측정물체와 기준면광의 광경로차에 의해 생기는 간섭신호를 파장별로 분광시키기 때문에 실시간 측정이 가능하고, 외부 진동이나 환경에 둔감한 장점이 있다. 분산 백색광 간섭법의 기본원리가 도 2에 도시되어 있다.

도 2는 분산 백색광 간섭법의 기본 원리를 설명하기 위한 개념도로서, 백색광원(110), 광분할기(120), 측정면(140), 기준면(130), 분산장치(160), 검출기(170)를 포함하는 분산 백색광 간섭계가 도시되어 있다.

백색광원(110)에서 나온 조명광(예를 들어, 백색광)은 광분할기(120)에 의해 측정광과 기준광으로 분리되고, 측정면(140)과 기준면(130)에 각각 조사된다. 각 면에서 반사된 광은 동일한 광경로를 거쳐 간섭 신호를 생성한다. 여기서, 기준면(130)은 기준미러의 표면일 수 있다. 이 경우 측정면(140)과 기준면(130)과의 광경로차에 의해 발생하는 간섭 신호를 파장 별로 분광하여 측정면(140)에 대한 거리정보를 얻는다.

이를 위해 분산 백색광 간섭계는 예를 들어 회절격자나 프리즘 등과 같은 분산장치(160)와 예를 들어 CCD나 CMOS와 같은 검출기(170)로 이루어진 분광기를 사용하여 사용 광원인 백색광의 광대역에 걸친 파장을 분광시켜 스펙트럼을 분석하게 된다. 이 과정 중에 별도의 기계적인 구동부가 필요없기 때문에 전술한 백색광 주사 간섭계에 비해 측정 속도가 빠르다는 장점이 있다.

이러한 분산형 백색광 간섭계에 대해서는 공개특허 10-2006-0052004호 등에 개시되어 있지만, 그 구조가 복잡하며 형상과 두께를 별도로 측정해야 하는 한계가 있다.

공개특허 10-2000-0061037호 공개특허 10-2006-0052004호

본 발명은, 간단한 구조의 파장 가변기를 이용하여 파장별로 측정면의 두께 혹은 측정면과 기준면과의 간섭신호를 측정하여 3차원 형상을 측정하는 것이 가능한 3차원 형상 및 두께 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 짧은 시간에 광원의 대부분의 파장 영역을 스캔할 수 있어 측정대상물의 기계적 이동이 불필요하게 되므로, 3차원 두께 및/또는 형상 측정 시의 내진동성 특성을 향상시킨 3차원 형상 및 두께 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 편광 특성 혹은 파장 분리 방식을 이용하여 측정대상물의 두께 및 형상을 동시에 측정할 수 있는 3차원 형상 및 두께 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 백색광을 조사하는 백색광원, 백색광원으로부터 입사된 백색광을 복수의 단파장광으로 분광하고, 복수의 단파장광이 파장별로 순차적으로 출사되는 파장 가변기, 파장 가변기에서 순차적으로 출사되는 단파장광이 기준광과 측정광으로 분리하여 기준미러 및 측정물체에 각각 조사되도록 하고, 기준미러 및 측정물체로부터 반사된 기준광 및 측정광을 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기, 제1 광분할기와 기준미러 사이에 개재되며, 기준광이 제1 편광성분만을 가지도록 선형 편광시키는 선형 편광기, 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광을 제1 편광성분에 대한 제1 간섭신호와 제1 편광성분과 수직하는 제2 편광성분에 대한 제2 간섭신호로 분리하는 제2 광분할기, 제1 간섭신호 및 제2 간섭신호를 각각 검출하는 제1 및 제2 영상획득부 및 제1 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 측정물체의 형상 데이터를 생성하고, 제2 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 측정물체의 두께 데이터를 생성하는 데이터 처리부를 포함하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치가 제공된다.

제1 광분할기와 측정물체 사이에 개재되며, 측정광이 기준광과 위상차가 없도록 하는 보상판(compensating plate)을 더 포함할 수 있다.

제1 광분할기는 일반적인 빔 스플리터(beam splitter)이고, 제2 광분할기는 입사되는 광을 제1 편광성분과 제2 편광성분을 가지는 광으로 분리 출사하는 편광 빔 스플리터(polarized beam splitter)일 수 있다.

파장 가변기는, 입사된 백색광을 파장 별로 복수의 단파장광으로 공간적으로 분리시키는 분광부, 복수의 단파장광 중 하나만이 선택적으로 진행을 계속하고 나머지는 진행을 차단시키는 단파장광 선택부 및 단파장광 선택부에 의해 선택되는 단파장광이 한 점으로 집광되어 동일한 출사 광경로를 따라 출사되도록 하는 집광부를 포함할 수 있다.

분광부는, 백색광을 서로 다른 파장대역을 가지는 복수의 단파장광으로 구분하는 분광소자와, 구분된 복수의 단파장광이 서로 평행하게 진행하도록 하는 제1 실린더형 렌즈를 포함할 수 있다.

단파장광 선택부는 복수의 단파장광에 대하여 순차적으로 하나씩 선택하여 진행시킬 수 있다. 단파장광 선택부는, 단파장광의 진행 방향에 수직으로 놓여 있으면서, 임의의 순간에 하나의 단파장광만이 통과 가능한 슬릿이 형성되어 있는 판재를 포함하며, 슬릿은 판재의 회전 혹은 수평 이동을 통해 그 위치가 변경될 수 있다.

집광부는, 순차적으로 선택되는 단파장광들이 한 점으로 모아지도록 하는 제2 실린더형 렌즈와, 다양한 입사각으로 입사된 단파장광들이 동일한 출사 광경로를 따라 진행하도록 하는 집광소자를 포함할 수 있다.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 백색광을 조사하는 백색광원, 백색광원으로부터 입사된 백색광을 복수의 단파장광으로 분광하고, 복수의 단파장광이 파장별로 순차적으로 출사되는 파장 가변기, 파장 가변기에서 순차적으로 출사되는 단파장광이 기준광과 측정광으로 분리하여 기준미러 및 측정물체에 각각 조사되도록 하고, 기준미러 및 측정물체로부터 반사된 기준광 및 측정광을 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기, 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광으로부터 간섭신호를 검출하는 영상획득부 및 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 측정물체의 형상 데이터를 생성하는 데이터 처리부를 포함하는 3차원 형상 측정 장치가 제공된다.

한편 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 백색광을 조사하는 백색광원, 백색광원으로부터 입사된 백색광을 복수의 단파장광으로 분광하고, 복수의 단파장광이 파장별로 순차적으로 출사되는 파장 가변기, 파장 가변기에서 순차적으로 출사되는 단파장광이 측정광으로 측정물체에 조사되도록 하고, 측정물체로부터 반사된 측정광을 간섭시켜 간섭광을 생성하는 광분할기, 광분할기에서 출사되는 간섭광으로부터 간섭신호를 검출하는 영상획득부 및 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 측정물체의 두께 데이터를 생성하는 데이터 처리부를 포함하는 3차원 두께 측정 장치가 제공된다.

한편 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 백색광을 조사하는 백색광원, 백색광원으로부터 입사된 백색광을 복수의 단파장광으로 분광하고, 복수의 단파장광이 파장별로 순차적으로 출사되는 파장 가변기, 파장 가변기에서 순차적으로 출사되는 단파장광이 기준광과 측정광으로 분리하여 기준미러 및 측정물체에 각각 조사되도록 하고, 기준미러 및 측정물체로부터 반사된 기준광 및 측정광을 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기, 제1 광분할기와 기준미러 사이에 개재되며, 기준광 중 제1 파장 영역에 속하는 단파장광만을 통과시키는 파장 분할기, 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광을 제1 파장 영역에 대한 제1 간섭신호와 제1 파장 영역을 제외한 나머지 파장 영역에 대한 제2 간섭신호로 분리하는 제2 광분할기, 제1 간섭신호 및 제2 간섭신호를 각각 검출하는 제1 및 제2 영상획득부 및 제1 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 측정물체의 형상 데이터를 생성하고, 제2 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 측정물체의 두께 데이터를 생성하는 데이터 처리부를 포함하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치가 제공된다.

파장 분할기는, 파장 가변 주기 중 일정 시간 동안만 기준광의 진행을 허용하는 셔터일 수 있다.

또는 파장 분할기는, 복수의 단파장광이 속하는 전체 파장 영역 중 제1 파장 영역만을 통과시키는 필터일 수 있다. 필터는 하이 패스 필터, 로우 패스 필터, 밴드 패스 필터 중 하나일 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 간단한 구조의 파장 가변기를 이용하여 파장별로 측정면의 두께 혹은 측정면과 기준면과의 간섭신호를 측정하여 3차원 형상을 측정하는 것이 가능하다.

또한, 짧은 시간에 광원의 대부분의 파장 영역을 스캔할 수 있어 측정대상물의 기계적 이동이 불필요하게 되므로, 기계적 이동에 따른 오차 발생이 감소되어 3차원 두께 및/또는 형상 측정 시의 내진동성 특성을 향상시킨 효과가 있다.

또한, 기준면에 대해서는 수직편광(혹은 수평편광)만이 조사되고 측정면에 대해서는 수직 및 수평편광이 모두 조사되도록 하고 그 간섭신호를 수직편광과 수평편광으로 구분하여 검출함으로써 편광 특성을 이용하여 측정대상물의 두께 및 형상을 동시에 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 셔터 혹은 필터를 이용하여 파장 가변기에 의해 가변되는 파장 영역 전체를 2개의 영역으로 분리하여 기준면에 대해서는 1개 영역의 파장만이 통과하도록 함으로써 파장 분리 방식을 이용하여 측정대상물의 두께 및 형상을 동시에 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 백색광 주사 간섭법의 기본 원리를 설명하기 위한 개념도,
도 2는 분산 백색광 간섭법의 기본 원리를 설명하기 위한 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 및 두께 측정 장치의 개략적인 구성을 나타낸 입체 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 3차원 형상 및 두께 측정 장치의 정면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 및 두께 측정 장치에 포함되는 파장 가변기의 개략적인 구성을 나타낸 입체 사시도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 개략적인 구성을 나타낸 입체 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 3차원 형상 측정 장치의 정면도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 두께 측정 장치의 개략적인 구성을 나타낸 입체 사시도,
도 9는 도 8에 도시된 3차원 두께 측정 장치의 정면도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 및 두께 측정 장치의 개략적인 구성을 나타낸 입체 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 3차원 형상 및 두께 측정 장치의 정면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 및 두께 측정 장치에 포함되는 파장 가변기의 개략적인 구성을 나타낸 입체 사시도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 3차원 형상 및 두께 측정 장치(200), 백색광원(210), 시준렌즈(215), 파장 가변기(220), 제1 및 제2 광분할기(230, 280), 선형 편광기(240), 제1 및 제2 대물렌즈(255, 275), 기준미러(250), 보상판(260), 측정물체(270), 제1 및 제2 영상획득부(290, 295)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 3차원 형상 및 두께 측정 장치(200)는, 백색광원과 파장 가변기를 이용하여 파장 별로 구분된 복수의 단파장광이 순차적으로 간섭계 내에 입사되어 기준면과 측정면에 조사되고 그 반사광이 간섭함으로써, 측정물체의 두께 및 표면 형상을 입체적으로 측정한다. 이에 의하면, 백색광이 파장 별로 구분되어 간섭계 내에 입사되기 때문에 종래 3차원 측정에서와 같이 측정물체를 기계적으로 이동시킬 필요가 없어 기계적 이동에 따른 진동으로 인한 오차 발생이 저감되어 측정 과정에서의 내진동성 특성이 향상되는 특징을 가진다.

또한, 측정면에는 단파장광이 그대로 조사되지만 기준면에는 일 방향 편광된 단파장광이 조사되기 때문에, 간섭광 중 일 방향 편광성분에는 기준면과 측정면의 차이에 의한 형상 정보가 포함되어 있고 타 방향 편광성분에는 측정면에 대한 두께 정보가 포함되어 있어 측정 물체의 두께 및 형상을 동시에 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 실시예에 따른 3차원 형상 및 두께 측정 장치(200)는 백색광원(210), 파장 가변기(220), 제1 광분할기(230), 선형 편광기(240), 기준미러(250), 측정물체(270), 제2 광분할기(280), 제1 및 제2 영상획득부(290, 295)를 기본 골격으로 한다.

백색광원(210)은 측정물체(270)의 두께 및 표면 형상에 관한 데이터를 획득하기 위한 조명광을 조사하는 광원으로서, 예를 들어 텅스텐 할로겐 램프, 제논 램프, 백색 발광다이오드 등 중 하나일 수 있으며, 조명광은 예를 들어 광대역의 백색광일 수 있다.

백색광원(210)에서 출사된 백색광은 시준렌즈(collimating lens)(215)에 의해 평행광으로 시준되어 파장 가변기(220)로 입사된다.

파장 가변기(220)는 입사된 백색광을 복수의 단파장광으로 분광하고 이를 파장별로 순차적으로 출사시킨다. 파장 가변기(220)의 구성 및 동작에 대해서는 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 파장 가변기(220), 분광부(310), 단파장광 선택부(320), 집광부(330), 제1 및 제2 미러(340, 350), 분광소자(311), 제1 실린더형 렌즈(313), 판재(321), 슬릿(323), 집광조사(331), 제2 실린더형 렌즈(333)가 도시되어 있다.

파장 가변기(220)는 분광부(310), 단파장광 선택부(320), 집광부(330)를 포함한다.

분광부(310)는 파장 가변기(220)로 입사된 백색광을 파장 별로 공간적으로 분리시킨다. 분광부(310)를 거침으로써 백색광은 파장 별로 구분되어 서로 다른 각도로 진행되며, 파장 별로 구분된 단파장광들이 서로 평행하게 진행될 수 있다.

이를 위해 분광부(310)는 백색광을 서로 다른 파장대역을 가지는 복수의 단파장광으로 구분하는 분광소자(311)와, 구분된 복수의 단파장광이 서로 평행하게 진행하도록 하는 제1 실린더형 렌즈(313)를 포함한다. 여기서, 분광소자(311)는 예를 들어 회절격자 또는 프리즘일 수 있다. 회절격자는 서로 접근한 파장의 빛을 분리하는 성능이 크며, 예를 들어 평면격자, 오목면걱자, 계단격자 등 중 하나일 수 있다.

장치 전체의 크기를 소형화시키기 위해 파장 가변기(220) 내의 분광부(310) 전단에는 제1 미러(340)가 개재되어 있어 입사된 백색광의 광경로가 변경될 수 있다.

단파장광 선택부(320)는 분광부(310)에 의해 공간적으로 구분된 복수의 단파장광에 대해서 하나의 단파장광만이 선택적으로 원래의 광경로를 따라 진행하고, 타 단파장광들의 진행은 차단한다.

단파장광 선택부(320)는 단파장광들의 광경로에 수직으로 놓인 판재로서, 임의의 순간에 하나의 단파장광만이 통과 가능한 슬릿이 하나 이상 형성되어 있으며, 판재가 회전 또는 수평 이동함으로써 슬릿의 위치가 변경될 수 있다.

예를 들어, 단파장광 선택부(320)가 휠타입 슬릿인 경우가 도면에 예시되어 있다. 단파장광들의 광경로에 수직으로 놓인 원판(321)의 가장자리에 소정 각도마다 이격된 복수의 슬릿(323)이 형성되어 있으며, 원판의 회전에 의해 슬릿(323)의 위치가 변경되어 공간적으로 구분되는 단파장광들이 순차적으로 하나씩 후단의 집광부(330)로 진행하도록 한다.

또한, 단파장광 선택부(320)는 단파장광들의 광경로에 수직으로 놓인 평판에 슬릿이 형성되어 있으며, 평판이 좌우로 수평 이동함으로써 슬릿이 함께 수평 이동하여 공간적으로 구분되는 단파장광들이 순차적으로 하나씩 후단의 집광부로 진행하도록 할 수도 있을 것이다.

집광부(330)는 단파장광 선택부(320)에 의해 순차적으로 선택되는, 공간적으로 서로 구분되는 진행 경로를 가지는 단파장광들이 한 점으로 집광되어 동일한 출사 광경로를 따라 후단의 제1 광분할기(230)로 진행하도록 한다.

이를 위해 집광부(330)는 순차적으로 선택되는 단파장광들이 한 점으로 모아지도록 하는 제2 실린더형 렌즈(333)와, 다양한 입사각으로 입사된 단파장광들이 동일한 출사 광경로를 따라 진행하도록 하는 집광소자(331)를 포함한다. 여기서, 집광소자(331)는 예를 들어 회절격자 또는 프리즘일 수 있다.

제2 실린더형 렌즈(333)는 전술한 제1 실린더형 렌즈(313)와 비교할 때 단파장광 선택부(320)를 중심으로 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있으며, 분광소자(311) 및 집광소자(331) 역시 단파장광 선택부(320)를 중심으로 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있을 것이다.

장치 전체의 크기를 소형화시키기 위해 파장 가변기(220) 내의 집광부(330) 후단에는 제2 미러(350)가 개재되어 있어 최종 출사되는 단파장광의 광경로가 변경될 수 있다.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 광분할기(230)는 파장 가변기(220)로부터 입사된 단파장광의 일부는 그대로 투과시키고 나머지는 소정 방향으로 반사시키는 빔 스플리터(beam splitter)이다. 도면에서는 반사된 단파장광이 기준미러(250)에 조사되는 기준광으로서 기능하고, 투과된 단파장광이 스테이지 상에 거치된 측정물체(270)에 조사되는 측정광으로서 기능하는 것으로 도시되어 있으며, 이하에서는 이를 가정하여 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 투과광이 기준광으로서 기능하고 반사광이 측정광으로서 기능할 수도 있음은 당연하다.

기준광의 광경로 상에는 선형 편광기(linear polarizer)(240)가 배치되어 있어 기준광을 선형적으로 편광시켜 기준광이 일 방향의 편광 성분(이하, 제1 편광성분이라 함)만을 가지도록 할 수 있다. 예를 들어, 선형 편광기(240)를 통과한 기준광은 수직 편광성분 혹은 수평 편광성분 중 하나의 편광성분만을 가지게 된다.

또한, 측정광의 광경로 상에는 보상판(compensating plate)(260)이 배치되어 있어 기준광이 선형 편광기(240)를 거침으로 인해 발생하게 되는 측정광과의 위상차(phase difference)를 보상해 줄 수 있다.

기준광의 광경로 상에는 제1 대물렌즈(255)가 배치되어 있어 기준광을 집광함으로써 기준미러(250)의 표면(기준면) 상의 소정 위치에 일정 크기의 영역에 일방향 선형 편광된 기준광이 조사되도록 한다. 또한, 측정광의 광경로 상에는 제2 대물렌즈(275)가 배치되어 있어 측정광을 집광함으로써 측정물체(270)의 표면(측정면) 상의 소정 위치에 일정 크기의 영역에 측정광이 조사되도록 한다.

본 실시예에서, 측정물체(270)는 기계적 이송 구동부(예를 들어, 스테이지) 상에 거치되어 있어 XY 평면 상에서 측정영역이 변경되도록 이동할 수 있지만, Z축(광축) 방향으로의 이동은 불필요하게 된다.

기준미러(250)에서 반사된 기준광(기준면의 반사광)은 다시 제1 광분할기(230)에 입사되어 그대로 투과되며, 측정물체(270)에서 반사된 측정광(측정면의 반사광)은 다시 제1 광분할기(230)에 입사되어 기준광이 투과되는 방향으로 반사된다.

즉, 제1 광분할기(230)는 단파장광을 기준광과 측정광으로 분리시키고, 분리되었던 기준광과 측정광이 반사되어 되돌아오면 이를 간섭시켜 간섭광으로 만든다.

여기서, 기준면의 반사광은 제1 편광성분(수직 편광성분)만을 가지고 있으며, 측정면의 반사광은 제1 편광성분 및 이에 수직하는 제2 편광성분(수평 편광성분)을 모두 가지고 있게 된다. 즉, 간섭광의 제1 편광성분은 기준면의 반사광과 측정면의 반사광이 서로 간섭된 간섭광이고, 제2 편광성분은 측정면의 반사광이 된다.

간섭광은 제2 광분할기(280)로 입사되며, 편광성분에 따라 그대로 투과하거나 소정 방향으로 반사됨으로써 편광성분별로 분리된다. 예를 들어, 선형 편광기(240)를 거침으로 인해 기준광이 가지게 된 일 방향(수직(혹은 수평))의 편광성분은 그대로 투과하고 타 방향(수평(혹은 수직))의 편광성분은 소정 방향으로 반사될 수 있다. 또는 제2 광분할기(280)의 성질에 따라 그 반대일 수도 있다.

본 실시예에서 제2 광분할기(280)는 입사되는 광을 편광성분에 따라 서로 분리시키는 편광 빔 스플리터(polarized beam splitter)일 수 있다.

제2 광분할기(280)에 의해 분리된 일 방향의 편광성분, 즉 제1 편광성분의 간섭광은 제1 영상획득부(290)로 입사되며, 타 방향의 편광성분, 즉 제2 편광성분의 간섭광은 제2 영상획득부(295)로 입사된다. 여기서, 제1 편광성분이 앞서 설명한 것과 같이 기준광이 선형 편광기(240)를 거침으로 인해 가지게 되는 편광성분인 것을 가정하여 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아님은 물론이다. 그리고 제1 및/또는 제2 영상 획득부(290 및/또는 295)는 예를 들어 CCD 혹은 CMOS 타입의 카메라일 수 있다.

제1 편광성분의 간섭광은 제1 영상획득부(290)에 입사되어, 기준광과 측정광의 간섭에 의한 제1 간섭신호가 검출된다. 이는 기준광 및 측정광이 모두 제1 편광성분을 가지고 있기 때문이다. 데이터 처리부(미도시)는 제1 영상획득부(290)에서 검출된 제1 간섭신호에 대하여 소정의 영상 처리를 수행하여 측정물체(270)의 표면에 대한 형상 데이터를 생성한다.

제2 편광성분의 간섭광은 제2 영상획득부(295)에 입사되어, 측정광에 의한 제2 간섭신호가 검출된다. 이는 측정광만이 제2 편광성분을 가지고 있으며, 선형 편광기(240)를 통과한 기준광에는 제2 편광성분이 없기 때문이다. 데이터 처리부는 제2 영상획득부(295)에서 검출된 제2 간섭신호에 대하여 소정의 영상 처리를 수행하여 측정물체(270)의 두께에 대한 두께 데이터를 생성한다.

본 실시예에 따르면, 제1 편광성분을 이용하여 기준면과 측정면에서 각각 반사된 광을 간섭시킨 결과를 획득하여 측정물체의 표면 형상에 대한 정보를 획득하고, 제2 편광성분을 이용하여 측정면에서 반사된 광으로부터 측정물체의 두께에 대한 정보를 획득할 수 있다. 즉, 두께 및 표면 형상을 동시에 측정할 수 있어 측정 시간을 단축하고, 별도의 측정에 의해 발생 가능한 측정물체의 오정렬, 시변하는 광특성 등에 영향을 받지 않는 정확한 측정이 가능한 장점이 있다.

본 실시예에서 백색광원(210), 시준렌즈(215), 파장 가변기(220), 제1 광분할기(230), 선형 편광기(240), 제1 대물렌즈(255), 기준미러(250), 보상판(260), 제2 대물렌즈(275), 측정물체(270), 제2 광분할기(280), 제1 영상획득부(290), 제2 영상획득부(295)는 광학적으로 연결되어 있다. 광학적 현상은 광의 반사, 회절, 굴절 등 다양한 현상이 있으며, 여기에서 '광학적으로 연결된다'는 의미는 다양한 광학적 현상에 의해 한쪽 구성요소에서 출사된 광을 다른 쪽 구성요소에서 수광하는 관계에 있음을 의미한다.

또는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 형상 및 두께 측정 장치에 의하면, 도 3에 도시된 3차원 형상 및 두께 측정 장치(200)에 대하여 선형 편광기(240) 대신에 셔터 혹은 필터를 위치시킨다.

셔터 혹은 필터는 파장 분할기로 기능하여, 백색광이 파장 가변기(220)에 의해 파장 별로 분리되어 기준미러(250)로 입사될 때 전체 파장 영역을 2개의 영역으로 분리하고, 분리된 2개의 영역 중 하나의 파장 영역(제1 파장 영역)에 대해서만 기준미러(250)로 입사되도록 한다.

셔터는 동일한 파장의 단파장광이 출사되는 시간을 나타내는 파장 가변 주기 중 일정 시간 동안만 광이 진행하는 것을 허용함으로써, 파장 가변기(220)에 의해 파장 별로 분리된 순차적인 단파장광들 중 상기 일정 시간에 파장 가변기(220)로부터 출사되는 단파장광만이 기준미러(250)로 입사되며 나머지 단파장광들은 셔터에 의해 기준미러(250)로의 진행이 차단되도록 할 수 있다.

또한, 필터는 하이 패스 필터, 로우 패스 필터 혹은 밴드 패스 필터 중 하나일 수 있으며, 일정 파장 영역에 속하는 단파장광들에 대해서만 기준미러(250)로의 진행을 허용할 수 있다.

이 경우 측정물체(270)에는 전체 파장 영역의 단파장광들이 모두 입사되도록 한다.

기준미러(250) 및 측정물체(270)에서 각각 반사되어 제1 광분할기(230)에 간섭되는 간섭광은, 제1 파장 영역에 대해서는 기준면의 반사광과 측정면의 반사광이 간섭된 광이며, 제2 파장 영역(제1 파장 영역을 제외한 파장 영역)에 대해서는 측정면의 반사광만이 존재하는 광이 된다.

따라서, 제2 광분할기(280)에서 파장 영역에 따라 제1 파장 영역 및 제2 파장 영역에 속하는 간섭광이 서로 다른 경로를 향하도록 경로를 분리하고, 각각에 대하여 간섭신호에 따른 영상을 획득하여 분석하면 측정물체의 형상과 두께에 대한 정보를 동시에 획득할 수 있게 된다. 여기서, 제1 파장 영역에 해당하는 간섭광으로부터는 형상 데이터를 획득할 수 있으며, 제2 파장 여역에 해당하는 간섭광으로부터는 두께 데이터를 획득할 수 있을 것이다. 즉, 두께 및 표면 형상을 동시에 측정할 수 있어 측정 시간을 단축하고, 별도의 측정에 의해 발생 가능한 측정물체의 오정렬, 시변하는 광특성 등에 영향을 받지 않는 정확한 측정이 가능한 장점이 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 개략적인 구성을 나타낸 입체 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 3차원 형상 측정 장치의 정면도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 3차원 형상 측정 장치(400), 백색광원(410), 시준렌즈(415), 파장 가변기(420), 광분할기(430), 제1 대물렌즈(455), 기준미러(450), 제2 대물렌즈(475), 측정물체(470), 영상획득부(490)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치(400)는, 백색광원과 파장 가변기를 이용하여 파장 별로 구분된 복수의 단파장광이 순차적으로 간섭계 내에 입사되어 기준면과 측정면에 조사되고 그 반사광이 간섭함으로써, 측정물체의 표면 형상을 입체적으로 측정한다. 이에 의하면, 백색광이 파장 별로 구분되어 간섭계 내에 입사되기 때문에 종래 3차원 측정에서와 같이 측정물체를 기계적으로 이동시킬 필요가 없어 기계적 이동에 따른 진동으로 인한 오차 발생이 저감되어 측정 과정에서의 내진동성 특성이 향상되는 특징을 가진다.

본 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치(400)는 백색광원(410), 파장 가변기(420), 광분할기(430), 기준미러(450), 측정물체(470), 영상 획득부(490)를 기본 골격으로 한다. 도 3에 도시된 3차원 형상 및 두께 측정 장치(200)와 비교할 때, 선형 편광기(240), 보상판(260), 제2 광분할기(280) 및 제2 영상획득부(295)가 생략된 구성을 가지며, 나머지 구성요소들은 도 3에 도시된 서로 대응되는 구성요소와 동일하거나 유사한 기능을 수행한다.

백색광원(410)에서 조사된 백색광은 시준렌즈(415)에서 시준되어 평행광으로서 파장 가변기(420)에 입사되며, 파장 가변기(420)를 통해 복수의 단파장광으로 구분되어 순차적으로 출사된다. 파장 가변기(420)의 동작원리 및 기능은 앞서 도 5를 참조하여 설명한 파장 가변기(220)와 동일하다.

파장 가변기(420)에서 출사되는 순차적인 단파장광들은 광분할기(430)에 의해 일부가 그대로 투과되고 나머지는 소정 방향으로 반사되어 제1 대물렌즈(455) 및 제2 대물렌즈(475)를 거쳐 기준미러(450) 및 측정물체(470)에 각각 기준광과 측정광으로 조사된다.

기준미러(450) 및 측정물체(470)에서 각각 반사된 기준광과 측정광은 광분할기(430)에서 간섭함으로써 간섭광을 생성하게 되고, 영상획득부(490)는 간섭광의 간섭신호를 검출하게 된다.

데이터 처리부는 영상획득부(490)에서 검출한 간섭신호에 대하여 소정의 영상 처리를 수행하여 측정물체의 표면 형상에 관한 형상 데이터를 생성한다.

본 실시예에서 백색광원(410), 시준렌즈(415), 파장 가변기(420), 광분할기(430), 제1 대물렌즈(455), 기준미러(450), 제2 대물렌즈(475), 측정물체(470), 영상획득부(490)는 광학적으로 연결되어 있다. 광학적 현상은 광의 반사, 회절, 굴절 등 다양한 현상이 있으며, 여기에서 '광학적으로 연결된다'는 의미는 다양한 광학적 현상에 의해 한쪽 구성요소에서 출사된 광을 다른 쪽 구성요소에서 수광하는 관계에 있음을 의미한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 두께 측정 장치의 개략적인 구성을 나타낸 입체 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 3차원 두께 측정 장치의 정면도이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 3차원 두께 측정 장치(500), 백색광원(510), 시준렌즈(515), 파장 가변기(520), 광분할기(530), 제2 대물렌즈(575), 측정물체(570), 영상획득부(590)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 3차원 두께 측정 장치(500)는, 백색광원과 파장 가변기를 이용하여 파장 별로 구분된 복수의 단파장광이 순차적으로 간섭계 내에 입사되어 측정면에 조사되고 그 반사광을 검출함으로써, 측정물체의 두께를 측정한다. 이에 의하면, 백색광이 파장 별로 구분되어 간섭계 내에 입사되기 때문에 종래 3차원 측정에서와 같이 측정물체를 기계적으로 이동시킬 필요가 없어 기계적 이동에 따른 진동으로 인한 오차 발생이 저감되어 측정 과정에서의 내진동성 특성이 향상되는 특징을 가진다.

본 실시예에 따른 3차원 두께 측정 장치(500)는 백색광원(510), 파장 가변기(520), 광분할기(530), 측정물체(570), 영상 획득부(590)를 기본 골격으로 한다. 도 6에 도시된 3차원 형상 측정 장치(400)와 비교할 때, 제1 대물렌즈(455) 및 기준미러(450)가 생략된 구성을 가지며, 나머지 구성요소들은 도 6에 도시된 서로 대응되는 구성요소와 동일하거나 유사한 기능을 수행한다.

백색광원(510)에서 조사된 백색광은 시준렌즈(515)에서 시준되어 평행광으로서 파장 가변기(520)에 입사되며, 파장 가변기(520)를 통해 복수의 단파장광으로 구분되어 순차적으로 출사된다. 파장 가변기(520)의 동작원리 및 기능은 앞서 도 5를 참조하여 설명한 파장 가변기(220)와 동일하다.

파장 가변기(520)에서 출사되는 순차적인 단파장광들은 광분할기(530) 및 제2 대물렌즈(575)를 거쳐 측정물체(570)에 측정광으로 조사된다. 측정물체(570)에서 반사된 측정광은 광분할기(530)에서 소정 방향으로 반사되고, 영상획득부(590)는 측정광의 간섭신호를 검출하게 된다.

데이터 처리부는 영상획득부(590)에서 검출한 간섭신호에 대하여 소정의 영상 처리를 수행하여 측정물체의 두께에 관한 두께 데이터를 생성한다.

본 실시예에서 백색광원(510), 시준렌즈(515), 파장 가변기(520), 광분할기(530), 제2 대물렌즈(575), 측정물체(570), 영상획득부(590)는 광학적으로 연결되어 있다. 광학적 현상은 광의 반사, 회절, 굴절 등 다양한 현상이 있으며, 여기에서 '광학적으로 연결된다'는 의미는 다양한 광학적 현상에 의해 한쪽 구성요소에서 출사된 광을 다른 쪽 구성요소에서 수광하는 관계에 있음을 의미한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

200: 3차원 형상 및 두께 측정 장치 210, 410, 510: 백색광원
215, 415, 515: 시준렌즈 220, 420, 520: 파장 가변기
230, 430, 530: 제1 광분할기 240: 선형 편광기
250, 450: 기준미러 255, 455: 제1 대물렌즈
260: 보상판 270, 470, 570: 측정물체
275, 475, 575: 제2 대물렌즈 280: 제2 광분할기
290, 490, 590: 제1 영상획득부 295: 제2 영상획득부
400: 3차원 형상 측정 장치 500: 3차원 두께 측정 장치
310: 분광부 320: 단파장광 선택부
330: 집광부

Claims

백색광(white light)을 조사하는 백색광원;
상기 백색광원으로부터 입사된 백색광을 복수의 단파장광으로 분광하고, 상기 복수의 단파장광이 파장별로 순차적으로 출사되는 파장 가변기;
상기 파장 가변기에서 순차적으로 출사되는 단파장광이 기준광과 측정광으로 분리하여 기준미러 및 측정물체에 각각 조사되도록 하고, 상기 기준미러 및 상기 측정물체로부터 반사된 상기 기준광 및 상기 측정광을 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기;
상기 제1 광분할기와 상기 기준미러 사이에 개재되며, 상기 기준광이 제1 편광성분만을 가지도록 선형 편광시키는 선형 편광기;
상기 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광을 상기 제1 편광성분에 대한 제1 간섭신호와 상기 제1 편광성분과 수직하는 제2 편광성분에 대한 제2 간섭신호로 분리하는 제2 광분할기;
상기 제1 간섭신호 및 상기 제2 간섭신호를 각각 검출하는 제1 및 제2 영상획득부; 및
상기 제1 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 상기 측정물체의 형상 데이터를 생성하고, 상기 제2 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 상기 측정물체의 두께 데이터를 생성하는 데이터 처리부를 포함하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광분할기와 상기 측정물체 사이에 개재되며, 상기 측정광이 상기 기준광과 위상차가 없도록 하는 보상판(compensating plate)을 더 포함하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광분할기는 일반적인 빔 스플리터(beam splitter)이고, 상기 제2 광분할기는 입사되는 광을 상기 제1 편광성분과 상기 제2 편광성분을 가지는 광으로 분리 출사하는 편광 빔 스플리터(polarized beam splitter)인 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 파장 가변기는,
입사된 상기 백색광을 파장 별로 복수의 단파장광으로 공간적으로 분리시키는 분광부;
상기 복수의 단파장광 중 하나만이 선택적으로 진행을 계속하고 나머지는 진행을 차단시키는 단파장광 선택부; 및
상기 단파장광 선택부에 의해 선택되는 단파장광이 한 점으로 집광되어 동일한 출사 광경로를 따라 출사되도록 하는 집광부를 포함하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 분광부는, 상기 백색광을 서로 다른 파장대역을 가지는 상기 복수의 단파장광으로 구분하는 분광소자와, 상기 구분된 복수의 단파장광이 서로 평행하게 진행하도록 하는 제1 실린더형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 단파장광 선택부는 상기 복수의 단파장광에 대하여 순차적으로 하나씩 선택하여 진행시키는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제6항에 있어서,
상기 단파장광 선택부는, 상기 단파장광의 진행 방향에 수직으로 놓여 있으면서, 임의의 순간에 하나의 단파장광만이 통과 가능한 슬릿이 형성되어 있는 판재를 포함하며,
상기 슬릿은 상기 판재의 회전 혹은 수평 이동을 통해 그 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 집광부는, 순차적으로 선택되는 상기 단파장광들이 한 점으로 모아지도록 하는 제2 실린더형 렌즈와, 다양한 입사각으로 입사된 상기 단파장광들이 상기 동일한 출사 광경로를 따라 진행하도록 하는 집광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
백색광(white light)을 조사하는 백색광원;
상기 백색광원으로부터 입사된 백색광을 복수의 단파장광으로 분광하고, 상기 복수의 단파장광이 파장별로 순차적으로 출사되는 파장 가변기;
상기 파장 가변기에서 순차적으로 출사되는 단파장광이 기준광과 측정광으로 분리하여 기준미러 및 측정물체에 각각 조사되도록 하고, 상기 기준미러 및 상기 측정물체로부터 반사된 상기 기준광 및 상기 측정광을 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기;
상기 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광으로부터 간섭신호를 검출하는 영상획득부; 및
상기 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 상기 측정물체의 형상 데이터를 생성하는 데이터 처리부를 포함하는 3차원 형상 측정 장치.
제9항에 있어서,
상기 파장 가변기는,
입사된 상기 백색광을 파장 별로 복수의 단파장광으로 공간적으로 분리시키는 분광부;
상기 복수의 단파장광 중 하나만이 선택적으로 진행을 계속하고 나머지는 진행을 차단시키는 단파장광 선택부; 및
상기 단파장광 선택부에 의해 선택되는 단파장광이 한 점으로 집광되어 동일한 출사 광경로를 따라 출사되도록 하는 집광부를 포함하는 3차원 형상 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 분광부는, 상기 백색광을 서로 다른 파장대역을 가지는 상기 복수의 단파장광으로 구분하는 분광소자와, 상기 구분된 복수의 단파장광이 서로 평행하게 진행하도록 하는 제1 실린더형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 단파장광 선택부는 상기 복수의 단파장광에 대하여 순차적으로 하나씩 선택하여 진행시키는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
제12항에 있어서,
상기 단파장광 선택부는, 상기 단파장광의 진행 방향에 수직으로 놓여 있으면서, 임의의 순간에 하나의 단파장광만이 통과 가능한 슬릿이 형성되어 있는 판재를 포함하며,
상기 슬릿은 상기 판재의 회전 혹은 수평 이동을 통해 그 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 집광부는, 순차적으로 선택되는 상기 단파장광들이 한 점으로 모아지도록 하는 제2 실린더형 렌즈와, 다양한 입사각으로 입사된 상기 단파장광들이 상기 동일한 출사 광경로를 따라 진행하도록 하는 집광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
백색광(white light)을 조사하는 백색광원;
상기 백색광원으로부터 입사된 백색광을 복수의 단파장광으로 분광하고, 상기 복수의 단파장광이 파장별로 순차적으로 출사되는 파장 가변기;
상기 파장 가변기에서 순차적으로 출사되는 단파장광이 측정광으로 측정물체에 조사되도록 하고, 상기 측정물체로부터 반사된 상기 측정광을 간섭시켜 간섭광을 생성하는 광분할기;
상기 광분할기에서 출사되는 간섭광으로부터 간섭신호를 검출하는 영상획득부; 및
상기 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 상기 측정물체의 두께 데이터를 생성하는 데이터 처리부를 포함하는 3차원 두께 측정 장치.
제15항에 있어서,
상기 파장 가변기는,
입사된 상기 백색광을 파장 별로 복수의 단파장광으로 공간적으로 분리시키는 분광부;
상기 복수의 단파장광 중 하나만이 선택적으로 진행을 계속하고 나머지는 진행을 차단시키는 단파장광 선택부; 및
상기 단파장광 선택부에 의해 선택되는 단파장광이 한 점으로 집광되어 동일한 출사 광경로를 따라 출사되도록 하는 집광부를 포함하는 3차원 두께 측정 장치.
제16항에 있어서,
상기 분광부는, 상기 백색광을 서로 다른 파장대역을 가지는 상기 복수의 단파장광으로 구분하는 분광소자와, 상기 구분된 복수의 단파장광이 서로 평행하게 진행하도록 하는 제1 실린더형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 두께 측정 장치.
제16항에 있어서,
상기 단파장광 선택부는 상기 복수의 단파장광에 대하여 순차적으로 하나씩 선택하여 진행시키는 것을 특징으로 하는 3차원 두께 측정 장치.
제18항에 있어서,
상기 단파장광 선택부는, 상기 단파장광의 진행 방향에 수직으로 놓여 있으면서, 임의의 순간에 하나의 단파장광만이 통과 가능한 슬릿이 형성되어 있는 판재를 포함하며,
상기 슬릿은 상기 판재의 회전 혹은 수평 이동을 통해 그 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 3차원 두께 측정 장치.
제16항에 있어서,
상기 집광부는, 순차적으로 선택되는 상기 단파장광들이 한 점으로 모아지도록 하는 제2 실린더형 렌즈와, 다양한 입사각으로 입사된 상기 단파장광들이 상기 동일한 출사 광경로를 따라 진행하도록 하는 집광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 두께 측정 장치.
백색광(white light)을 조사하는 백색광원;
상기 백색광원으로부터 입사된 백색광을 복수의 단파장광으로 분광하고, 상기 복수의 단파장광이 파장별로 순차적으로 출사되는 파장 가변기;
상기 파장 가변기에서 순차적으로 출사되는 단파장광이 기준광과 측정광으로 분리하여 기준미러 및 측정물체에 각각 조사되도록 하고, 상기 기준미러 및 상기 측정물체로부터 반사된 상기 기준광 및 상기 측정광을 간섭시켜 간섭광을 생성하는 제1 광분할기;
상기 제1 광분할기와 상기 기준미러 사이에 개재되며, 상기 기준광 중 제1 파장 영역에 속하는 단파장광만을 통과시키는 파장 분할기;
상기 제1 광분할기에서 출사되는 간섭광을 상기 제1 파장 영역에 대한 제1 간섭신호와 상기 제1 파장 영역을 제외한 나머지 파장 영역에 대한 제2 간섭신호로 분리하는 제2 광분할기;
상기 제1 간섭신호 및 상기 제2 간섭신호를 각각 검출하는 제1 및 제2 영상획득부; 및
상기 제1 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 상기 측정물체의 형상 데이터를 생성하고, 상기 제2 영상획득부에서 획득한 영상을 신호 처리하여 상기 측정물체의 두께 데이터를 생성하는 데이터 처리부를 포함하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제21항에 있어서,
상기 파장 분할기는, 파장 가변 주기 중 일정 시간 동안만 상기 기준광의 진행을 허용하는 셔터인 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제21항에 있어서,
상기 파장 분할기는, 상기 복수의 단파장광이 속하는 전체 파장 영역 중 제1 파장 영역만을 통과시키는 필터인 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제23항에 있어서,
상기 필터는 하이 패스 필터, 로우 패스 필터, 밴드 패스 필터 중 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제21항에 있어서,
상기 파장 가변기는,
입사된 상기 백색광을 파장 별로 복수의 단파장광으로 공간적으로 분리시키는 분광부;
상기 복수의 단파장광 중 하나만이 선택적으로 진행을 계속하고 나머지는 진행을 차단시키는 단파장광 선택부; 및
상기 단파장광 선택부에 의해 선택되는 단파장광이 한 점으로 집광되어 동일한 출사 광경로를 따라 출사되도록 하는 집광부를 포함하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제25항에 있어서,
상기 분광부는, 상기 백색광을 서로 다른 파장대역을 가지는 상기 복수의 단파장광으로 구분하는 분광소자와, 상기 구분된 복수의 단파장광이 서로 평행하게 진행하도록 하는 제1 실린더형 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제25항에 있어서,
상기 단파장광 선택부는 상기 복수의 단파장광에 대하여 순차적으로 하나씩 선택하여 진행시키는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제27항에 있어서,
상기 단파장광 선택부는, 상기 단파장광의 진행 방향에 수직으로 놓여 있으면서, 임의의 순간에 하나의 단파장광만이 통과 가능한 슬릿이 형성되어 있는 판재를 포함하며,
상기 슬릿은 상기 판재의 회전 혹은 수평 이동을 통해 그 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.
제25항에 있어서,
상기 집광부는, 순차적으로 선택되는 상기 단파장광들이 한 점으로 모아지도록 하는 제2 실린더형 렌즈와, 다양한 입사각으로 입사된 상기 단파장광들이 상기 동일한 출사 광경로를 따라 진행하도록 하는 집광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 및 두께 측정 장치.