KR20210001698A - 계측 및 검사 장비용 광학 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 계측 및 검사 장비용 광학 시스템 및 방법에 관한 것이다.
상세하게는,
계측 및 검사 장비용 광학 시스템(1)에 있어서,
광원(光源)을 방출하는 발광원(發光原)인 광원수단(100);과, 상기 광원수단(100)으로부터 방출된 광원(光原)이 조사(照射)되고, 조사(照射)된 광원(光原)을 분리시켜, 분리된 각각의 광원(光原)이 직각을 이루도록 하는 빔스플리터수단(200);과, 상기 빔스플리터수단(200)으로 인하여, 광원(光原)으로부터 분리된 제 1광원(L1)이 입사(入射), 입사(入射)된 제 1광원(L1)을 그대로 흡수하는 광흡수수단(300);과, 상기 빔스플리터수단(200)으로 인하여, 광원(光原)으로부터 분리된 제 2광원(L2)에 의해 상(像)을 제공하는 물체정보입력수단(400); 및 상기 물체정보입력수단(400)으로부터 입력되는 상(像)을 인식하는 수광소자수단(500);으로 구성되어,
물체정보입력수단(400)을 통해 입력, 수광소자수단(500)에 의해 인식되는 상(像)의 선명도가 극대화되도록 하는 것을 특징으로 하고,
계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법(2)에 있어서는,
경통(600)의 전방이 되는 전방하우징(610)에 제 1렌즈군(410)을 배치하는 제 1렌즈군배치단계(S100);와, 경통(600)의 후방이 되는 후방하우징(620)에 제 2렌즈군(420)을 배치하는 제 2렌즈군배치단계(S200); 및 경통(600)의 전방하우징(610)에 후방하우징(620)을 체결, 조립하는 광학시스템조립완료단계(S300);로 구성되되,
상기 제 1렌즈군배치단계(S100)는,
경통(600) 내부 일정 위치에 광흡수수단(300)을 부착한 빔스플리터수단(200)을 삽입, 고정하는 광흡수필터-빔스플리터고정단계(S110);와, 상기 광흡수수단(300)을 부착한 빔스플리터수단(200)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 4번5번접합렌즈(413)를 삽입, 4번5번접합렌즈스페이서기구물(SM2)을 삽입하여 4번5번접합렌즈(413)를 고정, 2번3번접합렌즈(412)와 일정 거리 이격되도록 하는 4번5번접합렌즈고정단계(S120);와, 상기 4번5번접합렌즈(413)의 전방, 경통(600) 내부 일정 위치에 2번3번접합렌즈(412)를 삽입, 2번3번접합렌즈스페이서기구물(SM1)을 삽입하여 2번3번접합렌즈(412)를 고정, 1번렌즈(411)와 일정 거리 이격되도록 하는 2번3번접합렌즈고정단계(S130); 및 상기 2번3번접합렌즈(412)의 전방, 경통(600) 내부 일정 위치에 1번렌즈(411)를 삽입, 1번렌즈링너트기구물(RN)을 체결하여 1번렌즈(411)를 고정시키는 1번렌즈고정단계(S140);로 구성되고,
제 2렌즈군배치단계(S200)는,
경통(600) 내부 일정 위치에 9번렌즈(423)를 삽입, 9번렌즈스페이서기구물(SM4)을 삽입하여 9번렌즈(423)를 고정, 8번렌즈(422)와 일정 거리 이격되도록 하는 9번렌즈고정단계(S210);와, 상기 9번렌즈(423)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 8번렌즈(422)를 삽입, 8번렌즈스페이서기구물(SM3)을 삽입하여 8번렌즈(422)를 고정, 6번7번접합렌즈(421)와 일정 거리 이격되도록 하는 8번렌즈고정단계(S220); 및 상기 8번렌즈(422)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 6번7번접합렌즈(421)를 삽입, 조리개 역할을 하는 6번7번접합렌즈스톱기구물(ST)을 체결하여 6번7번접합렌즈(421)를 고정시키는 6번7번렌즈고정단계(S230);로 구성되어,
물체면(object)의 상(像)이 수광소자수단(500)에 맺히도록 하는 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 본 발명은, 수광소자수단(500)에 노이즈가 미연에 방지되어 선명도가 향상된 상(像)이 맺히도록 함으로서, 계측 및 검사 장비의 측정 정확성은 물론, 계측 및 검사 장비의 성능을 제고시킨다는 이점이 있다.
상세하게는,
계측 및 검사 장비용 광학 시스템(1)에 있어서,
광원(光源)을 방출하는 발광원(發光原)인 광원수단(100);과, 상기 광원수단(100)으로부터 방출된 광원(光原)이 조사(照射)되고, 조사(照射)된 광원(光原)을 분리시켜, 분리된 각각의 광원(光原)이 직각을 이루도록 하는 빔스플리터수단(200);과, 상기 빔스플리터수단(200)으로 인하여, 광원(光原)으로부터 분리된 제 1광원(L1)이 입사(入射), 입사(入射)된 제 1광원(L1)을 그대로 흡수하는 광흡수수단(300);과, 상기 빔스플리터수단(200)으로 인하여, 광원(光原)으로부터 분리된 제 2광원(L2)에 의해 상(像)을 제공하는 물체정보입력수단(400); 및 상기 물체정보입력수단(400)으로부터 입력되는 상(像)을 인식하는 수광소자수단(500);으로 구성되어,
물체정보입력수단(400)을 통해 입력, 수광소자수단(500)에 의해 인식되는 상(像)의 선명도가 극대화되도록 하는 것을 특징으로 하고,
계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법(2)에 있어서는,
경통(600)의 전방이 되는 전방하우징(610)에 제 1렌즈군(410)을 배치하는 제 1렌즈군배치단계(S100);와, 경통(600)의 후방이 되는 후방하우징(620)에 제 2렌즈군(420)을 배치하는 제 2렌즈군배치단계(S200); 및 경통(600)의 전방하우징(610)에 후방하우징(620)을 체결, 조립하는 광학시스템조립완료단계(S300);로 구성되되,
상기 제 1렌즈군배치단계(S100)는,
경통(600) 내부 일정 위치에 광흡수수단(300)을 부착한 빔스플리터수단(200)을 삽입, 고정하는 광흡수필터-빔스플리터고정단계(S110);와, 상기 광흡수수단(300)을 부착한 빔스플리터수단(200)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 4번5번접합렌즈(413)를 삽입, 4번5번접합렌즈스페이서기구물(SM2)을 삽입하여 4번5번접합렌즈(413)를 고정, 2번3번접합렌즈(412)와 일정 거리 이격되도록 하는 4번5번접합렌즈고정단계(S120);와, 상기 4번5번접합렌즈(413)의 전방, 경통(600) 내부 일정 위치에 2번3번접합렌즈(412)를 삽입, 2번3번접합렌즈스페이서기구물(SM1)을 삽입하여 2번3번접합렌즈(412)를 고정, 1번렌즈(411)와 일정 거리 이격되도록 하는 2번3번접합렌즈고정단계(S130); 및 상기 2번3번접합렌즈(412)의 전방, 경통(600) 내부 일정 위치에 1번렌즈(411)를 삽입, 1번렌즈링너트기구물(RN)을 체결하여 1번렌즈(411)를 고정시키는 1번렌즈고정단계(S140);로 구성되고,
제 2렌즈군배치단계(S200)는,
경통(600) 내부 일정 위치에 9번렌즈(423)를 삽입, 9번렌즈스페이서기구물(SM4)을 삽입하여 9번렌즈(423)를 고정, 8번렌즈(422)와 일정 거리 이격되도록 하는 9번렌즈고정단계(S210);와, 상기 9번렌즈(423)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 8번렌즈(422)를 삽입, 8번렌즈스페이서기구물(SM3)을 삽입하여 8번렌즈(422)를 고정, 6번7번접합렌즈(421)와 일정 거리 이격되도록 하는 8번렌즈고정단계(S220); 및 상기 8번렌즈(422)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 6번7번접합렌즈(421)를 삽입, 조리개 역할을 하는 6번7번접합렌즈스톱기구물(ST)을 체결하여 6번7번접합렌즈(421)를 고정시키는 6번7번렌즈고정단계(S230);로 구성되어,
물체면(object)의 상(像)이 수광소자수단(500)에 맺히도록 하는 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 본 발명은, 수광소자수단(500)에 노이즈가 미연에 방지되어 선명도가 향상된 상(像)이 맺히도록 함으로서, 계측 및 검사 장비의 측정 정확성은 물론, 계측 및 검사 장비의 성능을 제고시킨다는 이점이 있다.
Description
본 발명은 계측 및 검사 장비용 광학 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 빔스플리터수단을 통해 분리된 광원(光源)이 물체면(object)에 입사(入射)되어, 물체면(object)의 상(像)이 수광소자수단에 맺히게 하되, 빔스플리터수단을 통해 분리된 또 다른 광원(光源)을 광흡수수단으로 흡수하여, 상(像)의 선명도를 제고시키는 계측 및 검사 장비용 광학 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현재, 첨단산업인 반도체, 디스플레이 및 바이오 산업분야에서 요구되는 첨단 계측 및 검사 장비에서 광학은 중요한 부분으로 자리잡고 있다.
이러한, 첨단 계측 및 검사 장비에 적용되는 광학은 대부분, 다수 개의 렌즈를 사용하거나 접합하는 등, 렌즈의 효과 및 성능을 중점으로 고도화되고 있다.
물론, 계측 및 검사 장비에 있어 렌즈는 핵심적인 요소이지만, 렌즈의 기술과 더불어, 상(像)의 선명도를 개선하기 위한 별도의 방법들 역시 함께 고안되어야 한다.
따라서, 본 발명은, 상(像)의 선명도를 개선하기 위해, 상(像)에 대한 노이즈를 제거하는 시스템 및 이의 설계방법을 제공하고자 한다.
이에, 계측 및 검사 장비용 광학 시스템 및 방법에 관한 선행기술로서,
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 대한민국 등록특허공보 제10-0716812호의 "수차보정소자, 이를 구비한 광학시스템 및 광학기기"(이하, '선행기술 1'이라 함.)는,
3파장수발광소자와 홀로그램이 일체로 형성되는 3파장홀로그램모듈, 콜리메이트렌즈, 수차보정소자, 개구절환소자 및 대물렌즈를 포함하여, 수차보정소자는 한 쌍의 유리기판과 유리기판 사이에 게재되는 액상결정층으로 구성되며, 액상결정층은 소정 곡률을 갖는 곡면을 가지며, 수차보정소자의 유리기판은 그 일면에 회절패턴이 형성되어, 수차보정소자를 지나는 광원의 구면수차와 색수차가 동시에 보정되도록 하는 수차보정소자, 이를 구비한 광학시스템 및 광학기기에 관한 것이다.
또 다른 선행기술로는,
도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 대한민국 등록특허공보 제10-0227226호의 "분광 반사광량 측정용 광학시스템"(이하, '선행기술 2'라 함.)으로서,
분광반사광량을 측정하는 기판의 외면사이에 광로를 편향하는 직각프리즘을 설치하고, 광학시스템 등을 덮는 케이싱으로부터 돌출시킨 횡단면적이 작고 비교적 긴 통체의 선단에 직각프리즘을 유지하고, 스테핑모터와 나사축에 의해, 케이싱을 수평방향으로 이동이 가능하도록 구성하고, 그 이동에 의해 기판처리테이블의 상면과 기판처리테이블에서 소정의 높이에 부상된 기판의 아래 쪽의 외면과의 틈 안에 직각프리즘을 삽입하여 기판의 아래 쪽의 외면의 소망하는 측정장소에서의 분광반사광량을 측정하는 분광 반사광량 측정용 광학 시스템에 관한 것이다.
상기 선행기술 1 내지 선행기술 2를 간략하게 정리하면,
선행기술 1은 수차보정수단으로 곡면의 액상 결정층을 갖는 소자를 사용함으로서, 소자에 의한 광원의 굴절각 변화를 크게 할 수 있는 수차보정소자를 제공하여, 1겹의 대물렌즈를 사용할 수 있는 광학시스템,
선행기술 2는 물체가 대향하고 있는 기판의 외면이나 파이프의 내면의 분광 반사광량을 용이하게 측정할 수 있도록 하는 광학시스템에 대한 기술이다.
살펴본 바와 같이, 상기 선행기술 1 내지 선행기술 2는 본 발명과 유사, 동일한 기술분야로서, 본 발명과 대비하여 포괄적인 관점으로는 일부 유사, 동일한 기술적 개념이 존재하지만, 이는, 응당, 동일한 기술분야라면 반드시 필요한 필수 구성요소에 포함되는 것이라 할 수 있다.
그러나, 본 발명은, 상기 선행기술 1 내지 선행기술 2과 대비, 물체면의 상(像)이 출력되도록 하는 그 구체적인 수단 및 방법에 차이가 있다.
따라서, 본 발명은, 상기 선행기술 1 내지 선행기술 2를 포함한 종래의 광학 시스템 관련 기술과는 다른, 본 발명만의 발명의 해결하고자 하는 과제(발명의 목적), 이를 해결하기 위한 수단(구성요소) 및 이를 해결함으로서 발휘되는 더 나은 효과를 기반으로, 그 기술적 특징을 꾀하고자 한다.
이에, 본 발명은 상기 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
상(像)의 선명도가 개선된 광학 시스템 및 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
즉, 광원(光源)을 빔스플리터수단에 의해 분리시켜, 하나의 광원(제 2광원)은 물체면(object)으로 입사(入射)되어 수광소자수단에 상(像)이 맺히도록 하고, 또 다른 하나의 광원(제 1광원)은 광흡수수단에 의해 흡수되도록 하여, 또 다른 하나의 광원(제 1광원)이 경통 내부에서 반사되어 수광소자수단으로 입력되는 상(像)에 노이즈를 발생시키거나, 경통 내부에서 반사된 또 다른 하나의 광원(제 1광원)이 경통 외부로 방출되어 물체면(object)에 입사(入射)되는 것을 방지함으로서, 빔스플리터수단에 의해 분리된 하나의 광원(제 2광원)만이 물체면(object)에 입사(入射)되도록 하여, 수광소자수단에 노이즈가 미연에 방지되어 선명도가 향상된 상(像)이 맺히도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해 안출된 것으로서,
계측 및 검사 장비용 광학 시스템에 있어서,
광원(光源)을 방출하는 발광원(發光原)인 광원수단;
상기 광원수단으로부터 방출된 광원(光原)이 조사(照射)되고, 조사(照射)된 광원(光原)을 분리시켜, 분리된 각각의 광원(光原)이 직각을 이루도록 하는 빔스플리터수단;
상기 빔스플리터수단으로 인하여, 광원(光原)으로부터 분리된 제 1광원이 입사(入射), 입사(入射)된 제 1광원을 그대로 흡수하는 광흡수수단;
상기 빔스플리터수단으로 인하여, 광원(光原)으로부터 분리된 제 2광원에 의해 상(像)을 제공하는 물체정보입력수단;
상기 물체정보입력수단으로부터 입력되는 상(像)을 인식하는 수광소자수단;으로 구성되어,
물체정보입력수단을 통해 입력, 수광소자수단에 의해 인식되는 상(像)의 선명도가 극대화되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 빔스플리터수단은,
경통 내부의 일정 위치에 설치되고,
광흡수수단은,
경통 내부의 일정 위치에 설치되거나, 경통 내부의, 빔스플리터수단을 통과한 제 1광원이 입사(入射)되는 면에 코팅되고,
물체정보입력수단은,
경통 내부의, 빔스플리터수단과, 경통 외부의 물체면(object) 사이에 위치하여, 텔레센트릭(telecentric) 각도 및 색수차(chromatic aberration)를 조절, 보정하는 제 1렌즈군;
경통 내부의, 빔스플리터수단과 수광소자수단 사이에 위치하여, MTF(modulation transfer function) 및 분해능(resolving power)과 왜곡수차(distortion)와 상면만곡(curvature of image field)을 보정하는 제 2렌즈군;으로 구성되어,
측정자가 왜곡 없는 정확한 상(像)을 확인할 수 있도록 한다.
또한, 계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법에 있어,
경통의 전방이 되는 전방하우징에 제 1렌즈군을 배치하는 제 1렌즈군배치단계;
경통의 후방이 되는 후방하우징에 제 2렌즈군을 배치하는 제 2렌즈군배치단계;
경통의 전방하우징에 후방하우징을 체결, 조립하는 광학시스템조립완료단계;로 구성되되,
상기 제 1렌즈군배치단계는,
경통 내부 일정 위치에 광흡수수단을 부착한 빔스플리터수단을 삽입, 고정하는 광흡수필터-빔스플리터고정단계;
상기 광흡수수단을 부착한 빔스플리터수단의 전방, 경통 내부의 일정 위치에 4번5번접합렌즈를 삽입, 4번5번접합렌즈스페이서기구물을 삽입하여 4번5번접합렌즈를 고정, 2번3번접합렌즈와 일정 거리 이격되도록 하는 4번5번접합렌즈고정단계;
상기 4번5번접합렌즈의 전방, 경통 내부 일정 위치에 2번3번접합렌즈를 삽입, 2번3번접합렌즈스페이서기구물을 삽입하여 2번3번접합렌즈를 고정, 1번렌즈와 일정 거리 이격되도록 하는 2번3번접합렌즈고정단계;
상기 2번3번접합렌즈의 전방, 경통 내부 일정 위치에 1번렌즈를 삽입, 1번렌즈링너트기구물을 체결하여 1번렌즈를 고정시키는 1번렌즈고정단계;로 구성되고,
제 2렌즈군배치단계는,
경통 내부 일정 위치에 9번렌즈를 삽입, 9번렌즈스페이서기구물을 삽입하여 9번렌즈를 고정, 8번렌즈와 일정 거리 이격되도록 하는 9번렌즈고정단계;
상기 9번렌즈의 전방, 경통 내부의 일정 위치에 8번렌즈를 삽입, 8번렌즈스페이서기구물을 삽입하여 8번렌즈를 고정, 6번7번접합렌즈와 일정 거리 이격되도록 하는 8번렌즈고정단계;
상기 8번렌즈의 전방, 경통 내부의 일정 위치에 6번7번접합렌즈를 삽입, 조리개 역할을 하는 6번7번접합렌즈스톱기구물을 체결하여 6번7번접합렌즈를 고정시키는 6번7번렌즈고정단계;로 구성되어,
물체면(object)의 상(像)이 수광소자수단에 맺히도록 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 이에 앞서 본 명세서는 특허등록청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이상의 구성 및 작용에서 상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면,
수광소자수단에 맺히는 상(像)의 선명도가 개선, 극대화된다.
좀 더 구체적으로는,
경통 내부로 들어오는 광원(光源)을 빔스플리터수단에 의해 분리시켜, 하나의 광원(제 2광원)은 물체면(object)으로 입사(入射)되어 수광소자수단에 상(像)이 맺히도록 하고, 또 다른 하나의 광원(제 1광원)은 광흡수수단에 의해 흡수되도록 하여, 또 다른 하나의 광원(제 1광원)이 경통 내부에서 반사되어 수광소자수단으로 입력되는 상(像)에 노이즈를 발생시키거나, 경통 내부에서 반사된 또 다른 하나의 광원(제 1광원)이 경통 외부로 방출되어 물체면(object)에 입사(入射)되는 것을 방지함으로서, 빔스플리터수단에 의해 분리된 하나의 광원(제 2광원)만이 물체면(object)에 입사(入射)되도록 하여, 수광소자수단에 노이즈가 미연에 방지되어 선명도가 향상된 상(像)이 맺히도록 한다.
이는, 계측 및 검사 장비의 측정 정확성은 물론, 성능이 제고되도록 하는 매우 효과적인 발명이라 하겠다.
도 1은 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템에 대한 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템에 대한 개략도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템에 대한 단면 상세도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템과 종래의 광학 시스템 간의 성능 대비표를 간략하게 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법에 대한 순서도를 간략하게 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템 및 방법에 대한 선행기술의 대표도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템에 대한 개략도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템에 대한 단면 상세도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템과 종래의 광학 시스템 간의 성능 대비표를 간략하게 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법에 대한 순서도를 간략하게 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템 및 방법에 대한 선행기술의 대표도를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템 및 방법에 대한 기능, 구성 및 작용을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템에 대한 구성도를 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템에 대한 개략도를, 도 3은 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템에 대한 단면 상세도를 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은,
계측 및 검사 장비용 광학 시스템(1)에 있어서,
광원(光源)을 방출하는 발광원(發光原)인 광원수단(100);
상기 광원수단(100)으로부터 방출된 광원(光原)이 조사(照射)되고, 조사(照射)된 광원(光原)을 분리시켜, 분리된 각각의 광원(光原)이 직각을 이루도록 하는 빔스플리터수단(200);
상기 빔스플리터수단(200)으로 인하여, 광원(光原)으로부터 분리된 제 1광원(L1)이 입사(入射), 입사(入射)된 제 1광원(L1)을 그대로 흡수하는 광흡수수단(300);
상기 빔스플리터수단(200)으로 인하여, 광원(光原)으로부터 분리된 제 2광원(L2)에 의해 상(像)을 제공하는 물체정보입력수단(400);
상기 물체정보입력수단(400)으로부터 입력되는 상(像)을 인식하는 수광소자수단(500);으로 구성되어,
물체정보입력수단(400)을 통해 입력, 수광소자수단(500)에 의해 인식되는 상(像)의 선명도가 극대화되도록 하는 것을 특징으로 한다.
좀 더 구체적으로 설명하면,
본 발명은,
경통(600) 일측에 형성된 광원수단(100)을 통해, 경통(600) 내부로 들어오는 광원(光源)을 빔스플리터수단(200)에 의해 분리시켜, 하나의 광원(L2, 제 2광원)은 물체면(object)으로 입사(入射)되어 수광소자수단(500)에 상(像)이 맺히도록 하고, 또 다른 하나의 광원(L1, 제 1광원)은 광흡수수단(300)에 의해 흡수되도록 하여, 또 다른 하나의 광원(L1, 제 1광원)이 경통(600) 내부에서 반사되어 수광소자수단(500)으로 입력되는 상(像)에 노이즈를 발생시키거나, 경통(600) 내부에서 반사된 또 다른 하나의 광원(L1, 제 1광원)이 경통(600) 외부로 방출되어 물체면(object)에 입사(入射)되는 것을 방지함으로서, 빔스플리터수단(300)에 의해 분리된 하나의 광원(L2, 제 2광원)만이 물체면(object)에 입사(入射)되도록 하여, 수광소자수단(500)에 노이즈가 미연에 방지되어 선명도가 향상된 상(像)이 맺히도록 하기 위한 광학 시스템에 대한 것이다.
즉, 경통(600)을 기준하여, 상(像)을 얻고자 하는 물체면(object)과 수광소자수단(500)이 대향(對向)하여 배치되고, 광원(光源)을 방출시키는 광원수단(100)은 상기 대향(對向)하여 배치된 물체면(object)과 수광소자수단(500) 사이의 경통(600) 일측에 배치되고, 광원수단(100)으로부터 방출되는 광원(光源)이 경통(600) 내부의 내측벽에 위치된 빔스플리터수단(200)에 입사(入射), 분리되어, 제 2광원(L2)은 물체면(object)으로, 제 1광원(L1)은 경통(600) 내부의 내측면에 형성된 광흡수수단(300)으로 흡수되어, 제 1광원(L1)이 경통(600) 내부의 내측면에 조사(照射)되어 경통(600) 외부로 방출되거나, 수광소자수단(500)으로 입사(入射)되어 수광소자수단(500)으로 들어오는 물체면(object)의 상(像)에 노이즈를 발생시키는 것을 방지함으로서, 상(像)의 해상도(선명도) 및 명암비가 현저히 개선되도록 한다.
이때, 상술한 바와 같이,
빔스플리터수단(200)은,
경통(600) 내부의 일정 위치에 설치되고,
또한, 광흡수수단(300)은,
제 1실시 예로서,
경통(600) 내부의 일정 위치에 설치되거나,
제 2실시 예로서,
경통(600) 내부의, 빔스플리터수단(200)을 통과한 제 1광원(L1)이 입사(入射)되는 면에 코팅될 수 있다.
또한, 물체정보입력수단(400)은,
경통(600) 내부의, 빔스플리터수단(200)과, 경통(600) 외부의 물체면(object) 사이에 위치하여, 텔레센트릭(telecentric) 각도 및 색수차(chromatic aberration)를 조절, 보정하는 제 1렌즈군(410);
경통(600) 내부의, 빔스플리터수단(200)과 수광소자수단(500) 사이에 위치하여, MTF(modulation transfer function) 및 분해능(resolving power)과 왜곡수차(distortion)와 상면만곡(curvature of image field)을 보정하는 제 2렌즈군(420);으로 구성되어,
측정자가 왜곡 없는 정확한 상(像)을 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 피검출 소자인 물체면(object)과 빔스플리터수단(200) 사이에는 하나 이상의 렌즈가 설치된 제 1렌즈군(410)이 배치될 수 있으며,
제 1렌즈군(410)은 일례로,
텔레센트릭(telecentric) 각도를 조절하는 1번렌즈(411);와,
색수차(chromatic aberration)를 보정해 주는 2번3번접합렌즈(412); 및
색수차(chromatic aberration)를 보정해 주는 4번5번접합렌즈(413);로 구성될 수 있다.
또한, 빔스플리터수단(200)과 수광소자수단(500) 사이에는 하나 이상의 렌즈가 설치된 제 2렌즈군(420)이 배치될 수 있으며,
제 2렌즈군(420)은 일례로,
MTF(modulation transfer function) 및 분해능(resolving power) 성능을 향상시키는 6번7번접합렌즈(421);와,
왜곡수차(distortion)와 상면만곡(curvature of image field)을 보정해 주는 8번렌즈(422); 및
수광소자수단(500)에 최종 상(像)으로 결상되게 하는 9번렌즈(423);로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템과 종래의 광학 시스템 간의 성능 대비표를 간략하게 나타낸 것이다.
이를 참조하여 간략하게 설명하면,
광흡수수단(300)을 별도로 설치한 제 1실시 예와, 경통(600) 내부의 내측벽에 광흡수수단(300)이 코팅된 제 2실시 예와, 종래의 광흡수수단(300)이 설치되지 않은 광학 시스템인 비교 예에 관한 수광소자수단(500)에 맺히는 상(像)의 명암비를 수치로 나타낸 것이다.
결과를 살펴보면,
30[%] 정도의 명암비가 개선된 것을 알 수 있다.
즉, 제 1실시 예와 제 2실시 예의 상(像)의 선명도가 개선된다.
이는, 빔스플리터수단(200)을 그대로 투과한 제 2광원(L2)이, 경통(600) 내부의 내측면으로 입사(入射), 내측면으로부터 반사되어 경통(600) 외부로 방출되거나, 수광소자수단(500)에 입사(入射)되어, 수광소자수단(500)에 맺히는 상(像)에 왜곡을 발생시키는 것을 광흡수수단(300)으로 미연에 방지하기 때문이다.
한편, 도 5를 참조하여, 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법(2)에 대해 좀 더 상세하게 설명하면,
계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법(2)에 있어서,
경통(600)의 전방이 되는 전방하우징(610)에 제 1렌즈군(410)을 배치하는 제 1렌즈군배치단계(S100);
경통(600)의 후방이 되는 후방하우징(620)에 제 2렌즈군(420)을 배치하는 제 2렌즈군배치단계(S200);
경통(600)의 전방하우징(610)에 후방하우징(620)을 체결, 조립하는 광학시스템조립완료단계(S300);로 구성되되,
상기 제 1렌즈군배치단계(S100)는,
경통(600) 내부 일정 위치에 광흡수수단(300)을 부착한 빔스플리터수단(200)을 삽입, 고정하는 광흡수필터-빔스플리터고정단계(S110);
상기 광흡수수단(300)을 부착한 빔스플리터수단(200)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 4번5번접합렌즈(413)를 삽입, 4번5번접합렌즈스페이서기구물(SM2)을 삽입하여 4번5번접합렌즈(413)를 고정, 2번3번접합렌즈(412)와 일정 거리 이격되도록 하는 4번5번접합렌즈고정단계(S120);
상기 4번5번접합렌즈(413)의 전방, 경통(600) 내부 일정 위치에 2번3번접합렌즈(412)를 삽입, 2번3번접합렌즈스페이서기구물(SM1)을 삽입하여 2번3번접합렌즈(412)를 고정, 1번렌즈(411)와 일정 거리 이격되도록 하는 2번3번접합렌즈고정단계(S130);
상기 2번3번접합렌즈(412)의 전방, 경통(600) 내부 일정 위치에 1번렌즈(411)를 삽입, 1번렌즈링너트기구물(RN)을 체결하여 1번렌즈(411)를 고정시키는 1번렌즈고정단계(S140);로 구성되고,
제 2렌즈군배치단계(S200)는,
경통(600) 내부 일정 위치에 9번렌즈(423)를 삽입, 9번렌즈스페이서기구물(SM4)을 삽입하여 9번렌즈(423)를 고정, 8번렌즈(422)와 일정 거리 이격되도록 하는 9번렌즈고정단계(S210);
상기 9번렌즈(423)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 8번렌즈(422)를 삽입, 8번렌즈스페이서기구물(SM3)을 삽입하여 8번렌즈(422)를 고정, 6번7번접합렌즈(421)와 일정 거리 이격되도록 하는 8번렌즈고정단계(S220);
상기 8번렌즈(422)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 6번7번접합렌즈(421)를 삽입, 조리개 역할을 하는 6번7번접합렌즈스톱기구물(ST)을 체결하여 6번7번접합렌즈(421)를 고정시키는 6번7번렌즈고정단계(S230);로 구성되어,
물체면(object)의 상(像)이 수광소자수단(500)에 맺히도록 한다.
상기와 같이 본 발명은, 수광소자수단(500)으로 들어오는 상(像)에 노이즈가 발생되는 것을 방지하여, 상(像)을 선명하게 확인할 수 있도록 하기 위한 광학 시스템에 대한 기술이다.
이에, 본 발명은, 노이즈를 방지하기 위한 수단으로, 빔스플리터수단(200)을 이용하여 광원수단(100)에 의해 조사(照射)되는 광원(光源)을 분리, 광원(光源)으로부터 분리된 제 2광원(L2)은 물체면(object)으로, 제 1광원(L1)은 광흡수수단(300)으로 입사(入射)되도록 하되, 광흡수수단(300)으로 제 1광원(L1)을 흡수, 제 1광원(L1)에 의한 노이즈가 발생되지 않도록 한다.
이를, 수식으로 표현하면,
광원수단(100)으로부터 방출되는 광의 양을 'T'라 하고,
빔스플리터수단(200)에 의해 분리되어 물체면(object)으로 입사(入射)되는 광의 양을 'B',
빔스플리터수단(200)에 의해 분리되어 광흡수수단(300)으로 흡수되는 광의 양을 'A',
광흡수수단(300)으로부터 빠져나와 상(像)에 노이즈를 발생시키는 광의 양을 'A''라 할 때,
수광소자수단(500)으로 들어가는 광의 양은 'B+A''이다.
즉, 본 발명은 'A''를 최소화하기 위함이며,
이러한, 노이즈를 발생시키는 광의 양인 'A''는,
[식]
상기와 같은 [식]으로 표현될 수 있다.
여기서, 'R'은 광흡수수단(300)의 반사율이며,
'C'는 상수(경통(600)의 형상과 재질, 물체정보입력수단(400)의 배치에 따라 정해지는 수)이다.
따라서, 본 발명은, 'R'을 최소화하기 위해,
광흡수수단(300)은, 수직정렬나노튜브배열로 형성하여 제 1광원(L1)의 흡수율을 극대화하고,
'C'를 최소화하기 위해,
본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법(2)을 통해 물체정보입력수단(400)의 갯수 및 배열을 구체적으로 한정하여,
수광소자수단(500)에 맺히는 물체면(object)의 상(像)의 선명도가 개선되도록 한다.
하기의 [참고도]는 수직정렬나노튜브배열을 설명하기 위한 개념도로서,
미세나노튜브가 수직으로 정렬되어 있어, 수많은 미세나노튜브 사이로 제 1광원(L1)이 서로 수없이 반사하는 과정을 거치게 되어, 광흡수수단(300)으로 들어오는 제 1광원(L1)이 99.965[%] 흡수되도록 한다.
[참고도]
참고하여, 경통(600)은, 본 발명인 계측 및 검사 장비용 광학 시스템(1)의 구성요소가 서로 일정 길이 및 거리로 유지되도록 하는 하우징이며,
광흡수필터는, ND필터일 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
따라서, 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있으므로, 본 발명의 실시 예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 아니되며 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
본 발명은 계측 및 검사 장비용 광학 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 이를 제작하는 제작업 및 판매업, 본 발명이 적용되는 계측 및 검사 장비를 취급하는 각종산업, 특히, 광학 시스템을 이용하여 계측, 검사하는 품질관리업 등, 광학 시스템이 이용되는 다양한 산업분야 증진에 기여하는 데에 적용할 수 있다.
1: 계측 및 검사 장비용 광학 시스템
2: 계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법
100: 광원수단 200: 빔스플리터수단
300: 광흡수수단 400: 물체정보입력수단
410: 제 1렌즈군 411: 1번렌즈
412: 2번3번접합렌즈 413: 4번5번접합렌즈
420: 제 2렌즈군 421: 6번7번접합렌즈
422: 8번렌즈 423: 9번렌즈
500: 수광소자수단 600: 경통
610: 전방하우징 620: 후방하우징
S100: 제 1렌즈군배치단계 S110: 광흡수필터-빔스플리터고정단계
S120: 4번5번접합렌즈고정단계 S130: 2번3번접합렌즈고정단계
S140: 1번렌즈고정단계 S200: 제 2렌즈군배치단계
S210: 9번렌즈고정단계 S220: 8번렌즈고정단계
S230: 6번7번렌즈고정단계 S300: 광학시스템조립완료단계
L1: 제 1광원 L2: 제 2광원
RN: 1번렌즈링너트기구물 ST: 6번7번접합렌즈스톱기구물
SM1: 2번3번접합렌즈스페이서기구물 SM2: 4번5번접합렌즈스페이서기구물
SM3: 8번렌즈스페이서기구물 SM4: 9번렌즈스페이서기구물
2: 계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법
100: 광원수단 200: 빔스플리터수단
300: 광흡수수단 400: 물체정보입력수단
410: 제 1렌즈군 411: 1번렌즈
412: 2번3번접합렌즈 413: 4번5번접합렌즈
420: 제 2렌즈군 421: 6번7번접합렌즈
422: 8번렌즈 423: 9번렌즈
500: 수광소자수단 600: 경통
610: 전방하우징 620: 후방하우징
S100: 제 1렌즈군배치단계 S110: 광흡수필터-빔스플리터고정단계
S120: 4번5번접합렌즈고정단계 S130: 2번3번접합렌즈고정단계
S140: 1번렌즈고정단계 S200: 제 2렌즈군배치단계
S210: 9번렌즈고정단계 S220: 8번렌즈고정단계
S230: 6번7번렌즈고정단계 S300: 광학시스템조립완료단계
L1: 제 1광원 L2: 제 2광원
RN: 1번렌즈링너트기구물 ST: 6번7번접합렌즈스톱기구물
SM1: 2번3번접합렌즈스페이서기구물 SM2: 4번5번접합렌즈스페이서기구물
SM3: 8번렌즈스페이서기구물 SM4: 9번렌즈스페이서기구물
Claims (6)
- 계측 및 검사 장비용 광학 시스템(1)에 있어서,
광원(光源)을 방출하는 발광원(發光原)인 광원수단(100);
상기 광원수단(100)으로부터 방출된 광원(光原)이 조사(照射)되고, 조사(照射)된 광원(光原)을 분리시켜, 분리된 각각의 광원(光原)이 직각을 이루도록 하는 빔스플리터수단(200);
상기 빔스플리터수단(200)으로 인하여, 광원(光原)으로부터 분리된 제 1광원(L1)이 입사(入射), 입사(入射)된 제 1광원(L1)을 그대로 흡수하는 광흡수수단(300);
상기 빔스플리터수단(200)으로 인하여, 광원(光原)으로부터 분리된 제 2광원(L2)에 의해 상(像)을 제공하는 물체정보입력수단(400);
상기 물체정보입력수단(400)으로부터 입력되는 상(像)을 인식하는 수광소자수단(500);으로 구성되어,
물체정보입력수단(400)을 통해 입력, 수광소자수단(500)에 의해 인식되는 상(像)의 선명도가 극대화되도록 하는 것을 특징으로 하는 계측 및 검사 장비용 광학 시스템. - 제 1항에 있어서,
빔스플리터수단(200)은,
경통(600) 내부의 일정 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 계측 및 검사 장비용 광학 시스템. - 제 1항에 있어서,
광흡수수단(300)은,
경통(600) 내부의 일정 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 계측 및 검사 장비용 광학 시스템. - 제 1항에 있어서,
광흡수수단(300)은,
경통(600) 내부의, 빔스플리터수단(200)을 통과한 제 1광원(L1)이 입사(入射)되는 면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 계측 및 검사 장비용 광학 시스템. - 제 1항에 있어서,
물체정보입력수단(400)은,
경통(600) 내부의, 빔스플리터수단(200)과, 경통(600) 외부의 물체면(object) 사이에 위치하여, 텔레센트릭(telecentric) 각도 및 색수차(chromatic aberration)를 조절, 보정하는 제 1렌즈군(410);
경통(600) 내부의, 빔스플리터수단(200)과 수광소자수단(500) 사이에 위치하여, MTF(modulation transfer function) 및 분해능(resolving power)과 왜곡수차(distortion)와 상면만곡(curvature of image field)을 보정하는 제 2렌즈군(420);으로 구성되어,
측정자가 왜곡 없는 정확한 상(像)을 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 계측 및 검사 장비용 광학 시스템. - 계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법(2)에 있어서,
경통(600)의 전방이 되는 전방하우징(610)에 제 1렌즈군(410)을 배치하는 제 1렌즈군배치단계(S100);
경통(600)의 후방이 되는 후방하우징(620)에 제 2렌즈군(420)을 배치하는 제 2렌즈군배치단계(S200);
경통(600)의 전방하우징(610)에 후방하우징(620)을 체결, 조립하는 광학시스템조립완료단계(S300);로 구성되되,
상기 제 1렌즈군배치단계(S100)는,
경통(600) 내부 일정 위치에 광흡수수단(300)을 부착한 빔스플리터수단(200)을 삽입, 고정하는 광흡수필터-빔스플리터고정단계(S110);
상기 광흡수수단(300)을 부착한 빔스플리터수단(200)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 4번5번접합렌즈(413)를 삽입, 4번5번접합렌즈스페이서기구물(SM2)을 삽입하여 4번5번접합렌즈(413)를 고정, 2번3번접합렌즈(412)와 일정 거리 이격되도록 하는 4번5번접합렌즈고정단계(S120);
상기 4번5번접합렌즈(413)의 전방, 경통(600) 내부 일정 위치에 2번3번접합렌즈(412)를 삽입, 2번3번접합렌즈스페이서기구물(SM1)을 삽입하여 2번3번접합렌즈(412)를 고정, 1번렌즈(411)와 일정 거리 이격되도록 하는 2번3번접합렌즈고정단계(S130);
상기 2번3번접합렌즈(412)의 전방, 경통(600) 내부 일정 위치에 1번렌즈(411)를 삽입, 1번렌즈링너트기구물(RN)을 체결하여 1번렌즈(411)를 고정시키는 1번렌즈고정단계(S140);로 구성되고,
제 2렌즈군배치단계(S200)는,
경통(600) 내부 일정 위치에 9번렌즈(423)를 삽입, 9번렌즈스페이서기구물(SM4)을 삽입하여 9번렌즈(423)를 고정, 8번렌즈(422)와 일정 거리 이격되도록 하는 9번렌즈고정단계(S210);
상기 9번렌즈(423)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 8번렌즈(422)를 삽입, 8번렌즈스페이서기구물(SM3)을 삽입하여 8번렌즈(422)를 고정, 6번7번접합렌즈(421)와 일정 거리 이격되도록 하는 8번렌즈고정단계(S220);
상기 8번렌즈(422)의 전방, 경통(600) 내부의 일정 위치에 6번7번접합렌즈(421)를 삽입, 조리개 역할을 하는 6번7번접합렌즈스톱기구물(ST)을 체결하여 6번7번접합렌즈(421)를 고정시키는 6번7번렌즈고정단계(S230);로 구성되어,
물체면(object)의 상(像)이 수광소자수단(500)에 맺히도록 하는 것을 특징으로 하는 계측 및 검사 장비용 광학 시스템의 설계방법.
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| KR1020190078171A KR102200281B1 (ko) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 계측 및 검사 장비용 광학 시스템 및 방법 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100227226B1 (ko) | 1996-07-09 | 1999-12-01 | 이시다 아키라 | 분광 반사광량 측정용 광학시스템 |
| KR100716812B1 (ko) | 2004-11-04 | 2007-05-09 | 삼성전기주식회사 | 수차보정소자, 이를 구비한 광학시스템 및 광학기기 |
| KR20110038602A (ko) * | 2008-07-30 | 2011-04-14 | 가부시기가이샤니레꼬 | 막 두께 측정 장치 및 막 두께 측정 방법 |
| KR20140060300A (ko) * | 2011-08-29 | 2014-05-19 | 암젠 인크 | 유체 내 미용해된 입자의 비파괴적 검출을 위한 방법 및 장치 |
-
2019
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