KR20130105267A

KR20130105267A - 초점 위치 변경 장치 및 이를 이용한 공초점 광학 장치

Info

Publication number: KR20130105267A
Application number: KR1020120118659A
Authority: KR
Inventors: 미쯔히로 이시하라
Original assignee: 가부시키가이샤 다카오카 세이사쿠쇼
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: US9435982B2; TWI486555B; US20130242396A1; JP2013190624A; CN103309030B; TW201337215A; KR101428864B1; JP5973756B2; CN103309030A

Abstract

일 실시예에 따르면, 초점 위치 변경 장치는 광원 및 대물 렌즈를 갖는 공초점 광학 장치의 광로 상에 제공되며, 상기 대물 렌즈의 초점 위치를 상기 대물 렌즈의 광축 방향으로 변경하도록 구성된다. 상기 초점 위치 변경 장치는 적어도 복수의 광로 변경 부품들 및 회전판을 포함한다. 상기 복수의 광로 변경 부품들 각각은 굴절률 및 두께 중 적어도 하나가 서로 다르다. 상기 회전판 상에서, 상기 복수의 광로 변경 부품들은 상기 대물 렌즈의 광축과 교차하도록 상기 회전판의 회전 방향을 따라 배열된다. 또한, 상기 광원 측 상의 상기 회전판의 표면 상의 기설정된 영역에 반사 방지 층이 형성된다.

Description

초점 위치 변경 장치 및 이를 이용한 공초점 광학 장치{FOCUS POSITION CHANGING APPARATUS AND CONFOCAL OPTICAL APPARATUS USING THE SAME}

본 명세서에 기술된 실시예들은 일반적으로 공초점(confocal) 광학계에서 사용되며 대물 렌즈(objective lens)의 초점 위치를 대물 렌즈의 광축(optical axis) 방향으로 변경하는 초점 위치 변경 장치에 관한 것이며, 또한 그러한 초점 위치 변경 장치를 이용한 공초점 광학 장치에 관한 것이다.

공초점 광학 장치는 공초점 광학계를 이용하는 광학 장치로서, 피 계측체 표면의 입체 형상을 계측하기 위한 계측 장치로서 사용되거나, 또는 피 계측체 표면을 계측하기 위한 현미경으로서 사용된다. 이러한 목적으로 공초점 광학 장치가 사용되는 경우, 공초점 광학 장치는 피 계측체 표면 상의 각 점에 초점이 맞추어질 필요가 있다. 이러한 이유로, 많은 경우에, 공초점 광학 장치에는 대물 렌즈의 초점 위치를 변경하기 위한 초점 위치 변경 장치가 제공되어 있다.

종래에는, 이러한 형태의 초점 위치 변경 장치로서, 초점 위치 변경 장치가 JP-A 9-126739에 개시되어 있다.

JP-A 9-126739에 개시된 초점 위치 변경 장치는 공초점 광학계에 제공되며 두께 및 굴절률 중 하나가 서로 상이한 복수의 평행판 형상의 투명체들을 포함하며, 또한 복수의 투명체들이 배열되는 회전체를 포함한다. 이 초점 위치 변경 장치는 대물 렌즈의 초점 위치를 투명체들의 두께 또는 굴절률에 따라서 광축 방향(피 계측체의 높이 방향)으로 변경할 수 있도록 구성된다. 투명체들은 회전체의 회전과 연동하여 연속해서 광축과 교차하도록 되어 있다. 이러한 이유로, 이러한 형태의 회전체를 이용하는 초점 위치 변경 장치를 이용하면, 대물 렌즈의 초점 위치는 대물 렌즈의 초점 위치가 고정되고 피 계측체의 장착 베이스가 이동하는 경우와 비교하여, 정밀하고 초고속으로 변경될 수 있다.

그러나, 그러한 회전체를 이용한 초점 위치 변경 장치가 사용되는 경우, 회전체 자체가 광축과 교차하는 기간이 발생한다. 회전체 자체가 광축과 교차하면, 회전체에 의해 광빔이 반사된다. 회전체에 의해 반사된 광빔은 원래는 피 계측체에 의해 반사된 광빔을 이용하는 공초점 촬상 시스템에는 불필요하며, 따라서 회전체에 의해 반사된 광빔을 감소시키는 것이 바람직하다.

반면에, 투명체들이 설치되는 회전체의 표면은 투명체의 경사로 인한 대물 렌즈의 초점 위치의 편차를 방지하기 위해 표면 연마 등에 의해 높은 평탄도를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 회전체 표면의 평탄도가 높으면, 표면의 반사율이 매우 높아진다. 반사율이 높아지면 회전체에 의해 반사되어 공초점 촬상 시스템에 입력되는 광빔의 량이 증가된다.

본 발명은 전술한 바에 비추어 이루어진 것으로, 따라서 본 발명의 목적은 광빔이 회전체에 의해 반사되지 않도록 억제할 수 있는 초점 위치 변경 장치를 제공하며, 그러한 초점 위치 변경 장치를 이용한 공초점 광학 장치를 제공하는 것이다.

전술된 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따른 초점 위치 변경 장치는 광원 및 대물 렌즈를 갖는 공초점 광학 장치의 광로 상에 제공되며 상기 대물 렌즈의 초점 위치를 상기 대물 렌즈의 광축 방향으로 변경하도록 구성된 초점 위치 변경 장치이다. 상기 초점 위치 변경 장치는 복수의 광로 변경 부품들, 회전판 및 구동 유닛을 포함한다. 상기 복수의 광로 변경 부품들 각각은 평행판 형상의 투명체로 형성되며 굴절률 및 두께 중 적어도 하나가 서로 다르다. 상기 회전판 상에서, 상기 복수의 광로 변경 부품들은 상기 대물 렌즈의 광 축과 교차하도록 상기 회전판의 회전 방향을 따라 배열된다. 또한, 상기 광원 측 상의 상기 회전판의 표면 상의 기설정된 영역에 반사 방지 층이 형성된다. 상기 구동 유닛은 상기 회전판을 회전시킨다.

전술한 초점 위치 변경 장치, 및 공초점 광학 장치를 이용하면, 광빔이 회전체에 의해 반사되지 않도록 억제될 수 있다.

본 명세서에 포함되며 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예들을 예시하며, 전술한 개괄적인 설명 및 후술하는 실시예들의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초점 위치 변경 장치를 구비한 공초점 광학 장치의 구성예를 도시하는 전체 개략도이다.
도 2는 초점 위치 변경부의 구성예를 도시하는 사시도이다.
도 3은 광로 변경부가 피 계측체 측 표면 상에 제공되는 경우에 회전판의 일부의 구성예를 도시하는 평면도이다.
도 4는 초점 위치 변경부의 구성예의 일부를 도시하며, 도 3의 라인 A-A를 따라 절취하고 외측 둘레 측면에서 본 아크 형상 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 초점 위치 변경부의 구성예에서 회전판의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 (초점 위치 변경부를 포함하는) 공초점 광학 장치의 구성예를 도시하는 전체 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 (초점 위치 변경부를 포함하는) 공초점 광학 장치의 구성예를 도시하는 전체 개략도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 초점 위치 변경 장치 및 그러한 초점 위치 변경 장치를 이용한 공초점 광학 장치에 대해 설명할 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초점 위치 변경 장치를 구비한 공초점 광학 장치는 2차원 배열 형태의 공초점 개구 어레이 또는 닙코(Nipkow) 디스크를 갖는 공초점 광학계를 이용함으로써 피 계측체의 표면의 입체 형상을 계측하기 위한 계측 장치로서 사용되거나, 또는 피 계측체의 표면 형상을 관측하기 위한 현미경으로서 사용된다. 피 계측체의 예는 대량 생산되는 IC 패키지와 같은 부품의 (예를 들어, 수십 내지 수백 미크론의 크기를 갖는) 전극 단자를 포함한다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초점 위치 변경 장치를 구비한 공초점 광학 장치의 구성예를 도시하는 전체 개략도이다. 이하의 설명에서는, 광축 방향이 Z축 방향으로 설정되고 광축 방향에 수직인 방향이 X축 방향 및 Y축 방향으로 설정되는 경우가 예로서 설명된다는 점을 주목하자. 또한, 이하의 설명에서는, 초점 위치 변경 장치를 구비한 공초점 광학 장치가 피 계측체의 표면의 입체 형상을 계측하기 위한 계측 장치로서 사용되는 경우의 예가 설명된다.

공초점 광학 장치(10)는 광원(11a)을 갖는 조명 광학계(11), 주 표면이 조명 광학계(11)의 광축 방향에 수직이 되도록 배열되는 개구판(12), 대물 렌즈(13), 초점 위치 변경부(14), 피 계측체(15)를 장착하기 위한 장착 베이스(16), 피 계측체(15)에 의해 반사된 광빔을 수광하는 복수의 광 검출기(17a)를 갖는 광 검출기 그룹(17), 장착 베이스(16)를 XYZ 방향 각각으로 이동시키기 위한 장착 베이스 구동부(18), 장착 베이스(16) 및 장착 베이스 구동부(18)를 지지하기 위한 지지 베이스(19), 및 화상 처리 장치(20)를 포함한다. 장착 베이스 구동부(18)는 장착 베이스 Z 변위부(21) 및 장착 베이스 XY 변위부(22)를 포함한다.

광원(11a)으로서, 예를 들면, 할로겐 램프, 및 레이저 등이 사용될 수 있다. 광원(11a)으로부터 방출되는 광은 조명 렌즈(23)를 통해 면 조명 광속(planar illumination luminous flux)으로 형성된다. 이 광은 편광 빔 분리기(24)를 통해 개구판(12)을 조명한다.

개구판(12)은 각각이 공초점 개구로서 기능하는 복수의 개구들(25)을 포함한다. 복수의 개구들(25)을 개구판(12)에 형성하는 것만 필요할 뿐이다. 개구판(12)으로서, 개구들(25)이 2차원으로 배열되어 개구 어레이를 형성하는 개구판이 사용될 수 있거나, 또는 소위 닙코 디스크도 또한 사용될 수 있다. 닙코 디스크가 사용되는 경우, 닙코 디스크는 구동 기구(도시되지 않음)에 의해 회전가능하게 구동된다.

각각의 개구(25)를 통과한 광빔은 초점 위치 변경부(14)를 통해 대물 렌즈(13)에 조사된다. 광빔은 이어서 개구(25)와 공액인 점(물체 측 집광점)에서 집광되도록 대물 렌즈(13)에 의해 피 계측체(15)에 조사된다. 물체 측 집광점들 각각은 광축 방향에 수직이 되도록 Z축 방향의 기설정된 위치에서 형성되는 표면(이하 물체 측 집광 표면이라 지칭함) 상에 위치한다. 대물 렌즈(13)는, 예를 들어, 양면 텔레센트릭 광학계를 형성하기 위해 복수의 렌즈 및 다이어프램(diaphragms)으로 구성될 수 있음을 주목하자.

장착 베이스 Z 변위부(21)는 스테핑 모터, 서보 모터 또는 피에조 모터와 같은 일반적인 구동 장치로 구성되며, 장착 베이스(16)를 광축 방향으로 변위시킨다. 변위의 양, 방향, 및 타이밍은 Z축 드라이버(30)를 통해 화상 처리 장치(20)에 의해 제어된다. 장착 베이스 Z 변위부(21)는, 예를 들어, 계측 시작 전에 장착 베이스(16)를 광축 방향으로 대략적으로 변위시킨다.

도 2는 초점 위치 변경부(14)의 구성예를 도시하는 사시도이다. 도 2는 광로 변경 부품들(31)이 피 계측체 측의 표면 상에 제공되는 경우의 예를 도시한다.

각각이 평행판 형상의 투명체로 구성된 광로 변경 부품들(31) 각각이 대물 렌즈(13)의 광로에 배열되는 경우, 대물 렌즈(13)의 물체 측 집광 표면의 위치는 Z 방향으로 이동된다. 초점의 이동 범위는 광로 변경 부품(31)의 굴절률 및 두께에 의해 제어될 수 있다.

이러한 이유로, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각이 상이한 초점의 이동 범위를 갖는 광로 변경 부품들(31)은 회전판(32)의 회전 방향을 따라 일정한 간격으로 회전판(32) 상에 배열된다. 회전판(32)이 모터와 같은 구동부(33)에 의해 기설정된 속도로 연속해서 회전되면, 대물 렌즈(13)의 물체 측 집광 표면의 위치는 광로 변경 부품들(31) 각각이 대물 렌즈(13)의 광축과 교차할 때마다 Z 방향(광축 방향)으로 이산적으로(단계적으로) 이동될 수 있다. 회전판(32) 상에 배열된 광로 변경 부품들(31) 중 일부는 각각 동일한 굴절률 및 두께와 동일한 초점 이동 범위를 가질 수 있음을 주목하자.

회전판(32)의 회전 상태는 타이밍 센서(34)에 의해 검출된다. 타이밍 센서(34)의 출력은 화상 처리 장치(20)로 전송된다. 광로 변경 부품들(31) 각각을 물체 측 집광점의 Z축 좌표와 연관시킨 정보는 화상 처리 장치(20)에 미리 저장된다. 타이밍 센서(34)의 출력에 기초하여, 화상 처리 장치(20)가 광로 변경 부품들(31) 각각이 광축과 교차하는 타이밍에서 광 검출기 그룹(17)의 노광을 반복하면, 복수의 이산 물체 측 집광점들의 각 위치에서 고속으로 용이하게 촬상이 수행될 수 있다.

또한, 구동부(33) 역시 화상 처리 장치(20)에 의해 제어가능하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 화상 처리 장치(20)는 회전판(32)의 회전 속도를 제어할 수 있다.

도 2는 각각이 복수의 광로 변경 부품들(31)에 대응하는 복수의 광빔 통과부들(35)이 회전판(32)의 관통 개구들로서 형성되는 경우의 예를 도시하며, 여기서 광로 변경 부품(31)은 광원(11a)에 대향하는 측면 상의 회전판(32)의 표면(이하 피 계측체 측 표면이라 지칭함)(37) 상에 제공되며, 광로 변경 부품(31)은 광원 측 상의 회전판(32)의 표면(36)(이하 광원 측 표면이라 함) 상에 제공되지 않는다는 것을 주목하자. 이 경우, 개구(25)를 통과한 광빔은 관통 개구로서 광빔 통과부(35)를 통과하며 이어서 피 계측체(15)를 향해서 광로 변경 부품(31)을 통과한다.

또한, 이하의 설명에서는, 광빔 통과부(35) 및 광로 변경 부품(31)이 원형상을 갖는 경우의 예가 설명되지만, 광빔 통과부(35) 및 광로 변경 부품(31)의 형상은 타원 형상, 및 다각형상 등이 될 수 있다.

특정 물체(15)에 의해 반사된 광빔들 중에서, 특히 물체 측 집광점에서 반사된 광빔은 물체 측 집광점과 광학적으로 공액 관계를 갖는 점(이하 화상 측 집광점이라 지칭함)에서 대물 렌즈(13)에 의해 집광된다. 점 광원으로서 기능하는 개구(25)는 물체 측 집광점에 일대일로 대응한다. 본 실시예에서는, 화상 측 집광점이 점 광원으로서 기능하는 개구(25)와 일치하는 경우의 예가 설명된다. 이 경우, 개구(25)를 통과한 광빔은 물체 측 집광점에서 집광되고, 물체 측 집광점에서 반사되어 개구(25)에 다시 입사된다.

개구(25)에 다시 입사된 광빔은 편광 빔 분리기(24)에 의해 편향되어, 촬상 광학계(38)에 입사되고 광 검출기 그룹(17)을 구성하는 광 검출기(17a)에 입사된다. 여기서, 촬상 광학계(38)는 개구(25)의 화상이 광 검출기 그룹(17)의 광전 변환 표면 상에 형성되도록 구성된다. 개구(25)(화상 측 집광점) 및 개구(25)에 대응하는 위치에 배열된 광 검출기(17a)는 편광 빔 분리기(24) 및 촬상 광학계(38)에 의해 서로 광학적으로 공액 관계로 설정된다.

광 검출기 그룹(17)은 소위 2차원 화상 센서이다. 광 검출기 그룹(17)을 구성하는 광 검출기(17a)는 CCD(전하 결합 소자) 화상 센서 또는 CMOS(상보형 금속 산화물 반도체) 화상 센서로 구성된다. 광 검출기(17a)는 조사된 광빔의 강도에 대응하는 신호를 화상 처리 장치(20)로 출력한다. 또한, 광 검출기 그룹(17)에 의한 광 검출의 타이밍은 화상 처리 장치(20)에 의해 제어된다.

광 검출기 그룹(17)으로부터 출력되는 신호를 수신한 화상 처리 장치(20)는 수신된 신호를 화상(이하 공초점 화상이라 지칭함)를 생성하기 위한 화상 데이터(이하 공초점 화상 데이터라 지칭함)로서 사용할 수 있다. 또한, 화상 처리 장치(20)는, 예를 들어, 각 노광마다, 공초점 화상 데이터에 기초하여 공초점 화상을 발생할 수 있다. 화상 처리 장치(20)가 광 검출기 그룹(17)의 각 노광마다 광 검출기 그룹(17)의 출력 신호를 획득할 수 있다면, 화상 처리 장치(20)는 이 출력 신호에 기초하여 입체 형상 계측을 수행할 수 있으며, 따라서 공초점 화상을 반드시 발생할 필요는 없다.

화상 처리 장치(20)는 일반적인 개인용 컴퓨터와 같이, CPU와 같은 연산 처리부, 연산 처리부에 의해 판독 및 기록이 가능한 기억부, 입력부, 및 표시부 등을 갖는 정보 처리 장치로 구성될 수 있다. 화상 처리 장치(20)의 연산 처리부는 적어도 입체 형상 계측에 필요한 연산 처리, 및 공초점 광학 장치(10)의 동작에 대한 전체 제어를 수행한다.

장착 베이스 구동부(18)의 장착 베이스 XY 변위부(22)는 장착 베이스(16)를 광축 방향에 수직인 방향으로 변위시킨다. 예를 들어, 장착 베이스 XY 변위부(22)는 계측들 사이의 각 간격으로 XY 표면의 계측 대상 영역을 이동시키는데 사용된다.

장착 베이스 XY 변위부(22)는 X축 방향 및 Y축 방향으로 장착 베이스(16)의 위치설정을 각각 수행하는 X축 변위 기구(41) 및 Y축 변위 기구(42)를 포함한다. X축 변위 기구(41) 및 Y축 변위 기구(42) 각각은, 예를 들어, 서보 모터로 구성되며, X축 변위 기구(41) 및 Y축 변위 기구(42) 각각의 변위의 양, 방향, 및 타이밍은 XY축 드라이버(45)를 통해 화상 처리 장치(20)에 의해 제어된다.

다음에, 초점 위치 변경부(14)의 구성에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 광로 변경 부품(31)이 피 계측체 측 표면(37) 상에 제공되는 경우에 회전판(32)의 일부의 구성예를 도시하는 평면도이다.

회전판(32)의 회전에 따라서, 광원(11a)의 광빔들은 광원 측 표면(36) 상의 줄무늬 형상의 영역(이하 광 조사 영역이라 지칭함)(50)에 조사된다. 그러나, 광빔들이 피 계측체(15)를 향하여 통과하게 되는 회전판(32)의 영역은 단지 광빔 통과부(35)일 뿐이다. 예를 들어, 회전판(32)이 금속 부재와 같은 높은 반사율 부재로 형성되는 경우, 그리고 광빔 통과부(35)가 관통 개구로 구성되는 경우, 광빔 통과부(35)에서 반사가 일어나지 않는다. 그러나, 회전판(32)의 광원 측 표면(36)의 영역이면서, 광빔 통과부(35)를 제외한 광 조사 영역(50)에 속하는 영역에 조사된 광빔들이 광원 측으로 반사되어 광 검출기 그룹(17)에 입사하게 되는 경우가 있다.

여기서, 광로 변경 부품들(31)의 경사로 인한 화상들의 횡방향 편차를 방지하기 위해서, 광로 변경 부품들(31)이 설치되는 회전판(32)의 표면은 연마 등에 의해 높은 편평도를 갖도록 형성되어 매우 높은 반사율을 갖는다. 이러한 이유로, 광로 변경 부품(31)의 설치 표면이 회전판(32)의 광원 측 표면(36)으로서 설정되면, 광원 측 표면(36)에 의해 반사되어 광 검출기 그룹(17)에 입사되는 광빔들의 양은 상당히 증가된다.

이에 대처하기 위해, 본 실시예에 따른 초점 위치 변경부(14)는 광로 변경 부품들(31)이 피 계측체 측 표면(37) 상에 설치되어 광원 측 표면(36)에 의해 반사된 광빔들의 양이 억제될 수 있도록 한다.

도 4는 초점 위치 변경부(14)의 구성예의 일부를 도시하며, 도 3의 라인 A-A를 따라 절취하고 외측 둘레 측면에서 본 아크 형상 단면도이다.

도 4에 도시된 초점 위치 변경부(14)의 구성예에서, 광빔 통과부(35)는 관통 개구로 구성된다. 또한, 광로 변경 부품(31)은 회전판(32)의 피 계측체 측 표면(37) 상에 그리고 광빔 통과부(35)에 대응하는 위치에 제공된다. 이 경우, 피 계측체 측 표면(37)은 미리 연마 등에 의해 높은 평탄도를 갖도록 형성된다. 한편, 적어도 광빔 통과부(35)를 제외한 광원 측 표면(36)의 영역이면서, 광 조사 영역(50)에 속하는 영역에 반사 방지 층(51)이 형성된다.

반사 방지 층(51)은 회전판(32)에 부착된 반사 방지 물질, 회전판(32)에 도포된 흑색계 도료, 및 회전판(32)의 표면을 조면화함으로써 형성되는 층 중 하나로 형성될 수 있거나, 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다.

제1 구성예에 따른 초점 위치 변경부(14)를 이용하면, 광원 측 표면(36)에 조사된 광빔들의 반사는 반사 방지 층(51)에 의해 억제될 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 초점 위치 변경부(14)의 구성예에서 회전판(32)의 변형예를 도시하는 도면이다.

회전판(32)은 금속판과 같은 높은 반사율 부재로 구성될 수 있으며, 또한 투명체로 구성될 수 있다. 회전판(32)이 투명체로 구성되는 경우, 투명체는 광빔 통과부(35)로서 그대로 사용될 수 있으며, 따라서 광빔 통과부(35)로서 관통 개구를 형성할 필요는 없다. 즉, 회전판(32)이 투명체로 구성되는 경우, 회전판(32)은 전체적으로 광빔 통과부(35)를 포함하는 하나의 연속판으로서 구성될 수 있다.

회전판(32)이 광빔 통과부(35)의 영역(도 5에서 빗금친 부분)이 관통 개구를 형성하지 않고 그대로 둔 하나의 연속판으로서 형성되도록 투명체로 구성되는 경우, 도 4에 도시된 구성예에서 회전판(32)을 본 변형예에 따른 회전판(32)으로 교체하는 것이 필요할 뿐이다. 도 5는 도 4에 도시된 초점 위치 변경부(14)의 구성예에서 회전판(32)을 본 변형예에 따른 회전판(32)으로 교체하는 경우의 예를 도시한다.

본 실시예에 따른 초점 위치 변경부(14) 및 공초점 광학 장치(10)를 사용하면, 회전판(32)의 광원 측 표면(36)에 의해 반사된 광빔들은 광로 변경 부품(31)의 표면이 설치된 회전판(32)의 표면이 연마 등에 의해 높은 평탄도를 갖도록 형성된 상태에서 억제될 수 있어서, 의도하지 않은 광로 변경 부품(31)의 경사를 방지하게 된다. 그러므로, 본 실시예에 따른 초점 위치 변경부(14)를 이용한 공초점 광학 장치(10)를 사용하면, 고속으로 그리고 광축 방향으로 미세하게 초점 위치를 제어하는 것이 가능하며, 또한 광원 측 표면(36)에 의해 반사되는 광빔의 영향이 감소되는 화상을 획득하는 것이 가능하다.

(제2 실시예)

다음에, 본 발명에 따른 초점 위치 변경 장치 및 그러한 초점 위치 변경 장치를 이용한 공초점 광학 장치의 제2 실시예에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 (초점 위치 변경부(14)를 포함하는) 공초점 광학 장치(10A)의 구성예를 도시하는 전체 개략도이다.

제2 실시예로서 도시된 공초점 광학 장치(10A)는 초점 위치 변경부(14)가 대물 렌즈(13)에 대해서 피 계측체(15) 측에 제공된다는 면에서 제1 실시예로서 도시된 공초점 광학 장치(10)와 다르다. 공초점 광학 장치(10A)의 다른 구성 및 작용은 도 1에 도시된 공초점 광학 장치(10)의 구성 및 작용과 실질적으로 다르지 않으므로, 동일한 구성 요소 및 구성은 동일한 참조 부호 및 문자로 나타내며, 그 설명은 생략된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 초점 위치 변경부(14)는 피 계측체(15) 측에 제공될 수 있다. 또한, 공초점 광학 장치(10A)를 이용하면, 제1 실시예에 따른 공초점 광학 장치(10)와 동일한 작용 효과를 획득할 수 있다.

(제3 실시예)

다음에, 본 발명에 따른 초점 위치 변경 장치 및 그러한 초점 위치 변경 장치를 이용한 공초점 광학 장치의 제3 실시예에 대해 설명한다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 (초점 위치 변경부(14)를 포함하는) 공초점 광학 장치(10B)의 구성예를 도시하는 전체 개략도이다.

제3 실시예로서 도시된 공초점 광학 장치(10B)는 개구들(25)이 2차원으로 배열되어 개구 어레이를 형성하는 개구판이 개구판(12)으로서 사용되며, 개구판(12)이 광축 방향에 수직인 기설정된 방향으로 개구판 변위부(60)에 의해 선형으로 변위된다는 면에서 제1 실시예로서 도시된 공초점 광학 장치(10)와 다르다. 공초점 광학 장치(10B)의 다른 구성 및 작용은 도 1에 도시된 공초점 광학 장치(10)의 구성 및 작용과 실질적으로 다르지 않으므로, 동일한 구성 요소 및 구성은 동일한 참조 부호 및 문자로 나타내며, 그 설명은 생략된다.

일반적으로, 광빔들 사이의 크로스토크를 줄이기 위해서, 2차원 배열 형태의 개구 어레이의 개구들(25)이 기설정된 이격 거리만큼 서로 분리되도록 제공되는 것이 필요하다. 이러한 이유로, 2차원 배열 형태의 개구 어레이를 갖는 공초점 광학계에서, 광축에 수직인 면내 방향(in-plane direction)의 해상도가 이 이격 거리만큼 제한된다. 반면에, 최근, 고상 촬상 소자를 이용하는 2차원 화상 센서용으로서, 매우 많은 개수의 화소들을 갖는 화상 센서가 개발되었다.

이를 해소하기 위해, 본 실시예에서는, 광 검출기 그룹(17)이 노광되는 상태에서 광축 방향에 수직인 기설정된 방향으로 개구판(12)이 개구판 변위부(60)에 의해 선형으로 스캔되는 방식으로 하나의 개구(25)가 복수의 화소들에 대응하도록 되어 있다.

또한, 공초점 광학 장치(10B)를 이용하면, 제1 실시예에 따른 공초점 광학 장치(10)와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 공초점 광학 장치(10B)를 이용하면, 광축에 수직인 면내 방향으로 포착된 화상의 해상도를 더욱 개선하는 것이 가능하다.

특정한 실시예들이 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 예로서 제시되었으며, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다. 실제로, 본 명세서에 설명된 신규한 실시예들은 여러 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 더욱이, 본 발명의 정신으로부터 벗어남이 없이 본 명세서에 설명된 실시예들의 형태의 여러 생략, 대치 및 변경이 이루어질 수 있다. 첨부의 특허청구범위 및 그 등가물들은 본 발명의 범주 및 정신에 속하는 것으로서 그러한 형태 또는 변형을 망라하는 것으로 의도된다.

20: 화상 처리 장치
30: Z축 드라이버
45: XY축 드라이버
60: 개구판 변위부

Claims

광원 및 대물 렌즈를 갖는 공초점(confocal) 광학 장치의 광로 상에 제공되며 상기 대물 렌즈의 초점 위치를 상기 대물 렌즈의 광축 방향으로 변경하도록 구성된 초점 위치 변경 장치로서,
각각 평행판 형상의 투명체로 형성되며 굴절률 및 두께 중 적어도 하나가 서로 다르게 구성된 복수의 광로 변경 부품들;
회전판 - 상기 회전판 상에 상기 복수의 광로 변경 부품들이 상기 대물 렌즈의 광축과 교차하도록 상기 회전판의 회전 방향을 따라 배열되며, 상기 회전판은 상기 광원 측의 상기 회전판의 표면 상의 기설정된 영역에 형성된 반사 방지 층을 갖도록 구성됨 -; 및
상기 회전판을 회전시키도록 구성된 구동 유닛
을 포함하는 초점 위치 변경 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전판은 상기 복수의 광로 변경 부품들이 상기 광원 측의 상기 대물 렌즈의 광축과 교차하도록 상기 광원과 상기 대물 렌즈 사이의 광로 상에 제공된 초점 위치 변경 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전판은 상기 복수의 광로 변경 부품들에 각각 대응하도록 구성된 복수의 광빔 통과부를 포함하고,
상기 복수의 광로 변경 부품들 각각은 상기 광원 측과 반대측의 상기 회전판의 표면 상에 배치되며 상기 복수의 광빔 통과부들 각각에 대응하는 위치에 제공되며,
상기 기설정된 영역은 상기 광원 측의 상기 회전판의 표면 상의 영역이며, 상기 복수의 광빔 통과부들이 제공되는 영역들을 제외한 상기 광원의 광빔이 조사되는 영역을 적어도 포함하는 영역인 초점 위치 변경 장치.
제1항에 있어서,
상기 반사 방지 층은 상기 회전판에 부착된 반사 방지 물질, 상기 회전판에 도포된 흑색계 도료, 및 상기 회전판의 표면을 조면화함으로써 형성되는 층 중 어느 하나로 형성되는 초점 위치 변경 장치.
공초점 광학 장치로서,
광원;
복수의 공초점 개구들이 형성되는 개구판;
상기 복수의 공초점 개구들을 통과한 광빔들 각각을 물체 측 집광점(converging point)에 집광하고, 피 계측체에 집광된 광빔들의 반사에 의해 형성된 반사된 광빔들 각각을 물체 측 집광점들에 각각 대응하는 상기 공초점 개구들 각각에 다시 집광하도록 구성된 대물 렌즈;
각각 평행판 형상의 투명체로 형성되고 굴절률 및 두께 중 적어도 하나가 서로 다른 복수의 광로 변경 부품들, 회전판 - 상기 회전판 상에 상기 복수의 광로 변경 부품들이 상기 대물 렌즈의 광축과 교차하도록 상기 회전판의 회전 방향을 따라 배열되며, 상기 회전판은 상기 광원 측의 상기 회전판의 표면 상의 기설정된 영역에 형성된 반사 방지 층을 가짐 -, 및 상기 회전판을 회전시키도록 구성된 구동 유닛을 포함하도록 구성된 초점 위치 변경부 - 상기 초점 위치 변경부는 상기 광축과 교차하는 상기 광로 변경 부품이 상기 회전판의 회전에 의해 변경될 때마다 상기 대물 렌즈의 초점을 광축 방향으로 이산적으로 변경하도록 구성됨 -; 및
상기 피 계측체에 의해 반사되고 상기 공초점 개구에 다시 집광되는 광빔을 수광하도록 구성된 촬상 처리 시스템
을 포함하는 공초점 광학 장치.