KR101527764B1

KR101527764B1 - 3 dimension image measuring apparatus using a laser interferometer

Info

Publication number: KR101527764B1
Application number: KR1020150021175A
Authority: KR
Inventors: 김정덕
Original assignee: 넥스타테크놀로지 주식회사
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2035-02-11

Abstract

The present invention relates to a three dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer. First and second laser interferometers (10a, 10b) irradiate an inspection object (101) in different positions by generating an interference pattern wherein the optical path difference is sequentially increased by λ/4. An inspection part (20) outputs an interference pattern image to a main image process part (30) by obtaining the interference pattern image generated by reflecting the interference pattern wherein the optical path difference is sequentially increased by λ/4, and generated from the first and second laser interferometers (10a, 10b) in the inspection object (101). The main image process part (30) obtains and inspects a three dimensional shape of the inspection object (101) by processing the interference pattern wherein the optical path difference is sequentially increased by λ/4, and input from the inspection part (20) with a phase processing method. Therefore, the three dimensional shape with excellent precision and resistance to noise can be obtained.

Description

[0001] The present invention relates to a three-dimensional image measuring apparatus using a laser interferometer,

본 발명은 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간섭계의 제1 및 제2 미러를 각각 λ/4 씩 순차로 커지게 반복적으로 이동시켜 레이저가 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 간섭무늬를 발생하게 하고 검사 대상체에 격자무늬를 조사(照射)하고 검사부에서 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 간섭무늬 영상을 획득하고 메인 영상처리부에서 위상천이기법으로 처리하여 검사 대상체의 3차원 형상을 획득하여 검사할 수 있는 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상 검사장치에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a three-dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer, and more particularly to an apparatus and method for repeatedly moving a first and a second mirrors of an interferometer in an increasing order of? / 4, The interference pattern is generated in the main image processing unit, the inspection pattern is irradiated with the grid pattern, the inspection unit obtains the interference fringe image having the drain path difference of? / 4, Dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer capable of acquiring and inspecting a three-dimensional shape.

종래 관찰 대상물의 높이를 측정할 수 있는 3차원 형상 측정 방법이 다수 제안되었다. 제안된 종래 기술로는 광삼각법(optical triangulation), 광촉침식(optical profilometry), 공초점현미경(confocal microscopy), 모아 레(moire) 무늬 등을 이용한 비접촉식 측정법 등이 있다. 상기 기술들은 대상물에 손상을 입히지 않는 장점으로 인하여 널리 이용되고 있었다. A number of three-dimensional shape measuring methods capable of measuring the height of a conventional observation object have been proposed. The proposed conventional techniques include optical triangulation, optical profilometry, confocal microscopy, non-contact type measurement using moire patterns, and the like. These techniques have been widely used due to the advantages of not damaging the object.

상기 3차원 형상 측정 방법 중 모아레 무늬를 이용한 형상 측정 방식은 측정하고자 하는 물체의 표면에 일정 형태를 가지는 두 개 이상의 주기적인 패턴이 겹쳐지는 간섭 무늬를 측정 및 해석하여 물체 표면의 높이에 대한 정보를 획득하는 것이다. Among the above three-dimensional shape measuring methods, a shape measuring method using a moire pattern is a method of measuring and analyzing an interference pattern in which two or more periodic patterns having a certain shape are superimposed on a surface of an object to be measured, .

일반적으로, 모아레 무늬를 이용한 3차원 형상 측정 방법에는 그림자식 모아레(shadow moire)와 투영식 모아레(projection moire) 방법으로 구분된다. Generally, a method of measuring a three-dimensional shape using a moire pattern is classified into a shadow moire and a projection moire method.

상기 그림자식 모아레(shadow moire)는 렌즈를 사용하지 않고 피사체의 표면에 나타나는 격자무늬의 그림자로부터 생성된 모아레 무늬를 이용하여 피사체의 형상을 측정하는 방식이고, 상기 투영식 모아레(shaw moire)는 피사체의 백색광 내지는 단색광 프로젝터를 이용해서 격자패턴을 주사하고 물체의 형상에 따라 변형되어진 격자 이미지를 주사하여 한 격자와 동일한 피치를 가지는 기준격자에 겹침으로써 모아레 무늬를 획득하는 기술이 있었다. The shadow moire is a method of measuring a shape of a subject using a moire pattern generated from a shadow of a grid pattern appearing on a surface of a subject without using a lens, There is a technique of scanning a grid pattern using a white light or a monochromatic light projector of a white light source, scanning a distorted lattice image according to the shape of an object, and superimposing the distorted lattice image on a reference lattice having the same pitch as one lattice to obtain a moire pattern.

그러나 상술한 그림자식 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 장치는 설비가 간단한 장점이 있지만 격자의 그림자를 이용해야 하기 때문에 격자와 피사체를 충분히 근접시킬 수 있는 경우에만 적용되는 문제점이 있었다. However, the above-described three-dimensional shape measuring apparatus using the child moiré has a simple merit but has a problem in that it is applied only when the grating and the subject can be sufficiently brought close to each other because the shadow of the grating must be used.

투영식 모아레는 격자의 크기에 의해서 대상 물체의 크기가 제한받지 않고, 작은 높이 차를 갖는 미세한 물체의 측정시 물체 가까이 위치시켜야 하는 제한이 없기 때문에 선호되고 있지만, 투영식 모아레 방식은 일정한 각도로 기울여서 피사체에 격자무늬를 투영하므로 상기 기울어진 각도에 의해서 피사체의 높이에 의해 투영되는 곳의 반대편은 그림자가 발생되며, 상기 발생된 그림자를 제거하기 위하여 한쪽 투영방식에서 투영체를 중심으로 양쪽으로 격자무늬를 투영하는 방식이 사용되었다.The projection type moire is preferred because it is not limited by the size of the grating but is not limited by the size of the object and is not limited to the position near the object when measuring a minute object having a small height difference. However, the projection type moire system is inclined at a constant angle Since the grid pattern is projected on the subject, a shadow is generated on the opposite side of the projection by the height of the object due to the tilted angle. In order to remove the generated shadow, a grid pattern Was used.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-0982051호에 수십 만개의 미세 거울을 반도체 칩으로 집적화시킨 DMD(Digital Micromirror Device)를 이용하여, 위상 천이(PSI) 방식에 따라 격자 이미지를 생성하고, DMD의 내부 또는 외부에 구비되는 프로젝션 렌즈를 통해 측정 대상물에 투영함으로써, 서로 λ/4 만큼의 위상차가 발생되는 4개의 격자 이미지를 순차적으로 투영한 이후, 순차적으로 투영된 격자 이미지가 반사된 결과를 종래의 위상 천이 기법(PSI)에 따라 처리하여 3차원 영상을 획득할 수 있는 "ＤＭＤ를 이용한 모아레 영상 측정 장치"를 도 1에 도시된 바와 같이 제안하였다.In order to solve this problem, the applicant of the present invention has proposed a technique of using a DMD (Digital Micromirror Device) in which hundreds of microscopic mirrors are integrated into a semiconductor chip in Korean Patent No. 10-0982051, And sequentially projecting four lattice images, each of which has a phase difference of? / 4, projected onto a measurement object through a projection lens provided inside or outside the DMD, and sequentially project the projected lattice image 1, a "moire image measuring apparatus using a DMD" capable of acquiring a three-dimensional image by processing a result obtained according to a conventional phase shift technique (PSI) is proposed.

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 모아레 영상 측정 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing an example of a moire image measuring apparatus according to an embodiment of the related art.

도 1을 참조하면, 적어도 두 개의 DMD(131, 132)를 구비하며, 각각의 DMD(131, 132)는 조명(111, 112)과 렌즈(121, 122)를 통해 광을 입력받는다. 도시된 제1 DMD(131)는 제1 조명(111)으로부터 빛을 공급받아 위상 천이된 제1 격자 이미지를 생성하고, 제2 DMD(132)는 제2 조명(112)으로부터 빛을 공급받아 위상 천이된 제2 격자 이미지를 생성한다. Referring to FIG. 1, at least two DMDs 131 and 132 are provided, and each of the DMDs 131 and 132 receives light through lights 111 and 112 and lenses 121 and 122. The first DMD 131 receives light from the first illumination 111 and generates a phase-shifted first lattice image. The second DMD 132 receives light from the second illumination 112, And generates a shifted second grid image.

상기 제1 격자 이미지 및 제2 격자 이미지는 제1 광 투영부(141)과 제2 광 투영부(151)로 각각 전달된다. 각각의 광 투영부는 프로젝션 렌즈 등의 광학 수단을 이용하여 상기 제1 및 제2 격자 이미지를 측정 대상물(160)에 투영시킨다.The first grating image and the second grating image are transmitted to the first light projector 141 and the second light projector 151, respectively. Each of the light projection units projects the first and second grid images onto the measurement object 160 using optical means such as a projection lens or the like.

상기 제1 광 투영부(141)는 렌즈를 통해 제1 방향으로 격자 이미지를 투영하고, 상기 제2 광 투영부(142)는 렌즈를 통해 제2 방향으로 격자 이미지를 투영한다.The first optical projection unit 141 projects a grating image in a first direction through the lens and the second optical projection unit 142 projects a grating image in a second direction through the lens.

복수의 광 투영부(141, 151)를 통해 측정 대상물(160)을 서로 다른 방향에서 관찰할 수 있다. 따라서 측정 대상물(160)을 어느 일 방향에서 관찰하는 경우에 발생하는 그림자 등의 문제를 해결할 수 있다. 측정 대상물(160)로부터 반사되는 격자 이미지는, 결상 렌즈(170)를 통하여, 카메라로 구현 가능한 격자 이미지 수광부(180)에 의해 수광된다.The object to be measured 160 can be observed from different directions through the plurality of light projecting parts 141 and 151. Therefore, it is possible to solve a problem such as a shadow which occurs when the measurement object 160 is observed in one direction. The lattice image reflected from the measurement object 160 is received by the lattice-image-receiving portion 180, which can be implemented by a camera, via the image-forming lens 170.

제1 DMD(131)에 의해 투영된 격자 이미지가 반사된 결과와 제 2 DMD(132)에 의해 투영된 격자 이미지가 반사된 결과가 각각 별개로 수광된다. 별개로 수광된 각각의 결과는 영상 처리부(미도시)에 의해 영상 처리된다. The result of the reflection of the grid image projected by the first DMD 131 and the result of the reflection of the grid image projected by the second DMD 132 are received separately. Each result separately received is imaged by an image processing unit (not shown).

이 종래의 기술에 의한 모아레 영상 측정 장치는 DMD를 이용하여 격자 이송의 효과를 냄으로써 기계적 격자 이송시 진동 등으로 인한 잡음신호의 발생을 배제할 수 있지만, 수직방향으로 높이 변화가 큰 경우 오차가 발생하는 문제점이 있었다.The moire image measuring apparatus according to this conventional technique can eliminate generation of a noise signal due to vibrations and the like during transport of a mechanical grid by using the DMD to effect the grating transfer. However, when the height variation in the vertical direction is large, .

대한민국 특허공개 제10-2008-0099008호(2008.11.12. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2008-0099008 (published on November 12, 2008) 대한민국 특허등록 제10-0612932호 (2006.08.08. 등록)Korean Patent Registration No. 10-0612932 (Registered on August 8, 2006) 대한민국 특허등록 제10-0847433호 (2008.07.15. 등록)Korean Patent Registration No. 10-0847433 (Registered on July 15, 2008) 대한민국 특허등록 제10-0870930호 (2008.11.21. 등록)Korean Patent Registration No. 10-0870930 (Registered on November 21, 2008)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간섭계의 제1 및 제2 미러를 정밀 스테이지로 이동시켜 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 간섭무늬를 발생시켜 검사 대상체에 조사(照射)하고 검사부에서 간섭무늬 영상을 획득하고 메인 영상처리부에서 위상천이기법으로 처리하여 정밀도와 노이즈에 대한 저항력이 좋은 검사 대상체의 3차원 형상을 획득하여 검사할 수 있는 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상 검사장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an interference fringe detection apparatus and a method for detecting an interference fringe by moving an interferometer's first and second mirrors to a precision stage, Dimensional shape using a laser interferometer capable of acquiring and inspecting a three-dimensional shape of an object to be inspected having high accuracy and resistance to noise by processing an interference fringe image at an inspection unit and processing it as a phase shift technique at a main image processing unit And to provide an inspection apparatus.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상 검사장치는 광경로차가 λ/4 씩 순차로 커지는 간섭무늬를 발생시켜 서로 다른 위치에서 검사 대상체에 조사하는 제1 및 제2 레이저 간섭계와; 상기 제1 및 제2 레이저 간섭계에서 발생된 광경로차가 λ/4 씩 순차로 커지는 간섭무늬가 검사 대상체에 반사되어 발생되는 간섭무늬 영상을 획득하여 메인 영상처리부로 출력하는 검사부와; 상기 검사부에서 입력되는 광경로차가 λ/4 씩 순차로 커지는 간섭무늬 영상을 위상처리기법으로 처리하여 상기 검사 대상체의 3차원 형상을 획득하여 검사하는 메인 영상처리부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer, comprising: a first and a second optical system for generating an interference fringe in which optical path differences are sequentially increased by? / 4, 2 laser interferometer; An inspection unit for acquiring an interference fringe image generated by reflecting an interference fringe in which the optical path differences generated by the first and second laser interferometers are sequentially increased by? / 4 to the inspection object, and outputting the acquired interference fringing image to the main image processing unit; And a main image processor for processing an interference fringe image in which a light path difference inputted by the inspection unit sequentially increases by? / 4 by using a phase processing technique to acquire and inspect a three-dimensional shape of the inspection object.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 레이저 간섭계는, 레이저를 발생시키는 레이저 다이오드와; 상기 레이저 다이오드에서 발생된 레이저에서 스펙클 노이즈를 제거하는 스펙클 노이즈 제거기와; 상기 레이저 다이오드에서 발생되는 레이저를 두 방향으로 분리시키는 빔 스플리터와; 상기 빔 스플리터에서 분리된 2개의 레이저 중 하나를 각각 반사시키는 제1 및 제2 미러와; 상기 제1 및 제2 미러를 각각 틸트시키는 제1 및 제2 틸트 스테이지와; 상기 제1 및 제2 미러를 각각 λ/4 씩 순차로 커지게 이동시키는 제1 및 제2 정밀 스테이지와; 상기 제1 및 제2 미러에서 반사되는 레이저들을 편광시키는 편광판과; 상기 편광판을 통과한 레이저들을 평행하게 하는 콜리메이팅 렌즈와; 상기 제1 및 제2 정밀 스테이지를 제어하여 상기 제1 및 제2 미러를 이동시켜 광경로가 λ/4 씩 순차로 커지게 이동시키는 간섭계 컨트롤러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. The laser interferometer according to an embodiment of the present invention includes: a laser diode for generating a laser; A speckle noise eliminator for removing speckle noise from the laser generated by the laser diode; A beam splitter for separating the laser generated in the laser diode in two directions; First and second mirrors respectively reflecting one of the two lasers separated from the beam splitter; First and second tilting stages for tilting the first and second mirrors, respectively; A first and a second precision stage for moving the first and second mirrors sequentially in lambda / 4 increments; A polarizer for polarizing the laser beams reflected from the first and second mirrors; A collimating lens for collimating the lasers passing through the polarizer; And an interferometer controller for controlling the first and second precision stages to move the first and second mirrors and sequentially move the optical path by? / 4.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제 1 및 제2 정밀 스테이지는 리니어 스테이지, 초음파 스테이지, 피에조 스테이지로 구성되며, 상기 간섭계 콘트롤러에 의해 제어되며 상기 제1 및 제2 미러를 각각 λ/4 씩 순차로 커지게 이동시켜 상기 제1 미러를 제2 미러에 대해 λ/4 씩 순차로 커지는 광 경로차를 갖게 구성되는 것을 특징으로 한다. The first and second precision stages according to an embodiment of the present invention may include a linear stage, an ultrasonic stage, and a piezo stage, and the first and second mirrors may be controlled by the interferometer controller, And the first mirror has an optical path difference increasing sequentially by? / 4 with respect to the second mirror.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 메인 영상처리부는 제1 및 제2 정밀 스테이지가 피에조 스테이지로 구성된 경우, 상기 간섭계 콘트롤러에 제어신호를 출력하여 제1 및 제2 미러가 λ/4 의 배수 경로차를 가지도록 제1 및 제2 정밀 스테이지에 제1 내지 제 4 위치전압 을 인가하도록 하고, 제1 내지 제 4 영상획득 신호를 순차로 상기 검사부에 출력하여 상기 검사 대상체에 조사된 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 다수의 간섭무늬 영상을 촬영하여 위상천이기법으로 상기 검사 대상체의 3차원 형상을 획득하는 것을 특징으로 한다. The main image processor according to an embodiment of the present invention outputs a control signal to the interferometer controller so that when the first and second precision stages are constituted by piezo stages, The first to fourth positional voltages are applied to the first and second precision stages and the first to fourth image acquisition signals are sequentially output to the inspection unit so that a multiple of? / 4 A plurality of interference fringe images having a path difference are captured and a three-dimensional shape of the inspection object is acquired by a phase shift technique.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 메인 영상 처리부는 상기 검사 대상체에서 반사되는 λ/4 의 배수 경로차를 가지는 4개의 간섭무늬 영상을 입력받아 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 4 개의 간섭무늬에 대응하는 광강도(I₁, I₂, I₃, I₄)를 산출하고 상기 간섭무늬 영상의 각 픽셀 위치(x,y)에서 위상천이기법을 이용하여 다음 식에 의해,The main image processing unit according to an embodiment of the present invention receives four interference fringe images having a drain path difference of lambda / 4 reflected from the inspection target object, and receives four interference fringe images with four interference fringes having a drain path difference of lambda / (X, y) of the interference fringe image by using the phase shift technique to calculate the corresponding light intensity (I ₁ , I ₂ , I ₃ , I ₄ )

φ(x,y)=tan^-1{(I₂-I₄)/(I₁-I₃)}? (x, y) = tan ^-1 {(I _{2 -} I ₄ ) / (I _{1 -} I ₃ )}

상기 간섭무늬 영상에서 각 픽셀 위치(x,y)에서의 위상 값을 산출하고, 기준파장을 이용하여 해당 픽셀 위치(x,y)에서 위치높이를 산출하여 상기 검사 대상체의 3차원 형상을 획득하는 것을 특징으로 한다. The phase value at each pixel position (x, y) is calculated in the interference fringe image, and the position height at the corresponding pixel position (x, y) is calculated using the reference wavelength to obtain the three-dimensional shape of the inspection object .

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 레이저 간섭계는 4개의 레이저 간섭계를 상기 검사부를 중심으로 서로 직각을 이루면서 좌,우측 방향 및 전후방향으로 설치하여 좌,우측 방향 및 전후방향에서 제1 내지 제 4 간섭무늬를 발생시켜 상기 검사 대상체의 3차원 형상을 좌,우측 방향 및 전후방향에서 획득할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다. The laser interferometer according to an embodiment of the present invention includes four laser interferometers arranged at right angles to each other with respect to the inspection unit and disposed in the left and right directions and the front and rear direction to detect first to fourth interference And a three-dimensional shape of the inspection object can be acquired in the left and right directions and the back and forth directions by generating a pattern.

다른 실시예의 본 발명에 의한 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상 검사장치는 검사 대상체에 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 원형의 간섭무늬를 순차로 경로차를 증가시키면서 조사하는 레이저 간섭계와; 상기 레이저 간섭계에 의해 검사 대상체에 조사되는 간섭무늬를 촬영하여 메인 영상처리부로 출력하는 제1 및 제2 검사부와; 상기 제1 및 제2 검사부에서 입력되는 광경로차가 λ/4 씩 순차로 커지는 간섭무늬 영상을 위상처리기법으로 처리하여 상기 검사 대상체의 3차원 형상을 획득하여 검사하는 메인 영상처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer, comprising: a laser interferometer for irradiating a test object with circular interference fringes having a drain path difference of? / 4 in sequence while increasing path differences; A first and a second inspection unit for photographing an interference fringe irradiated to the inspection object by the laser interferometer and outputting the interference fringe to the main image processing unit; And a main image processing unit for processing the interference fringe image in which the optical path difference input from the first and second inspection units sequentially increases by? / 4 by using the phase processing technique to acquire and inspect the three-dimensional shape of the inspection object .

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 및 제2 검사부는 4개의 검사부로 대체되며, 상기 4개의 검사부는 서로 90°의 각을 이루도록 설치되며, 상기 검사 대상체에서 반사되어 발생되는 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 간섭무늬를 촬영하고, 촬영된 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 간섭무늬의 영상을 메인 영상 처리부로 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The first and second inspection units may be replaced by four inspection units, and the four inspection units may be installed at an angle of 90 DEG with respect to each other, An interference fringe having a drain path difference is photographed, and an image of an interference fringe having a drain path difference of the photographed? / 4 is output to the main image processing unit.

본 발명에 따른 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상 검사장치는, 간섭계의 미러를 정밀 스테이지로 이동시켜 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 간섭무늬를 발생시켜 검사 대상체에 조사(照射)하고 검사 대상체에 조사된 간섭무늬 영상을 획득하여 위상천이기법으로 처리함으로써 정밀도와 노이즈에 대한 저항력이 좋은 3차원 형상을 얻을 수 있다. A three-dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer according to the present invention is a device for moving a mirror of an interferometer to a precision stage to generate an interference fringe having a drain path difference of? / 4 to irradiate the object to be inspected, Dimensional image with high accuracy and resistance to noise can be obtained by obtaining the interference fringe image and processing it with the phase shift technique.

도 1 은 종래 기술의 일 실시예에 따른 모아레 영상 측정 장치의 일례를 나타내는 개략도,
도 2 는 본 발명에 의한 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상 검사장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 3 은 본 발명에 의한 레이저 간섭계의 구성을 나타내는 블록도,
도 4 는 본 발명에 의한 3차원 형상검사 장치에 의해 검사 대상체에 형성된 간섭무늬와 검사부,
도 5a 는 본 발명에 의한 제1 및 제2 레이저 간섭계에 의해 발생되는 간섭무늬를 검사부에서 촬영한 영상,
도 5b 는 본 발명에 의한 제1 및 제2 정밀 스테이지를 피에조 스테이지로 구성하고 메인 영상처리부가 간섭무늬 영상을 획득하기 위해 출력하는 제어신호의 타이밍 차트,
도 6 은 본 발명에 의한 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상검사 장치의 다른 실시예,
도 7 은 본 발명에 의한 4개의 레이저 간섭계가 만들어내는 간섭무늬 영상의 일 실시예,
도 8 은 본 발명에 의한 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상검사 장치의 또 다른 실시예,
도 9 는 본 발명에 의한 레이저 간섭계가 발생시키는 원형의 간섭무늬를 좌측과 우측의 검사부에서 촬영하는 상태를 나타내는 평면도,
도 10 은 본 발명에 의한 레이저 간섭계에 의해 검사 대상체에 조사되는 간섭무늬를 4개의 검사부가 촬영하는 실시예이다.1 is a schematic view showing an example of a moire image measuring apparatus according to an embodiment of the prior art,
2 is a block diagram showing a configuration of a three-dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer according to the present invention.
3 is a block diagram showing a configuration of a laser interferometer according to the present invention;
FIG. 4 is a view showing an interference pattern formed on an object to be inspected by the three-dimensional shape inspection apparatus according to the present invention,
FIG. 5A is a view showing an image of an interference fringe generated by the first and second laser interferometers according to the present invention,
FIG. 5B is a timing chart of a control signal which is constituted by a piezo stage of the first and second precision stages according to the present invention and which is output to obtain an interference fringe image by the main image processing section,
6 is a view showing another embodiment of a three-dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer according to the present invention,
FIG. 7 is a view showing an embodiment of an interference fringe image produced by four laser interferometers according to the present invention,
8 is a view showing another embodiment of a three-dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer according to the present invention,
9 is a plan view showing a state in which a circular interference fringe generated by a laser interferometer according to the present invention is photographed by left and right inspection units;
Fig. 10 is an embodiment in which four inspection portions are photographed with respect to an interference fringe irradiated to an inspection object by the laser interferometer according to the present invention.

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상 검사장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, a three-dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

도 2 에 본 발명에 의한 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상 검사장치의 구성을 나타내는 블록도가 도시되고, 도 3에 본 발명에 의한 레이저 간섭계의 구성을 나타내는 블록도가 도시된다.FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a three-dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer according to the present invention, and FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a laser interferometer according to the present invention.

본 발명에 따른 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상 검사장치(100)는, 광경로차가 λ/4 씩 순차로 커지는 간섭무늬를 발생시켜 서로 다른 위치에서 검사 대상체(101)에 조사하는 제1 및 제2 레이저 간섭계(10a, 10b)와; 상기 제1 및 제2 레이저 간섭계(10a, 10b)에서 발생된 광경로차가 λ/4 씩 순차로 커지는 간섭무늬가 검사 대상체(101)에 반사되어 발생되는 간섭무늬 영상을 획득하여 메인 영상처리부(30)로 출력하는 검사부(20)와; 상기 검사부(20)에서 입력되는 광경로차가 λ/4 씩 순차로 커지는 간섭무늬 영상을 위상처리기법으로 처리하여 상기 검사 대상체(101)의 3차원 형상을 획득하여 검사하는 메인 영상처리부(30)를 포함하여 구성된다.A three-dimensional shape inspection apparatus (100) using a laser interferometer according to the present invention is characterized in that an interference fringe in which an optical path difference gradually increases by? / 4 is generated and first and second Laser interferometers 10a and 10b; The interference fringe pattern generated by reflecting the interference fringes sequentially growing in the optical path difference of? / 4 generated in the first and second laser interferometers 10a and 10b to the inspection target object 101 is obtained and is transmitted to the main image processing unit 30 (20); Dimensional image of the inspection object 101 by processing the interference fringe image in which the optical path difference input from the inspection unit 20 sequentially increases by? / 4 by using the phase processing technique, and the main image processing unit 30 .

본 발명에 의한 제1 및 제2 레이저 간섭계(10a, 10b)는 서로 동일한 구성이며 서로 180°다른 위치에서 간섭무늬를 검사 대상체(101)에 투영하기 위해 사용되므로 설명을 간단하고 명확하게 하기 위해 대표 부호 "10"을 붙인 레이저 간섭계(10)에 대해 설명한다.Since the first and second laser interferometers 10a and 10b according to the present invention have the same structure and are used to project the interference fringes on the inspection target object 101 at positions different from each other by 180 degrees, The laser interferometer 10 to which the reference numeral "10 "

본 발명에 의한 레이저 간섭계(10)는 레이저를 발생시키는 레이저 다이오드(11)와; 상기 레이저 다이오드(11)에서 발생된 레이저에서 스펙클 노이즈를 제거하는 스펙클 노이즈 제거기(12)와; 상기 레이저 다이오드(11)에서 발생되는 레이저를 두 방향으로 분리시키는 빔 스플리터(13)와; 상기 빔 스플리터(13)에서 분리된 2개의 레이저 중 하나를 각각 반사시키는 제1 및 제2 미러(14a, 14b)와; 상기 제1 및 제2 미러(14a, 14b)를 각각 틸트시키는 제1 및 제2 틸트 스테이지(15a, 15b)와; 상기 제1 및 제2 미러(16a, 16b)를 각각 λ/4 씩 순차로 커지게 이동시키는 제1 및 제2 정밀 스테이지(16a, 16b)와; 상기 제1 및 제2 미러(14a, 14b)에서 반사되는 레이저들을 편광시키는 편광판(17)과; 상기 편광판(17)을 통과한 레이저들을 평행하게 하는 콜리메이팅 렌즈(18)와; 상기 제1 및 제2 정밀 스테이지(16a, 16b)를 제어하여 상기 제1 및 제2 미러(16a, 16b)를 이동시켜 광경로가 λ/4 씩 순차로 커지게 이동시키는 간섭계 컨트롤러(19)를 포함하여 구성된다. A laser interferometer (10) according to the present invention comprises: a laser diode (11) for generating a laser; A speckle noise eliminator 12 for removing speckle noise from the laser generated by the laser diode 11; A beam splitter (13) for separating the laser generated in the laser diode (11) in two directions; First and second mirrors (14a, 14b) respectively reflecting one of the two lasers separated from the beam splitter (13); First and second tilting stages (15a, 15b) for tilting the first and second mirrors (14a, 14b), respectively; First and second precision stages (16a, 16b) for sequentially moving the first and second mirrors (16a, 16b) by λ / 4, respectively; A polarizer 17 for polarizing the laser beams reflected from the first and second mirrors 14a and 14b; A collimating lens 18 for collimating the laser beams passed through the polarizing plate 17; An interferometer controller 19 for controlling the first and second precision stages 16a and 16b to move the first and second mirrors 16a and 16b to sequentially move the optical path by? / 4 .

레이저 다이오드(11)는 예를 들면, 반도체 GaAs, Alx Ga1-xAs계 접합하여 3층으로 만들어지며 수백 ㎛각(角) 정도의 크기와 소형으로서 구동전력이 작아 가하는 전류에 의해 레이저광을 방출한다.The laser diode 11 is made of, for example, three layers of semiconductor GaAs and AlxGa1-xAs-based junctions. The laser diode 11 emits a laser beam by a current having a small size and a small driving power of several hundreds of micrometers .

스펙클 노이즈 제거기(12)는 레이저의 간섭성(coherence)에 의해 발생하는 스펙클 노이즈를 제거한다.The speckle noise eliminator 12 eliminates the speckle noise caused by the coherence of the laser.

빔 스플리터(13)는 상기 레이저 다이오드(11)에서 발생되는 레이저의 일부를 반사시켜 제1 미러(14a) 방향으로 진행시키고, 나머지 레이저는 투과시켜 제2 미러(14b) 방향으로 분리시킨다.The beam splitter 13 reflects a part of the laser generated in the laser diode 11 toward the first mirror 14a and transmits the remaining laser beams to the second mirror 14b.

제1 및 제2 미러(14a, 14b)는 상기 빔 스플리터(13)에서 분리된 2개의 레이저 중 하나를 각각 반사시켜 상기 빔 스플리터(13)에서 반사되거나 투과하여 편광판(17)과 콜리메이팅 렌즈(18)를 통해 검사 대상체(101)에 간섭무늬를 발생시킨다.The first and second mirrors 14a and 14b reflect one of the two lasers separated from the beam splitter 13 and are reflected or transmitted by the beam splitter 13 to form a polarizing plate 17 and a collimating lens 18 to generate an interference fringe on the object to be inspected 101.

제1 및 제2 틸트 스테이지(15a, 15b)는 상기 간섭계 콘트롤러(19)에 의해 제어되며 상기 제1 및 제2 미러(14a, 14b)의 방향을 조정하여 상기 제1 및 제2 미러(14a, 14b)에서 반사된 레이저가 상기 빔 스플리터(13)에 수직으로 입사할 수 있도록 조정한다.The first and second tilt stages 15a and 15b are controlled by the interferometer controller 19 and adjust the directions of the first and second mirrors 14a and 14b so that the first and second mirrors 14a and 14b, 14b so that they can be incident on the beam splitter 13 vertically.

제 1 및 제2 정밀 스테이지(16a, 16b)는 리니어 스테이지, 초음파 스테이지, 피에조 스테이지 등으로 구성되며, 상기 간섭계 콘트롤러(19)에 의해 제어되며 상기 제1 및 제2 미러(14a, 14b)를 각각 λ/4 씩 순차로 커지게 이동시켜 상기 제1 미러(14a)를 제2 미러(14b)에 대해 λ/4 씩 순차로 커지는 광경로차를 갖게 한다.The first and second precision stages 16a and 16b are constituted by a linear stage, an ultrasonic stage, a piezo stage and the like and are controlled by the interferometer controller 19 so that the first and second mirrors 14a and 14b and the first mirror 14a is caused to have a light path difference that gradually increases by? / 4 with respect to the second mirror 14b.

편광판(17)은 상기 제1 및 제2 미러(14a, 14b)에서 반사되는 레이저들을 직선편광, 원편광, 타원편광 등으로 만들어 투과시킨다.The polarizing plate 17 transmits and reflects the laser beams reflected by the first and second mirrors 14a and 14b into linearly polarized light, circularly polarized light, elliptically polarized light, and the like.

콜리메이팅 렌즈(18)는 상기 편광판(17)을 투과한 레이저들을 평행하게 하여 검사 대상체(101)에 조사한다.The collimating lens 18 irradiates the inspection target object 101 in parallel with the laser beams transmitted through the polarizing plate 17. [

본 발명에 의한 간섭계 콘트롤러(19)는 1 및 제2 정밀 스테이지(16a, 16b)와 제1 및 제2 틸트 스테이지(15a, 15b)를 제어하여 제1 및 제2 미러(14a, 14b)를 각각 λ/4 씩 순차로 커지게 반복적으로 이동시켜 레이저 다이오드(11)에서 발생된 레이저가 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 간섭무늬를 발생하게 한다.The interferometer controller 19 according to the present invention controls the first and second precision stages 16a and 16b and the first and second tilt stages 15a and 15b to control the first and second mirrors 14a and 14b and the laser generated in the laser diode 11 generates an interference fringe having a drain path difference of? / 4.

도 4에 본 발명에 의한 3차원 형상검사 장치에 의해 검사 대상체에 형성된 간섭무늬와 검사부의 위치를 나타내고, 도 5a에 본 발명에 의한 제1 및 제2 레이저 간섭계에 의해 발생되는 간섭무늬를 검사부에서 촬영한 영상을 나타내고, 도 5b에 본 발명에 의한 제1 및 제2 정밀 스테이지를 피에조 스테이지로 구성하고 메인 영상처리부가 간섭무늬 영상을 획득하기 위해 출력하는 제어신호의 타이밍 차트가 도시된다.Fig. 4 shows the interference fringes formed on the object to be inspected by the three-dimensional shape inspection apparatus according to the present invention and the positions of the inspection units. Fig. 5A shows the interference fringes generated by the first and second laser interferometers according to the present invention, FIG. 5B shows a timing chart of a control signal which comprises first and second precision stages according to the present invention in the form of a piezo stage and which is output to obtain an interference fringe image of the main image processing section.

본 발명에 의한 제1 레이저 간섭계(10a)는 검사부(20)의 좌측에 설치되어 검사 대상체(101)에 도시된 바와 같이 λ/4 의 배수 경로차를 가지며 중심이 좌측에 있는 원형의 간섭 무늬(31)를 순차로 조사(照射)하여 검사부(20)에서 검사 대상체(101)의 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 간섭무늬 영상을 촬영할 수 있도록 한다.The first laser interferometer 10a according to the present invention is provided on the left side of the inspection unit 20 and has a circular interference pattern having a drainage path difference of? / 4 and a center on the left side as shown in the inspection object 101 31) are sequentially irradiated so that the inspection unit 20 can capture an interference fringe image having a drain path difference of? / 4 of the inspection target body 101.

제2 레이저 간섭계(10b)는 상기 제1 레이저 간섭계(10a)의 반대편, 즉 우측에 설치되어 검사 대상체(101)에 도시된 바와 같이 λ/4 의 배수 경로차를 가지며 중심이 우측에 있는 원형의 간섭 무늬(32)를 순차로 조사하여 검사부(20)에서 검사 대상체(101)의 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 간섭무늬 영상을 촬영할 수 있도록 한다.The second laser interferometer 10b is provided on the opposite side of the first laser interferometer 10a, that is, on the right side thereof, and has a drainage path difference of? / 4 as shown in the inspection object 101, The interference fringes 32 are sequentially irradiated so that the inspection unit 20 can take an interference fringe image having a drain path difference of? / 4 of the inspection target body 101.

검사부(20)는 λ/4 의 배수 경로차를 가지며 중심이 좌측에 있는 원형의 간섭 무늬(31)가 검사 대상체(101)에서 반사되는 영상을 촬영하여 메인 영상 처리부(30)로 출력한다.The inspection unit 20 captures an image of a circular interference fringe 31 having a drainage path difference of lambda / 4 and a center on the left side and reflecting the inspection object 101, and outputs the image to the main image processing unit 30. [

메인 영상처리부(30)는 간섭계 콘트롤러(19)에 제어신호를 출력하여 제1 및 제2 미러(14a, 14b)가 λ/4 의 경로차를 가지도록 제1 및 제2 정밀 스테이지(16a, 16b)에 제1 위치전압 V1을 인가하도록 하고 안정화 시간(t1-t2), 예를 들면, 70∼80㎳을 대기하고, 상기 안정화 시간(t1-t2) 경과 후, 제1 영상획득 신호 P1 을 검사부(20)에 출력하여 영상 획득시간(t2-t3), 예를 들면 30∼40㎳ 동안 검사 대상체(101)에 조사된 λ/4 경로차를 갖는 간섭무늬 영상을 촬영한다.The main image processing section 30 outputs a control signal to the interferometer controller 19 so that the first and second precision stages 16a and 16b are controlled so that the first and second mirrors 14a and 14b have a path difference of? (T1-t2), for example, 70 to 80 ms, after the stabilization time (t1-t2) has elapsed, the first image acquisition signal P1 is applied to the inspection unit 4 path difference radiated to the test object 101 for an image acquisition time t2-t3, for example, 30 to 40 ms, and outputs the interference fringe image.

이어서 메인 영상처리부(30)는 앞서와 마찬가지로 제1 및 제2 미러(14a, 14b)가 λ/2 의 경로차를 가지도록 제1 및 제2 정밀 스테이지(16a, 16b)에 제2 위치전압 V2 를 인가하도록 간섭계 콘트롤러(19)를 제어하고 안정화 시간(t3-t4)을 대기하고, 상기 안정화 시간(t3-t4) 경과 후, 제2 영상획득 신호 P2 를 검사부(20)에 출력하여 영상 획득시간(t4-t5) 동안 검사 대상체(101)에 조사된 λ/2 경로차를 갖는 간섭무늬 영상을 촬영한다.Subsequently, the main image processing section 30 applies the second position voltage V2 (first position voltage V2) to the first and second precision stages 16a and 16b so that the first and second mirrors 14a and 14b have a path difference of? / 2 After the stabilization time (t3-t4) has elapsed, the second image acquisition signal P2 is output to the inspection unit 20 to control the interferometer controller 19 to apply the image acquisition time / 2 path difference radiated to the inspection object 101 during the period (t4-t5).

다음에 메인 영상처리부(30)는 제3 위치전압 V3 을 제1 및 제2 정밀 스테이지(16a, 16b)에 인가하도록 제어하고, 제3 영상획득 신호 P3 를 검사부(20)에 출력하여 검사 대상체(101)에 조사된 3λ/4 경로차를 갖는 간섭무늬 영상을 촬영한다.Next, the main image processing unit 30 controls the third position voltage V3 to be applied to the first and second precision stages 16a and 16b, outputs the third image acquisition signal P3 to the inspection unit 20, 101 are irradiated with the interference fringe image having the 3? / 4 path difference.

마찬가지로 메인 영상처리부(30)는 제4 위치전압 V4 을 제1 및 제2 정밀 스테이지(16a, 16b)에 인가하도록 제어하고, 제4 영상획득 신호 P4 를 검사부(20)에 출력하여 검사 대상체(101)에 조사된 λ 경로차를 갖는 간섭무늬 영상을 촬영한다.Similarly, the main image processing unit 30 controls the fourth position voltage V4 to be applied to the first and second precision stages 16a and 16b, outputs the fourth image acquisition signal P4 to the inspection unit 20, ) With a lambda path difference.

메인 영상 처리부(30)에서는 검사 대상체(101)에서 반사되는 λ/4 의 배수 경로차를 가지며 중심이 좌측에 있는 원형의 간섭 무늬(31) 영상을 처리하여 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 4 개의 간섭무늬(31)에 대응하는 광강도(I₁, I₂, I₃, I₄)를 산출하고 각 픽셀 위치(x,y)에서 위상천이기법을 이용하여 다음 식에 의해 위상 φ 를 얻는다.The main image processing unit 30 processes the circular interference fringe 31 image having the center of the circular fringe pattern 31 having a drainage path difference of? / 4 reflected from the inspection target object 101 and has a drain path difference of? / 4 (I ₁ , I ₂ , I ₃ , I ₄ ) corresponding to the interference fringes 31 are obtained and phase φ is obtained by the following equation using the phase shift technique at each pixel position (x, y) .

이와 같이 4 개의 간섭무늬(31)에 대응하는 광강도(I₁, I₂, I₃, I₄)에 의해 간섭무늬 영상에서 각 픽셀 위치(x,y)에서의 위상 값을 산출하고, 기준파장을 이용하여 해당 픽셀 위치(x,y)에서 위치높이를 산출하여 상기 검사 대상체(101)의 좌측 3차원 형상을 획득한다.The phase values at the respective pixel positions (x, y) in the interference fringe image are calculated by the light intensities I ₁ , I ₂ , I ₃ , and I ₄ corresponding to the four interference fringes 31, Dimensional shape of the test object 101 is obtained by calculating the position height at the pixel position (x, y) using the wavelength.

이어서 검사부(20)는 중심이 우측에 있는 원형의 격자 무늬(32)가 검사 대상체(101)에서 반사되는 영상을 촬영하여 메인 영상 처리부(30)로 출력하고, 메인 영상 처리부(30)에서는 검사 대상체(101)에서 반사되는 중심이 우측에 있는 원형의 격자 무늬(32) 영상을 위상천이기법을 이용하여 앞서와 같이 처리함으로써 상기 검사 대상체(101)의 우측 3차원 형상을 획득한다.Subsequently, the inspection unit 20 captures an image of the circular grid pattern 32 having the center on the right side reflected by the inspection object 101, and outputs the image to the main image processing unit 30. In the main image processing unit 30, Dimensional shape of the test object 101 is obtained by processing the circular lattice pattern 32 image centered on the right side reflected from the right eye 101 using the phase shift technique as described above.

메인 영상 처리부(30)는 중심이 좌측에 있는 원형의 간섭무늬(31) 영상과 중심이 우측에 있는 원형의 간섭무늬(32) 영상을 처리하여 획득한 좌측 3차원 형상과 우측 3차원 형상을 조합하여 검사 대상체(101)의 전체 3차원 형상을 획득한다.The main image processing unit 30 combines the left three-dimensional shape and the right three-dimensional shape obtained by processing the circular interference fringe image 31 on the left side and the circular interference fringe image 32 on the right side of the center, Dimensional shape of the object to be inspected 101.

도 6 에 본 발명에 의한 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상검사 장치의 다른 실시예가 도시되고, 도 7에 본 발명에 의한 4개의 레이저 간섭계가 만들어내는 간섭무늬 영상의 일 실시예가 도시된다.FIG. 6 shows another embodiment of a three-dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer according to the present invention, and FIG. 7 shows an embodiment of an interference fringe image produced by four laser interferometers according to the present invention.

본 실시예의 3차원 형상검사 장치(200)는 4개의 레이저 간섭계(10a, 10b, 10c, 10d)를 검사부(20)를 중심으로 서로 직각을 이루면서 좌,우측 방향 및 전후방향으로 설치하여 좌,우측 방향 및 전후방향에서 제1 내지 제 4 간섭무늬(31, 32, 33, 34)를 발생시켜 검사 대상체(101)의 3차원 형상을 좌,우측 방향 및 전후방향에서 획득할 수 있도록 한다.The three-dimensional shape inspection apparatus 200 according to the present embodiment includes four laser interferometers 10a, 10b, 10c, and 10d arranged at right angles to each other with respect to the inspection unit 20 in the left and right directions, The first to fourth interference fringes 31, 32, 33, and 34 are generated in the direction of the arrow and the front and back directions to acquire the three-dimensional shape of the test object 101 in the left and right directions and the back and forth directions.

제1 내지 제4 간섭무늬(31, 32, 33, 34)는 제1 내지 제4 레이저 간섭계(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 발생되고, 각각 λ/4 의 배수 경로차를 가지며 좌측, 우측, 전방측 및 후방측에 중심이 있는 원형 간섭무늬이다.The first through fourth interference fringes 31, 32, 33 and 34 are generated by the first to fourth laser interferometers 10a, 10b, 10c and 10d and have a drainage path difference of? / 4 respectively, A circular interference pattern with a center on the right side, anterior side, and rear side.

검사부(20)는 도 7에 도시된 바와 같이 각각 λ/4 의 배수 경로차를 가지며 좌측, 우측, 전방측 및 후방측에 중심이 있는 제1 내지 제 4 간섭무늬(31, 32, 33, 34)의 영상을 획득하여 메인 영상 처리부(30)로 출력하고, 메인 영상 처리부(30)에서는 제1 내지 제 4 간섭무늬(31, 32, 33, 34)의 영상을 앞서 설명한 바와 같이 위상천이기법을 이용하여 처리함으로써 상기 검사 대상체(101)의 좌측, 우측, 전방측 및 후방측 3차원 형상을 획득하고 조합하여 전체 3차원 형상을 획득한다.As shown in FIG. 7, the inspection unit 20 includes first through fourth interference fringes 31, 32, 33, and 34 having a drainage path difference of? / 4 and centered on the left, right, front, And the main image processing unit 30 outputs the images of the first through fourth interference fringes 31, 32, 33, and 34 to the main image processing unit 30 as described above, The left, right, front and rear three-dimensional shapes of the test object 101 are obtained and combined to acquire the entire three-dimensional shape.

도 8에 본 발명에 의한 레이저 간섭계를 이용한 3차원 형상검사 장치의 또 다른 실시예가 도시되고, 도 9 에 본 발명에 의한 레이저 간섭계가 발생시키는 원형의 간섭무늬를 좌측과 우측의 검사부에서 촬영하는 상태를 나타내는 평면도가 도시된다.FIG. 8 shows another embodiment of the three-dimensional shape inspection apparatus using the laser interferometer according to the present invention. FIG. 9 shows a state in which the circular interference fringes generated by the laser interferometer according to the present invention are photographed by the inspection units on the left and right sides Fig.

본 실시예에 의한 3차원 형상검사 장치(300)는 검사 대상체(101)에 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 원형의 간섭무늬(60)를 순차로 경로차를 증가시키면서 조사하는 레이저 간섭계(40)와; 상기 레이저 간섭계(40)에 의해 검사 대상체(101)에 조사되는 간섭무늬(60)를 촬영하여 메인 영상처리부로 출력하는 제1 및 제2 검사부(51, 52)와; 상기 제1 및 제2 검사부(51, 52)에서 입력되는 광경로차가 λ/4 씩 순차로 커지는 간섭무늬 영상을 위상처리기법으로 처리하여 상기 검사 대상체(101)의 3차원 형상을 획득하여 검사하는 메인 영상처리부(30)를 포함하여 구성된다.Dimensional shape inspection apparatus 300 according to the present embodiment includes a laser interferometer 40 for irradiating an inspection object 101 with a circular interference fringe 60 having a drainage path difference of? )Wow; First and second examination units (51, 52) for photographing the interference fringes (60) irradiated to the test object (101) by the laser interferometer (40) and outputting the images to the main image processing unit; The 3D pattern of the inspection object 101 is obtained by processing the interference fringe image in which the optical path difference input from the first and second inspection units 51 and 52 sequentially increases by? And a main image processing unit 30.

본 실시예의 레이저 간섭계(40)는 앞서의 실시예에서 레이저 간섭계(10a, 10b)와 동일하며, λ/4 의 배수 경로차를 갖는 완전 원형의 간섭무늬(60)를 순차로 경로차를 증가시키면서 검사 대상체(101)에 조사한다.The laser interferometer 40 of the present embodiment is the same as the laser interferometers 10a and 10b in the foregoing embodiment, and the completely circular interference fringes 60 having a drain path difference of? / 4 are sequentially increased in path difference The inspection object 101 is irradiated.

제1 및 제2 검사부(51, 52)는 서로 반대편에 마주보며 설치되어 검사 대상체(101)에서 반사되어 발생되는 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 원형의 간섭무늬(60)를 촬영하고, 촬영된 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 원형의 간섭무늬(60)의 영상을 메인 영상 처리부(30)로 출력한다.The first and second inspection sections 51 and 52 are arranged opposite to each other to photograph a circular interference fringe 60 having a drain path difference of? / 4 generated by being reflected by the inspection target body 101, And outputs the image of the circular interference fringe 60 having the drain path difference of? / 4 to the main image processor 30.

메인 영상 처리부(30)는 검사 대상체(101)에서 반사되는 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 원형의 간섭무늬(60) 영상을 처리하여 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 4 개의 간섭무늬(60)에 대응하는 광강도(I₁, I₂, I₃, I₄)를 산출하고 각 픽셀 위치(x,y)에서 위상천이기법을 이용하여 위상 φ 를 얻고, 상기 위상 φ 와 기준파장을 이용하여 해당 픽셀 위치(x,y)에서 위치높이를 산출하여 상기 검사 대상체(101)의 3차원 형상을 획득한다.The main image processing unit 30 processes a circular interference fringe 60 image having a drain path difference of? / 4 reflected from the inspection target object 101 to obtain four interference fringes 60 ) calculating the light intensity _{_{(I 1, I 2, I}} 3, I 4) corresponding to use a phase-shift technique at each pixel location (x, y) to obtain the phase φ, using the phase φ as a reference wavelength in the And obtains the three-dimensional shape of the inspection object 101 by calculating the position height at the pixel position (x, y).

또 다른 실시예로서 검사 대상체(101)에 조사되는 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 원형의 간섭무늬(60)를 도 10에 도시된 바와 같이 4 개의 검사부(51, 52, 53, 54)를 사용하여 촬영할 수 있다.As another embodiment, a circular interference fringe 60 having a drain path difference of? / 4 to be irradiated to the inspection target object 101 is divided into four inspection portions 51, 52, 53 and 54 as shown in FIG. 10 Can be used.

4개의 검사부(51, 52, 53, 54)는 서로 90°의 각을 이루도록 설치되며, 검사 대상체(101)에서 반사되어 발생되는 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 원형의 간섭무늬(60)를 촬영하고, 촬영된 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 원형의 간섭무늬(60)의 영상을 메인 영상 처리부(30)로 출력한다. The four inspection units 51, 52, 53 and 54 are arranged at an angle of 90 DEG with respect to each other and are arranged in a circular interference pattern 60 having a drain path difference of? / 4 generated by being reflected by the inspection object 101 And outputs an image of a circular interference fringe 60 having a photographed distribution path difference of? / 4 to the main image processing unit 30.

메인 영상 처리부(30)는 4 개의 검사부(51, 52, 53, 54)로부터 입력되는 검사 대상체(101)에서 반사되는 λ/4 의 배수 경로차를 갖는 원형의 간섭무늬(60) 영상을 처리하여 위상천이기법을 이용하여 위상 φ 를 얻고, 상기 위상 φ 와 기준파장을 이용하여 해당 픽셀 위치(x,y)에서 위치높이를 산출하여 상기 검사 대상체(101)의 3차원 형상을 획득한다.The main image processing section 30 processes a circular interference fringe 60 image having a drain path difference of? / 4 reflected from the inspection target object 101 inputted from the four inspection sections 51, 52, 53 and 54 Dimensional image of the test object 101 is obtained by obtaining the phase φ using the phase shift technique and calculating the position height at the corresponding pixel position (x, y) using the phase φ and the reference wavelength.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다.The embodiments described above and shown in the drawings are only one embodiment for carrying out the present invention and should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is defined only by the matters set forth in the following claims, and the embodiments improved and changed without departing from the gist of the present invention are obvious to those having ordinary skill in the art to which the present invention belongs Are within the scope of protection of the present invention.

10a,10b: 제1 및 제2 레이저 간섭계 11: 레이저 다이오드
12: 스펙클 노이즈 제거기 13: 빔 스플리터
14a,14b: 제1 및 제2 미러 15a,15b: 제1 및 제2 틸트 스테이지
16a,16b: 제1 및 제2 정밀 스테이지 17: 편광판
18: 콜리메이팅 렌즈 19: 간섭계 컨트롤러
20: 검사부 30: 메인 영상처리부
31,32,33,34: 제1 내지 제4 간섭무늬 40: 레이저 간섭계 51, 52: 제1 및 제2 검사부 60: 간섭무늬
100: 3차원 형상검사 장치 101: 검사 대상체10a and 10b: first and second laser interferometers 11: laser diodes
12: speckle noise eliminator 13: beam splitter
14a and 14b: first and second mirrors 15a and 15b: first and second tilting stages
16a and 16b: first and second precision stages 17: polarizer
18: Collimating lens 19: Interferometer controller
20: Inspection section 30: Main image processing section
31, 32, 33, 34: first to fourth interference fringes 40: laser interferometer 51, 52: first and second inspection sections 60:
100: Three-dimensional shape inspection apparatus 101: Inspection object

Claims

First and second laser interferometers for generating an interference fringe in which optical path differences increase sequentially by? / 4 and irradiate the inspection target at different positions;
An inspection unit for acquiring an interference fringe image generated by reflecting an interference fringe in which the optical path differences generated by the first and second laser interferometers are sequentially increased by? / 4 to the inspection target object, and outputting the acquired interference fringing image to the main image processing unit; And
And a main image processor for acquiring and examining the three-dimensional shape of the inspection object by processing the interference fringe image in which the optical path difference input from the inspection unit is sequentially increased by? / 4, by using the phase processing technique,
The laser interferometer includes:
A laser diode for generating a laser;
A speckle noise eliminator for removing speckle noise from the laser generated by the laser diode;
A beam splitter for separating the laser generated in the laser diode in two directions;
First and second mirrors respectively reflecting one of the two lasers separated from the beam splitter;
First and second tilting stages for tilting the first and second mirrors, respectively;
A first and a second precision stage for moving the first and second mirrors sequentially in lambda / 4 increments;
A polarizer for polarizing the laser beams reflected from the first and second mirrors;
A collimating lens for collimating the lasers passing through the polarizer;
And an interferometer controller for controlling the first and second precision stages to move the first and second mirrors so that the optical path sequentially moves in increments of? / 4. A three - dimensional shape inspection apparatus.

delete

The method according to claim 1,
Wherein the first and second precision stages are constituted by a linear stage, an ultrasonic stage, and a piezo stage, and are controlled by the interferometer controller and sequentially move the first and second mirrors in a lambda / And a mirror having an optical path difference increasing sequentially by? / 4 with respect to the second mirror.

The method of claim 3,
The main image processing unit outputs a control signal to the interferometer controller when the first and second precision stages are constituted by piezo stages so that the first and second mirrors have first and second A plurality of interference fringes having a drain path difference of? / 4 irradiated to the inspection object by sequentially outputting the first to fourth image acquisition signals to the inspection unit, Dimensional shape of the object to be inspected is obtained by capturing an image and using a phase shift technique.

The method according to claim 1 or 3,
The main image processing unit receives four interference fringe images having a drain path difference of? / 4 reflected from the inspection object and calculates a light intensity I ₁ , F ₂ corresponding to four interference fringes having a drain path difference of? / 4, I _2, I _3, and calculates the I ₄₎ and using a phase shift method at each pixel location (x, y) of the interference fringe image by the following formula,
? (x, y) = tan ^-1 {(I _{2 -} I ₄ ) / (I _{1 -} I ₃ )}
The phase value at each pixel position (x, y) is calculated in the interference fringe image, and the position height at the corresponding pixel position (x, y) is calculated using the reference wavelength to obtain the three-dimensional shape of the inspection object Dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer.

The method according to claim 1 or 3,
The laser interferometer is provided with four laser interferometers at right angles to each other with respect to the inspection unit and in the left and right direction and forward and backward directions to generate first to fourth interference fringes in the left, And the three-dimensional shape can be obtained in the left, right, and back-and-forth directions.

A laser interferometer for irradiating the object to be examined with a circular interference fringe having a drain path difference of? / 4 in succession while increasing the path difference;
A first and a second inspection unit for photographing an interference fringe irradiated to the inspection object by the laser interferometer and outputting the interference fringe to the main image processing unit;
And a main image processing unit for processing the interference fringe image in which the optical path difference input from the first and second inspection units sequentially increases by? / 4 by using the phase processing technique to acquire and inspect the three-dimensional shape of the inspection object Dimensional shape inspection apparatus using a laser interferometer.

8. The method of claim 7,
The first and second inspection units are replaced by four inspection units. The four inspection units are installed at an angle of 90 DEG with respect to each other. An interference pattern having a drain path difference of? / 4 generated by reflection from the inspection object And outputs an image of an interference fringe having a photographed distribution path difference of? / 4 to a main image processing section. The three-dimensional shape inspection apparatus using the laser interferometer.