KR102048793B1 - 표면 컬러를 이용한 표면 토포그래피 간섭측정계 - Google Patents

Abstract

시험면의 형상 및 컬러 텍스쳐의 3D 표현을 생성하기 위한 시스템 및 방법이 설명된다. 일 양태에서, 표면 토포그래피 간섭측정계에는 측정된 대상 표면의 트루 컬러 이미지를 생성하기 위한 다원 검출기 및 조명 시스템이 장착된다. 컬러 정보는 트루 컬러 2-차원 이미지로서 제공되거나 토포그래피 정보와 조합되어 대상의 형상 및 컬러 텍스쳐의 3-차원의 표현을 형성하여, 인간 관찰자에게 실제 부분을 바라보는 인상을 효과적으로 생성한다.

Description

표면 컬러를 이용한 표면 토포그래피 간섭측정계{SURFACE TOPOGRAPHY INTERFEROMETER WITH SURFACE COLOR}

관련 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은 발명의 명칭이 "SURFACE TOPOGRAPHY INTERFEROMETER WITH SURFACE COLOR"이고 2013 년 2 월 12 일에 출원된 가출원 번호 제 61/763,911 호에 대한 우선권을 주장한다. 이러한 우선권 대상 출원의 전체 내용은 본 명세서에서 원용되어 통합된다.

본 명세서는 오버레이된 컬러 텍스쳐 정보가 있는 측정된 표면의 3D 토포그래피 맵을 생성하기 위하여 사용되는 간섭측정식 표면 프로파일러를 기술한다.

간섭측정식 광학적 기법은 리소그래피 포토마스크에서 사용되는 유리 기판, 광학적 렌즈, 자기적 헤드 슬라이더의 공기 베어링 표면 등과 같은 정밀 광학 컴포넌트의 광학적 두께, 표면 형상(또는 토포그래피), 및 다른 기하학적 및 굴절률 성질을 측정하기 위하여 널리 사용된다.

예를 들어, 간섭측정계를 사용하여 시험면으로부터 반사된 테스트 빔을 기준 표면으로부터 반사된 기준 빔과 조합하여 광학적 간섭 패턴(무늬 패턴이라고 지칭되기도 함)을 형성할 수 있다. 광학적 간섭 패턴의 세기 프로파일 내의 공간적 변동(예를 들어, 어두운 무늬 및 밝은 무늬)은, 예를 들어 기준 표면에 상대적인 시험면의 프로파일 내의 변동에 의하여 야기되는 테스트 및 기준 빔의 조합된 파면들 사이의 위상차에 대응한다.

본 명세서는 측정된 대상 표면의 이미지를 생성하기 위한 다원 검출기(예를 들어, 모노크롬 CMOS 또는 CCD 카메라) 및 조명 시스템이 장착되는 표면 토포그래피 간섭측정계의 실시예를 설명한다. 본 명세서에서, 용어 "트루 컬러"는 대상의 자연색을 이미지를 통해서 제공하는 것을 위하여 사용된다. 컬러 정보는 트루 컬러 2-차원 이미지로서 제공되거나 토포그래피 정보와 조합되어 오브젝트의 형상 및 컬러 텍스쳐의 3-차원(3D)의 표현을 형성하여, 인간 관찰자에게 실제 부분을 바라보는 인상을 효과적으로 생성할 수도 있다.

일반적으로, 본 명세서에서 설명되는 기술 요지의 하나의 혁신적 양태는, 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포를 생성하도록 구성되는 조명 모듈; 다원 검출기; 상기 다원 검출기 상에, 시험 대상물의 표면을 테스트 광을 사용하여 이미징하고, 다원 검출기 상에, 테스트 광을 기준 광과 조합하여 간섭 패턴을 형성하도록 구성되는 조명 모듈로서, 테스트 광 및 기준 광이 조명 모듈로부터 유도되는, 조명 모듈; 및 적어도 조명 모듈 및 다원 검출기에 통신가능하게 연결되는 전자 제어 모듈을 포함하는 간섭측정 시스템에서 구현될 수 있다. 동작 도중에, 전자 제어 모듈은 조명 모듈이 시험 대상물의 표면을 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포로써 순차적으로 조명하는 동안에 이에 대응하여 다원 검출기가 간섭 패턴 및 시험 대상물의 표면의 이미지를 기록하도록 한다. 더 나아가 동작 도중에, 전자 제어 모듈은 (i) 시험 대상물의 표면의 형상에 대한 정보를, 적어도 부분적으로 상기 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상에 대하여 기록된 간섭 패턴으로부터, 그리고 (ii) 시험 대상물의 표면의 색에 대한 정보를, 적어도 부분적으로 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 대하여 기록된 이미지로부터 결정한다. 추가적으로 동작 도중에, 전자 제어 모듈은 시험 대상물의 표면의 형상 및 컬러의 표현을 결정된 정보로부터 생성한다.

이러한 구현형태 및 다른 구현형태들은 각각 후속하는 피쳐 중 아무 것도 포함하지 않거나 하나 이상을 선택적으로 포함할 수도 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 상기 기록된 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상은 제 1 스펙트럼 광 분포이고, 상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상은 각각 제 1 스펙트럼 광 분포 및 제 2 스펙트럼 광 분포이다. 몇 가지 구현형태들에서, 상기 기록된 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상은 제 1 스펙트럼 광 분포이고, 상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상은 각각 제 2 스펙트럼 광 분포 및 제 3 스펙트럼 광 분포이다.

몇 가지 구현형태들에서, 상기 기록된 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상은 광대역 광 분포이고, 상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상은 각각 적색, 녹색 또는 청색 광 분포 중 두 개 이상이다. 예를 들어, 조명 모듈은 광대역 광 분포를 방출하는 백색 광원, 및 적색 필터, 녹색 필터 또는 청색 필터 중 두 개 이상을 포함할 수 있다. 이러한 경우에서, 적색, 녹색, 및 청색 필터는 백색 광원에 의하여 제공된 광대역 광 분포를 필터링하여 적색, 녹색 및 청색 광 분포를 각각 획득하도록 구성된다. 다른 예로서, 상기 조명 모듈은 상기 광대역 광 분포를 방출하는 백색 광원, 및

상기 적색, 녹색 및 청색 광 분포를 각각 방출하는 적색 광원, 녹색 광원 또는 청색 광원 중 두 개 이상을 포함할 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 상기 전자 제어 모듈은, 상기 다원 검출기 또는 다원 검출기의 내장부분(integral fraction)의 프레임 레이트로, 조명 모듈을 상기 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상과 이미지를 기록하기 위하여 사용되는 다수의 스펙트럼 광 분포 중 두 개 이상 사이에서 스위칭한다. 몇 가지 구현형태들에서, 상기 전자 제어 모듈은, 상기 간섭 패턴이 상기 다원 검출기에 의하여 기록되는 경우 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상을 유지하고, 컬러 정보를 위하여 사용된 이미지가 상기 다원 검출기에 의하여 기록되는 경우, 상기 다원 검출기 또는 다원 검출기의 내장부분의 프레임 레이트로, 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 두 개 이상을 스위칭한다.

몇 가지 구현형태들에서, 간섭측정 시스템은 상기 테스트 광과 기준 광 사이의 광경로 길이차를 변동시키도록 포지셔닝되는 스테이지; 및

상기 전자 제어 모듈과 통신가능하게 연결되고 상기 스테이지를 상기 테스트 광과 기준 광 사이의 다수의 광경로 길이차에 대응하는 포지션으로 천이시키도록 구성되는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 광경로 길이차의 각각은 간섭 패턴들로부터 연관된 간섭 패턴을 형성한다. 이러한 경우에서, 상기 스테이지는 시험 대상물 표면을 상기 이미징 모듈에 대해 상대적으로 포지셔닝하도록 구성된다. 더욱이, 상기 전자 제어 모듈은 상기 시험 대상물의 표면의 형상에 대한 결정된 정보에 기초하여, 상기 이미지가 상기 다원 검출기에 의하여 초점이 맞게 기록되도록 상기 시험 대상물 표면을 상기 이미징 모듈의 초점 심도 내에 포지셔닝한다.

몇 가지 구현형태들에서, 간섭측정 시스템은 두 개 이상의 파장의 테스트 광을 방출하도록 구성되는 파장 조정가능 광원(예를 들어, 레이저 다이오드), 및 테스트 광의 두 개 이상의 파장과는 상이한 스펙트럼 광 분포를 가지는 조명 광을 방출하도록 구성되는 제 2 광원(예를 들어, 컬러 LED)을 포함할 수 있다. 이러한 경우에서, 상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상은 각각 파장 조정가능 광원에 의하여 방출되는 광의 두 개 이상의 파장 중 하나, 및 제 2 광원에 의하여 방출되는 조명 광의 스펙트럼 광 분포이다. 더 나아가 이러한 경우에서, 이미징 모듈은 테스트 광과 기준 광 사이의 비-제로 광경로 길이차를 규정한다. 더욱이, 전자 제어 모듈은 테스트 광과 기준 광 사이의 두 개 이상의 위상차에 대응하는 테스트 광의 두 개 이상의 파장 사이에서 천이한다. 위상차의 각각은 간섭 패턴들로부터 연관된 간섭 패턴을 형성한다.

몇 가지 구현형태들에서, 상기 시험 대상물의 표면의 색에 대한 정보는, 트루 컬러 이미지의 각각의 픽셀이 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상으로써 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지의 대응하는 픽셀의 평균을 포함하도록, 상기 전자 제어 모듈에 의하여 상기 트루 컬러 이미지로서 결정된다. 예를 들어, 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상의 각각으로써 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지 내의 간섭 패턴의 무늬는 상기 트루 컬러 이미지와 연관된 상기 평균의 생성 이전에 상기 전자 제어 모듈에 의하여 제거된다. 다른 예로서, 상기 이미징 모듈은, 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상으로써 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지의 획득 도중에, 상기 이미지에 간섭 패턴이 존재하지 않도록 바이패스되는 간섭측정계 모듈을 포함한다.

몇 가지 구현형태들에서, 조명 모듈 및 이미징 모듈은 오직 비-정반사성(non-specularly)으로 반사된 광만이 다원 검출기에 도달하게 하도록 구성되고 구현되는 정합 개구가 있는 각각의 빔 조리개를 포함한다. 더욱이, 전자 제어 모듈은 다원 검출기가 간섭 패턴을 기록할 경우 빔 조리개를 맞물림해제하고, 및 다원 검출기가 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 의하여 각각 조명된 시험 대상물의 표면의 이미지를 획득하는 경우 빔 조리개를 맞물리게 한다. 몇 가지 구현형태들에서, 상기 조명 모듈은, 상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상의 각각을, 오직 비-경면으로 반사된 광만이 상기 이미징 모듈에 진입하게 하는 상기 시험 대상물의 표면에 대한 입사각들에서 제공하도록 구성 및 구현된다.

몇 가지 구현형태들에서, 간섭측정 시스템은 디스플레이 디바이스를 더 포함한다. 이러한 경우에서, 시험 대상물의 표면의 간섭 패턴을 기록하기 이전에, 전자 제어 모듈은 조명 모듈이 시험 대상물의 표면을 두 개 이상의 스펙트럼 광 분포로써 순차적으로 조명하는 동안에 이에 대응하여 다원 검출기가 시험 대상물의 표면의 이미지를 기록하게 한다. 더 나아가 이러한 경우에서, 전자 제어 모듈은 시험 대상물의 표면의 컬러에 대한 정보를, 적어도 부분적으로 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 대하여 기록된 이미지로부터 결정하고, 시험 대상물의 표면의 컬러에 대한 결정된 정보에 기초하여 실시간으로 디스플레이 디바이스에서, 시험 대상물의 표면의 트루 컬러 이미지의 시퀀스를 렌더링한다. 트루 컬러 이미지의 시퀀스를 렌더링하는 것에 응답하여, 전자 제어 모듈은 시험 대상물의 표면의 형상 및 컬러의 표현이 생성되어야 하는 트루 컬러 이미지의 시퀀스 내에 위치된 측정 부위의 사양을 수신한다.

본 명세서에서 설명되는 기술 요지의 다른 혁신적 양태는, 이미징 광학기에 의하여 상기 다원 검출기 상에, 시험 대상물의 표면을 테스트 광을 사용하여 이미징하는 단계, 및 이미징 광학기에 의하여 다원 검출기 상에, 간섭 패턴을 형성하기 위하여 테스트 광을 기준 광과 조합하는 단계를 포함하는 간섭측정 방법에서 구현될 수 있다. 테스트 광 및 기준 광은 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포를 방출하는 광원으로부터 유도된다. 이러한 방법은 시험 대상물의 표면을 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포로써 순차적으로 조명하는 동안에 이에 대응하여 다원 검출기에 의하여 간섭 패턴 및 시험 대상물의 표면의 이미지를 기록하는 단계를 더 포함한다. 더욱이, 이러한 방법은 제어 모듈에 의하여, (i) 시험 대상물의 표면의 형상에 대한 정보를, 적어도 부분적으로 상기 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상에 대하여 기록된 간섭 패턴으로부터, 그리고(ii) 시험 대상물의 표면의 색에 대한 정보를, 적어도 부분적으로 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 대하여 기록된 이미지로부터 결정하는 단계를 포함한다. 추가적으로, 이러한 방법은 제어기 모듈에 의하여 시험 대상물의 표면의 형상 및 컬러의 표현을 결정된 정보로부터 생성하는 단계를 포함한다.

이러한 구현형태 및 다른 구현형태들은 각각 후속하는 피쳐 중 아무 것도 포함하지 않거나 하나 이상을 선택적으로 포함할 수도 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 상기 기록된 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상은 제 1 스펙트럼 광 분포이고, 상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상은 각각 제 1 스펙트럼 광 분포 및 제 2 스펙트럼 광 분포이다.

몇 가지 구현형태들에서, 상기 기록된 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상은 제 1 스펙트럼 광 분포일 수 있고, 상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상은 각각 제 2 스펙트럼 광 분포 및 제 3 스펙트럼 광 분포일 수 있다. 예를 들어, 이러한 방법은, 상기 다원 검출기 또는 다원 검출기의 내장부분(integral fraction)의 프레임 레이트로, 광원을 상기 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상과 이미지를 기록하기 위하여 사용되는 다수의 스펙트럼 광 분포 중 두 개 이상 사이에서 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 이러한 방법은, 상기 간섭 패턴이 상기 다원 검출기에 의하여 기록되는 경우 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상을 유지하는 단계, 및 컬러 정보를 위하여 사용된 이미지가 상기 다원 검출기에 의하여 기록되는 경우, 상기 다원 검출기 또는 다원 검출기의 내장부분의 프레임 레이트로, 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 두 개 이상을 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다. 더 나아가, 이러한 방법은 상기 테스트 광과 기준 광 사이의 광경로 길이차를 스테이지를 포지셔닝하여 변경시키는 단계, 및 액츄에이터에 의하여, 상기 스테이지를 상기 테스트 이미지와 기준 이미지 사이의 다수의 광경로 길이차에 대응하는 포지션으로 천이시킴으로써, 각각의 광경로 길이차가 연관된 간섭 패턴을 형성하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 방법은 상기 스테이지를 조절함으로써 시험 대상물 표면을 상기 이미징 광학기에 상대적으로 포지셔닝하는 단계를 포함할 수 있다. 추가적으로, 이러한 방법은, 상기 제어 모듈에 의하여, 상기 시험 대상물의 표면의 형상에 대한 결정된 정보에 기초하여, 상기 이미지가 상기 다원 검출기에 의하여 초점이 맞게 기록되도록 상기 시험 대상물 표면을 상기 이미징 모듈의 초점 심도 내에 포지셔닝하는 단계를 포함할 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 상기 시험 대상물의 표면의 색에 대한 정보를 결정하는 동작은, 트루 컬러 이미지의 각각의 픽셀이 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 의하여 각각 조명된 시험 대상물의 표면의 이미지의 대응하는 픽셀의 평균을 포함하도록 상기 트루 컬러 이미지를 생성하는, 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 방법은 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상으로써 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지 내의 간섭 패턴의 무늬를 상기 트루 컬러 이미지와 연관된 평균을 생성하기 이전에 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 이러한 방법은 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상으로써 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지의 획득 도중에, 상기 이미지에 간섭 패턴이 존재하지 않도록 상기 이미징 광학기의 기준 레그(reference leg)를 바이패스하는 단계를 포함할 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 이러한 방법은 상기 다원 검출기가 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 의하여 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지를 획득하는 경우, 오직 비-경면으로 반사된 광만이 상기 다원 검출기에 도달하게 하도록, 상기 제어기 모듈에 의하여 상기 광원 및 이미징 광학기 내에 각각 배치된 정합 빔 조리개를 맞물리게 하는 단계, 및 상기 다원 검출기가 간섭 패턴을 기록할 경우, 상기 제어기 모듈에 의하여, 상기 정합 빔 조리개를 맞물림해제하는 단계를 포함할 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 이러한 방법은 상기 광원에 의하여, 이미지를 각각 형성하도록 사용되는 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상을, 오직 비-경면으로 반사된 광만이 상기 이미징 광학기에 진입하게 하는 상기 시험 대상물의 표면에 대한 입사각들에서 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예들은 후속하는 장점들 중 하나 이상을 실현하도록 구현될 수 있다. 간섭측정 시스템은, 형상, 거칠기, 텍스쳐, 재료 성질, 등을 포함하는, 대상에 대한 도량 또는 정량적 정보를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 추가적으로, 개시된 기술은 샘플 표면에 대한 추가적으로, 개시된 기술은 샘플 표면에 대한 컬러 정보를 제공한다. 컬러 정보는, 예를 들어 별개의 재료, 필름 구조(예를 들어, 반도체 디바이스 및/또는 LCD 디스플레이 내의 필름의 구조), 머시닝된 금속 부분 상의 부식된, 염색된, 양극 산화된 또는 어닐링된 영역, 잉크, 및/또는 마크의 표면 상의 위치의 식별과 같은 다수 개의 애플리케이션에 대하여 유용하다. 위치 정보는 2-차원의 계측(예를 들어, 레지스트레이션(registration), 임계 치수), 프로파일러로의 부분 정렬, 및/또는 결함 검출 및 특징화를 위하여 사용될 수 있다. 컬러 정보는 정성적 시각적 검사, 매뉴얼 정렬 또는 분류를 위한, 샘플 표면의 실제와 유사한 또는 트루 컬러 컴퓨터 표현을 생성하기 위하여 사용될 수도 있다.

더욱이, 개시된 기술은 어떠한 방식으로도 프로파일러의 계측 능력을 한정하지 않으면서 샘플 표면에 대한 트루 컬러 정보를 캡쳐하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 명세서 설명되는 간섭측정 시스템의 측방향 및 수직 해상도는, 표면 계측을 수행할 경우에 동일한 간섭측정계 구성(배율, 개구수 및 공간적 샘플링)을 사용하는 종래의 프로파일러의 그것과 유사하다. 추가적으로, 실시예들에서, 계측 데이터를 획득하는 것은 컬러 데이터를 획득해야 한다는 요구 사항에 의하여 부담지워지지 않는다. 예를 들어, 간섭측정 시스템은 3D 토포그래피를 수집하기 위하여 최적인 다양한 개구 또는 시야 조리개(field stop), 스펙트럼 필터, 및 기타 등등을 사용할 수도 있다.

간섭측정 시스템은 종래의 다원 검출기를 변경하도록 요구하지 않으면서 계측을 위한 스펙트럼 및 컬러 정보를 수집하기 위한 하나 이상의 스펙트럼들을 제공하는 다기능 광원을 일반적으로 사용한다. 이것은, 다원 검출기의 성능(예를 들어, 선형성, 포화 심도(full-well depth), 감지하는 엘리먼트 치수, 양자 효율, 판독 노이즈, 등)이 계측 체인에서 중요한 요소이기 때문에 개시된 기술의 중요한 장점이다. 추가적 컬러 이미징을 수용하기 위하여 검출기 성능을 희생시켜야 하는 것은, 일반적으로 기구의 성능을 열화시킬 수도 있다. 예를 들면, 모노크롬 카메라 대신에 컬러 감응 카메라를 사용하면, 결과적으로 측방향 해상도의 손실을 가져오거나(예를 들어, 컬러 필터 매트릭스가 있는 단일 검출기) 또는 시스템 비용에 있어서의 첨예한 증가를 가져오고(예를 들어, 멀티-CCD 이미저(imager)에서와 같은 다수의 검출기) 또한 상업적으로 입수가능한 디바이스가 줄어들게 할 수도 있다.

하나 이상의 실시예들의 세부사항들은 첨부 도면들 및 다음의 설명에서 언급된다. 기술 요지의 다른 피쳐들, 양태들, 및 이점들은 상세한 설명, 도면, 청구항으로부터 명확하게 될 것이다.

본 특허 또는 출원 파일은 컬러로 작성된 적어도 하나의 도면을 포함한다. 컬러 도면이 있는 이러한 특허 또는 특허 출원 공개문서의 복제본은 요청과 함께 필요한 비용을 지불하면 미국 특허청에 의하여 제공될 것이다.
도 1 은 시험 대상물의 표면 토포그래피 및 컬러 텍스쳐를 결정하기 위하여 사용되는 간섭측정 시스템의 일 예의 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 간섭측정 시스템에 의하여 사용되는 광원의 일 예의 개략도이다.
도 3 은 시험면에 대한 프로파일 및 컬러 정보를 획득하기 위하여 사용되는 프로세스의 일 예를 도시한다. 도 3 은 컬러로 제공된다.
도 4 는 도 3 의 프로세스에 의하여 사용되는 계측 데이터 및 컬러 데이터의 획득 기법의 양태들을 보여준다. 도 4 컬러로 제공된다.
도 5 는 도 3 의 프로세스에 의하여 사용되는 계측 데이터 및 컬러 데이터의 다른 획득 기법의 양태들을 보여준다. 도 5 컬러로 제공된다.
도 6a 및 도 6b 는 도 3 의 프로세스 도중에 컬러 데이터에 의하여 체험되는 변환의 예를 도시한다. 도 6a 및 도 6b 는 컬러로 제공된다.
도 7 은 대상의 표면으로부터의 다양한 타입의 광 반사의 도면을 도시한다.
도 8 은 상이한 색소를 포함하는 대상의 표면으로부터의 광 반사의 다이어그램을 도시한다. 도 8 컬러로 제공된다.
도 9 는 경면으로(specularly) 반사된 광 및 확산되게(diffusely) 반사된 광 각각을 사용하여 기록되는 두 개의 이미지를 도시한다. 도 9 컬러로 제공된다.
도 10 은 확산되게 반사된 광으로부터 시험면에 대한 컬러 정보를 획득하기 위하여 사용되는, 도 1 의 간섭측정 시스템의 컴포넌트를 도시한다. 도 10 컬러로 제공된다.
도 11 은 확산되게 반사된 광으로부터 시험면에 대한 컬러 정보를 획득하기 위하여 사용되는, 도 1 의 간섭측정 시스템의 다른 컴포넌트를 도시한다. 도 11 컬러로 제공된다.
다양한 도면들 내의 유사한 참조 번호들 그리고 지정들은 유사한 엘리먼트들을 표시한다.

도 1 은 시험 대상물(105)의 표면의 형상 및 컬러 텍스쳐(195)를 생성하기 위하여 사용되는 간섭측정 시스템(100)의 일 예의 개략도이다. 몇 가지 구현형태들에서, 간섭측정 시스템(100)은 저-코히어런스 간섭 표면 프로파일러이다. 간섭측정 시스템(100)은 조명 모듈(110), 이미징 모듈(130), 이미지 획득 모듈(150), 및 전자 제어 모듈(160)을 포함한다. 시험 대상물(105)은 마운트 상에 배치된다.

조명 모듈(110)은 광원 모듈(120)을 포함하고, 시험 대상물(105)의 표면을 조명하도록 구성된다. 광원 모듈(120)은 완전한 측정의 과정에서 광의 두 개 이상의 스펙트럼 분포을 생성한다. 몇 가지 구현형태들에서, 광원 모듈(120)은 표면 토포그래피 데이터를 획득하기 위한 조명 광(124)을 제공하도록 구현되고 구성되는 제 1 광원 서브-모듈(122), 및 표면 컬러 데이터를 획득하기 위한 조명 광(128)을 제공하도록 구현되고 구성되는 제 2 광원 서브-모듈(126)을 포함한다. 이러한 경우에서, 조명 광(128)은, 도 11 과 연계하여 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포들 사이에서 변조될 수 있다. 다른 구현형태들에서, 광원 모듈(120)은 표면 토포그래피 데이터 및 표면 컬러 데이터를 획득하기 위하여 조명 광(124)을 제공하도록 구현되고 구성되는 단일 광원 서브-모듈(122)을 포함한다. 이러한 경우에서, 조명 광(124)은, 도 2 및 도 10 과 연계하여 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포들을 포함할 수 있다. 양자 모두의 구현형태에서, 광원 모듈(120)에 의하여 생성되는 다수의 스펙트럼 광 분포는 도 4 및 도 5 와 연계하여 아래에서 설명되는 바와 같이 다양한 시퀀스에 기초하여 변조된다.

광(124)은 조명 모듈(110)의 전용 조명 광학기를 통하여 시험 대상물(105)의 표면에 전달될 수 있다. 조명 광학기는 조절가능한 개구, 예를 들어, 개구(125, 127), 시야 조리개(115), 및 간섭 대물렌즈(140)를 포함한다. 간섭 대물렌즈(140)는 광(124)을 테스트 광(124') 및 기준 광(124")으로 분할하도록 구성된다. 테스트 광(124')은 시험 대상물 표면에 의하여 반사되거나 산란되고 이제 이미징 모듈(130)에 의하여 수집된다. 기준 광(124")은 시험 대상물(105)으로부터 전환되고 이미징 모듈(130)에 의하여 수집되기 이전에 간섭 대물렌즈(140)의 기준면에서 반사된다. 간섭 대물렌즈(140)는 테스트 광(124')을 기준 광(124")과 조합하고, 이제 이미징 모듈(130)의 릴레이 광학기(145)가 시험 대상물 표면의 최종 이미지를 이미지 획득 모듈(150)의 다원 2D 검출기(155) 상에 형성한다.

이러한 방식으로, 이미징 모듈(130)은, 적어도 측정 도중에 수행되는 데이터 수집 프로세스의 일부 부분에 대하여, 테스트 광(124') 및 기준 광(124")이 다원 검출기(155)에서 간섭하여 시험 대상물 표면과 연관된 간섭 패턴을 형성하도록 구성된다. 이러한 경우에서, 테스트 광 및 기준 광(124', 124") 모두는 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포 중 하나로부터 유도된다. 일반적으로, 간섭측정식 프로파일링은 계측 정보(예를 들어, 토포그래피 또는 표면 형상 정보)를 추출하기 위하여 이러한 간섭 현상들의 존재에 의존한다. 간섭 패턴의 형상, 콘트라스트 및 정도가 많은 부분 간섭측정 시스템(100)의 광원 모듈(122)의 스펙트럼 분포에 의존하기 때문에, 광원 모듈(122)은 수직 및 측방향 해상도, 측정 쓰루풋, 등의 최선의 절충을 제공하도록 최적화되는 소스를 포함한다. 이러한 최적화는 흔히 결과적으로, 종래의 표면 프로파일러가 역시 시험 대상물 표면에 대한 컬러 정보를 수집하도록 사용되었을 경우 최적이 아닐 스펙트럼 분포을 초래한다. 이를 고려하여, 이미징 모듈(130)은 위에서 지적된 간섭 패턴에 추가하여 다원 검출기(155) 상에, 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 의하여 개별적으로 조명되는 대상의 표면의 이미지를 형성하도록 구성된다. 이러한 이미지는 시험 대상물 표면과 연관된 컬러 데이터를 나타낸다. 이러한 방식으로, 컬러 정보가 컬러 렌더링에 대하여 최적인 소스 스펙트럼으로써 획득되는 동안에 토포그래피 정보가 소스 스펙트럼 및 표면 높이 계측에 대하여 최적인 신호 샘플링 구성으로써 획득된다.

전자 제어 모듈(160)은 조명 모듈(110), 이미징 모듈(130) 및 이미지 획득 모듈(150)에 통신가능하게 연결된다. 전자 제어 모듈(160)은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이것들의 조합으로 구현될 수 있다. 이러한 방식으로, 전자 제어 모듈(160)은 광원 모듈(120)이 시험 대상물(105)의 표면을 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포로써 순차적으로 조명하는 동안에 다원 검출기(155)가 간섭 패턴 및 컬러 정보를 이에 대응하여 기록하도록 구성된다. 시험 대상물 표면이 스펙트럼 분포들 중 하나에 의하여 조명되는 때에 간섭 패턴을 기록하기 위한 다양한 기법들이 종래 기술에서 공지되는 바와 같이 사용될 수 있다.

도 1 에 도시되는 예에서, 전자 제어 모듈(160)은 간섭 패턴(170)의 프로세서 및 컬러 데이터(180)의 프로세서를 포함한다. 다른 구현형태들에서, 간섭 패턴(170)의 프로세서의 그리고 컬러 데이터(180)의 프로세서의 기능들은 단일의 결합형 프로세서에 의하여 수행될 수 있다. 간섭 패턴(170)의 프로세서는, 적어도 부분적으로 상기 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포 중 하나를 사용하여 기록되는 간섭 패턴으로부터, 시험 대상물(175)의 표면의 형상에 대한 정보를 결정하도록 구성된다. 컬러 데이터(180)의 프로세서는, 적어도 부분적으로 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 의하여 개별적으로 조명되는 대상의 표면의 기록된 이미지들로부터, 대상(185)의 표면의 컬러 텍스쳐를 결정하도록 구성된다. 시험면에 대하여 획득되는 컬러 데이터로부터 시험 대상물 표면(105)의 컬러 텍스쳐(185)를 생성하도록 컬러 데이터(180)의 프로세서를 사용하는 양태가 도 6a 내지 도 6b 와 연계하여 아래에 설명된다. 전자 제어 모듈(160)은 시험 대상물(105)의 표면과 연관된 표면 토포그래피(175) 및 표면 컬러 텍스쳐(185)를 시험 대상물(105)의 표면의 형상 및 컬러 텍스쳐(195)의 3D 표현으로 조합시키도록 구성되는 조합기(190)를 더 포함한다. 표면 형상 데이터 및 표면 컬러 데이터에 기초하여 시험 대상물(105)의 표현의 형상 및 컬러 텍스쳐(195)의의 3D 표현을 생성하는 프로세스는 도 3 과 연계하여 아래에 설명된다.

표면 계측을 수행하도록 구성되는 종래의 간섭측정 시스템에 대해서, 시험 대상물 표면에 의하여 다시 반사되거나 산란되는 광대역 광의 스펙트럼 분포을 분석하고, 푸리에 변환 분광학의 원리를 사용하여 이것의 시각적 컬러 외관을 유도하는 것이 몇 가지 경우들에서 가능하다. 그러나, 이러한 접근법은 이미징 모듈의 낮은 개구수와 가장 적합하다. 사실상, 중간 또는 고-개구수 광학기에 대해서, 측정된 스펙트럼 컴포넌트는 광의 파장 및 테스트 볼륨 내의 광 빔의 전파 방향 모두에 대한 간섭 신호 주파수의 의존성 때문에 색천이되어 나타날 수 있다. 이러한 방식으로, 종래의 간섭측정 시스템에 의하여 측정되는 부드러운 구형 표면은 측정된 스펙트럼 분포을 구 꼭지점까지의 거리의 함수로서 바라볼 때에 점점 더 불그스름하게 보이게 될 것이다. 개시된 기술에 따라서 동작하는 컬러 데이터(180)의 프로세서는 이러한 제한사항을 겪지 않으며, 조명의 스펙트럼 콘텐츠가 다원 검출기(155)의 각각의 프레임에 대하여 알려지기 때문에 이미징 모듈(130)의 개구수와 무관하게 시험 대상물 표면(105)의 정확한 컬러 정보를 전달할 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 간섭측정 시스템(100)은 토포그래피 정보를 캡쳐하기 위하여 제 1 데이터 획득 시퀀스를 사용하고, 후속하여 컬러 데이터의 인터리브되거나 순차적인 획득을 사용한다.

예를 들어, 컬러 정보는, 조명 시스템이 스펙트럼 대역의 세트, 예를 들어 청색 대역(예를 들어, 480 nm보다 짧은 파장), 녹색 대역(530 nm 근방의 파장) 및 적색 대역(예를 들어, 600 nm보다 더 긴 파장)에서 스위칭하는 동안 시험 대상물 표면의 이미지를 순차적으로 기록함으로써 획득된다. 비록 최소인 두 개의 대역이 개시된 기술에 따라서 사용되지만, 네 개 이상의 스펙트럼 대역을 사용하면 더 정확한 컬러 렌더링이 가능하다. 간섭측정 시스템(100)이 예를 들어 광대역 백색-광 스펙트럼 및 더 좁은 녹색 및 적색 스펙트럼들을 가지는 컬러 데이터를 수집하는 감산 접근법도 역시 가능하다. 예를 들면, 토포그래피 및 컬러 정보는 검출기 프레임 레이트 또는 그것의 적분 분수에서의 상이한 스펙트럼 대역들 사이의 광원 모듈(120)의 스위칭을 통하여 동시에 획득된다. 이러한 경우에서, 완전한 데이터 획득은 연속적인 조명 패턴의 시퀀스를 기록하는 것일 수 있는데, 여기에서 하나의 패턴 내에서, 제 1 카메라 프레임은 토포그래피 데이터를 수집하기 위하여 스펙트럼 대역으로써 기록되고, 후속하여 하나의 프레임이 적색 광으로써 조명되며, 후속하여 프레임들이 녹색, 각각 청색 광으로써 조명된다. 이러한 시퀀스는 간섭측정 시스템(100)이, 예를 들어 시험 대상물(105)의 측정 볼륨의 스캔을 수행함으로써 모든 형상 및 컬러 데이터를 수집하는 동안에 반복된다. 표면 형상 데이터 및 표면 컬러 데이터를 획득하는 이러한 기법의 더 상세한 세부사항은 도 4 와 연계하여 아래에 설명된다.

다른 예로서, 간섭측정 시스템(100)은 측정 볼륨을 스캐닝함으로써 표면 토포그래피 정보를 수집한다. 예를 들어, 시험 대상물 표면(105)은 스테이지 상에서 이미징 모듈에 대해 상대적으로 포지셔닝될 수 있다. 간섭측정 시스템(미도시)의 액츄에이터는 스테이지를 테스트와 기준 이미지 사이의 다수의 광경로 길이차에 대응하는 포지션으로 천이하도록 구성되는데, 광경로 길이차의 각각은 다수의 간섭 패턴들로부터 연관된 간섭 패턴을 형성한다. 간섭 패턴은 또한 최적 스캔 범위(177)를 결정하기 위하여 간섭 패턴(170)의 프로세서에 의하여 사용될 수 있다. 최적 스캔 범위(177)는, 컬러 정보가 대상 표면의 포인트들이 이미징 모듈(130)의 초점 심도 내에 있는 때에 수집되도록, 측정 볼륨 내에서 간섭측정 시스템(100)이 컬러 정보를 수집해야 하는 이미징 모듈(130)의 광축에 따른 거리이다. 이것은 초점-심도가 대상 높이의 전범위보다 더 작은 경우에도 모든 대상 위치에서 초점에 맞는 컬러 이미지를 제공한다. 표면 형상 데이터 및 표면 컬러 데이터를 획득하는 이러한 기법의 더 상세한 세부사항은 도 5 와 연계하여 아래에 설명된다. 선택적으로 이러한 경우에서, 개시된 기술은 최선의 초점의 위치의 색변이(chromatic variations)를 정정할 수 있다.

추가적으로, 간섭측정식 시스템(100)은, 비-간섭측정식 광학 기구가 컬러 데이터를 수집하도록 사용된 것과 같이, 다원 검출기(155)에 의하여 기록되는 최종 컬러 이미지 내에서 조명 모듈(110) 및 이미징 모듈(130)에 의하여 생성되는 컬러 간섭 패턴의 콘트라스트를 실질적으로 감소시키도록 더욱 구성된다. 컬러 간섭 패턴의 콘트라스트를 감소시키는 이러한 기법의 더 상세한 세부사항은 도 6 과 연계하여 아래에 설명된다.

추가적으로, 간섭측정계 시스템(100)은, 오직 비-경면으로 반사된 광(예를 들어, 확산되게 산란된 광)만이 컬러 정보를 수집할 때에 다원 검출기(155)에 도달하도록 구성될 수 있다. 도 10 과 연계하여 아래에 설명되는 몇 가지 구현형태들에서, 내부 개구는 컬러 데이터의 획득 도중에(이것은 도 10 과 연계하여 아래에서 좀 더 상세하게 설명됨), 조명 모듈(110)(예를 들어, 개구(125)) 및 이미징 모듈(130)(예를 들어, 이미징 모듈(130) 내에 배치된 125 과 상보적인 다른 개구, 도 1 에는 미도시) 내에서 스위칭될 수 있다. 도 11 과 연계하여 아래에 설명되는 다른 구현형태들에서, 광원 모듈(120)의 제 2 광원 서브-모듈(126)은, 오직 확산되게 산란된 광(124')만이 이미징 모듈(130)에 의하여 캡쳐되도록, 컬러 데이터의 획득 도중에 조명 광(128)을 시험 대상물 표면(105)으로 제공하도록 구현된다.

광원 모듈(120)의 다양한 구현형태들이 다음으로 설명된다. 일반적으로, 간섭측정 시스템(100)의 광원 모듈(120) 내에 포함된 다수의 광원이 계측을 위한 제 1 스펙트럼을 가지는 조명 광(또는 단순광)을 제공하고, 하나 이상의 추가적 광원은 컬러 정보를 수집하기 위한 스펙트럼들을 제공한다.

도 2 는 위에서 도 1 과 연계하여 설명된 간섭측정 시스템(100)과 공동으로 사용될 수 있는 광원 모듈(222)의 일 예의 개략도이다. 광원 모듈(222)은 관심 대상인 스펙트럼 분포을 순차적으로 생성한다. 빔-분할 엘리먼트(230-i)(i = 1, 2, …), 고속-스위칭 광 밸브(214-j), 스펙트럼 필터(212-j), 및 스위칭가능 및/또는 비-스위칭가능 광원(210-j)(j = 1, 2, …)이 계측 데이터 수집을 위하여 그리고 컬러 데이터 수집을 위하여 두 개 이상의 소스 스펙트럼 분포의 순차적인 생성을 가능하게 하도록 공동으로 사용된다. 광원 모듈(222)의 j 개의 채널(또는 j 개의 레그)의 다양한 변조 시퀀스가 도 4 및 도 5 와 연계하여 아래에 설명된다.

빔-분할 엘리먼트(230-i)는 예를 들어 이색성 필터, 박막 기초 빔-분할기(분극 또는 비-분극), 또는 회절 그레이팅일 수 있다. 고속-스위칭 광 밸브(214-j)는, 예를 들면 격판 및 기계적 셔터, 공간 광 변조기(마이크로-미러, LCD, LCOS), 또는 음향-광학 또는 전기-광학 변조기일 수 있다. 스펙트럼 필터(212-j)는 예를 들어 박막 간섭 필터, 또는 흡수 필터일 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 광원(210-j)은 고속-스위칭 광원, 예컨대 발광 다이오드(LED); 레이저 다이오드, 섬유 레이저; 또는 열 램프이다. 몇 가지 구현형태들에서, 광원(210-j)은 아크, 방전, 형광 램프; 가스 레이저, 초연속(supercontinuum) 레이저; 플라즈마 방출기; 또는 흑체 방출기이다.

도 2 에 도시된 광원 모듈(222)의 예에서, 4 개의 상이한 소스 엘리먼트(210-j)(j = 1-4)의 출력은 빔-분할 큐브(230-i)(i = 1-3)에 의하여 조합된다. 광원 모듈(222)의 각각의 소스 채널(또는 레그)은 추가적 필터링 엘리먼트(212-j) 및 광 밸브(214-j)를 포함할 수 있다. 저-코히어런스 간섭측정식 표면 프로파일러에 대한 일 예시적 구성에서, 소스 엘리먼트는 4 개의 LED이다. 이러한 경우에서, LED(210-j)가 효과적으로 순시적으로(통상적 카메라 노광 지속기간과 비교할 때) 온 또는 오프로 스위칭될 수 있기 때문에 광 밸브(214-j)가 사용되지 않을 수도 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 제 1 LED(210-1, 예를 들어 인광물질을 사용하는 LED)는 계측을 위하여 사용되는 광대역 광을 생성하는 반면에 적색, 녹색 및 청색 LED(예를 들어, 210-2, 210-3 및 210-4 각각)는 컬러 이미징을 위한 광을 제공하기 위하여 사용된다. 다른 구현형태들에서, 높은 시간적 코히어런스가 필요하다면 레이저 다이오드(210-1)에 의하여 계측 스펙트럼이 생성될 수 있다. 필터는 이러한 경우에서는 사용되지 않을 수도 있다. 몇 가지 다른 구현형태들에서, 만일 더 넓은 컬러 조명 채널이 사용된다면, 인광물질 발광을 사용하는 광대역 LED(210-j)가 필터(212-j)와 조합되어 원하는 스펙트럼 분포을 생성한다.

광원 모듈(222)의 다른 예로서, 3 개의 조명 컬러 채널만이 선택되어 이들 중 하나가 계측 소스로서 역할을 하게 한다. 몇 가지 구현형태들에서, 두 개 이상의 컬러 채널의 출력의 조합은 원하는 계측 채널을 합성하기 위하여 사용된다. 이것은, 예를 들어 스펙트럼 분포을 넓게하거나 좁힘으로써 또는 상이한 스펙트럼 서브-도메인의 상대적인 세기를 변경함으로써, 계측 스펙트럼을 특정 애플리케이션에 대하여 맞춤화하는 추가적 능력을 제공한다. 이러한 경우에서 컬러 이미징 능력을 추가하면, 예를 들면 간섭측정 시스템(100)의 계측 능력을 더욱 향상시킨다. 다른 구현형태들에서, 계측을 위하여 사용되는 소스 스펙트럼은 충분히 넓어서(파장의 시각적 범위의 청색 및 적색 영역에서 충분히 멀리 연장함) 두 개의 추가적인 더 좁은 컬러 채널들만이 사용된다.

광원 모듈(222)의 또 다른 예로서, 광대역 계측 스펙트럼을 단일 상보적 컬러 채널과 조합시키면 몇몇 애플리케이션에서 휴의 서브세트에 걸쳐 컬러 정보를 복원하기에 충분할 수 있다.

데이터 수집 및 분석을 위한 다양한 기법들이 이제 간섭측정 시스템(100)과 공동으로 설명된다. 예를 들면, 도 3 은 시험면에 대한 프로파일 및 컬러 정보를 획득하기 위하여 사용되는 프로세스(300)의 일 예를 도시한다.

단계 310 에서, 시험 대상물에 대한 계측 데이터가 수집된다. 여기에서, 다원 검출기는, 시험 대상물 표면이 기준 대상물 표면과 시험 대상물 표면 사이의 다수의 상이한 거리 각각에 대한 하나의 스펙트럼 분포을 가지는 광으로써 조명될 때에 형성되는 간섭 패턴(172)을 기록한다. 대안적으로는, 다원 검출기는, 예를 들어 레이저 다이오드의 방출 파장이 계측 데이터를 획득하기 위하여 선-결정된 범위에 걸쳐 조율되는 소위 파장-스캐닝 기법에서와 같이, 시험 대상물 표면이 다수의 스펙트럼 분포으로써 조명될 때에 형성되는 간섭 패턴을 기록한다. 도 3 에 도시되는 예시적인 구현형태에서, 간섭 패턴(172)은 액정 디스플레이에서 사용되는 RGB 필터에 대하여, 백색 광원으로부터 유래하는 테스트 광 및 기준 광으로써 기록되는 계측 데이터를 나타낸다.

단계 320 에서, 수집된 계측 데이터가 분석된다. 몇 가지 구현형태들에서, 계측 데이터의 분석은 그것이 수집되는 도중에 수행된다. 계측 데이터의 분석의 결과는 시험 대상물과 연관된 표면 토폴로지(175)이다.

선택적으로, 단계 325 에서, 계측 데이터는 그 안에서 컬러 데이터를 수집하기에 최적인 스캔 범위(177)를 결정하도록 더욱 분석될 수 있다. 최적 스캔 범위는, 시험 대상물 표면의 적어도 일부가 이미징 모듈(130)의 초점 심도 내에 있는 이미징 모듈(130)과 시험 대상물 표면 사이의 거리로서 발견된다.

단계 330 에서, 시험 대상물에 대한 컬러 데이터가 수집된다. 몇 가지 구현형태들에서, 단계 330 에서의 컬러 데이터 수집은 도 4 와 연계하여 아래에서 설명되는 바와 같이 단계 310 에서의 계측 데이터 수집과 동시적으로 발생한다(인터리브된다). 이러한 경우에서, 다원 검출기는 대안적으로, 이미징 모듈과 시험 대상물 표면 사이의 다수의 상이한 거리의 각각에 대하여, 단계 310 에서는 시험 대상물 표면이 하나의 스펙트럼 분포을 가지는 광으로써 조명되는 경우에 형성되는 간섭 패턴을, 그리고 단계 330 에서는 시험 대상물 표면이 상이한 스펙트럼 분포을 가지는 광으로써 각각 조명되는 경우의 시험 대상물 표면의 이미지를 기록한다.

몇 가지 구현형태들에서, 단계 330 에서의 컬러 데이터 수집은 도 5 와 연계하여 아래에서 설명되는 바와 같이 단계 310 에서의 계측 데이터 수집과 순차적이다. 예를 들어, 계측 소스는 활성화되고 계측 데이터가 수집된다. 이것이 완료되면, 간섭측정 시스템(100)의 전자 제어 모듈(160)은 한 번씩 컬러 소스들로 스위칭되고 관련된 컬러 정보를 수집한다. 이러한 경우에서, 다원 검출기는, 이미징 모듈(130)과 시험 대상물 표면 사이의 다수의 상이한 거리의 각각에 대하여, 시험 대상물 표면이 두 개 이상의 상이한 스펙트럼 분포을 가지는 광으로써 각각 조명될 경우 두 개 이상의 시험 대상물 표면의 이미지를 기록한다.

대안적으로는, 단계 335 에서, 시험 대상물에 대한 컬러 데이터는 오직 단계 325 에서 결정되는 최적 스캔 범위(177) 내에서만 수집된다. 이러한 경우에서, 다원 검출기는, 이미징 모듈(130)과 시험 대상물 표면 사이의 다수의 상이한 거리의 각각에 대하여, 시험 대상물 표면이 두 개 이상의 상이한 스펙트럼 분포을 가지는 광으로써 각각 조명될 경우 두 개 이상의 시험 대상물 표면의 이미지를 기록하여, 상이한 거리들이 오직 최적 범위(177) 내에 있게 한다. 간섭측정 시스템이 컬러 데이터를 수집하기 이전에 대상 표면에 대한 예비 정보를 유도할 수 있기 때문에, 프로세스(300)의 스테이지(325 및 335)는 (i) 완전(토포그래피 + 컬러) 측정의 지속기간을 최소화하거나, (ii) 수집된 데이터의 품질을 최대화하거나, 또는 (iii) 두 가지 모두를 하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 측정 볼륨을 스캔하는 저-코히어런스 간섭측정계인 간섭측정 시스템에 대하여, 계측 스캔의 결과로서 스캔된 볼륨 내의 시험 대상물 표면의 위치의 지식은 컬러 정보를 수집하기 위하여 사용되는 스캔의 범위를 대상이 존재하는 볼륨의 서브세트로 한정하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 서브세트 볼륨은 단계 325 에서 결정된 최적 스캔 범위(177)에 의하여 경계지어진다. 더욱이, 표면 위치의 지식은 단계 335 에서, 대상 상의 다양한 포인트가 이미징 시스템의 초점-심도 내에 있는 경우 컬러 데이터를 수집하기 위한 정보를 제공한다. 지속기간을 측정하는 것은 결과적으로 최소로 유지되고, 컬러 데이터는 최선의 가능한 광학적 해상도로써 획득된다.

단계 340 에서, 단계 330 또는 단계 335 에서 수집된 컬러 데이터가 분석된다. 몇 가지 구현형태들에서, 컬러 데이터의 분석은 그것이 수집되는 도중에 수행된다. 컬러 데이터의 분석의 결과는 시험 대상물과 연관된 컬러 텍스쳐(185)이다. 다양한 데이터 처리 알고리즘들이 컬러 데이터로부터 컬러 정보를 추출하기 위하여 사용될 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 트루 컬러 이미지가 카메라에서 측정된 평균 세기(또는 이러한 세기의 조합)를 적색, 녹색 및 청색 비트맵 컴포넌트로 지정함으로써 생성되고, 이제 컴퓨터 디스플레이에 디스플레이되거나 인쇄된다. 몇 가지 구현형태들에서, 로오(raw) 카메라 데이터로의 정정은 카메라 암레벨(dark level), 카메라 선형성 응답, 가시 범위에 걸친 조명 균일성, 간섭측정 시스템 내의 다른 광학 컴포넌트로부터의(예를 들어 기준 광(124")으로부터의) 기여도 등과 같은 교정 정보를 사용하여 우선 적용된다. 추가적 처리 단계는 직접적으로 시험 대상물을 응시하는 관찰자의 시각적 인상과 정합하는 시험 대상물 표면의 이미지를 제공하기 위하여 컬러 이미지의 화이트 밸런스를 정정하는 것을 포함한다.

컬러 시험 대상물(105)의 표면의 이미지가, 예를 들어 간섭측정 시스템(100)의 이미징 모듈(130)의 가시 범위 내의 표면의 모든 위치에 대하여 반드시 초점이 맞아야 하는 것은 아니라는 점에 주의한다. 결과적으로, 비록 단계 340 에서 획득된 컬러 이미지가 의미있는 트루 컬러를 가지지만, 이것이 일반적으로 이미징 모듈(130)로써 해소(resolve)될 수도 있는 컬러의 모든 높은 공간적 주파수 피쳐 또는 반사도 변동(reflectivity variations)을 반드시 캡쳐하는 것은 아니다. 시험 대상물 표면(105)의 컬러 텍스쳐(185)를 획득하기 위하여, 시험 대상물 표면(105)의 수직 범위가 이미징 모듈(130)의 초점 심도를 초과하는 경우에도, 시험 대상물 표면(105) 상의 모든 위치에 대한 최선의 초점의 포지션에 대응하는 컬러 정보가 선택된다. 결과적으로, 시험 대상물 표면(105)에 걸친 컬러 및/또는 반사도의 고 주파수 변동이 사용되는 이미징 모듈(130)의 광학기가 있으면 해소되고 가능해진다.

몇 가지 구현형태들에서, 간섭 무늬의 존재에 기인한 이미지의 임의의 변조를 제거하기 위하여 컬러 데이터에 추가적 처리가 적용되는데, 이는 이것들이 선험적으로 데이터에 존재할 것이기 때문이다(아래에서 설명되는 바와 같이 기준 레그가 획득 도중에 차폐되지 않는다면). 간섭측정식 표면 프로파일러, 예를 들어 위에서 도 1 과 연계하여 설명된 간섭측정 시스템(100)은, 계측 데이터가 단계 310 에서 간섭 신호와 배경 신호의 합으로서 모델링될 수 있는 형태로 획득되도록 일반적으로 구성된다. 단계 320 에서, 계측 데이터를 처리하면 이들을 서로 분리시킨다. 단계 340 에서, 유사한 프로시저가 컬러 데이터로부터 간섭 콘텐츠를 제거하고 오직 컬러 이미지를 생성하기 위하여 사용될 배경 정보만을 보존하도록 사용될 수 있다. 이것은 위상-천이 획득의 경우의 평균 신호 세기에 대응한다. 도 3 에 도시되는 예시적 구현형태에서, 컬러 데이터 분석의 결과는, 계측 데이터(172)가 기록되었던 RGB의 필터 매트릭스의 표면의 동일한 부분의 컬러 텍스쳐(185)이다.

단계 350 에서, 표면 토포그래피(175) 및 표면 컬러 텍스쳐(185)는 조합되어 시험 대상물(105)의 형상 및 컬러 텍스쳐(195)의 3D 표현을 생성한다. 도 3 에 도시되는 예시적 구현형태에서, 트루 컬러 3D 그래프(195)는 RGB 필터의 매트릭스의 표면을 표현하고, 표면 토포그래피(175)(계측 데이터(172)에 기초하여 획득됨) 및 표면 컬러 텍스쳐(185)의 조합으로서 생성된다.

위에서 도 1 및 도 3 과 연계하여 설명된 바와 같이, 데이터 수집은 소스 스위칭이 몇몇 간섭측정 시스템에 대하여 인터리빙될 경우 최적일 수 있다. 도 4 는 인터리브된 계측 및 컬러 데이터 수집에 대한 광원 및 다원 검출기 타이밍(400)을 도시한다. 이러한 예에서, 다원 검출기의 각각의 프레임은 상이한 액티브 광원으로써 기록된다. 광원 1 은 제 1 시간 간격(410-1) 도중에 계측 데이터를 수집하기 위하여 시험 대상물 표면을 조명한다. 광원 2, 3 및 4 는 제 1 시간 간격(410-1) 도중에 시험 대상물 표면을 조명하기 위하여 사용되지 않고 있다. 제 1 시간 간격(410-1)에 후속하는 시간 간격(430-1) 도중에, 광원 2, 3 및 4 는 컬러 데이터를 수집하기 위하여 시험 대상물 표면을 연속적으로 조명한다. 광원 1 은 시간 간격(430-1) 도중에 시험 대상물 표면을 조명하기 위하여 사용되지 않고 있다. 시간 간격(430-1)에 후속하는 시간 간격(410-2) 도중에, 광원 1 은 추가적 계측 데이터를 수집하기 위하여 시험 대상물 표면을 다시 조명한다. 광원 2, 3 및 4 는 시간 간격(410-2) 도중에 시험 대상물 표면을 조명하기 위하여 사용되지 않고 있다. 시간 간격(410-2)에 후속하는 시간 간격(430-2) 도중에, 광원 2, 3 및 4 는 추가적 컬러 데이터를 수집하기 위하여 시험 대상물 표면을 다시 연속적으로 조명한다. 광원 1 은 시간 간격(430-2) 도중에 시험 대상물 표면을 조명하기 위하여 사용되지 않고 있다. 인터리브된 계측 및 컬러 데이터 획득을 위한 광원 및 다원 검출기 타이밍(400)은 충분한 계측 및 컬러 데이터가 수집될 때까지 적용될 수 있다.

몇몇 다른 간섭측정 시스템에 대하여, 측정 쓰루풋은 계측 데이터 수집이 컬러 데이터 수집과는 분리되어 수행된다면 최적화될 수 있다. 도 5 는 분리된 인터리브된 계측 및 컬러 데이터 수집에 대한 광원 및 다원 검출기 타이밍(500)을 도시한다. 예를 들어, 계측 데이터의 수집은 제 1 시간 간격(510) 동안 n 개의 프레임에 걸칠 수 있는데, n은 위상-천이 알고리즘에서의 인터페로그램(interferogram) 위상 측정을 위한 샘플들의 개수이다. 이러한 경우에서, 후속하는 프레임 n+1, n+2, …는, 예를 들어 적색, 녹색 및 청색 데이터를 표현하고, 후속하는 제 2 시간 간격(530) 도중에 수집된다. 몇 가지 구현형태들에서, 예를 들어 적색, 녹색 및 청색 데이터의 단일 프레임은 컬러 이미징을 위하여 충분하다.

다른 예로서, 계측 데이터의 수집은, 간섭측정 시스템의 이미징 모듈이 저-코히어런스 간섭측정계의 경우에서와 같이 측정 볼륨에 거쳐 스캔하는 동안에 제 1 시간 간격(510) 도중에 수행될 수 있다. 이러한 경우에서, 다수 개의 최적화된 스캔 속도가 계측 데이터 수집을 위하여 사용된다. 후속하여, 전체 측정 지속기간을 최소화하기 위하여, 제 2 시간 간격(530) 도중의 컬러 데이터 정보의 수집은 상이한 스캔 속도에서, 예를 들어 계측 데이터 수집을 위하여 사용되는 스캔 속도보다 훨씬 높은 속도에서 수행된다. 컬러 데이터로부터 간섭 콘텐츠를 제거하는 옵션이 간섭측정 시스템의 특정 성질을 촉진한다.

몇몇 간섭측정 시스템에서 토포그래피 측정을 위하여 사용되는 위상-천이기가 컬러 데이터를 수집할 때에 상이하게 사용될 수 있다. 예를 들면, 간섭 무늬가 그들이 전체적으로 평균을 취하는 카메라 인테그레이션(camera integration) 도중에 충분히 빠르게 변조하도록, 시간 간격(530) 도중에 위상-천이기 진폭 및 변조 속도가 조절된다. 이것은, 예를 들어 간섭측정식 대물렌즈(140)의 캐비티를 각각의 카메라 프레임 n+1, n+2, …내의 소스 파장의 배수인 진폭으로 선형으로 위상-천이시킴으로써 달성된다. 다른 옵션은 무늬를 제거하기 위하여 주기적인, 예를 들어 정현 발진을 카메라 인테그레이션 도중에 위상-천이기로 제공하는 것이다. 이러한 메커니즘은, 위상-천이 디바이스와 동기되도록 카메라 인테그레이션 도중에 광원(120)의 세기를 조절함으로써 정교하게 될 수 있다.

저-코히어런스 간섭측정 시스템에 대하여, 결과적으로 각각의 컬러 채널에 대한 간섭 패턴을 없애는 것을 본질적으로 완료하는 속도에서 측정 볼륨에 걸쳐 스캔하는 것도 유사하게 가능하다.

몇몇 간섭측정 시스템은 그들의 높은 조명 또는 이미징 개구수의 결과로서 제한된 초점-심도를 제공하는 이미징 모듈을 사용한다. 이러한 경우들에서, 바람직하지 않게 이미지를 블러링하지 않고 간섭 현상을 제거하도록, 간섭측정식 대물렌즈(140)의 캐비티의 큰 변조를 제공하는 것이 언제나 가능한 것은 아니다. 이러한 경우에서, 위상-천이기(또는 스캐너)의 변조 속도는 프레임 당 간섭 신호 변동이 주파수의 잘-정의된 대역에 대응하도록 조절되는데, 이것은 세기 측정의 시퀀스를 처리할 때에(예를 들어, 위에서 도 3 과 연계하여 설명된 프로세스(300)의 스테이지(340)의 일부로서) 디지털적으로 필터링될 수 있다.

몇 가지 구현형태들에서, 간섭측정 시스템(100)은 시간 간격(430-1, 430-2, …), 또는 컬러 데이터가 광이 간섭측정계의 기준 레그로 진행하는 것을 방지하고(예를 들어, 기준 광(124")을 차단함) 따라서 컬러 데이터에 간섭 무늬가 형성되는 것을 방지하도록 수집되는 시간 간격(530) 동안에 맞물리게 하는 빔 블록을 포함할 수 있다.

도 6a 및 도 6b 는 컬러 데이터(680)의 프로세서를 사용하여 시험면에 대하여 획득된 컬러 데이터(181)로부터 그 시험면의 컬러 텍스쳐(185)를 형성하는 것을 양태들을 도시한다. 예를 들면, 컬러 데이터(680)의 프로세서는 위에서 도 1 과 연계하여 설명된 컬러 데이터(180)의 프로세서에 대응할 수 있다. 더욱이, 컬러 데이터(181)는, 획득된 R, G, B 이미지 중 적어도 일부가 간섭 데이터를 포함하도록, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 조명으로써 간섭측정 시스템(100)에 의하여 획득된 시험면의 이미지일 수 있다. 간섭 데이터는 간섭 변조 또는 무늬를 나타낸다. 도 6a 및 도 6b 에서 도시되는 예에서, 액정 디스플레이에서 사용되는 RGB 필터의 매트릭스의 컬러 이미지(181)는, 계측을 위하여 사용되는 광대역 LED에 추가하여 적색, 녹색 및 청색 광원(예를 들어, 필터링된 LED)을 포함하는 조명 모듈(122/222)이 탑재된 저-코히어런스 간섭측정 시스템(100)을 사용하여 개시된 기술에 따라서 캡쳐된다.

컬러 데이터(680)의 프로세서는 컬러 데이터 조합기(682) 및 무늬 제거기(686)를 포함한다. 도 6a 에 도시된 컬러 데이터(680)의 프로세서의 구성에서, 컬러 데이터 조합기(682)는 우선 기록된 R, G, B 이미지(181)를 조합하여 중간 컬러 이미지(183)를 획득하도록 맞물려질 수 있다. 이러한 경우에서, 중간 컬러 이미지(183)는 잔차 무늬를 보유할 수도 있다. 무늬 제거기(686)는, 예를 들어 프로세스(300)의 스테이지(340)에 따라서 표면 컬러 텍스쳐(185)를 생성하기 위하여, 다음으로 맞물려서 획득된 중간 컬러 이미지(183)의 이러한 잔차 무늬를 제거(또는 적어도 실질적으로 감소)시킨다. 도 6b 에 도시된 컬러 데이터(680)의 프로세서의 다른 구성에서, 무늬 제거기(686)는, 기록된 R, G, B 이미지(181)로부터 간섭 변조를 제거(또는 적어도 실질적으로 감소) 시켜서 무늬가 더 적은 중간 R, G, B 이미지(187)를 획득하도록 우선 맞물리게 될 수 있다. 컬러 데이터 조합기(682)가 다음에 맞물려서, 표면 컬러 텍스쳐(185)를 생성하기 위해서, 획득된 중간 저무늬 R, G, B 이미지(187)를 조합한다.

정반사성 및 비-정반사성(예를 들어, 확산되게 산란된) 광의 추가적 제어가 있는 간섭측정 시스템(100)의 구현형태가 이하 설명된다. 시험 대상물 표면은 정반사성 방향(로컬 표면 법선에 대한 조명 방향에 대칭)으로 광을 반사시키고 광을 랜덤 방향으로 산란시킨다. 도 7 은 패널(710) 내에서, 어떻게 시험 대상물 표면이 광을 소위 정반사성 방향으로 반사시키고 광을 랜덤 방향으로 산란시키는 것 양자를 할 수 있는지를 예시한다. 광학적으로 부드러운 불투명한 표면(이것의 표면 거칠기는 광의 파장보다 훨씬 작음)은 대부분의 인입하는 광을 패널(720) 내에 도시된 바와 같이 정반사성 방향으로 반사한다. 반대로, 광학적으로 거친 표면은 패널(730) 내에 도시된 바와 같이 광을 거의 모든 방향으로 산란시킬 것이다. 임의의 특정한 방향으로 산란되는 광의 양은 후자의 경우에 훨씬 더 적다. 이러한 원리는 컬러 이미징의 콘텍스트에서 중요한데, 이는 많은 색표면이 광을 반사하기도 하고 산란시키기도 하기 때문이다. 이것은 특히 제조된 유색 대상(예를 들어 종합 인쇄된 페이지)에 대하여, 훨씬 더 큰 정반사성 반사가, 투명 재료층과의 계면에서 반사가 발생할 때에 컬러 정보를 거의 운반하지 않는 경우이다. 이러한 케이스는, 입사 광(824)이 시험 대상물 표면(802)에서 반사하는 도 8 과 연계하여 설명된다. 시험 대상물 표면(802)은 투명의 부드러운 오버코트(overcoat; 803) 및 상이한 컬러를 가지는 임베딩된 색소(805, 805')를 포함한다. 정반사성 방향과 나란한 반사된 광의 부분(827)은 정반사성 및 산란된 광 기여분 양자를 가진다. 비-정반사성 방향과 나란한 반사된 광의 다른 부분(829)은 산란된 광 기여분만을 가진다. 비-정반사성 방향에서 색소에 의하여 산란되는 광의 부분(829)이 대부분의 컬러 정보를 운반한다. 그러나, 광(829)의 산란된 부분은 흔히 경면으로 반사된 광(827)만큼 강하지 않다. 따라서 동일한 입체각, 예를 들어 827 내에서 광을 조명 및 수집하는 광학 기구는 일반적으로 강한 컬러-중립 정반사성 신호 및 약한 컬러 신호를 수집할 것이다. 이것은 결과적으로 최종 "트루 컬러" 이미지 내에 저-콘트라스트 컬러 정보가 생기게 한다. 도 10 및 도 11 과 연계하여 아래에 설명되는 기술의 양태들은, 컬러 포화를 개선하기 위하여 산란된 광, 예를 들어 829 를 주로 수집하기 위한 수단을 제공한다.

위에서 도 7 및 도 8 과 연계하여 설명된 현상을 일 예시로서, 도 9 는 동일한 시험 대상물 표면, 예를 들어 소비자 제품 포장의 표면의 두 개의 이미지를 도시한다. 이미지(927)는 시험 대상물 표면이 종래의 현미경을 통해서 조명되고 관찰되는 때에 획득된다. 기구에 의하여 수집된 정반사성 광, 예를 들어 827 는 컬러 정보를 거의 운반하지 않고, 결과적으로 이미지(927)의 컬러가 없어지게 한다. 반대로, 이미지(929)는 동일한 시험 대상물 표면이, 반사된 정반사성 광이 현미경 대물렌즈에 진입할 수 없는 조명 구성("암계(darkfield)" 이미징이라고 알려지는 구성)을 사용하여 조명될 때에 획득된다. 이러한 방식으로, 이미지(929)는 확산되게 산란된 광, 예를 들어 829 로부터 형성되고, 그러므로, 이미지(929)의 컬러는 포화되며 시험 대상물 표면을 직접적으로 바라보는 인간 관찰자의 시각적 인상과 정합한다.

도 10 은 산란되게 반사된 광(1029)으로부터 시험 대상물 표면(1005)에 대한 컬러 정보를 획득하기 위하여 사용되는, 간섭측정 시스템(1000)의 컴포넌트를 도시한다. 간섭측정 시스템(1000)은 조명 모듈(1010), 이미징 모듈(1030) 및 다원 검출기(1055)를 포함한다. 조명 모듈(1010)은 계측 데이터(예를 들어, 표면 토포그래피를 결정하기 위하여 사용되는 간섭 패턴) 및 컬러 데이터의 획득 도중에 시험 대상물 표면(1055)을 조명하기 위하여 사용되는 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포를 생성하도록 구성되는 광원 모듈(1022)을 포함한다. 광원 모듈(1022)에 의하여 생성된 스펙트럼 광 분포는 위에서 도 4 및/또는 도 5 와 연계하여 설명된 바와 같이 순차적으로 변조된다. 몇 가지 구현형태들에서, 광원 모듈(1022)은 위에서 도 2 와 연계하여 설명된 광원 모듈(222) 일 수 있다. 광원 모듈에 의하여 출력된 조명 광(1024)은 입력 개구(1025), 빔 분할기(1035), 시야 조리개(1015) 및 간섭 대물렌즈(1040)를 통해서 시험 대상물 표면(1005)으로 전파된다. 조명 광(1024)은 반사된 광(1027)으로서 시험 대상물 표면(1005)으로부터 반사된다. 반사된 광(1027)은 정반사성 및 비-정반사성 컴포넌트를 보유한다. 반사된 광(1027)은 간섭 대물렌즈(1040), 빔 분할기(1035) 및 출력 개구(1047)를 통해서 다원 검출기(1055)로 전파된다.

이러한 예에서, 입력 개구(1025) 및 출력 개구(1047)는 상보적 세트를 형성한다. 입력 개구(1025) 및 출력 개구(1047)는 물리적 빔 블록(예를 들어 기계적 아이리스(iris), 슬릿, 링)이거나 프로그래밍가능한 디바이스(예를 들어 공간 광 변조기)일 수 있다. 몇 가지 구현형태들에서, 입력 개구(1025)는 간섭측정 시스템(1000)의 동공 평면(1015)의 오직 작은 부분을 커버하는 유효 소스 포인트 또는 소스 서브-영역을 규정하도록 구현되고 구성된다. 상보적 출력 개구(1047)(예를 들어 국부화된 흡수 재료를 운반하는 투명 플레이트 또는 다른 공간 광 변조기)는, 이것이 시험 대상물 표면(1005)에 의하여 정반사성 방향으로 반사되는 광(1027)의 정반사성 컴포넌트와 교차하도록 정렬된다. 출력 개구(1047)에 의하여 차폐되지 않는 광(1029)의 부분은 시험 대상물 표면에 의하여 비-정반사성 방향으로 산란되는 광을 나타내고 시험 대상물 표면(1005)의 이미지를 다원 검출기(1055) 상에 형성한다.

다른 구현형태는 조명 및 이미징을 위하여 별개의 광경로를 제공하는 암계 광학기(예를 들어 암계 현미경 대물렌즈)를 사용할 수 있다. 도 11 은 산란되게 반사된 광(1129)으로부터 시험 대상물 표면(1105)에 대한 컬러 정보를 획득하기 위하여 사용되는, 간섭측정 시스템(1100)의 컴포넌트를 도시한다. 간섭측정 시스템(1100)은 조명 모듈(1110), 이미징 모듈(1130) 및 다원 검출기(1055)를 포함한다. 조명 모듈(1110)은 광원 모듈(1120)을 포함한다. 광원 모듈(1120)은 계측 데이터(예를 들어, 표면 토포그래피를 결정하기 위하여 사용되는 간섭 패턴)의 획득 도중에 사용되는 조명 광(1124)을 제공하도록 구성되는 제 1 광원 서브-모듈(1122), 및 컬러 데이터의 획득 도중에 사용되는 조명 광(1128)을 제공하도록 구성되는 추가적 광원 서브-모듈(1126)을 보유한다. 서브-모듈(1122 및 1126)은 위에서 도 4 및/또는 도 5 와 연계하여 설명된 바와 같이 순차적으로 변조된다.

이러한 예에서, 제 1 광원 서브-모듈(1122)은 계측 데이터 수집을 위하여 사용되는 종래의 조명 소스일 수 있다. 조명 광(1124)은 빔 분할기(1135), 개구 조리개 또는 입구 동공(1115) 및 간섭 대물렌즈(1140)를 통과하여 시험 대상물 표면(1105)으로 전파된다. 조명 광(1124)의 일부는, 테스트 광으로서 시험 대상물 표면(1105)으로부터 반사되고 조명 광(1124)의 다른 부분은 기준 광(도 1 에 도시된 바와 같이)으로서 간섭측정계 대물렌즈(1040)의 기준 캐비티의 표면으로부터 반사된다. 그러면, 테스트 광 및 기준 광은 간섭측정계 대물렌즈(1140), 시야 조리개(1115) 및 빔 분할기(1135)를 통과하여 다원 검출기(1155)로 전파되어 시험 대상물 표면(1105)과 연관된 위에서 언급된 간섭 패턴을 형성한다.

더 나아가 이러한 예에서, 추가적 광원 서브-모듈(1126)은, 시험 대상물 표면(1105)에서 광범위한 방향으로부터 조명 광(1128)을 제공하도록 원 주위에 균일하게 분포된(예를 들어, 간섭 대물렌즈(1040) 주위에 배치된) 상이한 컬러 LED로 이루어지는 LED 링 광을 포함할 수 있다. 조명 광(1128)은 반사된 광의 정반사성 부분이 간섭측정계 대물렌즈(1140) 및 이미징 모듈(1130)의 동공에 도달하지 않도록 하는 입사각에서 추가적 광원 서브-모듈(1126)에 의하여 제공된다. 이러한 방식으로, 반사된 광의 비-정반사성 부분(1129)만이 간섭 대물렌즈(1140) 및 동공(1115)에 의하여 캡쳐된다. 반사된 광의 비-정반사성 부분(1129)은 이미징 모듈(1130)의 빔 분할기(1135)를 통해서 다원 검출기(1155)로 전파되어, 시험 대상물 표면(1105)과 연관된 컬러 정보를 제공한다.

몇 가지 실시예들에서, 컬러 획득 조명 시퀀스(측정 볼륨의 스캔이 없는)도 역시 시험 대상물의 표면의 컬러 이미지의 스트림을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 컬러 이미지의 스트림은 실시간으로, 예를 들면 간섭측정 시스템(100)의 디스플레이 모듈 상에 디스플레이될 수 있다. 유색 이미지의 스트림은 시험 대상물(105)의 표면 상의 측정 부위로 네비게이션하기 위해서, 간섭측정 시스템(100)의 사용자에 의하여, 또는 간섭측정 시스템(100)의 자동화된 형상/컬러 인식 모듈에 의하여 사용될 수 있다. 시험 대상물물(105)의 표면에 대한 형상 및 컬러 텍스쳐(195)의 3D 표현이 도 1 및/또는 도 3 과 연계하여 본 명세서 위에서 설명된 바와 같이 측정 부위에서 생성될 수도 있다.

본 명세서가 많은 특정한 구현형태의 세부사항을 포함하지만, 이것은 임의의 발명의 또는 청구될 수도 있는 범위에 대한 한정으로 해석되어서는 안되며, 오히려 특정 발명의 특정 실시예에 특유한 피쳐의 설명으로서 해석되어야 한다. 또한, 개별 실시예들의 콘텍스트에서 본 명세서에서 설명된 어떤 피쳐들은 단일 구현형태에서 조합되어 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시예의 콘텍스트에서 설명되는 다양한 특징들은 또한 따로따로 다수의 실시예들에서 또는 임의의 적합한 서브컴비네이션에서 구현될 수 있다. 더구나, 비록 특징들이 특정한 조합들로 작용하는 것으로 위에서 설명될 수도 있고 그와 같이 처음에 청구된 경우에도, 청구된 조합들로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우들에서 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 서브컴비네이션 또는 서브컴비네이션의 변형예를 위한 것일 수도 있다.

이와 유사하게, 동작들이 도면들에서 특정한 순서로 묘사되는 반면에, 원하는 결과들을 획득하기 위하여 이러한 동작들이 도시된 특정한 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되어야 하거나, 또는 도시된 모든 동작들이 수행되어야 한다고 요구하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 어떤 상황들에서는, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 이로울 수도 있다. 더구나, 위에서 설명된 실시예들에서의 여러 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 구현형태들에서 그러한 분리를 요구한다고 이해되지 않아야 하고, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품에 함께 통합될 수 있거나 또는 다수의 소프트웨어 제품들로 패키지화될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

따라서, 기술 요지의 특정 실시예들이 설명되었다. 다른 실시예들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다. 일부 경우들에서, 청구항들에서 언급된 액션들은 다른 순서로 수행되고 여전히 원하는 결과들을 달성할 수 있다. 또한, 첨부 도면에서 묘사된 프로세스들은 바람직한 결과를 획득하기 위하여 반드시 도시된 특정 순서, 또는 순차적인 순서를 요구하는 것이 아니다. 어떤 구현예들에서는, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 이로울 수도 있다.

Claims (31)

1. 간섭측정 시스템으로서,
   다수의 상이한 스펙트럼 광 분포를 생성하도록 구성되는 조명 모듈;
   다원 검출기;
   이미징 모듈로서:
   상기 다원 검출기 상에, 시험 대상물의 표면을 테스트 광을 사용하여 이미징하고,
   간섭 패턴을 형성하기 위하여, 상기 다원 검출기 상에서, 상기 테스트 광을 기준 광과 조합하도록 구성되고, 상기 테스트 광 및 기준 광은 상기 조명 모듈로부터 유도되는, 이미징 모듈; 및
   적어도 상기 조명 모듈 및 다원 검출기에 통신가능하게 연결되는 전자 제어 모듈을 포함하고,
   동작 도중에, 상기 전자 제어 모듈은,
   상기 조명 모듈이 상기 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포로 상기 시험 대상물의 표면을 순차적으로 조명하는 동안에, 이에 대응하여 상기 다원 검출기가 간섭 패턴 및 상기 시험 대상물의 표면의 이미지를 기록하도록 하고,
   (i) 상기 시험 대상물의 표면의 형상에 대한 정보를 적어도 부분적으로 상기 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상에 대하여 기록된 간섭 패턴으로부터, 그리고 (ii) 상기 시험 대상물의 표면의 색에 대한 정보를 적어도 부분적으로 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 대하여 기록된 이미지로부터 결정하며 ― 상기 시험 대상물의 표면의 색에 대한 정보는, 트루 컬러 이미지의 각각의 픽셀이 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상으로 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지의 대응하는 픽셀의 평균을 포함하도록, 상기 전자 제어 모듈에 의하여 상기 트루 컬러 이미지로서 결정되며, 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상의 각각으로 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지 내의 간섭 패턴의 무늬(fringe)는 상기 트루 컬러 이미지와 연관된 상기 평균의 생성 이전에 상기 전자 제어 모듈에 의하여 제거됨 ―,
   결정된 정보로부터 상기 시험 대상물의 표면의 형상 및 컬러의 표현을 생성하도록 구성되는, 간섭측정 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기록된 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상은 제 1 스펙트럼 광 분포이고,
   상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상은 각각
   (i) 상기 제 1 스펙트럼 광 분포 및 제 2 스펙트럼 광 분포이거나
   (ii) 제 2 스펙트럼 광 분포 및 제 3 스펙트럼 광 분포인, 간섭측정 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 기록된 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상은 광대역 광 분포이고,
   상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상은 각각 적색, 녹색 또는 청색 광 분포 중 두 개 이상이며,
   상기 조명 모듈은 상기 광대역 광 분포를 방출하는 백색 광원을 포함하고,
   (i) 상기 백색 광원에 의하여 제공되는 상기 광대역 광 분포를 필터링하여 상기 적색, 녹색 및 청색 광 분포를 각각 획득하도록 구성되는, 적색 필터, 녹색 필터 또는 청색 필터 중 두 개 이상, 또는
   (ii) 상기 적색, 녹색 및 청색 광 분포를 각각 방출하는 적색 광원, 녹색 광원 또는 청색 광원 중 두 개 이상을 포함하는, 간섭측정 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 전자 제어 모듈 스위치는, 상기 다원 검출기 또는 다원 검출기의 내장부분(integral fraction)의 프레임 레이트로, 상기 조명 모듈을, 상기 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상과 이미지를 기록하기 위하여 사용되는 다수의 스펙트럼 광 분포 중 두 개 이상 사이에서 스위칭하는, 간섭측정 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전자 제어 모듈은, 상기 간섭 패턴이 상기 다원 검출기에 의하여 기록되는 경우 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상을 유지하고,
   컬러 정보를 위하여 사용된 이미지가 상기 다원 검출기에 의하여 기록되는 경우, 상기 다원 검출기 또는 다원 검출기의 내장부분의 프레임 레이트로, 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 두 개 이상을 스위칭하는, 간섭측정 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 테스트 광과 기준 광 사이의 광경로 길이차를 변동시키도록 포지셔닝되는 스테이지로서, 상기 스테이지는 상기 시험 대상물 표면을 상기 이미징 모듈에 대해 상대적으로 포지셔닝하도록 구현되는, 스테이지; 및
   상기 전자 제어 모듈과 통신가능하게 연결되고 상기 스테이지를 상기 테스트 광과 기준 광 사이의 다수의 광경로 길이차에 대응하는 포지션으로 천이시키도록 구성되는 액츄에이터로서, 각각의 광경로 길이차는 간섭 패턴들로부터 연관된 간섭 패턴을 형성하는, 액츄에이터를 더 포함하는, 간섭측정 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 전자 제어 모듈은 상기 시험 대상물의 표면의 형상에 대한 결정된 정보에 기초하여, 상기 이미지가 상기 다원 검출기에 의하여 초점이 맞게 기록되도록 상기 시험 대상물 표면을 상기 이미징 모듈의 초점 심도 내에 포지셔닝하는, 간섭측정 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 간섭측정 시스템은,
   두 개 이상의 파장의 테스트 광을 방출하도록 구성되는 파장 조정가능 광원; 및
   상기 테스트 광의 두 개 이상의 파장과 상이한 스펙트럼 광 분포를 가지는 조명 광을 방출하도록 구성되는 제 2 광원을 포함하고,
   상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상은 각각 상기 파장 조정가능 광원에 의하여 방출되는 광의 두 개 이상의 파장 중 하나 및 상기 제 2 광원에 의하여 방출된 조명 광의 스펙트럼 광 분포이고,
   상기 이미징 모듈은 상기 테스트 광과 기준 광 사이의 비-제로 광경로 길이차를 규정하며,
   상기 전자 제어 모듈은 상기 테스트 광과 기준 광 사이에 두 개 이상의 위상차를 도입하도록, 상기 테스트 광의 두 개 이상의 파장 사이에서 천이하고, 상기 위상차의 각각은 상기 간섭 패턴들로부터 연관된 간섭 패턴을 형성하는, 간섭측정 시스템.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미징 모듈은, 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상으로 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지의 획득 도중에, 상기 이미지에 간섭 패턴이 존재하지 않도록 바이패스되는 간섭측정계 모듈을 포함하는, 간섭측정 시스템.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 모듈 및 이미징 모듈은, 오직 비-경면으로 반사된 광만이 상기 다원 검출기에 도달하게 하도록 구성되고 구현되는 정합 개구가 있는 각각의 빔 조리개(beam stop)를 포함하고,
    상기 전자 제어 모듈은,
    상기 다원 검출기가 간섭 패턴을 기록하는 경우 상기 빔 조리개를 맞물림해제하고,
    상기 다원 검출기가 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 의하여 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지를 획득하는 경우 상기 빔 조리개를 맞물리게 하는, 간섭측정 시스템.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 모듈은, 상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상의 각각을, 오직 비-경면으로 반사된 광만이 상기 이미징 모듈에 진입하게 하는 상기 시험 대상물의 표면에 대한 입사각들에서 제공하도록 구성 및 구현되는, 간섭측정 시스템.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭측정 시스템은 디스플레이 디바이스를 더 포함하고,
    상기 전자 제어 모듈은 시험 대상물의 표면의 간섭 패턴을 기록하기 이전에,
    상기 조명 모듈이 두 개 이상의 스펙트럼 광 분포로 시험 대상물의 표면을 순차적으로 조명하는 동안에 이에 대응하여 상기 다원 검출기가 시험 대상물의 표면의 이미지를 기록하도록 하고,
    적어도 부분적으로 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 대하여 기록된 이미지로부터, 시험 대상물의 표면의 컬러에 대한 정보를 결정하며,
    상기 시험 대상물의 표면의 색에 대한 결정된 정보에 기초하여 디스플레이 디바이스 상에서 실시간으로, 시험 대상물의 표면의 트루 컬러 이미지의 시퀀스를 렌더링하고,
    트루 컬러 이미지의 시퀀스의 상기 렌더링에 응답하여, 상기 트루 컬러 이미지의 시퀀스 내에 위치되고 시험 대상물의 표면의 형상 및 컬러의 표현이 생성될 측정 부위의 사양을 수신하는, 간섭측정 시스템.
15. 간섭측정 방법으로서,
    다원 검출기 상에서 이미징 광학기(imaging optics)에 의하여, 시험 대상물의 표면을 테스트 광을 사용하여 이미징하는 단계;
    간섭 패턴을 형성하기 위하여, 상기 이미징 광학기에 의하여 다원 검출기 상에서 테스트 광을 기준 광과 조합하는 단계로서, 상기 테스트 광 및 기준 광은 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포를 방출하는 광원으로부터 유도되는, 광조합 단계;
    다수의 상이한 스펙트럼 광 분포로 시험 대상물의 표면을 순차적으로 조명하는 동안에 이에 대응하여 상기 다원 검출기에 의하여 간섭 패턴 및 시험 대상물의 표면의 이미지를 기록하는 단계;
    제어기 모듈에 의하여, (i) 상기 시험 대상물의 표면의 형상에 대한 정보를 적어도 부분적으로 상기 다수의 상이한 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상에 대하여 기록된 간섭 패턴으로부터, 그리고 (ii) 상기 시험 대상물의 표면의 색에 대한 정보를 적어도 부분적으로 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 대하여 기록된 이미지로부터 결정하는 결정 단계 ― 상기 시험 대상물의 표면의 색에 대한 정보를 결정하는 단계는, 트루 컬러 이미지의 각각의 픽셀이 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 의하여 각각 조명된 시험 대상물의 표면의 이미지의 대응하는 픽셀의 평균을 포함하도록 상기 트루 컬러 이미지를 생성하는 단계와, 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상으로 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지 내의 간섭 패턴의 무늬를 상기 트루 컬러 이미지와 연관된 평균을 생성하기 이전에 제거하는 단계를 포함함 ―; 및
    상기 제어기 모듈에 의하여, 결정된 정보로부터 상기 시험 대상물의 표면의 형상 및 컬러의 표현을 생성하는 단계를 포함하는, 간섭측정 방법.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 기록된 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상은 제 1 스펙트럼 광 분포이고,
    상기 기록된 이미지에 대하여 사용되는 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상은 각각
    (i) 상기 제 1 스펙트럼 광 분포 및 제 2 스펙트럼 광 분포이거나
    (ii) 제 2 스펙트럼 광 분포 및 제 3 스펙트럼 광 분포인, 간섭측정 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 다원 검출기 또는 다원 검출기의 내장부분의 프레임 레이트로, 광원을 상기 간섭 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상과 이미지를 기록하기 위하여 사용되는 다수의 스펙트럼 광 분포 중 두 개 이상 사이에서 스위칭하는 단계를 더 포함하는, 간섭측정 방법.
18. 제 16 항에 있어서,
    상기 간섭 패턴이 상기 다원 검출기에 의하여 기록되는 경우 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 하나 이상을 유지하는 단계, 및
    컬러 정보를 위하여 사용된 이미지가 상기 다원 검출기에 의하여 기록되는 경우, 상기 다원 검출기 또는 다원 검출기의 내장부분의 프레임 레이트로, 상기 다수의 스펙트럼 광 분포 중 두 개 이상을 스위칭하는 단계를 더 포함하는, 간섭측정 방법.
19. 제 16 항에 있어서,
    상기 테스트 광과 기준 광 사이의 광경로 길이차를 스테이지를 포지셔닝하여 변경시키는 단계; 및
    액츄에이터에 의하여, 상기 스테이지를 상기 테스트 이미지와 기준 이미지 사이의 다수의 광경로 길이차에 대응하는 포지션으로 천이시키는 단계로서, 각각의 광경로 길이차는 연관된 간섭 패턴을 형성하는, 단계를 더 포함하는, 간섭측정 방법.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 스테이지를 조절하여 상기 시험 대상물 표면을 상기 이미징 광학기에 상대적으로 포지셔닝하는 단계; 및
    상기 제어기 모듈에 의하여, 상기 시험 대상물의 표면의 형상에 대한 결정된 정보에 기초하여, 상기 이미지가 상기 다원 검출기에 의하여 초점이 맞게 기록되도록 상기 시험 대상물 표면을 상기 이미징 광학기의 초점 심도 내에 포지셔닝하는 단계를 더 포함하는, 간섭측정 방법.
21. 삭제
22. 제 20 항에 있어서,
    다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상으로 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지의 획득 도중에, 상기 이미지에 간섭 패턴이 존재하지 않도록 상기 이미징 광학기의 기준 레그(reference leg)를 바이패스하는 단계를 더 포함하는, 간섭측정 방법.
23. 삭제
24. 제 15 항에 있어서,
    상기 다원 검출기가 상기 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상에 의하여 각각 조명되는 시험 대상물의 표면의 이미지를 획득하는 경우, 오직 비-경면으로 반사된 광만이 상기 다원 검출기에 도달하게 하도록, 상기 제어기 모듈에 의하여 상기 광원 및 이미징 광학기 내에 각각 배치된 정합 빔 조리개를 맞물리게 하는 단계; 및
    상기 다원 검출기가 간섭 패턴을 기록할 경우, 상기 제어기 모듈에 의하여, 상기 정합 빔 조리개를 맞물림해제하는 단계를 더 포함하는, 간섭측정 방법.
25. 제 15 항에 있어서,
    상기 광원에 의하여, 이미지를 각각 형성하도록 사용되는 다수의 스펙트럼 분포 중 두 개 이상을, 오직 비-경면으로 반사된 광만이 상기 이미징 광학기에 진입하게 하는 상기 시험 대상물의 표면에 대한 입사각들에서 제공하는 단계를 더 포함하는, 간섭측정 방법.
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