그림 3-15. 레이저닉스 사의 스페클 감쇄기 및 제어기
(a) (b)
그림 3-16. Thorlabs 사의 (a) ∅ 1/2″ 및 (b) ∅ 1″의 λ/4 위상 지연판
영상으로 분할하였다. 이후, 식 (13)을 이용하여 계산된 파장별 위상은 그림 3-17(c)과 같으며, 각각의 위상에는 2π-모호성으로 인해 접혀진 위상의 형태를 보인다. 이를 해 결하기 위해 그림 3-17(d)과 같이 식 (17)을 이용하여 638 nm와 520 nm 파장의 등가 위상으로 시편의 높이를 얻었다. 하지만 등가 파장으로 측정된 높이는 측정 잡음으로 인해 정밀도가 나빠지는 한계를 보였으며, 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 식 (20) 을 통해 단일 파장에서 측정된 위상 모호성을 해결하여 그림 3-17(e)과 같이 최종적인 3차원 형상을 측정하였다. 그림 3-17(e)을 그림 3-17(d)와 비교해 보면, 광분할기와 편 광 광분할기에 의한 다중 반사로 인해 측정 잡음은 동일하게 발생하지만, 그 크기가 수십 nm에서 수 nm로 감소하여 더욱 정밀한 측정 결과임을 알 수 있다.
(a)
(b)
(c)
(d) (e)
그림 3-17. (a) 컬러 편광 CMOS 카메라에 의해 획득된 전체 간섭 무늬, (b) RGB 파 장에서 4개의 위상 천이된 간섭 무늬, (c) 식 (13)을 통해 계산된 파장별 위상, (d) 638 nm와 520 nm 파장 사이의 등가 파장으로 계산된 높이, (e) 복원된 높이
한편, 그림 3-18(a)는 표준 단차 시편에 대한 컬러 편광 CMOS 카메라의 영상을 나 타낸다. 이때 사용한 시편은 그림 3-19와 같이 VLSI Standards 사의 SHS-9400 QC 제품으로, 940 nm의 높이 차이를 가지는 단차 시편이다. 전체 영상에서 RGB 채널별 로 4개의 위상 천이된 간섭 무늬를 그림 3-18(b)과 같이 획득하였고, 각각의 위상은 식 (13)을 이용하여 그림 3-18(c)과 같이 계산되었다. 또한, 각각을 위상 펼침 과정을 통해 그림 3-18(d)과 같이 보정하였고, 그림 3-18(e)와 같이 식 (17)을 이용하여 여러
파장들의 조합으로 정의된 등가 파장에서의 등가 위상을 계산하였다. 그러나 이 경우, 파장 간의 차이가 크기 때문에, 계산된 등가 파장에 의한 최대 측정 높이 한계 (±
= 702.88 nm, 835.71 nm, 381.78 nm)가 시편의 단차보다 크다는 한계가 있었다. 그래 서 이를 극복하기 위해 식 (21)을 이용하여 그림 3-18(f)과 같이 계단식으로 확장된 등 가 파장 (17.68 ㎛)의 등가 위상을 계산하였으며, 이를 통해 단일 파장 638 nm으로 측 정한 위상 모호성을 해결하고 그림 3-18(g)과 같은 시편의 3차원 형상을 복원하였다.
이때, 측정된 단차 높이는 약 904.61 nm로, 제조사가 제공하는 사양과 비교했을 때 많 은 오차가 발생하였다. 오차가 발생한 주요 요인으로는 컬러 편광 CMOS 카메라의 넓 은 투과 스펙트럼으로 인해 3개의 파장 사이에서 발생한 간섭 무늬의 중첩과 계단식으 로 확장한 등가 파장으로 인해 생긴 측정 잡음으로 분해능이 낮아져 발생하는 오차라 고 분석된다.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
그림 3-18. (a) 컬러 편광 CMOS 카메라에 의해 획득된 전체 간섭 무늬, (b) RGB 파 장별 4개의 위상 천이된 간섭 무늬, (c) 식 (13)을 통해 계산된 파장별 위상, (d) 위상 펼침 과정 후의 파장별 위상, (e) 여러 등가 파장에서의 등가 위상, (f) 등가 파장들을 사용하여 계단식으로 확장한 긴 등가 파장에서의 등가 위상, (g) 복원된 단차 시편 높 이
그림 3-19 VLSI Standards 사의 940 nm 표준 단차 시편
제안하는 RGB 다파장 공간 공간 위상 천이 간섭계로부터 평면 거울과 단차 표준 시편에 대해 측정한 결과, 2π-모호성 없이 단일 영상 획득을 통한 3차원 측정이 가능 함을 검증하였다. 평면 거울의 측정 결과를 바탕으로 수 nm의 분해능으로 3차원 형상 측정이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 940 nm 단차 표준 시편의 경우에는 등가 파장 간섭계의 원리를 이용하여 최대 측정 범위를 넓혔다. 그리고 계산된 등가 파장 와
을 사용하여 등가 파장을 계단식으로 확장하여 측정하였다. 결과적으로 채널별로 4개의 위상 천이된 간섭 무늬를 동시에 획득하여 단차 높이를 측정했지만, 파장이 길 어지기 때문에 측정 잡음이 증폭되고 이로 인해 측정 오차가 발생하였으며, 또한 3개 의 파장 사이에서 발생한 간섭 무늬의 중첩으로 인해 정밀 측정에 한계가 있었다.