이중 분산기 구조의 다파장 공초점 주사 현미경에 관한 연구

Abstract

다파장 공초점 현미경은 백색광원을 사용하며, 빛이 광축방향으로 색수차를 가지게 하여 각각의 파장이 광축방향으로 서로 다른 위치에 초점이 맺히게 해, 시편에서 반사되는 빛의 파장을 분광기로 분석하여 시편의 높이를 측정한다. 이 방법은 기존의 공초점 현미경보다 3차원 영상 복원 속도를 높일 수 있다. 왜냐하면 기존의 공초점 현미경은 3차원 영상 복원을 위해 대물렌즈 혹은 시편을 기계적으로 이송시켜 광축 방향의 광학 절편 영상을 얻어야 하는데 비해, 다파장 공초점 현미경은 기계적인 이송이 필요없기 때문이다. 일반적으로 비교적 저렴하게 시스템을 구성할 수 있는 굴절형 렌즈와 제논 램프를 사용한 다파장 공초점 현미경은 측정 범위가 짧다. 산업계에서는 저렴한 비용으로 측정 범위가 큰 시스템을 요구한다. 따라서, 본 논문에서는 이중 색분산기를 이용하여 굴절형 렌즈와 제논 램프를 적용한 다파장 공초점 시스템에서 광축방향의 측정 깊이를 키우는데 목표를 두었다. 본 시스템에서는 릴레이렌즈가 이중 색분산기 역할을 수행한다. 공초점 현미경은 3차원 영상을 얻기 위해 빛을 횡방향으로 주사해야 한다. 이 때문에 대물렌즈에 입사하는 빛의 입사각이 변하게 되고, 이로 인해 상면 만곡 현상이 발생하게 된다. 정확한 3차원 영상을 얻기 위해서는 상면 만곡 현상을 보정해야 한다. 일반적인 공초점 현미경은 시편 혹은 대물렌즈를 광축 방향으로 이송시키면서 영상 절편을 얻기 때문에 대물렌즈의 초점면에 대해서만 보정해 주면 된다. 그러나 다파장 공초점 현미경은 파장별로 서로 다른 초점면을 가지므로, 각 파장에 대해 각각의 상면 만곡 보정을 해 주어야 한다. 다파장 공초점 현미경은 파장별로 서로 다른 초점면을 가지므로 각 파장에 대한 초점면의 시야각이 달라진다. 이와 같이 상면 만곡 현상과 시야각 변화 문제는 초점면을 파장에 대한 함수로 표현하여 보정할 수 있다. 본 논문에서 이중 색분산기를 가진 다파장 공초점 현미경을 제안하였다. 특히, 굴절렌즈와 제논 램프를 사용한 비교적 저렴하게 구성할 수 있는 시스템에서 기존의 연구에서보다 광측 방향 측정깊이를 키우는 데 목표를 두었다. 그 결과 광축 방향 측정 깊이를 약 2 배 가량 향상시켰다. 그리고, 파장에 따른 상면 만곡 문제와 시야각 변화 문제를 보정하였다. 그 결과 깨끗한 3차원 영상을 획득하였다.