[3D 검사 주요기술] Part 3 : 백색광 간섭 측정기

다음으로 머신비전에서도 특히, 정밀한 3D 측정이 필요할 때 많이 쓰이는 백색광 간섭 측정기(White Light Interferometry)에 대해서도 알려드릴게요.

 

 

[백색광 간섭 측정기]

 

백색광 간섭 측정기는 백색 광원을 사용해서 물체의 표면을 측정하는 방법이에요. 반사된 빛이 서로 간섭을 일으켜 빛의 무늬를 만들어내고, 이를 분석해서 거리를 계산하고 있죠. 이 장비는 아주 민감하게 작동해서 투명한 물체나 까다로운 표면에 대해서도 적용할 수 있어서 다양한 산업 분야에서 제품의 품질 향상과 생산성 향상을 위해 활용되고 있어요.

 

반도체 제조나 규격 검사 같은 분야에서 레이저 대신 백색 광원을 사용하여 물체의 표면을 조명하고, 이를 통해 미세한 높이 차이나 경도를 정밀하게 측정합니다. 그리고 반도체 제조에서는 미세한 표면 특성을 정확하게 파악하여 제조 과정에서 발생할 수 있는 결함이나 불량 부분을 조기에 발견하는데 활용됩니다.

작동 원리를 살펴보기 전에 먼저 백색 광원에 대해서 설명해 드릴게요.백색 광원은 여러 파장의 광을 가지고 있어서 표면에 비추면 빛의 파장이 상호 간섭하게 됩니다. 레이저와는 달리 다양한 파장을 사용하게 되어 정밀한 측정이 가능하죠. 우선 간섭을 만들기 위해 빛을 분리합니다. 백색광은 빔 스플리터라 불리는 광학 구성 요소를 통과하게 되는데, 이 장치는 빛을 서로 다른 경로로 분리해 냅니다.그리고 이렇게 분리된 빛은 간섭기를 통과한 후에 다시 합쳐집니다.

 

반사된 빛은 래퍼런스 미러로 보내지는데, 래퍼런스 미러는 움직일 수 있어서 빛의 양을 조절합니다. 나머지 부분은 시료 표면으로 조사되어 반사된 빛과 참조 광이 다시 빔 스플리터로 돌아가게 됩니다.

반사된 빛은 간섭기에서 다시 만나게 되는데, 두 빛 파장이 합쳐질 때 그 상태는 상호 간섭에 따라 변화하게 되죠. 높이 차이가 있는 지점에서는 빛이 상호 간섭하여 간섭 패턴이 생성되고, 이 패턴은 표면의 미세한 변화를 나타내는 정보를 담고 있어요.

 

그리고 시료 표면은Z 축 방향으로 이동할 수 있어서 각 지점에서 간섭무늬 강도가 최대가 되는 광로 차(Z 축 높이)를 구하면 해당 지점의 형상(높이차)을 정확하게 측정할 수 있어요. 간섭 패턴은 센서 등 다른 감지 장치를 통해 측정되고, 이 정보는 컴퓨터 소프트웨어를 통해 3D 모델로 시각화됩니다.

 

이러한 방식으로 백색광 간섭 측정기는 높은 정밀도와 해상도로 표면의 미세한 특성을 측정하고, 제조 과정에서의 품질 향상을 기대할 수 있는 기술이라고 볼 수 있어요.

그래서 앞서 이야기한 것처럼 백색광 간섭 측정기는 매우 높은 정밀도와 해상도를 제공하고, 표면의 미세한 불규칙성도 측정할 수 있습니다. 또한, 비접촉식으로 작동하기 때문에 시료 표면을 손상시키지 않고 정밀한 측정을 수행할 수 있어요. 이 기술은 반도체 제조, 규격 검사, 광학 렌즈 제작, 나노 테크놀로지, 의료 기기 제조 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

 

 

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필진 소개

 

김우섭, Woody 앤비젼 3D 엔지니어 조근조근 3D 고급 기술에 대해 알려주는 3D 전문가