백색광 및 광위상 간섭계의 기본원리

이 두 측정법은 서로다른 측정원리를 갖지만 다중파장과 단색파장을 이용하는 접을 제외하고는 동일한 광학 및 측정시스템에서 구현할 수 있으므로 상용화된 측정 시스템에서는 이 두 측정법을 이용할 수 있다.
이 두 측정법의 공통적인 특징은 간섭신호를 이용한다는 점이다. 간섭신호란 임의의 기준점에서 동시에 출발한 광이 각기 다른 광경로(Optical Path)를 이동한 후 합쳐질 때 두 광이 지난 거리차(Optical Path Difference)에 따른 물리적 현상이 빛의 밝고 어두운 형태로 표현되는 것을 말한다. 이중 한 개의 광을 기준광이라고 하는데, 이것은 고품위로 가공된 기준면(Reference Plane)에 입사되고, 다른 광은 측정광이라고 하며 측정하고자 하는 면에 조사된다. 기준면은 완벽한 평면으로 정의할 수 있으므로 백색광 및 광위상 간섭계의 카메라를 통해 획득되는 영상의 간섭신호는 이 기준면에 대한 상대적인 높이 정보를 포함하게 된다. 이러한 개념에서 보면 간섭신호란 결국 등고선과 동일한 의미를 지닌다. 지도에서 등고선이란 같은 높이를 가진 지형을 이어주는 선을 말하는데, 측정면의 간섭신호도 기준 평명에 대해 동일한 높이를 가진 지점을 이어준 물리적 현상으로 이해하면 쉽다.

그림 1은 이러한 간섭신호의 예이다. 그림에서 보이는 측정면은 골드 코팅된 평면위에 구 형태의 패턴을 제작한 것이다. 그림 1의 (A)는 이 구형 패턴 위에서 나타나는 간섭신호를 보여주고 있으며, (B)는 바닥인 평면에서 발생하는 간섭신호의 형태를 보여준다.
이와 같이 간섭신호는 구형패턴에서는 그림과 같이 둥근 형태의 간섭신호가 발생하고, 평면에서는 직선 형태의 간섭신호가 발생하게 된다. 이러한 간섭신호는 사용되는 광원의 파장과 밀접한 관계가 있는데, 일반적으로 간섭신호 간격, 즉 간섭신호의 주기는 사용되는 광원의 파장의 반 파장에 해당된다. 그러므로 그림 1에서 보이는 간섭신호간 간격은 광원이 600nm이므로 대략 300nm 간격으로 나타난다. 이러한 점을 이용하면 간섭신호 영상에서부터 직관적으로 대략적인 측정면의 높이분포를 짐작할 수 있게 된다. 백색광 및 광위상 간섭계는 이러한 기본적인 간섭신호의 원리에 디지털 회로처리 기술을 이용해 더욱 세분해서 해석함으로써 측정면의 3차원 형상을 측정할 수 있다.