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공초점현미경은 마이크로 크기로 시료표면을 검사하는데 사용되고 있다. 시료에서 반사되는 레이저의 세기를 검출기로 측정하여 표면의 형상을 나타내주는 시스템이다. 초기의 공초점현미경은 금속 표면 검사에 주로 사용되었지만, 점차적으로 사용 분야가 넓어져 의료분야나 레이저 가공 장비 등에도 사용되었다. 본 논문에서 제안하는 공초점현미경은 광섬유가 광학 부분과 헤드부분을 연결시켜, 이동성이 편리하고 헤드부분을 소형으로 제작할 수가 있어서 대면적 표면 검사와 ...

공초점현미경은 마이크로 크기로 시료표면을 검사하는데 사용되고 있다. 시료에서 반사되는 레이저의 세기를 검출기로 측정하여 표면의 형상을 나타내주는 시스템이다. 초기의 공초점현미경은 금속 표면 검사에 주로 사용되었지만, 점차적으로 사용 분야가 넓어져 의료분야나 레이저 가공 장비 등에도 사용되었다. 본 논문에서 제안하는 공초점현미경은 광섬유가 광학 부분과 헤드부분을 연결시켜, 이동성이 편리하고 헤드부분을 소형으로 제작할 수가 있어서 대면적 표면 검사와 오토포커싱, 혈당 측정 등에 쉽게 응용할 수 있다. 또한 광섬유를 직접 X축으로 스캔하고, Y축 스캐너로 Compact disk(CD) 픽업 장치의 모듈을 사용함으로써 저렴한 가격에 제작할 수 있는 이점이 있다. 이러한 공초점현미경은 시료에서 반사되는 빛의 세기를 측정하여 영상을 구현하는 장비로 오토포커싱, 혈당 측정 실험 등에 응용할 수 있다. 오토포커싱 장비에서는 레이저 가공 장비의 Z축 스캐너를 사용함으로 공초점현미경의 X-Y 스캐너가 필요 없어서 헤드의 크기가 매우 작고, 커넥터 타입 광섬유를 사용하여 어느 장비에도 간단하게 설치할 수 있다. 혈당 측정 실험은 시료의 각 층에서 반사되는 빛의 세기를 측정하여 농도를 계산함으로 Z축 스캐너만이 필요하다. Z축 스캐너로 CD 픽업 장치의 모듈을 사용하여 구조가 간단하고 저렴하게 구성할 수 있었다. 실험은 포도당 시료를 사용하여 외부 측정 실험까지 마친 상태로 0.01% 농도차이까지 측정 가능함을 확인하였다. 전단변형힘 AFM(atomic force microscope)은 보다 정밀한 표면 측정을 하기 위하여 구성하게 되었다. 레이저로 가공된 시료들은 여러 가지 성분으로 이루어져 있다. 각 성분마다 레이저에 대한 반사율이 틀리기 때문에 반사신호를 이용하여 표면 측정을 하는 공초점현미경으로는 정확한 표면 정보를 측정하기가 어렵다. 이러한 부분을 보완하기 위하여 전단변형힘 AFM을 구성하였고, 이것을 공초점현미경과 결합하여 하이브리드타입 현민경을 제작하게 되었다. 하이브리드 타입 현미경은 공초점현미경과 전단변형힘 AFM으로 구성되어져 있어서, 측정시간이 빠른 공초점현미경으로 대면적 시료의 검사를 수행한 후, 다소 구별이 잘 안되는 부분은 전단변형힘 AFM으로 다시 한번 측정하는 시스템이다. 공초점현미경의 최대 스캔범위는 120 ㎛ × 120 ㎛으로 왜곡(모양, 밝기차)이 영상 정합 프로그램을 사용하는데 지장이 없을 만큼 줄여서 측정하였다. 전단변형힘 AFM 실험은 분해능은 다소 떨어지나 측정범위가 넓은 스테이지와 측정범위는 작으나 분해능이 좋은 정밀 나노스테이지 두 종류를 사용하여 실험하였다. 스텝 방식의 스테이지는 측정범위가 최대 100 ㎜ × 100 ㎜로 매우 넓으나 진동에 의한 측정오차가 약 60 ㎚로 측정되었다. 여기에 전기적인 잡음이 약 40 ㎚ 작용하여 총 100 ㎚의 노이즈가 나타났다. 압전소자를 이용한 나노스테이지는 측정범위가 40 ㎛ × 40 ㎛으로 매우 적으나, 전기적인 잡음에 의한 오차가 약 10 ㎚만 나타날 뿐 진동에 의한 측정오차는 나타나지 않았다. 하이브리드타입 현미경에서는 시료가 공초점현미경 헤드와 전단변형힘 AFM 헤드로 이동하여야 함으로 분해능은 다소 떨어지지만 이동범위가 큰 스텝 방식의 스테이지를 사용하였다. 이러한 하이브리드타입 현미경은 마이크로 크기의 검사에서 대면적의 시료를 빠른 시간에 측정하고, 정밀한 검사가 필요한 부분만을 전단변형힘 AFM으로 측정함으로 반도체, PCB(printed circuit board), ITO(Indium-Tin Oxide) 등의 검사에 유용하게 사용될 수 있다.

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