옵티컬 플랫 평면도 검사하는 방법

1. 옵티컬 플랫을 이용한 평면도 측정 원리

옵티컬 플랫의 평면도 검사 방법은 광간섭(Interference of Light) 현상을 이용합니다.

1-1. 광간섭을 이용한 평면도 검사 원리

• 빛이 두 개의 표면에서 반사될 때, 이 빛들이 서로 겹쳐지면서 간섭무늬(Interference Fringe)가 생성됩니다.
• 간섭무늬의 모양과 간격을 분석하면, 표면의 높낮이 차이를 측정할 수 있습니다.
• 완벽한 평면에서는 간섭무늬가 평행한 직선 형태를 띠며, 표면이 휘어져 있거나 요철이 있으면 간섭무늬가 휘어지거나 왜곡됩니다.

2. 옵티컬 플랫을 이용한 평면도 검사 절차

옵티컬 플랫을 이용하여 평면도를 측정하는 과정은 다음과 같은 단계로 이루어집니다.

2-1. 측정 환경 준비

① 깨끗한 작업 환경 조성

• 먼지, 진동, 온도 변화가 측정 결과에 영향을 줄 수 있으므로 클린룸(clean room) 수준의 환경이 이상적입니다.
• 측정 전에 광학 장비 및 검사 대상 표면을 청소하여 이물질을 제거해야 합니다.

② 조명 설정

• 검사에 **단색광(monochromatic light)**을 사용해야 합니다. 일반적으로 헬륨-네온(He-Ne) 레이저(632.8nm) 또는 **나트륨(Na) 램프(589nm)**가 사용됩니다.
• 백색광을 사용할 경우 빛의 파장이 다양해져 간섭무늬가 불분명할 수 있습니다.

2-2. 옵티컬 플랫 배치

1. 검사할 표면 위에 옵티컬 플랫을 조심스럽게 올려놓습니다.
2. 옵티컬 플랫과 검사 대상 사이에 공기층(Air Gap)이 형성됩니다.
   • 이 공기층의 두께 차이로 인해 간섭무늬가 생성됩니다.
3. 측정 중에 옵티컬 플랫이 움직이지 않도록 주의합니다.

2-3. 빛을 조사하고 간섭무늬 형성

• 옵티컬 플랫을 통해 반사된 빛이 검사 대상 표면에서 다시 반사되면서 **간섭무늬(Fringe Pattern)**가 형성됩니다.
• 이 간섭무늬를 관찰하면 표면의 평탄도를 시각적으로 평가할 수 있습니다.

3. 간섭무늬(Fringe Pattern) 분석 방법

3-1. 기본적인 간섭무늬 패턴 유형

1. 평행한 직선 무늬 (완벽한 평면)
   • 검사 대상이 완벽한 평면이라면 간섭무늬가 평행한 직선 형태를 유지합니다.
   • 이는 표면이 균일하며, 높이 변화가 거의 없다는 의미입니다.
2. 곡선형 무늬 (오목 또는 볼록한 표면)
   • 중앙에서 바깥쪽으로 확장되는 패턴 → 검사 표면이 볼록(Convex)함을 의미
   • 중앙에서 안쪽으로 수축하는 패턴 → 검사 표면이 오목(Concave)함을 의미
3. 불규칙한 무늬 (거친 표면)
   • 간섭무늬가 불규칙하게 나타난다면 표면에 요철이 있거나 가공 불량이 발생한 경우입니다.

3-2. 간섭무늬 간격을 이용한 표면 높이 측정

간섭무늬의 간격을 측정하면 표면의 높이 변화를 수치적으로 계산할 수 있습니다.

① 측정 공식

표면의 높이 차이(hhh)는 다음 공식으로 계산됩니다.

h=λ2 ×Nh = \frac {\lambda}{2} \times Nh=2λ​×N

여기서,

• hhh = 표면의 높이 변화(단위: nm)
• λ\lambdaλ = 사용한 빛의 파장 (예: 632.8nm)
• NNN = 간섭무늬의 개수

② 예제 계산

• 만약 10개의 간섭무늬가 관찰되었고, 사용한 빛의 파장이 632.8nm라면?

h=632.8 nm2 ×10=3,164nm(3.16μm) h = \frac {632.8nm}{2} \times 10 = 3,164nm (3.16μm)h=2632.8nm​×10=3,164nm(3.16μm)

즉, 측정 대상의 표면 높이 차이는 약 3.16 마이크로미터(μm)입니다.

4. 옵티컬 플랫을 이용한 평면도 검사 응용 사례

옵티컬 플랫을 활용한 평면도 검사는 다음과 같은 분야에서 활용됩니다.

4-1. 정밀 기계 가공 검사

• 연마된 금속 부품의 표면 정밀도를 검사하여 가공 오차를 확인하는 데 사용됩니다.

4-2. 반도체 및 전자 부품 검사

• 반도체 웨이퍼, 광학 렌즈, LCD 패널 등의 표면 평탄도를 평가하는 데 필수적입니다.

4-3. 연구 및 실험실 분석

• 광학 실험에서 기준 평면(reference surface)으로 사용됩니다.
• 레이저 간섭계를 이용한 정밀 측정 연구에 활용됩니다.

---

5. 결론 및 요약

옵티컬 플랫을 이용한 평면도 검사 방법은 빛의 간섭 원리를 활용하여 나노미터 단위의 표면 정밀도를 측정할 수 있는 기술입니다.

핵심 요약

✅ 광간섭 원리를 활용하여 표면의 높낮이 차이를 분석
✅ 간섭무늬(Fringe Pattern)의 형태를 통해 표면 상태를 평가
✅ 간섭무늬 간격을 측정하여 표면의 높이 변화 정량적 분석 가능
✅ 정밀 기계 가공, 반도체 제조, 연구실 실험 등에 필수적으로 사용

옵티컬 플랫을 사용하면 표면 정밀도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있으며, 이를 통해 고품질 부품을 생산하고 품질 관리할 수 있습니다.