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KR101520636B1 - 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법 및 장치 - Google Patents

불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법 및 장치 Download PDF

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KR101520636B1
KR101520636B1 KR1020140077035A KR20140077035A KR101520636B1 KR 101520636 B1 KR101520636 B1 KR 101520636B1 KR 1020140077035 A KR1020140077035 A KR 1020140077035A KR 20140077035 A KR20140077035 A KR 20140077035A KR 101520636 B1 KR101520636 B1 KR 101520636B1
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KR
South Korea
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illumination
dark
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light
dark field
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박필화
정철우
최성진
최재욱
Original Assignee
주식회사 에프에스티
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Abstract

본 발명은 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치 및 방법에 관한 것으로서, 명시야 조명과 내부 암시야 조명 및 외부 암시야 조명으로 3단 이상의 조명이 가능하게 구성하되, 상기 내부 암시야 조명은, 경통 내부에서 수직으로 조명하고, 하단부에서 볼록부 및 오목부를 순차적으로 통해 반사되어 측정대상으로 내부 암시야 조명을 입사시키도록 구성함으로써, 여러 입사각의 암시야 조명이 가능해져 표명이 불규칙하거나 굴곡이 있는 측정 대상의 영상 대칭성 확보 및 선명한 영상을 획득할 수 있게 된다.

Description

불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법 및 장치{Optical Method and Apparatus of Image Acquisition and Illumination on Irregular Surface}
본 발명은 표면 굴곡이 있는 대상의 품질 검사를 위한 광학 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면이 불규칙하거나 패턴의 단차가 있는 대상체의 영상을 취득하기 위하여 명시야, 내부 암시야, 외부 암시야에 대한 3단 이상의 조명으로 단차가 있는 대상체의 방향성에 의존하기 않고 균일한 영상 대칭성을 확보하여 영상을 획득할 수 있도록 한 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼, 포토마스크, 액정 표시 패널 등의 피검사 물체의 표면에 제조 과정에서 형성된 회로 패턴의 광학상을 생성하고, 그 광학상을 검사하여 피검사 물체 상의 패턴 결함을 검출하는 외관 검사 장치가 널리 사용되고 있다.
종래에는 선형 이미지 센서와 빛의 입사각을 다양하게 할 수 있는 조명 조사 방법이 주로 적용되었다. 특히 고집적화가 아닌 일반 PCB와 같은 경우 반도체 및 디스플레이 산업과는 달리 선폭과 패턴이 비교적 크게 형성되어 있어서 종래의 방법이 적용될 수 있었다.
종래의 기술로서, 한국공개특허 2004-01808679호(2004.12.24)에는 반도체 웨이퍼의 결함을 검출하기 위한 시스템이 개시되어 있다. 이는 반사된 광 또는 투과된 광의 분석에 의해 결함을 분석하고 식별하는 경우 웨이퍼를 조명하기 위해 스캐닝 레이저 빔을 사용하는 웨이퍼 결함 검출 시스템이다. 그런데 스캐닝을 위해 다수 빔을 사용하지만, 조명은 일반적인 수직 조명만을 사용하고 있다. 따라서 표면 굴곡이 있는 대상을 검사하는 데에는 적합하지 않았다.
한편, 최근 들어 모바일 또는 고성능 응용분야를 중심으로 PCB와 같은 분야에서도 고집적에 대한 요구가 증가하고 있으며 이미 선폭 5um 이하에 대한 요구도 등장하고 있다. 이렇게 고집적화가 되면서 PCB를 검사하는 방법도 달라지게 된다. 특히 검사와 관련된 영상 수준도 점차 반도체 검사 수준으로 진행되고 있다.
그러나 PCB는 표면상태가 거칠며 패턴의 단차가 크기 때문에 반도체의 검사 기술을 그대로 적용할 수 없다.
일반적인 반도체 검사 광학시스템에서 명시야 조명(Bright Field) 단독 적용의 경우, 거친 표면의 영상 수준이 떨어지고, 암시야 조명(Dark Field) 단독 적용의 경우 명시야 단독 조명과 마찬가지로 거친 표면의 영상 수준이 떨어진다.
이러한 단독 조명의 단점을 개선하고자 명시야 조명과 암시야 조명을 함께 적용하는데, 도 1의 (가) 및 (나)는 종래 PCB 검사용 광학 시스템의 명시야와 암시야 적용 개념도이다.
카메라(1)와 측정 대상(6) 사이에 광학계(2)가 설치되고, 그 하부 측면에 암시야 반사경(3)이 설치된다. 그리고 상기 광학계(2)의 측면에 명시야 조명(4)이 설치되어 광학계(2)의 빔분리기에 의해 측정대상(6)에 명시야 조명이 조사되고, 측면에 암시야 조명(5)이 설치되어 상기 암시야 반사경(3)을 통해 측정 대상(6)에 경사진 각도에서 암시야 조명으로 조사된다. 즉 도 1의 (나)와 같이 중심부에는 명시야 조명이 중심부에 대해 경사진 각도에서 암시야 조명이 조사되는 형태이다.
그런데 이와 같은 광학 시스템은, 면형 카메라 센서에는 부적합하고, 단차가 있는 측정대상에서는 측정대상의 종, 횡, 사선 등의 방향성에 비대칭적 영상 특성이 나타난다는 단점이 있으며, 선형센서에 적용가능하다는 것이다.
도 2의 (가) 및 (나)는 종래 PCB 검사용 광학 시스템의 명시야와 2단 암시야 적용 개념도이다.
카메라(1)와 측정 대상(6) 사이에 광학계(2)가 설치되고, 광학계(2)의 대각선 상하측에 암시야 반사경(3)이 설치되며, 측면에 다단 조명장치(7)가 설치된다. 조명장치(7)에서 조사된 조명 빛은 광학계(2)와 상하부 대각선 방향에 설치되는 암시야 반사경(3)에 의해 측정대상(6) 측으로 반사되어 명시야 조명과 경사진 방향에서 입사되는 암시야 조명으로 조사된다. 즉, 도 2의 (나)와 같이 중심부의 명시야 조명에 대해 주위에서 경사진 방향에서 측정대상(6)으로 암시야 조명이 조사되는데, 다단 조명장치(7)를 사용하여 암시야 조명이 적어도 2단 이상 조명되게 한 것이다.
그러나, 이와 같은 종래 광학 시스템의 조명도 도 1과 같은 명시야와 암시야 조명이 이루어지되 암시야 조명이 더 확대된 정도에 지나지 않기 때문에 면형 카메라 센서에는 부적합하며, 단차가 있는 대상의 방향성(종, 횡, 사선)에 비대칭적 영상 특성이 나타나며 선형 센서만에 적합하다는 것이다.
한국공개특허 2004-01808679호(2004.12.24)
본 발명은 고집적 PCB와 같이 표면이 거칠거나, 굴곡이 있으며 패턴간 단차가 있는 경우 검사 또는 그 외의 목적으로 고품질의 영상을 취득하기 위한 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치는,
측정대상에서 반사된 빛을 촬상하여 영상을 획득하는 카메라와;
상기 카메라의 하부에 설치되어 측면에서 입사되는 조명을 하부 측정대상으로 반사하고 측정대상에서 반사된 빛을 상기 카메라로 투과시키는 빔분리기와;
상기 빔분리기의 하부에 설치되고, 중앙 관통부가 형성되고 하부 외측으로 볼록부가 형성된 내통부와, 상기 내통부와 일정한 간격으로 이격되고 상기 볼록부에 대응되게 하부 내측으로 오목부가 형성된 외통부로 이루어져 내통부와 외통부 사이에 내부 암시야 조명 통과부가 형성된 내부 암시야렌즈부와;
상기 내부 암시야 렌즈부의 중앙 관통부 속에 설치되어 상기 빔분리기에서 입사되는 명시야 조명을 입사받아 측정대상의 측정위치로 모아주는 명시야 촛점렌즈부와;
상기 빔분리기의 측면으로 빛을 입사시키는 명시야 조명부와;
상기 내부 암시야 렌즈부의 내부암시야 조명통과부의 위에서 아래로 빛을 입사시키는 내부암시야 조명부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 내부 암시야렌즈부의 하단 외측에서 경사지게 빛을 입사시키는 외부 암시야 조명부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 카메라의 하부에 설치되는 빔분리기와, 상기 내부암시야 조명부와, 내부 암시야 렌즈부 및 촛점 렌즈부는 광학시스템의 경통 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 내부 암시야 조명부는 원호상에 일정한 간격으로 배열 설치되는 복수의 LED조명인 것을 특징으로 한다.
상기 내부 암시야 조명부는 원호상에 일정간격으로 복수열이 배열되는 복수의 LED조명인 것을 특징으로 한다.
상기 복수열의 LED 조명은 각 열이 서로 다른 입사각도로 내부 암시야 통로속으로 빛을 입사시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 외부 암시야 조명부는, 상기 경통의 하단 외측 둘레에 착탈식 모듈로 설치될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 내부 암시야 렌즈부는, 상기 경통 내에서 상하 슬라이드에 의해 내부암시야 조명의 촛점을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 명시야 조명부와, 상기 내부 암시야 조명부 및 상기 외부 암시야 조명부의 빛의 밝기를 선택적으로 조절하는 조명제어수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 명시야 조명부와, 상기 내부 암시야 조명부 및 상기 외부 암시야 조명부의 LED 조명은, 파장이 다른 여러 색상 중 어느 하나 또는 자외선 또는 적외선 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
한편, 내부 암시야 렌즈부의 다른 실시 예로서, 내부에 중앙 관통부가 형성된 내통부와, 상기 내통부의 외측에 형성되는 외통부로 이루어지고, 내통부의 외주면과 외통부의 내주면 사이에 일정한 폭으로 관통 형성된 내부 암시야 조명 통과부가 형성되고, 상기 내부 암시야 조명 통과부의 하부에 설치되어 위에서 조사된 조명 빛을 하부의 측정 대상물에 경사진 입사각도로 조명하는 내부암시야 렌즈를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법은,
표면 검사를 위한 광학 시스템의 조명방법에 있어서,
측정 대상의 상면에서 수직으로 조명하는 명시야 조명과,
상기 측정 대상에 대해 경사진 입사각으로 조명하는 내부 암시야 조명과,
상기 내부 암시야 조명의 외측에서 경사진 입사각으로 측정대상에 조명하는 외부 암시야 조명으로 3단 이상의 조명을 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 내부 암시야 조명은,
경통 내부에 수직으로 입사시킨 빛을 반사시키는 볼록부와 오목부를 순차적으로 통과시켜 여러 입사각의 내부 암시야 조명으로 측정대상에 입사시키는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 명시야 조명과, 상기 내부 암시야 조명과, 상기 외부 암시야 조명은, 각각 선택적으로 밝기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 명시야 조명과, 상기 내부 암시야 조명과, 상기 외부 암시야 조명은, 조명의 색상이 다른 LED 조명을 선택적으로 사용하여 조명하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 명시야 조명과, 내부 암시야 조명 및 외부 암시야 조명으로 서로 다른 입사각으로 측정대상에 조명하는 3단 이상의 조명이 가능해져 단차가 있는 측정 대상의 방향성에 의존하지 않고 균일한 영상 대칭성을 확보할 수 있고, 내부 암시야 조명을 여러 입사각의 암시야 조명으로 입사시킬 수 있어서, 표면이 불규칙하거나 굴곡이 있는 측정 대상에 도착한 빛이 수직으로 반사되어 카메라로 입사되게 함으로써 표면 굴곡 및 불규칙한 측정대상에 대해서도 선명한 영상을 획득할 수 있다. 또한 본 발명은 LED조명을 사용하고, LED 조명의 밝기를 선택적으로 서로 다르게 제어할 수 있고, 파장이 다른 LED조명을 선택적으로 사용할 수 있어서 다양한 측정 대상에 대해 효율적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 1의 (가) 및 (나)는 종래 명시야와 암시야 조명 광학 시스템 개념도.
도 2의 (가) 및 (나)는 종래 명시야와 2단 암시야 조명 광학 시스템의 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 명시야와 내부 암시야 및 외부 암시야 조명 설명도.
도 5는 본 발명에 의한 표면 굴곡이 있는 대상의 조명 및 빛 반사 설명도.
도 6은 본 발명에 의한 다른 실시 예를 보인 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치 구성도.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이,
측정대상(40)에서 반사된 빛을 촬상하여 영상을 획득하는 카메라(10)와;
상기 카메라(10)의 하부에 설치되어 측면에서 입사되는 조명을 하부 측정대상(40)으로 반사하고 측정대상(40)에서 반사된 빛을 상기 카메라(10)로 투과시키는 빔분리기(20)와;
상기 빔분리기(20)의 하부에 설치되고, 중앙 관통부(33)가 형성되고 하부 외측으로 볼록부(31a)가 형성된 내통부(31)와, 상기 내통부(31)와 일정한 간격으로 이격되고 상기 볼록부(31a)에 대응되게 하부 내측으로 오목부(32a)가 형성된 외통부(32)로 이루어져 내통부(31)와 외통부(32) 사이에 내부 암시야 조명 통과부(34)가 형성된 내부 암시야렌즈부(30)와;
상기 내부 암시야 렌즈부(30)의 중앙 관통부(33) 속에 설치되어 상기 빔분리기(20)에서 입사되는 명시야 조명을 입사받아 측정대상(40)의 측정위치로 모아주는 명시야 촛점렌즈부(21)와;
상기 빔분리기(20)의 측면으로 빛을 입사시키는 명시야 조명부(50)와;
상기 내부 암시야 렌즈부(30)의 내부암시야 조명통과부(34)의 위에서 아래로 빛을 입사시키는 내부암시야 조명부(60)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 내부 암시야렌즈부(30)의 하단 외측에서 경사지게 빛을 입사시키는 외부 암시야 조명부(70)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명은, 도 4에 도시된 바와 같이 크게 중앙 수직으로 조사되는 명시야 조명과, 명시야 조명의 외측에서 경사지게 입사시키는 내부 암시야 조명과, 내부 암시야 조명의 외부에서 경사지게 입사시키는 외부 암시야 조명으로 3단 이상의 조명을 하도록 구성된다.
본 발명의 핵심 특징은, 내부 암시야 조명을 위하여 내부 암시야 렌즈부(30)를 설치한 것이다. 내부 암시야 렌즈부(30)는 내부 암시야 통과부(34)의 상부에 내부 암시야 조명부(60)가 설치되어 빛이 하부로 조사되면, 내통부(31)의 볼록부(31a)에 빛이 반사되어 외통부(32)의 오목부(32a)로 입사되고, 외통부(32)의 오목부(32a)에서 반사된 빛이 측정대상(40)으로 입사된다.
도 5는 본 발명에 의한 조명 및 반사 설명도로서, 상기 오목부(32a)의 내면 곡률에 의해 반사되는 빛의 각도가 다양한 각도로 반사되고, 표면이 불규칙한 측정 대상에 여러 각도로 입사 빛이 입사시킬 수 있게 된다. 그리고 여러 각도에서 입사되어 수직으로 반사된 빛이 카메라로 입사되어 촬상 할 수 있게 되는 것이다.
따라서 표면이 불규칙하거나 굴곡이 있는 측정 대상(40)의 종, 횡, 사선, 유선 방향성에 의존하지 않고 균일한 영상 대칭성을 확보하여 영상을 획득할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명에서는 상기 외부 암시야 조명부(70) 없이 명시야 조명과 내부 암시야 조명만으로도 구성될 수 있다. 그러나 복잡하고 표면굴곡이 심하고 정밀도를 요구하는 경우 외부 암시야 조명부(70)를 포함하여 3단 이상의 조명을 사용하는 것이 더욱 선명한 영상을 얻을 수 있게 된다.
본 발명은, 상기 카메라(10)의 하부에 설치되는 빔분리기(20)와, 상기 내부암시야 조명부(30)와, 내부 암시야 렌즈부(30) 및 촛점 렌즈부(21)는 광학시스템의 경통(11) 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 일반 광학시스템에서 암시야 조명이 경통 외부에 설치되어 경통 속으로 빛을 입사시키는 방식으로 취하고 있는 반면 본 발명에서는 경통(11) 내부에 내부 암시야 조명부(60)를 설치하고, 내부 암시야 조명렌즈부(30)의 볼록부와 오목부에 의해 반사각도를 오목부의 곡률반경에 의해 반사시켜 측정대상(40)에 입사시키게 함으로써, 전체 구조를 심플하게 구성할 수 있게 된다.
또한 본발명은, 상기 내부 암시야 조명부(60)와, 상기 외부 암시야 조명부(70)는 원호상에 일정한 간격으로 배열 설치되는 복수의 LED조명으로 구성한다. 또한 명시야 조명부(50)도 LED조명으로 구성한다. 내부 암시야 조명부(60)와 외부 암시야 조명부(70)를 원호상에 배열되는 LED조명을 사용함으로써 측정대상(40)의 각방향에 대해 전체적으로 고른 조명을 할 수 있게 된다.
한편, 상기 내부 암시야 조명부(60)는 원호상에 일정간격으로 복수열이 배열되는 복수열의 LED조명으로 구성할 수 있다. 복수열 LED조명으로 구성하는 경우, 조밀하지 않게 배열 설치하고, 출력을 낮춰서 빛을 발생시켜도, 좁은 통로인 내부 암시야 통과부(34)를 통과하기 때문에 빛 손실이 없어서 필요한 광량을 얻을 수 있게 된다. 즉 복수열로 설치하면 좁은 설치공간에 조밀하게 배열하지 않아도 된다는 장점이 있다.
또한, 상기 내부암시야 조명(60)은 수직으로 빛을 입사시키도록 설치하는 구성이 기본 구성이나, 측정대상물의 특성에 따라 필요에 따라서는 이웃하는 내부 암시야 조명(60)이 서로 다른 입사각이 되게 경사진 상태로 설치될 수 있다. 즉, 내부 암시야 통과부(34)의 중심 원주에 대해 원주방향 또는 원주와 직교되는 방향으로 경사도가 다르게 배열 설치할 수도 있다. 내부 암시야 렌즈부(30)는, 내통부(31)의 내벽 및 외벽이 반사면을 이루며, 외통부(32)의 내벽이 반사면을 이루도록 이루어진다.
한편, 복수열의 LED 조명으로 구성할 경우에도, 각 열이 서로 다른 입사각도로 내부 암시야 통로 속으로 빛을 입사시키도록 구성할 수 있다. 이는 좁은 통로인 내부 암시야 통과부(34)로 입사되는 빛의 각도가 경사지게 되면 좁은 통로 내에서 반사되면서 볼록부(31a)이 입사되어 오목부(32a)로 반사되는 빛의 각도가 난반사를 이룰수 있고, 이로 인해 오목부(32a)에서 측정대상(40)으로 조사되는 빛이 난반사된 빛 즉, 다양한 각도에서 빛이 측정대상으로 입사되어 불규칙하거나 굴곡이 있는 표면에 대해서 다양한 각도로 빛을 입사시켜 반사시킬 수 있게 되는 것이다.
또한 상기 외부 암시야 조명부(70)는, 상기 경통(11)의 하단 외측 둘레에 착탈식 모듈로 구성할 수 있다. 이는 용도에 따라 외부 암시야 조명부(70)를 착탈시켜 사용하기 위한 것이다.
또한 상기 내부 암시야 렌즈부(30)는, 상기 경통(11) 내에서 상하 슬라이드에 의해 내부암시야 조명의 촛점을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다. 내부 암시야 렌즈부(30)와 촛점 렌즈부(21)와의 관계에 의해 실험적으로 촛점 위치를 세팅하여 사용하게 되지만, 특수한 표면 굴곡이나 불규칙성 및 패턴 두께 등등 특수한 용도에서는 세팅된 조명 촛점을 조절할 필요가 발생되고, 이를 위하여 내부 암시야 렌즈부(30)를 슬라이드 시켜 내부 암시야 조명과 명시야 조명 및 외부 암시야 조명의 상호 관계를 조정할 수도 있다.
또한 본 발명은, 상기 명시야 조명부(50)와, 상기 내부 암시야 조명부(60) 및 상기 외부 암시야 조명부(70)의 빛의 밝기를 선택적으로 조절하는 조명제어수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다. 이는 조명부를 제어하기 위한 제어기에서 명시야 조명, 내부 암시야 조명, 외부 암시야 조명을 선택적으로 조절하여 좀더 선명한 영상을 얻고, 불필요한 출력 낭비를 줄일 수 있도록 하는 것이다.
또한 본 발명은, 상기 명시야 조명부(50)와, 상기 내부 암시야 조명부(60) 및 상기 외부 암시야 조명부(70)의 LED 조명은, 파장이 다른 여러 색상 중 어느 하나 또는 자외선 또는 적외선 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 이는 측정대상(40)의 물질 특성이나 칼라 특성에 따라 반사되는 빛의 특성 또는 반사되는 광량에 영향을 줄 수도 있고, 표면 굴곡 및 불규칙성 등에 의해 반사특성이 달라질 수도 있으므로 용도에 따라 LED 색상을 선택할 수 있도록 구성하거나, 또는 조명 LED 자체를 자외선 또는 적외선과 같은 특수 목적에 맞는 조명 LED로 설치하여 사용할 수도 있는 것이다.
도 6은 본 발명에 의한 다른 실시 예를 보인 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치 구성도이다.
도 6에 의한 본 발명의 다른 실시 예는, 도 3에서의 내부암시야 렌즈부(30)의 구성을 도 6의 내부 암시야 렌즈부(100)의 구성으로 변경한 다른 실시 예이다.
다른 실시 예에 의한 내부 암시야 렌즈부(100)는, 내부에 중앙 관통부가 형성된 내통부(110)와, 상기 내통부(110)의 외측에 형성되는 외통부(120)로 이루어지고, 내통부(110)의 외주면과 외통부(120)의 내주면 사이에 일정한 폭으로 관통 형성된 내부 암시야 조명 통과부(130)가 형성되고, 상기 내부 암시야 조명 통과부(130)의 하부에 설치되어 위에서 조사된 조명 빛을 하부의 측정 대상물에 경사진 입사각도로 조명하는 내부암시야 렌즈(140)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 내부암시야 렌즈(140)는 도면에는 편의상 분리된 형태로 나타냈으나, 도우넛 형태의 일체형 구성 렌즈이다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 내통부(110)와 외통부(120) 사이의 내부 암시야 조명통과부(130)를 통해 위에서 아래로 내부 암시야 조명(50)이 입사되고, 하부에 설치된 내부 암시야 렌즈(140)에서 경사진 입사각으로 측정 대상물(40)에 입사된다.
따라서, 내통부(110)와 외통부(120)로 이루어지고 하부에 내부 암시야 렌즈(140)를 설치하는 경우는, 내부 암시야 렌즈(140)의 굴절율에 따라 입사각도와 촛점 영역이 달라지므로 측정 대상물의 용도에 따라 해당되는 입사각도가 되도록 내부 암시야 렌즈(140)를 선택하여 장착 구성할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 명시야 조명과, 내부 암시야 조명 및 외부 암시야 조명으로 서로 다른 입사각으로 측정대상에 조명하는 3단 이상의 조명이 가능해져 단차가 있는 측정 대상의 방향성에 의존하지 않고 균일한 영상 대칭성을 확보할 수 있고, 내외부 암시야 조명을 여러 입사각의 암시야 조명으로 입사시킬 수 있어서, 표면이 불규칙하거나 굴곡이 있는 측정 대상에 도착한 빛이 수직으로 반사되어 카메라로 입사되게 함으로써 표면 굴곡 및 불규칙한 측정대상에 대해서도 선명한 영상을 획득할 수 있다. 또한 본 발명은 LED조명을 사용하고, LED 조명의 밝기를 선택적으로 서로 다르게 제어할 수 있고, 파장이 다른 LED조명을 선택적으로 사용할 수 있어서 다양한 측정 대상에 대해 효율적으로 대응할 수 있는 것이다.
10 : 카메라 11 : 경통
20 : 빔분리기 21 : 촛점 렌즈부
30 : 내부 암시야 렌즈부 31 : 내통부
31a : 볼록부 32 : 외통부
32a : 오목부 33 : 중앙 관통부
34 : 내부 암시야 조명통과부 40 : 측정대상
50 : 명시야 조명부 60 : 내부 암시야 조명부
70 : 외부 암시야 조명부

Claims (17)

  1. 표면 검사를 위한 광학적 조명장치에 있어서,
    카메라(10)의 하부에 설치되어 측면에서 입사되는 조명을 하부 측정대상(40)으로 반사하고 측정대상(40)에서 반사된 빛을 상기 카메라(10)로 투과시키는 빔분리기(20)와;
    상기 빔분리기(20)의 하부에 설치되고, 중앙 관통부(33)가 형성된 내통부(31)와, 상기 내통부(31)의 외측에 형성되는 외통부(32)로 이루어지고, 내통부(31)의 외주면과 외통부(32)의 내주면 사이에 일정한 폭으로 관통 형성된 내부 암시야 조명 통과부(34)가 형성된 내부암시야 조명렌즈부(30)와;
    상기 내부 암시야 렌즈부(30)의 중앙 관통부(33) 속에 설치되어 상기 빔분리기(20)에서 입사되는 명시야 조명을 입사받아 측정대상(40)의 측정위치로 모아주는 명시야 촛점렌즈부(21)와;
    상기 빔분리기(20)의 측면으로 빛을 입사시키는 명시야 조명부(50)와;
    상기 내부 암시야 렌즈부(30)의 내부암시야 조명통과부(34)의 위에서 아래로 빛을 입사시키는 내부암시야 조명부(60)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔분리기(20)와, 상기 내부암시야 조명부(30)와, 내부 암시야 렌즈부(30) 및 촛점 렌즈부(21)는 광학시스템의 경통(11) 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치는,
    상기 내부 암시야렌즈부(30)의 하단 외측에서 경사지게 빛을 입사시키는 외부 암시야 조명부(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 외부 암시야 조명부(70)는,
    상기 빔분리기(20)와, 상기 내부암시야 조명부(30)와, 내부 암시야 렌즈부(30) 및 촛점 렌즈부(21)가 내부에 설치되는 광학 시스템 경통(11)의 하단 외측 둘레에 착탈식 모듈로 설치되는 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 암시야 조명부(60)는,
    원호상에 일정한 간격으로 배열 설치되는 복수의 LED조명인 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 암시야 조명부(60)는,
    원호상에 일정간격으로 복수열이 배열되는 복수열의 LED조명인 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수열의 LED 조명은, 각 열이 서로 다른 입사각도로 내부 암시야 통로부(34) 속으로 빛을 입사시키도록 설치된 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 내부 암시야 렌즈부(30)는,
    상기 경통(11) 내에서 상하 슬라이드에 의해 내부암시야 조명의 촛점을 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 명시야 조명부(50)와, 상기 내부 암시야 조명부(60) 및 상기 외부 암시야 조명부(70)의 빛의 밝기를 선택적으로 조절하는 조명제어수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 명시야 조명부(50)와, 상기 내부 암시야 조명부(60) 및 상기 외부 암시야 조명부(70)의 LED 조명은, 파장이 다른 여러 색상 중 어느 하나 또는 자외선 또는 적외선 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  11. 표면 검사를 위한 광학적 조명장치에 있어서,
    카메라(10)의 하부에 설치되어 측면에서 입사되는 조명을 하부 측정대상(40)으로 반사하고 측정대상(40)에서 반사된 빛을 상기 카메라(10)로 투과시키는 빔분리기(20)와;
    상기 빔분리기(20)의 하부에 설치되고, 내부에 중앙 관통부가 형성된 내통부(110)와, 상기 내통부(110)의 외측에 형성되는 외통부(120)로 이루어지고, 내통부(110)의 외주면과 외통부(120)의 내주면 사이에 일정한 폭으로 관통 형성된 내부 암시야 조명 통과부(130)가 형성되고, 상기 내부 암시야 조명 통과부(130)의 하부에 설치되어 위에서 조사된 조명 빛을 하부의 측정 대상물에 경사진 입사각도로 조명하는 내부암시야 렌즈(140)를 포함하여 이루어진 내부 암시야 조명렌즈부(100)와;
    상기 내부 암시야 렌즈부(100)의 중앙 관통부 속에 설치되어 상기 빔분리기(20)에서 입사되는 명시야 조명을 입사받아 측정대상(40)의 측정위치로 모아주는 명시야 촛점렌즈부(21)와;
    상기 빔분리기(20)의 측면으로 빛을 입사시키는 명시야 조명부(50)와;
    상기 내부 암시야 렌즈부(100)의 내부암시야 조명통과부(130)의 위에서 아래로 빛을 입사시키는 내부암시야 조명부(60)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치는,
    상기 내부 암시야렌즈부(100)의 하단 외측에서 경사지게 빛을 입사시키는 외부 암시야 조명부(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 장치.
  13. 표면 검사를 위한 광학 시스템의 조명방법에 있어서,
    측정 대상의 상면에서 조명하는 명시야 조명과,
    상기 측정 대상에 대해 경사진 입사각으로 조명하는 내부 암시야 조명과,
    상기 내부 암시야 조명의 외측에서 경사진 입사각으로 측정대상에 조명하는 외부 암시야 조명으로 3단 이상의 조명을 하는 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 내부 암시야 조명은,
    경통 내부에 수직으로 입사시킨 빛을 반사시키는 볼록부와 오목부를 순차적으로 통과시켜 여러 입사각의 내부 암시야 조명으로 측정대상에 입사시키는 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 내부 암시야 조명은,
    경통 내부에 수직으로 입사시킨 빛을 내부 암시야렌즈를 통해 경사진 입사각의 조명으로 측정대상에 입사시키는 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 명시야 조명과, 상기 내부 암시야 조명과, 상기 외부 암시야 조명은,
    각각 선택적으로 밝기를 조절하는 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 명시야 조명과, 상기 내부 암시야 조명과, 상기 외부 암시야 조명은,
    조명의 색상이 다른 LED 조명을 선택적으로 사용하여 조명하는 것을 특징으로 하는 불규칙 표면의 영상 취득을 위한 광학적 조명 방법.
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