KR100495120B1 - 촬상 영상 고속 포획장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CCD 카메라로부터 촬상된 영상을 고속으로 포획(capture)하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 촬상 영상 고속 포획장치는,

촬상영역에 놓인 피사체를 촬상하여 출력하는 CCD 카메라와; 상기 CCD 카메라에서 출력되는 프레임 인에이블신호 검출시마다 조명제어신호를 발생하는 동기신호 발생부와; 상기 조명제어신호에 따라 촬상영역 주변의 서로 다른 위치에 놓인 조명등을 점등 제어하는 조명 컨트롤러와; 상기 프레임 인에이블신호 검출시마다 상기 CCD 카메라에서 출력되는 영상을 포획하여 영상신호 처리부로 전송하는 영상 포획부;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

촬상 영상 고속 포획장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR A FAST CAPTURING A SCAN IMAGE}

본 발명은 광학식 형상 측정 시스템에 관한 것으로, 특히 CCD 카메라로부터 촬상된 영상을 고속으로 포획(capture)하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

전자공학과 기계공학이 발전함에 따라 전자, 기계부품의 소형화와 정밀화가 가속되어 가고 있는데, 이러한 소형의 전자 및 기계부품의 가공과 제조 상태를 확인하기 위해서는 그 치수, 형상, 표면조도에 대한 고정도(高精度)의 측정이 이루어져야 한다.

예를 들면, 전자부품인 반도체 웨이퍼와 이 반도체 웨이퍼상에 가공된 집적회로의 미세패턴에 대한 치수, 형상, 레이저 마킹상태, 표면조도는 주지의 접촉식 측정장치를 이용하여 측정할 수 없으며, 촉침을 이용한 접촉식 표면조도 측정기를 이용하는 경우에도 촉침의 팁(tip)이 물체의 표면에 미세한 흠집을 발생시킬 뿐만 아니라 면적에 대한 정보를 얻기 힘들다는 문제점이 있었다.

이에 소형의 전자, 기계부품 등의 치수와 형상 등을 측정하기 위한 방안으로 광원에서 방사되는 광을 이용하여 측정물의 치수를 비접촉 방식으로 얻는 광학식 2차원 측정장치와, 광원에서 방사되는 광을 기준패턴화하여 측정물에 영사하고 그 측정물의 형상에 따라 변형된 광을 기준패턴과 비교하여 측정물에 대한 형상을 측정하는 광학식 3차원 측정장치가 개발되기에 이르렀다. 더 나아가 이러한 광학식 2차원 측정장치와 3차원 측정장치는 선택적 또는 교번적으로 사용 가능하도록 하나의 측정장치로 통합된 제품으로서 개발되어 보급되고 있는 실정이다.

그러나 현재 보급된 광학식 형상 측정장치들에서는 CCD카메라를 통해 얻어지는 촬상 영상의 포획을 고속화하는데 한계가 있기 때문에 라인상에서의 테스트 시간을 단축시키는데 한계가 있다. 이를 첨부 도면 도 1과 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면,

우선 도 1은 광학식 형상 측정 시스템에서의 일반적인 촬상 영상 포획과정을 설명하기 위한 블록구성도를 도시한 것이다.

광학식 형상 측정 시스템은 우선 후술할 영상 포획부(25)로부터 트리거 신호 입력시 피사체의 영상을 촬상하여 출력하는 CCD 카메라(10)와, 테스트하고자 하는 피사체의 부위별 측정면 조도를 조절하기 위해 서로 다른 위치에 장착되어지는 다수의 조명등(40)을 포함한다. 예를 들어 제조된 반도체 패키지를 검사하기 위한 광학식 형상 측정 시스템은 피사체가 놓이는 촬상영역상에 돔 형태의 조명 마운트가 위치한다. 그리고 돔 형태의 조명 마운트 정 중앙, 즉 피사체의 수직상방에는 CCD 카메라(10)가 위치하는 구조를 가지고 피사체를 촬영하게 된다. 일반적으로 반도체 패키지의 경우에는 프로그램된 순서대로 레이져 마킹검사, 리드(lead)검사, 핀 1(Pin 1)검사 등을 순차적으로 수행할 수 있는데, 이러한 검사대상에 따라서 돔에 장착된 서로 다른 위치의 조명등을 검사목적에 맞게 온/오프 제어하여야 한다. 이러한 조명등(40)의 제어는 조명 컨트롤러(30)에 의해 이루어지며, 상기 조명 컨트롤러(30)는 컴퓨터 시스템(20)에 실장되는 영상 포획부(25)로부터 발생되는 트리거 신호에 따라 조명등(40)을 제어한다. 참고적으로 상기 CCD 카메라(10)에 대해 부연 설명하면, 상기 CCD 카메라(10)는 일본 JAI사에서 제조된 디지털 CCD 카메라(모델명 CV-M4+)로서 초당 24프레임의 디지털 영상을 촬상하여 출력한다.

한편 컴퓨터 시스템(20)에 실장되는 영상 포획부(25)는 CCD 카메라(10)에서 출력되는 영상을 포획(capture)하여 영상신호 처리부(27)로 전송하는 역할을 수행하는데, 이러한 영상 포획부(25)는 조명 컨트롤러(30)와 CCD 카메라(10)를 동기시키기 위한 트리거 신호를 발생하여 출력하고 CCD 카메라(10)로부터 출력되는 영상을 포획한다. 이와 같이 트리거신호에 의해 조명등의 점등이 이루어지고 그 때 영상의 촬상이 이루어져야 하는 이유는 검사목적에 맞는 측정면 영상을 얻기 위한 조명등(40)을 점등시키면서 촬상 영상을 포획하여야 하기 때문이다.

참고적으로 영상신호 처리부(27)는 포획된 영상을 전송받아 표시부(29)상에 표시할 수 있는 형태의 영상신호로 처리하여 출력하여 주며, 제어부(23)는 데이터 입력부(21)를 통해 측정자로부터 영상 측정 개시명령이 입력되면 이를 영상 포획부(25)로 전달하여 주는 역할을 수행한다.

상술한 구성을 가지는 광학식 형상 측정 시스템에서는 CCD 카메라(10)가 영상 포획부(25)로부터 입력되는 트리거 신호에 응답하여 영상을 촬상하여 출력하고, 후단의 영상 포획부(25)는 트리거 발생후 CCD 카메라(10)로부터 출력되는 영상을 포획하여 전송한후 다시 트리거 신호를 발생하기 때문에, CCD 카메라(10)가 초당 24프레임의 영상을 최대 출력할 수 있음에도 불구하고 16 내지 17 프레임의 영상만을 포획할 수 없는 단점이 발생하게 된다.

이에 따라 종래의 광학식 형상 측정 시스템에서는 촬상 영상의 포획을 고속화하는데 한계가 있기 때문에 결과적으로 측정하고자 하는 피사체의 테스트 시간을 단축시킬 수 없는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 광학식 형상 측정 시스템에서 촬상 영상의 포획 속도를 고속화할 수 있는 촬상 영상 고속 포획장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

더 나아가 본 발명은 촬상장치가 지원할 수 있는 최대 프레임 레이트로 촬상영상을 포획할 수 있는 촬상 영상 고속 포획장치 및 그 방법을 제공함에 있으며,

아울러 광학식 형상 측정 시스템을 이용하여 피검물을 테스트하는 공정속도를 단축시킬 수 있는 촬상 영상 고속 포획장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 촬상 영상 고속 포획장치는,

촬상영역에 놓인 피사체를 촬상하여 출력하는 CCD 카메라와;

상기 CCD 카메라에서 출력되는 프레임 인에이블신호 검출시마다 조명제어신호를 발생하는 동기신호 발생부와;

상기 조명제어신호에 따라 촬상영역 주변의 서로 다른 위치에 놓인 조명등을 점등 제어하는 조명 컨트롤러와;

상기 프레임 인에이블신호 검출시마다 상기 CCD 카메라에서 출력되는 영상을 포획하여 영상신호 처리부로 전송하는 영상 포획부;를 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 상기 촬상 영상 고속 포획장치의 동기신호 발생부는;

프레임 인에이블신호의 검출 순번에 따라 서로 다른 위치의 조명을 점등 제어하기 위한 조명제어데이터가 맵핑되어 있는 메모리를 내부에 구비함을 특징으로 한다.

아울러 CCD 카메라에서 촬상된 영상을 포획하여 표시부상에 표시하는 광학식 형상 측정 시스템의 고속 영상 포획방법은,

상기 CCD 카메라로부터 출력되는 프레임 인에이블신호를 검출하는 단계와;

상기 프레임 인에이블신호 검출시마다 촬상영역 주변의 서로 다른 위치에 놓인 조명등을 점등하기 위한 조명제어신호를 발생하는 단계와;

상기 조명제어신호 발생시점에 동기하여 상기 CCD 카메라에서 출력되는 영상을 포획하는 단계와;

포획된 영상을 신호처리하여 표시부상에 표시하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

우선 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 영상 고속 포획장치의 블록구성도를 도시한 것이며, 도 3은 도 2중 동기신호 발생부(56)의 동작흐름도를, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 영상 고속 포획장치의 신호 발생 타이밍도를 각각 예시한 것이다.

도 2를 참조하면, 우선 디지털 CCD 카메라(10)는 일예로서 JAI사에서 제작된 모델명 CV-M4+로서 촬상영역에 놓인 피사체를 촬상하여 출력한다. 이러한 디지털 CCD 카메라(10)는 초당 24프레임 레이트로 스캔 영상을 출력할 수 있는데, 촬상영역에 놓인 피사체 촬상시마다 인에이블되는 프레임 인에이블신호(FEN)를 발생하여 출력한다. 디지털 CCD 카메라(10)는 LVDS 프로토콜을 통해 영상 포획부(55)와 통신한다.

한편 컴퓨터 시스템(50)은 키보드와 마우스 같은 데이터 입력부(51)를 포함한다. 이러한 데이터 입력부(51)를 통해 측정자는 최초 반도체 패키지와 같은 피검물의 형상 측정 개시명령을 내릴 수 있다. 이러한 명령은 제어부(53)로 입력된다.

컴퓨터 시스템(50)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(53)는 데이터 입력부(51)를 통해 형상 측정 개시명령이 입력되는 경우 이를 영상 포획부(55)와 동기신호 발생부(56)로 전달하여 준다.

영상 포획부(55)는 CCD 카메라(10)로부터 출력되는 프레임 인에이블(FEN)신호 검출에 응답하여 CCD 카메라(10)의 출력영상을 포획하고 이를 영상신호 처리부(57)로 출력하여 주는 한편, 상기 프레임 인에이블(FEN)신호를 동기신호 발생부(56)로 바이패스시켜 준다. 이러한 영상 포획부(55) 역시 제어부(53)로부터 입력되는 형상 측정 개시명령에 의해 인에이블된다. 영상신호 처리부(57)는 상기 영상 포획부(55)에서 포획된 영상을 전송받아 모니터와 같은 표시부(59)상에 표시할 수 있는 형태의 영상신호로 처리하여 출력하여 준다.

동기신호 발생부(56)는 측정 개시명령 입력후 상기 CCD 카메라(10)에서 출력되는 프레임 인에이블신호(FEN) 검출시마다 조명제어신호를 발생하여 조명 컨트롤러(30)로 전송하여 준다.

조명 컨트롤러(30)는 상기 조명제어신호에 따라 촬상영역 주변의 조명 마운트의 서로 다른 위치에 놓인 조명등을 점등 제어한다.

도 2에서는 동기신호 발생부(56)와 영상 포획부(55)를 서로 다른 구성으로 이원화하였으나, 영상 포획부(55)내에 동기신호 발생부(56)의 기능을 수행할 수 있도록 하나의 로직(60)으로 구성할 수도 있다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 영상 포획 장치는 피검물의 검사대상, 예를 들면 반도체 패키지의 레이저 마킹, 리드(lead) 검사, 핀 1 검사와 같이 순차적인 검사대상을 촬영하기 위해 조명등을 순차 제어하여야 한다. 따라서 프레임 인에이블신호의 검출 순번에 따라 서로 다른 위치의 조명을 점등 제어하기 위한 조명제어데이터를 맵핑하여 메모리에 저장해 놓아야 한다. 이러한 메모리는 동기신호 발생부(56)에 구비된다.

즉, 동기신호 발생부(56)는 제어부(53)로부터 입력되는 형상 측정 개시명령에 의해 인에이블된후 프레임 인에이블신호 검출시마다 서로 다른 조명제어데이터를 가지는 조명제어신호를 발생함으로서, 조명 컨트롤러(30)는 서로 다른 위치의 조명등이 점등되도록 제어할 수 있게 되는 것이다. 이러한 경우 상기 조명제어신호는 점등해야 할 조명의 위치정보를 포함하게 되며, 상기 프레임 인에이블신호 검출 순번에 따라 상기 조명의 위치정보는 가변되어야 할 것이다.

이러한 실시예의 변형으로서 단순히 동기신호 발생부(56)는 프레임 인에이블신호 검출시마다 조명제어신호를 발생하고, 조명 컨트롤러(30)에서는 조명제어신호 입력시마다 서로 다른 조명등이 점등되도록 제어할 수도 있을 것이다.

상술한 두 실시예에서 중요한 것은 프레임 인에이블신호 검출시마다 서로 다른 위치의 조명등을 점등시킨다는 것이다.

이하 상술한 구성을 가지는 촬상 영상 고속 포획장치의 동작을 도 3과 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

우선 반도체 패키지와 같은 피검물의 형상을 측정하고자 하는 측정자는 예를 들어 컨베이어와 같은 이동수단에 다수의 반도체 패키지 피검물을 위치시킨후 데이터 입력부(51)를 통해 형상 측정 개시명령을 내린다. 물론 측정자는 사전에 CCD 카메라(10)를 항시 촬영모드로 설정해 놓은 상태이어야 한다. 참고적으로 항시 촬영모드는 CCD 카메라(10)가 최대 프레임 레이트로 촬상영역에 놓인 피검물을 촬상하여 출력하는 모드이다. 본 발명의 실시예에 따른 CCD 카메라(10)는 초당 24프레임 레이트로 촬상 영상을 출력할 수 있다. 그리고 이러한 촬상 영상 출력시 활성화된 프레임 인에이블신호 역시 출력된다.

상술한 형상 측정 개시명령에 따라 하나의 피검물이 촬상영역에 위치되면 제어부(53)는 형상 측정 개시명령(①)을 영상포획부(55)와 동기신호 발생부(56)로 전달한다. 동기신호 발생부(56)는 형상 측정 개시명령이 수신(70단계)되면 인에이블되어 영상 포획부(55)를 통해 첫 번째(1st) 프레임 인에이블신호(FEN)가 검출되는가를 검사(72단계)한다.

만약 첫 번째 프레임 인에이블신호가 검출되면 동기신호 발생부(56)는 메모리에 저장된 첫 번째 조명제어신호를 발생하여 출력(74단계)한다. 발생된 조명제어신호는 조명 컨트롤러(30)로 입력되어 정해진 위치의 조명등 점등에 사용될 것이다. 그리고 영상 포획부(55)에서는 형상 측정 개시명령 입력후 검출되는 프레임 인에이블신호(FEN)에 동기하여 CCD 카메라(10)의 프레임 레이트로 촬상 영상을 포획하기 시작하게 된다.

즉, 첫 번째 프레임 인에이블신호(FEN) 검출에 응답하여 첫 번째 영상 포획이 이루어지는데, 포획된 영상은 프로그램된 조명등이 점등되기 이전의 영상이므로 이는 불필요한 포획 영상이 된다. 하지만 후술할 두 번째 프레임 인에이블신호(FEN) 검출에 의해 포획되는 영상은 첫 번째 조명제어신호에 의해 조명등이 점등된 상태에서 촬영된 정상적인 영상이 된다. 그 이유는 첫 번째 프레임 인에이블신호(FEN) 검출에 의해 발생된 조명제어신호에 의해 조명등이 점등되고, 이러한 점등시점에서 피검물의 촬상이 이루어지는 경우에 발생하는 두 번째 프레임 인에이블신호에 의해 CCD 카메라(10)의 출력 영상이 포획되기 때문이다.

따라서 본 발명을 요약해 본다면 CCD 카메라(10)는 초당 24 프레임 레이트로 피검물을 촬상하여 계속 출력하는데, 피검물 촬상시에 발생되는 프레임 인에이블신호(FEN)를 동기신호 발생부(56)가 검출하여 프레임 레이트의 속도로 조명등의 순차 제어가 이루어지도록 하고, CCD 카메라(10)의 출력 프레임 레이트로 영상을 포획하게 되면, 형상 측정 개시명령 수신후 두 번째 포획 영상부터는 CCD 카메라의 프레임 레이트 속도로 포획 영상을 얻을 수 있게 되는 것이다.

따라서 동기신호 검출부(56)는 첫 번째 프레임 인에이블신호 검출후에는 76단계 내지 80단계에서와 같이 반복적으로 프레임 인에이블신호 검출시마다 조명제어신호를 발생한다. 이러한 조명제어신호의 발생 종료 시점은 테스트 하고자 하는 검사대상의 수에 따라 정해질 것이다. 즉, 하나의 반도체 패키지를 검사해야 할 항목이 5개라면 사전에 프로그램된 6번의 조명제어신호 발생이 완료된 후에 동기신호 발생부(56)는 82단계로 진행할 것이다.

그리고 82단계에서 하나의 반도체 패키지 측정완료상태를 제어부(53)로 보고함으로서, 이동수단 제어에 의해 새로운 피검물이 촬상영역으로 이동되도록 할 것이다. 이후 별도의 종료명령이 수신되지 않으면(84단계), 동기신호 발생부(56)는 다시 70단계로 진행하여 형상측정 개시명령 수신여부에 따라 상술한 72 단계 내지 82단계를 반복 수행할 것이다.

참고적으로 도 4에서 FEN은 CCD 카메라(10)에서 출력되는 프레임 인에이블신호를 나타낸 것이며, ②와 ③은 각각 조명제어신호와 영상포획시점을 나타낸 것이다. 도 4에 도시한 바와 같이 프레임 인에이블신호(FEN) 검출에 동기하여 조명제어신호(②)의 발생과 영상포획이 이루어짐을 알 수 있으며, 이전 조명제어신호(②)에 의해 조명등 점등되어 촬상된 영상은 바로 뒤에 발생하는 프레임 인에이블신호 검출 시점에 영상포획됨을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 CCD 카메라(10)의 프레임 레이트에 동기하여 조명등을 순차 점등함은 물론, CCD 카메라(10)의 프레임 레이트에 동기하여 촬상 영상을 포획하기 때문에, 동기신호를 발생하여 조명등과 영상 포획을 동기시키는 시스템에 비해 고속으로 영상을 포획할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 CCD 카메라에서 출력되는 프레임 인에이블신호 검출에 동기하여 조명등을 점등 제어하고 영상을 포획하기 때문에, CCD 카메라의 프레임 레이트(frame rate)로 촬상 영상의 포획속도를 고속화할 수 있는 장점이 있다.

더 나아가 본 발명은 촬상 영상의 포획속도를 고속화할 수 있기 때문에 피검물 테스트 공정속도를 단축시켜 생산수율을 향상시킬 수 있는 이점도 있다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 광학식 형상 측정 시스템에서의 일반적인 촬상 영상 포획과정을 설명하기 위한 블록구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 영상 고속 포획장치의 블록구성도.

도 3은 도 2중 동기신호 발생부(56)의 동작흐름도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 촬상 영상 고속 포획장치의 신호 발생 타이밍 예시도.

Claims (7)

1. 촬상 영상 고속 포획장치에 있어서,

   촬상영역에 놓인 피사체를 촬상하여 출력하는 CCD 카메라와;

   상기 CCD 카메라에서 출력되는 프레임 인에이블신호의 검출 순번에 따라 서로 다른 위치의 조명을 점등 제어하기 위한 조명제어데이터를 내부 메모리에서 독출하여 그에 따른 조명제어신호를 발생시키는 동기신호 발생부와;

   상기 조명제어신호에 따라 촬상영역 주변의 서로 다른 위치에 놓인 조명등을 점등 제어하는 조명 컨트롤러와;

   상기 프레임 인에이블신호 검출시마다 상기 CCD 카메라에서 출력되는 영상을 포획하여 영상신호 처리부로 전송하는 영상 포획부;를 포함함을 특징으로 하는 촬상 영상 고속 포획장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 동기신호 발생부와 영상 포획부는;

   형상 측정 개시명령 입력에 의해 인에이블됨을 특징으로 하는 촬상 영상 고속 포획장치.
4. 광학식 형상 측정 시스템의 촬상 영상 고속 포획장치에 있어서,

   촬상영역에 놓인 피사체를 촬상하여 출력하는 CCD 카메라와;

   상기 CCD 카메라에서 출력되는 프레임 인에이블신호의 검출 순번에 따라 서로 다른 위치의 조명을 점등 제어하기 위한 조명제어데이터를 내부 메모리에서 독출하여 그에 따른 조명제어신호를 발생시키고, 그 조명제어신호 발생시점에 동기하여 상기 CCD 카메라에서 출력되는 영상을 포획하는 영상 포획부와;

   상기 조명제어신호에 따라 촬상영역 주변의 서로 다른 위치에 놓인 조명등을 점등 제어하는 조명 컨트롤러와;

   상기 영상 포획부에서 포획된 영상을 신호처리하여 표시부로 출력하는 영상신호 처리부;를 포함함을 특징으로 하는 촬상 영상 고속 포획장치.
5. 삭제
6. CCD 카메라에서 촬상된 영상을 포획하여 표시부상에 표시하는 광학식 형상 측정 시스템에 있어서,

   상기 CCD 카메라로부터 출력되는 프레임 인에이블신호를 검출하는 단계와;

   상기 프레임 인에이블신호 검출시마다 촬상영역 주변의 서로 다른 위치에 놓인 조명등을 점등하기 위한 조명제어신호를 발생하는 단계와;

   상기 조명제어신호 발생시점에 동기하여 상기 CCD 카메라에서 출력되는 영상을 포획하는 단계와;

   포획된 영상을 신호처리하여 표시부상에 표시하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 촬상 영상 고속 획득방법.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 조명제어신호는 점등해야 할 조명의 위치정보를 포함하되, 상기 프레임 인에이블신호 검출 순번에 따라 상기 조명의 위치정보는 가변됨을 특징으로 하는 촬상 영상 고속 획득방법.