KR100636505B1 - Line CCD를 이용하여 패턴을 검사하는 광학계용 조명장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LCD, PDP, PCB 기판 및 각종 미세패턴의 결함을 검사하는 광학계용 조명장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 동축 또는 비축 조명장치의 조명 광학계를 구면렌즈와 실린더렌즈 등으로 형성하여 광의 효율을 증대시키도록 한 Line CCD를 이용하여 패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 관한 것이다. 일측으로는 광을 조사하도록 형성된 광원과, 상기 광원의 일측에 형성되어, 광원으로부터 조사되는 광을 수용/투과시키는 조명렌즈와, 상기 조명렌즈로부터 투과되는 광을 수용/반사시키는 반사거울로 이루어지는 조명 광학계와, 상기 반사거울의 아래 쪽에 위치하며, 반사거울로부터 반사되는 광을 재반사시키는 기판과, 상기 기판으로부터 반사되는 광을 수용하여 Line CCD로 투과시키는 결상렌즈로 이루어지는 결상 광학계를 포함하여, Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 있어서, 상기 조명렌즈(505)의 광 축이 결상렌즈(504)의 광축과 동일한 동축 조명으로 이루어지며, 상기 반사거울(506)이 상기 결상렌즈(504)의 1/2을 가리고 반사시켜서 조명하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 조명렌즈(505)의 광축이 결상렌즈(504)의 광축과 다른 비축 조명으로 이루어지도록 Line CCD(503)를 비축 상에 두어 결상시키고, 상기 반사거울(506)을 상기 결상렌즈(504)의 아래 우측에 위치시켜 100%의 광량을 사용할 수 있도록, 상기 기판(502)을 통과한 광의 일측은 수직으로 조명되고, 타 일측은 경사로 조명되도록 한 것을 특징으로 한다.
Line CCD,동축조명,검사광학계,미세패턴,조명장치,실린더렌즈
Description
도 1a는 종래의 광분할기가 결상렌즈 내부에 형성된 동축 상태의 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 1b는 종래의 광분할기가 결상렌즈 앞에 형성된 동축 상태의 조명장치를 나타낸 도면이다.
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도 2는 종래의 경사 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 불투명한 기판에 새겨진 미세 패턴을 검출하는 산란광을 이루는 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 4a는 종래의 실린더렌즈를 수직방향으로 형성하여 Line 조명을 구현토록 한 조명장치의 광로도를 나타낸 도면이다.
도 4b는 종래의 실린더렌즈를 수평방향으로 형성하여 Line 조명을 구현토록 한 조명장치의 광로도를 나타낸 도면이다.
도 4a는 종래의 실린더렌즈를 수직방향으로 형성하여 Line 조명을 구현토록 한 조명장치의 광로도를 나타낸 도면이다.
도 4b는 종래의 실린더렌즈를 수평방향으로 형성하여 Line 조명을 구현토록 한 조명장치의 광로도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 일 실시 예인 동축 상태의 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 다른 실시 예인 비축 상태의 조명장치를 나타낸 도면이다.
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도 7은 본 발명에 따른 조명 광학계의 제 1 실시 예를 나타낸 것으로서, 도 7a는 구면렌즈와 실린더렌즈로 형성하고, 실린더렌즈를 수직방향으로 형성하여 Line 조명을 구현토록 한 조명장치의 광로도를 나타낸 도면이고, 도 7b는 구면렌즈와 실린더렌즈로 형성하고, 실린더렌즈를 수평방향으로 형성하여 Line 조명을 구현토록 한 조명장치의 광로도를 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명에 따른 조명 광학계의 제 2 실시 예를 나타낸 것으로서, 실린더봉을 1/2로 절단한 실린더렌즈와 구면렌즈 및 반사거울로 형성한 상태를 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명에 따른 조명 광학계의 제 2 실시 예를 나타낸 것으로서, 실린더봉을 1/2로 절단한 실린더렌즈와 구면렌즈 및 반사거울로 형성한 상태를 나타낸 도면이다.
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도 8b는 본 발명에 따른 조명 광학계의 제 3 실시 예를 나타낸 것으로서, 실린더봉을 1/2로 절단한 실린더렌즈와 오목 반사시키는 구면거울로 형성한 상태를 나타낸 도면이다.
도 9a는 본 발명에 의한 조명계와 결상계가 결합된 것으로서, 결상렌즈의 비축에 라인 CCD가 위치하고 있는 상태를 나타낸 도면이다.
도 9b는 본 발명에 의한 조명계와 결상계가 결합된 것으로서, 결상렌즈의 축상에 라인 CCD가 위치하고 있는 상태를 나타낸 도면이다.
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<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
501 : 광원(LED 혹은 광파이버) 502 : 기판
503 : Line CCD 504 : 결상렌즈
505 : 조명렌즈 506 : 반사거울
508 : 구면렌즈 509 : 실린더 렌즈
510 : 구면거울 540 : 결상광학계
550 : 조명광학계
503 : Line CCD 504 : 결상렌즈
505 : 조명렌즈 506 : 반사거울
508 : 구면렌즈 509 : 실린더 렌즈
510 : 구면거울 540 : 결상광학계
550 : 조명광학계
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본 발명은 LCD, PDP, PCB 기판 및 각종 미세패턴의 결함을 검사하는 광학계용 조명장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 동축 또는 비축 조명장치의 조명 광학계를 구면렌즈와 실린더렌즈 등으로 형성하여 광의 효율을 증대시키도록 한 Line CCD를 이용하여 패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 관한 것이다.
종래의 Line CCD를 이용하여 패턴을 검사하는 광학계용 조명장치는, 도 1a 와 같이 광분할기(7)가 결상렌즈(4)의 내부에 형성되어 있거나, 도 1b와 같이 광분할기(7)가 결상렌즈(4)의 외측에 형성되어 있다.
이러한 구성으로 이루어진 조명장치의 일반적인 작동 원리를 설명하면, 광원으로 사용하기 위한 LED(1a, 1b, 1c, 1d, 1d)가 여러 개 나열되어 있거나, 할로겐 램프 등에서 광파이버로 광을 입사시킨 후, 출력부가 일직선으로 되어있는 광파이버를 광원(1)으로 하여 검사하고자 하는 기판(2)에 조명을 위하여 사용되어 지는 조명렌즈(5), 그리고 광분할기(7)를 통하여 기판(2)으로 광을 반사시키고, 기판(2)에 새겨진 미세패턴(pattern)을 조명하고, 미세패턴의 상은 결상렌즈(4)와 광분할기(7)를 투과하여 Line CCD(3)에 결상되어 지게 된다.
이와 같이 조명계의 광축이 결상계의 광축과 동일한 것을 일반적으로 동축 조명이라고 한다.
이러한 구성으로 이루어진 조명장치의 일반적인 작동 원리를 설명하면, 광원으로 사용하기 위한 LED(1a, 1b, 1c, 1d, 1d)가 여러 개 나열되어 있거나, 할로겐 램프 등에서 광파이버로 광을 입사시킨 후, 출력부가 일직선으로 되어있는 광파이버를 광원(1)으로 하여 검사하고자 하는 기판(2)에 조명을 위하여 사용되어 지는 조명렌즈(5), 그리고 광분할기(7)를 통하여 기판(2)으로 광을 반사시키고, 기판(2)에 새겨진 미세패턴(pattern)을 조명하고, 미세패턴의 상은 결상렌즈(4)와 광분할기(7)를 투과하여 Line CCD(3)에 결상되어 지게 된다.
이와 같이 조명계의 광축이 결상계의 광축과 동일한 것을 일반적으로 동축 조명이라고 한다.
이러한 동축 조명의 단점으로는 광분할기(7)가 일반적으로 광을 50%는 반사하고, 50%는 투과시키기 때문에 최초 광원에서 출사한 광이 Line CCD(3)에 도달하기 위하여는 광분할기(7)를 2번 통과하여야 하기 때문에 25%의 광량밖에 사용하지 못하게 되어 광효율이 많이 줄어들게 된다.
따라서, 보다 고출력의 광원을 사용하여야 하는 비효율적인 문제가 있었다.
또한, 일반적으로 사용하는 결상렌즈에 광분할기를 넣어서 사용하게 되면 광분할기의 재료로 사용되는 유리재질에 의하여 색수차가 발생하여 결상렌즈의 성능이 저하하여 선명한 상을 결상시킬수 없다.
따라서, 별도로 이러한 용도로 설계/제작되어 진 렌즈만을 사용하여야 하므로 일반적인 렌즈를 사용하기가 곤란한 문제점이 있다.
따라서, 보다 고출력의 광원을 사용하여야 하는 비효율적인 문제가 있었다.
또한, 일반적으로 사용하는 결상렌즈에 광분할기를 넣어서 사용하게 되면 광분할기의 재료로 사용되는 유리재질에 의하여 색수차가 발생하여 결상렌즈의 성능이 저하하여 선명한 상을 결상시킬수 없다.
따라서, 별도로 이러한 용도로 설계/제작되어 진 렌즈만을 사용하여야 하므로 일반적인 렌즈를 사용하기가 곤란한 문제점이 있다.
또, 종래의 경사 조명장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 도 1a 및 도 1b의 동축을 이루는 조명장치에 비하여 광의 효율이 높은 것은 사실이나, 광원(1)으로부터 조사되는 광이 조명렌즈(5)를 통해 기판(2)으로 광을 반사시키고, 기판(2)에 새겨진 미세패턴(pattern)을 조명하고, 미세패턴의 상은 결상렌즈(4)를 투과하여 Line CCD(3)에 결상되어 지게 된다.
이와 같이 종래의 경사 조명장치는, 유리 기판(2)의 제1면(2a)에 있는 미세패턴의 영상이 바로 결상렌즈(4)로 들어와서 결상되는 영상에 대하여 기판(2)의 제2면(2b)에서 반사한 후, 결상되는 영상이 그림자처럼 겹쳐지게 되어 선명한 상을 확보하는데 걸림돌이 되고 있다.
따라서, 종래의 동축 조명인 경우에는 광량의 손실이 많고 렌즈를 특수하게 제작하여야 하며, 경사 조명인 경우에는 기판의 뒷면에서 반사된 그림자 상에 의하여 깨끗한 영상을 얻을 수 없었다.
또한, 종래에는 도 3에 도시된 바와 같이, 반사가 이루어지지 않는 불투명한 물체에 새겨진 미세 패턴을 검출하기 위해 산란광을 형성한 조명장치를 나타낸 도면이다. 즉, 광원(1)으로부터 조사된 광이 조명렌즈(5)와 반사거울(6) 및 기판(2)에 조명 후, 반사광로는 결상렌즈(4)의 바깥쪽으로 향하게 되므로 결상렌즈(4)의 내부로 들어오는 광은 물체에서 산란된 광선이다. 그러므로, 이러한 조명장치는 고출력광원을 사용하여야만 한다.
이외, 종래의 Line 조명을 구현하기 위한 조명장치에 사용되는 조명 광학계는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 광파이버나 LED의 배열로 이루어진 Line 광원(1) 다음에 실린더렌즈(9)만을 사용하여 조명을 하고 있다.
이러한 조명장치의 단점은 유리기판(2)에서 반사한 광선(f),(g),(h) 등이 밖으로 반사하여 버리기 때문에 결상렌즈 내부로 들어오지 않는 경우가 발생하게 된다.
결과적으로 카메라 입장에서 보면 기판(2)의 중심부는 균일조명이 되지만 주변부에서는 균일조명이 되지 못하는 단점이 있게 된다. 이러한 단점을 해소하기 위하여 도 4b와 같이 피검면적보다 대단히 큰 조명 길이를 갖는 광원(1)과 실린더렌즈(9)를 사용할 수 밖에 없는 문제점이 있다.
이와 같이 종래의 경사 조명장치는, 유리 기판(2)의 제1면(2a)에 있는 미세패턴의 영상이 바로 결상렌즈(4)로 들어와서 결상되는 영상에 대하여 기판(2)의 제2면(2b)에서 반사한 후, 결상되는 영상이 그림자처럼 겹쳐지게 되어 선명한 상을 확보하는데 걸림돌이 되고 있다.
따라서, 종래의 동축 조명인 경우에는 광량의 손실이 많고 렌즈를 특수하게 제작하여야 하며, 경사 조명인 경우에는 기판의 뒷면에서 반사된 그림자 상에 의하여 깨끗한 영상을 얻을 수 없었다.
또한, 종래에는 도 3에 도시된 바와 같이, 반사가 이루어지지 않는 불투명한 물체에 새겨진 미세 패턴을 검출하기 위해 산란광을 형성한 조명장치를 나타낸 도면이다. 즉, 광원(1)으로부터 조사된 광이 조명렌즈(5)와 반사거울(6) 및 기판(2)에 조명 후, 반사광로는 결상렌즈(4)의 바깥쪽으로 향하게 되므로 결상렌즈(4)의 내부로 들어오는 광은 물체에서 산란된 광선이다. 그러므로, 이러한 조명장치는 고출력광원을 사용하여야만 한다.
이외, 종래의 Line 조명을 구현하기 위한 조명장치에 사용되는 조명 광학계는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 광파이버나 LED의 배열로 이루어진 Line 광원(1) 다음에 실린더렌즈(9)만을 사용하여 조명을 하고 있다.
이러한 조명장치의 단점은 유리기판(2)에서 반사한 광선(f),(g),(h) 등이 밖으로 반사하여 버리기 때문에 결상렌즈 내부로 들어오지 않는 경우가 발생하게 된다.
결과적으로 카메라 입장에서 보면 기판(2)의 중심부는 균일조명이 되지만 주변부에서는 균일조명이 되지 못하는 단점이 있게 된다. 이러한 단점을 해소하기 위하여 도 4b와 같이 피검면적보다 대단히 큰 조명 길이를 갖는 광원(1)과 실린더렌즈(9)를 사용할 수 밖에 없는 문제점이 있다.
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따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 동축 조명장치에서 발생하는 큰 광량의 손실과, 경사 조명장치에서 발생하는 그림자 상이 생기는 문제점 등을 해결하기 위한 Line CCD를 이용하여 패턴을 검사하는 광학계용 조명장치를 제공함에 있다.
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상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 Line CCD를 이용하여 패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 의하면, 일측으로는 광을 조사하도록 형성된 광원과, 상기 광원의 일측에 형성되어, 광원으로부터 조사되는 광을 수용/투과시키는 조명렌즈와, 상기 조명렌즈로부터 투과되는 광을 수용/반사시키는 반사거울로 이루어지는 조명 광학계와, 상기 반사거울의 아래 쪽에 위치하며, 반사거울로부터 반사되는 광을 재반사시키는 기판과, 상기 기판으로부터 반사되는 광을 수용하여 Line CCD로 투과시키는 결상렌즈로 이루어지는 결상 광학계를 포함하여, Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 있어서, 상기 조명렌즈의 광축이 결상렌즈의 광축과 동일한 동축 조명으로 이루어지며, 상기 반사거울이 상기 결상렌즈의 1/2을 가리고 반사시켜서 조명하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일측으로는 광을 조사하도록 형성된 광원과, 상기 광원의 일측에 형성되어, 광원으로부터 조사되는 광을 수용/투과시키는 조명렌즈와, 상기 조명렌즈로부터 투과되는 광을 수용/반사시키는 반사거울로 이루어지는 조명 광학계와, 상기 반사거울의 아래 쪽에 위치하며, 반사거울로부터 반사되는 광을 재반사시키는 기판과, 상기 기판으로부터 반사되는 광을 수용하여 Line CCD로 투과시키는 결상렌즈로 이루어지는 결상 광학계를 포함하여, Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 있어서, 상기 조명렌즈의 광축이 결상렌즈의 광축과 다른 비축 조명으로 이루어지도록 Line CCD를 비축 상에 두어 결상시키고, 상기 반사거울을 상기 결상렌즈의 아래 우측에 위치시켜 100%의 광량을 사용할 수 있도록, 상기 기판을 통과한 광의 일측은 수직으로 조명되고, 타 일측은 경사로 조명되도록 한 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 조명장치의 조명을 위한 조명 광학계는, 실린더렌즈와 구면거울로 형성하거나, 또는 실린더렌즈와 구면렌즈 및 반사거울로 형성하는 것 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 조명 광학계의 line조명의 중심에서 출사되는 광선(d, d', d")은 구면렌즈를 통과 후 광축과 평행하게 출사 될 수 있도록 구면렌즈의 앞초점 근처에 광파이버를 둔 광학계와 광원에서 수직으로 출사한 광선(c', d', e')이 조명 영역의 중심으로 수렴하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실린더렌즈는, 실린더봉을 1/2 절단한 단면을 전반사면으로 사용하며, 실린더렌즈의 구면을 광선이 두번 지나가도록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치를 이하 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
일반적인 조명장치는, 조명 광학계의 광원으로부터 조사된 광이 조명렌즈와 반사거울을 거쳐 기판을 조명한 후, 결상 광학계의 결상렌즈의 전체 구경을 통과하여 Line CCD에 결상되게 되어 있다.
그러나, 먼저 본 발명에 따른 조명렌즈의 광축이 결상렌즈의 광축과 동일한 동축 조명장치를 설명하면 도 5에 도시한 바와 같이, 일측으로 형성된 광원(501)과, 상기 광원(501)의 전면부로 배치된 조명렌즈(505)와, 상기 조명렌즈(505)로부터 투과되는 광을 반사시키는 반사거울(506)로 이루어지는 조명 광학계(550)가 형성된다.
그리고, 상기 조명 광학계(550)의 일측으로는 상기 반사거울(506)로부터 반사된 광을 수용/반사하는 기판(502)과, 상기 기판(502)으로부터 반사되는 광을 수용/투과하여 Line CCD(503)로 결상시키는 결상렌즈(504)로 이루어지는 결상 광학계(540)가 형성된다.
여기서, 상기 결상 광학계(540)의 결상렌즈(504)의 구경 중, 우측 1/2(50%)의 아래쪽에 반사거울(506)을 경사지게 배치함에 따라, 상기 반사거울(506)을 통하여 조명이 이루어져, 결상렌즈(504)에 들어오는 광량은 50%가 감소하게 된다.
즉, 광원(501)에서 출사된 광이 조명렌즈(505)를 통과한 다음 결상렌즈(504)의 우측 아래에 위치하도록 형성된 반사거울(506)에서 반사하여 상기 반사거울(506)의 아래에 위치하고 있는 기판(502)을 조명함으로써, 반사율이 좋은 기판(502)에 의하여 반사의 법칙을 만족하고 반사된 광은 결상렌즈(504)의 좌측 50% 반원형태의 구경을 통하여 Line CCD(503)에 결상을 하게 된다.
이러한 광학적 구조는 광의 효율이 50%가 되지만, 광분할기를 2번 사용하게 되는 종래의 동축 조명장치에 비하여 2배의 광효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 일반적으로 사용하고 있는 결상렌즈를 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.
다음, 상기 도 5에서 설명한 동축 조명장치와는 다른 본 발명의 일 실시 예인, 조명렌즈의 광축이 결상렌즈의 광 축과 다르게 위치하고 있는 비축 조명장치를, 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 도 5에 도시된 조명장치와 기본적인 구성은 동일하나, Line CCD(503)의 위치가 결상렌즈의 광축 상에 위치하는 동축 조명장치 또는 경사 조명장치와는 달리, Line CCD(503)의 위치가 결상 광학계(540)의 결상렌즈(504)의 광축 상에 있지 않고 광축에서 약간 벗어난 비축 상에 있다.
또, 반사거울(506)을 결상렌즈(504)의 아래 우측에 위치시켜 100%의 광량을 사용할 수 있도록, 기판(502)을 통과한 광의 일측은 수직으로 반사되고, 타 일측은 경사로 반사된다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 5에서는 렌즈의 좌측을 통과하는 좌측광선(a)과 우측광선(b)의 각도가 상호 대칭적인 각도를 이루고 있었으나, 도 6에 도시된 비축 조명장치에서는, 좌측광선(a')은 도 5에 도시된 동축 조명장치의 좌측광선 (a)보다 2배만큼 더 기울어지고, 우측광선(b')은 수직의 각도를 이루고 있다. 즉, 결상렌즈(504)의 특성을 분석하여 우측광선(b')이 수직이 되는 비축 위치를 계산하고, 이에 대하여 상대적인 Line CCD(503)의 위치를 계산하여 Line CCD(503)를 두게 된다.
또한, 일측으로는 광을 조사하도록 형성된 광원과, 상기 광원의 일측에 형성되어, 광원으로부터 조사되는 광을 수용/투과시키는 조명렌즈와, 상기 조명렌즈로부터 투과되는 광을 수용/반사시키는 반사거울로 이루어지는 조명 광학계와, 상기 반사거울의 아래 쪽에 위치하며, 반사거울로부터 반사되는 광을 재반사시키는 기판과, 상기 기판으로부터 반사되는 광을 수용하여 Line CCD로 투과시키는 결상렌즈로 이루어지는 결상 광학계를 포함하여, Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 있어서, 상기 조명렌즈의 광축이 결상렌즈의 광축과 다른 비축 조명으로 이루어지도록 Line CCD를 비축 상에 두어 결상시키고, 상기 반사거울을 상기 결상렌즈의 아래 우측에 위치시켜 100%의 광량을 사용할 수 있도록, 상기 기판을 통과한 광의 일측은 수직으로 조명되고, 타 일측은 경사로 조명되도록 한 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 조명장치의 조명을 위한 조명 광학계는, 실린더렌즈와 구면거울로 형성하거나, 또는 실린더렌즈와 구면렌즈 및 반사거울로 형성하는 것 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 조명 광학계의 line조명의 중심에서 출사되는 광선(d, d', d")은 구면렌즈를 통과 후 광축과 평행하게 출사 될 수 있도록 구면렌즈의 앞초점 근처에 광파이버를 둔 광학계와 광원에서 수직으로 출사한 광선(c', d', e')이 조명 영역의 중심으로 수렴하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실린더렌즈는, 실린더봉을 1/2 절단한 단면을 전반사면으로 사용하며, 실린더렌즈의 구면을 광선이 두번 지나가도록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치를 이하 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
일반적인 조명장치는, 조명 광학계의 광원으로부터 조사된 광이 조명렌즈와 반사거울을 거쳐 기판을 조명한 후, 결상 광학계의 결상렌즈의 전체 구경을 통과하여 Line CCD에 결상되게 되어 있다.
그러나, 먼저 본 발명에 따른 조명렌즈의 광축이 결상렌즈의 광축과 동일한 동축 조명장치를 설명하면 도 5에 도시한 바와 같이, 일측으로 형성된 광원(501)과, 상기 광원(501)의 전면부로 배치된 조명렌즈(505)와, 상기 조명렌즈(505)로부터 투과되는 광을 반사시키는 반사거울(506)로 이루어지는 조명 광학계(550)가 형성된다.
그리고, 상기 조명 광학계(550)의 일측으로는 상기 반사거울(506)로부터 반사된 광을 수용/반사하는 기판(502)과, 상기 기판(502)으로부터 반사되는 광을 수용/투과하여 Line CCD(503)로 결상시키는 결상렌즈(504)로 이루어지는 결상 광학계(540)가 형성된다.
여기서, 상기 결상 광학계(540)의 결상렌즈(504)의 구경 중, 우측 1/2(50%)의 아래쪽에 반사거울(506)을 경사지게 배치함에 따라, 상기 반사거울(506)을 통하여 조명이 이루어져, 결상렌즈(504)에 들어오는 광량은 50%가 감소하게 된다.
즉, 광원(501)에서 출사된 광이 조명렌즈(505)를 통과한 다음 결상렌즈(504)의 우측 아래에 위치하도록 형성된 반사거울(506)에서 반사하여 상기 반사거울(506)의 아래에 위치하고 있는 기판(502)을 조명함으로써, 반사율이 좋은 기판(502)에 의하여 반사의 법칙을 만족하고 반사된 광은 결상렌즈(504)의 좌측 50% 반원형태의 구경을 통하여 Line CCD(503)에 결상을 하게 된다.
이러한 광학적 구조는 광의 효율이 50%가 되지만, 광분할기를 2번 사용하게 되는 종래의 동축 조명장치에 비하여 2배의 광효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 일반적으로 사용하고 있는 결상렌즈를 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.
다음, 상기 도 5에서 설명한 동축 조명장치와는 다른 본 발명의 일 실시 예인, 조명렌즈의 광축이 결상렌즈의 광 축과 다르게 위치하고 있는 비축 조명장치를, 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 도 5에 도시된 조명장치와 기본적인 구성은 동일하나, Line CCD(503)의 위치가 결상렌즈의 광축 상에 위치하는 동축 조명장치 또는 경사 조명장치와는 달리, Line CCD(503)의 위치가 결상 광학계(540)의 결상렌즈(504)의 광축 상에 있지 않고 광축에서 약간 벗어난 비축 상에 있다.
또, 반사거울(506)을 결상렌즈(504)의 아래 우측에 위치시켜 100%의 광량을 사용할 수 있도록, 기판(502)을 통과한 광의 일측은 수직으로 반사되고, 타 일측은 경사로 반사된다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 5에서는 렌즈의 좌측을 통과하는 좌측광선(a)과 우측광선(b)의 각도가 상호 대칭적인 각도를 이루고 있었으나, 도 6에 도시된 비축 조명장치에서는, 좌측광선(a')은 도 5에 도시된 동축 조명장치의 좌측광선 (a)보다 2배만큼 더 기울어지고, 우측광선(b')은 수직의 각도를 이루고 있다. 즉, 결상렌즈(504)의 특성을 분석하여 우측광선(b')이 수직이 되는 비축 위치를 계산하고, 이에 대하여 상대적인 Line CCD(503)의 위치를 계산하여 Line CCD(503)를 두게 된다.
또한, 조명 광학계(550)의 조명렌즈(505)를 통해 투과되는 하측광선(b")은, 반사거울(506)에서 반사 후, 수직으로 기판(502)을 조명하도록 하고, 상측광선(a")은 반사거울(506)에 반사 후, 좌측광선(a')과 부호가 반대이며 같은 각도를 이루며 기판(502)을 조명하도록 한다.
이와 같은 구성으로 인해, 종래의 조명장치의 단점이었던 광량 손실을 완벽하게 해소하여 100%의 광량을 모두 사용할 수 있으며, 또한 일반적으로 사용하는 결상렌즈를 그대로 사용할 수도 있고, 또한 기판의 뒷면에서 반사하여 생기는 그림자 영상도 완벽하게 없게 할 수 있게 된다.
한편, 종래기술인 도 3에 도시된 조명장치는, 본 발명에 따른 조명장치와 유사한 구조를 갖고 있으나, 불투명한 PCB 기판 등과 같은 물체에 새겨진 미세 패턴을 검출하는 광학계이다.
그러나, 본 발명에 의한 조명장치는, 유리기판 등 투명한 물체에 새겨진 미세패턴을 검출하는 장치에 사용되는 조명장치이다.
두 장치의 차이는 본 발명에 따른 조명장치는, 투과 반사를 이루는 광학계이나, 도 3에 도시된 조명장치는 산란광 광학계이다. 즉, 조명 후 반사광로는 렌즈의 바깥쪽으로 향하게 되므로, 렌즈 내부로 들어오는 광은 물체에서 산란된 광선이다.
그러므로, 이러한 장치는 고출력광원을 사용하여야만 한다. 즉 구조는 비슷하게 보이나 기본 원리가 근본적으로 다르다.
한편, Line CCD를 사용하는 조명장치는, 종래기술인 도 4를 참조하여 밝혔듯이, 기판의 중심부는 균일 조명이 되지만 주변부에서는 균일조명이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명에서는 상기 동축 조명장치 및 비축 조명장치의 조명 광학계인 조명렌즈(505)와, 반사거울(506) 대신, 다양한 실시 예를 적용하였다.
먼저, 본 발명에 따른 조명장치의 조명 광학계의 제 1 실시 예에 따른 구성은, 실린더렌즈를 수직방향으로 형성한 도 7a 및 실린더렌즈를 수평방향으로 형성한 도 7b에 도시된 바와 같이, 조명 광학계(505)를 구면렌즈(508)와, 실린더렌즈(509)로 구성시켜, 구면렌즈(508)의 앞 초점 근처에 광원(501)을 둠으로서 광원(501)의 중앙에서 발산된 광선(d, d', d")등이 구면렌즈(508)를 투과 후, 광축에 평행하게 진행하도록 하면, 광원(501)의 상부에서 출사한 광선(c, c', c")은 광원의 하부에서 출사한 광선(e, e', e")과 대칭의 각도로 입사/출사하게 된다.
그러나, 본 발명에 의한 조명장치는, 유리기판 등 투명한 물체에 새겨진 미세패턴을 검출하는 장치에 사용되는 조명장치이다.
두 장치의 차이는 본 발명에 따른 조명장치는, 투과 반사를 이루는 광학계이나, 도 3에 도시된 조명장치는 산란광 광학계이다. 즉, 조명 후 반사광로는 렌즈의 바깥쪽으로 향하게 되므로, 렌즈 내부로 들어오는 광은 물체에서 산란된 광선이다.
그러므로, 이러한 장치는 고출력광원을 사용하여야만 한다. 즉 구조는 비슷하게 보이나 기본 원리가 근본적으로 다르다.
한편, Line CCD를 사용하는 조명장치는, 종래기술인 도 4를 참조하여 밝혔듯이, 기판의 중심부는 균일 조명이 되지만 주변부에서는 균일조명이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명에서는 상기 동축 조명장치 및 비축 조명장치의 조명 광학계인 조명렌즈(505)와, 반사거울(506) 대신, 다양한 실시 예를 적용하였다.
먼저, 본 발명에 따른 조명장치의 조명 광학계의 제 1 실시 예에 따른 구성은, 실린더렌즈를 수직방향으로 형성한 도 7a 및 실린더렌즈를 수평방향으로 형성한 도 7b에 도시된 바와 같이, 조명 광학계(505)를 구면렌즈(508)와, 실린더렌즈(509)로 구성시켜, 구면렌즈(508)의 앞 초점 근처에 광원(501)을 둠으로서 광원(501)의 중앙에서 발산된 광선(d, d', d")등이 구면렌즈(508)를 투과 후, 광축에 평행하게 진행하도록 하면, 광원(501)의 상부에서 출사한 광선(c, c', c")은 광원의 하부에서 출사한 광선(e, e', e")과 대칭의 각도로 입사/출사하게 된다.
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또한, 본 발명에 따른 조명장치의 조명 광학계의 제 2 실시 예를 설명하면, 도 8a에 도시된 바와 같이, 광원(501)과, 이 광원(501)으로부터 출사되는 광을 반사시키기 위해 형성된 반사거울(506)과, 상기 반사거울(506)의 일측으로 형성되어 상기 반사거울(506)에서 반사된 광을 투과시키도록 형성된 구면렌즈(508)와, 이 구면렌즈(508)로부터 투과되는 광을 기판(502)으로 반사시키기 위한 실린더렌즈(509)로 이루어진다.
여기서, 상기 실린더렌즈(509)는, 실린더봉을 1/2로 절단하여 절단면에서 전반사시키게 된다.
또한, 본 발명에 따른 조명장치의 조명 광학계의 제 3 실시 예를 설명하면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 광원(501)과, 이 광원(501)으로부터 출사되는 광을 반사시키기 위해 형성된 구면거울(510)과, 상기 구면거울(510)의 일측으로 형성되어 상기 구면거울(510)에서 반사된 광을 기판(502)으로 반사시키기 위한 실린더렌즈(509)로 이루어진다.
이러한 조명 광학계(505)의 구성은, 상기 도 8a에서는 실린더봉을 1/2로 절단하고 절단면에서 전반사 시키는 실린더렌즈(509)와 유리 구면렌즈(508) 및 반사거울(506)로 형성한 실시 예를 나타낸 것이고, 도 8b에서는 구면렌즈(508) 대신 구면거울(510)과 실린더렌즈(509)를 적용한 조명 광학계(550)의 실시 예를 나타낸 것이다.
이러한 구성에 따라 실린더렌즈만으로 이루어진 조명 광학계보다 광원 및 렌즈의 크기가 적으면서도 광원의 효율이 높은 장점을 가지게 된다.
여기서, 상기 실린더렌즈(509)는, 실린더봉을 1/2로 절단하여 절단면에서 전반사시키게 된다.
또한, 본 발명에 따른 조명장치의 조명 광학계의 제 3 실시 예를 설명하면, 도 8b에 도시된 바와 같이, 광원(501)과, 이 광원(501)으로부터 출사되는 광을 반사시키기 위해 형성된 구면거울(510)과, 상기 구면거울(510)의 일측으로 형성되어 상기 구면거울(510)에서 반사된 광을 기판(502)으로 반사시키기 위한 실린더렌즈(509)로 이루어진다.
이러한 조명 광학계(505)의 구성은, 상기 도 8a에서는 실린더봉을 1/2로 절단하고 절단면에서 전반사 시키는 실린더렌즈(509)와 유리 구면렌즈(508) 및 반사거울(506)로 형성한 실시 예를 나타낸 것이고, 도 8b에서는 구면렌즈(508) 대신 구면거울(510)과 실린더렌즈(509)를 적용한 조명 광학계(550)의 실시 예를 나타낸 것이다.
이러한 구성에 따라 실린더렌즈만으로 이루어진 조명 광학계보다 광원 및 렌즈의 크기가 적으면서도 광원의 효율이 높은 장점을 가지게 된다.
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이와 같이 구성된 본 발명에 따른 동축 조명장치 및 비축 조명장치의 결상 광학계와 조명 광학계가 결합된 상태를 살펴보면 도 9a 및 도 9b와 같다.
먼저, 비축 조명장치는 도 9a에 도시된 바와 같이, 결상렌즈(504)의 비축에 Line CCD(503)가 위치하고 있는 상태로서, 광원(501)과, 이 광원(501)으로부터 출사되는 광을 반사시키기 위해 형성된 반사거울(506)과, 상기 반사거울(506)의 일측으로 형성되어, 반사되는 광을 투과시키는 구면렌즈(508)와, 상기 구면렌즈(508)로부터 투과되는 광을 기판(502)으로 반사시키기 위한 실린더렌즈(509)로 이루어지는 조명 광학계(550)와, 기판(502)로부터 반사되는 광을 투과시켜 Line CCD(503)로 결상시키는 결상렌즈(504)로 이루어지는 결상 광학계(540)으로 이루어진다.
그리고, 동축 조명장치는 도 9b에 도시된 바와 같이, 결상렌즈(504)와 같은축에 Line CCD(503)가 위치하고 있는 상태로서, 광원(501)과, 이 광원(501)으로부터 출사되는 광을 반사시키기 위해 형성된 반사거울(506)과, 상기 반사거울(506)의 일측으로 형성되어, 반사되는 광을 투과시키는 구면렌즈(508)와, 상기 구면렌즈(508)로부터 투과되는 광을 기판(502)으로 반사시키기 위한 실린더렌즈(509)로 이루어지는 조명 광학계(550)와, 기판(502)로부터 반사되는 광을 투과시켜 Line CCD(503)로 결상시키는 결상렌즈(504)로 이루어지는 결상 광학계(540)으로 이루어진다. 즉, 도 9b에서는 결상 광학계의 광축을 약간 기울여서 Line CCD(503)의 중심을 결상 광학계(540)의 광축에 두고 사용할 수 있도록 응용한 광학계의 구조를 보이고 있다.
이러한 구조의 광학계는 비록 기울어져 있으나, 조명조건은 수직조명 수직 결상의 조건을 만족하기 때문에 도 2에서 밝힌 경사 조명장치의 단점으로 지적된 뒷면에서 반사된 패턴의 그림자 현상은 나타나지 않게 된다.
먼저, 비축 조명장치는 도 9a에 도시된 바와 같이, 결상렌즈(504)의 비축에 Line CCD(503)가 위치하고 있는 상태로서, 광원(501)과, 이 광원(501)으로부터 출사되는 광을 반사시키기 위해 형성된 반사거울(506)과, 상기 반사거울(506)의 일측으로 형성되어, 반사되는 광을 투과시키는 구면렌즈(508)와, 상기 구면렌즈(508)로부터 투과되는 광을 기판(502)으로 반사시키기 위한 실린더렌즈(509)로 이루어지는 조명 광학계(550)와, 기판(502)로부터 반사되는 광을 투과시켜 Line CCD(503)로 결상시키는 결상렌즈(504)로 이루어지는 결상 광학계(540)으로 이루어진다.
그리고, 동축 조명장치는 도 9b에 도시된 바와 같이, 결상렌즈(504)와 같은축에 Line CCD(503)가 위치하고 있는 상태로서, 광원(501)과, 이 광원(501)으로부터 출사되는 광을 반사시키기 위해 형성된 반사거울(506)과, 상기 반사거울(506)의 일측으로 형성되어, 반사되는 광을 투과시키는 구면렌즈(508)와, 상기 구면렌즈(508)로부터 투과되는 광을 기판(502)으로 반사시키기 위한 실린더렌즈(509)로 이루어지는 조명 광학계(550)와, 기판(502)로부터 반사되는 광을 투과시켜 Line CCD(503)로 결상시키는 결상렌즈(504)로 이루어지는 결상 광학계(540)으로 이루어진다. 즉, 도 9b에서는 결상 광학계의 광축을 약간 기울여서 Line CCD(503)의 중심을 결상 광학계(540)의 광축에 두고 사용할 수 있도록 응용한 광학계의 구조를 보이고 있다.
이러한 구조의 광학계는 비록 기울어져 있으나, 조명조건은 수직조명 수직 결상의 조건을 만족하기 때문에 도 2에서 밝힌 경사 조명장치의 단점으로 지적된 뒷면에서 반사된 패턴의 그림자 현상은 나타나지 않게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 의하면, 광분리기를 사용하도록 특별히 설계된 결상 광학계가 아닌 일반적인 결상 광학계를 사용하면서도 광효율은 각각 2배와 4배로 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 조명 광학계에 구면렌즈를 추가로 형성함으로써 광량의 손실이 전혀 없으며 그림자 상도 발생시키지 않고, 또 작은 크기의 광원과 실린더렌즈로 넓은 영역의 균일조명을 구현할 수 있는 우수한 효과가 있다.
Claims (6)
- 일측으로는 광을 조사하도록 형성된 광원과, 상기 광원의 일측에 형성되어, 광원으로부터 조사되는 광을 수용/투과시키는 조명렌즈와, 상기 조명렌즈로부터 투과되는 광을 수용/반사시키는 반사거울로 이루어지는 조명 광학계와, 상기 반사거울의 아래 쪽에 위치하며, 반사거울로부터 반사되는 광을 재반사시키는 기판과, 상기 기판으로부터 반사되는 광을 수용하여 Line CCD로 투과시키는 결상렌즈로 이루어지는 결상 광학계를 포함하여, Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 있어서,상기 조명렌즈(505)의 광 축이 결상렌즈(504)의 광축과 동일한 동축 조명으로 이루어지며, 상기 반사거울(506)이 상기 결상렌즈(504)의 1/2을 가리고 반사시켜서 조명하는 것을 특징으로 하는 Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치.
- 일측으로는 광을 조사하도록 형성된 광원과, 상기 광원의 일측에 형성되어, 광원으로부터 조사되는 광을 수용/투과시키는 조명렌즈와, 상기 조명렌즈로부터 투과되는 광을 수용/반사시키는 반사거울로 이루어지는 조명 광학계와, 상기 반사거울의 아래 쪽에 위치하며, 반사거울로부터 반사되는 광을 재반사시키는 기판과, 상기 기판으로부터 반사되는 광을 수용하여 Line CCD로 투과시키는 결상렌즈로 이루어지는 결상 광학계를 포함하여, Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 있어서,상기 조명렌즈(505)의 광축이 결상렌즈(504)의 광축과 다른 비축 조명으로 이루어지도록 Line CCD(503)를 비축 상에 두어 결상시키고, 상기 반사거울(506)을 상기 결상렌즈(504)의 아래 우측에 위치시켜 100%의 광량을 사용할 수 있도록, 상기 기판(502)을 통과한 광의 일측은 수직으로 조명되고, 타 일측은 경사로 조명되도록 한 것을 특징으로 하는 Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조명장치의 조명을 위한 조명 광학계(550)는, 실린더렌즈(509)와 구면거울(510)로 형성하거나, 또는 실린더렌즈(509)와 구면렌즈(508) 및 반사거울(506)로 형성하는 것 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 조명 광학계의 Line조명의 중심에서 출사되는 광선(d, d', d")은 구면렌즈를 통과 후 광축과 평행하게 출사 될 수 있도록 구면렌즈의 앞초점 근처에 광파이버를 둔 광학계와 광원에서 수직으로 출사한 광선(c', d', e')이 조명 영역의 중심으로 수렴하도록 한 것을 특징으로 하는 Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 실린더렌즈(509)는, 실린더봉을 1/2로 절단한 단면을 전반사면으로 사용하며, 실린더렌즈(509)의 구면을 광선이 두번 지나가도록 한 것을 특징으로 하는 Line CCD를 이용하여 미세패턴을 검사하는 광학계용 조명장치.
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