KR100758837B1 - microscope possible for controlling auto focus - Google Patents
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Abstract
자동 초점 조정 시 렌즈경통부의 움직임을 최소화하여 진동과 측정시간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라 고휘도 발광다이오드 이용하여 균일한 조명을 조사할 수 있는 자동 초점조정이 가능한 현미경이 개시되어 있다. 본 발명에 따른 현미경은 다수개의 렌즈를 포함하는 렌즈경통부; 렌즈경통부에 상단에 장착되어 렌즈경통부로부터 확대된 검사대상물의 영상을 전자신호로 변화하여 모니터 또는 액정 프로젝터와 같은 표시장치로 공급하는 촬상부; 렌즈경통부의 일측에 장착되고 검색구간을 빠르게 이동하면서 최적의 초점위치를 찾는 탐색부; 렌즈경통부, 촬상부 그리고 탐색부와 전기적으로 연결되고 탐색부에서 수집된 정보를 산출하여 렌즈경통부를 초점위치로 이동시킴과 아울러 촬상부를 통해 영상을 촬영하게 하는 제어부; 및 렌즈경통부의 타측에 장착되면서 검사대상물의 영상이 선명하게 촬상되게 하는 조명부로 이루어진다.Disclosed is a microscope that minimizes movement of the lens barrel in auto focusing, greatly shortens vibration and measurement time, and enables auto focusing to irradiate uniform illumination using a high brightness light emitting diode. Microscope according to the present invention comprises a lens barrel including a plurality of lenses; An imaging unit mounted at an upper end of the lens barrel to convert an image of the inspection object enlarged from the lens barrel into an electronic signal and supplying the image to an display device such as a monitor or a liquid crystal projector; A search unit installed at one side of the lens barrel and searching for an optimal focus position while rapidly moving a search section; A controller electrically connected to the lens barrel, the imager, and the searcher to move the lens barrel to the focal position by calculating the information collected by the searcher and to capture an image through the imager; And an illumination unit mounted on the other side of the lens barrel to make the image of the inspection object clearly captured.
Description
도 1은 본 발명에 따른 자동 초점조정이 가능한 현미경을 개략적으로 나타낸 도면이며, 그리고1 is a view schematically showing a microscope capable of autofocus according to the present invention, and
도 2는 도 1에 도시된 조명부를 나타낸 도면이다. 2 is a view showing the lighting unit shown in FIG.
<도면의주요부분에대한부호의설명>Explanation of symbols on the main parts of the drawing
100 : 자동 초점조정이 가능한 현미경100: auto focusing microscope
110 : 렌즈경통부 120 : 촬상부110: lens barrel 120: imaging unit
130 : 탐색부 140 : 제어부130: search unit 140: control unit
150 : 조명부150: lighting unit
본 발명은 자동 초점조정이 가능한 현미경에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동 초점 조정 시 렌즈경통부의 움직임을 최소화하여 진동과 측정시간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라 고휘도 발광다이오드 이용하여 균일한 조명을 조사할 수 있는 자동 초점조정이 가능한 현미경에 관한 것이다. The present invention relates to a microscope capable of auto focusing, and more particularly, to minimize vibration and measurement time by minimizing the movement of the lens barrel during auto focusing, as well as irradiating uniform illumination using a high brightness light emitting diode. It's about a microscope that can do auto focus.
일반적으로, 산업용 현미경은 평판디스플레이 장치(FPD; Flat Panel Display)를 비롯한 반도체용 웨이퍼, 인쇄회로 기판(PCB) 검사 등과 같은 다양한 분야에서 사용되고 있는 실정이며, 이러한 산업용 현미경에는 자동으로 초점을 조정하는 별도의 장치들이 부착된다. In general, industrial microscopes are used in various fields such as flat panel displays (FPDs), semiconductor wafers, printed circuit board (PCB) inspection, etc., and the industrial microscopes have a separate focus that automatically adjusts the focus. Devices are attached.
종래의 자동 초점조정 장치로는, 첫째 빛의 간섭현상을 이용하는 방식과, 둘째 빛의 세기를 측정하여 거리를 연산하는 방식과, 셋째, 별도의 거리측정 센서를 사용하는 방식이 있다. Conventional auto focusing apparatus, there is a method using the interference phenomenon of the first light, a method of calculating the distance by measuring the intensity of the second light, and third, a method using a separate distance measuring sensor.
빛의 간섭현상을 이용하는 방식은, 레이저와 같은 단일 파장의 빛을 이용하여 초점거리에 반사판을 배치한 상태 하에서 측정할 대상체에서 반사되어 들어오는 빛과 비교하여 간섭무늬를 만든 다음 이를 분석하여 초점을 연산하는 것으로, 정밀도가 뛰어나 사용되는 빛의 파장의 한계로 측정 가능한 초점구간(range)이 매우 짧아 반도체 분야 등과 같은 특수한 곳에 한정적으로 사용된다. The method of using the interference phenomenon of light uses a single wavelength of light such as a laser to make an interference fringe by comparing the light reflected from the object to be measured under the condition that the reflector is placed at the focal length, and then calculates the focus by analyzing it. As a result, the focus range is very short due to the high precision and the wavelength limit of the light used, and thus it is limited to a special place such as a semiconductor field.
또한 두 번째 방식은, 레이저 광원 그리고 서로 다른 거리를 갖는 2곳에 핀홀과 포토다이오드를 배치하고 핀홀을 통과하는 빛의 세기를 측정하여 거리를 연산하는 방법으로, 초점 위치에서 빛의 세기가 강하다는 원리를 이용한 것으로서 측정 가능한 초점거리가 두개의 핀홀간의 거리 차이로 한정되며, 초점 정밀도는 초점을 맞추는 대상물체의 광학적 특성(거리에 대한 비선형성)에 의해 조금씩 달라질 수 있다. In addition, the second method is to place the pinhole and photodiode in two places with different distances from the laser light source and calculate the distance by measuring the intensity of light passing through the pinhole. In this case, the measurable focal length is limited to the distance difference between the two pinholes, and the focusing accuracy may be slightly changed by the optical characteristics (nonlinearity of the distance) of the object to be focused.
그리고 세 번째 방식은, 일반적인 초음파, 레이저 등의 별도 센서를 부착하여 초점거리를 측정한 다음 현미경을 초점에 위치시키는 방법으로 초점 정밀도는 거리측정센서의 정밀도에 좌우된다. In the third method, a separate sensor such as a general ultrasonic wave or a laser is attached to measure a focal length, and then the microscope is positioned at the focal point. The focusing precision depends on the accuracy of the distance measuring sensor.
그런데, 전술한 종래의 자동 초점조정 장치는 미리 설정된 초점측정 구간을 움직여 일정한 간격으로 영상을 수집하고 이를 연산하여 정확한 초점위치를 알아내는 것으로, 현재의 위치가 초점이 맞아 있다고 하도라도 설정된 초점구간을 무조건 움직인 후 다시 초점위치로 이동하는 문제점이 있었다. However, the above-described conventional automatic focusing apparatus collects images at regular intervals by moving a preset focusing section and calculates the correct focus position by calculating a predetermined focus range, even if the current position is in focus. There was a problem moving to the focus position again after moving unconditionally.
또한, 초점 측정 시 반드시 초점이 안 맞는 위치에서의 영상수집이 필요하기 때문에 연속적인 초점조절이 어렵고, 초점을 맞추기 위해 무거운 현미경 렌즈경통을 이동시켜야하기 때문에 이동 시간이 오래 걸리고, 속도를 빨리할 경우 진동이 발생하여 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다. In addition, continuous focusing is difficult because focusing requires image acquisition at the out-of-focus position, and it takes a long time to move and speeds up because the heavy microscope lens barrel needs to be moved to focus. Vibration occurred and there was a problem of falling precision.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 검색 구간을 빠르게 이동하면서 초점영상을 수집하는 영상수집부와, 영상수집부에서 수집된 정보를 산출하여 렌즈경통부을 구동시키는 제어부를 구비함으로써, 렌즈경통의 움직임을 최소화하여 진동과 측정시간을 크게 단축할 수 있는 자동 초점조정이 가능한 현미경을 제공하는데 있다. The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention, the image collecting unit for collecting the focus image while moving the search section quickly, and calculates the information collected from the image collecting unit lens By providing a control unit for driving the barrel portion, it is to provide a microscope capable of automatic focusing can minimize the movement of the lens barrel to significantly reduce the vibration and measurement time.
본 발명의 또 다른 목적은, 발광다이오드의 출력을 증가시키지 않고도 같은 출력에서 밝기가 향상되도록 개선한 조명부를 더 구비하는 자동 초점조정이 가능한 현미경을 제공하는데 있다. Still another object of the present invention is to provide a microscope capable of auto focusing, further comprising an illumination unit improved to improve brightness at the same output without increasing the output of the light emitting diode.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은,In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention,
다수개의 렌즈를 포함하는 렌즈경통부; A lens barrel including a plurality of lenses;
렌즈경통부에 상단에 장착되어 렌즈경통부로부터 확대된 검사대상물의 영상을 전자신호로 변화하여 모니터 또는 액정 프로젝터와 같은 표시장치로 공급하는 촬상부;An imaging unit mounted at an upper end of the lens barrel to convert an image of the inspection object enlarged from the lens barrel into an electronic signal and supplying the image to an display device such as a monitor or a liquid crystal projector;
렌즈경통부의 일측에 장착되고 검색구간을 빠르게 이동하면서 최적의 초점위치를 찾는 탐색부;A search unit installed at one side of the lens barrel and searching for an optimal focus position while rapidly moving a search section;
렌즈경통부, 촬상부 그리고 탐색부와 전기적으로 연결되고 탐색부에서 수집된 정보를 산출하여 렌즈경통부를 초점위치로 이동시킴과 아울러 촬상부를 통해 영상을 촬영하게 하는 제어부; 및 A controller electrically connected to the lens barrel, the imager, and the searcher to move the lens barrel to the focal position by calculating the information collected by the searcher and to capture an image through the imager; And
렌즈경통부의 타측에 장착되면서 검사대상물의 영상이 선명하게 촬상되게 하는 조명부로 이루어지며;
탐색부는 검사대상물의 영상을 제공하는 제 1 반사수단과, 상하 이동 가능하게 배치되고 제 1 반사수단에 의해서 제공된 영상을 위치별로 수집하여 초점위치를 찾는 이동센서로 이루어지며, 제 1 반사수단은 상기 렌즈경통부의 내측에 배치되는 제 1 하프밀러와, 제 1 하프밀러에서 반사된 영상을 상기 이동센서 측으로 전반사하는 제 1 풀밀러를 구비하고, 이동센서는 제 1 풀밀러에 의해서 반사된 영상을 원활하게 수집할 수 있도록 제 1 풀밀러의 반사경로 상에 배치됨과 아울러 통상의 액추에이터에 장착되어 미리 설정된 구간을 반복하여 상하 이동하면서 최적의 초점영상을 수집하는 자동 초점조정이 가능한 현미경을 제공한다.It is mounted to the other side of the lens barrel portion is made of an illumination unit for allowing the image of the inspection object to be clearly captured;
The search unit includes a first reflecting means for providing an image of the inspection object and a movement sensor arranged to move up and down and collecting an image provided by the first reflecting means for each position to find a focus position. A first half mirror disposed inside the lens barrel, and a first full mirror that totally reflects the image reflected by the first half mirror to the movement sensor; and the movement sensor smoothly reflects the image reflected by the first full mirror. The present invention provides a microscope which is disposed on the reflection path of the first full miller and can be automatically mounted to a conventional actuator and collects an optimal focus image while repeatedly moving up and down a predetermined section.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자동 초점 조정 시 렌즈경통부의 움직임을 최소화하여 진동과 측정시간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라 고휘도 발광다이오드 이용하여 균일한 조명을 조사할 수 있다. As described above, according to the present invention, the vibration and measurement time can be greatly reduced by minimizing the movement of the lens barrel during auto focusing, and uniform illumination can be irradiated using a high brightness light emitting diode.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 초점조정이 가능한 현미경에 대해 설명한다. Hereinafter, a microscope capable of auto focusing according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 자동 초점조정이 가능한 현미경을 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing a microscope capable of automatic focusing according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 초점조정이 가능한 현미경(100)은 다수개의 렌즈(도시되지 않음)를 포함하는 렌즈경통부(110)와, 렌즈경통부(110)에 상단에 장착되어 렌즈경통부(110)로부터 확대된 검사대상물(P)의 영상을 전자신호로 변화하여 모니터 또는 액정 프로젝터와 같은 표시장치(도시되지 않음)로 공급하는 촬상부(120)와, 렌즈경통부(110)의 일측에 장착되고 검색구간을 빠르게 이동하면서 최적의 초점위치를 찾는 탐색부(130)와, 렌즈경통부(110), 촬상부(120) 그리고 탐색부(130)와 전기적으로 연결되고 탐색부(130)에서 수집된 정보를 산출하여 렌즈경통부(110)를 초점위치로 이동시킨 후 촬상부(120)를 통해 영상을 촬영하게 하는 제어부(140)와, 마찬가지로 렌즈경통부(110)의 타측에 장착되면서 검사대상물(P)의 영상이 선명하게 촬상되게 하는 조명부(150)로 이루어진다. As shown, the auto-
렌즈경통부(110) 및 촬상부(120)는 본원 발명이 속하는 해당기술 분야의 숙련된 당업자라면 누구나 알 수 있듯이 통상적인 구성으로 이루어지며, 그리고 촬상부(120)는 통상의 자기촬상소자(122)로 이루어진다. The
탐색부(130)는 검사대상물(P)의 영상을 제공하는 제 1 반사수단(132)과, 상하 이동 가능하게 배치되고 제 1 반사수단(132)에 의해서 제공된 영상을 위치별로 수집하여 최적의 초점위치를 찾는 이동센서(134)를 구비한다. The
제 1 반사수단(132)은 렌즈경통부(110)의 내측에 배치되는 제 1 하프밀러(136a; half mirror)와, 제 1 하프밀러(136a)에서 반사된 영상을 이동센서(134) 측으로 전반사하는 제 1 풀밀러(136b; full mirror)를 구비한다. 바람직하게는 제 1 풀밀러(136b)는 렌즈경통부(110)의 외부에 배치된다. 그리고 제 1 하프밀러(136a)는 검사대상물(P)의 영상을 제 1 풀밀러(136b)와 촬상부(120) 측으로 안내되게 한다. 한편, 이동센서(134)는 제 1 풀밀러(136b)에 의해서 반사된 영상을 원활하게 수집할 수 있도록 제 1 풀밀러(136b)의 반사경로 상에 배치된다. 이러한 이동센서(134)는 통상의 액추에이터(138; actuator)에 장착되고, 액추에이터(138)에 장착된 이동센서(134)는 미리 설정된 구간을 반복하여 상하 이동하면서 최적의 초점영상을 수집한다. 이렇게 이동센서(134)에 의해서 수집된 최적의 초점영상의 정보는 제어부(140)에 의해서 산출되는데, 산출된 정보를 이용하여 제어부(140)는 렌즈경통부(110)를 초점위치로 이동시킨 후, 촬상부(120)를 통해 영상을 촬영하게 한다. 바람직하게는 이동센서(134)는 통상의 CCD 카메라를 채택한다.The first reflecting means 132 totally reflects the
한편, 조명부(150)는 렌즈경통부(110)의 외측에 배치되는 발광수단(152) 및 발광수단(152)에서 발산된 빛을 검사대상물(P) 측으로 안내하는 제 2 반사수단(154)을 구비한다. 제 2 반사수단(154)은 렌즈경통부(110)의 내측에 배치되는 제 2 하프밀러(156a)와, 렌즈경통부(110) 외측에 배치되는 제 2 풀밀러(156b)로 이루어지는데, 제 2 풀밀러(156b)는 발광수단(152)에서 발산된 빛을 제 2 하프밀러(156a) 측으로 전반사하고, 제 2 하프밀러(156a)는 안내된 빛을 다시 검사대상물(P), 이동센서(134) 및 촬상부(120) 측으로 안내한다. Meanwhile, the
한편, 발광수단(152)은 하나의 고휘도 발광다이오드(157)와, 고휘도 발광다이오드(157)의 발산되는 빛을 집속하는 제 1 콜리메이터(158a; collimator) 및 제 2 콜리메이터(158b)로 이루어진다. 제 1 콜리메이터(158a) 및 제 2 콜리메이터(158b)는 서로 대칭된 형상을 가지는데, 제 1 콜리메이터(158a)는 고휘도 발광다이오드(157)에 인접한 일측에서 타측으로 방사상 넓어지게 연장된 형상을 가지며, 제 2 콜리메이터(158b)는 제 1 콜리메이터(158a)에 인접한 일측에서 타측으로 방사상 좁아지게 연장된 형상을 가진다. 제 1 콜리메이터(158a)는 고휘도 발광다이오드(157)에서 방사형으로 발산되는 빛을 평행하게 만들고, 광축에 가까이 지나는 상대적으로 밝은 빛은 제 2 콜리메이터(158b)를 통과하게 된다. Meanwhile, the
하기에는 전술한 바와 같이 형성된 현미경(100)의 작동상태를 간략하게 설명한다. Hereinafter, the operating state of the
먼저, 렌즈경통부(110)의 타측에 배치된 조명부(150)에서 빛이 제 2 반사수단(154)의 광경로를 따라 검사대상물(P)의 표면에 조사되면, 검사대상물(P)로부터 물체광(영상)이 제 1 반사수단(132)의 광경로를 따라 탐색부(130) 측으로 전달된다. 탐색부(130) 측으로 전달된 제 1 반사수단(132)을 통해 영상이 전달되면, 액츄에이터(138)에 장착된 이동센서(134)는 액츄에이터(138)에 의해서 미리 설정된 구간을 반복하여 상하로 이동하면서 일정 거리마다 영상을 스캔하여 최적의 초점영상 위치를 수집한다.First, when light is irradiated onto the surface of the inspection object P along the optical path of the second reflecting means 154 in the
이렇게 이동센서(134)가 최적의 초점영상 위치를 수집하면, 제어부(140)는 수집된 최적의 초점영상 위치정보와, 렌즈경통부(110)의 위치를 통상의 방법으로 산출하여 렌즈경통부(110)를 이동시킨 후, 촬상부(120)를 작동시켜 원하는 영상을 촬영한다. 이때, 누구나 알 수 있듯이 통상의 렌즈경통부(110)는 엔코더가 부착된 소형모터에 의해서 이동된다.
한편, 촬상부(120)에 의해 촬영된 영상은 전자신호로 변환되어 모니터 화면 또는 액정 프로젝터 등과 같은 표시장치로 전달된다.When the
Meanwhile, the image photographed by the
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 초점조정이 가능한 현미경(100)은 이동센서(134)가 미리 초점위치를 탐색함으로써, 렌즈경통부(110)가 종래와 같이 초점이 맞지 않는 위치로 이동할 필요가 없어 연속적인 초점조절이 가능하다. As described above, the
또한, 이동센서(134)가 초점위치를 탐색하기 때문에 불필요한 렌즈경통부 (110)의 움직임을 제어할 수 있어, 렌즈경통부(110)의 이동 시 진동을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 초점 조정시간을 단축할 수 있어 작업능률을 높일 수 있는 이점이 있다. In addition, since the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims. You will understand.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110914 Year of fee payment: 5 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |