KR100803042B1 - 영상취득장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

영상취득장치 및 방법이 개시된다. 센서부는 대상물체로부터 소정거리 이격되어 설치되며, 띠형상의 촬영영역을 갖는 복수개의 라인센서가 촬영영역의 단변방향으로 평행하게 배치된다. 제어부는 대상물체가 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송될 때마다 센서부로 대상물체를 촬영하도록 제어하는 촬영지시신호를 출력한다. 저장부에는 대상물체의 촬영개시시점으로부터 촬영종료시점까지 각각의 라인센서로부터 출력되는 영상신호가 저장된다. 영상출력부는 저장부에 저장되어 있는 각각의 라인센서에 대응하는 영상신호 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 영상신호를 각각의 라인센서의 출력신호로 출력한다. 본 발명에 따르면, 지정된 각도에 설치된 라인 카메라에 의해 대상물체를 1회 스캔함으로써 카메라 설치 각도 근처에서 대상물체에 대한 복수개의 미세 각도의 영상을 촬영할 수 있다.
라인 카메라, 라인 센서, 결함검출, 스캔, 영상

Description

영상취득장치 및 방법{Image aquiring device and method of the same}
도 1은 종래의 라인 스캔 카메라를 이용한 일반적인 자동 매크로 검사장치의 스캐닝부를 도시한 도면,
도 2a 내지 도 2c는 각각 종래의 자동 매크로 검사장치의 스캐닝 각도를 달리하여 취득한 영상을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 영상취득장치에 대한 바람직한 실시예의 상세한 구성을 도시한 도면,
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 영상취득장치에 구비되는 복수의 라인센서가 서로 인접하여 배치된 상태 및 서로 일정거리 이격되어 배치된 상태를 도시한 도면,
도 5는 렌즈의 위치에 따른 촬영영역의 크기변화를 설명하기 위한 도면,
도 6a 및 도 6b는 각각 대상물체가 초기위치 및 종료위치에 존재할 때 동일한 대상물체의 촬영영역에 대응하는 상이 맺히는 라인센서를 도시한 도면,
도 7은 8개의 라인센서가 연이어 배치되어 2차원 구조를 이룰 때, 각 라인센서마다 외부 동기 신호에 의해 스캐닝하는 라인영역이 바뀌는 예를 도시한 도면,
도 8은 이송부의 상세한 구성을 도시한 도면,
도 9는 8개의 스테이지로 이루어진 TDI 카메라에 의해 스캔대상물체를 스캐 닝하는 경우 각각의 라인센서의 출력신호를 보여주는 도면,
도 10은 96개의 스테이지를 갖는 TDI 카메라의 촬영각도를 도시한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 영상취득방법에 대한 일 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도, 그리고,
도 12는 본 발명에 따른 영상취득방법에 대한 다른 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
액정표시장치(Liquid crystal display : LCD)와 같은 평판표시장치를 제조하는 과정에서 TFT 글래스(Glass) 또는 칼라 필터 글래스(Color Filter Glass) 상에 다양한 종류의 결함이 발생할 수 있다. 특히, 사진 식각 공정이나 PR(Photo Resist) 코팅 공정 등에서 공정 조건의 이상으로 인해 글래스 상에 수 미리(mm)에서 수십 미리(mm)에 달하는 결함이 발생할 수 있는데, 이러한 정도로 큰 크기의 결함을 얼룩 결함 혹은 매크로 결함(Macro Defect)이라고 부른다. 매크로 결함은 일반적인 환경에서는 작업자가 육안으로 확인할 수 없는 결함들이 대부분이다. 그러나 결함을 안고 있는 기판(Glass)으로 LCD 셀(Cell)을 구성하여 신호를 인가하면 디스플레이 품질에 치명적인 영향을 주는 수준의 얼룩으로 나타나는 경우가 많다.
LCD 제조업체에서는 제품의 품질을 관리하기 위해 얼룩을 발생시킬 소지가 있는 공정의 다음 단계에서 매크로 검사를 수행한다. 현재 결함이 잘 드러나는 특 수한 광학 조건을 구성하여 글래스를 여러 각도로 회전시키면서 사람이 육안으로 검사를 하는 수동 매크로 검사장비가 보편적으로 사용되고 있으며, 이러한 검사장치를 자동화하려는 시도가 서서히 일어나고 있다. 수동 매크로 검사장비는 다양한 각도에서 결함을 관찰할 수 있는 장점이 있으나, 글래스의 전면에 대해서 동일한 광학 조건을 유지하면서 검사를 할 수 없는 단점을 안고 있기 때문에 검사자가 놓치는 결함이 생겨날 수밖에 없다. 반면, 자동 매크로 검사장비는 동일한 광학 조건으로 글래스 전면을 검사할 수 있는 장점이 있으나, 수동 매크로 검사장비와 같은 관찰 각도의 유연성을 갖춘 시스템을 구성하기가 어렵다는 단점이 있다. 따라서 수동 매크로 검사장비가 가지고 있는 관찰 각도의 유연성을 어느 정도까지 반영할 수 있느냐가 자동 매크로 검사장비를 설계하는데 주된 관심사라고 할 수 있다.
도 1은 종래의 자동 매크로 검사장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 자동 매크로 검사장치는 조명(110)을 대상물체(130)에 비스듬히 조사하고, 대상물체(130)로부터 반사된 광을 임의의 각도에 배치한 라인 카메라(120)로 스캔하는 방식을 채택하고 있다. 이 때, 라인 카메라를 모든 각도에 배치하는 것은 사실상 불가능하기 때문에, 얼룩이 잘 검출되는 몇 개의 대표 각도를 선정하여 검사 시스템을 구성하게 된다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 종래의 영상취득장치의 스캐닝 각도를 달리하여 취득한 영상을 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 각각의 영상은 종래의 자동 매크로 검사장치에 구비되어 있는 라인 카메라(120)를 0.5°간격으로 이동하면서 검은색 수평 얼룩 (220)이 있는 대상물체(210)를 스캔한 영상으로서, 비록 라인 카메라(120)의 이동 간격은 0.5°이지만 각도에 따라 눈으로 인식되는 수평 얼룩의 길이가 달라짐을 알 수 있다. 즉, 라인 카메라(120)의 이동 간격이 증가할 때마다 검은색 수평 얼룩의 길이가 길어진다. 이처럼 0.5° 또는 1°의 스캔 각도의 차이로 얼룩 결함이 잘 보이기도 하고, 보이지 않게 되기도 한다면 자동 매크로 검사장치의 신뢰성을 확보하기란 쉬운 일이 아닐 것이다.
각도에 민감한 얼룩 결함이 치명적인 결함이고 반드시 검출해야 하는 결함일 경우에 현재까지 제시된 기술에 의하면 다음과 같이 시스템을 구성하게 된다. 첫 번째 방법은 1°내외의 각도 차이를 두고 각각 라인 카메라를 배치하여 한 번 스캔할 때 여러 각도의 영상을 얻는 것이고, 두 번째 방법은 1° 내외로 카메라 각도를 미세 조정하면서 그때마다 대상물체를 다시 스캔하는 방식이다. 그러나 첫 번째 방법은 카메라 대수가 많이 증가하기 때문에 시스템 구성이 복잡해지고 비용이 그만큼 상승하는 단점이 있으며, 두 번째 방법은 스캔을 여러 번 하는데 많은 시간이 소요되고 처리해야 하는 데이터양도 증가시키는 단점이 있어서 현실적인 구현이 어렵다. 따라서 기구적인 설정 상태나 글래스의 처짐 정도, 글래스의 회전 상태의 오차와 같은 외부 요인과 얼룩이 나타낼 수 있는 특징의 다양성을 감안할 때, 대표 각도에 설치된 라인 카메라로 한 번 스캔할 때 일정 각도 범위 내에 있는 결함을 놓치지 않고 영상을 얻을 수 있는 방법이 절실히 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 한 개의 라인 카메라 내에서 복수 개의 미세 각도의 데이터를 통합 처리할 수 있는 영상취득장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상취득장치의 일 실시예는, 대상물체로부터 소정거리 이격되어 설치되며, 띠형상의 촬영영역을 갖는 복수개의 라인센서가 상기 촬영영역의 단변방향으로 평행하게 배치된 센서부; 상기 대상물체가 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송될 때마다 상기 센서부로 상기 대상물체를 촬영하도록 제어하는 촬영지시신호를 출력하는 제어부; 상기 대상물체의 촬영개시시점으로부터 촬영종료시점까지 상기 각각의 라인센서로부터 출력되는 영상신호를 저장하는 저장부; 및 상기 저장부에 저장되어 있는 각각의 라인센서에 대응하는 영상신호 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 영상신호를 각각의 라인센서의 출력신호로 출력하는 영상출력부;를 구비한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상취득장치의 다른 실시예는, 대상물체로부터 소정거리 이격되어 설치되며, 띠형상의 촬영영역을 갖는 복수개의 라인센서가 상기 촬영영역의 단변방향으로 평행하게 배치된 센서부; 상기 대상물체가 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송될 때마다 상기 센서부로 상기 대상물체를 촬영하도록 제어하는 촬영지시신호를 출력하는 제어부; 상기 대상물체의 촬영개시시점으로부터 촬영종료시점까지 상기 각각의 라인센서로부터 출력되는 영상신호를 저장하는 저장 부; 및 상기 저장부에 저장되어 있는 각각의 라인센서에 대응하는 영상신호들을 복수개의 구간으로 분할하고, 각각의 분할된 그룹에 속하는 영상신호들을 누적하여 생성한 복수개의 누적신호 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 누적신호를 상기 센서부의 출력신호로 출력하는 영상출력부;를 구비한다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상취득방법의 일 실시예는, 띠형상의 촬영영역을 가지며 상기 촬영영역의 단변방향으로 평행하게 배치된 복수개의 라인센서의 상기 촬영영역의 단변길이에 대응하는 거리만큼 대상물체를 이송하는 단계; 상기 대상물체가 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송될 때마다 상기 각각의 라인센서로 상기 대상물체를 촬영하도록 제어하는 촬영지시신호를 출력하는 단계; 상기 대상물체의 촬영개시시점으로부터 촬영종료시점까지 상기 각각의 라인센서로부터 출력되는 영상신호를 저장하는 단계; 및 상기 저장되어 있는 각각의 라인센서에 대응하는 영상신호 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 영상신호를 각각의 라인센서의 출력신호로 출력하는 단계;를 갖는다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상취득방법의 다른 실시예는, 띠형상의 촬영영역을 가지며 상기 촬영영역의 단변방향으로 평행하게 배치된 복수개의 라인센서의 상기 촬영영역의 단변길이에 대응하는 거리만큼 대상물체를 이송하는 단계; 상기 대상물체가 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송될 때마다 상기 각각의 라인센서로 상기 대상물체를 촬영하도록 제어하는 촬영지시신호를 출력하는 단계; 상기 대상물체의 촬영개시시점으로부터 촬영종료시점까지 상기 각각의 라인센서로부터 출력되는 영상신호를 저장하는 단계; 및 상기 저장되어 있는 각각의 라인센서에 대응하는 영상신호들을 복수개의 구간으로 분할하고, 각각의 분할된 그룹에 속하는 영상신호들을 누적하여 생성한 복수개의 누적신호 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 누적신호를 상기 대상물체에 대한 출력신호로 출력하는 단계;를 갖는다.
이에 의해, 지정된 각도에 설치된 라인 카메라에 의해 대상물체에 대한 1회 스캔에 의해 카메라 설치 각도 근처에서 대상물체에 대한 복수개의 미세 각도의 영상을 촬영하는 것이 가능하다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 영상취득장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 영상취득장치에 대한 바람직한 실시예의 상세한 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 영상취득장치는, 센서부(310), 제어부(320), 저장부(330), 영상출력부(340), 이송부(350) 및 렌즈부(360)를 구비한다.
센서부(310)는 LCD와 같은 스캔대상물체(300)로부터 소정거리 이격되어 설치되며, 띠형상의 촬영영역을 갖는 복수개의 라인센서가 대응하는 촬영영역의 단변방향으로 평행하게 배치된 구조를 갖는다. 도 4a 및 도 4b에는 각각 센서부(310)에 구비되는 복수의 라인센서가 서로 인접하여 배치된 상태 및 서로 일정거리 이격되어 배치된 상태를 도시한 도면이다. 도 4a를 참조하면, 센서부(310)는 n개의 라인 센서(410-1 내지 410-n)가 라인센서의 단변길이 방향으로 서로 인접하여 배치된다. 한편, 도 4b를 참조하면, 센서부(310)는 n개의 라인센서(450-1 내지 450-n)가 라인센서의 단변길이 방향으로 일정거리 이격되어 배치된다. 이 때, 센서부(310)에 구비되는 각각의 라인센서(410-1 내지 410-n, 450-1 내지 450-n)는 M개의 센서가 일렬로 배치되는 구조를 갖는다.
각각의 촬영영역은 라인센서(410-1 내지 410-n, 450-1 내지 450-n)의 형상과 마찬가지로 스캔대상물체(300)의 이동방향으로의 길이가 짧은 띠형상으로 형성된다. 이 경우 각각의 촬영영역의 크기는 스캔대상물체(300)와 센서부(310) 사이의 거리에 따라 달라진다. 즉, 스캔대상물체(300)와 센서부(310) 사이의 거리가 가까워질수록 촬영영역의 크기가 작아진다. 또한, 각각의 촬영영역의 크기는 엄밀하게는 모두 다르나 센서부(310)의 크기가 그다지 크지 않기 때문에 각각의 촬영영역의 크기 차이는 무시할 수 있다.
한편, 센서부(310)와 스캔대상물체(300) 사이의 거리가 고정된 상태에서 센서부(310)와 스캔대상물체(300) 사이에 렌즈부(360)를 삽입하여 각각의 촬영영역의 크기를 변경시킬 수 있다. 만약, 렌즈부(360)로 고정 초점 렌즈를 사용하면, 스캔대상물체(300)로부터 고정 초점 렌즈 중심까지의 거리가 가까울수록 광학배율이 높아지므로 촬영영역의 폭이 작아진다. 도 5는 렌즈의 위치에 따른 촬영영역의 크기변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 스캔대상물체(300)로부터 렌즈(510)의 중심까지의 거리 및 렌즈(510)의 중심으로부터 센서부(310)까지의 거리를 각각 a 및 b라 하면, 광학배율 m은 다음의 식에 의해 구해진다.
Figure 112006001027910-pat00001
이 때, 촬영영역의 폭 W는 다음의 식에 의해 구해진다.
Figure 112006001027910-pat00002
따라서, 센서부(310)가 CCD의 크기 및 스테이지수가 각각 0.007㎜과 96인 TDI(Time Delay Integration) 센서로 구성된 카메라이고, 광학배율 m이 0.07인 경우에, 각각의 CCD의 촬영영역의 폭은 수학식 2에 의해 0.1㎜가 된다. 이 때, 전체 센서부(310)의 촬영영역의 폭은 각각의 CCD의 촬영영역의 폭에 스테이지수를 곱하여 얻어진 9.6㎜가 된다. TDI 센서는 카메라 센서의 감도를 높이기 위해 개발된 센서로서 각각의 스테이지가 촬영한 영상신호를 누적하여 출력한다.
제어부(320)는 스캔대상물체(300)가 라인센서의 촬영영역의 단변길이만큼 이송될 때마다 센서부(310)로 대상물체를 촬영하도록 제어하는 촬영지시신호를 출력한다. 촬영지시신호는 외부로부터 입력되는 트리거신호에 기초하여 생성된다. 스캔대상물체(300)의 이송시점과 촬영지시신호의 출력시점의 동기를 맞추기 위해 트리거신호로서 엔코더 펄스(encoder pulse)와 같이 일정한 주기를 갖는 신호가 사용될 수 있다. 이와 같은 엔코더 펄스를 이용함으로써 라인센서가 스캐닝하는 한 라인의 영역을 일정한 간격으로 유지하는 것이 가능하다. 트리거신호는 스캔대상물체(300)가 위치하고 있는 스테이지를 구동하는 이송부(350)로부터 제어부(320)로 입력된 다. 제어부(320)는 트리거신호를 계수하여 스캔대상물체(300)가 라인센서의 촬영영역의 단변길이에 대응하는 개수가 되면 펄스형태의 촬영지시신호를 발생시켜 출력한다. 이러한 촬영지시신호의 생성은 프레임 그래버(Frame Grabber)에 의해 수행될 수 있다. 이 경우 프레임 그래버가 이송부(350)로부터 입력되는 트리거신호를 계수하여 스캔대상물체(300)가 라인센서의 촬영영역의 단변길이만큼 이송되는 개수가 되면 펄스형태의 촬영동기신호를 발생시켜 출력한다. 프레임 그래버가 생성한 촬영동기신호는 촬영지시신호로서 센서부(310)로 입력된다. 이러한 프레임 그래버는 제어부(320)의 구성요소의 하나로 구현될 수 있으며, 제어부(320)와 별도의 구성요소로서 이송부(350)와 제어부(320) 사이에 위치할 수도 있다.
도 6a 및 도 6b는 각각 대상물체가 초기위치 및 종료위치에 존재할 때 대상물체의 동일한 촬영영역을 촬영하는 라인센서를 보여주는 도면이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 센서부(310)는 8개의 라인센서(S1 내지 S8)로 구성되며, 각각의 라인센서(S1 내지 S8)의 촬영영역(L1 내지 L8)은 스캔대상물체(300) 상에 형성된다. 도 6a에 도시된 바와 같이 스캔대상물체(300)가 초기위치(P1)로 이송되면 제1라인센서(S1)는 스캔대상물체(300) 상의 제1촬영영역(L1)을 촬영한다. 다음으로, 스캔대상물체(300)가 제1촬영영역(L1)의 단변길이만큼 이송되면, 제2라인센서(S2)가 제1촬영영역(L1)을 촬영하고 제1라인센서(S1)가 제2촬영영역(L2)를 촬영한다. 이와 같은 방식으로 스캔대상물체(300)의 이송 및 촬영이 이루어지며, 도 6b에 도시된 바와 같이 스캔대상물체(300)가 종료위치(P8)로 이송되면, 제8라인센서(S8)가 제1촬영영역(L1)을 촬영함으로써 스캔대상물체(300)에 대한 촬영이 종료된다.
상술한 방식에 의해 스캔대상물체(300)를 촬영하면 스캔대상물체(300)의 위치에 따라 동일한 촬영영역(예를 들면, L1)을 상이한 각도에 설치된 카메라에 의해 촬영한 영상과 동일한 영상을 얻을 수 있다. 즉, 스캔대상물체(300)가 초기위치(P1)에 있을 때 제1라인센서(S1)로 입사되는 광은 제1촬영영역(L1)에 대해 θ1°로 반사된 광이며, 스캔대상물체(300)가 종료위치(P8)에 있을 때 제8라인센서(S8)로 입사되는 광은 제1촬영영역(L1)에 대해 θ8°로 반사된 광이다. 따라서, 본 발명에 따른 영상취득장치를 이용하면 고정되어 있는 센서부(310)에 의해 스캔대상물체(300)의 위치에 따라 서로 다른 각도의 영상을 얻을 수 있다. 특히, 라인센서(S1 내지 S8)의 배치구조 및 배치간격을 조정하면 미세한 차이를 갖는 상이한 촬영각도별로 스캔대상물체(300)의 영상을 얻을 수 있다.
도 7은 8개의 라인센서가 연이어 배치되어 2차원 구조를 이룰 때, 각 라인센서마다 외부 동기 신호에 의해 스캐닝하는 라인영역이 바뀌는 상황을 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 외부로부터 동기신호가 입력될 때마다 제어부(320)는 라인센서(S1 내지 S8)로 촬영지시신호를 출력한다. 이 때, 제어부(320)는 스캔대상물체(300)의 위치에 따라 일부의 라인센서에만 촬영지시신호를 출력할 수 있으며, 이에 의해 불필요한 촬영이 이루어지지 않도록 할 수 있다. 즉, 스캔대상물체(300)가 초기위치로 이송되면(즉, 제1동기신호(EXT1)가 입력되면), 제어부(320)는 제1라인센서(S1)로만 촬영지시신호를 출력하고, 스캔대상물체(300)가 제2라인센서(S2)가 제1 촬영영역(L1)을 촬영하게 되는 위치로 이송되면(즉, 제2동기신호(EXT2)가 입력되면), 제어부(320)는 제1라인센서(S1) 및 제2라인센서(S2)로 촬영지시신호를 출력한다. 제8동기신호(EXT8)에 의해 제8라인센서(S8)에서 유효한 영상신호가 출력되면, 제9동기신호(EXT9)부터는 모든 라인센서가 동일한 동기신호에 대하여 각기 다른 영역을 보면서 영상을 획득하게 된다.
저장부(330)에는 스캔대상물체(300)의 이송개시시점으로부터 이송종료시점까지 각각의 라인센서로부터 출력되는 영상신호가 저장된다. 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 방식에 의해 스캔대상물체(300)를 촬영하면 각각의 촬영영역(L1 내지 L8)에 대해 각각의 라인센서(S1 내지 S8)가 θ1°에서 θ8°까지 상이한 각도로 촬영한 8개씩의 영상이 얻어진다. 이와 같이 얻어진 각각의 촬영영역(S1 내지 S8)에 대해 촬영된 8개씩의 영상이 저장부(330)에 저장된다. 이 경우 저장부(330)는 각각의 촬영영역(L1 내지 L8)에 대해 각각의 라인센서(S1 내지 S8)가 서로 다른 각도의 영상을 얻을 때까지 각각의 라인센서(S1 내지 S8)가 획득한 영상신호를 저장하는 지연 버퍼(delay buffer)의 기능을 갖는다.
영상출력부(340)는 저장부(330)에 저장되어 있는 각각의 라인센서에 대응하는 영상신호 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 영상신호를 각각의 라인센서의 출력신호로 출력한다. 이 때, 영상신호 선택기준은 스캔대상물체(300)의 특징을 가장 잘 나타낼 수 있도록 설정된다. 예를 들어, 주변보다 밝은 얼룩 또는 어두운 얼룩의 영상을 얻는데 주안점을 둔 시스템이라면, 영상신호 선택기준은 각각의 라인센서(S1 내지 S8)가 획득한 복수개의 영상의 밝기값이 될 수 있다. 만약, 주변보다 밝은 얼룩의 영상을 얻는데 주안점을 둔 시스템이라면, 영상출력부(340)는 제1라인센서(S1) 내지 제8라인센서(S8)가 제1촬영영역(L1)에 대해 획득한 8개의 영상 중에서 가장 밝은 값을 갖는 영상을 제1촬영영역(L1)의 출력영상으로 출력한다.
이송부(350)는 스캔대상물체(300)를 라인센서(410-1 내지 410-n)의 촬영영역의 단변방향으로 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송한다. 스캔대상물체(300)의 이송은 연속적 또는 단속적으로 이루어진다. 스캔대상물체(300)를 이송하기 위해 이송부(350)에는 선형모터(Linear Motor)가 구비된다. 선형모터의 동작에 의해 이송부(350)는 외부로부터 입력되는 제어신호에 의해 스캔대상물체(300)를 일정한 속도로 이동시킨다. 이 때, 스캔대상물체(300)의 이송을 지시하는 제어신호는 외부로부터 입력되거나 제어부(320)로부터 입력된다. 이러한 이송부(350)는 발명에 따른 영상취득장치에 선택적으로 구비된다. 스캔대상물체(300)의 이송이 단속적으로 이루어지는 경우에는 스캔대상물체(300)의 이송거리는 센서부(310)에 구비된 라인센서의 배치상태에 따라 달라진다. 만약, 센서부(310)가 도 4a에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다면, 스캔대상물체(300)는 라인센서(410-1 내지 410-n)의 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 단속적으로 이송된다. 이와 달리, 센서부(310)가 도 4b에 도시된 바와 같은 구조를 가지면, 스캔대상물체(300)는 라인센서(450-1 내지 450-n)의 촬영영역의 단변의 길이에 라인센서(450-1 내지 450-n) 사이의 이격길이를 더한 거리만큼 단속적으로 이송된다.
도 8은 이송부의 상세한 구성을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 이송부(350)는 이송제어부(810), 이송구동부(820), 모터(830) 및 엔코더(840)를 포함한다.
이송제어부(810)는 사용자로부터 입력받은 스테이지의 초기위치, 종료위치, 이동속도 및 토크 등의 정보에 따른 제어신호를 출력한다. 이송구동부(820)는 이송제어부(810)로부터 입력받은 제어신호에 대응하는 구동신호를 스테이지를 구동하는 모터(830)로 출력한다. 즉, 이송구동부(820)는 이송제어부(810)로부터 입력받은 제어신호를 모터(830)를 구동할 수 있는 전기적 신호로 변환하여 출력한다. 모터(830)는 이송구동부(820)로부터 입력되는 구동신호에 의해 구동되어 스캔대상물체(300)가 위치하고 있는 스테이지에 구동력을 전달한다. 엔코더(840)는 일정 주기의 엔코더 펄스를 발생시켜 이송제어부(810)로 출력한다. 이 때, 엔코더(840)로부터 출력되는 엔코더 펄스의 주기는 스테이지의 이동속도에 따라 달라진다. 이송제어부(810)는 엔코더(840)로부터 입력되는 엔코더 펄스에 의해 스테이지의 위치를 파악할 수 있다.
한편 이송제어부(810)는 엔코더(840)로부터 입력받은 엔코더 펄스를 프레임 그래버(850)에 제공한다. 프레임 그래버(850)는 이송제어부(810)로부터 입력받은 트리거신호를 계수하여 스캔대상물체(300)가 라인센서의 촬영영역의 단변길이만큼 이송되는 개수가 되면 펄스형태의 촬영동기신호를 발생시켜 촬영지시신호로서 센서부(310)로 출력한다. 예를 들어, 라인센서의 촬영영역의 단변길이가 0.1㎜이고, 엔코더(840)는 스테이지가 0.01㎜ 이동할 때마다 펄스를 발생시키는 경우에, 프레임 그래버(850)가 출력하는 촬영지시신호의 주기는 엔코더펄스의 주기의 10배(즉, 엔코더펄스의 피크가 10개가 계수될 때마다 펄스 출력)가 된다. 이러한 프레임 그래버(850)의 기능은 이송제어부(810)에 의해 수행될 수 있으며, 이 경우 촬영지시신호는 이송제어부(810)로부터 직접 센서부(310)로 입력되거나 제어부(320)를 경유하여 센서부(310)로 입력된다. 나아가 프레임 그래버(850)의 기능을 제어부(320)가 수행할 수도 있으며, 이 경우 이송제어부(810)는 엔코더 펄스를 직접 제어부(320)에 제공한다.
한편, 센서부(310)가 TDI(Time Delay and Integration) 카메라로 구성된 경우에 저장부(330)에 저장되는 영상 및 영상출력부(340)의 동작이 달라지게 된다. TDI 센서는 도 4a에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 2차원 센서로 구성되며, 동일한 물체를 여러 개의 라인센서에 중복적으로 노출시켜 각 센서의 영상신호를 적분하여 최종적인 카메라의 신호로 출력한다. TDI 카메라는 주로 약한 조명 조건에서 고속의 스캔이 필요하거나, 일반적인 스캔 속도에서 조명 비용을 줄이기 위한 용도로 사용된다. TDI 센서가 N개의 스테이지 혹은 라인센서로 구성되어 있다고 할 때, 일반적으로 TDI 센서의 각 칼럼 x의 값은 다음과 같이 결정된다.
Figure 112006001027910-pat00003
여기서 Sy(x)는 y번째 스테이지(라인센서)에 노출되어 얻어진 영상신호를 의미한다.
도 9는 8개의 스테이지로 이루어진 TDI 카메라에 의해 스캔대상물체를 스캐닝하는 경우 각각의 라인센서의 출력신호를 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 스캔대상물체인 유리기판이 도 7에 도시된 바와 같은 동기 신호에 맞추어 이동하는 경우에 TDI 카메라를 구성하는 각각의 스테이지(즉, 8개의 라인센서)에 의해 촬영된 영상은 누적되어 저장부(330)에 저장된다. 즉, 매회의 촬영시 동일한 촬영영역에 대해 각각의 라인센서(S1 내지 S8)이 촬영한 영상은 누적되어 저장된다. 만약, TDI 스테이지(즉, 8개의 라인센서)를 이등분하면, 동일한 촬영영역에 대해 두 개의 상이한 각도에서 촬영한 것과 동일한 카메라 신호를 얻어낼 수 있다. 즉, TDI의 스테이지를 이등분한 후 제1촬영영역(L1)에 대한 제1라인센서(S1)에서 제4라인센서(S4)의 촬영영상을 누적한 TDI4(1)와 제1촬영영역(L1)에 대한 제5라인센서(S5)에서 제8라인센서(S8)의 촬영영상을 누적한 TDI8(1)를 저장부(330) 또는 별도의 지연버퍼에 저장한다. 다음으로, 영상출력부(340)는 저장부(330) 또는 별도의 지연버퍼에 저장되어 있는 두개의 누적신호(즉, TDI4(x) 및 TDI8(1)) 중에서 사전에 설정되어 있는 영상신호 선택기준에 의해 선택된 누적신호를 제1촬영영역(L1)에 대한 영상신호로 출력한다.
현재 상용으로 나와 있는 96개의 스테이지로 구성된 TDI 카메라에 본 발명을 적용하여 구현했을 때, 하나의 카메라로 얻을 수 있는 촬영각도는 다음과 같다. 이 때, TDI48(x)는 스테이지1에서 스테이지48까지 누적된 노출신호를 의미하고, TDI96(x)은 스테이지49에서 스테이지 96까지 누적된 노출신호를 의미한다.
도 10은 96개의 스테이지를 갖는 TDI 카메라의 촬영각도를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 스캔대상물체로부터 카메라 센서까지의 거리를 R이라 하고, TDI 카메라가 스캔대상물체의 표면에 대해 기울어진 각도를 θ라 할 때, TDI 카메라의 일단부(즉, 스테이지1의 단부)와 렌즈의 중심을 잇는 선이 스캔대상물체의 표면과 이루는 각 θ1 및 TDI 카메라의 타단부(즉, 스테이지96의 단부)와 렌즈의 중심을 잇는 선이 스캔대상물체의 표면과 이루는 각 θ2은 다음 식에 의해 구해진다.
Figure 112006001027910-pat00004
Figure 112006001027910-pat00005
수학식 4 및 5에서 A, B, C, D, E 및 F는 다음과 같다.
A=R×COS(θ),
B=R×SIN(θ),
C=½×(TDI 카메라의 스테이지 수)×((단위센서의 스캔직각방향 촬영영역의 폭)/SIN(θ)),
D=½×(TDI 카메라의 스테이지 수)×(단위센서의 크기),
E=D×COS(θ),
F=D×SIN(θ).
따라서, 스캔대상물체로부터 TDI 카메라까지의 거리가 600㎜, TDI 스테이지의 수가 96개, 그리고, 스캔직각방향의 광학배율이 0.12이면, 수학식 2, 수학식 4 및 수학식 5에 의해 TDI 카메라의 일단부(즉, 스테이지1의 단부)와 렌즈의 중심을 잇는 선이 스캔대상물체의 표면과 이루는 각 θ1은 약 θ+0.28°이고, TDI 카메라의 타단부(즉, 스테이지96의 단부)와 렌즈의 중심을 잇는 선이 스캔대상물체의 표면과 이루는 각 θ2는 약 θ-0.28°이다. 결론적으로 TDI48(x)는 한쪽 0.28°의 범위의 영상을 대표하고, TDI96(x)는 다른 한쪽 0.28°의 범위의 영상을 대표하는 것으로 간주할 수 있다. 영상출력부(340)는 이와 같은 성격을 갖는 TDI48(x)와 TDI96(x)중에서 스캔대상물체의 특성을 더 잘 나타내는 값을 최종적인 출력영상으로 선택하는 방식을 취하여, 결함을 강조하는데 더 적절한 각도의 영상을 얻는 것이 가능해 진다.
이상에서는 TDI 카메라의 스테이지를 두개의 구간(즉, 스테이지1~스테이지48 및 스테이지49~스테이지96)으로 분할하여 각각의 구간에 속하는 라인카메라의 영상을 누적한 값 중에서 최종적인 출력영상을 선택하는 방법에 대해 설명하였다. 그러나 TDI 카메라의 스테이지는 필요에 따라 두개 이상의 구간으로 분할할 수 있으며, 이 경우 분할구간의 수만큼 서로 다른 각도에서 촬영한 영상을 획득할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 영상취득방법에 대한 일 실시예의 수행과정을 도시 한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 스캔대상물체(300)가 촬영시작위치로 이송되어 제어부(320)로부터 제1촬영지시신호가 입력되면, 센서부(310)의 제1라인센서는 스캔대상물체(300)를 촬영한다(S1100). 센서부(310)의 제1라인센서가 촬영한 영상은 스캔대상물체(300)의 제1촬영영역에 대한 제1영상으로 저장부(330)에 저장된다(S1110). 이어서 스캔대상물체(300)가 촬영영역의 단변길이에 대응하는 거리만큼 이송되어 제어부(320)로부터 제2촬영지시신호가 입력되면, 센서부(310)의 제1라인센서 및 제2라인센서는 스캔대상물체(300)를 촬영한다(S1120). 센서부(310)의 제1라인센서 및 제2라인센서가 촬영한 영상은 각각 스캔대상물체(300)의 제2촬영영역에 대한 제1영상 및 제1촬영영역에 대한 제2영상으로 저장부(330)에 저장된다(S1130). 이와 같은 동작은 스캔대상물체(300)가 촬영종료위치로 이송될 때까지 반복된다(S1140). 영상출력부(340)는 저장부(330)에 저장되어 있는 각각의 라인센서에 대응하는 영상신호 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 영상신호를 각각의 라인센서의 출력신호로 출력한다(S1150).
도 12는 본 발명에 따른 영상취득방법에 대한 다른 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 스캔대상물체(300)가 촬영시작위치로 이송되어 제어부(320)로부터 제1촬영지시신호가 입력되면, 센서부(310)의 제1라인센서는 스캔대상물체(300)를 촬영한다(S1200). 센서부(310)의 제1라인센서가 촬영한 영상은 스캔대상물체(300)의 제1촬영영역에 대한 제1영상으로 저장부(330)에 저장된다(S1210). 이어서 스캔대상물체(300)가 촬영영역의 단변길이에 대응하는 거리만큼 이송되어 제어부(320)로부터 제2촬영지시신호가 입력되면, 센서부(310)의 제1라인센서 및 제2라인센서는 스캔대상물체(300)를 촬영한다(S1220). 센서부(310)의 제1라인센서 및 제2라인센서가 촬영한 영상은 각각 스캔대상물체(300)의 제2촬영영역에 대한 제1영상 및 제1촬영영역에 대한 제2영상으로 저장부(330)에 저장된다(S1230). 한편, 센서부(310)의 제2라인센서가 촬영한 제1촬영영역에 대한 제2영상은 제1라인센서가 촬영한 제1촬영영역에 대한 제1영상과 누적되어 누적신호로서 저장부(330) 또는 별도의 지연버퍼에 저장된다(S1240). 이와 같은 동작은 스캔대상물체(300)가 센서부(310)를 구성하는 복수개의 라인센서를 분할하여 구성된 각각의 그룹에 대해 설정되는 촬영종료지점에 도달할 때까지 반복적으로 수행된다(S1250). 영상출력부(340)는 저장부(330)에 저장되어 있는 각각의 그룹에 대응하는 누적신호 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 누적신호를 영상취득장치의 출력신호로 출력한다(S1260).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 영상취득장치 및 방법에 의하면, 지정된 각도에 설치된 라인 카메라에 의해 스캔대상물체를 1회 스캔하는 것만으로도 카메라 설치 각도 근처에서 복수개의 미세 각도의 영상을 실시간으로 얻는 것이 가능하다. 또한, 각각의 촬영각도에 해당하는 영상신호 중에서 스캔대상물체의 특징을 가장 잘 나타내는 신호를 카메라의 최종 데이터 출력으로 선택적으로 취할 수 있게 되어 영상의 신뢰도를 높일 수 있으며, 비전 시스템의 복잡도를 줄임으로써 탁월한 비용절감효과를 가져 올 수 있다.

Claims (10)

  1. 대상물체로부터 소정거리 이격되고 촬영방향이 상기 대상물체의 표면과 소정각도를 이루도록 설치되며, 띠형상의 촬영영역을 갖는 복수개의 라인센서가 상기 촬영영역의 단변방향으로 평행하게 배치된 센서부;
    상기 대상물체가 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송될 때마다 상기 센서부로 상기 대상물체를 촬영하도록 제어하는 촬영지시신호를 출력하는 제어부;
    상기 대상물체의 촬영개시시점으로부터 촬영종료시점까지 상기 각각의 라인센서로부터 출력되는 영상신호를 저장하는 저장부; 및
    상기 저장부에 저장되어 있는 상기 대상물체 상의 동일한 촬영영역에 대해 상기 각각의 라인센서가 촬영한 영상신호들 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 영상신호를 상기 대상물체 상의 동일한 촬영영역에 대응하는 출력신호로 출력하는 영상출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상취득장치.
  2. 대상물체로부터 소정거리 이격되고 촬영방향이 상기 대상물체의 표면과 소정각도를 이루도록 설치되며, 띠형상의 촬영영역을 갖는 복수개의 라인센서가 상기 촬영영역의 단변방향으로 평행하게 배치된 센서부;
    상기 대상물체가 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송될 때마다 상기 센서부로 상기 대상물체를 촬영하도록 제어하는 촬영지시신호를 출력하는 제어부;
    상기 대상물체의 촬영개시시점으로부터 촬영종료시점까지 상기 각각의 라인센서로부터 출력되는 영상신호를 저장하는 저장부; 및
    상기 저장부에 저장되어 있는 각각의 라인센서에 대응하는 영상신호들을 복수개의 구간으로 분할하고, 각각의 분할된 그룹에 속하는 영상신호들을 누적하여 생성한 각각의 분할된 그룹에 해당하는 촬영각도를 갖는 누적신호들 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 누적신호를 상기 센서부의 출력신호로 출력하는 영상출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상취득장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 대상물체가 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송될 때마다 외부로부터 입력되는 펄스신호를 기초로 상기 촬영지시신호를 생성하는 프레임 그래버를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상취득장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 대상물체가 위치하는 스테이지를 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 연속적으로 이송하도록 제어하며, 상기 프레임 그래버로 상기 스테이지의 직선운동거리에 대응하여 생성된 상기 펄스신호를 제공하는 이송부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상취득장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 이송부는,
    사용자로부터 입력받은 상기 스테이지의 초기위치, 종료위치, 이동속도 및 토크 중 적어도 하나의 정보에 따른 제어신호를 출력하는 이송제어부; 및
    상기 이송제어부로부터 입력받은 제어신호에 대응하는 구동신호를 상기 스테이지를 구동하는 모터로 출력하는 이송구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상취득장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 대상물체가 위치하는 스테이지를 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 연속적으로 이송하도록 제어하며, 상기 제어부로 상기 스테이지의 직선운동거리에 대응하여 생성된 펄스신호를 제공하는 이송부;를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 이송부로부터 제공받은 상기 펄스신호를 기초로 상기 촬영지시신호를 생성하여 상기 센서부로 출력하는 것을 특징으로 하는 영상취득장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 각각의 라인센서는 인접하는 라인센서와 소정거리 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 영상취득장치.
  8. 대상물체로부터 소정거리 이격되고 촬영방향이 상기 대상물체의 표면과 소정각도를 이루도록 설치되며, 띠형상의 촬영영역을 갖는 복수개의 라인센서가 상기 촬영영역의 단변방향으로 평행하게 배치된 라인센서 카메라를 구성하는 상기 라인센서의 촬영영역의 단변길이에 대응하는 거리만큼 대상물체를 이송하는 단계;
    상기 대상물체가 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송될 때마다 상기 각각의 라인센서로 상기 대상물체를 촬영하도록 제어하는 촬영지시신호를 출력하는 단계;
    상기 대상물체의 촬영개시시점으로부터 촬영종료시점까지 상기 각각의 라인센서로부터 출력되는 영상신호를 저장하는 단계; 및
    상기 저장되어 있는 상기 대상물체 상의 동일한 촬영영역에 대해 상기 각각의 라인센서가 촬영한 영상신호들 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 영상신호를 상기 대상물체 상의 동일한 촬영영역에 대응하는 출력신호로 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상취득방법.
  9. 대상물체로부터 소정거리 이격되고 촬영방향이 상기 대상물체의 표면과 소정각도를 이루도록 설치되며, 띠형상의 촬영영역을 갖는 복수개의 라인센서가 상기 촬영영역의 단변방향으로 평행하게 배치된 라인센서 카메라를 구성하는 상기 라인센서의 촬영영역의 단변길이에 대응하는 거리만큼 대상물체를 이송하는 단계;
    상기 대상물체가 상기 라인센서의 촬영영역의 단변방향으로 상기 촬영영역의 단변의 길이에 대응하는 거리만큼 이송될 때마다 상기 각각의 라인센서로 상기 대상물체를 촬영하도록 제어하는 촬영지시신호를 출력하는 단계;
    상기 대상물체의 촬영개시시점으로부터 촬영종료시점까지 상기 각각의 라인센서로부터 출력되는 영상신호를 저장하는 단계; 및
    상기 저장되어 있는 각각의 라인센서에 대응하는 영상신호들을 복수개의 구간으로 분할하고, 각각의 분할된 그룹에 속하는 영상신호들을 누적하여 생성한 각각의 분할된 그룹에 해당하는 촬영각도를 갖는 누적신호들 중에서 소정의 영상신호 선택기준에 의해 결정된 누적신호를 상기 대상물체에 대한 출력신호로 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상취득방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 각각의 라인센서는 인접하는 라인센서와 소정거리 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 영상취득방법.
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