KR101088777B1 - 입체형상측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라와 렌즈 사이에 초점흐림수단을 설치하여 초점이 흐려진 영상을 카메라에서 인식하고 이를 분석하여 피사체의 형상을 측정할 수 있게 한 입체형상측정장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 입체형상측정장치는 반도체 모듈 등의 피사체를 촬영하는 카메라를 포함하여 구성되는 입체형상측정장치에 있어서, 상기 카메라의 전면에 카메라로 입사된 피사체 영상의 초점을 흐리기 위한 초점흐림수단을 설치하여 구성됨을 특징으로 한다.

입체형상, 초점흐림수단, 굴절률, 초점거리

Description

입체형상측정장치{apparatus for measuring the three dimensional shape}

본 발명은 입체형상측정장치에 관한 것으로써, 상세하게는 카메라와 렌즈 사이에 초점흐림수단을 설치하여 초점이 흐려진 영상을 카메라에서 인식하고 이를 분석하여 피사체의 형상을 측정할 수 있게 한 입체형상측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 메모리 모듈과 같이 임의의 형상을 갖는 각종 부품은 제조 상태를 확인하기 위하여 치수, 형상, 표면 조도 등의 정밀한 측정이 이루어져야한다.

이러한 측정수단으로 입체형상측정장치(일명, 3D형상측정장치)가 많이 사용되고 있으며, 그 일예를 도 7에 도시하였다.

도시한 바와 같이, 입체형상측정장치는 피사체(100)를 카메라(300)로 촬영하여 피사체의 입체형상을 측정하는 것으로 피사체와 카메라 사이에는 렌즈(200)를 설치하여 피사체의 영상이 카메라의 초점에 맞추어지게 구성되어 있다.

이렇게 구성된 입체형상측정장치는 피사체의 입체적인 형상을 보다 뚜렷하게 촬영할 수 있게 하기 위하여 도 8에 도시한 바와 같이, 조명수단(400)을 더 설치할 수 있으며, 이렇게 구성된 종래의 입체형상측정장치는 상기한 바와 같이 카메라의 초점이 피사체에 맞추어지는 높이로부터 피사체의 입체 형상을 측정하게 된다.

이러한 입체형상측정장치는 상기한 바와 같이 피사체의 초점이 카메라에 맞는 위치를 찾기 위해서는 피사체 또는 카메라를 이동시켜야 하며, 이렇게 피사체나 카메라를 이동시킬 수 있게 입체형상측정장치를 구성하기 위해서는 많은 구조물 및 장치를 구비하여야 하므로 구성이 복잡하고, 구성이 복잡해짐에 따라 취급이 어려움은 물론 고장이 쉽게 발생하는 문제가 있다.

미설명부호 410은 광원, 420은 빔분할기, 430은 측정면에 높은 공간 주파수를 갖는 무늬를 투영하기 위한 투영판이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로써, 카메라나 피사체를 이동시키지 않고도 피사체의 입체적인 형상을 측정하여 피사체인 반도체 모듈 등의 이상 유무를 감지할 수 있게 한 입체형상측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 카메라와 렌즈 사이에 굴절률이나 두께 또는 초점거리가 다른 다수의 픽셀로 구성되어 피사체의 초점이 흐려지게 하는 초점흐림수단을 설치하여 초점이 흐려진 피사체의 영상을 획득하고 이 영상을 이용하여 계산된 흐림 정도에 따라 피사체의 높이를 산출할 수 있게 한 입체형상측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명의 입체형상측정장치는 반도체 모듈 등의 피사체를 촬영하는 카메라와, 상기 카메라와 피사체 사이에 설치되어 피사체의 영상을 카메라의 초점에 맞추는 렌즈를 포함하여 구성되는 입체형상측정장치에 있어서, 상기 카메라의 전면에는 렌즈를 통과하여 카메라로 입사된 피사체 영상의 초점을 흐리기 위한 초점흐림수단을 설치하되,상기 카메라의 전면에 카메라로 입사된 피사체 영상의 초점을 흐리기 위한 초점흐림수단을 설치하되, 상기 초점흐림수단은 피사체로부터 결상되는 빛의 굴절률이나, 초점거리를 변화시키도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 초점흐림수단을 설치하여 초점이 흐려진 피사체의 영상을 감지하고 감지된 영상의 흐림 정도를 기 설정된 흐림 정도에 따른 피사체의 높이와 대비하여 피사체의 입체적인 형상을 측정할 수 있게 함으로써, 카메라나 피사체를 이동시키지 않고도 피사체의 입체 형상을 측정할 수 있으며, 이에 따라 카메라나 피사체를 이동시키기 위한 장치들이 필요없음으로 입체형상측정장치의 구성을 단순화시켜 고장을 줄임은 물론, 저가로 제공될 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 입체형상측정장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 입체형상측정장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 입체형상측정장치를 구성하는 굴절률이 다른 픽셀로 구성된 영상흐림수단의 일예의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 입체형상측정장치를 구성하는 두께가 다른 픽셀들로 구성된 영상흐림수단의 일예의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 입체형상측정장치를 구성하는 초점거리가 다른 마이크로 렌즈 픽셀로 구성된 영상흐림수단의 일예의 구성도이고, 도 5는 도 3과 같은 영상흐림수단의 일예의 사시도이고, 도 6은 위와 같은 영상흐림수단으로 인한 초점 위치 변화(Δd)에 따른 흐림 정도 변화(ΔF)를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 입체형상측정장치는 카메라(300)나 피사체(100)를 이동시키지 않고 피사체의 입체적인 형상을 측정할 수 있게 하여 카메라나 피사체를 이동시키기 위한 구성요소를 제거함으로써 전체적인 구성을 단순화시킨 것에 특징이 있다.

즉, 본 발명에 따른 입체형상측정장치는 도시한 바와 같이, 반도체 모듈 등의 피사체(100)를 촬영하는 카메라(300)와, 상기 카메라와 피사체 사이에 서치되어 피사체의 영상을 카메라의 초점에 맞추는 렌즈(200)를 포함하여 구성되는 입체형상측정장치에 있어서, 상기 카메라(300)의 전면는 렌즈(200)를 통과하여 카메라로 입사되는 피사체(10) 영상의 초점을 흐리기 위한 초점흐림수단(1)을 설치하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 입체형상측정장치를 구성하는 구성요소들은 종래의 입체형상측정장치를 구성하는 구성요소들과 동일한 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

다만 본원 발명의 주요구성요소인 초점흐림수단(1)과 직접적으로 관련된 구성에 대하여는 초점흐림수단을 설명하며 부연설명될 것이다.

상기 초점흐림수단(1)은 상기한 바와 같이, 카메라(300)에 의해 촬영되는 피사체(100)의 영상의 초점을 흐리게 하기 위한 수단으로 피사체(100)의 일정한 점은 초점이 맞고 다른 부분은 초점이 흐려진 상태가 되게 한다.

즉, 상기 초점흐림수단(1)은 굴절률, 두께, 초점거리 등의 변화를 이용하여 피사체(100)의 결상 위치를 이동시켜 카메라(300)에서 감지되는 영상의 초점이 흐려진 상태가 되게 하는 것으로 도 2내지 도 4에 도시한 바와 같이 서로 다른 초점거리 또는 굴절률을 갖는 다수의 픽셀(11a~11d)이 하나의 픽셀군(11)을 이루고, 다 수의 픽셀군(11)이 종횡으로 배열되어 있다.

이러한 본 발명의 입체형상측정장치는 위에서 설명한 바와 같이 반도체 모듈 등과 같이 아주 미세한 부품의 입체형상을 측정하기 위한 것으로 피사체(100)의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이의 차이 즉, 카메라(300)와 피사체(100) 표면 사이의 거리가 가장 먼 부분과 가장 가까운 부분 사이의 차이가 크지 않으며, 상기 초점흐림수단(1)은 이러한 피사체(100) 표면의 가장 높은 부분 또는 중간 부분이나 낮은 부분이 카메라(300)에 초점이 맞는 상태로 제작되며, 각 픽셀의 흐림 정도로부터 피사체(100)의 입체적인 형상을 측정하게 된다.

즉, 상기 초점흐림수단(1)은 다수의 픽셀군(11)으로 구성되고 각 픽셀군(11)에는 서로 다른 굴절률 또는 초점거리를 갖는 다수의 픽셀로 구성되어 각 픽셀은 서로 다른 광경로 변화를 발생시켜 초점 위치를 변화시키는 효과를 나타낸다. 이러한 서로 다른 광경로 변화는 종래의 방법에서 피사체(100) 또는 카메라(300)를 단계적으로 이동시키는 것과 유사한 효과를 나타내고, 하나의 픽셀군을 구성하는 픽셀의 수는 기존 방법에서의 이동 단계 수에 대응된다.

픽셀들을 최소화하고 하나의 픽셀군을 이루는 픽셀의 수를 많이 할 경우(도면상에서는 4개의 픽셀을 하나의 픽셀군으로 도시함) 하나의 픽셀군에는 서로 다른 굴절률이나 초점거리를 갖는 픽셀들이 존재하고, 카메라(300)가 이러한 초점흐림수단(1)을 통하여 피사체(100)를 촬영하였을 때 픽셀군을 이루는 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀은 초점이 맞는 상태가 될 수 있을 것이며, 이 픽셀의 굴절률이나 초점거리 등으로부터 카메라와 피사체 사이의 거리를 산출할 수 있으며, 이 산출된 거리 로부터 피사체의 높이를 계산해 낼 수 있을 것이다.

이렇게 다수의 픽셀군으로부터 계산된 피사체의 높이에 따라 점을 이어가면 피사체의 입체적이 형상이 구현되는 것이다.

만약, 픽셀군을 이루는 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀도 초점이 맞지 않은 상태가 될 경우에는 이웃픽셀들 사이의 흐림 정도를 보간하여 해당 픽셀군에 대응되는 피사체의 높이를 계산할 수 있으며, 이러한 계산은 컴퓨터 등의 전산 장비를 통해 이루어질 수 있고, 이러한 계산 방법 등은 실험을 통해 얻어진 수식이나 규칙 등을 통해 이루어질 수 있다.

하나의 픽셀군을 이루는 픽셀의 수를 많이 할 경우 측정 범위와 수직 방향 측정 정확도를 향상시킬 수 있지만 수평 방향 공간 분해능이 희생된다. 따라서 요구되는 사양을 고려하여 초점흐림수단(1)으로 인한 초점 변화 범위와 하나의 픽셀군을 이루는 픽셀의 수를 결정하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 입체형상측정장치의 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 입체형상측정장치를 구성하는 굴절률이 다른 픽셀로 구성된 영상흐림수단의 일예의 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 입체형상측정장치를 구성하는 두께가 다른 픽셀들로 구성된 영상흐림수단의 일예의 구성도이고,

도 4는 본 발명에 따른 입체형상측정장치를 구성하는 초점거리가 다른 마이크로 렌즈 픽셀로 구성된 영상흐림수단의 일예의 구성도이고,

도 5는 영상흐림수단의 일예의 사시도이고,

도 6은 초점 위치 변화(Δd)에 따른 흐림 정도 변화(ΔF)를 나타낸 그래프이고,

도 7 및 도 8은 종래의 입체형상측정장치의 서로 다른 예의 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

1 : 영상흐림수단

11 : 픽셀군

11a : 제1픽셀 11b : 제2픽셀 11c :제3픽셀 11d : 제4픽셀

Claims (3)

1. 반도체 모듈 등의 피사체(100)를 촬영하는 카메라(300)와, 상기 카메라와 피사체 사이에 설치되어 피사체의 영상을 카메라의 초점에 맞추는 렌즈(200)를 포함하여 구성되는 입체형상측정장치에 있어서,

   상기 카메라(300)의 전면에는 렌즈(200)를 통과하여 카메라로 입사된 피사체(100) 영상의 초점을 흐리기 위한 초점흐림수단(1)을 설치하되,

   상기 초점흐림수단(1)은 피사체(100)로부터 결상되는 빛의 굴절률이나, 초점거리를 변화시킴을 특징으로 하는 입체형상측정장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 초점흐림수단(1)은 서로 다른 초점거리 또는 굴절률을 갖는 다수의 픽셀(11a~11d)이 하나의 픽셀군(11)을 이루고, 다수의 픽셀군(11)이 종횡으로 배열됨을 특징으로 하는 입체형상측정장치.

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