KR101108436B1 - 음영판독식 스캐닝방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스캐닝 속도를 보다 빨리 할 수 있으며 대상물의 구조상의 이상여부를 쉽게 파악 가능하게 하는 3차원 스캐닝 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 원통형으로 이루어지며 그 길이방향이 Y축방향과 평행하며 빛이 조사되는 방향이 Z축방향을 이루는 대물렌즈와, 대상물이 스캐닝 시 확보된 영상데이터에 있어서 음영을 판독하는 음영테이터판독유닛과 광로길이보정을 위하여 X축방향으로 선형으로 움직이는 제3스캐닝 스테이지 및 역반사기를 포함하여 이루어진 스캐닝 유닛을 이용 스캐닝하는 방법에 있어서, Z축에 있어서 상기 대상물의 최저 위치를 파악하는 단계와, Z축에 있어서 상기 대상물의 최고 위치를 파악하는 단계와, Z축에 있어서 상기 파악된 최저위치와 최고위치 사이의 거리를 파악하는 단계와, Z축상 임의의 지점에 상기 대물렌즈를 고정하고, Y축 및 Z축에 모두 수직한 방향(X축방향)을 따라 상기 대물렌즈를 이동시키면서 스캐닝하는 단계 및 상기 제3스캐닝 스테이지 및 역반사기를 이용 광로 길이 보정을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음영 판독식 스캐닝 방법을 제공한다.

Description

음영판독식 스캐닝방법{shadow Reading Scanning Method}

본 발명은 스캐닝에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공초점을 이용한 스캐닝 방법에 관한 것이다.

종래, 음영판독식 스캐닝장치 및 스캐닝방법으로서 세포 생물학 분야 등에서 널리 사용되고 있는 공초점 스캐닝 마이크로스코프(microscope)가 알려져 있다.

상기와 같은 공초점 스캐닝 마이크로스코프는 관찰하고자 하는 대상물(대상물)의 영역에 집속된 빛을 스캐닝하면서 대상물로부터 발산되는 광을 검출하여 대상물의 영상을 형성한다.

구체적으로, 종래에 이러한 3차원 스캐닝 유닛으로서는 공초점 레이저 주사 현미경(confocal Laser Scanning Microscope)이 있다. 상기 공초점 레이저 주사 현미경은 레이저를 광원유닛으로 하여 포인트 소스(point source)에서 나오는 광을 사용해서 시료의 초점과 검출기 핀홀(detector pinhole)의 상의 초점을 일치시켜(confocal), 초점면 이외의 부분은 현미경 상에 나타나지 않게 함으로써 기존의 형광현미경보다 초점면에 대한 해상도가 1.4배 정도 높고, 광축(optical axis)에 핀홀을 설치하여 표본(specimen)을 통과 또는 표본에서 반사되는 광선 중 초점이 정확하게 맞는 광선만을 선택할 수 있도록 함으로써 해상력을 높이고 내부까지 단층으로 스캐닝하여 세포의 내부구조를 시각화할 수 있다.

또한, 공초점 레이저 주사 현미경에 있어서, 이차원영상은 컴퓨터소프트웨어를 사용하여 다시 삼차원 또는 입체영상으로 재구축할 수 있기 때문에 종래에 관찰할 수 없었던 XZ 섹션(section)의 이미지도 관찰할 수 있으며 부피가 있는 구조물의 형태를 공초점 주사 현미경을 통해 재구축하여 원하는 방향의 영상을 쉽게 얻을 수 있다.

이러한, 종래의 공초점 주사 현미경은 광원유닛으로부터 조사된 빛은 빔 공간필터 / 빔 확장기를 통과하면서 확장되어 평행 빔으로 만들어진 후 빔 스플리터에 의해 주사(scanning) 장치로 유도된다. 이어서, 빛은 주사 장치 및 원형 대물렌즈에 의해 한 번에 하나의 초점씩 대상물 상에 집속된다. 대상물로부터 산란되는 빛(빔)은 빔 스플리터를 통과하여 원형 수광렌즈에 의해 수집되어서 바늘구멍 마스크로 수렴된다.

이 때, 대상물 상의 초점에서 산란한 빛은 마스크에 형성되어 있는 바늘구멍을 통과하여 영상 처리계에 제공되지만, 초점에서 벗어난 위치로부터 발산된 빛은 바늘구멍을 통과하지 못한다. 따라서, 대상물상의 의도된 점들에 집속된 빛으로부터의 정보만이 최종 영상 형성에 반영되므로 뛰어난 3차원적 공간 분해능을 갖는다. 특히, 생체와 같이 빛에 대한 산란이 심한 물질로 이루어진 대상물의 내부를 영상화하는 데에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

그러나, 점주사 방식은 TV 주사선 방식이므로 프레임 영상 획득 속도가 상당히 느린 단점이 있다.

다른 종래 기술로서, 공개특허 특2002-0084786과 같은 스캐닝 장치가 나와있다.

상기 종래기술의 경우에는 점주사 방식의 스캐닝 작업이 아닌 선주사 방식의 스캐닝으로서 보다 빠른 시간 내에 스캐닝 작업이 이루어질 수 있으나, 스캐닝 방법에 있어서 광축방향의 전체에 걸쳐 스캐닝 작업이 이루어짐과 동시에 X축과 Z축 방향 각각이 독립적으로 스캐닝 작업이 이루어져 이와 같은 부분을 개선하여 보다 더 빠른 스캐닝 작업이 가능한 장치 및 방법의 개발이 필요하였다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점 및 제결점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 스캐닝하는데 걸리는 전체 소요시간을 줄일 수 있는 공초점을 이용한 스캐닝 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

둘째, 스캐닝 하고자 하는 대상물의 높이 부분의 영상 확보를 보다 빠른 방법으로 할 수 있는 스캐닝 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원통형으로 이루어지며 그 길이방향이 Y축방향과 평행하며 빛이 조사되는 방향이 Z축방향을 이루는 대물렌즈와, 대상물이 스캐닝 시 확보된 영상데이터에 있어서 음영을 판독하는 음영테이터판독유닛과 광로길이보정을 위하여 X축방향으로 선형으로 움직이는 제3스캐닝 스테이지 및 역반사기를 포함하여 이루어진 스캐닝 유닛을 이용 스캐닝하는 방법에 있어서, Z축에 있어서 상기 대상물의 최저 위치를 파악하는 단계와, Z축에 있어서 상기 대상물의 최고 위치를 파악하는 단계와, Z축에 있어서 상기 파악된 최저위치와 최고위치 사이의 거리를 파악하는 단계와, Z축상 임의의 지점에 상기 대물렌즈를 고정하고, Y축 및 Z축에 모두 수직한 방향(X축방향)을 따라 상기 대물렌즈를 이동시키면서 스캐닝하는 단계 및 상기 제3스캐닝 스테이지 및 역반사기를 이용 광로 길이 보정을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음영 판독식 스캐닝 방법을 제공한다.

여기서, Z축의 음영 값을 통하여 대상물의 형상을 파악하는 단계와, 상기 대물렌즈의 최저위치 및 최고위치간의 거리와 상기 파악된 음영 값을 비교,검토하는 단계 및 Z축에 따른 음영 값의 변화를 교정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

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상기와 같이 구성된 본 발명 음영 판독식 스캐닝 방법의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명에 의하면, 대상물의 광축방향의 스캐닝 작업에 있어서는 대물렌즈를 고정시킨 상태로 스캐닝 작업이 이루어지도록 하고, 음영 판독에 의하여 광축방향의 대상물의 영상을 판독함으로써 스캐닝 작업 시간이 단축되는 이점이 있다.

둘째, 본 발명에 의하면, 상기와 같은 방법으로 스캐닝 작업이 이루어지므로, 스캐닝하는 대상물의 불량여부 감지도 빠른 시간 내에 파악할 수 있는 이점이 있다.

셋째, 스캐닝하여 얻은 데이터만의 가공을 통하여 수표 등의 위변조 등에 활용할 수 있게 되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점을 이용한 3차원 스캐닝 장치의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 2는 도 1에 도시한 슬릿형 마스크의 일예를 나타낸 도면;
도 3은 광학 영상 형성 처리계의 일예를 나타낸 도면;
도 4는 스캐닝 유닛을 구성하는 주요 구성요소간의 관계를 나타낸 블록도;
도 5는 스캐닝 유닛을 이루는 주요 구성들간의 연결관계를 나타낸 개략도;
도 6은 본 발명 스캐닝 장치를 이용 스캐닝작업이 행하여지는 과정을 설명하기 위한 도면;
도 7은 본 발명 스캐닝 장치를 이용 스캐닝하는 방법의 일실시예를 나타낸 도면;
도 8은 본 발명 스캐닝 장치를 이용 스캐닝하는 방법의 다른 실시일예를 나타낸 도면;
도 9는 본 발명 스캐닝 장치를 이용 스캐닝하는 방법의 일실시예를 나타낸 순서도;
도 10은 본 발명 스캐닝 장치를 이용 스캐닝하는 방법의 일실시예를 나타낸 순서도;
도 11은 본 발명 스캐닝 장치를 이용 평판형상의 대상물에 형상의이상 여부를 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면; 및
도 12는 본 발명 스캐닝 장치를 이용 스캐닝 시 대상물의 이상여부를 알려주는 주요 구성간의 관계를 나타낸 블록도;
도 13은 데이터 입력부 및 데이터 저장부가 구비된 스캐닝 장치를 나타낸 블록도이다.

이하, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음영 판독식 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법의 주요 구성요소간의 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 음영 판독식 스캐닝 장치(1) 및 스캐닝 방법은 광원유닛(100), 빔 스플리터(104), 스캐닝 유닛(200), 대물렌즈(206), 수광렌즈(300), 슬릿형 마스크(310), 광학 영상 처리계(320) 및 음영데이터판독유닛(380)을 포함하여 구성된다.

상기 광원유닛(100)은 레이저 빛과 같은 빛을 조사하며, 상기 광원유닛(100)으로부터 조사된 빛(이하, "제1조사빛" 이라고도 함)의 세기를 조절하고 공간필터링(spatial filtering)을 하는 빔 공간필터/확장기(101)가 구비된다.

그리고, 상기 대물렌즈(206)의 개구(aperture)와 교차하는 빛의 단면적은 사각 형태(rectangular)이며, 이 단면적 내에서 빛의 세기 분포가 균일하게 될 수 있도록 한다.

즉, 빛이 대물렌즈(206)에 의하여 대상물 영역에서 선 모양으로 집속될 때 선의 길이 방향으로 빛의 세기가 균일한 분포를 가질 수 있도록 하는 것이다.

그리고, 상기 빔 스플리터(104)는 상기 빔 공간필터/확장기(101)로부터의 빛을 상기 스캐닝 유닛(200)으로 유도하는 한편, 상기 스캐닝 유닛(200)으로부터의 빛을 상기 수광렌즈(300)로 유도하는 역할을 한다.

상기 대물렌즈(206)와 상기 수광렌즈(300)는 원통형으로 이루어진다.

상기 원통형으로 이루어진 대물렌즈(206)는 그 축의 길이방향이 Y축방향과 평행하게 되며, 광축 방향이 Z축 방향과 평행하게 배치된다.

그리고, 상기 대물렌즈(206)는 상기 스캐닝 유닛(200)으로부터의 빛을 대상물(207)로 진행시켜, 대물렌즈(206)의 초점면(210)에서 집속한다.

여기서, 상기 대상물에 집속되는 빛은 Y축 방향을 따라 평행한 선 모양으로 집속된다.

그리고, 상기 대물렌즈(206)를 통과하여 대상물(207)에 집속되는 빛은 대상물(207)에 의하여 산란되어 일부분이 상기 대물렌즈(206)의 개구(aperture) 안으로 다시 입사된다.

이들 빛 중에서 대물렌즈(206)의 초점면(210)에 집속된 빛으로부터 산란되어 온 빛만이 대물렌즈(206)를 통과한 후에 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행한다.

한편, 상기 대물렌즈(206)에는 제2이송유닛(422)이 연결되어 Z축 방향을 따라 상기 대물렌즈(206)가 상하로 이동하게 된다.

즉, 상기 제2이송유닛(422)에 의하여 광축방향을 따라서 대상물이 놓여진 위치를 기준으로 상기 대물렌즈(206)가 이송 가능하게 설치된다.

그리고, 상기 대물렌즈(206)는 Y축 방향으로는 렌즈 작용을 하지 않으므로, XZ평면과 수직인 면에서는 빛의 진행 방향이 대상물에서 산란된 방향을 그대로 유지한다(이하, 이러한 빛을 " XZ 평면 평행빔"이라고 함).

이러한 XZ 평면 평행빔은 스캐닝 유닛(200) 및 빔 스플리터(104)를 거쳐 수광렌즈(300)에 입사된다.

상기 수광렌즈(300)는, 원통축 방향이 Y축 방향과 평행하고 광축 방향이 X축 방향과 평행하게 배치된다.

그리고, 상기 수광렌즈(300)는 XZ 평면 평행빔을 수광렌즈(300)의 초점면에 선 모양으로 집속한다.

한편, 상기 슬릿형 마스크(310)는 폭이 매우 좁은 슬릿(311)을 구비하여, 상기 수광렌즈(300)의 초점면에 선 모양으로 집속된 빛만이 상기 슬릿(311)을 통과하여 추출되도록 배치된다.

도 2는 본 발명에 따른 슬릿형 마스크(310)의 일 예를 도시한 것이다.

첨부된 도 2에서, 상기 슬릿(311)의 중심은 수광렌즈(300)의 광축에 위치하고, 슬릿(311)의 길이 방향은 Y축 방향과 평행하게 구성된다.

이로써, 상기 슬릿형 마스크(310)의 슬릿(311)을 통해서 상기 광학 영상 처리계(320)로 진행할 수 있는 빛은 수광렌즈(300)에 XZ 평면 평행빔으로서 입사한 빛으로 한정된다.

즉, 대상물(207)의 여러 부분에서 산란된 빛들 중에서 대물렌즈(206)의 초점면(210)에 집속된 빛 선의 위치로부터 산란되어 온 빛만이 선 모양으로 상기 슬릿형 마스크(310)를 지나 음영데이터판독유닛(380) 및 광학 영상 처리계(320)로 진행할 수 있다.

상기 음영데이터판독유닛(380)은 Z축상 임의의 위치로 고정시키고 X축을 따라 대물렌즈(206)를 이동하면서, 대상물(207)의 스캐닝 작업 시 나타나는 대물렌즈의 초점과 대상물의 형상표면과의 불일치에 따라 나타나는 음영 정도를 판독하여 Z축 상의 대상물의 형상을 파악하는 역할을 한다.

이 경우, 미리 구비된 제어부에 음영에 따른 Z축 상의 위치가 설정되도록 한 후, 상기 설정된 음영과 비교하여 대상물의 Z축 상 형상을 파악하는 방식에 따라 진행될 것이다.

그리고, 상기 광학 영상 처리계(320)는 슬릿형 마스크(310)를 통과한 선 모양의 빛으로부터 대상물에 대한 정보를 검출하여 대상물(207)에 대한 영상을 형성하는 역할을 한다.

도 3은 광학 영상 형성 처리계의 일예를 나타낸 도면이다.

첨부된 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광학 영상 처리계(320)는 광학 영상 데이터 획득부(323) 및 영상 구성 분석부(400)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 광학 영상 처리계(320)는 영상 형성 광학계(321), 선 검광 소자(322), 데이터 획득부(323), 제어부(324), 스캐닝 및 위치결정 드라이버(325)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 슬릿형 마스크(310)를 통과한 선 모양으로 집속되는 빛으로부터 대상물(207)의 Y축 방향 정보를 얻는 과정을 반복하면서 얻은 영상 데이터를 취합함으로써 대상물(207)에 대한 전체 형상 데이터(data)를 얻는 기능을 한다.

여기서, 상기 영상 형성 광학계(321)는 슬릿형 마스크(310)를 통과하여 나온 선 모양으로 집속되는 빛이 선 검광 소자(322)의 검광면에 최적의 크기로 선명하게 영상이 맺히도록 한다.

그리고, 상기 선 검광 소자(322)는 검광면에 맺힌 1차원 선 모양으로 집속되는 빛의 세기 분포를 그에 비례하는 전기 신호로 바꾼다.

다음으로, 상기 데이터 획득부(323)는 제어부(324)의 제어 신호에 따라서 선 검광 소자(322)로부터 나오는 전기 신호를 받아들이고 디지털화하여 선 화소(line pixel) 정보로서 임시로 저장하거나, 또는 저장된 정보를 영상 구성 및 분석부(400)에 제공한다.

상기 스캐닝 및 위치결정 드라이버(325)는 제어부(324)의 제어 신호에 따라서 후술할 이송유닛들(411,422,433: 도 4 참조)을 구동시키는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 제어부(324)는 상기 영상 구성 및 분석부(400)를 통하여 전달되는 외부로부터의 명령 신호에 따라서, 대상물의 여러 위치로부터 정보를 얻기 위하여, 데이터 획득부(323)와 스캐닝 및 위치결정 드라이버의 작동을 제어하는 기능을 갖는다.

나아가, 상기 영상 구성 분석부(400)는 상기 광학 영상 데이터 획득부(323) 내의 데이터 획득부(323)로부터 입력되는 대상물에 대한 원시 데이터(raw data)를 조합하여 대상물(207)의 2차원적 또는 3차원적 구조를 합성하거나 필요한 물리량을 분석하여 다른 장치로 보내주는 역할을 하게 된다.

다음으로는, 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명 스캐닝 장치를 구성하는 스캐닝 유닛(200)에 대해 설명한다.

*도 4는 스캐닝 유닛(200)을 이루는 주요 구성요소간의 관계를 나타낸 블록도로서, 본 발명 스캐닝 장치를 구성하는 스캐닝 유닛(200)은 제어부(324)를 구비하고, 상기 제어부(324)에 유무선적으로 연결되어 상기 제어부(324)에 의하여 작동되는 제1이송유닛(411)과 제2이송유닛(422), 그리고 제3이송유닛(433), 그리고 광로 보정유닛(204)을 구비한다.

도 5는 스캐닝 유닛을 이루는 구성요소들의 연결관계를 나타낸 개략도이다.

첨부된 도 5를 참조하면, 상기 제2이송유닛(422)에는 대물렌즈(206)가 연결되며, 상기 제1이송유닛(411)은 상기 제1 스캐닝 스테이지(201)를, 상기 제3이송유닛(433)은 제3 스캐닝 스테이지(203)가 각각 연결된다.

자세히 도시되어 있지는 않으나, 상기 각각의 이송유닛은 모터장치로 구성될 것이다.

그리고, 스캐닝 유닛(200)은 광로 보정을 위한 역반사기(204)와 선형 선 스캐닝 기능을 하는 평면거울(205)이 구비된다.

이와 같이 구성된 스캐닝 유닛(200)을 이용하여 스캐닝하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

대상물(207)의 영상 정보를 획득하기 위해서, 상기 대물렌즈(206)에 의하여 대상물(207)에 선 집속된 빛선을 스캐닝하면서 정보를 획득하여야 한다.

이를 위하여, 본 실시예에서는, 첨부된 도 6에 도시된 바와 같이, 빛선을 X축 방향을 따라 이동함과 동시에 Z축 방향으로는 상기 대물렌즈(206)를 일정 위치(Zmid)에 고정시킨 상태로 선형 스캐닝 작업을 수행한다.

즉, X축을 따라 제1 스캐닝 스테이지(201)를 이동시키면서 동시에 상기 대물렌즈(206)가 X축을 따라 이송된다.

한편, 이와 같은 스캐닝 작업 중에 얻는 면상의 영상 정보는 상기 대물렌즈(206)가 X축을 따라 이동하면서 얻은 정보이므로, 광로 길이의 변화를 가져오게 된다.

이러한 빛선의 스캐닝 작업 시 동반되는 광로 길이의 변화는 슬릿형 마스크(310)를 통과하는 빛의 밝기를 전체적으로 변화시킬 뿐 아니라, 상기 영상 형성 광학계(321)에 의하여 선 검광 소자(330)에 맺히는 Y 방향 영상에 영향을 미친다.

이를 위해, 따로 별개의 제어부를 두어 상기 광로 길이의 변화가 자동적으로 보정되도록 할 수도 있는데, 첨부된 도 5에서는 그 일예로, 제3 스캐닝 스테이지(203)와 역반사기(retroreflector: 204)를 구비하여 상기 제3스캐닝 스테이지(203)와 역반사기(204)를 이용 상기와 같은 광로 길이 변화의 영향을 제거하기 위한 실시간 자동 광로 길이 보정이 이루어지도록 한 것이다.

즉, 상기 제3 스캐닝 스테이지(203)는 상기 제3이송유닛(433)에 의해 X축 방향으로 선형으로 움직이도록 설치된다. 그리고, 상기 역반사기(204)는 제3 스캐닝 스테이지(203) 위에 고정되어 있으며, 빔 스플리터(104)와의 사이에 광로가 연결되도록 배치된다.

여기서, 상기 빔 스플리터(104)로부터의 빛이 역반사기(204) 및 상기 평면 거울(205)을 거쳐서 원통형 대물 렌즈(206)에 입사되고, 스캐닝 되는 대상물(207)로부터 되돌아 오는 빛의 일부가 평면 거울(205), 역반사기(204)를 거쳐서 빔 스플리터(104)에 입사되도록 상기 각각의 구성요소들이 배치된다.

그리고, 선 모양의 빛의 스캐닝에 따라서 동시에 상기 역반사기(204)의 위치를 광로 길이 변화를 상쇄시키는 방향으로 움직임으로써 실시간 자동 광로 길이 보정 기능을 가져오도록 한다.

한편, 본 발명은 Z축 상 일정 위치에 대물렌즈의 초점을 고정시킨 상태로 X축을 따라 스캐닝 작업이 이루어지므로, 대상물의 표면에 초점이 일치하는 경우와 그렇지 않은 경우 초점 차로 인한 음영이 발생하게 된다.

그런데, 첨부된 도 7에 도시된 바와 같이, 대물렌즈의 초점이 고정된 Z축 상의 위치(Zmid)를 기준으로, 대상물의 형상이 대물렌즈의 초점을 기준으로 상측 및 하측에 모두 존재하는 부분(a,b)이 있는 경우, 음영차만으로는 어느 부분이 대물렌즈의 초점보다 상부에 위치된 것인지 또는 하부에 위치된 것인지를 명확하게 확인할 수 없는 경우가 발생한다.

이를 위해, 첨부된 도 8 및 도 9에서와 같이, 대상물(207)의 위치보다 하부에 위치된 Z1부분으로부터 상측으로 대물렌즈의 초점을 이동시키면서, 상기 대상물의 Z축상 최저위치(Zmin)를 파악 후(S11), Zmin에 대물렌즈(206)의 초점이 오도록 고정한 채로 X축을 따라 스캐닝 작업이 진행되도록 한다(S12).

상기와 같이 X축을 따라 스캐닝 작업이 완료된 후에는 Z축을 따라서는 대상물의 표면형상과 대물렌즈의 초점차이로 인한 음영차가 발생하게 된다.

이와 같은 음영차를 미리 설정하여 놓은 음영 값과 비교하여 물체의 형상을 판독하는 단계를 거치게 된다(S13).

이 경우, 첨부된 도 8에서와 같이 대상물의 Z축상 최고 위치보다 더 높은 위치인 Z3로부터 아래쪽으로 대물렌즈의 초점위치를 하강시키면서 대상물의 최고위치(Zmax)를 파악하도록 할 수도 있다.

그리고, 상기 파악된 대상물의 최고 위치에 대물렌즈의 초점을 고정시킨 후, X축을 따라 대물렌즈를 이송시키면서 대상물이 형상을 파악되도록 할 수도 있을 것이다.

한편, 보다 더 정밀한 스캐닝 작업을 위하여, 첨부된 도 10에 도시된 것과 같은 스캐닝 작업이 이루어지도록 할 수 있다.

먼저, 대상물이 최저 위치 및 대상물의 최고 위치를 파악하는 단계를 거치도록 한다(S21,S22).

그리고, Z축상의 위치를 고정시킨 상태로 X축을 따라 대물렌즈를 이송하면서 대상물을 스캐닝하는 단계를 거치도록 한다(S23).

다음으로는, 상기 파악된 최저위치와 최고위치 사이의 거리를 파악하는 단계를 거치도록 한다(S24). 이 경우는 음영 정도를 제어부에서 파악하는 방식이 따르지 않고, Z축 상의 대물렌즈의 이동위치의 거리를 파악하는 방법으로 이루어진다.

그리고, 스캐닝된 대상물의 파악된 Z축 음영을 통하여 대상물의 형상을 파악하는 단계를 거치도록 한다(25).

상기와 같이 최고위치와 최저위치를 파악한 후에 스캐닝 시에는 최고위치와 최저위치간이 거리 파악 단계를 미리 거치도록 한 후에, 음영파악에 따른 대상물의 형상파악단계를 거치도록 함으로써 보다 정확한 영상 파악이 가능하게 된다.

특히, 시간이 지남에 따라 미리 설정해 놓은 Z축에 따른 음영 값의 변화를 수시로 교정할 수도 있게 된다.

한편, 본 발명 스캐닝 장치는 상술한 바와 같이 Z축상의 위치를 고정한 채로 X축 방향을 따라 스캐닝하는 방법에 의하여 스캐닝이 이루어지므로, 전체 대상물의 형상파악이 아닌 대상물 형상의 이상유무 판단 시에 특히 효율적으로 사용될 수 있다.

도 11을 참조하여 일예를 설명하면 다음과 같다.

도 11은 일정한 평판 형상을 이루는 대상물(450)이다. 이와 같은 일정한 패널 형태를 띠는 대상물로는 소정의 반도체용 기판패널이나 회로기판의 표면에 코팅되는 코팅부 또는 배선부 등을 생각할 수 있다.

즉, 기판패널의 생산 시에는 이물질이 존재하는지 여부가 중요하며, 회로기판 등에도 표면의 코팅부나 배선부 등이 이상 없이 구비되어 있는지를 판단할 필요가 있다.

이때, 본 발명 스캐닝 장치를 이용하여 스캐닝을 하게 되면, 평판형상을 이루는 대상물(450)의 튀어나온 부분(460)이나 들어간 부분(470)에서 평판부분과 비교하여 음영차가 확연하게 드러나게 된다.

특히, 이와 같은 경우에는 대물렌즈의 초점위치를 Z축상 임의의 위치에 놓고 스캐닝 작업이 이루어지도록 해도 무방하다.

여기서, 음영차가 나는 부위(B,C)가 다른 부위(A)와 비교하여 일정한 범위 이상으로 감지된 경우에는 이상부위가 있는 것으로 파악하는 것이다.

즉, 첨부된 도 11에 도시된 것과 같은 방식으로 음영을 이용하여 전체 대상물의 형상을 영상화 할 수도 있으며, 단순히 스캐닝되는 대상물의 이상여부를 파악할 수도 있게 되는 것이다. 상기 음영 정도는 제어부를 통하여 계량화된 수치로도 표현이 가능할 것이다.

이 경우, 대상물의 형상에 이상여부가 있음을 사용자가 쉽게 파악이 가능하도록, 첨부된 도 12에서와 같이, 음영데이터판독유닛(380) 및 제어부(670) 그리고 신호부(770)를 구비한 후, 상기 음영데이터판독유닛(380) 및 제어부(670) 그리고 신호부(770)가 상기 스캐닝 유닛(200)과 유무선적으로 연결되도록 한다.

그리고, 따로 영상 자체를 해석할 필요 없이, 이상여부 및 이상부위발생지점만을 상기 음영데이터판독유닛(380) 및 제어부(670)를 통하여 상기 신호부(770)가 사용자에게 알려주도록 할 수 있게 된다. 자세히 도시되어 있지는 않으나, 상기 신호부(770)로서는 스피커나 램프 또는 디스플레이장치 등으로 할 수 있다.

그리고, 상기 일예로 든 예에서는 평판형상만으로 설명하고 있으나, 곡선으로 이루어진 배의 선체 등의 형상에 이상부위가 있는지를 파악하는 경우에도 본 발명 스캐닝 장치가 사용될 수 있음은 물론이다.

*즉, X축 이동 시 Z축상의 바람직한 음영 값을 X축의 위치 및 이송시간에 따른 음영 값을 미리 설정하여 놓은 후, 곡선으로 이루어진 배의 선체 등을 스캐닝 한 후 판독된 음영의 정도를 미리 설정하여 놓은 음영 값과 비교하여 큰 차이를 보이는 경우에는 그 부분의 형상에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있고, 이 경우에도, 상기 이상여부의 존재를 상기 신호부를 이용하여 사용자에게 알릴 수 있음은 물론이다.

한편, 본 발명 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법은 마이크로 단위의 작은 물체의 형상 파악에도 적용이 가능하다.

예를 들면, 수표나 유가증권 등을 스캐닝할 수도 있는데, 이 경우에는 수표를 스캐닝 하면서 얻은 수표 표면의 형상 패턴에 대한 데이터를 제어부를 통하여 저장할 수 있다. 이렇게 하는 경우에는 상기 수표 표면의 형상패턴에 대한 데이터를 은행 등과 공유하고, 은행 등에서는 스캐닝 작업을 하여 수표의 위조 및 감식 등을 위하여 활용될 수 있게 된다.

특히, 본 발명 스캐닝 장치의 경우는 Z축 상 대물렌즈를 고정한 채로 수표 등의 표면 패턴형상에 대한 데이터를 얻게 되므로, 고속으로 작업이 가능하게 된다.

보다 상세히 설명하면, 첨부된 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명 스캐닝 장치 내부에 제어부(670)와 전기적으로 연결되는 데이터 입력부(673) 및 데이터 저장부(675)를 구비하도록 하고, 은행 등에는 취득된 형상 패턴 데이터의 입력 및 입력된 데이터와 비교하여 스캐닝된 데이터를 비교할 수 있는 스캐닝 장치가 설치되도록 한 후, 스캐닝된 데이터를 은행에 제공함으로써 상기와 같은 감식 및 위조방지의 목적으로 사용토록 할 수 있게 된다. 이 경우, 유가증권, 수표 등 다수 대상물의 표면형상 패턴에 대한 데이터를 각각 별개로 저장하고, 필요시 선택된 대상물의 표면형상 패턴 데이터만을 사용할 수 있도록 함이 바람직할 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 광원유닛 101: 빔 공간필터/확장기
104: 빔 스플리터 200: 스캐닝 장치
206: 대물 렌즈 207: 대상물
300: 원통형 수광 렌즈 310: 슬릿형 마스크
311: 슬릿 320: 광학 영상 처리계
411: 제1이송유닛 422: 제2이송유닛
433: 제3이송유닛 770: 신호부

Claims (5)

1. 원통형으로 이루어지며 그 길이방향이 Y축방향과 평행하며 빛이 조사되는 방향이 Z축방향을 이루는 대물렌즈와, 대상물이 스캐닝 시 확보된 영상데이터에 있어서 음영을 판독하는 음영테이터판독유닛과 광로길이보정을 위하여 X축방향으로 선형으로 움직이는 제3스캐닝 스테이지 및 역반사기를 포함하여 이루어진 스캐닝 유닛을 이용 스캐닝하는 방법에 있어서,
   Z축에 있어서 상기 대상물의 최저 위치를 파악하는 단계;
   Z축에 있어서 상기 대상물의 최고 위치를 파악하는 단계;
   Z축에 있어서 상기 파악된 최저위치와 최고위치 사이의 거리를 파악하는 단계;
   Z축상 임의의 지점에 상기 대물렌즈를 고정하고, Y축 및 Z축에 모두 수직한 방향(X축방향)을 따라 상기 대물렌즈를 이동시키면서 스캐닝하는 단계; 및
   상기 제3스캐닝 스테이지 및 역반사기를 이용 광로 길이 보정을 하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 음영 판독식 스캐닝 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   Z축의 음영 값을 통하여 대상물의 형상을 파악하는 단계;
   상기 대물렌즈의 최저위치 및 최고위치간의 거리와 상기 파악된 음영 값을 비교,검토하는 단계; 및
   Z축에 따른 음영 값의 변화를 교정하는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음영 판독식 스캐닝 방법.

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