KR101371376B1 - 3차원 형상 측정장치 - Google Patents

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Abstract

3차원 형상 측정장치는 3차원 형상 측정장치는 조명부, 투영부, 적어도 둘 이상의 카메라부들 및 중앙 처리부를 포함한다. 조명부는 기판의 일면 상에 배치된 측정 대상물로 광을 조사한다. 투영부는 측정 대상물로 격자패턴광을 조사한다. 카메라부들은 조명부로부터 측정 대상물로 조사된 광의 반사광을 제공받아서 측정 대상물의 평면이미지를 획득하며, 투영부로부터 측정 대상물로 조사된 격자패턴광의 반사광을 제공받아서 측정 대상물의 패턴이미지를 획득한다. 중앙 처리부는 기준높이 미만에 대하여는 카메라부들로부터 획득된 측정 대상물의 패턴이미지들을 이용하여 측정 대상물의 높이 데이터를 산출하고, 기준높이 이상에 대하여는 카메라부들로부터 획득된 측정 대상물의 평면이미지들의 결상 위치를 이용하여 측정 대상물의 높이 데이터를 산출하되, 카메라부들에서 획득된 패턴이미지들에 나타난 패턴의 계조값 또는 위상을 이용하여 평면이미지들의 평면좌표를 매칭하여 측정 대상물의 높이 데이터를 산출한다. 이에 따라, 측정 가능한 높이의 범위를 확장시킬 수 있으며, 스테레오 측정방식에서 매칭 포인트를 정확하고 용이하게 획득할 수 있다.

Description

3차원 형상 측정장치{THREE DIMENSIONAL SHAPE MEASURMENT APPARATUS}
본 발명은 3차원 형상 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정 대상물의 높이에 기반한 3차원 형상을 측정하는 3차원 형상 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전자장치 내에는 적어도 하나의 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB)이 구비되며, 이러한 인쇄회로기판 상에는 다양한 형상의 소자들이 실장되어 있다. 이러한 소자들의 불량 등을 검사하기 위하여, 보통 3차원 형상 측정장치가 사용된다.
종래의 3차원 형상 측정장치는 결상 광학 시스템을 이용하여 인쇄회로기판과 같은 측정 대상물에 광을 조사하고 이에 대한 반사 이미지를 카메라를 이용하여 촬상한다. 이어서, 촬상된 상기 반사 이미지를 이용하여 측정 대상물의 높이에 기반한 3차원 형상을 측정한다.
종래의 결상 광학 시스템은 다양한 구성으로 이루어질 수 있다. 그 중에서, 모아레 방식, 스테레오 방식 등이 결상 광학 시스템에 채용될 수 있다.
상기 모아레 방식은 격자패턴이미지를 획득한 후 버켓 알고리즘(bucket algorithm)을 이용하는 방식으로 현재 널리 활용되고 있다. 그러나, 이 방식은 패턴이미지에 나타난 패턴의 피치(pitch)에 의하여 측정이 가능한 높이가 제한되는 문제점이 있다.
상기 스테레오 방식은 스테레오 카메라를 이용한다. 사람의 시각이 두 눈을 통해 입력되는 정보를 거리정보로 합성함으로써 사물의 원근을 인지할 수 있는 것처럼, 스테레오 카메라도 두 개의 카메라로부터 영상을 촬영하여 3차원 거리정보를 산출할 수 있다.
즉, 상이한 위치에서 촬영하여 획득된 두 장 이상의 영상을 이용하여 3차원 형상을 측정할 수 있다. 구체적으로, 실제 공간상의 어느 한 점을 촬영한 두 영상에서 상기 점의 매칭 포인트(matching point)를 찾은 후 기하학적 구조를 이용하여 상기 점의 실제 공간에서의 위치정보를 획득할 수 있다.
이러한 두 영상에서 매칭 포인트를 찾는 작업은 위치정보를 획득하기 위하여 반드시 필요한 매우 중요한 작업이지만, 정확한 매칭 포인트를 찾기가 쉽지 않은 문제점이 있으며, 많은 검색량과 연산량이 요구되는 문제점이 있다.
따라서, 모아레 방식에서는 측정이 가능한 높이를 확장시킬 수 있는 방안이 요구되고, 스테레오 방식에서는 매칭 포인트를 정확하고 용이하게 찾는 방법이 요구된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 모아레 측정 방식에 있어서 측정 가능한 높이의 범위를 확장시킬 수 있으며, 스테레오 측정방식에서 매칭 포인트를 정확하고 용이하게 획득할 수 있는 3차원 형상 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 모아레 측정 방식에 있어서 측정 가능한 높이의 범위를 확장시킬 수 있으며, 스테레오 측정방식에서 매칭 포인트를 정확하고 용이하게 획득할 수 있는 3차원 형상 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정장치는 조명부, 투영부, 적어도 둘 이상의 카메라부들 및 중앙 처리부를 포함한다. 상기 조명부는 기판의 일면 상에 배치된 측정 대상물로 광을 조사한다. 상기 투영부는 상기 측정 대상물로 격자패턴광을 조사한다. 상기 카메라부들은 상기 조명부로부터 상기 측정 대상물로 조사된 광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물의 평면이미지를 획득하며, 상기 투영부로부터 상기 측정 대상물로 조사된 격자패턴광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물의 패턴이미지를 획득한다. 상기 중앙 처리부는 기준높이 미만에 대하여는 상기 카메라부들로부터 획득된 상기 측정 대상물의 패턴이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물의 높이 데이터를 산출하고, 상기 기준높이 이상에 대하여는 상기 카메라부들로부터 획득된 상기 측정 대상물의 평면이미지들의 결상 위치를 이용하여 상기 측정 대상물의 높이 데이터를 산출하되, 상기 카메라부들에서 획득된 상기 패턴이미지들에 나타난 패턴의 계조값(gray scale) 또는 위상을 이용하여 상기 평면이미지들의 평면좌표를 매칭(matching)하여 상기 측정 대상물의 높이 데이터를 산출한다.
상기 기준높이는 상기 투영부의 격자패턴광에 따른 측정가능높이 이하일 수있다.
상기 조명부는 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물의 중심을 지나는 중심축을 기준으로 원형으로 배치된 복수의 조명유닛들을 포함할 수 있다. 상기 투영부는 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물에 대응하여 배치될 수 있다.
상기 투영부는 복수의 투영부들로 이루어질 수 있다. 상기 투영부들은, 광을 발생시키는 제1 광원 및 상기 제1 광원으로부터 발생된 광을 제1 등가파장을 갖는 제1 격자패턴광으로 변경시키는 제1 격자유닛을 포함하는 제1 투영부 및 광을 발생시키는 제2 광원 및 상기 제2 광원으로부터 발생된 광을 제2 등가파장을 갖는 제2 격자패턴광으로 변경시키는 제2 격자유닛을 포함하는 제2 투영부를 포함한다. 상기 기준높이는 상기 제1 등가파장 및 제2 등가파장에 의한 통합측정가능높이 이하일 수 있다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 3차원 형상 측정장치는 적어도 둘 이상의 투영부들, 적어도 둘 이상의 카메라부들 및 중앙 처리부를 포함한다. 상기 투영부들은 기판의 일면 상에 배치된 측정 대상물을 향하여 채널(channel)별로 격자패턴광을 조사한다. 상기 카메라부들은 상기 투영부들로부터 상기 측정 대상물로 조사된 격자패턴광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물의 패턴이미지를 각 채널별로 획득한다. 상기 중앙 처리부는 상기 카메라부들로부터 획득된 상기 측정 대상물의 패턴이미지를 이용하여 상기 측정 대상물의 평면좌표에 따른 높이 데이터를 각 채널별로 산출하되, 상기 카메라부들로부터 획득된 상기 패턴이미지에 나타난 패턴의 계조값 또는 위상을 이용하여 상기 평면좌표를 매칭(matching)하고, 매칭된 평면좌표에 대한 채널별 높이 데이터를 이용하여 상기 측정 대상물의 최종 높이 데이터를 산출한다.
상기 투영부들은 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물의 중심을 지나는 중심축을 기준으로 제1 원형 배열을 형성하며 등간격으로 배치될 수 있고, 상기 카메라부들은 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물의 중심을 지나는 중심축을 기준으로 제2 원형 배열을 형성하며 등간격으로 배치될 수 있다.
상기 투영부들은, 광을 발생시키는 제1 광원 및 상기 제1 광원으로부터 발생된 광을 제1 등가파장을 갖는 제1 격자패턴광으로 변경시키는 제1 격자유닛을 포함하는 제1 투영부 및 광을 발생시키는 제2 광원 및 상기 제2 광원으로부터 발생된 광을 제2 등가파장을 갖는 제2 격자패턴광으로 변경시키는 제2 격자유닛을 포함하는 제2 투영부를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 또 다른 실시예에 따라 3차원 형상을 측정하기 위하여, 먼저 기판의 일면 상에 배치된 측정 대상물로 광을 조사한다. 이어서, 적어도 둘 이상의 위치에서 상기 측정 대상물로 조사된 광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물의 평면이미지들을 획득한다. 다음으로, 상기 측정 대상물로 격자패턴광을 조사한다. 이어서, 상기 측정 대상물로 조사된 격자패턴광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물의 패턴이미지를 획득한다. 다음으로, 상기 획득된 패턴이미지들에 나타난 패턴의 계조값 또는 위상을 이용하여 상기 평면이미지들의 평면좌표를 매칭한다. 이어서, 상기 획득된 측정 대상물의 패턴이미지들을 이용하여 기준높이 미만에 대한 상기 측정 대상물의 높이 데이터를 산출한다. 다음으로, 상기 획득된 측정 대상물의 평면이미지들의 결상 위치를 이용하여 상기 기준높이 이상에 대한 상기 매칭된 평면좌표에 따른 상기 측정 대상물의 높이 데이터를 산출한다.
상기 획득된 측정 대상물의 패턴이미지들을 이용하여 기준높이 미만에 대한 상기 측정 대상물의 높이 데이터를 산출하기 이전에, 상기 기준높이를 상기 격자패턴광에 따른 측정가능높이 이하로 설정할 수 있다.
상기 측정 대상물로 격자패턴광을 조사하는 단계는, 제1 등가파장을 갖는 제1 격자패턴광을 조사하는 단계 및 상기 제1 등가파장과 다른 제2 등가파장을 갖는 제2 격자패턴광을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 3차원 형상 측정방법은, 상기 획득된 측정 대상물의 패턴이미지들을 이용하여 기준높이 미만에 대한 상기 측정 대상물의 높이 데이터를 산출하는 단계 이전에, 상기 기준높이를 상기 제1 등가파장 및 제2 등가파장에 의한 통합측정가능높이 이하로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 소정의 기준높이를 기준으로 이원화하여, 상기 기준높이 미만에 대하여는 모아레 측정방식을 이용하여 높이 데이터를 산출하고, 상기 기준높이 이상에 대하여는 스테레오 측정방식을 이용하여 높이 데이터를 산출함으로써, 측정 가능한 높이의 범위를 확장시키면서도 낮은 높이에서의 측정 정확도는 그대로 유지할 수 있다.
또한, 스테레오 측정방식에서 매칭 포인트를 패턴이미지를 이용하여 획득함으로써, 매칭 포인트를 정확하고 용이하게 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 형상 측정장치를 도시한 정면 개략도이다.
도 2는 도 1의 3차원 형상 측정장치를 도시한 평면 개략도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 3차원 형상 측정장치를 이용하여 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 4는 도 1의 3차원 형상 측정장치의 중앙 처리부가 스테레오 방식을 이용하여 3차원 형상을 측정하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 3차원 형상 측정장치를 도시한 평면 개략도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 형상 측정장치를 도시한 정면 개략도이고, 도 2는 도 1의 3차원 형상 측정장치를 도시한 평면 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정장치(100)는 기판(10)의 일면 상에 배치된 측정 대상물(20)의 이미지를 적어도 둘 이상의 방향에서 촬영하여 상기 측정 대상물(20)의 3차원 형상을 획득할 수 있다.
이때, 상기 기판(10)은 일 예로 인쇄회로기판의 베이스 기판일 수 있으며, 상기 측정 대상물(20)은 상기 인쇄회로기판 위에 형성된 소자일 수 있다. 즉, 상기 측정 대상물(20)는 상기 기판(10)의 일면 상에 형성된 패드와 전기적으로 연결되도록 상기 기판(10)의 일면 상에 배치될 수 있다.
상기 3차원 형상 측정장치(100)는 조명부(110), 투영부(120), 적어도 둘 이상의 카메라부(130)들 및 중앙 처리부(140)을 포함한다.
상기 조명부(110)는 상기 기판(10)의 상부에 배치되어, 상기 측정 대상물(20)로 광을 조사한다. 예를 들면, 상기 조명부(110)는 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물(20)의 중심을 지나는 중심축을 기준으로 원형으로 배치된 복수의 조명유닛(112)들을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 조명유닛(112)은 발광 다이오드(light emitting diode; LED)를 포함할 수 있으며, 2차원적 평면영상을 촬영하기 위한 광을 제공할 수 있다.
상기 투영부(120)는 상기 측정 대상물(20)로 격자패턴광을 조사한다. 상기 투영부(120)는, 일 실시예로, 광원유닛(122), 격자유닛(124) 및 격자이송유닛(126)을 포함할 수 있다. 상기 광원유닛(122)은 광을 발생시키고, 상기 격자유닛(124)은 상기 광원유닛(122)에서 발생된 광을 격자패턴광으로 변경시킨다. 상기 격자이송유닛(126)은 상기 격자유닛(124)과 연결되어 상기 격자유닛(124)을 이송시킨다.
상기 투영부(120)는 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물(20)에 대응하여 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 투영부(120)는 상기 측정 대상물(20)에 대응하여 상기 측정 대상물(20)의 바로 위에 배치될 수 있다.
상기 카메라부(130)들은 상기 조명부(110)로부터 상기 측정 대상물(20)로 조사된 광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물(20)의 평면이미지를 획득하며, 상기 투영부(120)로부터 상기 측정 대상물(20)로 조사된 격자패턴광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물(20)의 패턴이미지를 획득한다.
상기 중앙 처리부(140)는 상기 카메라부(130)들로부터 획득된 상기 측정 대상물(20)의 이미지를 이용하여 높이 데이터를 산출한다. 이때, 상기 기준높이를 설정하여 이를 기준으로 이원화하여 높이 데이터를 산출할 수 있다.
구체적으로, 상기 중앙 처리부(140)는 기준높이 미만에 대하여는 상기 카메라부(130)들로부터 획득된 상기 측정 대상물(20)의 패턴이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물(20)의 높이 데이터를 산출한다. 상기 기준높이는 상기 투영부(120)의 격자패턴광에 따른 측정가능높이 이하일 수 있다. 상기 격자패턴광에 따른 측정가능높이란 상기 격자패턴광에 의하여 생성된 패턴의 피치(pitch)에 의하여 정의되는 측정이 가능한 높이를 의미한다.
또한, 상기 중앙 처리부(140)는 상기 기준높이 이상에 대하여는 상기 카메라부(130)들로부터 획득된 상기 측정 대상물(20)의 평면이미지들의 결상 위치를 이용하여 상기 측정 대상물(20)의 높이 데이터를 산출한다. 이때, 상기 카메라부(130)들에서 획득된 상기 패턴이미지들에 나타난 패턴의 계조값(gray scale) 또는 위상을 이용하여 상기 평면이미지들의 평면좌표를 매칭(matching)하여 상기 측정 대상물(20)의 높이 데이터를 산출한다.
이하, 상기 3차원 형상 측정장치(100)를 이용하여 상기 측정 대상물(20)의 3차원 형상을 측정하는 과정을 도면을 참조로 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 도 1 및 도 2의 3차원 형상 측정장치를 이용하여 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2에 도시된 상기 3차원 형상 측정장치(100)의 중앙 처리부(140)는 기준높이 미만에 대하여는 상기 카메라부(130)들로부터 획득된 상기 측정 대상물(20)의 패턴이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물(20)의 높이 데이터를 산출한다.
상기 패턴이미지를 이용한 높이 데이터를 산출하는 방식은 종래에 널리 알려진 버켓 알고리즘(bucket algorithm)을 이용하여 높이 데이터를 산출하는 방식이 채용될 수 있다.
또한, 상기 중앙 처리부(140)는 상기 기준높이 이상에 대하여는 상기 카메라부(130)들로부터 획득된 상기 측정 대상물(20)의 평면이미지들의 결상 위치를 이용하여 상기 측정 대상물(20)의 높이 데이터를 산출한다.
구체적으로, 먼저 상기 중앙 처리부(140)는 조명부(110)로부터 발생된 광에 따른 평면이미지 및 투영부(120)로부터 발생된 격자패턴광에 따른 패턴이미지를 복수의 카메라부(130)들에서 각각 캡쳐(capture)한다.
상기 중앙 처리부(140)는 상기 조명부(110)로부터 발생된 광에 따라서 상기 카메라부(130)들에 캡쳐된 영상을 스테레오(stereo) 방식을 이용하여 처리함으로써, 상기 측정 대상물(20)의 3차원 형상을 측정할 수 있다.
도 4는 도 1의 3차원 형상 측정장치의 중앙 처리부가 스테레오 방식을 이용하여 3차원 형상을 측정하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 상기 측정 대상물(20)은 한 쌍의 카메라부(130)들로부터 획득되는 영상을 기초로, 관측 공간상의 패턴의 대응관계와 삼각기법을 이용하여, 상기 측정 대상물(20)의 3차원 형상을 측정할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 결상렌즈(134)들이 소정의 거리(B)를 두고 배치되고, 상기 결상렌즈(134)들의 중심축(CA)을 기준으로 상기 카메라(132)들의 촬상소자(132a)들에 결상된 거리(D1,D2)를 측정한다. 한편, 상기 결상렌즈(134)의 초점거리를 f라고 할 때, 이들 사이의 관계는 수학식 1을 만족한다.
Figure 112012041057970-pat00001
따라서, 상기 결상렌즈(134)로부터 상기 측정 대상물(20)까지의 거리 S1을 알 수 있으므로, 상기 측정 대상물(20)의 3차원 형상을 측정할 수 있다.
상기와 같은 원리와 이를 응용하여, 상기 중앙 처리부(140)는 상기 조명부(110)로부터 발생된 광에 따라 상기 카메라부(130)들에 의하여 캡쳐된 영상들을 스테레오 방식을 이용하여 상기 측정 대상물(20)의 3차원 형상을 측정할 수 있다.
이때, 상기와 같이 상이한 위치에서 촬영하여 획득된 두 장의 영상에서, 실제 공간상의 동일한 지점을 나타내는 매칭 포인트를 정확히 찾아야 앞선 수학식 1을 이용하여 상기 지점의 높이 데이터를 획득할 수 있다.
상기 중앙 처리부(140)는 상기 투영부(120)로부터 조사된 격자패턴광을 상기 매칭 포인트로 활용할 수 있다. 즉, 상기 투영부(120)로부터 조사된 격자패턴광은 상기 카메라(132)의 시야범위(field of view) 전체에 대하여 조사될 수 있으므로, 상기 시야범위 내에서 상기 격자패턴광에 따른 상기 패턴이미지들에 나타난 패턴의 모든 계조값 및 모든 위상을 획득할 수 있다. 상기 획득된 계조값 및 위상에 대한 정보 중 적어도 하나를 이용하여 동일한 위상정보를 갖는 공간상의 두 지점을 매칭 포인트로 정할 수 있다.
이에 따라, 상기 중앙 처리부(140)는 상기 카메라부(130)들에서 획득된 상기 패턴이미지들에 나타난 패턴의 계조값 또는 위상을 이용하여 상기 평면이미지들의 평면좌표를 매칭하여 상기 측정 대상물(20)의 높이 데이터를 산출할 수 있다.
따라서, 종래의 방식에 따라 상기 시야범위 내에 매칭 포인트가 없는 경우라도, 상기 투영부(120)에 의해 조사된 격자패턴광의 위상정보를 이용하여 매칭 포인트의 획득이 가능하며, 더욱이 이미 획득된 위상정보를 이용하므로 매칭 포인트가 보다 용이하게 획득될 수 있다. 또한 상기 시야범위 내의 모든 위상정보가 획득되므로, 시야범위 전체에 대한 매칭 포인트를 설정할 수 있다.
이와 같이 이원적으로 상기 측정 대상물(20)의 높이를 산출함으로써, 상기 기준높이 이상의 높은 높이에서는 측정가능 높이의 범위가 넓은 스테레오 방식의 높이측정 방식에 의하여 상기 측정 대상물(20)의 높이를 획득할 수 있고, 상기 기준높이 미만의 낮은 높이에서는 정확도가 높은 모아레 방식의 높이측정 방식에 의하여 상기 측정 대상물(20)의 높이를 획득할 수 있다.
한편, 여기서는 두 개의 카메라부(130)들이 설치된 경우를 예로 설명하였으나, 상기 카메라부(130)들의 개수는 이에 한정되지 않는다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 3차원 형상 측정장치를 도시한 평면 개략도이다.
도 5를 참조하면, 상기 3차원 형상 측정장치(100)는 다른 실시예로 복수의 투영부(120)들을 포함한다. 상기 투영부(120)들은 상기 측정 대상물(20)을 향하여 채널(channel)별로 격자패턴광을 조사할 수 있다.
이와 같이, 상기 투영부(120)가 복수의 투영부(120)들로 이루어지는 경우, 상기 카메라부(130)들은 상기 투영부(120)들로부터 상기 측정 대상물(20)로 조사된 격자패턴광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물(20)의 패턴이미지를 각 채널별로 획득한다.
이때, 상기 투영부(120)들은 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물(20)의 중심을 지나는 중심축을 기준으로 제1 원형 배열을 형성하며 등간격으로 배치될 수 있고, 상기 카메라부(130)들은 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물(20)의 중심을 지나는 중심축을 기준으로 제2 원형 배열을 형성하며 등간격으로 배치될 수 있다. 상기 제1 원형 배열 및 상기 제2 원형 배열은 도 3에서 동일한 형태의 배열로 도시되어 있지만, 다른 형태의 배열일 수도 있다.
상기 중앙 처리부(140)는 상기 카메라부(130)들로부터 획득된 상기 측정 대상물(20)의 패턴이미지를 이용하여 상기 측정 대상물(20)의 평면좌표에 따른 높이 데이터를 각 채널별로 산출한다. 이때, 상기 카메라부(130)들로부터 획득된 상기 패턴이미지에 나타난 패턴의 계조값 또는 위상을 이용하여 상기 평면좌표를 매칭하고, 매칭된 평면좌표에 대한 채널별 높이 데이터를 이용하여 상기 측정 대상물(20)의 최종 높이 데이터를 산출한다.
구체적인 상기 측정 대상물(20)의 높이 데이터 산출 방식은 도 1 내지 도 4에서 설명된 방식과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 투영부(120)들은 일 실시예로, 광을 발생시키는 제1 광원 및 상기 제1 광원으로부터 발생된 광을 제1 등가파장을 갖는 제1 격자패턴광으로 변경시키는 제1 격자유닛을 포함하는 제1 투영부(122) 및 광을 발생시키는 제2 광원 및 상기 제2 광원으로부터 발생된 광을 제2 등가파장을 갖는 제2 격자패턴광으로 변경시키는 제2 격자유닛을 포함하는 제2 투영부(124)를 포함할 수 있다. 이 경우, 앞서 설명된 상기 기준높이는 상기 제1 등가파장 및 제2 등가파장에 의한 통합측정가능높이 이하일 수 있다.
한편, 여기서는 두 개의 투영부(120)들 및 두 개의 카메라부(130)들이 설치된 경우를 예로 설명하였으나, 상기 투영부(120)들의 개수 및 상기 카메라부(130)들의 개수는 이에 한정되지 않는다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 소정의 기준높이를 기준으로 이원화하여, 상기 기준높이 미만에 대하여는 모아레 측정방식을 이용하여 높이 데이터를 산출하고, 상기 기준높이 이상에 대하여는 스테레오 측정방식을 이용하여 높이 데이터를 산출함으로써, 측정 가능한 높이의 범위를 확장시키면서도 낮은 높이에서의 측정 정확도는 그대로 유지할 수 있다.
또한, 스테레오 측정방식에서 매칭 포인트를 패턴이미지를 이용하여 획득함으로써, 매칭 포인트를 정확하고 용이하게 획득할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.　 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 기판 20 : 측정 대상물
100 : 3차원 형상 측정장치 110 : 조명부
120 : 투영부 130 : 카메라부
140 : 중앙 처리부

Claims (10)

  1. 기판의 일면 상에 배치된 측정 대상물로 광을 조사하는 조명부;
    상기 측정 대상물로 격자패턴광을 조사하는 투영부;
    상기 조명부로부터 상기 측정 대상물로 조사된 광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물의 평면이미지를 획득하며, 상기 투영부로부터 상기 측정 대상물로 조사된 격자패턴광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물의 패턴이미지를 획득하는 적어도 둘 이상의 카메라부들; 및
    기준높이 미만에 대하여는 상기 카메라부들로부터 획득된 상기 측정 대상물의 패턴이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물의 제1 높이 데이터를 산출하고, 상기 기준높이 이상에 대하여는 상기 카메라부들로부터 획득된 상기 측정 대상물의 평면이미지들의 결상 위치를 이용하여 상기 측정 대상물의 제2 높이 데이터를 산출하되, 상기 카메라부들에서 획득된 상기 패턴이미지들에 나타난 패턴의 계조값(gray scale) 또는 상기 패턴의 위상정보를 이용하여 매칭 포인트(matching point)를 획득하고, 상기 평면이미지들의 평면좌표를 상기 매칭 포인트를 기초로 매칭하여 상기 제2 높이 데이터를 산출하는 중앙 처리부를 포함하는 3차원 형상 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준높이는 상기 투영부의 격자패턴광에 따른 측정가능높이 이하인 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조명부는 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물의 중심을 지나는 중심축을 기준으로 원형으로 배치된 복수의 조명유닛들을 포함하고,
    상기 투영부는 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물에 대응하여 배치된 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투영부는 복수의 투영부들로 이루어지며,
    상기 투영부들은,
    광을 발생시키는 제1 광원 및 상기 제1 광원으로부터 발생된 광을 제1 등가파장을 갖는 제1 격자패턴광으로 변경시키는 제1 격자유닛을 포함하는 제1 투영부; 및
    광을 발생시키는 제2 광원 및 상기 제2 광원으로부터 발생된 광을 제2 등가파장을 갖는 제2 격자패턴광으로 변경시키는 제2 격자유닛을 포함하는 제2 투영부를 포함하고,
    상기 기준높이는 상기 제1 등가파장 및 제2 등가파장에 의한 통합측정가능높이 이하인 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 투영부는 복수의 투영부들로 이루어지며,
    상기 투영부들은 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물의 중심을 지나는 중심축을 기준으로 제1 원형 배열을 형성하며 등간격으로 배치되고,
    상기 카메라부들은 평면에서 관측할 때 상기 측정 대상물의 중심을 지나는 중심축을 기준으로 제2 원형 배열을 형성하며 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 투영부는 복수의 투영부들로 이루어지며, 상기 투영부들은,
    광을 발생시키는 제1 광원 및 상기 제1 광원으로부터 발생된 광을 제1 등가파장을 갖는 제1 격자패턴광으로 변경시키는 제1 격자유닛을 포함하는 제1 투영부; 및
    광을 발생시키는 제2 광원 및 상기 제2 광원으로부터 발생된 광을 제2 등가파장을 갖는 제2 격자패턴광으로 변경시키는 제2 격자유닛을 포함하는 제2 투영부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정장치.
  8. 기판의 일면 상에 배치된 측정 대상물로 광을 조사하는 단계;
    적어도 둘 이상의 위치에서 상기 측정 대상물로 조사된 광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물의 평면이미지들을 획득하는 단계;
    상기 측정 대상물로 격자패턴광을 조사하는 단계;
    상기 측정 대상물로 조사된 격자패턴광의 반사광을 제공받아서 상기 측정 대상물의 패턴이미지를 획득하는 단계;
    상기 획득된 패턴이미지들에 나타난 패턴의 계조값 또는 위상정보를 이용하여 상기 평면이미지들의 매칭 포인트를 획득하고, 상기 매칭 포인트를 기초로 평면좌표를 매칭하는 단계;
    상기 획득된 측정 대상물의 패턴이미지들을 이용하여 기준높이 미만에 대한 상기 측정 대상물의 제1 높이 데이터를 산출하는 단계; 및
    상기 획득된 측정 대상물의 평면이미지들의 결상 위치를 이용하여 상기 기준높이 이상에 대한 상기 매칭된 평면좌표에 따른 상기 측정 대상물의 제2 높이 데이터를 산출하는 단계를 포함하는 3차원 형상 측정방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 획득된 측정 대상물의 패턴이미지들을 이용하여 기준높이 미만에 대한 상기 측정 대상물의 제1 높이 데이터를 산출하는 단계 이전에,
    상기 기준높이를 상기 격자패턴광에 따른 측정가능높이 이하로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 측정 대상물로 격자패턴광을 조사하는 단계는,
    제1 등가파장을 갖는 제1 격자패턴광을 조사하는 단계; 및
    상기 제1 등가파장과 다른 제2 등가파장을 갖는 제2 격자패턴광을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 획득된 측정 대상물의 패턴이미지들을 이용하여 기준높이 미만에 대한 상기 측정 대상물의 제1 높이 데이터를 산출하는 단계 이전에,
    상기 기준높이를 상기 제1 등가파장 및 제2 등가파장에 의한 통합측정가능높이 이하로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정방법.
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