KR101447857B1 - 렌즈 모듈 이물 검사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 개시하는, 렌즈 모듈의 접안 렌즈 또는 IR 차단 필터의 표면들에 대한 이물의 부착 위치를 판정하기 위한 렌즈 모듈 이물 검사 시스템은, 조명광을 방출하는 광원부; 광원부에서 방출되는 조명광의 광선속을 제어하는 조명용 광학계; 조명용 광학계로부터 렌즈 모듈을 투과한 조명광을 수집하여 초점을 형성하는 검사용 광학계; 검사용 광학계를 통과한 조명광에 의하여 이물 영상을 획득하는 촬영부를 포함한다.

Description

렌즈 모듈 이물 검사 시스템{PARTICLE INSPECTIING APPARATUS FOR LENS MODULE}

본 발명은 렌즈 모듈 이물 검사 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 카메라를 구성하는 렌즈 모듈의 일측으로 조명광을 조사하고 타측에서 렌즈 모듈을 투과한 광을 배경(back light)으로 촬영하여 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈 표면에서 이물의 존재 여부 및 이물의 부착 위치를 검사하는 시스템에 관한 것이다.

최근, 디지털 카메라 기능을 갖는 휴대폰과 같은 휴대형 전자기기가 널리 보급되고 있다. 또한, 이러한 전자기기들이 점차 소형화되면서, 디지털 카메라 기능을 구현하기 위하여 전자기기들에 탑재되는 카메라 유닛 역시 규격화되고 소형화되고 있다.

카메라 유닛은, 예를 들면, 도 1과 같이 구성될 수 있다. 즉, 도달하는 빛의 명도를 식별하기 위한 다수의 픽셀을 구비한 촬상 소자와, 촬상 소자가 안착된 PCB와, 촬상 소자의 전방에 위치하여 주변의 광을 수집하여 촬상 소자에 초점을 맺도록 복수의 렌즈가 배치된 렌즈 모듈을 구비한다.

여기서 렌즈 모듈은, 촬상 소자에 가장 가까운 렌즈(이하, 접안 렌즈)와 물체를 향하는 렌즈(이하, 대물 렌즈), 접안 렌즈와 대물 렌즈 사이의 하나 또는 복수의 렌즈들, 이 렌즈들을 고정시키기 위한 제1 하우징, 적어도 접안 렌즈측에 배치되어 대물 렌즈로 입사되어 접안 렌즈로 출사하는 광에서 적외선을 차단하고 가시광만을 투과시키는 적외선 차단 필터(IR 차단 필터)와, 제1 하우징과 IR 차단 필터를 고정시키는 제2 하우징을 포함하여 이루어진다.

이와 같은 렌즈들과 IR 차단 필터가 각 하우징에 장착하여 렌즈 모듈을 구성할 때, 이물(먼지 등)이 이들 중 어느 렌즈의 표면 또는 IR 차단 필터의 표면에 부착될 수 있다. 이렇게 이물이 렌즈 또는 IR 차단 필터의 표면에 부착되면, 렌즈 모듈을 투과하는 광에 의해 촬영되는 화상은 이물에 의해 투과하는 빛의 양이 줄어들어 촬영된 화상의 전체가 어두워지거나 이물의 그림자가 보이게 될 수 있다.

도 2는 일반적인 조명 수단과 검사 수단을 이용하여 렌즈 모듈을 검사하는 경우를 설명하기 위한 도면으로서, 특히 접안 렌즈 표면을 검사하는 경우에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 2(a)에서는 렌즈 모듈의 접안 렌즈를 촬영하기 위하여, 조명 수단을 이용하여 렌즈 모듈의 접안 렌즈를 향하여 조명광을 방출하고, 방출된 조명광이 접안 렌즈의 표면에서 반사되는 것을 검사 수단에서 수집하여 이물 영상을 생성하는 구조를 도시하고 있다.

한편, 일반적인 카메라 유닛의 렌즈 모듈에서 접안 렌즈는, 비구면 렌즈이기 때문에, 접안 렌즈의 표면에서 반사되는 반사광은 균일하지 않다. 실제로는, 접안 렌즈의 비구면 형태에 대응하여(또한, 카메라 유닛을 구성하는 내부의 다른 렌즈들의 표면에서의 반사광이 더해져서), 도 2(b)와 같이 다수의 동심원 형태로 보여지는 영상이 얻어진다. 도 2(c)는 도 2(b)에 도시된 동심원 영상의 횡단면에 대한 밝기 분포를 나타낸 도면이다.

따라서, 접안 렌즈의 표면에서 반사되는 조명광을 촬영함으로써 이물에 의한 밝기 차이를 근거로 이물의 유무 및 크기, 부착된 위치를 판별하는 일반적인 검사 방법에서는, 반사광이 부분적으로 집중되는 현상에 의하여, 균일한 밝기의 배경을 얻을 수 없기 때문에, 이물에 의해 발생하는 밝기 차이가 돋보이지 않는다. 따라서, 이러한 방법으로는 렌즈나 IR 차단 필터에 부착된 이물을 검사할 수 없다.

따라서, 이와 같은 일반적인 조명 수단을 이용하는 경우에는, 검사자가 조명의 각도를 변화시키면서 육안으로 렌즈 표면의 이물을 검사할 수밖에 없다.

한편, 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈 표면의 이물을 검사하기 위한 또다른 방법으로서, 한국공개특허 제10-2005-117424호, "디지털 렌즈 모듈의 이물질 검출 장치 및 방법"이 개시되어 있다(이하, 종래 기술).

상기 종래 기술에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 디지털 렌즈 모듈(110)의 전방에서 백색광(101)을 조사하고, 디지털 렌즈 모듈(110) 자체의 센서부(105)에서 센싱 신호를 생성하여 화면을 형성하고, 형성된 화면을 프로세서부(120)에서 휘도/색채를 분석함으로써 이물질을 검사하는 구성을 개시하고 있다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 얻어진 화면을, 렌즈 해상도 특성에 따라 센터를 중심으로 하여 복수개의 영역으로 나누고, 기준 렌즈 모듈에 의한 영역별 픽셀값을 기준 데이터로 하여, 테스트 대상의 렌즈 모듈에서 얻어지는 휘도/색채 데이터의 각 픽셀값을 검사하여, 테스트 대상의 렌즈 모듈의 이물질 부착 여부를 판단하고 있다.

하지만, 종래 기술에서는 테스트 대상이 되는 디지털 카메라에 백색광을 조사하면, 도 4에 도시된 바와 같이 동심원 영역별로 다양한 조도값을 나타내는 화면이 얻어진다. 따라서, 획득된 화면의 각 지점마다 서로다른 기준으로 영상을 검사하여야 한다. 더욱, 화면이 어두운 지점에 대해서는 이물질에 의한 조도값의 변화를 감지하기 어려워, 이물질을 검사하는 데에 한계가 있다.

또한, 종래 기술에서는, 렌즈부(103)와 센서부(105)가 이미 결합된 상태의 제품을 검사하고 있어서, 렌즈부(103)에 이물이 존재하는 경우, 센서부(105)까지도 동시에 불량으로 판정될 수 있어서, 렌즈 모듈이 불량으로 판정되는 경우, 센서부까지도 폐기될 수 있어, 불량 판정에 의한 손실이 크다.

따라서, 본 발명은, 촬상 소자가 결합되지 않은 상태의 렌즈 모듈 자체만을 이용하여 이물 검사가 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 이물 검사를 위해 획득되는 영상이 촬영된 부분의 모든 영역에 걸쳐서 고른 밝기를 나타내도록 함으로써, 촬영된 영상만으로 이물의 존재 여부 및 존재 위치를 간편하게 식별할 수 있으며, 식별된 이물의 존재 위치를 간편하게 판단할 수 있는 렌즈 모듈 이물 검사 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 이물이 렌즈 모듈을 구성하는 어느 렌즈의 어느 표면에 존재하는지의 여부도 판정할 수 있는 렌즈 모듈 이물 검사 시스템을 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 렌즈 모듈 이물 검사 시스템은, 적어도 대물 렌즈와 접안 렌즈와 IR 차단 필터가 배치된 렌즈 모듈의 상기 대물 렌즈를 향하여 조명광을 방출하는 광원부; 상기 광원부로부터 상기 대물 렌즈에 입사되어 상기 접안 렌즈 내지 상기 IR 차단 필터를 투과한 조명광을 수집하여 초점을 형성하는 검사용 광학계; 상기 검사용 광학계에서 형성하는 초점에 배치된 촬상소자를 구비하여 상기 렌즈 모듈을 통과한 조명광에 의하여 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 표면에 부착된 이물이 그림자로 보여지는 이물 영상을 획득하는 촬영부; 및 상기 촬영부에서 획득한 상기 이물 영상을 분석하여, 상기 렌즈 모듈의 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 표면들에 대한 이물의 부착 위치를 판정하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 대물 렌즈에 입사되어 상기 접안 렌즈의 모든 지점을 투과한 후 상기 IR 차단 필터로부터 출사되는 조명광의 광선속이, 상기 촬상소자에 동일한 밀도로 도달하여 밝기가 균일한 영상이 얻어지도록, 상기 광원부에서 방출되는 조명광의 광선속을 제어하는 조명용 광학계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 조명용 광학계는, 조명광이 상기 렌즈 모듈의 상기 대물 렌즈의 시야각의 모든 방향으로부터 상기 대물 렌즈로 조사될 수 있도록, 상기 렌즈 모듈의 화각과 유사하거나 상기 렌즈 모듈의 화각보다 큰 각도의 평행광을 상기 대물 렌즈에 대하여 입사시킬 수 있는 광학계를 포함한다.

또한, 상기 검사용 광학계는, 상기 렌즈 모듈을 향하는 물체측 입력 각도가 상기 렌즈 모듈로부터 출사되는 주광선과 동일한 각도이거나 ±10° 범위의 각도로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 검사용 광학계를 구성하는 복수의 렌즈들 사이의 거리를 조정하거나, 상기 렌즈 모듈과 상기 검사용 광학계와의 초점 거리를 조정하여, 서로 다른 초점 위치에서 촬영된 복수의 이물 영상을 획득하고, 상기 복수의 이물 영상에서 보여지는 이물들을 비교함으로써, 촬영된 이물이 상기 대물 렌즈 또는 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 어느쪽 표면에 존재하는지 판정한다.

상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 렌즈 모듈 이물 검사 시스템은, 렌즈 모듈의 대물 렌즈 측으로 조명광을 조사하고, 렌즈 모듈을 투과하여 접안 렌즈로 출사하는 조명광의 세기가 균일하도록 한 후, 접안 렌즈 측에서 조명광을 배경으로 촬영한 영상을 이용하여 렌즈 모듈에서의 이물의 부착 여부 및 부착 위치를 검사한다. 이로써, 카메라 유닛을 완성하기 전의 렌즈 모듈 자체를 검사 대상으로 할 수 있으며, 렌즈 모듈에 존재하는 이물을 검사할 수 있게 된다.

또한, 초점 위치를 달리하여 획득한 복수의 이물 영상을 이용함으로써, 촬영된 이물이 렌즈 모듈를 구성하는 광학 부품의 어느 표면에 존재하는지의 여부도 판정할 수 있다.

도 1은 일반적인 렌즈 모듈의 도시한 도면으로서, 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈들의 형태 및 위치 관계, 그리고 렌즈 모듈을 투과하는 광선속의 진행 형태를 보여주는 도면이다.
도 2는 일반적인 조명용 광학계와 검사용 광학계를 이용하여 렌즈 모듈을 촬영하여 접안 렌즈 표면을 촬영하는 경우에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래 기술에서 이물을 검사하기 위한 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 상기 종래 기술에서 이물이 촬영된 영상의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 이물 검사 시스템의 구성 및 배치 관계를 보여주는 블록도이다.
도 6은 일례로서의 광원부와 렌즈 모듈의 위치 관계를 보여주는 도면이다.
도 7은 렌즈 모듈로부터 검사용 광학계에 도달하는 조명광의 광선속 형태를 보여주는 도면이다.
도 8은 기하 광학적 광선을 해석하기 위한 카르테시안 부호 규약을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 있어서, 검사용 광학계의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 이물 영상의 초점을 조정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 IR 차단 필터에 존재하는 이물의 예시 및 이를 촬영한 이물 영상의 예시를 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 이물 검사 시스템의 원리를 종합적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 이물 검사 시스템의 중요 부분을 보여주는 도면이다.

상기한 바와 같은 렌즈 모듈에 있어서, 이물이 부착된 위치가 촬상 소자에 가까울수록 이물에 의해 발생하는 그림자가 촬상 소자에 의해 촬영되는 영상에 더 큰 영향을 미치게 되므로, IR 차단 필터나 접안 렌즈의 표면에 이물이 부착된 경우는 렌즈 모듈을 불량으로 판정되게 하는 큰 문제를 일으킬 수 있다.

특히, 렌즈 모듈 중에서 IR 차단 필터의 촬상 소자측 표면에 부착된 이물은, 렌즈 모듈에 촬상 소자를 부착하기 앞선 공정 중의 세척 과정을 통해 제거될 수 있지만, 접안 렌즈의 표면 또는 IR 차단 필터의 접안 렌즈측 표면에 부착된 이물은, 상기 광학 부품들이 이미 렌즈 모듈의 하우징에 부착 고정되어 있기 때문에, 세척이 불가능하다. 따라서, 접안 렌즈와 IR 차단 필터 사이의 이물 검사는 매우 중요한 공정이다.

따라서, 본 발명에서는, 특히, 접안 렌즈의 양쪽 표면과 IR 차단 필터의 양쪽 표면에서의 이물의 존재 여부 및 부착 위치를 검사하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다. 물론, 본 발명은, 다른 렌즈 또는 필터의 표면에 대한 검사에 적용될 수도 있다.

한편, 접안 렌즈와 IR 차단 필터 사이에서의 이물을 검사하기 위해서는, 2가지 조건이 만족되어야 하는데, 첫번째는, 접안 렌즈와 IR 차단 필터의 전 표면을 균일한 밝기로 조명할 수 있어야 하고, 두번째로는, 접안 렌즈와 IR 차단 필터를 투과하여 검사용 센서까지 도달하는 광의 세기가 균일해야 한다는 것이다. 그래야만, 상기 렌즈와 필터를 포함하는 광학 부품들의 표면에 부착된 이물에 대응하여 차단된 광의 양만큼 어두워진 그림자를 포함하는 영상을 촬영할 수 있게 되며, 이 그림자를 분석하여 이물의 존재 여부 및 위치를 파악할 수 있게 되기 때문이다.

도 5는 본 발명에 따른 이물 검사 시스템의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 이물 검사 시스템은, 광원부(10)와, 조명용 광학계(20)와, 검사용 광학계(40)와, 촬영부(50)와, 제어부(60)를 포함하여 이루어진다. 이때, 광원부(10)와 검사용 광학계(40)의 사이에 검사 대상물인 렌즈 모듈(30)이 배치된다.

먼저, 광원부(10)와 조명용 광학계(20)를 이용하여 검사 대상 렌즈 모듈(30)의 IR 차단 필터와 접안 렌즈를 균일하게 조명하는 방법에 대하여 설명한다. 본 방법은, 렌즈 모듈(30)이 가지고 있는 화각과 같거나 좀 더 큰 각으로 조명광을 렌즈 모듈(30)에 대하여 입사시키면, 렌즈 모듈(30)의 광학 특성(상기의 화각)에 의해, 가상의 센서면(예를 들면, 렌즈 모듈이 결합될 PCB에 배치될 촬상 소자의 센서 표면)에 균일한 밀도의 광이 도달될 수 있다는, 렌즈 모듈 자체의 설계 특성을 이용한다. 즉, 렌즈 모듈 고유의 화각으로 평행광을 입사시킬 수 있는 조명용 광학계(20)를 구성해주면, 광원부(10)로부터 출사된 조명광은 렌즈 모듈 내부의 광학 부품들을 통과한 후 가상의 센서면에 균일하게 도달하게 될 것이다. 이렇게 균일하게 도달하는 조명광을 상기 센서면에서 촬영한다면, 밝기가 균일한 배경 영상을 얻을 수 있을 것이다. 이렇게 하여 형성한 균일한 밝기의 배경 영상에 이물이 존재하면 어두운 그림자가 비춰지게 될 것이다.

이러한 기능의 조명용 광학계(20)에 대한 일례는, 도 6에 도시된 바와 같은 형태를 고려할 수 있다. 도면에서는, 렌즈 모듈(30)의 대물 렌즈를 향하여 대물 렌즈의 시야각(화각)의 모든 방향으로부터 조명광이 입사될 수 있도록 구성된 광학계를 볼 수 있다.

광원부(10)는 균일한 면발광 소자를 사용하여 평행광을 방출할 수 있으며, 또는 사방으로 방사되는 방사광을 하나 또는 둘 이상의 복합 렌즈를 이용하여 평행광으로 출사하는 광 콜리메이터를 포함할 수 있다. 또한, 광원부(10)는, 평행광을 만들기 위해 비-축 포물경(Off-Axis Parabolic Mirror)을 포함할 수도 있다. 광원부(10)에서 방사된 광(조명광)은, 조명용 광학계(20)를 통과하여 균일한 밀도의 광선속이 대물 렌즈로 입사되도록 제어되는 것이 바람직하다. 이로써, 피측정 렌즈 모듈(30)에 균일한 조명을 행할 수 있다.

즉, 렌즈 모듈(30)의 대물 렌즈에 조사되는 조명광의 광선속이 적어도 접안 렌즈의 모든 지점을 투과하여 촬상 소자의 표면에 균일한 밀도로 도달할 수 있도록, 광원부(10)에서 방출하는 조명광의 광선속의 진행 방향 및/또는 조명용 광학계(20)에서 출사하는 광선속의 진행 방향이 제어될 수 있다.

렌즈 모듈(30)은 검사 대상물(피검사물)로서, 대물 렌즈와 접안 렌즈, IR 차단 필터, 그리고 추가적인 렌즈들을 구비할 수 있는데, 이는, 도 1을 참조할 수 있다.

한편, IR 차단 필터는, 어느 한쪽면은 입사하는 광선(가시광선 및 적외선)의 반사를 방지하기 위한 반사 방지면(AR면)이 되고, 다른 한쪽면은 적외선을 차단하기 위한 IR 차단면으로 구성될 수 있으며, 이는 박막 필터 코팅으로 제작될 수 있다. 또는, IR 차단 필터는, 유리 매질 자체에 적외선을 흡수하는 기능을 부여함으로써 적외선 차단 기능이 구현될 수도 있다.

반사가 아닌 투과하는 광 경로를 가지기 위해 가시광선 영역을 사용하는 본 발명에서는, 박막 필터 코팅으로 제작된 IR 차단 필터나 IR 흡수에 의해 IR을 차단하는 필터의 두가지 경우에 대하여, 동일하게 이물을 검사할 수 있다.

다음, 검사용 광학계(40)는, 광원부(10)로부터 방출되어 조명용 광학계(20)를 거친 후, 렌즈 모듈의 대물 렌즈로 입사하고, 이어서 렌즈 모듈의 접안 렌즈와 IR 차단 필터를 통해 출사하는 조명광을 수집하기 위해 배치된다. 그리고, 수집되는 조명광에 대한 광선속의 진행 방향을 제어하여, 촬영부(50)에 대하여 초점을 형성한다. 렌즈 모듈(30)에서 검사용 광학계(40)에 이르는 광선속의 형태는 도 7을 참조한다.

렌즈 모듈의 대물 렌즈로 입사하여 하나 또는 복수의 렌즈들을 투과하고 접안 렌즈를 통해 출사하는 조명광은, 기본적으로는 IR 차단 필터를 투과한 후 PCB의 카메라 유닛용 촬상 소자(카메라 유닛을 구성할 때 렌즈 모듈에 결합되는 PCB 및 여기에 배치되는 촬상 소자)의 위치에 초점을 형성하게 된다. 이때의 광선속은 렌즈 모듈(30)의 광축을 중심으로 발산되는 진행 방향을 갖는 형태로 나타난다. 이러한 발산하는 형태의 광을 수집하여 이물 영상을 획득하기 위해서, 검사용 광학계(40)는, 렌즈 모듈의 접안 렌즈와 같거나 그보다 큰 직경을 갖는 렌즈를 적어도 1개는 구비하여야 할 것이며, 렌즈 모듈의 접안 렌즈로부터 발산(도 8에서의 (+)부호 방향)하는 조명광의 진행 방향과 동일(검사용 광학계의 관점에서는 수렴하는 방향)하게 수렴(도 8에서 (-)부호 방향이며 발산하는 방향과 거의 유사한 각도량)하도록 구성되어야 할 것이다.

도 8은 본 발명에 있어서, 기하 광학적 광선을 해석하기 위한 카르테시안 부호 규약을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명에 있어서, 검사용 광학계의 원리를 설명하기 위한 또다른 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 기하 광학적 광선을 추적할 때의 해석을 용이하게 하기 위해 카르테시안 부호 규약(Cartesian Sign Convention)을 따르는데, 빛의 진행 방향 부호(+,-), 렌즈 곡률 중심의 방향 부호(+,-), 광축(Optical Axis)에 대한 위/아래 방향(+,-), 그리고 광축이나 표면으로부터 주광선(Chief Ray)이 이루는 방향(+,-) 등을 규정한다.

이 중, 각도에 대해서는, 광의 진행 방향에 대해 광축으로부터 반시계방향은 (-)부호로, 시계방향은 (+)부호로 규정한다.

그런데 일반적으로 관찰 영역(Field of View)보다 광학계의 직경이 작은 대부분의 광학계는 물체측(Object Plane)의 입력 각도가 (+)부호를 갖는다. (비록, 텔레센트릭 광학계(Telecentric Optics)에서는 관찰 영역보다 렌즈 직경이 크게 되는 경우도 있으나, 텔레센트릭 광학계는 입력 각도가 0°를 갖는 광학계이기 때문에, 특별한 잇점을 얻을 수도 있으나, 본 발명의 범위에서는 벗어나기 때문에, 별도로 고려하지 않는다.)

본 발명에 사용된 검사용 광학계(40)는, 물체측 입력 각도(일례로서, 30±5°의 범위일 수 있음)가 (-)부호를 갖는 특징이 있다. 또한, 검사용 광학계(40)의 물체측 입력 각도는, 피측정 렌즈 모듈(30)에서 출사하는 조명광(즉, 주광선)과 부호가 반대이면서 동일한 크기이거나 유사한 크기(일례로서, ±10°의 범위일 수 있음)의 각도(부호로는 (-)부호로서, 피측정 렌즈 모듈에서의 (+)부호와는 반대의 부호를 가짐)를 갖는 특징이 있다. 이처럼 (-)부호를 가져야만 피측정 렌즈 모듈(30)에서 (+)부호로 발산하는 광을 (-)부호를 갖는 검사용 광학계(40)에서 모두 수광하여 광손실없이 모두 검사용 촬상 소자에 집광시킬 수 있으며, 균일한 배경 밝기의 영상을 얻을 수 있다.

이렇게 광원부(10) 및 조명용 광학계(20)를 통해 피측정 렌즈 모듈(30)에 입사된 조명광은, 검사용 광학계(40)를 통해 재조정된 초점 위치에 배치된 촬영부(50)의 촬상 소자에서 배경 영상으로서 촬영될 것이다.

촬영부(50)는 촬상 소자를 포함하며, 검사용 광학계(40)에서 형성한 결상 위치(Image plane)에 촬상 소자를 위치시켜 소정의 영상, 즉, 이물 영상을 생성한다. 이물 영상은, 일반적으로 조명광이 렌즈 모듈(30)을 구성하는 복수의 렌즈들을 투과한 후 얻어지는 영상으로서, 모든 부분이 균일한 밝기로 보여진다.

한편, 이렇게 광선속이 제어된 조명광이 렌즈 모듈로 입사되는 상태에서, 만일, 렌즈 모듈을 구성하는 복수의 렌즈 또는 필터의 어느 표면에 이물이 부착되었다면, 촬상 소자에 의해 촬영되는 이물 영상에는 이물이 부착된 위치에 대응하여 그림자가 비춰지게 될 것이다. 그림자의 위치 및 초점 거리는 이물의 위치와 관련이 있다.

제어부(60)는, 촬영부(50)에서 획득된 이물 영상을 분석하여 이물 영상 내에서의 이물의 평면적인 위치 및 이물이 어느 렌즈(특히, 접안 렌즈) 또는 IR 차단 필터의 어느쪽 표면에 부착된 것인지를 검사한다. 검사된 이물의 위치는 소정의 디스플레이 수단 등에 표시되어 이물 검사 시스템의 운영자에게 통보될 수 있다.

또한, 제어부(60)는, 검사용 광학계(40)를 구성하는 하나 또는 복수의 렌즈의 상대적인 위치 관계를 조정하거나, 촬영부(50)와 검사용 광학계(40)와의 상대적인 거리 또는 렌즈 모듈(30)과 검사용 광학계(40)와의 상대적인 거리를 조정할 수 있다(이에 대해서는, 이물 영상의 초점을 조정하는 방법을 개략적으로 도시한 도 10을 참조하여 이해할 수 있다). 이에 의하여, 이물 영상에 보여지는 이물에 의한 그림자의 초점을 조정할 수 있게 된다. 그림자의 정확한 초점을 맞추고, 그 때의 조정된 상대적인 거리에 근거하여 초점이 맞추어진 그림자에 해당하는 이물이 어느 렌즈 또는 필터의 어느쪽 표면에 부착된 것인지를 특정할 수 있게 된다.

제어부(60)는, 더욱, 서로 다른 초점으로 결상된 복수의 이물 영상을 획득할 수 있으며, 서로 다른 초점으로 결상된 복수의 이물 영상에서 보여지는 각 이물들을 서로 비교함으로써, 이물들이 어느 렌즈 또는 필터의 어느쪽 표면에 존재하는지를 더욱 명확하게 식별할 수 있게 된다.

특히, 렌즈 모듈(30)을 구성하는 접안 렌즈에 이물이 부착된 것인지, 더욱, 이물이 접안 렌즈의 어느쪽 표면에 부착되었는지를 확인할 수 있다. 또한, 이물이 렌즈 모듈(30)에 구비된 IR 차단 필터에 부착된 것인지, 더욱, 필터의 어느쪽 표면에 부착된 것인지도 확인할 수 있다.

이와 같은 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 이물 검사 시스템에서, 검사용 광학계(40)를 부가하는 이유는, 상술한 바와 같이, 검사 공정에 있어서, 이물 영상을 획득하기 위한 촬상 소자를 카메라 유닛의 촬상 소자의 위치(가상의 센서면)에 정밀하게 위치시키기 어렵기 때문이다. 또한, 보다 높은 밀도를 가진 고성능의 촬상소자를 적용해서 더욱 정밀한 검사를 할 수 있기 때문이며, 매 렌즈 모듈(30)의 가상의 센서면에 검사용 촬상 소자를 위치시킨다는 것은 검사 공정의 소요 시간을 증가시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 이물 영상의 초점을 조정하여 서로 다른 초점으로 복수의 이물 영상을 촬영하고자 할 때, 접안 렌즈의 초점위치에 촬영부(50)의 촬상 소자를 직접 위치시킨 후 촬상 소자의 초점 위치를 접안 렌즈의 초점 위치에 맞추어 조정하는 것보다, 검사용 광학계(40)를 부가하여 초점 위치를 조정하는 것이 더욱 유리하다. 또한, 검사용 광학계(40)를 개재하여 배율을 재조정함으로써, 더욱 확대된 이물 영상을 획득할 수 있게 되어 정밀도 높은 검사에도 유리하다.

도 11은 서로 다른 초점으로 촬영된 이물 영상들을 보여준다. 특히, IR 차단 필터의 양쪽 표면에 대하여 각각 초점을 맞춘 이물 영상들의 예시를 보여준다.

도 11(a)은 IR 차단 필터를 측면에서 바라본 형태로서, 예를 들면, 제1면(예를 들면, 렌즈 모듈로부터 가장 바깥쪽이 되는 면)에 3개의 이물이 존재하고 제2면(렌즈 모듈의 안쪽을 향하는 면)에 2개의 이물이 존재하는 것으로 보여준다.

도 11(b)은 촬영된 이물 영상의 일례로서, IR 차단 필터의 제1면에 초점을 맞추어 촬영된 영상이다. 이 영상에서는 IR 차단 필터의 제1면에 부착된 3개의 이물이 보여진다. 이때, 초점 거리는 심도(DOF)를 가지므로, 초점 거리를 조정하여 IR 차단 필터의 제1면의 이물만이 촬영될 수 있도록 초점 거리를 조정해야 할 것이다.

도 11(c)은 IR 차단 필터의 제1면과 제2면의 중앙에 초점을 맞추어 촬영된 이물 영상으로서, IR 차단 필터의 제1면에 부착된 3개의 이물과 제2면에 부착된 2개의 이물이 동시에 보여지고 있다. 이때, IR 차단 필터의 두께가 검사용 광학계의 초점심도(DOF)보다 두껍기 때문에 IR 차단 필터의 제1면의 이물과 제2면의 이물 모두에 초점이 맞지 않게 되어(Defocused) 이물들이 흐리게 보여질 것이다.

도 11(d)은 IR 차단 필터의 제2면에 초점을 맞추어 촬영된 이물 영상이다. 이 영상에서는 IR 차단 필터의 제2면에 부착된 2개의 이물만이 보여진다. 이때, 초점 거리는 심도(DOF)를 가지므로, IR 차단 필터의 제2면의 이물만이 촬영될 수 있도록 초점 거리를 조정해야 할 것이다.

이렇게 다양한 초점거리로 이물 영상을 획득함으로써, 원하는 렌즈 또는 IR 차단 필터의 원하는 표면의 이물만을 선택적으로 확인할 수 있게 된다.

다음으로, 도 12를 참조하여, 본 발명에서 제안하는 이물 검사 장치의 동작 원리에 대하여 설명한다. 본 발명에서 조명용 광학계의 필요성은, 피측정 렌즈 모듈의 화각과 동일한 조명광을 렌즈 모듈의 대물 렌즈를 향하여 출사하기 위함이다. 또한, 검사용 광학계는, 피측정 렌즈 모듈의 접안 렌즈로부터 출사하는 광선속을 수집하여 촬영부의 촬상 소자에 결상시키기 위한 것이다.

도면을 참조하면, 광원부로부터 출사한 조명광은 콜리메이터를 통과하여 조명용 광학계로 입사한다. 조명용 광학계는 피측정 렌즈 모듈의 대물 렌즈를 향하여, 렌즈 모듈의 화각과 동일한 각도로 평행한 조명광을 입사시킨다. 피측정 렌즈 모듈로부터 가상의 센서면을 향하여 초점을 맺기 위해 출사되는 광선속은 계속 진행하여 검사용 광학계에 도달하게 되고, 검사용 광학계는 입사되는 광선속을 촬영부에 결상시키게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 렌즈 모듈 이물 검사 시스템은, 접안 렌즈와 대물 렌즈와 적외선 차단 필터가 장착된 렌즈 모듈을 이용하고, 렌즈 모듈의 대물 렌즈측에 광원부와 조명용 광학계를 배치하고, 렌즈 모듈의 접안 렌즈 측에 검사용 광학계와 촬영부를 배치한 형태로 구성된다.

그리고, 광원부에서 방출하는 조명광을 조명용 광학계를 통해 진행 방향을 제어한 후 렌즈 모듈에 조사하고, 렌즈 모듈의 렌즈들을 투과한 조명광을 검사용 광학계로 수집하여 진행 방향을 제어한 후 촬영부를 이용하여 촬영한다.

이러한 구성에 의하여, 렌즈 모듈을 투과한 조명광의 광선속의 밀도가 균일하여 촬영되는 영역의 밝기가 균일한 이물 영상을 만들어낼 수 있으며, 이러한 이물 영상에서 그림자 형태로 보여지는 형상을 이물로 판정하여 그 부착된 위치를 간편하게 검출할 수 있게 된다.

특히, 이물 영상에 보여지는 이물은, 촬영부에 가까운 렌즈의 표면, 즉, 적외선 차단 필터의 양쪽면 또는 접안 렌즈의 양쪽면, 또는 접안 렌즈에 가까운 렌즈의 양쪽면에 배치된 것일 수 있다.

이때, 검사용 광학계를 구성하는 렌즈들의 초점거리를 조절하여 또한 검사용 광학계와 촬영부의 거리를 조절하여 촬영되는 이물 영상의 초점거리를 조절할 수 있으며, 이렇게 초점거리를 조절함으로써 원하는 렌즈의 원하는 표면의 이물만을 촬영할 수 있다.

또는, 초점 위치를 달리한 복수의 이물 영상을 획득하고, 촬영된 영상들에서 보여지는 이물을 비교함으로써, 이물이 어느 렌즈 또는 IR 차단 필터에 부착되었는지, 더욱, 어느쪽 표면에 부착된 것인지를 판정할 수도 있게 된다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이물 검사 시스템의 중요 부분을 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 렌즈 모듈(30)을 중심으로 상부측으로는 조명용 광학계(20)와 광원부(10)가 배치되고, 하부측으로는 검사용 광학계(40)와 촬영부(50)가 배치된 구조를 볼 수 있다(제어부는 별도로 도시하지 않음). 또한, 각 구성부들은 주광축을 따라서 일렬로 배치된 것을 볼 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 렌즈 모듈의 검사를 위한 각 구성부들이 직선상으로 배치될 수 있으며, 렌즈 모듈에 대한 신속하고 정밀한 이물 검사를 실행할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 대물 렌즈와 접안 렌즈와 IR 차단 필터가 배치된 렌즈 모듈의 상기 대물 렌즈를 향하여 조명광을 방출하는 광원부;
   상기 광원부로부터 상기 대물 렌즈에 입사되어 상기 접안 렌즈 내지 상기 IR 차단 필터를 투과한 조명광을 수집하여 초점을 형성하는 검사용 광학계;
   상기 검사용 광학계에서 형성하는 초점에 배치된 촬상소자를 구비하여 상기 렌즈 모듈을 통과한 조명광에 의하여 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 표면에 부착된 이물이 그림자로 보여지는 이물 영상을 획득하는 촬영부;
   상기 촬영부에서 획득한 상기 이물 영상을 분석하여, 상기 렌즈 모듈의 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 표면들에 대한 이물의 부착 위치를 판정하는 제어부; 및
   상기 대물 렌즈에 입사되어 상기 접안 렌즈의 모든 지점을 투과한 후 상기 IR 차단 필터로부터 출사되는 조명광의 광선속이, 상기 촬상소자에 동일한 밀도로 도달하여 밝기가 균일한 영상이 얻어지도록, 상기 광원부에서 방출되는 조명광의 광선속을 제어하는 조명용 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 조명용 광학계는, 조명광이 상기 렌즈 모듈의 상기 대물 렌즈의 시야각의 모든 방향으로부터 상기 대물 렌즈로 조사될 수 있도록, 상기 렌즈 모듈의 화각과 유사하거나 상기 렌즈 모듈의 화각보다 큰 각도의 평행광을 상기 대물 렌즈에 대하여 입사시킬 수 있는 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 검사용 광학계는, 상기 렌즈 모듈을 향하는 물체측 입력 각도가 상기 렌즈 모듈로부터 출사되는 주광선과 동일한 각도이거나 ±10° 범위의 각도이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 검사용 광학계를 구성하는 복수의 렌즈들 사이의 거리를 조정하거나, 상기 렌즈 모듈과 상기 검사용 광학계와의 초점 거리를 조정하여, 서로 다른 초점 위치에서 촬영된 복수의 이물 영상을 획득하고, 상기 복수의 이물 영상에서 보여지는 이물들을 비교함으로써, 촬영된 이물이 상기 대물 렌즈 또는 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 어느쪽 표면에 존재하는지 판정하는 것을 특징으로 하는 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.

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