KR101623144B1 - 스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 명세서에서는 두 개 이상의 광 경로를 갖는 스테레오 현미경에 조립 가능한 3차원 측정 장치를 개시하며, 상기 3차원 형상 측정 장치는, 상기 스테레오 현미경의 제1 광 경로의 단부에 부착되어, 상기 제1 광 경로를 통해 측정 대상물에 패턴광을 조사하는 패턴광 조사부 및 상기 스테레오 현미경의 제2 광 경로의 단부에 부착되어, 상기 측정 대상물에 반사되어 상기 제2 광 경로를 통해 수신된 반사광을 분석하는 이미지 검출부를 포함할 수 있다.

Description

스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치{3-DIMENSION IMAGE MEASURMENT APPARATUS USING STEREO MICROSCOPE}

본 발명은 3차원 형상 측정 장치에 관련된 것으로, 더욱 구체적으로는 스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치에 관련된 것이다.

일반적으로 전자장치 내에는 적어도 하나의 인쇄회로기판(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 인쇄회로기판과 같은 측정 대상물에 광을 조사하고 이에 대한 반사 이미지를 카메라를 이용하여 촬영한다. 이어서, 촬영된 상기 반사 이미지를 이용하여 측정 대상물의 높이에 기반한 3차원 형상을 측정한다. 하지만 이러한 3차원 형상 측정장치는 인쇄회로기판과 같은 측정 대상물에 한정되지 아니하며 임의의 분야에 대상물의 3차원 형상을 측정하기 위해 이용되고 있다.

상기 장치는 상기 측정 대상물로 광을 제공하는 조명부 및 상기 측정 대상물에서 반사된 반사광을 통해 상기 측정 대상물의 이미지를 촬상하는 카메라를 포함한다. 여기서, 상기 카메라는 상기 반사광이 통과되는 결상 렌즈 및 상기 결상 렌즈를 통과한 상기 반사광을 수신하여 상기 측정 대상물의 이미지를 촬영한다.

도1은 종래의 3차원 형상 측정장치의 구성도이다. 도1을 참조하면 기판(1) 상의 측정 대상물(2)에 패턴광원(10)과 렌즈(20)를 통해 패턴광을 조사하고, 반사된 광을 검출기(30)가 수신하여 분석함으로써 측정 대상물의 3차원 형상을 측정한다. 구체적으로 패턴광을 측정 대상물에 조사하면 조사된 패턴광은 기준면에 맺히고, 이를 검출기가 획득한다. 그 후 기준면 프린지의 위상과 측정 대상물의 변형된 프린지 위상의 차이를 통해서 3차원 형상을 측정하게 된다.

그러나 이러한 3차원 형상 측정 방법은 패턴광을 조사하고 반사된 광을 수신하기 위하여 복잡한 광학 시스템이 갖추어져야 하는 문제점이 존재한다.

한국등록특허 10-1371391

위와 같은 문제점을 해결하기 위해 별도의 광학 시스템을 갖추지 않고 간단한 구조를 가진 3차원 형상 측정 장치가 요구된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치는, 스테레오 현미경의 제1 광 경로의 단부에 부착되어, 상기 제1 광 경로를 통해 측정 대상물에 패턴광을 조사하는 패턴광 조사부; 및 상기 스테레오 현미경의 제2 광 경로의 단부에 부착되어, 상기 측정 대상물에 반사되어 상기 제2 광 경로를 통해 수신된 반사광을 분석하는 이미지 검출부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치에서, 상기 제1 광 경로의 다른 단부 및 상기 제2 광 경로의 다른 단부는 상기 측정 대상물을 향하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치에서, 상기 패턴광 조사부는, 소정 형태의 패턴을 조사하는 조명부; 및 상기 소정 형태의 패턴을 변화시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치에서, 상기 이미지 검출부는, 상기 반사광이 결상된 상들을 촬영하는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치에서, 상기 이미지 검출부는, 상기 패턴광과 상기 반사광을 비교 분석하여 위상차이를 산출하고, 상기 위상차이를 기초로 상기 측정 대상물의 형상을 측정하는 이미지 처리부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치에서, 상기 제1 광 경로 및 상기 제2 광 경로에 각각 배치되는 제1 줌 렌즈부 및 제2 줌 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치에서, 상기 제1 줌 렌즈부 및 제2 줌 렌즈부는 각각 독립적으로 배율이 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 스테레오 현미경을 이용한 3차원 형상 측정 장치는, 상기 제1 광 경로 및 상기 제2 광 경로에 배치되는 대물 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치는 기존의 스테레오 카메라의 접안렌즈를 제거하고 본 발명의 측정 모듈을 설치함으로써 기존의 스테레오 현미경을 그대로 이용할 수 있고, 이에 따라서 별도의 복잡한 광학 시스템 없이 프로젝션을 이용한 위상 천이 3차원 형상 측정을 할 수 있는 장점이 있다.

도1은 종래 기술에 따른 3차원 형상 측정장치의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정장치의 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정장치의 실제 모델과 종래 스테레오 현미경을 나타내는 도이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 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 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

본 명세서에 기술된 실시예는 전적으로 하드웨어이거나, 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어이거나, 또는 전적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 본 명세서에서 "부(unit)", "모듈(module)", "장치" 또는 "시스템" 등은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 또는 소프트웨어 등 컴퓨터 관련 엔티티(entity)를 지칭한다. 예를 들어, 본 명세서에서 부, 모듈, 장치 또는 시스템 등은 실행중인 프로세스, 프로세서, 객체(object), 실행 파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program), 및/또는 컴퓨터(computer)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 컴퓨터에서 실행중인 애플리케이션(application) 및 컴퓨터의 양쪽이 모두 본 명세서의 부, 모듈, 장치 또는 시스템 등에 해당할 수 있다.

실시예들이 도면에 제시된 순서도를 참조로 하여 설명되었다. 간단히 설명하기 위하여 상기 방법은 일련의 블록들로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 상기 블록들의 순서에 한정되지 않고, 몇몇 블록들은 다른 블록들과 본 명세서에서 도시되고 기술된 것과 상이한 순서로 또는 동시에 일어날 수도 있으며, 동일한 또는 유사한 결과를 달성하는 다양한 다른 분기, 흐름 경로, 및 블록의 순서들이 구현될 수 있다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도2를 참조하면 3차원 형상 측정 장치(1000)는 두 개 이상의 광 경로를 갖는 스테레오 현미경(200)에 조립 가능한 3차원 측정 모듈(100)을 포함하며, 스테레오 현미경(200)의 제1 광 경로(10)의 단부에 부착되어, 상기 제1 광 경로(10)를 통해 측정 대상물(2)에 패턴광을 조사하는 패턴광 조사부(110) 및 상기 스테레오 현미경(200)의 제2 광 경로(20) 의 단부에 부착되어, 상기 측정 대상물에 반사되어 상기 제2 광 경로(20)를 통해 수신된 반사광을 분석하는 이미지 검출부(120)를 포함한다.

일 예에서, 상기 3차원 측정 모듈(100)은 임의의 스테레오 현미경에 탈 부착 될 수 있다. 또한 3차원 측정 모듈은 스테레오 현미경의 접안 렌즈부분에 설치되어 하나의 경로에는 패턴광을 조사하고 다른 경로에서는 반사광을 수신할 수 있다.

또한 상기 3차원 측정 모듈(100)은 임의의 연결 구조를 통해 스테레오 현미경과 연결될 수 있으며, 도2에 도시된 바와 같이 하나의 경로에는 패턴광 조사부(110)가 설치되어 다른 경로에는 이미지 검출부(120) 가 배치될 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면 상기 제1 광 경로(10)의 다른 단부 및 상기 제2 광 경로(20)의 다른 단부는 상기 측정 대상물(2)을 향할 수 있다.

이에 따라서 패턴광 조사부(110)에서 조사된 패턴광은 측정 대상물에 조사되고, 측정 대상물에 대하여 반사된 반사광은 제2 광 경로(20)를 통해 이미지 검출부(120)에 수신될 수 있다.

일 실시예에서 상기 패턴광 조사부(110)는 소정 형태의 패턴을 조사하는 조명부(111) 및 상기 소정 형태의 패턴을 변화시키는 구동부(112)를 포함할 수 있다. 상기 패턴의 형태는 측정 대상물의 종류 및 측정의 용도에 따라서 달라질 수 있으며, 구동부(112)는 패턴의 형태가 동적으로 변화될 수 있도록 패턴부(미도시)에 대하여 기계적인 동작을 제공할 수 있다. 일 실시예에서 상기 패턴부는 조명부의 전측에 배치될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

또한 일 실시예에서 상기 이미지 검출부(120)는 상기 반사광이 결상된 상들을 촬영하는 카메라(121)를 포함할 수 있다. 예컨대 상기 카메라(121)는 스테레오 현미경(200)의 제2 광 경로(20)에 배치된 검출 렌즈에 결상된 이미지를 촬영할 수 있다. 또한 촬영된 이미지는 타측 장치로 전송되어 디스플레이 장치를 통해 표시될 수 있다.

또한 일 실시예에서 상기 이미지 검출부(120)는 상기 패턴광과 상기 반사광을 비교 분석하여 위상차이를 산출하고, 상기 위상차이를 기초로 상기 측정 대상물의 형상을 측정하는 이미지 처리부(122)를 포함할 수 있다.

이미지 처리부(122)는 측정 대상물에 반사되어 왜곡된 반사광을 기초로 측정 대상물의 형상을 측정할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치(1000)는 제1 광 경로(10) 및 상기 제2 광 경로를 갖는 스테레오 현미경(200)을 더 포함할 수 있다. 일 예에서 상기 3차원 형상 측정 장치는 복수개의 스테레오 현미경을 포함할 수도 있다. 이 경우 복수 개의 광 경로가 제공될 수 있으며, 상기 복수 개의 광 경로 중 적어도 하나는 조사되는 패턴광이 통과되고, 다른 광 경로는 반사광이 통과될 수 있다. 즉 적어도 하나의 현미경에는 패턴광 조사부가 부탁되나 다른 현미경들에는 이미지 검출부가 부착되어 측정 대상물의 3차원 형상을 측정할 수 있다.

또한 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치(1000)는 상기 제1 광 경로(10) 및 상기 제2 광 경로(20)에 각각 배치되는 제1 줌 렌즈부(211) 및 제2 줌 렌즈부(212)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 줌 렌즈부(211) 및 제2 줌 렌즈부(212)는 구동부 또는 사용자 조작에 의해 제어될 수 있으며, 상기 제1 줌 렌즈부(211) 및 제2 줌 렌즈부(212)는 각각 독립적으로 배율이 조절될 수 있다. 이 경우 배율에 따른 패턴의 피치 변화를 이용하여 다양한 측정 대상물을 측정할 수 있게 된다.

또한 일 실시예에서 3차원 형상 측정 장치(1000)는 상기 제1 광 경로 및 상기 제2 광 경로에 배치되는 대물 렌즈부(220)를 더 포함할 수 있다. 대물 렌즈부(220)는 제1 광 경로(10) 및 제2 광경로(20)를 모두 걸쳐서 배치되며, 측정 대상물(2)을 향하는 패턴광과 반사된 반사광이 통과될 수 있다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정장치의 실제 모델과 종래 스테레오 현미경을 나타내는 도이다. 도3을 참조하면 본 발명의 3차원 형상 측정 장치를 이용하면 기존의 스테레오 현미경에서 접안렌즈 부분(X)을 3차원 측정 모듈(Y)로 대체함으로써 기존의 스테레오 현미경을 그대로 이용하여 별도의 복잡한 광학 시스템 없이 프로젝션을 이용한 위상 천이 3차원 형상 측정을 할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : 제1 광 경로
20 : 제2 광 경로
100 : 3차원 측정 모듈
110 : 패턴광 조사부
120 : 이미지 측정부
200 : 스테레오 현미경
1000 : 3차원 형상 측정 장치

Claims (8)

1. 스테레오 현미경의 제1 광 경로의 단부에 부착되어, 상기 제1 광 경로를 통해 측정 대상물에 패턴광을 조사하는 패턴광 조사부;
   상기 스테레오 현미경의 제2 광 경로의 단부에 부착되고, 상기 측정 대상물에 반사되어 상기 스테레오 현미경의 상기 제1 광 경로 및 상기 제2 광 경로의 일단에 배치되는 대물렌즈를 통과하여 상기 제2 광 경로를 통해 수신된 반사광과 상기 패턴광을 비교 분석하여 위상차이를 산출하는 이미지 검출부; 및
   상기 위상차이를 기초로 상기 측정 대상물의 형상을 측정하는 이미지 처리부를 포함하는 3차원 형상 측정 장치로서,
   상기 제1 광 경로는 상기 스테레오 현미경에서 광이 상기 대물렌즈를 향하여 진행하는 방향의 광 경로이고, 상기 제2 광 경로는 상기 스테레오 현미경에서 광이 상기 측정 대상물에 반사되어 상기 대물렌즈를 통과하여 진행하는 광 경로이고,
   상기 3차원 형상 측정 장치는 상기 스테레오 현미경의 접안렌즈를 탈착하고, 상기 접안렌즈 위치에 탈부착가능하도록 일체화된 모듈형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 광 경로의 다른 단부 및 상기 제2 광 경로의 다른 단부는 상기 측정 대상물을 향하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 패턴광 조사부는,
   소정 형태의 패턴을 조사하는 조명부; 및
   상기 소정 형태의 패턴을 변화시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 이미지 검출부는,
   상기 반사광이 결상된 상들을 촬영하는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 광 경로 및 상기 제2 광 경로에 각각 배치되는 제1 줌 렌즈부 및 제2 줌 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 줌 렌즈부 및 제2 줌 렌즈부는 각각 독립적으로 배율이 조절되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치.
   
8. 삭제

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