KR101976780B1 - 복수의 상이한 패턴 광원의 설치가 가능한 패턴 광 조사 장치 및 검사 장치 - Google Patents

복수의 상이한 패턴 광원의 설치가 가능한 패턴 광 조사 장치 및 검사 장치 Download PDF

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Abstract

패턴 광 조사 장치 및 이를 이용한 검사 장치가 개시된다. 패턴 광 조사 장치는 복수의 관통홀을 갖는 프레임 상에 설치된 제1 패턴 광원 및 제2 패턴 광원을 포함한다. 상기 복수의 관통홀 각각은 유일한 광축을 따라 형성된다. 제1 패턴 광원은 고정 피치를 갖는 제1 패턴 광을 조사하도록 구성된다. 제2 패턴 광원은 가변 피치를 갖는 제2 패턴 광을 조사하도록 구성된다. 상기와 같은 구성을 통해, 가변 피치를 갖는 패턴 광과 고정 피치를 갖는 패턴 광을 단일한 장치를 통하여 조사함으로써, 패턴 광 조사 장치를 포함하는 검사 장치는 높이가 다른 굴곡 형상을 포함하는 검사 대상에 대해서도 추가적인 장비나 촬영 동작이 없이 검사 대상 및 부품의 3차원 영상을 획득하는 것이 가능하고, 이에 따라 검사 공정 단순화를 통한 생산 비용 절감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 프레임 상에 상이한 패턴 광원들을 설치함으로써, 패턴 광 조사 장치와 기판 검사 장치를 유연하게 생성할 수 있다.

Description

복수의 상이한 패턴 광원의 설치가 가능한 패턴 광 조사 장치 및 검사 장치 {PATTERN LIGHTING APPARATUS CAPABLE OF INSTALLING A PLURALITY OF DIFFERENT PATTERN LIGHT SOURCES AND INSPECTING APPARATUS}
본 발명은 복수의 광원으로부터 패턴 광을 생성하여 조사할 수 있는, 검사 장치를 위한 패턴 광 조사장치에 관한 것이다.
부품이 실장된 회로기판과 같은 물품을 검사하기 위해, 검사 대상 물품의 3차원 영상을 획득하여 그 영상으로부터 물품의 불량 여부를 판단하는 방법이 사용될 수 있다. 검사 대상 물품의 3차원 영상을 획득하기 위한 방법으로, 검사 대상 물품에 대해 패턴을 갖는 광을 패턴의 위상을 변경해 가며 조사하고, 조사된 패턴이 검사 대상 물품의 표면에서 왜곡되는 형상으로부터 검사 대상 물품의 3차원 영상을 생성하는 기술이 활용되고 있다. 이러한 패턴 광을 형성하기 위한 한 가지 방법은, 광원 앞에 패턴을 형성하기 위한 패턴 격자(grating)를 설치하여, 광원으로부터 조사되는 광이 패턴 격자를 통과하면서 그 광에 패턴을 형성하는 것이다. 패턴 격자는, 압전 소자(Piezoelectric Transducer, PZT)와 같은 전기기계적 이송장치에 의해 미세 이동되며, 이에 따라 패턴 격자를 통과하는 광에 형성된 패턴의 위상이 변화한다.
패턴 광을 형성하기 위한 다른 방법은, 디지털 마이크로미러 소자(Digital Micromirror Device: DMD), 즉 미세 거울 구조를 포함하는 소자를 이용하여 패턴 광을 생성 및 조사하는 것이다. 이 방법은 디지털 광처리(Digital Light Processing, DLP) 프로젝터와 같은 광학 장치를 이용하여 실행될 수 있다. 또한, 이 방법에 따르면, 광학장치가 사전에 결정된 패턴을 포함하는 이미지를 검사 대상 물품에 대해 조사함으로써, 그 패턴이 형성된 광이 검사 대상 물품에 조사되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 이 방법에 따르면, 서로 다른 위상을 갖는 복수의 패턴의 이미지를 검사 대상 물품에 대해 순차적으로 조사함으로써 위상이 변화하는 패턴 광을 검사 대상에 조사하는 효과가 얻어질 수 있다. 또한, 광학장치가 조사하는 패턴 이미지를 변경하는 것만으로, 패턴의 피치가 다른 패턴 광을 검사 대상 물품에 조사할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 검사 대상 물품에 대해 패턴 광을 조사하여 그 물품의 3차원 영상을 획득하는 방법에서, 3차원 영상의 해상도는 패턴 광이 갖는 패턴의 피치에 따라서 결정된다. 패턴 광의 형성에 사용되는 패턴 격자는 미세 가공을 통해서 제작되므로, 패턴 격자의 피치(또는 격자 피치)가 매우 세밀하게 조절될 수 있다. 따라서, 패턴 격자를 사용하여 패턴 광을 형성하는 경우, 패턴 광의 패턴 피치를 매우 작게 하여 검사 대상 물품에 조사할 수 있으므로, 검사 대상 물품의 정밀한 3차원 영상이 획득될 수 있다. 그러나, 패턴 격자가 갖는 패턴의 피치는 고정되어 있으므로, 검사 대상 물품에 따라 그 3차원 영상의 해상도를 변경하기는 어렵다. 즉, 검사 장치의 패턴 광원에 사용되는 패턴 격자와 압전 소자의 규격은, 검사 장치 제작 시에 검사 대상 물품의 요구사항에 맞추어 사전 결정되어 검사 장치에 장착되므로, 검사 장치의 패턴 격자 또는 압전 소자를 다른 규격으로 변경하는 것은 용이하지 않다.
또한, 검사 대상 물품 상에서 두 측정점 사이의 높이 차가 패턴 광의 패턴 피치의 정수배를 초과하는 경우에는, 2π 모호성(2π ambiguity) 문제가 발생한다. 검사 대상 물품 상에서 더 큰 높이 차이를 측정 가능하도록 하기 위해 패턴 광의 패턴 피치를 크게 하는 방법이 사용될 수 있다. 그러나, 이 방법에서 패턴 광의 패턴 피치를 크게 하기 위해 패턴 격자의 피치를 일정 수준 이상으로 증가시키면, 이송 장치가 패턴 광의 패턴의 위상을 충분히 변경할 수 있을 만큼 패턴 격자를 이송할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 검사 대상 물품의 표면 굴곡의 단차가 크고 표면 상의 돌출부들의 높이가 다양한 경우에는, 패턴 피치가 고정된 패턴 격자를 이용하여 형성된 패턴 광을 검사 대상 물품에 조사하더라도 그 물품의 정확한 3차원 영상을 획득하기 어렵다.
한편, DMD 칩을 이용한 DLP 프로젝터를 사용하여 패턴 광을 형성하는 경우에는, DLP 프로젝터가 사용하는 패턴 영상을 변경함으로써 해당 패턴 광의 패턴 피치나 위상을 간단하게 변경할 수 있다. 그러나, DLP 프로젝터는, 그 제작 비용이 고가이고, 패턴 격자를 사용하여 패턴 광을 형성하는 방법에 비해, 검사 대상 물품에 조사되는 패턴 광의 해상도가 낮게 설정되는 한계가 있다. 이러한 문제점은, DLP 프로젝터가 형성할 수 있는 패턴 이미지의 픽셀의 최소 크기가, 패턴 격자가 가질 수 있는 최소 패턴 피치보다 크기 때문에 발생한다.
이상과 같은 종래의 3차원 형상 검사 장치에서 사용되는 패턴 광 조사 방법들의 특성에 의해, 검사 대상 물품의 굴곡 특성이나 사용자의 요구에 따라 제한된 범위의 해상도를 갖는 패턴 광을 조사할 수 있는 장치를 제작해야 하고, 이에 따라 검사 장치의 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 다양한 3차원 형상을 갖는 검사 대상 물품들을 효과적으로 측정할 수 있는 단일한 검사 장치가 제공될 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치는, 복수의 관통홀을 갖는 프레임 - 상기 복수의 관통홀 각각은 유일한 광축을 따라 형성됨 -, 상기 프레임에 고정되어 설치되며, 상기 복수의 관통홀의 제1 집합을 통해 고정 피치를 갖는 제1 패턴 광을 조사하도록 구성된 제1 패턴 광원; 및 상기 프레임에 고정되어 설치되며, 상기 복수의 관통홀의 제2 집합을 통해 가변 피치를 갖는 제2 패턴 광을 조사하도록 구성된 제2 패턴 광원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치는, 상기 제1 패턴 광의 피치가, 상기 제2 패턴 광의 피치보다 작도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치는, 상기 프레임이 제1 서브프레임과 제2 서브프레임을 결합하여 구성되고, 상기 복수의 관통홀의 제1 집합은 상기 제1 서브프레임 및 상기 제2 서브프레임상에 형성되고, 상기 복수의 관통홀의 제2 집합은 상기 제2 서브프레임상에 형성되며, 상기 제1 패턴 광원은 상기 제1 서브프레임에 고정되어 설치되고, 상기 제2 패턴 광원은 상기 제2 서브프레임에 고정되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치는, 상기 복수의 관통홀의 하단에 설치되는 복수의 반사경을 더 포함하며, 상기 복수의 반사경은, 상기 복수의 관통홀을 통해 조사되는 제1 패턴 광 또는 제2 패턴 광을 반사하여 검사 대상을 향해 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치는, 상기 프레임에 고정되어 설치되며, 상기 제1 패턴 광 또는 제2 패턴 광이 조사되는 검사 대상을 촬영하도록 구성되는 적어도 하나의 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 검사 장치는, 검사 대상을 향해 패턴 광을 조사하는 패턴 광 조사 장치; 상기 검사 대상을 이송하는 이송부; 및 상기 패턴 광 조사 장치와 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 패턴 광 조사 장치는 복수의 관통홀을 갖는 프레임 - 상기 복수의 관통홀 각각은 유일한 광축을 따라 형성됨 -; 상기 프레임에 고정되어 설치되며, 상기 복수의 관통홀의 제1 집합을 통해 고정 피치를 갖는 제1 패턴 광을 조사하도록 구성된 제1 패턴 광원; 및 상기 프레임에 고정되어 설치되며, 상기 복수의 관통홀의 제2 집합을 통해 가변 피치를 갖는 제2 패턴 광을 조사하도록 구성된 제2 패턴 광원을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 이송부가 상기 검사 대상을 상기 패턴 광 조사 장치 아래의 검사 위치로 이송하고, 상기 패턴 광 조사 장치가 상기 검사 대상을 향해 패턴 광을 조사하도록 제어하는 것을 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 검사 장치는, 상기 제어부가 상기 제1 패턴 광원과 상기 제2 패턴 광원이 서로 다른 시점에 패턴 광을 조사하도록 상기 패턴 광 조사 장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 검사 장치는, 상기 제1 패턴 광의 피치가 상기 제2 패턴 광의 피치보다 작도록 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 검사 장치는, 상기 프레임이 제1 서브프레임과 제2 서브프레임을 결합하여 구성되고, 상기 복수의 관통홀의 제1 집합은 상기 제1 서브프레임 및 상기 제2 서브프레임 상에 형성되고, 상기 복수의 관통홀의 제2 집합은 상기 제2 서브프레임 상에 형성되며, 상기 제1 패턴 광원은 상기 제1 서브프레임에 고정되어 설치되고, 상기 제2 패턴 광원은 상기 제2 서브프레임에 고정되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 높이가 다른 굴곡 형상을 포함하는 검사 대상에 대해, 추가적인 장비 또는 촬영 동작 없이 하나의 패턴 광 조사 장치만을 이용하여 부품의 3차원 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 하나의 패턴 광 조사 장치가 설치된 검사 장비를 이용하여 부품을 검사하는 경우에도, 부품의 3차원 영상에 있어서 높은 해상도를 유지하면서도, 동시에 표면상의 단차 또는 굴곡이 심한 검사 대상의 정밀한 3차원 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 단일한 패턴 광 조사 장치만을 사용하여 높이가 다른 부품을 포함하는 기판과 같은 검사 대상을 촬영 및 검사할 수 있어, 검사 공정 단순화를 통한 생산 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 패턴 광 조사 장치를 구성하는 프레임 상에 상이한 유형의 패턴 광원들을 설치함으로써, 다양한 기능과 구성을 갖는 패턴 광 조사 장치 및 이를 이용한 기판 검사 장치를 유연하게 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치의 프레임에 생성된 관통홀을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치를 사용한 기판 검사 장치 및 그 동작을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서 사용되는 용어 "부"는 소프트웨어, FPGA(field-programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 그러나, "부"는 하드웨어 및 소프트웨어에 한정되는 것은 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일례로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세서, 함수, 속성, 프로시저, 서브루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 어레이 및 변수를 포함한다. 구성요소와 "부" 내에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소 및 "부"로 결합되거나 추가적인 구성요소와 "부"로 더 분리될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 다르게 정의되어 있지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 보다 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 발명의 범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 명세서에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 이상 복수형의 표현도 함께 포함할 수 있으며, 이는 청구항에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용하는 것일 뿐 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것이 아니다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는" 및 "갖는"과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 문구 또는 문장에서 특별히 다르게 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 "~에 기초하여"라는 표현은, 해당 표현이 포함되는 문구에서 기술되는 결정 또는 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 하나 이상의 인자를 기술하는데 사용되고, 이 표현은 결정 또는 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 추가적인 인자를 배제하지는 않는다.
본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 중, "패턴 광"은, 검사 대상에 대한 3차원 형상을 측정하기 위하여 조사되는, 일정한 주기를 갖는 패턴을 포함하는 광을 의미한다. 이하 실시예들에 따른 패턴 광 조사 장치의 패턴 광원들 각각에서는, 줄무늬 형태의 패턴을 갖는 패턴 광으로서, 줄무늬의 밝기가 사인파 형태를 띠는 이른바 사이누소이달(sinusoidal) 패턴 광(또는 사인파 패턴 광)이 조사되는 것으로 설명될 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 패턴 광은, 사인파 패턴 광에 한정되는 것은 아니며, 밝은 부분과 어두운 부분이 반복되어 표시되는 온-오프(on-off) 형태의 패턴 광이나, 밝기의 변화가 삼각형 파형인 삼각파 패턴 광을 포함하는, 밝기의 변화가 일정한 주기를 갖고 반복되는 패턴을 갖는 다양한 패턴 광일 수 있다.
이하 설명하는 본 발명의 다양한 실시예들에서 사용되는 패턴 광 조사장치는, 광원으로부터의 광을 패턴 격자를 통과시켜 패턴 광을 형성하는 패턴 광원(이하 "격자 패턴 광원"이라 함)과, DLP 방식의 프로젝터, 즉 광원으로부터의 광을 마이크로미러의 배열을 포함하는 DMD 칩에 의해 반사시켜 패턴 이미지를 형성함으로써 패턴 광을 조사하는 패턴 광원(이하 "반사 패턴 광원"이라 함)을 포함할 수 있다. 격자 패턴 광원과 반사 패턴 광원은, 설명의 편의를 위하여 도입한 용어일 뿐이며, 이 패턴 광원들의 기능이나 동작을 해석함에 있어서 이 용어들이 갖는 사전적인 의미로 제한되어서는 안 된다.
본 발명에 따르는 패턴 광 조사 장치는, 하나 이상의 격자 패턴 광원과 하나 이상의 반사 패턴 광원을 모두 포함할 수 있다. 격자 패턴 광원이 조사하는 패턴 광의 패턴 피치는 반사 패턴 광원이 조사하는 패턴 광과 비교하여 패턴 피치를 비교적 작게 할 수 있기 때문에, 본 발명의 패턴 광 조사 장치는, 패턴 피치가 작은 패턴 광과 패턴 피치가 큰 패턴 광을 모두 동일한 검사 대상에 조사할 수 있다. 즉, 본 발명의 패턴 광 조사 장치를 구비한 기판 검사 장치는, 격자 패턴 광원을 이용하여 미세 피치를 갖는 패턴 광을 조사함으로써 검사 대상의 미세 부품에 대한 3차원 영상을 획득할 수 있다. 또한, 본 발명의 패턴 광 조사 장치를 구비한 기판 검사 장치는, 반사 패턴 광원을 이용하여 패턴 피치가 큰 패턴 광을 조사함으로써 동일 검사 대상의 높이가 높은 부품에 대한 3차원 영상도 획득할 수 있다. 이와 같이 다양한 패턴 피치를 갖는 패턴 광들을 검사 대상에 조사하여 그 검사 대상의 3차원 영상을 획득함으로써, 다양한 높이를 가진 부품들을 포함하는 기판과 같은 검사 대상이 효과적으로 검사될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 단일한 패턴 광 조사 장치가 여러 종류의 패턴 광을 조사할 수 있게 되어, 단일한 검사 장비를 이용하여 다양한 높이의 부품들이 배치된 기판과 같은 검사 대상에 대해 효과적으로 3차원 영상을 획득하는 것이 가능하며, 이에 따라, 검사 대상에 대한 정확한 영상을 획득하는 것이 가능할 뿐 아니라 불량 여부 검사의 속도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 패턴 광 조사 장치(100)는, 단일 프레임(140) 상에 대략 원형으로 교번하여 배치된, 격자 패턴 광원(110)과 반사 패턴 광원(120)을 포함할 수 있다. 또한, 검사 대상을 촬영하기 위한 카메라(180)가 프레임(140)의 중앙에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임(140)은 관통홀이 형성된 원형 플레이트와 같은 형상을 가질 수 있으나, 이러한 형상에 한정되지는 않으며, 제조하고자 하는 패턴 광 조사 장치, 또는 제조한 패턴 광 조사 장치가 장착된 검사 장치의 외형이나 폼 팩터와 같은 요인에 따라서 적합한 형상을 가질 수 있다.
도 1에는 복수의 격자 패턴 광원(110)과 복수의 반사 패턴 광원(120)이 프레임(140) 상에 배치된 것으로 도시되었지만, 예를 들어 적어도 하나의 격자 패턴 광원(110)과 적어도 하나의 반사 패턴 광원(120)이 프레임(140)에 배치될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 프레임(140)에 배치되는 격자 패턴 광원 또는 반사 패턴 광원의 개수는 도 1에 도시된 바와 같이 각각 4개일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 프레임(140)에 배치되는 격자 패턴 광원 또는 반사 패턴 광원의 개수와 배치 형태, 및 프레임(140)의 형상은, 패턴 광 조사 장치(100)가 획득하고자 하는 3차원 영상의 정밀도, 3차원 영상을 획득하기 위한 촬영 시간, 프로브가 사용될 검사 장비의 크기와 외형 등을 포함하는 다양한 요구사항에 맞추어 변경될 수 있다.
격자 패턴 광원(110)은, 광원으로부터의 광을 패턴 격자를 통과시킴으로써 패턴 광을 형성하여 검사 대상을 향해 조사한다. 앞서 설명된 바와 같이, 격자 패턴 광원(110)이 조사하는 패턴 광은, 온-오프 형태의 패턴 광, 삼각파 형태의 패턴 광, 사인파 패턴 광 등을 포함하는, 주기적인 형태의 다양한 패턴을 갖는 패턴 광들 중의 하나일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 격자 패턴 광원(110)은, 광원으로부터의 광을, 고정된 미세 피치를 갖는 패턴 격자를 통과시킴으로써 패턴 광을 형성하여 조사할 수 있다. 이 경우, 격자 패턴 광원(110)이 조사하는 패턴 광의 패턴 피치가 고정되어 있으며, 그 패턴 피치의 크기는 매우 작게 설정될 수 있다. 이와 같이 패턴 광의 패턴 피치가 작은 격자 패턴 광원(110)은, 높이가 매우 낮은 미세 부품을 포함하는 기판의 3차원 영상을 획득하기 위해 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 복수의 격자 패턴 광원(110)이 프레임(140)에 배치된 경우, 각각의 격자 패턴 광원(110)은, 서로 상이한 피치를 갖는 패턴 격자를 포함하고, 이에 따라 패턴 피치가 서로 상이한 패턴 광을 검사 대상에 조사할 수 있다. 이와 같이 복수의 격자 패턴 광원(110)이 서로 상이한 패턴 피치를 갖는 패턴 광들을 검사 대상에 조사하여 그 검사 대상을 촬영한 영상들을 조합하면, 비교적 큰 높이를 갖는 부품들을 포함하는 검사 대상에 대해서도 정밀한 3차원 영상을 획득할 수 있다. 즉, 이 경우, 단일한 패턴 피치를 갖는 패턴 광을 검사 대상에 조사하는 경우에 비교하여, 더 큰 높이를 갖는 부품들을 포함하는 검사 대상에 대해서, 2π 모호성 문제를 방지하면서 정확한 3차원 영상을 획득할 수 있다.
한편, 반사 패턴 광원(120)은, 광원으로부터의 광을 마이크로미러의 배열을 구비한 소자, 예를 들어 DMD 칩에 반사시켜서 검사 대상에 패턴 영상을 조사할 수 있다. 여기서, DMD 칩에 배열된 각 마이크로미러를 조정함으로써, 패턴의 피치가 조정될 수 있다. 반사 패턴 광원(120)은 격자 패턴 광원(110)과 비교하여 더 큰 패턴 피치를 갖는 패턴 광을 조사할 수 있다. 또한, 반사 패턴 광원(120)은, 고정된 패턴 피치를 갖는 패턴 광을 조사하는 격자 패턴 광원(110)과 비교하여, 패턴 광의 패턴 피치를 자유롭게 변경 가능하다. 따라서, 격자 패턴 광원(110)들만 사용할 때에는 기판과 같은 검사 대상에 배치된 큰 높이의 부품의 정확한 3차원 영상을 확보하는 데에 한계가 있지만, 반사 패턴 광원(120)을 사용할 때에는 비교적 더 큰 패턴 피치를 갖는 패턴 광을 조사함으로써 큰 높이의 부품에 대해서 더 정확한 3차원 영상을 획득할 수 있다. 이에 더하여, 반사 패턴 광원(120)이 패턴의 패턴 피치를 조절하면서 패턴 광을 조사함으로써, 다양한 높이를 갖는 부품이 포함된 검사 대상에 대해서도 정확한 3차원 영상을 획득할 수 있다. 또한, 격자 패턴 광원(110)과 마찬가지로, 복수의 반사 패턴 광원(120) 각각은 조사하는 패턴 광의 패턴 피치를 서로 상이하게 조절할 수 있다. 이와 같이 패턴 광의 패턴 피치가 조절되면, 단일한 패턴 피치를 갖는 패턴 광을 조사하는 경우와 비교하였을 때, 더 높은 높이를 갖는 부품들을 포함하는 검사 대상에 대한 정확한 3차원 영상이 획득될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프레임(140)에는 복수의 관통홀(160)이 형성될 수 있다. 관통홀(160)은 프레임(140)에서 적어도 하나의 격자 패턴 광원(110)과 적어도 하나의 반사 패턴 광원(120)이 각각 설치될 복수의 위치들에 각각 프레임(140)을 관통하여 형성될 수 있다. 특히 관통홀(160)은, 관통홀(160)의 프레임(140)에 대한 관통 방향이 적어도 하나의 격자 패턴 광원(110) 또는 적어도 하나의 반사 패턴 광원(120)으로부터 방출되는 패턴 광의 광축에 순응하도록, 형성될 수 있다. 복수의 관통홀들(160)은 복수의 패턴 광원(110 또는 120)들의 각각이 조사하는 패턴 광들이 서로 다른 광축을 가질 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 관통홀(160)은, 관통홀(160)에 대응하여 프레임(140) 상에 설치된 패턴 광원(110 또는 120) 각각이 각자의 유일한 광축을 따라 각자의 패턴 광을 조사할 수 있도록, 프레임(140)상에 형성될 수 있다.
도 2는 프레임(140)상에 관통홀(160a, 160b)이 형성된 패턴 광 조사 장치의 측면을 도시한 것이다. 설명의 편의를 위하여, 도 2에서는 프레임(140) 상에 2개의 격자 패턴 광원(110a, 110b)이 설치되고, 그 하부에 격자 패턴 광원(110a, 110b)에 대응하는 2개의 관통홀(160a, 160b)이 형성된 것만이 도시되었다. 격자 패턴 광원(110a, 110b) 각각으로부터 출사한 패턴 광은 관통홀(160a, 160b)을 각각 통과하고 광경로 제어요소(170) 에서 반사되어 검사 대상(900)에 도달할 수 있다. 광경로 제어요소(170)로는 반사경이 사용될 수 있다. 당업자는, 이상 설명된 것과 유사한 방식으로, 도 2에 도시된 프레임(140) 상에 다른 격자 패턴 광원들 또는 반사 패턴 광원들과 이에 대응하는 관통홀들 및 광경로 제어요소들이 추가로 형성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 프레임(140) 상에 추가로 설치된 다른 격자 패턴 광원들 또는 반사 패턴 광원들 각각으로부터 출사한 패턴 광은, 패턴 광원들 각각에 대응하여 프레임에 형성된 관통홀들과 광경로 제어요소들에 의해 동일한 검사 대상(900)에 도달할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 패턴 광 조사 장치(300)는 두 개의 서브프레임(340, 350)을 조립하여 제작되는 것으로, 예를 들어, 상부 서브프레임(340)에는 적어도 하나의 격자 패턴 광원(310)이 배치되고, 하부 서브프레임(350)에는 적어도 하나의 반사 패턴 광원(320)이 배치될 수 있다. 상부 서브프레임(340)에는 검사 대상을 촬영하기 위한 카메라(380)가 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 각각의 서브프레임(340, 350)은 원형 플레이트 형상으로 도시되었으나, 프레임(140)과 마찬가지로 패턴 광 조사 장치 또는 검사 장치의 형상이나 폼 팩터에 맞추어 다른 형상을 가질 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 서브프레임(340)은 하부 서브프레임(350)과 결합시에 하부 서브프레임(350)상에 배치된 반사 패턴 광원(320)이 위치할 공간을 마련하기 위한 절개된 영역을 포함할 수 있다.
상부 서브프레임(340)에는 격자 패턴 광원(310)으로부터의 패턴 광을 통과시키기 위한 복수의 관통홀(360)이 형성될 수 있다. 또한, 상부 서브프레임(340)에는 카메라(380)가 검사 대상을 촬영할 수 있도록 관통홀(390)이 형성될 수 있다. 상부 서브프레임(340)에 형성된 복수의 관통홀(360)은, 도 1의 서브프레임(140)에 관통홀(160)이 형성되는 형태와 마찬가지로, 관통홀(360)의 상부 서브프레임(340)에 대한 관통 방향이 적어도 하나의 격자 패턴 광원(310)으로부터 방출되는 패턴 광의 광축에 순응하도록, 형성될 수 있다. 복수의 관통홀(360)은 복수의 패턴 광원(310) 각각이 조사하는 패턴 광이 서로 다른 광축을 가지도록 구성될 수 있다. 즉, 관통홀(360)은, 관통홀(360)에 대응하여 상부 서브프레임(340) 상에 설치된 격자 패턴 광원(310) 각각이 각자의 유일한 광축을 따라 각자의 패턴 광을 조사할 수 있도록 상부 서브프레임(340)에 형성될 수 있다.
하부 서브프레임(350)에는, 격자 패턴 광원(310)으로부터 관통홀(360)을 통과하여 조사되는 패턴 광이 통과하는 복수의 관통홀(365)과, 적어도 하나의 반사 패턴 광원(320)으로부터의 패턴 광을 통과시키기 위한 복수의 관통홀(370)이 모두 형성될 수 있다. 또한, 하부 서브프레임(350)에도, 카메라(380)가 검사 대상을 촬영하도록, 상부 서브프레임(340)의 관통홀(390)과 대응되는 위치에 관통홀(395)이 형성될 수 있다. 하부 서브프레임(350)에 형성된 관통홀(365)은 상부 서브프레임(340)에 형성된 관통홀(360)과 마찬가지로 격자 패턴 광원(310)이 각자의 유일한 광축을 따라 패턴 광을 조사할 수 있도록, 상부 서브프레임(340)의 관통홀(360)에 대응되는 하부 서브프레임(350)의 위치에 형성될 수 있다. 또한, 하부 서브프레임(350)에 형성된 관통홀(370)은 반사 패턴 광원(320)으로부터의 패턴 광이 유일한 광축을 갖고 조사되도록 하부 서브프레임(370)에 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 패턴 광 조사 장치(300)는, 도 1에 도시된 패턴 광 조사 장치(100)가 단일 프레임(140)에 격자 패턴 광원(110)과 반사 패턴 광원(120)을 모두 배치한 것과 달리, 두 개의 서브프레임(340, 350) 각각에, 격자 패턴 광원(310)과 반사 패턴 광원(320)을 구분하여 배치한 구조를 취한 것이다. 이와 같은 구조에서는 하나의 서브프레임 상에 패턴 광원을 소수만 배치하여도 되므로, 각 서브프레임의 크기를 축소시킬 수 있다. 예를 들면, 서브프레임이 원형인 경우에는 그 지름을 축소시킬 수 있다. 이와 같이 서브프레임의 크기를 축소시킬 수 있는 경우에는, 서브프레임들을 결합하여 구성되는 패턴 광 조사 장치 전체의 크기도 마찬가지로 줄일 수 있어, 패턴 광 조사 장치를 포함하는 검사 장비 자체를 소형화하는 효과가 얻어질 수 있다.
또한, 도 1의 실시예와 비교하였을 때에, 도 3의 실시예에서는, 두 서브프레임들(340, 350) 중에 상부 서브프레임(340)을 분리 또는 제외함으로써, 도 1의 프레임(140)과 유사한 형태를 쉽게 구현할 수 있다. 서브프레임의 크기를 축소시키기 어려운 경우, 이와 같이 상부 서브프레임(340)을 분리 또는 제외하고 패턴 광 조사 장치를 제조하여, 패턴 광 조사 장치의 높이를 감소시킴으로써 검사 장치를 소형화하는 것 또한 가능하다.
또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예들을 이용하면, 생산자들은 상부 서브프레임(340)과 하부 서브프레임(350)이 결합된 프레임에 일 조합의 패턴 광원들을 장착하거나 또는 상부 서브프레임(340)을 배제하고 하부 서브프레임(350)에만 다른 조합의 패턴 광원들을 장착함으로써, 고객의 다양한 요청에 따라 서로 다른 구성의 패턴 광원들을 가지는 패턴 광 조사 장치 및 이를 이용한 기판 검사 장비를 유연하게 생산할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 패턴 광 조사 장치를 활용한 기판 검사 장비(10)를 도시한 것이다. 기판 검사 장비는 패턴 광 조사 장치(400)와 이송부(500), 제어부(600)를 포함할 수 있다.
패턴 광 조사 장치(400)는, 도 1의 실시예에 도시된 패턴 광 조사 장치(100)와 유사한 구조를 가질 수 있다. 또한, 패턴 광 조사 장치(400)는 검사 대상(900)에 대한 영상을 촬영하기 위하여 하나 이상의 측면 카메라(492)를 추가로 구비할 수 있다. 측면 카메라(492)는 검사 대상(900)의 2차원 영상을 촬영하거나, 또는 3차원 영상의 품질을 높이기 위해, 카메라(480)와는 다른 비스듬한 각도에서, 검사 대상(900)의 영상을 추가로 촬영할 수 있다.
이송부(500)는, 검사 대상(900), 예를 들면 부품이 실장된 인쇄 회로 기판을 패턴 광 조사 장치(400)의 카메라(480)의 하방인 검사 지점까지 이송할 수 있다. 또한, 이송부(500)는, 패턴 광 조사 장치(400)가 검사 대상에 대한 3차원 영상의 획득을 완료하면, 이후 공정을 위하여 검사 대상을 다른 지점으로 이송할 수 있다.
제어부(600)는 기판 검사 장비의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(600)는 이송부(500)를 제어하여 검사 대상을 패턴 광 조사 장치(400)의 카메라(480) 하방에 위치한 검사 지점 또는 다른 지점까지 이송하도록 한다. 제어부(600)는, 이송부(500)에 의해 검사 대상이 검사 지점에 도달하면, 패턴 광 조사 장치(400)를 제어하여 검사 대상에 패턴 광을 조사하도록 한다. 일 실시예에서, 제어부(600)는 패턴 광 조사 장치(400)의 격자 패턴 광원(410)이 먼저 패턴 피치가 작은 패턴 광을 위상을 변경하여 가며 조사하도록 하고, 이를 카메라부(480)가 촬영하도록 할 수 있다. 촬영이 마쳐진 이후, 제어부(600)는 반사 패턴 광원(420)이 더 큰 패턴 피치를 갖는 패턴 광을 위상을 변경하여 가며 조사하도록 하고, 이를 카메라부(480)가 촬영하도록 할 수 있다. 제어부(600)는 촬영된 영상들을 카메라부(480)로부터 전송받고 이를 처리하여 검사 대상(900)의 3차원 영상을 생성할 수 있다. 부가적으로, 제어부(600)는 사이드 카메라(492)가 검사 대상(900)에 대한 추가의 영상을 촬영하도록 제어하고, 촬영된 영상을 3차원 영상의 생성에 활용할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 통해 설명되고 예시되었으나, 당업자라면 첨부한 청구 범위의 사항 및 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
100, 300, 400 : 패턴 광 조사 장치
110, 310, 410 : 격자 패턴 광원
120, 320, 420 : 반사 패턴 광원
140 : 프레임
340 : 상부 서브프레임
350 : 하부 서브프레임
360, 365, 370 : 관통홀
500 : 이송부
600 : 제어부

Claims (9)

  1. 복수의 제1 관통홀이 형성된 제1 서브프레임이 복수의 제2 관통홀 및 복수의 제3 관통홀이 형성된 제2 서브프레임 상에 결합되어 구성된 프레임 - 상기 복수의 제1 관통홀, 상기 복수의 제2 관통홀 및 상기 복수의 제3 관통홀 각각은 유일한 광축을 따라 형성되고, 상기 제1 서브프레임의 상부에서 볼 때 상기 복수의 제1 관통홀 각각의 적어도 일부분이 상기 복수의 제2 관통홀 각각과 겹쳐지도록 상기 제2 서브프레임 상에 상기 제1 서브프레임이 결합됨 - ;
    상기 프레임에 고정되어 설치되며, 광이 패턴 격자를 통과함으로써 형성된 고정된 제1 패턴 피치를 갖는 제1 패턴 광을 상기 복수의 제1 관통홀 및 상기 복수의 제2 관통홀을 통해 조사하도록 구성된 제1 패턴 광원; 및
    상기 프레임에 고정되어 설치되며, 광이 마이크로미러의 배열을 구비한 소자에 반사됨으로써 형성된 제2 패턴 피치를 갖는 제2 패턴 광을 상기 복수의 제3 관통홀을 통해 조사하도록 구성된 제2 패턴 광원을 포함하고 - 상기 제2 패턴 피치는 상기 배열된 마이크로미러를 조정함으로써 가변됨 -,
    상기 제1 패턴 광원은 상기 제1 서브프레임에 고정되어 설치되고, 상기 제2 패턴 광원은 상기 제2 서브프레임에 고정되어 설치되는,
    패턴 광 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴 피치는, 상기 제2 패턴 피치보다 작도록 설정되는,
    패턴 광 조사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 관통홀, 상기 복수의 제2 관통홀 및 상기 복수의 제3 관통홀의 하단에 설치되는 복수의 반사경을 더 포함하며,
    상기 복수의 반사경은, 상기 복수의 제1 관통홀 및 상기 복수의 제2 관통홀을 통해 조사되는 제1 패턴 광 또는 상기 복수의 제3 관통홀을 통해 조사되는 제2 패턴 광을 반사하여 검사 대상을 향해 조사하도록 구성되는,
    패턴 광 조사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프레임에 고정되어 설치되며, 상기 제1 패턴 광 또는 상기 제2 패턴 광이 조사되는 검사 대상을 촬영하도록 구성되는 적어도 하나의 카메라를 더 포함하는,
    패턴 광 조사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검사 대상이 이송되면, 상기 검사 대상에 상기 제1 패턴 광이 조사되도록 상기 제1 패턴 광원을 제어하고, 상기 제1 패턴 광이 조사된 상기 검사 대상이 상기 적어도 하나의 카메라에 의해 촬영된 후, 상기 검사 대상에 상기 제2 패턴 광이 조사되도록 상기 제2 패턴 광원을 제어하는 제어부
    를 더 포함하는 패턴 광 조사 장치.
  6. 검사 장치로서,
    검사 대상을 향해 패턴 광을 조사하는 패턴 광 조사 장치;
    상기 검사 대상을 이송하는 이송부; 및
    상기 패턴 광 조사 장치와 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 패턴 광 조사 장치는,
    복수의 제1 관통홀이 형성된 제1 서브프레임이 복수의 제2 관통홀 및 복수의 제3 관통홀이 형성된 제2 서브프레임 상에 결합되어 구성된 프레임 - 상기 복수의 제1 관통홀, 상기 복수의 제2 관통홀 및 상기 복수의 제3 관통홀 각각은 유일한 광축을 따라 형성되고, 상기 제1 서브프레임의 상부에서 볼 때 상기 복수의 제1 관통홀 각각의 적어도 일부분이 상기 복수의 제2 관통홀 각각과 겹쳐지도록 상기 제2 서브프레임 상에 상기 제1 서브프레임이 결합됨 - ;
    상기 프레임에 고정되어 설치되며, 광이 패턴 격자를 통과함으로써 형성된 고정된 제1 패턴 피치를 갖는 제1 패턴 광을 상기 복수의 제1 관통홀 및 상기 복수의 제2 관통홀을 통해 조사하도록 구성된 제1 패턴 광원; 및
    상기 프레임에 고정되어 설치되며, 광이 마이크로미러의 배열을 구비한 소자에 반사됨으로써 형성된 제2 패턴 피치를 갖는 제2 패턴 광을 상기 복수의 제3 관통홀을 통해 조사하도록 구성된 제2 패턴 광원을 포함하며 - 상기 제2 패턴 피치는 상기 배열된 마이크로미러를 조정함으로써 가변됨 - ,
    상기 제어부는, 상기 이송부가 상기 검사 대상을 상기 패턴 광 조사 장치 아래의 검사 위치로 이송하고, 상기 패턴 광 조사 장치가 상기 검사 대상을 향해 패턴 광을 조사하도록 제어하고,
    상기 제1 패턴 광원은 상기 제1 서브프레임에 고정되어 설치되고, 상기 제2 패턴 광원은 상기 제2 서브프레임에 고정되어 설치되는,
    검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 패턴 광원과 상기 제2 패턴 광원이 서로 다른 시점에 패턴 광을 조사하도록 상기 패턴 광 조사 장치를 제어하는,
    검사 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 패턴 피치는, 상기 제2 패턴 피치보다 작도록 설정되는,
    검사 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 프레임에 고정되어 설치되며, 상기 제1 패턴 광 또는 상기 제2 패턴 광이 조사되는 검사 대상을 촬영하도록 구성되는 적어도 하나의 카메라
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 이송부에 의해 상기 검사 대상이 이송되면, 상기 검사 대상에 상기 제1 패턴 광이 조사되도록 상기 제1 패턴 광원을 제어하고, 상기 제1 패턴 광이 조사된 상기 검사 대상이 상기 적어도 하나의 카메라에 의해 촬영된 후, 상기 검사 대상에 상기 제2 패턴 광이 조사되도록 상기 제2 패턴 광원을 제어하는, 검사 장치.
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