KR102020878B1

KR102020878B1 - Pi막이 도포된 측정물의 결함 검사를 위한 광학계용 조명장치

Info

Publication number: KR102020878B1
Application number: KR1020190098012A
Authority: KR
Inventors: 김명진; 정동현
Original assignee: 주식회사 에이치비테크놀러지
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2019-09-11
Also published as: KR20190096903A

Abstract

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 PI막이 도포된 측정물의 결함 검사를 위한 광학계용 조명장치에 있어서, 상기 조명장치(1)는 상기 측정물(2)의 상부에 구비되고, 라인(line) 형태의 광을 일측으로 출력하는 조명부(10)와, 소정 각도로 경사지게 배치된 미러(mirror)(21)가 구비되어 상기 미러(21)를 통해 상기 조명부(10)로부터 출력된 상기 라인 광을 측정물(2)의 검사영역에 조명하는 광학부(20)와, 상기 미러(21)의 상부 타측에 구비되고, 상기 측정물(2)에서 반사된 반사광이 통과되는 결상렌즈(31)와 상기 결상렌즈(31)를 통과한 상기 반사광이 결상되는 라인 CCD(32)가 구비된 이미지 획득부(30)를 포함한다.

Description

PI막이 도포된 측정물의 결함 검사를 위한 광학계용 조명장치{Lighting system for optical system for inspecting defects of measure object coated with PI film}

본 발명은 LCD, PDP, PCB기판 및 각종 미세패턴의 결함을 검사하는 광학계용 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광섬유나 LED의 배열로 만들어진 광원으로부터 검사하고자 하는 검사영역을 효율적으로 조명하는 PI막이 도포된 측정물의 결함 검사를 위한 광학계용 조명장치에 관한 것이다.

도1에 도시된바와 같이 종래의 일반적인 광학계용 조명장치는 LED가 여러 개 나열되어 있거나 할로겐램프 등에서 광파이버로 광을 입사시킨 후 출력부가 일직선으로 되어 있는 광파이버를 광원(4)으로 한다.

상기 광원(4)으로부터 검사하고자 하는 측정물(기판)(2)에 조명하기 위하여 사용되어지는 광분할기(5)를 통하여 측정물(2)로 빛을 반사시키고, 측정물(2)에 새겨진 미세패턴을 조명하며, 미세패턴의 상은 광분할기(5)를 투과하여 라인 CCD(3)에 결상되어지게 된다.

이러한 그림과 같이 조명계의 광축이 결상계의 광축과 동일한 조명방법을 일반적으로 동축조명이라고 한다.

이러한 동축조명방법의 단점으로는 광분할기(5)가 일반적으로 빛을 50%는 반사하고 50%는 투과시키기 때문에 최초 광원에서 출사한 빛이 CCD에 도달하기 위해서는 광분하기를 2번 통과해야하기 때문에 25%의 광량밖에 사용하지 못한다.

따라서 광 효율이 많이 줄어들게 되기 때문에 보다 고출력의 광원을 사용하여야 하는 비효율적인 문제가 있었다.

또한, 도2에 도시된 바와 같이 종래의 방법 중 동축조명이 아닌 경사조명을 설명하고 있는데 동축조명에 비하여 설치가 간단하나, 광의 효율이 높고 이미지가 축소된 채로 촬영되어 결함 검출에 어려움이 있으며, 그림자처럼 겹쳐지게 되어 선명한 상을 확보하는데 어려움이 있는 문제가 있다.

또한, 16K 라인 카메라(line camera)를 특정한 각도로 눕혀 이미지를 취득 하였으나, 라인 카메라의 특성상 라인 카메라를 특정각도로 눕혀 설치하는 것에 어려움이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동축조명인 경우에는 광량의 손실이 크고, 경사조명인 경우에는 그림자상이 생기는 단점을 보완하기 위하여 미러를 소정각도 경사지게 배치하여 측정물에 조명이 이루어지게 함으로써 광 효율과 조명 균일도를 향상시킨 광학계용 조명장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이때, 상기 조명부(10)는 빛을 내는 광원부와, 상기 광원부의 일측에 형성된 슬릿(15)과, 상기 슬릿(15)의 일측에 구비된 광확산판(16)을 포함하고, 상기 광학부(20)는 상기 미러(21)의 타측에 구비되고, 상기 광확산판(16)에 의해 확산되는 빛을 평행광으로 변환하는 평행광렌즈(22)를 포함한다.

그리고 상기 광원부는 LED(11)와, 상기 LED의 빛을 모으는 집광렌즈(12)와, 상기 집광렌즈(12)의 일측에 구비되고, 원통형으로 배열되어 일측 끝면이 사각 형태로 배열된 다수의 광섬유(13) 및 상기 광섬유(13)의 일측 끝면이 사각 형태로 배열되도록 지지하는 지지대(14)를 포함한다.

또한, 상기 조명장치(1)는 상기 조명부(10)를 감싸는 제1하우징(100)과, 상기 광학부(20)를 감싸는 제2하우징(200)이 구비되어 상기 제1하우징(100)과 제2하우징(200)은 브라켓(B)으로 결합된다.

또한, 상기 제2하우징(200)에는 상기 제2하우징(200)의 내부에 배치된 상기 미러(21)에 상기 조명부(10)에서 출력된 라인 광이 입사되도록 제2하우징(200)의 타측면이 관통된 광로가(210) 형성되고, 상기 광로(210)에는 상기 평행광렌즈(22)가 구비된다.

그리고 상기 광로(210)의 일측 끝단에서 연통되어 제2하우징(200)의 상부 및 하부가 개방된 개방부(220)가 형성되며, 상기 개방부(220)에는 타측 하부에 상기 미러(21)가 부착되는 경사면(501)이 형성된 이동블록(500)이 구비된다.

또한, 상기 개방부(220)에서 상기 제2하우징(200)과 상기 이동블록(500) 사이에는 상기 미러(21)에 반사된 상기 라인 광이 측정물(2)의 검사영역을 조명하도록 제2하우징(200)의 바닥면이 개방된 하부개방부(221)와, 상기 측정물(2)에서 반사된 반사광이 상기 라인 CCD에 입사되도록 제2하우징(200)의 윗면이 개방된 상부개방부(222)가 형성된다.

한편, 상기 소정각도는 지면과 평행한 임의의 x축과 상기 x축과 직교하는 임의의 y축에서, 상기 미러(21)와 상기 y축이 접하는 사이의 각도는 45.5˚인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 결상렌즈(31)와 라인 CCD(32)는 동축이며, 상기 결상렌즈(31)의 광축(C4)은 상기 y축과 수직을 이루도록 배치되거나. 상기 결상렌즈(31)의 광축(C4)이 상기 측정물(2)에서 반사된 상기 반사광의 광축(C3)과 동축을 이루도록 배치될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래보다 결함을 증폭시켜서 확인할 수 있으며, 그림자상이 생기는 것을 방지할 수 있고, 광 효율과 조명 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 동축조명을 설명하기 위한 조명 광학계의 개략도,
도 2는 종래의 경사조명을 설명하기 위한 조명 광학계의 개략도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 조명장치의 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 조명장치의 평면도(A)및 배면도(B) 사시도,
도 5는 도 4의 "A-A"부의 단면도,
도 6은 도 5의 "C"부의 확대도,
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 조명부, 광학부 및 이미지 획득부를 나타내는 개략도,
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 조명부 및 광학부를 평면에서 바라본 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

첨부된 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 조명장치의 사시도, 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 조명장치의 평면도(A)및 배면도(B) 사시도, 도 5는 도 4의 "A-A"부의 단면도, 도 6은 도 5의 "C"부의 확대도, 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 조명부, 광학부 및 이미지 획득부를 나타내는 개략도, 도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 조명부 및 광학부를 평면에서 바라본 개략도이다.

도 3이하에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광학계용 조명장치(1)는 측정물(2)의 상부에 구비되고, 라인(line) 형태의 광을 일측으로 출력하는 조명부(10)와, 소정각도(θ)로 경사지게 배치된 미러(mirror)(21)가 구비되어 상기 미러(21)를 통해 상기 조명부(10)로부터 출력된 상기 라인 광을 측정물(2)의 검사영역에 조명하는 광학부(20)와, 상기 미러(21)의 상부 타측에 구비되고, 상기 측정물(2)에서 반사된 반사광이 통과되는 결상렌즈(31)와 상기 결상렌즈(31)를 통과한 상기 반사광이 결상되는 라인 CCD(32)가 구비된 이미지 획득부(30)를 포함한다.

이때, 상기 조명부(10)는 빛을 내는 광원부와, 상기 광원부의 일측에 형성된 슬릿(15)과, 상기 슬릿(15)의 일측에 구비된 광확산판(16)을 포함한다.

또한, 상기 광학부(20)는 상기 미러(21)의 타측에 구비되고, 상기 광확산판(16)에 의해 확산되는 빛을 평행광으로 변환하는 평행광렌즈(22)를 포함한다.

그리고 상기 광원부는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, LED(11)와, 상기 LED의 빛을 모으는 집광렌즈(12)와, 상기 집광렌즈(12)의 일측에 구비되고, 원통형으로 배열되어 일측 끝면이 사각 형태로 배열된 다수의 광섬유(13) 및 상기 광섬유(13)의 일측 끝면이 사각 형태로 배열되도록 지지하는 지지대(14)를 포함한다.

한편, 상기 조명장치(1)는 상기 조명부(10)를 감싸는 제1하우징(100)과, 상기 광학부(20)를 감싸는 제2하우징(200)이 구비되어 상기 제1하우징(100)과 제2하우징(200)은 브라켓(B)으로 결합된다.

그리고 상기 제2하우징(200)에는 상기 미러(21)를 이동시키는 이미지 형성 위치 조절 장치(400)가 구비되어 상기 라인 CCD(32)에 획득되는 측정물(2)의 검사영역 위치를 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 이미지 형성 위치 조절 장치(400)에 의해 상기 미러(21)를 일측 및 타측방향으로 이동시켜 상기 조명부(10)의 광원으로부터 검사하고자 하는 검사영역을 효율적으로 조명할 수 있다.

또한, 상기 이미지 형성 위치 조절 장치(400)는, 상기 제2하우징(200)에 고정 결합된 고정 조인트(440)와, 상기 고정 조인트(440)와 일측 및 타측방향으로 미끄럼 결합 되면서 상기 이동블록(500)과 결합된 미끄럼 조인트(430)와, 상기 미끄럼 조인트(430) 일측에 구비되는 위치 조정 마이크로미터(410)와, 상기 위치 조정 마이크로미터(410)의 회전 방향에 따라 일측 및 타측으로 이동하며, 상기 미끄럼 조인트(430)와 위치 조정 마이크로미터(410) 사이에 구비된 위치 조정 핀(420)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 미끄럼 조인트(430)와 위치 조정 마이크로미터(410)를 연결하는 탄성체(미도시)가 더 구비되며, 상기 위치 조정 핀(420)의 일단은 상기 위치 조정 마이크로미터(410)와 결합되며, 타단은 상기 미끄럼 조인트(430)와 접하도록 구비된다.

따라서 상기 위치 조정 마이크로미터(410)의 회전에 의해 상기 위치 조정 핀(420)이 타측으로 이동하게 되면 상기 위치 조정 핀(420)의 타단이 상기 미끄럼 조인트(430)를 타측방향으로 밀어 상기 미러(21)를 이동시킨다.

또한, 상기 위치 조정 핀(420)이 일측으로 이동하게 되면, 상기 탄성체(미도시)의 탄성력에 의해 상기 미끄럼 조인트(430)가 일측방향으로 끌려오게 됨으로써 상기 미러(21)를 이동시킨다.

상기와 같은 이미지 형성 위치 조절 장치(400)의 구성은 일실시예에 해당되며, 다른 구성으로도 구비될 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 제2하우징(200)에는 상기 제2하우징(200)의 내부에 배치된 상기 미러(21)에 상기 조명부(10)에서 출력된 라인 광이 입사되도록 제2하우징(200)의 타측면이 관통된 광로가(210) 형성된다.

그리고 상기 광로(210)에는 상기 평행광렌즈(22)가 구비된다.

또한, 상기 광로(210)의 일측 끝단에서 연통되어 제2하우징(200)의 상부 및 하부가 개방된 개방부(220)가 형성된다.

이때, 상기 개방부(220)에는 일측이 상기 이미지 형성 위치 조절 장치(400)와 결합되고, 타측 하부에 상기 미러(21)가 부착되는 경사면(501)이 형성된 이동블록(500)이 구비된다.

또한, 상기 개방부(220)에서 상기 제2하우징(200)과 상기 이동블록(500) 사이에는 상기 미러(21)에 반사된 상기 라인 광이 측정물(2)의 검사영역을 조명하도록 제2하우징(200)의 바닥면이 개방된 하부개방부(221)가 형성된다.

그리고 상기 측정물(2)에서 반사된 반사광이 상기 라인 CCD(32)에 입사되도록 제2하우징(200)의 윗면이 개방된 상부개방부(222)가 형성된다.

한편, 경사지게 배치된 상기 미러(mirror)(21)의 소정각도(θ)는 지면과 평행한 임의의 x축과 상기 x축(x)과 직교하는 임의의 y축(y)에서, 상기 미러(21)와 상기 y축이 접하는 사이의 소정각도(θ)는 45.5˚로 형성된다.

이때, 상기 결상렌즈(31)와 라인 CCD(32)는 동축이며, 상기 결상렌즈(31)의 광축(C4)은 상기 y축과 수직을 이루도록 배치된다.

즉, 상기 미러(21)를 소정각도(θ) 경사지게 배치하여 이 미러(21)에서 라인 광을 반사하고, 미러(21)의 하부에 있는 측정물(2)을 조명하고, 측정물(2)에 의하여 반사된 반사광은 상기 평행광렌즈(22)와 미러(21) 사이를 통과하여 결상렌즈(31)를 통하여 라인 CCD(32)에 결상을 하게 된다.

즉, 상기 미러(21)에 반사된 라인 광의 광축(C2)과 상기 측정물(2)에 의하여 반사된 반사광의 광축(C3)은 0.5˚씩 기울어져 상기 평행광렌즈(22)와 미러(21) 사이를 통과하여 라인 CCD(32)에 결상된다.

따라서 상기 미러(21)에서 반사 후 수직에 가까운 각도로 기판을 조명함으로써 기존의 경사조명에 비하여 그림자상이 생기는 것을 줄일 수 있어 선명한 상을 확보할 수 있다.

또한, 상기 결상렌즈(31)의 광축(C4)과 상기 측정물(2)에 의하여 반사된 반사광의 광축(C3)이 비축 위치로 형성되는 비축조명방식으로 광분할기를 사용하던 기존의 동축조명에 비하여 광 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 결상렌즈(31)의 광축(C4)은 상기 측정물(2)에서 반사된 상기 반사광의 광축(C3)과 동축으로도 형성될 수 있다.

결함번호	종래의 조명 광학계 (16K TDI Camera)	본 발명의 조명 광학계 (12K TDI Camera)
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3
4
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표 1은 종래의 경사조명을 이용한 광학계와 본 발명에 따른 비축조명방식을 이용한 광학계에 의해 돌출/함몰된 결함의 검출 사진을 비교한 표이다.종래의 광학계는 경사조명을 이용함으로써 돌출된 결함에 의해 그림자가 생겨 겹쳐지므로 선명한 상을 확보하기 어려우며, 그림자처럼 겹쳐 보이기 때문에 결함의 크기를 명확하게 검출할 수 없다.

그러나 16K 카메라를 사용한 종래의 광학계와 대비하여 12K 카메라를 사용한 본 발명에 따른 광학계의 결함 시인성이 더 뚜렷함을 사진을 통해 알 수 있다.

즉, 상기 미러(21)에서 반사 후 수직에 가까운 각도로 측정물(2)을 조명함으로써 0.5˚ 기울여진 광축에 의해 약간의 그림자 효과를 사용하여 종래의 광학계보다 결함 검출을 선명하게 할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.

1 : 조명장치 2 : 측정물
10 : 조명부 11 : LED
12 : 렌즈(lens) 13 : 광섬유
14 : 지지대 15 : 슬릿(slit)
16 : 광확산판 20 : 광학부
21 : 미러(mirror) 22 : 평행광렌즈
30 : 이미지 획득부 31 : 결상렌즈
32 : 라인(line) CCD 100 : 제1하우징
200 : 제2하우징 210 : 광로
220 : 개방부 221 : 하부개방부
222 : 상부개방부 400 : 이미지 위치 조절 장치
500 : 이동블록 501 : 경사면

Claims

PI막이 도포된 측정물의 결함 검사를 위한 광학계용 조명장치에 있어서,
상기 조명장치(1)는 상기 측정물(2)의 상부에 구비되고, 라인(line) 형태의 광을 일측으로 출력하는 조명부(10)와,
소정 각도로 경사지게 배치된 미러(mirror)(21)가 구비되어 상기 미러(21)를 통해 상기 조명부(10)로부터 출력된 상기 라인 광을 측정물(2)의 검사영역에 조명하는 광학부(20)와,
상기 미러(21)의 상부 타측에 구비되고, 상기 측정물(2)에서 반사된 반사광이 통과되는 결상렌즈(31)와 상기 결상렌즈(31)를 통과한 상기 반사광이 결상되는 라인 CCD(32)가 구비된 이미지 획득부(30)를 포함하며,
상기 조명부(10)는, 빛을 내는 광원부와, 상기 광원부의 일측에 형성된 슬릿(15)과, 상기 슬릿(15)의 일측에 구비된 광확산판(16)을 포함하고,
상기 광학부(20)는, 상기 미러(21)의 타측에 구비되고, 상기 광확산판(16)에 의해 확산되는 빛을 평행광으로 변환하는 평행광렌즈(22)를 포함하며,
상기 광원부는, LED(11)와, 상기 LED의 빛을 모으는 집광렌즈(12)와, 상기 집광렌즈(12)의 일측에 구비되고, 원통형으로 배열되어 일측 끝면이 사각 형태로 배열된 다수의 광섬유(13) 및 상기 광섬유(13)의 일측 끝면이 사각 형태로 배열되도록 지지하는 지지대(14)를 포함하되,
상기 조명장치(1)는, 상기 조명부(10)를 감싸는 제1하우징(100)과, 상기 광학부(20)를 감싸는 제2하우징(200)이 구비되어 상기 제1하우징(100)과 제2하우징(200)은 브라켓(B)으로 결합되며,
상기 소정각도는, 지면과 평행한 임의의 x축과 상기 x축과 직교하는 임의의 y축에서, 상기 미러(21)와 상기 y축이 접하는 사이의 각도를 45.5˚로 배치하여,
상기 미러(21)에서 라인 광을 반사하여, 미러(21)의 하부에 있는 측정물(2)을 조명하고, 측정물(2)에 의하여 반사된 반사광은 상기 평행광렌즈(22)와 미러(21) 사이를 통과하여 결상렌즈(31)를 통하여 라인 CCD(32)에 결상을 하도록 상기 결상렌즈(31)와 라인 CCD(32)는 동축이며, 상기 결상렌즈(31)의 광축(C4)은 상기 측정물(2)에서 반사된 상기 반사광의 광축(C3)과 동축으로 배치된 것을 특징으로 하는 광학계용 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 제2하우징(200)에는,
상기 제2하우징(200)의 내부에 배치된 상기 미러(21)에 상기 조명부(10)에서 출력된 라인 광이 입사되도록 제2하우징(200)의 타측면이 관통된 광로가(210) 형성되고, 상기 광로(210)에는 상기 평행광렌즈(22)가 구비되되,
상기 광로(210)의 일측 끝단에서 연통되어 제2하우징(200)의 상부 및 하부가 개방된 개방부(220)가 형성되며,
상기 개방부(220)에는 타측 하부에 상기 미러(21)가 부착되는 경사면(501)이 형성된 이동블록(500)이 구비된 것을 특징으로 하는 광학계용 조명장치.
제2항에 있어서,
상기 개방부(220)에서 상기 제2하우징(200)과 상기 이동블록(500) 사이에는,
상기 미러(21)에 반사된 상기 라인 광이 측정물(2)의 검사영역을 조명하도록 제2하우징(200)의 바닥면이 개방된 하부개방부(221)와,
상기 측정물(2)에서 반사된 반사광이 상기 라인 CCD에 입사되도록 제2하우징(200)의 윗면이 개방된 상부개방부(222)가 형성된 것을 특징으로 하는 광학계용 조명장치.