KR102237593B1 - 글라스 표면 검사용 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

글라스 표면 검사용 광학 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 글라스 표면 검사용 광학 장치는 핀 홀 LED 조명을 포함하도록 형성되는 조명 광학 모듈; 50메가픽셀의 화소를 가지는 카메라 및 대물렌즈를 포함하도록 형성되는 이미지 광학 모듈; X축 및 Y축으로 각도를 조절할 수 있고, Z축으로 높낮이를 조절할 수 있는 3축 자유도를 가지는 회전 스테이지 모듈; 및 상기 이미지 광학 모듈을 통해 획득한 이미지를 처리하는 이미지 그랩 모듈;을 포함하도록 형성되며, 상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 조명 광학 모듈에서 생성된 조사광이 상기 회전 스테이지 모듈에 위치하는 검사 대상 글라스에서 반사되어 형성되는 반사광을 상기 이미지 광학 모듈을 이용하여 촬영하여 획득한 상기 이미지를 분석 처리한다.

Description

글라스 표면 검사용 광학 장치{Optical device for inspecting glass surface}
본 발명은 글라스 표면 검사용 광학 장치에 관한 것으로, 특히, 소형 전자기기 등의 디스플레이나 응용 분야에 사용되는 커버글라스의 표면을 검사하기 위한 글라스 표면 검사용 광학 장치에 관한 것이다.
일반적으로 LCD, OLED, TSP(터치스크린패널), 광학 Film, UTG(Ultra Thin Glass), 소형 전자기기 등의 디스플레이 전 분야 및 그 외 응용분야에서 사용되는 커버글라스 제조 공정은, 기술적인 진보와 함께 양산 경쟁력의 확보 또한 매우 중요한 산업 이슈로 떠오르고 있다. 이를 위해서 커버글라스를 제조하는 업체에는 높은 품질을 일관되게 제공하고 까다로운 검출 기준을 이용하여 불량품의 검출이 가능한 머신 비전 검사 광학계 모듈의 설치가 요구되고 있다.
특히, 커버글라스 표면 검사에서는 가장 까다로운 불량 현상인 제조 공정 중 글라스 무라(MURA) 현상을 검출하기 위해 나노 단위의 검출력이 요구되며, 무라 현상의 검출을 위해 종래에는 고가의 텔레센트릭 렌즈 등으로 검사광학계를 구성한 검사장치가 상용화 되고 있다.
이러한 검사장치는 검출력이 매우 우수하지만, 광학계의 부품 구성 단가가 매우 높으며, 검사 면적이 넓어질수록 반사면에 광원의 상이 비치는 핫스팟 현상이 발생한다는 문제점이 존재한다.
한국등록특허 제10-1374989호
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 글라스 표면과 테두리 등의 무라 현상, 미세 균열, 부스러짐, 찍힘, 눌림, 코팅 불량, 글라스 가공 불량, 기포, 이물 등의 불량 검출이 가능하고 비 접촉 검사방식으로 제품에 손상이 가지 않으며 독립 검사 광학계 모듈 형태를 가지기 때문에 검사 장비 개조나 업그레이드 등에 따른 세팅이 쉽고 빠른 글라스 표면 검사 광학 장치를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 글라스 표면 검사용 광학 장치가 제공된다. 상기 글라스 표면 검사용 광학 장치는, 핀 홀 LED 조명을 포함하도록 형성되는 조명 광학 모듈; 50메가픽셀의 화소를 가지는 카메라 및 대물렌즈를 포함하도록 형성되는 이미지 광학 모듈; X축 및 Y축으로 각도를 조절할 수 있고, Z축으로 높낮이를 조절할 수 있는 3축 자유도를 가지는 회전 스테이지 모듈; 및 상기 이미지 광학 모듈을 통해 획득한 이미지를 처리하는 이미지 그랩 모듈;을 포함하도록 형성되며, 상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 조명 광학 모듈에서 생성된 조사광이 상기 회전 스테이지 모듈에 위치하는 검사 대상 글라스에서 반사되어 형성되는 반사광을 상기 이미지 광학 모듈을 이용하여 촬영하여 획득한 상기 이미지를 분석 처리한다.
상기 이미지 광학 모듈은, 상기 카메라 및 상기 대물렌즈를 이용하여 텔레센트릭 렌즈와 동일한 효과를 발생시키도록 형성될 수 있다.
상기 이미지 광학 모듈은, 상기 카메라 및 상기 대물렌즈가 각각 적어도 3개의 렌즈를 이용한 복합렌즈를 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 이미지 광학 모듈은, 50mm의 직경을 가지는 메가픽셀렌즈를 더 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 이미지를 분석 처리하여 무지개무늬가 나타나는 경우, 모아레 패턴(Moire Pattern) 현상으로 구분하여 검출할 수 있다.
상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 검사 대상 글라스를 1회 촬영 및 2회 촬영을 수행하여 상기 이미지를 두 번 획득하도록 형성될 수 있다.
상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 1회 촬영 시 상기 이미지 광학 모듈의 초점이 상기 검사 대상 글라스와 일치하는 상태로 상기 이미지 중 제1이미지를 촬영하며, 상기 제1이미지를 촬영한 이후 상기 초점이 상기 검사 대상 글라스와 불일치하는 상태로 상기 이미지 광학 모듈의 상기 초점을 변경하여 제2이미지를 촬영하는 상기 2회 촬영을 수행할 수 있다.
상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 카메라와 상기 대물 렌즈 사이의 거리를 조절하여 상기 초점을 변경할 수 있다.
상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 제1이미지 및 상기 제2이미지를 교차하여 생성되는 병합 이미지를 분석하여 상기 모아레 패턴을 검출할 수 있다.
상기 조명 광학 모듈 및 상기 이미지 광학 모듈은, 상기 회전 스테이지 모듈과 각각 기 설정된 각도만큼 기울어진 형태로 형성될 수 있다.
상기 대물렌즈는, 3개의 렌즈를 이용한 복합렌즈로 형성되고, 상기 카메라의 렌즈는 4개의 렌즈를 이용한 복합 렌즈로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 표면 검사용 광학 장치는 글라스 표면과 테두리 등의 무라 현상, 미세 균열, 부스러짐, 찍힘, 눌림, 코팅 불량, 글라스 가공 불량, 기포, 이물 등의 불량 검출이 가능한 효과가 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 표면 검사용 광학 장치는 비 접촉 검사방식으로 제품에 손상이 가지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 표면 검사용 광학 장치는 독립 검사 광학계 모듈 형태를 가지기 때문에 검사 장비 개조나 업그레이드 등에 따른 세팅이 쉽고 빠른 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 글라스 표면 검사 광학 장치의 구성을 간단히 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 표면 검사 광학 장치 중 이미지 광학 모듈의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 이미지 광학 모듈의 렌즈 구조 및 (b) 일반적인 텔레센트릭 렌즈 구조를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 표면 검사 광학 장치의 형태를 간단히 나타낸 도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 글라스 표면 검사 광학 장치의 구성을 간단히 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 표면 검사 광학 장치 중 이미지 광학 모듈의 구성을 나타낸 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 이미지 광학 모듈의 렌즈 구조 및 (b) 일반적인 텔레센트릭 렌즈 구조를 나타낸 도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 표면 검사 광학 장치의 형태를 간단히 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 표면 검사 광학 장치(100)는, 조명 광학 모듈(110), 이미지 광학 모듈(120), 회전 스테이지 모듈(130) 및 이미지 그랩 모듈(140)을 포함하도록 형성된다.
조명 광학 모듈(110)은, 검사 물체에 빛을 투사하기 위해 형성된다. 이때, 조명 광학 모듈은 일 예로 핀 홀 LED 조명으로 형성될 수 있다.
이미지 광학 모듈(120)은, 검사 물체에서 반사되는 반사광을 획득하기 위해 형성된다. 이때, 이미지 광학 모듈(120)은, 카메라(210) 및 대물렌즈(220)를 포함할 수 있다.
카메라(210)는, 검사 물체에서 반사되는 반사광을 획득하도록 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 카메라(210)는 50메가픽셀의 화소를 가지도록 형성될 수 있다.
대물렌즈(220)는 반사광을 카메라(210)를 통해 획득할 수 있도록 카메라(210)에게 입사광을 모아주고 입사광의 각도를 재배열할 수 있도록 형성된다. 이때, 대물렌즈(220)는 카메라(210)와 검사 물체 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 광학 모듈(120)은, 도 3a에 도시된 바와 같이 대물렌즈(220) 및 카메라(210)를 이용하여 도 3b의 텔레센트릭 렌즈와 유사한 효과를 내도록 형성될 수 있다.
텔레센트릭 렌즈는, 입사광이 렌즈 광 축에 대해 평행하도록 형성되는 렌즈이며, 텔레센트릭 렌즈를 사용하는 경우 피사계 심도 방향의 치수 계측에서 수치의 변동이 적어 주변이 일그러지는 현상이 거의 나타나지 않기 때문에 계측용으로 주로 사용되는 렌즈이다.
따라서, 본 발명의 목표인 무라 현상을 관측함과 동시에 핫스팟 현상이 나타나지 않도록 하기 위해서는 텔레센트릭 렌즈가 요구된다.
본 발명의 일 실시예의 대물 렌즈(220)는 3개의 렌즈를 이용하여 복합렌즈 형태로 형성될 수 있으며, 카메라(210)의 렌즈는 4개의 렌즈를 이용하여 복합렌즈 형태로 형성될 수 있다.
이러한 구조를 이용하는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 표면 검사 광학 장치(100)는, 높은 비용의 텔레센트릭 렌즈를 사용하지 않더라도 유사한 효과를 냄으로써 보다 저렴한 비용으로 핫스팟 현상이 나타나지 않으면서 무라 현상을 검출해낼 수 있는 효과가 존재한다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 광학 모듈은, 필요한 경우 50mm의 직경을 가지는 메가 픽셀 렌즈(230)를 더 포함하도록 형성될 수 있다. 메가 픽셀 렌즈는, 고배율 검사를 수행하는 본 발명의 특징상 화각이 발생하여 물체가 흐려지는 경우를 방지하여 보다 높은 정밀도로 무라 현상을 용이하게 검출하도록 형성될 수 있다.
회전 스테이지 모듈(130)은, 검사 물체의 위치를 조정하기 위해 형성된다. 회전 스테이지 모듈(130)은 검사 물체의 위치를 조절하여 조명 광학 모듈(110)에서 발광 된 입사광이 검사 물체의 글라스에서 반사되도록 하여 반사광을 생성하고, 생성된 반사광이 이미지 광학 모듈(120)로 전달될 수 있도록 회전 스테이지 모듈(130)에 놓이는 검사 물체의 x축, y축 및 z축 위치를 조절하도록 형성될 수 있다.
이를 위해 회전 스테이지 모듈(130)은, x축 및 y축으로는 각도를 조절하고, z축으로 높낮이를 조절할 수 있도록 형성될 수 있다.
이미지 그랩 모듈(140)은, 이미지 광학 모듈(120)을 통해 획득한 이미지를 처리하기 위해 형성된다. 이미지 그랩 모듈(140)은, 이미지 광학 모듈(120)이 텔레센트릭 렌즈와 동일한 효과를 이용하여 이미지를 획득하면, 획득한 이미지를 처리하여 무라 현상이 검출되는지 확인할 수 있다.
이미지 그랩 모듈(140)은, 이미지를 분석 처리하여 무지개 무늬가 나타나는 경우, 모아레 패턴(Moire Pattern) 현상으로 구분하여 검출한다.
이를 위해 이미지 그랩 모듈(140)은, 검사 물체를 2번 촬영하여 1차 촬영 이미지 및 2차 촬영 이미지를 각각 획득하고, 획득한 두 개의 이미지를 분석하여 모아레 패턴을 검출할 수 있다.
이미지 그랩 모듈(140)은 이미지 광학 모듈(120)의 초점이 검사 물체에 맞춰진 상태로 촬영하여 1차 촬영 이미지를 획득하고, 1차 촬영 이미지를 획득한 이후 이미지 광학 모듈(120)의 초점이 맞지 않는 상태로, 다시 말해 검사 물체가 아닌 다른 위치에 초점을 맞춘 상태로 촬영하여 2차 촬영 이미지를 획득한다.
이때, 이미지 그랩 모듈(140)은, 이미지 광학 모듈(120)의 초점을 검사 물체에서 빗나가게 하기 위해 카메라(210)와 대물 렌즈(220) 사이의 거리를 조절할 수 있다.
이미지 그랩 모듈(140)은, 1차 촬영 이미지 및 2차 촬영 이미지를 모두 획득하면, 두 이미지를 겹침으로써 생성되는 이미지인 병합 이미지를 분석하고, 병합 이미지로부터 모아레 패턴을 검출할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 광학 모듈(110)과 이미지 광학 모듈(120)은, 회전 스테이지 모듈(130)을 기준으로 각각 기 설정된 각도만큼 기울어진 형태로 형성될 수 있으며, 이는 입사광을 이용하여 생성된 반사광이 이미지 광학 모듈(120)로 효율적으로 입사할 수 있도록 하기 위함이다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 글라스 표면 검사 광학 장치
110: 조명 광학 모듈 120: 이미지 광학 모듈
130: 회전 스테이지 모듈 140: 이미지 그랩 모듈
210: 카메라 220: 대물렌즈
230: 메가픽셀렌즈

Claims (11)

  1. 핀 홀 LED 조명을 포함하도록 형성되는 조명 광학 모듈;
    50메가픽셀의 화소를 가지는 카메라 및 대물렌즈를 포함하도록 형성되는 이미지 광학 모듈;
    X축 및 Y축으로 각도를 조절할 수 있고, Z축으로 높낮이를 조절할 수 있는 3축 자유도를 가지는 회전 스테이지 모듈; 및
    상기 이미지 광학 모듈을 통해 획득한 이미지를 처리하는 이미지 그랩 모듈;을 포함하도록 형성되며,
    상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 조명 광학 모듈에서 생성된 조사광이 상기 회전 스테이지 모듈에 위치하는 검사 대상 글라스에서 반사되어 형성되는 반사광을 상기 이미지 광학 모듈을 이용하여 촬영하여 획득한 상기 이미지를 분석 처리하고,
    상기 이미지 광학 모듈은, 상기 카메라 및 상기 대물렌즈를 이용하여 텔레센트릭 렌즈와 동일한 효과를 발생시키도록 형성되고,
    상기 이미지 광학 모듈은, 상기 카메라 및 상기 대물렌즈가 각각 적어도 3개의 렌즈를 이용한 복합렌즈를 포함하도록 형성되고,
    상기 이미지 광학 모듈은, 메가픽셀렌즈를 더 포함하도록 형성되고,
    상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 이미지를 분석 처리하여 무지개무늬가 나타나는 경우, 모아레 패턴(Moire Pattern) 현상으로 구분하여 검출하고,
    상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 검사 대상 글라스를 1회 촬영 및 2회 촬영을 수행하여 상기 이미지를 두 번 획득하도록 형성되고,
    상기 이미지 그랩 모듈은,
    상기 1회 촬영 시 상기 이미지 광학 모듈의 초점이 상기 검사 대상 글라스와 일치하는 상태로 상기 이미지 중 제1이미지를 촬영하며,
    상기 제1이미지를 촬영한 이후 상기 초점이 상기 검사 대상 글라스와 불일치하는 상태로 상기 이미지 광학 모듈의 상기 초점을 변경하여 제2이미지를 촬영하는 상기 2회 촬영을 수행하는 글라스 표면 검사용 광학 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 이미지 그랩 모듈은, 상기 카메라와 상기 대물 렌즈 사이의 거리를 조절하여 상기 초점을 변경하는 글라스 표면 검사용 광학 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 이미지 그랩 모듈은,
    상기 제1이미지 및 상기 제2이미지를 교차하여 생성되는 병합 이미지를 분석하여 상기 모아레 패턴을 검출하는 글라스 표면 검사용 광학 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 조명 광학 모듈 및 상기 이미지 광학 모듈은, 상기 회전 스테이지 모듈과 각각 기 설정된 각도만큼 기울어진 형태로 형성되는 글라스 표면 검사용 광학 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 대물렌즈는, 3개의 렌즈를 이용한 복합렌즈로 형성되고, 상기 카메라의 렌즈는 4개의 렌즈를 이용한 복합 렌즈로 형성되는 글라스 표면 검사용 광학 장치.
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