KR102638769B1 - 표면 광학 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

검사 물체에서 반사된 반사광을 수집하는 수집 구간과 수집된 반사광을 전달하는 전달 구간으로 이루어진 광학계에 설치된 검출부가 반사광으로 이미지를 획득하여 검사 물체의 표면을 검사하는 표면 광학 검사 장치가 개시된다.
본 발명은 검사 물체의 상면에서 반사되는 광이 경유하는 수집 구간의 제1 광경로에 설치된 제1 수집 텔레센트릭 렌즈, 검사 물체의 측면에서 반사되는 광이 경유하는 수집 구간의 제2 광경로에 설치된 적어도 하나의 제2 수집 텔레센트릭 렌즈, 수집 구간과 전달 구간의 경계에 설치되고 제1 및 제2 텔레센트릭 렌즈를 통해 서로 다른 방향에서 개별적으로 입사되는 광을 한쪽 방향으로 보내기 위해 광의 진행 방향을 변경하는 혼합 반사부재, 혼합 반사부재와 검출부 사이에 설치되고 혼합 반사부재에 의해 진행 방향이 변경된 광이 경유하는 전달 구간의 제3 광경로에 설치된 전달 텔레센트릭 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

표면 광학 검사 장치{Optics apparatus For Inspecting Surface}
본 발명은 검사 물체에서 반사된 반사광을 수집하는 수집 구간과 수집된 반사광을 전달하는 전달 구간으로 이루어진 광학계에 설치된 검출부가 반사광으로 이미지를 획득하여 검사 물체의 표면을 검사하는 표면 광학 검사 장치에 관한 것이다.
최근 산업의 고도화에 따라 각종 부품 및 소자의 구성이 점차 복잡해지고, 소형화되고 있으며, 이에 따라 상기 각종 부품 및 소자들의 성능과 수율 향상을 위해 그에 대한 검사 기술의 중요성이 점차적으로 증대되고 있다.
상기 검사 기술은 다양하게 존재하는데, 이러한 다양한 검사 기술의 분야 중의 하나로 획득된 이미지로부터 검사 물체의 표면 불량을 검사하는 광학적 검사 기술을 들 수 있다. 일 예로 검사 물체에 대해 광학적 검사를 수행하는 경우, 검사 물체의 표면에 파티클, 스크래치, 스트레인, 크랙(crack), 기포 등에 의해 광학적 반사율 또는 투과율이 극소적으로 변화하게 되는데, 이러한 결함을 상기 광학적 검사를 통해서 검출할 수 있게 되는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 표면 광학 검사 장치의 구성도이다.
판 형상의 검사 물체(P)에 대해 3개 영역(물체 상면과 양쪽 측면)에 대해 표면 검사하는 경우, 3개 영역에 대응하여 상부에 복수개 광학렌즈(11) 및 라인스캔카메라(10)를 배치하고, 검사 물체(P)에 빛을 조사하는 3개 광원(21)을 구비한다. 3개 광원(21)은 물체 상면에 빛을 비추는 주광원과 물체 측면에 빛을 비추는 보조 광원을 포함할 수 있다. 또한 반사 미러(20)를 이용하여 물체 측면에서 반사되는 광의 진행방향을 변경할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 검사 물체의 표면 검사 시 복수개 검사 영역(상면과 양쪽 측면)에 대응하여 복수개 검출부(10)를 필요로 하기 때문에, 광학계의 구성 부품(광학 렌즈 및 라인스캔 카메라)에 대한 비용 부담이 가중되고, 각각의 라인카메라를 통해 획득된 이미지를 개별 처리하여 검사하여야 하므로 검사 시간이 증가되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 고려하여, 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 검출부를 사용하여 복수개 영역에 대해 검사하는 기술이 제안된 바 있다.
도 2에서, 검사 물체(P) 상부에 반사부재(40), 광학 렌즈(11) 및 검출부(30)를 일렬로 배치하고, 복수개 검사 영역에 대응하여 3개 광원(21)을 설치한다. 검출부(30)는 라인스캔카메라를 구비한다.
물체 상면에서 반사된는 광은 반사부재(40)를 통하여 광학 렌즈(11)로 진행하고, 물체의 양쪽 측면에서 반사되는 광은 반사 미러(20)를 경유하여 반사부재(40)에 의해 광의 진행방향을 바꾸어 광학 렌즈(11)로 진행하게 된다. 반사광은 3갈래에 나뉘어 반사부재(40)에 수집된 후 광학 렌즈(11)로 전달되는데, 광학 렌즈(11)에서 검출부(30)에 입사되는 광은 도 3에 도시된 바와 같이, 일부 중첩되는 현상이 발생된다. 구체적으로 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 검출부(30)에 입사되는 광은 2번 위치에서 복수개 영역으로서 B영역(물체 측면), C영역(물체 상면), A영역(물체 측면)에 대응하여 형성되는 이미지는 중첩되지 않고 나란하게 형성된다. 하지만, 1번 위치에서는 이미지들이 중첩되고 3번 위치에서는 이미지들이 분리되어 형성된다.
이와 같이 검사 물체(P)에 대해 검사하고자 하는 복수개 영역을 동시에 형성할 때 일부 중찹되거나 분리되는 경우 검사 에러를 유발할 수 있기 때문에 검사 신뢰성을 저하시키는 요인이 된다.
한국등록특허 제10-1972517호(2019.04.19. 등록)
없음
상기 종래기술을 포함한 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로, 본 발명의 목적은 검사 물체의 상면과 측면을 검사하는 광학계의 광경로에 거리에 따른 배율 변화가 없는 텔레센트릭 렌즈를 배치하여 구성을 간소화하고, 검사 신뢰성을 향상시킬 수 있는 표면 광학 검사 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표면 광학 검사 장치는, 검사 물체에서 반사된 반사광을 수집하는 수집 구간과 수집된 반사광을 전달하는 전달 구간으로 이루어진 광학계에 설치된 검출부가 반사광으로 이미지를 획득하여 검사 물체의 표면을 검사하는 표면 광학 검사 장치에 있어서, 상기 검사 물체의 상면에서 반사되는 광이 경유하는 수집 구간의 제1 광경로에 설치된 제1 수집 텔레센트릭 렌즈; 상기 검사 물체의 측면에서 반사되는 광이 경유하는 수집 구간의 제2 광경로에 설치된 적어도 하나의 제2 수집 텔레센트릭 렌즈; 상기 수집 구간과 전달 구간의 경계에 설치되고, 상기 제1 및 제2 텔레센트릭 렌즈를 통해 서로 다른 방향에서 개별적으로 입사되는 광을 한쪽 방향으로 보내기 위해 광의 진행 방향을 변경하는 혼합 반사부재; 상기 혼합 반사부재와 상기 검출부 사이에 설치되고, 상기 혼합 반사부재에 의해 진행 방향이 변경된 광이 경유하는 전달 구간의 제3 광경로에 설치된 전달 텔레센트릭 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 수집 텔레센트릭 렌즈 측으로 광의 진행방향을 변경시키기 위하여 상기 제2 광경로에 설치된 반사 미러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검사 물체의 상면을 둘러싸는 복수개 측면에 대응하여 복수개 제2 광경로를 형성하는 경우, 각각의 제2 광경로에 상기 제2 수집 텔레센트릭 렌즈를 개별적으로 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전달 텔레센트릭 렌즈에서 이격된 상기 검출부의 위치를 조절하는 경우, 상기 검출부가 검사 물체의 상면에 대응하는 이미지와 검사 물체의 측면에 대응하는 이미지가 중첩되지 않고 나란하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 검사 물체의 상면과 측면을 동시에 검사하기 위해 광학계에 하나의 검출부를 설치하고, 검출부가 검사 물체의 상면과 측면에 대응하는 각각의 반사광을 전달받아 영역별로 나란하게 형성할 수 있기 때문에 광학계 구성을 간소화하고 이미지 처리 시간을 단축시킬 수 있다.
본 발명은 광학계의 텔레센트릭 렌즈를 통과하여 검출부에 전달되는 광에 의해 검사 물체의 상면과 측면에 대응하는 이미지들이 중첩되는 검사 에러를 방지할 수 있어 검사 신뢰성을 향상할 수 있다.
본 발명은 광학계의 설치 환경에 따라 검출부의 위치를 조절할 수 있어 설치 작업이 용이하고 작업 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 표면 광학 검사 장치의 구성도,
도 2는 다른 종래 기술에 따른 표면 광학 검사 장치의 구성도,
도 3은 도 2의 광학 렌즈를 통과하는 광의 경로를 나타내는 도면,
도 4는 종래 기술의 검출부에 의해 획득되는 이미지들을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 표면 광학 검사 장치의 전체 구성도,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 표면 광학 검사 장치에서 광의 진행 경로를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 전달 텔레센트릭 렌즈를 통과하는 광의 경로를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명에 따른 검출부에 의해 획득되는 이미지들을 나타내는 도면.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 표면 광학 검사 장치(100)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 검사 물체(P)에서 반사된 반사광을 수집하는 수집 구간과 수집된 반사광을 전달하는 전달 구간으로 이루어진 광학계에 설치된 검출부(130)를 포함한다. 여기서 검출부(130)는 라인스캔카메라를 구비하며, 반사광으로 이미지를 획득하는 점에서 종래의 검출부와 기능상 동일한다.
특징적으로, 본 발명에 따른 표면 광학 섬사 장치(100)는 검사 물체(P)의 반사광을 수집하는 수집 구간의 광경로에 설치된 3개 텔레센트릭 렌즈(151)(152)(153), 전달 구간의 광경로에 설치된 1개 텔레센트릭 렌즈(154), 및 수집 구간과 전달 구간의 경계에 설치된 혼합 반사부재(140)를 포함한다. 여기서 텔레센트릭 렌즈(Telecentric Lens)는 입사동 또는 출사동이 무한원에 있는 혼합 렌즈들로 구성되는 것으로, 물체의 원근감을 없애 거리에 상관없이 동일한 물체 크기를 볼 수 있다.
3개 광원(121)은 각각 물체 상면과 양쪽 측면에 빛을 비추며, 물체 상면에서 반사된 광은 수집 구간의 제1 광경로(R1)을 통하여 제1 수집 텔레센트릭 렌즈(151)를 경유하여 혼합 반사부재(140)로 진행하게 된다.
물체 양쪽 측면에서 반사된 광은 두 갈래로 나뉘어진 제2 광경로(R2)를 통하여 한 쌍의 제2 수집 텔레센트릭 렌즈(152)(153)를 경유하여 혼합 반사부재(140)로 진행하게 된다. 이때, 제2 광경로(R2)를 따라 진행하는 광은 반사 미러(120)에 의해 광의 진행방향을 변경할 수 있다.
혼합 반사부재(140)는 수집 구간과 전달 구간의 경계에 설치되고, 제1 및 제2 텔레센트릭 렌즈(151)(152)(153)를 통해 서로 다른 방향에서 개별적으로 입사되는 3갈래 광을 한쪽 방향으로 보내기 위해 광의 진행 방향을 변경한다.
도 6을 참고하여, 혼합 반사부재(140)는 3갈래 광에 대응하여 나란하게 배치된 제1 내지 제3 반사부재(141)(142)(143)를 구비한다. 제1 반사부재(141)는 검사 물체(P)의 상면에서 반사된 후 제1 광경로(R1)에 설치된 제1 수집 텔레센트릭 렌즈(151)를 경유하는 광을 전달 텔레센트릭 렌즈(154)에 보내고, 제2 반사부재(142)는 검사 물체(P)의 일측면에서 반사되어 제2 광경로(R2)에 설치된 제2 수집 텔레센트릭 렌즈(152)를 경유하는 광의 진행방향을 변경시켜 전달 텔레센트릭 렌즈(154)에 보내며, 제3 반사부재(143)는 검사 물체(P)의 타측면에서 반사되어 다른 제2 광경로(R2)에 설치된 제2 수집 텔레센트릭 렌즈(153)를 경유하는 광의 진행방향을 변경시켜 전달 텔레센트릭 렌즈(154)에 보내게 된다. 이와 같은 제1 내지 제3 (141)(142)(143)는 빔 스플리터, 프리즘 등으로 구현할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전달 텔레센트릭 렌즈(154)는 혼합 반사부재(140)와 검출부(130)를 연결하는 전달 구간의 제3 광경로(R3)에 설치된다. 전달 텔레센트릭 렌즈(154)는 3갈래로 나뉘어진 광이 모여지는 혼합 반사부재(140)로부터 전달되는 광을 그대로 검출부(130)에 전달한다. 도 8을 참고하여, 텔레센트릭 렌즈(154)는 제1 및 제2 광경로(R1)(R2)를 통해 수집된 3갈래 광에 대해 배율 변환없이 검출부(130)에 전달한다.
검출부(130)는 전달 텔레센트릭 렌즈(154)를 통해 복수개 검사 영역(물체의 상면과 양쪽 측면)에 대응하는 광을 전달받아 이미지를 형성한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 검출부(130)에 입사되는 광은 1번 위치, 2번 위치, 3번 위치에 대해 동일하게 포커싱되기 때문에, 획득되는 이미지들이 중첩되지 않게 된다. 예를 들어 전달 텔레센트릭 렌즈(154)에서 이격된 검출부(130)의 위치를 조절하는 경우, 검출부(130)가 검사 물체(P)의 상면에 대응하는 C영역 이미지와 검사 물체(P)의 측면에 대응하는 B영역 및 A영역 이미지가 중첩되지 않고 나란하게 형성된다.
상술한 실시예에 따르면 검사 물체(P)의 상면과 측면을 동시에 검사하기 위해 광학계에 하나의 검출부를 설치하고, 검출부가 검사 물체의 상면과 측면에 대응하는 각각의 반사광을 전달받아 검사 영역별로 나란하게 형성할 수 있기 때문에 광학계 구성을 간소화하고 이미지 처리 시간을 단축하고, 검출부에서 검사 물체의 상면과 측면에 대응하는 이미지들이 중첩되는 검사 에러를 방지할 수 있어 검사 신뢰성을 향상할 수 있으며, 광학계의 설치 환경에 따라 검출부의 위치를 조절할 수 있어 설치 작업이 용이하고 작업 시간을 단축할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 표면 광학 검사 장치
120 : 반사 미러
130 : 검출부
140 : 혼합 반사부재
151, 152, 153, 154 : 텔레센트릭 렌즈

Claims (4)

  1. 검사 물체(P)에서 반사된 반사광을 수집하는 수집 구간과 수집된 반사광을 전달하는 전달 구간으로 이루어진 광학계에 설치된 검출부(130)가 반사광으로 이미지를 획득하여 검사 물체(P)의 표면을 검사하는 표면 광학 검사 장치에 있어서,
    상기 검사 물체(P)의 상면과 양쪽 측면에 빛을 비추는 3개 광원(121);
    상기 검사 물체(P)의 상면에서 반사되는 광이 경유하는 수집 구간의 제1 광경로(R1)에 설치된 제1 수집 텔레센트릭 렌즈(151);
    상기 검사 물체(P)의 양쪽 측면에서 반사된 광이 두 갈래로 나뉘어지고 복수의 반사 미러(120)에 의해 광의 진행방향이 변경되어 경유하는 수집 구간의 제2 광경로(R2)에 설치된 한 쌍의 제2 수집 텔레센트릭 렌즈(152)(153);
    상기 수집 구간과 전달 구간의 경계에 설치되고, 상기 제1 및 제2 텔레센트릭 렌즈(151)(152)(153)를 통해 서로 다른 방향에서 개별적으로 입사되는 세갈래 광을 한쪽 방향으로 보내기 위해 광의 진행 방향을 변경하는 혼합 반사부재(140);
    상기 혼합 반사부재(140)와 상기 검출부(130) 사이에 설치되고, 상기 혼합 반사부재(140)에 의해 진행 방향이 변경된 광이 경유하는 전달 구간의 제3 광경로(R3)에 설치된 전달 텔레센트릭 렌즈(154);를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 광학 검사장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
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