KR20060052699A - 감도 및 다이내믹 레인지가 증가된 3ｄ 및 2ｄ 측정장치 및방법 - Google Patents

감도 및 다이내믹 레인지가 증가된 3ｄ 및 2ｄ 측정장치 및방법 Download PDF

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브노아트 퀴리옹
마티유 라마르
미첼 칸틴
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솔비젼 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 복수의 화상 특징을 조합함으로써 물체의 높이 프로파일을 증가된 정밀도로 측정하기 위한 고속 모아레 간섭측정(FMI) 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 하나의 커다란 측면에 있어서, 2개 또는 수 개의 화상이 상이한 조건하에서 획득되어, 하나의 단일 화상 Ia(x,y) 대신에 2개 또는 수 개의 화상 I'(x,y), Ia"(x,y),...이 얻어진다. 이것은, 상이한 격자 투영 "b", "c" 및 "d"에서 얻어진 화상에 대해서 반복된다. 이들 화상은 조합되어, 물체의 높이 프로파일을 결정하는 데 이용되는 조합된 화상 또는 병합된 위상값을 제공한다.

Description

감도 및 다이내믹 레인지가 증가된 3Ｄ 및 2Ｄ 측정장치 및 방법{3D AND 2D MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD WITH INCREASED SENSITIVITY AND DYNAMIC RANGE}
본 발명은, 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 감도 및 다이내믹 레인지가 증가된 고속 모아레 간섭측정(Fast Moire Interferometry : FMI)에 의거한 3D(3차원) 및 2D(2차원) 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
자동화 3D 및 2D 비전검사장치(vision inspection systems)에 있어서, 통상, 계측은 화상 분석 및 회수된 정보의 처리에 의거하고 있다. 화상 취득은, 일반적으로, 데이터 디지털화 단계를 포함한다. 예를 들면, 디지털 8비트 CCD 카메라(charged coupled device video camera)는, 255계조(그레이 스케일)의 선형 배율에 따른 신호를 정량화함으로써, 어두운 영역(dark regions)은 저레벨 강도를 지니는 반면, 광점(light spot)들은 상기 그레이 스케일 상의 255에 도달할 수 있는 동시에 심지어 더 높은 실제 값들에 대응하는 강도값을 지니는 채도, 즉, 포화도(saturation)를 얻을 수 있다. 잘 알려진 고속 모아레 간섭측정(FMI)법이란, 화상의 각 점에서의 3D 및 2D 정보추출을 위해 구조화 광 투영과 위상 변이법의 조합 에 의거한 위상 변이(phase-shift)법이다. 도 1은 FMI장치의 일례를 도시한 것이다. FMI법은, 격자 투영을 달리한 수 개의 상들의 획득과 분석을 이용한다. 3D 정보추출은, 구조화 광 변형에 의한 각 점의 강도편차의 평가에 기초하고 있다.
반사율이 다른 상이한 표면들에 대한 FMI법의 적용은 잘 알려져 있다. 이 방법에 의하면, 어두운 영역과 매우 밝은 영역을 모두 포함하는 물체의 검사가 가능하다. 그 결과, FMI법은, 예를 들면, BGA(ball grid array) 또는 CSP(chip scale package) 등과 같은 마이크로전자 구성요소, 즉, 구성부품의 검사에 이용된다. 이러한 마이크로전자 구성부품은, 정반사율의 각도에 대응하는 그의 구성부품의 영역은 매우 밝은 반면, 다른 영역은 오히려 어둡게 되도록 하는 상이한 형상(및 반사율)을 지닌 커넥터를 포함한다.
기본적으로, FMI법은, 투영 격자 변형으로 인한 점강도 변동을 분석한다. 그러나, 동일한 화상에 있어서 포화된 점과 어두운 점이 존재할 경우에는, 얻어질 수 있는 정보는 그 어두운 점과 포화된 점을 제외한 제한된 수의 점으로 한정되므로, 상기 방법은, 감도 및 다이내믹 레인지에 있어서 제한이 있다.
따라서, 3D 및 2D 측정의 품질, 감도 및 다이내믹 레인지를 향상시킬 수 있는 장치와 방법이 필요하다.
발명의 목적
따라서, 본 발명의 본 발명의 목적은, 개량된 3D 및 2D 측정장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 기타 목적, 이점 및 특징들은, 첨부도면을 참조한 단지 예로서 부여된 이하의 비제한적인 실시형태의 설명을 읽음으로써 더욱 명백해질 것이다.
발명의 개요
더욱 구체적으로는, 본 발명에 의하면, 복수의 화상 특징을 조합함으로써 증가된 정밀도로 물체의 높이 프로파일을 측정하는 고속 모아레 간섭측정(FMI) 방법 및 장치가 제공된다.
물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 간섭측정방법은, 제 1 획득 조건에서 제 1조(set)의 적어도 2개 이상의 화상특징을 얻는 단계 및 제 2 획득 조건에서 제 2조의 적어도 1개 이상의 화상특징을 얻는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 또한, 병합된 화상 특징을 제공하기 위하여 상기 화상특징들을 병합하는 단계; 및 상기 병합된 화상 특징과 기준 표면과 연관된(associated) 위상값을 이용해서 높이 프로파일을 결정하는 단계;도 포함한다.
본 발명의 하나의 커다란 측면에 의하면, 물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 간섭측정방법이 제공된다. 상기 방법은, 물체에 대한 강도 패턴의 제 1 투영에서 상기 물체를 특징 지우는 제 1조의 적어도 2개 이상의 강도를 얻는 단계 및 상기 물체에 대한 상기 강도 패턴의 위상 변이 투영에서 상기 물체를 특징 지우는 제 2조의 적어도 1개 이상의 강도를 얻는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 또한, 제 1 및 제 2의 병합된 화상을 얻기 위하여 상기 강도들을 조합하는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2의 병합된 화상과 기준 표면과 연관된 위상값을 이용해서 높이 프로파일을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 커다란 측면에 의하면, 물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 간섭측정방법이 제공되며, 이 방법은, 제 1 획득 조건하에서 물체를 특징 지우는 제 1조의 강도를 얻는 단계; 및 상기 제 1조의 강도들을 이용해서 제 1 위상값을 산출하는 단계;를 포함하고, 상기 물체를 특징 지우는 각 강도는 상기 물체에 대한 제 1 시리즈의 투영 강도들의 각각에 대응하며, 이들 각 투영강도는 서로 위상 변이되어 있다. 상기 방법은, 또한, 제 2 획득 조건하에서 상기 물체를 특징 지우는 제 2조의 강도들을 얻는 단계; 및 상기 제 2조의 강도들을 이용해서 제 2 위상값을 산출하는 단계;를 포함하고, 상기 물체를 특징 지우는 각 강도는 상기 물체에 대한 제 2 시리즈의 투영 강도의 각각에 대응하며, 상기 제 2 시리즈의 각 투영강도는 서로 위상 변이되어 있다. 상기 방법은, 또한, 병합된 위상값을 제공하기 위하여 상기 위상값들을 병합하는 단계; 및 상기 병합된 위상값과, 기준 표면과 연관된 위상값을 이용해서 높이 프로파일을 결정하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 커다란 측면에 의하면, 상기 물체를 특징 지우는 수 개의 강도는 상이한 조건하에서 얻어지며, 또한, 한 조의 조합된 화상을 얻도록 조합되거나(이 한 조의 조합된 화상으로부터 상기 물체를 특징 지우는 위상값이 산출됨), 또는 상기 물체를 특징 지우는 병합된 위상에 병합되는 한 조의 위상값을 산출하는 데 이용된다.
본 발명의 다른 커다란 측면에 의하면, 물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 간섭측정장치가 제공된다. 이 장치는, 투영축을 따라 물체 상에 강도패턴을 투영하는 패턴투영 어셈블리; 및 상기 물체에 대한 강도패턴을 선택된 위치에 위치결정시키는 변위수단;을 포함한다. 상기 장치는, 또한, 제 1조의 적어도 2개 이상의 화상특징을 제 1 획득조건에서 얻고, 제 2조의 적어도 1개 이상의 화상특징을 제 2 획득조건에서 얻는 검출 어셈블리; 및 상기 화상 특징들을 이용해서 병합된 특징을 산출하고, 그 병합된 특징과 기준 표면과 연관된 기준 위상값을 이용해서 상기 물체의 높이 프로파일을 결정하는 컴퓨터;를 포함한다.
도 1은 종래기술로 표지되어 있는 바와 같이 종래 사용되던 FMI장치의 개략도
도 2는 본 발명의 일실시형태에 의한 물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 방법의 순서도
도 3은 본 발명의 일실시형태에 의한 도 2의 방법의 일부의 순서도
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 의한 도 2의 방법의 일부의 순서도
도 5는 본 발명의 일실시형태에 의한 물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 장치의 개략도
도 6은 본 발명의 일실시형태에 의한 장치 구성요소와 제어기와의 관계를 설명하는 블록도
발명의 실시형태의 설명
일반적으로, 본 발명은, 위상 변이 측정방법의 증가된 감도 및 다이내믹 레인지를 허용하는 장치 및 방법을 제공한다.
이하, 본 발명은, 4개의 위상 변이 화상의 일례와 관련해서 설명하나, 3개 이상의 위상 변이 화상의 장치라면 어느 것에라도 적용가능하다. 또, 어떠한 조건 하라도, 본 발명은 단지 2 화상의 군에 적용될 수도 있다.
FMI 방법에 있어서, 3D 분석은, 검사대상 물체상에 투영된 격자의 변화에 의거한 것이다. 도 1을 참조하면, 제 1 위치에서 물체에 강도패턴을 투영하고, 카메라에 의해 상기 물체(화상이라도 함)를 특징 지우는 제 1 광강도를 측정한다. 다음에, 상기 강도 패턴을 그의 이전의 위치로부터 변이시키고(소위 위상 변이), 다른 화상을 측정한다.
4개의 위상 변이 화상이 획득된 특별한 경우에 있어서는, 이하의 연립 방정식(1)이 이용된다:
Figure 112005072570831-PCT00001
식 중, I(x,y)는 물체 좌표(x,y)에서의 광강도이고, R(x,y)는 물체 반사율 및 광원 강도에 비례하며, M(x,y)는 프린지패턴변조(fringe pattern modulation )(패턴 콘트라스트라고도 칭함)이다.
상기 연립 방정식(1)을 풀면, 위상
Figure 112005072570831-PCT00002
은 다음과 같이 성립될 수 있다:
Figure 112005072570831-PCT00003
.
이 위상값은, 물체 높이 정보와 연결된다. 상기 위상값은 실제로 상기 물체의 높이 z(x,y)의 함수인 것으로 볼 수 있다. 따라서, 강도패턴특징과 기준 표면과 연관된 위상값을 앎으로써 기준 표면에 대해서 물체의 높이 z(x,y)를 구하는 것이 가능하다.
상기 관계식(2)에 따라 위상값을 정확하게 산출할 수 있도록 하기 위해서는, 4개의 강도값 Ia(x,y), Ib(x,y), Ic(x,y) 및 Id(x,y)가 모두 "유효"일 필요가 있다. 이 유효값은, "참"이라고 여겨지는 값이며, 무효값은 거짓이라고 여겨지는 값이다. 예를 들면, 무효값은, 카메라 화소를 포화시키고 있으므로, 실제의 값이 측정되지는 않는 특정 물체 부분으로부터의 강도값일 수 있다. 반대로, 검출장치의 충분 한 잡음레벨 이하인 강도가 높은 강도로서 거짓으로 등록될 것이다.
4개의 강도값 I(x,y)중의 1개 또는 수 개가 포화되면, 관계식 (2)는 위상산출시 에러(error)로 될 것이다. 마찬가지로, 4개의 강도 Ia(x,y), Ib(x,y), Ic(x,y) 및 Id(x,y)가 모두 (상기 잡음 레벨에서) 함께 근사하면, 상기 관계식 (2)에 의해 평가된 위상은 고도로 부정확하다. 따라서, 무효 데이터가 상기 물체의 높이 측정의 거짓 값으로 된다.
따라서, 본 발명은, 상기 설명한 FMI 기술의 감도 및 다이내믹 레인지를 증가시키는 장치 및 방법을 제공한다.
조합된 화상 I(x,y): 본 발명의 하나의 커다란 측면에 있어서, 물체의 조합된 화상은, 물체의 화상을 병합함으로써 형성된다. 극히 간단히 말하면, 화상 획득 동안, 2개 또는 수 개의 화상(물체를 특징 지우는 강도라고도 칭함)이, 상이한 감도에서(예를 들면, 상이한 노광시간에 따른 화상을 획득함으로써), 또는 상이한 광원 강도에서 획득되어, 하나의 단일 화상 Ia(x,y) 대신에 2개 또는 수 개의 화상 I'(x,y), Ia"(x,y),...을 얻는다. 이것은, 상이한 격자 투영 "b", "c" 및 "d"에서 얻어진 화상에 대해서 반복된다. 예를 들면, 강도 I'(x,y)는 I"(x,y)로서 표시되는 것보다도 많은 감도(큰 노광시간)에서 또는 상이한 광원 강도에서 획득된다.
유효한 조합된 화상
Figure 112005072570831-PCT00004
을 화상 I'(x,y), I"(x,y),...의 조합으로서 얻 는 것이 가능하다. 예를 들면, 8비트 획득시스템에 있어서는, 새로운 16비트 화상
Figure 112005072570831-PCT00005
이, 상위비트용의 Ia'(x,y)와 하위비트용의 Ia"(x,y)의 합성을 고려해서 형성될 수 있고, 최종 위상값은, 다음과 같은 각각의 계조 투영과 연관된 조합된 유효 화상을 이용해서 산출된다:
Figure 112005072570831-PCT00006
.
조합된 위상값
Figure 112005072570831-PCT00007
: 상이한 투영각도, 상이한 광원 강도, 상이한 카메라 감도 등과 같은 상이한 실험 조건에 대응하는 복수 조의 획득 화상을 얻는 것도 가능하다. 예를 들면, 한 조의 화상(a', b', c', d')은 제 1 투영각 θ'에 대해서 획득될 수 있고, 그 후, 새로운 한 조의 화상(a", b", c", d")이 제 2 투영각 θ"에 대해서 획득될 수 있다. 또는, 투영각을 변화시키는 대신에, 투영축에 대해서 카메라 경사를 변경함으로써 검출각을 변화시킬 수 있다. 또는, 광원 강도 혹은 카메라 획득시간을 변경하는 것도 가능하다. 모든 경우에 있어서, 이들 2조(또는 그 이상)의 획득 화상의 각각에 대해, 위상은 이하의 관계식을 이용해서 산출될 수 있다:
Figure 112005072570831-PCT00008
.
다음에, 이들 2개의 위상값
Figure 112005072570831-PCT00009
및
Figure 112005072570831-PCT00010
을 병합해서 조합된 위상값
Figure 112005072570831-PCT00011
을 형성한다.
두 경우(조합된 화상 또는 조합된 위상)에 있어서는, 복수의 측정을 병합해서 수행된다. 첫번째 경우, I'(x,y), I"(x,y),...의 얻어지는 합성 화상
Figure 112005072570831-PCT00012
으로의 통합이다. 두번째 경우, 다수의 위상값
Figure 112005072570831-PCT00013
,
Figure 112005072570831-PCT00014
,... 의 얻어지는 위상
Figure 112005072570831-PCT00015
으로의 병합(또는 통합)이다. 이러한 데이터 병합 및 통합은, 예를 들면, 칼만 규칙화 필터(a Kalman regularization filter) 등의 규칙화 알고리즘을 이용하거나, 또는 간단히 데이터를 평균화함으로써 얻어진다. 통합 또는 평균화시에는, 최종 데이터의 정밀도를 향상시키기 위해서, 각 데이터의 가중치(weight)(예를 들면, 화소 변동의 함수로서)가 고려된다.
모든 점이 "유효"(이하의 설명을 참조)인 경우, 얻어진
Figure 112005072570831-PCT00016
,
Figure 112005072570831-PCT00017
는, 근사값을 지니고, 상기 식(3) 및 (4) 내지 (5)에 의해 마찬가지 결과가 얻어진다. 다수의 위상(관계식(4) 내지 (5)) 또는 강도값(관계식 (3))의 통합에 의해 측정의 정밀도 및 반복성이 증가될 수 있다.
예를 들면, 값 I'(x,y)이 매우 밝고 포화도에 가까운 경우, 하위 노광시간으로 획득된 강도 I"(x,y)에 의해 형성된 조합된 화상에 의해 상기 관계식(3)을 이용함으로써, 위상값
Figure 112005072570831-PCT00018
의 보다 양호한 평가를 얻는 데 유리할 수 있다.
반대로 어두운 영역의 경우에, 상기 위상(및 3D 정보)을 평가하기 위해서, 노광시간 I"(x,y)이 더 긴 값을 이용해서 위상값을 산출하는 것이 더욱 유리할 수 있다.
본 발명의 원리를 4개의 위상 변이화상과 관련해서 설명하였으나, 특정 검사조건에 적합한 상기 식(1)에서 나타낸 것과는 다른 위상 변이에 대응하는 1조의 획득화상을 선택하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 상기 선택된 조의 위상 변이에 대응하는 적절한 위상계산식을 이용할 필요가 있다.
당업자라면, 본 발명에 의해 예를 들면, FMI장치 등의 위상 변이 방법에 의거한 임의의 3D 측정장치의 다이내믹 레인지의 증가가 가능하다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 본 발명은, 3D 및 2D 측정장치의 감도 및 다이내믹 레인지를 증가시키기 위해, 당업자가 상정가능한 상이한 방법, 예를 들면, 상이한 강도에서 획득한 복수의 화상, 또는 상이한 조건에서 상이한 카메라에 의해 촬영한 화상들의 조합을 교시하고 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 예를 들면, BGA/CSP 마이크로전자 구성부품과 같은 명암 영역의 존재를 지닌 물체의 3D/2D 검사가 가능해진다.
본 발명에 의한 방법(10)은 도 2에 도시되어 있다. 단계 11에서는, 제 1조의 화상 특징이 얻어진다. 단계 12에서는, 제 2조의 화상 특징이 얻어진다. 다음에, 단계 13에서는, 화상 특징의 병합이 수행된다. 다음에, 단계 13의 결과를 이용해서, 물체의 높이 프로파일이 결정된다.
단계 11, 12 및 13의 상세는, 수행되는 병합의 종류와 또한 다양한 획득조건 에 의존한다. 상기 방법(10)이 예를 들면, 획득시간을 변화시킴으로써 조합된 화상을 얻는 데 이용되는 경우, 상기 단계 11, 12 및 13의 상세는, 도 3에 의해 설명된다. 상기 방법(10)이 예를 들면, 투영-대-검출 상대각을 변화시킴으로써 조합된 위상을 얻는 데 이용되는 경우에는, 상기 단계 11, 12 및 13의 상세는, 도 4에 의해 더욱 잘 설명된다. 도 3 및 도 4는, 획득된 데이터의 정밀도 또는 품위를 향상시키기 위해, 상이한 실험조건이 변화되는 2종의 상이한 실험형태에 대응한다. 이하의 예에 있어서는 이들 가변가능한 실험조건이 획득시간 및 투영-대-검출각인 경우를 설명하지만, 당업자에게 명백한 바와 같이 다른 실험조건을 변경시키는 것도 가능하다(예를 들면, 광원강도, 광학계의 배율 등을 변화시키는 것).
또, 당업자에게 공지된 바와 같이, 도 3 및 도 4에 나타낸 것 이외의 다른 단계 수순을 이용해서, 상기 방법(10)의 결과를 제공할 수 있다. 예를 들면, 당업자에게 명백하게 되는 바와 같이, 물체를 특징 지우는 강도 Ia'(x,y), Ia"(x,y), Ib'(x,y), Ib"(x,y)가 일단 획득되어 있으면, 조합된 화상
Figure 112005072570831-PCT00019
,
Figure 112005072570831-PCT00020
또는 병합된 위상
Figure 112005072570831-PCT00021
의 어느 것도 이들 강도로부터 산출될 수 있다. 즉, 몇몇 환경에 있어서 수 개의 위상값을 결정하고 이들을 병합하여 최종 위상값을 얻거나, 강도를 조합해서 조합된 화상을 얻어 최종 위상값을 산출하는 것이 유리할 수 있다.
도 3에 있어서는, 2개의 조합된 화상이 단계 13에서 얻어진다. 먼저, 단계 21에서, 강도 패턴이 물체의 제 1 위치에 투영된다. 이 실험조건은 제 1 획득조 건에 상당한다. 이것에 이어지는 단계 22에서는, 획득시간의 함수로서 제 1조의 강도 Ia'(x,y), Ia"(x,y),....를 획득한다. 제 1 획득 조건에서 얻어진 이들 강도는, 단계 11의 제 1조의 화상 특징을 구성한다. 다음에, 스텝 23에서는, 물체상의 제 2 위치에 투영되도록 강도 패턴을 위상 변이시킴으로써 획득조건이 변화된다. 이것에 이어지는 단계 24에서는, 획득시간의 함수로서 제 2조의 강도 Ib'(x,y), Ib"(x,y),....를 획득한다. 제 2 획득조건에서 얻어진 이들 강도는, 단계 12의 제 2조의 화상 특징을 구성한다. 다음에, 제 1조의 강도가 병합되어 제 1의 조합된 강도
Figure 112005072570831-PCT00022
를 얻고(단계 25), 제 2조의 강도가 병합되어 제 2의 조합된 강도
Figure 112005072570831-PCT00023
를 얻는다(단계 26). 따라서, 그 결과로서, 2개의 조합된 화상이 제공되어 물체의 높이 프로파일이 구해진다.
이 특정 예에서는, 두 획득 조건에 의해 조합된 강도를 얻었으나, 본 발명은 제 1 획득조건에서 단지 하나의 조합된 강도(예를 들면, 단계 25)만이 얻어지는 반면에, 제 2 획득조건에서 단지 하나의 강도가 획득되어(단계 24), 그 조가 오직 하나의 강도를 구성하는 경우도 당연히 포함하는 것은 말할 것도 없다.
도 4에 있어서, 조합된 위상값은 단계 13에서 얻어진다. 먼저, 단계 71에서, 제 1 투영-대-검출각 θ'가 선택된다. 이 실험조건은 그 경우에 제 1 획득조건에 상당한다. 다음에, 단계 72에서, 제 1조의 강도 Ia'(x,y), Ib'(x,y),...., 가 물체에 투영되는 한 조의 위상 변이 강도패턴(a, b, ...)의 함수로서 획득된다. 다음에, 제 1 위상값
Figure 112005072570831-PCT00024
이 제 1조의 강도들을 이용해서 산출된다(단계 73). 제 1 획득조건에서 얻어진 이 제 1 위상값이 단계 11의 제 1조의 화상 특징을 구성한다. 이어서, 단계 74에서, 획득조건이 제 2의 투영-대-검출각도 θ"에 대응하는 제 2 획득조건으로 변경된다. 단계 75에서는, 제 2조의 강도 Ia"(x,y), Ib"(x,y),...., 가 한 조의 위상 변이 강도패턴(a, b, ...)의 함수로서 획득된다. 다음에, 제 2 위상값
Figure 112005072570831-PCT00025
이 제 2조의 강도들을 이용해서 산출된다(단계 76). 제 2 획득조건에서 얻어진 이 제 2 위상값이 단계 11의 제 2조의 화상 특징을 구성한다. 마지막으로, 조합된 위상값이 단계 13에서
Figure 112005072570831-PCT00026
와
Figure 112005072570831-PCT00027
를 병합함으로써 얻어진다.
다른 예로서, 도 4의 단계들은, 제 1 획득조건으로서 하나의 획득시간(또는 광원 강도)을, 그리고 제 2 획득조건으로서 제 2 획득시간(또는 광원강도)을 지님으로써 수행될 수 있다.
이제 도 5 및 도 6으로 돌아가면, 본 발명의 일실시형태에 의한 물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 장치(20)가 도시되어 있다. 도 5에 있어서는, 패턴투영 어셈블리(30)는 물체(3)의 표면(1)상에 주어진 프린지 콘트라스트(fringe contrast) 함수 M(x,y)를 지닌 강도패턴을 투영하는 데 이용된다. 검출 어셈블리(50)는 상기 방정식(1)에 의해 수학적으로 기재된 강도값을 획득하는 데 이용된다. 상기 검출 어셈블리(50)는 CCD 카메라 또는 기타 소정의 검출 장치를 포함할 수 있다. 상기 검출 어셈블리(50)는, 상기 검출장치에 상기 물체의 투영강도패턴을 적절하게 교체하기 위해, 당업자에게 공지된 필요한 광학 구성부품을 포함할 수도 있다. 패턴 투영 어셈블리(30)는, 상기 검출 어셈블리의 검출축(41)에 대해서 각도 θ로 강도패턴을 투영하며, 이 때 각도 θ는 소위 투영-대-검출상대각이다. 상기 패턴 투영 어셈블리는, 예를 들면, 조명 어셈블리(31), 패턴(32) 및 투사용 광학 기기 구성부(34)를 포함할 수 있다. 상기 패턴(32)은 조명 어셈블리(31)에 의해 조명되어 투사용 광학 기기 구성부(34)에 의해 물체(3) 상에 투영된다. 상기 패턴은, 선택된 피치값 p를 지닌 격자일 수 있다. 당업자라면, 기타 종류의 패턴도 이용가능하다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 강도 패턴의 특징은, 조명 어셈블리(31) 및 투사용 광학 기기 구성부(34)를 모두 조정함으로써 조절될 수 있다. 패턴변위수단(33)은, 제어된 방식으로, 물체에 대해 상대적으로 패턴을 변이시키는 데 이용된다. 이 변위는, 기계 장치에 의해 제공될 수도 있고, 또는 패턴 강도를 변화시킴으로써 광학적으로 수행될 수도 있다. 이 변위는 컴퓨터(60)에 의해 제어될 수 있다. 물체에 대해서 패턴을 변이시키기 위한 변위수단은, 물체(3)의 변위 및 패턴 투영 어셈블리(30)의 변위를 포함한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 컴퓨터(60)는 패턴 투영 어셈블리의 얼라인먼트와 배율, 그리고 검출 어셈블리(50)의 얼라인먼트를 제어하는 것도 가능하다. 당연히, 컴퓨터(60)는 검출 어셈블리(50)에 의해 획득한 데이터로부터 물체 높이 프로파일을 산출하는 데 이용된다. 컴퓨터(60)는 또한, 획득한 화상 및 대응하는 위 상값(61)을 기억하고 이들을 관리하는 데 이용된다. 소프트웨어(63)는 컴퓨터와 유저 간의 인터페이스로서 작용해서 시스템 운용에 있어서의 유연성을 부가한다.
소프트웨어(63)의 주된 특징의 하나는, 조합된 강도 또는 조합된 위상을 얻기 위해, 단계 11 및 12에 있어서 획득한 화상특징을 병합하는 알고리즘을 제공하는 것이다. 앞에서 언급한 바와 같이, 이 알고리즘은, 바람직한 실시형태에 있어서, 실험오차 또는 데이터의 "유효성"의 추정에 대응하는 가중치가 각 실험적인 화소값에 대해서 연관되고(associate) 있는 칼만 알고리즘에 의거하고 있다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 알고리즘은 상기 데이터의 가중평균을 수행한다. 이와 같이 해서, 소프트웨어(63)에 의해, 각 데이터에 대해서 자동적으로 가중치를 연관시킬 수도 있다.
상기 방법(10) 및 장치(20)는, 기준 표면에 대해서 소정의 물체의 높이를 맵핑하거나, 소정의 물체의 양각(relief)을 산출하는 데 이용될 수 있다. 상기 기준 표면은 실제의 면, 해당 물체의 일부의 표면 또는 가상 면이어도 된다. 이것은 물체의 3D 측정으로 이어진다. 또한, 물체의 가상 단면에 대응하는 높이 프로파일을 측정하는 데 이용될 수도 있다. 그 경우, 물체의 2D 측정이 제공된다.
상기 방법(10) 및 장치(20)는, 모델로서 사용된 유사한 물체와 비교해서 소정의 물체 상의 결함을 검출하거나, 시간경과에 따른 물체 표면의 변화를 검출하는데 이용될 수도 있다. 모든 경우에 있어서, 상기 방법(10) 및 장치(20)는, 측정 대상 물체의 높이에 따른 적절한 패턴 및 적절한 획득 해상도의 선택을 더 포함할 수 있다.
이상, 본 발명을 그의 실시형태에 의해 설명하였으나, 본 명세서에 정의된 바와 같은 본 발명의 정신과 성질을 벗어남이 없이 변형가능하다.

Claims (35)

  1. 물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 간섭측정방법에 있어서,
    제 1 획득 조건에서 제 1조의 적어도 2개 이상의 화상특징을 얻는 단계;
    제 2 획득 조건에서 제 2조의 적어도 1개 이상의 화상특징을 얻는 단계;
    병합된 화상 특징을 제공하기 위하여 상기 화상 특징들을 병합하는 단계; 및
    상기 병합된 화상 특징 및 기준 표면과 연관된 위상값을 이용해서 상기 높이 프로파일을 결정하는 단계;
    를 포함하는 간섭측정방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 물체의 높이 프로파일은, 적어도 하나 이상의 상기 물체의 양각 및 상기 물체의 가상 단면을 포함하는 간섭측정방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 획득조건은, 상기 물체에 대한 강도패턴의 투영을 포함하고, 상기 제 2 획득조건은, 상기 물체에 대한 상기 패턴의 위상 변이 투영을 포함하는 간섭측정방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 강도패턴은 사인파형상 패턴을 포함하는 간섭측정방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1조의 적어도 2개 이상의 화상특징은, 상이한 획득시간에 얻어진 상기 물체를 특징 지우는 2개의 강도를 포함하는 간섭측정방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 물체를 특징 지우는 상기 강도는, 가시광 강도를 포함하는 간섭측정방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 병합된 화상특징은, 제 1 및 제 2의 조합된 강도들을 포함하고, 상기 제 1의 조합된 강도는, 상기 제 1조의 적어도 2개 이상의 화상 특징을 이용해서 얻어지고, 상기 제 2의 조합된 강도는 상기 제 2조의 적어도 1개 이상의 화상 특징을 이용해서 얻어진 간섭측정방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 화상 특징들에 가중치 특징들을 연관시키는 간섭측정방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 가중치 특징들은 상기 화상 특징들의 불확실성을 나타내는 간섭측정방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 조합된 강도들은, 칼만 알고리즘(Kalman algorithm)을 이용해서 얻어진 간섭측정방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 물체의 상기 양각으로부터 상기 물체의 체적을 평가하는 단계를 더 포함하는 간섭측정방법.
  12. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 획득조건은, 제 1 투영-대-검출 상대각 및 제 1 획득시간 중의 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 제 2 획득조건은, 대응하는 제 2 투영-대-검출 상대각 및 제 2 획득시간 중의 적어도 하나 이상을 포함하는 간섭측정방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제 1 투영-대-검출 상대각은, 제 1 투영축과 검출축 사이의 각도이고, 상기 제 2 투영-대 검출 상대각은, 제 2 투영축과 상기 검출축 사이의 각도인 간섭측정방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 제 1조의 적어도 2개 이상의 화상 특징은, 상기 물체를 특징 지우는 2개의 강도와 위상값을 포함하고, 하나의 강도는 상기 제 1투영축을 따른 상기 물체에 대한 강도패턴의 제 1 투영에서 얻어지고, 상기 제 2 강도는 상기 제 1 투영축을 따른 상기 물체에 대한 상기 강도패턴의 위상 변이 투영에 의해 얻어지며, 상기 위상값은 상기 물체를 특징 지우는 2개의 강도로부터 결정되는 간섭측정방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 강도 패턴은 사인파형 패턴인 간섭측정방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 물체를 특징 지우는 상기 강도는 가시광 강도를 포함하는 간섭측정방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 병합된 화상 특징은, 상기 제 1조의 화상 특징으로부터의 상기 위상값을 이용해서 얻어진 조합된 위상값과, 상기 제 2조의 화상 특징으로부터 얻어진 제 2 위상값을 포함하는 간섭측정방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 화상특징들에 가중치 특징들을 연관시키는 단계를 더 포함하는 간섭측정방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 가중치 특징들은 상기 화상 특징들의 불확실성을 나타내는 간섭측정방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 조합된 위상값은 칼만 알고리즘을 이용해서 얻어진 간섭측정방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 물체의 상기 양각으로부터 해당 물체의 체적을 평가하는 단계를 더 포함하는 간섭측정방법.
  22. 제 2항에 있어서, 상기 화상 특징들에 가중치 특징들을 연관시키는 단계를 더 포함하는 간섭측정방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 가중치 특징들은 상기 화상 특징들의 불확실성을 나타내는 간섭측정방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 병합된 화상 특징은, 칼만 알고리즘을 이용해서 상기 화상 특징을 조합함으로써 얻어진 간섭측정방법.
  25. 제 1항에 있어서, 상기 병합된 화상특징은, 제 1 및 제 2의 조합된 강도들을 포함하고, 상기 제 1의 조합된 강도는 상기 제 1조의 적어도 2개 이상의 화상 특징을 이용해서 얻어지고, 상기 제 2의 조합된 강도는 상기 제 2조의 적어도 1개 이상의 화상특징을 이용해서 얻어진 간섭측정방법.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 제 1조의 화상특징은, 상기 물체에 대한 강도패턴의 제 1 투영에서 얻어지고, 상기 제 2조의 화상특징은 상기 물체에 대한 상기 강도패턴의 위상 변이 투영에 의해 얻어지는 간섭측정방법.
  27. 제 1항에 있어서, 상기 제 1조의 적어도 2개 이상의 화상특징은, 상기 물체를 특징 지우는 2개의 강도와 위상값을 포함하고, 하나의 강도는 상기 물체에 대한 강도패턴의 제 1 투영에서 얻어지고, 상기 제 2 강도는 상기 물체에 대한 상기 강도패턴의 위상 변이 투영에 의해 얻어지며, 상기 위상값은 상기 물체를 특징 지우는 2개의 강도로부터 결정되는 간섭측정방법.
  28. 물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 간섭측정 방법에 있어서,
    물체에 대한 강도 패턴의 제 1 투영에서 상기 물체를 특징 지우는 제 1조의 적어도 2개 이상의 강도를 얻는 단계;
    상기 물체에 대한 상기 강도 패턴의 위상 변이 투영에서 상기 물체를 특징 지우는 제 2조의 적어도 1개 이상의 강도를 얻는 단계;
    제 1 및 제 2의 병합된 화상을 얻기 위하여 상기 강도들을 조합하는 단계; 및
    상기 제 1 및 제 2의 병합된 화상과 기준 표면과 연관된 위상값을 이용해서 상기 높이 프로파일을 결정하는 단계;
    를 포함하는 간섭측정방법.
  29. 물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 간섭측정방법에 있어서,
    제 1 획득 조건하에서 물체를 특징 지우는 제 1조의 강도들을 얻는 단계;
    상기 제 1조의 강도들를 이용해서 제 1 위상값을 산출하는 단계;
    제 2 획득 조건하에서 상기 물체를 특징 지우는 제 2조의 강도들을 얻는 단계; 및
    상기 제 2조의 강도들을 이용해서 제 2 위상값을 산출하는 단계;
    병합된 위상값을 제공하기 위하여 상기 위상값들을 병합하는 단계; 및
    상기 병합된 위상값과, 표면과 연관된 위상값을 이용해서 높이 프로파일을 결정하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 물체를 특징 지우는 상기 제 1조의 강도들은 각각 상기 물체에 대한 제 1시리즈의 투영 강도들의 각각에 대응하고, 이들 각 투영강도는 서로 위상 변이되어 있고,
    상기 물체를 특징 지우는 상기 제 2조의 강도들은 각각 상기 물체에 대한 제 2 시리즈의 투영 강도들의 각각에 대응하고, 상기 제 2시리즈의 각 투영강도는 서로 위상 변이되어 있는 간섭측정방법.
  30. 물체의 높이 프로파일을 결정하기 위한 간섭측정장치에 있어서,
    물체 상에 투영축을 따라 강도패턴을 투영하는 패턴투영 어셈블리;
    상기 물체에 대한 상기 강도패턴을 선택된 위치에 위치결정시키는 변위수단;
    제 1조의 적어도 2개 이상의 화상특징을 제 1 획득조건에서 얻고, 제 2조의 적어도 1개 이상의 화상특징을 제 2 획득조건에서 얻는 검출 어셈블리; 및
    상기 화상 특징들을 이용해서 병합된 특징을 산출하고, 그 병합된 특징과 기준 표면과 연관된 기준 위상값을 이용해서 상기 물체의 높이 프로파일을 결정하는 컴퓨터;
    를 포함하는 간섭측정장치.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 검출 어셈블리는, 조정가능한 획득 시간을 지닌 검출기를 포함하는 간섭측정장치.
  32. 제 30항에 있어서, 상기 패턴 투영 어셈블리는 조정가능한 강도를 지닌 광원을 포함하는 간섭측정장치.
  33. 제 30항에 있어서, 상기 투영 어셈블리, 상기 검출 어셈블리 및 상기 변위 수단 중의 적어도 하나 이상을 제어하는 제어기 소프트웨어를 더 포함하는 간섭측정장치.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 제어기 소프트웨어는, 상기 제 1조의 적어도 2개 이상의 화상 특징이 상기 강도패턴의 제 1 투영에서 얻어지고, 상기 제 2조의 적어도 1개 이상의 화상특징이 상기 강도패턴의 제 2 투영에서 얻어지도록 상기 변위수단을 제어하는 것을 포함하는 간섭측정장치.
  35. 제 33항에 있어서, 상기 제어기 소프트웨어는, 상기 제 1조의 적어도 2개 이상의 화상특징이 제 1 획득시간에 얻어지고 상기 제 2조의 적어도 1개 이상의 화상특징이 제 2 획득시간에 얻어지도록 상기 검출 어셈블리를 제어하는 것을 포함하는 간섭측정장치.
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