KR20060106256A - 영상획득장치 - Google Patents

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KR20060106256A
KR20060106256A KR1020050028812A KR20050028812A KR20060106256A KR 20060106256 A KR20060106256 A KR 20060106256A KR 1020050028812 A KR1020050028812 A KR 1020050028812A KR 20050028812 A KR20050028812 A KR 20050028812A KR 20060106256 A KR20060106256 A KR 20060106256A
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light
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tube
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KR1020050028812A
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정해빈
이각현
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범광기전(주)
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Abstract

본 발명은 광학계를 이용한 영상획득장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널 등과 같은 플랫패널 디스플레이나 인쇄회로기판과 같은 작업물에 새겨진 패턴을 검사하기 위한 장비에서 영상을 획득하기 위한 장치, 또는 레이저 리페어 장치에서 수리하고자 하는 부분의 상태 및 위치를 확인하기 위한 영상 획득장치에 관한 것이다. 본 발명의 구성은, 피검사물(101)을 용이하게 관찰할 수 있도록 빛을 조명하는 조명장치(401)와; 상기 피검사물(101)의 물체점에서 나오는 빛을 전송하는 복수의 대물렌즈(103, 103a)와; 상기 대물렌즈(103, 103a)에 의해 전송된 빛을 결상시키는 복수의 튜브렌즈(106, 106a)와; 상기 튜브렌즈(106, 106a) 및 대물렌즈(103, 103a)의 각 일측에 형성되어, 렌즈의 배율을 선택할 수 있는 렌즈배율선택 수단과; 상기 대물렌즈(103, 103a) 및 튜브렌즈(106, 106a)를 지나는 빛의 경로 상에 설치되며, 빛의 경로를 변경/조절하기 위한 미러 및 빔스프리터 등으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
영상획득장치, 카메라, 광학

Description

영상획득장치{APPARATUS FOR OBTAINING IMAGE}
도 1은 패턴 검사에 사용되는 기본적인 광학계를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 레볼버를 이용한 영상획득장치를 나타낸 도면이다.
도 3a, b는 종래의 슬라이딩 미러를 이용한 영상획득장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 영상획득장치를 나타낸 도면이다.
도 5a, b는 본 발명의 영상획득장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 영상획득장치에 있어서, 상의 광량 조절의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 영상획득장치에 있어서, 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 조명장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명에 따른 조명장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10는 본 발명에 따른 조명장치의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
101 : 피검사물 102 : 카메라 촬상소자의 활성면
103, 103a : 대물렌즈 OP : 대물렌즈의 주요점
105 : 대물렌즈의 초점거리 106, 106a : 튜브렌즈
TP : 튜브렌즈의 주요점 108 : 튜브렌즈의 초점거리
109, 703 : 광속 201 : 레볼버
301 : 슬라이더 302 : 미러
401 : 조명장치 404 : 미러
405 : 빔스프리터 406,406a : 대물렌즈배율선택셔터
407 : 이송장치 408 : 카메라
501, 502 : 빔스프리터 503,503a : 튜브렌즈배율선택셔터
504 : 미러 505 : 광속차단 기구물
506 : 운동장치 508 : 모터
601 : 중성밀도필터 701 : 광파이버
702 : 곡면 반사경 704 : 램프
705 : 전원공급장치 801 : 휠
802 : 중성밀도 필터 901 : 중성밀도 필터
1001 : 조리개
본 발명은 광학계를 이용한 영상획득장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널 등과 같은 플랫패널 디스플레이나 인쇄회로기판과 같은 작업물에 새겨진 패턴을 검사하기 위한 장비에서 영상을 획득 하기 위한 장치, 또는 레이저 리페어장치에서 수리하고자 하는 부분의 상태 및 위치를 확인하기 위한 영상 획득장치에 관한 것이다.
반도체나 평판 디스플레이 패널 등을 구현하는 패턴 중, 가장 가는 선의 굵기를 의미하는 크리티컬 디멘션(CD : Critical Dimension)은 선의 굵기가 패턴에 의해 구성된 회로의 저항 등과 같은 전기적 특성 등을 결정하기 때문에 매우 중요하다.
크리티컬 디멘션을 측정하는 데 가장 중요한 요소는 선굵기 측정 정확도와 이의 반복 측정 정확도이다.
특히, 반복 측정 정확도는 신뢰도라는 측면에서 중요한데, 좋은 반복 측정 정확도를 얻기 위해서는 측정에 사용되는 광학계의 광학적 구성이 항시 변하지 말아야 한다.
하지만, 이러한 측정 장치들은 대부분 크리티컬 디멘션 측정과 같은 정밀한 측정과 동시에 육안으로 관찰한다든지, 측정하고자 하는 곳을 빠르게 찾기 위한 목적 등에 편리함을 제공하기 위해서 다양한 배율을 제공해야 하고, 이러한 목적을 달성하기 위해서는 일부 광학부품의 이동이 요구되기도 한다.
이러한 두가지 목적을 동시에 달성하기 위해서는 정밀한 측정을 위한 고정된 광학계와 관찰의 편의성을 제공하기 위한 가변 광학계들의 공존을 필요로 한다.
즉, 크리티컬 디멘션의 측정과 같은 정밀측정은 대부분 그 장비가 갖는 고배율에서 이루어지므로 고배율을 구성하는 광학부품들을 고정시켜서 빛이 지나가는 경로에 변화가 없게 하고, 비교적 저배율에서는 다양한 배율을 제공하여 측정 및 관찰의 편의성을 제공하는 것이 통상적이다.
패턴 검사에 사용되는 광학계는 기본적으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 대물렌즈(103)와 튜브렌즈(106)로 이루어지는 현미경구조를 이룬다. 즉, 피검사물(101) 측에 설치되어 물체점에서 나오는 빛을 평행광으로 만들어주는 대물렌즈(103)와, 이 대물렌즈(103)에 의해서 보내진 평행한 광속(109)을 집속하여 카메라 촬상소자의 활성면(102)에 상을 맺게 하는 튜브렌즈(106)로 구성된다.
또한, 이러한 광학계의 배율은 대물렌즈(103)와 튜브렌즈(106)의 주요점(TP : Tube Lens Principal point, OP : Objective Lens Principal point)으로부터 초점까지 거리인 두 렌즈의 초점거리(105, 108) 간의 비로 주어진다.
따라서, 상기 대물렌즈(103) 또는 튜브렌즈(106)의 초점거리를 바꿔줌으로써 배율을 바꿀 수 있다.
통상 이러한 목적으로 사용되는 광학계는 배율은 크지 않지만, 넓은 범위를 보기 위한 목적의 낮은 배율과 낮은 배율을 사용하여 관찰한 범위 내에서 관심이 있거나 중요한 부분을 확대하여 보기 위한 높은 배율이 함께 갖추어져 있게 된다.
필요에 따라서는 아주 높은 배율부터 아주 낮은 배율까지 단계적으로 여러 배율이 갖춰지게 된다.
또, 이와 같은 현미경 대물렌즈들은 중간상을 맺게 되어 있었으나, 이럴 경우, 경통의 길이 등에 제약이 따라서 대물렌즈와 중간 상 사이에 필터 등의 부가적인 광학부품을 넣을 때, 불편한 문제점이 있다.
이런 이유로 인해, 현재 대부분의 대물렌즈는 피검사물의 물체점에서 나온 빛을 평행광으로 만들어 주는 형태가 널리 쓰이고 있다.
이와 같은 대물렌즈에 의해 평행광이 만들어지는 경우의 현미경을 가지고 설명하면 다음과 같다.
대물렌즈의 초점거리를 f0, 튜브렌즈의 초점거리를 fT라 하면, 이 대물렌즈와 튜브렌즈의 조합에 의해서 얻어지는 현미경의 배율 m 은 다음 식으로 주어진다.
Figure 112005018141745-PAT00001
이 식에서 알 수 있듯이, 전체 현미경의 배율을 바꾸기 위해서는 대물렌즈의 초점거리(105)를 바꾸거나 또는 튜브렌즈의 초점거리(108)를 바꾸거나 또는 이 둘을 모두 바꿔주면 된다.
종래에는 전술한 바와 같이, 이러한 목적을 달성하기 위하여 튜브렌즈는 그대로 둔 상태에서 대물렌즈만을 바꾸어서 원하는 배율을 얻도록 하고 있다.
그 대표적인 방법으로, 높은 배율과 낮은 배율을 선택하기 위한 종래의 다른 영상획득장치는, 흔히 도 2에 도시된 바와 같이, 피검사물(101) 측에 설치되어 물체점에서 나오는 빛을 평행광으로 만들어주는 대물렌즈(103)에 의해서 보내진 평행한 광속(109)을 집속하여 카메라 촬상소자의 활성면(102)에 상을 맺게 하는 튜브렌즈(106)로 투과하는데, 이때, 배율이 서로 다른 대물렌즈(103, 103a)를, 레볼버(201)에 설치하고, 물체를 관찰하는데 필요한 배율에 해당하는 대물렌즈(103)를, 이 레볼버(201)를 회전시켜 관찰위치에 오도록 함으로써, 배율을 선택하고 있다.
이와 같이, 레볼버를 사용한 영상획득장치는, 회전하는 몸체에 서로 다른 초 점거리를 갖는 대물렌즈들을 설치하고 특정 대물렌즈의 광축이 전체 광학계의 광축과 일치하는 위치에 올 때에 전체 광학계가 구성되어 해당 배율을 얻도록 되어 있다.
종래의 또 다른 배율선택을 위한 영상획득장치의 구성으로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 피검사물(101) 측에 설치된 저배율과 고배율로 각각 이루어지는 대물렌즈(103, 103a)와, 상기 대물렌즈(103, 103a)에 의해서 보내진 평행한 빛(109)을 집속하여 카메라 촬상소자의 활성면(102)에 상을 맺게 하는 튜브렌즈(106)의 사이에, 직선운동을 하는 슬라이더(301)에 미러(302)를 설치한 후, 상기 슬라이더(301)를 수작업으로 이동시키거나, 또는 공압이나 모터 등의 수단으로 이동시켜, 광속(109)의 방향을 변경함으로써, 저배율의 대물렌즈(103) 또는 고배율의 대물렌즈(103a)의 배율을 선택하기도 한다.
이와 같이, 미러가 부착된 슬라이더를 이용한 영상획득장치는, 수작업에 의하거나, 공압 또는 모터 등을 사용하여 슬라이더가 직선 운동을 하게 되어 있고, 슬라이더가 이동함에 따라 카메라 안의 촬상소자 활성면에 도달하는 빛의 경로가 달라지게 된다. 이때 어느 쪽 대물렌즈를 통과한 빛이 카메라 촬상소자의 활성면에 도달하게 되느냐에 따라 광학계의 배율이 달라진다.
이와 같이, 통상 레볼버를 이용한 배율선택은, 정지 위치의 오차가 상대적으로 크기 때문에 접안렌즈를 통해, 상을 직접 육안으로 관찰하거나 카메라에 의해 얻어진 영상을 모니터에 나타나게 하여 육안으로 관찰하는데 사용되고, 슬라이더를 이용한 배율선택은, 정밀측정에 사용된다.
상기 슬라이더를 이용한 배율선택이 정밀측정에 사용되는 이유는, 선택할 수 있는 배율중 하나의 배율에서는 광학계를 구성하는 광학부품 중, 이동하는 광학부품이 없기 때문에, 상의 형성에 아무런 영향을 주지 않으므로, 정밀한 측정이 가능하기 때문이다.
또한, 상기한 종래의 영상획득장치는, 배율선택을 위한 구성들이 모두 튜브렌즈를 하나만 사용하고, 대물렌즈는 복수개를 사용하되, 대물렌즈를 선택함으로써, 배율을 바꿀 수 있도록 한 것이다.
그러나, 상기한 종래의 레볼버를 이용한 영상획득장치는, 대물렌즈가 설치되어 있는 레볼버를 수동 또는 전동으로 회전시켜 대물렌즈를 교환함으로써, 배율을 선택하기 때문에, 배율선택시 레볼버의 회전으로 인해 미세하나마 대물렌즈가 멈추는 위치에 차이가 발생하여, 상의 배율과 결상 위치에 차이가 있게 되고, 그 결과 측정값에 오차가 발생하게 된다.
이러한 레볼버의 회전으로 인한 대물렌즈 정지 위치의 오차는, 육안으로 행해지는 통상적인 관찰 목적에서는 문제가 발생하지 않지만, 크리티컬 디멘션의 측정과 같은 정밀 측정에서는 반복 측정 정확도에 큰 영향을 미치는 문제점이 있다.
또, 슬라이더를 이용한 영상획득장치에서는, 고배율의 대물렌즈를 광로의 변화가 없는 위치에 고정함으로 고배율과 관련된 광학부품들이 고정되어 있어, 정확한 측정은 가능하지만 이 방식으로 얻을 수 있는 배율의 종류가 실용상 제한되기 때문에 편리성이 떨어진다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 정밀 측정을 위해 사용되는 배율의 구성에서 광학 부품들을 움직이지 않도록 고정시켜 정밀한 측정으로 측정의 정확도를 높임과 동시에 위치확인을 보다 용이하게 하여 다양한 배율을 얻을 수 있는 영상획득장치를 제공함에 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상획득장치는, 피검사물을 용이하게 관찰할 수 있도록 빛을 조명하는 조명장치와; 상기 피검사물의 물체점에서 나오는 빛을 전송하는 복수의 대물렌즈와; 상기 대물렌즈에 의해 전송된 빛을 결상시키는 복수의 튜브렌즈와; 상기 튜브렌즈 및 대물렌즈의 각 일측에 형성되어, 렌즈의 배율을 선택할 수 있는 렌즈배율선택 수단과; 상기 대물렌즈(103, 103a) 및 튜브렌즈(106, 106a)를 지나는 빛의 경로 상에 설치되며, 빛의 경로를 변경/조절하기 위한 미러 및 빔스프리터 등으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 영상획득장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 영상획득장치는, 촬상소자의 활성면(102)을 갖는 카메라(408)에 설치된다.
또, 조명장치(401)의 조명으로, 피검사물(101)의 물체점에서 나오는 빛을 평행광으로 만들어 전송하는 복수의 대물렌즈(103, 103a)가 형성되고, 상기 대물렌즈(103, 103a)와 대향하며, 카메라(408) 측에는 상기 대물렌즈(103, 103a)에 의해 만들어진 평행광을 결상시키는 하나 튜브렌즈(106, 106a)가 하나 이상 형성되어 있 다.
또, 상기 각 대물렌즈(103, 103a)에는, 빛이 지나는 경로상에 빛의 투과 및 차단에 의해 상기 대물렌즈(103, 103a)의 배율을 선택하는 배율선택 수단이 형성되어 있다.
그리고, 상기 대물렌즈 셔터(406, 406a)와 튜브렌즈(106)의 사이 일측에는, 빛의 경로와 경로의 길이를 변경/조절하기 위하여 빛을 투과 또는 반사시키는 미러(404) 및 빔스프리터(405)가 형성되어 있다.
이와 같은, 본 발명의 영상획득장치는, 조명장치(401)에서 피검사물(101)을 관찰 할 수 있도록 조명을 비추게 되면, 발생된 광속(109)은 빔스프리터(405) 또는 미러(404)에 의해, 광경로가 변경/조절되어, 대물렌즈(103, 103a)를 통해 피검사물(101)에 도달한다.
상기 피검사물(101)에 도달된 광속(109)은 다시 반사되어, 대물렌즈(103, 103a)중 어느 하나를 통해 대물렌즈에 해당하는 배율을 갖고, 튜브렌즈(406, 406a)를 지나게 되므로, 상기 대물렌즈와 튜브렌즈에 의한 전체 시스템의 배율을 가지게 된다.
또, 복수의 대물렌즈(103, 103a)를 통과하는 광속(109)의 길이를 동일하게 하는 것은 미러(404)와 빔스프리터(405)에 의해 이루어진다.
참고로, 도 4에서는 렌즈의 배율선택을 위한 수단으로서, 개폐식 셔터를 이용하여 선택된 대물렌즈(103a)를 통해, 튜브렌즈(106)를 거쳐 카메라 촬상소자의 활성면(102)까지 투과되고 있는 상태를 나타내었다.
여기서, 초점거리가 다른 상기 대물렌즈(103, 103a) 중, 하나의 대물렌즈를 선택함으로, 대물렌즈의 배율을 선택하게 되는데, 대물렌즈(103, 103a) 중, 어느 렌즈를 선택할 것인지는 해당 대물렌즈에 모아진 광속(109)이 지나가는 경로에 설치된 대물렌즈 배율선택 셔터(406, 406a)에 의해 이루어진다. 즉, 상기 각 대물렌즈(103, 103a) 를 지나가는 광속(109)의 경로에 설치된 셔터(406, 406a) 중, 어느 하나를 개방하면 상기 개방된 셔터에 대응하는 대물렌즈에 해당하는 배율을 선택한 것이 된다.
참고로, 도 4에서는 대물렌즈 배율선택 셔터(406a)를 개방하여 대물렌즈(103a)를 선택된 것을 나타내고 있다.
그리고, 튜브렌즈는 기본이 되는 튜브렌즈(106)를 설치한 상태에서, 이송장치(407)와 이동 가능한 다른 튜브렌즈(106a)를 직렬위치 하도록 형성시켜, 이 튜브렌즈(106a)의 이동으로 배율을 선택할 수 있다.
즉, 고정된 광학계로 이루어지는 튜브렌즈(106)의 광속(109)이 지나는 경로의 앞 또는 뒤에 이동 가능한 튜브렌즈(106a)를 위치할 수 있게 함으로써, 고정된 튜브렌즈(106) 만의 초점거리와, 이동 가능한 이송장치(407)를 갖는 튜브렌즈(106a)와, 고정된 튜브렌즈(106)의 결합으로 이루어지는 새로운 초점거리를 갖게 하여, 2가지 형태의 튜브렌즈로 초점거리를 선택할 수 있도록 하였다.
또, 상기 튜브렌즈를 이동시키는 이송장치(407)는, 수동, 모터 또는 공압, 유압 등의 수단에 의해 형성될 수 있다.
또한, 이동 가능한 튜브렌즈(106a)를 사용하는 경우에는, 고정된 광학계로 이루어지는 튜브렌즈(106)와 튜브렌즈(106a)의 결합은 각각 별개의 튜브렌즈라 할 수 있다.
또, 상기 이송장치(407)에는, 편리상 현재 하나의 튜브렌즈(106a)만을 도시하였지만은, 다양한 배율을 갖는 튜브렌즈를 여러개 복수로 형성할 수 있다.
따라서, 렌즈의 배율 또한 다양하게 여러 배율을 얻을 수 있다.
즉, 대물렌즈의 종류 수를 NO, 고정된 광학계로 이루어지는 튜브렌즈(106)의 단독 또는 이 튜브렌즈(106)와 이동 가능한 튜브렌즈(106a)의 결합 등으로 얻을 수 있는 초점거리 종류의 수를 NT라고 하면 최대 NO x NT 수에 해당하는 배율의 종류를 얻을 수 있다.
그리고, 이때 고정된 광학계로 이루어지는 기본 튜브렌즈(106)만으로 이루어진 튜브렌즈에 해당하는 배율들은 광학부품 중 움직이는 것이 없게 되어, 측정값에 변화가 없게 되므로 크리티컬 디멘션 측정과 같은 정밀 측정에 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예를 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 또 다른 실시예의 영상획득장치는, 도 4에 도시된 영상획득장치와 원리는 같다.
즉, 서로 다른 초점거리를 갖는 복수의 튜브렌즈를 설치하고, 어느 쪽 튜브렌즈의 경로를 선택할지 여부에 대해서는 앞의 대물렌즈의 선택방법에서 설명했던 방법 중 하나를 사용하여 선택하도록 되어 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이 영상획득장치는, 촬상소자의 활성면(102)을 갖는 카메라(408)에 설치된다.
또, 조명장치(401)의 조명으로, 피검사물(101)의 물체점에서 나오는 빛을 평행광으로 만들어 전송하는 복수의 대물렌즈(103, 103a)가 형성되고, 상기 대물렌즈(103, 103a)의 내 일측으로는 상기 대물렌즈(103, 103a)에 의해 만들어진 평행광을 결상시키는 복수의 튜브렌즈(106, 106a)가 카메라(408) 측에 병렬 위치하도록 형성되어 있다.
또, 상기 각 대물렌즈(103, 103a) 및 튜브렌즈(106, 106a)의 앞 또는 뒤의 빛이 지나는 경로상에는 빛의 투과 및 차단에 의해, 상기 대물렌즈(103, 103a) 및 튜브렌즈(106, 106a)의 배율선택을 위한 렌즈배율선택 수단인 대물렌즈 배율선택 셔터(406, 406a) 및 튜브렌즈 배율 선택 셔터(503, 503a)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 대물렌즈(103, 103a)의 후방측과 튜브렌즈(106)의 전/후방 사이에는 빛의 경로를 변경/조절하기 위한 복수의 미러(404, 504) 및 복수의 빔스프리터(405, 501, 502)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 빔스프리터(501, 502)는, 각각의 튜브렌즈(106, 106a)에 의해 결상되는 상의 밝기를 조절하기 위해 투과도와 반사도가 다른 것을 사용한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 영상획득장치의 배율선택은, 복수로 형성된 대물렌즈(103, 103a) 중, 어느 하나의 대물렌즈를 선택하여 대물렌즈의 배율을 선택하고, 또, 복수로 형성된 초점거리가 상이한 튜브렌즈(106, 106a) 중, 어느 하나의 튜브렌즈를 선택하므로 튜브렌즈의 배율을 선택하게 된다.
어느 쪽 렌즈의 경로를 선택할지 여부에 대해서는 전술한 도 4의 대물렌즈의 배율 선택방법과 동일하게, 대물렌즈 배율선택 셔터(406, 406a) 및 튜브렌즈 배율선택 셔터(503, 503a)를 이용하여 빛의 투과 및 차단에 의해 배율을 선택하게 된다.
참고로, 도 5a에서는 렌즈의 배율선택을 위한 배율선택 수단으로서, 개폐식 셔터를 이용하여 대물렌즈(103, 103a)는, 대물렌즈 배율선택 셔터(406, 406a) 중, 셔터(406a)를 개방하여 대물렌즈(103a)를 선택하고 있고, 튜브렌즈(106, 106a)는, 튜브렌즈 배율선택 셔터(503, 503a) 중, 셔터(503)을 개방하여 튜브렌즈(106)를 선택한 예를 나타내고 있다.
본 발명에 따른 렌즈의 또 다른 선택 구성을, 도 5b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 여기서는 렌즈의 배율선택을 위한 수단으로서, 개폐식 셔터 대신에, 운동장치(506)에 광속을 차단하기 위한 기구물(505)을 장착하여 모터(508)에 의해 운동장치(506)를 이동토록 작동시켜, 사용하지 않는 쪽의 렌즈에 위치하게 함으로써, 렌즈를 선택하도록 하였다.
즉, 광속을 차단하기 위한 기구물(505)이 위치하지 않는 쪽의 렌즈(103a, 106)의 배율이 선택된 것을 알 수 있다.
앞에서 설명한 두 배율 선택 방식들에서 영상을 얻기 위하여 사용되는 카메라(408)의 촬상소자 활성면(102)에서의 상의 밝기는 배율에 따라서 차이가 있게 된다. 이에 따라서 적절한 수단을 사용하여 촬상소자 활성면(102)에서 밝기가 거의 일정하도록 해주어야 한다. 이러한 밝기 차이는 특히 튜브렌즈의 배율에 따라서 큰 차이를 나타내게 된다. 즉, 튜브렌즈 중 배율이 높은 쪽의 배율을 mH, 낮은 쪽의 배율을 mL라고 하고 배율이 높은 쪽의 밝기를 IH, 배율이 낮은 쪽의 밝기를 IL라 할 때, 동일한 대물렌즈와의 결합에 의해서 생기는 상의 밝기는 아래와 같이 주어진다.
Figure 112005018141745-PAT00002
즉, 배율이 낮은 쪽의 경우에 카메라 촬상소자의 활성 영역에 도달하는 빛은 물체에서 고배율일 때의 시야 면적의
Figure 112005018141745-PAT00003
배 되는 면적에 해당하는 빛이 동일한 촬상소자의 활성 영역에 떨어지는 셈이 되므로 면적비만큼 더 밝아지게 된다.
따라서 고배율과 저배율의 배율비에 따라서는 고배율에 의한 상과 저배율에 의한 상의 밝기가 심한 차이를 나타나게 되어 심한 경우에는 어느 한쪽의 상이 너무 어둡거나 또는 밝아서 제대로 볼 수 없게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 적절한 수단에 의해서 광량을 조절해주어야 한다.
설명을 간단히 하기 위해서 튜브렌즈의 고배율과 저배율의 비를 1: 0.5 로 예를 들어, 광량 조절에 대해 설명한다.
도 4에서는 도시하지는 않았지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 광량의 조절을 위해, 튜브렌즈(106a)에 중성밀도필터(601)를 장착하였다.
여기서, 도 4에서는 튜브렌즈(106a)에 중성밀도필터(601)를 장착한 것으로 설명하고 있으나, 튜브렌즈(106, 106a) 중, 어느 렌즈에라도 장착할 수 있음은 물론이다.
그리고, 중성밀도 필터(neutral density filter)란, 투과하는 광량을 조정하기 위하여 사용되는 광학부품으로 1종류의 투과율을 갖는 것과 회전식의 원반상에 단계적으로 투과율이 변화하는 것이 있는데, 파장에 의존하지 않는 농도(濃度)특성을 갖고 있기 때문에 색상에는 영향을 미치지 않고 빛의 광량에만 영향을 주는 광학 필터이다.
고정된 상태를 나타내는 튜브렌즈(106)에 의해서 1X를, 고정된 튜브렌즈(106)와, 이동 가능한 튜브렌즈(106a)의 결합에 의해서 0.5X를 얻는 다고 가정하면, 이때, 카메라(409)에서 상의 밝기는 배율이 1X일 때를 1이라고 하면, 0.5X일 때의 상의 밝기는 4가 된다.
이 때, 고배율 튜브렌즈의 배율이 mTH, 저배율 튜브렌즈의 배율이 mTL이면 1/(mTH/mTL)2의 투과율을 갖는 중성밀도필터를 사용하면 된다.
위와 같은 경우 이동 가능한 튜브렌즈(106a)에 형성된 투과도 25%인 중성밀도필터(601)에 의해, 튜브렌즈에 들어오는 광량을 1/4로 줄여줌으로 상의 밝기를 조절할 수 있다.
이와 같이, 고정된 튜브렌즈(106)만의 배율과, 이 고정 튜브렌즈(106) 및 이동 가능한 튜브렌즈(106a)가 결합된 튜브렌즈의 배율에 의해, 어느 정도의 투과도를 갖는 중성밀도필터를 장착해야 하는지 알 수 있다.
도 5에서는 다른 부품을 추가하지 않고 빔스프리터의 투과율과 반사율의 비율을 조정하여 양 튜브렌즈에 들어가는 광량을 같게 할 수 있다.
오른쪽에 있는 이동가능한 튜브렌즈(106a)가 고배율로 예를 들어 1X 라 하고, 왼쪽에 있는 고정된 튜브렌즈(106)가 저배율로 예를 들어 0.5X 라고 하면, 전술한 바와 같이 저배율 튜브렌즈(106)를 통과한 상의 밝기는 고배율 튜브렌즈(106a)를 통과한 상의 밝기보다 4배가 밝다.
이런 경우, 들어온 빛의 1/3은 반사시키고, 2/3는 투과시키는 빔스프리터(502)를 사용하면, 고배율을 갖는 튜브렌즈(106a)를 지나는 빛은, 빔스프리터(501)에서 2/3가 투과하고, 2/3가 반사하게 되어 전체 빛의 4/9가 카메라 활성 영역에 떨어지게 된다.
한편, 저배율을 갖는 튜브렌즈(106)를 지나는 빛은, 빔스프리터(501)에서 1/3이 반사되고, 반사된 빛의 1/3이 투과하게 되어, 전체 빛의 1/9이 카메라 촬상소자의 활성영역(102)에 도달하게 된다.
따라서 고배율을 갖는 튜브렌즈(106a)를 지나는 빛의 투과도와 저배율을 갖는 튜브렌즈(106)를 지나는 빛의 투과도는 4:1의 비율을 갖게 되어, 양 튜브렌즈(106, 106a)를 지난 상의 밝기는 동일해 진다.
또, 피검사물(101)을 좀 더 용이하게 보기 위해, 설치한 조명장치(401)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 전원공급장치(705)로 전원을 공급하면, 램프(704)가 점등 됨과 동시에, 상기 램프(704)에서 발생된 광속(703)을, 곡면반사경(702) 또는 렌즈 등을 사용하여 집속한 후, 번들로 이루어진 광파이버(701)를 통과시켜 나온 빛을 조명으로 사용한다.
여기서, 상기 조명장치(401)는 램프(704)에 가해지는 전기의 전압 또는 전류량을 변화시켜 광량을 조절할 수 있도록 하였다.
또한, 상기한 조명장치(401)는, 피검사물(101)의 정확한 검사를 위해 조명의 밝기를 조정하는데, 램프(704)에서 발생된 광속(703)을 곡면반사경(702)을 사용하여 집속한 후, 광파이버(701)를 통과시킬 때, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 광파이버(701) 앞에, 다른 투과도를 갖는 여러 종류의 중성밀도필터(802)를 장착한 회전가능한 휠(801)을 설치하고, 그 중 하나의 중성밀도필터(802)가 광파이버(701) 앞에 위치되도록 하여 빛의 밝기를 조절하게 된다.
즉, 광파이버를 사용하는 조명장치(401)의 램프(704)에서 나온 빛을 곡면반사경(702)이나 렌즈 등을 사용하여 집속시켜 광파이버(701)에 넣어줄 때, 광파이버(701)의 앞에 여러 종류의 중성 밀도 필터(802)를 장착한 필터 휠(801)을 설치하고, 이 필터 휠(801)을 회전시켜 원하는 투과도에 해당하는 중성 밀도 필터(802)가 광 파이버(701) 앞에 오게 하여 그 필터의 밀도에 해당하는 투과율만큼의 광속을 투과시켜 주어 빛의 밝기를 조절하게 되는 것이다.
또, 본 발명에 의한 조명장치(401)의 다른 실시예를 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 전술한 중성밀도필터 휠을 사용한 것과 원리는 같으나, 중성밀도필터 휠 대신, 연속적이고 점차적으로 밀도가 변화하여 투과도를 바꾸어 주는 원반형태 또는 디스크 형태의 중성밀도필터(901)를 사용하여 빛의 밝기 를 조절할 수도 있다.
즉, 중성밀도필터(901)를 회전시켜, 원하는 밀도에 해당하는 위치에 정지하게 하여 그 밀도에 해당하는 투과율만큼의 광속을 투과 시켜 주어 빛의 밝기를 조절하게 된다.
또한, 본 발명에 의한 조명장치(401)의 또 다른 실시예를 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 광파이버(701)를 향하는 광속(光束)에 중성밀도필터 대신 각각 다른 개구(開口) 수를 갖는 또는 다른 크기의 조리개(1001)가 장착된 휠(801)을 설치하여, 조리개(1001)의 크기와 수로써, 빛을 차단하여 빛의 밝기를 조절할 수도 있다.
즉, 광파이버(701)의 앞에 각각 다른 개구(開口) 수를 갖는 또는 다른 크기의 조리개(1001)가 장착된 휠(801)을 설치하고, 이 휠(801)을 회전시켜 원하는 광량을 통과시키는 조리개(1001)가 광파이버(701) 앞에 오게 하여, 그 조리개(1001)의 열린 면적에 해당하는 광속을 통과시켜 주고, 그 외 광속은 차단함으로 빛의 밝기를 조절하게 되는 것이다.
도 4에 도시된 구성과, 도 5에 도시된 구성을 서로 비교해보면, 도 4의 구성은, 전체적으로 광량 효율이 높은 대신 일부 배율에서는 움직이는 광학 부품이 있게 되어 해당 배율에서는 정밀한 측정이 부족한 면이 있고, 반면에 도 5의 구성은, 광량 효율은 도 4의 구성에 비해 그다지 높지 않은 대신에 움직이는 광학부품이 없어서 측정의 정확도 특히 반복 정확도가 높다는 장점이 있다.
본 발명에서는 종래의 기술과 달리 대물렌즈와 튜브렌즈를 각각 복수로 설치하고, 이들간의 조합에 의해 원하는 배율을 얻는 방법을 채택하고 있다.
본 설명을 간단하게 하기 위하여 본문에서는 대물렌즈와 튜브렌즈에 각각 2종류의 초점거리를 갖도록 설치한 시스템을 나타낸 도 4와 도 5를 가지고 설명하고 있지만, 이것에 국한되는 것은 아니고, 대물렌즈와 튜브렌즈의 초점거리를 각각 3가지 또는 그 이상으로 확장할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 의한 광학계를 이용한 영상획득장치는, 그 배율을 형성하는 광학 구조에서 광학 부품이 움직이지 않는 광학계 구성을 최소한 1개 이상 제공하여 정밀한 광학 측정이 가능하게 하면서, 동시에 설치된 복수의 대물렌즈, 복수의 튜브렌즈 중에서 대물렌즈 1개와 튜브렌즈 1개의 결합에 의해 원하는 배율이 얻어지도록 하여, 관찰하려는 대상물에 따라 이들 대물렌즈와 튜브렌즈의 조합으로 이루어지는 여러 배율 중에서 적합한 배율을 이용할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 피검사물의 표면을 검사하는 영상획득장치에 있어서,
    상기 영상획득장치는, 피검사물(101)을 용이하게 관찰할 수 있도록 빛을 조명하는 조명장치(401)와;
    상기 피검사물(101)의 물체점에서 나오는 빛을 전송하는 복수의 대물렌즈(103, 103a)와;
    상기 대물렌즈(103, 103a)에 의해 전송된 빛을 결상시키는 복수의 튜브렌즈(106, 106a)와;
    상기 튜브렌즈(106, 106a) 및 대물렌즈(103, 103a)의 각 일측에 형성되어, 렌즈의 배율을 선택할 수 있는 렌즈배율선택 수단과;
    상기 대물렌즈(103, 103a) 및 튜브렌즈(106, 106a)를 지나는 빛의 경로 상에 설치되며, 빛의 경로를 변경/조절하기 위한 미러 및 빔스프리터 등으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상획득장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈배율선택 수단은, 개폐식 셔터(406, 406a, 503, 503a) 또는 운동장치(506)와, 광속을 차단하기 위한 기구물(505) 및 이동을 위한 동력원인 모터(508)로 이루어지는 것 중, 어느 하나인 것을 특징으로 하는 영상획득장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 튜브렌즈(106, 106a) 중, 어느 하나는 고정되고, 다른 하나는 이동가능토록 이송장치(407)를 형성하여, 정밀측정과 복수의 배율선택을 동시에 이루도록 한 것을 특징으로 하는 영상획득장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이송장치(407)에는 하나 이상의 튜브렌즈가 형성되는 것을 특징으로 하는 영상획득장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 렌즈배율선택 수단에 의한 렌즈의 배율선택은, 원하는 배율의 렌즈쪽의 셔터를 열어서 선택하거나, 또는 원하는 배율의 렌즈 반대 쪽으로 기구물을 위치하게 함으로써, 렌즈를 선택하도록 한 것을 특징으로 하는 영상획득장치
  6. 제2항에 있어서, 상기 셔터(406, 406a, 503, 503a)는, 전자식 또는 기계식 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상획득장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 조명장치(401)에는 광파이버(701)를 형성하고, 상기 광파이버(701)에는 광량 조절을 위해, 광학밀도가 다른 여러 가지의 중성밀도 필터(802)를 장착한 휠(801) 또는, 연속적으로 광학밀도가 변하는 디스크 형태의 중성밀도필터(901) 또는, 빛의 일부를 차단하도록 개구의 크기가 다른 복수의 조리개(1001)들을 갖는 휠(801) 중, 어느 하나를 형성한 것을 특징으로 하는 영상획득장 치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 조명장치(401)는, 램프(704)에 가해지는 전기의 전압 또는 전류량을 변화시켜 광량을 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 영상획득장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 빛의 일부를 차단하는 조리개(1001)들이 장착된 휠(801)은, 각 조리개(1001)의 크기와 구멍의 수에 의해 광량을 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 영상획득장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 튜브렌즈(106, 106a) 중, 어느 하나에는 상의 밝기를 조절하기 위해, 중성밀도필터(601)를 더 부가한 것을 특징으로 하는 영상획득장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 빔스프리터(501, 502)는, 상의 밝기를 조절하기 위해 투과도와 반사도가 다른 것을 특징으로 하는 영상획득장치.
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