KR20100071659A - 기판 정렬 장치용 비전 시스템 및 이의 초점 조절 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 정렬 장치용 비전 시스템 및 이의 초점 조절 방법에 관한 것으로, 카메라부를 통해 촬영된 이미지를 이용하여 기판을 정렬 시키는 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법에 있어서, 상기 카메라부를 통해 초점 조절을 위한 이미지를 촬영하는 단계; 상기 카메라부의 초점 위치에서 촬영된 초점 이미지와, 상기 초점 위치로 부터 촬영 지점의 이격 거리 정보를 포함하는 이동 이미지를 갖는 저장 이미지들과 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지를 비교하여 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지에 해당하는 저장 이미지를 비교 이미지로 설정하는 단계; 상기 비교 이미지에 해당하는 상기 이격 거리 정보를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 이격 거리 만큼 상기 카메라부를 이동시키는 단계를 포함하는 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법 그리고, 기판 정렬 장치용 비전 시스템을 제공한다.

이와 같이 초점 위치로 부터 촬영 지점의 이격 거리가 측정된 저장 이미지를 이용하여 초점 조절을 위해 촬영된 이미지가 초점 위치로 부터 어느 정도 이격되었는지 파악하여 카메라부의 초점을 자동으로 정렬시킬 수 있다.

초점 조절, 이미지, 카메라부, 비전 시스템, 기판, 촬영, 확산판

Description

기판 정렬 장치용 비전 시스템 및 이의 초점 조절 방법{Vision system for substrate alignment apparatus and method for focusing the same}

본 발명은 기판 정렬 장치용 비전 시스템 및 이의 초점 조절 방법에 관한 것으로, 비전 시스템을 이용하여 기판을 정렬 시키는 장치에서 비전 시스템의 초점 조절(즉, 포커싱)을 자동으로 수행하여 카메라의 포커스를 신속하게 맞출 수 있어 비전 시스템의 초점 조절 시간을 단축시킬 수 있는 기판 정렬 장치용 비전 시스템 및 이의 초점 조절 방법에 관한 것이다.

종래에는 표시 장치로 CRT(Cathode Ray Tube)를 사용하였다. 이는 그 부피가 크고 무거운 단점이 있었다. 이에 최근에는 액정 표시 패널(Liquid Crystal Display Device; LCD), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel; PDP) 및 유기 EL(Organic Light Emitting Device; OLED)와 같은 평판 표시 패널의 사용이 증대되고 있다. 이는 경량, 박형 및 저소비 전력을 갖는 특성이 있다.

이와 같은 평판 표시 패널의 경우, 한쌍의 평판형 기판을 접합시켜 제작한 다. 즉, 액정 표시 패널의 제작을 예로 들면, 먼저, 복수의 박막 트랜지스터와 화소 전극이 형성된 하부 기판과, 컬러 필터와 공통 전극이 형성된 상부 기판을 제작한다. 이후에 하부 기판 상에 액정을 적하하고, 하부 기판의 가장자리 영역에 실란트를 도포한다. 이어서, 화소 전극이 형성된 하부 기판 면과 공통 전극이 형성된 상부 기판 면이 서로 대향하도록 위치시킨 다음 두 기판을 합착 밀봉하여 액정 표시 패널을 제작한다.

이와 같은 액정 표시 패널 제작을 위해서는 액정을 적하하는 액정 적하 장치와, 기판 밀봉을 위한 실란트 도포를 위한 실란트 디스펜서 장치 그리고, 하부 기판과 상부 기판을 합착하기 위한 기판 합착 장치가 사용된다.

이러한 액정 적하 장치와 실란트 디스펜서 장치 그리고 기판 합착 장치는 스테이지 또는 정반 상에 기판을 정렬 시킨다. 이후, 액정 또는 실란트를 적하 또는 도포하거나, 두 기판을 합착시킨다.

상기 장치들은 기판 정렬을 위해 기판 정렬 장치를 구비한다. 이러한 기판 정렬 장치는 기판을 X, Y, Z 및 θ 조절하는 캘리브레이션 수단과, 기판을 관측하여 정렬점을 일치시키는 비전 시스템을 포함한다.

기판 정렬 장치는 비전 시스템으로 기판을 관찰하고, 그 관찰 결과에 따라 캘리브레이션 수단을 제어하여 기판을 정렬시킨다. 이때, 비전 시스템으로 기판을 관찰하기 전에 비전 시스템의 초점을 조절한다.

종래의 비전 시스템의 초점 조절(즉, 포커싱)은 비전 시스템의 카메라로 관찰한 영상을 이용하여 작업자가 수동으로 조절하였다. 즉, 카메라를 상하 방향으로 움직여 초점을 일치시킨다. 하지만, 작업자에 의해 수동으로 비전 시스템의 카메라 초점을 일치하는 경우 작업 시간이 길어지는 단점이 있다. 또한, 매 기판 마다 초점 조절을 수행하여야 하기 때문에 생산성이 떨어지는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 기판 정렬 장치의 비전 시스템의 초점을 자동으로 조절하여 초점 조절 시간을 단축시킬 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있는 기판 정렬 장치용 비전 시스템 및 이의 초점 조절 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 카메라부를 통해 촬영된 이미지를 이용하여 기판을 정렬 시키는 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법에 있어서, 상기 카메라부를 통해 초점 조절을 위한 이미지를 촬영하는 단계와, 상기 카메라부의 초점 위치에서 촬영된 초점 이미지와, 상기 초점 위치로 부터 촬영 지점의 이격 거리 정보를 포함하는 이동 이미지를 갖는 저장 이미지들과 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지를 비교하여 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지에 해당하는 저장 이미지를 비교 이미지로 설정하는 단계와, 상기 비교 이미지에 해당하는 상기 이격 거리 정보를 산출하는 단계 및 상기 산출된 이격 거리 만큼 상기 카메라부를 이동시키는 단계를 포함하는 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법을 제공한다.

상기 저장 이미지들은 별도의 저장 수단에 저장되고, 상기 저장 이미지들의 저장 방법은, 상기 카메라부를 조작하여 초점 위치를 파악하는 단계와, 상기 초점 위치에서 상기 카메라부로 촬영된 이미지를 상기 초점 이미지로 저장하는 단계 및 상기 카메라부를 상기 초점 위치에서 상하 방향으로 이동시키면서 이미지를 촬영하고, 이때의 이동 거리와 이미지를 상기 이동 이미지로 저장하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 이동 이미지로 저장하는 단계는, 상기 카메라부를 상기 초점 위치에서 등간격으로 이동시켜 촬영된 이미지를 사용하되, 상기 등간격은 상기 카메라부의 초점 심도의 50 내지 90% 범위 내이거나, 상기 등간격은 상기 카메라부의 전체 이동 거리의 1/100 내지 1/10000 값을 갖는 것이 가능하다.

상기 저장 이미지들과 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지를 비교하여 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지에 해당하는 저장 이미지를 비교 이미지로 설정하는 단계는, 상기 저장 이미지들과 상기 촬영된 이미지를 구성하는 화소의 계조 데이터를 비교하여 상기 촬영된 이미지의 계조 데이터와 오차 범위 내에서 일치하는 상기 저장 이미지를 상기 비교 이미지로 설정할 수 있다.

상기 계조 데이터 비교는 이미지를 복수 영역으로 분리하고 분리 영역 내에서 화소의 계조 데이터 평균을 비교하거나, 이미지의 일 영역 내의 계조 데이터 평균을 비교하는 것이 가능하다.

상기 저장 이미지들과 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지를 비교하여 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지에 해당하는 저장 이미지를 비교 이미지로 설정하는 단계는, 상기 저장 이미지들과 상기 촬영된 이미지의 에지 선명도, 이미지의 유사도, 촬영된 정렬 마크의 선명도 및 상기 정렬 마크의 크기 중 적어도 어느 하나를 비교하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 기판 정렬 장치용 비전 시스템에 있어서, 이미지를 촬영하는 카메라부 및 상기 카메라부의 초점을 조절하는 초점 조절부와 상기 카메라부에서 촬영된 이미지를 표시하는 이미지 표시부를 갖는 비전 제어부를 포함하고, 상기 초점 조절부는 상기 카메라부의 초점 위치에서 촬영된 초점 이미지와 상기 초점 위치에서 상기 카메라부를 상하 방향으로 이동시켜 촬영한 이동 이미지들을 포함하는 저장 이미지들을 저장하는 이미지 저장부와, 상기 카메라부에서 촬영된 이미지와 상기 이미지 저장부에 저장된 이미지를 비교하는 이미지 비교부와, 상기 이미지 비교부의 결과에 따라 카메라부를 상하 방향으로 이동시키는 카메라 조절부를 포함하는 기판 정렬 장치용 비전 시스템을 제공한다.

상기 카메라부에 광을 제공하는 광원부와, 상기 광원부의 광을 확산시키는 구 또는 반구 형상의 확산부를 갖는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 미리 설정되고 초점 위치로 부터 촬영 지점의 이격 거리가 측정된 저장 이미지를 이용하여 초점 조절을 위해 촬영된 이미지가 초점 위치로 부터 어느 정도 이격되었는지를 알 수 있다. 이를 통해 상기 이격 거리 만큼 카메라부를 이동시켜 카메라부의 초점을 자동으로 조절할 수 있다.

또한, 본 발명은 카메라부에 제공되는 광을 구 또는 반구 형태의 확산판으로 확산시켜 광이 중심 영역에 집중 되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 개념도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 개념도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 정렬 장치는 기판(100)이 안치되는 스테이지(200)와, 스테이지(200) 상의 기판(100)을 X, Y, Z 및 θ 조정하는 캘리브레이션부(300)와, 기판(100)의 정렬 위치를 검출하는 비전 시스템(400)과, 상기 비전 시스템(400)에 따라 상기 캘리브레이션부(300)의 동작을 제어하는 정렬 제어부(500)를 구비한다.

상기 기판(100)으로는 투광성의 기판을 사용하는 것이 효과적이다. 예를 들어 상기 기판(100)으로 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 물론 가요성의 기판을 사용할 수도 있다. 이때, 기판(100)의 일측에는 정렬을 위한 정렬 마크가 형성된다.

스테이지(200)는 기판(100)을 잡아 줌으로 인해 기판(100) 처리 공정(예를 들어, 액정 적하, 실란트 도포 또는 기판 합착 등)시 기판(100)의 흔들림에 의한 공정 불량을 방지한다. 따라서, 상기 스테이지(200) 상에는 도시되지 않았지만, 액정 적하를 위한 장치, 또는 실란트 도포를 위한 장치 또는 기판 합착을 위한 장치가 마련될 수 있다.

이는 상기의 기판 정렬 장치가 액정 적하 장치와 실란트 디스펜서 장치 그리고 기판 합착 장치의 일부 구성요소로 포함될 수 있기 때문이다. 물론 액정 적하 장치와 실란트 디스펜서 장치 그리고 기판 합착 장치 외측에 상기 기판 정렬 장치가 부착될 수도 있다. 여기서, 기판 합착 장치 내의 기판 정렬 장치는 상부 기판과 하부 기판 중 어느 하나의 기판에 대해서 X, Y, Z 및 θ 이동시킬 수도 있다.

스테이지(200)는 기판(100)과 동일한 판 형상으로 제작된다. 그리고, 스테이지(200)에는 기판(100) 정렬을 위한 스테이지 정렬 마크가 형성된다. 이를 통해 스테이지(200) 상측에 기판(100)의 위치를 정확하게 정렬할 수 있다.

여기서, 기판(100)의 정렬 마크와 스테이지 정렬 마크는 복수개 표시 되어 있는 것이 효과적이다. 본 실시예에서는 상기 기판(100)의 정렬 마크와 스테이지(200)의 정렬 마크를 일치시켜 기판(100)을 정렬한다. 물론 상부 및 하부 기판의 합착시에는 상부 기판의 정렬 마크와 하부 기판의 정렬 마크를 정렬한다.

캘리브레이션부(300)는 기판(100)의 미세 소정을 통해 기판(100)을 스테이지(200) 상의 목표하는 위치에 배치한다. 이때, 캘리브레이션부(300)는 기판(100)을 X, Y, Z 및 θ 방향으로 이동시켜 기판(100)의 위치를 정렬한다.

비전 시스템(400)은 카메라부(410)를 통해 기판(100)과 스테이지(200)의 정렬 마크를 촬영하고, 그 결과를 비전 제어부(420)에 제공한다. 그리고, 본 실시예 의 비전 시스템(400)은 카메라부(410)의 초점을 자동으로 조절한다. 즉, 비전 시스템(400)은 카메라부(410)로 부터 제공된 이미지를 이용하여 카메라부(410)의 초점을 자동으로 맞출 수 있다.

정렬 제어부(500)는 비전 시스템(400)을 통해 촬영된 이미지(또는 이미지 데이터)를 이용하여 캘리브레이션부(300)의 동작을 제어한다. 이를 통해 기판(100)의 미세 조정을 수행할 수 있게 된다.

여기서, 작업자가 상기 비전 시스템에서 출력된 이미지(즉, 화상)를 이용하여 정렬 제어부(500)를 제어하여 기판(100)을 정렬시킬 수도 있다.

또한, 상술한 기판 정렬 장치에서는 스테이지(200) 상의 기판(100)을 이동시켜 이둘 간을 정렬하였다. 하지만, 스테이지(200)를 이동시켜 정렬을 할 수도 있다. 더욱이 두 기판을 합착하는 합착 장치 내에 기판 정렬 장치가 위치하는 경우에는 기판이 고정된 스테이지(200)(즉, 정반)을 이동시켜 두 기판 간을 정렬할 수도 있다.

하기에서는 기판 정렬 장치에 의한 기판 정렬 동작을 설명한다.

본 실시예의 기판 정렬 장치는 기판 정렬 동작을 수행하여 기판을 목표로 하는 위치에 정렬 시킨다. 이를 위해 먼저, 기판(100)을 스테이지(200) 상에 위치시킨다.

이이서, 비전 시스템(400)을 통해 기판(100)의 정렬 마크와 스테이지(200)의 스테이지 정렬 마크의 일치 여부를 검사한다. 이때, 기판(100)과 스테이지(200)의 정렬 마크가 일치하는 경우에는 정렬 동작을 수행하지 않는다.

하지만, 비전 시스템(400)을 통해 기판(100)의 정렬 마크와 스테이지(200)의 정렬 마크가 일치하지 않는 경우에는, 캘리브레이션부(300)를 통해 기판(100)을 X, Y, Z 및 θ방향으로 이동시켜 기판(100)의 정렬 위치를 정렬한다. 즉, 기판(100)과 스테이지(200)의 정렬 마크를 일치시킨다. 이때, 비전 시스템(400)은 실시간의 이미지를 제공하여 기판(100)과 스테이지(200)의 정렬 마크를 일치시키게 된다.

하지만, 비전 시스템(400)을 이용하여 기판(100)의 정렬 동작을 수행하기 전에 비전 시스템(400)의 초점을 맞추는 작업을 수행한다. 이는 비전 시스템(400)의 초점이 맞추어 지지 않는 경우에는 정렬 마크의 일치여부를 정확하게 확인하기 어려운 문제가 발생하기 때문이다.

따라서, 기판(100)의 정확한 정렬을 위해 비전 시스템(400)의 초점을 정확하게 맞추는 것이 매우 중요하다. 그러나, 앞선 배경 기술에서 설명한 바와 같이 이와 같은 비전 시스템(400)의 포커싱 공정은 작업자의 숙련도에 따라 그 공정 시간이 길어지는 단점이 있다.

이에 본 실시예에서는 비전 시스템(400)의 포커싱 공정을 자동으로 수행할 수 있는 방안을 제공한다.

먼저 본 실시예의 비전 시스템(400)의 경우, 카메라부(410)와, 상기 카메라부(410)로부터 촬영된 이미지를 이용하여 카메라부(410)의 초점을 자동으로 조절하고, 촬영된 이미지를 외부에 표시하는 비전 제어부(420)를 구비한다. 그리고, 상기 카메라부(410)의 초점 조정을 위해 카메라부(410)를 이동시키는 카메라 이동부(430)를 구비한다.

본 실시예에서는 카메라(410)가 이동하여 비전 시스템(400)의 초점을 조절함에 관해 설명한다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 기판(100) 또는 스테이지(200)가 상하로 이동하여 초점을 조절할 수도 있다.

상기 카메라부(410)는 이미지를 촬영하는 카메라(411)(즉, 촬영부)와, 렌즈(412)를 구비한다.

물론 도시되지 않았지만, 상기 카메라부(410)는 다수의 렌즈를 구비할 수 있다. 또한, 각 렌즈간의 이격 거리를 조절하여 카메라의 초점을 미세 조정할 수도 있다.

비전 제어부(420)는 카메라부(410)로부터 촬영된 이미지를 이용하여 카메라부(410)의 초점을 자동으로 조절시키는 초점 조절부(421)와, 카메라부(410)로 부터 촬영된 이미지를 표시하는 이미지 표시부(422)를 구비한다.

이미지 표시부(422)는 카메라부(410)로 부터 제공된 이미지를 실시간으로 모니터와 같은 표시 장치에 제공한다.

초점 조절부(421)는 카메라부(410)의 초점이 맞추어진 상태의 마스터 이미지와, 마스터 이미지를 기준으로 카메라부(410)를 상하 방향으로 이동시켜 촬영된 이동 이미지들이 저장된 이미지 저장부(421-1)와, 카메라부(410)에서 촬영된 이미지와 상기 이미지 저장부(421-1)에 저장된 이미지를 비교하는 이미지 비교부(421-2)와, 상기 이미지 비교부(421-2)의 결과에 따라 카메라부(410)를 상하 방향으로 이동시키는 카메라 조절부(421-3)를 구비한다.

이와 같이 본 실시예에서는 최초 1회 카메라부(410)를 수동으로 이동시켜 카 메라부(410)의 초점을 맞추고, 이때 카메라부(410)에 의해 촬영된 이미지를 마스터 이미지로 저장한다. 이때의 카메라부(410)의 위치를 카메라부(410)의 초점 위치로 정의한다. 이어서, 카메라부(410)를 일정 간격 상승 또는 하강시키면서 이미지를 촬영하고, 이 촬영된 이미지를 각기 이동 이미지로 상기 이미지 저장부(421-1)에 저장한다.

그리고, 이후, 비전 시스템(400)의 초점 조절을 수행하는 경우, 카메라부(410)가 현재 위치에서 초점 조절을 위해 촬영한 이미지와 이미지 저장부(421-1)에 저장된 이미지(마스터 이미지와 다수의 이동 이미지)간을 비교한다. 비교후, 촬영된 이미지와 마스터 이미지 간의 이격 거리를 산출한다. 이어서, 상출된 이격 거리 만큼 카메라부(410)를 이동시켜 카메라부(410)의 포커싱을 수행한다.

하기에서는 상술한 구조의 비전 시스템(400)을 이용한 포커싱 동작을 설명한다. 이를 위해 기판 정렬 장치의 스테이지(200) 상에 기판(100)을 위치시키고, 비전 시스템(400)을 해당 위치에 배치시킨다.

도 3은 일 실시예에 따른 비전 시스템의 초점 조절 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 4는 일 실시예에 따른 저장 이미지 생성 및 저장을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 먼저, 비전 시스템(400)의 카메라부(410)를 통해 초점 조절을 위한 이미지를 촬영한다(S110).

촬영된 이미지와 저장 이미지 간을 비교하여, 촬영된 이미지에 해당하는 저장 이미지를 비교 이미지로 설정한다(S120). 여기서, 저장 이미지는 카메라부(410) 의 초점 위치에서 촬영된 마스터 이미지(즉, 초점 이미지)와 상기 초점 위치에서 카메라부(410)를 상하방향으로 이동시켜 촬영된 이동 이미지들을 포함한다.

이어서, 설정된 비교 이미지와 마스터 이미지 간의 이격 거리를 계산한다(S130). 이어서, 상기 이격 거리 만큼 카메라부(410)를 이동시킨다(S140). 이를 통해 비전 시스템(400)의 자동 초점 조절을 완료한다.

여기서, 최초 1회의 조작을 통해 얻어진 이미지들을 저장하여 저장 이미지로 사용한다.

이를 위해 도 4의 흐름도와 같이 비전 시스템(400)의 카메라부(410)를 작업자가 조작하여 최적의 초점 위치를 설정한다. 그리고, 설정된 위치에서 촬영된 이미지를 마스터 이미지(초점 이미지)로 저장한다(S210). 여기서, 초점 위치는 카메라부(410)에 의해 촬영된 이미지의 선명도가 가장 뛰어난 위치 지점을 지칭한다.

이어서, 카메라부(410)를 초점 위치에서 상하 방향으로 이동시키되, 이동 거리에 따라 이미지를 촬영하고, 이를 이동 이미지로 저장한다.(S220)

상기의 방법으로 저장 이미지를 생성하고, 이를 별도의 저장 수단에 저장한다.

이때, 이동 이미지와 함께 해당 이동 이미지가 카메라부의 초점 위치에서 어느 정도 이격되어 촬영된 이미지 인지에 대한 값(즉, 카메라부의 이격 거리 값) 또한 함께 저장된다.

여기서, 상기 이동 이미지들은 카메라부(410)를 초점 위치에서 동일 간격 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동시켜 촬영된 이미지를 사용한다.

이때, 이동 거리는 카메라부(410)의 렌즈(412) 초점심도의 50 내지 90% 범위 내의 값인 것이 효과적이다. 예를 들어 카메라부(410)의 초점심도가 50㎛일 경우 상기 이동 거리로는 25 내지 45㎛일 것이 바람직하다. 이때, 상기 값보다 작을 경우에는 카메라부(410)에 의해 촬영되는 이미지가 너무 많아진다. 이로인해 촬영된 이미지와 저장된 이미지 간의 비교를 위한 공정 시간이 길어지는 문제가 있다. 또한, 상기 값보다 클 경우에는 카메라부(410)의 이동 범위가 크게 되어 정확한 초점 조절이 어려운 문제가 발생한다.

여기서, 상기 초점 위치를 기준으로 카메라부(410)를 상측으로 상기 이동 거리 만큼 이동시켜 상측 방향의 이동 이미지들을 촬영하고, 카메라부(410)를 하측으로 상기 이동 거리 만큼 이동시켜 하측 방향의 이동 이미지들을 촬영한다.

이에 예를 들어 상기 이동 거리는 1 값으로 하고, 상기 카메라부(410)를 초점 위치에서 상측 방향으로 10회 이동시켜 각기 촬영된 이동 이미지를 각기 제 1 내지 제 10 이동 이미지로 저장한다. 그리고, 상기 카메라부(410)를 초점 위치에서 하측 방향으로 10회 이동시켜 각기 촬영된 이동 이미지를 각기 제 11 내지 제 20 이동 이미지로 저장한다. 이때, 제 1 내지 제 10 이동 이미지는 각기 초점 위치에서 상측 방향으로 1 내지 10 값 떨어진 위치에서 촬영된 값임을 알 수 있다. 또한, 제 11 내지 제 20 이동 이미지는 각기 초점 위치에서 하측 방향으로 1 내지 10 값 떨어진 위치에서 촬영된 값임을 알 수 있다. 즉, 제 5 이동 이미지는 초점 위치에서 상측 방향으로 5 값 떨어진 위치에서 촬영된 값임을 알 수 있고, 제 13 이동 이미지는 하측 방향으로 3 값 떨어진 위치에서 촬영된 값임을 알 수 있다.

물론 이에 한정되지 않고, 상기 이동 거리는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어 상기 이동 거리는 카메라부(410)의 전체 이동거리의 1/100 내지 1/10000 값을 갖는 것이 가능하다. 즉, 케메라부(410)의 전체 이동거리가 100mm 일 경우, 이동 거리는 0.01 내지 1mm 인 것이 가능하다.

따라서, 본 실시예에서는 상기와 같이 저장된 이미지와 현재 초점 조정을 위해 촬영된 이미지를 비교하여, 그 결과를 이용하여 현재 커메라부(410)가 초점 위치로 부터 얼마나 이격되었는지를 판단할 수 있게 된다.

이때, 저장된 이미지와 촬영된 이미지의 비교는 저장된 이미지 중 어느 이미지가 촬영된 이미지와 유사한지를 비교하는 것이다.

여기서, 이미지 비교는 촬영된 이미지의 계조 데이터와 저장된 이미지들의 계조 데이터를 비교하는 것이다. 즉, 이미지는 다수의 화소를 구비하고, 이 화소 각각은 0 부터 255개의 계조 데이터값을 갖는다. 화소의 계조 값은 화소의 선명도에 따라 그 값이 변화될 수 있다. 따라서, 이미지는 카메라부(410)의 촬영 위치에 따라 각기 고유한 화소 계조 데이터 값을 구비하고 있다.

이로인해 촬영된 이미지의 계조 데이터 값과, 오차 범위 내에서 동일한 계조 데이터 값을 갖는 저장 이미지를 비교 이미지로 설정한다. 이때, 오차 범위는 약 ±10% 임을 지칭한다. 여기서, 이미지의 화소는 작게는 1000개에서 100만개 이상을 가질 수 있다. 따라서, 이와 같은 화소의 계조 데이터 값을 모두 비교할 경우 비교 시간이 길어지는 문제가 있다. 이에, 이미지를 복수의 구간으로 분할하고, 각 분할된 영역에서의 계조 데이터 평균 값을 비교하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정 되지 않고, 이미지의 화소 중 특정 영역의 화소 만을 비교할 수도 있다. 이를 통해 비교되는 이미지의 계조 데이터 값의 개수를 100개 이하(예를 들어 10 내지 100개)로 줄일 수 있다. 또한, 일부 영역에서의 계조 데이터를 비교하거나, 일부 영역에서의 계조 데이터의 평균 값을 비교할 수 있다. 이는 예를 들어 정렬 마크의 중심 영역의 계조 데이터 값을 비교할 수 있다.

또한, 비교 방법으로 상술한 설명에 한정되지 않고, 이미지 에지 영역의 선명도를 비교할 수도 있고, 두 이미지 간의 유사도를 비교할 수도 있고, 이미지에 찍힌 정렬 마크의 선명도 및/또는 크기를 이용하여 두 이미지 간을 비교할 수 있다. 또한, 배경과 마크 경계면의 기울기를 이용하여 두 이미지 간을 비교할 수 있다.

이미지 선명도는 카메라를 통해 얻어진 이미지에서 마크를 인식함에 있어 마크로 인식되어 지는 화소 데이터와 배경으로 인식 되어지는 화소 데이터의 경계값의 그룹이 차지하는 화소 수를 의미 합니다. 예를 들어 경계값을 가지는 그룹의 화소의 수가 많을 경우 배경과 마크의 경계면이 넓게 퍼져 보이게 되고 경계값을 가지는 그룹의 화소의 수가 적을 경우 배경과 마크의 경계 면이 선명하게 보이게 됩니다. 이러한 선명도 데이터의 변화값을 이용함으로써 오토 포커스(auto focus)를 구현할 수 있다.

이미지의 유사도는 등록되어진 기준마크 대비 획득되어지는 이미지의 유사도를 의미합니다. 이 유사도에는 선명도 뿐 아니라 이미지 전체의 밝기, 크기, 형상등 이미지어서 획득되는 모든 데이터를 등록된 기준마크의 정보와 비교하여 계산되 는 비교값을 의미한다.

마크의 크기 비교는 포커스가 틀어질 경우 실제로 인식되어 지는 마크의 크기(마크로 인식되어 지는 화소의 숫자)의 변화가 발생 하게 되며 이러한 변화를 데이터로 이용하여 오토 포커스를 구현할 수 있다.

배경과 마크 경계면의 기울기 즉, 획득된 이미지에서 배경과 마크의 경계면에서 얻어지는 데이터의 변화값에 대한 기울기를 이용하여 오포 포커스를 구현할 수 있다. 예를 들어 경계면이 선명할 경우 경계면에서의 화소 데이터 변화(기울기의 크기)는 급격하게 발생하며, 경계면이 흐릴 경우 화소 데이터 변화(기울기의 크기)는 서서히 이루어 집니다. 이러한 변화를 기울기 값으로 산출한 값을 이용하여 이미지를 비교하고 이를 통해 자동으로 초점을 맞출 수 있다.

상술한 바와 같이 비교 이미지가 설정되면, 비교 이미지에 해당하는 저장 이미지가 초점 위치에서 촬영된 마스터 이미지(즉, 초점 이미지)로 부터 어느 정도 이격되어 촬영되었는지를 쉽계 계산할 수 있다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 저장 이미지는 각기 초점 위치에서 어느 정도 떨어져 촬영되었는지에 관한 정보를 저장하고 있기 때문이다.

상기와 같은 동작을 통해 현재 카메라부(410)의 위치가 조점 위치에서 어느 정도 이격되어 있는지를 판단할 수 있게 된다. 그리고, 상기 판단 결과에 따라 카메라부(410)를 이동시키면 카메라부(410)의 초점을 자동으로 맞출 수 있게 된다. 예를 들어 앞서 언급한 바와 같이 각기 1 값의 이동 거리만큼 이격되어 촬영된 제 1 내지 제 10 이동 이미지와 제 11 내지 20 이동 이미지가 저정된 저장 이미지를 갖는 경우를 생각하면 다음과 같다. 상기 비교 동작에 의해 현재 촬영된 이미지가 제 5 이동 이미지와 동일함으로 판단된 경우, 현재 카메라부(410)는 초점 위치에서 5 값만큼 상측 방향에 위치함을 알 수 있다. 따라서, 카메라부(410)를 하측 방향으로 5 값 만큼 하강시켜 카메라부(410)를 초점 위치에 위치시킬 수 있게 된다. 또한, 비교 동작에 의해 현재 촬영된 이미지가 제 17 이동 이미지와 동일함으로 판단된 경우, 현재 카메라부(410)가 초점 위치에서 7 값 만큼 하측 방향에 위치함을 알 수 있다. 따라서, 카메라부(410)를 상측 방향으로 7 값 만큼 하강시켜 카메라부(410)를 초점 위치에 위치시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 실시예에서는 현재 초점 설정을 위해 촬영된 이미지와 이전에 미리 촬영된 저장 이미지간을 비교 분석하여 현재 카메라부(410)가 초점 위치에서 어느 정도 이격되었는지를 자동으로 계산할 수 있다. 그리고, 이 계산 결과를 통해 카메라부(410)를 초점 위치까지 이동시켜 카메라부(410)의 초점을 자동으로 조정할 수 있다.

하기에서는 본 실시예의 비전 시스템의 변형예에 관해 설명한다.

도 5는 일 실시예의 변형예에 따른 비전 시스템의 일부 구간의 개념도이다. 도 6은 일 실시예의 변형예에 따른 비전 시스템의 확산부 형상에 따라 촬영된 이미지 사진이다.

도 5에 도시된 바와 같이 비전 시스템은 카메라부(410)에 광을 제공하는 광원부(440)와, 상기 광원부(440)의 광을 확산시켜 상기 카메라부(410)에 제공하는 확산부(450)를 구비한다. 본 변형예에서는 상기 확산부(450)로 도 5의 (a)에서와 같이 구형태 또는 도 5의 (b)에서와 같이 반구 형태의 확산부(450)를 사용한다.

이는 상기 확산부(450)로 판형상을 사용하는 경우, 도 6의 (a)에서와 같이 광원부(440)로 부터 방출된 광이 균일하게 퍼지지 않고, 중심 영역으로 모이는 형상이 발생한다. 이로인해 정확한 이미지의 촬영이 어려워지는 문제가 발생하였다.

이에 본 실시예에서는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 확산부(450)를 구형태로 제작하여 도 6의 (b)에서와 같이 광이 중심에 모이지 않고, 균일하게 확산되도록 한다. 이를 통해 정확한 아미지를 촬영할 수 있게 된다. 또한, 조명의 균일도를 향상시킬 수 있다.

그리고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 비전 시스템은 확산부(450)를 통해 방출된 광을 기판 방향 즉, 피 촬영물 방향으로 유도하는 광 투사기(460)를 구비할 수 있다. 이때, 광 투사기(460)로는 빔 스프리터를 사용할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치의 개념도.

도 2는 일 실시예에 따른 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 개념도.

도 3은 일 실시예에 따른 비전 시스템의 초점 조절 방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 4는 일 실시예에 따른 저장 이미지 생성 및 저장을 설명하기 위한 흐름도.

도 5는 일 실시예의 변형예에 따른 비전 시스템의 일부 구간의 개념도.

도 6은 일 실시예의 변형예에 따른 비전 시스템의 확산부 형상에 따라 촬영된 이미지 사진.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 기판 200 : 스테이지

300 : 캘리브레이션부 400 : 비전 시스템

410 : 카메라부 420 : 비전 제어부

421 : 초점 조절부 440 : 광원

450 : 확산부 500 : 정렬 제어부

Claims (8)

1. 카메라부를 통해 촬영된 이미지를 이용하여 기판을 정렬 시키는 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법에 있어서,

   상기 카메라부를 통해 초점 조절을 위한 이미지를 촬영하는 단계;

   상기 카메라부의 초점 위치에서 촬영된 초점 이미지와, 상기 초점 위치로 부터 촬영 지점의 이격 거리 정보를 포함하는 이동 이미지를 갖는 저장 이미지들과 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지를 비교하여 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지에 해당하는 저장 이미지를 비교 이미지로 설정하는 단계;

   상기 비교 이미지에 해당하는 상기 이격 거리 정보를 산출하는 단계; 및

   상기 산출된 이격 거리 만큼 상기 카메라부를 이동시키는 단계를 포함하는 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 저장 이미지들은 별도의 저장 수단에 저장되고,

   상기 저장 이미지들의 저장 방법은,

   상기 카메라부를 조작하여 초점 위치를 파악하는 단계;

   상기 초점 위치에서 상기 카메라부로 촬영된 이미지를 상기 초점 이미지로 저장하는 단계; 및

   상기 카메라부를 상기 초점 위치에서 상하 방향으로 이동시키면서 이미지를 촬영하고, 이때의 이동 거리와 이미지를 상기 이동 이미지로 저장하는 단계를 포함하여 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 이동 이미지로 저장하는 단계는,

   상기 카메라부를 상기 초점 위치에서 등간격으로 이동시켜 촬영된 이미지를 사용하되, 상기 등간격은 상기 카메라부의 초점 심도의 50 내지 90% 범위 내이거나, 상기 등간격은 상기 카메라부의 전체 이동 거리의 1/100 내지 1/10000 값을 갖는 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 저장 이미지들과 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지를 비교하여 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지에 해당하는 저장 이미지를 비교 이미지로 설정하는 단계는,

   상기 저장 이미지들과 상기 촬영된 이미지를 구성하는 화소의 계조 데이터를 비교하여 상기 촬영된 이미지의 계조 데이터와 오차 범위 내에서 일치하는 상기 저장 이미지를 상기 비교 이미지로 설정하는 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 계조 데이터 비교는 이미지를 복수 영역으로 분리하고 분리 영역 내에 서 화소의 계조 데이터 평균을 비교하거나, 이미지의 일 영역 내의 계조 데이터 평균을 비교하는 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 저장 이미지들과 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지를 비교하여 상기 초점 조절을 위해 촬영된 이미지에 해당하는 저장 이미지를 비교 이미지로 설정하는 단계는,

   상기 저장 이미지들과 상기 촬영된 이미지의 에지 선명도, 이미지의 유사도, 촬영된 정렬 마크의 선명도, 상기 정렬 마크의 크기 및 배경과 마크 경계면의 기울기 중 적어도 어느 하나를 비교하는 기판 정렬 장치용 비전 시스템의 초점 조절 방법.
7. 기판 정렬 장치용 비전 시스템에 있어서,

   이미지를 촬영하는 카메라부; 및

   상기 카메라부의 초점을 조절하는 초점 조절부와 상기 카메라부에서 촬영된 이미지를 표시하는 이미지 표시부를 갖는 비전 제어부를 포함하고,

   상기 초점 조절부는

   상기 카메라부의 초점 위치에서 촬영된 초점 이미지와 상기 초점 위치에서 상기 카메라부를 상하 방향으로 이동시켜 촬영한 이동 이미지들을 포함하는 저장 이미지들을 저장하는 이미지 저장부;

   상기 카메라부에서 촬영된 이미지와 상기 이미지 저장부에 저장된 이미지를 비교하는 이미지 비교부와,

   상기 이미지 비교부의 결과에 따라 카메라부를 상하 방향으로 이동시키는 카메라 조절부를 포함하는 기판 정렬 장치용 비전 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 카메라부에 광을 제공하는 광원부와,

   상기 광원부의 광을 확산시키는 구 또는 반구 형상의 확산부를 갖는 기판 정렬 장치용 비전 시스템.

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