KR20130036331A

KR20130036331A - 고해상도 자동초점 검사 시스템

Info

Publication number: KR20130036331A
Application number: KR1020137003729A
Authority: KR
Inventors: 이 챠오; 잭 더블유 라이; 제프리 제이 폰테인; 스티븐 씨 리드; 캐써린 피 타르나우스키; 데이비드 엘 호펠트
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-04-11
Also published as: WO2012009437A3; CN103026211A; WO2012009437A2; BR112013000874A2; EP2593773A2; US20130113919A1

Abstract

검사 장치는, 검사되고 있는 물체와 관련된 광을 포착하고 시준하는 대물렌즈, 시준된 광에 기초하여 물체의 이미지를 형성하는 이미지 형성 렌즈, 및 이미지를 제공하는 카메라를 포함하는 카메라 조립체를 포함한다. 카메라 조립체는 카메라 조립체의 초점을 한정하는 대물렌즈로부터의 초점 거리를 한정한다. 검사 장치는 대물렌즈와 물체 사이의 실제 거리를 검출하도록 위치된 광학 센서, 및 대물렌즈와 물체 사이의 실제 거리를 제어하도록 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터, 및 실제 거리를 나타내는 광학 센서로부터의 신호를 수신하는 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛으로부터의 제어 신호는 실제 거리가 초점 거리와 실질적으로 동일하도록 실제 거리를 제어하도록 액추에이터를 제어할 수 있다.

Description

고해상도 자동초점 검사 시스템{HIGH RESOLUTION AUTOFOCUS INSPECTION SYSTEM}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2010년 7월 16일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/364,984호의 이익을 주장한다.

본 발명은 웨브(web) 제조 기술에 관한 것이다.

웨브 제조 기술은 매우 다양한 산업에서 사용된다. 웨브 재료는 일반적으로 웨브 횡단(cross-web) 방향으로 고정된 치수를 갖고 웨브 하류측(down-web) 향으로 미리 정해진 또는 정해지지 않은 길이를 갖는 임의의 시트형(sheet-like) 재료를 말한다. 웨브 재료의 예는 금속, 종이, 직조 재료, 부직 재료, 유리, 중합체 필름, 가요성 회로, 테이프, 및 이들의 조합을 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 때때로 웨브로 제조되는 금속 재료는 강 및 알루미늄을 포함하지만, 다른 금속이 또한 웨브로 제조될 수 있다. 직조 재료는 일반적으로 직물(fabric)을 말한다. 부직 재료는, 몇 가지 예를 들면, 종이, 필터 매체, 및 절연 재료를 포함한다. 필름은, 예를 들어, 라미네이트 및 코팅된 필름을 포함한 투명 및 불투명 중합체 필름들뿐만 아니라, 컴퓨터 디스플레이, 텔레비전 등에 사용되는 다양한 광학 필름들을 포함한다.

웨브 제조 공정은 전형적으로 연속 이송 제조 시스템을 이용하고, 흔히 롤러, 캐스팅 휠(casting wheel), 풀리, 기어, 풀(pull) 롤러, 아이들러 롤러 등과 같은 하나 이상의 모터-구동식 또는 웨브-구동식 회전형 기계적 구성요소를 포함한다. 이들 시스템은 흔히, 모터와 결합하여 웨브를 미리-정해진 속도로 구동하도록 제어 신호를 출력하는 전자 제어기를 포함한다.

많은 상황에서, 웨브 재료에서의 결함의 검출을 위해 웨브 재료를 검사하는 것이 바람직하다. 웨브 재료 검사는, 특유한 특징 또는 특성을 갖도록 설계된 임의의 웨브 재료에 대하여 그러한 특징 또는 특성에 결함이 존재하지 않는 것을 보장하기 위하여 특히 중요할 수 있다. 그러나, 수동 검사는 웨브 제조의 처리량을 제한할 수 있고 인적 오류(human error)를 범하기 쉬울 수 있다.

본 개시 내용은 웨브 재료 상의 특징부의 고해상도 검사를 위한 자동화된 검사 시스템, 장치 및 기술을 설명한다. 이 기술은 마이크로미터-크기 규모의 미세구조물(micro-structure)을 포함하도록 제조되는 웨브 재료의 고해상도 검사에 특히 유용할 수 있다. 이 기술은 미세복제된 구조물 및 미세접촉 인쇄(micro-contact printing)에 의해 생성된 것들과 같은 미세인쇄된 구조물을 포함하는 웨브를 따라 이동하는 웨브 재료의 검사에 유용하다. 게다가, 이 기술은 또한 컨베이어 상에서 이동하는 개별 및 별개의 물체들의 검사를 위해 사용될 수 있다. 본 개시 내용에 설명된 구조 및 기술은 10 마이크로미터 미만의 공차 내에서 초점을 맞추는 고해상도 검사 광학계(optics)의 자동 초점(auto-focus) 및 정확한 검사를 용이하게 할 수 있다. 설명된 자동 초점 검사 광학계는 2-차원 웨브 또는 컨베이어의 표면에 직교하는 축을 말하는 z-축으로의 소위 웨브 떨림(flutter)을 보상할 수 있다. 이들 공차에서 자동 초점을 달성함으로써, 웨브 검사는 상당히 개선되어, 이에 의해 5 마이크로미터 미만 또는 심지어 1 마이크로미터 미만의 특징부를 갖는 웨브 재료와 관련된 제조 공정을 개선시킬 수 있다.

일례에서, 본 개시 내용은 검사 장치를 설명한다. 검사 장치는 검사되는 물체와 관련된 광을 포착하고 시준하는 대물렌즈, 시준된 광에 기초하여 물체의 이미지를 형성하는 이미지 형성 렌즈, 및 물체의 검사를 위한 이미지를 제공하는 카메라를 포함하는 카메라 조립체를 포함할 수 있으며, 카메라 조립체는 카메라 조립체의 초점을 한정하는 대물렌즈로부터의 초점 거리를 한정한다. 검사 장치는 또한, 대물렌즈와 물체 사이의 실제 거리를 검출하도록 위치된 광학 센서, 대물렌즈와 물체 사이의 실제 거리를 제어하도록 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터 - 이미지 형성 렌즈는 액추에이터가 대물렌즈를 이동시킬 때 고정된 위치에서 유지됨 - , 및 실제 거리를 나타내는 광학 센서로부터의 신호를 수신하고, 실제 거리가 초점 거리와 실질적으로 동일하게 유지되도록 실제 거리를 조절하기 위해 액추에이터를 위한 제어 신호를 발생시키는 제어 유닛을 포함할 수 있다.

다른 예에서, 본 개시 내용은 검사 장치를 사용하는 웨브 시스템을 설명한다. 웨브 시스템은 웨브 하류측 차원(down-web dimension) 및 웨브 횡단(cross-web) 차원을 한정하는 웨브 재료 - z-차원은 웨브 하류측 차원 및 웨브 횡단 차원에 직교함 - , 웨브 시스템을 통해 웨브 재료를 이송하는 하나 이상의 웨브-안내 요소, 및 검사 장치를 포함할 수 있다. 검사 장치는 웨브 재료와 관련된 광을 포착하고 시준하는 대물렌즈, 시준된 광에 기초하여 웨브 재료의 이미지를 형성하는 이미지 형성 렌즈, 및 웨브 재료의 검사를 위한 이미지를 제공하는 카메라를 포함하는 카메라 조립체를 포함할 수 있으며, 카메라 조립체는 카메라 조립체의 초점을 한정하는 대물렌즈로부터의 초점 거리를 한정한다. 게다가, 검사 장치는 대물렌즈와 웨브 재료 사이에서 z-차원으로의 실제 거리를 검출하도록 위치된 광학 센서, z-차원으로의 대물렌즈와 웨브 재료 사이의 실제 거리를 제어하도록 웨브 재료에 대하여 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터 - 이미지 형성 렌즈는 액추에이터가 대물렌즈를 이동시킬 때 고정된 위치에서 유지됨 - , 및 z-차원으로의 실제 거리를 나타내는 광학 센서로부터의 신호를 수신하고, z-차원으로의 실제 거리가 초점 거리와 실질적으로 동일하게 유지되도록 z-차원으로의 실제 거리를 조절하기 위해 액추에이터를 위한 제어 신호를 발생시키는 제어 유닛을 포함할 수 있다.

다른 예에서, 본 개시 내용은 방법을 설명한다. 본 방법은 물체에 대하여 위치된 카메라 조립체를 통해 물체의 하나 이상의 이미지를 포착하는 단계를 포함할 수 있으며, 카메라 조립체는 물체와 관련된 광을 포착 및 시준하는 대물렌즈, 시준된 광에 기초하여 물체의 이미지를 형성하는 이미지 형성 렌즈, 및 물체의 검사를 위한 하나 이상의 이미지를 제공하는 카메라를 포함하고, 카메라 조립체는 카메라 조립체의 초점을 한정하는 대물렌즈로부터의 초점 거리를 한정한다. 본 방법은 또한, 대물렌즈와 물체 사이의 실제 거리를 광학 센서를 통해 검출하는 단계, 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터를 위한 제어 신호를 제어 유닛 - 제어 유닛은 실제 거리를 나타내는 광학 센서로부터의 신호를 수신하고, 광학 센서로부터의 수신된 신호에 기초하여 제어 신호를 발생시킴 - 을 통해 발생시키는 단계, 및 실제 거리가 초점 거리와 실질적으로 동일하게 유지되도록 대물렌즈와 물체 사이의 실제 거리를 제어하기 위해 물체에 대해 대물렌즈의 위치설정을 조절하도록 액추에이터에 제어 신호를 인가하는 단계를 포함할 수 있으며, 이미지 형성 렌즈는 액추에이터가 대물렌즈를 이동시킬 때 고정된 위치에서 유지된다.

본 개시 내용의 하나 이상의 실시예의 상세 사항이 첨부 도면 및 이하의 설명에 기재되어 있다. 예와 관련된 다른 특징, 목적 및 이점들은 설명 및 도면 그리고 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 하나 이상의 태양을 구현할 수 있는 웨브-기반 제조 시스템의 일부분을 도시하는 개념도.
도 2는 본 발명과 일치하는 검사 장치를 도시하는 블록도.
도 3은 웨브 재료에 대한 대물렌즈의 위치설정을 도시하는 개념도.
도 4는 실시간으로 (웨브 재료와 같은) 물체까지의 실제 거리를 검출하도록 구성될 수 있는 광학 센서를 도시하는 개념도.
도 5는 본 발명과 일치하는 카메라 조립체를 도시하는 단면 개념도.
도 6은 본 발명과 일치하는 기술을 도시하는 흐름도.

본 개시 내용은 웨브 재료 상의 특징부의 고해상도 검사를 위한 자동화된 검사 시스템, 장치 및 기술을 설명한다. 이 기술은 미세복제된 구조물 및 미세접촉 인쇄에 의해 생성된 것들과 같은 미세인쇄된 구조물을 포함하는, 마이크로미터-크기 규모의 미세구조물을 포함하도록 제조되는 웨브 재료의 고해상도 검사에 특히 유용할 수 있다. 게다가, 이 기술은 컨베이어 상의 물체의 마이크로미터-크기의 검사를 위해 또한 사용될 수 있다. 이러한 마이크로미터-크기 규모에서, 이미지-기반 검사는 이미지의 자동화된 검사 또는 수동 검사 어느 쪽에 대해서도 그러한 검사를 용이하게 할 수 있는 이미지를 제공하기 위하여 고해상도 광학계 및 고해상도 카메라 장비를 필요로 할 수 있다. 그러나, 고해상도 카메라 조립체는 전형적으로 또한 매우 작은 초점 공차를 한정한다. 예를 들어, 대략 1 마이크로미터 미만의 해상도를 한정하는 카메라 조립체는 또한 대략 2 마이크로미터 미만의 초점 공차를 한정할 수 있다. 이 경우, 카메라 조립체에 의해 제공되는 이미지가 초점이 맞는 상태에 있는 것을 보장하기 위하여, 물체는 카메라 조립체의 초점에 대응하는 거리에, 예컨대 그 초점 거리의 +/- 2 마이크로미터의 범위 내에 정밀하게 위치되어야만 한다.

웨브 제조 공정은 전형적으로 연속 이송 제조 시스템을 이용하고, 흔히 롤러, 캐스팅 휠, 풀리, 기어, 풀 롤러, 아이들러 롤러 등과 같은 하나 이상의 모터-구동식 또는 웨브-구동식 회전형 기계적 구성요소를 포함한다. 웨브 제조를 실시하는 시스템은 모터와 결합하고 웨브를 미리 정해진 속도로 그리고/또는 미리 정해진 힘으로 구동하도록 제어 신호를 출력하는 전자 제어기를 포함할 수 있다. 웨브 재료는 웨브 상에서 코팅되거나, 압출되거나, 연신되거나, 성형되거나, 미세복제되거나, 처리되거나, 연마되거나, 또는 달리 처리될 수 있다. 다시, 웨브 재료는 일반적으로 웨브 횡단 방향으로 고정된 치수를 갖고 웨브 하류측 방향으로 미리 정해진 또는 정해지지 않은 길이를 갖는 임의의 시트형 재료를 말하며, 웨브 재료의 예는 금속, 종이, 직조 재료, 부직 재료, 유리, 중합체 필름, 광학 필름, 가요성 회로, 미세복제된 구조물, 현미침(microneedle), 미세접촉 인쇄된 웨브, 테이프, 및 이들의 조합을 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 이들 재료 대부분은 제조 공정에서의 결함을 식별하기 위하여 검사를 필요로 한다. 카메라-기반 시스템 및 이미지 분석을 사용하는 자동화된 검사가 그러한 시스템에서 매우 바람직하며, 본 발명의 기술은 특히 고해상도에서의 자동화된 검사를 개선한다.

웨브 재료의 자동화된 웨브-기반 검사는 고해상도 이미지화와 관련된 엄격한 공차로 인해 고해상도 검사에 대해 특히 난제일 수 있다. 예를 들어, 웨브 떨림은 웨브 재료를 소위 "z-축"을 따라 상하로 이동하게 할 수 있고, 이러한 웨브 떨림은 대략 200 마이크로미터 정도의 이동을 야기할 수 있다. 웨브의 대체로 일정한 운동에 의해, 웨브 떨림은 고해상도 카메라 조립체가 초점이 맞지 않게 할 수 있다. 본 개시 내용은 그러한 웨브 떨림을 보상할 수 있고 카메라 조립체가 웨브 재료에 대해 초점이 맞는 상태로 유지되는 것을 보장할 수 있는 장치, 기술 및 시스템을 설명한다. 게다가, 이 기술은 웨브 상에서 직면할 수 있는 헐렁한 웨브, 헐렁함, 찌그러짐, 런 아웃(run out), 컬(curl), 및 가능하게는 심지어 장력-유도 주름 또는 평탄함 문제와 같은 것들을 또한 보상할 수 있다. 일반적으로, 어떠한 이유 때문에 야기되는 이미지화된 물체의 어떠한 "평면외(out of plane)" 결함이 본 발명의 교시로부터 이득을 얻을 수 있을 것이다. 이미지화는 카메라 조립체를 통과함에 따라 이미지화될 수 있는 웨브, 컨베이어 상의 물체 또는 임의의 다른 물체에 대하여 발생할 수 있다.

이미지화되고 있는 물체 또는 웨브의 웨브 떨림 또는 임의의 다른 웨브 이동 또는 변화에 대한 그러한 보상을 달성하기 위하여, 웨브 재료(또는 다른 물체)의 z-축 운동의 광학적 검출이 실시간으로 측정될 수 있고, 웨브 재료의 z-축 운동의 그러한 광학적 검출은 카메라 조립체의 광학 구성요소의 위치설정을 조절하기 위하여 압전 액추에이터를 구동하는 데 이용될 수 있다. 이러한 방식으로, 카메라 조립체는 일정하고 연속적인 피드-백 루프로 조절될 수 있어 카메라 조립체의 대물렌즈와 웨브 재료 사이의 거리가 초점 공차 내의 초점 거리에서 유지될 수 있다. 또한, 카메라 조립체의 대물렌즈와 웨브 재료 사이의 거리의 조절을 용이하게 하고/하거나 단순화하기 위하여, 압전 액추에이터는 대물렌즈만을 이동시키는 데 사용되고 카메라 조립체의 다른 더욱 부피가 큰 광학 구성요소를 이동시키는 데 사용되지 않을 수 있다. 따라서, (카메라뿐만 아니라) 카메라 조립체의 이미지 형성 렌즈는 액추에이터가 대물렌즈를 이동시킬 때 고정된 위치에서 유지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나 이상의 태양을 구현할 수 있는 예시적인 웨브-기반 제조 시스템(10)의 일부분을 도시하는 개념도이다. 시스템(10)이 본 발명의 특징부를 설명하는 데 사용될 것이지만, 개별 물체들을 처리하기 위해 사용되는 컨베이어 시스템 또는 다른 시스템이 본 명세서에서의 교시로부터 이익을 또한 얻을 수 있다.

시스템(10)은 웨브 하류측 차원 및 웨브 횡단 차원을 한정하는 긴 시트형 형상 인자(form factor)를 포함할 수 있는 웨브 재료(12)를 포함한다. z-차원은 "z-축"으로 표기되고 웨브 하류측 차원 및 웨브 횡단 차원에 직교한다. 본 발명의 기술은 구체적으로, 도 1에 도시된 z-축을 따른 z-차원으로의 떨림을 다루기 위하여 이미지화 시스템을 보상할 수 있다.

시스템(10)은 웨브 시스템을 통해 웨브 재료(12)를 이송하는 하나 이상의 웨브-안내 요소(14)를 포함할 수 있다. 웨브-안내 요소(14)는 일반적으로 롤러, 캐스팅 휠, 에어 베어링, 풀리, 기어, 풀 롤러, 압출기, 기어 펌프 등과 같은 매우 다양한 기계적 구성요소를 의미할 수 있다.

제조 공정 동안 웨브 재료(12)를 검사하기 위하여, 시스템(10)은 본 발명과 일치하는 검사 장치(16)를 포함할 수 있다. 특히, 검사 장치(16)는 웨브 재료(12)와 관련된 광을 포착하고 시준하는 대물렌즈(20), 시준된 광에 기초하여 웨브 재료(12)의 이미지를 형성하는 이미지 형성 렌즈(22), 및 웨브 재료(12)의 검사를 위한 이미지를 제공하는 카메라(24)를 포함하는 카메라 조립체(18)를 포함할 수 있고, 카메라 조립체(18)는 카메라 조립체(18)의 초점을 한정하는 대물렌즈(20)로부터의 초점 거리를 한정한다. 카메라 조립체(18)의 초점 거리는 대물렌즈(18)가 이미지화되고 있는 물체에 대해 조립체(18)를 위한 초점을 한정할 수 있는 한 대물렌즈(18)의 초점 거리와 동일할 수 있다. 카메라 조립체(18)는 또한 미러, 도파관, 필터 등과 같은 매우 다양한 다른 광학 요소를 포함할 수 있다. 광학 센서(26)로부터의 광을 필터링 제거하기 위하여 이미지 형성 렌즈(22)의 출력을 필터링하도록 필터(23)가 위치될 수 있다. 이 경우, 광학 센서(26)에 의해 사용되는 광의 파장은 필터(23)에 의해 차단되는 광의 파장에 대응할 수 있으며, 이는 광학 센서(26)로부터의 미광(stray light)의 존재로 인한 이미지화 공정에서의 아티팩트(artifact)를 피할 수 있다.

시스템(10)에서, 광학 센서(26)는 대물렌즈(20)와 웨브 재료(12) 사이의 z-차원으로의(예컨대, 도 1에 표기된 z-축을 따른) 실제 거리를 검출하도록 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 광학 센서(26)는 z-차원에 따른 웨브 떨림을 측정할 수 있다. 광학 센서(26)는 실제 거리를 나타내는 신호를 제어 유닛(28)으로 발생시킬 수 있으며, 제어 유닛은 이어서 액추에이터(30)를 위한 제어 신호를 발생시킬 수 있다. 액추에이터(30)는 웨브 재료(12)에 대한 대물렌즈(20)의 위치설정을 제어하여 z-차원으로의 대물렌즈(20)와 웨브 재료(12) 사이의 실제 거리를 제어하는 압전 결정 액추에이터를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)은 실제 거리가 실시간으로 측정되고, z-차원으로의 실제 거리가 카메라 조립체(18)와 관련된 초점 거리와 실질적으로 동일하게 유지되도록 실시간으로 조절되는 피드백 루프를 형성할 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 액추에이터(30)는 보이스 코일 액추에이터, 선형 모터, 자기 변형(magnetostrictive) 액추에이터, 또는 다른 유형의 액추에이터를 포함할 수 있다.

대물렌즈(20)는 단일 대물렌즈를 포함할 수 있거나, 대물렌즈(20)를 집합적으로 형성하는 제1 복수의 렌즈들을 포함할 수 있다. 유사하게, 이미지 형성 렌즈(22)는 단일 렌즈를 포함할 수 있거나, 이미지 형성 렌즈(22)를 집합적으로 한정하는 제2 복수의 렌즈들을 포함할 수 있다. 일례에서, 이미지 형성 렌즈(22)는 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 튜브 렌즈를 집합적으로 한정하는 제2 복수의 렌즈들을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 액추에이터(30)는 카메라 조립체(18)의 다른 구성요소들을 이동시키지 않고서 대물렌즈(20)를 이동시키기 위하여 대물렌즈(20)에 결합될 수 있다. 이는 빠른 응답 시간을 보장하는 것을 도울 수 있고 시스템(10)을 단순화하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(30)가 압전 결정인 경우, 액추에이터(30)에 의해 이동가능한 하중을 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 대물렌즈(20)의 중량은 전체 카메라 조립체(18)의 중량의 1/10 미만일 수 있다. 예를 들어, 대물렌즈(20)의 중량은 0.455 kg 미만(1 파운드 미만)일 수 있고, 카메라 조립체(18)의 중량은 2.27 kg 초과(5 파운드 초과)일 수 있다. 하나의 특정 예에서, 대물렌즈(20)의 중량은 0.227 kg(0.5 파운드)일 수 있고, 카메라 조립체(18)의 중량은 4.545 kg(10 파운드)일 수 있다.

대물렌즈(20)를 빠져나온 광이 시준된 광이기 때문에, 대물렌즈(20)와 이미지 형성 렌즈(22) 사이의 거리는 카메라 조립체(18)의 초점에 악영향을 미치지 않고 변할 수 있다. 그러나, 동시에, 대물렌즈(20)의 이동은 웨브 재료(12)의 약간의 이동(예컨대, 떨림)을 고려하기 위하여 웨브 재료(12)에 대해 카메라 조립체(18)의 초점을 맞추는 데 사용될 수 있다. 따라서, 액추에이터(30)가 카메라 조립체(18)의 다른 구성요소들을 이동시키지 않고서 대물렌즈(20)를 이동시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 이미지 형성 렌즈(22) 및 카메라(24)는 액추에이터(30)가 대물렌즈(20)를 이동시킬 때 고정된 위치에서 유지된다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 기술은 웨브 재료의 고해상도 이미지화에 대해 특히 유용할 수 있다. 일부 경우, 웨브 재료(12)는 검사 장치(16)를 지나서 이동하고 25 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 떨림 거리로 떨린다. 검사 장치(16)는 웨브 재료(16)에 대해 위치될 수 있고, 대물렌즈(20)는 실시간으로 제어되어, 시간에 걸쳐 변할 수 있는 떨림 거리를 보상하도록 대물렌즈(20)의 위치설정을 제어하는 액추에이터(30)에 기인하여 카메라 조립체(18)가 웨브 재료(12) 상에서 실질적으로 초점이 맞는 상태로 유지되는 것을 보장할 수 있다. 카메라 조립체(18)는 대략 2 마이크로미터 미만의 해상도를 한정할 수 있고, 카메라 조립체(18)의 초점과 관련된 대물렌즈(20)로부터의 초점 거리는 대략 10 마이크로미터 미만의 초점 공차를 한정할 수 있다. 이들 엄격한 공차에서도, 액추에이터(30)(예컨대, 압전 결정 액추에이터의 형태임)는 z-차원으로의 실제 거리가 초점 공차 내에서 초점 거리와 동일하게 유지되도록 z-차원으로의 대물렌즈(20)와 웨브 재료(12) 사이의 실제 거리를 조절할 수 있다. 일부 경우, 카메라 조립체(18)의 해상도는 대략 1 마이크로미터 미만일 수 있고, 카메라 조립체(18)의 초점 거리는 대략 2 마이크로미터 미만일 수 있지만, 기재된 시스템은 여전히 초점이 맞는 이미지화를 보장하기에 충분한 실시간 조절을 달성할 수 있다.

x-축 떨림을 실시간으로 적절히 측정하기 위하여, 광학 센서(26)는 센서 광으로 웨브 재료(12)를 조명하고, 센서 광의 반사를 검출하고, 센서 광의 반사의 측방향 위치설정에 기초하여 z-차원으로의(즉, z-축에 따른) 실제 거리를 결정할 수 있다. 광학 센서(26)는 z-차원에 대하여 예각을 한정하도록 센서 광이 웨브 재료(12)로 지향되게 z-차원에 대하여 비-직교 위치에 위치될 수 있다. 광학 센서(26)의 추가적인 상세 사항이 이하에서 개괄된다.

도 2는 본 발명과 일치하는 검사 장치(16)의 일례를 도시하는 블록도이다. 도시된 바와 같이, 검사 장치(16)는 검사되고 있는 물체와 관련된 광을 포착하고 시준하는 대물렌즈(20), 시준된 광에 기초하여 물체의 이미지를 형성하는 이미지 형성 렌즈(22), 및 물체의 검사를 위한 이미지를 제공하는 카메라(24)를 포함하는 카메라 조립체(18)를 포함한다. 전술된 바와 같이, 카메라 조립체(18)는 카메라 조립체(18)의 초점을 한정하는 대물렌즈(20)로부터의 초점 거리를 한정할 수 있다.

광학 센서(26)는 대물렌즈(20)와 물체(이는 위에서 개괄된 바와 같은 컨베이어 상의 개별 물체 또는 웨브 재료일 수 있음) 사이의 실제 거리를 검출하도록 위치된다. 액추에이터(30)가 대물렌즈(20)의 위치설정을 제어하여 대물렌즈(20)와 물체 사이의 실제 거리를 제어한다. 제어 유닛(28)은 실제 거리를 나타내는 광학 센서(26)로부터의 신호를 수신하고, 실제 거리가 초점 거리와 실질적으로 동일하게 유지되도록 실제 거리를 조절하기 위해 액추에이터(30)를 위한 제어 신호를 발생시킨다. 또한, 제어 유닛(28)이 컴퓨터인 경우, 제어 유닛(28)은 또한 이미지화되고 있는 물체 또는 물체들의 잠재적인 결함에 대하여 카메라 조립체(18)에 의해 제공되는 이미지를 분석하기 위하여 하나 이상의 이미지 분석 프로토콜 또는 기술을 실행할 수 있다.

제어 유닛(28)은 액추에이터를 위한 아날로그 제어기를 포함할 수 있거나, 다른 예에서 광범위한 컴퓨터 또는 프로세서 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 제어 유닛(28)이 컴퓨터로서 구현되는 경우, 이는 또한, 메모리, 입력 및 출력 장치, 및 임의의 다른 컴퓨터 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제어 유닛(28)은 범용 마이크로프로세서와 같은 프로세서, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable logic array) 또는 다른 등가의 집적 또는 개별 로직 회로를 포함할 수 있다. 소프트웨어는 메모리(또는 다른 컴퓨터-판독가능한 매체)에 저장될 수 있고, 본 발명의 자동초점 기술뿐만 아니라 물체 결함을 식별하기 위한 임의의 이미지 분석을 수행하도록 프로세서 내에서 실행될 수 있다.

카메라 조립체(18)가 초점이 맞은 상태로 유지되는 것을 보장하도록 액추에이터(30)가 대물렌즈(20)의 위치에 대한 적절한 실시간 조절을 제공할 수 있는 것을 보장하기 위하여, 광학 센서(26)가 카메라(24)의 이미지 포착 속도보다 더 높은 주파수로 작동하는 것을 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 광학 센서(26)가 대물렌즈(20)와 이미지화되고 있는 물체 사이의 실제 거리를 측정하는 속도는 카메라(24)의 이미지 포착 속도보다 더 클 수 있다. 또한, 광학 센서(26)에 의한 임의의 측정과 액추에이터(30)를 통한 대물렌즈(20)의 위치에 대한 대응하는 조절 사이의 응답 시간은 카메라(24)에 의해 포착되는 2개의 연속적인 이미지들 사이의 시간 간격보다 더 작을 수 있다. 이러한 방식으로, 카메라 조립체(18)가, 본 명세서에서 개괄되는 바와 같은 웨브 재료 또는 가능하게는 컨베이어 상에서 카메라 조립체(18)를 지나가는 개별 물체들을 포함할 수 있는 이미지화되고 있는 물체 상에 초점이 맞는 상태로 유지되는 것을 보장하도록 실시간 응답성이 보장될 수 있다.

도 3은 대물렌즈(20)가 웨브 재료(12)에 대해 위치되는 일례를 도시하는 개념도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 웨브 재료(12)는 시스템의 롤러(14) 또는 다른 기계적 구성요소를 지나감에 따라 떨릴 수 있다. 실제로, 웨브 재료(12)가 검사 장치(도 3에 도시되지 않음)의 대물렌즈(20)를 지나서 이동하고, 25 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터일 수 있는 떨림 거리에 걸쳐서 떨릴 수 있다. 다시 말하면, 도 3에 도시된 "떨림의 범위"는 25 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터일 수 있다. 웨브 재료 대신에 컨베이어를 사용하고 컨베이어 상의 개별 물체를 검사하는 시스템에서, 떨림 거리는 마찬가지로 25 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 범위일 수 있다. 이러한 떨림 범위라면, 대물렌즈(20)와 웨브 재료(12) 사이의 실제 거리(도 3에 도시됨)는 소정 거리 범위에 걸쳐서 변할 수 있다. 그러나, 액추에이터(30)를 통해 대물렌즈(20)의 위치설정을 조절함으로써, 검사 장치는 웨브 재료(12)에 대해 더욱 정밀하게 위치될 수 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 대물렌즈(20)는 떨림의 범위에 걸쳐서 떨림 거리를 보상하도록 대물렌즈(20)의 위치설정을 제어하는 액추에이터(30)로 인해 웨브 재료 상에서 실질적으로 초점이 맞는 상태로 유지될 수 있다. 언급된 바와 같이, 초점 거리(및 초점 공차)는 아주 민감하고 떨림의 범위 내에 있지 않을 수 있기 때문에, 고해상도 이미지화는 그러한 기술로부터 이득을 얻을 수 있다. 예로서, 대략 2 마이크로미터 미만의 해상도를 한정하는 카메라 조립체는 대략 10 마이크로미터 미만의 초점 공차를 갖는 대물렌즈(20)로부터의 초점 거리를 한정할 수 있다. 이 경우에, 액추에이터(30)는 실제 거리가 초점 공차 내에서 초점 거리와 동일하게 유지되도록 실제 거리를 조절할 수 있다. 대략 1 마이크로미터 미만의 해상도를 갖는 카메라에 대하여, 초점 공차는 대략 2 마이크로미터 미만일 수 있고, 이들 경우에서도 본 발명의 기술은 실시간으로 대물렌즈(20)의 조절을 수용할 수 있다.

일반적으로, 200 마이크로미터 정도의 웨브 떨림은, 10 마이크로미터 정도의 피사계 심도(depth of field)(즉, 초점 길이 공차)를 한정할 수 있는 2 마이크로미터 해상도 이미지화 렌즈의 피사계 심도보다 훨씬 더 크다. 그러한 경우, 본 발명의 자동초점 기술은 아주 유용할 수 있다. 또한, 일부 경우에, 본 발명의 기술은 또한 웨브 평면의 비교적 저주파수 응답 또는 "거친" 조절을 본 명세서에서 설명된 바와 같은 카메라 조립체의 보다 높은 주파수 응답과 조합할 수 있다.

일례에서, 액추에이터(30)는 나노모션 인코포레이티드(Nanomotion Incorporated)로부터 입수가능한 "PZT 렌즈 드라이버"를 포함할 수 있다. 내셔널 인스트루먼츠 코포레이션(National Instruments Corporation)으로부터 입수가능한 랩뷰(Labview) 움직임 제어 카드가, 광학 센서(26)로부터의 정보를 처리하기 위하여, 그리고 자동초점을 위해 대물렌즈(20)를 이동시키도록 액추에이터(30)에 제어 신호를 보내기 위하여 제어 유닛(28)(도 1 참조)에 사용될 수 있다. 카메라 조립체(18)의 광학 시스템은 대물렌즈와 튜브 렌즈를 갖는 무한 공역(infinity conjugated) 디자인을 이용할 수 있으며, 여기서 대물렌즈만이 자동초점을 위하여 액추에이터(30)를 통해 이동하고 튜브 렌즈는 고정된 위치에서 유지된다. 일례에서, 광학 해상도는 대략 2 마이크로미터일 수 있고 피사계 심도는 대략 10 마이크로미터일 수 있다.

도 4는 실시간으로 (웨브 재료와 같은) 물체까지의 실제 거리를 검출하도록 구성될 수 있는 광학 센서(26)의 일례를 도시하는 개념도이다. 광학 센서(26)는 또한 삼각측량 센서로서 언급될 수 있다. 도 4의 예에서, 광학 센서(26)는 물체를 센서 광으로 조명하는 광원(41), 및 물체(12)(도 4에 구체적으로 도시되지 않음)로부터 산란되는 센서 광의 반사를 검출하는 위치 감지 검출기(PSD)를 포함한다. PSD(42)는 센서 광의 반사의 측방향 위치설정에 기초하여 실제 거리를 결정한다. 산란된 광은 임의로 산란되지만, 산란된 광의 상당한 부분은 물체의 위치에 좌우되는 경로를 따라 PSD(42)로 다시 복귀될 수 있다.

광학 센서(26)의 작동을 예시하기 위하여, 물체가 위치(46)에 위치된 때, 광원(41)은 지점(43)을 통해 광을 조사하고, 광은 위치(46)에서 물체로부터 반사되어 점선(48)을 따라 지점(44)을 통해 PSD(42)로 다시 진행한다. 한편, 물체가 위치(47)에 위치된 때, 광원(41)은 유사하게 지점(43)을 통해 광을 조사하고, 광은 위치(47)에서 물체로부터 반사되지만 실선(49)을 따라 지점(44)을 통해 PSD(42)로 다시 진행한다. PSD(42)에서의 반사된 광의 측방향 운동(45)은 센서의 기하학적 형상 및 광학 구성요소에 좌우되지만, 이는 출력이 물체에 의해 경험되는 떨림에 정확하게 대응하도록 보정될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이(그리고 또한 도 1에 도시된 바와 같이), 광학 센서(26)는 센서 광이 물체의 주 표면에 대하여 예각을 한정하도록 물체로 지향되게 물체에 대하여 비-직교 위치에 위치될 수 있다. 이는 광학 센서(26)가 카메라 조립체(18)에 의해 이미지화되고 있는 정확한 지점에서의 실제 떨림을 검출하는 것을 보장하면서(도 1 참조), 또한 광학 센서(26)가 대물렌즈(20)를 막지 않는 것을 보장하기 위하여 바람직할 수 있다. 떨림은 매우 위치에 민감할 수 있고, 따라서 센서 광이 물체의 주 표면에 대하여 예각을 한정하도록 물체로 지향되게 물체에 대하여 비-직교 위치에 광학 센서(26)가 위치되는 이러한 구성이 매우 바람직할 수 있다.

비-직교 위치설정이라면, 광학 센서(26)를 보정하기 위해 간단한 삼각법이 이용될 수 있다. 특히, 직교 방향으로의 운동을 검출하도록 설계된 광학 센서라면, 광학 센서(26)가 본 발명에서 제안된 비-직교 방식으로 위치되는 경우, 물체의 실제 운동을 산출하기 위하여 삼각법이 사용될 수 있다. 광학 센서(26)를 정밀하게 보정하는 훨씬 더 쉬운 방식은 실험적이고 경험적인 데이터를 사용할 수 있다. 이러한 경우, 광학 센서(26)는 떨림 범위에 걸쳐서 실제 거리의 직접적인 측정을 통해 보정될 수 있다. 보정은 (예컨대, 위치(46) 및 위치(47)와 관련된) 양극단뿐만 아니라 위치(46)와 위치(47) 사이의 하나 이상의 중간 위치들에서 수행될 수 있다.

일례에서, 광학 센서(26)는 비교적 작은 경사 입사각(예컨대, 20도 미만)을 가능하게 할 수 있는, 대략 80 밀리미터의 긴 작동 거리를 갖는 키엔스(Keyence) LKH-087 센서를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 광학 센서로부터의 광과 웨브 재료의 표면에 의해서 한정되는 예각은 대략 70도일 수 있다. 광학 센서의 중심 이탈 위치설정은 광학 센서가 카메라 조립체(18)(도 5에 도시되지 않음)에 의해 수행되는 이미지화를 차단하거나 방해하지 않는 것을 보장할 수 있다.

도 5는 본 발명과 일치하는 예시적인 카메라 조립체(50)를 도시하는 단면 개념도이다. 카메라 조립체(50)는 카메라 조립체(18)에 대응할 수 있지만, 카메라 조립체(18)와는 달리, 필터(23)가 카메라 조립체(50)의 일부인 것으로 도시되지 않았다. 카메라 조립체(50)는 제1 복수의 렌즈들을 포함하는 대물렌즈(52), 및 제2 복수의 렌즈들을 포함하는 이미지 형성 렌즈(54)를 포함한다. 이미지 형성 렌즈(54)는 소위 "튜브 렌즈"를 포함할 수 있다. 구역(55)은 광이 시준되는, 대물렌즈(52)와 이미지 형성 렌즈(54) 사이의 구역에 대응한다. 카메라(56)는 이미지 형성 렌즈(54)로부터 출력된 이미지를 검출하여 제공할 수 있는 광검출기 요소를 포함한다. 도 5의 예에서, 카메라 조립체(50)의 개구수(numerical aperture, NA)는 0.16일 수 있고, 시야는 대략 12 밀리미터이고 이때 광학 해상도가 대략 2 마이크로미터일 수 있다. 이미지는 다양한 응용들에 대하여 조정가능할 수 있는 포착 속도로 포착될 수 있다. 예로서, 카메라(56)의 포착 속도는 영역-모드(area-mode) 카메라가 사용되는 경우에 대략 30 프레임/초일 수 있다. 다른 예로서, 라인 스캔 카메라가 사용되는 경우, 라인 스캔 카메라는 대략 100 kHz의 속도로 라인을 처리할 수 있다. 어떤 경우에서든, 본 발명은 임의의 특정 속도, 해상도 또는 포착 속도의 카메라로 반드시 제한되는 것은 아니다.

대부분의 웨브 검사 응용들에서, 웨브 속도는 분당 수 미터 정도일 수 있다. 그러한 웨브 속도에서, 웨브 떨림 진폭은 보통 200 마이크로미터 정도이고, 떨림 주파수는 보통 수십 헤르츠이다. 본 발명의 설명된 기술이 웨브 떨림 이동을 추적하기 위하여, 액추에이터(30)는 그러한 진폭 및 그러한 주파수에서 그의 하중(예컨대, 대물렌즈(52))을 구동가능할 수 있고, 이는 대물렌즈(52)의 중량에 실제적인 제한을 둘 수 있다. 큰 시야를 갖는 고해상도 이미지화 렌즈의 경우, 시야에 걸친 수차(aberration)를 정정하기 위하여 큰 렌즈 직경 및 다수의 렌즈 요소들이 요구될 수 있고, 이는 렌즈를 (수 킬로그램 정도로) 무겁게 할 수 있다. 그러나, 대부분의 압전 액추에이터는 1 kg 하중을 수 헤르츠로 이동시킬 수 있을 뿐이다. 이러한 속도 제한을 극복하기 위하여, 도 5에 도시된 카메라 조립체(50)는 무한 공역 광학 시스템 접근법을 이용한다. 렌즈 시스템은 2개의 주요 렌즈 그룹들, 즉 대물렌즈(52)(제1 그룹의 렌즈들을 포함함) 및 이미지 형성 렌즈(54)(튜브 렌즈 그룹을 형성하는 제2 그룹의 렌즈의 형태)를 포함할 수 있다. 광선은 대물렌즈와 이미지 형성 렌즈 사이의 구역(55)에서 시준된다. 대물렌즈(52)만이 압전 액추에이터(도 5에 도시되지 않음)에 의해 이동된다. 광은 구역(55)에서 시준되는데, 이는 대물렌즈(52)의 이동이 이미지 품질을 열화시키지 않는 것을 보장하는 것을 도울 수 있다. 이러한 접근법은 압전 액추에이터와 관련된 하중을 감소시킬 수 있고, 따라서 자동초점 속도를 증가시킬 수 있다. 이미지 형성 렌즈(54)는 액추에이터가 대물렌즈(52)를 이동시킬 때 고정된 위치에서 유지된다.

도 6은 본 발명과 일치하는 기술을 도시하는 흐름도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 카메라 조립체(18)는 물체의 하나 이상의 이미지를 포착한다(단계 61). 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 카메라 조립체(18)는 물체에 대하여 위치될 수 있고, 카메라 조립체(18)는 물체와 관련된 광을 포착 및 시준하는 대물렌즈(20), 시준된 광에 기초하여 물체의 이미지를 형성하는 이미지 형성 렌즈(22), 및 물체의 검사를 위한 하나 이상의 이미지를 제공하는 카메라(24)를 포함할 수 있다. 카메라 조립체(18)는 카메라 조립체(18)의 초점을 한정하는 대물렌즈(20)로부터의 초점 거리를 한정한다.

도 6의 기술에 따르면, 광학 센서(26)는 대물렌즈(20)와 물체 사이의 실제 거리를 검출한다(단계 62). 이어서, 제어 유닛(28)은 실제 거리에 기초하여 액추에이터(30)를 위한 제어 신호를 발생시킨다(단계 63). 이러한 방식으로, 제어 유닛(28)으로부터의 제어 신호는 액추에이터(30)를 통해 대물렌즈(20)의 위치설정을 제어할 수 있다. 제어 유닛(28)은 실제 거리를 나타내는 광학 센서(26)로부터의 신호를 수신하고, 광학 센서로부터의 수신된 신호에 기초하여 제어 신호를 발생시킨다. 이어서 제어 신호는 액추에이터(30)에 인가되어, 실제 거리가 초점 거리와 실질적으로 동일하게 유지되도록 대물렌즈(20)의 위치를 조절한다(단계 64). 이미지 형성 렌즈(22) 및 카메라(24)는 액추에이터(30)가 대물렌즈(20)를 이동시키거나 조절할 때 고정된 위치에서 유지된다. 공정은 매우 높은 해상도 및 엄격한 초점 거리 공차에서도 카메라 조립체(18)의 실시간 자동초점을 제공하도록 폐쇄-루프 시스템으로서 계속될 수 있다(단계 65).

위에서 개괄된 바와 같이, 본 발명의 기술은 웨브를 따라 이동하는 웨브 재료의 검사에 유용하지만, 또한 컨베이어 상에서 이동하는 개별 및 별개의 물체의 검사에 사용될 수 있다. 본 개시 내용에 설명된 구조 및 기술은 10 마이크로미터 미만의 공차 내에서 초점을 맞추는 고해상도 검사 광학계의 자동 초점 및 정확한 검사를 용이하게 할 수 있다. 설명된 자동 초점 검사 광학계는 2-차원 웨브 또는 컨베이어의 표면에 직교하는 축을 말하는 z-축으로의 소위 웨브 떨림을 보상할 수 있다. 이들 공차에서 자동 초점을 달성함으로써, 웨브 검사는 상당히 개선되어, 이에 의해 2 마이크로미터 미만 또는 심지어 1 마이크로미터 미만의 특징부를 갖는 웨브 재료와 관련된 제조 공정을 개선시킬 수 있다.

매우 큰 웨브를 검사하기 위하여, 검사 시스템에서 본 명세서에 설명된 복수의 검사 장치들을 구현하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 그러한 상황에서, 복수의 검사 장치들은 웨브의 폭의 작은 부분을 이미지화하도록 웨브에 걸쳐 엇갈린 위치들에 위치될 수 있다. 집합적으로, 큰 복수의 검사 장치들은 임의의 크기 및 임의의 폭의 웨브를 이미지화 및 검사하도록 구현될 수 있다. 웨브의 폭 및 각각의 검사 장치의 시야가 임의의 주어진 검사 시스템에 요구되는 검사 장치들의 개수에 영향을 끼칠 것이다.

검사될 웨브 재료(12)의 표면의 직접 조사에 중점을 두어 예시적인 실시예들이 설명되었지만, 일부 예시적인 실시예들에서, 특히 패턴 내에서 결손 또는 파손과 같은 결함을 잡는 것이 목적일 때, 후방 조명(예컨대, 웨브 후방으로부터의 조명)을 채용하는 것이 바람직할 수 있다. 고해상도 웨브 검사가 요구되는 경우, 후방 조명 계획안은 바람직하게는 동일한 세기로 검사 시야 내의 모든 지점을 조명하여야 한다.

하나의 예시적인 후방 조명 계획안이 본 발명과 관련하여 성공적으로 사용되었으며, 계획안은 2개의 주요 디자인 고려 사항을 가졌다. 제1 고려 사항은 후방 조명 광원으로부터 나온 광선이 검사 광학 시스템을 통과하여 카메라에 도달할 수 있는 것을 보장하기 위하여 대물렌즈의 입사동(entrance pupil)에 후방 조명 광원의 초점을 맞추는 것이었다. 제2 고려 사항은 광원의 모든 지점이 대물렌즈의 시야 내부의 모든 샘플을 조명하게 하는 것이었다. 제1 디자인 고려 사항을 달성하기 위하여, 검사 렌즈의 입사동 상으로 광원을 전달하기 위해 한 쌍의 렌즈가 사용되었다. 제2 디자인 고려 사항을 달성하기 위하여, 샘플이 조사 시스템의 광학계 트레인의 개구에 위치되었다.

더욱 구체적으로, 일루미네이션 테크놀로지(Illumination Technology)(미국 뉴욕주 엘브리지 소재)로부터 IT-3900으로 구매가능한 광원이 적합한 것으로 밝혀졌다. 쏘르랩스, 인크.(Thorlabs, Inc.)(미국 뉴저지주 뉴턴 소재)로부터 LA1422-A 및 LA1608-A로서 구매가능한 릴레이 렌즈가 또한 본 발명에 사용하기에 적합한 후방 조명 계획안을 제공하기에 적합한 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었다. 이들 및 다른 실시예가 이하의 특허청구범위의 범주 내에 속한다.

Claims

검사 장치로서,
검사되는 물체와 관련된 광을 포착하고 시준하는 대물렌즈, 시준된 광에 기초하여 물체의 이미지를 형성하는 이미지 형성 렌즈, 및 물체의 검사를 위한 이미지를 제공하는 카메라를 포함하는 카메라 조립체 - 카메라 조립체는 카메라 조립체의 초점을 한정하는 대물렌즈로부터의 초점 거리를 한정함 - ;
대물렌즈와 물체 사이의 실제 거리를 검출하도록 위치된 광학 센서;
대물렌즈와 물체 사이의 실제 거리를 제어하도록 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터 - 이미지 형성 렌즈는 액추에이터가 대물렌즈를 이동시킬 때 고정된 위치에서 유지됨 - ; 및
실제 거리를 나타내는 광학 센서로부터의 신호를 수신하고, 실제 거리가 초점 거리와 실질적으로 동일하게 유지되도록 실제 거리를 조절하기 위해 액추에이터를 위한 제어 신호를 발생시키는 제어 유닛을 포함하는 검사 장치.
제1항에 있어서,
물체는 검사 장치를 지나서 이동하고 25 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 떨림(flutter) 거리로 떨리는 웨브(web) 재료를 포함하고,
검사 장치는 웨브 재료에 대하여 위치되고, 떨림 거리를 보상하도록 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터로 인해 웨브 재료 상에서 실질적으로 초점이 맞는 상태로 유지되는 검사 장치.
제1항에 있어서,
물체는 검사 장치를 지나 이동하고 25 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 떨림 거리로 떨리는 컨베이어 상의 물품을 포함하고,
검사 장치는 컨베이어 상의 물품에 대하여 위치되고, 떨림 거리를 보상하도록 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터로 인해 물품 상에서 실질적으로 초점이 맞는 상태로 유지되는 검사 장치.
제1항에 있어서, 대물렌즈는 집합적으로 대물렌즈를 한정하는 제1 복수의 렌즈들을 포함하고, 이미지 형성 렌즈는 집합적으로 튜브 렌즈를 한정하는 제2 복수의 렌즈들을 포함하는 검사 장치.
제1항에 있어서, 카메라 조립체는 대략 2 마이크로미터 미만의 해상도를 한정하고, 초점 거리는 대략 10 마이크로미터 미만의 초점 공차를 한정하며, 액추에이터는 실제 거리가 초점 공차 내에서 초점 거리와 동일하게 유지되도록 실제 거리를 조절하는 검사 장치.
제5항에 있어서, 카메라 조립체의 해상도는 대략 1 마이크로미터 미만이고, 카메라 조립체의 초점 공차는 대략 2 마이크로미터 미만인 검사 장치.
제1항에 있어서, 광학 센서는 센서 광으로 물체를 조명하고, 센서 광의 반사를 검출하며, 센서 광의 반사의 측방향 위치설정에 기초하여 실제 거리를 결정하는 검사 장치.
제7항에 있어서, 광학 센서는 센서 광이 물체의 주 표면(major surface)에 대하여 예각을 한정하도록 물체로 지향되게 물체에 대하여 비-직교 위치에 위치되는 검사 장치.
제1항에 있어서, 액추에이터는 압전 액추에이터를 포함하는 검사 장치.
제1항에 있어서, 대물렌즈의 중량은 카메라 조립체의 중량의 1/10 미만인 검사 장치.
제10항에 있어서, 대물렌즈의 중량은 0.455 ㎏(1 파운드) 미만인 검사 장치.
웨브 시스템으로서,
웨브 하류측 차원(down-web dimension) 및 웨브 횡단(cross-web) 차원을 한정하는 웨브 재료 - z-차원은 웨브 하류측 차원 및 웨브 횡단 차원에 직교함 - ;
웨브 시스템을 통해 웨브 재료를 이송하는 하나 이상의 웨브-안내 요소; 및
검사 장치를 포함하고,
검사 장치는,
웨브 재료와 관련된 광을 포착하고 시준하는 대물렌즈, 시준된 광에 기초하여 웨브 재료의 이미지를 형성하는 이미지 형성 렌즈, 및 웨브 재료의 검사를 위한 이미지를 제공하는 카메라를 포함하는 카메라 조립체 - 카메라 조립체는 카메라 조립체의 초점을 한정하는 대물렌즈로부터의 초점 거리를 한정함 - ;
대물렌즈와 웨브 재료 사이에서 z-차원으로의 실제 거리를 검출하도록 위치된 광학 센서;
z-차원으로의 대물렌즈와 웨브 재료 사이의 실제 거리를 제어하도록 웨브 재료에 대하여 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터 - 이미지 형성 렌즈는 액추에이터가 대물렌즈를 이동시킬 때 고정된 위치에서 유지됨 - ; 및
z-차원으로의 실제 거리를 나타내는 광학 센서로부터의 신호를 수신하고, z-차원으로의 실제 거리가 초점 거리와 실질적으로 동일하게 유지되도록 z-차원으로의 실제 거리를 조절하기 위해 액추에이터를 위한 제어 신호를 발생시키는 제어 유닛을 포함하는 웨브 시스템.
제12항에 있어서,
웨브 재료는 검사 장치를 지나서 이동하고 25 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 떨림 거리로 떨리며,
검사 장치는 웨브 재료에 대하여 위치설정되고, 떨림 거리를 보상하도록 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터로 인해 웨브 재료 상에서 실질적으로 초점이 맞는 상태로 유지되는 웨브 시스템.
제12항에 있어서, 대물렌즈는 집합적으로 대물렌즈를 한정하는 제1 복수의 렌즈들을 포함하고, 이미지 형성 렌즈는 집합적으로 튜브 렌즈를 한정하는 제2 복수의 렌즈들을 포함하는 웨브 시스템.
제12항에 있어서, 카메라 조립체는 대략 2 마이크로미터 미만의 해상도를 한정하고, 초점 거리는 대략 10 마이크로미터 미만의 초점 공차를 한정하며, 액추에이터는 z-차원으로의 실제 거리가 초점 공차 내에서 초점 거리와 동일하게 유지하도록 z-차원으로의 실제 거리를 조절하는 웨브 시스템.
제15항에 있어서, 카메라 조립체의 해상도는 대략 1 마이크로미터 미만이고, 카메라 조립체의 초점 공차는 대략 2 마이크로미터 미만인 웨브 시스템.
제12항에 있어서, 광학 센서는 센서 광으로 웨브 재료를 조명하고, 센서 광의 반사를 검출하며, 센서 광의 반사의 측방향 위치설정에 기초하여 z-차원으로의 실제 거리를 결정하는 웨브 시스템.
제17항에 있어서, 광학 센서는 센서 광이 z-차원에 대하여 예각을 한정하도록 웨브 재료로 지향되게 z-차원에 대하여 비-직교 위치에 위치되는 웨브 시스템.
제12항에 있어서, 액추에이터는 압전 액추에이터를 포함하는 웨브 시스템.
제12항에 있어서, 대물렌즈의 중량은 카메라 조립체의 중량의 1/10 미만인 웨브 시스템.
제20항에 있어서, 대물렌즈의 중량은 0.455 ㎏(1 파운드) 미만인 웨브 시스템.
물체에 대하여 위치된 카메라 조립체 - 카메라 조립체는 물체와 관련된 광을 포착 및 시준하는 대물렌즈, 시준된 광에 기초하여 물체의 이미지를 형성하는 이미지 형성 렌즈, 및 물체의 검사를 위한 하나 이상의 이미지를 제공하는 카메라를 포함하고, 카메라 조립체는 카메라 조립체의 초점을 한정하는 대물렌즈로부터의 초점 거리를 한정함 - 를 통해 물체의 하나 이상의 이미지를 포착하는 단계;
대물렌즈와 물체 사이의 실제 거리를 광학 센서를 통해 검출하는 단계;
대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터를 위한 제어 신호를 제어 유닛 - 제어 유닛은 실제 거리를 나타내는 광학 센서로부터의 신호를 수신하고, 광학 센서로부터의 수신된 신호에 기초하여 제어 신호를 발생시킴 - 을 통해 발생시키는 단계; 및
실제 거리가 초점 거리와 실질적으로 동일하게 유지되도록 대물렌즈와 물체 사이의 실제 거리를 제어하기 위해 물체에 대해 대물렌즈의 위치설정을 조절하도록 액추에이터에 제어 신호를 인가하는 단계를 포함하고,
이미지 형성 렌즈는 액추에이터가 대물렌즈를 이동시킬 때 고정된 위치에서 유지되는 방법.
제22항에 있어서,
물체는 검사 장치를 지나서 이동하고 25 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 떨림 거리로 떨리는 웨브 재료를 포함하고,
검사 장치는 웨브 재료에 대하여 위치되고, 떨림 거리를 보상하도록 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터로 인해 웨브 재료 상에서 실질적으로 초점이 맞는 상태로 유지되는 방법.
제22항에 있어서,
물체는 검사 장치를 지나 이동하고 25 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터의 떨림 거리로 떨리는 컨베이어 상의 물품을 포함하고,
검사 장치는 컨베이어 상의 물품에 대하여 위치되고, 떨림 거리를 보상하도록 대물렌즈의 위치설정을 제어하는 액추에이터로 인해 물품 상에서 실질적으로 초점이 맞는 상태로 유지되는 방법.
제22항에 있어서, 대물렌즈는 집합적으로 대물렌즈를 한정하는 제1 복수의 렌즈들을 포함하고, 이미지 형성 렌즈는 집합적으로 튜브 렌즈를 한정하는 제2 복수의 렌즈들을 포함하는 방법.
제22항에 있어서, 카메라 조립체는 대략 2 마이크로미터 미만의 해상도를 한정하고, 초점 거리는 대략 10 마이크로미터 미만의 초점 공차를 한정하며,
상기 방법은 실제 거리가 초점 공차 내에서 초점 거리와 동일하게 유지되도록 실제 거리를 액추에이터를 통해 조절하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 카메라 조립체의 해상도는 대략 1 마이크로미터 미만이고, 카메라 조립체의 초점 공차는 대략 2 마이크로미터 미만인 방법.
제22항에 있어서,
광학 센서를 통해 센서 광으로 물체를 조명하는 단계;
광학 센서를 통해 센서 광의 반사를 검출하는 단계; 및
센서 광의 반사의 측방향 위치설정에 기초하여 실제 거리를 검출하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제22항에 있어서, 광학 센서는 센서 광이 물체의 주 표면에 대하여 예각을 한정하도록 물체로 지향되게 물체에 대하여 비-직교 위치에 위치되는 방법.
제22항에 있어서, 액추에이터는 압전 액추에이터를 포함하는 방법.
제22항에 있어서, 대물렌즈의 중량은 카메라 조립체의 중량의 1/10 미만인 방법.
제31항에 있어서, 대물렌즈의 중량은 0.455 ㎏(1 파운드) 미만인 방법.