KR20130064479A - 피검체 검사용 렌즈 장치 및 이를 구비한 머신 비전 시스템 - Google Patents

피검체 검사용 렌즈 장치 및 이를 구비한 머신 비전 시스템 Download PDF

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KR20130064479A
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정경식
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Abstract

본 발명은 피검체에서 반사된 빛을 수광하여 결상된 이미지를 통해 양품 여부를 판단하는 피검체 검사용 렌즈 장치로서, 제1 색상의 빛을 설계 기준파장으로 하며 조리개를 중심으로 대칭 구조를 이루는 제1 렌즈군과 제2 렌즈군, 및 제1 렌즈군의 물체측에 배치되는 컨버터 렌즈군을 포함하며, 컨버터 렌즈는 렌즈 장치의 배율을 변경하는 제1 컨버팅 동작, 및 피검체에 조사되는 빛의 색상 변화에 대응하여 렌즈 장치의 설계 기준파장을 변경시키는 제2 컨버팅 동작 중 적어도 하나의 컨버팅 동작을 수행하는 피검체 검사용 렌즈 장치와 이를 구비한 머신 비전 시스템에 관한 것이다.

Description

피검체 검사용 렌즈 장치 및 이를 구비한 머신 비전 시스템{Lens apparatus for inspecting object and machine vision system using the same}
본 발명은 피검체 검사용 렌즈 장치 및 이를 구비한 머신 비전 시스템에 관한 것이다.
인쇄회로기판(PCB)은 전자부품을 전기적으로 연결하고 전원 등을 공급하는 배선의 역할과 전자부품을 기계적으로 고정시켜주는 역할을 하는 전자부품이다. COF(chip on film), TAB(tape automatic bonding), BOC(board on chip) 등도 PCB의 일종이다. 이와 같은 COF, TAB, BOC, 또는 디스플레이 등의 각종 연성(flexible) 또는 강성(rigid) 회로기판 분야의 PCB 패턴의 검사는 대단히 중요하다. 왜냐하면 전자정보기기들이 소형화됨에 따라 기기의 내부에 있는 강성 또는 연성 PCB에 미세하고 복잡한 회로패턴이 많이 형성되는데, 불량 패턴이 존재하면 기기가 오작동을 일으키기 되기 때문이다.
본 발명의 일실시예는, 피검체 예컨대, 회로기판의 불량 또는 양품을 판단하기 위한 피검체 검사용 렌즈 장치 및 이를 구비한 머신 비전 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 피검체의 이미지를 통해 양품 여부를 판단하기 위한 머신 비전 시스템으로서, 제1색상의 빛, 또는 제1색상과 제2 색상이 혼합된 빛을 조명광으로 상기 피검체에 조사하는 조명 장치; 및 상기 제1색상의 빛을 설계 기준파장으로 하며, 조리개를 중심으로 대칭 구조를 이루는 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 피검체에서 반사된 빛을 수광하는 렌즈 장치;를 구비하며.
상기 렌즈 장치는, 상기 렌즈 장치의 배율을 변경하는 제1 컨버팅, 및 상기 조명 장치에서 조사되는 빛의 색상 변화에 대응하여 상기 렌즈 장치의 설계 기준파장을 변경시키는 제2 컨버팅 중 적어도 어느 하나의 컨버팅을 수행하는 컨버터 렌즈군을 더 포함하는 머신 비전 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 컨버터 렌즈군은 상기 제1 렌즈군의 물체측에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 컨버터 렌즈군은 1~ 4매의 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 렌즈군은 조리개와 인접하게 배치되고 부의 굴절력을 가지며 접합렌즈를 포함하는 제1-1 렌즈군과, 상기 제1-1 렌즈군의 물체측에 배치되며 정의 굴절력을 갖는 제1-2 렌즈군을 포함하며,
상기 제2 렌즈군은 상기 조리개와 인접하게 배치되고 부의 굴절력을 가지며 접합렌즈를 포함하는 제2-1 렌즈군과, 상기 제2-1렌즈의 이미지측에 배치되며 정의 굴절력을 갖는 제2-2 렌즈군을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 조명 장치는, 상기 조명광을 상기 렌즈 장치의 광축과 동축의 전방면에서 상기 피검체에 조사하는 동축 조명부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 조명 장치는, 상기 조명광을 상기 렌즈 장치의 광축에 대하여 비스듬한 각도로 상기 피검체에 조사하는 반사 조명부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 렌즈 장치을 통해 수광된 빛을 전기신호로 변환하며 흑백 이미지로 저장하는 고체촬상소자; 및 상기 고체촬상소자에 저장된 상기 흑백 이미지를 이용하여 상기 피검체의 불량을 판단하는 불량판단장치;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 불량판단장치는, 기저장된 상기 피검체에 관한 이미지 정보를 기초로 상기 흑백 이미지를 비교하여 불량을 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 피검체에서 반사된 빛을 수광하여 결상된 이미지를 통해 양품 여부를 판단하는 피검체 검사용 렌즈 장치로서, 제1 색상의 빛을 설계 기준파장으로 하며, 조리개를 중심으로 대칭 구조를 이루는 제1 렌즈군과 제2 렌즈군; 및 상기 제1 렌즈군의 물체측에 배치되는 컨버터 렌즈군;을 포함하며,
상기 컨버터 렌즈는, 상기 렌즈 장치의 배율을 변경하는 제1 컨버팅, 및 상기 피검체에 조사되는 빛의 색상 변화에 대응하여 상기 렌즈 장치의 설계 기준파장을 변경시키는 제2 컨버팅 중 적어도 하나의 컨버팅을 수행하는 피검체 검사용 렌즈 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군은 상기 조리개를 기준으로 가우시안 형태로 대칭일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 컨버터 렌즈군은 1~ 4매의 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 설계 기준파장은 단색의 파장일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 설계 기준파장은 빨간색 광의 파장이며, 상기 컨버터 렌즈군의 제2 컨버팅은 상기 렌즈 장치의 설계 기준파장을 파란색 또는 초록색 광의 파장으로 변경할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 컨버터 렌즈군은 상기 렌즈 장치의 배율을 증가 또는 감소시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 컨버터 렌즈군을 구비함으로써 피검체의 종류와 목적에 따라 변하는 조명광의 색상변화에 능동적으로 대처할 수 있으며, 배율을 조절함으로써 머신 비전 시스템의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 단색광 또는 2색의 빛을 사용하더라도 우수한 해상력을 구현할 수 있으며, 색수차의 보정을 위한 렌즈 매수의 증가를 방지할 수 있으므로 백색광 기준의 설계에 비하여 저비용으로 원하는 해상력을 얻기 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 비전 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1의 렌즈 장치를 발췌하여 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 렌즈 장치의 해상력을 나타낸 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 장치를 나타낸다.
도 5는 도 4의 렌즈 장치의 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치로서, 컨버터 렌즈군을 포함하는 렌즈 장치를 나타낸다.
도 7은 도 6의 렌즈 장치의 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치로서, 컨버터 렌즈군을 포함하는 렌즈 장치를 나타낸다.
도 9는 도 8의 렌즈 장치의 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치로서, 컨버터 렌즈군을 포함하는 렌즈 장치를 나타낸다.
도 11은 도 10의 렌즈 장치의 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치로서, 컨버터 렌즈군을 포함하는 렌즈 장치를 나타낸다.
도 13은 도 12의 렌즈 장치의 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 비교예로서, 백색광이 피검체에 조사된 경우에 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명의 실시예에 따른 피검체(1)는 불량 검사가 필요한 제품으로서 인쇄회로기판일 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예로서 피검체(1)는 인쇄회로기판 이외에도 머신 비전 기술을 이용하여 불량을 검출하는 모든 대상에 사용될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 피검체(1)가 인쇄회로기판인 경우로 설명한다.
본 명세서에서 단색인 빛(또는 단색광)은 제1 색상의 빛과 동일한 의미를 나타내고, 2색의 빛을 제1 색상과 제2 색상이 혼합된 빛을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 머신 비전 시스템을 개략적으로 나타낸다. 머신 비전 시스템은 피검체(1)인 인쇄회로기판을 촬영하여 촬영된 이미지에 관한 알고리즘을 통해 제품의 양품 또는 불량을 판정하는 장치로서, 조명 장치(10), 렌즈 장치(20), 렌즈 장치(20)에 의해 수광된 빛을 전기신호로 변환하는 고체촬상소자(30) 및 고체촬상소자를 통해 획득된 이미지 정보를 이용해 제품의 양품 또는 불량을 판정하는 불량판단장치(40)를 포함할 수 있다.
조명 장치(10)는 머신 비전 시스템의 일측에 배치되며, 조명광으로 단색 또는 2색의 빛을 방사한다. 예컨대, 피검체(1)가 인쇄회로기판인 경우에 회로패턴은 구리를 포함할 수 있다. 이 때, 조명 장치(10)는 구리가 민감하게 반응하는 빨간색 빛을 방사할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 조명 장치(10)는 빨간색 빛과 녹색 빛의 2색의 빛을 방사할 수 있다. 빨간색 빛과 녹색의 빛은 동시에 사용될 수 있다. 빨간색 빛을 이용하여 회로패턴에 대한 이미지 검출의 민감도를 향상시키면서, 녹색 빛을 이용하여 인쇄회로기판의 외관을 검사할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 조명 장치(10)는 청색 빛과 흰색 빛의 2색빛을 방사할 수 있다. 조명 장치(10)에서 발생되는 청색 빛은 결함을 찾기에는 용이하나 명도가 낮으므로, 광량이 풍부한 흰색 빛을 사용하여 청색 빛의 낮은 명도를 보상해줄 수 있다.
조명 장치(10)는 복수의 LED를 포함할 수 있으며, 복수의 LED들 중 일부 LED에서 방사된 빛은 빔 분리기(11)로 입사되고, 나머지 LED에서 방사된 빛은 인쇄회로기판으로 입사될 수 있다. 일부 LED와 빔 분리기(11)는 동축 조명부를 구성하고, 나머지 LED와 반사 부재(12)는 반사 조명부를 구성할 수 있다.
반사 조명부는 렌즈 장치(20)의 광축(Lx)에 대하여 비스듬한 각도로 인쇄회로기판에 빛을 조사한다. 나머지 LED에서 방사된 빛은 반사 부재(12)에 의해 진행 경로가 절곡되어 인쇄회로기판으로 진행한다. 반사 부재(12,13)에 의해 인쇄회로기판으로 진행된 빛은 인쇄회로기판에서 반사된 후 렌즈 장치(20)로 입사된다. 반사 부재(12,13)로는 예컨대, 미러가 사용될 수 있다.
동축 조명부는 렌즈 장치(20)의 광축(Lx)과 동축의 전방면에서 인쇄회로기판을 향해 빛을 조사한다. 일부 LED에서 방사된 빛은 빔 분리기(11)를 통해 렌즈 장치(20)의 광축(Lx)을 따라 인쇄회로기판으로 진행하여 인쇄회로기판에 반사된 후 렌즈 장치(20)로 입사된다. 빔 분리기(11)로는 예컨대, 프리즘 및 하프-미러 등이 사용될 수 있다.
본 실시예에서는 빔 분리기(11)를 이용하여 LED에서 방출된 빛을 렌즈 장치(20)의 광축(Lx)과 동축의 전방면에서 인쇄회로기판을 향해 조사하는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. LED에서 방출된 빛을 렌즈 장치(20)의 광축(Lx)과 동축을 따라 인쇄회로기판으로 진행시킬 수 있는 구성이라면 그 종류를 불문할 것이다.
본 실시예에서는 조명 장치(10)가 반사 조명부와 동축 조명부는 함께 포함하는 경우를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 예컨대, 조명 장치(10)는 반사 조명부의 구성만 포함하거나, 동축 조명부의 구성만 포함하여 인쇄회로기판에 빛을 조사할 수 있다. 혹은, 반사 조명부와 동축 조명부를 함께 구비하되 선택적으로 사용할 수 있음은 물론이다.
렌즈 장치(20)는 인쇄회로기판에서 반사된 빛을 수광하여 인쇄회로기판에 대한 이미지를 고체촬상소자(30)에 결상시킨다. 이를 위해, 렌즈 장치(20)는 제1,2 렌즈군, 조리개를 구비하는 기본 렌즈군을 포함하며, 컨버터 렌즈군을 포함할 수 있다. 렌즈 장치(20)의 구성은 도 2 내지 도 14를 참조하여 후술한다.
고체촬상소자(30)는 렌즈 장치(20)에 의해 수광된 빛을 이미지를 전기적 신호로 바꾸어 흑백 이미지로 저장할 수 있다. 고체촬상소자(30)는 저장된 흑백 이미지에 관한 정보를 불량판단장치(40)로 전송한다. 피검체(1)의 흑백 이미지 정보, 예컨대, 인쇄회로기판에 관한 흑백 이미지 중에서 흰색은 회로패턴 부분이고, 검은색은 회로패턴 이외의 부분을 나타낼 수 있다. 고체촬상소자(30)는 CCD(Charge-coupled device), CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)를 포함할 수 있다.
불량판단장치(40)는 인쇄회로기판의 불량, 예컨대 결함을 판단할 수 있다. 불량판단장치(40)에는 인쇄회로기판의 정상적 이미지에 관한 정보가 기준 데이터로 기 저장되어 있을 수 있다. 불량판단장치(40)는 기준 데이터와 고체촬상소자(30)로부터 전송받은 데이터를 비교하여 불량 여부를 판단할 수 있다. 인쇄회로기판의 불량은 회로 패턴의 끊김(open), 단락(short), 일부 파임(mouse bit, pit), 돌출 등일 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 14를 참조하여 렌즈 장치(20)의 구체적 구성을 설명한다.
도 2, 도 4, 도 6, 도 8, 도 10, 및 도 12를 참조하면, 렌즈 장치(20)에 구비된 제1 렌즈군(G1)과 제2 렌즈군(G2)은 조리개(ST)를 중심으로 대칭 구조를 갖는다. 예컨대, 제1,2 렌즈군(G1, G2)은 가우시안 타입의 대칭 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 렌즈군(G1)은 조리개(ST)와 인접하게 배치되고 부의 굴절력을 가지며 접합렌즈를 포함하는 제1-1 렌즈군(111, 211, 311,411,511,611)과, 제1-1 렌즈군(111, 211, 311,411,511,611)의 물체측에 배치되며 정의 굴절력을 갖는 제1-2 렌즈군(112, 212, 312,412,512,612)을 포함할 수 있다.
제2 렌즈군(G2)은 상기 조리개(ST)와 인접하게 배치되고 부의 굴절력을 가지며 접합렌즈를 포함하는 제2-1 렌즈군(121, 221, 321,421,521,621)과, 제2-1렌즈군(121, 221, 321,421,521,621)의 이미지측에 배치되며 정의 굴절력을 갖는 제2-2 렌즈군(122, 222, 322,422,522,622)을 포함할 수 있다.
제1 렌즈군(G1)과 제2 렌즈군(G2)은 조명 장치(10)에서 조사 되는 빛 중 어느 하나의 빛을 설계 기준파장으로 한다. 제1,2 렌즈군(G1, G2)은 조명 장치(10)에서 조사되는 단색의 빛을 설계 기준파장으로 할 수 있으며, 예를 들어 빨강색 광을 설계 기준 파장으로 하여 제작될 수 있다.
컨버터 렌즈군(350, 450, 550, 650)은 제1 렌즈군(G1)의 물체측에 배치되어 렌즈 장치(20)의 배율을 변화시키거나(제1 컨버팅), 렌즈 장치(20)의 설계 기준파장을 변경시킬 수 있다(제2 컨버팅). 컨버터 렌즈군(350, 450, 550, 650)은 머신 비전 시스템에 장착되되, 선택적으로 컨버팅할 수 있다.
컨버터 렌즈군(350, 450, 550, 650)은 4매 이하의 렌즈를 포함하도록 구성되며, 컨버터 렌즈군(350, 450, 550, 650)을 포함하는 렌즈 장치(20)는 총 7~11매를 사용하므로 비용의 면에서 유리하다.
이하에서는 도 2 내지 도 13을 참조하여 렌즈 장치(20)의 실시예에 따른 구체적 구성 및 제1,2 컨버팅을 설명한다. 이하에서, R은 렌즈 장치(20)를 구성하는 각각의 렌즈의 곡률반경을, Dn은 렌즈 중심 두께 또는 렌즈와 렌즈 사이의 간격을 nd는 d선 굴절율을, vd는 d선의 아베수를 나타낸다.
도 2는 도 1의 렌즈 장치를 발췌하여 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 렌즈 장치의 해상력을 나타낸 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 렌즈 장치(20A)는 컨버터 렌즈군이 구비되지 않은 기본 렌즈군만 구비된 상태로서, 기본 렌즈군은 빨강색(RED) 광의 파장을 설계 기준파장으로 설계된 상태를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 렌즈 장치(20A)는 조리개(ST)를 중심으로 대칭 구조를 갖는 제1,2 렌즈군을 포함한다. 조리개(ST)의 양측에는 각각 접합렌즈를 포함하며 부의 굴절력인 제1-1 렌즈군(111)과 제2-1 렌즈군(121)이 배치되고, 제1-1 렌즈군(111)의 물체측에는 정의 굴절력의 제1-2 렌즈군(112)이 배치되며, 제2-1 렌즈군(121)의 이미지측에는 정의 굴절력의 제2-2 렌즈군(122)이 제1-2 렌즈군(112)과 대칭이 되도록 배치된다.
표 1은 도 2에 도시된 일 실시예에 따른 렌즈 장치(20A)의 설계 데이터를 나타낸다. 본 실시예에서 인쇄회로기판으로부터 빔 분리기(11)인 프리즘까지의 거리는 49.0000mm이다.
Fno.= 3.8 ( 유효 Fno. 8.0)
EFL = 141mm
배율 = ×1.3
렌즈면(Sn) Rn Dn nd vd
S1 INFINITY 12.000000 1.5168 64.1673
S2 INFINITY 89.000000
S3 104.72297 6.000000 1.744001 44.8991
S4 INFINITY 2.305673
S5 44.49409 10.000000 1.744001 44.8991
S6 INFINITY 10.000000 1.688930 31.1605
S7 30.89249 20.698549
S8 INFINITY 18.053872
S9(stop) -30.35809 10.000000 1.755200 27.5305
S10 INFINITY 10.000000 1.743299 49.2216
S11 -49.34386 15.000000
S12 -159.14781 6.000000 1.670028 47.1965
S13 -73.10464 0.500000
S14 INFINITY 6.000000 1.531720 48.8408
S15 -140.55668 227.404053
S16(IMAGE) INFINITY
도 3에서, x축은 공간 주파수(spatial frequency)를 나타내며, y축은 MTF(Modulation Transfer Fuction)을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 장치(20A)는 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)인 96 cycle/mm 기준으로 약 40%의 해상력을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치를 발췌하여 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 렌즈 장치의 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 렌즈 장치(20B)는 컨버터 렌즈군이 구비되지 않은 기본 렌즈군만 구비된 상태로서, 기본 렌즈군은 빨강색(RED)과 파랑색(Blue)의 2색광의 파장을 설계 기준파장으로 설계된 상태를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 렌즈 장치(20B)는 조리개(ST)를 중심으로 대칭 구조를 갖는 제1,2 렌즈군을 포함한다. 조리개(ST)의 양측에는 각각 접합렌즈를 포함하며 부의 굴절력인 제1-1 렌즈군(211)과 제2-1 렌즈군(221)이 배치되고, 제1-1 렌즈군(211)의 물체측에는 정의 굴절력의 제1-2 렌즈군(212)이 배치되며, 제2-1 렌즈군(221)의 이미지측에는 정의 굴절력의 제2-2 렌즈군(222)이 제1-2 렌즈군(212)과 대칭이 되도록 배치된다.
표 2는 도 4에 도시된 일 실시예에 따른 렌즈 장치(20B)의 설계 데이터를 나타낸다. 본 실시예에서 인쇄회로기판으로부터 빔 분리기(11)인 프리즘까지의 거리는 49.0000mm이다.
Fno. = 2.7 (유효 Fno. 7.45)
EFL = 162 mm
배율= ×1.3
렌즈면(Sn) Rn Dn nd vd
S1 INFINITY 12.000000 1.516800 64.1673
S2 INFINITY 35.507724
S3 INFINITY 15.000000 1.744001 44.8991
S4 -141.92903 0.500000
S5 132.37653 5.523604 1.744001 44.8991
S6 INFINITY 1.660777
S7 55.47332 15.000000 1.744001 44.8991
S8 INFINITY 15.000000 1.728252 28.3196
S9 23.39030 8.275118 1.717007 47.8290
S10 31.89692 16.137046
S11(stop) INFINITY 19.635646
S12 -26.58689 7.710582 1.755200 27.5305
S13 INFINITY 15.000000 1.603109 60.5989
S14 -49.26224 0.500195
S15 -187.91147 11.437513 1.744001 44.8991
S16 -59.74108 0.500000
S17 315.99286 6.867899 1.744001 44.8991
S18 -185.76365 146.35603
S19(image) INFINITY
도 5에서, x축은 공간 주파수(spatial frequency)를 나타내며, y축은 모듈레이션(modulation)을 나타낸다. 도 5을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 장치(20B)는 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)인 96 cycle/mm 기준으로 약 38%의 해상력을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치를 발췌하여 나타낸 도면이고, 도 7는 도 6의 렌즈 장치의 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 렌즈 장치(20C)는 기본 렌즈군이 빨강색(RED)의 단색광의 파장을 설계 기준파장으로 설계된 상태에서, 컨버터 렌즈군(350)이 더 구비되어 제1,2 제2 컨버팅하는 구성을 나타낸다.
컨버터 렌즈군(350)의 제1 커버팅에 의하여 최초 1.3배의 배율으로 기본 렌즈군만 구비된 렌즈 장치는 0.65배의 배율인 렌즈 장치(20C)로 변경된다. 컨버터 렌즈군(350)의 제2 컨버팅에 의하여, 최초 빨강색의 단색광을 기준으로 설계된 기본 렌즈군만 구비된 렌즈 장치는 파랑색(blue)의 단색광의 파장을 설계 기준파장으로 하는 렌즈 장치(20C)로 변경된다.
즉, 본 실시예에 따르면 최초 빨강색의 단색광을 기준으로 하고 배율이 1.3배이인 기본 렌즈군을 포함하는 렌즈 장치는 컨버터 렌즈군(350)에 의하여 파랑색의 단색광을 기준으로 하며 배율이 0.65배인 렌즈 장치(20C)로 변경된다.
도 6을 참조하면, 렌즈 장치(20C)는 조리개(ST)를 중심으로 대칭 구조를 갖는 제1,2 렌즈군을 포함한다. 조리개(ST)의 양측에는 각각 접합렌즈를 포함하며 부의 굴절력인 제1-1 렌즈군(311)과 제2-1 렌즈군(321)이 배치되고, 제1-1 렌즈군(311)의 물체측에는 정의 굴절력의 제1-2 렌즈군(312)이 배치되며, 제2-1 렌즈군(321)의 이미지측에는 정의 굴절력의 제2-2 렌즈군(322)이 제1-2 렌즈군(312)과 대칭이 되도록 배치된다.
컨버터 렌즈군(350)은 총 4매의 렌즈를 포함한다.
표 3은 도 6에 도시된 일 실시예에 따른 렌즈 장치(20C)의 설계 데이터를 나타낸다. 본 실시예에서 인쇄회로기판으로부터 빔 분리기(11)인 프리즘까지의 거리는 49.0000mm이다.
Fno. = 6.8 (유효 Fno. 10.6)
EFL= 148 mm
배율 = ×0.65
렌즈면(Sn) Rn Dn nd vd
S1 INFINITY 12.000000 1.516800 64.1673
S2 INFINITY 148.603200
S3 75.14308 9.379140 1.603109 60.5989
S4 -158.13676 3.000000 1.755200 27.5305
S5 87.28207 33.659877
S6 : 203.87834 10.960983 1.755200 27.5305
S7 -56.65984 3.000000 1.744001 44.8991
S8 233.93701 10.000000
S9 104.72297 6.000000 1.744001 44.8991
S10 INFINITY 2.305673
S11 44.49409 10.000000 1.744001 44.8991
S12 INFINITY 10.000000 1.688930 31.1605
S13 30.89249 20.698549
S14(stop) INFINITY 18.053872
S15 -30.35809 10.000000 1.755200 27.5305
S16 INFINITY 10.000000 1.743299 49.2216
S17 -49.34386 15.000000
S18 -159.14781 6.000000 1.670028 47.1965
S19 -73.10464 0.500000
S20 INFINITY 6.000000 1.531720 48.8408
S21 -140.55668 145.968602
S22(image) INFINITY
도 7에서, x축은 공간 주파수(spatial frequency)를 나타내며, y축은 모듈레이션(modulation)을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 장치(20C)는 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)인 96 cycle/mm 기준으로 약 38% 의 해상력을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치를 발췌하여 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8의 렌즈 장치의 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 렌즈 장치(20D)는 기본 렌즈군이 빨강색(RED)의 단색광의 파장을 설계 기준파장으로 설계된 상태에서, 컨버터 렌즈군(450)이 더 포함되어 제2 컨버팅 하는 구성을 나타낸다.
컨버터 렌즈군(450)의 제2 컨버팅에 의하여, 최초 빨강색의 단색광을 기준으로 하는 기본 렌즈군만 구비하는 렌즈 장치는 초록색(green)의 단색광의 파장을 설계 기준파장으로 하는 렌즈 장치(20D)로 변경된다.
즉, 본 실시예에 따르면 최초 빨강색의 단색광을 기준으로 하고 배율이 1.3배인 기준 렌즈군을 포함하는 렌즈 장치는 컨버터 렌즈군(450)에 의하여 초록색의 단색광을 기준으로 하며 배율이 1.3배인 렌즈 장치(20D)로 변경된다.
도 8을 참조하면, 렌즈 장치(20D)는 조리개(ST)를 중심으로 대칭 구조를 갖는 제1,2 렌즈군을 포함한다. 조리개(ST)의 양측에는 각각 접합렌즈를 포함하며 부의 굴절력인 제1-1 렌즈군(411)과 제2-1 렌즈군(421)이 배치되고, 제1-1 렌즈군(411)의 물체측에는 정의 굴절력의 제1-2 렌즈군(412)이 배치되며, 제2-1 렌즈군(421)의 이미지측에는 정의 굴절력의 제2-2 렌즈군(422)이 제1-2 렌즈군(412)과 대칭이 되도록 배치된다.
컨버터 렌즈군(450)은 총 4매의 렌즈를 포함한다.
표 4는 도 8에 도시된 일 실시예에 따른 렌즈 장치(20D)의 설계 데이터를 나타낸다. 본 실시예에서 인쇄회로기판으로부터 빔 분리기(11)인 프리즘까지의 거리는 49.0000mm이다.
Fno.= 4.5 (유효 Fno. 9.3)
EFL = 136 mm
배율 = ×1.3
렌즈면(Sn) Rn Dn nd vd
S1 INFINITY 12.000000 1.516800 64.1673
S2 INFINITY 42.253034
S3 240.45656 8.632177 1.620409 60.3438
S4 -63.51302 3.000000 1.755200 27.5305
S5 292.91021 18.767400
S6 INFINITY 6.600423 1.755200 27.5305
S7 -62.04742 3.000000 1.620409 60.3438
S8 INFINITY 10.000000
S9 104.72297 6.000000 1.744001 44.8991
S10 INFINITY 2.305673
S11 44.49409 10.000000 1.744001 44.8991
S12 INFINITY 10.000000 1.688930 31.1605
S13 30.89249 20.698549
S14(stop) INFINITY 18.053872
S15 -30.35809 10.000000 1.755200 27.5305
S16 INFINITY 10.000000 1.743299 49.2216
S17 -49.34386 15.000000
S18 -159.14781 6.000000 1.670028 47.1965
S19 -73.10464 0.500000
S20 INFINITY 6.000000 1.531720 48.8408
S21 -140.55668 217.264081
S22(image) INFINITY
도 8에서, x축은 공간 주파수(spatial frequency)를 나타내며, y축은 모듈레이션(modulation)을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 장치(20D)는 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)인 96 cycle/mm 기준으로 약 40% 의 해상력을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치를 발췌하여 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10의 렌즈 장치의 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 렌즈 장치(20E)는 제1,2 렌즈군이 빨강색(RED)의 단색광의 파장을 설계 기준파장으로 설계된 상태에서, 컨버터 렌즈군(550)이 제1, 2 컨버팅하는 구성을 나타낸다.
컨버터 렌즈군(550)의 제1 커버팅에 의하여 최초 1.3배의 배율로 기본 렌즈군만 구비하는 렌즈 장치는 0.867배의 배율인 렌즈 장치(20E)로 변경된다. 컨버터 렌즈군(550)의 제2 컨버팅에 의하여, 최초 빨강색의 단색광을 기준으로 하는 기본 렌즈군만 구비하는 렌즈 장치는 초록색(green)의 단색광의 파장을 설계 기준파장으로 하는 렌즈 장치(20E)로 변경된다.
즉, 본 실시예에 따르면 제1,2 렌즈군을 포함하는 기본 렌즈군은 최초 빨강색의 단색광을 기준으로 설계되고 배율이 1.3배이다.이와 같은 기본 렌즈군은 컨버터 렌즈군(550)에 의하여 초록색의 단색광을 기준으로 하며 배율이 0.867배인 렌즈 장치(20E)로 변경된다.
도 10을 참조하면, 렌즈 장치(20E)는 조리개(ST)를 중심으로 대칭 구조를 갖는 제1,2 렌즈군을 포함한다. 조리개(ST)의 양측에는 각각 접합렌즈를 포함하며 부의 굴절력인 제1-1 렌즈군(511)과 제2-1 렌즈군(521)이 배치되고, 제1-1 렌즈군(511)의 물체측에는 정의 굴절력의 제1-2 렌즈군(512)이 배치되며, 제2-1 렌즈군(521)의 이미지측에는 정의 굴절력의 제2-2 렌즈군(522)이 제1-2 렌즈군(512)과 대칭이 되도록 배치된다.
컨버터 렌즈군(550)은 총 4매의 렌즈를 포함한다.
표 5는 도 10에 도시된 일 실시예에 따른 렌즈 장치(20E)의 설계 데이터를 나타낸다. 본 실시예에서 인쇄회로기판으로부터 빔 분리기(11)인 프리즘까지의 거리는 49.0000mm이다.
Fno.= 5.3 (유효 Fno. 9.1)
EFL = 141mm
배율 = ×0.867
렌즈면(Sn) Rn Dn nd vd
S1 INFINITY 12.000000 516800 64.1673
S2 INFINITY 95.947053
S3 240.45656 8.632177 620409 60.3438
S4 -63.51302 3.000000 755200. 27.5305
S5 292.91021 19.160175
S6 246.09958 10.000000 755200 275305
S7 -73.71720 9.207648 607381 56.6572
S8 192.56967 10.000000
S9 104.72297 6.000000 744001 44.8991
S10 INFINITY 2.305673
S11 44.49409 10.000000 744001 44.8991
S12 INFINITY 10.000000 688930 31.1605
S13 30.89249 20.698549
S14(stop) INFINITY 18.053872
S15 -30.35809 10.000000 755200 27.5305
S16 INFINITY 10.000000 743299 49.2216
S17 -49.34386 15.000000
S18 -159.14781 6.000000 670028 47.1965
S19 -73.10464 0.500000
S20 INFINITY 6.000000 531720 48.8408
S21 -140.55668 166.63613
S22(image) INFINITY
도 11에서, x축은 공간 주파수(spatial frequency)를 나타내며, y축은 모듈레이션(modulation)을 나타낸다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 장치(20E)는 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)인 96lp/mm 기준으로 약 40%의 해상력을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 렌즈 장치를 발췌하여 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12의 렌즈 장치의 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 렌즈 장치(20F)는 제1,2 렌즈군이 빨강색(RED)의 단색광의 파장을 설계 기준파장으로 설계된 상태에서, 컨버터 렌즈군(650)이 제1 컨버팅 하는 구성을 나타낸다.
컨버터 렌즈군(650)의 제1 커버팅에 의하여 최초 1.3배의 배율의 기본 렌즈군만 구비하는 렌즈 장치는 1.73배의 배율인 렌즈 장치(20F)로 변경된다.
즉, 본 실시예에 따르면 최초 빨강색의 단색광을 기준으로 하고 배율이 1.3배인 기본 렌즈군만을 구비하는 렌즈 장치는 컨버터 렌즈군(650)에 의하여 빨강색의 단색광을 기준으로 하며 배율이 1.73배인 렌즈 장치(20F)로 변경된다.
도 12를 참조하면, 렌즈 장치(20F)는 조리개(ST)를 중심으로 대칭 구조를 갖는 제1,2 렌즈군을 포함한다. 조리개(ST)의 양측에는 각각 접합렌즈를 포함하며 부의 굴절력인 제1-1 렌즈군(611)과 제2-1 렌즈군(621)이 배치되고, 제1-1 렌즈군(611)의 물체측에는 정의 굴절력의 제1-2 렌즈군(612)이 배치되며, 제2-1 렌즈군(621)의 이미지측에는 정의 굴절력의 제2-2 렌즈군(622)이 제1-2 렌즈군(612)과 대칭이 되도록 배치된다.
컨버터 렌즈군(650)은 총 3매의 렌즈를 포함한다.
표 6은 도 12에 도시된 일 실시예에 따른 렌즈 장치(20F)의 설계 데이터를 나타낸다. 본 실시예에서 인쇄회로기판으로부터 빔 분리기(11)인 프리즘까지의 거리는 49.0000mm이다.
Fno. = 3.0 (유효 Fno. 7.9)
EFL = 136mm
배율 = ×1.73
렌즈면(Sn) Rn Dn nd vd
S1 INFINITY 12.000000 1.516800 64.1673
S2 INFINITY 39.000000
S3 -563.08569 5.998893 1.744001 44.8991
S4 -93.49710 3.000000 1.548140 45.8207
S5 104.44924 0.714269
S6 110.00000 4.989306 1.620409 60.3438
S7 INFINITY 10.000000
S8 104.72297 6.000000 1.744001 44.8991
S9 INFINITY 2.305673
S10 44.49409 10.000000 1.744001 44.8991
S11 INFINITY 10.000000 1.688930 31.1605
S12 30.89249 20.698549
S13 INFINITY 18.053872
S14(stop) -30.35809 10.000000 1.755200 27.5305
S15 INFINITY 10.000000 1.743299 49.2216
S16 -49.34386 15.000000
S17 -159.14781 6.000000 1.670028 47.1965
S18 -73.10464 0.500000
S19 INFINITY 6.000000 1.531720 48.8408
S20 -140.55668 257.123207
S21(image) INFINITY
도 13에서, x축은 공간 주파수(spatial frequency)를 나타내며, y축은 MTF(Modulation Transfer Function)을 나타낸다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 장치(20F)는 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)인 96 cycle/mm 기준으로 약 40% 의 해상력을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 비교예로서, 백색광이 피검체에 조사된 경우에 해상력을 나타내는 MTF 그래프를 나타낸다.
도 14를 참조하여 조명광으로서 백색광이 조사되는 경우를 살펴보면, 나이퀴스트 주파수(Nyquist frequency)인 96lp/mm 기준으로 약 31.8%정도의 해상력을 나타냄을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 단색광 또는 2색의 빛을 사용하더라도 우수한 해상력을 구현함으로써 인쇄회로기판의 양품 또는 불량을 정확하게 판단할 수 있다. 본 발명의 실시예들 및 비교예에 따른 MTF 그래프를 나타낸 도면들을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 렌즈 장치(20)를 구비한 머신 비전 시스템의 해상력이 백색광을 기준으로 설계된 렌즈 장치를 구비한 머신 비전 시스템에 비하여 우수하게 나타남을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 색수차의 보정을 위한 렌즈 매수의 증가를 방지할 수 있으므로 백색광 기준의 설계에 비하여 저비용으로 원하는 해상력을 얻기 용이하고, 색수차를 줄일 수 있다.
또한, 컨버터 렌즈군을 구비함으로써 피검체의 종류와 목적에 따라 변하는 조명광의 색상변화에 능동적으로 대처할 수 있으며, 배율을 조절함으로써 머신 비전 시스템의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1: 피검체
10: 조명 장치
11: 빔 분리기
12, 13: 반사 부재
20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F: 렌즈 장치
111, 211, 311,411,511,611: 제1-1 렌즈군
112, 212, 312,412,512,612: 제1-2 렌즈군
121, 221, 321,421,521,621: 제2-1 렌즈군
122, 222, 322,422,522,622: 제2-2 렌즈군
350, 450, 550, 650: 컨버터 렌즈군
30: 고체촬상소자
40: 불량판단장치

Claims (14)

  1. 피검체의 이미지를 통해 양품 여부를 판단하기 위한 머신 비전 시스템으로서,
    제1색상의 빛, 또는 제1색상과 제2 색상이 혼합된 빛을 조명광으로 상기 피검체에 조사하는 조명 장치; 및
    상기 제1색상의 빛을 설계 기준파장으로 하며, 조리개를 중심으로 대칭 구조를 이루는 제1 렌즈군 및 제2 렌즈군을 포함하고, 상기 피검체에서 반사된 빛을 수광하는 렌즈 장치;를 구비하며.
    상기 렌즈 장치는,
    상기 렌즈 장치의 배율을 변경하는 제1 컨버팅, 및 상기 조명 장치에서 조사되는 빛의 색상 변화에 대응하여 상기 렌즈 장치의 설계 기준파장을 변경시키는 제2 컨버팅 중 적어도 어느 하나의 컨버팅을 수행하는 컨버터 렌즈군을 더 포함하는 머신 비전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 렌즈군은 상기 제1 렌즈군의 물체측에 배치되는 머신 비전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 렌즈군은 1~ 4매의 렌즈를 포함하는 머신 비전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군은 조리개와 인접하게 배치되고 부의 굴절력을 가지며 접합렌즈를 포함하는 제1-1 렌즈군과, 상기 제1-1 렌즈군의 물체측에 배치되며 정의 굴절력을 갖는 제1-2 렌즈군을 포함하며,
    상기 제2 렌즈군은 상기 조리개와 인접하게 배치되고 부의 굴절력을 가지며 접합렌즈를 포함하는 제2-1 렌즈군과, 상기 제2-1렌즈의 이미지측에 배치되며 정의 굴절력을 갖는 제2-2 렌즈군을 포함하는 머신 비전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조명 장치는,
    상기 조명광을 상기 렌즈 장치의 광축과 동축의 전방면에서 상기 피검체에 조사하는 동축 조명부를 포함하는 머신 비전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조명 장치는,
    상기 조명광을 상기 렌즈 장치의 광축에 대하여 비스듬한 각도로 상기 피검체에 조사하는 반사 조명부;를 더 포함하는 머신 비전 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 장치을 통해 수광된 빛을 전기신호로 변환하며 흑백 이미지로 저장하는 고체촬상소자; 및
    상기 고체촬상소자에 저장된 상기 흑백 이미지를 이용하여 상기 피검체의 불량을 판단하는 불량판단장치;를 포함하는 머신 비전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 불량판단장치는,
    기저장된 상기 피검체에 관한 이미지 정보를 기초로 상기 흑백 이미지를 비교하여 불량을 판단하는 머신 비전 시스템.
  9. 피검체에서 반사된 빛을 수광하여 결상된 이미지를 통해 양품 여부를 판단하는 피검체 검사용 렌즈 장치로서,
    제1 색상의 빛을 설계 기준파장으로 하며, 조리개를 중심으로 대칭 구조를 이루는 제1 렌즈군과 제2 렌즈군; 및
    상기 제1 렌즈군의 물체측에 배치되는 컨버터 렌즈군;을 포함하며,
    상기 컨버터 렌즈는,
    상기 렌즈 장치의 배율을 변경하는 제1 컨버팅, 및 상기 피검체에 조사되는 빛의 색상 변화에 대응하여 상기 렌즈 장치의 설계 기준파장을 변경시키는 제2 컨버팅 중 적어도 하나의 컨버팅을 수행하는 피검체 검사용 렌즈 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군은 상기 조리개를 기준으로 가우시안 형태로 대칭인 피검체 검사용 렌즈 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 컨버터 렌즈군은 1~ 4매의 렌즈를 포함하는 피검체 검사용 렌즈 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 설계 기준파장은 단색의 파장인 피검체 검사용 렌즈 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 렌즈군과 상기 제2 렌즈군의 설계 기준파장은 빨간색 광의 파장이며, 상기 컨버터 렌즈군의 제2 컨버팅은 상기 렌즈 장치의 설계 기준파장을 파란색 또는 초록색 광의 파장으로 변경하는 것인 피검체 검사용 렌즈 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 컨버터 렌즈군은 상기 렌즈 장치의 배율을 증가 또는 감소시키는 피검체 검사용 렌즈 장치.
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