KR20160003347A

KR20160003347A - 광검사 시스템

Info

Publication number: KR20160003347A
Application number: KR1020140070041A
Authority: KR
Inventors: 한영근; 김선덕
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2016-01-11
Also published as: KR101761980B1

Abstract

본 발명의 실시예는 회절 이미지 기반의 광검사 시스템에 관한 것이다. 본 실시예에 따른 광검사 시스템은, 샘플 설치기의 광검사 샘플에 광을 조사하는 광 공급기, 광검사 샘플의 회절 이미지를 감지하는 이미지 감지기, 광검사 샘플의 검사 이미지를 회절 이미지로부터 획득하는 이미지 처리기를 포함할 수 있다. 여기서, 광 공급기 또는 샘플 설치기 중 적어도 하나는 광검사 샘플의 검사 이미지를 고해상도로 획득할 수 있도록 광의 조사 각도를 변경시키는 구조로 형성될 수 있다.

Description

광검사 시스템 {OPTICAL INSPECTION DEVICE}

본 발명은 광검사 샘플의 회절 이미지를 기반으로 하는 광검사 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광검사 샘플에 조사된 광의 회절 이미지를 이용하여 광검사 샘플의 광검사를 수행할 수 있는 광검사 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 광검사는 광검사 샘플에 광을 조사한 후 그 광의 광학적 특성을 검출하여 광검사 샘플을 검사하기 위한 기술이다. 상기와 같은 광의 광학적 특성은 광검사 샘플의 표면에서 나타나는 광의 반사, 흡수, 또는 투과 등을 의미한다.

기존의 광검사 시스템은 복잡한 구조의 렌즈 모듈을 채용하고 있다. 기존의 광검사 시스템에 사용되는 렌즈 모듈은, 높은 수준의 제조 기술이 요구될 뿐만 아니라, 다수의 렌즈들이 복잡한 구조로 정밀하게 배치될 수 있다. 따라서, 렌즈 모듈을 채용한 광검사 시스템은, 제작이 어렵고, 제조 비용이 높으며, 전체 크기가 크고, 렌즈 모듈의 정렬 작업을 매우 엄격하게 수행해야 하는 문제가 있다.

특히, 기존의 광검사 시스템은 광검사 샘플의 검사 이미지를 고배율로 획득하기 위해서 고배율의 대물 렌즈를 사용해야 한다. 그런데, 렌즈 모듈에 고배율의 대물 렌즈를 적용할 경우, 시야(FOV, field of view)의 범위가 좁아지기 때문에 대면적의 광검사 과정에서 오랜 시간이 걸린다는 문제가 있다.

예를 들면, 한국공개특허 제2010-0051139호(발명의 명칭: 병렬 3차원 공초점 표면형상 측정기 및 이를 이용한 표면형상 측정방법, 공개일: 2010.05.17)에는 3차원 대면적 표면형상을 초고속으로 측정할 수 있는 병렬 3차원 공초점 표면형상 측정기가 개시되어 있다. 한국공개특허 제2010-0051139호에 따른 '병렬 3차원 공초점 표면형상 측정기'는 복수개의 렌즈로 구성된 렌즈 모듈을 구비하고 있으며, 고해상도의 이미지를 얻기 위한 고배율의 대물 렌즈도 구비하고 있다.

따라서, 최근에는 고배율 렌즈를 포함하는 렌즈 모듈의 사용으로 인한 문제점을 개선하기 위해서, 렌즈 모듈을 사용하지 않는 대면적 고해상도 광검사 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명의 실시예는 광검사 샘플에 조사된 광의 회절 이미지를 이용하여 무렌즈 방식으로 대면적을 광검사할 수 있는 광검사 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는 렌즈 모듈을 생략하더라도 광검사 샘플의 검사 이미지를 고해상도로 획득할 수 있는 광검사 시스템을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 광검사 샘플이 교체 가능하게 설치된 샘플 설치기, 상기 샘플 설치기와 대향되는 제1 위치에 배치되고 상기 광검사 샘플의 회절 이미지를 생성하도록 상기 광검사 샘플에 광을 제공하는 광 공급기, 상기 회절 이미지를 감지하도록 상기 샘플 설치기와 대향되는 제2 위치에 배치된 이미지 감지기, 및 상기 이미지 감지기와 신호 전달 가능하게 연결되고 상기 광검사 샘플의 검사 이미지를 획득하도록 상기 회절 이미지를 처리하는 이미지 처리기를 포함하는 광검사 시스템을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 샘플 설치기 또는 상기 광 공급기 중 적어도 하나는 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도를 변경하는 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 광검사 샘플에 조사되는 광의 조사 각도에 따라 회절 이미지의 위치도 변경되므로, 광의 조사 각도에 따른 다수의 회절 이미지를 이용하여 이미지 감지기의 픽셀 사이즈보다 고해상도의 이미지를 획득할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 샘플 설치기는, 상기 광검사 샘플이 교체 가능하게 장착되는 샘플 장착부, 및 상기 샘플 장착부와 연결되고 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도를 설정 패턴으로 변경시키도록 상기 샘플 장착부를 설정 경로에 따라 이동시키는 샘플 이동부를 구비할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 광 공급기는, 상기 광검사 샘플에 광을 제공하는 광원부, 및 상기 광원부와 연결되고 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도를 설정 패턴으로 변경시키도록 상기 광원부를 설정 경로에 따라 이동시키는 광원 이동부를 구비할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 광 공급기는, 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도가 서로 상이하도록 서로 이웃하게 배치된 복수개의 광원부를 구비할 수 있다. 그리고, 상기 광원부들은 설정 패턴에 따라 하나씩 순차적으로 점등될 수 있다.

여기서, 상기 광원부들은 복수개의 점광원 또는 복수개의 선광원 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 광원부는 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 가간섭성 길이가 설정 길이보다 길도록 형성될 수 있다. 또는 상기와 다르게, 상기 광원부와 상기 샘플 설치기의 사이에는 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 가간섭성 길이를 설정 길이보다 길게 변경하기 위한 협대역 필터가 구비될 수도 있다.

일측에 따르면, 상기 광검사 샘플의 회절 이미지를 상기 이미지 감지기로 반사시키도록 상기 샘플 설치기와 상기 이미지 감지기의 사이에 배치되는 이미지 반사기를 더 포함할 수 있다.

상기 이미지 감지기와 상기 샘플 설치기 및 상기 이미지 반사기가 서로 대향되게 일렬로 배치될 수 있다. 상기 광원부들은 상기 이미지 감지기의 가장자리부에 둘레를 따라 배치될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 이미지 처리기에서 획득된 상기 검사 이미지를 표시하도록 상기 이미지 처리기와 신호 전달 가능하게 연결된 이미지 표시기를 더 포함할 수 있다.

일측에 따르면, 상기 샘플 설치기는 상기 광 공급기의 광을 투과시키는 투명 소재로 형성될 수 있다.

상기 광 공급기와 상기 샘플 설치기 및 상기 이미지 감지기가 서로 대향되게 일렬로 배치될 수 있다. 상기 샘플 설치기와 상기 이미지 감지기의 이격 거리는 0.5㎜~1㎜의 범위에 포함될 수 있다.

일측에 따르면, 상기 광 공급기는 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 파장을 선택적으로 변경하도록 형성된 광원부를 구비할 수 있다. 상기 광원부는 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 파장을 설정 패턴으로 변경시킬 수 있다.

상기 광원부는, 상기 광검사 샘플에 서로 다른 파장의 광을 제공하는 복수개의 광원, 및 상기 광원들의 광을 상기 광검사 샘플에 선택적으로 제공하도록 상기 광원들과 연결된 광 가이드를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 광검사 시스템은, 광검사 샘플에 조사된 광의 회절 이미지를 이용하여 광검사 샘플의 검사 이미지를 생성하므로, 렌즈 모듈을 생략할 수 있고, 대면적의 광검사를 간편하고 신속하게 수행할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 렌즈 모듈의 생략으로 인해서 광검사 시스템의 제작 비용과 크기를 줄일 수 있고, 렌즈 모듈의 조립 작업과 조작도 생략하여 광검사 시스템의 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 광검사 시스템은, 광 공급기 또는 샘플 설치기 중 적어도 하나가 광검사 샘플에 조사되는 광의 조사 각도를 변경하는 형상으로 형성되므로, 광검사 샘플의 회절 이미지의 위치를 변경시켜 광의 조사 각도에 따라 다수의 회절 이미지를 확보할 수 있고, 그 회절 이미지들을 이용하여 이미지 감지기의 픽셀 사이즈보다 고해상도의 검사 이미지를 획득할 수 있다.

본 실시예에서는 고배율의 렌즈를 구비한 렌즈 모듈을 사용하지 않더라도 이미지 감지기의 해상도보다 높은 해상도로 광검사 샘플의 검사 이미지를 획득할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 고배율의 대물 렌즈를 사용하는 것보다 대면적의 광검사에 유리할 수 있으며 광검사 시간도 크게 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광검사 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 2와 도 3은 도 1에 도시된 광검사 시스템의 변형례를 각각 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광검사 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광검사 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광검사 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 7과 도 8은 도 6에 도시된 광검사 시스템의 작동 상태를 나타낸 도면이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광검사 시스템(100)이 개략적으로 도시된 구성도이며, 도 2와 도 3은 도 1에 도시된 광검사 시스템(100)의 변형례를 각각 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광검사 시스템(100)은 샘플 설치기(110), 광 공급기(120), 이미지 감지기(130), 및 이미지 처리기(140)를 포함한다.

본 실시예에 따른 광검사 시스템(100)은 기존의 렌즈 모듈을 사용하지 않는 구조로서, 광검사 샘플에 조사된 광의 회절 이미지(I1)를 이용하여 대면적 광검사를 수행할 수 있다. 따라서, 광검사 시스템(100)은 렌즈 모듈이 생략된 구조이며, 제품의 소형화가 구현되어 휴대용으로도 사용될 수 있다. 상기와 같은 광검사 시스템(100)은 홈케어 의료 시스템과 같은 의료 분야, 실험실이 아닌 다양한 환경의 생명 공학 분야 또는 바이오 공학 분야 등에서 폭넓게 활용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 샘플 설치기(110)에는 광검사 샘플(미도시)이 교체 가능하게 설치될 수 있다. 여기서, 광검사 샘플은 광검사 시스템(100)에 의해서 광검사가 이루어지는 검사 대상을 의미한다. 광검사 샘플로는 광의 회절 이미지(I1)를 발생할 수 있는 다양한 종류의 물질이 사용될 수 있다.

샘플 설치기(110)는 광검사 대상을 안정적으로 지지할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 샘플 설치기(110)는 광 공급기(120)의 광을 투과시키는 투명 소재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 샘플 설치기(110)는 유리 또는 폴리머 기반의 박막으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 폴리머 기반의 박막은 아크릴(acrylic), PMMA(poly(methylmethacrylate)), 폴리프로필렌(polypropylene), 또는 PET(polyethylene terephthalate) 등의 소재로 형성될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 광검사 시스템(100)에서는 광검사 샘플에서 발생되는 광의 회절 이미지(I1)가 샘플 설치기(110)를 통과하는 구조이며, 이미지 감지기(130)가 샘플 설치기(110)를 통과한 회절 이미지(I1)를 감지하는 구조이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 광 공급기(120)는 광검사 샘플의 회절 이미지(I1)를 생성하도록 광검사 샘플에 광을 제공할 수 있다. 광 공급기(120)는 샘플 설치기(110)와 대향되는 제1 위치에 배치될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 광 공급기(120)가 샘플 설치기(110)의 상측에 배치되고 이미지 감지기(130)가 샘플 설치기(110)의 하측에 배치된 것으로 설명한다.

상기와 같은 광 공급기(120)는 광원부(122) 및 광원 이동부(124)를 구비할 수 있다.

광원부(122)는 샘플 설치기(110)의 광검사 샘플에 광을 제공하는 부재이다. 상기와 같은 광원부(122)는 광원(126) 및 광 가이드(128)를 구비할 수 있다. 광원(126)은 광검사 샘플에 제공되는 광을 발생할 수 있다. 광 가이드(128)는 광원(126)에서 발생된 광을 광검사 샘플을 향해 안내할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 광 가이드(128)가 광섬유로 형성된 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 광을 전송하는 다양한 소재가 사용될 수 있다.

광원 이동부(124)는 설정 경로를 따라 광원부(122)를 이동시키는 부재이다. 광원 이동부(124)의 일측에는 광원부(122)가 연결될 수 있다. 광원 이동부(124)는 광원부(122)를 이동시킬 수 있는 다양한 이동 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 광원 이동부(124)는 로봇팔 구조, 레일 구조, 기어 구조, 또는 유압 실린더 구조 등으로 형성될 수 있다.

따라서, 광원 이동부(124)가 설정 경로를 따라 광원부(122)의 위치를 변경하므로, 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도가 설정 패턴으로 변경될 수 있고, 광의 조사 각도의 변경 과정에서 다양한 종류의 회절 이미지가 이미지 감지기(130)에 감지될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 감지기(130)는 샘플 설치기(110)의 광검사 샘플에서 발생된 회절 이미지(I1)를 감지할 수 있다. 상기와 같은 이미지 감지기(130)는 광의 회절 이미지(I1)를 감지할 수 있는 다양한 센서로 형성될 수 있다. 예를 들면, 이미지 감지기(130)는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서를 기반으로 형성될 수 있다.

이미지 감지기(130)는 샘플 설치기(110)와 대향되는 제2 위치에 배치될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 본 실시예에서는 광 공급기(120)와 샘플 설치기(110) 및 이미지 감지기(130)가 광의 이동 경로를 따라 상하 방향으로 배치된 것으로 설명한다. 즉, 광 공급기(120)의 제1 위치는 샘플 설치기(110)의 상측에 위치되며, 이미지 감지기(130)의 제2 위치는 샘플 설치기(110)의 하측에 위치된다.

따라서, 광 공급기(120)와 샘플 설치기(110) 및 이미지 감지기(130)는 서로 대향되게 일렬로 배치될 수 있다. 여기서, 샘플 설치기(110)와 이미지 감지기(130)의 배치 위치는 양자의 이격 거리(G)가 0.5㎜~1㎜의 범위에 포함도록 설정될 수 있다. 상기와 같이 설정된 샘플 설치기(110)와 이미지 감지기(130)의 이격 거리(G)는 샘플 설치기(110)를 통과한 회절 이미지가 이미지 감지기(130)에 가장 잘 감지될 수 있는 간격이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 처리기(140)는 광검사 샘플의 검사 이미지(I2)를 획득하도록 회절 이미지(I1)를 처리할 수 있다. 여기서, 검사 이미지(I2)는 회절 이미지(I1)를 기반으로 하여 광검사 샘플의 실제 상태를 복원한 이미지이다.

이미지 처리기(140)는 이미지 감지기(130)와 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다. 상기와 같은 이미지 처리기(140)는 유선 또는 무선 중 어느 한 방식으로 이미지 감지기(130)와 연결될 수 있다. 따라서, 이미지 감지기(130)는 회절 이미지(I1)의 정보를 전기 신호를 통해서 이미지 처리기(140)에 실시간으로 전달할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광검사 시스템(100)은 이미지 처리기(140)에서 획득된 검사 이미지(I2)를 표시하는 이미지 표시기(150)를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 이미지 표시기(150)가 모니터인 것으로 설명하지만, 이에 한정되지 않으며 광검사 시스템의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 디스플레이 부재가 사용될 수 있다.

이미지 표시기(150)는 이미지 처리기(140)와 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다. 이미지 표시기(150)는 유선 또는 무선 중 어느 한 방식으로 이미지 처리기(140)와 연결될 수 있다. 따라서, 이미지 처리기(140)는 검사 이미지(I2)의 정보를 전기 신호를 통해서 이미지 표시기(150)에 실시간으로 전달할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 광검사 시스템(100)은 광 공급기(120)의 광원부(122)의 종류에 따라 다양한 변형례를 구비할 수 있다. 도 1 내지 도 3에는 광원부(122)의 종류에 따른 일례가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 도 1의 광검사 시스템(100)의 광 공급기(120)는 가간섭성 길이(coherence length)가 설정 길이보다 길게 형성된 광을 광검사 샘플에 제공할 수 있다. 여기서, 광의 가간섭성은 간섭의 가능 정도를 나타내는 척도이고, 광의 가간섭성 길이는 광선이 가간섭성을 가진 상태로 전파되는 길이를 의미한다.

광검사 샘플의 회절 이미지(I1)를 얻기 위해서는 가간섭성 길이가 긴 광원을 사용하는 것이 일반적이다. 도 1에 도시된 광 공급기(120)의 광원부(122)는 가간섭성 길이가 긴 레이저를 조사하는 광원(126)을 구비할 수 있다. 예를 들면, 광원부(122)의 광원(126)은 반도체 레이저, 광섬유 레이저, 고체 레이저, 또는 가스 레이저 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 도 2의 광검사 시스템(100)의 광 공급기(120')는 가간섭성 길이가 설정 길이보다 짧게 형성된 광을 광검사 샘플에 제공할 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 광 공급기(120')의 광원부(122')는 가간섭성 길이가 짧은 통상의 광원(126')을 구비할 수 있다. 예를 들면, 광원부(122')의 광원(126')은 일반 램프 또는 LED 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 일반 램프로는 백열등 또는 형광등을 포함할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 광검사 시스템(100)에서는 광 공급기(120')의 광원부(122')와 샘플 설치기(110)의 사이에 협대역 필터(160)가 추가로 구비될 수 있다. 상기와 같은 협대역 필터(160)는 광원부(122')에서 조사되는 광의 가간섭성 길이를 길게 늘려주는 부재이다. 따라서, 광 공급기(120')의 광원부(122')가 가간섭성 길이가 짧은 광원(126')을 구비하더라도, 협대역 필터(160)를 추가하여 광검사 샘플의 회절 이미지(I1)를 안정적으로 확보할 수 있다.

도 3을 참조하면, 도 3의 광검사 시스템(100)의 광 공급기(120")는 서로 다른 파장의 광을 광검사 샘플에 선택적으로 제공할 수 있다. 즉, 광 공급기(120")는 광검사 샘플에 제공되는 광의 파장을 선택적으로 변경하도록 형성된 광원부(122")를 구비할 수 있으며, 광원부(122")는 광검사 샘플에 제공되는 광의 파장을 설정 패턴에 따라 변경시킬 수 있다. 따라서, 광원부(122")에서 조사되는 광의 파장 변화에 따른 광검사 샘플의 회절 이미지를 이용하여 고해상도의 검사 이미지를 획득할 수도 있다.

예를 들면, 도 3의 광원부(122")는 광원(126a, 126b, 126c)들 및 광 가이드(128")를 구비할 수 있다.

광원(126a, 126b, 126c)들은 광검사 샘플에 제공되는 광의 파장 대역에 따라 복수개가 구비될 수 있다. 즉, 광원(126a, 126b, 126c)들은 서로 다른 파장의 광을 제공하도록 형성될 수 있으며, 설정 패턴에 따라 선택적으로 작동될 수 있다.

광 가이드(128")는 광원(126a, 126b, 126c)들의 광을 샘플 설치기(110)에 선택적으로 전송하거나, 또는 광원(126a, 126b, 126c)들의 광을 조합하여 샘플 설치기(110)에 전송할 수 있다. 상기와 같은 광 가이드(128)는 광 도파성이 우수한 소재로 형성될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 광 가이드(128)가 광 컴바이너(combiner)와 같은 광 결합기 형상으로 형성된 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 광검사 시스템의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 소재와 구조로 형성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 광검사 시스템(100)의 작동 및 작용효과를 살펴보면 다음과 같다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해서 도 1에 도시된 광검사 시스템(100)을 중심으로 설명하기로 한다.

먼저, 광검사 샘플을 샘플 설치기(110)에 설치하고, 그 이후에 광 공급기(120)를 작동시켜 광검사 샘플에 광을 조사한다.

광 공급기(120)의 광원부(122)에서 조사된 광은 광검사 샘플에서 회절 반응에 따라 회절 이미지(I1)를 생성하고, 이미지 감지기(130)는 샘플 설치기(110)를 통과한 회절 이미지(I1)를 감지한다.

이때, 광원 이동부(124)는 설정 경로를 따라 광원부(122)를 이동시킬 수 있다.

상기와 같이 광원부(122)의 위치를 변경시키면, 광원부(122)에서 광검사 샘플로 조사되는 광의 조사 각도가 변경되면서 회절 이미지(I1)도 광의 조사 각도에 따라 다양하게 생성된다.

따라서, 이미지 감지기(130)에도 광원부(122)의 위치 변경에 따른 다수의 회절 이미지(I1)가 감지된다.

이미지 감지기(130)는 회절 이미지(I1)들을 전기 신호 형태로 이미지 처리기(140)에 전달하고, 이미지 처리기(140)는 회절 이미지(I1)들을 이용하여 이미지 감지기(130)의 센싱 픽셀 사이즈보다 높은 해상도로 광검사 샘플의 검사 이미지(I2)를 복원한다.

그렇게 복원하여 획득된 검사 이미지(I2)는 전기 신호 형태로 이미지 표시기(150)에 전달하고, 이미지 표시기(150)는 검사 이미지(I2)를 표시하여 광검사 샘플의 광검사 작업을 육안으로 실시할 수 있다.

한편, 회절 이미지(I1)로부터 검사 이미지(I2)를 복원하여 획득하는 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

이미지 감지기(130)에 감지된 회절 이미지(I1)의 픽셀(pixel)에 인덱스의 편차를 아래의 수학식 1에 의해 구한다.

여기서, f(x,y)는 이미지 감지기(130)의 CCD 이미지 센서의 x 좌표와 y 좌표에서의 인덱스 값이며, L은 평균값이다. 그리고, ROI는 관심 있는 이미지 영역을 의미한다.

상기와 같은 수학식 1를 이용하여 검사 이미지(I2)의 정보를 아래의 수학식 2에 의해 복원할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광검사 시스템(200)이 개략적으로 도시된 구성도이다.

도 4에서 도 1에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 이하에서는 도 1에 도시된 광검사 시스템(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광검사 시스템(200)이 도 1에 도시된 광검사 시스템(100)와 상이한 점은, 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도를 변경시키기 위하여 샘플 설치기(210)가 광검사 샘플의 위치를 변경시킨다는 점이 상이하다.

본 실시예에서는 샘플 설치기(210)가 광검사 샘플의 위치를 변경하는 구조로 형성되지만, 도 1과 다르게 광 공급기(220)의 광원부(122)는 이동 불가능한 구조로 형성될 수 있다.

여기서, 도 4에 도시된 광 공급기(220)에는 광원부(122)를 이동시키는 광원 이동부(124)가 생략된 구조이다. 따라서, 본 실시예에 따른 광 공급기(220)는 광원부(122)만으로 구성될 수 있으며, 그 광원부(122)의 상세 구조는 도 1에 도시된 광원부(122)와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 도 4에 도시된 샘플 설치기(210)는 샘플 장착부(212) 및 샘플 이동부(214)를 구비할 수 있다. 샘플 장착부(212)에는 광검사 샘플이 교체 가능하게 장착될 수 있다. 샘플 이동부(214)는 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도를 설정 패턴으로 변경시키도록 설정 경로를 따라 샘플 장착부를 이동시킬 수 있다.

상기와 같은 샘플 이동부(214)의 일측에는 샘플 장착부(212)가 연결될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 샘플 이동부(214)가 샘플 장착부(212)의 가장자리부에 구비된 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 광검사 시스템의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있다.

샘플 이동부(214)는 샘플 장착부(212)를 이동시킬 수 있는 다양한 이동 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 샘플 이동부(214)는 로봇팔 구조, 레일 구조, 기어 구조, 또는 유압 실린더 구조 등으로 형성될 수 있다.

따라서, 샘플 이동부(214)가 설정 경로를 따라 샘플 장착부(212)의 위치를 변경하므로, 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도가 설정 패턴으로 변경될 수 있고, 광의 조사 각도의 변경 과정에서 다양한 종류의 회절 이미지가 이미지 감지기(130)에 감지될 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광검사 시스템(300)이 개략적으로 도시된 구성도이다.

도 5에서 도 1에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 이하에서는 도 1에 도시된 광검사 시스템(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광검사 시스템(300)이 도 1에 도시된 광검사 시스템(100)와 상이한 점은, 복수개의 광원부(322)를 서로 이웃하게 배치된 구조로 광 공급기(320)가 형성된다는 점이 상이하다.

즉, 본 실시예에 따른 광 공급기(120)는 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도가 서로 상이한 복수개의 광원부(322)를 구비할 수 있다. 광원부(322)들은 서로 이웃하게 배치되어 번들 타입으로 형성될 수 있다. 여기서, 각 광원부(322)의 상세 구성은 도 1에 도시된 광원부(122)와 동일하므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같은 광원부(322)들은 설정 패턴에 따라 하나씩 순차적으로 점등될 수 있다. 따라서, 광 공급기(120)에서 광검사 샘플로 제공되는 광의 조사 각도가 설정 패턴으로 변경될 수 있으며, 그러한 광의 조사 각도의 변경 과정에 따라서 다양한 종류의 회절 이미지가 이미지 감지기(130)에 감지될 수 있다.

이하, 본 실시예에서는 9개의 광원부(322)들이 좌우 방향으로 3개씩 배열된 구조인 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 광검사 시스템의 설계 조건 및 상황에 따라 배열 방식, 배열 개수 또는 작동 패턴이 다양하게 변경될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광검사 시스템(400)이 개략적으로 도시된 구성도이고, 도 7과 도 8은 도 6에 도시된 광검사 시스템(400)의 작동 상태를 나타낸 도면이다.

도 6 내지 도 8에서 도 1에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 이하에서는 도 1에 도시된 광검사 시스템(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광검사 시스템(400)이 도 1에 도시된 광검사 시스템(100)와 상이한 점은, 광검사 샘플의 회절 이미지(I1)를 이미지 감지기(430)로 반사시키는 이미지 반사기(410)를 더 포함한다는 점이 상이하다.

그에 따라서, 도 6에 도시된 광검사 시스템(400)에서는 광 공급기(420)와 샘플 설치기(110) 및 이미지 감지기(430)의 배치 구조가 도 1에 도시된 광검사 시스템(100)과 상이하게 변경될 수 있다.

이미지 반사기(410)는 회절 이미지(I1)를 반사시킬 수 있는 거울 또는 프리즘과 같은 반사 부재로 형성될 수 있다. 상기와 같은 이미지 반사기(410)는 광 공급기(420)로부터 조사되는 광의 이동 경로 상에서 샘플 설치기(110)와 이미지 감지기(430)의 사이에 배치될 수 있다.

예를 들면, 이미지 감지기(430)와 샘플 설치기(110) 및 이미지 반사기(410)는 서로 대향되게 일렬로 배치될 수 있다. 즉, 샘플 설치기(110)가 이미지 감지기(430)의 상측에 배치될 수 있고, 이미지 반사기(410)가 샘플 설치기(110)의 상측에 배치될 수 있다. 이때, 이미지 반사기(410)는 샘플 설치기(110)의 상부에 근접하게 배치되거나 또는 샘플 설치기(110)의 상부에 접촉될 수 있다. 따라서, 광검사 샘플의 회절 이미지(I1)는 샘플 설치기(110)를 통과한 직후에 이미지 반사기(410)에서 이미지 감지기(430)를 향해 바로 반사될 수 있다.

또한, 광 공급기(420)는 이미지 감지기(430)의 가장자리부에 둘레를 따라 복수개가 배치된 광원부(421~426)를 구비할 수 있다. 광원부(421~426)들은 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도가 서로 상이하도록 이미지 감지기(430)의 가장자리부를 따라 서로 이웃하게 배치될 수 있다. 광원부(421~426)들은 설정 패턴에 따라 하나씩 순차적으로 점등될 수 있다.

상기와 같은 광원부(421~426)는 점광원(421, 422, 423) 또는 선광원(424, 425, 426) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 도 7에는 점광원 타입의 광원부(421~423)들을 구비한 광검사 시스템(400)의 작동 상태가 도시되어 있으며, 도 8에는 선광원 타입의 광원부(424~426)들을 구비한 광검사 시스템(400)의 작동 상태가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 광 공급기(420)의 광원부(421~423)들이 이미지 감지기(430)의 가장자리부의 둘레를 따라 배치된 점광원(421, 422, 423)들로 형성될 수 있다. 점광원(421, 422, 423)은 광을 발생하는 근원을 점 형상으로 간주할 수 있는 광원이다. 즉, 아크등 또는 초고압 수은등과 같이 발광 면적이 작은 광원을 점광원으로 볼 수 있다.

상기와 같은 점광원(421, 422, 423)들은 설정 패턴에 따라 하나씩 순차적으로 점등될 수 있다. 예를 들면, 점광원(421, 422, 423)들 중에서 제1 점광원(421)을 발광시켜 샘플 설치기(110)에 제1 조사 각도로 광을 조사할 수 있다.(도 7의 (a) 참조) 그리고, 제1 점광원(421)을 소등시키고, 그과 동시에 제1 점광원(421)의 옆에 위치된 제2 점광원(422)을 점등시켜 샘플 설치기(110)에 제2 조사 각도로 광을 조사할 수 있다.(도 7의 (b) 참조) 또한, 제2 점광원(422)을 소등시키고, 그과 동시에 제2 점광원(422)의 옆에 위치된 제3 점광원(423)을 점등시켜 샘플 설치기(110)에 제3 조사 각도로 광을 조사할 수 있다.(도 7의 (c) 참조)

도 8을 참조하면, 광 공급기(420)의 광원부(424~426)들이 이미지 감지기(430)의 가장자리부의 둘레를 따라 배치된 선광원(424, 425, 426)들로 형성될 수 있다. 선광원(424, 425, 426)은 발광면이 공간적으로 좁은 선 형상을 갖는 광원이다. 즉, 직관 형광등 또는 직관 LED등과 같이 선 모양의 광원을 선광원이라고 볼 수 있다.

하지만, 본 실시예에서는 도 6에 도시된 점광원(421, 422, 423)들 중에서 직선으로 배열된 점광원들의 일부를 동시에 점멸시키는 방식으로 선광원(424, 425, 426)이 형성된 것으로 설명한다. 즉, 도 6에 도시된 광검사 시스템(400)에서는 광 공급기(420)가 점광원들로 구성되지만, 점광원의 작동을 적절히 제어하여 점광원(421, 422, 423) 또는 선광원(424, 425, 426)을 선택적으로 구현할 수 있는 구조이다.

상기와 같은 선광원(424, 425, 426)들도 도 7의 점광원(421, 422, 423)들과 같이 설정 패턴에 따라 하나씩 순차적으로 점등될 수 있다. 예를 들면, 선광원(424, 425, 426)들 중에서 제1 선광원(424)을 발광시켜 샘플 설치기(110)에 제1 조사 각도로 광을 조사할 수 있다.(도 8의 (a) 참조) 그리고, 제1 선광원(424)을 소등시키고, 그과 동시에 제1 선광원(424)의 옆에 위치된 제2 선광원(425)을 점등시켜 샘플 설치기(110)에 제2 조사 각도로 광을 조사할 수 있다.(도 8의 (b) 참조) 또한, 제2 선광원(425)을 소등시키고, 그과 동시에 제2 선광원(425)의 옆에 위치된 제3 선광원(426)을 점등시켜 샘플 설치기(110)에 제3 조사 각도로 광을 조사할 수 있다.(도 8의 (c) 참조)

따라서, 도 6 내지 도 8에 도시된 광검사 시스템(400)은 광 공급기(420)에서 광검사 샘플로 제공되는 광의 조사 각도가 설정 패턴으로 순차적으로 변경될 수 있으며, 그러한 광의 조사 각도의 변경 과정에 따라서 다양한 종류의 회절 이미지가 이미지 반사기(410)에 반사되어 이미지 감지기(430)에 감지될 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100, 200, 300, 400: 광검사 시스템
110, 210: 샘플 설치기
212: 샘플 장착부
214: 샘플 이동부
120, 120', 120", 220, 320, 420: 광 공급기
122, 122', 122", 220, 322, 421~426: 광원부
124: 광원 이동부
130: 이미지 감지기
140: 이미지 처리기
150: 이미지 표시기
160: 협대역 필터
410: 이미지 반사기
I1: 회절 이미지
I2: 검사 이미지

Claims

광검사 샘플이 교체 가능하게 설치된 샘플 설치기;
상기 샘플 설치기와 대향되는 제1 위치에 배치되고, 상기 광검사 샘플의 회절 이미지를 생성하도록 상기 광검사 샘플에 광을 제공하는 광 공급기;
상기 회절 이미지를 감지하도록 상기 샘플 설치기와 대향되는 제2 위치에 배치된 이미지 감지기; 및
상기 이미지 감지기와 신호 전달 가능하게 연결되고, 상기 광검사 샘플의 검사 이미지를 획득하도록 상기 회절 이미지를 처리하는 이미지 처리기;
를 포함하고,
상기 샘플 설치기 또는 상기 광 공급기 중 적어도 하나는 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도를 변경하는 형상으로 형성된 광검사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 샘플 설치기는,
상기 광검사 샘플이 교체 가능하게 장착되는 샘플 장착부; 및
상기 샘플 장착부와 연결되고, 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도를 설정 패턴으로 변경시키도록 상기 샘플 장착부를 설정 경로에 따라 이동시키는 샘플 이동부;
를 구비한 광검사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광 공급기는,
상기 광검사 샘플에 광을 제공하는 광원부; 및
상기 광원부와 연결되고, 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도를 설정 패턴으로 변경시키도록 상기 광원부를 설정 경로에 따라 이동시키는 광원 이동부를 구비한 광검사 시스템.
제1항에 있어서,
상기 광 공급기는, 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 조사 각도가 서로 상이하도록 서로 이웃하게 배치된 복수개의 광원부;를 구비하고,
상기 광원부들은 설정 패턴에 따라 하나씩 순차적으로 점등되는 광검사 시스템.
제4항에 있어서,
상기 광원부들은 복수개의 점광원 또는 복수개의 선광원 중 적어도 어느 하나로 형성된 광검사 시스템.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원부는 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 가간섭성 길이가 설정 길이보다 길도록 형성된 광검사 시스템.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원부와 상기 샘플 설치기의 사이에는 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 가간섭성 길이를 설정 길이보다 길게 변경하기 위한 협대역 필터가 구비된 광검사 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광검사 샘플의 회절 이미지를 상기 이미지 감지기로 반사시키도록 상기 샘플 설치기와 상기 이미지 감지기의 사이에 배치되는 이미지 반사기;
를 더 포함하는 광검사 시스템.
제8항에 있어서,
상기 이미지 감지기와 상기 샘플 설치기 및 상기 이미지 반사기가 서로 대향되게 일렬로 배치되고,
상기 광원부들은 상기 이미지 감지기의 가장자리부에 둘레를 따라 배치된 광검사 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이미지 처리기에서 획득된 상기 검사 이미지를 표시하도록 상기 이미지 처리기와 신호 전달 가능하게 연결된 이미지 표시기;
를 더 포함하는 광검사 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샘플 설치기는 상기 광 공급기의 광을 투과시키는 투명 소재로 형성된 광검사 시스템.
제11항에 있어서,
상기 광 공급기와 상기 샘플 설치기 및 상기 이미지 감지기가 서로 대향되게 일렬로 배치되고,
상기 샘플 설치기와 상기 이미지 감지기의 이격 거리는 0.5㎜~1㎜의 범위에 포함되는 광검사 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 공급기는 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 파장을 선택적으로 변경하도록 형성된 광원부;를 구비하고,
상기 광원부는 상기 광검사 샘플에 제공되는 광의 파장을 설정 패턴으로 변경시키는 광검사 시스템.
제13항에 있어서,
상기 광원부는,
상기 광검사 샘플에 서로 다른 파장의 광을 제공하는 복수개의 광원; 및
상기 광원들의 광을 상기 광검사 샘플에 선택적으로 제공하도록 상기 광원들과 연결된 광 가이드;
를 구비한 광검사 시스템.