KR20160121718A - 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업 현장에서 사용되는 영상촬영 검사장치에서 다중 카메라를 이용하여 자동 초점을 신속하게 맞출 수 있도록 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치 및 그 방법에 관한 것으로,
상기 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치는, 검사 대상체를 안착시키는 스테이지를 초점 조절을 위해 이동시키는 스테이지구동부; 인접된 카메라들이 초점에 대하여 일정 거리 간격의 오프셋을 가지도록 배치되어 검사 대상체를 촬영하는 두 개 이상의 카메라를 포함하는 카메라부; 상기 스테이지를 이송시키는 각각의 스텝별로 상기 두 개 이상의 카메라부에서 촬영된 영상으로부터 각각의 초점값을 검출하는 초점값 검출부; 및 상기 스텝별로 이전의 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 현재 스텝에서의 초점값이 감소하는 경우 상기 카메라의 이전 최대 초점값과 현재의 초점값의 사이의 위치를 초점으로 자동 검출하는 초점검출부를 포함하는 제어부;를 포함하여 구성되어,
영상 촬영 검사 장치의 자동 초점을 신속하고 정확하게 맞출 수 있도록 하며, 정확도와 자동 초점 맞춤 시간의 필요에 따라 자동 초점을 맞추는 시간과 정확도를 조절할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Description

다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치 및 그 방법{AUTO FOCUSING APPARATUS AND THE METHOD USING MULTI CAMERAS}
본 발명은 산업 현장에서 사용되는 영상촬영 검사장치의 자동 초점 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다중 카메라를 이용하여 자동 초점을 신속하게 맞출 수 있도록 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 현미경으로 반도체 웨이퍼 표면을 촬상하여 검사하는 반도체웨이퍼 검사장치와 같이, 산업 현장에서는 영상을 촬영하여 검사 대상체의 표면 검사 등의 검사를 수행할 수 있도록 하기 위하여 현미경 등의 촬영 장치가 자동으로 검사 대상체에 초점이 맞추어 질 수 있도록 하는 자동초점 기능이 필요하게 된다.
이러한 자동 초점 방법으로는 비점수차법, 대한민국 공개특허 제10-2014-0065366호(특허문헌 1, 2014. 05. 29. 공개)에 개시된 이중 비점수차법 등이 이용되었다.
또한, 카메라의 자동 초점 방식으로, 대한민국 등록특허 제10-0685859호(특허문헌 2, 2007. 02. 22. 공고)는 감시 카메라 촬영 영상을 원격지 컴퓨터가 수신하여 초점 조절 신호를 전송하는 것에 의해 감시카메라의 초점을 자동으로 조절하는 방법, 대한민국 등록특허 제 10-1204433호(특허문헌 3, 2012. 07. 06. 공개)의 초점영역을 구성하는 화소들의 이산코사인변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 계수를 기초로 하여 입력 영상의 초점값을 산출하는 방법과 이외 에도, 촬영 카메라가 적외선 또는 레이저를 이용하여 거리를 측정함으로써 자동으로 초점을 맞추는 방법, 위상차 검출 방식, 콘트라스트 검출 방식 등이 적용되었다. 이때 상기 초점값은 CCD(Charged Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서를 통해 입수된 영상을 ISP 신호처리 한 후, 고역통과필터(High Pass Filter: HPF)를 통과시켜 나온 에지를 통해 산출되는 값 등으로 정의될 수 있으며, 이러한 초점값이 최대가 되는 위치가 초점이 된다.
그러나 상술한 종래기술들의 경우, 하나의 카메라를 이용하여 초점을 검출하게 되는데, 초기 초점 검출을 위한 스테이지 또는 렌즈의 이동 방향 설정이 어려우며, 초점 값 검출을 위한 다양한 방법들의 처리를 위한 연산처리를 수행하게 되므로, 자동 초점을 맞추는데 시간이 오래 걸리는 문제점을 가진다.
또한, 종래기술의 경우 자동 초점의 정확도와 자동 초점을 맞추는 속도 사이의 조절이 어려워, 정확도와 속도를 필요에 따라 가변시키지 못하는 문제점을 가진다.
특허문헌 1: 대한민국 공개특허 제10-2014-0065366호(2014. 05. 29. 공개) 특허문헌 2: 대한민국 등록특허 제10-0685859호(2007. 02. 22. 공고) 특허문헌 3: 대한민국 등록특허 제 10-1204433호(2012. 07. 06. 공개)
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다수의 카메라를 초점거리 방향에서 서로 일정 거리 간격의 오프셋을 가지도록 배치하여, 초기 스테이지의 초점값 검출을 위한 자동 초점을 위한 스테이지 이동(스텝) 방향을 용이하게 판단할 수 있도록 함으로써 자동 초점값을 신속하게 검출하도록 하는 것에 의해 자동으로 초점을 맞추는 시간을 현저히 단축시킬 수 있도록 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 오프셋 값의 조절에 의해 초점값의 검출 속도와 정확도 사이의 조절을 통해 원하는 정확도 범위 내에서 신속하면서도 정확하게 자동초점을 수행할 수 있도록 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치는, 검사 대상체를 안착시키는 스테이지를 초점 조절을 위해 이동시키는 스테이지구동부; 인접된 카메라들이 초점에 대하여 일정 거리 간격의 오프셋을 가지도록 배치되어 검사 대상체를 촬영하는 두 개 이상의 카메라를 포함하는 카메라부; 상기 스테이지를 이송시키는 각각의 스텝별로 상기 두 개 이상의 카메라부에서 촬영된 영상으로부터 각각의 초점값을 검출하는 초점값 검출부; 및 상기 스텝별로 이전의 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 현재 스텝에서의 초점값이 감소하는 경우 상기 카메라의 이전 최대 초점값과 현재의 초점값의 사이의 위치를 초점으로 자동 검출하는 초점검출부를 포함하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 자동 초점 장치는, 상기 스텝별로 이전의 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 현재 스텝의 초점값이 감소하는 경우, 상기 제어부는 현재 스텝의 최대 초점값에 인접되는 두 개의 초점값들이 이루는 기울기가 오차 범위 내에서 0이 되도록 방향을 변경하면서 상기 스테이지를 반복 이송시키도록 구성되고, 상기 초점검출부는 현재 스텝의 최대 초점값에 인접되는 두 개의 초점값들이 이루는 기울기가 오차 범위 내에서 0이 되는 상기 현재 스텝의 최대 초점값의 위치를 초점으로 자동 검출하도록 구성될 수 있다.
상기 초점검출부는, 이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값이 이전 최대 초점값과 오차 범위 내에서 동일하고 초점값 기울기의 부호가 변경된 경우에는 각 초점값의 중간 값의 위치를 초점으로 검출하도록 구성될 수도 있다.
상기 제어부는, 상기 초점값 검출 횟수가 1 회인 경우, 상기 이전 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 초점값이 증가한 경우 또는 상기 초점이 검출되지 않은 경우 중 어느 하나의 경우, 이전 스텝에서 검출된 상기 두 개 이상의 초점값들 중 최대 초점값이 증가하는 방향을 상기 스테이지 이동 방향으로 설정하여 상기 스테이지를 기 설정된 스텝 간격으로 반복 이송시키는 신호를 상기 스테이지구동부로 출력하는 스테이지제어부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 스테이지제어부는, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 상기 스텝 간격을 축소하고, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 상기 스텝 간격을 증가시키도록 구성될 수 있다.
상기 자동 초점 장치는, 상기 카메라들 각각에 상기 카메라의 위치를 이동시키는 카메라구동부가 구비되고, 상기 제어부는, 상기 각각의 카메라구동부로, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 상기 오프셋 거리를 축소한 오프셋 조절 신호를 출력하고, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 상기 오프셋 거리를 증가시키는 오프세 조절 신호를 출력하는 오프셋제어부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 카메라를 이용한 자동 초점 방법은, 스테이지구동부; 두 개 이상의 카메라를 포함하는 카메라부; 상기 두 개 이상의 카메라 각각의 초점값을 검출하는 초점값 검출부; 및 초점을 검출하는 초점검출부와 스테이지제어부를 구비하는 제어부;를 포함하여 구성되는 자동 초점 장치의 자동 초점 방법에 있어서, 상기 초점값 검출부가 스텝별로 상기 카메라 각각의 초점값을 검출하는 초점값 검출과정; 상기 초점값 검출부에 의해 상기 초점값들이 2회 이상 검출되었는지를 판단하는 초점값 검출 횟수 판단과정; 상기 초점값 검출 횟수 판단과정의 판단 결과 상기 초점값 검출 횟수가 2회 이상인 경우, 상기 스텝별로 이전의 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 현재 스텝에서의 초점값이 이전 최대 초점값에 대하여 감소하였는지 여부를 판단하는 이전 최대 초점값 감소 판단과정; 상기 이전 최대 초점값 감소 판단 과정의 판단결과 이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값이 이전 최대 초점값에 대하여 감소한 경우, 상기 카메라의 이전 최대 초점값과 현재의 초점값의 사이의 위치가 초점인지를 판단하여 초점을 자동으로 검출하는 초점검출판단과정; 및 상기 스테이지제어부가 상기 초점값 검출 횟수가 1회인 경우, 상기 이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값의 절대값이 이전 최대 초점값의 절대값에 대하여 증가한 경우 또는 상기 초점이 검출되지 않은 경우 중 어느 하나의 경우, 이전 스텝에서 검출된 상기 두 개 이상의 초점값들 중 최대 초점값이 증가하는 방향을 상기 스테이지 이동을 위한 스텝 변화 방향으로 설정하여 상기 스테이지를 기 설정된 스텝 간격으로 반복 이송시킨 후 상기 초점값 검출과정부터 처리과정을 다시 수행하도록 하는 스테이지이동과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 초점검출판단과정은, 상기 이전 최대 초점값 감소 판단 과정 중 상기 이전 최대 초점값이 감소한 경우, 최대 초점값 인접 초점값 사이의 기울기가 오차 범위 내에서 0인 경우 상기 최대 초점값의 위치를 초점으로 검출하는 과정일 수 있다.
상기 초점검출판단과정은, 상기 이전 최대 초점값 감소 판단 과정 중 이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값이 이전 최대 초점값과 오차 범위 내에서 동일하고 기울기의 부호가 변경된 경우에는 각 초점값의 중간 값의 위치를 초점으로 검출하는 과정일 수도 있다.
또한, 상기 자동 초점 방법은, 상기 초점검출부가 상기 초점값 검출부에서 검출된 상기 각각의 카메라에서 촬영된 영상의 초점값들이 이루는 초점값 기울기를 검출하는 초점값 기울기 검출과정; 상기 초점검출부가 검출된 상기 초점값 기울기 절대 값을 기 설정 범위와 비교하는 초점값 기울기 절대값 기 설정 범위 비교 판단과정; 및 상기 스테이지제어부가 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 상기 스텝 간격을 축소하고, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 상기 스텝 간격을 증가시키는 스텝간격 또는 오프셋간격 조절과정;을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 자동 초점 방법은, 상기 제어부가 오프셋제어부를 더 포함하여 구성되고, 상기 초점검출부가 상기 초점값 검출부에서 검출된 상기 각각의 카메라에서 촬영된 영상의 초점값들이 이루는 초점값 기울기를 검출하는 초점값 기울기 검출과정; 상기 초점검출부가 검출된 상기 초점값 기울기 절대 값을 기 설정 범위와 비교하는 초점값 기울기 절대값 기 설정 범위 비교 판단과정; 및 상기 오프셋제어부가 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 상기 오프셋을 축소하고, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 상기 오프셋을 증가시키는 스텝간격 또는 오프셋간격 조절과정;을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치 및 그 방법은, 다수의 카메라를 초점거리 방향에서 서로 일정 거리 간격의 오프셋을 가지도록 배치하는 것에 의해, 초기 스테이지의 초점값 검출을 위한 스테이지의 스텝 간격 변화 방향을 용이하게 판단할 수 있도록 하여 초점값을 신속하게 검출하도록 하는 것에 의해 자동초점을 맞추는 시간을 현저히 단축시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치 및 그 방법은, 오프셋 값 또는 스텝 간격의 조절에 의해, 초점값의 검출 속도와 정확도를 조절할 수 있도록 하여 원하는 정확도 범위 내에서 신속하면서도 정확하게 자동초점을 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치(1)의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 3은 초점값 검출부(141)에서 검출된 카메라별 초점값의 분포를 나타내는 그래프.
도 4는 자동 초점의 정확도 또는 초점 맞춤 시간 조절을 위한 스텝간격 또는 오프셋 간격 조절과정을 더 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 자동 초점 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해 되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치(1)의 구성도이다.
도 1과 같이, 상기 자동 초점 장치(1)는, 검사대상체(2)가 장착되는 스테이지(9), 스테이지를 이송시키는 스테이지구동부(110), 조명을 위한 조명장치(3)와 렌즈(5), 다중 카메라부(120), 초점값 검출부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성된다.
그리고 검사대상체(2)로부터 반사된 광을 다중 카메라부(120)로 위치 이동시킬 필요가 있는 경우 도 1의 하프미러(7)와 반사경(11) 등이 선택적으로 구성될 수 있다.
상기 각 구성을 상세히 설명하면, 상기 검사대상체(2)는 반도체 웨이퍼, 표면 검사 수행을 위한 금속판, 평탄면 검사를 위한 유리판 또는 렌즈 등일 수 있으며, 검사 대상체가 이러한 예로 한정되지는 않는다.
상기 스테이지구동부(110)는 스테이지제어부(144)의 제어에 의해, 검사대상체(2)가 장착된 스테이지(9)를 초점거리의 광경로에 수직인 평면 상에서 전후 좌우 및 광경로 방향의 전후로 위치 이동시키도록 구성되어, 각 카메라들의 초점값을 변경할 수 있도록 구성된다. 이때 한 스텝별 스테이지(9)가 이동하는 거리인 스텝 간격은, 초점 검출 속도의 조절을 위해 하기에 설명될 스테이지제어부(144)에 의한 스텝간격 또는 오프셋간격조절과정(S40)에 의해 넓어지거나 좁아진다.
상기 조명장치(3)와 렌즈(5)는 검사대상체(2)를 조명하는 것으로서, 조명장치(3)는 필요에 따라 백색광, 적외선, 자외선 등의 빛을 선택적으로 조사하도록 구성될 수 있다. 그리고 렌즈(5)는 조사되는 빛을 평행광으로 바꾸어 검사대상체(2)의 표면 전체에서 균일한 조도로 빛이 조명되도록 구성되는 선택적인 구성이 된다.
상기 다중 카메라부(120)는 도 1의 광 경로 상에서 순차적으로 일정 오프셋 거리 간격을 가지도록 배치되는 제 1 내지 제 3 카메라(121, 123, 125)와, 각각의 오프셋 거리 조절을 위해 광 경로 상에서 오프셋 거리만큼 경로차를 가지도록 배치되는 두 개 이상의 카메라를 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의해 상기 다중 카메라부(120)는 카메라 개수만큼의 초점거리 영역에 대한 초점값을 한 스텝의 촬영에 의해 검출할 수 있으며, 오프셋 간격의 조절에 의해 초점 검출 속도를 조절할 수 있도록 한다. 도 1의 경우 상기 다중 카메라부(120)를 구성하는 카메라를 3개로 도시하였으나, 상기 카메라는 2개 이상이면 본원 발명이 적용될 수 있다.
상기 초점값 검출부(130)는 다중 카메라부(120)의 카메라(121, 123, 125)들의 촬상 영상으로부터 초점값을 검출하여 출력하도록 구성된다. 이때 초점값 검출부(130)의 초점값 검출 방식은 종래기술에서 설명한 바와 같이, 비점수차법, 이중 비점수차법, 화소들의 이산코사인변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 계수를 기초로 하여 입력 영상의 초점값을 산출하는 방법, 위상차 검출 방식, 콘트라스트 검출 방식 등의 다양한 방법 및 방식이 적용될 수 있다.
상기 구성에서 상기 제어부(140)는 초점검출, 오프셋제어, 스테이지제어를 수행하도록 구성되는 것으로서, 도 1과 같이, 초점검출부(141)와 스테이지제어부(144) 및 오프셋제어부(143)를 포함하여 구성된다.
상기 초점검출부(140)는 스텝별로 이전의 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 현재 스텝에서의 초점값이 감소하는 경우 카메라의 이전 최대 초점값과 현재의 초점값의 사이의 위치를 초점으로 자동 검출하도록 구성된다. 이 경우, 상기 초점검출부(140)는 현재 스텝의 최대 초점값에 인접되는 두 개의 초점값들이 이루는 기울기가 오차 범위 내에서 0이 되는 상기 현재 스텝의 최대 초점값의 위치를 초점으로 자동 검출하도록 구성될 수 있다. 여기서 상기 스텝은 카메라의 자동 초점 위치를 찾기 위해 스테이지를 기 설정된 간격으로 이동시켜 초점값을 가변시키면서 촬영한 후 초점값을 검출하는 일련의 단위 처리과정을 의미한다.
상기 오프셋제어부(143)는 카메라구동부들의 구동을 제어하여 오프셋을 변경시키도록 구성된다. 구체적으로 상기 오프셋제어부(143)는 제 1 내지 제 3 카메라구동부(122, 124, 126)로, 일 회 스텝에서 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 상기 오프셋 거리를 축소한 오프셋 조절 신호를 출력하고, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 상기 오프셋 거리를 증가시킨 오프셋 조절 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 스테이지제어부(144)는 초점 검출을 위해 스테이지구동부(110)의 구동을 제어하도록 구성된다. 상기 스테이지구동부(110)는 자동 초점을 맞추기 위해 촬영 스텝별로 스테이지(9)를 광경로 방향을 따라 전 후로 움직이는 거리 간격인 스텝 간격으로 상기 스테이지(9)를 위치 이동시키는 스테이지 구동 신호를 스테이지구동부(110)로 출력한다. 필요에 따라서 상기 스테이지 구동 신호는 광경로에 수직인 평면 상에서 스테이지(9)를 4방향으로 이동시키는 제어 신호를 포함할 수도 있다.
구체적으로, 상기 스테이지제어부(144)는 초점값 검출부(130)에 의한 초점값 검출 횟수가 1회인 경우, 초점값 감출 횟수가 2회 이상 수행된 경우 이전 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 초점값이 증가한 경우 또는 초점검출부(141)에서 초점이 검출되지 않은 경우 중 어느 하나의 경우, 이전 스텝에서 검출된 초점값들 중 최대 초점값이 증가하는 방향을 상기 스테이지 이동을 위한 스텝 변화 방향으로 설정하여 스테이지(9)를 이동시키는 제어를 수행하도록 구성된다.
또한, 상기 스테이지제어부(144)는 초점값 기울기의 절대값이 기 설정된 범위보다 작으면 스텝 간격을 넓히고, 기 설정된 범위보다 큰 경우에는 스텝 간격을 줄이는 것에 의해 최단 시간에 가장 정확하게 자동 초점을 맞출 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 스테이지제어부(144)는, 스텝별로 이전의 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 현재 스텝의 초점값이 감소하는 경우, 초점값을 검출하기 위하여 스테이지를 현재 스텝의 최대 초점값에 인접되는 두 개의 초점값들이 이루는 기울기가 오차 범위 내에서 0이 되도록 방향을 변경하면서 반복 이송시키는 스테이지제어를 수행하도록 구성될 수 있다.
상술한 구성의 자동 초점 장치(1)는 다수의 카메라를 이용하여 초점값을 검출하게 되므로, 한 스텝에서 검출되는 초점값의 영역이 넓어져, 초점 위치를 신속하게 검출할 수 있도록 한다. 또한, 스텝 간격과 오프셋 간격을 선택적으로 조절할 수 있도록 하는 것에 의해 초점 인접 위치에서의 미세 스텝 간격, 미세 오프셋 간격 조절을 수행할 수 있어 자동 초점 검출의 속도 및 정확성을 현저히 향상시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 2와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 카메라를 이용한 자동 초점 방법은, 스테이지구동부(110), 제 1 내지 제 3 카메라(121, 123, 125)와 각각의 카메라를 구동시키는 카메라구동부(122, 124, 126)를 포함하는 카메라부(120), 카메라(121, 123, 125)들 각각의 초점값을 검출하는 초점값 검출부(130) 및 초점을 검출하는 초점검출부(141)와 오프셋제어부(143) 및 스테이지제어부(145)를 구비하는 제어부(140);를 포함하여 구성되는 자동 초점 장치(1)의 자동 초점 방법에 있어서, 초점값 검출과정(S10), 초점값 검출 횟수 판단 과정(S50), 이전 최대 초점값 감소 판단 과정(S60), 초점검출판단과정(S70) 및 스테이지이동과정(S80)을 포함하여 이루어진다.
구체적으로 상기 자동 초점 방법의 처리과정을 설명하면, 초점값 검출과정(S10)에서는 초점값 검출부(141)가 스텝별로 카메라(121, 123, 125)들 각각의 초점값을 검출한다.
도 3은 초점값 검출부(141)에서 검출된 카메라별 초점값의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3과 같이 초점값은 광경로 상에서의 카메라와 검사대상체(2) 사이의 길이 차이에 따른 종모양의 분포를 이루도록 분포되고, 최대 초점값 가지는 종모양의 정점의 위치에 대응하는 위치가 초점(f) 위치가 된다.
도 3에서 첫 번째 스텝(Si1)에서 최초로 제 1 카메라(121)의 초점값(F11), 제 2 카메라(123)의 초점값(F21), 제 3 카메라(125)의 초점값(F31)이 각각 하나의 스텝간격(Si) 내에 분포하도록 초점값들이 검출된다. 그리고 n-1 번째 스텝(Sin-1)의 경우에는 제 1 카메라(121)의 초점값(F1n-1), 제 2 카메라(123)의 초점값(F2n-1), 제 3 카메라(125)의 초점값(F3n-1)이 각각 하나의 스텝간격(Si) 내에 분포하도록 초점값들이 검출된다. 또한, n 번째 스텝(Sin)의 경우에는 제 1 카메라(121)의 초점값(F1n), 제 2 카메라(123)의 초점값(F2n), 제 3 카메라(125)의 초점값(F3n)이 각각 하나의 스텝간격(Si) 내에 분포하도록 초점값들이 검출된다.
이렇게 스텝별로 검출된 초점값 들은 스텝별 카메라별로 누적 저장된다.
초점값 검출 과정(S10)의 수행 후, 초점값 검출 횟수 판단 과정(S50)에서는 초점값 검출부(141)에 의해 스텝별 카메라들의 초점값 검출 횟수가 2회 이상인지가 판단되어 스텝 횟수, 즉 초점값 검출 횟수가 저장된다.
이 후, 상기 이전 최대 초점값 감소 또는 증가 판단과정(S60)에서 초점값 검출 횟수가 2회 이상인 경우, 상기 스텝별로 이전의 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 현재 스텝에서의 초점값이 이전 최대 초점값에 대하여 감소, 동일 또는 증가하였는지 여부가 판단되어 저장된다.
그리고 상기 초점검출판단과정(S70)에서 이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값이 이전 최대 초점값에 대하여 감소한 경우, 상기 카메라의 이전 최대 초점값과 현재의 초점값의 사이의 위치가 초점인지를 판단하여 초점을 자동으로 검출하는 처리 과정이 수행된다. 이때, 상기 초점검출판단과정(S70)의 초점 검출은, 이전 최대 초점값이 감소한 경우, 최대 초점값 인접 초점값 사이의 기울기가 오차 범위 내에서 0인 경우 상기 최대 초점값의 위치를 초점으로 검출하는 과정일 수 있다.
상기 초점검출판단과정(S70)은 이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값이 이전 최대 초점값과 오차범위 내에서 동일하고 기울기의 부호가 변경된 경우에는 각 초점값의 중간값의 위치를 초점으로 검출하는 과정일 수도 있다.
다음으로, 스테이지이동과정(S80)은 상기 스테이지제어부(144)가 초점값 검출 횟수가 1회인 경우, 최대 초점값을 검출하여 초점을 검출하기 위해 이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값의 절대값이 이전 최대 초점값의 절대값에 대하여 증가한 경우 또는 초점이 검출되지 않은 경우 중 어느 하나의 경우, 이전 스텝에서 검출된 초점값들 중 최대 초점값이 증가하는 방향을 상기 스테이지 이동을 위한 스텝 변화 방향으로 설정하여 상기 스테이지를 기 설정된 스텝 간격으로 반복 이송시킨 후 상기 초점값 검출과정부터 처리과정을 다시 수행하도록 하는 과정을 수행한다.
도 4는 자동 초점의 정확도 또는 초점 맞춤 시간 조절을 위한 스텝간격 또는 오프셋 간격 조절과정을 더 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 자동 초점 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
즉, 도 4와 같이, 본 발명의 다른 실시예의 자동 초점 방법은, 초점값 검출과정(S10)과 초점값 검출 횟수 판단 과정(S50)의 사이에서 스텝 간격 또는 오프셋 간격을 조절하는 것에 의해 자동 초점을 맞추는 시간을 최소화시키고 정확도를 최대화시키도록 구성될 수 있다. 즉, 최대 초점값에서 먼 위치에서는 스텝 간격과 오프셋 간격을 크게 하여, 최소의 시간으로 최대 초점값 인접 위치에 도달하도록 하고, 최대 초점값 인접 위치에서는 스텝 간격과 오프셋 간격을 작게 하여 최대 초점값의 위치를 최단시간에 정확하게 검출할 수 있도록 하는 것에 의해, 자동 초점을 맞추는 시간을 최소화시키고 정확도를 최대화시키도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 도 4의 본 발명의 다른 실시예의 자동 초점 방법은, 도 2의 자동 초점 방법의 처리과정의 초점값 검출과정(S10)과 초점값 검출 횟수 판단 과정(S50)의 사이에서 수행되는 초점값 기울기 검출과정(S20), 초점값 기울기 절대값 기 설정 범위 비교 판단 과정(S30), 스텝간격 또는 오프셋 간격 조절과정(S40)을 더 포함하여 이루어진다.
도 4의 처리과정 중 초점값 검출과정(S10), 초점값 검출 횟수 판단 과정(S50), 이전 최대 초점값 감소 판단 과정(S60), 초점검출판단과정(S70) 및 스테이지이동과정(S80)은 도 2의 처리과정과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하고, 새로이 추가된 초점값 기울기 검출과정(S20), 초점값 기울기 절대값 기 설정 범위 비교 판단 과정(S30), 스텝간격 또는 오프셋 간격 조절과정(S40)을 더욱 상세하게 설명한다.
도 4의 초점값 기울기 검출과정(S20)에서는 도 2의 처리과정 중 초점값 검출과정(S10)이 수행된 후, 초점검출부(141)가 초점값 검출부(130)에서 검출된 각각의 카메라(121, 123, 125)의 초점값들 중 인접 초점값이 이루는 초점값 기울기들이 검출된다.
이후, 상기 초점값 기울기 절대값 기 설정 범위 비교 판단 과정(S30)에서는 상기 초점검출부가 검출된 상기 초점값 기울기 절대 값을 기 설정 범위와 비교하여, 검출된 초점값 기울기 절대값들이 기 설정 범위 내인지, 기 설정 범위 값보다 큰지, 기 설정 범위 값보다 작은 지를 판단한다.
상술한 바와 같이, 초점값 기울기 절대값 기 설정 범위 비교 판단 과정(S30)이 수행된 후에는, 상기 스텝간격 또는 오프셋 간격 조절과정(S40)에서 오프셋제어부(143)가, 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 오프셋의 간격을 축소하는 신호를 제 1 내지 제 3 카메라구동부(122, 124, 126)로 출력하여 카메라들 사이의 오프셋(OS)을 축소하며, 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 카메라들 사이의 오프셋(OS)을 증가시킨다. 또한, 스테이지제어부(144)도 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 상기 스텝 간격을 축소하고, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 상기 스텝 간격을 증가시킨다.
상술한 스텝간격 또는 오프셋 간격 조절과정(S40)을 예를 들어 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 첫 번째 스텝(Si1)의 경우에는 초점값의 변화가 완만하므로, 이 경우는 기 설정된 범위보다 초점값 기울기가 작은 경우로 하여 오프셋 값 또는 스텝 간격 중 하나 이상을 크게 하여 초점 검출 속도를 빠르게 한다. 이와 달리, n-1 번째 스텝(Sin-1)과 n 번째 스텝(Sin)의 경우에는 스테이지(9)의 이동 거리에 따라 초점값이 급격하게 변하게 되므로, 정확한 초점 검출을 위해 오프셋 값 또는 스텝 간격 중 하나 이상을 감소시켜 최대 초점값의 위치를 신속하고 정확하게 검출할 수 있도록 한다.
상술한 스텝간격 또는 오프셋 간격 조절과정(S40)의 수행 후 다수의 스텝이 진행된 후에는 상기 초점검출판단과정(S70)이 수행되어 초점을 검출한다.
이 후에는 초점값 검출 횟수 판단 과정(S50), 이전 최대 초점값 감소 판단 과정(S60), 초점검출판단과정(S70) 및 스테이지이동과정(S80)이 순차적으로 수행되어 초점이 자동으로 검출된다.
이러한 처리과정 중 상기 초점검출판단과정(S70)에서는 n-1 번째 스텝(Sin-1)의 최대 초점값인 제 3 카메라(125)의 초점값(F3n-1)이 n 번째 스텝(Sin)에서 초점값(F3n)으로 감소되는 것을 알 수 있으며, 이에 의해, n-1 번째 스텝(Sin-1)과 n 번째 스텝(Sin) 사이에 초점이 위치하는 것을 파악할 수 있다. 이 후에도 최대 초점 값이 증가하는 방향으로 스테이지의 스텝 간격 이동 방향을 변경하여 스테이지(9)를 반복 이동시키는 것에 의해 초점을 자동으로 검출할 수 있게 된다.
그리고 도 2의 설명에서와 같이, 상기 초점검출판단과정(S70)의 초점 검출은, 이전 최대 초점값이 감소한 경우, 최대 초점값 인접 초점값 사이의 기울기가 오차 범위 내에서 0인 경우 상기 최대 초점값의 위치를 초점으로 검출하는 과정일 수 있다. 이때의 오차 범위는 필요한 정확도에 따라 다르게 설정될 수 있다.
이와 달리, 이전 스텝의 최대 초점값이 현재 스텝에서도 오차 범위 내에서 동일한 값을 가지며 인접 초점값 과의 기울기의 부호가 변경된 경우에는 두 초점값 사이의 중앙 위치를 초점으로 검출한다. 이때 상기 오차 범위 또한 자동 초점 검출 시간이나 정확도에 따라 다르게 선택될 수 있다.
상기 초점 검출 방법은 상술한 실시예 이외에도 주기적으로 방향을 변경하여 수행되는 스텝과정에서 최대 초점값이 초점 위치를 중심으로 좌우로 반복적으로 이동되는 경우에는 일정 값의 범위 내에서 외삽법을 이용하여 초점 위치를 추측 검출하는 방법 등 다양하게 적용될 수 있다.
1: 자동초점장치 2: 검사대상체
3: 조명장치 5: 렌즈
7: 하프미러 9: 스테이지
11: 반사경 110: 스테이지구동부
120: 다중카메라부 121: 제 1카메라
122: 제 1 카메라구동부 123: 제 2 카메라
124: 제 2 카메라구동부 125: 제 3 카메라
126: 제 3 카메라구동부 F: 초점값
D: 스테이지 이동거리 Si: i 번째 스텝
OS: 오프셋

Claims (11)

  1. 검사 대상체를 안착시키는 스테이지를 초점 조절을 위해 이동시키는 스테이지구동부;
    인접된 카메라들이 초점에 대하여 일정 거리 간격의 오프셋을 가지도록 배치되어 검사 대상체를 촬영하는 두 개 이상의 카메라를 포함하는 카메라부;
    상기 스테이지를 이송시키는 각각의 스텝별로 상기 두 개 이상의 카메라부에서 촬영된 영상으로부터 각각의 초점값을 검출하는 초점값 검출부; 및
    상기 스텝별로 이전의 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 현재 스텝에서의 초점값이 감소하는 경우 상기 카메라의 이전 최대 초점값과 현재의 초점값의 사이의 위치를 초점으로 자동 검출하는 초점검출부를 포함하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스텝별로 이전의 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 현재 스텝의 초점값이 감소하는 경우,
    상기 제어부는 현재 스텝의 최대 초점값에 인접되는 두 개의 초점값들이 이루는 기울기가 오차 범위 내에서 0이 되도록 방향을 변경하면서 상기 스테이지를 반복 이송시키도록 구성되고,
    상기 초점검출부는 현재 스텝의 최대 초점값에 인접되는 두 개의 초점값들이 이루는 기울기가 오차 범위 내에서 0이 되는 상기 현재 스텝의 최대 초점값의 위치를 초점으로 자동 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 초점검출부는,
    이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값이 이전 최대 초점값과 오차 범위 내에서 동일하고 초점값 기울기의 부호가 변경된 경우에는 각 초점값의 중간 값의 위치를 초점으로 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 초점값 검출 횟수가 1 회인 경우, 상기 이전 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 초점값이 증가한 경우 또는 상기 초점이 검출되지 않은 경우 중 어느 하나의 경우, 이전 스텝에서 검출된 상기 두 개 이상의 초점값들 중 최대 초점값이 증가하는 방향을 상기 스테이지 이동 방향으로 설정하여 상기 스테이지를 기 설정된 스텝 간격으로 반복 이송시키는 신호를 상기 스테이지구동부로 출력하는 스테이지제어부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 스테이지제어부는,
    상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 상기 스텝 간격을 축소하고, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 상기 스텝 간격을 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 카메라들 각각에 상기 카메라의 위치를 이동시키는 카메라구동부가 구비되고,
    상기 제어부는,
    상기 각각의 카메라구동부로, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 상기 오프셋 거리를 축소한 오프셋 조절 신호를 출력하고, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 상기 오프셋 거리를 증가시키는 오프세 조절 신호를 출력하는 오프셋제어부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 장치.
  7. 스테이지구동부; 두 개 이상의 카메라를 포함하는 카메라부; 상기 두 개 이상의 카메라 각각의 초점값을 검출하는 초점값 검출부; 및 초점을 검출하는 초점검출부와 스테이지제어부를 구비하는 제어부;를 포함하여 구성되는 자동 초점 장치의 자동 초점 방법에 있어서,
    상기 초점값 검출부가 스텝별로 상기 카메라 각각의 초점값을 검출하는 초점값 검출과정;
    상기 초점값 검출부에 의해 상기 초점값들이 2회 이상 검출되었는지를 판단하는 초점값 검출 횟수 판단과정;
    상기 초점값 검출 횟수 판단과정의 판단 결과 상기 초점값 검출 횟수가 2회 이상인 경우, 상기 스텝별로 이전의 스텝에서 최대 초점값을 가지는 카메라의 현재 스텝에서의 초점값이 이전 최대 초점값에 대하여 감소하였는지 여부를 판단하는 이전 최대 초점값 감소 판단과정;
    상기 이전 최대 초점값 감소 판단 과정의 판단결과 이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값이 이전 최대 초점값에 대하여 감소한 경우, 상기 카메라의 이전 최대 초점값과 현재의 초점값의 사이의 위치가 초점인지를 판단하여 초점을 자동으로 검출하는 초점검출판단과정; 및
    상기 스테이지제어부가 상기 초점값 검출 횟수가 1회인 경우, 상기 이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값의 절대값이 이전 최대 초점값의 절대값에 대하여 증가한 경우 또는 상기 초점이 검출되지 않은 경우 중 어느 하나의 경우, 이전 스텝에서 검출된 상기 두 개 이상의 초점값들 중 최대 초점값이 증가하는 방향을 상기 스테이지 이동을 위한 스텝 변화 방향으로 설정하여 상기 스테이지를 기 설정된 스텝 간격으로 반복 이송시킨 후 상기 초점값 검출과정부터 처리과정을 다시 수행하도록 하는 스테이지이동과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 방법.
  8. 청구항 8에 있어서, 상기 초점검출판단과정은,
    상기 이전 최대 초점값 감소 판단 과정 중 상기 이전 최대 초점값이 감소한 경우, 최대 초점값 인접 초점값 사이의 기울기가 오차 범위 내에서 0인 경우 상기 최대 초점값의 위치를 초점으로 검출하는 과정인 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 초점검출판단과정은,
    상기 이전 최대 초점값 감소 판단 과정 중 이전 최대 초점값을 가진 카메라의 현재 초점값이 이전 최대 초점값과 오차 범위 내에서 동일하고 기울기의 부호가 변경된 경우에는 각 초점값의 중간 값의 위치를 초점으로 검출하는 과정인 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 초점검출부가 상기 초점값 검출부에서 검출된 상기 각각의 카메라에서 촬영된 영상의 초점값들이 이루는 초점값 기울기를 검출하는 초점값 기울기 검출과정;
    상기 초점검출부가 검출된 상기 초점값 기울기 절대 값을 기 설정 범위와 비교하는 초점값 기울기 절대값 기 설정 범위 비교 판단과정; 및
    상기 스테이지제어부가 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 상기 스텝 간격을 축소하고, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 상기 스텝 간격을 증가시키는 스텝간격 또는 오프셋간격 조절과정;을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부가 오프셋제어부를 더 포함하여 구성되고,
    상기 초점검출부가 상기 초점값 검출부에서 검출된 상기 각각의 카메라에서 촬영된 영상의 초점값들이 이루는 초점값 기울기를 검출하는 초점값 기울기 검출과정;
    상기 초점검출부가 검출된 상기 초점값 기울기 절대 값을 기 설정 범위와 비교하는 초점값 기울기 절대값 기 설정 범위 비교 판단과정; 및
    상기 오프셋제어부가 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 큰 경우 상기 오프셋을 축소하고, 상기 초점값 기울기 절대값이 기 설정 범위보다 작은 경우 상기 오프셋을 증가시키는 스텝간격 또는 오프셋간격 조절과정;을 더 포함하여 과정인 것을 특징으로 하는 다중 카메라를 이용한 자동 초점 방법.
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