KR20180106170A - 3차원 형상 측정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 형상 측정 장치로서, 측정 대상물로 패턴광을 조사하는 복수의 패턴광 조사부들, 패턴광이 측정 대상물에서 반사된 반사광을 결상하여 패턴 이미지들을 획득하는 적어도 하나의 결상부 및 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물의 적어도 하나의 높이 값을 산출하는 처리부를 포함할 수 있다. 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 제1 조사각으로 측정 대상물로 패턴광을 조사할 수 있고, 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 제1 조사각과 상이한 제2 조사각으로 측정 대상물로 패턴광을 조사할 수 있으며, 처리부는 제1 조사각 및 제2 조사각으로 조사된 패턴광 각각에 의해 생성된 패턴 이미지들을 이용하여 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
Description
본 발명은 3차원 형상 측정 장치 및 이를 이용한 3차원 형상 측정 방법에 관한 것이다.
측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 방법으로서 위상 천이 방법(Phase Measuring Profilometry)을 이용한 3차원 형상 측정 방법이 있다. 위상 천이 방법을 이용하는 3차원 형상 측정 장치는, 격자무늬 조명과 같은 패턴광을 측정 대상물로 조사하여 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물의 높이 값들을 산출할 수 있다. 구체적으로, 3차원 형상 측정 장치는 패턴 이미지들의 각 측정 지점에서 간섭신호를 획득한 후, 획득된 각 간섭신호의 위상 값으로부터 이에 대응하는 높이 값을 산출함으로써, 측정 대상물의 높이 값들을 산출할 수 있다. 3차원 형상 측정 장치는 산출된 측정 대상물의 높이 값들에 기초하여 측정 대상물의 3차원 이미지를 생성할 수 있다.
최근에는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)에서의 부품 실장 오류 검사 또는 솔더 검사를 정밀하게 수행하기 위해서 3차원 형상 측정 장치가 이용되고 있다. 또한, 3차원 형상 측정 장치는, 의료, 로봇, 자동화 기계 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히, 위상 천이 방법을 이용하는 3차원 형상 측정 장치는 빠르게 넓은 영역의 3차원 형상 측정이 가능하기 때문에, 측정 시간 단축이 요구되는 검사 분야 등에서 널리 사용되고 있다.
위상 천이 방법을 이용하는 3차원 형상 측정 방법에서는, 2π 모호성(2π ambiguity) 문제로 인해 측정 대상물의 측정 가능한 높이 범위가 제한될 수 있다. 2π 모호성이란 측정 지점들에서 계산된 위상들이 실제로는 서로 2π의 정수배만큼 차이가 나더라도, 위상들이 모두 0과 2π 사이에 있는 것처럼, 계산된 위상들에 대응하는 높이 값들이 모두 동일하게 산출됨으로써 발생하는 측정 오류이다. 예를 들어, 어느 측정 지점에서 계산된 위상이 1.5π일 때, 이에 대응하는 높이 값이 1mm이면, 다른 측정 지점에서 계산된 위상이 1.5π와 비교하여 2π의 정수배만큼 차이가 나고 실제로 높이 값이 1mm가 아니더라도, 이 위상에 대응하는 높이 값은 동일하게 1mm로 산출된다. 따라서, 측정 대상물의 측정 가능한 높이의 범위는 0에서 2π 사이의 위상 범위에 대응하는 높이 범위 정도로 제한될 수 있다. 또한, 위상 천이 방법을 이용하는 3차원 형상 측정 방법에서는 측정 대상물의 높이가 매우 낮아 패턴 이미지 상에서 측정 대상물로 조사된 패턴광의 왜곡 정도가 충분히 구별되지 않을 경우, 정확한 높이 값을 산출하는 것이 어려울 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 측정 가능한 높이 범위를 증가시킬 수 있는 3차원 형상 측정 장치 및 이를 이용하는 3차원 형상 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치는, 측정 대상물로 패턴광을 조사하는 복수의 패턴광 조사부들, 상기 패턴광이 상기 측정 대상물에서 반사된 반사광을 결상하여 패턴 이미지들을 획득하는 적어도 하나의 결상부 및 상기 패턴 이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물의 적어도 하나의 높이 값을 산출하는 처리부를 포함할 수 있고, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 제1 조사각으로 상기 측정 대상물로 패턴광을 조사하고, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 상기 제1 조사각과 상이한 제2 조사각으로 상기 측정 대상물로 패턴광을 조사할 수 있으며, 상기 처리부는 상기 제1 조사각 및 상기 제2 조사각으로 조사된 패턴광 각각에 의해 생성된 패턴 이미지들을 이용하여 상기 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 3차원 형상 측정 장치는, 상기 복수의 패턴광 조사부들 및 결상부 중 적어도 하나를 이동하여 상기 측정 대상물로 조사되는 패턴광의 조사각 또는 결상각을 조정 가능한 조사각 조정부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는, 상기 제1 조사각으로 패턴광을 조사하는 광원 및 상기 제2 조사각으로 패턴광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 3차원 형상 측정 장치는, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나에서 조사된 패턴광을 상기 측정 대상물로 전달하는 광학계 및 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나 또는 상기 광학계를, 이동 또는 회전시켜, 상기 측정 대상물로 조사되는 패턴광의 조사각을 조정 가능한 조사각 조정부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 광학계는 상기 광원에서 조사된 패턴광을 상기 측정 대상물로 반사하는 적어도 하나의 반사거울을 포함할 수 있고, 상기 조사각 조정부는 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나에서 조사된 패턴광이 상기 적어도 하나의 반사거울에서 반사되는 각도를 조정하거나 또는 상기 적어도 하나의 반사거울을 이동하여, 상기 조사각을 조정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 반사거울은 제1 반사거울 및 제2 반사거울을 포함할 수 있고, 상기 조사각 조정부는, 상기 제1 반사거울을 이동 또는 회전시켜, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나에서 상기 제1 반사거울로 조사된 패턴광이 상기 제2 반사거울로 조사되는 위치 또는 각도를 조정할 수 있고, 상기 제2 반사거울을 이동하여, 상기 제2 반사거울에서 반사된 패턴광이 상기 측정 대상물로 조사되는 각도를 조정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 패턴광 조사부들 각각은 동일한 격자피치를 이용하여 패턴광을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 결상부는 상기 패턴 이미지들을 획득하는 복수의 결상장치들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 결상장치들은 상기 측정 대상물에 대해 동일하거나 상이한 결상각을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 패턴광 조사부들은 제1 패턴광 조사부 및 제2 패턴광 조사부를 포함할 수 있고, 상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부 각각은, 상기 제1 조사각으로 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하고, 상기 제2 조사각으로 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부는 상기 측정 대상물을 중심으로 반대 측에 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 패턴광 조사부들은 제3 패턴광 조사부 및 제4 패턴광 조사부를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부는 상기 측정 대상물로 조사되는 패턴광의 조사각을 상기 제1 조사각으로 조정할 수 있고, 상기 제3 패턴광 조사부 및 상기 제4 패턴광 조사부는 상기 측정 대상물로 조사되는 패턴광의 조사각을 상기 제2 조사각으로 조정할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 방법은, 조사각 조정부가 결상부의 FOV를 획득하는 단계, 상기 조사각 조정부가 측정 대상물 상의 상기 FOV에 각각 대응하는 적어도 하나의 측정 영역을 결정하는 단계, 상기 조사각 조정부가 각 측정 영역에 대한 높이 정보를 획득하는 단계, 상기 조사각 조정부가 상기 높이 정보에 기초하여, 상기 측정 대상물의 측정 영역들 중 측정 영역 내의 적어도 하나의 구성의 최대 높이가 기준치 이하인 측정 영역을 결정하는 단계, 상기 결정된 측정 영역을 상기 결상부가 결상할 때, 상기 조사각 조정부가 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 패턴광의 조사각을 제1 조사각에서 상기 제1 조사각보다 큰 제2 조사각으로 변경하는 단계, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나가 상기 제2 조사각으로 상기 결정된 측정 영역에 상기 패턴광을 조사하는 단계, 상기 패턴광이 상기 결정된 측정 영역에서 반사된 반사광을 상기 결상부가 결상하여 적어도 하나의 패턴 이미지를 획득하는 단계 및 상기 적어도 하나의 패턴 이미지를 이용하여, 상기 결정된 측정 영역에 대한 적어도 하나의 높이 값을 처리부가 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 방법은, 조사각 조정부가 결상부의 FOV를 획득하는 단계, 상기 조사각 조정부가 측정 대상물 상의 상기 FOV에 각각 대응하는 적어도 하나의 측정 영역을 결정하는 단계, 상기 조사각 조정부가 각 측정 영역에 대한 높이 정보를 획득하는 단계, 상기 조사각 조정부가 상기 높이 정보에 기초하여, 상기 측정 대상물의 측정 영역들 중 측정 영역 내의 구성들의 밀집도(density of components)가 기준치 이상인 측정 영역을 결정하는 단계, 상기 결정된 측정 영역을 상기 결상부가 결상할 때, 상기 조사각 조정부가 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 패턴광의 조사각을 제1 조사각에서 상기 제1 조사각보다 작은 제2 조사각으로 변경하는 단계, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나가 상기 제2 조사각으로 상기 결정된 측정 영역에 상기 패턴광을 조사하는 단계, 상기 패턴광이 상기 결정된 측정 영역에서 반사된 반사광을 상기 결상부가 결상하여 적어도 하나의 패턴 이미지를 획득하는 단계 및 상기 적어도 하나의 패턴 이미지를 이용하여, 상기 결정된 측정 영역에 대한 적어도 하나의 높이 값을 처리부가 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 방법은, 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나가 제1 조사각으로 제1 패턴광을 측정 대상물로 조사하는 단계, 상기 제1 패턴광이 상기 측정 대상물에서 반사된 제1 반사광을 결상부가 결상하여 패턴 이미지를 획득하는 단계, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나가 상기 제1 조사각과 다른 제2 조사각으로 제2 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계, 상기 제2 패턴광이 상기 측정 대상물에서 반사된 제2 반사광을 상기 결상부가 결상하여 패턴 이미지를 획득하는 단계 및 상기 패턴 이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물의 적어도 하나의 높이 값을 처리부가 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 조사각을 상기 제1 조사각으로 조정하여 상기 제1 패턴광을 조사하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제2 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 조사각을 상기 제2 조사각으로 조정하여 상기 제2 패턴광을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 패턴광 조사부들은 제1 패턴광 조사부 및 제2 패턴광 조사부를 포함할 수 있고, 상기 제1 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부의 조사각을 상기 제1 조사각으로 조정하여 상기 제1 패턴광을 조사하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제2 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부의 조사각을 상기 제2 조사각으로 조정하여 상기 제2 패턴광을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 패턴광 조사부들은 제3 패턴광 조사부 및 제4 패턴광 조사부를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부의 조사각을 상기 제1 조사각으로 조정하여 상기 제1 패턴광을 조사하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제2 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 제3 패턴광 조사부 및 상기 제4 패턴광 조사부의 조사각을 상기 제2 조사각으로 조정하여 상기 제2 패턴광을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치는, 측정 대상물로 패턴광을 조사하는 패턴광 조사부, 상기 패턴광이 상기 측정 대상물에서 반사된 반사광을 결상하여 패턴 이미지들을 획득하는 적어도 하나의 결상부 및 상기 패턴 이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물의 적어도 하나의 높이 값을 산출하는 처리부를 포함할 수 있고, 상기 패턴광 조사부는 서로 상이한 제1 조사각 및 제2 조사각 중 적어도 하나에 따라 상기 측정 대상물로 패턴광을 조사할 수 있으며, 상기 처리부는 상기 제1 조사각 또는 상기 제2 조사각으로 조사된 패턴광에 의해 생성된 패턴 이미지들을 이용하여 상기 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 3차원 형상 측정 장치는, 상기 패턴광 조사부 및 결상부 중 적어도 하나를 이동하여 상기 측정 대상물로 조사되는 패턴광의 조사각 또는 결상각을 조정 가능한 조사각 조정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 컴퓨터 판독가능 저장매체는 상기 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 방법의 각 단계를 수행하는 프로그램을 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에 의하면, 패턴광 조사부의 조사각을 변경하여 측정 대상물로 패턴광을 조사함으로써, 측정 대상물의 측정 가능한 최대 높이를 증가시키거나, 측정 대상물의 측정 가능한 최소 높이를 감소시킬 수 있다.
또한, 높낮이의 편차가 큰 측정 대상물들이 밀집해 있더라도, 패턴광 조사부의 조사각 변경을 통해 3차원 형상 측정 시 발생하는 그림자 영향을 줄일 수 있어 높은 품질의 3차원 이미지가 생성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서, 패턴광의 조사각이 감소할 때, 측정 대상물 상에 나타나는 패턴의 피치의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서, 패턴광의 조사각이 증가할 때, 측정 대상물 상에 나타나는 패턴의 피치의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서, 높이가 낮은 측정 대상물 상에 조사된 패턴광의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 측정 대상물이 없을 때 및 높이가 매우 낮은 측정 대상물이 있을 때 각각 획득된 패턴 이미지들을 픽셀 단위에서 비교하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서, 패턴광의 조사각이 증가할 때, 높이가 매우 낮은 측정 대상물 상에 조사된 패턴광의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 측정 대상물이 없을 때 및 높이가 매우 낮은 측정 대상물에 패턴광의 조사각을 증가시켜 조사했을 때 각각 획득된 패턴 이미지들을 픽셀 단위에서 비교하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 하나의 패턴광 조사부를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 10은 회전 가능한 하나의 패턴광 조사부 및 이동 가능한 하나의 반사거울을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 11은 고정된 하나의 패턴광 조사부 및 이동 가능한 하나의 반사거울을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12는 이동 가능한 하나의 패턴광 조사부 및 이동 가능한 하나의 반사거울을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13은 하나의 패턴광 조사부 및 두 개의 반사거울을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라, 2개의 결상장치를 이용하여 구현된 3차원 형상 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 2개의 결상장치를 이용하여 구현된 3차원 형상 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라, 4개의 패턴광 조사부를 이용하여 측정 스테이지부에 놓인 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라, 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따라, 측정 대상물의 3차원 형상을 측정할 때, 측정 대상물 상에서 FOV들에 대응하는 측정 영역들의 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라, 측정 대상물 상의 복수의 FOV에 대응하는 측정 영역들 중 높이가 기준치 이하인 구성이 포함된 측정 영역의 3차원 형상을 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라, 측정 대상물 상의 복수의 FOV에 대응하는 측정 영역들 중 구성들의 밀집도가 기준치 이상인 측정 영역의 3차원 형상을 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서, 패턴광의 조사각이 감소할 때, 측정 대상물 상에 나타나는 패턴의 피치의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서, 패턴광의 조사각이 증가할 때, 측정 대상물 상에 나타나는 패턴의 피치의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서, 높이가 낮은 측정 대상물 상에 조사된 패턴광의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 측정 대상물이 없을 때 및 높이가 매우 낮은 측정 대상물이 있을 때 각각 획득된 패턴 이미지들을 픽셀 단위에서 비교하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서, 패턴광의 조사각이 증가할 때, 높이가 매우 낮은 측정 대상물 상에 조사된 패턴광의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 측정 대상물이 없을 때 및 높이가 매우 낮은 측정 대상물에 패턴광의 조사각을 증가시켜 조사했을 때 각각 획득된 패턴 이미지들을 픽셀 단위에서 비교하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 하나의 패턴광 조사부를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 10은 회전 가능한 하나의 패턴광 조사부 및 이동 가능한 하나의 반사거울을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 11은 고정된 하나의 패턴광 조사부 및 이동 가능한 하나의 반사거울을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12는 이동 가능한 하나의 패턴광 조사부 및 이동 가능한 하나의 반사거울을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13은 하나의 패턴광 조사부 및 두 개의 반사거울을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라, 2개의 결상장치를 이용하여 구현된 3차원 형상 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 2개의 결상장치를 이용하여 구현된 3차원 형상 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라, 4개의 패턴광 조사부를 이용하여 측정 스테이지부에 놓인 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라, 측정 대상물의 3차원 형상을 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따라, 측정 대상물의 3차원 형상을 측정할 때, 측정 대상물 상에서 FOV들에 대응하는 측정 영역들의 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라, 측정 대상물 상의 복수의 FOV에 대응하는 측정 영역들 중 높이가 기준치 이하인 구성이 포함된 측정 영역의 3차원 형상을 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라, 측정 대상물 상의 복수의 FOV에 대응하는 측정 영역들 중 구성들의 밀집도가 기준치 이상인 측정 영역의 3차원 형상을 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명이 아래 제시된 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것으로 해석해서는 아니 된다.
본 실시예에서 사용되는 용어 "부"는 소프트웨어, FPGA(field-programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 그러나, "부"는 하드웨어 및 소프트웨어에 한정되는 것은 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일례로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세서, 함수, 속성, 프로시저, 서브루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 어레이 및 변수를 포함한다. 구성요소와 "부" 내에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소 및 "부"로 결합되거나 추가적인 구성요소와 "부"로 더 분리될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 다르게 정의되어 있지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 보다 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 발명의 범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본원 명세서에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 이상 복수형의 표현도 함께 포함할 수 있으며, 이는 청구항에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용하는 것일 뿐 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것이 아니다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는" 및 "갖는"과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 문구 또는 문장에서 특별히 다르게 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 "~에 기초하여"라는 표현은, 해당 표현이 포함되는 문구에서 기술되는 결정 또는 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 하나 이상의 인자를 기술하는데 사용되고, 이 표현은 결정 또는 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 추가적인 인자를 배제하지는 않는다.
본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 3차원 형상 측정 장치(100)는, 측정 대상물(130)로 조사되는 패턴광의 조사각을 변경하면서 획득된 복수의 패턴 이미지들을 이용하여, 측정 대상물(130)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 3차원 형상 측정 장치(100)는, 패턴광(110) 및 패턴광(120)을 조사각 θ1로 측정 대상물(130)의 한 지점(131)을 향해 각각 조사하여, 결상부(150)를 통해 패턴 이미지들을 각각 획득한다. 또한, 3차원 형상 측정 장치(100)는, 조사각을 θ2로 감소시킨 패턴광(111) 및 패턴광(121), 또는 조사각을 θ3로 증가시킨 패턴광 (112) 및 패턴광(122)을 측정 대상물(130)의 한 지점(131)을 향해 각각 조사하여, 결상부(150)를 통해 패턴 이미지들을 각각 획득할 수 있다. 3차원 형상 측정 장치(100)는, 처리부(160)를 통해, 획득된 패턴 이미지들로부터 측정 대상물(130)의 각 지점마다 패턴의 위상을 산출하고, 산출된 패턴의 위상을 이용하여 측정 대상물(130)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
여기서 "조사각"이란, 패턴광이 측정 대상물(130)의 한 지점(131)을 향해 조사되는 방향과 측정 대상물(130)이 놓인 측정 스테이지부(140)의 수직 법선(141)이 형성하는 각도를 의미할 수 있다. 또한, 패턴광이 조사되는 한 지점(131)은 측정 대상물(130)의 한 지점일 수 있지만, 측정 대상물(130)이 놓이는 측정 스테이지부(140) 상의 한 지점일 수도 있다.
여러 높낮이를 갖는 형상의 측정 대상물에 패턴광이 조사되면, 측정 대상물 상에 나타나는 패턴은 측정 대상물의 외형을 반영하여 왜곡된다. 결상부(150)에서 획득된 패턴 이미지는 이와 같은 왜곡 정보를 패턴의 위상으로서 포함한다. 3차원 형상 측정 장치(100)는 이와 같은 왜곡 정보, 즉 위상을 이용하여, 측정 대상물의 높이를 측정할 수 있다.
3차원 형상 측정 장치(100)는, 이와 같이, 동일한 측정 대상물에, 동일한 피치를 가지지만 조사각이 서로 다른 패턴광들을 조사하여 획득된 패턴 이미지들을 함께 이용하여 측정 대상물의 높이 값을 산출함으로써, 조사각이 고정된 경우에 비해, 측정 가능한 최대 높이를 증가시킬 수 있다.
구체적으로, 도 2 및 3을 참조하여 설명하면, 먼저 패턴광(210)이 측정 대상물(230)로 조사될 때, 패턴광(210)에 의해 측정 대상물(230) 상에 형성되는 패턴의 피치를 P1이라 가정한다. 이 경우, 만약 패턴광(210)의 조사각을 감소시켜 다른 방향(211)으로 측정 대상물(230) 상에 패턴광이 조사되면, 측정 대상물(230) 상에 형성되는 패턴의 피치는 P2로 줄어들 수 있다. 이와 반대로, 만약 패턴광(210)의 조사각을 증가시켜 다른 방향(212)으로 측정 대상물(230) 상에 패턴광이 조사되면, 측정 대상물(230) 상에 형성되는 패턴의 피치가 P3와 같이 증가할 수 있다.
따라서, 패턴광의 조사각을 변경하여 획득된 패턴의 피치들 P1, P2 및 P3에 대응하는 등가 파장(equivalent wavelength)을 각각 λ1, λ2 및 λ3라 하면, (λ1 및 λ2), (λ1 및 λ3) 또는 (λ2 및 λ3) 같은 다중 파장의 조합을 이용함으로써, 3차원 형상 측정 장치(100)의 측정 가능한 최대 높이가 증가할 수 있다. 예를 들어, 파장 λ1 및 λ2를 이용하면, 통합 등가 파장(combined equivalent wavelength)인 λ12가 (λ1 ⅹ λ2)/(λ1 - λ2)의 관계식을 통해 산출되며, 통합 등가 파장 λ12는 특히 λ2 > 0.5λ1이면 λ1 또는 λ2보다 항상 크다. 측정 대상물(130)의 어느 한 지점에서의 높이 H는 Φ(위상)ⅹλ/2π의 관계식을 이용하여 산출되며, 등가 파장이 커질수록 측정 가능한 높이의 한계가 높아질 수 있다. 따라서, 통합 등가 파장인 λ12에 의해 측정 대상물(130)의 측정 가능한 높이는 단일한 등가 파장 λ1 또는 λ2에 의해 측정 가능한 높이보다 증가할 수 있다. 여기서, 패턴의 등가 파장은, 패턴광의 전자기학적 속성으로서 파장을 의미하지 않고, 패턴광이 측정 대상물에 비춰졌을 때에 반복적으로 나타나는 밝고 어두운 음영 패턴의 한 반복 단위의 길이를 의미한다.
본 발명의 3차원 형상 측정 장치(100)에 의하면, 고정된 피치의 패턴광원을 이용함에도 불구하고, 패턴광의 조사각을 변경함으로써, 측정 대상물 표면에 형성되는 패턴의 피치를 변경할 수 있다. 따라서, 고정된 피치 및 가변하는 조사각을 가지는 광원을 이용하는 3차원 형상 측정 장치(100)는, 피치와 조사각이 고정된 광원을 이용하는 종래의 3차원 형상 측정 장치와 비교하여, 높이 측정 범위의 상한을 더 높일 수 있다.
한편, 3차원 형상 측정 장치(100)는 동일한 측정 대상물에 패턴광의 조사각을 증가시켜 획득된 패턴 이미지들을 이용함으로써, 측정 대상물의 높이 측정 범위의 하한을 좀더 낮출 수 있다.
결상소자의 분해능의 한계로 인하여, 패턴 형상의 왜곡이 있더라도 왜곡이 패턴 이미지 상에서 식별되지 않을 수 있다. 즉, 측정 대상물의 높이가 매우 낮으면, 측정 대상물에 관한 패턴 형상의 왜곡의 크기가 결상소자의 픽셀 크기보다 훨씬 작을 수 있고, 따라서 결상된 패턴 이미지 상에서 패턴 형상의 왜곡이 명확히 식별되지 않을 수 있다.
결상소자의 분해능의 한계에도 불구하고, 3차원 형상 측정 장치(100)는, 측정 대상물(130)로 조사되는 패턴광의 조사각을 증가시키고, 그에 따라 패턴의 피치를 증가시킴으로써, 패턴 형상의 왜곡이 결상소자의 여러 픽셀들에 걸쳐 나타나도록 할 수 있다. 따라서, 3차원 형상 측정 장치(100)는 결상소자의 분해능을 높이지 않더라도, 즉 동일한 결상소자를 이용하면서도, 측정 대상물에 관하여 높이를 정확히 측정할 수 있는 범위의 하한을 더 낮출 수 있다.
이와 유사하게, 만약 어떤 두 측정 대상물들의 높이 차이가 매우 작아서, 두 측정 대상물들에 관한 패턴 형상의 왜곡의 차이가 결상소자의 한 픽셀보다 훨씬 작다면, 두 측정 대상물들의 높이 차이는 그 결상소자에 의해 획득된 패턴 이미지 상에서 명확히 식별되지 않을 수 있다.
이 경우에도, 3차원 형상 측정 장치(100)는, 측정 대상물(130)로 조사되는 패턴광의 조사각을 증가시키고, 그에 따라 패턴의 피치를 증가시킴으로써, 패턴 형상의 왜곡의 차이가 결상소자의 여러 픽셀들에 걸쳐 나타나도록 할 수 있다. 따라서, 3차원 형상 측정 장치(100)는 측정 대상물의 두 지점들에 관하여 높이 차이를 식별할 수 있는 정밀도를 더 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서, 높이가 낮은 측정 대상물 상에 조사된 패턴광의 특성을 설명하기 위한 도면이다. 이에 반해, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서, 패턴광의 조사각이 증가할 때, 높이가 매우 낮은 측정 대상물 상에 조사된 패턴광의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 줄무늬의 패턴 형상을 갖는 패턴광(420)이 주변 영역에 비해 높이 솟아 있는 측정 대상물(410)로 조사되면, 측정 대상물(410)과 그 주변 영역의 높이 차이로 인해, 측정 대상물(410) 상에 줄무늬가 왜곡되어 나타난다. 그런데, 측정 대상물(410)의 높이가 매우 낮으면, 측정 대상물(410)을 포함하는 영역(430)을 결상하는 결상소자(440)에서, 패턴 형상의 왜곡이 결상되는 형태가 결상소자(440) 상의 한 픽셀(441)을 거의 벗어나지 않은 채로 결상될 수 있다. 다시 말해, 측정 대상물(410)이 있는 경우에 결상소자(440) 상의 픽셀들(441, 442, 443)에 결상되는 빛의 양은 측정 대상물이(410)이 없는 경우에 각 픽셀들에 결상될 빛의 양에 비해 각각 거의 차이가 없고, 따라서 각각의 경우에 획득되는 두 패턴 이미지들 간의 구별이 어려울 수 있다. 이 경우, 처리부(160)는 두 패턴 이미지들에서 패턴 형상의 왜곡된 정도를 구분하기 어렵기 때문에, 측정 대상물(410)의 높이를 산출하기 어려울 수 있다.
도 5는 이에 대한 구체적인 예로서, 측정 대상물이 없을 때 및 높이가 매우 낮은 측정 대상물(410)이 있을 때 각각 획득된 패턴 이미지들(510, 530)을 픽셀 단위에서 비교하는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 결상소자의 분해능이 불충분하면, 어느 측정 영역에 측정 대상물이 없을 때 획득된 패턴 이미지(510) 상에서, 측정 대상물이 없이 촬상된 영역(520)의 각 픽셀들(521, 522, 523)의 그레이-레벨(gray-level)은, 동일한 측정 영역에 매우 낮은 측정 대상물(410)이 있을 때 획득된 패턴 이미지(530) 상에서, 측정 대상물(410)이 촬상된 영역(540)의 각 대응하는 픽셀들(541, 542, 543)의 그레이-레벨과 거의 동일하다. 따라서, 처리부(160)는, 패턴 이미지(530)를 이용하면, 측정 대상물이 없을 때와 거의 차이가 없는 패턴 형상의 왜곡 정보만을 패턴 이미지(530)로부터 얻을 수 있으므로, 측정 대상물(410)의 높이를 산출하기 어려울 수 있다.
그러나, 도 6에 도시된 바와 같이, 조사각이 큰 패턴광(450)이 측정 대상물(410)로 조사되면, 패턴의 피치가 넓어지면서, 측정 대상물(410) 상에 나타나는 왜곡된 줄무늬 패턴이 결상소자(440) 상의 픽셀(441)뿐 아니라, 그 옆의 다른 픽셀들(442, 443)에도 결상될 수 있다. 이 경우, 처리부(160)는 패턴 이미지에서 패턴 형상의 왜곡을 식별할 수 있기 때문에, 측정 대상물(410)의 높이를 더 정확히 산출할 수 있다.
도 7은 이에 대한 구체적인 예로서, 측정 대상물이 없을 때 및 높이가 매우 낮은 측정 대상물(410)에 패턴광의 조사각을 증가시켜 조사했을 때 각각 획득된 패턴 이미지들(710, 730)을 픽셀 단위에서 비교하는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 동일한 결상소자(440)를 사용하더라도, 어느 측정 영역에 측정 대상물이 없을 때 획득된 패턴 이미지(710)의 각 픽셀들(721, 722, 723)의 그레이-레벨은, 동일한 측정 영역에 매우 낮은 측정 대상물(410)이 있을 때 획득된 패턴 이미지(730) 상에서, 측정 대상물(410)이 촬상된 영역(740)의 각 대응하는 픽셀들(741, 742, 743)의 그레이-레벨과 차이를 갖는다. 따라서, 처리부(160)는, 패턴 이미지(730)로부터 측정 대상물(410)로 인한 패턴 형상의 왜곡 정보를 얻을 수 있으므로, 측정 대상물(410)의 높이가 매우 낮음에도 불구하고 측정 대상물(410)의 높이를 정확히 산출할 수 있다.
본 발명의 3차원 형상 측정 장치(100)는 이와 같은 특성을 이용하기 위해서, 높이가 낮은 측정 대상물에 대해서는, 임의의 조사각으로 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지뿐만 아니라, 그로부터 조사각이 증가된 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지를 별도로 또는 함께 이용함으로써, 측정 대상물의 높이 값을 더 정확히 산출할 수 있다. 따라서, 3차원 형상 측정 장치(100)는 측정 대상물의 전부 또는 일부의 높이가 매우 작더라도 높은 품질의 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 이와 같은 장점을 갖는 3차원 형상 측정 장치는 부품의 리드와 기판 사이에 도포된 솔더에 대한 검사 등에 활용될 수 있다.
또한, 3차원 형상 측정 장치(100)에 의하면, 높낮이의 편차가 큰 측정 대상물들이 밀집해 있더라도, 3차원 형상 측정 시 발생하는 그림자 영향을 줄일 수 있어 높은 품질의 3차원 이미지가 생성될 수 있다. 예를 들어, 3차원 형상 측정 장치(100)가 기판 상의 부품 실장 검사에 사용될 경우, 3차원 형상 측정 장치(100)는 기판 상에 실장된 높이가 큰 부품들과 이들 사이에 실장된 높이가 작은 부품 모두를 포함한 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 그런데, 하나의 고정된 조사각으로 패턴광을 이들 부품들로 조사하면, 높이가 큰 부품들이 패턴광을 가리게 되어 높이가 작은 부품으로 패턴광이 제대로 조사되지 않을 수 있다. 또한, 패턴 이미지 상에서 높이가 큰 부품들의 그림자가 높이가 작은 부품의 전부 또는 일부를 가리는 것으로 표시될 수 있다. 따라서, 고정된 조사각으로 패턴광을 조사하는 3차원 형상 측정 장치에 의하면, 이와 같이 높낮이의 편차가 큰 측정 대상물들이 밀집해 있는 경우, 높은 부품의 그림자 속에 놓인 높이가 낮은 측정 대상물의 높이를 정확히 측정하기 어려울 수 있다.
그러나 본 발명의 3차원 형상 측정 장치(100)는, 높이가 큰 측정 대상물 사이에 높이가 작은 측정 대상물이 있을 때, 조사각이 작게 조정된 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지를 별도로 또는 추가적으로 이용함으로써, 높이가 큰 측정 대상물뿐만 아니라 높이가 작은 측정 대상물의 높이도 정확히 측정할 수 있다. 이는 패턴광의 조사각을 작게 함으로써, 높이가 작은 측정 대상물로 패턴광이 제대로 전달될 수 있고, 높이가 큰 측정 대상물들로 인한 그림자의 영향을 줄일 수 있기 때문이다.
이하에서는 본 발명의 3차원 형상 측정 장치의 다양한 실시예들에 관해 보다 구체적으로 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치(800)의 구성을 나타내는 블록도이다. 3차원 형상 측정 장치(800)는 제1 패턴광 조사부(810) 및 제2 패턴광 조사부(820)를 포함하는 복수의 패턴광 조사부들(810, 820), 결상부(850) 및 처리부(860)를 포함할 수 있다. 복수의 패턴광 조사부들(810, 820)은 측정 스테이지부(840)에 놓인 측정 대상물(830)을 향해 패턴광(814, 824)을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 패턴광 조사부들(810, 820) 각각은 동일한 격자피치를 이용하여 패턴광을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 3차원 형상 측정 장치(800)는 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 중심으로 조사각을 조정하여 패턴광(814, 824)을 조사할 수 있다. 예를 들어, 복수의 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나는 제1 조사각(예컨대, 60도)으로 패턴광을 조사하고, 복수의 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나는 제1 조사각과 상이한 제2 조사각(예컨대, 70도)으로 조사각을 조정하여 패턴광을 조사할 수 있다. 따라서, 패턴광 조사부들(810, 820)은 각각 또는 함께 제1 조사각 및 제2 조사각 중 적어도 하나로 조사각을 조정하여 측정 대상물(830)로 패턴광을 조사할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 패턴광 조사부(810) 및 제2 패턴광 조사부(820)는 측정 대상물(830)을 중심으로 서로 반대 측에 있을 수 있다. 이 경우, 제1 패턴광 조사부(810) 및 제2 패턴광 조사부(820) 각각은, 제1 조사각과 제2 조사각으로 패턴광을 측정 대상물(830)로 조사할 수 있다.
조사각은 측정 대상물(830)의 높이에 따라 결정되어 조정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 측정 대상물(830)의 높이 정보는 그 대상물의 좌표값을 포함하는 CAD 정보와, 검사 기준 정보 등으로부터 미리 획득될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 측정 대상물(830)의 높이 정보는 사용자에 의해 기 입력될 수 있다.
결상부(850)는 측정 스테이지부(840)의 위쪽에 설치되며, 패턴광 조사부들(810, 820)에서 조사된 패턴광이 측정 대상물(830)의 표면에서 반사(난반사를 포함)된 반사광을 결상하여(즉, 반사된 패턴으로부터) 패턴 이미지들을 획득할 수 있다. 결상부(850)는 카메라와 같은 하나 이상의 결상장치를 이용하여 구현될 수 있다. 하나 이상의 결상장치는 측정 대상물(830)을 향한 방향으로 측정 대상물(830)에서 반사된 반사광을 결상할 수 있다.
처리부(860)는 결상부(850)에서 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 처리부(860)는 N-버킷 알고리즘(N-Bucket algorithm)과 같은 위상 천이 방법에서 사용되는 알고리즘을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다. 처리부(860)는 산출된 높이 값들을 이용하여 측정 대상물(830)의 3차원 이미지를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 처리부(860)는 제1 조사각 및 제2 조사각과 같이 서로 다른 조사각으로 조사된 패턴광에 의해 생성된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 처리부(860)는 제1 조사각 또는 제2 조사각으로 조사된 패턴광에 의해 생성된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 3차원 형상 측정 장치(800)는, 복수의 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나를 이동하여 측정 대상물(830)로 조사되는 패턴광의 조사각을 조정 가능한 조사각 조정부를 더 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 3차원 형상 측정 장치(800)는, 복수의 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나에서 조사된 패턴광을 측정 대상물(830)로 전달하는 광학계 및 복수의 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나, 또는 광학계를 이동 또는 회전시켜, 측정 대상물(830)로 조사되는 패턴광의 조사각을 조정 가능한 조사각 조정부를 더 포함할 수 있다.
도 9는 하나의 패턴광 조사부(810)를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다. 일 실시예에 따르면, 조사각 조정부(930)가 하나의 패턴광 조사부(810)를 제1 위치(910a) 및 제2 위치(910b)사이에서 선로(920)를 따라 이동시킴으로써, 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 향해 조사되는 패턴광의 조사각이 조정될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 복수의 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나는, 서로 다른 조사각을 갖는 복수의 광원들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나는, 제1 조사각으로 패턴광을 조사하는 광원 및 제2 조사각으로 패턴광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다. 복수의 광원들은 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 향해 패턴광을 조사할 수 있다. 3차원 형상 측정 장치(800)는 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나에 포함된 복수의 광원들을 선택적으로 구동시킴으로써, 패턴광 조사부들(810), 820) 중 적어도 하나로부터 조사되는 패턴광의 조사각을 다르게 조정할 수 있다.
도 10은 회전 가능한 하나의 패턴광 조사부(810) 및 이동 가능한 하나의 반사거울(1040)을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다. 패턴광 조사부(810)는 반사거울(1040)을 향해 패턴광을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 패턴광 조사부(810)가 회전축(1012)을 중심으로 회전함으로써, 반사거울(1040)을 향해 조사되는 패턴광의 조사 방향이 제1 조사 방향(1010a) 및 제2 조사 방향(1010b) 사이에서 연속적으로 또는 불연속적으로 변경될 수 있다. 반사거울(1040)은 패턴광 조사부(810)로부터 조사된 패턴광을 측정 대상물(830)로 반사시킬 수 있다.
조사각 조정부(1030)가, 반사거울(1040)을 제1 위치(1040a) 및 제2 위치(1040b) 사이에서 선로(1020)를 따라 이동시키고, 이동된 반사거울(1040)의 위치로 패턴광이 조사되도록 패턴광 조사부(810)를 회전시킴으로써, 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 향해 조사되는 패턴광의 조사각이 조정될 수 있다. 예를 들어, 조사각 조정부(1030)는, 선로(1020)를 따라 반사거울(1040)을 제1 위치(1040a)로 이동시키고, 패턴광이 제1 방향(1010a)의 반사거울(1040)로 조사되도록 패턴광 조사부(810)를 회전시킴으로써, 측정 대상물(830)로 조사되는 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다. 다른 예에서, 조사각 조정부(1030)는, 반사거울(1040)을 제2 위치(1040b)로 이동시키고, 패턴광이 제2 방향(1010b)의 반사거울(1040)로 조사되도록 패턴광 조사부(810)를 회전시킴으로써, 측정 대상물(830)로 조사되는 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다. 제1 위치(1040a) 및 제2 위치(1040b)는 패턴광이 조사되는 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 중심으로 하는 원의 일부 상에 있을 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일 실시예에 따르면, 3차원 형상 측정 장치(800)는 이동 가능한 하나의 반사거울(1040) 대신, 위치가 고정된 복수의 반사거울들을 포함할 수 있다. 복수의 반사거울들은 패턴광 조사부(810)로부터 조사된 패턴광을 각각 다른 각도로 측정 대상물(830)에 전달할 수 있도록 배치될 수 있다. 따라서, 조사각 조정부(1030)는 패턴광이 복수의 반사거울들 중 하나로 조사될 수 있도록 패턴광 조사부(810)를 회전 또는 이동시킴으로써, 측정 대상물(830)로 조사되는 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다.
도 11은 고정된 하나의 패턴광 조사부(810) 및 이동 가능한 하나의 반사거울(1140)을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다. 패턴광 조사부(810)는 고정된 위치에서 반사거울(1140)을 향해 패턴광을 조사할 수 있다. 반사거울(1140)은 패턴광 조사부(810)에서 조사되는 패턴광의 경로를 따라 이동하면서 패턴광 조사부(810)로부터 조사되는 패턴광을 측정 대상물(830)로 반사시킬 수 있다.
패턴광이 조사되는 경로를 따라 반사거울(1140)이 이동하도록, 조사각 조정부(1130)가 반사거울(1140)을 제1 위치(1140a) 및 제2 위치(1140b) 사이에서 선로(1120)를 따라 이동시키고, 그 과정에서 반사거울(1140)을 회전시킴으로써, 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 향해 조사되는 패턴광의 조사각이 조정될 수 있다. 예를 들어, 조사각 조정부(1130)는 선로(1120)를 따라 반사거울(1140)을 제1 위치(1140a)로 이동시키고, 제1 광경로(1110a)를 따라 조사되고 있는 패턴광이 반사거울(1140)에서 반사되어 측정 대상물(830)로 조사되도록, 축(1141)을 중심으로 반사거울(1140)을 회전시킴으로써, 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다. 다른 예에서, 조사각 조정부(1130)는 반사거울(1140)을 제2 위치(1140b)로 이동시키고, 제2 광경로(1110b)를 따라 조사되고 있는 패턴광이 반사거울(1140)에서 반사되어 측정 대상물(830)로 조사되도록, 축(1141)을 중심으로 반사거울(1140)을 회전시킴으로써, 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다.
반사거울(1140)을 회전시킬 축(1141)의 위치는 도 11에 나타난 위치로 제한되지 않으며, 반사거울(1140)이 선로(1120)와 맞닿는 부분과 같이 반사거울(1140)을 회전시킬 수 있는 어느 곳이든 축(1141)이 위치할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 위치(1140a) 및 제2 위치(1140b)는 반사거울(1140)이 광경로(1110a, 1110b)를 따라 이동할 수 있도록, 광경로(1110a, 1110b)와 평행한 직선 상에 위치할 수 있다.
도 12는 이동 가능한 하나의 패턴광 조사부(810) 및 이동 가능한 하나의 반사거울(1240)을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다. 패턴광 조사부(810)는 반사거울(1240)을 향해 패턴광을 조사할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 패턴광 조사부(810)가 제1 선로(1250)을 따라 이동함으로써, 반사거울(1240)을 향해 조사되는 패턴광의 조사 방향이 연속적으로 또는 불연속적으로 또는 불연속적으로 변경될 수 있다. 반사거울(1240)은 패턴광 조사부(810)로부터 조사된 패턴광을 측정 대상물(830)로 반사시킬 수 있다.
조사각 조정부(1230)가 반사거울(1240)을 제1 위치(1240a) 및 제2 위치(1240b) 사이에서 제2 선로(1220)를 따라 이동시키고, 이동된 반사거울(1240)의 위치로 패턴광이 조사되도록 패턴광 조사부(810)를 제3 위치(1210a) 및 제4 위치(1210b) 사이에서 제1 선로(1250)를 따라 이동시킴으로써, 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 향해 조사되는 패턴광의 조사각이 조정될 수 있다. 예를 들어, 조사각 조정부(1230)는, 제2 선로(1220)를 따라 반사거울(1240)을 제1 위치(1240a)로 이동시키고, 이동한 반사거울(1240)로 패턴광이 조사되도록 패턴광 조사부(810)를 제1 선로(1250)를 따라 제3 위치(1210a)로 이동시킴으로써, 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다. 다른 예에서, 조사각 조정부(1030)는, 반사거울(1240)을 제2 위치(1240b)로 이동시키고, 이동한 반사거울(1240)로 패턴광이 조사되도록 패턴광 조사부(810)를 제1 선로(1250)를 따라 제4 위치(1210b)로 이동시킴으로써, 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다.
제1 위치(1240a) 및 제2 위치(1240b)는 패턴광이 조사되는 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 중심으로 하는 원의 일부 상에 있을 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 제3 위치(1210a) 및 제4 위치(1210b)는 패턴광 조사부(810)가 병진 이동 가능한 직선 상에 있을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 13은 하나의 패턴광 조사부(810) 및 두 개의 반사거울(1340, 1350)을 포함하는 광학계를 이용하여 패턴광의 조사각을 조정하는 실시예를 나타내는 도면이다. 패턴광 조사부(810)는 제1 반사거울(1350)을 향해 패턴광을 조사할 수 있다. 제1 반사거울(1350)은 패턴광 조사부(810)로부터 조사된 패턴광을 반사하여 패턴광이 제2 반사거울(1340)로 조사되도록 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 반사거울(1350)은 회전축(1351)을 중심으로 회전함으로써, 제1 반사거울(1350)을 향해 조사되는 패턴광의 조사 방향이 제1 조사 방향(1350a) 및 제2 조사 방향(1350b) 사이에서 연속적으로 또는 불연속적으로 변경될 수 있다. 제2 반사거울(1340)은 제1 반사거울(1350)로부터 조사된 패턴광을 측정 대상물(830)로 조사할 수 있다.
조사각 조정부(1330)가 제2 반사거울(1340)을 제1 위치(1340a) 및 제2 위치(1340b) 사이에서 선로(1320)를 따라 이동시키고, 이동된 제2 반사거울(1340)의 위치로 패턴광이 조사되도록 제1 반사거울(1350)을 회전시킴으로써, 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 향해 조사되는 패턴광의 조사각이 조정될 수 있다. 예를 들어, 조사각 조정부(1330)는, 선로(1320)를 따라 제2 반사거울(1340)을 제1 위치(1340a)로 이동시키고, 패턴광 조사부(810)로부터 조사된 패턴광이 제1 방향(1350a)으로 제2 반사거울(1340)로 조사되도록 제1 반사거울(1350)을 회전시킴으로써, 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다. 다른 예에서, 조사각 조정부(1330)는, 제2 반사거울(1340)을 제2 위치(1340b)로 이동시키고, 패턴광 조사부(810)로부터 조사된 패턴광이 제2 방향(1350b)으로 제2 반사거울(1340)로 조사되도록 제1 반사거울(1350)을 회전시킴으로써, 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 조사각 조정부(1330)가 제1 반사거울(1350)을 회전시키는 대신, 패턴광 조사부(810)로부터 조사되는 패턴광의 광경로를 따라 제1 반사거울(1350)을 이동시킴으로써, 제2 반사거울(1340)을 향한 패턴광의 조사 방향이 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 12를 참조하여 설명하면, 제1 반사거울(1350)을 제1 선로(1250) 상에 설치하고, 조사각 조정부(1330)가 제1 선로(1250) 상에서 제1 반사거울(1350)을 제3 위치(1210a) 및 제4 위치(1210b) 사이에서 이동시킴으로써, 제2 반사거울(1340)을 향한 패턴광의 조사 방향이 변경될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 3차원 형상 측정 장치(800)는 이동 가능한 제2 반사거울(1340) 대신, 위치가 고정된 복수의 반사거울들을 포함할 수 있다. 복수의 반사거울들은 제1 반사거울(1350)로부터 조사된 패턴광을 각각 다른 각도로 측정 대상물(830)로 전달할 수 있도록 배치될 수 있다. 따라서, 조사각 조정부(1330)는 패턴광이 복수의 반사거울들 중 하나로 조사될 수 있도록 제1 반사거울(1350)을 회전 또는 이동시킴으로써, 측정 대상물(830)로 조사되는 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 결상부(850)는 복수의 결상장치들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 3차원 형상 측정 장치(800)는 측정 대상물(830) 주위의 다수의 방향에 배치된 복수의 결상장치들을 포함할 수 있다. 3차원 형상 측정 장치(800)는 복수의 결상장치들을 이용하여 측정 대상물(830)의 여러 부분들에 대한 패턴 이미지들을 동시에 획득함으로써, 측정 시간을 크게 줄일 수 있다. 또한, 3차원 형상 측정 장치(800)는 하나의 결상장치 만으로는 획득할 수 없었던 부분에 대한 패턴 이미지를 획득할 수 있으므로, 측정 대상물(830)의 3차원 형상을 보다 정밀하게 측정할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라, 2개의 결상장치(851, 852)를 이용하여 구현된 3차원 형상 측정 장치(1400)를 나타내는 블록도이다. 결상부(850)를 구성하는 2개의 결상장치(851, 852)는 측정 대상물(830)의 상부에서 패턴광 조사부들(810, 820)에서 조사된 패턴광이 측정 대상물(830)에서 반사된 반사광을 결상하여 패턴 이미지들을 획득할 수 있다. 처리부(860)는 결상장치들(851, 852)에서 결상된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 2개의 결상장치(851, 852)는 측정 대상물(830)에 대해 동일하거나 상이한 결상각을 가질 수 있다. 여기서 "결상각(θd)"이란 결상장치(851)와 같은 결상장치의 이미지 결상 방향(842)과 측정 스테이지부(840)의 수직 법선(841)이 형성하는 각도를 의미할 수 있다. 한편, 도 14에서는 2개의 결상장치(851, 852)만이 도시되어 있지만, 동일하거나 상이한 결상각을 갖는 더 많은 결상장치들을 이용하여 결상부(850)가 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 결상장치들(851, 852)의 결상각 각각은 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나의 조사각을 조정함에 따라 함께 또는 개별적으로 조정될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 결상각은 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 중심으로 조정될 수 있다. 한편, 하나의 결상장치를 이용하여 결상부(850)가 구현된 경우, 하나의 결상장치의 결상각도 위와 동일한 방식으로 조정될 수 있다. 3차원 형상 측정 장치(1400)는 이와 같이 결상장치들(851, 852)의 결상각을 조정함으로써, 측정 대상물(830)에 대한 측정 가능한 영역의 범위를 넓힐 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 2개의 결상장치(851, 852)를 이용하여 구현된 3차원 형상 측정 장치(1500)를 나타내는 블록도이다. 패턴광 조사부들(810, 820)은 측정 대상물(830)의 상부에서 측정 대상물(830)을 향해 패턴광을 조사할 수 있다. 또한, 결상부(850)를 구성하는 2개의 결상장치(851, 852)는 측정 대상물(830)을 중심으로 패턴광 조사부들(810, 820)로부터 떨어져서, 패턴광 조사부들(810, 820)에서 조사된 패턴광이 측정 대상물(830)에서 반사된 반사광을 결상하여 패턴 이미지들을 획득할 수 있다. 처리부(860)는 결상장치들(851, 852)에서 결상된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 3차원 형상 측정 장치(1500)는 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나로부터 측정 대상물(830)로 조사되는 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다. 예를 들어, 3차원 형상 측정 장치(1500)는 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 중심으로, 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나로부터 조사되는 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다. 이때, 2개의 결상장치(851, 852)는 측정 대상물(830)에 대해 동일하거나 상이한 결상각을 가질 수 있다. 또한, 2개의 결상장치들(851, 852) 각각의 결상각은 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나의 조사각이 조정됨에 따라 함께 또는 개별적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 결상장치들(851, 852)의 결상각은 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 중심으로 조정될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 3차원 형상 측정 장치(1500)는 측정 대상물(830)의 상부에 측정 대상물(830)로 조사되는 패턴광의 조사각을 조정할 수 있는 하나의 패턴광 조사부만을 포함할 수 있다. 예를 들어, 3차원 형상 측정 장치(1500)는 측정 대상물(830)의 한 지점(831)을 중심으로 패턴광의 조사각을 조정할 수 있는 하나의 패턴광 조사부만을 포함할 수 있다. 구체적으로, 3차원 형상 측정 장치(1500)는 하나의 패턴광 조사부를 패턴광 조사부(810)의 위치와 패턴광 조사부(820)의 위치 사이에서 이동시킴으로써 측정 대상물(830)을 향해 조사되는 패턴광의 조사각을 조정할 수 있다.
한편, 도 15에서는 2개의 결상장치(851, 852)만이 도시되어 있지만, 더 많은 결상장치들을 통해 상술한 실시예들이 구현될 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 4개의 패턴광 조사부들(1610, 1620, 1630, 1640)을 이용하여 측정 스테이지부(840)에 놓인 측정 대상물(830)의 3차원 형상을 측정하는 모습을 나타내는 도면이다. 복수의 패턴광 조사부들이 패턴광 조사부들(810, 820)에 각각 대응하는 제1 패턴광 조사부(1610) 및 제2 패턴광 조사부(1630) 외에 제3 패턴광 조사부(1620) 및 제4 패턴광 조사부(1640)를 더 포함하는 경우로서, 4개의 패턴광 조사부들(1610, 1620, 1630, 1640)이 측정 대상물(830)을 둘러싼 사방에서 패턴광을 조사할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 패턴광 조사부(1610) 및 제2 패턴광 조사부(1630)는 측정 대상물(830)로 조사되는 패턴광의 조사각을 제1 조사각으로 조정하여 패턴광을 조사할 수 있고, 제3 패턴광 조사부(1620) 및 제4 패턴광 조사부(1640)는 측정 대상물(830)로 조사되는 패턴광의 조사각을 제1 조사각과 다른 제2 조사각으로 조정하여 패턴광을 조사할 수 있다. 이 경우, 처리부(860)는 제1 패턴광 조사부(1610) 및 제2 패턴광 조사부(1630)가 제1 조사각으로 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지들과 제3 패턴광 조사부(1620) 및 제4 패턴광 조사부(1640)가 제2 조사각으로 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 4개의 패턴광 조사부들(1610, 1620, 1630, 1640)이 모두 제1 조사각 또는 제2 조사각으로 조사각을 조정하여 패턴광을 조사할 수 있다. 이 경우, 처리부(860)는 4개의 패턴광 조사부들(1610, 1620, 1630, 1640)이 제1 조사각으로 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지들과 제2 조사각으로 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 제1 패턴광 조사부(1610) 및 제2 패턴광 조사부(1630)는 측정 대상물(830)로 패턴광을 조사하는 조사각이 제1 조사각으로 고정되어 있고, 제3 패턴광 조사부(1620) 및 제4 패턴광 조사부(1640)는 측정 대상물(830)로 패턴광을 조사하는 조사각이 제2 조사각으로 고정되어 있을 수 있다. 이 경우, 처리부(860)는 제1 패턴광 조사부(1610) 및 제2 패턴광 조사부(1630)가 제1 조사각으로 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지들과 제3 패턴광 조사부(1630) 및 제4 패턴광 조사부(1640)가 제2 조사각으로 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 패턴광 조사부(1610) 및 제2 패턴광 조사부(1630)는 측정 대상물(830)을 중심으로 반대 측에 있을 수 있고, 동시에 제3 패턴광 조사부(1620) 및 제4 패턴광 조사부(1640)도 측정 대상물(830)을 중심으로 반대 측에 있을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 패턴광 조사부들(1610, 1620, 1630, 1640)은 측정 대상물(830)을 중심으로 하는 동심원 상에서 있을 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제1 패턴광 조사부(1610) 및 제2 패턴광 조사부(1630)와 제3 패턴광 조사부(1620) 및 제4 패턴광 조사부(1640)는 각각 측정 대상물(830)을 중심으로 반지름이 서로 다른 동심원 상에 있을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 패턴광 조사부(1610) 및 제2 패턴광 조사부(1630)가 조사하는 패턴광의 피치와 제3 패턴광 조사부(1620) 및 제4 패턴광 조사부(1640)가 조사하는 패턴광의 피치는 상이할 수 있다. 또한, 제1 패턴광 조사부(1610) 및 제2 패턴광 조사부(1630)가 조사하는 패턴광의 패턴의 형상과 제3 패턴광 조사부(1620) 및 제4 패턴광 조사부(1640)가 조사하는 패턴광의 형상이 상이할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라, 측정 대상물(830)의 3차원 형상을 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하 각 단계에 대해서 도면을 참조하여 보다 구체적으로 측정 대상물(830)의 3차원 형상을 측정하는 방법이 설명된다.
먼저, 단계 S1710에서, 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나가 제1 조사각으로 제1 패턴광을 측정 대상물로 조사할 수 있다. 이때, 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 조사각을 제1 조사각으로 조정하여 제1 패턴광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나는 제1 조사각(예컨대, 60도)으로 조사각을 조정하여 측정 대상물(830)로 패턴광(814, 824)을 조사할 수 있다.
단계 S1710에서 측정 대상물로 제1 패턴광이 조사되면, 단계 S1720에서, 결상부는 제1 패턴광이 조사된 측정 대상물에서 반사된 제1 반사광을 결상하여 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 결상부(850)는 패턴광(814, 824)이 측정 대상물(830)의 표면에서 반사(난반사 포함)된 반사광을 결상하여 패턴 이미지를 획득할 수 있다.
단계 S1710 및 S1720을 통해 제1 조사각의 패턴광으로 측정 대상물의 패턴 이미지가 획득되면, 단계 S1730에서, 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 제1 조사각과 다른 제2 조사각으로 제2 패턴광을 측정 대상물로 조사할 수 있다. 이때, 실시예에 따라서는, 제2 조사각으로 제2 패턴광을 조사할 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 단계 S1710에서 제1 조사각으로 제1 패턴광을 조사한 패턴광 조사부와 동일할 수 있고, 이 경우에 해당 패턴광 조사부는 조사각을 제1 조사각에서 제2 조사각으로 조정하여 제2 패턴광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 패턴광 조사부들(810, 820) 중 적어도 하나는 제2 조사각(예컨대, 70도)으로 조사각을 조정하여 측정 대상물(830)로 패턴광(814, 824)을 조사할 수 있다.
단계 S1730에서 측정 대상물로 제2 패턴광이 조사되면, 단계 S1740에서, 결상부는 제2 패턴광이 측정 대상물에서 반사된 제2 반사광을 결상하여 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 결상부(850)는 조사각이 변경된 패턴광(814, 824)이 측정 대상물(830)의 표면에서 반사(난반사 포함)된 반사광을 결상하여 패턴 이미지를 획득할 수 있다.
단계 S1710 내지 S1740을 통해 패턴 이미지들이 획득되면, 단계 S1750에서, 처리부는 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 처리부(860)는 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 패턴광 조사부들은 제1 패턴광 조사부(810) 및 제2 패턴광 조사부(820)와 같이 2개의 패턴광 조사부를 포함할 수 있다. 이 경우, 단계 S1710에서, 제1 패턴광 조사부(810) 및 제2 패턴광 조사부(820)는 패턴광의 조사각을 제1 조사각으로 조정하여 제1 패턴광을 조사할 수 있다. 또한, 단계 S1730에서, 제1 패턴광 조사부(810) 및 제2 패턴광 조사부(820)는 패턴광의 조사각을 제2 조사각으로 조정하여 제2 패턴광을 조사할 수 있다. 처리부(860)는 이와 같은 방법으로 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 패턴광 조사부들은 2개의 패턴광 조사부 외에 제3 패턴광 조사부 및 제4 패턴광 조사부를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 16을 참조하면, 복수의 패턴광 조사부들은 제1 패턴광 조사부(1610), 제2 패턴광 조사부(1630), 제3 패턴광 조사부(1620) 및 제4 패턴광 조사부(1640)를 포함할 수 있다. 이 경우, 단계 S1710에서, 제1 패턴광 조사부(1610) 및 제2 패턴광 조사부(1630)는 조사각을 제1 조사각으로 조정하여 제1 패턴광을 조사할 수 있다. 또한, 단계 S1730에서, 제3 패턴광 조사부(1620) 및 제4 패턴광 조사부(1640)는 조사각을 제2 조사각으로 조정하여 제2 패턴광을 조사할 수 있다. 처리부(860)는 이와 같은 방법으로 패턴광을 조사하여 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(830)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정 대상물(1800)의 3차원 형상을 측정할 때, 측정 대상물(1800) 상에서 FOV(Field of View)들에 대응하는 측정 영역들의 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 측정 대상물의 크기가 결상부(850)의 FOV 보다 작다면, FOV에 대응하는 하나의 측정 영역에 대한 패턴 이미지 만을 이용하여 측정 대상물의 3차원 형상이 측정될 수 있다. 그러나 도 18에 도시된 바와 같이, 측정 대상물(1800)의 크기가 결상부(850)의 FOV 보다 크다면, 측정 대상물(1800) 상의 복수의 FOV들(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860)에 대응하는 측정 영역들 각각에 대해 패턴 이미지들을 획득함으로써, 측정 대상물(1800) 전체에 대한 3차원 형상이 측정될 수 있다. 이 경우, 3차원 형상 측정 장치(800)는 측정 대상물(1800) 또는 복수의 패턴광 조사부들(810, 820) 및 결상부(850)를 이동시키면서 복수의 FOV(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860)들에 대응하는 측정 영역들 각각에 대한 패턴 이미지들을 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 3차원 형상 측정 장치(800)는 제1 조사각으로 패턴광을 조사하여 복수의 FOV들에 대응하는 측정 영역들(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860) 각각에 대한 패턴 이미지들을 획득한 후, 제2 조사각으로 패턴광을 조사하여 복수의 FOV들에 대응하는 측정 영역들(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860) 각각에 대한 패턴 이미지들을 획득할 수 있다. 처리부(860)는 이와 같은 방법으로 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 측정 대상물(1800)의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 3차원 형상 측정 장치(800)는 제1 조사각으로 패턴광을 조사하여 복수의 FOV들에 대응하는 측정 영역들(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860) 각각에 대한 패턴 이미지들을 획득한 후, 특정 FOV에 대응하는 측정 영역에 대해서만 제2 조사각으로 패턴광을 조사하여 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 특정 FOV에 대응하는 측정 영역에 포함된 측정 대상의 높이가 다른 FOV들에 각각 대응하는 측정 영역들에 포함된 측정 대상의 높이보다 비교적 크거나 작은 경우, 이와 같은 방법이 활용될 수 있다.
예를 들어, 측정 대상물(1800)이 PCB이고, 측정 영역(1820)에 높이가 매우 작은 부품이 포함되어 있다고 가정하면, 3차원 형상 측정 장치(800)는 제1 조사각과는 다른 제2 조사각으로 패턴광을 조사하여 측정 영역(1820)에 대한 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 또 다른 예로서, 측정 대상물(1800)이 PCB이고, 측정 영역(1820)에 높이가 큰 부품이 포함되어 있다고 가정하면, 3차원 형상 측정 장치(800)는 부품의 높이를 고려하여 제1 조사각과는 다른 제2 조사각 패턴광을 조사하여 측정 영역(1820)에 대한 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 처리부(860)는 측정 영역(1820)에 대해서만 제1 조사각 및 제2 조사각으로 패턴광이 조사되어 획득된 패턴 이미지들을 이용하여 높이 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 3차원 형상 측정 장치(800)는 복수의 FOV에 대응하는 측정 영역들 중 측정 대상의 높이가 기준치보다 낮은 측정 영역을 미리 결정하고, 결정된 측정 영역에 대해서만 패턴광의 조사각을 크게 하여 적어도 하나의 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상물(1800)이 PCB이고, 측정 영역(1820)에만 높이가 기준치 보다 작은 부품이 포함되어 있다고 가정하면, 3차원 형상 측정 장치(800)는 측정 영역(1820)에 대한 패턴 이미지를 획득할 때에만, 패턴광의 조사각을 크게 조정할 수 있다. 처리부(860)는 이와 같이 조사각을 조정하여 획득된 적어도 하나의 패턴 이미지만을 이용하여 측정 영역(1820)에 포함된 부품과 같은 측정 대상물의 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
도 19는 이와 같은 실시예에 따라, 측정 대상물(1800) 상의 복수의 FOV에 대응하는 측정 영역들(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860) 중 높이가 기준치 이하인 구성이 포함된 측정 영역의 3차원 형상을 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 이하 각 단계에 대해서 도면을 참조하여 보다 구체적으로 측정 대상물(830)의 3차원 형상을 측정하는 방법이 설명된다.
먼저, 단계 S1910에서, 조사각 조정부가 결상부의 FOV를 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 8 내지 13을 참조하면, 각 실시예에 따른 조사각 조정부(930, 1030, 1130, 1230, 1330)는 결상부(850)의 FOV에 관한 정보를 획득할 수 있다. 측정 대상물(830)의 측정 영역을 가늠해보기 위해서, 조사각 조정부(930, 1030, 1130, 1230, 1330)는 먼저 결상부(850)의 FOV에 관한 정보를 획득할 수 있다.
단계 S1910에서 결상부의 FOV가 획득되면, 단계 S1920에서, 조사각 조정부는 측정 대상물 상의 FOV에 각각 대응하는 적어도 하나의 측정 영역을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 8 내지 13을 참조하면, 각 실시예에 따른 조사각 조정부(930, 1030, 1130, 1230, 1330)는 획득된 결상부(850)의 FOV에 기초하여, 측정 대상물(830) 상의 FOV에 각각 대응하는 적어도 하나의 측정 영역을 결정할 수 있다. 이때, 측정 대상물(830)이 도 18에 도시된 측정 대상물(1800)이라면, 조사각 조정부(930, 1030, 1130, 1230, 1330)는 측정 대상물(1800) 상의 FOV에 각각 대응하는 적어도 하나의 측정 영역(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860)을 결정할 수 있다.
단계 S1920 및 S1920을 통해, 적어도 하나의 측정 영역이 결정되면, 단계 S1930에서, 조사각 조정부는 각 측정 영역에 대한 높이 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 9 내지 13 및 18을 참조하면, 각 실시예에 따른 조사각 조정부(930, 1030, 1130, 1230, 1330)는 적어도 하나의 측정 영역(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860)에 대한 높이 정보를 획득할 수 있다. 각 측정 영역(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860)의 높이 정보는 측정 대상물의 좌표값을 포함하는 CAD 정보와, 검사 기준 정보 등으로부터 미리 획득될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 측정 대상물의 높이 정보로서, 사용자에 의해 미리 입력된 높이 정보가 이용될 수 있다.
이전 단계들을 통해, 각 측정 영역에 대한 높이 정보가 획득되면, 단계 S1940에서, 조사각 조정부는 획득된 높이 정보에 기초하여, 측정 대상물의 측정 영역들 중 측정 영역 내의 적어도 하나의 구성의 최대 높이가 기준치 이하인 측정 영역을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 9 내지 13 및 18을 참조하면, 각 실시예에 따른 조사각 조정부(930, 1030, 1130, 1230, 1330)는 측정 영역들(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860) 중에서 각 측정 영역 내에 포함된 적어도 하나의 구성의 최대 높이가 기준치 이하인 측정 영역을 패턴광의 조사각을 조정해야 할 측정 영역으로 결정할 수 있다. 구체적으로, 측정 영역들(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860) 중 측정 영역(1820) 내에 포함된 구성들 중 어느 한 구성의 최대 높이가 기준치 이하이면, 조사각 조정부(930, 1030, 1130, 1230, 1330)는 측정 영역(1820)을 패턴광의 조사각을 조정해야 할 측정 영역으로 결정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 조사각 조정부는 측정 영역 내에 포함된 구성들 각각의 최대 높이가 모두 기준치 이하이면, 해당 측정 영역을 패턴광의 조사각을 조정해야 할 측정 영역으로 결정할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 조사각 조정부는 측정 영역 내에 포함된 구성들 각각의 최대 높이를 대표할 수 있는 값(예컨대, 최대 높이들의 평균, 중앙값 등)이 기준치 이하이면, 해당 측정 영역을 패턴광의 조사각을 조정해야 할 측정 영역으로 결정할 수 있다. 그 밖의 다양한 방법을 통해, 해당 측정 영역 내의 측정 대상이 높이가 매우 낮아 조사각의 조정이 필요하다고 판단되면, 해당 측정 영역은 조사각을 크게 해야 할 측정 영역으로 결정될 수 있다.
단계 S1940에서 측정 영역이 결정되면, 단계 S1950에서, 결정된 측정 영역을 결상부가 결상할 때, 조사각 조정부는 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 패턴광 조사각을 제1 조사각에서 제1 조사각보다 큰 제2 조사각으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 도 8 내지 13을 참조하면, 각 실시예에 따른 조사각 조정부(930, 1030, 1130, 1230, 1330)는, 단계 S1940에서 결정된 측정 영역을 결상부(850)가 결상할 때, 패턴광 조사부들(810, 820)과 같은 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 패턴광 조사각을 제1 조사각에서 제1 조사각보다 큰 제2 조사각으로 변경할 수 있다.
단계 S1950에서 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 패턴광 조사각이 제1 조사각 보다 큰 제2 조사각으로 변경되면, 단계 S1960에서, 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 제2 조사각으로, 결정된 측정 영역에 패턴광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 패턴광 조사부들(810, 820)과 같은 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 변경된 제2 조사각으로, 단계 S1940에서 결정된 측정 영역에 패턴광을 조사할 수 있다.
단계 S1960에서 결정된 측정 영역으로 패턴광이 조사되면, 단계 S1970에서, 결상부는 패턴광이 결정된 측정 영역에서 반사된 반사광을 결상하여 적어도 하나의 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 결상부(850)는 패턴광이 단계 S1940에서 결정된 측정 영역에서 반사된 반사광을 결상하여 적어도 하나의 패턴 이미지를 획득할 수 있다.
단계 S1970에서 적어도 하나의 패턴 이미지가 획득되면, 단계 S1980에서, 처리부는 적어도 하나의 패턴 이미지를 이용하여, 결정된 측정 영역에 대한 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 처리부(860)는 조사각을 크게 하여 획득된 적어도 하나의 패턴 이미지를 이용하여, 단계 S1940에서 결정된 측정 영역에 대한 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 3차원 형상 측정 장치(800)는 복수의 FOV에 대응하는 측정 영역들 중 높이가 낮은 구성이 높이가 높은 구성의 그림자에 가려질 수 있는 측정 영역을 미리 결정하고, 결정된 측정 영역에 대해서만 패턴광의 조사각을 작게 하여 적어도 하나의 패턴 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상물(1800)이 PCB이고, 측정 영역(1820)에 부품들이 밀집되어 있어 높이가 높은 부품의 그림자가 높이가 낮은 부품을 가릴 수 있다고 가정하면, 3차원 형상 측정 장치(800)는 측정 영역(1820)에 대한 패턴 이미지를 획득할 때에만, 패턴광의 조사각을 작게 조정할 수 있다. 처리부(860)는 이와 같이 조사각을 조정하여 획득된 적어도 하나의 패턴 이미지만을 이용하여, 높이가 큰 부품의 그림자의 영향이 줄어든, 측정 영역(1820)에 대한 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라, 측정 대상물(1800) 상의 복수의 FOV에 대응하는 측정 영역들(1810, 1820, 1830. 1840, 1850, 1860) 중 구성들의 밀집도가 기준치 이상인 측정 영역의 3차원 형상을 측정하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 측정 영역 내의 구성들이 밀집해 있을수록, 측정 영역 내의 높이가 큰 구성의 그림자가 높이가 낮은 구성에 영향을 줄 가능성이 높다. 따라서, 측정 영역들(1810, 1820, 1830. 1840, 1850, 1860) 중 각 측정 영역에 포함된 구성들의 밀집도가 기준치 이상인 측정 영역에 대한 패턴 이미지를 획득할 때, 패턴광의 조사각을 작게 함으로써, 높이가 큰 구성의 그림자가 높이가 낮은 구성에 미치는 영향이 줄어들 수 있다. 이하 각 단계에 대해서 도면을 참조하여 보다 구체적으로 측정 대상물(830)의 3차원 형상을 측정하는 방법이 설명된다.
먼저, 도 19의 단계 S1910 내지 S1930과 동일한 방식으로, 단계 S2010에서 조사각 조정부는 결상부의 FOV를 획득할 수 있고, 단계 S2020에서 조사각 조정부가 측정 대상물 상의 FOV에 각각 대응하는 적어도 하나의 측정 영역을 결정할 수 있으며, 단계 S2020에 조사각 조정부는 각 측정 영역에 대한 높이 정보를 획득할 수 있다.
단계 S2010 내지 단계 S2030을 통해 측정 대상물의 측정 영역들이 결정되고, 각 측정 영역에 대한 높이 정보가 획득되면, 단계 S2040에서, 조사각 조정부는 획득된 높이 정보에 기초하여, 측정 대상물의 측정 영역들 중 측정 영역 내의 구성들의 밀집도(density of components)가 기준치 이상인 측정 영역을 결정할 수 있다. 예를 들어, 도 9 내지 13 및 18을 참조하면, 각 실시예에 따른 조사각 조정부(930, 1030, 1130, 1230, 1330)는 측정 영역들(1810, 1820, 1830, 1840, 1850, 1860) 중 각 측정 영역 내의 포함된 구성들의 밀집도가 기준치 이상인 측정 영역을 패턴광의 조사각을 작게 조정해야 할 측정 영역으로 결정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 밀집도는 측정 영역의 면적에 대한 측정 영역 내에 포함된 구성들의 수의 비로서 정의될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 밀집도는 측정 영역의 면적에 대한 측정 영역 내에 포함된 구성들이 차지하는 평면 면적의 비로서 정의될 수 있다. 그 밖의 다양한 방법을 통해, 해당 측정 영역 내의 높이가 큰 구성의 그림자가 높이가 낮은 구성에 미칠 영향을 줄이기 위해서 조사각의 조정이 필요하다고 판단되면, 해당 측정 영역은 조사각을 작게 해야 할 측정 영역으로 결정될 수 있다.
단계 S2040에서 측정 영역이 결정되면, 단계 S2050에서, 조사각 조정부는 결정된 측정 영역을 결상부가 결상할 때, 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 패턴광의 조사각을 제1 조사각에서 제1 조사각보다 작은 제2 조사각으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 도 8 내지 13을 참조하면, 각 실시예에 따른 조사각 조정부(930, 1030, 1130, 1230, 1330)는, 단계 S2040에서 결정된 측정 영역을 결상부(850)가 결상할 때, 패턴광 조사부들(810, 820)과 같은 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 패턴광 조사각을 제1 조사각에서 제1 조사각보다 작은 제2 조사각으로 변경할 수 있다.
단계 S2050에서 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 패턴광 조사각이 제1 조사각 보다 작은 제2 조사각으로 변경되면, 단계 S2060에서, 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 제2 조사각으로, 결정된 측정 영역에 패턴광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 패턴광 조사부들(810, 820)과 같은 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 변경된 제2 조사각으로, 단계 S2040에서 결정된 측정 영역에 패턴광을 조사할 수 있다.
단계 S2060에서 결정된 패턴 영역으로 패턴광이 조사되면, 도 19의 단계 S1970 및 S1980과 동일하게, 단계 S2070에서 결상부가 결정된 측정 영역에서 반사된 반사광을 결상하여 적어도 하나의 패턴 이미지를 획득할 수 있고, 단계 S2080에서 처리부가 적어도 하나의 패턴 이미지를 이용하여, 결정된 측정 영역에 대한 적어도 하나의 높이 값을 산출할 수 있다.
상기 방법은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
150, 850: 결상부
160, 860: 처리부
810, 820, 1610, 1620, 1630, 1640: 패턴광 조사부
130, 830: 측정 대상물 140, 840: 측정 스테이지부
851, 852: 결상장치
810, 820, 1610, 1620, 1630, 1640: 패턴광 조사부
130, 830: 측정 대상물 140, 840: 측정 스테이지부
851, 852: 결상장치
Claims (17)
- 측정 대상물로 패턴광을 조사하는 복수의 패턴광 조사부들;
상기 패턴광이 상기 측정 대상물에서 반사된 반사광을 결상하여 패턴 이미지들을 획득하는 적어도 하나의 결상부; 및
상기 패턴 이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물의 적어도 하나의 높이 값을 산출하는 처리부를 포함하고,
상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 제1 조사각으로 상기 측정 대상물로 패턴광을 조사하고, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나는 상기 제1 조사각과 상이한 제2 조사각으로 상기 측정 대상물로 패턴광을 조사하며,
상기 처리부는 상기 제1 조사각 및 상기 제2 조사각으로 조사된 패턴광 각각에 의해 생성된 패턴 이미지들을 이용하여 상기 적어도 하나의 높이 값을 산출하는, 3차원 형상 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 패턴광 조사부들 및 결상부 중 적어도 하나를 이동하여 상기 측정 대상물로 조사되는 패턴광의 조사각 또는 결상각을 조정 가능한 조사각 조정부를 더 포함하는 3차원 형상 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나에서 조사된 패턴광을 상기 측정 대상물로 전달하는 광학계; 및
상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나 또는 상기 광학계를, 이동 또는 회전시켜, 상기 측정 대상물로 조사되는 패턴광의 조사각을 조정 가능한 조사각 조정부를 더 포함하는 3차원 형상 측정 장치. - 제3항에 있어서,
상기 광학계는 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나에서 조사된 패턴광을 상기 측정 대상물로 반사하는 적어도 하나의 반사거울을 포함하고,
상기 조사각 조정부는 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나에서 조사된 패턴광이 상기 적어도 하나의 반사거울에서 반사되는 각도를 조정하거나 또는 상기 적어도 하나의 반사거울을 이동하여, 상기 조사각을 조정하는, 3차원 형상 측정 장치. - 제4항에 있어서,
상기 적어도 하나의 반사거울은 제1 반사거울 및 제2 반사거울을 포함하고,
상기 조사각 조정부는,
상기 제1 반사거울을 이동 또는 회전시켜, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나에서 상기 제1 반사거울로 조사된 패턴광이 상기 제2 반사거울로 조사되는 위치 또는 각도를 조정하고,
상기 제2 반사거울을 이동하여, 상기 제2 반사거울에서 반사된 패턴광이 상기 측정 대상물로 조사되는 각도를 조정하는, 3차원 형상 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 패턴광 조사부들은 제1 패턴광 조사부 및 제2 패턴광 조사부를 포함하고,
상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부 각각은, 상기 제1 조사각으로 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하고, 상기 제2 조사각으로 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는, 3차원 형상 측정 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부는 상기 측정 대상물을 중심으로 반대 측에 있는, 3차원 형상 측정 장치. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 패턴광 조사부들은 제3 패턴광 조사부 및 제4 패턴광 조사부를 더 포함하고,
상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부는 상기 측정 대상물로 조사되는 패턴광의 조사각을 상기 제1 조사각으로 조정하고,
상기 제3 패턴광 조사부 및 상기 제4 패턴광 조사부는 상기 측정 대상물로 조사되는 패턴광의 조사각을 상기 제2 조사각으로 조정하는, 3차원 형상 측정 장치. - 조사각 조정부가 결상부의 FOV를 획득하는 단계;
상기 조사각 조정부가 측정 대상물 상의 상기 FOV에 각각 대응하는 적어도 하나의 측정 영역을 결정하는 단계;
상기 조사각 조정부가 각 측정 영역에 대한 높이 정보를 획득하는 단계;
상기 조사각 조정부가 상기 높이 정보에 기초하여, 상기 측정 대상물의 측정 영역들 중 측정 영역 내의 적어도 하나의 구성의 최대 높이가 기준치 이하인 측정 영역을 결정하는 단계;
상기 결정된 측정 영역을 상기 결상부가 결상할 때, 상기 조사각 조정부가 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 패턴광의 조사각을 제1 조사각에서 상기 제1 조사각보다 큰 제2 조사각으로 변경하는 단계;
상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나가 상기 제2 조사각으로 상기 결정된 측정 영역에 상기 패턴광을 조사하는 단계;
상기 패턴광이 상기 결정된 측정 영역에서 반사된 반사광을 상기 결상부가 결상하여 적어도 하나의 패턴 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 패턴 이미지를 이용하여, 상기 결정된 측정 영역에 대한 적어도 하나의 높이 값을 처리부가 산출하는 단계
를 포함하는 3차원 형상 측정 방법. - 조사각 조정부가 결상부의 FOV를 획득하는 단계;
상기 조사각 조정부가 측정 대상물 상의 상기 FOV에 각각 대응하는 적어도 하나의 측정 영역을 결정하는 단계;
상기 조사각 조정부가 각 측정 영역에 대한 높이 정보를 획득하는 단계;
상기 조사각 조정부가 상기 높이 정보에 기초하여, 상기 측정 대상물의 측정 영역들 중 측정 영역 내의 구성들의 밀집도(density of components)가 기준치 이상인 측정 영역을 결정하는 단계;
상기 결정된 측정 영역을 상기 결상부가 결상할 때, 상기 조사각 조정부가 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 패턴광의 조사각을 제1 조사각에서 상기 제1 조사각보다 작은 제2 조사각으로 변경하는 단계;
상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나가 상기 제2 조사각으로 상기 결정된 측정 영역에 상기 패턴광을 조사하는 단계;
상기 패턴광이 상기 결정된 측정 영역에서 반사된 반사광을 상기 결상부가 결상하여 적어도 하나의 패턴 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 패턴 이미지를 이용하여, 상기 결정된 측정 영역에 대한 적어도 하나의 높이 값을 처리부가 산출하는 단계
를 포함하는 3차원 형상 측정 방법. - 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나가 제1 조사각으로 제1 패턴광을 측정 대상물로 조사하는 단계;
상기 제1 패턴광이 상기 측정 대상물에서 반사된 제1 반사광을 결상부가 결상하여 패턴 이미지를 획득하는 단계;
상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나가 상기 제1 조사각과 다른 제2 조사각으로 제2 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계;
상기 제2 패턴광이 상기 측정 대상물에서 반사된 제2 반사광을 상기 결상부가 결상하여 패턴 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 패턴 이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물의 적어도 하나의 높이 값을 처리부가 산출하는 단계
를 포함하는 3차원 형상 측정 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제1 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 조사각을 상기 제1 조사각으로 조정하여 상기 제1 패턴광을 조사하는 단계를 포함하고,
상기 제2 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 복수의 패턴광 조사부들 중 적어도 하나의 조사각을 상기 제2 조사각으로 조정하여 상기 제2 패턴광을 조사하는 단계를 포함하는, 3차원 형상 측정 방법. - 제12항에 있어서,
상기 복수의 패턴광 조사부들은 제1 패턴광 조사부 및 제2 패턴광 조사부를 포함하고,
상기 제1 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부의 조사각을 상기 제1 조사각으로 조정하여 상기 제1 패턴광을 조사하는 단계를 포함하고,
상기 제2 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부의 조사각을 상기 제2 조사각으로 조정하여 상기 제2 패턴광을 조사하는 단계를 포함하는, 3차원 형상 측정 방법. - 제13항에 있어서,
상기 복수의 패턴광 조사부들은 제3 패턴광 조사부 및 제4 패턴광 조사부를 더 포함하고,
상기 제1 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 제1 패턴광 조사부 및 상기 제2 패턴광 조사부의 조사각을 상기 제1 조사각으로 조정하여 상기 제1 패턴광을 조사하는 단계를 포함하고,
상기 제2 패턴광을 상기 측정 대상물로 조사하는 단계는, 상기 제3 패턴광 조사부 및 상기 제4 패턴광 조사부의 조사각을 상기 제2 조사각으로 조정하여 상기 제2 패턴광을 조사하는 단계를 포함하는, 3차원 형상 측정 방법. - 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항의 3차원 형상 측정 방법의 각 단계를 수행하는 명령어들을 포함하는 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능 저장매체.
- 측정 대상물로 패턴광을 조사하는 패턴광 조사부;
상기 패턴광이 상기 측정 대상물에서 반사된 반사광을 결상하여 패턴 이미지들을 획득하는 적어도 하나의 결상부; 및
상기 패턴 이미지들을 이용하여 상기 측정 대상물의 적어도 하나의 높이 값을 산출하는 처리부를 포함하고,
상기 패턴광 조사부는 서로 상이한 제1 조사각 및 제2 조사각 중 적어도 하나에 따라 상기 측정 대상물로 패턴광을 조사하며,
상기 처리부는 상기 제1 조사각 또는 상기 제2 조사각으로 조사된 패턴광에 의해 생성된 패턴 이미지들을 이용하여 상기 적어도 하나의 높이 값을 산출하는, 3차원 형상 측정 장치. - 제16항에 있어서,
상기 패턴광 조사부 및 결상부 중 적어도 하나를 이동하여 상기 측정 대상물로 조사되는 패턴광의 조사각 또는 결상각을 조정 가능한 조사각 조정부를 더 포함하는 3차원 형상 측정 장치.
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