KR20190053431A - 조명 시스템 - Google Patents

Abstract

조명 시스템은, 측정 스테이지, 조사부, 수광부 및 처리부를 포함한다. 측정 스테이지는 측정대상물이 위치한다. 조사부는 측정대상물에 대하여 입사광들을 조사하며 서로 직렬로 연결되어서 개별적으로 점등 제어가 가능한 다수의 광원들을 포함하되, 다수의 광원들은 측정대상물의 상부를 둘러싸도록 배치되어서 측정대상물에 대한 다수의 방향들로부터의 입사광들이 측정대상물을 향하여 선택적인 조사가 가능하다. 수광부는 처리부 조사부에 의해 조사된 입사광들에 따른 측정대상물에 의한 반사광들을 획득한다. 처리부는 광원들을 직렬 통신 방식으로 제어하고, 광원들을 기 설정된 점등패턴에 따라 점등되도록 제어하며, 수광부에서 획득된 반사광들로부터 이미지 데이터를 생성한다. 이에 따라, 다양한 형태의 조사광을 용이하게 생성하고 조절할 수 있으며, 이에 따른 다양한 이미지 데이터를 획득할 수 있다.

Description

조명 시스템{ILLUMINATION SYSTEM}

본 발명은 조명 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 조사광을 용이하게 생성할 수 있는 조명 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 측정대상물의 형상 측정 및 검사, 재질 인식 등을 위하여, 상기 측정대상물의 상부에서 조명을 조사하고, 상기 측정대상물에 의해 반사된 반사광을 획득하여 이미지를 분석하는 조명장치가 널리 활용되고 있다.

이러한 종래의 조명장치는, 측정대상물의 형상을 직접 촬상하여 필요한 이미지 분석을 수행하거나, 측정대상물에 패턴조명을 조사하여 획득된 패턴영상을 이용하여 필요한 이미지 분석을 수행할 수 있다.

상기와 같이, 측정대상물의 형상을 직접 촬상하여 수행하는 이미지 분석은 대체로 상기 측정대상물의 2차원 영상을 통해 상기 측정대상물의 배치적 형태 등을 이용한 검사와 같은 작업을 수행하기 위해 활용될 수 있고, 측정대상물에 패턴조명을 조사하여 획득된 패턴영상을 이용하여 수행하는 이미지 분석은 대체로 상기 측정대상물의 3차원적 형상 정보를 이용한 검사와 같은 작업을 수행하기 위해 활용될 수 있다.

그러나, 종래의 조명장치는, 전자를 위한 조명 시스템과 후자를 위한 조명 시스템을 별도로 구비하는 것이 일반적이며, 후자만을 이용하는 경우 3차원적 형상 정보의 이미지 분석을 통해 2차원 이미지를 간접적으로 획득하는 방법도 있지만, 직접 촬상하는 방법에 비해 작업에 시간이 소요되고 정확한 이미지를 얻기 어려운 단점이 있다.

또한, 종래의 조명장치로서, 측정대상물의 표면의 상태, 즉 측정대상물의 표면의 기울기, 표면의 형상, 표면 스크래치 등의 파악을 위해 디플렉토메트리(deflectometry)와 같은 기술이 적용 가능한 조명장치가 활용되어 왔다. 이러한 기술을 적용하기 위해서는 예를 들면 사인파(sine wave) 패턴의 표현이 가능한 조명장치가 필요한데, 이 경우 픽셀별 밝기 또는 컬러의 조절이 가능한 광원이 요구되며, 이를 위해 종래에는 엘시디(LCD) 모니터와 같은 디스플레이 장치를 활용해 왔다.

그러나, 상기 디스플레이 장치는 평면 형태를 가지므로 조명장치가 상부를 완전히 그리고 적절히 커버하기에 어려우므로, 커버되지 않은 부분에 대응하는 광학 데이터의 확보가 불가능하거나 적절히 커버되지 않은 부분에 대응하는 광학 데이터는 정확도가 떨어질 수 있다.

또한, 이에 따라 측정대상물의 측정 범위가 제한될 수 있는 점, 낮은 각도로 조사하는 조명을 확보할 수 없거나 확보하더라도 정확도가 떨어지는 경우에는 다크 필드(dark field) 반사광을 제대로 획득할 수 없어 표면 상태 파악이 어려울 수 있는 점, 광량이 약하여 촬상을 위해서는 긴 노출 시간이 필요한 점 등과 같이 활용에 있어서 많은 한계가 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다양한 형태의 조사광을 용이하게 생성하고 조절할 수 있으며, 이에 따른 다양한 이미지 데이터를 획득할 수 있는 조명 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 조명 시스템은, 측정 스테이지, 조사부, 수광부 및 처리부를 포함한다. 상기 측정 스테이지는 측정대상물이 위치한다. 상기 조사부는 상기 측정대상물에 대하여 입사광들을 조사하며 서로 직렬로 연결되어서 개별적으로 점등 제어가 가능한 다수의 광원들을 포함하되, 상기 다수의 광원들은 상기 측정대상물의 상부를 둘러싸도록 배치되어서 상기 측정대상물에 대한 다수의 방향들로부터의 입사광이 상기 측정대상물을 향하여 선택적인 조사가 가능하다. 상기 수광부는 상기 조사부에 의해 조사된 상기 입사광들에 따른 상기 측정대상물에 의한 반사광들을 획득한다. 상기 처리부는 상기 광원들을 직렬 통신 방식으로 제어하고, 상기 광원들을 기 설정된 점등패턴에 따라 점등되도록 제어하며, 상기 수광부에서 획득된 반사광들로부터 이미지 데이터를 생성한다.

일 실시예로, 상기 광원들은, 각 채널에서 상기 광원들이 서로 직렬로 연결되어 있는 복수의 채널(channel)들로 이루어질 수 있고, 상기 처리부는, 상기 각 채널 별로 상기 광원들의 점등을 제어할 수 있다.

일 실시예로, 상기 처리부는, 공간적 형상 패턴, 시간적 변화 패턴 및 공간적 변화 패턴을 포함하는 점등패턴에 따라 상기 광원들의 점등 제어가 가능할 수 있다. 또한, 상기 처리부는, 컬러 패턴에 의해 상기 광원들의 점등 제어가 가능할 수 있다.

일 실시예로, 상기 점등패턴은 링 패턴, 격자 패턴, 체크 패턴, 격자이송 패턴, 사인파(sine wave) 패턴 및 섹션조명 패턴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

예를 들면, 상기 조사부의 광원들은, 각각 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 조사부는, 상기 측정대상물의 상부에 배치되어 상기 측정대상물의 주위를 커버하며, 상기 발광다이오드들이 설치된 조명커버를 더 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 발광다이오드들은 서로 물리적 및 전기적으로 연결된 스트립 타입(strip type)으로 형성될 수 있다.

예를 들면, 상기 조명커버는 돔(dome)의 적어도 일부를 포함하는 형상을 가질 수 있고, 상기 스트립 타입의 발광다이오드들은, 하부에서 관측할 때 서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 제공되어서 상기 돔의 적어도 일부를 포함하는 형상의 내부에 다수의 열(row)들로 형성될 수 있다.

일 실시예로, 상기 조명커버는, 상기 측정대상물의 상부에 대응하여 형성된 개구부를 가질 수 있고, 상기 수광부는, 상기 개구부를 통하여 상기 측정대상물로부터 반사된 반사광을 수광하도록 배치될 수 있다.

일 실시예로, 상기 조사부는, 상기 조명커버에 장착된 상기 발광다이오드들로부터 상기 측정대상물에 입사광을 제공하는 제1 조사부 및 상기 조명커버에 형성된 상기 개구부를 통하여 상기 측정대상물에 입사광을 제공하는 제2 조사부를 포함할 수 있다.

예를 들면, 상기 제2 조사부는 상기 개구부의 상부에 배치될 수 있고, 상기 수광부는 상기 개구부의 일측에 배치될 수 있다. 일 실시예로, 상기 조명 시스템은, 상기 제2 조사부에서 발생된 입사광을 상기 측정대상물에 제공하도록 투과하고, 상기 측정대상물에 의한 반사광들을 상기 수광부로 반사하는 빔분리부를 더 포함할 수 있다.

예를 들면, 상기 제2 조사부의 광원들의 배치 밀도는 상기 제1 조사부의 광원들의 배치 밀도보다 클 수 있다.

일 실시예로, 상기 조사부는, 상기 조명커버에 대응되는 형상을 가지고 상기 광원들의 전방에 배치되며, 상기 광원에서 발생된 광을 확산시키는 디퓨저(diffuser)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다수의 광원들을 이용하여 측정대상물에 대해 다수의 방향들로부터 입사광을 조사하고, 상기 광원들을 기 설정된 점등패턴에 따라 점등되도록 제어함으로써, 사용자가 원하는 조사광들의 형태에 따라 조명 장치를 독립적으로 구비하지 않고도 다양한 패턴의 조사광들을 상기 조명 시스템만으로 생성할 수 있으며, 이에 따라 형상 검사 등과 같은 필요한 작업을 수행하기 위한 다양한 이미지를 획득할 수 있어 이에 따른 이미지 분석을 수행할 수 있다.

또한, 상기 점등패턴을 형성함에 있어서, 공간적 형상 패턴, 시간적 변화 패턴 및 공간적 변화 패턴 등을 모두 형성할 수 있으므로, 링 패턴, 격자 패턴, 체크 패턴, 격자이송 패턴, 사인파(sine wave) 패턴 및 섹션조명 패턴 등의 매우 다양한 패턴들의 조사광들을 상기 조명 시스템의 일부를 수정하거나 추가적인 조명장치를 설치함이 없이 용이하게 획득할 수 있다.

예를 들면, 측정대상물의 다크필드(dark field) 영상뿐만 아니라 브라이트필드(bright field) 영상, 디플렉토메트리(deflectometry)를 이용한 기울기 영상, 핀 조명과 같은 점광원에 따른 영상, 돔 조명에 따른 영상, 그림자 추출 영상 등 매우 다양한 조명 형태 하에서의 영상을, 하나의 조명 시스템을 통하여 획득할 수 있다. 또한, 측정대상물의 2차원 이미지와 3차원 형상정보를 모두 얻기 위해서, 2차원 이미지 획득을 위한 조명 및 3차원 형상정보 획득을 위한 조명을 모두 구비하지 않고도 두 가지 조명들을 획득할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 조명 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 조명 시스템의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 1의 조명 시스템의 조명커버를 하부에서 관측한 평면도이다.
도 4는 도 1의 조명 시스템의 처리부의 점등패턴의 일 실시예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5 내지 도 8은 도 1의 조명 시스템의 처리부의 점등패턴의 다른 실시예를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 9 내지 도 12는 도 1의 조명 시스템의 처리부의 점등패턴의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 개념도들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서, 층과 영역의 크기와 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수도 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 조명 시스템을 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1의 조명 시스템의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 조명 시스템(100)은 측정 스테이지(110), 조사부(120), 수광부(130) 및 처리부(140)를 포함한다.

상기 측정 스테이지(110)는 측정대상물(MT)이 위치한다. 상기 측정 스테이지(110)는 상방으로 오픈될 수 있다. 도 1에서, 상기 측정 스테이지(110)는 고정되어 있지만, 후술되는 처리부(140) 혹은 외부에서 제공되는 제어부 등에 의해 상기 측정대상물(MT)의 위치, 자세 등을 제어할 수도 있다.

상기 조사부(120)는 상기 측정대상물(MT)에 대하여 입사광(IL)들을 조사하며 서로 직렬(serial)로 연결되어서 개별적으로 점등 제어가 가능한 다수의 광원(LS)들을 포함한다. 상기 조사부(120)의 상기 다수의 광원(LS)들은 상기 측정대상물(MT)의 상부를 둘러싸도록 배치되어서 상기 측정대상물(MT)에 대한 다수의 방향들로부터의 입사광들이 상기 측정대상물(MT)을 향하여 선택적인 조사가 가능하도록 한다.

상기 입사광들의 입사 방향은 상기 측정대상물(MT)에 대한 법선 방향에 대하여 경사진 입사각(θ)으로 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 입사광(IL)들은 상방의 모든 방향에서 입사될 수 있고, 상기 입사광들은 경사각 0° 내지 90° 사이의 입사각(θ)으로 입사 방향을 나타낼 수 있다.

예를 들면, 상기 조사부(120)의 광원(LS)들은, 각각 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 조사부(120)의 광원(LS)들은 다른 형태의 발광유닛을 포함할 수도 있다.

일 실시예로, 상기 조사부(120)는 조명커버(CV)를 더 포함할 수 있다. 상기 조명커버(CV)는, 상기 측정대상물(MT)의 상부에 배치되어 상기 측정대상물(MT)의 주위를 커버하며, 상기 발광다이오드들이 설치된다.

예를 들면, 상기 발광다이오드들은 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 백색 발광다이오드일 수도 있다. 또한, 상기 발광다이오드들은 다른 컬러의 발광다이오드들이 상기 조명커버(CV)에 교호적으로 설치될 수도 있으며, 자체의 컬러가 변경되는 발광다이오드들이 설치될 수도 있다. 또한, 상기 발광다이오드들은, 고정된 밝기를 가질 수도 있고, 변화 가능한 밝기를 가질 수도 있다.

도 3은 도 1의 조명 시스템의 조명커버를 하부에서 관측한 평면도이다.

도 3을 참조하면, 일 실시예로, 상기 발광다이오드들은 서로 물리적 및 전기적으로 연결된 스트립 타입(strip type)으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 스트립 타입의 발광다이오드들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 스트립으로 연결될 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 발광다이오드들의 개수는 일 예로 설정된 것이며, 이보다 더 많거나 더 적을 수 있다. 또한, 후술되는 도 4 내지 도 12의 경우도 마찬가지이다.

예를 들면, 상기 조명커버(CV)는 돔(dome)의 적어도 일부를 포함하는 형상을 가질 수 있고, 상기 스트립 타입의 발광다이오드들은, 도 3에서와 같이, 하부에서 관측할 때 서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 제공되어서 상기 돔의 적어도 일부를 포함하는 형상의 내부에 다수의 열(row)들(R1, R2, …, Rn-1, Rn)로 형성될 수 있다. 즉, 상기 스트립 타입의 발광다이오드들은, 복수의 링들이 서로 다른 직경을 갖고 차례로 열을 형성하며 배치될 수 있다.

상기와 같이 배열된 다수의 발광다이오드들은, 모두 직렬로 연결될 수도 있다. 그러나, 이 경우 상기 발광다이오드들의 점등을 제어할 때, 다소 시간지연이 발생하여 원하는 대로 제어가 되지 않을 수도 있으므로, 상기 발광다이오드들은 소정 개수의 그룹(group)들로 그룹화할 수 있다.

예를 들면, 상기 조명커버(CV)에 설치된 다수의 발광다이오드들은, 발광다이오드들의 개수 및/또는 배치에 따라 연결 상태를 조정할 수 있다. 즉, 상기 다수의 발광다이오드들은 소정 개수를 기준으로 복수의 채널(channel)들로 그룹화할 수 있고, 배치된 열을 기준으로 복수의 채널들로 그룹화할 수도 있으며, 개수와 배치된 열을 모두 고려하여 복수의 채널들로 그룹화할 수도 있다.

예를 들면, 각 링을 형성하는 발광다이오드들은 동일한 열 내에서 서로 연결되면서, 후술되는 개구부(OP)에 가까운 열(예를 들면, R1)의 경우에는 발광다이오드들의 개수가 적게 형성되므로 상기 개구부(OP)에 가까운 열들에 대해서는 서로 다른 열들(예를 들면, R1과 R2)의 발광다이오드들끼리도 연결함으로써, 채널 별로 동일 혹은 유사한 개수로 그룹화하도록 할 수 있다. 이 경우, 필요하다면 동일한 열 내에서도 서로 연결이 되지 않도록 할 수도 있다. 후술되는 처리부(140)에서는, 이와 같이 복수의 채널(channel)들로 구분된 상기 발광다이오드들을 채널 별로 구분하여 독립적으로 점등을 제어할 수 있다.

한편, 상기 발광다이오드들에서 발생하는 열을 방열하기 위해, 상기 조명커버(CV)는 금속성, 예를 들면 알루미늄으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 발광다이오드들 사이의 연결선과 상기 조명커버(CV) 사이에는 전열본드 혹은 써멀본드(thermal bond)를 이용하여 접착함으로써, 상기 발광다이오드들이 견고하게 상기 조명커버(CV)에 설치하면서도 동시에 방열이 가능하도록 할 수 있다.

일 실시예로, 상기 조명커버(CV)는, 상기 측정대상물(MT)의 상부에 대응하여 형성된 개구부(OP)를 가질 수 있다. 상기 개구부(OP)는 후술되는 수광부(130)에서 반사광(RL)을 수광하도록 개방된 통로로 활용될 수 있다. 또한, 상기 개구부(OP)는 후술되는 추가 조명(제2 조사부)에서 상기 측정대상물(MT)을 향하여 입사광을 조사하는 통로로 활용될 수 있다.

일 실시예로, 상기 조사부(120)는 제1 조사부(122) 및 제2 조사부(124)를 포함할 수 있다.

상기 제1 조사부(122)는 상기 조명커버(CV)에 장착된 상기 발광다이오드들로부터 상기 측정대상물(MT)에 입사광(IL1)을 제공한다.

상기 제2 조사부(124)는 상기 조명커버(CV)에 형성된 상기 개구부(OP)를 통하여 상기 측정대상물(MT)에 입사광(IL2)을 제공한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 조사부(122) 및 상기 제2 조사부(124) 모두 앞서 설명한 광원(LS)들로부터 생성된 광을 상기 측정대상물(MT)로 제공하며, 상기 제1 조사부(122)는 상기 조명커버(CV)에 장착되고, 상기 제2 조사부(124)는 일 예로 별도의 플레이트(PL)에 장착될 수 있다.

일 실시예로, 상기 조명 시스템(100)은 빔분리부(150)를 더 포함할 수 있다.

예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 조사부(124)는 상기 개구부(OP)의 상부에 배치될 수 있고, 상기 수광부(130)는 상기 개구부(OP)의 일측에 배치될 수 있다.

이 경우, 상기 빔분리부(150)는 상기 제2 조사부(124)에서 발생된 입사광(IL2)을 상기 측정대상물(MT)에 제공하도록 투과하고, 상기 측정대상물(MT)에 의한 반사광(RL)들을 상기 수광부(130)로 반사한다.

이에 따라, 상기 제2 조사부(124)의 광축과 동일한 광축 방향으로 반사되는 반사광을 상기 수광부(130)에서 효과적으로 수신할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 배치와는 다르게, 상기 제2 조사부(124)는 상기 개구부(OP)의 일측에 배치될 수 있고, 상기 수광부(130)는 상기 개구부(OP)의 상부에 배치될 수도 있다.

상기 제2 조사부(124)로부터 제공되는 입사광(IL2)은 상기한 빔분리부(150)에 의해 투과하는 과정을 거치므로, 상기 제1 조사부(122)로부터 제공되는 입사광(IL1)에 비해 광량의 손실이 발생할 수 있다. 또한, 상기 제2 조사부(124)의 광원들은 상기 제1 조사부(122)의 광원들보다 상기 측정대상물(MT)로부터 더 멀리 위치하므로, 상기 측정대상물(MT)에 도달하는 광량은, 상기 제2 조사부(124)가 상기 제1 조사부(122)보다 적을 수 있다. 따라서, 예를 들면, 상기 제2 조사부(124)의 광원들의 배치 밀도는 상기 제1 조사부의 광원들의 배치 밀도보다 크게 형성할 수 있으며, 이에 따라 손실되는 광량을 보상할 수 있다.

일 실시예로, 상기 조사부(120)는 디퓨저(diffuser)(DF)를 포함할 수 있다.

상기 디퓨저(DF)는 상기 광원(LS)들의 전방에 배치되며, 상기 광원(LS)들에서 발생된 광을 확산시킨다. 또한, 상기 디퓨저(diffuser)(DF)는 상기 조명커버(CV)에 대응되는 형상을 가진다. 따라서, 상기 디퓨저(DF)는 상기 조명커버(CV)의 개구부(OP)와 동일하게 개구부(OPD)가 형성될 수 있다.

상기 디퓨저(DF)는 상기 제1 조사부(122)의 광원(LS)들의 전방 및 상기 제2 조사부(124)의 광원(LS)들의 전방에 각각 배치될 수 있다.

상기 수광부(130)는 상기 조사부(120)에 의해 조사된 상기 입사광들에 따른 상기 측정대상물(MT)에 의한 반사광(RL)들을 획득한다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 수광부(130)는, 상기 개구부(OP)를 통하여 상기 측정대상물(MT)로부터 반사된 반사광(RL)을 수광하도록 배치될 수 있으며, 상기 빔분리부(150)를 통해 상기 반사광(RL)을 수광할 수 있다.

상기 수광부(130)는 다양한 신호패턴을 원하는 방식에 따라 해석하기 위해 수광 각도가 조절 가능하도록 설치될 수 있다. 또한, 상기 수광부(130)는 상기 빔분리부(150)의 설치 오차, 상기 디퓨저(DF)에 형성된 개구부(OPD)의 가공 오차, 상기 수광부(130) 자체의 크기 혹은 해상도의 다양성을 고려하여, 설치공차를 가질 수 있다.

일 실시예로, 상기 수광부(130)는 상기 입사광들이 상기 측정대상물(MT)에 의해 반사된 반사광(RL)들의 강도(intensity)를 측정할 수 있는 광센서를 포함할 수 있고, CCD 또는 CMOS 카메라와 같은 카메라를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 수광부(130)는, 상기 광센서 혹은 상기 카메라의 전방에 배치된 렌즈를 포함할 수 있다.

상기 처리부(140)는 상기 광원(LS)들을 직렬 통신 방식으로 제어하고, 상기 광원(LS)들을 기 설정된 점등패턴에 따라 점등되도록 제어하며, 상기 수광부에서 획득된 반사광들로부터 이미지 데이터를 생성한다. 상기 처리부(140)는 외부에서 제공되는, 컴퓨터와 같은 제어장치를 통해 사용자의 입력 및 제어를 수행할 수 있다.

상기 광원(LS)들은, 앞서 설명한 바와 같이, 각각 서로 직렬로 연결된 복수의 채널들로 이루어질 수 있고, 상기 처리부(140)는, 서로 직렬로 연결된 채널 별로 상기 광원(LS)들의 점등을 제어할 수 있다. 즉, 상기 광원(LS)들은 데이터의 전송을 위한 연결 구조가 직렬로 형성되어서, 직렬 통신 방식에 의해 상기 광원(LS)들의 개별적 제어가 가능할 수 있다.

상기 광원(LS)들, 예를 들면 다수의 발광다이오드들은, 병렬 통신 방식에 의할 때 부분적 혹은 영역별 제어를 위해 다수의 섹션들로 나누어 제어할 수 있지만, 보다 다양한 형태의 자유로운 조명을 구현하기 위해서는 상기 섹션들의 크기를 작게 설정한 후 상기 섹션들의 개수만큼 제어장치에 연결되어야 하므로 이에 따른 다수의 배선들이 필요하고, 각 섹션의 밝기를 조절하기 위해서는 비교적 높은 전류로 신속한 제어가 요구되므로, 이에 따라 조명장치 및 그 제어장치의 구조가 복잡해지고 제조비용이 증가될 수 있으며, 섹션별 제어의 관점에서 제어의 자유도가 낮으므로 다양한 조명의 형태를 구현하는 것이 어려울 수 있다.

그러나, 상기 조사부(120)와 같이 직렬 통신 방식을 따르는 경우, 데이터 전송을 위한 직렬로 형성된 연결 구조를 가져서 상기 광원(LS)들을 개별적으로 제어할 수 있으므로 자유롭게 조명의 형태를 구현할 수 있다. 이러한 직렬 통신 방식을 구현하기 위해서, 래치(latch)와 같은 직렬 통신을 가능하게 하는 회로를 포함할 수 있고, 상기 광원(LS)들의 밝기를 조절할 수 있는 펄스폭변조(pulse width modulation; PWM), DA 컨버터 등과 같은 제어 회로를 포함할 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 다수의 광원(LS)들을 모두 직렬로 연결하는 경우, 각 광원(LS)의 점등, 밝기 등을 일괄로 제어해야 될 수 있고, 이에 따라 다소 시간지연이 발생할 수 있으므로, 상기 광원(LS)들을 소정 개수의 그룹들 혹은 채널들로 그룹화하고 각각의 채널은 병렬적으로 제어하여 시간지연을 방지할 수 있다.

상기 조사부(120)는, 상기 측정대상물(MT)을 기준으로 거의 모든 방향에서 광을 조사할 수 있는 구조를 가지므로, 상기 처리부(140)는 다양한 점등패턴에 따라 상기 광원(LS)들이 점등되도록 제어할 수 있다.

이때, 상기 점등패턴은, 일 예로, 공간적 위치에 따라 점등되는 광원들에 의한 입사광들의 조합이 특정 형상을 갖도록 조사되는 패턴(이하, “공간적 형상 패턴”이라 함)일 수 있다. 예를 들면, 상기 공간적 형상 패턴의 특정 형상은 단순히 1차원적인 점 형상, 선 형상일 수도 있고, 2차원적인 면 형상일 수도 있다.

일 실시예로, 상기 공간적 형상 패턴은 링 패턴을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 측정대상물(MT)에 대해 특정 입사각에 해당하는 방향에 위치한 광원들을 점등하고, 나머지 광원들을 점등하지 않음으로써, 특정 입사각의 링 패턴을 형성할 수 있다. 상기 링 패턴은 1차원적인 링 형상을 가지거나, 혹은 인접한 복수의 열들로 이루어진 2차원적인 링 형상일 수도 있다.

이와 같은 링 패턴의 입사각을 조절하여 획득된 다양한 입사각들에 따른 링 패턴 영상들 및 그 조합으로부터, 반사 밝기 분포를 획득하고 이에 따라 상기 측정대상물(MT)의 표면의 기울기 등을 획득할 수 있고, 반짝임 정도를 정량화할 수 있다. 또한, 상기 링 패턴의 입사각을 상대적으로 낮게(즉, 도 2에서 θ를 크게) 형성함으로써, 상기 측정대상물(MT)이 평평한 물체인 경우 경면반사광을 제외한 난반사광을 얻을 수도 있다.

다른 실시예로, 상기 공간적 형상 패턴은 격자 패턴, 체크 패턴 등을 포함할 수 있다. 상기 격자 패턴이나 체크 패턴은 상기 측정대상물(MT)의 표면에서 반사된 반사광의 촬영 영상에서 패턴의 왜곡을 검출하고, 이로부터 상기 측정대상물(MT)의 표면의 굴곡, 찌그러짐 등의 상태를 파악할 수 있다.

상기 점등패턴은, 상기 공간적 형상 패턴이 시간의 경과에 따라 변화되는 패턴(이하, “시간적 변화 패턴”이라 함)일 수 있다. 예를 들면, 상기 시간적 변화 패턴은 시간에 따라 순차적으로 소정 간격만큼씩 이동하는 격자이송 패턴을 포함할 수 있으며, 이 경우 소정 피치(pitch)의 격자패턴을 형성하도록 광원들을 점등하고 나머지 광원들을 점등하지 않은 공간적 형상 패턴을 시간에 따라 순차적으로 변화시킴으로써, 위상천이(phase-transition)되는 격자이송 패턴을 형성할 수 있으며, 상기 격자이송 패턴은 사인파(sine wave) 패턴 형태로 형성될 수도 있다.

상기 점등패턴은, 상기 공간적 형상 패턴이 공간적 위치에 따라 변화되는 패턴(이하, “공간적 변화 패턴”이라 함)일 수 있다. 예를 들면, 상기 공간적 변화 패턴은 점등 광원들이 형성하는 형상은 동일하지만 이 형상을 공간적 위치에 따라 변화시키는 섹션(section)조명 패턴을 포함할 수 있으며, 이 경우 소정 형상을 하나의 섹션으로 하는 면광원의 조명을 형성하도록 광원들을 점등하고 나머지 광원들을 점등하지 않은 공간적 형상 패턴을, 일 예로, 사방으로 그 점등 위치를 이동시킴으로써, 사방에서 조사되는 섹션조명 패턴을 형성할 수 있다.

이와 같이, 상기 처리부(140)는 공간적 형상 패턴, 시간적 변화 패턴 및 공간적 변화 패턴을 포함하는 점등패턴에 따라 상기 광원(LS)들의 점등 제어가 가능할 수 있다. 구체적으로, 상기 점등패턴은 링 패턴, 격자 패턴, 체크 패턴, 격자이송 패턴, 사인파 패턴, 섹션조명 패턴 등의 다양한 패턴들을 포함할 수 있으며, 상기 다양한 점등패턴들은 전부 상기 처리부(140)에 의해 상기 조사부(120)에 적용 가능할 수 있다.

한편, 상기 처리부(140)는 상기 광원(LS)들의 컬러를 상기 공간적 형상 패턴, 상기 시간적 변화 패턴 및 상기 공간적 변화 패턴에 적용한 패턴(이하, “컬러 패턴”이라 함)에 의해 상기 광원(LS)들이 점등되도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 처리부(140)는 상기 컬러 패턴에 따라 상기 광원(LS)들의 점등 제어가 가능할 수 있다. 이러한 컬러 패턴에 따른 점등 제어에 의하여, 상기 측정대상물(MT)의 색상 파악이 가능하고, 난반사 색상, 반짝임 색상 등을 구분하여 획득할 수 있고, 상기 측정대상물(MT)의 표면 기울기에 따른 색상도 획득할 수 있다.

도 4는 도 1의 조명 시스템의 처리부의 점등패턴의 일 실시예를 설명하기 위한 개념도이다. 도 4에 도시된 작은 원들은 상기 제1 조사부(122)의 광원(LS)들을 나타내며, 작은 원들을 둘러싼 큰 원은 상기 제1 조사부(122)의 조명커버(CV)의 경계(OL)를 나타낸다. 작은 원들의 내부가 검은 것은 광원을 점등한 것(ON)이며, 내부가 흰 것은 광원을 점등하지 않은 것(OFF)이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 점등패턴은 다양한 각도에서 조사되는 링 패턴일 수 있다. 상기 링 패턴은 특정 조사각에서 상기 측정대상물(MT)에 광을 조사할 때 사용될 수 있고, 이로써 특정 조사각에서의 상기 측정대상물(MT)의 2차원 영상을 직접 촬상할 수 있다. 이 경우는, 사용자가 상기 점등패턴을 상기 공간적 형상 패턴으로 활용한 예이다.

사용자의 필요에 따라, 상기 조사각은 변화시킬 수 있으며, 이 경우 변화시킬 조사각에 해당하는 링 패턴을 점등할 수 있다.

도 5 내지 도 8은 도 1의 조명 시스템의 처리부의 점등패턴의 다른 실시예를 설명하기 위한 개념도들이다. 도 5 내지 도 8에 도시된 작은 원들, 큰 원, 내부가 검은 것과 흰 것은 도 4의 경우와 같다.

도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 점등패턴은 시간에 따라 변화하는 사인파 패턴일 수 있다. 상기 사인파 패턴은 상기 측정대상물(MT)에 사인파 패턴의 광을 조사할 때 사용될 수 있고, 이로써 상기 측정대상물(MT)의 3차원 형상을 분석할 때 사용될 수 있다. 이 경우는, 사용자가 상기 점등패턴을 상기 시간적 변화 패턴으로 활용한 예이다.

이때, 상기 사인파 패턴의 파장은 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 돔 형태의 내부에서 거의 한 파장이 형성될 만큼 비교적 큰 값을 가질 수도 있다. 이 경우 2π 모호성의 영향을 거의 받지 않으므로 측정범위가 넓어지는 장점이 있다. 이와는 다르게, 상기 사인파 패턴의 파장은 상기 돔 형태의 측정 부분에서 비교적 작은 값을 가질 수도 있다. 이 경우 정밀도가 높아지는 장점이 있다. 따라서, 상기 사인파 패턴을 이용하는 경우에도, 파장을 자유롭게 선택 및 변화시킬 수 있으므로, 서로 트레이드-오프(trade-off) 관계에 있는 측정범위와 정밀도 중에서 우선할 것을 용이하게 선택하고 조절할 수 있다.

도 5 내지 도 8에서, 작은 원들의 내부가 검은 것은 광원을 점등한 것(ON)으로서 모두 동일하게 도시되어 있지만, 상기 사인파 패턴을 보다 효과적으로 구현하기 위하여, 상기 점등(ON)된 광원(LS)들은 외곽에 위치할수록 낮은 밝기를 가질 수 있으며, 중앙에 위치할수록 높은 밝기를 가질 수 있다.

또한, 도 5 내지 도 8에서, 상기 개구부(OP)(도 3 참조)에 해당하는 부분은 점등 표시가 생략되어 있지만, 상기 개구부(OP)에 대응하는 제2 조명부(124)(도 1 참조)에 의해 점등될 수 있다. 예를 들면, 도 6에서, 상기 개구부(OP)에 해당하는 중앙부는 점등된 것일 수 있다.

도 9 내지 도 12는 도 1의 조명 시스템의 처리부의 점등패턴의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 개념도들이다. 도 9 내지 도 12에 도시된 작은 원들, 큰 원, 내부가 검은 것과 흰 것은 도 4의 경우와 같다.

도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 점등패턴은 점등 위치가 변화하는 방향별 조명섹션 패턴일 수 있다. 상기 방향별 조명섹션 패턴은 상기 측정대상물(MT)에 여러 방향에서 특정 면적을 갖는 광을 조사할 때 사용될 수 있고, 이로써 상기 측정대상물(MT)의 엣지(edge) 검출할 때 또는 상기 측정대상물(MT)의 하이라이트(highlight)를 제거할 때에 사용될 수 있다. 이 경우는, 사용자가 상기 점등패턴을 상기 공간적 변화 패턴으로 활용한 예이다.

이때, 상기 방향별 조명섹션 패턴은 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 돔 형태의 내부에서 특정 영역의 조명섹션이 4개의 방향으로 위치를 이동하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 측정대상물(MT)의 사방을 조사하게 되므로, 이에 의해 촬상된 4개의 영상들 또는 이를 조합하거나 편집한 영상들을 이용하여, 상기 측정대상물(MT)의 엣지 또는 하이라이트를 검출할 수 있다. 예를 들면, 상기 영상들 내에서 최대 밝기의 픽셀들을 선택하여 조합함으로써 상기 측정대상물(MT)(예를 들면, 동전과 같이 돌출된 윤곽을 갖는 물체)의 엣지를 검출할 수 있고, 상기 영상들 내에서 최소 밝기의 픽셀들을 선택하여 조합함으로써 상기 측정대상물(MT)(예를 들면, 비닐)의 하이라이트, 즉 비닐의 반짝임 교란 등을 제거할 수도 있다.

이와 같이, 상기 처리부(140)의 제어에 의해 다양한 점등패턴을 갖는 조사광을 생성할 수 있으므로, 상기 조명 시스템(100)만으로 사용자가 원하는 조사광을 얻을 수 있다. 또한, 상기와 같이 획득된 조사광에 의해 다양한 이미지를 획득할 수 있으며, 이에 따른 다양한 이미지 분석들을 용이하게 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 측정대상물(MT)의 2차원 이미지와 3차원 형상정보를 모두 얻기 위해서, 2차원 이미지 획득을 위한 조명 및 3차원 형상정보 획득을 위한 조명을 모두 구비할 필요가 없이, 용이하게 두 가지 조명들을 획득하여, 이미지 분석에 활용할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 조명 시스템(100)은 적어도 상기 조사부(120), 상기 수광부(130), 상기 빔분리부(150) 등을 수용하는 하우징(160)을 더 포함할 수 있다. 상기 하우징(160)은, 상기 제1 조사부(122), 상기 제2 조사부(124), 상기 수광부(130), 상기 빔분리부(150) 등을 각각 혹은 일부 조합하여 수용하는 하우징들이 독립적으로 제공될 수도 있으며, 선택적으로 상기 측정 스테이지(110), 상기 처리부(140) 등을 수용할 수도 있다.

상기와 같은 조명 시스템에 따르면, 다수의 광원들을 이용하여 측정대상물에 대해 다수의 방향들로부터 입사광을 조사하고, 상기 광원들을 기 설정된 점등패턴에 따라 점등되도록 제어함으로써, 사용자가 원하는 조사광들의 형태에 따라 조명 장치를 독립적으로 구비하지 않고도 다양한 패턴의 조사광들을 상기 조명 시스템만으로 생성할 수 있으며, 이에 따라 형상 검사 등과 같은 필요한 작업을 수행하기 위한 다양한 이미지를 획득할 수 있어 이에 따른 이미지 분석을 수행할 수 있다.

또한, 상기 점등패턴을 형성함에 있어서, 공간적 형상 패턴, 시간적 변화 패턴 및 공간적 변화 패턴 등을 모두 형성할 수 있으므로, 링 패턴, 격자 패턴, 체크 패턴, 격자이송 패턴, 사인파(sine wave) 패턴 및 섹션조명 패턴 등의 매우 다양한 패턴들의 조사광들을 상기 조명 시스템의 일부를 수정하거나 추가적인 조명장치를 설치함이 없이 용이하게 획득할 수 있다.

예를 들면, 측정대상물의 다크필드(dark field) 영상뿐만 아니라 브라이트필드(bright field) 영상, 디플렉토메트리(deflectometry)를 이용한 기울기 영상, 핀 조명과 같은 점광원에 따른 영상, 돔 조명에 따른 영상, 그림자 추출 영상 등 매우 다양한 조명 형태 하에서의 영상을, 하나의 조명 시스템을 통하여 획득할 수 있다. 또한, 측정대상물의 2차원 이미지와 3차원 형상정보를 모두 얻기 위해서, 2차원 이미지 획득을 위한 조명 및 3차원 형상정보 획득을 위한 조명을 모두 구비하지 않고도 두 가지 조명들을 획득할 수도 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.　 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 조명 시스템 110 : 측정 스테이지
120 : 조사부 130 : 수광부
140 : 처리부 MT : 측정대상물

Claims (14)

1. 측정대상물이 위치하는 측정 스테이지;
   상기 측정대상물에 대하여 입사광들을 조사하며 서로 직렬로 연결되어서 개별적으로 점등 제어가 가능한 다수의 광원들을 포함하되, 상기 다수의 광원들은 상기 측정대상물의 상부를 둘러싸도록 배치되어서 상기 측정대상물에 대한 다수의 방향들로부터의 입사광들이 상기 측정대상물을 향하여 선택적인 조사가 가능한 조사부;
   상기 조사부에 의해 조사된 상기 입사광들에 따른 상기 측정대상물에 의한 반사광들을 획득하는 수광부; 및
   상기 광원들을 직렬 통신 방식으로 제어하고, 상기 광원들을 기 설정된 점등패턴에 따라 점등되도록 제어하며, 상기 수광부에서 획득된 반사광들로부터 이미지 데이터를 생성하는 처리부;를 포함하는,
   조명 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광원들은,
   복수의 채널(channel)들로 이루어지되, 각 채널에서는 상기 광원들이 서로 직렬로 연결되고,
   상기 처리부는,
   상기 각 채널 별로 상기 광원들의 점등을 제어하는 것을 특징으로 하는,
   조명 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 처리부는,
   공간적 형상 패턴, 시간적 변화 패턴 및 공간적 변화 패턴을 포함하는 점등패턴에 따라 상기 광원들의 점등 제어가 가능한 것을 특징으로 하는,
   조명 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 처리부는,
   컬러 패턴에 의해 상기 광원들의 점등 제어가 가능한 것을 특징으로 하는,
   조명 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 점등패턴은 링 패턴, 격자 패턴, 체크 패턴, 격자이송 패턴, 사인파(sine wave) 패턴 및 섹션조명 패턴 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   조명 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 조사부의 광원들은,
   각각 발광다이오드(LED)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   조명 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 조사부는,
   상기 측정대상물의 상부에 배치되어 상기 측정대상물의 주위를 커버하며, 상기 발광다이오드들이 설치된 조명커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   조명 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 발광다이오드들은 서로 물리적 및 전기적으로 연결된 스트립 타입(strip type)으로 형성된 것을 특징으로 하는,
   조명 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 조명커버는 돔(dome)의 적어도 일부를 포함하는 형상을 갖고,
   상기 스트립 타입의 발광다이오드들은, 하부에서 관측할 때 서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 제공되어서 상기 돔의 적어도 일부를 포함하는 형상의 내부에 다수의 열(row)들로 형성된 것을 특징으로 하는,
   조명 시스템.
10. 제8항에 있어서,
    상기 조명커버는,
    상기 측정대상물의 상부에 대응하여 형성된 개구부를 가지며,
    상기 수광부는, 상기 개구부를 통하여 상기 측정대상물로부터 반사된 반사광을 수광하도록 배치된 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 조사부는,
    상기 조명커버에 장착된 상기 발광다이오드들로부터 상기 측정대상물에 입사광을 제공하는 제1 조사부;
    상기 조명커버에 형성된 상기 개구부를 통하여 상기 측정대상물에 입사광을 제공하는 제2 조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 조사부는 상기 개구부의 상부에 배치되고,
    상기 수광부는 상기 개구부의 일측에 배치되며,
    상기 조명 시스템은,
    상기 제2 조사부에서 발생된 입사광을 상기 측정대상물에 제공하도록 투과하고, 상기 측정대상물에 의한 반사광들을 상기 수광부로 반사하는 빔분리부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 시스템.
13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 조사부의 광원들의 배치 밀도는 상기 제1 조사부의 광원들의 배치 밀도보다 큰 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
14. 제10항에 있어서,
    상기 조사부는,
    상기 조명커버에 대응되는 형상을 가지고 상기 광원들의 전방에 배치되며, 상기 광원에서 발생된 광을 확산시키는 디퓨저(diffuser)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
    

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