KR20230134024A - 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법 및 그 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 면조명기의 하우징 내부에 복수 개의 광소자를 사각형 배열로 배치하면서, 피검사체를 촬영한 이미지에 나타나는 음영을 기반으로, 광소자의 간격을 조절하여, 음영이 보정됨에 따라 다양한 종류, 형상, 방향을 가진 표면 결함에 대한 이미지가 현저히 구분될 수 있고, 이로 인하여 피검사체의 다양한 표면 결함에 대한 검출 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있고, 또한 가우시안, 램버시안 효과를 룩업 테이블로 구성하여 보정값을 역으로 산출하고, 이를 이용하여 샘플이미지를 보정하여, 가우시안, 램버시안 효과에 따른 샘플이미지의 밝기 불균일도를 해소할 수 있는 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법 및 그 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법을 제공한다.

Description

표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법 및 그 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법{Optical element arrangement method of surface lighting device and sample image correction method of surface defect inspection device}

본 발명은 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법 및 그 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 면조명기의 하우징 내부에 복수 개의 광소자를 사각형 배열로 배치하면서, 피검사체를 촬영한 이미지에 나타나는 음영을 기반으로, 광소자의 간격을 조절하여, 음영을 보정하는 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법 및 가우시안, 램버시안 효과를 룩업 테이블로 구성하여 보정값을 역으로 산출하여 이미지를 보정하는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법에 관한 것이다.

일반적으로 강판, PCB 기판, 반도체 웨이퍼, 필름 등과 같이 평판 형상으로 이루어지는 제품의 경우, 제조공정이 완료된 이후에 제품의 표면에 형성된 오염물 부착, 스크래치, 찍힘, 크랙 등의 결함이 존재하는지 여부를 평가하는 표면 검사공정을 거치게 된다.

종래에는 상기 표면 검사공정이 검사자가 육안이나 현미경 등을 이용하여 제품의 표면을 직접 검사하는 방식으로 이루어지는 것이 통상적이었으나, 이러한 육안 검사의 경우, 불량 여부가 검사자의 육안 관찰에 의한 주관적인 판단에 의해 결정되기 때문에 균일한 품질에 대한 신뢰성을 확보하기 곤란하여 미세한 표면 결함이 품질에 치명적인 영향을 미치는 이차전지, 반도체 웨이퍼, PCB 기판 등의 표면 검사에는 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 피검사체인 제품의 표면에 광을 입사하는 광원과 제품의 표면에서 반사된 반사광에 의한 이미지를 촬영하는 이미지 센서를 이용하여 제품의 표면에 결함이 존재하는지 여부를 판단하는 방식의 표면 검사장치가 개발되었는데, 이러한 이미지 센서를 이용한 표면 검사장치는 종래기술인 한국등록특허 제10-0389967호(2002. 2. 27.)에 상세히 개시되어 있다.

그러나 표면 결함의 경우, 광이 입사되는 방향에 따라 이미지 센서의 출력을 통해 검출할 수 있는 결함의 종류, 형상, 방향이 달라지는 특성이 있기 때문에 종래기술과 같이 검사 표면에 대하여 광을 균일하게 입사하는 면조명 방식을 적용할 경우 다양한 종류, 형상 또는 방향을 가진 표면 결함을 정확하게 검출하기 곤란한 문제점이 있다.

이러한 이유로 근래에는 피검사체의 표면에 다양한 각도로 면조명을 입사하였으나, 다양한 각도로 면조명을 입사할 경우, 음영 발생으로 인해 입사면에 균일하지 않은 부분이 생성되어 이를 해결하기 위한 조명 구조가 요구되었다.

본 발명은 면조명기의 하우징 내부에 복수 개의 광소자를 사각형 배열로 배치하면서, 피검사체를 촬영한 이미지에 나타나는 음영을 기반으로, 광소자의 간격을 조절하여, 음영이 보정됨에 따라 다양한 종류, 형상, 방향을 가진 표면 결함에 대한 이미지가 현저히 구분될 수 있고, 이로 인하여 피검사체의 다양한 표면 결함에 대한 검출 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법 및 그 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법은 피검사체의 이송경로를 제공하는 프레임부, 상기 프레임부의 일측에 설치되어 상기 이송경로를 따라 피검사체를 이송시키는 이송부, 상기 이송경로의 중도에서 상기 프레임부의 일측에 설치된 광학모듈 지지대, 및 상기 광학모듈 지지대에 고정 설치되는 면조명기와 이미지 센서부를 포함하는 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비되는 광소자를 배열하는 방법에 관한 것으로, a)면조명기의 직사각형 하우징 내부에 복수 개의 광소자를 사각형 배열로 임의 배열하는 단계; b)상기 광소자들에 전원을 인가하여 면조명기로 피검사체를 면조명하면서, 상기 하우징 면적에 대응하는 직사각형의 이미지를 획득하는 단계; c)획득한 직사각형의 이미지를 기반으로 이미지의 X축 방향 음영을 측정하는 단계; d)측정된 X축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자들 중 Y축 방향 배열의 광소자들을 하나의 Y축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 Y축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자의 X축 방향 간격을 조절하는 단계; e)획득한 직사각형의 이미지를 기반으로 이미지의 Y축 방향 음영을 측정하는 단계; 및 f)측정된 Y축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자들 중 X축 방향 배열의 광소자들을 하나의 X축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 X축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자의 Y축 방향 간격을 조절하는 단계;를 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 광소자의 사각형 배열은 복수 개의 광소자가 직사각형의 하우징 X축 방향을 따라 일정한 간격을 두고 배열되어, 복수 개의 X축 방향 열(가로 열)을 이루면서, 복수 개의 광소자가 Y축 방향을 따라 일정한 간격을 두고 배열되어, 복수 개의 Y축 방향 열을 이루고, 상기 복수 개의 X축 방향 열과, 복수 개의 Y축 방향 열의 조합으로, 복수 개의 광소자들이 사각형의 꼭짓점 지점에 각각 배치되는 것이다.

그리고 본 발명에 따른 상기 c)단계인 획득한 직사각형의 이미지를 기반으로 이미지의 X축 방향 음영을 측정하는 단계에서는, 상기 이미지의 X축 방향을 기준으로 음영의 X축 방향 길이를 측정한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 d)단계인 측정된 X축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자들 중 Y축 방향 배열의 광소자들을 하나의 Y축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 Y축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자의 X축 방향 간격을 조절하는 단계에서는, Y축 방향으로 묶인 Y축 방향 어레이들의 간격이 음영측으로 갈수록 간격이 좁아지게 배열하는 것이 바람직하다.

더불어 본 발명에 따른 상기 e)단계인 획득한 직사각형의 이미지를 기반으로 이미지의 Y축 방향 음영을 측정하는 단계에서는, 상기 이미지의 Y축 방향을 기준으로 음영의 Y축 방향 길이를 측정한다.

이때 본 발명에 따른 상기 f)단계인 측정된 Y축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자들 중 X축 방향 배열의 광소자들을 하나의 X축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 X축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자의 Y축 방향 간격을 조절하는 단계에서는, X축 방향으로 묶인 X축 방향 어레이들의 간격이 음영측으로 갈수록 간격이 좁아지게 배열하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 b)단계인 상기 광소자들에 전원을 인가하여 면조명기로 피검사체를 면조명하면서, 상기 하우징 면적에 대응하는 직사각형의 이미지를 획득하는 단계에서는, 피검사체 면적의 각 모서리 위치마다 조도계를 배치하여, 입사영역의 조도를 측정하고, 해당 피검사체 면적 전체에 균일한 조도를 이루도록, 광원을 조절한 후, 면조명된 피검사체의 이미지를 획득하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 표면결함 검사장치의 이미지 보정방법은 ⅰ)피검사체 중 조명의 입사영역을 기준으로 각기 다른 방향에서 순차적으로 빛을 입사하면서 피검사체를 복수로 촬영하여, 각기 다른 빛의 입사 각도에 대응하는 각각의 샘플이미지들을 획득하는 단계; ⅱ)획득한 샘플이미지들의 밝기를 각각 최적화하는 단계; ⅲ)밝기 최적화된 샘플이미지들의 입사각도를 각각 최적화하는 단계; 및 ⅳ)보정된 최종 샘플이미지를 획득하는 단계;를 포함하는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법.

이때 본 발명에 따른 상기 ⅰ)단계인, 피검사체 중 조명의 입사영역을 기준으로 각기 다른 방향에서 순차적으로 빛을 입사하면서 피검사체를 복수로 촬영하여, 각기 다른 빛의 입사 각도에 대응하는 각각의 샘플이미지들을 획득하는 단계에서는, 각각 샘플이미지를 획득할 시, 조명의 입사각도 및 밝기를 정보를 함께 수집한다.

그리고 본 발명에 따른 상기 ⅱ)단계인 획득한 샘플이미지의 밝기를 최적화하는 단계에서는, ⅱ-1)샘플이미지를 이루는 픽셀들 중 평균 픽셀값을 추출하는 단계와, ⅱ-2)샘플이미지를 이루는 픽셀들 중 상대적으로 가장 밝은 픽셀을 서치하고, 서치된 픽셀의 그레이 레벨을 토대로 max 픽셀값을 추출하는 단계와, ⅱ-3)샘플이미지를 이루는 픽셀들 중 상대적으로 가장 어두운 픽셀을 서치하고, 서치된 픽셀의 그레이 레벨을 토대로 min 픽셀값을 추출하는 단계와, ⅱ-4)추출된 max 픽셀값이 평균 픽셀값으로 조정되기 위한 가중치인 Wmax 픽셀값을 산출하고, 추출된 min 픽셀값이 평균 픽셀값으로 조정되기 위한 가중치인 Wmin 픽셀값을 산출하는 단계와, ⅱ-5)가장 밝은 픽셀(max 픽셀값)을 기준으로 가장 어두운 픽셀(min 픽셀값) 간의 거리(Distance)를 산출하는 단계와, ⅱ-6)단위 픽셀 거리당 가중치의 변화량(Kstep)을 산출하는 단계와, ⅱ-7)샘플이미지를 이루는 각 픽셀의 가중치(K)를 산출하는 단계와, ⅱ-8)산출된 가중치를 샘플이미지를 이루는 각 픽셀에 적용하여 샘플이미지의 밝기를 최적화하는 단계를 포함한다.

여기서 본 발명에 따른 상기 단위 픽셀 거리당 가중치의 변화량(Kstep)은, 아래의 [수학식 1]로 산출된다.

[수학식 1]

Kstep=(Wmin-Wmax)/Dmax

(여기서, Kstep은 단위픽셀 거리당 가중치의 변화량이고, Wmin은 min 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치이며, Wmax는 max 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치이고, Dmax는 가장 밝은 픽셀을 기준으로 가장 어두운 픽셀 간의 거리이다.)

또한, 본 발명에 따른 상기 각 픽셀의 가중치(K)는, 아래의 [수학식 2]로 산출된다.

[수학식 2]

K= Wmax+Kstep×Distance

(여기서, K는 각 픽셀의 가중치이고, Wmax는 max 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치이며, Kstep은 가중치의 변화량이고, Distance는 가장 밝은 픽셀을 기준으로 각 픽셀 간의 거리이다.)

그리고 본 발명에 따른 상기 ⅲ)단계인 밝기 최적화가 이루어진 샘플이미지들의 입사각도 최적화를 실시하는 단계에서는, ⅲ-1)밝기 최적화가 이루어진 샘플이미지들 중 빛의 입사각도가 서로 상이한 적어도 3장 이상의 샘플이미지들을 준비하는 단계와, ⅲ-2)각 샘플이미지들의 빛의 실제 입사각들을 측정하고, 샘플이미지들의 픽셀별로 입사각을 확인하는 단계와, ⅲ-3)픽셀 별로 실제 입사각을 구한 것을 바탕으로, 포토매트리스 스테레오 모델링을 이용하여, 해당 픽셀의 3종류 이상의 그레이 레벨과, 실제 각도들로 픽셀 노멀벡터를 산출하는 단계와, ⅲ-4)포토매트리스 스테레오 모델을 이용하여, 픽셀 노멀벡터와 임의로 설정하는 빛의 입사 각도들을 입력하여, 새로운 빛 밝기로 입사각도 최적화가 이루어진 샘플이미지를 얻는 단계;를 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 ⅲ-3)단계인 픽셀 별로 실제 입사각을 구한 것을 바탕으로, 포토매트리스 스테레오 모델링을 이용하여, 해당 픽셀의 3종류 이상의 그레이 레벨과, 실제 각도들로 픽셀 노멀벡터를 산출하는 단계에서, 픽셀 노멀벡터는 아래의 [수학식 3]에 의해 산출된다.

[수학식 3]

(여기서, ρ는 알베도 상수이고, N은 노멀벡터이며, S는 빛 3방향 행렬의 역행렬, I는 3장 샘플이미지의 각 픽셀 밝기값들이다.)

또한, 본 발명에 따른 상기 ⅲ-4)단계인 포토매트리스 스테레오 모델을 이용하여, 픽셀 노멀벡터와 임의로 설정하는 빛의 입사 각도들을 입력하여, 새로운 빛 밝기로 입사각도 최적화가 이루어진 샘플이미지를 얻는 단계에서는,

아래의 [수학식 4]에 의해 입사각도가 보정된다.

[수학식 4]

,

,

,

(여기서, ρ는 알베도 상수이고, N은 노멀벡터이며, S는 3장 샘플이미지의 각 빛 3방향 행렬의 역행렬이고, I는 3장 샘플이미지의 각 픽셀 밝기값들이다.)

본 발명에 따른 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법 및 그 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.

면조명기의 하우징 내부에 복수 개의 광소자를 사각형 배열로 배치하면서, 피검사체를 촬영한 이미지에 나타나는 음영을 기반으로, 광소자의 간격을 조절하여, 음영이 보정됨에 따라 다양한 종류, 형상, 방향을 가진 표면 결함에 대한 이미지가 현저히 구분될 수 있고, 이로 인하여 피검사체의 다양한 표면 결함에 대한 검출 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한, 가우시안, 램버시안 효과를 룩업 테이블로 구성하여 보정값을 역으로 산출하고, 이를 이용하여 샘플이미지를 보정하여, 가우시안, 램버시안 효과에 따른 샘플이미지의 밝기 불균일도를 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면결함 검사장치를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면결함 검사장치의 요부를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면결함 검사장치의 제1면조명기 내지 제4면조명기를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면결함 검사장치의 면조명기를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지생성부에 의해 촬영된 이미지에 음영이 발생한 상태를 보인 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사각형 배열된 광소자들을 Y축 방향 어레이로 묶은 상태를 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 Y축 방향 어레이들의 간격을 조정한 상태를 보인 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사각형 배열된 광소자들을 X축 방향 어레이로 묶은 상태를 보인 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따라 X축 방향 어레이들의 간격을 조정한 상태를 보인 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법을 단계적으로 보인 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따라 샘플이미지의 밝기 최적화 과정을 단계적으로 보인 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따라 샘플이미지의 입사각도 최적화 과정을 단계적으로 보인 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따라 밝기 수정 전, 밝기 차이, 밝기 수정후 최적화된 샘플이미지들을 보인 사진이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따라 입사각도 수정 전, 각도 차이, 입사각도 수정 후 최적화된 샘플이미지를 보인 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따라 입사각도에 측정상태를 보인 예시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따라 밝기와 입사각도 수정 전, 밝기와 각도 차이, 밝기와 입사각도 수정 후 보정된 샘플이미지를 보인 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 면조명기의 하우징 내부에 복수 개의 광소자를 사각형 배열로 배치하면서, 피검사체를 촬영한 이미지에 나타나는 음영을 기반으로, 광소자의 간격을 조절하여, 음영을 보정하는 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 1 및 도 4를 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면결함 검사장치를 살펴보면 다음과 같다.

상기 표면결함 검사장치(1)는 피검사체의 이송경로를 제공하는 프레임부(10), 상기 프레임부(10)의 일측에 설치되어 상기 이송경로를 따라 피검사체를 이송시키는 이송부(30), 상기 이송경로의 중도에서 상기 프레임부(10)의 일측에 설치된 광학모듈 지지대(20), 및 상기 광학모듈 지지대(20)에 고정 설치되는 복수 개의 면조명기(40, 50, 60, 70)와, 이미지생성부(80)를 포함한다.

여기서 상기 프레임부(10)는 상면이 지면과 평행한 테이블 형상으로 구성될 수 있으며, 상면의 길이 방향을 따라 피검사체가 이송되는 이송경로를 제공할 수 있도록 상면 중앙부에는 개구가 형성될 수 있다.

또한, 상기 이송부(30)는 프레임부(10)의 상면 길이 방향(즉, 이송경로)을 따라 피검사체를 이송시키는 기능을 수행하는데, 상기 이송부(30)가 프레임부(10)의 상면 중앙부에 설치되는 스크류 형상의 이송축(31), 하부면 일측의 결합부가 중앙의 결합공을 통해 상기 이송축(31)과 결합되고 상면에 피검사체가 안착되는 이송 플레이트(32), 및 상기 이송축(31)을 회전시키는 이송모터(33)를 포함한다.

이때, 상기 이송축(31)의 양측 단부가 결합되는 상기 프레임부(10)의 길이 방향 양측에는 각각 이송축(31)을 회전 가능하도록 고정하는 베어링(미도시)이 설치되는 것이 바람직하다.

따라서 상기 이송부(30)는 이송모터(33)에 의해 프레임부(10)의 상면 개구의 중앙부에 길이 방향으로 결합되는 이송축(31)이 회전하면서 상기 이송축(31)에 결합된 이송 플레이트(32)가 프레임부(10)의 상면 길이 방향을 따라 이동하는 것에 의하여 상기 이송 플레이트(32)의 상면에 안착된 피검사체가 상기 이송경로를 따라 이송하게 된다.

본 발명에서는 상기 이송부(30)가 이송모터(33)에 의한 회전 스크류 방식으로 기재하나, 이에 한정하지 않고, 동일한 기능을 수행하는 범위 내에서는 컨베이어 벨트 등과 같이 공지된 이송수단 중 어느 하나를 이용할 수도 있다.

또한, 상기 프레임부(10)와 이송부(30)가 단일의 피검사체를 이송하는 것으로 도시되어 있으나, 표면결함 검사공정의 신속성과 작업 효율성을 위하여 상기 프레임부(10)와 이송부(30)는 복수의 피검사체가 서로 이격되어 연속적으로 이송되도록 구성할 수도 있다.

그리고 상기 광학모듈 지지대(20)는 양측으로 수직한 수직 지지대(미도시)의 상단이 수평 지지대(미도시)에 의하여 연결된 대략 'ㄷ'자 형상으로 이루어지는데, 상기 수직 지지대(미도시)는 각각의 단부가 상기 프레임부(10)의 상면 폭 방향의 양측 단부에 고정 설치되도록 구성된다.

한편, 상기 이미지생성부(80)는 상기 광학모듈 지지대(20)의 수평 지지대(미도시)의 중앙부에 고정됨으로써 상기 이송경로의 중도에 위치하게 되고, 이송경로를 따라 이송되는 피검사체의 상부에서 피검사체의 표면을 촬영하여 그에 따른 이미지를 획득하게 된다.

이때, 상기 이미지생성부(80)는 CCD, 디지털카메라와 같은 촬영기기를 이용하는 바람직한데, 매 촬상시마다 이송되는 피검사체의 폭 방향 전체를 촬영한다.

또한, 상기 이미지생성부(80)는 서로 이격되어 연속적으로 공급되는 피검사체에 대하여 미리 정해진 촬영 주기에 따라 연속적으로 촬영이 이루어지도록 구성될 수도 있으나, 필요에 따라서는 근접센서(미도시) 등을 이용하여 검사대상인 피검사체의 일측 단부가 이미지생성부(80)에 의한 촬영이 이루어지는 영역에 근접할 때부터 타측 단부가 촬영이 이루어지는 영역을 통과할 때까지 촬영 주기에 따라 촬영이 이루어지도록 구성할 수도 있다.

이때, 상기 피검사체의 표면 중 상기 이미지생성부(80)에 의하여 촬영되는 영역인 촬영영역은 촬영기기의 특성에 따라 달라질 수 있는데, 상기 촬상영역이 이송경로 방향으로는 길이를 가지고 프레임부(10)의 폭 방향으로는 피검사체의 폭(또는 이송 플레이트의 폭)에 대응되는 길이를 가진 직사각형 형상으로 이루어지는 영역인 것으로 설명한다.

상기 면조명기(40, 50, 60, 70)는 복수 개(총 4개)로 상기 촬상영역에 대하여 각각 서로 다른 위치로 광을 입사한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 표면결함 검사장치는 총 4개의 면조명기(40, 50, 60, 70)를 구비하는데, 제1면조명기~제4면조명기(40, 50, 60, 70) 각각은 피검사체를 기준 사각 모서리 위치상에 각각 배치되는 것이 바람직하다.

보다 상세하게는 상기 이미지생성부(80)의 전방측 좌, 우에서 상기 촬상영역에 광을 입사하는 복수 개의 광소자를 포함하는 제1면조명기(40)와, 제3면조명기(60) 및 상기 이미지생성부(80)의 후방측 좌, 우에서 상기 촬상영역에 광을 입사하는 복수 개의 광소자를 포함하는 제2면조명기(50)와, 제4면조명기(70) 및 미리 정해진 순서에 따라 상기 제1면조명기(40) 내지 제4면조명기(700)에 포함된 복수의 광소자(42, 52, 62, 72)를 점등하는 조명컨트롤러를 포함한다.

이때, 상기 제1면조명기(40)와 제3면조명기(60)는 해당 폭에 대응되는 길이를 가지고, 상기 이미지생성부(80)의 전방측 좌, 우에서 발광면이 선택적으로 상기 촬상영역 방향을 경사지도록 0°~ 90°로 회전 가능하게 구비하고, 상기 제2면조명기(50)와 제4면조명기(70) 역시, 해당 폭에 대응되는 길이를 가지고, 상기 이미지생성부(80)의 후방측 좌, 우에서 발광면이 선택적으로 상기 촬상영역 방향을 경사지도록 0°~ 90°로 회전 가능하게 구비한다.

따라서 상기 제1면조명기(40) 내지 제4면조명기(70)는 사각형을 이루는 상기 촬상영역을 기준으로 상기 촬상영역의 모서리 지점에 각각 배치되면서 서로 일정 거리로 이격되며, 상기 제1면조명기(40) 내지 제4면조명기(70)는 이격거리의 중심을 기준으로 서로 대칭을 이루는 것이 바람직하고, 양측 단부가 각각 한 쌍의 연결 플레이트(34)에 의해 서로 연결되고, 각각의 연결 플레이트(34)는 각각 한 쌍의 지지 플레이트에 의하여 상기 광학모듈 지지대(20)의 수직 지지대(미도시)에 고정됨으로써 상기 이송경로의 중도에 설치된다.

또한, 상기 조명컨트롤러는 상기 광학모듈 지지대(20)의 일측에 설치될 수 있는데, 상기 수직 지지대(미도시)의 일측에 고정 설치되는 것으로 구성하였다.

상기 제1면조명기(40) 내지 제4면조명기(70) 각각은 피검사체의 표면 촬영 시, 수평선상 또는 수평선상을 기준으로 해당 각도(통상 45°)로 회전시켜, 상기 제1면조명기(40) 내지 제4면조명기(70) 각각의 입사각을 사선으로 변경하여 피검사체를 면조명할 수 있다.

이 경우 상기 제1면조명기(40)와 제3면조명기(60)의 입사각이 상기 촬영영역으로 광을 입사하는 방향과, 상기 이미지생성부(80)가 피검사체의 표면을 촬영하는 방향 사이의 각도인 수직 입사각이 서로 달라지게 되고, 또한 상기 제2면조명기(50)와 제4면조명기(70)의 입사각 경우에도 마찬가지 이유에 의하여 상기 수직 입사각이 서로 달라지게 된다.

이와 같이, 상기 제1면조명기(40) 내지 제4면조명기(70) 각각은 상기 촬영영역에 광을 입사하는 방향이 서로 달라지게 되면, 상기 이미지생성부(80)에서 얻어지는 이미지에는 음영이 발생하여 표면 결함의 검출 신뢰성이 크게 저하될 수 있다.

따라서 본 발명에서는 상기 이미지생성부(80)에 의해 생성된 이미지에 음영이 나타나지 않도록, 이미지 음영을 보정할 목적으로 상기 제1면조명기(40) 내지 제4면조명기(70) 각각의 광소자(42, 52, 62, 72) 간격을 조정하여 보정한다.

도 3 내지 도 9를 참조하여 상기한 구성에 따른 표면결함 검사장치의 면조명기(40, 50, 60, 70)에 구비하는 광소자 배열방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, a)단계로, 면조명기(40, 50, 60, 70)의 직사각형 하우징(41, 51, 61, 71) 내부에 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)를 사각형 배열로 임의 배열한다.

바람직하게는 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들을 수직 입사 시, 균일 면입사가 되도록 위치하게 배열되는 것이 바람직하다.

이때 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들의 사각형 배열은 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)가 X축 방향을 따라 일정한 간격을 두고 배열되어, 복수 개의 X축 방향 열(가로 열)을 이루면서, 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)가 Y축 방향을 따라 일정한 간격을 두고 배열되어, 복수 개의 Y축 방향 열(가로 열)을 이루고, 상기 복수 개의 X축 방향 열과, 복수 개의 Y축 방향 열의 직교 조합으로, 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들이 사각형의 꼭짓점 지점에 각각 배치된 것이다.

그리고 사각형 배열로 배열된 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들은 면조명기(40, 50, 60, 70)의 직사각형 하우징(41, 51, 61, 71) 내부에서 전기적으로 병렬로 연결되어, 외부에서 인가하는 전원에 의해 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들이 모두 동시에 발광하여 면조명을 한다.

다음은 b)단계로, 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들에 전원을 인가하여 면조명기(40, 50, 60, 70)로 피검사체를 면조명하면서, 상기 하우징(41, 51, 61, 71) 면적에 대응하는 직사각형의 이미지를 획득한다.

이때 상기 면조명기(40, 50, 60, 70)는 피검사체를 향해 사선으로 면조명하도록, 이미지생성부(80)의 입사각(수직선상)을 기준으로 45°각도로 회전시켜, 상기 면조명기(40, 50, 60, 70)의 입사각이 입사각(수직선상)을 기준으로 45°각도를 이루도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 피검사체 면적의 각 모서리 위치마다 조도계를 배치하여, 해당 피검사체에 균일한 조도를 이루도록 광원 배치를 조절한 후, 직사각형의 이미지를 획득은 상기 이미지생성부(80)가 면조명된 피검사체를 촬영함에 따라 획득된다.

다음은 c)단계로, 획득한 직사각형의 이미지를 기반으로 이미지의 X축 방향 음영을 측정한다.

이때 획득한 직사각형의 이미지에서 음영이 발생하지 않을 경우에는 광소자(42, 52, 62, 72)의 간격 보정 없이 그대로 면조명기(40, 50, 60, 70)를 사용하나, 획득한 직사각형의 이미지에서 음영이 발생한 경우, 상기 이미지생성부(80)의 촬영으로 획득된 이미지의 음영 중 X축 방향을 기준으로 음영의 X축 방향 길이를 측정한다.

다음은 d)단계로, 측정된 X축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들 중 Y축 방향 배열의 광소자(42, 52, 62, 72)들을 하나의 Y축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 Y축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들의 X축 방향 간격을 조절한다.

다음은 e)단계로, 획득한 직사각형의 이미지를 기반으로 이미지의 Y축 방향 음영을 측정한다.

이때 획득한 직사각형의 이미지에서 음영이 발생하지 않을 경우에는 광소자(42, 52, 62, 72)의 간격 보정 없이 그대로 면조명기(40, 50, 60, 70)를 사용하나, 획득한 직사각형의 이미지에서 음영이 발생한 경우, 상기 이미지생성부(80)의 촬영으로 획득된 이미지의 음영 중 Y축 방향을 기준으로 음영의 Y축 방향 길이를 측정한다.

다음은 f)단계로, 측정된 Y축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들 중 X축 방향 배열의 광소자(42, 52, 62, 72)들을 하나의 X축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 X축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들의 Y축 방향 간격을 조절한다.

여기서 본 발명에 따른 상기 d)단계인 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들의 X축 방향 간격을 조절하는 단계 및 f)단계인 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들의 Y축 방향 간격을 조절하는 단계의 일 실시예를 도 3 내지 도 8을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

상기 광소자(42, 52, 62, 72)들의 X축 및 Y축 방향 간격을 조절하는 제1조정바(101), 제1조정블록(102), 제1레일(103), 제1눈금자(104), 제2조정바(201), 제2조정블록(202), 제2레일(203), 및 제2눈금자(204)를 이용할 수 있는데, d)단계로인 측정된 X축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들 중 Y축 방향 배열의 광소자(42, 52, 62, 72)들을 하나의 Y축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 Y축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들의 X축 방향 간격을 조절하는 단계에서는, 사각형 배열된 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들의 X축 방향 열을 따라 Y축 방향으로 하나의 Y축 방향 어레이(array)로 각각 묶어 복수 개의 Y축 방향 어레이들을 구성하는데, 광소자(42, 52, 62, 72)들을 Y축 방향 어레이로 묶을 시, 한 쌍의 제1조정바(101)와 제1조정블록(102)에 의해 Y축 방향 어레이로 묶인다.

상기 한 쌍의 제1조정바(101)는 Y축 방향을 따라 길이를 갖는 바로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들 중 Y축 방향으로 배열된 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들을 가운데에 두고, Y축 방향 배열의 광소자(42, 52, 62, 72)들의 X축 선상의 측면에 인접하게 각각 배치하면서, 상기 한 쌍의 제1조정바(101) Y축 선상의 양 끝단에 각각 제1조정블록(102)이 결합된다.

이때 상기 한 쌍의 제1조정바(101)는 상기 광소자(42, 52, 62, 72)의 폭 또는 너비에 대응하는 길이로 서로 이격됨에 따라 평행을 이루고, 상기 한 쌍의 제1조정바(101) 가운데는 위치하는 광소자(42, 52, 62, 72)들은 상기 한 쌍의 제1조정바(101) 및 제1조정블록(102)에 의해 Y축 방향으로 묵여 하나의 Y축 방향 어레이를 이룬다.

따라서 상기 한 쌍의 제1조정바(101) 및 제1조정블록(102)으로 X축 방향 열을 따라 Y축 방향 배열의 광소자(42, 52, 62, 72)들을 각각 Y축 방향 어레이로 묶음에 따라 복수 개의 Y축 방향 어레이가 구성된다.

그리고 상기 제1조정블록(102)들은 상기 하우징(41, 51, 61 ,71)의 외측에서 X축 방향으로 길이를 갖는 제1레일(103) 상에 구비되고, 상기 제1조정블록(102)은 상기 제1레일(103)을 따라 X축 방향 선상으로 이동함에 따라 제1조정바(101)의 가운데에 위치하는 광소자(42, 52, 62, 72)들이 Y축 방향 어레이로 묶인 상태로 X축 방향으로 이동할 수 있게 됨에 따라 Y축 방향 어레이들의 X축 방향 간격을 조절할 수 있다.

그리고 상기 제1레일(103)의 외측에는 제1눈금자(104)가 구비되어, 상기 제1레일을 따라 이동하는 상기 제1조정블록(102)을 정확하면서 세밀한 치수로 이동 가능함에 따라 Y축 방향 어레이들의 X축 방향 간격을 세밀하게 조절할 수 있다.

이때 이미지에 나타난 음영의 X축 방향 길이는 면조명기의 X축 방향 길이와 비례하므로, Y축 방향으로 묶인 Y축 방향 어레이들의 간격이 일측에서 타측으로 즉, 음영측으로 갈수록 간격이 점점 좁아지게 배열하는 것이 바람직하다.

또한, f)단계인 측정된 Y축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들 중 X축 방향 배열의 광소자(42, 52, 62, 72)들을 하나의 X축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 X축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들의 Y축 방향 간격을 조절하는 단계에서는, 사각형 배열된 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들의 Y축 방향 열을 따라 X축 방향으로 하나의 X축 방향 어레이(array)로 각각 묶어 복수 개의 X축 방향 어레이들을 구성하는데, 광소자(42, 52, 62, 72)들을 X축 방향 어레이로 묶을 시, 한 쌍의 제2조정바(201)와 제2조정블록(202)에 의해 X축 방향 어레이로 묶인다.

상기 한 쌍의 제2조정바(201)는 X축 방향을 따라 길이를 갖는 바로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들 중 X축 방향으로 배열된 상기 광소자(42, 52, 62, 72)들을 가운데에 두고, X축 방향 배열의 광소자(42, 52, 62, 72)들의 Y축 선상 측면에 인접하게 각각 배치하면서, 상기 한 쌍의 제2조정바(201) X축 선상의 양 끝단에 각각 제2조정블록(202)이 결합된다.

이때 상기 한 쌍의 제2조정바(201)는 상기 광소자(42, 52, 62, 72)의 폭 또는 너비에 대응하는 길이로 서로 이격됨에 따라 평행을 이루고, 상기 한 쌍의 제2조정바(201) 가운데는 위치하는 광소자(42, 52, 62, 72)들은 상기 한 쌍의 제2조정바(201) 및 제2조정블록(202)에 의해 X축 방향으로 묵여 하나의 X축 방향 어레이를 이룬다.

따라서 상기 한 쌍의 제2조정바(201) 및 제2조정블록(202)으로 Y축 방향 열을 따라 X축 방향 배열의 광소자(42, 52, 62, 72)들을 각각 X축 방향 어레이로 묶음에 따라 복수 개의 X축 방향 어레이가 구성된다.

그리고 상기 제2조정블록(202)들은 상기 하우징(41, 51, 61, 71)의 외측에서 Y축 방향으로 길이를 갖는 제2레일(203) 상에 구비되고, 상기 제2조정블록(202)은 상기 제2레일(203)을 따라 Y축 방향 선상으로 이동함에 따라 제2조정바(201)의 가운데에 위치하는 광소자(42, 52, 62, 72)들이 X축 방향 어레이로 묶인 상태로 Y축 방향으로 이동할 수 있게 됨에 따라 X축 방향 어레이들의 Y축 방향 간격을 조절할 수 있다.

그리고 상기 제2레일(203)의 외측에는 제2눈금자(204)가 구비되어, 상기 제2레일을 따라 이동하는 상기 제2조정블록(202)을 정확하면서 세밀한 치수로 이동 가능함에 따라 X축 방향 어레이들의 Y축 방향 간격을 세밀하게 조절할 수 있다.

이때 이미지에 나타난 음영의 Y축 방향 길이는 면조명기의 Y축 방향 길이와 비례하므로, X축 방향으로 묶인 X축 방향 어레이들의 간격이 일측에서 타측으로 즉, 음영측으로 갈수록 간격이 점점 좁아지게 배열하는 것이 바람직하다.

상기한 실시 예는 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)들의 간격을 조절하기 위한 하나의 예시일뿐 이에 한정하지 않는다.

그러므로 본 발명에 따른 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법은 상기한 과정에 의해 면조명기의 하우징(41, 51, 61, 71) 내부에 복수 개의 광소자(42, 52, 62, 72)를 사각형 배열로 배치하면서, 피검사체를 촬영한 이미지에 나타나는 음영을 기반으로, 광소자의 간격을 조절하여, 음영이 보정됨에 따라 다양한 종류, 형상, 방향을 가진 표면 결함에 대한 이미지가 현저히 구분될 수 있고, 이로 인하여 피검사체의 다양한 표면 결함에 대한 검출 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

그러므로 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 표면결함 검사장치(1)는 총 4개의 면조명기(제1면조명기 내지 제4면조명기)를 구비하고, 상기한 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법을 실시할 시, 상기한 일련의 과정으로 제1면조명기(40)의 광소자 배열을 조절한 후, 순차적으로 제2면조명기(50), 제3면조명기(60), 제4면조명기(70) 순으로 광소자의 배열을 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 검사 대상 영역에 균일한 조도가 분포되어도, 카메라 렌즈(광학계)에 입사되는 빛은 가우시안, 램버시안 효과로 인해 샘플이미지에서 밝기의 균일도 및 입사각도의 균일도가 떨어지게 된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법은 해당 가우시안, 램버시안 효과에 의해 발생되는 밝기 불균일도 및 입사각도 불균일도를 해결하고자 한다.

도 10 내지 도 15를 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법은 피검사체에 빛을 조명하면서 촬영하고, 촬영된 샘플이미지들을 분석하여, 피검사체의 표면 결함을 검사하는 표면결함 검사장치의 샘플이미지를 보정하는 방법에 관한 것으로, ⅰ)피검사체 중 조명의 입사영역을 기준으로 각기 다른 방향에서 순차적으로 빛을 입사하면서 피검사체를 복수로 촬영하여, 각기 다른 빛의 입사 각도에 대응하는 각각의 샘플이미지들을 획득하는 단계; ⅱ)획득한 샘플이미지들의 밝기를 각각 최적화하는 단계; ⅲ)밝기 최적화된 샘플이미지들의 입사각도 최적화를 실시하는 단계; 및 ⅳ)보정된 최종 샘플이미지를 획득하는 단계;를 포함한다.

먼저 ⅰ)단계로, 피검사체 중 조명의 입사영역을 기준으로 각기 다른 방향에서 순차적으로 빛을 입사하면서 피검사체를 복수로 촬영하여, 각기 다른 빛의 입사 각도에 대응하는 각각의 샘플이미지들을 획득한다.

이때 피검사체 중 조명의 입사영역을 기준으로 입사영역의 1사분면, 2사분면, 3사분면, 4사분면 각각의 방향에서 순차적으로 빛을 입사하면서 피검사체를 촬영하는 것이 바람직하고, 총 4장의 샘플이미지를 획득할 시, 조명의 입사각도 및 밝기를 정보를 함께 수집하는 것이 바람직하다.

다음은 ⅱ)단계로, 획득한 샘플이미지들의 밝기를 각각 최적화한다.

이때 획득한 샘플이미지의 전체영역에서 동일한 밝기를 보이도록, 샘플이미지 전체영역을 픽셀단위로 구획하고, 해당 픽셀에 밝기 가중치를 적용하여, 획득한 샘플이미지의 밝기를 최적화한다.

도 11을 참조하여, 획득한 샘플이미지들의 밝기를 최적화하는 과정을 살펴보면, 먼저 ⅱ-1)단계로, 샘플이미지를 이루는 픽셀들의 평균 픽셀값을 추출한다.

다시 말해, 획득한 샘플이미지를 해당 크기의 픽셀 단위로 구획될 시, 그레이 레벨을 판별할 수 있는 이미지로 변환되고, 구획된 각 픽셀에는 밝기값에 대응하는 그레이 레벨이 부여되며, 각 픽셀에 부여된 그레이 레벨을 토대로 평균 밝기의 평균 픽셀값을 추출한다.

다음은 ⅱ-2)단계로, 샘플이미지를 이루는 픽셀들 중 상대적으로 가장 밝은 픽셀을 서치하고, 서치된 픽셀의 그레이 레벨을 토대로 max 픽셀값을 추출한다.

이때에도 구획된 각 픽셀에는 밝기값에 대응하는 그레이 레벨이 부여되고, 각 픽셀에 부여된 그레이 레벨을 토대로 그레이 레벨이 상대적으로 가장 높은 최대 밝기의 픽셀을 서치하며, 서치된 픽셀의 그레이 레벨로 max 픽셀값을 추출한다.

다음은 ⅱ-3)단계로, 샘플이미지를 이루는 픽셀들 중 상대적으로 가장 어두운 픽셀을 서치하고, 서치된 픽셀의 그레이 레벨을 토대로 min 픽셀값을 추출한다.

이때 역시, 구획된 각 픽셀에는 밝기값에 대응하는 그레이 레벨이 부여되고, 각 픽셀에 부여된 그레이 레벨을 토대로 그레이 레벨이 상대적으로 가장 낮은 최소 밝기의 픽셀을 서치하며, 서치된 픽셀의 그레이 레벨로 min 픽셀값을 추출한다.

다음은 ⅱ-4)단계로, 추출된 max 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치인 Wmax 픽셀값을 산출하고, 추출된 min 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치인 Wmin 픽셀값을 산출한다.

이때 상기 ⅱ-1)단계, ⅱ-2)단계 및 ⅱ-3)단계에서 각각 추출된 평균 픽셀값을 이용하여, max 픽셀값이 평균 픽셀값으로 조정되기 위한 Wmax 픽셀값을 산출한다.

그리고 상기 ⅱ-1)단계, ⅱ-2)단계 및 ⅱ-3)단계에서 각각 추출된 평균 픽셀값을 이용하여, min 픽셀값이 평균 픽셀값으로 조정되기 위한 Wmin 픽셀값을 산출한다.

다음은 ⅱ-5)단계로, 가장 밝은 픽셀(max 픽셀값)을 기준으로, 가장 어두운 픽셀(min 픽셀값) 간의 거리를 산출한다.

여기서 상대적으로 가장 긴 거리는 Dmax이고, 상대적으로 가장 짧은 거리는 Dmin으로, 상기 Dmin는 0이다.

다음은 ⅱ-6)로, 단위 픽셀 거리당 가중치의 변화량(Kstep)을 산출한다.

이때 상기 단위 픽셀 거리당 가중치의 변화량(Kstep)은, 아래의 [수학식 1]로 산출된다.

여기서, Kstep은 단위 픽셀 거리당 가중치의 변화량이고, Wmax은 max 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치이며, Wmax는 max 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치이고, Dmax는 가장 밝은 픽셀(max 픽셀값)을 기준으로 가장 어두운 픽셀(min 픽셀값) 간의 거리다.

다음은 ⅱ-7)단계로, 샘플이미지를 이루는 각 픽셀의 가중치(K)를 산출한다.

이때 상기 각 픽셀의 가중치(K)는, 아래의 [수학식 2]로 산출된다.

여기서, K는 각 픽셀의 가중치이고, Wmin은 min 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치이며, Kstep은 가중치의 변화량이고, Distance는 가장 밝은 픽셀을 기준으로 각 픽셀 간의 거리이다.

상기한 과정에 의해 밝기 가중치에 대한 맵을 생성할 수 있다.

다음은 ⅱ-8)단계로, 산출된 가중치를 샘플이미지를 이루는 각 픽셀에 적용하여 샘플이미지의 밝기를 최적화한다.

여기서 각기 다른 빛의 입사 각도에 대응하는 각각의 샘플이미지들 모두에 상기한 밝기의 최적화가 이루어지는 것이 바람직하다.

다음은 ⅲ)단계로, 밝기 최적화된 샘플이미지들의 각도 최적화를 실시한다.

이때 도 12를 참조하여 밝기 최적화가 이루어진 샘플이미지들 중 최소 3장 이상의 샘플이미지를 선별하여, 밝기 최적화가 이루어진 선별된 샘플이미지들을 이용하여 입사각도 최적화까지 이루어진다.

상기한 입사각도 최적화 과정을 살펴보면, 먼저 ⅲ-1)빛의 입사각도가 서로 상이한 총 4장의 샘플이미지 중 적어도 3장 이상의 샘플이미지들을 준비한다.

이때 준비되는 샘플이미지들은 밝기 최적화가 이루어진 샘플이미지들로 준비한다.

그리고 다음은 ⅲ-2)단계로, 각 샘플이미지들에 반영된 빛의 입사각도를 산출한다.

이때 도 15를 참조하여 각 샘플 이미지별로, 빛의 입사방향에 제일 가까운 세 꼭지점들에서의 빛의 입사각들을 측정하고, 한 이미지 안에서 각도 경향성을 알 수 있기에 그 이미지의 픽셀별로 입사각을 예측할 수 있다.

다음은 ⅲ-3)단계로, 픽셀별로 3장의 샘플이미지들로부터 실제 입사각을 구한 것을 바탕으로, 포토매트리스 스테레오 모델링을 이용해서, 해당 픽셀의 노멀벡터를 산출한다.

여기서, p는 알베도 상수이고, N은 노멀벡터이며, S는 빛 3방향 행렬의 역행렬, I는 3장 샘플이미지의 각 픽셀 밝기값들이다.

다음은 ⅲ-4)단계로, 구해진 픽셀의 노멀벡터에, 포토매트리스 스테레오 모델링을 이용하여, 사용자가 조명기에 셋팅한 빛의 입사각도들을 입력하여, 새로운 빛의 밝기값(그레이 레벨)을 갖는 즉, 입사 각도 보정된 샘플이미지를 얻는다.

선형방정식을 병합하면, 아래의 [수학식 5]와 같다.

다시 말해, 도 14와 같이 면조명기 입사 각도로서의 균일한 샘플이미지를 획득할 수 있다.

다음은 ⅳ)단계로, 보정된 최종 샘플이미지를 획득한다.

그러므로 상기한 과정을 이루는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법은 가우시안, 램버시안 효과를 밝기 최적화 및 입사각도 최적화로 샘플이미지를 보정(룩업 테이블로 구성 가능)하여, 가우시안, 램버시안 효과에 따른 샘플이미지의 밝기 불균일도 및 입사각도 불균일도를 해소할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 표면결함 검사장치 10: 프레임부
20: 광학모듈 지지대 30: 이송부
31: 이송축 32: 이송 플레이트
33: 이송모터 34: 연결 플레이트
40, 50, 60, 70: 면조명기 41, 51, 61, 71: 하우징
42, 52, 62, 72: 광소자 80: 이미지생성부
101: 제1조정바 102: 제1조정블록
103: 제1레일 104: 제1눈금자
201: 제2조정바 202: 제2조정블록
203: 제2레일 204: 제2눈금자

Claims (11)

1. 피검사체의 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비되는 광소자를 배열하는 방법에 있어서,
   a)면조명기의 직사각형 하우징 내부에 복수 개의 광소자를 사각형 배열로 임의 배열하는 단계;
   b)상기 광소자들에 전원을 인가하여 면조명기로 피검사체를 면조명하면서, 상기 하우징 면적에 대응하는 직사각형의 이미지를 획득하는 단계;
   c)획득한 직사각형의 이미지를 기반으로 이미지의 X축 방향 음영을 측정하는 단계;
   d)측정된 X축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자들 중 Y축 방향 배열의 광소자들을 하나의 Y축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 Y축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자의 X축 방향 간격을 조절하는 단계;
   e)획득한 직사각형의 이미지를 기반으로 이미지의 Y축 방향 음영을 측정하는 단계; 및
   f)측정된 Y축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자들 중 X축 방향 배열의 광소자들을 하나의 X축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 X축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자의 Y축 방향 간격을 조절하는 단계;를 포함하는 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 c)단계인 획득한 직사각형의 이미지를 기반으로 이미지의 X축 방향 음영을 측정하는 단계에서는,
   상기 이미지의 X축 방향을 기준으로 음영의 X축 방향 길이를 측정하고,
   상기 d)단계인 측정된 X축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자들 중 Y축 방향 배열의 광소자들을 하나의 Y축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 Y축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자의 X축 방향 간격을 조절하는 단계에서는,
   Y축 방향으로 묶인 Y축 방향 어레이들의 간격이 음영측으로 갈수록 간격이 좁아지게 배열하는 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 e)단계인 획득한 직사각형의 이미지를 기반으로 이미지의 Y축 방향 음영을 측정하는 단계에서는,
   상기 이미지의 Y축 방향을 기준으로 음영의 Y축 방향 길이를 측정하고,
   상기 f)단계인 측정된 Y축 방향 음영을 기반으로, 사각형 배열된 복수 개의 광소자들 중 X축 방향 배열의 광소자들을 하나의 X축 방향 어레이(array)로 각각 묶은 후, 묶여진 X축 방향 어레이들을 이동시켜, 상기 광소자의 Y축 방향 간격을 조절하는 단계에서는,
   X축 방향으로 묶인 X축 방향 어레이들의 간격이 음영측으로 갈수록 간격이 좁아지게 배열하는 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   b)단계인 상기 광소자들에 전원을 인가하여 면조명기로 피검사체를 면조명하면서, 상기 하우징 면적에 대응하는 직사각형의 이미지를 획득하는 단계에서는,
   피검사체 면적의 각 모서리 위치마다 조도계를 배치하여, 입사영역의 조도를 측정하고, 해당 피검사체 면적 전체에 균일한 조도를 이루도록, 광원을 조절한 후, 면조명된 피검사체의 이미지를 획득하는 표면결함 검사장치의 면조명기에 구비하는 광소자 배열방법.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4의 광소자배열방법을 이용하여 피검사체에 빛을 조명하면서 촬영하고, 촬영된 샘플이미지들을 분석하여, 피검사체의 표면 결함을 검사하는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정 방법에 있어서,
   ⅰ)피검사체 중 조명의 입사영역을 기준으로 각기 다른 방향에서 순차적으로 빛을 입사하면서 피검사체를 복수로 촬영하여, 각기 다른 빛의 입사 각도에 대응하는 각각의 샘플이미지들을 획득하는 단계;
   ⅱ)획득한 샘플이미지들의 밝기를 각각 최적화하는 단계;
   ⅲ)밝기 최적화된 샘플이미지들의 입사각도를 각각 최적화하는 단계; 및
   ⅳ)보정된 최종 샘플이미지를 획득하는 단계;를 포함하는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 ⅱ)단계인 획득한 샘플이미지의 밝기를 최적화하는 단계에서는,
   ⅱ-1)샘플이미지를 이루는 픽셀들 중 평균 픽셀값을 추출하는 단계와;
   ⅱ-2)샘플이미지를 이루는 픽셀들 중 상대적으로 가장 밝은 픽셀을 서치하고, 서치된 픽셀의 그레이 레벨을 토대로 max 픽셀값을 추출하는 단계와;
   ⅱ-3)샘플이미지를 이루는 픽셀들 중 상대적으로 가장 어두운 픽셀을 서치하고, 서치된 픽셀의 그레이 레벨을 토대로 min 픽셀값을 추출하는 단계와;
   ⅱ-4)추출된 max 픽셀값이 평균 픽셀값으로 조정되기 위한 가중치인 Wmax 픽셀값을 산출하고, 추출된 min 픽셀값이 평균 픽셀값으로 조정되기 위한 가중치인 Wmin 픽셀값을 산출하는 단계와;
   ⅱ-5)가장 밝은 픽셀(max 픽셀값)을 기준으로 어두운 픽셀(min 픽셀값) 간의 거리(Distance)를 산출하는 단계와;
   ⅱ-6)단위 픽셀 거리당 가중치의 변화량(Kstep)을 산출하는 단계와;
   ⅱ-7)샘플이미지를 이루는 각 픽셀의 가중치(K)를 산출하는 단계와;
   ⅱ-8)산출된 가중치를 샘플이미지를 이루는 각 픽셀에 적용하여 샘플이미지의 밝기를 최적화하는 단계;를 포함하는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 단위 픽셀 거리당 가중치의 변화량(Kstep)은, 아래의 [수학식 1]로 산출되는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법.
   [수학식 1]
   Kstep=(Wmin-Wmax)/Dmax
   (여기서, Kstep은 단위픽셀 거리당 가중치의 변화량이고, Wmin은 min 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치이며, Wmax는 max 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치이고, Dmax는 가장 밝은 픽셀을 기준으로 어두운 픽셀 간의 거리이다.)
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 각 픽셀의 가중치(K)는, 아래의 [수학식 2]로 산출되는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법.
   [수학식 2]
   K= Wmax+Kstep×Distance
   (여기서, K는 각 픽셀의 가중치이고, Wmax는 max 픽셀값이 평균 픽셀값으로 되기 위한 가중치이며, Kstep은 가중치의 변화량이고, Distance는 가장 밝은 픽셀을 기준으로 각 픽셀 간의 거리이다.)
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 ⅲ)단계인 밝기 최적화가 이루어진 샘플이미지들의 입사각도 최적화를 실시하는 단계에서는,
   ⅲ-1)밝기 최적화가 이루어진 샘플이미지들 중 빛의 입사각도가 서로 상이한 적어도 3장 이상의 샘플이미지들을 준비하는 단계와;
   ⅲ-2)각 샘플이미지들의 빛의 실제 입사각들을 측정하고, 샘플이미지들의 픽셀별로 입사각을 확인하는 단계와;
   ⅲ-3)픽셀 별로 실제 입사각을 구한 것을 바탕으로, 포토매트리스 스테레오 모델링을 이용하여, 해당 픽셀의 3종류 이상의 그레이 레벨과, 실제 각도들로 픽셀 노멀벡터를 산출하는 단계와;
   ⅲ-4)포토매트리스 스테레오 모델을 이용하여, 픽셀 노멀벡터와 임의로 설정하는 빛의 입사 각도들을 입력하여, 새로운 빛 밝기로 입사각도 최적화가 이루어진 샘플이미지를 얻는 단계;를 포함하는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 ⅲ-3)단계인 픽셀 별로 실제 입사각을 구한 것을 바탕으로, 포토매트리스 스테레오 모델링을 이용하여, 해당 픽셀의 3종류 이상의 그레이 레벨과, 실제 각도들로 픽셀 노멀벡터를 산출하는 단계에서,
    픽셀 노멀벡터는 아래의 [수학식 3]에 의해 산출되는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법.
    [수학식 3]
    

    

    
    (여기서, ρ는 알베도 상수이고, N은 노멀벡터이며, S는 빛 3방향 행렬의 역행렬이고, I는 3장 샘플이미지의 각 픽셀 밝기값들이다.)
    
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 ⅲ-4)단계인 포토매트리스 스테레오 모델을 이용하여, 픽셀 노멀벡터와 임의로 설정하는 빛의 입사 각도들을 입력하여, 새로운 빛 밝기로 입사각도 최적화가 이루어진 샘플이미지를 얻는 단계에서는,
    아래의 [수학식 4]에 의해 입사각도가 보정되는 표면결함 검사장치의 샘플이미지 보정방법.
    [수학식 4]
    

    

    ,

    

    ,

    

    ,
    (여기서, ρ는 알베도 상수이고, N은 노멀벡터이며, S는 3장 샘플이미지의 각 빛 3방향 행렬의 역행렬이고, I는 3장 샘플이미지의 각 픽셀 밝기값들이다.)

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