KR930001674B1 - 자동초점 조정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

자동초점 조정장치 및 방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 자동 초점 장치를 갖는 광학 검사 장치의 구성도.

제2도는 제1도의 장치에서 초점 합치 평가량 대 현미경의 이송량을 나타내는 곡선도.

제3도는 종래의 자동 초점 조정 장치의 처리의 타이밍 챠아트도.

제4도는 제1도의 처리 방법을 나타낸 플로우 챠아트.

제5도는 본 발명에서의 자동 초점 장치의 1실시예를 나타내는 블록도.

제6도는 제5도 장치의 2 : 1 비월주사 모우드에서의 처리의 타이밍 챠아트도.

제7도는 제5도 장치의 비 비월주사 모우드에서의 처리의 타이밍 챠아트도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 검사 대행물 4 : 현미경(광학계)

5 : 카메라 6 : 모우터

7 : A/D콘버어터 8 : 제어부

9, 10 : 프레임 메모리 11 : 구동회로

12 : 클록 발생회로 81 : 기록 수단

82 : 판독수단 83 : 합치 평가량 산출수단

84 : 초점 합치 평가 수단 85 : 모우터 이동량 계산 수단

86 : 공백시간 동기 수단

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 전자기기의 제조공정등에서 조립 및 검사 작업에 사용되는 광학 장치의 자동 초점 장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 광학계를 통해서 검사 대상물을 촬상하고, 카메라로써 광전변환한 영상 신호를 디지탈 변환하여 프레임 메모리로 전송하고, 이 프레임 메모리로부터 읽어낸 신호의 영상처리를 수행하여 초점 합치평가량을 구하고, 상기 광학 시스템의 위치제어를 초점 합치 평가량의 최대량에 가까운 쪽으로 위치제어하도록 구성되는 자동 초점 조정장치 및 방법의 개량에 관한 것이다.

[배경기술]

종래에는, 제1도에 도시한 바와같이 광학검사 장치가 조립 및 검사 작업에 사용되었다.

검사 대상물(1)을 테이블(2)상에 얹어놓고 현미경(4)을 테이블(2)상에 설치하며 그들의 사이에서 슬라이드 테이블(3)을 통하여 상하 이동이 가능하도록 설치한다.

고체 촬상 소자로서 CCD를 이용하는 공업용 카메라(5)를 현미경(4)의 접안렌즈 부분에 설치하고, 현미경(4)과 함께 공업용 카메라(5)를 상하로 움직인다.

슬라이드 테이블(3)은 모우터(6)에 의해서 현미경(4)을 상하로 움직이도록 구동시키기 위해서 구성된다.

모우터(6)는 이하에서 설명되는 바와같이 공업용 카메라(5)의 출력신호에 따라서 구동되어 자동 초점 합치가 실시되고, 합치점의 화상은 A/D 콘버어터(7)의 출력으로부터 취해져서 도시하지 않은 검사 장치내에 입력되며, 검사 대상물(1)의 형상 검사나 테이블(2)상의 검사 대상물(1)의 위치 제어등에 이용된다.

공업용 카메라(5)의 영상신호는 A/D 콘버어터(7)에 의해서 디지탈 변환되고, 그후 제어부(8)를 통해서 제1, 제2의 프레임 메모리(9), (10)로 동시에 교대로 기억된다.

다음에, 제어부(8)에서는 제1프레임 메모리, 제2프레임 메모리(9), (10)의 화상을 교대로 꺼내어 상기 화상에 화상처리가 가해지며 초점 합치 평가량이 산출되어서, 제어부(8)는 구동회로(11)를 통하여 초점 합치 평가량이 최대에 근접하는 방향으로 모우터(6)를 1스텝 구동한다.

부호(12)는 제어부(8)의 동작 기준인 클록신호를 발생 시키기 위한 클록 발생 회로이다.

제어부(8)의 기본적인 동작을 제2도 내지 제4도에 나타낸다.

제2도에서와 같이 기본적인 동작은 현미경(4)을 미소량 만큼 보내고, 초점 합치 평가량(Hi)은 그 때의 화상 데이타로부터 에지부분의 농담(濃淡)레벨의 미분계수 또는 적분치를 구하는등의 수법에 의하여 계산하고, 이(Hi)가 최대치(Hmax)를 취할때 현미경(4)의 위치가 가장 초점이 맞춰진 것으로 하여, 그 위치(GZ₁)에 슬라이드 테이블(3)을 위치결정한다.

이때에, 현미경을 1스텝 보냄과 함께 화상·전기 변환, 프레임 메모리로의 비데오전송, 초점 합치 평가량(Hi)의 계산(화상처리) 및 모우터 작동의 각 처리가 수행될 필요가 있다.

종래의 자동 초점 조정 장치 및 방법에 있어서, 초점 맞추는 시간을 단축하기 위해서는, 이러한 연속적인 처리가 동시에 수행되고 제3도에서와 같이 카메라 클록으로써 동기화가 이루어진다.

즉, 클록 발생 회로(12)에 의해서 발생되는 펄스 간격(T)을 공업용 카메라(5)의 카메라 클록과 동일하게 되도록 설정하고, 이 클록과 동기하여 화상·전기 변환, 프레임 메모리로의 비데오 전송, 화상처리 및 모우터 동작의 각 처리를 행하고, 더우기 비데오 전송을 행하는 사이에 다음의 모우터 동작을 행하며, 화상처리가 실행되는 동안 다음의 화상·전기 변환이 이루어지는 방식으로 2T의 반복적인 시간 주기로써 동시에 처리가 수행된다.

이를 위해서는 제1 및 제2프레임 메모리(11), (12)가 교대로 이용된다.

또한, 초점 합치후의 측정의 정밀도를 유지하면서 초점 합치 시간을 단축하기 위해서는, 초점 합치시는 비 비월주사(non interlace)모우드로 카메라가 이용되고, 합치점후는 2 : 1 비월주사 모우드로 전환되어 수행된다.

제4도는 상기 동작의 플로우 챠아트도이다.

그러나, 상기의 구성에는 2가지 문제점이 있다. 비 비월주사 모우드에서 2 : 1 비월주사 모우드로 전환 작동하는데 있어서는, 화상이 안정되기까지 약 0.2초의 시간 간격이 필요하고, 이 부분은 시간 낭비이며; 전하 축적 시간이 비 비월주사와 2 : 1 비월주사 간에 2배나 상이하기 때문에, 초점 합치시의 화상의 밝기와 초점 합치후 측정시의 화상의 밝기가 상이하게 되어 화상처리에 불편을 일으킨다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 고려하여 이루어진 것이며, 초점 합치 시간의 단축을 목적으로 한다.

또한, 초점 합치시의 화상의 밝기와 초점 합치후 측정시의 화상의 밝기간에 아무런 차이가 없는 자동 초점 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[발명의 개시]

본 발명의 자동 초점 조정 장치 및 방법은, 검사 대상물이 광학계를 통해 촬상되고, 광전 변환이 카메라로써 수행된 영상신호가 디지탈 변환하여 프레임 메모리로 전송되며, 초점 합치 평가량이 프레임 메모리로부터 읽어낸 신호의 영상처리를 함으로써 얻어지며, 이 초점 합치 평가량이 최대에 가까운 방향으로 상기 광학계를 위치제어 하도록 구성함과 함께, 상기 광학계의 위치제어 동작이, 카메라의 연속적인 2개 화상의 전하 축적 시간 사이의 공백 시간 주기내에서 수행되거나 또는 초점 합치평가량의 계산 정밀도에 아무런 영향을 미치지 않는 범위내에서 공백 시간 전후의 전하 축적 시간 부분내의 일부 시간내에서 수행되는 구성을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 광학계의 이송을 카메라의 연속적인 2개 화상의 전하축적 시간사이의 공백 시간내에서 수행하거나, 또는 그 전후의 매우 짧은 시간내에 수행하므로, 이는 종래의 방법에서는 정지/이동이 2T의 시간 주기로 반복되는 것과는 달리 한 영상의 전하 축적 시간이 T이며 정지/운동이 비 비월주사 모우드에서 시간 주기 T로서, 즉, 통상의 방법에서 보다 2배 고속으로 반복되게 된다.

또한, 모우드 전환이 2 : 1 비월주사 모우드에서 조차도 필요하지 않기 때문에 시간 손실이 방지되고, 초점 합치시와 초점 합치후의 측정시간사이의 화상의 밝기가 달라지지 않는다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하, 제5도 내지 제7도를 참조하여 본 발명의 1실시예를 설명한다.

본 발명의 자동 초점 조정 장치를 갖는 광학 검사장치는 제1도에서 나타낸 바와같이 종래예와 기본적으로 동일하며, 제어부(8)의 내부 구성만이 상이하다.

그러나, 2 : 1 비월주사 모우드에서의 사용의 경우, 제2의 프레임 메모리(10)는 없어도 좋다.

우선, 제어부(8)의 구성을 제5도를 참조로 설명한다.

CCD를 사용하는 카메라(5)의 영상 신호는 A/D 콘버어터(7)에 의해서 디지탈 변환 후 기록수단(81)을 통해 프레임 메모리(9)내에 일시적으로 저장된다.

다음으로, 판독수단(82)은, 프레임 메모리(9)의 화상을 읽어내어 초점 합치 평가량 산출수단(83)에 보내고, 초점 합치 평가량은 초점 합치 평가량 산출수단(83)에 의해서 읽어낸 화상을 화상 처리 함으로써 산출된다.

이 산출된 초점 합치 평가량을 초점 합치 평가수단(84)에 의해서 평가하여, 모우터 이동량을 모우터 이동량 산출수단(85)에서 산출하며, 모우터(6)는 초점 합치 평가량이 최대에 가까운쪽으로 구동회로(11)를 통하여 1스텝 구동된다.

또한, 제어부(8)의 각 수단의 동작은, 제1화상의 전하 축적 시간과 그 다음 화상의 전화 축적 시간사이의 공백 시간 동안에 클록 신호 발생회로(12)로부터의 클록신호에 동기하는 공백 시간 동기수단(86)으로부터의 신호에 기초하여 CCD카메라에 의해서 수행되도록 구성된다.

다음으로, 제어부(8)의 기본적인 동작을 2 : 1 비월주사 모우드와 비 비월주사 모우드로 나누어서 설명한다.

제6도는 2 : 1 비월주사 모우드에서의 동작을 나타내며, 홀수 필드의 데이타만이 화상 처리용으로 활용되고 짝수 필드의 데이타는 활용되지 않는다.

제1의 화상 B의 프레임 메모리로의 비데오 전송 B₁및 그것에 기초한 초점 합치 평가량의 계산(화상처리) B₂는 제2의 화상 C의 전하 축적 시간중에 완료되며, 제1의 화상 B에 기초한 광학계의 위치제어 B₃를 제2의 화상 C와 제3의 화상 D의 전하 축적시간사이의 공백 시간내에 수행한다.

그후에, 같은 방식으로 1필드의 전송 시간이 T일때, 상기 처리가 2T의 주기로 반복된다.

또한, 제1의 화상 B에 기초한 광학계의 위치제어 B₃가 공백 시간동안 종료되지 않고 제3의 화상 D의 전하 축적 시간에 중복 되더라도, 만일 이러한 중복의 양이 경미하고 초점 합치 평가량 계산의 정밀도에 아무런 영향을 미치지 않는다면, 즉 제2도의 (Hmax)의 위치(GZ₁)가 변화하지 않는 범위라면 허용될 수 있다.

같은 방식으로, 광학계의 위치 제어 B₃는 영향을 미치지 않는 범위내에서 제2의 화상 C의 전하 축적시간이 종료하기 바로전에 개시될 수 있다.

상술한 바와같이, 본 실시예에 의하면, 카메라의 축적 공백 시간 동안에 광학계의 위치제어를 행함으로써, 2 : 1 비월주사 모우드내의 초점합치는 종래의 비 비월주사시의 처리와 동일한 같은 시간 주기(2T)내에 종료되고, 비 비월주사에서 2 : 1 비월주사로의 전환이 필요없기 때문에 약 0.2초의 시간이 단축되고 화상의 밝기가 일정하게 된다.

다음으로, 비 비월주사시에서의 제어부(8)의 기본적인 동작을 제7도에 나타낸다.

제1의 화상 A의 프레임 메모리로의 비데오 전송 A₁은 제2의 화상 B의 전하 축적 시간동안에 수행되고, 제1의 화상 A에 기초한 화상 처리 A₂는 제3의 화상 C의 전하 축적 시간 및 제2의 화상 B의 비데오 전송 B₁동안 수행되며, 그 결과에 기초한 광학계의 위치제어 A₃는 제3의 화상 C와 제4의 화상 D의 전하 축적 시간 사이의 공백 시간동안에 수행된다.

그후에, 같은 방식으로, 1필드의 전송 시간이 T일때, 상기의 처리는 T시간주기로 동시에 반복된다.

상기한 바와같이, 본 실시예에 의하면, 카메라의 축적 공백시간동안에 광학계의 위치제어를 수행함으로써, 비 비월주사 모우드에서의 종래 속도보다 2배나 빠른 속도로 초점 합치가 실행될 수 있다.

검사 대상물의 특성에 따라서, 2 : 1 비월주사에서와 같은 측정 정밀도가 비 비월주사에 유지될 수 있거나, 충분한 정밀도가 비 비월주사인 대로 얻어지는 경우에는, 초점 합치시와 초점 합치 완료후의 계측도 비 비월주사 모우드에서 행하면 가장 빠른 초점 합치를 실행 할 수 있다.

[산업상의 이용 가능성]

상기한 바와같이, 본 발명에 의하면, 광학계의 이동이 연속하는 2개의 화상의 전하 축적 시간 사이의 공백 시간동안에 실행되거나 또는 그 전후위 단시간 동안에 실행되므로, 초점 합치 처리는 종래의 것처럼 후속 화상의 축적 시간동안 이동하는 것에 비해 2배의 시간 주기로 성취된다.

또한, 종래의 비 비월주사 보다 2 : 1 비월주사에서 속력이 상당히 증가하는 월등한 효과를 가지오며, 화상의 밝기가 초점 합치 시간시 및 초점 합치 완료후의 계측시에 달라지지 않는 자동 초점 조정 장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 검사 대상물(1)을 촬상하기 위하여 고체 촬상 소자를 사용하고, 비데오 신호로 상기 대상물의 영상을 광전 변화하는 카메라(5)와, A/D 콘버터를 통하여 상기 카메라(5)로부터 메모리(9)에 비데오 신호를 전송하는 수단(7)과, 상기 메모리(9)내에 저장된 영상정보를 읽어내고, 읽기 신호를 출력하는 수단(81), (82)과, 상기 읽기신호의 영상처리에 의하여 초점합치 평가량을 연산하는 수단(83)과, 초점 조절 평가량이 최대일때 초점 합치를 판단하고 대표적인 판단신호를 출력하는 초점합치 평가수단(84)과, 상기 초점 합치 평가수단(84)으로부터 상기 판단신호에 따라 광학계를 구동하고, 대표적인 모우터 이동신호를 출력하는 모우터 이동량 산술수단(85)과, 모우터 이동량 산출수단(85)으로 부터 상기 모우터 이동신호에 따라 단계적으로 상기 모우터를 구동하는 구동회로(11)와, 클럭 발생회로로부터 클럭신호에 대응하고, 상기 카메라의 연속하는 2개의 화상의 전하 축적 시간들간에의 공백시간 동안이나 초점합치 평과량의 정밀도에 영향을 주지 않은 범위내에 상기 공백시간의 전후의 전하 축적시간의 일부의 시간내에 상기 광학 시스템의 위치 제어 동작을 수행하는 상기 구동회로를 동기시키기 위한 공백시간 동기수단(86)으로 구성된 자동초점 조정장치.
2. 광학계를 통하여 피검사체의 영상을 촬상하는 수단과; 기수필드와 우수필드 교호로 상기 영상신호를 광전변화하기 위한 2 : 1 비월주사를 가지며, 상기 기수 또는 우수필드 중의 하나의 첫번째 영상 신호의 대표적인 비데오 신호를 출력하는 카메라와; 상기 신호를 디지탈화하는 수단과; 메모리에 디지탈화된 신호를 전송하는 수단과; 상기 비데오신호에 의하여 나타낸 바와같이 첫번째 영상의 전송과 영상처리는 기수 또는 우수필드 중에 하나의 두번째 영상의 전하축적 저장시간 동안 완성되며, 기수 또는 우수필드의 하나에 나타난 디지탈화된 비데오 신호로 사용하고, 초점 조정 평가량을 얻기 위해 상기 메모리로 부터 읽어내는 전송되는 디지탈 비데오의 영상처리를 실행하는 전송수단과; 기수 또는 우수필드의 두번째 영상과 세번째 영상의 전하축적시간 사이 공백시간내 초점합시 평가량의 정밀도에 영향을 주지 않은 범위내에 세번째 영상의 전하축적 시간의 시작시 또는 두번째 영상의 전하 축적시간의 끝에 상기 첫번째 영상에 따라 광학계의 제어 위치를 실행하며, 초점 조정 평가량이 최대인 방향으로 광학계의 제어위치를 실행하는 수단으로 구성된 자동초점 조정장치.
3. 광학계를 통하여 검사 대상물의 영상을 촬상하는 수단과; 첫번째 영상에 상당하는 비데오 신호로 상기 영상을 광전 변화하기 위한 비 비월주사모우드를 가지는 카메라와; 상기 신호를 디지탈화 하기 위한 수단과; 상기 첫번째 영상을 나타내는 디지탈화된 전송은 상기 카메라에서 두번째 연속하는 전하 축적 시간동안 실행되고, 메모리에 상기 디지탈화된 신호를 전송하는 수단과; 상기 두번째 영상신호에서 연속하는 세번째 영상의 전하 축적 동안 상기 비데오 신호에 의하여 나타난 바와같이 첫번째 영상의 영상처리를 하고, 초점 조정 평가량을 얻기 위하여 상기 프레임으로 부터 읽어내는 전송된 디지탈 비데오 신호의 영상처리를 실행하는 수단과; 상기 세번째 영상과 세번째 영상에 연속하는 네번째 영상의 전하 축적시간 시간의 공백시간 내 또는 상기 네번째 영상의 전하 축적시간의 시작시이거나 상기 세번째 영상의 전하 축적 시간의 끝에 상기 첫번째 영상에 따라 상기 광학계의 위치제어를 하고, 상기 초점 조정 평가량이 최대로 도달하는 방향으로 상기 광학계의 위치제어를 실행하는 수단으로 구성된 자동초점 조정장치.
4. 광학계를 통하여 검사 대상물의 영상을 촬상하는 과정과; 기수 필드 및 우수필드를 교호로 상기 영상을 광전 변화하고, 기수 또는 우수필드의 첫번째 영상을 나타내며, 2 : 1 비월주사 모우드를 가지는 카메라를 사용하는 비데오 신호로 상기 영상을 변환하는 과정과; 상기 비데오 신호를 디지탈화하는 과정과; 메모리에 상기 디지탈화된 비데오신호를 전송하는 과정과; 기수 또는 우수필드중의 하나의 두번째 영상의 전하 축적시간 내 완성되며, 기수 또는 우수 필드중에 하나에 나타나는 디지탈 비데오 신호를 사용하여, 초점 조절 평가량을 얻기 위해 상기 메모리로부터 읽어내는 전송된 디지탈 비데오 신호의 영상처리를 실행하는 과정과; 기수나 우수필드중의 하나의 두번째 영상 및 세번째 영상의 전하축적시간사이 공백시간내 또는 초점조정 평가량의 정밀도에 영향을 주지 않은 범위내에 상기 세번째 영상의 전하 축적시간의 시작시거나 상기 두번째 영상의 전하 축적 끝에 첫번째 영상에 따라 실행되고 초점조정 평가량이 최대인 방향으로 상기 광학계의 위치제어를 실행하는 과정으로 이루어진 자동초점 조정방법.
5. 광학계를 통하여 검사 대상물의 영상을 촬상하는 과정과; 첫번째 영상을 나타내고, 비 비월주사 모우드를 가지는 카메라를 사용하는 비데오 신호에서 상기 영상을 광전 변환하는 과정과; 상기 비데오 신호를 디지탈화하는 과정과; 첫번째 영상을 나타내는 디지탈 비데오 신호는 상기 카메라에서 두번째 연속되는 영상의 전하 축적 시간내 실행되고, 메모리에 상기 디지탈화된 비데오신호를 전송하는 과정과; 첫번째 영상의 영상처리는 상기 두번째에 연속하는 세번째의 전하 축적시간동안 실행되며, 초점 조정 평가량을 얻기위하여 상기 프레임으로 부터 읽어내는 전송되는 디지탈 비데오 신호의 영상처리를 실행하는 과정과; 상기 세번째 영상과 세번째 영상에 연속하는 네번째 영상의 전하 축적시간 사이 공백시간내 또는 상기 네번째 영상의 전하 축적시간의 시작시나 상기 세번째 전하 축적시간의 끝에 상기 첫번째 영상에 따라 실행되고, 상기 초점 조정 평가량이 최대로 되는 방향으로 상기 광학계의 위치제어를 실행하는 과정으로 되는 자동초점 조정방법.