WO2021107215A1 - 비접촉식 광음향 검사 장치 - Google Patents

비접촉식 광음향 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 실시예의 비접촉식 광음향 검사 장치는, 검사 대상물이 올려지는 스테이지; 상기 스테이지 상측에 구비되고, 상기 스테이지에 올려진 검사 대상물의 검사 포인트에 제1 레이저 빔을 조사하는 가진부; 상기 스테이지와 상기 가진부 사이에 구비되고, 상기 검사 대상물의 검사 포인트에 제2 레이저 빔을 조사하여 반사된 제2 레이저 빔을 수신하는 센서부; 및 상기 스테이지와 상기 가진부와 상기 센서부 사이에 구비되고, 상기 가진부와 상기 센서부 및 상기 검사 대상물의 검사 포인트 사이에 제1,2 레이저 빔을 전달하는 광학계; 및 상기 검사 대상물의 검사 포인트를 이동시키기 위하여, 상기 광학계와 연결된 회전축을 회전시키는 회전 구동부;를 포함한다.

Description

비접촉식 광음향 검사 장치
본 발명은 신속하고 정확하게 제품 내부를 비투과 검사할 수 있는 비접촉식 광음향 검사 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광음향 검사는 샘플에 빛을 인가하면, 일정한 주파수의 빛을 흡수해 온도가 상승하고, 열팽창에 의해 밀도 및 부피 변화가 일어나 주변에 초음파 형태로 방사되며, 이러한 초음파가 반사와 투과하는 것을 감지하여 내부 형상의 정보를 계산 또는 예측하는 것이다.
이러한 광음향은 접촉식과 비접촉식으로 검사할 수 있으며, 비접촉식 광음향 검사 방법은 샘플 표면의 부피 변화를 감지하는 Laser Interferometer와, 샘플 내부의 밀도 변화에 따른 반사량 변화를 측정하는 Photo detector와, 공기를 통해 전달되는 음파를 감지하는 Microphone으로 나눌 수 있다.
이러한 광음향 검사는 빛 자극에 대한 음향 신호 발생의 감도가 매우 좋기 때문에 기존에 현미경 등으로 관찰하기 어려운 물질을 측정하는데 활용되고 있으며, 특히 의료 영상 장비에 많이 적용되고 있다.
한국등록특허 제1420003호(2012.06.27.출원)에는 통합 단층 촬영 시스템이 개시되는데, 하우징; 하우징 내에 부분적으로 장착되며, 파장 가변 레이저 광원에 의한 레이저 빔을 이용하여 측정 대상체의 광간섭성 단층 촬영을 실행하는 광간섭성 단층 촬영 유닛; 하우징 내에 부분적으로 장착되며, 펄스 레이저 광원에 의한 펄스 레이저를 이용하여 측정 대상체의 광음향 이미징을 생성하는 광음향 이미징 생성 유닛; 및 광간섭성 단층 촬영 유닛 및 광음향 이미징 생성 유닛으로부터 획득된 정보를 이용하여 측정 대상체의 영상을 구현하는 제어 유닛;을 포함한다.
한국등록특허 제1418405호(2013.04.25.출원)에는 수술용 현미경 시스템이 개시되는데, 대상물에 광을 조사하고 그 대상물에 의해 반사된 광을 입사받아 확대하여 대상물에 대한 고배율 표면 이미지를 생성하여 출력하는 수술용 현미경 장치; 펄스 레이저 또는 광대역 파장 펄스 레이저 또는 연속파 레이저 또는 펄스 마이크로파를 생성하여 출력하며, 광음향 신호를 제공받아 광음향 단층 이미지 정보를 생성하는 PAT/PAM 장치; 수술용 현미경 장치의 대물렌즈와 대상물 사이에 위치하며, 상기 수술용 현미경 장치로부터의 광을 통과시켜 상기 대상물로 전달하고, 상기 대상물에 의해 반사된 광을 통과시켜 상기 수술용 현미경 장치로 제공하며, 상기 펄스 레이저 또는 광대역 파장 펄스 레이저 또는 연속파 레이저 또는 펄스 마이크로파를 상기 대상물로 전달하고, 상기 대상물에 입사된 펄스 레이저 또는 광대역 파장 펄스 레이저 또는 연속파 레이저 또는 펄스 마이크로파에 의해 생성되는 광음향 신호를 획득하여 상기 PAT/PAM 장치로 제공하는 PAT/PAM 스캐너부; 및 상기 수술용 현미경 장치의 대물렌즈와 대상물 사이에 위치하며, 상기 수술용 현미경 장치로부터의 광을 통과시켜 상기 대상물로 전달하고, 상기 대상물에 의해 반사된 광을 통과시켜 상기 수술용 현미경 장치로 제공하며, 상기 광음향 단층 이미지 정보에 따른 빔을 생성하여 상기 수술용 현미경 장치의 광 입사면으로 제공하는 디스플레이부;를 포함한다.
상기와 같은 광음향 검사 장치는 내시경에 회전형 미러를 장착하여 내벽을 스캔하거나, 스캐너를 이용해 평면을 측정하는 방식으로서, 의료 장비에 특화된 형태이다.
따라서, 산업 장비에 제품 생산 공정 중 비접촉식 광음향 검사를 적용하기 위하여, 한 포인트에서 광음향 검사 후 이동할 수 있는 형태로 생산 공정 중 광음향 검사를 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 광음향 검사 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 생산 공정 중 신속하고 정확하게 제품 내부를 비투과 검사할 수 있는 비접촉식 광음향 검사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 실시예의 비접촉식 광음향 검사 장치는, 검사 대상물이 올려지는 스테이지; 상기 스테이지 상측에 구비되고, 상기 스테이지에 올려진 검사 대상물의 검사 포인트에 제1 레이저 빔을 조사하는 가진부; 상기 스테이지와 상기 가진부 사이에 구비되고, 상기 검사 대상물의 검사 포인트에 제2 레이저 빔을 조사하여 반사된 제2 레이저 빔을 수신하는 센서부; 및 상기 스테이지와 상기 가진부와 상기 센서부 사이에 구비되고, 상기 가진부와 상기 센서부 및 상기 검사 대상물의 검사 포인트 사이에 제1,2 레이저 빔을 전달하는 광학계; 및 상기 검사 대상물의 검사 포인트를 이동시키기 위하여, 상기 광학계와 연결된 회전축을 회전시키는 회전 구동부;를 포함한다.
본 실시예는, 상기 스테이지를 수평 이동시키고, 상기 스테이지의 적어도 일부가 상기 광학계 하측에 위치시키는 스테이지 이동부;를 더 포함할 수 있다.
상기 가진부는, 제1 레이저 빔을 조사하여 상기 광학계의 편심된 위치에 구비된 회전축과 동축으로 통과시키고, 상기 센서부는, 제2 레이저 빔을 조사하여 상기 광학계의 편심된 위치에 구비된 회전축과 동축으로 통과시킬 수 있다.
상기 제1 레이저의 빔 사이즈는, 상기 제2 레이저의 빔 사이즈 보다 크게 구성될 수 있다.
본 실시예는, 상기 제1 레이저 빔 또는 상기 제2 레이저 빔의 경로 상에 구비되고, 상기 제1 레이저 빔 또는 상기 제2 레이저 빔의 발산각을 조정하는 적어도 하나 이상의 발산 렌즈;를 더 포함할 수 있다.
본 실시예는, 상기 제1 레이저 빔 또는 상기 제2 레이저 빔의 경로 상에 구비되고, 상기 제1 레이저 빔 또는 상기 제2 레이저 빔의 초점 거리를 조정하는 적어도 하나 이상의 포커스 렌즈;를 더 포함할 수 있다.
상기 광학계는, 상기 가진부 또는 센서부를 향하는 상부 홀이 일측에 구비되고 상기 스테이지를 향하는 하부 홀이 타측에 구비된 하우징과, 상기 상부 홀 상측에 연통되는 중공의 회전축과, 상기 하우징 내측에 구비되고 상기 가진부와 상기 센서부에서 조사되는 제1,2 레이저 밤을 상기 스테이지에 올려진 검사 대상물의 한 포인트로 반사시키는 복수개의 미러를 포함할 수 있다.
상기 광학계는, 상기 제1 레이저 빔과 상기 제2 레이저 빔이 굴절 투과되는 웨지 프리즘(wedge prism)과, 상기 웨지 프리즘을 통과하는 제1,2 레이저 빔의 굴절 각도를 동일하게 보상하는 굴절 보상부를 포함할 수 있다.
본 실시예는, 상기 광학계 하측에 구비되고, 상기 스테이지 또는 상기 스테이지에 올려진 검사 대상물까지 거리를 측정하는 높이 측정부;를 더 포함할 수 있다.
본 실시예는, 상기 높이 측정부의 측정 거리에 따라 상기 가진부 또는 센서부에서 조사되는 제1,2 레이저 빔의 초점 거리를 일정하게 유지시키는 높이 편차 보정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 높이 편차 보정부는, 상기 스테이지 상측에서 상기 광학계를 승강시키는 광학계 승강 구동부를 포함할 수 있다.
상기 높이 편차 보정부는, 상기 광학계 하측에서 상기 스테이지를 승강시키는 스테이지 승강 구동부를 포함할 수 있다.
상기 높이 편차 보정부는, 상기 가진부와 상기 센서부에서 조사되는 제1,2 레이저 빔의 경로 상에 경사지게 구비되는 복수개의 보정 미러와, 상기 가진부와 상기 센서부에서 조사되는 제1,2 레이저 빔의 경로 길이를 조정하기 위하여 상기 보정 미러들을 수평 이동시키는 보정 미러 이동부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비접촉식 광음향 검사 장치는 레이저 빔이 회전형 광학계를 통과하여 검사 대상물에 조사되도록 함으로서, 검사 대상물의 생산 공정 중 비접촉식 광음향 검사를 신속하고 정확하게 수행할 수 있으며, 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 설비 원가를 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 검사 대상물의 표면 불균일이 발생하더라도 높이 측정부와 높이 편차 보정에 의해 레이저 빔의 초점 거리를 일정하게 유지함으로서, 광음향 검사 성능 및 그 신뢰성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 비접촉식 광음향 검사 장치가 개략적으로 도시된 도면.
도 2는 본 실시예에 적용된 광학계의 제1 실시예가 도시된 도면.
도 3은 본 실시예에 적용된 광학계의 제2 실시예가 도시된 도면.
도 4는 본 실시예에 적용된 제1,2 레이저의 빔 사이즈 조절을 위한 구성이 도시된 도면.
도 5a 내지 도 5d는 본 실시예에 적용된 높이 측정부와 높이 편차 보정부의 작동 상태가 도시된 도면.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 비접촉식 광음향 검사 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
본 실시예의 비접촉식 광음향 검사 장치는 검사 대상물(A)이 올려지는 스테이지(110)와, 스테이지(110)를 수평 이동시키는 스테이지 이동부(120)와, 검사 대상물(A)에 제1 레이저 빔을 조사하는 가진부(130)와, 검사 대상물(A)에 제2 레이저 빔을 조사하고 반사된 제2 레이저 빔을 수신하여 검사 대상물(A)를 검사하는 센서부(140)와, 가진부(130)와 센서부(140)와 스테이지(110)에 올려진 검사 대상물(A) 사이에 제1,2 레이저 빔을 전달하는 광학계(150)와, 검사 대상물(A)의 검사 포인트를 이동시키기 위하여 광학계를 회전시키는 회전 구동부(160)를 포함한다.
스테이지(110)는 일종의 테이블로서, 검사 대상물(A)이 올려지는 수평한 상면을 구비할 수 있다. 물론, 검사 대상물(A)을 스테이지(110)의 상면에 안착 또는 고정하기 위한 구조가 적용될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
스테이지 이동부(120)는 스테이지(110)를 수평 방향으로 이동시킬 수 있도록 다양하게 구성될 수 있다.
스테이지 이동부(120)가 스테이지(110)를 수평 방향으로 이동시킴으로서, 스테이지(110)에 올려진 검사 대상물(A)의 검사 포인트를 이동시킬 수 있고, 검사 대상물(A) 전체 영역에 걸쳐 검사가 이뤄질 수 있도록 한다.
물론, 스테이지 이동부(120)는 스테이지(110)를 이동시키더라도 스테이지(110)의 적어도 일부가 하기에서 설명될 광학계(150) 하측에 위치될 수 있도록 한다.
가진부(130)는 제1 레이저 빔을 조사할 수 있는 가진 레이저로서, 스테이지(110) 상측에 이격된 위치에 구비될 수 있다.
제1 레이저 빔의 주파수 대역과 세기 등은 검사 대상물의 표면에 조사되더라도 검사 대상물(A)을 손상시키지 않고, 검사 대상물(A)의 표면에 열충격을 주어 초음파를 발생시킬 수 있도록 설정될 수 있다.
스테이지(110)가 이동되더라도 스테이지(110)의 이동 범위를 한정함으로서, 가진부(130)는 제1 레이저 빔을 스테이지(A)에 올려진 검사 대상물(A)의 한 포인트에 조사할 수 있다.
센서부(140)는 제2 레이저 빔을 조사할 수 있는 센싱 레이저(141)와, 검사 대상물(A)로부터 반사되는 제2 레이저 빔을 수신할 수 있는 센서(142)로 구성될 수 있으며, 마찬가지로 스테이지(110) 상측에 이격된 위치에 구비될 수 있다.
제2 레이저 빔의 주파수 대역과 세기도 검사 대상물(A)을 손상시키지 않고, 검사 대상물(A)에서 발생되는 초음파를 감지할 수 있도록 설정될 수 있다.
제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔은 다른 주파수 대역으로 설정되고, 제1 레이저 빔의 사이즈는 제2 레이저 빔의 사이즈 보다 더 크게 구성되는 것이 바람직하며, 이를 위한 구성은 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
센서(142)는 센싱 레이저(141)로부터 조사된 제2 레이저 빔의 신호와 검사 대상물로부터 반사되는 제2 레이저 빔의 신호를 입력 받고, 제2 레이저 빔의 신호들을 비교 분석함으로서, 검사 대상물(A)을 검사할 수 있다.
예를 들어, 센서(142)는 제2 레이저 빔의 광량 변화를 분석하여 검사 대상물(A)의 밀도 차이를 확인할 수 있고, 제2 레이저 빔의 위상 변화를 분석하여 검사 대상물(A)의 두께 차이를 확인할 수 있으며, 제2 레이저 빔의 위상 변화 속도를 분석하여 검사 대상물(A)의 이동 속도를 확인할 수 있다.
광학계(150)는 가진부(130)와 센서부(140) 및 스테이지(110) 사이에 제1,2 레이저 빔을 전달하도록 구비되는데, 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
상측의 가진부(130)와 하측의 광학계(150) 사이에는 제1 전반사 미러(M1)가 구비됨으로서, 가진부(130)에서 조사된 제1 레이저 빔이 제1 전반사 미러(M1)를 투과하여 광학계(150)로 전달될 수 있다.
일측의 센서 레이저(141)와 타측의 제1 전반사 미러(M1) 사이에는 제2 전반사 미러(M2)가 구비됨으로서, 센서 레이저(141)에서 조사된 제2 레이저 빔이 제2 전반사 미러(M2)를 투과하고, 제1 전반사 미러(M1)에 반사되어 광학계(150)로 전달될 수 있다.
제2 전반사 미러(M2) 하측에 센서(142)가 구비됨으로서, 검사 대상물(A)에서 반사되어 광학계(160)를 통과한 제2 레이저 빔은 제1 전반사 미러(M1)와 제2 전반사 미러(M2)에 순차적으로 반사되어 광학계(150)로 전달될 수 있다.
레이저 빔의 파장 대역에 따라 레이저 빔은 전반사 미러를 투과 또는 반사될 수 있으므로, 가진부(130)와 센서부(140)와 광학계(150) 사이에 전반사 미러들(M1,M2)을 다양하게 구성할 수 있다.
회전 구동부(160)는 광학계(150)를 회전시킴으로서, 광학계(150)를 통과한 제1,2 레이저 빔이 조사되는 검사 대상물(A)의 검사 포인트가 원을 따라 연속적으로 변경될 수 있다. 회전 구동부(160)는 광학계(150)에 구비된 회전축과 연결된 구동 모터일 수 있으나, 한정되지 아니한다.
도 2는 본 실시예에 적용된 광학계의 제1 실시예가 도시된 도면이다.
광학계(150)의 제1실시예는 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(151)과, 하우징(151)의 편심 위치에 구비된 회전축(152)과, 하우징(151) 내측에 구비된 제1,2 미러(153,154)를 포함할 수 있다.
하우징(151)은 제1,2 미러(153,154)가 내장될 수 있는 밀폐 공간을 제공하는데, 일측 상면에 상부 홀(151a)이 구비되고, 타측 하면에 하부 홀(151b)이 구비될 수 있으며, 상부 홀(151a)과 하부 홀(151b)은 중심에서 서로 반대 방향으로 편심된 위치에 구비될 수 있다.
회전축(152)은 중공축 형상으로서, 상부 홀(151a)에 상향 연통될 수 있다. 회전축(152)은 하우징(151)과 일체로 구비되고, 회전 구동부(160)와 연결될 수 있다. 제1,2 레이저 빔은 회전축(152)과 동축으로 통과될 수 있다.
제1 미러(153)는 상부 홀(151a) 내측에 경사지게 구비되고, 제2 미러(154)는 하부 홀(151b) 내측에 경사지게 구비되며, 제1,2 미러(153,154)는 제1,2 레이저 빔을 원하는 위치로 반사시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 광학계(150)의 제1 실시예를 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치의 동작을 살펴보면, 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 가진부(130)에서 조사된 제1 레이저 빔은 회전축(152)과 상부 홀(151a)을 통하여 하우징(151) 내부로 전달된 다음, 제1 미러(153)와 제2 미러(154)에 순차적으로 반사되고, 하부 홀(151b)을 통하여 하우징(151) 외부로 빠져나가 검사 대상물(A)의 검사 포인트에 조사될 수 있다.
이와 같이, 제1 레이저 빔에 의해 검사 대상물(A)의 검사 포인트에 열충격에 의해 초음파를 발생시킬 수 있다.
또한, 센서부(140)에서 조사된 제2 레이저 빔도 상기와 같은 과정을 통하여 검사 대상물(A)의 검사 포인트에 조사될 수 있고, 검사 대상물(A)의 검사 포인트에서 반사된 제2 레이저 빔은 다시 하부 홀(151b)을 통하여 하우징(151) 내부로 전달된 다음, 제2 미러(154)와 제1 미러(153)에 순차적으로 반사되고, 상부 홀(151a)과 회전축(152)을 통하여 센서부(140)로 입력될 수 있다.
이와 같이, 제2 레이저 빔에 의해 검사 대상물(A)의 검사 포인트에서 발생된 초음파를 감지하고, 검사 대상물(A)의 밀도를 비롯하여 두께 및 이동 속도 등을 감지할 수 있다.
도 3은 본 실시예에 적용된 광학계의 제2 실시예가 도시된 도면이다.
광학계(150)의 제2실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 제1,2 레이저 빔이 굴절 투과되는 웨지 프리즘(wedge prism : 155)과, 웨지 프리즘(155)을 통과하는 제1,2 레이저 빔의 굴절 각도를 동일하게 보상하는 굴절 보상부(156)를 포함할 수 있다.
웨지 프리즘(155)은 스테이지(110) 상측에 이격되도록 구비되고, 스테이지(110)를 기준으로 경사진 상면과 수평한 하면을 가진 프리즘 형태로 구성될 수 있으며, 회전 구동부(160)에 의해 회전 가능하게 설치될 수 있다.
웨지 프리즘(155)은 제1,2 레이저 빔의 파장 대역을 투과시킬 수 있는데, 제1,2 레이저 빔의 파장 대역이 다르게 구성되기 때문에 웨지 프리즘(155)을 투과한 제1,2 레이저 빔의 굴절 각도 차이를 발생시킬 수 있다.
굴절 보상부(156)는 웨지 프리즘(155) 상측에 이격되도록 구비되고, 웨지 프리즘(155)으로 입사되기 전 제1,2 레이저 빔이 투과 또는 반사되도록 구성됨으로서, 웨지 프리즘(155)을 통과하는 제1,2 레이저 빔의 굴절 각도를 사전에 보완할 수 있다.
예를 들어, 굴절 보상부(156)는 웨지 프리즘(155)에 의해 발생되는 제1,2 레이저 빔의 굴절 각도 차이를 반대로 발생시킬 수 있는 보상 웨지 프리즘으로 구성되거나, 웨지 프리즘(155)으로 입사되기 전 제1,2 레이저 빔을 반사시키는 미러들의 각도를 다르게 조정할 수 있는 스캐너 형태로 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 광학계(150)의 제2 실시예는 제1 실시예와 동일하게 제1,2 레이저 빔의 경로를 동일하게 구성하도록 동작함으로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 실시예에 적용된 제1,2 레이저의 빔 사이즈 조절을 위한 구성이 도시된 도면이다.
가진부(130)에서 조사되는 제1 레이저 빔은 검사 대상물(A)의 검사 포인트에 열충격을 일으키는 반면, 센서부(140)에서 조사되었다가 다시 입력되는 제2 레이저 빔은 검사 대상물(A)의 검사 포인트에 발생되는 초음파를 측정한다.
따라서, 제1 레이저의 빔 사이즈는 제2 레이저의 빔 사이즈 보다 크게 구성되는 것이 바람직하며, 이를 구현하기 위하여 제1,2 레이저 빔이 조사되는 경로 상에 각종 렌즈들이 구비될 수 있다.
상세하게, 제1,2 레이저 빔이 조사되는 경로 상에 발산각을 조정하는 복수개의 발산 렌즈들(171,172)이 구비됨으로서, 검사 대상물(A)의 검사 포인트에 조사되는 제1 레이저 빔의 사이즈를 상대적으로 크게 구현할 수 있다.
제1 발산 렌즈(171)는 가진부(130)와 제1 전반사 미러(M1) 사이에 구비됨으로서, 제1 레이저 빔의 발산 각도를 크게 조정하고, 제2 발산 렌즈(172)는 제1 전반사 미러(M1)와 제2 전반사 미러(M2) 사이에 구비됨으로서, 제2 레이저 빔의 발산 각도를 작게 조정할 수 있다.
반면, 제1,2 레이저 빔이 조사되는 경로 상에 초점 거리를 조정하는 복수개의 포커스 렌즈(181,182,183)가 구비됨으로서, 검사 대상물(A)의 검사 포인트에 조사되는 제2 레이저 빔의 사이즈를 상대적으로 작게 구현할 수 있다.
제1 포커스 렌즈(181)는 제1 전반사 미러(M)와 하우징(151) 사이에 구비되고, 제2 포커스 렌즈(182)는 하우징(151) 내부의 제1 미러(153)와 제2 미러(154) 사이에 구비되며, 제3 포커스 렌즈(183)는 제2 미러(154) 하측 즉, 하우징(151)의 하부 홀(183) 내측 또는 외측에 구비됨으로서, 발산된 제1,2 레이저 빔의 초점 거리를 조정할 수 있다.
한편, 제1,2 발산 렌즈(171,172) 중 하나만 설치될 수 있고, 제1,2,3 포커스 렌즈(181,182,183) 중 일부만 선택적으로 설치될 수 있다. 또한, 제1,2 발산 렌즈(171,172) 대신에 해당 위치에 각각 초점 거리를 다르게 설정할 수 있는 포커스 렌즈들이 구비될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 실시예에 적용된 높이 측정부와 높이 편차 보정부의 작동 상태가 도시된 도면이다.
본 실시예에 따른 비접촉식 광음향 측정 장치는 광학계를 통과한 제1,2 레이저 빔이 스테이지(110)의 표면에 올려진 검사 대상물(A)의 검사 포인트에 조사되는데, 검사 대상물(A)의 표면이 불균일하면, 제1,2 레이저 빔의 초점 거리가 변할 수 있고, 검사 성능이 저하될 수 있다.
본 실시예는 검사 대상물(A)의 표면이 불균일하더라도 검사 성능을 높이기 위하여 스테이지(110)에 올려진 검사 대상물(A)의 표면까지 거리를 측정하는 높이 측정부(190)와, 스테이지(110)에 올려진 검사 대상물(A)의 불균일한 표면 편차를 보정하는 높이 편차 보정부(210,220,230)를 더 포함한다.
높이 측정부(190)는 회전 가능하게 설치된 광학계(150)에 구비되고, 스테이지(110) 표면을 향하도록 설치될 수 있다. 높이 측정부(190)는 레이저 방식, 광학 방식 등으로 다양하게 구성될 수 있으며, 한정되지 아니한다.
높이 측정부(190)는 비접촉 방식으로 높이 측정부가 설치된 위치 즉, 광학계(150)로부터 스테이지(110)에 올려진 검사 대상물(A)의 표면까지 높이를 측정할 수 있는데, 광학계(150)가 회전됨에 따라 검사 대상물(A)의 표면 전체에 걸쳐 그 높이를 측정할 수 있다.
높이 편차 보정부(210,220,230)는 스테이지(110)에 올려진 검사 대상물(A)의 표면 높이 편차에 따라 제1,2 레이저 빔의 초점 거리를 일정하게 유지시키도록 기구적으로 구성될 수 있다.
높이 편차 보정부(210,220,230)는 광학계(150)를 승강시키는 광학계 승강 구동부(210)와, 스테이지(110)를 승강시키는 스테이지 승강 구동부(220)와, 보정 미러 이동부(230) 및 이에 의해 수평 이동되는 보정 미러들(231,232)로 구성될 수 있다.
광학계 승강 구동부(210)는 스테이지(110) 상측에 이격된 광학계(150)를 상하 방향으로 승강시킬 수 있도록 구성되는데, 구동 모터, 실린더 등으로 다양하게 구성될 수 있다. 광학계 승강 구동부(210)는 스테이지(110) 상측에서 광학계(150)의 높낮이를 조정함으로서, 제1,2 레이저 빔의 초점 거리를 조정할 수 있다.
스테이지 승강 구동부(220)는 광학계(150) 하측에 이격된 스테이지(110)를 상하 방향으로 승강시킬 수 있도록 구성되는데, 마찬가지로 구동 모터, 실린더 등으로 다양하게 구성될 수 있다. 스테이지 승강 구동부(220)는 광학계(150) 하측에서 스테이지(110)의 높낮이를 조정함으로서, 제1,2 레이저 빔의 초점 거리를 조정할 수 있다.
보정 미러들(231,232)은 광학계(150) 상측에 이격되도록 구비되는데, 가진부(130)와 센서부(140)에서 제공된 제1,2 레이저 빔이 광학계(150)로 유입되기 전에 반사될 수 있도록 설치될 수 있다. 보정 미러들(231,232)은 제1,2 전반사 미러(M1,M2)와 별도로 구비될 수 있고, 제1,2 전반사 미러(M1,M2)에서 반사된 제1,2 레이저 빔이 광학계(150)로 유입되기 전에 반사될 수 있도록 구비될 수 있다.
보정 미러 이동부(230)는 보정 미러들(231,232)을 수평 방향으로 왕복 이동시켜서 제1,2 레이저 빔의 경로 길이를 조정하도록 구성되는데, 마찬가지로 구동 모터, 실린더 등으로 다양하게 구성될 수 있다. 보정 미러 이동부(230)가 보정 미러들(231,232)을 수평 이동시킴으로서, 제1,2 레이저 빔의 초점 거리를 조정할 수 있다.
상기와 같이 구성된 높이 측정부와 높이 측정 보정부의 동작을 살펴보면, 다음과 같다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 검사 대상물(A)을 스테이지(110) 위에 올리고, 높이 측정부(190)가 광학계(150)로부터 스테이지(110) 상측의 검사 대상물(A)까지의 거리를 측정할 수 있다.
제1,2 레이저 빔의 초점 거리를 맞추기 위하여, 검사 대상물(A)의 검사 포인트는 제1 기준 높이(L1)에 위치되어야 하고, 광학계(150)의 하면은 제2 기준 높이(L2)에 위치되어야 한다.
제1,2 레이저 빔의 초점 거리를 균일하게 유지하기 위하여 제1,2 기준 높이(L1,L2)의 차이값 만큼 유지되어야 하지만, 검사 대상물(A)의 표면이 불균일하면, 높이 측정부(190)에 의한 측정값이 제1,2 기준 높이(L1,L2)의 차이값과 일치하지 않는다.
검사 대상물(A)의 검사 포인트가 제1 기준 위치(L1)보다 높게 위치하면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 광학계(150)의 높낮이를 보정할 수 있다.
높이 측정부(190)의 측정값을 고려하여 광학계 승강 구동부(210)가 광학계(150)를 스테이지(110) 상측에서 상승시킴으로서, 검사 대상물(A)의 검사 포인트를 제1 기준 높이(L1)로 보정할 수 있다.
그러나, 광학계(150)의 상승으로 인하여 광학계(150)가 제2 기준 높이(L2)보다 높게 위치하게 되고, 이를 보정하기 위하여 도 5c에 도시된 바와 같이 스테이지(110)의 높낮이를 보정할 수 있다.
높이 측정부(190)의 측정값을 고려하여 스테이지 승강 구동부(220)가 스테이지(110)를 광학계(150) 하측에서 하강시킴으로서, 광학계(150)의 하면을 제2 기준 높이(L2)로 보정할 수 있다.
그러나, 스테이지(110)의 하강으로 인하여 검사 대상물(A)의 검사 포인트가 제1 기준 높이(L1) 보다 낮게 위치하게 되고, 이를 보정하기 위하여 도 5d에 도시된 바와 같이 보정 미러들(231,232)의 위치를 보정할 수 있다.
높이 측정부(190)의 측정값을 고려하여 보정 미러 이동부(230)가 보정 미러들(231,232)을 일측으로 수평 이동시키면, 제1,2 레이저 빔의 경로를 짧아지고, 검사 대상물(A)의 검사 포인트를 제1 기준 높이(L1)로 보정하는 동시에 광학계(150)의 하면을 제2 기준 높이(L2)로 유지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 실시예에 따른 비접촉식 광음향 검사 장치는 배터리, 반도체, 디스플레이, 자동차, 용접물 등의 생산 공정 중에 해당 검사 대상물을 검사하하는데 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 검사 대상물이 올려지는 스테이지;
    상기 스테이지 상측에 구비되고, 상기 스테이지에 올려진 검사 대상물의 검사 포인트에 제1 레이저 빔을 조사하는 가진부;
    상기 스테이지와 상기 가진부 사이에 구비되고, 상기 검사 대상물의 검사 포인트에 제2 레이저 빔을 조사하여 반사된 제2 레이저 빔을 수신하는 센서부; 및
    상기 스테이지와 상기 가진부와 상기 센서부 사이에 구비되고, 상기 가진부와 상기 센서부 및 상기 검사 대상물의 검사 포인트 사이에 제1, 2레이저 빔을 전달하는 광학계; 및
    상기 검사 대상물의 검사 포인트를 이동시키기 위하여, 상기 광학계와 연결된 회전축을 회전시키는 회전 구동부;를 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지를 수평 이동시키고, 상기 스테이지의 적어도 일부가 상기 광학계 하측에 위치시키는 스테이지 이동부;를 더 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가진부는,
    제1 레이저 빔을 조사하여 상기 광학계의 편심된 위치에 구비된 회전축과 동축으로 통과시키는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    제2 레이저 빔을 조사하여 상기 광학계의 편심된 위치에 구비된 회전축과 동축으로 통과시키는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저의 빔 사이즈는,
    상기 제2 레이저의 빔 사이즈 보다 크게 구성되는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 레이저 빔 또는 상기 제2 레이저 빔의 경로 상에 구비되고, 상기 제1 레이저 빔 또는 상기 제2 레이저 빔의 발산각을 조정하는 적어도 하나 이상의 발산 렌즈;를 더 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 레이저 빔 또는 상기 제2 레이저 빔의 경로 상에 구비되고, 상기 제1 레이저 빔 또는 상기 제2 레이저 빔의 초점 거리를 조정하는 적어도 하나 이상의 포커스 렌즈;를 더 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는,
    상기 가진부 또는 센서부를 향하는 상부 홀이 일측에 구비되고 상기 스테이지를 향하는 하부 홀이 타측에 구비된 하우징과,
    상기 상부 홀 상측에 연통되는 중공의 회전축과,
    상기 하우징 내측에 구비되고 상기 가진부와 상기 센서부에서 조사되는 제1,2 레이저 빔을 상기 스테이지에 올려진 검사 대상물의 한 포인트로 반사시키는 복수개의 미러를 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는,
    상기 제1 레이저 빔와 상기 제2 레이저 빔이 굴절 투과되는 웨지 프리즘(wedge prism)을 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학계는,
    상기 웨지 프리즘 상측에 구비되고, 상기 웨지 프리즘을 통과하는 제1,2 레이저 빔의 굴절 각도를 동일하게 보상하는 굴절 보상부를 더 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광학계 하측에 구비되고, 상기 스테이지 또는 상기 스테이지에 올려진 검사 대상물까지 거리를 측정하는 높이 측정부;를 더 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 높이 측정부의 측정 거리에 따라 상기 가진부 또는 센서부에서 조사되는 제1,2 레이저 빔의 초점 거리를 일정하게 유지시키는 높이 편차 보정부;를 더 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 높이 편차 보정부는,
    상기 스테이지 상측에서 상기 광학계를 승강시키는 광학계 승강 구동부를 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 높이 편차 보정부는,
    상기 광학계 하측에서 상기 스테이지를 승강시키는 스테이지 승강 구동부를 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 높이 편차 보정부는,
    상기 가진부와 상기 센서부에서 조사되는 제1,2 레이저 빔의 경로 상에 경사지게 구비되는 복수개의 보정 미러와,
    상기 가진부와 상기 센서부에서 조사되는 제1,2 레이저 빔의 경로 길이를 조정하기 위하여 상기 보정 미러들을 수평 이동시키는 보정 미러 이동부를 포함하는 비접촉식 광음향 검사 장치.
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