WO2022075631A1 - 라인스캔 조명장치 및 이를 포함하는 라인스캔 시스템 - Google Patents

라인스캔 조명장치 및 이를 포함하는 라인스캔 시스템 Download PDF

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WO2022075631A1
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WO
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optical member
light
line scan
lighting device
light source
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PCT/KR2021/012744
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Inventor
강병수
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(주)미래컴퍼니
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    • F21V33/0052—Audio or video equipment, e.g. televisions, telephones, cameras or computers; Remote control devices therefor
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast

Definitions

  • the present invention relates to a linescan lighting apparatus and a linescan system including the same, and more particularly, to a linescan lighting apparatus that can be used to image and/or observe a subject, and to a linescan system including the same.
  • a line scan camera is a device that acquires an image by scanning a subject line by line, unlike an area scan camera.
  • the line scan camera includes one or more sensors configured in a straight line, and is used together with a lighting device to photograph a subject.
  • the conventional line scan lighting device has a problem in that light emitted from an internal light source is incident on a subject at various angles, and thus a defect on the subject or subject cannot be properly detected due to a low contrast ratio compared to the background.
  • the present invention is to solve the above problems, and a line scan lighting device capable of improving the detection visibility of a subject or a defect on the subject by collimating light emitted from a light source and irradiating the subject, and a line including the same
  • An object of the present invention is to provide a scanning system.
  • a line scan lighting device has an internal space, a body having an irradiation slit through which light is irradiated to the outside, a light source disposed in the internal space of the body, and emitting light, from the light source
  • a first optical member disposed spaced apart by a first distance and collimating the light emitted from the light source in a first direction, a second optical member collimating the light passing through the first optical member in a second direction; and a third optical member emitting the light passing through the second optical member to the irradiation slit to irradiate the subject.
  • a line scan lighting device and a line scan system including the same collimate light irradiated from a light source) in the vertical and/or left and right directions to form the light irradiated onto the subject as parallel light. can do. Accordingly, it is possible to prevent the light from diverge in various directions and to intensively irradiate the parallel light to a local area on the subject, thereby greatly improving the visibility of detection of defects and the like.
  • FIG. 1 shows a line scan system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a line scan lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows the light source of FIG. 2 .
  • FIG. 4 illustrates a light source and a first optical member of FIG. 2 .
  • FIG. 5 shows an embodiment of the second optical member of FIG. 2 .
  • FIG. 6 shows another embodiment of the second optical member of FIG. 2 .
  • FIG. 7 is a view showing the vertical viewing angle and the luminous intensity of the line scan lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows left and right viewing angles and luminous intensity of the linescan lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 11 and 12 show viewing angles and luminous intensity according to Comparative Examples and Inventive Examples.
  • a line scan lighting device has an internal space, a body having an irradiation slit through which light is irradiated to the outside, a light source disposed in the internal space of the body, and emitting light, from the light source
  • a first optical member disposed spaced apart by a first distance and collimating the light emitted from the light source in a first direction, a second optical member collimating the light passing through the first optical member in a second direction; and a third optical member emitting the light passing through the second optical member to the irradiation slit to irradiate the subject.
  • the light source may include a plurality of LEDs having a viewing angle of 60 to 140 degrees and an interval of 0.1 to 10 mm.
  • the first optical member has a spherical or hemispherical shape, has a spherical or aspherical exit surface, and collimates the light emitted from the light source in the vertical direction. It may be a cylindrical lens.
  • the first optical member is disposed such that the vertical angle between the light emitted from the light source and the central axis of the first optical member is 50 degrees or less.
  • the first distance may be 0.1 to 30 mm.
  • the first optical member may have a transmittance of 80% or more, a refractive index of 1.3 to 1.9, and a diameter of 1 to 50 mm.
  • the second optical member may collimate the light emitted from the light source in a left and right direction.
  • the second optical member may be an optical sheet having at least one pattern of a prism array and a lens array.
  • the vertex angle of the prism pattern of the second optical member may be 60 to 120 degrees.
  • the ratio of the height to the distance of the lens pattern of the second optical member may be 0.1 to 2.
  • the third optical member may be a half mirror.
  • a line scan system is a line scan system including a lines scan lighting device for irradiating light on a subject and a lines scan camera for imaging the subject, wherein the lines scan lighting device has an internal space, , a main body having an irradiation slit through which light is irradiated to the outside, a light source emitting light, which is disposed in an internal space of the main body, is spaced apart from the light source by a first distance, and transmits the light emitted from the light source to the first
  • a third optical member for irradiating may be included.
  • the main body may include an imaging slit at a position symmetrical to the irradiation slit, and the linescan camera may be arranged to image the subject through the imaging slit.
  • the linescan camera includes light irradiated to the irradiation slit through the third optical member and light irradiated to the imaging slit through the third optical member It can be arranged coaxially.
  • the x-axis, the y-axis, and the z-axis are not limited to three axes on a Cartesian coordinate system, and may be interpreted in a broad sense including them.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis may be orthogonal to each other, but may refer to different directions that are not orthogonal to each other.
  • a specific process sequence may be performed different from the described sequence.
  • two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the order described.
  • FIG. 1 shows a line scan system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the line scan system 1 can check the state of the subject S by irradiating light to the subject S and capturing the reflected light therefrom.
  • the line scan system 1 is disposed on the subject S and irradiates light onto the upper surface of the subject S while moving in one direction, and the surface of the subject S Defects on the subject S may be checked by imaging the reflected light.
  • the type of the subject S is not particularly limited. In one embodiment, it may be a wafer before processing or a display substrate on which processing is completed.
  • a linescan system 1 may include a linescan illumination device 10 and a linescan camera 20 .
  • the line scan lighting device 10 irradiates light to the subject S.
  • the linescan lighting apparatus 10 may radiate light onto the subject S while moving in one direction through a moving table (not shown).
  • the line scan lighting device 10 will be described later.
  • the line scan camera 20 takes an image when the light irradiated by the lines scan lighting device 10 is reflected from the subject S.
  • the line scan camera 20 may include an image sensor for imaging the surface of the subject S in line units.
  • the linescan camera 20 may be disposed coaxially with the linescan lighting device 10 . More specifically, as shown in FIG. 1 , the linescan lighting device 10 and the linescan camera are positioned so that the light irradiated from the linescan lighting device 10 and the light reflected from the subject S are located on the same axis. (20) may be disposed on the same axis (Ax1).
  • the light incident from the linescan illumination device 10 and the light reflected from the subject S and incident to the linescan camera 20 form the same axis and are perpendicular to the surface of the subject S. An error according to the optical path can be minimized.
  • the present invention is not limited thereto, and the line scan lighting device 10 and the line scan camera 20 may be disposed at appropriate positions in consideration of the material of the subject S, and the like.
  • the line scan system 1 may further include a controller 30 .
  • the controller 30 is installed on the moving table and can control the moving speed or imaging speed of the linescan lighting device 10 and the linescan camera 20 moving in one direction.
  • the controller 30 may control the linescan lighting device 10 and/or the linescan camera 20 using a preset program or through a user's manipulation.
  • FIG. 2 shows the linescan illumination device 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows the light source 13 of FIG. 2
  • FIG. 4 shows the light source 13 and the first optical member ( 15)
  • FIG. 5 shows an embodiment of the second optical member 17 of FIG. 2
  • FIG. 6 shows another embodiment of the second optical member 17 of FIG. 2 .
  • the linescan lighting apparatus 10 includes a main body 11 , a light source 13 , a first optical member 15 , and a second optical member 17 . and a third optical member 19 .
  • the main body 11 has an internal space and constitutes a frame of the line scan lighting device 10 . 2, the body 11 is shown as having a rectangular parallelepiped shape, but is not limited thereto. The body 11 may be a planar body or a polyhedron.
  • the body 11 may include an irradiation slit 21 through which light emitted from the light source 13 is irradiated to the outside.
  • the inner surface 111 of the body 11 may be treated to absorb light. More specifically, the inner surface 111 of the body 11 may be subjected to black anodizing treatment to absorb light. Accordingly, it is possible to control the light emitted from the light source 13 to be irradiated onto the subject S along a preset path.
  • the light source 13 irradiates light necessary for line-scanning the subject S.
  • the light source 13 may be disposed in the inner space of the body 11 .
  • the light source 13 may be disposed on one side of the body 11 to emit light in a preset direction.
  • the emitted light may be irradiated to the subject S through an optical member to be described later.
  • the light source 13 may include a support 131 and an LED 133 .
  • the support 131 may have a bar shape, and may be disposed in the longitudinal direction of the body 11 (eg, the Y-axis direction in FIG. 2 ).
  • a plurality of LEDs 133 may be disposed on one surface of the support 131 .
  • the LEDs 133 are LEDs emitting white light, and a plurality of LEDs may be arranged in a line along the support 131 .
  • the LED 133 may have a viewing angle of 60 to 130 degrees.
  • the distance C1 between the LEDs 133 may be 0.1 to 10 mm.
  • the first optical member 15 may control a path of light emitted from the light source 13 .
  • the first optical member 15 may be spaced apart from the light source 13 by a predetermined distance and disposed inside the body 11 .
  • the central axis of the first optical member 15 may be disposed on the same axis as the optical axis Ax2 of the light source 13 , and may be disposed to be spaced apart by a first distance d1 .
  • the angle formed by the light emitted from the light source 13 in the vertical direction (eg, the Z-axis direction of FIG. 4 ) with the optical axis Ax2 or the central axis of the first optical member 15 is the first At an angle, the first optical member 15 may be spaced apart from the light source 13 by a first distance d1 .
  • the range of the first angle may be -50 to +50 degrees.
  • the light L1 in which the angle ⁇ 1 formed in the vertical direction with the optical axis Ax2 among the lights emitted from the light source 13 is in the range of the first angle is the first optical member ( 15), after being incident on one surface and refracted, it may be emitted as collimated light.
  • the linescan lighting apparatus 10 includes a specific arrangement relationship between the light source 13 and the first optical member 15 to form parallel light. And by irradiating the formed parallel light onto the subject S, the surface of the subject S can be accurately inspected.
  • the first optical member 15 is a cylindrical lens, and may have a spherical or hemispherical shape.
  • the surface from which the light irradiated from the light source 13 is emitted may have a spherical surface or an aspherical surface. More specifically, as shown in FIG. 4 , a surface of the first optical member 15 facing the light source 13 may be a flat surface, and a surface from which light is emitted may be a spherical surface or an aspherical surface.
  • the first optical member 15 may have a transmittance of 80% or more, a refractive index of 1.3 to 1.9 or more, and a diameter of 1 to 50 mm.
  • the diameter may be set such that an angle between the light irradiated from the light source 13 and the optical axis Ax2 in the vertical direction does not exceed the first angle in consideration of the relationship with the above-described first distance d1 .
  • the material of the first optical member 15 is not particularly limited, and may be glass or transparent plastic in an embodiment.
  • the second optical member 17 may control a path of light emitted from the light source 13 .
  • the second optical member 17 may be spaced apart from the light source 13 by a predetermined distance and disposed inside the main body 11 .
  • the second optical member 17 may control the path of the light passing through the first optical member 15 once more. More specifically, the light passing through the first optical member 15 forms parallel light in the vertical direction (eg, the Z-axis direction in FIG. 2 ), but in the left-right direction (eg, the Y-axis in FIG. 2 ). direction) may be in an unaligned state. The second optical member 17 may form parallel light in the left and right directions.
  • the second optical member 17 is an optical sheet and may include a base layer 171 and a structure layer 172 .
  • the base layer 171 may be disposed to face the first optical member 15 .
  • the base layer 171 is a plate-shaped member and holds the structural layer 172 .
  • the base layer 171 is PET and may have a refractive index of 1.59.
  • the structure layer 172 is a member that controls the path of the incident light, and may be disposed on one surface of the base layer 171 .
  • the structural layer 172 may have the same or different refractive index as that of the base layer 171 .
  • the structure layer 172 may have a prism array, as shown in FIG. 5 .
  • a triangular prism pattern may be repeatedly disposed along one surface of the base layer 171 .
  • a plurality of triangular prism patterns are arranged in contact with each other in FIG. 5
  • the present invention is not limited thereto.
  • the prism patterns may be spaced apart to have a predetermined interval.
  • the vertex angle ⁇ of the prism pattern may be 60 to 120 degrees.
  • the light L1 passing through the first optical member 15 is incident on the base layer 171 , refracted by a difference in refractive index, and then refracted again while being incident on the structure layer 172 .
  • it may be emitted from the structure layer 172 while forming the parallel light L2 in the left-right direction (eg, the X-axis direction of FIG. 5 ).
  • the second optical member 17A may include a structure layer 175 .
  • Other configurations of the second optical member 17A including the base layer 171 may be the same as those of the second optical member 17 , and a detailed description thereof will be omitted.
  • the structural layer 175 is disposed on one surface of the base layer 171 and may have a lens array as shown in FIG. 6 .
  • a lens-shaped pattern may be repeatedly disposed along one surface of the base layer 171 .
  • a plurality of lens patterns may be disposed to be spaced apart by a predetermined interval w.
  • the ratio of the height (h) of the lens to the distance (w) may be 0.1 to 2.
  • the light L1 may form parallel light in the left-right direction (eg, the X-axis direction of FIG. 6 ) while passing through the second optical member 17A.
  • the third optical member 19 may radiate light traveling in parallel through the first optical member 15 and the second optical member 17 onto the subject S.
  • the third optical member 19 may be spaced apart from the second optical member 17 by a predetermined distance and disposed inside the main body 11 .
  • the third optical member 19 is a half-mirror, and may reflect a portion of the incident light and transmit the rest.
  • the third optical member 19 may have a transmittance and/or a reflectance of 30 to 70%.
  • the third optical member 19 may be disposed to correspond to the irradiation slit 21 disposed on the lower surface of the body 11 . Accordingly, the light passing through the first optical member 15 and the second optical member 17 may be reflected by the third optical member 19 to be irradiated to the subject S through the irradiation slit 21 .
  • a portion of the light that has passed through the third optical member 19 may be reflected by the third optical member 19 again, and may be emitted through the imaging slit 23 .
  • the imaging slit 23 may be disposed at a position symmetrical to the irradiation slit 21 , and the line scan camera 20 may be disposed to image the subject S through the imaging slit 23 . More specifically, the linescan camera 20 may be disposed coaxially with the light irradiated to the irradiation slit 21 and the light irradiated to the imaging slit 23 .
  • FIG. 7 shows the vertical viewing angle and luminous intensity of the linescan lighting device 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is the left and right viewing angle and the luminous intensity of the linescan lighting device 10 according to an embodiment of the present invention indicates. More specifically, in FIGS. 7 and 8 , the X axis represents the vertical viewing angle and the left and right viewing angles, respectively, and the Y axis represents the luminous intensity (unit: candela (cd)).
  • the lines scan lighting apparatus 10 may form parallel light by collimating the light emitted from the light source 13 in the vertical direction and the left and right directions, respectively. Accordingly, the parallel light is intensively irradiated to the imaging portion of the subject S, so that detection visibility may be improved.
  • the lines scan lighting device 10 reduces the vertical viewing angle by collimating the irradiated light in the vertical direction, so that the imaging portion of the subject S is It is possible to irradiate the collimated light intensively. Accordingly, a very high luminous intensity (about 6000 candela) can be secured in the vicinity of 0 degrees of the vertical viewing angle. At this time, the range of the half-angle at which the brightness of the light source 13 is half is ⁇ 2 degrees.
  • the line scan lighting device 10 reduces the left and right viewing angles by collimating the irradiated light in the left and right directions to focus on the imaging portion of the subject S.
  • Parallel light can be irradiated. Accordingly, it is possible to secure a very high luminous intensity (about 6000 candela) near the left and right viewing angles of 0 degrees. At this time, the range of half angle is ⁇ 16.
  • the linescan illumination device 10 further includes (solid line) the second optical member 17, so that only the first optical member 15 is included.
  • solid line As in the case (dotted line), light is concentrated at a plurality of viewing angles, thereby preventing the maximum luminous intensity from being lowered and the half-angle from being increased.
  • FIGS. 9 and 10 show optical paths according to Comparative Examples and Inventive Examples
  • FIGS. 11 and 12 show viewing angles and luminous intensity according to Comparative Examples and Inventive Examples
  • FIG. 13 shows irradiance of Comparative Examples and Inventive Examples
  • Fig. 14 shows the luminance of the comparative example and the invention example
  • Fig. 15 shows the defect detection performance of the comparative example and the alias example.
  • the comparative example and the invention example used the same light source, and the amount of light was also the same.
  • Fig. 9 (a) shows an optical path according to a comparative example in which light emitted from a light source is not collimated in the vertical direction
  • Fig. 9 (b) is a line scan lighting device 10 according to an embodiment of the present invention. shows the optical path according to the invention example in which the light emitted from the light source is collimated in the vertical direction.
  • the light emitted from the light source of FIG. 10 shows an optical path according to a comparative example in which the light is not collimated in the left and right directions
  • FIG. The light path according to the invention in which the light emitted from the light source is collimated in the left and right directions is shown.
  • the light emitted from the light source is not collimated in the left and right directions, the light is not focused on the subject but is diverged in various directions.
  • Fig. 11 (a) shows the luminous intensity according to the viewing angle of the comparative example
  • Fig. 11 (b) shows the luminous intensity according to the viewing angle of the invention example.
  • the viewing angles in the vertical direction (dashed line) and left and right direction (solid line) are relatively narrow, and the maximum luminous intensity at 0 degrees reaches 5991 candela.
  • the half-angle in the vertical direction of the invention example is ⁇ 2 degrees
  • the half-angle in the left and right direction is ⁇ 16 degrees. That is, the invention example can intensively irradiate light to a more localized area compared to the comparative example.
  • FIG. 12 is a graph showing the light distribution corresponding to FIG. 11, and it can be seen that the invention example is intensively irradiated in a narrow range and the maximum luminous intensity is much larger than that of the comparative example.
  • Fig. 13 (a) shows the irradiance of the comparative example
  • Fig. 13 (b) shows the irradiance of the invention example.
  • the comparative example exhibited a relatively high irradiance (37884 lux), whereas, as shown in FIG. 13 (b), the inventive example showed a relatively low irradiance (20164 lux).
  • Fig. 14 (a) shows the luminance of the comparative example
  • Fig. 14 (b) shows the luminance of the invention example.
  • the comparative example exhibits a relatively low luminance (77901 nit(cd/m 2 )), whereas, as shown in (b) of FIG. 14 , the invention example exhibits a relatively high luminance (308966).
  • the defect on the subject was 132 ⁇ m.
  • the defect could be sufficiently detected when the defect diameter was 132 ⁇ m, and the contrast ratio was 11.59, which was much higher than the contrast ratio of 8.71 of the comparative example (133% compared to the comparative example).
  • the contrast ratio of the invention example was 25.50
  • the contrast ratio of the comparative example was 14.64 (174% compared to the comparative example).
  • the line scan lighting apparatus 10 can significantly improve the visibility of detecting defects on a subject compared to the related art.
  • a line scan lighting device 10 and a line scan system 1 including the same collimate the light irradiated from the light source 13 in the vertical and/or left and right directions, so that the subject S ) can be formed as parallel light. Accordingly, it is possible to prevent the light from diverge in various directions and to intensively irradiate the parallel light to a local area on the subject S, so that the detection visibility of defects and the like can be significantly improved.
  • connection or connection member of the lines between the components shown in the drawings exemplarily shows functional connections and/or physical or circuit connections, and in an actual device, various functional connections, physical connections that are replaceable or additional It may be expressed as a connection, or circuit connections.
  • essential or "importantly"
  • the present invention relates to a line scan system, and may be applied to an apparatus for inspecting or imaging a subject using a line scan camera.

Abstract

본 발명은 평행광을 생성하여 피사체에 조사함으로써 검출 시인성을 향상시킬 수 있는 라인스캔 조명장치 및 이를 포함하는 라인스캔 시스템을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치는 내부 공간을 구비하며, 광이 외부로 조사되는 조사 슬릿을 구비하는 본체, 상기 본체의 내부 공간에 배치되며, 광을 방출하는 광원, 상기 광원으로부터 제1 거리만큼 이격하여 배치되며, 상기 광원으로부터 방출된 광을 제1 방향으로 콜리메이트하는 제1 광학 부재, 상기 제1 광학 부재를 통과한 광을 제2 방향으로 콜리메이트하는 제2 광학 부재, 상기 제2 광학 부재를 통과한 광을 상기 조사 슬릿으로 출사하여 피사체에 조사하는 제3 광학 부재를 포함한다.

Description

라인스캔 조명장치 및 이를 포함하는 라인스캔 시스템
본 발명은 라인스캔 조명장치 및 이를 포함하는 라인스캔 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피사체를 촬상 및/또는 관찰하는데 이용될 수 있는 라인스캔 조명장치 및 이를 포함하는 라인스캔 시스템에 관한 것이다.
라인스캔 카메라(line scan camera)는 영역스캔 카메라(area scan camera)와 달리, 피사체를 라인(line) 단위로 스캔하여 그 영상을 획득하는 장치이다. 이를 위해 라인스캔 카메라는 직선으로 구성된 1개 이상의 센서를 구비하며, 피사체를 촬영하기 위해 조명장치와 함께 이용된다.
그런데 종래의 라인스캔 조명장치는 내부 광원에서 방출되는 빛이 피사체에 다양한 각도로 입사되어 피사체 또는 피사체 상에 있는 결함이 배경 대비 낮은 명암비로 인하여 제대로 검출할 수 없는 문제가 있다.
전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광원에서 방출되는 빛을 콜리메이트하여 피사체에 조사함으로써 피사체 또는 피사체 상에 있는 결함의 검출 시인성을 향상시키리 수 있는 라인스캔 조명장치 및 이를 포함하는 라인스캔 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만 이러한 과제는 일 예시로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치는 내부 공간을 구비하며, 광이 외부로 조사되는 조사 슬릿을 구비하는 본체, 상기 본체의 내부 공간에 배치되며, 광을 방출하는 광원, 상기 광원으로부터 제1 거리만큼 이격하여 배치되며, 상기 광원으로부터 방출된 광을 제1 방향으로 콜리메이트하는 제1 광학 부재, 상기 제1 광학 부재를 통과한 광을 제2 방향으로 콜리메이트하는 제2 광학 부재, 상기 제2 광학 부재를 통과한 광을 상기 조사 슬릿으로 출사하여 피사체에 조사하는 제3 광학 부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치 및 이를 포함하는 라인스캔 시스템은 광원)에서 조사되는 광을 상하 방향 및/또는 좌우 방향으로 콜리메이트하여, 피사체 상에 조사되는 광을 평행광으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 광이 여러 방향으로 발산하는 것을 방지하고, 피사체 상의 국소 부위에 평행광을 집중적으로 조사하여, 결함 등의 검출 시인성을 대폭 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치를 나타낸다.
도 3은 도 2의 광원을 나타낸다.
도 4는 도 2의 광원과 제1 광학 부재를 나타낸다.
도 5는 도 2의 제2 광학 부재의 일 실시예를 나타낸다.
도 6은 도 2의 제2 광학 부재의 다른 실시예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치의 상하 시야각과 광도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치의 좌우 시야각과 광도를 나타낸다.
도 9 및 도 10은 비교예와 발명예에 따른 광로를 나타낸다.
도 11 및 도 12는 비교예와 발명예에 따른 시야각과 광도를 나타낸다.
도 13은 비교예와 발명예의 복사 조도(irradiance)를 나타낸다.
도 14는 비교예와 발명예의 휘도(luminance)를 나타낸다.
도 15는 비교예와 별명예의 결함 검출 성능을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치는 내부 공간을 구비하며, 광이 외부로 조사되는 조사 슬릿을 구비하는 본체, 상기 본체의 내부 공간에 배치되며, 광을 방출하는 광원, 상기 광원으로부터 제1 거리만큼 이격하여 배치되며, 상기 광원으로부터 방출된 광을 제1 방향으로 콜리메이트하는 제1 광학 부재, 상기 제1 광학 부재를 통과한 광을 제2 방향으로 콜리메이트하는 제2 광학 부재, 상기 제2 광학 부재를 통과한 광을 상기 조사 슬릿으로 출사하여 피사체에 조사하는 제3 광학 부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치에 있어서, 상기 광원은 시야각(viewing angle)이 60 내지 140도이고, 간격이 0.1 내지 10mm인 복수 개의 LED를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치에 있어서, 상기 제1 광학 부재는 구형 또는 반구형 형상을 가지며, 구면 또는 비구면의 출사면을 가지고, 상기 광원에서 방출된 광을 상하 방향으로 콜리메이트하는 원통 렌즈일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치에 있어서, 상기 제1 광학 부재는 상기 광원에서 방출되는 광과 상기 제1 광학 부재의 중심축이 이루는 상하 방향으로의 각도가 50도 이하가 되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치에 있어서, 상기 제1 거리는, 0.1 내지 30 mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치에 있어서, 상기 제1 광학 부재는, 투과율이 80% 이상이고, 굴절률이 1.3 내지 1.9이고, 지름이 1 내지 50 mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치에 있어서, 상기 제2 광학 부재는 상기 광원에서 방출된 광을 좌우 방향으로 콜리메이트할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치에 있어서, 상기 제2 광학 부재는 프리즘 어레이 및 렌즈 어레이 중 적어도 어느 하나의 패턴을 갖는 광학 시트일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치에 있어서, 상기 제2 광학 부재는 프리즘 패턴의 꼭지각이 60 내지 120도일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치에 있어서, 상기 제2 광학 부재는 상기 렌즈 패턴의 높이와 간격의 비가 0.1 내지 2일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치에 있어서, 상기 제3 광학 부재는 하프 미러(half mirror)일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라인스캔 시스템은 피사체에 광을 조사하는 라인스캔 조명장치 및 상기 피사체를 촬상하는 라인스캔 카메라를 포함하는 라인스캔 시스템으로서, 상기 라인스캔 조명장치는 내부 공간을 구비하며, 광이 외부로 조사되는 조사 슬릿을 구비하는 본체, 상기 본체의 내부 공간에 배치되며, 광을 방출하는 광원, 상기 광원으로부터 제1 거리만큼 이격하여 배치되며, 상기 광원으로부터 방출된 광을 제1 방향으로 콜리메이트하는 제1 광학 부재, 상기 제1 광학 부재를 통과한 광을 제2 방향으로 콜리메이트하는 제2 광학 부재, 상기 제2 광학 부재를 통과한 광을 상기 조사 슬릿으로 출사하여 피사체에 조사하는 제3 광학 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라인스캔 시스템에 있어서, 상기 본체는 상기 조사 슬릿과 대칭되는 위치에 촬상 슬릿을 구비하고, 상기 라인스캔 카메라는 상기 촬상 슬릿을 통해 상기 피사체를 촬상하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 라인스캔 시스템에 있어서, 상기 라인스캔 카메라는 상기 제3 광학 부재를 통해 상기 조사 슬릿으로 조사되는 광과, 상기 제3 광학 부재를 통해 상기 촬상 슬릿으로 조사되는 광과 동축으로 배치될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 시스템(1)을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 시스템(1)은 피사체(S)에 광을 조사하고 그로부터 반사된 광을 촬상하여 피사체(S)의 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 바와 같이, 라인스캔 시스템(1)은 피사체(S) 상에 배치되고, 일 방향으로 이동하면서 피사체(S)의 상면에 광을 조사하고, 피사체(S)의 표면에서 반사된 광을 촬상하여 피사체(S) 상의 결함 등을 확인할 수 있다.
피사체(S)의 종류는 특별히 한정하지 않는다. 일 실시예로, 가공 전의 웨이퍼 또는 가공이 완료된 디스플레이 기판 등일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 시스템(1)은 라인스캔 조명장치(10)와, 라인스캔 카메라(20)를 포함할 수 있다.
라인스캔 조명장치(10)는 피사체(S)에 광을 조사한다. 예를 들어, 라인스캔 조명장치(10)는 도시하지 않은 이동대를 통해 일 방향으로 이동하면서, 피사체(S) 상에 광을 조사할 수 있다. 라인스캔 조명장치(10)에 대해서는 후술한다.
라인스캔 카메라(20)는 라인스캔 조명장치(10)가 조사한 광이 피사체(S)에서 반사되면 이를 촬상한다. 예를 들어, 라인스캔 카메라(20)는 피사체(S)의 표면을 라인 단위로 촬상하기 위한 이미지 센서를 구비할 수 있다.
일 실시예로, 라인스캔 카메라(20)는 라인스캔 조명장치(10)와 동축 상에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 라인스캔 조명장치(10)에서 조사되는 광과 피사체(S)에서 반사된 광이 동일한 축 상에 위치하도록, 라인스캔 조명장치(10)와 라인스캔 카메라(20)는 동일한 축(Ax1) 상에 배치될 수 있다.
이에 따라, 라인스캔 조명장치(10)에서 입사되는 광과, 피사체(S)에서 반사되어 라인스캔 카메라(20)로 입사되는 광이 동일한 축을 이루고, 피사체(S)의 표면에 대해 수직을 이루기 때문에 광 경로에 따른 오차를 최소화할 수 있다.
다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 라인스캔 조명장치(10)와 라인스캔 카메라(20)는 피사체(S)의 재질 등을 고려하여 적절한 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 시스템(1)은 컨트롤러(30)를 더 포함할 수 있다.
컨트롤러(30)는 상기 이동대에 설치되어 일 방향으로 이동하는 라인스캔 조명장치(10)와 라인스캔 카메라(20)의 이동 속도 또는 촬상 속도 등을 제어할 수 있다. 컨트롤러(30)는 미리 설정된 프로그램을 이용하거나 사용자의 조작을 통해 라인스캔 조명장치(10) 및/또는 라인스캔 카메라(20)를 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)를 나타내고, 도 3은 도 2의 광원(13)을 나타내고, 도 4는 도 2의 광원(13)과 제1 광학 부재(15)를 나타내고, 도 5는 도 2의 제2 광학 부재(17)의 일 실시예를 나타내고, 도 6은 도 2의 제2 광학 부재(17)의 다른 실시예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)는 본체(11)와, 광원(13)과, 제1 광학 부재(15)와, 제2 광학 부재(17)와, 제3 광학 부재(19)를 포함할 수 있다.
본체(11)는 내부 공간을 구비하며, 라인스캔 조명장치(10)의 프레임을 구성한다. 도 2에는 본체(11)가 직육면체 형상인 것으로 나타냈으나, 이에 한정하지 않는다. 본체(11)는 평면체 또는 다면체일 수 있다.
일 실시예로, 본체(11)는 광원(13)에서 방출되는 광이 외부로 조사되는 조사 슬릿(21)을 구비할 수 있다.
일 실시예로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본체(11)의 내측면(111)은 광을 흡수하도록 처리될 수 있다. 보다 구체적으로, 본체(11)의 내측면(111)은 광을 흡수하도록 블랙 애노다이징(black anodizing) 처리될 수 있다. 이에 따라, 광원(13)에서 방출된 광이 기 설정된 경로를 따라 피사체(S) 상에 조사되도록 제어할 수 있다.
광원(13)은 피사체(S)를 라인스캔하기 위해 필요한 광을 조사한다. 광원(13)은 본체(11)의 내부 공간에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 광원(13)은 본체(11)의 일측에 배치되어, 기 설정된 방향으로 광을 방출할 수 있다. 방출된 광은 후술하는 광학 부재를 거쳐 피사체(S)에 조사될 수 있다.
일 실시예로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 광원(13)은 지지대(131)와 LED(133)를 포함할 수 있다.
지지대(131)는 막대 형상을 가질 수 있으며, 본체(11)의 길이 방향(예를 들어, 도 2의 Y축 방향)으로 배치될 수 있다.
LED(133)는 지지대(131)의 일면에 복수 개 배치될 수 있다. 일 실시예로, LED(133)는 백색광을 방출하는 LED로서, 지지대(131)를 따라 일렬로 복수 개 배치될 수 있다. 또한, LED(133)는 60 내지 130도의 시야각(viewing angle)을 가질 수 있다. 또한, LED(133) 간의 간격(C1)은 0.1 내지 10 mm일 수 있다.
제1 광학 부재(15)는 광원(13)에서 방출된 광의 경로를 제어할 수 있다. 제1 광학 부재(15)는 광원(13)에서 소정의 거리만큼 이격하여 본체(11)의 내부에 배치될 수 있다. 일 실시예로, 제1 광학 부재(15)의 중심축은 광원(13)의 광축(Ax2)과 동일한 축 상에 배치될 수 있으며, 제1 거리(d1)만큼 이격하여 배치될 수 있다.
일 실시예로, 광원(13)에서 방출된 광이 광축(Ax2) 또는 제1 광학 부재(15)의 중심축과 상하 방향(예를 들어, 도 4의 Z축 방향)으로 이루는 각도가 제1 각도가 되도록, 제1 광학 부재(15)는 광원(13)에서 제1 거리(d1)만큼 이격될 수 있다. 여기서, 제1 각도의 범위는 -50 내지 +50도일 수 있다.
이에 따라, 도 4에 나타낸 바와 같이, 광원(13)에서 방출된 광 중 광축(Ax2)과 상하 방향으로 이루는 각도(θ1)가 제1 각도의 범위에 있는 광(L1)은 제1 광학 부재(15)의 일면으로 입사되어 굴절된 후 평행광(collimated light)이 되어 방출될 수 있다.
반면, 광원(13)에서 방출된 광 중 광축(Ax2)과 상하 방향으로 이루는 각도(θ1')가 제1 각도의 범위를 초과하는 광(L1')은 제1 광학 부재(15)를 거치지 않으며, 본체(11)의 내측면(111)에서 흡수될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)는 광원(13)과 제1 광학 부재(15) 간의 특정한 배치 관계를 포함함으로써, 평행광을 형성할 수 있다. 그리고 형성된 평행광을 피사체(S) 상에 조사하여 피사체(S)의 표면을 정확하게 검사할 수 있다.
일 실시예로, 제1 광학 부재(15)는 원통 렌즈(cylindrical lens)로서, 구형 또는 반구형 형상을 가질 수 있다. 또한, 광원(13)에서 조사되는 광이 출사되는 면은 구면(spherical surface) 또는 비구면(aspherical surface)을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 광학 부재(15)는 광원(13)과 마주 보는 면이 평면이고, 광이 출사되는 면이 구면 또는 비구면일 수 있다.
일 실시예로, 제1 광학 부재(15)는 투과율이 80% 이상이고, 굴절률이 1.3 내지 1.9 이상이고, 지름이 1 내지 50 mm일 수 있다. 여기서 지름은 전술한 제1 거리(d1)와의 관계를 고려하여, 광원(13)에서 조사된 광이 광축(Ax2)과 상하 방향으로 이루는 각도가 제1 각도를 초과하지 않도록 설정될 수 있다.
제1 광학 부재(15)의 재질은 특별히 한정하지 않으며, 일 실시예로 유리 또는 투명 플라스틱일 수 있다.
제2 광학 부재(17)는 광원(13)에서 방출된 광의 경로를 제어할 수 있다. 제2 광학 부재(17)는 광원(13)에서 소정의 거리만큼 이격하여 본체(11)의 내부에 배치될 수 있다.
일 실시예로, 제2 광학 부재(17)는 제1 광학 부재(15)를 통과한 광의 경로를 한번 더 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 광학 부재(15)를 통과한 광은 상하 방향(예를 들어, 도 2의 Z축 방향)으로는 평행광을 이루게 되나, 좌우 방향(예를 들어, 도 2의 Y축 방향)으로는 정렬되지 않은 상태일 수 있다. 제2 광학 부재(17)는 좌우 방향으로 평행광을 형성할 수 있다.
일 실시예로, 제2 광학 부재(17)는 광학 시트로서, 베이스층(171)과 구조층(172)을 포함할 수 있다.
베이스층(171)은 제1 광학 부재(15)와 마주 보도록 배치될 수 있다. 베이스층(171)은 평판 형상의 부재로서, 구조층(172)을 보유 지지한다. 일 실시예로, 베이스층(171)은 PET로서, 1.59의 굴절률을 가질 수 있다.
구조층(172)은 입사되는 광의 경로를 제어하는 부재로서, 베이스층(171)의 일면에 배치될 수 있다. 구조층(172)은 베이스층(171)과 동일 또는 상이한 굴절률을 가질 수 있다.
일 실시예로, 구조층(172)은 도 5에 나타낸 바와 같이, 프리즘 어레이(prism array)를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 구조층(172)은 베이스층(171)의 일면을 따라 삼각형의 프리즘 패턴이 반복하여 배치될 수 있다. 도 5에는 삼각형의 프리즘 패턴이 서로 맞닿도록 복수 개 배치되는 것으로 나타냈으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 프리즘 패턴은 소정의 간격을 갖도록 이격하여 배치될 수 있다.
일 실시예로, 프리즘 패턴의 꼭지각(φ)은 60 내지 120도일 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 제1 광학 부재(15)를 통과한 광(L1)은 베이스층(171)으로 입사된 뒤, 굴절률의 차이에 의해 굴절된 다음, 구조층(172)으로 입사되면서 재차 굴절되어, 좌우 방향(예를 들어, 도 5의 X축 방향)으로 평행광(L2)을 이루면서 구조층(172)에서 출사될 수 있다.
다른 실시예로, 제2 광학 부재(17A)는 구조층(175)을 포함할 수 있다. 베이스층(171)을 포함하는 제2 광학 부재(17A)의 다른 구성은 제2 광학 부재(17)와 동일할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
구조층(175)은 베이스층(171)의 일면에 배치되며, 도 6에 나타낸 바와 같이 렌즈 어레이(lens array)를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 구조층(175)은 베이스층(171)의 일면을 따라 렌즈 형상의 패턴이 반복하여 배치될 수 있다. 일 실시예로, 렌즈 패턴은 소정의 간격(w)만큼 이격하여 복수 개 배치될 수 있다. 또한, 렌즈의 높이(h)와 간격(w)의 비는 0.1 내지 2일 수 있다.
마찬가지로 광(L1)은 제2 광학 부재(17A)를 거치면서 좌우 방향(예를 들어, 도 6의 X축 방향)으로 평행광을 이룰 수 있다.
제3 광학 부재(19)는 제1 광학 부재(15)와 제2 광학 부재(17)를 거쳐 평행하게 이동하는 광을 피사체(S) 상에 조사할 수 있다. 제3 광학 부재(19)는 제2 광학 부재(17)에서 기 설정된 거리만큼 이격하여 본체(11)의 내부에 배치될 수 있다.
일 실시예로, 제3 광학 부재(19)는 하프 미러(half-mirror)로서, 입사되는 광의 일부는 반사하고 나머지는 통과시킬 수 있다. 또한 제3 광학 부재(19)는 30 내지 70%의 투과율 및/또는 반사율을 가질 수 있다.
일 실시예로, 제3 광학 부재(19)는 본체(11)의 하면에 배치되는 조사 슬릿(21)에 대응되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 광학 부재(15)와 제2 광학 부재(17)를 통과한 광은 제3 광학 부재(19)에서 반사되어 조사 슬릿(21)을 통해 피사체(S)로 조사될 수 있다.
일 실시예로, 제3 광학 부재(19)를 투과한 광의 일부는 다시 제3 광학 부재(19)에서 반사되어, 촬상 슬릿(23)을 통해 출사될 수 있다. 촬상 슬릿(23)은 조사 슬릿(21)과 대칭되는 위치에 배치될 수 있으며, 라인스캔 카메라(20)는 촬상 슬릿(23)을 통해 피사체(S)를 촬상하도록 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 라인스캔 카메라(20)는 조사 슬릿(21)으로 조사되는 광과, 촬상 슬릿(23)으로 조사되는 광과 동축으로 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)의 상하 시야각과 광도를 나타내고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)의 좌우 시야각과 광도를 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 7 및 도 8에서 X축은 각각 상하 시야각과 좌우 시야각을 나타내고, Y축은 광도(단위: 칸델라(cd))를 나타낸다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)는 광원(13)에서 방출되는 광을 상하 방향과 좌우 방향으로 각각 콜리메이트하여, 평행광을 형성할 수 있다. 이에 따라, 평행광이 피사체(S)의 촬상 부위에 집중적으로 조사되어, 검출 시인성이 개선될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)는 조사되는 광을 상하 방향으로 콜리메이트함으로써 상하 시야각을 줄여, 피사체(S)의 촬상 부위에 집중적으로 평행광을 조사할 수 있다. 이에 따라, 상하 시야각 0도 근방에서 매우 높은 광도(약 6000 칸델라)를 확보할 수 있다. 이때, 광원(13)의 밝기가 절반이 되는 반각(half-angle)의 범위는 ±2도이다.
마찬가지로, 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)는 조사되는 광을 좌우 방향으로 콜리메이트함으로써 좌우 시야각을 줄여, 피사체(S)의 촬상 부위에 집중적으로 평행광을 조사할 수 있다. 이에 따라, 좌우 시야각 0도 근방에서 매우 높은 광도(약 6000 칸델라)를 확보할 수 있다. 이때, 반각의 범위는 ±16이다.
특히, 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)는 제2 광학 부재(17)를 더 포함(실선)함으로써, 제1 광학 부재(15)만을 포함하는 경우(점선)처럼 광이 복수 개의 시야각에서 집중되어, 최대 광도가 낮아지고 반각이 커지는 것을 방지할 수 있다.
도 9 및 도 10은 비교예와 발명예에 따른 광로를 나타내고, 도 11 및 12는 비교예와 발명예에 따른 시야각과 광도를 나타내고, 도 13은 비교예와 발명예의 복사 조도(irradiance)를 나타내고, 도 14는 비교예와 발명예의 휘도(luminance)를 나타내고, 도 15는 비교예와 별명예의 결함 검출 성능을 나타낸다. 또한, 도 9 내지 도 15에서 비교예와 발명예는 모두 동일한 광원을 이용하였으며, 광량 또한 동일하다.
도 9의 (a)는 광원에서 방출되는 광이 상하 방향으로 콜리메이트되지 않은 비교예에 따른 광로를 나타내고, 도 9의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)를 통해 광원에서 방출되는 광이 상하 방향으로 콜리메이트된 발명예에 따른 광로를 나타낸다. 또한, 도 10의 광원에서 방출되는 광이 좌우 방향으로 콜리메이트되지 않은 비교예에 따른 광로를 나타내고, 도 10의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)를 통해 광원에서 방출되는 광이 좌우 방향으로 콜리메이트된 발명예에 따른 광로를 나타낸다.
도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 비교예의 경우, 광원에서 방출된 광이 상하 방향으로 콜리메이트되지 않음에 따라, 광이 피사체 상에 집중되지 않고 여러 방향으로 발산하게 된다.
반면, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 발명예의 경우, 광원에서 방출된 광이 상하 방향으로 콜리메이트되어, 광이 피사체 상에 집중되는 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 비교예의 경우, 광원에서 방출된 광이 좌우 방향으로 콜리메이트되지 않음에 따라, 광이 피사체 상에 집중되지 않고 여러 방향으로 발산하게 된다.
반면, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 발명예의 경우, 광원에서 방출된 광이 좌우 방향으로 콜리메이트되어, 광이 피사체 상에 집중되는 것을 알 수 있다.
도 11의 (a)는 비교예의 시야각에 따른 광도를 나타내고, 도 11의 (b)는 발명예의 시야각에 따른 광도를 나타낸다.
도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 비교예의 경우, 상하 방향(점선)과 좌우 방향(실선)으로의 시야각이 상대적으로 넓고, 0도에서의 최대 광도가 2831 칸델라에 불과하다. 여기서, 비교예의 상하 방향으로의 반각은 ±4도이고, 좌우 방향으로의 반각은 ±32도이다.
반면, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 발명예의 경우, 상하 방향(점선)과 좌우 방향(실선)으로의 시야각이 상대적으로 좁고, 0도에서의 최대 광도가 5991 칸델라에 이른다. 여기서, 발명예의 상하 방향으로의 반각은 ±2도이고, 좌우 방향으로의 반각은 ±16도이다. 즉, 발명예는 비교예에 비해 보다 국소 부위에 광을 집중적으로 조사할 수 있다.
도 12는 도 11에 대응되는 광 분포도를 나타내는 그래프로서, 발명예가 비교예에 비해 광이 좁은 범위에 집중적으로 조사되며, 최대 광도가 훨씬 큰 것을 알 수 있다.
도 13의 (a)는 비교예의 복사 조도를 나타내고, 도 13의 (b)는 발명예의 복사 조도를 나타낸다.
도 13의 (a)에 나타낸 바와 같이, 비교예는 상대적으로 높은 복사 조도(37884 lux)를 나타내는 반면, 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이, 발명예는 상대적으로 낮은 복사 조도(20164 lux)를 나타낸다.
도 14의 (a)는 비교예의 휘도를 나타내고, 도 14의 (b)는 발명예의 휘도를 나타낸다.
도 14의 (a)에 나타낸 바와 같이, 비교예는 상대적으로 낮은 휘도(77901 nit(cd/m2))를 나타내는 반면, 도 14의 (b)에 나타낸 바와 같이, 발명예는 상대적으로 높은 휘도(308966)를 나타낸다.
도 15는 결함의 크기에 따른 비교예와 발명예의 결함 검출 성능을 나타낸다.
도 15에 나타낸 바와 같이, 비교예의 경우, 피사체 상의 결함의 직경이 약 50 ㎛인 경우, 결함 자체를 검출할 수 없었다. 반면, 발명예는 결함의 직경이 약 50 ㎛인 경우에도, 결함의 유무를 충분히 검출할 수 있었다.
또한, 비교예의 경우, 피사체 상의 결함의 직경이 132 ㎛인 경우에 검출이 가능했다. 발명예도 결함의 직경이 132 ㎛인 경우에 결함을 충분히 검출할 수 있었으며, 명암비(contrast ratio)가 11.59로서 비교예의 명암비 8.71에 비해 훨씬 높았다(비교예 대비 133%).
*마찬가지로, 피사체의 결함의 직경이 332 ㎛인 경우, 발명예의 명암비는 25.50이었으며, 비교예의 명암비는 14.64였다(비교예 대비 174%).
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10)는 종래에 비해 피사체 상의 결함의 검출 시인성을 대폭 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 라인스캔 조명장치(10) 및 이를 포함하는 라인스캔 시스템(1)은 광원(13)에서 조사되는 광을 상하 방향 및/또는 좌우 방향으로 콜리메이트하여, 피사체(S) 상에 조사되는 광을 평행광으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 광이 여러 방향으로 발산하는 것을 방지하고, 피사체(S) 상의 국소 부위에 평행광을 집중적으로 조사하여, 결함 등의 검출 시인성을 대폭 향상시킬 수 있다.
이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.
실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 라인 스캔 시스템에 관한 것으로, 라인 스캔 카메라를 이용하여 피사체를 검사하거나 촬상하는 장치에 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 내부 공간을 구비하며, 광이 외부로 조사되는 조사 슬릿을 구비하는 본체;
    상기 본체의 내부 공간에 배치되며, 광을 방출하는 광원;
    상기 광원으로부터 제1 거리만큼 이격하여 배치되며, 상기 광원으로부터 방출된 광을 제1 방향으로 콜리메이트하는 제1 광학 부재;
    상기 제1 광학 부재를 통과한 광을 제2 방향으로 콜리메이트하는 제2 광학 부재;
    상기 제2 광학 부재를 통과한 광을 상기 조사 슬릿으로 출사하여 피사체에 조사하는 제3 광학 부재;를 포함하는, 라인스캔 조명장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은
    시야각(viewing angle)이 60 내지 140도이고, 간격이 0.1 내지 10mm인 복수 개의 LED를 포함하는, 라인스캔 조명장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는
    구형 또는 반구형 형상을 가지며, 구면 또는 비구면의 출사면을 가지고, 상기 광원에서 방출된 광을 상하 방향으로 콜리메이트하는 원통 렌즈인, 라인스캔 조명장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는
    상기 광원에서 방출되는 광과 상기 제1 광학 부재의 중심축이 이루는 상하 방향으로의 각도가 50도 이하가 되도록 배치되는, 라인스캔 조명장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 거리는, 0.1 내지 30 mm인, 라인스캔 조명장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광학 부재는,
    투과율이 80% 이상이고, 굴절률이 1.3 내지 1.9이고, 지름이 1 내지 50 mm인, 라인스캔 조명장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 광학 부재는
    상기 광원에서 방출된 광을 좌우 방향으로 콜리메이트하는, 라인스캔 조명장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 광학 부재는
    프리즘 어레이 및 렌즈 어레이 중 적어도 어느 하나의 패턴을 갖는 광학 시트인, 라인스캔 조명장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 광학 부재는
    프리즘 패턴의 꼭지각이 60 내지 120도인, 라인스캔 조명장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 광학 부재는
    상기 렌즈 패턴의 높이와 간격의 비가 0.1 내지 2인, 라인스캔 조명장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 광학 부재는
    하프 미러(half mirror)인, 라인스캔 조명장치.
  12. 피사체에 광을 조사하는 라인스캔 조명장치 및 상기 피사체를 촬상하는 라인스캔 카메라를 포함하는 라인스캔 시스템으로서,
    상기 라인스캔 조명장치는
    내부 공간을 구비하며, 광이 외부로 조사되는 조사 슬릿을 구비하는 본체;
    상기 본체의 내부 공간에 배치되며, 광을 방출하는 광원;
    상기 광원으로부터 제1 거리만큼 이격하여 배치되며, 상기 광원으로부터 방출된 광을 제1 방향으로 콜리메이트하는 제1 광학 부재;
    상기 제1 광학 부재를 통과한 광을 제2 방향으로 콜리메이트하는 제2 광학 부재;
    상기 제2 광학 부재를 통과한 광을 상기 조사 슬릿으로 출사하여 피사체에 조사하는 제3 광학 부재;를 포함하는, 라인스캔 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 본체는
    상기 조사 슬릿과 대칭되는 위치에 촬상 슬릿을 구비하고,
    상기 라인스캔 카메라는
    상기 촬상 슬릿을 통해 상기 피사체를 촬상하도록 배치되는, 라인스캔 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 라인스캔 카메라는
    상기 제3 광학 부재를 통해 상기 조사 슬릿으로 조사되는 광과, 상기 제3 광학 부재를 통해 상기 촬상 슬릿으로 조사되는 광과 동축으로 배치되는, 라인스캔 시스템.
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