KR100758837B1 - 자동 초점조정이 가능한 현미경 - Google Patents

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Abstract

자동 초점 조정 시 렌즈경통부의 움직임을 최소화하여 진동과 측정시간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라 고휘도 발광다이오드 이용하여 균일한 조명을 조사할 수 있는 자동 초점조정이 가능한 현미경이 개시되어 있다. 본 발명에 따른 현미경은 다수개의 렌즈를 포함하는 렌즈경통부; 렌즈경통부에 상단에 장착되어 렌즈경통부로부터 확대된 검사대상물의 영상을 전자신호로 변화하여 모니터 또는 액정 프로젝터와 같은 표시장치로 공급하는 촬상부; 렌즈경통부의 일측에 장착되고 검색구간을 빠르게 이동하면서 최적의 초점위치를 찾는 탐색부; 렌즈경통부, 촬상부 그리고 탐색부와 전기적으로 연결되고 탐색부에서 수집된 정보를 산출하여 렌즈경통부를 초점위치로 이동시킴과 아울러 촬상부를 통해 영상을 촬영하게 하는 제어부; 및 렌즈경통부의 타측에 장착되면서 검사대상물의 영상이 선명하게 촬상되게 하는 조명부로 이루어진다.

Description

자동 초점조정이 가능한 현미경{microscope possible for controlling auto focus}
도 1은 본 발명에 따른 자동 초점조정이 가능한 현미경을 개략적으로 나타낸 도면이며, 그리고
도 2는 도 1에 도시된 조명부를 나타낸 도면이다.
<도면의주요부분에대한부호의설명>
100 : 자동 초점조정이 가능한 현미경
110 : 렌즈경통부 120 : 촬상부
130 : 탐색부 140 : 제어부
150 : 조명부
본 발명은 자동 초점조정이 가능한 현미경에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동 초점 조정 시 렌즈경통부의 움직임을 최소화하여 진동과 측정시간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라 고휘도 발광다이오드 이용하여 균일한 조명을 조사할 수 있는 자동 초점조정이 가능한 현미경에 관한 것이다.
일반적으로, 산업용 현미경은 평판디스플레이 장치(FPD; Flat Panel Display)를 비롯한 반도체용 웨이퍼, 인쇄회로 기판(PCB) 검사 등과 같은 다양한 분야에서 사용되고 있는 실정이며, 이러한 산업용 현미경에는 자동으로 초점을 조정하는 별도의 장치들이 부착된다.
종래의 자동 초점조정 장치로는, 첫째 빛의 간섭현상을 이용하는 방식과, 둘째 빛의 세기를 측정하여 거리를 연산하는 방식과, 셋째, 별도의 거리측정 센서를 사용하는 방식이 있다.
빛의 간섭현상을 이용하는 방식은, 레이저와 같은 단일 파장의 빛을 이용하여 초점거리에 반사판을 배치한 상태 하에서 측정할 대상체에서 반사되어 들어오는 빛과 비교하여 간섭무늬를 만든 다음 이를 분석하여 초점을 연산하는 것으로, 정밀도가 뛰어나 사용되는 빛의 파장의 한계로 측정 가능한 초점구간(range)이 매우 짧아 반도체 분야 등과 같은 특수한 곳에 한정적으로 사용된다.
또한 두 번째 방식은, 레이저 광원 그리고 서로 다른 거리를 갖는 2곳에 핀홀과 포토다이오드를 배치하고 핀홀을 통과하는 빛의 세기를 측정하여 거리를 연산하는 방법으로, 초점 위치에서 빛의 세기가 강하다는 원리를 이용한 것으로서 측정 가능한 초점거리가 두개의 핀홀간의 거리 차이로 한정되며, 초점 정밀도는 초점을 맞추는 대상물체의 광학적 특성(거리에 대한 비선형성)에 의해 조금씩 달라질 수 있다.
그리고 세 번째 방식은, 일반적인 초음파, 레이저 등의 별도 센서를 부착하여 초점거리를 측정한 다음 현미경을 초점에 위치시키는 방법으로 초점 정밀도는 거리측정센서의 정밀도에 좌우된다.
그런데, 전술한 종래의 자동 초점조정 장치는 미리 설정된 초점측정 구간을 움직여 일정한 간격으로 영상을 수집하고 이를 연산하여 정확한 초점위치를 알아내는 것으로, 현재의 위치가 초점이 맞아 있다고 하도라도 설정된 초점구간을 무조건 움직인 후 다시 초점위치로 이동하는 문제점이 있었다.
또한, 초점 측정 시 반드시 초점이 안 맞는 위치에서의 영상수집이 필요하기 때문에 연속적인 초점조절이 어렵고, 초점을 맞추기 위해 무거운 현미경 렌즈경통을 이동시켜야하기 때문에 이동 시간이 오래 걸리고, 속도를 빨리할 경우 진동이 발생하여 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 검색 구간을 빠르게 이동하면서 초점영상을 수집하는 영상수집부와, 영상수집부에서 수집된 정보를 산출하여 렌즈경통부을 구동시키는 제어부를 구비함으로써, 렌즈경통의 움직임을 최소화하여 진동과 측정시간을 크게 단축할 수 있는 자동 초점조정이 가능한 현미경을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 발광다이오드의 출력을 증가시키지 않고도 같은 출력에서 밝기가 향상되도록 개선한 조명부를 더 구비하는 자동 초점조정이 가능한 현미경을 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은,
다수개의 렌즈를 포함하는 렌즈경통부;
렌즈경통부에 상단에 장착되어 렌즈경통부로부터 확대된 검사대상물의 영상을 전자신호로 변화하여 모니터 또는 액정 프로젝터와 같은 표시장치로 공급하는 촬상부;
렌즈경통부의 일측에 장착되고 검색구간을 빠르게 이동하면서 최적의 초점위치를 찾는 탐색부;
렌즈경통부, 촬상부 그리고 탐색부와 전기적으로 연결되고 탐색부에서 수집된 정보를 산출하여 렌즈경통부를 초점위치로 이동시킴과 아울러 촬상부를 통해 영상을 촬영하게 하는 제어부; 및
렌즈경통부의 타측에 장착되면서 검사대상물의 영상이 선명하게 촬상되게 하는 조명부로 이루어지며;
탐색부는 검사대상물의 영상을 제공하는 제 1 반사수단과, 상하 이동 가능하게 배치되고 제 1 반사수단에 의해서 제공된 영상을 위치별로 수집하여 초점위치를 찾는 이동센서로 이루어지며, 제 1 반사수단은 상기 렌즈경통부의 내측에 배치되는 제 1 하프밀러와, 제 1 하프밀러에서 반사된 영상을 상기 이동센서 측으로 전반사하는 제 1 풀밀러를 구비하고, 이동센서는 제 1 풀밀러에 의해서 반사된 영상을 원활하게 수집할 수 있도록 제 1 풀밀러의 반사경로 상에 배치됨과 아울러 통상의 액추에이터에 장착되어 미리 설정된 구간을 반복하여 상하 이동하면서 최적의 초점영상을 수집하는 자동 초점조정이 가능한 현미경을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자동 초점 조정 시 렌즈경통부의 움직임을 최소화하여 진동과 측정시간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라 고휘도 발광다이오드 이용하여 균일한 조명을 조사할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 초점조정이 가능한 현미경에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 초점조정이 가능한 현미경을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 초점조정이 가능한 현미경(100)은 다수개의 렌즈(도시되지 않음)를 포함하는 렌즈경통부(110)와, 렌즈경통부(110)에 상단에 장착되어 렌즈경통부(110)로부터 확대된 검사대상물(P)의 영상을 전자신호로 변화하여 모니터 또는 액정 프로젝터와 같은 표시장치(도시되지 않음)로 공급하는 촬상부(120)와, 렌즈경통부(110)의 일측에 장착되고 검색구간을 빠르게 이동하면서 최적의 초점위치를 찾는 탐색부(130)와, 렌즈경통부(110), 촬상부(120) 그리고 탐색부(130)와 전기적으로 연결되고 탐색부(130)에서 수집된 정보를 산출하여 렌즈경통부(110)를 초점위치로 이동시킨 후 촬상부(120)를 통해 영상을 촬영하게 하는 제어부(140)와, 마찬가지로 렌즈경통부(110)의 타측에 장착되면서 검사대상물(P)의 영상이 선명하게 촬상되게 하는 조명부(150)로 이루어진다.
렌즈경통부(110) 및 촬상부(120)는 본원 발명이 속하는 해당기술 분야의 숙련된 당업자라면 누구나 알 수 있듯이 통상적인 구성으로 이루어지며, 그리고 촬상부(120)는 통상의 자기촬상소자(122)로 이루어진다.
탐색부(130)는 검사대상물(P)의 영상을 제공하는 제 1 반사수단(132)과, 상하 이동 가능하게 배치되고 제 1 반사수단(132)에 의해서 제공된 영상을 위치별로 수집하여 최적의 초점위치를 찾는 이동센서(134)를 구비한다.
제 1 반사수단(132)은 렌즈경통부(110)의 내측에 배치되는 제 1 하프밀러(136a; half mirror)와, 제 1 하프밀러(136a)에서 반사된 영상을 이동센서(134) 측으로 전반사하는 제 1 풀밀러(136b; full mirror)를 구비한다. 바람직하게는 제 1 풀밀러(136b)는 렌즈경통부(110)의 외부에 배치된다. 그리고 제 1 하프밀러(136a)는 검사대상물(P)의 영상을 제 1 풀밀러(136b)와 촬상부(120) 측으로 안내되게 한다. 한편, 이동센서(134)는 제 1 풀밀러(136b)에 의해서 반사된 영상을 원활하게 수집할 수 있도록 제 1 풀밀러(136b)의 반사경로 상에 배치된다. 이러한 이동센서(134)는 통상의 액추에이터(138; actuator)에 장착되고, 액추에이터(138)에 장착된 이동센서(134)는 미리 설정된 구간을 반복하여 상하 이동하면서 최적의 초점영상을 수집한다. 이렇게 이동센서(134)에 의해서 수집된 최적의 초점영상의 정보는 제어부(140)에 의해서 산출되는데, 산출된 정보를 이용하여 제어부(140)는 렌즈경통부(110)를 초점위치로 이동시킨 후, 촬상부(120)를 통해 영상을 촬영하게 한다. 바람직하게는 이동센서(134)는 통상의 CCD 카메라를 채택한다.
한편, 조명부(150)는 렌즈경통부(110)의 외측에 배치되는 발광수단(152) 및 발광수단(152)에서 발산된 빛을 검사대상물(P) 측으로 안내하는 제 2 반사수단(154)을 구비한다. 제 2 반사수단(154)은 렌즈경통부(110)의 내측에 배치되는 제 2 하프밀러(156a)와, 렌즈경통부(110) 외측에 배치되는 제 2 풀밀러(156b)로 이루어지는데, 제 2 풀밀러(156b)는 발광수단(152)에서 발산된 빛을 제 2 하프밀러(156a) 측으로 전반사하고, 제 2 하프밀러(156a)는 안내된 빛을 다시 검사대상물(P), 이동센서(134) 및 촬상부(120) 측으로 안내한다.
한편, 발광수단(152)은 하나의 고휘도 발광다이오드(157)와, 고휘도 발광다이오드(157)의 발산되는 빛을 집속하는 제 1 콜리메이터(158a; collimator) 및 제 2 콜리메이터(158b)로 이루어진다. 제 1 콜리메이터(158a) 및 제 2 콜리메이터(158b)는 서로 대칭된 형상을 가지는데, 제 1 콜리메이터(158a)는 고휘도 발광다이오드(157)에 인접한 일측에서 타측으로 방사상 넓어지게 연장된 형상을 가지며, 제 2 콜리메이터(158b)는 제 1 콜리메이터(158a)에 인접한 일측에서 타측으로 방사상 좁아지게 연장된 형상을 가진다. 제 1 콜리메이터(158a)는 고휘도 발광다이오드(157)에서 방사형으로 발산되는 빛을 평행하게 만들고, 광축에 가까이 지나는 상대적으로 밝은 빛은 제 2 콜리메이터(158b)를 통과하게 된다.
하기에는 전술한 바와 같이 형성된 현미경(100)의 작동상태를 간략하게 설명한다.
먼저, 렌즈경통부(110)의 타측에 배치된 조명부(150)에서 빛이 제 2 반사수단(154)의 광경로를 따라 검사대상물(P)의 표면에 조사되면, 검사대상물(P)로부터 물체광(영상)이 제 1 반사수단(132)의 광경로를 따라 탐색부(130) 측으로 전달된다. 탐색부(130) 측으로 전달된 제 1 반사수단(132)을 통해 영상이 전달되면, 액츄에이터(138)에 장착된 이동센서(134)는 액츄에이터(138)에 의해서 미리 설정된 구간을 반복하여 상하로 이동하면서 일정 거리마다 영상을 스캔하여 최적의 초점영상 위치를 수집한다.
이렇게 이동센서(134)가 최적의 초점영상 위치를 수집하면, 제어부(140)는 수집된 최적의 초점영상 위치정보와, 렌즈경통부(110)의 위치를 통상의 방법으로 산출하여 렌즈경통부(110)를 이동시킨 후, 촬상부(120)를 작동시켜 원하는 영상을 촬영한다. 이때, 누구나 알 수 있듯이 통상의 렌즈경통부(110)는 엔코더가 부착된 소형모터에 의해서 이동된다.
한편, 촬상부(120)에 의해 촬영된 영상은 전자신호로 변환되어 모니터 화면 또는 액정 프로젝터 등과 같은 표시장치로 전달된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 초점조정이 가능한 현미경(100)은 이동센서(134)가 미리 초점위치를 탐색함으로써, 렌즈경통부(110)가 종래와 같이 초점이 맞지 않는 위치로 이동할 필요가 없어 연속적인 초점조절이 가능하다.
또한, 이동센서(134)가 초점위치를 탐색하기 때문에 불필요한 렌즈경통부 (110)의 움직임을 제어할 수 있어, 렌즈경통부(110)의 이동 시 진동을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 초점 조정시간을 단축할 수 있어 작업능률을 높일 수 있는 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 다수개의 렌즈를 포함하는 렌즈경통부;
    상기 렌즈경통부에 상단에 장착되어 상기 렌즈경통부로부터 확대된 검사대상물의 영상을 전자신호로 변화하여 모니터 또는 액정 프로젝터와 같은 표시장치로 공급하는 촬상부;
    상기 렌즈경통부의 일측에 장착되고 검색구간을 빠르게 이동하면서 최적의 초점위치를 찾는 탐색부;
    상기 렌즈경통부, 상기 촬상부 그리고 상기 탐색부와 전기적으로 연결되고 상기 탐색부에서 수집된 정보를 산출하여 상기 렌즈경통부를 초점위치로 이동시킴과 아울러 상기 촬상부를 통해 영상을 촬영하게 하는 제어부; 및
    상기 렌즈경통부의 타측에 장착되면서 상기 검사대상물의 영상이 선명하게 촬상되게 하는 조명부로 이루어지며;
    상기 탐색부는 상기 검사대상물의 영상을 제공하는 제 1 반사수단과, 상하 이동 가능하게 배치되고 상기 제 1 반사수단에 의해서 제공된 영상을 위치별로 수집하여 초점위치를 찾는 이동센서로 이루어지며, 상기 제 1 반사수단은 상기 렌즈경통부의 내측에 배치되는 제 1 하프밀러와, 상기 제 1 하프밀러에서 반사된 영상을 상기 이동센서 측으로 전반사하는 제 1 풀밀러를 구비하고, 상기 이동센서는 상기 제 1 풀밀러에 의해서 반사된 영상을 원활하게 수집할 수 있도록 상기 제 1 풀밀러의 반사경로 상에 배치됨과 아울러 통상의 액추에이터에 장착되어 미리 설정된 구간을 반복하여 상하 이동하면서 최적의 초점영상을 수집하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조정이 가능한 현미경.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이동센서는 통상의 CCD 카메라인 것을 특징으로 하는 자동 초점조정이 가능한 현미경.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 조명부는 상기 렌즈경통부의 외측에 배치되는 발광수단 및 상기 발광수단에서 발산된 빛을 상기 검사대상물 측으로 안내하는 제 2 반사수단으로 이루어지며, 상기 제 2 반사수단은 상기 렌즈경통부의 내측에 배치되는 제 2 하프밀러와, 상기 렌즈경통부 외측에 배치되는 제 2 풀밀러를 구비하고, 상기 발광수단은 하나의 고휘도 발광다이오드와, 상기 고휘도 발광다이오드의 발산되는 빛을 집속하는 제 1 콜리메이터 및 제 2 콜리메이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 초점조정이 가능한 현미경.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 콜리메이터는 상기 고휘도 발광다이오드에 인접한 일측에서 타측으로 방사상 넓어지게 연장된 형상을 가지며, 상기 제 2 콜리메이터는 상기 제 1 콜리메이터에 인접한 일측에서 타측으로 방사상 좁아지게 연장되는데, 상기 제 1 콜리메이터는 상기 고휘도 발광다이오드에서 방사형으로 발산되는 빛을 평행하게 만들고, 상기 제 2 콜리메이터는 광축에 가까이 지나는 상대적으로 밝은 빛은 통과하게 하는 것을 특징으로 하는 자동 초점조정이 가능한 현미경.
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