KR101190122B1 - 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 검사대상물의 3차원형상 측정 시 최대 측정 높이를 증가시키고 검사대상물의 휨정보를 산출하며 그림자 효과를 제거할 수 있는 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치는 이송스테이지(10)와, 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명을 발생하여 검사대상물(1)의 제1방향으로 조사하는 제1프로젝터(20)와, 제1프로젝터(20)와 대향되도록 설치되어 제1등가파장과 파장이 다른 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 검사대상물(1)의 제2방향으로 조사하는 제2프로젝터(30)와, 검사대상물(1)에서 반사되는 제1패턴조명에 따른 제1패턴이미지와 제2패턴조명에 따른 제2패턴이미지를 각각 순차적으로 촬영하는 카메라부(40)와, 제1프로젝터(20)와 제2프로젝터(30)를 각각 제어하여 검사대상물(1)의 제1방향이나 제2방향으로 다수개의 제1패턴조명이나 다수개의 제2패턴조명이 조사되도록 하고 각각의 제1패턴조명이나 제2패턴조명에 따른 다수개의 제1패턴이미지와 다수개의 제2패턴이미지가 카메라부(40)에서 촬영되면 이를 수신받아 검사대상물(1)의 3차원형상을 측정하는 제어부(50)로 구성됨을 특징을 한다.
Figure R1020080099998
프로젝터, 등가파장, 카메라, 3차원, 형상, 측정

Description

다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법{Apparatus and method for measuring three dimension shape using multi-wavelength}
본 발명은 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 검사대상물의 3차원형상 측정 시 최대 측정 높이를 증가시키고 검사대상물의 휨정보를 산출하며 그림자 효과를 제거할 수 있는 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.
검사대상물의 3차원형상을 측정하기 위한 방법으로 영사식 모아레를 이용한 3차원 측정방법이 있다. 영사식 모아레를 이용한 3차원측정방법은 패턴조명을 검사대상물로 조사한 후 반사되는 패턴이미지를 이용하여 검사대상물의 3차원형상을 측정한다. 패턴이미지를 이용하여 검사대상물의 3차원형상을 측정하기 위한 해석방법으로 위상천이방법(phase shifting method)이 있다.
위상천이방법은 검사대상물의 기준면을 이동시키면서 여러 장의 간섭신호에 따른 패턴이미지를 획득하고, 획득된 패턴이미지의 각 측정 점에서의 간섭신호의 형태와 높이와의 수학적 관계를 해석하여 검사대상물의 3차원형상을 측정한다. 이러한 위상천이방법을 이용하여 검사대상물의 3차원형상을 측정하는 경우에 2π 모 호성이라는 문제점이 발생된다.
2π 모호성은 인접한 두 측정 점의 높이차가 광원 등가파장의 정수배 정도 이상일 경우에 측정 오차가 발생하게 되는 것으로, 격자의 줄무늬 피치에 따라 검사대상물의 측정범위가 제한되는 문제점이 발생하게 된다.
종래와 같이 위상천이방법을 이용하여 검사대상물의 3차원형상의 측정 시 2π 모호성의 문제로 인하여 하나의 영사식 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치에서 측정범위가 다른 검사대상물을 측정하고자 하는 경우에는 각 검사대상물의 측정범위에 해당하는 격자로 교체해야 되는 불편한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다중파장을 이용하여 검사대상물의 3차원형상을 측정함으로써 검사대상물의 최대 측정 높이를 증가시킬 수 있는 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다수개의 프로젝터에 각각 서로 다른 등가파장을 갖는 패턴조명을 발생하여 검사대상물로 조사시킴으로써 검사대상물의 최대 측정 높이를 증가시키고, 검사대상물의 휨 정보를 산출하며, 그림자 효과를 제거할 수 있는 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치는 검사대상물을 측정위치로 이송시키는 이송스테이지와, 상기 검사대상물에 대해 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명을 제1방향으로 조사하는 제1프로젝터와, 상기 검사대상물에 대해 제1등가파장과 파장이 다른 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 제2방향으로 조사하는 제2프로젝터와, 상기 이송스테이지의 검사대상물에서 반사되는 제1패턴조명에 따른 제1패턴이미지와 제2패턴조명에 따른 제2패턴이미지를 촬영하는 카메라부와, 상기 제1프로젝터와 상기 제2프로젝터를 제어하고 상기 제1패턴이미지와 제2패턴이미지가 카메라부에서 촬영되면 이를 수신받아 검사대상물의 3차원형상을 산출하는 제어부로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정방법은 제1프로젝터의 제1격자를 이송하면서 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명을 검사대상물에 대해 제1방향으로 조사하여 반사되는 다수개의 제1패턴이미지를 획득하고 획득된 다수개의 제1패턴이미지를 이용하여 제1위상을 산출하는 단계와, 제2프로젝터의 제2격자를 이송하면서 상기 제1등가파장과 다른 파장을 갖는 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 상기 검사대상물에 대해 제2방향으로 조사하여 반사되는 다수개의 제2패턴이미지를 획득하고 획득된 다수개의 제2패턴이미지를 이용하여 제2위상을 산출하는 단계와, 상기 제1등가파장과 상기 제2등가파장에 의한 제3위상을 산출하는 단계와, 상기 제1위상, 제2위상 및 제3위상을 이용하여 상기 검사대상물의 통합높이정보를 산출하는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법은 다중파장을 이용하여 검사대상물의 3차원형상을 측정함으로써 검사대상물의 최대 측정 높이를 증가시킬 수 있고, 검사대상물의 휨 정보를 측정하며, 그림자 효과를 제거할 수 있는 이점을 제공한다.
본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치의 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치의 평면도이다.
도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치는 이송스테이지(10), 제1프로젝터(20), 제2프로젝터(30), 카메라부(40) 및 제어부(50)로 구성되며, 각 구성을 설명하면 다음과 같다.
이송스테이지(10)는 검사대상물(1)이 안착되는 X/Y 스테이지(11)와 X/Y 스테이지(11)를 X/Y축방향으로 이송시켜 검사대상물(1)을 이송시키는 스테이지 이송기구(12)로 이루어져 검사대상물(1)을 측정위치로 이송시킨다. 스테이지 이송기구(12)는 제어부(50)의 스테이지 제어기(52)의 제어에 따라 X/Y 스테이지(11)를 X/Y축방향으로 이동시켜 검사대상물(1)을 이송시킨다.
제1프로젝터(20)는 이송스테이지(10)의 상측에 설치되어 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명을 발생하여 검사대상물(1)의 제1방향으로 조사한다. 이러한 제1프로젝터(20)는 조명부(21), 제1격자부(22) 및 집광렌즈(23)로 구성된다.
조명부(21)는 조명원(21a) 및 렌즈(21b,21c)로 이루어져 조명을 발생한다. 제1격자부(22)는 조명부(21)의 하측에 설치되어 조명을 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명으로 변환시킨다. 조명을 제1패턴조명으로 변환시키는 제1격자부(22)는 격자이송프로젝터(22a,22b), 액정프로젝터 및 디지털 거울 프로젝터 중 하나가 적용된다. 격자이송프로젝터(22a,22b)는 제1격자(22a) 및 격자이송기구(22b)로 이루어지며, 제1격자(22a)는 도 2에서와 같이 제1피치(p1)를 갖는 다수개의 제1줄무늬(20a)가 배열되도록 형성되어 조명을 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명으로 변환시킨다. 액정프로젝터(도시되지 않음)는 격자이송프로젝터(22a,22b)와 다르게 격자 대신 액정을 이용하며, 디지털 거울 프로젝터(도시되지 않음)는 미세 거울로 이루어진 반사면과 조명투영부로 이루어지며, 조명투영부는 미세 거울로 균일한 조명을 조사한다.
격자이송기구(22b)는 제1격자(22a)에 연결되어 제1격자(22a)를 일정한 간격으로 이송시킨다. 예를 들어, 격자이송기구(22b)는 제1격자(22a)의 다수개의 제1줄무늬(20a)가 제1피치(p1)를 갖는 경우에 제1피치(p1)의 4 등분한 간격으로 제1격자(22a)를 이송시킨다. 이와 같이 제1격자(22a)를 미세하게 이송시킬 수 있도록 격자이송기구(22b)는 PZT 액츄에이터(piezoelectric actuator)가 적용된다. 집광렌즈(23)는 제1격자부(22)의 하측에 설치되어 제1패턴조명이 조사되면 이를 집광하여 검사대상물(1)의 제1방향으로 조사한다.
제2프로젝터(30)는 이송스테이지(10)의 상측에 제1프로젝터(20)와 대향되도록 설치되어 제1등가파장과 파장이 다른 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 검사대상물(1)의 제2방향으로 조사한다. 이러한 제2프로젝터(30)는 조명부(31), 제2격자부(32) 및 집광렌즈(33)로 구성된다.
조명부(31)는 조명원(31a) 및 렌즈(31b,31c)로 이루어져 조명을 발생하며, 조명원(31a)은 제1프로젝터(20)에 구비되는 조명원(21a)과 동일한 조명이 사용된다. 예를 들어 제1프로젝터(20)의 조명원(21a)이 백색조명이 사용되는 경우에 제2프로젝터(30)의 조명원(31a)도 백색조명이 사용된다. 제2격자부(32)는 조명부(31)의 하측에 설치되어 조명을 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명으로 변환시킨다. 제2패턴조명으로 변환시키는 제2격자부(32)는 제2격자(32a) 및 격자이송기구(32b)로 이루어진다.
제2격자(32a)는 도 2에서와 같이 제2피치(p2)를 다수개의 제2줄무늬(30a)가 배열되도록 형성되어 조명을 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명으로 변환시키며, 격자이송기구(32b)는 제2격자(32a)에 연결되어 제2격자(32a)를 일정한 간격으로 이송시킨다. 예를 들어, 격자이송기구(32b)는 제2격자(32a)의 다수개의 제2줄무늬(30a)가 제2피치(p2)를 갖는 경우에 제2피치(p2)의 4 등분한 간격으로 제2격자(32a)를 이송시킨다. 이와 같이 제2격자(32a)를 미세하게 이송시킬 수 있도록 격자이송기구(32b)는 PZT 액츄에이터가 적용된다. 집광렌즈(33)는 제2격자부(32)의 하측에 설치되어 제2패턴조명이 조사되면 이를 집광하여 검사대상물(1)의 제2방향으로 조사한다.
카메라부(40)는 이송스테이지(10)의 상측에 설치되어 검사대상물(1)에서 반사되는 제1패턴조명에 따른 제1패턴이미지와 제2패턴조명에 따른 제2패턴이미지를 각각 순차적으로 촬영한다. 제1이나 제2패턴이미지를 촬영하는 카메라부(40)는 필터(filter)(41), 결상렌즈(42) 및 카메라(43)로 구성된다.
필터(41)는 검사대상물(1)에서 반사되는 제1패턴이미지나 제2패턴이미지를 여과시킨다. 이러한 필터(41)는 주파수 필터, 칼라필터, 광세기 조절필터 중의 하나가 적용된다. 결상렌즈(42)는 필터(41)의 상측에 설치되어 필터(41)에서 여과된 제1패턴이미지나 제2패턴이미지를 조사받아 결상시키며, 카메라(43)는 결상렌즈(42)의 상측에 설치되어 결상렌즈(42)에 결상된 제1패턴이미지나 제2패턴이미지를 촬영한다. 이러한 카메라(43)는 CCD 카메라나 CMOS 카메라 중 어느 하나가 적용된다. 카메라부(40)는 또한 검사대상물(1)의 2차원 검사를 위한 조명을 발생하는 2차원 검사 조명부(44)가 더 구비된다. 2차원검사 조명부(44)는 다수개의 발광다이오드나 원형램프 중 하나로 이루어져, 검사대상물(1)의 2차원촬영이나 특이형상 촬영 시 사용된다.
제어부(50)는 제1프로젝터(20)와 제2프로젝터(30)를 각각 제어하여 검사대상물(1)의 제1방향이나 제2방향으로 다수개의 제1패턴조명이나 다수개의 제2패턴조명이 조사되도록 하고, 각각의 제1패턴조명이나 제2패턴조명에 따른 다수개의 제1패턴이미지와 다수개의 제2패턴이미지가 카메라부(40)에서 촬영되면 이를 수신받아 검사대상물(1)의 3차원형상을 측정한다.
제어부(50)는 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치를 전반적으 로 제어하기 위해 메인(main)제어기(51), 스테이지제어기(52), 격자제어기(53), 조명제어기(54) 및 영상획득부(55)로 구성된다.
메인제어기(51)는 스테이지제어기(52), 격자제어기(53), 조명제어기(54) 및 영상획득부(55)를 제어하여 검사대상물(1)의 3차원형상을 측정하며, 스테이지제어기(52)는 이송스테이지(10)를 제어한다. 격자제어기(53)는 제1프로젝터(20)나 제2프로젝터(30)에 각각 구비되는 격자이송기구(22b)나 격자이송기구(32b)를 각각 제어하여 제1격자(22a)나 제2격자(32a)가 일정한 간격으로 이송되도록 제어한다. 조명제어기(54)는 제1프로젝터(20)나 제2프로젝터(30)에 각각 구비되는 조명부(21)나 조명부(31)를 각각 제어하여 온/오프(on/off)시킨다. 영상획득부(55)는 카메라부(40)에서 촬영된 다수개의 제1패턴이미지나 다수개의 제2패턴이미지를 영상처리하여 메인제어기(51)로 전송한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치의 다른 실시예를 첨부된 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치의 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 3a 내지 도 3b에서와 같이 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치의 다른 실시예는 이송스테이지(10), 다수개의 제1프로젝터(20), 다수개의 제2프로젝터(30), 카메라부(40) 및 제어부(50)로 구성된다.
이송스테이지(10)는 검사대상물(1)을 측정위치로 이송시키며, 다수개의 제1프로젝터(20)는 각각 이송스테이지(10)의 상측에 설치되어 제1등가파장을 갖는 제1 패턴조명을 발생하여 검사대상물(1)의 제1방향으로 조사한다. 이러한 다수개의 제1프로젝터(20)는 서로 인접되도록 설치된다. 다수개의 제2프로젝터(30)는 각각 이송스테이지(10)의 상측에 다수개의 제1프로젝터(20)와 각각 대향되도록 설치되어 제1등가파장과 파장이 다른 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 검사대상물(1)의 제2방향으로 각각 조사한다. 이러한 다수개의 제2프로젝터(30)는 다수개의 제1프로젝터(20)와 대향됨과 아울러 서로 인접되도록 설치된다. 여기서, 제1방향과 제2방향은 서로 상대적으로 대향되는 방향이다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 다수개의 제1프로젝터(20) 중 하나가 검사대상물(1)의 제1방향으로 제1패턴조명을 조사하는 경우에 제1프로젝터(20)와 대향되도록 설치되는 다수개의 제2프로젝터(30) 중 하나의 제2프로젝터(30)는 제1방향과 대향되는 검사대상물(1)의 제2방향으로 제2패턴조명을 조사한다.
카메라부(40)는 이송스테이지(10)의 상측에 설치되어 검사대상물(1)에서 반사되는 제1패턴조명에 따른 제1패턴이미지와 제2패턴조명에 따른 제2패턴이미지를 각각 순차적으로 촬영한다. 제어부(50)는 다수개의 제1프로젝터(20)와 다수개의 제2프로젝터(30)를 각각 제어하여 검사대상물(1)의 제1방향이나 제2방향으로 다수개의 제1패턴조명이나 다수개의 제2패턴조명이 조사되도록 하고, 각각의 제1패턴조명이나 제2패턴조명에 따른 다수개의 제1패턴이미지와 다수개의 제2패턴이미지가 카메라부(40)에서 촬영되면 이를 수신받아 검사대상물(1)의 3차원형상을 측정한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4에서와 같이 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정방법은 먼저, 제1프로젝터(20)와 제2프로젝터(30)가 각각 도 2에서와 같이 각각 하나만 구비되는 경우에는 제1프로젝터(20)나 제2프로젝터(30)를 선택하나 도 3a 및 도 3b에서와 같이 제1프로젝터(20)와 제2프로젝터(30)가 각각 다수개가 구비되는 경우에는 다수개의 제1프로젝터(20)나 다수개의 제2프로젝터(30)중 하나의 프로젝터를 선택한다(S10).
제1프로젝터(20)가 선택되면 제1프로젝터(20)의 제1격자를 순차적으로 이송하면서 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명을 검사대상물(1)의 제1방향으로 조사하여 반사되는 다수개의 제1패턴이미지를 획득하고 획득된 다수개의 제1패턴이미지를 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제1위상을 산출한다(S20).
제1위상을 산출하는 방법은 먼저, 다수개의 제1프로젝터(20)를 순차적으로 온시킨다(S21). 다수개의 제1프로젝터(20) 중 온된 제1프로젝터(20)의 제1격자를 순차적으로 이송하면서 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명을 검사대상물(1)의 제1방향으로 조사하여 반사되는 다수개의 제1패턴이미지를 획득한다(S22). 다수개의 제1패턴이미지가 획득되면 다수개의 제1패턴이미지를 N-버킷(bucket) 알고리즘을 이용하여 제1위상을 산출한다(S23).
제1위상이 산출되면 제2프로젝터(30)의 제2격자를 순차적으로 이송하면서 제1등가파장과 다른 파장을 갖는 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 검사대상물(1)의 제2방향으로 조사하여 반사되는 다수개의 제2패턴이미지를 획득하고 획득된 다수개의 제2패턴이미지를 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제2위상을 산출한다(S30).
제2위상을 산출하는 방법은 먼저 다수개의 제2프로젝터(30)를 순차적으로 온시킨다(S31). 다수개의 제2프로젝터(30) 중 온된 제2프로젝터(30)의 제2격자를 순차적으로 이송하면서 제1등가파장과 다른 파장을 갖는 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 검사대상물(1)의 제2방향으로 조사하여 반사되는 다수개의 제2패턴이미지를 획득한다(S32). 다수개의 제2패턴이미지가 획득되면 다수개의 제2패턴이미지를 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제2위상을 산출한다(S33).
제1 및 제2위상이 산출되면 제1등가파장과 제2등가파장에 의한 맥놀이 현상에 따른 제3위상을 산출한다(S40). 제3위상을 산출하는 방법은 φ12(x,y)=φ1(x,y)-φ2(x,y)=2π(h(x,y)/λ12)를 이용하여 산출한다. 여기서, φ12(x,y)는 제3위상이고,
φ1(x,y)는 제1위상이며, φ2(x,y)는 제2위상이며, h(x,y)는 측정점의 높이이며, λ12는 맥놀이된 등가파장이다. 맥놀이된 등가파장 λ12는 제1등가파장이 578㎛이고 제2등가파장이 713㎛인 경우에 상기 제3위상(φ21(x,y))을 산출하는 식을 이용하여 산출하면 3321㎛가 된다.
제3위상이 산출되면 제3위상을 이용하여 제1위상의 제1차수와 제2위상의 제2차수를 산출한다(S50). 여기서, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제1차수를 M이라 하고 제2차수를 N이라 하면 제1차수 M은 φ1(x,y)=2πh/λ1+M·2π를 이용하여 산출하며, 제2차수 N은 φ1(x,y)=2πh/λ1+N·2π를 이용하여 산출한다.
제1 및 제2차수와 제1 및 제2위상을 이용하여 제1 및 제2높이정보를 산출한다(S60). 이와 같이 제1 및 제2차수를 산출한 후 제1 및 제2위상을 이용하여 제1 및 제2높이정보를 산출함으로써 2π 모호성을 제거하여 검사대상물의 최대측정 높이를 증가시킬 수 있게 된다. 여기서, 최대 측정높이는 h(x,y)=(φ12(x,y)/2π)λ12를 이용하여 산출한다. 즉, 도 5a 및 도 5b에서와 같이 맥놀이된 등가파장 λ12의 P=0차 범위에 있는 제1등가파장의 제1차수 M=-2,-1,0,1,2를 산출하며, 제2등가파장의 제2차수 N=-1,0,1을 산출함으로써 각각의 차수에 따른 2π 모호성을 제거할 수 있게 된다.
제1 및 제2높이정보가 산출되면 제1 및 제2차수와 제1 및 제2높이정보를 이용하여 검사대상물(1)의 3차원형상을 산출한다(S70). 검사대상물(1)의 3차원형상을 측정하는 방법은 먼저, 제1 및 제2차수와 제1 및 제2높이정보를 이용하여 도 5b에 도시된 그림자영역(1c) 및 노이즈를 제거한 후 통합높이정보를 산출한다(S71).
통합높이정보가 산출되면 이를 이용하여 검사대상물(1)의 기준면의 높이정보를 산출하고 이를 이용하여 검사대상물(1)의 휨정보를 산출한다(S72). 즉, 맥놀이된 등가파장 λ12를 이용함으로써 최대측정높이가 증가되어 검사대상물(1)이 도 5c에 점선으로 도시된 것과 같이 오목하게 휘어지거나 볼록하게 휘어진 경우에도 +λ12/2 에서 -λ12/2 범위 내에 있으므로 검사대상물(1)의 높이 측정이 가능하여 전체 적으로 검사대상물(1)의 휨정보를 산출할 수 있게 된다. 여기서, 검사대상물(1)은 도 5a 및 도 5b에서와 같이 3차원형상 측정을 위한 측정부위(1b)와 기판(1a)으로 이루어지며, 기준면은 기판(1a)의 바닥면으로 설정한다.
이와 같이 휨정보가 산출되고 기준면의 높이정보가 산출되면 휨정보와 기준면의 높이정보를 이용하여 기준면 대비 검사대상물(1)의 높이정보를 산출하여(S73) 검사대상물(1)의 3차원형상을 측정하게 된다.
본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치 및 측정방법은 인쇄회로기판, 솔더 볼 또는 전자부품 등의 3차원형상 측정 분야에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치의 평면도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치의 다른 실시예를 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 다중파장을 이용한 3차원형상 측정방법을 나타낸 흐름도,
5a 내지 도 5c는 다중파장을 이용한 검사대상물의 측정방법을 나타낸 도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
10: 이송스테이지 11: X/Y 스테이지
12: 스테이지 이송기구 20: 제1프로젝터
22: 제1격자부 30: 제2프로젝터
32: 제2격자부 21,31: 조명부
23,33: 집광렌즈 40: 카메라부
50: 제어부

Claims (19)

  1. 검사대상물을 측정위치로 이송시키는 이송스테이지와,
    상기 검사대상물에 대해 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명을 제1방향으로 조사하는 제1프로젝터와,
    상기 검사대상물에 대해 제1등가파장과 파장이 다른 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 제2방향으로 조사하는 제2프로젝터와,
    상기 이송스테이지의 검사대상물에서 반사되는 제1패턴조명에 따른 제1패턴이미지와 제2패턴조명에 따른 제2패턴이미지를 촬영하는 카메라부와,
    상기 제1프로젝터와 상기 제2프로젝터를 제어하고 상기 제1패턴이미지와 제2패턴이미지가 카메라부에서 촬영되면 이를 수신받아 검사대상물의 3차원형상을 산출하는 제어부를 포함하는 3차원형상 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1프로젝터는 조명을 발생하는 조명부와,
    상기 조명부의 일측에 설치되어 조명을 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명으로 변환시키는 제1격자부와,
    상기 제1격자부는 제1피치를 갖는 다수개의 제1줄무늬가 배열되도록 형성되어 조명을 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명으로 변환시키는 제1격자와, 상기 제1격자에 연결되어 제1격자를 일정한 간격으로 이송시키는 격자이송기구를 포함하는 3차원형상 측정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2프로젝터는 조명을 발생하는 조명부와,
    상기 조명부의 일측에 설치되어 조명을 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명으로 변환시키는 제2격자부와,
    상기 제2격자부는 제2피치를 갖는 다수개의 제2줄무늬가 배열되도록 형성되어 조명을 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명으로 변환시키는 제2격자와, 상기 제2격자에 연결되어 제2격자를 일정한 간격으로 이송시키는 격자이송기구를 포함하는 3차원형상 측정장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1프로젝터 또는 상기 제2프로젝터는 상기 조명부로터 입사된 광을 집광하는 집광렌즈를 더 포함하는 3차원형상 측정장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 격자부는 격자이송프로젝터, 액정프로젝터 및 디지털 거울 중 하나를 적용하는 3차원형상 측정장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1패턴이미지나 제2패턴이미지를 조사받아 결상시키는 결상렌즈와,
    상기 결상렌즈의 일측에 설치되어 결상렌즈에 결상된 제1패턴이미지나 제2패턴이미지를 촬영하는 카메라로 구성되며,
    상기 카메라는 CCD 카메라나 CMOS 카메라 중 어느 하나가 적용됨을 특징으로 하는 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 카메라부는 검사대상물의 2차원 검사를 위한 조명을 발생하는 2차원검사 조명부가 더 구비되며, 상기 2차원검사 조명부는 다수개의 발광다이오드나 원형램프 중 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 다중파장을 이용한 3차원형상 측정장치.
  8. 검사대상물을 측정위치로 이송시키는 이송스테이지와,
    제1등가파장을 갖는 제1패턴조명을 발생하여 상기 검사대상물에 대해제1방향으로 각각 조사하는 다수개의 제1프로젝터와,
    상기 제1등가파장과 파장이 다른 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 상기 검사대상물에 대해 제2방향으로 각각 조사하는 다수개의 제2프로젝터와,
    상기 검사대상물에 의해 반사되는 제1패턴조명에 따른 제1 반사 패턴이미지와 제2패턴조명에 따른 제2 반사 패턴이미지를 촬영하는 카메라부와,
    상기 다수개의 제1프로젝터와 상기 다수개의 제2프로젝터를 각각 제어하여 검사대상물의 제1방향이나 제2방향으로 다수개의 제1패턴조명이나 다수개의 제2패턴조명이 조사되도록 하고 각각의 제1패턴조명이나 제2패턴조명에 따른 다수개의 제1패턴이미지와 다수개의 제2패턴이미지가 카메라부에서 촬영되면 이를 수신받아 검사대상물의 3차원형상을 산출하는 제어부를 포함하는 3차원형상 측정장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 다수개의 제1프로젝터가 서로 인접하도록 설치되어 있는 3차원 형상 측정장치.
  10. 삭제
  11. 제1프로젝터의 제1격자를 이송하면서 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명을 검사대상물에 대해 제1방향으로 조사하여 반사되는 다수개의 제1패턴이미지를 획득하고 획득된 다수개의 제1패턴이미지를 이용하여 제1위상을 산출하는 단계와,
    제2프로젝터의 제2격자를 이송하면서 상기 제1등가파장과 다른 파장을 갖는 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 상기 검사대상물에 대해 제2방향으로 조사하여 반사되는 다수개의 제2패턴이미지를 획득하고 획득된 다수개의 제2패턴이미지를 이용하여 제2위상을 산출하는 단계와,
    상기 제1등가파장과 상기 제2등가파장에 의한 제3위상을 산출하는 단계와,
    상기 제1위상, 제2위상 및 제3위상을 이용하여 상기 검사대상물의 통합높이정보를 산출하는 단계를 포함하는 3차원형상 측정방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제3위상은 상기 제1 위상과 상기 제2위상의 상대적인 차이값을 이용하여 산출하는 3차원형상 측정방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제3위상을 이용하여 상기 제1위상의 제1차수와 상기 제2위상의 제2차수를 산출하는 단계를 포함하는 3차원형상 측정방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2차수와 상기 제1 및 제2위상을 이용하여 제1 및 제2높이정보를 산출하는 단계를 포함하는 3차원형상 측정방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2차수와 상기 제1 및 제2높이정보를 이용하여 그림자영역 또는 노이즈를 제거한 후 통합높이정보를 산출하는 단계를 포함하는 3차원형상 측정방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제1위상을 산출하는 단계는 제1프로젝터를 온시키는 단계와,
    상기 제1프로젝터의 제1격자를 이송하면서 제1등가파장을 갖는 제1패턴조명을 상기 검사대상물에 대해 제1방향으로 조사하여 반사되는 다수개의 제1패턴이미지를 획득하는 단계와,
    상기 다수개의 제1패턴이미지를 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제1위상을 산출하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 3차원형상 측정방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제2위상을 산출하는 단계는 제2프로젝터를 온시키는 단계와,
    상기 제2프로젝터의 제2격자를 이송하면서 상기 제1등가파장과 다른 파장을 갖는 제2등가파장을 갖는 제2패턴조명을 상기 검사대상물에 대해 제2방향으로 조사하여 반사되는 다수개의 제2패턴이미지를 획득하는 단계와,
    상기 다수개의 제2패턴이미지를 N-버킷 알고리즘을 이용하여 제2위상을 산출하는 단계로 구성됨을 특징으로 3차원형상 측정방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 통합높이정보를 이용하여 검사대상물의 기준면의 높이정보를 산출하고 이를 이용하여 검사대상물의 휨정보를 산출하는 단계를 포함하는 3차원형상 측정방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 휨정보와 상기 기준면의 높이정보가 산출되면 휨정보와 기준면 높이정보를 이용하여 기준면 대비 검사대상물의 높이정보를 산출하는 단계를 포함하는 3차원형상 측정방법.
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