KR101423829B1

KR101423829B1 - 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치 및 방법

Info

Publication number: KR101423829B1
Application number: KR1020120099230A
Authority: KR
Inventors: 박윤창; 조민송; 김호열; 박윤덕
Original assignee: 주식회사 인스펙토
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-07-25
Also published as: KR20140032665A

Abstract

본 발명은 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치에 관한 것으로, 임의 높이 형상을 갖는 측정대상물에 일정한 주기를 갖는 투영격자의 패턴을 영사하는 패턴 영사부, 상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 이미지센서를 포함하는 영상획득부, 상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해, 상기 패턴영사부와 상기 영상획득부의 초점위치를 조정하는 초점위치이송부, 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서, 상기 이미지센서에서 획득되는 투영격자의 패턴영상과 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서의 신호를 입력받는 제어부, 상기 제어부에 입력되는 이미지센서의 영상과 상기 위치센서로부터 입력받는 위치입력신호를 연산하여 측정대상물의 높이를 연산하는 연산부를 포함하여 구성되고, 상기 초점위치이송부는, 상기 측정대상물을 x축 방향과 z축 방향으로 동시에 구동시키면서, 투영격자 패턴의 초점을 조절함과 동시에 한주기에 해당하는 투영격자 패턴을 획득하고, 획득한 투영격자 패턴의 진폭을 연산하여 측정대상물의 3차원 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.

Description

투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치 및 방법{3D Shape Mesurement Mehod and Device by using Amplitude of Projection Grating}

본 발명은 투영격자를 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 투영격자 패턴의 변화에 따른 진폭과 진폭의 크기를 동시에 획득하여 측정대상물의 3차원 형상을 측정하는 3차원 형상 측정장치에 관한 것이다.

백색광 간섭계를 이용하여, 미세영역에 있어서, 형상을 측정하는 기술은 널리 보급되어 현재 많은 분야에서 활용되고 있다. 백생광간섭계는 대한민국특허 등록공보 제10-598572호를 보면 잘 설명되어 있다. 백색광간섭계는 반도체 및 LCD(Liquid Crystal Display) 제조 공정 중에서 불투명한 금속 층의 표면상에 투명한 박막 층을 도포하는 공정이 존재하는데, 이 때 투명한 박막 층의 두께나 그 표면 형상에 대한 정보를 측정하는 몇 가지 방법들이 제안되었다.

이러한 투명한 박막층의 표면 형상을 측정하는 방법의 하나로, 백색광 주사 간섭법(WSI : White-light Scanning Interferometry)이 제안되었는데, 종래의 위상 천이 간섭법(PSI : Phase Shifting Interferometry)이 가지는 2π-모호성(2πambiguity)을 극복하여 거친면이나 고단차를 가지는 측정면도 고 분해능으로 측정할 수 있게 되었다.

백색광 주사 간섭법의 기본 측정 원리는 백색광의 짧은 가간섭(Short Coherence Length) 특성을 이용한다. 이는 광분할기인 빔 스플리터(Beam splitter)에서 분리되는 기준광과 측정광이 거의 동일한 광경로차(Optical path difference)를 겪을 때에만 간섭신호(Interference signal)가 발생하는 원리를 이용한다.

그러므로, 측정대상물을 광축 방향으로 PZT 액츄에이터와 같은 이송수단으로 수 나노미터(nanometer)의 미소 간격씩 이동하면서 측정 영역 내의 각 측정점에서의 간섭신호를 관찰하면, 각 점이 기준미러와 동일한 광경로차가 발생하는 지점에서 짧은 간섭신호가 발생한다.

이러한 간섭신호의 발생 위치를 측정 영역 내의 모든 측정점에서 산출하면 측정면의 3차원 형상에 대한 정보를 획득하게 되고, 획득된 3차원 정보로부터 박막층의 표면 형상을 측정하게 된다.

도 1은 백색광 주사 간섭법을 이용한 표면형상 측정장치를 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 표면형상측정장치는 광원(110), 광분할부(150), 간섭모듈(120), 촬상부(140), 이송유닛(130) 및 제어부(160)를 포함한다.

광원(110)은 백색광을 방출한다. 광원(110)은 단색광, 예컨대 백색광을 방출하며, 대략 70W 정도의 텅스텐-할로겐 램프를 사용한다. 여기서, 광원(110)으로부터 출광된 광은 출광방향으로 도시되지 않은 광 파이버(미도시)를 거쳐 출광된다.

광 파이버로부터 출광된 광은 고정부재(171)의 핀홀을 중심으로 퍼져나간다. 그리고, 핀홀을 통과한 광은 고정부재(171)와 광분할부(150) 사이에 배치된 볼록렌즈(172)을 투과하면서 일정한 폭으로 정렬된다.

볼록렌즈(172)를 투과한 광은 광분할부(150)로 입사된다. 여기서, 광분할부(150), 예컨대, 광분할기(Beam Splitter)에 입사된 광은 입사방향에 대해 약 45도 정도로 반사되어 측정 대상물(100)을 향하게 된다.

광분할부(150)에 의해 반사되어 측정 대상물(100)을 향하는 광은 간섭모듈(120)에 입사된다. 간섭모듈(120)에 입사된 광은 각각 간섭모듈(120)에 마련된 기준미러 방향 및 측정 대상물(100) 방향으로 분할되어 출광된다. 그리고, 기준미러 및 측정 대상물(100)로부터 각각 반사된 반사광에 의해 간섭광이 형성되어 광분할부(150)로 출광된다.

촬상부(140)는 간섭모듈(120)로부터 출광되어 광분할부(150) 및 볼록렌즈(174)를 거친 간섭광을 촬상하여 제어부(160)에 인가한다.

제어부(160)는 백색광 주사 간섭법에 따라 이송유닛(130)을 제어하여 이송유닛(130)과 측정 대상물(100) 간의 이격 거리를 조절한다. 그리고, 제어부(160)는 이송유닛(130)과 측정 대상물(100) 간의 이격 거리에 대응하여 촬상부(140)에서 촬상된 데이터에 기초하여 측정 대상물(100)의 표면 형상을 측정한다.

그러나 이러한 백색광 간섭계는 가간섭 구간이 대략 2-4um이면서, 간섭무늬의 주기는 대략 0.3um정도이기 때문에 높낮이가 존재하는 입체형상을 측정하기 위해서는, 매우 짧은 간격으로 스텝(step) 이송하면서 전체 높이에 걸쳐서 간섭무늬를 획득해야 하며, 이로 인해서 측정에 소요되는 시간이 길어진다.

이러한 측정방식에서는 측정대상물의 높낮이 차이가 적고, 진동이 없는 안정적인 환경에서는 효과적인 측정 장치이지만, 측정대상물의 높낮이 차이가 크면서 기구적인 진동이 존재하는 여건에서는 적절한 측정결과를 얻기 어려운 점이 있다.

상술한 바와 같은 종래기술을 해결하기 위하여 도 1은 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치를 개시하고 있다. 도 1의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치는 임의 높이 형상을 갖는 측정대상물에 투영격자의 패턴을 영사하는 패턴 영사부, 상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 이미지센서를 포함하는 영상획득부, 상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해, 상기 패턴영사부와 상기 영상획득부의 초점위치를 조정하는 초점위치이송부, 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서, 상기 이미지센서에서 획득되는 투영격자의 패턴영상과 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서의 신호를 입력받는 제어부, 상기 제어부에 입력되는 이미지센서의 영상과 상기 위치센서로부터 입력받는 위치입력신호를 연산하여 측정대상물의 높이를 연산하는 연산부를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 영사부에서는 투영격자를 구동시키기 위한 투영격자 구동기가 구성되어 있어 투영격자를 구동시키면서 측정 대상물에 격자 패턴을 조사하여 반사 패턴을 획득하고 패턴에 해당하는 진폭을 획득한다.

또한, 상기 측정 대상물을 Z축 방향으로 구동시키면서 영상획득부에 구성되는 CCD 카메라를 통해 Z축 방향에 대한 진폭의 크기를 획득하고, 이를 획득된 정보를 통해 측정 대상물의 3차원 정보를 획득하게 된다.

도 1은 본 출원인이 출원한 대한민국 특허출원 제 2011-0092042호, 발명의 명칭 : 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치를 도시한 도면이다. 상기 측정장치는 영상획득부를 구성하는 이미지센서(260), 영상보드(261)와, 패턴영사부를 구성하는 광원(210), 투영격자(220), 빔스플리터(230), 투영격자 제어기(221), 핀홀(241), 대물렌즈(240), 위치센서(242), 및 제어부(340), 측정대상물(250)를 구동시키는 모터(252), 모터드라이버(253), 위치센서(242)를 포함하여 구성된다. 도 1에 도시된 종래의 3차원 측정장치의 경우 패턴의 진폭과 진폭 크기를 획득하기 위하여 초점이송부를 통해 초점을 조절을 구현한 후 투영격자의 한주기에 해당하는 투영격자 패턴을 획득하기 위하여 초점이 조절된 후 투영격자 구동기를 통해 구동함으로써 측정대상물에 대한 높이 정보를 연산하는 것을 구현하였다.

하지만, 이러한 종래의 경우 격자 이송축에 대한 진폭을 값을 각각 구한 후 각 진폭값 중 가장 진폭값을 구하여 이를 높이값을 결정하였지만, 이와 같은 방식은 측정 정밀도가 매우 높지만, 측정대상물의 한 포인트에 대하여 다수의 스캐닝을 구현하여야 함으로 측정 속도가 매우 느려지는 문제점이 있었다.

KR 10-0598572호 KR 10-0756300호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 측정 대상물을 보다 빠른 시간에 측정할 수 있고, 측장장치의 구성을 보다 간소화시킬 수 있는 3차원 측정 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 측정 대상물의 표면 형상을 3차원으로 측정함에 있어 진폭 크기를 이용하고 고해상도의 표면 정보를 획득할 수 있는 3차원 측정장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 임의 높이 형상을 갖는 측정대상물에 일정한 주기를 갖는 투영격자의 패턴을 영사하는 패턴 영사부, 상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 이미지센서를 포함하는 영상획득부, 상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해, 상기 패턴영사부와 상기 영상획득부의 초점위치를 조정하는 초점위치이송부, 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서, 상기 이미지센서에서 획득되는 투영격자의 패턴영상과 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서의 신호를 입력받는 제어부, 상기 제어부에 입력되는 이미지센서의 영상과 상기 위치센서로부터 입력받는 위치입력신호를 연산하여 측정대상물의 높이를 연산하는 연산부를 포함하여 구성되고, 상기 초점위치이송부는, 상기 측정대상물을 x축 방향과 z축 방향으로 동시에 구동시키면서, 여기에서 획득되는 투영격자의 진폭을 연산하여 측정대상물의 3차원 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.

또한, 임의 높이 형상을 갖는 측정대상물에 투영격자의 패턴을 영사하는 패턴 영사부, 상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 이미지센서를 포함하는 영상획득부, 상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해, 상기 패턴영사부와 상기 영상획득부의 초점위치를 조정하는 초점위치이송부, 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서, 상기 이미지센서에서 획득되는 투영격자의 패턴영상과 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서의 신호를 입력받는 제어부, 상기 제어부에 입력되는 이미지센서의 영상과 상기 위치센서로부터 입력받는 위치입력신호를 연산하여 측정대상물의 높이를 연산하는 연산부로 구성된 3차원 형상 측정장치를 적용한 3차원 형상 측정방법에 있어서, 상기 영상획득부의 이미지센서는 다수개의 화소를 가지며, 상기 각각의 화소는 상기 측정대상물의 대응되는 지점의 영상이 획득되도록 배치되는 제1단계, 상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해 상기 초점위치이송부를 통해 이동함과 동시에 투영격자의 패턴을 영사하는 제2단계, 상기 2단계를 통해 상기 측정물에 대한 초점위치정보를 획득함과 동시에 투영격자의 한주기에 해당하는 패턴을 획득하는 제 3단계, 상기 획득한 영상으로부터 각각의 화소에서 상기 투영격자 패턴의 진폭을 연산하는 제4단계 및 상기 각 화소에서 투영격자 패턴의 진폭이 가장 큰 값을 결정하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 측정 대상물을 경사각(x축과 z축)으로 이송시켜 투영격자 패턴에 따른 위상효과와 진폭 크기(초점 이동 효과)를 동시에 획득할 수 있어, 투영격자 구동과 측정 대상물 이송을 개별적으로 구현하지 않고 한 번에 획득할 수 있기 때문에 측정 속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 측정 대상물을 x축과 z축으로 동시에 이송시켜 격자의 위상 획득과 초점이동 효과를 획득할 수 있기 때문에 초점 이동 별도의 격자 구동과 초점 이동 구현이 불필요하기 때문에 장치를 간소화시킬 수 있는 장점이 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 투영격자 진폭 크기를 이용한 3차원 측정장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 투영격자 진폭 크기를 이용한 3차원 측정장치의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 측정 대상물의 이동 형태를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 3차원 측정장치의 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로 투영격자 진폭 크기를 이용한 3차원 측정장치의 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 임의 높이 형상을 갖는 측정대상물에 일정한 주기를 갖는 투영격자의 패턴을 영사하는 패턴 영사부(3100), 상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 이미지센서를 포함하는 영상획득부(3200), 상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해, 상기 패턴영사부와 상기 영상획득부의 초점위치를 조정하는 초점위치이송부(3300), 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서, 상기 이미지센서에서 획득되는 투영격자의 패턴영상과 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서의 신호를 입력받는 제어부(3400), 상기 제어부에 입력되는 이미지센서의 영상과 상기 위치센서로부터 입력받는 위치입력신호를 연산하여 측정대상물의 높이를 연산하는 연산부(3500)를 포함하여 구성되고, 상기 초점위치이송부(3300)는, 상기 측정대상물을 x축 방향과 z축 방향으로 동시에 구동시키면서, 여기에서 획득되는 투영격자의 진폭을 연산하여 측정대상물의 3차원 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치는, 투영격자 패턴의 주기 획득과 반사광의 초점 획득을 위하여 측정대상물을 x축과 z축으로 동시에 이동시켜 투영격자의 위상이송효과(투영격자 버킷 주기에 따른 진폭을 구함)와 초점위치 이동효과를 동시에 만족하여 측정대상물 표면의 3차원 정보를 획득할 수 있는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 투영격자 진폭 크기를 이용한 3차원 측정장치의 개략적인 구성도이다 본 발명에 따른 3차원 측정장치는 측정대상물(2500)에 패턴을 영사하는 패턴 영사부(3100)는 상기 측정대상물에 빛을 비추는 광원(2100), 상기 광원의 앞쪽에 설치되며 상기 광원의 빛을 받아 측정대상물로 투영되는 주기성분을 갖는 투영격자(2200)를 포함한다. 여기서 상기 투영격자는 다수의 줄무늬가 일정간격으로 배치된 주기성분을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 영상획득부(3200)는 상기 측정대상물에 투영되는 격자의 패턴을 획득하는 이미지센서(2600), 상기 이미지센서에서 획득하는 영상을 제어부로 전송하는 영상보드(2610), 상기 이미지센서와 상기 측정대상물 사이에는 배치되는 대물렌즈(2400)로 구성된다. 위에서 설명한 광학계는 투영격자를 측정대상물에 투영할 때 대물렌즈(2400)를 투영하는 구조이다.

또한, 영상획득부(3200)는 상기 측정대상물에 투영되는 격자의 무늬를 획득하는 이미지센서(2600), 상기 이미지센서에서 획득하는 영상을 제어부로 전송하는 영상보드(2610), 상기 이미지센서와 상기 측정대상물 사이에는 배치되는 대물렌즈(2400)와 상기 이미지센서와 상기 대물렌즈 사이에 배치되는 광분할기(2300)를 더 포함하며, 상기 패턴영사부의 투영격자는 상기 광분할기(2300)와 상기 대물렌즈(240)를 통해서 상기 측정대상물에 영사가 이루어진다.

한편, 초점위치이송부(3300)는 측정대상물을 구동시킬 때 일정한 경사각 즉, x축 방향과 z축 방향으로 동시에 이동시킨다. 이에 따라 x축 방향의 이동은 격자의 위상이송효과에 해당하는 것이며, z축 방향의 이동은 초점위치 이동효과를 가질 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명은 투영격자를 버킷 구동시키기 위한 구동기(종래의 투영격자 구동기)가 불필요하며, 측정대상물을 x축과 z축으로 동시에 이동시킴에 따라 투영격자의 진폭과 진폭크기를 동시에 확보할 수 있는 측정장치를 구성한 것이다.

상기 초점위치이송부(3300)는 측정대상물을 구동시키기 위한 모터(2520)과 이동값을 검출하기 위한 위치센서(2550)를 포함하는 하나의 스테이지로 구성될 수 있으며, 추가적으로 상기 모터를 제어하는 모터드라이브(2530)을 포함하여 구성된다.

상기 대물렌즈(2400)의 초점거리를 f라 하고, 상기 측정대상물(2500)의 일지점에서 상기 대물렌즈(2400)의 중심거리까지의 직선거리가 b라 하며, 상기 대물렌즈(2400)에서 상기 이미지센서(2600) 영상획득 지점까지의 직선거리가 a 라 하면, 이때 광학계의 배치는 1/f = (1/a + 1/b) 위치에서 상기 측정대상물의 일지점의 영상이 상기 이미지센서(2600)에 선명하게 획득되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 대물렌즈(2400)와 광분할기(2300)사이에는 조리개(2410)를 배치함으로써 초점심도를 자유롭게 조절하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 측정 대상물의 이동 형태를 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 초점위치이송부는 앞서 언급한 바와 같이 측정대상물의 x축 방향과 z축 방향으로 동시에 이송시킬 수 있도록 모터와 위치센서를 포함하는 하나의 스테이지로 구성될 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이 소정의 경사각을 가지고 측정대상물을 이동시킴에 따라 x축 방향의 이송은 투영격자의 위상획득에 따른 정보를 획득하기 위한 이송에 해당하며, z축 방향의 이송은 초점 정렬을 위한 이송에 해당하는 것이다. x축 방향과 z축 방향으로 이동한 이동값에 대해서는 위치센서를 통해 이동값을 획득한 후 이를 연산부에 전송하여 측정 대상물의 높이 정보를 구현하기 위해 사용되어지는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 3차원 측정장치의 블록도이다.

투영격자를 통해 패턴광을 영사시키는 패턴영사부(3100), 조사된 패턴광을 획득하기 위해 다수의 화소를 가지는 이미지센서를 포함하는 영상획득부(3200), 측정대상물을 x축 방향과 z축 방향으로 동시에 구동시키고 이동한 위치값(이동값)을 획득하기 위해 위치센서와 모터로 구성되는 초점위치이송부, 상기 구성을 제어하는 제어부(3400), 상기 영상획득부에 획득한 이미지센서로부터 얻어지는 정보와 상기 초점위치이송부로부터 얻어지는 정보를 연산하여 측정대상물의 3차원 정보를 연산하는 연산부(3500) 그리고 측정된 측정대상물 정보를 출력하는 디스플레이부(3600)를 포함하여 구성되는 것이다.

다음으로 본 발명에 따른 측정방법을 설명한다.

영상획득부의 이미지센서는 다수개의 화소를 가지며, 상기 각각의 화소는 상기 측정대상물의 대응되는 지점의 영상이 획득되도록 배치되는 제1단계, 상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해 상기 초점위치이송부를 통해 이동함과 동시에 투영격자의 패턴을 영사하는 제2단계, 상기 2단계를 통해 상기 측정물에 대한 초점위치정보를 획득함과 동시에 투영격자의 한주기에 해당하는 패턴을 획득하는 제 3단계, 상기 획득한 영상으로부터 각각의 화소에서 상기 투영격자 패턴의 진폭을 연산하는 제4단계, 상기 각 화소에서 투영격자 패턴의 진폭이 가장 큰 값을 결정하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 측정대상물을 x축 방향과 z축 방향으로 구동시키면서 위치센서(2550)를 통해 검출되는 이동값을 연산부로 제공하며, 이와 더불어 이미지센서의 다수 화소(픽셀)에서 획득되는 크기를 영상획득부에서 획득하여 영상보드를 통해 연산부로 제공한다. 이때, 초점위치이송부에서 획득되는 z축에 대한 이동값은 선명한 영상을 얻기 위한 초점정보에 해당하는 것이다.

x축에 대한 이동값은 이동값을 보상하여 얻어지는 투영격자의 진폭을 얻게 되며, 측정대상물의 각 지점에 대하여 얻어지는 투영격자 진폭을 x축 방향에 대하여 연속적으로 얻으면, 결국 이미지센서의 각화소에는 측정대상물의 각각의 위치에서 얻은 영상을 통해 투영격자 진폭의 크기를 획득할 수 있는 것이다.

이때, 본 발명에서는 투영격자의 한주기를 다수회 분할한 간격(버킷 구동)은 상기 초점위치이송부의 x축 방향의 이동간격과 매칭되어야 한다. 즉 x축 방향의 이송간격은 투영격자의 한 주기를 분할한 버킷 구동 간격과 동일하여야 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 측정대상물 한지점에 대하여 투영격자 이송간에 따른 진폭을 구하는 것이 아니라, 한지점에 대하여 z축 방향에 따른 진폭 크기를 구하고 여기서 획득되는 진폭 크기 중 가장 큰 값을 높이정보를 결정하는 것이다.

즉, 상기 제5단계 이후에 상기 각 화소에 대응되는 측정대상물 지점의 높이는 상기 제5단계에서 진폭이 가장 클 때, 저장되었던 초점거리이송량 정보(z축 이동량)를 통해 해당 측정대상물 지점의 높이로 결정하는 제6단계로 구성된다.

또한, 상기 제6단계 이후에 모든 화소에 대응되는 측정대상물 지점의 높이를 결정하고 상기 각 측정대상물의 지점들을 연결하여 전체 측정대상물형상을 산출하는 제7단계로 구성되는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로 투영격자 진폭 크기를 이용한 3차원 측정장치의 구성도이다. 도 5의 도시는 본 발명에 따른 투영격자의 위상획득과 초점이송을 동시에 구현하기 위한 다른 방법으로 측정대상물은 x축 방향으로만 구동시키되, 투영격자를 소정의 각도로 영사함으로써 해당 정보를 획득한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 기존의 측정에서 초점이송과 투영격자의 한 주기에 해당하는 패턴광을 영사하기 위한 초점이송과정과 투영격자 영사 과정을 개별적으로 구현하였지만, 본 발명에서는 두 개의 과정을 한번에 구현하여 해당 정보를 획득함으로써, 보다 신속하게 측정대상물의 3차원 정보를 획득할 수 있고, 장치 구성을 간략히 할 수 있는 장점이 있는 것이다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

2100 : 광원 2110 : 광원드라이브
2200 : 투영격자 2210 : 렌즈
2300 : 광분할기 2400 : 대물렌즈
2500 : 측정대상물 2600 : 이미지센서
3100 : 패턴 영사부 3200 : 영상획득부
3300 : 초점위치이송부 3400 : 제어부
3500 : 연산부 3600 :디스플레이부

Claims

임의 높이 형상을 갖는 측정대상물에 일정한 주기를 갖는 투영격자의 패턴을 영사하는 패턴 영사부;
상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 이미지센서를 포함하는 영상획득부;
상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해, 상기 패턴영사부와 상기 영상획득부의 초점위치를 조정하는 초점위치이송부;
상기 초점위치이송부의 초점위치이송량을 검출하는 위치센서;
상기 이미지센서에서 획득되는 투영격자의 패턴영상과 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서의 신호를 입력받는 제어부;
상기 제어부에 입력되는 이미지센서의 영상과 상기 위치센서로부터 입력받는 위치입력신호를 연산하여 측정대상물의 높이를 연산하는 연산부;를 포함하여 구성되고,
상기 초점위치이송부는, 상기 측정대상물을 x축 방향과 z축 방향으로 동시에 구동시키면서, 여기에서 획득되는 투영격자의 진폭을 연산하여 측정대상물의 3차원 정보를 획득하는 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 측정대상물에 패턴을 영사하는 패턴 영사부는,
상기 측정대상물에 빛을 비추는 광원;
상기 광원의 앞쪽에 설치되며 상기 광원의 빛을 받아 측정대상물로 투영되는 주기성분을 갖는 투영격자;
상기 투영격자를 측정대상물에 영사하는 영사렌즈; 를 포함하고,
상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 영상획득부는,
상기 측정대상물에 투영되는 격자의 무늬를 획득하는 이미지센서;
상기 이미지센서에서 획득하는 영상을 제어부로 전송하는 영상보드;
상기 이미지센서와 상기 측정대상물 사이에 배치되는 대물렌즈;를 포함하는 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치
제 1항에 있어서,
상기 측정대상물에 패턴을 영사하는 패턴 영사부는,
상기 측정대상물에 빛을 비추는 광원;
상기 광원의 앞쪽에 설치되며 상기 광원의 빛을 받아 측정대상물로 투영되는 주기성분을 갖는 투영격자;를 포함하고,
상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 영상획득부는,
상기 측정대상물에 투영되는 격자의 무늬를 획득하는 이미지센서;
상기 이미지센서에서 획득하는 영상을 제어부로 전송하는 영상보드;
상기 이미지센서와 상기 측정대상물 사이에 배치되는 대물렌즈;
상기 이미지센서와 상기 대물렌즈 사이에 배치되는 광분할기;를 포함하며,
상기 패턴영사부의 투영격자는 상기 광분할기와 상기 대물렌즈를 통해서 상기 측정대상물에 영사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 초점위치이송부는,
상기 측정대상물을 x축 방향과 z축 방향으로 동시에 이송시키는 모터와 이송값을 검출하는 위치센서를 포함하여 구성되는 스테이지로 구성되며,
상기 초점위치이송부의 x축 방향의 구동간격은 상기 투영격자의 한주기를 다수회로 분할한 간격(버킷 구동)만큼 구동시키고 x, z축 방향으로 구동함에 따라 획득되는 투영격자 진폭을 통해 높이정보를 획득하는 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치.
임의 높이 형상을 갖는 측정대상물에 일정한 주기를 갖는 투영격자의 패턴을 영사하는 패턴 영사부;
상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 이미지센서를 포함하는 영상획득부;
상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해, 상기 패턴영사부와 상기 영상획득부의 초점위치를 조정하는 초점위치이송부;
상기 초점위치이송부의 초점위치이송량을 검출하는 위치센서;
상기 이미지센서에서 획득되는 투영격자의 패턴영상과 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서의 신호를 입력받는 제어부;
상기 제어부에 입력되는 이미지센서의 영상과 상기 위치센서로부터 입력받는 위치입력신호를 연산하여 측정대상물의 높이를 연산하는 연산부;를 포함하여 구성되고,
상기 패턴 영사부는, 상기 측정 대상물에 대해 소정의 경사각을 가지고 패턴광을 조사하고, 여기서 획득되는 투영격자 패턴의 진폭과 진폭크기를 상기 연산부에서 측정대상물의 3차원 정보를 획득하는 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치.
제5항에 있어서,
상기 측정대상물에 패턴을 영사하는 패턴 영사부는,
상기 측정대상물에 빛을 비추는 광원;
상기 광원의 앞쪽에 설치되며 상기 광원의 빛을 받아 측정대상물로 투영되는 주기성분을 갖는 투영격자;
상기 투영격자를 측정대상물에 영사하는 영사렌즈;를 포함하고,
상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 영상획득부는
상기 측정대상물에 투영되는 격자의 무늬를 획득하는 이미지센서;
상기 이미지센서에서 획득하는 영상을 제어부로 전송하는 영상보드;
상기 이미지센서와 상기 측정대상물 사이에 배치되는 대물렌즈; 를 포함하는 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치.
제 5항에 있어서,
상기 측정대상물에 패턴을 영사하는 패턴 영사부는,
상기 측정대상물에 빛을 비추는 광원;
상기 광원의 앞쪽에 설치되며 상기 광원의 빛을 받아 측정대상물로 투영되는 주기성분을 갖는 투영격자;를 포함하고,
상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 영상획득부는,
상기 측정대상물에 투영되는 격자의 무늬를 획득하는 이미지센서;
상기 이미지센서에서 획득하는 영상을 제어부로 전송하는 영상보드;
상기 이미지센서와 상기 측정대상물 사이에 배치되는 대물렌즈;
상기 이미지센서와 상기 대물렌즈 사이에 배치되는 광분할기;를 포함하며,
상기 패턴영사부의 투영격자는 상기 광분할기와 상기 대물렌즈를 통해서 상기 측정대상물에 영사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영격자의 진폭을 적용한 3차원 형상 측정장치.
임의 높이 형상을 갖는 측정대상물에 일정한 주기를 갖는 투영격자의 패턴을 영사하는 패턴 영사부;
상기 측정대상물에 영사된 패턴영상을 획득하는 이미지센서를 포함하는 영상획득부;
상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해, 상기 패턴영사부와 상기 영상획득부의 초점위치를 조정하는 초점위치이송부;
상기 초점위치이송부의 초점위치이송량을 검출하는 위치센서;
상기 이미지센서에서 획득되는 투영격자의 패턴영상과 상기 초점위치이송량을 검출하는 위치센서의 신호를 입력받는 제어부;
상기 제어부에 입력되는 이미지센서의 영상과 상기 위치센서로부터 입력받는 위치입력신호를 연산하여 측정대상물의 높이를 연산하는 연산부로 구성된 3차원 형상 측정장치를 적용한 3차원 형상 측정방법에 있어서,
상기 영상획득부의 이미지센서는 다수개의 화소를 가지며, 상기 각각의 화소는 상기 측정대상물의 대응되는 지점의 영상이 획득되도록 배치되는 제1단계;
상기 측정대상물에 영사된 투영격자 패턴의 선명한 영상을 얻기 위해 상기 초점위치이송부를 통해 이동함과 동시에 투영격자의 패턴을 영사하는 제2단계;
상기 2단계를 통해 영사된 투영격자 패턴을 획득하는 제 3단계;
상기 제 3단계에서 획득한 투영격자 패턴에 해당하는 영상으로부터 각각의 화소에서 상기 투영격자 패턴의 진폭을 연산하는 제4단계; 및
상기 각 화소에서 투영격자 패턴의 진폭이 가장 큰 값을 결정하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영격자 진폭의 크기를 적용한 3차원 형상 측정방법.
제 8항에 있어서,
상기 제5단계 이후에 상기 각 화소에 대응되는 측정대상물 지점의 높이는 상기 제5단계에서 진폭이 가장 클 때, 저장되었던 초점거리이송량 정보를 통해 해당 측정대상물 지점의 높이로 결정하는 제6단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투영격자 진폭의 크기를 적용한 3차원 형상 측정방법.
제 9항에 있어서,
상기 제6단계 이후에 모든 화소에 대응되는 측정대상물 지점의 높이를 결정하고 상기 각 측정대상물의 지점들을 연결하여 전체 측정대상물형상을 산출하는 제7단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투영격자 진폭의 크기를 적용한 3차원 형상 측정방법.