KR101538557B1 - Apparatus and method for detecting defect by phase contrast - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위상차 이미지를 이용한 결함검출 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 광을 발산시키는 BLU(10)와; 상기 BLU(10)에서 발산된 광을 통과시켜 격자 패턴이 시편(40)으로 투영되도록 하는 격자 패널(20)과; 상기 격자 패널(20)의 격자 패턴을 시편(40)으로 투영시키는 투영 렌즈(30)와; 상기 시편(40)을 투과한 광을 수광하는 수광 렌즈(50)와; 상기 수광 렌즈(50)에서 수광된 위상차 이미지를 감지하는 영상 센서(60)와; 상기 격자 패널(20)을 제어하여 위상차 이미지의 격자 패턴이 상기 시편(40)으로 투영되도록 하는 컨트롤러(70)와; 상기 컨트롤러(70)의 동작을 제어하고, 상기 영상 센서(60)에서 감지한 위상차 이미지를 전달받아 상기 시편(40)의 결함정보를 처리하여 상기 시편(40)의 결함을 검출하는 결함정보 처리부(80);를 포함하여 구성함으로서, 격자무늬 패턴을 생성시켜 투명체에 투영하고 위상차 이미지를 생성하여 투명체의 결함을 효과적으로 검출할 수 있게 되는 것이다.The present invention provides a defect detection apparatus and method using a phase difference image, comprising: a BLU (10) for emitting light; A grating panel 20 for passing the light emitted from the BLU 10 to project a grating pattern onto the specimen 40; A projection lens (30) for projecting the grating pattern of the grating panel (20) onto the specimen (40); A light receiving lens (50) for receiving light transmitted through the specimen (40); An image sensor (60) for sensing a phase difference image received by the light receiving lens (50); A controller (70) for controlling the grating panel (20) so that a grating pattern of the phase difference image is projected onto the specimen (40); A defect information processor for controlling the operation of the controller 70 and receiving a phase difference image sensed by the image sensor 60 and processing defect information of the specimen 40 to detect defects of the specimen 40 80), it is possible to generate a lattice pattern and project it on a transparent body to generate a phase difference image, thereby effectively detecting defects in the transparent body.

Description

위상차 이미지를 이용한 결함검출 장치 및 그 방법{Apparatus and method for detecting defect by phase contrast}[0001] The present invention relates to a defect detecting apparatus and a defect detecting method using a phase difference image,

본 발명은 투명체의 결함검출에 관한 것으로, 특히 격자무늬 패턴을 생성시켜 투명체에 투영하고 위상차 이미지를 생성하여 투명체의 결함을 효과적으로 검출하기에 적당하도록 한 위상차 이미지를 이용한 결함검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to defect detection of a transparent body, and more particularly, to a defect detection apparatus and method using a phase difference image suitable for generating a lattice pattern and projecting the pattern on a transparent body to generate a phase difference image, will be.

일반적으로 투명체에 대한 검사기법으로서는 모아레법을 이용한 방법이 있다. 모아레(Moire)란 단어는 프랑스인들이 고대 중국에서 수입된 비단 위에 나타나는 물결무늬를 일컬었던 말로, 모아레 현상이란 두 개 이상의 주기적인 물결무늬가 겹쳐져 생기는 간섭무늬(interference fringe)를 말하는 것이다. 즉, 모아레 현상이란 맥놀이 현상이 시각적으로 발생하는 것으로, 일정한 간격을 갖는 물체 사이에 발생하는 간섭무늬를 말한다. 또한 모아레 무늬는 두 개 이상의 주기적인 패턴이 겹쳐질 때 발생하게 되는, 상대적으로 기준패턴에 비해서 저주파를 가지는 일종의 간섭무늬로써 정의되어 진다. 맥놀이현상으로 설명되는 이 고유한 저주파의 모아레 무늬는 공학전반에 걸쳐 2차원 변위뿐만 아니라 3차원 형상측정에 이르기까지 넒은 응용범위를 가진다. 모아레법은 모아레 무늬를 형성시키는 방법에 따라서 크게 그림자식 모아레법(shadow moire)과 영사식 모아레법(projection moire)으로 구분된다. 그리고 대상물체가 경면의 성질을 많이 가지고 있을 경우 반사식 모아레(reflection moire)를 이용하여 3차원 형상측정이 가능하다.As a general inspection method for a transparent body, there is a method using a moire method. Moire is the term used by French to refer to the wave pattern on silk imported from ancient China. Moire phenomenon refers to the interference fringe resulting from the overlapping of two or more periodic wave patterns. That is, the moire phenomenon refers to an interference pattern generated between objects having a constant gap, in which a beat phenomenon occurs visually. The moire pattern is defined as a type of interference pattern that has a relatively low frequency compared to the reference pattern, which occurs when two or more periodic patterns are overlapped. This unique low-frequency moire pattern, which is described as a beat phenomenon, has a wide range of applications ranging from 2D to 3D shape measurement throughout engineering. The moire method is divided into a shadow moire method and a projection moire method according to a method of forming a moire pattern. If the object has many properties of the mirror surface, it is possible to measure the 3D shape using a reflection moire.

그리고 2차원적 검사기법으로써 모아레법을 이용하여 투명체의 결함을 검출하는 방식(Chan, F. (2008). Reflective fringe pattern technique for subsurface crack detection, NDTE International 41: 602-610)과 LCD를 이용한 격자무늬 투영법으로 투명체의 결함을 검출하는 방식(A Machine Vision for Automated Headlamp Lens Inspection: Edited by Francisco Gallegos-Funes, ISBN 978-953-307-098-8, 196 pages, Publisher: Sciyo, Chapters published August 12, 2010)이 있다.(2008), Reflective fringe pattern technique for subsurface crack detection, NDTE International 41: 602-610) and a method using a lattice using an LCD to detect a defect in a transparent body using a moire method (Chan, F. (A Machine Vision for Automated Headlamp Lens Inspection: Edited by Francisco Gallegos-Funes, ISBN 978-953-307-098-8, 196 pages, Publisher: Sciyo, Chapters published August 12, 2010).

영사식 모아레법은 3장 이상의 무늬가 영사된 영상을 얻기 위하여 격자를 일정량의 등간격으로 움직인 후 촬영하고 메모리에 저장한다. 이와 같이 얻어진 3장 이상의 영상 각각에 버킷 알고리즘을 이용하여 위상을 계산한 후, 기준위상과 물체위상의 차이를 구하여 언래핑 함으로써 모아레 무늬를 3차원으로 해석할 수 있도록 하며, 2차원 이미지로써 표현될 수도 있다.In the projection type moire method, three or more patterns are moved at regular intervals at regular intervals in order to obtain a projected image, and then the photographed image is stored in a memory. The moiré pattern can be interpreted in three dimensions by calculating the phase using the bucket algorithm and obtaining the difference between the reference phase and the object phase by unwrapping each of the three or more images thus obtained, It is possible.

그러나 상기와 같은 방법은 모아레 무늬의 주기에 종속되어 측정 대상체의 높이가 그 주기보다 높을 경우 측정에 어려움이 따르는 문제점이 있었다. 그래서 종래기술에서는 상대높이측정과 그림자 발생 그리고 측정 정밀도의 저하와 같은 문제점이 발생하였고, 측정오차를 감소시킬 경우에는 절대적인 공간상의 3차원 좌표를 구할 수 없는 한계도 있었다.
However, the above method has a problem in that it is difficult to measure when the height of the measurement object is higher than the period, depending on the period of the moire pattern. Therefore, in the prior art, there are problems such as relative height measurement, shadow generation, and deterioration of measurement accuracy, and in the case of reducing the measurement error, there is a limit that absolute three-dimensional coordinates in space can not be obtained.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 격자무늬 패턴을 생성시켜 투명체에 투영하고 위상차 이미지를 생성하여 투명체의 결함을 효과적으로 검출할 수 있는 위상차 이미지를 이용한 결함검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems of the related art, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for generating a lattice pattern and projecting it on a transparent body, And a method thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 위상차 이미지를 이용한 결함검출 장치의 블록구성도이다.1 is a block diagram of a defect detection apparatus using a phase difference image according to an embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 광을 발산시키는 BLU(10)와; 상기 BLU(10)에서 발산된 광을 통과시켜 격자 패턴이 시편(40)으로 투영되도록 하는 격자 패널(20)과; 상기 격자 패널(20)의 격자 패턴을 시편(40)으로 투영시키는 투영 렌즈(30)와; 상기 시편(40)을 투과한 광을 수광하는 수광 렌즈(50)와; 상기 수광 렌즈(50)에서 수광된 위상차 이미지를 감지하는 영상 센서(60)와; 상기 격자 패널(20)을 제어하여 위상차 이미지의 격자 패턴이 상기 시편(40)으로 투영되도록 하는 컨트롤러(70)와; 상기 컨트롤러(70)의 동작을 제어하고, 상기 영상 센서(60)에서 감지한 위상차 이미지를 전달받아 상기 시편(40)의 결함정보를 처리하여 상기 시편(40)의 결함을 검출하는 결함정보 처리부(80);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.As shown therein, the BLU 10 for emitting light; A grating panel 20 for passing the light emitted from the BLU 10 to project a grating pattern onto the specimen 40; A projection lens (30) for projecting the grating pattern of the grating panel (20) onto the specimen (40); A light receiving lens (50) for receiving light transmitted through the specimen (40); An image sensor (60) for sensing a phase difference image received by the light receiving lens (50); A controller (70) for controlling the grating panel (20) so that a grating pattern of the phase difference image is projected onto the specimen (40); A defect information processor for controlling the operation of the controller 70 and receiving a phase difference image sensed by the image sensor 60 and processing defect information of the specimen 40 to detect defects of the specimen 40 80).

상기 격자 패널(20)은, LCD, OLED, PDP 중에서 하나 이상으로 구성된 것을 특징으로 한다.The lattice panel 20 may include at least one of an LCD, an OLED, and a PDP.

상기 결함정보 처리부(80)는, 촬영회수와 이동량의 곱한 값인 촬영주기가 라인 및 스페이스가 연속된 격자패널을 지나온 빛이 만들어낸 정현파의 주기 보다 작은 값이 되도록 설정하고, 다음의 수학식을 이용하여 위상차 이미지를 구하여 상기 시편(40)의 결함정보를 획득하고,The defect information processing unit 80 sets the photographed period, which is a value obtained by multiplying the photographed number by the moving amount, to be smaller than the period of the sinusoidal wave generated by light passing through the grid panel in which lines and spaces are continuous, A phase difference image is obtained to obtain defect information of the specimen 40,

Figure 112013120226539-pat00001
Figure 112013120226539-pat00001

여기서,

Figure 112013120226539-pat00002
는 위상이 굴절 및 회절되어 투영된 광 강도이고,
Figure 112013120226539-pat00003
는 가로가 w이고 세로가 h인
Figure 112013120226539-pat00004
의 크기를 갖는 상기 시편(40)의 표면의 위상차 이미지인 것을 특징으로 한다.here,
Figure 112013120226539-pat00002
Is a projected light intensity in which the phase is refracted and diffracted,
Figure 112013120226539-pat00003
Is width w and height h
Figure 112013120226539-pat00004
Of the surface of the specimen (40).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 위상차 이미지를 이용한 결함검출 방법을 보인 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a defect detection method using a phase difference image according to an embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 격자 패널(20)을 이용하여 격자 무늬 패턴을 생성시키는 제 1 단계(ST1)와; 상기 격자 패널(20)을 제어하여 위상천이 격자무늬 패턴을 생성시켜 시편(40)에 투영하여 미리 설정한 촬영주기 동안 영상 센서(60)에서 투영된 영상을 촬영하도록 하는 제 2 단계(ST2 ~ ST4)와; 상기 영상 센서(60)에서 촬영한 영상을 처리하여 투영된 회절상에 의한 위상차 이미지를 획득하여 결함정보 처리부(80)에서 상기 시편(40)의 결함정보를 획득하는 제 3 단계(ST5);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.As shown therein, a first step (ST1) of generating a grid pattern using the grid panel (20); A second step (ST2 to ST4) of controlling the grating panel 20 to generate a phase shift lattice pattern and projecting the pattern onto the specimen 40 so as to photograph the projected image from the image sensor 60 during a preset photographing period )Wow; And a third step (ST5) of processing the image photographed by the image sensor 60 to obtain a phase difference image by the projected diffraction image and acquiring defect information of the specimen 40 in the defect information processing unit 80 .

상기 제 2 단계는, 촬영회수와 이동량의 곱한 값으로 상기 촬영주기를 설정하고, 상기 촬영주기는 라인 및 스페이스가 연속된 격자패널을 지나온 빛이 만들어낸 정현파의 주기 보다 작은 값이 되도록 설정하는 것을 특징으로 한다.The second step is to set the photographing period as a value obtained by multiplying the number of photographing times by the moving amount and setting the photographing period so that the photographing period is smaller than the period of the sinusoidal wave generated by the light passing through the continuous grid panel .

상기 제 3 단계는, 다음의 수학식을 이용하여 위상차 이미지를 구하여 상기 시편(40)의 결함정보를 획득하고,In the third step, the phase difference image is obtained using the following equation to obtain defect information of the specimen 40,

Figure 112013120226539-pat00005
Figure 112013120226539-pat00005

여기서,

Figure 112013120226539-pat00006
는 위상이 굴절 및 회절되어 투영된 광 강도이고,
Figure 112013120226539-pat00007
는 가로가 w이고 세로가 h인
Figure 112013120226539-pat00008
의 크기를 갖는 상기 시편(40)의 표면의 위상차 이미지인 것을 특징으로 한다.
here,
Figure 112013120226539-pat00006
Is a projected light intensity in which the phase is refracted and diffracted,
Figure 112013120226539-pat00007
Is width w and height h
Figure 112013120226539-pat00008
Of the surface of the specimen (40).

본 발명에 의한 위상차 이미지를 이용한 결함검출 장치 및 그 방법은 격자무늬 패턴을 생성시켜 투명체에 투영하고 위상차 이미지를 생성하여 투명체의 결함을 효과적으로 검출할 수 있다.
The defect detecting apparatus and method using the phase difference image according to the present invention can generate a lattice pattern and project it on a transparent body to generate a phase difference image, thereby effectively detecting defects in the transparent body.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 위상차 이미지를 이용한 결함검출 장치의 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 위상차 이미지를 이용한 결함검출 방법을 보인 흐름도이다.
도 3은 일반적인 빛의 회절과 회절차수를 보인 개념도이다.
도 4는 일반적인 회절상의 다양한 모습을 보인 것으로, (a)는 단일 회절상, (b)는 한계치 이내로 분별 가능한 두 점의 회절상, (c)는 한계를 지나 분별할 수 없는 두 점의 회절상을 보인 도면이다.
도 5는 본 발명에서 이용하는 격자패널의 회절패턴을 보인 도면이다.
도 6은 본 발명에서 이용하는 시편을 지나는 광선의 광로차를 보인 개념도이다.
도 7은 본 발명에서 시편에 영상을 투영하는 예를 보인 도면이다.
도 8은 본 발명에서 주기와 이동량 설정에 따른 위상천이의 예를 보인 것으로, (a)는 구현파의 주기이고, (b)는 촬영주기를 보인 도면이다.
도 9는 본 발명에서 시편의 얼룩에 대한 회절패턴 위상천이를 보인 것으로, (a)는 시편의 얼룩의 예를 보인 도면이고, (b)는 시편의 얼룩에 대해 이동량에 따라 회절패턴 위상천이가 이루어지는 모습을 보인 도면이다.
도 10은 본 발명에서 정현파와 굴절되어 왜곡된 높이정보의 예를 보인 도면이다.
도 11은 본 발명을 이용하여 투명체에 위상천이를 수행한 예를 보인 것으로, (a)는 위상천이가 0도 이루어진 상태, (b)는 위상천이가 90도 이루어진 상태, (c)는 위상천이가 180도 이루어진 상태, (d)는 위상천이가 270도 이루어진 상태, (e)는 위상차 이미지에 의해 시편의 결함을 검출한 상태의 예를 보인 도면이다.1 is a block diagram of a defect detection apparatus using a phase difference image according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a defect detection method using a phase difference image according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram showing general diffraction and diffraction orders of light.
FIG. 4 shows various views of a general diffraction image, in which (a) is a single diffraction image, (b) is a diffraction image of two points that can be discriminated within a threshold value, and (c) .
5 is a diagram showing a diffraction pattern of a lattice panel used in the present invention.
Fig. 6 is a conceptual diagram showing the optical path difference of a ray passing through a specimen used in the present invention.
7 is a diagram showing an example of projecting an image on a specimen in the present invention.
FIG. 8 shows an example of a phase shift according to a period and a movement amount setting in the present invention, wherein (a) is a period of an implementation wave, and (b) is a diagram showing an imaging cycle.
9 (a) and 9 (b) are views showing an example of the specimen stain. FIG. 9 (b) is a graph showing the diffraction pattern phase shift depending on the amount of movement of the specimen Fig.
10 is a diagram showing an example of height information distorted by refraction with sinusoidal waves in the present invention.
FIG. 11 shows an example in which a phase shift is performed in a transparent body using the present invention. FIG. 11 (a) shows a state in which the phase shift is 0, (D) is a state in which the phase shift is 270 degrees, and (e) is a state in which a defect of the test piece is detected by the phase difference image.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 위상차 이미지를 이용한 결함검출 장치 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a defect detection apparatus and method using the phase difference image according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. It is to be understood that the following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention of the user, the operator, or the precedent, and the meaning of each term should be interpreted based on the contents will be.

먼저 본 발명은 격자무늬 패턴을 생성시켜 투명체에 투영하고 위상차(Phase Contrast) 이미지를 생성하여 투명체의 결함을 효과적으로 검출하고자 한 것이다.First, the present invention is to detect a defect of a transparent body by generating a lattice pattern and projecting it on a transparent body to generate a phase contrast image.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 위상차 이미지를 이용한 결함검출 장치의 블록구성도이다.1 is a block diagram of a defect detection apparatus using a phase difference image according to an embodiment of the present invention.

먼저 BLU(10)(Back Light Unit, 백라이트유닛)는 광을 격자 패널(20)로 발산시킨다.First, the BLU 10 (Back Light Unit) emits light to the lattice panel 20.

격자 패널(20)은 컨트롤러(70)의 제어를 받고, BLU(10)에서 발산된 광을 통과시켜 격자 패턴이 시편(40)으로 투영되도록 한다. 따라서 격자 패널(20)은 격자무늬 패턴을 생성하며, 컨트롤러(70)의 제어에 의해 미소 위치 변경 제어를 받아 위상차 이미지를 생성하도록 천이된 격자 패턴이 시편(40)으로 투영되도록 한다. 이러한 격자 패널(20)은 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes), PDP(Plasma Display Panel) 중에서 하나 이상으로 구성될 수 있다.The grating panel 20 is under the control of the controller 70 and allows light emitted from the BLU 10 to pass therethrough so that the grating pattern is projected onto the specimen 40. Thus, the grating panel 20 generates a grating pattern, and under the control of the controller 70, it is subjected to micro-position change control so that the grating pattern shifted to produce a phase difference image is projected onto the specimen 40. The lattice panel 20 may include at least one of an LCD (Liquid Crystal Display), an OLED (Organic Light Emitting Diodes), and a PDP (Plasma Display Panel).

투영 렌즈(30)는 격자 패널(20)의 격자 패턴을 시편(40)으로 투영시킨다.The projection lens 30 projects the grating pattern of the grating panel 20 onto the specimen 40.

시편(40)은 본 발명에서 결함을 검출하고자 하는 투명체이다.The specimen 40 is a transparent body to which defects are to be detected in the present invention.

수광 렌즈(50)는 시편(40)을 투과한 광을 수광해서 영상 센서(60)로 전달한다.The light receiving lens 50 receives light transmitted through the specimen 40 and transmits the light to the image sensor 60.

영상 센서(60)는 수광 렌즈(50)에서 수광된 위상차 이미지를 감지한다.The image sensor 60 senses the phase difference image received by the light receiving lens 50.

컨트롤러(70)는 격자 패널(20)을 제어하여 위상차 이미지의 격자 패턴이 시편(40)으로 투영되도록 한다.The controller 70 controls the grating panel 20 to cause the grating pattern of the phase difference image to be projected onto the specimen 40.

결함정보 처리부(80)는 컨트롤러(70)의 동작을 제어하고, 영상 센서(60)에서 감지한 위상차 이미지를 전달받아 시편(40)의 결함정보를 처리하여 시편(40)의 결함을 검출한다. 그래서 결함정보 처리부(80)는 촬영회수와 이동량의 곱한 값인 촬영주기가 구현파의 주기 보다 작은 값이 되도록 설정하고, 위상차 이미지로부터 결함정보를 얻기 위해 배경의 색 얼룩을 보정하여 시편(40)의 결함정보를 구하게 된다.The defect information processing unit 80 controls the operation of the controller 70 and receives the phase difference image sensed by the image sensor 60 and processes the defect information of the specimen 40 to detect defects of the specimen 40. [ Thus, the defect information processing section 80 sets the imaging period, which is a value obtained by multiplying the imaging number by the moving amount, to a value smaller than the period of the imaging wave, corrects the color unevenness of the background to obtain defect information from the phase difference image, The defect information is obtained.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 위상차 이미지를 이용한 결함검출 방법을 보인 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a defect detection method using a phase difference image according to an embodiment of the present invention.

먼저 격자 패널(20)을 이용하여 격자 무늬 패턴을 생성시킨다(ST1).First, a grid pattern is generated using the grid panel 20 (ST1).

그리고 격자 패널(20)을 제어하여 위상천이 격자무늬 패턴을 생성시켜 시편(40)에 투영하여 미리 설정한 촬영주기 동안 영상 센서(60)에서 투영된 영상을 촬영하도록 한다(ST1 ~ ST4). 이러한 과정은 촬영회수와 이동량의 곱한 값으로 촬영주기를 설정하고, 촬영주기는 구현파의 주기 보다 작은 값이 되도록 설정한다.Then, the grating panel 20 is controlled to generate a phase shift lattice pattern, and the projected image is projected onto the specimen 40 to photograph the projected image from the image sensor 60 during a preset photographed period (ST1 to ST4). In this process, the photographing cycle is set to a value obtained by multiplying the number of photographing times and the movement amount, and the photographing cycle is set to be smaller than the cycle of the realizing wave.

그래서 "촬영회수 X 이동량"의 값이 정현파의 주기 보다 작은 값 동안만 위상천이 격자무늬 패턴 생성을 반복하게 된다. 여기서 이동량은 "선의 두께/촬영회수"이고, 구현파의 주기는 라인(Line) 및 스페이스(Space) 구현파의 주기이다.Thus, the phase shift lattice pattern generation is repeated only when the value of the "photographing number X movement amount" is smaller than the period of the sinusoidal wave. Here, the amount of movement is "thickness of the line / number of shots", and the cycle of the implementation wave is the cycle of the line and space implementation wave.

그런 다음 영상 센서(60)에서 촬영한 영상을 처리하여 투영된 회절상에 의한 위상차 이미지를 획득하여 결함정보 처리부(80)에서 시편(40)의 결함정보를 획득하게 된다.Then, the image photographed by the image sensor 60 is processed to obtain a phase difference image by the projected diffraction image, and defect information of the specimen 40 is obtained from the defect information processing unit 80.

이러한 본 발명의 동작을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the present invention will be described in more detail as follows.

도 3은 일반적인 빛의 회절과 회절차수를 보인 개념도이고, 도 4는 일반적인 회절상의 다양한 모습을 보인 것으로, (a)는 단일 회절상, (b)는 한계치 이내로 분별 가능한 두 점의 회절상, (c)는 한계를 지나 분별할 수 없는 두 점의 회절상을 보인 도면이다.FIG. 3 is a conceptual diagram showing general diffraction and diffraction orders of light. FIG. 4 shows various diffraction patterns of a general diffraction image, wherein (a) is a single diffraction image, (b) is a diffraction image of two points ) Shows a diffraction image of two points that can not be discriminated beyond the limit.

그래서 회절상(diffracted image)의 연속인 패턴을 선형격자 회절패턴(Line grating diffraction pattern)이라 부르며, 그 모습을 도 3 및 도 4에 나타내었다.Therefore, a pattern that is a continuous pattern of a diffracted image is called a line grating diffraction pattern, and its appearance is shown in FIG. 3 and FIG.

도 5는 본 발명에서 이용하는 격자패널의 회절패턴을 보인 도면이다.5 is a diagram showing a diffraction pattern of a lattice panel used in the present invention.

즉, 도 4의 (b)와 같은 회절현상을 갖도록 선형의 격자를 도 5와 같이 제작하여 투명한 물체에 투영을 하고, 그 투명한 물체를 지나온 광을 수광하도록 도 1과 같은 장치를 제작하였다.In other words, a linear grating was formed as shown in Fig. 5 so as to have a diffraction phenomenon as shown in Fig. 4 (b), and the grating was projected onto a transparent object, and an apparatus as shown in Fig. 1 was manufactured to receive light passing through the transparent object.

또한 회절상을 얻기 위해 컴퓨터를 이용하여 격자패턴을 생성시키고, 격자 패널(20)을 이용하여 가시화된 영상을 투영렌즈를 이용하여 시편에 투영시킨다. 투영된 회절상을 이용하여 위상차(Phase Contrast) 이미지(image)를 얻는 과정은 도 2와 같다. 먼저, 격자무늬 패턴을 생성시켜 투영한 후 영상을 촬영한다. 그리고 구현파의 90도만큼 위상이 천이되도록 격자패턴을 생성시키고 투영한 영상을 촬영한다. 이렇게 360도의 범위 내에서 3번 이상의 위상천이를 통해 얻어진 격자무늬를 이용하여 2차원적 위상영상을 재구성하는 방법은 모아레 다항식 해법을 이용할 수 있으며, 그 외의 다른 방법으로도 표현할 수 있다.In order to obtain a diffraction image, a grid pattern is generated using a computer, and the visualized image is projected onto a specimen using a projection lens. The process of obtaining a phase contrast image using the projected diffraction image is shown in FIG. First, a grid pattern is generated and projected, and then an image is captured. Then, the grid pattern is generated so that the phase of the implementation wave is shifted by 90 degrees, and the projected image is captured. A method of reconstructing a two-dimensional phase image using a grid pattern obtained through three or more phase shifts within a range of 360 degrees can use a moire polynomial solution and can also be expressed by other methods.

본 특허의 요체가 투명체의 결함을 검출하는 방법에 있기 때문에 고비용의 3차원적 해법 대신 저비용의 간단하고도 명료한 2차원적 방법을 제시한다.Since the subject of this patent is in the method of detecting defects in the transparent body, a simple and clear two-dimensional method at low cost is proposed instead of a costly three-dimensional solution.

입사각을

Figure 112013120226539-pat00009
라 하고 파면(wavefront)의 파장을
Figure 112013120226539-pat00010
그리고 격자의 주기를
Figure 112013120226539-pat00011
회절의 차수를
Figure 112013120226539-pat00012
이라 할 때, 입사각에 따른 파면의 회절차수는 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.Angle of incidence
Figure 112013120226539-pat00009
And the wavelength of the wavefront
Figure 112013120226539-pat00010
And the cycle of the grid
Figure 112013120226539-pat00011
The degree of diffraction
Figure 112013120226539-pat00012
, The diffraction order of the wavefront according to the incident angle can be expressed by the following equation (1).

Figure 112013120226539-pat00013
Figure 112013120226539-pat00013

위상천이의 양을

Figure 112013120226539-pat00014
라 하고, CCD 카메라와 같은 영상센서(60)에서 관측된 영상의 광 강도를
Figure 112013120226539-pat00015
라 할 때, 5번의 위상천이를 통하여 얻어진 영상에 상응하는 위상
Figure 112013120226539-pat00016
는 다음의 수학식 2 내지 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.The amount of phase shift
Figure 112013120226539-pat00014
, And the light intensity of the image observed by the image sensor 60 such as a CCD camera
Figure 112013120226539-pat00015
, The phase corresponding to the image obtained through 5 phase shifts
Figure 112013120226539-pat00016
Can be expressed by the following equations (2) to (5).

Figure 112013120226539-pat00017
Figure 112013120226539-pat00017

Figure 112013120226539-pat00018
Figure 112013120226539-pat00018

Figure 112013120226539-pat00019
Figure 112013120226539-pat00019

Figure 112013120226539-pat00020
Figure 112013120226539-pat00020

도 6은 본 발명에서 이용하는 시편을 지나는 광선의 광로차를 보인 개념도이다.Fig. 6 is a conceptual diagram showing the optical path difference of a ray passing through a specimen used in the present invention.

수학식 5의 위상

Figure 112013120226539-pat00021
는 도 6과 같이 투명한 매질을 지나는 광선의 광로차(Optical Path Difference)에 대한 수학식으로서, 다음의 수학식 6 내지 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.The phase of equation (5)
Figure 112013120226539-pat00021
Is an equation for an optical path difference of a light ray passing through a transparent medium as shown in FIG. 6, and can be expressed by the following Equations (6) to (9).

Figure 112013120226539-pat00022
Figure 112013120226539-pat00022

여기서,here,

Figure 112013120226539-pat00023
: 배경의 광강도
Figure 112013120226539-pat00023
: Light intensity of the background

Figure 112013120226539-pat00024
: 시편의 광강도
Figure 112013120226539-pat00024
: Light intensity of specimen

광로차(OPD: Optical Path Difference)는 다음의 수학식 7과 같다.The optical path difference (OPD) is expressed by Equation (7).

Figure 112013120226539-pat00025
Figure 112013120226539-pat00025

여기서,here,

Figure 112013120226539-pat00026
: 결함의 굴절률
Figure 112013120226539-pat00026
: Refractive index of defects

Figure 112013120226539-pat00027
: 시편의 굴절률
Figure 112013120226539-pat00027
: Refractive index of specimen

위상천이량을

Figure 112013120226539-pat00028
라 하면, 위상천이량은 다음의 수학식 8과 같다.The phase shift amount
Figure 112013120226539-pat00028
, The phase shift amount is expressed by the following equation (8).

Figure 112013120226539-pat00029
Figure 112013120226539-pat00029

따라서 위상

Figure 112013120226539-pat00030
는 다음의 수학식 9와 같이 명암(콘트라스트)로 표현되어 계산에 유용해진다.Therefore,
Figure 112013120226539-pat00030
Is expressed by the contrast (contrast) as shown in the following Equation (9) and becomes useful for the calculation.

콘트라스트

Figure 112013120226539-pat00031
는 다음의 수학식 9와 같이 정의되어진다.Contrast
Figure 112013120226539-pat00031
Is defined by the following equation (9).

Figure 112013120226539-pat00032
Figure 112013120226539-pat00032

그러므로 영상의 모든 점에서 회절되고 굴절된 빛의 궤적으로 나타나는 광 강도는 사인파의 형태로써 표현된다. 결국, 광로차를 갖는 모든 데이터는 시편을 표현하는 배경(background)으로부터 분리되어질 때 결함에 대한 광 강도

Figure 112013120226539-pat00033
가 계산되어질 수 있는 것이다.Therefore, the intensity of light appearing in the trajectory of refracted and refracted light at all points in the image is expressed in the form of a sine wave. As a result, when all the data with the optical path difference are separated from the background representing the specimen, the light intensity for the defect
Figure 112013120226539-pat00033
Can be calculated.

도 7은 본 발명에서 시편에 영상을 투영하는 예를 보인 도면이고, 도 8은 본 발명에서 주기와 이동량 설정에 따른 위상천이의 예를 보인 것으로, (a)는 구현파의 주기이고, (b)는 촬영주기를 보인 도면이다. 또한 도 9는 본 발명에서 시편의 얼룩에 대한 회절패턴 위상천이를 보인 것으로, (a)는 시편의 얼룩의 예를 보인 도면이고, (b)는 시편의 얼룩에 대해 이동량에 따라 회절패턴 위상천이가 이루어지는 모습을 보인 도면이다. 도 10은 본 발명에서 정현파와 굴절되어 왜곡된 높이정보의 예를 보인 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating an example of projecting an image on a specimen according to the present invention. FIG. 8 shows an example of a phase shift according to a period and a movement amount setting in the present invention, wherein (a) Is a diagram showing a photographing cycle. 9A and 9B show diffraction pattern phase shifts with respect to unevenness of a specimen in the present invention, wherein FIG. 9A shows an example of unevenness of a specimen, FIG. 9B shows a diffraction pattern phase shift Fig. 10 is a diagram showing an example of height information distorted by refraction with sinusoidal waves in the present invention.

수학식 9에 의해 사인파로 재구성된 영상정보는 3차원 측정 시 사용되는 래핑(wrapping)과 언래핑(unwrapping)의 과정을 이용하여 해결될 수 있다. 그러나 3차원의 정보 즉, 높이(Z축의 값)의 정보는 결함에 의해 굴절되고 왜곡된 정현파(사인파)의 정보로써 나타난다. 따라서 그 정보를 추출하여 결함의 정보로써 이용할 수 있는 것이다. 도 9의 (a)를 투명한 시편의 얼룩이라 가정하고, 도 9의 (b)에서(b-1)에서부터 (b-4)에서와 같이 90도씩 4번의 위상을 천이 한다면, 어느 얼룩에 위치한 어느 한 점에서의 광 강도

Figure 112013120226539-pat00034
는 도 10과 같이 유사한 사인파의 형태를 갖는다.The image information reconstructed by the sinusoidal wave according to Equation (9) can be solved by using the processes of wrapping and unwrapping used in three-dimensional measurement. However, the information of the three-dimensional information, that is, the height (the value of the Z-axis) is refracted by the defect and appears as information of a distorted sine wave. Therefore, the information can be extracted and used as information of defects. Assuming that FIG. 9A is a speck of a transparent specimen and four phases are shifted by 90 DEG from (b-1) to (b-4) in FIG. 9B, Light intensity at one point
Figure 112013120226539-pat00034
Has a similar sinusoidal waveform as shown in Fig.

Figure 112013120226539-pat00035
,
Figure 112013120226539-pat00036
,
Figure 112013120226539-pat00037
, ,
Figure 112013120226539-pat00039
를 지나는 정현파에 근사한 파형을 만들기 위한 방법으로 보간(interpolation) 또는 피팅(fitting) 법을 사용할 수 있는데 그 가운데 2차함수의 수식은 수학식 10과 같이 파라메트릭 함수로써 표현될 수 있다.
Figure 112013120226539-pat00035
,
Figure 112013120226539-pat00036
,
Figure 112013120226539-pat00037
, ,
Figure 112013120226539-pat00039
The interpolation or fitting method can be used as a method for creating a waveform approximate to a sinusoidal wave passing through the quadratic function. Among them, the quadratic function expression can be expressed as a parametric function as shown in Equation (10).

Figure 112013120226539-pat00040
Figure 112013120226539-pat00040

상기 수식에 대해 정점 또는 저점의 해는 다음과 같다The solution of the vertex or trough for the above equations is

Figure 112013120226539-pat00041
Figure 112013120226539-pat00041

상기

Figure 112013120226539-pat00042
의 값을 수학식 10에 대입하여 위상이 굴절 및 회절되어 투영된 광 강도
Figure 112013120226539-pat00043
의 값을 산출할 수 있게 된다.remind
Figure 112013120226539-pat00042
Is substituted into Equation (10) so that the phase is refracted and diffracted so that the projected light intensity
Figure 112013120226539-pat00043
Can be calculated.

가로가 w이고 세로가 h인 즉,

Figure 112013120226539-pat00044
의 크기를 갖는 표면
Figure 112013120226539-pat00045
는 대상물체의 투과하는 공간(space)과 반사내지 흡수되는 선(line)의 경계에서 굴절 및 회절되어 정현파의
Figure 112013120226539-pat00046
구간에 투영되어 형성된 위상차 이미지 또는 암시야 이미지를 수학식 12와 같이 정의할 수 있다.If the width is w and the height is h,
Figure 112013120226539-pat00044
Gt; of < / RTI &
Figure 112013120226539-pat00045
Is refracted and diffracted at the boundary between the space through which the object is transmitted and the line to be reflected or absorbed,
Figure 112013120226539-pat00046
A phase difference image or a dark field image formed by projecting in the interval can be defined as shown in Equation (12).

Figure 112013120226539-pat00047
Figure 112013120226539-pat00047

여기서,

Figure 112013120226539-pat00048
는 위상이 굴절 및 회절되어 투영된 광 강도이고,
Figure 112013120226539-pat00049
는 가로가 w이고 세로가 h인 즉,
Figure 112013120226539-pat00050
의 크기를 갖는 시편(40)의 표면의 위상차 이미지이다.here,
Figure 112013120226539-pat00048
Is a projected light intensity in which the phase is refracted and diffracted,
Figure 112013120226539-pat00049
Is the width w and the height h,
Figure 112013120226539-pat00050
Of the surface of the specimen 40 having the size of < RTI ID = 0.0 >

본 발명에서는 영상의 모든 점에 대해 상기 수식으로 얻어진 영상을 암시야 이미지(Dark Field Image) 또는 위상차 이미지(Phase Contrast Image)라 부른다.In the present invention, the image obtained by the above formula for all points of an image is called a dark field image or a phase contrast image.

위상차 이미지로부터 결함정보를 얻기 위해서는 임계값(threshold)을 적용하여 계산되어질 수 있다. 그러나 배경(시편)의 불균일함을 제어하기 위한 수단으로 그 배경에 대한 색 얼룩(color shading)을 보정하여 더욱 질 좋은 위상차 이미지 정보를 얻을 수 있으며, 다음의 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.In order to obtain defect information from the phase difference image, a threshold value may be applied. However, as a means for controlling the unevenness of the background (specimen), the color shading for the background may be corrected to obtain better phase difference image information, which can be expressed as Equation (13).

Figure 112013120226539-pat00051
Figure 112013120226539-pat00051

여기서,here,

Figure 112013120226539-pat00052
= 옵셋 이미지(Offset Image: 카메라의 셔터를 닫고 찍은 영상)
Figure 112013120226539-pat00052
= Offset Image (image taken with the shutter of the camera closed)

Figure 112013120226539-pat00053
= 결함없는 시편의 이미지
Figure 112013120226539-pat00053
= An image of a flawless specimen

Figure 112013120226539-pat00054
= 상수
Figure 112013120226539-pat00054
= Constant

도 11은 본 발명을 이용하여 투명체에 위상천이를 수행한 예를 보인 것으로, (a)는 위상천이가 0도 이루어진 상태, (b)는 위상천이가 90도 이루어진 상태, (c)는 위상천이가 180도 이루어진 상태, (d)는 위상천이가 270도 이루어진 상태, (e)는 위상차 이미지에 의해 시편의 결함을 검출한 상태의 예를 보인 도면이다.FIG. 11 shows an example in which a phase shift is performed in a transparent body using the present invention. FIG. 11 (a) shows a state in which the phase shift is 0, (D) is a state in which the phase shift is 270 degrees, and (e) is a state in which a defect of the test piece is detected by the phase difference image.

그래서 도 11의 (e)는 위상천이된 영상과 상기 수학식 1내지 12를 이용한 결과를 실시예로써 나타낸 것이다.11 (e) shows the phase-shifted image and the results using Equations 1 to 12 as an embodiment.

이처럼 본 발명은 격자무늬 패턴을 생성시켜 투명체에 투영하고 위상차 이미지를 생성하여 투명체의 결함을 효과적으로 검출하게 되는 것이다.As described above, according to the present invention, a lattice pattern is generated and projected onto a transparent body to generate a phase difference image, thereby effectively detecting defects in the transparent body.

이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof, and various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but are intended to illustrate and not limit the scope of the technical spirit of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas which are within the scope of the same should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10 : BLU
20 : 격자 패널
30 : 투영 렌즈
40 : 시편
41 : 시편의 얼룩
50 : 수광 렌즈
60 : 영상 센서
70 : 컨트롤러
80 : 결함정보 처리부10: BLU
20: Grid panel
30: projection lens
40: The Psalms
41: Stain of the Psalm
50: receiving lens
60: Image sensor
70: controller
80: Defect information processor

Claims (6)

광을 발산시키는 BLU(10)와;
상기 BLU(10)에서 발산된 광을 통과시켜 격자 패턴이 시편(40)으로 투영되도록 하는 격자 패널(20)과;
상기 격자 패널(20)의 격자 패턴을 시편(40)으로 투영시키는 투영 렌즈(30)와;
상기 시편(40)을 투과한 광을 수광하는 수광 렌즈(50)와;
상기 수광 렌즈(50)에서 수광된 위상차 이미지를 감지하는 영상 센서(60)와;
상기 격자 패널(20)을 제어하여 위상차 이미지의 격자 패턴이 상기 시편(40)으로 투영되도록 하는 컨트롤러(70)와;
상기 컨트롤러(70)의 동작을 제어하고, 상기 영상 센서(60)에서 감지한 위상차 이미지를 전달받아 상기 시편(40)의 결함정보를 처리하여 상기 시편(40)의 결함을 검출하는 결함정보 처리부(80);
를 포함하여 구성되고,
상기 격자 패널(20)은,
LCD, OLED, PDP 중에서 하나 이상으로 구성되며,
상기 결함정보 처리부(80)는,
촬영회수와 이동량의 곱한 값인 촬영주기가 라인 및 스페이스가 연속된 격자패널을 지나온 빛이 만들어낸 정현파의 주기 보다 작은 값이 되도록 설정하고, 다음의 수학식을 이용하여 위상차 이미지를 구하여 상기 시편(40)의 결함정보를 획득하고,
Figure 112015034826610-pat00055

여기서,
Figure 112015034826610-pat00056
는 위상이 굴절 및 회절되어 투영된 광 강도이고,
Figure 112015034826610-pat00057
는 가로가 w이고 세로가 h인
Figure 112015034826610-pat00058
의 크기를 갖는 상기 시편(40)의 표면의 위상차 이미지인 것을 특징으로 하는 위상차 이미지를 이용한 결함검출 장치.
A BLU 10 for emitting light;
A grating panel 20 for passing the light emitted from the BLU 10 to project a grating pattern onto the specimen 40;
A projection lens (30) for projecting the grating pattern of the grating panel (20) onto the specimen (40);
A light receiving lens (50) for receiving light transmitted through the specimen (40);
An image sensor (60) for sensing a phase difference image received by the light receiving lens (50);
A controller (70) for controlling the grating panel (20) so that a grating pattern of the phase difference image is projected onto the specimen (40);
A defect information processor for controlling the operation of the controller 70 and receiving a phase difference image sensed by the image sensor 60 and processing defect information of the specimen 40 to detect defects of the specimen 40 80);
And,
The grid panel (20)
An LCD, an OLED, and a PDP,
The defect information processing unit (80)
The photographed period, which is a value obtained by multiplying the photographed number by the moving amount, is set to be smaller than the period of the sinusoidal wave generated by the light passing through the consecutive grid panels and the phase difference image is obtained by using the following equation, ) Of the defect information,
Figure 112015034826610-pat00055

here,
Figure 112015034826610-pat00056
Is a projected light intensity in which the phase is refracted and diffracted,
Figure 112015034826610-pat00057
Is width w and height h
Figure 112015034826610-pat00058
And a phase difference image of a surface of the specimen (40) having a magnitude of the phase difference image.
삭제delete 삭제delete 격자 패널(20)을 이용하여 격자 무늬 패턴을 생성시키는 제 1 단계(ST1)와;
상기 격자 패널(20)을 제어하여 위상천이 격자무늬 패턴을 생성시켜 시편(40)에 투영하여 미리 설정한 촬영주기 동안 영상 센서(60)에서 투영된 영상을 촬영하도록 고, 촬영회수와 이동량의 곱한 값으로 상기 촬영주기를 설정하고, 상기 촬영주기는 라인 및 스페이스가 연속된 격자패널을 지나온 빛이 만들어낸 정현파의 주기 보다 작은 값이 되도록 설정하는 제 2 단계(ST2 ~ ST4)와;
상기 영상 센서(60)에서 촬영한 영상을 처리하여 투영된 회절상에 의한 위상차 이미지를 획득하여 결함정보 처리부(80)에서 상기 시편(40)의 결함정보를 획득하고, 다음의 수학식을 이용하여 위상차 이미지를 구하여 상기 시편(40)의 결함정보를 획득하고,
Figure 112015034826610-pat00074

여기서,
Figure 112015034826610-pat00075
는 위상이 굴절 및 회절되어 투영된 광 강도이고,
Figure 112015034826610-pat00076
는 가로가 w이고 세로가 h인
Figure 112015034826610-pat00077
의 크기를 갖는 상기 시편(40)의 표면의 위상차 이미지인 제 3 단계(ST5);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 위상차 이미지를 이용한 결함검출 방법.
A first step (ST1) of generating a grid pattern using the grid panel (20);
The grating panel 20 is controlled to generate a phase shift lattice pattern and projected onto the specimen 40 to photograph an image projected by the image sensor 60 during a preset photographing period. (ST2 to ST4) for setting the photographing period to be a value smaller than a period of a sinusoidal wave generated by light passing through a grid panel in which lines and spaces are consecutive;
The image photographed by the image sensor 60 is processed to obtain a phase difference image by the projected diffraction image to obtain defect information of the specimen 40 in the defect information processing unit 80, Obtains an image, obtains defect information of the specimen 40,
Figure 112015034826610-pat00074

here,
Figure 112015034826610-pat00075
Is a projected light intensity in which the phase is refracted and diffracted,
Figure 112015034826610-pat00076
Is width w and height h
Figure 112015034826610-pat00077
(ST5) which is a phase difference image of the surface of the specimen (40) having a size of?
Wherein the defect detection method comprises the steps of:
삭제delete 삭제delete
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