KR20090018269A - 화상 형성 장치 및 이를 포함하는 레이저 처리장치, 그리고화상 형성 방법 - Google Patents

Abstract

화상 형성 장치는 편광판 및 검광판을 포함한다. 편광판은 광원과 대물렌즈의 사이에 배치되며, 검광판은 대물렌즈와 카메라의 사이에 배치된다. 광원으로부터 조사된 광은 편광판을 통과하면서 일방향으로 편광되며, 대물렌즈를 통해 대상물에 조사된다. 광은 대상물로부터 반사된 후 대물렌즈를 통해 검광판을 통과하며, 검광판은 광으로부터 간섭상을 제거한다. 간섭상이 제거된 광은 카메라에 제공되며, 카메라는 광으로부터 화상을 검출하여 사용자에게 제공한다. 사용자는 편광판을 회전시켜 편광방향을 변경할 수 있으며, 편광방향에 따라 고품질의 화상을 얻을 수 있다.

편광판, 검광판

Description

화상 형성 장치 및 이를 포함하는 레이저 처리장치, 그리고 화상 형성 방법{image-forming apparatus and laser processing apparatus including the same, image forming method}

본 발명은 화상 형성 장치 및 이를 포함하는 레이저 처리장치, 그리고 화상 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편광판을 구비하는 화상 형성 장치 및 이를 포함하는 레이저 처리장치, 화상 형성 방법에 관한 것이다.

대상물의 상태를 비젼을 통해 검사하거나 대상물을 가공하면서 대상물의 가공상태를 비젼을 통해 관찰한다. 이때, 대상물에는 광이 조사되며, 조사된 광은 대상물에 반사되어 대물렌즈를 통해 카메라에 조사된다. 카메라는 반사된 광으로부터 화상을 형성하며, 형성된 화상은 작업자에게 제공된다. 작업자에게 제공되는 화상의 상태는 대상물의 검사결과 또는 대상물의 가공결과와 직결되는 만큼 선명한 화상을 작업자에게 제공하는 것은 매우 중요하다. 그러나, 종래의 장치 및 방법은 대상물에 따라 선명한 화상을 제공할 수 없었으며, 특히 비등방성 물질의 특성에 따른 선명한 화상을 제공할 수 없었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 작업자에게 고품질의 화상을 제공할 수 있는 화상 형성 장치 및 이를 포함하는 레이저 처리장치, 그리고 화상 형성 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 대상물에 대한 검사결과 또는 가공결과를 향상시킬 수 있는 화상 형성 장치 및 이를 포함하는 레이저 처리장치, 그리고 화상 형성 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 화상 형성 장치는 광원, 상기 광원으로부터 조사되어 상기 대상물로부터 반사된 광을 수용하는 대물렌즈, 상기 광원과 상기 대물렌즈의 사이에 배치되는 편광판(polarizer), 상기 대물렌즈를 통해 수용된 광으로부터 상기 대상물의 화상을 검출하는 카메라, 그리고 상기 대물렌즈와 상기 카메라의 사이에 배치되며 상기 대물렌즈를 통과한 상기 광으로부터 간섭상을 제거하는 검광판(analyzer)을 포함한다. 또한, 상기 장치는 상기 편광판을 회전시키는 편광판 회전부재를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 광원은 반사광원일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 화상 형성 장치는 대상물의 일측에 제공되는 광원, 상기 대상물의 타측에 제공되며 상기 광원으로부터 조사되어 상기 대상물 을 투과한 광을 수용하는 대물렌즈, 상기 광원과 상기 대상물의 사이에 배치되는 편광판, 상기 대물렌즈를 통해 수용된 광으로부터 상기 대상물의 화상을 검출하는 카메라, 그리고 상기 대물렌즈와 상기 카메라의 사이에 배치되며, 상기 대물렌즈를 통과한 상기 광으로부터 간섭상을 제거하는 검광판을 포함한다. 상기 광원은 투과광원일 수 있다.

본 발명에 의하면, 레이저 처리장치는 레이저 발진기, 상기 레이저 발진기로부터 생성된 레이저를 이용하여 가공되는 피가공물이 놓이는 테이블, 그리고 상기 피가공물의 화상을 제공하는 화상 형성 장치를 포함하되, 상기 화상 형성 장치는 광원, 상기 광원으로부터 조사되어 상기 대상물로부터 반사된 광을 수용하는 대물렌즈, 상기 광원과 상기 대물렌즈의 사이에 배치되는 편광판, 상기 대물렌즈를 통해 수용된 광으로부터 상기 대상물의 화상을 검출하는 카메라, 상기 대물렌즈와 상기 카메라의 사이에 배치되며 상기 대물렌즈를 통과한 상기 광으로부터 간섭상을 제거하는 검광판을 포함한다.

본 발명에 의하면, 대상물에 광을 조사하여 상기 대상물의 화상을 형성하는 방법은 상기 광원의 전방에 편광판을 제공하여 상기 광원으로부터 조사된 광을 편광시킨 상태에서 상기 대상물에 제공하며, 카메라의 전방에 검광판을 제공하여 상기 대상물로부터 반사된 광으로부터 간섭상이 제거된 후에 상기 카메라에 수용되는 것을 특징으로 한다. 한편, 상기 방법은 상기 편광판을 회전시켜 상기 광의 편광 방향을 조절하므로써 상기 화상을 동기화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 일방향으로 편광된 광을 제공함으로써 고품질의 화상을 얻을 수 있다. 또한, 검광판을 이용하여 간섭상을 제거할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

레이저 발진기(10)의 전방에는 스플리터(20)가 제공되며, 슬릿 조명(22)은 레이저의 조준위치 및 가공 모양 및 크기를 보여준다. 레이저 발진기(10)에서 발산된 레이저는 스플리터(20,30)를 통하여 튜브렌즈(90)에 제공되며, 스플리터(140) 및 대물렌즈(150)를 통해 기판(S)에 제공된다. 스플리터(20,30,140)는 사람이 인식하는 가시광선(빛) 영역을 50:50 으로 전달하는 광학부품이다. 예를 들어, 스플리터(30)는 레이저 발진기(10)의 레이저를 투과함과 동시에, 기판(S)의 이미지를 카메라(80)로 전달하며, 스플리터(140)는 레이저를 투과함과 동시에, 기판(S)의 이미지를 튜브렌즈(90)로 전달한다. 한편, 튜브렌즈(90)는 기판(S)의 이미지를 통일된 포커스로 전달하며, 통일된 포커스는 튜브렌즈(90) 이전의 렌즈들이 변환되어도(렌 즈들은 여러 종류의 배율, 예를 들어, 5배, 10배, 20배, 50배, 100배의 배율을 사용한다) 카메라(80)에서 이미지를 볼 수 있도록 한다. 또한, 릴레이 렌즈(70)는 카메라(80)의 FOV(Field of View)에 따라 가공하기에 적합한 크기의 영상 이미지의 배율을 0.45 ~ 0.7배로 낮춰서 보기 위해 제공된다. 이는 튜브렌즈에서 보여주는 이미지 영역의 범위를 전부 볼 수 있도록 하기 위하여 배율을 낮춘 것이다.

한편, 튜브렌즈(90)의 전방에는 조명부(100)가 제공되며, 조명부(100)는 기판(S)에 광을 제공한다. 조명부(100)는 패턴 이미지(130) 및 스플리터(140), 그리고 대물렌즈(150)를 포함한다. 패턴 이미지(130)는 포커스 센서(50)가 오토 포커싱(auto focusing)이 가능하도록 하는 기준 이미지이다. 패턴 이미지(130)의 이미지는 광원(110)으로부터 조사된 광에 의하여 기판(S) 상에 형성되며, 포커스 센서(50)는 기판(S) 상에 형성된 이미지를 기준으로 오토 포커싱을 한다.

광원(110)으로부터 조사된 광은 편광판(120) 및 패턴 이미지(130), 그리고 스플리터(140)를 통해 대물렌즈(150)에 제공되며, 기판(S)에 조사된다. 조사된 광은 기판(S)에서 반사되며, 대물렌즈(150)를 통해 검광판(40) 및 릴레이 렌즈(70)를 거쳐 카메라(80)에 제공된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

한편, 검광판(40)을 통과한 광은 포커스 센서(50)에 제공되며, 포커스 센서(50)는 광으로부터 형성된 화상의 포커싱 여부를 감지한다. 포커스 센서(50)는 패턴 이미지(130)에 의해 기판(S) 상에 형성된 이미지를 감지하며, 감지결과는 구 동기(220)로 제공되며, 구동기(220)는 감지결과에 따라 조명부(100)를 승강함으로써 대물렌즈(150)와 기판(S)의 이격거리를 조절하여 화상의 포커싱을 조절한다. 그러나, 기판(S)의 종류와 형태에 따라 굴곡이 있거나 2-5㎜ 정도 기울어져 있어, 대물렌즈(150)와 기판(S)의 이격거리가 일정거리 이상일 경우, 포커스 센서(50)를 이용한 포커싱이 곤란하거나 많은 시간이 소요된다. 특히, 포커스 센서(50)가 ±240㎛ 이내에서 포커싱을 할 경우, 대물렌즈(150)와 기판(S)의 이격거리가 480㎛의 오차범위를 벗어나게 되면 포커싱이 곤란하다. 따라서, 센서(200)를 이용하여 대물렌즈(150)와 기판(S)의 이격거리를 200㎛ 내외로 조절한다.

센서(200)는 기판(S)과의 이격거리를 감지하며, 구동기(220)는 센서(200)와 전기적으로 연결되어 조명부(100)를 승강하여 감지된 이격거리를 기설정된 거리로 조절한다. 센서(200)는 선택적으로 초음파 센서 또는 레이저 센서를 포함한다. 대물렌즈(150)와 기판(S)의 이격거리가 200㎛ 내외로 조절된 이후에, 포커스 센서(50)를 이용하여 화상을 포커싱한다. 포커스 센서(50)는 대물렌즈(150)를 0.156㎛ 단위로 이동하면서 포커싱을 한다. 포커스 센서(50)는 센서(200)에 비하여 정밀한 단위로 이동하므로 많은 시간이 소요된다. 따라서, 센서(200)를 이용하여 1차적으로 포커싱을 한 이후에, 포커스 센서(50)를 이용하여 2차적으로 포커싱을 하게 되면 포커싱에 소요되는 시간을 충분히 단축할 수 있다.

도 2는 도 1의 기판(S)을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 2에 도시한 기판(S)은 컬러필터(C), 유리기판(G), 편광판(P), 그리고 보 호필름(PF)으로 이루어진 액정 표시 패널이며, 액정 표시 패널은 이미 공지된 내용이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 실시예는 기판(S)의 일례로 액정 표시 패널을 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

한편, 편광판(P)의 상부에는 편광판(P)의 보호를 위하여 보호필름(PF)이 부착된다. 보호필름(PF)의 이면은 편광판(P)에 부착되며, 보호필름(PF)의 표면은 외부에 노출되어 편광판(P)을 보호한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 보호필름(PF)의 표면은 다수의 굴곡을 가진다. 따라서, 컬러필터(C)의 상태를 조사하거나 컬러필터(C)를 가공할 경우, 광원(110)으로부터 조사된 광이 보호필름(PF)의 표면을 통해 균일하게 입사되지 않으며, 보호필름(PF)의 표면에서 다수 산란되어 소모된다. 그러므로, 컬러필터(C)에 도달하는 광의 양이 매우 적다. 또한, 보호필름(PF)을 통해 입사된 광은 여러 갈래로 굴절되므로, 고품질의 화상을 얻기 어렵다.

보호필름(PF)의 상부에 제공된 투과막(T)은 광원(110)으로부터 조사된 광이 균일하게 입사할 수 있도록 균일한 표면을 가진다. 또한, 투과막(T)의 이면은 보호필름(PF)의 굴곡면을 충전(充塡)한다. 투과막(T)은 투명 또는 반투명 재질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 접착테이프 또는 접착시트와 같은 투명시트가 사용될 수 있으며, 물 또는 본드를 이용하여 보호필름(PF)의 상부에 유체막을 형성할 수도 있다. 투과막(T)은 균일한 표면을 가지므로, 광원(110)으로부터 조사된 광이 균일하게 기판(S)의 내부에 입사될 수 있도록 돕는다.

도 3은 도 1의 기판(S)을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 기판(S)은 복수의 기준점을 가진다. 하나의 기준점은 일측 모서리에 위치하는 (0,0)이며, 다른 하나의 기준점은 반대측 모서리에 위치하는 (n,0)이다. n은 기판(S)의 화소수에 따라 결정되며, 기판(S)이 1920×1080인 컬러필터 기판인 경우, n은 1920의 3배수(적(R),녹(G),청(B))에 해당한다.

기준점을 통해 특정한 기판(S) 상의 위치에 대한 좌표가 결정되며, 좌표에 따라 기판(S) 상의 위치가 특정된다. 예를 들어, 특정 위치를 검사하거나 가공하고자 할 경우, 특정 위치에 대한 좌표값인 T(a,b)가 결정되어 레이저 처리장치에 입력되며, 레이저 처리장치는 해당하는 좌표값으로 이동하여 특정 위치를 검사하거나 가공한다. 이때, 좌표값 T(a,b)에 해당하는 특정 위치에 투과막(T)을 형성한다. 투과막(T)은 광원(110)으로부터 조사된 광이 산란되는 것을 방지하며, 광이 기판(S)의 내부로 균일하게 입사될 수 있도록 한다. 또한, 기준점이 되는 위치((0,0), (n,0)에도 투과막을 형성함으로써, 장치가 기준점을 오차없이 인식할 수 있도록 한다.

본 실시예에서는 기준점 및 좌표값에 투과막(T)을 형성하는 것으로 설명하고 있으나, 이와 달리 기판(S)의 전체 표면에 투과막(T)을 형성할 수 있으며, 특히 기판(S)의 검사시에는 기판(S)의 전체 표면에 투과막(T)을 형성하는 것이 바람직하다.

도 4는 도 1의 레이저 처리장치의 작동상태를 나타내는 도면이다. 도 4는 광 의 편광상태를 설명하기 위한 것이며, 도 1에서 광의 편광상태와 무관한 구성은 생략되었다. 한편, 도 4에서 설명하는 편광방향은 본 발명의 설명을 위한 예시적인 것이다.

광원(110)으로부터 발산된 광은 무편광 상태이므로, 다양한 방향(예를 들어, ① 내지 ④)으로 진동한다(Ⅰ 상태). 광이 편광판(120)을 통과하면, 광은 ④방향으로 편광된다(Ⅱ 상태). 이후, 광은 스플리터(140)를 통과하여 대물렌즈(150)를 향하나(Ⅲ 상태), 일부 광은 스플리터(140)에 반사되어 검광판(40)을 향한다(Ⅲ' 상태). 대물렌즈(150)를 향한 광은 대물렌즈(150)를 통과하나(Ⅳ 상태), 일부 광은 대물렌즈(150)에 반사된다(Ⅳ' 상태). 대물렌즈(150)를 통과한 광은 기판(S)에 입사된 후 반사되며, 반사된 광은 다시 무편광상태(Ⅴ 상태)가 된다(다만, 주광(가장 강한 광)은 ② 방향이다). 이는 기판(S)에 입사된 광이 기판(S) 표면의 보호필름(PF) 및 기판(S) 내부의 액정(liquid crystal)에 의해 산란되기 때문이다. 액정은 비등방성 물질이며, 비등방성 물질은 물체의 물리적 성질이 방향에 따른 다른 성질을 가진다. 비등방성 물질은 직선편광이 표면에서 반사될 때 원편광이나 복굴절로 산란된다.

무편광상태의 광은 대물렌즈(150)를 통과한 후(Ⅵ 상태), 스플리터(140)를 거쳐(Ⅶ 상태) 검광판(40)을 통과한다(Ⅷ 상태). 검광판(40)은 편광판(120)과 편광방향이 대략 90°의 관계에 있도록 배치된다(다만, 광량이 부족하여 관찰하기에 너무 어두울 경우 각도를 달리할 수 있으며, 80도에서 100도 사이로 배치하는 것이 바람직하다). 검광판(40)은 광으로부터 간섭상을 제거하며, 편광판(120)을 통과한 광과 대략 90°의 관계에 있는 ② 방향으로 편광된 광만을 투과시킨다(Ⅷ 상태). 간섭상이 제거된 고품질의 광은 카메라(80)에 제공된다. 즉, 검광판(40)을 통해 기판(S)의 관찰시 불필요한 잡광(비등방성 물질의 복굴절에 의해 발생된)을 제거해 줌으로써 선명한 이미지 관찰이 가능하다.

한편, 편광판(120)을 통과한 광이 ④ 방향으로 편광되는 것으로 설명하였으나, 편광판(120)의 회전에 따라 편광방향은 ① 내지 ③을 포함하는 다양한 방향으로 전환될 수 있다. 특히, 비등방성 물질은 편광판(120)을 통과한 광의 편광방향에 따라 다른 화상을 얻을 수 있으며, 특정 방향에 대해 특히 잘 반응하므로, 편광판(120)을 회전시켜 기판(S)에 가장 반응을 잘하는 편광방향을 결정함으로써 더욱 선명한 고품질의 화상을 얻을 수 있다. 따라서, 편광판(120)에는 별도의 회전부재(도시안됨)가 설치될 수 있으며, 회전부재는 편광판(120)을 회전시켜 더욱 선명한 고품질의 화상이 제공될 수 있도록 한다.

한편, 검광판(40)을 향한 광(Ⅲ' 상태)은 검광판(40)에 의해 제거된다. 검광판(40)은 편광판(120)과 편광방향이 대략 90°의 관계에 있도록 배치되기 때문이다. 또한, 대물렌즈(150)에 반사된 광(Ⅳ' 상태)은 스플리터(140) 및 검광판(40)을 통과하나(Ⅴ' 및 Ⅵ' 상태), 화상에 영향을 미치지 않는다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1의 기판을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 3은 도 1의 기판을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 4는 도 1의 레이저 처리장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 레이저 발진기 20, 30, 140 : 스플리터

40 : 검광판 50 : 포커스 센서

60 : 미러 70 : 릴레이 렌즈

80 : 카메라 90 : 튜브렌즈

110 : 광원 120 : 편광판

130 : 패턴 이미지 150 : 대물렌즈

200 : 센서 220 : 구동기

300 : 스테이지

Claims (12)

1. 광원;

   상기 광원으로부터 조사되어 상기 대상물로부터 반사된 광을 수용하는 대물렌즈;

   상기 광원과 상기 대물렌즈의 사이에 배치되는 편광판(polarizer);

   상기 대물렌즈를 통해 수용된 광으로부터 상기 대상물의 화상을 검출하는 카메라; 및

   상기 대물렌즈와 상기 카메라의 사이에 배치되며, 상기 대물렌즈를 통과한 상기 광으로부터 간섭상을 제거하는 검광판(analyzer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치(image-forming apparatus).
2. 제1항에 있어서,

   상기 장치는 상기 편광판을 회전시키는 편광판 회전부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 광원은 반사광원인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
4. 대상물의 일측에 제공되는 광원;

   상기 대상물의 타측에 제공되며, 상기 광원으로부터 조사되어 상기 대상물을 투과한 광을 수용하는 대물렌즈;

   상기 광원과 상기 대상물의 사이에 배치되는 편광판;

   상기 대물렌즈를 통해 수용된 광으로부터 상기 대상물의 화상을 검출하는 카메라; 및

   상기 대물렌즈와 상기 카메라의 사이에 배치되며, 상기 대물렌즈를 통과한 상기 광으로부터 간섭상을 제거하는 검광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 장치는 상기 편광판을 회전시키는 편광판 회전부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 광원은 투과광원인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
7. 레이저 발진기;

   상기 레이저 발진기로부터 생성된 레이저를 이용하여 가공되는 피가공물이 놓이는 테이블; 및

   상기 피가공물의 화상을 제공하는 화상 형성 장치를 포함하되,

   상기 화상 형성 장치는,

   광원;

   상기 광원으로부터 조사되어 상기 대상물로부터 반사된 광을 수용하는 대물렌즈;

   상기 광원과 상기 대물렌즈의 사이에 배치되는 편광판;

   상기 대물렌즈를 통해 수용된 광으로부터 상기 대상물의 화상을 검출하는 카메라;

   상기 대물렌즈와 상기 카메라의 사이에 배치되며, 상기 대물렌즈를 통과한 상기 광으로부터 간섭상을 제거하는 검광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 처리장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 장치는 상기 편광판을 회전시키는 편광판 회전부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 처리장치.
9. 대상물에 광을 조사하여 상기 대상물의 화상을 형성하는 방법에 있어서,

   상기 광원의 전방에 편광판을 제공하여 상기 광원으로부터 조사된 광을 편광시킨 상태에서 상기 대상물에 제공하며,

   카메라의 전방에 검광판을 제공하여 상기 대상물로부터 반사된 광으로부터 간섭상이 제거된 후에 상기 카메라에 수용되는 것을 특징으로 하는 화상을 형성하 는 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 방법은 상기 대상물의 피조사면에 균일한 입사면을 가지는 투과막을 형성하여 상기 피조사면의 굴곡면을 충전(充塡)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상을 형성하는 방법.
11. 제11항에 있어서,

    상기 투과막을 형성하는 단계는 상기 대상물의 피조사면에 접착테이프를 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상을 형성하는 방법.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 방법은 상기 편광판을 회전시켜 상기 광의 편광 방향을 조절하므로써 상기 화상을 동기화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 화상을 형성하는 방법.

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