KR20200077159A - 스캔 장치 - Google Patents

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KR20200077159A
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Abstract

본 발명은, 스캔 대상물의 표면을 촬영하여 영상을 출력하는 스캔 장치로서, 상기 스캔 대상물의 양측 상부에 상기 스캔 대상물을 향하여 평행하게 배치되고, 상기 스캔 대상물에 대하여 빛을 조사하는 제1 및 제2 조명부; 상기 스캔 대상물에 대하여 촬영을 수행하여 2차원 영상을 출력하는 스캔부; 상기 제1 및 제2 조명부와 상기 스캔부의 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 스캔부에서 출력되는 상기 2차원 영상을 합성하여 3차원 영상을 생성하는 영상 처리부; 를 포함하는 스캔 장치를 제공한다.
본 발명은, 라인 스캔 작업 시 바(bar) 형태의 조명부를 이용하여 조명을 함으로써 영상 출력에 필요한 광량 확보가 용이하고, 복수의 2차원 영상을 합성하여 3차원 영상을 얻을 수 있고, 이를 이용하여 대상물 표면의 결함과 표면 얼룩을 구분할 수 있다.

Description

스캔 장치{Scan device}
본 발명은 스캔 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측정 대상물 표면에 대한 스캔 작업 시 다양한 방향에서 조명을 조사하며 영상을 출력하는 스캔 장치에 관한 것이다.
반도체 기판과 같은 제품을 제조하는 과정에서 표면상의 불량을 검사하는 공정을 수행하고 있다. 이를 위해, 불량들을 빠르고 정확하게 검사해낼 수 있는 표면 검사장치의 연구 개발이 이루어지고 있다.
표면 검사 장치의 일예로서, 검사 대상물에 대하여 조명을 비추고, 반사되는 조명을 이용하여 영상을 얻는 스캔 장치가 개시되었다.
제품 표면 검사를 위해 사용되는 스캔 장치는 렌즈와 이미지 센서를 내장한 스캔 카메라와 조명장치를 포함하고, 스캔 카메라 직하방에 소정의 동작거리(Working Distance)를 두고 스캔 대상물이 배치된다.
이러한 스캔 장치에서 피사체 표면에 대한 이미지 촬상은 조명장치를 이용하여 스캔 대상물 표면의 FOV(field of view) 영역으로 광을 조사한 상태에서 스캔 카메라 또는 스캔 대상물을 상대적으로 이동시키면서 수행되며, 조명장치로부터 스캔 대상물의 표면으로 조사된 광이 반사되어 스캔 카메라에서 촬상되는 방식으로 동작한다.
스캔 장치는 소정의 방향으로 직선 이동하며, 스캔 대상물을 촬영하여 소정의 영상을 출력한다.
이때, 스캔 장치(1)에서 출력되는 영상은 2차원 영상으로서, 2차원 영상은 광원을 조사하여 결함 부분의 그림자 또는 밝기 변화를 분석하여 결함을 검출할 수 있으나, 결함의 높낮이 정보는 제공하지 않아 결함의 심각도를 구분할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 복수의 2차원 영상을 합성하여 3차원 영상을 얻는 기술이 개시되었다.
종래의 스캔 장치는 다음과 같이 구성될 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 스캔 장치의 구성의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 스캔 장치(1)는 스캔 대상물(10)의 상부에 배치되고 스캔 대상물(10)의 표면 영상을 출력하는 스캔부(3), 스캔 대상물(10)의 상부 양측에 배치되는 조명부(4)를 포함함을 알 수 있다.
그리고, 스캔 대상물(10)은 반사부(3)의 내측 중앙에서 스캔부(3)의 하방에 배치될 수 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 기술에 따라 스캔 장치(1)는 소정의 방향으로 이동하며 스캔 대상물(10)에 대한 촬영을 수행하며 2차원 영상을 출력할 수 있다.
여기서, 스캔부(3)의 Z축 상의 위치를 변화시킨 후, 2차원 영상을 출력하고 이를 이전의 2차원 영상과 합성하여 3차원 영상을 출력한다.
또는, 복수의 스캔부(3)를 각도를 달리하여 배치한 후, 각각의 스캔부(3)에서 출력되는 영상을 합성하여 3차원 영상을 출력할 수도 있다.
스캔 장치를 이용하여 빠른 시간 내에 선명한 이미지를 출력하기 위해서는 스캔부로 수집되는 광량이 커야하지만 상기와 같은 종래의 기술에서는 상대적으로 광량이 부족하여 빠른 스캔이 어려운 문제점이 있다.
또한, 3차원 영상을 이용한 표면 검사는 대상물 표면의 결함 높낮이를 정확하게 측정할 수 있으나, 3차원 영상을 얻기 위해서는 스캔부가 Z축 방향으로 이동하며 영상을 얻어야 하는 등 처리 시간이 길어지는 문제점이 있고, 검사 영역이 제한되는 문제점이 있다.
또한, 스캔부를 복수로 배치하는 경우에는 장치 전체의 제작비용이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명에 대한 선행기술로는 공개특허 2001-0076687호를 예시할 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스캔 작업 시 바(bar) 형태의 조명부를 이용하여 조명을 함으로써 영상 출력에 필요한 광량 확보가 용이한 스캔 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 복수의 2차원 영상을 합성하여 3차원 영상을 얻을 수 있고, 이를 이용하여 대상물 표면의 결함과 표면 얼룩을 구분할 수 있도록 하는 스캔 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 스캔 대상물의 표면을 촬영하여 영상을 출력하는 스캔 장치로서, 상기 스캔 대상물의 양측 상부에 상기 스캔 대상물을 향하여 평행하게 배치되고, 상기 스캔 대상물에 대하여 빛을 조사하는 제1 및 제2 조명부; 상기 스캔 대상물에 대하여 촬영을 수행하여 2차원 영상을 출력하는 스캔부; 상기 제1 및 제2 조명부와 상기 스캔부의 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 스캔부에서 출력되는 상기 2차원 영상을 합성하여 3차원 영상을 생성하는 영상 처리부; 를 포함하는 스캔 장치를 제공한다.
상기 제1 및 제2 조명부가 내측으로 배치되는 직육면체 형태의 케이스를 더 포함할 수 있다.
상기 스캔부는 상기 제1 및 제2 조명부의 배치 방향과 평행하게 배치될 수 있다.
상기 제1 조명부는, 전면으로는 연속적으로 제1 홈부가 형성되고 바(bar) 형태로 이루어지는 제1 몸체와, 상기 제1 홈부에 배치되는 제1 단위 조명을 포함할 수 있다.
상기 제1 홈부는, 일정 깊이의 저부 양측에 일정 경사로 배치되되, 일단은 상기 저부를 향하고 타단은 상기 제1 몸체의 전면으로 향하여 배치되는 제1 및 제2 경사면을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 경사면은, 상기 저부를 중심으로 90도 각도를 이룰 수 있다.
상기 제1 단위 조명은, 상기 제1 및 제2 경사면에 각각 배치되는 제1 및 제2 LED를 포함할 수 있다.
상기 제2 조명부는, 전면으로는 연속적으로 제2 홈부가 형성되고 바(bar) 형태로 이루어지는 제2 몸체와, 상기 제2 홈부에 배치되는 제2 단위 조명을 포함할 수 있다.
상기 제2 홈부는, 일정 깊이의 저부 양측에 일정 경사로 배치되되, 일단은 상기 저부를 향하고 타단은 상기 제2 몸체의 전면으로 향하여 배치되는 제3 및 제4 경사면을 포함할 수 있다.
상기 제3 및 제4 경사면은, 상기 저부를 중심으로 90도 각도를 이룰 수 있다
상기 제2 단위 조명은, 상기 제3 및 제4 경사면에 각각 배치되는 제3 및 제4 LED를 포함할 수 있다.
상기 제1 조명부가 포함하는 제1 및 제2 LED가 차례대로 동작한 후, 상기 제2 조명부가 포함하는 제3 및 제4 LED가 차례대로 동작할 수 있다.
상기 스캔부는 상기 제1 내지 제4 LED와 연동할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 라인 스캔 작업 시 바(bar) 형태의 조명부를 이용하여 조명을 함으로써 영상 출력에 필요한 광량 확보가 용이하다.
또한, 본 발명은 복수의 2차원 영상을 합성하여 3차원 영상을 얻을 수 있고, 이를 이용하여 대상물 표면의 결함과 표면 얼룩을 구분할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 스캔 장치의 구성의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캔 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에서 사용하는 제1 및 제2 조명부와 스캔부의 배치 상태의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에서 사용하는 제1 조명부의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 A 부분의 상세도면이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명에서 사용하는 제1 및 제2 조명부의 동작을 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캔 장치의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에서 사용하는 제1 및 제2 조명부와 스캔부의 배치 상태의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캔 장치(100)는 제1 및 제2 조명부(110A, 110B), 스캔부(130), 제어부(140) 및 영상 처리부(150)를 포함한다.
상기한 구성 요소들은 소정의 테이블 상에 배치될 수 있다.
제1 및 제2 조명부(110A, 110B)는 소정의 길이를 갖는 바(bar) 형태로 이루어질 수 있다.
제1 및 제2 조명부(110A, 110B)는 일정 간격으로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다.
여기서, 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)는 스캔 대상물(10)의 양측 상부에서 스캔 대상물(10)을 향하여 배치된다. 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)는 스캔 대상물(10)에 대하여 소정의 광을 소정 각도로 조사할 수 있다. 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)는 스캔 대상물(10)에 대하여 동일한 조사 각도로 빛을 조사할 수 있다.
제1 및 제2 조명부(110A, 110B)는 스캔 대상물(10)을 향하여 소정의 각도로 배치되지만, 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)의 구성과 동작의 용이한 이해를 위해 도 3과 이후의 도면에서는 평면도 형태로 도시하기로 한다.
도 4는 본 발명에서 사용하는 제1 조명부의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.
제1 조명부(110A)는 소정의 길이를 갖는 바(bar) 형태로 이루어지는 제1 몸체(112)와 제1 몸체(112) 전면으로 배치되는 제1 단위 조명(124)을 포함한다.
제1 조명부(110A)는 소정의 크기를 갖고 내측으로 조명부 배치 공간을 제공하는 직육면체 형태의 케이스(120) 내측에 배치될 수 있다.
도 5는 도 4의 A 부분의 상세도면이다.
도 5을 참조하면, 제1 조명부(110A)의 전면, 즉 제2 조명부(110B)에 대향하는 면을 따라서는 제1 단위 조명(124)이 배치됨을 알 수 있다.
우선, 제1 조명부(110A)의 전면으로는 일정 깊이의 제1 홈부(122)가 연속적으로 형성된다.
제1 조명부(110A) 상의 제1 홈부(122)는 서로 동일한 크기와 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1 홈부(122)는 제1 조명부(110A)의 전면 상에 소정의 깊이로 형성된다.
제1 홈부(122)는 제1 조명부(110A)의 전면 상에서 소정의 깊이로 저부가 형성되고, 저부의 양측에서 대향면 상으로 향하여 일정 각도로 제1 및 제2 경사면(122A, 122B)이 배치되는 형태로 이루어질 수 있다.
여기서, 저부에서 제1 및 제2 경사면(122A, 122B)의 단부로 갈수록 이격 거리는 증가한다. 이때, 제1 및 제2 경사면(122A, 122B)은 저부를 중심으로 90도 각도로 이루어 질 수 있다.
이때, 제1 경사면(122A)은 제1 조명부(110A)의 우측을 향하고, 제2 경사면(122B)은 제1 조명부(110A)의 좌측을 향할 수 있다.
따라서, 제1 홈부(122)는 '∨'형태일 수 있다.
제1 단위 조명(124)은 제1 및 제2 경사면(122A, 122B) 상에 각각 배치되는 제1 및 제2 LED(124A, 124B)를 포함한다. 제1 및 제2 LED(124A, 124B)는 서로 동일한 구성으로 이루어지고, 서로 동일한 조도를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 제2 조명부(110B)에도 제2 몸체의 전면으로는 제2 홈부가 형성되고, 제2 홈부에는 제2 조명부(110B)의 우측과 좌측을 향하는 제3 경사면과 제4 경사면이 형성된다. 또한, 제3 경사면과 제4 경사면에는 각각 제3 및 제4 LED가 배치된다.
제1 조명부(110A)와 제2 조명부(110B)는 서로 동일한 형태로 이루어지므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
스캔부(130)는 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)의 중간 상부에 배치된다. 이때, 스캔부(130)는 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)의 사이에 배치되는 스캔 대상물(10)의 직상부에 배치된다.
여기서, 스캔부(130)는 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)의 사이에 배치되는 스캔 대상물(10)을 촬영하여 소정의 2차원 영상을 출력할 수 있다. 이를 위해, 스캔부(130)의 이동방향은 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)의 배치 방향과 평행한 것이 바람직하다. 여기서는 스캔부(130)가 이동하며 2차원 영상을 출력하는 것으로 설명하고 있으나, 스캔 대상물(10)을 이동시키며 촬영을 수행할 수도 있다.
제어부(140)는 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)와 스캔부(130)의 동작을 제어한다.
즉, 제어부(140)는 소정의 제어 신호를 출력하여 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)의 제1 내지 제4 LED(124A, 124B, 124C, 124D)가 순차적으로 점등할 수 있도록 한다. 또한, 제어부(140)는 제1 내지 제4 LED(124A, 124B, 124C, 124D)가 동작할 때 LED의 동작에 연동하여 스캔부(130)가 동작할 수 있도록 한다.
영상 처리부(150)는 스캔부(130)에서 출력되는 복수의 2차원 영상을 합성하여 3차원 영상을 출력할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같이 동작할 수 있다.
제어부(140)는 스캔부(130)가 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)의 배치 방향과 평행하게 이동하며 제1 및 제2 조명(110A, 110B)의 사이에 배치되는 스캔 대상물의 표면을 스캔하도록 하고, 스캔 대상물(10)의 소정 위치를 스캔할 때 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)가 포함하는 제1 내지 제4 LED(124A, 124B, 124C, 124D)가 스캔부(130)와 연동하며 순차적으로 동작한다.
도 6 내지 도 9는 본 발명에서 사용하는 제1 및 제2 조명부의 동작을 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 스캔부(130)의 스캔 대상물 표면의 소정 위치에 대하여 스캔을 할 때, 제1 및 제2 조명부(110A, 110B)는 다음과 같이 동작할 수 있다.
도면에서, 화살표는 LED의 동작에 의해 발광되는 광을 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스캔부(130)가 소정 위치에서 스캔을 수행할 때, 제1 조명부(110A)의 제1 LED(124A)가 동작하고, 스캔부(130)는 2차원 영상을 출력할 수 있다.
이후, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제2, 제3 및 제4 LED(124B, 124C, 124D)가 차례대로 동작하고, 스캔부(130)는 각각의 LED가 동작할 때마다 연동하여 동작하며 동일한 위치에 대한 2차원 영상을 출력할 수 있다.
스캔부(130)에서 출력되는 2차원 영상을 외부로 전달하여 스캔 대상물의 표면 검사에 사용할 수 있지만, 다음과 같이 처리할 수도 있다.
영상 처리부(150)는 스캔부(130)에서 출력되는 복수의 2차원 영상을 합성하여 3차원 영상을 출력할 수 있다. 영상 처리부(150)에서 출력되는 3차원 영상을 이용하여 사용자는 대상물 표면의 결함과 표면 얼룩을 구분할 수 있다.
2차원 영상을 이용한 3차원 영상의 합성은 공개특허 2012-19164호 및 공개특허 2016-12762호에 개시되어 있는 등, 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은, 라인 스캔 작업 시 바(bar) 형태의 조명부를 이용하여 조명을 함으로써 영상 출력에 필요한 광량 확보가 용이하고, 복수의 2차원 영상을 합성하여 3차원 영상을 얻을 수 있고, 이를 이용하여 대상물 표면의 결함과 표면 얼룩을 구분할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 스캔 장치 110A, 110B: 제1 및 제2 조명부
130: 스캔부 140: 제어부
150: 영상 처리부

Claims (13)

  1. 스캔 대상물의 표면을 촬영하여 영상을 출력하는 스캔 장치로서,
    상기 스캔 대상물의 양측 상부에 상기 스캔 대상물을 향하여 평행하게 배치되고, 상기 스캔 대상물에 대하여 빛을 조사하는 제1 및 제2 조명부;
    상기 스캔 대상물에 대하여 촬영을 수행하여 2차원 영상을 출력하는 스캔부;
    상기 제1 및 제2 조명부와 상기 스캔부의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 스캔부에서 출력되는 상기 2차원 영상을 합성하여 3차원 영상을 생성하는 영상 처리부; 를 포함하는 스캔 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 조명부가 내측으로 배치되는 직육면체 형태의 케이스를 더 포함하는 스캔 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스캔부는 상기 제1 및 제2 조명부의 배치 방향과 평행하게 배치되는 스캔 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 조명부는,
    전면으로는 연속적으로 제1 홈부가 형성되고 바(bar) 형태로 이루어지는 제1 몸체와,
    상기 제1 홈부에 배치되는 제1 단위 조명을 포함하는 스캔 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 홈부는,
    일정 깊이의 저부 양측에 일정 경사로 배치되되, 일단은 상기 저부를 향하고 타단은 상기 제1 몸체의 전면으로 향하여 배치되는 제1 및 제2 경사면을 포함하는 스캔 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 경사면은,
    상기 저부를 중심으로 90도 각도를 이루는 스캔 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 단위 조명은,
    상기 제1 및 제2 경사면에 각각 배치되는 제1 및 제2 LED를 포함하는 스캔 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 조명부는,
    전면으로는 연속적으로 제2 홈부가 형성되고 바(bar) 형태로 이루어지는 제2 몸체와,
    상기 제2 홈부에 배치되는 제2 단위 조명을 포함하는 스캔 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 홈부는,
    일정 깊이의 저부 양측에 일정 경사로 배치되되, 일단은 상기 저부를 향하고 타단은 상기 제2 몸체의 전면으로 향하여 배치되는 제3 및 제4 경사면을 포함하는 스캔 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 경사면은,
    상기 저부를 중심으로 90도 각도를 이루는 스캔 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 단위 조명은,
    상기 제3 및 제4 경사면에 각각 배치되는 제3 및 제4 LED를 포함하는 스캔 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 조명부가 포함하는 제1 및 제2 LED가 차례대로 동작한 후, 상기 제2 조명부가 포함하는 제3 및 제4 LED가 차례대로 동작하는 스캔 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스캔부는 상기 제1 내지 제4 LED와 연동하는 스캔 장치.
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