자동광학검사에 사용되는 조명시스템 및 상기 조명시스템과 영상생성시스템과의 조립구조{ILLUMINATION SYSTEM FOR AUTOMATIC OPTICAL INSPECTION AND ASSEMBLY OF IT AND CAMERA SYSTEM}

본 발명은 자동광학검사에 사용되는 조명시스템 및 상기 조명시스템과 영상생성시스템과의 조립구조에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 검사대상물체의 표면을 조명하는 광원시스템에 관한 것이다.

자동광학검사(AOI)는 액정디스플레이스크린, 반도체집척회로의 칩 및 화로판 제작에서 필수적인 중요한 단계인데, 생산과정에서 제품의 품질을 진단하고 개선시킬 수 있어서 제작비용을 절감할 수 있게 한다. 자동광학검사는 검사속도와 검사민감도라는 두 개의 중요지표의 균형을 맞추어 그 기능이 달성된다. 생산기술이 발전함에 따라 제작속도가 빨라지고, 기판의 크기가 커졌으며, 인쇄도형의 크기가 작아졌기 때문에, 이에 상응하여 자동광학검사의 속도와 민감도에 대한 요구 수준도 더욱 높아졌다.

일반적으로 검사대상물체 또는 샘플 표면의 도상(Iconography)을 얻기 위해 요구되는 광선 강도는 픽셀(pixel) 크기 및 검사속도와 반비례하게 된다. 따라서 LCD 또는 칩에 대하여 고속, 고해상도의 광학검사를 진행하고자 한다면, 고효율의 조명광학시스템을 사용해야만 된다. 필요한 픽셀의 크기나 영상렌즈의 렌즈구경(numerical aperture; NA)에 맞추어 광원의 크기를 증대시킬 수 있으나, 이로인해 피사계심도(depth of field)가 낮아져 시스템의 정밀도에 영향을 미칠 수 있게 된다. 그 밖에, 샘플의 표면이 대면적일 경우 큰 시야로 검사해야 하게 때문에 렌즈구경이 제한을 받는다. CCD 직선 촬영 감측기를 사용하여 샘플 표면을 스캔할 경우. 일반적으로 행렬 형식으로 배열된 직선 광섬유 또는 직선 LED 광으로 조명하게 되는데, 이러한 종류의 조명방식과 검사장치로는 10um보다 작은 도상의 저해상도 검사를 진행하는 것이 효과적이다. 그러나 10um보다 큰 도상의 고해상도 검사를 진행해야 하는 경우라면 전술한 조명기술은 효율이 매우 낮게 된다.

도 1은 중화민국 제389833호 특허에 개시된 조명 및 영상생성시스템의 설명도이다. 상기 조명 및 영상생성시스템(10)은 제 1 조명기(111), 제 2 조명기(112), 제 1 광반사기(121), 제 2 광반사기(122), 평면굴절랜즈(13), 광학부재(14), 영상생성감응기(15)를 포함하여 구성된다. 상기 제 1 조명기(111) 및 제 2 조명기(112)가 조사대상물체(80)의 표면에 빛을 집중시키도록 하기 위해, 직선 조명을 사용하여 광선을 일축선으로 집중시키고 있다. 2개 조(set)의 조명기가 3개 조(set)의 조명기를 대체할 수 있도록, 상기 제 1 광반사기(121)의 중간에 장홈(1211)를 형성하여, 상기 제 2 광반사기(122)의 반사광이 상기 장홈을 통과하여 상기 검사대상물체(80)의 표면에 도달하도록 한다. 상기 검사대상물체(80) 표면에서의 반사광 또한 상기 장홈(1211)을 통과하고 상기 광학부재(14)를 통해 굴절되어 상기 영상생성감응기(15) 내부로 입력되어 영상을 생성하게 된다.

전술한 종래기술은 모두 호형면의 광반사기 또는 굴절기를 사용하여야만 광선이 일축선에 집중될 수 있는데, 이러한 종류의 조명시스템은 비교적 큰 공간이 있어야 복잡한 광선 경로를 수용할 수 있다. 그 밖에 다수 개의 광반사기, 굴절렌즈 및 장홈은 정밀한 각도로 조준되어야만 굴절 및 반사 방향이 정확하게 제어된다는 어려움이 있다.

본 발명의 목적은 자동광학검사에 사용되는 조명시스템 및 상기 조명시스템과 영상생성시스템과의 조립구조를 제공하는 것인데, 발광다이오드가 광원이 되고, 광선을 모을 수 있는 광학부재가 장착되어 광선 경로의 총길이가 감소되고, 조명시스템을 장착하는데 필요한 공간이 효과적으로 축소되도록 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명이 제공하는 자동광학검사에 사용되는 조명시스템은 검사대상물체를 조명하는 것으로, 제 1 광원, 제 2 광원, 제 3 광원, 제 1 광학부재 및 불연속 집광(集光)곡면을 구비한 적어도 3개 이상의 제 2 광학부재를 포함하여 구성된다. 상기 제 2 광학부재 각각은 상기 제 1 광원, 제 2 광원 및 제 3 광원의 광출력단에 형성되어, 상기 광출력단에서 나오는 광선을 집중시킨다. 상기 제 1 광원 및 제 2 광원의 광출력단은 대칭적으로 상기 검사대상물체의 표면을 향하도록 배치된다. 또한 상기 제 1 광학부재는 상기 대칭면을 향하도록 배치되어, 상기 제 3 광원에서 나오는 광선이 상기 검사대상물체의 표면을 향하도록 장착된다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 제 2 광학부재는 적어도 하나 이상의 프레즈널 렌즈(Fresnel Lens)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 제 1 광학부재는 분광렌즈가 사용된다.

본 발명이 제공하는 조명시스템 및 영상생성시스템의 조립구조는 검사대상물체를 조명하고 상기 검사대상물체의 영상을 생성하는 것으로, 제 1 광원, 제 2 광원, 제 3 광원, 제 1 광학부재, 불연속 집광(集光)곡면을 구비한 적어도 3개 이상의 제 2 광학부재 및 영상생성시스템을 포함하여 구성된다. 상기 제 2 광학부재 각각은 상기 제 1 광원, 제 2 광원 및 제 3 광원의 광출력단에 형성되어, 상기 광출력단에서 나오는 광선을 집중시킨다. 상기 제 1 광원 및 제 2 광원의 광출력단은 대칭적으로 상기 검사대상물체의 표면을 향하도록 배치된다. 또한 상기 제 1 광학부재는 상기 대칭면을 향하도록 배치되어, 상기 제 3 광원에서 나오는 광선이 상기 검사대상물체의 표면을 향하도록 장착된다. 상기 검사대상물체의 표면에서 반사된 광선이 상기 영상생성시스템 내부에 입력되어 영상이 생성된다.

전술한 내용은 본 발명의 기술적 특징 및 장점을 간략하게 설명한 것인데, 다음 아래에서는 청구범위 개시될 본 발명의 기술적 특징 및 장점에 대한 상세한 설명을 통해 본 발명을 더욱 자세하게 이해할 수 있도록 한다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 아래 개시된 개념과 실시예는 예시에 불과한 것으로 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 사실을 이해할 수 있을 것이다. 또한 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 후술할 내용이 청구범위에 개시된 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않았음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 중화민국 제389833호 특허에 개시된 조명 및 영상생성시스템의 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자동광학검사에 사용되는 조명시스템 설명도이다.
도 3은 본 발명의 조명시스템 및 영상생성시스템의 결합 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 광학부재의 단면 설명도이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자동광학검사에 사용되는 조명시스템(20)의 설명도이다. 상기 조명시스템은 검사대상물체(80)를 조명하는 것으로, 제 1 광원(21), 제 2 광원(22), 제 3 광원(23), 제 1 광학부재(24) 및 적어도 3개 이상의 재 2 광학부재(25)를 포함하여 구성된다. 상기 제 2 광학부재(25) 각각은 상기 제 1 광원(21), 제 2 광원(22) 및 제 3 광원(23)의 광출력단에 형성되어, 상기 광출력단에서 나오는 광선이 직접 또는 간접적으로 상기 검사대상물체(80) 표면을 일축선 상에서 조명하도록 한다. 상기 제 1 광원(21) 및 제 2 광원(22)의 광출력단은 대칭적으로 상기 검사대상물체의 표면을 향하도록 배치된다. 또한 상기 제 1 광원(21), 제 2 광원(22) 및 제 3 광원(23)은 LED 직선광원이나 광섬유 직선광원이 되도록 한다. 상기 제 1 광학부재(24)는 상기 대칭면을 향하도록 배치되어, 제 3 광원(23)에서 나오는 광선이 상기 검사대상물체의 표면을 향하도록 장착된다. 또는 제 1 광학부재(24)는 검사대상물체(80)의 표면과 45도를 형성하도록 하고, 상기 제 1 광학부재(24)가 검사대상물체(80) 표면의 정상방에 위치하도록 한다. 이를 통해 상기 제 1 광원(21), 제 2 광원(22) 및 제 3 광원(23)이 검사대상물체(80)의 표면에 조사하는 광선은 각방면으로 균등하게 분포되되, 한 곳에 집중되도록 하여 생성되는 영상의 밝기를 향상시킨다.

도 3은 본 발명의 조명시스템 및 영상생성시스템의 결합 설명도이다. CCD 직선 촬영기와 같은 영상생성감응기(30)가 상기 제 1 광학부재(24)에 장착되는데, 상기 제 1 광학부재(24)가 검사대상물체(80) 표면을 조사한 후 반사된 광선을 입력받는다. 상기 제 1 광학부재(24)는 분광렌즈(splitting lens)가 될 수 있는데, 이와 같은 본 발명의 조명시스템(20)을 통하여 상기 영상생성감응기(30)는 우수한 영상생성품질을 확보할 수 있고, 상기 조명시스템(20)과 영상생성감응기(30)가 조립되는데 필요한 공간을 축소시킬 수 있게 된다.

상기 제 1 광학부재(24)는 하나의 분광렌즈인데, 상기 제 3 광원(23)이 출력한 광선이 상기 제 1 광학부재(24)를 통과하면서 굴절되어 검사대상물체(80)의 표면을 조사한다. 그 밖에, 상기 광선은 검사대상물체(80)의 표면에서 수직으로 상기 제 1 광학부재(24)를 향해 반사되는데, 상기 반사광은 상기 제 1 광학부재(24)를 지나 상기 영상생성감응기(30) 내부에 입력되어 영상을 생성하게 된다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 광학부재의 단면설명도이다. 상기 제 2 광학부재(40)는 두 개의 프레즈널 렌즈(Fresnel Lens, 41)를 포함한다. 상기 프레즈널 렌즈의 일표면은 톱니형의 불연속 곡면 구조를 구비하고, 타표면은 평편한 면으로 형성된다. 상기 두 개의 프레즈널 렌즈(41)는 불연속곡면이 서로 결합하여 상기 제 2 광학부재(40)를 형성한다. 죽, 두 개의 프레즈널 렌즈가 결합되어 일체 성형의 방식으로 제 2 광학부재(40)를 완성하는 것이다. 일반적으로 상기 제 2 광학부재(40)는 긴 선형의 단일 렌즈 또는 렌즈가 조합되어 형성되는데, 선형 LED 광원의 출력단에 설치되어 광선을 상기 검사대상물체(80)에 집중시킨다.

종래의 구면 렌즈와 비교하여, 프레즈널렌즈는 렌즈의 면을 수많은 동심원의 문양(즉 프레자널 고리)으로 구획하여 동일한 광학효과를 거둘 수 있으면서도, 재료를 절약할 수 있다. 프레즈널 렌즈의 설계는 렌즈의 두께(그리고 중량, 체적)를 대폭 줄일 수 있기 때문에, 본 발명에서 조명시스템과 영상생성시스템을 결합시키는데 필요한 공간을 대폭 줄일 수 있게 한다.

상술한 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 설명하기 위하여 예로서 든 실시 태양에 불과한 것으로, 청구범위에 기재된 본 발명의 보호범위를 제한하기 위하여 사용되는 것이 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하고, 따라서 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

* 종래기술"
10 : 영상생성시스템 13 : 평면굴절렌즈 14 : 광학부재
15 : 영상생성감응기 111 : 제 1 조명기 112 : 제 2 조명기
121 : 제 1 반사기 122 : 제 2 반사기 1211 : 장형 홈
*본원발명*
20 : 조명시스템 21 : 제 1 광원 22 : 재 2 광원
23 : 제 3 광원 24 : 제 1 광학부재 25 : 제 2 광학부재 30 : 영상생성감응기 40 : 제 2 광학부재 41 : 프레즈널 렌즈 80 : 검사대상물체