KR102700759B1 - 투광성 필름 결함 검사 장치 - Google Patents

Abstract

투광성 필름의 표면 결함을 검출하기 위한 장치가 개시된다. 상기 장치는, 상기 투광성 필름에 조사되는 빛을 출력하는 광원부; 상기 광원부에서 출력되는 빛을 광축에 나란하게 정렬시켜 상기 투광성 필름으로 조사하도록 상기 광원부에 결합된 제1 텔레센트릭 렌즈; 상기 제1 텔레센트릭 렌즈에서 조사되는 빛이 상기 투광성 필름을 투과하여 생성되는 이미지를 캡처하는 카메라; 및 상기 투광성 필름을 투과한 빛을 입력 받아 상기 카메라에서 캡처 되는 이미지를 생성하는 제2 텔레센트릭 렌즈를 포함한다.

Description

투광성 필름 결함 검사 장치{APPARATUS FOR DETECTING DEFECT OF TRANSLUCENT FILM}

본 발명은 투광성 필름 결함 검사 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조명과 카메라 측에 모두 텔레센트릭(telecentric) 렌즈를 적용하여 투광성 필름 표면의 찍힘 또는 눌림 등의 요철성 결함을 더욱 정밀하고 세밀하게 검출할 수 있는 투광성 필름 결함 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 투광성 필름의 표면 결함을 검출하기 위한 광학계로서 정투과 광학계와 경계 투과 광학계가 알려져 있다.

정투과 광학계는 광원과 카메라를 검사 대상의 투광성 필름의 양측에 나란히 배치시키고 광원에서 조사되는 빛이 투광성 필름을 투과한 후 카메라에 의해 그 이미지가 캡처 되게 한 것이다. 정투과 광학계는 카메라가 광원의 중심, 즉 광원에서 조사되는 빛 중 가장 세기가 강한 위치에 대해 카메라가 이미지를 캡처하도록 구성된 광학계이다.

이에 반해, 경계 투과 광학계는 광원과 카메라를 검사 대상의 투광성 필름의 양측 배치시키되 카메라가 광원 중심에서 일정 거리 벗어난 지점의 이미지를 캡처하도록 구성한 광학계이다.

이러한 종래의 투광성 필름의 표면 결함을 검출하기 위한 광학계에서 경계 투과 광학계가 상대적으로 결함 검출의 성능이 우수하기는 하지만, 투광성 필름 시장에서 요구되는 까다로운 검사 정확도를 충족시키는 데는 여전히 부족한 점이 많은 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

한국공개특허 제10-2022-0141445호(2022.10.20.) 한국공개특허 제10-1997-0002301호(1997.01.24.)

이에 본 발명은, 투광성 필름 표면의 찍힘 또는 눌림 등의 요철성 결함을 더욱 정밀하고 세밀하게 검출할 수 있는 투광성 필름 결함 검사 장치 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 기술한 내용으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 해결 과제 및 장점들은 이하의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 본 발명의 해결 과제 및 장점들이 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

투광성 필름의 표면 결함을 검출하기 위한 장치에 있어서,

상기 투광성 필름에 조사되는 빛을 출력하는 광원부;

상기 광원부에서 출력되는 빛을 광축에 나란하게 정렬시켜 상기 투광성 필름으로 조사하도록 상기 광원부에 결합된 제1 텔레센트릭 렌즈;

상기 제1 텔레센트릭 렌즈에서 조사되는 빛이 상기 투광성 필름을 투과하여 생성되는 이미지를 캡처하는 카메라; 및

상기 투광성 필름을 투과한 빛을 입력 받아 상기 카메라에서 캡처 되는 이미지를 생성하는 제2 텔레센트릭 렌즈;

를 포함하는 투광성 필름 결함 검사 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 텔레센트릭 렌즈와 상기 제2 텔레센트릭 렌즈는, 서로 광축이 일치하면서 상기 광축과 상기 투광성 필름의 표면은 사전 설정된 예각의 각도를 형성하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 사전 설정된 각도는 40° 내지 80°인 것이 바람직하며, 45° 내지 75°인 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제2 텔레센트릭 렌즈는, 상기 투광성 필름의 표면에 대해 디포커싱 될 수 있다.

상기 투광성 필름 결함 검사 장치 및 방법에 따르면, 광원과 카메라 측에 모두 텔레센트릭 렌즈를 적용함으로써 투광성 필름의 표면에 존재하는 눌림이나 찍힘과 같은 요철성 결함을 명확하게 검출할 수 있다.

특히, 상기 투광성 필름 결함 검사 장치 및 방법에 따르면, 렌즈의 광축과 검사 대상 투광성 필름이 이루는 각도를 설정하고, 렌즈의 초점을 투광성 필름의 표면에서 디포커싱이 되게 하는 등 다양한 응용을 통해 요철성 결함의 검출 정확도를 높일 수 있으며 나아가 검사에 소요되는 시간도 감소시킬 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 용이하게 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 다음의 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투광성 필름 결함 검사 장치를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투광성 필름 결함 검사 장치에 의해 캡처 된 필름 검사 이미지와 종래의 투광성 필름 결함 검사 장치에 의해 캡처 된 필름 검사 이미지의 비교 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 투광성 필름 결함 검사 장치 및 방법을 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 또는 "결합되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 엑스레이 부분 영상을 이용한 하지 정렬 영상 획득 방법을 구현하기 위한 시스템에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투광성 필름 결함 검사 장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투광성 필름 결함 검사 장치는, 투광성 필름(100)에 조사되는 빛을 출력하는 광원부(11)와, 광원부(11)에서 출력되는 빛에 직진성을 부여하여 투광성 필름(100)으로 조사하도록 광원부(11)에 결합된 제1 텔레센트릭 렌즈(12)와, 제1 텔레센트릭 렌즈(12)에서 조사되는 빛이 투광성 필름(100)을 투과하여 생성되는 이미지를 캡처하는 카메라(13) 및 투광성 필름(100)을 투과한 빛을 입력 받아 카메라(13)에서 캡처 되는 이미지를 생성하는 제2 텔레센트릭 렌즈(14)를 포함하여 구성될 수 있다.

광원부(11)는 빛을 발광하는 LED 램프, 제논 램프 등과 같은 광원(미도시)을 포함하는 장치이다. 광원부(11)의 광원은 검사 대상이 되는 투광성 필름의 표면 결함을 검출하기 위한 이미지를 생성하는데 적절한 파장을 갖는 빛을 출력하도록 적절하게 결정될 수 있다. 광원부(11)는 광원에서 출력되는 빛이 균일성을 가질 수 있도록 광원으로부터 빛이 출력되어 통과하는 경로에 설치된 확산 수단(diffuser)을 포함할 수도 있다.

제1 텔레센트릭 렌즈(12)는 입사동(entrance pupil)이 무한원에 있는 혼합 렌즈로서 물체측 텔레센트릭(object-space telecentric) 렌즈이다. 텔레센트릭 렌즈의 입사동이 무한원에 있는 경우 정사영을 형성하게 되며, 이는 주광선이 렌즈의 앞이나 뒤에서 축과 평행을 이룸을 의미하는 것이다. 즉, 광원부(11)에서 출력된 빛이 제1 텔레센트릭 렌즈(12)로 입사하면, 제1 텔레센트릭 렌즈(12)는 입사된 빛에 직진성을 부여하여 광축(O)에 평행하게 빛을 출력하게 된다.

제1 텔레센트릭 렌즈(12)는 광원부(11)에서 출력되는 빛의 산란을 제거하고 빛이 광축(O)에 나란하게 정렬되게 함으로써 검사 대상의 이미지의 선명도를 향상시킬 수 있다.

제1 텔레센트릭 렌즈(12)에서 출력된 빛은 검사 대상의 투광성 필름(100)을 투과하여 카메라(13)로 전달된다.

카메라(13)는 투광성 필름(100)을 투과한 빛을 입력 받아 전기 신호로 변환하여 이미지를 캡처하는 이미지 센서(미도시)를 포함하는 산업용 카메라일 수 있다. 카메라(13)는 이미지 센서에 의해 이미지를 캡처하고 캡처 된 이미지의 영상 처리 등을 수행할 수도 있다.

제2 텔레센트릭 렌즈(14)는 카메라(13)의 수광부 측에 결합되는 렌즈로서, 제1 텔레센트릭 렌즈(12)에서 출력되어 투광성 필름(100)을 투과한 빛을 입력 받아 카메라(13)에 이미지를 생성되게 하는 렌즈이다. 제2 텔레센트릭 렌즈(14)는 출사동(exit pupil)이 무한원에 있는 상측 텔레센트릭(image-space telecentric) 렌즈이다.

제2 텔레센트릭 렌즈(14)는 초점 조정을 통해 카메라(13)의 이미지 센서에 이미지가 맺히게 할 수 있다. 제2 텔레센트릭 렌즈(14)는, 당해 기술 분야에 기 공지된 통상의 렌즈와 같이 물체에 대한 이미지가 카메라의 이미지 센서에 맺힐 수 있도록 초점을 조정하는 초점 조정 수단이 구비될 수 있으며, 초점 조정 수단에 의해 제2 텔레센트릭 렌즈(14)와 검사 대상 투광성 필름(100)의 검사대상 표면 사이의 거리(d)에 맞추어 초점이 형성되게 할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 제1 텔레센트릭 렌즈(12)와 제2 텔레센트릭 렌즈(14)는 서로 광축(O)이 일치하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 텔레센트릭 렌즈(12)와 제2 텔레센트릭 렌즈(14)는 서로 하나의 일직선 상에 대향하도록 배치될 수 있다. 이에 따라 제1 텔레센트릭 렌즈(12)에서 광축(O)에 나란히 출력되는 빛이 그대로 제2 텔레센트릭 렌즈(14)로 입사되게 하여 검사 해상도 및 선명도를 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명의 특정 실시예에서, 제1 텔레센트릭 렌즈(12)와 제2 텔레센트릭 렌즈(14)는 그 광축(O)과 검사 대상인 투광성 필름(100)의 표면이 사전 설정된 예각의 각도(A)를 형성하도록 비치될 수 있다.

이와 같이, 광축(O)과 검사 대상의 투광성 필름(100)이 소정의 각도(A)를 형성하도록 배치되면, 광축(O)과 검사 대상의 투광성 필름(100)이 직각으로 배치된 경우에 비해 투광성 필름(100)의 검사대상 표면에 형성된 요철성 결함(눌림 또는 찍힘)을 투과하는 면적을 증가시킬 수 있어 카메라(13)에 형성되는 이미지에서 결합이 발생한 영역을 더 쉽게 구분할 수 있게 한다. 물론, 광축(O)과 검사 대상의 투광성 필름(100)이 형성하는 각도가 작아질수록 빛이 요철성 결함(눌림 또는 찍힘)을 투과하는 면적을 크게 할 수 있으나 빛이 투과하는 면적이 너무 커지는 경우 이미지의 왜곡이 발생할 수 있다.

왜곡이 발생하지 않는 범위에서 적절하게 빛의 투과 면적을 증가시켜 결함 검출의 성능을 향상시키기 위해서는, 광축(O)과 검사 대상의 투광성 필름(100)이 형성하는 각도는 대략 40° 내지 80°인 것이 바람직하고, 45° 내지 75°인 것이 더욱 바람직하며, 60°인 것이 가장 바람직하다. 즉, 40° 보다 각도가 작은 경우 왜곡이 심하게 발생하여 결함 확인이 어렵고, 80° 보다 각도가 큰 경우 직각과 비교하여 그 차이를 구분하기 어렵다.

광축(O)과 검사 대상의 투광성 필름(100)이 소정의 각도를 형성하도록 배치되면, 결함을 더욱 용이하게 검출할 수 있어 검사를 위한 스캔 속도를 향상시킬 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 제2 텔레센트릭 렌즈(14)의 초점을 흐리게 하여 결함 검출 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2 텔레센트릭 렌즈(14)는 초점 조정 수단을 구비할 수 있는데, 통상적으로는 렌즈와 물체 사이의 거리(d)에 맞게 초점이 조정될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 제2 텔레센트릭 렌즈(14)가 투광성 필름(100)의 검사대상 표면까지의 거리 보다 더 짧거나 더 긴 거리에 대응되게 디포커싱(defocusing) 되게 하여 요철성 결함이 더욱 명확하게 검출되게 할 수 있다.

요철성 결함은 투광성 필름(100)의 검사대상 표면의 높이에 비해 더 높거나 낮게 형성될 수 있으므로, 투광성 필름(100)의 정상 표면에 대해 어느 정도의 디포커싱을 수행한 경우 요철성 결함 자체에 초점이 맞춰지고 나머지 정상인 표면이 디포커싱에 의해 흐리게 나타남으로써, 투광성 필름(100)의 정상 표면에 초점을 맞추는 것에 비해 요철성 결함이 더욱 명확하게 이미지화 될 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투광성 필름 결함 검사 장치에 의해 캡처 된 필름 검사 이미지와 종래의 투광성 필름 결함 검사 장치에 의해 캡처 된 필름 검사 이미지의 비교 도면이다.

발명의 배경이 되는 기술에서도 설명한 바와 같이, 정투과 광학계는 광원과 카메라를 검사 대상의 투광성 필름의 양측에 나란히 배치시킨 광학계이고, 경계 투과 광학계는 광원과 카메라를 검사 대상의 투광성 필름의 양측 배치시키되 카메라가 광원 중심에서 일정 거리 벗어난 지점의 이미지를 캡처하도록 구성한 광학계이다.

도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 정투과 광학계는 줄눌림과 찍힘의 요철성 결함을 거의 검출해내지 못하였고 경계 투과 광학계는 상대적으로 정투과 광학계 보다는 양호하게 결함을 검출해 냈으나, 본 발명의 실시예는 캡처 된 이미지를 육안으로 확인하여도 식별 가능할 정도로 명확하게 줄눌림과 찍힘의 요철성 결함을 검출해 내고 있음을 확인할 수 있다.

특히, 도 3의 그레이 값(gray value)을 비교한 그래프를 참조하면, 본 발명의 실시예는 줄눌림의 경우 월등한 검출 성능을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 투광성 필름 결함 검사 장치는, 광원과 카메라 측에 모두 텔레센트릭 렌즈를 적용함으로써 투광성 필름의 표면에 존재하는 눌림이나 찍힘과 같은 요철성 결함을 명확하게 검출할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 투광성 필름 결함 검사 장치는, 렌즈의 광축과 검사 대상 투광성 필름이 이루는 각도를 설정하고, 렌즈이 초점을 투광성 필름의 표면에서 디포커싱이 되게 하는 등 다양한 응용을 통해 요철성 결함의 검출 정확도를 높일 수 있으며 나아가 검사에 소요되는 시간도 감소시킬 수 있다.

11: 광원부 12: 제1 텔레센트릭 렌즈
13: 카메라 14: 제2 텔레센트릭 렌즈
100: 투광성 필름

Claims (6)

1. 투광성 필름의 표면 결함을 검출하기 위한 장치에 있어서,
   상기 투광성 필름에 조사되는 빛을 출력하는 광원부;
   상기 광원부에서 출력되는 빛을 광축에 나란하게 정렬시켜 상기 투광성 필름으로 조사하도록 상기 광원부에 결합된 제1 텔레센트릭 렌즈;
   상기 제1 텔레센트릭 렌즈에서 조사되는 빛이 상기 투광성 필름을 투과하여 생성되는 이미지를 캡처하는 카메라; 및
   상기 투광성 필름의 검사대상 표면측에 배열되고, 상기 투광성 필름을 투과한 빛을 입력 받아 상기 카메라에서 캡처 되는 이미지를 생성하는 제2 텔레센트릭 렌즈;
   를 포함하고,
   상기 제1 텔레센트릭 렌즈와 상기 제2 텔레센트릭 렌즈는, 서로 광축이 일치하면서 상기 일치된 광축과 상기 투광성 필름의 표면은 사전 설정된 예각의 각도를 형성하도록 배치되되, 상기 사전 설정된 각도는 40° 내지 80°이며,
   상기 제2 텔레센트릭 렌즈는, 상기 투광성 필름의 검사대상 표면에 대해 디포커싱 되는 것을 특징으로 하는 투광성 필름 결함 검사 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 사전 설정된 각도는 45° 내지 75°인 것을 특징으로 하는 투광성 필름 결함 검사 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 사전 설정된 각도는 60°인 것을 특징으로 하는 투광성 필름 결함 검사 장치.
6. 삭제