CN104126114B - 高速自动聚焦系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于使用高数值孔径(NA)光学器件，使用智能图像分析来断定最佳聚焦，来优化部件的检查高速光学检查的方法和设备，该方法和设备利用非常有限的景深透镜来实现优越的信噪比、分辨率、和检查速度性能。

Description

高速自动聚焦系统
技术领域
本发明大体涉及电子部件的光学检查，并且更具体地涉及用于在这样的光学检查中使用的自动聚焦系统。
背景技术
诸如晶片、电路板、平板显示器、多芯片模块、和高密度电子封装的电子部件的光学检查需要使用高分辨率光学器件来检测部件中的小缺陷。此外，在整个检查期间，必须保持高分辨率光学器件部分处于聚焦状态以查看缺陷。图1为在扫描方向1-2和相对于扫描方向而言的正交方向两者上具有表面高度Z的变化的部件1-1的示例。最近引进的具有嵌入管芯的电路板为这样的部件的示例，并且因为被成像的表面经受由放置在基板层上和在基板层之间的嵌入管芯或电路引起的高度变化和所识别的基板本身将变卷曲的特性，所以该电路板被识别为难以被成像。
图1有助于理解当需要现有技术设备来对各种部件中的缺陷成像时存在的问题。在现有技术中，未示出的相机在部件的表面上面在扫描方向1-2上扫描。由于扫描对诸如图1中所示的横向于扫描方向1-2的区域成像，所以由相机拍摄的图像必定处于聚焦状态。图1中所示的部件具有由箭头1-3所示的必定在相机光学器件的景深内的高度变化范围。利用现有技术成像设备，为相机选择的特定焦点能够任意地在部件的顶部1-5或在底部1-6或在任意中间位置处。据此，成像光学器件的光学器件设计设定了需要的景深，该景深优选地为如由描绘将覆盖高度变化的范围的深度的箭头1-7和1-8所示的部件的顶部1-5和底部1-6之间的距离的两倍。然而，如已知的和稍后更详细地描述的，光学器件系统的景深还确定图像的分辨率。这样的分辨率常常限制图像质量，这将妨碍对部件中的小缺陷的检测。
为了对部件检查缺陷，频繁地使用相机来以如由图2中的连续的条A至E所图示的蛇形图案扫描部件。相机的视场的宽度由矩形2-1表示。已经描述本领域中的各种技术来在这样的检查期间维持聚焦。授予Bishop的美国专利No.7,015,445“Method for OptimizingInspection Speed in Low,and Fluorescent Light Applications withoutSacrificing Signal to Noise Ratio,Resolution,or Focus Quality”描述了在扫描部件时使用三角测量传感器来维持成像光学器件和该部件之间的恒定距离。图3示出具有倾角θ的波状部件3-1、成像光学器件3-2和成像相机3-3。在扫描部件时，使成像光学器件3-2和成像相机3-3作为一个单元升高和降低，以将部件的表面保持在成像光学器件的光学景深3-4内。从概念上讲，能够移动部件、光学器件、或光学器件与相机的组合体以维持聚焦。
图4示出使用具有光源4-1、照射束4-2和位置传感器4-3的三角测量传感器。三角测量传感器在相机前面扫描，如由箭头4-4所指示。光束4-5撞击位置传感器的位置指示离部件4-6的距离。在该图4中，成像相机光学器件具有景深(DOF)4-7。该距离测量在反馈回路中被用来将成像光学器件或部件相对于彼此机械地移动以维持聚焦。图5示出到位置传感器5-1上的束的位置如何作为到部件的距离的函数来移动。在由表面5-3、5-4、和5-5表示的不同的距离处的三个表面分别被投射到在位置5-3'、5-4'和5-5'处的传感器5-1上。这些距离测量值在反馈回路中使光学头或部件作为所测量的高度的函数移动以维持聚焦。
对于这些聚焦方法，存在两个限制。首先，如果图4中的照射束4-2在材料边界处撞击部件，则距离测量值可能是不正确的。参照图6并且具体地参照图6A，当来自三角测量传感器的光束6-1撞击高反射材料6-2时，整个照射斑6-3位于材料6-2上。该斑的图像在传感器6-5上产生对称的有形束6-4。如果在传感器下方的材料现在改变，则在将部件扫描到由图6B中的6-6表示的具有较低反射率的材料时，由6-7表示的较低度空间对称斑被投射到传感器6-5上。只要投射斑6-7和6-4为空间对称的，代表到部件的距离的斑的质心就将是相同的，并且将计算正确的聚焦距离。然而，如果照射斑6-3如在图6C中落在材料边界上，则它在高反射材料6-2和较低反射材料6-3之间展开。在这种情况下，投射到传感器上的斑将不对称，并且因为斑的质心不再代表到部件的正确距离，当正确的距离应为6-7时，到部件的距离将被不正确地计算为6-8。
其次，在图7中，具有成像光学器件7-2的成像相机7-1沿着Z轴7-3在聚焦方向上移动以维持离部件7-4的表面的恒定距离，而在部件在Y方向上被扫描时，聚焦距离被动态地调节。整个成像相机的聚焦距离基于沿着扫描方向上的窄线的一系列单点测量值。不取垂直于扫描方向的测量值。这暗示跨相机的宽度，或图2所示的每个已扫描的条A-E的宽度，表面上的所有特征必定位于由图3中的箭头3-4指示的成像光学器件的光学景深内。如将明显的，不在景深内的任意特征将处于焦点未聚焦状态。
在部件被扫描时，聚焦测量单元可以经过部件上的高或低特征。可以基于到高特征的距离来计算一些聚焦距离，而可以基于离低特征的距离来计算其它聚焦距离。这暗示在当计算聚焦测量值的时候，成像光学器件的光学景深必须足够大以确保适当的聚焦，无论在聚焦测量单元下方是高特征还是低特征。仅基于沿着扫描方向上的线的测量值来计算聚焦将具有这种局限性，无论获取了多少测量值，计算该计算有多快，具体的测量方法或测量装置的类型。优选的器件是单点三角测量传感器；取决于要由检查设备提供的性能标准，可以以单点共焦传感器、单点电容性传感器等替代。
为了使当前聚焦跟踪技术正常运转，由图8中的箭头8-1指示的成像光学器件的焦深必须足够大以保证可以被用来计算聚焦距离的所有可能的特征高度的聚焦。重要的是注意图8表示垂直于机械扫描方向的X轴中的部件的表面。图8还表示投射到如由图2中的块2-1表示的线性CCD扫描相机的长轴上的图像。不幸地，严格要求此种大景深限制了检查系统的空间分辨率和缺陷检测能力。更具体地，光学焦深(DOF)由以下方程式给出：
并且，分辨率由以下方程式给出：
其中：
λ＝成像到相机上的光的波长，并且
NA＝成像光学器件的数值孔径。
如已知的和由前述关系证明的，大焦深(DOF)要求小数值孔径(NA)，而高分辨率要求大数值孔径。随着(NA)变得越来越小，到达成像相机的光的水平也减小，并且这影响最终图像中的对比度。这些标准对部件的检查施加限制，这会妨碍具有大焦深和高分辨率两者的成像光学器件的构造。如将明显的，如果正被检查的部件必须停留在聚焦状态，则当前检查系统牺牲成像光学器件的分辨率，这由此固有地限制检测小缺陷的能力。
表1为一系列可从Zeiss Corporation商购的透镜。该表列出各个透镜的焦深、数值孔径、分辨能力、光收集系数、光收集锥角、工作距离放大率和部件编号。
注意，具有0.035的NA的1.25X透镜具有229微米的焦深，而具有0.50的NA的20X透镜具有1.1微米的焦深。不幸地，除非在检查相机的视场中的所有特征的高度变化小于1.1微米，否则不能使用20X0.5NA透镜来检查部件。因此，许多检查系统被迫使用低NA光学器件来维持聚焦并且不能检查需要高放大率和高分辨率的非常小的特征。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于提供使得部件上的特征在部件检查期间基于它们的高度被识别并且之后被聚焦成为可能的高速自动聚焦的方法和设备。
本发明的另一个目的是利用提供足够的高分辨率和景深来检测部件上的特征和缺陷的成像光学器件来提供使得部件上的特征在其检查期间基于它们的高度被识别并且之后被聚焦成为可能的高速自动聚焦。
根据本发明的一个方面，用于检查部件的方法利用具有成像光学器件的成像相机拍摄部件的不同像场的多个图像，该成像光学器件具有固定的分辨率和景深。部件的表面的特征在于给定像场内的高度变化和图像光学器件景深，使得给定像场中的任意点上的聚焦无法保证整个对应的图像将处于聚焦状态。在给定像中多个位置处以足够小的采样间隔对部件表面的高度采样以确定像场中表面的高度变化的范围。基于给定像场的采样高度为每个图像确定成像光学器件的聚焦位置，使得像场中所有感兴趣的表面将在成像光学器件的景深内。将成像光学器件移动至给定像场的聚焦位置，以此图像跨像场将处于聚焦状态。
附图说明
所附权利要求具体指出并且明确地要求本发明的主题。本发明的各种目的、优势和新特征将从结合附图阅读下列详细描述更加足够明显，在附图中，相似的附图标记表示相似的部件，并且其中：
图1描绘用于检查表面高度中的变化的部件的一部分；
图2描绘现有技术自动聚焦方法；
图3描绘具有以一定倾角的波状部的部件；
图4描绘合并三角测量的现有技术光学检查系统；
图5对理解本发明是有用的；
图6包括图6A、图6B和图6C，并且对理解现有技术光学检查系统的局限性是有用的；
图7对理解现有技术光学检查系统的另一个局限性是有用的；
图8至图11对理解本发明是有用的；
图12A和图12B为本发明的两个实施例的框图；
图13和图14对理解图12A中的设备的第一实施例的操作是有用的；
图15对理解图12B中的设备的第二实施例的操作是有用的；以及
图16为由现有技术设备和本发明的设备拍摄的已检查的图像的照片。
具体实施方式
根据本发明的智能自动聚焦系统在扫描部件时，实时分析部件中的特征的表面高度，以产生最佳聚焦的图像，用于检查部件中的期望的特征。该智能聚焦系统能够被实施为放置在检查相机前面的独立单元或被合并到实时通过透镜检查系统中。
本发明的一个特征为在部件的检查期间动态地计算和机械地跟踪给定成像光学器件的最佳焦面的能力。作为一个示例，考虑图9，图9示出具有由箭头9-1指示的景深的成像光学器件。使用现有技术，成像光学器件将在下表面9-2或上表面9-3上聚焦。如果成像光学器件在下表面9-2上聚焦，则上表面9-3将处于未聚焦状态。同样地，如果成像光学器件在上表面9-3上聚焦，则下表面将处于未聚焦状态。在扫描部件时，两个表面可能出现在现有技术聚焦系统的下方。在一些位置处，上表面可能处于聚焦状态，并且在其它位置处，下表面可能处于聚焦状态，因此，在扫描部件时，不存在知道哪个表面将处于聚焦状态的任何方式。这使得高分辨率检查几乎不可能。本发明的一个特征是提供智能识别两个表面的高度以确定在由位置9-4指示的两个表面之间隔开的最佳聚焦平面的方法，该方法将使得在部件的检查期间将两个表面保持在给定物体的光学景深内成为可能。
在许多应用中，检查所需的分辨率如此高并且景深如此低或特征之间的高度差别如此大，以至于在检查部件时，不可能保持所有表面同时处于聚焦状态。这种情况在图10中被图示，图10示出中等分辨率透镜10-1和具有更低景深的更高分辨率透镜10-2。参照图11，如果将以高分辨率低景深光学器件11-1来检查这样的部件，则必须在扫描部件之前决定特定的扫描将检查下表面11-2还是上表面11-3。在诸如晶片、高密度互连模块、和印刷电路板的应用中，所述部件由放置到基板上的金属导体构成。形成顶表面的金属导体为将被检查缺陷的所感兴趣的主要特征。本发明提供在扫描部件时动态地计算金属上表面11-3的高度并且保持该上表面处于聚焦状态的装置。
参照图12A，在扫描部件并且如由箭头12-1指示地以可见光(350nm至700nm)检查该部件时，红外束12-2(例如，780nm)经过光学器件并且被用来维持聚焦。来自包括激光二极管、固态LED、或任意其它发光器件的聚焦照射源12-3的红外束由透镜12-4准直。该准直光经过柱面透镜12-5和分束器12-6以从二向色镜12-7反射通过透镜12-8以将线12-9投射到部件12-11上。该聚焦的束被定位成离轴以照射光场的仅一半。因此，红光束相对于如图12A中所图示的部件的表面以角度θ成像到部件上。由于表面在部件中在不同的高度处，所以束的一侧在X方向上的给定的位置处投射到上表面12-10上，并且束的另一侧在X方向上的不同的位置处投射到下表面12-11上。来自投射到这些表面上的线图像的光线然后向回通过透镜12-8，从二向色镜12-7和分束器12-6反射，然后由透镜12-12聚焦到定位或高度测量相机12-13上。
在一个实施例中，整个聚焦路径在红外波长(780nm，作为示例)中操作，因此，这种聚焦光不干扰在(350-700)nm范围内工作的可见光检查路径。可见光学路径由照射源12-14构成，并且来自该源12-14的光从分束器12-15反射以通过二向色滤光镜12-7，该二向色滤光镜12-7使可见光通过并且反射红外光。该可见束然后经过宽带成像透镜12-8，该宽带成像透镜12-8也使可见光和近红外光两者通过。被反射的可见光像然后通过透镜12-8返回，经过二向色滤光镜12-7和光分束器12-15，以由透镜12-16成像到检查相机12-17上。可以使用其它装置来产生由检查相机12-17使用的光12-14。例如，将被检查的一些部件可能具有有机单层、有机非透明层、或极不透明有机材料，其中，仅顶部金属表面需要被检查。在这样的情况下，不存在由下层图像引起的会使自动聚焦设备模糊的干拢或图像伪影。在这样的应用中，适当的激光器能够替代光源12-3以由此促使顶表面发荧光。分束器12-15可以由二向色镜取代以反射激光并且允许荧光从部件返回以到达检查相机12-17。用以允许仅返回的荧光光线并且还阻挡任何激光照射光到达检查相机12-17的激光阻挡滤光镜12-26也放置在相机12-17的前面。该发荧光的图像可以在有机表面上产生更好的导体的对比度。
参照图13并且更详细地解释自动聚焦系统如何工作，考虑从相对于如图13中所示的部件的表面以角度θ照射部件的光学透镜13-2发出的线形束13-1。该线撞击顶表面13-3和13-4的位置在Y方向上将从线撞击下表面13-5的位置偏移距离d，使得：
其中：
h＝表面之间的高度差，以及
θ＝照射束相对于垂直于表面的线的角度。
图13中的透镜13-2对应于图12中的透镜12-8。投射的线图案的图像被投射到对应于图12中的高度测量相机12-13的相机13-6上。线13-3、13-4、和13-5在相机13-6上分别成像为线13-3'、13-4'、和13-5'。
相机像素被组织成R行和C列。箭头13-7指向相机13-6中的最左列。相机13-6上数据的行R位置指示部件上不同表面的高度。通过智能地分析图像，并且更具体地数据的行R位置，能够确定顶表面和底表面的位置并且机械地驱动聚焦透镜、相机和光学器件以跟踪期望的表面。
作为一个示例，考虑具有对应的浅景深14-2的图14中的高分辨率、高NA光学透镜14-1。投射的线图案的图像成像到相机14-3上。可以将相机场划分为上区域14-4和下区域14-5。上区域14-4中的信息的行位置R对应于部件上的上表面的高度。下区域14-5中的信息的行位置R对应于部件上的下表面的高度。
如果目标是保持顶表面处于聚焦状态，则仅分析上区域14-4中的数据以确定区域14-4中的数据的最高和最低行位置。这对应于部件的顶表面的垂直于跨相机14-3的宽度的机械扫描的方向的高度变化。该高度变化的中点被计算并且对应于相机图像中的高度位置14-6和光学景深图像中的14-7。位置14-7对应于由箭头14-2指示的光学景深的中点。
一般而言，作为光学器件的景深和所感兴趣的检查平面的函数来计算最佳焦点，景深和检查平面两者在执行检查扫描之前为已知的。如先前所述，如果景深足以保持两个表面同时处于聚焦状态，如由图9中的位置9-4所示，则能够对系统编程以跟踪顶表面、底表面或这些表面之间的中点。
总之，在Y轴方向上扫描部件时，聚焦相机14-3收集对应于图2中的检查相机2-1的宽度轴的X方向上的数据。跨整个聚焦相机分析数据以确定沿着扫描Y轴的各个不同的位置的唯一单最佳焦点。
高速自动聚焦跟踪对这样的部件的快速检查是必不可少的。高速聚焦计算和机械响应对于实现实时通过透镜聚焦甚至更加必不可少。为了实现这样的高速工作，有利的是，使用能够选择性地拾取相机中要从相机读出的相机像素，而非必须读出所有像素到存储器件中然后读取所感兴趣的像素，作为图12A中的聚焦相机12-13。这节省许多时间。例如，如果聚焦相机具有总数为1000x1000像素(总共106个像素)，则能够通过对相机的上半部内的每5个水平相机像素和每隔一个竖直像素进行子采样来确定部件的顶表面的位置。这将使数据量减少达20倍。选择相机图像中的每第5个或第N个水平像素产生特定的数据列。这样的列之间的间距由图14中的箭头14-8指示。因此，通过能够选择性地挑选聚焦相机的视场内的所感兴趣的特定区域，例如框14-4，并且选择性地挑选该区域内的像素或对选该区域内的像素进行子采样，大大缩短了计算最佳聚焦位置所需的时间。
这样的由Photon Focus型号MV-D1024E-80-CL制造的相机或由Basler型号acA2000-340km制造的具有更多像素的更快的相机已经被用来实现图12A中的相机块12-13。该光子聚焦相机包含1024xl024个像素，具有从350-1000nm的光谱响应，使得它能够在近红外带中操作并且使得读出相机内的选择区域和像素成为可能。为了实现本发明中所描述的聚焦计算，已经以1000帧每秒的速率从该相机读出40000个像素。Basler相机包含2048列x1000行并且也具有从350-1000nm的光谱灵敏度，使得它也能够在近红外带中操作并且使得读出相机内的选择区域和像素成为可能。为了实现本发明中所描述的聚焦计算，已经以5000帧每秒的速率从该相机读出96000个像素。两种聚焦相机的增益也可编程，其支持对宽范围的反射性材料和表面的成像。如图12A中的块12-19所示的高速聚焦处理器对线12-20的聚焦相机参数编程并且读取线12-21上的相机像素数据。已经使用由AlteraCorporation制造的Stratix可编程逻辑器件(PLD)实现了聚焦处理器12-19。聚焦处理器12-19还与通用计算机12-25通信，该通用计算机诸如运行Windows XP作为操作系统以使得初始操作员设定和控制成为可能的基于Intel Xenon的计算机。
在聚焦计算设定操作期间，聚焦处理器12-19和或计算机12-25能够调节线12-20上的聚焦相机的增益和线12-22上的红外光源12-3的光强度两者。控制这些变量的能力为在非常暗或非常亮的材料或表面上聚焦提供最大可能的动态范围。
一旦已经计算出最佳聚焦位置，则使由箭头12-18指示的整个光学头机械地移动或仅使成像透镜12-8机械地移动，或使两者以一些组合移动以维持聚焦。还能够成像透镜12-8附接到精密Z轴马达12-24以使得Z聚焦轴中的快速运动由于如图1中所示的快速高度改变(即，高频改变)而成为可能。还能够将整个光学头12-18附接到精密马达或可以将整个光学头12-18附接到基板的保持器以使得响应于低频改变在部件和光学头之间在Z轴上的相对运动成为可能。这可以当部件的基板由于较低的频率翘曲而变化时出现。两个马达能够由聚焦处理器12-19控制。该系统使用由Primatics Corporation生产的移动整个光学头12-18的精密线性马达12-23来实现。相对于光学头和部件调整图像光学器件以便产生这样的快速运动的精密Z轴马达12-24为由PI(Physik Instrumente)L.P.模型P-725PIFOC制造的压电单元。该压电单元能够使成像光学器件在50毫秒内移动+/-200微米。通过透镜实施的另一个优点是，聚焦精确度和聚焦线图案在聚焦相机上移动的空间距离跟踪成像光学器件的光学景深。随着景深减小并且分辨率增加，对于成像光学器件的z高度位置的给定改变，聚焦线在聚焦相机上移动更大的距离。作为一个示例，使用本文中所描述的方法和技术，对于用来检查部件的顶表面的成像光学器件而言，聚焦被很好地维持在+/-25微米的光学景深内，并且相机图像内的高度变化也等于+/-25微米，其中，部件的大小达到500mmx500mm，这大约为嵌入管芯应用的大小量级。整个部件在整个检查期间处于聚焦状态。
图15描绘对应于由图12A中的设备产生的聚焦线12-9的聚焦线15-1和成像相机12-17的视场15-2之间的关系，其中，聚焦线15-1在视场15-2内。当系统将这样的单聚焦线15-2合并在视场15-1内时，在一些应用中，可能的是，系统随时间可以移动至新计算的高度，相对位置可以已经改变，产生跟踪误差，因为光学头试图同时测量并且移动至相同的位置。
以另一种方式，在检查相机的任一侧上产生两条聚焦线。图12B描绘这样的双聚焦线设备，该设备类似于图12A中所示的设备，但是增加了第二照射源。在该实施方案中，用于初始高度测量束12-2的路径中的光学器件对束进行重新定位，使得束作为扫描聚焦线15-3反射到图15中的检查相机视场的左边。第二光学路径12-30包括第二照射源12-31、准直透镜12-32和柱面透镜12-33。从柱面透镜12-33发出的光到达二向色镜12-7并且沿着不同的路径反射以在像相机视场15-1的另一侧上呈现为聚焦线15-4。
如现在将明显的，当图12B中的设备的扫描方向为如图2中所示的如条A那样从左到右时，聚焦束路径12-30产生“超前于”成像相机视场15-1的聚焦线15-4。当图12B中的设备的扫描方向为如图2中所示的如条B那样从右到左时，聚焦束路径12-31产生“超前于”成像相机视场15-1的聚焦线15-5。检查相机的视场在区域15-1内，而聚焦相机的视场足够大使得聚焦相机能够看到两条聚焦线15-4和15-5。在一个传播方向上，从相机读出仅包含来自聚焦线12-30的信息的数据行。在另一个扫描方向上，从聚焦相机读出仅包含来自聚焦线12-31的信息的数据行。为了增加聚焦相机信噪比并且在到达定位在15-1处的成像相机之前获得甚至更佳的高度变化估计，能够获取并处理位于检查相机位置15-1和聚焦线的位置之间的连续的已扫描的数据行。这样的处理能够获得预设的行数的各高度测量位置的平均值以获得经过滤的值，这些经过滤的值然后被用来对检查相机12-17的成像光学器件进行定位。因此，根据本发明，提供了用于获得像透镜定位数据的各种途径。
在图12A和图12B的各个实施例中，聚焦照射源12-3和12-31以红外线操作。在前述实施例中，成像照射源12-14产生在可见光谱中的光(即，白光)以便为成像相机12-17照射部件。图16A描绘使用本发明的自动聚焦系统结合用于使部件成像的白光而获得的图像，该部件包括具有多个隔开的平行铜导体16-2的不透明有机基板16-1。这是低对比度像，因为图2A和图12B中的成像相机12-17接收散射辐射反射。图16B描绘当成像相机光源12-14包含具有将使基板16-1发荧光的频率的激光时的相同的部件。在该配置中，分束器12-5被替换为二向色滤光镜以使激光反射并且允许荧光返回以到达检查相机12-17。此外，将遮光滤光镜12-26插入在透镜12-16的前面以防止任何反射的激光到达成像相机12-17并且确保仅从有机表面发射的荧光到达成像相机12-17。因为基板16-1为不透明的，并且由于基板16-1完好，所以无法接收来自任何下层的荧光。图16B示出具有明亮的基板16-1和暗导体16-2的最终荧光像。提高的高对比度图像容易允许识别缺陷，诸如缺陷16-3、16-4和16-5。然而，将明显的是，在这样的设备中对荧光的使用限于对在不透明有机基板的表面上的非荧光导体的检查，因为自动聚焦设备假定在红外线中测量的高度的所有变化为在有机基板的顶表面上的高度变化。如果将在透明层上使用自动聚焦设备，则该聚焦设备将不能确定哪些特征在顶层上并且可能潜在地聚焦在不正确的层上。另外，重要的是要注意，能够使用不在红外带中的聚焦波长，只要聚焦源的波长被从由检查相机12-17成像的波长范围排除即可。如将明显的，如本文公开的自动聚焦设备满足为确保在图像相机的视场中的整个图像将处于聚焦状态的成像相机提供精确的聚焦位置的目的。而且，本发明的所公开的和其它实施例能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下被实施并且能够实现本发明的任意或所有益处。因此，所附权利要求的意图是覆盖在本发明的真实精神和范围内的所有这样的变化。

Claims (14)

1.一种用于通过利用具有成像光学器件的成像相机来拍摄部件的不同的像场的多个检查图像来检查所述部件的方法，所述成像光学器件具有固定的分辨率和景深，其中，所述部件的表面的特征在于在给定像场内的高度变化，并且其中，所述图像光学器件景深具有的值使得聚焦在所述给定像场中的任意点上都无法保证整个对应的图像将处于聚焦状态，所述方法包括以下步骤：
A)在扫描操作期间以及在所述成像相机以不与第一频率干涉的第二频率响应于照射的操作期间，基于使用聚焦相机在所述第一频率接收的对于给定像场的照射，获得部件表面的高度变化图像数据，其中在所述扫描操作中，沿着扫描轴，从相对于所述成像光学器件的第一位置到相对于成像对象的第二位置，所述部件被扫描，
B)在给定像场的多个位置处对所述部件表面的高度变化图像数据进行采样，其中，在所述给定像场的指定区域内执行所述采样，以确定在所述给定像场内的所述表面的高度变化的范围，
C)基于高度变化的范围来为每个检查图像确定所述成像光学器件的聚焦位置，使得在所述给定像场中的高度变化的范围内的表面将在所述成像光学器件的景深内，以及
D)将所述成像光学器件移动至所述给定像场的聚焦位置，以此由所述成像相机获得的检查图像跨所述给定像场将处于聚焦状态，并且所述聚焦相机获得所述扫描操作期间的下一图像场的所述部件的高度变化图像数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像相机在扫描方向上扫描所述部件的表面，并且所述检查图像的大小被调节，以此所述检查图像中的高度变化范围将在所述成像光学器件的景深内。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述成像相机沿着最大宽度的相邻的平行条扫描所述部件，并且所述采样包括使用大小减小操作，所述大小减小操作改变将由所述成像相机获得的图像的宽度，以此所述条中的高度变化范围将在所述成像光学器件的景深内。
4.根据权利要求1-3的任意一项所述的方法，其中，所述成像相机包括线性电荷耦合器件。
5.根据权利要求1-3的任意一项所述的方法，其中，所述成像相机包括延时和集成电荷耦合器件。
6.根据权利要求1-3的任意一项所述的方法，其中，所述第一频率在红外带中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二频率在可见光带中。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述部件包括不透明材料制的基板，并且所述第二频率在使所述不透明材料发荧光的带中。
9.根据权利要求1-3的任意一项所述的方法，其中，所述采样包括记录在所述成像相机视场内取得的高度测量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在扫描操作期间，所述采样包括记录在所述成像相机视场的前面的高度测量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述检查图像沿着扫描轴在扫描操作期间被拍摄，并且所述采样包括记录在沿着所述扫描轴的各个连续位置处的垂直于所述扫描述方向的高度测量的组，并且所述聚焦位置确定包括处理至少一组所记录的高度测量。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述检查图像沿着扫描轴在扫描操作期间被拍摄，并且所述采样包括记录在沿着所述扫描轴的各个连续位置处的垂直于所述扫描述方向的高度测量的组，并且所述聚焦位置确定包括处理来自多个相邻的组的所记录的高度测量的高度测量。
13.一种执行根据权利要求1-12任意一项所述的方法的装置。
14.一种用于通过利用具有成像光学器件的成像相机来拍摄部件的不同的像场的多个检查图像来检查所述部件的设备，所述成像光学器件具有固定的分辨率和景深，其中，所述部件的表面的特征在于在给定像场内的高度变化，并且其中，所述图像光学器件景深具有的值使得聚焦在所述给定像场中的任意点上都无法保证整个对应的图像将处于聚焦状态，所述设备包括：
A)聚焦相机，所述聚焦相机在扫描操作期间，基于在第一频率接收的对于给定像场的照射，获得部件表面的高度变化图像数据，其中在所述扫描操作中，沿着扫描轴，从相对于所述成像光学器件的第一位置到相对于所述成像光学器件的第二位置，所述部件被扫描，
B)成像相机，所述成像相机在所述扫描操作期间以不与所述第一频率干涉的第二频率响应于照射，
C)采样处理器，所述采样处理器在所述给定像场的多个位置处对所述部件表面的高度进行采样，其中，高度变化图像数据采样中的变化被选择，以确定在所述给定像场内的所述表面的高度变化的范围，
D)聚焦处理器，所述聚焦处理器基于所述高度变化的范围来为每个检查图像确定所述成像光学器件的聚焦位置，使得在所述给定像场中的高度变化的范围内的表面将在所述成像光学器件的景深内，以及E)致动器，所述致动器将所述成像光学器件移动至所述给定像场的聚焦位置，以此由所述成像相机获得的检查图像跨所述给定像场将处于聚焦状态，并且所述聚焦相机获得下一图像场的所述部件的高度变化图像数据。
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