CN104279456A - 用于光学检测的照明系统及使用其的检测系统、检测方法 - Google Patents

Abstract

本案公开了一种用于光学检测的照明系统及使用该照明系统的检测系统、检测方法，通过正向投射到检测区的第一照明光线及斜向投射到检测区的两道第二照明光线，以及相对于检测区来说具有最大入射角的两道第三照明光线来一起照射检测区，第三照明光线包含波长短于第一照明光线及第二照明光线的波长段，再通过彩色线性扫描相机对不同光谱的光学影像数据进行输出以供缺陷的侦测，以将取得的混合影像分别对各光谱色频分割，用以分辨电路板上的氧化与灰尘，第三照明光线进一步可加强光学影像中缺陷的辨别能力，进而降低检测系统在检查时的误判机率。

Description

用于光学检测的照明系统及使用其的检测系统、检测方法

技术领域

本发明涉及一种光学检测的相关技术，尤其涉及一种用于光学检测的照明系统及使用该照明系统的检测系统、检测方法。

背景技术

光源系统在自动光学检测(AOI)上扮演着举足轻重的角色。举例来说，在液晶显示器、半导体集成电路的芯片以及相关电路的制造过程中皆须经过精密的自动光学检测。

针对电路基板上导线缺陷状况的检测是自动光学检测上的一个环节，传统上的检测方法是使检测光线对待测物进行正向照射，由于导线一般采用金属材料(例如：铜材料)，因此具有高反射能力，通过正向方向有无该照射光的反射光来判断导线是否有发生断裂或断开等的缺陷。

然而此种方法往往在金属导线上沾有灰尘或其他附着物，因该附着物会对正向入射的照射光产生散射的现象，使得该附着物底下的金属导线无法将正向入射的照射光反射回去，进而造成沾有该附着物的导线具有缺陷的误判情况，也造成后续进一步检测时的处理成本。

发明内容

本发明的主要目的在于通过照明系统的特殊配置来快速取得待测物的缺陷状况。

本发明另一目的在于降低检测系统的误判情况。

本发明再一目的在于可使检测系统提供可供快速辨别光学影像中的氧化区域及灰尘的影像数据。

为达上述目的及其他目的，本发明提出一种用于光学检测的照明系统，该系统对一检测区提供照明光线，包含：第一光源组，产生自该检测区上方正向投射至该检测区的第一照明光线；第二光源组，用以产生两道第二照明光线，这两道第二照明光线分别产生自该检测区上方且斜向投射至该检测区的光线；及第三光源组，用以产生两道第三照明光线，这两道第三照明光线分别产生自该检测区上方斜向投射至该检测区的光线，其中，该第三照明光线入射至该检测区的入射角大于该第二照明光线的入射角，该第三照明光线包含波长短于该第一照明光线及该第二照明光线的波长段。

为达上述目的及其他目的，本发明又提出一种光学检测系统，该系统包含上述的照明系统及一影像捕获设备，该影像捕获设备配置在检测区的上方，用以撷取该照明系统的第一至第三光源组投射至该检测区后的反射光线，以对该检测区进行光学检测。

为达上述目的及其他目的，本发明又提出一种光学检测方法，该方法使用上述的光学检测系统，以进行待测物位于检测区中的光学检测，包含以下步骤：使第一至第三光源组的第一至第三照射光线投射至该检测区中的该待测物上；彩色扫描相机产生所撷取到的包含第一波长段及第二波长段波长的影像数据；进行第一次判定步骤，根据该第一波长段的影像数据判定是否有代表缺陷的暗部，当判定结果为“否”时产生该检测区检测正常的检测结果，以及当判定结果为“是”时进入第二次判定步骤；即进行第二次判定步骤，根据该第二波长段的影像数据判定该第一波长段的影像数据中被第一次判定步骤判定为缺陷的暗部处是否仍为暗部，当判定结果为“是”时产生该暗部处为缺陷的检测结果，以及当判定结果为“否”时产生该第一次判定步骤中所判定的该暗部处为不具有缺陷的检测结果。

在本发明的一实施例中，该第一波长段的影像数据为该红光波长段的影像数据，该第二波长段的影像数据为该蓝光波长段的影像数据。

在本发明的一实施例中，该第三照明光线为仅具有蓝光波长段的照明光线。

在本发明的一实施例中，该第二光源组的两道照明光线的光路径相对于该检测区的中央是互相对称的，该第三光源组的两道照明光线的光路径相对于该检测区的中央也是互相对称的。

在本发明的一实施例中，该第一至第三光源组是透过LED线性光源或光纤线性光源产生对应的照明光线。

因此，本发明提供了一种利用高速的彩色线性扫描相机，此相机是搭配不同角度的照明光线及不同波长段光线的分析，不但可用以分辨电路板上氧化与灰尘或其他基材上的缺陷，更可降低系统在检查时的误判机率。

附图说明

图1是本发明一实施例中检测系统的系统示意图。

图2是本发明一实施例中检测系统的细部系统示意图。

图3是本发明一实施例中光学检测方法的流程图。

图4a是在红光波长段下铜线断开的影像撷取数据。

图4b是在蓝光波长段下铜线断开的影像撷取数据。

图5a是在红光波长段下的铜在线具有灰尘的影像撷取数据。

图5b是在蓝光波长段下的铜在线具有灰尘的影像撷取数据。

图6a是在红光波长段下的铜在线具有氧化区域的影像撷取数据。

图6b是在蓝光波长段下的铜在线具有氧化区域的影像撷取数据。

【符号说明】

100 第一光源组

102 第一光源

104 第一光源组的第二光学组件

106 第一光学组件

110 第一照明光线

200 第二光源组

202 第二光源

204 第二光源组的第二光学组件

210 第二照明光线

300 第三光源组

302 第三光源

304 第三光源组的第二光学组件

308 蓝光波长段滤光组件

310 第三照明光线

500 检测区

600 影像捕获设备

701 背景材料

702 缺陷

703 铜线区

801 背景材料

802 灰尘微粒

803 铜线区

804 铜面区

901 背景材料

902 氧化区域

903 铜面区

S10～S42 步骤

具体实施方式

为充分了解本发明的目的、特征及功效，现通过下述具体的实施例，并配合所附图，对本发明做一详细说明，说明如后：

本发明是一种使用照射在一待测物(例如电路基板)上的三组安排在不同照射角度的光源组以及通过不同波长段反射光线的取用，以侦测出缺陷，并可加强光学影像中氧化区域与灰尘的辨别，减少取像系统的误判机率。

首先请参阅图1，是本发明一实施例中检测系统的系统示意图。本发明此实施例中用于光学检测的照明系统，是用以对一检测区500提供照明光线，该照明系统包含：第一光源组100、第二光源组200及第三光源组300。该照明系统通过对该检测区500的照明，使得包含有该照明系统及影像捕获设备600的光学检测系统可透过影像捕获设备600通过该照明系统的第一至第三光源组100～300投射至该检测区500后反射光线的撷取，而可对该检测区500进行光学检测。

第一光源组100是用以产生自该检测区500上方正向投射至该检测区500的第一照明光线110，该第一照明光线110是可为仅具有第一波长段的光线或是包含有该第一波长段的光线(例如白光)。

第二光源组200是用以产生两道第二照明光线210，该第二照明光线210是自该检测区500上方斜向投射至该检测区500的光线。其中，第二照明光线210是可为仅具有该第一波长段的光线或是包含有该第一波长段的光线(例如白光)。其中，第一光源组100及第二光源组200的照明光线具有的较佳的该第一波长段为红光波长段。

第三光源组300用以产生两道第三照明光线310，该第三照明光线310是自该检测区500上方斜向投射至该检测区500。其中，第三照明光线310入射至该检测区500的入射角大于该第二照明光线210的入射角，以及，该第三照明光线310包含波长短于该第一照明光线110及该第二照明光线210的波长段。其中，较佳的第三照明光线310为仅具有蓝光波长段的照明光线，而该第三照明光线310入射至该检测区500较佳的入射角则是为60度至80度，所指的入射角是照明光线310与该检测区500上法线的夹角。

如图1所示，该第三光源组300的第三照明光线310入射至该检测区500的入射角大于该第二光源组200的第二照明光线210的入射角。所指的入射角是照明光线与该检测区500上法线的夹角。此外，就该第二光源组200及该第三光源组300相对于该检测区500的安排上，此两个的较佳的光源组200、300是对称于该检测区500上的法线而呈现互相对称的配置方式。以该检测区500为基准点来说，在图1所示例的第一光源组100的配置位置高于该第二光源组200及该第三光源组300，然熟悉该项技术者应了解的是此仅为一种示例而并非为一种限制，任何可斜向入射至该检测区500的光源组皆可作为第二光源组200或第三光源组300。

接着请参阅图2，是本发明一实施例中检测系统的细部系统示意图。图2是以细部的配置架构来描述的，熟悉该项技术者应了解的是其为一种示例而非为一种限制，任何其他可满足本发明所述的光线条件的配置装置或系统皆不背离本发明的技术范畴。

如图2所示，该第一光源组100可包含：第一光源102、第一光学组件106及第二光学组件104。如前所述，第一光源102可提供包含红光波长段或仅具红光波长段的照明光线，举例来说，该第一光源102可直接为一红光产生器，或者是为一白光产生器而另搭配滤光组件的方式，以达成具有该红光波长段照明光线的提供。

本发明后述的第二光源组200及第三光源组300也都会使用到相同的第二光学组件104，在接下来的描述中是以相同的名词来定义的，而在图中则以不同的组件符号来区分。该第一光源组100的第一光学组件106配置在该检测区500上方，用以将该第一光源102输出的光线导向该检测区500以成为正向投射的第一照明光线110。第二光学组件104是配置在该第一光源102的光输出端，用以将该第一光源102的输出光线汇聚至该检测区500上。其中，该第一光学组件106例如可采用半反射半穿透式的光学组件或其他可达成同样功能的光学组件；该第二光学组件104、204、304例如可采用具有不连续聚光曲面的光学组件、两个各自以不连续曲面相接合的菲涅尔(Fresnel)透镜组或其他可达成同样功能的光学组件。

如图2所示，该第二光源组200可包含：两个第二光源202及两个第二光学组件204。第二光源202如前所述可采用白光产生器。第二光学组件204配置在该第二光源202的光输出端，用以将该第二光源202的输出光线汇聚至该检测区500上。此外，该第二光源组200也可利用滤光组件来使出射光仅具有红光的波长段(图中未示)。

如图2所示，该第三光源组300可包含：两个第三光源302、两个第三光学组件304及两个蓝光波长段滤光组件308。第三光源302如前所述可采用白光产生器。第二光学组件304配置在各该第三光源302的光输出端，用以将该第三光源302的输出光线汇聚至该检测区500上。蓝光波长段滤光组件308为一较佳实施方式下的配置，在实际实施时，只要第三照明光线310所包含的波长中，具有短于第一照明光线110及第二照明光线210波长段的波长，即可完成本发明照明系统的配置；又甚至是，采用直接输出蓝光波长段的光源作为第三光源302，如此即不须再加入蓝光波长段滤光组件308。第二光学组件304配置在该第三光源302的光输出端，用以将该第三光源302的输出光线汇聚至该检测区500上。在较佳实施方式下，两个蓝光波长段滤光组件308是配置在对应第三光源302与第二光学组件304之间的，以将该第三光源302的输出光线滤波为仅具有蓝光波长段的第三照明光线310。

接着请参阅图3，是本发明一实施例中光学检测方法的流程图，以进行待测物位于检测区中的光学检测。

首先，步骤S10：使第一至第三光源组的照射光线照射至检测区，其使第一至第三光源组的第一至第三照射光线投射至该检测区中的该待测物上。

接着，步骤S20：影像数据的撷取，该彩色扫描相机产生所撷取到的包含第一波长段及第二波长段的波长的影像数据。

接着，步骤S30：进行第一次判定步骤，其根据该第一波长段的影像数据判定是否有代表缺陷的暗部，在该第一波长段的影像数据不具有代表缺陷的暗部时(即，判定结果为“否”时)产生该检测区检测正常的检测结果，进入步骤S32的判定为无缺陷，以及在该第一波长段的影像数据具有代表缺陷的暗部时(即，判定结果为“是”时)进入步骤S40。

接着，步骤S40：进行第二次判定步骤，其是根据该第二波长段的影像数据判定在该第一波长段的影像数据中被第一次判定步骤S30判定为缺陷的暗部处是否仍为暗部，当仍为暗部时(即，判定结果为“是”时)产生该暗部处的为缺陷的检测结果(步骤S42)，以及非为暗部而为亮部时(即，判定结果为“否”时)产生该第一次判定步骤中所判定的该暗部处是为不具有缺陷的检测结果而进入步骤S32的判定为无缺陷。

在一实施例中，包含照明系统及影像捕获设备600的光学检测系统中，该影像捕获设备600为一种彩色扫描相机(例如可为线性彩色相机)，该彩色扫描相机所撷取的一幅影像数据中包含红光波长段、绿光波长段及蓝光波长段的影像数据，进而透过该彩色扫描相机所撷取到的该影像数据为红光波长段、绿光波长段及蓝光波长段的影像数据，其中该第一波长段的影像数据为该红光波长段的影像数据，该第二波长段的影像数据为该蓝光波长段的影像数据。

接着将以该第一波长段及影像数据分别为该红光波长段及该红光波长段的影像数据，该第二波长段及影像数据分别为该蓝光波长段及该蓝光波长段的影像数据为例作一实际说明。其中，该影像捕获设备600采用高速的彩色线扫描相机。

接着，请同时参阅图4a及图4b，图4a是在红光波长段下的铜线断开的影像撷取数据；图4b是在蓝光波长段下的铜线断开的影像撷取数据。首先，第一次判定步骤，图4a为经彩色线扫描相机取得混合影像后再将此混合影像分割出其中的R Chanel的影像数据。图4a中可见铜线区703为发亮的区域，而背景材料701为黑暗的区域。缺陷702刚好位处在铜线区703之上，此时成为暗的区域。一般检测系统会认为缺陷702因为不发光，即是代表此区域的铜线发生断开，所以光线到达此处之后没有反射的光线进到彩色线扫描相机中。然而，再进行第二次判定步骤，图4b为经彩色线扫描相机取得混合影像后再将此混合影像分割出其中的B Chanel的影像数据。图4b中可见铜线区703仍为发亮的区域，而背景材料701仍为暗的区域。缺陷702刚好座落在铜线区703之上，此时也成为暗的区域，更可以确认其是真的铜线断开，确定为真的缺陷。据此，第二次判定步骤中因有仅具有第二波段的照明光线的辅助，可提升本发明检测系统的辨识精准度。

接着，请同时参阅图5a及图5b，图5a是红光波长段下的铜在线具有灰尘的影像撷取数据；图5b是蓝光波长段下的铜在线具有灰尘的影像撷取数据。图5a为经彩色线扫描相机取得混合影像后再将此混合影像分割出其中的R Chanel的影像数据。图5a中可见铜线区803与铜面区804为发亮的区域，而背景材料801为黑暗的区域。灰尘微粒802刚好位处在铜线区803之上，而且其亮度与铜线区的高度相比为较暗的区域，如果单单仅是看RChanel的影像是无法辨别出是否为假缺陷的。因此，再进行第二次判定步骤，图5b为经彩色线扫描相机取得混合影像后再将此混合影像分割出其中的BChanel的影像数据。图5b中可见铜线区803与铜面区804为发亮的区域，而背景材料801为黑暗的区域。灰尘微粒802刚好位处在铜线区803之上，则是为发亮的区域。这是因为本发明的混合光源架构在低角度之处(具有较大之入射角)通过一蓝色滤光组件，经由此低角度的蓝光可将此灰尘打亮(蓝光波长较短，散射情况更为显著)，于是造成与R Chanel间的强烈对比，据此，通过R Chanel与B Chanel两张影像数据的比对，即可知此为假缺陷(灰尘)。因此，第二次判定步骤中因有仅具第二波段的照明光线的辅助，灰尘微粒使入射光线散射的现象便可增进本发明检测系统的辨识精准度。

接着，请同时参阅图6a及图6b，图6a是在红光波长段下的铜在线具有氧化区域的影像撷取数据；图6b是在蓝光波长段下的铜在线具有氧化区域的影像撷取数据。图6a经彩色线扫描相机取得的混合影像后再将此混合影像分割出其中的R Chanel的影像数据。图6a中可见铜面区903为发亮的区域，而背景材料901为黑暗的区域。氧化区域902在铜面区903上时，此时为灰色的区域。如果单单仅是看R Chanel来判断，则会认为此区域即为缺陷。因此，再进行第二次判定步骤，图6b是经彩色线扫描相机取得的混合影像后再将此混合影像分割出其中的B Chanel的影像数据。图6b中可见铜面区903为发亮的区域，而背景材料901为黑暗的区域。而氧化区域902在铜面区903上时，由于其是与铜面区903的亮度接近，因此，经由R Chanel与B Chanel两张影像数据的比对，即可知此为假缺陷(氧化)，非铜面区903真的具有断开现象。

本发明的该第二光学组件104、204、304，例如可采用具有不连续聚光曲面的光学组件、两个各自以不连续曲面相接合的菲涅尔(Fresnel)透镜组或其他可达成同样功能的光学组件。

综上所述，本发明利用高速的彩色线性扫描相机，其是搭配不同角度的照明光线及不同波长段光线的分析，不但可用以分辨电路板上氧化与灰尘或其他基材上的缺陷，更可降低系统在检查时的误判机率。

本发明在上文中已以较佳实施例，公开，然而本领域的技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种用于光学检测的照明系统，对一检测区提供照明光线，包含：

第一光源组，产生自该检测区上方正向投射至该检测区的第一照明光线；

第二光源组，用以产生两道第二照明光线，该两道第二照明光线分别产生自该检测区上方且斜向投射至该检测区；及

第三光源组，用以产生两道第三照明光线，该两道第三照明光线分别产生自该检测区上方斜向投射至该检测区，

其特征在于，该第三照明光线入射至该检测区的入射角大于该第二照明光线的入射角，该第三照明光线包含波长短于该第一照明光线及该第二照明光线的波长段。

2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，该第三照明光线为仅具有蓝光波长段的照明光线。

3.如权利要求2所述的照明系统，其特征在于，该第二光源组的两道照明光线的光路径相对于该检测区中央是互相对称的，该第三光源组的两道照明光线的光路径相对于该检测区的中央也是互相对称的。

4.如权利要求2所述的照明系统，其特征在于，该第三照明光线入射至该检测区的入射角为60度至80度。

5.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于，该第一及第二照明光线为仅具有红光波长段的照明光线。

6.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于，该第一至第三光源组透过LED线性光源或光纤线性光源产生对应的照明光线。

7.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于，该第一光源组包含：

第一光源；

第一光学组件，配置在该检测区上方，以将该第一光源的输出光线导向该检测区；及

第二光学组件，配置在该第一光源的光输出端，以将该第一光源的输出光线汇聚至该检测区；

该第二光源组包含：

两个第二光源；及

两个第二光学组件，分别配置在第二光源的光输出端，以将各该第二光源的输出光线汇聚至该检测区；及

该第三光源组包含：

两个第三光源；

两个第三光学组件，分别配置在该第三光源的光输出端，以将各该第三光源的输出光线汇聚至该检测区；及

两个蓝光波长段滤光组件，配置在该第三光源与该第三光学组件之间，以将该第三光源的输出光线滤波为仅具有该蓝光波长段的照明光线。

8.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于，该第一光源组包含：

第一光源；

第一光学组件，配置在该检测区上方，以将该第一光源的输出光线导向该检测区；及

第二光学组件，配置在该第一光源的光输出端，以将该第一光源的输出光线汇聚至该检测区；

该第二光源组包含：

两个第二光源；及

两个第二光学组件，分别配置在第二光源的光输出端，以将该第二光源的输出光线汇聚至该检测区；及

该第三光源组包含：

两个第三光源；及

两个第三光学组件，分别配置在该第三光源的光输出端，以将该第三光的之输出光线汇聚至该检测区；

其中该二第三光源的输出光线为仅具有该蓝光波长段的照明光线。

9.一种光学检测系统，包含一影像捕获设备及如权利要求1-8中任一项所述的照明系统，其特征在于，该影像捕获设备配置在检测区的上方，用以撷取该照明系统的第一至第三光源组投射至该检测区后的反射光线，以对该检测区进行光学检测。

10.如权利要求9所述的光学检测系统，其特征在于，该影像捕获设备为一彩色扫描相机，该彩色扫描相机所撷取的一幅影像数据中包含红光波长段、绿光波长段及蓝光波长段的影像数据。

11.一种光学检测方法，是使用权利要求9所述的光学检测系统，以进行待测物位于检测区中的光学检测，其特征在于，包含以下步骤：

使第一至第三光源组的第一至第三照射光线投射至该检测区中的该待测物上；

彩色扫描相机产生所撷取到的包含第一波长段及第二波长段的波长的影像数据；

进行第一次判定步骤，根据该第一波长段的影像数据判定是否有代表缺陷的暗部，当判定结果为“否”时产生该检测区检测正常的检测结果，以及当判定结果为“是”时进入第二次判定步骤；及

进行第二次判定步骤，根据该第二波长段的影像数据判定该第一波长段的影像数据中被第一次判定步骤判定为缺陷的暗部处是否仍为暗部，当判定结果为“是”产生该暗部处即为缺陷的检测结果，以及判定结果为“否”时产生该第一次判定步骤中所判定的该暗部处为不具有缺陷的检测结果。

12.如权利要求11所述的光学检测方法，其特征在于，该第一波长段的影像数据为红光波长段的影像数据，该第二波长段的影像数据为蓝光波长段的影像数据。