KR20020067603A

KR20020067603A - 내진성 비디오 포착 검사 시스템

Info

Publication number: KR20020067603A
Application number: KR1020027008790A
Authority: KR
Inventors: 스쿤스티모티에이; 피쉬베인데이빗
Original assignee: 사이버옵틱스 코포레이션
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2002-08-22
Also published as: US20020191834A1; DE10085383T1; US7027639B2; WO2001050410A1; GB2374233B; JP2003524158A; KR100795761B1; GB2374233A; GB0215886D0; US6549647B1

Abstract

본 발명은 솔더 페이스트 검사 시스템(200)에 향상된 진동 면역성을 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 수개의 이미지를 고속으로 포착할 것을 요구하는 다수의 산업에서 사용 가능하다. 상기 방법은 적어도 3개의 이미지(도 5의 33, 도 7의 35, 도 9의 37; 111, 113, 115; 131, 133, 135)를 프레임 전송 CCD 어레이(도 3의 32, 도 10의 100)에 포착한 후에 소정의 데이터를 프레임 전송 CCD 어레이(도 3의 32, 도 10의 100)로부터 연속적으로 판독하는 것을 포함한다. 본 발명은 더 많은 수의 이미지로 확장 가능하다. 추가적으로, 차폐된 메모리 영역(34, 104)은 프레임 전송 CCD 어레이(32, 100)의 이미지 영역(30, 102)보다 더 클 수 있다.

Description

내진성 비디오 포착 검사 시스템{INSPECTION SYSTEM WITH VIBRATION RESISTANT VIDEO CAPTURE}

분리된 전자 부품들뿐만 아니라 전자 집적 회로를 지탱하는 회로 보드는 잘 알려져 있다. 회로 보드 기판에는 소정의 도체 경로와, 집적 회로 칩, 저항 또는 커패시터와 같은 전자 부품의 리드를 수용하는 패드가 마련되어 있다. 회로 보드 제조 공정 중에, 솔더 페이스트 브릭을 보드 기판 상의 적절한 위치에 배치한다. 솔더 페이스트는 스크린을 기판 상에 배치하고, 솔더 페이스트를 스크린 개구를 통해 도포(apply)하고, 초과한 솔더 페이스트를 스크린 표면으로부터 닦아 낸 후, 스크린을 기판으로부터 제거함으로써 도포되는 것이 일반적이다. 다음에, 회로 보드의 전자 부품을 기판 상에 배치하는데, 바람직하게는 픽 앤 플레이스 머신(pickand place machine)을 이용해서, 전자 부품의 리드를 각각의 적절한 솔더 페이스트 브릭 상에 배치한다. 전자 부품을 모두 기판 상에 배치한 후, 회로 보드를 오븐 속에서 통과시키면, 솔더 페이스트가 녹아, 전자 부품과 기판간에 기계적 및 전기적 연결이 형성된다.

전자 산업에서 소형화의 중요성이 증가함에 따라, 솔더 페이스트 브릭의 크기는 점점 더 작아지고, 그 브릭을 기판 상에 배치할 때 요구되는 정확성은 점점 더 강화되고 있다. 솔더 페이스트 브릭의 크기는 작게는 직경이 200 미크론이고 높이가 100 미크론일 수 있다. 솔더 페이스트 브릭의 높이는 대개 설계 높이의 1 퍼센트 내로 측정되어야만 한다. 2개의 인접한 솔더 페이스트 브릭의 중심간 거리는 작게는 300 미크론일 수 있다. 한 브릭의 솔더 페이스트가 너무 작은 경우에는, 전자 부품의 리드와 회로 보드 기판의 패드간에 전기적 연결이 제공되지 않을 수 있다. 한 브릭의 솔더 페이스트가 너무 큰 경우에는, 전자 부품의 리드들이 서로 교락되어 단락될 수 있다.

단 하나의 회로 보드 제조 비용으로 천 달러, 심지어 만 달러가 들어갈 수 있다. 제조 공정 완료 후에 회로 보드를 검사하는 경우, 솔더 페이스트 배치와 부품 리드 연결에서 에러를 검출할 수 있는데, 그러나 대게 결함있는 보드에 대한 유일한 구제책은 그 보드를 폐기하는 것이다. 따라서, 전자 부품을 기판 상에 배치하기 전에 부적당한 솔더 페이스트 배치를 검출할 수 있도록, 필히 제조 공정 중에 회로 보드를 검사해야만 한다. 이렇게 제조 공정 중에 솔더 페이스트 검사를 행함으로써 손실 비용이 줄어들게 되는데, 그 이유는 고가의 부품들을 회로 보드 상에아직 배치하지 않았기 때문이다.

솔더 페이스트 검사 중에 측정하는 중요한 특성 중 하나는 각 솔더 페이스트 브릭의 높이이다. 높이를 알고 솔더 페이스트 브릭 부착물의 경계가 정해지면, 그부착물의 체적 또한 계산할 수 있다. 솔더 페이스트 브릭의 높이를 측정하는 방법 중 하나는 위상 형상 측정법(phase profilometry)으로서 알려진 기술을 이용하는 것이다. 어떤 몇 가지 타입의 위상 형상 측정법에 있어서, 관심있는 물체의 표면 형상(surface profile)은, 적어도 3개 위상의 광 패턴을 그 물체에 투광한 다음에, 그 3개의 포착된 이미지의 함수로서 그 표면 형상을 계산함으로써, 계산된다. 3개 이상의 이미지를 이용한 위상 형상 측정 방법 및 장치 중 하나가 미국 특허 제4,641,972호 "Method and Apparatus for Surface Profilometry"에 개시되어 있다. 그러나 상기 '972 특허의 방법 및 장치는 시스템 진동에 대해 매우 민감하다. 이러한 민감성 때문에 상기 '972 특허에 개시된 시스템은 진동이 강한 환경에서 산업적으로 응용하기에는 부적합하다.

표면 구성물(surface feature)(예컨대, 솔더 페이스트 브릭)이 각 투광 패턴에 연속적으로 노출되는 동안 본질적으로 기지의 위치에 있을 것이라고 생각되는 경우에는, 진동에 대한 면역성은 형상 측정 시스템에 있어서 매우 중요하다. 자동 전자 조립 라인은 종종 비교적 강한 진동을 일으킨다. 일반적으로, 솔더 페이스트 부착 후 부품 배치 전에 즉각 솔더 페이스트를 검사할 수 있도록, 자동 전자 조립 라인 내에 솔더 페이스트 검사 장치를 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 솔더 페이스트 검사 장치가 다른 장치에 근접해 있음으로써 진동이 전해지고, 이것은 솔더페이스트 검사에 역효과를 미칠 수 있다. 예컨대, 회로 보드 상의 표면 구성물(예컨대, 솔더 페이스트 브릭)이 진동하는 경우에는, 그 표면 구성물이 최초 투광 패턴에 의해 이미지화되는 부분과 연속적인 투광 패턴에 의해 이미지화되는 부분이 서로 상이함으로 인해서, 표면 높이의 결과 맵에 오류가 발생하게 된다.

그러므로, 연속적으로 포착되는 이미지간의 제어되지 않은 변위를 최소화하는 것은 표면 형상 측정법 분야에 있어서 매우 중요하다. 요구되는 이미지들이 모두 대략 1 ms 이하 내에 포착될 수 있다면, 그러한 이미지들은 대부분의 산업적 환경에서의 진동에 실질적으로 영향을 받지 않을 것이다. 이러한 면역성은 진동하는 표면은 1 ms 내에 감지할 수 있을 정도로 움직이지 않는다는 사실에 기인한 것이다.

광학 검사를 위해서 이미지를 전자적으로 포착하기 위한 방법 중 하나는 프레임 전송 전하 결합 장치(CCD) 어레이를 사용하는 것이다. 이러한 장치 중 하나로서, 모델 THX 7887A를 프랑스에 소재하는 Thompson-CSF Semiconducteurs Specifiques로부터 입수할 수 있다. 프레임 전송 CCD 어레이는 감광성 반도체 장치로서, 메모리 영역뿐만 아니라 이미지 영역도 포함하며, 따라서 메모리 영역에 기억된 이미지를 판독하는 동시에, 다른 이미지가 이미지 영역에 포착된다. 이러한 종래의 어레이는 2개의 이미지는 고속으로 포착할 수 있도록 구성될 수 있지만, 향상된 시스템에서 요구되는 3개의 이미지에 대해서는 그러한 구성이 불가능하다.

따라서, 진동에 실질적으로 영향을 받지 않는 산업용 형상 측정 시스템을 제공하기 위해서는 약 1 ms 기간 내에 3개 이상의 연속적인 이미지를 포착할 수 있는검사 시스템 및 그 방법이 요구된다.

본 발명은 물체의 표면으로부터 반사된 빛의 광학 측정을 이용한 물체의 표면 윤곽(contour)의 측정에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 그러한 광학 측정에 있어서 표면 형상 측정법(surface profilometry)에서 이용되는 이미지를 포착하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 전자 회로 보드 제조 공정 중에 전자 회로 보드 상에 부착(deposit)된 솔더 페이스트(solder paste)를 검사하는 데 유용하다.

도 1은 새로운 솔더 페이스트 검사 시스템의 개략도.

도 2는 프레임 전송 CCD 어레이로부터 이미지를 포착 및 판독하는 방법의 블록도.

도 3은 종래의 프레임 전송 CCD 어레이의 개략도.

도 4는 도 3의 어레이를 사용해서 3개의 프린지(fringe) 패턴 이미지를 포착하는 방법의 블록도.

도 5 내지 도 9는 도 4에 도시한 방법의 실행 중에 다양한 스테이지에서 프레임 전송 CCD 어레이 상태를 도시한 도면.

도 10은 프레임 전송 CCD 어레이의 개략도.

도 11은 3개의 프린지 패턴 이미지를 포착하는 방법의 블록도.

도 12 내지 도 16은 도 11에 도시한 방법의 실행 중에 여러 단계에서 프레임 전송 CCD 어레이 상태를 도시한 도면.

도 17은 종래의 프레임 전송 CCD 어레이를 사용해서 3개의 프린지 패턴 이미지를 포착하는 방법의 블록도.

도 18 내지 도 23은 도 17에 도시한 방법 중에 여러 단계에서 프레임 전송 CCD 어레이의 상태를 도시한 도면.

본 발명은 솔더 페이스트 검사 시스템에 향상된 진동 면역성을 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 수개의 이미지를 고속으로 포착할 것을 요구하는 다수의 산업에서 사용 가능하다. 상기 방법은 적어도 3개의 이미지를 프레임 전송 CCD 어레이에 포착한 후에 소정의 데이터를 그 프레임 전송 CCD 어레이로부터 연속적으로 판독하는 것을 포함한다. 본 발명은 더 많은 수의 이미지로 확장 가능하다. 추가적으로, 차폐된 메모리 영역은 프레임 전송 CCD 어레이의 이미지 영역보다 더 클 수 있다.

도 1은 솔더 페이스트 검사 시스템(200)의 개략도이다. 솔더 페이스트 검사 시스템(200)은 본 발명의 실시예들이 유용하게 적용될 수 있는 단지 하나의 예시적인 페이스트 검사 시스템이다. 당업자는 본 발명의 실시예들이 다른 종류의 검사 시스템에 대해서도 유용하게 적용될 수 있다는 것을 인지할 것이며, 그러한 실시예들이 명백히 의도된다.

솔더 페이스트 검사 시스템(200)은 프로세서(202)와 센서(201)를 포함한다. 센서(201)는 프로젝터(203)와 이미징 시스템(206)을 포함한다. 프로젝터(203)는 조명 장치(illuminator)(210), 그레이팅(grating)(212) 및 광학 장치(optics)(214)를 포함한다. 조명 장치(210)는 펄스 레이저 또는 스트로브 램프와 같이, 짧은 기간의 광펄스를 제공할 수 있는 광원일 수 있다. 그레이팅(212)은 통과하는 빛에 패턴을 주며, 광학 장치(214)는 그 패턴화된 빛을 회로 보드(218) 상의 구성물(216)에 집중시킨다. 이미징 시스템(206)은 구성물(216)의 이미지를 프레임 전송 CCD 어레이(220)에 집중시키는 광학 장치(219)를 포함한다. 프로세서(202)는프로젝터(203)에 결합되어, 회로 보드(218) 상의 구성물(216)을 조명하도록 프로젝터(203)를 트리거한다. 센서(201)는 상이한 위상의 패턴화된 이미지를 구성물(216)에 투광하도록 적응된다.

센서(201)는 구성물(216)이 다중 패턴에 노출되는 동안에 구성물(216)의 이미지들을 포착하도록 적응되는데, 이 때 각 이미지는 상이한 위상에 대응한다. CCD 어레이(220)는 포착된 이미지들을 나타내는 데이터를 프로세서(202)에 제공하고, 프로세서(202)는 포착된 이미지들을 기초로 해서 구성물(216)의 높이 맵을 계산한다. 그 높이 맵은 체적 계산 및 교락 검출 등 여러가지 검사 기준에 유용하다.

도 2는 프레임 전송 CCD 사용 방법 중 하나를 예시한 블록도이다. 프레임 전송 CCD 어레이는 이미지 센서로서 그리고 아날로그 기억 장치로서 동작한다. 한 이미지가 이미지 영역(30)(도 3에 도시됨) 상에 노출되고, 그 노출로 생성된 전하가 약 0.8 ㎲/row로 차폐된 메모리 영역(34)으로 수직으로 전자적으로 이동된다. 제1 이미지 영역을 구성하는 픽셀로부터 전하가 모두 메모리 영역으로 이동되고 나면, 다음 노출이 시작될 수 있다. 상기 방법은 블록 10에서 시작되는데, 여기서 CCD 어레이(32)(도 3 참조)의 감광성 영역(30)은 소정의 시간 동안 빛에 노출된다. 여기서 사용된 바와 같이, 빛은 자외선에서 적외선까지의 전자기 에너지를 의미한다. CCD 어레이(32) 내의 감광성의 이차원 픽셀 어레이는 노광을 통해 전하 패킷을 발생시킨다. CCD 어레이(32)는 또한 그 빛으로부터 차폐된 메모리 영역(34)을 포함한다. 이미지 영역은 바람직하게는 1024 ×1024 픽셀이고, 메모리 영역도 바람직하게는 1024 ×1024 픽셀이다. 블록 14에서는, 빛을 끄거나, 기계적인 셔터를 사용해서빛이 부가적으로 CCD 어레이(32)의 이미지 영역(30)을 비추는 것을 금지한다. 블록 16에서는, 클록 신호 φ_I및 φ_M가 이미지 영역과 메모리 영역에 제공되어, 이미지 영역과 메모리 영역에 기억된 이미지의 각 라인이 1 라인씩 아래로 이동된다. 이미지 영역(30)이 한 번에 1 라인씩 아래로 이동하는 중에, 이미지 영역(30)의 상단 라인이 리셋되거나 "흑 레벨"의 픽셀로 채워진다. 또한, CCD 메모리 영역(34)의 하단 라인이 수평 시프트 레지스터(36)로 전송된다. 블록 18에서는, 수평 시프트 레지스터(36)의 내용이 비디오 증폭기(38)로 연속적으로 판독된다. 블록 20에서는, 이미지의 모든 라인이 메모리 영역에 기억되었는지, 그 메모리 영역의 내용이 판독되었는지를 알기 위해서 체크한다. 만일 그렇지 않은 경우에는, 제어가 블록 16으로 진행된다. 그러나, 이미지의 모든 라인이 메모리 영역에 기억된 경우에는, 제어가 블록 10으로 재진행되어, 이미지 영역이 다시 한 번 노출된다.

통상의 수평 시프트 레지스터 클록 φ_H기간은 상업적으로 입수 가능한 장치에 있어서 대략 50 ns이다. 따라서, 하나의 이미지를 나타내는 1,024개의 픽셀을 수평 시프트 레지스트(36) 밖으로 연속적으로 클록 아웃하는 데는 대략 51 ㎲가 걸린다. 또한, 통상의 메모리 영역 클록 φ_M과 이미지 영역 클록 φ_I는 대략 800 ns이다. 그러므로, 이미지 통합 기간이 완료되고 나면, 메모리 영역으로부터 비디오 데이터를 클록 아웃하고 이미지 영역을 메모리 영역으로 이동하는 데는 대략 53 ms가 걸린다. 하나의 이미지에 대해 걸린 53 ms는 3개 이상의 이미지에 대해 목표로 삼은 1 ms보다 상당히 길고, 따라서 이러한 종래의 방법은 데이터 포착에 있어서 시스템 진동에 민감하게 된다.

도 4는 종래의 프레임 전송 CCD 장치를 사용해서 3 세트의 프린지 패턴 이미지를 포착하는 방법의 블록도이다. 상기 방법은 블록 40에서 시작되며, 여기서 CCD 어레이의 이미지 영역이 φ_RST(도 5 참조)에 의해 리셋된다. 이러한 리셋은 시스템 휴지 중에 축적된 바람직하지 않은 전하를 방전시킨다. 블록 41에서는, 조명 장치가 플래시되어 이미지 영역(30)이 제1 프린지 패턴 이미지에 노출된다. 다른 방법을 이용해서 관심있는 표면을 조명할 수도 있다. 예컨대, CCD 어레이 위에 위치한 기계적인 셔터가 그 어레이를 일정한 광원의 조명에 노출시킬 수 있다. 이렇게 노출된 이미지가 예시적인 솔더 페이스트 이미지에 대한 참조 번호 33으로 도 5에 도시되어 있다. 대각선(44)은 솔더 페이스트 부착물을 횡단하는 곳에서 왜곡되는 사인파형 프린지(sinusoidal fringe)의 피크를 나타낸다. 바람직하게는 조명 지속 기간은 대략 20 ㎲이다. 도 4를 다시 참조하면, 블록 42에서는, φ_I와 φ_M을 함께 H번 클록하여 전하 패킷을 이미지 영역(30)에서 메모리 영역(34)으로 전송함으로써 고속 이미지 전송이 달성된다. H는 도 3에 도시되어 있으며, 바람직하게는 1024이다. 이러한 고속 전송은 대략 800 ㎲를 필요로 하며, 사용 중인 CCD 어레이의 최대 클록 속도에 의해 제한된다. 블록 42의 결과가 도 6에 도시되어 있는데, 포착된 이미지가 CCD 어레이(32)의 차폐된 메모리 영역으로 전송 완료되었다. 메모리 영역(34)은 현재 제1 프린지 패턴 이미지를 유지하고 있고, 이미지 영역(30)은 리셋되어 있다.

도 4를 다시 참조하면, 블록 43에서는, 조명 장치가 펄스화되어 이미지 영역(30)이 제2 프린지 패턴 이미지에 노출된다. 따라서, 이미지 영역(30)은 현재 제2 프린지 패턴 이미지를 유지하고 있고, 차폐된 메모리 영역(34)은 여전히 제1 프린지 패턴 이미지를 유지하고 있다. 블록 43은 바람직하게는 대략 20 ㎲가 걸리며, 그 결과 이미지들은 도 7에 도시된 바와 같이 기억되는데, 여기서 제2 프린지 패턴 이미지는 참조 번호 35로 나타내었다. 이미지 35에서의 프린지는 이미지 33에서의 프린지에 대해 편이되어 있다는 것을 주의해야 한다. 위상 편이는 바람직하게는 120도이나, 달리 편이될 수도 있다. 도 4를 다시 참조하면, 블록 45에서는, 전하 패킷을 수평 시프트 레지스터(36) 밖으로 이동하고 이미지 영역과 메모리 영역을 한 번에 1 라인씩 아래로 이동하는 전술한 과정이 이루어진다. 블록 45는 제1 프린지 패턴 이미지가 판독되고 제2 프린지 패턴 이미지가 메모리 영역(34)에 기억될 때까지 계속된다. 이것은 도 2에서 언급한 바와 같이 대략 53 ms가 걸린다. 도 8은 블록 45의 완료 결과를 보여준다. 블록 45가 완료되고 나면, 블록 47에서, 조명 장치가 다시 플래시되어 제3 이미지가 CCD 어레이(32)의 이미지 영역(30)에 포착된다. 이러한 최종 동작은 대략 20 ㎲가 걸리며, 블록 47의 결과가 도 9에 도시되어 있는데, 여기서 제3 이미지는 참조 번호 37로 나타내었다. 이미지 37에서의 프린지는 이미지 35에서의 프린지에 대해 120도 편이되어 있다는 것을 주의해야 한다. 블록 49에서는, 이미지들(35, 37)이 모두 판독될 때까지 CCD 어레이(32)의 전체 내용이 반복적으로 아래로 이동되고 시프트 레지스터(36)로부터 판독된다. 블록 51에서는, 3개의 이미지(33, 35, 37)를 이용해서 이미지화된 구성물의 높이 맵을계산한다. 대표적인 시간을 아래의 표 1에 표시하였다.

기능	시간
#33 플래시 및 포착	20 ㎲
고속 전송	800 ㎲
#35 플래시 및 포착	20 ㎲
이미지 #1이 모두 판독될 때까지 한 번에 1 라인씩 이동	53 ms
#37 플래시 및 포착	20 ㎲
합계	대략 54 ms

도 4에 도시된 방법의 실행을 요약하면, 모든 3개의 프린지 패턴 이미지가 대략 54 ms 내에 포착된다. 제2 및 제3 프린지 패턴 이미지를 판독하는 데는 대략 106 ms의 또 다른 시간이 걸린다. 그러나, 시스템의 진동에 대한 면역성을 결정하는 한가지 중요한 파라미터는 모든 3개의 프린지 패턴 이미지에 대한 포착 시간이다. 물론, 54 ms는 전술한 바와 같이 대략 1 ms 이하 내에 이미지들을 포착하려는 목표를 충족시키기에는 너무 느리다.

도 4에 도시된 방법의 실행에 요구되는 여러가지 시간을 조사한 결과, 이미지 영역(30)에서 메모리 영역(34)으로의 고속 이미지 전송 방법이 하나의 이미지에 대한 전하 패킷 모두를 수평 시프트 레지스터(36) 밖으로 연속적으로 판독하는 방법보다 대략 60배 정도 더 빠른 것으로 드러났다. 따라서, 종래의 프레임 전송 CCD 어레이 구조를 도 10에 도시한 것으로 변형함으로써, 모든 3개의 프린지 패턴 이미지에 대한 포착 시간을 매우 효과적으로 줄일 수 있다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 전송 CCD 어레이의 개략도이다. CCD 어레이(100)는 이미지 영역(102), 메모리 영역(104) 및 수평 시프트 레지스터(106)를 포함한다. 이미지 영역(102)과 메모리 영역(104)은 폭에 있어서는동일하지만, 높이(H)에 있어서는 메모리 영역(104)이 이미지 영역(102)의 2배이다. 바람직하게는 H와 W는 각각 1024이다. 메모리 영역(104)은 복수개의 완전한 포착된 이미지를 기억할 수 있다.

도 11은 3개 이상의 프린지 패턴 이미지를 고속으로 포착하기 위한 방법이다. 상기 방법은 블록 108에서 시작되며, 여기서 CCD 어레이(100)의 이미지 영역(102)이 신호 φ_RST에 의해 리셋된다. 블록 110에서는, 조명 장치가 플래시되어 이미지 영역(102)이 제1 프린지 패턴 이미지에 노출된다. 블록 110의 결과가 도 12에 도시되어 있는데, 여기서 제1 이미지(111)는 CCD 어레이(100)의 이미지 영역(102)에 기억되어 있다. 도 11을 다시 참조하면, 이미지(111)를 포착한 후, 제어가 블록 112로 진행되는데, 여기서 φ_I와 φ_M을 함께 1,024번 클록하여 제1 프린지 패턴의 이미지(111)를 메모리 영역(104)의 상반부로 전송함으로써 고속 이미지 전송이 달성된다. 이러한 전송은 바람직한 실시예에서 대략 800 ㎲가 걸린다. 블록 112의 결과가 도 13에 도시되어 있다. 이미지(111)가 메모리 영역(104)의 상반부로 전송되고 나면, 제어가 블록 114로 진행되는데, 여기서 이미지 영역(102)은 또 다른 프린지 패턴 이미지에 노출된다. 바람직하게는, 블록 114에서는, 이미지 영역(102)이 노출되기 전에 리셋을 수행하여, 이미지 영역(102)을 이미지(111)를 포착하기 전에 있었던 상태와 동일한 상태로 만든다. 블록 114는 이 실시예에서 대략 20 ㎲가 걸린다. 블록 114의 결과가 도 14에 도시되어 있는데, 여기서 제2 프린지 패턴 이미지(113)는 CCD 어레이(100)의 이미지 영역(102)에 기억되어 있다. 제2이미지(113)를 포착한 후, 제어가 블록 116로 진행되는데, 여기서 φ_I와 φ_M을 함께 1,024번 클록하여 제2 프린지 패턴 이미지(113)를 메모리 영역(104)의 상반부로 전송함은 물론이고 제1 프린지 패턴 이미지(111)를 메모리 영역(104)의 하반부로 전송함으로써 고속 이미지 전송이 수행된다. 블록 116에서의 이러한 고속 전송은 이 실시예에서 대략 800 ㎲를 필요로 한다. 블록 116의 결과가 도 15에 도시되어 있고, 이것은 제1 및 제2 프린지 패턴 이미지(111, 113)가 CCD 어레이(100)의 메모리 영역(104)에 기억되어 있음을 보여준다. 블록 116이 실행되고 나면, 제어가 블록 118로 진행되는데, 여기서는 바람직하게는 제3 프린지 패턴 이미지(115)를 포착하기 위해서 이미지 영역(102)이 다시 노출되기 전에 이미지 영역을 리셋한다. 블록 118을 실행하는 데는 바람직하게는 20 ㎲가 걸리며, 그 결과 이미지들은 도 16에 도시된 바와 같이 기억된다. 블록 120에서는, 이미지들(111, 113, 115)이 모두 판독될 때까지 이미지들(111, 113, 115)이 한 번에 1 라인씩 아래로 판독되고 시프트 레지스터(106)로부터 판독된다. 블록 121에서는, 그 3개의 이미지들을 이용해서 구성물의 높이 맵을 계산한다.

도 11에 도시된 여러가지 단계들에 대한 실행 시간을 아래의 표 2에 표시하였다.

기능	시간
이미지 #111 플래시 및 포착	20 ㎲
고속 전송	800 ㎲
이미지 #113 플래시 및 포착	20 ㎲
고속 전송	800 ㎲
이미지 #115 플래시 및 포착	20 ㎲
합계	대략 1.7 ms

표 2에 표시된 바와 같이 총 이미지 포착 시간은 상당히 개선되었고, 전술한 1 ms의 목표에 비교적 근접하고 있으며, 약한 진동 환경에서는 충분한 것으로 보여진다.

도 17에는 3개의 프린지 패턴 이미지를 상업적으로 입수 가능한 프레임 전송 CCD 어레이(도 3 참조)에 고속으로 포착하기 위한 방법이 도시되어 있다. 상기 방법은 블록 129에서 시작되며, 여기서 이미지 영역(30)이 리셋된다. 블록 130에서는, 조명 장치가 플래시되어 종래의 CCD 어레이(32)의 이미지 영역(30)이 제1 프린지 패턴 이미지(131)에 노출된다. 이 단계는 일반적으로 대략 20 ㎲가 걸린다. 제1 프린지 패턴 이미지(131)가 포착되고 나면, 제어가 블록 132로 진행되는데, 여기서 φ_I와 φ_M을 함께 512번 클록하여 제1 프린지 패턴 이미지(131)를 프레임 전송 CCD 어레이(32)의 메모리 영역(34)(길이 H/2)으로 이동함으로써 고속 이미지 전송이 수행된다. 블록 132의 결과가 도 18에 도시되어 있는데, 여기서 제1 프린지 패턴 이미지(131)의 하반부는 메모리 영역(34)의 상반부에 전송되어 있다. 이러한 전송은 대략 400 ㎲가 걸린다. 도 17을 다시 참조하면, 블록 132에서 설명된 고속 전송이 완료된 후, 제어는 블록 138로 진행되는데, 여기서 이미지 영역(30)은 리셋된다. 이것은 리셋 클록 라인 φ_RST를 클록함으로써 수행되는데, 그 결과, 이미지 영역(30) 내의 데이터는 모두 소거되지만, 메모리 영역(34) 내의 데이터는 소거되지 않는다. 블록 138에서 이미지 영역이 리셋되고 나면, 제1 프린지 패턴 이미지(131)의 일부분만이 메모리 영역의 상반부에 존재할 것이다. 이 단계가 도19에 도시되어 있다. 사실상, 제1 프린지 패턴 이미지의 상반부는 소거되었다. 이러한 리셋 단계는 대략 2 ㎲가 걸린다. 도 17을 다시 참조하면, 리셋이 완료된 후, 제어는 블록 140으로 진행되는데, 여기서 조명 장치가 다시 플래시되어 이미지 영역이 제2 프린지 패턴 이미지(133)에 노출된다. 이러한 이미지 포착은 대략 20 ㎲가 걸린다. 블록 140의 결과가 도 20에 도시되어 있다. 제2 프린지 패턴 이미지(133)가 포착되고 나면, 블록 142에서는, φ_I와 φ_M을 함께 클록하여 제2 프린지 패턴 이미지를 그 길이의 반인 H/2까지 아래로 이동함으로써 또 다른 고속 전송이 달성된다. 이 때, 제1 프린지 패턴 이미지의 하반부는 메모리 영역(34)의 하반부에 존재하고, 제2 프린지 패턴 이미지(133)의 하반부는 메모리 영역(34)의 상반부에 존재하게 된다. 이러한 전송은 대략 400 ㎲가 걸리며, 그 결과가 도 21에 도시되어 있다. 블록 142의 고속 전송이 완료되고 나면, 프레임 전송 CCD 어레이(32)의 이미지 영역(30)은 φ_RST를 클록함으로써 리셋되는데, 그 결과, 본질적으로 제2 프린지 패턴 이미지의 상반부가 소거된다. 제2 리셋의 결과가 도 22에 도시되어 있다. 블록 144이 완료되고 나면, 제어는 블록 146으로 진행되는데, 여기서 이미지 영역(30)은 제3 프린지 패턴 이미지(135)에 노출된다. 이것은 대략 100 ㎲가 걸리며, 그 결과가 도 23에 도시되어 있다. 블록 148에서는, 3개의 이미지가 모두 CCD 어레이(32)로부터 판독된다. 블록 150에서는, 이미지들(131, 133, 135)을 기초로 해서 이미지화된 구성물의 높이 맵이 계산된다.

여러가지 단계들에 대한 샘플 시간을 아래의 표 3에 표시하였다.

기능	시간
이미지 131 플래시 및 포착	20 ㎲
H/2 전송	400 ㎲
이미지 133 플래시 및 포착	20 ㎲
H/2 전송	400 ㎲
이미지 135 플래시 및 포착	20 ㎲
합계	대략 1 ms

도 17에 도시된 방법이 실행된 후에는, 크기가 W ×H/2인 3개의 프린지 패턴 이미지가 종래의 프레임 전송 CCD 어레이에 의해 대략 1 ms 기간 내에 포착되었을 것이다. 최종적인 3개의 프린지 패턴 이미지는 폭이 1,024 픽셀이고, 높이가 512 픽셀인 크기를 가질 것이다. 이것은 전술한 진동 면역성을 제공하려는 시간적인 목표를 충족시킨다. 다음에, 크기가 W ×H/2인 3개의 프린지 패턴 이미지가 모두 판독될 때까지 이미지 영역과 메모리 영역을 한 번에 1 라인씩 아래로 이동하고 전하 패킷을 수평 시프트 레지스터 밖으로 클록함으로써 상기 프린지 패턴 이미지들이 판독된다.

본 발명의 방법을 적절히 실행하기 위해서는, 프레임 전송 CCD 어레이(32)는 기억 장치 또는 메모리(34)로 이전에 이동된 데이터를 파기하는 일없이 이미지 영역(30)을 리셋할 수 있어야 한다[이미지 영역(30)의 비동기 리셋]. 따라서, 이미지가 제1 및 제2 프린지 패턴 이미지에 노출된 후, 이들 이미지들은 모두 메모리 영역(34) 내에 존재하게 된다. 이미지는 후속 노출이 일어나기 전에 제1 및 제2 프린지 패턴 이미지의 상반부가 소거되어야만 한다. 이미지 영역을 비동기적으로 리셋할 수 있는 능력이 없을 때, 이미지 영역을 소거하는 단 한가지 방법은 전체 이미지 영역을 메모리 영역으로 완전히 이동하는 것이다. 이것은 제1 프린지 패턴 이미지를 메모리 영역 밖으로 "밀어내는" 역효과를 초래할 것이다.

바람직한 실시례를 참조해서 본 발명을 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나는 일없이 형태상 상세히 변경될 수 있음을 인지할 것이다. 예컨대, 본 발명의 방법은 3개의 이미지를 포착하는 것으로 설명되었지만, 상업적으로 입수 가능한 프레임 전송 CCD 어레이를 가지고 3개 이상의 이미지를 고속으로 포착하는 것으로 확장될 수 있다. 예컨대, 고속으로 연속해서 4개의 이미지를 포착하기 위해서, 고속 이미지 전송 단계에서는 이미지 영역을 리셋하기 전에 처음 3개의 이미지를 H/3만큼 아래로 이동할 것이다. 그 결과, 크기가 W ×H/3인 4개의 이미지가 고속으로 포착된다.

또한, 당업자는 본 발명이 어떤 설명된 기능을 달성함에 있어서 특정 신호를 이용하는 것으로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 본 명세서에 개시된 것과 실질적으로 동일한 원리로 동작하는 또 다른 프레임 전송 CCD 어레이가 본 발명에 동일하게 적용될 수 있다. 마지막으로, 본 발명의 방법 및 장치는 예컨대 고속으로 이동하는 물체를 고속으로 촬영하려는 목적과 같이, 제한된 시간 내에 복수개의 이미지를 포착하려는 목적에 유용하다.

Claims

프레임 전송 CCD 어레이를 이용해서 적어도 2개의 이미지를 포착하는 방법에 있어서,

a) 물체를 조명하고, 상기 어레이의 이미지 영역에 제1 이미지를 포착하는 단계와,

b) 상기 제1 이미지의 적어도 일부분을 상기 어레이의 메모리 영역으로 이동하는 단계와,

c) 상기 어레이의 상기 이미지 영역을 리셋하는 단계와,

d) 상기 물체를 조명하고, 상기 어레이의 이미지 영역에 제2 이미지를 포착하는 단계

를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 적어도 2개의 이미지는 대략 1 ms 내에 포착되는 것인 방법.
제1항에 있어서,

물체 높이는 상기 적어도 2개의 이미지를 기초로 해서 계산되는 것인 방법.
제3항의 방법을 수행하는 솔더 페이스트 검사 시스템.
제1항의 방법을 수행하는 솔더 페이스트 검사 시스템.
제1항에 있어서,

상기 조명은 가시 스펙트럼 내에 존재하는 것인 방법.
높이가 H이고 폭이 W인 이미지 영역과,

상기 이미지 영역으로부터 전하 패킷을 수용하기에 적합한 차폐된 메모리 영역으로서, 폭은 상기 이미지 영역의 폭 W와 동일하고, 높이는 상기 이미지 영역의 높이 H의 정수배인 것인 차폐된 메모리 영역

을 포함하는 프레임 전송 CCD 어레이.
표면 구성물에 대한 적어도 3개의 프린지 패턴 이미지를 포착하는 방법에 있어서,

프레임 전송 CCD 어레이 내에 적어도 제1, 제2 및 제3 프린지 패턴 이미지를 연속적으로 포착하는 단계를 포함하며,

모든 이미지들은 소정의 데이터가 상기 CCD 어레이로부터 판독되기 전에 포착되는 것인 방법.
제8항에 있어서,

모든 이미지들은 대략 1 ms 내에 포착되는 것인 방법.
폭이 W이고 높이가 H인 이미지 영역과 메모리 영역을 포함하는 프레임 전송 CCD 어레이를 이용해서 구성물에 대한 3개의 프린지 패턴 이미지를 포착하는 방법에 있어서,

a) 상기 구성물을 제1 프린지 패턴에 노출시키고, 상기 구성물의 제1 이미지를 상기 이미지 영역에 포착하는 단계와,

b) 상기 제1 이미지를 H/2 길이에 대응하는 거리만큼 이동하는 단계와,

c) 상기 어레이의 상기 이미지 영역을 리셋하는 단계와,

d) 상기 구성물을 제2 프린지 패턴에 노출시키고, 상기 구성물의 제2 이미지를 상기 이미지 영역에 포착하는 단계와,

e) 상기 제2 이미지를 H/2 길이에 대응하는 거리만큼 이동하는 단계와,

f) 상기 어레이의 상기 이미지 영역을 리셋하는 단계와,

g) 상기 구성물을 제3 프린지 패턴에 노출시키고, 상기 구성물의 제3 이미지를 상기 이미지 영역에 포착하는 단계와,

h) 상기 제1, 제2 및 제3 이미지를 상기 어레이 밖으로 이동하는 단계

를 포함하는 방법.
제10항에 있어서,

상기 제1, 제2 및 제3 이미지 각각은 크기가 실질적으로 W ×H/2인 것인 방법.
제10항에 있어서,

상기 단계 a) 내지 h)는 대략 2 ms 기간 내에 수행되는 것인 방법.
제12항에 있어서,

상기 단계 a) 내지 h)는 대략 1 ms 내에 수행되는 것인 방법.
제10항에 있어서,

구성물 높이는 상기 제1, 제2 및 제3 이미지를 기초로 해서 계산되는 것인 방법.
제10항의 방법을 수행하는 솔더 페이스트 검사 시스템.
제10항에 있어서,

상기 메모리 영역과 상기 이미지 영역은 크기가 실질적으로 동일한 것인 방법.
이미지 영역과 메모리 영역을 포함하는 프레임 전송 CCD 어레이를 이용해서 표면 구성물에 대한 적어도 3개의 비디오 이미지를 포착하는 방법에 있어서,

a) 조명원을 가동해서 상기 표면 구성물을 조명하는 단계와,

b) 상기 이미지 영역에 이미지를 포착하는 단계와,

c) 상기 이미지 영역과 상기 메모리 영역의 내용을 상기 이미지 영역 높이의 분수와 같은 양만큼 전송하는 단계와,

d) 상기 CCD 어레이의 상기 이미지 영역을 리셋하는 단계와,

e) 상기 분수의 역수와 같은 회수로 단계 a) 내지 c)를 반복하고, 단계 a) 내지 c)를 반복하는 사이마다 단계 d)를 실행하는 단계

를 포함하며,

상기 분수의 역수는 1보다 큰 정수인 것인 방법.
제17항에 있어서,

상기 메모리 영역과 상기 이미지 영역은 크기가 실질적으로 동일한 것인 방법.
폭이 W이고 높이가 H인 이미지 영역과, 폭이 W이고 높이가 2H인 메모리 영역을 포함하는 프레임 전송 CCD 어레이를 이용해서 구성물에 대한 3개의 프린지 패턴 이미지를 포착하는 방법에 있어서,

a) 상기 구성물을 제1 광 프린지 패턴에 노출시키고, 상기 구성물의 제1 이미지를 상기 이미지 영역에 포착하는 단계와,

b) 상기 제1 이미지를 완전히 상기 메모리 영역으로 이동하는 단계와,

c) 상기 구성물을 제2 광 프린지 패턴에 노출시키고, 상기 구성물의 제2 이미지를 상기 이미지 영역에 포착하는 단계와,

d) 상기 제2 이미지를 완전히 상기 메모리 영역으로 이동하는 단계와,

e) 상기 구성물을 제3 광 프린지 패턴에 노출시키고, 상기 구성물의 제3 이미지를 상기 이미지 영역에 포착하는 단계와,

f) 상기 제1, 제2 및 제3 이미지를 상기 어레이 밖으로 이동하는 단계

를 포함하는 방법.
표면 상의 구성물의 높이를 측정하는 광학 시스템에 있어서,

광 패턴을 상기 구성물에 연속적으로 투광하는 프로젝터로서, 상기 광 패턴은 상기 구성물에 3번 투광되고, 각 투광은 상기 광 패턴과 상이한 위상을 갖는 것인 프로젝터와,

상기 구성물에 대한 3개의 이미지 - 각 이미지는 상기 상이한 위상들 중 하나에 대응함 - 를 포착하기 위한 수단과,

상기 3개의 이미지의 함수로서 상기 구성물의 높이를 계산하는 프로세서

를 포함하는 광학 시스템.