KR20120084738A - High speed, high resolution, three dimensional solar cell inspection system - Google Patents
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Abstract
광학 검사 시스템 및 방법이 제공된다. 소재 운송기는 소재(12)를 논스톱 방식으로 이동시킨다. 조명기(40)는 광파이프를 포함하고 제1 및 제2 스트로브 조명 필드 형태를 제공하도록 구성된다. 제1(3) 및 제2(5) 카메라 어레이(2)는 소재(12)의 입체적 영상을 제공하도록 배치된다. 제1 카메라 어레이(3)는 소재(12)의 복수의 제1 이미지를 제1 조명 시야로 그리고 소재(12)의 복수의 제2 이미지를 제2 조명 시야로 생성하도록 구성된다. 제2 카메라 어레이(5)는 소재(12)의 복수의 제3 이미지를 제1 조명 시야로 그리고 소재(12)의 복수의 제4 이미지를 제2 조명 시야로 생성하도록 구성된다. 처리 장치는 제1, 제2, 제3, 및 제4 복수의 이미지 중 적어도 일부를 저장하고 이미지를 다른 장치에 제공한다.Optical inspection systems and methods are provided. The workpiece transporter moves the workpiece 12 in a non-stop manner. Illuminator 40 includes a light pipe and is configured to provide first and second strobe illumination field shapes. The first (3) and second (5) camera arrays 2 are arranged to provide a stereoscopic image of the material 12. The first camera array 3 is configured to produce a plurality of first images of the workpiece 12 in a first illumination field of view and a plurality of second images of the workpiece 12 in a second illumination field of view. The second camera array 5 is configured to produce a plurality of third images of the work piece 12 in a first illumination field of view and a plurality of fourth images of the work piece 12 in a second illumination field of view. The processing device stores at least some of the first, second, third, and fourth plurality of images and provides the images to other devices.
Description
본 발명은 고속, 고해상도, 3차원 태양 전지 검사 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high speed, high resolution, three dimensional solar cell inspection system.
자동화된 태양광 전지 제조기술의 진보는 높은 처리량, 수율 및 전지 변환 효율을 가능하게 한다. 예를 들어, 전도성층을 결정성 실리콘 태양 전지에 도포하기 위한 상업적으로 사용가능한 자동화 설비는 초당 1개 전지의 비율로 일관적으로 금속화(metallization)를 스크린 인쇄한다. 금속화층의 정확한 위치결정(맞춤)(registration)을 요구하는 선택적인 방출(emitter) 프로세스, 금속 포장(metal-wrap-through) 및 프린트 온 프린트(print-on-print)와 같은 전지 변환 효율을 개선하기 위한 보다 새로운 기술이 채택되고 있다. Advances in automated solar cell manufacturing technology enable high throughput, yield and cell conversion efficiency. For example, commercially available automated equipment for applying conductive layers to crystalline silicon solar cells screen prints metallization consistently at a rate of one cell per second. Improve cell conversion efficiencies such as selective emitter processes, metal-wrap-through and print-on-print, which require accurate registration of the metallization layer Newer technologies are being adopted to do this.
또한, 전지 효율은 태양 전지에 의하여 발생된 전류를 수집하는 금속화된 컬렉터 핑거(collector finger)의 높이 대 폭 비율에 의하여 영향을 받게 된다. 이 핑거는 전지 활성 영역의 불필요한 음영을 회피하기 위하여 폭이 좁게 인쇄되어야 하지만, 도전성을 개선하기 위하여 높이가 높게 인쇄되어야 한다. 또한, 얇은 실리콘 태양 전지의 취약성 및 이로 인하여 제조 동안 휘게 되는 경향으로 인하여, 칩(chip) 및 균열(cracks)을 회피하기 위하여 자동화된 핸들링 설비에 대한 도전을 제공한다. 휜 웨이퍼는, 예를 들어 그것이 다수의 제조 공정 단계 중 하나 동안 진공 고정될 때, 또는 압력이 스크린 인쇄 공정 동안 웨이퍼에 인가될 때 균열될 수 있다. 이러한 산업적 수요를 고려하면, 높은 공정 수율을 보증하기 위하여, 태양 전지 제조 공정을 통하여 분배되는 자동화된 광학 검사 시스템에 대한 요구가 발생된다. 정밀한 위치결정(맞춤), 보다 좁고 높은 특성 및 웨이퍼 휨(bowing)의 검출에 대한 요구가 증가됨에 따라, 종래기술보다 더 빠를 뿐만 아니라, 고해상도의 태양 전지의 2차원 및 3차원 검사를 제공할 수 있는 자동화된 광학 검사 시스템을 제공하는 것이 유익해질 것이다.In addition, cell efficiency is affected by the height-to-width ratio of the metallized collector fingers that collect the current generated by the solar cell. This finger should be printed narrow in order to avoid unnecessary shading of the cell active area, but should be printed high in height to improve conductivity. In addition, the fragility of thin silicon solar cells and the tendency to warp during manufacturing also provide a challenge for automated handling facilities to avoid chips and cracks. The wafer may crack, for example, when it is vacuumed during one of a number of manufacturing process steps, or when pressure is applied to the wafer during the screen printing process. Given this industrial demand, there is a need for an automated optical inspection system that is distributed throughout the solar cell manufacturing process to ensure high process yields. As the demand for precise positioning, narrower and higher characteristics and detection of wafer bowing increases, it is faster than the prior art and can provide two-dimensional and three-dimensional inspection of high resolution solar cells. It would be beneficial to provide an automated optical inspection system.
본 발명에서는 광학 검사 시스템 및 방법이 제공된다.In the present invention, an optical inspection system and method are provided.
본 발명의 광학 검사 시스템에서, 소재(素材; workpiece) 운송기는 소재를 논스톱 방식으로 운송하도록 구성된다. 조명기는 제1 스트로브(strobed) 조명 필드(illumination field) 형태 및 제2 스트로브 조명 필드 형태를 제공하도록 구성된다. 조명기는 소재에 근접한 제1 단부 및 제1 단부에 대향하고 제1 단부로부터 이격된 제2 단부를 갖는 광파이프(light pipe)를 포함한다. 또한, 광파이프는 적어도 1개의 반사 측벽을 갖는다. 제1 단부는 출구 개구(aperture)를 갖고, 제2 단부는 적어도 1개의 제2 단부 개구를 갖고, 개구를 통하여 소재의 시야를 제공한다. In the optical inspection system of the present invention, the workpiece transporter is configured to transport the workpiece in a non-stop manner. The illuminator is configured to provide a form of a first strobe illumination field and a form of a second strobe illumination field. The illuminator includes a light pipe having a first end proximate the workpiece and a second end opposite the first end and spaced apart from the first end. The light pipe also has at least one reflective sidewall. The first end has an outlet aperture, the second end has at least one second end opening, and provides a view of the workpiece through the opening.
제1 카메라 어레이는 소재를 디지털적으로 이미지화하도록 구성된다. 제1 카메라 어레이는 소재의 복수의 제1 이미지를 제1 조명 필드로, 그리고 소재의 복수의 제2 이미지를 제2 조명 필드로 생성하도록 구성된다. 제2 카메라 어레이는 소재를 디지털적으로 이미지화하도록 구성된다. 제2 카메라 어레이는 소재의 복수의 제3 이미지를 제1 조명 필드로, 그리고 소재의 복수의 제4 이미지를 제2 조명 필드로 생성하도록 구성된다. 제1 및 제2 카메라 어레이는 소재의 입체 영상(stereoscopic imaging)을 제공하도록 구성된다. The first camera array is configured to digitally image the workpiece. The first camera array is configured to generate the plurality of first images of the workpiece into the first illumination field and the plurality of second images of the workpiece into the second illumination field. The second camera array is configured to digitally image the workpiece. The second camera array is configured to generate the plurality of third images of the workpiece into the first illumination field and the plurality of fourth images of the workpiece into the second illumination field. The first and second camera arrays are configured to provide stereoscopic imaging of the workpiece.
처리 장치는 조명기와 제1 및 제2 카메라 어레이에 동작가능하게 연결된다. 처리 장치는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 복수의 이미지 중 적어도 일부를 저장하고 제1, 제2, 제3 및 제4 복수의 이미지를 다른 장치에 제공하도록 구성된다. The processing device is operably connected to the illuminator and the first and second camera arrays. The processing apparatus is configured to store at least some of the first, second, third and fourth plurality of images and provide the first, second, third and fourth plurality of images to another apparatus.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 어레이 및 콤팩트하게 통합된 조명기를 구비한 자동화된 고속 광학 검사 시스템의 단면 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중첩 시야를 갖는 복수의 카메라의 개략 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 검사 시스템의 시스템 블록 도면이다.
도 4는 운송 컨베이어, 태양 전지 및 제1 조명 필드 형태로 취득된 카메라 어레이 시야의 상부 평면도이다.
도 5는 운송 컨베이어, 태양 전지 및 제2 조명 필드 형태로 취득된 카메라 어레이 시야의 상부 평면도이다.
도 6a- 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 다른 위치에서 그리고 교대하는 제1 및 제2 조명 필드 형태 아래에서 취득되는 소재 및 카메라 어레이 시야를 나타낸다.
도 7은 조명 방향을 정의하는 좌표 시스템이다.
도 8은 카메라 어레이 시야를 조명하는 알려진 선형 선광원(line source)의 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 조명기의 조명 방향의 극좌표 선도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 예시적 중공(hollow) 광파이프 조명기의 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 조명기의 입력 조명 방향의 극좌표 선도이다.
도 12는 도 10에 도시된 조명기의 출력 조명 방향의 극좌표 선도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광파이프 벽의 반사면의 사시도이다.
도 14a-도 14b는 도 13에 도시된 반사면의 단면도이다.
도 15a는 본 발명의 실시예에 따른 광파이프 조명기 및 카메라 어레이의 사시도이다.
도 15b는 본 발명의 실시예에 따른 광파이프 조명기 및 카메라 어레이의 절단 사시도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 광원을 갖는 카메라 어레이 및 조명기의 절단 사시도이다.
도 17a는 본 발명의 실시예에 따른 조명기 및 카메라 어레이의 절단 사시도이다.
도 17b는 본 발명의 실시예에 따라 사용되는 세브론(chevron) 형상 거울의 단면도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 조명기 및 카메라 어레이의 절단 사시도이다.
도 19는 도 18에 도시된 조명기 및 카메라 어레이의 제2 절단 사시도이다.
도 20은 도 18 및 도 19에 도시된 조명기의 조명 방향의 극좌표 선도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 검사 센서의 단면 사시도이다.
도 22는 도 21에 도시된 조명기의 조명 방향의 극좌표 선도이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 입체 구성으로 배치된 2개의 카메라 어레이의 사시도이다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 조명기가 통합된 입체 구성으로 배치된 2개의 카메라 어레이의 절단 사시도이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따라 배치된 2개의 카메라 어레이 및 구성된 광 투사기의 사시도이다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따라 배치된 2개의 카메라 어레이 및 구성된 광 투사기의 사시도이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 어레이 및 구성된 광 투사기의 사시도이다.1 is a cross-sectional front view of an automated high speed optical inspection system having a camera array and a compact integrated illuminator in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a schematic front view of a plurality of cameras having an overlapping field of view according to an embodiment of the present invention.
3 is a system block diagram of an inspection system according to an embodiment of the present invention.
4 is a top plan view of a camera array field of view acquired in the form of a transport conveyor, a solar cell and a first illumination field.
5 is a top plan view of the camera array field of view acquired in the form of a transport conveyor, a solar cell and a second illumination field.
6A-6D illustrate the workpiece and camera array field of view acquired at different locations and under alternating first and second illumination field shapes in accordance with embodiments of the present invention.
7 is a coordinate system for defining the direction of illumination.
8 is a perspective view of a known linear line source illuminating the camera array field of view.
FIG. 9 is a polar coordinate diagram of the illumination direction of the illuminator shown in FIG. 8.
10 is a perspective view of an exemplary hollow light pipe illuminator in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a polar coordinate diagram of the input illumination direction of the illuminator shown in FIG. 10.
12 is a polar coordinate diagram of the output illumination direction of the illuminator shown in FIG. 10.
13 is a perspective view of a reflecting surface of a light pipe wall according to an embodiment of the present invention.
14A-14B are cross-sectional views of the reflective surface shown in FIG. 13.
15A is a perspective view of a light pipe illuminator and camera array in accordance with an embodiment of the present invention.
15B is a cut away perspective view of a light pipe illuminator and camera array in accordance with an embodiment of the present invention.
16 is a cutaway perspective view of a camera array and illuminator with multiple light sources according to an embodiment of the invention.
17A is a cut away perspective view of an illuminator and a camera array in accordance with an embodiment of the present invention.
17B is a cross-sectional view of a chevron shaped mirror used in accordance with an embodiment of the present invention.
18 is a cutaway perspective view of an illuminator and a camera array according to an embodiment of the present invention.
19 is a second cutaway perspective view of the illuminator and camera array shown in FIG. 18.
20 is a polar coordinate diagram of the illumination direction of the illuminator shown in FIGS. 18 and 19.
21 is a cross-sectional perspective view of an inspection sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a polar coordinate diagram of the illumination direction of the illuminator shown in FIG. 21.
23 is a perspective view of two camera arrays arranged in a three-dimensional configuration according to an embodiment of the present invention.
24 is a cutaway perspective view of two camera arrays arranged in a stereoscopic configuration incorporating an illuminator according to an embodiment of the present invention.
25 is a perspective view of two camera arrays and configured light projectors disposed in accordance with an embodiment of the invention.
Figure 26 is a perspective view of two camera arrays and configured light projectors disposed in accordance with an embodiment of the present invention.
27 is a perspective view of a camera array and configured light projector according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예는 일반적으로 고가의 복잡한 동작 제어 하드웨어가 필요하지 않고, 다수의 조명 2차원 및 3차원 이미지의 고속 취득을 갖는 콤팩트 검사 시스템 및 방법을 제공한다. 다른 조명 형태로 취득된 이미지의 처리는 검사 능력 및 결과를 현저히 증대시킬 수 있다.Embodiments of the present invention generally provide a compact inspection system and method that does not require expensive and complex motion control hardware and has a high speed acquisition of multiple illuminated two-dimensional and three-dimensional images. Processing of images acquired in other illumination forms can significantly increase inspection capabilities and results.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동화 검사에 적합한 소재의 고콘트라스트, 고속 디지털 이미지를 생성하는 시스템의 단면 정면도를 도시한다. 1 illustrates a cross-sectional front view of a system for producing a high contrast, high speed digital image of a material suitable for automated inspection in accordance with an embodiment of the present invention.
카메라 어레이(4)는 일정한 간격으로 바람직하게 배치된 카메라(2A 내지 2H)로 구성된다. 각 카메라(2A 내지 2H)는 실리콘 태양광 전지(12)와 같은 소재 또는 기판의 직사각형 영역을 동시에 영상화해서 디지털화하는 한편, 소재는 카메라(2A 내지 2H)에 대해 상대 이동을 수행한다. The
조명기(45)는 스트로브 조명으로 지칭되는 일련의 펄스된 짧은 지속 시간 조명 필드를 제공한다. 각 조명 필드의 짧은 지속 시간은 동작 불선명(motion blurring)을 억제하기 위하여 태양 전지(12)의 이미지를 효과적으로 "멈추게한다(freeze)". 태양 전지(12)의 각 위치에 대한 2개 이상의 이미지 세트는 각각의 노출에 대하여 다른 조명 필드 형태를 갖는 카메라 어레이(4)에 의하여 생성된다. 검사될 필요가 있는 태양 전지(12)의 특정 특징에 따라, 검사 결과는 다른 조명 필드 형태로 생성된 반사 이미지의 공동 처리에 의하여 현저히 증대될 수 있다. 조명기(45)의 다른 상세한 설명은 도 21 및 도 22의 설명에 제공되어 있다.
소재 운송 컨베이어(26)는 카메라 어레이(4)에 의하여 태양 전지(12)의 고속 영상을 제공하기 위하여 태양 전지(12)를 논스톱 모드에서 X 방향으로 이동시킨다. 컨베이어(26)는 모터(18)에 의하여 구동되는 벨트(14)를 포함한다. 선택가능한 인코더(encoder)(20)는 모터(18)의 샤프트의 위치를 측정하므로, 태양 전지(12)에 의하여 이동되는 근사 거리(approximate distance)가 계산될 수 있다. 태양 전지(12)의 이동되는 거리를 측정 및 인코딩하는 다른 방법은 시간-기준, 음향 또는 비전(vision)-기준 인코딩 방법을 포함한다. 스트로브 조명을 사용하고 태양 전지(12)를 정지(stop)하지 않게 함으로써, 카메라 어레이(4)에 의한 영상화 전에 가속, 감속 및 정착하는 시간 소비적인 운송 단계가 제거된다. 2개의 조명 필드 형태로 면적 156mm X 156mm의 태양 전지(12)의 2개의 완전한 80 메가픽셀 이미지를 전적으로 취득하는데 필요한 시간은 대략 1초 이하로 달성될 수 있다고 생각된다.The
도 2는 카메라(2A 내지 2H)에 의하여 각각 영상화되는 태양 전지(12)의 각 필드(30A 내지 30H)의 Y 차원 위치를 도시한다. 태양 전지(12)의 모든 위치를 완전히 이미지화하기 위하여 인접한 필드 사이에 약간의 중첩이 존재한다. 2 shows the Y-dimensional position of each
검사 공정 동안, 개별 필드(30A 내지 30H)의 이미지는 중첩 영역에서 하나의 연속적인 이미지로 디지털적으로 합병되거나, 봉합된다(stitched). 예시적 카메라 어레이(4)는 개별 카메라의 단일 차원 어레이로 배치된 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 카메라(2A-2H)는 비텔레센트릭(non-telecentric) 방식으로 영상화되도록 구성된다. 이것은 필드(30A 내지 30H)가 중첩될 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나, 비텔레센트릭 영상화 시스템의 확대, 또는 효과적인 해상도는 휨의 양뿐만 아니라 태양 전지(12) 두께가 변화됨에 따라 변경될 것이다. 태양 전지(12)의 휨(warpage), 두께 변화 및 다른 카메라 정렬 에러의 영향은 이미지 봉합(stitching)에 의하여 보상될 수 있다. During the inspection process, the images of the
다른 실시예에 있어서, 카메라 어레이는 2차원 어레이로 배치될 수 있다. 예를 들어, 개별 카메라는 인접한 시야가 중첩되는 4개의 카메라의 2열의 카메라 어레이로 배치될 수 있다. 카메라 어레이의 다른 배치는 시야가 중첩되지 않는 어레이를 포함하는 검사 시스템의 비용, 속도 및 성능 목표에 따라 유리해질 수 있다. 예를 들어, 텔레센트릭 영상화 시스템을 갖는 카메라의 엇갈림식(staggared) 어레이가 사용될 수 있다.In other embodiments, the camera array may be arranged in a two dimensional array. For example, individual cameras may be arranged in a two-column camera array of four cameras in which adjacent views overlap. Other arrangements of camera arrays may be advantageous, depending on the cost, speed, and performance goals of the inspection system including arrays that do not overlap the field of view. For example, a staggered array of cameras with a telecentric imaging system can be used.
도 3은 검사 시스템(92)의 블록도이다. 검사 응용 프로그램(71)은 시스템 컴퓨터(76) 상에서 실행되는 것이 바람직하다. 검사 프로그램(71)에의 입력은 인쇄 결함, 컬러 결함, 에지 칩(chipping), 마이크로 균열 사이즈 및 절단 마크(saw mark)에 대한 예를 들어 태양 전지(12) 외형(geometry), 금속화 인쇄 외형 및 검사 허용 한계를 포함한다. 또한, 조명(lighting) 및 카메라 교정 데이터가 검사 프로그램(71)에 입력될 수 있다.3 is a block diagram of
검사 프로그램(71)은 컨베이어 인터페이스(72)를 통하여 태양 전지(12)의 운송 방향 및 속도로 프로그램 가능한 논리 제어기(22)를 구성한다. 또한, 검사 프로그램(71)은 카메라 어레이(4)의 각각의 후속 이미지 취득 사이의 인코더(20) 카운트의 수로 PCI 고속 인터페이스를 통하여 메인 전자 보드(80)를 구성한다. 선택적으로, 시간-기준 이미지 취득 시퀀스(sequesnces)는 태양 전지(12)의 알려진 속도에 기초하여 실행될 수 있다. 또한, 검사 프로그램(71)은 개별 플래시 램프 출력 레벨을 갖는 스트로브 보드(84) 뿐만 아니라 검사 전에 카메라(2A-2H)에 적절한 구성 파라미터를 프로그램하거나 설정한다.The inspection program 71 constitutes a logic controller 22 that is programmable at the conveying direction and speed of the
패널 센서(24)가 검사 시스템(92)으로 로드되어 태양 전지(12)의 에지(edge)를 감지하고, 이 신호가 이미지 취득 시퀀스를 개시하기 위하여 메인 보드(80)에 송신된다. 메인 보드(80)는 카메라 어레이(4)에 의한 각 이미지 노출을 개시하기 위하여 적절한 신호를 발생시키고, 적절한 플래시 램프(87 및 88)를 적당한 시간에 활성화하기 위하여 스트로브 보드(84)를 명령한다. 스트로브 모니터(86)는 플래시 램프(87 및 88)에 의하여 방출되는 광의 일부를 감지하고, 이 데이터는 약간의 플래시 램프 출력 변동에 대한 이미지 데이터를 보상하기 위하여 메인 전자 보드(80)에 의하여 사용될 수 있다. 화상 메모리(82)는 적어도 1개의 태양 전지(12)를 위하여 생성된 모든 이미지를 저장하기 위하여 제공되고 충분한 용량을 포함하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 일 실시예에 있어서, 카메라의 어레이에서의 각 카메라는 약 5 메가픽셀의 해상도를 갖고, 메모리(82)는 약 2.0 기가바이트의 용량을 갖는다. 카메라(2A-2H)로부터의 이미지 데이터는 각 카메라가 후속 노출에 대해 신속히 준비되도록 화상 메모리 버퍼(82)로 고속으로 전송될 수 있다. 이것은 태양 전지(12)가 논스톱 방식으로 검사 시스템(92)을 통하여 운송되게 하고, 적어도 2개의 다른 조명 필드 형태로 태양 전지(12)의 각 위치의 이미지를 생성하게 한다. 이미지 데이터는 제1 이미지가 메모리(82)에 전송되는 대로, PCI 고속(peripheral component interconnect express; PCIe)과 같은 고속 전기 인터페이스를 통하여 화상 메모리(82)로부터 PC 메모리로 판독되기 시작할 수 있다. 마찬가지로, 검사 프로그램(71)은 이미지 데이터가 PC 메모리에서 이용가능하게 되는 대로 검사 결과를 계산하기 시작할 수 있다.For example, in one embodiment, each camera in the array of cameras has a resolution of about 5 megapixels, and
이미지 취득 공정은 도 4-도 6에 의하여 더 상세히 기재된다.The image acquisition process is described in more detail by FIGS. 4-6.
도 4는 운송 컨베이어(26) 및 태양 전지(12)의 상부 평면도를 도시한다. 카메라(2A-2H)는 카메라 어레이(4)의 유효 시야(32)를 발생시키기 위하여 중첩 시야(30A-30H)를 각각 영상화(이미지화)한다. 시야(32)는 제1 스트로브 조명 필드 형태로 취득된다. 태양 전지(12)는 X 방향으로 논스톱 방식으로 컨베이어(26)에 의하여 운송된다. 태양 전지(12)는 큰 속도 변동 및 가속이 제공될 수 있지만, 이미지 취득 공정 동안 5%보다 작은 정도로 변화되는 속도로 이동하는 것이 바람직하다.4 shows a top plan view of the
바람직한 일 실시예에 있어서, 각 시야(30A-30H)는 17 마이크론의 화소 해상도 및 X 방향으로 34 mm와 Y 방향으로 45 mm의 범위를 갖는 거의 5백만 화소를 갖는다. 각 시야(30A-30H)는 각 카메라(2A-2H)에 대한 중심 대 중심 간격이 Y 방향으로 42 mm가 되도록, Y 방향으로 거의 3 mm 까지 인접하는 시야를 중첩한다. 다른 실시예에 있어서, 카메라 어레이(4)는 4개의 카메라(2A-2D)만으로 구성된다. 이 실시예에 있어서, 카메라 어레이 시야(32)는 X 방향과 대비해서 Y 방향으로 거의 5:1의 큰 종횡비(aspect ration)를 갖는다.In one preferred embodiment, each field of
도 5는 도 4의 위치로부터 정의(positive) X 방향으로 변위된 위치에서 태양 전지(12)를 도시한다. 예를 들어, 태양 전지(12)는 도 4에서의 위치로부터 거의 15 mm 전진될 수 있다. 유효 시야(33)는 중첩 시야(30A-30D)로 구성되고 제2 조명 필드 형태로 취득된다.FIG. 5 shows the
도 6a-도 6d는 교대 제1 및 제2 조명 필드 형태로 취득된 카메라 어레이 시야(31, 33, 34 및 35)의 타임 시퀀스를 도시한다. 태양 전지(12)는 논스톱 방식으로 X 방향으로 이동된다. 도 6a는 전체 태양 전지(12)에 대한 이미지 취득 동안 1개의 X 위치에서 태양 전지(12)를 도시한다. 시야(31)는 도 4에 대하여 논의된 바와 같이 제1 스트로브 조명 필드 형태로 취득된다. 도 6b는 도 5에 대해 논의된 바와 같이 X 방향으로 더 변위된 태양 전지(12) 및 제2 스트로브 조명 필드 형태로 취득된 시야(33)를 도시한다. 도 6c는 X 방향으로 더 변위된 태양 전지(12) 및 제1 조명 필드 형태로 취득된 시야(34)를 도시하고, 도 6d는 X 방향으로 더 변위된 태양 전지(12) 및 제2 조명 필드 형태로 취득된 시야(35)를 도시한다.6A-6D show time sequences of camera array views 31, 33, 34, and 35 acquired in the form of alternating first and second illumination fields. The
제1 조명 필드 형태로 취득된 이미지를 기록하고 디지털적으로 합병하거나, 서로 봉합하기 위하여 충분한 중첩 이미지 정보를 갖도록, 시야(31) 및 시야(34) 사이에서 X 차원으로 작은 중첩이 존재한다. 또한, 제2 조명 필드 형태로 취득된 이미지를 기록하고 디지털적으로 합병하기 위하여 충분한 중첩 이미지 정보를 갖도록, 시야(33) 및 시야(35) 사이에서 X 차원으로 작은 중첩이 존재한다. X 방향으로 33 mm의 범위를 가진 시야(30A-30H)를 구비한 실시예에 있어서, 동일 조명 필드 형태로 취득된 시야 사이에서 X 방향으로의 약 5 mm 중첩이 효과적인 것으로 발견되었다. 또한, 다른 조명 형태로 취득된 시야 사이에서 X 방향으로의 약 15 mm 변위가 바람직하다.There is a small overlap in the X dimension between the field of
태양 전지(12)의 각 특징의 이미지는 유사한 조명 필드 형태로 생성된 이미지를 기록하고 디지털적으로 합병하거나, 함께 봉합하기 위하여, 수집된 시야의 수를 증가시키고 충분한 이미지 중첩을 보증함으로써 2개 이상의 조명 필드 형태로 취득될 수 있다. 최종적으로, 각 조명 형태를 위하여 생성되는 봉합된 이미지는 각각에 대하여 기록(register)될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 소재 운송 컨베이어(26)는 시스템 비용을 감소시키기 위하여 검사 요건보다 낮은 위치 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 인코더(20)는 100 마이크론의 해상도를 가질 수 있고, 컨베이어(26)는 0.5 mm 이상의 위치 정밀도를 가질 수 있다. X 방향으로의 시야의 이미지 봉합은 태양 전지(12)의 위치 에러를 보상한다.Images of each feature of the
각 조명 시야가 공간적으로 균일하고 일치된 각도로부터 조명되는 것이 바람직하다. 또한, 조명 시스템은 콤팩트하고 고효율을 갖는 것이 바람직하다. 2개의 선행 기술 조명 시스템, 선형 광원 및 환형 광원의 제한은 도 7-도 9를 참조하여 논의된다. 선형 광원은 고효율을 갖지만, 투사된 광의 방위각(azimuth angle)에서 열등한 균일성을 갖는다. 환형 광원은 투사된 광의 방위각에서 양호한 균일성을 갖지만, 큰 종횡비 카메라 어레이와 사용될 때 콤팩트하지 않고 열등한 효율을 갖는다.It is desirable for each illumination field of view to be illuminated from a spatially uniform and consistent angle. In addition, it is desirable that the lighting system be compact and have high efficiency. The limitations of the two prior art lighting systems, the linear light source and the annular light source, are discussed with reference to FIGS. 7-9. The linear light source has high efficiency, but inferior uniformity at the azimuth angle of the projected light. The annular light source has good uniformity at the azimuth angle of the projected light, but it is not compact and inferior in efficiency when used with a large aspect ratio camera array.
도 7은 조명을 위한 좌표 시스템을 정의한다. 방향(Z)은 태양 전지(12)에 수직이고, 방향(X 및 Y)은 태양 전지(12) 또는 다른 소재 상의 수평 위치를 정의한다. 각(β)은 조명의 앙각(elevation angle)을 정의한다. 각(γ)은 수직에 대한 조명 광선 각을 중복적으로 정의한다. 각(α)은 광선의 방위각이다. 거의 모든 방위각 및 앙각으로부터의 조명은 흐린 날(cloud day) 조명으로 칭해진다. 거의 수평인 낮은 앙각(β)으로부터의 조명은 암시야(dark field) 조명으로 칭해진다. 거의 수직인 높은 앙각(β)으로부터의 조명은 명시야(bright field) 조명으로 칭해진다. 최상의 범용 조명 시스템은 전체 시야에 걸쳐 균일한 방사(공간적 균일성)를 갖는 광 필드를 생성하고, 전체 시야에 걸쳐 일치된 각(각도 균일성)으로부터 조명될 것이다.7 defines a coordinate system for illumination. Direction Z is perpendicular to
도 8은 카메라 어레이 시야(32)를 조명하는 알려진 선형 광원(48)을 도시한다. 선형 광원(48)은 좁은 직사각형 시야(32) 상에 광을 효율적으로 집중시키기 위하여 LED(46) 어레이를 사용할 수 있다. 선형 광원(48)을 사용하는 단점은, 대상물이 광원을 향하는 2개의 방향으로부터 대칭 조명을 수신할지라도, 어떤 광도 FOV의 장축을 향하는 방향으로부터 수신될 수 없다는 것이다.8 shows a known linear
도 9는 2개의 선형 광원(48)에 대한 조명 방향을 나타내는 2개의 축 극좌표 선도이다. 극좌표 선도는 강한 조명이 광원(48)에 가장 근접한 방향으로부터(0도 및 180도 방위각에서) 카메라 어레이 시야(32)에 의하여 수신되고, 어떤 조명도 90도 및 270도 방위각으로부터 수신되지 않는 것을 도시한다. 방위각이 0과 90도 사이에서 변화되므로, 광원 앙각은 떨어지고, 광원은 보다 작은 각을 이루어 보다 적은 광이 수신된다. 카메라 어레이 시야(32)는 강도 및 앙각 모두에서 방위각에 따라 변화되는 광을 수신한다. 선형 광원(48)은 시야(32)를 효율적으로 조명하지만, 방위각에 있어서 균일성이 열등하다. 대조적으로, 알려진 환형 광원은 방위각에 양호한 균일성을 갖지만, 큰 종횡비 카메라 시야(32)를 위한 허용가능한 공간 균일성을 제공하기 위하여 커져야 한다.9 is a two-axis polar coordinate plot showing the direction of illumination for the two linear
환형 광원이 방위각에 허용가능한 균일성을 제공하는데 사용될 수 있을지라도, 환형 광원은 Y 방향으로 거의 170 mm의 카메라 시야(32)에 대해 허용가능한 공간 균일성을 제공하기 위하여 매우 커질 필요가 있을 것이다. 전형적인 검사 응용에 있어서, 환형 광원은 충분한 공간 균일성을 제공하기 위하여 500 mm 직경 이상이 될 필요가 있다고 생각된다. 이러한 거대한 환형 광원은 수 개의 관점에서 시장 수요를 충족하지 못한다: 큰 사이즈는 어셈블리 라인 상의 매우 유용한 공간을 소모하며, 큰 광원은 구축하기에 비싸고, 조명각은 작업장에 걸쳐 일치되지 않고, 그것은 매우 비효율적이다 - 광 출력은 태양 전지의 적은 직사각형만이 실제로 이미지화되는 동안 500 mm 원의 상당한 부분에 걸쳐 산란될 것이다.Although an annular light source can be used to provide acceptable uniformity in the azimuth angle, the annular light source will need to be very large to provide acceptable spatial uniformity for the camera field of
광파이프로 지칭되는 광학 장치는 조명을 위하여 매우 균일한 광 필드를 생성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제1,577,388호는 필름 게이트(film gate)를 배면 조명하는데 사용되는 광파이프를 기재한다. 그러나, 종래의 광파이프는 균일한 조명을 제공하기 위하여 물리적으로 길 필요가 있다.Optical devices, referred to as light pipes, can be used to create a very uniform light field for illumination. For example, US Pat. No. 1,577,388 describes a light pipe used to back illuminate a film gate. However, conventional light pipes need to be physically long to provide uniform illumination.
광파이프 원리의 짧은 설명은 도 10-도 12와 관련하여 제공된다. 본 발명의 실시예는 도 13-도 17에 대해 기재되고, 균일한 조명에 필요한 광파이프의 길이를 상당히 감소시킨다. 일 실시예에 있어서, 광파이프의 내부벽은 일방향으로만 광을 산란시키는 반사 재료로 구성된다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 광파이프는 균일하고 효율적으로 조명된 소재의 이미지를 취득하기 위하여, 카메라 어레이의 간단한 통합을 허용하는 입력 및 출력 포트로 구성된다.A brief description of the light pipe principle is provided in connection with FIGS. 10-12. Embodiments of the present invention are described with respect to FIGS. 13-17 and significantly reduce the length of the light pipe required for uniform illumination. In one embodiment, the inner wall of the light pipe is made of a reflective material that scatters light in only one direction. In another embodiment of the present invention, the light pipe is comprised of input and output ports that allow simple integration of the camera array to obtain an image of a uniformly and efficiently illuminated material.
도 10은 광원(60) 및 광파이프(64)로 구성되는 조명기(65)를 도시한다. 중공 박스 광파이프(64)는, 기재된 바와 같이 사용될 때, 균일한 암시야 조명 패턴을 생성할 것이다. 카메라(2)는 광파이프의 단부에서 개구(67 및 69)를 통하여 광파이프(64)의 길이 아래의 소재(11)를 본다. 광원(60), 예를 들어 파라볼라 반사기의 아크(arc)는, 광을 광파이프(64)의 입구 개구(67)로 내부 반사면에 의하여 투사해서 광이 소망의 앙각에서 낮아지도록 배치된다. 선택적으로, 렌즈 LED 또는 다른 광원이 광원 앙각의 범위가 소재(11)에서 앙각의 원하는 범위와 일치하는 한 사용될 수 있다. 광원은 스트로브되거나 연속적일 수 있다. 광원(60)으로부터의 광선 팬(fan)은 파이프를 가로질러 측벽 중 하나에 충돌될 때까지 아래로 나아간다. 광선 팬은 파이프의 코너에서 방위각으로 분리되어 확장되지만 앙각은 유지된다. 이 확장된 광선 팬은 한층 확장되어 다수의 다른 측벽부에 충돌하고, 여기에서 방위각은 더 확산되고, 일정하지 않게 되며, 앙각은 크게 변경되지 않는다. 다수의 반사 후에 모든 방위각은 출구 개구(68) 및 소재(11)에 존재한다. 따라서, 대상물 상의 모든 지점은 모든 방위각으로부터의 광에 의하여 조명되지만, 그 앙각만이 최초 광원에 존재한다. 또한, 소재(11)에서의 조명 시야는 공간적으로 균일하다. 광파이프(64)의 측방향 범위는, 공간적으로 균일한 조명의 조건에 대한 환형 광원의 필요한 사이즈와 대비하여, 시야보다 단지 약간 더 크다는 것에 주목하여야 한다.10 shows an illuminator 65 composed of a
도 11은 광원에서의 조명 방향과, 작은 범위의 앙각 및 방위각으로부터의 거의 집광된 광선 다발의 극좌표 선도를 도시한다.FIG. 11 shows the polarization diagram of an illumination direction at a light source and a nearly focused bundle of rays from a small range of elevation and azimuth angles.
도 12는 소재(11)에서의 광선의 극좌표 선도이고, 광원의 각도 퍼짐은 비교를 위하여 포함되었다. 모든 방위각은 소재(11)에 존재하고, 광원의 앙각은 유지된다.12 is a polar coordinate diagram of the light rays in the material 11, and the angular spread of the light source is included for comparison. All azimuth angles are present in the material 11, and the elevation angle of the light source is maintained.
광 출구 조명기(65)의 앙각이 광원(60)에 존재하는 것과 동일하므로, 그 앙각을 특정 응용에 조정하는 것은 비교적 용이하다. 낮은 조명 앙각을 원하면, 광원은 수평에 가깝게 할 수 있다. 조명각의 하한은 광이 광파이프의 저면 에지보다 아래의 각도로부터 목표에 도달할 수 없으므로, 광파이프 저면 에지의 스탠드오프(standoff)에 의하여 설정된다. 조명 앙각의 상한은 조명 방위각을 일정하지 않게 하거나, 균일하게 하는데 수 개의 반사가 필요하므로, 광파이프(66)의 길이에 의하여 설정된다. 앙각이 증가됨에 따라 소재(11)에 도달하기 전에 소정 길이의 광파이프(64)에 대한 적은 반발(bounces)이 존재할 것이다.Since the elevation angle of the light exit illuminator 65 is the same as that present in the
다각형 광파이프 호모지나이저는 코너에서 새로운 방위각만을 형성하므로, 다수의 반사가 균일한 출력을 얻는데 필요하다. 광파이프 측벽의 모든 부분이 방위 방향으로 광 패턴을 확장하거나 일정하지 않게 할 수 있으면, 적은 반사가 필요해지고, Z 방향으로의 광파이프의 길이가 감소될 수 있어, 조명기가 Y 방향으로 짧아지거나 또는 넓어지게 한다.Polygonal lightpipe homogenizers only form new azimuths at the corners, so multiple reflections are necessary to obtain a uniform output. If all parts of the light pipe sidewall can extend or become inconsistent in the light pattern in the azimuth direction, less reflection is required and the length of the light pipe in the Z direction can be reduced, so that the illuminator is shortened in the Y direction or Make it wider.
도 13 및 14는 일축에서만 광을 확산시키거나 산란시키는 광파이프 측벽을 갖는 본 발명의 실시예를 예시한다. 이 실시예서, 광선 다발의 방위각은 앙각을 유지하면서 각 반사에 대하여 확장되는 것이 바람직하다. 이것은 도 13에 도시된 바와 같이, 광파이프 측벽(66)의 내부 표면에 만곡되거나, 각진(faceted) 반사면(70)을 추가함으로써 달성된다. 측벽(66)의 단면도는 도 14a 및 도 14b에 도시되어 있다. 도 14a는 집광된 광선 다발(62)이 반사면(70) 상의 원통형 만곡의 축에 수직으로 확장되는지를 설명한다. 도 14b에서, 광선 다발(62)에 대한 반사각은 반사면(70)의 원통형 만곡의 축을 따라 유지된다. 따라서, 광원의 앙각은 반사면(70)의 모든 점에서 수직인 면이 Z 성분을 갖지 않으므로 유지된다. 반사면(70)의 만곡되거나 각진 면은 광파이프 벽(66)의 전체 표면에 걸쳐 모든 반사에 대한 새로운 방위각의 범위를 생성하므로, 광원의 방위각은 신속히 일정하지 않게 된다. 본 발명의 실시예는 광파이프 측벽(66)의 내부 표면에 대한 굴절, 회절 및 반사면의 임의 조합을 사용하여 실시될 수 있다.13 and 14 illustrate an embodiment of the present invention having light pipe sidewalls that diffuse or scatter light only on one axis. In this embodiment, the azimuth angle of the bundle of rays is preferably extended for each reflection while maintaining the elevation. This is accomplished by adding a curved or faceted
본 발명의 일 양상에 있어서, 반사면(70)은 실린더의 부분에서 만곡된다. 이것은 입사광을 일축에서 균일하게 확장시켜, 1차원 람베르트(Lambertian) 표면에 접근시키지만, 광을 다른 축에서 확장시키지 못한다. 또한, 이 형상은 시트 금속으로 형성되는 것이 쉽다. 다른 양상에 있어서, 반사면(70)은 사인 파형을 갖는다. 그러나, 사인 파형은 피크(peak) 및 밸리(valleys)에서 보다 많은 만곡을 갖고, 측면에서 보다 적은 만곡을 가지므로, 광선 다발(62)의 각도 퍼짐은 측면보다 피크 및 밸리에서 더 강하다.In one aspect of the invention, the reflecting
도 15a 및 도 15b는 카메라 어레이(4)에 대한 광파이프 조명기(41)의 내부 표면에 적용되는 만곡된 반사면을 도시한다. 광파이프 조명기는 측벽(66) 및 광원(87)을 포함한다. 1차원 확산 반사면(70)은 평면 반사 내부 표면으로 구성된 광파이프보다 방위각을 빠르게 일정하지 않게 한다. 이것은 더 컴팩트한 광파이프를 사용 가능하게 하여 카메라 어레이(4)가 소재에 근접되게 한다. 도 15b는 적은 수의 반사 후에 광선이 방위각에서 일정하지 않게 되는지를 도시한다.15A and 15B show a curved reflective surface applied to the inner surface of the
광파이프 조명기(42)는 다수의 광원이 사용되면 조명기(41)에 비해서 Z 방향으로 단축될 수 있다. 다수의 광원, 예를 들어 집광된 LED의 행(row)은 공간적으로 균일한 광원을 달성하는데 요구되는 전체 수의 반사를 감소시키므로, 필요한 광파이프 길이를 감소시킨다. 조명기(42)는 스트로브 아크 램프 광원일 수도 있는 광원(87A-87E)으로 예시되어 있다.The
도 17a- 도 17b에 도시된 본 발명의 다른 양상에 있어서, 조명기(43)는 광원(87)으로부터의 입력 빔의 일부를 소망하는 광원 앙각으로 반사시키는 거울(67)을 포함한다. 다수의 광원 실시예와 같이, 이것은 또한 짧은 광파이프에서 광 필드를 공간적으로 균일하게 한다. 거울(67)은 각 거울이 광원(67)으로부터 입사되는 광의 일부를 방해하도록, 대상물 시야의 차단을 회피하기 위하여 카메라 사이에 그리고 다른 높이에서 위치된다. 거울(67)은 소망의 앙각에서 광파이프 측벽(66)을 향해 광을 반사시키도록 형성되며, 여기서 만곡된 반사면(70)은 광원 방위 방향을 신속히 일정하지 않게 한다. 거울(67)의 단면도는 도 17b에 도시되어 있다. 거울(67)은 예를 들어 일련의 세브론으로 형성되는 평면 거울일 수 있다.In another aspect of the present invention shown in FIGS. 17A-17B,
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 도 18 및 도 19는 카메라 어레이(4)와 통합된 조명기(44)를 예시한다. 광은 광원(88)에 의하여 거울(54 및 55), 상부 개구 플레이트(58) 및 확산기 플레이트(52)에 의하여 정의되는 광 혼합 챔버(57)로 도입된다. 거울(54, 55) 및 상부 개구 플레이트(58)의 내부 표면은 반사성인 반면에, 확산기 플레이트(52)는 반투명 광 확산 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 개구(56)는 상부 플레이트(58) 상에 제공되고, 개구(50)는 확산기 플레이트(52) 상에 제공되어, 카메라(2)는 소재의 차단되지 않는 시야를 갖는다. 확산기 플레이트(52) 및 개구(50)를 더 명확히 보이게 하기 위하여, 거울(55)은 도 18과 비교되는 도 19에서 제거되었다.In another embodiment of the invention, FIGS. 18 and 19 illustrate an
광원(88)에 의하여 투사되는 광은 거울(54 및 55) 및 개구 플레이트(58)에 의하여 반사된다. 광이 혼합 챔버(57)에서 반사되므로, 확산기 플레이트(52)는 또한 이 광의 일부를 반사시키고 혼합 챔버(57)로 다시 도입한다. 혼합 챔버(57) 내에서의 다수의 광 반사 후에, 확산기 플레이트(52)가 균일하게 조명된다. 확산기 플레이트(52)를 통하여 전송되는 광은, 도 13 및 도 14를 참조하여 논의된 것과 같은 반사면(70)으로 구성되는 조명기(44)의 하부로 방출된다. 반사면(70)은 확산기 플레이트(52)에 의하여 방출되는 조명 앙각을 유지한다. 결과는 소재(12)에서 공간적으로 균일한 조명 필드이다. Light projected by the
도 20은 조명기(44)의 출력 조명 방향을 도시하는 극좌표 선도이다. 조명기(44)는, 도 20에 도시된 바와 같이, 조명이 거의 모든 앙각 및 방위각으로부터 거의 같으므로 흐린 날로 칭해지는 출력 광 필드를 생성한다. 그러나, 출력 앙각의 범위는 확산기 플레이트(52)의 확산 성질에 의하여 제어될 수 있다.20 is a polar coordinate diagram showing an output illumination direction of the
도 21은 광학 검사 센서(94)의 다른 실시예를 도시한다. 광학 검사 센서(94)는 카메라 어레이(4) 및 통합된 조명기(45)를 포함한다. 조명기(45)는 독립적으로 제어되는 흐린 날 및 암시야 조명을 쉽게 한다. 암시야 조명 필드는 광원(87)을 활성화함으로써 태양 전지(12) 상에 생성된다. 흐린 날 조명 필드는 광원(88)을 활성화함으로써 태양 전지(12) 상에 투사된다. 도 22는 흐린 날 및 암시야 조명에 대한 극좌표 선도 및 조명 방향을 도시한다. 일 양상에 있어서, 광원(87 및 88)은 논스톱 방식으로 태양 전지(12)의 운송으로 인한 동작 불선명 효과를 억제하기 위하여 스트로브된다.21 illustrates another embodiment of an
다양한 물체 특징의 이미지 콘트라스트는 각 특징에 부수되는 특징 외형, 컬러, 반사성 및 조명의 각도 스펙트럼을 포함하는 수 개의 요인에 따라 변화된다는 것은 당업자에 의하여 이해된다. 각 카메라 어레이 시야는 다른 조명 요건과 함께 다양한 특징을 포함할 수 있으므로, 본 발명의 실시예는 이미지 각각이 다른 조명 조건 하에 취득된 다음 디지털 메모리로 저장된 상태로, 소재(12)의 각 특징 및 위치를 2회 이상 이미지화함으로써 이 도전을 처리한다. 일반적으로, 검사 성능은 물체 특징 데이터를 다른 조명 필드 형태로 취득된 2개 이상의 이미지로부터 사용함으로써 개선될 수 있다.It is understood by those skilled in the art that the image contrast of various object features varies depending on several factors, including the feature appearance, color, reflectivity, and angular spectrum of illumination accompanying each feature. Since each camera array field of view may include various features along with different lighting requirements, embodiments of the present invention provide for each feature and location of
본 발명의 실시예는 암시야 및 흐린 날 조명 필드와 같은 2개의 조명 형태에 한정되지 않고, 또한 특정 조명기 구성에 한정되지 않는다. 광원은 소재(12)에 직접 투사될 수 있다. 또한, 광원은 다른 파장 또는 컬러를 가질 수 있고, 소재(12)에 대해 다른 각도로 위치될 수 있다. 광원은 조명을 다른 4분면(quadrants)으로부터 제공하기 위하여 소재(12) 주위의 각종 방위각에 위치될 수 있다. 광원은 소재(12)의 동작을 "정지시키고", 이미지에서 동작 불선명을 억제하기 위하여 충분한 에너지로 광 펄스를 방출하는, 다수의 고출력 LED일 수 있다. 명시야 조명 필드를 생성하거나, 검사될 특징을 배면 조명하기 위하여 소재(12)의 기판을 통하여 전달하는 광원을 포함하는, 다수의 다른 조명 구성은 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 실리콘은 근적외 파장에서 반투명이므로, 기판에서 마이크로 균열 및 구멍을 검사하기 위하여 스트로브 근적외광으로 태양 전지(12)를 배면 조명하는 것이 특히 효과적이다.Embodiments of the present invention are not limited to two types of illumination, such as dark field and cloudy day light fields, nor are they limited to specific illuminator configurations. The light source can be projected directly onto the
수 개의 태양 전지 검사 요건은 전체 생산율로 3차원 이미지 데이터를 취득하는 요구를 필요로 한다. 이 요건은 금속화 인쇄 높이 및 웨이퍼 휨을 측정하는 것을 포함한다. 컬렉터 핑거의 프로파일과 같은 3차원 정보는, 예를 들어 잘 알려진 레이저 3각 측량, 위상 형상 측정, 또는 모아레(moire) 방법을 사용하여 측정될 수 있다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제6,577,405호(Kranz 등)는 대표적인 3차원 이미징 시스템을 기재한다. 또한, 스테레오 비전 기반 시스템은 고속 3차원 이미지 데이터를 생성할 수 있다.Several solar cell inspection requirements call for the acquisition of three-dimensional image data at full production rates. This requirement includes measuring metallization print height and wafer warpage. Three-dimensional information, such as the profile of the collector finger, can be measured using, for example, well-known laser triangulation, phase shape measurements, or moire methods. U. S. Patent No. 6,577, 405 (Kranz et al.) Assigned to the assignee of the present invention describes a representative three-dimensional imaging system. In addition, the stereo vision based system can generate high speed 3D image data.
스테레오 비전 시스템은 잘 알려져 있다. 상업적 스테레오 시스템은 19세기의 스테레오스코프로 시작된다. 더 최근에 다수의 작업은 2개의 카메라 스테레오 이미지 한 쌍(pairs)("A Taxonomy and Evaluation of Dense Two-Frame Stereo Correspondence Algorithms" by Scharstein and Szeliski) 또는 다수의 카메라("A Space-Sweep Approach to True Multi-Image Matching" by Robert T. Collins)를 평가하기 위하여 컴퓨터의 사용으로 행해졌다. 이 마지막 참조는 항공 정찰에 대한 목표에 대해 이동된 단일 카메라의 기재를 포함한다.Stereo vision systems are well known. Commercial stereo systems begin with the 19th century stereoscope. More recently, many work has been done by pairing two camera stereo images ("A Taxonomy and Evaluation of Dense Two-Frame Stereo Correspondence Algorithms" by Scharstein and Szeliski) or multiple cameras ("A Space-Sweep Approach to True"). Multi-Image Matching "by Robert T. Collins). This last reference includes a description of a single camera moved to a target for aerial reconnaissance.
대체 스테레오 비전 시스템은 반사된 광 패턴에서 명확한 텍스처를 생성하기 위하여 목표, 또는 소재 상에 구조화된 광 패턴을 투사한다("A Multibaseline Stereo System with Active Illumination and Real-time Image Acquisition" by Sing Bing Kang, Jon A. Webb, C. Lawrence Zitnick, and Takeo Kanade).Alternative stereo vision systems project structured light patterns onto a target, or material, to produce a clear texture in the reflected light pattern ("A Multibaseline Stereo System with Active Illumination and Real-time Image Acquisition" by Sing Bing Kang, Jon A. Webb, C. Lawrence Zitnick, and Takeo Kanade).
태양 전지 검사 요건을 충족하는 고속 2차원 및 3차원 이미지 데이터를 취득하기 위하여, 다수의 카메라 어레이는 카메라 어레이 시야와 중첩해서 스테레오 구성으로 배치될 수 있다. 태양 전지는 카메라 어레이에 대하여 논스톱 방식으로 이동될 수 있다. 다수의 스트로브 조명 시야는 동작 불선명을 억제하기 위하여 태양 전지의 이미지를 효과적으로 "정지시킨다".In order to obtain high speed two-dimensional and three-dimensional image data that meets solar cell inspection requirements, multiple camera arrays can be placed in a stereo configuration overlapping the camera array field of view. The solar cell can be moved non-stop relative to the camera array. Multiple strobe illumination fields effectively "freeze" the image of the solar cell to suppress operational opacity.
도 23은 스테레오 구성으로 배치된 카메라 어레이(6 및 7)를 도시한다. 카메라 어레이(6 및 7)는 태양 전지(12)를 카메라 어레이 시야(37)와 중첩해서 영상화한다. 조명 시스템은 명료함을 위하여 제거되었다.23 shows
도 24는 스테레오 이미지 데이터의 고속 취득을 위한 통합 조명기(40)와 광학 검사 센서(98)의 절단 사시도이다. 카메라 어레이(3 및 5)는 태양 전지(12) 상의 시야(36)와 중첩해서 스테레오 구성으로 배치된다. 태양 전지(12)는 검사 센서(98)에 대해 논스톱 방식으로 이동된다. 상부 개구 플레이트(59)는 개구(56)를 포함하고, 반투명 확산기 플레이트(53)는 개구(50)를 포함해서 카메라 어레이(3 및 5)에 대한 차단되지 않는 시야(36)를 허용한다. 광원(88)의 활성화는 태양 전지(12) 상에 흐린 날 조명 필드 형태를 생성하고, 광원(87)의 활성화는 암시야 조명 필드 형태를 생성할 것이다. 백라이트와 같은 다른 조명 필드 형태는 태양 전지(12)의 에지를 통하여 또는 에지를 지나 전송되는 광이 카메라 어레이(3 및 5)에 의하여 취득되도록, 스트로브 조명기의 적당한 배치에 의하여 달성될 수 있다. 이미지 취득 시퀀스는, 예를 들어 스트로브된 흐린 날, 암시야 및 백라이트 조명 필드 형태로 교대하는 양 카메라 어레이(3 및 5)에 의하여 동시에 취득되는 일련의 중첩된 이미지일 수 있다.24 is a cutaway perspective view of an
블록도 도 3을 다시 참조하면, 광학 검사 센서(98)의 기능 블록도는 광학 검사 센서(94)의 블록도와 매우 유사하다. 그러나, 광학 검사 센서(98)에서는, 카메라 어레이(4)는 제거되고, 메인 전자 보드(80)에 교대로 인터페이스되는 카메라 어레이(3 및 5)에 의하여 대체된다. 이미지 메모리(82)는 1개의 태양 전지(12)에 대한 카메라 어레이(3 및 5)에 의하여 생성되는 모든 이미지를 저장하기에 충분한 용량을 포함하는 것이 바람직하다. 이미지 데이터는 이미지 메모리(82)로부터 판독되고, PCI 고속(PCIe)과 같은 고속 전기 인터페이스를 통하여 시스템 컴퓨터(76)에 전송된다.Block Diagram Referring again to FIG. 3, the functional block diagram of the
응용 검사 프로그램(71)은 카메라 어레이(3 및 5)로부터의 이미지 데이터 사이에서 이미지 특징의 불일치(disparity) 또는 오프셋을 사용하는 알려진 스테레오 방법에 의하여 3차원 이미지 데이터를 계산한다. 검사 결과는 웨이퍼 외형, 칩 에지, 구멍, 균열, 마이크로 균열, 표면 검사, 휨, 절단 마크 및 컬러와 같은 솔라 웨이퍼(12) 성질 및 결점에 대하여 응용 프로그램(71)에 의하여 계산된다. 위치, 두께, 폭, 길이 및 방해에 대한 인쇄 검사 결과 또한 응용 프로그램(71)에 의하여 계산될 수 있다. 또한, 금속화된 인쇄의 위치결정은 태양 전지(12)의 표면상에 레이저 에칭된 것과 같은 기준점(fiducials)을 측정함으로써 증대될 수 있다. 이 기준점은 암시야 조명된 이미지에 양호한 콘트라스트를 종종 나타내고, 위치결정을 측정하기 위한 좌표 시스템을 설정하는데 사용될 수 있다. 2차원 및/또는 3차원 이미지 데이터의 조합은 이 검사 계산 중 어느 하나를 위하여 사용될 수 있다.The application inspection program 71 calculates the three-dimensional image data by a known stereo method using the disparity or offset of the image features between the image data from the camera arrays 3 and 5. Inspection results are calculated by the application 71 for
도 25는 카메라 어레이(6 및 7)가 태양 전지(12) 상의 카메라 어레이 시야(37)와 중첩해서 스테레오 구성으로 배치되는 다른 실시예를 도시한다. 통합된 흐린 날 및 암시야 조명기는 명확함을 위하여 제거되었다. 스테레오 비전 시스템은 물체 상에 관찰가능 구조가 없을 때 때때로 작동하지 않는다. 이것을 극복하는 방법은, 인공 구조 또는 "텍스처"를 패턴화된 광원을 갖는 표면에 추가하는 것이며, 이것은 스테레오 구성으로 배치된 카메라에 의하여 보일 수 있다. 구조화된 광 투사기(8)는 스트로브 광 패턴을 태양 전지(12) 상에 카메라 어레이 시야(37)를 통하여 투사한다. 광 패턴은 예를 들어 레이저 스트라이프, 일련의 레이저 스트라이프, 또는 랜덤 도트 패턴일 수 있다. 카메라 어레이(6 및 7)에 의하여 보이는 투사된 패턴의 불일치는 3차원 이미지 데이터를 계산하기 위하여 응용 프로그램(71)에 의하여 사용될 수 있다. 이미지 취득 시퀀스는 스트로브된 흐린 날, 암시야 및 구조화 패턴 조명 필드 형태로 교대하는 양 카메라 어레이(6 및 7)에 의하여 동시에 취득되는 일련의 중첩된 이미지일 수 있다.FIG. 25 shows another embodiment in which
도 26은 스테레오 구성으로 배치된 카메라 어레이(6 및 7) 및 구조화 광 투사기(8)를 구비한 다른 실시예를 도시한다. 통합된 흐린 날 및 암시야 조명기는 명확함을 위하여 제거되었다. 카메라 어레이(6)는 태양 전지(12) 특징의 2차원 측정을 개선하도록, 도 25에서와 같이, 사시도를 배제하기 위하여 수직 방향으로부터 태양 전지(12)를 보도록 배치된다.FIG. 26 shows another embodiment with
도 27은 태양 전지(12) 상의 카메라 어레이 시야(38)를 보도록 배치된 카메라 어레이(6)를 갖는 다른 실시예를 도시한다. 구조화 광 투사기(8)는 스트로브 광 패턴을 태양 전지(12) 상에 카메라 어레이 시야(38)를 통하여 투사한다. 광 패턴은 예를 들어 레이저 스트라이프, 일련의 레이저 스트라이프, 사인곡선(sinusoidal) 패턴, 또는 랜덤 도프 패턴일 수 있다. 태양 전지(12)의 범위 및 그 특징은 카메라 어레이(6)에 의하여 관찰되는 투사된 광 패턴의 위치를 측정함으로써 알려진 방법에 의하여 계산된다. 선택적인 흐린 날, 암시야, 명시야, 백라이트, 또는 다른 광원은 명확함을 위하여 도시되지 않았다.FIG. 27 shows another embodiment with
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 기재되었을지라도, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 변경이 형식적으로 그리고 상세히 이루어질 수 있는 것을 인식할 것이다.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that changes may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention.
Claims (47)
제1 스트로브 조명 필드 형태 및 제2 스트로브 조명 필드 형태를 제공하도록 구성되고, 상기 소재에 근접한 제1 단부 및 제1 단부에 대향하고 제1 단부로부터 이격된 제2 단부 및 적어도 1개의 반사 측벽을 갖는 광파이프를 포함하고, 상기 제1 단부는 출구 개구를 갖고, 제2 단부는 소재의 시야를 제공하도록 적어도 1개의 제2 단부 개구를 갖는 조명기,
상기 소재를 디지털적으로 이미지화하도록 구성되고, 소재의 복수의 제1 이미지를 제1 조명 필드로 그리고 소재의 복수의 제2 이미지를 제2 조명 필드로 생성하도록 구성된 제1 카메라 어레이,
상기 소재를 디지털적으로 이미지화하도록 구성되고, 소재의 복수의 제3 이미지를 제1 조명 필드 그리고 소재의 복수의 제4 이미지를 제2 조명 필드로 생성하도록 구성된 제2 카메라 어레이, 여기서 제1 및 제2 카메라 어레이는 소재의 입체 영상을 제공하도록 구성되고, 그리고
상기 조명기 및 제1 및 제2 카메라 어레이에 동작가능하게 연결되고, 제1, 제2, 제3 및 제4 복수의 이미지 중 적어도 일부를 다른 장치에 제공하도록 구성된 처리 장치를 포함하는 광학 검사 시스템.Material transport configured to transport material non-stop,
Configured to provide a first strobe illumination field shape and a second strobe illumination field shape and having a first end proximate to the workpiece and a second end opposite the first end and spaced from the first end and at least one reflective sidewall. An illuminator having a light pipe, said first end having an outlet opening and said second end having at least one second end opening to provide a field of view of the workpiece,
A first camera array configured to digitally image the workpiece, the first camera array configured to generate a plurality of first images of the workpiece into a first illumination field and a plurality of second images of the workpiece into a second illumination field;
A second camera array configured to digitally image the workpiece, the second camera array configured to generate a plurality of third images of the workpiece into a first illumination field and a plurality of fourth images of the workpiece into a second illumination field, wherein the first and first 2 the camera array is configured to provide a stereoscopic image of the material, and
And a processing device operatively connected to the illuminator and the first and second camera arrays and configured to provide at least some of the first, second, third and fourth plurality of images to another device.
텔레센트릭 광학장치를 갖는 제3 카메라 어레이를 더 포함하고, 상기 제3 카메라 어레이의 카메라는 소재 동작의 방향과 수직인 축을 따라 서로 정렬되고, 서로 중첩되지 않는 시야를 갖고, 상기 제1 및 제3 카메라 어레이는 서로 엇갈리는(staggered) 시야를 가지며,
상기 제2 카메라 어레이는 텔레센트릭 광학장치를 갖고, 제2 카메라 어레이의 카메라는 소재 동작의 방향과 수직인 축을 따라 서로 정렬되고, 서로 중첩되지 않는 시야를 갖고,
텔레센트릭 광학장치를 갖는 제4 카메라 어레이를 더 포함하고, 상기 제 4 카메라 어레이의 카메라는 소재 동작의 방향과 수직인 축을 따라 서로 정렬되고, 서로 중첩되지 않는 시야를 갖고, 상기 제2 및 제4 카메라 어레이는 서로 엇갈리는 시야를 갖는 광학 검사 시스템.The method of claim 1, wherein the first camera array has a telecentric optics, the cameras of the first camera array are aligned with each other along an axis perpendicular to the direction of material movement, and have a field of view that does not overlap each other,
And a third camera array having telecentric optics, wherein the cameras of the third camera array are aligned with each other along an axis perpendicular to the direction of material movement and have a field of view that does not overlap each other, and wherein the first and first Three camera arrays have staggered fields of view,
The second camera array has telecentric optics, the cameras of the second camera array are aligned with each other along an axis perpendicular to the direction of workpiece motion and have a field of view that does not overlap one another,
And a fourth camera array having telecentric optics, wherein the cameras of the fourth camera array are aligned with each other along an axis perpendicular to the direction of material movement, have a field of view that does not overlap each other, and wherein the second and second 4 The camera array is an optical inspection system having a staggered field of view.
제1 조명 필드 형태를 제조 물품에 스트로빙하면서, 상대 동작 동안에 광파이프를 통하여 카메라 어레이 한 쌍의 제1 카메라 어레이로부터 제1 이미지 세트를 동시에 취득하는 단계,
상기 취득된 제1 이미지 세트로부터 적어도 제1 봉합된 이미지를 생성하는 단계,
제1 조명 필드 형태를 제조 물품에 스트로빙하면서, 광파이프를 통하여 제2 카메라 어레이로부터 제2 이미지 세트를 취득하는 단계,
제2 카메라 어레이로부터 취득된 제2 이미지 세트로부터 적어도 제2 봉합된 이미지를 생성하는 단계, 및
제1 및 제2 봉합된 이미지에 적어도 부분적으로 기초하여 제조 물품에 대한 검사 결과를 결정하는 단계를 포함하는 제조 물품 검사 방법.Generating relative motion between the article of manufacture and a pair of camera arrays,
Simultaneously strobing a first illumination field shape into the article of manufacture, simultaneously acquiring a first set of images from a pair of camera arrays of first camera array through a light pipe during relative operation;
Generating at least a first stitched image from the acquired first image set,
Obtaining a second set of images from a second camera array through a light pipe, while strobing the first illumination field shape into the article of manufacture,
Generating at least a second sealed image from a second set of images acquired from a second camera array, and
Determining an inspection result for the article of manufacture based at least in part on the first and second sealed images.
상기 취득된 제3 이미지 세트로부터 적어도 제3 봉합된 이미지를 생성하는 단계,
제2 조명 필드 형태를 제조 물품에 스트로빙하면서, 광파이프를 통하여 제2 카메라 어레이로부터 제4 이미지 세트를 취득하는 단계,
제2 카메라 어레이로부터 취득된 제4 이미지 세트로부터 적어도 제4 봉합된 이미지를 생성하는 단계, 및
제1, 제2, 제3 및 제4 봉합된 이미지에 적어도 부분적으로 기초하여 제조 물품에 대한 검사 결과를 결정하는 단계를 더 포함하는 제조 물품 검사 방법.28. The method of claim 27, wherein strobing a second illumination field shape into the article of manufacture while simultaneously acquiring a third set of images from the first camera array of the camera array pair through a light pipe during relative operation;
Generating at least a third sealed image from the acquired third image set,
Obtaining a fourth set of images from a second camera array through a light pipe, while strobing a second illumination field shape into the article of manufacture,
Generating at least a fourth sealed image from a fourth set of images acquired from a second camera array, and
Determining an inspection result for the article of manufacture based at least in part on the first, second, third, and fourth sealed images.
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