KR20150111944A

KR20150111944A - 전기 회로의 3차원 이미지를 결정하기 위한 시스템

Info

Publication number: KR20150111944A
Application number: KR1020157021069A
Authority: KR
Inventors: 마티유 페리오라트; 피에르 쉬뢰더
Original assignee: 브이아이티
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2015-10-06
Also published as: FR3001564B1; CN105283732A; US20150365651A1; EP2951526A1; FR3001564A1; WO2014118469A1

Abstract

발명은 투사기(P)로 대상에 디스플레이를 투사하는 단계; 적어도 한 제1 이미지 센서(C)로 대상의 복수의 2차원 이미지들을 획득하는 단계로서, 투사기 및 이미지 센서를 포함하는 어셈블리에 관하여 대상의 상대적 변위는 이미지 획득들 동안에 수행되는 단계; 및 대상의 각 점의 높이를 획득된 2차원 이미지들로부터 얻어진 함수의 극값에 대응하는 것으로서 결정하는 단계를 포함하는 대상(카드)의 3차원 이미지들을 결정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

전기 회로의 3차원 이미지를 결정하기 위한 시스템{SYSTEM FOR DETERMINING A THREE-DIMENSIONAL IMAGE OF AN ELECTRIC CIRCUIT}

본 특허 출원은 참조로 본원에 포함된 프랑스 특허 출원 FR13/50813의 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 광학 검사 시스템에 관한 것으로, 특히 대상, 특히 전자 회로의 온-라인 분석을 위해 의도된 3차원 이미지 결정 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히 디지털 카메라에 적합한 시스템에 관한 것이다.

대상, 예를 들어, 전자 회로를 광학적으로 검사하기 위한 시스템은 일반적으로 검사될 회로에 특정 패턴을 투사하기 위한 장치 및 회로의 복수의 이미지를 획득할 수 있는 적어도 한 디지털 카메라를 포함한다. 투사된 이미지는 예를 들면, 일련의 밝고 어두운 프린지들(fringe)을 포함한다.

3차원 이미지 결정 방법의 예는 검사될 회로 상에 복수의 이미지를 투사하는 것을 포함한다. 이것은 예를 들면 반복된 패턴을 포함하는 이미지일 수 있다. 이것은 또한 랜덤 이미지일 수도 있다. 2번의 연속한 투사들 동안에 투사되는 이미지들은 서로 상이하다. 예를 들면, 이미지가 패턴들을 포함할 때, 상기 패턴들은 한 투사된 이미지에서 다른 이미지로 옮겨질 수도 있다. 회로의 이미지는 회로 상에 투사되는 이미지의 각 새로운 위치에 대해 획득된다.

3차원 이미지는 디지털 카메라에 의해 획득된 회로의 이미지들로부터 결정될 수 있다.

이에 따라, 실시예는 투사기로 대상에 디스플레이를 투사하는 단계; 적어도 한 제1 이미지 센서로 대상의 복수의 2차원 이미지들을 획득하는 단계로서, 투사기 및 이미지 센서를 포함하는 어셈블리에 관하여 대상의 상대적 변위는 이미지 획득들 동안에 수행되는, 단계; 및 대상의 각 점의 높이를 획득된 2차원 이미지들로부터 얻어진 함수의 극값에 대응하는 것으로서 결정하는 단계를 포함하는, 대상 3차원 이미지들을 결정하는 방법을 제공한다.

실시예에 따라, 투사기 및/또는 제1 이미지 센서는 퍼스펙티브형이다.

실시예에 따라, 투사되는 디스플레이는 각 2차원 이미지의 획득시 동일하다.

실시예에 따라, 디스플레이는 프린지들을 포함한다.

실시예에 따라, 투사기 및 이미지 센서를 포함하는 어셈블리에 관하여 대상의 상대적 변위는 2차원 이미지들 중 적어도 하나를 획득시 수행된다.

실시예에 따라, 투사기 및 이미지 센서를 포함하는 어셈블리에 관하여 대상의 상대적 변위는 각 2차원 이미지의 획득시 수행된다.

실시예에 따라, 상대적 변위는 적어도 한쌍의 연속한 2차원 이미지들의 두 이미지들의 획득들 사이에서 가속된다.

실시예에 따라, 상대적 변위 속도는 10% 이내로 일정하다.

실시예에 따라, 방법은 적어도 한 제2 이미지 센서로 대상의 복수의 2차원 이미지들을 획득하는 단계를 포함하고, 대상의 각 점의 높이는 제1 및 제2 이미지 센서들에 의해 획득된 이미지들로부터 얻어진 함수의 극값에 대응한다.

실시예는 또한, 대상 상에 디스플레이를 투사할 수 있는 투사기;

대상의 복수의 2차원 이미지들을 획득할 수 있는 제1 이미지 센서;

2차원 이미지들의 연속한 획득시 투사기 및 제1 이미지 센서를 포함하는 어셈블리에 관하여 대상을 변위시킬 수 있는 컨베이어; 및

대상의 각 점의 높이를 획득된 2차원 이미지들로부터 얻어진 함수의 극값에 대응하는 것으로서 결정할 수 있는 처리 수단을 포함하는, 대상의 3차원 이미지들을 결정하기 위한 시스템을 제공한다.

실시예에 따라, 투사기 및/또는 이미지 센서는 퍼스펙티브형이다.

전술한 및 그외 다른 특징 및 잇점은 동반된 도면에 관련하여 구체적 실시예의 다음 비제한적 설명에서 상세히 논의될 것이다.
도 1은 전자 회로의 광학적 검사 시스템의 실시예를 개요적으로 도시한 것이다.
도 2는 종래의 광학 검사 시스템에 있어서 검사될 회로의 시간에 따른 변위의 변화 곡선을 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 광학 검사 시스템의 두 실시예에 있어서 검사될 회로의 시간에 따른 변위의 변화 곡선을 도시한 것이다.
도 5는 3차원 이미지 결정 방법의 예를 개요적으로 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 3차원 이미지 결정 방법의 다른 예를 개요적으로 도시한 것이다.
도 8은 3차원 이미지 결정 방법의 실시예를 개요적으로 도시한 것이다.
도 9는 전자 회로의 광학 검사 시스템의 또 다른 실시예를 개요적으로 도시한 것이다.
명확성을 위해서, 상이한 도면들에서 동일 요소들은 동일 참조부호로 나타내었다.

명확성을 위해서, 여러 도면에서 동일 요소들은 동일 참조부호로 나타내었고 또한, 여러 도면은 축척에 맞지는 않는다. 다음 설명에서, 달리 지시되지 않는 한, "실질적으로", "대략적으로", 및 "의 정도로"라는 용어는 "10% 이내로"를 의미한다. 또한, 본 발명의 이해에 유용한 요소들만이 도시되어졌고 설명될 것이다. 특히, 이후 기술되는 광학 검사 시스템의 컨베이어를 제어하기 위한 수단은 당업자의 능력 내에 있고 설명되지 않는다.

도 1은 전자 회로 검사 시스템(10)을 매우 개요적으로 도시한 것이다. 전자 회로라는 용어는 서포트, 혹은 전자 성분 없이 상호연결을 형성하기 위해 단독으로 사용되는 서포트, 혹은 전자 성분들은 없지만 전자 성분들을 부착하기 위한 수단이 제공되어 있는 서포트를 통해 상호연결되는 전자 성분들의 어셈블리를 차별없이 나타낸다. 예로서, 서포트는 인쇄 회로(printed circuit), 및 가열 후에 용접 이음(welding joint)을 형성하는 페이스트 범프에 의해 인쇄 회로에 부착되는 전자 성분이다. 이 경우에, 전자 회로는 인쇄 회로 단독(전자 성분 혹은 페이스트 범프가 없는), 혹은 페이스트 범프가 제공되 있고 전자 성분은 없는 인쇄 회로, 혹은 가열 동작 전에 페이스트 범프 및 전자 성분이 제공된 인쇄 회로, 혹은 용접 이음에 의해 인쇄 회로에 부착되는 전자 성분이 제공된 인쇄 회로를 차별없이 나타낸다.

시스템(10)은 전자 회로 카드의 3차원 이미지를 결정할 수 있게 한다. 각 전자 회로 카드는 컨베이어(12), 예를 들면, 평면 컨베이어 상에 놓여진다. 컨베이어(12)는 방향 X, 예를 들면, 수평 방향을 따라 회로 카드를 변위시킬 수 있다. 예로서, 컨베이어(12)는 스트랩(13)과 회전 전기 모터(14)에 의해 구동되는 롤러와의 어셈블리를 포함할 수 있다. 변형예로서, 컨베이어(12)는 전자 회로 카드를 지지하는 캐리지를 변위시킬 수 있는 선형 모터를 포함할 수 있다.

시스템(10)은 적어도 한 투사기를 포함하는 이미지 투사 장치(P)를 포함하며, 도 1에는 단일의 투사기(P)가 도시되었다. 투사기(P)는 이미지 처리 컴퓨터 시스템(16)에 연결된다. 복수의 투사기(P)가 있을 때, 투사기(P)는 바람직하게는 방향 X에 수직한 방향을 따라, 실질적으로 정렬될 수 있다. 시스템(16)은 프로세서 및 명령들이 저장된 비휘발성 메모리를 포함하는 마이크로제어기를 포함할 수 있고, 프로세서에 의한 이들 명령들의 실행은 시스템(16)이 요망되는 기능을 수행할 수 있게 한다. 변형예로서, 시스템(16)은 전용 전자 회로에 대응할 수 있다. 전기 모터(14)는 시스템(16)에 의해 더욱 제어된다.

시스템(10)은 적어도 한 디지털 카메라를 포함하는 이미지 획득 장치(C)를 더 포함하고, 도 1엔 단일의 카메라(C)가 도시되었다. 카메라(C)는 이미지 처리 컴퓨터 시스템(16)에 연결된다. 복수의 카메라(C)가 있을 때, 카메라들은 바람직하게는 방향 X에 수직한 방향을 따라 실질적으로 정렬될 수 있고 및/또는 투사기(들)(P)의 양측에 배열될 수도 있다.

본 실시예에서, 카메라(C) 및 투사기(P)는 고정되고, 전자 회로 카드는 컨베이어(12)를 통해 카메라(C) 및 투사기(P)에 관하여 변위된다. 변형예로서, 전자 회로 카드가 고정되고, 카메라(C) 및 투사기(P)가 임의의 개조된 이송 장치에 의해 전자 회로 카드에 관하여 변위된다.

다음 설명을 간단하게 하기 위해서, 단일의 투사기(P) 및 단일의 카메라(C)가 고찰된다. 카메라(C)는 투사기(P)에 관하여 고정된다.

예를 들면, 50mm 내지 550mm로 다양한 길이 및 폭을 가진 카드에 대응하는 회로 카드의 치수는 회로 카드의 전체 표면 영역이 카메라(C)에 의해 보여지게 회로 카드가 투사기(P) 및 카메라(C)에 관하여 변위되도록 카메라(C)의 시야(field of view)보다 일반적으로 더 크다.

도 2는 3차원 이미지의 결정을 위한 이미지 획득 방법의 예에 대해서 시간에 따른 방향 X을 따라 전자 회로 카드의 변위의 변화 곡선을 도시한 것이다. 시간 t₀ 내지 시간 t₅은 연속한 시간들이다. 도 2에서, 각각의 별표시(20)는 카메라(C)에 의한 이미지의 획득의 시간을 나타낸다.

이미지 획득 국면 A₁은시간 t₀와 시간 t₁사이에서 수행된다. 국면 A₁ 동안, 회로 카드는 투사기(P) 및 카메라(C)에 관하여 정지하여 있다. 카메라(C)에 의해 보여지는 회로 카드의 부분의 3차원 이미지는 서로 다른 이미지들이 투사기(P)에 의해 회로 카드 상에 투사되고 있는 동안, 국면 A₁ 동안 카메라(C)에 의해 획득된 복수의 이미지로부터 결정된다. 각 투사된 이미지는 예를 들면, 프린지들에 대응한다. 투사된 프린지들의 위치는 한 투사된 이미지에서 다른 이미지로 옮겨진다. 변위 국면 D₁은 시간 t₁과 시간 t₂ 사이에 수행되는데, 여기에서 회로 카드는 전자 회로의 또 다른 부분이 카메라(C)에 의해 보여질 수 있을 때까지 컨베이어(12)에 의해 변위된다. 이미지 획득 국면 A₂은 회로 카드의 이 다른 부분의 3차원 이미지의 결정을 위해 시간 t₂과 시간 t₃ 사이에 수행된다. 변위 국면 D₂은 시간 t₃과 시간 t₄ 사이에 수행되고, 이미지 획득 국면 A₃은 시간 t₄과 시간 t₅사이에 수행된다. 도 2에 도시된 예에서, 각 획득 국면 A₁, A₂, A₃동안에 카메라(C)에 의해 4개의 이미지가 획득된다. 그러나, 이 수는 가변적일 수 있다. 각 획득 국면 A₁, A₂, A₃의 기간은 특히 획득된 이미지들의 개수에 달려있고, 일부 획득된 이미지들은 3차원 이미지의 결정을 위해 의도되지 않을 수 있다. 예로서, 각 획득 국면 A₁, A₂, A₃의 기간은 11개의 이미지의 획득의 경우엔 대략적으로 1.2s이고 7 이미지 획득의 경우엔 대략적으로 0.76s이고 변위 국면 D₁, D₂의 기간은 대략적으로 0.35s이다.

앞서 기술된 3차원 이미지 결정 방법의 단점은 이미지 획득 국면 A₁, A₂, A₃의 기간들과 회로 카드의 변위 국면 D₁, D₂의 방향의 기간들과의 합과 동일한 전체 회로 카드의 3차원 이미지를 결정하는데 필요한 총 기간이, 특히 어떠한 이미지 획득도 수행되지 않는 회로 카드의 변위 동안 걸리는 시간에 기인하여 현저할 수 있다는 것이다.

또한, 이미지 획득 국면 동안, 투사기(P)에 의해 회로 카드 상에 투사되는 이미지가 두 획득들 사이에 수정된다. 이에 따라 투사된 이미지를 수정하기 위한 수단이 제공되어야 하는데, 이는 복잡한 구조를 갖는 투사기(P)를 사용할 것과 및/또는 컴퓨터 처리 시스템(16)을 개조할 것을 요구할 수 있다.

이에 따라, 실시예의 목적은 광학 검사 시스템에 의한 3차원 이미지 결정의 방법들의 모든 혹은 일부의 결점들을 극복하는 것이다.

실시예의 또 다른 목적은 검사될 전체 전자 회로의 3차원 이미지의 결정의 동작의 기간을 감소시키는 것이다.

실시예의 또 다른 목적은 투사기(P)에 의해 투사되는 이미지들의 제공을 단순화하는 것이다.

실시예의 또 다른 목적은 간단하고 저가의 광학 시스템을 갖는 투사기들 및/또는 카메라를 사용하는 것이다.

실시예의 또 다른 목적은 관찰될 3차원 장면의 어떤 형상이든간에 고속의 이미지 처리 동작을 수반하는 3차원 이미지 결정 시스템을 제공하는 것이다.

이들 및 이외 다른 목적 전부 혹은 일부를 달성하기 위해서, 검사될 전자 회로가 3차원 이미지의 결정을 위한 이미지 획득 국면 동안 더 이상 정지하지 않고 3차원 이미지의 결정을 위한 이미지 획득 국면 동안 변위되는 전자 회로의 광학 검사 시스템이 제공된다.

이하, 대상 공간에서 평행한 주 광선들을 갖는 광학 시스템을 텔리센트릭(telecentric) 광학 시스템이라 한다. 대상 공간은 카메라 및 투사기에 대한 장면(회로 카드)을 독립적으로 나타낸다. 텔리센트릭이 아닌 광학 시스템을 퍼스펙티브(perspective) 광학 시스템이라고 한다. 실시예에 따라, 투사기(P) 및 카메라(C) 중에서 적어도 한 장치는 퍼스펙티브형이다. 이것은 잇점이 있게, 퍼스펙티브형의 이미지 투사 혹은 획득 장치가 텔리센트릭형의 아날로그 장치보다 더 작은 부피를 갖는다는 것을 고려하면, 검사 시스템의 부피를 감소시킬 수 있게 한다. 이것은 더욱 잇점이 있게, 퍼스펙티브형의 이미지 투사 혹은 획득 장치가 텔리센트릭형의 아날로그 장치보다 낮은 비용을 갖는다는 것을 고려하면, 검사 시스템의 비용을 감소시킬 수 있게 한다.

도 3 및 도 4는 전체 회로 카드의 3차원 이미지를 결정하는 방법의 실시예를 도시한 것이다. 도 3 및 도 4에서, 각가의 별표시(22)는 카메라(C)에 의한 이미지의 획득의 시간을 나타낸다.

실시예에 따라, 회로 카드와 투사기(P) 및 카메라(C)를 포함하는 어셈블리 간에 상대적 변위는 3차원 이미지 결정 동작 내내 수행된다. 이 목적을 위해서, 회로 카드는 이미지 획득 동안 컨베이어(12)에 의해 변위될 수 있고, 투사기(P) 및 카메라(C)는 고정된 채로 있는다. 변형예로서, 회로 카드는 고정될 수 있고 투사기(P) 및 카메라(C)를 포함하는 어셈블리는 이미지 획득 동안 변위된다.

예로서, 2개의 연속한 이미지 획득들 사이의 기간은 10ms 내지 250ms의 범위 내이다. 연속한 이미지 획득들 사이의 기간은 실질적으로 10% 이내로 일정할 수 있다.

도 3에 도시된 실시예에서, 회로 카드와 투사기(P) 및 카메라(C)를 포함하는 어셈블리 간에 상대적 변위 속도는 10% 이내로 실질적으로 일정하다. 변위 속도는 특히 사용되는 이미지 투사 방법에 따른다. 예로서, 변위 속도는 20mm/s 내지 200mm/s의 범위 내이다.

도 4에 도시된 실시예에서,, 상대적 변위 속도는 카메라에 의한 2개의 연속한 이미지 획득들 사이에서 예를 들면 30% 이상 만큼 일시적으로 증가된다. 바람직하게는, 카메라(C)에 의한 이미지의 2개의 연속한 획득들 사이에서, 상대적 변위 속도는 이미지의 획득 시에 상대적 변위 속도가 각 이미지 획득에 대해 실질적으로 동일하도록, 증가되고 이어 감소된다.

예로서, 컨베이어(12)는 2개의 연속한 획득들 사이에서 회로 카드의 변위를 제어하기 위해 컴퓨터 처리 시스템(16)에 의해 제어된다. 획득된 이미지들은 전체 회로 카드의 3차원 이미지를 결정하기 위해 사용된다. 그러나, 회로 카드의 일부만의 3차원 이미지의 결정을 위해서, 몇개의 연속하여 획득된 이미지들만이, 바람직하게는 3개 이상의 이미지, 예를 들면, 8개의 이미지가 사용된다.

실시예에 따라, 카메라(C)에 의한 이미지들의 획득시 회로 카드 상에 투사기(P)에 의해 투사되는 이미지는 복수의 연속하여 획득된 이미지들에 대해서, 바람직하게는 모든 연속하여 획득된 이미지들에 대해서 동일하다.

도 5는 검사될 회로 카드가 복수의 연속한 이미지들의 획득시 투사기(P) 및 카메라(C)에 관하여 정지하여 있는 경우에 3차원 이미지를 결정하는 방법의 예를 도시한다. REF는 회로 카드를 지지하고 있는 평면에 평행한 기준 평면을 나타낸다. 투사기(P)에 의해 투사되는 광선들의 경로를 나타내는 라인(D_P) 및 카메라(C)에 의해 수신되는 광선들의 경로를 나타내는 라인(D_C)은 점선으로 도시되어졌다.

R_REF(O, X, Y, Z)을 기준 평면(REF)에 결부된 기준 프레임이라 하며, 여기에서 방향 X은 회로 카드의 변위 방향이고, Y는 평면(REF)에 평행하고 방향 X에 수직한 방향이고, Z은 방향 X와 방향 Y에 수직한 방향이다.

회로 카드의 3차원 이미지는 점(

)의 상당수의 정수 M에 대응하며, i는 1 내지 M로 다양한 정수이다. 예로서, M은 수 백만보다 많다.

의 지수(exponent)는 이미지 획득 동안 카메라(C) 및 투사기(P)에 관하여 회로 카드에 의해 점유되는 위치를 나타낸다. 도 5에 도시된 예에서, 회로 카드는 회로 카드의 부분의 3차원 이미지의 결정을 위해 필요한 카메라(C)에 의한 이미지들의 획득 동안 투사기(P) 및 카메라(C)에 관하여 정지하여 있다. 이 위치는 지수 "1"로 표시된다. 회로 카드의 외표면의 점(

)은 좌표 (x_i, y_i, h_i)에 의해 기준 프레임(R_REF) 내에 위치된다. 좌표 h_i는 평면(REF)에 관하여 점(

)의 높이에 대응한다. 회로 카드의 3차원 이미지를 결정하는 방법은 각 점(

)의 높이(h_i)를 결정하는 것을 포함한다.

각 점(

)은 카메라(C)의 이미지 평면 내 대응하는 점(

) 및 투사기(P)의 이미지 평면 내 대응하는 점(

)을 갖는다. 카메라(C)에 연관된 기준 프레임 R_C(O_C, X', Y', Z')이 고찰되는데, O_C는 카메라(C)의 광학 중심이고, 방향 Z'은 카메라(C)의 광축에 평행하며, 방향 X' 및 방향 Y'은 서로 수직하고 방향 Z'에 수직한다. 기준 프레임 R_C에서, 다음 설명을 간단하게 하기 위해서, 대략적으로 점(

)은 좌표(

,

, f_C)를 갖는 것으로 간주될 수 있고, f_C는 카메라(C)의 촛점 거리이다. 투사기(P)에 연관된 기준 프레임 R_P(O_P, X", Y", Z")이 고찰되는데, O_P는 투사기(P)의 광학 중심이고, 방향 Z"은 투사기(P)의 광축에 평행하고, 방향 X" 및 방향 Y"은 서로 수직하고 방향 Z"에 수직한다. 기준 프레임 R_P에서, 다음 설명을 간단하게 하기 위해서, 대략적으로, 점(

)은 좌표(

,

, f_P)를 갖는 것으로 간주될 수 있고, f_P는 투사기(P)의 촛점 거리이다.

일반적으로, P_P를 투사기(P)의 투사 행렬이라 하고 P_C를 카메라(C)의 투사 행렬이라고 할 때, 동차 좌표(homogeneous coordinates)로 표기하여, 각 점에 대해 다음 식 시스템(1)을 갖는다:

(1)

각 점(

)은 카메라(C)에 연관된 라인(D_C)와 투사기(P)에 연관된 라인(D_P)와의 교점에 대응한다. 투사기(P)에 의해 투사된 이미지의 각 점(

)은 위상 φ_i(h_i)에 연관된다. 카메라에 의해 획득되고 점(

)에 대응하는 이미지의 점(

)에 화소에 의해 측정된 광 세기

는 이하 관계식 (2)에 따른다:

(2)

A(h_i)는 이미지의 점(

)에서 배경의 광 세기이며, B(h_i)는 투사된 이미지의 점(

)에서 최소 세기와 최대 세기 사이의 진폭을 나타낸다.

도 5에 도시된 예에서, 투사기(P)는 회로에 N개의 서로 다른 이미지들을 연속하여 투사하며, N은 1보다 큰, 바람직하게는 4보다 크거나 같은, 예를 들면, 대략적으로 8인 자연수이다.

각 투사된 이미지에 대해서, 2Π/N 위상 이동이 적용된다. 예로서, 2개의 투사된 이미지들의 그레이 레벨(G₁, G₂)이 도 5에 도시되었다. 점(

)에 대응하는 카메라(C)에 의해 획득된 d-번째 이미지에 대해 점(

)에서 화소에 의해 측정된 광 세기

는 이하 관계식(3)에 따른다.

(3)

d는 0 내지 N-1로 다양한 정수이고, α는 2Π/N과 같다.

벡터

는 이하 관계식 (4)에 따라 정의된다.

(4)

이것은 리니어 식(linear equation) 시스템이다. 위상 φ_i(h_i)이 이하 관계식 (5)에 의해 주어짐이 입증될 수 있다.

(5)

도 5에 도시된 예에서, 투사기(P) 및 카메라(C)는 텔리센트릭형이다.

예로서, 투사기(P)의 광축과 카메라(C)의 광축이 동일 평면상에 있다는 조건이 충족되는 경우에:

투사기(P)에 의해 투사된 한 행의 이미지는 카메라(C)에 의해 획득된 한 행의 이미지에 연관되고, 이들 행들은 방향 X에 평행한 평면 내에 위치되고;

투사된 이미지들은 예를 들면, 방향 X에 수직하게 확장하고 정현적으로 가변하는 진폭을 갖는 스트레이트(straight) 프린지들을 포함하고;

라인(D_P)은 평면(REF)에 수직하며 라인(D_C)는 평면(REF)과 각도 θ을 형성하며,

식 시스템 (1)은 다음 식 시스템 (6)에 따라 간단해질 수 있다.

좌표((

,

, 0)의 점(

)이 카메라(C)의 점(

)에 연관된 기준 평면(REF)의 점임을 고려하면,

(6)

이다.

투사기(P)의 이미지 평면에서, 점(

)의 횡좌표

은 예를 들면, 이하 관계식 (7)에 따르며;

(7)

이고, a 및 b는 실수이며, a는 p₀/2Π과 같으며 p₀는 정현(sinusoidal) 프린지들의 피치에 대응한다.

관계식 (6) 및 (7)에 기초하여, 다음 관계식 (8)이 얻어진다:

(8)

γ는 p₀/(2Πtanθ)과 같으며, φ(

)는 기준 평면(REF)의 점(

)에서 위상, 즉 회로가 없을 때에 위상과 같다.

앞서 언급된 조건이 충족되지 않은 경우에, 계산은 더 복잡하다. 그러나, 높이 h_i의 문자식(literal expression)이 얻어질 수 있다.

도 6은 검사될 회로 카드가 복수의 연속한 이미지 획득시 투사기(P) 및 카메라(C)에 관하여 정지하여 있는 경우에, 그리고 카메라(C) 및 투사기(P)가 퍼스펙티브형인 경우에 3차원 이미지를 결정하는 방법의 예를 도시한 것이다.

이전의 경우와 비교했을 때, 식 시스템 (1)은 식 시스템 (6)을 제공하게 단순화될 수 없다. 그러나, 이것은 높이(h_i)에 대한 리니어 식 시스템에 대응한다. 이에 따라 높이(h_i)에 대한 문자식을 발견하는 것이 가능하다.

도 7은 검사될 회로 카드가 N개의 연속한 이미지 획득시 투사기(P) 및 카메라(C)에 관하여 이동하는 경우에, 그리고 카메라(C) 및 투사기(P)가 텔리센트릭형인 경우에 3차원 이미지를 결정하는 방법의 예를 도시한 것이다.

예로서, 2개의 연속한 이미지의 획득을 위해 회로의 두 위치들이 도 7에서 도시되었다. 일반적으로, 위치 "t"에서, t는 0 내지 N-1로 다양한 정수이며, 회로의 변위 후에 점(

)에 대응하는 점(

)은 이하 관계식 (9)에 의해 얻어진다.

(9)

R_t는 회전 행렬(rotation matrix)이고 T_t는 변환 행렬(translation matrix)이고, 이들 행렬은 위치 "1"에서 위치 "t"로 회로의 변위를 나타낸다.

투사기(P)는 N개의 연속한 이미지들의 획득시 동일 이미지를 회로 상에 투사한다. 이 이미지는 예를 들면, 방향 X에 수직하게 확장하며 정현적으로 가변하는 진폭을 갖는 프린지들을 포함한다. 회로는 투사기에 관하여 변위되기 때문에, 점(

)에 의해 반사되는 광 세기

는 d가 s와는 다를 때 점(

)에 의해 반사되는 광 세기

와 동일하지 않다.

회전 행렬(R_t)이 단위 행렬(identity matrix)에 대응하는 경우에, 즉, 회전이 없는 변환(translation)의 경우에, 벡터

는 이하 관계식 (10)에 의해 정의된다.

(10)

투사기(P)는 텔리센트릭이기 때문에, 점(

)에 의해 반사되는 세기

와 점(

)에 의해 반사되는 세기

간에 위상 차이는 회로 내 고찰되는 어떤 점이든 간에 동일하다. 이에 따라, 카메라(C) 및 투사기(P)를 포함하는 어셈블리에 관하여 회로의 상대적 변위 속도는 세기

와 세기

간에 위상 차이가 2Π/N 위상 차이에 대응하도록 선택될 수 있다. 이에 따라, 투사기(P)의 이미지 평면에서, 점(

)의 횡좌표

는 앞서 기술된 관계식 (7)에 따른다.

또한, 카메라(C)는 또한 텔리센트릭형이기 때문에, 점(

)에 연관된 카메라의 각 점(

)의 변위는 회로의 어떤 점(

)에서든 동일하다. 특히, 이 변위는 높이(h_i)로부터 독립적이다.

이에 따라, 다음 관계식 (11)이 얻어진다:

(11)

이에 따라, 관계식 (8)에 따른 h_i의 표현식이 사용될 수 있다.

도 5 내지 도 7에 도시된 3차원 이미지 결정 방법에서, 높이(h_i)는 리니어 식의 해이며 따라서 높이(h_i)의 해석적 표현식이 직접 얻어질 수 있다.

도 8은 검사될 상대적 변위 회로 카드가 복수의 연속한 이미지 획득시 투사기(P) 및 카메라(C)에 관하여 수행되는 경우에, 그리고 카메라(C) 및/또는 투사기(P)가 퍼스펙티브형인 경우에 3차원 이미지를 결정하는 방법의 예를 도시한 것이다.

발명자들은 이 경우에, 높이(h_i)의 해석적 표현식을 얻는 것이 가능하지 않음을 보였다.

발명자들은 특히 투사기가 퍼스펙티브형일 때, 높이(h_i)의 해석적 표현식이 얻어질 수 없음을 보였다. 실제로, 도 7에 관련하여 앞서 기술된 예와는 반대로, 점(

)에 의해 반사되는 세기

와 점(

)에 의해 반사되는 세기

간에 위상 차이는 고찰되는 점에 따라 상이하다. 실제로, 위상 차이는 필연적으로 높이(h_i)에 따라 달라진다. 이에 따라, 카메라(C) 및 투사기(P)를 포함하는 어셈블리에 관하여 회로의 상대적 변위 속도를 선택하는 것이 가능하지 않고 따라서 점(

)에 의해 반사되는 세기

와 점(

)에 의해 반사되는 세기

간에 위상 차이는 외표면의 모든 점에 대해서 2Π/N 위상 차이에 대응한다.

그럼으로써, 앞에 관계식 (3)은 더 이상 유효하지 않지만 이하 관계식 (12)으로 대체되어야 한다.

(12)

는 높이(h_i)와 점(

)의 위치(d)의 함수이다.

또한, 발명자들은 카메라(C)가 퍼스펙티브형일 때 높이(h_i)의 해석적 표현식이 얻어질 수 없음을 보였다. 실제로, 카메라(C) 및 투사기(P)를 포함하는 어셈블리에 관하여 회로 카드의 상대적 변위가 두 이미지의 획득들 사이에 수행될 때, 점(

)에 연관된 카메라의 점(

)에 화소의 변위는 회로의 모든 점(

)에 대해 동일하지 않으며, 특히 점(

)의 높이(h_i)에 따른다.

그럼으로써, 카메라(C) 혹은 투사기(P)가 퍼스펙티브형이고 카메라(C) 및 투사기(P)에 관하여 회로 카드의 상대적 변위가 이미지들의 획득시 수행되는 즉시, 앞서 기술된 3차원 이미지 결정 알고리즘들은 적용될 수 없다.

그러나, 발명자들은 회로의 3차원 이미지가 특히 높이(h_i)에 따르는 코스트 함수(Cost)를 결정함으로써 얻어질 수도 있을 것으로 결정하였다. 이때, 요망되는 높이(h_i)는 코스트 함수(Cost)가 다음 관계식 (13)에 따라 최소값에 도달하는 높이이다.

(13)

코스트 함수는 카메라에 의해 획득된 이미지 및 투사기에 의해 디스플레이된 이미지, 혹은 하나 이상의 카메라에 의해 획득된 이미지들 및 투사기에 의해 디스플레이된 이미지, 혹은 적어도 2개 이상의 카메라에 의해 획득된 이미지들로부터 얻어진 신호들 간에 비교에 기초할 수 있다. 신호는 의사-위상(pseudo-phase) 혹은 광 세기에 대응할 수 있다.

실시예에 따라, 코스트 함수는 투사된 이미지의 위상을 카메라에 의해 획득된 이미지에 기초하여 결정된 적어도 한 위상 추정과 비교하거나, 적어도 2개의 카메라에 의해 획득된 이미지들에 기초하여 결정된 위상 추정들을 비교함으로써 결정된다. 이어 표현식 (13)은 위상 차이를 최소화하게 된다. 앞서 기술된 관계식 (11)은 관계식 (12)를 사용함으로써, 이하 관계식 (14)가 된다.

(14)

좌표

을 갖는 추정된 벡터

가 결정되는데, 이것은 벡터

의 추정에 대응하고 다음 관계식 (15)에 의해 제공된다.

=

(15)

다음 관계식 (16)에 의해 주어지는 변수들

및

이 더욱 사용된다:

(16)

카메라(C) 및 투사기(P)를 포함하는 도 8에 도시된 실시예에서, 주어진 높이(h_i) 및 위치(d)에 대해, 위상

은 투사기(P)의 동작의 식들에 기초하여 결정될 수 있다. 본 실시예에 따라, 코스트 함수 Cost₁는 다음 관계식 (17)에 의해 주어진다:

(17)

도 9는 광학 검사 시스템(30)이 적어도 두 카메라(C₁, C₂)를 포함하는 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 투사기(P) 및/또는 카메라(C₁, C₂)는 퍼스펙티브형이다.

실시예에 따라, 시스템(30)에 대한 코스트 함수(Cost₂)는 다음 관계식 (18)에 따라 결정된다:

(18)

또 다른 실시예에 따라, 광학 검사 시스템(30)는 G 카메라들(C₁, C₂,..., C_G)를 포함하고, G는 3보다 크거나 같은 정수이고, 코스트 함수(Cost₃)는 다음 관계식 (19)에 의해 주어진다:

(19)

또 다른 실시예에 따라, 광학 검사 시스템(30)은 G 카메라들(C₁, C₂,..., C_G)을 포함하고, G는 3보다 크거나 같은 정수이고, 코스트 함수(Cost₄)는 다음 관계식 (20)에 의해 주어진다:

(20)

검사 시스템(30)이 적어도 두 카메라(C₁, C₂)을 포함하는 실시예에 따라, 코스트 함수는 적어도 2개의 서로 상이한 카메라들에 의해 제공되는 이미지들을 직접 비교함으로써 결정된다. 이때 표현식 (13)은 광 세기 차이를 최소화하게 된다.

예로서, 코스트 함수(Cost₅)는 다음 관계식 (21)에 의해 주어진다.

(21)

또 다른 실시예에 따라, 광학 검사 시스템(30)은 G 카메라들(C₁, C₂,..., C_G)를 포함하고 코스트 함수(Cost₆)는 다음 관계식 (22)에 의해 주어진다.

(22)

앞서 기술된 코스트 함수들은 카메라(C) 및 투사기(P)가 텔리센트릭형이고, 회전 행렬(R_t)이 단위 행렬과는 상이할 때, 도 7에 관련하여 앞서 기술된 경우에 구현될 수 있다.

구체적 실시예들이 기술되었다. 다양한 변경들 및 수정들이 당업자들에게 일어날 것이다. 특히, 실시예에서, 투사기가 전자 회로와 일치하여 수직으로 배열되고 카메라들이 투사기의 양측에 배열될지라도, 카메라들은 검사될 회로와 일치하여 수직으로 배열될 수도 있고 투사기들이 카메라의 양측에 배열될 수도 있다. 또한, 광학 검사 시스템이 전자 회로의 검사를 위해 기술되어졌을지라도, 광학 검사 시스템은 다른 대상들의 검사를 위해 사용될 수도 있음이 명백할 것이다.

Claims

대상(카드)의 3차원 이미지들을 결정하는 방법에 있어서,
투사기(P)로 대상에 디스플레이를 투사하는 단계;
적어도 한 제1 이미지 센서(C; C₁)로 상기 대상의 복수의 2차원 이미지들을 획득하는 단계로서, 상기 투사기 및 상기 이미지 센서를 포함하는 어셈블리에 관하여 상기 대상의 상대적 변위는 상기 이미지 획득들 동안에 수행되고, 2개의 연속한 이미지 획득들 사이의 기간은 10ms 내지 250ms의 범위 내이고, 상기 상대적 변위 속도는 20mm/s 내지 200mm/s의 범위 내인 단계; 및
상기 대상의 각 점의 높이를 상기 획득된 2차원 이미지들로부터 얻어진 함수의 극값에 대응하는 것으로서 결정하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 투사기 및/또는 상기 제1 이미지 센서는 퍼스펙티브형인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투사되는 디스플레이는 각 2차원 이미지의 획득시 동일한 것인 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이는 프린지들을 포함하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투사기(P) 및 상기 이미지 센서(C)를 포함하는 상기 어셈블리에 관하여 상기 대상(카드)의 상대적 변위는 상기 2차원 이미지들 중 적어도 하나를 획득시 수행되는 방법.
제5항에 있어서, 상기 투사기(P) 및 상기 이미지 센서(C)를 포함하는 상기 어셈블리에 관하여 상기 대상(카드)의 상대적 변위는 각 2차원 이미지의 획득시 수행되는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상대적 변위는 적어도 한쌍의 연속한 2차원 이미지들의 상기 두 이미지들의 상기 획득들 사이에서 가속되는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상대적 변위 (카드)의 상기 속도는 10% 이내로 일정한 것인 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 한 제2 이미지 센서(C₂)로 상기 대상의 복수의 2차원 이미지들을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 대상의 각 점의 상기 높이는 상기 제1 및 제2 이미지 센서들에 의해 획득된 상기 이미지들로부터 얻어진 함수의 극값에 대응하는 방법.
대상(카드)의 3차원 이미지들을 결정하기 위한 시스템에 있어서,
상기 대상 상에 디스플레이를 투사할 수 있는 투사기(P);
상기 대상의 복수의 2차원 이미지들을 획득할 수 있고, 2개의 연속한 이미지 획득들 사이의 기간은 10ms 내지 250ms의 범위 내인 제1 이미지 센서(C);
2차원 이미지들의 연속한 획득시 상기 투사기 및 상기 제1 이미지 센서를 포함하는 어셈블리에 관하여 상기 대상의 상대적 변위를 수행할 수 있고, 상기 상대적 변위 속도는 20mm/s 내지 200mm/s의 범위 내인 컨베이어(12); 및
상기 대상의 각 점의 높이를 상기 획득된 2차원 이미지들로부터 얻어진 함수의 극값에 대응하는 것으로서 결정할 수 있는 처리 수단(16)을 포함하는 시스템.
제10항에 있어서, 상기 투사기 및/또는 상기 제1 이미지 센서는 퍼스펙티브형인 시스템.