TW201337243A - 高速自動對焦系統 - Google Patents

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Abstract

使用智慧型影像分析來最佳化檢測部件的高速光學檢測之方法及設備，以使用高數值孔徑(NA)光學儀器來決定最佳對焦，以非常有限景深的透鏡來達成較高的訊雜比、解析度、及檢測速度性能。

Description

高速自動對焦系統
本發明大體上係相關於電子部件的光學檢測，尤其是用於此種光學檢測的自動對焦系統。
諸如晶圓、電路板、平板顯示器、多晶片模組、及高密度電子封裝等電子部件的光學檢測需要使用高解析度光學儀器來偵測部件中的小缺陷。此外，高解析度光學部件在整個檢測期間都必須保持對焦以看出缺陷。圖1為在掃描方向1-2及與掃描方向相對之垂直方向二者上的表面高度Z具有變化之部件1-1的例子。具有嵌入式晶錠之最新引進的電路板為此種部件的例子，及被視作難以成像，因為被成像的表面經過由於位在基板層上及之間的嵌入式晶錠或電路與基板本身將變形之被識別的特徵所產生之高度變化。
圖1有助於瞭解當需要習知技術設備成像各種部件中的缺陷時所存在之問題。在習知技術中，相機(未圖示)掃描過掃描方向1-2上之部件的表面。作為掃描影像，諸如橫截於掃描方向1-2之圖1所示等區域，由相機所拍攝的影像必須對焦。圖1所示之部件具有高度變化的範圍，如箭頭1-3所示，其必須在相機光學儀器的景深內。利用習知技術的成像裝置，為相機所選擇之特別焦點可隨意在部件的頂部1-5或底部1-6或者任何中間位置中。鑑於此 ，成像光學儀器的光學設計設定所需的景深，如描劃將覆蓋高度變化的範圍之深度的箭頭1-7及1-8所示之部件的頂部1-5與底部1-6之間的距離之兩倍較佳。然而，如已知或稍後將更詳細說明一般，光學系統的景深亦決定影像的解析度。此種解析度通常限制影像品質，將妨礙部件中之小缺陷的偵測。
為了檢測部件的缺陷，通常使用相機掃描如圖2的連續條狀A至E所示之彎曲圖案中的部件。由矩形2-1代表相機視域的寬度。在技藝中已說明各種技術來維持此種檢測期間的對焦。Bishop的美國專利號7,015,445“在不犧牲訊雜比、解析度、或對焦品質下在低及螢光應用中最佳化檢測速度之方法”說明當掃描部件時使用三角測量感測器來維持成像光學儀器與部件之間的恆定距離。圖3圖示傾斜θ的波浪部件3-1、成像光學儀器3-2、及成像相機3-3。當掃描部件時，成像光學儀器3-2及成像相機3-3被升高及降低，以作為將部件的表面保持在成像光學儀器的光學景深3-4內之單元。理論上，部件、光學儀器、或光學儀器及相機的組合可被移動以維持對焦。
圖4圖示使用具有光學來源4-1、照明光束4-2、及位置感測器4-3之三角測量感測器。三角測量感測器在相機的前面掃描，如箭頭4-4所示一般。光學射束4-5擊中位置感測器之位置指示到部件4-6的距離。在此圖4中，成像相機光學儀器具有景深(DOF)4-7。此距離測量被用於反饋廻路，以彼此相對地機械式移動成像光學儀器或 部件以維持對焦。圖5圖示到位置感測器5-1上之光束的位置如何移動作為到部件的距離之函數。被表示作表面5-3、5-4、及5-5之不同距離的三個表面分別在位置5-3’、5-4’、及5-5’中被投影到感測器5-1。這些距離測量被用於反饋廻路，以機械式移動光學鏡頭或部件作為測量高度的函數以維持對焦。
這些對焦方法具有兩限制。首先，若圖4之照明光束4-2在材料邊界擊中部件，則距離測量會不正確。參考圖6及尤其是圖6A，當來自三角測量感測器之光學射束6-1擊中高反射材料6-2時，整個照明光點6-3位於材料6-2上。此光點的影像在感測器6-5上產生對稱型束6-4。當掃描部件時，若在感測器下方的材料現在改變成變成具有如圖6B的6-6所示之較低反射係數的部件，則如6-7所示之較低強度空間對稱光點被投影到感測器6-5上。只要投影光點6-7及6-4空間上對稱，表示到部件的距離之光點的質量中心將會相同，及將計算正確的對焦距離。然而，若照明光點6-3如圖6C所示落在材料邊界上，則延伸在高反射材料6-2與較低反射材料6-3之間。在此事件中，投影到感測器上之光點將不對稱，及當正確的距離為6-7時到部件的距離卻被不正確地計算成6-8，因為光點的質量中心不再表示到部件的正確距離。
第二，在圖7中，具有成像光學儀器7-2之成像相機7-1在沿著Z軸7-3的對焦方向上移動，以當在Y方向上掃描部件時動態調整對焦距離的同時維持到部件7-4的表 面之恆定距離。整個成像相機的對焦距離係依據沿著掃描方向上之狹窄線的一連串單一點測量。沒有測量垂直於掃描的方向。此暗示在相機的寬度各處，或者圖2中所示之各個掃描條狀A-E的寬度各處，表面上的所有特徵必須位在圖3之箭頭3-4所示的成像光學儀器之光學景深內。將明白，未在景深內的任何特徵將不對焦。
當掃描部件時，對焦測量單元會通過部件中的高或低特徵。依據到高特徵的距離來計算一些對焦距離，同時依據到低特徵的距離來計算其他對焦距離。此暗示成像光學儀器的光學景深必須足夠大，以當計算對焦測量時，不管高或低特徵是否在對焦測量單位下方都能確保適當對焦。不管需要多少測量、計算多快、測量的特定方法、或者測量裝置的類型為何，僅依據沿著掃描方向上的線之測量值來計算對焦將具有此限制。較佳裝置為單一點三角測量感測器；依據將由檢測設備所提供的性能標準，可以單一點共焦感測器、單一點電容感測器、及其他來取代。
關於如圖8之箭頭8-1所示的用以適當充作成像光學儀器的焦深之目前對焦追蹤技術必須足夠大到保證可被用於計算對焦距離之所有可能特徵高度的對焦。重要的是，需注意圖8表示垂直於機械掃描的方向之X軸中的部件之表面。圖8亦表示投影到如圖2的方塊2-1所示之直線CCD掃描相機的長軸上之影像。不幸地是，需要此大的景深嚴重限制檢測系統之空間解析度及缺陷偵測能力。尤其是，由等式給定光學焦深(DOF)：
及由等式給定解析度(Resolution)：
其中：λ=成像到相機上的光之波長，以及NA=成像光學儀器的數值孔徑
如由上述關係所知及證明一般，大的焦深(DOF)需要小的數值孔徑(NA)，而高解析度需要大的數值孔徑。當(NA)變小時，到達成像相機之光度亦減少，此影響最後影像中的對比。這些標準對部件的檢測之產生限制，如此妨礙具有大焦深及高解析度之成像光學儀器的構造。如將明白一般，若欲待檢測的部件必須對焦，則目前檢測系統犧牲成像光學儀器的解析度，因此本質上限制偵測小缺陷的能力。
表格1為Zeiss公司在市面上販售的透鏡之清單。表格表列各個透鏡的焦深、數值孔徑、解像力、光收集係數、光收集圓錐角、工作距離放大倍數、及部件數目。
需注意的是，具有NA 0.035之1.25X透鏡具有焦深229微米，而具有NA 0.50之20X透鏡僅具有焦深1.1微米。不幸地是，除非檢測相機的視域中之所有特徵高度變化小於1.1微米，否則20X 0.5NA透鏡無法被用於檢測部件。因此，許多檢測系統被迫於使用低NA光學儀器來維持對焦，及無法檢測需要高放大倍數及高解析度之非常小的特徵。
因此，本發明的目的在於提供高速自動對焦之方法及設備，其使部件上的特徵能夠在其檢測期間依據其高度被識別並且對焦。
本發明的另一目的在於以提供充分的高解析度及景深以偵測部件上的小特徵及缺陷之成像光學儀器來提供高速自動對焦，其使部件上的特徵能夠在其檢測期間依據其高度被識別並且對焦。
根據本發明的一態樣，檢測部件之方法係以具有有著固定解析度及景深的成像光學儀器之成像相機拍攝部件的不同像場之複數個影像。部件的表面之特徵為給定像場內的高度變化及影像光學景深，使得給定像場中的任一點上之對焦未保證整個對應的影像將對焦。利用足夠小到決定像場中的表面之高度變化範圍的取樣間隔，在給定像場中的多個位置中取樣部件表面的高度。用於各個影像之成像光學儀器的對焦位置係依據用於給定像場之取樣高度來決定，使得像場中之相關所有表面將在成像光學儀器的景深內。將成像光學儀器移動到用於給定像場的對焦位置，藉此影像將對焦在像場各處。
根據本發明之智慧型自動對焦系統隨著部件被掃描而即時分析部件中之特徵的表面高度，以產生最佳對焦影像，以用於檢測部件中之想要的特徵。可被實施作置放在檢測相機之前的獨立單元，或者經由透鏡結合到即時檢測系統內。
本發明的一特徵為在部件檢測期間為給定的成像光學儀器動態計算及機械追蹤最佳焦點平面之能力。作為一例子，考慮圖9，其圖示具有由箭頭9-1所指示之景深的成像光學儀器。使用習知技術，成像光學儀器對焦於下表面9-2或上表面9-3。若成像光學儀器對焦於下表面9-2，則頂表面903將失焦。同樣地，若成像光學儀器對焦於頂表 面9-3，則下表面將失焦。當部件被掃描時，兩表面會出現在習知技術對焦系統下面。在一些位置中，頂表面會對焦，及在其他位置中，下表面會對焦，因此當部件被掃描時，在任何給定時間中都無法得知哪一表面將對焦。此使得高解析度檢測幾乎不可能。本發明的一特徵在於提供智慧型識別兩表面的高度之方法，以決定由位置9-4所指示的隔開在兩表面之間的最佳焦點平面，位置9-4將使兩表面能夠在部件檢測期間維持在給定目標的光學景深內。
在許多應用中，檢測所需的解析度如此高，及景深如此低，或者特徵之間的高度差如此大，使得無法在檢測部件時同時保持所有表面都對焦。此圖解於圖10中，圖10圖示中間解析度透鏡10-1以及具有較低景深之較高解析度透鏡10-2。參考圖11，若將以高解析度、低景深光學儀器11-1檢測此種部件，則無論指定掃描將檢測下表面11-2或上表面11-3都必須在掃描部件之前就決定。在諸如晶圓、高密度互連模組、及印刷電路板等應用中，部件係由置放至基板上之金屬導體所組成。形成頂表面之金屬導體為欲待檢測缺陷之相關主要特徵。本發明提供機構來動態計算金屬上表面11-3的高度，及部件被檢測時使其保持對焦。
參考圖12A，當以箭頭12-1所指示的可見光(350nm至700nm)檢測及掃描部件時，紅外光束12-2(例如、780nm)通過光學儀器及被用於維持對焦。來自包含雷射二極體、固態LED、或任何其他發光裝置之對焦照明源 12-3的紅外光束係藉由透鏡12-4來準直。準直光通過圓柱透鏡12-5及分光器12-6，以經由透鏡12-8自二向色鏡12-7反射，以將線12-9投影到部件12-11上。此對焦光束被定位在軸外，以只照射光學場的一半。因此相對於如圖12A所示之部件的表面，紅外光束以角度θ被成像到部件上。由於表面係在部件的不同高度中，因此光束的一側投影到上表面12-10上之X的給定位置中，及光束的另一測投影到下表面12-11上之X的不同位置。來自投影到這些表面上之線影像的光線然後經由透鏡12-8回傳，從二向色鏡12-7及分光器12-6反射，而後被透鏡12-12對焦到定位或高度測量相機12-13上。
在一實施例中，整個對焦路徑在紅外光波長中操作(例如、780nm)，因此此對焦光未干擾在(350-700)nm的範圍中操作之可見光檢測路徑。可見光路徑係由照明源12-14所組成，及來自那照明源12-14的光自分光器12-15反射，以通過二向色濾光器12-7，二向色濾光器12-7通過可見光及反射紅外光。此可見光束然後通過寬頻成像透鏡12-8，寬頻成像透鏡12-8亦通過可見光及近紅外光二者。反射的可見光影像然後經由透鏡12-8返回，通過二向色濾光器12-7及分光器12-15，以由透鏡12-16成像到檢測相機12-17上。其他機構可被用於產生被檢測相機12-17所使用的光12-14。例如，欲待檢測的一些部件可具有有機單層，有機非透明層、或非常不透光有機材料，其中只有頂金屬表面需要被檢測。在此種事例中，沒有會 混淆自動對焦設備之干擾或從下層影像所產生的影像加工品。在此種應用中，適當的雷射可取代光源12-3，藉此使頂表面能夠發出螢光。可由二向色鏡取代分光器12-15，以反射雷射及使螢光能夠從部件返回，以到達檢測相機12-17。只允許返回螢光光線但是阻隔任何雷射照明光到達檢測相機12-17之雷射阻隔濾光器12-26亦置放在相機12-17前面。此螢光影像可在有機表面上產生導體的較佳反差。
參考圖13及更詳細說明自動對焦系統如何操作，考慮自光學透鏡13-2發出的線型光束13-1，其以相對於圖13所示之部件的表面之角度θ來照明部件。線擊中頂表面13-3及13-4之位置將在Y方向偏離線所擊中的下表面13-5的位置一距離d，使得：
其中：h=表面之間的高度差，以及θ=相對於垂直於表面的線之照明光束的角度。
圖13中之透鏡13-2對應於圖12中之透鏡12-8。投影線圖案的影像投影至相機13-6上，相機13-6對應於圖12中之高度測量相機12-13。分別將線13-3、13-4、及13-5成像到相機13-6上，成為線13-3’、13-4’、及13-5’。
相機像素被組織成列R及行C。箭頭13-7指向相機13-6中之最左行。相機13-6上之資料的列R位置指示部 件上之不同表面的高度。藉由智慧型分析影像，尤其是資料的列R位置，可決定頂表面及底表面的位置，及機械式驅動對焦透鏡、相機、及光學儀器來追蹤想要的表面。
作為例子，考慮圖14中之具有對應的淺景深14-2之高解析度、高NA光學透鏡14-1。投影線圖案的影像被成像到相機14-3上。相機圖場可被分成上區14-4及下區14-5。上區14-4中之資訊的列位置R對應於部件上之上表面的高度。下區14-5中之資訊的列位置R對應於部件上之下表面的高度。
若目標係在使頂表面保持對焦，則只分析上區14-4中的資料，以決定上區14-4中之資料的最高及最低列位置。此對應於垂直於相機14-3之寬度各處的機械掃描的方向之部件的頂表面之高度變化。計算此高度變化的中點，及對應於相機影像中之高度位置14-6及光學景深影像中之14-7。位置14-7對應於由箭頭14-2所指示之光學景深的中點。
通常，最佳焦點被計算作為光學的景深及相關檢測平面之函數，及二者都是執行檢測掃描之前就已知的。如上述，若景深足夠將兩表面同時保持對焦系統(如圖9中的位置9-4所示)，則系統可被程式化以追蹤頂表面、底表面、或表面之間的中點。
總而言之，當在Y軸方向上掃描部件時，對焦相機14-3收集對應於圖2中之檢測相機2-1的寬度軸之X方向上的資料。在整個對焦相機各處分析資料，以沿著掃描 Y軸的各個不同位置決定特有的單一最佳焦點。
高速自動對焦追蹤是快速檢測此種部件不可缺的。高速對焦計算及機械回應對透過透鏡達成即時對焦更不可缺。為了達成此種高速操作，使用能夠選擇挑選相機像素而從相機讀出而非必須讀取所有像素到儲存裝置內而後讀取相關像素之相機來做為圖12A中之對焦相機12-13是有利的。此節省許多時間。例如，若對焦相機具有總共1000×1000像素(總共106像素)，可藉由子取樣(sub-sampling)相機的上半部內之每第五個水平相機像素及每隔一個垂直像素來決定部件的頂表面之位置。此能夠以因數20縮減資料量。選擇相機影像中之每第5或第N個水平像素產生特定行的資料。此種行之間的間隔在圖14中以箭頭14-8來指示。如此，藉由能夠在對焦相機的視域內選擇性選擇相關的特定區域(例如、箱14-4)，及選擇性選擇或子取樣此區內的像素，可大幅減少計算最佳對焦位置所需之時間。
由Photon Focus型號MV-D1024E-80-CL所製造的此種相機或者由Basler型號acA2000-340km所製造之具有更多像素的更快相機已被用於實施圖12A中之相機方塊12-13。此Photon Focus相機包含1024×1024像素，具有從350至1000 nm的光譜回應，使其能夠在近紅外光帶中操作，及能夠讀出相機內所選擇的區域及像素。為了實施本發明所說明之對焦計算，以每秒1000圖框的速率從此相機讀出40,000像素。Basler相機包含2048行×1000列 ，並且具有從350至1000 nm的光譜回應，使其亦能夠在近紅外光帶中操作，及能夠讀出相機內所選擇的區域及像素。為了實施本發明所說明之對焦計算，以每秒5000圖框的速率從此相機讀出96,000像素。兩對焦相機的增加亦可程式設計成支援大範圍的反射材料及表面之成像。如圖12A中之方塊12-19所示的高速對焦處理器透過線12-20程式設計對焦相機參數，及透過線12-21讀取相機像素資料。已使用由Altera公司所製造的Stratix可程式化邏輯裝置(PLD)來實施對焦處理器12-19。對焦處理器12-19亦與諸如執行Windows XP作為作業系統之Intel Xenon為基的電腦等萬用型電腦12-25通訊，以便使初始運算子能夠被設定及控制。
在對焦計算設定操作期間，對焦處理器12-19及/或電腦12-25可透過線12-20調整對焦相機的增益及透過線12-22調整紅外光源的光強度二者。能夠控制這些變數二者為對焦於極暗淡或極明亮的材料或表面提供最大的可能動態範圍。
一旦已計算最佳對焦位置，由箭頭12-18所指示之整個光學鏡頭被機械式移動或者僅有成像透鏡12-8被機械式移動，或者二者以某種組合被移動，以維持對焦。成像透鏡12-8可被裝附至精密Z軸電動機12-24，以由於如圖1所示之快速高度變化(即高頻率變化)而能夠在Z對焦軸中快速移動。整個光學鏡頭12-18亦可裝附至精密電動機或者可裝附至基板用支架，以能夠在部件與光學鏡頭之 間的Z軸中相對移動，以回應於低頻率變化。此會在由於較低的頻率翹曲而導致部件用基板改變時出現。可由對焦處理器12-19控制兩電動機。此系統係可使用由移動整個光學鏡頭12-18之Primatics公司所製造的精密線性電動機12-23來實施。相對於光學鏡頭及部件來調整光學儀器以產生此種快速移動的精確Z軸電動機12-24為由PI(Physik Instrumente)所製造的Piezo電單元L.P.型號P-725 PIFOC。此Piezo單元可以50毫秒移動成像光學儀器+/-200微米。透過透鏡實施的另一有利點為對焦準確性及對焦線圖案移動在對焦相機上之空間距離可追蹤成像光學儀器的光學景深。當景深減少及解析度增加時，在對焦相機上對焦線移動較大距離，以用於成像光學儀器的z高度位置之給定變化。作為例子，使用此處所說明之方法及技術，為用於檢測在亦等於+/-25微米之相機影像內具有高度變化之部件的頂表面之成像光學儀器將對焦良好地維持在+/-25微米光學景深內，其中部件的尺寸可達嵌入晶錠應用的尺寸等級之500 mm×500 mm。整個部件在整個檢測中都對焦。
圖15描劃對應於由圖12A的設備所產生之對焦線12-9的對焦線15-1與成像相機12-17用的視域15-2之間的關係，其中對焦線15-1在視域15-2內。當系統結合視域15-1內的此種單一對焦線15-2時，在某些應用中，到系統可移動重新計算的高度時，相對位置會改變，產生後來的誤差，因為光學鏡頭試圖同時測量及移動到同一位 置。
在另一途徑中，兩對焦線產生在檢測相機的任一側上。圖12B描劃此種兩對焦線設備，其類似於圖12A所示之設備，但是添加第二照明源。在此實施中，用於原有高度測量光束12-2的路徑中之光學儀器重新定位光束，使得其反射至圖15之檢測相機視域的左邊作為掃描對焦線15-3。第二光學路徑12-30包括第二照明源12-31、準直透鏡12-32、及圓柱透鏡12-33。從圓柱透鏡12-33發出的光到達二向色鏡12-7，及沿著不同路徑反射，以看起來像影像相機視域15-1的另一側上之對焦線15-4。
現在將明白，當圖12B之設備的掃描方向如圖2所示一般從左至右成條狀A時，對焦光束路徑12-30產生對焦線15-4，其“引導”成像相機視域15-1。當圖12B之設備的掃描方向如圖2所示一般從右至左成條狀B時，對焦光束路徑12-31產生對焦線15-5，其“引導”成像相機視域15-1。反之，檢測相機的視域在區域15-1內，對焦相機的視域足夠大，使得兩對焦線15-4及15-5可被對焦相機看見。在行進的一方向中，只有包含來自對焦線12-30的資訊之列的資料從相機讀出。在另一掃描方向上，只有包含來自對焦線12-31的資訊之列的資料從相機讀出。為了增加對焦相機訊雜比及獲得位在15-1之成像相機到達之前的甚至更好的高度變化平均較佳估計，位在檢測相機位置15-1與對焦線的位置之間的連續掃描資料列可被取得及處理。此種處理可為預設的列數獲得各個高度測量位置 的平均，以獲得過濾值，此過濾值然後用於定位檢測相機12-17用的成像光學儀器。如此，根據本發明，它們提供各種途徑來取得影像透鏡定位資料。
在圖12A及12B的實施例之每一個中，對焦照明源12-3及12-31在紅外線中操作。在上述實施例中，成像照明源12-14產生可見光譜中的光(即白光)，用以照明成像相機12-17用的部件。圖16A描劃使用組合用以成像包含具有複數個間隔平行銅導體16-2之不透明有機基板16-1的部件之白光的本發明之自動對焦系統所獲得的影像。這是低對比影像，因為圖2A及12B中之成像相機12-17接收散射輻射反射。圖16B描劃當成像相機光源12-14包含具有使基板16-1能夠發螢光之頻率的雷射時之相同部件。在此組態中，以二向色濾光器取代分光器12-6以反射雷射，及允許返回螢光以到達檢測相機12-17。此外，阻隔濾光器12-26被插入在透鏡12-16前面，以防止任何反射雷射光到達成像相機12-17，及確保只有從有機表面發出的螢光到達成像相機12-17。當基板16-1為不透明的時，及當基板16-1完整無缺時，未接收來自任何較低層的螢光。圖16B圖示具有明亮基板16-1及黑暗導體16-2之最後螢光影像。改良的高對比影像容易識別諸如缺陷16-3、16-4、及16-5等缺陷。然而，應明白在此種裝置中使用螢光被侷限於不透明有機基板的表面上之非螢光導體的檢測，因為自動對焦設備假設在紅外線中所測量之所有高度變化為有機基板的頂表面上之高度變化的結果。若 自動對焦設備將用於透明層上，則對焦設備無法決定哪些特徵在頂層上，及可能對焦在不正確的層上。同樣重要地，注意只要對焦源的波長未包括在由檢測相機12-17所成像之波長範圍內，則可使用不在紅外光帶中之對焦波長。現在將明白，此處所揭示之自動對焦設備符合為成像相機提供準確對焦位置的目的，其保證成像相機視域中的整個影像將對焦。而且，在不違背本發明的精神及範疇之下，可實施本發明之被揭示的及其他實施例，及可實現本發明的任何或所有優勢。因此，附錄的申請專利範圍意在涵蓋如落在本發明的真正精神及範疇內之所有此種變化。
A‧‧‧條狀
B‧‧‧條狀
1-1‧‧‧部件
1-2‧‧‧掃描方向
1-3‧‧‧箭頭
1-5‧‧‧頂部
1-6‧‧‧底部
1-7‧‧‧箭頭
1-8‧‧‧箭頭
2-1‧‧‧相機
3-1‧‧‧波浪部件
3-2‧‧‧成像光學儀器
3-3‧‧‧成像相機
3-4‧‧‧光學景深
4-1‧‧‧光學來源
4-2‧‧‧照明光束
4-3‧‧‧位置感測器
4-4‧‧‧箭頭
4-5‧‧‧光學射束
4-6‧‧‧部件
4-7‧‧‧景深
5-1‧‧‧位置感測器
5-3‧‧‧表面
5-4‧‧‧表面
5-5‧‧‧表面
6-1‧‧‧光學射束
6-2‧‧‧材料
6-3‧‧‧照明光點
6-4‧‧‧對稱型束
6-5‧‧‧感測器
6-6‧‧‧部件
6-7‧‧‧較低強度空間對稱光點
6-8‧‧‧距離
7-1‧‧‧成像相機
7-2‧‧‧成像光學儀器
7-3‧‧‧Z軸
7-4‧‧‧部件
8-1‧‧‧箭頭
9-1‧‧‧成像光學儀器
9-2‧‧‧下表面
9-3‧‧‧上表面
9-4‧‧‧位置
10-1‧‧‧透鏡
10-2‧‧‧透鏡
11-1‧‧‧光學
11-2‧‧‧下表面
11-3‧‧‧上表面
12-1‧‧‧可見光
12-2‧‧‧紅外光束
12-3‧‧‧對焦照明源
12-4‧‧‧透鏡
12-5‧‧‧圓柱透鏡
12-6‧‧‧分光器
12-7‧‧‧二向色鏡
12-8‧‧‧透鏡
12-9‧‧‧線
12-10‧‧‧上表面
12-11‧‧‧部件
12-12‧‧‧透鏡
12-13‧‧‧相機
12-14‧‧‧照明源
12-15‧‧‧分光器
12-16‧‧‧透鏡
12-17‧‧‧檢測相機
12-18‧‧‧光學鏡頭
12-19‧‧‧對焦處理器
12-20‧‧‧線
12-21‧‧‧線
12-22‧‧‧線
12-23‧‧‧精密線性電動機
12-24‧‧‧精密Z軸電動機
12-25‧‧‧萬用型電腦
12-26‧‧‧雷射阻隔濾光器
12-30‧‧‧第二光學路徑
12-31‧‧‧第二照明源
12-32‧‧‧準直透鏡
12-33‧‧‧圓柱透鏡
13-1‧‧‧線型光束
13-2‧‧‧光學透鏡
13-3‧‧‧頂表面
13-3’‧‧‧線
13-4‧‧‧頂表面
13-4’‧‧‧線
13-5‧‧‧頂表面
13-5’‧‧‧線
13-6‧‧‧相機
13-7‧‧‧箭頭
14-1‧‧‧光學透鏡
14-2‧‧‧景深
14-3‧‧‧相機
14-4‧‧‧上區
14-5‧‧‧下區
14-6‧‧‧高度位置
14-7‧‧‧位置
14-8‧‧‧箭頭
15-1‧‧‧成像相機視域
15-2‧‧‧視域
15-3‧‧‧掃描對焦線
15-4‧‧‧對焦線
15-5‧‧‧對焦線
16-1‧‧‧不透明有機基板
16-2‧‧‧間隔平行銅導體
16-3‧‧‧缺陷
16-4‧‧‧缺陷
16-5‧‧‧缺陷
附錄的申請專利範圍特別指出及清楚主張本發明的主題。從閱讀下面連同附圖的詳細說明將可更完整瞭解本發明的各種目的、有利點、及新穎特徵，在附圖中，相同參考號碼意指相同部件，及在附圖中：圖1為具有表面高度變化之檢測用部件的一部分圖；圖2為習知技術自動對焦方法圖；圖3為具有傾斜的波浪部件圖；圖4為結合三角測量之習知技術光學檢測系統圖；圖5係用於瞭解本發明；圖6包括圖6A、6B、及6C，及用於瞭解習知技術光學檢測系統的限制；圖7係用於瞭解習知技術光學檢測系統的另一限制； 圖8至11係用於瞭解本發明；圖12A及12B為本發明的兩實施例之方塊圖；圖13及14係用於瞭解圖12A之設備的第一實施例之操作；圖15係用於瞭解圖12A之設備的第二實施例之操作；以及圖16為藉由習知技術設備及本發明之設備所拍攝的檢測影像之相片。

Claims (26)

  1. 一種檢測部件之方法，係藉由以具有有著固定解析度和景深的成像光學儀器之成像相機拍攝該部件的不同像場之複數個影像，其中，該部件的表面之特徵為給定像場內的高度變化，並且其中，該成像光學儀器的景深具有一值，使得在該給定像場中的任一點上之對焦不保證整個對應的影像將對焦，該方法包含以下步驟：A)在給定像場的多個位置中取樣該部件表面的該高度，其中，該取樣間隔足夠小，以決定該像場中之該表面的高度變化範圍，B)依據給定像場的該等取樣高度，決定用於各個影像的該成像光學儀器或成像相機之對焦位置，使得該像場中之相關所有表面將在該成像光學儀器的該景深內，以及C)將該成像光學儀器移動到該給定像場的該對焦位置，藉此該影像將對焦在該像場各處。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該成像相機在掃描方向上掃描該部件的該表面，且調整該等影像的尺寸，藉此該影像中之高度變化範圍將在該成像光學儀器的該景深內。
  3. 根據申請專利範圍第2項之方法，其中，該成像相機沿著最大寬度的鄰近平行長條掃描該電子部件，且該尺寸縮減改變將藉由該成像相機所獲得之該影像的寬度，藉此該長條中之高度變化範圍將在該成像光學儀器的該景深內。
  4. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該成像相機包括線性電荷耦合裝置。
  5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該成像相機包括時間延遲及整合式電荷耦合裝置。
  6. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該取樣包括以第一頻率照明該部件，及該成像相機以未干擾該第一頻率之第二頻率回應於照度。
  7. 根據申請專利範圍第6項之方法，其中，該第一頻率是在該紅外光帶中。
  8. 根據申請專利範圍第7項之方法，其中，該第二頻率是在該可見光帶中。
  9. 根據申請專利範圍第7項之方法，其中，該部件包括不透明材料的基板，且該第二頻率是在使該不透明材料發出螢光之頻帶中。
  10. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該取樣包括記錄在該影像相機視域內所拍攝的高度測量。
  11. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，在掃描操作期間，該取樣包括記錄在該影像相機視域之前的高度測量。
  12. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中，沿著掃描軸在掃描操作期間拍攝該等影像，且該取樣包括記錄沿著該掃描軸之連續位置的每一者之垂直於該掃描方向之一組高度測量，及該對焦位置決定包括處理該等記錄的高度測量中的至少一組。
  13. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中，沿著掃描軸在掃描操作期間拍攝該等影像，且該取樣包括記錄沿著該掃描軸之連續位置的每一者之垂直於該掃描方向之一組高度測量，及該對焦位置決定包括處理來自複數個相鄰幾組的該記錄的高度測量之該等高度測量。
  14. 一種檢測部件之設備，係藉由以具有有著固定解析度和景深的成像光學儀器之成像相機拍攝該部件的不同像場之複數個影像，其中，該部件的表面之特徵為給定像場內的高度變化，並且其中，該成像光學儀器的景深具有一值，使得在該給定像場中的任一點上之對焦不保證整個對應的影像將對焦，該設備包含：A)取樣機構，用以在給定像場的多個位置中取樣該部件表面的該高度，其中，該取樣間隔足夠小，以決定該像場中之該表面的高度變化範圍，B)決定機構，依據來自該取樣機構之給定像場的該等取樣高度，決定用於各個影像的該成像光學儀器或成像相機之對焦位置，使得該像場中之相關的所有表面將在該成像光學儀器的該景深內，以及C)移動機構，用以將該成像光學儀器或成像相機移動到該給定像場的該對焦位置，藉此該影像將對焦在該像場各處。
  15. 根據申請專利範圍第14項之設備，其中，該成像相機在掃描方向上掃描該部件的該表面，及另包含調整機構，該調整機構調整該等影像的尺寸，藉此該影像中之 高度變化範圍將在該成像光學儀器的該景深內。
  16. 根據申請專利範圍第15項之設備，其中，該成像相機沿著最大寬度的鄰近平行長條掃描該電子部件，且該尺寸縮減機構改變將藉由該成像相機所獲得之該影像的寬度，藉此該長條中之高度變化範圍將在該成像光學儀器的該景深內。
  17. 根據申請專利範圍第14項之設備，其中，該成像相機包括線性電荷耦合裝置。
  18. 根據申請專利範圍第14項之設備，其中，該成像相機包括時間延遲及整合式電荷耦合裝置。
  19. 根據申請專利範圍第14項之設備，其中，該取樣機構包括照明機構，用於以第一頻率照明該部件，且該成像相機以未干擾該第一頻率之第二頻率回應於照度。
  20. 根據申請專利範圍第19項之設備，其中，該第一頻率是在該紅外光帶中。
  21. 根據申請專利範圍第20項之設備，其中，該第二頻率是在該可見光帶中。
  22. 根據申請專利範圍第19項之設備，其中，該部件包括不透明材料的基板，且該第二頻率是在使該不透明材料發出螢光之頻帶中。
  23. 根據申請專利範圍第14項之設備，其中，該取樣機構包括記錄機構，用以記錄在該影像相機視域內所拍攝的高度測量。
  24. 根據申請專利範圍第14項之設備，其中，在掃 描操作期間，該取樣包括記錄機構，用以記錄在該影像相機視域之前的高度測量。
  25. 根據申請專利範圍第24項之設備，其中，沿著掃描軸在掃描操作期間拍攝該等影像，且該取樣機構包括記錄機構，該記錄機構記錄沿著該掃描軸之連續位置的每一者之垂直於該掃描方向之一組高度測量，及該對焦位置決定機構包括處理機構，該處理機構處理該等記錄的高度測量中之至少一組。
  26. 根據申請專利範圍第24項之設備，其中，沿著掃描軸在掃描操作期間拍攝該等影像，且該取樣機構包括記錄機構，該記錄機構記錄沿著該掃描軸之連續位置的每一者之垂直於該掃描方向之一組高度測量，及該對焦位置決定機構包括處理機構，該處理機構處理來自複數個相鄰幾組的該記錄的高度測量之該等高度測量。
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