TW201502500A - 用於光學檢測的照明系統及使用其之檢測系統、檢測方法 - Google Patents

Abstract

本案係揭露一種用於光學檢測的照明系統及使用其之檢測系統、檢測方法，藉由正向投射至檢測區的第一照明光線及斜向投射至檢測區的兩道第二照明光線，以及相對於檢測區來說具有最大入射角的兩道第三照明光線來一起照射檢測區，該第三照明光線包含波長短於該第一照明光線及該第二照明光線的波長段，再藉由彩色線性掃描相機對不同光譜之光學影像資料進行輸出以供缺陷的偵測，以將取得之混合影像分別對各光譜色頻分割，用以分辨電路板上之氧化與灰塵，第三照明光線進一步可加強光學影像中之缺陷的辨別能力，進而降低檢測系統在檢查時的誤判機率。

Description

用於光學檢測的照明系統及使用其之檢測系統、檢測方法

本發明係關於一種光學檢測的相關技術，更特別的是關於一種用於光學檢測的照明系統及使用其之檢測系統、檢測方法。

光源系統在自動光學檢測(AOI)上係扮演著舉足輕重的腳色。舉例來說，在液晶顯示器、半導體積體電路之晶片以及相關電路的製造過程中皆須經過精密的自動光學檢測。

一種針對電路基板上之導線的缺陷狀況檢測係屬自動光學檢測上的一環，傳統上係使檢測光線對待測物進行正向照射，由於導線一般係採用金屬材料(例如：銅材料)，因此具高反射能力，藉著正向方向之該照射光的反射光有無來判斷導線是否有發生斷裂或斷開等的缺陷。

然而此種方法往往在金屬導線上沾有灰塵或其他附著物時，因該等附著物會對正向入射之照射光產生散射的現象，使得該等附著物底下之金屬導線無法將正向入射之照射光反射回去，進而造成沾有該等附著物之導線具有缺陷之誤判情況，也造成後續之進一步檢測時的處理成本。

本發明之一目的在於藉由照明系統的特殊配置來快速取得待測物的缺陷狀況。

本發明之另一目的在於降低檢測系統之誤判情況。

本發明之再一目的在於可使檢測系統提供可供快速辨別光學影像中之氧化區域及灰塵的影像資料。

為達上述目的及其他目的，本發明提出一種用於光學檢測的照明系統，係對一檢測區提供照明光線，包含：第一光源組，係產生自該檢測區上方正向投射至該檢測區之具第一照明光線；第二光源組，係用以產生兩道第二照明光線，該二第二照明光線係分別產生自該檢測區上方且斜向投射至該檢測區；及第三光源組，係用以產生兩道第三照明光線，該二第三照明光線係分別產生自該檢測區上方斜向投射至該檢測區，其中，該第三照明光線入射至該檢測區的入射角係大於該第二照明光線的入射角，該第三照明光線係包含波長短於該第一照明光線及該第二照明光線的波長段。

為達上述目的及其他目的，本發明復提出一種光學檢測系統，係包含前所述之照明系統及一影像擷取裝置，該影像擷取裝置係配置於檢測區的上方，用以擷取該照明系統之第一至第三光源組投射至該檢測區後的反射光線，以對該檢測區進行光學檢測。

為達上述目的及其他目的，本發明復提出一種光學檢測方法，係使用如前所述之光學檢測系統，以進行待測物位於檢測區中的光學檢測，包含以下步驟：使第一至第三光源組之第一至第三照射光線投射至該檢測區中的該待測物上；彩色掃描相機產生所擷取到之包含第一波長段及第二波長段之 波長的影像資料；進行第一次判定步驟，根據該第一波長段的影像資料判定是否有代表缺陷的暗部，於判定結果為「否」時產生該檢測區檢測正常的檢測結果，以及於判定結果為「是」時進入第二次判定步驟；及進行第二次判定步驟，根據該第二波長段的影像資料判定於該第一波長段的影像資料中被第一次判定步驟判定為缺陷的暗部處是否仍為暗部，於判定結果為「是」時產生該暗部處係為缺陷的檢測結果，以及判定結果為「否」時產生該第一次判定步驟中所判定之該暗部處係為不具有缺陷的檢測結果。

於本發明之一實施例中，該第一波長段的影像資料係為該紅光波長段的影像資料，該第二波長段的影像資料係為該藍光波長段的影像資料。

於本發明之一實施例中，該第三照明光線係為僅具有藍光波長段的照明光線。

於本發明之一實施例中，該第二光源組之兩道照明光線的光路徑相對於該檢測區之中央係互相對稱，及該第三光源組各別之兩道照明光線的光路徑相對於該檢測區之中央係互相對稱。

於本發明之一實施例中，該第一至第三光源組係透過LED線性光源或光纖線性光源產生對應之照明光線。

藉此，本發明係提供一種利用高速之彩色線性掃描相機，其係搭配不同角度之照明光線及不同波長段之光線的分析，不但可用以分辨電路板上之氧化與灰塵或其他基材上之缺陷，更可降低系統在檢查時的誤判機率。

100‧‧‧第一光源組

102‧‧‧第一光源

104‧‧‧第一光源組之第二光學元件

106‧‧‧第一光學元件

110‧‧‧第一照明光線

200‧‧‧第二光源組

202‧‧‧第二光源

204‧‧‧第二光源組之第二光學元件

210‧‧‧第二照明光線

300‧‧‧第三光源組

302‧‧‧第三光源

304‧‧‧第三光源組之第二光學元件

308‧‧‧藍光波長段濾光元件

310‧‧‧第三照明光線

500‧‧‧檢測區

600‧‧‧影像擷取裝置

701‧‧‧背景材料

702‧‧‧缺陷

703‧‧‧銅線區

801‧‧‧背景材料

802‧‧‧灰塵微粒

803‧‧‧銅線區

804‧‧‧銅面區

901‧‧‧背景材料

902‧‧‧氧化區域

903‧‧‧銅面區

S10~S42‧‧‧步驟

第1圖係本發明一實施例中之檢測系統的系統示意圖。

第2圖係本發明一實施例中之檢測系統的細部系統示意圖。

第3圖係本發明一實施例中之光學檢測方法的流程圖。

第4a圖係於紅光波長段下之銅線斷開的影像擷取資料。

第4b圖係於藍光波長段下之銅線斷開的影像擷取資料。

第5a圖係於紅光波長段下之銅線上具有灰塵的影像擷取資料。

第5b圖係於藍光波長段下之銅線上具有灰塵的影像擷取資料。

第6a圖係於紅光波長段下之銅線上具有氧化區域的影像擷取資料。

第6b圖係於藍光波長段下之銅線上具有氧化區域的影像擷取資料。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後

本發明係使用照射在一待測物(例如電路基板)上之三組安排在不同照射角度之光源組以及藉由不同波長段之反射光線的取用，以偵測出缺陷，並可加強光學影像中之氧化區域與灰塵的辨別，減少取像系統之誤判機率。

首先請參閱第1圖，係本發明一實施例中之檢測系統的系統示意圖。本發明此實施例中用於光學檢測的照明系統，係用以對一檢測區500提供照明光線，該照明系統包含：第一光源組100、第二光源組200及第三光源組300。該照明系統藉由對該檢測區500之照明，使得包含有該照明系統及影像擷取裝置600之光學檢測系統可透過影像擷取裝置600藉由該照明系統之第一至第三光源組100~300投射至該檢測區500後之反射光線的擷取，而可對該檢測區500進行光學檢測。

第一光源組100係用以產生自該檢測區500上方正向投射至該檢測區500之第一照明光線110，該第一照明光線110係可為僅具有第一波長段的光線或是包含有該第一波長段的光線(例如白光)。

第二光源組200係用以產生兩道第二照明光線210，各該第二照明光線210係自該檢測區500上方斜向投射至該檢測區500。其中，第二照明光線210係可為僅具有該第一波長段的光線或是包含有該第一波長段的光線(例如白光)。其中，第一光源組100及第二光源組200之照明光線具有的該第一波長段較佳係為紅光波長段。

第三光源組300係用以產生兩道第三照明光線310，各該第三照明光線310係自該檢測區500上方斜向投射至該檢測區500。其中，第三照明光線310入射至該檢測區500的入射角係大於該第二照明光線210的入射角，以及，該第三照明光線310係包含波長短於該第一照明光線110及該第二照明光線210的波長段。其中，第三照明光線310較佳係為僅具有藍光波長段的照明光線，而該第三照明光線310入射至該檢測區500的入射角較佳則是為60度至80度，所指之入射角係照明光線310與該檢測區500上之法線的夾角。

如第1圖所示，該第三光源組300之第三照明光線310入射至該檢測區500的入射角係大於該第二光源組200之第二照明光線210的入射角。所指之入射角係照明光線與該檢測區500上之法線的夾角。此外，就該第二光源組200及該第三光源組300相對於該檢測區500之安排上，此二光源組200、300較佳係對稱於該檢測區500上之法線而呈現互相對稱的配置方式。以該檢測區500為基準點來說，在第1圖所示例之第一光源組100的配置位置係高於該第二光源組200及該第三光源組300，然熟悉該項技術者應了解的是此僅為一種 示例而並非為一種限制，任何可斜向入射至該檢測區500的光源組皆可做為第二光源組200或第三光源組300。

接著請參閱第2圖，係本發明一實施例中之檢測系統的細部系統示意圖。第2圖係以細部之配置架構來描述，熟悉該項技術者應了解的是其係為一種示例而非為一種限制，任何其他可滿足本發明所述之光線條件的配置裝置或系統皆不背離本發明的技術範疇。

如第2圖所示，該第一光源組100可包含：第一光源102、第一光學元件106及第二光學元件104。如前所述，第一光源102可提供包含紅光波長段或僅具紅光波長段的照明光線，舉例來說，該第一光源102可直接為一紅光產生器，或者是為一白光產生器而另搭配濾光元件的方式，以達成具有該紅光波長段之照明光線的提供。

本發明後述之第二光源組200及第三光源組300亦皆會各使用到相同的一第二光學元件104，於接下來的描述中係以相同之名詞來定義之，而於圖式中則以不同之元件符號來區分之。該第一光源組100之第一光學元件106係配置於該檢測區500上方，用以將該第一光源102之輸出的光線導向該檢測區500以成為正向投射之第一照明光線110。第二光學元件104係配置於該第一光源102之光輸出端，用以將該第一光源102之輸出光線匯聚至該檢測區500上。其中，該第一光學元件106例如可採用半反射半穿透式的光學元件或其他可達成同樣功能之光學元件；該第二光學元件104、204、304例如可採用具不連續聚光曲面的光學元件、兩個各自以不連續曲面相接合的菲涅爾(Fresnel)透鏡組或其他可達成同樣功能之光學元件。

如第2圖所示，該第二光源組200可包含：兩個第二光源202 及兩個第二光學元件204。第二光源202如前所述可採用白光產生器。第二光學元件204係配置於各該第二光源202之光輸出端，用以將各該第二光源202之輸出光線匯聚至該檢測區500上。此外，該第二光源組200亦可利用濾光元件來使出射光僅具有紅光的波長段(圖未示)。

如第2圖所示，該第三光源組300可包含：兩個第三光源302、兩個第三光學元件304及兩個藍光波長段濾光元件308。第三光源302如前所述可採用白光產生器。第二光學元件304係配置於各該第三光源302之光輸出端，用以將各該第三光源302之輸出光線匯聚至該檢測區500上。藍光波長段濾光元件308係為一較佳實施態樣下之配置，於實際實施時，係只要第三照明光線310所包含的波長中，具有短於第一照明光線110及第二照明光線210之波長段的波長，即可完成本發明之照明系統的配置；又甚至是，採用直接輸出藍光波長段的光源作為第三光源302，如此即不須再加入藍光波長段濾光元件308。第二光學元件304配置於該第三光源302之光輸出端，用以將該第三光源302之輸出光線匯聚至該檢測區500上。於較佳實施態樣下，兩個藍光波長段濾光元件308係配置於對應之第三光源302與第二光學元件304之間，以將該第三光源302之輸出光線濾波為僅具有藍光波長段的第三照明光線310。

接著請參閱第3圖，係本發明一實施例中之光學檢測方法的流程圖，以進行待測物位於檢測區中的光學檢測。

首先，步驟S10：使第一至第三光源組之照射光線照射至檢測區，其係使第一至第三光源組之第一至第三照射光線投射至該檢測區中的該待測物上。

接著，步驟S20：影像資料的擷取，該彩色掃描相機產生所擷取 到之包含第一波長段及第二波長段之波長的影像資料。

接著，步驟S30：進行第一次判定步驟，其係根據該第一波長段的影像資料判定是否有代表缺陷的暗部，於該第一波長段的影像資料不具有代表缺陷的暗部時(即，判定結果為「否」時)產生該檢測區檢測正常的檢測結果，進入步驟S32之判定為無缺陷，以及於該第一波長段的影像資料具有代表缺陷的暗部時(即，判定結果為「是」時)進入步驟S40。

接著，步驟S40：進行第二次判定步驟，其係根據該第二波長段的影像資料判定於該第一波長段的影像資料中被第一次判定步驟S30判定為缺陷的暗部處是否仍為暗部，於仍為暗部時(即，判定結果為「是」時)產生該暗部處係為缺陷的檢測結果(步驟S42)，以及非為暗部而為亮部時(即，判定結果為「否」時)產生該第一次判定步驟中所判定之該暗部處係為不具有缺陷的檢測結果而進入步驟S32之判定為無缺陷。

於一實施例中，包含照明系統及影像擷取裝置600之光學檢測系統中，該影像擷取裝置600係為一種彩色掃描相機(例如可為線性彩色相機)，該彩色掃描相機所擷取之一幅影像資料中係包含紅光波長段、綠光波長段及藍光波長段的影像資料，進而透過該彩色掃描相機所擷取到之該影像資料係為紅光波長段、綠光波長段及藍光波長段的影像資料，其中該第一波長段的影像資料係為該紅光波長段的影像資料，該第二波長段的影像資料係為該藍光波長段的影像資料。

接著將以該第一波長段及影像資料分別為該紅光波長段及該紅光波長段的影像資料，該第二波長段及影像資料分別為該藍光波長段及該藍光波長段的影像資料為例作一實際說明。其中，該影像擷取裝置600係採用高速 之彩色線掃描相機。

接著，請同時參閱第4a圖及第4b圖，第4a圖係於紅光波長段下之銅線斷開的影像擷取資料；第4b圖係於藍光波長段下之銅線斷開的影像擷取資料。首先，第一次判定步驟，第4a圖係為經彩色線掃描相機取得混合影像後再將此混合影像分割出其中之R Chanel的影像資料。第4a圖中可見銅線區703為發亮之區域，而背景材料701為黑暗之區域。缺陷702剛好位處在銅線區703之上，是為暗之區域。一般檢測系統會認為缺陷702因為不發光，即是代表此區域的銅線發生斷開，所以光線到達此處之後沒有反射的光線進到彩色線掃描相機中。然而，再進行第二次判定步驟，第4b圖係為經彩色線掃描相機取得混合影像後再將此混合影像分割出其中之B Chanel的影像資料。第4b圖中可見銅線區703仍為發亮之區域，而背景材料701仍為暗之區域。缺陷702剛好座落在銅線區703之上，也是為暗之區域，更可以確認其是真的銅線斷開，是為真的缺陷。據此，第二次判定步驟中因有僅具第二波段的照明光線之輔佐，可提升本發明之檢測系統的辨識精準度。

接著，請同時參閱第5a圖及第5b圖，第5a圖係於紅光波長段下之銅線上具有灰塵的影像擷取資料；第5b圖係於藍光波長段下之銅線上具有灰塵的影像擷取資料。第5a圖係為經彩色線掃描相機取得混合影像後再將此混合影像分割出其中之R Chanel的影像資料。第5a圖中可見銅線區803與銅面區804為發亮之區域，而背景材料801為黑暗之區域。灰塵微粒802剛好位處在銅線區803之上，而且其亮度與銅線區之高度相比是為較暗之區域，如果單單僅是看R Chanel的影像是無法辨別出是否為假缺陷的。因此，再進行第二次判定步驟，第5b 圖為係經彩色線掃描相機取得混合影像後再將此混合影像分割出其中之B Chanel的影像資料。第5b圖中可見銅線區803與銅面區804為發亮之區域，而背景材料801為黑暗之區域。灰塵微粒802剛好位處在銅線區803之上，則是為發亮之區域。此乃由於本發明之混合光源架構在低角度之處(具有較大之入射角)是通過一藍色濾光元件，經由此低角度之藍光可將此灰塵打亮(藍光波長較短，散射情況更為顯著)，於是造成與R Chanel間的強烈對比，據此，經由R Chanel與B Chanel兩張影像資料之比對，即可知此為假缺陷(灰塵)。是故，第二次判定步驟中因有僅具第二波段的照明光線之輔佐，灰塵微粒使入射光線散射的現象係可增進本發明之檢測系統的辨識精準度。

接著，請同時參閱第6a圖及第6b圖，第6a圖係於紅光波長段下之銅線上具有氧化區域的影像擷取資料；第6b圖係於藍光波長段下之銅線上具有氧化區域的影像擷取資料。第6a圖係經彩色線掃描相機取得的混合影像後再將此混合影像分割出其中之R Chanel的影像資料。第6a圖中可見銅面區903為發亮之區域，而背景材料901為黑暗之區域。氧化區域902位處在銅面區903之上，是為灰色之區域。如果單單僅是看R Chanel來判斷，則是會認為此區域即為缺陷。因此，再進行第二次判定步驟，第6b圖係經彩色線掃描相機取得的混合影像後再將此混合影像分割出其中之B Chanel的影像資料。第6b圖中可見銅面區903為發亮之區域，而背景材料901為黑暗之區域。而氧化區域902位處在銅面區903之上，由於其係與銅面區903之亮度接近，據此，經由R Chanel與B Chanel兩張影像資料之比對，即可知此為假缺 陷(氧化)，非銅面區903真的具有斷開現象。

本發明之該等第二光學元件104、204、304例如可採用具不連續聚光曲面的光學元件、兩個各自以不連續曲面相接合的菲涅爾(Fresnel)透鏡組或其他可達成同樣功能之光學元件。

綜上所述，本發明利用高速之彩色線性掃描相機，其係搭配不同角度之照明光線及不同波長段之光線的分析，不但可用以分辨電路板上之氧化與灰塵或其他基材上之缺陷，更可降低系統在檢查時的誤判機率。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧第一光源組

110‧‧‧第一照明光線

200‧‧‧第二光源組

210‧‧‧第二照明光線

300‧‧‧第三光源組

310‧‧‧第三照明光線

500‧‧‧檢測區

600‧‧‧影像擷取裝置

Claims (12)

1. 一種用於光學檢測的照明系統，係對一檢測區提供照明光線，包含：第一光源組，係產生自該檢測區上方正向投射至該檢測區之具第一照明光線；第二光源組，係用以產生兩道第二照明光線，該二第二照明光線係分別產生自該檢測區上方且斜向投射至該檢測區；及第三光源組，係用以產生兩道第三照明光線，該二第三照明光線係分別產生自該檢測區上方斜向投射至該檢測區，其中，該第三照明光線入射至該檢測區的入射角係大於該第二照明光線的入射角，該第三照明光線係包含波長短於該第一照明光線及該第二照明光線的波長段。
2. 如申請專利範圍第1項所述之照明系統，其中該第三照明光線係為僅具有藍光波長段的照明光線。
3. 如申請專利範圍第2項所述之照明系統，其中該第二光源組之兩道照明光線的光路徑相對於該檢測區之中央係互相對稱，及該第三光源組各別之兩道照明光線的光路徑相對於該檢測區之中央係互相對稱。
4. 如申請專利範圍第2項所述之照明系統，其中該第三照明光線入射至該檢測區的入射角係為60度至80度。
5. 如申請專利範圍第3項所述之照明系統，其中該第一及第二照明光線係為僅具有紅光波長段的照明光線。
6. 如申請專利範圍第3項所述之照明系統，其中該第一至第三光源組係透過IED線性光源或光纖線性光源產生對應之照明光線。
7. 如申請專利範圍第3項所述之照明系統，其中，該第一光源組包含：第一光源，第一光學元件，係配置於該檢測區上方，以將該第一光源之輸出光線導向該檢測區；及第二光學元件，係配置於該第一光源之光輸出端，以將該第一光源之輸出光線匯聚至該檢測區；該第二光源組包含：兩個第二光源；及兩個第二光學元件，係分別配置於各該第二光源之光輸出端，以將各該第二光源之輸出光線匯聚至該檢測區；及該第三光源組包含：兩個第三光源；兩個第三光學元件，係分別配置於各該第三光源之光輸出端，以將各該第三光源之輸出光線匯聚至該檢測區；及兩個藍光波長段濾光元件，係配置於各該第三光源與各該第三光學元件之間，以將該第三光源之輸出光線濾波為僅具有該藍光波長段的照明光線。
8. 如申請專利範圍第3項所述之照明系統，其中，該第一光源組包含：第一光源；第一光學元件，係配置於該檢測區上方，以將該第一光源之輸出 光線導向該檢測區；及第二光學元件，係配置於該第一光源之光輸出端，以將該第一光源之輸出光線匯聚至該檢測區；該第二光源組包含：兩個第二光源；及兩個第二光學元件，係分別配置於各該第二光源之光輸出端，以將各該第二光源之輸出光線匯聚至該檢測區；及該第三光源組包含：兩個第三光源；及兩個第三光學元件，係分別配置於各該第三光源之光輸出端，以將各該第三光源之輸出光線匯聚至該檢測區；其中該二第三光源之輸出光線係為僅具有該藍光波長段的照明光線。
9. 一種光學檢測系統，係包含一影像擷取裝置及如申請專利範圍第1-8項中任一項所述之照明系統，該影像擷取裝置係配置於檢測區的上方，用以擷取該照明系統之第一至第三光源組投射至該檢測區後的反射光線，以對該檢測區進行光學檢測。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學檢測系統，其中該影像擷取裝置係為一彩色掃描相機，該彩色掃描相機所擷取之一幅影像資料中係包含紅光波長段、綠光波長段及藍光波長段的影像資料。
11. 一種光學檢測方法，係使用如申請專利範圍第9項所述之光學檢測系統，以進行待測物位於檢測區中的光學檢測，包含以下步驟： 使第一至第三光源組之第一至第三照射光線投射至該檢測區中的該待測物上；彩色掃描相機產生所擷取到之包含第一波長段及第二波長段之波長的影像資料；進行第一次判定步驟，根據該第一波長段的影像資料判定是否有代表缺陷的暗部，於判定結果為「否」時產生該檢測區檢測正常的檢測結果，以及於判定結果為「是」時進入第二次判定步驟；及進行第二次判定步驟，根據該第二波長段的影像資料判定於該第一波長段的影像資料中被第一次判定步驟判定為缺陷的暗部處是否仍為暗部，於判定結果為「是」產生該暗部處係為缺陷的檢測結果，以及判定結果為「否」時產生該第一次判定步驟中所判定之該暗部處係為不具有缺陷的檢測結果。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光學檢測方法，其中該第一波長段的影像資料係為紅光波長段的影像資料，該第二波長段的影像資料係為藍光波長段的影像資料。