专利名称：光学式金属辨别装置及其方法
技术领域：
本发明是关于一种光学式金属辨别装置及方法，特别是关于一种可根据金属对窄带光的反射率的差异，辨别该金属种类的光学式金属辨别装置及方法。
背景技术：
目前印刷电路板的缺陷检测主要是采用反射式白光影像检测法及反射式荧光影像检测法两种。反射式白光影像检测法是以白光(White Light)照射在印刷电路板上，并利用光感应检测器获取印刷电路板的金属导线的反射光信号，再经由影像处理该反射光信号而成为反射影像。而荧光影像检测法则是利用一激光激发该印刷电路板的非金属导线部分的有机荧光基材，配合光学滤光片将激发激光滤除，再以影像传感器获取由激光激发的荧光(Laser InducedF1uorescence，LIF)影像。该影像传感器所获取的灰阶影像先经由二值化处理后，再经过影像辨别软件的辨别而获得电路缺陷信息。
已知的荧光检测法虽可取得有机荧光基材的荧光信号，但由于金属线材无法产生荧光信号，因此荧光检测法无法辨别金属线材。反射式白光检测法虽然可获取金属线材的反射光信号，但由于不同金属对于白光的光学反射率差异性并不大，因而也无法有效地辨别不同金属线材。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种光学式金属辨别装置及方法，其可根据金属对一窄带光的反射率差异辨别该金属的种类。
为达到上述目的，本发明提供一种光学式金属辨别装置，其包含一可承载一待测样品的载台、一可产生至少一窄带光的光源模块、一用于将该窄带光聚焦于该待测样品上的透镜组、一用于获取该窄带光经该待测样品反射后的反射光强度的光传感器，以及一用于辨别该待测样品所包含的金属种类的处理单元。
该处理单元可包含一影像辨别软件，其根据该窄带光经该待测样品反射后的反射光强度辨别该待测样品所包含的金属种类。该光源模块可为一激光源、一发光二极管或以一白光光源加上一适当滤光片构成，其中该白光光源可为水银灯、卤素灯、金属卤素灯或氙气灯等。该窄带光的频宽以小于20nm较好，最好小于5nm。
本发明的光学式金属辨别方法包含将该第一窄带光以一第一入射角照射在该待测样品上，并获取该第一窄带光在该第一入射角的反射光强度。之后，根据该第一窄带光的反射光强度辨别该待测样品所包含的金属种类。
本发明的光学式金属辨别方法还可包含将该第一窄带光以一第二入射角照射于该待测样品，并获取该第一窄带光在该第二入射角经该待测样品反射后的反射光强度。之后，根据该第一窄带光在该第一入射角与该第二入射角的反射光强度的差值辨别该待测样品所包含的金属种类。
本发明的光学式金属辨别方法还可包含将一第二窄带光以该第一入射角照射于该待测样品上，并获取该第二窄带光于该第一入射角的反射光强度。之后，根据该第一窄带光的反射光强度与该第二窄带光的反射光强度的差值辨别该待测样品所包含的金属种类。
与现有技术相比，本发明的光学式金属辨别装置及方法是利用金属对窄带光的反射率差异来辨别金属的种类。由于金属对一窄带光的反射率差异远大于对白光的反射率差异，因此本发明应用于印刷电路上时可有效地提高印刷电路板的金属线材的辨别能力。
此外，在于100℃加热一天之后，测量了测试晶胞的电压保持率。
表2电压保持率
注所给出的值为各种情况下两组测试晶胞测量结果的平均值。
对照实施例
图2示例数种金属的反射率与波长的关系。如图2所示，金与铝对波长为400nm的窄带光的反射率分别为36.4％及92.6％。若将该光源模块20产生的窄带光22的中心波长设定为400nm，并设定照射该待测样品12的光强度为E1，而金与铝对该窄带光22的反射率分别为RAu与RAl，则该窄带光22经待测样品12上的金与铝反射后的反射光强度分别为E1×RAu与E1×RAl。若设定一门限光强度为E1×RAu与E1×RAl的平均值，并将反射光强度高于该门限光强度的判定为铝，将反射光强度低于该门限光强度者判定为金。如此，该处理单元40即可根据该光传感器30产生的反射光强度分布影像辨别该预定区域内金与铝的分布情形。亦即，本发明的光学式金属辨别装置10可根据该待测样品12的金属对该窄带光22的反射率的差值辨别该金属的种类。
如上所述，本发明应用于辨别金与铝时，较好的窄带光的中心波长为400nm。然而，若本发明的光学辨别方法应用于辨别其它金属时，则可依据待辨别金属的反射率曲线，选择一个以上的适当窄带光波长让不同金属的反射率具有最大的差异，其中窄带光的波长范围可在紫外光区(190至380nm)、可见光区(380至780nm)和近红外光区(780-2500nm)。简言之，本发明是依据金属对不同波长的反射率曲线，选择一个以上的适当窄带光波长让不同金属的反射率具有最大的差异。
菲涅尔方程式(Fresnel equation)可表示如下Γ⊥=Er0Ei0=(η2/cosθt)-(η1/cosθi)(η2/cosθt)+(η1/cosθi)]]>Γ//=Er0Ei0=η2cosθt-η1cosθiη2cosθt+η1cosθi]]>其中，Γ、Γ∥分别为垂直极化与平行极化的反射系数；η1、η2分别为介质的本征阻抗；θi、θt则分别为入射光角度与折射光角度。由菲涅尔方程式可知，金属的反射率随着入射角度而改变。本发明的光学式金属辨别装置10还可利用此物理特性辨别金属。首先将该窄带光22以一第一入射角照射于该待测样品12上，并获取该窄带光22在该第一入射角的反射光强度。之后，该窄带光22以一第二入射角照射于该待测样品12上，并获取该窄带光22在该第二入射角的反射光强度。由于金属的反射率随着入射角度而改变，因此该处理单元40可根据该窄带光22在该第一入射角与该第二入射角的反射光强度的差值辨别该待测样品12所包含的金属种类。
本发明还可使用两种不同波长的窄带光来辨别金属的种类。一般而言，一印刷电路板包含由铜构成的金属导线及由金构成的接触垫。本发明以使用中心波长分别为400nm的第一窄带光及中心波长为600nm的第二窄带光较好。若该第一窄带光及该第二窄带光在该印刷电路板的照射光强度分别设定为E400及E600，则该印刷电路板的铜对该第一窄带光及该第二窄带光的反射光强度的差值为ΔRCu＝E600×RCu，600-E400×RCu，400，其中RCu，600、RCu，400是分别为铜对该第一窄带光及该第二窄带光的反射率。同理，该印刷电路板的金对该第一窄带光及该第二窄带光的反射光强度的差值为ΔRAu＝E600×RAu，600-E400×RAu，400，其中RAu，600、RAu，400是分别为金对该第一窄带光及该第二窄带光的反射率。
本发明应用于印刷电路板的金属辨别时，可先以该第一窄带光照射该印刷电路板，并由该光传感器30获取该第一窄带光经该印刷电路板反射后的反射光强度。之后，以第二窄带光照射该印刷电路板，并由该光传感器30获取该第二窄带光经该印刷电路板反射后的反射光强度。若制定一门限光强度为ΔRAu与ΔRCu的平均值，则该处理单元40即可将反射光强度高于该门限光强度者判定为金，而将反射光强度低于该门限光强度者判定为铜。如此，该光学式金属辨别装置10即可辨别该印刷电路板上金与铜的分布区域。
与现有技术相比较，本发明的光学式金属辨别装置及方法是利用金属对窄带光的反射率差异来辨别金属的种类。由于金属对窄带光的反射率差异远大于对白光的反射率差异，因此本发明应用于印刷电路上时可有效地提高印刷电路板的金属线材的辨别能力。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修改，并为本专利申请权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种光学式金属辨别装置，其特征在于其包含一载台，用于承载一待测样品；一光源模块，可产生至少一窄带光；一透镜组，用于将该窄带光聚焦于该待测样品上；一光传感器，用于获取该窄带光经该待测样品反射后的反射光强度；一处理单元，其根据该光传感器获取的光强度辨别该待测样品所包含的金属种类。
2.如权利要求1所述的光学式金属辨别装置，其特征在于所述光源模块可产生一第一窄带光及一第二窄带光，而该第一窄带光与该第二窄带光的中心波长不同。
3.如权利要求1所述的光学式金属辨别装置，其特征在于所述光源模块是由一白光光源加上一适当滤光片构成，而该白光光源可为水银灯、卤素灯、金属卤素灯或氙气灯。
4.如权利要求1所述的光学式金属辨别装置，其特征在于所述光源模块是一发光二极管。
5.如权利要求1所述的光学式金属辨别装置，其特征在于所述光源模块是一激光光源。
6.如权利要求1所述的光学式金属辨别装置，其特征在于所述待测样品可为一包含铜及金的印刷电路板。
7.如权利要求6所述的光学式金属辨别装置，其特征在于所述第一窄带光的中心波长可为400nm，而该第二窄带光的中心波长可为600nm。
8.如权利要求1所述的光学式金属辨别装置，其特征在于所述透镜组可由一聚焦透镜组或一柱型透镜组构成。
9.如权利要求1所述的光学式金属辨别装置，其特征在于所述光传感器可为一电荷耦合感测元件。
10.如权利要求1所述的光学式金属辨别装置，其特征在于所述处理单元可包含一影像辨别软件。
11.一种光学式金属辨别方法，其特征在于其包含下列步骤将一第一窄带光以一第一入射角照射于一待测样品上；获取该第一窄带光在该第一入射角经该待测样品反射后的反射光强度；根据该第一窄带光的反射光强度辨别该待测样品包含的金属种类。
12.如权利要求11所述的光学式金属辨别方法，其特征在于其另包含下列步骤将所述第一窄带光以一第二入射角照射于该待测样品；获取该第一窄带光在该第二入射角经该待测样品反射后的反射光强度；根据该第一窄带光在该第一入射角与该第二入射角的反射光强度的差值辨别该待测样品包含的金属种类。
13.如权利要求11所述的光学式金属辨别方法，其特征在于其另包含下列步骤将一第二窄带光以所述第一入射角照射于该待测样品上；获取该第二窄带光在该第一入射角经该待测样品反射后的反射光强度；根据第一窄带光的反射光强度与该第二窄带光的反射光强度的差值辨别该待测样品的金属种类。
14.如权利要求13所述的光学式金属辨别方法，其特征在于所述第一窄带光的中心波长可为400nm，而该第二窄带光的中心波长可为600nm。
15.如权利要求11所述的光学式金属辨别方法，其特征在于所述待测样品可为一包含铜及金的印刷电路板。
全文摘要
本发明的光学式金属辨别装置包含一可承载一待测样品的载台、一可产生至少一窄带光的光源模块、一用于将该窄带光聚焦于该待测样品上的透镜组、一用于获取该窄带光经该待测样品反射后的反射光强度的光传感器，以及一用于辨别该待测样品所包含的金属种类的处理单元。该待测样品可为一包含铜及金的印刷电路板，而该窄带光的频宽以小于20nm较好，最好是小于5nm。该处理单元可根据该窄带光经该待测样品反射后的反射光强度的差异性，辨别该待测样品所包含的金属种类。
文档编号G01N21/88GK1627060SQ20031012013
公开日2005年6月15日 申请日期2003年12月8日 优先权日2003年12月8日
发明者柯俊宏, 李耀昌, 刘家嵩 申请人:财团法人工业技术研究院