三维形状测量设备的制作方法

专利名称：三维形状测量设备的制作方法
技术领域：
本发明的示例性实施例涉及一种三维形状测量设备。更具体地讲，本发明的示例 性实施例涉及一种通过照射光栅图案光来测量三维形状的三维形状测量设备。
背景技术：
通常，三维形状测量设备将光栅图案光照射到测量目标上并通过光栅图案光拍摄 反射图像，以对测量目标的三维形状进行测量。三维形状测量设备通常包括台、相机、照明 单元、中央处理部，等等。通常，利用三维形状测量设备对测量目标的三维形状进行的测量如下来执行。首先，来自照明单元的光栅图案光入射到布置在台上的测量目标上。光栅图案光 在移动N次的同时入射到测量目标上。此后，相机通过检测被测量目标反射的光栅图案光 来获取N幅图案图像。然后，中央处理部利用N-桶算法从N幅图案图像计算每个位置的高 度。利用所计算的每个位置的高度对测量目标的三维形状进行测量。传统的三维形状测量设备以多个方向照射光栅图案光，以精确地测量三维形状。 可仅仅在为产生光栅图案光而沿着在俯视图中观察时平行于光栅图案光的照射方向移动 光栅图案N次时测量三维形状。因此，传统的光栅图案的移动方向基本上平行于光栅图案 的排列方向，即，基本上垂直于光栅图案的延伸方向。因此当在主视图中观察时，布置在左 侧的光栅单元从左下被移动到右上，布置在右侧的光栅单元从右下被移动到左上。由于难以直接利用一个光栅移动单元执行两个光栅单元的移动，所以按照惯例， 采用了对应于多个方向的独立的光栅移动单元，或者利用诸如反射镜的预定光学系统获得 移动方向。然而，当针对光栅图案光采用独立的光栅移动单元和光学系统时，由于安装多个 光栅移动单元或光学系统，使得制造成本增加，需要独立地控制和管理光栅移动单元或对 光学系统进行管理。

发明内容
本发明示例性实施例提供了一种三维形状测量设备，所述三维形状测量设备能够 降低制造成本并容易被管理。本发明示例性实施例还提供了一种板检查设备，所述板检查设备能够降低制造成 本，使照明部变小，增强检查精度并简化控制。本发明示例性实施例还提供了一种使用板检查设备检查板的板检查方法。在下面的描述中将阐明本发明另外的特点，通过描述，其会变得部分清楚，或者通 过实施本发明可以了解。本发明示例性实施例公开了一种三维形状测量设备，所述设备包括第一照明部和 光栅移动单元。第一照明部包括第一光源单元和第一光栅单元，所述第一光源单元产生光， 所述第一光栅单元将由第一光源单元产生的光改变为具有第一光栅图案的第一光栅图案光。第一照明部沿第一方向将第一光栅图案光照射到测量目标上。光栅移动单元沿相对于 第一光栅图案的延伸方向和第一光栅图案的排列方向的第一倾斜方向移动第一光栅单元。所述三维形状测量设备还可包括第二照明部，所述第二照明部包括第二光源单元 和第二光栅单元，所述第二光源单元产生光，所述第二光栅单元将第二光源单元产生的光 改变为具有第二光栅图案的第二光栅图案光。第二照明部沿与第一方向不同的第二方向将 第二光栅图案光照射到测量目标上。光栅移动单元沿光栅移动方向同时移动第一光栅单元 和第二光栅单元，第二光栅单元沿相对于第二光栅图案的延伸方向和第二光栅图案的排列 方向的第二倾斜方向移动。第一光栅单元和第二光栅单元中的每一个包括倾角控制部，所述倾斜角控制部分 别控制第一倾斜方向的倾角和第二倾斜方向的倾角，和/或第一光栅单元和第二光栅单元 是可被替换的，以控制倾角。当在俯视图中观察时，第一光栅单元的第一光栅图案的延伸方向和第二光栅单元 的第二光栅图案的延伸方向彼此基本平行或相对于测量目标彼此基本对称。第一光栅图案光和第二光栅图案光可直接照射到测量目标上。第一光栅单元的第一等效光栅移动方向和第二光栅单元的第二等效光栅移动方 向可以与光栅移动方向不同。当第一光栅图案的排列方向和光栅移动方向之间的角度是θ且第一光栅移动单 元的移动距离是d时，等效光栅移动距离可以是d/tan θ。本发明另一示例性实施例公开了一种三维形状测量设备，所述三维性状测量设备 包括第一照明部、第二照明部和光栅移动单元。第一照明部包括第一光源单元和第一光栅 单元，所述第一光源单元产生光，所述第一光栅单元将由第一光源单元产生的光改变为具 有第一光栅图案的第一光栅图案光。第一照明部沿第一方向将第一光栅图案光照射到测量 目标上。第二照明部包括第二光源单元和第二光栅单元，所述第二光源单元产生光，所述第 二光栅单元将由第二光源单元产生的光改变为具有第二光栅图案的第二光栅图案光。第二 照明部沿与第一方向不同的第二方向将第二光栅图案光照射到测量目标上。光栅移动单元 同时移动分别设置在两个倾斜面上的第一光栅单元和第二光栅单元，从而光栅移动单元在 两个倾斜面上移动。所述两个倾斜面彼此相邻以限定N角锥体的边缘。光栅移动单元可以沿设置有第一光栅单元和第二光栅单元的两个倾斜面限定的 边缘移动。本发明另一示例性实施例公开了一种板检查设备，所述设备包括多个照明部，所 述多个照明部中的每一个包括产生光的光源单元、将光源单元产生的光改变为光栅图案光 的光栅单元、投射光栅图案光的投射透镜；光路改变部，将通过投射透镜的光栅图案光提供 给测量目标；光栅移动单元，将照明部的光栅单元同时移动预定次数；图像拍摄模块，使用 被测量目标反射的光栅图案光拍摄图像；控制部，使用拍摄模块拍摄的图像检查测量目标。 光栅单元设置在相同平面上，并且通过光栅移动单元在所述相同平面上同时移动光栅单兀。光路改变部可包括多个第一反射镜，反射通过投射透镜的光栅图案光；多个第 二反射镜，反射被第一反射镜反射的光栅图案光并将反射的光栅图案光提供给测量目标。 当光栅平面与透射透镜的基准面之间的角度被定义为光栅角θ grat，第一反射镜的法线与光栅平面RP之间的角度被定义为第一反射镜角度θ mirl，第二反射镜的法线与光栅平面 之间的角度被定义为第二反射镜角度θ mir2，被第一反射镜和第二反射镜反射并入射到检 查板的入射光与光栅平面的法线之间的角度被定义为投射角度9proj时，投射透镜与第 一反射镜、第二反射镜可具有如下的公式关系，θ mirl- θ mir2 = ( θ grat+ θ proj)/20光栅移动单元可以沿与光栅单元的光栅图案方向不同的方向同时移动光栅单元。投射透镜的基准面可与光栅平面形成预定角度。本发明另一示例性实施例公开了一种板检查方法。所述板检查方法包括沿相同 平面，按与设置在所述相同平面上的光栅单元的光栅图案方向不同的光栅移动方向，将光 栅单元同时移动预定栅距；将通过光栅单元的光栅图案光通过光路改变部提供给检查板； 接收检查板反射的光栅图案光以拍摄图像。根据本发明，光栅移动单元沿相对于光栅图案的排列方向和延伸方向倾斜的方向 移动光栅单元，因此，即使不采用诸如独立地光路改变装置的光学系统，也可使用一个光栅 移动单元来移动至少两个光栅单元，从而降低制造成本并容易控制和管理设备。此外，适当地控制光栅图案的排列方向与光栅移动单元的移动方向之间的倾角， 以获得比实际移动更好的移动效果或者更精细的移动效果。此外，根据使用一个光栅移动单元来移动设置在相同光栅平面上的光栅单元，可 减少光栅移动单元的数量，可降低板检查设备的制造成本，并且可减少每个照明部的大小。此外，可防止很多个传统光栅移动单元之间的移动差引起的检查精度的降低，并 且可降低独立地操作多个光栅移动单元引起的控制复杂度。应该理解的是，上述概括描述和以下的详细描述是示例性和解释性的，旨在进一 步提供申请保护的发明的解释。


附图示出了本发明的各种实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理，包括所 述附图以提供对本发明的进一步的理解，所述附图被并入且构成说明书的一部分。图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于测量三维形状的方法的三维形状 测量设备的示意图。图2和图3是示出传统的光栅单元的移动方向的示意图。图4是示出图1中的光栅移动单元的详细的移动方法的示例的示意图。图5是示出图4中的第一光栅单元的示意图。图6是示出图4中的第二光栅单元的示意图。图7是示出图1中的光栅移动单元的详细移动方法的另一示例的示意图。图8是示出根据本发明的另一示例性实施例的光栅移动单元的详细移动方法的 示例的示意图。图9是示出根据发明的示例性实施例的板检查设备的俯视图。图10是示出图9中示出的板检查设备的侧视图。图11是图10中示出的板检查设备的照明部中的一个的侧视图。图12是示出板检查设备的俯视图，其中，图12的板检查设备的照明部的数量比图 9中的照明部的数量多。
图13是示出根据发明的另一示例性实施例的板检查设备的侧视图。
具体实施例方式在下文中参照示出本发明的示例实施例的附图来更充分地描述本发明。然而，本 发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释成局限于这里阐述的示例实施例。相 反，提供这些示例实施例以使本公开将是彻底的和完全的，并将把本发明的范围充分传递 给本领域技术人员。在附图中，为了清晰起见，可能夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解，当元件或层被指出“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另 一元件或层时，该元件或层可直接在另一元件或层上、直接连接到或直接结合到另一元件 或层，或者可以存在中间元件或中间层。相反，当元件被指出“直接在”另一元件或层“上”、 “直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或中间层。相同的标号始 终表示相同的元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列的项的任意 组合和所有组合。应当理解，虽然在这里可使用术语第一、第二、第三等来描述各个元件、组件、区 域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些 术语仅仅用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开来。因此， 在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、第一组件、第一区域、第一层或第 一部分可以被称为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。可在这里使用诸如“在· · ·之下”、“在· · ·下方”、“下面的”、“在· · ·上方”、“上面 的”等空间关系术语来容易地描述图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。 应当理解，除了附图中描述的方位以外，空间关系术语还意图包括装置在使用或操作中的 不同方位。例如，如果附图中的装置翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下” 的元件的方位随后将被定位在其他元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“在...下方” 可以包括“在...上方”和“在...下方”两种方位。装置可以位于另外的方位(旋转90度 或者在其他方位)，进而这里使用的空间关系描述符应该被相应地解释。这里使用的术语仅仅是为了描述特定的示例实施例，而非意图限制本发明。如这 里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解的 是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操 作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组 件和/或它们的组。这里参照剖视图来描述本发明的示例实施例，所述剖视图是本发明的理想化示例 实施例(和中间结构)的示意图。这样，预计会出现例如由制造技术和/或公差引起的图 示的形状变化。因此，本发明的示例实施例不应该被解释为局限于在此示出的区域的具体 形状，而应该包括例如由制造导致的形状上的偏差。例如，示出为矩形的注入区域在其边缘 通常具有倒圆或弯曲的特征和/或注入浓度的梯度，而不是从注入区域到非注入区域的二 元变化。同样地，通过注入形成的埋区可导致在埋区和通过其发生注入的表面之间的区域 中出现一定程度的注入。因此，在图中示出的区域实际上是示意性的，它们的形状并不意图 示出装置的区域的实际形状，也不意图限制本发明的范围。除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。将进一步理解，除非这里明 确定义，否则术语(例如在通用的字典中定义的术语)应该被解释为具有与相关领域的上 下文中它们的意思相同的意思，而不是理想地或者过于形式化地解释它们的意思。
以下，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施例。图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于测量三维形状的方法的三维形状 测量设备的示意图。参照图1，根据本发明的示例性实施例的用于测量三维形状的方法的三维形状测 量设备可包括测量台部100、图像拍摄部200、具有第一照明部300和第二照明部400的第 一照明单元、光栅移动单元500、第二照明单元600、图像获取部700、模块控制部800和中央 控制部900。测量台部100可包括支撑测量目标10的台110和使台110移动的台移动单元120。 在一个示例性实施例中，如果测量目标10通过台110相对于图像拍摄部200、第一照明部 300和第二照明部400运动，则在测量目标10中的测量位置可变化。图像拍摄部200布置在台110上方以接收被测量目标10反射的光并对测量目标 10的图像进行测量。即，图像拍摄部200接收从第一照明部300和第二照明部400出射且 被测量目标10反射的光，并且拍摄测量目标10的俯视图。图像拍摄部200可包括相机210、成像透镜220、滤波器230和灯240。相机210接 收被测量目标10反射的光并拍摄测量目标10的俯视图。相机210可包括诸如CCD相机和 CMOS相机中的一个。成像透镜220布置在相机210之下，以将被测量目标10反射的光成像 到相机210上。滤波器230布置在成像透镜220之下，以对被测量目标10反射的光进行滤 波并将经滤波的光提供给成像透镜220。滤波器230可包括例如频率滤波器、颜色滤波器和 光强控制滤波器中的一个。灯240可以以圆形布置在滤波器230之下以将光提供给测量目 标10，以便拍摄诸如测量目标10的二维形状的特定图像。第一照明部300可布置在例如图像拍摄部200的右侧以相对于支撑测量目标10 的台110倾斜。第一照明部300将第一光栅图案光沿第一方向照射到测量目标10上。第一照明部件300可包括第一光源单元310、第一光栅单元320和第一会聚透镜 340。第一光源单元310可包括光源和至少一个透镜以产生光，第一光栅单元320布置在第 一光源单元310之下以将由第一光源单元310产生的光变成具有第一光栅图案的第一光栅 图案光。第一会聚透镜340布置在第一光栅单元320之下，以将从第一光栅单元320出射 的第一光栅图案光会聚在测量目标10上。例如，第二照明部400可布置在图像拍摄部200的左侧并相对于支撑测量目标10 的台Iio倾斜。第二照明部400将第二光栅图案光沿不同于第一方向的第二方向照射到测 量目标10上。第二照明部400可包括第二光源单元410、第二光栅单元420和第二会聚透镜 440。第二光源单元410可包括光源和至少一个透镜以产生光，第二光栅单元420布置在第 二光源单元410之下以将由第二光源单元410产生的光变成具有第二光栅图案的第二光栅 图案光。第二会聚透镜440布置在第二光栅单元420之下，以将从第二光栅单元420出射 的第二光栅图案光会聚在测量目标10上。除了第一光栅图案以外，第二光栅单元420基本 上与第一光栅单元320相同，第二光栅图案也可以与第一光栅图案基本相同。
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当在第一照明部300中顺序地移动第一光栅单元320N次且将N个第一光栅图案 光照射到测量目标10上时，图像拍摄部200可顺序地接收被测量目标10反射的N个第一 光栅图案光并拍摄N个第一图案图像。另外，当在第二照明部400中顺序地移动第二光栅 单元420N次且将N个第二光栅图案光照射到测量目标10上时，图像拍摄部200可顺序地 接收被测量目标10反射的N个第二光栅图案光并拍摄N个第二图案图像。“N”是自然数， 例如可以是4。在示例性实施例中，第一照明部300和第二照明部400被描述为产生第一光栅图 案光和第二光栅图案光的照明设备。或者，照明部可以多于或等于三个。换句话说，光栅图 案光可以以各种方向照射到测量目标10上，并可拍摄各种图案图像。例如，当三个照明部 被布置成等边三角形的形状且图像拍摄部200位于等边三角形形状的中心时，三束光栅图 案光可以以不同的方向照射到测量目标10上。例如，当四个照明部布置成正方形的形状且 图像拍摄部件200位于正方形的中心时，四束光栅图案光可以以不同的方向照射到测量目 标10上。另外，第一照明单元可包括八个照明部，光栅图案光可以以八个方向照射到测量 目标10上以拍摄图像。光栅移动单元500沿相对于第一光栅图案的布置方向和第一光栅图案的延伸方 向倾斜的方向移动第一光栅单元320，光栅移动单元500沿相对于第二光栅图案的布置方 向和第二光栅图案的延伸方向倾斜的方向移动第二光栅单元420。光栅移动单元500可同 时移动第一光栅单元320和第二光栅单元420。随后将描述光栅移动单元500的详细的移 动方法。第二照明单元600将光照射到测量目标10上以获取测量目标10的二维图像。在 示例性实施例中，第二照明单元600可包括红色照明610、绿色照明620和蓝色照明630。例 如，红色照明610、绿色照明620和蓝色照明630可在测量目标10之上布置成圆形，以分别 照射红光、绿光和蓝光，而且可如图1所示布置在不同的高度。图像获取部700电连接到图像拍摄部200的相机210，以从相机210获取根据第一 照明单元的图案图像，并存储获取的图案图像。另外，图像获取部700从相机210获取根据 第二照明单元的二维图像，并存储获取的二维图像。例如，图像获取部700可包括接收在相 机210中拍摄的N个第一图案图像和N个第二图案图像并且存储这些图像的图像系统。模块控制部800电连接到测量台部100、图像拍摄部200、第一照明部300和第二 照明部400，以控制测量台部100、图像拍摄部200、第一照明部300和第二照明部400。模 块控制部800可包括例如照明控制器、光栅控制器和台控制器。照明控制器控制第一光源 单元310和第二光源单元410以产生光，光栅控制器控制光栅移动单元500以移动第一光 栅单元320和第二光栅单元420。台控制器控制台移动单元120来以上下运动和左右运动 的方式移动台110。中央控制部900电连接到图像获取部700和模块控制部800，以控制图像获取部 700和模块控制部800。具体地说，中央控制部900从图像获取部700的图像系统接收N个 第一图案图像和N个第二图案图像以处理所述图像，从而可测得测量目标的三维形状。另 外，中央控制部900可控制模块控制部800的照明控制器、光栅控制器和台控制器。因此， 中央控制部可包括图像处理板、控制板和接口板。图2和图3是示出传统的光栅单元的移动方向的示意图。图2是当在俯视图中观察传统的三维形状测量设备时的示意图。图3是当在主视图中观察传统的三维形状测量设 备时的示意图。参照图2和图3，例如，当光栅单元30布置在测量目标10的左侧并从左下移动到 右上时，为了移动光栅单元30，需要光栅移动单元(未示出)将光栅单元30从左下移动到 右上。在左上产生的光穿过光栅图案32以形成光栅图案光，所述光栅图案光照射到右 下。当从上部在俯视图中观察光栅图案32时，光栅图案32如图2中所示从左边被移动到 右边，当从上部在俯视图中观察光栅图案光时，移动方向与照射方向基本相同或基本平行。 具体地说，光栅图案32沿与光栅图案32的排列方向基本平行的方向(即，与光栅图案32 的延伸方向基本垂直的方向)被移动N次，以检测根据光栅图案光的反射图像并对测量目 标10的三维形状进行测量。因此，当光栅图案光沿至少两个方向照射到测量目标10上时，光栅单元30从左下 被移动到右上，需要布置在测量目标10右侧的另一光栅单元(未示出)从右下移动到左上 或从左上移动到右下。结果，布置在测量目标10左侧的光栅单元30和布置在测量目标10右侧的另一光 栅单元不能沿基本相同的方向移动。因此，需要采用与左光栅单元30和右光栅单元对应的 独立的光栅移动单元，或者需要采用诸如反射镜的附加光学系统，以获得移动方向。图4是示出图1中的光栅移动单元的详细的移动方法的示例的示意图。图5是示 出图4中的第一光栅单元的示意图。图6是示出图4中的第二光栅单元的示意图。图4到 图6是当在俯视图中观察图1中的三维形状测量设备时的示意图。参照图4到6，光栅移动单元500包括移动单元510、连接部分520、第一光栅连接 部分530和第二光栅连接部分540。移动单元510可包括例如压电(PZT)移动单元和精细线性移动单元中的一种。移动单元510经由连接部分520连接到第一光栅连接部分530和第二光栅连接部 分540。移动单元510分别通过第一光栅连接部分530和第二光栅连接部分540连接到第 一光栅单元320和第二光栅单元420，以移动第一光栅单元320和第二光栅单元420。具体地说，当从上部在俯视图中观察时，光栅移动单元500以相对于χ方向倾斜第 一角度θ 1和相对于y方向倾斜第二角度θ 2的方向移动第一光栅单元320，所述χ方向对 应于第一光栅图案322的排列方向，所述y方向对应于第一光栅图案322的延伸方向。另 外，光栅移动单元500以相对于u方向倾斜第三角度θ 3和相对于ν方向倾斜第四角度θ 4 的方向移动第二光栅单元420，所述u方向对应于第二光栅图案422的排列方向，所述ν方 向对应于第二光栅图案422的延伸方向。如图5中所示，通过光栅移动单元500的上述移动，第一光栅单元320的第一光栅 图案322的任一质点322a沿光栅移动方向移动。然而，可以认为，质点322a沿图5中所示 的第一等效光栅移动方向移动，因此，可以认为，第一光栅图案322通过光栅移动单元500 的上述移动沿第一等效光栅移动方向移动。这里，虽然质点322a的真实移动沿光栅移动方 向执行，但是可以认为，质点322a沿第一等效光栅移动方向移动。当在俯视图中观察时，虽然光栅移动单元500移动距离“d”，但是可以使第一光栅 图案322等效地移动d/tan θ 1 = d · tan θ 2。因此，例如，当第一角度θ 1在45度以下且第二角度θ 2在45度以上时，与光栅移动单元500的真实移动相比，可获得更大的移动效 果。另外，例如，当第一角度θ 1在45度以上且第二角度θ 2在45度以下时，与光栅移动 单元500的真实移动相比，可以获得精确的移动效果。例如，光栅移动单元500可沿相对于χ方向和y方向中的至少一个倾斜约10度到 约80度的方向移动第一光栅单元320。当第一角度θ 1为10度且第二角度Θ2为80度 时，等效移动的距离为约5. 67d，因此与真实移动相比可获得更大的移动效果。另外，当第一 角度θ 1为80度且第二角度θ 2为10度时，等效移动的距离为约0.18d，因此与真实移动 相比可获得5倍以上的更精确的移动效果。在示例性实施例中，第一光栅单元320可包括通过控制第一光栅图案322的排列 方向和第一光栅图案322的延伸方向来控制倾角的倾角控制部件(未示出)。或者，第一光 栅单元320可以是可被代替的，以控制倾角，例如，可以用另一具有不同倾角(或不同的倾 角范围)的光栅单元来代替第一光栅单元320。通过光栅移动单元500的上述移动，与图5类似，虽然第二光栅单元420的第二光 栅图案422的任一质点422a沿光栅移动方向移动，但是可以认为，质点422a沿与第一等效 光栅移动方向相反的如图6中所示的第二等效光栅移动方向移动。因此，虽然第二光栅单 元420的第二光栅图案422的真实移动沿光栅移动方向执行，但是可以认为，第二光栅单元 420的第二光栅图案422沿第二等效光栅移动方向移动。在示例性实施例中，第一光栅单元320和第二光栅单元420可分别布置在测量目 标10的两侧，测量目标10在第一光栅单元320和第二光栅单元420之间。如图4中所示， 当在俯视图中观察时，第一光栅单元320的第一光栅图案322和第二光栅单元420的第二 光栅图案422可相对于测量目标10基本对称。第三角度θ 3和第四角度θ 4分别与第一 角度θ 1和第二角度θ 2基本相同，u方向和ν方向分别与χ方向和y方向相对于测量目 标10基本对称。或者，当在俯视图中观察时，第一光栅单元320的第一光栅图案322和第二光栅单 元420的第二光栅图案422相对于测量目标10可以不彼此基本对称。在图4中，光栅移动单元500沿基本相同的方向同时移动第一照明部300的第一 光栅单元320和第二照明部400的第二光栅单元420。因此，与采用独立的光栅移动单元以 移动第一光栅单元320和第二光栅单元420的情况相比，可以减少成本，而且管理和控制更 加有效。同时，第一光栅图案光和第二光栅图案光直接照射到测量目标上而不穿过光路改 变装置，例如反射镜。在这种情况下，可以减少单独的光路改变装置的安装成本。图7是示出图1中的光栅移动单元的详细移动方法的另一示例的示意图。图7中 的移动方法与图4中的移动方法基本相同，除了根据第二光栅单元420的第二光栅图案424 的移动以外，因此将省略任意的进一步的描述。参照图7，第一光栅单元320和第二光栅单元420可分别布置在测量目标10的两 侧，测量目标10位于第一光栅单元320和第二光栅单元420之间。如图7中所示，当在俯 视图中观察时，第一光栅单元320的第一光栅图案322和第二光栅单元420的第二光栅图 案424可具有彼此基本平行的延伸方向和彼此基本平行的排列方向。第三角度Θ3和第四角度Θ4分别与第一角度Θ1和第二角度Θ2基本相同，u方
11向和V方向分别与X方向和y方向基本平行。另外，如果光栅移动单元500沿光栅移动方 向移动第一光栅单元320和第二光栅单元420，则第一光栅单元320的第一等效移动方向和 第二光栅单元420的第二等效移动方向基本相同。光栅移动单元500可沿多面体的边缘移动。第一光栅单元320和第二光栅单元 420分别布置在限定边缘的两个相邻倾斜面上，并可分别在两个倾斜面上移动。在这种情况 下，三维形状测量设备除了包括图1中示出的第一照明部300和第二照明部400之外，还可 包括至少一个附加的照明部。例如，如果图1中的三维形状测量设备包括N(大于或等于3)个照明部，光栅图案 光沿N个方向照射到测量目标上，则三维形状测量设备可包括照射N束光栅图案光的N个 光栅单元。在这种情况下，光栅移动单元可移动对应于两个相邻方向的光栅单元。换句话说，N个光栅单元分别布置在限定N角锥体的N个倾斜面上，光栅移动单元 沿着N角锥体的任一边缘移动。第一光栅单元和第二光栅单元可分别布置在N个倾斜面中 的第一倾斜面和第二倾斜面上并可根据光栅移动单元分别在第一倾斜面和第二倾斜面上 移动，所述第一倾斜面和第二倾斜面彼此相邻以限定边缘。N可以是2的倍数。换句话说，N被表示为N = 2K(K是大于或等于2的自然数)， 三维形状测量设备可包括K个布置在两个相邻光栅单元之间以移动所述两个相邻光栅单 元的光栅移动单元。在N-角锥体的N个边缘中每隔一个边缘可以顺序地布置所述K个光 栅移动单元。以下，将参照附图详细描述光栅移动单元的移动方法的示例。图8是示出根据本发明另一示例性实施例的光栅移动单元的详细移动方法的示 例的示意图。参照图8，例如，在图1中示出的三维形状测量设备包括四个照明部并且沿四个方 向照射光栅图案光的情况下，光栅移动单元502移动与所述四个方向中的两个相邻方向对 应的光栅单元320和420。例如，光栅移动单元502可沿四角锥体50的任意一个边缘51移动，第一光栅单元 320和第二光栅单元420分别设置在第一倾斜面52和第二倾斜面54，以在第一倾斜面52 和第二倾斜面54上移动，所述第一倾斜面52和第二倾斜面54限定边缘51。在上述移动的情况下，光栅移动单元502向四角锥体50的顶点53移动，第一光栅 单元320和第二光栅单元420被移动以偏离向四角锥50的顶点53的方向。因此，例如，在 第一光栅图案322和第二光栅图案422基本上与设置了第一光栅单元320的第一倾斜面52 的第一底边52a和设置了第二光栅单元420的第二倾斜面54的第二底侧54a平行的情况 下，沿相对于第一光栅单元322和第二光栅单元422的排列方向和延伸方向倾斜了预定倾 角的方向移动第一光栅单元320和第二光栅单元420。根据上述移动方法的结果，可获得图2至图7中描述的移动效果。图9是示出根据本发明示例性实施例的板检查设备的平面图。图10是图9示出 的板检查设备的侧面图。参照图9和图10，根据本发明示例性实施例的板检查设备检查放置在台(未示 出)上的检查板70的表面的三维形状，板检查设备包括多个照明部1100、光栅连接单元 1200、光栅移动单元1300、图像拍摄模块1400和控制系统(未示出)。
每个照明部1100包括光源单元1110、光栅单元1120、投射透镜1130和具有第一 反射镜1140和第二反射镜1150的光路改变部。光源单元1110包括光源和至少一个透镜 以产生光，光栅单元1120设置在光源单元1110之下以将光源单元1110产生的光改变为具 有光栅图案的光栅图案光。投射透镜1130设置在光栅单元1120之下以透射光栅单元1120 出射的光。第一反射镜1140反射通过投射透镜1130的光栅图案光，第二反射镜1150再次 反射第一反射镜1140反射的光栅图案光以将反射的光栅图案光提供给检查板70。光栅单元1120设置为形成基本上相同的光栅平面RP，光栅连接单元1200将照明 部1100的光栅单元1120相互连接。光栅单元1120可设置在多边形的每个顶点，例如，如 图9所示，可分别设置在正方形的四个顶点。光栅移动单元1300沿光栅平面RP按光栅移动方向MD移动通过光栅连接单元 1200连接的光栅单元1120。光栅移动单元1300可以沿光栅移动方向MD将光栅单元1120 移动预定次数和选择的栅距。如图10所示，光栅移动单元1300可以与压电(PZT)移动单 元对应。可选地，光栅移动单元1300可以与精细线性移动单元对应。由于光栅移动方向MD 如上所述沿光栅平面RP移动，所以基于投射透镜1130和光栅单元1120的距离保持常量， 从而光栅单元1120的移动不改变放大率。光栅移动单元MD与光栅单元1120的光栅图案方向PD不同。换言之，光栅移动单 元1300沿与光栅图案方向PD不同的方向移动光栅单元1120。光栅图案方向PD可相对于 光栅移动方向MD倾斜大约90度或大约45度。光栅单元1120中的设置在多边形的相互面对的顶点的光栅单元的光栅图案可基 本上相同。例如，分别设置正方形的四个顶点处的光栅单元中的相互面对的两个光栅单元 可倾斜大约90度，并且另外两个光栅单元可倾斜大约45度。图像拍摄模块1400接收从每个照明部1100产生并被检查板70反射的光栅图案 光，并拍摄图像。图像拍摄模块1400设置在照明部110的中心，例如，正方形的中心。图像拍摄模块1400包括，例如，成像透镜1410和相机1420。成像透镜1410透射 从检查板70反射的光栅图案光以提供给相机。成像透镜1410的基准面与光栅平面RP的 基本平行，成像透镜1410的光轴与检查板70的法线一致，成像透镜1410的光轴与成像透 镜1410的基准面的法线一致。相机1420包括接收成像透镜1410提供的光栅图案光的拍 摄元件1422，并拍摄图像。例如，相机1420可以与CXD相机和CMOS相机中的一种对应。图像拍摄模块1400还可包括滤波器(未示出)和圆焰灯(未示出)。滤波器设置 在成像透镜1410之下以对检查板70反射的光栅图案光进行滤波，并将滤波后的光栅图案 光提供给成像透镜1220。滤波器可包括，例如，频率滤波器、颜色滤波器和光强控制滤波器 中的一个。圆焰灯设置在滤波器之下已将光提供给检查板70，从而拍摄特定图像，例如，检 查板70的二维形状。控制系统使用图像拍摄模块1400拍摄的图像来对检查板70进行检查。例如，控 制系统还可包括图像获取部、模块控制部和中央控制部。图像获取部电连接到相机1420以从相机1420获取检查板70的图案图像，并存储 获取的图案图像。模块控制部电连接到支撑检查板70的台、图像拍摄模块1400和照明部 1100，以控制支撑检查板70的台、图像拍摄模块1400和照明部1100。模块控制部可包括， 例如，控制光源单元1110的照明控制器、控制光栅移动单元1300的光栅控制器和控制所述台的台控制器。中央控制部电连接到图像获取部和模块控制部以控制图像获取部和模块控 制部。中央控制部可包括，例如，图像处理板、控制板和接口板。图11是示出图10中示出的板检查设备的照明部中的一个的侧面图。参照图11，将详细描述图9和图10中示出的照明部中的一个。首先，投射透镜1130的基准面相对于设置了光栅单元1120的光栅平面RP倾斜预 定角度。将光栅盘RP与投射透镜1130的基准面之间的角度定义为光栅角度egrat。光源 单元1110产生的光的视角的中心与投射透镜1130的光轴一致。投射透镜1130的光轴与 投射透镜1130的基准面的法线方向一致。此后，第一反射镜1140设置在投射透镜1130之下，以相对于光栅平面RP倾斜预 定角度。将第一反射镜1140和光栅平面RP形成的角度，即，第一反射镜1140的法线方向 和与光栅平面RP平行的水平线之间的角度定义为第一反射镜角度θ mirl。最后，第二反射镜1150设置在第一反射镜1140之下，以相对于光栅平面RP倾斜 预定角度。第一反射镜1140和第二反射镜1150设置在图像拍摄模块1400的成像透镜1410 的光轴的两侧。将第二反射镜1150和光栅平面RP形成的角度，S卩，将第二反射镜1150的 法线方向和与光栅平面RP平行的水平线之间的角度定义为第二反射镜角度9mir2。此外， 当沿投射透镜1130的光轴传播的光被第一反射镜1140和第二反射镜1150反射并入射到 检查板70时，将入射光和光栅平面RP的法线(即，成像透镜1410的光轴)之间的角度定 义为投射角度epr0j。以下，使用上述定义的第一反射镜角度θ mirl、第二反射镜角度0mir2、光栅角 度9grat和投射角度θ proj来确定投射透镜1130与第一反射镜1140和第二反射镜1150 之间的关系。首先，将投射透镜1130的光轴和与光栅平面RP平行的水平线之间的角度定义为 第一入射角度Θ1。将对于第二反射镜1150的入射方向和与光栅平面RP平行的水平线之 间的角度定义为第二入射角度θ 2，其中，所述入射方向是当沿投射透镜1130的光轴传播 的光被第一反射镜1140反射并入射到第二反射镜1150时的入射方向。因此，可获得以下 的 < 公式1>、<公式2>和 < 公式3>。〈公式1> θ 1 = 90+θ grat< 公式 2> θ 2 = 90- θ proj-2 · θ mir2< 公式 3> θ 1- θ mirl = θ mirl+ θ 2 => θ 1 = 2 · θ mirl+ θ 2然后，将 < 公式2>应用到 < 公式3>以获得以下的 < 公式4>。< 公式 4> θ 1 = 2 · θ mirl+90- θ proj-2 · θ mir2此后，将 < 公式4>应用到 < 公式1>并进行排列来获得以下的 < 公式5>。< 公式 5> θ grat+ θ proj = 2 · ( θ mirl- θ mir2)然后，< 公式5>被重新排列来获得以下的 < 公式6>。< 公式 6> θ mirl- θ mir2 = ( θ grat+ θ proj) /2因此，投射透镜1130与第一反射镜1140和第二反射镜1150可具有 < 公式6>的关系。由于光栅角度egrat和投射角度eproj通常具有固定值，所以〈公式6>可被重 新表示为以下的〈公式6-1>。
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〈公式6_1> emirl-emir2 = K (K 是常量)参照上述 < 公式6_1>，当投射透镜1130固定时，第一反射镜1140和第二反射镜 1150可被布置为使得第一反射镜角度emirl与第二反射镜角度θ mir2之差为常量。图12示出板检查设备的平面图，其中，图12中的板检查设备的照明部的数量比图 9的照明部的数量多。参照图12，在本实施例中，可增加或减少照明部1100的数量。例如，将四个照明 部1100新添加到图9中示出的四个照明部1100，以分别在正八边形的每个顶点设置照明部 1100。新添加的四个照明部1100的所有光栅图案方向PD可相对于图9中的光栅移动方向 MD倾斜45度。在示例性实施例中，照明部1100的数量(即，光栅单元1120的数量)大于或等于 3，其与图9和图12相似。当使用一个光栅移动单元1300来控制三个或更多个光栅单元 1120时，由于在光栅单元1120分别设置在不同的光栅平面的情况下不存在交叉的线，所以 在光栅单元1120不位于光栅平面RP上的情况下不控制光栅单元1120。同时，将描述使用上述描述的板检查设备的板检查方法。首先，使用光栅移动单元1300在光栅平面RP沿光栅移动方向MD移动光栅单元 1120预定栅距(pitch)。然后，使用光源单元1110将光顺序地提供给移动了预定光栅距的 光栅单元1120，以将光栅图案光提供给检查板70。其后，图像拍摄模块1400使用提供给检 查板70并被反射的光栅图案光来顺序地拍摄图像。重复地执行上述处理以获得检查板70 的图像信息并检查检查板70的表面的三维形状。如上所述，使用一个光栅移动单元1300来移动设置在相同光栅平面RP上的光栅 单元1120，以减少光栅移动单元1300的数量并降低检查板的制造成本，从而使每个照明部 更小。此外，可防止光栅移动单元之间的移动差导致的检查精度的降低，其中，当使用多个 传统的光栅移动单元时产生所述移动差，并且可降低独立地操作多个光栅移动单元导致的 控制复杂度。在本实施例中，每个照明部1100包括具有第一反射镜1140和第二反射镜1150的 光路改变部。因此，可使用投射透镜1130的可进行拍摄区域，通过投射透镜1130的光栅图 案光可被照射到恒定地保持其形状的检查板70。图13是示出根据本发明另一示例性实施例的板检查设备的侧面图。除照明部 1100的一些特征之外，图13中示出的板检查设备与图9至图12中示出的板检查设备基本 相同。因此，相同的标号表示基本相同的元件，将省略对其的进一步描述。参照图13，与图10和图11不同，本实施例每个照明部不包括第一反射镜1140和 第二反射镜1150，而是包括光源(未示出)、光栅单元1120和投射透镜1130。首先，与图10和图11不同，投射透镜1130的基准面与光栅平面RP基本上平行。 换言之，投射透镜1130的光轴与光栅平面RP的法线方向一致。然后，设置光栅单元1120和投射透镜1130以相互偏离。换言之，光栅单元1120 的中心和投射透镜1130的中心不相互一致，但是相互偏离。投射透镜1130的中心与投射 透镜1130的光轴基本一致。此外，可将光栅单元1120设置为重叠投射透镜1130的中心。 结果，在投射透镜1130中，执行实际拍摄的拍摄使用区域包括在与可进行拍摄的最大区域 对应的可进行拍摄区域中。
例如，当检查板70的中心设置在投射透镜1130的光轴的第一侧时，可将光栅单元 1120设置在与第一侧相反的投射透镜1130的光轴的第二侧。换言之，将检查板70的中心 设置在关于投射透镜1130的光轴的内部，光栅单元1120设置在关于投射透镜1130的光轴 的外部。结果，每个投射透镜1130仅可使用与可进行拍摄区域的一侧区域对应的拍摄使用 区域，其中，可使用所述可进行拍摄区域的相对于光轴的两侧。当将光栅平面RP和投射透镜1130的基准面之间的距离定义为第一间隔距离Si， 并且将投射透镜1130的基准面和检查板70之间的距离定义为第二间隔距离S2时，可获得 以下的〈公式7>。〈公式7>1/S1+1/S2= 1/F (F是投射透镜1130的焦距)此外，当将投射透镜1130的光轴和拍摄使用区域的中心之间的距离定义为拍摄 中间距离“a”，将投射透镜1130的光轴和检查板70的中心之间的水平距离定义为对象中间 距离“b”，将投射透镜1130的光轴与检查板70的法线之间的角度定义为投射角度θ proj 时，可使用 < 公式7>获得以下的 < 公式8>和 < 公式9>。〈公式8>a = Sl · tan θ proj〈公式9>b = S2 · tan θ proj因此，根据本实施例的每个照明部可满足 < 公式8>和 < 公式9>。如上所述，投射透镜1130的基准面设置为与光栅平面RP基本上平行，检查板70 和光栅单元1120关于投射透镜1130的光轴分别设置在两侧，因此，虽然拍摄使用区域减少 为可进行拍摄区域的一部分，但是省略了图10和图11示出的第一反射镜1140和第二反射 镜1150，从而更多地减少板检查设备的制造成本。对本领域的技术人员明显的是，在不脱离本发明精神或范围的情况下，可以对本 发明进行各种修改和变化。因此，本发明旨在覆盖落在权利要求及其等同物的范围内的本 发明的修改和变化。
1权利要求
一种三维形状测量设备，所述设备包括第一照明部，包括第一光源单元和第一光栅单元，所述第一光源单元产生光，所述第一光栅单元将由第一光源单元产生的光改变为具有第一光栅图案的第一光栅图案光，第一照明部沿第一方向将第一光栅图案光照射到测量目标上；光栅移动单元，沿相对于第一光栅图案的延伸方向和第一光栅图案的排列方向的第一倾斜方向移动第一光栅单元。
2.如权利要求1所述的三维形状测量设备，还包括第二照明部，包括第二光源单元和第二光栅单元，所述第二光源单元产生光，所述第二 光栅单元将由第二光源单元产生的光改变为具有第二光栅图案的第二光栅图案光，第二照 明部沿与第一方向不同的第二方向将第二光栅图案光照射到测量目标上；其中，光栅移动单元沿光栅移动方向同时移动第一光栅单元和第二光栅单元，第二光 栅单元沿相对于第二光栅图案的延伸方向和第二光栅图案的排列方向的第二倾斜方向移 动。
3.如权利要求2所述的三维形状测量设备，其中，第一光栅单元和第二光栅单元中的 每一个包括倾角控制部，所述倾斜角控制部分别控制第一倾斜方向的倾角和第二倾斜方向 的倾角，和/或第一光栅单元和第二光栅单元是可被替换的以控制倾角。
4.如权利要求2所述的三维形状测量设备，其中，当在俯视图中观察时，第一光栅单元 的第一光栅图案的延伸方向和第二光栅单元的第二光栅图案的延伸方向彼此基本平行或 相对于测量目标彼此基本对称。
5.如权利要求2所述的三维形状测量设备，其中，第一光栅图案光和第二光栅图案光 直接照射到测量目标上。
6.如权利要求2所述的三维形状测量设备，第一光栅单元的第一等效光栅移动方向和 第二光栅单元的第二等效光栅移动方向与光栅移动方向不同。
7.如权利要求2所述的三维形状测量设备，当第一光栅图案的排列方向和光栅移动方 向之间的角度是θ且第一光栅移动单元的移动距离是d时，等效光栅移动距离是d/tan θ。
8.—种三维形状测量设备，所述设备包括第一照明部，包括第一光源单元和第一光栅单元，所述第一光源单元产生光，所述第一 光栅单元将由第一光源单元产生的光改变为具有第一光栅图案的第一光栅图案光，第一照 明部沿第一方向将第一光栅图案光照射到测量目标上；第二照明部，包括第二光源单元和第二光栅单元，所述第二光源单元产生光，所述第二 光栅单元将由第二光源单元产生的光改变为具有第二光栅图案的第二光栅图案光，第二照 明部沿与第一方向不同的第二方向将第二光栅图案光照射到测量目标上；和光栅移动单元，同时移动分别设置在两个倾斜面上的第一光栅单元和第二光栅单元， 从而光栅移动单元在两个倾斜面上移动，所述两个倾斜面彼此相邻以限定N角锥体边形的 边缘。
9.如权利要求8所述的三维形状测量设备，其中，光栅移动单元沿设置有第一光栅单 元和第二光栅单元的两个倾斜面限定的边缘移动。
10.一种板检查设备，所述设备包括多个照明部，所述多个照明部中的每一个包括产生光的光源单元、将光源单元产生的光改变为光栅图案光的光栅单元、投射光栅图案光的投射透镜； 光路改变部，将通过投射透镜的光栅图案光提供给测量目标； 光栅移动单元，将照明部的光栅单元同时移动预定次数； 图像拍摄模块，使用被测量目标反射的光栅图案光拍摄图像； 控制部，使用拍摄模块拍摄的图像检查测量目标；其中，光栅单元设置在相同平面上，并且通过光栅移动单元在所述相同平面上同时移 动光栅单元。
11.如权利要求10所述的板检查设备，其中，光路改变部包括 多个第一反射镜，反射通过投射透镜的光栅图案光；多个第二反射镜，反射被第一反射镜反射的光栅图案光并将反射的光栅图案光提供给 测量目标。
12.如权利要求11所述的板检查设备，其中，当光栅平面与透射透镜的基准面之间的 角度被定义为光栅角θ grat，第一反射镜的法线与光栅平面RP之间的角度被定义为第一 反射镜角度θ mirl，第二反射镜的法线与光栅平面之间的角度被定义为第二反射镜角度 θ mir2，被第一反射镜和第二反射镜反射并入射到检查板的入射光与光栅平面的法线之间 的角度被定义为投射角度9pr0j时，投射透镜与第一反射镜、第二反射镜具有如下的公式 关系，θ mirl- θ mir2 = ( θ grat+θ proj)/2。
13.如权利要求10所述的板检查设备，其中，光栅移动单元沿与光栅单元的光栅图案 方向不同的方向同时移动光栅单元。
14.如权利要求10所述的板检查设备，其中，投射透镜的基准面与光栅平面形成预定 角度。
15.一种板检查方法，所述方法包括沿相同平面，按与设置在所述相同平面上的光栅单元的光栅图案方向不同的光栅移动 方向，将光栅单元同时移动预定栅距；将通过光栅单元的光栅图案光通过光路改变部提供给检查板； 接收由检查板反射的光栅图案光以拍摄图像。
全文摘要
一种三维形状测量设备，所述设备包括照明部和光栅移动单元。照明部包括光源单元，产生光；光栅单元，将由光源单元产生的光改变为具有光栅图案的光栅图案光。照明部沿预定方向将光栅图案光照射到测量目标上。光栅移动单元沿相对于光栅图案的延伸方向和光栅图案的排列方向的预定倾斜方向移动光栅单元。因此，可降低制造成本，并且可容易地管理三维形状测量设备。
文档编号G01N21/84GK101943570SQ20101022459
公开日2011年1月12日 申请日期2010年7月5日 优先权日2009年7月3日
发明者全文荣, 尹相圭, 洪钟圭, 许浈, 金弘珉 申请人:株式会社高永科技