專(zhuān)利名稱(chēng)：照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(Automated Optical Inspection, AOI)的照明，且更具體地但不唯一地涉及適用于通常用于A(yíng)OI的線(xiàn)性或時(shí)間延遲積分(Time Delayand Integration, TDI)型傳感器的照明。
背景技術(shù)：
在包括印刷電路板(PCB)、平板顯示器(FPD)、芯片載體、集成電路等的電子電路的檢測(cè)中通常使用AOI系統(tǒng)。所使用的照明預(yù)處理圖像以便強(qiáng)化需要檢測(cè)且抑制噪聲的特征。照明的改進(jìn)已經(jīng)部分地通過(guò)減少視覺(jué)計(jì)算機(jī)所需的計(jì)算來(lái)提高視覺(jué)系統(tǒng)的性能。這意味著理想的照明組合將提高圖像質(zhì)量以便提高AOI系統(tǒng)的決定做出處理的效率。根據(jù)操作模式和所檢測(cè)的產(chǎn)品的類(lèi)型，AOI系統(tǒng)通常具有預(yù)定的照明組合。光源相對(duì)于物體的可視位置很重要。將照明的角度計(jì)算為檢測(cè)算法，會(huì)提高測(cè)量的精度。而且，照明的角度在周?chē)矬w可能干擾目標(biāo)物體的照明的某些應(yīng)用中可能尤其重要。一個(gè)示例是電路板上的高組件會(huì)妨礙照明或者阻擋相機(jī)系統(tǒng)照明/成像目標(biāo)組件。另一個(gè)示例可以是焊料沉積物會(huì)降低物體的某一元件的可視化?？评照彰魇且环N在發(fā)射或反射光顯微鏡學(xué)中使用的樣本照明的方法。光的均勻性對(duì)于在顯微照相時(shí)避免陰影、強(qiáng)光和對(duì)比度不足來(lái)說(shuō)很重要?？评照彰魍ㄟ^(guò)產(chǎn)生平行光線(xiàn)以便穿過(guò)樣本而克服了先前方法的局限。由于穿過(guò)樣本的光線(xiàn)是平行的，因此它們?cè)谛纬蓸颖镜膱D像從而去除燈的燈絲的圖像時(shí)不能對(duì)焦。當(dāng)光源針對(duì)物體被成像在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)會(huì)得到真實(shí)的科勒照明。科勒照明代表另一種已知類(lèi)型的顯微鏡照明結(jié)構(gòu)(稱(chēng)作臨界照明)的極端。在臨界照明中，光源被成像在物體表面上。在當(dāng)代的顯微鏡 中，通過(guò)將物理光源(例如燈的燈絲)成像到物鏡的后聚焦面會(huì)得到科勒型照明。由于絕大多數(shù)顯微鏡物鏡光學(xué)設(shè)計(jì)中的物鏡出瞳(孔徑光闌的圖像)也位于這個(gè)平面，因此設(shè)計(jì)良好的顯微鏡通常是遠(yuǎn)心成像器。明確地說(shuō)，當(dāng)入瞳通過(guò)光學(xué)器件而被形成在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，成像變成遠(yuǎn)心的。嚴(yán)格來(lái)講，遠(yuǎn)心成像僅在小于入瞳的直徑的視場(chǎng)上是可能的。這樣的情形在小物體的顯微鏡方法中是非常普通的。盡管在光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)中遠(yuǎn)心成像存在許多優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)際的PCB或FPD檢測(cè)系統(tǒng)很少是遠(yuǎn)心的，因?yàn)橄鄼C(jī)視場(chǎng)通常比成像透鏡的入瞳寬得多。在利用狹角度光源照射諸如FPD之類(lèi)的鏡面反射物體的情況下，所述照明朝著視場(chǎng)邊緣是逐步漸暈的。結(jié)果，通過(guò)光源象角的不同部分來(lái)成像視場(chǎng)的不同部分。為了克服漸暈，通常將光源象角制成過(guò)寬，從而會(huì)導(dǎo)致對(duì)比度降低、光利用效率較低及雜光較多。在許多入射光顯微鏡中發(fā)現(xiàn)的另一個(gè)有用特征是可選擇的亮視場(chǎng)照明或暗視場(chǎng)照明。明確來(lái)講，亮視場(chǎng)照明對(duì)應(yīng)于更普遍的情形，即其中照明光線(xiàn)在通過(guò)鏡面反射基板的反射之后都進(jìn)入成像透鏡入瞳。當(dāng)基板僅被在通過(guò)平面基板反射之后撞擊入瞳外面的光線(xiàn)照明時(shí)會(huì)產(chǎn)生暗視場(chǎng)照明。在暗視場(chǎng)模式中，僅邊緣和其它表面不規(guī)則性將光反射到相機(jī)，因此對(duì)于提高用于檢測(cè)目的的那些特征來(lái)說(shuō)是有用的。在一些已知的用于產(chǎn)生延長(zhǎng)照明形狀的能量有效照明結(jié)構(gòu)中，例如使用柱狀集中器(concentrator)將有效光源基本上聚焦在至少一個(gè)方向上。這樣的現(xiàn)有照明器在一個(gè)方向上可被表征為“臨界”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的某些實(shí)施例的一方面是提供一種在諸如線(xiàn)性或TDI型相機(jī)的延長(zhǎng)視場(chǎng)上投射準(zhǔn)Iambertian發(fā)射的照明系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，延長(zhǎng)視場(chǎng)上的投射是利用類(lèi)似科勒照明(Kfthte-lite iltaniiBttei)的陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如此處定義的，類(lèi)似科勒照明是指在任何方向上非臨界的照明。在物理發(fā)光表面(例如有效光源(但其自身不必是物理光源))被成像到成像透鏡而不是被成像在物體表面的層面上，根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的照明是類(lèi)似科勒的。在某些示例性實(shí)施例中，有效光源被成像到成像透鏡的入瞳，其并不位于無(wú)限遠(yuǎn)。結(jié)果，來(lái)自每個(gè)有效光源點(diǎn)的光線(xiàn)并未嚴(yán)格地平行或者校準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈冏矒舻轿矬w，而是相反會(huì)聚到成像透鏡的入瞳。通常，由于目標(biāo)物體與成像透鏡的入瞳之間的距離基本上大于入瞳的直徑，例如，比類(lèi)似科勒照明大的數(shù)量級(jí)可被認(rèn)為基本上被校準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，類(lèi)似科勒照明在延長(zhǎng)區(qū)域上既均勻又非漸暈。如此處定義的，延長(zhǎng)區(qū)域是寬高比大約為10:1或更大的區(qū)域，例如，寬高比大于6:1。通常，在橫跨且以考慮機(jī)械和系統(tǒng)公差的安全容限填滿(mǎn)相機(jī)視場(chǎng)的區(qū)域上照明目標(biāo)物體。通常，大部分的填滿(mǎn)是沿著縮小維度(narrower dimension)來(lái)提供的。可選地,該安全容限范圍是例如從比該縮小維度大兩倍到比該縮小維度大100倍或更多。例如，在線(xiàn)性傳感器的情況下，視場(chǎng)可以具有10微米的狹窄維度，而物體上被照明區(qū)域的狹窄維度可以具有I毫米的長(zhǎng)度。在另一示例中，在例如具有100條線(xiàn)的TDI或類(lèi)似傳感器的情況下，視場(chǎng)可以具有近似I毫米的狹窄維度，而物體上被照明區(qū)域的狹窄維度可以具有大約2到3毫米的長(zhǎng)度?？蛇x地，更少的填滿(mǎn)利用更大的寬高比，例如通過(guò)在分立的光源陣列中增加分立的光源的數(shù)量，也是可能的。在某些示例性實(shí)施例中，類(lèi)似科勒照明的陣列由耦接到透鏡陣列的分立光源陣列構(gòu)成。通常，陣列中的透鏡之間無(wú)空間地被并排布置，以便在延長(zhǎng)視場(chǎng)上提供基本上空間不變的照明。如此處所使用的，空間不變的照明是指具有象角的照明或者“照明的天空(skyof illumination)”，如從被照明區(qū)域內(nèi)的任一點(diǎn)所觀(guān)察的，該照明的天空對(duì)于被照明區(qū)域內(nèi)的所有點(diǎn)都是相同的。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，陣列中的每個(gè)類(lèi)似科勒照明將“照明的天空”的分立部分投射到目標(biāo)物體，所述部分具有與它的光源的形狀相同的形狀。如果每個(gè)分立光源以相同形狀和強(qiáng)度進(jìn)行發(fā)射，則結(jié)果是如從目標(biāo)物體觀(guān)察到的、連續(xù)的例如空間不變的象角，其中被照明區(qū)域上的每一點(diǎn)接收相同照明。在某些示例性實(shí)施中，分立光源的陣列被空間光調(diào)制器(SLM)的陣列替代和/或與空間光調(diào)制器(SLM)的陣列耦接。按照如對(duì)于不同應(yīng)用所需的要求，SLM對(duì)它的光源規(guī)定隨意修改的屬性。可選地，SLM用于在成像期間交替地提供亮視場(chǎng)照明和/或暗視場(chǎng)照明。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，照明系統(tǒng)包括物鏡，用于將通過(guò)透鏡陣列發(fā)射的照明形成一角度且引導(dǎo)到成像系統(tǒng)的成像瞳孔。本發(fā)明的某些實(shí)施例的一方面提供了一種用于照明線(xiàn)性或高寬高比區(qū)域圖像傳感器的延長(zhǎng)視場(chǎng)的方法，所述方法包括利用多個(gè)分立的光源提供延長(zhǎng)場(chǎng)形狀的照明；和向待成像的物體投射所述照明；其中在物體上投射的所述照明沿著在物體上的延長(zhǎng)場(chǎng)形狀在強(qiáng)度和輻角分布上基本空間地不變。可選地，所述方法包括將所投射的照明成像到用于對(duì)物體成像的成像單元的成像透鏡入瞳，其中所述入瞳的直徑是比物體與成像透鏡之間的距離小的至少一個(gè)數(shù)量級(jí)?？蛇x地，所述圖像傳感器的視場(chǎng)具有大于40:1的寬高比。可選地，所述照明在所述延長(zhǎng)視場(chǎng)上非漸暈?？蛇x地，所提供的照明被適配成非遠(yuǎn)心成像所述延長(zhǎng)視場(chǎng)?？蛇x地，所提供的照明是從SLM輸出的?？蛇x地，所提供的照明是利用環(huán)形輻角分布的暗視場(chǎng)照明?？蛇x地，延長(zhǎng)場(chǎng)形狀的照明是利用通過(guò)透鏡陣列投射的光源陣列來(lái)提供的，其中陣列中的透鏡之間沒(méi)有空間地相鄰。可選地，每個(gè)光源和相應(yīng)透鏡向具有基本類(lèi)似于光源形狀的角形狀的延長(zhǎng)視場(chǎng)投射分立的照明部分，并且其中，所述分立的照明部分之間基本上沒(méi)有空間地相鄰并且在所述延長(zhǎng)視場(chǎng)上提供照明?？蛇x地，通過(guò)光源陣列和透鏡陣列的每個(gè)相應(yīng)透鏡從每個(gè)光源投射的照明是類(lèi)似科勒照明。可選地，所述方法包括將通過(guò)透鏡陣列的全部透鏡投射的照明弓丨導(dǎo)到圖像傳感器的成像透鏡光圈?？蛇x地，所述引導(dǎo)是利用物鏡提供的?？蛇x地，所述物鏡是平凸透鏡?？蛇x地，所述物鏡是菲涅耳透鏡?？蛇x地，所述陣列的光源是每個(gè)在總角度為25度到35度上發(fā)射的狹角度光源。可選地，所述透鏡陣列的寬高比小于10:1?？蛇x地，所述光源陣列是LED燈陣列?？蛇x地，所述光源陣列是從光纖束陣列投射的?？蛇x地，所述方法包括從單個(gè)中央光源饋送全部光纖束?？蛇x地，所述中央光源包括定義由所述中央光源發(fā)射的光的形狀的SLM?？蛇x地，所述光源陣列是利用基于SLM的集成投影光學(xué)引擎形成的?？蛇x地，所述SLM提供亮視場(chǎng)照明或暗視場(chǎng)照明之一?？蛇x地，所述SLM提供具有由SLM形成的環(huán)形照明的暗視場(chǎng)照明?？蛇x地，所述環(huán)形照明的內(nèi)徑被定義為等于或大于用于對(duì)延長(zhǎng)視場(chǎng)成像的成像透鏡的入瞳。可選地，所述SLM提供具有由SLM形成的圓形照明的亮視場(chǎng)照明，其中所述圓形照明的直徑等于或小于用于對(duì)延長(zhǎng)視場(chǎng)成像的成像透鏡的入瞳。本發(fā)明的某些實(shí)施例的一方面提供了一種用于照明線(xiàn)性或高寬高比區(qū)域圖像傳感器的延長(zhǎng)視場(chǎng)的照明系統(tǒng)，包括透鏡陣列，其中所述陣列中的透鏡之間沒(méi)有空間地相鄰；光源陣列，每個(gè)光源具有一種形狀，其中所述光源陣列中的每個(gè)光源被布置成通過(guò)所述透鏡陣列中的相應(yīng)透鏡投射光；和其中每個(gè)光源和相應(yīng)透鏡向具有基本類(lèi)似于光源形狀的角形狀的延長(zhǎng)視場(chǎng)投射分立的照明部分，并且其中，所述分立的照明部分之間基本上沒(méi)有空間地相鄰并且在所述延長(zhǎng)視場(chǎng)上提供照明?？蛇x地，光源陣列和透鏡陣列的每個(gè)光源和相應(yīng)透鏡提供類(lèi)似科勒照明?？蛇x地，所述陣列的光源是每個(gè)在總角度為25度到35度上發(fā)射的狹角度光源?？蛇x地，所述延長(zhǎng)視場(chǎng)具有大于40:1的寬高比?？蛇x地，所述透鏡陣列的寬高比小于10:1?？蛇x地，來(lái)自所述光源陣列的照明被成像到用于對(duì)物體成像的成像單元的成像透鏡入瞳，其中所述入瞳的直徑是比物體與成像透鏡之間的距離小的至少一個(gè)數(shù)量級(jí)?？蛇x地，所述照明系統(tǒng)還包括物鏡，其中所述物鏡被適配成將通過(guò)所述透鏡陣列的全部透鏡投射的照明引導(dǎo)到圖像傳感器的成像透鏡光圈。可選地，所述物鏡是平凸透鏡?？蛇x地，所述物鏡是菲涅爾透鏡?？蛇x地，所述光源陣列成月牙形狀角度，所述月牙形狀被定義為將照明引導(dǎo)到圖像傳感器的成像透鏡光圈?？蛇x地，所述透鏡陣列成月牙形狀角度，所述月牙形狀被定義為將照明引導(dǎo)到圖像傳感器的成像透鏡光圈?？蛇x地，所述光源陣列是LED陣列?？蛇x地，所述光源陣列是從光纖束陣列輸出的?？蛇x地，所述陣列中的全部光纖束投射從中央光源饋送的照明。所述中央光源包括SLM，且其中所發(fā)射的光具有由SLM定義的形狀?？蛇x地，所述光源陣列是從SLM陣列輸出的?？蛇x地，所述光源陣列由基于SLM的集成投影光學(xué)引擎形成?？蛇x地，所述SLM提供亮視場(chǎng)照明或暗視場(chǎng)照明之一?？蛇x地，所述SLM提供具有由SLM形成的環(huán)形照明的暗視場(chǎng)照明?？蛇x地，所述環(huán)形照明的內(nèi)徑被定義為等于或大于用于對(duì)延長(zhǎng)視場(chǎng)成像的成像透鏡的入瞳?？蛇x地，所述SLM提供具有由SLM形成的圓形照明的亮視場(chǎng)照明，其中所述圓形照明的直徑等于或小于用于對(duì)延長(zhǎng)視場(chǎng)成像的成像透鏡的入瞳?？蛇x地，陣列中的全部光源是相同的?？蛇x地，陣列中的全部透鏡是相同的?？蛇x地，陣列中的透鏡是球面透鏡?？蛇x地，所述照明系統(tǒng)被適配成非遠(yuǎn)心成像延長(zhǎng)視場(chǎng)。本發(fā)明的某些實(shí)施例的一方面提供了 一種用于在自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)中掃描基板的方法，所述方法包括提供基板；按照此處上面所述的方法照明所述基板；對(duì)所述基板成像；分析來(lái)自所述成像的輸出以便識(shí)別所述基板中的缺陷；報(bào)告所述缺陷。可選地，所述方法包括利用多個(gè)照明配置照明所述基板。
可選地，所述多個(gè)照明配置包括暗視場(chǎng)照明和亮視場(chǎng)照明中的至少一個(gè)。本發(fā)明的某些實(shí)施例的一方面提供了一種自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，包括成像單元，包括至少一個(gè)相機(jī)和至少一個(gè)照明單元，其中所述至少一個(gè)照明單元如此處上面所述；掃描單元，被配置成提供用于檢測(cè)的基板與成像單元之間的轉(zhuǎn)換；控制器，被配置成協(xié)調(diào)掃描單元的轉(zhuǎn)換、至少一個(gè)照明單元的照明以及至少一個(gè)相機(jī)的圖像捕獲?？蛇x地，所述至少一個(gè)照明單元被適配成提供多個(gè)照明配置?？蛇x地，所述多個(gè)照明配置包括暗視場(chǎng)照明和亮視場(chǎng)照明中的至少一個(gè)。除非相反定義，此處使用的所有技術(shù)和/或科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬的技術(shù)人員之一通常理解的含義相同的含義。盡管在本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)踐或測(cè)試中可以使用類(lèi)似于或等價(jià)于此處描述的那些方法和材料，但是下面描述示例性方法和/或材料。在沖突的情況下，包括定義的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)將對(duì)其進(jìn)行控制。另外，所述材料、方法和示例僅僅是圖解性的，且不意欲是必要的限制。


此處參考附圖僅通過(guò)舉例描述了本發(fā)明的某些實(shí)施例。現(xiàn)在詳細(xì)地特別參考附圖，強(qiáng)調(diào)的是，所示出的細(xì)節(jié)是舉例說(shuō)明并且用于本發(fā)明實(shí)施例的圖示性討論目的。在這點(diǎn)上，對(duì)附圖進(jìn)行的描述對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是可以如何實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的用于照明延長(zhǎng)視場(chǎng)的照明系統(tǒng)的光學(xué)組件的示例性示意圖；圖2A和圖2B是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的在兩個(gè)正交平面上利用成像系統(tǒng)照明的光學(xué)設(shè)計(jì)的示例性示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的照明系統(tǒng)的替換光學(xué)組件的示例性示意圖；圖4A和圖4B是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的基于替換光學(xué)組件在兩個(gè)不同平面上的光學(xué)設(shè)計(jì)的示例性示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的針對(duì)使用分束器的照明系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)的示例性示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的針對(duì)不需要分束器的照明系統(tǒng)的替換光學(xué)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化示意圖；圖7A是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的照明系統(tǒng)的光纖單元的示例性示意圖；圖7B和圖7C是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的照明系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的示例性示意圖；圖7D是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的示例性光纖束的橫截面示意圖；圖8A是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的用于照明延長(zhǎng)視場(chǎng)的基于SLM的照明系統(tǒng)的光學(xué)組件的示例性示意圖；圖SB是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的饋入照明系統(tǒng)的光纖束的SLM光源的光學(xué)組件的示例性示意圖；圖SC和圖8D示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的用于分別提供暗視場(chǎng)照明和亮視場(chǎng)照明的SLM圖像；
圖9A和圖9B是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的照明系統(tǒng)的兩個(gè)相鄰?fù)哥R之間毗接的目標(biāo)物體的區(qū)域上的基于SLM照明系統(tǒng)的發(fā)光路徑和輸出的示例性示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的具有集成投影光學(xué)引擎的基于SLM照明系統(tǒng)的示例性示意圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的包括照明系統(tǒng)的AOI的掃描系統(tǒng)的示例性方框圖；和圖12A和圖12B示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的使用照明系統(tǒng)在示例性模擬中在入瞳接收的發(fā)光。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及用于電子電路的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)的照明，且更具體地，但不唯一地涉及適用于通常用于A(yíng)OI的線(xiàn)性或TDI型傳感器的照明。照明的能量效率以及可編程性在A(yíng)OI中是重要的方面。關(guān)于能量效率，在A(yíng)OI期間，利用線(xiàn)性或TDI型傳感器逐行地順序捕獲被檢測(cè)基板的圖像。然而被檢測(cè)基板通常在逐O. 5米到逐3米之間測(cè)量，那些傳感器的瞬時(shí)視場(chǎng)通常是40毫米到100毫米寬以及O. 005微米到1000微米長(zhǎng)，本發(fā)明的某些方面也可以應(yīng)用于更大或更小的基板。因此，待照明的延長(zhǎng)區(qū)域通常具有在40比I與150比I之間的寬高比。如果照明區(qū)域的形狀不匹配相機(jī)視場(chǎng)的延長(zhǎng)形狀，則可能浪費(fèi)用來(lái)照明的大多數(shù)能量并且可能?chē)?yán)重地降低照明系統(tǒng)的能量效率。例如，如果被照明區(qū)域的形狀是設(shè)計(jì)用來(lái)覆蓋延長(zhǎng)區(qū)域的單個(gè)圓形區(qū)域，則將浪費(fèi)用來(lái)照明的大多數(shù)能量。針對(duì)AOI的照明的一個(gè)重要方面是光的均勻性。光的均勻性對(duì)避免可能妨礙面板的正常檢測(cè)的陰影、強(qiáng)光和不充分對(duì)比度通常很重要。在顯微鏡方法上，例如，當(dāng)捕獲顯微照片以便通過(guò)形成穿過(guò)樣本的平行光線(xiàn)來(lái)克服那些限制時(shí)，已經(jīng)使用了科勒照明。通常，在顯微鏡學(xué)上，需要照明的視場(chǎng)是圓形視場(chǎng)和/或?qū)捀弑却蠹s為I的視場(chǎng)。針對(duì)AOI的照明的另一個(gè)重要方面是多功能性。通常，不同類(lèi)型的應(yīng)用需要不同類(lèi)型的照明。例如，一些應(yīng)用需要亮視場(chǎng)照明，而其它應(yīng)用需要暗視場(chǎng)照明。另外且獨(dú)立地，對(duì)于不同的應(yīng)用可以使用不同組合的波長(zhǎng)和照明的強(qiáng)度。在顯微鏡照明器的光圈平面合并通常為透射IXD型的SLM已使得能夠可編程地選擇投射到被檢測(cè)基板的光的象角(angularfield)。本發(fā)明的某些實(shí)施例的一方面提供了具有延長(zhǎng)場(chǎng)形狀的照明，該延長(zhǎng)場(chǎng)形狀在二維延長(zhǎng)場(chǎng)上是基本上空間不變的。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，該延長(zhǎng)場(chǎng)形狀基本上匹配相關(guān)成像器的視場(chǎng)的形狀和大小。典型地，該延長(zhǎng)場(chǎng)形狀覆蓋大于相關(guān)成像器的視場(chǎng)的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，所述照明在延長(zhǎng)照明區(qū)域中的每一點(diǎn)提供了基本相同的照明象角。優(yōu)選地，所述照明在照亮視場(chǎng)上基本均勻。所述延長(zhǎng)形狀照明是通過(guò)類(lèi)似科勒照明的陣列提供的。在某些示例性實(shí)施例中，每個(gè)類(lèi)似科勒照明是由耦接到透鏡的分立光源構(gòu)造的。由這些實(shí)施例形成的照明在每個(gè)分立光源被成像到成像透鏡的入瞳的層面上是類(lèi)似科勒的。典型地，大約20毫米的入瞳測(cè)量位于離物體大約250毫米遠(yuǎn)的距離處。由于所述距離通常是大于瞳孔的數(shù)量級(jí)，因此所述照明可被認(rèn)為是被基本校準(zhǔn)。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在這樣的實(shí)施例中照明是額外相對(duì)無(wú)漸暈的，基本上移位不變的，且例如可以具有在亮視場(chǎng)和暗視場(chǎng)照明模式之間的不同轉(zhuǎn)換。 根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，類(lèi)似科勒照明的陣列中的透鏡以在透鏡之間沒(méi)有空間的單元陣列來(lái)提供，并且在延長(zhǎng)視場(chǎng)上利用分立的光源來(lái)提供基本上空間不變的照明?？蛇x地，透鏡陣列是單個(gè)單元且通過(guò)噴射模塑法(injection molding)來(lái)制造。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)類(lèi)似科勒照明的陣列在延長(zhǎng)照明視場(chǎng)上提供了優(yōu)良的光效率。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，分立的光源是發(fā)光二極管(LED)和/或LED燈?？蛇x地，該光源是狹角度光源，例如耦接到燈的光纖光導(dǎo)/通常在總角度為25到35度上發(fā)射的反射器組合。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用狹角度光源提高了照明的象角的可控制性。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，照明系統(tǒng)規(guī)定了容易變動(dòng)的發(fā)光參數(shù)，例如光的顏色、形狀和強(qiáng)度，而不變動(dòng)與照明系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的照明光學(xué)器件。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，從光源接收的照明的角度范圍在照明系統(tǒng)中保持基本不變。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，分立光源的陣列可被替換和/或耦接到SLM的陣列。可選地，SLM是數(shù)字微鏡裝置(DMD)、硅上液晶(LCoS)型和/或IXD之一。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，SLM被用來(lái)按需投射不同的象角，例如暗視場(chǎng)照明和/或亮視場(chǎng)照明。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)由與如此處描述的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的光學(xué)架構(gòu)耦接的SLM的陣列的照明在延長(zhǎng)場(chǎng)內(nèi)的每一點(diǎn)處能夠提供完全可編程的例如軟件可編程的象角和/或光譜。軟件可編程光通常與良好的場(chǎng)可靠性相關(guān)聯(lián)，因?yàn)椴恍枰獧C(jī)械移動(dòng)的部件和/或不同的光學(xué)組件。在某些示例性實(shí)施例中，每個(gè)分立的光源由基于SLM的集成投影光學(xué)引擎形成?？蛇x地，對(duì)于使用基于SLM的集成投影光學(xué)引擎的實(shí)施例，使用中繼鏡在相對(duì)于透鏡陣列的每個(gè)透鏡的適當(dāng)位置處形成或者真實(shí)或者虛擬的圖像。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，照明系統(tǒng)另外包括物鏡，該物鏡被適配成在使用非遠(yuǎn)心成像透鏡的同時(shí)，將從透鏡陣列獲得的多照明段(illumination segment)會(huì)聚到成像透鏡光圈以便可選地在延長(zhǎng)場(chǎng)上 實(shí)現(xiàn)類(lèi)似科勒照明效果?？蛇x地，省略該物鏡，且相反，光源和/或SLM成角度且導(dǎo)向成像透鏡光圈?？蛇x且額外地，調(diào)節(jié)透鏡陣列的透鏡的光學(xué)特性，且彎曲陣列以便將照明導(dǎo)向成像透鏡光圈。在某些示例性實(shí)施例中，使用分束器來(lái)照明目標(biāo)區(qū)域。可選地，提供傾斜的光軸，從而不需要分束器。在某些其它示例性實(shí)施例中，有效光源相對(duì)于被檢測(cè)物體被成像到無(wú)限遠(yuǎn)。因此明確地講，光源的圖像現(xiàn)在形成在成像透鏡的后聚焦面，它不必與出瞳一致。在這樣的實(shí)施例中光源的每一點(diǎn)弓I起在物體上入射的校準(zhǔn)平面波。結(jié)合SLM，這樣的結(jié)構(gòu)可能有助于精確地控制入射照明的角形狀，因?yàn)槊總€(gè)SLM像素生成定義好的照明角度。這樣的照明模式可能具有由于漸暈引起的某些限制，例如較差的空間和角度均勻性?，F(xiàn)在對(duì)圖1進(jìn)行參考，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的用于照明延長(zhǎng)視場(chǎng)的照明系統(tǒng)的光學(xué)組件的示例性示意圖。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，用于A(yíng)OI的照明系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)光源10，其通過(guò)光纖束陣列20將光投射到透鏡陣列30。來(lái)自光纖束20的輸出當(dāng)被物理光源10照射時(shí)用作有效光源。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，光纖束陣列20包括光纖束21…28，透鏡陣列30包括透鏡31…38的相應(yīng)陣列?？蛇x地，4_12的陣列，例如8個(gè)有效光源和透鏡被用來(lái)照射用于掃描例如面板的基板的線(xiàn)性傳感器等的延長(zhǎng)視場(chǎng)555。可選地，每個(gè)光纖束包括5-16條光纖和/或光學(xué)光導(dǎo)末端，例如8條光纖?？蛇x地，光纖束具有1-3毫米之間的直徑，例如1. 4毫米直徑?？蛇x地，有效光源通過(guò)光纖束末端前面的針孔陣列來(lái)定義并且被這些末端照射?？蛇x地，光纖束20 (此處也稱(chēng)作分立的有效光源)被適當(dāng)?shù)墓馕照诎?未示出)隔離以便最小化相鄰源/透鏡對(duì)之間的色度亮度干擾或光泄露。典型地，每一束中的光纖被布置成具有類(lèi)似圓形的橫截面。典型地，光纖傳送具有相同輻角分布的光作為光源10。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，透鏡陣列30是類(lèi)似球形透鏡31…38的陣列，所述透鏡31…38之間并排地?zé)o空間地布置。可選地，所述透鏡是非球面的、平球面的或者直到雙非球面的。在某些示例性實(shí)施例中，陣列中的透鏡以線(xiàn)性方式排列。典型地，透鏡陣列的寬高比大約為1:10，且通常是小于相機(jī)視場(chǎng)的寬高比的數(shù)量級(jí)。透鏡陣列的極小寬高比的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化機(jī)械組裝需求，同時(shí)能量浪費(fèi)損失相對(duì)小。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，透鏡陣列30可以是例如通過(guò)噴射模塑法制造的單個(gè)單元。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，通過(guò)它的相應(yīng)透鏡例如從透鏡31…38發(fā)射的來(lái)自例如來(lái)自光纖束21…28的每個(gè)光纖束(有效光源)的輸出提供類(lèi)似科勒照明，通過(guò)透鏡陣列30發(fā)射的來(lái)自光纖束陣列20的輸出提供類(lèi)似科勒照明陣列。陣列中的每個(gè)類(lèi)似科勒照明分段照射目標(biāo)物體50 (例如面板、基板)上的部分區(qū)域。對(duì)于位于那個(gè)區(qū)域內(nèi)的觀(guān)察者，照明分段利用與它的有效光源的照明形狀相同的形狀來(lái)投射象角。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，分立的被照明區(qū)域是其間沒(méi)有空間的連續(xù)區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，所有有效光源，例如由光纖21…28的輸出末端形成的那些光源具有基本上相同的形狀。在所述實(shí)施例中，投射到連續(xù)物體區(qū)域的所有象角在整個(gè)被照明區(qū)域上都無(wú)縫地結(jié)合為單個(gè)移位不變的象角。下面將對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，物鏡40接收來(lái)自透鏡陣列30的光，并且將它們引導(dǎo)到成像系統(tǒng)的成像透鏡110 (圖2A)的入瞳。在某些示例性實(shí)施例中，物鏡40是單個(gè)類(lèi)似球體帶的透鏡，其引導(dǎo)來(lái)自透 鏡陣列30的全部透鏡的光。典型地，物鏡40是平凸透鏡。在某些示例性實(shí)施例中，物鏡40是菲涅爾透鏡，其成本及重量減小同時(shí)某種程度上降低所投射的源圖像的質(zhì)量。盡管物鏡40所示為位于透鏡陣列30與目標(biāo)物體50之間，但是可選地，物鏡40可位于目標(biāo)物體50與成像系統(tǒng)的入瞳之間。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，通過(guò)調(diào)節(jié)透鏡陣列30與物鏡40的相對(duì)位置來(lái)調(diào)節(jié)照明區(qū)域的大小，從而源被成像到成像系統(tǒng)的入瞳的平面上?，F(xiàn)在參考圖2A和圖2B，圖2A和圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的在兩個(gè)正交平面上利用成像系統(tǒng)照明的光學(xué)設(shè)計(jì)的示例性示意圖。為了清晰，展開(kāi)了圖2A和圖2B中所示的光及成像路徑。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，通過(guò)球面透鏡30與類(lèi)似球體帶的物鏡40的陣列的組合動(dòng)作來(lái)進(jìn)行將有效光源20成像到成像透鏡110的光圈。可選地，透鏡30是非球面的或者其它形狀的透鏡，例如平球狀的或雙非球面的。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，照明射線(xiàn)150從目標(biāo)物體50鏡面反射并且在用于在線(xiàn)性傳感器120上成像的成像透鏡110的光圈處會(huì)聚。在某些示例性實(shí)施例中，沒(méi)有物鏡40，全部光源將在彼此平行方向上被成像且形成于在光軸222的任一側(cè)處的成像透鏡110光圈平面處。在某些示例性實(shí)施中，在使用非遠(yuǎn)心成像透鏡的同時(shí)，物鏡40用于將所有光源圖像匯聚到成像透鏡110的光圈，以便在延長(zhǎng)視場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)由光源10和透鏡陣列30提供的類(lèi)似科勒照明效果。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，成像透鏡將待掃描的目標(biāo)物體50的一部分成像到線(xiàn)性傳感器120。典型地，利用具有期望角度覆蓋的延長(zhǎng)連續(xù)區(qū)域整體地照明被成像的面板的部分。通過(guò)成像透鏡110的入瞳將來(lái)自要掃描的目標(biāo)物體50的部分的光引導(dǎo)到線(xiàn)性傳感器120。當(dāng)光源在成像透鏡110上的圖像等于或小于與成像透鏡110相關(guān)聯(lián)的入瞳時(shí)提供亮視場(chǎng)照明。暗視場(chǎng)照明是通過(guò)來(lái)自物體的鏡面反射未達(dá)到入瞳的照明。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，通過(guò)由一圈光源形成的普通環(huán)形照明來(lái)影響暗視場(chǎng)照明，從而如在包括成像透鏡Iio的光圈的平面中成像的該環(huán)形光源的內(nèi)徑等于或大于成像透鏡110的入瞳。明確地講，成像透鏡110的入瞳是有效“窗口”(或者光圈)，通過(guò)該有效“窗口”光由成像透鏡收集。下面將更詳細(xì)地討論不同形狀的照明現(xiàn)在參考圖3，圖3示出了照明系統(tǒng)的替換光學(xué)組件的示例性示意圖，且圖4A和圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的基于全部替換光學(xué)組件在兩個(gè)不同平面上的光學(xué)設(shè)計(jì)的示例性示意圖。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，在從目標(biāo)物體50鏡面反射之后，不需要物鏡，照明被導(dǎo)向成像透鏡110和/或成像透鏡光圈。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，分立光源200的陣列以及透鏡300的響應(yīng)陣列中的每一個(gè)以月牙形排列，以便適配成朝著成像透鏡110會(huì)聚照明。在某些示例性實(shí)施例中，分立光源200的陣列的分立光源201···208在外殼177中被安裝在朝著透鏡陣列300稍微向內(nèi)彎曲的表面上。注意，分立光源201···208代表由LED燈、光纖的物理輸出末端或者其它合適的均化光導(dǎo)、物理SLM的真實(shí)平面和/或物理SLM的真實(shí)或虛擬圖像之一形成的有效光源。在某些示例性實(shí)施例中，透鏡陣列300的透鏡301···308是不相同的透鏡，且它們各自的光學(xué)特性為朝著成像光學(xué)器件彎曲光作準(zhǔn)備。在某些示例性實(shí)施例中，透鏡陣列300是其間沒(méi)有空間的完整透鏡陣列?？蛇x地，利用噴射模塑法將透鏡陣列300制造為單個(gè)集成單元。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，通過(guò)透鏡陣列300發(fā)射的錐形射線(xiàn)260朝著成像透鏡110的入瞳逐漸彎曲?，F(xiàn)在參考圖5，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的針對(duì)使用分束器的照明系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)的示例性示意圖。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，照明系統(tǒng)的光軸垂直于目標(biāo)物體50，且反射器60與分束器70 —起被布置用來(lái)將來(lái)自照明源10的照明導(dǎo)向目標(biāo)物體50并且通過(guò)分束器70將從目標(biāo)物體50反射的光投射到成像單元?？蛇x地，分束器是薄膜分束器?，F(xiàn)在參考圖6，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的針對(duì)不需要分束器的照明系統(tǒng)的替換光學(xué)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化示意圖。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，照明的光軸被制成傾斜的而不是垂直于目標(biāo)物體50，因此不需要分束器。去除分束器極大地提高了光效率。在某些示例性實(shí)施例中，去除分束器提高效率大約四倍。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，有效光源20的陣列通過(guò)透鏡陣列30以及可選地通過(guò)物鏡40朝著反射表面65發(fā)射光,該反射表面65沿著方向165朝著目標(biāo)物體50彎曲最初在方向145上傳播的射線(xiàn)，因此照明不是普通的入射。可選地，反射表面65位于角度166，有點(diǎn)大于45度。一旦從目標(biāo)物體50的區(qū)域反射出，光束在方向190上以?xún)A斜角度導(dǎo)向成像透鏡和成像傳感器。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，如此處描述的傾斜的(無(wú)分束器)檢測(cè)結(jié)構(gòu)結(jié)合線(xiàn)性陣列傳感器尤為有用，并且該結(jié)構(gòu)包括此處描述的垂直結(jié)構(gòu)的全部有用照明特征。另外，此處描述的傾斜的(無(wú)分束器)檢測(cè)結(jié)構(gòu)尤其可用于成像高度平坦的表面或者結(jié)合適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)對(duì)焦機(jī)構(gòu)尤為有用。
現(xiàn)在參考圖7A，圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的照明系統(tǒng)的光纖單元的示例性示意圖，圖7B和圖7C示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的照明系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的示例性示意圖，圖7D示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的示例性光纖束的橫截面示意圖。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，光纖束20的一個(gè)或多個(gè)陣列被提供用來(lái)在掃描期間照射一個(gè)或多個(gè)相機(jī)的視場(chǎng)。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，光纖束20的每個(gè)陣列包括光纖束21…28。可選地,每個(gè)光纖束、例如光纖束21包括1000-2000條光纖和/或光學(xué)光導(dǎo)末端，例如8條光纖921···928 (在圖示中為了簡(jiǎn)潔僅示出了 8條光纖)?？蛇x地，束中的光纖被布置成具有基本上圓形的橫截面的束(圖7D)。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，具有預(yù)定形狀和輻角分布的單個(gè)光源210被用作到光纖束的輸入。在某些示例性實(shí)施例中，光源210遠(yuǎn)離成像地點(diǎn)，并且光纖束29被用來(lái)向成像地點(diǎn)輸送照明，其末端20包括在如此上所解釋的本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中的有效源。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，在目標(biāo)物體的掃描期間使用多個(gè)相機(jī)，例如相機(jī)陣列，并且每個(gè)光纖束陣列20與外殼278中容納的光學(xué)器件一起照射相機(jī)之一的視場(chǎng)。根據(jù)本發(fā)明 的某些實(shí)施例，外殼278包括光纖束接收單元220，其充當(dāng)用于接收陣列20中的每條光纖束以及對(duì)準(zhǔn)陣列20中的每條光纖束和光學(xué)系統(tǒng)的多個(gè)貫穿孔221···228。典型地，外殼278包括用于接收并對(duì)準(zhǔn)透鏡陣列30的縫隙以及物鏡40。在某些示例性實(shí)施例中，外殼278另外容納折疊式反射鏡60和分束器70，如圖5中示意性示出。如圖5中所示，折疊式反射鏡(例如普通的平面鏡)將光偏離其初始水平傳播方向并且在分束器的方向上向上拋。可選地，這允許分束器被安裝在相對(duì)于光軸最小的傾斜角度，最小化光學(xué)干擾。在某些示例性實(shí)施例中，不使用折疊式反射鏡，相反或者通過(guò)反射或者通過(guò)分束器傳輸直接照射面板。現(xiàn)在參考圖8A，圖8A示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的用于照明延長(zhǎng)視場(chǎng)的基于SLM的照明系統(tǒng)的光學(xué)組件的示例性示意圖。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，從SLM500的陣列的真實(shí)平面或者從SLM的真實(shí)或虛擬圖像的陣列獲得有效光源的陣列。在某些示例性實(shí)施例中，基于SLM的照明系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)類(lèi)似于利用光纖束陣列描述的光學(xué)設(shè)計(jì)。通過(guò)透鏡陣列30發(fā)射來(lái)自陣列500的5Ι 501···508的輸出，以便提供類(lèi)似科勒照明的陣列。另外或可替換地，根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，通過(guò)各個(gè)可尋址的LED陣列獲得有效光源。在2010年I月28日公開(kāi)的W02010/010556中尤其是圖16中示出了這種使用LED陣列的示例，此處通過(guò)參考整體并入W02010/010556。在它們之間沒(méi)有空間地并排放置透鏡陣列30中的透鏡，因此來(lái)自SLM陣列500的輸出可以提供連續(xù)的延長(zhǎng)的照明帶?？蛇x地，如參考圖1上面說(shuō)明的，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓馕照诎?未示出)分離來(lái)自SLM500的光束，以便最小化相鄰源/透鏡對(duì)之間的色度亮度干擾或光泄露。可選地，在從目標(biāo)表面反射之后，使用物鏡40向光學(xué)成像透鏡會(huì)聚類(lèi)似科勒照明的陣列。在某些示例性實(shí)施例中，SLM陣列500被安裝在一行上，每一個(gè)在透鏡陣列30中的對(duì)應(yīng)透鏡的前面。可選地，每個(gè)SLM被安裝在PCB上，假設(shè)它具有電能以及在計(jì)算機(jī)控制下它的操作所需的信號(hào)?？商鎿Q地，所有SLM被安裝在一個(gè)PCB上。以領(lǐng)域中公知的方式為SLM裝備適當(dāng)?shù)恼彰鳎缬糜贒MD類(lèi)型SLM的斜入射照明或者利用用于LCoS設(shè)備的偏振分束器的正常入射的偏振照明?，F(xiàn)在參考圖SB，圖SB示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的饋入照明系統(tǒng)的光纖束的SLM光源的光學(xué)組件的示例性示意圖?？蛇x地，光源系統(tǒng)250包括SLM(例如DMD501)，并且發(fā)射具有由(例如如美國(guó)專(zhuān)利No. 6464633中描述的，其通過(guò)引用并入于此)SLM定義的形狀的光。在某些不例性實(shí)施例中，光源系統(tǒng)250包括用于發(fā)射照明光的燈241、用于對(duì)燈241供電的燈電源240、拋物柱面反射鏡242以及DMD501，在所述拋物柱面反射鏡242上涂覆一層具有紅外透射特性的薄膜，該紅外透射特性將從光源燈241發(fā)射的照明光輸出為平行光，該DMD501用于反射來(lái)自?huà)佄镏娣瓷溏R242的通過(guò)透鏡515的平行光，以將平行光聚集到光導(dǎo)28的入射端。典型地，DMD驅(qū)動(dòng)電路245控制DMD501的操作?，F(xiàn)在參考圖SC和圖8D，圖SC和圖8D示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的用于分別提供暗視場(chǎng)照明和亮視場(chǎng)照明的SLM圖像。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，每個(gè)SLM可被編程用來(lái)提供預(yù)定形狀的照明。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，當(dāng)每個(gè)SLM投射相同圖像時(shí)，橫穿整個(gè)照明區(qū)域的照明將空間地不變，因此照明象角保持相同。在某些示例性實(shí)施例中，SLM被編程用來(lái)對(duì)SLM圖像580提供環(huán)形照明，從而該環(huán)的暗內(nèi)徑等于或大于成像透鏡的入瞳允許的光錐。在某些示例性實(shí)施例中，環(huán)形照明可以按需提供暗視場(chǎng)照明。亮視場(chǎng)照明可以通過(guò)直徑為等于或小于成像透鏡的入瞳允許的光錐的直徑的圓形照明來(lái)提供。在一些示例性實(shí)施例中，SLM圖像570被用來(lái)提供亮視場(chǎng)照明。圖8A的直接SLM照明結(jié)構(gòu)允許任何任意形狀的象角，其可被“寫(xiě)”入將要投射的SLM。相反地，由于光纖的“流通(circularizing)”屬性，可以將圖8B的耦接光纖的結(jié)構(gòu)限制為圓形對(duì)稱(chēng)的象角形狀?，F(xiàn)在參考圖9A和9B，圖9A和圖9B示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的照明系統(tǒng)的兩個(gè)相鄰?fù)哥R之間毗接的目標(biāo)物體的區(qū)域上的基于SLM照明系統(tǒng)的發(fā)光路徑和輸出的示例性示意圖。為了圖示目的，示出了以?xún)煞N交替顏色(11R和11B)投射類(lèi)似字母“F”的特殊空間形狀11的光源陣列?！癋”形狀由于其非對(duì)稱(chēng)屬性，通常用于圖示光學(xué)系統(tǒng)的操作。圖9B中所示的“F”形狀圖示了光源的形狀如何從射線(xiàn)911B和911R被成像到成像透鏡110的入瞳的平面，光線(xiàn)91IB和91 IR來(lái)源于通過(guò)相鄰?fù)哥R34和35投射的兩個(gè)相鄰光源。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例中，照明系統(tǒng)1000的照明結(jié)構(gòu)的凈效果是在目標(biāo)物體50上的延長(zhǎng)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的每一點(diǎn)處形成“F”形狀的亮視場(chǎng)輻角分布。如可以理解的，位于陣列30的透鏡之一的中央?yún)^(qū)域正下方的基板點(diǎn)處，通過(guò)安裝在透鏡前面的一個(gè)相應(yīng)光源(或者IlR或者11B)來(lái)提供例如來(lái)自射線(xiàn)束91 IR或91IB之一的照明，并且將以交替顏色之一形成“F”形狀的亮視場(chǎng)輻角分布。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，在自陣列30的透鏡之一的中央?yún)^(qū)域偏移的基板上的子區(qū)域51中，例如在透鏡34的中央與透鏡35的中央之間的區(qū)域中，將通過(guò)兩個(gè)相鄰光源來(lái)提供照明。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，盡管光是從兩個(gè)不同光源接收的，照明象角保持相同，并且提供了滿(mǎn)“F”形狀的象角。不同的顏色顯示來(lái)自被無(wú)縫地合并為單個(gè)場(chǎng)的透鏡中的每一個(gè)的不同影響。如圖9B中所示，由穿過(guò)區(qū)域51的光線(xiàn)形成的光源IlB和IlR的分立“F”形狀圖像在成像單元的成像透鏡光圈內(nèi)一致，并且沿著照明區(qū)域提供連續(xù)的空間不變的照明。圖9B描繪了真實(shí)的模擬結(jié)果，因此明顯的“噪聲”僅由于模擬中使用的有線(xiàn)數(shù)量的光線(xiàn)。在某些示例性實(shí)施例中，該無(wú)縫空間地不變的象角是布置光源從而它們每個(gè)被成像到成像透鏡光圈的結(jié)果。這避免了在定向反射面的寬視場(chǎng)成像中典型存在的逐步照明漸暈現(xiàn)象。在這種意義上，系統(tǒng)操作為準(zhǔn)遠(yuǎn)心系統(tǒng)，而嚴(yán)格的遠(yuǎn)心系統(tǒng)的入瞳位于無(wú)限遠(yuǎn)。那種均勻?qū)傩愿蟪潭仁怯捎谕哥R陣列的避免相鄰?fù)哥R之間的縫隙的內(nèi)部設(shè)計(jì)。使用SLM，可以在被檢測(cè)基板上在任一點(diǎn)處投射任意移位的不變象場(chǎng)?？蛇x地，通過(guò)改變光源的空間形狀，可以實(shí)現(xiàn)其它任意角度照明分布，例如亮視場(chǎng)、暗視場(chǎng)以及它們的任意組合?，F(xiàn)在參考圖10，圖10示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的具有集成投影光學(xué)引擎的基于SLM照明系統(tǒng)的示例性示意圖。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，每個(gè)分立的光源是使用基于SLM的集成投影光學(xué)引擎400有效形成的。可用的集成光學(xué)引擎可以適當(dāng)?shù)匕ㄓ芍袊?guó)的Young光學(xué)器件公司提供的基于DMD的光學(xué)引擎以及由美國(guó)的Greenlight光學(xué)器件有限責(zé)任公司提供的基于LCoS的光學(xué)引擎。投影光學(xué)引擎400通常包括光源組件，該光源組件具有LED或二極管激光器，通常發(fā)射紅原色、綠原色和藍(lán)原色的光。典型地，利用分束棱鏡505將光10引入以撞擊SLM器件501，例如DMD。在投影光系統(tǒng)的一些已知應(yīng)用中，投影透鏡520在通常距離投影裝置范圍從O. 5米到2米的長(zhǎng)度的顯示屏幕上形成SLM表面的圖像。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，光引擎被適配用作AOI的照明系統(tǒng)，其使用中繼透鏡540在相對(duì)于(透鏡陣列30的)透鏡31的適當(dāng)位置處形成或者真實(shí)或虛擬的圖像。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，透鏡31或者單獨(dú)地或者與物鏡40組合地操作以便將SLM的圖像成像到如此處上面所述的成像透鏡的孔徑光闌上的平面。在某些示例性實(shí)施例中，對(duì)于要求暗視場(chǎng)照明的應(yīng)用，在光圈內(nèi)成像的像素被變成關(guān)位置，且在光圈外成像的像素被變成開(kāi)位置。注意，盡管為了簡(jiǎn)潔目的示出了僅一個(gè)光學(xué)引擎400和一個(gè)透鏡31，但是利用如此上所述的投射到透鏡陣列30的光學(xué)引擎400的陣列能夠獲得根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的延長(zhǎng)照明視場(chǎng)。現(xiàn)在參考圖11，圖11示出了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的包括照明系統(tǒng)的用于自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)的掃描系統(tǒng)的示例性方框圖。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，AOI系統(tǒng)包括圖像獲取子系統(tǒng)450和處理系統(tǒng)，例如平臺(tái)(未示出)。圖像獲取子系統(tǒng)450通常包括圖像傳感器120、相關(guān)聯(lián)的成像光學(xué)器件112、照明器19和相關(guān)聯(lián)的照明光學(xué)器件39，該成像光學(xué)器件112用于在掃描期間捕獲目標(biāo)物體50的圖像，該相關(guān)聯(lián)的照明光學(xué)器件39用于對(duì)圖像傳感器120的視場(chǎng)照明?？蛇x地，照明器19包括一個(gè)或多個(gè)SLM502，用于按照針對(duì)不同應(yīng)用的要求來(lái)修改例如其光源的輻角形狀的屬性。通常，圖像獲取子系統(tǒng)450包括控制器460，用于協(xié)調(diào)目標(biāo)物體50與圖像獲取子系統(tǒng)450的相對(duì)定位和運(yùn)動(dòng)以及照明器19的照明期間和利用圖像傳感器120的圖像捕獲。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在操作期間，目標(biāo)物體50、例如待檢測(cè)的模板被插入到AOI系統(tǒng)，并且通過(guò)圖像獲取子系統(tǒng)450掃描?？蛇x地，隨著面板前進(jìn)，使用不同的照明配置來(lái)獲取圖像。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，來(lái)自圖像傳感器120的輸出被分析并且例如以缺陷報(bào)告的形式被報(bào)告。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，照明器19包括一個(gè)或多個(gè)(例如陣列)LED燈、光纖束陣列和/或集成投影光學(xué)引擎陣列。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，照明光學(xué)器件39包括提供類(lèi)似科勒照明陣列的透鏡陣列?？蛇x地，照明光學(xué)器件39另外包括用于將反射光導(dǎo)引到成像光學(xué)器件112的入瞳的物鏡。典型地，照明光學(xué)器件39另外包括反射器和/或分束器，它們被布置成將來(lái)自照明器19的照明導(dǎo)引到目標(biāo)物體50并且將從目標(biāo)物體50發(fā)射的光投射到圖像傳感器120。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，圖像傳感器120可以是線(xiàn)性或TDI型圖像傳感器，其捕獲優(yōu)選地具有寬高比為40:1或更多的延長(zhǎng)視場(chǎng)的圖像。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，照明器19以及照明光學(xué)器件39提供在具有比圖像傳感器120的視場(chǎng)基本上更小的寬高比的區(qū)域上的照明。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，在象角對(duì)于被照明區(qū)域內(nèi)的所有點(diǎn)相同的層面上，所提供的照明在照明的區(qū)域上空間地不變?，F(xiàn)在參考圖12A和圖12B，比較使用根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的照明系統(tǒng)在示例性模擬中的在入瞳接收的輻射照度。所述模擬計(jì)算落在成像透鏡(例如成像透鏡110的入瞳(圖2A-2B))的平面上的8個(gè)圓形光源20的陣列的疊加圖像。通過(guò)從在被檢測(cè)表明上以I毫米計(jì)測(cè)量48毫米的視場(chǎng)收集的光線(xiàn)來(lái)形成圖像。這樣的視場(chǎng)通常是TDI型線(xiàn)性相機(jī)。透鏡光圈位于離被檢測(cè)表面大約250毫米。針對(duì)Lambertian (例如LED照明)和在部分光源上的高斯角發(fā)射進(jìn)行所述分析。如圖中清楚地所示，在對(duì)應(yīng)于對(duì)著物體5度滿(mǎn)角度的純亮視場(chǎng)照明的兩種情況下形成了定義良好的圓形圖像。Lambertian發(fā)射源產(chǎn)生更均勻的照明瞳孔，如由它的“更平坦”水平和垂直橫截面表明的。這證明了根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)置的照明系統(tǒng)使用非遠(yuǎn)心成像透鏡在延長(zhǎng)視場(chǎng)上生成無(wú)漸暈的準(zhǔn)遠(yuǎn)心類(lèi)似科勒照明的性能。術(shù)語(yǔ)“包括”、“具有”及它們的動(dòng)詞變化是指“包括但不限于”。術(shù)語(yǔ)“由…組成”是指“包括且限于”。術(shù)語(yǔ)“主要由…組成”是指合成物、方法或結(jié)構(gòu)可以包括另外的成分、步驟和/或部件，但是只要另外的成分、步驟和/或部件沒(méi)有本質(zhì)上改變所要求保護(hù)的合成物、方法或結(jié)構(gòu)的基本和新穎的特性。會(huì)理解，為了簡(jiǎn)潔在獨(dú)立實(shí)施例的上下文中描述的本發(fā)明的某些特征也可以在單個(gè)實(shí)施例中組合地提供。相反，為了簡(jiǎn)短在單個(gè)實(shí)施例的上下文中描述的本發(fā)明的各種特征也可以單獨(dú)地或者以任 何合適的子組合提供或者如以發(fā)明的任何其他所述實(shí)施例適當(dāng)?shù)靥峁８鱾€(gè)實(shí)施例的上下文中描述的某些特征將不被理解為那些實(shí)施例的重要特征，除非實(shí)施例沒(méi)有那些元素就不起作用。
權(quán)利要求
1.一種用于照明線(xiàn)性或高寬高比區(qū)域圖像傳感器的延長(zhǎng)視場(chǎng)的方法，所述方法包括 利用多個(gè)分立的光源提供延長(zhǎng)場(chǎng)形狀的照明；和 向待成像的物體投射所述照明；其中在物體上投射的所述照明沿著在物體上的延長(zhǎng)場(chǎng)形狀在強(qiáng)度和輻角分布上基本空間地不變。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括將所投射的照明成像到用于對(duì)物體成像的成像單元的成像透鏡入瞳，其中所述入瞳的直徑是比物體與成像透鏡之間的距離小的至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述圖像傳感器的視場(chǎng)具有大于40:1的寬高比。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述照明在所述延長(zhǎng)視場(chǎng)上非漸暈。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所提供的照明被適配成非遠(yuǎn)心成像所述延長(zhǎng)視場(chǎng)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所提供的照明是從空間光調(diào)制器(SLM)輸出的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所提供的照明是利用環(huán)形輻角分布的暗視場(chǎng)照明。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中延長(zhǎng)場(chǎng)形狀的照明是利用通過(guò)透鏡陣列投射的光源陣列來(lái)提供的，其中陣列中的透鏡之間沒(méi)有空間地相鄰。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中每個(gè)光源和相應(yīng)透鏡向具有基本類(lèi)似于光源形狀的角形狀的延長(zhǎng)視場(chǎng)投射分立的照明部分，并且其中，所述分立的照明部分之間基本上沒(méi)有空間地相鄰并且在所述延長(zhǎng)視場(chǎng)上提供照明。
10.如權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的方法，其中通過(guò)光源陣列和透鏡陣列的每個(gè)相應(yīng)透鏡從每個(gè)光源投射的照明是類(lèi)似科勒照明。
11.如權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的方法，包括將通過(guò)透鏡陣列的全部透鏡投射的照明引導(dǎo)到圖像傳感器的成像透鏡光圈。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述引導(dǎo)是利用物鏡提供的。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述物鏡是平凸透鏡。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述物鏡是菲涅耳透鏡。
15.如權(quán)利要求8-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述陣列的光源是每個(gè)在總角度為25度到35度上發(fā)射的狹角度光源。
16.如權(quán)利要求8-15中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述透鏡陣列的寬高比小于10:1。
17.如權(quán)利要求8-16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述光源陣列是LED燈陣列。
18.如權(quán)利要求8-16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述光源陣列是從光纖束陣列投射的。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，包括從單個(gè)中央光源饋送全部光纖束。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述中央光源包括定義由所述中央光源發(fā)射的光的形狀的SLM。
21.如權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述光源陣列是利用基于SLM的集成投影光學(xué)引擎形成的。
22.如權(quán)利要求20或權(quán)利要求21所述的方法，其中所述SLM提供亮視場(chǎng)照明或暗視場(chǎng)照明之一。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述SLM提供具有由SLM形成的環(huán)形照明的暗視場(chǎng)照明。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述環(huán)形照明的內(nèi)徑被定義為等于或大于用于對(duì)延長(zhǎng)視場(chǎng)成像的成像透鏡的入瞳。
25.如權(quán)利要求20-24中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述SLM提供具有由SLM形成的圓形照明的亮視場(chǎng)照明，其中所述圓形照明的直徑等于或小于用于對(duì)延長(zhǎng)視場(chǎng)成像的成像透鏡的入瞳。
26.一種用于照明線(xiàn)性或高寬高比區(qū)域圖像傳感器的延長(zhǎng)視場(chǎng)的照明系統(tǒng)，包括 透鏡陣列，其中所述陣列中的透鏡之間沒(méi)有空間地相鄰； 光源陣列，每個(gè)光源具有一種形狀，其中所述光源陣列中的每個(gè)光源被布置成通過(guò)所述透鏡陣列中的相應(yīng)透鏡投射光；和 其中每個(gè)光源和相應(yīng)透鏡向具有基本類(lèi)似于光源形狀的角形狀的延長(zhǎng)視場(chǎng)投射分立的照明部分，并且其中，所述分立的照明部分之間基本上沒(méi)有空間地相鄰并且在所述延長(zhǎng)視場(chǎng)上提供照明。
27.如權(quán)利要求26所述的照明系統(tǒng)，其中光源陣列和透鏡陣列的每個(gè)光源和相應(yīng)透鏡提供類(lèi)似科勒照明。
28.如權(quán)利要求26或權(quán)利要求27所述的照明系統(tǒng)，其中所述陣列的光源是每個(gè)在總角度為25度到35度上發(fā)射的狹角度光源。
29.如權(quán)利要求26-28中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng),其中所述延長(zhǎng)視場(chǎng)具有大于40:1的寬高比。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述透鏡陣列的寬高比小于10:1。
31.如權(quán)利要求26-30中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中來(lái)自所述光源陣列的照明被成像到用于對(duì)物體成像的成像單元的成像透鏡入瞳，其中所述入瞳的直徑是比物體與成像透鏡之間的距離小的至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。
32.如權(quán)利要求26-31中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，還包括物鏡，其中所述物鏡被適配成將通過(guò)所述透鏡陣列的全部透鏡投射的照明引導(dǎo)到圖像傳感器的成像透鏡光圈。
33.如權(quán)利要求32所述的照明系統(tǒng)，其中所述物鏡是平凸透鏡。
34.如權(quán)利要求32所述的照明系統(tǒng)，其中所述物鏡是菲涅爾透鏡。
35.如權(quán)利要求26-28中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光源陣列成月牙形狀角度，所述月牙形狀被定義為將照明引導(dǎo)到圖像傳感器的成像透鏡光圈。
36.如權(quán)利要求35所述的照明系統(tǒng)，其中所述透鏡陣列成月牙形狀角度，所述月牙形狀被定義為將照明引導(dǎo)到圖像傳感器的成像透鏡光圈。
37.如權(quán)利要求26-35中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光源陣列是LED陣列。
38.如權(quán)利要求26-36中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光源陣列是從光纖束陣列輸出的。
39.如權(quán)利要求38所述的照明系統(tǒng)，其中所述陣列中的光纖束投射從中央光源饋送的照明。
40.如權(quán)利要求39所述的照明系統(tǒng)，其中所述中央光源包括SLM，且其中所發(fā)射的光具有由SLM定義的形狀。
41.如權(quán)利要求26-36中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光源陣列是從SLM陣列輸出的。
42.如權(quán)利要求26-36中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述光源陣列由基于SLM的集成投影光學(xué)引擎形成。
43.如權(quán)利要求40-42中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述SLM提供亮視場(chǎng)照明或暗視場(chǎng)照明之一。
44.如權(quán)利要求43所述的照明系統(tǒng)，其中所述SLM提供具有由SLM形成的環(huán)形照明的暗視場(chǎng)照明。
45.如權(quán)利要求44所述的照明系統(tǒng)，其中所述環(huán)形照明的內(nèi)徑被定義為等于或大于用于對(duì)延長(zhǎng)視場(chǎng)成像的成像透鏡的入瞳。
46.如權(quán)利要求43-45中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中所述SLM提供具有由SLM形成的圓形照明的亮視場(chǎng)照明，其中所述圓形照明的直徑等于或小于用于對(duì)延長(zhǎng)視場(chǎng)成像的成像透鏡的入瞳。
47.如權(quán)利要求26-46中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中陣列中的全部光源是相同的。
48.如權(quán)利要求26-47中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中陣列中的全部透鏡是相同的。
49.如權(quán)利要求26-48中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，其中陣列中的透鏡是球面透鏡。
50.如權(quán)利要求26-49中任一項(xiàng)所述的照明系統(tǒng)，被適配成非遠(yuǎn)心成像延長(zhǎng)視場(chǎng)。
51.一種用于在自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)中掃描基板的方法，所述方法包括 提供基板； 按照權(quán)利要求1-25中任一項(xiàng)所述的方法照明所述基板； 對(duì)所述基板成像； 分析來(lái)自所述成像的輸出以便識(shí)別所述基板中的缺陷； 報(bào)告所述缺陷。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，包括利用多個(gè)照明配置照明所述基板。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其中所述多個(gè)照明配置包括暗視場(chǎng)照明和亮視場(chǎng)照明中的至少一個(gè)。
54.—種自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng),包括 成像單元，包括至少一個(gè)相機(jī)和至少一個(gè)照明單元，其中所述至少一個(gè)照明單元如權(quán)利要求26-50中的任一項(xiàng)； 掃描單元，被配置成提供用于檢測(cè)的基板與成像單元之間的轉(zhuǎn)換； 控制器，被配置成協(xié)調(diào)掃描單元的轉(zhuǎn)換、至少一個(gè)照明單元的照明以及至少一個(gè)相機(jī)的圖像捕獲。
55.如權(quán)利要求54所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)照明單元被適配成提供多個(gè)照明配置。
56.如權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)照明配置包括暗視場(chǎng)照明和亮視場(chǎng)照明中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種照明線(xiàn)性或高寬高比區(qū)域圖像傳感器的延長(zhǎng)視場(chǎng)的系統(tǒng)和方法，包括利用多個(gè)分立的光源提供延長(zhǎng)場(chǎng)形狀的照明；和向待成像的物體投射所述照明；其中在物體上投射的照明沿著物體的延長(zhǎng)場(chǎng)形狀在強(qiáng)度和輻角分布上基本空間地不變。
文檔編號(hào)G06K9/03GK103069436SQ201180038571
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者Y.卡茲爾, T.赫維特斯, D.菲什, E.梅默恩 申請(qǐng)人:奧博泰克有限公司