使用针孔阵列的物体共焦成像装置和方法制造方法及图纸

一种用于检查物体的共焦成像装置包括：光源，用于投射光以照亮所述物体；以及成像设备，用于沿着所述物体和所述成像设备之间的光路接收从所述物体反射的光。针孔阵列包括多个针孔，并且沿所述光路设置，使得从所述物体反射的光可以通过所述针孔阵列。一种机构，用于在垂直于所述光路的直线方向上沿着单个轴线移动所述针孔阵列，以将对应于所述物体的基本连续区域的图像传送到所述成像设备上。

Confocal imaging device and method using pinhole array

A confocal imaging device for examining objects includes a light source for projecting light to illuminate the object; and an imaging device for receiving light reflected from the object along the light path between the object and the imaging device. The pinhole array includes a plurality of pinholes and is arranged along the optical path so that light reflected from the object can be arranged through the pinhole array. An mechanism for moving the array of pinholes along a single axis in a straight line perpendicular to the light path to transmit an image of a basic continuous region corresponding to the object to the imaging device.

【技术实现步骤摘要】
使用针孔阵列的物体共焦成像装置和方法
本专利技术涉及一种检查装置，特别涉及一种对物体表面进行成像的共焦检查装置。
技术介绍
在电子封装应用中，一般需要对物体或工件进行检查以检测最终产品的质量。共焦成像技术能够为这种检查提供高分辨率的二维图像。此外，在众多电子封装检查应用中，例如，引线接合工艺控制中的球厚度测量中，也需要三维轮廓的高精度检查。在一种共焦成像方法中，所取得重要进步是使用一块包括一个或多个针孔的板，所述板有助于消除进入光学成像系统的离焦光线。然而，为了获得质量更好的成像数据，这种针孔板会限制共焦系统捕获的光量。通常，为了获得更致密的区域图像，需要进行横向扫描以获得更好的图像数据。为了提高扫描速度，可以将包括多个针孔的旋转盘广泛应用于区域成像共焦系统中。如图1所示，这种旋转盘可以包括尼普科夫(Nipkow)盘100。通常，尼普科夫(Nipkow)盘100包括用于照亮将要观察的物体116的光源102和围绕旋转轴108旋转的微透镜盘106和针孔盘110。微透镜盘106包含微透镜104，并且置于具有针孔112的针孔盘110之前。每个针孔112具有一个相关联的微透镜104。每个微透镜104用于捕获宽带光并将其聚焦到各个针孔112中，从而显著增加射向每个针孔112的光量，并且减少旋转针孔盘110阻挡的光量。来自光源102的光通过微透镜盘106和针孔盘110之间的分束器122，然后被物镜114聚焦到物体116上。分束器122朝向聚焦透镜118反射物体116的图像，聚焦透镜将物体116的图像聚焦到传感器或照相机120上。尼普科夫(Nipkow)盘100是区域扫描共焦系统最常用的配置。当区域扫描共焦系统的针孔盘110以恒定的角速度旋转时，所述系统能不断地捕获图像。针孔盘110可以由合适的任何材料制成，例如金属、塑料或纸板，并且具有直径相同的针孔112图案，这些针孔彼此之间的间隔距离相等。针孔112可以是圆形或正方形。这些针孔112设置如下：基本上，形成了从针孔盘110的外径点到针孔盘110的中心的单匝螺旋。当针孔盘110旋转时，针孔112的轨迹形成圆环形图案，这些图案的内径和外径取决于针孔盘110上每个针孔112的位置，并且所述图案的厚度和每个针孔112的直径相等。圆环形图案可以部分重叠，可以不重叠，这取决于针孔盘110结构的精确度。物镜114将其前面的物体116的图像直接投射到针孔盘110上。螺旋中的每个针孔112的轨迹形成图像的一部分，并且所述图像作为明暗区域的图案被照相机120拍摄下来。当旋转针孔盘110，并且通过针孔盘110上相对较小的扇形区域(例如，针孔盘的四分之一或八分之一区域)观察物体116时，看起来，物体116是被逐行扫描的，首先扫描其长度或高度，甚至也可沿其对角线扫描，这取决于观察时所选择的扇形区域的大小。当针孔盘110的旋转速度够快时，物体116看起来是完整的，并且有可能捕获物体的整个区域。重显图像的尺寸由针孔盘110的尺寸确定，针孔盘尺寸越大，产生的图像的尺寸也越大。根据尼普科夫(Nipkow)盘100的设计，针孔盘110需要旋转。所述设计的优点在于：当针孔盘110以恒定的角速度旋转时，这种检查系统能够连续捕获图像。然而，由于针孔图案需要围绕针孔盘110的旋转轴108移动或旋转，因此，需要一个相对于被成像区域，直径非常大的针孔盘110。此外，因为针孔112遍布整个针孔盘110，其与旋转轴108的距离各不同，并且，每个针孔112的速度是其角速度和其距旋转轴108的半径的倍数，所以，针孔的移动速度不同。通过这种方式，基于曝光时间与针孔112的速度成反比，针孔可以有效地将不同的曝光时间呈现在成像传感器或照相机120上。只有当角开口非常小时，才能实现良好的均匀性(如果有的话)，然而，这会限制旋转针孔盘110的尺寸。因此，对于检查系统，特别是包括具有不同分辨率、不同视场和不同景深的光学部件的检查系统而言，这种采用旋转盘的方法不能满足需求。这样的检查系统可应用于诸如引线接合球焊检查中。在检查中，需要使用高分辨率的光学器件检查球焊接头，并且使用只包括较低分辨率的大景深光学器件检查附接到球焊接头上的接合线。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种相对紧凑的检查装置，以避免了上述现有技术的至少部分缺点。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于检查物体的共焦成像装置。所述装置包括：光源，用于投射光以照亮所述物体；成像设备，用于沿着所述物体和所述成像设备之间的光路接收从所述物体反射的光；针孔阵列，包括沿所述光路设置的多个针孔，使得从所述物体反射的光能够通过所述针孔阵列；以及机构，用于在垂直于所述光路的直线方向上沿着单个轴线移动针孔阵列，以将对应于所述物体的基本连续区域的图像传送到成像设备上。根据本专利技术的第二方面，提供了一种使用共焦成像装置检查物体的方法。所述方法包括如下步骤：将光源的光投射到物体上来照亮物体；通过所述成像设备沿着所述物体和成像设备之间的光路接收从所述物体反射的光，其中，从所述物体反射的光通过针孔阵列，所述针孔阵列包括沿所述光路设置的多个针孔；以及在垂直于所述光路的直线方向上沿着单个轴线移动针孔阵列，以将对应于所述物体的基本连续区域的图像传送到所述成像设备上，用于检查所述物体。参考示出本专利技术特定优选实施例的附图将有助于在下文详细描述本专利技术。附图和相关描述的特征不应被理解为用于取代权利要求所限定的本专利技术的一般特征的普遍性。描述本专利技术的共焦检查装置的示例的参考附图说明如下。附图说明图1展示了现有技术中扫描物体表面的尼普科夫(Nipkow)盘的等距视图。图2展示了根据本专利技术的优选实施例的共焦检查装置的等距视图。图3展示了图2所示的共焦检查装置的针孔阵列的平面图。图4是与针孔阵列的使用相关的示例性图像捕获顺序的示图。图5A和5B分别表示通过本专利技术的优选实施例提供的共焦检查装置所获得的静态针孔阵列图像和共焦图像。具体实施方式图2展示了根据本专利技术的优选实施例的利用共焦成像原理的共焦检查装置10的等距视图。所述共焦检查装置10包括用于投射光以照亮物体36的光源12。所述光源12可以产生光线，所述光线先通过聚光透镜14，然后通过菲涅耳(Fresnel)透镜16。最后，光线由第一反射镜18反射到偏振分束器20。通过针孔阵列22(包括具有多个针孔24的针孔板)和管透镜26，偏振分束器20沿着光路将光线射到第二反射镜28上。第二反射镜28通过分色元件30、四分之一波长波片32和物镜34反射光线，所述物镜将光线聚焦到待检查的物体36上。所述共焦检查装置10与传统的分色共焦系统的不同之处在于：针孔板上设有针孔阵列图案而不是单个针孔。偏振分束器20和四分之一波长波片32用于抑制各种透镜表面上的内部杂散光线。从物体36反射回来的光线沿着光路通过物镜34、四分之一波长波片32、分色元件30、第二反射镜28、管透镜26和针孔阵列22到达偏振分束器20。对应地，在照亮物体36之前和从物体36反射回来之后，光源12投射的光都会通过针孔阵列22。通过这种方式，接收的光线可以通过偏振分束器20到达成像透镜38上，并且所得到的图像通过诸如CCD照相机40的成像设备被成像。图3展示了图2所示的共焦检查装置10的针孔阵列22的平面图。通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检查物体的共焦成像装置，所述装置包括：光源，用于投射光以照亮所述物体；成像设备，用于沿着所述物体和所述成像设备之间的光路接收从所述物体反射的光；针孔阵列，包括沿所述光路设置的多个针孔，使得从所述物体反射的光能够通过所述针孔阵列；以及机构，其用于在垂直于所述光路的直线方向上沿着单个轴线移动所述针孔阵列以将对应于所述物体的基本连续区域的图像传送到所述成像设备上。

【技术特征摘要】
2016.11.30 US 15/365,0661.一种用于检查物体的共焦成像装置，所述装置包括：光源，用于投射光以照亮所述物体；成像设备，用于沿着所述物体和所述成像设备之间的光路接收从所述物体反射的光；针孔阵列，包括沿所述光路设置的多个针孔，使得从所述物体反射的光能够通过所述针孔阵列；以及机构，其用于在垂直于所述光路的直线方向上沿着单个轴线移动所述针孔阵列以将对应于所述物体的基本连续区域的图像传送到所述成像设备上。2.根据权利要求1所述的共焦成像装置，其中，根据所述针孔阵列的设置，在照亮所述物体之前，所述光源投射的光能通过所述针孔阵列。3.根据权利要求1所述的共焦成像装置，其中，所述针孔阵列包括针孔板，多个针孔以矩阵排列的方式分布在所述针孔板上。4.根据权利要求3所述的共焦成像装置，其中，相对于所述针孔阵列移动的直线方向，矩阵排列的针孔以一定的角度倾斜。5.根据权利要求4所述的共焦成像装置，其中，通过所述角度的选择，仅利用所述针孔阵列在所述直线方向上的运动，就能够将所述物体的整个基本连续区域传送到所述成像设备上。6.根据权利要求4所述的共焦成像装置，其中，通过所述角度的选择，所述针孔阵列在所述直线方向上的运动能够完全填充所述物体的所述基本连续区域的图像的视场。7.根据权利要求3所述的共焦成像装置，其中，以矩阵方式排列的第一方向(X)上的相邻针孔之间的间隔距离等于与所述第一方向垂直的第二方向(Y)上的相邻针孔之间的间隔距离。8.根据权利要求1所述的共焦成像装置，其中，所述针孔阵列在相对于所述光路的所述直线方向上以基本恒定的速度交替地向前运动和向后运动，以实现每个检查操作。9.根据权利要求8所述的共焦成像装置，其中，在所述针孔阵列以基本恒定的速度移动并且到达预定的移动距离期...

【专利技术属性】
技术研发人员：施会丰，邓江汶，
申请(专利权)人：先进科技新加坡有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG