CN110132982A - 一种高灵敏度的自动光学检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高灵敏度的自动光学检测方法及设备，属于光学检测技术领域。本发明的高灵敏度的自动光学检测方法，首先按照设定的多种成像模式的成像顺序在平板样品上连续移动拍摄；其次重复上述步骤直到拍摄完平板样品在多种成像模式的图像；最后通过算法将相同成像模式的图像拼接成完整的平板样品全图，同时经过缺陷检测及分析工具得到检测结果。该方法实现了在一次扫描中获取多种成像模式的图像，相机能够在不停止的状态下快速拍摄多种成像模式的图像，能够获取到不同成像模式的样品图像。另外，本发明还提供高灵敏度的自动光学检测方法来实现相机的自动聚焦，保证成像过程中总能够获取到高质量的图像。

Description

一种高灵敏度的自动光学检测方法及设备

技术领域

本发明涉及平板样品缺陷检测技术领域，具体是涉及一种高灵敏度的自动光学检测方法及设备。

背景技术

自动光学检测(AOI)设备是显示平板和半导体集成电路和芯片制造的关键设备，用以诊断和改善制造工艺过程中的产品质量，降低制造成本。检测灵敏度、稳定性和能检测到的缺陷种类是自动光学检测设备的关键技术指标。随着新技术的应用和工艺水平的进步，越来越复杂的制程对检测灵敏度和检测种类多样化的要求也越来越高，同时为提高生产量，设备的检测时间也是重要的技术指标。

高灵敏度的检测要求检测成像***具有较高的成像质量，此时除了要求成像***噪声较低外，必然要求光学分辨率较高，导致的景深缩小则要求***的成像过程必须平稳、稳定。检测种类的多样化要求检测***能获取并分析出各种缺陷异常信号，例如根据：缺失或多余、脏污、划痕等形态异常，材料厚薄不均，颜色不均，背景亮暗差异巨大的缺陷信号等。以上几点都对整个设备***提出了新的要求：更高的光学分辨率、更稳定的成像过程、适应多种缺陷检测的成像模式、更智能的检测算法、优化的检测流程和控制。

在对平板样品进行缺陷检测时，在平板样品上获取的多种模式的图像信息可以应对各种缺陷类型的检测，能够极大程度的凸显出平板样品上的缺陷类型。现有技术对平板样品多种成像模式的图像获取效率低，相机需要在固定到设定拍摄区域来拍摄不同成像模式在图像，不能实现对平板样品在多种成像模式高精度、具有稳定成像效果的高速检测，无法满足高精度的大尺寸平板样品的检测需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术对具有复杂制程、膜色差异、亮暗差异、偏振差异等复杂缺陷以及高灵敏度缺陷检测上的不足，提供一种高灵敏度的自动光学检测方法及设备。具有高效率获取多种成像模式的图像、高精度、稳定、高速检测的特点。

本发明提供一种高灵敏度的自动光学检测方法，包括以下步骤：

按照设定的多种成像模式的成像顺序在平板样品上连续移动拍摄，采集多种成像模式的图像，且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域；

重复上述步骤直到全部拍摄完平板样品在多种成像模式的图像；

获取平板样品的多种成像模式的图像，并将相同成像模式的图像拼接成完整的平板样品的样品全图。同时通过缺陷检测与分析工具对缺陷数据做出高效灵活的检测与分析。

优选方案：按照设定的多种成像模式的成像顺序在平板样品上连续移动拍摄，采集多种成像模式的图像，且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域，具体为：

相机按照设定的多种成像模式的成像顺序对平板样品上按照预设的运动轨迹连续移动拍摄，采集平板样品的多种成像模式的图像，且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域，相机在拍摄过程中由运动机构驱动实现相机相对于平板样品连续移动拍摄。

优选方案：重复上述步骤直到全部拍摄完平板样品在多种成像模式的图像，具体为：

相机按照设定的多种成像模式的成像顺序对平板样品上按照预设的运动轨迹连续移动拍摄，采集平板样品的多种成像模式的图像，相机拍摄完多种成像模式的下的多种成像模式的图像后重复按照多种成像模式的成像顺序循环拍摄，直到拍摄到全部拍摄完平板样品在多种成像模式的所有图像。

优选方案：获取平板样品的多种成像模式的图像，并将相同成像模式的图像拼接成完整的平板样品样品全图，具体为：

计算机获取平板样品在多种成像模式的所有图像，相同成像模式的相邻的两张图像之间均具有重叠区域，将平板样品在相同成像模式的图像的重叠区域相互叠合拼接成完整的平板样品的样品全图。

优选方案：相机在拍摄过程中由运动机构驱动实现相机相对于平板样品连续移动拍摄，具体为：

运动机构在相机在拍摄过程中，运动机构驱动相机或平板样品之间相对运动，相机每相对平板样品走一个长度就向相机发送一次拍摄信号，在不停止的条件下连续移动拍摄。

优选方案：按照设定的多种成像模式的成像顺序在平板样品上连续移动拍摄，具体为：

按照设定的多种成像模式和设定成像顺序依次自动循环切换，多种成像模式的切换频率与相机拍摄的频率一致，在平板样品上按照预设的运动轨迹连续移动拍摄。

优选方案：其中，多种成像模式为：亮场成像、暗场成像、灰场成像、背光成像、偏振成像中的一种或多种的组合。

优选方案：其中，多种成像模式为：红色光源、绿色光源、黄色光源、白色光源中的一种或多种的组合。

优选方案：其中，多种成像模式为：多种亮度的同一种颜色的光源照明。

优选方案：相机在拍摄过程中由运动机构驱动实现相机相对于平板样品连续移动拍摄，具体为：

相机在拍摄过程中运动机构的X轴运动机构带动相机或平板样品每行走一定长度就会触发相机进行拍摄，相机或平板样品在运动机构的X轴运动机构带动下连续移动拍摄。

优选方案：在上述技术方案的基础上本发明还包括以下步骤：

对首块平板样品按照设定的多种成像模式的成像顺序连续移动拍摄时，记录相机在平板样品上每次成像时最清楚的相机高度；

将所述相机进行连续移动拍摄时的平面轨迹和每次成像时最清楚的相机高度保存为最佳轨迹信息；

在检测后续平板样品时，调用最佳轨迹信息，控制相机相对于平板样品在水平面上沿所述最佳轨迹信息运动时，使得相机以最佳高度进行拍摄。

优选方案：所述对首块平板样品按照设定的多种成像模式的成像顺序连续移动拍摄时，记录相机在平板样品上每次成像时最清楚的相机高度，具体为：

控制器控制三轴驱动机构按照设定的多种成像模式的成像顺序驱动相机相对于首块平板样品在每个检测区域进行连续移动拍摄，计算机记录相机在首块平板样品上每次成像时的平面运行轨迹和在每个检测区域上成像时最清楚的相机轴向高度。

优选方案：所述控制器控制三轴驱动机构按照设定的多种成像模式的成像顺序驱动相机相对于首块平板样品在每个检测区域进行连续移动拍摄，具体为：

控制器控制三轴驱动机构的X轴驱动单元带动平板样品沿X轴方向移动到相机的成像线下做全行程长度的正向或反向运动，同时控制器控制相机按照设定拍照间隔对平板样品的每个检测区域进行图像采集；

控制器控制三轴驱动机构的Y轴驱动单元带动相机沿Y轴方向平移设定宽度，然后重复上述步骤的检测内容；

控制器控制三轴驱动机构的Z轴驱动单元带动相机沿Z轴方向调整每个检测区域上成像时的相机高度，重复上述步骤的检测内容直到所有检测区域图像采集完毕。

优选方案：所述在检测后续平板样品时，调用最佳轨迹信息，控制相机相对于平板样品在水平面上沿所述最佳轨迹信息运动时，使得相机以最佳高度进行拍摄，具体为：

在检测后续平板样品时，控制器调用相机在每个检测区域成像最清晰时相机的平面运行轨迹和在每个检测区域上成像最清楚的相机高度形成凸轮曲线；

相机相对于平板样品在按照平面运行轨迹运动时，同时按照凸轮曲线来运动，使相机与平板样品之间始终保持稳定的聚焦，实现根据平板样品的面型自动聚焦进行图像采集。

优选方案：在上述技术方案的基础上本发明还包括以下步骤：

将通过各成像模式的图像检测得到的初始缺陷分成对应各个成像模式的初始缺陷子表并存储；

分别将每个成像模式的图像的初始缺陷子表内间隔距离符合预设的第一判断标准的缺陷点合并，得到各个成像模式的图像的最终缺陷点子表并存储；

将各个成像模式的图像的最终缺陷点子表间间隔距离符合预设的第二判断标准的缺陷点合并，得到最终缺陷点表并存储，最终缺陷点表中的每个缺陷点包含合并形成该缺陷点的最终缺陷点子表的缺陷点的图像信息；

根据单个成像模式的图像或者多个成像模式的图像的组合，将最终缺陷点表中的缺陷点进行显示。

本发明另一方面还提供了一种高灵敏度的自动光学检测设备，包括：

成像机构，其包括用于获取平板样品上各个检测区域的多种成像模式图像的相机、镜头和光源，且所述光源被配置为可以发出不同成像模式的光，使所述成像机构具有多种成像模式；

运动机构，其用于驱动所述成像机构相对所述平板样品运动的三轴运动机构和承托平板样品的气浮支撑平台；

控制器，其用于控制所述运动机构和成像机构，使所述成像机构按照设定的多种成像模式的成像顺序在平板样品上连续移动拍摄，且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域；

计算机，其用于获取平板样品的多种成像模式的图像，并将相同成像模式的图像拼接成完整的平板样品的样品全图。同时通过缺陷检测与分析工具对缺陷数据做出高效灵活的检测与分析。

优选方案：所述计算机预存有最佳轨迹信息，所述最佳轨迹信息包括所述相机进行连续移动拍摄时的平面轨迹和每次成像时最清楚的相机高度；

所述控制器还用于调用所述最佳轨迹信息，控制所述相机相对于平板样品在水平面上沿所述最佳轨迹信息运动时，使得相机以最佳高度进行拍摄。

优选方案：所述三轴驱动机构包括Z轴驱动单元、Y轴驱动单元和X轴驱动单元，所述Z轴驱动单元设置在Y轴驱动单元上，所述Y轴驱动单元设置在机架上，机架的底部设有所述气浮支撑平台，所述X轴驱动单元设置在气浮支撑平台上，所述相机和光源设置在Z轴驱动单元上。

优选方案：所述Z轴驱动单元为Z轴直线模组，所述相机和光源固定设置在Z轴直线模组的滑块上，所述相机和光源跟随Z轴直线模组的滑块方向垂直上下运动，所述Z轴直线模组用于调整相机的最佳对焦高度。

优选方案：所述Y轴驱动单元为Y轴直线模组,所述Z轴驱动单元固定在Y轴直线模组的滑块上，所述Y轴直线模组用于驱动相机和光源沿Y轴方向直线运动，所述相机和光源沿Y轴方向对平板样品上每个检测区域进行图像采集。

优选方案：所述X轴驱动单元为X轴直线模组，所述平板样品通过真空吸盘连接在X轴直线模组上，所述X轴直线模组用于牵引平板样品沿X轴方向往返直线运动，所述相机和光源相对于平板样品沿X轴方向对平板样品上每个检测区域进行图像采集。

优选方案：所述控制器与成像机构、运动机构和计算机电连接，所述控制器通过控制时序向成像机构发出触发信号，控制成像机构在多种成像模式获取多种成像模式的平板样品图像，所述控制器调用计算机存储的最佳轨迹信息控制运动机构按最佳轨迹信息运动。

在上述技术方案的基础上，与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明的一种高灵敏度的自动光学检测方法，该方法一方面实现了一次扫描中获取多种成像模式的图像，使用时按照设定的多种成像模式的成像顺序，相机对平板样品连续移动拍摄；且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域，相机在拍摄过程中运动机构驱动相机相对于平板样品连续移动拍摄，相机能够在不停止的状态下快速拍摄多种成像模式的图像，极大的提高了检测设备的信息获取能力以及相机的图像拍摄效率。

本发明的一种高灵敏度的自动光学检测方法，该方法在获取多种成像模式的图像时实现自动聚焦，该方法对首块平板样品的每个检测区域按预设顺序进行拍摄，记录相机的平面运行轨迹和在每个检测区域上成像最清楚时的相机高度；然后将记录的相机的平面运行轨迹和在每个检测区域上成像最清楚的相机高度保存为最佳轨迹信息；最后在检测后续平板样品时，控制器调用最佳轨迹信息，控制相机相对于平板样品在水平面上沿所述平面运行轨迹运动，并在每个检测区域上以最佳聚焦高度拍摄。采集出平板样品的最佳清晰的图像，提高了对平板样品表面检测的稳定性，保证了检测灵敏度。

本发明的一种高灵敏度的自动光学检测方法运用了一套高效智能的检测工具和方法，可分析并展示最佳的成像模式组合方案并直接将方案运用于缺陷检测方法，使得该方法及设备的使用更加简便、高效，检测效果更为优秀。

本发明的一种高灵敏度的自动光学检测设备，该检测设备通过成像机构、运动机构、计算机和控制器协同配合工作，实现多种模式图像的快速获取和自动聚焦功能。实现对平板样品在多种成像模式高精度、稳定和高速检测，满足了高精度、复杂制程的大尺寸平板样品的高灵敏度检测需求。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的运动机构结构示意图；

图3是本发明实施例的成像机构结构示意图；

图4是本发明实施例的触发时序图；

图5是本发明实施例的拍摄原理图；

图6是本发明实施例的聚焦结构图；

图7是本发明实施例的聚焦原理图。

附图标记：101-机架，102-运动机构，103-成像机构，104-计算机，105-控制器，201-平板样品，202-底座，203-机台，204-电路箱，205-Z轴驱动单元，206-X轴驱动单元，207-Y轴驱动单元，208-气浮支撑平台，209-气路箱，301-相机，302-镜头，303-暗场成像，304-亮场成像，305-背光成像，306-灰场成像，307-红色光源，308-绿色光源，309-蓝色光源，310-白色光源，401-第一信号，402-第二信号，403-第三信号，404-第四信号，411-第五信号，412-第六信号，413-第七信号，500-水平方向，501-第一图像区域，502-第二图像区域，503-第三图像区域，504-第四图像区域，505-第五图像区域，506-第六图像区域，511-第一移动距离，512-第二移动距离，513-第三移动距离，514-第四移动距离，515-第五移动距离，602-竖直方向，604-第一位置，605-第二位置，606-第三位置，607-第四位置，608-第五位置。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1、图2、图4和图5所示，本发明实施例第一方面提供了一种高灵敏度的自动光学检测方法，其包括以下步骤：

步骤1：按照设定的多种成像模式的成像顺序，相机301在平板样品201上按照预设的运动轨迹连续移动拍摄，采集平板样品201的多种成像模式的图像，该运动轨迹根据实际需要和平板样品201的具体形状来设定；且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域，当然一次扫描中多种成像模式的图像之间也具有重叠区域，不需要反方向再次对平板样品201进行拍摄。

相机301在拍摄过程中运动机构102的X轴运动机构206带动平板样品201每行走一定长度就会触发相机301进行拍摄，当然也可以采用运动机构102的X轴运动机构206带动相机301每行走一定长度就会触发相机301进行拍摄。平板样品201在运动机构102的X轴运动机构206带动下，相机301对其进行连续移动拍摄。运动机构201在相机301在拍摄过程中，运动机构201驱动平板样品201每走一个长度向相机301发送一次拍摄信号，相机301在不停止的条件下连续移动拍摄。

步骤2：按照步骤1中设定的多种成像模式的成像顺序，相机301对平板样品201按照设定的运行轨迹连续移动拍摄，采集平板样品201的多种成像模式的图像，相机301拍摄完多种成像模式的下的多种成像模式的图像后重复按照多种成像模式的成像顺序循环拍摄，直到拍摄完平板样品201在多种成像模式的所有图像。

步骤3：计算机104获取平板样品201在多种成像模式的所有图像，相同成像模式的相邻的两张图像之间均具有重叠区域，将平板样品201在相同成像模式的图像的重叠区域相互叠合拼接成完整的平板样品的样品全图，平板样品样的品全图的数量为多种成像模式的具体数量。采用相同成像模式的相邻的两张图像之间均具有重叠区域在于能够完全获取到平板样品201的图像，防止出现漏拍和漏检。

具体地，在本实施例中，本发明分别以三种成像模式图像组合和两种成像模式图像组合分别进行说明。应当知道，本发明的成像模式图像组合模式远不止所举实例的数目。

当使用三种成像模式进行成像时，如图4中a所示。控制器105的时序控制器接受外部第一信号401，接受到第一信号401后会按照时序逻辑输出第二信号402、第三信号403和第四信号404，即接收到第一信号401的第一个上升沿后输出第二信号402用来触发第一种成像模式采图，接收到第一信号401的第二个上升沿后输出第三信号403来触发第二种成像模式采图，接收到第一信号401的第三个上升沿后输出第四信号404来触发第三种成像模式采图。依次循环，直到完成所有图像采集任务。使用三种成像模式的组合成像可完成如：使用红色光源307、绿色光源308、蓝色光源309进行的亮场组合照明成像来实现对颜色敏感度不同的缺陷的检测、对膜厚不同的缺陷的检测等。使用绿色光源308的亮场、白色光源310的背光、白色光源310的暗场进行的组合照明成像来实现对不同形态类型的缺陷的检测等。

当使用两种成像模式进行成像时，如图4中b所示。控制器105的时序控制器接受外部第五信号411，接受到第五信号411后会按照时序逻辑输出第六信号412、第七信号413，即接收到第五信号411的第一个上升沿后输出第六信号412用来触发第一种成像模式采图，接收到第五信号411的第二个上升沿后输出第七信号413来触发第二种成像模式采图。依次循环，直到完成所有图像采集任务。使用两种成像模式的组合成像可完成如：使用绿色光源308强光、绿色光源308弱光进行的亮场组合照明成像来实现对亮暗差异巨大的缺陷的检测等。

本实施例以图4中a的方案来说明平板样品201的实际成像过程，如图5所示。以t0时刻作为起始说明，在t0时刻，运动机构102发出第一信号401，经控制器105处理，发出第二信号402，成像机构103获取到第二信号402后立即切换到第一种成像模式并使用第一种成像模式获取到第一图像区域501。此后成像机构103沿水平方向500移动第一移动距离511，此时到达时刻t1，运动机构102发出第一信号401，经控制器105处理，发出第三信号403，成像机构103获取到第三信号403后立即切换到第二种成像模式并获取到第二图像区域502。此后成像机构103沿水平方向500移动第二移动距离512，此时到达时刻t2，运动机构102发出第一信号401，经控制器105处理，发出第四信号404，成像机构103获取到第四信号404后立即切换到第三种成像模式并获取到第三图像区域503。

此后成像机构103沿水平方向500移动第三移动距离513，此时到达时刻t3，运动机构102发出第一信号401，经控制器105处理，发出第二信号402，成像机构103获取到第二信号402后又立即切换到第一种成像模式并获取到第四图像区域504。此后成像机构103沿水平方向500移动第四移动距离514，此时到达时刻t4，运动机构102发出第一信号401，经控制器105处理，发出第三信号403，成像机构103获取到第三信号403后又立即切换到第二种成像模式并获取到第五图像区域505。此后成像机构103沿水平方向500移动第五移动距离515，此时到达时刻t5，运动机构102部分发出第一信号401，经控制器105处理，发出第四信号404，成像机构103获取到第四信号404后又立即切换到第三种成像模式并获取到第六图像区域506。依此类推直到完成所有的图像采集。

其中第一种成像模式所获取的第一图像区域501和第一种成像模式所获取的第四图像区域504恰好连接起来，第二种成像模式所获取的第二图像区域502和第二种成像模式所获取的第五图像区域505恰好连接起来，第三种成像模式所获取的第三图像区域503和第三种成像模式所获取的第六图像区域506恰好连接起来。第一图像区域501与第四图像区域504有部分重叠，第二图像区域502与第五图像区域505有部分重叠，第三图像区域503与第六图像区域506有部分重叠，重叠区域占整个相机301沿水平方向500方向的像素数的2％左右。

如此，在一次扫描过程中，每一种成像模式都能获取到完整的平板样品201的图像。第一移动距离511、第二移动距离512、第三移动距离513、第四移动距离514、第五移动距离515大致与沿水平方向500的相机301像素数的三分之一比例，即若该方向上有3000个像素，该距离则约为1000个像素对应的201上的长度。具体的长度需要抛去重叠像素的个数，同时第一移动距离511(第四移动距离514)、第二移动距离512(第五移动距离515)、第三移动距离513的距离因为成像模式的差异可以不完全相等。实际扫描过程中，可采用本实施例描述中的移动成像机构103，也可采用移动运动机构201来完成图像采集。

优选实施例方案：所述步骤1中按照设定的多种成像模式的成像顺序，相机301在平板样品201上按照预设的运动轨迹连续移动拍摄，具体为：

按照设定的多种成像模式和设定成像顺序依次自动循环切换，多种成像模式的切换频率与相机301拍摄的频率一致，在平板样品201上按照预设的运动轨迹连续移动拍摄。

优选实施例方案：所述步骤1中多种成像模式为：亮场成像304、暗场成像303、灰场成像306、背光成像305中的一种或多种的组合。或红色光源307、绿色光源308、黄色光源309、白色光源310中的一种或多种的组合。或多种亮度的同一种颜色的光源照明。

参见图1、图2、图6和图7所示，本发明的第二方面，在第一方面实施例的基础上本发明还提供了一种高灵敏度的自动光学检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：控制器105控制三轴驱动机构按照设定的多种成像模式的成像顺序驱动相机301相对于首块平板样品201在每个检测区域进行连续移动拍摄，计算机104记录相机301在首块平板样品201上每次成像时的平面运行轨迹和在每个检测区域上成像时最清楚的相机轴向高度；

步骤2：将相机301进行连续移动拍摄时的平面轨迹和每次成像时最清楚的相机轴向高度保存为最佳轨迹信息；

步骤3：在检测后续平板样品1时，调用最佳轨迹信息，控制相机301相对于平板样品201在水平面上沿平面运行轨迹运动时(即相机301沿Y轴驱动单元207运行方向和X轴驱动单元206运行方向运动)，使得相机301在每个检测区域上以最佳高度进行拍摄。

优选实施例方案：上述步骤1中的控制器105控制三轴驱动机构按照设定的多种成像模式的成像顺序驱动相机301相对于首块平板样品201在每个检测区域进行连续移动拍摄，具体为：

步骤11：控制器105控制三轴驱动机构的X轴驱动单元206带动平板样品201沿X轴方向移动到相机301的成像线下做全行程长度的正向或反向运动，同时控制器105控制相机301按设定拍照间隔对平板样品201的每个检测区域进行图像采集；

步骤12：控制器105控制三轴驱动机构的Y轴驱动单元207带动相机301沿Y轴方向平移设定宽度，然后重复上述步骤11的检测内容；

步骤13：控制器105控制三轴驱动机构的Z轴驱动单元205带动相机301沿Z轴方向调整每个检测区域上成像最清楚时的相机高度，重复上述步骤12的检测内容直到所有检测区域图像采集完毕。

优选实施例方案：上述步骤3中的在检测后续平板样品1时，调用最佳轨迹信息，控制相机301相对于平板样品201在水平面上沿平面运行轨迹运动时，使得相机301在每个检测区域上以最佳高度进行拍摄，具体为：

在检测后续平板样品201时，控制器105调用计算机104存储的最佳轨迹信息，控制器105控制相机301在每个检测区域成像最清晰时相机301的平面运行轨迹和在每个检测区域上成像最清楚的相机高度形成凸轮曲线；

相机301相对于平板样品201在按照平面运行轨迹运动时(即相机301沿Y轴驱动单元207运行方向和X轴驱动单元206运行方向)，同时按照凸轮曲线来运动，使相机301与平板样品201之间始终保持稳定的聚焦，实现根据平板样品201的面型自动对焦进行图像采集。

具体地，其自动聚焦原理如图6所示。相机301携带镜头302沿竖直方向602运动可使平板样品201在成像机构103上实现成像在清晰与模糊之间变动。相机301和镜头302在第三位置606时，可保证平板样品201的检测区域处于在焦状态。获取第三位置606上下共5个位置的平板样品201的图像，即沿竖直方向602上的第一位置604、第二位置605、第三位置606、第四位置607、第五位置608的图像。通过对所述第一位置604、第二位置605、第三位置606、第四位置607、第五位置608的图像的清晰度结果做拟合，可得到清晰度最佳的图像将在竖直方向602上所处的位置，即为平板样品201的当前点的最佳聚焦位置，拟合方法及结果如图7所示。

依照本方法，以图5所示图像获取方法获取到整个平板样品201上所有图像，获取位置在竖直方向602上的第一位置604、第二位置605、第三位置606、第四位置607、第五位置608共5个位置高度上的清晰度数据。以这些数据可拟合出首块平板样品201在扫描过程中的每个成像位置的最佳聚焦的Z轴高度位置。由成像机构103和运动机构102保证，更换其它平板样品201时，其它平板样品201的整个面型会保持不变，因此以上步骤仅需完成一次即可。在此后的检测过程中，通过控制器105控制Z轴驱动单元205的来使得相机301在Z轴方向上总处于平板样品201的最佳聚焦位置附近，从而保证平板样品201的整个扫描过程中成像机构103都能获取到清晰度非常好的图像数据。

需要说明的是，本实施例中以5个位置点作为计算，但并非只能选用5个位置，以能拟合出最佳聚焦位置为可，在本实施例中推荐至少5个位置点，且位置点间的距离需要超过景深范围。需要说明的是，本实施例中的拟合方法采用高斯拟合，但不仅限定于高斯拟合一种方式，以能拟合出最佳聚焦位置为可，在本实施例中推荐高斯拟合方法。

本发明的第三方面，在第一方面实施例的基础上本发明还提供了一种高灵敏度的自动光学检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤S101，将多种成像模式的图像检测得到的初始缺陷点列表分成对应各个多种成像模式的图像的初始缺陷点子表并存储。具体地，本发明实施例的成像模式的图像为三种，包括第一成像模式的图像、第二成像模式的图像以及第三成像模式的图像，初始缺陷点列表中记录有三个成像模式的图像检测到的所有缺陷点信息，缺陷点信息包括缺陷点的坐标以及缺陷点的通道信息，缺陷点的通道信息是指该缺陷点由哪一个成像模式的图像检测得到的。将三个成像模式的图像检测得到的初始缺陷点列表分成对应三个成像模式的图像的初始缺陷点子表，将三个成像模式的图像的初始缺陷点子表存储在数据库中。

步骤S102，分别将每个成像模式的图像的初始缺陷点子表内且间隔距离符合预设的第一判断标准的缺陷点合并，得到各个成像模式的图像的最终缺陷点子表并存储。具体地，使用坐标计算每个成像模式的图像的初始缺陷点子表内缺陷点之间的距离，将三个成像模式的图像的初始缺陷点子表内且间隔距离符合预设的第一判断标准的缺陷点合并，得到三个成像模式的图像的最终缺陷点子表，将三个成像模式的图像的最终缺陷点子表存储在数据库中，每个最终缺陷点子表中记录每个缺陷点的坐标以及缺陷点的图像信息。

步骤S103，将各个成像模式的图像的最终缺陷点子表间且间隔距离符合预设的第二判断标准的缺陷点合并，得到最终缺陷点表并存储，最终缺陷点表中的每个缺陷点包含合并形成该缺陷点的最终缺陷点子表的缺陷点的图像信息。具体地，三个成像模式的图像的最终缺陷点子表中缺陷点的坐标可以理解为是同一坐标系标定的，使用的坐标计算三个成像模式的图像的最终缺陷点子表中所有缺陷点之间的距离，将三个成像模式的图像的最终缺陷点子表间且间隔距离符合预设的第二判断标准的缺陷点合并，得到一个最终缺陷点表，将最终缺陷点表存储在数据库中，最终缺陷点表中的每个缺陷点包含合并形成该缺陷点的最终缺陷点子表的缺陷点的图像信息，即最终缺陷点表中的每个缺陷点记录有合并形成该缺陷点的最终缺陷点子表的缺陷点来自哪一个或者哪几个成像模式的图像。本发明实施例中预设的第二判断标准和预设的第一判断标准相同。本发明实施例使用一个字符串记录标识最终缺陷点表中的每个缺陷点，成像模式通过字符串记录的方式使得缺陷点信息提取和检索方便、高效。

步骤S104，根据单个成像模式的图像或者多个成像模式的图像的组合，最终将最优最稳定的缺陷点检测结果进行显示。

参见图1、图2和图3所示，本发明第四方面还提供了一种高灵敏度的自动光学检测设备，该检测设备包括：

机架101，该机架101的底部设有底座202，底座202用于支撑起整个检测设备的物理结构，在该检测设备的底部起承载作用，该底座202使用材料为型钢钢材。该机架101的底座202上设有机台203，机台203用于为运动机构102和成像机构103做基准，在该检测设备中做参考基准，同时起承载作用。运动机构102和成像机构103在该机台203的基础上进行装调及运行。该机台203可使用大理石或钢架材料，为保证检测的精度，该机台203在指标上有要求平整度在几个丝以内。该机架101设有外框，外框用于支撑辅助结构并起到机台203隔离作用。该机架101的外框上装有隔离门、传感器及其他机械件。该机架101设有电路箱204，电路箱204用于安装电路器件、电路控制器件及线路转接，电路箱204用于为运动机构102、成像机构102、计算机104和控制器105建立连接。该机架101还设有气路箱209，气路箱209用于安装气路器件、气路控制器件及气路转接。

成像机构103，该成像机构103包括用于采集平板样品201上每个检测区域的多种模式图像的相机301和呈现多种成像模式的光源，在相机301的前端设有镜头302。该成像机构103的相机301主要负责图像获取，该相机301优选为面阵型相机，面阵型相机具有较高的像素数及很高的数据传输率。在本实施例中，该相机301具有可达数兆甚至数十兆像素数，该相机301具体数据传输率可达2GB/s。该相机103的镜头302属于高分辨率成像镜头，在本实施例中具有微米级分辨率。该镜头302具有长工作距离，并具有很小的色差和畸变。

该成像机构103的光源可使用的照明方式包括但不仅限于亮场成像304、背光成像305、暗场成像303或灰场成像306。该成像机构103的每一种照明方式均可使用不同的光源颜色，包括但不仅限于红色光源307、绿色光源308、蓝色光源309、白色光源310。该成像机构103的每一种照明方式均可使用不同的光源强度。该成像机构103的成像模式可在照明方式和光源颜色、强度之间自由组合，举例但不仅限于如下实例：使用红色光源307、绿色光源308、蓝色光源309进行的亮场组合照明成像；使用绿色光源308的亮场成像304、白色光源310的背光成像305、白色光源310的暗场成像303进行的组合照明成像；使用绿色光源308的强光、绿色光源308的弱光进行的亮场成像304组合照明成像。

运动机构102，该运动机构102包括用于驱动成像机构103在平板样品201上方运动的三轴运动机构和承托平板样品201的气浮支撑平台208。该三轴运动机构包括Z轴驱动单元205、Y轴驱动单元207和X轴驱动单元206，Z轴驱动单元205设置在Y轴驱动单元207上，Y轴驱动单元207设置在机架101上，机架101的底部设有气浮支撑平台208，X轴驱动单元206设置在气浮支撑平台208上，相机301、镜头302和光源设置在Z轴驱动单元205上。

Z轴驱动单元205为Z轴直线模组，相机301和光源固定设置在Z轴直线模组的滑块上，相机301和光源跟随Z轴直线模组的滑块方向垂直上下运动对平板样品201上每个检测区域进行图像采集，Z轴直线模组用于调整相机301的最佳对焦高度。Y轴驱动单元207为Y轴直线模组,Z轴驱动单元205固定在Y轴直线模组的滑块上，Y轴直线模组用于驱动相机301和光源沿Y轴方向直线运动，相机301和光源沿Y轴方向对平板样品201上每个检测区域进行图像采集。X轴驱动单元206为X轴直线模组，平板样品201通过真空吸盘连接在X轴直线模组上，X轴直线模组用于牵引平板样品201沿X轴方向往返直线运动，相机301和光源相对于平板样品201沿X轴方向对平板样品201上每个检测区域进行图像采集。

计算机104，计算机104用于存储预设的最佳轨迹信息和获取相机拍摄的多种模式图像信息，最佳轨迹信息包括所述相机进行连续移动拍摄时的平面轨迹和每次成像时最清楚的相机高度。并且并对多种模式图像信息做分析处理得到缺陷信息，检出多种模式图像信息的缺陷并生成报告；其中，预设的最佳轨迹信息被配置为：使相机301沿设定的顺序拍摄每个检测区域，以及在每个检测区域以对应的Z轴高度拍摄该检测区域。

控制器105，该控制器105与成像机构103、运动机构102和计算机104电连接，控制器105通过时序控制器向成像机构103发出触发信号时序，控制成像机构103在多种成像模式拍摄多种成像模式的图像，控制器105调用计算机104存储的最佳轨迹信息控制运动机构102按最佳轨迹信息运动，使得成像机构103以最佳高度进行拍摄。

该控制器105其用于控制运动机构102和成像机构103，使所述成像机构103按照设定的多种成像模式的成像顺序在平板样品201上连续移动拍摄，且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域。该控制器105在本检测设备中负责信号触发的时序控制，根据成像模式的不同，该控制器105的电气控制部分会发出不同的触发信号，从而保证相机301能在正确的成像模式拍摄图像。该控制器105在本检测设备中同时完成包括由状态控制、运动机构102运动、成像机构103触发控制、讯息传输各功能组合完成的其他功能。该控制器105的流程控制部分由PC及电气控制部分共同完成，主要包括检测方法和参数的配置、状态监控、性能管理及测试、交互、异常处理、结果显示等。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (22)

1.一种高灵敏度的自动光学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照设定的多种成像模式的成像顺序在平板样品上连续移动拍摄，采集多种成像模式的图像，且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域；

重复上述步骤直到全部拍摄完平板样品在多种成像模式的图像；

获取平板样品的多种成像模式的图像，并将相同成像模式的图像拼接成完整的平板样品的样品全图；同时通过缺陷检测与分析工具对缺陷数据做出高效灵活的检测与分析。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

按照设定的多种成像模式的成像顺序在平板样品上连续移动拍摄，采集多种成像模式的图像，且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域，具体为：

相机按照设定的多种成像模式的成像顺序对平板样品上按照预设的运动轨迹连续移动拍摄，采集平板样品的多种成像模式的图像，且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域，相机在拍摄过程中由运动机构驱动实现相机相对于平板样品连续移动拍摄。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

重复上述步骤直到全部拍摄完平板样品在多种成像模式的图像，具体为：

相机按照设定的多种成像模式的成像顺序对平板样品上按照预设的运动轨迹连续移动拍摄，采集平板样品的多种成像模式的图像，相机拍摄完多种成像模式的下的多种成像模式的图像后重复按照多种成像模式的成像顺序循环拍摄，直到拍摄到全部拍摄完平板样品在多种成像模式的所有图像。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

获取平板样品的多种成像模式的图像，并将相同成像模式的图像拼接成完整的平板样品样品全图，具体为：

计算机获取平板样品在多种成像模式的所有图像，相同成像模式的相邻的两张图像之间均具有重叠区域，将平板样品在相同成像模式的图像的重叠区域相互叠合拼接成完整的平板样品的样品全图。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

相机在拍摄过程中由运动机构驱动实现相机相对于平板样品连续移动拍摄，具体为：

运动机构在相机在拍摄过程中，运动机构驱动相机或平板样品之间相对运动，相机每相对平板样品走一个长度就向相机发送一次拍摄信号，在不停止的条件下连续移动拍摄。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

按照设定的多种成像模式的成像顺序在平板样品上连续移动拍摄，具体为：

按照设定的多种成像模式和设定成像顺序依次自动循环切换，多种成像模式的切换频率与相机拍摄的频率一致，在平板样品上按照预设的运动轨迹连续移动拍摄。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

其中，多种成像模式为：亮场成像、暗场成像、灰场成像、背光成像、偏振成像中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

其中，多种成像模式为：红色光源、绿色光源、黄色光源、白色光源中的一种或多种的组合。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

其中，多种成像模式为：多种亮度的同一种颜色的光源照明。

10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

相机在拍摄过程中由运动机构驱动实现相机相对于平板样品连续移动拍摄，具体为：

相机在拍摄过程中运动机构的X轴运动机构带动相机或平板样品每行走一定长度就会触发相机进行拍摄，相机或平板样品在运动机构的X轴运动机构带动下连续移动拍摄。

11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

对首块平板样品按照设定的多种成像模式的成像顺序连续移动拍摄时，记录相机在平板样品上每次成像时最清楚的相机高度；

将所述相机进行连续移动拍摄时的平面轨迹和每次成像时最清楚的相机高度保存为最佳轨迹信息；

在检测后续平板样品时，调用最佳轨迹信息，控制相机相对于平板样品在水平面上沿所述最佳轨迹信息运动时，使得相机以最佳高度进行拍摄。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：

所述对首块平板样品按照设定的多种成像模式的成像顺序连续移动拍摄时，记录相机在平板样品上每次成像时最清楚的相机高度，具体为：

控制器控制三轴驱动机构按照设定的多种成像模式的成像顺序驱动相机相对于首块平板样品在每个检测区域进行连续移动拍摄，计算机记录相机在首块平板样品上每次成像时的平面运行轨迹和在每个检测区域上成像时最清楚的相机轴向高度。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：

所述控制器控制三轴驱动机构按照设定的多种成像模式的成像顺序驱动相机相对于首块平板样品在每个检测区域进行连续移动拍摄，具体为：

控制器控制三轴驱动机构的X轴驱动单元带动平板样品沿X轴方向移动到相机的成像线下做全行程长度的正向或反向运动，同时控制器控制相机按照设定拍照间隔对平板样品的每个检测区域进行图像采集；

控制器控制三轴驱动机构的Y轴驱动单元带动相机沿Y轴方向平移设定宽度，然后重复上述步骤的检测内容；

控制器控制三轴驱动机构的Z轴驱动单元带动相机沿Z轴方向调整每个检测区域上成像时的相机高度，重复上述步骤的检测内容直到所有检测区域图像采集完毕。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：

所述在检测后续平板样品时，调用最佳轨迹信息，控制相机相对于平板样品在水平面上沿所述最佳轨迹信息运动时，使得相机以最佳高度进行拍摄，具体为：

在检测后续平板样品时，控制器调用相机在每个检测区域成像最清晰时相机的平面运行轨迹和在每个检测区域上成像最清楚的相机高度形成凸轮曲线；

相机相对于平板样品在按照平面运行轨迹运动时，同时按照凸轮曲线来运动，使相机与平板样品之间始终保持稳定的聚焦，实现根据平板样品的面型自动聚焦进行图像采集。

15.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，可以通过预设的判断标准进行缺陷的分析合并，从而得到最优最稳定的检测结果，其包括以下步骤：

将通过各成像模式的图像检测得到的初始缺陷分成对应各个成像模式的初始缺陷子表并存储；

分别将每个成像模式的图像的初始缺陷子表内间隔距离符合预设的第一判断标准的缺陷点合并，得到各个成像模式的图像的最终缺陷点子表并存储；

将每个成像模式的图像的最终缺陷点子表间间隔距离符合预设的第二判断标准的缺陷点合并，得到最终缺陷点表并存储，最终缺陷点表中的每个缺陷点包含合并形成该缺陷点的最终缺陷点子表的缺陷点的图像信息；

根据单个成像模式的图像或者多个成像模式的图像的组合，将最终缺陷点表中的缺陷点进行显示。

16.一种高灵敏度的自动光学检测设备，其特征在于，包括：

成像机构，其包括用于获取平板样品上各个检测区域的多种成像模式图像的相机、镜头和光源，且所述光源被配置为可以发出不同成像模式的光，使所述成像机构具有多种成像模式；

运动机构，其用于驱动所述成像机构相对所述平板样品运动的三轴运动机构和承托平板样品的气浮支撑平台；

控制器，其用于控制所述运动机构和成像机构，使所述成像机构按照设定的多种成像模式的成像顺序在平板样品上连续移动拍摄，且相邻的两张同种成像模式的图像之间具有部分重叠区域；

计算机，其用于获取平板样品的多种成像模式的图像，并将相同成像模式的图像拼接成完整的平板样品的样品全图。同时通过缺陷检测与分析工具对缺陷数据做出高效灵活的检测与分析。

17.根据权利要求16所述的检测设备，其特征在于：

所述计算机预存有最佳轨迹信息，所述最佳轨迹信息包括所述相机进行连续移动拍摄时的平面轨迹和每次成像时最清楚的相机高度；

所述控制器还用于调用所述最佳轨迹信息，控制所述相机相对于平板样品在水平面上沿所述最佳轨迹信息运动时，使得相机以最佳高度进行拍摄。

18.根据权利要求16所述的检测设备，其特征在于：

所述三轴驱动机构包括Z轴驱动单元、Y轴驱动单元和X轴驱动单元，所述Z轴驱动单元设置在Y轴驱动单元上，所述Y轴驱动单元设置在机架上，机架的底部设有所述气浮支撑平台，所述X轴驱动单元设置在气浮支撑平台上，所述相机和光源设置在Z轴驱动单元上。

19.根据权利要求18所述的检测设备，其特征在于：

所述Z轴驱动单元为Z轴直线模组，所述相机和光源固定设置在Z轴直线模组的滑块上，所述相机和光源跟随Z轴直线模组的滑块方向垂直上下运动，所述Z轴直线模组用于调整相机的最佳对焦高度。

20.根据权利要求18所述的检测设备，其特征在于：

所述Y轴驱动单元为Y轴直线模组,所述Z轴驱动单元固定在Y轴直线模组的滑块上，所述Y轴直线模组用于驱动相机和光源沿Y轴方向直线运动，所述相机和光源沿Y轴方向对平板样品上每个检测区域进行图像采集。

21.根据权利要求18所述的检测设备，其特征在于：

所述X轴驱动单元为X轴直线模组，所述平板样品通过真空吸盘连接在X轴直线模组上，所述X轴直线模组用于牵引平板样品沿X轴方向往返直线运动，所述相机和光源相对于平板样品沿X轴方向对平板样品上每个检测区域进行图像采集。

22.根据权利要求16所述的检测设备，其特征在于：

所述控制器与成像机构、运动机构和计算机电连接，所述控制器通过控制时序向成像机构发出触发信号，控制成像机构在多种成像模式获取多种成像模式的平板样品图像，所述控制器调用计算机存储的最佳轨迹信息控制运动机构按最佳轨迹信息运动。