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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung betreffen ein Formmessgerät und ein
Formmessverfahren. Insbesondere betreffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung ein Formmessgerät
und ein Formmessverfahren, die in der Lage sind, die Messgenauigkeit
zu verbessern.
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DISKUSSION DES HINTERGRUNDS
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Elektronische
Geräte
wurden entwickelt, so dass sie relativ leichteres Gewicht und kleinere
Größe aufweisen.
Daher erhöht
sich die Möglichkeit
von Defekten in diesen elektronischen Geräten, und Gerätschaft
zur Untersuchung der Defekte befindet sich in der Entwicklung und
Verbesserung.
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In
letzter Zeit ist das Verfahren zum Untersuchen einer dreidimensionalen
Form in verschiedenen technischen Gebieten effektiv geworden. In
dem Verfahren zum Untersuchen einer dreidimensionalen Form wurde
ein Koordinatenmessgerät
(CMM), das dreidimensionale Form durch ein Kontaktverfahren detektiert, verwendet.
Ein Nichtkontaktverfahren zum Untersuchen einer dreidimensionalen
Form durch Verwendung von optischen Theorien befindet sich in der
Entwicklung.
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Meadows
und Takasaki haben 1970 das Schatten-Moiré-Verfahren entwickelt, das
das repräsentative Nichtkontaktverfahren
zum Untersuchen einer dreidimensionalen Form ist. Das Schatten-Moiré-Verfahren weist
jedoch das Problem auf, dass ein Gitter zur Messung größer als
ein Messobjekt sein sollte. Um obiges Problem zu lösen, entwickelte
Yoshino das Projektions-Moiré-Verfahren.
Zusätzlich
wandte Kujawinska das Phasenverschiebungsverfahren, das für die Analyse
optischer Kohärenz
angewendet wird, auf das Moiré-Verfahren
zur Untersuchung dreidimensionaler Form an, so dass die Messauflösung verbessert
ist und die Beschränkung
von Moiré-Muster
aufgehoben ist.
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Diese
Verfahren zum Messen dreidimensionaler Form können für die Untersuchung einer gedruckten Leiterplatte
verwendet werden, und Versuche zur Verbesserung der Genauigkeit
werden durchgeführt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung stellen ein Formmessgerät bereit,
das in der Lage ist, eine zweidimensionale Form zusammen mit einer
dreidimensionalen Form zu messen und die Messgenauigkeit zu verbessern.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung stellen auch ein Formmessverfahren bereit,
das in der Lage ist, eine zweidimensionale Form zusammen mit einer
dreidimensionalen Form zu messen und die Messgenauigkeit zu verbessern.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung stellen auch ein Verfahren zur Messung
einer dreidimensionalen Form bereit, das in der Lage ist, eine dreidimensionale
Form eines Messobjektes in Gesamtbereichen genau zu messen.
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Zusätzliche
Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt
und werden teilweise aus der Beschreibung deutlich oder können durch
Anwendung der Erfindung erlernt werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung offenbart ein Formmessgerät. Das Formmessgerät beinhaltet
ein Arbeitsgestell, das ein Objektsubstrat stützt, einen Musterprojektionsteil,
der eine Lichtquelle, ein Gitterteil, das von der Lichtquelle generiertes
Licht transmittiert und blockiert, um ein Gitterbild zu generieren,
sowie ein Projektionslinsenteil, das das Gitterbild auf einem Messobjekt
des Objektsubstrats erzeugt, beinhaltet, einen Bilderfassungsteil,
der das von dem Messobjekt des Objektsubstrats reflektierte Gitterbild
erfasst, sowie einen Steuerteil, der das Arbeitsgestell, den Musterprojektionsteil
und den Bilderfassungsteil steuert, einen Zuverlässigkeitsindex des Gitterbildes
sowie Phasen des Gitterbildes berechnet, das dem Messobjekt entspricht,
sowie das Messobjekt durch Verwendung des Zuverlässigkeitsindex und der Phasen
untersucht.
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Das
Formmessgerät
kann über
den Zuverlässigkeitsindex
eine Oberfläche
eines Pads untersuchen, wenn das Pad das Messobjekt ist. Das Pad
kann elektrisch mit einem externen Gerät verbunden sein. Der Zuverlässigkeitsindex
kann mindestens eines einer Intensität, einer Sichtbarkeit und eines
Signal-Rausch-Verhältnisses
sein. Der Steuerteil kann bestimmen, dass das Pad schlecht ist,
wenn der Zuverlässigkeitsindex
außerhalb
eines Einstellungswertes liegt. Das Formmessgerät kann ferner eine ergänzende Lichtquelle
zum Untersuchen des Messobjektes des Objektsubstrats beinhalten.
Der Steuerteil kann bestimmen, dass das Pad schlecht ist, wenn von
der ergänzenden
Lichtquelle generiertes Licht von dem Pad reflektiert wird und von
dem Bilderfassungsteil erfasst wird, um ein zweidimensionales Bild
zu bilden, und das Pad wird in dem zweidimensionalen Bild als schlecht
bestimmt, obwohl der Zuverlässigkeitsindex
zeigt, dass das Pad gut ist.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung offenbart ein Formmessverfahren. Das Formmessverfahren
beinhaltet Gewinnen eines von einem Messobjekt reflektierten Gitterbildes,
während
das Gitterbild eine bestimmte Anzahl Male verschoben wird, Gewinnen
eines Zuverlässigkeitsindex,
der mindestens eines einer Intensität, einer Sichtbarkeit und eines
Signal-Rausch-Verhältnisses
des Gitterbildes beinhaltet, durch Verwendung des Gitterbildes,
und Bestimmen, dass ein Pad, das mit einem externen Gerät elektrisch
zu verbinden ist, gut ist, wenn der Zuverlässigkeitsindex innerhalb eines
Einstellungswertes liegt, und schlecht ist, wenn der Zuverlässigkeitsindex
außerhalb
des Einstellungswertes liegt, falls das Pad das Messobjekt ist.
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Noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung offenbart ein Verfahren zur Messung einer
dreidimensionalen Form. Das Verfahren beinhaltet Leuchten von Gittermusterlichten
in einer Vielzahl von Richtungen auf ein Messobjekt, während jedes
der Gittermusterlichte N Mal geändert
wird und die von dem Messobjekt reflektierten Gittermusterlichte
detektiert werden, zur Gewinnung von N Musterbildern des Messobjektes
bezüglich
jeder Richtung, Extrahieren einer Phase {Pi(x, y)} und einer Helligkeit
{Ai(x, y)} bezüglich
jeder Richtung entsprechend jedem Ort {i(x, y)} in einem X-Y-Koordinatensystem
aus den Musterbildern, Extrahieren eines Höhengewichts {Wi(x, y)} bezüglich jeder
Richtung durch Verwendung einer Gewichtsfunktion, die die Helligkeit
als Parameter einsetzt, und Berechnen einer Gewichtshöhe {Wi(x,
y)·Hi(x,
y)} bezüglich
jeder Richtung durch Verwendung einer auf der Phase basierenden
Höhe bezüglich jeder
Richtung und des Höhengewichts
und Summieren von Gewichtshöhen,
um eine Höhe
{ΣWi(x,
y)·Hi(x,
y)/ΣWi(x,
y)} an jedem Ort zu bestimmen.
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Die
Helligkeit kann einer durchschnittlichen Helligkeit entsprechen,
die durch Mitteln der detektierten Gittermusterlichte gewonnen wird.
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Die
Gewichtsfunktion kann ferner mindestens eines einer Sichtbarkeit
und eines SNR (Signal-Rausch-Verhältnisses) bezüglich jeder
Richtung, die aus den Musterbildern bezüglich jeder Richtung extrahiert
werden, als Parameter einsetzen.
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Die
Gewichtsfunktion kann ferner einen Messbereich (ë), der einem Gitterabstand
jedes Gittermusterlichts, der aus den Musterbildern bezüglich jeder
Richtung extrahiert wird, entspricht, als Parameter einsetzen. Der
Messbereich kann gemäß den Gittermusterlichten
mindestens zwei Werte aufweisen.
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Die
Gewichtsfunktion kann das Höhengewicht
verringern, wenn die durchschnittliche Helligkeit von einem vorbestimmten
Wert aus zunimmt oder abnimmt. Der vorbestimmte Wert kann ein mittlerer
Wert der durchschnittlichen Helligkeit sein.
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Die
Gewichtsfunktion kann das Höhengewicht
erhöhen,
wenn sich die Sichtbarkeit oder das SNR erhöht.
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Die
Gewichtsfunktion kann das Höhengewicht
verringern, wenn sich der Messbereich vergrößert.
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Das
Extrahieren des Höhengewichts
bezüglich
jeder Richtung kann Unterteilen der Musterbilder in einen Schattenbereich,
einen Sättigungsbereich
und einen Nicht-Sättigungsbereich
beinhalten. Der Schattenbereich entspricht einem Bereich, in dem
die durchschnittliche Helligkeit unter einer minimalen Helligkeit
liegt und die Sichtbarkeit oder das SNR unter einem minimalen Referenzwert
liegt, der Sättigungsbereich
entspricht einem Bereich, in dem die durchschnittliche Helligkeit über einer
maximalen Helligkeit liegt und die Sichtbarkeit oder das SNR unter
dem minimalen Referenzwert liegt und der Nicht-Sättigungsbereich
entspricht einem restlichen Bereich außer dem Schattenbereich und
dem Sättigungsbereich.
Die Gewichtsfunktion kann als '0' betrachtet werden,
um das Höhengewicht
in dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich
zu gewinnen. Die dem Nicht-Sättigungsbereich
entsprechende Gewichtsfunktion kann das Höhengewicht verringern, wenn
die durchschnittliche Helligkeit von einem mittleren Wert der durchschnittlichen
Helligkeit aus zunimmt oder abnimmt, kann das Höhengewicht erhöhen, wenn
die Sichtbarkeit oder das SNR zunimmt, und kann das Höhengewicht
erhöhen,
wenn sich der Messbereich vergrößert.
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Die
Summe der Höhengewichte
kann gleich 1 sein {ΣWi(x,
y) = 1}.
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Noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung offenbart ein Verfahren zur Messung einer
dreidimensionalen Form. Das Verfahren beinhaltet Leuchten von Gittermusterlichten
in einer Vielzahl von Richtungen auf ein Messobjekt, während jedes
der Gittermusterlichte N Mal geändert
wird und die von dem Messobjekt reflektierten Gittermusterlichte
detektiert werden, zur Gewinnung von N Musterbildern des Messobjektes bezüglich jeder
Richtung, Extrahieren einer Phase {Pi(x, y)} und einer Sichtbarkeit
{Vi(x, y)} bezüglich
jeder Richtung entsprechend jedem Ort {i(x, y)} in einem X-Y-Koordinatensystem
aus den Musterbildern, Extrahieren eines Höhengewichts {Wi(x, y)} bezüglich jeder
Richtung durch Verwendung einer Gewichtsfunktion, die die Sichtbarkeit
als Parameter einsetzt, und Berechnen einer Gewichtshöhe {Wi(x,
y)·Hi(x,
y)} bezüglich
jeder Richtung durch Multiplizieren einer auf der Phase basierenden
Höhe mit
dem Höhengewicht
und Summieren von Gewichtshöhen,
um eine Höhe
{ΣWi(x,
y)·Hi(x,
y)/ΣWi(x,
y)} an jedem Ort zu bestimmen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein zweidimensionales Formbild durch Verwendung gemessener
dreidimensionaler Daten gewonnen werden, so dass zusätzliche
Daten für
das zweidimensionale Formbild nicht erforderlich sein mögen.
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Wenn
das zweidimensionale Formbild und das dreidimensionale Formbild,
die beide gemessen werden, zusammen verwendet werden, können ferner
Defekte der PCB effektiv untersucht werden.
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Ferner
kann die Untersuchungsgenauigkeit verbessert werden, wenn Luminanz
zusätzlicher
zweidimensionaler Bilder verwendet wird.
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Zusätzlich werden
durchschnittliche Helligkeit, Sichtbarkeit oder SNR und Messbereich
aus den in jeder Richtung fotografierten Musterbildern extrahiert,
und Höhengewicht
wird gemäß dem extrahierten
Ergebnis bestimmt, um dadurch eine Höhe an jedem Ort des Messobjektes
in Gesamtbereichen einschließlich
eines Schattenbereichs und eines Sättigungsbereichs genauer zu
messen.
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Es
versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung
als auch die folgende detaillierte Beschreibung exemplarisch und
erläuternd
sind und dazu intendiert sind, weitere Erklärung der beanspruchten Erfindung
bereitzustellen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
beiliegenden Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein weiteres Verständnis der
Erfindung bereitzustellen, und in dieser Spezifikation inkorporiert
sind und einen Teil derselben bilden, illustrieren Ausführungen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die
Prinzipien der Erfindung zu erklären.
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1 ist
eine schematische Seitenansicht, die ein Formmessgerät gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung illustriert.
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2 ist
eine schematische Draufsicht, die ein Formmessgerät gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung illustriert.
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3 ist
eine Draufsicht, die ein Objektsubstrat in 1 illustriert.
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4 ist
ein Diagramm, das das Formmessgerät beim Messen eines dreidimensionalen
Bildes zeigt.
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5 stellt
Graphen dar, die ein Prinzip zum Messen eines zweidimensionalen
Bildes zeigen.
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6 ist
eine schematische Ansicht, die ein Messgerät für dreidimensionale Formen illustriert,
das ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet.
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7 ist
eine Draufsicht, die ein Gittermusterbild durch ein auf ein Messobjekt
in 6 geleuchtetes Gittermusterlicht illustriert.
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8 ist
eine Draufsicht, die ein Bild illustriert, das in der Kamera gemessen
wird, wenn das Gittermusterlicht von einer rechten Seite auf das
Messobjekt geleuchtet wird.
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9 ist
eine Draufsicht, die ein Bild illustriert, das in der Kamera gemessen
wird, wenn das Gittermusterlicht von einer linken Seite auf das
Messobjekt geleuchtet wird.
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10 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen durchschnittlicher Helligkeit
und Gewicht der in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
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11 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen Sichtbarkeit oder SNR und
Gewicht der in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
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12 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen Messbereich und Gewicht der
in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ILLUSTRIERTEN
AUSFÜHRUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend vollständiger mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, in denen Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung gezeigt sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in
vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht
als auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele beschränkt interpretiert
werden. Diese Ausführungsbeispiele
werden vielmehr bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und
vollständig
ist, und werden dem Fachmann den Umfang der vorliegenden Erfindung
vollständig
vermitteln. In den Zeichnungen können
die Größen und
relativen Größen von
Schichten und Bereichen der Klarheit halber übertrieben sein.
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Es
versteht sich, dass, wenn ein Element oder eine Schicht als „auf” oder „verbunden
mit” einem
anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, es oder
sie direkt auf oder verbunden mit dem anderen Element oder der anderen
Schicht sein kann oder auch dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden
sein können.
Im Gegensatz dazu sind keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten
vorhanden, wenn ein Element als „direkt auf” oder „direkt
verbunden mit” einem
anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird. Ähnliche
Zahlen beziehen sich durchweg auf ähnliche Elemente. Wie hierin verwendet
beinhaltet der Ausdruck „und/oder” sämtliche
Kombinationen eines oder mehrerer der assoziierten aufgezählten Elemente.
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Es
versteht sich, dass, obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw.
hierin verwendet sein können,
um verschiedene Elemente, Bauteile, Bereiche, Schichten und/oder
Abschnitte zu beschreiben, diese Elemente, Bauteile, Bereiche, Schichten
und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt sein
sollen. Diese Begriffe werden lediglich verwendet, um ein Element,
Bauteil, Bereich, Schicht oder Abschnitt von einem anderen Bereich,
Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Somit könnte ein nachstehend erörtertes
erstes Element, Bauteil, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein
zweites Element, Bauteil, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet
werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Räumlich relative
Begriffe, wie zum Beispiel „unterhalb”, „unter”, „untere”, „über”, „obere” und dergleichen
können
hierin zur einfacheren Beschreibung verwendet werden, um die in
den Figuren illustrierte Beziehung eines Elementes oder Merkmals
zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben.
Es versteht sich, dass die räumlich
relativen Begriffe verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei
Verwendung oder Betrieb zusätzlich
zu der in den Figuren abgebildeten Ausrichtung umfassen sollen.
Wenn zum Beispiel die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird,
wären Elemente,
die als „unter” anderen
Elementen oder Merkmalen beschrieben sind, nun „über” den anderen Elementen oder
Merkmalen orientiert. Somit kann der beispielhafte Begriff „unter” sowohl
die Ausrichtung „über” als auch „unter” umfassen.
Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht
oder mit anderen Ausrichtungen), und die hierin verwendeten räumlich relativen
Deskriptoren können
entsprechend interpretiert werden.
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Die
hierin verwendete Terminologie dient ausschließlich dem Zweck des Beschreibens
bestimmter Ausführungsbeispiele
und soll nicht die vorliegende Erfindung einschränken. Wie hierin verwendet
sollen die Singularformen „ein/eine” und „der/die/das” ebenfalls
die Pluralformen beinhalten, es sei denn, der Kontext bringt deutlich
das Gegenteil zum Ausdruck. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend”, wenn
sie in dieser Spezifikation verwendet werden, das Vorhandensein
ausgewiesener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente
und/oder Bauteile angeben, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines
oder mehrerer weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen,
Elemente, Bauteile und/oder Gruppen derselben ausschließen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden hierin unter Bezug auf Querschnittsdarstellungen
beschrieben, die schematische Darstellungen von idealisierten Ausführungsbeispielen
(und Zwischenstrukturen) der vorliegenden Erfindung sind. Somit
sind Abweichungen von den Formen der Darstellungen als Ergebnis zum
Beispiel von Herstellungstechniken und/oder -toleranzen zu erwarten.
Daher sollten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung nicht als auf die hierin dargestellten
bestimmten Formen von Bereichen beschränkt interpretiert werden, sondern
sollen Abweichungen in Formen beinhalten, die zum Beispiel aus der Herstellung
resultieren. Zum Beispiel weist ein als Rechteck illustrierter implantierter
Bereich üblicherweise
abgerundete oder gekrümmte
Umrisse auf und/oder ein Gradient von Implantatkonzentration an
seinen Kanten anstatt einer binären
Veränderung
von implantiertem zu nicht implantiertem Bereich. Ebenso kann ein
durch Implantierung ausgebildeter verdeckter Bereich etwas Implantierung
in dem Bereich zwischen dem verdeckten Bereich und der Oberfläche, durch
die die Implantierung stattfindet, zur Folge haben. Daher sind die
in den Figuren illustrierten Bereiche von schematischer Natur, und
ihre Formen sollen nicht die eigentliche Form eines Bereichs einer
Vorrichtung illustrieren, und sie sollen nicht den Umfang der vorliegenden
Erfindung limitieren.
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Sofern
nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe (einschließlich technischer
und wissenschaftlicher Begriffe) dieselbe Bedeutung wie sie ein
Durchschnittsfachmann des Gebietes, zu dem diese Erfindung gehört, üblicherweise verstehen
würde.
Es versteht sich ferner, dass Begriffe wie die in üblicherweise
verwendeten Wörterbüchern definierten
mit einer Bedeutung interpretiert werden sollten, die mit ihrer Bedeutung
in dem Kontext des relevanten Gebiets konsistent ist, und nicht
in einem idealisierten oder überformalen
Sinn interpretiert werden sollen, sofern hierin nicht ausdrücklich so
definiert.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
im Detail beschrieben.
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1 ist
eine schematische Seitenansicht, die ein Formmessgerät gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung illustriert.
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Unter
Bezug auf 1 beinhaltet ein Formmessgerät 1100 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ein Arbeitsgestell 1130, einen
Musterprojektionsteil 1110, einen Bilderfassungsteil 1150 sowie
einen Steuerteil 1140. Zusätzlich kann das Formmessgerät 1100 ferner
eine erste ergänzende Lichtquelle 1160 und
eine zweite ergänzende
Lichtquelle 1170 beinhalten.
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Das
Arbeitsgestell 1130 stützt
ein Objektsubstrat 1120, auf dem ein Messobjekt A angeordnet
ist. Ferner transportiert das Arbeitsgestell 1130 das Messobjekt
A entlang mindestens einer einer x-Achsenrichtung und einer y-Achsenrichtung.
Wenn das Arbeitsgestell 1130 von dem Steuerteil 1140 gesteuert
wird, so dass es das Objektsubstrat 1120 an einen geeigneten
Ort transportiert, können
die erste ergänzende
Lichtquelle 1160 und die zweite ergänzende Lichtquelle 1170 ein
Licht in Richtung des Messobjektes A des Objektsubstrats 1120 strahlen,
um Gesamtmessbereiche des Objektsubstrats 1120 durch Verwendung
von zum Beispiel einer Identifizierungsmarkierung des Objektsubstrats 1120 aufzustellen.
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Der
Musterprojektionsteil 1110 projiziert ein Gitterbild in
Richtung des Messobjektes A. Das Formmessgerät 1100 kann eine Vielzahl
der Musterprojektionsteile 1110 beinhalten, die derart
angeordnet sind, dass die Vielzahl von Musterprojektionsteilen 1110 Gitterbilder
mit einem bestimmten Winkel bezüglich
einer Normalen des Objektsubstrats 1120 in Richtung des
Objektsubstrats 1120 projizieren. Ferner kann die Vielzahl von
Musterprojektionsteilen 1110 bezüglich der Normalen symmetrisch
angeordnet sein. Jeder der Musterprojektionsteile 1110 beinhaltet
eine Lichtquelle 1111, ein Gitterteil 1112 sowie
ein Projektionslinsenteil 1113. Zum Beispiel können zwei
der Musterprojektionsteile 1110 bezüglich des Messobjektes A symmetrisch
angeordnet sein.
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Die
Lichtquelle 1111 strahlt Licht in Richtung des Messobjektes
A aus. Das Gitterteil 1112 erzeugt ein Gitterbild durch
Verwendung des von der Lichtquelle 1111 generierten Lichts.
Das Gitterteil 1112 beinhaltet einen Licht blockierenden
Bereich (nicht gezeigt) sowie einen Licht transmittierenden Bereich
(nicht gezeigt). Der Licht blockierende Bereich blockiert einen
Teil des von der Lichtquelle 1111 generierten Lichts, und
der Licht transmittierende Bereich transmittiert einen anderen Teil
des Lichts. Das Gitterteil 1112 kann in verschiedenen Typen
ausgebildet sein. Zum Beispiel kann das Gitterteil 1112 durch
eine Glasplatte, auf der ein Gitter mit einem Licht blockierenden
Bereich und einem Licht transmittierenden Bereich strukturiert ist,
ausgebildet sein. Wahlweise kann eine Flüssigkristallanzeigetafel als
das Gitterteil 1112 verwendet werden.
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Wenn
die Glasplatte, auf der das Gitter mit dem Licht blockierenden Bereich
und dem Licht transmittierenden Bereich, als das Gitterteil 1112 verwendet
wird, beinhaltet das Formmessgerät 1100 ferner
einen Aktuator (nicht gezeigt), um das Gitterteil 1112 minuziös zu transportieren.
Wenn eine Flüssigkristallanzeigetafel als
das Gitterteil 1112 verwendet wird, kann ein Gittermuster
von der Flüssigkristallanzeigetafel
angezeigt werden, so dass das Formmessgerät 1100 den Aktuator
nicht benötigt.
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Das
Projektionslinsenteil 1113 erzeugt ein Gitterbild des Gitterteils 1112 auf
dem Messobjekt A des Objektsubstrats 1120. Das Projektionslinsenteil 1113 kann
zum Beispiel eine Vielzahl von Linsen beinhalten, das Gitterteil 1112 zur
Fokussierung des auf dem Messobjekt A auf dem Objektsubstrat 1120 anzuzeigenden
Gitterbildes.
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Der
Bilderfassungsteil 1150 empfängt das von dem Messobjekt
A des Objektsubstrats 1120 reflektierte Gitterbild. Der
Bilderfassungsteil 1150 beinhaltet zum Beispiel eine Kamera 1151 sowie
ein Erfassungslinsenteil 1152. Das von dem Messobjekt A
reflektierte Gitterbild durchläuft
das Erfassungslinsenteil 1152, um von der Kamera 1151 erfasst
zu werden.
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Der
Steuerteil 1140 steuert das Arbeitsgestell 1130,
den Musterprojektionsteil 1110 und den Bilderfassungsteil 1150,
berechnet einen Zuverlässigkeitsindex
des von dem Bilderfassungsteil 1150 erfassten Gitterbildes
sowie Phasen des Messobjektes A und verarbeitet das von dem Bilderfassungsteil 1150 erfasste
Gitterbild, um eine zweidimensionale Form und eine dreidimensionale
Form zu messen. Der Prozess zum Messen der zweidimensionalen Form
und der dreidimensionalen Form, der von dem Steuerteil 1140 durchgeführt wird, wird
später
im Detail beschrieben.
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Der
Steuerteil 1140 untersucht das Messobjekt durch Verwendung
der Phase und des Zuverlässigkeitsindex.
Im Einzelnen kann die Phase zum Messen der dreidimensionalen Form
des Messobjektes A verwendet werden, und der Zuverlässigkeitsindex
kann zum Bestimmen von gut oder schlecht im Hinblick auf das Messobjekt
verwendet werden. Zum Beispiel kann mindestens eines einer Signalintensität, einer
Sichtbarkeit und eines SNR (Signal-Rausch-Verhältnisses) für den Zuverlässigkeitsindex
verwendet werden. Die Signalintensität kann unter Bezug auf Ausdruck
14 und Ausdruck 15 erklärt
werden, die Sichtbarkeit kann unter Bezug auf Ausdruck 16 oder Ausdruck
17 erklärt
werden, und die SNR bedeutet ein Verhältnis von oder Differenz zwischen
einer periodischen Funktion, die während des N-Bucket-Algorithmus-Prozesses
des Filterns von Bildern, die von dem Bilderfassungsteil 1150 erfasst
werden, generiert wird, und einem reellen Signal. Im Einzelnen ist
das SNR (Sichtbarkeit·D
in Ausdruck 1)/temporales Rauschen D.
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Wenn
der Zuverlässigkeitsindex
außerhalb
eines Einstellungswertes liegt, bestimmt der Steuerteil 1140 das
Messobjekt A als ein schlechtes.
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Zum
Beispiel bestimmt der Steuerteil 1140, dass das Messobjekt
schlecht ist, wenn die Differenz zwischen der durch Ausdruck 16
oder Ausdruck 17 gewonnenen Sichtbarkeit eines bestimmten Bereichs
des Formbildes und der Sichtbarkeit ã eines peripheren Bereichs
außerhalb
des Bereiches des Einstellungswertes liegt.
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Ferner
kann eine der ersten ergänzenden
Lichtquelle 1160 und der zweiten ergänzenden Lichtquelle 1170 zum
Messen der zweidimensionalen Form verwendet werden. Im Einzelnen
strahlt eine der ersten ergänzenden
Lichtquelle 1160 und der zweiten ergänzenden Lichtquelle 1170 Licht
in Richtung des Messobjekts A des Objektsubstrats 1120 aus,
und reflektiertes Licht wird von der Kamera 1151 des Bilderfassungsteils 1150 erfasst,
um ein zweidimensionales Formbild zu generieren.
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Auch
wenn die Differenz des Zuverlässigkeitsindex
innerhalb des Einstellungswertes liegt, kann der Steuerteil 1140 bestimmen,
dass das Messobjekt A schlecht ist, wenn die Luminanzdifferenz zwischen
dem bestimmten Bereich des zweidimensionalen Formbildes und dem
peripheren Bereich des zweidimensionalen Formbildes außerhalb
eines weiteren Einstellungswertes liegt. Ferner kann der Steuerteil 1140 bestimmen, dass
das Messobjekt A schlecht ist, wenn die Luminanz eines bestimmten
Bereichs des Messobjektes A außerhalb
eines weiteren Einstellungswertes liegt.
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Zum
Beispiel bestimmt der Steuerteil 1140, auch wenn die Differenz
zwischen der durch Ausdruck 16 oder Ausdruck 17 gewonnenen Sichtbarkeit ã eines
bestimmten Bereichs und der Sichtbarkeit ã eines peripheren Bereichs
innerhalb des Einstellungswertes liegt, dass das Messobjekt A schlecht
ist, wenn die Luminanzdifferenz oder Intensitätsdifferenz zwischen dem bestimmten
Bereich und dem peripheren Bereich des durch die erste ergänzende Lichtquelle 1160 oder
die zweite ergänzende
Lichtquelle 1170 gewonnenen zweidimensionalen Bildes außerhalb
eines weiteren Einstellungswertes liegt.
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Der
Steuerteil 1140 untersucht die zweidimensionale Form und
die dreidimensionale Form eines Bereichs des Interesses (ROI) in
Sichtfeldern (FOV) in Folge.
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2 ist
eine schematische Draufsicht, die ein Formmessgerät gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung illustriert. Das Formmessgerät gemäß der vorliegenden
Ausführung
ist im Wesentlichen dasselbe außer
dem Musterprojektionsteil des Formmessgeräts 1100 in 1.
Daher werden dieselben Bezugszahlen für dieselben Elemente verwendet,
und jegliche weitere Beschreibung wird weggelassen.
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Unter
Bezug auf 2 beinhaltet das Formmessgerät gemäß der vorliegenden
Ausführung
eine Vielzahl von Musterprojektionsteilen 1110, deren jeder
ein Gitterteil 1112 aufweist. Die Vielzahl von Musterprojektionsteilen 1110 ist
an Spitzen eines Polygons angeordnet. In 2 sind vier
Musterprojektionsteile 1110 an Spitzen eines Quadrats angeordnet.
Die Vielzahl von Musterprojektionsteilen 1110 kann jedoch
an Spitzen von Hexagon, Oktagon usw. angeordnet sein.
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Wenn
das Gitterbild nur an einer Seite erfasst wird, kann eine exakte
dreidimensionale Form gewonnen werden, da das Messobjekt A ein Vorsprung
ist, so dass das Gitterbild an der anderen Seite ankommen kann.
Daher kann das Gitterbild an beiden einander gegenüberliegenden
Seiten erfasst werden, um die exakte dreidimensionale Form zu gewinnen.
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Zum
Beispiel kann, wenn das Messobjekt A eine rechteckige Form aufweist,
der Steuerteil 1140 zwei einander gegenüber angeordnete Musterprojektionsteile 1110 einschalten.
Wenn die Form des Messobjektes A, die von dem Steuerteil 1140 erfasst
wird, komplex ist, kann der Steuerteil 1140 mehr als zwei
Musterprojektionsteile 1110 einschalten.
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3 ist
eine Draufsicht, die ein Objektsubstrat in 1 illustriert.
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Unter
Bezug auf 3 beinhaltet das Objektsubstrat 1120,
wie beispielsweise eine gedruckte Leiterplatte (PCB), zum Beispiel
einen Padbereich 1121 (oder Auffächerungsbereich) sowie einen
Gerätemontierbereich 1122.
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Der
Padbereich 1121 ist ein Bereich, in dem ein Pad zum elektrischen
Verbinden ausgebildet ist, und der Gerätemontierbereich 1122 ist
ein Bereich, auf dem ein Gerät
montiert wird.
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Ein
Gerät wird
durch Lotpaste auf dem Gerätemontierbereich 1122 montiert.
Wenn die Form oder die Menge der Lotpaste nicht richtig gesteuert
wird, kann das Gerät
mit anderen Geräten
elektrisch verbunden werden und so Funktionsstörungen verursachen. Daher wird
die Form und die Höhe
der Lotpaste gemessen, um eine dreidimensionale Form der Lotpaste
zu gewinnen, um zu überprüfen, dass
die Form oder die Menge der Lotpaste richtig gesteuert ist.
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Ferner
sollte der Padbereich 1121 überprüft werden, um elektrischen
Kurzschluss mit anderen Padbereichen zu verhindern. In diesem Fall
kann die durch Ausdruck 14 oder Ausdruck 15 gewonnene zweidimensionale
Form verwendet werden, um elektrischen Kurzschluss zwischen den
Padbereichen zu überprüfen.
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Zusätzlich sollte
der Padbereich 1121 eine flache Oberfläche aufweisen. Wenn der Padbereich 1121 zerkratzt
ist, kann der Padbereich eine schlechte Verbindung mit einem Gerät verursachen.
Daher ist die Oberflächenuntersuchung
des Padbereichs 1121 sehr wichtig.
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Für die Oberflächenuntersuchung
wird der Zuverlässigkeitsindex
des Padbereichs 1121 untersucht. Wenn der Zuverlässigkeitsindex
eines bestimmten Bereichs außerhalb
des Einstellungswertes liegt, wird der Padbereich 1121 als
schlecht bestimmt. Auch wenn der Zuverlässigkeitsindex des bestimmten
Bereichs innerhalb des Einstellungswertes liegt, eine Luminanzdifferenz
eines bestimmten Bereichs und eines peripheren Bereichs in einem
durch Verwendung einer der ersten ergänzenden Lichtquelle 1160 und
der zweiten ergänzenden
Lichtquelle 1170 in 1 gewonnenen
zweidimensionalen Bild außerhalb
eines weiteren Einstellungswertes liegt, wird der Pad als schlecht
bestimmt, da der Pad einen Kratzer aufweist.
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Der
Padbereich 1121 ist eine flache Metalloberfläche, so
dass die Menge an von dem Padbereich 1121 reflektiertem
und von der Kamera 1151 des Bilderfassungsteils 1150 in 1 erfasstem
Licht gesättigt
sein kann. Daher kann ein verschobener Phasenwert gemessen werden.
Der Zuverlässigkeitsindex
kann jedoch gemessen werden. Daher kann der Padbereich 1121 durch
Verwendung des Zuverlässigkeitsindex
untersucht werden, auch wenn die Menge an von dem Padbereich 1121 reflektiertem
Licht gesättigt
ist. Ferner kann der Zuverlässigkeitsindex
jedes Musterprojektionsteils 1110 als Gewichtswert für die von
jedem Musterprojektionsteil 1110 gemessene Höhe verwendet
werden.
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Im
Obigen sind die Formmessgeräte
gemäß den vorliegenden
Ausführungen
erklärt.
Das Formmessverfahren gemäß der vorliegenden
Ausführung
ist im Wesentlichen dasselbe wie das des Formmessgeräts. Das
heißt
gemäß einem
Formmessverfahren der vorliegenden Erfindung werden von einem Messobjekt
reflektierte Gitterbilder gewonnen, während ein Gitter mehrere Male
verschoben wird. Dann wird der Zuverlässigkeitsindex des Gitterbildes
gewonnen. Wenn der Zuverlässigkeitsindex
innerhalb des Einstellungswertes liegt, wird das Messobjekt als
gut bestimmt, und wenn der Zuverlässigkeitsindex außerhalb
des Einstellungswertes liegt, wird das Messobjekt als schlecht bestimmt.
Ferner kann ein zweidimensionales Formbild des Messobjektes gewonnen
werden, und auch wenn der Zuverlässigkeitsindex
des Pads innerhalb des Einstellungswertes liegt, kann das Pad als
schlecht bestimmt werden, wenn eine Luminanzdifferenz zwischen einem bestimmten Bereich
und einem peripheren Bereich des zweidimensionalen Formbildes außerhalb
eines bestimmten Wertes liegt.
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4 ist
ein Diagramm, das das Formmessgerät beim Messen eines dreidimensionalen
Bildes zeigt.
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Das
Gitterbild wird auf das Objektsubstrat
1120 in
1 gestrahlt.
Dann wird die Intensität
I von von dem Objektsubstrat
1120 reflektierten und von
dem Bilderfassungsbereich
1150 erfassten Bildern als folgender Ausdruck
1, der der Moiré-Gleichung entspricht,
ausgedrückt. Ausdruck
1
wobei I von dem Bilderfassungsteil
1150 erfasste
Intensität
ist, D Signalintensität
(oder eine Funktion von DC-Lichtintensität (oder Lichtquellenintensität) und Reflexionsvermögen) ist, ã Sichtbarkeit
(eine Funktion von Reflexionsvermögen und Gitterperiode) ist, Ë Moiré-Äquivalenzperiode
(eine Funktion von Vergrößerung,
der Gitterperiode und Strahlungswinkel è) ist.
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In
Ausdruck 1 ist Intensität
I eine Funktion von Höhe
h, so dass Höhe
h durch Verwendung von Intensität
I gewonnen werden kann.
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Wenn
die Gitterphase verschoben wird und das reflektierte Bild von dem
Bilderfassungsteil
1150 in
1 erfasst
wird, kann Ausdruck 1 als Ausdruck 2 ausgedrückt werden. Ausdruck
2
wobei äk
Phasenverschiebung ist und 2ðh/
einer Phase Ö entspricht,
die dem Messobjekt entspricht.
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Um
Höhe h
durch Verwendung von Ausdruck 2 zu gewinnen, sind mindestens drei
Phasenverschiebungen erforderlich.
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Zum
Beispiel kann die Höhe
h wie folgt gewonnen werden, wenn drei Phasenverschiebungen angewendet
werden (3-Bucket-Algorithmus). In Ausdruck 2 wird null Radiant als ä1 angewendet,
um I1 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender Ausdruck
3 ausgedrückt.
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In
Ausdruck 2 wird 2ð/3
Radiant als ä2
angewendet, um I2 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender
Ausdruck 4 ausgedrückt.
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In
Ausdruck 2 wird 4ð/3
Radiant als ä3
angewendet, um I3 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender
Ausdruck 5 ausgedrückt.
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Durch
Verwendung von Ausdruck 3, Ausdruck 4 und Ausdruck 5 wird folgender
Ausdruck 6 gewonnen.
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Durch
Verwendung von Ausdruck 6 kann die Höhe h als folgender Ausdruck
7 gewonnen werden.
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Zum
Beispiel kann die Höhe
h wie folgt gewonnen werden, wenn vier Phasenverschiebungen angewendet
werden (4-Bucket-Algorithmus). In Ausdruck 2 wird null Radiant als ä1 angewendet,
um I1 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender Ausdruck
8 ausgedrückt.
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In
Ausdruck 2 wird ð/2
Radiant als ä2
angewendet, um I2 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender
Ausdruck 9 ausgedrückt.
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In
Ausdruck 2 wird ð Radiant
als ä3
angewendet, um I3 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender
Ausdruck 10 ausgedrückt.
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In
Ausdruck 2 wird 3ð/2
Radiant als ä4
angewendet, um I4 zu gewinnen, und dann wird Ausdruck 2 als folgender
Ausdruck 11 ausgedrückt.
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Durch
Verwendung von Ausdruck 8, Ausdruck 9, Ausdruck 10 und Ausdruck
11 wird folgender Ausdruck 12 gewonnen.
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Durch
Verwendung von Ausdruck 12 kann die Höhe h als folgender Ausdruck
13 gewonnen werden.
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Wenn
das Gitterbild auf das Messobjekt gestrahlt wird und das reflektierte
Bild erfasst wird, während das
Gitter verschoben wird, kann eine dreidimensionale Form des Messobjektes
durch Verwendung von Ausdruck 7 oder Ausdruck 13 gewonnen werden.
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5 stellt
Graphen dar, die ein Prinzip zum Messen eines zweidimensionalen
Bildes zeigen.
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Das
arithmetische Mittel lave von I1 I2, I3 und I4 kann als folgender
Ausdruck 14 gewonnen werden.
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Wie
in Ausdruck 14 gezeigt, kann der Effekt des Gitters ausgeglichen
werden, wenn er gemittelt wird, so dass ein zweidimensionales Formbild
gewonnen werden kann.
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Im
Fall des 3-Bucket-Algorithmus kann das arithmetische Mittel lave
von I1 I2 und I3 in Ausdrücken
3, 4 beziehungsweise 5 als folgender Ausdruck 15 ausgedrückt werden.
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Andererseits
kann die Sichtbarkeit ã in
Ausdruck 2 durch Verwendung von Ausdruck 3, 4, 5, und 15 im Fall
des 3-Bucket-Algorithmus als folgender Ausdruck 16 ausgedrückt werden.
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Die
Sichtbarkeit ã in
Ausdruck 2 kann durch Verwendung von Ausdruck 8, 9, 10, 11 und 14
im Fall des 4-Bucket-Algorithmus als folgender Ausdruck 17 ausgedrückt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein zweidimensionales Formbild durch Verwendung gemessener
dreidimensionaler Daten gewonnen werden, so dass zusätzliche
Daten für
das zweidimensionale Formbild nicht erforderlich sein mögen.
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Wenn
das zweidimensionale Formbild und das dreidimensionale Formbild,
die beide gemessen werden, zusammen verwendet werden, können ferner
Defekte der PCB effektiv untersucht werden.
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6 ist
eine schematische Ansicht, die ein Messgerät für dreidimensionale Formen illustriert,
das ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet.
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Unter
Bezug auf 6 kann ein Messgerät für dreidimensionale
Formen, das ein Verfahren zum Messen einer dreidimensionalen Form
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet, einen Messgestellteil 100,
einen Bildfotografierteil 200, erste und zweite Beleuchtungsteile 300 und 400,
einen Bildgewinnungsteil 500, einen Modulsteuerteil 600 sowie
einen zentralen Steuerteil 700 beinhalten.
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Der
Messgestellteil 100 kann ein ein Messobjekt 10 unterstützendes
Gestell 110 sowie eine das Gestell 110 umsetzende
Gestellumsetzeinheit 120 beinhalten. In einem Ausführungsbeispiel
kann ein Messort in dem Messobjekt 10 in Entsprechung dazu
verändert
werden, wie sich das Messobjekt 10 durch das Gestell 110 bezüglich des
Bildfotografierteils 200 und der ersten und zweiten Beleuchtungsteile 300 und 400 bewegt.
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Der
Bildfotografierteil 200 ist über dem Gestell 110 angeordnet,
um von dem Messobjekt 10 reflektiertes Licht zu erhalten
und ein Bild des Messobjektes 10 zu messen. Das heißt der Bildfotografierteil 200 erhält das Licht,
das aus den ersten und zweiten Beleuchtungsteilen 300 und 400 austritt
und von dem Messobjekt 10 reflektiert wird, und fotografiert
ein ebenes Bild des Messobjektes 10.
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Der
Bildfotografierteil 200 kann eine Kamera 210,
eine Bildgebungslinse 220, ein Filter 230 sowie
eine Lampe 240 beinhalten. Die Kamera 210 empfängt das
von dem Messobjekt 10 reflektierte Licht und fotografiert das
ebene Bild des Messobjektes 10. Die Kamera 210 kann
zum Beispiel eine einer CCD-Kamera und einer CMOS-Kamera beinhalten.
Die Bildgebungslinse 220 ist unter der Kamera 210 angeordnet,
um das von dem Messobjekt 10 reflektierte Licht auf der
Kamera 210 abzubilden. Das Filter 230 ist unter
der Bildgebungslinse 220 angeordnet, um das von dem Messobjekt 10 reflektierte
Licht zu filtern und das gefilterte Licht der Bildgebungslinse 220 bereitzustellen.
Das Filter 230 kann zum Beispiel eines eines Frequenzfilters,
eines Farbfilters und eines Lichtintensitätssteuerfilters beinhalten.
Die Lampe 240 kann unter dem Filter 230 in einer
Kreisform angeordnet sein, um dem Messobjekt 10 das Licht
bereitzustellen, um ein bestimmtes Bild, wie zum Beispiel eine zweidimensionale
Form des Messobjektes 10, zu fotografieren.
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Der
erste Beleuchtungsteil 300 kann zum Beispiel an einer rechten
Seite des Bildfotografierteils 200 angeordnet sein, um
bezüglich
des das Messobjekt 10 unterstützenden Gestells 110 geneigt
zu sein. Der erste Beleuchtungsteil 300 kann eine erste
Lichtquelleneinheit 310, eine erste Gittereinheit 320,
eine erste Gitterumsetzeinheit 330 sowie einen ersten Kondensor 340 beinhalten.
Die erste Lichtquelleneinheit 310 kann eine Lichtquelle
sowie mindestens eine Linse beinhalten, um Licht zu generieren,
und die erste Gittereinheit 320 ist unter der ersten Lichtquelleneinheit 310 angeordnet,
um das von der ersten Lichtquelleneinheit 310 generierte Licht
in ein erstes Gittermusterlicht mit einem Gittermuster zu verändern. Die
erste Gitterumsetzeinheit 330 ist mit der ersten Gittereinheit 320 verbunden,
um die erste Gittereinheit 320 umzusetzen, und kann zum
Beispiel eine einer piezoelektrischen Umsetzeinheit und einer feinen
linearen Umsetzeinheit beinhalten. Der erste Kondensor 340 ist
unter der ersten Gittereinheit 320 angeordnet, um das erste
Gittermusterlicht, das aus der ersten Gittereinheit 320 austritt,
auf dem Messobjekt 10 zu kondensieren
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Zum
Beispiel kann der zweite Beleuchtungsteil 400 an einer
linken Seite des Bildfotografierteils 200 angeordnet sein,
um bezüglich
des das Messobjekt 10 unterstützenden Gestells 110 geneigt
zu sein. Der zweite Beleuchtungsteil 400 kann eine zweite
Lichtquelleneinheit 410, eine zweite Gittereinheit 420,
eine zweite Gitterumsetzeinheit 430 sowie einen zweiten
Kondensor 440 beinhalten. Der zweite Beleuchtungsteil 400 gleicht
im Wesentlichen dem oben beschriebenen ersten Beleuchtungsteil 300,
und daher wird jede weitere Beschreibung weggelassen.
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Wenn
die erste Gitterumsetzeinheit 330 die erste Gittereinheit 320 sequenziell
N mal bewegt und in dem ersten Beleuchtungsteil 300 N erste
Gittermusterlichte auf das Messobjekt 10 geleuchtet werden,
kann der Bildfotografierteil 200 sequenziell die N ersten
von dem Messobjekt 10 reflektierten Gittermusterlichte
empfangen und N erste Musterbilder fotografieren. Wenn die zweite
Gitterumsetzeinheit 430 die zweite Gittereinheit 420 sequenziell
N mal bewegt und in dem zweiten Beleuchtungsteil 400 N
erste Gittermusterlichte auf das Messobjekt 10 geleuchtet
werden, kann des Weiteren der Bildfotografierteil 200 sequenziell
die N zweiten von dem Messobjekt 10 reflektierten Gittermusterlichte
empfangen und N zweite Musterbilder fotografieren. Das 'N' ist eine natürliche Zahl und kann zum Beispiel
vier betragen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
sind die ersten und zweiten Beleuchtungsteile 300 und 400 als
ein Beleuchtungsgerät,
das die ersten und zweiten Gittermusterlichte generiert, beschrieben.
Wahlweise kann der Beleuchtungsteil größer oder gleich drei sein.
Mit anderen Worten kann das Gittermusterlicht in verschiedenen Richtungen
auf das Messobjekt 10 geleuchtet werden, und verschiedene
Musterbilder können
fotografiert werden. Wenn zum Beispiel drei Beleuchtungsteile in
einer gleichseitigen Dreiecksform angeordnet sind, wobei der Bildfotografierteil 200 den
Mittelpunkt der gleichseitigen Dreiecksform bildet, können drei
Gittermusterlichte in verschiedenen Richtungen auf das Messobjekt 10 geleuchtet
werden. Wenn zum Beispiel vier Beleuchtungsteile in einer Quadratform
angeordnet sind, wobei der Bildfotografierteil 200 den
Mittelpunkt der Quadratform bildet, können vier Gittermusterlichte
in verschiedenen Richtungen auf das Messobjekt 10 geleuchtet
werden.
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Der
Bildgewinnungsteil 500 ist elektrisch mit der Kamera 210 des
Bildfotografierteils 200 verbunden, um die Musterbilder
von der Kamera 210 aufzunehmen und die aufgenommenen Musterbilder
zu speichern. Zum Beispiel kann der Bildgewinnungsteil 500 ein
Bildsystem beinhalten, das die in der Kamera 210 fotografierten
N ersten Musterbilder und N zweiten Musterbilder empfängt und
die Bilder speichert.
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Der
Modulsteuerteil 600 ist elektrisch mit dem Messgestellteil 100,
dem Bildfotografierteil 200, dem ersten Beleuchtungsteil 300 und
dem zweiten Beleuchtungsteil 400 verbunden, um den Messgestellteil 100, den
Bildfotografierteil 200, den ersten Beleuchtungsteil 300 und
den zweiten Beleuchtungsteil 400 zu steuern. Der Modulsteuerteil 600 kann
zum Beispiel eine Beleuchtungssteuereinheit, eine Gittersteuereinheit
und eine Gestellsteuereinheit beinhalten. Die Beleuchtungssteuereinheit
steuert die ersten und zweiten Lichtquelleneinheiten 310 und 410,
so dass sie Licht generieren, und die Gittersteuereinheit steuert
die ersten und zweiten Gitterumsetzeinheiten 330 und 430,
so dass sie die ersten und zweiten Gittereinheiten 320 und 420 bewegen. Die
Gestellsteuereinheit steuert die Gestellumsetzeinheit 120,
so dass sie das Gestell 110 in einer Auf-und-ab-Bewegung
und einer Links-und-rechts-Bewegung bewegt.
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Der
zentrale Steuerteil 700 ist elektrisch mit dem Bildgewinnungsteil 500 und
dem Modulsteuerteil 600 verbunden, um den Bildgewinnungsteil 500 und
den Modulsteuerteil 600 zu steuern. Insbesondere empfängt der
zentrale Steuerteil 700 die N ersten Musterbilder und die
N zweiten Musterbilder von dem Bildsystem des Bildgewinnungsteils 500,
um die Bilder zu verarbeiten, so dass die dreidimensionale Form
des Messobjektes gemessen werden kann. Zusätzlich kann der zentrale Steuerteil 700 eine
Beleuchtungssteuereinheit, eine Gittersteuereinheit und eine Gestellsteuereinheit
des Modulsteuerteils 600 steuern. Somit kann der zentrale
Steuerteil eine Bildverarbeitungsplatine, eine Steuerplatine und
eine Schnittstellenplatine beinhalten.
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Nachstehend
wird ein Verfahren zur Messung des auf einer gedruckten Leiterplatte
ausgebildeten Messobjekts 10 durch Verwendung des oben
beschriebenen Messgeräts
für dreidimensionale
Formen im Detail beschrieben. Es wird durch Einsatz eines Lots als
Beispiel des Messobjektes 10 beschrieben.
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7 ist
eine Draufsicht, die ein Gittermusterbild durch ein auf ein Messobjekt
in 6 geleuchtetes Gittermusterlicht illustriert.
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Unter
Bezug auf 6 und 7 wird ein
Gittermusterbild auf dem Messobjekt 10 ausgebildet, wenn das
Gittermusterlicht von einem der Vielzahl von Beleuchtungsteilen
auf das Messobjekt 10 geleuchtet wird. Das Gittermusterbild
beinhaltet eine Vielzahl von Gittermustern, und in der vorliegenden
Ausführung
ist ein Intervall zwischen den Gittermustern, d. h. ein Gitterabstand,
als ein Messbereich ë definiert.
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Der
Messbereich ë kann
unabhängig
von Arten der Gittermusterlichte derselbe sein, kann aber alternativ
entsprechend Arten der Gittermusterlichte voneinander verschieden
sein. Der Messbereich ë kann
entsprechend Arten der Gittermusterlichte mindestens zwei Werte
aufweisen. Zum Beispiel kann das von dem ersten Beleuchtungsteil 300 generierte
Gittermusterbild durch das erste Gittermusterlicht Gittermuster
eines ersten Messbereichs aufweisen, und das von dem zweiten Beleuchtungsteil 400 generierte
Gittermusterbild durch das zweite Gittermusterlicht kann Gittermuster
eines von dem ersten Messbereich verschiedenen zweiten Messbereichs
aufweisen.
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8 ist
eine Draufsicht, die ein Bild illustriert, das in der Kamera gemessen
wird, wenn das Gittermusterlicht von einer rechten Seite auf das
Messobjekt geleuchtet wird. 9 ist eine
Draufsicht, die ein Bild illustriert, das in der Kamera gemessen
wird, wenn das Gittermusterlicht von einer linken Seite auf das
Messobjekt geleuchtet wird. In den Bildern von 8 und 9 ist
nur eine relative Menge bezüglich
Helligkeit (Luminanz) gezeigt, und das Gittermuster ist weggelassen.
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Unter
Bezug auf 6, 8 und 9 kann
ein in der Kamera 210 fotografiertes Bild einen Schattenbereich,
der relativ dunkel ist, sowie einen Sättigungsbereich, der relativ
hell ist, beinhalten, wenn das Gittermusterlicht von einem der Vielzahl
der Beleuchtungsteile auf das Messobjekt 10 geleuchtet
wird.
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Zum
Beispiel wird üblicherweise,
wenn das Gittermusterlicht von der rechten Seite auf das Messobjekt 10 geleuchtet
wird, der Sättigungsbereich
an einem rechten Teil des Messobjektes 10 ausgebildet,
und der Schattenbereich wird an einem linken Teil des Messobjektes 10 ausgebildet,
wie in 8 gezeigt. Im Gegensatz dazu wird üblicherweise,
wenn das Gittermusterlicht von der linken Seite auf das Messobjekt 10 geleuchtet
wird, der Sättigungsbereich
an einem linken Teil des Messobjektes 10 ausgebildet, und
der Schattenbereich wird an einem rechten Teil des Messobjektes 10 ausgebildet,
wie in 9 gezeigt.
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Nachstehend
wird unter erneutem Bezug auf 6 bis 8 ein
Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß der vorliegenden
Ausführung
auf der Grundlage der oben beschriebenen Erklärung beschrieben.
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Zuerst
werden die in einer Vielzahl von Richtungen generierten Gittermusterlichte
sequenziell auf das auf dem Gestell 110 angeordnete Messobjekt 10 geleuchtet,
und die von dem Messobjekt 10 reflektierten Gittermusterlichte
werden sequenziell in der Kamera 210 detektiert, um eine
Vielzahl von Musterbildern zu gewinnen.
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Insbesondere
wird jedes der Gittermusterlichte zur Seite bewegt und N Male, zum
Beispiel drei Male oder vier Male, auf das Messobjekt 10 geleuchtet,
um N Musterbilder des Messobjektes 10 für jede der Richtungen zu gewinnen.
Zum Beispiel können,
wie in 6 gezeigt, N erste Musterbilder und N zweite Musterbilder
gewonnen werden, wenn die von den ersten und zweiten Beleuchtungsteilen 300 und 400 generierten
ersten und zweiten Gittermusterlichte auf das Messobjekt 10 geleuchtet
werden.
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Dann
werden N Helligkeitsgrade {Ii1, Ii2, ..., IiN} an jedem Ort {i(x,
y)} in einem X-Y Koordinatensystem und der Messbereich ë wie in 7 gezeigt
aus N Musterbildern bezüglich
jeder Richtung extrahiert. Danach werden Phase {Pi(x, y)}, Helligkeit
{Ai(x, y)} und Sichtbarkeit {Vi(x, y)} bezüglich jeder Richtung aus den
N Helligkeitsgraden {Ii1, Ii2, ..., IiN} berechnet. Die Phase {Pi(x,
y)}, die Helligkeit {Ai(x, y)} und die Sichtbarkeit {Vi(x, y)} bezüglich jeder
Richtung können
unter Verwendung eines N-Bucket-Algorithmus berechnet werden. Zusätzlich kann
die Helligkeit {Ai(x, y)} eine durchschnittliche Helligkeit sein,
die durch Mitteln der detektierten Gittermusterlichte gewonnen wird.
Daher wird nachstehend die Helligkeit {Ai(x, y)} „durchschnittliche
Helligkeit {Ai(x, y)}” genannt.
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Zum
Beispiel werden, wenn N 3 ist, bezüglich jeder Richtung drei Helligkeitsgrade
{Ii1, Ii2, Ii3} aus drei Musterbildern extrahiert, und Phase {Pi(x,
y)}, durchschnittliche Helligkeit {Ai(x, y)} und Sichtbarkeit {Vi(x,
y)} können
mit einem Drei-Bucket-Algorithmus wie in den folgenden Gleichungen
gezeigt berechnet werden. In den folgenden Gleichungen bezeichnet
Bi(x, y) eine Amplitude eines Bildsignals (Helligkeitssignals) in
drei Musterbildern bezüglich
jeder Richtung. Ii1 entspricht ”a
+ b cos(Ö)”, Ii2 entspricht ”a + b cos(ö + 2ð/3)”, und Ii3
entspricht ”a
+ b cos(ö +
4ð6/3)”.
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-
Im
Gegensatz dazu werden, wenn zum Beispiel N 4 ist, bezüglich jeder
Richtung vier Helligkeitsgrade {Ii1, Ii2, Ii3, Ii4} aus vier Musterbildern
extrahiert, und Phase {Pi(x, y)}, durchschnittliche Helligkeit {Ai(x,
y)} und Sichtbarkeit {Vi(x, y)} können mit einem Vier-Bucket-Algorithmus wie in
den folgenden Gleichungen gezeigt berechnet werden. In den folgenden
Gleichungen bezeichnet Bi(x, y) eine Amplitude eines Bildsignals
(Helligkeitssignals) in vier Musterbildern bezüglich jeder Richtung. Ii1 entspricht ”a + b cos(Ö)”, Ii2 entspricht ”a + b cos(ö + ð/2)”, und Ii3
entspricht ”a
+ b cos(ö + ð)” und Ii4
entspricht ”a
+ b cos(ö +
3ð/2)”.
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-
In
einem Ausführungsbeispiel
kann ein Signal-Rausch-Verhältnis
(SNR) berechnet werden und an Stelle der Sichtbarkeit {Vi(x, y)}
oder zusammen mit der Sichtbarkeit {Vi(x, y)} verwendet werden.
Das SNR kennzeichnet ein Verhältnis
eines Bildsignals S zu einem Rauschsignal N (S/N) in N Musterbildern
bezüglich jeder
Richtung.
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Danach
wird Höhe
{Hi(x, y)} bezüglich
jeder Richtung mit folgender Gleichung aus der Phase {Pi(x, y)} bezüglich jeder
Richtung berechnet. In folgender Gleichung ist ki(x, y) eine Phase-zu-Höhe-Konvertierungsskala,
die ein Konvertierungsverhältnis
zwischen einer Phase und einer Höhe
kennzeichnet. Hi(x, y)
= ki(x, y)·Pi(x,
y)
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Höhengewicht
{Wi(x, y)} bezüglich
jeder Richtung wird durch Verwendung mindestens eines der durchschnittlichen
Helligkeit {Ai(x, y)}, der Sichtbarkeit {Vi(x, y)} und des Messbereichs ë berechnet.
Das Höhengewicht
{Wi(x, y)} bezüglich
jeder Richtung kann wie folgt mit einer Gewichtsfunktion {f(Ai,
Vi, ë)}
gewonnen werden, die als Parameter zum Beispiel die durchschnittliche
Helligkeit {Ai(x, y)}, die Sichtbarkeit {Vi(x, y)} und den Messbereich(ë) aufweist.
Die Summe der Höhengewichte
in allen Richtungen kann 1 sein {ΣWi(x,
y) = 1}. Wi(x, y) = f(Ai, Vi, λ)
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Dann
wird die Höhe
{Hi(x, y)} bezüglich
jeder Richtung mit dem Höhengewicht
{Wi(x, y)} bezüglich
jeder Richtung multipliziert, um die Gewichtshöhe {Wi(x, y)·Hi(x,
y)} bezüglich
jeder Richtung zu berechnen. Danach werden die Gewichtshöhen in allen
Richtungen aufsummiert und durch die Summe der Höhengewichte {ΣWi(x, y)}
geteilt, um die Höhe
{ΣWi(x,
y)·Hi(x,
y)/ΣWi(x,
y)} an jedem Ort zu berechnen.
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Dann
kann die dreidimensionale Form des Messobjektes 10 durch
Kombinieren der wie oben berechneten Höhen gemäß Orten genau gemessen werden.
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Nachstehend
werden Beziehungen zwischen dem Höhengewicht {Wi(x, y)} bezüglich jeder
Richtung und Merkmalen der Gewichtsfunktion {f(Ai, Vi, ë)}, d. h.
der durchschnittlichen Helligkeit {Ai(x, y)}, der Sichtbarkeit {Vi(x,
y)} oder dem SNR und dem Messbereiche im Detail beschrieben.
-
10 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen durchschnittlicher Helligkeit
und Gewicht der in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
-
Unter
Bezug auf 10 kann zuerst, wenn die durchschnittliche
Helligkeit {Ai(x, y)} von einem vorbestimmten Wert aus, der im Vorhinein
festgelegt ist, zunimmt oder abnimmt, die Gewichtsfunktion {f(Ai,
Vi, ë)} dazu
führen,
dass das Höhengewicht
{Wi(x, y)} abnimmt. Mit anderen Worten weist das Höhengewicht
{Wi(x, y)} relativ den höchsten
Wert auf, wenn die durchschnittliche Helligkeit {Ai(x, y)} den vorbestimmten
Wert annimmt, und wenn sich die durchschnittliche Helligkeit {Ai(x,
y)} von dem vorbestimmten Wert entfernt, kann das Höhengewicht
{Wi(x, y)} abnehmen. Der vorbestimmte Wert kann festgelegt werden,
wenn eine dreidimensionale Bedingung durch Verwendung eines Probesteins
bestimmt wird, oder kann beliebig von einem Anwender festgelegt
werden. Der vorbestimmte Wert kann jedoch vorzugsweise ein Durchschnittswert
sein, d. h. ein mittlerer Wert der durchschnittlichen Helligkeit
{Ai(x, y)}.
-
11 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen Sichtbarkeit oder SNR und
Gewicht der in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
-
Unter
Bezug auf 11 kann danach, wenn die Sichtbarkeit
{Vi(x, y)} oder das SNR zunimmt, die Gewichtsfunktion {f(Ai, Vi, ë)} dazu
führen,
dass das Höhengewicht
zunimmt. Mit anderen Worten kann, wenn die Sichtbarkeit {Vi(x, y)}
oder das SNR langsam zunimmt, das Höhengewicht {Wi(x, y)} ebenfalls
langsam zunehmen.
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12 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen Messbereich und Gewicht der
in der Kamera gemessenen Musterbilder zeigt.
-
Unter
Bezug auf 12 kann, wenn sich der Messbereich ë vergrößert, die
Gewichtsfunktion {f(Ai, Vi, ë)}
dazu führen,
dass das Höhengewicht
{Wi(x, y)} abnimmt. Mit anderen Worten kann das Höhengewicht {Wi(x,
y)} langsam abnehmen, wenn sich der Messbereich ë langsam vergrößert.
-
Unter
erneutem Bezug auf 7, 10 und 11 sind
die N Musterbilder bezüglich
jeder Richtung in einen Schattenbereich, einen Sättigungsbereich und einen Nicht-Sättigungsbereich unterteilt,
und entsprechend jedem Bereich kann ein unterschiedliches Höhengewicht
{Wi(x, y)} vergeben werden. In dem Schattenbereich liegt die durchschnittliche
Helligkeit {Ai(x, y)} unter einer minimalen Helligkeit A1, und die
Sichtbarkeit {Vi(x, y)} oder das SNR liegt unter einem minimalen
Referenzwert Vmin. In dem Sättigungsbereich
liegt die durchschnittliche Helligkeit {Ai(x, y)} über einer
maximalen Helligkeit A2, und die Sichtbarkeit oder das SNR liegt
unter dem minimalen Referenzwert Vmin. Der Nicht-Sättigungsbereich
entspricht einem restlichen Bereich außer dem Schattenbereich und
dem Sättigungsbereich.
-
Zuerst
wird in dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich die Gewichtsfunktion
{f(Ai, V1, ë)}
als '0' betrachtet, um das
Höhengewicht
{Wi(x, y)} zu gewinnen. Mit anderen Worten wird in dem Schattenbereich und
dem Sättigungsbereich
das Höhengewicht
{Wi(x, y)} als '0' bestimmt.
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Dann
kann in dem Nicht-Sättigungsbereich,
wie in 10 bis 12 gezeigt,
die Gewichtsfunktion {f(Ai, Vi, ë)}
das Höhengewicht
{Wi(x, y)} verringern, wenn die durchschnittliche Helligkeit {Ai(x,
y)} von dem mittleren Wert aus zunimmt oder abnimmt, das Höhengewicht
{Wi(x, y)} erhöhen,
wenn die Sichtbarkeit {Vi(x, y)} oder das SNR zunimmt, und das Höhengewicht
{Wi(x, y)} verringern, wenn sich der Messbereich ë vergrößert.
-
Im
Gegensatz dazu kann in dem Nicht-Sättigungsbereich die Gewichtsfunktion
{f(Ai, Vi, ë)}
als dieselbe betrachtet werden, um das Höhengewicht {Wi(x, y)} zu gewinnen.
Zum Beispiel, wenn Höhengewichte
bezüglich
vier Richtungen in dem Nicht-Sättigungsbereich
für erste,
zweite, dritte und vierte Höhengewichte
W1, W2, W3 und W4 genannt werden, kann jede der ersten, zweiten,
dritten und vierten Höhengewichte
W1, W2, W3 und W4 als '1/4' bestimmt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführung
werden die durchschnittliche Helligkeit {Ai(x, y)}, die Sichtbarkeit {Vi(x,
y)} oder das SNR sowie der Messbereich ë aus den in jeder Richtung
fotografierten N Musterbildern extrahiert, und das Höhengewicht
{Wi(x, y)} wird gemäß dem Extraktionsergebnis
bestimmt, wodurch die Höhe gemäß jedem
Ort des Messobjektes 10 in allen Bereichen genau gemessen
wird.
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Insbesondere
werden die N Musterbilder bezüglich
jeder Richtung in den Schattenbereich, den Sättigungsbereich und den Nicht-Sättigungsbereich
unterteilt, und gemäß jedem
Bereich wird verschiedenes Höhengewicht
{Wi(x, y)} vergeben, um dadurch eine Zuverlässigkeitsminderung für die Höhe in dem
Schattenbereich und dem Sättigungsbereich
zu verhindern. Mit anderen Worten wird das Höhengewicht {Wi(x, y)} als ein relativ
geringer Wert gegeben, zum Beispiel '0' in
dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich,
das Höhengewicht
{Wi(x, y)} wird in dem Nicht-Sättigungsbereich
als ein relativ hoher Wert gegeben, wodurch die nachteilige Auswirkung
kompensiert wird, die von dem Schattenbereich und dem Sättigungsbereich
verursacht wird, um eine dreidimensionale Form des Messobjekts genauer
zu messen.
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Es
wird dem Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden
können,
ohne von dem Geist oder dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher
ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen
und Variationen dieser Erfindung abdeckt, unter der Vorraussetzung,
dass sie in den Umfang der angefügten
Patentansprüche
und deren Entsprechungen fallen.