一種取像裝置與方法
2023-05-28 02:30:06
專利名稱：一種取像裝置與方法
技術領域：
本發明關於一種取像裝置與取像方法，尤指一種具有單色與彩色圖像感測裝置， 且可獲得待測物的單色或彩色立體輪廓圖與單色或彩色平面清晰圖像的取像裝置與取像方法。
背景技術：
現有技術的三維顯微取像通常是利用幹涉系統來達成，然而，由於在取像時所得到的圖像中會含有明顯的幹涉條紋，因此雖然能夠利用幹涉系統來取得待測物的立體輪廓，但卻無法直接對含有幹涉條紋的圖像進行二維尺寸的量測與瑕疵檢測。為了解決上述的問題，目前較為新穎的解決方式有兩種，一種為利用相移法，另一種則利用校正方法達成。請參閱圖1，圖1為現有技術的圖像擷取裝置結構。圖像擷取裝置 100包含一光源11、分光單元12、幹涉鏡組13、黑白相機14與致動器15，以對待測物200做垂直掃描。光源11可產生光束31。分光單元12可反射光束31，以形成反射光束32。幹涉鏡組13可利用反射參考面131將反射光束32調製成參考光束33以及量測光束34，量測光束 34入射至待測物200上的表面，並反射至幹涉鏡組13與參考光束33合光後形成幹涉光束 35，幹涉光束35再穿透分光單元12至黑白相機14以產生圖像。在掃描的過程中，連結於幹涉鏡組13的致動器15帶動幹涉鏡組13，藉以於不同的掃描高度對待測物200進行掃描，並因此得到一系列的幹涉圖像，這一系列的幹涉圖像可以通過運算的方式獲得待測物200的立體圖像，然而清晰的二維圖像則必須依靠組合運算，取出圖像中直流的成份後，以消除幹涉條紋的影響，此即為相移法。然而利用相移法所取得的二維圖像並沒有顏色的信息，因此所求得的待測物200 二維圖像為黑白圖像，且由於顯微取像所取得的圖像景深非常淺，因此所取得的二維圖像中，僅有對應到掃描高度處的待測物200輪廓是清楚的，其它地方則是模糊的。而利用校正方法來取得清晰二維圖像的方式則是於黑白相機14上連結致動器 16，並且在圖像擷取裝置100完成一系列幹涉圖像的擷取動作，並得到待測物200的立體輪廓圖像後，再利用致動器16移動黑白相機14以校正圖像擷取裝置100的成像位置，藉以得到待測物200的清晰二維圖像。由於利用校正方法來取得清晰二維圖像的方式必須將立體輪廓圖像與二維圖像分開擷取，因此會使整個取像過程增加多餘的動作，且二維圖像的景深過淺的問題以及沒有顏色信息的問題亦同樣會發生在此取像方法中。
發明內容
本發明所欲解決的技術問題與目的本發明的主要目的為提供一種取像裝置與取像方法，此取像裝置具有一臺單色圖像感測裝置與另一臺單色或彩色圖像感測裝置，並可於取像過程中分別擷取單色幹涉圖像與清晰的無幹涉圖像，以通過本發明的取像方法於多個掃描位置取像後，進行瑕疵檢測或得到彩色平面清晰圖像與彩色立體輪廓圖像。本發明解決問題的技術手段一種取像裝置，用以對待測物進行掃描，此取像裝置包含光源、第一分光組件、顯微物鏡組、第二分光組件、單色圖像感測裝置以及圖像感測裝置。光源用以發射照射光束； 第一分光組件用以反射照射光束；顯微物鏡組設置於待測物的上方，包含反射參考面，並用以將照射光束調製成量測光束與參考光束，量測光束系投射至待測物的表面，並產生反射至顯微物鏡組的第一反射光束，參考光束投射至反射參考面，並產生反射至顯微物鏡組的第二反射光束，且第一反射光束與第二反射光束合成穿透第一分光組件的工作光束；第二分光組件設置於第一分光鏡的上方，用以將工作光束分成第一子光束與第二子光束；單色圖像感測裝置設置於第一子光束的行進路線上，以接收第一子光束，並在第一子光束的第一幹涉區域內，擷取單色幹涉圖像；圖像感測裝置設置於第二子光束的行進路線上，以接收第二子光束，並在第二子光束的第二幹涉區域外，擷取無幹涉圖像。於本發明的一較佳實施例中，取像裝置還包含致動器，此致動器耦接於顯微物鏡組。於本發明的另一較佳實施例中，取像裝置還包含反射組件，用以將該第二分光組件所分出的該第二子光束反射至圖像感測裝置。於本發明的另一較佳實施例中，圖像感測裝置具有延伸環，藉以調整彩色圖像感測裝置的取像焦點。於本發明的另一較佳實施例中，圖像感測裝置可以為彩色圖像感測裝置。本發明還公開一種取像方法，利用如上所述的取像裝置對待測物進行垂直掃描， 此取像方法包括以下步驟將顯微物鏡組依序垂直移動至多個掃描位置；由單色圖像感測裝置接收第一子光束，以對應上述掃描位置而得到待測物一序列的單色幹涉圖像；由圖像感測裝置接收第二子光束，以對應上述掃描位置而得到待測物一序列的無幹涉圖像；對一序列的單色幹涉圖像進行表面輪廓還原運算，以得到待測物的單色立體輪廓圖像；對一序列的無幹涉圖像進行清晰度聚焦運算，將該序列的無幹涉圖像中的多個清晰部份擷取出， 藉以合成待測物的平面清晰圖像。於本發明的一較佳實施例中，圖像感測裝置可以是彩色圖像感測裝置，且取像方法還可以包括自平面清晰圖像擷取顏色-位置信息，並利用顏色-位置信息對單色立體輪廓圖像進行顏色套用運算，以得到彩色立體輪廓圖像。本發明對照先前技術的功效相較於現有的取像裝置與取像方法，本發明通過設置單色圖像感測裝置與彩色圖像感測裝置，並通過第二分光組件使單色圖像感測裝置與彩色圖像感測裝置能夠同時分別擷取單色幹涉圖像與彩色圖像，因此能夠在多個掃描位置取像後，同時得到彩色平面清晰圖像與彩色立體輪廓圖像。換以言之，其可以在不增加取像動作的前提下，取得具有彩色信息的立體輪廓圖像，並得到具有彩色信息且景深較深的彩色平面清晰圖像。本發明所採用的具體實施例，將通過以下實施例及附圖作進一步的說明。
圖1為現有技術的圖像擷取裝置結構；圖2為本發明的取像裝置示意圖；圖3為本發明的取像裝置機構圖；圖4為本發明的取像方法步驟圖；圖5為本發明實際單色幹涉圖像的取像結果圖；圖6為本發明實際無幹涉圖像的取像結果圖；圖7為本發明還原待測物的立體結果圖。其中，附圖標記圖像擷取裝置100 光源11分光単元12幹涉鏡組13反射參考面131 黒白相機14致動器15致動器16待測物200光束31反射光束32參考光束33量測光束34幹涉光束35取像裝置400光源41第一分光組件42 顯微物鏡組43反射參考面431 第二分光組件44單色圖像感測裝置45圖像感測裝置46致動器47反射組件48照射光束51量測光束52參考光束53第一反射光束M第二反射光束55工作光束56第一子光束57第二子光束58
具體實施例方式本發明關於一種取像裝置與取像方法，尤指一種具有單色與彩色圖像感測裝置， 且可同時獲得待測物的彩色平面清晰圖像與彩色立體輪廓圖像的取像裝置與取像方法。以下列舉一較佳實施例以說明本發明，但本領域的技術人員皆知此僅為一舉例，而並非用以限定發明本身。有關此較佳實施例的內容詳述如下。請參閱圖2與圖3，圖2為本發明的取像裝置示意圖，圖3為本發明的取像裝置機構圖。本發明的取像裝置400，用以對待測物200進行掃描，取像裝置400包含光源41、第一分光組件42、顯微物鏡組43、第二分光組件44、單色圖像感測裝置45以及圖像感測裝置 46。光源41用以發射照射光束51 ；第一分光組件42用以反射照射光束51。顯微物鏡組43設置於待測物200的上方，包含反射參考面431，並用以將照射光束 51調製成量測光束52與參考光束53，量測光束52投射至待測物200的表面，並產生反射至顯微物鏡組43的第一反射光束M，參考光束53投射至反射參考面431，並產生反射至顯微物鏡組43的第二反射光束55，且第一反射光束M與第二反射光束55合成穿透第一分光組件42的工作光束56 ；其中，取像裝置400更可以包含致動器47，此致動器47耦接於顯微物鏡組43，藉以改變顯微物鏡組43的掃描位置；此外，顯微物鏡組43可以是由幹涉顯微物鏡以及一般的顯微物鏡所組成，但此結構為一般取像裝置所慣用的結構，因此在本發明中不多加限制與贅述。 第二分光組件44設置於第一分光組件42的上方，用以將工作光束56分成第一子光束57與第二子光束58 ；單色圖像感測裝置45設置於第一子光束57的行進路線上，以接收第一子光束57，並在第一子光束57的第一幹涉區域內，擷取單色幹涉圖像；其中，所謂第一幹涉區域特指能夠使第一反射光束M與第二反射光束陽產生幹涉的取像區域。圖像感測裝置46設置於第二子光束58的行進路線上，以接收第二子光束58，並在第二子光束58的第二幹涉區域外，擷取無幹涉圖像；其中，所謂第二幹涉區域系特指能夠使第一反射光束M與第二反射光束陽產生幹涉的取像區域；其中，於本發明的一較佳實施例中，取像裝置400更可以包含反射組件48，用以將第二分光組件44所分出的第二子光束 58反射至圖像感測裝置46 ；除此之外，圖像感測裝置46更可以具有延伸環(圖未示)，藉以調整圖像感測裝置46的取像焦點；更進一步，於本發明的較佳實施例中，圖像感測裝置46 可以是彩色圖像感測裝置亦可以是單色圖像感測裝置，藉以分別擷取彩色或單色的無幹涉圖像。請參考圖4，圖4為本發明的取像方法步驟圖。本發明還公開了一種取像方法，利用如上所述的取像裝置400對待測物200進行相對位置掃描，此取像方法包括以下步驟SlOl 將顯微物鏡組43依序移動至多個掃描位置；接著，由單色圖像感測裝置45 接收第一子光束57，以對應上述掃描位置而得到待測物200 —序列的單色幹涉圖像；同時， 由圖像感測裝置46接收第二子光束58，以對應上述掃描位置而得到待測物200 —序列的無幹涉圖像。S103 對所取得的一序列的單色幹涉圖像進行表面輪廓還原運算，以得到待測物 200的單色立體輪廓圖像；此步驟所得到的單色立體輪廓圖像即為現有技術的取像方法所能取得的單色立體輪廓圖像。S105:對所取得的一序列的無幹涉圖像進行清晰度聚焦運算，將該序列的無幹涉圖像中的多個清晰部份擷取出，藉以合成待測物200的平面清晰圖像；其中，由於圖像感測裝置46是在第二子光束58的第二幹涉區域外擷取無幹涉圖像，因此每一張無幹涉圖像都不具有幹涉條紋，而所謂清晰度聚焦運算則是對每一張無幹涉圖像做處理，將每一張無幹涉圖像於景深內的清晰部份擷取出，藉以合成一張景深較深的平面清晰圖像。S107:當圖像感測裝置46是彩色圖像感測裝置時，本發明的取像方法更可以自平面清晰圖像中擷取顏色-位置信息，並利用顏色-位置信息對單色立體輪廓圖像進行顏色套用運算，以得到彩色立體輪廓圖像。請繼續參閱圖5、圖6與圖7，圖5為本發明實際單色幹涉圖像的取像結果圖，圖6 為本發明實際無幹涉圖像的取像結果圖，圖7為本發明還原待測物的立體結果圖，可以清楚發現，相較於現有的取像裝置100與取像方法，本發明通過設置單色圖像感測裝置45與圖像感測裝置46，並利用第二分光組件44使單色圖像感測裝置45與圖像感測裝置46能夠同時分別擷取單色幹涉圖像與無幹涉圖像，因此能夠在多個掃描位置取像後，同時得到平面清晰圖像與單色立體輪廓圖像，且當圖像感測裝置46是彩色圖像感測裝置時，更可以獲得彩色平面清晰圖像與彩色立體輪廓圖像。 換以言之，本發明可以在不增加取像動作的前提下，同時取得具有彩色信息的立體輪廓圖像，以及具有彩色信息且景深較深的彩色平面清晰圖像，相較於現有的取像裝置 100與取像方法，能夠獲得更多關於待測物200的參考信息。通過以上較佳具體實施例的詳述，清楚的描述了本發明的特徵與精神，而並非以上述所公開的較佳具體實施例來對本發明的範疇加以限制。各種改變及具相等性的安排包括於本發明所欲申請的權利要求範圍內。
權利要求
1.一種取像裝置，用以對一待測物進行掃描，其特徵在於，該取像裝置包含一光源，用以發射一照射光束；一第一分光組件，用以反射該照射光束；一顯微物鏡組，設置於該待測物的上方，包含一反射參考面，並用以將該照射光束調製成一量測光束與一參考光束，該量測光束投射至該待測物的表面，並產生反射至該顯微物鏡組的第一反射光束，該參考光束投射至該反射參考面，並產生反射至該顯微物鏡組的第二反射光束，且該第一反射光束與該第二反射光束合成一穿透該第一分光組件的工作光束；一第二分光組件，設置於該第一分光組件的上方，用以將該工作光束分成一第一子光束與一第二子光束；一單色圖像感測裝置，設置於該第一子光束的行進路線上，以接收該第一子光束，並在該第一子光束的一第一幹涉區域內，擷取一單色幹涉圖像；以及一圖像感測裝置，設置於該第二子光束的行進路線上，以接收該第二子光束，並在該第二子光束的一第二幹涉區域外，擷取一無幹涉圖像。
2.如權利要求1所述的取像裝置，其特徵在於，還包含一致動器，該致動器耦接於該顯微物鏡組。
3.如權利要求1所述的取像裝置，其特徵在於，還包含一反射組件，用以將該第二分光組件所分出的該第二子光束反射至該圖像感測裝置。
4.如權利要求1所述的取像裝置，其特徵在於，該圖像感測裝置具有一延伸環，以調整該圖像感測裝置的取像焦點。
5.如權利要求1所述的取像裝置，其特徵在於，該圖像感測裝置為一單色圖像感測裝置與一彩色圖像感測裝置中的任意一者。
6.一種取像方法，利用如權利要求1所述的取像裝置對該待測物進行相對位置掃描， 其特徵在於，該取像方法包括以下步驟將該顯微物鏡組依序移動至多個掃描位置；由該單色圖像感測裝置接收該第一子光束，以對應該掃描位置而得到該待測物一序列的單色幹涉圖像；由該圖像感測裝置接收該第二子光束，以對應該掃描位置而得到該待測物一序列的無幹涉圖像；對該序列的單色幹涉圖像進行一表面輪廓還原運算，以得到該待測物的一單色立體輪廓圖像；對該序列的無幹涉圖像進行一清晰度聚焦運算，將該序列的無幹涉圖像中的多個清晰部份擷取出，以合成一平面清晰圖像。
7.如權利要求6所述的取像方法，其特徵在於，當該圖像感測裝置為一彩色圖像感測裝置時，該取像方法還包括自該平面清晰圖像擷取一顏色-位置信息，並利用該顏色-位置信息對該單色立體輪廓圖像進行一顏色套用運算，以得到一彩色立體輪廓圖像。
全文摘要
本發明公開了一種取像裝置，用以對待測物進行掃描，此取像裝置通過於顯微物鏡組上方設置第二分光組件，以將工作光束分成第一子光束與第二子光束，並分別利用單色圖像感測裝置與彩色圖像感測裝置接收第一子光束與第二子光束，藉以獲得單色幹涉圖像與不具幹涉條紋的單色或彩色圖像，除此之外，本發明亦公開一種取像方法，藉由上述的取像裝置獲得單色幹涉圖像與不具幹涉條紋的單色或彩色圖像，進而可針對待測物做瑕疵檢測或得到彩色平面清晰圖像與彩色立體輪廓圖像。
文檔編號G01B11/24GK102313524SQ20101022192
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月5日 優先權日2010年7月5日
發明者宋新嶽, 張維哲, 林裕軒, 潘世耀, 簡宏達 申請人:致茂電子(蘇州)有限公司