垂直彩色共焦扫描方法和系统技术方案

一种使用共焦成像系统扫描物体表面的方法包括如下步骤：当分别用具有第一、第二和第三光谱波形的光线照射所述物体时，获取所述物体表面的第一、第二和第三共焦图像；以及用照相机捕获来自被第一、第二和第三光谱波形照射的所述物体的响应信号。所述第一、第二和第三光谱波形各不相同，并且每个光谱波形的部分区域与其它任何一个光谱波形的部分区域重叠。因此，基于所述捕获的响应信号，能够确定对应每张共焦图像上多个点的所述物体表面的多个点的高度。

【技术实现步骤摘要】
垂直彩色共焦扫描方法和系统
本专利技术涉及一种用于测量物体表面轮廓的方法和系统，具体地，涉及一种共焦扫描方法和系统。
技术介绍
因为装置的尺寸越来越小，所以在半导体行业中，尺度测量的精度要求越来越高。共焦技术为满足高分辨率的二维和三维测量要求提供了很好的方案。具体地，在共焦技术中，彩色共焦技术可以提高用于共焦测量的扫描机构的效率，并且使扫描机构更适合实时检测。在彩色共焦系统中，沿着光轴线分散着不同颜色的光线，因此，目标物体只能反射小范围的波长，并且由成像系统接收反射的波长。然后，通过分析光谱，可以确定高度信息。光谱分析仪一般包括棱镜、光栅（或过滤器）以及亮度感测装置。图1示出了由传统的共焦系统获得的示例性彩色共焦信号光谱的曲线图。图中，光谱表示普通的彩色共焦信号。在曲线图中，只有一个峰值，这表明系统只能接收聚焦光，而从物体表面反射的离焦光从针孔射出。换言之，通过查找脉冲信号或颜色的峰值位置就可以估算被检测物体表面的高度，并且可以预先调整高度和颜色之间的关系。为了确定物体的整个形状，需要沿着物体表面上的X-Y轴线进行二维扫描。为了进一步提高彩色共焦系统的速度，可以用狭缝代替单个针孔点。公开号为2010/0188742的美国专利“狭缝扫描多波长共焦透镜模块和使用其的狭缝扫描显微系统和方法”公开了一种基于狭缝的彩色或多波长扫描系统。然而，在这种系统中，由于未聚焦的光可以扩散，并且沿着狭缝的方向到达相邻像素，所以，串扰问题严重，降低了系统的深度检测精度。专利号9025245的美国专利“彩色共焦显微镜系统及其信号处理方法”公开了一种共焦系统，其使用一对光纤模块调节线性检测光或平面检测光。根据所述系统的描述，检测光分别通过滤色片被分为两个不同的图像感测单元。通过这种方式，产生了两个RGB图像，并且可以根据这两个图像的亮度比值，实现目标物体深度的计算或表面轮廓的重构。然而，所述系统的严重缺陷为：因为某些杂散或未聚焦的光线也可以进入系统，造成亮度偏移，并且可以改变色率比值，但是，在本系统中，仅基于最大亮度比值计算高度信息，所以，这种系统的准确性低。因此，本专利技术的目的是通过调节光源的光谱以提高光色比运算的准确性。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种共焦扫描方法和系统。所述方法和系统可以检测捕获的每个图像中的物体外形，同时，能够增强图像中的高度分辨率，而且与现有技术相比，所述方法和系统有助于提高扫描速度。根据本专利技术的第一方面，提供了一种使用共焦成像系统扫描物体表面的方法。所述方法包括以下步骤：当分别用具有第一、第二和第三光谱波形的光线照射所述物体时，获取所述物体表面的第一、第二和第三共焦图像；用照相机捕获来自被第一、第二和第三光谱波形照射的所述物体的响应信号；以及基于所述捕获的响应信号，确定对应每张共焦图像上多个点的所述物体表面的多个点的高度，其中，所述第一、第二和第三光谱波形各不相同，并且每个光谱波形的部分区域与其它任何一个光谱波形的部分区域重叠。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于扫描物体表面的共焦成像系统。所述系统包括：第一、第二和第三照明组件，用于产生具有第一、第二和第三光谱波形的光线，以照射所述物体；照相机，用于当所述物体分别被具有第一、第二和第三光谱波形的所述光线照射时，捕获所述物体表面的第一、第二和第三共焦图像，所述第一、第二和第三共焦图像示出了来自所述物体表面的响应信号；以及处理器，用于基于所述捕获的响应信号，确定对应于每张共焦图像上多个点的所述物体表面的多个点的高度，其中，所述第一、第二和第三光谱波形各不相同，并且每个光谱波形的部分区域与其它任何一个光谱波形的部分区域重叠。根据本专利技术的第三方面，提供了一种用于扫描物体表面的共焦成像系统。所述系统包括：滤波调制组件，用于调制光源产生的光线，以产生具有第一、第二和第三光谱波形的光线来照射所述物体；照相机，用于当所述物体分别被具有第一、第二和第三光谱波形的所述光线照射时，捕获所述物体表面的第一、第二和第三共焦图像，所述第一、第二和第三共焦图像示出了来自所述物体表面的响应信号；以及处理器，用于基于所述捕获的响应信号，确定对应于每张共焦图像上多个点的所述物体表面的多个点的高度，其中，所述第一、第二和第三光谱波形各不相同，并且每个光谱波形的部分区域与其它任何一个光谱波形的部分区域重叠。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。附图说明现将参考如下附图来描述本专利技术的彩色共焦扫描方法和系统的示例。图1示出了由传统的共焦系统获得的示例性彩色共焦信号光谱的曲线图。图2示出了根据本专利技术的优选实施例的包括调制光源的彩色共焦系统。图3示出了彩色共焦系统，其沿着其光轴线分散不同颜色的光。图4示出了包括生成用于照射的不同波形的多个光源的照明设备的等距视图。图5示出了单级利奥（Lyot）滤波器的结构图。图6示出了单级利奥（Lyot）滤波器在两个不同的旋转角度下的光谱透射率的曲线图。图7示出了相对于运动方向以一定角度旋转用于成像的针孔阵列的扫描操作。图8是示例性彩色照相机的传感器的光谱响应的曲线图，其中，曲线图中的高频率曲线表示在由利奥（Lyot）滤波器调制的不同波长下的不断变化的绿色通道响应。图9示出的示例性图像采集序列。图10示出了经彩色共焦系统处理后的重构图像。具体实施方式图2示出了根据本专利技术优选实施例包括调制光源的共焦成像系统或彩色共焦系统10，用于测量物体12的表面轮廓。所述彩色共焦系统10包括生成光线的光源14，所述光线通过聚光透镜16，其中，诸如利奥（Lyot）滤波器18的滤波调制组件设置在聚光透镜后面。在本实施例中，光线谱被利奥（Lyot）滤波器调制成诸如图6所示的光线的正弦形式。然后，被调制的光线通过菲涅尔透镜20，并且被第一反射镜22反射到偏振分束器24。所述偏振分束器24通过针孔阵列26引导光线。所述针孔阵列包括针孔板和设于第二反射镜30上的管透镜28，其中，针孔板上设有由多个针孔组成的阵列。所述第二反射镜通过彩色元件32、四分之一波长波片34和物镜36反射光线，并且，所述物镜将光线聚焦到物体12上。所述彩色共焦系统10与传统的彩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。所述偏振分束器24和四分之一波长波片34用于抑制所有透镜表面上的内部杂散光线。从物体12反射回来的光线通过物镜36、四分之一波长波片34、彩色元件32、第二反射镜30、管透镜28和针孔阵列26返回偏振分束器24。通过这种方式，接收的光线可以通过偏振分束器24到达成像透镜38，并且通过彩色照相机40为产生的图像成像。值得注意的是，与现有技术使用光谱仪检测共焦信号不同，在本实施例中，使用彩色照相机40和针孔阵列26扫描技术检测以密集的二维彩色图像形式存在的共焦信号。因此，所述彩色共焦系统10更划算。图3示出了彩色共焦系统10，其沿着其光轴线分散不同颜色的光。因为通过彩色共焦系统10的物镜36，不同颜色的光线在不同高度处聚焦，所以出现了这种分散现象。例如，为了成像，可以通过利奥（Lyot）滤波器18抑制光线的某些波长，生成一个垂直分布图案。根据本专利技术的优选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用共焦成像系统扫描物体表面的方法，其特征在于，包括如下步骤：当分别用具有第一、第二和第三光谱波形的光线照射所述物体时，获取所述物体表面的第一、第二和第三共焦图像；用照相机捕获来自第一、第二和第三光谱波形照射的所述物体的响应信号；以及基于所述捕获的响应信号，确定对应每张共焦图像上多个点的所述物体表面的多个点的高度，其中，所述第一、第二和第三光谱波形各不相同，并且每个光谱波形的部分区域与其它任何一个光谱波形的部分区域重叠。

【技术特征摘要】
2016.12.29 US 15/394,3581.一种使用共焦成像系统扫描物体表面的方法，其特征在于，包括如下步骤：当分别用具有第一、第二和第三光谱波形的光线照射所述物体时，获取所述物体表面的第一、第二和第三共焦图像；用照相机捕获来自第一、第二和第三光谱波形照射的所述物体的响应信号；以及基于所述捕获的响应信号，确定对应每张共焦图像上多个点的所述物体表面的多个点的高度，其中，所述第一、第二和第三光谱波形各不相同，并且每个光谱波形的部分区域与其它任何一个光谱波形的部分区域重叠。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述响应信号包括从物体反射回来并且被照相机接收的光线的亮度谱。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括校准步骤，其中，在扫描所述物体的表面之前，当分别用具有第一、第二和第三光谱波形的光线从所述共焦成像系统在相对于平面的各个高度处照射所述平面时，获取所述平面的第一、第二和第三共焦图像。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述亮度谱对应于在捕获的共焦图像上的各个测量点获取的照相机的RGB亮度响应。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用具有第一、第二和第三光谱波形的光线照射所述物体包括：调制光源产生的光线，以生成各自的光谱波形。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在照射所述物体之前，当所述光线穿过利奥（Lyot）滤波器时，用所述利奥（Lyot）滤波器调制所述光线。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，调制所述光线进一步包括：相对第一和第二线性偏振器，绕轴线旋转石英片，所述轴线横向于穿过所述利奥（Lyot）滤波器的光线的传播方向，而且所述石英片位于所述第一和第二线性偏振器之间。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源包括产生用于依次照射所述物体的第一、第二和第三光谱波形的第一、第二和第三照明组件。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三照明组件产生的光线被单个光学滤波器接收，所述光学滤波器用于将光线传播到所述物体上。10.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓江汶，施会丰，宋雷，
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