本公開涉及一種三維形狀檢查裝置及三維形狀檢查方法。

背景技術(shù)：

1、共聚焦顯微鏡(confocal?microscopy)或共聚焦激光掃描顯微鏡(confocallaser?scanning?microscopy，clsm)作為通過針孔去除失焦光的顯微鏡，是一種可以消除焦點以外區(qū)域產(chǎn)生的光干擾而獲得高分辨率和高放大倍數(shù)的顯微鏡，在生命科學(xué)、半導(dǎo)體、材料科學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

2、在共聚焦顯微鏡中已知有利用色差對測量對象進(jìn)行三維檢查的彩色共聚焦顯微鏡(chromatic?confocal?microscopy)。彩色共聚焦顯微鏡使光源發(fā)出的白色光按多個波長以不同折射率進(jìn)行折射，并將折射后的光照射到測量對象的表面。其以如下方式進(jìn)行三維檢查：使按波長折射的光中的在測量對象表面上聚焦并反射的光穿過針孔，并通過光譜儀來檢測所穿過光的波長。彩色共聚焦顯微鏡預(yù)先將聚焦的光的波長信息和對應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)的焦距信息表格化，以基于檢測到的光的波長信息來測量測量對象的高度的方式進(jìn)行三維檢查。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題

2、現(xiàn)有的彩色共聚焦顯微鏡是通過檢測從光源發(fā)射的光僅照射測量對象表面上的一個點而被反射的光來執(zhí)行三維檢查，因而僅能實施點掃描(point?scan)方式或微小長度的線掃描(line?scan)方式，存在檢查速度非常慢的局限性。本公開的實施例解決了上述以往技術(shù)存在的問題。

3、此外，由于現(xiàn)有的彩色共聚焦顯微鏡的軸向分辨率依賴于最大檢查高度，因此隨著最大檢查高度的增加，軸向分辨率也一同增加(即，軸向分辨率變差)，存在裝置性能下降的問題。本公開的實施例解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

4、此外，熒光體是一種吸收特定波長的光或電磁波并發(fā)射其它波長光的物質(zhì)，當(dāng)測量對象包含熒光體時，現(xiàn)有的彩色共聚焦顯微鏡可能無法準(zhǔn)確測量與檢測到的波長對應(yīng)的高度。本公開一實施例解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

5、技術(shù)方案

6、本公開的一個方面提供一種三維形狀檢查裝置的實施例。代表性實施例的三維形狀檢查裝置包括：光照射部，所述光照射部包括光源及被配置為對從所述光源接收的光進(jìn)行調(diào)制的空間光調(diào)制器，從而將具有多個焦點的多個光束向下方照射到測量對象的表面上；光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)色差使被調(diào)制的各個光按多個波長以互不相同折射率折射，從而在上下方向上形成使按波長折射的光聚焦的測量區(qū)間；及圖像傳感器，所述圖像傳感器在與所述按波長折射的光中檢測在與所述測量對象的所述表面上的高度對應(yīng)的位置處聚焦并反射的光的顏色信息；其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括焦點調(diào)節(jié)部，所述焦點調(diào)節(jié)部通過在上下方向上改變按波長折射的光聚焦的位置而使得能夠改變所述測量區(qū)間。

7、在一實施例中，所述光照射部可將沿垂直于上下方向的水平方向具有多個焦點的所述多個光向下照射到所述測量對象的所述表面上。

8、在一實施例中，所述焦點調(diào)節(jié)部包括使所述被調(diào)制的各個光折射的可變型透鏡，通過調(diào)節(jié)所述可變型透鏡的曲率，能夠使所述測量區(qū)間在上下方向上改變。

9、在一實施例中，所述可變型透鏡可包括曲率基于施加到所述焦點調(diào)節(jié)部的電流而變化的液體透鏡。

10、在一實施例中，所述焦點調(diào)節(jié)部通過在上下方向上改變所述按波長折射的光聚焦的位置，從而能夠選擇多個測量區(qū)間中的任一個測量區(qū)間。

11、在一實施例中，所述多個測量區(qū)間中的任一個測量區(qū)間可與所述多個測量區(qū)間中的另一個測量區(qū)間不同。

12、在一實施例中，所述空間光調(diào)制器可包括：多個數(shù)字微鏡裝置，所述多個數(shù)字微鏡裝置通過反射從所述光源接收的光而進(jìn)行調(diào)制，并以陣列形式布置。

13、在一實施例中，所述圖像傳感器可檢測在所述測量對象的所述表面上聚焦并反射的所述多個光的顏色信息；基于由所述圖像傳感器檢測到的所述多個光的顏色信息，測量反射所述多個光的所述測量對象的所述表面上的各個高度。

14、在一實施例中，所述顏色信息可包括在所述測量對象的所述表面上聚焦并反射的光的rgb信息。

15、在一實施例中，所述圖像傳感器可基于所述rgb信息，獲得在所述測量對象的所述表面上聚焦并反射的光的波長信息。

16、在一實施例中，所述圖像傳感器可包括彩色相機、多光譜相機或具有帶通濾波器的單色相機中的任一種。

17、在一實施例中，所述光源可包括led、鹵素?zé)艋螂療糁械娜我环N。

18、在一實施例中，所述三維形狀檢查裝置可還包括：控制部，所述控制部基于由所述圖像傳感器檢測到的顏色信息，測量所述測量對象的所述表面的高度。

19、在一實施例中，所述三維形狀檢查裝置可還包括：外部光源，所述外部光源向所述測量對象的所述表面照射光。

20、在一實施例中，所述圖像傳感器可獲得被所述測量對象的所述表面反射的由外部光源發(fā)射的光的波長信息。

21、在一實施例中，所述三維形狀檢查裝置可還包括：控制部，所述控制部被配置為，當(dāng)所述外部光源照射具有第一波長的光時，若由所述圖像傳感器檢測到的光的波長是與所述第一波長不同的第二波長，則控制所述焦點調(diào)節(jié)部改變所述測量區(qū)間。

22、在一實施例中，所述控制部可控制所述焦點調(diào)節(jié)部以改變所述測量區(qū)間，以使得在與所述測量對象的所述表面上的高度對應(yīng)的位置處聚焦的光的波長不包括所述第一波長與所述第二波長之間的波長。

23、本公開的另一個方面提供一種三維形狀檢查裝置的實施例。代表性實施例的三維形狀檢查裝置包括：光照射部，所述光照射部包括光源及被配置為對從所述光源接收的光進(jìn)行調(diào)制的空間光調(diào)制器，從而將具有多個焦點的多個光向下照射到測量對象的表面上；光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)根據(jù)色差使被調(diào)制的各個光按多個波長以互不相同折射率折射，從而在上下方向上形成使按波長折射的光聚焦的測量區(qū)間；圖像傳感器，所述圖像傳感器在與所述按波長折射的光中檢測在與所述測量對象的所述表面上的高度對應(yīng)的位置處聚焦并反射的光的顏色信息；及焦點調(diào)節(jié)部，所述焦點調(diào)節(jié)部沿上下方向移動所述光學(xué)系統(tǒng)以在上下方向上改變所述按波長折射的光聚焦的位置，從而能夠改變所述測量區(qū)間。

24、本公開的又一個方面提供一種三維形狀檢查方法的實施例。代表性實施例的三維形狀檢查方法包括：光調(diào)制步驟，對從光源接收的光進(jìn)行調(diào)制以使得具有多個焦點的多個光束照射到測量對象的表面上；光照射步驟，向下側(cè)照射光，以使所述被調(diào)制的各個光根據(jù)色差按多個波長以互不相同折射率折射，從而在上下方向上形成使按波長折射的光聚焦的測量區(qū)間；焦點調(diào)節(jié)步驟，通過在上下方向上改變所述按波長折射的光聚焦的位置來改變所述測量區(qū)間；信息獲得步驟，在所述測量區(qū)間的按波長折射的光中，檢測在與所述測量對象的所述表面上的高度對應(yīng)的位置處聚焦并反射的光的顏色信息；及高度測量步驟，基于所述檢測到的顏色信息，測量所述測量對象的所述表面的高度。

25、在一實施例中，所述焦點調(diào)節(jié)步驟可包括：通過在上下方向上改變所述按波長折射的光聚焦的位置來選擇多個測量區(qū)間中的任一測量區(qū)間的步驟；所述信息獲得步驟和所述高度測量步驟可基于所述任一測量區(qū)間的按波長折射的光中的、在與所述測量對象的所述表面上的高度對應(yīng)的位置處聚焦并反射的光的顏色信息而執(zhí)行。

26、在一實施例中，所述三維形狀檢查方法可還包括：外部光源照射步驟，向所述測量對象的所述表面上照射光；所述信息獲得步驟可包括：外部光源波長檢測步驟，獲得被所述測量對象的所述表面反射的由外部光源發(fā)射的光的波長信息；所述焦點調(diào)節(jié)步驟可包括：在所述外部光源照射步驟中，當(dāng)照射具有第一波長的光時，若在所述外部光源波長檢測步驟中檢測到的光的波長是與所述第一波長不同的第二波長，則改變所述測量區(qū)間的步驟。

27、發(fā)明效果

28、根據(jù)本公開的實施例，可通過使用空間光調(diào)制器和檢測光的顏色信息的圖像傳感器以更快的速度對測量對象的大面積(large?area)進(jìn)行三維檢查。

29、根據(jù)本公開的實施例，通過將最大可檢查區(qū)域分成多個步驟來進(jìn)行檢查，可降低軸向分辨率，從而具有可提高裝置性能的效果。

30、根據(jù)本公開一實施例，具有的效果是，即使在測量對象包含熒光體的情況下，通過改變測量區(qū)間，也能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的三維檢查。