CN102538706B - 绘制表面轮廓的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种绘制表面轮廓的方法和装置。该方法包括：沿至少两个方向依次地向目标物体投射狭缝图案光，以获得由目标物体反射的图案图像，根据方向使用图案图像获得高度，获得示出高度的最大变化方向的矢量场，获得与至少两个方向对应的高度的可靠性指数，使用可靠性指数和矢量场获得整合的矢量场，以及，使用整合的矢量场计算目标物体的每个位置的高度。因此，提高了精确度。

Description

绘制表面轮廓的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年11月19日提交的韩国专利申请No.10-2010-0115351的优先权，为了在此充分列举的目的，该专利以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及用于绘制表面轮廓的方法和装置，或更具体地说，涉及用于绘制表面轮廓的非接触式方法和非接触式装置。

背景技术

已经以各种方式研发出了各种绘制三维目标物体的表面轮廓的非接触式方法。在非接触式方法中，经常使用利用激光的方法和利用莫尔图案(moirépattern)的方法。

根据使用激光的方法或使用莫尔图案的方法，激光或狭缝图案光沿倾斜方向照射目标物体。然而，当目标物体以大于激光或狭缝图案光照射角度的角度突出时，可能会产生激光或狭缝图案光无法到达的阴影区域。

为了解决上述问题，激光或狭缝图案光沿各种方向照射到基板上，以通过获取基板的每个位置(x，y)的高度来获取目标物体的轮廓。然而，通过照射激光或狭缝图案光所获得的高度通常不一致，并且由于高度包含缺陷，导致难以获得精确的高度。

发明内容

本发明的示例性实施例提供了一种绘制表面轮廓的方法，其能够提高高度测量的精确度。

本发明的示例性实施例还提供了能够实现上述方法的装置。

本发明的附加特征将在下述说明中阐明，并且部分将从说明中明显地得出，或者可以通过实施本发明而获知。

本发明的示例性实施例披露了一种绘制表面轮廓的方法，包括：沿至少两个方向依次地向目标物体投射狭缝图案光，以获得由目标物体反射的图案图像，根据方向使用图案图像获得高度，获得示出高度的最大变化方向的矢量场，获得与至少两个方向对应的高度的可靠性指数，使用可靠性指数和矢量场获得整合的矢量场，以及，使用整合的矢量场计算目标物体的每个位置的高度。

例如，可靠性指数可以包括可见度指数、反射指数和阴影指数中的至少一者。

例如，当可见度大于可见度阈值时，可见度指数可以为逻辑值真(1)；而当可见度等于或小于可见度阈值时，可见度指数可以为逻辑值假(0)。当通过累加大于反射阈值的强度的逻辑值所生成的累积强度大于或等于整合的反射阈值时，反射指数可以为逻辑值真(1)；而当累积强度小于整合的反射阈值时，反射指数可以为逻辑值假(0)。当通过累加小于阴影阈值的强度的逻辑值所生成的累积强度大于或等于整合的阴影阈值时，阴影指数可以为逻辑值真(1)；而当累积强度小于整合的阴影阈值时，阴影指数可以为逻辑值假(0)。与至少两个方向对应的高度的可靠性指数可以是使用可见度指数、反射指数和阴影指数获得的。

例如，与至少两个方向对应的高度的可靠性指数可以是通过将可见度指数、反射指数和阴影指数逻辑相加而获得的。

例如，与至少两个方向对应的高度的可靠性指数是通过将可见度指数与可选的逻辑值真或假相乘，将反射指数与可选的逻辑值相乘，将阴影指数与可选的逻辑值相乘，再将上述三个乘积逻辑相加而获得的。

例如，整合的矢量场可以是通过选择可靠性指数的逻辑值为真的矢量场以及对所选择的矢量场进行取中位数操作而获得的。

例如，计算目标物体的每个位置的高度可以是这样执行的：列泊松方程，其中方程右侧通过对整合的矢量场应用散度算子而获得，方程的左侧通过对高度应用拉普拉斯算子而获得；以及，求解泊松方程，以得到与高度对应的解。

例如，求解泊松方程可以是这样执行的：将具有连续算子 的泊松方程转换为具有离散算子的离散泊松方程；以及，利用傅里叶级数表示离散泊松方程的解，以得到傅里叶级数的系数。

本发明的示例性实施例披露了一种绘制表面轮廓的装置，包括：支撑部分，其支撑设有目标物体的基板；图案图像投射部分，其沿至少两个方向向目标物体投射狭缝图案光；图像捕获部分，其捕获依次被目标物体反射的与至少两个方向对应的图案图像；存储单元，其存储由图像捕获部分捕获的图案图像；以及，计算部分，其使用图案图像获得与至少两个方向对应的高度，通过对高度进行梯度操作获得与至少两个方向对应的矢量场，获得与至少两个方向对应的高度的可靠性指数，通过使用可靠性指数和矢量场获得整合的矢量场，并且使用整合的矢量场计算目标物体的每个位置的高度。

例如，计算部分可以包括：高度计算单元，其依次使用图案图像计算与至少两个方向对应的高度；可靠性指数计算单元，其计算与至少两个方向对应的高度的可靠性指数；存储单元，其存储计算出的高度和计算出的可靠性指数；矢量场计算单元，其计算矢量场；整合的矢量场计算单元，其使用与至少两个方向对应的可靠性指数和矢量场计算整合的矢量场；边界设定单元，其设定目标物体的边界；以及泊松方程求解单元，其通过对由边界设定单元设定的边界应用边界条件来求解泊松方程，泊松方程的右侧通过对整合的矢量场应用散度算子而获得，泊松方程的左侧通过对高度应用拉普拉斯算子而获得。

应当理解，前述概括说明和以下的详细说明是示例性和说明性的，其目的在于为本发明提供进一步的说明。

附图说明

为提供对本发明的进一步的理解，本发明包含并入说明书并且构成说明书的一部分的附图，附图示出本发明的实施例并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的绘制表面轮廓的方法的流程图。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的绘制表面轮廓的装置的示意图。

图3是示出根据示例性实施例的图2中的存储单元和计算部分的框图。

具体实施方式

在下文中，将参考示出了本发明的实施例的附图更详细描述本发明。然而，本发明可以体现为多种不同的形式，并且不应解释为仅局限于在此列举的实施例。相反，提供这些示例性实施例，使得本公开完整，并且将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清晰可见，可能夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。图中相似的附图标记代表相似的元件。

下面，将参考附图详细地描述本发明。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的绘制表面轮廓的方法的流程图。

参考图1，根据本发明的绘制表面轮廓的方法，狭缝图案光依次沿至少两个方向照射到目标物体上，并且依次获得被目标物体反射的目标物体的图案图像(步骤S110)。

例如，狭缝图案光可以沿斜角照射到目标物体上，并且可以通过使光传送光栅图案来生成狭缝图案光，该光栅图案上选择性地形成有透明部分和不透明部分。当狭缝图案光沿一个方向照射到目标物体上以测量该目标的高度时，狭缝图案光可能不会到达目标物体的相反部分，从而产生了阴影区域。在这种情况下，狭缝图案光可以沿其他方向照射到目标物体上，以便补偿目标物体的相反部分。因此，可以测量得到更精确的高度。

在照射狭缝图案光时，例如沿每个方向移动光栅图案而获得图案图像。例如，在3桶算法中，通过将光栅图案移动与光栅图案的栅距的1/3相等的距离，获得3个图案图像；并且在4桶算法中，通过将光栅图案移动与光栅图案的栅距的1/4相等的距离，获得4个图案图像。

然后，使用每个方向上的图案图像计算目标物体的高度(步骤S120)。

根据穿过光栅图案的狭缝图案光的图案图像可以近似为下述表达式1所示的正弦函数。

表达式1

I_bi＝A+I₀sin(φ_i+α_bi)

在上述表达式中，下标‘b’表示多个方向中的一个方向(或通道)，下标‘i’与光栅图案被移动(i-1)次时的第i个图像对应(例如，在N桶算法中，‘i’可以是从1到N的一个自然数)，‘I₀’是图案光的最大强度(或调幅)，‘A’是N桶算法中图案图像的平均强度，而因移动光栅图案而形成的相位α_bi可以由下述表达式2表示。

表达式2

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{bi}}=\frac{2\mathrm{\π}(i-1)}{N}$

使用上述表达式1，沿每个方向b的相位可以由下述表达式3表示。

表达式3

${\mathrm{\φ}}_b={\tan }^{-1}\left[\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{bi}}\sin \left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{bi}}\right)}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{bi}}\cos \left({\mathrm{\α}}_{\mathrm{bi}}\right)}\right]$

使用上述表达式3，在每个方向b上的高度Hb可以近似为下述表达式4。

表达式4

$H_b(x,y)=\frac{l_0}{2\mathrm{\π}{f}_0{d}_0}{\mathrm{\φ}}_b(x,y)$

在上述表达式中，l₀是目标物体与用于捕捉目标物体的图像的图像捕捉部分之间的距离，d₀是图像捕捉部分与投射狭缝图案光的图案图像投射部分之间的距离，而f₀是投射到基准面上的正弦图案(sin fridge pattern)的频率。

使用上述表达式4，可以获得每个方向(b)上的目标物体的每个点(x，y)的高度H_b。

另一方面，上述获得每个方向(b)上的目标物体的每个点(x，y)的高度H_b的方法是一个实例，并且可以使用其他的方法得到高度Hb。

下面，将详细描述从每个方向(b)上的目标物体的每个点(x，y)的高度H_b中去除噪声以及将每个方向上(b)的高度H_b整合为一个高度的方法。

在每个方向(b)上获得的高度[H_b(x，y)]可以包括例如各种类型的缺陷，诸如由阴影引起的缺陷，由全反射引起的缺陷(或反射缺陷)等。因此，在每个方向(b)上获得的高度[H_b(x，y)]可以彼此不同。因此，可以通过整合各个方向上的高度[H(x，y)]获得精确的高度。

为了该目的，获取示出高度的最大变化方向的矢量场(步骤S130)。

可以使用下述表达式5获取在每个方向(b)上的矢量场(G_b(x，y))。

表达式5

$G_b(x,y)={\▿H}_b=(\frac{{\∂H}_b(x,y)}{\∂x},\frac{{\∂H}_b(x,y)}{\∂y})$

也就是说，通过对每个方向(b)上的高度H_b进行梯度操作，获得每个方向(b)上的矢量场(G_b(x，y))。

然后，获得关于每个方向(b)上的高度H_b的可靠性指数(C_b)(步骤S140)。可靠性指数(C_b)可以包括可见度指数、反射指数和阴影指数中的至少一者。

为了获得可见度指数，在4桶算法的情况下，表达式1中的最大强度(或调幅)I₀可以由下述表达式6表示。

表达式6

$I_0=\frac{\sqrt{{(I_{b1}-I_{b3})}^2+{(I_{b2}-I_{b4})}^2}}{2}$

此外，表达式1中的平均强度A可以由下述表达式7表示。

表达式7

$A_b=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{bi}}$

然后，可见度VF可以由使用表达式6和表达式7获得的下述表达式8表示。

表达式8

${\mathrm{VF}}_b=\frac{I_0}{A_b}$

根据本示例性实施例的可见度指数VI_b可以由使用可见度VF获得的下述表达式9表示。

表达式9

VI_b＝(VF_b＞v_thr)

在上述表达式中，v_thr是可见度的阈值，并且该可见度阈值v_thr可以通过实验来确定。表达式9的含义如下。即，例如，当多个方向(b)中的第一方向的可见度指数(VI₁)大于阈值(v_thr)时，将逻辑值真(1)赋予第一方向的可见度指数(VI₁)，而当第一方向的可见度指数(VI₁)小于或等于阈值(v_thr)时，将逻辑值假(0)赋予可见度指数(VI₁)。

此外，与全反射引起的反射缺陷有关的多个方向(b)上的整合的反射指数(SpI_b)可以由下述表达式10表示。

表达式10

${\mathrm{SpI}}_b=(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(I_{\mathrm{bi}}>{\mathrm{sp}}_{\mathrm{thr}})\≥{\mathrm{Sp}}_{\mathrm{thr}})$

在上述表达式中，反射阈值(sp_thr)和整合的反射阈值(Sp_thr)可以通过实验来确定。表达式10的含义如下。即，例如，当多个方向中的第一方向的第i个强度(I_1i)(N桶算法中的第i个强度)大于反射阈值(sp_thr)时，将逻辑值真(1)赋予第i个强度，并且当第i个强度(I_1i)小于或等于反射阈值(sp_thr)时，将逻辑值假(0)赋予第i个强度(I_1i)。然后，将有关于N桶算法的N个图像的逻辑值相加。当逻辑值的总和大于或等于整合的反射阈值(Sp_thr)时，将逻辑值真(1)赋予第一方向的反射指数(SpI₁)，而当逻辑值的总和小于整合的反射阈值(Sp_thr)时，将逻辑值假(0)赋予第一方向的反射指数(SpI₁)。

此外，与阴影引起的阴影缺陷有关的多个方向(b)上的整合的阴影指数(ShI_b)可以由下述表达式11表示。

表达式11

${\mathrm{ShI}}_b=(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}(I_{\mathrm{bi}}<{\mathrm{sh}}_{\mathrm{thr}})\&GreaterEqual;{\mathrm{Sh}}_{\mathrm{thr}})$

在上述表达式中，阴影阈值(sh_thr)和整合的阴影阈值(Sh_thr)可以通过实验来确定。表达式11的含义如下。即，例如，当第一方向的N桶算法的第i个强度(I_1i)小于阴影阈值(sh_thr)时，将逻辑值真(1)赋予第i个强度(I_1i)，并且当第i个强度(I_1i)大于或等于阴影阈值(sh_thr)时，将逻辑值假(0)赋予第i个强度(I_1i)。然后，将有关于N桶算法的N个图像的逻辑值相加。当逻辑值的总和大于或等于整合的阴影阈值(Sh_thr)时，将逻辑值真(1)赋予第一方向的阴影指数(ShI₁)，而当逻辑值的总和小于整合的阴影阈值(Sh_thr)时，将逻辑值假(0)赋予第一方向的阴影阈值(ShI₁)。

利用分别从上述表达式9、表达式10和表达式11获得的可见度指数(VI_b)、反射指数(SpI_b)和阴影指数(ShI_b)，使用下述表达式12计算每个方向(b)的可靠性指数(C_b)。

表达式12

C_b＝V_M·VI_b|Sp_M·SpI_b|Sh_M·Sh_b

在上述表达式中，V_M、Sp_M和Sh_M具有逻辑值真(1)或假(0)，并且‘|’运算符表示“或”操作。如上文所述，通过控制V_M、Sp_M和Sh_M，可以选择可靠性指数(C_b)所需的项。例如，当将逻辑值真(1)赋予全部V_M、Sp_M和Sh_M时，考虑全部可见度、反射缺陷和阴影缺陷获得每个方向的可靠性指数(C_b)。当将逻辑值假(0)赋予V_M和Sp_M，并且将逻辑值真(1)赋予Sh_M时，仅考虑阴影缺陷获得每个方向的可靠性质数(C_b)。

在本实施例中，例如，首先获得示出高度的最大变化和最大变化方向的矢量场(步骤S130)，然后获得每个方向的可靠性指数(步骤S140)。然而，上述执行顺序是示例性的。因此，可以首先获得每个方向的可靠性指数，然后再获得矢量场。

然后，利用使用表达式12获得的可靠性指数(C_b)和使用表达式5获得的矢量场(G_b(x，y))，获得整合的矢量场(G(x，y))(步骤S150)。例如，可以使用下述表达式13获得整合的矢量场(G(x，y))。

表达式13

G(x，y)＝Median(G₁·C₁，G₂·C₂，...，G_M·C_M)

即，在全部方向的矢量场中，选择逻辑值为真(1)的矢量场，然后对逻辑值为真(1)的矢量场进行取中位数操作以获得整合的矢量场(G(x，y))。

然后，利用使用表达式13获得的整合的矢量场(G(x，y))获得目标物体的每个位置(x，y)的高度(H(x，y))(步骤S160)，高度(H(x，y))合并了全部方向(b)的全部高度(H_b(x，y))。为了该目的，将下述表达式14最小化以获得高度(H(x，y))。

表达式14

$|\&dtri;H-G|$

为了将表达式14最小化，可以使用表示为下述表达式15的泊松方程。

表达式15

${\&dtri;}^{2}H=\&dtri;\&CenterDot;G$

如上述表达式15所述，将散度算子应用于整合的矢量场以设定方程的右侧，将拉普拉斯算子应用于高度(H(x，y))以设定方程的左侧。然后，满足上述泊松方程的高度(H(x，y))是最终的目标。通过沿方向(b)投射狭缝图案所获得的高度(H_b(x，y))包括诸如因阴影、全反射等引起的各种缺陷。然而，从整合的矢量场(G(x，y))中获得了没有上述缺陷的上述表达式15的高度(H(x，y))。因此，高度(H(x，y))不包括干扰。

例如，为了解出上述表达式15以获得高度(H(x，y))的解，例如将具有拉普拉斯算子中的连续算子和散度算子的连续泊松方程转换为(或近似为)具有离散算子的离散泊松方程。离散泊松方程可以由下述表达式16表示。

表达式16

$\frac{h_{m+1,n}-{2h}_{m,n}+h_{m-1,n}}{{\mathrm{\&Delta;x}}^2}+\frac{h_{m,n+1}-{2h}_{m,n}+h_{m,n-1}}{{\mathrm{\&Delta;y}}^2}=g_{m,n}$

为了解上述偏微分方程，将边界的高度设定为地。因此，应用h_0n＝h_Mn＝h_m0＝h_mN＝0的边界条件。

在上述表达式16中，当假设沿X轴的单位长度和沿y轴的单位长度等于1(Δx＝Δy＝1)时，表达式16可以表示为下述表达式17。

表达式17

h_m+1，n+h_m-1，n+h_m，n+1+h_m，n-1-4h_m，n＝g_m，n

另一方面，可以使用下述表达式18所示的傅里叶级数将任意两个参数函数展开。

表达式18

$h_{m,n}=\underset{j=1}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_{j,k}\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;mj}}{M}\right)\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;nk}}{N}\right)$

当将上述表达式18所表示的傅里叶级数假设为由表达式17所表示的方程的解并应用于表达式17时，可以得到下述表达式19的方程。

表达式19

$\underset{j=1}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_{j,k}\left[\begin{array}{c}[\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;}(m+1)j}{M}\right)+\sin (\frac{\mathrm{\&pi;}(m-1)j}{M}]\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;nk}}{N}\right)\\ +[\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;}(n+1)k}{N}\right)+\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;}(n-1)k}{N}\right]\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;mj}}{M}\right)\\ -4\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;mj}}{M}\right)\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;nk}}{N}\right)\end{array}\right]$

$=\underset{j=1}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{F}_{\mathrm{jk}}\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;mj}}{M}\right)\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;nk}}{N}\right)$

在上述表达式中，方程右侧的系数F_jk可以由下述表达式20表示。

表达式20

$F_{\mathrm{jk}}=\frac{1}{\mathrm{MN}}\underset{m=1}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{g}_{\mathrm{mn}}\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;mj}}{M}\right)\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;nk}}{N}\right)$

在上述表达式20中，可以通过将散度算子应用于表达式15的整合的矢量场并进行傅里叶展开来获得系数g_mn。

可以使用正弦函数的可加性公式将表达式19表示为下述表达式21。

表达式21

$\underset{j=1}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}[(2\cos \left(\mathrm{\&pi;}\frac{j}{M}\right)-2\cos \left(\mathrm{\&pi;}\frac{k}{N}\right)-4)U_{\mathrm{jk}}-F_{\mathrm{jk}}]\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;mj}}{M}\right)\sin \left(\frac{\mathrm{\&pi;nk}}{N}\right)=0$

因此，表达式18的系数U_jk可以由下述表达式22表示，从而可以获得表达式15的高度的解。

表达式22

$U_{\mathrm{jk}}=\frac{F_{\mathrm{jk}}}{2\cos \left(\frac{\mathrm{\&pi;j}}{M}\right)+2\cos \left(\frac{\mathrm{\&pi;k}}{N}\right)-4}$

根据本示例性实施例，在通过沿各个方向应用狭缝图案所获得的高度中，选择出没有诸如阴影缺陷、反射缺陷等缺陷的高度。并且，将没有缺陷的高度整合以提高精确度。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的绘制表面轮廓的装置的示意图，而图3是示出根据示例性实施例的图2中的存储单元和计算部分的框图。

参考图2，根据本发明的示例性实施例的绘制表面100的轮廓的装置包括：支撑部分140，其支撑并承载设有目标物体的基板S；至少两个图案图像投射部分110，其向基板S投射图案图像；图像捕获部分130，其捕获基板S的图像；存储单元120，其存储捕获的图像；以及计算部分150，其执行各种计算。

图案图像投射部分110将图案图像投射到基板S上以获取基板S上的目标物体的轮廓。例如，图案图像投射部分110包括：光源112，其产生光；光栅114，其将光源112产生的光转换为图案图像；光栅移动器116，其移动光栅114；以及透镜118，其向目标物体投射由光栅114转换的图案图像。

可以利用诸如压电致动器(PZT)等光栅移动器116使光栅114移动2π/N以改变图案图像，其中‘N’是大于1的自然数。绘制表面100的轮廓的装置可以包括相对于图像捕获部分130沿着圆周设置的多个图案图像投射部分110，以提高精确度。多个图案图像投射部分110相对于基板S倾斜地设置，以便沿多个方向将图案图像投射到基板S上。

图像捕获部分130捕获其上由图案图像投射部分110投射有图案图像的基板S的图像。例如，图像捕获部分130可以直接设置在基板S的上方。图像捕获部分130可以包括用于捕获图像的CCD照相机或CMOS照相机。

存储单元120存储由图像捕获部分130捕获的图像。存储单元120包括多个部分，并且在多个方向中的一个方向上根据N桶算法所捕获的N个图像可以存储在其中一个部分里。

计算部分150执行各种操作，以使用储存在存储单元120中的图案图像、示出高度的最大变化方向的矢量场、与方向对应的高度的可靠性指数获得与各个方向对应的高度；使用可靠性指数和矢量场获得整合的矢量场；然后使用整合的矢量场获得目标物体的每个位置的高度。

参考图3，执行上述操作的计算部分150可以包括高度计算单元151、可靠性指数计算单元152、存储单元153、矢量场计算单元154、整合的矢量场计算单元155、边界设定单元157和泊松方程求解单元156。

高度计算单元151使用图案图像分别计算与各种方向对应的高度。具体地说，例如使用通过在与第一方向对应的第一通道(Ch₁)上投射狭缝图案图像而与N桶算法对应的N个图像(I₁₁、I₁₂，...，I_1N)，通过表达式4计算与第一方向对应的高度H1，以及，例如使用通过在与第m个方向对应的第m通道(Ch_m)上投射狭缝图案图像而与N桶算法对应的N个图像(I_m1、I_m2，...，I_mN)，通过表达式4计算与第m方向对应的高度H_m。

可靠性指数计算单元152通过表达式12计算与各个方向(1至m)的高度(H₁，H₂，...H_m)相关的可靠性指数(C₁，C₂，...，C_m)。

存储单元153存储计算出的高度(H₁，H₂，...H_m)和计算出的可靠性指数(C₁，C₂，...，C_m)。

矢量场计算单元154使用存储在存储单元153里的高度(H₁，H₂，...H_m)通过表达式5计算示出最大变化方向的矢量场(G₁，G₂，...G_m)。

整合的矢量场计算单元155使用与方向(1至m)对应的可靠性指数(C₁，C₂，...，C_m)和矢量场(G₁，G₂，...G_m)，通过表达式13计算整合的矢量场(G)。

边界设定单元157设定目标物体的边界。边界设定单元157可以使用由下述表达式23表示的加权平均方法设定目标物体的边界。

表达式23

$h_i=\frac{\underset{j=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_j\&CenterDot;w_j}{\underset{j=0}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{w}_j}$

在上述表达式23中，w_j是加权因子。在这种情况下，边界不限于目标物体的边缘，而是可以向设置有目标物体的基板扩展。

泊松方程求解单元156通过应用从边界设定单元157获得的边界条件来求解表达式15的泊松方程以得到目标物体的高度，该方程的右侧通过将散度算子应用于整合的矢量场(G)而设定，该方程的左侧通过将拉普拉斯算子应用于高度而设定。

已参考图1详细描述了每个单元的操作方法。因此，将省略对其进一步描述。

根据本发明的示例性实施例的绘制表面100的轮廓的装置利用图案图像投射部分110向基板S上的目标物体投射狭缝图案，并捕获被目标物体反射的图像以获得目标物体的轮廓。然而，图2的绘制表面100的轮廓的装置是示例性的。根据本发明的绘制表面轮廓的装置可以具有各种硬件的变化。例如，绘制表面轮廓的装置可以具有两个以上的图案图像投射部分110并且图案捕获部分具有不同的元件。

对本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修改和变化。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同内容的范围内的本发明的修改和变化。

Claims (10)

1.一种绘制表面轮廓的方法，包括：

沿至少两个方向依次地向目标物体投射狭缝图案光，以获得由所述目标物体反射的图案图像；

根据所述方向使用图案图像获得高度；

获得示出高度的最大变化方向的矢量场；

获得与至少两个方向对应的高度的可靠性指数；

使用所述可靠性指数和所述矢量场获得整合的矢量场；以及

使用所述整合的矢量场计算所述目标物体的每个位置的高度。

2.根据权利要求1所述的绘制表面轮廓的方法，其中，所述可靠性指数包括可见度指数、反射指数和阴影指数中的至少一者。

3.根据权利要求2所述的绘制表面轮廓的方法，其中，当可见度大于可见度阈值时，所述可见度指数为逻辑值真(1)；而当所述可见度等于或小于所述可见度阈值时，所述可见度指数为逻辑值假(0)，

当通过将大于反射阈值的强度的逻辑值累加所生成的累积强度大于或等于整合的反射阈值时，所述反射指数为逻辑值真(1)；而当通过将大于反射阈值的强度的逻辑值累加所生成的累积强度小于所述整合的反射阈值时，所述反射指数为逻辑值假(0)，

当通过将小于阴影阈值的强度的逻辑值累加所生成的累积强度大于或等于整合的阴影阈值时，所述阴影指数为逻辑值真(1)；而当通过将小于阴影阈值的强度的逻辑值累加所生成的累积强度小于所述整合的阴影阈值时，所述阴影指数为逻辑值假(0)，并且

与至少两个方向对应的高度的可靠性指数是使用所述可见度指数、所述反射指数和所述阴影指数获得的。

4.根据权利要求3所述的绘制表面轮廓的方法，其中与至少两个方向对应的高度的可靠性指数是通过将所述可见度指数、所述反射指数和所述阴影指数逻辑相加而获得的。

5.根据权利要求3所述的绘制表面轮廓的方法，其中，与至少两个方向对应的高度的可靠性指数是通过将所述可见度指数与可选的逻辑值真或假相乘，将所述反射指数与可选的逻辑值相乘，将所述阴影指数与可选的逻辑值相乘，再将上述三个乘积逻辑相加而获得的。

6.根据权利要求5所述的绘制表面轮廓的方法，其中这样获得所述整合的矢量场：

选择可靠性指数的逻辑值为真的矢量场；以及

通过对所选择的矢量场进行取中位数操作获得所述整合的矢量场。

7.根据权利要求6所述的绘制表面轮廓的方法，其中，计算所述目标物体的每个位置的高度是这样执行的：

列泊松方程，其中方程右侧通过对所述整合的矢量场应用散度算子而获得，以及方程的左侧通过对所述高度应用拉普拉斯算子而获得；以及

求解所述泊松方程，以得到与所述高度对应的解。

8.根据权利要求7所述的绘制表面轮廓的方法，其中，求解所述泊松方程是这样执行的：

将具有连续算子的所述泊松方程转换为具有离散算子的离散泊松方程；以及

利用傅里叶级数表示所述离散泊松方程的解，以得到所述傅里叶级数的系数。

9.一种绘制表面轮廓的装置，包括：

支撑部分，其支撑设有目标物体的基板；

图案图像投射部分，其沿至少两个方向朝所述目标物体投射狭缝图案光；

图像捕获部分，其捕获依次被所述目标物体反射的与所述至少两个方向对应的图案图像；

存储单元，其存储由所述图像捕获部分捕获的所述图案图像；以及

计算部分，其使用所述图案图像获得与至少两个方向对应的高度，通过对所述高度进行梯度操作获得与所述至少两个方向对应的矢量场，获得与至少两个方向对应的高度的可靠性指数，通过使用所述可靠性指数和所述矢量场获得整合的矢量场，并且使用所述整合的矢量场计算所述目标物体的每个位置的高度。

10.根据权利要求9所述的绘制表面轮廓的装置，其中，所述计算部分包括：

高度计算单元，其依次使用所述图案图像计算与所述至少两个方向对应的所述高度；

可靠性指数计算单元，其计算与所述至少两个方向对应的高度的可靠性指数；

存储单元，其存储计算出的高度和计算出的可靠性指数；

矢量场计算单元，其计算所述矢量场；

整合的矢量场计算单元，其使用与所述至少两个方向对应的所述可靠性指数和所述矢量场计算所述整合的矢量场；

边界设定单元，其设定所述目标物体的边界；以及

泊松方程求解单元，其通过对由所述边界设定单元设定的所述边界应用边界条件来求解所述泊松方程，所述泊松方程的右侧通过对所述整合的矢量场应用散度算子而获得，以及所述泊松方程的左侧通过对所述高度应用拉普拉斯算子而获得。