CN105190227B - 能够检测颜色信息的三维形状检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够检测颜色信息的三维形状检测装置，该装置利用干涉光对检测对象的形状进行检测，其特征在于，包括：光源，用于发射光线；光线分割器，用于对从所述光源发射的光线进行反射或对通过检测对象反射的光线进行透射；透镜部，用于使通过所述光线分割器反射的光线聚集到所述检测对象；光线检测部，用于检测从所述检测对象反射的光线；及光线调节部，配置在所述光源和所述光线分割器之间的光路上，用于阻断从所述光源的中心区域发射的光线，从而减弱在所述透镜部中产生的光线的干涉。

Description

能够检测颜色信息的三维形状检测装置

技术领域

本发明涉及一种能够检测颜色信息的三维形状检测装置，更为详细地，涉及一种利用干涉仪的同时能够检测到检测对象的有色信息的能够检测颜色信息的三维形状检测装置。

背景技术

在半导体工艺及FPD工艺中决定质量的多种因素中，控制薄膜层厚度所占的比重较大，因此可以认为有必要在工艺中直接监测薄膜层。所谓的“薄膜层”为基层，即为形成在基板表面上的具有非常微细厚度的层，通常厚度为数nm～数μm。为了将这些薄膜层作为特定用途来应用，有必要知道薄膜层的厚度、组成、粗糙度及其他物理、光学特性。在此，虽然检测半导体工艺及其他应用工艺中使用的薄膜层厚度的方法有多种方式，但通常使用利用干涉仪的方法和利用分光光度计的方法。

另外，最近对于具有如R/G/B的有色信息的如LCD面板的半导体器件，也检测薄膜层的物理、光学特性的同时，还能检测到如R/G/B的有色信息的技术备受关注。

图1为示意地表示以往的三维形状检测装置的光路图。如图1所示，以往的三维形状检测装置包括光源10、光线分割器30、透镜部40及光线检测部50，该装置通过对从光源10发射的光线在透镜部40中被分割为两束以上的光线并在进行路径上产生差异后，被分割的光线重新合并时产生的干涉现象进行观察，从而检测检测对象的形状等。

然而，这种以往的三维形状检测装置因光线的干涉效果，无法准确地检测到检测对象的有色信息，因此通常通过在检测对象上按各颜色不同地形成的图案来识别。

即，以往技术并不是通过区别有色信息而直接判别的，因此具有在检测对象上没有形成图案或图案的形状形成为各颜色的形状彼此相同时，不能将各有色信息区别检测的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是为了解决所述的问题而提出的，其目的是提供一种能够检测颜色信息的三维形状检测装置，该能够检测颜色信息的三维形状检测装置能够利用干涉仪检测检测对象的形状，并且还能检测到检测对象的颜色信息。

所述目的，通过本发明的能够检测颜色信息的三维形状检测装置来实现，该能够检测颜色信息的三维形状检测装置利用干涉光对检测对象的形状进行检测，所述三维形状检测装置的特征在于，包括：光源，用于发射光线；光线分割器，用于对从所述光源发射的光线进行反射或对通过检测对象反射的光线进行透射；透镜部，用于使通过所述光线分割器反射的光线聚集到所述检测对象；光线检测部，用于检测从所述检测对象反射的光线；及光线调节部，配置在所述光源和所述光线分割器之间的光路上，用于阻断从所述光源的中心区域发射的光线，从而减弱在所述透镜部中产生的光线的干涉。

在此，优选所述光线调节部包括：主体部，设置有用于透射光线的透射部；和光圈，设置在所述透射部的内部，用于阻断光线，并且从所述光源发射的光线所透射的光路优选被限制在所述透射部的外面和所述光圈的外面之间的区域。

此外，优选所述光圈设置为圆形、多边形及棒形中的至少一个。

在此，优选所述光线调节部有选择地安装在所述光源和所述光线分割器之间的光路上。

此外，优选进一步包括：辅助光线调节部，配置在所述光线调节部和所述光线分割器之间的光路上，用于阻断通过所述光线调节部的部分光线。

在此，优选所述透镜部的倍率为50倍以下。

此外，优选所述辅助光线调节部设置有用于透射光线的开口部，在透射所述光线调节部的光线中，部分光线透射所述开口部后到达检测对象。

在此，优选所述光圈的中心轴和所述开口部的中心轴设置为相同的轴。

此外，优选所述透射部的面积比所述开口部的面积宽。

在此，优选所述光线检测部包括用于检测干涉光的第一照相机和用于检测颜色信息的第二照相机，并且所述三维形状检测装置进一步包括第二光线分割器，所述第二光线分割器设置在所述光线检测部和所述光线分割器之间的光路上，用于将从检测对象反射的光线透射到所述第一照相机或第二照相机中的至少一个照相机。

根据本发明，提供一种能够检测颜色信息的三维形状检测装置，该能够检测颜色信息的三维形状检测装置能够利用干涉仪检测检测对象的形状，并且还能检测检测对象的颜色信息。

此外，由于有选择地安装光线调节部，因此能够检测检测对象的形状及颜色信息。

此外，由于能够根据透镜部的倍率调节向检测对象入射的光线，因此能够与透镜部的倍率无关地检测检测对象的颜色信息。

此外，由于光圈和开口部的中心轴相一致，因此能够易于调节向检测对象入射的光线。

附图说明

图1为示意地表示以往的三维形状检测装置的光路图，

图2为示意地表示本发明的第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置的光路图，

图3为示意地表示在图2的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中的光线调节部一例的图，

图4为示意地表示在图2的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中的光线调节部另一例的图，

图5为示意地表示在图2的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中从光源发射的光线通过光线调节部的模样的图，

图6为示意地表示在图5的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中通过光线调节部的光线向透镜部入射的模样的图，

图7及图8为表示在图2的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中检测检测对象的颜色信息的模样的照片，

图9为示意地表示本发明的第二实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置的光路图，

图10为示意地表示本发明的第二实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置的光路图，

图11为示意地表示在图10的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中从光源发射的光线通过光线调节部的模样的图。

具体实施方式

在对本发明进行说明之前需要说明的是，在多个实施例中，对于具有相同结构的构件使用相同的附图标记，并在第一实施例中进行代表性的说明，在其他实施例中针对与第一实施例不同的结构进行说明。

下面，参照附图对本发明的第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置进行详细说明。

图2为示意地表示本发明的第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置的光路图。

参照图2，本发明的第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置100为使通过透镜部140的光线产生的干涉效果最小化的装置，包括：光源110、光线调节部120、光线分割器130、透镜部140及光线检测部160。

所述光源110用于发射光线，在本发明的第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置100中光源110使用白色光源，但并不局限于此。

图3为示意地表示在图2的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中的光线调节部一例的图，图4为示意地表示在图2的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中的光线调节部另一例的图。

参照图3或图4，所述光线调节部120配置在光源110和后述的光线分割器130之间的光路上，用于阻断从光源110的中心区域发射的光线，从而最大限度地减小在后述的透镜部140中产生的光线的干涉。

即，为了检测检测对象的形状等，利用光线的干涉效果，但在检测有色信息时利用光线调节部120，在光源110中阻断产生干涉较活跃的中心光线前往检测对象，从而能够最大限度的减小在后述的透镜部130中产生的光线的干涉，以检测检测对象的有色信息。

在本发明的第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置100中，光线调节部120包括主体部121及光圈123。

所述主体部121起到光线调节部120的主框架作用，在包括光源110的中心区域的区域形成有透射光线的透射部122。

在此，优选主体部121和透射部122具有相同的中心轴，并且透射部122形成在主体部121的中央部，但并不局限于此。

此外，主体部121和透射部122设置为圆形，但并不局限于此，也可设置为多边形的形状。

此外，透射部122设置为贯通主体部121，但并不局限于此，也可由用于透射光线的膜来形成。

所述光圈123设置在透射部122的内部，光圈123用于阻断向与设置有光圈123的区域对应的区域行进的光线(下称“中心光线”)，从而光圈123设置为只使中心光线以外的周边光线通过。

在此，周边光线与中心光线相比，光线的干涉效果发生率低，并且在透镜部140内的光线的干涉效果发生率也低。

在此，优选光圈123形成在透射部122的中央部，但并不局限于此。

此外，优选光圈123设置为圆形、多边形及棒形中的至少一个，但并不局限于此。

换言之，光源110、主体部121、透射部122及光圈123配置为具有相同的中心轴，从而设置为阻断中心光线，但并不局限于此。

在此，对通过光线调节部120引导的光路进行说明，则从光源110发射的光线只通过在形成有透射部122的区域中没有形成光圈123的区域透射光线(下称“周边光线”)。

即，向透射部122和光圈123重叠的区域行进的光线(下称“中心光线”)被光线调节部120阻断。

另外，将光线调节部120有选择地安装在光源110和光线分割器130之间的光路上，但并不局限于此。即，根据用户的意图，光线调节部可以只透射周边光线，从而能够检测到检测对象的颜色信息，或者可以使从光源110发射的光线全部通过，从而能够通过检测干涉来检测检测对象的形状。

所述光线分割器130用于反射或透射通过光线调节部120的光线。换言之，光线分割器130用于反射光线，从而使通过光线调节部120的光线向检测对象入射，或者光线分割器130用于透射光线，从而使从检测对象反射的光线朝向后述的光线检测部160侧。

另外，在本发明的第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置100为了使通过光线调节部120的光线相同地保持光谱特性的同时降低亮度，在光线调节部120和光线分割器130之间的光路上可设置有中灰滤光片(ND filter,Neutral Density filter)(未图示)，但并不局限于此。

此外，为了聚集通过中灰滤光片(未图示)的光线，可设置有聚光透镜(未图示)，为了将通过聚光透镜(未图示)的光线制成平行的光线，可设置有准直仪(collimator)(未图示)，但并不局限于此。

所述透镜部140用于将从光线分割器130反射的光线聚集到检测对象，从光线分割器130反射的光线在透镜部140的内部被分割为朝向检测对象的光线和不朝向检测对象的光线。

在此，不朝向检测对象的光线为基准光线，朝向检测对象的光线被检测对象反射，并与基准光线之间产生光路差。即，朝向检测对象的光线和不朝向检测对象的光线之间产生干涉，从而能够检测到检测对象的形状等。

在本发明的第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置100中，透镜部140由一个模块来设置，该模块包括：透镜141，用于将从光线分割器130反射的光线聚集到检测对象；基准光线分割器142，用于向检测对象透射通过透镜141的光线，或者向后述的基准镜143反射通过透镜141的光线；及基准镜143，用于照射从基准光线分割器142反射的光线而生成基准光线。但并不局限于此。

只是，当光线调节部120安装在光源110和光线分割器130之间的光路上，并只有周边光线进入透镜部140时，与中心光线进入透镜部140的情况相比，光线的干涉效果发生率低，并且从基准光线分割器142向基准镜143反射的光线的量显著减少，而且大部分光线朝向检测对象。

即，可根据光线调节部120是否安装在光源110和光线分割器130之间的光路上，来选择是否要利用光线的干涉来检测检测对象的形状等，还是要限制光线的干涉检测来检测对象的颜色信息。

所述光线检测部160为用于检测从检测对象反射的光线和基准光线之间产生的干涉信号的构件，用于检测从检测对象反射的光线和基准光线之间产生的干涉信号。

此外，在本发明的第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置100中，光线检测部160利用电荷耦合器件(CCD，charge coupled device)图像传感器，但并不局限于此。

下面，对于所述的能够检测颜色信息的三维形状检测装置的第一实施例的操作，以光路为基准进行说明。

另外，在光线调节部120从光源110和光线分割器130之间的光路脱离的情况下，与以往的利用干涉仪原理检测检测对象的形状等的装置的原理相同，因此在此省略详细的说明。

只是，此时不能将透射光线分割器130的光线传递到光线检测部160来检测检测对象的形状等。

下面，对通过光线调节部120从光源110发射的光线中只有周边光线向检测对象进入的情况进行说明。

图5为示意地表示在图2的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中从光源发射的光线通过光线调节部的模样的图，图6为示意地表示在图5的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中通过光线调节部的光线向透镜部入射的模样的图。

参照图5，光线从光源110发射后通过光线调节部120，在光线调节部120中光线的透射区域只限制在透射部122和光圈123之间的部分区域。透射部122和光圈123之间的部分区域如上所述那样能够阻断光源110的中心光线，从而利用干涉效果较弱的周边光线检测检测对象的颜色信息。

通过光线调节部120只有周边光线行进，光线分割器130将通过光线调节部120的周边光线向检测对象反射。

参照图6，通过光线分割器130反射的周边光线向透镜部140入射，并且首先通过透镜141。通过透镜141的周边光线虽然通过基准光线分割器142，但由于周边光线的干涉效果较弱，因此向基准镜143侧分割的光线最小化。大部分光线，优选全部的周边光线向检测对象侧照射。

向检测对象侧照射后的周边光线，透射光线分割器130后向光线检测部160侧入射，从而从光线检测部160获得检测对象的颜色信息。

图7及图8为表示在图2的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中检测检测对象的颜色信息的模样的照片。

图7为横向三个、纵向七个总共21个图案通过本发明的第一实施例的三维形状检测装置100拍摄成一个图像的图。从图中可见，横向图案均为相同的颜色，沿纵向依次配置有红色(Red)、蓝色(Blue)、绿色(Green)、红色(Red)、蓝色(Blue)、绿色(Green)及红色(Red)，并且这种图案的颜色信息拍摄得比较清晰。

此外，图8为图7中图像的放大图，是横向两个、纵向三个图案通过本发明的第一实施例的三维形状检测装置100拍摄成一个图像的图。从图中可见，与图7同样地，横向图案均为相同的颜色，沿纵向依次配置有蓝色(Blue)、绿色(Green)及红色(Red)，并且这种图案的颜色信息拍摄得比较清晰。在此，被拍摄的图案中，位于最上侧的红色(Red)图案因只拍摄到极小一部分，因此在说明时忽略了该部分。

因此，参照图7或图8可知，通过本发明的第一实施例的三维形状检测装置100，能够仅利用光源110的周边光线来检测检测对象的颜色信息。

接下来，对本发明的第二实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置200进行说明。

图9为示意地表示本发明的第二实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置的光路图。

参照图9，本发明的第二实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置100为使通过透镜部140的光线产生的干涉效果最小化的装置，包括：光源110、光线调节部120、光线分割器130、透镜部140、第二光线分割器250及光线检测部260。

另外，所述光源110、所述光线调节部120、所述光线分割器130及所述透镜部140的结构与在第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置200中的结构相同，因此在此省略详细的说明。

所述第二光线分割器250用于分割光线，以使从检测对象反射的光线有选择地透射到后述的光线检测部260中的任一个，或者透射到所有光线检测部260。

所述光线检测部260用于检测从检测对象反射的光线，根据本发明的第二实施例，光线检测部260独立地设置有在利用干涉光来检测干涉中使用的第一照相机261和在检测颜色信息中使用的第二照相机262，但并不局限于此。

在此，在作为常规的三维形状检测装置的情况下，光线调节部120从光路脱离，透射第二光线分割器250的光线向第一照相机261侧入射。

此外，在检测颜色信息的情况下，光线调节部120安装在光路上，透射第二光线分割器250的光线向第二照相机262侧入射。

在此，第一照相机261由单色照相机(mono camera)设置，第二照相机262由彩色摄影机(color camera)设置，从而能够检测检测对象的信息，但并不局限于此。

下面，对所述的能够检测颜色信息的三维形状检测装置的第二实施例的操作进行说明。

由光源110发射的光线从检测对象反射的过程与第一实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置100相同，因此在此省略详细的说明。

从检测对象反射的光源透射光线分割器130后向第二光线分割器250侧入射。根据光线调节部120是否安装在光路上，换言之根据本发明的第二实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置200是否检测形状还是检测颜色信息，决定从第二光线分割器250透射的光线的行进方向。

即，在检测检测对象的形状时，使透射第二光线分割器250的光线向第一照相机261侧入射并通过第一照相机261观察检测对象的形状；在检测检测对象的颜色信息时，使透射第二光线分割器250的光线向第二照相机262侧入射并通过第二照相机262观察检测对象的颜色信息。

接下来，对本发明第三实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置进行说明。

图10为示意地表示本发明第二实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置的光路图，图11为示意地表示在图10的能够检测颜色信息的三维形状检测装置中从光源发射的光线通过光线调节部的模样的图。

参照图10或图11，本发明第三实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置300为根据透镜部140的倍率调节向检测对象入射的光线的装置，包括光源110、光线调节部120、辅助光线调节部325、光线分割器130、透镜部140、第二光线分割器250及光线检测部260。

所述光源110、光线调节部120及光线分割器130与在本发明的第一实施例100中进行说明的内容相同，因此在此省略详细的说明。

此外，第二光线分割器250及光线检测部260与在本发明的第二实施例200中进行说明的内容相同，因此在此省略详细的说明。

所述辅助光线调节部325配置在光线调节部120和光线分割器130之间的光路上，用于根据透镜部140的倍率更改进一步阻断通过光线调节部325的周边光线的部分区域，从而调节向检测对象入射的光线的区域，在内部形成有可透射光线的开口部326。

即，在通过光线调节部120的周边光线中，只有通过开口部326的一部分周边光线向光线分割器130侧行进，因此向检测对象入射的光线的区域与只利用光线调节部120的情况相比更减少。

在此，优选开口部326设置为具有与透射部122相同的中心轴。

此外，优选开口部326设置为具有比透射部122的面积小的面积，从而能够进一步阻断通过光线调节部120的部分周边光线。

在此，开口部326可形成为具有圆形、多边形或棒形中的至少一个形状，但并不局限于此。

所述光线分割器130执行与本发明的第一实施例100的光线分割器130相同的功能，在第一实施例100中的光线分割器用于透射或通过周边光线，但在第三实施例300中的光线分割器用于只通过或透射通过辅助光线调节部325的一部分周边光线，在这一点上与第一实施例不同。

下面，对于所述的能够检测颜色信息的三维形状检测装置的第三实施例的操作以光路为基准进行说明。

本发明的第三实施例的能够检测颜色信息的三维形状检测装置300的操作与在第一实施例100或第二实施例200中进行说明的内容相同，因此在此省略详细的说明。

只是，在光线调节部120和光线分割器130之间的光路上配置有辅助光线调节部325，从而在通过光线调节部120的周边光线中只有通过开口部326的一部分周边光线向光线分割器130侧行进，在这一点上与第一实施例100或第二实施例200不同。

即，当使用三维形状检测装置时，有必要考虑检测对象的大小或检测密度等因素不同地设定倍率，当改变三维形状检测装置的倍率时，有必要进一步限制用于向检测对象入射的光线的区域，在第三实施例300中根据倍率利用在周边光线中的一部分检测检测对象的颜色信息。

本发明的权利范围并不限于上述实施例，在所附的权利要求书的范围内可由多种形式的实施例实现。在不脱离权利要求书所要求保护的本发明精神的范围内，本发明所属技术领域的技术人员均能变形的各种范围也属于本发明的权利要求书所记载的范围内。

产业化应用可行性

本发明提供一种能够检测颜色信息的三维形状检测装置，该装置能够利用干涉仪检测检测对象的形状，并且还能检测检测对象的颜色信息。

Claims (7)

1.一种能够检测颜色信息的三维形状检测装置，用于利用干涉光检测检测对象的形状，所述三维形状检测装置的特征在于，包括：

光源，用于发射光线；

光线分割器，用于对从所述光源发射的光线进行反射及对通过检测对象反射的光线进行透射；

透镜部，用于使通过所述光线分割器反射的光线聚集到所述检测对象；

光线检测部，用于检测从所述检测对象反射的光线；及

光线调节部，配置在所述光源和所述光线分割器之间的光路上，用于阻断从所述光源的中心区域发射的光线，从而减弱在所述透镜部中产生的光线的干涉。

2.根据权利要求1所述的能够检测颜色信息的三维形状检测装置，其特征在于，

所述光线调节部有选择地安装在所述光源和所述光线分割器之间的光路上。

3.根据权利要求2所述的能够检测颜色信息的三维形状检测装置，其特征在于，

所述光线检测部包括用于检测干涉光的第一照相机和用于检测颜色信息的第二照相机，

并且所述三维形状检测装置进一步包括第二光线分割器，所述第二光线分割器设置在所述光线检测部和所述光线分割器之间的光路上，用于将从检测对象反射的光线透射到所述第一照相机或所述第二照相机中的至少一个照相机。

4.根据权利要求1所述的能够检测颜色信息的三维形状检测装置，其特征在于，

所述光线调节部包括：

主体部，设置有用于透射光线的透射部；和

光圈，设置在所述透射部的内部，用于阻断光线，

从所述光源发射的光线所透射的光路被限制在所述主体部的内部和所述光圈的外面之间的区域，从而减弱从所述光源的中心区域发射的光线向检测对象的入射。

5.根据权利要求4所述的能够检测颜色信息的三维形状检测装置，其特征在于，

所述光圈设置为圆形、多边形及棒形中的至少一个。

6.根据权利要求2～5中的任一项所述的能够检测颜色信息的三维形状检测装置，其特征在于，进一步包括：

辅助光线调节部，配置在所述光线调节部和所述光线分割器之间的光路上，用于阻断通过所述光线调节部的部分光线，从而根据所述透镜部的倍率可变地调节向检测对象入射的光线。

7.根据权利要求6所述的能够检测颜色信息的三维形状检测装置，其特征在于，

所述辅助光线调节部设置有用于透射光线的开口部，

在透射所述光线调节部的光线中，部分光线透射所述开口部后到达检测对象。