CN111048432A - 无焦点检查装置及检查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检查装置，包括：结构光源，其依次照射具有一个相位范围的多个结构光；至少一个透镜，其针对所述多个结构光，分别调整与所述相位范围中各个相位对应的光的路径，使得与所述相位范围中的一个相位对应的光到达对象体上一部分区域的各点；图像传感器，其捕获(capture)所述多个结构光分别从所述一部分区域反射而生成的多个反射光；及处理器，其与所述结构光源、所述至少一个透镜及所述图像传感器电气连接；所述处理器可以从所述图像传感器获得关于所述多个反射光各自的光量值，以关于所述多个反射光各自的光量值为基础，导出所述多个反射光的相位值，导出所述对象体表面的角度。

Description

无焦点检查装置及检查方法
技术领域
本发明涉及无焦点(Focus-less)检查装置及检查方法。
背景技术
在半导体的制造工序中，进行有关对半导体的各种处理、工序等是否适当地执行的多样检查。例如，可以执行有关在半导体基板上安装的晶片(die)等元件是否位于半导体基板上应位于之处等的检查。
特别是就贴装于半导体基板的晶片而言，可以执行有关贴装的晶片与基板之间有无倾斜(tilt)的检查。一般而言，在基板上涂覆有焊料或焊料球的状态下，晶片可以贴装于焊料或焊料球上部。此时，晶片的下面应与半导体基板的基准面平行地贴装，但由于既定原因(例如焊料或焊料球的涂覆状态)，晶片也可以以相对于半导体基板倾斜既定角度以上的形态贴装。这是可能引发半导体装置不良的要素，因而在对半导体的检查过程中，应能够确认晶片是否倾斜，如果倾斜，那么倾斜何种角度以上。
另外，也可以与基板中的贴装无关地执行对任意一个对象体表面的检查。在该检查过程中，需要确认对象体表面的曲折具有的角度。对象体表面根据对象体的形态，会具有大大小小的凹凸。这些凹凸既可能是因为制作上的缺陷而产生的，也可能是设计上有意形成的。需要测量对象体的表面相对于基准面具有的角度。
为了执行对这种倾斜等的检查，可以利用针对半导体晶片照射三维照明的三维检查仪。以往使用的方法是利用来自对象体的反射光所成像的位置来测量对象体的倾斜程度。该方法是利用从不倾斜的对象体反射的反射光所成像的位置与从倾斜的对象体反射的反射光所成像的位置的差异来测量对象体倾斜的程度的方法。但是，这种方法存在的问题，即使对象体只倾斜较小角度，反射角也较大地变化，为了测量反射光的变化的成像位置，需要大量空间。这种问题导致难以实现检查装备的小型化。
另外，以往还使用一种方法，向对象体照射结构光(Structured Light)，在离对象体既定距离的空中，形成由结构光引起的衍射条纹，通过随着对象体倾斜而发生的衍射条纹的相位变化，测量对象体的倾斜程度。在该方法中，随着对象体的倾斜，因照相机光圈(aperture)的位置变化而测量的衍射条纹的范围相异，利用由此导致的衍射条纹的相位变化，可以导出对象体的倾斜的角度。但是，在该方法中，利用了以物理方式而在空中成像的衍射条纹，因而存在发生大量噪声的问题。
发明内容
解决的技术问题
本发明旨在解决上述的问题，提供一种利用来自对象体的反射光量，测量在基板贴装的对象体的倾斜程度(tilt)乃至对象体表面的角度的技术。
技术方案
作为本发明的一个方面，可以提出一种检查装置。本发明一个方面的检查装置可以包括：结构光源，其依次照射具有一个相位范围的多个结构光；至少一个透镜，其针对所述多个结构光，分别调整与所述相位范围中各个相位对应的光的路径，使得与所述相位范围中的一个相位对应的光到达对象体表面上一部分区域的各点；图像传感器，其捕获(capture)所述多个结构光分别从所述一部分区域反射而生成的多个反射光；及处理器，其与所述结构光源、所述至少一个透镜及所述图像传感器电气连接；所述处理器可以从所述图像传感器获得关于所述多个反射光各自的光量值，以关于所述多个反射光各自的光量值为基础，导出所述多个反射光的相位值，导出所述对象体表面相对于基准面的角度。
在一个实施例中，检查装置可以还包括：存储器，其存储显示所述对象体表面的角度及所述多个反射光的相位值之间的关系的关联信息，与所述处理器电气连接。
在一个实施例中，处理器可以基于所述多个反射光的相位值及从所述存储器获得的所述关联信息，导出所述对象体表面的角度。
在一个实施例中，所述相位范围可以为并非所述结构光的周期的整数倍的相位范围。
在一个实施例中，所述相位范围可以大于与所述结构光的半周期相应的相位范围，小于与所述结构光的一个周期相应的相位范围。
在一个实施例中，检查装置可以还包括：第一光束分离器，其位于与所述基准面垂直的第一轴上，调整路径而使得从所述结构光源照射的所述多个结构光分别朝向所述对象体表面；所述图像传感器可以位于所述第一轴上。
在一个实施例中，检查装置可以包括：第一光圈，其使从所述结构光源照射的所述多个结构光分别穿过所述第一光束分离器；及第二光圈，其使从所述对象体表面反射的所述多个反射光分别穿过所述图像传感器；所述光量值，可以基于由所述结构光穿过所述第一光圈后从所述对象体表面反射而生成的所述反射光，穿过所述第二光圈并被所述图像传感器所捕获的光量而决定，穿过所述第二光圈的所述反射光的光量，可以根据所述对象体表面的角度而变化。
在一个实施例中，具有与同所述相位范围相应的所述结构光的平均光量相应的光量的光，可以到达所述对象体表面上的所述一部分区域的各点。
在一个实施例中，所述多个结构光可以分别由一个结构光按预先设置的相位间隔进行相移而生成。
在一个实施例中，所述结构光源可以包括：光源，其照射照射光；扩散板，其使所述照射光扩散；第二光束分离器，其透过所述扩散的照射光的第一偏光，使所述扩散的照射光的第二偏光反射；及图案发生器，其使所述透过的第一偏光的一部分作为第一偏光进行反射，使所述透过的第一偏光的另一部分变换成第二偏光进行反射；所述第二光束分离器可以透过所述反射的第一偏光，使所述变换的第二偏光朝向所述第一光束分离器地反射，生成所述多个结构光。
在一个实施例中，所述图案发生器可以为LCoS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)。
在一个实施例中，所述多个结构光可以分别具有沿第一方向或与所述第一方向垂直的第二方向的图案。
作为本发明的一个方面，可以提出一种检查方法。本发明一个方面的检查方法可以包括：结构光源依次照射具有一个相位范围的多个结构光的步骤；至少一个透镜针对所述多个结构光，分别调整与所述相位范围中各个相位对应的光的路径，使得与所述相位范围中的一个相位对应的光到达对象体表面上一部分区域的各点的步骤；图像传感器捕获(capture)所述多个结构光分别从所述一部分区域反射而生成的多个反射光的步骤；获得关于所述多个反射光各自的光量值的步骤；以所述光量值为基础导出所述多个反射光的相位值的步骤；获得显示所述对象体表面的角度及所述多个反射光的相位值之间的关系的关联信息的步骤；及基于所述多个反射光的相位值及所述关联信息，导出所述对象体表面的角度的步骤。
在一个实施例中，所述相位范围可以为并非所述结构光的周期的整数倍的相位范围。
在一个实施例中，所述光量值可以基于由所述结构光从所述结构光源照射并穿过所述第一光圈后从所述对象体表面反射而生成的所述反射光，穿过所述第二光圈并被所述图像传感器所捕获的光量而决定，穿过所述第一光圈及所述第二光圈的光量，可以根据所述对象体表面的角度而变化。
在一个实施例中，具有与同所述相位范围相应的所述结构光的平均光量相应的光量的光，可以到达所述对象体表面上的所述一部分区域的各点。
在一个实施例中，所述多个结构光可以分别由一个结构光按预先设置的相位间隔进行相移而生成。
作为本发明的一个方面，可以提出一种记录了程序的非暂时性计算机可读记录介质。在本发明一个方面的记录介质中，所述程序可以包括在借助于处理器而运行时，使得所述处理器执行以下步骤的可执行命令：获得关于由多个结构光从所述对象体表面的一部分区域反射而生成的多个反射光各自的光量值的步骤，其中，所述多个结构光照射得使与一个相位对应的光到达对象体表面上所述一部分区域的各点，具有预先设置的相位范围；基于所述光量值而导出所述多个反射光的相位值的步骤；获得显示所述对象体表面的角度及所述多个反射光的相位值之间关系的关联信息的步骤；及基于所述多个反射光的相位值及所述关联信息而导出所述对象体表面的角度的步骤。
在一个实施例中，具有与同所述相位范围相应的所述结构光的平均光量相应的光量的光，可以到达所述对象体表面上的所述一部分区域的各点。
发明效果
本发明多样实施例的检查装置可以利用来自对象体的反射光所具有的光量，高效测量对象体相对于基板倾斜的程度或对象体表面的角度。
本发明多样实施例的检查装置并非观察从对象体反射的反射光被拍摄的位置的变化量，因而不需要为了测量对象体的倾斜程度乃至对象体表面的角度而增大装置的大小。
本发明多样实施例的检查装置并非利用在对象体前的空中形成的衍射条纹，因而在测量对象体的倾斜程度乃至对象体表面的角度方面，可以相对稳健地抵抗噪声。
附图说明
图1是显示本发明多样实施例的检查装置框图的图。
图2是显示本发明的检查装置运转过程的一个实施例的图。
图3是显示本发明一个实施例的结构光照射于对象体的过程的图。
图4是显示本发明一个实施例的反射光穿过第二光圈的过程的图。
图5是显示本发明一个实施例的反射光穿过第二光圈的过程的图。
图6是显示本发明一个实施例的结构光源130照射的多个结构光在第一光圈160中的形态的图。
图7是显示本发明一个实施例的关联信息的图。
图8是显示本发明一个实施例的结构光具有的图案的方向的图。
图9是显示本发明一个实施例的结构光源130的结构的图。
图10是显示借助于本发明的检查装置10而可以执行的检查方法的一个实施例的图。
具体实施方式
本文中记载的多样实施例是出于明确地说明本发明的技术思想的目的而举例的，并非要将其限定为特定的实施形态。本发明的技术思想包括从本文中记载的各实施例的多样变更(modifications)、等同物(equivalents)、替代物(alternatives)及各实施例的全部或一部分选择性地组合的实施例。另外，本发明技术思想的权利范围不限定于以下提示的多样实施例或对其的具体说明。
包括技术性或科学性术语在内，只要未不同地定义，本文中使用的术语，可以具有本发明所属领域的普通技术人员一般理解的意义。
本文中使用的诸如“包括”、“可以包括”、“具备”、“可以具备”、“具有”、“可以具有”等的表达，意味着存在成为对象的特征(例：功能、运转或构成要素等)，不排除其他追加的特征的存在。即，这种表达应理解为包含着有包括其他实施例的可能性的开放型术语(open-ended terms)。
本文中使用的单数型的表达，只要在文理上未表示不同，则可以包括复数型的意义，这也同样适用于权利要求项记载的单数型表达。
本文中使用的“第一”、“第二”或“第一个”、“第二个”等表达，只要在文理上未表示不同，在指称多个同种对象方面，用于将一个对象区别于另一对象，并非限定相应对象间的顺序或重要度。
本文中使用的“A、B及C”、“A、B或C”、“A、B和/或C”或“A、B及C中至少一个”、“A、B或C中至少一个”、“A、B和/或C中至少一个”等表达，可以意味着各个罗列的项目或罗列的项目的所有可能组合。例如，“A或B中至少一个”可以全部指称(1)至少一个A、(2)至少一个B、(3)至少一个A及至少一个B。
本文中使用的“基于～”字样的表达，用于记述对包含相应表达的语句或文章中记述的决定、判断的行为或对动作施加影响的一个以上因子，该表达不排除对相应决定、判断的行为或动作施加影响的追加因子。
本文中使用的某构成要素(例：第一构成要素)“连接于”或“接续于”另一构成要素(例：第二构成要素)的表达，不仅是所述某构成要素直接连接或接续于所述另一构成要素，而且可以意味着以新的另一构成要素(例：第三构成要素)为媒介而连接或接续。
本文中使用的表达“构成得～(configured to)”，根据文理，可以具有“设置得～的”、“具有～能力的”、“变更得～”、“形成得～的”、“可以进行～的”等意义。相应表达不限于“在硬件上特别地设计的”的意义，例如，所谓构成得执行特定运转的处理器，可以意味着通过运行软件而能够执行其特定运转的通用处理器(generic-purpose processor)。
为了说明本发明的多样实施例，可以定义具有相互直交的X轴、Y轴及Z轴的直角坐标系。本文中使用的直角坐标系的“X轴方向”、“Y轴方向”、“Z轴方向”等表达，只要在相应说明中未特别不同地定义，则可以意味着直角坐标系的各轴伸展的两侧方向。另外，加于各轴方向前面的+符号，可以意味着向相应轴方向伸展的两侧方向中作为某一个方向的正方向，加于各轴方向前面的-符号，可以意味着向相应轴方向伸展的两侧方向中作为剩余一个方向的负方向。
在本发明中，基板(substrate)作为贴装半导体芯片等元件的板乃至容器，可以执行元件与元件间的电气信号的连接通路的作用。基板可以为了集成电路制作等而使用，可以以硅等材料生成。例如基板可以为印刷电路板(PCB，Printed Circuit Board)，根据实施例，可以称为晶片(wafer)等。
下面参照附图，说明本发明的多样实施例。在附图及对附图的说明中，对相同或实质上同等的(substantially equivalent)构成要素，可以赋予相同的附图标记。另外，在以下多样实施例的说明中，可以省略重复记述相同或对应的构成要素，但这不意味着相应构成要素不包含于该实施例。
图1是显示本发明多样实施例的检查装置10框图的图。本发明多样实施例的检查装置10可以测量在基板上贴装的对象体(例：部件)相对于基板面倾斜的程度或对象体表面相对于基准面具有的角度。在本发明中，为了说明的便利，假定检查装置测量对象体表面具有的角度来进行说明。但是，检查装置也可以在测量贴装的部件相对于基板具有的倾斜程度时使用。其中，基准面可以是在测量对象体表面上的曲折等具有的角度方面成为基准的虚拟平面。所谓对象体表面的角度，可以意味着对象体表面某一点处的切线相对于基准面具有的角度。在一个实施例中，检查装置10可以基于从对象体表面反射的反射光具有的光量而导出对象体表面的角度。
本发明多样实施例的检查装置10可以包括结构光源130、透镜集合190、图像传感器140、处理器110和/或存储器120。在一个实施例中，检查装置10的这些构成要素中至少一个可以省略，或其他构成要素可以追加于检查装置10。追加(additionally)或替代(alternatively)地一部分的构成要素可以统合体现，或者以单个或多个个体体现。
检查装置10内、外部的构成要素中至少一部分的构成要素可以通过总线、GPIO(general purpose input/output，通用输入/输出)、SPI(serial peripheral interface，串行外围接口)或MIPI(mobile industry processor interface，移动行业处理器接口)等相互连接，收发数据和/或信号。
结构光源130可以依次照射具有一个相位范围的多个结构光(StructuredLight)。结构光可以是为了物体识别等而对光赋予了固有特性(图案)的光。在一个实施例中，结构光可以具有亮度渐进地变化的图案。在一个实施例中，结构光的图案可以具有既定的周期。在一个实施例中，结构光的图案可以具有正弦波(sine wave)形态。结构光的图案例如可以根据光的亮度形成。在一个实施例中，结构光源130可以包括多个点光源。多个点光源可以按其位置而具有不同亮度，以便结构光具有图案。在一个实施例中，结构光可以具有与预先设置的相位范围相应的图案。在一个实施例中，多个结构光可以由一个结构光按预先设置的相位间隔进行相移而生成。
透镜集合190可以调整多个结构光的路径。透镜集合190可以包括至少一个透镜。透镜集合190可以调整与各相位相应的光的路径，使得与结构光的一个相位相应的光到达对象体3表面上的一部分区域的各点。其中，一部分区域可以称为FOV(Field Of View，视野)。与结构光的图案的一个相位相应的光，可以均匀照射到FOV全体区域。通过这种方式，透镜集合190可以调整多个结构光各自的路径。根据实施例，检查装置10可以还包括后述的第一光束分离器150，第一光束分离器150可以与透镜集合190一起，如上所述地调整多个结构光各自的路径。
图像传感器140可以捕获(capture)由多个结构光分别从上述对象体3表面上一部分区域反射而生成的多个反射光。前述一部分区域(FOV)的图像可以被图像传感器拍摄。FOV(Field Of View)的一点可以成像为图像传感器的一点(像素)。根据实施例，图像传感器140可以借助于CCD(Charged Coupled Device，电荷耦合装置)或CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，互补型金属氧化物半导体)而体现。
处理器110可以驱动软件(例：程序)，控制与处理器110连接的检查装置10的至少一个构成要素。另外，处理器110可以执行与本发明相关的多样演算、处理、数据生成、加工等的运转。另外，处理器110可以将数据等从存储器120载入，或存储于存储器120。
处理器110可以从图像传感器140获得关于多个反射光各自的光量值。处理器110可以获得由借助于相移而生成的多个结构光中的任意一个结构光从对象体3表面反射的反射光的光量值。通过相同的方式，处理器110可以获得借助于多个结构光而生成的多个反射光各自的光量值。处理器110从图像传感器140获得的反射光的光量值，会因穿过后述第一光圈160及第二光圈170的光量而受到影响。处理器110可以基于多个反射光各自的光量值，导出对象体3表面的角度。
在一个实施例中，检查装置10可以还包括存储器120。存储器120可以存储多样数据。存储器120中存储的数据，作为借助于检查装置10的至少一个构成要素而获得或处理或使用的数据，可以包括软件(例：程序)。程序)。存储器120可以包括易失性和/或非易失性存储器。存储器120可以存储关联信息。关联信息可以显示对象体3表面的角度及多个反射光的相位值之间的关系。
在一个实施例中，处理器110可以基于从图像传感器140获得的关于多个反射光的光量值，导出多个反射光的相位值。处理器110可以基于导出的反射光的相位值及从存储器120获得的关联信息，导出对象体3表面的角度。
在本发明中，程序作为在存储器120中存储的软件，可以包括用于控制检查装置10的资源的操作系统、应用程序和/或向应用程序提供多样功能而以便应用程序能够利用检查装置的资源的中间件等。
图2是显示本发明的检查装置10运转过程的一个实施例的图。如前所述，本发明多样实施例的检查装置10可以测量对象体表面相对于基准面具有的角度。
具体而言，检查装置10的结构光源130可以照射具有一个相位范围的结构光。在一个实施例中，结构光源130可以一个个地依次照射将上述结构光按预先设置的相位间隔进行相移(phase shifting)的多个结构光。
结构光可以经由透镜集合190和/或第一光束分离器150而照射到对象体3。透镜集合190可以包括至少一个透镜161、171等。在一个实施例中，结构光可以经由结构光源130前面的透镜，传递到第一光束分离器150，被第一光束分离器150反射的结构光可以经由透镜161，照射到对象体3。根据实施例，光源前面的透镜可以省略。从结构光源130照射的结构光在入射到第一光束分离器150时，可以穿过第一光圈160。第一光束分离器150可以调整路径，使得从结构光源130照射的多个结构光分别朝向对象体3。
在一个实施例中，结构光可以照射于对象体3，使得与结构光的一个相位相应的光到达对象体3上的一部分区域的各点。结构光可以具有由既定周期决定的图案，形成结构光的图案的各光可以具有相位。检查装置10的至少一个透镜可以调整路径，使得与结构光的任意一个相位相应的光，不是聚集于对象体3上的任意一点，而是均匀照射于对象体3上的上述一部分区域(configured to)。即，与前述相位范围内的一个相位相应的光，可以分开入射到对象体3一部分区域上的各个点。通过同样方式，至少一个透镜可以调整路径，使得与结构光的上述相位范围内各个相位相应的光，均匀照射于上述对象体3上的一部分区域。结构光的各个相位中的光以这种形态照射于对象体，因而在对象体中，与结构光的平均光量相应的光，可以照射于上述一部分区域的全体。
多个结构光可以分别从对象体3上的一部分区域反射，生成各个多个反射光。多个反射光可以分别穿过透镜161，穿过第一光束分离器150。穿过第一光束分离器150的多个反射光可以分别穿过第二光圈170及透镜171，输入到图像传感器。检查装置10的图像传感器140可以分别捕获(capture)多个反射光。
检查装置10的处理器110可以从图像传感器140获得关于多个反射光各自的光量值。检查装置10可以基于获得的光量值，导出对象体3表面的角度。此时，从对象体3表面反射的反射光，可以具有由上述相位范围决定的结构光的平均光量。如果对象体3表面相对于基准面倾斜，则从对象体3表面反射的反射光中只有一部分穿过第二光圈170，输入到图像传感器140。因此，图像传感器140可以只捕获反射光的一部分。捕获的反射光的一部分可以与结构光的上述相位范围中的一部分相位范围相应。结果，根据对象体3表面的角度，穿过第二光圈170而输入到图像传感器140的光量可以变化。利用光量的变化量，检查装置10可以导出对象体3表面的角度。
在一个实施例中，检查装置10可以针对多个反射光分别测量光量，导出对象体3表面的角度。在一个实施例中，检查装置10可以基于显示光量值与对象体表面的角度之间关联关系的关联信息及获得的光量值，导出对象体3表面的角度。在一个实施例中，透镜161、171、第一光束分离器150、第二光圈170和/或图像传感器140可以位于与基准面垂直的第一轴上。
在一个实施例中，检查装置10可以还包括通信接口(图中未示出)。通信接口可以执行检查装置10与服务器或检查装置10与其他外部装置间的无线或有线通信。例如，通信接口可以执行基于LTE(long-term evolution，长期演进)、LTE-A(LTE Advance，高级长期演进)、CDMA(code division multiple access、码分多址)、WCDMA(wideband CDMA，宽带码分多址)、WiBro(Wireless Broadband，无线宽带)、WiFi(wireless fidelity，无线保真)、蓝牙(Bluetooth)、NFC(near field communication，近场通讯)、GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)或GNSS(global navigation satellite system，全球导航卫星系统)等方式的无线通信。例如，通信接口可以执行基于USB(universal serial bus，通用串行总线)、HDMI(high definition multimedia interface，高清多媒体接口)、RS-232(recommended standard232)或POTS(plain old telephone service，普通老式电话业务)等方式的有线通信。在一个实施例中，处理器110可以控制通信接口，从服务器获得信息。从服务器获得的信息可以存储于存储器120。在一个实施例中，从服务器获得的信息可以包括前述的关联信息等。
在一个实施例中，检查装置10可以还包括输入装置(图中未示出)。输入装置可以是从外部接受输入用于传递给检查装置10至少一个构成要素的数据的装置。例如，输入装置可以包括鼠标、键盘、触摸板等。
在一个实施例中，检查装置10可以还包括输出装置(图中未示出)。输出装置可以是将检查装置10的检查结果、运转状态等多样数据以视觉的形态提供给使用者的装置。例如，输出装置可以包括显示装置、投影仪、全息图等。
在一个实施例中，检查装置10可以成为多样形态的装置。例如，检查装置10可以是便携通信装置、计算机装置或上述装置中一种或其以上组合的装置。本发明的检查装置10不限于前述的装置。
本发明的检查装置10的多样实施例可以相互组合。各实施例可以根据情形数而组合，组合而成的检查装置10的实施例也属于本发明的范围。另外，前述的本发明的检查装置10的内/外部构成要素可以根据实施例而追加、变更、替代或删除。另外，前述的检查装置10的内/外部构成要素可以以硬件组件体现。
图3是显示本发明一个实施例的结构光照射于对象体的过程的图。如前所述，就多个结构光而言，可以分别调整路径，使得与一个相位相应的光照射于对象体3的上述一部分区域的全体。下面以一个结构光为基准进行说明。
结构光源130可以照射与一个相位范围相应的结构光。图示了与上述相位范围内任意三个相位相应的光的路径3010、3020、3030。各光可以经由第一光圈160、第一光束分离器150和/或至少一个透镜，照射于对象体3的表面。如前所述，与一个相位相应的光可以照射于对象体3的上述一部分区域的全体。即，可以照射得使与一个相位相应的光3010到达对象体3的一部分区域的各点。与结构光的其他相位相应的光(3020、3030等)也可以通过相同的方式，照射于对象体3。因此，在对象体3上一部分区域的一点，与上述相位范围的相位分别相应的光均可照射。例如，在图示的实施例中，光3010、3020、3030全部到达对象体3上一部分区域的各点。因此，在对象体3的上述一部分区域的全体，光量具有与上述相位范围相应的结构光平均光量的光可以照射。
照射于对象体3表面上一部分区域的光被反射而生成反射光，该反射光可以输入到图像传感器140。反射光可以穿过第二光圈170而输入到图像传感器140。如前所述，当对象体3表面相对于基准面倾斜时(即，对象体表面的角度并非0的情形)，只有反射光的一部分可以穿过第二光圈170。即，穿过第一光圈160的光中只有一部分穿过第二光圈170。穿过第二光圈170的反射光的一部分，可以与从结构光源130照射的结构光的相位范围中的一部分相位范围相应。与该一部分相位范围相应的光的平均光量，最终可以被图像传感器140捕获。
在图示的实施例3040中，对象体3表面的角度可以为0度。此时，在前述对象体3表面上一部分区域的一点聚集的由各相位决定的光的大部分，在从对象体3表面反射后，可以穿过第二光圈170而输出到图像传感器140。在实施例3040中，与用A、A`标识的相位区间相应的光，可以从对象体3表面反射，穿过第二光圈170而输入到图像传感器140。
在图示的实施例3050中，对象体3可以相对于基准面倾斜了3度的角度。此时，在对象体3表面上一部分区域的一点聚集的由各相位决定的光中，只有一部分可以在从对象体3表面反射后，穿过第二光圈170而输入到图像传感器140。具体而言，第一光圈160使结构光穿过的区域可以与图示的直线3051代表的区间相应。在对象体3表面上一点出发的光可以穿过第二光圈170的区域可以与图示的直线3052代表的区间相应。因此，具有全部穿过第一光圈160及第二光圈170的路径的光，可以是与图示的A、A`标识的相位区间相应的光。图像传感器140获得的反射光的光量，可以是与用A、A`标识的相位区间相应的光的平均光量。
在图示的实施例3060中，对象体3可以相对于基准面倾斜了5度的角度。此时，在对象体3上一部分区域的一点聚集的由各相位决定的光的大部分，在从对象体3表面反射后，无法穿过第二光圈170。因此，图像传感器140会无法捕获反射光。上述实施例3040、3050、3060中的对象体3表面的角度可以是为了说明而选择的示例性的值。
即，根据对象体3表面的角度，全部穿过第一光圈160及第二光圈170而输入到图像传感器140的光量可以变化。利用变化的反射光的光量，检查装置10可以导出对象体3表面的角度。
图4是显示本发明一个实施例的反射光穿过第二光圈的过程的图。图示的实施例如前述实施例3050所示，可以显示出对象体表面相对于基准面倾斜预定角度的情形。
具有一个相位范围的结构光可以从结构光源130照射，均匀照射于对象体3表面上一部分区域。这可以与对象体表面的角度无关，如前所述地执行。
对象体表面倾斜，只有反射光的一部分可以穿过第二光圈170而输入到图像传感器140。在入射到一部分区域的光3010、3020、3030等的反射光中，只有路径在以粗实线代表的范围内行进的反射光，可以穿过第二光圈170而输入到图像传感器140。
输入到图像传感器140的反射光的一部分，可以是与结构光的上述相位范围中一部分范围相应的光从对象体表面反射的。结果，图像传感器140获得的反射光的光量，可以是结构光的与上述一部分范围相应的光的平均光量。
图5是显示本发明一个实施例的反射光穿过第二光圈的过程的图。在图示的实施例中，对象体3的表面的一部分可以是相对于基准面不倾斜、另一部分倾斜的状态。
从对象体3表面中相对于基准面不倾斜的地点A反射的光，如前述实施例3040所示，可以穿过第二光圈170而输入到图像传感器140的相应地点(粗实线)。图像传感器140的相应地点可以接受输入与结构光源130照射的上述相位范围相应的光的平均光量。
从对象体3表面中相对于基准面倾斜的地点B反射的光，如前述实施例3050所示，只有其一部分可以穿过第二光圈170而输入到图像传感器140的相应地点(粗虚线)。图像传感器140的相应地点可以接受输入结构光源130照射的只有与上述相位范围中一部分范围相应的光的平均光量。
可以分别利用按图像传感器140各地点(像素)输入的平均光量值，获得对象体表面上一部分区域的各地点中的倾斜值。
图6是显示本发明一个实施例的结构光源130照射的多个结构光的第一光圈160中的形态的图。如前所述，结构光源130可以照射具有一个相位范围的多个结构光，多个结构光可以分别按预先设置的相位间隔进行相移而生成。例如，当结构光源130借助于四边形的LCoS而体现时，LCoS可以具有1280x1024的像素，其中，1024x1024像素可以生成结构光。根据各桶的相位范围，LCoS的点光源照射的光可以具有不同亮度分布。
一个结构光的图案可以具有周期。结构光源130的多个点光源可以根据其位置，使照射的光的亮度相异，使得结构光具有由亮度决定的图案。当将与一个周期相应的相位称为2π时，在从0至π/2的区间期间，结构光的图案会逐渐变亮，在从π/2至3*π/2的区间期间，结构光的图案会逐渐变暗，在从3*π/2至2π的区间期间，结构光的图案会再次逐渐变亮。
照射的结构光的相位范围可以根据设计者的意图而设置。在一个实施例中，相位范围可以设置得不成为图案的一个周期或一个周期的倍数。即，相位范围可以设置为并非结构光周期的整数倍的相位范围。此时，相位范围可以设置为并非与0、2π、4π、...、2nπ相应的相位范围的范围。由于在对象体3上的一部分区域，照射与结构光平均光量相应的光，因而当使用一个周期或一个周期的倍数的相位范围的结构光时，与结构光的各相位相应的光会彼此全部抵消。因此，为了阻止平均光量抵消为0，相位范围可以设置得并非图案的一个周期或一个周期的倍数。
在一个实施例中，相位范围可以设置得大于与结构光的半周期相应的相位范围、小于与结构光的一个周期相应的相位范围。另外，在一个实施例中，相位范围可以设置得大于与结构光的(N+1/2)周期相应的相位范围(N为自然数)、小于与结构光的(N+1)周期相应的相位范围。即，可以在大于半周期、小于一个周期的相位范围，加上与一个周期的倍数相应的范围，而得出的范围，可将其设置为上述相位范围。这种相位范围为了容易地进行反射光的测量，可以在需要增大结构光的全体光量本身时设置。
与上述相位范围相应的结构光之一，可以按预先设置的相位间隔进行相移，形成多个结构光。在一个实施例中，上述一个相位间隔可以设置为大于0小于π的值。在一个实施例中，上述相位间隔可以设置为π/2。例如，与一个相位范围相应的结构光，可以按π/2进行相移而形成多个结构光。
多个结构光可以称为0号桶(bucket)、一号桶、二号桶及三号桶，即称为四个桶(bucket)。多个结构光分别可以具有与预先设置的相位范围(例：α)相应的相位范围。即，结构光分别可以具有0至α之间的相位范围、π/2至π/2+α之间的相位范围、π至π+α之间的相位范围、3*π/2至3*π/2+α之间的相位范围。通过上述方式生成的多个结构光分别可以依次照射到对象体3。
照射的各桶的结构光，在第一光圈160中可以如图所示地显示(5020)。使得穿过第一光圈160的结构光区域可以为圆形，因此，在来自结构光源130的四边形形态的结构光中，与相应圆形区域相应的光可以照射到对象体3。
根据实施例，本发明的检查装置也可以只使用一个结构光，测量对象体表面的角度。向对象体照射一个结构光，将其反射光的光量与关联信息进行对比，从而也可以导出对象体表面的角度。但是，通过使用多个结构光测量对象体表面的角度，从而可以减小对象体表面材质导致的误差等各种测量误差。
结构光在结构光源130中具有的全体光量值可以如以下数学式所示计算。
【数学式1】
Figure BDA0002233111710000151
I°可以是决定结构光的图案具有的正弦曲线的振幅的常数，Io可以是决定图案具有的正弦曲线的偏移的常数。将来自结构光源130的结构光在相位范围(α至β)进行积分，可以导出全体光量值ILCoS。
图7是显示本发明一个实施例的关联信息的图。如前所述，关联信息可以显示出对象体3表面的角度及多个反射光的相位值之间的关系。图示的关联信息显示的数值是示例性的值，关联信息的值可以根据实施例而变更。
当一个结构光从对象体3的上述一部分区域反射而被图像传感器140捕获时，该反射光的光量值In可以如以下数学式所示计算。
【数学式2】
Figure BDA0002233111710000161
A、B分别可以对应于前述的Io和Io。φ(x，y)可以是从对象体3上一部分区域的一点(x，y)反射的反射光所具有的相位值。α(t)可以代表前述的相移量。
按π/2相位间隔进行相移而生成的多个结构光分别从对象体3表面反射而生成的反射光的光量值I1、I2、I3、I4，可以如以下数学式所示表示。即，分别与4个桶相应的结构光引起的反射光的光量，可以如下所示表示。这可以是将上述数学式2分别应用相应的α(t)值整理而成。
【数学式3】
Figure BDA0002233111710000162
如前所述，图像传感器140获得的光量，可以是与照射的结构光的相位范围中一部分范围相应的光的平均光量。根据对象体表面的角度，其一部分范围可以变更，图像传感器140获得的光量也发生变化。此时，即使是倾斜相同角度的状态，由于多个结构光分别相移，因而与上述一部分范围相应的光，其构成也会相异。即，根据使用何种桶，与上述一部分范围相应的光会相异，因此，图像传感器140获得的平均光量值也会相异。关于该各个桶的反射光的光量可以为上述I1、I2、I3、I4。
各反射光的光量值I1、I2、I3、I4是可以借助于图像传感器140而测量的值。A、B及φ可以利用上述关于I1、I2、I3、I4的4个等式而导出。由于未知数为3个，因而至少需要3个以上的等式，因此，基于互不相同的3个以上结构光的测量，至少应能够执行3次。如果整理上述数学式3，则可以如下导出反射光的相位值φ。
【数学式4】
Figure BDA0002233111710000171
如上所述，关联信息可以包括对象体倾斜的角度、按相应角度测量的各桶的反射光的光量值I1、I2、I3、I4以及关于通过测量的光量值而导出的反射光的相位值的信息。例如当对象体的倾斜角度为1度时，测量的各桶的反射光的光量值I1、I2、I3、I4可以分别为239.50、145.67、132.41、226.34。通过该光量值导出的相位值可以为37.02度。在一个实施例中，关联信息可以还包括前述的A、B的值。
该关联信息可以存储于存储器120。关联信息显示的相位值与对象体的倾斜角度之间的关系，可以通过测量及计算而实现数据库化并存储于存储器120。
处理器110可以基于光量值，导出反射光的相位值，对比导出的反射光的相位值及从存储器120获得的关联信息，导出现在测量中的对象体3表面的角度。
图8是显示本发明一个实施例的结构光具有的图案的方向的图。根据实施例，结构光源130可以借助于四边形的LCoS而体现。根据各桶的相位范围，LCoS的点光源照射的光可以具有不同亮度分布，因此可以形成图案。
当将与四边形LCoS的一边相应的轴称为x轴，将与另一边相应并与x轴垂直的轴称为y轴时，结构光的图案可以沿x轴方向或y轴方向形成。在一个实施例中，多个结构光分别可以具有沿x轴方向或与x轴垂直的y轴方向的图案。在一个实施例中，结构光的图案方向可以按桶而不同地设置。在一个实施例中，通过使用沿各轴方向形成的多个图案，从而可以减小对象体表面的角度测量的误差。
图9是显示本发明一个实施例的结构光源130的结构的图。前述结构光的图案可以根据多样方式形成。根据实施例，结构光的图案可以借助于数字方式形成，或借助于模拟方式形成。在数字方式中，可以有利用LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)的液晶透过方式、利用LCoS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)的液晶反射方式、利用DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜装置)或DLP(Digital Light Processing，数字光处理)的反射镜(mirror)反射方式。在模拟方式中，可以有利用周期图案、梯度(gradient)图案、格子图案等图案来形成图案的方式。
根据形成结构光的图案的方式，结构光源130也可以以多样方式体现。下面作为一个示例，对利用LCoS来形成结构光的图案的结构光源130的一个实施例进行说明。
在利用LCoS的实施例中，结构光源130可以包括光源131、扩散板132、第二光束分离器133和/或图案发生器134。在一个实施例中，结构光源130的构成要素中至少一个可以省略，或在结构光源130中添加其他构成要素。其中，图案发生器134可以以前述LCoS体现。
光源131可以照射照射光。照射光作为不具有图案的光，可以包括水平偏光和/或垂直直偏光。水平偏光作为振动方向与照射的方向平行的偏光，可以称为P波乃至第一偏光。垂直偏光作为振动方向与照射的方向垂直的偏光，可以称为S波乃至第二偏光。光源131可以以LED体现。扩散板132可以使来自光源131的照射光扩散。
第二光束分离器133可以接受来自扩散板132的照射光并调整路径。第二光束分离器133可以穿过第一偏光而使第二偏光反射。具体而言，第二光束分离器133可以穿过照射光的第一偏光1020并朝向图案发生器134。另外，第二光束分离器133可以反射照射光的第二偏光1010。被反射的第二偏光1010可以不使用。第二光束分离器133可以以PBS(Polarizing Beam Splitter，偏振光束分光器)体现。
图案发生器134可以接收照射光的第一偏光，接收的第一偏光的一部分作为第一偏光而直接反射，接收的第一偏光的另一部分变换成第二偏光并反射。图案发生器134可以具有多个元件。当元件已关闭(off)时，相应元件可以将接收的第一偏光1020直接以第一偏光(图中未示出)的形态反射。当元件已开启(on)时，相应元件可以将接收的第一偏光1020变换成第二偏光1030并反射。通过按元件进行开启/关闭，从而图案发生器134可以生成图案。
第二光束分离器133可以使反射并传递的第一偏光(图中未示出)直接透过。该第一偏光(图中未示出)可以不形成结构光1040。与未使用的第一偏光相应的部分，可以与结构光1040的黑暗部分相应。第二光束分离器133可以对反射并传递的第二偏光1030进行反射。第二偏光1030可以用于形成结构光1040的明亮部分。生成的结构光可以传递给前述的第一光束分离器150。根据实施例而生成的结构光，可以经由追加反射镜等，传递到第一光束分离器150。
图10是显示借助于本发明的检查装置10而可以执行的检查方法的一个实施例的图。在图示的流程图中，依次说明了本发明的方法或算法的各步骤，但各步骤除依次执行外，也可以按照本发明可任意组合的顺序执行。基于本流程图的说明不将对方法或算法施加变化或修订的情形排除在外，并不意味着任意步骤是必须的或优选的。在一个实施例中，至少一部分步骤可以并列地、反复地或试探性地执行。在一个实施例中，至少一部分步骤可以省略，或可以追加其他步骤。
本发明的检查装置10在测量对象体3相对于基准面倾斜的角度方面，可以执行本发明多样实施例的检查方法。本发明一个实施例的检查方法可以包括：依次照射具有一个相位范围的多个结构光的步骤S100；调整与相位范围的相位分别相应的光的路径的步骤S200；捕获多个结构光分别从对象体的一部分区域反射而生成的多个反射光的步骤S300；获得关于多个反射光各自的光量值的步骤S400；和/或基于光量值而导出对象体表面的角度的步骤S500。
在步骤S100中，检查装置10的结构光源130可以依次照射具有一个相位范围的多个结构光。在步骤S200中，检查装置10的至少一个透镜可以分别调整多个结构光的路径。具体而言，至少一个透镜可以调整路径，使得与上述预定的相位范围的一个相位相应的光到达对象体3表面上一部分区域的各点。通过同样方式，至少一个透镜可以针对多个结构光，分别调整与上述相位范围的各个相位相应的光的路径。
在步骤S300中，检查装置10的图像传感器140可以捕获多个结构光分别从上述对象体3一部分区域反射而生成的多个反射光。在步骤S400中，检查装置10的处理器110可以从图像传感器140获得关于多个反射光各自的光量值。在步骤S500中，处理器110可以基于获得的光量值，导出对象体3表面的角度。
在一个实施例中，基于光量值而导出对象体表面的角度的步骤S500可以包括：处理器110基于光量值而导出多个反射光的相位值的步骤；获得关联信息的步骤；及基于导出的相位值及关联信息而导出所述对象体表面的角度的步骤。关联信息与前述内容相同。
在一个实施例中，相位范围可以设置为并非结构光的周期的整数倍的值。在一个实施例中，上述相位范围可以设置得大于与结构光的(N+1/2)周期相应的相位范围、小于与结构光的(N+1)周期相应的相位范围。N可以为自然数。
在一个实施例中，反射光的光量值，可以基于由结构光从结构光源130照射并穿过第一光圈160后从对象体3表面反射而生成的反射光，穿过第二光圈170而被图像传感器140捕获的光量来决定。即，如前所述，从结构光源130照射并穿过第一光圈160的结构光，可以从对象体3表面反射而生成反射光。该反射光的一部分穿过第二光圈170，穿过第二光圈170的反射光的光量可以根据对象体3的表面的角度而变化。
在一个实施例中，具有与同上述相位范围相应的结构光的平均光量相应的光量的光，可以到达对象体3表面上的上述一部分区域的各点。
在一个实施例中，多个结构光可以由一个结构光按预先设置的相位间隔进行相移而生成。
本发明的多样实施例可以在机器(machine)可读存储介质(machine-readablestorage medium)中以软件而得到体现。软件可以是用于体现本发明多样实施例的软件。软件可以由本发明所属技术领域的程序员从本发明多样实施例推论。例如，软件可以是包括机器可读命令(例：代码或代码片段)的程序。机器作为可根据从存储介质读取的命令进行运转的装置，例如可以为计算机。在一个实施例中，机器可以是本发明实施例的检查装置10。在一个实施例中，机器的处理器可以运行读取的命令，机器的构成要素可以执行与相应命令相应的功能。在一个实施例中，处理器可以是本发明实施例的处理器110。存储介质可以意味着机器可读的存储数据的所有种类的记录介质(recording medium)。存储介质例如可以包括ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、CD-ROM(只读光盘驱动器)、磁带、软盘、光数据存储装置等。在一个实施例中，存储介质可以为存储器120。在一个实施例中，存储介质也可以体现为在通过以网络连接的计算机系统等中分布的形态。软件可以在计算机系统等中分布存储、运行。存储介质可以为非暂时性(non-transitory)存储介质。非暂时性存储介质意味着与数据半永久性或临时性存储无关地现实存在的介质(tangible medium)，不包括暂时性(transitory)传播的信号(signal)。
以上根据多样实施例，说明了本发明的技术思想，本发明的技术思想包括在本发明所属技术领域的普通技术人员可理解的范围内可实现的多样置换、变形及变更。另外，这种置换、变形及变更应理解为可以包含于附带的权利要求书内。

Claims (19)

1.一种检查装置，其中，包括：
结构光源，其依次照射具有一个相位范围的多个结构光；
至少一个透镜，其针对所述多个结构光，分别调整与所述相位范围中各个相位对应的光的路径，使得与所述相位范围中的一个相位对应的光到达对象体表面上一部分区域的各点；
图像传感器，其捕获所述多个结构光分别从所述一部分区域反射而生成的多个反射光；及
处理器，其与所述结构光源、所述至少一个透镜及所述图像传感器电气连接；
所述处理器从所述图像传感器获得关于所述多个反射光各自的光量值，
以关于所述多个反射光各自的光量值为基础，导出所述多个反射光的相位值，导出所述对象体表面相对于基准面的角度。
2.根据权利要求1所述的检查装置，其中，还包括：
存储器，其存储显示所述对象体表面的角度及所述多个反射光的相位值之间的关系的关联信息，与所述处理器电气连接。
3.根据权利要求2所述的检查装置，其中，
所述处理器基于所述多个反射光的相位值及从所述存储器获得的所述关联信息，导出所述对象体表面的角度。
4.根据权利要求1所述的检查装置，其中，
所述相位范围并非所述结构光的周期的整数倍。
5.根据权利要求4所述的检查装置，其中，
所述相位范围大于与所述结构光的半周期相应的相位范围，小于与所述结构光的一个周期相应的相位范围。
6.根据权利要求1所述的检查装置，其中，
还包括：第一光束分离器，其位于与所述基准面垂直的第一轴上，调整路径而使得从所述结构光源照射的所述多个结构光分别朝向所述对象体表面；
所述图像传感器位于所述第一轴上。
7.根据权利要求1所述的检查装置，其中，
具有与同所述相位范围相应的所述结构光的平均光量相应的光量的光，到达所述对象体表面上的所述一部分区域的各点。
8.根据权利要求6所述的检查装置，其中，包括：
第一光圈，其使从所述结构光源照射的所述多个结构光分别穿过所述第一光束分离器；及
第二光圈，其使从所述对象体表面反射的所述多个反射光分别穿过所述图像传感器；
所述光量值，基于由所述结构光穿过所述第一光圈后从所述对象体表面反射而生成的所述反射光，穿过所述第二光圈并被所述图像传感器所捕获的光量而决定，
穿过所述第二光圈的所述反射光的光量，根据所述对象体表面的角度而变化。
9.根据权利要求1所述的检查装置，其中，
所述多个结构光分别由一个结构光按预先设置的相位间隔进行相移而生成。
10.根据权利要求1所述的检查装置，其中，
所述结构光源包括：
光源，其照射照射光；
扩散板，其使所述照射光扩散；
第二光束分离器，其透过所述扩散的照射光的第一偏光，使所述扩散的照射光的第二偏光反射；及
图案发生器，其使所述透过的第一偏光的一部分作为第一偏光进行反射，使所述透过的第一偏光的另一部分变换成第二偏光进行反射；
所述第二光束分离器透过所述反射的第一偏光，使所述变换的第二偏光朝向所述第一光束分离器地反射，生成所述多个结构光。
11.根据权利要求10所述的检查装置，其中，
所述图案发生器为LCoS。
12.根据权利要求1所述的检查装置，其中，
所述多个结构光分别具有沿第一方向或与所述第一方向垂直的第二方向的图案。
13.一种检查方法，其中，包括：
结构光源依次照射具有一个相位范围的多个结构光的步骤；
至少一个透镜针对所述多个结构光，分别调整与所述相位范围中各个相位对应的光的路径，使得与所述相位范围中的一个相位对应的光到达对象体表面上一部分区域的各点的步骤；
图像传感器捕获所述多个结构光分别从所述一部分区域反射而生成的多个反射光的步骤；
获得关于所述多个反射光各自的光量值的步骤；
以所述光量值为基础导出所述多个反射光的相位值的步骤；
获得显示所述对象体表面的角度及所述多个反射光的相位值之间的关系的关联信息的步骤；及
基于所述多个反射光的相位值及所述关联信息，导出所述对象体表面的角度的步骤。
14.根据权利要求13所述的检查方法，其中，
所述相位范围并非所述结构光的周期的整数倍。
15.根据权利要求13所述的检查方法，其中，
所述光量值，基于由所述结构光从所述结构光源照射并穿过所述第一光圈后从所述对象体表面反射而生成的所述反射光，穿过所述第二光圈并被所述图像传感器所捕获的光量而决定，
穿过所述第一光圈及所述第二光圈的光量，根据所述对象体表面的角度而变化。
16.根据权利要求13所述的检查方法，其中，
具有与同所述相位范围相应的所述结构光的平均光量相应的光量的光，到达所述对象体表面上的所述一部分区域的各点。
17.根据权利要求13所述的检查方法，其中，
所述多个结构光分别由一个结构光按预先设置的相位间隔进行相移而生成。
18.一种计算机能读记录介质，作为记录了用于在计算机上执行的程序的非暂时性计算机能读记录介质，其中，
所述程序包括在借助于处理器而运行时，使得所述处理器执行以下步骤的能执行命令：
获得关于由多个结构光分别从对象体表面的一部分区域反射而生成的多个反射光各自的光量值的步骤，其中，所述多个结构光照射得使与一个相位对应的光到达对象体表面上所述一部分区域的各点，具有预先设置的相位范围；
基于所述光量值而导出所述多个反射光的相位值的步骤；
获得显示所述对象体表面的角度及所述多个反射光的相位值之间关系的关联信息的步骤；及
基于所述多个反射光的相位值及所述关联信息而导出所述对象体表面的角度的步骤。
19.根据权利要求18所述的计算机能读记录介质，其中，
具有与同所述相位范围相应的所述结构光的平均光量相应的光量的光，到达所述对象体表面上的所述一部分区域的各点。
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