CN113916881A - 三维断层摄影检查装置及图像获取方法 - Google Patents

三维断层摄影检查装置及图像获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种三维断层摄影检查装置及三维断层图像获取方法。所述三维断层摄影检查装置包括：光干涉断层摄影部，其使测量光入射至检查对象物的上表面，并检测从检查对象物的上表面反射的反射光以获得物体正面图像，并使测量光入射至检查对象物的侧面，并检测从检查对象物的侧面反射的反射光以获得物体侧面图像；镜反射体，其使从所述光干涉断层摄影部发出的测量光反射并入射至检查对象物的侧面，并使从所述检查对象物的侧面反射的反射光再反射并引导至所述光干涉断层摄影部；以及运算部，其合成由所述光干涉断层摄影部获得的物体正面图像和物体侧面图像以获得检查对象物的整体断层图像。

Description

三维断层摄影检查装置及图像获取方法
技术领域
本发明涉及一种三维断层摄影检查装置及图像获取方法，更详细地，涉及使用镜反射体合成多个图像以实现一个图像的三维断层摄影检查装置及三维断层图像获取方法。
背景技术
三维断层摄影检查装置是基于光干涉断层摄影(Optical coherencetomography；OCT)技术使近红外线透射物体，并检测从物体的各断层反射的微弱的信号(散射光)以对物体的内部进行断层摄影的装备。
三维断层摄影检查的测量原理如下(参照韩国专利公开第10-2015-0056713号、韩国专利10-2231835号等)。宽带光源(Broadband Light source)通过分束器(BeamSplitter)或耦合器被分为样品(Sample)方向和基准镜(Reference Mirror)方向，样品(Sample)方向的光源由电流镜(Galvano Mirror)并经过物镜而在由多个层构成的样品(物体)的各层中生成微细的反射光。反射光再通过物镜进入光学系统，并且通过分束器(BeamSplitter)或耦合器走向线阵相机(Line Camera)。此时，最先朝基准镜(ReferenceMirror)方向去的信号由镜(Mirror)反射而返回，并与经样品(Sample)而进入的反射光发生干涉而生成最终信号。这由线阵相机(Line Camera)捕获为信号。
光干涉断层摄影(OCT)使近红外线光透射至检查对象物，并检测从检查对象物的内部和各断层反射的反射光(散射光)，以对检查对象物的内部进行断层摄影。为了通过光干涉断层摄影(OCT)检查对象物，检查对象物(样品)应由能够使光透射和反射(散射)的物质构成。使用光干涉断层摄影(OCT)，可以以照射至检查对象物的光的波长程度的解像力获得检查对象物的断层图像，因而可以以亚微米单位的高分辨率获得检查对象物的表面和内部图像。
图1是示出通过通常的光干涉断层摄影(OCT)对三维检查对象物进行断层摄影的情况的图。如图1所示，为了通过光干涉断层摄影(OCT)对检查对象物5进行断层摄影，光干涉断层摄影(OCT)装置的光学系统，具体地，将作为入射光的测量光L1、L2、L3(下文中，根据需要，用L表示)照射至检查对象物5的物镜10和检查对象物5的上表面5a应大致平行地，即，水平地配置。当如立体的检查对象物5的左侧面5b或右侧面5c将检查面相对于物镜10的表面以规定角度倾斜地配置或垂直地配置时，由于测量光L无法相对于左侧面5b或右侧面5c垂直地入射，因而从左侧面5b或右侧面5c反射的反射光S2、S3(信号光)无法被反射至物镜10方向或变弱，并且无法清楚地获得检查对象物5的断层摄影图像。
图2是示出通过这种通常的光干涉断层摄影(OCT)对三维检查对象物进行断层摄影的结果的图。如图2的(a)和图2的(b)所示，测量光L1大致垂直地入射的检查对象物5的正面图像6a可以被清楚地观察到，但测量光L2、L3倾斜地入射的左侧面图像6b或右侧面图像6c因损失而无法被观察。如此，在通过光干涉断层摄影(OCT)对三维检查对象物5进行断层摄影的情况下，通过了物镜10的测量光L1、L2、L3由检查对象物5反射并生成作为微细信号光的反射光S1、S2、S3(下文中，根据需要，用S表示)，此时，当反射光S2、S3的强度太小，或者反射光S2、S3无法向物镜10方向反射时，无法清楚地获得检查对象物5的断层摄影图像。这是在检查对象物5非平面而立体的情况下发生的问题，检查面5b、5c的角度越脱离水平方向，由物镜10检测的反射光S2、S3的量越少，当检查面5b、5c的角度变垂直时，没有进入物镜10的反射光。因此，在诸如弯曲的玻璃板(curved glass)的三维检查对象物5的情况下，难以利用光干涉断层摄影观察左侧面5b或右侧面5c。为了防止这种情况发生，可以用单独的液体涂布检查对象物5以提高检查对象物5的反射率，或者还可以考虑增加测量光L的亮度的方法，但是，在这种情况下，存在因反射光S中产生噪声而导致检查对象物5的观测图像质量下降的问题。
即，存在的问题是，当从样品反射的微细反射光S2、S3的量为规定水准以下，或者反射光S2、S3压根无法进入物镜10时，无法进行测量。当要测量的样品非平面时有可能发生这样的问题，样品表面的角度在水平方向上越大，进入物镜的反射光的量越小，当接近垂直时，没有进入物镜的反射光。即，试料的形态与光学系统的物镜越接近垂直，反射信号变得越弱，或者因反射光不会进入物镜的区域内而无法拍摄。因此，存在不易观测试料的侧面，并且根据试料的形态，测量数据的损失量增大的缺点。
当仅由单个光学系统构成时，由于无法观察垂直于光学系统的物镜的方向的试料形态，因而无法观察试料的侧面。在这种情况下，即使提升试料的反射率或将光源的亮度增至最大，垂直部分的信号仍会大部分损失掉，并且，当为了些许的效果而采用那样的方法时，与水平部分的反射光的噪声变得严重而致使整体观测图像的质量进一步下降。作为用于克服该问题的别的方法，虽然也有将多个光学系统并列配置的方法，但存在相应地致使装备变大且复杂且价格上升的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，提供一种通过使用镜反射体在测量物体(检查对象物)时一并获取物体正面图像和物体侧面图像，并合成这些图像以获得完整的一个图像，能够获得损失较小的物体图像的三维断层摄影检查装置及图像获取方法。
技术方案
为了达成上述目的，本发明提供一种三维断层摄影检查装置，包括：光干涉断层摄影部20，其使测量光L1入射至检查对象物5的上表面5a，并检测从检查对象物5的上表面5a反射的反射光S1以获取物体正面图像，并使测量光L2、L3入射至检查对象物5的侧面5b、5c，并检测从检查对象物5的侧面5b、5c反射的反射光S2、S3以获取物体侧面图像；镜反射体45，其使从所述光干涉断层摄影部20发出的测量光L2、L3反射并入射至检查对象物5的侧面5b、5c，并使从所述检查对象物4的侧面5b、5c反射的反射光S2、S3再反射以引导至所述光干涉断层摄影部20；以及运算部50，其合成由所述光干涉断层摄影部20获得的物体正面图像和物体侧面图像以获得检查对象物5的整体断层图像。
此外，本发明提供一种三维断层图像获取方法，包括：利用光干涉断层摄影部20使测量光L1入射至检查对象物5的上表面5a，并检测从检查对象物5的上表面5a反射的反射光S1以获得物体正面图像6a的步骤；利用所述光干涉断层摄影部20使测量光L2、L3入射至检查对象物5的侧面5b、5c，并检测从检查对象物5的侧面5b、5c反射的反射光S2、S3以获得物体侧面图像6b、6c的步骤；以及合成所述物体正面图像6a和物体侧面图像6b、6c，以获得检查对象物5的整体图像的步骤，其中，从所述光干涉断层摄影部20发出的测量光L2、L3由镜反射体45反射并入射至检查对象物5的侧面5b、5c，从所述检查对象物4的侧面5b、5c反射的反射光S2、S3由镜反射体45再反射并入射至所述光干涉断层摄影部20。
发明的效果
本发明的三维断层摄影检查装置及图像获取方法可以使用镜反射体在测量样品时一并获取物体正面图像和物体侧面图像，并合成这些图像以获得完整的一个物体图像。
此外，根据本发明，无需进一步设置单独的光学系统等即可获取作为试料的图像盲区部分的试料的侧面或底面的形状图像。
附图说明
图1是示出通过通常的光干涉断层摄影(OCT)对三维检查对象物进行断层摄影的情况的图。
图2是示出通过通常的光干涉断层摄影(OCT)对三维检查对象物进行断层摄影的结果的图和图片。
图3是示出本发明的一实施例的三维断层摄影检查装置的结构的图。
图4是示出在本发明的一实施例的三维断层摄影检查装置中使用的光干涉断层摄影部的结构框图。
图5是示出在本发明的三维断层摄影检查中使用的三维检查对象物的一例的图。
图6是用于说明使用本发明的三维断层摄影检查装置获得检查对象物的三维断层摄影图像的过程的图。
图7是示出在本发明的三维自动断层摄影检查装置中合成正面和侧面图像的图片。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细描述。在附图中，对执行与以往的要素相同或相似的功能的要素赋予相同的附图标记。
图3是示出本发明的一实施例的三维断层摄影检查装置的结构的图，图4是在本发明的一实施例的断层摄影检查装置中使用的光干涉断层摄影部20的结构框图，图5是示出在本发明的断层摄影检查中使用的三维检查对象物5的一例的图，图6是用于说明使用本发明的三维断层摄影检查装置获得检查对象物的三维断层摄影图像的过程的图。如图3至图6所示，本发明的三维断层摄影检查装置包括光干涉断层摄影部(Optical coherencetomography device；OCT，20)；镜反射体45；以及运算部50，其合成利用所述光干涉断层摄影部20和镜反射体45获得的图像以获得检查对象物5的整体断层图像。在图3中，附图标记60表示检查对象物5所位于的样品台。
在本发明中，检查对象物5是具有三维立体结构的物体，包括具有以彼此不同的角度配置的表面的至少两个摄影区域5a、5b、5c(参照图5)。所述光干涉断层摄影部20对检查对象物5的至少两个摄影区域进行断层摄影，并且，与检查对象物5的各摄影区域的表面倾斜角度相对应地，测量光L1、L2的入射及反射角度彼此不同。例如，检查对象物5可以是具有与地面平行地配置的上表面5a和相对于所述上表面5a以规定的角度，例如30度至60度的角度倾斜而从上表面5a延伸的侧面(左侧面5b和/或右侧面5c)的板形态的物体(参照图1和图5)。
所述光干涉断层摄影部20使测量光L1入射至检查对象物5的上表面5a，并检测从检查对象物5的上表面5a反射的反射光S1以获得物体正面图像，并使测量光L2、L3入射至检查对象物5的侧面5b、5c，并检测从检查对象物5的侧面5b、5c反射的反射光S2、S3以获得物体侧面图像。此时，所述镜反射体45使从所述光干涉断层摄影部20发出的测量光L2、L3反射并入射至检查对象物5的侧面5b、5c，并使从所述检查对象物5的侧面5b、5反射的反射光S2、S3再反射并引导至所述光干涉断层摄影部20。即，本发明的三维断层摄影检查装置不但使测量光L1入射至检查对象物5的正面，并检测反射光S1以获得物体正面图像(第一摄影图像)，而且还使测量光L2、L3入射至检查对象物5的侧面，并检测反射光S2、S3以获得物体侧面图像(第二摄影图像)，为此，具备镜反射体45，该镜反射体45与光干涉断层摄影部20间隔开并倾斜规定角度。所述运算部50合成由所述光干涉断层摄影部20获得的物体正面图像和物体侧面图像以获得检查对象物5的整体断层图像。
在本发明的三维断层摄影检查装置中，入射至检查对象物5的各摄影区域(上表面、左侧面或右侧面)的测量光(L1、L2或L3，下文中，根据需要，仅表示为L)和从检查对象物5反射的反射光(S1、S2或S3，下文中，根据需要，仅表示为S)的角度各异。此外，本发明的三维断层摄影检查装置具备与检查对象物5的倾斜面的倾斜角度相对应地设置的镜反射体45、45b、45c，以便能够向检查对象物5的倾斜面照射测量光L2、L3，并检测从检查对象物5的倾斜面反射的反射光S2、S3。具体地，测量光L1、L2、L3的入射角度d和/或反射光S1、S2、S3的反射角度可以相对于检查对象物5的各摄影区域表面为45度至135度，优选地，60度至130度，更优选地，75度至115度(参照图1)。其中，当测量光L1、L2的入射角度d为90度时，表示相对于摄影区域表面垂直地入射的情况。
如图4所示，光干涉断层摄影部20是对检查对象物5进行断层摄影以获得检查对象物5的表面和内部图像的通常的装置，其通过执行通常的光干涉断层摄影(Opticalcoherence tomography：OCT)(例如，参照韩国专利公开第10-2015-0056713号，韩国专利10-2231835号等)来获得检查对象物5的一维(A-scan)、二维(B-scan)和三维(C-scan)图像。当获得光干涉断层摄影图像时，不但可以获得对检查对象物5的表面和形状的信息，还可以获得对位于检查对象物5的内部的异物(气泡、灰尘等)的存在与否、异物的大小和的体积、异物所在的层的位置、内部故破损位置等的多种信息。
光干涉断层摄影部20可以包括光源22、分束器23(Beam splitter)、基准镜24(Reference Mirror)、扫描部25以及光检测器26(Photo Detector)。如图3所示，光干涉断层摄影部20可以实现为一个模块形态的装置，但不限于此。光源22产生入射至检查对象物5的内部的测量光L1、L2。在光干涉断层摄影(OCT)中使用的测量光L1、L2通常为具有较短的相干距离的宽带光(broadband low-coherence light)，例如，是波长750nm至1500nm的近红外线光。分束器23将测量光L1、L2分割为基准光R和测量光L1、L2，并将基准光R照射至基准镜24，将测量光L1、L2照射至检查对象物5。分束器23例如可以将测量光L1、L2分割为具有50:50的强度的基准光R和测量光L1、L2。扫描部25起将由分束器23分割的测量光L1、L2通过物镜10引导至检查对象物5的检查位置的作用。具体地，扫描部25依次改变测量光L1、L2的反射角度，并二维地扫描(scan)检查对象物5的表面。作为扫描部25，可以使用通过通常的电流镜(Galvano Mirror)调节反射角度而具有测量光L1、L2的扫描功能的反射镜。基准镜24反射基准光R以生成基准反射光R1。当测量光L1、L2被照射至检查对象物5的内部时，在通常由多层构成的检查对象物5的各层中，测量光L1被散射和反射而生成微细的信号反射光S1，而测量光L2由以规定的角度倾斜的镜反射体45反射而生成由检查对象物5的倾斜面散射和反射的反射光S2。
所生成的信号反射光S1、S2通过物镜10被引导至扫描部25，并且扫描部25将信号反射光S1、S2引导至分束器23。分束器23将从基准镜24反射的基准反射光R1和扫描部25反射的信号反射光S1、S2重叠(superimpose)以生成干涉光I(interference light)。分束器23由于也执行使基准反射光R1和信号反射光S1、S2重叠的作用，因而也称光耦合器(coupler)。所生成的干涉光I由光检测器26检测，光检测器26由检测到的干涉光I获得检查对象物5的图像。光干涉断层摄影部20还可以包括对测量光L1、L2进行聚束的聚束镜28a、测量光L1、L2以及用于使信号反射光S1、S2交替地通过的快门(未图示)等。
图6和图7分别是用于说明使用本发明的断层摄影检查方法来获得图5所示的检查对象物5的断层摄影图像的过程的图。在图6和图7中，为了方便起见，仅示出检查对象物的右侧面，但由于左侧面的图像以与右侧面的图像相同的方式获得，因而也一并记载了对应于左侧面的附图标记。图5的(A)示出检查对象物5的平面图，图5的(B)示出检查对象物5的a-a线剖视图。可以在本发明的断层摄影检查中使用的检查对象物5是包括具有以彼此不同的角度配置的表面的至少一个摄影区域的物体，例如，如手机的曲面盖玻璃(curved coverglass)，是具有与地面平行地配置的上表面5a和相对于所述上表面5a以规定的角度或曲率倾斜而从所述上表面5a延伸的左侧面5b和右侧面5c的板形态的物体。
参照图5至图7对本发明的一实施例的图像获取方法进行描述。首先，利用光干涉断层摄影部20使测量光L1入射至检查对象物5的上表面5a，并检测从检查对象物5的上表面5a反射的反射光S1以获得物体正面图像6a(参照图7)。接下来，利用光干涉断层摄影部20使测量光L2、L3入射至检查对象物5的侧面5b、5c，并检测从检查对象物5的侧面5b、5c反射的反射光S2、S3以获得物体侧面图像6b、6c(参照图7)。此时，从所述光干涉断层摄影部20发出的测量光L2、L3由镜反射体45反射并入射至检查对象物5的侧面5b、5c，从所述检查对象物4的侧面5b、5c反射的反射光S2、S3由镜反射体45再反射并入射至所述光干涉断层摄影部20。即，所述镜反射体45b、45c反射测量光L2、L3并引导至检查对象物5的左侧面5b和右侧面5c，即，引导为以相对于左侧面5b和右侧面5c更垂直的方向入射，并使从检查对象物5的左侧面5b和右侧面5c反射的反射光S2、S3再向光干涉断层摄影部20的物镜10方向反射。光干涉断层摄影部20通过物镜10感测从镜反射体45b、45c反射的反射光S2、S3。其中，对侧面5b、5c进行断层摄影的镜反射体45b、45c的角度相对于测量光L2、L3的行进方向倾斜规定的角度。当合成如此获得的正面图像6a和侧面图像6b、6c(参照图7的(b))时，可以获得检查对象物5的整体图像。根据需要，运算部50可以对所获得的图像6a、6b、6c去除噪声以提高图像6a、6b、6c的清晰度后，检测图像6a、6b、6c的边界。
如图6所示，根据本发明，为了克服因反射光S2、S3无法进入物镜10而无法观察试料的倾斜面5b、5c的问题(参照图1)，将镜反射体45b、45c置于底面或侧面。当在检查对象物附近配置适当的角度的镜反射体45b、45c以使从物镜10出射的测量光L2、L3朝试料的盲区部分5b、5c反射时，被反射的测量光L2、L3撞到试料的盲区部分5b、5c后，向镜反射体45b、45c侧发送反射光S2、S3，并且被镜反射体45b、45c再一次反射的反射光S2、S3可以进入物镜10。进入物镜10的试料的反射光S2、S3将试料的图像呈现为以镜面为基准对称的图像(参照图7的(a)。即，正面图像6a和侧面图像6b、6c相对于镜面对称。在正面图像6a中看不清的试料的侧面5b、5c部分的图像在在侧面图像6b、6c中看得更清楚。即，如图7的(a)所示，可以看出，在正面图像6a看不见的试料的侧面5b、5c部分出现在侧面图像6b、6c中。如图7的(b)所示，将如此获得的侧面图像6b、6c的数据以镜面为基准对称地移动后，经与正面图像6a合成的软件处理过程在制成一个图像。对如此由光干涉断层摄影部20获得的图像数据进行检测、校正、转换和合成的一系列过程由单独的运算部50(参照图3)执行。
本发明的三维自动断层摄影检查装置及图像获取方法可以通过使用起镜的作用的物体在测量样品时一并获取正面图像和侧面反射图像，并合成这些图像以获取完整的一个图像。此外，无需进一步设置单独的光学系统等额外的结构即可获取并测量作为当前图的像盲区部分的试料的侧面或底面的形状。
在本发明的三维断层摄影检查装置及方法中，当检查对象物5具有立体的形状时，可以减少因每个表面上对应于测量光L的照射角度的反射光S的检测角度不同而发生的问题(参照图1)。此外，根据本发明，即使在检查对象物5的侧面高度增加的情况下，也可以无失真地获取检查对象物5的断层图像。
尽管如上所述地通过有限的实施例和附图对本发明进行了描述，但本发明不限于上述实施例，本发明所述领域的一般的技术人员可以由这样的记载进行多样的修改和变形。因此，本发明的思想应仅通过下面记载的权利要求书来理解，并且其等同或等价变形均落入本发明的思想的范围内。

Claims (7)

1.一种三维断层摄影检查装置，其特征在于，包括：
光干涉断层摄影部(20)，其使测量光(L1)入射至检查对象物(5)的上表面(5a)，并检测从检查对象物(5)的上表面(5a)反射的反射光(S1)以获取物体正面图像，并使测量光(L2、L3)入射至检查对象物(5)的侧面(5b、5c)，并检测从检查对象物(5)的侧面(5b、5c)反射的反射光(S2、S3)以获取物体侧面图像；
镜反射体(45)，其使从所述光干涉断层摄影部(20)发出的测量光(L2、L3)反射并入射至检查对象物(5)的侧面(5b、5c)，并使从所述检查对象物(4)的侧面(5b、5c)反射的反射光(S2、S3)再反射以引导至所述光干涉断层摄影部(20)；以及
运算部(50)，其合成由所述光干涉断层摄影部(20)获得的物体正面图像和物体侧面图像以获得检查对象物(5)的整体断层图像。
2.根据权利要求1所述的三维断层摄影检查装置，其特征在于，
所述检查对象物(5)为具有三维立体结构的物体，包括具有以彼此不同的角度配置的表面的至少两个摄影区域(5a、5b、5c)，所述光干涉断层摄影部(20)对检查对象物(5)的至少两个摄影区域进行断层摄影，并获得物体正面图像和物体侧面图像。
3.根据权利要求1所述的三维断层摄影检查装置，其特征在于，
所述镜反射体(45)与所述检查对象物(5)的倾斜面的倾斜角度相对应地设置，且测量光(L1、L2、L3)的入射角度(d)和/或反射光(S1、S2、S3)的反射角度设置为相对于检查对象物(5)的各摄影区域表面为45度至135度。
4.根据权利要求1所述的三维断层摄影检查装置，其特征在于，
至少一个所述光干涉断层摄影部(20)包括：
光源(22)，其产生入射置检查对象物(5)的内部的测量光(L)；
分束器(23)，其将所述测量光(L)分割为基准光(R)和测量光(L)，以将所述基准光(R)照射至基准镜(24)，并将所述测量光(L)照射至所述检查对象物(5)，并使从所述基准镜(24)反射的基准反射光(R1)和从扫描部(25)反射的信号反射光(S)重叠以生成干涉光(I)；
基准镜(24)，其反射由所述分束器(23)分割的所述基准光(R)以生成所述基准反射光(R1)；
扫描部(25)，其依次改变所述测量光(L)的反射角度，以二维地扫描所述检查对象物(5)的表面；以及
光检测器(26)，其检测所生成的所述干涉光(I)，并由检测到的所述干涉光(I)获得检查对象物(5)的图像。
5.根据权利要求1所述的三维断层摄影检查装置，其特征在于，
所述运算部(50)去除物体正面和侧面图像(6a、6b、6c)的噪声以提高所述图像(6a、6b、6c)的清晰度后，检测所述图像(6a、6b、6c)的边界。
6.一种三维断层图像获取方法，其特征在于，包括：
利用光干涉断层摄影部(20)使测量光(L1)入射至检查对象物(5)的上表面(5a)，并检测从检查对象物(5)的上表面(5a)反射的反射光(S1)以获得物体正面图像(6a)的步骤；
利用所述光干涉断层摄影部(20)使测量光(L2、L3)入射至检查对象物(5)的侧面(5b、5c)，并检测从检查对象物(5)的侧面(5b、5c)反射的反射光(S2、S3)以获得物体侧面图像(6b、6c)的步骤；以及
合成所述物体正面图像(6a)和物体侧面图像(6b、6c)，以获得检查对象物(5)的整体图像的步骤，
其中，从所述光干涉断层摄影部(20)发出的测量光(L2、L3)由镜反射体(45)反射并入射至检查对象物(5)的侧面(5b、5c)，从所述检查对象物(4)的侧面(5b、5c)反射的反射光(S2、S3)由镜反射体(45)再反射并入射至所述光干涉断层摄影部(20)。
7.根据权利要求6所述的三维断层图像获取方法，其特征在于，还包括：
去除所述物体正面和侧面图像(6a、6b、6c)的噪声以提高所述图像(6a、6b、6c)的清晰度后，检测所述图像(6a、6b、6c)的边界的步骤。
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