TW201323855A - 測試表面之光學檢測 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了測試表面之光學檢測。在一態樣中，藉由根據所判定之該強度變化改變該強度資料用於一柵格之不同區域中時，所使用的一解析度來減少儲存獲取自諸如一巴路西亞計(Parousiameter)之一散射計(100)之影像強度資料所需之資料數量。在另一態樣中，一散射計具有一非球面鏡(170、900、1000)以用於將一測試樣本(180)成像來校正由該鏡面相對於該測試樣本之偏離中心之置放所引入之失真。在另一態樣中，一光學表面檢測裝置使用一在一測試表面(1420)與一經照射之圖案化柵格(1410)之間之輔助透鏡(1440)以將圖案化柵格(1610)投影於該測試表面上。一相機(1450)聚焦於作為一實像之該測試表面上之該柵格上。

Description

測試表面之光學檢測
本發明大體係關於諸如製成品上之測試表面之光學檢測以評估其品質及均一性，且更特定言之，本發明係關於一種具有增加之動態範圍及減少之失真的散射量測技術，且係關於具有增加之量測範圍之另一技術。
產品及封裝之外觀對吸引購買者為重要的。舉例而言，在製造過程之精整階段小心地控制產品之顏色及光澤為重要的。大體而言，項目之表面紋理影響表面對光之反射及檢視器對光之接收。散射計已開發為一量測自一物件之光反射之工具。舉例而言，以引用之方式併入本文中之S.Wadman之美國專利案第6,577,397號描述了一已知為一用於執行半球形散射量測之巴路西亞計(Parousiameter)之設備。該裝置以一光學控制之方式照射一測試表面並量測一全半球形螢幕或一球體之其它部分中的反射及/或透射。該一設備允許精確量測強度及轉變效應，例如，當自不同方向檢視或照射表面時之表觀之強度或色彩之變化。參看圖1，一樣本180置放於一反射拱頂或螢幕130之下的諸如一漫射黑面之一表面150之中心並由一來自一光源145之一準直光束140以一或多個入射角照射，其中該表面可包含一漫射灰面。該光束140穿過該螢幕130中之一孔徑142。自該樣本180散射之光120被捕獲於該半球形螢幕上。使用諸如一球面鏡170之廣角光學器件來將該螢幕130成像 在一諸如CCD相機之數位相機110中。接著，將所俘獲之影像傳送至一電腦以用於藉由執行資料處理112(方塊112讀作"資料處理")及一數值表面特性化114(方塊114讀作"數值表面特性化")來進行分析以便提供紋理及色彩量測之優點因素。該光可為3-10 mm光點上之白光或有色光以模仿人類視覺。雖然通常使用平面樣本，但可使用諸如0.5 mm的一極細光束來量測曲面。小樣本及大產品均可量測。詳言之，已發現藉由與會產生整個半球之影像之相機共同運作，與諸如移動偵測器之測角光度計之其它設備相比，該巴路西亞計會減少量測一表面之反射所需之時間。光束190為一用於探測半透明度之探測光束。
然而，由巴路西亞計所獲得之資料數量極大。舉例而言，圖2中展示已獲取之一典型影像(在此實例中，其由一塑料產品表面製成)。該影像之中心為半球之頂點，且周邊係水平面。暗斑為照明埠及相機埠之假影。具體言之，最左端之暗斑為相機埠所處之位置，而相繼排列之不同暗斑為通過其提供光束之埠。該半球形拱頂中充滿了漫射光，其中中部亮並朝水平面變弱，且在該中心之下方存在一表示一直接表面反射之亮斑。圖片中之每一點表示一不同反射角並具有一不同強度。現任務為以表格形式描述此強度分佈。典型影像可容易地含有一規則柵格上之一百萬個資料點，因而若將存在的所有角考慮在內，可形成一極大之檔案。
詳言之，由相機所獲取之資料通常使用一諸如雙向反射分佈函數(BRDF)之數學函數來處理以產生所得影像。該類函數描述了表面反射及/或透射光之方式。舉例而言，將BRDF用於射線追跡程式中以用於諸如照明附件、發光體或光學系統(諸如透鏡)之光學產品之設計。然而，如上所述，界定BRDF所必需之資料經常導致不可如(例如)製造應用中之要求來快速處理的極大之檔案。
包括該巴路西亞計之散射計的另一問題為：半球視場之影像失真 可為顯著的。
此外，在偏光量測檢測之相關場中，該偏光量測原理對諸如汽車部件之平滑形狀中之小干擾非常敏感。另一方面，若在測試樣本中測得一大干擾，則歸因於凹面形態之光功率，該反射柵格之變形將變得複雜且對相機而言亦會散焦。因此，該等檢測之一問題為可量測之變形之量測動態範圍之限制。
本發明處理上述及其它問題。
在一態樣中，本發明提供了一種技術，該技術用於減少界定一散射量測函數所必需之資料數量而不會造成顯著資料損失，其中該散射量測函數描述半球上不同點處之目標材料之光分佈強度。
詳言之，一種用於處理散射量測資料之電腦實施方法包括：將光指向一散射計中之一目標材料；在光自該目標材料反射之後，量測遠場中之該光之強度，其中，在提供於該散射計之螢幕上之一視場中之一點柵格上量測該強度以獲取表示該視場之強度之資料；判定該視場之強度之變化；並界定至少一函數，其藉由根據所判定之強度變化改變強度資料用於柵格之不同區域中時所使用之一解析度來以表格或數學之方式描述視場之光分佈之強度。該等不同區域中之每一者包含該等柵格點中之至少一者。
在本發明之一另一態樣中，提供了一種用於減少一散射計中之半球形視場之影像失真之技術。
詳言之，一散射計包括：一光源，其用於將光指向一目標材料；一球形螢幕，其用於在光自接收該目標樣本反射之後接收該光；及一球面或非球面之凸鏡，其經定位以將該球形螢幕上之一反射光之影像提供至一相機。
在本發明之一又一態樣中，提供一種技術，其用於增加一光學檢 測系統中之量測之動態範圍以使得可精確地量測一測試樣本中之小干擾及大干擾。經近場架構之光設施擴展了偏光量測所提供之高度敏感之遠場偵測，其中該經近場架構之光設施藉由在該照明光路中添加一額外透鏡組而提供了一大尺度視界。
詳言之，一光學表面檢測裝置包括：一測試表面；一經照射之圖案化柵格；一提供於該測試表面與該經照射之圖案化柵格之間之輔助透鏡，其用於將該經照射之圖案化柵格投影於該測試表面上；及一相機，其經聚焦於作為一實像的該測試表面上之該經照射之圖案化柵格上以獲取該測試表面之至少一第一影像。
100‧‧‧散射計
110‧‧‧相機
120‧‧‧光
130‧‧‧球形螢幕
140‧‧‧光/光束
142‧‧‧孔徑
145‧‧‧光源
150‧‧‧表面
170‧‧‧球面鏡/非球面鏡/鏡面
180‧‧‧樣本/目標材料
190‧‧‧光束
800‧‧‧球面鏡
900‧‧‧非球面鏡
1000‧‧‧傾斜非球面鏡
1400‧‧‧偏光量測裝置/光學表面檢測系統配置
1410‧‧‧經照射之圖案化柵格
1420‧‧‧測試表面
1430‧‧‧反射影像/虛像
1440‧‧‧輔助透鏡
1450‧‧‧相機
1600‧‧‧經改良之光學表面檢測系統
1610‧‧‧經照射之圖案化柵格/實像
圖1說明一用於量測一測試樣本之散射計；圖2說明使用圖1之散射計所獲取之一測試樣本之影像；圖3根據本發明基於強度說明一變化柵格密度；圖4根據本發明說明了一種用於使用壓縮來描述一視場中之強度變化之方法；圖5說明了一失真巴路西亞計位置校正影像；圖6說明了沿逆時針方向旋轉90度之圖5之該失真影像，並增加了間隔30度之半徑及間隔15度之平行圓；圖7說明了在軟體修正之後之圖6之影像；圖8說明了一用於散射計中之球面鏡；圖9根據本發明說明了一用於散射計之非球面鏡；圖10根據本發明說明了一用於散射計之傾斜非球面鏡；圖11說明了使用圖8之球面鏡所獲取之一失真影像；圖12根據本發明說明了使用圖9之非球面鏡所獲取之一影像；圖13根據本發明說明了使用圖10之傾斜非球面鏡所獲取之一影像； 圖14說明了一組態成一偏光計之光學表面檢測裝置，其中一相機聚焦於一圖案化柵格之一虛像上；圖15說明了一使用圖14之裝置獲取的具有一小凹痕之一汽車面板之影像；圖16根據本發明說明了一經組態以用於藉由三角量測法成像之光學表面檢測裝置，其中一相機聚焦於一圖案化柵格之一實像上；圖17說明了一使用圖14之裝置獲取的具有一小凹痕之一汽車面板之影像；圖18根據本發明說明了一使用圖16之裝置獲取的具有一小凹痕之一汽車面板之影像；圖19根據本發明說明了一使用如圖14及圖16所組態之裝置而獲取的具有一小凹痕之一汽車面板之組合影像；圖20說明了一使用圖14之裝置獲取的具有一大凹痕之一汽車面板之影像；及圖21根據本發明說明了一使用圖16之裝置獲取的具有一大凹痕之一汽車面板之影像。
I.用於具有高動態範圍之散射量測函數之可變密度柵格
如開始所述，自一諸如巴路西亞計之散射計所獲取之成像資料可形成不可如(諸如製造)之許多應用中之要求來快速處理之極大檔案。舉例而言，在該等應用中，一測試樣本可週期性地自一生產線獲取以評估製成品之品質。必須快速地獲取結果以避免該生產線之不必要之延遲。此外，增加之資料儲存及處理要求導致成本增加。
詳言之，用於描述一影像之諸如BRDF的函數具有許多係數或分量，其中該等係數或分量必須在一寬動態範圍內精確地描述測試樣本之顯著特徵，其中在該寬動態範圍中經歷了反射或透射光強度之大與 小之變化。實務上，強度量測在半球形或其它視場中之一點柵格中獲取。一種可能之解決方法為藉由使用一較粗柵格來降低函數之解析度。然而，此導致了影像模糊及臨界資訊之損失。舉例而言，在視場之漫射外部場中，在許多狀況下不存在強度之明顯差異，意即，不存在高空間頻率。因此，不存在減少彼等區域之解析度之問題。然而，當將減少之解析度應用於具有高空間頻率之視場區域時，(例如)歸因於強度之快速變化一問題會導致彼等臨界詳細資料之丟失。具體言之，在不存在詳細資料之區域中此不是問題，但在鏡面反射中(或在可能極為複雜之全息圖之巴路西亞圖中)影像變得模糊且臨界資訊丟失。此使得藉由使柵格變得更粗來減少資料之數量為不可接受的。
根據本發明，柵格之組成視量測之內容而定。即，使用於描述視場上之強度之函數中的柵格點之間之距離在不具有詳細資料之區域中較大，而在具有詳細資料之區域的附近較小。存在若干可能之方式來使柵格點之間之距離可變。舉例而言，可使柵格密度與強度分佈之導數成反比。因此，當(諸如)柵格中之相鄰點或點區域之間之強度分佈變化高時，使用一較高柵格密度。在另一方法中，可將下一資料點置放於強度改變了一恆定倍數(例如，10%或2.5倍，或任何適宜值)，之位置處。可使用一相對或絕對差。舉例而言，若沿著視場之一路徑存在一序列之(位置，強度值)對(例如)(x1,10.0)、(x2,10.2)、(x3,10.4)、(x4,10.7)、(x5,10.9)、(x6,11.1)、...，則使用10%之變化標準，此可減少為(x1,10.0)、(x6,11.1)、...。因此，BRDF可含有描述了資料點之位置及其強度而非假定一固定解析度柵格之資料線。實質上，函數藉由改變強度資料用於螢幕130不同區域/位置中時所使用之解析度來描述光分佈之強度。
圖3中給出了一變化資料柵格之一般概念，其展示了強度對螢幕位置之關係。詳言之，該曲線圖為一強度分佈，且垂直箭頭指向可變 柵格之假想位置。該等垂直箭頭之間之變化間距指示一變化之資料解析度。資料壓縮視資料之內容而定。據估計可容易地達成倍數為100之一資料壓縮。實質上，強度資料用於不同區域中時所使用之解析度在一最大解析度與一最小解析度之間變化因此相對於函數僅使用最大解析度來描述光分佈強度之狀況減少了界定函數所需之一定量資料。
圖4說明了一種使用壓縮來描述視場中強度變化之方法。方塊400讀作"將光指向目標材料"；方塊410讀作"量測螢幕上之所有柵格點處之反射光強度"；方塊420讀作"判定強度分佈之變化"；方塊430讀作"基於強度分佈之變化來判定不同之柵格點區域之變化解析度"；方塊440讀作"基於該等變化之解析度來界定描述強度分佈之一函數"。
在方塊400處，將光指向目標材料。在方塊410處，量測視場中之散射計螢幕上之所有柵格點之反射光分佈的強度。在方塊420處，判定視場上之強度分佈之變化。此可藉由(例如)查看點對點變化(每一第n點之間之變化(其中n=1,2,3，...))或藉由對強度資料執行一空間轉換來達成以判定強度資料變化之頻率。在方塊430處，基於強度分佈之變化來判定不同柵格區域之變化解析度。該解析度(或密度)指示在該區域中有多少點將被濾除且不用於該函數中。一高解析度指示將無濾除點或濾除較少點。一低解析度指示將濾除許多點。因此，一壓縮過程藉由以下方式執行：分配相對少之資料來描述冗餘之柵格點而分配相對多之資料來俘獲該等柵格點中之較快變化。在方塊440處，使用變化之解析度來界定一諸如BRDF之描述了視場之不同區域中之強度分佈的函數。
可將該概念實施於包含射線追跡軟體之各種應用中(例如)以使該巴路西亞計可直接地產生該射線追跡軟體可讀之BRDF。在該等應用中，在無本文所述之資料減少技術之情況下，將產生關於檔案大小之嚴重問題。當實施了視資料可撓性地變化之柵格時，可藉由例如一倍 數100來減少檔案大小，同時仍大量地保持所有相關資訊。其它實例使用領域包括光學量測、產品設計、功能光學產品設計及用於設計應用以及視訊遊戲、電影及其它繪圖使用之CAD精描圖。
應注意，由於本發明亦適用於其它類型之散射計及其它類型之光學量測設備，因此僅將巴路西亞計作為一實例討論。此外，雖然在實例中提供了一半球形視場，亦可使用其它形狀。而且，本發明可藉由提供一諸如記憶體之程式儲存設備(其包括用於由處理器執行以達成本文中所述之功能之軟體指令)，例如硬碟或攜帶型資料儲存媒體而實施於一通用電腦或其它處理資源上。亦可以使用如ASIC之專用電路。
II.用於經改良之半球形成像之非球面鏡
本發明之此態樣可用於不同應用中，其包括半球形(或更大)視場之成像，尤其巴路西亞計或其它散射計之螢幕之成像。再次參看圖1，為使一散射計中之一半球形(180度或更大角)視場成像，需要諸如一所謂魚眼物鏡之廣角光學系統，諸如通常位於樣本180附近之透鏡或鏡面170。然而，如用於全天空相機或習知巴路西亞計中之諸如一凸球面鏡之球面鏡類型可遭受嚴重影像失真及散光以及場邊緣之彗形像差。全天空相機使用諸如魚眼透鏡或球面鏡之特殊光學元件以同時獲得完整天空之影像。
詳言之，歸因於該鏡面170之非中心(偏離中心)置放及其球形形狀，必然形成嚴重影像失真。該影像失真為一儀器常數且對於拱頂、鏡面及相機之特定幾何布局而言為典型的。可使用在已知位置具有標記之一校正半球形拱頂來量測此影像失真，且可藉由電腦中之軟體影像處理來修正所有隨後量測影像中之影像失真。
習知地按如下方式來達成影像失真修正。圖5中給出了來自校正量測之典型巴路西亞計位置校正影像。該影像已經預處理以清楚地顯露拱頂上之標記。周邊之模糊圓形為90°之水平面。旋轉此影像並將其 進一步處理以顯示具有間隔30°之半徑與間隔15°之平行圓之失真柵格。圖6展示此失真柵格。如量測所揭示，沿半徑存在由成像鏡面之球形形狀所導致之緯度(高度)壓縮。此壓縮為一餘弦效應，該效應沿影像比例之邊緣最強。
清晰的側向變形由巴路西亞計配置之固有無中心性所致。若在巴路西亞計之情況下將鏡面置放於待成像之半球之中心或拱頂螢幕之中心，則此效應將變小或甚至完全不存在。然而，該鏡面與該測試樣本180不可處於同一位置。所有組合失真導致影像比例或放大倍率在影像之不同區域內顯著變化(例如，變化倍數為2)。此會對影像之亮度分佈以及相機像素比例產生影響。藉由進一步影像處理(去失真)，必須使該影像變為如圖7中所示之一立體平面之投影。然而，在此修正過程期間，出現了平均誤差，該等誤差使影像變得模糊或擾動該影像並導致資訊損失。用於極近乎半球形拱頂形狀之量測校正之一種替代性去失真方法為使用自始去失真，其藉由將所有影像元素重新計算回至"理想"半球形並接著將該等影像元素重新投影至該鏡面之有利位置來實現去失真。
根據本發明，已判定：一非球面輪廓之正確選擇會減少影像失真，因而可減少影像比例之變化。因此，需要一較小(有損耗的)之影像處理修正，從而減少資訊之整體損失。詳言之，影像失真修正之一部分自軟體轉移至硬體。軟體影像修正有損耗並耗時，而一硬體修正則無損耗且為即時的。凸面鏡之形狀可影響影像失真及其它像差。在大多數狀況下，巴路西亞計成像鏡面為一藉由金剛石在一以可程式化CNC軌道控制之高精度車床(表面粗糙度1-3 nm)上旋轉而製造之全金屬鏡面。由於由MgO或SiO2硬層製成之"增強塗覆"具有波長相依性並因而將在量測中導致色偏，因此該鏡面為一未由它們保護之裸金屬。此使得僅藉由軟體程式化可極易製造出任何形狀之鏡面。另一光學設 計自由性表現在鏡面安裝之位置及角度調整上。藉由以此方式由硬體來修正該影像失真之一部分，由電腦中之影像處理所進行之剩餘的必要修正變得小得多，因此會引入較少誤差。
圖8說明了導致顯著失真之一球面鏡800，而圖9及10分別說明了根據本發明會減少失真之一非球面鏡900及一傾斜非球面鏡1000。可將鏡面塑造成通常在朝向其周邊處具有更大曲率之半徑之形狀，以便與一球形形狀之行為相比，該鏡面可以放大邊緣上之影像。最佳之非球面形狀可藉由射線追跡給定組態之整個光學系統精確地算出來。此最佳形狀可藉由諸如反向餘弦、圓錐截面或多項式，或任何其它適宜之形狀的通用形狀來接近。此外，可在相同或一獨立操作中將該鏡面形狀製成如上文之定性實例所指示之無中心及/或具有一傾斜軸之形狀。雖然將該鏡面組態以使得形成一完全去失真之影像為可能的，但是此選擇需要一複雜的非球面且非對稱之製造成本相對昂貴之鏡面形態。
圖11說明了一使用圖8之球面鏡之變形的影像柵格。圖12及13為根據本發明的經計算之變形較小之影像柵格效應之實例。詳言之，圖12說明了一經使用圖9之非球面鏡校正之影像。圖13說明了一經使用圖10之傾斜非球面鏡校正之影像。可以看出，非球面鏡之使用顯著減少了該散射計之螢幕成像之失真。
III.經組合之遠場偏光計及經近場架構之光分佈計
光學表面檢測系統(OSIS)適用於諸如汽車品質監控及修理之各種應用中來評估一目標材料之表面。詳言之，用於發現表面中之缺陷之偏光量測原理為眾所熟知的。一使用偏光量測之配置已知為一"得科計(deukometer)"。圖14提供一用於OSIS 1400之配置，其中一經照射之圖案化柵格在測試表面中反射。詳言之，一光源(未圖示)照射一經圖案化之柵格1410以使得該柵格由測試表面1420反射以將該柵格之一反射 影像1430提供為一虛像。一輔助透鏡1440位於一非作用位置。一相機1450聚焦於該虛像1430上以提供該測試表面1420之一影像。然而，使用此方法，該測試表面1420中之任何變形皆會使該經照射之柵格1410之反射1430劇烈變形。舉例而言，圖15中給出之一此變形之實例，其顯示了一汽車面板中之一小凹痕。可以清晰地看見該面板之大體形狀以該面板之大曲率展示，而小干擾導致輪廓線之突變。
如上所述，該偏光量測原理對諸如汽車部件之平滑形狀中之小干擾非常敏感。另一方面，若在該測試樣本中測得一大干擾，則歸因於凹面形態之光功率，該反射柵格之變形將變得複雜並對相機而言會散焦。因此，偏光量測之問題為量測動態範圍之限制。
根據本發明，圖16之經改良之OSIS 1600提供了一擴大量測範圍之有效方式。詳言之，藉由將該虛柵格影像1430引至該測試表面1420，意即，藉由將一實柵格影像1610而非無限遠的一虛反射影像投影於該表面1420上來改良該裝置1400。此方式限制了敏感性但擴大了範圍。藉由使用照射路徑中的一簡易額外透鏡組連同該相機1450之重新聚焦可方便地達成此改良。詳言之，對該初始OSIS配置1400之添加涉及將該輔助透鏡1440移動至該經照射之圖案化柵格1410與該測試表面1420之間之一作用位置以將該經照射之圖案化柵格1410投影至該測試表面1420上。若該透鏡1440經置放於於作用位置，則該柵格1410在該表面1420上成像且該相機1450被重新聚焦於該測試表面。此重新聚焦可在相機之透鏡中完成及/或藉由在該相機之光路徑上添加一第二輔助透鏡來完成。在該裝置1600中，該表面1420上的真實投影柵格條紋之曲率藉由三角量測法來量測。雖然此方法之敏感性小於裝置1400之敏感性，但其導致一大得多之範圍。
圖17為根據圖14之裝置使用偏光量測而獲取之與圖15中之汽車面板中之小凹痕相同的小凹痕之一影像。該凹痕大致為1 cm寬及0.5 mm深。圖18為根據圖16之裝置使用三角量測法而獲取之一對應影像，其中該凹痕更加清晰可見。圖19為一將使用圖14及圖16之裝置而獲取之影像相組合之影像。資料處理112函數可執行必要處理以提供經組合之影像。此外，可使用一自動化設備來在非作用與作用位置之間移動該透鏡1440以藉由可組合之技術來獲取影像。在圖14之該非作用位置處，該透鏡1440不起作用。在圖19中，暗條紋為具有幾乎筆直之輪廓線之投影圖案。然而，經反射之柵格顯示出嚴重變形。
由於偏光量測反射易形成封閉迴路或在某些狀況下形成嚴重散焦之影像，因此僅僅使用偏光量測裝置1400將難以形成較深凹痕之輪廓。藉由改變配置之幾何形狀及入射角，降低敏感性以使得可形成較深凹痕之輪廓為可能的，但確損失了高敏感性。舉例而言，圖20及圖21為具有一凹痕之汽車面板之影像，其中該凹痕大致為6 cm寬及6 mm深。圖20展示使用"粗糙"偏光量測裝置1400所產生之變形，其中該偏光量測裝置產生一虛反射影像；而圖21展示使用裝置1600之相同凹痕之三角量測法，其中該裝置1600產生一投影於該表面上之一實柵格影像。
雖然已展示並描述了所認為之本發明之首選實施例，但是，當然應瞭解在不脫離本發明之精神之情況下，可容易地在形式上或細節上做出各種修正及改變。因此，希望本發明並非限於所述及所說明之確切形式，而應解釋為涵蓋了屬於附加之申請專利範圍之範疇之所有修正。
1400‧‧‧偏光量測裝置/光學表面檢測系統配置
1410‧‧‧經照射之圖案化柵格
1420‧‧‧測試表面
1430‧‧‧反射影像/虛像
1440‧‧‧輔助透鏡
1450‧‧‧相機

Claims (6)

  1. 一種光學表面檢測裝置，其包括：一測試表面(1420)；一經照射之圖案化柵格(1410)；一輔助透鏡(1440)，其提供於該測試表面與該經照射之圖案化柵格之間以用於將該經照射之圖案化柵格(1610)投影於該測試表面上；及一相機(camera,1450)，其經聚焦於作為一實像的該測試表面上之該經照射之圖案化柵格上以獲取該測試表面之至少一第一影像。
  2. 如請求項1之光學表面檢測裝置，其中：該相機藉由使用三角量測法來量測投影於該測試表面上之該經照射圖案化柵格中之柵格條紋的一曲率以獲取至少一第一影像。
  3. 如請求項1之光學表面檢測裝置，其中：該輔助透鏡可自該測試表面與該經照射之圖案化柵格之間之位置移動至允許來自該經照射之圖案化柵格之光自該測試表面反射離開的一位置以形成一該經照射之圖案化柵格之反射影像(1430)；且該相機再次聚焦於作為一虛像之該反射影像(1430)上以獲取該測試表面之至少一第二影像。
  4. 如請求項1之光學表面檢測裝置，其進一步包含：用於組合該至少一第一影像與該至少一第二影像以提供一組合影像之構件。
  5. 一種用於提供一光學表面檢測之方法，其包含： 將一輔助透鏡(1440)定位於一測試表面(1420)與一經照射之圖案化柵格(1410)之間以將該經照射之圖案化柵格投影於該測試表面上；及將一相機(1450)聚焦於該作為一實像(1610)的測試表面上之該經照射之圖案化柵格上以獲取該測試表面之至少一第一影像。
  6. 如請求項5之方法，其進一步包含：藉由允許來自該經照射之圖案化柵格之光自該測試表面反射離開來形成該經照射之圖案化柵格之一反射影像(1430)；及將該相機聚焦於作為一虛像之該反射影像上以獲取該測試表面之至少一第二影像。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI554754B (zh) * 2015-04-02 2016-10-21 財團法人國家實驗研究院 適用於圓管內部缺陷的光學檢測系統及其方法

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5204093B2 (ja) * 2006-04-18 2013-06-05 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 光学測定装置
US8077319B2 (en) 2006-10-05 2011-12-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus and a method for observing the surface of a sample
EP2040061A1 (en) * 2007-09-24 2009-03-25 Koninklijke Philips Electronics N.V. An apparatus and method for observing the surface of a sample
DE102010007396B4 (de) * 2010-02-03 2013-10-02 Carl Zeiss Oim Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum optischen Inspizieren eines Prüflings mit einer zumindest teilweise reflektierenden Oberfläche
US8334985B2 (en) * 2010-10-08 2012-12-18 Omron Corporation Shape measuring apparatus and shape measuring method
US8436997B2 (en) * 2010-12-17 2013-05-07 Xyratex Technology Limited Optical inspection system with polarization isolation of detection system reflections
KR101838329B1 (ko) 2011-05-20 2018-03-13 유니베르시타트 폴리테크니카 데 카탈루냐 표면을 비접촉 측정하기 위한 방법 및 디바이스
US9561022B2 (en) 2012-02-27 2017-02-07 Covidien Lp Device and method for optical image correction in metrology systems
US8976250B2 (en) 2012-05-01 2015-03-10 Apple Inc. Lens inspection system
DE102012104282A1 (de) 2012-05-16 2013-11-21 Isra Vision Ag Verfahren und Vorrichtung zur Inspektion von Oberflächen eines untersuchten Objekts
US9590122B2 (en) 2012-05-18 2017-03-07 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Fish eye lens analyzer
WO2014023345A1 (de) * 2012-08-07 2014-02-13 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Verbesserte vorrichtung zum inspizieren eines objekts und verfahren
US8823930B2 (en) 2012-08-07 2014-09-02 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Apparatus and method for inspecting an object
US9709473B2 (en) * 2012-11-05 2017-07-18 JFS Steel Corporation Method and apparatus for measuring dynamic panel stiffness of outer panel for automobile parts
US9721304B1 (en) * 2013-07-15 2017-08-01 Liberty Mutual Insurance Company Vehicle damage assessment using 3D scanning
DK2835973T3 (da) * 2013-08-06 2015-11-30 Sick Ag 3D-kamera og fremgangsmåde til registrering af tredimensionale billededata
CN103424088B (zh) * 2013-08-12 2016-01-13 韵升控股集团有限公司 一种倒角测量仪
US8736685B1 (en) * 2013-12-11 2014-05-27 Anritsu Company Systems and methods for measuring brightness response of a camera operating in automatic exposure mode
CN103673934A (zh) * 2013-12-31 2014-03-26 中国矿业大学 一种基于网格投影的pcb板平整度检测方法
DE102014117498B4 (de) * 2014-11-28 2018-06-07 Carl Zeiss Ag Optische Vermessungsvorrichtung und Verfahren zur optischen Vermessung
JP6818403B2 (ja) 2015-07-22 2021-01-20 キヤノン株式会社 光学特性の測定装置
FR3049709B1 (fr) * 2016-04-05 2019-08-30 Areva Np Procede de detection d'un defaut sur une surface par eclairage multidirectionnel et dispositif associe
DE102016106535B4 (de) * 2016-04-08 2019-03-07 Carl Zeiss Ag Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen einer Flächentopografie
FR3061300B1 (fr) * 2016-12-26 2020-06-12 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede d'observation d'un objet
JP6557688B2 (ja) * 2017-01-13 2019-08-07 キヤノン株式会社 計測装置、情報処理装置、情報処理方法、およびプログラム
US10084997B1 (en) * 2017-05-23 2018-09-25 Sony Corporation Adaptive optics for a video projector
EP3502672B1 (en) * 2017-12-20 2022-02-09 Fundación Tecnalia Research & Innovation Methods and systems for visual inspection
US11709105B2 (en) 2018-01-24 2023-07-25 Humanetics Innovative Solutions, Inc. Fiber optic system for detecting forces on and measuring deformation of an anthropomorphic test device
CN108827981A (zh) * 2018-06-27 2018-11-16 西安工业大学 超光滑光学元件表面缺陷类型的检测系统及其测量方法
CN108917649A (zh) * 2018-07-26 2018-11-30 深圳市智能机器人研究院 一种大口径非球面镜结构光检测方法
JP6482710B1 (ja) * 2018-09-06 2019-03-13 五洋商事株式会社 外観検査装置及び検査システム
EP3861284B1 (en) * 2018-10-04 2022-11-30 Du Preez, Isak Optical surface encoder
WO2020172413A1 (en) 2019-02-20 2020-08-27 Humanetics Innovative Solutions, Inc. Optical fiber system having helical core structure for detecting forces during a collision test
CN111307103B (zh) * 2019-10-30 2022-03-11 安徽中斯特流体设备有限公司 一种半球阀球体偏心测量装置
CN112557348B (zh) * 2021-01-04 2023-12-19 中交国通公路工程技术有限公司 一种便于使用的逆反射系数测试仪
CN115184282B (zh) * 2022-09-13 2023-01-17 北京理工大学 一种包含对比板的成像式散射属性测量系统及测量方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58219441A (ja) * 1982-06-15 1983-12-20 Hajime Sangyo Kk 凸面体の表面欠陥検査装置
JPS5979841A (ja) * 1982-10-29 1984-05-09 Shimadzu Corp 絶対反射率測定装置
JP2520431B2 (ja) * 1987-11-26 1996-07-31 シチズン時計株式会社 レ―ザ光を用いた微小寸法測定方法
US5241369A (en) * 1990-10-01 1993-08-31 Mcneil John R Two-dimensional optical scatterometer apparatus and process
US5615003A (en) * 1994-11-29 1997-03-25 Hermary; Alexander T. Electromagnetic profile scanner
IL113428A0 (en) 1995-04-20 1995-07-31 Yissum Res Dev Co Glossmeter
US5637873A (en) * 1995-06-07 1997-06-10 The Boeing Company Directional reflectometer for measuring optical bidirectional reflectance
US5625451A (en) * 1995-11-27 1997-04-29 Schmitt Measurement Systems, Inc. Methods and apparatus for characterizing a surface
JP3506200B2 (ja) * 1997-02-05 2004-03-15 シャープ株式会社 位置合わせ装置
JPH10247256A (ja) * 1997-03-04 1998-09-14 Integra:Kk 光学的に複雑な特性を有する物体の美感設計をコンピュータ上で対話的に行う方法
US5912741A (en) * 1997-10-10 1999-06-15 Northrop Grumman Corporation Imaging scatterometer
CN1170139C (zh) * 1997-11-19 2004-10-06 大塚电子株式会社 光学角度特性测定装置
EP1058834A1 (en) 1998-12-21 2000-12-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Scatterometer
US6697062B1 (en) * 1999-08-06 2004-02-24 Microsoft Corporation Reflection space image based rendering
US6639685B1 (en) * 2000-02-25 2003-10-28 General Motors Corporation Image processing method using phase-shifted fringe patterns and curve fitting
JP2001266128A (ja) * 2000-03-21 2001-09-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 奥行き情報取得方法，装置および奥行き情報取得プログラムを記録した記録媒体
US6593925B1 (en) * 2000-06-22 2003-07-15 Microsoft Corporation Parameterized animation compression methods and arrangements
JP4419320B2 (ja) * 2000-12-25 2010-02-24 コニカミノルタホールディングス株式会社 ３次元形状データの生成装置
US7061628B2 (en) * 2001-06-27 2006-06-13 Southwest Research Institute Non-contact apparatus and method for measuring surface profile
US7262770B2 (en) * 2002-03-21 2007-08-28 Microsoft Corporation Graphics image rendering with radiance self-transfer for low-frequency lighting environments
US7075534B2 (en) * 2002-06-21 2006-07-11 Forrester Hardenbergh Cole Method and system for automatically generating factored approximations for arbitrary bidirectional reflectance distribution functions
JP4357997B2 (ja) * 2004-03-15 2009-11-04 独立行政法人科学技術振興機構 物体の双方向反射分布関数の高速推定方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI554754B (zh) * 2015-04-02 2016-10-21 財團法人國家實驗研究院 適用於圓管內部缺陷的光學檢測系統及其方法

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KR101256390B1 (ko) 2013-04-25
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US7649628B2 (en) 2010-01-19

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