TWI641801B - 影像獲取系統、影像獲取方法及檢驗系統 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種影像獲取系統及一種影像獲取方法以及係關於一種具有至少一個此類影像獲取系統之檢驗系統。一投影機將一圖案投射於一樣本之一表面上，一相機記錄來自由該相機在該樣本之該表面上界定之至少兩個偵測場內之光強度資訊。產生一方面之該樣本與另一方面之該相機及投影機之間的一相對運動。自該所獲取之至少一個影像，可推測該樣本之該表面之一高度輪廓。該圖案可包括藉由一相移彼此相關之數個子圖案。另一選擇係，該圖案可為一條紋圖案。

Description

影像獲取系統、影像獲取方法及檢驗系統 相關申請案之交叉參考

此申請案主張2014年5月14日申請之美國臨時申請案US 61/992,893之優先權，該案以全文引用的方式包含於本文中。

本發明係關於影像獲取系統及影像獲取方法，其等經設計以用於自一圖案在一樣本之一表面上之投影來評估該樣本之一高度輪廓。本發明亦係關於一種用於包含至少一個此類影像獲取系統之物件之檢驗系統。

用於獲得一物體或樣本(更精確地，物體或樣本之一表面)之一高度輪廓(或3D形貌)之一方法被稱為疊紋3D相移影像處理或相位輪廓量測。一圖案經投射於關注表面上。取決於表面之高度輪廓，如投射於該表面上之此等線相對於其等在投射至一平面上(即，至恆定高度之一表面上)時將具有之形狀為變形的。自變形線之影像可推測表面之高度輪廓。為此，通常使用一個以上圖案。對於較大表面，所投射圖案以一階梯式方式重複投射於表面之不同區域上，以便覆蓋整個關注表面。

發佈之美國專利申請案US 2008/0117438 A1揭示使用至少兩個不同圖案(其等經相繼投射)判定一給定點相對於一參考平面之高度之一 相位輪廓量測系統。投射及偵測裝置之配置使得偵測並不發生在鏡面反射之方向上，且因此表面必須展現具有足以在用於高度評估之所得影像中產生一合適高對比度之強度之一漫反射分量。無法使用此設置分析純鏡面表面。

發佈之PCT申請案WO 2006/039796 A1藉由添加一第二偵測裝置以便沿著鏡面反射之方向偵測來自表面之光而克服此後者缺陷。

發佈之PCT申請案WO 0171279 A1處理多個圖案(一個接一個)之投射消耗時間之問題，此在分析之高通量至上時為一嚴重缺點。提出之解決方案係將多個圖案同時然而按不同波長投射至物體之表面上。應用對應濾光器，可同時獲得根據表面之高度輪廓變形之多個所投射圖案之影像。

對於散射光之一可能微弱漫射分量之限制顯然係一缺點。包含一第二偵測裝置使所得設備更複雜，且引起如兩個偵測裝置之校準及相對對準之額外問題。使用處於多個波長之投影亦使設置更複雜且暗示可能對準或校準問題。若待量測之表面較於其他表面更好地反射所採用之一些波長，則可進一步存在問題。若待掃描較大表面，則階梯式方法可導致在各步驟使用之視野之對準誤差，且因此產生最終量測結果之不精確性。

因此，本發明之一目標係提供用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之一影像獲取系統，其具有簡單組態且允許該表面之一高度輪廓之快速且可靠產生。

因此，本發明之又一目標係提供用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之一影像獲取方法，其允許該表面之一高度輪廓之快速且可靠產生。

本發明之又另一目標係提供用於至少一個物件之檢驗之一檢驗 系統，其允許該物件之一表面之一高度輪廓之快速且可靠產生，且達成此能力而不需複雜組態。

關於藉由根據技術方案1之一影像獲取系統之影像獲取系統、關於藉由根據技術方案20之一影像獲取方法之方法且關於藉由根據技術方案30之一檢驗系統之檢驗系統達成上述目標。

在本發明之一項實施例中，用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之該影像獲取系統包括一投影機、一相機及用以產生一方面之該樣本與另一方面之該相機及投影機之間的一相對運動之一構件。該投影機經組態以將一圖案投射至該樣本之該表面之一區域上；該區域可包含所考量之該整個表面或僅其之一部分。對於該表面之該高度輪廓之任何給定量測，該相機及該投影機相對於彼此呈一固定空間配置，且用以產生一相對運動之該構件經組態以相對於相機及投影機之此配置移動該樣本。用以產生一相對運動之該構件可為任何合適設備或裝置，例如，傳送帶、機器人處置器或用於該樣本或用於該投影機-相機配置之一可移動台。該構件界定一參考平面，該相對運動在此參考平面中或平行於此參考平面，特定言之，該相對運動之一方向處於該參考平面中或處於平行於該參考平面之一平面中。該參考平面亦係零高度平面，即，相對於其判定該樣本之該表面之該高度輪廓之高度值之平面。該樣本之該表面之一給定點之高度值係該點沿著該參考平面之一法線距該參考平面之距離。

該相機經組態以在該投影機將該圖案投射於其上之該樣本之該表面之該區域內界定至少兩個偵測場。如此界定之該等偵測場係該相機自其等記錄光強度資訊之該表面上之彼等區域。該至少兩個偵測場可藉由該相機之一成像路徑中之光學元件或藉由該相機之一偵測器上之電子構件(例如，僅該相機之該偵測器之該組光敏元件之一所定義子組可經選擇以用於處理)或其等之任何組合界定。光敏元件之此一 子組之選擇可藉由軟體(例如，在使用者控制下)達成。藉由該相機界定之該等偵測場經配置，使得若其等平行於該相機之一成像路徑或光學軸而幾何投射至該參考平面上，則在該參考平面中存在平行於該相對運動之該方向之一線，該線與該至少兩個偵測場中之各者之該幾何投影相交。該等偵測場之此配置暗示存在該樣本之該表面之一部分在該相對運動之進程中被該至少兩個偵測場中之各者連續覆蓋。自在該相對運動之該進程中自該至少兩個偵測場內記錄之該光強度資訊，產生該樣本之該表面之至少一個影像。接著，可處理此至少一個影像以獲得該樣本之該表面之一高度輪廓。

在一較佳實施例中，該至少兩個偵測場至該參考平面上之該等幾何投影具有在正交於該相對運動之該方向之一方向上之一延伸，該延伸大於該等幾何投影在該相對運動之該方向上之延伸。尤其較佳的是該至少兩個偵測場之該等幾何投影係相等大小之平行矩形。

在一項實施例中，該圖案包括複數個子圖案，各子圖案經投射於該樣本之該表面之一分開部分上。特定言之，該等子圖案中之至少兩者可藉由一相移相關。舉例而言，該等子圖案中之各者可為一條紋圖案，且藉由相移該等子圖案中之一者之該條紋圖案，可獲得該等進一步子圖案之該等條紋圖案。

在界定該等給定子圖案及該等偵測場之情況下，在一項實施例中，該至少兩個偵測場及該等所投射子圖案之該相對配置使得自各偵測場記錄對應於該等子圖案中之僅一者之光強度資訊。特定言之，投射於該樣本之該表面上之一個子圖案內可含有各偵測場。此外，在一實施例中，子圖案之數目等於偵測場之數目。

在一實施例中，該圖案係一條紋圖案。若沿著該投影機之一投影方向幾何投射至該參考平面上，則該等條紋之該等投影包含與該相對運動之該方向成一角度，該角度大於0度且小於90度。若沿著該投 影機之一投影方向幾何投射至該參考平面上，則該條紋圖案特定言之可為週期性，且該相對運動之該方向與該等經幾何投射之條紋之該定向之間的該角度使得一單一條紋橫跨該至少兩個偵測場完成該條紋圖案之一完整週期。

特定言之，該相對運動可為一連續運動。

在一實施例中，該相機經組態以按固定時間間隔在該相對運動之該進程中重複記錄來自該至少兩個偵測場之光強度資訊。特定言之，光強度資訊之該重複記錄之時序可使得自該至少兩個偵測場之至少兩者連續記錄來自該表面之一給定區域之光強度資訊。

在一實施例中，該相機係一TDI線掃描相機。另外或另一選擇係，該相機亦可經組態以執行高動態範圍影像獲取。對於一TDI線掃描相機，藉由該相機界定之各偵測場可對應於該相機之一個或複數個線。

在一實施例中，該投影機及該相機經定位及定向，使得來自該投影機之入射光之方向與該參考平面之一法線之間的一角度等於該相機之一光學軸與該參考平面之該法線之間的角度。

在一實施例中，在該相機之物鏡光瞳中提供一濾光器，該濾光器經組態以降低自該樣本進入該相機之鏡面反射之強度。特定言之，該濾光器可為針對該影像獲取系統提供之複數個濾光器中之一者。在一例示性組態中，在一濾光器轉盤上提供該濾光器。

在一實施例中，該相機之一光學軸之方向不同於來自該樣本之鏡面反射之方向。

在一實施例中，該投影機之數值孔徑小於該相機之數值孔徑。

在根據本發明之用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取方法中，將一圖案投射至該樣本之該表面上。此可藉由具有相關聯光學器件之任何合適投影設備完成。至少兩個偵測場經界定於該 樣本之該表面上該所投射圖案內且具有相對於該所投射圖案之一固定位置。在一預界定參考平面中產生該所投射圖案與該樣本之間的一相對運動。該參考平面充當零高度參考，相對於該零高度參考界定該樣本之該表面之該高度輪廓。在該相對運動之該進程中重複記錄來自該至少兩個偵測場內之光強度。此可藉由任何合適記錄設施(例如，包含對應光學器件之一相機)完成。該至少兩個偵測場經配置，使得在該參考平面中存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與該至少兩個偵測場中之各者至該參考平面中之一幾何投影相交。特定言之，該幾何投影可沿著使用之該記錄設施之一光學軸。該至少兩個偵測場之配置可替代性地經特性化為該至少兩個偵測場經配置，使得存在該樣本之該表面之一區域在該相對運動之該進程中被該至少兩個偵測場之各者連續覆蓋。

特定言之，該相對運動可連續。

在實施例中，在該相對運動之該進程中重複執行來自該至少兩個偵測場內之光強度之該記錄，使得在該相對運動之該進程中自該至少兩個偵測場中之各者內連續記錄來自該樣本之該表面之一給定部分之光強度。

在實施例中，投射至該樣本之該表面上之該圖案包括複數個子圖案。各子圖案經投射於該樣本之該表面之一分開部分上。特定言之，該等子圖案中之至少兩者可藉由一相移相關。在實施例中，該至少兩個偵測場及該等所投射子圖案之該相對配置使得自各偵測場記錄對應於該等子圖案中之僅一者之光強度資訊。特定言之，子圖案之數目可等於偵測場之數目。

在該方法之一替代實施例中，該圖案係一條紋圖案。特定言之，若沿著該圖案之一投影方向幾何投射至該參考平面上，則相對運動之該方向及該條紋圖案之條紋之一定向包含其等之間的一角度，該 角度大於0度且小於90度。特定言之，若幾何投射至該參考平面上，則該條紋圖案可為週期性，且該相對運動之該方向與該等條紋之該定向之間的該角度可使得一單一條紋橫跨該至少兩個偵測場完成該條紋圖案之一完整週期。

特定言之，可使用根據本發明之影像獲取系統之實施例實行根據本發明之影像獲取方法之實施例。

用於至少一個物件之檢驗之根據本發明之一檢驗系統包含如上文描述之至少一個影像獲取系統。在此情況中，該物件對應於上文描述中之該樣本。該檢驗系統經組態以分析用該至少一個影像獲取系統獲取之該物件之該表面之至少一個影像，以便獲得該物件之該表面之一高度輪廓。該檢驗系統可包括至少一個電腦系統以執行此分析。在一實施例中，該檢驗系統展現經組態以將該物件移動通過該影像獲取系統之該投影機及相機之至少一個傳送機。該傳送機之支撐該物件之表面提供一參考平面之一例示性界定，即，在此情況中，相對於該傳送機之該表面量測該物件之該高度輪廓。該檢驗系統可包含一個以上檢驗站，該等檢驗站執行不同類型之檢驗，且該檢驗系統亦可包含用於該等物件之處理裝置，例如，機器人，其等可用於重新定向(例如，翻轉)該物件，使得可檢驗該物件之一前側上之該物件之一表面及該物件之一後側上之該物件之一表面兩者。

在用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取系統之一特定實施例中，該影像獲取系統包括一相機、一投影機及用以產生一方面之該樣本與另一方面之該相機及投影機之間的一相對運動之一構件。用以產生該相對運動之該構件界定其中發生該相對運動之一參考平面。該投影機經組態以將由P數目個子圖案組成之一圖案投射至該樣本之該表面之一區域上。該數目P大於1且該等子圖案係藉由相移彼此相關之條紋圖案。該相機經組態以在該投影機將該圖案投射於其 上之該樣本之該表面之該區域內界定數目D個偵測場，該數目D等於所投射子圖案之該數目P。該等偵測場沿著該相機之一光學軸至該參考平面上之幾何投影經配置，使得在該參考平面中存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與各偵測場之該幾何投影相交。各偵測場與一個所投射子圖案對準，且該相機經組態以記錄來自各偵測場之光強度。

在用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取系統之又一特定實施例中，該影像獲取系統包括一相機、一投影機及用以產生一方面之該樣本與另一方面之該相機及投影機之間的一相對運動之一構件，該構件界定一參考平面。該投影機經組態以將一條紋圖案投射至該樣本之該表面之一區域上，該等條紋沿著該投影機之一投影方向至該參考平面中之幾何投影包含與該相對運動之一方向成大於0度且小於90度之一角度。該相機經組態以在該投影機將該圖案投射於其上之該樣本之該表面之該區域內界定數目D個偵測場。該等偵測場沿著該相機之一光學軸至該參考平面上之幾何投影經配置，使得在該參考平面中存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與該等偵測場中之各者之該幾何投影相交。相對運動之該方向與該等條紋之該定向之間的該角度使得一單一條紋橫跨D個偵測場完成該條紋圖案之一完整週期。

在用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取方法之一特定實施例中，由P(大於1)數目個子圖案組成之一圖案經投射至該樣本之該表面之一區域上。該等子圖案係藉由相移彼此相關之條紋圖案。在一預界定參考平面中產生該所投射圖案與該樣本之間的一相對運動。在該投影機將該圖案投射於其上之該樣本之該表面之該區域內界定數目D個偵測場，該數目D等於所投射子圖案之該數目P。該等偵測場至該預界定參考平面上之幾何投影經配置，使得在該參考平面中 存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與該D個偵測場中之各者之該幾何投影相交，其中各偵測場與一所投射子圖案對準。在該相對運動之該進程中重複記錄來自該D個偵測場內之光強度，使得在該相對運動之該進程中自該D個偵測場中之各者連續記錄來自該樣本之該表面之一給定部分之光強度。

在用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取方法之另一特定實施例中，一週期性條紋圖案經投射至該樣本之該表面之一區域上。在一預界定參考平面中，產生該所投射圖案與該樣本之間的一相對運動。在該投影機將該圖案投射於其上之該樣本之該表面之該區域內界定數目D個偵測場。該等偵測場至該參考平面上之幾何投影經配置，使得在該參考平面中存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與該D個偵測場中之各者之該幾何投影相交。相對運動之該方向與該條紋圖案之該等條紋之一定向(如幾何投射至該參考平面上)之間的一角度大於0度且小於90度，且使得一單一條紋橫跨該D個偵測場完成一完整週期。

1‧‧‧投影機

2‧‧‧相機

3‧‧‧樣本/物件

4‧‧‧參考平面

5‧‧‧投影方向

6‧‧‧光學軸

7‧‧‧圖案

8‧‧‧偵測場/偵測區域

11‧‧‧光源

12‧‧‧光成形元件/線性光柵

13‧‧‧投影光學器件

14‧‧‧照明孔徑

15‧‧‧角度

21‧‧‧成像光學器件

22‧‧‧偵測器

23‧‧‧光瞳濾光器

24‧‧‧光瞳濾光器轉盤

25‧‧‧濾光器轉盤驅動

26‧‧‧外部區域

27‧‧‧中心區域

31‧‧‧表面

41‧‧‧高度

42‧‧‧構件

43‧‧‧托盤

61‧‧‧光射線

62‧‧‧光射線

63‧‧‧角度

71‧‧‧子圖案/矩形區域

72‧‧‧亮區域

73‧‧‧暗區域

74‧‧‧相移

75‧‧‧角度

81‧‧‧虛線矩形/幾何投影

100‧‧‧影像獲取系統

101‧‧‧方向

102‧‧‧線

103‧‧‧方向/法線

200‧‧‧檢驗系統

201‧‧‧輸入托盤

202‧‧‧取置裝置

203‧‧‧取翻裝置

204‧‧‧取置裝置

205‧‧‧輸出托盤

221‧‧‧檢驗區

222‧‧‧檢驗區

223‧‧‧電腦系統

231‧‧‧檢驗區

232‧‧‧檢驗區

233‧‧‧電腦系統

242‧‧‧傳送機

現將在本發明之下列實施方式中結合隨附示意圖式更充分描述本發明之性質及操作模式。

圖1展示根據本發明之一影像獲取系統之一實施例之一示意圖。

圖2展示放置於圖1之影像獲取系統中之一樣本之一俯視圖。

圖3展示包括複數個子圖案之一圖案。

圖4展示一條紋圖案及偵測場。

圖5圖解說明針對根據本發明之影像獲取之一原理設定。

圖6展示根據本發明之包含一光瞳濾光器之一影像獲取系統之一實施例之一示意性表示。

圖7圖解說明一例示性光瞳濾光器轉盤。

圖8展示使用根據本發明之至少一個影像獲取系統之用於物件之一檢驗系統之一實施例。

相同元件符號貫穿各種圖式係指相同元件。此外，僅在圖式中展示各自圖式之描述所必要之元件符號。所展示實施例僅表示可如何實行本發明之實例。此不應被視為限制本發明。

圖1展示根據本發明之一影像獲取系統100中之一樣本3。樣本3定位於一參考平面4上。一投影機1將一圖案投射至樣本3之一表面31上。投影機1僅經示意性展示，但一般言之將包含一光源11、一光成形元件12(其結構化來自光源11之光，使得產生所要圖案)及投影光學器件13。舉例而言，光成形元件12可為一遮罩或一繞射光柵。來自至少兩個偵測場8(見圖2)內之光強度資訊係藉由一相機2記錄。相機2界定偵測場8。相機2包含一光敏偵測器22且應包含用於在偵測器22上形成樣本3之表面31之一影像之任何成像光學器件21。藉由構件42沿著一方向101產生一方面之樣本3與另一方面之投影機1及相機2之間的一相對運動。即，相機2及投影機1相對於彼此而固定，且樣本3相對於其等移動。舉例而言，參考平面4可為一可移動台或一傳送機之一頂表面，且構件42經組態以分別驅動台或傳送機。由相機2記錄之光強度資訊，可推測樣本3之表面31之高度輪廓。即，對於表面31之任一點，可推測其相對於參考平面4之高度41(即，各自點沿垂直於參考平面4之一方向103距參考平面4之距離)。相對運動之方向101垂直於與參考平面4垂直之方向103，即，相對運動平行於參考平面4。相關聯於投影機1係一投影方向5，相關聯於相機2係一光學軸6，指示來自樣本3之表面31之光沿著其行進至相機2之一成像路徑之方向。投影方向5及相機2之光學軸6在此處經展示為直線。然而，在不同實施例及較少示意圖中，自光源11至表面31及自表面31至相機2之偵測器22之 光之路徑可經摺疊。投影方向5及光學軸6之方向始終視為參考平面4之鄰近中之對應線之方向，即，在光入射於表面31上之前的投影方向5之最後方向及光沿著光學軸6離開表面31之第一方向。在圖1中展示之實施例中，相對運動之方向101處於由投影方向5及光學軸6界定之平面中。此並非本發明之一限制；事實上，將在下文中看見不同配置亦可能。

圖2展示放置於圖1之影像獲取系統100中之一樣本3之一俯視圖。在本實施例中，藉由四個矩形區域71展示藉由投影機1投射至樣本3之表面31上之圖案7，組成圖案7之子圖案將佔據於參考平面4上。對於參考平面4被樣本3覆蓋之彼等部分，此等區域係在如投射至表面31上之圖案7沿著相關聯於投影機1之投影方向5而幾何(而非光學地，此乃因光並不通過樣本)投射至參考平面4上時將導致之彼等區域。注意，如將在下文更詳細看見，一子圖案71內之所投射光強度不需係均勻的。

藉由虛線矩形81指示的係偵測場8(如藉由相機2界定)在樣本3不存在時將佔據之區域。因此，矩形81對應於偵測場沿著相機2之光學軸6之方向至參考平面4上之幾何投影。對於參考平面4被樣本3佔據之彼等部分，偵測場8延伸橫跨樣本3之表面31，且因此相同或不同偵測場8之部分可定位於距離參考平面4之不同高度處。相機2經組態以記錄來自此等偵測場8內之光強度。

在參考平面4中亦展示一線102。此線102平行於相對運動之方向101。偵測場8之幾何投影81經配置，使得線102與一偵測場8之各幾何投影81相交。

圖3展示包括複數個(此處，五個)子圖案71之一圖案7。所展示的係在圖案7經投射至參考平面(未展示)中時將產生之子圖案71。若投射至樣本3之表面31上，子圖案71及因此圖案7將變形。此等變形攜載 待獲得之關於表面31之高度輪廓之資訊。各子圖案71在此處有亮區域72及暗區域73之一週期性序列組成。在所展示實施例中，各子圖案71可被視為一條紋圖案。在所展示實施例中，子圖案71藉由一相移74彼此相關；在此處，連續子圖案71之間的相移74恆定。此外，相對運動之方向101經指示。注意，子圖案71在所展示之五個子圖案71上完成其等週期性之一個週期。偵測場8為簡明起見並不在此處展示，但可(例如)與矩形區域71一致或相對於矩形區域71定位及對準，如在圖2中指示。

圖4展示皆將由至參考平面(未展示)中之投影導致之一週期性條紋圖案7及偵測場8。平行於相對運動之方向101之一線102與圖案之條紋之一定向之間的一角度75大於0度且小於90度。在一較佳實施例中，角度75經選定，使得若吾人自偵測區域8沿著相對運動之方向進行至偵測區域8，則條紋圖案完成其自第一偵測區域8至最後偵測區域8之週期性之一個週期。

圖5展示使用根據本發明之一影像獲取系統100針對根據本發明之影像獲取之一原理設定。展示一投影機1投射包括四個子圖案71之一圖案7。子圖案僅指示為矩形，但可(例如)如在圖3中展示般結構化。在所展示實施例中，四個偵測場8與所投射子圖案71一致，各偵測場8對應於子圖案71中之一者。亦展示放置於一托盤43上之數個樣本3，托盤43在此處亦用於界定參考平面4。如展示，圖案7並未投射於樣本3上，而繪製為其將似乎投射於參考平面4上。在於方向101上之相對運動之進程中，圖案經投射於樣本3上，且相機2可記錄來自樣本3之表面之光強度資訊。在此處展示之實施例中，與在圖1中展示之情況相反，相對運動之方向101垂直於藉由投影機1之投影方向5及相機2之光學軸6界定之平面。

圖6展示根據本發明之一影像獲取系統100之一實施例。系統包括一投影機1、一相機2及用於產生一方面之一樣本3與另一方面之投 影機1及相機2之間的在一方向101上之一相對運動之一構件42。相對運動之方向101在此處自圖式之平面向外指向，且垂直於由投影機1之一投影方向5及相機2之一光學軸6界定之平面，如在圖5中且與圖1相反。樣本3在此處係點之一集合，例如，安置於在所展示實例中形成參考平面4之一平面上之焊接點。

投影機1包括一光源11、一光成形元件(其在此處係一線性光柵12)、投影光學器件13及一照明孔徑14(其在此處小於相機2之一孔徑)。相機2包括成像光學器件21、一光敏偵測器22，且在此處亦包括安裝於一光瞳濾光器轉盤24上之複數個光瞳濾光器23。複數個光瞳濾光器之光瞳濾光器23相對於其等之透射輪廓而不同於彼此。所有光瞳濾光器23在光瞳濾光器之一中心中具有低於光瞳濾光器之外部區域中之一透射。光瞳濾光器23在光瞳濾光器轉盤24上之配置允許光瞳濾光器之間的容易切換，藉由一濾光器轉盤驅動25旋轉光瞳濾光器轉盤24來完成此一切換。

在所展示實施例中，投影方向5與參考平面4之一法線103之間的一角度15等於藉由鏡面反射自樣本3反射之一光射線61與參考平面4之法線103之間的一角度63。藉由鏡面反射反射之光射線61之方向在此處與相機2之光學軸6一致。此外，展示藉由漫反射而自樣本3反射之一光射線62。光瞳濾光器23相對於光射線61及62定位，使得由鏡面反射導致之光射線61通過光瞳濾光器23之一中心區域27(見圖7)，而由漫反射導致之光射線62通過光瞳濾光器23之一外部區域26(見圖7)。由於光瞳濾光器之上述構成，到達偵測器22之來自漫反射之光射線62之光強度之一百分比將高於到達偵測器22之來自鏡面反射之光射線61之光強度之一百分比。特定言之，此導致藉由相機用來自漫反射之光記錄之樣本之影像之較佳對比度。因此，在圖6中展示之實施例可用於自各種樣本獲取影像，其中各種樣本內之樣本之漫反射及鏡面反射 遍佈一廣泛範圍。

在不同實施例中，僅可使用一單一光瞳濾光器23。若使用複數個光瞳濾光器，則其等可以容易切換之其他方式安裝而非安裝於一光瞳濾光器轉盤24上。舉例而言，複數個光瞳濾光器可安裝於一框架上，線性彼此相鄰地配置，且將藉由框架之一線性運動完成光瞳濾光器之間的切換。

圖7圖解說明如在圖6之影像獲取系統100中使用之一例示性光瞳濾光器轉盤24。光瞳濾光器轉盤24攜載數個(在此處，八個)光瞳濾光器23。各光瞳濾光器23具有一外部區域26及一中心區域27。光穿過中心區域27之透射低於光穿過外部區域26之透射。對於一些光瞳濾光器23，中心區域27可完全不透明。另外，透射可以任何所要方式橫跨一各自光瞳濾光器23而變化，然而，始終在各自光瞳濾光器23之中心處具有一最小值。

圖8展示根據本發明之一檢驗系統之一實施例。檢驗系統200經組態以檢驗物件3。物件3遞送至檢驗系統200在一輸入托盤201上。藉由取置裝置202，將物件放置於精密傳送機242上。傳送機242按恆定速度在一方向101上攜載物件3。物件3藉由傳送機242攜載通過若干檢驗區221、222、231、232。在檢驗區221中，根據本發明之一影像獲取系統(如上文描述)獲取物件3之一頂側(由黑色填充矩形指示)之至少一個影像，由此獲得物件相對於一參考平面4之一高度輪廓。參考平面4在此處由傳送機242支撐物件3之表面給出。檢驗區221中之高度輪廓之產生之後可接著係在檢驗區222中對物件3之頂側執行進一步檢驗步驟。接著，藉由取翻裝置203在傳送機242上翻轉物件3，使得現在物件3之一底側(由未填充矩形指示)面向上，物件3之頂側現在與傳送機242之表面接觸。在檢驗區231中，根據本發明之一影像獲取系統(如上文描述)獲取物件3之一底側之至少一個影像，由此獲得物件3相 對於一參考平面4之一高度輪廓。參考平面4在此處再次由傳送機242支撐物件3之表面給出。檢驗區231中之高度輪廓之產生之後可接著係在檢驗區232中對物件3之底側執行進一步檢驗步驟。接著，物件藉由取置裝置204放置至一輸出托盤205上。

在檢驗區221及222中對物件3之頂側執行之檢驗步驟在此實施例中由電腦系統223控制。特定言之，電腦系統223亦經組態以自在檢驗區221中根據本發明獲得之物件3之至少一個影像導出物件3之頂側之高度輪廓。在檢驗區231及232中對在物件3之底側執行之檢驗步驟在此實施例中由電腦系統233控制。特定言之，電腦系統233亦經組態以自在檢驗區231中根據本發明獲得之物件3之至少一個影像導出物件3之底側之高度輪廓。在不同實施例中，可使用不同數目個電腦系統，例如，針對檢驗區221、222、231、232中之各者一個電腦系統或針對所有檢驗區一共同電腦系統。在任何情況中，用於執行檢驗之電腦系統亦可執行與檢驗系統相關之進一步任務，如控制取置裝置202及204、取翻裝置203及傳送機242。

將暸解，在圖8中，精密傳送機242對應於用於產生一相對運動之構件42，物件3對應於上文描述之樣本3。

已參考特定實施例描述本發明。然而，熟習此項技術者明白，可在不離開隨後申請專利範圍之範疇之情況下作出更改及修改。

Claims (35)

1. 一種用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取系統，其包括：一投影機，其經組態以將一圖案投射至該樣本之該表面之一區域上；一相機，其經組態以在該投影機將該圖案投射於其上之該樣本之該表面之該區域內界定至少兩個偵測場，且記錄來自該至少兩個偵測場中之各者之光強度資訊；及一構件，其用以產生該樣本與該相機及投影機之間的一相對運動，其中該構件界定一參考平面，及沿著該相機之一光學軸至該參考平面上之該至少兩個偵測場之各者之一幾何投影經配置，使得在該參考平面中存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與該至少兩個偵測場中之各者之該幾何投影相交。
2. 如請求項1之系統，其中該至少兩個偵測場至該參考平面上之該等幾何投影具有在正交於該相對運動之一方向之一方向上之一延伸，該延伸大於在該相對運動之該方向上之一延伸。
3. 如請求項2之系統，其中該至少兩個偵測場之該等幾何投影包括相等大小之平行矩形。
4. 如請求項1之系統，其中該圖案包括複數個子圖案，且各子圖案係投射於該樣本之該表面之一分開部分上。
5. 如請求項4之系統，其中該等子圖案中之至少兩者藉由一相移而相關。
6. 如請求項4之系統，其中該至少兩個偵測場及該等所投射子圖案之一相對配置使得自各偵測場記錄對應於該等子圖案中之僅一 者之光強度資訊。
7. 如請求項6之系統，其中該複數個子圖案具有一第一數量，及該至少兩個偵測場具有一第二數量，使得該第一數量等於該第二數量。
8. 如請求項1之系統，其中該圖案包括一條紋圖案。
9. 如請求項8之系統，其中當沿著該投影機之一投影方向幾何投射至該參考平面上時，相對運動之該方向及該條紋圖案之條紋之一定向包含其等之間的一角度，該角度大於0度且小於90度。
10. 如請求項9之系統，其中當沿著該投影機之一投影方向幾何投射至該參考平面上時，該條紋圖案係週期性，且相對運動之該方向與該等條紋之該定向之間的該角度使得一單一條紋橫跨該至少兩個偵測場完成一完整週期。
11. 如請求項1之系統，其中該相對運動係連續的。
12. 如請求項1之系統，其中該相機經組態以按固定時間間隔在該相對運動之一進程中重複記錄來自該至少兩個偵測場之光強度資訊。
13. 如請求項1之系統，其中該相機包括一TDI線掃描相機。
14. 如請求項1之系統，其中該相機經組態以執行高動態範圍影像獲取。
15. 如請求項1之系統，其中來自該投影機之入射光之一方向與該參考平面之一法線之間形成的一角度等於該相機之一光學軸與該參考平面之該法線之間形成的一角度。
16. 如請求項1之系統，其中在該相機之一物鏡光瞳中提供一濾光器，且該濾光器經組態以降低自該樣本進入該相機之一鏡面反射之一強度。
17. 如請求項16之系統，其中該濾光器包括提供在一濾光器轉盤上 之複數個濾光器之一者。
18. 如請求項1之系統，其中該相機之該光學軸之一方向不同於來自該樣本之一鏡面反射之一方向。
19. 如請求項1之系統，其中該投影機之一數值孔徑小於該相機之一數值孔徑。
20. 一種用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取方法，其包括以下步驟：將一圖案投射至該樣本之該表面上；界定在該樣本之該表面上該圖案內具有相對於該圖案之一固定位置之至少兩個偵測場；在一預界定參考平面中產生該圖案與該樣本之間的一相對運動；及在該相對運動之一進程中重複記錄來自該至少兩個偵測場內之一光強度，其中該至少兩個偵測場經配置，使得在該參考平面中存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與該至少兩個偵測場中之各者至該參考平面中之一幾何投影相交。
21. 如請求項20之方法，其中該在該相對運動之該進程中重複記錄來自該至少兩個偵測場內之該光強度係經執行，使得在該相對運動之該進程中自該至少兩個偵測場中之各者內連續記錄來自該樣本之該表面之一給定部分之一光強度。
22. 如請求項20之方法，其中該圖案包括複數個子圖案，且各子圖案係投射於該樣本之該表面之一分開部分上。
23. 如請求項22之方法，其中該等子圖案中之至少兩者藉由一相移而相關。
24. 如請求項22之方法，其中該至少兩個偵測場及該複數個子圖案 之一相對配置使得自各偵測場記錄對應於該等子圖案中之僅一者之光強度資訊。
25. 如請求項24之方法，其中該複數個子圖案具有一第一數量，及該至少兩個偵測場具有一第二數量，使得該第一數量等於該第二數量。
26. 如請求項20之方法，其中該圖案包括一條紋圖案。
27. 如請求項26之方法，其中當沿著一投影方向幾何投射至該參考平面上時，相對運動之該方向及該條紋圖案之條紋之一定向包含其等之間的一角度，該角度大於0度且小於90度。
28. 如請求項27之方法，其中當沿著一投影方向幾何投射至該參考平面上時，該條紋圖案係週期性，且相對運動之該方向與該等條紋之該定向之間的該角度使得一單一條紋橫跨該至少兩個偵測場完成一完整週期。
29. 如請求項20之方法，其中該相對運動係連續的。
30. 一種用於至少一個物件之檢驗之檢驗系統，該檢驗系統包括如請求項1之至少一個影像獲取系統，其中該檢驗系統經組態以分析使用該至少一個影像獲取系統獲取之該至少一物件之該表面之至少一個影像。
31. 如請求項30之檢驗系統，其中該檢驗系統包括經組態以將該至少一個物件移動通過該影像獲取系統之該投影機及該相機之至少一個傳送機。
32. 一種用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取系統，該影像獲取系統包括：一相機；一投影機，其經組態以將包括一第一複數個子圖案之一圖案投射至該樣本之該表面之一區域上，該等子圖案係藉由相移而 彼此相關之條紋圖案；及用以產生該樣本與該相機及投影機之間的一相對運動之一構件，其中該構件界定一參考平面，且該相機經組態以在該投影機將該圖案投射於其上之該樣本之該表面之該區域內界定一第二複數個偵測場，使得該第一複數個的一量等於該第二複數個的一量，及該等偵測場沿著該相機之一光學軸至該參考平面上之幾何投影經配置，使得在該參考平面中存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與該第二複數個偵測場中之各者之該幾何投影相交，且各偵測場與該第一複數個子圖案之一者對準，且該相機記錄來自各偵測場之一光強度。
33. 一種用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取系統，該影像獲取系統包括：一相機；一投影機；及用以產生該樣本與該相機及投影機之間的一相對運動之一構件，其中該構件界定一參考平面，及該投影機經組態以將一條紋圖案投射至該樣本之該表面之一區域上，且在該條紋圖案中之條紋沿著該投影機之一投影方向至該參考平面中之幾何投影包含與該相對運動之一方向成大於0度且小於90度之一角度，且該相機經組態以在該投影機將該圖案投射於其上之該樣本之該表面之該區域內界定至少一個偵測場，及該等偵測場沿著該相機之一光學軸至該參考平面上之幾何投影經配置，使得在該參考平面中存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與該等偵測場中之各者之該幾何投影相交，且相對運動之該方向與該等條紋之該定向之間的該角度使得一單一條紋橫跨該至少一個偵測場完成該條紋圖案之一完整週期。
34. 一種用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取方法，其包括以下步驟：將包括第一複數個子圖案之一圖案投射至該樣本之該表面之一區域上，該等子圖案包括藉由相移而彼此相關之條紋圖案；在一預界定參考平面中產生該圖案與該樣本之間的一相對運動；在其上投射該圖案之該樣本之該表面之該區域內界定第二複數個偵測場，使得該第一複數個之一數量等於該第二複數個之一數量，該等偵測場至該預界定參考平面上之幾何投影經配置，使得在該參考平面中存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與該第二複數個偵測場中之各者之該幾何投影相交，且各偵測場與該第一複數個子圖案之一者對準；及在該相對運動之一進程中重複記錄來自該第二複數個偵測場內之光強度，使得該樣本之該表面之一給定部分在該相對運動之該進程中被該第二複數個偵測場中之各者連續覆蓋。
35. 一種用於獲取一樣本之一表面之至少一個影像之影像獲取方法，其包括以下步驟：將一週期性條紋圖案投射至該樣本之該表面之一區域上；在一預界定參考平面中，產生該圖案與該樣本之間的一相對運動；及在其上投射該圖案之該樣本之該表面之該區域內界定至少一個偵測場，且該等偵測場至該參考平面上之幾何投影經配置，使得在該參考平面中存在平行於該相對運動之一方向之一線，該線與該至少一個偵測場中之各者之該幾何投影相交；其中當幾何投射至該參考平面上，相對運動之該方向與該條 紋圖案之條紋之一定向之間的一角度大於0度且小於90度，且使得一單一條紋橫跨該至少一個偵測場完成一完整週期。