TWI749930B

TWI749930B - 光滑表面之大面積鏡面反射率之測量裝置及其方法

Info

Publication number: TWI749930B
Application number: TW109142377A
Authority: TW
Inventors: 連俊傑; 林于翔; 蔡和霖; 林志豪; 陳銘福
Original assignee: 財團法人國家實驗研究院
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-12-11
Also published as: TW202223334A

Abstract

一種光滑表面之大面積鏡面反射率之測量裝置及其方法，所提光滑表面之大面積鏡面反射率之測量裝置，係包括一平面均勻之照明元件、至少一組以上之取像設備、一反射鏡、以及一電腦運算單元所構成。當運用時，所提光滑表面之大面積鏡面反射率之測量方法，係透過二次反射之方式取得之影像與直接反射區域(即一次反射)之影像比對，以得到大面積的反射率。

Description

光滑表面之大面積鏡面反射率之測量裝置及其方法

本發明係有關於一種光滑表面之大面積鏡面反射率之測量裝置及其方法，尤指涉及一種以正常的大面積鏡面取像，特別係指透過二次反射特定位置獲得之影像者。

半導體晶圓、太陽能板、液晶面板、鍍膜、與金屬拋光等產品均有表面光滑之特性。由於材質特性使入射光線有很大部份被吸收，其餘則呈現直接反射，幾乎沒有散射光線。

自動光學檢測(Automated optical inspection,AOI)在處理此類待測物時，係使用同軸光之方式來進行表面影像檢測。

由於此類產品之反射率分佈影像，經常可以看出製程問題、及產品效能等特性，因此有檢查之必要。而其檢測方法需具備定量能力，惟一般檢測成像之方式並無法得到反射率之量化數值。

目前市售鏡面反射率檢測係針對單點打雷射光，透過單點的反射特性進行測量，但其檢測範圍小。針對較大面積需求，另有使用積分球作為光源的檢測方式，面積稍大一些，但是仍很小，可檢測範圍非常有限。

職是之故，鑑於習知技術中所產生之缺失弊端，實有急待改進之必要，針對既有僅能針對小面積檢測反射率之缺失加以改良，發展一種能避免已知技術之方法與設備之缺點並且能夠進行符合實用進步性與產業利用性之方法與設備有其必要。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種透過二次反射之方式取得之影像與直接反射區域(即一次反射)之影像比對，以得到大面積反射率的光滑表面之大面積鏡面反射率之測量裝置及其方法。

為達以上之目的，本發明係一種光滑表面之大面積鏡面反射率之測量裝置，係包括：一平面均勻之照明元件，係提供一待測物照明之光源；至少一組以上之取像設備，設於該照明元件一側，其包含一鏡頭及一相機；一反射鏡，設於該取像設備一側且鄰近該鏡頭，並位在該光源的反射路徑上，係提供該待測物反射訊號再反射；以及一電腦運算單元，係連接該取像設備，用以將接收到的訊號與正常訊號進行比較，並透過回推之方式計算出特定位置的反射率。

於本發明上述實施例中，該照明元件之面積係大於該取像設備中該鏡頭之取像範圍。

於本發明上述實施例中，該取像設備與該反射鏡可變換位置，透過該電腦運算單元運算回推成像相對之位置，取得不同角度之反射率。

於本發明上述實施例中，該電腦運算單元係透過對照表(look up table)之方式，回推該特定位置的反射率。

於本發明上述實施例中，該相機成像的光路未經過該反射鏡之外的成像面積，均為光源一次反射的成像，該電腦運算單元比對一次反射與二次反射的成像數位數值(Digital Number,DN)即可算出該待測物反射率。

於本發明上述實施例中，該反射鏡透過調整與該待測物之間的距離可以得到不同角度之反射率。

1:照明元件

2:取像設備

21:鏡頭

22:相機

3:反射鏡

4:電腦運算單元

5:待測物

S1:一次反射區域

S2:二次反射區域

第1圖，係本發明第一實施例之架構及其光路示意圖。

第2圖，係本發明第二實施例之架構及其光路示意圖。

第3圖，係本發明之成像結果示意圖。

請參閱『第1圖~第3圖』所示，係分別為本發明第一實施例之架構及其光路示意圖、本發明第二實施例之架構及其光路示意圖、以及本發明之成像結果示意圖。如圖所示：本發明係一種光滑表面之大面積鏡面反射率之測量裝置及其方法，可適用在晶圓鏡面特性檢測、液晶螢幕表面特性檢測、太陽能板集光效能檢測、拋光加工表面特性檢測、及鍍膜表面特性檢測等不同領域檢測技術之開發。所提光滑表面之大面積鏡面反射率之測量裝置，係包括一平面均勻之照明元件1、至少一組以上之取像設備2、一反射鏡3、以及一電腦運算單元4所構成。

上述所提之照明元件1係提供一待測物5照明之光源。

該取像設備2設於該照明元件1一側，其包含一鏡頭21及一相機22。

該反射鏡3設於該取像設備2一側且鄰近該鏡頭21，並位在該光源的反射路徑上，係提供該待測物5反射訊號再反射。

該電腦運算單元4係連接該取像設備2，用以將接收到的訊號與正常訊號進行比較，並透過對照表(look up table)回推之方式計算出特定位置的反射率。

上述照明元件1之面積係大於該鏡頭21之取像範圍。

上述取像設備2與該反射鏡3可變換位置，透過該電腦運算單元4運算回推成像相對之位置，取得不同角度之反射率。

上述裝置可進一步採取環繞鏡頭排列，以取得大面積二次反射結果，如第2圖所示。該取像設備2中該相機22成像的光路除經過該反射鏡3之外的成像面積，均為光源一次反射的成像，如第2圖中粗黑的光路為一次反射成像的路徑，該電腦運算單元4比對一次反射與二次反射的成像數位數值(Digital Number,DN)即可算出該待測物5反射率。

成像結果如第3圖所示，其中一次反射區域為S1，二次反射區域為S2。從光路上看來一次反射成像DN值若為A，二次反射成像的DN值為B，反射鏡反射率R，光滑表面待測物反射率為X，可以得到下列公式：B=A*R*X (1)

X=B/A*R (2)

使用上需要再加上：

1.由於反射率會隨著角度有些微改變，因此加入角度修正係數f(d)，其是一個角度相關函數。

2.不同待測物與標準機台測試結果修正係數k。

得到的反射率計算公式如下： X=B/f(d)*k*A*R (3)

藉此，本發明提出的解決方式係透過位置修正還原反射率。由於鏡面反射(specular reflection)之特性，特定區域的訊號增強均來自特定位置及角度的二次反射，因此可以透過對照表之方式，回推為該區域的二次反射貢獻。透過上述公式回推其反射率。

當運用時，本發明所提光滑表面之大面積鏡面反射率之測量方法，係透過二次反射之方式取得之影像與直接反射區域(即一次反射)之影像比對，以得到大面積的反射率。

據此，本發明提出的解決方法是：

1.由於鏡面反射效應(幾乎沒有散射光)，因此能在相機成像的光路只有第1圖上的路徑。角度略為偏斜都不會進入鏡頭21。

2.曝光時間自動調整(亮區DN值約220)。

3.由於鏡面反射光的可檢測範圍很小，平面均勻的照明元件才能提供所需特定角度的光源。

4.反射鏡透過調整與待測物之間的距離可以得到不同角度之反射率。

綜上所述，本發明係一種光滑表面之大面積鏡面反射率之測量裝置及其方法，可有效改善習用之種種缺點，透過二次反射之方式取得之影像與直接反射區域(即一次反射)之影像比對，以得到大面積的反射率，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。