CN102313524B - 一种取像装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种取像装置，用以对待测物进行扫描，此取像装置通过于显微物镜组上方设置第二分光组件，以将工作光束分成第一子光束与第二子光束，并分别利用单色图像感测装置与彩色图像感测装置接收第一子光束与第二子光束，藉以获得单色干涉图像与不具干涉条纹的单色或彩色图像，除此之外，本发明亦公开一种取像方法，藉由上述的取像装置获得单色干涉图像与不具干涉条纹的单色或彩色图像，进而可针对待测物做瑕疵检测或得到彩色平面清晰图像与彩色立体轮廓图像。

Description

一种取像装置与方法

技术领域

本发明关于一种取像装置与取像方法，尤指一种具有单色与彩色图像感测装置，且可获得待测物的单色或彩色立体轮廓图与单色或彩色平面清晰图像的取像装置与取像方法。

背景技术

现有技术的三维显微取像通常是利用干涉***来达成，然而，由于在取像时所得到的图像中会含有明显的干涉条纹，因此虽然能够利用干涉***来取得待测物的立体轮廓，但却无法直接对含有干涉条纹的图像进行二维尺寸的量测与瑕疵检测。

为了解决上述的问题，目前较为新颖的解决方式有两种，一种为利用相移法，另一种则利用校正方法达成。请参阅图1，图1为现有技术的图像撷取装置结构。图像撷取装置100包含一光源11、分光单元12、干涉镜组13、黑白相机14与致动器15，以对待测物200做垂直扫描。

光源11可产生光束31。分光单元12可反射光束31，以形成反射光束32。干涉镜组13可利用反射参考面131将反射光束32调制成参考光束33以及量测光束34，量测光束34入射至待测物200上的表面，并反射至干涉镜组13与参考光束33合光后形成干涉光束35，干涉光束35再穿透分光单元12至黑白相机14以产生图像。

在扫描的过程中，连结于干涉镜组13的致动器15带动干涉镜组13，藉以于不同的扫描高度对待测物200进行扫描，并因此得到一系列的干涉图像，这一系列的干涉图像可以通过运算的方式获得待测物200的立体图像，然而清晰的二维图像则必须依靠组合运算，取出图像中直流的成份后，以消除干涉条纹的影响，此即为相移法。然而利用相移法所取得的二维图像并没有颜色的信息，因此所求得的待测物200二维图像为黑白图像，且由于显微取像所取得的图像景深非常浅，因此所取得的二维图像中，仅有对应到扫描高度处的待测物200轮廓是清楚的，其它地方则是模糊的。

而利用校正方法来取得清晰二维图像的方式则是于黑白相机14上连结致动器16，并且在图像撷取装置100完成一系列干涉图像的撷取动作，并得到待测物200的立体轮廓图像后，再利用致动器16移动黑白相机14以校正图像撷取装置100的成像位置，藉以得到待测物200的清晰二维图像。

由于利用校正方法来取得清晰二维图像的方式必须将立体轮廓图像与二维图像分开撷取，因此会使整个取像过程增加多余的动作，且二维图像的景深过浅的问题以及没有颜色信息的问题亦同样会发生在此取像方法中。

发明内容

本发明所欲解决的技术问题与目的：

本发明的主要目的为提供一种取像装置与取像方法，此取像装置具有一台单色图像感测装置与另一台单色或彩色图像感测装置，并可于取像过程中分别撷取单色干涉图像与清晰的无干涉图像，以通过本发明的取像方法于多个扫描位置取像后，进行瑕疵检测或得到彩色平面清晰图像与彩色立体轮廓图像。

本发明解决问题的技术手段：

一种取像装置，用以对待测物进行扫描，此取像装置包含光源、第一分光组件、显微物镜组、第二分光组件、单色图像感测装置以及图像感测装置。光源用以发射照射光束；第一分光组件用以反射照射光束；显微物镜组设置于待测物的上方，包含反射参考面，并用以将照射光束调制成量测光束与参考光束，量测光束系投射至待测物的表面，并产生反射至显微物镜组的第一反射光束，参考光束投射至反射参考面，并产生反射至显微物镜组的第二反射光束，且第一反射光束与第二反射光束合成穿透第一分光组件的工作光束；第二分光组件设置于第一分光镜的上方，用以将工作光束分成第一子光束与第二子光束；单色图像感测装置设置于第一子光束的行进路线上，以接收第一子光束，并在第一子光束的第一干涉区域内，撷取单色干涉图像；图像感测装置设置于第二子光束的行进路线上，以接收第二子光束，并在第二子光束的第二干涉区域外，撷取无干涉图像。

于本发明的一较佳实施例中，取像装置还包含致动器，此致动器耦接于显微物镜组。

于本发明的另一较佳实施例中，取像装置还包含反射组件，用以将该第二分光组件所分出的该第二子光束反射至图像感测装置。

于本发明的另一较佳实施例中，图像感测装置具有延伸环，藉以调整彩色图像感测装置的取像焦点。

于本发明的另一较佳实施例中，图像感测装置可以为彩色图像感测装置。

本发明还公开一种取像方法，利用如上所述的取像装置对待测物进行垂直扫描，此取像方法包括以下步骤：将显微物镜组依序垂直移动至多个扫描位置；由单色图像感测装置接收第一子光束，以对应上述扫描位置而得到待测物一序列的单色干涉图像；由图像感测装置接收第二子光束，以对应上述扫描位置而得到待测物一序列的无干涉图像；对一序列的单色干涉图像进行表面轮廓还原运算，以得到待测物的单色立体轮廓图像；对一序列的无干涉图像进行清晰度聚焦运算，将该序列的无干涉图像中的多个清晰部份撷取出，藉以合成待测物的平面清晰图像。

于本发明的一较佳实施例中，图像感测装置可以是彩色图像感测装置，且取像方法还可以包括自平面清晰图像撷取颜色-位置信息，并利用颜色-位置信息对单色立体轮廓图像进行颜色套用运算，以得到彩色立体轮廓图像。

本发明对照先前技术的功效：

相较于现有的取像装置与取像方法，本发明通过设置单色图像感测装置与彩色图像感测装置，并通过第二分光组件使单色图像感测装置与彩色图像感测装置能够同时分别撷取单色干涉图像与彩色图像，因此能够在多个扫描位置取像后，同时得到彩色平面清晰图像与彩色立体轮廓图像。

换以言之，其可以在不增加取像动作的前提下，取得具有彩色信息的立体轮廓图像，并得到具有彩色信息且景深较深的彩色平面清晰图像。

本发明所采用的具体实施例，将通过以下实施例及附图作进一步的说明。

附图说明

图1为现有技术的图像撷取装置结构；

图2为本发明的取像装置示意图；

图3为本发明的取像装置机构图；

图4为本发明的取像方法步骤图；

图5为本发明实际单色干涉图像的取像结果图；

图6为本发明实际无干涉图像的取像结果图；

图7为本发明还原待测物的立体结果图。

其中，附图标记：

图像撷取装置100   光源11

分光单元12        干涉镜组13

反射参考面131     黑白相机14

致动器15          致动器16

待测物200         光束31

反射光束32        参考光束33

量测光束34        干涉光束35

取像装置400       光源41

第一分光组件42    显微物镜组43

反射参考面431     第二分光组件44

单色图像感测装置45图像感测装置46

致动器47          反射组件48

照射光束51        量测光束52

参考光束53        第一反射光束54

第二反射光束55

工作光束56

第一子光束57

第二子光束58

具体实施方式

本发明关于一种取像装置与取像方法，尤指一种具有单色与彩色图像感测装置，且可同时获得待测物的彩色平面清晰图像与彩色立体轮廓图像的取像装置与取像方法。以下列举一较佳实施例以说明本发明，但本领域的技术人员皆知此仅为一举例，而并非用以限定发明本身。有关此较佳实施例的内容详述如下。

请参阅图2与图3，图2为本发明的取像装置示意图，图3为本发明的取像装置机构图。本发明的取像装置400，用以对待测物200进行扫描，取像装置400包含光源41、第一分光组件42、显微物镜组43、第二分光组件44、单色图像感测装置45以及图像感测装置46。光源41用以发射照射光束51；第一分光组件42用以反射照射光束51。

显微物镜组43设置于待测物200的上方，包含反射参考面431，并用以将照射光束51调制成量测光束52与参考光束53，量测光束52投射至待测物200的表面，并产生反射至显微物镜组43的第一反射光束54，参考光束53投射至反射参考面431，并产生反射至显微物镜组43的第二反射光束55，且第一反射光束54与第二反射光束55合成穿透第一分光组件42的工作光束56；其中，取像装置400更可以包含致动器47，此致动器47耦接于显微物镜组43，藉以改变显微物镜组43的扫描位置；此外，显微物镜组43可以是由干涉显微物镜以及一般的显微物镜所组成，但此结构为一般取像装置所惯用的结构，因此在本发明中不多加限制与赘述。

第二分光组件44设置于第一分光组件42的上方，用以将工作光束56分成第一子光束57与第二子光束58；单色图像感测装置45设置于第一子光束57的行进路线上，以接收第一子光束57，并在第一子光束57的第一干涉区域内，撷取单色干涉图像；其中，所谓第一干涉区域特指能够使第一反射光束54与第二反射光束55产生干涉的取像区域。

图像感测装置46设置于第二子光束58的行进路线上，以接收第二子光束58，并在第二子光束58的第二干涉区域外，撷取无干涉图像；其中，所谓第二干涉区域系特指能够使第一反射光束54与第二反射光束55产生干涉的取像区域；其中，于本发明的一较佳实施例中，取像装置400更可以包含反射组件48，用以将第二分光组件44所分出的第二子光束58反射至图像感测装置46；除此之外，图像感测装置46更可以具有延伸环(图未示)，藉以调整图像感测装置46的取像焦点；更进一步，于本发明的较佳实施例中，图像感测装置46可以是彩色图像感测装置亦可以是单色图像感测装置，藉以分别撷取彩色或单色的无干涉图像。

请参考图4，图4为本发明的取像方法步骤图。本发明还公开了一种取像方法，利用如上所述的取像装置400对待测物200进行相对位置扫描，此取像方法包括以下步骤：

S101：将显微物镜组43依序移动至多个扫描位置；接着，由单色图像感测装置45接收第一子光束57，以对应上述扫描位置而得到待测物200一序列的单色干涉图像；同时，由图像感测装置46接收第二子光束58，以对应上述扫描位置而得到待测物200一序列的无干涉图像。

S103：对所取得的一序列的单色干涉图像进行表面轮廓还原运算，以得到待测物200的单色立体轮廓图像；此步骤所得到的单色立体轮廓图像即为现有技术的取像方法所能取得的单色立体轮廓图像。

S105：对所取得的一序列的无干涉图像进行清晰度聚焦运算，将该序列的无干涉图像中的多个清晰部份撷取出，藉以合成待测物200的平面清晰图像；其中，由于图像感测装置46是在第二子光束58的第二干涉区域外撷取无干涉图像，因此每一张无干涉图像都不具有干涉条纹，而所谓清晰度聚焦运算则是对每一张无干涉图像做处理，将每一张无干涉图像于景深内的清晰部份撷取出，藉以合成一张景深较深的平面清晰图像。

S107：当图像感测装置46是彩色图像感测装置时，本发明的取像方法更可以自平面清晰图像中撷取颜色-位置信息，并利用颜色-位置信息对单色立体轮廓图像进行颜色套用运算，以得到彩色立体轮廓图像。

请继续参阅图5、图6与图7，图5为本发明实际单色干涉图像的取像结果图，图6为本发明实际无干涉图像的取像结果图，图7为本发明还原待测物的立体结果图，可以清楚发现，相较于现有的取像装置100与取像方法，本发明通过设置单色图像感测装置45与图像感测装置46，并利用第二分光组件44使单色图像感测装置45与图像感测装置46能够同时分别撷取单色干涉图像与无干涉图像，因此能够在多个扫描位置取像后，同时得到平面清晰图像与单色立体轮廓图像，且当图像感测装置46是彩色图像感测装置时，更可以获得彩色平面清晰图像与彩色立体轮廓图像。

换以言之，本发明可以在不增加取像动作的前提下，同时取得具有彩色信息的立体轮廓图像，以及具有彩色信息且景深较深的彩色平面清晰图像，相较于现有的取像装置100与取像方法，能够获得更多关于待测物200的参考信息。通过以上较佳具体实施例的详述，清楚的描述了本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。各种改变及具相等性的安排包括于本发明所欲申请的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种取像装置，用以对一待测物进行扫描，其特征在于，该取像装置包含： 

一光源，用以发射一照射光束； 

一第一分光组件，用以反射该照射光束； 

一显微物镜组，设置于该待测物的上方，包含一反射参考面，并用以将该照射光束调制成一量测光束与一参考光束，该量测光束投射至该待测物的表面，并产生反射至该显微物镜组的第一反射光束，该参考光束投射至该反射参考面，并产生反射至该显微物镜组的第二反射光束，且该第一反射光束与该第二反射光束合成一穿透该第一分光组件的工作光束； 

一第二分光组件，设置于该第一分光组件的上方，用以将该工作光束分成一第一子光束与一第二子光束； 

一单色图像感测装置，设置于该第一子光束的行进路线上，以接收该第一子光束，并在该第一子光束的一第一干涉区域内，撷取一单色干涉图像；以及 

一图像感测装置，设置于该第二子光束的行进路线上，以接收该第二子光束，并在该第二子光束的一第二干涉区域外，撷取一无干涉图像； 

该第一干涉区域为在该第一子光束的行进路线上能够使该第一反射光束与该第二反射光束产生干涉的取像区域； 

该第二干涉区域为在该第二子光束的行进路线上能够使该第一反射光束与该第二反射光束产生干涉的取像区域； 

其中，该取像装置对该单色干涉图像进行一表面轮廓还原运算，以得到该待测物的一单色立体轮廓图像，并且，对该无干涉图像进行一清晰度聚焦运算，将该无干涉图像中的多个清晰部分撷取出，以合成一平面清晰图像。 

2.如权利要求1所述的取像装置，其特征在于，还包含一致动器，该致动器耦接于该显微物镜组。 

3.如权利要求1所述的取像装置，其特征在于，还包含一反射组件，用以将该第二分光组件所分出的该第二子光束反射至该图像感测装置。 

4.如权利要求1所述的取像装置，其特征在于，该图像感测装置具有一延伸环，以调整该图像感测装置的取像焦点。 

5.如权利要求1所述的取像装置，其特征在于，该图像感测装置为一单色图像感测装置与一彩色图像感测装置中的任意一者。 

6.如权利要求1所述的取像装置，其特征在于，当该图像感测装置为彩色图像感测装置时，该取像装置还自该平面清晰图像撷取一颜色-位置信息，并利用该颜色-位置信息对该单色立体轮廓图像进行一颜色套用运算，以得到一彩色立体轮廓图像。 

7.一种取像方法，利用如权利要求1所述的取像装置对该待测物进行相对位置扫描，其特征在于，该取像方法包括以下步骤： 

将该显微物镜组依序移动至多个扫描位置； 

由该单色图像感测装置接收该第一子光束，以对应该扫描位置而得到该待测物一序列的单色干涉图像； 

由该图像感测装置接收该第二子光束，以对应该扫描位置而得到该待测物一序列的无干涉图像； 

对该序列的单色干涉图像进行一表面轮廓还原运算，以得到该待测物的一单色立体轮廓图像； 

对该序列的无干涉图像进行一清晰度聚焦运算，将该序列的无干涉图像中的多个清晰部分撷取出，以合成一平面清晰图像。 

8.如权利要求7所述的取像方法，其特征在于，当该图像感测装置为一彩色图像感测装置时，该取像方法还包括自该平面清晰图像撷取一颜色-位置信息，并利用该颜色-位置信息对该单色立体轮廓图像进行一颜色套用运算，以得到一彩色立体轮廓图像。 

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