利用周期图案照明和ＴＤＩ的成像测量系统技术方案

一种图案化ＴＤＩ传感器，其包括像素阵列，所述像素各自具有根据所述像素阵列上的周期图案而变化的光灵敏度，用于利用例如结构化照明、波纹技术、３Ｄ成像和３Ｄ计量之类的图案化照明进行测量和成像的高吞吐量应用。按如下方式对物体进行测量：利用在物体上周期变化的照明对物体进行扫描，利用图案化ＴＤＩ传感器对物体成像，该图案化ＴＤＩ传感器的重复长度与该照明相匹配，以及分析ＴＤＩ传感器的输出信号，从而提取例如物体的高度或图像之类的信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用周期图案照明的成像测量系统，其也称为结构化照明或波纹 (Moire)技术，并且具体地说，涉及提高这种系统的吞吐量(throughput)。
技术介绍
利用周期图案的成像和测量系统通常使用正弦曲线周期照明来提高成像分辨率， 以区分焦平面处的图像信息并测量物体的高度。这些技术具有以下优点与标准共焦成像 显微镜或标准三角高度测量系统相比，发光效率更好、更快、提供了更好的分辨率。例如， 可参见以下文献Rainer Heintzmann, Handbook of Biologic Confocal Microscopy 3rd edition，chapter 13 "Structured Illumination Method，，，Springer 2006。对吞吐量的 主要限制来自于光强度不足，当照明的相位变化时，对同一物体需要成像多次，并且要求多 次计算以提取光学图像的信息。不管用于提取图像还是测量高度，大多数利用周期图案照 明的系统包括以下元素-以周期图案照明物体；-在改变该图案相对于物体的相位的同时扫描物体；-在扫描的同时对物体成像；-进行数学分析以提取需要的参数(高度或图像)。US05867604公开了一种通过利用周期图案照明扫描物体来提高光学成像系统的 横向分辨率的方法。根据US05867604的教导，如果利用周期图案照明来照明物体，则通过 对称为S1和S2的光学图像进行数值(numerical)处理可以提取两个合成图像。其中S1是 物体反射率的线性变换，在高频范围内，其是比光调制传递函数(MTF)更好的传递函数。因 MS1具有比本身的光学图像更好的分辨率来识别物体细节。S2是S1的希尔伯特变换。S1 和S2仅能够区分对焦的信息(切片质量)，因为在不对焦的情况下，将减弱周期图案照明的 调制。除了成像的切片和分辨率改善以外，对于例如半导体凸点之类物体的高度测量， 工业计量机使用周期图案照明技术。如果以角α从一个方向利用周期图案照明对物体进 行照明并以角β从一个不同的方向成像，则在图像平面处的图案的相位将取决于物体的 高度。由于使用了光栅和并利用倾斜角来照明，因此，这种高度测量的配置也称为波纹技 术。US07023559公开了一种利用周期图案照明来测量例如焊料凸点之类物体的高度的测量 系统。根据US07023559的教导，将光网格投射到物体上以建立周期图案照明，且照相机从 不同角度对该物体进行成像。根据照相机拍摄的几个图像分析所述物体的高度，其中每个 图像具有不同的网格位置(不同的相位)。物体的高度与利用已知目标进行校准过程中测 量的相位有关。US06603103公开了利用周期图案照明并使用连续扫描的测量系统。根据 US06603103的教导，物体由光网格照明并且由三线CXD(三线阵列)成像。物体以恒定速度 移动，因此物体的任何一个点被成像三次，每次由不同的CCD线成像并且每次以不同相位成像。对三幅图像的傅立叶分析能够分析信号的相位并且因此测量物体的高度。在具有均衡照明但不具有周期图案照明的连续扫描过程中一般使用延时积分 (TDI)传感器。US04877326公开了包括照明装置和用于对物体成像的TDI传感器的检查系 统，其中照明装置被设计成提供沿着窄线大致均衡聚焦的照明。根据US04877326的教导， 应用TDI进行检查是有利的，因为检查处理倾向于使用有限的光并且TDI允许增加积分时 间而不减慢检查。大多数具有TDI传感器的扫描系统(例如US04877326所描述的)不使 用周期图案照明，因为延时积分处理最终将消除原始照明图案的所有信息。US6714283公开了一种利用具有结构化照明的TDI设备进行测距的传感器及其方 法。为了避免在TDI处理过程中丢失距离信息，对设备进行的光束反射限于TDI设备采集 周期的第一积分区间。根据US6714283的教导，通过将TDI限制在一个积分区间内，不仅避 免了相位信息的丢失，同时也避免了 TDI在光应用方面的限制，因为仅仅使用了传感器潜 在积分时间的一部分。
技术实现思路
为了克服现有技术的局限性，本专利技术提供了一种光学扫描成像系统，其利用周期 图案光对物体进行照明，并利用图案化灵敏度延时积分(TDI)传感器对该物体成像。该图 案化灵敏度TDI传感器包括像素阵列，该像素的光灵敏度在该阵列上周期地变化，并具有 与成像至传感器时的照明相同的周期。例如，传感器可以被掩蔽，以使得一些像素被完全地 或部分地阻隔光线。具有图案化灵敏度的TDI传感器的积分处理成为结构化照明中所必须 的数学分析的一部分以提取相位和幅度，因此节省了计算时间并增强了吞吐量。本专利技术公开了一种一种用于对物体成像的图案化TDI传感器，其包括像素阵列， 所述像素具根据所述阵列上的周期图案而变化的光灵敏度。本专利技术进一步提供了一种物 体检查方法，该方法包括以下步骤利用在所述物体上周期地变化的照明对物体进行扫描； 利用图案化灵敏度TDI传感器对物体成像，所述图案化灵敏度TDI传感器的重复长度与所 述照明的重复长度相匹配；以及分析所述TDI传感器的输出信号，以提取关于所述物体的 信息。这样的信息可以是物体的图像或高度。因此，此处公开了一种用于对物体成像的TDI传感器，其包括像素阵列，所述像素 各自具有根据所述阵列上的周期图案而变化的光灵敏度。在许多实施方式中，所述像素呈多列排列，并且其中在相邻列之间引入所述周期 图案的相位偏移。在一个这样的实施方式中，所述图案在各列上具有6个像素的周期长度， 并且所述图案的所述相位在相邻列之间偏移两个像素。在另一个这样的实施方式中，所述 图案在各列上具有4个像素的周期长度，并且所述图案的相位在相邻列之间偏移一个像ο此处还公开了一种物体检查方法，该方法包括以下步骤(a)利用在所述物体上 周期地变化的照明来扫描物体；(b)利用图案化灵敏度TDI传感器对物体成像，所述图案化 灵敏度TDI传感器包括多个像素，所述像素具有周期地变化的光灵敏度，所述光灵敏度的 重复长度与所述照明的重复长度相匹配；以及(c)分析所述TDI传感器的输出信号，以提取 关于所述物体的信息。通常，所述信息包括物体的高度和/或物体的图像。在一些实施方式中，所述图像仅包括物体的对焦信息。在其它实施方式中，所述图像包括与周期图案照明同相的信息和 /或与周期图案照明的相位相差90度的信息。此处还公开了一种成像装置，其包括所公开的TDI传感器和用于对物体照射周期 图案照明的照明器，其中该周期图案照明与TDI像素的周期图案相匹配。附图说明此处参照附图仅借助于实例描述了本专利技术，在附图中图1是利用周期图案照明和图案化灵敏度TDI传感器对物体进行检查的系统的示 例图；图2示出了本专利技术的一个实施方式中灵敏度图案化TDI的像素阵列的局部图；图3示出了灵敏度图案化TDI传感器的像素阵列的另一示图；图4示出了本专利技术的一个实施方式中利用切片和改善的分辨率对物体进行成像 的光学装置；图5表示在一个焦平面中图4的光学装置的切片性能；图6表示在不同焦平面中图4的光学装置的切片性能；图7示出了本专利技术的不同实施方式中测量具有非垂直照明角度的物体的高度的 光学装置；图8示出了本专利技术的TDI传感器的详细示图。 具体实施例方式从图1中能够更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对物体成像的ＴＤＩ传感器，其包括像素阵列，所述像素各自具有根据所述阵列上的周期图案而变化的光灵敏度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅厄本利维，
申请(专利权)人：梅厄本利维，牧德科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]