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1、(10)申请公布号 CN 103162617 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103162617 A *CN103162617A* (21)申请号 201110424046.2 (22)申请日 2011.12.09 G01B 9/04(2006.01) G01B 11/24(2006.01) (71)申请人 陈亮嘉 地址 中国台湾新北市中和区忠孝街 1 巷 65 号 2 楼 (72)发明人 陈亮嘉 张奕威 (74)专利代理机构 北京律诚同业知识产权代理 有限公司 11006 代理人 梁挥 祁建国 (54) 发明名称 彩色共焦显微系统及其信号处理方法 (57) 摘要 本发明提。
2、供一种彩色共焦显微系统及其信号 处理方法， 其利用第一光纤模块将一侦测光调制 成侦测光并经过色散物镜而形成多个子色散光 场， 再聚焦至待测物上。 由该待测物反射的测物光 经过与该第一光纤模块共轭的第二光纤模块以形 成一滤波光。该滤波光经过分光之后分别投射至 一组色彩感测单元以分别感测被分光的两道滤波 光， 而分别产生聚焦位置相互错位的两组三色光 强度信号。再对该两组三色光强信号进行演算以 得到三个分别对应不同色光的强度信号比例。最 后由最大强度信号比例以及一深度关系曲线得到 对应该待测物的表面形貌。本发明的系统不仅可 取得待测物的表面轮廓资讯， 同时具有单点共焦 的高解析效果。 (51)Int。
3、.Cl. 权利要求书 4 页 说明书 12 页 附图 18 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书4页 说明书12页 附图18页 (10)申请公布号 CN 103162617 A CN 103162617 A *CN103162617A* 1/4 页 2 1. 一种彩色共焦显微系统， 其特征在于， 包括 ： 一光源模块， 其提供一线或面侦测光 ； 一色散物镜， 其使该线或面侦测光产生轴向色散以形成多个聚焦至不同深度的子光 场， 该多个子光场经由一待测物反射而形成一线或面测物光 ； 一聚光与分光模块， 其将该线或面测物光分成一第一测物光以及一第二测物光 ； 一。
4、组色彩感测单元， 其分别感测该第一测物光以及该第二测物光， 而分别产生聚焦位 置相互偏移的两组三色光强度信号， 其中一组三色光强度信号包含有一第一红光强度信 号、 一第一绿光强度信号与一第一蓝光强度信号， 而另一组三色光强度信号则包含有一第 二红光强度信号、 一第二绿光强度信号与一第二蓝光强度信号 ； 以及 一信号处理单元， 其分别对该组色彩感测单元所感测到的该第一红光、 该第一绿光与 该第一蓝光强度信号以及该第二红光、 该第二绿光与该第二蓝光强度信号进行反折积运算 消除横向干扰， 该信号处理单元再对消除完横向干扰的该第一红光、 该第一绿光与该第一 蓝光强度信号以及该第二红光、 该第二绿光与该。
5、第二蓝光强度信号进行演算， 以得到一红 光正规化聚焦比例指标、 一绿光正规化聚焦比例指标以及一蓝光正规化聚焦比例指标。 2. 如权利要求 1 的彩色共焦显微系统， 其特征在于， 其中的一色彩感测单元设置于该 第一测物光的聚焦焦点之前， 另一色彩感测单元设置于该第二测物光的聚焦焦点之后。 3. 如权利要求 1 的彩色共焦显微系统， 其特征在于， 该信号处理单元演算后， 由该红 光、 该绿光以及该蓝光的正规化聚焦比例指标选出一最大比例指标， 根据该最大比例指标 以及其对应的深度关系曲线， 以决定出待测物表面位置的高度。 4. 如权利要求 1 的彩色共焦显微系统， 其特征在于， 该色散物镜包括两个以。
6、上的色差 透镜， 该色散物镜使该线或面侦测光产生轴向色散。 5. 如权利要求 1 的彩色共焦显微系统， 其特征在于， 该光源模块更包括有 ： 一光源 ； 以及 一第一光纤模块， 其具有至少一条呈一维阵列排列的第一光纤， 以将光源提供的光调 制成该线或面侦测光。 6. 如权利要求 5 的彩色共焦显微系统， 其特征在于， 在该色散物镜与该聚光与分光模 块之间更具有一第二光纤模块， 其具有至少一条呈一维阵列排列的第二光纤， 该至少一条 第二光纤分别与该至少一条第一光纤呈共轭对应， 以对该线或面测物光进行空间滤波。 7. 如权利要求 1 的彩色共焦显微系统， 其特征在于， 更包括有一反射元件， 其中，。
7、 该色 散物镜将该线或面测物光聚焦于该反射元件上， 该反射元件再将该线或面测物光反射至该 聚光与分光模块上。 8. 如权利要求 7 的彩色共焦显微系统， 其特征在于， 该反射元件为一微阵列反射元件。 9. 一种彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 包括有下列步骤 ： 提供一彩色共焦显微系统， 其具有一色散物镜以及一组色彩感测单元 ； 建立关于该彩色共焦显微系统的一深度关系曲线 ； 利用该色散物镜系使一线或面侦测光产生轴向色散以形成多个聚焦至不同深度的子 光场， 该多个子光场经由一待测物反射而形成一线或面测物光 ； 将该线或面测物光分成一第一测物光以及一第二测物光， 并使该第一测物光以。
8、及该第 二测物光分别聚焦至一聚焦焦点 ； 权 利 要 求 书 CN 103162617 A 2 2/4 页 3 以该组色彩感测单元分别撷取关于该第一测物光以及该第二测物光， 而分别产生聚焦 位置相互偏移的两组三色光强度信号， 其中一组三色光强度信号包含有一第一红光强度信 号、 一第一绿光强度信号与一第一蓝光强度信号以及另一组三色光强度信号包含有一第二 红光强度信号、 一第二绿光强度信号与一第二蓝光强度信号 ； 分别以反折积演算法消除该组色彩感测单元所感测到的该第一红光、 该第一绿光与该 第一蓝光强度信号以及该第二红光、 该第二绿光与该第二蓝光强度信号的横向干扰 ； 对已消除横向干扰的该第一红光。
9、、 该第一绿光与该第一蓝光强度信号以及该第二红 光、 该第二绿光与该第二蓝光强度信号进行演算， 以得到一红光正规化聚焦比例指标、 一绿 光正规化聚焦比例指标以及一蓝光正规化聚焦比例指标， 再由该红光正规化聚焦比例指 标、 该绿光正规化聚焦比例指标以及该蓝光正规化聚焦比例指标选出一最大比例指标 ； 以 及 根据该深度关系曲线以及该最大比例指标决定出该待测物表面位置的高度。 10. 如权利要求 9 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 建立该深度关系 曲线更包括有下列步骤 ： 对一参考校正平面进行一垂直扫描， 使该线或面侦测光投射至该参考校正平面上的一 位置而成多个分别聚焦至不同深度的。
10、校正线或面测物光 ； 将该校正线或面测物光分光以形成一第一校正测物光以及一第二校正测物光， 使该组 色彩感测单元分别撷取关于不同扫描深度的该第一校正测物光， 以得到一第一校正红光强 度曲线、 一第一校正绿光强度曲线与一第一校正蓝光强度曲线以及关于不同扫描深度的该 第二校正测物光， 以得到一第二校正红光强度曲线、 一第二校正绿光强度曲线与一第二校 正蓝光强度曲线 ； 以及 分别对该第一校正红光强度曲线与该第二校正红光强度曲线、 该第一校正绿光强度曲 线与该第二校正绿光强度曲线以及该第一校正蓝光强度曲线与该第二校正蓝光强度曲线 进行一反折积演算与一正规化聚焦比例指标演算， 以分别得到一红光深度关系。
11、曲线、 一绿 光深度关系曲线以及一蓝光深度关系曲线。 11. 如权利要求 10 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 该位置对应该 色彩感测单元内的一像素， 建立该深度关系曲线更包括有改变该线或面侦测光投射至该参 考校正平面的深度位置， 然后建立关于该色彩感测单元内每一个像素的深度关系曲线。 12. 如权利要求 10 的彩色共焦显微系统之信号处理方法， 其特征在于， 该正规化聚焦 比例指标演算的方式为分别对不同扫描深度所具有的该第一校正红光强度曲线减去该第 二校正红光强度曲线的差值除以第一校正红光强度曲线与该第二校正红光强度曲线的和 值、 该第一校正绿光强度曲线减去该第二校正绿光强。
12、度曲线的差值除以第一校正绿光强度 曲线与该第二校正绿光强度曲线的和值， 以及该第一校正蓝光强度曲线减去该第二校正蓝 光强度曲线的差值除以该第一校正蓝光强度曲线与该第二校正蓝光强度曲线的和值。 13. 如权利要求 10 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 更包括有撷取 红光深度关系曲线、 该绿光深度关系曲线以及该蓝光深度关系曲线的线性区段并重组以得 到该深度关系曲线的一步骤。 14. 如权利要求 13 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 演算的方式为 分别对不同扫描深度所具有的该第一校正红光强度曲线减去该第二校正红光强度曲线的 权 利 要 求 书 CN 1031626。
13、17 A 3 3/4 页 4 差值除以第一校正红光强度曲线与该第二校正红光强度曲线的和值、 该第二校正绿光强度 曲线减去该第一校正绿光强度曲线的差值除以第一校正绿光强度曲线与该第二校正绿光 强度曲线的和值以及该第一校正蓝光强度曲线减去该第二校正蓝光强度曲线的差值除以 该第一校正蓝光强度曲线与该第二校正蓝光强度曲线的和值。 15. 如权利要求 14 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 得到该深度关 系曲线的方法更包括有将红光与蓝光深度关系曲线的线性区段映射所得的映射线性区段， 再与该绿光深度关系曲线的线性区段衔接组合以得到该深度关系曲线的步骤。 16. 如权利要求 9 的彩色共焦显。
14、微系统的信号处理方法， 其特征在于， 该彩色共焦显微 系统更包括有一第一光纤模块， 其具有至少一条呈一维阵列排列的第一光纤以将一光源所 产生的光调制该线或面侦测光以及一第二光纤模块， 其具有至少一条呈一维阵列排列的第 二光纤， 该多条第二光纤系分别与该多条第一光纤呈共轭对应， 以对该线或面测物光进行 空间滤波。 17. 如权利要求 16 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 建立该深度关 系曲线更包括有下列步骤 ： 对一参考校正平面进行一垂直扫描， 使该线或面侦测光投射至该参考校正平面上的一 位置而成多个分别对应不同深度的校正线或面测物光 ； 使该第二光纤模块对该校正线或面测物光进。
15、行空间滤波而得到一校正滤波光 ； 将该校正滤波光分成一第一校正滤波光以及一第二校正滤波光 ； 使该组色彩感测单元分别撷取关于不同扫描深度的该第一校正滤波光， 以得到一第一 校正红光强度曲线、 一第一校正绿光强度曲线与一第一校正蓝光强度曲线以及关于不同扫 描深度的该第二校正滤波光以得到一第二校正红光强度曲线、 一第二校正绿光强度曲线与 一第二校正蓝光强度曲线 ； 以及 分别对该对应不同深度的第一校正红光强度曲线与该第二校正红光强度曲线、 该第一 校正绿光强度曲线与该第二校正绿光强度曲线以及该第一校正蓝光强度曲线与该第二校 正蓝光强度曲线进行一反折积演算与一正规化聚焦比例指标演算， 以分别得到一红。
16、光深度 关系曲线、 一绿光深度关系曲线以及一蓝光深度关系曲线。 18. 如权利要求 17 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 该位置对应该 色彩感测单元内的一像素， 建立该深度关系曲线更包括有改变该线或面侦测光投射至该参 考校正平面的深度位置， 然后建立关于该色彩感测单元内每一个像素的深度关系曲线。 19. 如权利要求 17 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 该正规化聚焦 比例指标演算的方式为分别对不同扫描深度所具有的该第一校正红光强度曲线减去该第 二校正红光强度曲线的差值除以第一校正红光强度曲线与该第二校正红光强度曲线的和 值、 该第一校正绿光强度曲线减去该第二。
17、校正绿光强度曲线的差值除以第一校正绿光强度 曲线与该第二校正绿光强度曲线的和值以及该第一校正蓝光强度曲线减去该第二校正蓝 光强度曲线的差值除以该第一校正蓝光强度曲线与该第二校正蓝光强度曲线的和值。 20. 如权利要求 17 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 更包括有撷取 红光深度关系曲线、 该绿光深度关系曲线以及该蓝光深度关系曲线的线性区段并重组以得 到该深度关系曲线的一步骤。 21. 如权利要求 20 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 该正规化聚焦 权 利 要 求 书 CN 103162617 A 4 4/4 页 5 比例指标演算的方式为分别对不同扫描深度所具。
18、有的该第一校正红光强度曲线减去该第 二校正红光强度曲线的差值除以第一校正红光强度曲线与该第二校正红光强度曲线的和 值、 该第二校正绿光强度曲线减去该第一校正绿光强度曲线的差值除以第一校正绿光强度 曲线与该第二校正绿光强度曲线的和值以及该第一校正蓝光强度曲线减去该第二校正蓝 光强度曲线的差值除以该第一校正蓝光强度曲线与该第二校正蓝光强度曲线的和值。 22. 如权利要求 21 的彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其特征在于， 得到该深度关 系曲线的方法更包括有将红光与蓝光深度关系曲线的线性区段映射所得的映射线性区段， 再与该绿光深度关系曲线的线性区段衔接组合以得到该深度关系曲线的步骤。 权 利 要。
19、 求 书 CN 103162617 A 5 1/12 页 6 彩色共焦显微系统及其信号处理方法 技术领域 0001 本发明为一种彩色共焦显微技术， 由其是指一种彩色共焦显微系统及其信号处理 方法。 背景技术 0002 传统的彩色共焦显微系统， 一般是架设于桌面上以进行垂直或横向扫描来检测待 测物的表面形貌。由于系统体积大与占用空间的问题容易造成不便， 对于待测物若是角度 过大或是体积庞大的话， 以桌上型的结构要进行量测将有其限制性。例如欲量测大型 8 英 寸晶片上所形成的大型集成电路 (large scale integration， LSI) 晶片的凸块高度， 碍于 机型结构无法即时变更， 。
20、因而大幅地减少其实用性。 0003 现有技术中， 如美国公开 US.Pub.No.2004/0051879 则揭露一种共焦位移感测器， 以量测待测物的表面形貌。 在该技术中， 分别利用两组光源产生侦测光， 然后利用两组导光 元件分别导引侦测光而投射至待测物上， 由待测物上反射的面测物光则分别再经该两组导 光元件， 而分别由每一组导光元件所对应的感测器接收。 0004 另外， 现有技术中有利用色彩感测单元来感测待测物表面的色彩强度比例， 进而 根据该色彩强度比例以及深度关系曲线进行演算而得到对应该色彩强度比例的表面深度。 然而， 在该技术中， 会面临到的问题是随着待测物表面对 RGB 三颜色的反。
21、射率不同， 而需要 建立对应不同颜色反射率的深度关系曲线， 因此对于检测人员而言是相当不便。 此外， 由于 现有技术中接收物光的结构多半利用狭缝的结构， 因此常与失焦光和杂散光重迭而产生横 向干扰 (cross talk) 的无用信息， 因此丧失了影像解析效果。 0005 综合上述， 因此亟需一种彩色共焦显微系统及其信号处理方法来解决公知技术所 产生的问题。 发明内容 0006 本发明提供一种彩色共焦显微系统， 其具有一组色彩感测单元， 利用色彩感测单 元对于感测的滤波光焦距的摆设位置差异， 使得该组色彩感测单元对于待测物上的同一位 置的面测物光有不同的强度响应， 再藉由不同强度响应的光强度的。
22、比例以克服待测物对于 不同颜色的待测物有不同颜色反射率的问题。本发明提供一种彩色共焦显微系统， 其具有 可以将侦测光调制成线或面侦测光的第一光纤模块以及与该第一光纤模块共轭对应且对 关于该线或面侦测光所形成的线或面测物光进行空间滤波而产生滤波光的一第二光纤模 块， 接收测物光的光纤模块内每一条光纤将滤除失焦光和杂散光， 只允许聚焦光通过， 因此 可以避免因光点重迭而产生横向干扰的无用信息， 使得本发明的系统不仅可取得待测物的 表面轮廓资讯， 同时具有单点共焦的高解析效果。 0007 本发明提供一种彩色共焦显微系统的信号处理方法， 其建立关于该系统的深度关 系曲线， 然后再根据待测物所反射的线或。
23、面测物光于一组色彩感测单元所得到的强度响应 根据该深度关系曲线而得到线或面测物光所对应的待测物表面所具有的表面形貌。 本发明 说 明 书 CN 103162617 A 6 2/12 页 7 提供一种彩色共焦显微系统及其信号处理方法， 其利用一次照射的情况下， 经过滤波以及 色彩感测单元以得知待测物表面所含有的颜色比例资讯， 再根据深度关系曲线， 即可得知 待测物表面上对应每一个彩色感测单元的像素的位置所具有的表面深度， 使得本发明的彩 色共焦显微系统可以对待测物进行有大面积的检测， 以缩短检测所需的时间以及减少在检 测过程中， 振动所造成的影响。在一实施例中， 该彩色共焦显微系统， 包括一光源。
24、模块， 其 提供一线或面侦测光 ； 一色散物镜， 其使该线或面侦测光产生轴向色散以形成多个聚焦至 不同深度的子光场， 该多个子光场经由一待测物反射而形成一线或面测物光 ； 一聚光与分 光模块， 其将该线或面测物光分成一第一测物光以及一第二测物光 ； 一组色彩感测单元， 其 分别感测该第一测物光以及该第二测物光， 而分别产生聚焦位置相互偏移的两组三色光强 度信号， 其中一组三色光强度信号包含有一第一红光强度信号、 一第一绿光强度信号与一 第一蓝光强度信号， 而另一组三色光强度信号则包含有一第二红光强度信号、 一第二绿光 强度信号与一第二蓝光强度信号 ； 以及一信号处理单元， 其分别对该组色彩感测。
25、单元所感 测到的该第一红光、 该第一绿光与该第一蓝光强度信号以及该第二红光、 该第二绿光与该 第二蓝光强度信号进行反折积运算消除横向干扰， 该信号处理单元再对消除完横向干扰的 该第一红光、 该第一绿光与该第一蓝光强度信号以及该第二红光、 该第二绿光与该第二蓝 光强度信号进行演算， 以得到一红光正规化聚焦比例指标、 一绿光正规化聚焦比例指标以 及一蓝光正规化聚焦比例指标。在另一实施例中， 本发明提供一种彩色共焦显微系统的信 号处理方法， 其包括有下列步骤 ： 提供一彩色共焦显微系统， 其具有一色散物镜以及一组色 彩感测单元 ； 建立关于该彩色共焦显微系统的一深度关系曲线 ； 利用该色散物镜使一线。
26、或 面侦测光产生轴向色散以形成多个聚焦至不同深度的子光场， 该多个子光场经由一待测物 反射而形成一线或面测物光 ； 将该线或面测物光分成一第一测物光以及一第二测物光， 并 使该第一测物光以及该第二测物光分别聚焦至一聚焦焦点 ； 以该组色彩感测单元分别撷取 关于该第一测物光以及该第二测物光， 而分别产生聚焦位置相互偏移的两组三色光强度信 号， 其中一组三色光强度信号包含有一第一红光强度信号、 一第一绿光强度信号与一第一 蓝光强度信号以及另一组三色光强度信号包含有一第二红光强度信号、 一第二绿光强度信 号与一第二蓝光强度信号 ； 分别以反折积演算法消除该组色彩感测单元所感测到的该第一 红光、 该第。
27、一绿光与该第一蓝光强度信号以及该第二红光、 该第二绿光与该第二蓝光强度 信号的横向干扰 ； 对消除完横向干扰的该第一红光、 该第一绿光与该第一蓝光强度信号以 及该第二红光、 该第二绿光与该第二蓝光强度信号进行演算， 以得到一红光正规化聚焦比 例指标、 一绿光正规化聚焦比例指标以及一蓝光正规化聚焦比例指标， 再由该红光正规化 聚焦比例指标、 该绿光正规化聚焦比例指标以及该蓝光正规化聚焦比例指标选出一最大比 例指标 ； 以及根据该深度关系曲线以及该最大比例指标决定出该待测物表面位置的高度。 0008 本发明的有益功效在于 ： 彩色共焦显微系统可以避免因光点重迭而产生横向干扰 的无用信息， 使得本发。
28、明的系统不仅可取得待测物的表面轮廓资讯， 同时具有单点共焦的 高解析效果。 另外， 由于本发明的彩色共焦显微系统的信号处理方法是将线或面侦测光， 经 由待测物反射以形成线或面测物光， 再对该线或面测物光进行分析， 因此可以在一次照射 的情况下即可得知待测物表面上对应每一个彩色感测单元的像素的位置所具有的表面深 度， 进而快速建立出待测物的表面形貌。 0009 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述， 但不作为对本发明的限定。 说 明 书 CN 103162617 A 7 3/12 页 8 附图说明 0010 图 1A 为本发明的彩色共焦显微系统第一实施例示意图 ； 0011 图 1B 为。
29、本发明的彩色共焦显微系统第二实施例示意图 ； 0012 图 1C 与图 1D 为 DMD 结构与控制反射光示意图 ； 0013 图 2A 与图 2B 为本发明的第一光纤模块的光纤接口单元剖面示意图 ； 0014 图 2C 为本发明的第一光纤模块的光纤接口单元另一实施例示意图 ； 0015 图 3A 与图 3B 为第一光纤模块与第二光纤模块的共轭关系示意图 ； 0016 图 3C 图 3C 为线形第一光纤模块与线形第二光纤模块的共轭关系示意图 ； 0017 图 4A 与图 4B 为本发明的彩色感测单元不同配置位置示意图 ； 0018 图 5 为本发明的彩色共焦显微系统信号处理方法流程示意图 ； 。
30、0019 图 6A 与图 6B 为本发明的建立深度关系曲线流程示意图 ； 0020 图 7 为第一校正滤波光与第二校正滤波光所含的光强度信号示意图 ； 0021 图8A与图8B为本发明对应不同色彩感测单元所具有的校正红光强度曲线以及深 度关系曲线示意图 ； 0022 图 8C 为红光、 绿光以及蓝光的深度关系曲线示意图 ； 0023 图 8D 为本发明的对应单一色光的深度关系曲线另一实施例示意图 ； 0024 图 8E 为本发明的红光、 绿光以及蓝光的深度关系曲线另一示意图 ； 0025 图8F与图8G为本发明将线性深度关系曲线段重组以形成大范围的深度关系曲线 示意图 ； 0026 图 9 为。
31、本发明的彩色共焦显微系统信号处理方法另一流程示意图 ； 0027 图 10 为扩散函数示意图 ； 0028 图 11 为反折积运算示意图 ； 0029 图 12 为反折积运算的实际影像处理示意图 ； 0030 图 13 为 CCD 感测器中每一个感测像素的横向干扰示意图。 0031 其中， 附图标记 0032 2- 彩色共焦显微系统 0033 20- 光源模块 0034 200- 光源 0035 21- 第一光纤模块 0036 210、 211、 211a- 光纤接口单元 0037 2110- 光纤 0038 212- 板体 0039 2120- 开槽 0040 22- 色散物镜 0041 2。
32、20a、 220b- 色差透镜 0042 23- 第二光纤模块 0043 230、 231、 231a- 光纤接口单元 0044 2300- 光纤 说 明 书 CN 103162617 A 8 4/12 页 9 0045 24- 聚光与分光模块 0046 240- 聚焦透镜 0047 241- 分光镜 0048 25、 26- 色彩感测单元 0049 250、 260- 光感测晶片 0050 27- 信号处理单元 0051 28- 分光镜 0052 29- 位移平台 0053 3、 7- 信号处理方法 0054 30 37- 步骤 0055 70 78- 步骤 0056 310 314- 步骤。
33、 0057 310a 314a- 步骤 0058 4- 反射元件 0059 40 47、 40 47 - 反射镜 0060 5-CCD 感测器 0061 50 54- 像素感测器 0062 60 62- 点扩散函数 0063 8- 待测物 0064 90a、 90b、 90c- 子面光场 0065 91- 滤波光 0066 910- 第一滤波光 0067 911- 第二滤波光 0068 9100、 9110- 聚焦焦点 0069 920、 921、 922、 930、 931、 932- 聚焦强度反应曲线 0070 940、 941、 942、 943- 深度关系曲线 0071 95- 深度关。
34、系曲线 0072 96- 感测器信号 0073 97- 扩散函数曲线 0074 98- 原始光强信号 具体实施方式 0075 下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述， 以更进一步了解 本发明的目的、 方案及功效， 但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。 0076 请参阅图 1A 所示， 该图为本发明的彩色共焦显微系统实施例示意图。该彩色共 焦显微系统 2 具有一光源模块 20、 一色散物镜 22、 一第二光纤模块 23、 一聚光与分光模块 24、 一组色彩感测单元 25 与 26 以及一信号处理单元 27。该光源模块 20， 其可提供一面侦 测光。本实施例中， 该光源模块。
35、 20 包括有一光源 200 以及一第一光纤模块 21。该光源 200 提供一光束， 该光束为具有连续光谱的侦测光。该第一光纤模块 21， 其具有多条光纤， 该第 说 明 书 CN 103162617 A 9 5/12 页 10 一光纤模块 21 以光纤接口单元 210 与该光源 200 相耦接以接收该光束， 且以光纤接口单元 211 与一分光镜 28 耦接， 该光纤接口单元 211 将该侦测光调制成一面侦测光。该侦测光可 以为线侦测光或者为面侦测光， 本实施例中以面侦测光来做说明。如图 2A 所示， 该图为本 发明的第一光纤模块的光纤接口单元剖面第一实施例示意图。在本实施例中， 该光纤接口 。
36、单元 211 内具有以二维阵列的排列的光纤 2110。另外， 如图 2B 所示， 该图为本发明的第一 光纤模块的光纤接口单元剖面第二实施例示意图。在本实施例中， 该光纤接口单元 211a 内 具有以一维阵列的排列的光纤 2110。要说明的是， 该光源模块 20 并不一定为图 1A 中由光 源200以及第一光纤模块21组合的结构， 例如 ： 该光源模块20亦可以为由多个发光二极体 所排列而成的线性或者是平面光源结构。又如图 2C 所示， 在该实施例中， 该光纤接口单元 211 内具有以二维阵列的排列的光纤 2110。另外， 再通过具有线形开槽 2120 的板体 212 可 以与该光纤接口单元 2。
37、11 内一列的光纤对应， 而产生线性侦测光。 0077 再回到图1A所示， 该第一光纤模块21所产生的面侦测光经由该分光镜28， 而反射 至该色散物镜22。 该色散物镜， 在本实施例中， 主要由两个以上的色差透镜220a与220b所 构成， 该色散物镜使该面入射光产生轴向色散， 以形成多个具有不同聚焦深度的子面光场 90a、 90b 与 90c( 图式以三个子面光场来表示 )。每一个子面光场 90a、 90b 与 90c 具有不同 波长。至于该多个子面光场构成一连续光谱， 其可为可见光谱或者是不可见光谱。该多个 子面光场 90a、 90b 与 90c 聚焦至一待测物 8 表面上。在本实施例中，。
38、 该待测物设置于一位 移平台 29 上。该位移平台 29 至少需要可以进行 Z 轴方向的位移运动。此外， 该位移平台 29 亦可以搭配 X 与 Y 轴方向的驱动单元， 例如螺杆、 导轨与马达的组合以调整位移平台 29 在 XY 平面上的位置。要说明的是， 虽然本实施例的色散物镜 22 用来将面侦测光分成多个 子面光场， 在另一实施例中， 入射光亦可以为线侦测光。 0078 该多个子面光场投射至该待测物 8 上， 并由该待测物 8 的表面反射而形成一面测 物光。该面测物光经过色散物镜 22 以及分光镜 28 而被该第二光纤模块 23 接收。该第二 光纤模块23同样具有多条光纤， 在该第二光纤模块。
39、23的两端分别具有一光纤接口单元230 与231， 其中光纤接口单元230与该分光镜28耦接， 而光纤接口单元231则与该聚光与分光 模块 24 相耦接。同样地， 如图 2A 所示， 光纤接口单元 230 与 231 的截面也是具有成二维阵 列排列的光纤。请参阅图 3A 与图 3B 所示， 该图为该第一光纤模块与该第二光纤模块的共 轭关系示意图。在图 3A 中， 第一光纤模块的光纤接口单元 211 内的光纤 2110 配置与该第 二光纤模块的光纤接口单元 230 内的光纤 2300 的位置配置呈点对点的共轭关系。 0079 而在光路的部分， 如图 3B 所示， 由光纤端部模块 211 内的一光。
40、纤所发出的侦测光 经过待测物 8 表面反射、 进入色散物镜 22、 分光镜 28 而由与该光纤接口单元 230 内与该光 纤相对应位置的光纤所接收。当由待测物 8 表面反射的面测物光经由分光镜 28 而投射入 该第二光纤模块 23 的光纤接口单元 230 内时。该光纤接口单元 230 内呈现矩阵排列的光 纤对该面测物光进行空间滤波而得到一滤波光， 其中该滤波光为对应待测物表面高度的多 波长聚失焦光。由于光纤接口单元 230 内的每一条光纤只允许聚焦光通过， 因此可以滤除 失焦光和杂散光， 以克服常用利用狭缝避免因光点重迭而产生相互横向干扰 (cross talk) 的无用信号， 进而增加光信号。
41、解析度。另外， 如图 3C 所示， 其为线形排列光纤所形成的光纤 端部模块 211a 与 230a 共轭关系示意图。 0080 再回到图 1A 所示， 该聚光与分光模块 24， 其将该滤波光 91 分成一第一滤波光 910 说 明 书 CN 103162617 A 10 6/12 页 11 以及一第二滤波光 911。在本实施例中， 该聚光与分光模块 24 具有一聚焦透镜 240 以及一 分光镜 241。其中， 该聚焦透镜 240 可将该滤波光 91 聚光， 而该分光镜 241 接收被聚光的 滤波光后， 将其分成第一与第二滤波光 910 与 911， 该第一滤波光 910 与该第二滤波光 911。
42、 分别具有一聚焦焦点 9100 与 9110。该组色彩感测单元 25 与 26， 其分别感测该第一滤波光 910 以及该第二滤波光 911， 而分别产生聚焦位置相互偏移的两组三色光强度信号， 其中一 组三色光强度信号包含有一第一红光强度信号、 一第一绿光强度信号与一第一蓝光强度信 号， 而另一组三色光强度信号则包含有一第二红光强度信号、 一第二绿光强度信号与一第 二蓝光强度信号。要产生相互偏移的两组三色光强度信号的方式， 本实施例为用该组色彩 感测单元摆设在相对于对应的第一滤波光与第二滤波光的聚焦焦点位置的差异来达成聚 焦位置相互偏移的两组三色光强度信号。 色彩感测单元25或26， 可以选择为。
43、单一感测晶片 的彩色 CCD 或者是具有三个独立 R、 G 与 B 感测晶片的彩色 CCD。 0081 其中， 该色彩感测单元25相对于所对应的聚焦焦点9100具有一距离D1， 而另一色 彩感测单元 26 相对于第二滤波光 911 的聚焦焦点 9110 具有一距离 D2。该组色彩感测单 元 25 与 26 分别撷取关于该第一滤波光 910 所包含的一第一红光强度信号、 一第一绿光强 度信号与一第一蓝光强度信号以及该第二滤波光 911 包含的一第二红光强度信号、 一第二 绿光强度信号与一第二蓝光强度信号。在图 1A 的实施例中， 该色彩感测单元 25 的光感测 晶片 250， 设置于第一滤波光 。
44、910 的聚焦焦点 9100 之前， 亦即该聚焦焦点 9100 与该分光镜 241 之间， 而与该聚焦焦点 9100 相距一距离 D1。此外， 另一色彩感测单元 265 的光感测晶 片 260 则设置于该第二滤波光 911 的聚焦焦点 9110 之后， 而与该聚焦焦点 9110 相距一距 离 D2。在本实施例中， D1 为在焦点 9100 之前， D2 则在点 9110 的后方。同理， D1 为在焦点 9100 之后， 而 D2 则在点 9110 之前方亦可以达到量测的效果。 0082 要说明的是， 图 1A 的色彩感测单元 25 与 26 的光感测晶片 250 与 260 的配置主要 是要让。
45、该色彩感应单元与所对应的滤波光的聚焦焦点间的距离不相同， 使得当两色彩感测 单元 25 与 26 感测到第一滤波光 910 与第二滤波光 911 时， 对于对应待测物 8 上的相同位 置的第一滤波光 910 与第二滤波光 911 间有不同的强度响应， 以克服因待测物表面的颜色 所造成反射率上的差异， 使得本发明的彩色共焦显微系统可以因应不同颜色的待测物， 而 不需要建立对应不同颜色的深度关系曲线。基于前述的原则， 如图 4A 与图 4B 所示， 该图为 本发明之彩色感测单元不同配置位置示意图。在图 4A 中， 彩色感测单元 25 的光感测晶片 250 设置于第一滤波光 910 的聚焦焦点 91。
46、00 的位置上 ； 而色彩感测单元 26 的光感测晶片 260 所设置的位置则可以在第二滤波光的聚焦焦点 9110 前或者是后一特定距离。同样地， 如图 4B 所示， 彩色感测单元 26 的光感测晶片 260 设置于第二滤波光 911 的聚焦焦点 9110 的位置上 ； 而色彩感测单元25的光感测晶片250所设置的位置则可以在第一滤波光910的 聚焦焦点 9100 前或者是后一特定距离。要说明的是， 该色彩感测单元 25 与 26 可选择为线 形的色彩感测单元或者是面形的色彩感测单元。该色彩感测单元可以是 CCD 感测器或者是 CMOS 感测器。 0083 再回到图 1A 所示， 该彩色共焦显。
47、微系统 2 的信号处理单元 27 其可以接收该彩色 感测单元 25 与 26 所感测的光强度信号并进行演算。该信号处理单元 27 具有一深度关系 曲线， 该信号处理单元27对该色彩感测单元25所感测的第一红光强度信号、 第一绿光强度 信号与第一蓝光强度信号以及该色彩感测单元 26 所感测的第二红光强度信号、 第二绿光 说 明 书 CN 103162617 A 11 7/12 页 12 强度信号与第二蓝光强度信号进行演算， 以得到一红光正规化聚焦比例指标、 一绿光正规 化聚焦比例指标以及一蓝光正规化聚焦比例指标， 再由该红光正规化聚焦比例指标、 该绿 光正规化聚焦比例指标以及该蓝光正规化聚焦比例。
48、指标选出一最大比例指标， 根据该深度 关系曲线以及该最大比例指标决定出对应该面测物光所对应的待测物表面位置的高度。 0084 除了图 1A 的实施例外， 彩色共焦显微系统 2 亦可以如图 1B 的配置。在图 1B 的实 施例中， 基本上与图 1B 类似， 差异的是， 在本实施例中， 面测物光直接投射至该聚光与分光 模块 24 中， 再将该面测物光 95 分成一第一面测物光 950 以及一第二面测物光 951， 其于动 作如前述的图 1A 的实施例所述， 在此不作赘述。要说明的是， 虽然在图 1B 的实施例中， 有 藉由聚焦于反射元件 4 将面测物光导引至该聚光与分光模块 24 中， 但反射元件。
49、 4 为根据光 路的设计而选择设置的元件， 并非为本实施例的必要元件。 0085 另外， 该反射元件 4 可以为反射镜或者是微阵列反射元件， 例如， 数字微型反射镜 (digital micromirror device， DMD) 或反射式硅基液晶 (liquid crystal on silicon， LCoS)。该 DMD 反射元件可以通过电脑控制决定要反射的物光位置。如图 1C 与图 1D 所示， 该图为 DMD 结构与控制反射示意图。在 DMD 中具有多个反射镜 40 47 与 40 47 ， 每一 个反射镜可以藉由电脑来控制开与关的方式， 来控制不同位置物光的反射， 再通过不同时 间点的控制， 将物光反射到 CCD 感测器上相对应的像素上。例如在图 1C 中， 在第一时间点， 控制反射镜 40 47 来反射对应反射镜位置的物光， 而在第二时间点时， 则如图 1D 的方式， 控制反射镜 。