專利名稱：用于散射儀的雙光束設(shè)置的制作方法
用于散射儀的雙光束設(shè)置本公開總體上涉及表征材料光學(xué)性質(zhì)的設(shè)備。更具體而言，本 公開提供了一種用于對材料進(jìn)行光學(xué)測量的雙光束二次散射儀(parousiameteiO 。在當(dāng)前的全球經(jīng)濟(jì)中，產(chǎn)品的制造很少是在一家制造廠發(fā)生的。 在全世界很多工廠制造部件并運輸?shù)阶罱K制造點，在那里將所有部 件組裝成最終產(chǎn)品。這種全球制造供應(yīng)鏈具有許多益處，最突出的 是成本降低，這一益處可以被傳遞給消費者。不過，在這種分布式 制造過程中存在缺點。在分布式場所制造產(chǎn)品部件時遇到的一個問題是產(chǎn)品外殼的光 學(xué)性質(zhì)一致性(例如顏色、光澤、紋理等)。很多公司在市場研究上 花費數(shù)百萬以制造出吸引消費者并與競爭產(chǎn)品容易區(qū)分的產(chǎn)品(即 品牌認(rèn)知)，例如在鞋或T恤上加上Nike的"一撇"，或者是Apple iMac系列計算機(jī)的與眾不同的案例設(shè)計。不幸的是，品牌的吸引力 可能會受到使外觀不一致的制造的影響。例如，考慮電視機(jī)的制造內(nèi)部電路可能是在臺灣制造的，CRT 在韓國制造，前機(jī)殼在馬來西亞制造，后機(jī)殼在菲律賓制造。即使 使用相同的材料和染料，也常常難以制造光學(xué)性質(zhì)相同的前機(jī)殼和 后機(jī)殼。設(shè)備校準(zhǔn)誤差、機(jī)械磨損以及許多其他因素都會引起不一 致。最終的結(jié)果是前機(jī)殼和后機(jī)殼外觀不同的電視機(jī)。這種顏色、 光澤、紋理等的不均勻很容易被消費者注意到，給人的印象就是一 件低質(zhì)量產(chǎn)品。工業(yè)產(chǎn)品的很多表面具有特定屬性的物理結(jié)構(gòu)，以提高產(chǎn)品的 功能或改善其外觀。 一些典型范例有高質(zhì)量光學(xué)部件的極光滑表 面、刀具上的抗磨損層、油漆的表面、化妝品包裝和裝飾性個人護(hù) 理產(chǎn)品表面的帶精細(xì)紋理的塑料部件、金屬片中制造的軋制織構(gòu)的壓制以及汽車工業(yè)的高光澤金屬外觀噴漆。稱這些和很多其他產(chǎn)品具有表面織構(gòu)。人們把織構(gòu)看成是決定 人機(jī)界面的性質(zhì)，換言之，即決定產(chǎn)品大致的手感和外觀?？棙?gòu)的 "目視部分"被稱為光學(xué)外觀。光學(xué)外觀是表面與從環(huán)境入射到表 面上的光作用的結(jié)果。在很多情況下入射光來自很多方向，并且由 于表面粗糙度或結(jié)構(gòu)、或存在小顆粒，入射光可能會被反射、透射、 再發(fā)射、吸收、著色、漫射和散射。通常用三種方法之一或多個進(jìn)行對光學(xué)外觀織構(gòu)的評估視覺 比較、光澤和色彩測量以及機(jī)械表面幾何圖形測量。視覺評估是由受過訓(xùn)練的人員將產(chǎn)品表面與特定標(biāo)準(zhǔn)織構(gòu)表面 進(jìn)行視覺比較來完成的。視覺外觀由表面的幾何輪廓和材料自身的 光學(xué)性質(zhì)決定。淺色表面很難進(jìn)行例如劃痕的視覺織構(gòu)評估，因為 織構(gòu)的影響被強(qiáng)反射所掩蓋。對肉眼來說，白色的、中等粗糙的或 中等精細(xì)的表面看起來并非懸殊很大。光澤計是一種簡單設(shè)備，其在表面上投射光束并測量鏡面反射 光束和鏡面反射周圍的暈中的漫射光之間的強(qiáng)度比。這是在固定入射角，常常為30或60度下進(jìn)行的。利用接觸探頭進(jìn)行的機(jī)械微幾何測量(表面測試)產(chǎn)生表面的l-D、 2-D或3-D圖。通過數(shù)學(xué)計算，通過這種方法可以獲得很多統(tǒng) 計變量，例如公知的粗糙度Ra、平均坡度或峰值計數(shù)。該方法試圖 找到表面光學(xué)外觀及其幾何結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。后兩種方法試圖定義品質(zhì)的某些數(shù)字，這些數(shù)字是從與光學(xué)外 觀有關(guān)的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計推導(dǎo)出的?？偟卣f來，這些方法的局限性來自于所測參數(shù)的間接性。例如， 從表面測量導(dǎo)出的精簡統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括一些能很好描述表面織構(gòu)幾何 形狀的品質(zhì)數(shù)字。所提出的主張是，在幾何數(shù)據(jù)和表面的肉眼觀感 之間存在關(guān)系。主觀和人為因素使該關(guān)系不穩(wěn)定并不能再現(xiàn)。作為第二個問題，存在不完整數(shù)據(jù)區(qū)域的局限性。光澤計測量 光學(xué)性質(zhì)，但是以非常受限的方式進(jìn)行測量的僅一個入射角和兩 個(直接反射和前向散射)反射方向。這沒有處理表面大量的變化、入射角效應(yīng)、方位角效應(yīng)和半球形雜散光。產(chǎn)品的光學(xué)外觀取決于 整個半球形中所有反射光(或由半透明材料再發(fā)射的光)之和，反 射光源于來自整個半球形環(huán)境的入射光。
織構(gòu)表面(具有自然或人為添加的織構(gòu)的所有表面)的光學(xué)外 觀由反射離開該表面并進(jìn)入眼睛的光形成。假設(shè)平行光束照射到諸 如汽車儀表板的中等粗糙表面上，光的一部分沿某一方向鏡面反射， 但一部分還沿其他方向漫射。將這種表面稱為非理想漫射。如

圖1
所示，眼睛1俘獲以不同角度從表面2的不同部分3、 4漫射離開產(chǎn) 品的光。在不同角度光可以具有不同的強(qiáng)度，從而在產(chǎn)品的不同部 分表面可能看起來具有不同亮度，例如在角度較低處更暗。
任何沿眼睛俘獲的方向之外的其他方向漫射的光，對于眼睛來 說完全丟失。對于一般形式的光澤計來說也是這種情況。如果光束 指向表面，必須要測量上半球中沿所有方向漫射的光，不是集總地 而是要有方向分辨率地測量，以全面描述光學(xué)性能。為了完整起見， 應(yīng)當(dāng)對整個半球形中來自任何方向(即在所有垂直(上升角)和水 平(方位角)角度上)的入射光進(jìn)行該測量?？梢酝ㄟ^針對入射高 度和方位角的多種組合測量該半球形強(qiáng)度分布來獲得漫射輻射的方 向和強(qiáng)度的完整圖像。用于這種測量的常用方法是用散射儀掃描整 個半球形，該散射儀具有如從德國專利申請No. 3312948等所公知的 移動探測器。在實踐中完整的測量耗費很多個小時。
2003年6月10日授予本發(fā)明人的美國專利No.6577397在此通 過引用并入本文，其中公開的二次散射儀以光控方式照射表面并在 整個半球形中測量反射。在各種照明之下暴露出亮度變化和各種隨 角異色效應(yīng)(在觀看者改變視角時發(fā)生的色彩或亮度漂移)以及任 何其他光學(xué)各向異性。然后軟件將這些測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成適于特定質(zhì) 量控制參數(shù)的品質(zhì)因子。利用預(yù)先教授了特性的二次散射儀，可以 在少至15秒之內(nèi)執(zhí)行完整的測量。
如圖2所示，典型的二次散射儀由涂有漫射中性灰色涂層的穹 面10以及暗黑色基板11構(gòu)成，暗黑色基板11具有中心孔12，通過 中心孔可以看到樣本表面的一部分。形成于穹面表面上的豎直槽13備有光源14，光源14在樣本上投射光束15?？梢詫⒐庠匆苿拥讲?同的高度或傾角，而光束始終指向樣本?？梢噪x開穹面設(shè)置光源， 由光纖光纜將輻射光束引導(dǎo)到穹面。與樣本相鄰放置軸外(offaxis) 凸面鏡16。在該凸面鏡正上方為用于視頻成像裝置的成像裝置端口 17，成像裝置用于査看凸面鏡中反射的穹面表面的圖像，將凸面鏡 設(shè)計成反射穹面的整個內(nèi)部?？梢酝ㄟ^光路中的光闌(未示出)將 樣本的照明區(qū)從大約O12mm調(diào)節(jié)到大約cD20mm。光斑聚焦在穹面 上，具有"30mRad的直徑?？梢詫⒎直媛蔬M(jìn)一步提高到l-5mRad。 圖2中的反射廣角系統(tǒng)16通常會形成內(nèi)部穹面表面的變形圖像。可 以向穹面施加規(guī)則的暗標(biāo)記陣列，以校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)造成的圖像變形。 在隨后用軟件對圖像校正并轉(zhuǎn)換成真實球面立體投影期間暗標(biāo)記是 有用的。不必在所有測量中都使用暗標(biāo)記，但對于校準(zhǔn)測量來說其 是有用的。如果表面的形狀是已知的，也可以通過光線跟蹤或以數(shù) 學(xué)方式計算對變形的校正。
即使由經(jīng)過很好穩(wěn)定的DC電壓源供電，二次散射儀中使用的 光源(通常是鹵素白熾燈)也會隨時間發(fā)生強(qiáng)度漂移，這常常會造 成百分之幾的變化。這種不穩(wěn)定性對于其他類型的光學(xué)測量設(shè)備而 言也是問題。補(bǔ)償光強(qiáng)變化的標(biāo)準(zhǔn)方法是在樣本測量之前和一秒鐘 后用空白測量囊括一系列樣本測量。從開始樣本測量直到完成系列 中最后一次樣品測量，用這些空白測量作為校準(zhǔn)測量來跟蹤強(qiáng)度變 化。不過，第一空白測量和第二空白測量之間經(jīng)過的時間可能超過 一小時。
本公開的目的在于在每幅圖像中與樣本測量同時提供燈測量， 于是每幅圖像針對光源輸出包含其自身的校準(zhǔn)基準(zhǔn)。
本公開通過從輻射源提供兩個輻射束照明光束和校準(zhǔn)光束來 實現(xiàn)上述目的。向樣本表面引導(dǎo)照明光束，于是照明光束照明樣本 表面。照明樣本表面導(dǎo)致樣本表面散射輻射。該散射輻射又入射到 投影屏上，由例如數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等的成像裝置對投影屏 成像。用廣角魚眼鏡頭或凸面鏡來允許成像裝置對最大的投影屏表面成像。
將校準(zhǔn)光束弓I導(dǎo)到成像裝置，使得成像裝置同時對投影屏圖像 數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)光束數(shù)據(jù)成像。
用于表征樣本表面光學(xué)外觀的設(shè)備包括由半球形穹面和基底形 成的外殼。所述半球形穹面具有形成于頂點處的第一孔隙、形成于 從頂點偏移的位置的第二孔隙以及形成于半球形穹面底部位置且垂 直于頂點的第三孔隙，并且將半球形穹面的內(nèi)表面的至少一部分配 置成投影屏。
配置并定位基底以支撐半球形穹面，使得基底和穹面形成封閉 的半球形體積。在基底上與第一孔隙相對地形成開口。靠著基底外 表面定位樣本表面，使得通過第一孔隙和開口可以看見樣本表面的 至少一部分。在基底的內(nèi)表面上設(shè)置輔助反射鏡，將其與第二孔隙 豎直相對、與第三孔隙水平相對地定位。
在封閉的半球形體積之外放置光學(xué)成像裝置和輻射源，該光學(xué) 成像裝置與第二孔隙和輔助反射鏡對準(zhǔn)。
輻射源產(chǎn)生第一輻射束，沿第一光路引導(dǎo)第一輻射束，該第一 光路始于輻射源，經(jīng)過第一孔隙和開口并以一入射角終止于樣本表 面。沿第二光路引導(dǎo)由輻射源與發(fā)射第一輻射束同時發(fā)射的第二輻 射束，該第二光路始于輻射源，通過第三孔隙進(jìn)入封閉的半球形穹 面，通過第二孔隙重新定向并終止于所述光學(xué)成像裝置。
參考以下描述、所附權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的這些和其他特
征、方面和優(yōu)點將得到更好的理解，附圖中
圖1示出了從織構(gòu)表面散射的入射光的射線表示；
圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)單光束二次散射儀的實施例；
圖3示出了根據(jù)本公開的雙光束二次散射儀的實施例；
圖4示出了根據(jù)本公開的雙光束二次散射儀的另一實施例；
圖5示出了根據(jù)本公開的雙光束二次散射儀的另一實施例；
圖6為流程圖，示出了利用根據(jù)本公開的雙光束二次散射儀測
量樣本表面的光學(xué)參數(shù)的步驟；以及圖7示出了根據(jù)本公開的雙光束二次散射儀的又一實施例。
參考圖3，輻射源302 (例如鹵素白熾燈)利用透鏡306 (如果 必要的話)形成照明光束304，以限制光場并將燈的孔徑在樣本表面 308上成像。照明光束304經(jīng)^:第一孔隙310，于是進(jìn)入設(shè)備300的 封閉半球形體積312內(nèi)，該半球形體積312由半球形穹面外殼318 和覆蓋半球形穹面外殼318的底部分的基底320形成。第一孔隙310 形成于半球形穹面外殼318的頂點處，并可被構(gòu)造成從半球形穹面 外殼318頂點沿終止于基底320的弧的至少一部分延伸的狹縫。將 照明光束304配置為沿該弧移動，從而提供了從O。和90°之間的 多個角度照明樣本表面308的能力。
入射到樣本表面的照明光束304造成了由表面反射的光。通常， 該反射光314在投影屏316上形成散射圖案(未示出)，該散射圖案 在反射角和強(qiáng)度以及其他光學(xué)性質(zhì)方面有所變化。散射圖案變化的 程度取決于樣本表面的具體織構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。例如，光滑而高反射 的表面將產(chǎn)生相應(yīng)均勻的散射圖案，而非常粗糙的無光澤面往往會 在整個散射圖案上產(chǎn)生很大變化。
投影屏316形成于半球形穹面外殼318的內(nèi)表面上。不過，不 必將半球形穹面外殼318的整個內(nèi)表面都配置為投影屏。
基底320提供與第一孔隙310垂直對準(zhǔn)的中心開口 322。該開口 322允許以光學(xué)方式到達(dá)靠著基底320的外表面放置的樣本表面308 的至少一部分。
或者，可以用平臺或其他支撐裝置(未示出)替代開口，其中 在光學(xué)性質(zhì)測量期間可以放置樣本表面308。不過，需要將基底320 配置成可從半球形穹面外殼318移除，需要將設(shè)備300的尺寸設(shè)計 成可在內(nèi)部容納樣本表面308。
半球形穹面外殼318之外放置光學(xué)成像裝置324。光學(xué)成像裝置 324豎直地對準(zhǔn)形成于半球形穹面外殼318上并偏離第一孔隙310 的第二孔隙326。此外，光學(xué)成像裝置324和第二孔隙326與基底 320上定位的凸面鏡328以如下方式對準(zhǔn)，向光學(xué)成像裝置324提供投影屏316的廣角圖像。
輻射源在產(chǎn)生照明光束304的同時還產(chǎn)生校準(zhǔn)光束330。校準(zhǔn)光 束被引導(dǎo)經(jīng)過位于半球形穹面外殼318下部上并與凸面鏡328水平 對準(zhǔn)的第三孔隙332。校準(zhǔn)光束330入射到凸面鏡328上并被反射到 光學(xué)成像裝置324?；蛘撸梢栽谕姑骁R附近放置第二反射鏡(未示 出)，替代凸面鏡用于將校準(zhǔn)光束反射到光學(xué)成像裝置324?？梢栽?校準(zhǔn)光束330的光路中放置各種光學(xué)部件，例如濾光片336和漫射 體334，以根據(jù)需要配置校準(zhǔn)光束的光學(xué)性質(zhì)。置于第三孔隙332 上方的擋板338防止反射光314以及其他環(huán)境光干擾校準(zhǔn)光束330 及其光學(xué)部件334和336。
光學(xué)成像裝置同時記錄投影屏圖像和校準(zhǔn)光束數(shù)據(jù)，其中記錄 的一部分含有校準(zhǔn)光束數(shù)據(jù)，而記錄的其余部分含有投影屏圖像。 通過這種方式，每一記錄都含有被投射到投影屏316上的樣本表面 308的光學(xué)性質(zhì)以及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來表征照明光束304的光 學(xué)性質(zhì)，從而能夠在分析投影屏圖像期間補(bǔ)償輻射源302的輸出的 光學(xué)變化。
設(shè)備300可能易于在光學(xué)成像裝置的光路中產(chǎn)生雜散光，因為 在照明光束304位于頂點處的第一孔隙310處時，光學(xué)成像裝置324 必須要通過照明光束304觀察。因此，在如圖4所示的另一個實施 例中，凸面鏡328相對于校準(zhǔn)光束330置于半球形穹面外殼318的 遠(yuǎn)端。此外，光學(xué)成像裝置324和第二孔隙326與凸面鏡328豎直 對準(zhǔn)。校準(zhǔn)光束330跨過樣本表面308傳播到凸面鏡328并被向上 反射到光學(xué)成像裝置224。
圖5中示出了又一個實施例，該實施例組合了圖3和圖4的方 案。如圖4所示，凸面鏡328、第二孔隙326和光學(xué)成像裝置位于照 明光束304的路徑之外。第三孔隙形成于半球形穹面外殼318最接 近凸面鏡328的一部分上。光纖細(xì)絲502將校準(zhǔn)光束330從輻射源 302引導(dǎo)到第三孔隙332。
參考圖6的流程圖，示出了測量樣本表面光學(xué)參數(shù)所需的步驟。 從步驟601開始，在基底320下定位樣本表面308，使樣本表面308的一部分與開口 322對準(zhǔn)。在步驟603中，激活輻射源302，產(chǎn)生照 明光束304，在步驟605中照明光束304照明樣本表面308。此外， 在步驟607中從輻射源302同時發(fā)送校準(zhǔn)光束330。在步驟609中將 樣本表面308散射的光投射到投影屏316上。前進(jìn)到步驟611，光學(xué) 成像裝置324對投影屏成像，同時在步驟613中接收校準(zhǔn)光束。該 過程結(jié)束于步驟615，在該步驟生成電子圖像，該電子圖像的一個部 分中具有屏幕數(shù)據(jù)，該電子圖像的第二部分中具有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。本公開中所用的光源302不限于鹵素?zé)?，而是可以包括放電?和激光光源，放電燈例如是金屬鹵化物、汞蒸汽、鈉蒸氣燈等。放 電燈通常提供比鹵素?zé)舾邚?qiáng)度的光輸出。隨著時間推移，放電燈在各發(fā)射方向之間更有可能發(fā)生非均勻 光強(qiáng)和色彩分布。例如，沿垂直于燈長軸的一組方向放電燈可能會 發(fā)射出淡黃-白色光，而沿著長軸則發(fā)射更多的帶藍(lán)色的白色光。強(qiáng) 度也是同樣情況。此外，在放電燈加熱時，放電的形狀和位置，即燈內(nèi)產(chǎn)生照明 的實際點會有變化，從而進(jìn)一步以不均勻的方式改變燈的特性。在使用放電燈時上述實施例不會全部有效。因此，圖7中提供 了另一實施例，該實施例克服了放電燈的這些非均勻特性。現(xiàn)在參 考圖7的實施例，以與圖5所示大致相同的方式構(gòu)建二次散射儀700。不過，在本實施例中光源702為放電燈，該放電燈輸出初始光 束704。然后利用振幅分束器710，例如金屬化薄膜或立方體分束器 將初始光束704分成照明光束706和校準(zhǔn)光束708。如前述實施例中 那樣，將照明光束引導(dǎo)到半球形穹面外殼318的頂點，而通過第三 孔隙332引導(dǎo)校準(zhǔn)光束并向前引導(dǎo)至光學(xué)成像裝置324。由于照明光 束706和校準(zhǔn)光束708源自于同一初始光束704， 二者都共享許多相 同的特性，因此可用于補(bǔ)償更寬范圍的因子。應(yīng)當(dāng)指出，本實施例利用白熾燈乃至激光源都可以同樣工作。 實際上，在使用激光源時，還可以補(bǔ)償偏振分布的變化?？梢岳靡曨l成像裝置獲得視頻(例如25Hz)的圖像。提供了 了對照明光束高度和樣本方位角的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而能夠在幾分鐘內(nèi)獲得整套圖像，即幾百幅圖像，以形成進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)。此外，如果使用了彩色視頻成像裝置，同樣的測量還提供了關(guān)于樣本的波長相關(guān)性能的數(shù)據(jù)。彩色視頻使用了三個波長段，從CIE 意義上講這不是真正的彩色測量，不過這給出了非常有用的樣本的 方向相關(guān)色彩信息。對于諸如全息圖的衍射表面來說這有著特殊好 處。通常，成像裝置意在查看屏幕上的圖像，而樣本自身對于成像 裝置而言不是可見的。在設(shè)備的特定實施例中，有措施使樣本自身 可直接由成像裝置成像。可以通過從反射鏡向樣本輕微轉(zhuǎn)動成像裝 置來將成像裝置對準(zhǔn)樣本。在這種觀察模式下，可以由通過照明穹 面內(nèi)部的一個或多個其他燈獲得的漫射光來照明樣本。也可以用準(zhǔn) 直光束或通過投射在屏幕上的亮斑來照明樣本。根據(jù)要觀察的樣本 的期望特征，離開樣本的光束或光斑的鏡面反射可以落在成像裝置 中或落到成像裝置一側(cè)。觀察模式允許提取出樣本織構(gòu)的不同特征， 因為是直接而非經(jīng)由類似傅里葉的變換觀察樣本。可以將屏幕用于反射或透射，其具有投影屏的通常性質(zhì)。形成 于屏幕上的二維圖像代表了在樣本位置處設(shè)置的樣本所散射的福射 的角分布。因此該圖像為樣本物理性質(zhì)的類似傅里葉的變換，其中 將樣本物理性質(zhì)的空間變化轉(zhuǎn)換成輻射能的角變化。使用例如攝像 機(jī)的成像裝置能夠快速捕捉作為散射輻射完整分布的圖像?？梢酝ㄟ^反射或透射方式研究樣本表面。在后一種情況下，要 探測的照明光束和散射輻射位于樣本的相對側(cè)，測量值不僅表示樣 本入射和/或出射表面的物理性質(zhì)而且表示其內(nèi)部的物理性質(zhì)。可以 將樣本安裝在可調(diào)節(jié)的臺上，以允許改變樣本的方位角。本文所述的本發(fā)明的實施例意在進(jìn)行說明而非限制，不代表本 發(fā)明的每個實施例。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做 出很多變型和改變，本發(fā)明的精神和范圍如以下權(quán)利要求中從字面 上以及從法律上認(rèn)定的等價要件所界定。
權(quán)利要求
1、一種用于表征樣本表面308的光學(xué)外觀的設(shè)備300，所述設(shè)備300包括上部外殼318，其具有頂表面上中心位置處的第一孔隙310、形成于從所述第一孔隙310偏移的位置處的第二孔隙326以及形成于所述上部外殼318的底部位置處并垂直于所述第一孔隙310的第三孔隙332，所述上部外殼318具有被配置成投影屏316的內(nèi)表面；被配置并定位成支撐所述上部外殼318的基底320，所述基底320和所述上部外殼318形成封閉體積312，并且所述基底320具有與所述第一孔隙310相對定位的開口322，使得當(dāng)靠著所述基底320的外表面定位所述樣本表面308時，通過所述第一孔隙310和所述開口322可以看見所述樣本表面308的至少一部分；輔助反射鏡328，其設(shè)置在所述基底320的內(nèi)表面上，并與所述第二孔隙326和所述第三孔隙332光學(xué)相通；位于所述封閉體積312之外的輻射源302；由所述輻射源302產(chǎn)生的第一輻射束304，所述第一輻射束304被沿著第一光路引導(dǎo)，所述第一光路始于所述輻射源302，經(jīng)過所述第一孔隙310、所述開口322并以一入射角終止于所述樣本表面308；光學(xué)成像裝置324，位于所述封閉體積312之外，并與所述第二孔隙326和所述輔助反射鏡328光學(xué)相通；以及由所述輻射源302在發(fā)射所述第一輻射束304的同時發(fā)射的第二輻射束330，所述第二輻射束330被沿著第二光路引導(dǎo)，所述第二光路始于所述輻射源302，通過所述第三孔隙332進(jìn)入所述封閉體積312，通過所述第二孔隙326重新定向并終止于所述光學(xué)成像裝置324。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備300,其中，所述第一輻射束304 和所述第二輻射束330源自由所述輻射源702產(chǎn)生的初始輻射束 704，所述初始輻射束704被引導(dǎo)向分束器710，以將所述初始輻射束704分成所述第一輻射束304和所述第二輻射束330。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備300，其中，所述第一光路和所 述第二光路的一個或多個部分經(jīng)過光纖細(xì)絲502。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備300，其中，將所述上部外殼318 的尺寸設(shè)計為半球形穹面，且所述封閉體積為封閉的半球形體積。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備300，其中，所述第一孔隙310 的尺寸被設(shè)計為沿從所述頂點到所述基底320的弧的至少一部分的 狹縫；且所述第一光路可沿所述第一孔隙310移動，從而可以在0 °和90°范圍內(nèi)選擇所述入射角。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備300，其中，所述輻射源302產(chǎn) 生可見光輻射束。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備300，還包括用于定位所述樣本 表面308的可移動臺。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備300，其中，可以定位所述第一 輻射束304，從而在所述樣本表面308光學(xué)透射時通過所述樣本表面 308照明，使得所述照明的至少一部分通過所述樣本表面308透射并 進(jìn)入所述半球形體積312中。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備300，還包括由所述輻射源302 產(chǎn)生的第三輻射束，引導(dǎo)所述第三輻射束從不和所述第一輻射束304 光學(xué)相通的一側(cè)照明所述樣本表面308，當(dāng)以透射模式執(zhí)行對光學(xué)外 觀的表征時采用所述第三輻射束。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備300，還包括沿所述第三孔隙332的至少一部分定位在所述上部外殼318的所述內(nèi)表面上的擋板 338，所述擋板338被配置成阻止散射輻射314干擾形成所述第二光 路的任何光學(xué)部件334， 336。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備300，其中，所述輔助反射鏡 328為凸面鏡，定位所述凸面鏡以將所述投影屏316的至少一部分反 射到所述光學(xué)成像裝置324。
12、 一種用于測量樣本表面的光學(xué)參數(shù)的方法，所述方法包括 用來自光源302的第一光束304照明605所述樣本表面308; 在投影屏316上截取609被所述樣本表面308散射的光314; 利用成像裝置324對所述投影屏316成像611;以及 將第二光束330引導(dǎo)607到所述成像裝置324，所述第二光束330由所述光源302與所述第一光束304同時產(chǎn)生。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括在半球形穹面318的 內(nèi)表面上定位所述投影屏316。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，照明605所述樣本表 面308的所述步驟包括沿著至少部分由光纖細(xì)絲502構(gòu)成的光路引 導(dǎo)所述第一光束304和所述第二光束330中的至少一個。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括沿著豎直弧可移動地 定位所述第一光束304。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括 將所述成像步驟611中產(chǎn)生的圖像傳輸615到圖像處理器，所述圖像具有表示所述投影屏316的數(shù)據(jù)和表示所述第二光束330的 數(shù)據(jù)；以及將所述圖像轉(zhuǎn)換成光學(xué)參數(shù)測量值。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括從所述投影屏數(shù)據(jù)316分離表示所述第二光束330的所述數(shù)據(jù)，所述分離步驟在所述轉(zhuǎn) 換步驟之前執(zhí)行。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在執(zhí)行所述轉(zhuǎn)換時， 由所述圖像處理器使用表示所述第二光束330的所述數(shù)據(jù)補(bǔ)償所述 光源302的光學(xué)性質(zhì)的變化。
19、 一種用于測量樣本表面308的光學(xué)參數(shù)的設(shè)備300，所述設(shè) 備包括用來自光源302的第一光束304照明所述樣本表面308的裝置； 用于在投影屏316上截取被所述樣本表面308散射的光314的 裝置；用于對所述投影屏316成像的裝置；以及用于將第二光束330引導(dǎo)到所述成像裝置324的裝置，所述第 二光束330由所述光源302與所述第一光束304同時產(chǎn)生。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備300，還包括 用于將所述成像裝置324產(chǎn)生的圖像傳輸?shù)綀D像處理器的裝置，所述圖像具有表示所述投影屏316的數(shù)據(jù)和表示所述第二光束330 的數(shù)據(jù)；以及用于將所述圖像轉(zhuǎn)換成光學(xué)參數(shù)測量值的裝置，所述轉(zhuǎn)換裝置 利用表示所述第二光束330的所述數(shù)據(jù)補(bǔ)償所述光源302的光學(xué)性 質(zhì)的變化。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備300，還包括用于從所述投影 屏316數(shù)據(jù)分離表示所述第二光束330的所述數(shù)據(jù)的裝置，所述分 離裝置在激活所述轉(zhuǎn)換裝置之前執(zhí)行所述分離。
全文摘要
提供了一種具有雙光束設(shè)置的散射儀或二次散射儀和使用其的方法，以產(chǎn)生光學(xué)參數(shù)測量值。雙光束二次散射儀包括在底部由基底(320)密封的半球形穹面外殼(318)。輻射源(302)分成兩個光束產(chǎn)生輻射用于照明樣本表面(308)的照明光束(304)和用于提供與照明光束(304)有關(guān)的光學(xué)特征信息的校準(zhǔn)光束(330)。經(jīng)由分立的光路將每個光束引導(dǎo)到半球形穹面外殼(318)之內(nèi)。定位光學(xué)成像裝置(324)以獲取由被照明光束(304)照明的樣本表面(308)散射的散射輻射(314)的圖像，并同時獲取校準(zhǔn)光束的圖像。在分析散射輻射數(shù)據(jù)時，利用校準(zhǔn)光束圖像補(bǔ)償輻射源(302)的光輸出的變化。
文檔編號G01N21/47GK101243313SQ200680029684
公開日2008年8月13日 申請日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月15日
發(fā)明者S·瓦德曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司