一种表面瑕疵光学检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了一种表面瑕疵光学检测装置及其检测方法，所述检测装置包括：激光器、偏振器、扩束镜、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、积分球集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜、第二光电探测器；所述激光器、偏振器、扩束镜依次设置；所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；所述波片设置于第一偏振分光镜与第二偏振分光镜之间，第二偏振分光镜与第二光电探测器连接。本发明专利技术提出的表面瑕疵光学检测装置及方法，可提高表面瑕疵的检测精度及效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学检测
，涉及一种光学检测装置，尤其涉及一种表面瑕疵光学检测装置；同时，本专利技术还涉及一种表面瑕疵光学检测方法。
技术介绍
目前一般采用一个特殊设计的渥氏棱镜，并利用光的偏振特性来实现剪切干涉。渥氏棱镜是有两块双折射晶体组合而成。两块晶体的结合面是一个有一定角度的斜面，两块晶体的晶轴相互垂直。一束线偏振的激光束，经过一个渥氏棱镜后，分成了两束偏振正交的光，o光和e光，渥氏棱镜的构成使得o光和e光在经过棱镜的一个斜面后，由于折射率的差异而从两个不同的角度出射。此时，两束光的交汇点在棱镜的内部。在某些应用中，两束光的交汇点必须在棱镜外面的某一个特定的位置，此时，需要对渥氏棱镜作一些改动，如双渥氏棱镜。双渥氏棱镜是将两块类似，但斜面角度略有不同的两块渥氏棱镜，通过中间加一个半波长波片(波片的晶轴角度与渥氏棱镜的晶轴角度成45度角)而组成，这样形成的两束光的夹角的大小由两块渥氏棱镜的夹角决定，且第二个交汇点可在棱镜的外部。以上两种棱镜都可以将一束偏振光分成两束偏振正交的光，但形成的两束偏振光之间的夹角是固定的。图1是一种角度可变的剪切干涉分光镜的示意图。光滑表面的缺陷检测目前已有多种方法，比较常用的是基于Machine Vision的光学检测方法，这种方法的特点是可同时检测并确定缺陷的种类、尺寸等参数，但缺点是分辨率及检测速度较慢，通常检测和分析时间在几十秒到几分钟，这种速度无法满足在线检测的需要，要达到在10秒钟内完成对一片这样的晶面检测，即使采用更快的硬件和软件技术，在短期内也无法达到对检测速度的要求。仔细观察被测光滑表面，发现大部分被测表面是没有需检出的缺陷的，即使有，其数量也是很少的，而基于Machine Vision的检测方法必须对整个表面进行无区别
的检测，因而，不管被测表面是否有缺陷，检测时间都是一样的，而且大部分时间是用在对无缺陷的表面进行图像采集和处理。激光扫描和散射检测技术可在很短的时间内对一个直径为75mm的光滑表面进行检测并确定缺陷的具体位置(一般可检测缺陷最小线度为1微米，如需检测更小的缺陷尺寸，检测时间会相应增加)，并对缺陷图像进行初步处理，确定是点缺陷还是线状缺陷(如划痕等)，所得到的缺陷图可传输给下一级或同台设备上的另一个检测头进行定量分析。激光表面散射对光滑表面的微缺陷检测的超高灵敏度早就被认识到了，如早期用于测量磁存储器硬盘表面微缺陷的光学表面分析技术(Optical Surface Ana l yzer,OSA)就已在磁存储器硬盘的生产过程中使用【参考文献1：“Method of Inspecting Magnetic Disc and Apparatus Therefor and Process for Producing the Magnetic Disc”,US Patent:6,078,385,Jun.20,2000】，目前美国KLA-Tencor公司的一款用于LED衬底表面检测的设备也是基于这种技术，但由于传统的设计是将一束激光经聚焦后以大角度的方式入射到被测表面上，光束与表面的相互作用区域局限于光斑的尺寸，一般在几个毫米以内，通过机械地移动被测表面来完成对整个表面的检测，这种仪器尽管可对光滑表面的微缺陷进行检测和分析，但测量速度较慢，不适合于在线检测。有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的表面瑕疵光学检测方式，以便克服现有检测方式的上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种表面瑕疵光学检测装置，可提高表面瑕疵的检测精度及效率。此外，本专利技术还提供一种表面瑕疵光学检测方法，可提高表面瑕疵的检测精度及效率。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种表面瑕疵光学检测装置，所述检测装置包括：激光器、偏振器、扩束镜、第一调整镜、第二调整镜、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透
镜、积分球集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜、第二光电探测器；所述激光器、偏振器、扩束镜依次设置；激光束从激光器发出，经偏振器后，进入扩束镜，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源；所述第一调整镜、第二调整镜设置于扩束镜及第一偏振分光镜之间，光束经扩束镜后由第一调整镜、第二调整镜调整后进入第一偏振分光镜；此时的光束偏振方向在与第一偏振分光镜入射面法线和反射面法线所组成的面内；所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；所述远心扫描透镜设置于扫描镜面及积分球集光器之间；远心扫描透镜将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线；这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描镜面的扫描范围；两束光在被测表面形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定；所述积分球集光器的底端有一个圆形的或长方形的开口，开口的直径或长度略大于扫描的长度，积分球集光器的上方为一狭长形开口，在积分球集光器的腔体内侧，安装有一个高灵敏光点探测器，即第一光电探测器；上述积分球集光器及第一光电探测器组成的散射光信号检测系统能地将被表面缺陷漫散射的光信号收集起来，对于没有缺陷的表面，入射光在与表面相互作用后，将主要以反射形式及透射形式离开表面，对于不透明的被测面，将主要以反射的形式离开表面，而积分球的设计使得已以反射光形式离开表面的光基本上不被光电探测器检测到，只有经表面缺陷漫散射后离开的光才被光电探测器检测到，从而可有效检测表面缺陷；经表面反射的光束将按原路返回，如果在两个光斑的照射区域内没有任何缺陷，则两束光经表面反射后，再经剪切干涉棱镜并合成一个偏振方向与原来入射光一致的光束，该光束将沿原光路再进入到激光扩束系统，几乎没有光进入到剪切干涉检测系统，因而在剪切干涉光路中的光电检测系统没有信号；如果在被两
个光斑的照射区域内有微小缺陷，则由于两个光斑之间有一定的间距，当两束光合成后，相互之间的干涉会使得合成光束中部分波阵面的位相发生变化，因而在通过剪切干涉棱镜后其偏振方向不再与原来入射光的偏振方向一致，在经过偏振棱镜后，将有一部分光依次经过波片、第二偏振分光镜进入到剪切干涉的探测系统中并被系统中的第二光电探测器接收到；由于表面纹波、污迹、水斑都会对通过它们的光产出光程差，从而引起光束的位相变化，而没有缺陷的表面将不产生这样的光程差，因而这种表面缺陷就会在一个暗场的背景下产生明显的亮斑。一种表面瑕疵光学检测装置，所述检测装置包括：激光器、偏振器、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、积分球集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜、第二光电探测器；所述激光器、偏振器依次设置；激光束从激光器发出，经偏振器后，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源；所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；所述波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面瑕疵光学检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：激光器、偏振器、扩束镜、第一调整镜、第二调整镜、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、积分球集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜、第二光电探测器；所述激光器、偏振器、扩束镜依次设置；激光束从激光器发出，经偏振器后，进入扩束镜，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源；所述第一调整镜、第二调整镜设置于扩束镜及第一偏振分光镜之间，光束经扩束镜后由第一调整镜、第二调整镜调整后进入第一偏振分光镜；此时的光束偏振方向在与第一偏振分光镜入射面法线和反射面法线所组成的面内；所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；所述远心扫描透镜设置于扫描镜面及积分球集光器之间；远心扫描透镜将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线；这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描振镜的扫描范围；两束光在被测表面形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定；所述积分球集光器的底端有一个圆形的或长方形的开口，开口的直径或长度略大于扫描的长度，积分球集光器的上方为一狭长形开口，在积分球集光器的腔体内侧，安装有一个高灵敏光点探测器，即第一光电探测器；上述积分球集光器及第一光电探测器组成的散射光信号检测系统能地将被表面缺陷漫散射的光信号收集起来，对于没有缺陷的表面，入射光在与表面相互作用后，将主要以反射形式及透射形式离开表面，对于不透明的被测面，将主要以反射的形式离开表面，而积分球的设计使得以反射光形式离开表面的光基本上不被光电探测器检测到，只有经表面缺陷漫散射后离开的光才被光电探测器检测到，从而可有效检测表面缺陷；经表面反射的光束将按原路返回，如果在两个光斑的照射区域内没有任何缺陷，则两束光经表面反射后，再经剪切干涉棱镜并合成一个偏振方向与原来入射光一致的光束，该光束将沿原光路再进入到激光扩束系统，几乎没有光进入到剪切干涉检测系统，因而在剪切干涉光路中的光电检测系统没有信号；如果在被两个光斑的照射区域内有微小缺陷，则由于两个光斑之间有一定的间距，当两束光合成后，相互之间的干涉会使得合成光束中部分波阵面的位相发生变化，因而在通过剪切干涉棱镜后其偏振方向不再与原来入射光的偏振方向一致，在经过偏振棱镜后，将有一部分光依次经过波片、第二偏振分光镜进入到剪切干涉的探测系统中并被系统中的第二光电探测器接收到；由于表面纹波、污迹、水斑都会对通过它们的光产出光程差，从而引起光束的位相变化，而没有缺陷的表面将不产生这样的光程差，因而这种表面缺陷就会在一个暗场的背景下产生明显的亮斑。...

【技术特征摘要】
1.一种表面瑕疵光学检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：激光器、偏振器、扩束镜、第一调整镜、第二调整镜、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、积分球集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜、第二光电探测器；所述激光器、偏振器、扩束镜依次设置；激光束从激光器发出，经偏振器后，进入扩束镜，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源；所述第一调整镜、第二调整镜设置于扩束镜及第一偏振分光镜之间，光束经扩束镜后由第一调整镜、第二调整镜调整后进入第一偏振分光镜；此时的光束偏振方向在与第一偏振分光镜入射面法线和反射面法线所组成的面内；所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；所述远心扫描透镜设置于扫描镜面及积分球集光器之间；远心扫描透镜将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线；这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描振镜的扫描范围；两束光在被测表面形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定；所述积分球集光器的底端有一个圆形的或长方形的开口，开口的直径或长度略大于扫描的长度，积分球集光器的上方为一狭长形开口，在积分球集光器的腔体内侧，安装有一个高灵敏光点探测器，即第一光电探测器；上述积分球集光器及第一光电探测器组成的散射光信号检测系统能地将被表面缺陷漫散射的光信号收集起来，对于没有缺陷的表面，入射光在与表面相互作用后，将主要以反射形式及透射形式离开表面，对于不透明的被测面，将主要以反射的形式离开表面，而积分球的设计使得以反射光形式离开表面的光基本上不被光电探测器检测到，只有经表面缺陷漫散射后离开的光才被光电探测器检测到，从而可有效检测表面缺陷；经表面反射的光束将按原路返回，如果在两个光斑的照射区域内没有任何缺陷，则两束光经表面反射后，再经剪切干涉棱镜并合成一个偏振方向与原来入射光一致的光束，该光束将沿原光路再进入到激光扩束系统，几乎没有光进入到剪切干涉检测系统，因而在剪切干涉光路中的光电检测系统没有信号；如果在被两个光斑的照射区域内有微小缺陷，则由于两个光斑之间有一定的间距，当两束光合成后，相互之间的干涉会使得合成光束中部分波阵面的位相发生变化，因而在通过剪切干涉棱镜后其偏振方向不再与原来入射光的偏振方向一致，在经过偏振棱镜后，将有一部分光依次经过波片、第二偏振分光镜进入到剪切干涉的探测系统中并被系统中的第二光电探测器接收到；由于表面纹波、污迹、水斑都会对通过它们的光产出光程差，从而引起光束的位相变化，而没有缺陷的表面将不产生这样的光程差，因而这种表面缺陷就会在一个暗场的背景下产生明显的亮斑。2.一种表面瑕疵光学检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：激光器、偏振器、第一偏振分光镜、剪切棱镜、扫描镜面、远心扫描透镜、集光器、第一光电探测器、波片、第二偏振分光镜；所述激光器、偏振器依次设置；激光束从激光器发出，经偏振器后，作为激光散射扫描及剪切干涉的光源；所述剪切棱镜设置于第一偏振分光镜及扫描镜面之间；几乎所有的入射光将通过该第一偏振分光镜入射到剪切棱镜上；剪切棱镜的设置使得入射光被分成两束光强相等并偏振正交的部分，并且两束光之间有在远心扫描透镜的后焦面上形成一个很小的夹角；所述波片设置于第一偏振分光镜与第二偏振分光镜之间，第二偏振分光镜与第二光电探测器连接。3.根据权利要求2所述的高灵敏度表面微小瑕疵光学检测装置，其特征在于：所述远心扫描透镜设置于扫描镜面及积分球集光器之间；远心扫描透镜将入射光束沿一个方向快速扫描，经远心扫描透镜后，在被测表面形成两个
\t汇聚光点，并划过一个长度为L＝f·2θ的直线；这里，f为远心扫描透镜的焦距，θ为扫描镜面的扫描角范围；两束光在被测表面形成汇聚的两个光斑，两个光斑的中心距离由远心扫描透镜的焦距及两束光的夹角决定。4.根据权利要求2所述的高灵敏度表面微小瑕疵光学检测装置，其特征在于：所述积分球集光器的底端有一个圆形的或长方形的开口，开口的直径或长度略大于扫描的长度，积分球集光器的上方为一狭...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆惠宗，
申请(专利权)人：无锡迈福光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32