使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置及方法，该装置包括在光路方向上依次设置CMOS或CCD相机、远心成像镜头、偏振分像棱镜组件、偏振立方分束器、直角转像棱镜、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，本发明专利技术装置及方法的优点：半导体晶粒相邻面的双像在偏振分像棱镜组件上空间位置虽然分开，但是半导体晶粒双面偏振成像却满足完全等光程即△=0，或准等光程△≈0。

A device and method for realizing simultaneous equal optical path confocal detection of grains by polarization image splitting method

【技术实现步骤摘要】
使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置及方法
：本专利技术属于光学检测和机器视觉领域，尤其涉及一种使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置及方法。
技术介绍
：半导体晶粒相对面或相邻面同时缺陷检测的装置与方法需要解决的主要光学技术问题为双面检测光路的等光程共焦成像。专利申请(申请号2019113692573、2020101330447，未公布，如图1、2所示)解决了半导体晶粒相对面同时等光程共焦成像及等照度照明检测的方法。图3是申请号202010171706X(未公布)提出的光学检测装置与方法很好地解决了半导体晶粒相邻面准等光程共焦成像检测，但是相邻双面成像光路之间仍然存在一个光程差△，这个小光程差△可以通过选择足够大景深的远心成像镜头来补偿，当待检测半导体晶粒尺寸增大时，光程差△及物方视场VOF＝△+a也随之增大，必须使用大视场、大景深的远心成像镜头，这将会相应地增加远心成像镜头的成本，因此寻找晶粒相邻面完全等光程共焦成像检测的新途径成为必要。图4是为了有效利用照明光源的能量提高照明效率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置，其特征在于：包括在光路方向上依次设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、偏振分像棱镜组件、偏振立方分束器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与偏振立方分束器之间的光路上分别设有侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜，侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，偏振立方分束器与天面直角转像棱镜在同一水平高度；侧面直角转像棱镜和偏振立方分束器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面与偏振立方分束器的第一面对齐并胶合，侧面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒侧面相对，侧...

【技术特征摘要】
1.一种使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置，其特征在于：包括在光路方向上依次设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、偏振分像棱镜组件、偏振立方分束器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与偏振立方分束器之间的光路上分别设有侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜，侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，偏振立方分束器与天面直角转像棱镜在同一水平高度；侧面直角转像棱镜和偏振立方分束器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面与偏振立方分束器的第一面对齐并胶合，侧面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒侧面相对，侧面直角转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置，天面直角转像棱镜的两个直角面分别与半导体晶粒的天面和偏振立方分束器的第二面相对；所述偏振分像棱镜组件包括贴设在偏振立方分束器第三面上的沃拉斯顿偏振棱镜和位于沃拉斯顿偏振棱镜上靠近远心成像镜头一侧的屋脊棱镜，偏振立方分束器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经直角转像棱镜、偏振立方分束器、偏振分像棱镜组件以等光程共焦偏振成像在CMOS或CCD相机传感器面上，在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。


2.一种使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置，其特征在于：包括在光路方向上依次设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、偏振分像棱镜组件、偏振立方分束器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与偏振立方分束器之间的光路上分别设有侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜，侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，偏振立方分束器与天面直角转像棱镜在同一水平高度；侧面直角转像棱镜和偏振立方分束器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面与偏振立方分束器的第一面对齐并胶合，侧面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒侧面相对，侧面直角转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置，天面直角转像棱镜的两个直角面分别与半导体晶粒的天面和偏振立方分束器的第二面相对；所述偏振分像棱镜组件包括贴设在偏振立方分束器第三面上的沃拉斯顿偏振棱镜和位于沃拉斯顿偏振棱镜上靠近远心成像镜头一侧的屋脊棱镜，侧面直角转像棱镜与半导体晶粒的侧面、天面直角转像棱镜与半导体晶粒的天面之间分别设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经直角转像棱镜、偏振立方分束器、偏振分像棱镜组件以等光程共焦偏振成像在CMOS或CCD相机传感器面上，在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。


3.根据权利要求1或2所述的使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置，其特征在于：偏振成像照明光路：照明光源经过偏振立方分束器时被分为两束偏振方向互相垂直的线偏振光，分别是p-分量与s-分量；一束p-分量偏振光经天面直角转像棱镜照明待测半导体晶粒的天面；而另一束s-分量偏振光经侧面直角转像棱镜照明待测半导体晶粒的侧面，两束振动方向互相垂直的线偏振光分别照明半导体晶粒相邻的两个面。


4.根据权利要求3所述的使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置，其特征在于：两束振动方向互相垂直的线偏振光照明半导体晶粒相邻的两个面产生漫反射光；半导体晶粒天面的成像光束s-分量经天面直角转像棱镜与偏振立方分束器反射进入偏振分像棱镜组件；而半导体晶粒侧面的p-分量成像光束经侧面直角转像棱镜与偏振立方分束器透射进入偏振分像棱镜组件，从偏振分像棱镜组件输出的双面像在普通CMOS或CCD相机上分别获得了双面各自独立的像。


5.根据权利要求1或2所述的使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置，其特征在于：所述天面成像光路工作距WD＝d/2，d为棱镜直角边长；偏振立方分束器与侧面直角转像棱镜胶合且中心重合，侧面成像光路的工作距WD＝D/2+d/2，D为透明玻璃载物台宽度；所述同轴外置照明光源为单色光或是具有一定光谱带宽的准单色光源。


6.根据权利要求1或2所述的使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置，其特征在于：所述天面直角转像棱镜的尺寸为15*15*15mm，侧面直角转像棱镜的尺寸15*15*15mm，偏振立方分束器的尺寸为15*15*15mm，沃拉斯顿偏振棱镜长10x宽10x高11mm，屋脊形棱镜长10x宽10x高3.17mm。


7.根据权利要求1或2所述的使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置，其特征在于：从偏振分像棱镜组件输出半导体晶粒相邻面的偏振光形成的像在空间上分开；使用普通CMOS或CCD相机，分别获得半导体晶粒天面与侧面光路偏振可分离的等光程共焦成像检测；或者使用普通CMOS或CCD相机，分别获得天面与侧面成像光路偏振方向0度与90度可分离的完全等光程共焦偏振成像检测。


8.根据权利要求1或2所述的使用偏振分像法实现晶粒双面同时等光程共焦检测的装置，其特征在于：假设方解石制成的沃拉斯顿偏振棱镜尺寸为L1×W1×H1＝10×10×11，棱镜顶角为θ＝45°，o光和e光的折射率分别为no＝1.658与ne＝1.486；K9材质制成的屋脊形棱镜尺寸为L2×W2×H2＝10×10×3.17，左侧和右侧屋脊与水平方向的夹角分别为ε1和ε2，折射率为nk9＝1.5163；沃拉斯顿偏振棱镜与屋脊形棱镜之间的空气间隙高度为H3，空气折射率为nai...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖廷俤，颜少彬，段亚凡，黄衍堂，
申请(专利权)人：泉州师范学院，
类型：发明
国别省市：福建;35