基于平行平板分像相邻面的完全等光程共焦成像检测装置制造方法及图纸

技术编号:27552732 阅读:67 留言:0更新日期:2021-03-03 19:44
本实用新型专利技术申请提出一种基于平行平板分像相邻面的完全等光程共焦成像检测装置,在相邻双面成像光路中分别采用一块平行平板来实现相邻双面空间分离成像检测的新方法。与偏振分像法、双色分离成像法或时间差分辨成像法一样,该新方法可以获得半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测,但无需使用偏振光学元件与偏振CMOS传感器(相机)、或彩色相机及其额外的图像处理,有效提高了检测装置的性价比与检测效率。与检测效率。与检测效率。

【技术实现步骤摘要】
基于平行平板分像相邻面的完全等光程共焦成像检测装置
[0001]

[0002]本技术属于光学检测和机器视觉领域,尤其涉及一种基于平行平板分像的相邻面同时完全等光程共焦成像检测装置。
[0003]
技术介绍

[0004]近年来,光学成像技术和人工智能的结合已成为光学工程技术应用十分活跃的研究领域,半导体致冷器件晶粒的智能制造离不开机器视觉自动光学检测技术,为了提高生产效率,基于一个成像装置来检测待测物体的一个表面的传统机器视觉光学自动检测装置已经不能满足不断发展的检测应用需求,半导体晶粒双面同时缺陷成像检测技术的研究成为十分必要,而双面成像检测光路的完全等光程共焦成像是需要解决的主要核心技术问题之一。
[0005]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包括双面检测光路的等光程共焦成像,现有的授权专利与专利申请均采用大景深远心成像镜头来解决双面成像光路之间光程差引起的共焦与分辨率问题,专利申请(申请号2019113692573、2020101330447,未公布)解决了晶粒相对面同时等光程共焦成像及等照度照明的检测装置与方法,如图1,2所示。
[0006]而图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
r/>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。
[0007]图4提出一种基于时间差分辨成像法,使用单组成像系统实现半导体晶粒相邻面完全等光程共焦成像检测的新方法。
[0008]图5专利申请使用了偏振分束器,获得偏振方向互相垂直的两束照明光束,分别照明待测半导体晶粒的相邻双面,以及提出基于偏振光分离成像(简称“偏振分像”)的方法,利用偏振相机来实现半导体晶粒相邻面同时完全等光程共焦成像检测的装置与方法,
[0009]图6专利申请提出一种仍然基于偏振光分离成像(简称“偏振分像”)的原理,结合“偏振分像棱镜组件”并使用普通CMOS或CCD相机来实现半导体晶粒相邻面同时完全等光程共焦成像检测的又一新方法。
[0010]
技术实现思路

[0011]本技术申请提出一种基于相邻面完全等光程共焦成像装置的新方法,与偏振分像法、双色分离成像法或时间差分辨成像法一样,该新方法可以获得半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测,但无需使用偏振光学元件与偏振CMOS传感器(相机)、或彩色相机及其额外的图像处理,有效提高了检测装置的性价比与检测效率。
[0012]本技术基于平行平板分像的相邻面同时完全等光程共焦成像检测装置,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、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台,在半导体晶粒与立方分束合像器之间
的光路上分别依次设有天面直角转像棱镜、第一玻璃平行平板和侧面直角转像棱镜、第二玻璃平行平板,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,立方分束合像器与第一玻璃平行平板、天面直角转像棱镜在同一水平高度;侧面直角转像棱镜与第二玻璃平行平板、立方分束合像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立方分束合像器的第一面相对,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立方分束合像器的第二面相对;第一玻璃平行平板表面法线与其光路的光轴成一夹角,第二玻璃平行平板表面法线与其光路的光轴成一夹角,立方分束合像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、玻璃平行平板、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上,以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。
[0013]进一步的,上述立方分束合像器中心与侧面直角转像棱镜斜面中心距离D/2+d,立方分束合像器与天面直角转像棱镜斜面在同一水平高度上,二者距离D/2+d,侧面成像光路工作距WD=D/2+d/2,天面成像光路工作距WD= WD=D/2+d/2,D为透明玻璃载物台宽度,d为棱镜直角边长;半导体晶粒天面成像光路工作距WD=D/2+d/2=30mm,侧面成像光路工作距WD= D/2+d/2=30mm。
[0014]进一步的,上述第一、第二玻璃平行平板的厚度t=5.83mm,玻璃平行平板表面法线与光轴的夹角α=25
°
,平板玻璃材料为K9,计算得到双面像的间隔δ=1.8mm;
[0015]进一步的,上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,立方分束合像器的尺寸为15*15*15mm;两个直角转像棱镜的反射面中心与半导体晶粒中心相连形成一个方形对称光路结构尺寸为37.5x 37.5mm。
[0016]进一步的,上述同轴外置照明光源是单色光,或是具有一定光谱带宽的准单色光源或白光。
[0017]本技术基于平行平板分像的相邻面同时完全等光程共焦成像检测方法,其特征在于:所述基于平行平板分像的相邻面同时完全等光程共焦成像检测装置包括在光路方向上依次设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台,在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别依次设有天面直角转像棱镜、第一玻璃平行平板和侧面直角转像棱镜、第二玻璃平行平板,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,立方分束合像器与第一玻璃平行平板、天面直角转像棱镜在同一水平高度;侧面直角转像棱镜与第二玻璃平行平板、立方分束合像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立方分束合像器的第一面相对,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立方分束合像器的第二面相对;第一玻璃平行平板表面法线与其光路的光轴成一夹角,第二玻璃平行平板表面法线与其光路的光轴成一夹角,立方分束合像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、玻璃平行平板、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上,以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像;工作时,
[0018]双面照明光路:
[0019]同轴外置照明光源经过立方分束合像器时被分为两束照明光束:一束光经天面直角转像棱镜和第一玻璃平行平板后照明位于玻璃载物转盘上的待测半导体晶粒的天面;而另一束照明光束经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平行平板分像相邻面的完全等光程共焦成像检测装置,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、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台,在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别依次设有天面直角转像棱镜、第一玻璃平行平板和侧面直角转像棱镜、第二玻璃平行平板,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,立方分束合像器与第一玻璃平行平板、天面直角转像棱镜在同一水平高度;侧面直角转像棱镜与第二玻璃平行平板、立方分束合像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立方分束合像器的第一面相对,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立方分束合像器的第二面相对;第一玻璃平行平板表面法线与其光路的光轴成一夹角,第二玻璃平行平板表面法线与其光路的光轴成一夹角,立方分束合像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、玻璃平行平板、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上,以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。2.根据权利要求1所述的基于平行平板分像相邻面的完全等光程共焦成像检测...

【专利技术属性】
技术研发人员:廖廷俤颜少彬
申请(专利权)人:泉州师范学院
类型:新型
国别省市:

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