[發明專利]大口徑元件體內缺陷快速檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 201810605232.8
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN109060816B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 邵建達;劉世杰;倪開灶;黃保銘;潘靖宇;徐天柱;李靈巧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種大口徑元件體缺陷快速檢測裝置，其特征在于，包括激光器(1)、半波片(2)、偏振片(3)、光束整形器(4)、第一成像鏡頭(7)、第一CCD相機(8)、第二成像鏡頭(9)、第二CCD相機(10)、顯微鏡照明光源(11)、光纖(12)、YZ二維移動平臺(13)、XYZ三維移動平臺(14)、掃描同步控制系統(15)和計算機(16)；

所述的激光器(1)、半波片(2)、偏振片(3)、光束整形器(4)置于所述的YZ二維移動平臺(13)上，且所述的激光器(1)發出的激光依次經所述的半波片(2)、偏振片(3)和光束整形器(4)形成準直帶狀光束沿X向輸出；在該準直帶狀光束的垂直方向設置待測元件(5)，使準直帶狀光束垂直于所述的待測元件(5)的側面入射到內部；

所述的第一成像鏡頭(7)、第一CCD相機(8)、第二成像鏡頭(9)、第二CCD相機(10)置于所述的XYZ三維移動平臺(14)上，所述的第一成像鏡頭(7)和第一CCD相機(8)位于待測元件(5)正面，第一成像鏡頭(7)的光軸與準直帶狀光束的入射方向相互垂直；

所述的第二成像鏡頭(9)和第二CCD相機(10)與所述的第一成像鏡頭(7)并列放置，第二成像鏡頭(9)的光軸與第一成像鏡頭(7)的光軸相互平行；

所述的顯微鏡照明光源(11)發出的光經過所述的光纖(12)導入到所述的第二成像鏡頭(9)的內部，從第二成像鏡頭(9)出射；

所述的掃描同步控制系統(15)控制所述的YZ二維移動平臺(13)和XYZ三維移動平臺(14)的同步移動，保證準直帶狀光束的照明區域和第一成像鏡頭(7)的成像物面重合；所述的YZ二維移動平臺(13)帶動激光器(1)、半波片(2)、偏振片(3)和光束整形器(4)沿Y軸負向移動距離d；同時，所述的XYZ三維移動平臺(14)帶動所述的第一成像鏡頭(7)沿Y軸負向移動距離d/n，其中n為待測元件(5)在入射激光波長處的折射率；

所述的激光器(1)發出的激光被光束整形器(4)整形為在Z軸方向具有一定寬度和在Y軸方向具有一定厚度的準直帶狀光束；

所述的計算機(16)對所述的第一CCD相機(8)采集的所有圖像進行拼接，并提取體缺陷(6)的中心位置的XYZ坐標，所述的第一成像鏡頭(7)的放大倍率小于第二成像鏡頭(9)的放大倍率；所述的第一成像鏡頭(7)和第一CCD相機(8)用于全口徑快速掃描探測發現體缺陷；所述的第二成像鏡頭(9)和第二CCD相機(10)用于體缺陷定點放大測量；

關閉所述的激光器(1)，打開所述的顯微鏡照明光源(11)，根據體缺陷的中心位置的XYZ坐標，將所述的第二成像鏡頭(9)的聚焦位置移動到體缺陷(6)所處的低倍掃描層，對該層實行分層掃描，利用圖像清晰度評價函數計算第二CCD相機(10)獲取的單一體缺陷高倍層掃圖像的清晰度，獲取體缺陷(6)最清晰圖像(17)，利用二值化、特征提取方法對體缺陷最清晰圖像進行處理，提取該體缺陷(6)的尺寸。

2.根據權利要求1所述的大口徑元件體缺陷快速檢測裝置，其特征在于，所述的第一成像鏡頭(7)和第二成像鏡頭(9)的工作距離均能保證其對待測元件(5)內部區域清晰成像。

3.利用權利要求1所述的大口徑元件體缺陷快速檢測裝置進行大口徑元件體缺陷的檢測方法，其特征在于該方法包括下列步驟：

①低倍全口徑掃描：根據待測元件(5)的尺寸L×W×D，第一CCD相機(8)單次成像視場寬度l和高度w，X向相鄰圖像重疊寬度h和Z向相鄰圖像重疊高度v，低倍掃描單層厚度d，計算單層低倍掃描的行數、列數和掃描層數，將待測元件置于所述的光束整形器(4)輸出的準直帶狀光束方向，使準直帶狀光束垂直地入射所述的待測元件(5)的內部；

②打開所述的激光器(1)：所述的第一成像鏡頭(7)移動到待測元件(5)左上角頂點，首先，所述的XYZ三維移動平臺(14)帶動第一成像鏡頭(7)沿X軸正向運動，單次移動距離l-h，每移動一次，所述的第一CCD相機(8)采集一次圖像，完成第一行掃描；接著，所述的YZ二維移動平臺(13)帶動所述的激光器(1)、半波片(2)、偏振片(3)和光束整形器(4)沿Z軸正向移動距離w-v，第一成像鏡頭(7)沿Z軸正向移動距離w-v后，沿X軸負向開始第二行掃描，依此程序完成第一層掃描；

③所述的YZ二維移動平臺(13)帶動激光器(1)、半波片(2)、偏振片(3)和光束整形器(4)沿Y軸負向移動距離d；同時，所述的XYZ三維移動平臺(14)帶動所述的第一成像鏡頭(7)沿Y軸負向移動距離d/n，n為待測元件(5)在入射激光波長處的折射率，返回步驟②，完成第二層掃描；

④重復步驟③，完成待測元件(5)內部所有區域掃描；

⑤所述的計算機(16)基于特征匹配法對所述的第一CCD相機(8)采集的所有圖像進行拼接，利用二值化和特征提取方法提取體缺陷(6)的中心位置的XYZ坐標；

⑥高倍定點層掃：關閉所述的激光器(1)，打開所述的顯微鏡照明光源(11)，根據體缺陷的位置坐標，將所述的第二成像鏡頭(9)的聚焦位置移動到體缺陷(6)所處的低倍掃描層，對該層實行分層掃描，利用圖像清晰度評價函數計算第二CCD相機(10)獲取的單一體缺陷高倍層掃圖像的清晰度，獲取體缺陷(6)最清晰圖像(17)；

⑦利用二值化、特征提取方法對體缺陷最清晰圖像進行處理，提取該體缺陷(6)的尺寸。