[發明專利]基于平行平板分像的相鄰面同時完全等光程共焦成像檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202010538859.3
• 申請日: 2020-06-13
• 公開（公告）號: CN111487198A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 廖廷俤;顏少彬
• 申請（專利權）人: 泉州師范學院
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/95
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林捷;蔡學俊

1.一種基于平行平板分像的相鄰面同時完全等光程共焦成像檢測裝置，其特征在于：包括在光路方向上依次設置的CMOS或CCD相機、遠心成像鏡頭、立方分束合像器、半導體晶粒和用于承置半導體晶粒的透明玻璃載物臺，在半導體晶粒與立方分束合像器之間的光路上分別依次設有天面直角轉像棱鏡、第一玻璃平行平板和側面直角轉像棱鏡、第二玻璃平行平板，側面直角轉像棱鏡和天面直角轉像棱鏡分別位于半導體晶粒的正側部和天面正上方，立方分束合像器與第一玻璃平行平板、天面直角轉像棱鏡在同一水平高度；側面直角轉像棱鏡與第二玻璃平行平板、立方分束合像器位于遠心成像鏡頭的光軸上，同時側面直角轉像棱鏡的第一直角面與立方分束合像器的第一面相對，側面直角轉像棱鏡的第二直角面與半導體晶粒側面相對，側面直角轉像棱鏡的斜面與遠心成像鏡頭光軸傾斜設置；天面直角轉像棱鏡的兩個直角面分別與半導體晶粒的天面和立方分束合像器的第二面相對；第一玻璃平行平板表面法線與其光路的光軸成一夾角，第二玻璃平行平板表面法線與其光路的光軸成一夾角，立方分束合像器第二面相背的第四面旁側設有同軸外置照明光源，半導體晶粒的天面與側面分別經直角轉像棱鏡、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機傳感器面上，以在CMOS或CCD相機上獲取半導體晶粒雙面各自獨立的像。

2.根據權利要求1所述的基于平行平板分像的相鄰面同時完全等光程共焦成像檢測裝置，其特征在于：所述立方分束合像器中心與側面直角轉像棱鏡斜面中心距離D/2+d，立方分束合像器與天面直角轉像棱鏡斜面在同一水平高度上，二者距離D/2+d，側面成像光路工作距WD=D/2+d/2，天面成像光路工作距WD= WD=D/2+d/2，D為透明玻璃載物臺寬度，d為棱鏡直角邊長；半導體晶粒天面成像光路工作距WD=D/2+d/2=30mm，側面成像光路工作距WD= D/2+d/2=30mm。

3.根據權利要求1或2所述的基于平行平板分像的相鄰面同時完全等光程共焦成像檢測裝置，其特征在于：所述第一、第二玻璃平行平板的厚度t=5.83mm，玻璃平行平板表面法線與光軸的夾角α= 25°，平板玻璃材料為K9，計算得到雙面像的間隔δ=1.8mm。

4.根據權利要求1所述的基于平行平板分像的相鄰面同時完全等光程共焦成像檢測裝置，其特征在于：所述天面直角轉像棱鏡的尺寸為15*15*15mm，側面直角轉像棱鏡的尺寸15*15*15mm，立方分束合像器的尺寸為15*15*15mm；兩個直角轉像棱鏡的反射面中心與半導體晶粒中心相連形成一個方形對稱光路結構尺寸為37.5x 37.5mm。

5.根據權利要求1所述的基于平行平板分像的相鄰面同時完全等光程共焦成像檢測裝置，其特征在于：所述同軸外置照明光源是單色光，或是具有一定光譜帶寬的準單色光源或白光。

6.一種基于平行平板分像的相鄰面同時完全等光程共焦成像檢測方法，其特征在于：所述基于平行平板分像的相鄰面同時完全等光程共焦成像檢測裝置包括在光路方向上依次設置的CMOS或CCD相機、遠心成像鏡頭、立方分束合像器、半導體晶粒和用于承置半導體晶粒的透明玻璃載物臺，在半導體晶粒與立方分束合像器之間的光路上分別依次設有天面直角轉像棱鏡、第一玻璃平行平板和側面直角轉像棱鏡、第二玻璃平行平板，側面直角轉像棱鏡和天面直角轉像棱鏡分別位于半導體晶粒的正側部和天面正上方，立方分束合像器與第一玻璃平行平板、天面直角轉像棱鏡在同一水平高度；側面直角轉像棱鏡與第二玻璃平行平板、立方分束合像器位于遠心成像鏡頭的光軸上，同時側面直角轉像棱鏡的第一直角面與立方分束合像器的第一面相對，側面直角轉像棱鏡的第二直角面與半導體晶粒側面相對，側面直角轉像棱鏡的斜面與遠心成像鏡頭光軸傾斜設置；天面直角轉像棱鏡的兩個直角面分別與半導體晶粒的天面和立方分束合像器的第二面相對；第一玻璃平行平板表面法線與其光路的光軸成一夾角，第二玻璃平行平板表面法線與其光路的光軸成一夾角，立方分束合像器第二面相背的第四面旁側設有同軸外置照明光源，半導體晶粒的天面與側面分別經直角轉像棱鏡、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機傳感器面上，以在CMOS或CCD相機上獲取半導體晶粒雙面各自獨立的像；工作時，

雙面照明光路：

同軸外置照明光源經過立方分束合像器時被分為兩束照明光束：一束光經天面直角轉像棱鏡和第一玻璃平行平板后照明位于玻璃載物轉盤上的待測半導體晶粒的天面；而另一束照明光束經側面直角轉像棱鏡和第二玻璃平行平板后照明待測半導體晶粒的側面，兩束照明光束分別照明半導體晶粒相鄰的兩個面；

成像檢測光路：

被照明的半導體晶粒相鄰的兩個面產生漫射光，半導體晶粒天面的成像光束經天面直角轉像棱鏡入射到厚度為t且表面法線與光軸成一夾角α的第一玻璃平行平板上，從第一玻璃平行平板出射的成像光束向光軸一側產生了一個位移δ₁，然后經立方分束合像器反射抵達參考輸出面上；而半導體晶粒側面的成像光束經側面直角轉像棱鏡入射到厚度為t且表面法線與光軸成一夾角α的第二玻璃平行平板上，從第二玻璃平行平板出射的成像光束向光軸另一側也產生了一個位移δ₂，然后經立方分束合像器透射抵達參考輸出面上；從立方分束合像器輸出相鄰面的中間像間隔為δ=δ₁+δ₂并在CMOS或CCD相機上分別獲得了雙面各自獨立的像。