[發(fā)明專利]一種基于超聲顯微鏡點(diǎn)聚焦換能器的自動(dòng)對(duì)焦方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010844781.8
• 申請(qǐng)日: 2020-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN112630306B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁昊;呂科;薛健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/26
• 分類號(hào): G01N29/26
• 代理公司: 北京華清迪源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11577
• 代理人: 康震

本申請(qǐng)實(shí)施例公開了一種基于超聲顯微鏡點(diǎn)聚焦換能器的自動(dòng)對(duì)焦方法和系統(tǒng)，其中所述方法包括：取得試件表面的A掃描信號(hào)圖像；設(shè)置對(duì)焦參數(shù)；根據(jù)中介液溫度對(duì)中介液中的聲速進(jìn)行修正，通過點(diǎn)聚焦換能器聲學(xué)透鏡的焦距、延時(shí)等參數(shù)計(jì)算上表面自動(dòng)對(duì)焦的位置；通過離散小波分解和維納反卷積對(duì)A掃描信號(hào)進(jìn)行解析，得到試件的分層信息；根據(jù)試件的分層信息選擇目標(biāo)對(duì)焦中間層反射信號(hào)；移動(dòng)換能器找到中間層反射信號(hào)最大的概略位置點(diǎn)坐標(biāo)；移動(dòng)點(diǎn)聚焦換能器回到最大的位置點(diǎn)坐標(biāo)的上一坐標(biāo)點(diǎn)；移動(dòng)點(diǎn)聚焦換能器，找到反射信號(hào)最大值的精確位置點(diǎn)坐標(biāo)，以完成自動(dòng)對(duì)焦。有效提高超聲顯微鏡點(diǎn)聚焦換能器在使用過程中的對(duì)焦速度和精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)實(shí)施例涉及聲學(xué)技術(shù)與無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲顯微鏡點(diǎn)聚焦換能器的自動(dòng)對(duì)焦方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

超聲顯微鏡是芯片制造、生物醫(yī)藥、材料科學(xué)等高新制造行業(yè)中被廣泛采用的無損檢測(cè)與顯微成像設(shè)備。超聲顯微鏡(如圖1的超聲顯微鏡原理圖)?普遍采用液浸式點(diǎn)聚焦超聲換能器(如圖2的點(diǎn)聚焦超聲換能器聚焦原理圖)，該換能器可使聲束匯聚于一點(diǎn)，這樣匯聚區(qū)的能量集中加強(qiáng)，聲束寬度變小，可滿足高靈敏度、高分辨率的檢測(cè)要求。

目前超聲顯微鏡普遍采用人工對(duì)焦方法，這種方法不僅精度低而且效率不高，特別是面對(duì)高集成度IC芯片、多層薄膜材料等，人工對(duì)焦已經(jīng)極大的降低了檢測(cè)效率，且有可能影響檢測(cè)效果。在使用點(diǎn)聚焦換能器對(duì)復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)試件，特別是芯片這樣的被檢測(cè)件，進(jìn)行掃描成像與無損檢測(cè)的過程中，對(duì)中間層的對(duì)焦過程需要操作員有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和較長(zhǎng)的操作時(shí)間。這也在很大程度上限制了超聲顯微鏡的廣泛應(yīng)用。

目前，由于制造工藝的不斷進(jìn)步，很多被檢測(cè)件的分層結(jié)構(gòu)和工藝已經(jīng)達(dá)到了亞微米的級(jí)別。而50MHZ以上的點(diǎn)聚焦換能器景深已經(jīng)低于10微米，掃描時(shí)需要反復(fù)的調(diào)節(jié)換能器垂直方向的位置，來匹配焦平面和目標(biāo)層。特別是在使用高頻率超聲波換能器時(shí)，其景深功更小，就要求對(duì)焦精度更高。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種基于超聲顯微鏡點(diǎn)聚焦換能器的自動(dòng)對(duì)焦方法和系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)表面和中間層的快速自動(dòng)對(duì)焦。有效提高超聲顯微鏡點(diǎn)聚焦換能器在使用過程中的對(duì)焦速度和準(zhǔn)確性，極大減少對(duì)焦過程由人為操作帶來的隨機(jī)性和不確定性，降低對(duì)操作人員技術(shù)水平與工作經(jīng)驗(yàn)的依賴程度，減輕操作復(fù)雜性，提高工作效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)實(shí)施例提供如下技術(shù)方案：

根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的第一方面，提供了一種基于超聲顯微鏡點(diǎn)聚焦換能器的自動(dòng)對(duì)焦方法，所述方法包括：

取得試件表面的A掃描信號(hào)圖像；

設(shè)置對(duì)焦參數(shù)，所述對(duì)焦參數(shù)包括點(diǎn)聚焦換能器的延時(shí)參數(shù)、焦距參數(shù)和中介液溫度參數(shù)；

根據(jù)中介液溫度對(duì)中介液中的聲速進(jìn)行修正，通過點(diǎn)聚焦換能器聲學(xué)透鏡的焦距、延時(shí)參數(shù)計(jì)算上表面自動(dòng)對(duì)焦的位置，以移動(dòng)所述點(diǎn)聚焦換能器到所述位置完成上表面自動(dòng)對(duì)焦；

通過離散小波分解和維納反卷積對(duì)A掃描信號(hào)進(jìn)行解析，得到試件的分層信息；

根據(jù)試件的分層信息選擇目標(biāo)對(duì)焦中間層反射信號(hào)；

移動(dòng)換能器找到中間層反射信號(hào)最大的概略位置點(diǎn)坐標(biāo)；

移動(dòng)點(diǎn)聚焦換能器回到最大的位置點(diǎn)坐標(biāo)的上一坐標(biāo)點(diǎn)；

移動(dòng)點(diǎn)聚焦換能器，找到反射信號(hào)最大值的精確位置點(diǎn)坐標(biāo)，以完成自動(dòng)對(duì)焦。

可選地，所述點(diǎn)聚焦換能器焦距參數(shù)按照如下公式計(jì)算：

F_L＝R/(1-c₀/c₁)

其中，R為聲學(xué)透鏡的曲率半徑，c₀表示中介液中的聲速，c₁表示透鏡中的聲速。