[实用新型]基于时间差分辨的晶粒双面完全等光程共焦成像检测装置

说明书

本实用新型公开一种基于时间差分辨的晶粒双面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、前置棱镜转像子系统、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明载物台，通过相机不同时间点独立拍摄的半导体晶粒相邻面的像，来实现对半导体晶粒相邻面的完全等光程共焦成像检测。本实用新型检测方法在不同时间点的两次拍摄实现双面完全等光程共焦成像检测，双面成像检测光路工作距可根据需求灵活选择，整体结构简单便于装配调试。

技术领域：

本实用新型属于光学检测和机器视觉领域，尤其涉及一种基于时间差分辨的晶粒双面完全等光程共焦成像检测装置。

背景技术：

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，如专利申请（申请号2019113692573、2020101330447）解决了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，如图1，2所示，而图3提出的光学检测装置与方法很好地解决了晶粒相邻面同时准等光程共焦成像的方法，但是相邻双面成像光路之间仍然存在一个光程差△，如图3所示，这个光程差取决于晶粒的边长a及双面像之间的间距d，即△=a+d，对于较小的晶粒，其数值通常为2~3mm；这个不大的光程差可以通过选择相应景深的远心成像镜头来补偿，但当待检测晶粒尺寸增大时，光程差△及所需远心成像镜头的物方视场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；因此有必要寻找晶粒相邻面完全等光程共焦成像检测的新途径。

发明内容：

针对上述相邻面检测存在的问题，本实用新型申请提出一种基于时间差分辨的晶粒双面完全等光程共焦成像检测装置，该方法有利于实现双面完全等光程共焦成像检测。

本实用新型基于时间差分辨的晶粒双面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、前置棱镜转像子系统、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明载物台，其中前置棱镜转像子系统包括立方分束器，以及在半导体晶粒与立方分束器之间的光路上分别设有的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，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立方分束器位于远心成像镜头的正下方，侧面直角转像棱镜的第一直角面与立方分束器第一面相对，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器的第二面相对；在天面直角转像棱镜与半导体晶粒之间设有第一照明光源，在侧面直角转像棱镜与半导体晶粒之间设有第二照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经直角转像棱镜、立方分束器在不同的时间点上以单光路等光程共焦成像在相机传感器面上，在CMOS或CCD相机上即以不同的时间点获取双面各自独立的像。

进一步的，上述第一照明光源和第二照明光源为同轴照明光源。

进一步的，上述第一照明光源、第二照明光源和CMOS或CCD相机与信号控制器电性连接，以实现对光源和相机的控制。

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为15*15*15mm，立方分束器的尺寸为15*15*15mm。

进一步的，上述半导体晶粒天面成像光路和侧面成像光路的工作距可根据远心成像镜头的工作距及载物台尺寸来确定。

进一步的，上述CCD或CMOS相机的帧频μ选取为大于半导体晶粒传送频率f的2倍，天面与侧面拍摄间隔△t满足，相机物方视场VOF≥半导体晶粒边长a+△t*载物台传送速率υ；两个相邻面的像在垂直于远心成像镜头光轴A方向上完全重合，均从立方分束器端面中部输出，在前置棱镜转像子系统厚度方向上两像位置相差：△t*υ。