本發(fā)明涉及光學(xué)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，芯片對(duì)現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的作用，現(xiàn)代化工業(yè)對(duì)芯片缺陷的檢測(cè)要求日益提高。在芯片缺陷檢測(cè)中，具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的倒裝芯片可能會(huì)存在如溶膠缺陷、引線翹起或缺失、空洞、裂紋、焊接缺失等。缺陷的存在會(huì)影響芯片在計(jì)算機(jī)、汽車(chē)和其它電子設(shè)備中的性能，對(duì)于高端制造業(yè)至關(guān)重要。為了確保與快速生產(chǎn)相適應(yīng)的質(zhì)量控制，已經(jīng)提出了幾種無(wú)損無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)封裝過(guò)程中的此類(lèi)缺陷。例如，常規(guī)的光學(xué)顯微鏡局限于表面缺陷檢測(cè)，穿透能力差。掃描聲學(xué)顯微鏡可以檢測(cè)到200μm深的缺陷，但需要較長(zhǎng)的掃描時(shí)間，而且芯片必須先在超聲耦合器中進(jìn)行覆蓋。x射線計(jì)算機(jī)斷層掃描可以重建相當(dāng)深度的三維缺陷，但需要電離輻射、較長(zhǎng)的掃描時(shí)間和并行計(jì)算。表面聲波技術(shù)也能穿透200μm的深度，但需要帶寬有限的壓電元件或靈敏度較低的空氣耦合傳感器以及昂貴的掃描激光測(cè)振儀。超快光學(xué)激光超聲波技術(shù)可以亞微米分辨率檢測(cè)深度達(dá)幾毫米的缺陷，但由于需要電動(dòng)平臺(tái)掃描，限制了掃描速度。因此，目前的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)無(wú)法同時(shí)兼具高深度分辨率和高分辨率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了實(shí)現(xiàn)兼具高深度分辨率和高分辨率而提供的一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微系統(tǒng)與方法，在照明端對(duì)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，擴(kuò)大其照明點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的軸向尺寸，且使其具有大景深探測(cè)的能力。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，其中，照明系統(tǒng)包括相位調(diào)制光學(xué)組件和照明光束功率測(cè)量組件，其中，所述相位調(diào)制光學(xué)組件包括第一透鏡、二分之一波片、第一偏振分光棱鏡pbs、第二透鏡、第一四分之一波片和光學(xué)模塊，所述光學(xué)模塊用于對(duì)照明點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，生成自加速光束，所述自加速光束基于立方相位或指數(shù)相位或變換后的指數(shù)相位產(chǎn)生；所述照明光束功率測(cè)量組件包括第一透鏡、二分之一波片、第一偏振分光棱鏡pbs、第二透鏡和光電探測(cè)器；

4、其中所述照明系統(tǒng)還包括激光器、第二透鏡、針孔、第六透鏡、二向色鏡、xy掃描振鏡、掃描透鏡、筒鏡透鏡，反射鏡和物鏡；

5、所述探測(cè)系統(tǒng)包括超發(fā)光二極管、反射式準(zhǔn)直器、第三透鏡、第四透鏡、第二偏振分光棱鏡pbs、第二四分之一波片、二向色鏡、xy掃描振鏡、掃描透鏡、筒鏡透鏡，反射鏡和物鏡；

6、所述成像系統(tǒng)包括光電探測(cè)器、第五透鏡、長(zhǎng)波通濾光片、偏振分光棱鏡pbs、第二四分之一波片、二向色鏡、xy掃描振鏡、掃描透鏡、筒鏡透鏡，反射鏡和物鏡。

7、進(jìn)一步地，所述立方相位為：

8、p(x，y)＝α((x-β)3-(y-β)3)

9、其中，α和β為設(shè)計(jì)參數(shù)，x和y表示x軸和y軸上傳播的變量。

10、進(jìn)一步地，所述指數(shù)相位為：

11、p(x，y)＝αx·exp(βx2)+ay·exp(βy2)

12、其中，α和β為設(shè)計(jì)參數(shù)，x和y表示x軸和y軸上傳播的變量。

13、進(jìn)一步地，所述變換后的指數(shù)相位為：

14、p(x，y)＝α(x-y)·exp(β(x-y)2)+α(x+y)·exp(β(x+y)2)

15、p(x，y)＝α(x-y)·exp(β(x-y)2)-α(x+y)·exp(β(x+y)2)

16、其中，α和β為設(shè)計(jì)參數(shù)，x和y表示x軸和y軸上傳播的變量。

17、本發(fā)明的另一方面，提出一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微方法，上述的系統(tǒng)，方法包括以下步驟：

18、s1、照明系統(tǒng)中的照明光束功率測(cè)量組件的激光器發(fā)出激光經(jīng)位調(diào)制光學(xué)組件對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制，生成雙螺旋的自加速光束，自加速光束照射至待測(cè)物，激發(fā)待測(cè)物；

19、s2、探測(cè)系統(tǒng)中的超發(fā)光二極管發(fā)出非相干長(zhǎng)波長(zhǎng)光探測(cè)待測(cè)物；

20、s3、經(jīng)待測(cè)物反射后，成像系統(tǒng)接收反射光在探測(cè)器上成像。

21、進(jìn)一步地，s1的具體步驟為：

22、照明系統(tǒng)的激光器發(fā)出激光，經(jīng)過(guò)第二透鏡對(duì)激光整束，經(jīng)針孔對(duì)激光濾除雜散光，經(jīng)相位調(diào)制光學(xué)組件對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制，生成雙螺旋的自加速光束，照明光束功率測(cè)量組件對(duì)自加速光束的功率進(jìn)行測(cè)量，然后自加速光束經(jīng)第六透鏡整束，經(jīng)二向色鏡反射，經(jīng)xy掃描振鏡激發(fā)樣本，經(jīng)掃描透鏡及筒鏡透鏡對(duì)自加速光束整形，出射至反射鏡，經(jīng)物鏡照射至待測(cè)物，激發(fā)待測(cè)物。

23、進(jìn)一步地，所述經(jīng)相位調(diào)制光學(xué)組件對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制，生成雙螺旋的自加速光束具體為：

24、第一透鏡將經(jīng)針孔的激光進(jìn)行擴(kuò)束，并向二分之一波片輸出，由二分之一波片對(duì)激光光束進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制，經(jīng)過(guò)第一偏振分光棱鏡pbs后反射s光，透過(guò)p光，反射的s光經(jīng)第一四分之一波片調(diào)制后生成的線偏振光經(jīng)光學(xué)模塊調(diào)制為雙螺旋的自加速光束后反射回第一四分之一波片，經(jīng)第一四分之一波片調(diào)制為p光，透過(guò)第一偏振分光棱鏡pbs后自加速光束輸出至第二透鏡。

25、進(jìn)一步地，所述照明光束功率測(cè)量組件對(duì)自加速光束的功率進(jìn)行測(cè)量具體為：

26、第一透鏡將經(jīng)針孔的激光進(jìn)行擴(kuò)束，并向二分之一波片輸出，由二分之一波片對(duì)激光光束進(jìn)行偏振態(tài)調(diào)制，經(jīng)過(guò)第一偏振分光棱鏡pbs后反射s光，透過(guò)p光，透過(guò)的p光射入光電探測(cè)器，測(cè)量光束的功率。

27、進(jìn)一步地，s2的具體步驟為：

28、超發(fā)光二極管發(fā)出非相干長(zhǎng)波長(zhǎng)光，經(jīng)反射式準(zhǔn)直器準(zhǔn)直之后，由第三透鏡和第四透鏡組成的擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)束，透過(guò)第二偏振分光棱鏡pbs，經(jīng)第二四分之一波片調(diào)制之后，透過(guò)二向色鏡，由xy掃描振鏡反射掃描，經(jīng)掃描透鏡及筒鏡透鏡擴(kuò)束，由反射鏡反射，輸出至物鏡聚焦照射至待測(cè)物，探測(cè)待測(cè)物。

29、進(jìn)一步地，s3的具體步驟為：

30、探測(cè)后的待測(cè)物反射信號(hào)，經(jīng)物鏡、反射鏡、筒鏡透鏡、掃描透鏡、xy掃描振鏡、二向色鏡返回至第二四分之一波片，經(jīng)第二四分之一波片對(duì)反射光進(jìn)行調(diào)制之后，輸出至第二偏振分光棱鏡pbs，反射至長(zhǎng)波通濾光片，濾除掉雜散光，輸出至第五透鏡，經(jīng)第五透鏡聚焦至探測(cè)器成像。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

32、本發(fā)明在照明端對(duì)系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，擴(kuò)大其照明點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的軸向尺寸，且使其具有大景深探測(cè)的能力，旨在解決芯片缺陷檢測(cè)中無(wú)法同時(shí)兼具高深度分辨率和高分辨率問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)(701)、探測(cè)系統(tǒng)(702)和成像系統(tǒng)(703)，其中，照明系統(tǒng)(701)包括相位調(diào)制光學(xué)組件(404)和照明光束功率測(cè)量組件(405)，其中，所述相位調(diào)制光學(xué)組件(404)包括第一透鏡(201)、二分之一波片(202)、第一偏振分光棱鏡pbs(203)、第二透鏡(204)、第一四分之一波片(205)和光學(xué)模塊(206)，所述光學(xué)模塊(206)用于對(duì)照明點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，生成自加速光束，所述自加速光束基于立方相位或指數(shù)相位或變換后的指數(shù)相位產(chǎn)生；所述照明光束功率測(cè)量組件(405)包括第一透鏡(201)、二分之一波片(202)、第一偏振分光棱鏡pbs(203)、第二透鏡(204)和光電探測(cè)器(301)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微系統(tǒng)，其特征在于，所述立方相位為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微系統(tǒng)，其特征在于，所述指數(shù)相位為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微系統(tǒng)，其特征在于，所述變換后的指數(shù)相位為：

5.一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，方法包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微方法，其特征在于，s1的具體步驟為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微方法，其特征在于，所述經(jīng)相位調(diào)制光學(xué)組件(404)對(duì)照明光束進(jìn)行調(diào)制，生成雙螺旋的自加速光束具體為：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微方法，其特征在于，所述照明光束功率測(cè)量組件(405)對(duì)自加速光束的功率進(jìn)行測(cè)量具體為：

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微方法，其特征在于，s2的具體步驟為：

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微方法，其特征在于，s3的具體步驟為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于光場(chǎng)調(diào)控的大景深光聲融合共焦顯微系統(tǒng)與方法，所述系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，其中，照明系統(tǒng)包括相位調(diào)制光學(xué)組件和照明光束功率測(cè)量組件，其中，所述相位調(diào)制光學(xué)組件包括第一透鏡、二分之一波片、第一偏振分光棱鏡PBS、第二透鏡、第一四分之一波片和光學(xué)模塊，所述光學(xué)模塊用于對(duì)照明點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，生成自加速光束，所述自加速光束基于立方相位或指數(shù)相位或變換后的指數(shù)相位產(chǎn)生。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有解決芯片缺陷檢測(cè)中無(wú)法同時(shí)兼具高深度分辨率和高分辨率問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：王發(fā)民,譚詠怡,顧靜怡,王馳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2