CN105358960B - 光子发射器阵列 - Google Patents

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Abstract

本文提供了一种设备，包括：至少两个光子发射器，各自具有预选的偏振取向且被配置为将偏振光子发射到物品的表面上；以及处理装置，配置为处理对应于从该物品的表面特征散射的光子的光子检测器阵列信号并从该光子检测器阵列信号中产生该物品的一个或多个表面特征映射，该光子检测器阵列信号对应于从该物品的表面特征散射的光子。

Description

光子发射器阵列
交叉引用
本申请要求2013年5月30日提交的美国临时专利申请No.61/829,171的权益。
背景
在生产线上制造的物品可被检查某些特征，包括可使物品或包括该物品的系统的性能变差的缺陷。例如，硬盘驱动器的硬盘可在生产线上被制造并且可被检查某些表面特征，包括可劣化硬盘或硬盘驱动器的性能的表面和次表面缺陷。在一些情况下，可使用成像设备来执行检查，该成像设备包含相机和在该相机记录该物品的图像时照射该物品的光源。在这种安排下，理解到光源可能用强度不够的随机偏振光和/或通过偏振滤光片所偏振的光来照射物品，这可能导致一些检测不到的缺陷从而影响该物品和/或包含该物品的系统的性能。
发明内容
本文提供了一种设备，包括：至少两个光子发射器，各自具有预选的偏振取向且被配置为将偏振光子发射到物品的表面上；以及处理装置，配置为处理对应于从该物品的表面特征散射的光子的光子检测器信号并从该光子检测器信号中产生该物品的一个或多个表面特征映射，该光子检测器信号对应于从该物品的表面特征散射的光子。
参考以下附图、描述以及所附权利要求书将更佳地理解本文提供的概念的这些和其它特征和方面。
附图说明
图1示出根据各实施例的一个方面的针对物品的表面特征检测和检查所配置的设备。
图2示出了根据各实施例的一个方面的从物品的表面特征散射的光子通过光学设置并到达光子检测器阵列上的示意图。
图3示出根据各实施例的一个方面的针对表面特征所检查的物品的表面特征的特写局部映射。
图4提供了根据各实施例的一个方面的图3中示出的表面特征映射的一部分的特写图。
根据本实施例的各方面，图5A(顶)提供了来自图4中提供的表面特征映射的对应表面特征的特写图的说明性示例，而图5A(底)提供了该表面特征的光子散射强度分布。
根据本实施例的各方面，图5B(顶)提供了图5A中描绘的表面特征的特写、像素-内插图像，而图5B(底)提供了该像素-内插表面特征的光子散射强度分布。
图6示出根据各实施例的一个方面的光子发射器阵列。
具体实施方式
在更加详细地描述和/或示出一些特定实施例之前，本领域技术人员应该理解的是本文提供的特定实施例不限制本文提供的概念，因为这种特定实施例中的元素可以变化。同样地应当理解，本文中所提供的特定实施例具有可容易地与特定实施例分离的元素并且该元素可选择性地结合或代替本文中所描述和/或示出的若干其它实施例中的任何一个中的元素。
本领域技术人员还应该理解到，本文中使用的术语是出于说明一些特定实施例的目的，且该术语不限制本文中提供的概念。除非另外指出，序数(例如第一、第二、第三等)被用于区分或标识一组元素或步骤中的不同元素或步骤，且不提供序列或数量限制。例如，“第一”、“第二”和“第三”元素或步骤不需要必定以该顺序出现，且实施例不需要必定受限于三个元素或步骤。还应当理解，除非另外指出，任何标记，诸如“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“正向”、“反向”、“顺时针”、“逆时针”、“上”、“下”或其它类似的术语，诸如“上部”、“下部”、“尾部”、“头部”、“垂直的”、“水平的”、“近端的”、“远端的”等等是为了方便而使用并且不旨在意味着，例如，任何特定的固定位置、取向或方向。相反，这些标记被用于反映，例如，相对位置、取向或方向。还应当理解，“一”、“一种”以及“该”的单数形式包括复数引用，除非上下文另外明确地指出。
除非另外指出，本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。
在生产线上制造的物品可被检查某些特征，包括可劣化物品或包括该物品的系统的性能的缺陷，诸如颗粒和污点污染、划痕和/或空隙。理解到没有针对表面特征检查物品的话，物品的完成表面(诸如硬盘驱动器的硬盘)可能被不知不觉地污染了。此外，物品的完成表面的污染可导致划痕形成、碎屑产生、和/或硬盘与读写头之间的间距的误读。
为了检测物品的表面上的特征，光学检查设备利用高功率光源来照射该物品的表面。尽管这些高功率光源提供了期望的强度以照射物品，但所发射的光具有广谱且具有随机偏振。因此，例如响应于某些类型的偏振光的某些特征可能检测不到。为了克服这样的问题，在一些安排中，高功率光源被耦合到外部偏振滤光片以过滤光并将期望偏振的光照射到物品的表面上。然而，这种安排的副产品是偏振滤光片使照射到物品上的光的强度减小到不足的水平以用于缺陷检测和分析的目的。如此，本文提供了一些实施例以用于灵活地改变光子发射器的偏振取向以发射特定偏振取向的光子而不损失照射到物品的表面上的光子的强度。
在本文描述的一些实施例中，成像设备包括包含多个稳态光子发射器的光子发射器阵列，该多个稳态光子发射器可被定制为发射特定偏振取向和/或波长的光子。例如，光子发射器阵列中的每个光子发射器和/或一组光子发射器可被配置为从一个预选的偏振取向改变为另一个预选的偏振取向，可被选择地配置为发射不同波长(例如颜色，诸如红色、蓝色、绿色)的光子，和/或可基于偏振取向和光子波长的某种组合来定制。以此方式，本文中描述的实施例提供了选择性地定制光子的偏振取向和/或波长的灵活性以针对某些已知的缺陷和/或特征来对物品的表面进行成像，这些缺陷和/或特征已知会关于特定类型的偏振光子和/或特定类型的波长以已知的方式散射光子，在其它情况下这些缺陷和/或特征将保持检测不到。此外，通过利用如本文中描述的自偏振光子发射器，物品的特征可被检测、检查和分析而不损失照射到物品的表面上的光子的强度。
图1示出根据各实施例的一个方面的针对物品的表面特征检测和检查所配置的设备。下文更加详细地描述，设备100包括但不限于包含光子发射器120a-120n的二维光子发射器阵列110、光学设置130、相机140、以及显示物品170的图像160的计算机150。理解到，本文中描述的设备是说明性的且不意在限制发明概念的范围。
在一些实施例中，物品170的特征的检测和检查可通过将光子从预选偏振取向的光子发射器120a-120n引导到物品170的表面上来执行。当光子从物品170的表面特征的位置散射时，光学设置130检测所散射的光子。物品170由相机140来成像，映射了物品170的表面特征以用于分析物品170的表面特征。
在开始进一步描述设备100的多种组件之前，要理解的是，本文中描述的物品170可以是但不限于半导体晶片、磁记录介质(例如硬盘驱动器的硬盘)、玻璃板、具有一个或多个光学平滑表面的工件和/或制造的任何阶段中的工件。
现在参见光子发射器阵列110，在一些实施例中，光子发射器阵列110包含以平行的行与列安排的光子发射器120a-120n，配置为将相干和/或偏振光子发射到物品170的表面上。在一些实施例中，光子发射器阵列110的光子发射器120a-120n可以是固态二极管，诸如激光器。例如，光子发射器120a-120n可以是红色(例如635nm)、绿色(例如532nm)、蓝色(例如405nm)激光器和/或其某种组合。
在一些实施例中，光子发射器阵列110的光子发射器120a-120n可被选择性地取向为不同的偏振取向。在一些情况下，每个单独的光子发射器120a-120n可被取向为与光子发射器阵列110的其他光子发射器不同且唯一的偏振取向。即，每个发射器可被选择性地取向为不同的角度(诸如45°、90°、180°)和/或某个其他的预选角度以用不同偏振取向的光子照射物品170的表面。在一些情况下，可用某一特定偏振取向来取向光子发射器阵列110的多组光子发射器120a-120n。例如，光子发射器阵列110的一行可被取向为第一偏振取向而光子发射器阵列110的另一行可被取向为第二偏振取向。在另一个示例中，光子发射器阵列110中的几列光子检测器可具有第一偏振取向，光子发射器阵列110中的另几列光子检测器可被安排为第二偏振取向，而光子发射器阵列110中的光子检测器120a-120n的剩下几列可被安排为第三偏振取向。
在一些实施例中，光子发射器阵列110中的光子发射器120a-120n可被选择性地改变以发射从一个偏振取向到另一个偏振取向的光子。例如，当光子发射器120a以45°偏振取向将光子发射到物品170上时，记录物品170的图像。然后，光子发射器120a的偏振取向被改变为例如以180°偏振取向将光子发射到物品170的表面上以检测和记录物品170的表面特征。理解到，通过改变照射到物品170的表面上的光子的偏振取向，可区分和检测不同类型的表面特征。
在一些实施例中，如上所述，光子发射器120a-120n可以是固态二极管，诸如激光器，配置为发射相干和/或偏振光子。在这种实施例中，二极管可被旋转到不同的角度以使光子发射器120a-120n发射某种偏振取向的光子。在一些情况下，以已知的方式可将激光器耦合到激光束成形器从而使得激光器和激光束成形器的组合以一个或多个偏振角度将光子发射到物品170的表面上。在此情况下，以此方式，激光束成形器可被用于调节激光器的角度以将光子以一个或多个偏振取向发射到物品170的表面上。
理解到，本文中描述的光子发射器阵列110提供改变偏振取向以检测特定类型的表面特征的灵活性，该特定类型的表面特征已知会关于特定类型的偏振光子以已知的方式进行散射。此外，理解到如与经由外部滤光片照射到物品的光子的强度相比，通过利用自偏振光子发射器120a-120n，物品的特征可被检测和成像而不损失照射到物品的表面上的光子的强度。
在实施例中，为了在不同类型的表面特征之间进行区分中进一步提供粒度(granularity)，光子发射器120a-120n可被定制为将不同波长的光子发射到物品170的表面上。在一些情况下，每个光子发射器120a-120n可发射唯一波长的光子，诸如紫色波长、蓝色波长、绿色波长、红色波长和/或某个其他的预选波长(可见以及不可见)的光子。在一些情况下，光子发射器的所选组(例如，120a-120c)可发射一个波长的光子而光子发射器阵列110的另一组光子发射器(例如，120f-120g和120m-120n)可发射不同波长的光子。
此外，在一些实施例中，光子发射器120a-120n可被选择性地改变以发射从一个波长到另一波长的光子。例如，当记录物品170的图像时，光子发射器120a可被设置为发射红色波长、然后绿色波长、然后蓝色波长的光子。如示例所示，光子发射器阵列110的光子发射器120a-120n可被设置为用任意预定序列的光子波长来照射物品170的表面以在不同类型的表面特征之间进行区分，该不同类型的表面特征已知会关于特定波长以已知的方式进行散射。
进一步理解到，光子发射器阵列110提供以偏振取向与波长的不同组合安排光子发射器120a-120n。此灵活性进一步允许用户唯一地定制光子发射器阵列110以曝光和分析感兴趣的表面特征的方式将光子发射到物品170的表面上。
在一些实施例中，光子发射器阵列110的光子发射器120a-120n被安排为同时发射光子和照射物品170的表面，如图1所示。在一些实施例中，光子发射器120a-120n可被安排为异步地发射光子。在一些实施例中，光子发射器120a-120n可被安排成基于光子发射器120a-120n的特性同时地或者异步地发射光子。例如，可选择光子发射器120a-120n中的一些以基于光子发射器的偏振取向、由光子发射器发射的光子波长，或者基于光子发射器的偏振取向与光子波长的组合，将光子发射到物品170的表面上。以此方式，不同类型的表面特征可被检测和记录以用于进一步的特征分析。
在一些实施例中，光子发射器阵列110可将光子发射到整个表面上(如图1所示)或物品170的表面的某个预定部分上(例如，如果需要的话，用于分段检测的物品的分级旋转)。在一些实施例中，可期望增加从光子发射器120a-120n发射的光子的数量(例如光子通量密度)以提供用于检测、映射和/或表征物品的表面特征所散射的光子的增加。这种光子通量密度的增加可以是关于单位时间或关于单位面积增加光子功率。
理解到，单个光子发射器阵列的图示是一个示例，且不意在限制本文中描述的发明概念的范围。在一些实施例中，理解到可利用超过一个的光子发射器阵列来照射物品的表面。进一步理解到，安排成两行和七列的光子发射器是说明性的且不意在限制发明概念的范围。例如，光子发射器阵列可包括x行与y列的光子发射器，其中x和y可以是任意数量的行与列的光子发射器。在一些情况下，光子阵列的光子发射器以及多个分开的阵列可被安排成圆形、三角形、线型和/或某种其他的布置以帮助物体的表面上的特征的检查和检测。
进一步理解到，图1中示出的光子发射器阵列110的角度和位置是说明性的且不意在限制实施例的范围。理解到，光子发射器阵列110可被置于物品170周围任意位置处。进一步理解到，光子发射器阵列110的角度可被调节以将光子发射到物品的表面上以进一步检测和检查已知会以这些特定角度进行散射的物品的特定表面特征。光子发射器阵列110的角度和位置也可被调节来照射物品的整个表面或预定部分。
在一些实施例中，设备110包括光学设置130。在一些实施例中，光学设置130可被配置为操纵从光子发射器阵列110发射的光子、从物品170的表面反射的光子和/或从物品170的表面特征散射的光子。例如，光学设置130可包括，但不限于透镜、滤光器、光栅以及反射镜(未示出)。
例如，光学设置130可包括耦合到相机140的光子检测器阵列(例如，图2的光子检测器阵列202)的透镜，相机140被配置为收集和检测物品170的表面特征的图像。在此情况下，透镜可具有入射光瞳和出射光瞳，而额外的光学组件(例如，其他透镜、光栅和反射镜)可被置于透镜的入射光瞳处或附近、透镜的出射光瞳处或附近(例如，透镜的出射光瞳与光子检测器阵列的中间)或者其某种组合以操纵从物品170的表面特征散射的光子。在一些情况下，透镜可以是物镜，诸如包括物空间远心透镜(例如，入射光瞳在无限远处)、像空间远心透镜(例如，出射光瞳在无限远处)或双远心透镜(即，两个光瞳均在无限远处)的远心透镜。将远心透镜耦合至光子检测器阵列降低了关于物品的表面特征的映射位置的误差、降低了物品的表面特征的失真和/或实现从物品的表面特征散射的光子的定量分析，该定量分析包括对光子散射强度分布进行积分以用于物品的表面特征的尺寸确定。理解到，光学设置130可包括超过一个透镜。
在一些实施例中，光学设置130可包括滤光片(未示出)，诸如带通滤光片、周期阵列调谐的滤光片和/或相位滤光片。理解到，这些滤光片中的一个或多个可被用于操纵从物品170的表面特征散射的光子以在不同类型的表面特征之间进行区分。在一些实施例中，外部滤光片(诸如带通滤光片、周期阵列调谐的滤光片和/或相位滤光片)可与光子发射器阵列110结合使用以在从光子发射器120a-120n发射的光子到达物品170的表面之前操纵该光子。例如，相位滤光片或波片可与光子发射器阵列110结合使用来将光子发射到物品170的表面上以在已知会关于相位有区别地散射光子的表面特征之间进行区分。
在一些实施例中，光学设置130可包括反射镜。例如，反射镜可以是光学级(optical-grade)反射镜和/或单向反射镜。在一些实施例中，反射镜可被用于操纵从物品170的表面反射的光子、从物品170的表面特征散射的光子和/或其某种组合。在一些实施例中，外部反射镜可被用于设备100以操纵从光子发射器阵列110发射的光子。例如，反射镜可被置于装置100中以将反射离开物品170的表面的光子重新定向回到物品170的表面上，由此回收要不然将丢失到环境的光子且最小化照射到物品170的表面上的光子的强度的损失。
在一些实施例中，设备包括耦合到光学设置130且通信地耦合(未示出)到计算机150的相机140。在一些实施例中，相机140可被配置为记录物品170的图像并将所记录的图像发送到计算机150以便处理和储存。相机140可以是互补金属氧化物半导体(“CMOS”)相机、科学互补金属氧化物半导体(“sCMOS”)相机、电荷耦合器件("CCD")相机、电子倍增CCD("EMCCD")相机或配置为在特征检测和识别中使用的相机。
在一些实施例中，相机140可包括光子检测器阵列(例如，图2的光子检测器阵列202)，其被配置为收集和检测从物品170的表面上的特征散射的光子。光子检测器阵列(例如，图2的光子检测器阵列202)可包括互补金属氧化物半导体(“CMOS”)、科学互补金属氧化物半导体(“sCMOS”)、电荷耦合器件("CCD")或电子倍增CCD("EMCCD")，可作为相机140的一部分。
在一些实施例中，取决于可包括物品的类型、表面特征的类型(例如，颗粒、污点、划痕、空隙等)等的多种因素，有时可期望增加相机140的光子检测器阵列(例如，图2的光子检测器阵列202)的检测时间以检测更多的用于检测、映射和/或表征物品的表面特征的光子。例如在一些实施例中，检测时间可被增加以检测更多光子。在这种实施例中，包括电子倍增EMCCD的基于CCD的光子检测器阵列可被用于进一步检测更多的光子。
在一些实施例中，光子检测器阵列和/或相机140可被取向为针对从一种或多种类型的表面特征散射的光子的最大接受度以优化的距离和/或优化的角度收集和检测从物品170的表面特征散射的光子。这种优化的角度可以是包括光子检测器阵列至物品170的表面的中心线轴的光线(例如，光子或光线)与此光线延伸到的点处的法线(即，垂直于物品170的表面的线)之间的角度。优化的角度可等于或包括一种或多种类型的表面特征的散射角，并且此散射角可以是与反射角不同的角度，该反射角等于入射角。例如，光子检测器阵列和/或相机140可被取向为从0°到90°范围的优化角度。在此，90°的优化角度表示光子检测器阵列和/或相机140的取向在物品170的一侧，0°的优化角度表示光子检测器阵列或光子检测器阵列的取向在物品170的正上方，如图1所示。
尽管图1示出单个相机与单个光子检测器阵列，但其意在为说明性的且不意在限制本文中描述的发明概念的范围。在一些实施例中，设备100可包括多个相机，该多个相机包含多个光子检测器阵列。在其他实施例中，设备100可包括多个相机，其中每个相机包括单个光子检测器阵列。在进一步实施例中，设备100可包括单个相机，该单个相机包含多个光子检测器阵列。
在一些实施例中，设备110进一步包括计算机150。计算机150可被通信地耦合(为了图示的清楚而为示出)到相机140以储存由相机140记录的物品170的图像。在一些实施例中，计算机150可被通信地耦合(未示出)到光子发射器阵列110以控制光子如何被发射到物品170的表面上。例如，计算机150可被配置为选择和改变光子发射器120a-120n的偏振取向，并且选择和改变从光子发射器120a-120n发射的光子的波长。在一些情况下，计算机150可被配置为针对检查一个或多个类型的特征所优化的距离和/或角度而移动光子发射器阵列110、打开和/或关闭光子发射器阵列110，和/或在发射光子和不发射光子的模式之间切换光子发射器阵列110。此外，在一些实施例中，计算机150可被配置为基于光子发射器120a-120n的特性(例如，偏振、取向、波长和/或其某种组合)，或者基于某种其他的顺序，使光子发射器120a-120n同时地或异步地发射光子。
计算机150也可被配置为，但不限于在设备100中安装或卸下物品170，通过保持物品170在设备100中的位置来定位物品170以便照射和检查，和/或选择地包括物品170的分级旋转以便分段检查。在一些实施例中，计算机150可被配置为将光学组件插入光学设置130(例如使用机械致动器)，定位光学组件以用于检查，调节光学组件(例如，聚焦透镜)和/或调谐光学组件以用于检查，和/或从光学设置130去除光学组件。
在一些实施例中，计算机150可被进一步配置为识别物品170的特征，诸如盘缺陷。例如，计算机150可被配置为处理来自散射光子的光子检测器阵列(例如，图2的光子检测器阵列202)信号，包括像素内插以得到关于表面特征的位置的更好的准确度(例如，比像素尺寸好10倍)。在一些实施例中，计算机150可被配置为根据光子发射-光子检测方案使光子发射器阵列110的每个光子发射器与光子检测器阵列(例如，图2的光子检测器阵列202)的每个像素传感器(例如，图2的像素传感器204)同步。
在一些情况下，计算机150可从光子检测器阵列信号或经处理的光子检测器阵列信号映射或确定物品的表面特征的位置。例如，计算机150可被操作来准确地和/或精确地确定物品的表面上的特征的光子散射强度分布(例如，图5A[底]和5B[底])。这样的光子散射强度分布可被用于定量地和定性地表征物品的表面特征。
如上所述，在一些情况下，计算机150可定量地和/或定性地表征物品的表面特征。关于物品的表面特征的定量表征，光子散射强度分布的数学积分提供了物品的表面特征的尺寸(例如，体积)。物品的表面特征的定量表征可进一步包括如本文中所描述的物品上的表面特征位置的确定。定量表征可进一步包括每物品的表面特征的总数、或每物品每单位面积的表面特征的数量以及物品上每种类型的表面特征的数量。如果这些特征包括可使物品的性能变差的表面和/或次表面缺陷，则这种表征信息可跨数个物品进行分类并且被用于修正制造趋势。
关于物品的表面特征的定性表征，定性表征可包括物品的表面特征的形态学、形式或形状的确定，包括表面特征是否为颗粒、污点、划痕或空隙等，该确定可通过，但不限于光子散射强度分布的分析来实现。定性表征可进一步包括已知会有区别地散射光子的表面特征的化学表征，诸如，但不限于某些氧化物，其可具有有区别地和/或方向性地散射光子的有小面的(faceted)表面。定性表征可进一步包括在已知会关于光子发射器阵列的光子发射器的波长、偏振取向和/或相位滤光片或波片有区别地散射光子的表面特征之间进行区分。
在一些实施例中，物品的一个或多个表面特征的定性表征包括将实际上不存在光子发射器特性(例如光子波长、偏振取向)中的一个的光子散射信息与使用前述光子发射器特性中的一个或多个的光子散射信息对比或将实际上不存在前述光子发射器特性中的一个所产生的第一表面特征映射与使用该光子发射器特性中的一个或多个产生的第二表面特征映射(或数个表面特征映射)对比。如果这些特征包括可能使物品的性能变差的表面和/或次表面缺陷，则连同定量表征信息一起，这种定性表征信息可跨数个物品被分类并且被用于纠正制造趋势。
理解到，计算机150可以是台式计算机、工作站、便携式设备(例如，移动设备、平板电脑、笔记本电脑或智能手机)、服务器或可被配置为储存和执行基于图像的特征检测与检查的某种计算设备。
理解到，本文中描述的设备100可被配置成以大于生产物品或其中的工件的速率的速率或与制造物品或其中的工件的速率相称的速率处理或检查物品。以大于制造物品或其中的工件的速率的速率或与制造物品或其中的工件的速率相称的速率处理或检查物品与本文中所描述的设备100的许多特征有关，包括但不限于光子发射器、光子发射器阵列和/或在处理或检查期间不需要被移动(例如，以用于扫描)的物品。例如，利用光子发射器阵列110，诸如硬盘驱动器的硬盘之类的物品在处理或检查期间不需要被旋转。如此，设备100在将光子发射到物品的表面上时保持物品静止，由此节约时间，因为当保持在静止位置时可快速地检查该物品。
现在参见图2，根据各实施例的一个方面示出了从物品的表面特征散射的光子通过光学设置并到达光子检测器阵列上的示意图。如图2中所示，物品170包括表面172和表面特征174。尽管图2示出具有单个表面特征的物品，这意在作为示例且不意在限制发明概念的范围。理解到，物品可具有超过一个特征，可被成像以用于特征检测、识别和/或特征分析。
从光子发射器阵列(诸如图1的光子发射器阵列110)或多个光子发射器阵列发射的光子可被表面特征174散射并且可通过与相机140的光子检测器阵列202结合的光学设置130来收集并检测，该光学设置120可针对从一种或多种类型的特征散射的光子的最佳接受度(例如，具有最小背景噪声的光子的最大接受度)被置于一距离和/或一角度处。
可包括远心透镜的光学设置130可将从表面特征174散射的光子收集并聚焦到光子检测器阵列202的一个或多个像素传感器204上，其中每一个像素传感器包括耦合至放大器的光子检测器(例如基于CMOS/sCMOS的光子检测器阵列)。一个或多个像素传感器204中的每一个对应于物品170的表面172的特定、固定区域和物品170的表面特征的映射中的像素，该一个或多个像素传感器204可向计算机(诸如图1中所示的计算机150)提供一个或多个信号以用于映射或确定表面特征174的位置。
图5A提供了图4中所提供的表面特征的映射的特写图像的说明性示例，该图4又是图3中所提供的表面特征的映射的特写图像的说明性示例。计算机(诸如图1的计算机150)或等效的设备可随后使用像素内插以用于进一步映射表面特征174。图5B提供了表面特征(诸如来自图5A的表面特征)的像素内插图像的说明性示例。尽管图3-4和图5A-5B描绘磁介质的图像，理解到该描绘是说明性的且不意在限制本文中描述的发明概念的范围。理解到，图3-4和图5A-5B中所示的成像、映射和像素内插可被用于制造的不同阶段中的物品。
现在参见图6，示出了根据各实施例的一个方面的光子发射器阵列。光子发射器阵列600与图1的光子发射器阵列110基本上类似。进一步理解到，光子发射器阵列600可与配置为检查和检测物品的表面特征的设备(诸如设备100)结合使用。
光子发射器阵列600是包括五行与三列的光子发射器602a-602o的二维阵列，配置为将光子发射到物品(诸如图1的物品170)的表面上。光子发射器602a-602o与图1的光子发射器120a-120n基本上类似。
与光子发射器120a-120n类似，光子发射器602a-602o被配置为将相干和偏振光子发射到物品的表面上。在此实施例中，光子发射器602a-602o被取向为不同的偏振取向以检测和检查物品的不同类型的表面特征，已知该不同类型的表面特征关于特定偏振取向以已知的方式进行散射。在此，例如，光子发射器602a-602c和602m-602o被取向在90°角处，分别由箭头604a和604b指示。同时光子发射器602d-602f被取向在180°角处，由箭头604c指示，而光子发射器602g-602i和602j-602l被取向在45°角和135°角处，分别由箭头604d和604e指示。在这种偏振取向安排中，当45°、90°、135°和180°的偏振取向的光子被照射到物品的表面上时，已知会进行散射的物品的特定类型的缺陷与表面特征可被曝光和检查。
理解到，图6中示出的偏振取向是示例且不意在限制本文中描述的发明概念。如与图1类似地描述，光子发射器602a-602o可具有相同的偏振取向、唯一的偏振取向、多组相同的偏振取向和/或某种其他的偏振取向安排。还理解到，光子发射器602a-602o的偏振取向不需要是静态的，而可通过将光子发射器602a-602o从一个角度旋转到另一个角度来从一个偏振取向改变到另一个偏振取向。例如，光子发射器602g可从45°角旋转到48°角，并随后进一步旋转到100°。
还理解到，例如与使用外部偏振滤光片与光子发射器结合以将光子发射到物品的表面上相比较，通过使用自偏振光子发射器(诸如光子发射器602a-602o)，照射到物品的表面上的光子的强度更大。以此方式，自偏振光子发射器的使用改进了在其它情况下将检测不到的特征的检测和检查。
此外，在此实施例中，光子发射器602a-602o可被配置为发射不同波长的光子来曝光和检测物品的特定特征，已知该特定特征关于特定波长以已知的方式进行散射。例如，光子发射器602a-602o发射红(例如650nm)、蓝(例如475nm)和绿(例如510nm)颜色的光子。同样在此示例性实施例中，光子发射器的一些行被安排来发射相同波长的光子(例如，光子发射器602a-602c和602d-602f)，而光子发射器的其他行被安排来发射不同波长的光子(例如，光子发射器602g-602i、602j-602l和602m-602o)。
然而，理解到，光子发射器602a-602o可被安排来发射与图6所示不同的波长的光子。例如，代替发射红、蓝和绿光子，光子发射器602a-602o可发射黄、紫、或某一其他波长的可见光。进一步理解到，光子发射器可发射相对较宽范围的波长(例如，全谱、广谱、紫外、红外等等)的光子。此外，如图1所示，光子发射器602a-602o中的每个可被配置并且然后被重新配置为发射不同波长的光子。此外，在图1所示的一些情况中，光子发射器602a-602o可全被配置为发射相同波长的光子、唯一波长的光子、多组发射相同波长的光子发射器、和/或某一其他的波长安排。
进一步理解到，能够选择性地配置光子发射器的偏振取向和/或配置从光子发射器发射的光子的波长，光子发射器阵列600可被安排成很多不同的排列来进行发射和照射物品的表面，由此导致不同类型的表面特征的曝光和检测。
在一些实施例中，光子发射器阵列600可被配置为同时发射光子。例如，所有的光子发射器602a-602o可在相同的时刻发射光子来照射正在被检测表面特征的物品的表面。在一些情况中，光子发射器602a-602o可基于光子发射器特性同时发射光子。例如，光子发射器602a-602o可全被配置为按照预定次序发射预定波长的光子。例如，光子发射器602a-602o可都发射红色光子，然后蓝色光子，然后紫色光子。在一些情况下，光子发射器602a-602o可全被配置为发射预定偏振取向次序的光子，诸如以10°角，然后50°角，然后110°角。在一些情况下，光子发射器602a-602o可全都以基于光子波长与偏振取向次序的组合的次序发射光子。例如，光子发射器602a-602o可以以15°角发射红色光子，然后以80°角发射绿色光子，然后以45°角发射绿色光子。
在一些实施例中，光子发射器602a-602o可被配置为异步地发射光子。在一些情况中，光子发射器可被配置为基于光子发射器特性异步地发射光子。例如，光子发射器阵列600可被配置为使光子发射器602a-602o基于偏振取向次序发射光子。例如，首先取向为90°角的光子发射器可发射光子(例如光子发射器602a-602c和602m-602o)，然后取向为45°角的光子发射器可发射光子(例如光子发射器602g-602i)，然后取向为135°角的光子发射器(例如光子发射器602j-602l)可发射光子。在一些情况下，光子发射器阵列600可被配置为使光子发射器602a-602o基于光子波长次序发射光子。例如，首先，配置为发射绿色光子的光子发射器发射光子(例如光子发射器602g和602n)，然后红色光子(例如光子发射器602a-602c、602h、602j和602o)，然后蓝色光子(例如光子发射器602d-602f、602i和602k-602l)。而在一些情况下，光子发射器600可被配置为以基于光子发射器的光子波长和偏振取向的次序发射光子。
在一些实施例中，光子发射器602a-602o可被手动配置为以特定偏振取向发射光子，发射特定波长的光子，和/或其某种组合。然而，在一些其他的实施例中，光子发射器阵列600可被通信地耦合到计算机，诸如计算机150，该计算机可自动配置和重新配置光子发射器602a-602o以发射特定偏振、光子波长和/或其某种组合的光子。
如此，本文提供了一种设备，包括：光子发射器阵列，包含多个光子发射器，配置为将相干和偏振光子发射到物品的表面上；光子检测器，配置为接收从该物品的表面上的特征散射的光子；以及映射装置，基于从该光子检测器接收到的信息来映射该物品的表面上的特征。
在一些实施例中，多个光子发射器中的一个光子发射器被配置为发射第一波长的光子而该多个光子发射器中的另一个光子发射器被配置为发射第二波长的光子。在一些实施例中，该第一和第二波长是不同的。在一些实施例中，多个光子发射器被配置为将所发射的光子从一个偏振取向选择性地改变到另一个偏振取向。
在一些实施例中，光子发射器中的至少一个是固态二极管。在一些实施例中，相对于多个光子发射器的另一个光子发射器平行地安排该多个光子发射器的一个光子发射器。在一些实施例中，此设备进一步包括耦合至光子检测器的远心透镜。在一些实施例中，光子检测器包括互补金属氧化物半导体("CMOS")，科学互补金属氧化物半导体(“sCMOS”)或电荷耦合器件("CCD")。
如此，本文提供了一种设备，包括：光子发射器阵列，包含多个光子发射器，选择性地取向为多个偏振取向且被配置为将光子可控地发射到物品的表面上；光子检测器，配置为接收从该物品的表面上的特征散射的光子；以及映射装置，基于从该光子检测器接收到的信息来映射该物品的表面上的特征。
在一些实施例中，多个光子发射器被配置为将所发射的光子从多个偏振取向中的一个取向选择性地改变到另一个取向。在一些实施例中，多个光子发射器中的一个光子发射器被配置为发射第一波长的光子而该多个光子发射器中的另一个光子发射器被配置为发射第二波长的光子。在一些实施例中，该第一和第二波长是不同的。在一些实施例中，该多个光子发射器被配置为同时发射光子。在一些实施例中，该多个光子发射器被配置为基于光子发射器特性异步地发射光子。在一些实施例中，光子发射器特性包括多个光子发射器中的光子发射器的偏振取向、由光子发射器发射的光子波长或偏振取向与光子波长的组合。
本文还提供了一种设备，包括：至少两个光子发射器，各自具有预选的偏振取向且被配置为将偏振光子发射到物品的表面上；以及处理装置，配置为处理对应于从该物品的表面特征散射的光子的光子检测器信号并从该光子检测器信号中产生该物品的一个或多个表面特征映射，该光子检测器信号对应于从该物品的表面特征散射的光子。
在一些实施例中，光子发射器被配置为将所发射的光子从一个偏振取向选择性地改变到另一个偏振取向。在一些实施例中，至少两个光子发射器中的一个光子发射器被配置为发射第一波长的光子而该至少两个光子发射器中的另一个光子发射器被配置为发射第二波长的光子。在一些实施例中，该第一和第二波长是不同的。在一些情况中，该至少两个光子发射器被配置为基于光子发射器特性异步地发射光子。在一些实施例中，光子发射器特性包括该至少两个光子发射器中的光子发射器的偏振取向、由光子发射器发射的光子波长或偏振取向与光子波长的组合。
在一些实施例中，此设备进一步包括包含多个光子发射器的光子发射器阵列，其中该多个光子发射器包括至少两个光子发射器。在一些实施例中，此设备进一步包括光子检测器，配置为接收从物品的表面上的特征散射的光子并将光子-检测器信号发送到处理装置。在一些实施例中，光子检测器包括互补金属氧化物半导体("CMOS")，科学互补金属氧化物半导体(“sCMOS”)或电荷耦合器件("CCD")。
尽管在本文中已经描述和/或示出了一些特定实施例，且尽管已经相当详细地描述和/或示出了这些特定实施例，但申请人的意图不是用这些特定实施例来限制本文所表达的概念的范围。额外的改编和/或修改对于本领域技术人员可以是显而易见的，在更广义的方面，也可涵盖这些改编和/或修改。因此，可脱离前述实施例而不脱离本文提供的概念的范围。本文提供的实施方式和其他的实施方式在所附权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于检测表面特征的设备，包括：
光子发射器阵列，包括
配置为将相干和取向为第一偏振取向的偏振光子发射到物品的表面的位置上的第一多个光子发射器，以及
配置为将相干和取向为第二偏振取向的偏振光子发射到所述物品的表面上的第二多个光子发射器，其中所述第二多个光子发射器发射到所述表面的与所述第一多个光子发射器相同的位置上；
光子检测器，配置为接收从所述物品的表面上的特征散射的光子；以及
映射装置，基于从所述光子检测器接收的信息映射所述物品的表面上的特征。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述第一多个光子发射器中的一个光子发射器被配置为发射第一波长的光子而所述第二多个光子发射器中的另一个光子发射器被配置为发射第二波长的光子；以及
所述第一和第二波长是不同的。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一多个光子发射器被配置为将发射的光子从一个偏振取向选择性地改变到另一个偏振取向。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一多个光子发射器中的一个或所述第二多个光子发射器中的一个是固态二极管。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，相对于所述第一多个光子发射器的一个光子发射器平行地安排所述第一多个光子发射器的另一个光子发射器。
6.如权利要求1所述的设备，进一步包括耦合至所述光子检测器的远心透镜。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光子检测器包括互补金属氧化物半导体("CMOS")、科学互补金属氧化物半导体(“sCMOS”)或电荷耦合器件("CCD")。
8.一种用于检测表面特征的设备，包括：
光子发射器阵列，包括
配置为将相干和取向为第一偏振取向的偏振光子发射到物品的表面的位置上的第一多个光子发射器；以及
配置为将相干和取向为第二偏振取向的偏振光子发射到所述物品的表面上的第二多个光子发射器，其中所述第二多个光子发射器发射到所述表面的与所述第一多个光子发射器相同的位置上；
光子检测器，配置为接收从所述物品的表面上的特征散射的光子，其中所述光子检测器进一步配置为同时接收取向为所述第一和第二偏振取向的光子；以及
映射装置，基于从所述光子检测器接收的信息映射所述物品的表面上的特征。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第一多个光子发射器被配置为将发射的光子从所述第一偏振取向选择性地改变到另一个取向。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，
所述第一多个光子发射器中的一个光子发射器被配置为发射第一波长的光子而所述第二多个光子发射器中的另一个光子发射器被配置为发射第二波长的光子；以及
所述第一和第二波长是不同的。
11.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第一和第二多个光子发射器被配置为同时发射光子。
12.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第一和第二多个光子发射器被配置为基于光子发射器特性异步地发射光子。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述光子发射器特性包括所述第一和第二多个光子发射器中的光子发射器的偏振取向、由所述光子发射器发射的光子波长、或偏振取向与光子波长的组合。
14.一种用于检测表面特征的设备，包括：
光子发射器阵列，包括
配置为将相干和取向为第一偏振取向的偏振光子发射到物品的表面的位置上的第一多个光子发射器；以及
配置为将相干和取向为第二偏振取向的偏振光子发射到所述物品的表面上的第二多个光子发射器，其中所述第二多个光子发射器发射到所述表面的与所述第一多个光子发射器相同的位置上；
处理装置，配置成：
处理对应于从所述物品的表面特征散射的光子的光子检测器信号，以及
从所述光子检测器信号产生所述物品的一个或多个表面特征映射，所述光子检测器信号对应于从所述物品的表面特征散射的光子。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述第一多个光子发射器被配置为将发射的光子从所述第一偏振取向选择性地改变到另一个偏振取向。
16.如权利要求14所述的设备，其特征在于，
所述第一多个光子发射器中的一个光子发射器被配置为发射第一波长的光子而所述第二多个光子发射器中的另一个光子发射器被配置为发射第二波长的光子；以及
所述第一和第二波长是不同的。
17.如权利要求14所述的设备，其特征在于，
所述第一和第二多个光子发射器被配置为基于光子发射器特性异步地发射光子；以及
所述光子发射器特性包括所述第一和第二多个光子发射器中的光子发射器的偏振取向、由所述光子发射器发射的光子波长、或偏振取向与光子波长的组合。
18.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述第一和第二多个光子发射器被配置为同时发射光子。
19.如权利要求14所述的设备，进一步包括光子检测器，配置为接收从所述物品的表面上的特征散射的光子并将光子检测器信号发送到所述处理装置。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述光子检测器包括互补金属氧化物半导体("CMOS")、科学互补金属氧化物半导体(“sCMOS”)或电荷耦合器件("CCD")。
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