CN110987964B - 获得半导体晶粒相对两面光学检测完全等照度照明的方法 - Google Patents

Abstract

本发明包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴平行，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的上、下两侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的天面和底面照明，同时半导体晶粒的天面和底面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置。本发明可以实现半导体晶粒天面与底面同时检测的完全等光程成像与等照度照明。

Description

获得半导体晶粒相对两面光学检测完全等照度照明的方法

技术领域：

本发明属于光学检测和机器视觉领域，尤其涉及一种获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置及方法。

背景技术：

传统的机器视觉光学检测装置主要包含相机、成像镜头、照明光源、图像处理算法软件、电气控制、机械结构、待测物体（如半导体晶粒）等，由光源照明物体，物体通过光学成像镜头在CCD探测器面上获得物体的像，经图像采集卡，A-D转换模块将图像传输至计算机，最后通过数字图像处理技术获得所需图像信息，根据像素分布，亮度，颜色等信息，进行尺寸，形状，颜色的判别与测量，进而控制现场的设备操作；如果要同时检测单个物体的两个面，目前通用的检测方法都是一个相机占用一个工位检测一个面，如果需要同时检测两个面或以上，就需要采用多个相机占用多个工位检测，这样就造成机构安装空间大，同时需要多套机构安装模组，多套电路模组，增加了安装复杂性，降低了系统可靠性。

基于单镜头单面检测技术的传统机器视觉光学检测装置存在检测效率、性价比、结构复杂等经济技术局限性，以及此外，在待测物体的在线检测中，由于物体在成像镜头光轴方向上的抖动，或许由于待测物体本身厚度的公差，造成不同的物体在CCD接收平面上像位置的变化而产生的清晰度的变化；通常采用有一定景深的物方远心成像镜头来解决这个问题。

本申请人提出了半导体晶粒相邻或相对两个面同时检测的光程补偿的方法，提供了半导体晶粒相邻或相对两个面的等光程成像的方法，双面检测系统的两支光路虽然可以获得物方的等光程成像，但是由于两支光路经过不同数量的光学元件，不同次数的反射与折射，两支强度相等的光束到达待测晶粒表面时的照度将不同；因此，需要设计一个能够补偿两支检测光路不同光损失的照明光源来获得双面基本相同照度的照明。

本申请人又提出了半导体晶粒相邻或相对两个面同时检测的照明补偿新方法以获得半导体晶粒相邻或相对两个面的等照度照明。

本申请人还提出了一种实现半导体晶粒相对两表面（天面与底面，左侧面与右侧面）完全等光程成像的光学检测装置及方法，可获得半导体晶粒左侧面与右侧面等照度照明且等光程成像的同时检测，天面与底面相对两个面的等光程成像但不等照度照明，由于晶粒天面的成像光路（或照明光路）与晶粒底面的成像光路（或照明光路）基本相同，唯一的差别是底面成像光路（或照明光路）需要通过有一定厚度的透明玻璃载物台（如图1、2所示，其中A1是相机，A2是成像镜头， A3a、A3b是直角转向棱镜，A4是半导体晶粒， A5是透明玻璃载物台、 A6a、A6b是直角转向棱镜）。

现有技术局限于：（1）一个相机A1与镜头对半导体晶粒A4相对两个面（天面与底面，或相对两个侧面）的同时检测；或（2）一个相机与镜头对半导体晶粒相邻两个面（侧面与天面，侧面与底面）的同时检测；但是在半导体晶粒的双面同时检测的实施中，通常双面检测的照明光路共同使用一个环形照明光源或内置同轴照明光源A7，或外置同轴照明光源以及一个半透半反射分束器（或组合分束器）将一束照明光束分为两束照明光束，分别经过两支成像光路到达待检测半导体晶粒的两个表面。

这种检测装置的设计有时可以获得双面（如左侧面与右侧面）的完全等光程成像的检测（如图1），但是有时可能会遇到双面（如底面与天面）检测的不等照度照明问题，即双面检测系统的两支光路虽然可以获得物方的等光程成像，但是由于两支光路经过不同数量的光学元件，不同次数的反射与折射（如图2），其中底面的照明光路比天面的照明光路多了一块透明玻璃载物台，这会导致半导体晶粒底面照明的照度比天面照明的照度低了10%左右，而在相机传感器面上得到的晶粒底面的像的照度则会比晶粒天面的低20%左右（由于成像光束再次透过透明玻璃载物台时又损失了10%的光强），半导体晶粒待测两个表面时的不等照度照明与成像给双面缺陷同时检测造成图像处理的困难。

此外，双面检测共同使用的照明光路通常设置在离晶粒待测面较远的共同成像光路中，对于有一定发散角度的照明光束，到达待测表面的照度会随着光束传输距离的增大而减小，这样对照明光源的功率要求也相应地提高，有些应用则需要将照明光源的位置尽量设置在靠近待测晶粒的位置，以提高照明效率和改善照明效果。

对晶粒相双面检测的照明如只采用常规的共享单组照明光源，则需要照明光源的功率至少是所述单组独立的组合照明系统的一倍，对晶粒相对两表面采用两组独立的组合照明系统，可以降低对每组照明光源功率的要求，从而降低对照明光源散热设计的要求，提高照明系统的可靠性。

发明内容：

针对上述问题，本发明提出一种获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置及方法，该获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置可以实现半导体晶粒天面与底面同时检测的完全等光程成像与等照度照明。

本发明获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置，其特征在于：包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴平行，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的上、下两侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的天面和底面照明，同时半导体晶粒的天面和底面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置。

本发明获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置，其特征在于：包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴垂直，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的两旁侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的一个侧面照明，同时半导体晶粒的两相对侧面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置。

进一步的，上述转像光学组件包括两个第一直角转像棱镜，两个第一直角转像棱镜的一直角边垂直于远心成像镜头的光轴且朝向相机，两个第一直角转像棱镜的另一直角边相背且远离远心成像镜头的光轴。

进一步的，上述棱镜组件的每个均包括一个第二直角转像棱镜和斜面贴合于第二直角转像棱镜一直角边的直角棱镜分束器，第二直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，直角棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，照明光源正对半导体晶粒的待检面，且直角棱镜分束器的一直角边垂直于照明光源的光线。

进一步的，上述棱镜组件的每个均包括一个第三直角转像棱镜和一个面贴合于第三直角转像棱镜一个直角边的立方棱镜分束器，第三直角转像棱镜的斜面与光轴形成45度夹角，立方棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第二分光膜，照明光源正对半导体晶粒的待测面，第二分光膜与光轴、照明光源的光线也形成45度夹角。

进一步的，上述棱镜组件的每个均包括一个第四直角转像棱镜和斜面靠近于第四直角转像棱镜一直角边的直角照明棱镜，第四直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，照明光源经过直角照明棱镜、第四直角转像棱镜折射斜照于半导体晶粒的待测面。

进一步的，上述相机为含CCD或CMOS传感器的相机。

进一步的，上 述透明载物台为透明玻璃载物台。

本发明获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的方法，其特征在于：获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴平行，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的上、下两侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的天面和底面照明，同时半导体晶粒的天面和底面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置；所述转像光学组件包括两个第一直角转像棱镜，两个第一直角转像棱镜的一直角边垂直于远心成像镜头的光轴且朝向相机，两个第一直角转像棱镜的另一直角边相背且远离远心成像镜头的光轴；棱镜组件的每个均包括一个第二直角转像棱镜和斜面贴合于第二直角转像棱镜一直角边的直角棱镜分束器，第二直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，直角棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，照明光源正对半导体晶粒的天面或底面，且直角棱镜分束器的一直角边垂直于照明光源的光线；被照明的半导体晶粒的底面先经过第二直角转像棱镜的两个直角面的180度转像，再经过第一直角转像棱镜的90度转像后，由远心成像镜头成像在相机传感器面的下半区域上，对于半导体晶粒的天面，经过另一个第二直角转像棱镜和第一直角转像棱镜后由远心成像镜头成像在相机传感器面的上半区域上；从相机的成像面上同时得到半导体晶粒的底面与天面的像，且晶粒底面的像与晶粒天面的像之间相隔一个小间距；由于晶粒底面的照明光路与晶粒天面的照明光路拥有独立可调控的第一、第二照明光源，通过动态调控两个照明光路对应的第一、第二照明光源的光强度来获得晶粒底面与天面的完全等照度照明的光学检测。

本发明获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的方法，其特征在于：获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明装置包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴垂直，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的两旁侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的一个侧面照明，同时半导体晶粒的两相对侧面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置；所述转像光学组件包括两个第一直角转像棱镜，两个第一直角转像棱镜的一直角边垂直于远心成像镜头的光轴且朝向相机，两个第一直角转像棱镜的另一直角边相背且远离远心成像镜头的光轴；棱镜组件的每个均包括一个第二直角转像棱镜和斜面贴合于第二直角转像棱镜一直角边的直角棱镜分束器，第二直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，直角棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，照明光源正对半导体晶粒的侧面，且直角棱镜分束器的一直角边垂直于照明光源的光线；被照明的半导体晶粒的两个侧面均是先经过第二直角转像棱镜的两个直角面的180度转像，再经过第一直角转像棱镜的90度转像后，由远心成像镜头成像在相机传感器面的左、右半区域上，从相机的成像面上同时得到半导体晶粒的相对两侧面的像，且半导体晶粒两侧面的像之间相隔一个小间距；由于半导体晶粒两侧面的照明光路拥有独立可调控的第一、第二照明光源，通过动态调控两个照明光路对应的第一、第二照明光源的光强度来获得晶粒两侧面的完全等照度照明的光学检测。

本申请在满足半导体晶粒相对双面等光程成像检测的同时，也实现了半导体晶粒相对双面机器视觉光学检测的等照度照明，提供了半导体晶粒相对两表面的完全等光程成像与完全等照度照明的光学检测新途径。

附图说明：

图1是本申请前提出的对半导体晶粒的相对两个侧面同时进行完全等光程成像与完全等照度照明的检测装置，该装置采用内置同轴照明光源；

图2是本申请前提出的对半导体晶粒的底面与天面两个面同时进行完全等光程成像但不等照度照明的检测装置，该装置采用内置同轴照明光源；

图3是本申请对半导体晶粒的底面与天面两个面同时进行完全等照度照明的检测装置；

图4是本申请对半导体晶粒的底面与天面两个面同时进行完全等照度照明的检测装置；

图5a和5b是本申请对半导体晶粒的底面与天面两个面同时进行完全等照度照明的检测装置的又一个实施例。

图6是本申请对半导体晶粒的相对两个侧面同时进行完全等光程成像且完全等照度照明的检测装置的又一个实施例；

图7是本申请对半导体晶粒的相对两个侧面同时进行完全等光程成像且完全等照度照明的检测装置的又一个实施例；

图8是本申请对半导体晶粒的相对两个侧面同时进行完全等光程成像且等照度照明的检测装置的又一个实施例。

具体实施方式：

一种实施例，如图3-6所示，本发明获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置包括在光路方向上依次设置的相机1、远心成像镜头2、转像光学组件3和半导体晶粒4，所述半导体晶粒由透明载物台5支撑，半导体晶粒的天面401和底面402与远心成像镜头2的光轴K平行，所述转像光学组件3与半导体晶粒4之间的上、下两侧分别设有棱镜组件6，两个棱镜组件6远离远心成像镜头光轴K的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源8a、8b，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的天面和底面照明，同时半导体晶粒的天面和底面分别通过棱镜组件6、转像光学组件3以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置。

另一种实施例，如图7-8所示，本发明获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置包括在光路方向上依次设置的相机1、远心成像镜头2、转像光学组件3和半导体晶粒4，所述半导体晶粒4由透明载物台5支撑，半导体晶粒的天面401和底面402与远心成像镜头的光轴K垂直，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的两旁侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源8a、8b，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的一个侧面403照明，同时半导体晶粒的两相对侧面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置。

上述两种实施例的转像光学组件3、棱镜组件6均适于如下构造。

上述转像光学组件的一种实施例是，其包括两个第一直角转像棱镜3a、3b，两个第一直角转像棱镜的一直角边301垂直于远心成像镜头的光轴K且朝向相机，两个第一直角转像棱镜的另一直角边302相背且远离远心成像镜头的光轴。

上述棱镜组件的一种实施例是（如图3所示），棱镜组件的每个均包括一个第二直角转像棱镜6a或6b和斜面贴合于第二直角转像棱镜一直角边的直角棱镜分束器7a或7b，第二直角转像棱镜6a或6b的斜面601平行于光轴K且相对其直角边更加靠近光轴，直角棱镜分束器7a或7b的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜701，照明光源正对半导体晶粒的待检面(该待检面可以是天面401与底面402，或者是两侧面403)，且直角棱镜分束器的一直角边702垂直于照明光源的光线。

上述棱镜组件的另一种实施例是（如图4所示），棱镜组件6的每个均包括一个第三直角转像棱镜6c、6d和一个面贴合于第三直角转像棱镜一个直角边的立方棱镜分束器7c、7d，第三直角转像棱镜的斜面602与光轴K形成45度夹角，立方棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第二分光膜703，照明光源正对半导体晶粒的待测面(该待检面可以是天面401与底面402，或者是两侧面403)，第二分光膜703与光轴、照明光源的光线也形成45度夹角。

上述棱镜组件的另一种实施例是（如图5a、5b所示），上述棱镜组件6的每个均包括一个第四直角转像棱镜6f、6g和斜面靠近于第四直角转像棱镜一直角边603或604的直角照明棱镜7f、7g（图5a中直角照明棱镜7f、7g靠近第四直角转像棱镜一直角边603，图5b中直角照明棱镜7f、7g靠近第四直角转像棱镜一直角边604），第四直角转像棱镜的斜面603平行于光轴K且相对其直角边更加靠近光轴，照明光源经过直角照明棱镜7f或7g、第四直角转像棱镜6f或6g折射斜照于半导体晶粒的待测面(该待检面可以是天面401与底面402，或者是两侧面403)。

上述相机为含CCD或CMOS传感器的相机，上述透明载物台为透明玻璃载物台。

另外，上述转像光学组件还可以是如下构造，转像光学组件可以是包括两个垂直相交的平面反射镜，且两组垂直相交平面反射镜的开口朝向半导体晶粒，两个平面反射镜与光轴成45°夹角。

或者转像光学组件为一个第五直角转像棱镜，该第五直角转像棱镜的直角边与光轴成45°夹角，该第五直角转像棱镜的斜面垂直于光轴且朝向半导体晶粒，在第五直角转像棱镜的两个直角边上设有镀膜面。

本发明获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的方法，获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴平行，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的上、下两侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的天面和底面照明，同时半导体晶粒的天面和底面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置；所述转像光学组件包括两个第一直角转像棱镜，两个第一直角转像棱镜的一直角边垂直于远心成像镜头的光轴且朝向相机，两个第一直角转像棱镜的另一直角边相背且远离远心成像镜头的光轴；棱镜组件的每个均包括一个第二直角转像棱镜和斜面贴合于第二直角转像棱镜一直角边的直角棱镜分束器，第二直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，直角棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，照明光源正对半导体晶粒的天面或底面，且直角棱镜分束器的一直角边垂直于照明光源的光线；被照明的半导体晶粒的底面先经过第二直角转像棱镜的两个直角面的180度转像，再经过第一直角转像棱镜的90度转像后，由远心成像镜头成像在相机传感器面的下半区域上，对于半导体晶粒的天面，经过另一个第二直角转像棱镜和第一直角转像棱镜后由远心成像镜头成像在相机传感器面的上半区域上；从相机的成像面上同时得到半导体晶粒的底面与天面的像，且晶粒底面的像与晶粒天面的像之间相隔一个小间距；由于晶粒底面的照明光路与晶粒天面的照明光路拥有独立可调控的第一、第二照明光源，通过动态调控两个照明光路对应的第一、第二照明光源的光强度来获得晶粒底面与天面的完全等照度照明的光学检测。

本发明获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的方法，获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明装置包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴垂直，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的两旁侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的一个侧面照明，同时半导体晶粒的两相对侧面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置；所述转像光学组件包括两个第一直角转像棱镜，两个第一直角转像棱镜的一直角边垂直于远心成像镜头的光轴且朝向相机，两个第一直角转像棱镜的另一直角边相背且远离远心成像镜头的光轴；棱镜组件的每个均包括一个第二直角转像棱镜和斜面贴合于第二直角转像棱镜一直角边的直角棱镜分束器，第二直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，直角棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，照明光源正对半导体晶粒的侧面，且直角棱镜分束器的一直角边垂直于照明光源的光线；被照明的半导体晶粒的两个侧面均是先经过第二直角转像棱镜的两个直角面的180度转像，再经过第一直角转像棱镜的90度转像后，由远心成像镜头成像在相机传感器面的左、右半区域上，从相机的成像面上同时得到半导体晶粒的相对两侧面的像，且半导体晶粒两侧面的像之间相隔一个小间距；由于半导体晶粒两侧面的照明光路拥有独立可调控的第一、第二照明光源，通过动态调控两个照明光路对应的第一、第二照明光源的光强度来获得晶粒两侧面的完全等照度照明的光学检测。

图纸说明：

图1是本申请前提出的对半导体晶粒的相对两个侧面同时进行完全等光程成像与完全等照度照明的检测装置，该装置采用内置同轴照明光源；

图2是本申请前提出的对半导体晶粒的底面与天面两个面同时进行完全等光程成像但不等照度照明的检测装置，该装置采用内置同轴照明光源；

图3是本申请对半导体晶粒的底面与天面两个面同时进行完全等照度照明的检测装置，底面与天面的照明分别采用两组独立的照明光源，其中直角棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，第二直角转像棱镜分别与直角棱镜分束器用光胶合的方法粘结在一起，实现了底面与天面两个面的可动态智能调控的完全等照度照明的检测；

图4是本申请对半导体晶粒的底面与天面两个面同时进行完全等照度照明的检测装置，底面与天面的照明分别采用两组独立的照明光源，其中立方棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第二分光膜，而第三直角转像棱镜分别与立方棱镜分束器用光胶合的方法粘结在一起，底面与天面两个面的可动态智能调控的完全等照度照明的检测；

图5a和5b是本申请对半导体晶粒的底面与天面两个面同时进行完全等照度照明的检测装置的又一个实施例，底面与天面两面的照明通过采用两组独立的照明光源分别与直角照明棱镜构成的组合照明系统，这样实现了底面与天面两个面的可动态智能调控的完全等照度照明的检测；

图6是本申请对半导体晶粒的相对两个侧面同时进行完全等光程成像且完全等照度照明的检测装置，半导体晶粒左侧面与右侧面的照明分别采用两组独立的照明光源，其中第二直角棱镜分束器斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，而第二直角转像棱镜分别与直角棱镜分束器7用光胶合的方法粘结在一起；

图7是本申请对半导体晶粒的相对两个侧面同时进行完全等光程成像且完全等照度照明的检测装置，左侧面与右侧面的照明分别采用两组独立的照明光源，其中立方棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第二分光膜，而第三直角转像棱镜分别与立方棱镜分束器用光胶合的方法粘结在一起；

图8是本申请对半导体晶粒的相对两个侧面同时进行完全等光程成像且等照度照明的检测装置，左侧面与右侧面的照明分别采用两组独立的照明光源。

其它有助于理解本申请提案的技术资料：

第一直角转像棱镜：光线由直角转像棱镜直角边垂直入射，在斜面上产生出射角为45度的一次反射后从另一直角边垂直出射，产生90度的转向，最后出射光线与入射光线相比，光路发生了90度的转向；

第二直角转像棱镜：光线由直角转像棱镜斜边垂直入射，分别在两个直角边产生出射角为45度的反射，最后出射光线与入射光线相比，光路发生了180度的转向；

立方棱镜分束器（Cubic prism beam splitter）：光线由立方棱镜分束器的一个端面垂直入射，经45度偏振分光膜后分成偏振方向互相垂直的透射偏振光与反射偏振光两束；

景深：是指摄影镜头或其它成像系统能够获得清晰图像的成像所测定的被摄物体前后距离范围。

与现有技术相比，本申请提案有何技术优点：

1.一种获得半导体晶粒相对两面（底面与天面）机器视觉光学检测的完全等照度照明的方法；

2.本申请方法采用了两组独立的第一、第二照明光源、特定设计的直角棱镜分束器（或直角照明棱镜）以及成像光路固有的第一、第二直角转像棱镜构成的组合照明系统，而且可以将直角照明棱镜与直角转像棱镜光胶合构成一个棱镜组件；

3.本申请方法通过动态智能调控两支照明光路对应的照明光源光强度来获得晶粒底面与天面的完全等照度照明的光学检测；

4.本申请方法提出的两组独立照明光源、特定设计的直角棱镜分束器（或直角照明棱镜）与直角转像棱镜构成的组合照明系统也可应用于半导体晶粒相对两侧面（左侧面与右侧面）的完全等照度照明的光学检测；

5.本申请在满足双面等光程成像检测的同时，解决了双面检测不等照度问题的方法，实现了半导体晶粒相对两表面的完全等光程与完全等照度的检测；

6.本申请提供了一种在满足晶粒相对双面等光程成像检测的同时，也实现了晶粒相对双面检测的等照度照明，提供了半导体晶粒相对两表面的完全等光程成像与完全等照度照明的检测新途径。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置，其特征在于：包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴平行，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的上、下两侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的天面和底面照明，同时半导体晶粒的天面和底面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置；

所述转像光学组件包括两个第一直角转像棱镜，两个第一直角转像棱镜的一直角边垂直于远心成像镜头的光轴且朝向相机，两个第一直角转像棱镜的另一直角边相背且远离远心成像镜头的光轴；

所述棱镜组件的每个均包括一个第二直角转像棱镜和斜面贴合于第二直角转像棱镜一直角边的直角棱镜分束器，第二直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，直角棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，照明光源正对半导体晶粒的待检面，且直角棱镜分束器的一直角边垂直于照明光源的光线；

或者所述棱镜组件的每个均包括一个第三直角转像棱镜和一个面贴合于第三直角转像棱镜一个直角边的立方棱镜分束器，第三直角转像棱镜的斜面与光轴形成45度夹角，立方棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第二分光膜，照明光源正对半导体晶粒的待测面，第二分光膜与光轴、照明光源的光线也形成45度夹角；

或者所述棱镜组件的每个均包括一个第四直角转像棱镜和斜面靠近于第四直角转像棱镜一直角边的直角照明棱镜，第四直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，照明光源经过直角照明棱镜、第四直角转像棱镜折射斜照于半导体晶粒的待测面。

2.一种获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置，其特征在于：包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴垂直，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的两旁侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的一个侧面照明，同时半导体晶粒的两相对侧面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置；

所述转像光学组件包括两个第一直角转像棱镜，两个第一直角转像棱镜的一直角边垂直于远心成像镜头的光轴且朝向相机，两个第一直角转像棱镜的另一直角边相背且远离远心成像镜头的光轴；

所述棱镜组件的每个均包括一个第二直角转像棱镜和斜面贴合于第二直角转像棱镜一直角边的直角棱镜分束器，第二直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，直角棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，照明光源正对半导体晶粒的待检面，且直角棱镜分束器的一直角边垂直于照明光源的光线；

或者所述棱镜组件的每个均包括一个第三直角转像棱镜和一个面贴合于第三直角转像棱镜一个直角边的立方棱镜分束器，第三直角转像棱镜的斜面与光轴形成45度夹角，立方棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第二分光膜，照明光源正对半导体晶粒的待测面，第二分光膜与光轴、照明光源的光线也形成45度夹角；

或者所述棱镜组件的每个均包括一个第四直角转像棱镜和斜面靠近于第四直角转像棱镜一直角边的直角照明棱镜，第四直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，照明光源经过直角照明棱镜、第四直角转像棱镜折射斜照于半导体晶粒的待测面。

3.根据权利要求1或2所述获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置，其特征在于：所述相机为含CCD或CMOS传感器的相机。

4.根据权利要求1或2所述获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置，其特征在于：所述透明载物台为透明玻璃载物台。

5.一种获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的方法，其特征在于：所述方法采用的获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的装置包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴平行，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的上、下两侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的天面和底面照明，同时半导体晶粒的天面和底面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置；所述转像光学组件包括两个第一直角转像棱镜，两个第一直角转像棱镜的一直角边垂直于远心成像镜头的光轴且朝向相机，两个第一直角转像棱镜的另一直角边相背且远离远心成像镜头的光轴；棱镜组件的每个均包括一个第二直角转像棱镜和斜面贴合于第二直角转像棱镜一直角边的直角棱镜分束器，第二直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，直角棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，照明光源正对半导体晶粒的天面或底面，且直角棱镜分束器的一直角边垂直于照明光源的光线；被照明的半导体晶粒的底面先经过第二直角转像棱镜的两个直角面的180度转像，再经过第一直角转像棱镜的90度转像后，由远心成像镜头成像在相机传感器面的下半区域上，对于半导体晶粒的天面，经过另一个第二直角转像棱镜和第一直角转像棱镜后由远心成像镜头成像在相机传感器面的上半区域上；从相机的成像面上同时得到半导体晶粒的底面与天面的像，且晶粒底面的像与晶粒天面的像之间相隔一个小间距；由于晶粒底面的照明光路与晶粒天面的照明光路拥有独立可调控的第一、第二照明光源，通过动态调控两个照明光路对应的第一、第二照明光源的光强度来获得晶粒底面与天面的完全等照度照明的光学检测。

6.一种获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明的方法，其特征在于：所述方法采用的获得半导体晶粒相对两面机器视觉光学检测的完全等照度照明装置包括在光路方向上依次设置的相机、远心成像镜头、转像光学组件和半导体晶粒，所述半导体晶粒由透明载物台支撑，半导体晶粒的天面和底面与远心成像镜头的光轴垂直，所述转像光学组件与半导体晶粒之间的两旁侧分别设有棱镜组件，两个棱镜组件远离远心成像镜头光轴的一侧分别设有独立可调控的第一、第二照明光源，第一、第二照明光源分别经过其中一个棱镜组件为半导体晶粒的一个侧面照明，同时半导体晶粒的两相对侧面分别通过棱镜组件、转像光学组件以完全相同的成像光路经270度转像后，成像在相机传感器面上不同的区域位置；所述转像光学组件包括两个第一直角转像棱镜，两个第一直角转像棱镜的一直角边垂直于远心成像镜头的光轴且朝向相机，两个第一直角转像棱镜的另一直角边相背且远离远心成像镜头的光轴；棱镜组件的每个均包括一个第二直角转像棱镜和斜面贴合于第二直角转像棱镜一直角边的直角棱镜分束器，第二直角转像棱镜的斜面平行于光轴且相对其直角边更加靠近光轴，直角棱镜分束器的斜面上镀有半透半反射的第一分光膜，照明光源正对半导体晶粒的侧面，且直角棱镜分束器的一直角边垂直于照明光源的光线；被照明的半导体晶粒的两个侧面均是先经过第二直角转像棱镜的两个直角面的180度转像，再经过第一直角转像棱镜的90度转像后，由远心成像镜头成像在相机传感器面的左、右半区域上，从相机的成像面上同时得到半导体晶粒的相对两侧面的像，且半导体晶粒两侧面的像之间相隔一个小间距；由于半导体晶粒两侧面的照明光路拥有独立可调控的第一、第二照明光源，通过动态调控两个照明光路对应的第一、第二照明光源的光强度来获得晶粒两侧面的完全等照度照明的光学检测。

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