CN113720855A - 一种提升成像质量的光学成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光学成像的技术领域，尤其是涉及一种提升成像质量的光学成像系统，包括：光处理模块，用于调整被测对象的特征成像光的光路传播方向；光处理模块包括：第一半透半反分光片；相机，设置于被测对象的特征成像光的光路上，用于感应被测对象的特征成像光并转为图像电信号；光源模块，用于为被测对象的外表面进行打光；光源模块包括：顶光光源组件和多角度光源组件；顶光光源组件的出射光通过第一半透半反分光片调整为从被测对象的正上方射向被测对象。本申请通过光学感光原理对被测对象实现成像功能，同时通过光源模块实现对被测对象的外表面进行全部打亮的功能，防止由于出现打光盲区导致出现阴影的情况，提升图像质量。

Description

一种提升成像质量的光学成像系统

技术领域

本申请涉及光学成像的技术领域，尤其是涉及一种提升成像质量的光学成像系统。

背景技术

半导体芯片指的是在常温下，其导电性能介于导体与绝缘体之间的电子元器件。随着电子元件封装往小型化、高集成化的方向发展，相应地，半导体芯片也逐渐趋向小型化生产。

在制造半导体芯片的过程中，需要检测成品的质量，传统的方式是直接目测观察半导体芯片的表面是否存在缺陷。由于半导体芯片的生产量呈倍数增长，而且所生产的半导体芯片的尺寸越来越小，这种方式已不能满足生产半导体芯片的技术要求。

目前的方式是采用拍摄设备给半导体芯片进行拍摄，观察或者提取图像中的半导体芯片特征进行检测。然而目前拍摄出的图像会存在阴影，阴影的存在会对检测造成误判的影响，而阴影的产生是由于作为被测对象的半导体芯片的外表面不是平整的形状，现有设置的光源无法将半导体芯片的外表面全部打亮。上述是目前针对半导体芯片进行图像检测时所需要解决的难题。

发明内容

为了实现对被测对象的外表面进行全部打亮，进而提升成像质量，本申请提供一种提升成像质量的光学成像系统。

本申请采用如下的技术方案：一种提升成像质量的光学成像系统，包括：

光处理模块，用于调整被测对象的特征成像光的光路传播方向；所述光处理模块包括：第一半透半反分光片；

相机，设置于被测对象的特征成像光的光路上，用于感应被测对象的特征成像光并转为图像电信号；

光源模块，用于为被测对象的外表面进行打光；所述光源模块包括：顶光光源组件和多角度光源组件；所述顶光光源组件的出射光通过第一半透半反分光片调整为从被测对象的正上方射向被测对象，所述多角度光源组件的出射光路环设于被测对象的外围。

通过采用上述方案，利用光学感光的原理对被测对象实现成像的功能，同时通过光源模块实现对被测对象的外表面进行全部打亮的功能，防止由于出现打光盲区导致出现阴影的情况，提升图像质量。光源模块具体通过多角度光源组件对被测对象进行多个角度打光，同时通过顶光光源组件配合光处理模块，利用半透半反的光路设置原理，既消除了相机本身对被测对象的打光影响，又确保相机能够顺利感应被测对象的特征成像光进行成像。

优选的，所述多角度光源组件包括：第一角度发光件、第二角度发光件和第三角度发光件；

所述第一角度发光件、第二角度发光件和第三角度发光件以自下至上的方向依次设置于被测对象的上方，第一角度发光件的设置角度、第二角度发光件的设置角度和第三角度发光件的设置角度均不相同

通过采用上述方案，采用第一角度发光件、第三角度发光件和第二角度发光件配合罩体的设置，扩大了打光光束对被测对象的覆盖范围，加强打亮被测对象外表面的程度。

优选的，所述顶光光源组件的发光端、第一半透半反分光片和被测对象以自上至下的方向设置，所述顶光光源组件的发光端的轴线、第一半透半反分光片的轴线和被测对象的轴线均呈共线设置，所述顶光光源组件的出射光路透过第一半透半反分光片从被测对象的正上方射向被测对象。

通过采用上述方案，确保打光光束透竖直射向半导体芯片，进而获取源于被测对象的正上方的端面所反射的特征成像光。

优选的，所述顶光光源组件包括发光矩阵。

通过采用上述方案，起到作为顶光光源的作用。

优选的，所述顶光光源组件还包括散热件，所述散热件设置于发光矩阵的外围。

通过采用上述方案，有效降低发光矩阵的发热温度。

优选的，所述相机采用远心镜头。

通过采用上述方案，让相机具有高分辨率、超宽景深、超低畸变的特点。

优选的，所述系统还包括：罩体；

所述第一角度发光件、第二角度发光件和第三角度发光件均安装于罩体，所述罩体设有上开口和下开口，所述罩体的内径自上开口至下开口逐渐增大；

所述第一角度发光件设置于罩体的内壁，所述第一角度发光件位于下开口的边缘；

所述罩体的内壁突伸有安装环件，所述第二角度发光件设置于安装环件的上端；

所述第三角度发光件设置于罩体的内壁，所述第三角度发光件位于上开口的边缘。

通过采用上述方案，利用罩体辅助第一角度发光件、第二角度发光件和第三角度发光件进行安装固定；通过反射层对第二角度发光件的出射光束进行反射，使其射向被测对象的外表面。

优选的，所述系统还包括：架体；

所述光处理模块还包括：壳体；

所述相机、壳体均水平安装于架体的上表面，所述罩体安装于架体的下表面，所述壳体设有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口与罩体的上开口位置对应，所述第二端口与顶光光源组件的发光端位置对应，所述第三端口与相机位置对应，所述第一半透半反分光片安装于壳体内。

通过采用上述方案，让相机可以采用水平状态安装于架体，降低整体重心高度，提高移动时的灵活性。

优选的，所述光处理模块还包括：第二半透半反分光片；

所述顶光光源组件的发光端的轴线与相机的轴线、被测对象的轴线均呈不共线设置，所述顶光光源组件的出射光依次通过第二半透半反分光片、第一半透半反分光片调整为从被测对象的正上方射向被测对象，所述相机、第二半透半反分光片的轴线和第一半透半反分光片的轴线均呈共线设置。

通过采用上述方案，用于让出第一半透半反分光片正上方位置的顶部空间，方便拓展设置其他的功能装置。

优选的，所述光处理模块还包括：消光层；

所述顶光光源组件的发光端和消光层分别设置于第二半透半反分光片的两侧。

通过采用上述方案，用于对透过第二半透半反分光片的打光光束进行消光处理，防止透过的打光光束进入相机影响成像效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、通过光学感光的原理对被测对象实现成像的功能，同时通过光源模块实现对被测对象的外表面进行全部打亮的功能，防止由于出现打光盲区导致出现阴影的情况，提升图像质量。

2、光源模块具体通过多角度光源组件对被测对象进行多个角度打光，同时通过顶光光源组件配合光处理模块，利用半透半反的光路设置原理，既消除了相机本身对被测对象的打光影响，又确保相机能够顺利感应被测对象的特征成像光进行成像。

3、多角度光源组件具体通过第一角度发光件、第三角度发光件和第二角度发光件配合罩体的设置，扩大了打光光束对被测对象的覆盖范围，加强打亮被测对象外表面的程度。

4、相机在第一半透半反分光片配合作用下可以采用水平状态安装于架体，降低整体重心高度，提高移动时的灵活性。

附图说明

图1为本申请一种提升成像质量的光学成像系统实施例1的结构示意图。

图2为本申请实施例1所述多角度光源组件的结构示意图。

图3为本申请实施例1的内部结构的光路原理简图。

图4为本申请实施例1所述顶光光源组件的局部爆炸结构示意图。

图5为本申请实施例2的结构示意图。

图6为本申请实施例2的内部结构的光路原理简图。

图7为本申请实施例2所述光处理模块、顶光光源组件和相机的光路原理简图。

附图标记：1、光处理模块；2、相机；3、顶光光源组件；4、多角度光源组件；5、第一角度发光件；6、第二角度发光件；7、第三角度发光件；8、第一半透半反分光片；9、发光矩阵；10、散热件；11、远心镜头；12、罩体；13、安装环件；14、架体；15、壳体；16、第二半透半反分光片；17、消光层；18、扩散片；19、反射层。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例1。

参照图1和图3，一种提升成像质量的光学成像系统，包括：

光处理模块1，用于调整被测对象的特征成像光的光路传播方向，光处理模块1包括：第一半透半反分光片8；

相机2，设置于被测对象的特征成像光的光路上，用于感应被测对象的特征成像光并转为图像电信号；

光源模块，用于为被测对象的外表面进行打光；光源模块包括：顶光光源组件3和多角度光源组件4；顶光光源组件3的出射光通过第一半透半反分光片8调整为从被测对象的正上方射向被测对象，多角度光源组件4的出射光路环设于被测对象的外围。

本实施例利用光学感光的原理对被测对象即半导体芯片实现成像的功能。具体地，由于目前需要被测的半导体芯片大多不是平整的外表面，通过自然光或者单一光源给半导体芯片打光时，会存在打光盲区从而形成阴影，阴影的产生会被保留在后续相机2所成像的图像中，进而会影响后续的检测判断，造成检测误判。

因此，通过设置光源模块对半导体芯片起到打光的作用，实现全部打亮的功能。具体地，通过多角度光源组件4设置在半导体芯片的外围，利用多角度光源组件4出射光束，对半导体芯片的多个方位进行打光。作为其中一种实施方式，回看图2，多角度光源组件4包括：第一角度发光件5、第二角度发光件6和第三角度发光件7；第一角度发光件5、第二角度发光件6和第三角度发光件7以自下至上的方向依次设置于被测对象的上方，第一角度发光件5的设置角度、第二角度发光件6的设置角度和第三角度发光件7的设置角度均不相同。

通过第一角度发光件5主要对侧表面靠近底部的位置进行打光，通过第二角度发光件6主要对侧表面的中部位置进行打光，通过第三角度发光件7主要对侧表面靠近顶部的位置进行打光，并且设置多个角度的发光体既增加了光源的数量，又扩大了打光光束的覆盖范围，打亮半导体芯片外表面的凸起位置和/或凹陷位置，满足了对不平整外表面的半导体芯片的打光要求，防止由于打光盲区导致出现阴影的情况。

而且多个角度设置满足打光光束照到半导体芯片后，源于半导体芯片外表面反射的特征成像光会大部分朝向正上方出射。进一步的，第一角度发光件5的出射光束、第二角度发光件6的出射光束和第三角度发光件7出射光束分别与水平面呈一定角度，作为其中一种实施方式，第一角度发光件5的出射光束与水平面的夹角范围为5°-10°，第二角度发光件6的出射光束与水平面的夹角范围为10°-90°，第三角度发光件7的出射光束与水平面的夹角范围为70°-90°。而且第一角度发光件5、第二角度发光件6和第三角度发光件7包括但不限于采用LED灯。第一角度发光件5的出射光路上、第二角度发光件6的出射光路上和/或第三角度发光件7的出射光路上均设有散光片。

通过相机2的感光元件感应半导体芯片的特征成像光并转换处理形成图像电信号，实现对半导体芯片的成像功能。具体地，回看图1和图3，相机2采用远心镜头11。远心镜头11的原理为将小孔成像的模糊图形处理的更清晰，并做倍率放大，同时消除像差色差，让相机2具有高分辨率、超宽景深、超低畸变的特点，让半导体芯片的特征成像光更好地被相机2进行感光成像，进一步提升图像质量。相机2包括但不限于采用远心镜头11，还可以是采用不同类型的镜头如普通镜头或者微距镜头等。

考虑到若直接在半导体芯片的外围设置相机2，会由于相机2本身的体积影响在半导体芯片的外表面形成灰影，影响成像检测，因此本申请通过相机2配合光处理模块1和顶光光源组件3，既消除了相机2本身对半导体芯片的打光影响，又可以利用第一半透半反分光片8的半透射半反射的功能，确保相机2能够感光成像。

作为其中一种实施方式，参阅图3，顶光光源组件3的发光端、第一半透半反分光片8和被测对象以自上至下的方向设置于同一轴线，所述顶光光源组件3的发光端的轴线、第一半透半反分光片8的轴线和被测对象的轴线均呈共线设置，顶光光源组件3的出射光路透过第一半透半反分光片8从被测对象的正上方射向被测对象。

具体地，顶光光源组件3的发光端出射打光光束，打光光束透过第一半透半反分光片8竖直射向半导体芯片，配合多角度光源组件4的多角度出射的打光光束对半导体芯片的外表面进行全部打亮；源于半导体芯片外表面反射的特征成像光大部分朝向正上方射出，经由第一半透半反分光片8对半导体芯片的特征成像光进行反射，从而转变半导体芯片的特征成像光的传播方向，使其光路往相机2方向射入，进而通过相机2实现光路捕捉、感光和成像功能。

本实施例中，参阅图4，顶光光源组件3包括发光矩阵9。具体地，发光矩阵9采用若干个LED灯间隔排列形成矩阵，即起到光源的作用，又可以通过控制若干个LED灯中的个别暗灭可以实现调节亮度强弱的功能。进一步的，顶光光源组件3还包括扩散片18，扩散片18设置于发光阵矩的出射光路上。

本实施例中，参阅图4，顶光光源组件3还包括散热件10，散热件10设置于发光矩阵9的外围。这样设置可以有效降低发光矩阵9的发热温度，延长使用寿命。

本实施例中，回看图3，系统还包括：罩体12；第一角度发光件5、第二角度发光件6和第三角度发光件7均安装于罩体12，罩体12设有上开口和下开口，罩体12的内径自上开口至下开口逐渐增大；第一角度发光件5设置于罩体12的内壁，第一角度发光件5位于下开口的边缘；罩体12的内壁突伸有安装环件13，第二角度发光件6设置于安装环件13的上端，罩体12的内壁设有反射层19；第三角度发光件7设置于罩体12的内壁，第三角度发光件7位于上开口的边缘。通过设置罩体12，利用罩体辅助第一角度发光件5、第二角度发光件6和第三角度发光件7进行安装固定。作为其中一种实施方式，第一角度发光件5安装于罩体12的内壁，第一角度发光件5与水平面的夹角为10°，第一角度发光件5的出射端对准半导体芯片；第三角度发光件7与水平面的夹角为80°，第三角度发光件7的出射端对准半导体芯片；第二角度发光件6朝上设置于安装环件13，其与水平面的夹角为90°，第二角度发光件6的出射光束通过罩体12内壁的反射层19实现反射，配合罩体12的截面形状呈下弧形，让反射后的出射光束可以均匀射向半导体芯片。

回看图1和图3，系统还包括：架体14；光处理模块1还包括：壳体15；相机2、壳体15均水平安装于架体14的上表面，罩体12安装于架体14的下表面，壳体15设有第一端口、第二端口和第三端口，第一端口与罩体12的上开口位置对应，第二端口与顶光光源组件3的发光端位置对应，第三端口与相机2位置对应；第一半透半反分光片8安装于壳体15内。通过设置架体14，方便对光处理模块1、相机2、顶光光源组件3和罩体12进行安装固定。另外，相机2在第一半透半反分光片8配合作用下实现水平放置也可以感应半导体芯片的特征成像光进行成像，降低整体重心高度，提高移动时的灵活性。其中，回看图3，第一半透半反分光片8呈横向状态设置于壳体15内，第一半透半反分光片8倾斜设置，第一半透半反分光片8所在平面与壳体15的底部所在平面的夹角为30°-60°，作为其中一种实施方式，夹角为45°。

实施例2。

与实施例1不同的是，本实施例中，参阅图5和图6，光处理模块1还包括：第二半透半反分光片16；顶光光源组件3的发光端的轴线与相机2的轴线、被测对象的轴线均呈不共线设置，顶光光源组件3的出射光依次通过第二半透半反分光片16、第一半透半反分光片8调整为从被测对象的正上方射向被测对象，相机2、第二半透半反分光片16的轴线和第一半透半反分光片8的轴线均呈共线设置。这样设置，用于让出第一半透半反分光片8正上方位置的顶部空间，方便拓展设置其他的功能装置，壳体15的顶部设有用于与功能装置位置对应的第四端口，功能装置包括但不限于采用激光式对焦用接收器。具体地，参阅图7，顶光光源组件3安装于壳体15的一侧，顶光光源组件3的发光端对准第二半透半反分光片16的一侧，顶光光源组件3的发光端出射打光光束，打光光束通过第二半透半反分光片16进行反射，一次反射后的打光光束继续通过第一半透半反分光片8进行反射，二次反射后的打光光束竖直射向半导体芯片，从而实现顶光的打光功能。

接着，源于半导体芯片外表面反射的特征成像光大部分朝向正上方射出，经由第一半透半反分光片8对半导体芯片的特征成像光进行反射，从而转变半导体芯片的特征成像光的传播方向，接着半导体芯片的特征成像光透过第二半透半反分光片16，使其光路顺利往相机2方向射入，进而通过相机2实现光路捕捉、感光和成像功能。

其中，第二半透半反分光片16呈竖向状态设置于壳体15内，第二半透半反分光片16倾斜设置，第二半透半反分光片16所在平面与壳体15的侧面所在平面的夹角为30°-60°，作为其中一种实施方式，夹角为45°。

本实施例中，在顶光光源组件3出光端射向第二半透半反分光片16时，会存在部分打光光束透过第二半透半反分光片16的情况，为了防止透过的打光光束进入相机影响成像效果。回看图6，光处理模块1还包括：消光层17；顶光光源组件3的发光端和消光层17分别设置于第二半透半反分光片16的两侧。消光层17安装在壳体15内部的侧面，用于对透过的打光光束进行消光处理，消光层17包括不限于采用黑绒布层或者采用消光纹理层。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提升成像质量的光学成像系统，其特征在于：包括：

光处理模块(1)，用于调整被测对象的特征成像光的光路传播方向；所述光处理模块(1)包括：第一半透半反分光片(8)；

相机(2)，设置于被测对象的特征成像光的光路上，用于感应被测对象的特征成像光并转为图像电信号；

光源模块，用于为被测对象的外表面进行打光；所述光源模块包括：顶光光源组件(3)和多角度光源组件(4)；所述顶光光源组件(3)的出射光通过第一半透半反分光片(8)调整为从被测对象的正上方射向被测对象，所述多角度光源组件(4)的出射光路环设于被测对象的外围。

2.根据权利要求1所述的一种提升成像质量的光学成像系统，其特征在于：所述多角度光源组件(4)包括：第一角度发光件(5)、第二角度发光件(6)和第三角度发光件(7)；

所述第一角度发光件(5)、第二角度发光件(6)和第三角度发光件(7)以自下至上的方向依次设置于被测对象的上方，第一角度发光件(5)的设置角度、第二角度发光件(6)的设置角度和第三角度发光件(7)的设置角度均不相同。

3.根据权利要求1所述的一种提升成像质量的光学成像系统，其特征在于：所述顶光光源组件(3)的发光端、第一半透半反分光片(8)和被测对象以自上至下的方向设置，所述顶光光源组件(3)的发光端的轴线、第一半透半反分光片(8)的轴线和被测对象的轴线均呈共线设置，所述顶光光源组件(3)的出射光路透过第一半透半反分光片(8)从被测对象的正上方射向被测对象。

4.根据权利要求1所述的一种提升成像质量的光学成像系统，其特征在于：所述顶光光源组件(3)包括发光矩阵(9)。

5.根据权利要求4所述的一种提升成像质量的光学成像系统，其特征在于：所述顶光光源组件(3)还包括散热件(10)，所述散热件(10)设置于发光矩阵(9)的外围。

6.根据权利要求1所述的一种提升成像质量的光学成像系统，其特征在于：所述相机(2)采用远心镜头(11)。

7.根据权利要求2所述的一种提升成像质量的光学成像系统，其特征在于：所述系统还包括：罩体(12)；

所述第一角度发光件(5)、第二角度发光件(6)和第三角度发光件(7)均安装于罩体(12)，所述罩体(12)设有上开口和下开口，所述罩体(12)的内径自上开口至下开口逐渐增大；

所述第一角度发光件(5)设置于罩体(12)的内壁，所述第一角度发光件(5)位于下开口的边缘；

所述罩体(12)的内壁突伸有安装环件(13)，所述第二角度发光件(6)设置于安装环件(13)的上端；

所述第三角度发光件(7)设置于罩体(12)的内壁，所述第三角度发光件(7)位于上开口的边缘。

8.根据权利要求7所述的一种提升成像质量的光学成像系统，其特征在于：所述系统还包括：架体(14)；

所述光处理模块(1)还包括：壳体(15)；

所述相机(2)、壳体(15)均水平安装于架体(14)的上表面，所述罩体(12)安装于架体(14)的下表面，所述壳体(15)设有第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口与罩体(12)的上开口位置对应，所述第二端口与顶光光源组件(3)的发光端位置对应，所述第三端口与相机(2)位置对应，所述第一半透半反分光片(8)安装于壳体(15)内。

9.根据权利要求1所述的一种提升成像质量的光学成像系统，其特征在于：所述光处理模块(1)还包括：第二半透半反分光片(16)；

所述顶光光源组件(3)的发光端的轴线与相机(2)的轴线、被测对象的轴线均呈不共线设置，所述顶光光源组件(3)的出射光依次通过第二半透半反分光片(16)、第一半透半反分光片(8)调整为从被测对象的正上方射向被测对象，所述相机(2)、第二半透半反分光片(16)的轴线和第一半透半反分光片(8)的轴线均呈共线设置。

10.根据权利要求9所述的一种提升成像质量的光学成像系统，其特征在于：所述光处理模块(1)还包括：消光层(17)；

所述顶光光源组件(3)的发光端和消光层(17)分别设置于第二半透半反分光片(16)的两侧。

Images