CN113933317A - 一种用于激光显微检测的双光束合路方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光显微检测的双光束合路方法与装置。所述方法包括：双路激光的并列布置设计和独立调节；双路激光光束的偏振状态调节、光束整形优化、偏转角度调节以及激光光束的合路与调节；并通过样品反射光分束至CCD，实现显微检测过程中的样品内部成像与观测。所述的装置包括：双光束合路单元外壳、盖板、固定螺钉、双路激光入口、偏振器件、光束整形器件、偏转镜、偏转调节器件、合束器件、合路激光调节器件、分光镜、CCD、合束激光出口等。通过实现双路激光的整形、偏转和调节，可支持激光显微检测系统对芯片等微结构微器件进行快速扫描、精确检测。

Description

一种用于激光显微检测的双光束合路方法与装置

技术领域

本发明涉及检测技术、激光辐照技术、显微成像技术领域，尤其涉及一种激光显微检测时多光源光束合路的方法及其装置。

背景技术

多激光束并行首先出现在激光制造领域，其作为一种新兴的高效制造方法，迅速在激光加工、清洗、打标方面取得了较大进展，大部分多激光束并行加工都是采用DOE的方式进行加工，这种加工技术可以产生多光束，但是对光束的位置，数量，能量不可调控，灵活性低，需要配置可编程式的并行加工模块。随后在激光测距领域，人们发现采用多路激光并行测距的技术，可以同时对被测目标进行多点测量，具有测距精度高、测量速度快的优点，在大尺度目标的测量方面中有着广阔的应用前景。同样的，在显微检测领域，采用多激光束并行并通过特定合束及其调节的方法进行检测，具有样品扫描速度快，检测精度高的特点。

激光显微技术是用激光作为光源，对微观尺度的介质进行成像的技术，它克服了经典光学显微镜的分辨力极限，能够抑制焦平面的以外区域的散射光，得到对比度大的图片。利用激光显微技术能够给出微小器件高分辨率的结构图像，这使得其在集成电路检测、生物芯片扫描、微结构内部成像等方面的应用有着广阔的前景。

随着激光显微、激光共聚焦扫描、红外激光成像等技术成熟和相应产品的开发应用，激光显微技术作为一类新兴的微结构、微器件快速智能检测技术，近年来在智能制造、高端装备、生物医学等领域迅速地成为推动领域发展和技术革命的强大动力，正日益凸显出该技术独特优势和巨大潜力。同时，随着激光显微技术的不断发展和设备研制经验的积累，选用激光的波段不断的拓展(可见光波段向紫外、红外扩展)，光路的设计也越来越多样。红外检测和芯片内部成像，多点激光组合快速精准扫描，成为了激光显微技术发展的新思路和新方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于激光显微检测的双光束合路方法与装置。根据显微检测需求，进行双路激光源的选型，通过对双路激光独立的偏振调节、光束整形优化和偏转调节，并通过合束调节完成两路定制特性光束的合路，合路光束通过显微镜投射至样品表面，可为激光显微检测系统提供精确定位和快速扫描。在此基础上，采用CCD成像和观测，可实现激光显微检测时对样品内部微结构的定位与检测。基于双光束合路方案的检测方法与装置，可显著提高检测效率、降低检测成本，促进芯片等微结构微器件显微检测和智能装备技术的发展。

为实现上述目的，本发明提供了一种，包括用于激光显微检测的双光束合路装置，采用双路激光并列布置，所述的双路激光相互平行地进入相应地入光口，并在光束合路装置内完成光束调节、整形、偏转及合束，使合束后的双路激光准确进入显微镜系统并实现快速扫描和精确检测。

该装置结构包括：双光束合路单元外壳、盖板、固定螺钉、双路激光入口、偏振器件、光束整形器件、偏转镜、偏转调节器件、合束器件、合路激光调节器件、分光镜、CCD和合束激光出口。激光光束通过双路激光入口进入合路单元，并依次通过偏振器件、光束整形器件、偏转镜后投射至合路激光器件中；偏转调节器件、合路激光调节器件分别对偏转镜和合束器件进行角度或位置调节，使投射至其上的激光在显微检测时满足出射角度或投射位置要求；偏振器件、光束整形器件、偏转镜、偏转调节器件、合束器件、合路激光调节器件、分光镜、CCD均采用固定螺钉固定在同一底板上，并与外壳、盖板组合成为双光束合路单元。

所述的双路激光通过偏转调节后在合束器件处实现合路，根据检测需求，所述的合路激光可通过合路激光调节器件进行合束后激光的调整和校准；

样品反射光通过所述的显微镜经分光镜投射至所述的CCD中，所述的CCD可根据检测需求选型，实现显微检测时样品的内部微结构或表面的成像与观测；

为实现显微检测，所述的合路激光需通过显微镜投射至样品表面；

所述合路激光通过合路激光调节器件进行调节，可实现在样品检测时透过显微镜系统后一路激光定位的同时，另一路激光进行动态扫描。

进一步地，所述的激光光源根据所需波长来选型，激光功率根据所需光照强度动态可调。

进一步地，所述方法还包括：

所述的双路激光每一路均可独立进行偏振调节，所述的偏振器件根据所需激光偏振特性来选型，所述的偏振特性包括垂直线偏振和水平线偏振。

进一步地，所述的双路激光每一路均可独立进行光束整形优化，所述的光束整形器件根据所需激光光束能量分布特征来选型，所述的光束整形包括扩束、平顶等。

进一步地，所述双路激光每一路均可独立进行偏转，且偏转角度动态可调。

本发明实施例提供的一种用于激光显微检测的双光束合路方法与装置，采用双路激光并列布置设计，所述的双路激光相互平行地进入各自的入光口，并在所述的光束合路装置内完成光束调节、整形、偏转及合束，以使合束后的双路激光准确进入显微镜系统并实现快速扫描和精确检测。所述的双路激光，通过显微检测系统，其中第一路激光定位在被检测芯片表面，第二路激光光路可调，可支持显微检测系统实现被检测芯片在显微镜视场内任意位置扫描和检测。所述的CCD，可根据检测需求选型，支持显微检测系统对样品内部结构货表面的成像，实现芯片内部或表面缺陷检测、封装芯片内部或表面成像与观测等。所述的方法与装置支持双路激光通过显微镜投射到被检测芯片表面，根据不同配置的激光，可支持激光显微检测系统实现生物芯片扫描、集成电路高分辨快速检测等。

与现有技术相比，本发明主要有以下特点：本发明提出的进行合路的两束激光参数(如脉宽、波长、功率等)根据扫描和检测需求分别独立选型和调节；区别于现有的光束合路方法，本发明提出的两束合路激光，其偏振调节后的状态均为线偏振，且一路为水平线偏振，另一路为垂直线偏振；区别于现有的显微检测点扫描技术，本发明提出的两束合路激光根据扫描和检测需求分别独立进行光束偏转调节，旨在显微检测过程中进行快速扫描线扫描(X/Y方向)或面扫描(X-Y方向)。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于激光显微检测的双光束合路装置示意图。

图2为本发明实施例提供的一种用于激光显微检测的双光束合路方案示意图。

图3为本发明实施例提供的一种用于激光显微检测的双光束合路方法实施流程。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提出了一种用于激光显微检测的双光束合路方法与装置。双光束合路方法采用双路激光并列布置设计，双路激光相互平行地进入各自的入光口，并在光束合路装置内完成光束调节、整形、偏转及合束，以使合束后的双路激光准确进入显微镜系统并实现快速扫描和精确检测。

双光束合路装置(如图1和图2)主要包括：双光束合路单元外壳、盖板、固定螺钉、双路激光入口、偏振器件、光束整形器件、偏转镜、偏转调节器件、合束器件、合路激光调节器件、分光镜、CCD、合束激光出口。

双路激光通过偏转调节后在合束镜处实现合路，根据检测需求，合路激光可通过合路激光调节器件进行合束后激光的调整和校准，合路激光通过显微镜投射至样品表面；通过合路激光调节器件进行调节，支持激光显微检测系统实现在样品检测时透过显微镜系统后一路激光定位的同时，另一路激光进行动态扫描。

样品反射光通过显微镜经分光镜投射至CCD中，所述的CCD可根据检测需求选型，支持激光显微检测系统实现显微检测时样品的内部微结构或表面的成像与观测。

本发明实施例提供的一种用于激光显微检测的双光束合路方法与装置。通过对双路激光独立的偏振调节、光束整形优化和偏转调节，并通过合束调节完成两路定制特性光束的合路，合路光束通过显微镜投射至样品表面，为激光显微检测系统提供精确定位和快速扫描的方法。图3中的实施例具体可以按照如下步骤执行：

步骤110，激光第一光束进入第一合路装置入光口；激光第二光束进入第二合路装置入光口。

步骤120，激光第一光束进入第一偏振器件，偏振调节后第一光束为垂直线偏振激光；激光第二光束进入第二偏振器件，偏振调节后第二光束为水平线偏振激光。

步骤130，激光第一光束进入第一整形器件，整形优化后第一光束具备更低的发散角；激光第二光束进入第二整形器件，整形优化后第二光束具备更低的发散角。

步骤140，激光第一光束依次进入偏转镜a、偏转镜b，通过偏转第一调节器件进行第一光束偏转调节；激光第二光束进入偏转镜c，通过偏转第二调节器件进行第二光束偏转调节。

步骤150，激光第一光束和第二光束进入合束器件，通过合路激光调节器件进行第一光束和第二光束合束调节。

步骤160，样品反射光通过显微镜系统进入分光镜。

步骤170，通过分光镜的反射光进入CCD，通过CCD实现对样品内部微结构或表面的观测和成像。

为实现上述方法，本发明提供了用于激光显微检测的双光束合路方法与装置的实例和实施流程，其示意图如图1和2所示，主要包括：1、第一激光光束入口，2、第一偏振器件，3、第一光束整形器件，4、第一光束偏转镜a，5、激光合束器件，6、合束激光调节器件，7、分光镜，8、激光光束出口，9、光学合路装置外壳固定螺孔，10、第二光束偏转调节旋钮，11、第二光束偏转镜c，12、第一光束偏转调节旋钮，13、第一光束偏转镜b，14、第二光束整形器件，15、第二偏振器件，16、第二激光光束入口，17、光学合路装置外壳，18、CCD，19、第一激光光束，20、第二激光光束，21、合束激光。

第一激光光束19通过第一激光光束入口1达到第一偏振器件2，第一偏振器件2的下方设有第一光束整形器件3，完成偏振整形状态调节后的第一激光光束19达到第一光束偏转镜a4，第一光束偏转镜a4为45°镜；第一激光光束19的光路经过第一光束偏转镜a4发生偏转后达到第一光束偏转镜b13，通过调节第一光束偏转调节旋钮12实现第一光束偏转镜b13对第一激光光束19的光路传播方向调整，偏转后的光束投射至激光合束器件5。第二激光光束20通过第二激光光束入口16达到第二偏振器件15，第二偏振器件15的下方设有第二光束整形器件14，完成偏振整形状态调节后的第二激光光束20达到第二光束偏转镜c11，通过调节第二光束偏转调节旋钮10能够实现对第二激光光束20在第二光束偏转镜c11上的光路传播方向调整，偏转后的第二激光光束20投射至激光合束器件5。在激光合束器件5处完成第一激光光束入口19和第二激光光束入口20的合路，合路后的激光通过合束激光调节器件6进行调整和校准，合束后的合束激光21通过激光光束出口8投射至显微镜系统。

图1和2双光束合路方案中包含的各部件功能具体如下：

激光光束入口1、16，两路并列布置的激光源光束19和20投射至双光束合路装置的通道，对光束起限位与导引作用；

偏振器件2、15，根据显微检测与合束要求，对两路光束19和20的偏振状态进行调节，通常一路调节为垂直线偏振光束，另一路调节为水平线偏振光束；

光束整形优化器件3、14，根据显微检测与合束要求，对两路光束19和20的传输特性进行调节，通常使光束具有更低的发散角；

光束偏转器件4、13、11，根据合束要求及双光束合路装置结构设计的特点，对两路光束19和20的光路传播方向进行偏转，使其准确地投射至合束器件5的中心位置；

合束器件5，根据显微检测要求，对两路光束19和20进行合束，合束的状态可以通过合束激光调节器件6进行调节，合束器件通常为合束镜或合束晶体；

分光镜7，将通过显微镜系统的样品反射光分束至CCD18，以通过CCD18实现对样品内部微结构或表面的观测和成像；

激光光束出口8为合束激光21投射至显微镜系统的通道，对合束激光21起限位与导引作用；

外壳固定螺孔9，双光束合路装置外壳与盖板(图中未示出)的紧固与限位部件；

光束偏转调节器件10、12，根据光路合束及显微检测要求，对两路光束19和20的光路传播方向进行调节，使其准确完成合束并在显微检测中进行位置标定或扫描检测。

本发明提出的激光显微检测的双光束合路方法与装置，基于双路激光并列布置设计的显微检测系统，通过双路激光相互平行地进入各自的入光口，并在光束合路装置内完成光束调节、整形、偏转及合束，以使合束后的双路激光准确进入显微镜系统，支持显微检测系统实现快速扫描和精确检测。激光波长的选型决定了双光束合路装置中偏振器件、光束整形器件、偏转镜组以及合束器件的选型与参数设计；偏转镜组及其偏转调节器件决定了光路偏转程度，其可调节精度与调节范围决定了激光显微检测系统在检测时的分辨能力和扫描范围。

本发明实施例提供的激光显微检测的双光束合路方法与装置，通过对双路激光独立的偏振调节、光束整形优化和偏转调节，并通过合束调节完成两路定制特性光束的合路，合路光束通过显微镜投射至样品表面，为激光显微检测系统提供精确定位和快速扫描的方法。双光路合路装置结构简单，各功能部件可根据光源特性及检测需求进行定制和更换，检测对象适用范围广，另外双光路的设计使得显微检测系统在检测时既具备对样品待测部位的定位功能，有具备对待测区域的快速扫描功能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于激光显微检测的双光束合路装置，其特征在于，采用双路激光并列布置设计，所述的双路激光相互平行地进入各自的入光口，并在所述的光束合路装置内完成光束调节、整形、偏转及合束，以使合束后的双路激光准确进入显微镜系统并实现快速扫描和精确检测；

第一激光光束通过第一激光光束入口达到第一偏振器件，第一偏振器件的下方设有第一光束整形器件，完成偏振整形状态调节后的第一激光光束达到第一光束偏转镜a，第一光束偏转镜a为45°镜；第一激光光束的光路经过第一光束偏转镜a发生偏转后达到第一光束偏转镜b，通过调节第一光束偏转调节旋钮实现第一光束偏转镜b对第一激光光束的光路传播方向调整，偏转后的光束投射至激光合束器件；第二激光光束通过第二激光光束入口达到第二偏振器件，第二偏振器件的下方设有第二光束整形器件，完成偏振整形状态调节后的第二激光光束达到第二光束偏转镜c，通过调节第二光束偏转调节旋钮能够实现对第二激光光束在第二光束偏转镜c上的光路传播方向调整，偏转后的第二激光光束投射至激光合束器件；在激光合束器件处完成第一激光光束入口和第二激光光束入口的合路，合路后的激光通过合束激光调节器件进行调整和校准，合束后的合束激光通过激光光束出口投射至显微镜系统。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光显微检测的双光束合路装置，其特征在于，根据检测需求，激光光源根据所需波长来选型，激光功率根据所需光照强度动态可调。

3.根据权利要求1所述的一种用于激光显微检测的双光束合路装置，其特征在于，根据检测需求，所述的双路激光每一路均可独立进行偏振调节，所述的偏振器件根据所需激光偏振特性来选型，所述的偏振特性包括垂直线偏振和水平线偏振。

4.根据权利要求1所述的一种用于激光显微检测的双光束合路装置，其特征在于，根据检测需求，双路激光每一路均可独立进行光束整形优化，所述的光束整形器件根据所需激光光束能量分布特征来选型，所述的光束整形包括扩束、平顶。

5.根据权利要求1所述的一种用于激光显微检测的双光束合路装置，其特征在于，根据检测需求，所述双路激光每一路均可独立进行偏转，且偏转角度动态可调。

6.根据权利要求1所述的一种用于激光显微检测的双光束合路装置，其特征在于，所述的双路激光通过偏转调节后在合束器件处实现合路，根据检测需求，所述的合路激光可通过合路激光调节器件进行合束后激光的调整和校准。

7.根据权利要求1所述的一种用于激光显微检测的双光束合路装置，其特征在于，样品反射光通过所述的显微镜经分光镜投射至所述的CCD中，所述的CCD可根据检测需求选型，实现显微检测时样品的内部微结构或表面的成像与观测。

8.根据权利要求1所述的一种用于激光显微检测的双光束合路装置，其特征在于，为实现显微检测，所述的合路激光需通过显微镜投射至样品表面。

9.根据权利要求1所述的一种用于激光显微检测的双光束合路装置，其特征在于，根据检测需求，所述合路激光通过合路激光调节器件进行调节，可实现在样品检测时透过显微镜系统后一路激光定位的同时，另一路激光进行动态扫描。

10.根据权利要求1-9任一所述装置进行的一种用于激光显微检测的双光束合路方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，

步骤110，激光第一光束进入第一合路装置入光口；激光第二光束进入第二合路装置入光口；

步骤120，激光第一光束进入第一偏振器件，偏振调节后第一光束为垂直线偏振激光；激光第二光束进入第二偏振器件，偏振调节后第二光束为水平线偏振激光；

步骤130，激光第一光束进入第一整形器件，整形优化后第一光束具备更低的发散角；激光第二光束进入第二整形器件，整形优化后第二光束具备更低的发散角；

步骤140，激光第一光束依次进入偏转镜a、偏转镜b，通过偏转第一调节器件进行第一光束偏转调节；激光第二光束进入偏转镜c，通过偏转第二调节器件进行第二光束偏转调节；

步骤150，激光第一光束和第二光束进入合束器件，通过合路激光调节器件进行第一光束和第二光束合束调节；

步骤160，样品反射光通过显微镜系统进入分光镜；

步骤170，通过分光镜的反射光进入CCD，通过CCD实现对样品内部微结构或表面的观测和成像。

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