CN213337388U - 半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置在相邻双面成像光路中分别采用特殊设计的反射转像棱镜，或特殊设计的立方分束合像器/合像器来实现双面成像的空间分离的检测新装置与方法，该新装置可以实现半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测，但是无需使用大景深远心成像镜头或偏振光学元件或CMOS偏振相机或玻璃平行平板分像光学元件，有效简化了检测系统的光学与精密机械结构，降低了检测装置的成本。

Description

半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置

技术领域：

本实用新型属于光学检测和机器视觉领域，尤其涉及一种半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置。

背景技术：

半导体晶粒双面成像检测光路的完全等光程共焦成像是需要解决的主要核心技术问题之一，基于不同方法，半导体晶粒相邻双面同时缺陷成像检测技术研究已经提交的专利申请包括：

图1是申请号202010171706X，提出的光学检测装置与方法很好地解决了半导体晶粒相邻面“准”共焦成像检测，但是相邻双面成像光路之间仍然存在一个光程差，为了获得相邻面同时共焦成像，需要通过选择足够大景深的远心成像镜头来补偿这个小光程差，因此寻找晶粒相邻面完全等光程共焦成像检测的新途径成为必要。

图2提出一种基于双色分离成像法的半导体晶粒相邻面同时完全等光程共焦成像检测的新方法，图3、图4使用偏振分束器，获得偏振方向互相垂直的两束照明光束，分别照明待测半导体晶粒的相邻双面，进一步提出基于偏振光分离成像（简称“偏振分像”）的方法：或直接利用偏振相机来实现半导体晶粒相邻面同时完全等光程共焦成像检测（如图3所示）；或结合“偏振分像棱镜组件”并使用普通CMOS或CCD相机来实现半导体晶粒相邻面同时完全等光程共焦成像检测（如图4所示）。

但上述装置与方法或是使用偏振光学元件、或者使用CMOS偏振相机，使检测系统的光学与精密机械结构较复杂，增加了检测装置的成本。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，该装置与方法可以获得半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测，但无需使用偏振光学元件与偏振CMOS传感器（相机）、或彩色相机及其额外的图像处理，有效提高了检测装置的性价比与检测效率。

本实用新型半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面直角转像棱镜和侧面直角转像棱镜，侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面直角转像棱镜在同一水平高度；侧面直角转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴垂直，且与立方分束合像器的第一面相对，侧面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒侧面平行相对，侧面直角转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴平行，且与立方分束合像器的第二面相对，天面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒天面平行相对，天面直角转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器的第一面、第二面分别与远心成像镜头的光轴法向面、光轴形成光楔角，立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面直角转像棱镜、侧面直角转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

进一步的，上述立方分束合像器的第一面、第二面的光楔角为α₁和α₂，α₁和α₂为构成立方分束合像器的两个分光棱镜偏离直角的光楔角，立方分束合像器四个角度为90°，90°-α₁，90°，90°+α_2；光楔角α₁和α₂使双面成像光束分别向立方分束合像器的光轴两侧产生了角位移γ₁和γ₂，且γ₁与γ₂的大小取决于立方分束合像器玻璃折射率n以及等效玻璃光楔角α₁与α₂；从立方分束合像器输出半导体晶粒相邻面的像在空间上分开，光楔角α₁产生的角位移γ₁=（n-1）xα₁，γ₂=（n-1）xα₂，且双面像的角间隔为γ=γ₁+γ₂；立方分束合像器中心与侧面反射转像棱镜斜面中心距离D/2+d，侧面成像光路工作距WD=D/2+d/2，立方分束合像器与天面反射转像棱镜斜面在同一水平高度上，二者距离D/2+d，天面成像光路工作距WD=D/2+d/2；D为透明玻璃载物台宽度，d为棱镜直角边长。

进一步的，立方分束合像器中心，两个直角转像棱镜的反射面中心，半导体晶粒中心相连形成一个边长为D/2+d=37.5mm的方形对称光路结构，D为透明玻璃载物台宽度，d为棱镜的边长；立方分束合像器尺寸为15*15*15mm，与天面、侧面直角转像棱镜的侧边对齐，立方分束合像器的分光棱镜的等效玻璃光楔的楔角α₁=α₂= 2°，立方分束合像器的四个角度为90°，88°，90°，92°

；立方分束合像器的玻璃材料为K9，计算得到角位移γ₁=γ₂=（n-1）xα₂=1.03°，产生的双像角位移为γ=2.06°，对应的空间δ=γxL=2.21mm，焦距f=51.5mm，WD=110 mm，

（i为晶粒的厚度）。

进一步的，上述天面反射转像棱镜的尺寸为15*15*15mm，侧面反射转像棱镜的尺寸15*15*15mm，立方分束合像器的尺寸为15*15*15mm；天面成像光路工作距WD=D/2+d/2 =30mm，侧面成像光路工作距WD= D/2+d/2=30mm，立方分束合像器、转像棱镜的角度制造公差（≤15弧秒）产生的双像角位移误差应该控制在2弧分以内。

本实用新型半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测方法，其特征在于：所述半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面直角转像棱镜和侧面直角转像棱镜，侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面直角转像棱镜在同一水平高度；侧面直角转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴垂直，且与立方分束合像器的第一面相对，侧面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒侧面平行相对，侧面直角转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴平行，且与立方分束合像器的第二面相对，天面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒天面平行相对，天面直角转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器的第一面、第二面分别与远心成像镜头的光轴法向面、光轴形成光楔角，立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面直角转像棱镜、侧面直角转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像；检测时，

双面照明光路：

同轴外置照明光源经过立方分束合像器时被分为两束照明光束：一束光经天面反射转像棱镜后照明位于玻璃载物转盘上的待测半导体晶粒的天面；而另一束照明光束经侧面反射转像棱镜后照明待测半导体晶粒的侧面，两束照明光束分别照明半导体晶粒相邻的两个面；

成像检测光路：

被照明的半导体晶粒相邻的两个面产生漫射光，半导体晶粒天面的成像光束经天面直角转像棱镜转像，然后又经立方分束合像器反射抵达参考输出面上，出射的成像光束向光轴一侧产生了一个角位移γ₁；而半导体晶粒侧面的成像光束经侧面直角转像棱镜，然后再经立方分束合像器透射抵达参考输出面上，出射的成像光束向光轴另一侧也产生了一个角位移γ₂。从立方分束合像器输出的相邻面的角位移γ=γ₁+γ₂对应的晶粒相邻面空间的间隔δ=γx L，L为反射转像棱镜到等效物面之间的距离，并在CMOS或CCD相机上分别获得了双面各自独立的像。该立方分束合像器可在合像的同时产生一个期待的角位移γ₁和γ₂，在功能上等效于一个合像器与一个能产生光线角位移的玻璃光楔集成在一起的作用。

本实用新型半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面反射转像棱镜和侧面反射转像棱镜，侧面反射转像棱镜和天面反射转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面反射转像棱镜在同一水平高度；侧面反射转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面反射转像棱镜的第一面与远心成像镜头光轴的法向面形成光楔角，且与立方分束合像器的第一面相对，侧面反射转像棱镜的第二面与半导体晶粒侧面平行相对，侧面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面反射转像棱镜的第一面与远心成像镜头光轴形成光楔角，且与立方分束合像器的第二面相对，天面反射转像棱镜的第二面与半导体晶粒天面平行相对，天面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面反射转像棱镜、侧面反射转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

本实用新型半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面反射转像棱镜和侧面反射转像棱镜，侧面反射转像棱镜和天面反射转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面反射转像棱镜在同一水平高度；侧面反射转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面反射转像棱镜的第二面与远心成像镜头光轴形成光楔角，且与半导体晶粒侧面相对，侧面反射转像棱镜的第一面与立方分束合像器第一面平行相对，侧面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面反射转像棱镜的第二面与远心成像镜头光轴的法向面形成光楔角，且与半导体晶粒天面相对，天面反射转像棱镜的第一面与立方分束合像器的第二面平行相对，天面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面反射转像棱镜、侧面反射转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

进一步的，上述天面反射转像棱镜与侧面反射转像棱镜第一面的光楔角为α₁和α₂，即为两个反射转像棱镜第一面偏离直角的度数，天面反射转像棱镜三个角度为45°、90°-α₁，45°+α_1；侧面反射转像棱镜三个角度为45°、90°+α₂、45°-α₂，光楔角α₁和α₂使双面成像光束分别向立方分束合像器的光轴两侧产生了角位移γ₁和γ₂，且γ₁与γ₂的大小取决于反射转像棱镜玻璃折射率n以及等效玻璃光楔角α₁与α₂；从立方分束合像器输出半导体晶粒相邻面的像在空间上分开，光楔角α₁产生的角位移γ₁=（n-1）xα₁，γ₂=（n-1）xα₂，且双面像的角间隔为γ=γ₁+γ₂；立方分束合像器中心与侧面反射转像棱镜斜面中心距离D/2+d，侧面成像光路工作距WD=D/2+d/2，立方分束合像器与天面反射转像棱镜斜面在同一水平高度上，二者距离D/2+d，天面成像光路工作距WD=D/2+d/2；D为透明玻璃载物台宽度，d为棱镜直角边长。

进一步的，立方分束合像器中心，两个反射转像棱镜的反射面中心，半导体晶粒中心相连形成一个边长为D/2+d=37.5mm的方形对称光路结构，D为透明玻璃载物台宽度，d为棱镜的边长；立方分束合像器尺寸为15*15*15mm，与天面、侧面反射转像棱镜的侧边对齐，天面、侧面反射转像棱镜的等效玻璃光楔的光楔角α= 2°，天面反射转像棱镜三个角度为45°，88°，47°；侧面反射转像棱镜的三个角度为45°，92°，43°；天面、侧面反射转像棱镜的玻璃材料为K9，计算得到角位移γ₁=γ₂=（n-1）xα₂=1.03°，产生的双像角位移为γ=2.06°，对应的空间δ=γxL=1.42mm，焦距f=51.5mm，WD=110 mm，

（i为晶粒的厚度）。

进一步的，上述天面反射转像棱镜的尺寸为15*15*15mm，侧面反射转像棱镜的尺寸15*15*15mm，立方分束合像器的尺寸为15*15*15mm；天面成像光路工作距WD=D/2+d/2 =30mm，侧面成像光路工作距WD= D/2+d/2=30mm，立方分束合像器、转像棱镜的角度制造公差（≤15弧秒）产生的双像角位移误差应该控制在2弧分以内。

本实用新型半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测方法，所述半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面反射转像棱镜和侧面反射转像棱镜，侧面反射转像棱镜和天面反射转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面反射转像棱镜在同一水平高度；侧面反射转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面反射转像棱镜的第一面与远心成像镜头光轴的法向面形成光楔角，且与立方分束合像器的第一面相对，侧面反射转像棱镜的第二面与半导体晶粒侧面平行相对，侧面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面反射转像棱镜的第一面与远心成像镜头光轴形成光楔角，且与立方分束合像器的第二面相对，天面反射转像棱镜的第二面与半导体晶粒天面平行相对，天面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面反射转像棱镜、侧面反射转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像；检测时，

双面照明光路：

同轴外置照明光源经过立方分束合像器时被分为两束照明光束：一束光经天面反射转像棱镜后照明位于玻璃载物转盘上的待测半导体晶粒的天面；而另一束照明光束经侧面反射转像棱镜后照明待测半导体晶粒的侧面，两束照明光束分别照明半导体晶粒相邻的两个面；

成像检测光路：

被照明的半导体晶粒相邻的两个面产生漫射光，半导体晶粒天面的成像光束经天面反射转像棱镜后出射的成像光束向光轴一侧产生了一个角位移γ₁，然后经立方分束合像器反射抵达参考输出面上；而半导体晶粒侧面的成像光束经侧面反射转像棱镜出射的成像光束向光轴另一侧也产生了一个角位移γ₂，然后经立方分束合像器透射抵达参考输出面上，从立方分束合像器输出的相邻面的角位移γ=γ₁+γ₂对应的晶粒相邻面等效物空间的间隔δ=γx L，L为反射转像棱镜到等效物面之间的距离，并在CMOS或CCD相机上分别获得了双面各自独立的像，该反射转像棱镜可在转像的同时产生一个期待的角位移γ₁和γ₂，在功能上等效于一个直角转像棱镜与一个能产生光线角位移的玻璃光楔集成在一起的作用。

本实用新型半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面直角转像棱镜和侧面直角转像棱镜，侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面直角转像棱镜在同一水平高度；侧面直角转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴垂直，且与立方分束合像器的第一面平行相对，侧面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒侧面平行相对，侧面直角转像棱镜的两直角边为不等边且斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴平行，且与立方分束合像器的第二面平行相对，天面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒天面平行相对，天面直角转像棱镜的两直角边为不等边且斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面直角转像棱镜、侧面直角转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

本实用新型检测新装置和检测方法的优点：

1)本申请可实现半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像缺陷检测，无需使用大景深远心成像镜头，解决了无法同时解决相邻双面等光程共焦成像与双面像空间分离的矛盾；

2)本申请一种实施例方案的成像光路中使用特殊设计的含玻璃光楔功能的天面、侧面反射转像棱镜，可获得期待的双面成像的角位移γ或空间分离δ，双像间隔δ可以调节，间隔大小取决于天面与侧面反射转像棱镜的玻璃光楔角的设计（90°-α₁，90°+α₂）；

3)本申请另一种实施例方案的成像光路中所使用的特殊设计的含玻璃光楔功能的立方分束合像器可获得期待的双面成像的角位移γ或空间分离δ；同样，双像间隔δ可以调节，间隔大小取决于立方合像器面向天面与侧面成像光路的玻璃光楔角的设计（90°-α₁，90°+α₂）；

4)本申请采用普通的分束器/合像器，反射转像棱镜与CMOS或CCD相机，无需使用额外的玻璃平行平板或大景深远心成像镜头，更不需要使用昂贵的偏振光学元件与偏振CMOS传感器（相机），可有效降低检测装置的成本，提高检测装置的性价比。

5)半导体晶粒相邻双面同时成像检测装置结构简单紧凑，装配调试容易，可靠性佳。

附图说明：

图1-4是现有半导体晶粒相邻面检测光学装置；

其中1为黑白相机、2为远心成像镜头、3a或3b为转像棱镜、3为合像光学元件、4为半导体晶粒、5为透明玻璃载物台、 6或6a或6b为转像棱镜、7或7a和7b为光源、8、9为滤光片、8a为偏振棱镜、8b屋脊棱镜；

图5是本实用新型装置一种实施例的原理示意图；

图6是图5中天面、侧面反射转像棱镜的设计示意图；

图7是图5局部的设计示意图；

图8是本实用新型装置另一种实施例的原理示意图；

图9是图8中天面、侧面反射转像棱镜的设计示意图；

图10是图8局部的设计示意图；

图11是本实用新型装置另一种实施例的原理示意图；

图12是图11中天面、侧面反射转像棱镜的设计示意图；

图13是图11局部的设计示意图。

图14是本实用新型装置另一种实施例的原理示意图；

图15是图11中天面、侧面反射转像棱镜的设计示意图；

图16是图11局部的设计示意图。

具体实施方式：

本实用新型实施例一如图5-7所示，本实用新型半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机1、远心成像镜头2、立方分束合像器3、半导体晶粒5和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台6，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面直角转像棱镜4a和侧面直角转像棱镜4b，侧面直角转像棱镜4b和天面直角转像棱镜4a分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面直角转像棱镜在同一水平高度；侧面直角转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴A上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面401b与远心成像镜头的光轴垂直，且与立方分束合像器的第一面301相对，侧面直角转像棱镜的第二直角面402b与半导体晶粒侧面平行相对，侧面直角转像棱镜的斜面403b与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面直角转像棱镜的第一直角面401a与远心成像镜头的光轴平行，且与立方分束合像器的第二面302相对，天面直角转像棱镜的第二直角面402a与半导体晶粒天面平行相对，天面直角转像棱镜的斜面403a与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器的第一面301、第二面302分别与远心成像镜头的光轴法向面、光轴形成光楔角，立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源7，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面直角转像棱镜、侧面直角转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

上述立方分束合像器的第一面、第二面的光楔角为α₁和α₂，α₁和α₂为构成立方分束合像器的两个分光棱镜偏离直角的光楔角，立方分束合像器四个角度为90°，90°-α₁，90°，90°+α_2；光楔角α₁和α₂使双面成像光束分别向立方分束合像器的光轴两侧产生了角位移γ₁和γ₂，且γ₁与γ₂的大小取决于立方分束合像器玻璃折射率n以及等效玻璃光楔角α₁与α₂；从立方分束合像器输出半导体晶粒相邻面的像在空间上分开，光楔角α₁产生的角位移γ₁=（n-1）xα₁，γ₂=（n-1）xα₂，且双面像的角间隔为γ=γ₁+γ₂；立方分束合像器中心与侧面反射转像棱镜斜面中心距离D/2+d，侧面成像光路工作距WD=D/2+d/2，立方分束合像器与天面反射转像棱镜斜面在同一水平高度上，二者距离D/2+d，天面成像光路工作距WD=D/2+d/2；D为透明玻璃载物台宽度，d为棱镜直角边长。

立方分束合像器中心，两个直角转像棱镜的反射面中心，半导体晶粒中心相连形成一个边长为D/2+d=37.5mm的方形对称光路结构，D为透明玻璃载物台宽度，d为棱镜的边长；立方分束合像器尺寸为15*15*15mm，与天面、侧面直角转像棱镜的侧边对齐，立方分束合像器的分光棱镜的等效玻璃光楔的楔角α₁=α₂= 2°，立方分束合像器的四个角度为90°，88°，90°，92°

；立方分束合像器的玻璃材料为K9，计算得到角位移γ₁=γ₂=（n-1）xα₂=1.03°，产生的双像角位移为γ=2.06°，对应的空间δ=γxL=2.21mm，焦距f=51.5mm，WD=110 mm，

（i为晶粒的厚度）。

上述天面反射转像棱镜的尺寸为15*15*15mm，侧面反射转像棱镜的尺寸15*15*15mm，立方分束合像器的尺寸为15*15*15mm；天面成像光路工作距WD=D/2+d/2 =30mm，侧面成像光路工作距WD= D/2+d/2=30mm，立方分束合像器、转像棱镜的角度制造公差（≤15弧秒）产生的双像角位移误差应该控制在2弧分以内。

本实用新型半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测方法，其特征在于：所述半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面直角转像棱镜和侧面直角转像棱镜，侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面直角转像棱镜在同一水平高度；侧面直角转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴垂直，且与立方分束合像器的第一面相对，侧面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒侧面平行相对，侧面直角转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴平行，且与立方分束合像器的第二面相对，天面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒天面平行相对，天面直角转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器的第一面、第二面分别与远心成像镜头的光轴法向面、光轴形成光楔角，立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面直角转像棱镜、侧面直角转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像；检测时，

双面照明光路：

同轴外置照明光源经过立方分束合像器时被分为两束照明光束：一束光经天面反射转像棱镜后照明位于玻璃载物转盘上的待测半导体晶粒的天面；而另一束照明光束经侧面反射转像棱镜后照明待测半导体晶粒的侧面，两束照明光束分别照明半导体晶粒相邻的两个面；

成像检测光路：

被照明的半导体晶粒相邻的两个面产生漫射光，半导体晶粒天面的成像光束经天面直角转像棱镜转像，然后又经立方分束合像器反射抵达参考输出面上，出射的成像光束向光轴一侧产生了一个角位移γ₁；而半导体晶粒侧面的成像光束经侧面直角转像棱镜，然后再经立方分束合像器透射抵达参考输出面上，出射的成像光束向光轴另一侧也产生了一个角位移γ₂。从立方分束合像器输出的相邻面的角位移γ=γ₁+γ₂对应的晶粒相邻面空间的间隔δ=γx L，L为反射转像棱镜到等效物面之间的距离，并在CMOS或CCD相机上分别获得了双面各自独立的像。该立方分束合像器可在合像的同时产生一个期待的角位移γ₁和γ₂，在功能上等效于一个合像器与一个能产生光线角位移的玻璃光楔集成在一起的作用。

本实用新型照明光源可以是单色光，也可以是具有一定光谱带宽的准单色光源或白光。

本实用新型实施例二如图8-10所示，半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机1、远心成像镜头2、立方分束合像器3、半导体晶粒5和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台6，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面反射转像棱镜4a和侧面反射转像棱镜4b，侧面反射转像棱镜4b和天面反射转像棱镜4a分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器3与天面反射转像棱镜4a在同一水平高度；侧面反射转像棱镜4b与立方分束合像器3位于远心成像镜头的光轴A上，同时侧面反射转像棱镜的第一面401b与远心成像镜头光轴的法向面形成光楔角，且与立方分束合像器的第一面301相对，侧面反射转像棱镜的第二面402b与半导体晶粒侧面平行相对，侧面反射转像棱镜的斜面403b与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面反射转像棱镜的第一面401a与远心成像镜头光轴形成光楔角，且与立方分束合像器的第二面302相对，天面反射转像棱镜的第二面402a与半导体晶粒天面平行相对，天面反射转像棱镜的斜面403a与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器第二面相背的第四面304旁侧设有同轴外置照明光源7，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面反射转像棱镜4a、侧面反射转像棱镜4b、立方分束合像器3以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

上述天面反射转像棱镜与侧面反射转像棱镜第一面的光楔角为α₁和α₂，即为两个反射转像棱镜第一面偏离直角的度数，天面反射转像棱镜三个角度为45°、90°-α₁，45°+α_1；侧面反射转像棱镜三个角度为45°、90°+α₂、45°-α₂，光楔角α₁和α₂使双面成像光束分别向立方分束合像器的光轴两侧产生了角位移γ₁和γ₂，且γ₁与γ₂的大小取决于反射转像棱镜玻璃折射率n以及等效玻璃光楔角α₁与α₂；从立方分束合像器输出半导体晶粒相邻面的像在空间上分开，光楔角α₁产生的角位移γ₁=（n-1）xα₁，γ₂=（n-1）xα₂，且双面像的角间隔为γ=γ₁+γ₂；立方分束合像器中心与侧面反射转像棱镜斜面中心距离D/2+d，侧面成像光路工作距WD=D/2+d/2，立方分束合像器与天面反射转像棱镜斜面在同一水平高度上，二者距离D/2+d，天面成像光路工作距WD=D/2+d/2；D为透明玻璃载物台宽度，d为棱镜直角边长。

立方分束合像器中心，两个反射转像棱镜的反射面中心，半导体晶粒中心相连形成一个边长为D/2+d=37.5mm的方形对称光路结构，D为透明玻璃载物台宽度，d为棱镜的边长；立方分束合像器尺寸为15*15*15mm，与天面、侧面反射转像棱镜的侧边对齐，天面、侧面反射转像棱镜的等效玻璃光楔的光楔角α= 2°，天面反射转像棱镜三个角度为45°，88°，47°；侧面反射转像棱镜的三个角度为45°，92°，43°；天面、侧面反射转像棱镜的玻璃材料为K9，计算得到角位移γ₁=γ₂=（n-1）xα₂=1.03°，产生的双像角位移为γ=2.06°，对应的空间δ=γxL=1.42mm，焦距f=51.5mm，WD=110 mm，

（i为晶粒的厚度）。

上述天面反射转像棱镜的尺寸为15*15*15mm，侧面反射转像棱镜的尺寸15*15*15mm，立方分束合像器的尺寸为15*15*15mm；天面成像光路工作距WD=D/2+d/2 =30mm，侧面成像光路工作距WD= D/2+d/2=30mm，立方分束合像器、转像棱镜的角度制造公差（≤15弧秒）产生的双像角位移误差应该控制在2弧分以内。

本实用新型半导体致冷器件晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测方法，该装置包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面反射转像棱镜和侧面反射转像棱镜，侧面反射转像棱镜和天面反射转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面反射转像棱镜在同一水平高度；侧面反射转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面反射转像棱镜的第一面与远心成像镜头光轴的法向面形成光楔角，且与立方分束合像器的第一面相对，侧面反射转像棱镜的第二面与半导体晶粒侧面平行相对，侧面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面反射转像棱镜的第一面与远心成像镜头光轴形成光楔角，且与立方分束合像器的第二面相对，天面反射转像棱镜的第二面与半导体晶粒天面平行相对，天面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面反射转像棱镜、侧面反射转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像；检测时，

双面照明光路：

同轴外置照明光源经过立方分束合像器时被分为两束照明光束：一束光经天面反射转像棱镜后照明位于玻璃载物转盘上的待测半导体晶粒的天面；而另一束照明光束经侧面反射转像棱镜后照明待测半导体晶粒的侧面，两束照明光束分别照明半导体晶粒相邻的两个面；

成像检测光路：

被照明的半导体晶粒相邻的两个面产生漫射光，半导体晶粒天面的成像光束经天面反射转像棱镜后出射的成像光束向光轴一侧产生了一个角位移γ₁，然后经立方分束合像器反射抵达参考输出面上；而半导体晶粒侧面的成像光束经侧面反射转像棱镜出射的成像光束向光轴另一侧也产生了一个角位移γ₂，然后经立方分束合像器透射抵达参考输出面上，从立方分束合像器输出的相邻面的角位移γ=γ₁+γ₂对应的晶粒相邻面等效物空间的间隔δ=γx L，L为反射转像棱镜到等效物面之间的距离，并在CMOS或CCD相机上分别获得了双面各自独立的像，该反射转像棱镜可在转像的同时产生一个期待的角位移γ₁和γ₂，在功能上等效于一个直角转像棱镜与一个能产生光线角位移的玻璃光楔集成在一起的作用。

图11-13是本实用新型实施例三，该实施例与实施例二的区别在于，侧面反射转像棱镜、天面反射转像棱镜形成光楔角的面不在第一面上，而是在其靠近半导体晶粒的第二面上，该实施例包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机1、远心成像镜头2、立方分束合像器3、半导体晶粒5和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台6，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面反射转像棱镜4a和侧面反射转像棱镜4b，侧面反射转像棱镜和天面反射转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器3与天面反射转像棱镜4a在同一水平高度；侧面反射转像棱镜4b与立方分束合像器3位于远心成像镜头的光轴A上，同时侧面反射转像棱镜的第二面402b与远心成像镜头光轴形成光楔角，且与半导体晶粒侧面相对，侧面反射转像棱镜的第一面401b与立方分束合像器第一面301平行相对，侧面反射转像棱镜的斜面403b与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面反射转像棱镜的第二面402a与远心成像镜头光轴的法向面形成光楔角，且与半导体晶粒天面相对，天面反射转像棱镜的第一面401a与立方分束合像器的第二面302平行相对，天面反射转像棱镜的斜面403a与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器第二面相背的第四面304旁侧设有同轴外置照明光源7，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面反射转像棱镜4a、侧面反射转像棱镜4b、立方分束合像器3以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

该实施例三的工作方法：

双面照明光路：

同轴外置照明光源经过立方分束合像器时被分为两束照明光束：一束光经天面反射转像棱镜后照明位于玻璃载物转盘上的待测半导体晶粒的天面；而另一束照明光束经侧面反射转像棱镜后照明待测半导体晶粒的侧面，两束照明光束分别照明半导体晶粒相邻的两个面；

成像检测光路：

被照明的半导体晶粒相邻的两个面产生漫射光，半导体晶粒天面的成像光束经天面反射转像棱镜后出射的成像光束向光轴一侧产生了一个角位移γ₁，然后经立方分束合像器反射抵达参考输出面上；而半导体晶粒侧面的成像光束经侧面反射转像棱镜出射的成像光束向光轴另一侧也产生了一个角位移γ₂，然后经立方分束合像器透射抵达参考输出面上，从立方分束合像器输出的相邻面的角位移γ=γ₁+γ₂对应的晶粒相邻面等效物空间的间隔δ=γx L，L为反射转像棱镜到等效物面之间的距离，并在CMOS或CCD相机上分别获得了双面各自独立的像，该反射转像棱镜可在转像的同时产生一个期待的角位移γ₁和γ₂，在功能上等效于一个直角转像棱镜与一个能产生光线角位移的玻璃光楔集成在一起的作用。

图14-16是本实用新型实施例四，该实施例四与实施例二、三的区别在于，侧面反射转像棱镜、天面反射转像棱镜形成光楔角的面不在第一面、第二面上，而是在斜面上；

该实施例包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机1、远心成像镜头2、立方分束合像器3、半导体晶粒5和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台6，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面反射转像棱镜4a和侧面反射转像棱镜4b，侧面反射转像棱镜和天面反射转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器3与天面反射转像棱镜4a在同一水平高度；侧面反射转像棱镜4b与立方分束合像器3位于远心成像镜头的光轴A上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面401b与远心成像镜头的光轴A垂直，且与立方分束合像器的第一面301平行相对，侧面直角转像棱镜的第二直角面402b与半导体晶粒侧面平行相对，侧面直角转像棱镜的两直角边为不等边且斜面403b与远心成像镜头光轴倾斜设置，该斜面形成光楔角γ₂；天面直角转像棱镜的第一直角面401a与远心成像镜头的光轴A平行，且与立方分束合像器的第二面302平行相对，天面直角转像棱镜的第二直角面402a与半导体晶粒天面平行相对，天面直角转像棱镜的两直角边为不等边且斜面403a与远心成像镜头光轴倾斜设置，该斜面形成光楔角γ₁；立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源7，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面直角转像棱镜、侧面直角转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

天面反射转像棱镜4a和侧面反射转像棱镜4b的三个角的度数即为45°+0.5α、90°、45°-0.5α，其中一种实施例是γ_1、γ_2等于2.06°，则天面反射转像棱镜4a和侧面反射转像棱镜4b的三个角的度数为45.34°、90°、44.66°，其它部件的参数及位置关系如图16所示。

立方分束合像器是一种由两块相同的直角棱镜构成的立方分光棱镜，它在照明光路中的功能是分光器，而在成像光路中是合像器的作用，且形状呈立方状，因此命名为立方分束合像器；其在一块直角棱镜的斜面上镀制透射与反射比为50%：50%的分光膜，两块直角反射棱镜的斜面胶合而成。

本实用新型检测新装置和检测方法的优点：

1)本申请可实现半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像缺陷检测，无需使用大景深远心成像镜头，解决了无法同时解决相邻双面等光程共焦成像与双面像空间分离的矛盾；

2)本申请一种实施例方案的成像光路中使用特殊设计的含玻璃光楔功能的天面、侧面反射转像棱镜，可获得期待的双面成像的角位移γ或空间分离δ，双像间隔δ可以调节，间隔大小取决于天面与侧面反射转像棱镜的玻璃光楔角的设计（90°-α₁，90°+α₂）；

3)本申请另一种实施例方案的成像光路中所使用的特殊设计的含玻璃光楔功能的立方分束合像器可获得期待的双面成像的角位移γ或空间分离δ；同样，双像间隔δ可以调节，间隔大小取决于立方合像器面向天面与侧面成像光路的玻璃光楔角的设计（90°-α₁，90°+α₂）；

4)本申请采用普通的分束合像器，反射转像棱镜与CMOS或CCD相机，无需使用额外的玻璃平行平板或大景深远心成像镜头，更不需要使用昂贵的偏振光学元件与偏振CMOS传感器（相机），可有效降低检测装置的成本，提高检测装置的性价比。

5)半导体晶粒相邻双面同时成像检测装置结构简单紧凑，装配调试容易，可靠性佳。

本实用新型装置类似于迈克尔逊双光束等臂干涉仪，本装置在相邻双面成像光路中分别采用天面、侧面反射转像棱镜或立方分束合像器的两个面来实现转像的同时也实现晶粒双面成像光路的角位移γ，该装置在满足双面成像完全等光程共焦的条件下，获得相邻面的空间分离成像，从而可以实现半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测，本实用新型半导体晶粒相邻面的双像在CMOS相机传感器面上的空间位置分离为δ’=δβ（β为远心成像镜头的放大倍率），且半导体晶粒相邻双面成像却满足完全等光程共焦成像。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型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；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面直角转像棱镜和侧面直角转像棱镜，侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面直角转像棱镜在同一水平高度；侧面直角转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴垂直，且与立方分束合像器的第一面相对，侧面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒侧面平行相对，侧面直角转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴平行，且与立方分束合像器的第二面相对，天面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒天面平行相对，天面直角转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器的第一面、第二面分别与远心成像镜头的光轴法向面、光轴形成光楔角，立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面直角转像棱镜、侧面直角转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

2.根据权利要求1所述的半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：所述立方分束合像器的第一面、第二面的光楔角为α₁和α₂，α₁和α₂为构成立方分束合像器的两个分光棱镜偏离直角的光楔角，立方分束合像器四个角度为90°，90°-α₁，90°，90°+α_2；光楔角α₁和α₂使双面成像光束分别向立方分束合像器的光轴两侧产生了角位移γ₁和γ₂，且γ₁与γ₂的大小取决于立方分束合像器玻璃折射率n以及等效玻璃光楔角α₁与α₂；从立方分束合像器输出半导体晶粒相邻面的像在空间上分开，光楔角α₁产生的角位移γ₁=（n-1）xα₁，γ₂=（n-1）xα₂，且双面像的角间隔为γ=γ₁+γ₂；立方分束合像器中心与侧面反射转像棱镜斜面中心距离D/2+d，侧面成像光路工作距WD=D/2+d/2，立方分束合像器与天面反射转像棱镜斜面在同一水平高度上，二者距离D/2+d，天面成像光路工作距WD=D/2+d/2；D为透明玻璃载物台宽度，d为棱镜直角边长。

3.根据权利要求1或2所述的半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：立方分束合像器中心，两个直角转像棱镜的反射面中心，半导体晶粒中心相连形成一个边长为D/2+d=37.5mm的方形对称光路结构；立方分束合像器尺寸为15*15*15mm，与天面、侧面直角转像棱镜的侧边对齐，立方分束合像器的分光棱镜的等效玻璃光楔的楔角α₁=α₂= 2°，立方分束合像器的四个角度为90°，88°，90°，92°；立方分束合像器的玻璃材料为K9，计算得到角位移γ₁=γ₂=（n-1）xα₂=1.03°，产生的双像角位移为γ=2.06°，对应的空间δ=γxL=2.21mm，焦距f=51.5mm，WD=110 mm，

其中i为晶粒的厚度；所述天面反射转像棱镜的尺寸为15*15*15mm，侧面反射转像棱镜的尺寸15*15*15mm，立方分束合像器的尺寸为15*15*15mm；天面成像光路工作距WD=D/2+d/2 =30mm，侧面成像光路工作距WD= D/2+d/2=30mm，立方分束合像器、转像棱镜的角度制造公差≤15弧秒，产生的双像角位移误差应该控制在2弧分以内。

4.一种半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面反射转像棱镜和侧面反射转像棱镜，侧面反射转像棱镜和天面反射转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面反射转像棱镜在同一水平高度；侧面反射转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面反射转像棱镜的第一面与远心成像镜头光轴的法向面形成光楔角，且与立方分束合像器的第一面相对，侧面反射转像棱镜的第二面与半导体晶粒侧面平行相对，侧面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面反射转像棱镜的第一面与远心成像镜头光轴形成光楔角，且与立方分束合像器的第二面相对，天面反射转像棱镜的第二面与半导体晶粒天面平行相对，天面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面反射转像棱镜、侧面反射转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

5.一种半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面反射转像棱镜和侧面反射转像棱镜，侧面反射转像棱镜和天面反射转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面反射转像棱镜在同一水平高度；侧面反射转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面反射转像棱镜的第二面与远心成像镜头光轴形成光楔角，且与半导体晶粒侧面相对，侧面反射转像棱镜的第一面与立方分束合像器第一面平行相对，侧面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面反射转像棱镜的第二面与远心成像镜头光轴的法向面形成光楔角，且与半导体晶粒天面相对，天面反射转像棱镜的第一面与立方分束合像器的第二面平行相对，天面反射转像棱镜的斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面反射转像棱镜、侧面反射转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

6.根据权利要求4或5 所述的半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：所述天面反射转像棱镜与侧面反射转像棱镜第一面或第二面的光楔角为α₁和α₂，即为两个反射转像棱镜第一面或第二面偏离直角的度数，天面反射转像棱镜三个角度为45°、90°-α₁，45°+α_1；侧面反射转像棱镜三个角度为45°、90°+α₂、45°-α₂，光楔角α₁和α₂使双面成像光束分别向立方分束合像器的光轴两侧产生了角位移γ₁和γ₂，且γ₁与γ₂的大小取决于反射转像棱镜玻璃折射率n以及等效玻璃光楔角α₁与α₂；从立方分束合像器输出半导体晶粒相邻面的像在空间上分开，光楔角α₁产生的角位移γ₁=（n-1）xα₁，γ₂=（n-1）xα₂，且双面像的角间隔为γ=γ₁+γ₂；立方分束合像器中心与侧面反射转像棱镜斜面中心距离D/2+d，侧面成像光路工作距WD=D/2+d/2，立方分束合像器与天面反射转像棱镜斜面在同一水平高度上，二者距离D/2+d，天面成像光路工作距WD=D/2+d/2；D为透明玻璃载物台宽度，d为棱镜直角边长。

7.根据权利要求6所述的半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：立方分束合像器中心，两个反射转像棱镜的反射面中心，半导体晶粒中心相连形成一个边长为D/2+d=37.5mm的方形对称光路结构；立方分束合像器尺寸为15*15*15mm，与天面、侧面反射转像棱镜的侧边对齐，天面、侧面反射转像棱镜的等效玻璃光楔的光楔角α= 2°，天面反射转像棱镜三个角度为45°，88°，47°；侧面反射转像棱镜的三个角度为45°，92°，43°；天面、侧面反射转像棱镜的玻璃材料为K9，计算得到角位移γ₁=γ₂=（n-1）xα₂=1.03°，产生的双像角位移为γ=2.06°，对应的空间δ=γxL=1.42mm，焦距f=51.5mm，WD=110mm，

其中i为晶粒的厚度；所述天面反射转像棱镜的尺寸为15*15*15mm，侧面反射转像棱镜的尺寸15*15*15mm，立方分束合像器的尺寸为15*15*15mm；天面成像光路工作距WD=D/2+d/2 =30mm，侧面成像光路工作距WD= D/2+d/2=30mm，立方分束合像器、转像棱镜的角度制造公差≤15弧秒，产生的双像角位移误差应该控制在2弧分以内。

8.一种半导体晶粒相邻双面同时完全等光程共焦成像检测新装置，其特征在于：包括在光路方向上设置的CMOS或CCD相机、远心成像镜头、立方分束合像器、半导体晶粒和用于承置半导体晶粒的透明玻璃载物台，在半导体晶粒与立方分束合像器之间的光路上分别设有天面直角转像棱镜和侧面直角转像棱镜，侧面直角转像棱镜和天面直角转像棱镜分别位于半导体晶粒的正侧部和天面正上方，立方分束合像器与天面直角转像棱镜在同一水平高度；侧面直角转像棱镜与立方分束合像器位于远心成像镜头的光轴上，同时侧面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴垂直，且与立方分束合像器的第一面平行相对，侧面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒侧面平行相对，侧面直角转像棱镜的两直角边为不等边且斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；天面直角转像棱镜的第一直角面与远心成像镜头的光轴平行，且与立方分束合像器的第二面平行相对，天面直角转像棱镜的第二直角面与半导体晶粒天面平行相对，天面直角转像棱镜的两直角边为不等边且斜面与远心成像镜头光轴倾斜设置；立方分束合像器第二面相背的第四面旁侧设有同轴外置照明光源，半导体晶粒的天面与侧面分别经天面直角转像棱镜、侧面直角转像棱镜、立方分束合像器以完全等光程共焦成像在相机传感器面上，以在CMOS或CCD相机上获取半导体晶粒双面各自独立的像。

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