CN214954316U - 光源装置及显微系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光源装置及显微系统。光源装置包括发光件及与发光件耦合的导光柱。发光件用于发射光线；导光柱用于导引发光件的光线至预设的照明位置，发光件发射光线的一端与导光柱靠近发光件的一端对应，发光件发射的光线的中心线与导光柱的中心线重合，导光柱的靠近发光件的一端不可弯曲。本申请的光源装置及显微系统中，发光件发射光线的一端与光线进入导光柱的一端对应，导光柱靠近发光件的一端不可弯曲，使得发光件发射的光线的中心线与导光柱的中心线重合，通过导光柱能够将发光件发射的光线最大程度耦合到预设的照明位置，减少发光件发射的光线的损失，提高发光件发射的光线的均匀性，使得照射到工件上的光斑均匀性更好。

Description

光源装置及显微系统

技术领域

本申请涉及显微照明技术领域，更具体而言，涉及一种光源装置及显微系统。

背景技术

显微系统是采用显微成像技术来检测精密工件，例如晶圆的细微缺陷的系统，通常，显微系统在显微成像时，需要用到光源装置对工件进行照明，由于科勒照明可以很容易的获得均匀的照明光斑，显微系统中的照明多用科勒照明。

科勒照明是显微系统在高光强的照明要求下，用光纤连接到高功率灯箱，将灯箱的光能引入到科勒照明的发光面位置，此时，光纤的出射端的表面为显微系统科勒照明的发光面，光纤的出射端的发光光强随角度的分布，也就是光纤发出的光线中照射到工件表面上的光线(照明光斑)的光照强度分布。然而，光纤对光束的传输效率随光线出射角的增加而降低，直到完全衰减，这会导致照射到工件上的光斑不均匀。

实用新型内容

本申请实施方式提供一种光源装置及显微系统。

本申请实施方式的光源装置包括发光件及与所述发光件耦合的导光柱，所述发光件用于发射光线；所述导光柱用于导引所述发光件发出的光线至预设的照明位置，所述发光件发射光线的一端与所述导光柱靠近所述发光件的一端对应，所述发光件发射的光线的中心线与所述导光柱的中心线重合，所述导光柱的靠近所述发光件的一端不可弯曲。

在某些实施方式中，所述导光柱为正多边形棱柱体、圆柱体、或长方体。

在某些实施方式中，所述导光柱包括入射面，所述光源装置还包括耦合透镜。所述耦合透镜设置于所述发光件与所述导光柱之间，用于缩小所述发光件发出的光线的发散角度至预定范围并导引至所述入射面。

在某些实施方式中，所述预定范围为70°±5°。

在某些实施方式中，所述光源装置还包括安装板、安装筒及电路板。所述安装板包括相背的第一侧及第二侧，并开设有通孔；所述安装筒安装于所述安装板的第一侧，用于收容所述导光柱，所述导光柱的入光面与所述通孔对应；所述电路板安装于所述安装板的第二侧，所述发光件夹设于所述电路板与所述安装板之间，并与所述通孔对应，所述发光件与所述电路板电性连接。

在某些实施方式中，所述光源装置还包括第一散热器。所述第一散热器设置于所述电路板的远离所述发光件的一侧，用于对所述电路板进行散热。

在某些实施方式中，所述光源装置还包括导电件及第二散热器。所述导电件与所述电路板的远离所述发光件的一侧电性连接；所述第二散热器穿设于所述导电件，并用于对所述导电件进行散热。

在某些实施方式中，所述导光柱包括出光面，所述光源装置还包括匀光片。所述匀光片设置在所述出光面的一侧，并用于将从所述出光面出射的光线转换为均匀光斑。

在某些实施方式中，所述匀光片与所述出光面接触。

本申请实施方式的显微系统包括显微成像装置及上述任一实施方式的光源装置，在所述光源装置对工件照明时，所述显微成像装置用于获取所述工件的图像。

本申请的光源装置及显微系统中，发光件发射光线的一端与光线进入导光柱的一端对应，导光柱靠近发光件的一端不可弯曲，使得发光件发射的光线的中心线与导光柱的中心线重合，通过导光柱能够将发光件发射的光线最大程度耦合到预设的照明位置，减少发光件发出的光线的损失，提高发光件发射的光线的均匀性，从而使得照射到工件上的光斑均匀性更好。

本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请某些实施方式的光源装置的立体组装示意图；

图2是本申请某些实施方式的光源装置中的发光件与导光柱对应的结构示意图；

图3是本申请某些实施方式的光强随发射光线角度变化的示意图；

图4是本申请某些实施方式的光源装置的立体分解示意图；

图5是本申请某些实施方式的光源装置中的耦合透镜与发光件配合的立体结构示意图；

图6是本申请某些实施方式的显微系统的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本申请的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1，本申请实施方式的光源装置200包括发光件10及与发光件10耦合的导光柱30。发光件10用于发射光线；导光柱30用于导引发光件10的光线至预设的照明位置，发光件10发射光线的一端与导光柱30靠近发光件10的一端对应，发光件10发射的光线的中心线与导光柱30的中心线重合，导光柱30的靠近发光件10的一端不可弯曲。

随着半导体技术的发展，对精密工件(例如晶圆)的检测要求越来越高，一些检测系统中采用显微系统检测精密工件。显微系统是采用显微成像技术来检测精密工件，例如晶圆的细微缺陷的系统，通常，显微系统在显微成像时，需要用到光源装置对工件进行照明，由于科勒照明可以很容易的获得均匀的照明光斑，显微系统中的照明多用科勒照明。

科勒照明是显微系统在高光强的照明要求下，用光纤连接到高功率灯箱，将灯箱的光能引入到科勒照明的发光面位置，此时，光纤的出射端的表面为显微系统科勒照明的发光面，光纤的出射端的发光光强随角度的分布，也就是光纤发出的光线中照射到工件200表面上的光线(照明光斑)的光照强度分布。然而，光纤对光束的传输效率随光线出射角的增加而降低，直到完全衰减，这会导致照射到工件上的光斑的光照强度降低，从而导致照射到工件上的光斑不均匀。

请参阅图2，其中，发光件10发射光线的一端与导光柱30靠近发光件10的一端对应是指：发光件10发射光线的一端中心点与导光柱30的入光面31的中心点对准。例如，发光件10的发射端可大于导光柱30的入光面31，发光件10的发射端的中心点对准入光面31的中心点；还例如，发光件10的发射端可小于导光柱30的入光面31，发光件10的发射端的中心点对准入光面31的中心点；再例如，发光件10的发射端可等于导光柱30的入光面31，发光件10的发射端的中心点对准入光面31的中心点；由于导光柱30靠近发光件10的一端不可弯曲，能够保证发光件10发射的光线的中心线oo1与导光柱30的中心线oo2重合。

本申请的光源装置200中，发光件10的发射端与导光柱30的入光面31对应，且导光柱30靠近发光件10的一端不可弯曲，使得发光件10发射的光线的中心线与导光柱30的中心线重合，其中，入射到导光柱30内的光线在导光柱30内部可进行全发射，因此，通过导光柱30能够将发光件10发射的光线最大程度耦合到预设的照明位置，减少发光件10发射的光线的损失，提高发光件10发射的光线的均匀性，从而使得照射到工件400(如图5所示)上的光斑均匀性更好。

请参阅图3，通常为了满足高光强的照明要求，柯勒照明中使用光纤连接到高功率灯箱，将灯箱的光能引入到柯勒照明的发光面位置，由于灯箱发出的光线进入光纤时会存在一定角度，从而导致光纤的出射端的发光光强随光线的入射角度的增大而降低，使得投射工件上的光斑不均匀。

本申请中，发光件10可以是LED芯片，LED光源发光效率高，且使用寿命长，同时，发光件10发射光线的一端与导光柱30靠近发光件10的一端开口大小对应，能够将发光件10发出的所有光线通过导光柱30导引至预设的照明位置，提高发光件10发射的光线的利用率。

请结合图4，其中，预设的照明位置为导光柱30远离发光件10的一端端面(即出光面32)，即，为柯勒照明中的发光面位置。发光件10发出的光线通过导光柱30导引到柯勒照明的发光面位置，从柯勒照明的发光面发出的光线经过聚光镜、光源(从发光面发出的光线)的视场光阑后，把光源像投射于聚光镜的孔径光阑所在的平面上，而从聚光镜出射的光线是发光件10上所有发光点从各个方位上汇集起来的一束平行光，由于发光件10经过导光柱30后发出的光线均匀性更好，该束平行光使得照射在工件400(图6所示)上的光斑为均匀的光斑。其中，汇集起来的一束平行光中实际包含了光源的像和孔径光阑的像，但会经由显微系统1000(图6所示)中的物镜会聚成像于物镜的后焦平面上，因而从物镜成像的视域中看不到光源装置200的像。由于光源装置200发出的光线照射到工件400上能够形成均匀的光斑，显微成像装置300对工件400表面的细微缺陷进行成像检测时，可获取准确度较高的信息。

具体地，导光柱30内部能够将发光件10发出的光线导引至预设的照明位置。导光柱30可为正多边形棱柱体(如正五边形棱柱体、正四边形棱柱体等)、圆柱体、或长方体等柱体结构。优选地，导光柱30的截面为正六边形，使得发光件10发出的光线在导光柱10内更容易发生全反射，避免导光柱30内的光线发现折射而从导光柱30内出射，导致到达预设的照明位置的光线损失较大，保证照射在工件400上的光线为光强度高且均匀的。导光柱30的形状还可以是其他形状，具体以导光柱30耦合出的光线的光强均匀性最佳为判定标准，在此不一一列举。

导光柱30靠近发光件10的一端开口大小与发光件10发射光线的一端大小对应，使得发光件10发出的所有光线均能导入到导光柱30中，且导光柱30的长度尺寸可远远小于光纤的长度，降低导光柱30中光学材料对光线的吸收，提高光线利用率；由于导光柱30的截面为正六边形，发光件10发出的光线在导光柱30中发生全反射，并不会降低大角度光线的传输效率，从而整体提高了光源装置100的光线耦合(即发光件10经由导光柱30导引至预设的照明位置的光线)效率。

进一步地，为了提高导光柱30内光线的高效传输性和稳定性，可在导光柱30的内壁镀多层薄膜以提高导光柱30的反射率，使得在导光柱30内传播的光线经多次反射后的损失降到最小。

请参阅图5，在一个实施例中，导光柱30可包括入射面31，光源装置200还可包括耦合透镜50，耦合透镜50设置于发光件10与导光柱30之间，用于缩小发光件10发出的光线的发散角度至预设范围并导引至入射面31，有效提高发光件10发出的光线的耦合效率。

当发光件10为LED芯片时，LED的发光角度可以达到±85度以上，由于柯勒照明不需要用到这么大的角度范围，因此通过设置耦合透镜50于发光件10与导光柱30之间，可将发光件10发散的光线进行一定程度的压缩，其中，耦合透镜50为正透镜，使得进入导光柱30内的光线的发散角度集中在预设范围内(尽最大可能全部进入导光柱30内)，并使得发光件10发射的光线的中心线与导光柱30的中心线重合，保证导引至预设的照明位置的光斑的均匀性，又可以将大角度的光线收缩至可用范围内，提高光线的利用率。

具体地，发散角度的预设范围可为70°±5°，可通过使用不同的耦合透镜50来控制发光件10发出的光线的发散角度在预设范围内。例如，通过不同的耦合透镜50使得发光件10发出的光线的发散角度为65°、65.5°、66°、66.5°、67°、67.5°、68°、68.5°、69°、69.5°、70°、70.5°、71°、71.5°、72°、72.5°、73°、73.5°、74°、74.5°、75°，以满足柯勒照明的角度范围要求。

请继续参阅图4，在一个例子中，导光柱30还可包括出光面32，光源装置200还可包括匀光片70。匀光片70设置于出光面32的一侧，并用于将从出光面32出射的光线转换为均匀光斑。

具体地，匀光片70可直接与导光柱30的出光面32接触，如，将匀光片70固定在外部部件中，匀光片70与导光柱30的出光面32接触；匀光片70还可通过胶粘的方式将匀光片70贴合在导光柱30的出光面32上。匀光片70的连接方式可以是直接接触或者贴合的方式将匀光片70设置于出光面32上，一方面保证从出光面32出射的光线可转换为均匀的光斑，另一方面可以保证匀光片70安装的牢固性。匀光片70与出光面32的配合方式不局限于上述指出的方式，还可以是其他配合方式，在此不一一列举。

其中，匀光片70的表面设置有不规则的结构不一的微透镜，当发光件10发出的光线进入导光柱30，并从导光柱30的出光面32出射，然后照射在匀光片70的表面时，匀光片70上的每一个微透镜将照射在匀光片70上的光投射为能量分布均匀的光斑，增加从出光面32出射的光线的光强随出射光线的角度分布的均匀性，从而使得照射到工件上的光斑均匀性更好。

请再次参阅图4，光源装置200还可包括安装板20、安装筒40及电路板60。安装板20用于安装发光件10；安装筒40用于固定并收容导光柱30；电路板60与发光件10电性连接。

具体地，安装板20包括相背的第一侧21及第二侧22，安装板20开设有通孔23及第一安装孔24；发光件10安装于安装板20的第二侧22，并使发光件10的发光中心对准通孔23，以便于发光件10发出的光线最大程度能通过通孔23并导引至导光柱30内。

光源装置200还可包括固定筒80，固定筒80上设有第二安装孔81和穿孔82。固定筒80通过第二安装孔81与第一安装孔24配合的方式固定在安装板20的第一侧21，固定筒80的穿孔82与安装板20的通孔23对准，以使发光件10发出的光线通过。安装筒40安装于安装板20的第一侧21且固定在固定筒80内，安装筒40部分收容于固定筒80内，并用于收容导光柱30，通孔23与导光柱30的入光面31对准，使得发光件10发出的光线最大程度通过通孔23并导引至导光柱30内。

电路板60开设有第一固定孔61，安装板20还可开设有第二固定孔25，第一固定孔61和第二固定孔25通过螺钉固定的方式将电路板60固定在安装板20的第二侧22。发光件10夹设在电路板60与安装板20之间，并与通孔23对准，发光件10与电路板60电性连接，以能够上电发射光线。

请继续参阅图3，光源装置200还可包括第一散热器90、导电件100及第二散热器101。

第一散热器90设置于电路板60远离发光件10的一侧，用于对电路板60进行散热。具体地，在一个例子中，第一散热器90可通过螺纹连接固定安装于电路板60上，保证第一散热器90安装的牢固性。在另一个例子中，第一散热器90可通过导热胶固定安装于电路板60，既能够保证第一散热器90安装的牢固性，又能实现第一散热器90与电路板60电绝缘。

导电件100设置于电路板60远离发光件10的一侧，导电件100与电路板60电性连接，以对电路板60进行供电。具体地，导电件100呈U形，导电件100包括多个，多个导电件100并排设置在电路板60上，多个导电件100靠近电路板60的一端收容在第一散热器90内，并夹设在第一散热器90与电路板60之间。第一散热器90还能够对导电件100靠近电路板60的一端(即，导电件100与电路板60的连接处)和电路板60进行散热，保证电路板60和导电件100的使用寿命。

由于导电件100对电路板60供电过程中会散热大量热量，多个第二散热器101穿设于多个导电件100上，换句话说，多个第二散热器101并排排列，每个导电件100贯穿所有的第二散热器101，以实现对导电件100的散热。请参阅图6，本申请还提供一种显微系统1000，显微系统1000可包括显微成像装置300及上述任一实施方式的光源装置200，在光源装置200对工件照明时，显微成像装置300能够获取到工件的清晰图像。

其中，显微成像装置300可包括面阵相机301和线阵相机302。显微系统1000还可包括多个反射镜，光源装置200发出的均匀光线通过多个反射镜照射到工件400的表面，使得面阵相301和线阵相机302可同时采集经工件400反射的光线，面阵相机301和线阵相机302内的传感器对反射的光线进行处理，从而可获得工件400表面的清晰图像。由于面阵相机301可以获取工件400的二维图像信息，检测图像直观；线阵相机302获取的图像分辨率高，且光源装置20发射的光线均匀性高，采用面阵相机301和线阵相机302同时对工件400进行成像，对获取到的两张图像进行拼接，可提高检测效率和精度。

本申请的光源装置200及显微系统1000中，发光件10发射光线的一端(即发光件10的发射端)与导光柱30靠近发光件10的一端(导光柱30的入光面31)对应，且导光柱30靠近发光件10的一端不可弯曲，使得发光件10发射的光线的中心线与导光柱30的中心线重合，其中，入射到导光柱30内的光线在导光柱30内部可进行全发射，因此，通过导光柱30能够将发光件10发射的光线最大程度耦合到预设的照明位置，减少发光件10发射的光线的损失，提高发光件10发射的光线的均匀性，从而使得照射到工件400(如图5所示)上的光斑均匀性更好。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种光源装置，包括：

发光件，用于发射光线；及

与所述发光件耦合的导光柱，所述导光柱用于导引所述发光件发出的光线至预设的照明位置，所述发光件发射光线的一端与所述导光柱靠近所述发光件的一端对应，所述发光件发射的光线的中心线与所述导光柱的中心线重合，所述导光柱的靠近所述发光件的一端不可弯曲。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述导光柱为正多边形棱柱体、圆柱体、或长方体。

3.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述导光柱包括入射面，所述光源装置还包括：

耦合透镜，所述耦合透镜设置于所述发光件与所述导光柱之间，用于缩小所述发光件发出的光线的发散角度至预定范围并导引至所述入射面。

4.根据权利要求3所述的光源装置，其特征在于，所述预定范围为70°±5°。

5.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置还包括：

安装板，包括相背的第一侧及第二侧，并开设有通孔；

安装筒，安装于所述安装板的第一侧，用于收容所述导光柱，所述导光柱的入光面与所述通孔对应；及

电路板，安装于所述安装板的第二侧，所述发光件夹设于所述电路板与所述安装板之间，并与所述通孔对应，所述发光件与所述电路板电性连接。

6.根据权利要求5所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置还包括：

第一散热器，所述第一散热器设置于所述电路板的远离所述发光件的一侧，用于对所述电路板进行散热。

7.根据权利要求5所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置还包括：

导电件，所述导电件与所述电路板的远离所述发光件的一侧电性连接；及

第二散热器，所述第二散热器穿设于所述导电件，并用于对所述导电件进行散热。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的光源装置，其特征在于，所述导光柱包括出光面，所述光源装置还包括：

匀光片，所述匀光片设置在所述出光面的一侧，并用于将从所述出光面出射的光线转换为均匀光斑。

9.根据权利要求8所述的光源装置，其特征在于，所述匀光片与所述出光面接触。

10.一种显微系统，其特征在于，包括：

显微成像装置；及

权利要求1-9任意一项所述的光源装置，在所述光源装置对工件照明时，所述显微成像装置用于获取所述工件的图像。

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