光學(xué)檢測(cè)之角度分辨檢測(cè)技術(shù)

組成

表面散射模型的光線散射區(qū)域分為4個(gè)部分，分別為漫反射光瓣、鏡面反射光瓣、鏡面反射峰以及由表面微觀紋理造成的菊花瓣。

表面散射模型

光學(xué)原理 由表面散射模型可知，相機(jī)的拍攝角度影響物體表面的微觀紋理特征在圖像中的表現(xiàn)，在不同的位置搭配光源和相機(jī)能夠得到不同的成像特征。

典型照明方式

明場(chǎng)照明光線經(jīng)工件表面反射進(jìn)入傳感器，相應(yīng)的像素灰度值高，當(dāng)工件表面存在缺陷時(shí)，光線反射角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)使光線偏離傳感器，相應(yīng)的像素灰度值低；針對(duì)不同尺度的表面缺陷又衍生出暗場(chǎng)及低角度暗場(chǎng)照明方式。背光照明根據(jù)工件的不透光性，能夠清晰的呈現(xiàn)工件的輪廓特征。漫反射照明可消除陰影，并利用不同顏色表面對(duì)光的吸收性不同，能夠清晰的呈現(xiàn)曲面表面特殊顏色印刷的符號(hào)。同軸明場(chǎng)也是明場(chǎng)照明方式，但增加了偏振片限制了傳感器光線的接受，用于抑制其他角度的光線。

角度分辨光譜技術(shù)的應(yīng)用

1.測(cè)量材料的光學(xué)常數(shù)

光學(xué)常數(shù)，包括折射率、消光系數(shù)、復(fù)介電常數(shù)和光電導(dǎo)率等，是描述光電材料性質(zhì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，反映了光與物質(zhì)的相互作用，解釋了光在介質(zhì)中的傳播和耗散。光學(xué)常數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)定是材料和物理領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)，不僅有助于理解新奇的光電現(xiàn)象，揭示其背后的物理機(jī)制，而且可以為相關(guān)光電器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供方向。

2.表征材料的輪廓和缺陷特征

半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展以器件幾何尺寸的不斷縮小為標(biāo)志，突破了計(jì)量設(shè)備量測(cè)能力的極限。量測(cè)能力是指測(cè)量數(shù)據(jù)需要足夠的精度，典型的量測(cè)規(guī)則要求計(jì)量精度為被測(cè)特征尺寸的1%。在20世紀(jì)90年代末，一種被稱為散射測(cè)量的技術(shù)出現(xiàn)，它滿足了高容量硅制造的測(cè)量需求。散射測(cè)量是一種基于晶圓制造過程中周期性特征產(chǎn)生的光散射分析的光學(xué)尺寸計(jì)量。由于散射測(cè)量具有快速、定量和無損的特點(diǎn)，在大批量光學(xué)特征尺寸的測(cè)量中，光學(xué)散射測(cè)量是SEM的一個(gè)有吸引力的替代品。

3.研究微納光子材料的光學(xué)性質(zhì)

近年來，研究者對(duì)微納光子材料，如光子晶體、超材料、等離激元結(jié)構(gòu)等的研究層出不窮，為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究提供了新思路。微納光子材料可以在波長(zhǎng)甚至亞波長(zhǎng)尺度上調(diào)制光子的運(yùn)動(dòng)，提供了新的光調(diào)控手段。在微納光子材料中，光子色散決定了材料對(duì)外部光場(chǎng)的響應(yīng)，并在微納光子材料中產(chǎn)生各種新奇的現(xiàn)象，例如：三維光子晶體中與角度相關(guān)的反射效應(yīng)來源于其色散中的光子帶隙；在復(fù)色散帶曲率的影響下，超材料中產(chǎn)生了負(fù)折射效應(yīng)。因此，采集樣品在動(dòng)量空間的光子色散對(duì)于研究微納光子材料有著重大意義。到目前為止，除前文介紹的動(dòng)量空間成像系統(tǒng)以外，還存在其他方式可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)量分辨光譜的采集，并且通過這些系統(tǒng)進(jìn)一步研究了微納光子材料的性質(zhì)。

4.光學(xué)散射成像

散射是一個(gè)物理過程，限制著所有光學(xué)成像系統(tǒng)的成像性能。例如，激光雷達(dá)（LiDAR）系統(tǒng)對(duì)于汽車、水下和空中飛行器的感知和探測(cè)與其周圍的三維環(huán)境至關(guān)重要。然而，目前的LiDAR系統(tǒng)在云、霧、塵埃、雨水等引起散射的不利條件下失效，這種限制是三維感知和導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵障礙，阻礙了系統(tǒng)的穩(wěn)健和安全運(yùn)行。類似的挑戰(zhàn)也出現(xiàn)在與遙感或天文學(xué)相關(guān)的其他宏觀應(yīng)用中，其中大氣散射層阻礙了測(cè)量捕獲。在微觀應(yīng)用中，如生物醫(yī)學(xué)成像和神經(jīng)成像，生物組織的散射使進(jìn)入大腦的成像復(fù)雜化，是高分辨率活體成像的障礙。在這些應(yīng)用中，通過強(qiáng)散射介質(zhì)進(jìn)行穩(wěn)定、高效地成像是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樗ǔＰ枰蠼庖粋€(gè)復(fù)雜的逆問題。

來源：機(jī)械視覺沙龍