制冷器件晶粒相邻面准共焦成像检测的光学装置

提出了一种半导体制冷器件晶粒相邻面同时准共焦成像检测的光学装置。选择晶粒天面成像光路中直角反射转像棱镜到玻璃载物转盘之间的距离调节来实现双面准共焦成像。设计了晶粒相邻面缺陷同时准共焦成像检测的光学系统,完成了晶粒相邻面缺陷同时准共焦成像检测的实验验证。结果表明,该检测装置可以实现晶粒相邻面缺陷同时成像检测的功能,满足晶粒相邻面缺陷成像检测的性能要求。具有提高检测速度、简化结构且提高系统可靠性等优点,可在晶粒缺陷智能检测筛选系统中获得应用。     

柱面系统无畸变指纹采集仪的光学设计

针对以往无畸变指纹采集仪多采用棱镜补偿方案,系统存在棱镜的固有像散,光学系统难以补偿这种像差获得较高成像质量这一问题,提出了一种采用柱面系统结合双远心物镜校正投影畸变的新方案。该方案利用双柱面系统,在棱镜没有压缩图像的方向上压缩图像;利用双远心光路,消除物面和像面存在倾斜时的梯形畸变。采用该方案进行的计算机建模,经过合理调整优化函数,平衡各种像差,获得了比棱镜补偿校正畸变方案更高的成像质量。指纹采集仪得到了指纹采集方(物方)大部分视场的传递函数值在特征频率5 lp/mm(对应像方40 lp/mm)时＞0.377, 在特征频率10 lp/mm(对应像方80 lp/mm)时＞0.139的结果,大部分视场传递函数提高到棱镜补偿方案的1.6倍,同时各视场成像质量都比较均衡。     

电致发光缺陷检测仪的成像性能评估

针对电致发光缺陷检测仪的成像性能不一致的现状,结合光伏组件自身的电致发光原理,对分辨率、图像均匀性、图像显示等技术指标进行了分析和比较,提出了一种适用于光伏组件生产线现场快速有效的检测技术。研制了相应的检测评估装置,开展了相关测试试验。实验结果表明,利用该技术对粘贴在组件上的分辨率测试板的图像进行视觉判读,可实现1.98lp/mm(线对每毫米)的最高分辨率检测以及0.1mm线宽的最小单条纹缺陷模拟检测,从而保证光伏组件的缺陷检测工作能够更加准确有效,促进光伏产业的质量提升。经测试,该评估技术适用于光伏组件生产线上的电致发光缺陷检测仪,可满足目前光伏产业的检测需求。     

适用显微镜质量测试的高分辨率测量镜头设计

利用Zemax光学设计软件设计了一款适用于光学成像尺寸为38mm的互补金属氧化物半导体(CMOS)型工业相机的高分辨率测量镜头,该工业相机用于自动化定量分析检测显微镜像差。通过数码图像处理的方式去评判显微镜物镜性能的好坏。在满足性能要求基础上,对普通的测量镜头结构加以优化,使得测量镜头拥有非常高的分辨率。该镜头焦距为36mm,后工作距约为32mm,视场像面高度为36mm,在90lp/mm处,中心视场调制传递函数(MTF)值大于0.45,边缘视场MTF值大于0.25。     

折反式眼底相机光学系统设计

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48mm工作距离的折反式眼底相机光学系统。设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正。建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路。照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光。成像光学系统可在-10～+10m-1调焦,物方各视场分辨率为33lp/mm,系统畸变小于8.5%;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15%以内。实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求。     

Design of optical system for catadioptric fundus camera

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48 mm工作距离的折反式眼底相机光学系统.设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正.建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路.照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光.成像光学系统可在-10～+10 m-1调焦,物方各视场分辨率为33 lp/mm,系统畸变小于8.5％;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15％以内.实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求.     

适用于瞬态条件的多通道序列前光成像系统设计

为满足在瞬态条件、不同物距下获得稳定高质量序列图像的成像需求,设计了四通道序列前光高速成像系统。系统采用像空间平行分光,以成像原理为出发点,对系统的设计关键进行分析。以理论计算参数为设计依据进行分镜组（物镜组、场镜及准直镜租、汇聚镜组）设计并分别进行像差独立校正,加入场镜减小系统体积和重量,提升光能利用率,通过视场和光瞳的准确衔接提高光束的传输效果,在此基础上对分镜组进行整合优化,加入分光器件形成最终的四通道序列前光成像系统。设计物距可调光路,使用中通过调节物镜组手轮保证系统在0.5 m～∞物距下的成像质量,同时保持一次像面位置不变,增强系统性能稳定性的同时降低了装调难度。系统可根据实际需要对接收端进行更换,且在分光区域加入分光器件后可拓展至八通道系统。利用装调后的序列前光成像系统进行实验室检测和现场试验,其主要光学性能良好,各通道实测分辨率可达到72 lp/mm,成像一致性大于98%。现场试验结果表明,该光学系统可满足瞬态条件下序列图像的拍摄要求。     

采用双三次插值的空间目标偏振成像

为了解决暗弱场景下空间目标与背景对比度过低,无法区分的问题,采用分焦面偏振成像系统分别对室外暗弱场景、室内空间模拟环境进行成像;为了弥补分焦面偏振成像系统图像分辨率下降的缺点,采用双三次插值算法进行上采样。通过分焦面偏振相机的一次曝光便可获得4个不同偏振角度下的光强图,进而解算出偏振度图像和偏振角图像,并与传统的光强图像进行对比;利用双三次插值算法对4幅光强图进行上采样提高图像分辨率,然后再解算出偏振度图像,与未通过上采样获得的偏振度图像进行对比。实验结果表明,偏振成像较之传统的光强成像,目标的对比度获得了提高,边缘信息、纹理信息得到了更好的展现,偏振度图像与光强图像相比,与对比度有关的EME指标至少提高了17%,双三次插值算法提高了成像分辨率。应用双三次插值算法的分焦面偏振成像系统,对暗弱场景下的空间目标的识别具有潜在的应用价值。     

异形管道内跨模式全景深成像方法与装置

异形管道在特种行业中具有极为重要的作用,对其内表面细微缺陷进行检测时所面临的空间小、径向尺寸变化自由等结构特征,使得传统管道内成像检测方式面临着因连续成像景深尺度变化大而造成的失焦问题,影响系统的高分辨力成像。针对这一问题,提出了跨模式全景深成像方法：通过融合成像表面深度数据与成像系统参数数据,自适应的决策当前的聚焦模式,并输出相应的合焦面深度集合。研制了具备深度感知的跨模式成像装置,并针对异形管道内壁细纹特征进行了成像实验。实验结果表明：本成像装置能够自适应的获取单聚焦图像或叠焦序列图像;对叠焦序列图像进行小波多聚焦融合,可获取全景深图像;所获取的全景深图像能够在40～1 000 mm内分辨出0.5 mm宽微小细纹。本成像方法及装置能够为异型管道等场景内的缺陷检测及损伤分析提供可靠的图像支撑。     

高分辨率成像二元光学系统的研制与实验结果

已研制成功一个折衍射混合式成像二元光学系统,焦距800mm,有效通光口径76mm,成像光谱范围从435.8nm到656.3nm.成像质量实测结果为20lp/mm时MTF值达到0.75,比同样条件下一个传统的折射式系统MTF所能达到的设计值高百分之三十以上。     

小型可见光双视场光学系统的研制

基于光学设计基本理论,设计了一种体积小,跟踪范围可以达到整个前半球的可见光双视场光学系统.系统由前部集束系统,中间光路转折系统及后部成像系统3部分组成.集束系统采用望远镜式结构,用于改变光束的口径;光路转折系统采用库德光路,由4片反射镜组成,用于转折光路及扫描;成像系统由长焦成像系统和短焦成像系统组成,分别形成两个视场的像,用于目标识别与跟踪.光学系统焦距分别为60 mm和120 mm,设计传递函数在58 lp/mm处均大于0.5.加工装调后进行了成像试验验证,结果表明,该系统能够同时完成大视场及小视场的图像获取,在可视范围内成像质量满足系统总体要求.     

光学薄膜表面微细缺陷在线检测方法研究

为了对光学薄膜进行精密光学检测,需要采用数个具有高解析度的线阵CCD相机进行光学薄膜缺陷图像的同步采集。基于计算机视觉的理论,提出了一种有效的自动质量监测方案,实现对光学薄膜表面微细缺陷项目的检测,并根据检测结果驱动打标机对光学薄膜缺陷进行自动标识和定位,该方法具有高精度、实时、在线和非接触的显著优势。探索性实验结果表明,采用该方法可获得光学薄膜表面缺陷的清晰图像,缺陷的细节能够得到很好的展现,并且能够完成缺陷特征的提取与识别。     

立体成像眼底相机光学系统设计

为了实现从不同角度同时拍摄同一眼底视网膜区域的图像,使采用双目立体视觉法进行眼底三维重建成为可能,设计了一种免散瞳立体成像眼底相机光学系统。该光学系统由成像系统和照明系统两部分组成,在成像系统中,使用Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟正常人眼,运用体视显微镜成像原理进行分光设计;在照明系统中,通过设置黑点板的方式消除网膜物镜产生的杂散光,并加入环形光阑以避免角膜反射光的产生。设计结果表明,本立体成像眼底相机光学系统截止频率在95lp/mm处各视场的MTF值均大于0.2,成像系统畸变小于-3%,场曲值小于0.1mm,色差矫正良好,并且具有较强的调焦能力,能对-10~+5m~(-1)的人眼清晰成像。     

基于亚波长光栅的负折射光子晶体成像研究

理论上折射率为-1的平板超透镜可以实现完美成像,但等效折射率为-1的光子晶体结构,不满足介电常数ε=-1和磁导率μ=-1的条件,光子晶体与自由空间阻抗不匹配,某些角度的入射光与光子晶体内布洛赫波不能耦合,致使该空间频率光信息丢失,限制了光子晶体成像分辨率。为了提高成像分辨率,在光子晶体表面设置亚波长光栅结构,利用光栅的增透减反和波矢匹配作用,提高光子晶体对入射光的耦合效率。通过调整光栅周期,使更多高空间频率分量参与成像,同时抑制低频分量的传输。设置亚波长光栅结构后,光子晶体成像分辨率由597 lp/mm提高到了850 lp/mm,突破了衍射极限。     

Experimental verification of super-resolution optical inspection for semiconductor defect by using standing wave illumination shift

Semiconductor design rules and process windows continue to shrink, so we face many challenges in developing new processes such as the less 100-nm design rule and the 300-mm wafer. The challenges have become more difficult, and the next generation of defect inspections is urgently needed. Optics and electron beams have been primarily used for the detection of critical defects, but both technologies have disadvantages. The optical inspection is generally not sensitive enough for defects at 100 nm or less, while the scanning electron microscopy inspection has low throughput because it takes a long time to scan 300 mm. To find a solution to these problems, we have proposed a novel optical inspection method for the critical defects on the semiconductor wafer. First, we carried out theoretical examinations and computer simulations. As a result, the proposed method makes it possible to observe a structure with robustness and higher resolution beyond the Rayleigh limit. Second, we developed an apparatus for the basic experiment and carried out the super-resolution experiment using a line and space sample. As a result, the sample structures were clearly resolved beyond the Rayleigh limit and defects on the sample surface were detected with super-resolution.     

大视场三线阵航空测绘相机光学系统设计

针对大视场、高分辨率、低畸变和环境适应性要求高的三线阵航空测绘相机光学系统设计要求,开展新型光学系统结构形式设计:首先,根据总体方案要求以及稳定平台安装特点,确定了单镜头的技术方案;接着,分析计算了光学系统各项指标参数,光学系统拉氏不变量达到9.5;然后,对比分析了非像方远心光路、像方远心光路和准像方远心光路的结构形式;最后,设计了一种航空环境适应性良好的双高斯复杂化失对称准像方远心光学系统结构形式。设计的光学系统成像质量好,在全色谱段内的Nyquist频率为100lp/mm,全视场调制传递函数均优于0.36;分别在R、G、B谱段的Nyquist频率为50lp/mm,全视场调制传递函数均优于0.6。光学系统全视场最大相对畸变优于0.1%,在均匀温度0~40℃范围内,全色谱段调制传递函数优于0.3。实验室鉴别率板测试结果表明,相机静态分辨率达到102lp/mm;飞行验证试验结果表明,相机摄影分辨率达到0.16m@2km航高。光学系统设计完全满足大视场三线阵航空测绘相机环境适应性和分辨率的要求。     

Weak absorption test and defect analysis of optical coatings

1Introduction Inmodernoptics,especiallylasertechnolo gy,absorptionisoneofthemostimportant characterswhichmustbeconsidered,notonly foropticalproperties,butalsoforlaser induced damagethreshold(LIDT).Forexample,ab sorptiondefecthasplayedagreatroleinfluen cinglaserinduceddamagebehaviorsofthedie lectricopticalcoatings.Inmanyapplications,veryweakabsorption,1×10-6orless,should bemeasuredandcontrolled.However,thesensitivityofthebestregular spectrometerisonlylowto0.1%.Solutionshad beenfoundtoresolve…     

Polarization contrast in reflection near-field optical microscopy with uncoated fibre tips

Using cross-hatched, patterned semiconductor surfaces and round 20-nm-thick gold pads on semiconductor wafers, we investigate the imaging characteristics of a reflection near-field optical microscope with an uncoated fibre tip for different polarization configurations and light wavelengths. It is shown that cross-polarized detection allows one to effectively suppress far-field components in the detected signal and to realize imaging of optical contrast on the sub-wavelength scale. The sensitivity window of our microscope, i.e. the scale on which near-field optical images represent mainly optical contrast, is found to be ≈100 nm for light wavelengths in the visible region. We demonstrate imaging of near-field components of a dipole field and purely dielectric contrast (related to well-width fluctuations in a semiconductor quantum well) with a spatial resolution of ≈100 nm. The results obtained show that such a near-field technique can be used for polarization-sensitive imaging with reasonably high spatial resolution and suggest a number of applications for this technique.