一種藍(lán)寶石微缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種藍(lán)寶石微缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置，該裝置中激光器、分光鏡和藍(lán)寶石樣品固定在光路直線導(dǎo)軌上的同一個(gè)水平面上；激光器發(fā)出的激光經(jīng)分光鏡分成兩路：參考光和入射光，高清CCD1采集參考光信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；入射光照射藍(lán)寶石樣品后分為透射光和散射光，高清CCD2采集透射光信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，高清CCD3采集散射光信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，同步觸發(fā)器使高清CCD1和高清CCD2同步對(duì)參考光和透射光進(jìn)行采集。本發(fā)明對(duì)藍(lán)寶石微/納米級(jí)缺陷進(jìn)行檢測(cè)同，不受樣品形狀、尺寸的影響，可以在線檢測(cè)、靈敏度高、重復(fù)性好、測(cè)量結(jié)果精確，不受衍射極限的限制，能分析由缺陷引起對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)的衰減，便于標(biāo)準(zhǔn)化處理。
【專利說(shuō)明】一種藍(lán)寶石微缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及藍(lán)寶石檢測(cè)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種能對(duì)藍(lán)寶石微/納米級(jí)缺陷的大小和位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷的無(wú)損檢測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]雖然隨著生長(zhǎng)和加工工藝的增長(zhǎng)，藍(lán)寶石的各種缺陷尺寸不斷減小，但仍然存在一些微米、亞微米乃至納米級(jí)的缺陷。這些缺陷的存在可能導(dǎo)致器件在承受設(shè)定載荷下發(fā)生突然斷裂，往往會(huì)造成晶體報(bào)廢。當(dāng)前主要采用光學(xué)顯微鏡、便面粗糙度儀、激光共聚焦顯微鏡等技術(shù)來(lái)檢測(cè)晶體中的缺陷，但是它們只能檢測(cè)到較大的微缺陷，目前對(duì)微/納米級(jí)缺陷的無(wú)損檢測(cè)還沒(méi)有行之有效的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種不受樣品形狀、尺寸的影響，可以在線檢測(cè)、靈敏度高、重復(fù)性好、測(cè)量結(jié)果精確的藍(lán)寶石微/納米級(jí)缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種藍(lán)寶石微缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置，包括光路檢測(cè)系統(tǒng)和缺陷信息分析系統(tǒng)；其中所述光路檢測(cè)系統(tǒng)包括:激光器、分光鏡和放置藍(lán)寶石樣品的載物工作平臺(tái)；所述缺陷信息分析系統(tǒng)包括:高清^01、高清^02、高清
轉(zhuǎn)換器13/0轉(zhuǎn)換器2、八/0轉(zhuǎn)換器3和計(jì)算機(jī)；激光器、分光鏡和藍(lán)寶石樣品固定在光路直線導(dǎo)軌上的同一個(gè)水平面上；所述激光器發(fā)出的激光經(jīng)分光鏡分成兩路:參考光和入射光，所述高清冗01采集參考光的光信號(hào)并通過(guò)八/0轉(zhuǎn)換器1將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；所述入射光照射藍(lán)寶石樣品后分為透射光和散射光，所述高清(^02采集透射光的光信號(hào)并通過(guò)八/0轉(zhuǎn)換器2將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理和光強(qiáng)分析；所述高清^03采集散射光的光信號(hào)并通過(guò)八/0轉(zhuǎn)換器3將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。
[0005]所述檢測(cè)裝置還包括能觸發(fā)高清(:0)1和高清(:0)2同步對(duì)參考光和透射光進(jìn)行采集的同步觸發(fā)器。無(wú)論樣品移動(dòng)在何位置，對(duì)應(yīng)任一時(shí)刻，參考光和透射光的信號(hào)總是瞬間來(lái)自同一束光，光的頻率和強(qiáng)度一樣，變化量總是固定的，保證了光源的相對(duì)穩(wěn)定性，而散射光場(chǎng)的相對(duì)分布不受光源影響，兩者之間的相對(duì)變化量是固定的，便于分析測(cè)量結(jié)果和量化處理。
[0006]所述激光器為輸出功率連續(xù)可調(diào)的脈沖激光器，確保了光源的穩(wěn)定性和測(cè)量結(jié)果具有可比性；同時(shí)由于藍(lán)寶石中微體缺陷的大小跨度非常大，可以從微米級(jí)到納米級(jí)，激光器的輸出功率連續(xù)可調(diào)，使檢測(cè)裝置對(duì)較大的體缺陷和較小的體缺陷都能進(jìn)行檢測(cè)。
[0007]所述載物工作平臺(tái)可在二維平面移動(dòng)，這樣可使激光對(duì)藍(lán)寶石樣品進(jìn)行全面掃描，找出藍(lán)寶石樣品內(nèi)存在的全部缺陷。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于，本裝置對(duì)藍(lán)寶石微/納米級(jí)缺陷進(jìn)行檢測(cè)同，不受樣品形狀、尺寸的影響，可以在線檢測(cè)、靈敏度高、重復(fù)性好、測(cè)量結(jié)果精確，不受衍射極限的限制，能分析由缺陷引起對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)的衰減，便于標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過(guò)對(duì)微體缺陷發(fā)出的散射光的分布圖樣進(jìn)行分析，而不是對(duì)微體缺陷進(jìn)行成像來(lái)得出藍(lán)寶石樣品中是否有缺陷及缺陷大小，避開(kāi)了光學(xué)成像中衍射的極限的缺點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明的對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)衰減示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面通過(guò)具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]如圖1所示，為本發(fā)明的一種藍(lán)寶石微缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置，包括光路檢測(cè)系統(tǒng)和缺陷信息分析系統(tǒng)；其中光路檢測(cè)系統(tǒng)包括:激光器101、分光鏡102和放置藍(lán)寶石樣品的載物工作平臺(tái)103 ；缺陷信息分析系統(tǒng)包括:高清104、八/0轉(zhuǎn)換器1 105、高清(^02106、高清(:0)3 107、計(jì)算機(jī)108、同步觸發(fā)器1093/0轉(zhuǎn)換器2 1103/0轉(zhuǎn)換器3 111。
[0013]激光器101、分光鏡102和藍(lán)寶石樣品固定在光路直線導(dǎo)軌上的同一個(gè)水平面上；激光器101發(fā)出的激光經(jīng)分光鏡102分成兩路:參考光和入射光，高清(:0)1 104采集參考光的光信號(hào)并通過(guò)八/0轉(zhuǎn)換器1 105將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)108 ；入射光照射藍(lán)寶石樣品后分為透射光和散射光，高清(:0)2106采集透射光信號(hào)并通過(guò)八/0轉(zhuǎn)換器2110將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)108進(jìn)行圖像處理和光強(qiáng)分析；高清(:0)3 107采集散射光信號(hào)并通過(guò)八/0轉(zhuǎn)換器3 111將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)108，同步觸發(fā)器109與高清104和高清(^02 106相連，觸發(fā)高清104和高清(^02 106同步對(duì)參考光和透射光進(jìn)行采集。
[0014]移動(dòng)載物工作平臺(tái)，使入射光照射到藍(lán)寶石樣品對(duì)藍(lán)寶石進(jìn)行全面的二維掃描。由于藍(lán)寶石內(nèi)部存在微體缺陷，會(huì)出現(xiàn)入射光的散射。
[0015]先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)寶石樣品進(jìn)行檢測(cè)，高清(^01 104和高清(^02 106同步采集的參考光和透射光信號(hào)送入計(jì)算機(jī)108中進(jìn)行光強(qiáng)分析107采集的散射光送入計(jì)算機(jī)108中對(duì)散射光光強(qiáng)進(jìn)行分析。再對(duì)待測(cè)藍(lán)寶石樣品進(jìn)行上述操作，根據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)寶石樣品和待測(cè)藍(lán)寶石樣品的散射光圖像進(jìn)行圖像對(duì)比處理初步判斷是否存在缺陷、并根據(jù)藍(lán)寶石微體缺陷激光散射檢測(cè)原理進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真得出具體缺陷形貌和大小。
[0016]工作過(guò)程是當(dāng)激光用分光鏡102將光源分成兩半，一路作為入射光I，另一路作為參考光1(固定不變)。入射光在空氣中因?yàn)榭諝馍⑸鋼p失一部分能量1工(這一部分光強(qiáng)我們可以用測(cè)得，為一恒定值)，然后射入到藍(lán)寶石樣品上，激光透過(guò)藍(lán)寶石樣品后一部分因?yàn)闃悠分械娜毕荻纬缮⑸涔?，另一部分為透射光，這時(shí)用￠^03107采集散射光數(shù)據(jù)，用(^02106采集透射光數(shù)據(jù)。入射光源能量分成三部分，即I =I為入射光的總強(qiáng)度，1工為空氣散射強(qiáng)度，12為藍(lán)寶石樣品散射強(qiáng)度，I 3為藍(lán)寶石樣品透射光強(qiáng)度。
[0017]測(cè)試環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定下，空氣散射強(qiáng)度1工可以認(rèn)為是一個(gè)恒定的常數(shù)。變化量是由藍(lán)寶石樣品的缺陷引起散射光強(qiáng)的變化，且12與13的和為一恒定的常數(shù)。如果樣品中存在缺陷，無(wú)論形貌多么復(fù)雜，尺度跨度多大，透射光13強(qiáng)度會(huì)發(fā)生顯著變化，然后用冗0測(cè)試光強(qiáng)。分析響應(yīng)時(shí)間差，將具體缺陷的13與I的值進(jìn)行比較得到對(duì)應(yīng)脈沖下光的損失量。我們始終可以兩者之間相對(duì)變化與具體缺陷的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖2所示。
[0018]將散射光和透射光的測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣品的結(jié)果對(duì)比，確定樣品內(nèi)是否含有缺陷，并判斷缺陷的密度與分布；分析激光在晶體介質(zhì)的散射模型與缺陷形貌之間的關(guān)聯(lián)，得到具體的缺陷引起的散射光場(chǎng)與透射光場(chǎng)的分布規(guī)律。由散射成像顯微鏡獲取缺陷形貌，并找到缺陷對(duì)應(yīng)的散射光信號(hào)，與仿真結(jié)果對(duì)比，初步判斷缺陷的大??；根據(jù)具體位置對(duì)應(yīng)的光信號(hào)，分析兩者之間的相對(duì)變化量，并反演得到具體缺陷，找到相對(duì)變化量與缺陷大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系；用散射成像顯微鏡獲取缺陷形貌，攝像頭記錄的每一張照片并儲(chǔ)存在電腦里，檢驗(yàn)后匯總所有照片，根據(jù)這些缺陷的信息反演得到具體缺陷形貌、密度以及分布。
[0019]本發(fā)明可以通過(guò)缺陷散射成像與散射光場(chǎng)相對(duì)變化關(guān)系，結(jié)合計(jì)算仿真結(jié)果，準(zhǔn)確判斷材料中缺陷的形貌、尺寸、密度以及分布。根據(jù)缺陷形貌大小和光強(qiáng)的變化建立相對(duì)應(yīng)關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石的在線檢測(cè)。
【權(quán)利要求】
1.一種藍(lán)寶石微缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，包括光路檢測(cè)系統(tǒng)和缺陷信息分析系統(tǒng)；其中所述光路檢測(cè)系統(tǒng)包括:激光器、分光鏡和放置藍(lán)寶石樣品的載物工作平臺(tái)；所述缺陷信息分析系統(tǒng)包括:高清ran、高清(XD2、高清(XD3、A/D轉(zhuǎn)換器1、A/D轉(zhuǎn)換器2、A/D轉(zhuǎn)換器3和計(jì)算機(jī)；激光器、分光鏡和藍(lán)寶石樣品固定在光路直線導(dǎo)軌上的同一個(gè)水平面上；所述激光器發(fā)出的激光經(jīng)分光鏡分成兩路:參考光和入射光，所述高清CCDl采集參考光的光信號(hào)并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器I將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；所述入射光照射藍(lán)寶石樣品后分為透射光和散射光，所述高清CCD2采集透射光的光信號(hào)并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器2將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理和光強(qiáng)分析；所述高清CCD3采集散射光的光信號(hào)并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器3將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石微缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)裝置還包括能觸發(fā)高清CCDl和高清CCD2同步對(duì)參考光和透射光進(jìn)行采集的同步觸發(fā)器。
3.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石微缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述激光器為輸出功率連續(xù)可調(diào)的脈沖激光器。
4.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石微缺陷無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述載物工作平臺(tái)可在二維平面移動(dòng)。
【文檔編號(hào)】G01N21/958GK104502363SQ201410843379
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】喻更生, 周益春, 鄧謀棟, 林建國(guó) 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)