本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及基于微分干涉的光學(xué)薄膜缺陷檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

隨著光學(xué)薄膜制造技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，已經(jīng)成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥業(yè)等領(lǐng)域不可或缺的原材料。同時(shí)，研究小型化、節(jié)能化以及高度集成化的高端產(chǎn)品是今后半導(dǎo)體制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，為了滿足這種需求，對(duì)各類功能薄膜的品質(zhì)要求越來越高。

中國發(fā)明專利CN104792794A公開了一種基于機(jī)器視覺的光學(xué)薄膜表面缺陷檢測(cè)方法，通過采集光學(xué)薄膜表面的圖像，對(duì)光學(xué)薄膜表面的圖像進(jìn)行平滑處理，對(duì)平滑處理后的光學(xué)薄膜表面的圖像提取背景圖像及二值化處理，最后根據(jù)不同缺陷的圖像特征，識(shí)別出缺陷。這種方法存在以下缺陷：

(1)僅限于檢測(cè)單側(cè)光學(xué)薄膜表面的缺陷，不能有效檢測(cè)光學(xué)薄膜內(nèi)部的氣泡和雜質(zhì)；

(2)檢測(cè)結(jié)果容易受到光學(xué)薄膜表面反光性狀的影響，造成誤檢和漏檢，不能完全滿足新型光學(xué)薄膜生產(chǎn)線的檢測(cè)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的光學(xué)薄膜表面缺陷檢測(cè)方法僅限于檢測(cè)單側(cè)光學(xué)薄膜表面的缺陷，不能有效檢測(cè)光學(xué)薄膜內(nèi)部的氣泡和雜質(zhì)等缺陷，且檢測(cè)結(jié)果容易受到光學(xué)薄膜表面反光性狀的影響，造成誤檢和漏檢的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種基于微分干涉的光學(xué)薄膜缺陷檢測(cè)方法，包括以下步驟：

分別調(diào)整入射的光源為平面光波、待檢測(cè)的光學(xué)薄膜的表面與平面光波垂直；

平面光波依次經(jīng)過光欄、光學(xué)薄膜、第一準(zhǔn)直透鏡和柱狀透鏡后，通過微分干涉形成兩束平行的出射光；

兩束平行的出射光經(jīng)過第二準(zhǔn)直透鏡，在光電探測(cè)器上成像為微分干涉圖像；

對(duì)微分干涉圖像進(jìn)行分析，獲取光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)利用微分干涉獲取光學(xué)薄膜表面以及內(nèi)部變化的清晰圖像，且獲得的圖像具有很強(qiáng)的立體感，易于進(jìn)行氣泡和凹凸等缺陷的分辨；

(2)本方案具有容易實(shí)現(xiàn)和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，適于在工廠生產(chǎn)線推廣普及；

(3)本方案還可以檢測(cè)光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷引起的厚度變化。

在上述技術(shù)方案中，對(duì)微分干涉圖像進(jìn)行分析，獲取光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷具體如下：

透過所述光學(xué)薄膜前后的光振幅分別設(shè)為U_A和U_B，所述光學(xué)薄膜的初始相位設(shè)為為常數(shù)，所述光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷的相位設(shè)為所述光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷引起的相位變化設(shè)為則

透過所述光學(xué)薄膜前的所述平面光波的復(fù)振幅U₁表示為：

透過所述光學(xué)薄膜后的所述平面光波的復(fù)振幅U₂表示為：

通過微分干涉，得到復(fù)振幅U₂(x,y)的導(dǎo)函數(shù)U′₂(x,y),導(dǎo)函數(shù)U′₂(x,y)表示為：

由公式(3)中復(fù)振幅U₂(x,y)的導(dǎo)函數(shù)U′₂(x,y)求得所述微分干涉圖像的光強(qiáng)I(x,y)為：

由公式(4)可以看出，相位變化可以引起所述微分干涉圖像的光強(qiáng)I(x,y)變化，因此，可根據(jù)所述微分干涉圖像推斷出所述光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷引起的相位變化

設(shè)所述光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷引起的厚度變化為d(x,y)，折射率為n，所述平面光波的入射角為零，則所述平面光波透過所述光學(xué)薄膜后產(chǎn)生的光程差nd(x,y)與相位變化的關(guān)系表示為：

由公式(5)可知，所述光學(xué)薄膜的相位變化正比于所述光學(xué)薄膜的厚度變化d(x,y)，即所述光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷引起的厚度變化都表現(xiàn)為所述光學(xué)薄膜的相位變化，因此，通過對(duì)所述微分干涉圖像進(jìn)行分析，可以獲取所述光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷的形狀分布。

和傳統(tǒng)的基于機(jī)器視覺的光學(xué)薄膜表面缺陷智能檢測(cè)方法不同，本發(fā)明利用透過光學(xué)薄膜的平面光波的相位變化，檢測(cè)光學(xué)薄膜表面劃痕、光學(xué)薄膜內(nèi)部氣泡以及凹凸等缺陷。該方法不僅可以同時(shí)檢測(cè)光學(xué)薄膜的上表面、下表面以及內(nèi)部的氣泡和凹凸等缺陷，且檢測(cè)結(jié)果不受外界環(huán)境的背景光以及光學(xué)薄膜表面反光特性的影響。

在上述技術(shù)方案中，利用平板分光鏡對(duì)所述平面光波進(jìn)行微分干涉。

在上述技術(shù)方案中，所述光電探測(cè)器為線性陣列光電探測(cè)器。

本方案采用線性陣列光電探測(cè)器，以提高光電探測(cè)器的探測(cè)靈敏度。

在上述技術(shù)方案中，所述第一準(zhǔn)直透鏡與所述柱狀透鏡的焦距之和等于所述第二準(zhǔn)直透鏡與所述光電探測(cè)器的焦距之和。

在上述技術(shù)方案中，所述第一準(zhǔn)直透鏡與柱狀透鏡的光軸重疊形成第一光軸，所述第二準(zhǔn)直透鏡與光電探測(cè)器的光軸重疊形成第二光軸，所述第一光軸與所述第二光軸垂直，且垂足位于所述平板分光鏡的中心。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于微分干涉的光學(xué)薄膜缺陷檢測(cè)方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于微分干涉的光學(xué)薄膜缺陷檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)原理示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測(cè)到的光學(xué)薄膜的雜質(zhì)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測(cè)到的光學(xué)薄膜的氣泡示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測(cè)到的光學(xué)薄膜的灰點(diǎn)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測(cè)到的光學(xué)薄膜的指甲劃痕示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的檢測(cè)到的光學(xué)薄膜的墊傷示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于微分干涉的光學(xué)薄膜缺陷檢測(cè)方法，通過調(diào)整入射的光源為平面光波，該平面光波透過待檢測(cè)的光學(xué)薄膜，攜帶光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部的分布信息，形成復(fù)雜的光波，通過微分干涉形成微分干涉圖像，凸顯光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷的分布形狀，具有成像清晰、立體感強(qiáng)、分辨率高、成本低廉、容易實(shí)現(xiàn)和檢測(cè)方便等優(yōu)點(diǎn)。

本方案可同時(shí)檢測(cè)光學(xué)薄膜的上表面、下表面以及內(nèi)部的氣泡和凹凸等缺陷，利用微分干涉可獲得圖像的突變，使圖像的缺陷部分變得更清晰明辨，而且，檢測(cè)結(jié)果不受周圍環(huán)境的背景光以及光學(xué)薄膜表面反光特性的影響，具有非常高的可靠性，和現(xiàn)有光學(xué)薄膜表面缺陷檢測(cè)方法相比，具有方便、快速和可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)的說明。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于微分干涉的光學(xué)薄膜缺陷檢測(cè)方法，如圖1所示，包括以下步驟：

S1、調(diào)整入射的光源為平面光波，并調(diào)整待檢測(cè)的光學(xué)薄膜的表面與平面光波垂直。

S2、平面光波依次經(jīng)過光欄、光學(xué)薄膜、第一準(zhǔn)直透鏡和柱狀透鏡后，通過微分干涉形成兩束平行的出射光。

本方案利用平板分光鏡(分束鏡)等光學(xué)方法對(duì)平面光波進(jìn)行微分干涉。

S3、兩束平行的出射光經(jīng)過第二準(zhǔn)直透鏡，在光電探測(cè)器上成像為微分干涉圖像。

本方案中的光電探測(cè)器采用線性陣列光電探測(cè)器，以提高光電探測(cè)器的探測(cè)靈敏度。

S4、通過計(jì)算機(jī)對(duì)微分干涉圖像進(jìn)行分析，獲取光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部缺陷。

第一準(zhǔn)直透鏡與柱狀透鏡的焦距之和等于第二準(zhǔn)直透鏡與光電探測(cè)器的焦距之和，且第一準(zhǔn)直透鏡、柱狀透鏡、第二準(zhǔn)直透鏡和光電探測(cè)器的焦距范圍為35-100mm。同時(shí)，第一準(zhǔn)直透鏡與柱狀透鏡的光軸重疊形成第一光軸，第二準(zhǔn)直透鏡與光電探測(cè)器的光軸重疊形成第二光軸，第一光軸與第二光軸垂直，且垂足位于平板分光鏡的中心。

步驟S4具體如下：

透過光學(xué)薄膜前后的光振幅分別設(shè)為U_A和U_B，光學(xué)薄膜的初始相位設(shè)為由于入射光波可近似為理想平面光波，因此可設(shè)初始相位為常數(shù)，光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部氣泡等缺陷的相位設(shè)為光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部等缺陷引起的相位變化設(shè)為則

透過光學(xué)薄膜前的平面光波的復(fù)振幅U₁表示為：

透過光學(xué)薄膜后的平面光波的復(fù)振幅U₂表示為：

通過微分干涉，得到復(fù)振幅U₂(x,y)的導(dǎo)函數(shù)U′₂(x,y),導(dǎo)函數(shù)U′₂(x,y)表示為：

由公式(3)中復(fù)振幅U₂(x,y)的導(dǎo)函數(shù)U′₂(x,y)求得微分干涉圖像的光強(qiáng)I(x,y)為：

由公式(4)可以看出，相位變化可以引起微分干涉圖像的光強(qiáng)I(x,y)變化，因此，可根據(jù)微分干涉圖像推斷出光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部等缺陷引起的相位變化

設(shè)光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部等缺陷引起的厚度變化為d(x,y)，折射率為n，平面光波的入射角為零，則平面光波透過光學(xué)薄膜后產(chǎn)生的光程差nd(x,y)與相位變化的關(guān)系表示為：

由公式(5)可知，光學(xué)薄膜的相位變化正比于光學(xué)薄膜的厚度變化d(x,y)，即光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部氣泡等缺陷引起的厚度變化都表現(xiàn)為光學(xué)薄膜的相位變化，因此，通過對(duì)微分干涉圖像進(jìn)行分析，可以獲取光學(xué)薄膜的表面和內(nèi)部氣泡等缺陷的分布形狀。

如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于微分干涉的光學(xué)薄膜缺陷檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)原理示意圖，從光源1的入射方向，依次包括光欄2、待檢測(cè)的光學(xué)薄膜9、第一準(zhǔn)直透鏡3、柱狀透鏡4、平板分光鏡5、第二準(zhǔn)直透鏡6和光電探測(cè)器7，具體的調(diào)整過程為：先調(diào)整光源1發(fā)射的光束為平面光波，垂直透過待檢測(cè)的光學(xué)薄膜9，然后經(jīng)過第一準(zhǔn)直透鏡3和柱狀透鏡4后，垂直進(jìn)入平板分光鏡5，調(diào)節(jié)兩束平行的出射光通過第二準(zhǔn)直透鏡6進(jìn)入光電探測(cè)器7，然后與計(jì)算機(jī)8連接。

光源1可以選擇各種功率連續(xù)波光源，如鹵素?zé)艄庠吹取?/p>

如圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，分別為采用本方案檢測(cè)到的光學(xué)薄膜的雜質(zhì)示意圖、氣泡示意圖、灰點(diǎn)示意圖、指甲劃痕示意圖和墊傷示意圖。

本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。