光學檢測之角度分辨檢測技術

組成

表面散射模型的光線散射區域分為4個部分，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

光學原理 由表面散射模型可知，相機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，在不同的位置搭配光源和相機能夠得到不同的成像特征。

典型照明方式

明場照明光線經工件表面反射進入傳感器，相應的像素灰度值高，當工件表面存在缺陷時，光線反射角度發生偏轉使光線偏離傳感器，相應的像素灰度值低；針對不同尺度的表面缺陷又衍生出暗場及低角度暗場照明方式。背光照明根據工件的不透光性，能夠清晰的呈現工件的輪廓特征。漫反射照明可消除陰影，并利用不同顏色表面對光的吸收性不同，能夠清晰的呈現曲面表面特殊顏色印刷的符號。同軸明場也是明場照明方式，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。

角度分辨光譜技術的應用

1.測量材料的光學常數

光學常數，包括折射率、消光系數、復介電常數和光電導率等，是描述光電材料性質的數據基礎，反映了光與物質的相互作用，解釋了光在介質中的傳播和耗散。光學常數的準確測定是材料和物理領域的研究基礎，不僅有助于理解新奇的光電現象，揭示其背后的物理機制，而且可以為相關光電器件的優化設計提供方向。

2.表征材料的輪廓和缺陷特征

半導體行業的發展以器件幾何尺寸的不斷縮小為標志，突破了計量設備量測能力的極限。量測能力是指測量數據需要足夠的精度，典型的量測規則要求計量精度為被測特征尺寸的1%。在20世紀90年代末，一種被稱為散射測量的技術出現，它滿足了高容量硅制造的測量需求。散射測量是一種基于晶圓制造過程中周期性特征產生的光散射分析的光學尺寸計量。由于散射測量具有快速、定量和無損的特點，在大批量光學特征尺寸的測量中，光學散射測量是SEM的一個有吸引力的替代品。

3.研究微納光子材料的光學性質

近年來，研究者對微納光子材料，如光子晶體、超材料、等離激元結構等的研究層出不窮，為基礎研究和應用研究提供了新思路。微納光子材料可以在波長甚至亞波長尺度上調制光子的運動，提供了新的光調控手段。在微納光子材料中，光子色散決定了材料對外部光場的響應，并在微納光子材料中產生各種新奇的現象，例如：三維光子晶體中與角度相關的反射效應來源于其色散中的光子帶隙；在復色散帶曲率的影響下，超材料中產生了負折射效應。因此，采集樣品在動量空間的光子色散對于研究微納光子材料有著重大意義。到目前為止，除前文介紹的動量空間成像系統以外，還存在其他方式可以實現動量分辨光譜的采集，并且通過這些系統進一步研究了微納光子材料的性質。

4.光學散射成像

散射是一個物理過程，限制著所有光學成像系統的成像性能。例如，激光雷達（LiDAR）系統對于汽車、水下和空中飛行器的感知和探測與其周圍的三維環境至關重要。然而，目前的LiDAR系統在云、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航系統的關鍵障礙，阻礙了系統的穩健和安全運行。類似的挑戰也出現在與遙感或天文學相關的其他宏觀應用中，其中大氣散射層阻礙了測量捕獲。在微觀應用中，如生物醫學成像和神經成像，生物組織的散射使進入大腦的成像復雜化，是高分辨率活體成像的障礙。在這些應用中，通過強散射介質進行穩定、高效地成像是一個挑戰，因為它通常需要求解一個復雜的逆問題。

來源：機械視覺沙龍