作者单位
摘要
1 暨南大学理工学院光电工程系,广东 广州 510632
2 广东技术师范大学光电工程学院,广东 广州 510665
3 暨南大学广东省光纤传感与通信技术重点实验室,广东 广州 510632
半导体芯片等微纳器件制造过程中,对其形貌进行表征有助于制造工艺评估和缺陷检测。为了获得待测样品完整的信息,通常需要使用明场显微镜、暗场显微镜等进行多种成像模式的联合表征。但目前实现多模式成像常须更改实验装置或使用不同的成像系统,导致获取的多模式图像的视场不同,不利于将多模式成像结果综合起来对待测样品进行全面分析。针对以上问题,提出基于单像素成像原理的多模式显微成像技术。该技术将宽场照明显微镜中的光源替换成结构照明光源,然后将相机每个像素点作为单像素探测器,并利用单像素重建算法得到艾里斑图像。艾里斑图像中不同位置的值代表不同物点发出的不同级次的衍射信号。通过从艾里斑图像中提取不同位置的值,按照相机像素坐标排列,可以重建不同模式的图像。与传统的多模式显微成像方法相比,所提基于单像素成像原理的多模式显微成像技术采用同一套装置和相同的实验数据,重建的多模式图像的视场相同。所提方法为显微成像技术的发展提供了一种全新的思路,有望在微纳器件的离线形貌表征中得到应用。
多模式显微成像 单像素成像 明场成像 偏置成像 暗场成像 
光学学报
2023, 43(21): 2111003
Author Affiliations
Abstract
1 Anhui Province Key Laboratory of Measuring Theory and Precision Instrument, School of Instrument Science and Opto-electronic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
2 Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Fabrication of high-quality optics puts a strong demand on high-throughput detection of macroscopic bulk defects in optical components. A dark-field line confocal imaging method is proposed with two distinct advantages: (i) a point-to-line confocal scheme formed by a columnar elliptical mirror and an optical fiber bundle breaks through the constraint on light collection angle and field of view in the traditional line confocal microscopy using an objective, allowing for an extended confocal line field of more than 100 mm while maintaining a light collection angle of 27°; (ii) the bulk defects are independently illuminated as a function of time to eliminate the cross talk in the direction of the confocal slit, thus preserving point confocality and showing the optical section thicknesses to be 162 µm in the axial direction, and 19 and 22 µm in the orthogonal transverse directions. The experimental results verify that the method has a minimum detectable bulk defect of less than 5 µm and an imaging efficiency of 400 mm2/s. The method shows great potential in high-throughput and high-sensitivity bulk defects detection.
line confocal imaging dark-field imaging bulk defects detection 
Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041203
作者单位
摘要
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
为了研究精密光学元件表面微弱疵病的散射特性, 基于矢量散射理论和双向反射分布函数, 建立了光学表面微弱疵病的散射理论模型。通过仿真计算了双向反射分布函数随散射角的变化情况, 分析了入射角度、入射光波长以及疵病自身尺寸等因素对疵病散射光特性的影响。基于仿真数据分析, 针对光源参数对散射特性的影响进行仿真分析, 为使用暗场成像法进行精密表面疵病检测的系统参数选择提供理论参考, 疵病检测入射角范围为30°~50°最佳; 在可见光范围内时, 380~500 nm的波长范围更有利于疵病检测。另外还通过研究疵病尺寸发生改变时散射场变化的规律, 为分辨疵病的形状大小等信息提供了参考依据。
双向反射分布函数 矢量散射 表面疵病 散射特性 显微暗场成像 BRDF vector scattering surface defect scattering characteristics microscopic dark field imaging 
光学与光电技术
2022, 20(2): 54
作者单位
摘要
深圳大学 物理与光电工程学院,广东 深圳 518060
为了更好地理解相位光栅的成像过程,提出了一种新的分析方法——主级次分析法。主级次分析法分析相位光栅成像过程的关键思路在于找到相位光栅成像过程中起主要作用的衍射级次,忽略掉不重要的衍射级次,从而极大地化简了分析过程。主级次分析法的分析结果表明,对于占空比50%的π相位光栅,其在成像过程中起主要作用的是光栅的正负一级衍射,但正负三级衍射也是必不可少的。而对于占空比50%的π/2相位光栅,其成像过程中零级衍射的作用和正负一级衍射的作用同样重要,零级衍射不是仅仅产生有害的背景光强。
X射线相衬成像 X射线暗场成像 相位光栅 分数Talbot阶 对比度 X-ray phase-contrast imaging X-ray dark-field imaging Phase graing Fractional Talbot order Visibility 
光子学报
2021, 50(11): 1105002
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
在镜面表面缺陷检测技术中,常用的暗场成像检测法对于波纹类的三维镜面缺陷难以形成对比度,为此提出了一种结合暗场散射法和曲率成像法的综合型镜面表面缺陷检测方法。分别对暗场成像原理和基于条纹反射的曲率成像原理进行了理论分析;构建了结合两种成像模块的综合型镜面缺陷检测的实验装置;对注塑反射镜和抛光玻璃薄片两种样品进行了缺陷成像实验。实验结果表明,暗场散射成像可以有效检测麻点、划痕和油污等不同类型镜面缺陷,曲率分布图像可以清晰反映镜面表面的三维波纹缺陷,综合两种方法可以全面反映镜面表面的各类缺陷。该方法可为精密光学元件表面缺陷检测提供参考。
缺陷检测 条纹反射 相位测量 暗场成像 表面检测 defect detection fringe reflection phase measurement dark field imaging surface testing 
光学仪器
2021, 43(3): 1
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
针对大口径反射镜表面污染物的成像特点,研究了污染物的暗场检测算法,包括图像采集过程中的自动聚焦算法,图像处理过程中的畸变校正与污染物提取算法等。就自动聚焦算法提出了粗-精结合的峰值搜索策略,并采用Tenengrad函数作为清晰度评价函数,获得了较高的聚焦精度。畸变校正算法在所建畸变模型的基础上,基于标定板角点的射影变换性质,求解畸变模型系数,实现了图像畸变校正,校正结果的方均根误差为3.3092 pixel。污染物提取算法采用顶帽变换去除图像背景,对去除背景的图像采用拉普拉斯算子加权自适应二值化算法提取污染物,该算法针对光照不均的小尺寸污染物图像的处理效果较好,检测结果数量误差为7%,检测精度优于全局阈值算法以及均值算子加权自适应二值化算法。该检测算法可以为反射镜表面洁净状态评估提供技术支撑。
成像系统 暗场成像 自动聚焦 畸变校正 污染物提取 
光学学报
2020, 40(7): 0711003
作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710021
2 中国兵器科学院宁波分院, 浙江 宁波 310022
提出了一种基于稀疏矩阵的表面疵病快速拼接方法。该方法采用环形白光光源均匀地照射到被测元件表面,光经显微散射暗场成像系统后形成暗背景下的亮疵病图像。通过对光学元件的x,y方向进行扫描,得到子孔径拼接图像。基于稀疏矩阵和图像拼接,对子孔径图像进行快速拼接,得到全孔径疵病图像。基于最小外接矩形原理,对图像疵病进行识别和分类,最终得到7个光学元件表面疵病划痕,其最大长、宽分别为15.2110 mm和0.0297 mm;麻点有5个,其最大长、宽分别为0.1089 mm和0.0967 mm。将测量得到的划痕宽度与标准划痕宽度进行对比,得到划痕宽度的相对误差范围为-5.00%~5.50%。在此基础上,对实际的光学表面进行检测,得到光学元件表面疵病信息。
测量 疵病检测 显微散射暗场成像 图像拼接 稀疏矩阵 疵病识别 
中国激光
2019, 46(4): 0404007
作者单位
摘要
郑州大学物理工程学院,郑州 450001
指纹携带有人类的特殊信息,是最重要的个体特征之一。快速、清晰的指纹识别和提取对于刑事侦探、公共安全等领域具有重要的意义。金属纳米颗粒在暗场下对光具有强烈的散射作用,本文利用这一散射特性来研究指纹成像。在暗场成像条件下,当指纹和金属纳米颗粒相结合,金属纳米颗粒的散射性能呈现出指纹细节特征。这一特性为指纹的提取提供一种新方法,该方法可实现快速、简单的指纹信息提取,避免了化学方法对指纹细节信息的破坏。
暗场成像 散射 金属纳米颗粒 指纹识别 dark field imaging scattering metal nanoparticles fingerprint recognition 
光散射学报
2018, 30(2): 139
作者单位
摘要
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏省联合职业技术学院镇江分院, 江苏 镇江 212016
为了实现对树脂镜片的自动检测,建立了图像采集系统。对该系统所采用的设备参数及图像预处理、特征提取、疵病识别等算法进行了研究。首先根据镜片的尺寸和缺陷的检测精度等参数搭建了图像采集系统。其次,通过相机标定完成了图像拼接。然后,对图像进行预处理,提取了疵病的图像。最后,介绍了各种疵病的特征提取及分类算法。实验结果表明:所建系统的检测精度为0.02 mm,疵病种类的识别正确率为96.5%,基本满足镜片质量检测的分类准确、检测标准统一及检测速度快等要求。
图像处理 镜片检测 暗场成像法 同态滤波 直线拟合 
激光与光电子学进展
2013, 50(11): 111201
作者单位
摘要
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
第三代同步辐射为X射线成像提供了一个单色、能量可调谐的高亮度光源。对于由低Z材料组成的样品来说,相比于传统成像方法,X射线光栅微分相位成像可以实现更高的相位衬度灵敏度,与计算机层析(CT)技术相结合还可以实现三维高密度分辨成像和折射率的测量。在上海光源X射线成像及生物医学应用线站,成功搭建了一套X射线光栅成像系统。基于此成像系统,利用同一套扫描数据可重构出吸收、相位和散射三种衬度信息;对于标准聚合物样品,系统可以高精度定量测量样品的折射率信息。测试结果表明,建成的X射线光栅成像系统可以实现低Z材料和生物医学样品的多衬度成像,有望在生物医学、聚合物材料等领域的无损、高衬度及定量成像研究中发挥重要作用。
成像系统 X射线光学 微分相位衬度成像 光栅干涉仪 暗场成像 同步辐射 
光学学报
2013, 33(10): 1034001

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