[实用新型]一种检测透明材料表面和内部缺陷的暗场显微成像装置

说明书

技术领域

本实用新型属于材料检测领域，具体涉及一种检测透明材料表面和内部缺陷的暗场显微成像装置。本实用新型能够用于科学研究和工业制造中对透明材料表面和内部缺陷的成像检测。

背景技术

透明光学材料的表面和内部缺陷（如划痕、夹杂物、嵌入物、附着的污染物和气泡等）影响了元件的光学性能，如高能激光系统中光学元件表面和内部缺陷会吸收光能量而使元件容易损伤，再如用于沉积电路图案的半导体和玻璃衬底，其表面缺陷会降低沉积电路的良品率。

暗场照明显微镜是检测缺陷的有效装置。暗场照明显微镜采用特殊的照明方式避免照明光及其反射、折射光直接进入成像显微镜，而允许缺陷的散射光进入成像显微镜参与成像。散射光依靠缺陷本身的散射现象，或缺陷处折射率突变界面的折射，或缺陷不规则边缘的反射等因素，改变照明光的传播方向。暗场显微成像对散射物体具有很灵敏的成像效果，对比度高，十分适合检测透明材料的缺陷。

为检测透明材料表面和内部缺陷，透射式暗场显微成像是一种常用的方法，其原理是：当光在透明材料中传播时遇到缺陷产生散射，成像显微镜利用散射光成像。目前透射式暗场显微成像方法主要有两种，一种是利用棱镜耦合照明光的方法（全内反射式），一种是采用环状光斜照明的方法（环状照明式）。全内反射式的暗场显微成像利用了光的全反射原理：当光从高折射率物体（此处为待检测的透明材料）射向低折射率物体（此处是空气）时，若入射角大于临界角，光就无法进入空气，而在透明材料界面上被完全反射回透明材料；但当透明材料内部或表面存在缺陷时，光被缺陷散射，散射光因不满足全反射条件而从透明材料中泄漏进入空气，泄漏光被显微镜捕获而参与成像。这样，只有存在缺陷的地方才能形成亮的图像，而没有缺陷的地方因没有光泄漏而是黑暗的。为将满足全反射条件的照明光耦合进入透明材料内部，需要用一个三角棱镜置于待检测材料的下表面，照明光从三角棱镜的侧面射入。因此全内反射式暗场显微成像方法需要一个不小于待检测材料尺寸的三角棱镜，这对大尺寸的透明材料检测很不经济，而且笨重，另外由于照明光路与成像光路的轴线不重合，因此将照明区域与成像区域对准比较费时。环状照明式的暗场显微成像利用一个比成像显微镜数值孔径更大的物镜照明，照明物镜的出射光是环状的，与成像显微镜对应的中央部分没有光线，因此照明光无法直接进入成像显微镜。当材料内部或表面有缺陷时，照明光被散射，部分散射光能够进入成像显微镜参与成像。环状照明式暗场成像需要一个比成像显微镜数值孔径更大的物镜用于照明，成本较高，而且照明物镜的工作距离很短（一般几毫米），因此环状照明式暗场显微成像方法不适用于厚度较大的待测物体。

发明内容

为了克服现有技术中暗场显微成像装置成本较高、不易对准、材料厚度适应性差的不足，本实用新型提供一种检测透明材料表面和内部缺陷的暗场显微成像装置，本实用新型能够用于较大厚度透明材料的暗场显微成像装置，以满足光学制造和半导体工业等领域对材料表面和内部缺陷的检测需求。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型的一种检测透明材料表面和内部缺陷的暗场显微成像装置，其特点是，所述的暗场显微成像装置包括暗场照明单元、遮挡物、成像显微镜。所述的暗场照明单元由光源和照明镜头组成，光源、照明镜头、遮挡物、成像显微镜依次设置在同轴光路上。待检测的透明材料设置于照明镜头与遮挡物之间，位于成像显微镜的成像面上。所述的光源发出的照明直射光依次经照明镜头、透明材料后照射在遮挡物上。所述的照明直射光射在遮挡物上的光斑小于遮挡物的尺寸。所述的遮挡物的尺寸小于成像显微镜内第一面透镜的尺寸。

所述的遮挡物采用吸光型遮挡物、凹面状遮挡物、锥形遮挡物、有角度反射遮挡物、凸面状遮挡物中的一种。