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原文传递检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置和方法

专利名称：	检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置和方法
摘要：	本发明公开了一种检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置和方法。本发明步骤如下：步骤1、将装置调整至最优偏振测量态；步骤2、利用旋转台S15和平移台S16扫描整个光滑表面，记录每一点的强度信号s0和偏振特征x0；步骤3、根据强度信号s0的值判别每个扫描点是否存在颗粒；步骤4、若存在颗粒，将偏振特征x0的值输入分类器，来区分表面颗粒和亚表面颗粒。本发明解决了传统激光散射技术无法识别散射源的难题，不仅能推动缺陷自动化检测系统的发展和应用，更为提高先进光学元件、半导体晶圆的超精密加工技术、提高工业生产产量等提供有力手段。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	杭州晶耐科光电技术有限公司
发明人：	杨甬英;曹频
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910730335.1
公开号：	CN110426326A
代理机构：	杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	朱月芬
分类号：	G01N15/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	311113 浙江省杭州市余杭区良渚街道沈港路10号506室
主权项：	1.检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置，其特征在于该装置具体如下：激光器(S1)发出的光线经过准直器(S2)、聚焦透镜(S3)、偏振态产生器(S4)后，获取偏振态，并从椭球反射镜(S5)上的一个小孔中以一定的角度斜照射并会聚在光滑表面(S6)上；光滑表面(S6)产生的反射光从椭球反射镜上的另一个对称小孔处射出，而当被照明处存在颗粒(S7)时，其引发的散射光会被椭球反射镜(S5)收集，会聚在上方的光电倍增管(S8)上并被探测，得到强度信号s0；在椭球反射镜(S5)的盲区，部分的散射光经过一个收集透镜(S9)和反射镜(S10)后，进入偏振测量通道；在该通道内，光线经过偏振态分析器(S11)后被一个偏振分光棱镜(S12)分成两束，分别被第一光电倍增管(S13)和第二光电倍增管(S14)探测，分别得到信号s1和s2，从这个两个信号中提取出只与颗粒偏振特性有关的偏振特征x0，即x0＝s1/(s1+s2)，偏振特征x0用来区分表面和亚表面颗粒；光滑表面(S6)被安装在一个旋转台(S15)和一个平移台(S16)上，使得整个表面能以螺旋线形轨迹被完整的扫描；偏振态产生器(S4)由偏振片(S17)和第一四分之一波片(S18)组成，偏振态分析器(S11)由第二四分之一波片(S19)组成，偏振片(S17)、第一四分之一波片(S18)和第二四分之一波片(S19)都能够绕着中心轴进行旋转，且中心轴与光路光轴(S20)重合，四分之一波片的工作波长与照明激光波长相同；令垂直纸面向内的方向为X轴，平行纸面向上的方向为Y轴，在偏振态产生器(S4)和偏振态分析器(S11)中，线偏振片的通光轴(S21)、第一四分之一波片(S18)的快轴(S22)和第二四分之一波片(S19)的快轴(S22)与X轴的夹角分别用φG、θG、θA表示，这三个角度组成了偏振测量态，影响不同颗粒的偏振特征x0的值。 2.如权利要求1所述的检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置的实现方法，其特征在于检测与区分的步骤具体如下：步骤1、将装置调整至最优偏振测量态；步骤2、利用旋转台和平移台扫描整个光滑表面，记录每一点的强度信号s0和偏振特征x0；步骤3、根据强度信号s0的值判别每个扫描点是否存在颗粒；步骤4、若存在颗粒，将偏振特征x0的值输入分类器，来区分表面颗粒和亚表面颗粒。 3.如权利要求2所述的检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置的实现方法，其特征在于步骤1所述的最优偏振测量态，获取步骤具体如下：步骤1-1、建立表面颗粒和亚表面颗粒的Mueller矩阵样本库；步骤1-2、根据偏振理论，预测样本库中所有样本在任一偏振测量态下的偏振特征x0；步骤1-3、用正态分布函数来拟合表面颗粒和亚表面颗粒的偏振特征x0值的分布，分别得到概率密度函数P0(x)和P1(x)；步骤1-4、计算概率密度函数P0(x)和P1(x)之间的巴式距离，用来表征任一偏振测量态下，表面颗粒和亚表面颗粒的偏振特征的区分度；步骤1-5、利用非线性优化算法搜索巴式距离的最大值，对应的偏振测量态即为最优偏振测量态。 4.如权利要求3所述的检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置的实现方法，其特征在于步骤1-3所述的用正态分布函数来拟合表面颗粒和亚表面颗粒的偏振特征x0的值的分布，分别得到概率密度函数P0(x)和P1(x)，公式如下：其中，μc和σc分别为样本库中偏振特征的均值和标准差。 5.如权利要求4所述的检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置的实现方法，其特征在于步骤1-4所述的计算概率密度函数P0(x)和P1(x)之间的巴式距离，用来表征任一偏振测量态下，表面颗粒和亚表面颗粒的偏振特征的区分度；巴式距离的值越大，表示两个分布的差异越大，即表面颗粒和亚表面颗粒的偏振特征的区分度越高，定义如下： 6.如权利要求5所述的检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置的实现方法，其特征在于步骤1-1所述的建立表面颗粒和亚表面颗粒的Mueller矩阵样本库，具体如下：表面和亚表面颗粒的Mueller矩阵样本库通过两种方式来建立；第一种是理论仿真法，其根据颗粒散射的理论模型，通过数学仿真来计算不同类型颗粒的Mueller矩阵，从而建立样本库；第二种是实验测量法，基于装置，收集大量颗粒样本，利用偏振测量方法来实验测量颗粒的Mueller矩阵，从而建立样本库。 7.如权利要求6所述的检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置的实现方法，其特征在于步骤3具体：根据强度信号s0的值判别每个扫描点是否存在颗粒；具体的判断方法为将s0的值与特定的阈值t0比较，若大则认为该点存在颗粒，否则认为该点不存在颗粒；阈值t0根据背景的噪声水平和颗粒的散射光强度来设定。 8.如权利要求2或7所述的检测与区分光滑表面和亚表面颗粒的激光偏振装置的实现方法，其特征在于步骤4所述的分类器，具体如下：在最优测量偏振态下，利用步骤1-3所述的方法计算表面颗粒的概率密度函数P0(x)和亚表面颗粒的概率密度函数P1(x)，然后计算偏振特征x0对应的两个函数值，若P0(x0)＞P1(x0)，则颗粒被判定为表面颗粒，否则被判定为亚表面颗粒。
所属类别：	发明专利