本發(fā)明是關(guān)于一種自動(dòng)追焦系統(tǒng)，尤指一種用于氣浮載臺(tái)的自動(dòng)追焦系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

精密檢測(cè)通常適用于須具備高精密度、低容錯(cuò)率的產(chǎn)品，通常配合一自動(dòng)化控制產(chǎn)線設(shè)置，并配設(shè)于供應(yīng)鏈末端的位置，以對(duì)制造的成品進(jìn)行表面污損、磨損、漏銅等瑕疵的檢測(cè)。其通常包含有一光學(xué)儀器(例如:線掃描攝影機(jī)、面掃描攝影機(jī)等)用以對(duì)工件的表面取像，再以計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)來(lái)檢出異物或圖案異常等瑕疵。

在對(duì)精密工件(例如面板)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，為避免工件于輸送程序中因輸送帶刮傷或污損產(chǎn)生瑕疵，針對(duì)部分精密工件會(huì)設(shè)置氣浮載臺(tái)，通過(guò)對(duì)工件提供正壓，使工件懸空以避免與下方平面接觸。在輸送的過(guò)程中欲對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)，工件因?yàn)闅飧〉淖饔?，?huì)懸浮在載臺(tái)上方，懸浮的高度會(huì)在相當(dāng)?shù)姆秶祪?nèi)浮動(dòng)(例如300um)，由于一般攝影機(jī)的景深只有35um，并不能將待測(cè)物精準(zhǔn)的控制在景深范圍內(nèi)。因此，搭配所述的氣浮載臺(tái)勢(shì)必要提供一種快速又有效的追焦方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)焦時(shí)執(zhí)行的演算步驟過(guò)于復(fù)雜，無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)對(duì)焦的缺陷。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)，包括一影像捕獲設(shè)備、一驅(qū)動(dòng)裝置、以及一焦距調(diào)整模塊。該影像捕獲設(shè)備朝拍攝區(qū)域?qū)σ还ぜM(jìn)行影像擷取，以獲得該工件的影像。該驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)整該影像捕獲設(shè)備與該工件之間的間距。該焦距調(diào)整模塊耦合至該影像捕獲設(shè)備與該驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)該工件的影像中預(yù)定義的一圖形特征，產(chǎn)生一控制信號(hào)并傳送至該驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)該驅(qū) 動(dòng)裝置調(diào)整該影像捕獲設(shè)備的位置。

進(jìn)一步地，該動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)包含一氣浮載臺(tái)，其對(duì)工件提供正壓使該工件懸浮于該氣浮載臺(tái)的上方。

進(jìn)一步地，該動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)包含一光學(xué)投影器，所述的圖形特征是由該光學(xué)投影器投射至該工件上或該工件的附近。

進(jìn)一步地，該焦距調(diào)整模塊依據(jù)該圖形特征與預(yù)定義圖形特征間的比例，計(jì)算出該影像捕獲設(shè)備與正確焦距位置間的距離參數(shù)，并依據(jù)該距離參數(shù)控制該驅(qū)動(dòng)裝置使該影像捕獲設(shè)備移動(dòng)至該正確焦距位置。

進(jìn)一步地，該動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)，還包含有一設(shè)置于該影像捕獲設(shè)備及該拍攝區(qū)域之間以提供同軸光源的光源模塊。

進(jìn)一步地，該光源模塊包含有一設(shè)置于該影像捕獲設(shè)備一側(cè)的照明單元，以及一設(shè)置于該影像捕獲設(shè)備及該拍攝區(qū)域之間以將該照明單元的光線反射至該拍攝區(qū)域以形成該同軸光源的分光鏡。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)，包括一第一影像捕獲設(shè)備、一第二影像捕獲設(shè)備、一驅(qū)動(dòng)裝置、以及一焦距調(diào)整模塊。該第一影像捕獲設(shè)備朝拍攝區(qū)域?qū)σ还ぜM(jìn)行影像擷取，以獲得該工件的影像。該第二影像捕獲設(shè)備鎖定該工件上或該工件附近的預(yù)定義圖形特征。該驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)整該影像捕獲設(shè)備與該工件之間的間距。該焦距調(diào)整模塊耦合至該第二影像捕獲設(shè)備與該驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)該工件的影像中預(yù)定義的一圖形特征，產(chǎn)生一控制信號(hào)并傳送至該驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)該驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)整該影像捕獲設(shè)備的位置。

進(jìn)一步地，該動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)包含一氣浮載臺(tái)，其對(duì)工件提供正壓使該工件懸浮于該氣浮載臺(tái)的上方。

進(jìn)一步地，該動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)包含一光學(xué)投影器，所述的圖形特征系由該光學(xué)投影器投射至該工件上或該工件的附近。

進(jìn)一步地，該焦距調(diào)整模塊是依據(jù)該圖形特征與該預(yù)定義圖形特征間的比例，計(jì)算出該第一影像捕獲設(shè)備與正確焦距位置間的距離參數(shù)，并依據(jù)該距離參數(shù)控制該驅(qū)動(dòng)裝置使該第一影像捕獲設(shè)備移動(dòng)至該正確焦距位置。

進(jìn)一步地，該動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)包含一設(shè)置于該第一影像捕獲設(shè)備及該拍攝區(qū)域之間以提供同軸光源的光源模塊。

進(jìn)一步地，該光源模塊包含一設(shè)置于該第一影像捕獲設(shè)備一側(cè)的照明單元，以及一設(shè)置于該第一影像捕獲設(shè)備及該拍攝區(qū)域之間以將該照明單元的光線反射至該拍攝區(qū)域以形成該同軸光源的分光鏡。

因此，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)勢(shì)功效：

1.本發(fā)明的演算流程簡(jiǎn)單，可快速的將影像捕獲設(shè)備調(diào)整至正確的焦距位置并持續(xù)對(duì)工件追焦，確保所拍攝到的影像均能清晰顯示。

2.本發(fā)明經(jīng)由預(yù)定義圖形特征的大小調(diào)整焦距，可避免因分辨率判斷差異，造成每幅影像尺寸參差不一，產(chǎn)生誤差。

附圖說(shuō)明

圖1，本發(fā)明第一實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)的示意圖。

圖2a，本發(fā)明自動(dòng)追焦系統(tǒng)工作中對(duì)焦?fàn)顟B(tài)圖形特征示意圖。

圖2b，本發(fā)明自動(dòng)追焦系統(tǒng)工作中失焦?fàn)顟B(tài)圖形特征示意圖。

圖2c，本發(fā)明自動(dòng)追焦系統(tǒng)工作中對(duì)焦?fàn)顟B(tài)影像捕獲設(shè)備的位置示意圖。

圖2d，本發(fā)明自動(dòng)追焦系統(tǒng)工作中失焦?fàn)顟B(tài)影像捕獲設(shè)備的位置示意圖。

圖3，本發(fā)明第二實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)式自動(dòng)追焦系統(tǒng)的示意圖。

100 自動(dòng)追焦系統(tǒng)

P 工件

Q 圖形特征

10 氣浮載臺(tái)

11 氣嘴

21 影像捕獲設(shè)備

22 驅(qū)動(dòng)裝置

23 焦距調(diào)整模塊

30 光源模塊

31 照明單元

32 分光鏡

33 擴(kuò)散片

40 光學(xué)投影器

200 自動(dòng)追焦系統(tǒng)

51 第一影像捕獲設(shè)備

52 第二影像捕獲設(shè)備

53 驅(qū)動(dòng)裝置

54 焦距調(diào)整模塊

55 分光鏡

60 光源模塊

具體實(shí)施方式

有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明及技術(shù)內(nèi)容，現(xiàn)就配合圖示說(shuō)明如下。再者，本發(fā)明中的圖示，為說(shuō)明方便，其比例未必照實(shí)際比例繪制，該等圖示及其比例并非用以限制本發(fā)明的范圍，在此先行敘明。

本發(fā)明提供的自動(dòng)追焦系統(tǒng)可應(yīng)用于自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(Automated Optical Inspection)機(jī)臺(tái)上，配合影像捕獲設(shè)備(CCD,CMOS攝像機(jī))用于對(duì)半導(dǎo)體、芯片等微機(jī)電組件(MEMS Components)或是面板、晶圓或其他類(lèi)似的工件進(jìn)行精密檢測(cè)。有關(guān)于本發(fā)明自動(dòng)追焦系統(tǒng)的詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容以下系配合圖示進(jìn)行說(shuō)明：

請(qǐng)參閱圖1，揭示了本發(fā)明第一實(shí)施例的示意圖，如圖所示：

所述的自動(dòng)追焦系統(tǒng)100包括一供工件P設(shè)置的氣浮載臺(tái)10，一設(shè)置于該氣浮載臺(tái)10一側(cè)并包含有一拍攝區(qū)域的影像捕獲設(shè)備21，一設(shè)置于該影像捕獲設(shè)備21一側(cè)的驅(qū)動(dòng)裝置22，一耦合至該影像捕獲設(shè)備21與該驅(qū)動(dòng)裝置22上的焦距調(diào)整模塊23，以及一設(shè)置于該影像捕獲設(shè)備21及該拍攝區(qū)域之間以提供同軸光源的光源模塊30。

所述的氣浮載臺(tái)10對(duì)工件P提供正壓使該工件P懸浮于該氣浮載臺(tái)10的上方。所述的氣浮載臺(tái)10的一側(cè)設(shè)置有氣壓泵(圖未式)，并對(duì)該氣浮載臺(tái)10表面上的多個(gè)氣嘴11提供正壓，使該氣嘴11向外吹氣，藉通過(guò)向上氣壓使該工件P飄浮于氣浮載臺(tái)10的上方。于一較佳實(shí)施例中，所述的 氣浮載臺(tái)10可通過(guò)治具固定該工件P側(cè)緣，并帶動(dòng)該工件P水平移動(dòng)，從而輸送該工件P。于另一較佳實(shí)施例中，可通過(guò)調(diào)整氣嘴11的方向使該工件P承受水平分力，通過(guò)水平分力帶動(dòng)該工件P前進(jìn)，本發(fā)明并不欲限制于上述的實(shí)施例。

所述的影像捕獲設(shè)備21追隨該工件P上下移動(dòng)，以確保該工件P能夠控制在合理的對(duì)焦范圍內(nèi)。該影像捕獲設(shè)備21可為電荷耦合裝置(Charge-coupled Device,CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)或其他類(lèi)似的影像捕獲設(shè)備，于本發(fā)明中不予以設(shè)限。

所述的驅(qū)動(dòng)裝置22結(jié)合至該影像捕獲設(shè)備21上，用以調(diào)整該影像捕獲設(shè)備21的高度，以控制該影像捕獲設(shè)備21與工件P間距。于一較佳實(shí)施例中，該驅(qū)動(dòng)裝置22利用伺服馬達(dá)旋轉(zhuǎn)螺桿，以帶動(dòng)乘載該影像捕獲設(shè)備21、光源模塊30、光源投影器40的載臺(tái)上下位移，由于伺服馬達(dá)的誤差極低，可精確地配合工件P的位置上下調(diào)整該影像捕獲設(shè)備21的高度。

所述的焦距調(diào)整模塊23經(jīng)由該影像捕獲設(shè)備21取得該工件P的影像，于該工件P的影像中鎖定預(yù)定義的圖形特征，并通過(guò)該驅(qū)動(dòng)裝置22調(diào)整該影像捕獲設(shè)備21的位置，使該圖形特征Q的大小符合預(yù)定義圖形特征的大小以實(shí)時(shí)追焦。有關(guān)于焦距調(diào)整模塊23的詳細(xì)演算流程，后方將有更詳細(xì)的說(shuō)明。

于本發(fā)明中所述的圖形特征Q可以為工件P上本身具有的花紋、圖案、電極形狀，亦可通過(guò)雷射或其他光學(xué)手段將影像投影至該工件P或工件P的周?chē)怨┙咕嗾{(diào)整模塊23作為對(duì)焦用的參考圖形。于本實(shí)施例中，提供了一光學(xué)投影器40，通過(guò)該光學(xué)投影器40將所述的圖形特征Q投射至該工件P或該工件P附近的位置。

所述的光源模塊30設(shè)置于該影像捕獲設(shè)備21及該拍攝區(qū)域之間用以照亮該工件P。該光源模塊30包含有一設(shè)置于該影像捕獲設(shè)備21一側(cè)的照明單元31，以及一設(shè)置于該影像捕獲設(shè)備及該拍攝區(qū)域之間，用以將該照明單元31的光源反射至該氣浮載臺(tái)10上以形成同軸光源的分光鏡32。所述的分光鏡32呈45度傾斜，可將照明單元31送出的部分光源向下轉(zhuǎn)折 90度用以照亮工件P，另一方面工件P的影像將穿過(guò)該分光鏡32并送至該影像捕獲設(shè)備21以供該影像捕獲設(shè)備21進(jìn)行拍攝。于其中一較佳實(shí)施例，該光源模塊30包含有一設(shè)置于該分光鏡32與該照明單元31之間的擴(kuò)散片33，該擴(kuò)散片33將照明單元31所送出的光源變得均勻，從而避免亮、暗帶的產(chǎn)生。

以下針對(duì)焦距調(diào)整模塊23的詳細(xì)演算方法進(jìn)行說(shuō)明：

請(qǐng)參閱圖2a～圖2d，在初始設(shè)定時(shí)，所述的焦距調(diào)整模塊23可通過(guò)預(yù)定義的方式(例如人工、或是透過(guò)影像調(diào)校)，對(duì)欲進(jìn)行檢測(cè)的工件P先進(jìn)行初步的取像，并由該工件P的影像中擷取出需要的圖形特征Q(例如工件P表面上的圖案、花紋、或是光學(xué)投影的圖形)，并將該圖形特征Q及該圖形特征Q的相關(guān)參數(shù)(例如半徑、長(zhǎng)度、或面積等)紀(jì)錄于儲(chǔ)存單元做為參考數(shù)據(jù)，完成初步的設(shè)定。

在進(jìn)行追焦時(shí)，該影像捕獲設(shè)備21取得該工件P的影像，于該工件P的影像中鎖定上述預(yù)定義的圖形特征，并調(diào)整影像捕獲設(shè)備21的位置(高度)使該預(yù)定義圖形特征的符合預(yù)定義的大小以完成對(duì)焦。

在其中一較佳實(shí)施例中，焦距調(diào)整模塊23可實(shí)時(shí)演算圖形特征Q的面積大小以將該影像捕獲設(shè)備21移動(dòng)至正確的焦距。影像捕獲設(shè)備21由影像中找到預(yù)定義的圖形特征，并擷取出該圖形特征Q。所擷取出的圖形特征Q藉通過(guò)實(shí)時(shí)演算的方式分析大小(半徑、長(zhǎng)度、面積等)，若圖形特征Q的大小小于預(yù)存的參數(shù)時(shí)，該焦距調(diào)整模塊23控制該影像捕獲設(shè)備21向上移動(dòng)，使影像捕獲設(shè)備21的焦點(diǎn)向上移動(dòng)；反之，若圖形特征Q的大小大于預(yù)存的參數(shù)時(shí)，該焦距調(diào)整模塊23向下移動(dòng)該影像捕獲設(shè)備21，使影像捕獲設(shè)備21的焦點(diǎn)向下移動(dòng)。在移動(dòng)的同時(shí)，可通過(guò)實(shí)時(shí)演算圖形特征Q的面積大小，分析影像捕獲設(shè)備21是否已達(dá)到默認(rèn)的對(duì)焦位置，達(dá)到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)自動(dòng)追焦的功能。

在另一較佳的實(shí)施例中，該焦距調(diào)整模塊23依據(jù)該圖形特征Q與預(yù)定義圖形特征間的比例，計(jì)算出與正確焦距位置間的距離參數(shù)，并依據(jù)該距離參數(shù)控制該驅(qū)動(dòng)裝置22使影像捕獲設(shè)備21移動(dòng)至該正確焦距位置。

具體請(qǐng)參閱圖2a，當(dāng)工件P上的圖形特征Q可被影像捕獲設(shè)備21清 晰聚焦時(shí)，可產(chǎn)生與預(yù)定義圖形特征大小相同的光學(xué)標(biāo)記圖案。但當(dāng)該影像捕獲設(shè)備21在失焦的情況下，該光學(xué)投影器40并未將圖形特征Q投影在該工件P的對(duì)焦面上，將產(chǎn)生另外的失焦圖案，如圖2b所示。參考圖2c～圖2d，假設(shè)預(yù)定義的圖形特征直徑為x，所拍攝到的圖形特征Q經(jīng)由算法可取得直徑為y。由于對(duì)焦和失焦的圖案間的特征直徑有線性關(guān)系，意味著可通過(guò)系數(shù)轉(zhuǎn)換成與對(duì)焦面的工作距離的差距，C為工作距離和特征直徑間的線性系數(shù)，此系數(shù)在同一追焦系統(tǒng)(相同環(huán)境條件)下為定值，且可經(jīng)由實(shí)際測(cè)試獲得，因此應(yīng)移動(dòng)的正確焦距位置間的距離Δf可通過(guò)以下公式取得：

Δf＝C(x-y)

當(dāng)所計(jì)算出的距離Δf的值為正，則代表影像捕獲設(shè)備21需向下移動(dòng)|Δf|的距離，通過(guò)放大影像并移動(dòng)至正確的焦距位置；當(dāng)所計(jì)算出的距離Δf的值為負(fù)，則代表影像捕獲設(shè)備21需向上移動(dòng)|Δf|的距離，從而縮小影像并移動(dòng)至正確的焦距位置。

通過(guò)上述的方式，可快速的將影像捕獲設(shè)備21移動(dòng)至正確的焦距位置，進(jìn)一步達(dá)到實(shí)時(shí)對(duì)焦的目的。

以下通過(guò)本發(fā)明另一較佳實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，本實(shí)施例與第一實(shí)施例的主要差異點(diǎn)在于將影像捕獲設(shè)備拆分為兩組，一組用以檢測(cè)工件的瑕疵，一組用以計(jì)算工件的間距。其余與第一實(shí)施例相同部分，以下即不再贅述。請(qǐng)參閱圖3，其揭示了本發(fā)明第二實(shí)施例的示意圖，如圖所示：

在本實(shí)施例中，提供了一種自動(dòng)追焦系統(tǒng)200，包含一檢測(cè)該工件P瑕疵的第一影像捕獲設(shè)備51，一鎖定該工件P上或附近圖形特征Q的第二影像捕獲設(shè)備52，一調(diào)整該第一影像捕獲設(shè)備51與該工件P間距的驅(qū)動(dòng)裝置53，以及一連接至該驅(qū)動(dòng)裝置53及該第二影像捕獲設(shè)備52的焦距調(diào)整模塊54。該焦距調(diào)整模塊54根據(jù)該工件P的影像中的預(yù)定義一圖形特征，產(chǎn)生一控制訊號(hào)并傳送至該驅(qū)動(dòng)裝置53，通過(guò)該驅(qū)動(dòng)裝置53調(diào)整該第一影像捕獲設(shè)備51的位置。

在本實(shí)施例中，所述的第一影像捕獲設(shè)備51與第二影像捕獲設(shè)備52固定在同一載臺(tái)上，由焦距調(diào)整模塊54控制并通過(guò)螺桿移動(dòng)。工件P的光 路經(jīng)由分光鏡55分別傳送至該第一影像捕獲設(shè)備51及該第二影像捕獲設(shè)備52。光源模塊60設(shè)置于該分光鏡55的下方，光學(xué)投影器40則設(shè)置于該氣浮載臺(tái)10的一側(cè)。該光源模塊60及光學(xué)投影器40追隨該第一影像捕獲設(shè)備51及該第二影像捕獲設(shè)備52上下移動(dòng)(例如設(shè)置于同一載臺(tái)上)，以便該光源模塊60、光學(xué)投影器40、該第一影像捕獲設(shè)備51、該第二影像捕獲設(shè)備52保持固定的間距，使拍攝到的每張影像均能維持相同的亮度及清晰度。在對(duì)焦時(shí)，由第二影像捕獲設(shè)備52實(shí)時(shí)偵測(cè)并計(jì)算光學(xué)投影器40在工件上的圖形特征Q取得對(duì)焦值(差異值)，基于該對(duì)焦值同時(shí)控制馬達(dá)移動(dòng)該第一影像捕獲設(shè)備51、該第二影像捕獲設(shè)備52、該光源模塊60、及該光學(xué)投影器40直到對(duì)焦值符合預(yù)期。

在另一較佳實(shí)施例中，所述的第二影像捕獲設(shè)備52與該第一影像捕獲設(shè)備51設(shè)置于不同的載臺(tái)上。該第一影像捕獲設(shè)備51可移動(dòng)，該第二影像捕獲設(shè)備52則為固定位置。分光鏡55設(shè)置于該第一影像捕獲設(shè)備51及第二影像捕獲設(shè)備52之間，該第一影像捕獲設(shè)備51于該分光鏡55的光路上直向移動(dòng)，以調(diào)整該第一影像捕獲設(shè)備51至焦距位置。該光源模塊60及光學(xué)投影器40追隨該第一影像捕獲設(shè)備51上下移動(dòng)(例如設(shè)置于同一載臺(tái)上)，使拍攝到的每張影像均能維持相同的亮度及清晰度。所述的第二影像捕獲設(shè)備52將該圖形特征Q與預(yù)定義的大小進(jìn)行比對(duì)，并計(jì)算出對(duì)焦值(差異值)傳送至焦距調(diào)整模塊54，該焦距調(diào)整模塊54依據(jù)該對(duì)焦值控制第一影像捕獲設(shè)備51與光源模塊60及光學(xué)投影器40的位置直到對(duì)焦值符合預(yù)期，以達(dá)到動(dòng)態(tài)自動(dòng)追焦的功能。

綜上所述，本發(fā)明的演算流程簡(jiǎn)單，可快速的將影像捕獲設(shè)備調(diào)整至正確的焦距位置并持續(xù)對(duì)工件動(dòng)態(tài)自動(dòng)追焦，確保所拍攝到的影像均能清晰顯示。此外，本發(fā)明經(jīng)由預(yù)定義圖形特征的大小調(diào)整焦距，可避免因分辨率判斷差異，造成每幅影像尺寸參差不一，產(chǎn)生誤差。

以上已將本發(fā)明做一詳細(xì)說(shuō)明，惟以上所述者，僅是本發(fā)明的一較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即凡一本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明的專(zhuān)利涵蓋范圍內(nèi)。