自動聚焦系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明在其一些實施例中涉及自動聚焦系統(tǒng)，且更具體來說(但非排他性的)，涉及供在用于電路的檢驗系統(tǒng)中使用的自動聚焦系統(tǒng)，所述電路例如為印刷電路板(printedcircuit board ;PCB)、晶片、或其他上面包含圖案的大體平坦物體，例如薄膜晶體管(thinfilm transistor ;TFT)面板、平板顯不器(Flat Panel Display ;FPD)、及 0LED 面板。
【背景技術(shù)】
[0002]先前技術(shù)中、自動聚焦系統(tǒng)已知用于對晶片、裸PCB、平板顯示器(FPD)、薄膜晶體管(TFT)面板進(jìn)行自動化光學(xué)檢驗(automated optical inspect1n ;Α0Ι)且也用于PCB制作的成像解決方案。在這些領(lǐng)域中，相對平整物體(例如面板)是在近范圍處以通常小的場深來加以檢驗及/或成像。在一些自動化光學(xué)檢驗系統(tǒng)中，照相機(jī)的視場可能小至數(shù)百微米到數(shù)毫米，而面板的整體大小可高達(dá)2 X 2.5 m。在其他領(lǐng)域中，平整物體可能以更低放大率及更大場深來加以檢驗。通常需要使所述自動聚焦系統(tǒng)在對面板的不同部分進(jìn)行成像時維持準(zhǔn)確的工作距離。舉例來說，跨面板的工作距離偏差可歸因于板厚度的固有容差、面板平整度的容差、及/或Α0Ι系統(tǒng)(或類似系統(tǒng))在沿著支撐臺板的不同位置處的容差。
[0003]許多已知的自動聚焦系統(tǒng)使用三角測量方法來調(diào)整照相機(jī)的工作距離。通常，對于三角測量，將點、線或柵格圖案以斜角投射在表面上，并使用照相機(jī)來捕捉所投射光束的鏡面反射。感測所述點、線或柵格的側(cè)向位移，并使用三角測量方法來使所檢測側(cè)向位移與照相機(jī)相對于所定義工作距離的偏差相關(guān)。所感測側(cè)向位移或所檢測的相對于焦點的偏差為致動器提供用于調(diào)整照相機(jī)物鏡的定位的輸入。靈敏度隨傾斜照射角度及光束斑大小而變。
[0004]名稱為“使光學(xué)頭聚焦在物體主體上的方法及用于包含傾斜檢測的光學(xué)檢驗系統(tǒng)的自動聚焦裝置(Method of focusing optical head on object body and automaticfocusing device for optical inspect1n system including tilt detect1n)，，的第5，136，149號美國專利描述一種支撐在可移動臺板機(jī)構(gòu)上的半導(dǎo)體晶片，所述美國專利的內(nèi)容以引用方式并入本文中。為將晶片的表面維持在物鏡的焦點處且維持晶片與物鏡的光學(xué)軸線垂直的角度，將光束引導(dǎo)到晶片。所反射光被分成第一光束及第二光束。第一光束由一維位置感測裝置(posit1n sensing device ;PSD)接收，而第二光束由二維PSD接收。響應(yīng)于一維PSD及二維PSD的相應(yīng)輸出而驅(qū)動可移動臺板機(jī)構(gòu)，以便即使在使晶片移動以掃描所述晶片上的相應(yīng)區(qū)時也維持晶片與物鏡的對焦?fàn)顟B(tài)。
[0005]名稱為“具有圖案成像系統(tǒng)的自動聚焦顯微鏡(Autofocussing microscopehaving a pattern imaging system)”的第5，604，344號美國專利描述一種包括圖案成像系統(tǒng)、單個圖像檢測器、及圖案聚焦分析儀的用于顯微鏡的自動聚焦機(jī)構(gòu)，所述美國專利的內(nèi)容以引用方式并入本文中。所述圖案成像系統(tǒng)沿著顯微鏡的主光學(xué)路徑、透過所述顯微鏡的物鏡將至少一個圖案成像到物體表面上。接著，所述圖案的圖像與物體的圖像組合且被沿著主光學(xué)路徑而朝顯微鏡的圖像平面反射。公開了對高對比度圖案的使用。所述圖像檢測器檢測所反射圖像，且所述圖案聚焦分析儀通過分析圖像檢測器的輸出來確定圖案的清晰度。所述圖案聚焦分析儀還可向用于改變距離的設(shè)備指示沿聚焦度增加的方向移動。通過以下操作來確定聚焦方向:將兩個圖案成像在自動聚焦設(shè)備的透鏡的物體平面上方及下方距離S處，并將所反射圖像中兩個圖案的聚焦度進(jìn)行比較。
[0006]名稱為“追蹤式自動聚焦系統(tǒng)(Tracking auto focus system)”的第7，301，133號美國專利描述一種用于使瞄準(zhǔn)TFT陣列的顯微鏡維持連續(xù)對焦以便消除原本將需要的自動聚焦時間的追蹤式自動聚焦系統(tǒng)，所述美國專利的內(nèi)容以引用方式并入本文中。所述追蹤式自動聚焦系統(tǒng)部分地包括顯微鏡Z致動器、PSD、模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital convert ;ADC)、信號調(diào)節(jié)器、數(shù)字比例積分與微分(proport1naland differentiating ;PID)控制器、及數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器。所述PSD與所述ADC及信號調(diào)節(jié)器一起連續(xù)地監(jiān)視并檢測顯微鏡的物鏡與目標(biāo)之間的距離且將所測量距離供應(yīng)到放大器。所述PID控制器與所述DAC —起使顯微鏡的物鏡與目標(biāo)的分離距離穩(wěn)定，以維持最佳聚焦。
[0007]在物理期刊:會議錄139 (2008) 012026 (Journal of Physics: ConferenceSeries 139 (2008) 012026)中發(fā)表且名稱為“用于3D感測的斑點圖案的投射(Project1n of speckle patterns for 3D sensing)”的文章描述了使用所投射斑點圖案來感測深度及厚度，所述文章的內(nèi)容以引用方式并入本文中。在不同平面處產(chǎn)生不同空間隨機(jī)圖案。歸因于斑點現(xiàn)象，在不同高度處獲得的圖案是高度隨機(jī)的且彼此不相關(guān)。所述感測是基于斑點圖案隨著傳播的改變、及在不同深度或側(cè)向位置處記錄的斑點圖案之間的相關(guān)性缺失。此原理用于測繪透明介質(zhì)的厚度、用于深度測距且用于對漫射物體進(jìn)行三維測繪。已發(fā)現(xiàn)，因斑點現(xiàn)象所致的相關(guān)性缺失將僅在斑點圖案是在比橫向或軸向斑點大小大的側(cè)向或軸向距離處攝取時實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明一些實施例的方面，提供一種包括距離測量系統(tǒng)(DistanceMeasurement System ；DMS)的自動聚焦系統(tǒng)，所述DMS產(chǎn)生及/或利用空間隨機(jī)自動聚焦圖案來代替所定義幾何自動聚焦圖案，例如，通常在已知三角測量自動聚焦系統(tǒng)中投射的線或柵格圖案。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述DMS將所述空間隨機(jī)圖案投射在照相機(jī)的整個視場(field of view ;F0V)上及/或照相機(jī)的視場(F0V)的相當(dāng)大部分上。視需要，所述DMS將所述空間隨機(jī)圖案投射在比照相機(jī)的F0V大的區(qū)域上。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述空間隨機(jī)圖案是斑點圖案。視需要，所述DMS與用于以小焦深(depth of focus)及小視場來檢驗大平坦表面的照相機(jī)及/或成像系統(tǒng)一起運(yùn)作。視需要，包括DMS的自動聚焦系統(tǒng)特別適合于在檢驗被圖案化的大平坦表面時提供聚焦。
[0009]本發(fā)明一些實施例的方面是提供一種用于使檢驗系統(tǒng)的照相機(jī)自動聚焦的距離測量系統(tǒng)，所述檢驗系統(tǒng)用于檢驗被圖案化的平坦表面，所述距離測量系統(tǒng)包括:圖案產(chǎn)生器，用于朝所述平坦表面以斜角投射空間隨機(jī)圖案；圖像傳感器，用于捕捉從所述平坦表面反射的所述空間隨機(jī)圖案的圖像；至少一個光學(xué)元件，用于在所述圖像傳感器上形成所述所反射的所述空間隨機(jī)圖案的所述圖像；以及處理器，用于處理所述空間隨機(jī)圖案的由所述圖像傳感器捕捉的所述圖像并提供自動聚焦信息。
[0010]視需要，所述圖案產(chǎn)生器包括激光二極管，所述激光二極管以與用于檢驗所述平坦表面的范圍不同的光范圍進(jìn)行照射。
[0011]視需要，所述圖案產(chǎn)生器包括用于提供相干光束的照射器、及用于產(chǎn)生所述空間隨機(jī)圖案的漫射器。
[0012]視需要，所述圖案產(chǎn)生器包括至少一個透鏡，所述空間隨機(jī)圖案是透過所述至少一個透鏡而投射，且其中所述照射器及所述漫射器與所述至少一個透鏡之間的距離被定義成使投射到所述平坦表面上的光線產(chǎn)生發(fā)散性。
[0013]視需要，所述圖案產(chǎn)生器包括不止一個相干照射源，每一個相干照射源均產(chǎn)生唯一空間隨機(jī)圖案。
[0014]視需要，每一相干照射源均透過專用漫射器進(jìn)行照射。
[0015]視需要，每一照射器均以不同角度進(jìn)行投射。
[0016]視需要，所述圖案產(chǎn)生器用以產(chǎn)生斑點圖案。
[0017]視需要，所述圖案產(chǎn)生器將所述空間隨機(jī)圖案投射在比所述圖像傳感器的視場大的區(qū)域上。
[0018]視需要，所述至少一個光學(xué)元件是用于捕捉所述平坦表面的圖像以進(jìn)行檢驗的成像光學(xué)器件。
[0019]視需要，所述至少一個光學(xué)元件包括顯微鏡光學(xué)器件，且其中所述圖案產(chǎn)生器透過所述顯微鏡光學(xué)器件的物鏡而朝所述平坦表面投射所述空間隨機(jī)圖案。
[0020]視需要，所述系統(tǒng)包括存儲器，所述存儲器用于存儲從所述平坦表面反射的所述空間隨機(jī)圖案的至少一個校準(zhǔn)圖像，其中所述處理器執(zhí)行所述空間隨機(jī)圖案的所述圖像與所述空間隨機(jī)圖案的所述校準(zhǔn)圖像之間的相關(guān)。
[0021]視需要，所述圖像傳感器以關(guān)注區(qū)域模式捕捉所述空間隨機(jī)圖案的所述圖像。
[0022]視需要，所述圖像傳感器從以關(guān)注區(qū)域模式捕捉所述空間隨機(jī)圖案的所述圖像切換到以全幀模式捕捉用于檢驗所述平坦表面的第二圖像。
[0023]視需要，所述圖案產(chǎn)生器包括激光束源及全息掩模。
[0024]本發(fā)明一些實施例的方面是提供一種用于使檢驗系統(tǒng)的照相機(jī)相對于平坦表面自動聚焦以進(jìn)行檢驗的自動聚焦系統(tǒng)，所述自動聚焦系統(tǒng)包括:圖案產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生空間隨機(jī)圖案并朝平坦表面以斜角投射所產(chǎn)生的所述圖案；照相機(jī)，用于捕捉從所述平坦表面反射的所述空間隨機(jī)圖案的圖像；處理器，用于處理所述空間隨機(jī)圖案的由所述照相機(jī)捕捉的所述圖像并響應(yīng)于所述處理步驟而提供自動聚焦信息；致動器，用于改變所述照相機(jī)與所述平坦表面之間的工作距離；以及控制器，用于響應(yīng)于由所述處理器提供的所述自動聚焦信息而控制所述致動器的運(yùn)作。
[0025]視需要，所述圖案產(chǎn)生器包括激光二極管，所述激光二極管以與用于檢驗所述平坦表面的范圍不同的光范圍進(jìn)行照射。
[0026]視需要，所述圖案產(chǎn)生器包括用于提供相干光束的照射器、及用于產(chǎn)生所述空間隨機(jī)圖案的漫射器。
[0027]視需要，所述系統(tǒng)包括存儲器，所述存儲器用于存儲在已知致動器位置處從所述平坦表面反射的所述空間隨機(jī)圖案的至少一個校準(zhǔn)圖像，其中所述處理器執(zhí)行所述空間隨機(jī)圖案的所述圖像與所述空間隨機(jī)圖案的所述校準(zhǔn)圖像之間的相關(guān)。
[0028]視需要，所述處理器提供朝所需致動器位置的距離及方向。
[0029]視需要，所述照相機(jī)以關(guān)注區(qū)域模式捕捉所述空間隨機(jī)圖案的所述圖像。
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