一種自動聚焦系統技術方案

一種自動聚焦系統，其包括光源、準直鏡頭、分光鏡、物鏡鏡頭、接收鏡頭、柱面鏡和光感測器。光源、準直鏡頭、分光鏡和物鏡鏡頭依次地布置以使來自光源的光線在第一光路上投射到被測面上，接收鏡頭布置在分光鏡的分光路徑上，柱面鏡布置在接收鏡頭和光感測器之間，來自被測面的反射光線在第二光路上投射到光感測器上，光感測器根據被測面的成像計算所述被測面相對物鏡鏡頭的理想位置范圍，其中，柱面鏡為反射式柱面鏡，準直鏡頭、物鏡鏡頭和接收鏡頭為無色差或消色差鏡頭。根據本發明專利技術，可聚焦的材料范圍廣，可選光譜寬，保證了精度又提高了性能。

【技術實現步驟摘要】
一種自動聚焦系統
本專利技術涉及一種自動聚焦系統，尤其適用于半導體測量設備上。
技術介紹
自動聚焦系統(AutomaticFocusSystem)是一種利用光波、超聲波或者其他聲波自動計算焦距及確定焦點位置的系統。通常分為主動式和被動式，主動式即系統自身發出光波或超聲波到被測物體上，由接收器接收反射回來的信號來完成自動聚焦；被動式即系統直接接收并分析被測物體發出或反射的光波來完成自動聚焦。自動聚焦系統的應用范圍非常廣泛，比如：相機、紅外探傷、測距、表面分析、成像等各個方面。民用、工業和軍事方面均有涉及，一般工業用的自動聚焦系統需要滿足精度高、速度快、頻譜寬等特點，一般應用在量測、分析和相關儀器設備上。目前，在國內常見的自動聚焦系統中，一部分是激光自動聚焦系統，其優點是效率高并且定位準確，缺點是如果遇到不敏感或者吸收特定光譜的材料時失效。還有一部分為寬光譜自動聚焦系統，其優點是可實現聚焦的材料范圍廣，對于某些特定材料，可以實現穿透聚焦，缺點是有色差，不同波長定位精度略差。然而，現有技術中卻不存在寬波段且無色差的自動聚焦系統。
技術實現思路
本專利技術的自動聚焦系統為寬波段無色差系統，其能夠涵蓋紫外、可見光和近紅外波段，同時具備了激光及寬光譜自動聚焦的優點，又避開了兩者的缺點。可聚焦的材料范圍廣，可選光譜寬，保證了精度又提高了性能。本專利技術的自動聚焦系統由以下幾個部分組成，包括：光源、準直鏡頭、分光器件、物鏡鏡頭、接收鏡頭、柱面鏡和探測器。光源可根據需求選擇寬光譜或者單光譜光源，首先將光源光束耦合進入準直鏡頭，準直鏡頭準直后，平行光出射，然后入射到分光器件，通過分光器件后再入射到物鏡鏡頭，被聚焦后再打到被測物體的表面，被測面的反射光線按原路返回，再次入射到分光器件，由分光器件將光線反射到接收鏡頭，經過接收鏡頭聚焦后入射反射式柱面鏡，經過反射式柱面鏡后，光信號被光感測器接收，最后由內置于光感測器的計算單元(諸如計算機程序)進行數據分析后顯示結果。整個系統結構緊湊，準直鏡頭、物鏡鏡頭和接收鏡頭使用消色差或無色差結構，同時，柱面鏡采用反射式柱面鏡，這保證了整個系統在寬波段上無色差。根據本專利技術，公開了一種自動聚焦系統，其包括光源、準直鏡頭、分光鏡、物鏡鏡頭、接收鏡頭、柱面鏡和光感測器。光源、準直鏡頭、分光鏡和物鏡鏡頭依次地布置以使來自光源的光線在第一光路上依次經由準直鏡頭、分光鏡和物鏡鏡頭投射到被測面上，接收鏡頭布置在分光鏡的分光路徑上，柱面鏡布置在接收鏡頭和光感測器之間，來自被測面的反射光線在第二光路上先經由物鏡鏡頭投射到分光鏡上再經由接收鏡頭和柱面鏡投射到光感測器上，光感測器根據被測面的成像計算被測面相對物鏡鏡頭的理想位置范圍，其中，柱面鏡為反射式柱面鏡，準直鏡頭、物鏡鏡頭和接收鏡頭為無色差或消色差鏡頭。這意味著，準直鏡頭、物鏡鏡頭和接收鏡頭均被配置以使它們從紫外到紅外的波段上色差均不超過1um。更準確地說，準直鏡頭、物鏡鏡頭和接收鏡頭均被配置以使它們在190-2000nm的波段上色差均不超過1um。更優選地，所述準直鏡頭為無色差鏡頭。可選擇地，所述準直鏡頭、所述物鏡鏡頭和所述接收鏡頭均為反射式結構。具體地，所述接收鏡頭包括拋物面鏡。具體地，所述準直鏡頭包括拋物面鏡。更具體地，所述拋物面鏡靠近所述光源，所述平面反射鏡靠近所述分光鏡，并且所述拋物面鏡和所述平面反射鏡被布置在通過兩鏡中心的光軸上。具體地，所述物鏡鏡頭包括設有中心通孔的第一球面反射鏡和直徑小于所述第一球面反射鏡的第二球面反射鏡，其中，所述第一球面反射鏡靠近所述分光鏡，所述第二球面反射鏡靠近所述被測面，并且所述第一球面反射鏡和所述第二球面反射鏡均布置在通過兩鏡中心的光軸上；當來自光源的光線通過分光鏡后，光線經由所述中心通孔入射到所述第二球面反射鏡上，接著被反射到所述第一球面反射鏡上，再被反射到被測面上，來自所述被測面的反射光線再依次地經由所述第一球面反射鏡和第二球面反射鏡反射通過所述中心通孔射到所述分光鏡上，最后經由分光路徑進入到所述接收鏡頭中。具體地，所述準直鏡頭包括拋物面鏡。更具體地，所述準直鏡頭還包括平面反射鏡，其中，所述拋物面鏡靠近所述光源，所述平面反射鏡靠近所述分光鏡，并且所述拋物面鏡和所述平面反射鏡被布置在通過兩鏡中心的光軸上。可選擇地，所述分光鏡為5/5分光鏡。可選擇地，所述光感測器包括計算單元，所述計算單元根據所述被測面的成像生成不同波長的FES曲線，所述理想位置范圍是根據所述FES曲線得出的。具體地，所述光感測器為四象限探測器。優選地，所述光源包括光束耦合器。具體地，所述光束耦合器為光纖。優選地，所述自動聚焦系統還包括驅動單元，所述驅動單元根據所述光感測器計算的理想位置范圍將所述被測面驅動到所述理想位置范圍內。附圖說明為了解釋本專利技術，將在下文中參考附圖描述其示例性實施方式，附圖中：圖1為示意性地示出了根據本專利技術的自動聚焦系統的光路原理圖；圖2為示意性地示出了根據本專利技術的自動聚焦系統的第一實施方式的布局圖；圖3為示意性地示出了根據本專利技術的自動聚焦系統的第一實施方式的不同波段FES圖；圖4為示意性地示出了根據本專利技術的自動聚焦系統的第二實施方式的布局圖；圖5為示意性地示出了根據本專利技術的自動聚焦系統的第二實施方式的物鏡鏡頭的各個透鏡；以及圖6為示意性地示出了根據本專利技術的自動聚焦系統的第二實施方式的不同波段FES圖。不同圖中的相似特征由相似的附圖標記指示。具體實施方式在以下的實施方式的詳細描述中，參照構成該描述的一部分的附圖進行說明。附圖以示例的方式展示出特定的實施方式，本專利技術被實現在這些實施方式中。所示出的實施方式不是為了窮盡根據本專利技術的所有實施方式。可以理解，其他的實施方式可以被利用，結構性或邏輯性的改變能夠在不脫離本專利技術的范圍的前提下被做出。對于附圖，方向性的術語，例如“下”、“上”、“左”、“右”等，是參照所描述的附圖的方位而使用的。由于本專利技術的實施方式的組件能夠被以多種方位實施，這些方向性術語是用于說明的目的，而不是限制的目的。因此，以下的具體實施方式并不是作為限制的意義，并且本專利技術的范圍由所附的權利要求書所限定。圖1為示意性地示出了根據本專利技術的自動聚焦系統的原理圖。如圖1所示，本專利技術的自動聚焦系統AFS-10主要由如下幾個部分組成，分別是：光源10、準直鏡頭20、分光器件30、物鏡鏡頭40、接收鏡頭50、柱面鏡60和光感測器70。光源10可以根據需求選擇激光、寬光譜光源或者單光譜光源。光源10一般包括光束耦合器，通常地，該光束耦合器為光纖，選用光纖的優點在于其光譜范圍寬、操作便捷、適用范圍廣和效率高。準直鏡頭20用于將來自光源10的光線準直為平行光。分光器件30作用在于改變光路的方向，在此，其目的在于將從光源10入射到被測面S的第一光路L1和從被測面S反射并被光感測器70接收的第二光路分開。分光器件30通常選用分光鏡，更通常地，選用易于加工且效率較高的5/5分光鏡。物鏡鏡頭40可以將來自分光部件30的平行光聚焦到被測面S上。接收鏡頭50用于接收來自被測面S和分光部件30的光線。柱面鏡60用于產生象散，將被測面S的離焦量變化轉變為不同方向的光能變化。該光感測器70用于感測來自柱面鏡60的光信號并且成像并計算該被測面S的理想位置。更具本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種自動聚焦系統，其包括光源、準直鏡頭、分光鏡、物鏡鏡頭、接收鏡頭、柱面鏡和光感測器，所述光源、準直鏡頭、分光鏡和物鏡鏡頭依次地布置以使來自所述光源的光線在第一光路上依次經由所述準直鏡頭、分光鏡和物鏡鏡頭投射到被測面上，所述接收鏡頭布置在所述分光鏡的分光路徑上，所述柱面鏡布置在所述接收鏡頭和所述光感測器之間，來自所述被測面的反射光線在第二光路上先經由所述物鏡鏡頭投射到所述分光鏡上再經由所述接收鏡頭和所述柱面鏡投射到所述光感測器上，所述光感測器根據所述被測面的成像計算所述被測面相對物鏡鏡頭的理想位置范圍，其中，所述柱面鏡為反射式柱面鏡，所述準直鏡頭、所述物鏡鏡頭和所述接收鏡頭為無色差或消色差鏡頭。

【技術特征摘要】
1.一種自動聚焦系統，其包括光源、準直鏡頭、分光鏡、物鏡鏡頭、接收鏡頭、柱面鏡和光感測器，所述光源、準直鏡頭、分光鏡和物鏡鏡頭依次地布置以使來自所述光源的光線在第一光路上依次經由所述準直鏡頭、分光鏡和物鏡鏡頭投射到被測面上，所述接收鏡頭布置在所述分光鏡的分光路徑上，所述柱面鏡布置在所述接收鏡頭和所述光感測器之間，來自所述被測面的反射光線在第二光路上先經由所述物鏡鏡頭投射到所述分光鏡上再經由所述接收鏡頭和所述柱面鏡投射到所述光感測器上，所述光感測器根據所述被測面的成像計算所述被測面相對物鏡鏡頭的理想位置范圍，其中，所述柱面鏡為反射式柱面鏡，所述準直鏡頭、所述物鏡鏡頭和所述接收鏡頭為無色差或消色差鏡頭。2.根據權利要求1所述的自動聚焦系統，其中，所述準直鏡頭、所述物鏡鏡頭和所述接收鏡頭均為反射式結構。3.根據權利要求1或2所述的自動聚焦系統，其中，所述接收鏡頭包括拋物面鏡。4.根據權利要求1或2所述的自動聚焦系統，其中，所述準直鏡頭包括拋物面鏡。5.根據權利要求4所述的自動聚焦系統，其中，所述準直鏡頭還包括平面反射鏡，其中，所述拋物面鏡靠近所述光源，所述平面反射鏡靠近所述分光鏡，并且所述拋物面鏡和所述平面反射鏡被布置在通過兩鏡中心的光軸上。6.根據權利要求1或2所述的自動聚焦系統，其中，所述物鏡鏡頭包括設有中心通孔的第一球面反射鏡和直...

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉薇薇，李巖川，高海軍，
申請(專利權)人：睿勵科學儀器上海有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31