CN101559629A - 应用于led激光切割设备的同轴影像系统 - Google Patents

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本发明涉及应用于LED激光切割设备的同轴影像系统应，包括同轴LED点光源模组、45度全反镜、广角CCD模组、第一45度分光镜、小视野高倍率上CCD模组、第二45度分光镜、波长选择镜、LED环形光源、聚焦镜、小视野高倍率下CCD模组，同轴LED点光源模组、广角CCD模组和小视野高倍率上CCD模组三者自上而下并排排布，波长选择镜安装在上CCD模组与聚焦镜之间，LED环形光源紧贴在聚焦镜上，聚焦镜正对于工件，在工件的下方安装小视野高倍率下CCD模组。本发明实现在LED激光切割设备中的同轴实时影像定位功能，广角CCD和小视野高倍率上CCD组合使用实现微米量级的测量精细度，小视野高倍率上CCD和小视野高倍率下CCD便捷切换满足正切、背切、表面粗化和背镀铝晶圆的切割。

Description

应用于LED激光切割设备的同轴影像系统
技术领域
本发明涉及一种光学影像系统，尤其涉及应用于LED激光切割设备中的同轴影像系统，属于激光精密加工技术领域。
背景技术
LED激光切割设备是用于蓝宝石衬底GaN蓝光LED晶圆切割的一种专用激光设备，蓝光LED晶圆通常是通过在蓝宝石基材上采用汽相成积工艺生长GaN晶体，最后在晶圆上采用丝网印刷技术加上电极形成若干个具有独立发光功能的LED发光单元。
目前，蓝光LED晶圆切割设备已经逐渐从金刚石刀切割升级为激光切割。采用无接触式激光加工，设备必需具备精确的定位功能，一般的LED晶圆预留切割道宽约为20～30um，甚至窄至15um，而激光加工影响线宽接近10um，因此要求影像系统的测量精度需达到微米量级的精细度。一般的蓝光LED晶圆切割方式有正切和背切两种方式，正切是激光从GaN发光材料表面切入，背切则从蓝宝石基底材料表面切入，而切割道一般标记在晶圆的上表面，因此为了同时具备正切和背切功能需要系统具备上影像和下影像同轴观测功能，此外对于表面粗化和背镀铝类型的晶圆切割对于影像系统也是一大挑战。
为了克服蓝光LED晶圆切割系统上述提及的问题，满足蓝光LED晶圆切割的需要，急需研制出一套针对性的同轴影像系统。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种适用于蓝光LED晶圆激光切割设备的同轴影像系统，旨在有效解决蓝光LED晶圆切割实时的微米量级影像定位功能以及满足正切、背切、表面粗化和背镀铝等功能要求，满足蓝光LED晶圆切割量产的要求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
应用于LED激光切割设备的同轴影像系统，包括同轴LED点光源模组、45度全反镜、广角CCD模组、第一45度分光镜、小视野高倍率上CCD模组、第二45度分光镜、波长选择镜、LED环形光源、聚焦镜、小视野高倍率下CCD模组，特点是：所述同轴LED点光源模组、广角CCD模组和小视野高倍率上CCD模组三者自上而下并排排布，波长选择镜安装在上CCD模组与聚焦镜之间，LED环形光源紧贴在聚焦镜上，聚焦镜正对于工件，在工件的下方安装小视野高倍率下CCD模组；
所述同轴LED点光源模组输出的照明光源通过45度全反镜形成自上而下垂直照射，依次透过第一45度分光镜、第二45度分光镜、波长选择镜和聚焦镜将工件投影成像于小视野高倍率下CCD模组；
所述LED环形光源出射的照明光源将工件表面反射经聚焦镜、波长选择镜、第二45度分光镜和第一45度分光镜成像于广角CCD模组；
所述小视野高倍率下CCD模组出射的照明光源将工件投影分别透过聚焦镜、波长选择镜和第二45度分光镜成像于小视野高倍率上CCD模组。
进一步地，上述的应用于LED激光切割设备的同轴影像系统，其中，所述同轴LED点光源模组配有光学准直器。
更进一步地，上述的应用于LED激光切割设备的同轴影像系统，其中，所述第一45度分光镜和第二45度分光镜的反射透射比均为1∶1。
再进一步地，上述的应用于LED激光切割设备的同轴影像系统，其中，所述小视野高倍率下CCD模组包括X-Y-Z三维微调架、下CCD和第二高功率LED光源，下CCD和第二高功率LED光源安装在X-Y-Z三维微调架上，第二高功率LED光源与下CCD同轴。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明实现在LED激光切割设备中的同轴实时影像定位功能，广角CCD和小视野高倍率上CCD组合使用实现微米量级的测量精细度，小视野高倍率上CCD和小视野高倍率下CCD便捷切换满足正切、背切、表面粗化和背镀铝晶圆的切割，广角CCD、小视野高倍率上CCD和小视野高倍率下CCD均配备三维微调功能实现CCD图像与激光同轴清晰成像。本发明设计独特、功能卓越，使用简洁，堪称是具有新颖性、创造性、实用性的好技术，应用前景非常广阔。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明同轴影像系统的结构示意图；
图2：同轴LED点光源模组的结构示意图；
图3：广角CCD模组的结构示意图；
图4：小视野高倍率上CCD模组的结构示意图；
图5：小视野高倍率下CCD模组的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
  附图标记 含义   附图标记 含义   附图标记 含义
1   同轴LED点光源模组 2 45度全反镜 3   广角CCD模组
4   第一45度分光镜 5   小视野高倍率上CCD模组 6   第二45度分光镜
  7   波长选择镜   8   LED环形光源   9   聚焦镜
10   小视野高倍率下CCD模组 11 准直器 12   第一高功率LED光源
13   第一二维微调部件 14   第一焦距微调部件 15 广角CCD
16   第二二维微调部件 17   第二焦距微调部件 18 上CCD
  附图标记 含义   附图标记 含义   附图标记 含义
19   X-Y-Z三维微调架 20 下CCD 21   第二高功率LED光源
  A   激光器   B   工件
具体实施方式
如图1所示，应用于LED激光切割设备的同轴影像系统，包括同轴LED点光源模组1、45度全反镜2、广角CCD模组3、第一45度分光镜4、小视野高倍率上CCD模组5、第二45度分光镜6、波长选择镜7、LED环形光源8、聚焦镜9、小视野高倍率下CCD模组10，同轴LED点光源模组1、广角CCD模组3和小视野高倍率上CCD模组5三者自上而下并排排布，波长选择镜7安装在上CCD模组5与聚焦镜9之间，LED环形光源8紧贴在聚焦镜9上，聚焦镜9正对于工件B，在工件B的下方安装小视野高倍率下CCD模组10。其中，从同轴LED点光源模组1输出的照明光源通过45度全反镜2形成自上而下垂直照射，依次透过第一45度分光镜4、第二45度分光镜6、波长选择镜7和聚焦镜9将工件投影成像于小视野高倍率下CCD模组10。从LED环形光源8出射的照明光源将工件表面反射经聚焦镜9、波长选择镜7、第二45度分光镜6和第一45度分光镜4成像于广角CCD模组3。从小视野高倍率下CCD模组10出射的照明光源将工件投影依次透过聚焦镜9、波长选择镜7和第二45度分光镜6成像于小视野高倍率上CCD模组5。
需说明的是，同轴LED点光源模组1配有光学准直器，保证LED光源照射到工作面的光斑直径控制在3mm以内，并且通过一个45度全反镜使光源自上而下照射。广角CCD模组3具有观察视野大的特点，通过一个45度分光镜自上而下取景。第一45度分光镜4和第二45度分光镜6的反射透射比均为1∶1。波长选择镜7对激光器A输出的355nm激光进行45度全反，而对LED光源全透。
如图2所示，同轴LED点光源模组1包括第一高功率LED光源12和光学准直器11，3w的第一高功率LED光源12的前端配有光学准直器11，保证照明光源平行光输出并且在工作平面光斑直径控制在3mm以内。
如图3所示，广角CCD模组3包括第一二维微调部件13、第一焦距微调部件14和广角CCD15，广角CCD15前端依次配备第一焦距微调部件14和第一二维微调部件13，其中第一焦距微调部件14实现CCD轴向焦距的微调功能，第一二维微调部件13实现CCD图像二维平面的微调功能，通过第一焦距微调部件14和第一二维微调部件13实现CCD图像与激光同轴清晰成像。
如图4所示，小视野高倍率上CCD模组5包括第二二维微调部件16、第二焦距微调部件17和上CCD18，上CCD18前端依次配备第二焦距微调部件17和第二二维微调部件16，其中第二焦距微调部件17实现CCD轴向焦距的微调功能，第二二维微调部件16实现CCD图像二维平面的微调功能，通过第二焦距微调部件17和第二二维微调部件16实现CCD图像与激光同轴清晰成像。小视野高倍率上CCD模组5通过一个45度分光镜自上而下取景。
如图5所示，小视野高倍率下CCD模组10包括X-Y-Z三维微调架19、下CCD20和第二高功率LED光源21，下CCD20和第二高功率LED光源21安装在X-Y-Z三维微调架19上，第二高功率LED光源21与下CCD20始终保持同轴，X-Y-Z三维微调架19对下CCD影像实现焦距微调和二维图像中心微调功能。小视野高倍率下CCD模组10的取景口安装滤波片。
综上所述，本发明实现在LED激光切割设备中的同轴实时影像定位功能，广角CCD和小视野高倍率上CCD组合使用实现微米量级的测量精细度，小视野高倍率上CCD和小视野高倍率下CCD便捷切换满足正切、背切、表面粗化和背镀铝晶圆的切割，广角CCD、小视野高倍率上CCD和小视野高倍率下CCD均配备三维微调功能实现CCD图像与激光同轴清晰成像。本发明设计新颖，简易适用，具有极好的经济效益和社会效应。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (4)

1.应用于LED激光切割设备的同轴影像系统，包括同轴LED点光源模组(1)、45度全反镜(2)、广角CCD模组(3)、第一45度分光镜(4)、小视野高倍率上CCD模组(5)、第二45度分光镜(6)、波长选择镜(7)、LED环形光源(8)、聚焦镜(9)、小视野高倍率下CCD模组(10)，其特征在于：所述同轴LED点光源模组(1)、广角CCD模组(3)和小视野高倍率上CCD模组(5)三者自上而下并排排布，波长选择镜(7)安装在上CCD模组(5)与聚焦镜(9)之间，LED环形光源(8)紧贴在聚焦镜(9)上，聚焦镜(9)正对于工件，在工件的下方安装小视野高倍率下CCD模组(10)；
所述同轴LED点光源模组(1)输出的照明光源通过45度全反镜(2)形成自上而下垂直照射，依次透过第一45度分光镜(4)、第二45度分光镜(6)、波长选择镜(7)和聚焦镜(9)将工件投影成像于小视野高倍率下CCD模组(10)；
所述LED环形光源(8)出射的照明光源将工件表面反射经聚焦镜(9)、波长选择镜(7)、第二45度分光镜(6)和第一45度分光镜(4)成像于广角CCD模组(3)；
所述小视野高倍率下CCD模组(10)出射的照明光源将工件投影透过聚焦镜(9)、波长选择镜(7)和第二45度分光镜(6)成像于小视野高倍率上CCD模组(5)。
2.根据权利要求1所述的应用于LED激光切割设备的同轴影像系统，其特征在于：所述同轴LED点光源模组(1)配有光学准直器。
3.根据权利要求1所述的应用于LED激光切割设备的同轴影像系统，其特征在于：所述第一45度分光镜(4)和第二45度分光镜(6)的反射透射比均为1∶1。
4.根据权利要求1所述的应用于LED激光切割设备的同轴影像系统，其特征在于：所述小视野高倍率下CCD模组(10)包括X-Y-Z三维微调架(19)、下CCD(20)和第二高功率LED光源(21)，下CCD(20)和第二高功率LED光源(21)安装在X-Y-Z三维微调架(19)上，第二高功率LED光源(21)与下CCD(20)同轴。
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