CN110927921B - 一种数字光栅辅助自动聚焦方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字光栅辅助自动聚焦方法及装置，通过设置数字微镜器件DMD模块，经过照明光源照射后，生成数字光栅图形，通过设置投影镜头，可将数字光栅图形投射在三维平台上，通过设置观测模块和控制模块，可判断投影镜头是否离焦，然后控制三维平台完成粗聚焦，通过设置传感器模块，能够实时反馈三维平台位置信息，并通过控制模块调整三维平台，完成精聚焦；本发明能够实时聚焦，具有操作简便，快速自动聚焦的优点，同时数字微镜器件DMD模块取代物理掩膜版，节省制作掩膜版的时间成本和经济成本。

Description

一种数字光栅辅助自动聚焦方法及装置

技术领域

本发明涉及光学加工与测量技术领域，特别是指一种数字光栅辅助自动聚焦方法及装置。

背景技术

随着半导体产业的快速发展，自动聚焦方法对于激光直写成像(LDI)系统、光学自动检测(AOI)设备等方面的需求也是越来越大。目前，对于上述应用中所采用的的自动聚焦方法，通常采用标准的黑白棋盘格物理掩模版来实现的，本发明申请人在操作过程中，发现以下缺陷：该方式无法实时聚焦，在平台运动过程中，由于平台不同位置处的起伏导致局部离焦现象发生，该种方式往往受限于物理掩模版成本、平台自身起伏状态，且在运动过程中也难以操作，通常也只能离线进行静态标定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种，以致力于解决背景技术中的全部问题或者之一。

基于上述目的，本发明提供的一种数字光栅辅助自动聚焦方法，包括以下步骤：

数字微镜器件DMD模块接收照明光源照射；

数字微镜器件DMD模块处理接收到的照明光源，生成数字光栅图形并以一定角度反射；

投影镜头接收数字光栅图形，聚焦投影在三维平台上；

相机模块接收到三维平台反射的数字光栅图形，判断投影镜头是否离焦；

若投影镜头离焦，控制模块控制三维平台移动完成粗聚焦，若投影镜头未离焦，则进行下一步骤；

传感器模块发射激光信号，投射在三维平台上，并在接收到三维平台反射的激光信号后与初始设定信息比较，计算出偏移量后发送至控制模块；

控制模块接收到信号后，控制三维平台移动完成精聚焦。

可选的，所述数字微镜器件DMD模块接收照明光源照射；所述照明光源为强光源。

可选的，所述强光源为黄色光。

可选的，所述数字微镜器件DMD模块处理接收的照明光源，生成数字光栅图形并以一定角度反射；所述光栅图形为黑白棋盘格标定图形。

可选的，所述若投影镜头离焦，控制模块控制三维平台移动完成粗聚焦，若投影镜头未离焦，则进行下一步骤；所述粗聚焦采用相位法对焦。

可选的，所述传感器模块发射激光信号，投射在三维平台上，并在接收到三维平台反射的激光信号后与初始设定信息比较，计算出偏移量后发送至控制模块；所述激光信号为红色光信号。

本发明还提供一种数字光栅辅助自动聚焦装置，其特征在于，包括：

照明模块，用以提供照明光源；

数字微镜器件DMD模块，用以处理所述照明光源并生成数字光栅图形；

三维平台，用以投射所述数字光栅图形；

投影镜头，用以聚焦所述数字光栅图形并投射在所述三维平台上；

相机模块，用以接收所述三维平台反射的所述数字光栅图形，判断所述投影镜头是否离焦；

控制模块，用以控制所述三维平台移动，完成粗聚焦；

传感器模块，用以发射光信号并接收所述三维平台反射的光信号，计算偏移量并发送至控制模块；

控制模块还用于控制所述三维平台运动，完成精聚焦。

可选的，所述照明模块为黄色强光源。

可选的，所述数字微镜器件DMD模块包括数字微镜器件DMD芯片和DMD控制模块，所述数字微镜器件DMD芯片可接收光源并产生数字光栅图形，所述数字微镜器件DMD控制模块用以控制所述数字微镜器件DMD芯片产生数字光栅图形。

可选的，还包括分色分光镜，所述分色分光镜放置于所述数字微镜器件DMD模块与所述相机模块之间，起到滤光的作用。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种数字光栅辅助自动聚焦方法及装置，采用数字微镜器件DMD模块生成数字光栅图形，取代物理掩膜版，去除制作物理掩膜版所需的经济成本和时间成本；数字光栅能够在平台运动的过程中灵活开闭，更方便高效地完成实验操作，提高工作的效率；采用CCD相机系统和平台控制模块实现投影镜头的粗聚焦，整体上实现自动对焦功能，避免每次操作都要离线进行静态对焦，提高工作效率，在粗聚焦的基础上，通过激光位移传感器实现实时精准聚焦，从而避免因平台起伏而产局部离焦的情况发生，更避免传统方法中反复离线静态对焦的操作，提升操作过程的简便性，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明的数字光栅辅助自动聚焦装置示意图；

图2为本发明的数字光栅辅助自动聚焦方法流程示意图；

图3为本发明的数字棋盘图案。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

为了达到上述目的，本发明提供了一种数字光栅辅助自动聚焦装置，包括：

照明模块1，用以提供照明光源；

数字微镜器件模块，用以处理照明光源并生成数字光栅图形；

三维平台12，用以投射数字光栅图形；

投影镜头5，用以聚焦数字光栅图形并投射在三维平台上；

相机模块8，用以接收三维平台反射的数字光栅图形，判断投影镜头是否离焦；

控制模块11，用以控制三维平台12移动，完成粗聚焦；

传感器模块7，用以发射光信号并接收三维平台反射的光信号，计算偏移量并发送至控制模块；

控制模块11还用于控制三维平台12运动，完成精聚焦。

本发明通过设置照明模块1,为装置提供照明光源,数字微镜器件DMD模块接收照明光源后,经过处理生成数字光栅图形并以一定角度反射出去,投影镜头5接收到数字光栅图形,并聚焦投影到三维平台12上,三维平台12同时反射数字光栅图形并被相机模块8观测,相机模块8判断投影镜头5是否离焦,若离焦,则相机模块8输出信号给控制模块11,控制模块11接收到相机模块8传输信号后,控制三维平台12调整高度,事三维平台12位于投影镜头5的焦深范围内,以实现粗聚焦,若未离焦,则传感器模块7发射激光信号至三维平台12上,传感器模块7接收到三维平台12反射的激光信号,传感器模块7将接收到的激光信号与初始设定的激光信号进行对比,计算出偏移量,并把偏移量传输给控制模块11,控制模块11接收到信号后,控制三维平台12调整高度,完成精准聚焦。在聚焦过程中，传感器模块7能够实时接收反馈信号，从而能够实现实时聚焦的功能，提升聚焦的快速性。

作为一种实施方式，照明模块7采用黄色强光源，黄色光穿透性较强，在数字光栅图形的传导及观测过程中，不易被干扰，使观测结果更准确，以保证聚焦的快速精确性；数字微镜器件DMD模块包括数字微镜器件DMD芯片3和DMD控制模块9，DMD芯片3接收照明光源，DMD控制模块9控制数字微镜器件DMD芯片生成数字光栅图形；还包括第一分色分光镜4和第二分色分光镜6，第一分色分光镜装设于数字微镜器件DMD芯片3与投影镜头5的光传输路径上，第二分色分光镜6装设于第一分色分光镜4与相机系统8的光传输路径上，分色分光镜具有滤光的作用。可选的，黄色光源可选用590纳米波段黄光光源。

举例来说，照明模块1提供黄色照明光源，黄色照明光源经过反射镜2反射后形成的光斑投射在数字微镜器件DMD芯片3的表面，DMD控制模块9控制数字微镜器件DMD芯片3显现出数字光栅图形并以垂直角度投射，数字光栅图形穿过第一分色分光镜4的入射面，投影镜头5接收到数字光栅图形并聚焦投射到三维平台12上，三维平台12反射的数字光栅图形穿透投影镜头5，到达第一分色分光镜4的反射面，第一分色分光镜4将数字光栅图形反射至相机模块8，相机模块8外接有计算机10，通过计算机10的显示屏观测到图形是否离焦，若离焦，则控制模块11控制三维平台12调整高度，完成粗聚焦，若未离焦，则传感器模块7开始工作，传感器模块7可选用激光位移传感器，首先，激光位移传感器内设定一初始位置信息，然后开启激光位移传感器发射出红色的激光信号，红色激光信号经过第二分色分光镜6反射后到达第一分色分光镜4，第一分色分光镜4反射红色激光信号并投射在三维平台12上，红色激光信号经三维平台12反射后沿原路径返回到激光位移传感器，测定出激光位移传感器与三维平台之间的距离，并将此距离与激光位移传感器中设定的初始信息做对比，计算出偏移量，激光位移传感器将偏移量传输给控制模块11，控制模块11控制三维平台12调整高度，完成精准对焦。在操作过程中，采用黄色光作为照明光源，具有较强穿透性，在数字光栅图形的传导及观测过程中，不易被干扰，使观测结果更准确，以保证聚焦的快速精确性。

进一步，投影镜头5采用平场消色差镜头，能够校正数字光栅图形在传导过程中产生的色差，从而减少数字光栅图形的像差，确保相机系统8观测到的数字光栅图形更清晰明了，提高粗聚焦操作的准确性。

本发明还提供了一种数字光栅辅助自动聚焦方法，包括以下步骤：

S1:数字微镜器件DMD模块接收照明光源1照射；

S2:数字微镜器件DMD模块处理接收到的照明光源1，生成数字光栅图形并以一定角度反射；

S3:投影镜头5接收数字光栅图形，聚焦投影在三维平台12上；

S4:相机模块8接收到三维平台12反射的数字光栅图形，判断投影镜头5是否离焦；

S5:若投影镜头5离焦，控制模块11控制三维平台12移动完成粗聚焦，若投影镜头5未离焦，则进行下一步骤；

举例来说，三维平台采用相位法实现粗聚焦，即通过检测数字光栅图像的偏移量来实现粗对焦的。

S6:传感器模块7发射激光信号，投射在三维平台12上，并在接收到三维平台12反射的激光信号后与初始设定信息比较，计算出偏移量后发送至控制模块11；

举例来说，传感器模块7在聚焦之前需进行校准，在传感器模块中设定一初始信息，

S7:控制模块11接收到信号后，控制三维平台13移动完成精聚焦。

本方法通过数字微镜器件DMD模块生成数字光栅图形，经过投影镜头5投射到三维平台12上，相机模块8观测到三维平台12反射的数字光栅图形，判断投影镜头5是否离焦，若处于离焦状态，则通过控制模块11控制三维平台12调整高度，若处于未离焦状态，则由传感器模块7发射激光信号至三维平台12，并将接受到的三维平台12反射回的激光信号与传感器模块7中设定的初始信息进行对比，然后将信号传输至控制模块11，控制三维平台12调整高度，完成精聚焦。

作为一种实施方式，本方法进一步包括，照射光源1采用590纳米波段黄光光源，能够在数字光栅图形的传导及观测过程中，不易被干扰，使观测结果更准确，以保证聚焦的快速精确性。

作为一种实施方式，数字微镜器件DMD模块处理接收的照明光源，生成数字光栅图形并以一定角度反射；光栅图形为黑白棋盘格标定图形；粗聚焦过程采用相位法测出偏移量，从而完成粗聚焦。

进一步，传感器模块7发出的激光信号为红色光信号。

概括来说，本发明提供一种数字光栅辅助自动聚焦方法及装置，通过设置数字微镜器件DMD模块，经过照明光源照射后，生成数字光栅图形，通过设置投影镜头，可将数字光栅图形投射在三维平台上，通过设置观测模块和控制模块，可判断投影镜头是否离焦，然后控制三维平台完成粗聚焦，通过设置传感器模块，能够实时反馈三维平台位置信息，并通过控制模块调整三维平台，完成精聚焦；本发明能够实时聚焦，具有操作简便，快速自动聚焦的优点，同时数字微镜器件DMD模块取代物理掩膜版，节省制作掩膜版的时间和制作成本。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种数字光栅辅助自动聚焦方法，其特征在于，包括以下步骤：数字微镜器件DMD模块接收照明光源照射；数字微镜器件DMD模块处理接收到的照明光源，生成数字光栅图形并以一定角度反射；投影镜头接收数字光栅图形，聚焦投影在三维平台上；相机模块接收到三维平台反射的数字光栅图形，判断投影镜头是否离焦；若投影镜头离焦，控制模块控制三维平台移动完成粗聚焦，若投影镜头未离焦，则进行下一步骤；传感器模块发射激光信号，投射在三维平台上，并在接收到三维平台反射的激光信号后与初始设定信息比较，计算出偏移量后发送至控制模块；控制模块接收到信号后，控制三维平台移动完成精聚焦；

所述照明光源为强光源；

所述强光源为黄色光；

所述光栅图形为黑白棋盘格标定图形；

所述粗聚焦采用相位法对焦；

所述激光信号为红色光信号；

该数字光栅辅助自动聚焦方法所使用的装置包括：照明模块，用以提供照明光源；数字微镜器件DMD模块，用以处理所述照明光源并生成数字光栅图形；三维平台，用以投射所述数字光栅图形；投影镜头，用以聚焦所述数字光栅图形并投射在所述三维平台上；相机模块，用以接收所述三维平台反射的所述数字光栅图形，判断所述投影镜头是否离焦；控制模块，用以控制所述三维平台移动，完成粗聚焦；传感器模块，用以发射光信号并接收所述三维平台反射的光信号，计算偏移量并发送至控制模块；控制模块还用于控制所述三维平台运动，完成精聚焦；

所述照明模块为黄色强光源；

所述数字微镜器件DMD模块包括数字微镜器件DMD芯片和DMD控制模块，所述数字微镜器件DMD芯片可接收光源并产生数字光栅图形，所述DMD控制模块用以控制所述数字微镜器件DMD芯片产生数字光栅图形；

还包括分色分光镜，所述分色分光镜放置于所述数字微镜器件DMD模块与所述相机模块之间，起到滤光的作用。

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