CN111766690B - 对位成像设备及激光直接成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对位成像设备及激光直接成像系统，其中，对位成像设备包括双远心成像镜头，所述双远心成像镜头包括镜筒，所述镜筒内从所述镜筒的第一端向第二端依次设置有第一镜片组、半透半反镜、以及第二镜片组；点光源组件，所述点光源组件发出的光为同轴光，所述点光源组件连接在所述镜筒一侧且所述点光源组件的光轴正对所述半透半反镜以使所述点光源组件发出的光经由所述半透半反镜的反射光穿过所述第一镜片组射向所述镜筒的所述第一端；相机，所述相机位于所述镜筒的所述第二端。根据本发明的对位成像设备，能够清晰且明亮地获取靶标尺的标定靶标和不同表面光学特性的待蚀刻产品的对位靶标，稳定性好、节约成本。

Description

对位成像设备及激光直接成像系统

技术领域

本发明涉及直接成像领域，具体涉及一种对位成像设备及激光直接成像系统。

背景技术

激光直接成像系统一般都需要标定运动载物平台的基准位和抓取待刻蚀产品的靶标进行产品定位，然后将调制图案(CAM制作的结构化图案)与待刻蚀产品的位置相对应，将调制图案精确地投影到待刻蚀产品上的对应位置。

标定运动载物平台的基准位的靶标尺表面十分光滑，反射率高，现有的对位成像设备获取的靶标图像不清晰，从而导致标定精度不高，进而导致激光成像系统蚀刻精度不高，容易导致产品(可以理解为待蚀刻产品或蚀刻工件，后文均以此表述)报废。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种对位成像设备及激光直接成像系统，能够清晰且明亮地获取靶标尺的标定靶标和不同表面光学特性的待蚀刻产品的对位靶标，稳定性好、节约成本。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种对位成像设备，用于对设置在带有靶标尺的载台上的产品进行对位成像，包括：

双远心成像镜头，所述双远心成像镜头包括镜筒，所述镜筒内从所述镜筒的第一端向第二端依次设置有第一镜片组、半透半反镜、以及第二镜片组，其中，所述半透半反镜的镜面法线方向与所述镜筒的轴心线的夹角为锐角，且所述第二镜片组、所述半透半反镜以及所述第一镜片组的轴心共线；

点光源组件，所述点光源组件发出的光为同轴光，所述点光源组件连接在所述镜筒一侧且所述点光源组件的光轴正对所述半透半反镜以使所述点光源组件发出的光经由所述半透半反镜的反射光穿过所述第一镜片组射向所述镜筒的所述第一端；

相机，所述相机位于所述镜筒的所述第二端，所述相机用于基于穿过所述半透半反镜并射向所述第二端的透射光进行图像采集。

进一步地，所述对位成像设备还包括：

连接筒，所述连接筒竖向设置，所述连接筒的上端连接所述相机，所述连接筒的下端通过法兰盘连接所述双远心成像镜头的所述镜筒。

进一步地，所述相机为面阵相机。

进一步地，所述对位成像设备还包括：

环形光组件，所述环形光组件连接在所述镜筒的所述第一端，所述环形光组件包括：

环状主体，所述环状主体的中部空腔与所述双远心成像镜头的所述镜筒连通；

发光二极管光源，所述发光二极管光源设置在所述环状主体的底部的外缘。

进一步地，所述发光二极管光源有多组且每组所述发光二极管光源所发射的光的波段不同。

进一步地，所述发光二极管光源包括间隔开设置的、所发射的光的分别为红光波段、绿光波段及红外波段的三组。

进一步地，所述环形光组件还包括：

连接部，所述连接部的一侧连接所述环状主体且另一侧与所述镜筒的所述第一端螺纹连接。

进一步地，所述对位成像设备还包括：

控制系统，所述控制系统连接所述环形光组件和点光源组件，以根据预定模式控制所述环形光组件和点光源组件是否发光。

进一步地，所述预定模式包括标定模式和对位模式，

在所述标定模式下，所述控制系统控制仅所述点光源组件发光，

在所述对位模式下，所述控制系统控制仅所述环形光组件发光。

另一方面，本发明提供一种激光直接成像系统，包括上述任一所述的对位成像设备。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

根据本发明的对位成像设备，包括双远心成像镜头、点光源组件及相机，点光源组件发出光经过半透半反镜的反射，光经过第一镜片组照射至载台上的靶标尺的标定靶标，由于靶标尺对光的反射，光向上传播，穿过双远心成像镜头至相机，相机通过双远心成像镜头能够获取清晰的靶标的图像，通过点光源组件发出的同轴光照射靶标，相机能够获取明亮且亮度均匀的靶标图像(克服靶标尺的表面光滑、反射率高的干扰)，这样的靶标图像边缘锐利，从而使得基准位置的标定精度高。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的对位成像设备的结构示意图；

图2为图1中的对位成像设备的光传播的示意图。

附图标记：

1、点光源组件；2、双远心成像镜头；21、第二镜片组；22、第一镜片组；23、半透半反镜；4、环形光组件；5、相机；6、连接筒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

下面，首先参考附图说明根据本发明实施例的对位成像设备。

如图1和图2所示，根据本发明的对位成像设备包括：双远心成像镜头2、点光源组件1及相机5。

首先，说明双远心成像镜头2。双远心成像镜头2包括镜筒，镜筒内从镜筒的第一端向第二端依次设置有第一镜片组22、半透半反镜23、以及第二镜片组21，其中，半透半反镜23的镜面法线方向与镜筒的轴心线的夹角为锐角，且第二镜片组21、半透半反镜23以及第一镜片组22的轴心共线。

通过间隔开的第二镜片组21和第一镜片组22构成双远心成像镜头2的技术已经成熟，在此不再详述。双远心成像镜头2能够使得到的图像放大倍率不会变化，能够避免靶标发生放大/缩小出现视差而导致靶标识别不准确的情况，消除产品离镜头距离的远近不一致而造成放大倍数不一致情况。相机5通过双远心成像镜头2对载台上的靶标尺或产品的靶标进行对位成像，能够准确清晰地获取靶标图像。例如，相机5通过双远心成像镜头2获取载台上的靶标尺的圆靶标和载台上的产品的对位孔靶标。如图1和图2所示，第一端为镜筒的下端，第二端为镜筒的上端。

在镜筒内设置半透半反镜23(具有透射和反射特性)，半透半反镜23的镜面法线方向与镜筒的轴心线的夹角为锐角，能够便于点光源组件1的光的反射和外界光的透射。

接着，说明点光源组件1。点光源组件1发出的光为同轴光，点光源组件1连接在镜筒一侧且点光源组件1的光轴正对半透半反镜23以使点光源组件1发出的光经由半透半反镜23的反射光穿过第一镜片组22射向镜筒的第一端。

点光源组件1发出光入射至半透半反镜23的中部，由于半透半反镜23具有反射作用且斜着面对点光源组件1，半透半反镜23能够将光向下反射，光穿过第一镜片组22进入靶标尺上，对靶标尺的标定靶标进行直射照明，由于靶标尺对光的反射，光向上传播，依次经过第一镜片组22、半透半反镜23(具有透射作用)、第二镜片组21及相机5，使得相机5能够清晰明亮地识别靶标尺的标定靶标，避免因为光不足，而导致靶标不清晰的问题。通过调节点光源组件1的亮度能够使得靶标尺的标定靶标图像亮度适中。点光源组件1发出同轴光(点光源为同轴光源，即漫射同轴灯，金属平面漫反射照明光源)对靶标尺照射，提供了比传统光源更均匀的照明，克服靶标尺的表面光滑、反射率高对于靶标的干扰。

最后，说明相机5。

相机5用于采集和识别图像，能够获取靶标尺的标定靶标图像以进行基准位标定，及获取产品的对位靶标图像以进行产品对位，进而使得调制图像对应产品的位置准确。

可选地，相机5为面阵相机5。面阵相机5采集的图像清晰且成本较低。由此，能够采集清晰的图像，且节约成本。

以上形成的对位成像设备，点光源组件1发出光经过半透半反镜23的反射，光经过第一镜片组22照射至靶标尺的标定靶标，由于靶标尺对光的反射，光向上传播，穿过双远心成像镜头2至相机5。相机5通过双远心成像镜头2能够清晰的靶标的图像。通过点光源组件1发出的同轴光照射靶标，相机5能够获取明亮且亮度均匀的靶标图像(克服靶标尺的表面光滑、反射率高的干扰)，这样的靶标图像边缘锐利，从而使得基准位置的标定精度高，可以达到亚像素级别，约0.1个像素。

根据本发明一些实施例，对位成像设备还包括连接筒6。连接筒6竖向设置，连接筒6的上端连接相机5，连接筒6的下端通过法兰盘连接双远心成像镜头2的镜筒。

通过连接筒6能够使得相机5和双远心成像镜头2成为可拆装结构，便于维护保养，且当部件损坏时，便于单个部件更换，节约成本。通过法兰盘连接，能够使得连接的密封性较好，避免外界污染物和外界光进入镜筒而影响成像的情况。

以上形成的对位成像设备，通过点光源组件1照射靶标尺，相机5能够清晰明亮地获取靶标尺的标定靶标图像，从而进行标定。但是通过点光源组件1对待蚀刻产品的对位靶标照射，因为待蚀刻产品的表面光学特性不一，有些无法使用点光源组件1所发出的同轴光来成像，相机5无法清晰明亮地获取待蚀刻产品的对位靶标的图像，非常容易导致激光直接成像系统对位错误而导致产品报废。为解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案。

根据本发明一些实施例，对位成像设备还包括环形光组件4。

环形光组件4连接在的镜筒的第一端。环形光组件4包括环状主体及发光二极管(LED)光源。环状主体的中部空腔与双远心成像镜头2的镜筒连通。发光二极管光源设置在环状主体的底部的外缘。

环形光组件4通过LED光源照射待蚀刻产品的表面，LED光源可以根据材料的特性进行选配，从而便于相机5获取待蚀刻产品明亮且清晰的对位靶标图像，进而使得对位准确。而且环形光组件4的照射范围较大，更容易寻找到待蚀刻产品的对位靶标。

进一步地，发光二极管光源有多组且每组发光二极管光源所发射的光的波段不同。

每组LED光源可以是1个LED光源或多个LED光源。通过提供多组发射的光的波段不同的LED光源，能够适应多种不同的待蚀刻产品的不同的表面光学特性。通过不同光学特性的待蚀刻产品进行不同组LED光源发光的切换，相机5能够清晰且明亮地获取不同光学特性的待蚀刻产品的对位靶标，从而使得产品对位准确。

需要注意的是，这里对LED光源的发光切换没有做限定，应对一个待蚀刻产品，可以仅一组LED光源发光或其中几组LED光源同时发光，均应该理解在本发明范围内。

进一步地，发光二极管光源包括间隔开设置的、所发射的光的分别为红光波段、绿光波段及红外波段的三组。

激光直接成像系统不能使用包含蓝光波段的光源，对光源的选择有较大的限制。通过测试，所发射的光的分别为红光波段、绿光波段及红外波段的三组LED光源能够满足大部分对位靶标清晰且明亮的识别需求。不同组LED光源间隔开地设置方式可以有多种，例如可以在环状主体以同心圆的方式间隔开地布置多组LED光源，也可以在环状主体的一圈中的不同位置间隔地布置多组LED光源。

进一步地，环形光组件4还包括连接部。连接部的一侧连接环状主体且另一侧与镜筒的第一端螺纹连接。

通过旋转环形光组件4，能够实现环形光组件4与双远心成像镜头2的拆装，便于维护保养及零部件损坏的更换。

根据本发明一些实施例，对位成像设备还包括控制系统。控制系统连接环形光组件4和点光源组件1，以根据预定模式控制环形光组件4和点光源组件1是否发光。

由此，能够针对相机5获取靶标尺的图像或获取不同待蚀刻产品的图像进行相应的匹配(例如，环形光组件4发光、点光源组件1发光、环形光组件4和点光源组件1共同发光、点光源预定发光波段发光等)。

进一步地，预定模式包括标定模式和对位模式，在标定模式下，控制系统控制仅点光源组件1发光，在对位模式下，控制系统控制仅环形光组件4发光。

由此，对位成像设备既能满足基准标定情况的通过点光源组件1照射靶标尺的标定靶标需求，又能满足不同表面光学特性不同的待蚀刻产品通过环形光组件4照射待蚀刻产品的对位靶标需求，降低设备的复杂度，减少元器件的使用，即节约成本，又减小系统的空间。

此外，本发明实施例还提供一种激光直接成像系统，包括上述的对位成像设备。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种对位成像设备，用于对设置在带有靶标尺的载台上的产品进行对位成像，其特征在于，包括：

双远心成像镜头(2)，所述双远心成像镜头(2)包括镜筒，所述镜筒内从所述镜筒的第一端向第二端依次设置有第一镜片组(22)、半透半反镜(23)、以及第二镜片组(21)，其中，所述半透半反镜(23)的镜面法线方向与所述镜筒的轴心线的夹角为锐角，且所述第二镜片组(21)、所述半透半反镜(23)以及所述第一镜片组(22)的轴心共线；

点光源组件(1)，所述点光源组件(1)发出的光为同轴光，所述点光源组件(1)连接在所述镜筒一侧且所述点光源组件(1)的光轴正对所述半透半反镜(23)以使所述点光源组件(1)发出的光经由所述半透半反镜(23)的反射光穿过所述第一镜片组(22)射向所述镜筒的所述第一端；

相机(5)，所述相机(5)位于所述镜筒的所述第二端，所述相机(5)用于基于穿过所述半透半反镜(23)并射向所述第二端的透射光进行图像采集；

环形光组件(4)，所述环形光组件(4)连接在所述镜筒的所述第一端，所述环形光组件(4)包括：

环状主体，所述环状主体的中部空腔与所述双远心成像镜头(2)的所述镜筒连通；

发光二极管光源，所述发光二极管光源设置在所述环状主体的底部的外缘；

控制系统，所述控制系统连接所述环形光组件(4)和点光源组件(1)，以根据预定模式控制所述环形光组件(4)和点光源组件(1)是否发光；

所述预定模式包括标定模式和对位模式，

在所述标定模式下，所述控制系统控制仅所述点光源组件(1)发光，

在所述对位模式下，所述控制系统控制仅所述环形光组件(4)发光。

2.根据权利要求1所述的对位成像设备，其特征在于，还包括：

连接筒(6)，所述连接筒(6)竖向设置，所述连接筒(6)的上端连接所述相机(5)，所述连接筒(6)的下端通过法兰盘连接所述双远心成像镜头(2)的所述镜筒。

3.根据权利要求1所述的对位成像设备，其特征在于，所述相机(5)为面阵相机。

4.根据权利要求1所述的对位成像设备，其特征在于，所述发光二极管光源有多组且每组所述发光二极管光源所发射的光的波段不同。

5.根据权利要求4所述的对位成像设备，其特征在于，所述发光二极管光源包括间隔开设置的、所发射的光的分别为红光波段、绿光波段及红外波段的三组。

6.根据权利要求5所述的对位成像设备，其特征在于，所述环形光组件(4)还包括：

连接部，所述连接部的一侧连接所述环状主体且另一侧与所述镜筒的所述第一端螺纹连接。

7.一种激光直接成像系统，其特征在于，包括权利要求1至6任一所述的对位成像设备。

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