CN113070566A - 一种自动寻焦的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动寻焦的方法，属于光学设备技术领域，包括：确定对焦镜片的第一焦点，并在所述第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片；将每个所述待测图片分别与标准图片比对，并将与所述标准图片最匹配的待测图片的取图位置确定为目标焦点；其中，所述标准图片是预先在所述对焦镜片的最优焦点处获得的图片。本发明还公开了一种自动寻焦的装置。本发明提供的自动寻焦方法，通过图像处理识别的方法自动寻找焦点，快捷方便、成本较低，且寻找焦点的精度可达1μm，精确度较高。

Description

一种自动寻焦的方法及装置

技术领域

本发明属于光学设备技术领域，尤其涉及一种自动寻焦的方法及装置。

背景技术

激光切割晶圆是通过聚焦镜将近似平行的激光聚焦在晶圆表面形成大功率密度的细小光斑来进行精细加工，故系统的聚焦能力在一定程度上决定加工的精度。在实际生产中，由于切割需求或是光学系统的差异，例如镜筒的个数不同、焦距不同、加工误差不同，激光常常无法精确聚焦在理想位置，这便需要移动聚焦镜来调节焦点位置，操作繁琐且误差极大。

现有的自动寻焦方法主要有WDI自动寻焦方法，该方法是利用WDI Wise Device的自主数字自动对焦传感器，通过将激光点直接投射到待切割晶圆上，收集晶圆反射回的图像并对其进行图像处理，从而将激光快速、精准聚焦到待切割晶圆表面。此种方法虽然响应速度快，但设备的价格昂贵，且所寻找到的焦点不够精确。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种自动寻焦的方法。所述技术方案如下：

本发明提供了一种自动寻焦的方法，包括如下步骤：

确定对焦镜片的第一焦点，并在所述第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片；

将每个所述待测图片分别与标准图片比对，并将与所述标准图片最匹配的待测图片的取图位置确定为目标焦点；

其中，所述标准图片是预先在所述对焦镜片的最优焦点处获得的图片。

在一些实施例中，所述方法用于激光加工过程的自动寻焦。

在一些实施例中，所述确定对焦镜片的第一焦点，包括：

通过WDI自动对焦系统确定所述对焦镜片的第一焦点。

在一些实施例中，所述标准图片是预先通过人眼获得的所述对焦镜片对应的最清晰的图片。

在一些实施例中，所述第一焦点的至少两个预设位置是以预设步距移动所述对焦镜片而确定。

在一些实施例中，所述将每个所述待测图片分别与标准图片比对，并将与所述标准图片最匹配的待测图片的取图位置确定为目标焦点，包括：

通过图像处理的方法分别计算每个所述待测图片与所述标准图片的灰度差值，所述灰度差值最小的待测图片为与所述标准图片最匹配的待测图片。

本发明还提供了一种自动寻焦的装置，包括：

第一焦点获取模块，所述第一焦点获取模块用于确定对焦镜片的第一焦点；

图像获取模块，所述图像获取模块用于在所述第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片；

图像处理模块，所述图像处理模块用于将每个所述待测图片分别与标准图片比对，并将与所述标准图片最匹配的待测图片的取图位置确定为目标焦点；

其中，所述标准图片是预先在所述对焦镜片的最优焦点处获得的图片。

在一些实施例中，所述第一焦点获取模块用于：

通过WDI自动对焦系统确定所述对焦镜片的第一焦点。

在一些实施例中，所述图像获取模块用于：

在以预设步距移动所述对焦镜片所确定的所述第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片。

在一些实施例中，所述图像处理模块用于：

通过图像处理的方法分别计算每个所述待测图片与所述标准图片的灰度差值，所述灰度差值最小的待测图片为与所述标准图片最匹配的待测图片。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)通过图像处理识别的方法自动寻找焦点，无需再进行光路的调节，也无需人工辅助，快捷方便、成本较低、经济实惠。

(2)寻找焦点的精度可达1μm，相较于WDI自动寻焦方法而言，精确度较高。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的自动寻焦方法的示意图；

图2-1是本发明实施例提供的自动寻焦方法中标准图片的示意图；

图2-2至图2-3是本发明实施例提供的自动寻焦方法中待测图片的示意图；

图3是本发明实施例提供的自动寻焦装置的结构图；

图4是本发明实施例提供的自动寻焦方法应用于激光切割晶圆过程的具体装置的示意图。

附图标记：

1-晶圆；2-驱动电机；3-物镜；4-WDI自动对焦系统；5-透射镜；6-反射镜；7-相机。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明关于“左”、“右”、下方等方向上的描述均是基于附图所示的方位或位置的关系定义的，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所述的装置必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”或若干的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“设置”等此类机械术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是电连接，也可以是通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种自动寻焦的方法，先确定对焦镜片最优焦点处的标准图片，在后续每次寻焦过程中通过图像处理识别方法，将这一标准图片与焦点附近的多个图片比对，将与标准图片最匹配的图片对应的位置确定为目标焦点。从而实现了自动寻找焦点，无需再进行光路的调节，减少了人工参与，快捷方便、成本较低、经济实惠，寻找焦点的精度可达1μm，相较于WDI自动寻焦方法而言，精确度更高。

本发明实施例提供的自动寻焦的方法，包括如下步骤：

S1：确定对焦镜片的第一焦点，并在第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片；

S2：将每个待测图片分别与标准图片比对，并将与标准图片最匹配的待测图片的取图位置确定为目标焦点；

其中，此处的标准图片是预先在对焦镜片的最优焦点处获得的图片。

下面结合具体实施例及附图，对本发明实施例提供的自动寻焦的方法及装置进行详细说明。

实施例1

图1示出了实施例1中自动寻焦方法的整体流程示意，结合图1所示，下面是对本实施例的方法步骤的详细描述。

优选地，本发明实施例用于激光加工领域中，特别是应用于激光切割晶圆的业务过程中，但本发明的技术方案不局限于激光加工领域，凡涉及光学设备的寻焦过程或步骤的，均在本发明的保护范围之内。

S1：确定对焦镜片的第一焦点，并在第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片；

具体地，此处的第一焦点即为初步确定的该对焦镜片的焦点，第一焦点并不一定是该对焦镜片的准确焦点，即目标焦点，但其至少与该对焦镜片待确定的目标焦点较为接近，可初步确定对焦镜片目标焦点的大致范围，故，第一焦点可视作是初步确定的对焦镜片的焦点。

优选地，通过WDI自动对焦系统确定所述对焦镜片的第一焦点。

具体地，可通过WDI自动对焦系统获取该对焦镜片的第一焦点，此处的WDI自动对焦系统主要包括半导体激光器、图像传感器、微处理器等组件，将激光直接投射到晶圆上：在焦点上方，激光光斑呈现为右侧半圆形；在焦点处，激光束汇聚为一点；在焦点下方，激光光斑呈现为左侧半圆形。通过收集WDI自动对焦系统发出激光光斑的图像及晶圆反射回的图像并对其进行图像处理，从而快速且较为精准地确定对焦镜片的第一焦点，为后续获取多张待测图片做准备。

S2：将每个待测图片分别与标准图片比对，并将与标准图片最匹配的待测图片的取图位置确定为目标焦点；

其中，此处的标准图片是预先在对焦镜片的最优焦点处获得的图片。

如图2所示，其中图2-1是本实施例中预先获取的标准图片的示意图；

具体地，可预先通过人眼获取该对焦镜片对应的最清晰的图片，记为标准图片，该标准图片的取图位置即为该对焦镜片的最优焦点，也即该对焦镜片最精准的焦点。将该标准图片记为图片k，从而为后续的图片比对建立基准。

更具体地，对焦镜片每次移动位置，其焦点相对于晶圆的位置必然发生改变，需重新进行定位以确定其焦点，即确定上述目标焦点，但无论对焦镜片如何移动，在其焦点处获取的图片必然不会发生改变，基于此，既然前述标准图片是在焦点处获取的，当该对焦镜片位置发生改变时，在其初步确定的焦点(即上述第一焦点)的至少两个预设位置处分别取图所获得对应的多张待测图片中，与标准图片最匹配的待测图片的取图位置必然是该对焦镜片待寻的目标焦点。

优选地，上述第一焦点的至少两个预设位置是以预设步距移动该对焦镜片而确定。

更具体地，在实际的晶圆切割中，晶圆置于切割工作台上(即相当于上述的取图位置)，其在Z轴位置是固定的，而驱动电机带动物镜(即相当于上述的对焦镜片)上下运动进行切割，为使切割的效率高、良品率高，需使激光精准聚焦在晶圆表面，为此需移动对焦镜片以确保激光可准确聚焦在晶圆表面。

进一步地，为确保所寻得的焦点的精确性，可将预设步距设置为1μm，据此，以1μm的步距移动对焦镜片，此时晶圆相对于该对焦镜片而言，即是以1μm的步距在该对焦镜片的第一焦点的预设范围内移动，取图位置即相当于晶圆相对于该对焦镜片移动时所处位置。假设对焦镜片此时所处位置为Z＝zμm，接着上、下各移动2μm，即在对焦镜片位于Z＝(z+2)μm及Z＝(z-2)μm分别获取两张待测图片，再上、下各移动1μm，即在对焦镜片位于Z＝(z+1)μm及Z＝(z-1)μm分别获取两张待测图片，此时共获取5张待测图片，即对焦镜片分别位于Z＝zμm、Z＝(z±2)μm及Z＝(z±1)μm处时所获取的待测图片，其中，这5张待测图片的取图位置，即为上述第一焦点的预设位置。

优选地，通过图像处理的方法分别计算每个待测图片与前述标准图片的灰度差值，其中，灰度差值最小的待测图片为与图片k最匹配的待测图片。

具体地，计算标准图片中第x行、第y列的像素点A的灰度值g_A(x，y)，其中x和y分别表示行号和列号，计算第i张待测图片中与标准图片像素点A对应位置处的像素点a_i处的灰度值g_a(x_i，y_i)，则A与其在第i张待测图片上对应的像素点a_i的灰度差值为Δg＝g_A(x，y)-g_a(x_i，y_i)，计算标准图片上所有像素点与其在第i张待测图片对应位置处的灰度差值之和ΔG，ΔG的数值越小则第i张待测图片与标准图片越接近，当ΔG＝0时，该待测图片与标准图片完全一致，此时待测图片的取图位置即为焦点位置。

例如：标准图片与待测图片均为分辨率为3*3的图片，标准图片中各像素点处灰度值如下：

1	1	1
			1	1	1
1	1	1

第i张待测图片对应位置处像素点灰度如下：

1	1	1
			1	0	1
1	1	1

则两张图片在对应位置处的像素点的差值为：

0	0	0
			0	1	0
0	0	0

则两张图片各像素点处灰度差值之和为：

ΔG＝0+0+0+0+1+0+0+0+0＝1

如图2所示，其中图2-2至图2-3是本实施例中获取的待测图片的示意图。

具体地，如前述假设，分别将前述5张待测图片与此前所获取的图片k对比，这5张图片中与图片k差值最小的图片所处的位置即为目标焦点，进一步地，此处差值最小的待测图片即为与图片k最匹配的图片。假设对焦镜片在Z＝(z+1)μm位置处所获取的图片(如图2-2)与图片k的差值最小，而在Z＝(z-2)μm位置处所获取的图片(如图2-3)与图片k的差值最大，则图2-2为与前述标准图片差值最小、最接近的图片、图2-3为与前述标准图片差值最大、最不接近的图片，故，当对焦镜片在Z＝(z+1)μm处时，晶圆所处位置即为对焦镜片的目标焦点，进而可确保激光准确聚焦在晶圆表面。同时，以1μm的步距移动对焦镜片，使得寻焦的精度可达1μm。

本发明还提供了一种自动寻焦的装置，图3示出了本实施例中自动寻焦装置的结构图，结合图3所示，下面是对本实施例装置的详细描述。

本实施例提供的自动寻焦的装置，包括：

第一焦点获取模块10，该模块用于确定对焦镜片的第一焦点。

图像获取模块20，该模块用于在上述第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片；

图像处理模块30，该模块用于将每个待测图片分别与标准图片比对，并将与标准图片最匹配的待测图片的取图位置确定为目标焦点；

其中，标准图片是预先在对焦镜片的最优焦点处获得的图片。

优选地，第一焦点获取模块10用于，通过WDI自动对焦系统确定该对焦镜片的第一焦点。

优选地，图像获取模块20用于，在以预设步距移动该对焦镜片所确定的第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片。

优选地，图像处理模块30用于，通过图像处理的方法分别计算每个待测图片与标准图片的灰度差值，其中，灰度差值最小的待测图片的取图位置确定为目标焦点。

实施例2

本实施例为本发明提供的自动寻焦方法应用于激光切割晶圆过程中寻找焦点的实施例，图4示出了本实施例中自动寻焦方法应用于激光切割晶圆过程的具体装置的示意图，结合图4所示，下面是对本实施例的详细描述。

本实施例中的装置，主要包括驱动电机2、物镜3、WDI自动对焦系统4、透射镜5；反射镜6；相机7等。

待切割晶圆1置于工作台上(即相当于上述的取图位置)，其相对于驱动电机2在Z轴方向不会产生位移，而驱动电机2带动物镜3(即相当于前述的对焦镜片)上下运动进行切割，为使切割的效率高、良品率高，需使激光精准聚焦在晶圆1表面。理想状态下的晶圆1片厚、表面状况及其需求深度等均是一致，但实际中，由于晶圆1翘曲等因素，其厚度及表面状况并不相同，为使激光精准聚焦在晶圆1表面，需移动物镜3以确保激光可准确聚焦。

具体地，将待切割晶圆1置于工作台上，移动物镜3并通过WDI自动对焦系统4确定物镜3的第一焦点，设此时物镜3所处位置为Z＝20μm，在晶圆1处获取一张待测图片(记为a₁号)；接着沿Z轴上、下移动对焦镜片，当其位于Z＝18μm、19μm、21μm、22μm处时，分别在晶圆1所处位置获取四张待测图片(依次记为a₂号、a₃号、a₄号、a₅号)；通过图像处理的方法分别计算前述(a₁-a₅)号待测图片与预先获取的标准图片的灰度差值。若a₃号图片(获取a₃号图片时物镜3所处位置Z＝19μm)与标准图片k的差值最小，则a₃号图片的取图位置即为前述目标焦点，也即当物镜3位于Z＝19μm处时，晶圆1此时所处位置即为物镜3的目标焦点，此时激光可精准聚焦在晶圆1表面。

更具体地，上述标准图片k可通过人眼获取，即人眼获取该物镜3对应的最清晰的图片。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)通过图像处理识别的方法自动寻找焦点，无需再进行光路的调节，也无需人工辅助，快捷方便、成本较低、经济实惠。

(2)寻找焦点的精度可达1μm，相较于WDI自动寻焦方法而言，精确度较高。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

尽管已描述了本申请实施例中的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例中范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种自动寻焦的方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定对焦镜片的第一焦点，并在所述第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片；

将每个所述待测图片分别与标准图片比对，并将与所述标准图片最匹配的待测图片的取图位置确定为目标焦点；

其中，所述标准图片是预先在所述对焦镜片的最优焦点处获得的图片。

2.根据权利要求1所述自动寻焦的方法，其特征在于，所述方法用于激光加工过程的自动寻焦。

3.根据权利要求1所述自动寻焦的方法，其特征在于，所述确定对焦镜片的第一焦点，包括：

通过WDI自动对焦系统确定所述对焦镜片的第一焦点。

4.根据权利要求1所述自动寻焦的方法，其特征在于，所述标准图片是预先通过人眼获得的所述对焦镜片对应的最清晰的图片。

5.根据权利要求1所述自动寻焦的方法，其特征在于，所述第一焦点的至少两个预设位置是以预设步距移动所述对焦镜片而确定。

6.根据权利要求1所述自动寻焦的方法，其特征在于，所述将每个所述待测图片分别与标准图片比对，并将与所述标准图片最匹配的待测图片的取图位置确定为目标焦点，包括：

通过图像处理的方法分别计算每个所述待测图片与所述标准图片的灰度差值，所述灰度差值最小的待测图片为与所述标准图片最匹配的待测图片。

7.一种自动寻焦的装置，其特征在于，包括：

第一焦点获取模块，所述第一焦点获取模块用于确定对焦镜片的第一焦点；

图像获取模块，所述图像获取模块用于在所述第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片；

图像处理模块，所述图像处理模块用于将每个所述待测图片分别与标准图片比对，并将与所述标准图片最匹配的待测图片的取图位置确定为目标焦点；

其中，所述标准图片是预先在所述对焦镜片的最优焦点处获得的图片。

8.根据权利要求7所述自动寻焦的装置，其特征在于，所述第一焦点获取模块用于：

通过WDI自动对焦系统确定所述对焦镜片的第一焦点。

9.根据权利要求7所述自动寻焦的装置，其特征在于，所述图像获取模块用于：

在以预设步距移动所述对焦镜片所确定的所述第一焦点的至少两个预设位置处分别取图获得对应的待测图片。

10.根据权利要求7所述自动寻焦的装置，其特征在于，所述图像处理模块用于：

通过图像处理的方法分别计算每个所述待测图片与所述标准图片的灰度差值，所述灰度差值最小的待测图片为与所述标准图片最匹配的待测图片。

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