TWI428194B - 雷射掃描裝置 - Google Patents

雷射掃描裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI428194B
TWI428194B TW100137979A TW100137979A TWI428194B TW I428194 B TWI428194 B TW I428194B TW 100137979 A TW100137979 A TW 100137979A TW 100137979 A TW100137979 A TW 100137979A TW I428194 B TWI428194 B TW I428194B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
unit
scanning device
laser
lens group
scanning
Prior art date
Application number
TW100137979A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201217092A (en
Inventor
Yu Chung Lin
Min Kai Lee
Sung Ho Liu
Original Assignee
Ind Tech Res Inst
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ind Tech Res Inst filed Critical Ind Tech Res Inst
Priority to TW100137979A priority Critical patent/TWI428194B/zh
Priority to CN201110322633.0A priority patent/CN102547048B/zh
Priority to US13/305,887 priority patent/US8669507B2/en
Publication of TW201217092A publication Critical patent/TW201217092A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI428194B publication Critical patent/TWI428194B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/127—Adaptive control of the scanning light beam, e.g. using the feedback from one or more detectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/0005—Optical objectives specially designed for the purposes specified below having F-Theta characteristic
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/0031—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration for scanning purposes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Description

雷射掃描裝置
本發明係關於一種雷射掃描裝置，特別係關於一種可補償可見光光束經過掃描聚焦單元所造成的像差與色散之雷射掃描裝置。
雷射加工技術係為利用雷射光束於物件上掃描並產生記號的方法。工業上有許多種類的雷射可用以加工時使用，例如二氧化碳雷射、半導體雷射以及二極體雷射。
傳統雷射加工流程的生產線主要分成三個區塊，第一區塊為定位區，第二區塊為加工區，而第三區塊為檢測區。但在雷射加工處理進行之前，生產線會先在定位區利用電荷耦合裝置(Charge Couple Device，CCD)進行定位流程，其後於加工區進行雷射的加工處理，最後在檢測區利用電荷耦合裝置進行檢測流程。但上述的雷射加工流程需要共三個電荷耦合裝置與一雷射掃描裝置，存在有零組件多、佔空間與無法同步檢測的問題。
再者，目前市面上傳統雷射掃描檢測裝置都只針對掃描中心位置進行設計，使得在中心區域所獲得的影像為清晰影像，而非中心區域所獲得的影像為模糊影像。另一方面，傳統雷射掃描裝置相對於平台的掃描角度不正交時(即雷射光束與掃描振鏡的光軸夾角不為四十五度時)，由於雷射光束與可見光光束的波長不同，使可見光光束通過掃描振鏡後產生色散，將導致實際雷射光 束所掃描加工的位置與電荷耦合裝置接收可見光光束而獲得影像的掃描加工位置不同而影響檢測流程的精確度。
有鑑於此，本發明提供一種雷射掃描裝置，係以解決先前技術所存在零組件多、佔空間、無法同步檢測、僅中心區域的影像為清晰影像以及實際雷射光束所掃描的位置與電荷耦合裝置接收可見光光束而獲得影像的掃描加工位置不同而影響檢測精確度的問題。
依據本發明所揭露之雷射掃描裝置，係適用於掃描置於工作平台上的物件。雷射掃描裝置包括雷射輸出單元、掃描器、分光單元、成像補償單元、偵測單元以及控制單元。其中，掃描器包括掃描聚焦單元。雷射輸出單元輸出雷射光束，掃描聚焦單元係使雷射光束聚焦且掃描物件，掃描器透過掃描聚焦單元接收並輸出照射於物件的可見光光束。接著，分光單元使雷射光束穿透且反射掃描器所輸出的可見光光束。成像補償單元接收被分光單元反射的可見光光束，並補償可見光光束經過掃描聚焦單元所形成的像差。其後，偵測單元接收經過成像補償單元的可見光光束而輸出偵測信號。控制單元接收偵測信號，且依據可見光光束的波長、雷射光束的波長、掃描聚焦單元與成像補償單元調整偵測信號。
依據本發明所揭露之雷射掃描裝置，可藉由偵測單元的設置減少先前技術所存在零組件多、佔空間與無法同步檢測的問題。 接著，由於掃描聚焦單元依據雷射光束所設計，且可見光光束與雷射光束的波長不同，所以當可見光光束經過掃描聚焦單元後會產生像差，藉由成像補償單元的設計，可補償可見光光束經過掃描聚焦單元所產生的像差，藉以解決先前技術所存在僅中心區域的影像為清晰影像的問題。再者，由於可見光光束包括多個波長，所以當可見光光束經過掃描聚焦單元後會產生色散，藉由控制單元調整偵測信號，可補償可見光光束經過掃描聚焦單元後所產生色散，藉以解決先前技術所存在實際雷射光束所掃描的位置與電荷耦合裝置接收可見光光束而獲得影像的掃描加工位置不同而影響檢測精確度的問題。
以上關於本發明的內容說明及以下之實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的精神與原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
請參照「第1圖」，係為依據本發明所揭露之雷射掃描裝置的一實施例架構示意圖。雷射掃描裝置100係適用於掃描置於工作平台50上的物件51，物件51包括定位點A、定位點B與定位點C，其中，定位點B配置於定位點A與定位點C之間且定位點B為物件51的中心點。在本實施例中，雷射掃描裝置100聚焦於定位點B。雷射掃描裝置100未聚焦於定位點A與定位點C。雷射掃描裝置100的焦點與定位點A之間的成像差距可為但不限於300微米(micrometer，μm)至2000微米，雷射掃描裝置100的 焦點與定位點C之間的成像差距可為但不限於300微米至2000微米。
雷射掃描裝置100包括雷射輸出單元102、掃描器104、分光單元106、反射元件107、成像補償單元108、偵測單元110以及控制單元112。在本實施例中，掃描器104可包括掃描元件40(請參照「第2A圖」)與掃描聚焦單元114，掃描聚焦單元114可包括但不限於透鏡42、透鏡43、透鏡44與透鏡45(請參照「第2A圖」)。
雷射輸出單元102輸出雷射光束116。在本實施例中，雷射光束116的波長可為但不限於一百奈米(nanometer，nm)至一百微米(micrometer，um)。雷射光束116穿過分光單元106後入射於掃描器104，掃描聚焦單元114係使雷射光束116聚焦且掃描工作平台50上的物件51。當雷射掃描裝置100進行掃描加工完畢後，掃描器104可透過掃描聚焦單元114接收並輸出照射於工作平台50的可見光光束118(即物件51所包括定位點A、定位點B與定位點C的可見光光束118)至分光單元106。接著，分光單元106反射掃描器104所輸出的可見光光束118。成像補償單元108接收被分光單元106與反射元件107反射的可見光光束118，並補償可見光光束118經過掃描聚焦單元114所形成的像差與色散(如「第2A圖」所示)。
其中，照射工作平台50的可見光光束118之光源(未標示)可為雷射掃描裝置100所外加的光源，但本實施例並非用以限定 本發明，舉例而言，照射工作平台50的可見光光束118之光源亦可為配置於掃描器104中的可見光光源。
上述的像差與色散的產生係與掃描聚焦單元114的設計有關，由於掃描聚焦單元114係依據雷射光束116的波長所設計，以提供雷射光束116經過掃描聚焦單元114後可進行聚焦與掃描，然而可見光光束118的波長與雷射光束116的波長不同，所以當可見光光束118經過掃描聚焦單元114時會產生像差與色散。
更詳細地說，請參照「第2A圖」、「第2B圖」與「第2C圖」，係分別為依據「第1圖」之掃描器接收並輸出照射於工作平台上定位點A、定位點B與定位點C之可見光光束的光線路徑圖。在本實施例中，掃描器104(請參照「第1圖」)包括至少一掃描元件40與掃描聚焦單元114，掃描聚焦單元114可包括但不限於透鏡42、透鏡43、透鏡44與透鏡45。可見光光束118(請參照「第1圖」)包括但不限於紅色光束200與綠色光束300，使得紅色光束200與綠色光束300分別經過掃描聚焦單元114(即掃描元件40、透鏡42、透鏡43、透鏡44與透鏡45)後，因紅色光束200與綠色光束300所具有的波長與雷射光束116(請參照「第1圖」)的波長不同，使紅色光束200、綠色光束300與雷射光束116(請參照「第1圖」)所分別對應的掃描聚焦單元114之折射率不同，進而產生像差與色散(即「第2A圖」、「第2B圖」與「第2C圖」中紅色光束200與綠色光束300未進入成像補償單元108前，照射於定位點A、定位點B或定位點C的紅色光束200未匯聚成一 點，照射於定位點A、定位點B或定位點C的綠色光束300未匯聚成一點，使得定位點A、定位點B與定位點C的影像模糊，進而產生像差)。因此，可藉由成像補償單元108的配置，使得可見光光束118(請參照「第1圖」)中的每一波長在經過成像補償單元108後可消除上述的像差與色散，關於成像補償單元108如何消除像差的說明，請容後詳述。
請參照「第1圖」，上述雷射輸出單元102所輸出的雷射光束116經過分光單元106、掃描元件40、透鏡42、透鏡43、透鏡44與透鏡45而掃描物件51，照射於物件51的可見光光束118係經過透鏡45、透鏡44、透鏡43、透鏡42、掃描元件40、分光單元106、反射元件107與成像補償單元108而被偵測單元110所接收。
請參照「第3圖」，係為依據「第1圖」之成像補償單元的一實施例結構示意圖。在本實施例中，成像補償單元108可包括正透鏡組126，其中，正透鏡組126可包括但不限於透鏡60與透鏡61。此外，為了縮短反射元件107與偵測單元110間的距離，成像補償單元108另可包括負透鏡組128，負透鏡組128可包括但不限於透鏡62與透鏡63。其中，正透鏡組126與負透鏡組128分別滿足下列公式(1)與(2)：r2 -r1 >r1 ．r2 (1)
r3 -r4 ≦r3 ．r4 (2)
上述r1 為正透鏡組126的第一曲率半徑，r2 為正透鏡組126的第二曲率半徑，r3 為負透鏡組128的第一曲率半徑，r4 為負透鏡 組128的第二曲率半徑。也就是說，r1 可為「第3圖」圖面中透鏡60與透鏡61所組合而成的左邊曲率半徑，r2 可為「第3圖」圖面中透鏡60與透鏡61所組合而成的右邊曲率半徑，r3 可為「第3圖」圖面中透鏡62與透鏡63所組合而成左邊的曲率半徑，r4 可為「第3圖」圖面中透鏡62與透鏡63所組合而成的右邊曲率半徑，但本實施例並非用以限定本發明。
舉例而言，請參照「第4圖」，係為依據「第1圖」之成像補償單元的另一實施例結構示意圖。成像補償單元108可包括但不限於正透鏡組226與負透鏡組228，其中，正透鏡組226可包括但不限於透鏡70、透鏡71與透鏡72，負透鏡組228可為但不限於單一凹透鏡，其中，負透鏡組228係用以縮短反射元件107與偵測單元110間的距離。
在本實施例中，由於像差可包括縱向色差(Axial Color)、橫向色差(Lateral Color)與場曲(field curvature)，雷射掃描裝置100為了消除上述像差，成像補償單元108與掃描聚焦單元114的關係需符合下列公式：
K =K ' +K " -dK ' K " (4)
h 1 K =h 1 K 1 +h 2 K 2 +h 3 K 3 +h 4 K 4 +h 5 K 5 +h 6 K 6 (5)
其中，OO’為整體系統(即雷射掃描裝置100)的物像距離(即物件51經掃描器104、分光單元106、反射元件107與成像補償單元108至偵測單元110的距離)，m為整體系統(即雷射掃描裝置100)的放大倍率，f’ 為整體系統的有效焦距，K、K’與K”分別為整體系統(即雷射掃描裝置100)、成像補償單元108與掃描聚焦單元114的光焦度(焦度為焦距的倒數)，d為成像補償單元108與掃描聚焦單元114間的距離。K1 、K2 、K3 、K4 、K5 與K6 分別為透鏡42、透鏡43、透鏡44、透鏡45、正透鏡組126與負透鏡組128的光焦度，n1 、n2 、n3 、n4 、n5 與n6 分別為透鏡42、透鏡43、透鏡44、透鏡45、正透鏡組126與負透鏡組128的折射率，V1 、V2 、V3 、V4 、V5 與V6 分別為透鏡42、透鏡43、透鏡44、透鏡45、正透鏡組126與負透鏡組128的色散係數，h1 、h2 、h3 、h4 、h5 與h6 分別為邊緣光線(可見光光束118的各個波長)在透鏡42、透鏡43、透鏡44、透鏡45、正透鏡組126與負透鏡組128的高度。
公式(3)用以計算整體系統(即雷射掃描裝置100)的物像距離，公式(4)與(5)用以計算整體系統(即雷射掃描裝置100)的光焦度，公式(6)用以計算無場曲時珀茲伐和(Petzval Sum)為零的情形，公式(7)用以計算無縱向色差的情形，公式(8)用以計算無橫向色差的情形。
透過上述公式(3)、公式(4)、公式(5)、公式(6)、公式(7)與公式(8)可獲得整體系統(即雷射掃描裝置100)於無像差時的K1 、K2 、K3 、K4 、K5 、K6 與各個透鏡間的關係式(即透鏡42、透鏡43、透鏡44、透鏡45、正透鏡組126與負透鏡組128間的關係式)，上述的關係式中的部分參數可依據實際雷射加工的需求而制定，進而獲得所有參數的確切數值，於此便不再多作贅述。需注意的是，正透鏡組126與負透鏡組128仍需分別符合公式(1)與公式(2)。
需注意的是，當雷射掃描裝置100使物件51的影像(即定位點A與定位點C)離焦時，可調整偵測單元110、負透鏡組128與正透鏡組126其中之一的配置位置，以使物件51的影像聚焦，進而使雷射掃描裝置100接收物件51的清晰影像。
此外，由於定位點B與定位點A的放大率不同(即定位點B的放大率小於定位點A的放大率)，使得正透鏡組126與負透鏡組128之間的距離需進行調整。依據公式(3)可知，藉由調整雷射掃描裝置100的有效焦距f’ 可使雷射掃描裝置100的放大率固定。依據下列公式(9)：
其中，f1 為負透鏡組128的焦距，f2 為正透鏡組126的焦距，d為負透鏡組128與正透鏡組126之間的距離。
因為負透鏡組128的焦距與正透鏡組126的焦距為定值，藉由調整正透鏡組126與負透鏡組128之間的距離，可使雷射掃描裝置100的有效焦距f’ 改變。也就是說，當雷射掃描裝置100掃描物件51由定位點B至定位點A時，正透鏡組126與負透鏡組128之間的距離係依據物件51的不同掃描位置進行調整。
在本實施例中，偵測單元110接收經過成像補償單元108的可見光光束118而輸出偵測信號120。控制單元112接收偵測信號120，且依據可見光光束118的波長、雷射光束116的波長、掃描聚焦單元114與成像補償單元108調整偵測信號120。
換句話說，偵測單元110接收經過成像補償單元108的可見光光束118而輸出偵測信號120，用以提供生產線(未標示)檢測物件51經掃描加工後的結果，但因可見光光束118與雷射光束116的波長不同而使得輸出的偵測信號120與真實物件51上的影像有偏差，因此控制單元112可依據可見光光束118的波長、雷射光束116的波長、掃描聚焦單元114與成像補償單元108調整偵測單元110所輸出的偵測信號120，以減少上述偏差，進而提升檢測的精準度。
更詳細的描述請參照「第1圖」、「第5圖」與「第6圖」，其中「第5圖」與「第6圖」分別為依據「第1圖」之控制單元於第一方向的光學模擬與實作時的位置誤差關係示意圖與依據「第5圖」之光學模擬與實作的相對誤差百分比關係示意圖。由於雷射掃描裝置100進行掃描的方式係為二維雷射掃描，即掃描方向包括第一方向(未標示)與第二方向(未標示)，其中第一方向與第二方向垂直。因此，當利用偵測單元110檢測經掃描加工後的物件51時，存在有第一方向的位置誤差與第二方向的位置誤差。在本實施例中，僅以第一方向的位置誤差為例，第二方向的位置誤差則以此類推。
為了使偵測單元110不因可見光光束118與雷射光束116的波長不同而使得輸出的偵測信號120與真實物件51上的影像有偏差，於是在雷射掃描裝置100進行雷射加工前，控制單元112可先依據可見光光束118的波長、雷射光束116的波長、掃描聚焦單元114(即透鏡42、透鏡43、透鏡44與透鏡45的曲率半徑和折射率)與成像補償單元108(即正透鏡組126與負透鏡組128的曲率半徑和折射率)進行模擬程序而輸出在不同的第一方向位置之模擬信號20(即在不同的第一方向位置之光學模擬的位置誤差)，其後雷射掃描裝置100進行實作程序而使控制單元112獲得在不同的第一方向位置之實作信號25(即在不同的第一方向位置之實際運作時的位置誤差)，控制單元112可藉由在不同的第一方向位置之模擬信號20與在不同的第一方向位置之實作信號25計算出相對誤差而獲得誤差信號30。舉例而言，先將模擬信號20中X1 值減掉實作信號25中Z1 值再除上X1 而獲得誤差信號30中的S1 值，模擬信號20中X2 值減掉實作信號25中Z2 值再除上X2 而獲得誤差信號30中的S2 值，其他以此類推。
在本實施例中，控制單元112可利用誤差信號30進行線性回歸的運算以獲得偏差值，控制單元112可利用偏差值回饋補償給掃描器104與掃描聚焦單元114，進而達到補償可見光與雷射光的波長不同而產生的偏差量。需注意的是，上述的校正補償不限定只進行一次，可根據製程所需的精密度，重複校正補償，當校正補償完成後，雷射掃描裝置100可進行精確的掃描加工。在本實施例中，偏差值可為但不限於五微米。
其中，模擬程序係為：模擬雷射掃描裝置100利用掃描器104與掃描聚焦單元114進行第一方向的雕刻，第一方向的雕刻可為但不限於3個點雕刻，其中第一方向的雕刻後每個雕刻點之相對距離P(每一雕刻點間的距離為固定值)。再模擬偵測單元110利用成像補償單元108沿著第一方向進行每個雕刻點的取像與視覺定位，可得到各點間的相對距離S。接著，比對模擬第一方向的雕刻後每個雕刻點之相對距離P與模擬利用成像補償單元108沿著第一方向所得到的各點間的相對距離S以獲得誤差，此誤差即為再不同的第一方向位置之模擬信號20。
實作程序係為：雷射掃描裝置100利用沒有掃描加工誤差的掃描器104與掃描聚焦單元114(即校正補償後的掃描器104與掃描聚焦單元114)進行第一方向的雕刻，第一方向的雕刻可為但不限於3個點雕刻，其中第一方向的雕刻後每個雕刻點之相對距離A(每一雕刻點間的距離為固定值)。接著，偵測單元110利用成像補償單元108沿著第一方向進行每個雕刻點的取像與視覺定位，可得到各點間的相對距離B。接著，比對第一方向的雕刻後每個雕刻點之相對距離A與利用成像補償單元108沿著第一方向所得到的各點間的相對距離B以獲得誤差，此誤差即為在不同的 第一方向位置之實作信號25。
上述的透鏡42、透鏡43、透鏡44、透鏡45、透鏡60、透鏡61、透鏡62、透鏡63、透鏡70、透鏡71、透鏡72與負透鏡組228所包括的單一凹透鏡可為但不限於球面鏡、非球面鏡或膠合透鏡。
此外，請參照「第7A圖」與「第7B圖」，其為依據「第1圖」之掃描聚焦單元的一實施例立體結構示意圖與一實施例側視結構示意圖。在本實施例中，掃描聚焦單元114包括掃描元件40與掃描元件41，掃描元件40具有法線401，掃描元件41具有法線411，法線401與法線411相互正交。雷射掃描裝置100可藉由法線401與法線411相互正交，解決傳統掃描聚焦單元214因掃描元件80與掃描元件82所具有的法線801與法線821非正交造成傳統雷射掃描檢測裝置所取得的掃描區域影像具有旋轉現象的問題(請參照「第8A圖」、「第8B圖」與「第8C圖」，其分為傳統掃描聚焦單元的一實施例立體結構示意圖、傳統掃描聚焦單元的一實施例側視結構示意圖與傳統雷射掃描檢測裝置利用傳統掃描聚焦單元所取得的掃描區域影像一實施例示意圖)，進而提升雷射掃描裝置100檢測或定位的精度(請參照「第7C圖」，其為「第1圖」之偵測單元利用「第7A圖」之掃描聚焦單元所取得的掃描區域影像一實施例示意圖)。
依據本發明所揭露之雷射掃描裝置，可藉由偵測單元的設置減少先前技術所存在零組件多、佔空間與無法同步檢測的問題。接著，由於掃描聚焦單元依據雷射光束所設計，且可見光光束與 雷射光束的波長不同，所以當可見光光束經過掃描聚焦單元後會產生像差(包括場曲、縱向色散與橫向色散)，藉由成像補償單元的設計，可補償可見光光束經過掃描聚焦單元所產生的像差，藉以解決先前技術所存在僅中心區域的影像為清晰影像的問題。再者，由於可見光光束包括多個波長，所以當可見光光束經過掃描聚焦單元與成像補償單元後會產生色散，藉由控制單元調整偵測信號，可補償可見光光束經過掃描聚焦單元與成像補償單元後所產生色散，藉以解決先前技術所存在實際雷射光束所掃描的位置與電荷耦合裝置接收可見光光束而獲得影像的掃描加工位置不同而影響檢測精確度的問題。此外，依據本發明所揭露之雷射掃描裝置可藉由二掃描元件所具有的法線相互正交，解決先前技術因二掃描元件所具有的法線非正交造成掃描區域影像具有旋轉現象的問題，進而提升雷射掃描裝置檢測或定位的精度。
雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。
20．．．模擬信號
25．．．實作信號
30．．．誤差信號
50．．．工作平台
51．．．物件
40、41、80、82．．．掃描元件
42、43、44、45、60、61、62、63．．．透鏡
70、71、72．．．透鏡
100．．．雷射掃描裝置
102．．．雷射輸出單元
104．．．掃描器
106．．．分光單元
107．．．反射元件
108．．．成像補償單元
110．．．偵測單元
112．．．控制單元
114、214．．．掃描聚焦單元
126、226．．．正透鏡組
128、228．．．負透鏡組
116．．．雷射光束
118．．．可見光光束
120．．．偵測信號
200．．．紅色光束
300．．．綠色光束
401、411、801、821．．．法線
第1圖係為依據本發明所揭露之雷射掃描裝置的一實施例架構示意圖。
第2A圖係為依據第1圖之掃描器接收並輸出照射於工作平台上定位點A之可見光光束的光線路徑圖。
第2B圖係為依據第1圖之掃描器接收並輸出照射於工作平台上定位點B之可見光光束的光線路徑圖。
第2C圖係為依據第1圖之掃描器接收並輸出照射於工作平台上定位點C之可見光光束的光線路徑圖。
第3圖係為依據第1圖之成像補償單元的一實施例結構示意圖。
第4圖係為依據第1圖之成像補償單元的另一實施例結構示意圖。
第5圖係為依據第1圖之控制單元於第一方向的光學模擬與實作時的位置誤差關係示意圖。
第6圖係為依據第5圖之光學模擬與實作的相對誤差百分比關係示意圖。
第7A圖為依據第1圖之掃描聚焦單元的一實施例立體結構示意圖。
第7B圖為依據第1圖之掃描聚焦單元的一實施例側視結構示意圖。
第7C圖為第1圖之偵測單元利用第7A圖的掃描聚焦單元所取得的掃描區域影像一實施例示意圖。
第8A圖為傳統掃描聚焦單元的一實施例立體結構示意圖。
第8B圖為傳統掃描聚焦單元的一實施例側視結構示意圖。
第8C圖為傳統雷射掃描檢測裝置利用傳統掃描聚焦單元所取得的掃描區域影像一實施例示意圖。
50‧‧‧工作平台
51‧‧‧物件
100‧‧‧雷射掃描裝置
102‧‧‧雷射輸出單元
104‧‧‧掃描器
106‧‧‧分光單元
107‧‧‧反射元件
108‧‧‧成像補償單元
110‧‧‧偵測單元
112‧‧‧控制單元
114‧‧‧掃描聚焦單元
116‧‧‧雷射光束
118‧‧‧可見光光束
120‧‧‧偵測信號

Claims (14)

  1. 一種雷射掃描裝置，包括：一雷射輸出單元，輸出一雷射光束；一掃描器，包括一掃描聚焦單元，該掃描聚焦單元係使該雷射光束聚焦且掃描一物件，該掃描器透過該掃描聚焦單元接收並輸出照射於該物件的一可見光光束；一分光單元，使該雷射光束穿透且反射該掃描器所輸出的該可見光光束；一成像補償單元，接收來自該分光單元所反射的該可見光光束，該可見光光束經該成像補償單元後聚焦成像，該成像補償單元補償該可見光光束經過該掃描聚焦單元所形成的一像差；一偵測單元，接收經過該成像補償單元的該可見光光束而輸出一偵測信號；以及一控制單元，接收該偵測信號，且依據該可見光光束的波長、該掃描聚焦單元與該成像補償單元調整該偵測信號。
  2. 如請求項1所述之雷射掃描裝置，其中，該雷射光束的波長為一百奈米(nanometer，nm)至一百微米(micrometer，um)。
  3. 如請求項1所述之雷射掃描裝置，其中，該掃描聚焦單元包括至少一掃描元件與至少一透鏡。
  4. 如請求項1所述之雷射掃描裝置，其中，該成像補償單元包括至少一正透鏡組。
  5. 如請求項4所述之雷射掃描裝置，其中，該正透鏡組滿足下列公式：r2 -r1 >r1 ．r2 其中，r1 為該正透鏡組的一第一曲率半徑，r2 為該正透鏡組的一第二曲率半徑。
  6. 如請求項4所述之雷射掃描裝置，該正透鏡組係選自球面鏡(spherical lens)、非球面鏡(aspheric lens)、膠合透鏡(doublet lens)及其組合之群組。
  7. 如請求項4所述之雷射掃描裝置，其中，該成像補償單元更包括至少一負透鏡組。
  8. 如請求項7所述之雷射掃描裝置，其中，該負透鏡組滿足下列公式：r3 -r4 ≦r3 ．r4 其中，r3 為該負透鏡組的一第一曲率半徑，r4 為該負透鏡組的一第二曲率半徑。
  9. 如請求項7所述之雷射掃描裝置，其中當該雷射掃描裝置使該物件的一影像離焦時，調整該偵測單元、該負透鏡組與該正透鏡組其中之一的配置位置以使該物件的該影像聚焦。
  10. 如請求項7所述之雷射掃描裝置，其中該負透鏡組與該正透鏡組之間具有一距離，該距離依據該物件的不同掃描位置進行調整。
  11. 如請求項1所述之雷射掃描裝置，其中，該偵測單元為一電荷 耦合裝置。
  12. 如請求項1所述之雷射掃描裝置，其中，該控制單元依據該可見光光束的波長、該雷射光束的波長、該掃描聚焦單元與該成像補償單元間的關係而輸出一模擬信號，該雷射掃描裝置進行一實作程序而使該控制單元獲得一實作信號，該控制單元藉由該模擬信號與該實作信號計算出一相對誤差而獲得一誤差信號，該控制單元依據該誤差信號調整該偵測信號。
  13. 如請求項1所述之雷射掃描裝置，其中，該物件配置於一工作平台上，該雷射掃描裝置掃描該工作平台上的該物件。
  14. 如請求項1所述之雷射掃描裝置，其中，該掃描聚焦單元包括二掃描元件，每一該掃描元件具有一法線，該些法線相互正交。
TW100137979A 2010-10-22 2011-10-19 雷射掃描裝置 TWI428194B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW100137979A TWI428194B (zh) 2010-10-22 2011-10-19 雷射掃描裝置
CN201110322633.0A CN102547048B (zh) 2010-10-22 2011-10-21 激光扫描装置
US13/305,887 US8669507B2 (en) 2010-10-22 2011-11-29 Laser scanning device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW99136213 2010-10-22
TW100137979A TWI428194B (zh) 2010-10-22 2011-10-19 雷射掃描裝置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201217092A TW201217092A (en) 2012-05-01
TWI428194B true TWI428194B (zh) 2014-03-01

Family

ID=45972163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100137979A TWI428194B (zh) 2010-10-22 2011-10-19 雷射掃描裝置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20120097833A1 (zh)
TW (1) TWI428194B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8669507B2 (en) * 2010-10-22 2014-03-11 Industrial Technology Research Institute Laser scanning device
IT1403871B1 (it) * 2011-02-11 2013-11-08 El En Spa "dispositivo e metodo di trattamento laser della pelle"
TWI577484B (zh) * 2014-11-20 2017-04-11 財團法人工業技術研究院 三維雷射加工裝置及定位誤差校正方法
JP6822091B2 (ja) * 2016-11-17 2021-01-27 富士通株式会社 画像情報出力装置、画像情報出力方法、プログラム

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3477296D1 (en) * 1984-04-05 1989-04-20 Agfa Gevaert Nv Device for accurately focussing a laser beam
US5162641A (en) * 1991-02-19 1992-11-10 Phoenix Laser Systems, Inc. System and method for detecting, correcting and measuring depth movement of target tissue in a laser surgical system
US5338924A (en) * 1992-08-11 1994-08-16 Lasa Industries, Inc. Apparatus and method for automatic focusing of light using a fringe plate
JPH06350153A (ja) * 1993-06-10 1994-12-22 Kokusai Chodendo Sangyo Gijutsu Kenkyu Center 超電導デバイスの製造方法
US5562842A (en) * 1994-10-17 1996-10-08 Panasonic Technologies, Inc. Material treatment apparatus combining a laser diode and an illumination light with a video imaging system
US5932119A (en) * 1996-01-05 1999-08-03 Lazare Kaplan International, Inc. Laser marking system
EP1173302B1 (en) * 1999-04-27 2005-04-20 GSI Lumonics Inc. Laser calibration apparatus and method
US6303903B1 (en) * 1999-08-11 2001-10-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Method and apparatus for determining focus position of a laser
JP4337999B2 (ja) * 1999-09-14 2009-09-30 ソニー株式会社 焦点位置制御機構及び方法、並びに、半導体ウェハの検査装置及び方法
JP4519987B2 (ja) * 2000-04-13 2010-08-04 オリンパス株式会社 焦点検出装置
US6653611B2 (en) * 2001-04-09 2003-11-25 A-Tech Corporation Optical line of sight pointing and stabilization system
DE10120251B4 (de) * 2001-04-25 2006-03-23 Precitec Kg Verfahren und Sensorvorrichtung zur Überwachung eines an einem Werkstück durchzuführenden Laserbearbeitungsvorgangs sowie Laserbearbeitungskopf mit einer derartigen Sensorvorrichtung
JP2002334474A (ja) * 2001-05-11 2002-11-22 Sharp Corp 収差検出方法及びそれを用いた光記録再生方法並びに光記録再生装置
US6624403B2 (en) * 2001-10-11 2003-09-23 Therma-Wave, Inc. Autofocus system
US20040089642A1 (en) * 2002-01-15 2004-05-13 Christensen C. Paul Method and system for laser marking a gemstone
US6621060B1 (en) * 2002-03-29 2003-09-16 Photonics Research Ontario Autofocus feedback positioning system for laser processing
US7119351B2 (en) * 2002-05-17 2006-10-10 Gsi Group Corporation Method and system for machine vision-based feature detection and mark verification in a workpiece or wafer marking system
DE10230397A1 (de) * 2002-07-05 2004-01-15 Sick Ag Laserabtastvorrichtung
US6670574B1 (en) * 2002-07-31 2003-12-30 Unitek Miyachi Corporation Laser weld monitor
JP2007509368A (ja) * 2003-10-17 2007-04-12 ジーエスアイ・ルモニクス・コーポレーション 柔軟な走査範囲
US7547866B2 (en) * 2004-04-28 2009-06-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation method and method for manufacturing semiconductor device including an autofocusing mechanism using the same
JP2005334928A (ja) * 2004-05-26 2005-12-08 Yamazaki Mazak Corp レーザ加工機における焦点調整装置
US20060011592A1 (en) * 2004-07-14 2006-01-19 Pei-Chung Wang Laser welding control
JP2006084794A (ja) * 2004-09-16 2006-03-30 Olympus Corp 焦点位置制御機構付き観察装置
TWI255749B (en) * 2004-12-14 2006-06-01 Cleavage Entpr Co Ltd High-power solid-state laser dicing apparatus for a gallium nitride wafer and dicing method thereof
US7742213B2 (en) * 2005-12-29 2010-06-22 Rensselaer Polytechnic Institute Adaptive-scanning optical microscope
US7676061B2 (en) * 2006-05-02 2010-03-09 Telesis Technologies, Inc. Laser safety system
US7718554B2 (en) * 2007-02-09 2010-05-18 Wafermasters, Inc. Focused laser beam processing
US7994467B2 (en) * 2007-06-06 2011-08-09 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Optical cavity emitter arrangements with spectral alignment and methods therefor
JP5376707B2 (ja) * 2008-01-24 2013-12-25 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザアニール装置
WO2009134762A2 (en) * 2008-04-28 2009-11-05 Massachusetts Institute Of Technology 3d two-photon lithographic microfabrication system
JP5692969B2 (ja) * 2008-09-01 2015-04-01 浜松ホトニクス株式会社 収差補正方法、この収差補正方法を用いたレーザ加工方法、この収差補正方法を用いたレーザ照射方法、収差補正装置、及び、収差補正プログラム
US8669507B2 (en) * 2010-10-22 2014-03-11 Industrial Technology Research Institute Laser scanning device

Also Published As

Publication number Publication date
US20120097833A1 (en) 2012-04-26
TW201217092A (en) 2012-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11950981B2 (en) Scanning system and calibration thereof
US8669507B2 (en) Laser scanning device
CN103575218A (zh) 彩色共焦扫描装置
TWI428194B (zh) 雷射掃描裝置
CN108761778B (zh) 成像光学系统、测定装置、形状测定装置、构造物制造系统、及构造物制造方法
JP2013218251A (ja) レンズ調芯装置および撮像レンズ
CN102547048A (zh) 激光扫描装置
CN210070874U (zh) 超光谱线扫描3d测量装置
Prause et al. Highly miniaturized endoscopic spatial confocal point distance sensor
JP7289780B2 (ja) 偏芯計測方法および偏芯計測装置
CN217689587U (zh) 一种线色散镜头和线光谱共焦传感器
CN218675673U (zh) 一种高轴向分辨率的线性色散物镜装置
KR100603287B1 (ko) 광대역 스캔 렌즈 및 이를 채용하는 레이저 마킹 장치 및이를 이용한 왜곡수차 보정 방법
JP2015094802A (ja) 対物光学系および画像取得装置
JP2011058855A (ja) 三次元測定装置