TWI651654B - 光學標記讀取器 - Google Patents

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TWI651654B
TWI651654B TW104106234A TW104106234A TWI651654B TW I651654 B TWI651654 B TW I651654B TW 104106234 A TW104106234 A TW 104106234A TW 104106234 A TW104106234 A TW 104106234A TW I651654 B TWI651654 B TW I651654B
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布萊恩Ｃ 強漢森
金京英
布魯斯Ｗ 巴爾
賈斯汀Ｄ 雷德
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美商伊雷克托科學工業股份有限公司
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Abstract

一二維碼內之各資料點可由點(32)之一散佈表示。可使各點(32)足夠小以對人眼不可見，使得該二維碼可在透明或非透明材料上或內不可見。該等點(32)可以一較大距離間隔以增加一光碼讀取器之信雜比。一碼讀取器可經調適以讀取該等點(32)且決定該等資料點。

Description

光學標記讀取器 【著作權聲明】
©2015Electro Scientific Industries公司本專利文件之揭示內容之一部分包含受著作權保護之材料。著作權所有人並不反對任何人對如出現於專利及商標局之專利檔案或記錄中之專利文件或專利揭示內容之複製再現，但除此之外任何情況下保留所有著作權。37 CFR § 1.71(d)。
【相關申請案】
本申請案係2014年8月6日申請之美國專利申請案第62/033,989號之一非臨時申請案，該案之內容之全文為了所有目的以引用的方式併入本文中，且本申請案係2014年2月28日申請之美國專利申請案第14/194,455號之一部分接續，該案之內容之全文為了所有目的以引用的方式併入本文中。
本申請案係關於光學讀取器，且特定言之，係關於用於讀取光學標記(諸如對一人眼不可見之標記)之系統及方法。
二維識別(2DID)碼(諸如快速回應(QR)碼及GS1 DataMatrix(DM)碼)係廣泛地用於產品追蹤及提供各種資訊之一矩陣條碼之類型。QR碼包含在一淺色背景下配置於一方格內之填充之深色正方形(黑色正方 形)且適於藉由一成像裝置(諸如一相機)之高速擷取。在此等碼中，各正方形表示一資料點。典型方格圖案在從每列或每行11個正方形至177個正方形之範圍中。獲取影像之水平及垂直分量中之圖案可顯露或啟動(諸如)用於商業追踪、娛樂及交通票務、產品標示、產品營銷、行動電話標籤、優惠券、顯示文字、添加電子卡聯繫人資訊、打開一URL或URI或撰寫電子郵件或文字訊息之寫碼資訊。QR碼由一ISO標準涵蓋，且其使用係免授權。QR碼產生網站及應用程式廣泛地可用，因而使用者可產生及列印其等自身QR碼以供其他者掃描。(參閱http：//en.wikipedia.org/wiki/QR_code。)一例示性QR碼展示於圖1中。
GS1 DataMatrix碼亦由若干ISO及IEC標準(諸如15424及15459)涵蓋且對於許多應用程式係免授權。參閱http：//en.wikipedia.org/wiki/Data_Matrix。GS1 DataMatrix碼產生資源亦廣泛地可用。使用http：//datamatrix.kaywa.com產生之一例示性GS1 DataMatrix碼展示於圖2中。
存在用於在多種材料上及以許多不同大小標記此等DM或2DID碼之方法，其中2DID碼之整個圖案大於500微米(μm)。例如，一些2DID碼可使用傳統列印技術列印於標示上，刻印於金屬中及雕刻於墓碑石中。
光碼讀取器可用於從支援此等光碼之外部表面讀取該等光碼。寫碼及解碼方案一般較強健且包含嵌入之循環冗餘檢查(CRC)誤差校正，其確保資料完整性以用於準確列印之碼。例如，用於寫碼及解碼某些類型之此等2DID碼之國際標準可在 http：//www.gs1.org/docs/gsmp/barcodes/GS1_General_Specifications.pdf中發現。但是，若2DID碼包含列印誤差或不一致，則2DID碼可能解碼起來困難得多(若不是不可能)。
提供本發明內容以按簡化形式引入例示性實施例之詳細描述中進一步描述之概念之選擇。本發明內容並非易欲識別主張之標的之關鍵或本質發明概念，或並非易欲限制主張之標的之範疇。
在一些實施例中，一二維碼由具有一對比背景之一基板上或內之一點散佈表示，其中該點散佈包括多個群組之點，該等群組之點包含第一及第二群組之點，其中該等第一及第二群組之點之各者代表一幾何形狀，使得該點散佈形成一陣列之多列及多行幾何區域，其中該等幾何區域之一些包含一群組之點且該等幾何區域之一些缺少點。
在一些替代、額外或累積實施例中，一種用於利用一二維識別碼標記一基板之方法包括產生雷射脈衝且在該基板處導向該等雷射脈衝以在該基板上或內形成一點散佈，其中該點散佈表示該二維碼且包括多個群組之點，該等群組之點包含第一及第二群組之點，其中該等第一及第二群組之點之各者代表一幾何形狀，使得該點散佈形成一陣列之多列及多行幾何區域，其中該等幾何區域之一些包含一群組之點且該等幾何區域之一些缺少點。
在一些替代、額外或累積實施例中，一種用於在一工件之一基板上或內利用一二維識別碼標記一基板之雷射微加工系統，其中該二維碼包含一陣列之幾何形狀區域，其中指定該等幾何形狀區域之一些且未指 定該等幾何形狀區域之一些，該雷射微加工系統包括：一雷射，其用於沿著一束軸產生雷射脈衝；一工件支撐系統，其用於移動該工件；一束定位系統，其用於朝著該工件導向該束軸，使得一雷射脈衝可操作以在該基板上標記一點；及一控制器，其用於協調該工件支撐系統及該束定位系統之相對移動，且用於針對表示該等指定幾何形狀區域之該等群組之點實施該二維碼之指定幾何形狀區域至該基板上之相對位置之轉換。
在一些替代、額外或累積實施例中，一種用於讀取具有第一及第二相對表面之一基板內之一二維識別碼之方法包括：將光朝著該基板之一第一表面導向，其中該光具有一波長且其中該基板對該波長透明，其中該二維碼由該基板內之一點散佈表示，其中該點散佈包括多個群組之點，該等群組之點包含第一及第二群組之點，其中該等第一及第二群組之點之各者代表一幾何形狀，使得該點散佈形成一陣列之多列及多行幾何區域，其中該等幾何區域之一些包含一群組之點且該等幾何區域之一些缺少點，其中該光之一第一部分由該等點阻擋，且其中該光之一第二部分穿過超出該等點且傳播通過該基板之該第二表面；放大傳播通過該基板之該第二表面之該光之該第二部分；利用一成像器使傳播通過該基板之該第二表面且放大之該光之該第二部分成像；分析該光之該第二部分之一影像及由該光之該第一部分之阻擋引起之陰影以決定該等點之散佈；及基於由該成像器成像之該等點之散佈決定該二維碼。
在一些替代、額外或累積實施例中，一種用於讀取具有第一及第二相對表面之一基板內之一二維識別碼之方法包括：將光朝著該基板之該第一表面導向，其中該光具有一波長，且其中該基板及其第一表面對 該波長透明，其中該二維碼由該基板內之一點散佈表示，其中該點散佈包括多個群組之點，該等群組之點包含第一及第二群組之點，其中該等第一及第二群組之點之各者代表一幾何形狀，使得該點散佈形成一陣列之多列及多行幾何區域，其中該等幾何區域之一些包含一群組之點且該等幾何區域之一些缺少點，其中該光之一第一部分穿過超過該等點且在該第二表面處吸收，其中該第二表面或施覆於其上之一塗層對該波長具吸收性，且其中該光之一第二部分穿過超出該等點且通過該第一表面傳播通過該基板之該第二表面；放大傳播通過該第一表面之光之第二部分；利用一成像器使傳播通過該第一表面且放大之該光之該第二部分成像；分析該光之該第二部分之一影像及由該光之該第一部分之吸收引起之一黑色背景以決定該等點之散佈；及基於由該成像器成像之該等點之散佈決定該二維碼。
在一些替代、額外或累積實施例中，一種用於讀取具有第一及第二相對表面之一基板內之一上維識別碼之方法包括：將光朝著該基板之該第一表面導向，其中該光具有一波長，且其中該基板及其第一表面對該波長透明，其中該二維碼由該基板內之一點散佈表示，其中該點散佈包括多個群組之點，該等群組之點包含第一及第二群組之點，其中該等第一及第二群組之點之各者代表一幾何形狀，使得該點散佈形成一陣列之多列及多行幾何區域，其中該等幾何區域之一些包含一群組之點且該等幾何區域之一些缺少點，其中該光之一些穿過超出該等點且藉由該第二表面變為反射光，其中第二表面或施覆於其上之一塗層對該波長具反射性，其中該反射光之一第一部分由該等點阻擋且其中該反射光之一第二部分穿過超出該等點且傳播通過該基板之該第一表面；放大傳播通過該第一表面之反射 光之第二部分；利用一成像器使傳播通過基板之第二表面且放大之該反射光之該第二部分成像；分析該反射光之該第二部分之一影像及由該反射光之該第一部分之阻擋引起之陰影以決定該等點之散佈；及基於由該成像器成像之該等點之散佈決定該二維碼。
在一些替代、額外或累積實施例中，該代表性幾何形狀係一矩形幾何形狀，且該等第一及第二群組之點經定位以表示該矩形幾何形狀之隅角。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等第一及第二群組之點各包含一偶數數量之點。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等第一及第二群組之點各包含一奇數數量之點。
在一些替代、額外或累積實施例中，表示該二維碼之該點散佈在離一人眼之大於或等於25mm之一距離下對該人眼不可見。
在一些替代、額外或累積實施例中，該陣列具有大於50微米之一陣列尺寸。
在一些替代、額外或累積實施例中，該陣列具有大於500微米之一陣列尺寸。
在一些替代、額外或累積實施例中，該陣列具有小於500微米之一陣列尺寸。
在一些替代、額外或累積實施例中，該陣列具有小於250微米之一陣列尺寸。
在一些替代、額外或累積實施例中，該陣列具有小於或等於 1mm之一陣列尺寸。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等群組之點在離該人眼之大於或等於25mm之一距離下對該人眼不可見。
在一些替代、額外或累積實施例中，各點在離該人眼之大於或等於25mm之一距離下對該人眼不可見。
在一些替代、額外或累積實施例中，各點具有小於35微米之用於一主空間軸之一尺寸。
在一些替代、額外或累積實施例中，各點具有一主空間軸之一點尺寸，且其中大於或等於該主空間軸之該點尺寸之四倍的一距離使該等點分離。
在一些替代、額外或累積實施例中，幾何區域表示一QR碼中之正方形。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等幾何區域表示一GS1 DataMatrix碼中之正方形。
在一些替代、額外或累積實施例中，各點由一雷射脈衝或由一群組之雷射脈衝形成。
在一些替代、額外或累積實施例中，各點由一雷射脈衝或一群組之雷射脈衝形成，各雷射脈衝具有短於或等於50ps之一脈衝寬度。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等點係黑色且該基板係淺色。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等點製成淺色標記且該基板係黑色。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等點係黑色且該基板大體上對可見光透明。
在一些替代、額外或累積實施例中，該基板對可見光不透明。
在一些替代、額外或累積實施例中，該基板包括一結晶材料。
在一些替代、額外或累積實施例中，該基板包括藍寶石。
在一些替代、額外或累積實施例中，該基板包括一非結晶材料。
在一些替代、額外或累積實施例中，該基板包括玻璃。
在一些替代、額外或累積實施例中，該基板包括一塑膠。
在一些替代、額外或累積實施例中，該基板包括鋁。
在一些替代、額外或累積實施例中，雷射脈衝經導向以在形成一第二群組之點之前循序形成一第一群組之點。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等雷射脈衝經導向以形成該第一群組中之一第二點之前形成第一及第二群組之各者中之一第一點。
在一些替代、額外或累積實施例中，一束定位系統及一基板支撐系統協作以相對於該基板上之位置定位該等雷射束之該等點，且其中該等點至位置之定位準確性比10微米更差。
在一些替代、額外或累積實施例中，其中一束定位系統及一基板支撐系統協作以相對於該基板上之位置定位該等雷射束之該等點，且其中該等點至位置之定位準確性比5微米更差。
在一些替代、額外或累積實施例中，其中一束定位系統及一 基板支撐系統協作以相對於該基板上之位置定位該等雷射束之該等點，且其中該等點至位置之定位準確性比1微米更差。
在一些替代、額外或累積實施例中，該群組之點提供大於或等於5之一信雜比。
在一些替代、額外或累積實施例中，群組之點之間之間距或外部分離可表示信號振幅，且協調之束定位及工件支撐系統之不確定性或最大不準確性可表示雜訊。
在一些替代、額外或累積實施例中，增加該等群組之點之間之該間距或外部分離以增加該信雜比。
在一些替代、額外或累積實施例中，採用一控制器以針對該等群組之點將該二維碼之黑色正方形轉換為該基板上之各自位置。
在一些替代、額外或累積實施例中，採用一控制器以針對該等群組之點將該二維碼之黑色正方形轉換為該基板上之各自位置。
在一些替代、額外或累積實施例中，該陣列在一列或一行中包括至少50個幾何區域。
在一些替代、額外或累積實施例中，該二維識別碼意欲為機器可讀。
在一些替代、額外或累積實施例中，光源經定位以沿著橫穿該第一表面之一照明路徑傳播該光，其中該成像器及該光學系統沿著可操作以接收從該第二表面反射之該光之一成像路徑定位。
在一些替代、額外或累積實施例中，第一電子電路分析由藉由點阻擋光引起之陰影。
在一些替代、額外或累積實施例中，光源經定位以沿著橫穿該第一表面之一照明路徑傳播該光，其中該成像器及該光學系統沿著橫穿該第一表面且可操作以接收傳播通過該第一表面之該光之一成像路徑定位。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等點至少部分對該光具反射性，其中該第二表面或其上之一層至少部分對該光具吸收性，且其中第一電子電路分析從該等點反射之該光。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等點至少部分對該光具吸收性，其中該第二表面或其上之一層至少部分對該光具反射性，且其中該第一電子電路分析由藉由該等點阻擋該光引起之陰影。
在一些替代、額外或累積實施例中，二維碼由基板內之一點散佈表示，其中該點散佈包括多個群組之點，該等群組之點包含第一及第二群組之點，其中該等第一及第二群組之點之各者代表一幾何形狀，使得該點散佈形成一陣列之多列及多行幾何區域，且其中幾何區域之一些包含一群組之點且幾何區域之一些缺少點。
在一些替代、額外或累積實施例中，照明路徑以一垂直角橫穿第一表面。
在一些替代、額外或累積實施例中，光源沿著大致上垂直於基板之第一表面之一照明軸定位。
在一些替代、額外或累積實施例中，成像器沿著照明軸定位。
在一些替代、額外或累積實施例中，光源沿著具有並非垂直於基板之第一表面之一入射角之一照明軸定位。
在一些替代、額外或累積實施例中，該照明軸具有1度與70度之間之一入射角。
在一些替代、額外或累積實施例中，該照明軸具有10度與65度之間之一入射角。
在一些替代、額外或累積實施例中，該照明軸具有小於或等於60度之一入射角。
在一些替代、額外或累積實施例中，成像器沿著垂直於第一表面之一成像軸定位。
在一些替代、額外或累積實施例中，光源包括一LED。
在一些替代、額外或累積實施例中，光源提供一可見波長。
在一些替代、額外或累積實施例中，光源提供以下波長之一者或多者：660nm、635nm、633nm、623nm、612nm、592nm、585nm、574nm、570nm、565nm、560nm、555nm、525nm、505nm、470nm及430nm。
在一些替代、額外或累積實施例中，光源提供一紅色波長。
在一些替代、額外或累積實施例中，成像器係單色。
在一些替代、額外或累積實施例中，成像器係全彩色。
在一些替代、額外或累積實施例中，光學系統採用提供從2倍至50倍放大之光學器件。
在一些替代、額外或累積實施例中，光學系統採用提供大於5倍放大之光學器件。
在一些替代、額外或累積實施例中，光學系統採用提供大於 10倍放大之光學器件。
在一些替代、額外或累積實施例中，光學系統採用提供小於20倍放大之光學器件。
在一些替代、額外或累積實施例中，光碼讀取器具有大於50個線對/毫米之一調變傳送函數。
在一些替代、額外或累積實施例中，光碼讀取器具有大於75個線對/毫米之一調變傳送函數。
在一些替代、額外或累積實施例中，光碼讀取器具有大於80個線對/毫米之一調變傳送函數。
在一些替代、額外或累積實施例中，光碼讀取器具有大於90個線對/毫米之一調變傳送函數。
在一些替代、額外或累積實施例中，光學系統提供大約+/- 50μm之一景深。
在一些替代、額外或累積實施例中，光學系統提供大約+/- 10μm之一景深。
在一些替代、額外或累積實施例中，光學系統提供大約+/- 2.5μm之一景深。
在一些替代、額外或累積實施例中，光學系統提供大於或等於大約500μm之一視場。
在一些替代、額外或累積實施例中，光學系統提供大於或等於大約800μm之一視場。
在一些替代、額外或累積實施例中，光學系統提供小於或等 於大約800μm之一視場。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等點形成具有擁有小於500微米之一側尺寸之一場大小的一DM或2DID碼。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等點形成具有擁有小於250微米之一側尺寸之一場大小的一DM或2DID碼。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等點形成具有擁有小於125微米之一側尺寸之一場大小的一DM或2DID碼。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等點形成具有擁有小於250微米之兩個尺寸之一場大小的一DM或2DID碼。
在一些替代、額外或累積實施例中，該等點形成具有擁有小於125微米之兩個尺寸之一場大小的一DM或2DID碼。
額外態樣及優點將從參考附圖進行之較佳實施例之以下詳細描述了解。
10‧‧‧方格圖案
12‧‧‧縮小標記/標記
14‧‧‧放大標記/標記
16‧‧‧邊緣
18‧‧‧未對準標記/標記
30‧‧‧群組
32‧‧‧點
40‧‧‧雷射微加工系統
42‧‧‧表面
44‧‧‧基板
46‧‧‧工件
50‧‧‧雷射
52‧‧‧雷射脈衝
54‧‧‧控制器
60‧‧‧光學路徑
62‧‧‧雷射光學器件
64‧‧‧摺疊鏡
66‧‧‧衰減器或脈衝拾取器
68‧‧‧回饋感測器
70‧‧‧雷射束定位系統
72‧‧‧束軸
80‧‧‧焦點
82‧‧‧雷射台
84‧‧‧迅速定位器台/迅速定位器Z台
86‧‧‧工件台
88‧‧‧空間能量散佈
90‧‧‧束腰部
92‧‧‧主軸
94‧‧‧主軸
96‧‧‧距離
98‧‧‧距離
100‧‧‧晶圓
104‧‧‧表面
106‧‧‧表面
130‧‧‧塗層材料/折射率匹配流體
140‧‧‧平坦表面
142‧‧‧平坦表面
150‧‧‧外罩
220‧‧‧光學標記讀取器
220a‧‧‧光學標記讀取器
220b‧‧‧光學標記讀取器
220c‧‧‧光學標記讀取器
220d‧‧‧光學標記讀取器
220e‧‧‧光學標記讀取器
220f‧‧‧光學標記讀取器
220g‧‧‧光學標記讀取器
222‧‧‧光源
224‧‧‧相機
226‧‧‧光線
226a‧‧‧光線
226b‧‧‧光線
226c‧‧‧光線
226d‧‧‧光線
226g‧‧‧光線
226h‧‧‧光線
226i‧‧‧光線
228‧‧‧成像器
230‧‧‧光學器件
232‧‧‧透鏡
234‧‧‧視訊顯微鏡單元/顯微單元
240‧‧‧擴散器
242‧‧‧管透鏡
250‧‧‧聚焦透鏡
260‧‧‧管線性偏光器
262‧‧‧分束鏡
264‧‧‧準直空間
270‧‧‧照明導管
272‧‧‧照明路徑鏡
274‧‧‧照明系統
278‧‧‧準直透鏡
280‧‧‧孔隙
282‧‧‧導管線性偏光器
286‧‧‧導管調適器
290‧‧‧導管區段
圖1係一習知QR碼之一實例。
圖2係一習知GS1 DataMatrix碼之一實例。
圖3展示疊加於一方格上之一2DID碼之一部分之雷射製成之較小「黑色正方形」。
圖4係用於替換2DID碼之一填充之深色正方形之雷射點之一例示性圖案之一放大表示。
圖5係圖2之修改版之GS1 DataMatrix碼，其中用圖4之圖案替換各填充之深色正方形。
圖5A係有利於內部分離距離、外部分離距離與間距之間之區別的圖5之一放大部分。
圖6係適於產生一修改之2DID碼之點之一例示性雷射微加工系統之一些組件之簡化及部分示意性透視圖。
圖7展示一雷射脈衝焦點及其束腰部之一圖。
圖8係具有由一塗層材料及一外罩覆蓋之一粗糙表面之一藍寶石晶圓之一截面側視圖。
圖9係適於讀取修改之2DID碼之點之一例示性光學標記讀取器之一些組件之簡化之部分示意性側視圖。
圖10係適於讀取修改之2DID碼之點之另一例示性光學標記讀取器之一些組件之簡化之部分示意性側視圖。
圖11係適於讀取修改之2DID碼之點之一進一步例示性光學標記讀取器之一些組件之簡化之部分示意性側視圖。
圖12係適於讀取修改之2DID碼之點之一又一例示性光學標記讀取器之一些組件之簡化之部分示意性側視圖。
圖13係適於讀取修改之2DID碼之點之仍另一例示性光學標記讀取器之一些組件之簡化之部分示意性側視圖。
圖14係適於讀取修改之2DID碼之點之仍另一例示性光學標記讀取器之一些組件之簡化之部分示意性側視圖。
圖15係圖14之一些放大部分之簡化之部分示意性側視圖。
下文參考附圖描述實例實施例。在不偏離於本揭示內容之精 神及教示下許多不同形式及實施例係可行的且因而本揭示內容不應視為限於本文提出之實例實施例。相反，提供此等實例實施例，使得本揭示內容將為徹底及完整的且將本揭示內容之範疇傳遞給熟悉此項技術者。在圖中，為了清楚起見可擴大組件之大小及相對大小。本文中使用之術語僅為了描述特定實例實施例之目的且並不意欲限制。如本文所使用，除非上下文另有清楚指示，否則單數形式「一」、「一個」及「該」亦意欲包含複數形式。將進一步理解，當在本說明書中使用時，術語「包括(“comprises”及/或“comprising”)」指定所陳述之特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但是並不排除一個或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其等群組之存在或添加。除非另有指定，否則陳述時之一範圍之值包含範圍之上限及下限兩者以及介於其中之任何子範圍。
已(諸如)藉由使用TRACKinside®技術(參閱http：//www.totalbrandsecurity.com/？page_id=209#&panel1-1)在玻璃內部標記一些2DID碼。裝備有在多種參數組合下操作之適當雷射，由美國俄勒岡州波特蘭之Electro Scientific Industries公司製造之許多雷射微加工系統(諸如型號MM5330及MM5900)亦適於在各種材料(諸如陶瓷、玻璃、金屬或其等組合)上或內製成2DID碼。
隨著在較小部件上標記已為所期望，2DID碼之大小已變得更小。而且，「不可見」DM或2DID碼之可用性對於一些應用(諸如對於用作無阻擋之視角為所期望而通過之螢幕之透明材料，或諸如對於可用於各種目的(諸如偵測真品與偽品)之專屬資訊或隱秘製造商標示)有用。
用於使一DM或2DID碼不可見之一方法係縮小碼之大小直 至黑色正方形之整個陣列太小而不可用人眼看見。人眼之理論最大角解析度係對應於1.0米之一距離下之d=0.35mm(350微米)及2.0米之一距離下之d=0.7mm之一點大小之1.2弧分。為了方便起見，此最大角解析度可表達為：d0.35x mm，其中d係以毫米為單位之點大小且x係以米為單位之從眼睛至點之距離。
但是，在較近距離(諸如用於閱讀一行動電話螢幕之一典型距離(大約25cm))下，DM或2DID碼將必須更小以不可見(大約87.5微米)，且個別正方形必須甚至更小。即使可採用一雷射以使個別正方形足夠小，但黑色正方形將最有可能經大小調整以在一單個雷射脈衝下等於點大小。例如，一習知較小雷射點大小(諸如大約5微米)將限制此不可見DM或2DID碼以在一列或一行上包含至多17個正方形。雷射點大小之微小之實際限制一般接受為大約採用雷射之波長之兩倍，因而小於大約1微米或2微米之點大小可能採用起來較困難及昂貴。因此，對於更明顯之DM或2DID碼縮小，存在大量成本及技術限制。
圖3展示疊加於一方格圖案10上之一DM或2DID碼之一部分之模擬之雷射製成之「黑色正方形」。實際雷射及材料可引起呈模糊、扭曲之形狀之雷射標記，該等形狀並非適當地對準且並非完全黑色，而是灰色陰影。所有此等因素(模糊、形狀扭曲、未對準及低對比度陰影)導致關於一特定正方形應分類為「黑色」還是「白色」之較少確定性。此等因素之一些可源自不可預測之雷射腔效應、光學組件之瞬態或長期未對準或束定位組件及雷射時序之瞬態或長期不協調。此等不確定性統稱為「雜訊」。
圖3中所示之此等雷射製成之黑色正方形及網格圖案顯露此等問題可如何隨著一2DID碼之縮小而增加雜訊。特定言之，圖3展示一縮小標記12、一放大標記14及由系統雜訊引起之非均勻邊緣16。圖3亦展示可由束定位或基板定位系統中之位置不準確性或坐標不準確性或關於此等系統及雷射脈衝產生之時序不準確性引起之一未對準標記18。此等扭曲標記(特定言之，標記14及18)可甚至在最精密光學器件及誤差校正軟體下對光碼讀取器解釋產生困難。
標記之DM或2DID碼之信雜比(SNR)決定碼是否將足夠不扭曲之似然度以最小化讀取2DID碼之誤差。2DID碼中之個別正方形之大小與信號強度成比例，但個別正方形之形狀及大小之扭曲與雜訊成比例。而且，信號振幅可由表示各正方形之點之圖案之間之空間分離決定且雜訊振幅可由用於標記點之系統之準確性決定。因此，隨著個別正方形之大小變得更小，信號強度較低且碼更易受可在不盡完美之標記機器中發生之扭曲(諸如模糊或線扭曲)影響。
然而，俄勒岡州波特蘭之Electro Scientific Industries公司使一雷射微加工系統藉由精確地控制系統組件之對準、時序及坐標且藉由限制雷射系統參數之處理窗以將小於10微米之雷射點精確地傳遞至一工件46(圖6)上之所期望位置來成功地克服許多此等問題。在一特定實施例中，製成一126×126微米陣列之正方形之一顯微2DID碼，其中各指定黑色正方形由一4至5微米點表示。而且，用於製成此2DID碼之雷射微加工系統非常大且採用非常昂貴之組件。
為了利用一雷射降低用於產生不可見DM或2DID碼之系統 成本，申請者追求一完全不同之範例。申請者決定2DID碼可由包含使人眼對2DID碼之各黑色正方形不可見之一群組之點的一修改之2DID碼表示，而非對付與將一整個2DID碼縮小至足夠小而對人眼不可見關聯之成本及問題。
圖4係用於替換一習知2DID碼之一填充之深色正方形之雷射標記或點32之一例示性圖案或群組30之一放大表示。如前所述，為了方便起見，人眼之最大角解析度可表達為d0.35x mm，其中d係以毫米為單位之雷射點之一主軸且x係以米為單位之從眼睛至點之距離。因而，對於大約125cm之一典型最小閱讀距離，2DID碼中之各點將必須具有擁有一點尺寸之一主軸，該點尺寸短於或等於大約44微米以對人眼不可見(放大時(諸如在顯微觀看下)仍可見)。
在用分組圖案實驗期間，申請者指出當不可見小點32緊密地分組在一起時，其等可看似一較大大小之一單個點，因此使得點32之群組30變為可見。但是，當點32之中心至中心分離s如圖4中所示大於直徑之四倍(即，s4d)時，基於實驗之經驗資料證實具有一直徑d之圓形形狀點32看似個別點(相對於看似一單個點之點之一叢集)。
簡單軟體可用於將一習知2DID碼轉換為一修改形式，其中各黑色正方形(或各資料點)由小點32(子資料點)之一圖案表示，其中各個別點32經選擇以具有足夠小以對人眼不可見之一主空間軸d且任何兩個點32之間之中心至中心間距或距離大於個別點32之最大截面尺寸(例如，主空間軸d)之四倍。因此，可選擇各點32之形狀以及點32之大小。圓形點32通常最容易產生，但是例如，亦可採用正方形或橢圓形點32。類 似地，形成各點32之空間能量分佈不需要為均勻。
一般而言，各點32之主空間軸d介於大約0.5微米與大約90微米之間。(小於大約87.5微米之一主空間軸d在25cm之一距離下對人眼不可見。)在一些實施例中，點32之主空間軸d介於大約1微米與大約75微米之間，或點32之主空間軸d短於75微米。在一些實施例中，點32之主空間軸d介於大約1微米與大約50微米之間，或點32之主空間軸d短於50微米。(小於大約43.75微米之一主空間軸d在12.5cm之一距離下對人眼不可見。)在一些實施例中，點32之主空間軸d介於大約1微米與大約25微米之間，或點32之主空間軸d短於25微米。(小於大約22微米之一主空間軸d在6.25cm之一距離下對人眼不可見。一般而言，大約30微米或更小之一點大小在任何距離下對大多數人眼不可見，此歸因於人眼之解剖侷限及習知眼鏡之光學侷限。)在一些實施例中，點32之主空間軸d介於大約1微米與大約10微米之間，或點32之主空間軸d短於10微米。在一些實施例中，點32之主空間軸d介於大約1.5微米與大約5微米之間，或點32之主空間軸d短於5微米。
一般而言，有利的是在不明顯增加雷射微加工系統之成本或明顯增加光碼讀取器之成本下使點32之主空間軸d實際儘可能小(且至少足夠小，以便不會不利地影響待標記之基板)。將明白點32之主空間軸d製成得越小，最小點分離距離s在不會使點32之群組30可見下可製成得越小(且總體2DID碼之大小可製成得越小)。但是，亦將明白可存在使點32以分離距離間隔之優點，該等分離距離明顯大於最小分離距離s以甚至在最小化點32之主空間軸d時增加信雜比。
為了簡單起見，各點32可在形狀及大小上類似，且形成有一類似空間能量分佈；但是，若期望，對於特定點32，可刻意改變此等特性。而且，因為有利之信雜比，不同點32之間之特性上之非刻意差異並不引起光學讀取誤差。
在一些實施例中，基於大約1微米之一點大小及申請者之經驗資料，最小分離距離s大於或等於4微米。在將以1mm×1mm場標記之一177×177 DM或2DID碼之一例示性陣列中，1微米點32之間之分離距離s可大至大約5.6微米。當然，修改之2DID碼之場不需要如此小，因而最大分離距離s可由基板之大小除以2DID碼之一列或行中之幾何區域之數量決定。例如，一177×177 2DID碼之一10cm×10cm場可在1微米點32之間提供大至一565微米分離距離s；一57×57 2DID碼之一20cm×20cm場可在1微米點32之間提提供大至3500微米分離距離s；或一21×21 2DID碼之一1mm×1mm場可在25微米點32之間提供大至大約40微米分離距離s。如前所述，較大分離距離s提供較大信雜比。而且，雷射微加工系統之性質可影響點32之間之分離距離s之選擇。例如，若一雷射微加工系統具有大約+/- 20微米之一點位置定位準確性，則40微米之一分離距離s可為有利。
一群組面積可由形成群組30中之點之散佈之周界之點32界定。群組30中之各點32具有如先前討論之一點大小或點面積。一累積點面積可表示一群組30內之點32之點面積之和。在一些實施例中，累積點面積小於或等於少於群組面積之10%。在一些實施例中，累積點面積小於或等於少於群組面積之5%。在一些實施例中，累積點面積小於或等於少於群組 面積之1%。在一些實施例中，累積點面積小於或等於少於群組面積之0.5%。在一些實施例中，累積點面積小於或等於少於群組面積之0.1%。
圖5係圖2之一修改版之GS1 DataMatrix碼，其中用圖4之點32之圖案替換陣列中之各黑色(指定)正方形。點32之群組30展示為具有配置成一圖案之四個點32，使得各點32定位成接近於一指定正方形或定位於一指定正方形之一隅角處。
修改之DM或2DID碼陣列之場大小僅受待標記之工件46(圖6)上之基板44之大小限制。在許多實施例中，場將小於20cm×20cm且大於50微米×50微米。在一些實施例中，場將小於或等於500微米×500微米(且大於1微米×1微米)。在一些實施例中，場將小於或等於250微米×250微米(且大於1微米×1微米)。在一些實施例中，場將小於或等於100微米×100微米(且大於1微米×1微米)。
在一些實施例中，修改之2DID碼之大小將大於或等於600微米×600微米。在一些實施例中，修改之2DID碼之大小將小於或等於1mm×1mm。在一些實施例中，修改之2DID碼之大小將大於或等於1mm×1mm且小於或等於10mm×10mm。在一些實施例中，修改之2DID碼之大小將大於或等於1cm×1cm且小於或等於10cm×10cm。如先前提及，所選雷射微加工之性質可影響點大小且限制定位場。因為可存在用於最大化一些材料中之分離距離s之結構完整性或優點，所以基板44之性質亦可影響陣列之場大小。此外，光碼讀取器之大小及成本與其等能力及碼偵測之處理能力亦可為決定2DID碼陣列之一適當場大小之因素。最後，修改之2DID碼之目的可影響為其陣列所選之場大小。
將明白，陣列中之幾何區域不需要為正方形。例如，其等可為三角形或六角形。而且，點32之數量及表示各幾何區域之一群組30中之點32之圖案可在某種程度上為任意或可經特定選擇。例如，五個點可表示各指定幾何區域(諸如一正方形)，其中四個點32定位於隅角且一點32定位於中間。因此，各指定幾何區域可由一偶數數量之點或由一奇數數量之點表示。在此實施例中，點32之四者與中間點32分離達所選距離s，此係因為該距離s係群組30中之任何兩個點32之間之最短距離。因此，隅角(或周界)點分離達大於s之一距離。因此，一群組30中之點32(或最近鄰近點32)可分離達不等距離。
如先前提及，陣列中之指定幾何區域不需要由類似於幾何區域之一幾何圖案表示。例如，一指定正方形幾何區域可由其他幾何圖案表示，該等幾何圖案包含(但不限於)矩形圖案、圓形圖案、六角形圖案、八角形圖案或三角形圖案。為了方便及簡單起見，各指定幾何區域可提供有點32之相同幾何圖案。但是，所選指定幾何區域可用一不同數量之點32、點32之圖案之一不同大小或點之一不同圖案標示。例如，一QR碼之位置正方形及/或對準正方形可由不同圖案或由不同大小之圖案表示。
參考圖3，相鄰標記之正方形之間不存在刻意分離，且標記之正方形之間之間距具有相同於標記之正方形之側之尺寸。因此，在圖3中所示之實施例中，雜訊可相當於信號。但是，再次參考圖5，在許多實施例中，點32之鄰近群組30可分離達一外部分離距離e(從不同群組之相鄰點之間之最小分離距離)及一間距p(相鄰幾何區域或其等代表性群組之間之中心至中心間隔)。圖5A係有利於內部分離距離s、外部分離距離e與間 距p之間之區別的圖5之一放大部分。
在許多實施例中，間距p將不同於及大於外部分離距離e，且間距p及外部分離距離e兩者將不同於且一般大於一群組30中之點32之間之所選最小分離距離s。
而且，在一些實施例中，陣列中之列或行之間之外部分離距離e可大於或等於1s以維持一所期望信雜比。將明白列之間之外部分離距離e可不同於行之間之外部分離距離e。亦將明白，對於列出點大小、場大小及一列或行中之群組30之數量之早先實例，列與行之間之外部分離距離e可使分離s減少了大於一半。
類似地，在一些實施例中，陣列中之列或行之間之間距p可大於或等於1s以維持一所期望信雜比。吾亦將明白列之間之間距p可不同於行之間之間距p。亦將明白，對於列出點大小、場大小及一列或行中之群組30之數量之早先實例，列與行之間之間距p可使分離距離s減少了大於一半。
因此，亦可藉由使得幾何區域(諸如正方形)之整體大小比由點32之圖案(若圖案分組於幾何區域之中心附近)界定之周界大得多來改進信雜比。
在一些實施例中，信號振幅可由外部分離距離e或間距p表示。雜訊振幅可由點位置相對於基板44上之一特定位置之不確定性或不準確性表示。例如，若標記點之雷射微加工系統具有+/- 20微米之一標記不準確性，則此不準確性將表示雜訊。所以，信雜比將為外部分離距離e或間距p對標記不準確性之比率。若一雷射系統中固有之標記不準確性允許為 較大或隨著時間推移變差，則可增加外部分離距離e或間距p以維持一適當信雜比。或者，若知道不準確性為一固定數字，則信雜比可藉由增加外部分離距離e或間距p而增加至一任意較大數字。
鑑於上述，信雜比可易於建立為大於5，該值根據羅斯準則為能夠在100%確定下區分影像特征之最小信雜比。但是，應明白，可採用小於5之信雜比值。而且，本文描述之修改之二維碼可提供任意較大信雜比值，諸如大於或等於10，大於或等於100或大於或等於1000。
在一些替代實施例中，不使用陣列中之列或行之間之間隔，使得相鄰指定幾何區域中之圖案可共用點32。例如，鄰近指定正方形幾何區域之兩個隅角圖案可沿著兩個正方形幾何區域之邊界共用兩個點32。光碼讀取器將必須經調適以辨識(例如)三對均勻間隔之點32表示兩個指定正方形。
無論陣列之大小，點32之間之分離距離s，外部分離距離e(若有的話)或列之間及行之間之間距距離p，群組30之所選圖案及幾何區域之大小及形狀如何，點32可轉換回指定幾何區域(諸如黑色正方形)。
如先前提及，如本文描述般修改2DID碼之優點包含用於使2DID碼在各種基板材料(透明材料或不透明材料)中對人眼不可見之方法。例示性材料包含陶瓷、玻璃、塑膠及金屬或其等組合。例示性材料可為結晶或非結晶。例示性材料可為天然或合成。例如，雷射微加工系統可在半導體晶圓材料(此氧化鋁或藍寶石)上或內製成適當大小之標記。雷射微加工系統亦可在玻璃、強化玻璃及Corning Gorilla GlassTM上或內製成適當大小之標記。雷射微加工系統亦可在聚碳酸酯及丙烯酸酯上或內製成適當大 小之標記。雷射微加工系統亦可在鋁、鋼及鈦上或內製成適當大小之標記。
修改之DM或2DID碼之不可見標記不僅提供在不使透明材料模糊下放置碼之一方法，而且提供將專屬資訊隱藏於修改之碼內之一方法。例如，多個圖案可提供於一修改之2DID碼內，其中僅圖案之一些包含專屬資訊。此外，小型及展開點32可經配置以在基板材料中看似不完整，因而使一競爭者或潛在複製者甚至難以知道存在修改之2DID碼。最後，可使修改之2DID碼比標準2DID碼更複雜，因而修改之2DID碼可更難以藉由一偽造者識別及複製。
無論是否使2DID碼不可見，修改之2DID碼藉由一任意較大區域上之修改之碼之擴展實現較於習知2DID碼之信雜比(SNR)方面之較大改進。而且，無論點32是否不可見，修改之2DID碼減少誤差且減少誤差校正之成本及時間(處理能力)。
在一較大區域上擴展2DID碼之另一優點實現較便宜及較低精確度雷射標記系統之使用，同時維持不可見性(若期望)。
如先前提及，點32可標記於工件46(圖6)之基板材料上或內。對於許多應用，內部標記點32可為有利。不可見點32非常小且更可能使一些材料磨損或易於被磨耗。但是，內部標記不那麼容易正常磨損或磨耗。內部標記亦容許表面相對於灰塵或流體保持其等不透性且較不可能折衷結構完整性或促進表面裂縫伸展或其他表面缺陷。
一般而言，內部標記可包含一基板44之表面之間之核心材料之裂解、密度修改、孔洞產生、應力場或再結晶之一者或多者。
可經選擇以改進基板44之雷射標記之可靠性及可重複性之 例示性雷射脈衝參數包含雷射類型、波長、脈衝持續時間、脈衝重複速率、脈衝之數量、脈衝能量、脈衝時間形狀、脈衝空間形狀及焦點大小及形狀。額外雷射脈衝參數包含指定焦點相對於物件之表面之位置且相對於物件導向雷射脈衝之相對運動。
圖6係適於產生一修改之2DID碼之點之一例示性雷射微加工系統40之一些組件之簡化及部分示意性透視圖。參考圖6，可操作用於在一工件46之基板44之一表面42上或下面標記點32之一些例示性雷射處理系統係ESI MM5330微加工系統、ESI ML5900微加工系統及ESI 5955微加工系統，上述所有者由俄勒岡州波特蘭97229之Electro Scientific Industries公司製造。
此等系統通常採用一固態二極體泵送之雷射，其可經組態以在多達5MHz之脈衝重複速率下發射從大約266nm(UV)至大約1320nm(IR)之波長。但是，此等系統可由適當雷射、雷射光學器件、部件處置設備及控制軟體之代替或添加調適以如先前所描述般在基板44上或內可靠地及可重複地產生所選點32。此等修改允許雷射處理系統在所期望速率及雷射點或脈衝之間之間距下將具有適當雷射參數之雷射脈衝導向至一適當定位及保持之工件46上之所期望位置以產生具有所期望色彩、對比度及/或光學密度之所期望點32。
在一些實施例中，雷射微加工系統40採用在1064nm波長下操作之一二極體泵送之Nd：YVO4固態雷射50，諸如由德國凱澤斯勞滕之Lumera Laser GmbH製造之一型號Rapid。可視情況使用一固態諧波頻率產生器使此雷射頻率加倍以將波長減少至532nm，藉此產生可見(綠色)雷射 脈衝，或頻率增至三倍至大約355nm或頻率增至四倍至大約266nm，藉此產生紫外線(UV)雷射脈衝。此雷射50為額定以產生6瓦特之連續功率且具有1000KHz之一最大脈衝重複速率。此雷射50在與控制器54協作下產生具有1微微秒至1,000奈秒之持續時間之雷射脈衝52(圖7)。
在一些實施例中，雷射微加工系統40採用具有大約1030nm至1550nm之範圍內之一基波長之一二極體泵送之摻鉺光纖雷射。可視情況使用一固態諧波頻率產生器使此等雷射頻率加倍以將波長減少至大約515nm，藉此產生可見(綠色)雷射脈衝或減少至大約775nm，藉此產生(例如)可見(深紅色)雷射脈衝或頻率增至三倍至大約343nm或大約517nm或頻率增至四倍至大約257nm或大約387.5nm，藉此產生紫外線(UV)雷射脈衝。
此等雷射脈衝52可為高斯函數或由雷射光學器件62特別塑形或定製，該雷射光學器件62通常包括沿著一光學路徑60定位以允許點32之所期望特性之一個或多個光學組件。例如，可使用一「頂帽」空間分佈，其傳遞在整個點32上具有撞擊基板44之一均勻劑量之輻射之一雷射脈衝12。可使用繞射光學元件或其他光束塑形組件產生諸如此類之特別塑形之空間分佈。可在Corey Dunsky等人之美國專利案第6,433,301號中發現修改雷射點32之空間輻照分佈之一詳細描述，該案受讓給本申請案之受讓人且以引用的方式併入本文中。
雷射脈衝52沿著一光學路徑60傳播，該光學路徑60亦可包含摺疊鏡64、衰減器或脈衝拾取器(諸如聲光或電光裝置)66及回饋感測器(諸如用於能量、時序或位置)68。
沿著光學路徑60之雷射光學器件62及其他組件與由控制器54導向之一雷射束定位系統70協作來導向沿著光學路徑60傳播之雷射脈衝52之一束軸72以在一雷射點位置於接近於基板44之表面42處形成一雷射焦點80。雷射束定位系統70可包含：一雷射台82，其可操作以沿著一行進軸(諸如X軸)移動雷射50；及一迅速定位器台84，其沿著一行進軸(諸如Z軸)移動一迅速定位器(未展示)。一典型迅速定位器採用一對電流計受控鏡，其等能夠在基板44上之一較大場上快速改變束軸72之方向。此場如稍後所描述般通常小於由工件台86提供之移動場。一聲光裝置或一可變形鏡亦可用作迅速定位器，即使此等裝置趨向於比電流計鏡更小之束偏轉範圍。或者，一聲光裝置或一可變形鏡可用作除了電流計鏡之外之一高速定位裝置。
此外，工件46可由一工件台86支撐，該工件台86具有可操作以相對於束軸72定位基板44之運動控制元件。工件台86可操作以沿著一單個軸(諸如Y軸)行進或工件台86可操作以沿著橫向軸(諸如X軸及Y軸)行進。或者，工件台86可操作以(諸如)圍繞一Z軸使工件46旋轉(單獨或以及沿著X軸及Y軸移動工件46)。
控制器54可協調雷射束定位系統70及工件台86之操作以提供復合束定位能力，其有利於在基板42上或內標記點32，同時工件46可相對於束軸72呈連續相對運動。此能力並非為在基板42上標記點32所必需，但此能力可為增加之處理能力所期望。在Donald R.Cutler等人之美國專利案第5,751,585號中描述此能力，該案受讓給本申請案之受讓人且以引用的方式併入本文中。可採用束定位之額外或替代方法。在Spencer Barrett 等人之美國專利案第6,706,999號及Jay Johnson之第7,019,891號中描述束定位之一些額外或替代方法，該等案兩者受讓給本申請案之受讓人且以引用的方式併入本文中。
本文描述之多種束定位系統可經控制以在基板44上之一點32之所期望位置之若干微米內提供雷射點位置之束定位準確性。但是，應注意，可利用較高成本組件、較大回饋控制及較慢系統處理能力實施高準確性。一般而言，歸因於由本文描述之修改之DM或2DID碼供應之明顯增加之信雜比，束定位誤差可大至分離距離之一半。對於非常大之場，此可容許誤差可相當大，諸如1mm。但是，即使非常低成本之雷射微加工系統可達成較大準確性。申請者已決定針對許多實施例，甚至對於較小場，雷射點位置之誤差可大至基板44上之一點32之所期望位置之+/- 20微米。針對具有非常小之場之許多實施例，雷射點位置之誤差可大至基板44上之一點32之所期望位置之+/- 10微米。但是，對於最小化之場大小，雷射點位置之誤差可大至基板44上之一點32之所期望位置之+/- 1微米。
用於產生一126×126微米示範之+/- 0.5微米準確性雷射微加工系統之成本可大大超過一百萬美元。用於+/- 20微米準確性雷射微加工系統之成本可為大約更準確機器之成本之十分之一(即，大約$100,000)。而且，更準確機器大得多且要求一嚴格受控之溫度環境(及受控振動)，但是+/- 20微米準確性機器明顯更小且可在不具有特殊侷限之一典型工廠環境中工作。
圖7展示焦點80及其束腰部90之一圖。參考圖7，雷射脈衝52之焦點80將具有大部分由雷射光學器件62決定之一束腰部90(截面) 及雷射能量散佈。點32之主空間軸d通常係束腰部之主軸之一函數且兩者可為相同或類似。但是，點32之主空間軸d可大於或小於束腰部之主軸。
雷射光學器件62可用於控制束腰部之焦深及因此基板44內之點32之深度。藉由控制焦深，控制器54可導向雷射光學器件62及迅速定位器Z台84以在高精確度下在基板44之表面處或附近可重複地定位點32。藉由在基板44之表面42上方或下方定位焦點製成標記容許雷射束散焦一指定量且藉此增加由雷射脈衝照亮之區域且減少表面42處之雷射通量(減少至小於表面處之材料之損壞臨限值之一量)。因為知道束腰部之幾何，所以在基板之實際表面42上方或下方或內精確地定位焦點80將對主空間軸d及通量提供額外精確度控制。
在(諸如)用於標記透明材料(諸如藍寶石)之一些實施例中，可藉由從基板44之表面42上調整雷射點之位置以位於基板44內之一精確距離而在基板44之核心處精確地控制雷射通量。參考圖7，束腰部90表示為由FWHM方法量測之沿著束軸72之一雷射脈衝52之一空間能量散佈88。若雷射微加工系統40在表面42上方之一距離96處使雷射脈衝52聚焦，則主軸92表示表面42上之雷射脈衝點大小。若雷射處理系統在表面下方之一距離98處使雷射脈衝聚焦，則主軸94表示表面42上之雷射脈衝點大小。針對點32之內部標記為所期望之大多數實施例，焦點80經導向以定位於基板44內，而非其表面42上方或下方。可在除了焦點80之外以低於基板材料之燒蝕臨限值之一量採用通量或輻照，在該焦點80處通量或輻照集中於超過基板材料之燒蝕臨限值。
在一些實施例中，可採用雷射脈衝之群組以產生一單個點 32。特定言之，雷射參數可經選擇以使得各雷射脈衝影響小於用於一點32之所期望大小之一區域。在此等案例中，複數個雷射脈衝可導向於一單個位置直至點32達到一所期望大小(該大小仍可能未能由人眼偵測)。雷射脈衝之群組可在相對運動中或在大體上相對靜止位置中傳遞。
可針對一些實施例有利地採用之雷射參數包含使用具有在從IR至UV，或更特定言之，從大約10.6微米下至大約266nm之範圍中之波長之雷射50。雷射50可在1W至100W，或更佳地，1W至12W之範圍中之2W下操作。脈衝持續時間在從1微微秒至1000ns，或更佳地從大約1微微秒至200ns之範圍中。雷射重複速率可在從1KHz至100MHz，或更佳地，從10KHz至1MHz之一範圍中。雷射通量可在從大約0.1×10-6J/cm2至100.0J/cm2，或更特定言之，從1.0×10-2J/cm2至10.0J/cm2之範圍中。束軸72相對於正被標記之基板44移動之速度在從1mm/s至10m/s，或更佳地，從100mm/s至1m/s之範圍中。基板44上之相鄰列之點32之間之間距或間隔可在從1微米至1000微米，或更佳地，從10微米至100微米之範圍中。基板44之表面42處量測之雷射脈衝52之主空間軸d可在從10微米至1000微米或從50微米至500微米之範圍中。當然，若點32易欲為不可見，則主空間軸d較佳地小於大約50微米。雷射脈衝52之焦點80相對於基板44之表面42之升高可在從-10mm至+10mm或從-5mm至+5mm之範圍中。在用於表面標記之許多實施例中，焦點80定位於基板44之表面42處。針對內部標記之許多實施例，焦點80定位於基板44之表面42下面(基板44之表面之間)。針對內部標記之一些實施例，焦點80定位於基板44之表面42下面之至少10微米處。針對內部標記之一些實施例，焦點80定位於基 板44之表面42下面之至少50微米處。針對內部標記之一些實施例，焦點80定位於基板44之表面42下面之至少100微米處。
申請者發現一次表面焦點80之使用與產生在從1微微秒至1,000微微秒之範圍中之雷射脈衝寬度之微微秒雷射之使用可提供在一些透明半導體基板44(諸如藍寶石)內可靠地及可重複地產生標記之一較好方法。在一些實施例中，可採用在從1ps至100ps之範圍中之脈衝寬度。在一些實施例中，可採用在從5ps至75ps之範圍中之脈衝寬度。在一些實施例中，可採用在從10ps至50ps之範圍中之脈衝寬度。可推測產生10至1000毫微微秒範圍中之波長之毫微微秒雷射可替代地提供較好結果。但是，使用微微秒雷射之一優點在於其等便宜得多，要求少得多之維護且通常具有比現有毫微微秒雷射長得多之操作壽命。
雖然可如先前討論在各種波長下完成標記，但申請者發現在微微秒範圍中操作之IR雷射特定提供可重複之較好結果。在1064nm下或1064nm附近之波長特別有利。一例示性雷射50係一Lumera 6W雷射。將明白可採用光纖雷射或其他類型之雷射。
類似參數亦可用於在金屬或塗覆金屬(諸如陽極化鋁)中製成不可見次表面標記。為陽極化鋁基板44定製標記詳細描述於美國專利案第8,379,679號中及美國專利公開案第2013-0208074號中，該等案兩者為Haibin Zhang等人所有且該等案兩者受讓給本申請案之受讓人且該等案兩者以引用的方式併入本文中。
如先前討論，可藉由在基板材料處選擇性導向雷射輸出來內部標記透明半導體基板材料。基板44之內部標記保持表面42之完整性，諸 如其防水及防塵。內部標記亦減少由表面標記產生之裂縫伸展及其他不利效果。
參考圖8，申請者亦已指出從單晶塊切割之晶圓100或其他半導體基板材料趨向於具有擁有粗糙表面紋理之表面104及106。在其等自然態中之此等表面104及106之表面紋理可不利地影響晶圓100之基板44處導向之雷射脈衝52之光學性質。
申請者亦決定具有擁有粗糙紋理之一表面104或106(諸如一未拋光表面)之晶圓100之基板44可能難以在不會對表面104或106引起損壞下內部標記。
可藉由採用有效地提供一平坦表面140或142以接收雷射輸出110之一塗層材料130來減輕粗糙表面之不利光學效果。平坦表面140表示塗層材料130之上表面。平坦表面142係用於塗層材料130之一外罩150之平坦表面。塗層材料130具有與基板折射率光學相容之一塗層折射率。
塗層折射率可在基板折射率之折射率之2內(諸如在攝氏25度下)。塗層折射率可在基板折射率之折射率之1內。塗層折射率可在基板折射率之折射率之0.5內。塗層折射率可在基板折射率之折射率之0.2內。塗層折射率可在1.2與2.5之間。塗層折射率可在1.5與2.2之間。塗層折射率可在1.7與2.0之間。塗層折射率可在1.75與1.85之間。外罩亦可具有此等範圍中之匹配折射率。
塗層材料130可包括流體、膠體或油。塗層材料130可具有大於攝氏180度之一沸點(諸如在760mm Hg下)。塗層材料可具有2g/cc與5g/cc之間之一密度(諸如在攝氏25度下)。塗層材料130可具有2.5g/cc 與4g/cc之間之一密度。塗層材料可具有3g/cc與3.5g/cc之間之一密度。
在一些實施例中，塗層材料130可包括二碘甲烷。塗層材料130可包括一寶石折射計液體。塗層材料130可在雷射處理期間維持流體性質。塗層材料130可包括一水準測量組合物。較佳的是，在雷射處理之後塗層材料130易於從粗糙表面移除。可藉由丙酮、四氯化碳、乙醚、二氯甲烷、甲苯、二甲苯或其等組合從粗糙表面清洗塗層材料130，或可藉由水從粗糙表面清洗塗層材料130，或可藉由乙醇從粗糙表面清洗塗層材料130。
外罩150可對雷射波長透明。外罩150可包括基板材料。外罩150可包括在該波長下不具反射性之一光滑外罩表面。外罩150可包括一玻璃。外罩150可包括一藍寶石、金剛石、矽或塑膠。
此等粗糙表面減輕技術描述於Haibin Zhang等人之美國臨時專利申請案第61/912,192號中，該案以引用的方式併入本文中。
雖然在本文中已藉由實例對2DID碼進行以上描述，但熟練人員可明白藉由利用深度控制以用於標記透明基板44，可建構採用點32之3D碼。
儘管點32對人眼不可見或為基板44之內部，但一光學標記讀取器220可經設計以讀取點32且解碼2DID碼。圖9至圖15展示適於讀取一修改之2DID碼之點32之例示性光學標記讀取器220a至220g(一般地，光學標記讀取器220)之一些組件的簡化之部分示意性側視圖。
參考圖9，例示性光學標記讀取器220a採用一光源222及包含一視訊顯微鏡單元234之一成像顯微鏡系統。在一些實施例中，光源222可經定位以沿著橫穿底部表面106之一照明路徑傳播光線226，且成像器228 及光學器件230沿著可操作以接收從上表面104發射之光線226a之一成像路徑定位。在一些特定實施例中，光源222及一相機224可定位於工件46之相對側上，使得從光源222發射之光線226穿過基板44以到達相機224之一成像器228。在一些實施例中，照明路徑以一垂直角橫穿下表面106。在一些實施例中，光源222沿著大致上垂直於基板44之第一表面之一照明軸定位。在一些實施例中，成像器228沿著大致上垂直於基板44之上表面之一成像軸定位。在一些實施例中，照明軸及成像軸係平行。在一些實施例中，照明軸及成像軸係共線的。
在一些特定實施例中，若使用鏡子(未展示)，則即使在從光源222發射之光線226穿過基板44以到達一成像器228時，光源222及相機224可定位於工件46之相同側上。例如，光源222可經定位以沿著橫穿底部表面106之一照明路徑傳播光線226，且鏡子沿著可操作以接收從上表面104發射之光線226a且將光線226a反射至一成像器228之一成像路徑定位，且光學器件230定位於底部表面106下面之一標高處(在必然不會使光線226a第二次穿過工件46下)。而且，一些實施例依賴於光線226之反射，在該等案例中，光源222及相機224可大致上定位於工件46之相同側上。
光源222可為與協作(顯微鏡)光學器件230及成像器228配對之幾乎任何種類物。在一些實施例中，光源222發射單色光以移除色差之一些可能不利結果。在一些實施例中，光源222能夠在高強度下(諸如在較短時間間隔(諸如毫秒或幾十毫秒)內，大於或等於穩定狀態之十倍)選通。在一些實施例中，光源222係一發光二極體(LED)或一群組之 LED，諸如一陣列之LED。LED較便宜且展現用於與本文揭示之技術關聯之照明應用之許多所期望性質。
在一些實施例中，諸如在圖9中所示之組件之相對定位中，光源222沿著大致上垂直於基板44之底部表面106且大致上垂直於成像器228之影像平面的一軸(未展示)定位。在一些實施例中，光源222沿著大致上垂直於基板44之底部表面106且平行於大致上垂直於成像器228之影像平面之一第二軸的一第一軸定位，使得光源222經定位以相對於成像器228具有一入射角。在一些實施例中，光源222沿著大致上垂直於成像器228，但相對於成像器228呈一入射角之第二軸定位。
光源222可發射包括任何適當波長之光線226。用於光源222之例示性適當可見波長可包含(但不限於)以下波長之一者或多者：660nm、635nm、633nm、623nm、612nm、592nm、585nm、574nm、570nm、565nm、560nm、555nm、525nm、505nm、470nm及430nm。可個別或組合地採用此等波長。在包含一原型之一些例示性實施例中，已採用一紅色波長(諸如635nm)。可替代地或額外地採用不可見波長(諸如在UV範圍或IR範圍中之該等波長)。
在一些實施例中，光源222可包含一多光譜發射源。若僅一個或多個特定波長將成像，則可採用一個或多個波長濾波器以阻擋非所期望波長，或可採用一個或多個單色相機224以將資料擷取限於(若干)特定波長。
在一些實施例中，光源222可包含發射不同特定波長之發射源。在一些實施例中，當採用特定多個波長時，尤其在基於基板44中之摻 雜物或雜質之比色性質選擇波長之情況下，可採用一單色相機224以增強對比度判定。例示性發射波長可包含一紅色、藍色及綠色發射方案；一紅色、紅外線及綠色發射方案；或一紅色、紅外線、藍色及綠色發射方案。但是，可採用其他發射方案。
對比度分析可採用美國專利案第7,589,869號中揭示之技術，該案讓與給本申請案之受讓人，以引用的方式併入本文中且描述一種使用多波長照明改進經由單色相機捕捉之影像中之影像品質的方法。一對比度最佳化演算法決定可用之波長之中哪個特定波長最適於最大化對比度。可藉由決定提供一目標與一背景之間之最大及最小對比度之照明方案透過主動雜訊去除進一步改進影像之品質。接著透過(例如)最大對比度影像除以最小對比度影像之逐像素除法來完成影像紋理資料(即，雜訊)之消除。或者，使用至少兩個波長獲得之影像(或來自其之影像資料)可代數地組合以用於雜訊減少。所得合成影像資料可饋送至任何已知目標識別演算法。
相機224可為與協作光學器件230及光源222配對之幾乎任何種類。如先前所討論，相機224可為全彩色、單色或針對複數個特定波長所選。將明白，可在更接近於相機224或光源222處採用可選波長選擇性濾波器(未展示)，或可在接近於相機224及光源222兩者處放置可選波長選擇性濾波器。
例示性成像器228包含具有688×488、1032×776、1288×946、1280×1024、1384×1032、1624×1224或2448×2048個像素之一解析度之VGA成像器(CCD或CMOS)。但是，可採用具多種解析度之其他適 當類型之成像器228。一光學標記讀取器220之一原型之一例示性實施例採用來自加拿大不列顛哥倫比亞省列治文之Point Grey Research公司之一Flea®2相機。
光學器件230可包含一個或多個透鏡232。透鏡232可包含相異透鏡片或可為一單個復合透鏡片。例示性光學器件230提供從2倍至50倍放大。在一些實施例中，光學器件230提供大於或等於5倍放大。在一些實施例中，光學器件230提供大於或等於10倍放大。在一些實施例中，光學器件230提供大於或等於5倍放大且小於或等於20倍放大。在許多實施例中，光學器件230包含一物鏡232。光學標記讀取器220之一原型之一例示性實施例採用來自美國伊利諾伊州奧羅拉之Mitutoyo America公司之一10x ∞校正之平場消色差物鏡(平場復消色差無限校正之長工作距離物鏡)。在一些實施例中，光學器件230及相機224組裝於一顯微鏡單元234中。採用可容納相機224及光學器件230之一例示性視訊顯微鏡單元234之一原型包含來自美國伊利諾伊州奧羅拉之Mitutoyo America公司之一視訊顯微鏡單元(VMU)。
用於光學器件230之景深之一例示性範圍係大約+/- 50μm。在一些實施例中，諸如在採用5倍放大時，用於光學器件230之景深之範圍係大約+/- 10μm。在一些實施例中，諸如在採用10倍放大時，用於光學器件230之景深之範圍係大約+/- 2.5μm。
用於成像器228(與光學器件230組合)之視場(FOV)之一例示性範圍係從大約500μm至大約1.2mm。在一些實施例中，諸如在採用5倍放大時，用於視場之範圍大於或等於大約1mm。在一些實施例中， 諸如在採用5倍放大時，用於視場之範圍大於或等於大約1.5mm。
在一些實施例中，諸如在採用10倍放大時，用於視場之範圍大於或等於大約500μm。在一些實施例中，諸如在採用10倍放大時，用於視場之範圍大於或等於大約800μm。在一些實施例中，諸如在採用5倍放大時，用於視場之範圍大於或等於大約800μm。在一些實施例中，諸如在採用10倍放大時，用於視場之範圍小於或等於大約800μm。
ISO標準要求2DID碼之一場大小之最小x及y尺寸大於或等於255μm。光學器件230提供可靠地讀取具有擁有小於500微米之一側尺寸之一場大小之2DID碼的能力。在一些實施例中，光學器件230提供可靠地讀取具有擁有小於250微米之一側尺寸之一場大小之2DID碼的能力。在一些實施例中，諸如在利用提供10倍放大之一物鏡232下，光學器件230提供可靠地讀取具有擁有小於125微米之一側尺寸之一場大小之2DID碼的能力。
在一些實施例中，光學器件230提供可靠地讀取具有擁有小於250微米之兩個尺寸之一場大小之2DID碼的能力。在一些實施例中，光學器件230提供可靠地讀取具有擁有小於125微米之兩個尺寸之一場大小之2DID碼的能力。
在一些實施例中，顯微單元234能夠達成大於50個線對/毫米之一調變傳送函數(MTF)。在一些實施例中，顯微單元234能夠達成大於75個線對/毫米之一MTF。在一些實施例中，顯微單元234能夠達成大於80個線對/毫米之一MTF。在一些實施例中，顯微單元234能夠達成大於90個線對/毫米之一MTF。在一些實施例中，顯微單元234能夠達成大於100 個線對/毫米之一MTF。在一些實施例中，顯微單元234能夠達成大於125個線對/毫米之一MTF。
再次參考圖9，光學標記讀取器220a可採用定位於光源222與基板44之間之一擴散器240。從光源222發射之光線226由擴散器240擴散且傳播至基板44中。光線226a之一些在形成2DID碼之資料點(群組30或正方形)之片段之點32之間穿過。此等光線226a到達相機224之成像器228。光線226b之一些由點32攔截且衰減及擴散。歸因於傳播至基板44中之光線226b之散射，點32引起視光學密度上之一局部增加。光線226b未到達相機224之成像器228。因此，點32對照一淺色背景看似黑色陰影。
關於圖9描述之實施例對於可靠地讀取具有對光線226之(若干)波長有效地透明之表面104及106之一拋光基板44中之點32特別有用。
圖10展示適於讀取一修改之2DID碼之點32之另一例示性光學標記讀取器220b之一些組件之一部分示意性側視圖。圖10中描繪之許多組件具有類似於圖9中描繪之對應組件之功能且已提供有對應參考數字而不論特定組件是否完全相同或可能不同。參考圖10，視訊顯微鏡單元234採用一長形管，其容納光學地定位於成像器228與光學器件230之物鏡232之間之一管透鏡242。
關於圖10描述之實施例亦可對於可靠地讀取具有對光線226之(若干)波長有效地透明之表面42之一拋光基板44中之點32特別有用。
圖11展示適於讀取一修改之2DID碼之點32之另一例示性 光學標記讀取器220c之一些組件之一部分示意性側視圖。圖11中描繪之許多組件具有類似於圖9中描繪之對應組件之功能且已提供有對應參考數字而不論特定組件是否完全相同或可能不同。參考圖11，工件46可為一未拋光工件46，諸如圖8中所示之晶圓100。特定言之，未拋光工件46可具有一個或多個表面104及106，其等為粗糙或在可為(例如)大約+/- 5微米之表面偏差下鈮切。具有粗糙表面紋理之表面104及106可使次表面點32之陰影之影像模糊或以別的方式不利地影響該等影像。
因此，參考圖8及其描述，可用一折射率匹配流體130覆蓋圖11之工件46之一個或兩個表面104及106以減輕表面104及106中之表面偏差。而且，一光滑外罩150亦可用於覆蓋折射率匹配流體130。
折射率匹配流體130及外罩150可減少具有粗糙表面紋理之表面104及106之不利效果，使得成像器228可準確地辨別由點32產生之陰影。
圖12展示適於讀取一修改之2DID碼之點32之另一例示性光學標記讀取器220d之一些組件之一部分示意性側視圖。圖12中描繪之許多組件具有類似於圖9中描繪之對應組件之功能且已提供有對應參考數字而不論特定組件是否完全相同或可能不同。參考圖12，工件46具有一基板44，該基板44具有一黑色不透明底部表面106。在一些實施例中，基板44係透明且底部表面106塗覆有一黑色或光吸收材料。光吸收材料可經選擇以對所選光源222之(若干)發射波長具吸收性及/或光源可經選擇以提供在由底部表面106或其塗層吸收之一範圍中之(若干)發射波長。
在圖12中，光源222及成像器228分別經定位以在基板44 之相同(上)表面104處導向光且從基板44之相同(上)表面104接收光。特定言之，光源222經定位以沿著橫穿上表面104之一照明路徑傳播光226，且成像器228及光學器件230沿著橫穿上表面之一成像路徑定位且可操作以接收傳播通過上表面104之光226c。在一些實施例中，光源222以一非垂直入射角將光線226導向至基板44之上表面104。在一些實施例中，光源222具有擁有1度與70度之間之一入射角之一照明軸。在一些實施例中，光源222之照明軸具有10度與65度之間之入射角。在一些實施例中，光源222之照明軸具有小於或等於60度之入射角。
再次參考圖12，光線226可透過一聚焦透鏡250導向以傳播至基板44中。光線226c之一些與點32相交且經反射以撞擊於成像器228上。光線226d之一些在點32之間穿過且由基板44之黑色底部表面106或其波長選擇性吸收塗層吸收。對於成像器228，點32對照一黑色背景看似明亮標記。機器視覺軟體中之對比度反轉(例如，淺色對黑色且反之亦然)及特征增強演算法基於其等群組30各表示一資料點(或正方形)之點32而產生一可靠地可讀取2DID圖案。點32對照一黑色背景看似明亮標記。
圖13展示適於讀取一修改之2DID碼之點32之另一例示性光學標記讀取器220e之一些組件之一部分示意性側視圖。圖13中描繪之許多組件具有類似於圖12中描繪之對應組件之功能且已提供有對應參考數字而不論特定組件是否完全相同或可能不同。參考圖13，視訊顯微鏡單元234採用一長形管，其容納光學地定位於成像器228與光學器件230之物鏡232之間之一管透鏡242。關於光學標記讀取器220d，光學標記讀取器220e經調適以讀取具有一黑色或黑色塗覆之底部表面106之基板44中之點32。
圖14展示適於讀取一修改之2DID碼之點32之另一例示性光學標記讀取器220f之一些組件之一側視圖，且圖15展示圖14之放大部分。圖14中描繪之許多組件具有類似於圖13中描繪之該等組件之功能且已提供有對應參考數字而不論特定組件是否完全相同或可能不同或可能定位於不同相對位置或方位。
參考圖14，工件46具有一基板44，該基板44具有一淺色、白色或灰白色不透明底部表面106。在一些實施例中，基板44係透明且底部表面106塗覆有一淺色或反射材料。反射材料可經選擇以對所選光源222之(若干)發射波長具反射性及/或光源可經選擇以提供在由底部表面106或其塗層反射之一範圍中之(若干)發射波長。
在圖14中所示之例示性光學標記讀取器220f中，顯微鏡單元234之一成像管236額外地容納沿著成像器228與管透鏡242之間之影像路徑定位之一管線性偏光器260。在一些實施例中，管透鏡242及物鏡232協作以界定其間之一準直空間264。顯微鏡單元234亦容納一分束鏡262，其沿著管透鏡與光學器件230之物鏡232之間之準直空間264中之影像路徑定位。在一些實施例中，物鏡232相對於點32之位置界定一焦距FOBJ。分束鏡262允許從不透明底部表面106反射之光線226之一些沿著影像路徑朝著管線性偏光器260及成像器228傳播。
例示性光學標記讀取器220f亦採取一照明導管270，其可經定向以如圖14中所示平行於顯微鏡單元234之成像管236。將明白照明導管270可經定向以垂直於成像管236，或其等可具有彼此交替之一方位，接著可由一個或多個照明路徑鏡272適應。
照明導管270可經調適以容納或支撐一照明系統274，其包含光源222、一個或多個準直透鏡278及一孔隙280。準直透鏡278沿著光源222與工件46之間之照明路徑定位，且孔隙沿著光源222與準直透鏡278之間之照明路徑定位。在一些實施例中，孔隙280相對於準直透鏡278之位置界定一距離FL1。孔隙280可具有一主空間軸或直徑，其為焦距FOBJ及距離FL1之函數。在一些實施例中，孔隙280之直徑或主空間軸係FL1/FOBJ之一函數。或者，焦距FOBJ及距離FL1可調整為孔隙280之直徑或主空間軸之一函數。
在一些實施例中，照明導管270或照明系統274亦包含一導管線性偏光器282，其可沿著準直透鏡278與工件46之間之照明路徑定位。導管線性偏光器282及/或光源222可圍繞照明路徑之軸旋轉以增強影像對比度。
照明導管270亦可包含一導管調適器286，其將照明導管之直徑從一直徑改變為另一者，諸如從一較小直徑改變為一較大直徑。與成像管236相交之照明導管270之一導管區段290可具有相同於成像管236之直徑之直徑。
在圖14中所示之例示性實施例中，由光源222發射之光線226之一些沿著照明路徑傳播通過孔隙280。此孔隙光線226g傳播通過準直透鏡278。此等準直光線226h可傳播通過可選導管線性偏光器。此準直(及偏光)光線226h可由多個鏡子270之一者反射以與分束鏡262相交，該分束鏡262使該等光線226h通過物鏡232朝著工件46反射。
參考圖14及圖15，物鏡提供聚焦光線226i，其等反射離開 底部表面106且作為光線226a朝著點32傳播。光線226a之一些在形成2DID碼之資料點(群組30或正方形)之片段之點32之間穿過。此等光線226a到達相機224之成像器228。光線226b之一些由點32攔截且衰減及擴散。(諸如)關於圖9中所示之實施例所描述，點32對照一淺色背景看似一黑色陰影。
關於所有描述之例示性實施例，將明白工件46及光碼讀取器220之一個或多個組件(諸如成像器228)可在點32之檢驗期間全部靜止。工件46可藉由一運送機、一卡盤或其他運輸機構放置至一檢驗位置中。在一例示性實施例中，工件46將在X軸、Y軸及Z軸上保持靜止，且顯微鏡單元234之一個或多個光學組件將在Z軸上移動至自動聚焦。
但是，工件46可處於運動中，同時檢驗光學2DID碼或光碼讀取器220之一個或多個組件可處於運動中，同時檢驗光學2DID碼。此運動可包含X或Y運動及/或Z運動(可重點關注相關)。但是，工件46及光碼讀取器220之一個或多個組件兩者可處於運動中，同時檢驗光學2DID碼。
在其中運動及碼檢驗係併發之一些實施例中，光源22可選通以防止模糊。例如，在一例示性實施例中，點32具有大約2微米之一直徑且X/Y運動可保持於該直徑之四分之一內，諸如大約0.5微米。若視訊顯微鏡單元234之深度係大約5微米，則所期望選通可必需足夠短之光脈衝以將點32(或2DID碼)之影像保持於大約1.25微米內。因為DD=V/T，所以選通時間間隔將與速度成反比。
在一些實施例中，光學標記讀取器採用於解碼2DID碼(例 如，GS1資料矩陣)之一可購得標準軟體套件。在一些實施例中，藉由影像及對比度增強技術(諸如美國專利案第7,589,869號中描述之該等技術)來增強標準軟體套件。
在一些替代、額外或累積實施例中，藉由用於決定點32之群組30與資料點(黑色正方形)之相關性之技術來增強標準軟體套件。在一些實施例中，可在針對點32及/或點32之群組30之準則下提供增強或調適之軟體。準則可類似於用於如先前討論之點之選擇及群組形成之準則。此準則可包含(但不限於)以下之一者或多者：點32之空間主軸、點32之間之距離、點32之群組30之間之距離、點32是否係多於一群組30之成員之指示、群組30之尺寸、特定點32或群組30之近似位置及基板44內之點32之深度。此等值可與(例如)一2DID碼之各表示相關且儲存於查詢表中軟體或查詢表亦可包含基於用於製成點所採用之雷射微加工系統40之準確性及其他特性之可接受偏差資訊。
因此，光學標記讀取器220可讀取點32且決定其等屬於哪些群組30(及資料點或正方形)且接著解碼點之群組30所表示之2DID圖案。將明白，軟體亦可忽視可在基板44中出現之缺陷或不完美，此係因為此等缺陷在統計上不可能符合點32之準則或由意欲點32建立之群組30內之點32之相對或絕對位置。
上述繪示本發明之實施例且並非解釋為限制本發明。雖然已描述若干特定實例實施例，但是熟悉此項技術者將易於明白在不實質上脫離於本發明之新穎教示及優點下對揭示之例示性實施例以及其他實施例之許多修改係可行的。
因此，所有此等修改易欲包含於如申請專利範圍中定義之本發明之範疇內。例如，熟練人員將明白，任何句子或段落之標的可與其他句子或段落之一些或所有之標的組合，除非此等組合互斥。
對於熟悉此項技術者顯而易見的是可在不脫離於本發明之基本原理下對上文描述之實施例之細節作出許多改變。因此，本發明之範疇應由以下申請專利範圍決定，其中申請專利範圍之等效例將包含於其中。

Claims (20)

  1. 一種用於讀取具有第一及第二相對表面之一基板內之一二維識別碼之方法，該方法包括：將光朝著該基板之一第一表面導向，其中該光具有一波長，且其中該基板對該波長透明，其中該二維碼由該基板內之一點散佈表示，其中該點散佈包括多個群組之點，該等群組之點包含第一及第二群組之點，其中該等第一及第二群組之點之各者代表一幾何形狀，使得該點散佈形成一陣列之多列及多行幾何區域，其中該等幾何區域之一些包含一群組之點且該等幾何區域之一些缺少點，其中該光之一第一部分由該等點阻擋，且其中該光之一第二部分穿過超出該等點且傳播通過該基板之該第二表面；放大傳播通過該基板之該第二表面之該光之該第二部分；利用一成像器使傳播通過該基板之該第二表面且放大之該光之該第二部分成像；分析該光之該第二部分之一影像及由該光之該第一部分之阻擋引起之陰影以決定該等點之該散佈；及基於由該成像器成像之該等點之該散佈決定該二維碼。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中放大步驟採用一光學系統，其能夠達成大於80個線對/毫米之一調變傳送函數。
  3. 一種光碼讀取器，其包括：一光源，其用於照亮具有一基板之一工件，其中該光具有一波長，其中該光可操作以用於在該基板處之導向，其中該基板對該光之該波長透 明，且其中該基板具有彼此遠離之第一及第二表面；一光學系統；一成像器，其用於接收傳播通過該基板之光或用於接收由在該等第一與第二表面之間嵌入於該基板內之一個或多個點反射之光；第一電子電路，其用於分析該光之一影像以決定該等點之該散佈；及第二電子電路，其用於基於由該成像器成像之該等點之該散佈決定該二維碼。
  4. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該光源經定位以沿著橫穿該第一表面之一照明路徑傳播該光，且其中該成像器及該光學系統沿著可操作以接收從該第二表面反射之該光之一成像路徑定位。
  5. 如申請專利範圍第4項之光碼讀取器，其中該第一電子電路分析由藉由點阻擋該光引起之陰影。
  6. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該光源經定位以沿著橫穿該第一表面之一照明路徑傳播該光，且其中該等成像器及光學系統沿著橫穿該第一表面且可操作以接收傳播通過該第一表面之該光之一成像路徑定位。
  7. 如申請專利範圍第6項之光碼讀取器，其中該等點至少部分對該光具反射性，其中該第二表面或其上之一層至少部分對該光具吸收性，且其中第一電子電路分析從該等點反射之該光。
  8. 如申請專利範圍第6項之光碼讀取器，其中該等點至少部分對該光具吸收性，其中該第二表面或其上之一層至少部分對該光具反射性，且其中該第一電子電路分析由藉由該等點阻擋該光引起之陰影。
  9. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該二維碼由該基板內之一點散佈表示，其中該點散佈包括多個群組之點，該等群組之點包含第一及第二群組之點，其中該等第一及第二群組之點之各者代表一幾何形狀，使得該點散佈形成一陣列之多列及多行幾何區域，其中該等幾何區域之一些包含一群組之點且該等幾何區域之一些缺少點。
  10. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該照明路徑以一垂直角橫穿該第一表面。
  11. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該光源沿著大致上垂直於該基板之該第一表面之一照明軸定位。
  12. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該成像器沿著該照明軸定位。
  13. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該光源沿著具有並非垂直於該基板之該第一表面之一入射角之一照明軸定位。
  14. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該成像器沿著垂直於該第一表面之一成像軸定位。
  15. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該光碼讀取器具有大於50個線對/毫米之一調變傳送函數。
  16. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該光學系統提供大約+/- 50μm之一景深。
  17. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該光學系統提供大約+/- 10μm之一景深。
  18. 如申請專利範圍第3項之光碼讀取器，其中該光學系統提供大約+/- 2.5 μm之一景深。
  19. 一種用於讀取具有第一及第二相對表面之一基板內之一二維識別碼之方法，該方法包括：將光朝著該基板之該第一表面導向，其中該光具有一波長，且其中該基板及其第一表面對該波長透明，其中該二維碼由該基板內之一點散佈表示，其中該點散佈包括多個群組之點，該等群組之點包含第一及第二群組之點，其中該等第一及第二群組之點之各者代表一幾何形狀，使得該點散佈形成一陣列之多列及多行幾何區域，其中該等幾何區域之一些包含一群組之點且該等幾何區域之一些缺少點，其中該光之一第一部分穿過超出該等點且在該第二表面處吸收，其中該第二表面或施覆於其上之一塗層對該波長具吸收性，且其中該光之一第二部分穿過超出該等點且通過該第一表面傳播通過該基板之該第二表面；放大傳播通過該第一表面之該光之該第二部分；利用一成像器使傳播通過該第一表面且放大之該光之該第二部分成像；分析該光之該第二部分之一影像及由該光之該第一部分之吸收引起之一黑色背景以決定該等點之該散佈；及基於由該成像器成像之該等點之該散佈決定該二維碼。
  20. 一種用於讀取具有第一及第二相對表面之一基板內之一二維識別碼之方法，該方法包括：將光朝著該基板之該第一表面導向，其中該光具有一波長，且其中該基板及其第一表面對該波長透明，其中該二維碼由該基板內之一點散佈表示，其中該點散佈包括多個群組之點，該等群組之點包含第一及第二群 組之點，其中該等第一及第二群組之點之各者代表一幾何形狀，使得該點散佈形成一陣列之多列及多行幾何區域，其中該等幾何區域之一些包含一群組之點且該等幾何區域之一些缺少點，其中該光之一些穿過超出該等點且藉由該第二表面變為反射光，其中該第二表面或施覆於其上之一塗層對該波長具吸收性，其中該反射光之一第一部分由該等點阻擋且其中該反射光之一第二部分穿過超出該等點且傳播通過該基板之該第一表面；放大傳播通過該第一表面之該反射光之該第二部分；利用一成像器使傳播通過該基板之該第二表面且放大之該反射光之該第二部分成像；分析該反射光之該第二部分之一影像及由該反射光之該第一部分之阻擋引起之陰影以決定該等點之該散佈；及基於由該成像器成像之該等點之該散佈決定該二維碼。
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