TWI658289B - 調焦調平裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種調焦調平裝置，用於計算一基底的離焦量及/或傾斜量，包括照明單元、帶投影狹縫標記的投影標記板、投影成像組、折光稜鏡、分光鏡、探測單元及訊號處理單元，照明單元產生的光束經投影標記板後形成測量光斑，投影成像組將測量光斑成像至基底表面，折光稜鏡用於將經基底表面第一次反射的光束折轉後再次入射至基底表面，並使得經基底表面第二次反射的光束經過投影成像組，分光鏡用於將經基底表面第二次反射的光束引導至探測單元，訊號處理單元根據探測單元測得的探測光斑計算基底表面的離焦量及/或傾斜量。調焦調平裝置結構簡單、方便裝調，且能提高探測精度。

Description

調焦調平裝置
本發明涉及一種調焦調平裝置。
請參見第1圖，一種目前常用的調焦調平裝置，按照光線傳播的方向依次設有投影標記板1、投影前組2、投影後組3、矽片4、探測前組5、探測後組6和探測標記板7，其中投影標記板1、投影前組2、投影後組3、矽片4形成4F系統，矽片4、探測前組5、探測後組6、探測標記板7也形成4F系統。照明單元發出的光把投影標記板1上的標記，經過投影前組2、投影後組3，在矽片4上形成光斑；光斑在矽片4反射後，經過探測前組5、探測後組6，在探測標記板7上成像。
請參見第1圖和第2圖，投影標記板1、探測標記板7均包括透光的狹縫，當矽片4位於理想零位面(第2圖中虛線表示理想零位面)時，投影狹縫在探測標記板7上所成像的中心剛好與探測標記板7自身的狹縫重合。當矽片4離焦、傾斜時，投影狹縫在探測標記板7上所成像的中心會漂移，如第2圖所示，當矽片4離焦量h時，經幾何計算，探測支路光軸的偏移△為： ；其中，a為光束與矽片面的夾角。
矽片4離焦導致透過探測狹縫的光能量會減小。藉由透過探測狹縫的光能量變化，可監測矽片離焦、傾斜狀況。
目前的調焦調平裝置，在矽片的左、右側分別有投影、探測兩個4F系統。結構複雜，且佔用空間大，成本高，裝調難度大。
本發明提供了一種調焦調平裝置，用以解決目前的調焦調平裝置結構複雜，且佔用空間大，成本高，裝調難度大的問題。
為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種調焦調平裝置，用於計算一基底的離焦量及/或傾斜量，其中包括照明單元、帶投影狹縫標記的投影標記板、投影成像組、折光稜鏡、分光鏡、探測單元及訊號處理單元，照明單元產生的光束經投影標記板後形成測量光斑，投影成像組將測量光斑成像至基底表面，折光稜鏡用於將經基底表面第一次反射的光束折轉後再次入射至基底表面，並使得經基底表面第二次反射的光束經過投影成像組，分光鏡用於將經基底表面第二次反射的光束引導至探測單元，訊號處理單元根據探測單元測得的探測光斑計算基底表面的離焦量及/或傾斜量。
較佳地，折光稜鏡的橫截面為等腰直角三角形。
較佳地，折光稜鏡的斜面垂直於經基底表面第一次反射的光束的光軸，且兩直角面的交線稜與經基底表面第一次反射的光束的光軸相交。
較佳地，投影成像組包括前透鏡組和後透鏡組，分光鏡設置於投影標記板和前透鏡組之間，測量光斑經分光鏡透射後依次入射至前透鏡組、後透鏡組及基底表面，經基底表面第二次反射的光束依次入射至後透鏡組、前透鏡組，並經分光鏡反射至探測單元。
較佳地，投影成像組包括前透鏡組、雙反射鏡組及後透鏡組，分光鏡設置於雙反射鏡組和後透鏡組之間，測量光斑依次入射至前透鏡組和雙反 射鏡組，之後經分光鏡透射後依次入射至後透鏡組及基底表面，經基底表面第二次反射的光束再次入射至後透鏡組後被分光鏡反射至探測單元。
較佳地，調焦調平裝置進一步包括探測鏡組，探測鏡組沿光束傳播方向設置在探測單元的上游。
較佳地，探測單元包括帶探測狹縫標記的探測標記板和光能量探測器，光能量探測器用於探測藉由探測狹縫標記的光能量變化，以計算基底表面的離焦量及/或傾斜量。
本發明之調焦調平裝置採用折光稜鏡將投影4F系統和探測4F系統集中在基底的同一側，節省了調焦調平裝置佔用的空間，使佈局更加緊湊；同時調焦調平裝置藉由對投影4F系統的複用，省去了單獨的探測支路4F系統，結構簡單，方便裝調，降低了生產成本。另一方面，本方案光束兩次經過基底表面，導致基底的離焦、傾斜對探測光斑成像位置的影響加倍，即在相同的探測技術能力條件下，探測精度加倍。
1‧‧‧投影標記板
2‧‧‧投影前組
3‧‧‧投影後組
4‧‧‧矽片
5‧‧‧探測前組
6‧‧‧探測後組
7‧‧‧探測標記板
10‧‧‧投影標記板
20‧‧‧投影成像組
21‧‧‧前透鏡組
22‧‧‧後透鏡組
23‧‧‧雙反射鏡組
30‧‧‧折光稜鏡
31‧‧‧斜面
32‧‧‧直角面
40‧‧‧分光鏡
50‧‧‧探測標記板
60‧‧‧基底
70‧‧‧探測鏡組
h‧‧‧離焦量
O‧‧‧理想成像位置
O’‧‧‧實際成像位置
DG、FH‧‧‧光束
第1圖是習知技術中一種調焦調平裝置的結構示意圖；第2圖是習知技術中一種調焦調平裝置的矽片面離焦時的光路圖；第3圖是本發明實施例一的調焦調平裝置的結構示意圖；第4圖是本發明實施例一的調焦調平裝置的基底離焦時的光路圖；第5圖是本發明實施例一的調焦調平裝置的折光稜鏡安裝存在誤差時的光路圖；以及 第6圖是本發明實施例二的調焦調平裝置的結構示意圖。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合圖式對本發明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發明之圖式均採用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、清晰地輔助說明本發明實施例的目的。
實施例一
請參見第3圖，一種調焦調平裝置，包括依次設置在光束傳播方向上的照明單元(未圖示)、帶投影狹縫標記的投影標記板10、投影成像組20、折光稜鏡30、分光鏡40、探測單元及訊號處理單元(未圖示)，照明單元產生的光束經投影標記板10後形成測量光斑，測量光斑被分光鏡40透射後，投影成像組20將測量光斑成像至基底60表面，折光稜鏡30用於將經基底60表面第一次反射的光束折轉後再次入射至基底60表面，經基底60表面第二次反射的光束經過投影成像組20後被分光鏡40反射至探測單元，訊號處理單元根據探測單元測得的探測光斑計算基底60表面的離焦及/或傾斜量。此處，折轉是指使光束的傳播方向發生變化，在本實施例中，折轉尤其是指使光束的傳播方向改變180度。基底60可以是矽片或玻璃基板。
折光稜鏡30的橫截面為等腰直角三角形，等腰直角三角形的三個頂角的角度分別為45度、90度、45度。折光稜鏡30的斜面31垂直於經基底60表面第一次反射的光束的光軸，且兩直角面32的交線稜與經基底60表面第一次反射的光束的光軸相交。
投影成像組20包括前透鏡組21和後透鏡組22，投影標記板10出射的測量光斑經分光鏡40透射後依次入射至前透鏡組21、後透鏡組22及基底60表面，由投影標記板10、前透鏡組21、後透鏡組22和基底60構成投影4F系統。經基底60表面第二次反射的光束經過後透鏡組22、前透鏡組21，並經分光鏡40反射至探測單元的探測標記板50，由基底60、後透鏡組22、前透鏡組21和探測標記板50構成探測4F系統。調焦調平裝置藉由透鏡組的複用，省去了一個單獨的探測支路4F系統，結構簡單，方便裝調，降低了生產成本。
探測單元包括帶探測狹縫標記的探測標記板50和光能量探測器，光能量探測器用於探測透過探測狹縫標記的光能量變化。
調焦調平裝置裝調方案如下：先確定折光稜鏡30的方位。首先，在分光鏡40的上游安裝內調焦望遠鏡(未圖示)，使內調焦望遠鏡出射的平行光束的光軸與分光鏡40正對內調焦望遠鏡的直角面垂直；然後，調整折光稜鏡30的方位，使經過折光稜鏡30斜面反射的光束的光軸與內調焦望遠鏡的出射光束的光軸重合。
再確定折光稜鏡30的位置。裝調方法如下：沿折光稜鏡30斜面的延伸方向，平移折光稜鏡30，直至光束入射至折光稜鏡30後的透射光強分佈，關於折光稜鏡30斜面的垂直平分面(如第4圖中的BF)對稱分佈(此時，稜鏡兩直角面的交線稜與投影支路的光軸相交)。
請參見第5圖，當折光稜鏡30安裝時有平移誤差△時(圖中實線表示實際安裝位置處的折光稜鏡30，安裝存在平移誤差△，虛線表示理想安裝位置處的折光稜鏡30；第3圖和第4圖中，實線表示實際安裝位置處的基底60，安裝存在離焦量h，虛線表示理想安裝位置處的基底60，請參見第5圖，當折光稜鏡30沿斜面31的延伸方向平移△時：平移前(對應實線位置)，光束DG的側向偏移CD=2×CB'；平移後(對應虛線位置)，光束FH的側向偏移 EF=2×EA'=2×(CB'-△)=2×CB'-2△；即當折光稜鏡30的安裝存在△平移誤差時，導致的出射光光軸平移為2△。由第3圖可知，此出射光光軸平移會導致探測標記板50上的探測光斑成像位置漂移(從位置O漂移至位置O’)，且出射光光軸平移量與探測光斑成像位置漂移量之間有固定的比例。
請參見第4圖，當基底60位於理想安裝位置時(對應虛線位置)，入射光束被基底反射並經過折光稜鏡30後，光束再次以相同的角度沿原路反向入射在基底60上，經基底60再次反射的光束經過投影成像組20、分光鏡40成像在探測標記板50上。當基底60離焦量h時(對應實線位置)，同樣的入射光束被基底反射並經折光稜鏡30折轉後，經基底60再次反射的光束的光軸相對於基底位於理想安裝位置下的光軸平移HI=CG=2×CF=4h×cosa，其中，a為光束與基底60的夾角。由此可知，第3圖中光束實際成像位置O’相對理想成像位置O的偏離為4h×cos a×β(β為從基底60到探測標記板50的放大倍率)。實際測量時，可藉由測量O’O的距離根據上述公式反算出基底60的離焦量h。
藉由以上離焦量h的計算方式可以計算出基底表面一個或多個測量點各自的離焦量。當測量點的個數為多個時，進一步可以根據多個測量點的測量結果擬合出一個平面，從而判斷擬合平面相對於水平面是否傾斜，從而反映出基底的傾斜情況。因此，採用本實施例的調焦調平裝置可以計算出基底的離焦量及/或傾斜量。
調焦調平裝置一方面複用投影支路4F系統(省去了一個單獨的探測支路4F系統)，使結構簡單空間緊湊；另一方面，光束兩次經過基底表面，使得基底的離焦、傾斜對探測光斑成像位置的影響加倍，由數學公式可知，探測精度提高一倍。
實施例二
請參見第6圖，實施例二與實施例一的區別在於，光束傳播至基底60表面，以及經基底60第二次反射光束傳播至探測標記板50的傳播路徑不同。具體為，投影成像組20包括前透鏡組21、雙反射鏡組23及後透鏡組22，投影標記板10出射的測量光斑依次入射至前透鏡組21和雙反射鏡組23，之後經分光鏡40透射後依次入射至後透鏡組22及基底60表面，經基底60表面第二次反射的光束再次入射至後透鏡組22後被分光鏡40反射至探測標記板50。本實施例中雙反射鏡組23包括固定振鏡和可動振鏡，藉由可動振鏡調整測量光斑的出射方向。
調焦調平裝置進一步包括探測鏡組70，探測鏡組70沿光束傳播方向設置在分光鏡40和探測單元50之間。
同理，採用本實施例的調焦調平裝置也可以計算出基底的離焦量及/或傾斜量，且探測精度提高一倍。
以上描述僅為本發明的較佳實施方式，本領域的技術人員可以對發明進行各種更動和變形而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變形屬於本發明申請專利範圍及其均等技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些更動和變形在內。

Claims (7)

  1. 一種調焦調平裝置，用於計算一基底的離焦量及/或傾斜量，其包括：一照明單元、帶一投影狹縫標記的一投影標記板、一投影成像組、一折光稜鏡、一分光鏡、一探測單元及一訊號處理單元，該照明單元產生的光束經該投影標記板後形成一測量光斑，該測量光斑經該分光鏡透射後入射至該投影成像組，該投影成像組將該測量光斑成像至一基底表面，該折光稜鏡用於將經該基底表面第一次反射的光束折轉後再次入射至該基底表面，並使得經該基底表面第二次反射的光束經過該投影成像組，該分光鏡用於將經該基底表面第二次反射的光束引導至該探測單元，該訊號處理單元根據該探測單元測得的探測光斑計算該基底表面的離焦量及/或傾斜量；其中該折光稜鏡的橫截面為等腰直角三角形；其中該折光稜鏡的斜面垂直於經該基底表面第一次反射的光束的光軸，且兩直角面的交線稜與經該基底表面第一次反射的光束的光軸相交。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的調焦調平裝置，其中該投影成像組包括一前透鏡組和一後透鏡組，該分光鏡設置於該投影標記板和該前透鏡組之間，該測量光斑經該分光鏡透射後依次入射至該前透鏡組、該後透鏡組及該基底表面，經該基底表面第二次反射的光束依次入射至該後透鏡組、該前透鏡組，並經該分光鏡反射至該探測單元。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的調焦調平裝置，進一步包括一探測鏡組，該探測鏡組沿光束傳播方向設置在該探測單元的上游。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的調焦調平裝置，其中該探測單元包括帶一探測狹縫標記的一探測標記板和一光能量探測器，該光能量探測器用於探測透過該探測狹縫標記的光能量變化，以計算該基底表面的離焦量及/或傾斜量。
  5. 一種調焦調平裝置，用於計算一基底的離焦量及/或傾斜量，其包括：一照明單元、帶一投影狹縫標記的一投影標記板、一投影成像組、一折光稜鏡、一分光鏡、一探測單元及一訊號處理單元，其中，該投影成像組包括前透鏡組、雙反射鏡組及後透鏡組，該分光鏡設置於該雙反射鏡組和該後透鏡組之間，該照明單元產生的光束經該投影標記板後形成一測量光斑，該測量光斑依次入射至前透鏡組和雙反射鏡組，之後經該分光鏡透射後依次入射至該後透鏡組及一基底表面，該折光稜鏡用於將經該基底表面第一次反射的光束折轉後再次入射至該基底表面，並使得經該基底表面第二次反射的光束再次入射至後透鏡組後被分光鏡反射至該探測單元，該訊號處理單元根據該探測單元測得的探測光斑計算該基底表面的離焦量及/或傾斜量；其中，該折光稜鏡的橫截面為等腰直角三角形；其中，該折光稜鏡的斜面垂直於經該基底表面第一次反射的光束的光軸，且兩直角面的交線稜與經該基底表面第一次反射的光束的光軸相交。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的調焦調平裝置，進一步包括一探測鏡組，該探測鏡組沿光束傳播方向設置在該探測單元的上游。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的調焦調平裝置，其中該探測單元包括帶一探測狹縫標記的一探測標記板和一光能量探測器，該光能量探測器用於探測透過該探測狹縫標記的光能量變化，以計算該基底表面的離焦量及/或傾斜量。
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