[发明专利]自动聚焦系统

说明书

本发明提供一种用于使检验系统的照相机自动聚焦的距离测量系统，所述检验系统用于检验被图案化的平坦表面。所述系统包括图案产生器、图像传感器、一个或多个光学元件、及处理器。所述图案产生器朝所述平坦表面以斜角投射空间随机图案。所述一个或多个光学元件在所述图像传感器上形成所反射的所述空间随机图案的图像，且所述图像传感器捕捉从所述平坦表面反射的所述空间随机图案的图像。所述处理器处理所述空间随机图案的所述图像并提供自动聚焦信息。

技术领域

本发明在其一些实施例中涉及自动聚焦系统，且更具体来说（但非排他性的），涉及供在用于电路的检验系统中使用的自动聚焦系统，所述电路例如为印刷电路板（printedcircuit board；PCB）、晶片、或其他上面包含图案的大体平坦物体，例如薄膜晶体管（thinfilm transistor；TFT）面板、平板显示器（Flat Panel Display；FPD）、及OLED面板。

背景技术

先前技术中、自动聚焦系统已知用于对晶片、裸PCB、平板显示器（FPD）、薄膜晶体管（TFT）面板进行自动化光学检验（automated optical inspection；AOI）且也用于PCB制作的成像解决方案。在这些领域中，相对平整物体（例如面板）是在近范围处以通常小的场深来加以检验及/或成像。在一些自动化光学检验系统中，照相机的视场可能小至数百微米到数毫米，而面板的整体大小可高达2 × 2.5 m。在其他领域中，平整物体可能以更低放大率及更大场深来加以检验。通常需要使所述自动聚焦系统在对面板的不同部分进行成像时维持准确的工作距离。举例来说，跨面板的工作距离偏差可归因于板厚度的固有容差、面板平整度的容差、及/或AOI系统（或类似系统）在沿着支撑台板的不同位置处的容差。

许多已知的自动聚焦系统使用三角测量方法来调整照相机的工作距离。通常，对于三角测量，将点、线或栅格图案以斜角投射在表面上，并使用照相机来捕捉所投射光束的镜面反射。感测所述点、线或栅格的侧向位移，并使用三角测量方法来使所检测侧向位移与照相机相对于所定义工作距离的偏差相关。所感测侧向位移或所检测的相对于焦点的偏差为致动器提供用于调整照相机物镜的定位的输入。灵敏度随倾斜照射角度及光束斑大小而变。

名称为“使光学头聚焦在物体主体上的方法及用于包含倾斜检测的光学检验系统的自动聚焦装置（Method of focusing optical head on object body and automaticfocusing device for optical inspection system including tilt detection）”的第5,136,149号美国专利描述一种支撑在可移动台板机构上的半导体晶片，所述美国专利的内容以引用方式并入本文中。为将晶片的表面维持在物镜的焦点处且维持晶片与物镜的光学轴线垂直的角度，将光束引导到晶片。所反射光被分成第一光束及第二光束。第一光束由一维位置感测装置（position sensing device；PSD）接收，而第二光束由二维PSD接收。响应于一维PSD及二维PSD的相应输出而驱动可移动台板机构，以便即使在使晶片移动以扫描所述晶片上的相应区时也维持晶片与物镜的对焦状态。

名称为“具有图案成像系统的自动聚焦显微镜（Autofocussing microscopehaving a pattern imaging system）”的第5,604,344号美国专利描述一种包括图案成像系统、单个图像检测器、及图案聚焦分析仪的用于显微镜的自动聚焦机构，所述美国专利的内容以引用方式并入本文中。所述图案成像系统沿着显微镜的主光学路径、透过所述显微镜的物镜将至少一个图案成像到物体表面上。接着，所述图案的图像与物体的图像组合且被沿着主光学路径而朝显微镜的图像平面反射。公开了对高对比度图案的使用。所述图像检测器检测所反射图像，且所述图案聚焦分析仪通过分析图像检测器的输出来确定图案的清晰度。所述图案聚焦分析仪还可向用于改变距离的设备指示沿聚焦度增加的方向移动。通过以下操作来确定聚焦方向：将两个图案成像在自动聚焦设备的透镜的物体平面上方及下方距离δ处，并将所反射图像中两个图案的聚焦度进行比较。