[发明专利]一种兼具自动调平功能的扫描式自动对焦方法及装置

说明书

本发明提出一种兼具自动调平功能的扫描式自动对焦方法及装置，该装置包括：激光光源，用于产生对焦光束；合束装置，用于将对焦光束与光学系统工作光束合束；扫描系统，通过改变对焦光束的角度，使对焦光斑在对焦平面上移动；聚焦系统，用于将对焦光束聚焦为在物镜后焦面的对焦光斑；共焦强度探测装置，用于将对焦光斑共焦成像，并探测像点位置的光强变化；反馈运动机构，用于将探测到的光强变化转化为相应的反馈控制信号，并根据信号驱动运动机构，带动对焦对象旋转或平移，完成自动调平和自动对焦。本发明通过扫描系统控制对焦光束扫描，实现了多点对焦。与现有对焦装置相比，增加了自动调平功能，极大的扩展了该装置的应用范围。

技术领域

本发明属于光学工程领域，特别涉及一种兼具自动调平功能的扫描式自动对焦方法及装置。

背景技术

自动对焦技术是一种应用于成像光学系统和光学加工系统中的重要技术。无论是成像光学系统还是光学加工系统，在对对象成像或加工前，都需要将物镜的焦点准确地定位在对象的成像面或加工面上。在光学成像系统或光学加工系统中应用自动对焦技术可以很好地满足这一要求。

目前自动对焦的技术包括共焦强度探测法、成像被动探测法、像散法、光斑位移探测法、莫尔条纹法等。其中，共焦强度探测法的硬件实现简单，但是探测信号容易受杂散光影响，反馈信号非线性，调节难度较大。成像被动探测法和像散法都是根据反馈图形形状的变化产生反馈信号，其反馈精度较低，对焦深度较小。光斑位移探测法受限于衍射极限和探测器位置分辨率等因素其定焦精度也无法进一步提高。莫尔条纹法的对焦精度较高，但受限于光栅的加工精度和光栅周期的灵活选择性等因素也很难进一步提高，对焦深度较小。此外，根据以上技术设计的各种装置往往只具备自动对焦功能，不具备自动调平功能。而在光学加工系统和部分扫描光学成像系统中，对加工对象或成像对象的水平度要求相对较高。不具备调自动平功能的对焦装置在以上系统中的应用就受到了极大的限制。

可见，需要针对目前自动对焦技术的局限性，设计一种兼具自动调平功能的自动对焦装置，扩展自动对焦技术的应用领域，实现该技术在更广泛的光机系统中的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种应用于成像光学系统或光刻系统的兼具自动调平功能的扫描式自动对焦方法及装置。

为实现本发明的目的，本发明提供一种兼具自动调平功能的扫描式自动对焦方法，包括：

产生对焦光束，通过扫描系统改变对焦光束的角度，在物镜后焦面上依次聚焦形成四个对焦光斑，四个对焦光斑在对焦平面上呈菱形分布；

四束对焦光束经对焦对象的对焦平面反射，由原光路返回，依次入射差分共焦探测机构；

通过差分共焦探测机构进行光强探测，根据探测到的光强变化得出离焦量并产生反馈控制信号，根据信号驱动运动机构，带动对焦对象旋转或平移，完成自动调平和自动对焦。

进一步地，依次对四束对焦光束聚焦后，进行限制孔径的光强探测，并根据探测结果产生反馈控制信号。

进一步地，反馈运动的控制策略为首先进行调平，调平值以四个点的探测平均值为基准；调平后，四个点对应的强度探测偏离量相同，再进行调焦，调焦值以探测极值为基准。

本发明的另一目的为提供一种兼具自动调平功能的扫描式自动对焦装置，包括：

激光光源，用于产生对焦光束；

合束装置，用于将对焦光束与所应用的光学系统的工作光束合束；

扫描系统，通过改变对焦光束的角度，使对焦光斑在对焦平面上移动，依次产生四个对焦光斑，四个对焦光斑在对焦平面上呈菱形分布；

聚焦系统，用于将对焦光束聚焦为在物镜后焦面的对焦光斑；

共焦强度探测装置，用于将对焦光斑共焦成像，并探测像点位置的光强变化；