聚焦方法与自动聚焦装置及其侦测模块制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种判断聚焦的方法与自动聚焦装置及其侦测模块。此侦测模块包括椭圆曲面反射元件、光感测元件。椭圆曲面反射元件具有光束缺口、第一焦点及第二焦点。光束经由光聚焦元件聚焦后，透过光束缺口投射在待测物表面。椭圆曲面反射元件反射光束投射待测物表面后反射或散射的光线。光感测元件配置于第二焦点，用以接收椭圆曲面反射元件反射的光束，并产生侦测结果，以便调整光聚焦元件与待测物表面的距离，以便让光束聚焦的位置正确地落在待测物的表面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚焦装置，且特别是涉及一种可侦测并调整聚焦位置的聚焦方法与聚焦装置及其侦测模块。
技术介绍
近年来随着电子产业的蓬勃发展，许多消费性电子产品(例如手机、相机、投影 机)的市场走向皆趋向于精致微型化。为了因应电子产业的趋势，其消费性电子产品的关 键零组件的加工成形方式则日趋重要。在另一方面，目前太阳能电池或面板的制造也伴随 着许多微米制作工艺的加工，例如微电路修补、微加工、切割、熔接、钻孔、材料改质。而旧 有的机械加工方式受限于刀片大小与机构限制，逐渐不敷使用。 目前的解决方式是以精密度高、速度快的激光来进行加工，例如激光钻孔、激光 切割。而为使激光加工的精密度不因加工件表面的高低起伏的影响，使得激光在加工时的 聚焦点脱离加工表面，因而导致加工时激光能量不足而加工失效，或光点面积过大而产生 加工尺寸的误差，即必须搭配自动聚焦模块来达成精密加工的目的。 图1为绘示美国专利公告号US6， 259， 057B1号专利案的激光雕刻机的自动聚焦结 构的结构图。请参照图l，传统激光雕刻机100使用机械探针101来侦测激光是否聚焦，以 做为是否聚焦的判定方式，再依据其侦测结果调整激光光束，以达成自动聚焦的功能。但机 械探针101必须直接接触加工物件表面才能进行侦测，此侦测方式往往会造成加工物件表 面受损或污染，且受限于机械结构的限制，以致精密度无法有效提升，使得利用此侦测方式 的加工装置无法符合现今微制作工艺加工的标准。 图2为绘示美国专利公告号US7， 298， 549B2号专利案的显微镜的结构图。请参照 图2，为了提高加工的精密度，目前的加工机械则多以光学式自动聚焦的方式取代机械式聚 焦，而现今常见的自动聚焦类型为共轭焦式(Confocal)光学聚焦。 一般而言，共轭焦式通 常需要较多的光学元件(例如分光镜201、滤镜202、聚焦镜203及光学透镜204、205等) 将光源引导至检测器210，以侦测是否聚焦。并且，此自动对焦的方式无法直接分辨离焦的 方向，需透过聚焦镜203位移一行程后，方可辨别加工物件是处于前焦状态或后焦状态。此 自动聚焦的方式则会有成本较高及体积较大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种判断是否聚焦于适当位置的侦测模块，以判断焦点偏 离的位置及距离。 本专利技术提出一种具有判断是否聚焦于适当位置的侦测模块的自动聚焦装置。此聚 焦装置可自动调整聚焦点至适当的位置。 本专利技术提出一种具有判断是否聚焦于适当位置的聚焦方法，可自动地调整聚焦点 至适当的位置。 在一范例中，提出一种侦测模块，适于侦测经过一聚焦光束投射到一待测物表面的离焦状态及其焦点位置。此侦测模块包括一椭圆曲面反射元件与一光感测元件。此椭圆 曲面反射元件具有一光束缺口 ，其中此聚焦光束通过光束缺口投射到待测物表面，产生反 射光线与散射光线。而光感测元件用以感测由椭圆曲面反射元件所反射的反射光线与散射 光线，并据以产生侦测结果，根据此侦测结果调整聚焦光束的焦点位置，用于让焦点位置落 在该待测物的表面。 在一范例中，提出一种自动聚焦装置，包括一光聚焦元件、一光感测元件、一具有光束缺口的椭圆曲面反射元件、一数据处理元件、一致动元件与一调整单元。此光聚焦元件 可将侦测光束聚焦成具一焦点的聚焦光束，且此聚焦光束可入射至一待测物，使待测物产 生反射光线与散射光线。光感测元件用以感测光的信号。而椭圆曲面反射元件，置于光聚 焦元件与待测物之间，用以使聚焦光束经由光束缺口入射至待测物，同时，椭圆曲面反射元 件将待测物散射后的反射光与散射光，导引至光感测元件上。数据处理元件则是用以分析 光感测元件接收到的信号，判定待测物是否聚焦，同时，数据处理元件也用以运算需修正离 焦状态的控制信号，并将控制信号传送至致动元件。而致动元件则耦接调整单元，并依据控 制信号产生驱动信号传送至调整单元。而调整单元则分别连接光聚焦元件、椭圆曲面反射 元件与光感测元件，并可同时使三元件朝一方向移动。 在一范例中，提出一种聚焦判断方法，包括将侦测光束聚焦成具一焦点的聚焦光束，并投射到一待测物，使待测物产生反射光线与散射光线。通过一椭圆曲面的反射，将反 射光线与散射光线导引至椭圆曲面的一焦点，并加以感测后产生一感测信号，由此感测信 号判定聚焦光束的焦点是否位于聚焦光束投射到待测物的表面。 为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图， 作详细说明如下。附图说明 图1为绘示美国专利公告号US6， 259， 057B1号专利案的激光雕刻机的自动聚焦结 构的结构图； 图2为绘示美国专利公告号US7， 298， 549B2号专利案的显微镜的结构图； 图3为椭圆形平面图； 图4为本专利技术一实施例的侦测模块的结构剖视图； 图5A为图4的激光光束聚焦于物体的放大示意图； 图5B为图4的激光光束聚焦于物体后方的放大示意图； 图5C为图4的激光光束聚焦于物体前方的放大示意图； 图6A为图4的激光光束聚焦于物体的侦测结果示意图； 图6B为图4的激光光束聚焦于物体后方的侦测结果示意图； 图6C为图4的激光光束聚焦于物体前方的侦测结果示意图； 图7A 图7C为应用图4实施例的聚焦装置不同实施例的结构示意图； 图8为本专利技术一实施例的聚焦方法流程图。 主要元件符号说明 30 :物体 40 :平台 100 :传统激光雕刻机 101 :机械探针 200 :显微镜 201 :分光镜 202 :滤镜 203 :聚焦镜 204、 205 :光学透镜 210 :检测器 300:椭圆曲面反射元件 300a:光束缺口 301、302:焦点 310、311 :线段 312、313 :光线 400:侦测模块 401 :光感测元件 402、705 :光束 501、501'、501:光点面积 502 、502'、502 601、601，、601 602 、602'、602 700 :聚焦装置 701 :数据处理单元 701':数据处理单元 701:致动元件 701A :控制装置 702、702A :致动元件 703 :调整单元 704 :光源 706 :光聚焦元件 S801 S803 :聚焦方法的步骤光型光强度分布的峰值具体实施例方式本专利技术提出一种结构简单且可有效判断是否聚焦于适当位置的侦测单元，以此判断焦点偏离的位置及距离，以此侦测单元来架构聚焦装置，使聚焦装置可自动调整聚焦点至适当的位置。由此，此聚焦装置可判断光束聚焦点偏离的方向，以调整聚焦点的位置。 而在说明本专利技术实施例之前，先对本专利技术实施例的重要概念作解说。图3为一椭圆形平面图。请参照图3，由图形理论得知，椭圆形300具有两共轭焦点301及302，若由焦点301延伸出一线段(以线段310为例)与椭圆形300会形成一交叉点，若此交叉点与焦点302连成一线段(以线段311为例)。线段310及311会分别与椭圆形300形成角度e工与92，且角度e工与92会相等。以椭圆形的特性来说，椭圆形300上的任一点与两焦点301及302所连成的线段，皆会有上述特性。依据上述，若椭圆形300为一反射元件，且焦点301为光源时，光线会从焦点301发射经椭圆曲面反射元件300反射后，必定会通过椭圆曲面反射元件300的焦点302。另外，从焦点30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侦测模块，适于侦测经过一聚焦光束投射到一待测物表面的焦点位置，该侦测模块包括：椭圆曲面反射元件，具有一光束缺口，其中该聚焦光束通过该光束缺口投射到该待测物表面，产生反射光线与散射光线；以及光感测元件，用以感测由该椭圆曲面反射元件所反射的该反射光线与该散射光线，并据以产生一侦测结果，根据该侦测结果调整该聚焦光束的焦点位置，用于让该焦点位置落在该待测物的表面。

【技术特征摘要】
一种侦测模块，适于侦测经过一聚焦光束投射到一待测物表面的焦点位置，该侦测模块包括椭圆曲面反射元件，具有一光束缺口，其中该聚焦光束通过该光束缺口投射到该待测物表面，产生反射光线与散射光线；以及光感测元件，用以感测由该椭圆曲面反射元件所反射的该反射光线与该散射光线，并据以产生一侦测结果，根据该侦测结果调整该聚焦光束的焦点位置，用于让该焦点位置落在该待测物的表面。2. 如权利要求1所述的侦测模块，其中该椭圆曲面反射元件具有一第一焦点，而该第 一焦点与该聚焦光束的焦点重合。3. 如权利要求2所述的侦测模块，其中该椭圆曲面反射元件具有一第二焦点，其中该 第一焦点与该第二焦点为该椭圆曲面反射元件的椭圆曲面的两共轭焦点，而该光感测元件 则位于该第二焦点进行感测。4. 如权利要求1所述的侦测模块，其中该光感测元件测得该反射光线与该散射光线的 光信号与光纹图案，并通过该光信号与该光纹图案比较取得该聚焦光束的焦点与该聚焦光 束投射到该待测物的表面的一距离，该距离等于或大于零。5. 如权利要求4所述的侦测模块，其中当该距离大于零时，通过调整该聚焦光束的焦 点位置，而使该聚焦光束的焦点落在该聚焦光束投射到该待测物的表面。6. 如权利要求l所述的侦测模块，其中该光感测元件为光电位置感测器(PSD)、电荷耦 合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)装置、光电二极管(Photon Diode)或光电二 极管阵列(Photon Diode Array)其中之一。7. —种自动聚焦装置，包括光聚焦元件，可将一侦测光束聚焦成具一焦点的一聚焦光束，且该聚焦光束可入射至 一待测物，使该待测物产生反射光线与散射光线； 光感测元件，用以感测光的信号；具有一光束缺口的椭圆曲面反射元件，置于该光聚焦元件与该待测物之间，用以使该 聚焦光束经由该光束缺口入射至该待测物；同时，该椭圆曲面反射元件，可将该待测物散射 后的反射光与散射光，导引至该光感测元件上；调整单元，分别连接该光聚焦元件、该椭圆曲面反射元件，与该光感测元件，并可同时 使三元件朝一方向移动；致动元件，耦接该调整单元，并依据控制信号产生驱动信号传送至该调整单元；以及数据处理元件，耦接于该光感测元件以及该致动元件，用以分析该光感测元件接收到 的信号，判定该待测物是否离焦，同时，该数据处理元件也用以运算需修正离焦状态的一控 制信号，并将该控制信号传送至该致动元件。8. 如权利要求7所述的自动聚焦装置，其中该椭圆曲面反射元件具有一第一焦点与一 第二焦点；同时，该椭圆曲面反射元件的该第一焦点与该聚焦光束的该焦点重合。9. 如权利要求7所述的自动聚焦装置，其中该光感测元件位于该椭圆曲面反射元件的 第二焦点处。10. 如权利要求7所述的自动聚焦装置，其中该调整单元包含一马达，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雍行，林昆蔚，胡平浩，钟佳诏，刘裕升，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]