一种基于矩形振幅掩膜的大范围高精度自动对焦装置，属于光学检测技术领域，为了解决现有技术自动对焦方法存在的精度与线性范围难以兼容的问题，其包括：半导体激光器、准直扩束镜、矩形振幅掩膜、λ/2波片、偏振分光棱镜、λ/4波片、波长分光片、显微物镜、样品、管透镜、对焦CCD、计算机、电机控制模块和电动位移台；矩形振幅掩膜为一个正方形镀铬玻璃板，中间区域有一个形状为缺失一条长边的矩形环状的镂空结构；用矩形振幅掩膜代替传统的刀口及环形DOE，使CCD上的光斑在x轴截面和y轴截面上的质心变化率不同，低变化率的x轴可以在大线性范围内粗自动对焦，高变化率的y轴可以在小线性范围内精自动对焦，两者结合，可以在大线性范围内实现精自动对焦。围内实现精自动对焦。围内实现精自动对焦。
【技术实现步骤摘要】
基于矩形振幅掩膜的大范围高精度自动对焦装置
[0001]本专利技术属于光学检测
，具体是一种基于矩形振幅掩膜的大范围高精度自动对焦装置。
技术介绍
[0002]目前，Micro LED晶圆检测设备一般采用显微检测，偏心光束法是一种用于显微镜的主动式自动对焦方法，该方法主要依靠建立CCD上的光斑质心值与离焦位置的关系函数来实现自动对焦。光斑的计算需要具有良好的光斑，然而，由于系统激光的衍射及复杂的系统装调带来的影响，常常难以有较好的线性关系，导致系统的精度超出显微物镜的焦深。并且只计算光斑的单个质心，不能兼顾精度与线性范围的需要。
[0003]参见Optics Express期刊，JIANLIN DU作者等人发表名称为“Large
‑
range and high
‑
precision autofocus method based on an annular DOE for a laser direct writing system”，该方案使用一个1/4刀口及环形DOE将光束调制为一个3/4圆环，通过计算光斑的x方向质心及y方向质心来得到离焦量，由于该光斑为3/4圆环，导致该技术方案系统存在精度与线性范围难以兼容的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术为了解决现有技术自动对焦方法存在的精度与线性范围难以兼容的问题，提供一种基于矩形振幅掩膜的大范围高精度自动对焦装置，并且加入了波片对光束偏振态进行调制，有效减少了系统的杂散光。该装置精度高、线性范围大，结构简单容易实现装调。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]基于矩形振幅掩膜的大范围高精度自动对焦装置，其特征是，其包括：半导体激光器、准直扩束镜、矩形振幅掩膜、λ/2波片、偏振分光棱镜、λ/4波片、波长分光片、显微物镜、样品、管透镜、对焦CCD、计算机、电机控制模块和电动位移台；
[0007]所述半导体激光器、准直扩束镜、矩形振幅掩膜、λ/2波片和偏振分光棱镜依次同轴设置；
[0008]所述波长分光片、λ/4波片、偏振分光棱镜、管透镜和对焦CCD依次同轴设置；
[0009]所述波长分光片、显微物镜和样品依次同轴设置；
[0010]所述半导体激光器发出波长为780nm的近红外激光光束，光束经过准直扩束镜后入射到矩形振幅掩膜，由矩形振幅掩膜将光束截面形状调整为缺失一条长边的矩形环，然后矩形环的光束入射到λ/2波片上，被λ/2波片调制成垂直振动的线偏振光，垂直振动的线偏振光入射到偏振分光棱镜上，被偏振分光棱镜反射，之后经过λ/4波片，λ/4波片将线偏振光变为右旋圆偏振光，再入射到波长分光片上，被波长分光片反射到显微物镜上，光束被显微物镜聚焦到样品上并被样品表面反射回显微物镜，此时，右旋圆偏振光变为左旋圆偏振光，然后左旋圆偏振光被波长分光片反射后再次通过λ/4波片，并被λ/4波片调制为水平振动的线偏振光，水平振动的线偏振光通过偏振分光棱镜透射后经过管透镜，然后被对焦CCD
接收；同时，将显微物镜固定在可以沿光轴移动的电动位移台上，对焦CCD与计算机连接，对焦CCD将光斑信息传输给计算机，计算机与电机控制模块连接，计算机处理光斑信息并操纵电机控制模块，电机控制模块与电动位移台连接，使显微物镜在光轴方向上轴向移动从而实现自动对焦。
[0011]所述矩形振幅掩膜为一个正方形镀铬玻璃板，中间区域有一个形状为缺失一条长边的矩形环状的镂空结构。
[0012]所述的λ/2波片的快轴方向不固定，通过旋转λ/2波片，使得入射到偏振分光棱镜的线偏振光为垂直振动的s波。
[0013]所述λ/4波片的快轴方向与垂直振动的线偏振光(即s波)的振动方向成45
°
。
[0014]所述波长分光片对波长为780nm的近红外光束高反射，对可见波段高透射。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术利用矩形振幅掩膜代替传统的刀口及环形DOE，使得CCD上的光斑在x轴截面和y轴截面上的质心变化率不同，低变化率的x轴可以在大线性范围内粗自动对焦，高变化率的y轴可以在小线性范围内精自动对焦，两者结合，可以在大线性范围内实现精自动对焦。
附图说明
[0017]图1是本专利技术基于矩形振幅掩膜的大范围高精度自动对焦装置的结构示意图；
[0018]图2是本专利技术所述的矩形振幅掩膜的示意图；
[0019]图3是本专利技术一种离焦情况下对焦CCD11采集的光斑示意图；
[0020]图4是本专利技术中样品位于显微物镜的焦面附近不同位置时对焦CCD采集到的光斑形状示意图；
[0021]其中：1、半导体激光器，2、准直扩束镜，3、矩形振幅掩膜，4、λ/2波片，5、偏振分光棱镜，6、λ/4波片，7、波长分光片，8、显微物镜，9、样品，10、管透镜，11、对焦CCD，12、计算机，13、电机控制模块，14、电动位移台。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
[0023]如图1所示，基于矩形振幅掩膜的大范围高精度自动对焦装置，包括：半导体激光器1、准直扩束镜2、矩形振幅掩膜3、λ/2波片4、偏振分光棱镜5、λ/4波片6、波长分光片7、显微物镜8、样品9、管透镜10、对焦CCD11、计算机12、电机控制模块13和电动位移台14。
[0024]如图2所示，所述的矩形振幅掩膜3为一个正方形镀铬玻璃板，中间区域有一个形状为缺失一条长边的矩形环状的镂空结构。该结构对激光光束的截面形状进行调制，使得对焦CCD11上采集到的光斑如图3所示，形状也为缺失一条长边的矩形环状，并且光斑的质心位置与离焦量存在线性关系。由于矩形振幅掩膜3长边与短边的大小不同，使得光斑x轴质心i
cog
与y轴质心j
+cog
的变化率不同，x轴质心i
cog
对应矩形振幅掩膜3的短边，y轴质心j
+cog
对应矩形振幅掩膜3的长边，所以y轴质心j
+cog
的变化率大于x轴质心i
cog
的变化率。并且y轴方向上，拥有两个质心位置，两个质心位置的距离j
TC
的变化率为y轴质心j
+cog
的变化率的两倍，所以y轴方向上两个质心位置的距离j
TC
的变化率大于x轴质心的变化率的2倍。质心的变
化率与对焦精度正相关，变化率越大，精度越高。用低变化率的x轴质心在大范围内粗对焦，用高变化率的y轴方向上两个质心位置的距离j
TC
在小范围内精对焦，两者结合，可以实现在大的线性范围内高精度自动对焦。
[0025]所述半导体激光器1、准直扩束镜2、矩形振幅掩膜3、λ/2波片4和偏振分光棱镜5依次同轴设置。
[0026]波长分光片7、λ/4波片6、偏振分光棱镜5、管透镜10和对焦CCD11依次同轴设置。
[0027]波长分光片7、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于矩形振幅掩膜的大范围高精度自动对焦装置，其特征是，其包括：半导体激光器(1)、准直扩束镜(2)、矩形振幅掩膜(3)、λ/2波片(4)、偏振分光棱镜(5)、λ/4波片(6)、波长分光片(7)、显微物镜(8)、样品(9)、管透镜(10)、对焦CCD(11)、计算机(12)、电机控制模块(13)和电动位移台(14)；所述半导体激光器(1)、准直扩束镜(2)、矩形振幅掩膜(3)、λ/2波片(4)和偏振分光棱镜(5)依次同轴设置；所述波长分光片(7)、λ/4波片(6)、偏振分光棱镜(5)、管透镜(10)和对焦CCD(11)依次同轴设置；所述波长分光片(7)、显微物镜(8)和样品(9)依次同轴设置；所述半导体激光器(1)发出波长为780nm的近红外激光光束，光束经过准直扩束镜(2)后入射到矩形振幅掩膜(3)，由矩形振幅掩膜(3)将光束截面形状调整为缺失一条长边的矩形环，然后矩形环的光束入射到λ/2波片(4)上，被λ/2波片(4)调制成垂直振动的线偏振光，垂直振动的线偏振光入射到偏振分光棱镜(5)上，被偏振分光棱镜(5)反射，之后经过λ/4波片(6)，λ/4波片(6)将线偏振光变为右旋圆偏振光，再入射到波长分光片(7)上，被波长分光片(7)反射到显微物镜(8)上，光束被显微物镜(8)聚焦到样品(9)上并被样品(9)表面反射回显微物镜(8)，此时，右旋圆偏振光变为左旋圆偏振光，然后左旋圆偏...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺文俊，马宇峰，李晓然，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：
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