[发明专利]自动聚焦装置与其方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种降低光源扰动对自动聚焦精度影响的自动聚焦装置与其操作方法。

背景技术

随着电子业的蓬勃发展，许多消费性电子产品如手机、相机、投影机等，走向精致微型化已是市场主流趋势。为因应电子产业的需求，关键零元件的加工成形方式则显得重要。此外，在太阳能电池制造业或面板制造等光电产业上，也应用微工艺加工，如微电路修补、微加工、切割、熔接、钻孔、材料改质等等。旧有的机械加工方式受限于刀片大小与结构限制，逐渐不再使用。目前取而代之的是精度高、速度快的激光加工方式，如激光钻孔、激光修补、激光切割等等。

在激光加工时，由于加工件表面的高低起伏，可能会影响加工尺寸与加工精度。甚至，在加工时，激光聚焦点可能会脱离加工表面而导致加工能量不足而失效，或光点面积过大导致加工尺寸误差。因此，需要自动聚焦装置来达成精密加工的目的。自动聚焦装置也可应用于自动光学检查(Automated Optical Inspection，简称AOI)检测，如缺陷检测、尺寸检测等，以降低检测时间、增加生产良率及确保产品质量。因此自动聚焦装置在工业界有着庞大的应用市场。

目前自动聚焦装置可分为两种：图像式自动聚焦装置与光学式自动聚焦装置。图像式自动聚焦装置是传统业界所熟知的，其优点是价格便宜，但其缺点是精度受限，反应时间太慢，无法满足生产在线的高产量要求。因此近年来逐渐被光学式自动聚焦装置所取代。

光学式自动聚焦装置是利用光传感器所侦测到的光形(或光能量)的变化作为离焦距离与离焦方向的判断依据，其精度高、反应时间快。在要求精度高、反应时间快的精密生产线，光学式自动聚焦装置比较具有优势。

随着制造技术的发展，光学式自动聚焦装置的精度要求也随之提高，以进一步提升生产优良率。以薄膜晶体管阵列(TFT array)修补为例，线宽与聚焦光点越来越小，聚焦精度要求越来越高。目前搭配20倍物镜的光学式自动聚焦装置的聚焦精度(focus accuracy)要求在2μm以内。而对于搭配50倍物镜的光学式自动聚焦装置而言，其聚焦精度要求更在1μm以内。

光学式自动聚焦装置需配置侦测光源，该光源的扰动(如光轴飘动或功率变化)对聚焦精度有不良影响。针对降低光源扰动的已知技术来说，可分成两类：一类是从光源本身的结构改善着手，另一类是从光源的回授控制着手。然而这些已知技术只能对光源本身功率变化的扰动加以改善，因此对聚焦精度的改善有限。

请参考图1A～图1C，其显示已知技术的光源扰动示意图。已知自动聚焦装置根据成像在光传感器上的图像重心位置来判断离焦位置。假设自动聚焦装置的发光二极管功率稳定，且侦测物与自动聚焦装置的相对位置不变。自动聚焦装置的发光元件所发射出的光束，会因为光源的光轴飘动，在不同的时间点会有不同的发射方向。以图1A为例，11代表理想光轴，而11’与11”则代表光轴飘动后的光轴。由于光轴飘动的关系，导致成像在光传感器12上的位置会随着时间而在范围13内变化。

如图1B所示，P_t1～P_t4分别代表于四个时间点t1～t4(即光传感器的4个不同感测时间点)下的成像在光传感器12上的位置，以据此换算出图像重心位置。由图1B可看出，由于光轴飘动的关系，图像的重心位置可能会散布于4个象限内(假设光传感器的感测单元落于4个象限内)。

由于成像在光传感器12上的前后两个图像15与15’的位置会随着时间而变化，根据图像15与15’的重心位置16与16’所判断出的离焦位置会不同，如图1C所示。当自动聚焦装置运作时间越久时，光源的温度越上升，光轴飘动的情况越明显，导致自动聚焦精度误差也会越大。

因此，本发明能降低光源扰动对自动聚焦精度的影响，以提升自动聚焦精度。

发明内容

本发明是有关于一种降低光源扰动对自动聚焦精度影响的方法与装置，通过运用光路径调整器及/或信号算法来降低光源扰动在成像光路的光传感器中所造成的感测信号变化量，以提升自动聚焦精度。