[发明专利]一种自动聚焦系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动聚焦系统，尤其适用于半导体测量设备上。

背景技术

自动聚焦系统(Automatic Focus System)是一种利用光波、超声波或者其他声波自动计算焦距及确定焦点位置的系统。通常分为主动式和被动式，主动式即系统自身发出光波或超声波到被测物体上，由接收器接收反射回来的信号来完成自动聚焦；被动式即系统直接接收并分析被测物体发出或反射的光波来完成自动聚焦。

自动聚焦系统的应用范围非常广泛，比如：相机、红外探伤、测距、表面分析、成像等各个方面。民用、工业和军事方面均有涉及，一般工业用的自动聚焦系统需要满足精度高、速度快、频谱宽等特点，一般应用在量测、分析和相关仪器设备上。

目前，在国内常见的自动聚焦系统中，一部分是激光自动聚焦系统，其优点是效率高并且定位准确，缺点是如果遇到不敏感或者吸收特定光谱的材料时失效。还有一部分为宽光谱自动聚焦系统，其优点是可实现聚焦的材料范围广，对于某些特定材料，可以实现穿透聚焦，缺点是有色差，不同波长定位精度略差。

然而，现有技术中却不存在宽波段且无色差的自动聚焦系统。

发明内容

本发明的自动聚焦系统为宽波段无色差系统，其能够涵盖紫外、可见光和近红外波段，同时具备了激光及宽光谱自动聚焦的优点，又避开了两者的缺点。可聚焦的材料范围广，可选光谱宽，保证了精度又提高了性能。

本发明的自动聚焦系统由以下几个部分组成，包括：光源、准直镜头、分光器件、物镜镜头、接收镜头、柱面镜和探测器。光源可根据需求选择宽光谱或者单光谱光源，首先将光源光束耦合进入准直镜头，准直镜头准直后，平行光出射，然后入射到分光器件，通过分光器件后再入射到物镜镜头，被聚焦后再打到被测物体的表面，被测面的反射光线按原路返回，再次入射到分光器件，由分光器件将光线反射到接收镜头，经过接收镜头聚焦后入射反射式柱面镜，经过反射式柱面镜后，光信号被光感测器接收，最后由内置于光感测器的计算单元(诸如计算机程序)进行数据分析后显示结果。整个系统结构紧凑，准直镜头、物镜镜头和接收镜头使用消色差或无色差结构，同时，柱面镜采用反射式柱面镜，这保证了整个系统在宽波段上无色差。

根据本发明，公开了一种自动聚焦系统，其包括光源、准直镜头、分光镜、物镜镜头、接收镜头、柱面镜和光感测器。光源、准直镜头、分光镜和物镜镜头依次地布置以使来自光源的光线在第一光路上依次经由准直镜头、分光镜和物镜镜头投射到被测面上，接收镜头布置在分光镜的分光路径上，柱面镜布置在接收镜头和光感测器之间，来自被测面的反射光线在第二光路上先经由物镜镜头投射到分光镜上再经由接收镜头和柱面镜投射到光感测器上，光感测器根据被测面的成像计算被测面相对物镜镜头的理想位置范围，其中，柱面镜为反射式柱面镜，准直镜头、物镜镜头和接收镜头为无色差或消色差镜头。这意味着，准直镜头、物镜镜头和接收镜头均被配置以使它们从紫外到红外的波段上色差均不超过1um。更准确地说，准直镜头、物镜镜头和接收镜头均被配置以使它们在190-2000nm的波段上色差均不超过1um。

更优选地，所述准直镜头为无色差镜头。

可选择地，所述准直镜头、所述物镜镜头和所述接收镜头均为反射式结构。

具体地，所述接收镜头包括抛物面镜。

具体地，所述准直镜头包括抛物面镜。更具体地，所述抛物面镜靠近所述光源，所述平面反射镜靠近所述分光镜，并且所述抛物面镜和所述平面反射镜被布置在通过两镜中心的光轴上。

具体地，所述物镜镜头包括设有中心通孔的第一球面反射镜和直径小于所述第一球面反射镜的第二球面反射镜，其中，所述第一球面反射镜靠近所述分光镜，所述第二球面反射镜靠近所述被测面，并且所述第一球面反射镜和所述第二球面反射镜均布置在通过两镜中心的光轴上；当来自光源的光线通过分光镜后，光线经由所述中心通孔入射到所述第二球面反射镜上，接着被反射到所述第一球面反射镜上，再被反射到被测面上，来自所述被测面的反射光线再依次地经由所述第一球面反射镜和第二球面反射镜反射通过所述中心通孔射到所述分光镜上，最后经由分光路径进入到所述接收镜头中。

具体地，所述准直镜头包括抛物面镜。更具体地，所述准直镜头还包括平面反射镜，其中，所述抛物面镜靠近所述光源，所述平面反射镜靠近所述分光镜，并且所述抛物面镜和所述平面反射镜被布置在通过两镜中心的光轴上。

可选择地，所述分光镜为5/5分光镜。