背景

如今，随着工业自动化的快速发展，对于精密测量技术的要求也随之越来越高，位移测量技术作为几何量精密测量的基础，不仅需要超高测量精度，对于环境和材料的广泛适应性的要求更高，并且逐步趋于实时、无损检测。与传统接触式测量方法相比，共焦传感器具有高速度，高精度，高适应性等明显优势。随着近几年国内半导体产业的兴起，在工业检测领域带动了对高分辨率视觉产品的需求。由于此类视觉镜头普遍景深很小，当被测物的高度发生微小变化时就可能造成成像不清晰，影响检测结果，因此为镜头配备高速位移测量系统实现对焦系统成为一种刚需，而共焦传感器是可以与之搭配的理想方案之一。

普密斯研发的VP-LFS M8000系列APO激光自动对焦模组，针对当前产业转型趋势和高性能位移传感器的需求进行了深入研究和开发。该模组采用共焦光路设计，利用在同一光路中激光的单一波长与可见光波段相互影响小的特性以及DSP高速图像处理的能力，通过检测从物面反射回来的激光光斑信息判断物面位置信息，主动控制运动执行机构实现工业检测显微镜系统的快速和稳定对焦。

图 普密斯APO激光自动对焦系统

对焦原理

通过在显微镜的镜筒侧加入一支同轴激光发射和激光接收装置的光学回路实现共轴共焦测量，激光二级管发出的激光通过挡光片挡掉一半的光，剩下的半圆型光束通过准直镜变为平行光，通过镜筒的分光元件沿主光轴反射进入物镜投射到被测物表面。如果被测物表面正好处于物镜物面，激光则刚好在被测物表面形成聚焦光斑，聚焦光斑经被测物面反射，经过物镜、激光准直镜后被CCD传感器采集形成最小光点；如果被测物表面处于聚焦点上方，在CCD上会检测到一个右半圆形光斑，反之会检测到一个左半圆形光斑。所以，通过光斑的形态与大小即可反推被测物面的离焦距离，通过输出信号控制电机快速运行到目标位置，实现系统对焦。

图 对焦原理光路示意图

应用案例

晶圆激光划片对焦

图 晶圆与激光划片示意图

晶圆激光划片是通过激光将含有很多芯片的晶圆分割成晶片颗粒的工艺。在激光划片的过程中，由于晶圆表面存在高度差会导致激光聚焦点不能处于最佳位置而影响划片效果，所以需要加入快速对焦装置，实时校正激光焦点位置。

应用普密斯的自动对焦模组，可以不受晶圆表面材质及反射率影响，实时对焦到晶圆表面 ， 且以高频率实时输出模拟量信号。划片设备的激光切割系统可根据模拟量信号调节切割功率和切割深度，从而避免造成烧焦及崩边等瑕疵不良。且该模组还具有以下优势：

对焦模组可不改变划片机原有的激光切割系统，实现简易安装；共用划片机激光切割系统光轴，视觉中心对即焦点，减少运动时间；持续评估聚焦的距离和方向，每0.5毫秒更新一次数据。

硅片横切面解里纹分析

图 硅片横切面解里纹实拍图

对于硅片横切面解里纹的检测一般使用的是高倍率APO物镜使用DIC成像技术观测，在自动化检测时，上料精度无法满足定位精度要求，不同产品检测表面存在高低差造成成像不清晰，该对焦系统实时对焦并将位移偏差反馈机构进行微调，可实现实时对焦检测。

显示面板激光修复对焦

图 液晶面板（上）与LCD屏（下）实拍图

显示面板修补使用的高倍率光学镜头，由于景深较小，实时运动时会引起失焦，该对焦模组可持续实时对焦，实现快速精准定位。搭配自带的同轴偏光系统，可满足偏光膜TFT 面板、柔性或硬屏OLED 、mini LED、micro LED等多种产品应用需求。

mini LED外观检测

图 mini LED 实拍图

该应用场合的需求是对微小元器件的外观检测。通常12寸mini led晶圆盘含过百万单位，因尺寸极小从而要求光学放大倍率较高，机构平面度大于镜头景深导致成像容易失焦，搭配普密斯对焦系统和线阵相机可实时连续对焦拼接整板清晰图像，可实现快速高效外观检测。