專利名稱：自動聚焦裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚焦裝置及方法，且特別是涉及一種自動調(diào)整成像精度的自動聚焦裝置及方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著電子業(yè)的蓬勃發(fā)展，許多消費性電子產(chǎn)品如手機、相機、投影機等，走向精致微型化已是市場主流趨勢。為了因應(yīng)此電子產(chǎn)業(yè)的需求，關(guān)鍵零組件的加工成形方式則顯得重要。傳統(tǒng)的機械加工方式受限于刀片大小與機構(gòu)限制，逐漸不敷使用。取而代之的加工方式則是精度較高、速度較快的激光加工，如激光鉆孔、激光切割等等。為了使激光加工的精確度不因加工件表面的高低起伏而影響，必須使激光在加工時聚焦點皆需位于加工表面上，如此方能避免加工能量不足而失效，或是光點面積過大產(chǎn)生加工尺寸誤差，為達此功效需搭配自動聚焦裝置來達成精密加工的目的。傳統(tǒng)上自動聚焦方式多以光學式自動聚焦裝置為主，雖然精確度較高，但價格也比一般的影像式自動聚焦裝置貴，因此會有成本較高、體積較大及組裝對位較復(fù)雜等問題。 此外，光學式自動聚焦裝置的對焦次數(shù)越多，所需加工的時間也越長，不利于生產(chǎn)成本的下降，有待進一步的改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于一種自動聚焦裝置與方法，其是利用兩個不同成像精度的成像光路，來調(diào)整待測物的離焦位置，以減少對焦的時間。為達上述目的，本發(fā)明提出一種自動聚焦裝置，其包括一光源、一成像單元、一光感測器以及一對焦調(diào)整單元。光源用以產(chǎn)生一光束。成像單元包括一物鏡以及一分光鏡。 物鏡用以聚焦光束，以使光束投射在一待測物。光束經(jīng)由待測物反射，以形成一反射光束。 分光鏡用以將反射光束分為一第一子光束以及一第二子光束。成像單元對應(yīng)于第一子光束以及第二子光束分別具有不同成像精度的一第一成像光路以及一第二成像光路。光感測器用以偵測第一子光束或第二子光束所形成的影像，以判斷待測物的一離焦位置。對焦調(diào)整單元根據(jù)待測物的離焦位置，對待測物與物鏡的距離進行對焦并選擇成像精度，以使待測物的離焦位置依序位于第一成像光路的成像精度內(nèi)及第二成像光路的成像精度內(nèi)。本發(fā)明提出一種自動聚焦裝置，其包括一光源、一成像單元、一光感測器以及一對焦調(diào)整單元。光源用以產(chǎn)生一光束。成像單元包括一物鏡以及一反射鏡。物鏡用以聚焦光束，以使光束投射在一待測物上。光束經(jīng)由待測物反射，以形成一反射光束。反射鏡用以將反射光束的光路切換至一第一成像光路或一第二成像光路。光感測器用以偵測第一成像光路以及第二成像光路所形成的影像，以判斷待測物的一離焦位置。對焦調(diào)整單元根據(jù)待測物的離焦位置，對待測物與物鏡的距離進行對焦并選擇成像精度，以使待測物的離焦位置依序位于第一成像光路的成像精度內(nèi)及第二成像光路的成像精度內(nèi)。本發(fā)明另提出一種自動聚焦方法，其包括的步驟如下發(fā)射一光束；利用一物鏡
5聚焦光束，以使光束投射在一待測物，光束經(jīng)由待測物反射，以形成一反射光束；將反射光束分為一第一子光束以及一第二子光束，并使第一子光束以及第二子光束位于不同成像精度的一第一成像光路以及一第二成像光路上；以一光感測器偵測第一子光束或第二子光束所形成的影像，以判斷待測物的一離焦位置；根據(jù)待測物的離焦位置，對待測物與物鏡的距離進行第一次對焦，以使待測物的離焦位置位于第一成像光路的成像精度內(nèi)；以及選擇第二成像光路的成像精度，對待測物與物鏡的距離進行第二次對焦，以使待測物的離焦位置位于第二成像光路的成像精度內(nèi)。本發(fā)明提出一種自動聚焦裝置，其包括一光源、一波片、一物鏡、一極化分光鏡、一光感測器以及一對焦調(diào)整單元。光源用以產(chǎn)生一線偏振光束。波片用以改變部分線偏振光束的線偏振方向。物鏡用以將線偏振光束投射在一待測物，且待測物反射部分線偏振光束， 以形成一反射光束。極化分光鏡用以將反射光束分為一第一子光束以及一第二子光束。光感測器用以偵測第一子光束或第二子光束所形成的影像，以判斷待測物的一離焦位置。對焦調(diào)整單元根據(jù)待測物的離焦位置，調(diào)整待測物與物鏡的距離，以使待測物的離焦位置更靠近物鏡的焦點位置。本發(fā)明另提出一種自動聚焦方法，其包括的步驟如下發(fā)射一線偏振光束；利用一波片改變部分線偏振光束的線偏振方向；利用一物鏡聚焦光束，以使線偏振光束投射在一待測物，待測物反射部分線偏振光束，以形成一反射光束；利用一極化分光鏡將反射光束分為一第一子光束以及一第二子光束；以一光感測器偵測第一子光束或第二子光束所形成的影像，以判斷待測物的一離焦位置；以及根據(jù)待測物的離焦位置，調(diào)整待測物與物鏡的距離，以使待測物的離焦位置更靠近物鏡的焦點位置。為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下


圖1為本發(fā)明一實施例的自動聚焦方法的流程圖；圖2為本發(fā)明一實施例的自動聚焦裝置的示意圖；圖3為待測物的離焦位置的變化與不同成像精度的成像光路之間的關(guān)系圖；圖4為本發(fā)明第一實施例的自動聚焦裝置的光路示意圖；圖5為依照本發(fā)明一實施例的單一光感測器的示意圖；圖6及圖7分別為本發(fā)明第二實施例的自動聚焦裝置的光路示意圖；圖8及圖9分別為本發(fā)明第三實施例的自動聚焦裝置的光路示意圖；圖10及圖11分別為本發(fā)明第四實施例的自動聚焦裝置的光路示意圖；圖12為本發(fā)明第五實施例的自動聚焦裝置的光路示意圖。主要元件符號說明10:光源20 成像單元22 物鏡24 分光鏡30 光感測器
40 對焦調(diào)整單元50:自動聚焦裝置B 反射光束Bl 第一子光束B2 第二子光束Ll 第一成像光路L2 第二成像光路S 待測物100 光源200,200'成像單元201 波片202,203 光整形鏡組204 光遮斷器205,206、208 分光鏡207 物鏡209、210:反射鏡211 第一倍率調(diào)整鏡212、214、217 反射鏡213 分光鏡215 物鏡216 極化分光鏡219,220,222,224 光感測器221 第二倍率調(diào)整鏡223 反射鏡225、230 光程差分光鏡226、227:光感測器231、232:光感測器228,229 光路切換器250 光感測器250a 第一感測區(qū)250b 第二感測區(qū)260 分光鏡300、300，、301 對焦調(diào)整單元302 驅(qū)動器400 顯微觀測單元401 無限遠修正光路系統(tǒng)402 觀測相機
具體實施方式
本實施例的自動聚焦裝置及方法，是將光源所發(fā)出的光束分為不同光路的第一子光束以及第二子光束。第一子光束及第二子光束形成在光感測器上的影像例如是一光點， 光感測器可根據(jù)光點的尺寸變化即可判斷待測物的離焦距離以及對焦的誤差值。例如，待測物的離焦位置位于物鏡的焦點前、焦點后或是在焦點上時，第一子光束的影像大小以及第二子光束的影像大小會隨著待測物的位置改變而產(chǎn)生變化。因此，光感測器可經(jīng)由不同光點來判斷待測物位于近焦位置、遠焦位置或焦點位置。因此，本實施例可根據(jù)光感測器所偵測到的待測物的離焦位置，調(diào)整待測物與物鏡的距離，以使待測物的離焦位置更靠近物鏡的焦點位置，以減少對焦的時間。請同時參照圖1及圖2，其中圖1繪示依照本發(fā)明一實施例的自動聚焦方法的流程圖，其包括步驟SlO至步驟S60。圖2繪示依照本發(fā)明一實施例的自動聚焦裝置的示意圖。 如圖2所示，自動聚焦裝置50包括一光源10、一成像單元20、一光感測器30以及一對焦調(diào)整單元40。成像單元20包括一物鏡22以及一分光鏡對，物鏡22用以聚焦光束，以使光束投射在一待測物S上。光束經(jīng)由待測物S反射，以形成一反射光束B。分光鏡M用以將反射光束B分為一第一子光束Bl以及一第二子光束B2，以使第一子光束Bl以及第二子光束 B2入射至不同成像精度的一第一成像光路Ll以及一第二成像光路L2。此外，光感測器30 用以偵測第一子光束Bl及/或第二子光束B2所形成的影像，以判斷待測物S的一離焦位置。另外，對焦調(diào)整單元40根據(jù)待測物S的離焦位置，對待測物S與物鏡22的距離進行粗調(diào)及微調(diào)，以使待測物S的離焦位置更靠近物鏡22的焦點位置。在另一實施例中，上述的分光鏡M也可以一反射鏡取代(請參考圖8及圖9)，以將反射光束B的光路切換至第一成像光路Ll或第二成像光路L2。再由光感測器30來判斷待測物S的離焦位置，并以對焦調(diào)整單元40進行對焦，以使待測物S的離焦位置更靠近物鏡22的焦點位置。以下是以圖2所示的自動聚焦裝置50說明圖1所示的自動聚焦方法。如圖1的步驟SlO所示，發(fā)射一光束。接著，在步驟S20中，利用物鏡22聚焦此光束，以使此光束投射在一待測物S上。光束經(jīng)由待測物S反射，以形成一反射光束B。之后， 在步驟S30中，利用分光鏡M將反射光束B分為一第一子光束Bl以及一第二子光束B2，并使第一子光束Bl以及第二子光束B2位于不同成像精度的一第一成像光路Ll以及一第二成像光路L2上。再者，在步驟S40中，以光感測器30偵測第一子光束Bl或第二子光束B2 所形成的影像，以判斷待測物S的一離焦位置。接著，在步驟S50中，根據(jù)待測物S的離焦位置，對待測物S與物鏡22的距離進行第一次對焦，以使待測物S的離焦位置位于第一成像光路Ll的成像精度內(nèi)；以及，在步驟S60中，選擇第二成像光路的成像精度，對待測物S 與物鏡22的距離進行第二次對焦，以使待測物S的離焦位置位于第二成像光路L2的成像精度內(nèi)。在本實施例中，光源10可為同調(diào)光光源或非同調(diào)光光源，例如激光光源、發(fā)光二極管光源或白熾光源。光感測器30可為光二極管陣列(Photo diode array,PD Array)、電荷華禹合元件(Charge-coupleddevice,CCD)或互補金屬氧化半導(dǎo)體(Complementary metal oxidesemiconductor, CMOS)光感測器。上述的光感測器30的數(shù)量不限定為兩個，也可以單一個光感測器30，同時偵測不同光路上的第一子光束Bl以及第二子光束B2，以降低自動對焦裝置的成本及體積。此外，對焦調(diào)整單元40可包括可程式化控制的步進馬達及驅(qū)動器等，可處理一個或一個以上光感測器30所得到的信號，并驅(qū)動物鏡22或待測物S相對移動，以使待測物S的離焦位置更靠近物鏡22的焦點位置。請參考圖1至圖3，其中圖3繪示待測物S的離焦位置的變化與不同成像精度的成像光路之間的關(guān)系圖。在步驟S50中，當待測物S距離物鏡22的離焦位置位于第一成像光路Ll的對焦范圍內(nèi)時，例如在A點，對焦調(diào)整單元可根據(jù)待測物S的離焦位置，對待測物S 與物鏡22之間的距離進行粗調(diào)，以使待測物S的離焦位置更靠近物鏡22的焦點位置。例如，離焦位置由A點移動到P點，且P點位于第一成像光路Ll的成像精度內(nèi)。接著，在步驟 S60中，當離焦位置在P點，且正好位于第二成像光路L2的對焦范圍內(nèi)時，可通過第二子光束B2所形成的影像來判斷待測物S的離焦位置。此時，對焦調(diào)整單元40可根據(jù)離焦位置， 對待測物S與物鏡22之間的距離進行微調(diào)，以使待測物S的離焦位置更靠近物鏡22的焦點位置。例如，離焦位置由P點移動到C點，且C點位于第二成像光路L2的成像精度內(nèi)。由此可知，本實施例的自動聚焦裝置及方法只進行二次對焦步驟，以減少對焦的時間。舉例來說，當偵測到的離焦位置為893 μ m左右(例如A點)，且離焦位置位于第一成像光路Ll的對焦范圍內(nèi)(例如士 900μπι)時，先以第一子光束Bl所形成的影像及成像精度來進行第一次對焦，以使離焦位置由893 μ m移動至23 μ m左右(例如是P點)，且P 點的離焦位置位于第一成像光路Ll的成像精度內(nèi)(例如士 30 μ m)。如此，第一次對焦大致上完成。由于第一成像光路Ll的成像精度有一定的局限，因此可通過切換不同的光路或判斷第二子光束B2所形成的影像來進行第二次對焦。承上所述，當P點的離焦位置正好在第二成像光路L2的對焦范圍內(nèi)(例如士60 μ m)時，則選擇以第二子光束B2所形成的影像及成像精度來進行第二次對焦，以使離焦位置由23 μ m移動至1 μ m左右(例如是C點)，且C點的離焦位置位于第二成像光路L2 的成像精度內(nèi)(例如士2μπι)。如此，第二次對焦大致上完成。由此可知，本實施例只進行二次對焦步驟，即可將離焦位置由A點移到C點，明顯縮短對焦的時間。此外，本實施例相對于單獨使用第一成像光路Ll而言，成像精度提高了 15倍(士 30μπι降為士 2μπι)，且相對于單獨使用第二成像光路L2而言，對焦范圍也放大了 15倍(由士60 μ m提高到士900 μ m)。因此，本實施例整合兩種不同成像光路的成像精度與對焦范圍，在不影響整體精度的前提下，提高自動聚焦的對焦范圍與對焦速度，以減少對焦的時間。以下就不同型態(tài)的實施例介紹不同光路設(shè)計的自動聚焦裝置。第一實施例請參考圖4，其繪示依照第一實施例的自動聚焦裝置的光路示意圖。在圖4中，自動對焦裝置包括一光源100、一成像單元200、二個光感測器220、222以及一對焦調(diào)整單元 300。此外，自動聚焦裝置更可以一顯微觀測單元400來做為即時影像觀測之用，其中顯微觀測單元400包括一無限遠修正光路系統(tǒng)401與一觀測相機402。成像單元200包括一光整形鏡組202、203、一光遮斷器204、多個分光鏡205、206、208、一物鏡207、第一倍率調(diào)整鏡 211以及第二倍率調(diào)整鏡221。成像單元200又以分光鏡208分成第一成像光路Ll與第二成像光路L2。第一倍率調(diào)整鏡211位于第一成像光路Ll上，具有一第一焦距。第一倍率調(diào)整鏡211用以聚焦第一子光束Bl于一光感測器220上。此外，第二倍率調(diào)整鏡221位于第二成像光路L2上，具有一第二焦距。第二倍率調(diào)整鏡221用以聚焦第二子光束B2于另一個光感測器222上。在圖4中，光源100所發(fā)出的光束，經(jīng)過光整形鏡組202、203后，形成一準直的圓柱狀平行光束。此圓柱狀平行光束經(jīng)過光遮斷器204后，形成一半圓柱狀平行光束，再經(jīng)過分光鏡205與分光鏡206的反射后，通過物鏡207的聚焦而投射在待測物S上。光束經(jīng)由待測物S反射后，先經(jīng)過物鏡207后，再經(jīng)過分光鏡206、分光鏡205與分光鏡208而分成一第一子光束Bl與一第二子光束B2。第一子光束Bl經(jīng)過第一倍率調(diào)整鏡211后，投射在第一光感測器220上。第二子光束B2經(jīng)過第二倍率調(diào)整鏡221后，投射在第二光感測器222 上。由于第一倍率調(diào)整鏡211與第二倍率調(diào)整鏡221的焦距(或放大倍率)不同，因此第一成像光路Ll的成像精度與第二成像光路L2的成像精度也會有所不同。焦距小，成像精度較差；反之，焦距大，成像精度較佳。因此，在本實施例中，對焦調(diào)整單元300可利用不同成像精度的第一成像光路Ll與第二成像光路L2，以一驅(qū)動器302對待測物S與物鏡207的距離進行調(diào)整，以使待測物S的離焦位置更靠近物鏡207的焦點位置，如采用圖3所示的對焦方式，以節(jié)省對焦的時間。在本實施例中，光感測器可為單一個光感測器250，如圖5所示，光感測器250具有第一感測區(qū)250a (構(gòu)成第一光感測器220)以及第二感測區(qū)250b (構(gòu)成第二光感測器22 ，用以偵測第一子光束Bl以及第二子光束B2所形成的影像。第二實施例請參考圖6及圖7，第一成像光路Ll與第二成像光路L2可如圖6與圖7的方式配置。其中，光路切換器229與光路切換器2 可分別移動地配置于反射光束B入射至光感測器250之前所經(jīng)過的第一成像光路Ll與第二成像光路L2上。在圖6中，當反射光束B經(jīng)過分光鏡208而分成一第一子光束Bl與一第二子光束 B2后，第一子光束Bl經(jīng)過第一倍率調(diào)整鏡211的聚焦以及一反射鏡210的反射后，未受光路切換器229的阻擋，而直接入射至分光鏡260并成像在光感測器250上，以供光感測器 250判斷待測物S的離焦位置。此外，第二子光束B2經(jīng)過第二倍率調(diào)整鏡221的聚焦以及一反射鏡223的反射后，受到另一光路切換器228的阻擋而未投射在光感測器250上。在圖7中，當光路切換器2觀、2四受驅(qū)動而移動位置時，第一子光束Bl受到光路切換器229的阻擋，而未投射在光感測器250上，而第二子光束B2未受到另一光路切換器 228的阻擋，入射至分光器260并成像在光感測器250上，以供光感測器250判斷待測物S 的離焦位置。因此，光路切換器228、2四可用來切換第一子光束Bl以及第二子光束B2。此外，本實施例可通過對焦調(diào)整單元301或其他控制器(未繪示)來驅(qū)動光路切換器228、229，以切換不同成像精度的第一成像光路Ll與第二成像光路L2，并以對焦調(diào)整單元301對待測物S與物鏡207的距離進行調(diào)整，以使待測物S的離焦位置更靠近物鏡207 的焦點位置，如圖3所示的對焦方式，以節(jié)省對焦的時間。在本實施例中，光路切換器228、229的數(shù)量不限定為兩個，也可由兩個切換部件結(jié)合為一個光路切換器，以節(jié)省成本。第三實施例請參考圖8及圖9，在本實施例中，光感測器可為單一個光感測器250。第一成像光路Ll與第二成像光路L2可如圖8與圖9的方式配置。其中，反射鏡209可移動地配置于反射光束B入射至光感測器250之前所經(jīng)過的光路上。在圖8中，當反射光束B經(jīng)過反射鏡209的反射而進入第一成像光路Ll時，反射光束B經(jīng)過第一倍率調(diào)整鏡211的聚焦以及一反射鏡210的反射后，而直接入射至分光鏡 260并成像在光感測器250上，以供光感測器250判斷待測物S的離焦位置。在圖9中，當反射鏡209受驅(qū)動而移動位置時，反射光束B未受到反射鏡209的反射，而直接進入第二成像光路L2中，并經(jīng)過第二倍率調(diào)整鏡221的聚焦以及一反射鏡223 的反射后，入射至分光鏡260并成像在光感測器250上，以供光感測器250判斷待測物S的離焦位置。因此，反射鏡209可用來改變反射光束B的光路。此外，本實施例可通過對焦調(diào)整單元301或其他控制器(未繪示)來驅(qū)動反射鏡 209，以改變反射光束B的光路為不同成像精度的第一成像光路Ll或第二成像光路L2，并以對焦調(diào)整單元301對待測物S與物鏡207的距離進行調(diào)整，以使待測物S的離焦位置更靠近物鏡207的焦點位置，如圖3所示的對焦方式，以節(jié)省對焦的時間。第四實施例請參考圖10及圖11的二實施例，成像單元200，更包括一波片201，例如是λ /2 波片。此二實施例的差異在于在圖10中，波片201配置于光束投射至待測物S之前所經(jīng)過的光路中；在圖11中，波片201配置于光束投射至待測物S之后所經(jīng)過的光路中。波片 201可用以改變部分光束的極性，并保持光束的外型及強度。相對于第一實施例而言，本實施例的第一光感測器219與第二光感測器2Μ所感測的光強度可提高一倍，以加強光信號的訊雜比。以下僅就圖10所示的實施例進行說明，至于圖11所示的元件及配置方式與圖 10大致上雷同，相同的標號代表相同的元件，在此不再贅述。請參考圖10，自動聚焦裝置包括一光源100、一成像單元200’、二個光感測器219、 224以及一對焦調(diào)整單元300，。成像單元200，包括一波片201、多個反射鏡212、214、217、 一分光鏡213、一物鏡215、一極化分光鏡216、第一倍率調(diào)整鏡211以及第二倍率調(diào)整鏡 221。成像單元200’又以極化分光鏡216分成第一成像光路Ll與第二成像光路L2。第一倍率調(diào)整鏡211位于第一成像光路Ll上，具有一第一焦距。第一倍率調(diào)整鏡211用以聚焦第一子光束Bl于一光感測器219上。此外，第二倍率調(diào)整鏡221位于第二成像光路L2上， 具有一第二焦距。第二倍率調(diào)整鏡221用以聚焦第二子光束Β2于另一光感測器2Μ上。在圖10中，光源100用以發(fā)出一 P極線偏振準直的圓柱狀平行光束。此平行光束經(jīng)過λ /2波片201后，形成一 P極半圓柱狀平行光束與一 S極半圓柱狀平行光束，再經(jīng)過反射鏡212、分光鏡213與反射鏡214后，通過物鏡215的聚焦而投射在待測物S上。光束經(jīng)過待測物S反射后，先經(jīng)過物鏡215，再經(jīng)過反射鏡214、分光鏡213與極化分光鏡216而分成一第一子光束Bl與一第二子光束Β2。第一子光束Bl經(jīng)過第一倍率調(diào)整鏡211后，投射在第一光感測器219上。第二子光束Β2經(jīng)過第二倍率調(diào)整鏡221后，投射在第二光感測器224上。由于第一倍率調(diào)整鏡211與第二倍率調(diào)整鏡221的焦距(或放大倍率)不同，因此第一成像光路Ll的成像精度與第二成像光路L2的成像精度也會有所不同。據(jù)此，在本實施例中，對焦調(diào)整單元300’可利用不同成像精度的第一成像光路Ll與第二成像光路L2， 以一驅(qū)動器對待測物S與物鏡215的距離進行調(diào)整，以使待測物S的離焦位置更靠近物鏡 215的焦點位置，如圖3所示的對焦方式，以節(jié)省對焦的時間。第五實施例請參考圖12，本實施例與第一實施例的差異在于成像單元200’更包括一組光程
11差分光鏡225、230，分別位于第一成像光路Ll上以及第二成像光路L2上，用以將第一子光束Bl及第二子光束B2分為不同光程的多個光束，并投射在光感測器上。第一子光束Bl經(jīng)過第一倍率調(diào)整鏡211及一光程差分光鏡230后，分別投射在二光感測器231、232上。第二子光束B2經(jīng)過第二倍率調(diào)整鏡221及另一光程差分光鏡225后，分別投射在二光感測器 226,227上。由于第一倍率調(diào)整鏡211與第二倍率調(diào)整鏡221的焦距(或放大倍率)不同， 因此第一成像光路Ll的成像精度與第二成像光路L2的成像精度也會有所不同。據(jù)此，在本實施例中，對焦調(diào)整單元300可利用不同成像精度的第一成像光路Ll與第二成像光路L2， 以一驅(qū)動器302對待測物S與物鏡207的距離進行調(diào)整，以使待測物S的離焦位置更靠近物鏡207的焦點位置，如圖3所示的對焦方式，以節(jié)省對焦的時間。綜上所述，本發(fā)明上述實施例所揭露的自動聚焦裝置與方法，是利用兩個不同成像精度的成像光路，來調(diào)整待測物的離焦位置，以減少對焦次數(shù)。由于對焦次數(shù)減少，并能快速地調(diào)整待測物的離焦位置更靠近物鏡的焦點位置。因此，上述實施例的自動聚焦裝置與方法能減少對焦的時間、提高自動對焦的對焦范圍與對焦速度。在組裝上，自動聚焦裝置所需的光學元件較少，組裝更為容易，故能夠達到有效縮減體積以及降低成本的功效。綜上所述，雖然本發(fā)明已揭露實施例如上，然而其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以附上的權(quán)利要求所界定的為準。
權(quán)利要求
1.一種自動聚焦裝置，包括光源，用以產(chǎn)生一光束；成像單元，其包括物鏡以及分光鏡，該物鏡用以聚焦該光束，以使該光束投射在一待測物上，該光束經(jīng)由該待測物反射，以形成一反射光束，該分光鏡用以將該反射光束分為一第一子光束以及一第二子光束，該成像單元對應(yīng)于該第一子光束以及該第二子光束分別具有不同成像精度的一第一成像光路以及一第二成像光路；光感測器，用以偵測該第一子光束或該第二子光束所形成的影像，以判斷該待測物的一離焦位置；以及對焦調(diào)整單元，根據(jù)該待測物的該離焦位置，對該待測物與該物鏡的距離進行對焦并選擇成像精度，以使該待測物的該離焦位置依序位于該第一成像光路的成像精度內(nèi)及該第二成像光路的成像精度內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的自動聚焦裝置，其中該成像單元還包括第一倍率調(diào)整鏡，其具有第一焦距，該第一倍率調(diào)整鏡位于該第一成像光路上，用以聚焦該第一子光束于該光感測器上。
3.如權(quán)利要求2所述的自動聚焦裝置，其中該成像單元還包括第二倍率調(diào)整鏡，其具有第二焦距，該第二焦距大于該第一焦距，該第二倍率調(diào)整鏡位于該第二成像光路上，用以聚焦該第二子光束于該光感測器上。
4.如權(quán)利要求1所述的自動聚焦裝置，其中該成像單元還包括波片，其配置于該光束投射至該待測物之前所經(jīng)過的光路中或配置于該光束投射至該待測物之后所經(jīng)過的光路中。
5.如權(quán)利要求1所述的自動聚焦裝置，其中該成像單元還包括光路切換器，其可移動地配置于該反射光束入射至該光感測器之前所經(jīng)過的該第一成像光路或該第二成像光路上，用以切換該第一子光束以及該第二子光束。
6.如權(quán)利要求1所述的自動聚焦裝置，其中該分光鏡為一極化分光鏡。
7.如權(quán)利要求1所述的自動聚焦裝置，其中該成像單元還包括至少一光程差分光鏡， 用以將該第一子光束及該第二子光束分為不同光程的多個光束。
8.一種自動聚焦裝置，包括光源，用以產(chǎn)生一光束；成像單元，其包括物鏡以及反射鏡，該物鏡用以聚焦該光束，以使該光束投射在一待測物上，該光束經(jīng)由該待測物反射，以形成一反射光束，該反射鏡用以將該反射光束的光路切換至一第一成像光路或一第二成像光路；光感測器，用以偵測該第一成像光路以及該第二成像光路所形成的影像，以判斷該待測物的一離焦位置；以及對焦調(diào)整單元，根據(jù)該待測物的離焦位置，對該待測物與該物鏡的距離進行對焦并選擇成像精度，以使該待測物的該離焦位置依序位于該第一成像光路的成像精度內(nèi)及該第二成像光路的成像精度內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的自動聚焦裝置，其中該成像單元還包括第一倍率調(diào)整鏡，其具有第一焦距，該第一倍率調(diào)整鏡位于該第一成像光路上，用以聚焦該光束于該光感測器上。
10.如權(quán)利要求9所述的自動聚焦裝置，其中該成像單元還包括第二倍率調(diào)整鏡，其具有第二焦距，該第二焦距大于該第一焦距，該第二倍率調(diào)整鏡位于該第二成像光路上，用以聚焦該光束于該光感測器上。
11.如權(quán)利要求8所述的自動聚焦裝置，其中該成像單元還包括波片，其配置于該光束投射至該待測物之前所經(jīng)過的光路中或配置于該光束投射至該待測物之后所經(jīng)過的光路中。
12.一種自動聚焦方法，包括 發(fā)射一光束；利用一物鏡聚焦該光束，以使該光束投射在一待測物，該光束經(jīng)由該待測物反射，以形成一反射光束；將該反射光束分為一第一子光束以及一第二子光束，并使該第一子光束以及該第二子光束位于不同成像精度的一第一成像光路以及一第二成像光路上；以一光感測器偵測該第一子光束或該第二子光束所形成的影像，以判斷該待測物的一離焦位置；根據(jù)該待測物的該離焦位置，對該待測物與該物鏡的距離進行第一次對焦，以使該待測物的該離焦位置位于該第一成像光路的成像精度內(nèi)；以及選擇該第二成像光路的成像精度，對該待測物與該物鏡的距離進行第二次對焦，以使該待測物的該離焦位置位于該第二成像光路的成像精度內(nèi)。
13.一種自動聚焦裝置，包括 光源，用以產(chǎn)生一線偏振光束；波片，用以改變部分該線偏振光束的線偏振方向；物鏡，用以將該線偏振光束投射在一待測物，且該待測物反射部分該線偏振光束，以形成一反射光束；極化分光鏡，用以將該反射光束分為一第一子光束以及一第二子光束； 光感測器，用以偵測該第一子光束或該第二子光束所形成的影像，以判斷該待測物的一離焦位置；以及對焦調(diào)整單元，根據(jù)該待測物的該離焦位置，調(diào)整該待測物與該物鏡的距離，以使該待測物的該離焦位置更靠近該物鏡的焦點位置。
14.如權(quán)利要求13所述的自動聚焦裝置，其中該波片配置于該線偏振光束投射至該待測物之前所經(jīng)過的光路中。
15.如權(quán)利要求13所述的自動聚焦裝置，其中該波片配置于該線偏振光束投射至該待測物之后所經(jīng)過的光路中。
16.一種自動聚焦方法，包括 發(fā)射一線偏振光束；利用一波片改變部分該線偏振光束的線偏振方向；利用一物鏡聚焦該光束，以使該線偏振光束投射在一待測物，該待測物反射部分該線偏振光束，以形成一反射光束；利用一極化分光鏡將該反射光束分為一第一子光束以及一第二子光束； 以一光感測器偵測該第一子光束或該第二子光束所形成的影像，以判斷該待測物的一離焦位置；以及根據(jù)該待測物的該離焦位置，調(diào)整該待測物與該物鏡的距離，以使該待測物的該離焦位置更靠近該物鏡的焦點位置。
全文摘要
本發(fā)明公開一種自動聚焦裝置及方法。此裝置包括一光源、一成像單元、一光感測器以及一對焦調(diào)整單元。成像單元包括一物鏡以及一分光鏡。分光鏡用以將反射光束分為一第一子光束以及一第二子光束。成像單元對應(yīng)于第一子光束以及第二子光束分別具有不同成像精度的一第一成像光路以及一第二成像光路。光感測器用以判斷待測物的一離焦位置。對焦調(diào)整單元根據(jù)待測物的離焦位置，對待測物與物鏡的距離進行對焦并選擇成像精度，以使待測物的離焦位置依序位于第一成像光路的成像精度內(nèi)及第二成像光路的成像精度內(nèi)。
文檔編號G02B7/28GK102478700SQ201110005190
公開日2012年5月30日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者劉建圣, 胡平浩 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院