动态式自动追焦系统的制作方法

本发明是关于一种自动追焦系统，尤指一种用于气浮载台的自动追焦系统。

背景技术：

精密检测通常适用于须具备高精密度、低容错率的产品，通常配合一自动化控制产线设置，并配设于供应链末端的位置，以对制造的成品进行表面污损、磨损、漏铜等瑕疵的检测。其通常包含有一光学仪器(例如:线扫描摄影机、面扫描摄影机等)用以对工件的表面取像，再以计算机图像处理技术来检出异物或图案异常等瑕疵。

在对精密工件(例如面板)进行检测时，为避免工件于输送程序中因输送带刮伤或污损产生瑕疵，针对部分精密工件会设置气浮载台，通过对工件提供正压，使工件悬空以避免与下方平面接触。在输送的过程中欲对工件进行检测，工件因为气浮的作用，会悬浮在载台上方，悬浮的高度会在相当的范围值内浮动(例如300um)，由于一般摄影机的景深只有35um，并不能将待测物精准的控制在景深范围内。因此，搭配所述的气浮载台势必要提供一种快速又有效的追焦方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种动态式自动追焦系统，以解决现有技术对焦时执行的演算步骤过于复杂，无法达到实时对焦的缺陷。

为解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：

一种动态式自动追焦系统，包括一影像捕获设备、一驱动装置、以及一焦距调整模块。该影像捕获设备朝拍摄区域对一工件进行影像撷取，以获得该工件的影像。该驱动装置调整该影像捕获设备与该工件之间的间距。该焦距调整模块耦合至该影像捕获设备与该驱动装置，根据该工件的影像中预定义的一图形特征，产生一控制信号并传送至该驱动装置，通过该驱 动装置调整该影像捕获设备的位置。

进一步地，该动态式自动追焦系统包含一气浮载台，其对工件提供正压使该工件悬浮于该气浮载台的上方。

进一步地，该动态式自动追焦系统包含一光学投影器，所述的图形特征是由该光学投影器投射至该工件上或该工件的附近。

进一步地，该焦距调整模块依据该图形特征与预定义图形特征间的比例，计算出该影像捕获设备与正确焦距位置间的距离参数，并依据该距离参数控制该驱动装置使该影像捕获设备移动至该正确焦距位置。

进一步地，该动态式自动追焦系统，还包含有一设置于该影像捕获设备及该拍摄区域之间以提供同轴光源的光源模块。

进一步地，该光源模块包含有一设置于该影像捕获设备一侧的照明单元，以及一设置于该影像捕获设备及该拍摄区域之间以将该照明单元的光线反射至该拍摄区域以形成该同轴光源的分光镜。

本发明的另一目的在于提供一种动态式自动追焦系统，包括一第一影像捕获设备、一第二影像捕获设备、一驱动装置、以及一焦距调整模块。该第一影像捕获设备朝拍摄区域对一工件进行影像撷取，以获得该工件的影像。该第二影像捕获设备锁定该工件上或该工件附近的预定义图形特征。该驱动装置调整该影像捕获设备与该工件之间的间距。该焦距调整模块耦合至该第二影像捕获设备与该驱动装置，根据该工件的影像中预定义的一图形特征，产生一控制信号并传送至该驱动装置，通过该驱动装置调整该影像捕获设备的位置。

进一步地，该动态式自动追焦系统包含一气浮载台，其对工件提供正压使该工件悬浮于该气浮载台的上方。

进一步地，该动态式自动追焦系统包含一光学投影器，所述的图形特征系由该光学投影器投射至该工件上或该工件的附近。

进一步地，该焦距调整模块是依据该图形特征与该预定义图形特征间的比例，计算出该第一影像捕获设备与正确焦距位置间的距离参数，并依据该距离参数控制该驱动装置使该第一影像捕获设备移动至该正确焦距位置。

进一步地，该动态式自动追焦系统包含一设置于该第一影像捕获设备及该拍摄区域之间以提供同轴光源的光源模块。

进一步地，该光源模块包含一设置于该第一影像捕获设备一侧的照明单元，以及一设置于该第一影像捕获设备及该拍摄区域之间以将该照明单元的光线反射至该拍摄区域以形成该同轴光源的分光镜。

因此，本发明与现有技术相比，具有以下的优势功效：

1.本发明的演算流程简单，可快速的将影像捕获设备调整至正确的焦距位置并持续对工件追焦，确保所拍摄到的影像均能清晰显示。

2.本发明经由预定义图形特征的大小调整焦距，可避免因分辨率判断差异，造成每幅影像尺寸参差不一，产生误差。

附图说明

图1，本发明第一实施例提供的动态式自动追焦系统的示意图。

图2a，本发明自动追焦系统工作中对焦状态图形特征示意图。

图2b，本发明自动追焦系统工作中失焦状态图形特征示意图。

图2c，本发明自动追焦系统工作中对焦状态影像捕获设备的位置示意图。

图2d，本发明自动追焦系统工作中失焦状态影像捕获设备的位置示意图。

图3，本发明第二实施例提供的动态式自动追焦系统的示意图。

100 自动追焦系统

P 工件

Q 图形特征

10 气浮载台

11 气嘴

21 影像捕获设备

22 驱动装置

23 焦距调整模块

30 光源模块

31 照明单元

32 分光镜

33 扩散片

40 光学投影器

200 自动追焦系统

51 第一影像捕获设备

52 第二影像捕获设备

53 驱动装置

54 焦距调整模块

55 分光镜

60 光源模块

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图示说明如下。再者，本发明中的图示，为说明方便，其比例未必照实际比例绘制，该等图示及其比例并非用以限制本发明的范围，在此先行叙明。

本发明提供的自动追焦系统可应用于自动光学检测(Automated Optical Inspection)机台上，配合影像捕获设备(CCD,CMOS摄像机)用于对半导体、芯片等微机电组件(MEMS Components)或是面板、晶圆或其他类似的工件进行精密检测。有关于本发明自动追焦系统的详细技术内容以下系配合图示进行说明：

请参阅图1，揭示了本发明第一实施例的示意图，如图所示：

所述的自动追焦系统100包括一供工件P设置的气浮载台10，一设置于该气浮载台10一侧并包含有一拍摄区域的影像捕获设备21，一设置于该影像捕获设备21一侧的驱动装置22，一耦合至该影像捕获设备21与该驱动装置22上的焦距调整模块23，以及一设置于该影像捕获设备21及该拍摄区域之间以提供同轴光源的光源模块30。

所述的气浮载台10对工件P提供正压使该工件P悬浮于该气浮载台10的上方。所述的气浮载台10的一侧设置有气压泵(图未式)，并对该气浮载台10表面上的多个气嘴11提供正压，使该气嘴11向外吹气，藉通过向上气压使该工件P飘浮于气浮载台10的上方。于一较佳实施例中，所述的 气浮载台10可通过治具固定该工件P侧缘，并带动该工件P水平移动，从而输送该工件P。于另一较佳实施例中，可通过调整气嘴11的方向使该工件P承受水平分力，通过水平分力带动该工件P前进，本发明并不欲限制于上述的实施例。

所述的影像捕获设备21追随该工件P上下移动，以确保该工件P能够控制在合理的对焦范围内。该影像捕获设备21可为电荷耦合装置(Charge-coupled Device,CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)或其他类似的影像捕获设备，于本发明中不予以设限。

所述的驱动装置22结合至该影像捕获设备21上，用以调整该影像捕获设备21的高度，以控制该影像捕获设备21与工件P间距。于一较佳实施例中，该驱动装置22利用伺服马达旋转螺杆，以带动乘载该影像捕获设备21、光源模块30、光源投影器40的载台上下位移，由于伺服马达的误差极低，可精确地配合工件P的位置上下调整该影像捕获设备21的高度。

所述的焦距调整模块23经由该影像捕获设备21取得该工件P的影像，于该工件P的影像中锁定预定义的图形特征，并通过该驱动装置22调整该影像捕获设备21的位置，使该图形特征Q的大小符合预定义图形特征的大小以实时追焦。有关于焦距调整模块23的详细演算流程，后方将有更详细的说明。

于本发明中所述的图形特征Q可以为工件P上本身具有的花纹、图案、电极形状，亦可通过雷射或其他光学手段将影像投影至该工件P或工件P的周围，以供焦距调整模块23作为对焦用的参考图形。于本实施例中，提供了一光学投影器40，通过该光学投影器40将所述的图形特征Q投射至该工件P或该工件P附近的位置。

所述的光源模块30设置于该影像捕获设备21及该拍摄区域之间用以照亮该工件P。该光源模块30包含有一设置于该影像捕获设备21一侧的照明单元31，以及一设置于该影像捕获设备及该拍摄区域之间，用以将该照明单元31的光源反射至该气浮载台10上以形成同轴光源的分光镜32。所述的分光镜32呈45度倾斜，可将照明单元31送出的部分光源向下转折 90度用以照亮工件P，另一方面工件P的影像将穿过该分光镜32并送至该影像捕获设备21以供该影像捕获设备21进行拍摄。于其中一较佳实施例，该光源模块30包含有一设置于该分光镜32与该照明单元31之间的扩散片33，该扩散片33将照明单元31所送出的光源变得均匀，从而避免亮、暗带的产生。

以下针对焦距调整模块23的详细演算方法进行说明：

请参阅图2a～图2d，在初始设定时，所述的焦距调整模块23可通过预定义的方式(例如人工、或是透过影像调校)，对欲进行检测的工件P先进行初步的取像，并由该工件P的影像中撷取出需要的图形特征Q(例如工件P表面上的图案、花纹、或是光学投影的图形)，并将该图形特征Q及该图形特征Q的相关参数(例如半径、长度、或面积等)纪录于储存单元做为参考数据，完成初步的设定。

在进行追焦时，该影像捕获设备21取得该工件P的影像，于该工件P的影像中锁定上述预定义的图形特征，并调整影像捕获设备21的位置(高度)使该预定义图形特征的符合预定义的大小以完成对焦。

在其中一较佳实施例中，焦距调整模块23可实时演算图形特征Q的面积大小以将该影像捕获设备21移动至正确的焦距。影像捕获设备21由影像中找到预定义的图形特征，并撷取出该图形特征Q。所撷取出的图形特征Q藉通过实时演算的方式分析大小(半径、长度、面积等)，若图形特征Q的大小小于预存的参数时，该焦距调整模块23控制该影像捕获设备21向上移动，使影像捕获设备21的焦点向上移动；反之，若图形特征Q的大小大于预存的参数时，该焦距调整模块23向下移动该影像捕获设备21，使影像捕获设备21的焦点向下移动。在移动的同时，可通过实时演算图形特征Q的面积大小，分析影像捕获设备21是否已达到默认的对焦位置，达到实时动态自动追焦的功能。

在另一较佳的实施例中，该焦距调整模块23依据该图形特征Q与预定义图形特征间的比例，计算出与正确焦距位置间的距离参数，并依据该距离参数控制该驱动装置22使影像捕获设备21移动至该正确焦距位置。

具体请参阅图2a，当工件P上的图形特征Q可被影像捕获设备21清 晰聚焦时，可产生与预定义图形特征大小相同的光学标记图案。但当该影像捕获设备21在失焦的情况下，该光学投影器40并未将图形特征Q投影在该工件P的对焦面上，将产生另外的失焦图案，如图2b所示。参考图2c～图2d，假设预定义的图形特征直径为x，所拍摄到的图形特征Q经由算法可取得直径为y。由于对焦和失焦的图案间的特征直径有线性关系，意味着可通过系数转换成与对焦面的工作距离的差距，C为工作距离和特征直径间的线性系数，此系数在同一追焦系统(相同环境条件)下为定值，且可经由实际测试获得，因此应移动的正确焦距位置间的距离Δf可通过以下公式取得：

Δf＝C(x-y)

当所计算出的距离Δf的值为正，则代表影像捕获设备21需向下移动|Δf|的距离，通过放大影像并移动至正确的焦距位置；当所计算出的距离Δf的值为负，则代表影像捕获设备21需向上移动|Δf|的距离，从而缩小影像并移动至正确的焦距位置。

通过上述的方式，可快速的将影像捕获设备21移动至正确的焦距位置，进一步达到实时对焦的目的。

以下通过本发明另一较佳实施例进行说明，本实施例与第一实施例的主要差异点在于将影像捕获设备拆分为两组，一组用以检测工件的瑕疵，一组用以计算工件的间距。其余与第一实施例相同部分，以下即不再赘述。请参阅图3，其揭示了本发明第二实施例的示意图，如图所示：

在本实施例中，提供了一种自动追焦系统200，包含一检测该工件P瑕疵的第一影像捕获设备51，一锁定该工件P上或附近图形特征Q的第二影像捕获设备52，一调整该第一影像捕获设备51与该工件P间距的驱动装置53，以及一连接至该驱动装置53及该第二影像捕获设备52的焦距调整模块54。该焦距调整模块54根据该工件P的影像中的预定义一图形特征，产生一控制讯号并传送至该驱动装置53，通过该驱动装置53调整该第一影像捕获设备51的位置。

在本实施例中，所述的第一影像捕获设备51与第二影像捕获设备52固定在同一载台上，由焦距调整模块54控制并通过螺杆移动。工件P的光 路经由分光镜55分别传送至该第一影像捕获设备51及该第二影像捕获设备52。光源模块60设置于该分光镜55的下方，光学投影器40则设置于该气浮载台10的一侧。该光源模块60及光学投影器40追随该第一影像捕获设备51及该第二影像捕获设备52上下移动(例如设置于同一载台上)，以便该光源模块60、光学投影器40、该第一影像捕获设备51、该第二影像捕获设备52保持固定的间距，使拍摄到的每张影像均能维持相同的亮度及清晰度。在对焦时，由第二影像捕获设备52实时侦测并计算光学投影器40在工件上的图形特征Q取得对焦值(差异值)，基于该对焦值同时控制马达移动该第一影像捕获设备51、该第二影像捕获设备52、该光源模块60、及该光学投影器40直到对焦值符合预期。

在另一较佳实施例中，所述的第二影像捕获设备52与该第一影像捕获设备51设置于不同的载台上。该第一影像捕获设备51可移动，该第二影像捕获设备52则为固定位置。分光镜55设置于该第一影像捕获设备51及第二影像捕获设备52之间，该第一影像捕获设备51于该分光镜55的光路上直向移动，以调整该第一影像捕获设备51至焦距位置。该光源模块60及光学投影器40追随该第一影像捕获设备51上下移动(例如设置于同一载台上)，使拍摄到的每张影像均能维持相同的亮度及清晰度。所述的第二影像捕获设备52将该图形特征Q与预定义的大小进行比对，并计算出对焦值(差异值)传送至焦距调整模块54，该焦距调整模块54依据该对焦值控制第一影像捕获设备51与光源模块60及光学投影器40的位置直到对焦值符合预期，以达到动态自动追焦的功能。

综上所述，本发明的演算流程简单，可快速的将影像捕获设备调整至正确的焦距位置并持续对工件动态自动追焦，确保所拍摄到的影像均能清晰显示。此外，本发明经由预定义图形特征的大小调整焦距，可避免因分辨率判断差异，造成每幅影像尺寸参差不一，产生误差。

以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述者，仅是本发明的一较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡一本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。