光学系统中的焦点和其他特征的测量的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开案涉及测量光学系统中的焦点以及其他特征。
【背景技术】
[0002]光学及光电装置通常包括一或多个有源或无源光学部件。无源部件(如反射、折射、衍射或其他透镜)例如可以期望方式帮助导引或引导光。对于装置正确运作来说关键的是，与无源光学部件有关的各种值均满足紧密公差(tight tolerance) 0常常进行测量，以便确定此类无源光学部件是否满足期望所需的要求，或确定是否需要在装运或进一步制造之前进行调整。然而，此类测量可以是耗时的，由此增加光学装置和系统的总体制造成本。因此，期望提高此类光学测量技术效率。
【发明内容】
[0003]描述用于确定光学系统的焦点的技术，所述光学系统可以包括一或多个光学元件，如透镜或棱镜。
[0004]例如，在一方面，本公开案描述用于通过使透镜系统的焦点与传感器系统的焦点匹配来确定透镜系统的焦点的技术。因此，识别光学系统的焦点的位置的方法可包括:使用传感器系统来检测通过光学系统的光，并且基于传感器系统的焦点的位置，确定光学系统的焦点的位置，所述传感器系统的焦点的位置基本匹配光学系统的焦点的位置。可以使用各种类型的传感器系统。实例包括多色或单色共焦传感器、共焦显微镜、白光干涉仪，以及包括散光光学元件的传感器。
[0005]根据另一方面，识别光学系统的焦点的位置的方法包括:使用包括散光光学元件的传感器系统来检测通过光学系统的光，并且基于由传感器系统检测到的受检测光的图像来确定光学系统的焦点的位置与传感器系统的焦点的位置之间失配程度。基于失配程度，确定光学系统的焦点的近似位置。例如，在一些实施方案中，基于由传感器系统检测到的图像的椭圆度，确定失配程度。
[0006]用于实施所述技术的各种系统也进行描述。所述系统还可例如用来测量距与受测试的光学系统相关联的参考表面的距离。然后，可将测量结果例如用来计算特定光学系统的法兰焦距(FFL)。
[0007]—些实施方案可以实现对多个装置的相对快速且准确的扫描。所得测量结果可以用来例如检查装置是否满足制造公差要求，并且如果需要的话，在随后的制造期间调整装置特征。
[0008]其他方面、特征和优点将易于从【具体实施方式】、附图和权利要求书清楚。
【附图说明】
[0009]图1例示包括光学系统的装置的实例。
[0010]图2例示用于使用共焦传感器来检测光学系统的焦点的技术。
[0011]图3例示多色共焦传感器的焦点距离是如何取决于波长。
[0012]图4例示与检测光学系统的焦点相关联的几何光学器件。
[0013]图5例示用于使用共焦传感器来确定距参考表面的距离的技术。
[0014]图6例示包括多个光学系统的晶片堆叠的实例。
[0015]图7例示用于确定晶片堆叠上不同光学系统的焦点以及距晶片堆叠上的参考表面的距离的技术。
[0016]图8和图9例示焦点、参考表面和法兰焦距(FFL)的实例。
[0017]图10例示使用包括散光元件的传感器系统来确定光学系统的焦点。
[0018]图1lA和图1lB例示图10的传感器系统检测到的图像的实例。
[0019]图12例示使用包括散光元件的传感器系统来确定光学系统焦点的另一实例。
[0020]图13例示与距离传感器组合的图10的传感器系统的实例。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，光学装置10或光学装置的部分包括光学系统，所述光学系统包括分别在构件14的上表面和下表面上的光学元件12A、12B。光学元件12A、12B实例包括反射、折射、衍射透镜及棱镜。在一些实施方案中，此类光学结构可存在于构件14的仅一侧，而不是非两侧。因此，光学系统可以包括单个光学元件或者两个或两个以上的光学元件的组合。光学系统还可包括具有在竖直方向上堆叠的数个光学元件的透镜堆叠。安装或附接有光学元件12A、12B的构件14可由基本透明材料构成，或在一些实施方案中，可由在光学元件12A、12B位置处具有用透明材料填充的孔的不透明的材料构成。
[0022]在所例示的实例中，挡板结构16环绕光学元件12A并且被附接至构件14的上表面，并且间隔物构件18围绕光学元件12B并且被附接至构件14的下表面。光学装置10例如可附接至基板(未示出)，所述基板上安装有光电装置，如发光部件或感光部件。光电装置可与光学元件对准。
[0023]以下段落描述用于通过以下方式来确定光学系统(例如，透镜系统)的焦点的技术:使光学系统的焦点与包括物镜(例如，作为传感器光学的部分)的传感器系统的焦点匹配。在一些实施方案中，所述技术包括导引来自传感器系统的光穿过透镜系统，并且基于通过透镜系统而反射回且由传感器系统感测到的光来确定透镜系统的焦点。
[0024]图2例示使用共焦传感器来确定光学系统的焦点FP的位置的技术的实例，所述光学系统包括元件12A、12B。如图2所示，镜面或其他反射表面20被放置于光学装置10 —侧(例如，在挡板16的顶表面上)，并且共焦传感器22被定位于光学装置的相对侧。共焦传感器22应当定位成与光学元件12A、12B的光轴成直线。
[0025]共焦传感器22可例如使用多色白光光源来实施，所述多色白光光源使用多透镜光学系统聚焦至目标表面上。共焦传感器22包括可沿同一轴线布置的光发射器和光接收器。一或多个透镜被布置成使得白光以受控的色偏差而分散成单色光。分散的光聚焦，其中每个单色波长具有不同轴向焦点位置。参见图3。通过目标表面反射的光被物镜所接收，并且例如由分束器引导至包含一行光电二极管的光谱分析仪。光谱分析仪会根据所接收的波长而使光撞击在这行光电二极管的某一位置上。因此，接收器检测并处理光谱变化。在其他实施方案方式中，共焦传感器22可使用单色光源(例如，激光)来实施，在这种情况下，传感器(或传感器的物镜)可沿Z方向上下移动以调整传感器的焦点的位置。此类多色共焦传感器和单色共焦传感器是可商购的。
[0026]与检测光学系统12(例如，透镜或棱镜)的焦点FP相关联的几何光学器件在图4中例示。为了确保反射光线基本沿与入射光线相同的路线行进，镜面20应放置在基本上垂直于光轴的平面中。这可例如通过将镜面20放置成与挡板52的上表面接触来实现。在多色光源情况下，只有当光学系统12的焦点匹配共焦传感器22的焦点(即，基本与共焦传感器22的焦点相同)时，共焦传感器22才检测到处于光的特定波长处的信号。基于共焦传感器22检测到的光的波长，透镜系统12的焦点以及焦距可例如使用耦接至共焦传感器22的控制器24来确定。传感器22 (或传感器控制器24)可存储针对每个波长的距离值，其中距离值对应于光学传感测量中的焦点以及距离传感测量中的距参考平面的距