专利名称：非接触式数字微镜器件微镜片一致性检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微镜片一致性检测装置，特别是一种非接触式数字微镜器件微镜片一致性检测仪。用于无损检测数字微镜器件上面每一片微镜片的水平高度一致性。
背景技术：
数字微镜器件(DMD，Digital Micro-mirror Device)是由美国德州仪器公司在 1987年发明的，它是一种基于半导体制造技术、由高速数字式光反射开关阵列组成的器件。 DMD数字微镜阵列采用微电子机械原理，利用铝溅射工艺，在半导体硅片上生成的方形微镜面。DMD的成像靠微镜转动完成，每一个像素上都有一个可转动的微镜，微镜不同的位置对应不同的出射角度。每一个微镜相当于一个光开关。根据需要控制微镜开、关状态，实现图像显示。DMD是DLP (Digital Light Processing)投影显示技术的核心器件，其性能指标的优劣将直接影响投影显示的成像质量。数字微镜器件的若干技术指标中，每一片微镜片的水平高度一致性是一项直接影响成像质量的关键指标。由于工艺的不同，DMD微镜片之间的水平高度差异通常在亚微米尺度，因此研制一种能够快速无损检测出这种微小差异检测仪对提高DMD的成品率具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有数字微镜器件的微镜片间水平高度差异的检测需求而提供的一种微镜片一致性检测仪。该检测仪通过记录每一片微镜片能够在ICCD上清晰成像时所处的光波长位置，然后根据这些波长的差值即可以计算出微镜片之间在垂直方向上的高度差异，最后给出被检测DMD的每一片微镜片在水平方向上的一致性指标。本发明是通过以下技术方案实现的
一种非接触式数字微镜器件微镜片一致性检测仪，该检测仪包括白光光源、第一会聚透镜、第二会聚透镜、第三会聚透镜、第四会聚透镜、第五会聚透镜、第一光阑、第二光阑、第三光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第一散射镜、第二散射镜、第三散射镜、 光波长滤波器、半透分光反射镜、变焦透镜组、第一正光焦度透镜、第二正光焦度透镜、第三正光焦度透镜、第一单凸透镜、第二单凸透镜、单凹透镜、双胶合透镜、平面透光板、凹凸单透镜、盖玻片、双凸正光焦透镜、反光镜、ICCD、数字微镜器件、高度可调节平台、手动调节旋钮、平台自动调节驱动器、光波长滤波器驱动单元、光源控制器、图像采集和控制终端、计算机、封闭式机壳、样本窗、滑动开关门、传送带、滚珠及传送带控制器，所述白光光源、第一会聚透镜、第一光阑、第一透镜、第二光阑、第二透镜、第一散射镜、第二会聚透镜、光波长滤波器、第三会聚透镜、半透分光反射镜、变焦透镜组、第一正光焦度透镜、第一单凸透镜、第三光阑、第二单凸透镜、第三透镜、单凹透镜、双胶合透镜、平面透光板、凹凸单透镜及盖玻片依次构成照明光路；所述盖玻片、凹凸单透镜、平面透光板、双胶合透镜、单凹透镜、第三透镜、第二单凸透镜、第三光阑、第一单凸透镜、第一正光焦度透镜、变焦透镜组、半透分光反射镜、双凸正光焦透镜、第二散射镜、第二正光焦度透镜、第三散射镜、第三正光焦度透镜、
4第四会聚透镜、反光镜、第四透镜、第五会聚透镜及ICCD依次构成成像光路；其中，分光光路和成像光路由封闭式机壳完全封闭，封闭式机壳下端两侧各开有一个滑动开关门，滑动开关门通过滑动槽耦合到封闭式机壳上，滑动开关门开启后中间穿过传送带，传送带穿过封闭式机壳内的部分置于高度可调节平台的滚珠上；滑动开关门的控制输入端连接到图像采集和控制终端的控制输出端，可以在图像采集和控制终端的控制下打开或者关闭；传送带的控制输入端连接到传送带控制器的控制输出端，传送带控制器的控制输入端连接至图像采集和控制终端的控制输出端；高度可调节平台通过精密螺纹耦合到封闭式机壳上，高度可调节平台配有手动调节旋钮，高度可调节平台的控制输入端连接至平台自动调节驱动器的控制输出端，平台自动调节驱动器的控制输入端连接至图像采集和控制终端的控制输出端；变焦透镜组的控制输入端连接至图像采集和控制终端的控制输出端；光源控制器的控制输入端连接至图像采集和控制终端的控制输出端；光波长滤波器的控制输入端连接至光波长滤波器驱动单元的控制输出端，光波长滤波器驱动单元的控制输入端连接至图像采集和控制终端的控制输出端，光波长滤波器驱动单元固定于封闭式机壳的上端；ICCD的数据输出端连接至图像采集和控制终端的数据输入端，图像采集和控制终端的数据输出端连接至计算机的数据输入端。检测仪所使用的光路元件为能够透过从紫外到红外宽光谱范围的器件。一种使用上述检测仪实现微镜片一致性检测的方法，该方法是根据不同波长的光经过同一光路后成像的焦距的不同、测量不同微镜片能清晰成像所对应的光波长，根据其之间的波长差异换算出微镜片之间的水平高度差异，实现微镜片一致性的检测。本发明包括光路、数据采集处理和控制、仪器结构三部分，其中光路部分包括照明光路和成像光路。其中照明光路白光照明光束由白光光源发出后，先后经过会聚透镜、光阑、透镜、散射镜后到达光波长滤波器，光波长滤波器在光波长滤波器驱动单元的控制下对白光照明光束进行滤波，只允许选的波长的光透过到达后面的汇聚透镜，在进入半透分光反射镜后，光束垂直照射到变焦透镜组上，然后依次经过正光焦度透镜、单凸透镜、光阑、透镜、单凹透镜、双胶合透镜、平面透光板、凹凸单透镜和盖玻片，最后将单波长的光照射到置于高度可调节平台上的数字微镜器件表面上；成像光路从数字微镜器件表面反射的单波长成像光束依次经过盖玻片、凹凸单透镜、平面透光板、双胶合透镜、单凹透镜、透镜、光阑、 单凸透镜、正光焦度透镜后到达变焦透镜组，变焦透镜组可以在图像采集和控制终端的控制下进行变焦调整，通过变焦透镜组的反射成像光经过半透分光反射镜后，依次经过双凸正光焦透镜、散射镜、正光焦度透镜和会聚镜后，经过反光镜改变成像光束，再经过透镜和会聚透镜后成像到IC⑶像面上，图像采集和控制终端即可以通过ICXD采集数字微镜器件表面的单波长图像数据；高度可调节平台通过高精度螺纹耦合到封闭式机壳上，可以通过手动调节旋钮上下调节其高度，也可以在平台自动调节驱动器的控制下根据需要进行自动调节高度；白光光源可以在光源控制器的控制下工作，图像采集和控制终端分别连接到光源控制器、光波长滤波器驱动单元、变焦透镜组、ICCD、和平台自动调节驱动器上，通过控制相关部件协调工作完成图像数据的采集和初步分析，并将结果上传到计算机进行进一步的检测，最后获得数字微镜器件表面的微镜片一致性指标。仪器整个光路由不透光的封闭式机壳包围，防止环境光对测量结果的影响，封闭式机壳下端两侧各开有一个滑动开关门， 滑动开关门通过滑动槽耦合到封闭式机壳上，滑动开关门开启后中间穿过传送带，传送带穿过封闭式机壳内的部分置于高度可调节平台的滚珠上，待测的数字微镜器件置于传送带上，当前数字微镜器件测试完毕后，滑动开关门开启，传送带将下一个待测传送带传送到仪器内，并关闭滑动开关门防止环境光线进入。光波长滤波器驱动单元固定于封闭式机壳的上端，控制光波长滤波器的工作。在实际进行微镜片间表面一致性检测时，将待检测的数字微镜器件置于传送带上传送到仪器内部固定位置，光波长滤波器驱动单元控制光波长滤波器工作于最小波长值， 使处于该波长的照明光束照射到数字微镜器件表面上，图像采集和控制终端通过调整变焦透镜组和平台自动调节驱动器使得图像清晰成像于ICCD上，然后由图像采集和控制终端采集和记录该图像；在高度可调节平台、传送带和变焦透镜组保持不变的条件下，通过光波长滤波器驱动单元以固定波长间隔调整光波长滤波器的工作波长，然后重复采集并记录数字微镜器件的图像数据，如此重复直至光波长滤波器工作于最大滤波波长值。对于平面不一致的数字微镜器件，其微镜片之间的相对高度差异在亚微米量级，这种差异将使得不同高度的微镜片到成像镜头的距离不同，从而能够在ICCD上清晰成像时所处的波长位置也就不同。在采集完成光波长滤波器整个工作波长范围的图像之后，通过计算不同微镜片间能清晰成像的波长差值，即可以换算出不同高度的微镜片之间的相对高度差，最后可以对数字微镜器件表面微镜片的一致性进行评价。
图1为本发明结构示意图2为本发明微镜片表面差异示意图。
具体实施方式
实施例下面以图1为实施例，说明本发明的结构特征，技术性能和效果。本实施例中，照明光路部分依次由白光光源1、会聚透镜201、光阑301、透镜401、 光阑302、透镜402、散射镜501、会聚透镜202、光波长滤波器6、会聚透镜203、半透分光反射镜7、变焦透镜组8、正光焦度透镜9、单凸透镜10、光阑303、单凸透镜11、透镜403、单凹透镜12、双胶合透镜13、平面透光板14、凹凸单透镜15、盖玻片16组成，其中白光光源1可以在光源控制器27的控制下提供亮度可调的宽光谱范围的白光照明；光波长滤波器6可以在光波长滤波器驱动单元26的控制下使得选定波长的光透过；半透分光反射镜7可以将单波长照明光源经过两次反射后改变成为垂直光路照射到变焦透镜组8上，经过垂直照明光路后最后照射到数字微镜器件22的表面上。成像光路部分依次由盖玻片16、凹凸单透镜 15、平面透光板14、双胶合透镜13、单凹透镜12、透镜403、单凸透镜11、光阑303、单凸透镜 10、正光焦度透镜9、变焦透镜组8、半透分光反射镜7、双凸正光焦透镜17、散射镜502、正光焦度透镜18、散射镜503、正光焦度透镜19、会聚透镜204、反光镜20、透镜404、会聚透镜 205、I(XD 21组成，其中成像单波长光束经过半透分光反射镜7后，沿垂直光路到达反光镜 20后改变为水平光路最后成像于ICXD 21上；变焦透镜组8可以在图像采集和控制终端观的控制下进行成像的自动变焦。
照明光路和成像光路由封闭式机壳30完全封闭，防止环境光线对测量结果的影响；封闭式机壳30下端两侧各开有一个滑动开关门31，滑动开关门31通过滑动槽耦合到封闭式机壳30上，滑动开关门31开启后中间穿过传送带32，传送带32穿过封闭式机壳30 内的部分置于高度可调节平台23的滚珠33上，待测的数字微镜器件22置于传送带32上， 可以将其传送到仪器内部；高度可调节平台23通过精密螺纹耦合到封闭式机壳30上，可以在平台自动调节驱动器25的控制下使高度可调节平台23上下移动，从而改变成像焦距，也可以在需要的时候通过手动调节旋钮M对高度可调节平台23进行手动调节；光波长滤波器驱动单元沈固定于封闭式机壳30的上端；图像采集和控制终端观的控制输出端分别连接到变焦透镜组8、光源控制器27、光波长滤波器驱动单元沈、平台自动调节驱动器25、传送带控制器34、滑动开关门31的控制输入端，分别实现对成像光路的变焦、照明光源、照明光源波长选择、高度可调节平台的位置调节、传送带的移动、滑动开关门的启闭；图像采集和控制终端观的数据输入端连接到ICCD 21的数据输出端，采集数字微镜器件22表面特定波长的图像数据；图像采集和控制终端观的数据输出终端连接到计算机四，将采集到的图像数据传输到计算机四供后续处理和分析使用。在进行数字微镜器件22微镜片表面一致性的检测时，图像采集和控制终端观通过光源控制器27控制白光光源1发光，白光照明光束通过光波长滤波器6时，在光波长滤波器驱动单元沈的控制下使得选定波长的光透过，经过剩余照明光路后照射到数字微镜器件22的表面上，反射的成像光束经过成像光路后成像于ICXD 21上，通过调节变焦透镜组8和高度可调节平台23使大部分微镜片单元能清晰成像，图像采集和控制终端观记录图像和当前工作波长。保持变焦透镜组8和高度可调节平台23不变，通过光波长滤波器驱动单元26按照固定间距改变通过光波长滤波器6照明光束的波长，重新采集数字微镜器件 22表面的图像，如此循环直至光波长滤波器6工作于最大滤波波长值。如图2所示，M1、M2和M3是三个不在同一平面上的微镜片，若微镜片Ml能清晰成像时所对应的波长为λ 1，M2能清晰成像时所对应的波长为λ2，Μ3能清晰成像时所对应的波长为λ 3，则根据λ 与λ 2的差值和λ2与人3的差值即可以计算机、12和10之间在水平高度上的差异，即dl=/Ul) - Ζ(λ2), 2=/(λ3) - / (λ 2)。当整片数字微镜器件 22上所有微镜片之间的水平高度差异d不超过设定的阈值时，即认为该数字微镜器件22表面一致性良好。本发明根据数字微镜器件表面微镜片之间水平高度存在差异时，微镜片能够清晰成像所对应的波长也不同，可通过计算波长差异来换算微镜片之间的水平高度差，从而实现了非接触数字微镜器件表面一致性的检测。
权利要求
1.一种非接触式数字微镜器件微镜片一致性检测仪，其特征在于该检测仪包括白光光源(1)、第一会聚透镜(201)、第二会聚透镜(202)、第三会聚透镜(203)、第四会聚透镜(204)、第五会聚透镜(205)、第一光阑(301)、第二光阑(302)、第三光阑(303)、第一透镜 (401)、第二透镜(402)、第三透镜(403)、第四透镜(404)、第一散射镜(501)、第二散射镜 (502)、第三散射镜(503)、光波长滤波器(6)、半透分光反射镜(7)、变焦透镜组(8)、第一正光焦度透镜(9)、第二正光焦度透镜(18)、第三正光焦度透镜(19)、第一单凸透镜(10)、 第二单凸透镜(11)、单凹透镜(12)、双胶合透镜(13)、平面透光板(14)、凹凸单透镜(15)、 盖玻片(16)、双凸正光焦透镜(17)、反光镜(20)、ICXD (21)、数字微镜器件(22)、高度可调节平台(23)、手动调节旋钮(24)、平台自动调节驱动器(25)、光波长滤波器驱动单元 ( )、光源控制器(27)、图像采集和控制终端(28)、计算机(29)、封闭式机壳(30)、滑动开关门(31)、传送带(32)、滚珠(33)及传送带控制器(34)，所述白光光源(1)、第一会聚透镜(201)、第一光阑(301)、第一透镜(401)、第二光阑(302)、第二透镜(402)、第一散射镜(501)、第二会聚透镜(202)、光波长滤波器(6)、第三会聚透镜(203)、半透分光反射镜 (7)、变焦透镜组(8)、第一正光焦度透镜(9)、第一单凸透镜(10)、第三光阑(303)、第二单凸透镜(11)、第三透镜(403)、单凹透镜(12)、双胶合透镜(13)、平面透光板(14)、凹凸单透镜(15)、盖玻片(16)依次构成照明光路；所述盖玻片(16)、凹凸单透镜(15)、平面透光板(14)、双胶合透镜(13)、单凹透镜(12)、第三透镜(403)、第二单凸透镜(11)、第三光阑 (303)、第一单凸透镜(10)、第一正光焦度透镜(9)、变焦透镜组(8)、半透分光反射镜(7)、 双凸正光焦透镜(17)、第二散射镜(502)、第二正光焦度透镜(18)、第三散射镜(503)、第三正光焦度透镜(19)、第四会聚透镜(204)、反光镜(20)、第四透镜(404)、第五会聚透镜(205)、I(XD(21)依次构成成像光路；其中，分光光路和成像光路由封闭式机壳(30)完全封闭，封闭式机壳(30)下端两侧各开有一个滑动开关门(31)，滑动开关门(31)通过滑动槽耦合到封闭式机壳(30)上，滑动开关门(31)开启后中间穿过传送带(32)，传送带(32)穿过封闭式机壳(30)内的部分置于高度可调节平台(23)的滚珠(33)上；滑动开关门(31)的控制输入端连接到图像采集和控制终端(28)的控制输出端；传送带(32)的控制输入端连接到传送带控制器(34)的控制输出端，传送带控制器(34)的控制输入端连接至图像采集和控制终端(28)的控制输出端；高度可调节平台(23)通过精密螺纹耦合到封闭式机壳(30)上， 高度可调节平台(23)配有手动调节旋钮(24)，高度可调节平台(23)的控制输入端连接至平台自动调节驱动器(25)的控制输出端，平台自动调节驱动器(25)的控制输入端连接至图像采集和控制终端(28)的控制输出端；变焦透镜组(8)的控制输入端连接至图像采集和控制终端(28)的控制输出端；光源控制器(27)的控制输入端连接至图像采集和控制终端 (28 )的控制输出端；光波长滤波器(6 )的控制输入端连接至光波长滤波器驱动单元(26 )的控制输出端，光波长滤波器驱动单元(26)的控制输入端连接至图像采集和控制终端(28) 的控制输出端，光波长滤波器驱动单元(26)固定于封闭式机壳(30)的上端；ICXD (21)的数据输出端连接至图像采集和控制终端(28)的数据输入端，图像采集和控制终端(28)的数据输出端连接至计算机(29)的数据输入端。
2.根据权利要求1所述的非接触式数字微镜器件微镜片一致性检测仪，其特征在于仪器所使用的光路元件为能够透过从紫外到红外宽光谱范围的器件。
3.一种使用权利要求1所述检测仪实现微镜片一致性检测的方法，其特征在于该方法是根据不同波长的光经过同一光路后成像的焦距的不同、测量不同微镜片能清晰成像所对应的光波长，根据其之间的波长差异换算出微镜片之间的水平高度差异，实现微镜片一致性的检测。
全文摘要
本发明公开了一种非接触式数字微镜器件微镜片一致性检测仪，该检测仪包括白光光源、会聚透镜、光阑、透镜、散射镜、光波长滤波器、半透分光反射镜、变焦透镜组、正光焦度透镜、单凸透镜、单凹透镜、双胶合透镜、平面透光板、凹凸单透镜、盖玻片、双凸正光焦透镜、反光镜、ICCD、数字微镜器件、高度可调节平台、手动调节旋钮、平台自动调节驱动器、光波长滤波器驱动单元、光源控制器、图像采集和控制终端、计算机、封闭式机壳、样本窗、滑动开关门、传送带、滚珠及传送带控制器。本发明能够根据不同微镜片能清晰成像时对应的光波长不同，通过计算波长差异来换算微镜片之间的水平高度差，从而对微镜器件表面一致性进行无接触检测。
文档编号G01B11/02GK102278943SQ20111011668
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月6日 优先权日2011年5月6日
发明者刘一淸, 李小进, 李庆利, 田应洪 申请人:华东师范大学