光板的狭缝透过，调节垂向可调节的支撑杆35，使衰减器件(本例中为毛玻璃)34的高度与透射光斑高度相等，毛玻璃可用于匀化透射光斑，把较强的光变弱，调节垂向可调节的支撑杆37，使光电探测器36与光斑中心位置高度相等，可以探测到透射光束的能量。以上装置调节好之后，固定下来，在调节焦点的时候不做任何调整。焦点位置垂向的变化可以通过调节入射光束I的发散角实现聚焦光斑焦点在垂向的变化，也可以通过调节聚焦镜2的垂向位置来调节聚焦光斑焦点在垂向的变化，还可以通过调节工件台的垂向高度来实现聚焦光斑焦点在垂向的变化。激光光斑在焦点处尺寸最小，调节焦点位置时，光斑越来越小，透过狭缝的能量越来越多，在调节焦点位置的过程中，光电探测器的读数会经历逐渐变大，数值保持不变，再逐渐变小的过程，其中读数到最大值时，即为焦点位置，读数停留在最大值保持不变的区域为光束焦深范围。这样就可以准确地测量出激光的焦点位置和焦深调节范围，通过移动工件台垂向高度来调节焦点位置的调节方式还可以准确测量出激光焦点的焦深长度。
[0034]在本实施例中采用毛玻璃作为衰减器件来减弱光强，匀化光束，也可以采用其他能量衰减器件，例如衰减片等。
[0035]第二实施例
图6所示为根据本发明的第二实施例的焦点监测装置的结构示意图，该装置及相应的方法适用于较弱激光场景，采用聚焦透镜收集光束，把微弱的光收集起来。光束I’经过聚焦镜2’，随着传输距离的增加光束逐渐会聚，进入焦点监测装置3’，焦点监测装置3’放置在工件台上。该焦点监测装置包括底座31’;棱镜32’，该棱镜为一等腰直角体，其斜边镀反射膜，等腰直角体下表面到底板下表面的厚度等于加工工件厚度或为标准厚度；挡光板33’，该挡光板上具有尺寸与焦点尺寸相等的狭缝，紧贴着等腰直角体垂直放置，光束到等腰直角三角体底面的距离与反射到挡光板的距离相等；聚焦镜38’，用于收集光斑；第一支撑杆35’，该支撑杆为垂向可调节的支撑杆，用于支撑聚焦镜38’;光电探测器36’ ；以及第二支撑杆37’，该支撑杆为垂向可调节的支撑杆，用于支撑光电探测器36’。
[0036]利用该焦点监测装置进行测量时把焦点监测装置的底座固定在工件台上，光束照射到等腰直角体的斜面上，光束发生反射，因为光束到等腰直角三角体底面的距离与反射到挡光板的距离相等，所以光束到等腰直角三角体底面，即加工工件表面的光斑大小等于挡光板上的光斑大小。光束从挡光板的狭缝透过，调节垂向可调节的支撑杆35’，使聚焦镜38’的高度与透射光斑高度相等，聚焦镜收集透射光斑，调节调节垂向可调节的支撑杆36’，使光电探测器36’与光斑中心位置高度相等，可以探测到透射光束的能量。以上装置调节好之后，固定下来，在调节焦点的时候不做任何调整。焦点位置垂向的变化可以通过调节入射光束I的发散角实现聚焦光斑焦点在垂向的变化，也可以通过调节聚焦镜2的垂向位置来调节聚焦光斑焦点在垂向的变化，还可以通过调节工件台的垂向高度来实现聚焦光斑焦点在垂向的变化。激光光斑在焦点处尺寸最小，调节焦点位置时，光斑越来越小，透过狭缝的能量越来越多，在调节焦点位置的过程中，光电探测器的读数会经历逐渐变大，数值保持不变，再逐渐变小的过程，其中读数到最大值时，即为焦点位置，读数停留在最大值保持不变的区域为光束焦深范围。可以准确地测量出激光的焦点位置和焦深调节范围，通过移动工件台垂向高度来调节焦点位置的调节方式还可以准确测量出激光焦点的焦深长度。
[0037]第三实施例
图7所示为根据本发明的第三实施例的焦点监测装置的结构示意图，该装置既可以检测到焦点的位置，同时还可以测量焦点光斑的尺寸，光束轮廓分布。光束I’’经过聚焦镜2’ ’，随着传输距离的增加光束逐渐会聚，进入焦点监测装置3’ ’，焦点监测装置3’ ’放置在工件台上。该焦点监测装置包括底座31’’ ；棱镜32’’，该棱镜为一等腰直角体，其斜边镀反射膜，等腰直角体下表面到底板下表面的厚度等于加工工件厚度或为标准厚度；挡光板33’ ’，该挡光板上具有尺寸与焦点尺寸相等的狭缝，紧贴着等腰直角体垂直放置，光束到等腰直角三角体底面的距离与反射到挡光板的距离相等；CCD39’’，用于拍摄光斑图，CCD沿挡光板的狭缝方向固定，可垂向调节，CCD的探测面与挡板的狭缝处于同一个平面。
[0038]利用该焦点监测装置进行测量时把焦点监测装置的底座固定在工件台上，光束照射到等腰直角体的斜面上，光束发生反射，因为光束到等腰直角三角体底面的距离与反射到挡光板的距离相等，所以光束到等腰直角三角体底面，即加工工件表面的光斑大小等于挡光板上的光斑大小，也等于C⑶探测面上的光斑大小。调节C⑶垂向接收到光斑。以上装置调节好之后，固定下来，在调节焦点的时候不做任何调整。焦点位置垂向的变化可以通过调节入射光束I的发散角实现聚焦光斑焦点在垂向的变化，也可以通过调节聚焦镜2的垂向位置来调节聚焦光斑焦点在垂向的变化，还可以通过调节工件台的垂向高度来实现聚焦光斑焦点在垂向的变化。激光光斑在焦点处尺寸最小，调节焦点位置时，CCD探测面上拍摄到光斑尺寸会经历逐渐变小，保持不变，再逐渐变大的过程，其中光斑最小时，即为焦点位置，光斑尺寸在最小值保持不变的区域为光束焦深范围。这样就可以准确地测量出激光的焦点位置和焦深调节范围，拍摄到焦点处光斑的尺寸和轮廓，通过移动工件台垂向高度来调节焦点位置的调节方式还可以准确测量出激光焦点的焦深长度。
[0039]本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。
【主权项】
1.一种焦点监测装置，其特征在于，包括可被固定于工件台上的底座、棱镜、挡光板、光电探测器，入射光入射至棱镜后被反射到挡光板上，所述挡光板上具有孔或狭缝，使光束到棱镜底面的距离与反射到挡光板的距离相等，所述光电探测器接收从挡光板出射的光。
2.根据权利要求1所述的焦点监测装置，其特征在于，所述棱镜为等腰直角体。
3.根据权利要求1或2所述的焦点监测装置，其特征在于，所述光电探测器为CCD。
4.根据权利要求1所述的焦点监测装置，其特征在于，所述光电探测器为光电二级管PD。
5.根据权利要求1或2所述的焦点监测装置，其特征在于，所述挡光板和光电探测器之间还设置有衰减器件或聚焦镜。
6.根据权利要求5所述的焦点监测装置，其特征在于，还包括支撑衰减器件或聚焦镜的垂向可调节的支撑杆。
7.根据权利要求2所述的焦点监测装置，其特征在于，所述等腰直角体的斜边镀有反射膜。
8.根据权利要求1或2所述的焦点监测装置，其特征在于，所述挡光板上的孔或狭缝的尺寸与焦点尺寸相等。
9.根据权利要求8中所述的焦点监测装置，其特征在于，所述孔或狭缝的大小可调。
10.根据权利要求1中所述的焦点监测装置，其特征在于，还包括支撑杆，所述支撑杆垂向可调节，用于支撑光电探测器。
11.利用根据权利要求1-10中任意一个所述的焦点监测装置监测焦点的方法，其特征在于，从光源发出的光束经过待测聚焦镜后进入置于工件台上的监测装置，棱镜将进入监测装置的光束反射至挡光板，光电探测器接收从挡光板出射的光束，当调节焦点位置时，若根据光电探测器测得的能量判断，则光电探测器的读数会经历逐渐变大，数值保持不变，再逐渐变小的过程，其中读数到最大值时，即为焦点位置，读数停留在最大值保持不变的区域为光束焦深范围；若根据光电探测器上的光斑大小判断，则光斑尺寸会经历逐渐变小，保持不变，再逐渐变大的过程，其中光斑最小时，即为焦点位置，光斑尺寸在最小值保持不变的区域为光束焦深范围。
【专利摘要】一种焦点监测装置和方法，该装置包括底座、棱镜、挡光板和光电探测器，入射光入射至棱镜后被反射到挡光板上，所述挡光板上具有狭缝，使得光束到棱镜底面的距离与反射到挡光板的距离相等，所述光电探测器接收从挡光板出射的光。
【IPC分类】G01B11-00, G01B11-02
【公开号】CN104748674
【申请号】CN201310734854
【发明人】徐建旭
【申请人】上海微电子装备有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月27日