專利名稱：具有分開的反向反射器的共焦成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及共焦成像系統(tǒng)，用于測取高度值或者高度圖像。
用共焦顯微鏡可以在顯微鏡范圍攝取高度像。為了進(jìn)行對(duì)此所需要的光程長度變化，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)把前物鏡沿光程的方向往復(fù)地運(yùn)動(dòng)。但是得到的數(shù)據(jù)率卻被限制在不足100Hz。
由DE 196 08 468 C2公知了一種系統(tǒng)，其中在像一側(cè)通過接收機(jī)的振蕩或者中間插入的偏轉(zhuǎn)鏡進(jìn)行光程的改變。通過使用偏轉(zhuǎn)反射鏡把要移動(dòng)的質(zhì)量降低到幾個(gè)毫克，同時(shí)加倍了偏轉(zhuǎn)量。與前物鏡的振蕩比較可以由此實(shí)現(xiàn)高約十倍的數(shù)據(jù)率。振蕩運(yùn)動(dòng)由電磁驅(qū)動(dòng)的共振振蕩器產(chǎn)生。由此，與整個(gè)共焦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相關(guān)，例如可以得到32倍的數(shù)據(jù)率，達(dá)200kHz。
在許多工業(yè)應(yīng)用中要求相當(dāng)高的數(shù)據(jù)率。對(duì)于電子制造業(yè)的自動(dòng)檢驗(yàn)尤其是這樣。從而人們認(rèn)為約2kHz電磁驅(qū)動(dòng)的振蕩器可以提供足夠的數(shù)據(jù)率。
所述系統(tǒng)的問題在于發(fā)出強(qiáng)的聲音。由于電磁驅(qū)動(dòng)所需的幅度和頻率，所以很難避免發(fā)出強(qiáng)的聲音。
本發(fā)明的任務(wù)是，把共焦成像系統(tǒng)在其數(shù)據(jù)率和可靠性方面進(jìn)行優(yōu)化。
所述的任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征組合解決。
本發(fā)明的見解在于把迄今所采用的相互連接的鏡子分離開，從而提供同樣地相互呈90度布置的獨(dú)立微型鏡。微型鏡表示減少了用于振蕩的質(zhì)量。驅(qū)動(dòng)可以的是靜電的?？梢赃_(dá)到的頻率遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)，例如達(dá)10KHz或者更高。所述的微型鏡與彈性的懸掛裝置優(yōu)選地用硅一體地構(gòu)成。除了相對(duì)微小的振動(dòng)能量之外，還由于表面較小而大大降低發(fā)出聲音。此外晶體硅還是一種理想的彈性材料。由此機(jī)械振蕩器的壽命比電磁驅(qū)動(dòng)的振蕩器的壽命顯著地延長了并且大大改善了路程/時(shí)間關(guān)系的滯后。
下面借助于示意圖說明一個(gè)實(shí)施例。


圖1大致示出具有相互以90度布置的鏡的偏轉(zhuǎn)反射器，圖2示出通過運(yùn)動(dòng)的反射器改變像距的共焦顯微鏡的總光程。
圖1中大致示出可變的偏轉(zhuǎn)反射器，該反射器由微機(jī)械制造的微型鏡1、11組成。微型鏡的工作方式與迄今公知的工作方式相當(dāng)，其中，所述的鏡相互扭轉(zhuǎn)90度或者調(diào)整成90度，放置在共焦成像系統(tǒng)的光程中。兩個(gè)鏡子1、11同步地振動(dòng)。最好，所述的鏡子按其共振頻率fR振動(dòng)。這兩個(gè)鏡的驅(qū)動(dòng)以靜電方式進(jìn)行。在圖1中所示的雙向箭頭指示出振動(dòng)的方向。共同的電壓U～用來驅(qū)動(dòng)兩個(gè)鏡子。為了能夠達(dá)到特別高的幅度，還可以把所述的微型鏡系統(tǒng)在真空下以提高的工作電壓運(yùn)行。在此情況下，可以使用較高的電壓，即較高的場強(qiáng)。
圖2中示出具有沿z方向振動(dòng)的后向反射器3的總的共焦成像系統(tǒng)。除了這種后向反射器之外，還可以使用由微型鏡構(gòu)成的系統(tǒng)。在圖2中示出激光器5，其光線經(jīng)共焦成像系統(tǒng)被引導(dǎo)。所述的系統(tǒng)是共焦的，因?yàn)檎彰鞴庠醇肮饨邮掌?是點(diǎn)狀形式設(shè)計(jì)。所述共焦成像系統(tǒng)的光程構(gòu)成的方式是，使得光程在后向反射器處錯(cuò)開180度地反射回去。后向反射器3的振動(dòng)沿系統(tǒng)在此位置上的光軸方向進(jìn)行。照明光線和測量光線在最大程度上由相同的關(guān)學(xué)元件組引導(dǎo)。物反射回的測量光線卻在到達(dá)激光器5之前，經(jīng)過分光鏡轉(zhuǎn)到光接收器6上。
在此成像系統(tǒng)的關(guān)鍵元件后向反射器3中，在鏡之間構(gòu)成點(diǎn)狀光源的中間實(shí)像。把所述的鏡系統(tǒng)沿光軸運(yùn)動(dòng)的時(shí)，所述中間像在鏡間運(yùn)動(dòng)，從而焦點(diǎn)隨之在物區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)。在物散射的光沿與照明光線相反的方向通過光程，最后聚焦在點(diǎn)狀的檢測器，即光接收器6上。此安排的總體構(gòu)形可以構(gòu)成得，所述的鏡系統(tǒng)可以以微小的質(zhì)量借助于振蕩器高速地運(yùn)動(dòng)，從而可以采取極快速的聚焦運(yùn)動(dòng)及高度檢測。
這種系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)療技術(shù)中，例如在皮膚范圍攝取不同深度的像。所述的深度取決于所用的光在皮膚表層中的穿透能力。由于高數(shù)據(jù)率可以實(shí)現(xiàn)皮膚范圍內(nèi)的活體表達(dá)。另一種應(yīng)用，例如是工業(yè)制造中的三維表面數(shù)據(jù)。這里特別值得提及的是在半導(dǎo)體和器件制造中的連接及裝配領(lǐng)域。其中檢驗(yàn)對(duì)象一般地具有三維的特性。例如檢驗(yàn)焊點(diǎn)(焊接點(diǎn))的形狀和高度。這對(duì)半導(dǎo)體芯片的裝配是尤其重要的工藝參數(shù)。
權(quán)利要求
1.用于測取距離值的共焦成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括-共焦成像光學(xué)元件組，用于在物(7)上形成焦點(diǎn)，-照明單元，用于經(jīng)過共焦成像光學(xué)元件組照明物(7)，-光接收器(6)，用于檢測從物散射回的光并且對(duì)之進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，-處在光程中并且沿光軸的方向振動(dòng)的后向反射器(3)，用于使焦點(diǎn)沿光軸方向運(yùn)動(dòng)，其特征在于，所述的后向反射器(3)包括有至少兩個(gè)相互成90度布置的并且相互同步地振動(dòng)的微型鏡(1、11)的微型鏡裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的共焦成像系統(tǒng)，其中，所述的微型鏡(1、11)以共振方式進(jìn)行振動(dòng)。
3.如以上權(quán)利要求之一所述的共焦成像系統(tǒng)，其中，所述的微型鏡裝置可以靜電地驅(qū)動(dòng)。
4.如以上權(quán)利要求之一所述的共焦成像系統(tǒng)，其中，所述的微型鏡裝置整體地由硅制造，并且鏡(1、11)和彈簧元件(8)包含在鏡和支架(2)之間。
5.如權(quán)利要求4所述的共焦成像系統(tǒng)，其中，所述的微型鏡裝置由晶體硅制成。
6，如以上權(quán)利要求之一所述的共焦成像系統(tǒng)，其中，所述的微型鏡裝置可以在真空中或者在很小的壓力下工作。
全文摘要
提出一種共焦成像系統(tǒng)，用于通過用高頻振動(dòng)的后向反射器測取距離值提高數(shù)據(jù)率。此公開提出具有很小的質(zhì)量的鏡系統(tǒng)，所述的鏡系統(tǒng)在極小的質(zhì)量下由靜電測量可以達(dá)到快速的焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)及高度測量。所述鏡系統(tǒng)由相互成布置90度的并且相互同步地沿共焦成像系統(tǒng)的光軸振動(dòng)的微機(jī)械制造的微型鏡裝置組成。
文檔編號(hào)G02B21/00GK1441894SQ01812688
公開日2003年9月10日 申請日期2001年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月14日
發(fā)明者A·施克, G·德門斯 申請人:西門子公司