CN120215132A 一种双数字微镜器件的投影系统

地址100098北京市海淀区知春路76号京东科技大厦6层602室(72)发明人吴丽萍杨军超朱江兵(普通合伙)13197专利代理师郑怿一种双数字微镜器件的投影系统本发明公开一种双数字微镜器件的投影系明组和第二照明组射出的光束经过光路合成组PCB高度调制后的变形图案。该系统利用光学方确错位半个像素，使投影图像在空间上形成互精度提高一倍，从而以低成本低分辨DMD21.一种双数字微镜器件的投影系统，其特征在于，包括：第一照明组(1),第二照明组(2),光路合成组(3)和投影镜头(4);第一照明组(1)和第二照明组(2)射出的光束经过光路合成组(3)的调制后，生成用于检测PCB的光栅图案，再由投影镜头(4)将生成的光栅图案投影出来，即可得到经PCB高度调制后的变形图案。2.根据权利要求1所述的一种双数字微镜器件的投影系统，其特征在于，第一照明组(1)中包括第一光源(11)和第一准直镜头(12),第二照明组(2)中包括第二光源(21)和第二准直镜头(22),光路合成组(3)中设有反射镜(31)、第一DMD(32)、第二DMD(33)和分光片(34);第一光源(11)发出的光束经过第一准直镜头(12)的准直汇聚后打在反射镜(31)上，在反射镜(31)的作用下入射到第一DMD(32);第二光源(21)发出的光束经第二准直镜头(22)汇聚后入射到第二DMD(33);由第一DMD(32)和第二DMD(33)反射的光束经分光片(34)合成后被投影镜头(4)投射到待测的PCB上，其中第一DMD(32)反射的光束为分光片(34)的入射光，经分光片(34)调制后再出射到投影镜头(4),第二DMD(33)则在分光片表面的滤光膜作用下直接反射到投影镜头(4)中。3.根据权利要求2所述的一种双数字微镜器件的投影系统，其特征在于，所述分光片(34)采用两片长方形双折射晶体胶合而成，沿水平方向旋转45°放置，第二片晶体的外表面镀有分光膜，用于反射垂直90°方向的光束；分光片(34)的入射光为线偏振光，且偏振方向与晶体光轴成45°,利用晶体的双折射原理，入射光在X方向和Y方向分别错开半个像素，使投影出的图像在空间上形成互补。4.根据权利要求2所述的一种双数字微镜器件的投影系统，其特征在于，分光片(34)的具体设计为：第一片双折射晶体光轴方向沿分光片放置方向，使晶轴与晶体长边平行；第二片双折射晶体光轴方向与第一片晶体光轴方向正交；第二片晶体的位移分量与第一片叠加，即第一片晶体的o光和e光进入第二片晶体时，由于第二片晶体的光轴方向与第一片晶体的光轴方向垂直，它们会再次被分解为四束光线，从而在水平和垂直方向上各错开半个像素；线偏振光沿水平方向入射到分光片。5.根据权利要求2所述的一种双数字微镜器件的投影系统，其特征在于，入射DMD的主6.根据权利要求1所述的一种双数字微镜器件的投影系统，其特征在于，所述投影镜头(4)由7片透镜组成。7.一种双数字微镜器件的投影系统构建方法，其特征在于，包括：步骤S210:计算机根据PCB的特性结构自适应生成光栅图案，并将生成好的光栅图案传步骤S220:根据入射光的位移需求计算两片晶体的厚度，粘合后得到分光片；步骤S230:基于两个DMD以及分光片的光路需求进行投影系统的组装。3一种双数字微镜器件的投影系统技术领域[0001]本发明涉及半导体视觉技术领域，尤其涉及一种双数字微镜器件的投影系统。背景技术[0002]随着电子工业的快速发展，PCB的制造精度要求越来越高，传统的投影检测技术已难以满足高精度检测需求。现有高分辨率投影技术通常采用高成本的DMD或高分辨率光学本的情况下进一步提升分辨率。[0003]为了解决上述问题，本发明提出一种基于低成本低分辨率双DMD高分辨率投影系统，在不改变投影画幅的情况下，投影分辨率和精度提高一倍，从而显著提高PCB检测仪器的检测精度，在检测PCB的细微线路时，能够更清晰地显示线路的缺陷，从而提高检测效率和准确性。发明内容[0004]本发明提供了一种双数字微镜器件的投影系统，包括：第一照明组，第二照明组，光路合成组和投影镜头；第一照明组和第二照明组射出的光束经过光路合成组的调制后，生成用于检测PCB的光栅图案，再由投影镜头将生成的光栅图案投影出来，即可得到经PCB高度调制后的变形图案。[0005]如上所述的一种双数字微镜器件的投影系统，其中第一照明组中包括第一光源和第一准直镜头，第二照明组中包括第二光源和第二准直镜头，光路合成组中设有反射镜、第镜上，在反射镜的作用下入射到第一DMD;第二光源发出的光束经第二准直镜头汇聚后入射上，其中第一DMD反射的光束为分光片的入射光，经分光片调制后再出射到投影镜头，第二DMD则在分光片表面的滤光膜作用下直接反射到投影镜头中。[0006]如上所述的一种双数字微镜器件的投影系统，其中所述分光片采用两片长方形双折射晶体胶合而成，沿水平方向旋转45°放置，第二片晶体的外表面镀有分光膜，用于反射垂直90°方向的光束；分光片的入射光为线偏振光，且偏振方向与晶体光轴成45°,利用晶体的双折射原理，入射光在X方向和Y方向分别错开半个像素，使投影出的图像在空间上形成互补。[0007]如上所述的一种双数字微镜器件的投影系统，其中分光片的具体设计为：第一片双折射晶体光轴方向沿分光片放置方向，使晶轴与晶体长边平行；第二片双折射晶体光轴方向与第一片晶体光轴方向正交；第二片晶体的位移分量与第一片叠加，即第一片晶体的o光和e光进入第二片晶体时，由于第二片晶体的光轴方向与第一片晶体的光轴方向垂直，它们会再次被分解为四束光线，从而在水平和垂直方向上各错开半个像素；4线偏振光沿水平方向入射到分光片。[0008]本发明还提供了双数字微镜器件的投影系统构建方法，包括：步骤S210:计算机根据PCB的特性结构自适应生成光栅图案，并将生成好的光栅图步骤S220:根据入射光的位移需求计算两片晶体的厚度，粘合后得到分光片；步骤S230:基于两个DMD以及分光片的光路需求进行投影系统的组装。[0009]本发明实现的有益效果如下：光学方法优于机械方法和电子方法，不受机械工艺和电子器件性能的局限，系统更稳定且错位像素更精准；低成本DMD实现高分辨功能，使图像分辨率提高一倍。附图说明[0010]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0011]图1、图2是本申请实施例一提供的一种双数字微镜器件的投影系统示意图；[0012]图3、图4是本申请实施例一提供的使用分光片前、后投影图像的对比效果示意图。具体实施方式[0013]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0014]实施例一如图1所示，本申请实施例一提供一种双数字微镜器件的投影系统，包括：第一照明组1,第二照明组2,光路合成组3和投影镜头4;第一照明组1和第二照明组2射出的光束经过光路合成组3的调制后，生成用于检测PCB的光栅图案，再由投影镜头4将生成的光栅图案[0015]如图2所示，第一照明组1中包括第一光源11和第一准直镜头12,第二照明组2中包分光片34;第一光源11发出的光束经过第一准直镜头12的准直汇聚后打在反射镜31上，在反射镜31的作用下入射到第一DMD32;第二光源21发出的光束经第二准直镜头22汇聚后入射到第二DMD33;由第一DMD32和第二DMD33反射的光束经分光片34合成后被投影镜头4投射到待测的PCB上，其中第一DMD32反射的光束为分光片34的入射光，经分光片调制后再出射到投影镜头4,第二DMD33则在分光片表面的滤光膜作用下直接反射到投影镜头4中；所述分光片34采用两片长方形双折射晶体胶合而成，沿水平方向旋转45°放置，第二片晶体的外表面镀有分光膜，用于反射垂直90度方向的光束；分光片34的入射光为线偏振光，且偏振方向与晶体光轴成特定角度(0°或45°),以激发o光和e光，利用晶体的双折射原理，入射光束在X方向和Y方向分别错开半个像素，使投影出的图像在空间上形成互补，在不改变投影画5幅的情况下，投影分辨率和精度提高一倍，使用分光片前后投影图像的对比效果参考图3和图4;分光片34的具体设计为：1.第一片双折射晶体光轴方向沿45°方向(即分光片放置方向),使晶轴与晶体长边平行，此时，o光和e光的分离方向沿45°对角线(右上7和左下4方向)。[0016]2.第二片双折射晶体光轴方向与第一片晶体光轴方向正交(即-45°方向，或135°方向),此时，o光和e光的分离方向沿-45°对角线(左上大和右下\方向),第二片晶体的位移分量与第一片叠加，即第一片晶体的o光和e光进入第二片晶体时，由于第二片晶体的光轴方向与第一片晶体的光轴方向垂直，它们会再次被分解为四束光线，从而在水平和垂直方向上各错开半个像素。[0017]3.入射光偏振方向若偏振方向与晶体光轴成45°,则o光和e光能量均分，位移效果最明显；若需更高自由度，可使用圆偏振光(但需结合波片)。实现最大光效，所述标称入射角度与DMD型号匹配，根据DMD型号不同标称入射角度相应改[0019]所述第一准直镜头12、第二准直镜头22用于将发散角全角为180°的LED光束准直成发散角度小于10°的准直光束；其内部的透镜形状不限，本实施例采用的是一片弯月透镜和一片非球面透镜组合；光斑直径D,透镜焦距f和发散角度a关系如下：光斑直径D=2*tan(a)*f。[0020]所述投影镜头4由7片透镜组成，远心设计实现高分辨投影，满足DMD正投和沙姆斜投两种方式的高分辨清晰度，其F#必须与照明系统的F#匹配，当投影镜头4的F#等于照明系统F#时，投影光通量最佳；若投影镜头4的F#大于照明系统F#,投影光通量没有完全利用，损失的能量转换成热能，对系统的热稳定性要求较高；若投影镜头4的F#小于照明系统F#,投影光通量不损失，但会引起大量杂光进入投影镜头；投影镜头4主要用于矫正色差和畸变等其他高阶像差，色差控制在小于DMD的一半像素，畸变小于0.5%;其内部全部采用球面透镜，[0022]在双DMD和分光片的细微线路时，能够更清晰地显示线路的缺陷，从而提高检测效率和准确性。本申请实施例二提供一种双数字微镜器件的投影系统构建方法，包括：步骤S210:计算机根据PCB的特性结构自适应生成光栅图案，并将生成好的光栅图现有PCB光学检测技术中，结构光投影的通用光栅图案(如网格图案或固定频率的正弦条纹)在面对高密度线路、多层板或高反光表面时，易因信噪比不足或相位解算误差导致检测失效，所以本申请使用的是针对PCB特性自适应优化后光栅图案，以解决复杂PCB场6几何特性参数就是PCB的最小线宽(单位：μm),从设计文件(Gerber)中提取，代表线路的最小宽度，光学特性参数就是PCB表面各个点位的反射率，通过测量获得。[0024]步骤S212:根据获取到的几何特性参数计算光栅频率；光栅频率f的计算公式表示为：,其中Y是安全系数，取值在0.4到0.8之间，用于平衡分辨率与抗混叠能力，值越高检测精度越高，但会牺牲一定抗干扰性越低鲁棒性越好，但是检测精度会降低，Wmin为获取到的几何特性参数。[0025]步骤S213:根据计算出的光栅频率生成光栅图案，并根据光学特性参数对光栅图案的投影光强进行自适应调优；根据计算出的光栅频率生成正弦条纹的光栅图案，再根据光学特性参数对光栅图,其中IŁ(x,y)表示第k幅相移条纹在坐标(x,y)处的投影光强(单位：W/m²),光强调制幅度，用于决定条纹对比度，VImoa(x,y)表示在坐标(x,y)处的光强调制梯度，,α是衰减系数，用于控制调制强度变化速率，R(x,y)表示=0,1,2,……,N-1,N是相移总步数。[0026]利用光栅频率计算公式，以及这个自适应调优公式，可实现对光栅图案的针对性调优，自适应生成用于检测PCB的光栅图案。[0027]步骤S214:将调优后的光栅图案传输给第一DMD和第二DMD;计算机将生成的光栅图案转换为DMD可识别的数字信号(二值化图像),通过接口[0028]步骤S220:根据入射光的位移需求计算两片晶体的厚度，粘合后得到分光片；分光片通过两片晶体的级联，使入射光在第一片晶体产生对角方向位移，再经过第二片晶体的进一步调整，最终在x和y方向各形成半个像素位移。[0029]位移量d与晶体厚度L的关系为：,其中θ为双折射角(e光与o光的偏折角