專利名稱：激光掃描裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光掃描裝置，特別是涉及一種可補償可見光光束經過掃描聚焦單元所造成的像差與色散的激光掃描裝置。
背景技術：
激光加工技術為利用激光光束于物件上掃描并產生記號的方法。工業(yè)上有許多種類的激光可用以加工時使用，例如二氧化碳激光、半導體激光以及二極管激光。傳統(tǒng)激光加工流程的生產線主要分成三個區(qū)塊，第一區(qū)塊為定位區(qū)，第二區(qū)塊為加工區(qū)，而第三區(qū)塊為檢測區(qū)。但在激光加工處理進行之前，生產線會先在定位區(qū)利用電荷耦合裝置(Charge Couple Device，C⑶)進行定位流程，其后于加工區(qū)進行激光的加工處理，最后在檢測區(qū)利用電荷耦合裝置進行檢測流程。但上述的激光加工流程需要共三個電荷耦合裝置與一激光掃描裝置，存在有零組件多、占空間與無法同步檢測的問題。再者，目前市面上傳統(tǒng)激光掃描檢測裝置都只針對掃描中心位置進行設計，使得在中心區(qū)域所獲得的影像為清晰影像，而非中心區(qū)域所獲得的影像為模糊影像。另一方面， 傳統(tǒng)激光掃描裝置相對于平臺的掃描角度不正交時(即激光光束與掃描振鏡的光軸夾角不為四十五度時)，由于激光光束與可見光光束的波長不同，使可見光光束通過掃描振鏡后產生色散，將導致實際激光光束所掃描加工的位置與電荷耦合裝置接收可見光光束而獲得影像的掃描加工位置不同而影響檢測流程的精確度。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種激光掃描裝置，以解決先前技術所存在零組件多、占空間、無法同步檢測、僅中心區(qū)域的影像為清晰影像以及實際激光光束所掃描的位置與電荷耦合裝置接收可見光光束而獲得影像的掃描加工位置不同而影響檢測精確度的問題。依據(jù)本發(fā)明所揭露的激光掃描裝置，適用于掃描置于工作平臺上的物件。激光掃描裝置包括激光輸出單元、掃描器、分光單元、成像補償單元、檢測單元以及控制單元。其中，掃描器包括掃描聚焦單元。激光輸出單元輸出激光光束，掃描聚焦單元使激光光束聚焦且掃描物件，掃描器通過掃描聚焦單元接收并輸出照射于物件的可見光光束。接著，分光單元使激光光束穿透且反射掃描器所輸出的可見光光束。成像補償單元接收被分光單元反射的可見光光束，并補償可見光光束經過掃描聚焦單元所形成的像差。其后，檢測單元接收經過成像補償單元的可見光光束而輸出檢測信號。控制單元接收檢測信號，且依據(jù)可見光光束的波長、激光光束的波長、掃描聚焦單元與成像補償單元調整檢測信號。依據(jù)本發(fā)明所揭露的激光掃描裝置，可通過檢測單元的設置減少先前技術所存在零組件多、占空間與無法同步檢測的問題。接著，由于掃描聚焦單元依據(jù)激光光束所設計， 且可見光光束與激光光束的波長不同，所以當可見光光束經過掃描聚焦單元后會產生像差，通過成像補償單元的設計，可補償可見光光束經過掃描聚焦單元所產生的像差，用于解決先前技術所存在僅中心區(qū)域的影像為清晰影像的問題。再者，由于可見光光束包括多個波長，所以當可見光光束經過掃描聚焦單元后會產生色散，通過控制單元調整檢測信號，可補償可見光光束經過掃描聚焦單元后所產生色散，用于解決先前技術所存在實際激光光束所掃描的位置與電荷耦合裝置接收可見光光束而獲得影像的掃描加工位置不同而影響檢測精確度的問題。以上關于本發(fā)明的內容說明及以下的實施方式的說明用以示范與解釋本發(fā)明的精神與原理，并且提供本發(fā)明的專利申請范圍更進一步的解釋。


圖1為本發(fā)明所揭露的激光掃描裝置的一實施例架構示意圖；圖2A為圖1的掃描器接收并輸出照射于工作平臺上定位點A的可見光光束的光線路徑圖；圖2B為圖1的掃描器接收并輸出照射于工作平臺上定位點B的可見光光束的光線路徑圖；圖2C為圖1的掃描器接收并輸出照射于工作平臺上定位點C的可見光光束的光線路徑圖；圖3為圖1的成像補償單元的一實施例結構示意圖；圖4為圖1的成像補償單元的另一實施例結構示意圖；圖5為圖1的控制單元于第一方向的光學模擬與實作時的位置誤差關系示意圖；圖6為圖5的光學模擬與實作的相對誤差百分比關系示意圖；圖7A為依據(jù)圖1的掃描聚焦單元的一實施例立體結構示意圖；圖7B為依據(jù)圖1的掃描聚焦單元的一實施例側視結構示意圖；圖7C為圖1的偵測單元利用圖7A的掃描聚焦單元所取得的掃描區(qū)域影像一實施例示意圖；圖8A為傳統(tǒng)掃描聚焦單元的一實施例立體結構示意圖；圖8B為傳統(tǒng)掃描聚焦單元的一實施例側視結構示意圖；圖8C為傳統(tǒng)激光掃描檢測裝置利用傳統(tǒng)掃描聚焦單元所取得的掃描區(qū)域影像一實施例示意圖。主要元件符號說明20模擬信號25實作信號30誤差信號50工作平臺51 物件40,41,80,82 掃描元件42、43、44、45、60、61、62、63 透鏡70、71、72 透鏡100激光掃描裝置102激光輸出單元104掃描器
5
106分光單元107反射元件108成像補償單元110檢測單元112控制單元114、204掃描聚焦單元126、226 正透鏡組128,228 負透鏡組116激光光束118可見光光束120檢測信號200紅色光束300綠色光束401、411、801、821 法線
具體實施例方式請參照圖1，其為依據(jù)本發(fā)明所揭露的激光掃描裝置的一實施例架構示意圖。激光掃描裝置100適用于掃描置于工作平臺50上的物件51，物件51包括定位點A、定位點B 與定位點C，其中，定位點B配置于定位點A與定位點C之間且定位點B為物件51的中心點。在本實施例中，激光掃描裝置100聚焦于定位點B。激光掃描裝置100未聚焦于定位點 A與定位點C。激光掃描裝置100的焦點與定位點A之間的成像差距可為但不限于300微米(micrometer，μ m)至2000微米，激光掃描裝置100的焦點與定位點C之間的成像差距可為但不限于300微米至2000微米。激光掃描裝置100包括激光輸出單元102、掃描器104、分光單元106、反射元件 107、成像補償單元108、檢測單元110以及控制單元112。在本實施例中，掃描器104可包括掃描元件40 (請參照圖2A)與掃描聚焦單元114，掃描聚焦單元114可包括但不限于透鏡 42、透鏡43、透鏡44與透鏡45 (請參照圖2A)。激光輸出單元102輸出激光光束116。在本實施例中，激光光束116的波長可為但不限于一百納米(nanometer，nm)至一百微米(micrometer，um)。激光光束116穿過分光單元106后入射于掃描器104，掃描聚焦單元114使激光光束116聚焦且掃描工作平臺50 上的物件51。當激光掃描裝置100進行掃描加工完畢后，掃描器104可通過掃描聚焦單元 114接收并輸出照射于工作平臺50的可見光光束118 (即物件51所包括定位點A、定位點B 與定位點C的可見光光束118)至分光單元106。接著，分光單元106反射掃描器104所輸出的可見光光束118。成像補償單元108接收被分光單元106與反射元件107反射的可見光光束118，并補償可見光光束118經過掃描聚焦單元114所形成的像差與色散(如圖2A 所示)。其中，照射工作平臺50的可見光光束118的光源(未標示)可為激光掃描裝置 100所外加的光源，但本實施例并非用以限定本發(fā)明，舉例而言，照射工作平臺50的可見光光束118的光源也可為配置于掃描器104中的可見光光源。CN 102547048 A
上述的像差與色散的產生與掃描聚焦單元114的設計有關，由于掃描聚焦單元 114依據(jù)激光光束116的波長所設計，以提供激光光束116經過掃描聚焦單元114后可進行聚焦與掃描，然而可見光光束118的波長與激光光束116的波長不同，所以當可見光光束 118經過掃描聚焦單元114時會產生像差與色散。更詳細地說，請參照圖2A、圖2B與圖2C，分別為依據(jù)圖1的掃描器接收并輸出照射于工作平臺上定位點A、定位點B與定位點C的可見光光束的光線路徑圖。在本實施例中，掃描器104(請參照圖1)包括至少一掃描元件40與掃描聚焦單元114，掃描聚焦單元 114可包括但不限于透鏡42、透鏡43、透鏡44與透鏡45?？梢姽夤馐?18 (請參照圖1)包括但不限于紅色光束200與綠色光束300，使得紅色光束200與綠色光束300分別經過掃描聚焦單元114(即掃描元件40、透鏡42、透鏡43、透鏡44與透鏡4 后，因紅色光束200與綠色光束300所具有的波長與激光光束116(請參照圖1)的波長不同，使紅色光束200、綠色光束300與激光光束116(請參照圖1)所分別對應的掃描聚焦單元114的折射率不同， 進而產生像差與色散(即圖2A、圖2B與圖2C中紅色光束200與綠色光束300未進入成像補償單元108前，照射于定位點A、定位點B或定位點C的紅色光束200未匯聚成一點，照射于定位點A、定位點B或定位點C的綠色光束300未匯聚成一點，使得定位點A、定位點B 與定位點C的影像模糊，進而產生像差)。因此，可通過成像補償單元108的配置，使得可見光光束118(請參照圖1)中的每一波長在經過成像補償單元108后可消除上述的像差與色散，關于成像補償單元108如何消除像差的說明，請容后詳述。請參照圖1，上述激光輸出單元102所輸出的激光光束116經過分光單元106、掃描元件40、透鏡42、透鏡43、透鏡44與透鏡45而掃描物件51，照射于物件51的可見光光束118經過透鏡45、透鏡44、透鏡43、透鏡42、掃描元件40、分光單元106、反射元件107與成像補償單元108而被檢測單元110所接收。請參照圖3，為依據(jù)圖1的成像補償單元的一實施例結構示意圖。在本實施例中， 成像補償單元108可包括正透鏡組126，其中，正透鏡組1 可包括但不限于透鏡60與透鏡 61。此外，為了縮短反射元件107與檢測單元110間的距離，成像補償單元108另可包括負透鏡組128，負透鏡組1 可包括但不限于透鏡62與透鏡63。其中，正透鏡組126與負透鏡組1 分別滿足下列公式⑴與⑵T2-T1 > T1. r2(l)r3-r4 ^ r3. r4 (2)上述Γι為正透鏡組126的第一曲率半徑，r2為正透鏡組126的第二曲率半徑，r3 為負透鏡組1 的第三曲率半徑，r4為負透鏡組1 的第四曲率半徑。也就是說，巧可為圖 3圖面中透鏡60與透鏡61所組合而成的左邊曲率半徑，r2可為圖3圖面中透鏡60與透鏡 61所組合而成的右邊曲率半徑，r3可為圖3圖面中透鏡62與透鏡63所組合而成左邊的曲率半徑，r4可為圖3圖面中透鏡62與透鏡63所組合而成的右邊曲率半徑，但本實施例并非用以限定本發(fā)明。舉例而言，請參照圖4，為依據(jù)圖1的成像補償單元的另一實施例結構示意圖。成像補償單元108可包括但不限于正透鏡組2 與負透鏡組228，其中，正透鏡組2 可包括但不限于透鏡70、透鏡71與透鏡72，負透鏡組2 可為但不限于單一凹透鏡，其中，負透鏡組2 用以縮短反射元件107與檢測單元110間的距離。
在本實施例中，由于像差可包括縱向色差(Axial Color)、橫向色差(Lateral Color)與場曲(field curvature)，激光掃描裝置100為了消除上述像差，成像補償單元 108與掃描聚焦單元114的關系需符合下列公式OO' = (2-m-—)f ( 3 )
mK = K' +K" -dK' K" (4)Ii1K = Ii2KAh2KJh3Vh4KJh5W6 (5)
K1 K7 K, K4 K, Kfi( c \— + — + — + —+ — + — = 0 (6) nI n2 n3 n4 n5 n6
Ii12K1 h'K7 h'K, h2,K, h'K, h'K, ^ (n權利要求
1.一種激光掃描裝置，包括激光輸出單元，輸出一激光光束；掃描器，包括一掃描聚焦單元，該掃描聚焦單元使該激光光束聚焦且掃描一物件，該掃描器通過該掃描聚焦單元接收并輸出照射于該物件的一可見光光束；分光單元，使該激光光束穿透且反射該掃描器所輸出的該可見光光束；成像補償單元，接收來自該分光單元所反射的該可見光光束，該可見光光束經該成像補償單元后聚焦成像，該成像補償單元補償該可見光光束經過該掃描聚焦單元所形成的一像差；檢測單元，接收經過該成像補償單元的該可見光光束而輸出一檢測信號；以及控制單元，接收該檢測信號，且依據(jù)該可見光光束的波長、該掃描聚焦單元與該成像補償單元調整該檢測信號。
2.如權利要求1所述的激光掃描裝置，其中，該激光光束的波長為一百納米 (nanometer，nm)至一百微米(micrometer，um)。
3.如權利要求1所述的激光掃描裝置，其中，該掃描聚焦單元包括至少一掃描元件與至少一透鏡。
4.如權利要求1所述的激光掃描裝置，其中，該成像補償單元包括至少一正透鏡組。
5.如權利要求4所述的激光掃描裝置，其中，該正透鏡組滿足下列公式2T1 > r” r2其中，巧為該正透鏡組的一第一曲率半徑，r2為該正透鏡組的一第二曲率半徑。
6.如權利要求4所述的激光掃描裝置，該正透鏡組選自球面鏡(sphericallens)、非球面鏡(aspheric lens)、膠合透鏡(doublet lens)及其組合的群組。
7.如權利要求4所述的激光掃描裝置，其中，該成像補償單元還包括至少一負透鏡組。
8.如權利要求7所述的激光掃描裝置，其中，該負透鏡組滿足下列公式Γ3_Γ4 ≥Γ3· Γ4其中，r3為該負透鏡組的一第三曲率半徑，r4為該負透鏡組的一第四曲率半徑。
9.如權利要求7所述之激光掃描裝置，其中當該雷射掃描裝置使該物件的一影像離焦時，調整該檢測單元、該負透鏡組與該正透鏡組其中之一的配置位置以使該物件的該影像聚焦ο
10.如權利要求7所述之激光掃描裝置，其中該負透鏡組與該正透鏡組之間具有一距離，該距離依據(jù)該物件的不同掃描位置進行調整。
11.如權利要求1所述的激光掃描裝置，其中，該物件配置于一工作平臺上，該激光掃描裝置掃描該工作平臺上的該物件。
12.如權利要求1所述的激光掃描裝置，其中，該掃描聚焦單元包括二掃描元件，每一該掃描元件具有一法線，該些法線相互正交。
13.如權利要求1所述的激光掃描裝置，其中，該檢測單元為一電荷耦合裝置。
14.如權利要求1所述的激光掃描裝置，其中，該控制單元依據(jù)該可見光光束的波長、 該激光光束的波長、該掃描聚焦單元與該成像補償單元間的關系而輸出一模擬信號，該激光掃描裝置進行一實作程序而使該控制單元獲得一實作信號，該控制單元通過該模擬信號與該實作信號計算出一相對誤差而獲得一誤差信號，該控制單元依據(jù)該誤差信號調整該檢測信號。
全文摘要
本發(fā)明公開一種激光掃描裝置，包括激光輸出單元、掃描器、分光單元、成像補償單元、檢測單元與控制單元。掃描器所包括的掃描聚焦單元將激光輸出單元所射出的激光光束聚焦且掃描配置于工作平臺上的物件。掃描聚焦單元接收照射于工作平臺的可見光光束，其后可見光光束經過分光單元反射而入射成像補償單元。接著，檢測單元接收經過成像補償單元的可見光光束而輸出檢測信號?？刂茊卧罁?jù)可見光光束的波長、激光光束的波長、掃描聚焦單元與成像補償單元調整檢測信號。因此，激光掃描裝置可補償可見光光束經過掃描聚焦單元所造成的像差與色散。
文檔編號H04N1/00GK102547048SQ20111032263
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者劉松河, 李閔凱, 林于中 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院