CN101467087A - 对无限远校正显微镜进行自动聚焦的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种对无限远校正显微镜进行自动聚焦的方法和装置。光束被导向并且之后被会聚向感兴趣的样本，并且由所反射的光形成至少一个图像。然后查看所述图像，并且从所述图像获取校准测量值。然后这些校准测量值被用于确定对所述显微镜进行自动聚焦所使用的聚焦测量值。

Description

对无限远校正显微镜进行自动聚焦的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年6月9日提交的美国临时专利申请No.60/804,305的优先权权益，该申请通过引用被合并于此。

技术领域

本发明一般涉及光学显微镜。更具体地说，本发明涉及一种对无限远校正显微镜进行自动聚焦的方法和装置。

背景技术

在光学显微镜的领域中，为了获得有意义的图像，显微镜必须被聚焦在被检验的目标或样本上。在显微镜被聚焦到样本的期间，显微镜不可被使用。为此，人们已经进行了大量的努力来使聚焦时间最小化并且使该过程自动化。这通常被称作自动聚焦(AF)。

由于引入了介质的自动光学检查(AOI)，AF在产业中变得更加普遍。AOI仪器被广泛使用，特别地，AOI仪器已经变得有助于在制造过程期间检查平板显示器(FPD)以及在集成电路的生产期间检查硅晶圆。在这两种情况下，与典型大小是0.5mm乘0.5mm的显微镜的视场相比，被检查的样本非常大。

为了使显微镜检验大于其视场的样本，通常采用两种技术。第一种技术是通过将显微镜聚焦在先前所识别的被怀疑有缺陷的点上来实现的，而第二种技术是对整个样本进行系统地扫描。这两种AOI技术的效率都受到当前可获得的AF设备的性能的严重限制。

因此，希望提供一种对无限远校正显微镜进行自动聚焦的新的方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于消除或减轻对无限远校正显微镜进行自动聚焦的现有方法和装置的至少一个缺点。

本发明一方面提供一种用于确定无限远校正显微镜应当被移动的距离和方向以便将其聚焦于样本上的方法和装置。通过从由样本上反射的光所创建的至少一个图像来获取和处理校准测量值，距离测量值和方向测量值可以被计算，然后被发送给伺服电机以移动将被重新定位的显微镜、显微镜物镜或其上放置有样本的载物台，从而更清晰地将显微镜聚焦于样本上。

所述计算在确定校准测量值的某些特征之后执行。这些特征包括但不限于图像各个部分的尺寸和图案。所述计算帮助确定样本离开显微镜的透镜的距离。所述处理可用于各种类型的样本，包括TFT阵列或平的简单的且未形成有图案的薄玻璃衬底片。

在第一方面，本发明提供一种将无限远校正显微镜自动聚焦于样本上的方法，包括：创建所述样本的图像；处理所述图像以获取校准测量值；从所述校准测量值计算距离测量值；从所述校准测量值计算方向测量值；和向电机发送所述距离测量值和所述方向测量值以根据所述距离测量值和所述方向测量值来移动所述显微镜。

在另一实施例中，提供一种用于将无限远校正显微镜自动聚焦于样本上的装置，包括探测器，所述探测器包括：光源，用于提供多条光束；多个光学元件，用于产生被引导到所述样本处的会聚光，并且用于基于所述会聚光导致从所述样本上反射的光创建图像；焦平面阵列，用于显示所述图像；和处理器，用于基于所述图像计算所述无限远校正显微镜的自动聚焦测量值。

本发明的其它方面和特征在本领域普通技术人员查看以下结合附图对本发明具体实施例的描述之后将变得明显。

附图说明

现在参考附图仅通过示例方式来对本发明的实施例进行描述，其中：

图1a是对无限远校正显微镜进行自动聚焦的装置的示意图，该图示出光被引导到样本上；

图1b是当光从样本上被反射时图1a的装置的示意图；

图1c和1d是光束的三维图解；

图1e是具有多条光束被引导到其表面上的样本的示意性俯视图；

图1f是被导向样本的一组三条光束的示意图；

图2a是示出光从样本上被反射的位置的一组图；

图2b是图2a的反射结果所产生的一系列图像；

图3a是在焦平面阵列上观察到的一组图像；

图3b是图像重心(COG)的图解；

图3c是COG值与物镜离开样本的距离的关系图；

图4是概述对无限远校正显微镜进行自动聚焦的方法的流程图；

图5a和5b是将光会聚到具有顶表面和底表面的玻璃样本上的示意图；

图5c是概述确定显微镜是否被聚焦于正确表面上的方法的流程图。

具体实施方式

一般来说，本发明提供一种对无限远校正显微镜进行自动聚焦的方法和系统。本发明在薄膜晶体管(TFT)阵列检查、光刻掩膜检查、硅晶圆检查和微加工及坐标测量机(CMM)中特别有用。

转至图1a至1d，用于无限远校正显微镜的自动聚焦装置的实施例的示意图被示出。图1a为提供输出光束的装置的示意性视图，图1b是在输出光束从样本上被反射之后的反射光束的示意性视图，并且图1c和1d是输出光束的三维视图。

在图1a中，示出的无限远校正显微镜10具有自动聚焦装置12，例如探测器。尽管被分立地示出，但是可以理解，装置12可以被集成在显微镜10中，或被安装在显微镜10中，并且通常是显微镜10的附件。

显微镜10包括光学端口16、光学端口分光镜18和物镜20。伺服电机14被附到显微镜10上，以便在垂直方向上移动显微镜10或显微镜10的部分，从而在接收到来自装置12的信号之后对显微镜10进行聚焦。可替换地，伺服电机14可以被连接至其上置有样本28的载物台15，以便相对于显微镜10在垂直方向上移动样本28，从而对显微镜10进行聚焦。可以理解，在图1a和1b中仅示出显微镜中选择的部分，因此图1a和1b不表示显微镜10操作所需要的所有部分，而是表示本发明需要使用的那些部分。

装置12包括探测器壳体22，其容纳连接至优选激光光源的光源24的处理器23，以及焦平面阵列42，如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)区域成像器。焦平面阵列42可以是行扫描或区域扫描焦平面阵列。光源24提供多条光束26来照亮样本28上的图案，这将在下面讨论。

在该实施例中，探测器12进一步包括第一透镜30、第二透镜32、孔径光阑(aperture stop)34、衍射光栅35、反射镜(steering mirror)36、分光镜38和光学黑盘(optically black pad)40。在当前实施例中，第一透镜30与光源24分离，如图1a中所示。可替换地，第一透镜30可以与光源24集成在一起。

第一透镜30和第二透镜32用于扩展光束26的直径，以与显微镜物镜20的入瞳(entry pupil)的最大直径匹配。显微镜物镜20的入瞳直径可以随其放大倍率和设计的不同而不同。通常，显微镜10包括多个物镜20，这些物镜20根据被检验的样本28被周期性地转动。

在以下例子中，假设伺服电机14连接至显微镜10。

在操作中，如图4的流程中所示，光束26从激光光源24传向样本28，以便创建并获取将被用于对显微镜10进行聚焦的图像，例如参考点的图像(步骤100)。光束26被导向第一透镜30，第一透镜30使光束26发散，一部分发散光束26a被导向孔径光柬34，这使得光束26被二等分。由于孔径光柬34，二等分的光束或二等分的部分26b形成半圆锥形。

二等分的光束26b通过优选是全息光栅的衍射光栅35，衍射光栅35将二等分的光束26b分成多个半圆锥形光束26c、26d和26e，如在图1d中更清楚示出的。虽然在图1d中只示出三条分立的光束，但是应该理解，衍射光栅35能够将二等分的光束26b分成任意数目的光束。可替换地，如果只需要一条二等分的光束，则可以将衍射光栅35移除。如果样本28是均匀的材料-例如未形成图案的玻璃-则一条光束就足够用于对显微镜10进行聚焦。使用衍射光栅35来产生多条光束在以下所讨论的诸如TFT阵列之类的形成有图案的样本的情况下具有优势。

多条光束26c至26e之后被传输至第二透镜32，第二透镜32对多条二等分的光束26c至26e进行准直。在当前实施例中，二等分的光束26c至26e通过反射镜36被引导至第二透镜32。当二等分的光束26c至26e通过优选为单向透视玻璃的分光镜38时，一些光被反射向黑盘40，黑盘40吸收或衰减由分光镜38所反射的任何残留光，以便使该反射的光不会对探测器12的操作产生不利的影响。

可替换地，如图1c和1d所示，二等分的光束26c至26e可以直接从衍射光栅35被传输至第二透镜32。

被准直后，光束26c至26e通过显微镜10的光学端口16，在这里光束26c至26e被导向并通过物镜20。

在一个实施例中，光束26c至26e从光学端口16被导向光学端口分光镜18，光学端口分光镜18将光束26c至26e向物镜20会聚。然后，具有光轴43的物镜20将光束26c至26e导向样本28，如图1a和1f所示。由物镜20所引导的光束26c至26e具有半圆锥形，并且提供被导向样本28处、各自具有高度h的单独会聚光束40。通过使光束26c至26e被引导通过物镜20，可以从物镜20正下方的位置获取在对显微镜10进行聚焦时将要被使用的图像。

在示出的实施例中，样本28被放置在与物镜20的距离为h的位置，从而使圆锥形的会聚光束40的顶点碰到样本28的表面。可以看出，会聚光束40与物镜20共轴。

转到图1b，该图示出会聚光束被样本28反射以创建图像的示意图。在被样本28反射之后，单反射光束，或多条反射光束，46被向回引导向物镜20并且通过物镜20进入显微镜10，以在焦平面阵列42上产生图像(步骤102)。所产生的图像通常是在单会聚光束，或多条会聚光束，40碰到样本28时所产生的参考标记或点的图像，并不包括样本本身的任何细节。在另一实施例中，也可以在该图像中包括样本28的细节。不同图像的示例在图2和3示出。

反射光束46被分光镜18反射，通过光学端口16，然后经由第二透镜32回到探测器12。充当管状透镜的第二透镜32通过已知的方法来形成在单会聚光束，或多条会聚光束，40被样本28反射时被照亮的图像。然后表示该图像的光束被导向分光镜38，分光镜38将它们导向焦平面阵列42，在这里形成图像，从而能够由处理器23来查看该图像(步骤104)。如果使用了多条光束，例如图1e所示的，则处理器23会选择一个或多个可用的点，其中图1e是表面上具有多个点的样本的俯视图。可以使用数字图像处理(DIP)来确定哪些点可用和哪些点被破坏。以下参考图1e来描述该方法的示例。这种方式提供的优点在于，可以忽略被破坏的点，并且只有来自可用点的信息被处理器23捕获。

处理器23处理该图像以获取该图像的特征或校准测量值，例如该图像各个部分的尺寸或该图像特定区域处的光强。在对该图像进行处理之后，基于该特征或校准、测量值来计算(步骤104)一组聚焦测量值，例如该图像的半径或重心(COG)值。以下参考图3a和3b来对COG值的计算进行更详细的描述。然后使用该组聚焦测量值来确定方向测量值和距离测量值以使伺服电机14去移动显微镜10(步骤106)来对显微镜10进行聚焦。然后由处理器23将方向测量值和距离测量值发送到伺服电机14(步骤108)。在接收到测量值之后，伺服电机14通过移动显微镜10来对显微镜10进行聚焦。为了更清晰地聚焦显微镜，步骤100至108可以重复执行。

图1e提供诸如具有多个点的TFT阵列的样本的示意性俯视图，该图表示光束碰到该样本的表面。如所示的，作为单光束，或多条光束，通过衍射光栅35的结果，在该表面上形成多个点。一些点由于位于高反射材料-例如铬组份-与低反射材料-例如氧化铟电极-的快速过渡区域处而被破坏。

通过将光会聚在图1e中表示为50a、50b、50c、50d、50e和50f的多个位置50处，显示在焦平面阵列42上的具有多个校准测量值的图像可以用于确定对显微镜10进行聚焦的方向测量值和距离测量值。通过具有多组校准测量值，由于可以对校准测量值进行平均或使用多个校准测量值的平均值或中间值，因此可以获得用来确定距离测量值和方向测量值的更准确的测量值。

通过在处理器23中包括数字图像处理(DIP)装置，或者作为探测器12的分立组件而包括数字图像处理装置，可以丢弃图像中扭曲的点，而仅使用清晰的点来确定校准测量值。DIP包括用于确定哪些点被破坏和哪些点可用的装置或方法。

如果会聚光束40被引导至靠近多种反射金属组份(trace)60中的一种，或被引导至两种不同材料之间的过渡区域，则在焦平面阵列42上显示变形的或扭曲的点或图像部分，如图1e中点50b和50f所示。然而，如果如图1e所示会聚光束40被引导至远离高反射金属组份60的区域，或单被引导至仅一种材料的区域之中，如点50a、50c、50d和50e所示，则在焦平面阵列42上显示点或图像部分。以这种方式，尽管使用了多个点，也只需一次图像捕获来获取COG值。在确定可用的图像部分之后，针对各个图像部分计算COG值，并且使用校准测量值来确定对无限远校正显微镜进行聚焦的方向测量值和距离测量值。

转至图2a和2b，图2a和2b示出表示会聚光束40接触样本28的其它图。还示出了显微镜10的物镜20。在以下描述中，讨论单条会聚光束40，但是可以理解，如果有多条光束，则出现多条会聚光束，并且多条会聚光束以相同的方式操作。

在会聚光束40从显微镜物镜20出射之后，具有高度h的半圆锥形光被导向样本28。样本28可以位于相对于会聚光束40的高度的三个位置。

如样本28b所示的，第一位置位于离开物镜20为h的距离处，在此处会聚光束40聚焦于样本28上的单个点处。如样本28a所示，第二位置位于离开物镜20小于h的距离处，在此处会聚光束40以物镜20的光轴43右面的半圆图案接触样本28。如样本28c所示，第三位置位于离开物镜20大于h的距离处，在此处会聚光束40以物镜20的光轴43左面的半圆图案接触样本28。可以理解，会聚光束40从物镜20出射时会聚光束40的位置决定半圆图案或光晕在图像中的位置。会聚光束40总是从相同位置出射，从而使得用于对显微镜10进行聚焦所产生的图像的位置被标准化，因此可以容易地确定方向测量值。

如果使用多条光束，则在图像中可见到多个点或半圆部分。各个点都可以表示图像部分。

在图2b的相应图像组中针对三个分立的位置更清晰地示出会聚光束40在样本28上的接触点。如上所讨论的，会聚光束40被样本28反射，并作为反射光束46向回传播通过物镜20，到达焦平面阵列42，从而使被照射的样本28的图像可用于计算校准测量值，以对显微镜10进行聚焦。该图像还可以用于查看样本28，以确定是否有缺陷。

本领域技术人员可以理解，聚焦最好的图像在样本28位于位置一时实现，因此显微镜10被确定为焦点对准。对于其它两个位置，可以在图像中看到包括半圆形图像的更宽的范围，但具有较少可用细节。然而，如以下所描述的，在这两个其它位置中的每一个位置所获取的图像也可以用于辅助提供对显微镜10进行聚焦的校准测量值。

转到图3a，图3a提供一组独立的图像3a-1至3a-5，这些图示出用于对显微镜进行自动聚焦的样本的被照亮区域。可以理解，在该示例中，示出五个分立的图像。可以理解，仅需一个图像来确定距离测量值和方向测量值，从而使无限远校正显微镜可以被自动聚焦。为了确定距离测量值和方向测量值，该图像的特征，例如但并不限于：单位面积的能量、图像面积和图像宽度或高度，可以被用来确定校准测量值。

参考图2a，会聚光束40在物镜20的右手侧从物镜20出射，从而样本28在小于会聚光束40的高度的两个不同距离处(位置二)被照亮时，两个图像(3a-1和3a-2)被提供；样本28在等于会聚光束40的高度的距离处(位置一)被照亮时，中间图像(3a-3)被提供，并且样本28在大于会聚光束40的高度的两个不同距离处(位置三)被照亮时，两个图像(3a-4和3a-5)被提供。

为了确定对显微镜10进行聚焦的距离测量值和方向测量值，执行各种计算。在一个实施例中，由处理器23使用该图像来计算重心(COG)值。在图3a的各个图像中的箭头指向各个图像的COG值。

现在将参考图3b来描述计算COG值的一种方法，其中图3b示出焦平面42上的类似于图像3a-5的图像。图3b示出仅有一条光束被样本反射的图像。

参考被映射到图表的焦平面阵列42的中心来计算COG值。如该图表示意性地示出的，焦平面阵列42的查看区域有被标记为i和j的两个轴。然后参考点图像被映射，或显示在该图表上。

焦平面阵列42的中心被表示为(i_c，j_c)，并且表示在显微镜10的焦点对准从而使物镜20离开样本28为h的距离时所期望的COG值。

表示为i_cog、j_cog图像的COG的坐标被计算为：

$i_{\mathrm{cog}}=\frac{\underset{i=0}{\overset{i_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{j_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}(i-i_c)P_{\mathrm{ij}}}{\underset{i=0}{\overset{i_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j-0}{\overset{j_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ij}}}$

$j_{\mathrm{cog}}=\frac{\underset{i=0}{\overset{i_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{j_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}(j-j_c)P_{\mathrm{ij}}}{\underset{i=0}{\overset{i_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j-0}{\overset{j_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{ij}}}$

其中j＝1，...j_max，j是列数，j_max是总列数，并且i＝1，...i_max，i是行数，i_max是总行数。P_ij表示由列j和行i交叉处的像素所记录的图像强度。通过计算各个交叉点处的强度值，可以获得更准确的COG读数。

j_cog值被以像素为单位计算，并且正比于对显微镜10进行聚焦所需的距离测量值。由于会聚光束40被传输通过物镜20，因此该关系是线性的。i_cog值坐标不会随聚焦的距离变化而变化，而仅为误差检查被计算。

在确定j_cog值之后，该值被乘以转换因子，以将像素单位值改变为以微米为单位的距离值，从而可以确定距离测量值。可以理解，该转换因子由关于探测器的各种测量值和涉及显微镜10的垂直位置的各种其它测量值来确定。该转换因子的计算或确定对本领域技术人员来说是公知的。

在本发明的另一实施例中，校准测量值可以是光晕、重影或半圆形图像的半径。以这种方式，半径的长度被确定，然后被乘以转换因子，以确定对显微镜10进行聚焦的距离测量值，其中该转换因子可以与以上所讨论的转换因子相同或不同。

在当前示例中，当显微镜10的焦距被对准时，该图像是围绕几何中心的近似小圆点，例如图像3a-3，所计算的COG值等于(0，0)-表示已经到达焦点或样本28位于离开物镜20为h的距离处。

由于需要多个测量值，从而提供比使用单个半径测量值更准确的距离测量值，因此优选使用COG值。

在使用多条光束的情况下，针对每一图像部分计算COG值，并对COG值取平均，以获取更准确的综合COG值。

图3c提供示出COG值(以像素为单位)相对于离开几何重心的距离的采样图表。由于该图像是通过将光传输通过物镜20而产生的，因此COG值与对显微镜进行聚焦的距离测量值之间的关系是线性的。因此几何图像中心与COG值之间的距离可以被乘以转换因子，然后用于确定距离测量值和方向测量值。

方向测量值通常是由数字图像处理来确定的，其中数字图像处理确定半圆形图像位于哪一侧，然后确定该图像是否位于小于、等于或大于h的距离处。

在另一实施例中，对于方向测量值，如果以像素为单位的COG值高于预定的阈值电压，则确定样本与物镜的距离小于h值，因此物镜必须被移离样本28。可替换地，如果以像素为单位的COG值低于预定的阀值电压，则确定样本与物镜的距离大于h值，因此物镜和样本28必须被移得彼此接近。如果COG值等于预定的阈值电压，则确定样本被确定为焦点对准，并且不需要调节。

在一些例子中，显微镜10的物镜20与样本28的距离可以是不需要距离测量值的距离，不过为了将显微镜10移向合适的位置以获取后续图像来确定更新的方向和距离测量值，仍然需要方向测量值。

回到图3a，如果初始图像是最上方的图像3a-1，则计算COG值，然后相应地移动显微镜10。该计算的COG值允许显微镜10和样本28被定位为彼此距离更远，以便改善显微镜10的聚焦情况。如上所示的，图像3a-1是在样本与物镜20的距离小于h时被创建的，因此显微镜10必须被移离样本28，以便更清晰地聚焦显微镜10。自动聚焦是连续的过程，直到j_cog等于0。为了验证样本是否已焦点对准，获取第二图像，例如第二图像3a-2。然后，针对该图像计算COG值，并且彼此相对被定位的显微镜10和样本28改善了显微镜10的聚焦情况。然后，获取第三图像，例如图像3a-3，并且计算COG值。在这种情况下，如上所讨论的，COG值等于焦平面阵列42的几何中心，因此显微镜10焦点对准。所以，不需要再移动显微镜10，并且处理器23传输方向测量值的0值和距离测量值的0值，从而使伺服电机14不再移动显微镜10。然而，即使在显微镜10被认为焦点对准之后，也连续地获取图像并执行COG值的计算，以便保证显微镜10处于焦点对准的状态。因此，校准过程继续，并且只要显微镜10保持焦点对准状态，距离测量值和方向测量值就等于0。在另一实施例中，如果显微镜10处于焦点对准状态，则没有信号被传输给电机14。

在可替换的实施例中，计算出距离测量值和方向测量值之后，更新的距离测量值是所计算出的距离测量值的百分比，以便于保证显微镜10不会超过焦点。这意味着，如果显微镜10到样本28的距离小于h，则显微镜10不会被移动到与样本的距离大于h的位置。

转到图5a至5c，示出本发明的另一方面。当处理涉及诸如单元或模块的薄膜晶体管(TFT)检查和/或修复的特定应用时，装置12可以用于确定显微镜10被聚焦到哪个表面以及这是否是用户需要的表面。这些步骤被进一步反映在图5c中，并且优选在显微镜10被完全聚焦到样本28上之后执行。该实施例在诸如薄玻璃片之类的样本28的顶表面28t和底表面28b是透明的且可能获得错误的图像时有用。正如所示的，图5a和5b关注显微镜10的物镜20的下方区域。

具体来说，在TFT检查和/或修复的领域中，TFT的衬底或样本很薄。结果，由于在会聚光束40被聚焦于相对的表面上时，顶表面28t或底表面28b均有反射，因此在焦平面阵列42上的所产生的图像提供了来自样本28的两个表面28b和28t的图像，从而使该图像包括双重、或重影或光晕部分。这更清楚地示于图5a和图5b中。

图5a提供了样本28的顶表面28t与显微镜物镜20的距离为h时的视图，而图5b提供了样本28的底表面28b与显微镜物镜20的距离为h时的视图。

在与图5a对应的图像中可以看出，在焦平面阵列42上查看到的图像包括从底表面28b反射的重影图像，类似地，对于图5b，在焦平面阵列42上查看到的图像包括从样本28的顶表面28t反射的图像。

在图5a的图像中，会聚光束40在样本28的底表面28b上的反射产生在焦平面阵列42上所显示的围绕着点54的光晕或重影部分52，其中点54代表会聚光束40从样本28的顶表面28t被反射的图像。

类似地，在图5b的图像中，会聚光束40在样本28的顶表面28t上的反射产生围绕点58的光晕56，其中点58表示底表面28b被反射的图像。

转到图5c，一旦显微镜10已经被聚焦于样本28上，处理器23验证或确定显微镜10被聚焦于哪个表面，28t还是28b(步骤200)。双重图像的使用可以通过例如确定光晕部分相对于该点的位置来推断或验证显微镜10被聚焦于哪个表面上。从图像的图中可以看出，光晕52和56位于点54和58的相对侧。对处理器23来说只需要知道会聚光束40在哪一侧从物镜20出射。

可替换地，处理器23包括表面验证算法，该表面验证算法使用之前从图像中获取的校准测量值或者使用正好在执行验证算法之前从图像中获取的校准测量值来执行。然后，对所执行的验证算法的结果进行处理来确定显微镜10是否被聚焦于用户所需的表面的(步骤202)。

如果显微镜被聚焦于对的表面上，则显微镜10被认为聚焦于正确的表面上(步骤204)。可替换地，如果显微镜没有被聚焦于对的表面上，则处理器23向伺服电机1发送信号(步骤206)，以移动显微镜20使显微镜聚焦于正确的表面上。该信号包括诸如从底表面28b到顶表面28t向上、或从顶表面28t向底表面28b向下的方向测量值。该信号还包括表示玻璃厚度的距离测量值。玻璃的厚度可以被预先存储在处理器23中，或者从处理器23可访问的数据库中获取。以这种方式，一旦确定显微镜10被聚焦于错误的表面上，就可以快速地纠正该错误。然后相应移动显微镜10，并且确定显微镜10被聚焦于正确的表面上(步骤204)。

在进一步的实施例中，假设显微镜10接近于焦点对准，并且使用了多条光束，从而使多个点被反射在图像中，则各个点的强度可能不同。因此，可以对光源24的强度进行调节，以采用诸如焦平面阵列42动态范围的四分之三的标称值，从而使所有的点看起来相同，并且可以获得更准确的COG测量值。这也防止图像的饱和使信息消失。

本发明的另一优点在于，当被用于大介质的检查和修复时，显微镜10从一个样本28移向下一样本时，显微镜10可以保持焦点对准。由于本发明使用由探测器12提供的点来执行其聚焦过程，因此只要样本位于相同的距离处，则显微镜10就会保持焦点对准。当从一个样本28移向另一个样本时，不需要对显微镜10进行重新校准，因此光学显微镜的操作不会被延迟或被闲置。当前的AF装置需要对每个不同的样本28重新聚焦，这导致不必要的时间延迟，从而延长了操作和修复时间。

在以上描述中，为了解释的目的，已经记载了大量的细节，以便提供本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员来说，很明显为实施本发明并不需要这些特定的细节。在其它例子中，为了使本发明不会变得模糊，以方框图的形式示出已知的电学结构和电路。例如，关于这里所描述的发明实施例是否被实现为软件例程、硬件电路、固件或其结合，并不提供具体的细节。

本发明实施例可以表现为存储在机器可读介质(也称作计算机可读介质、处理器可读介质或在其中嵌有计算机可读程序代码的计算机可用介质)中的软件产品。该机器可读介质可以是任意合适的有形介质，包括磁介质、光学介质或包括磁盘、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、存储设备(易失性或非易失性)的电学存储介质，或类似的存储机构。该机器可读介质可以包含各种指令集、代码序列、配置信息或其它数据，所存储的内容在被执行时使处理器执行根据本发明实施例的方法的步骤。本领域普通技术人员应该理解，实现所描述的发明必需的其它指令和操作也可以被存储在该机器可读介质中。从该机器可读介质运行的软件可以与电路进行通信以执行所描述的任务。

上述本发明实施例仅为示例目的。本领域普通技术人员可以对具体实施例进行替换、修改和变更，而不超出仅由这里所附的权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (20)

1、一种将无限远校正显微镜自动聚焦于样本上的方法，包括：

创建所述样本的图像；

处理所述图像以获取校准测量值；

从所述校准测量值计算距离测量值；

从所述校准测量值计算方向测量值；和

向电机发送所述距离测量值和所述方向测量值以根据所述距离测量值和所述方向测量值来移动所述显微镜。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述创建步骤包括：

向所述样本发射光；

从所述样本接收反射光；

基于所述反射光形成所述样本的图像；和

获取形成于焦平面阵列上的所述图像用于处理。

3、根据权利要求2所述的方法，其中所述传输光的步骤包括：

从光源提供光束；

二等分所述光束以产生二等分的部分；和

准直所述二等分的部分；和

将所准直的二等分的部分会聚到所述样本处。

4、根据权利要求3所述的方法，其中所述二等分的部分包括半圆锥形光束。

5、根据权利要求7所述的方法，其中所述形成步骤通过管状透镜执行。

6、根据权利要求1所述的方法，其中所述计算距离测量值的步骤包括：

将所述图像映射到表示焦平面阵列的图表上；

计算所述图像的重心值；和

将所述重心值部分设置为距离测量值。

7、根据权利要求1所述的方法，其中所述计算方向测量值的步骤包括：

将电压测量值与预定阈值进行比较；和

基于所述比较步骤确定所述方向测量值。

8、根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

验证所述显微镜是否被聚焦于所述样本的正确表面上；和

如果所述显微镜被聚焦于错误表面上，则移动所述显微镜到所述样本的另一表面上。

9、根据权利要求8所述的方法，所述验证步骤包括：

基于所述校准测量值执行验证算法；和

对所述验证算法的结果进行处理，以确定所述显微镜是否被聚焦于所述正确表面上。

10、一种用于将无限远校正显微镜自动聚焦于样本上的装置，包括：

探测器，包括：

光源，用于提供多条光束；

多个光学元件，用于产生会聚光，并将所述会聚光引导到所述样本处，并且用于基于所引导的会聚光导致从样本上反射的光而创建图像；

焦平面阵列，用于显示所述图像；和

处理器，用于基于所述图像来计算所述无限远校正显微镜的自动聚焦测量值。

11、根据权利要求10所述的装置，其中所述多个光学元件包括：

第一透镜，用于将所述光二等分为第一部分和第二部分；

第二透镜；

反射镜，用于将二等分的光的第一部分导向所述第二透镜；和

会聚装置，用于将所述二等分的光会聚为半圆锥形。

12、根据权利要求11所述的装置，进一步包括用于接收第二部分光的孔径光阑。

13、根据权利要求10所述的装置，进一步包括：

电机，用于根据所述自动聚焦测量值来移动所述显微镜以聚焦所述显微镜。

14、根据权利要求13所述的装置，其中所述电机移动所述显微镜的物镜。

15、根据权利要求13所述的装置，其中所述电机移动放置所述样本的载物台。

16、根据权利要求10所述的装置，其中所述光被引导通过所述显微镜的物镜。

17、根据权利要求10所述的装置，进一步包括用于将所述装置安装到所述显微镜的工具。

18、根据权利要求17所述的装置，用于将所述装置安装到所述显微镜。

19、根据权利要求10所述的装置，进一步包括用于将所述装置安装到所述显微镜上的工具。

20、根据权利要求10所述的装置，进一步包括用于将所述装置安装到所述显微镜上的工具。

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