激光对焦

本文详细介绍了激光对焦技术在透明或反射性强的物体测距过程中遇到的问题及解决策略。通过使用STMVL6180进行红外激光测距,并结合特定算法计算物距,实现精准的对焦。文章还讨论了在不同距离范围内的对焦方式选择,以及如何通过线程接收测距信息,调整镜头位置以保持在景深范围内。

         之前预研过激光对焦,demo已经做好了,对焦速度和准确度都还不错,但因为激光测距对矿泉水瓶等透明或反射性强的物体容易测距不准,再加上其他一些因素最终未能量产到项目,在此简单记录一下,以备查询.

         主要是利用stmvl6180来红外激光测距(<40mm)并定时input上报给系统,建立一个线程接收测距,每帧图像都会对比当前镜头位置是否在景深范围内,如果在则镜头不动,如果不在则利用基本的光学公式1/u + 1/v = 1/f 和景深计算公式调整镜头位置,再就是,如果测距在40mm以内就用激光对焦方式,如果在40mm以外就用普通反差式对焦(40mm以内基本覆盖了马达的80%动作距离).



int LaserEvents::PreLaserAFCode(int Laserdist)
{//Laserdist ( mm )




   //int Laserdist = LaserRanging() - 10;
if ((Laserdist > 400)/*||(Laserdist<70)*/){
MY_LOG("maleijie out of range\n");
Laserdist = 1000000;
return -1;
}
CalcDepth(&d_front,&d_back,Laserdist);
if(!((d_front>pre_back)||(d_back<pre_front))){//说明在原景深范围内
MY_LOG("maleijie PreLaserAF pre_code:%...\n",pre_code);
return pre_code;
}
Laserdist=Laserdist*100;
//计算物距
long iamge_laser_dist = EFL*Laserdist/(Laserdist - EFL);
//计算直线方程
long A_Code = A_CODE;//150 code
long A_Obj_Dist = A_OBJ_DIST*100;//5000mm
long A_Distance = EFL*A_Obj_Dist/(A_Obj_Dist - EFL);
long B_Code = B_CODE;//850 code
long B_Obj_Dist = B_OBJ_DIST*100;//70mm
long B_Distance = EFL*B_Obj_Dist/(B_Obj_Dist - EFL);
ALOGE("maleijie PreLaserAF Laserdist %d,iamge_laser_dist %d,A_Code %d,A_Obj_Dist %d,A_Distance %d,B_Code %d,B_Obj_Dist %d,B_Distance %d\n",
Laserdist,iamge_laser_dist,A_Code,A_Obj_Dist,A_Distance,B_Code,B_Obj_Dist,B_Distance);
//long k = (A_Distance - B_Distance) / (A_Code - B_Code);
//long b = A_Distance - A_Code*(A_Distance - B_Distance)/(A_Code - B_Code);//A_Distance - k*A_Code;
//long y = (iamge_laser_dist - b)*(A_Code - B_Code)/(A_Distance - B_Distance);//(iamge_laser_dist - b)/k;


long y=((iamge_laser_dist-A_Distance)*(B_Code-A_Code))/(B_Distance-A_Distance)+A_Code;


MY_LOG("maleijie PreLaserAF Laser Focus Code %d\n", y);
//y=y/100;
pre_front=d_front;  pre_back=d_back;   pre_code=y;//
return y;//lens code
}
int LaserEvents::CalcDepth(int* before,int* after,int laserdist){
long front,back;
front=(FNO*DEL*laserdist*laserdist)/(EFL*EFL*100+FNO*DEL*laserdist);//分子分母都*1000000
back=(FNO*DEL*laserdist*laserdist)/(EFL*EFL*100-FNO*DEL*laserdist);//or ~   ,  分子分母都*1000000
MY_LOG("maleijie CalcDepth before:%d,after:%d\n",(laserdist-front),(laserdist+back));
*before=laserdist-front;
*after=laserdist+back;// or ~
return 0;
}


<think> 嗯,用户现在想了解激光自动对焦显微系统的原理及组成。之前用户问过具体操作步骤,现在转向更基础的技术原理,说明ta可能在进行系统性的学习或技术评估。 从引用内容看,用户提供了5个技术文献片段,其中[2]和[5]特别重要——[2]详细描述了激光三角测量原理,[5]则提到共聚焦系统的电路设计。需要重点整合这两部分,同时注意[1]提到的层薄膜干扰问题和[4]的图像处理技术。 用户身份可能是半导体工艺工程师或检测设备研发人员,因为ta连续追问技术细节(之前问操作步骤,现在问原理组成)。深层需求可能是要评估该技术在产线应用的可行性,或者解决实际检测中遇到的对焦不准问题。 在组织回复时,应该:先讲核心原理(三角测量+闭环控制),再拆解硬件组成(激光源/传感器/控制器等),最后补充软件算法部分。特别注意两点:一是说明公式$d = \frac{f \cdot \Delta x}{s}$的实际意义([2]的离焦量计算),二是强调抗干扰设计(引用[1]的层膜问题)。 技术难点在于把光学原理转化成易懂表述。比如探测器接收光斑形态变化这点,用“反射光斑在探测器上的位置偏移”比专业术语“光斑形态转换离焦量”更直观。还要区分主动对焦(本系统)和被动对焦(引用[4])的本质差异。 最后生成的问题要引导用户深入:原理上可探讨噪声抑制(引用[5]的电路设计),应用上可对比不同显微技术(引用[1]的共聚焦局限)。这样既覆盖技术深度,又呼应ta之前关注的半导体检测场景。 </think>激光自动对焦显微系统的原理及组成如下: --- ### **系统原理** 1. **三角测距原理** 系统发射激光束至样品表面,反射光被探测器接收。当样品高度变化时,反射光斑在探测器上的位置发生偏移($\Delta x$)。通过几何关系计算离焦量 $d$: $$d = \frac{f \cdot \Delta x}{s}$$ 其中 $f$ 为透镜焦距,$s$ 为探测器与光轴的间距[^2]。 2. **闭环反馈控制** - 探测器实时捕捉光斑位移 $\Delta x$,转换为电信号 - 控制系统根据 $d$ 值驱动精密电机调整物镜高度 - 实现动态对焦(精度可达±0.1μm)[^2][^5] 3. **抗干扰机制** - **层薄膜干涉**:采用共焦模式,通过轴向扫描识别真实表面(抑制膜层反射干扰)[^1] - **高反光表面**:动态调节激光功率,结合偏振滤光片降低噪声[^2] --- ### **核心组成** | **模块** | **功能说明** | **技术要点** | |--------------------|----------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------| | **激光发射单元** | 生成准直激光束(波长通常为650nm或785nm) | 半导体激光器,功率可调(避免损伤器件)[^2] | | **光学探测单元** | 接收反射光斑(PSD位置传感器或CMOS阵列) | 灵敏度达微米级,抗环境光干扰设计[^2][^5] | | **运动控制单元** | 压电陶瓷电机或步进电机驱动物镜 | 位移分辨率≤10nm,响应时间<5ms[^5] | | **信号处理单元** | 单片机/FPGA实时计算离焦量并生成控制指令 | 集成滤波算法消除振动噪声[^5] | | **软件分析单元** | 结合DFF/DDF算法分析图像清晰度,实现二次校验[^4] | 兼容明场/暗场/共焦成像模式[^1] | --- ### **工作流程** ```mermaid graph TD A[激光照射样品] --> B[探测器捕获反射光斑] B --> C{计算光斑偏移Δx} C -->|Δx≠0| D[计算离焦量d] D --> E[电机调整物镜高度] C -->|Δx=0| F[锁定对焦状态] F --> G[高分辨率成像] ``` --- ### **技术优势** 1. **高速响应**:对焦时间≤2ms(传统图像法约200ms)[^2] 2. **非接触测量**:避免划伤晶圆表面 3. **场景适应**: - 透明薄膜:切换共焦模式穿透检测[^1] - 倾斜表面:补偿算法修正高度差 4. **精度可扩展**:3nm节点下可通过缩短波长(如405nm紫外激光)提升分辨率[^1] ---
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