CN112422815B - 一种基于压电陶瓷的相机控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于压电陶瓷的相机控制***，包括相机驱动控制器、压电陶瓷驱动器、相机拍摄控制器和相机，所述相机驱动控制器用于产生物距调节信号，所述物距调节信号被分为同步的第一路信号和第二路信号，所述第一路信号传递给所述压电陶瓷驱动器，所述第二路信号传递给所述相机拍摄控制器；所述压电陶瓷驱动器用于根据所述第一路信号驱动压电陶瓷产生形变，以调节所述相机的物距；所述相机拍摄控制器用于根据所述第二路信号生成相机拍摄信号，将所述相机拍摄信号传递给所述相机；所述相机用于根据所述相机拍摄信号拍摄。此外，基于该***还提供了一种基于压电陶瓷的相机控制方法，该***和方法能够提高相机拍摄的清晰度。

Description

一种基于压电陶瓷的相机控制***及方法

技术领域

本申请涉及工业控制技术领域，具体涉及一种基于压电陶瓷的相机控制***及方法。

背景技术

传统技术中需要利用高速工业相机对晶圆进行缺陷检测。可通过高速工业相机对所检晶圆形貌进行拍照，然后对获取到的晶圆形貌特征进行分析以确定是否存在缺陷。

传统技术中的高速工业相机的控制包括两部分，第一部分是通过控制压电陶瓷的形变来驱动高速工业相机移动，以调整高速工业相机与待检晶圆之间的距离(物距)，使工业相机进行自动聚焦，另一部分是通过PLC信号控制高速工业相机按照特定地时序拍照。然而该两部分控制在传统技术中是分开的，只能通过时钟进行同步，但PLC信号可能会发生阻塞，进而产生不可控的延迟，这就造成相机在随压电陶瓷形变而移动的过程中可能会出现漏拍，因此传统技术中的高速工业相机的控制方法存在拍摄和调焦不同步，进而使得相机采集的拍摄画面不清晰的问题。

发明内容

为解决上述传统技术中的高速工业相机的控制方法存在拍摄和调焦不同步，进而使得相机采集的拍摄画面不清晰的问题，本申请特提供了一种能提高清晰度的基于压电陶瓷的相机控制***。

一种基于压电陶瓷的相机控制***，包括相机驱动控制器、压电陶瓷驱动器、相机拍摄控制器和相机；

所述相机驱动控制器用于产生物距调节信号，所述物距调节信号被分为同步的第一路信号和第二路信号，所述第一路信号传递给所述压电陶瓷驱动器，所述第二路信号传递给所述相机拍摄控制器；

所述压电陶瓷驱动器用于根据所述第一路信号驱动压电陶瓷产生形变，以调节所述相机的物距；

所述相机拍摄控制器用于根据所述第二路信号生成相机拍摄信号，将所述相机拍摄信号传递给所述相机；

所述相机用于根据所述相机拍摄信号拍摄。

在其中一个实施例中，所述相机拍摄控制器用于在检测到所述第二路信号的上升沿时，生成所述相机拍摄信号。

在其中一个实施例中，所述相机拍摄控制器包括编码器和调制器，所述编码器用于产生原始控制信号，所述调制器用于将所述原始控制信号与所述第二路信号调制成所述相机拍摄信号。

在其中一个实施例中，所述调制器用于将所述原始控制信号与所述第二路信号进行与操作产生相机拍摄信号。

在其中一个实施例中，所述相机拍摄控制器还包括放大器，所述放大器用于将所述第二路信号放大至与所述原始控制信号匹配。

在其中一个实施例中，所述相机拍摄控制器还包括延迟电路，所述延迟电路用于将所述相机拍摄信号延迟预设时长。

在其中一个实施例中，所述相机用于在检测到所述相机拍摄信号的上升沿/下降沿时拍摄。

在其中一个实施例中，所述相机还用于根据所述相机拍摄信号的信号强度和/或占空比设置拍摄参数，所述拍摄参数包括快门速度、曝光时长中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述***还包括X轴位置监测模块，用于在检测到所述相机移动至预设位置时，向所述相机拍摄控制器发送反馈信号，以使所述相机拍摄控制器根据反馈信号产生所述相机拍摄信号。

在其中一个实施例中，所述相机拍摄信号为方波信号、三角波信号或正弦信号，以及所述相机拍摄信号为电压信号或电流信号。

此外，为解决上述传统技术中的高速工业相机的控制方法存在拍摄和调焦不同步，进而使得相机采集的拍摄画面不清晰的问题，本申请特提供了一种基于前述***，能提高清晰度的基于压电陶瓷的相机控制方法。

一种基于压电陶瓷的相机控制方法，基于前述***，包括：

相机驱动控制器产生物距调节信号，所述物距调节信号被分为同步的第一路信号和第二路信号后，将所述第一路信号传递给压电陶瓷驱动器，将所述第二路信号传递给相机拍摄控制器；

所述压电陶瓷驱动器根据所述第一路信号驱动压电陶瓷产生形变，以调节所述相机的物距；

所述相机拍摄控制器根据所述第二路信号产生相机拍摄信号，将所述相机拍摄信号传递给所述相机；

所述相机根据所述相机拍摄信号拍摄。

采用了上述基于压电陶瓷的相机控制***及方法之后，用于调节相机物距进而实现调焦的相机驱动控制器和用于控制相机拍摄的相机拍摄控制器实现了同步控制，相机驱动控制器产生的物距调节信号的上升沿在同一时刻既控制了压电陶瓷产生形变以调节相机物距，又在该时刻触发相机拍摄控制器向相机传递相机拍摄信号，以控制相机开始进行拍摄，这就使得，相机的拍摄过程总是在相机物距调节后，也就是相机调焦完成后，从而使得相机拍摄的照片更加清晰。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为传统技术中的相机控制***示意图；

图2为一个实施例中的基于压电陶瓷的相机控制***的示意图；

图3为一个实施例中的物距调节信号、第一路信号、第二路信号和相机拍摄信号的时序关系图；

图4为一个实施例中的物距调节信号、第一路信号、第二路信号和相机拍摄信号的时序关系图；

图5为一个实施例中根据第二路信号和原始控制信号合成相机拍摄信号的时序关系图；

图6为多形态的相机拍摄信号的波形图；

图7为另一个实施例中的基于压电陶瓷的相机控制***的示意图；

图8为一个实施例中一种基于压电陶瓷的相机控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，均属于本申请保护的范围。

需要说明，若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后，X轴、Y轴……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

传统技术中的工业相机控制***可参考图1所示，其中，相机设置在压电陶瓷驱动器上，压电陶瓷驱动器和相机整体又设置在X轴移动导轨上，使得相机可沿着X轴导轨移动从而扫描拍摄晶圆，同时压电陶瓷驱动器能够产生沿Y轴方向的形变(微米级)，使得能够对相机与晶圆片之间的物距进行调节，根据成像公式：

可知，在相机的焦距f和相距v固定的情况下，通过调节物距u也可以调节拍摄照片的清晰度，等同于调焦。

然而，在传统技术中，压电陶瓷驱动器和相机是单独控制的，如图1中，压电陶瓷驱动器由相机驱动控制器传递的物距调节信号控制，而相机由相机拍摄控制器传递的PLC信号形式的相机拍摄信号控制，这就使得物距调节信号和相机拍摄信号很可能出现不同步的情况，当相机真正拍摄时，压电陶瓷的形变并不能使得相机到晶圆之间的物距处于最清晰状态，从而使得拍摄的照片不够清晰。

为解决上述传统技术中的高速工业相机的控制方法存在拍摄和调焦不同步，进而使得相机采集的拍摄画面不清晰的问题，在本实施例中，特提出了一种基于压电陶瓷的相机控制***，如图2所示，包括相机驱动控制器10、压电陶瓷驱动器20、相机拍摄控制器30和相机40，其中：

相机驱动控制器10用于产生物距调节信号S0，物距调节信号S0被分为同步的第一路信号S1和第二路信号S2，第一路信号S1传递给压电陶瓷驱动器20，第二路信号S2传递给相机拍摄控制器30。

压电陶瓷驱动器20用于根据第一路信号S1驱动压电陶瓷产生形变，以调节相机的物距。

物距调节信号S0即为相机驱动控制器10控制压电陶瓷驱动器20调节物距的信号，调节的方式即为通过压电陶瓷驱动器20向其内的压电陶瓷施加物距调节信号S0(或经过一定比例的放大或缩小)产生逆压电效应使得压电陶瓷产生沿Y轴方向的形变，从而调节相机与被拍摄物之间的物距，从而实现调焦。物距调节信号S0可以是一个高电平的电压信号，该高电平的电压值即对应着压电陶瓷形变的大小，进而对应着物距调节的大小；同时，物距调节信号S0的上升沿即为触发压电陶瓷发生形变的开关信号，当压电陶瓷驱动器20接收到物距调节信号S0的上升沿时，压电陶瓷开始发生形变以调节物距。在其他实施例中，物距调节信号S0也可以是电流信号，其原理等同于电压信号，在此不再赘述。

如图2可看出，第一路信号S1和第二路信号S2为物距调节信号S0在线路上一分为二的两个同步的分支信号，因此第一路信号S1和第二路信号S2的时序与物距调节信号S0是相同的。压电陶瓷驱动器20接收到第一路信号S1即等同于接收到物距调节信号S0，压电陶瓷驱动器20根据第一路信号S1对相机的物距进行的调节与根据物距调节信号S0对相机的物距进行的调节是一致的。

相机拍摄控制器30用于根据第二路信号S2生成相机拍摄信号S3，将相机拍摄信号S3传递给相机40。

相机40则用于根据相机拍摄信号S3拍摄。

相机拍摄控制器30接收到的第二路信号S2的时序也是与物距调节信号S0是一致的，也就是说，在物距调节信号S0的上升沿的发生时刻，压电陶瓷驱动器20同时接收到第一路信号S1的上升沿，相机拍摄控制器30同时接收到的第二路信号S2的上升沿。而在压电陶瓷驱动器20接收到第一路信号S1的上升沿时，压电陶瓷即开始发生形变，从而对物距进行了调节，那么相机拍摄控制器30在接收到第二路信号S2的上升沿时，向相机传递相机拍摄信号S3，控制相机拍摄，即可实现拍摄和调节物距的同步。

而为实现这一目标，相机拍摄控制器30有两种方式根据第二路信号S2生成相机拍摄信号S3。

实施例一：

在本实施例中，相机拍摄控制器30用于在检测到第二路信号S2的上升沿时，生成相机拍摄信号S3。

也就是说，可将第二路信号S2作为相机拍摄控制器30向相机传递相机拍摄信号S3的开关信号或触发信号。参考图3所示信号时序，在t1时刻，相机驱动控制器10开始控制调焦，则物距调节信号S0产生上升沿，相应的，在t1时刻，第一路信号S1和第二路信号S2也产生上升沿，相机拍摄控制器30检测到第二路信号S2的上升沿，判定向相机传递相机拍摄信号S3的开关信号为触发状态，则开始生成相机拍摄信号S3并向相机传递。

进一步的，由于压电陶瓷驱动器20接收到第一路信号S1，到压电陶瓷完全形变至对应预设物距位置的状态，需要一定的时间，为防止相机在压电陶瓷形变过程中，未完全形变完成时拍摄而产生不清晰，相机拍摄控制器30中可设置延迟电路，延迟电路可用于将相机拍摄信号S3延迟预设时长。

如图4所示，相机拍摄控制器30在t1时刻检测到第二路信号S2的上升沿后，可延迟预设时长(例如50ms)，在t2时刻再生成相机拍摄信号S3并向相机传递。压电陶瓷在预设时长内完全形变，使得相机达到理想物距，在t2时刻时，相机已完成调焦，此时通过相机拍摄信号S3控制相机拍摄，则能够得到清晰的拍摄画面。

实施例二：

在本实施例中，相机拍摄控制器30包括编码器和调制器(或者叫合成器)，编码器用于产生原始控制信号S4，调制器用于将原始控制信号S4与第二路信号S2调制成相机拍摄信号S3。

也就是说，在本实施例中，相机拍摄控制器30持续地向相机传递相机拍摄信号S3，其编码器持续产生原始控制信号S4，调制器则将原始控制信号S4调制到第二路信号S2上生成持续的相机拍摄信号S3，而由于第二路信号S2只有在上升沿之后才持续是高电平，因此，调制后的相机拍摄信号S3也是在第二路信号S2的上升沿出现后才会出现上升沿，从而使得相机可在物距调节后再开始拍摄。

进一步的，调制器可用于将原始控制信号S4与第二路信号S2进行与操作产生相机拍摄信号S3，即：

S3＝S2 AND S4

具体的，参考图5所示，在图5中，原始控制信号S4为方波信号，在t1时刻之前，相机拍摄控制器30的编码器已开始持续地产生原始控制信号S4，但由于同样在t1时刻之前，第二路信号S2为低电平，因此在t1时刻之前经过与(AND操作)操作后形成传递给相机的相机拍摄信号S3均为低电平，没有信号传递，相机不会进行拍摄；而在t1时刻之后，第二路信号S2转变为高电平，则t1时刻之后原始控制信号S4与第二路信号S2进行与操作之后，相机拍摄信号S3就是原始控制信号S4本身。这样就使得第二路信号S2起到了开关原始控制信号S4的作用，可在第二路信号S2的上升沿从低电平变为高电平的那一刻，使得相机拍摄信号S3变为原始控制信号S4，从而可控制相机进行拍摄。

进一步的，为了使得第二路信号S2与原始控制信号S4调制后的波形匹配，相机拍摄控制器30中可设置放大器，放大器用于将第二路信号S2放大至与原始控制信号S4匹配。如图5所示，若第二路信号S2的电压值和原始控制信号S4的电压值差距过大，则调制器无法判定第二路信号S2在t1时刻之后是低电平还是高电平，这样调制后的相机拍摄信号S3就会出现问题，若先将第二路信号S2的电压值放大至与原始控制信号S4相同，则可避免该问题，从而使得控制更加准确。

进一步的，在本实施例中，相机拍摄控制器30中也可设置延迟电路，该延迟电路既可设置于第二路信号进入调制器之前，也可设置于调制器产生相机拍摄信号S3之后，基于前述同样的理由，可等待压电陶瓷在预设的延时时长内完全形变，相机达到理想物距后再开始拍摄，从而提高清晰度。

以上两实施例描述了相机拍摄控制器30通过两种方式根据第二路信号S2生成相机拍摄信号S3的实例，但不限于上述任一实施例，相机可用于在检测到相机拍摄信号的上升沿/下降沿时拍摄。

如图6所示，相机拍摄信号S3可以是方波、正弦波或三角波。方波、正弦波或三角波均有周期性的上升沿或下降沿，相机可将相机拍摄信号S3的上升沿或下降沿作为触发拍照的开关指令。如图2所示，由于相机同时也在沿X轴导轨移动，因此周期性地根据上升沿或下降沿拍摄即可扫描式地拍摄到被拍摄物的沿X轴轨道的一系列照片，经过图像合成，即可得到被拍摄物沿X轴方向完整的图像信息。

进一步的，相机拍摄控制器30还可将拍摄参数编码到相机拍摄信号S3中，对于不同的快门速度、曝光时长等拍摄参数，相机拍摄控制器30可将其编码到相机拍摄信号S3的信号强度(电压值/电流值)或占空比等信号参数上。例如，若相机拍摄控制器30希望较大的快门速度，则可设置较大信号强度，并且二者可进行量化地值对应；若相机拍摄控制器30希望较短的曝光时长，则可设置较小的占空比。相机在接收到相机拍摄信号S3后，通过获取相机拍摄信号的信号强度和/或占空比等信号参数，分析后获取相应的拍摄参数的量化值，即可完成对自身拍摄参数的设置，从而以相机拍摄控制器30编码的拍摄参数进行拍摄。

同样，不限于上述任一实施例，如图7所示，本基于压电陶瓷的相机控制***还可设置X轴位置监测模块50，用于在检测到相机40移动至预设位置时，向相机拍摄控制器30发送反馈信号S5，相机拍摄控制器30根据反馈信号产生相机拍摄信号S3，以启动/停止相机40拍摄。

也就是说，参考图7，相机在拍摄过程中，会在X轴导轨上移动，当移动到X轴预设位置时，被X轴位置监测模块50监测到，此时，X轴位置监测模块50向相机拍摄控制器30发送一个开关的反馈信号S5，相机拍摄控制器30在接收到反馈信号S5，可将其作为一个开关指令触发启动/停止向相机传递相机拍摄信号S3的信号。

在上述实施例二中，X轴位置监测模块50也可持续地向相机拍摄控制器30反馈反馈信号S5，并将反馈信号S5输入调制器，当监测到相机在X轴导轨上移动到预设位置P1时，则在反馈信号S5上产生一个上升沿，使得反馈信号S5变为高电平；在移动到预设位置P2时，则在反馈信号S5上产生一个下降沿，使得反馈信号S5变为低电平。那么在P1到P2位置区间内，相机才可拍摄。

需要说明的是，X轴位置检测模块50可以是基于光学传感器、电学传感器或其他类型的传感器进行检测，并不限于特定类型。

为解决上述传统技术中的高速工业相机的控制方法存在拍摄和调焦不同步，进而使得相机采集的拍摄画面不清晰的问题，在本实施例中，特提出了一种基于压电陶瓷的相机控制方法，基于前述的基于压电陶瓷的相机控制***，如图8所示，所述方法包括：

步骤S101：相机驱动控制器产生物距调节信号，所述物距调节信号被分为同步的第一路信号和第二路信号，将所述第一路信号传递给压电陶瓷驱动器，将所述第二路信号传递给相机拍摄控制器；

步骤S103：压电陶瓷驱动器根据所述第一路信号驱动压电陶瓷产生形变，以调节所述相机的物距。

步骤S105：相机拍摄控制器根据所述第二路信号产生相机拍摄信号，将所述相机拍摄信号传递给所述相机；

步骤S107：相机根据所述相机拍摄信号拍摄。

采用了上述基于压电陶瓷的相机控制***及方法之后，用于调节相机物距进而实现调焦的相机驱动控制器和用于控制相机拍摄的相机拍摄控制器实现了同步控制，相机驱动控制器产生的物距调节信号的上升沿在同一时刻既控制了压电陶瓷产生形变以调节相机物距，又在该时刻触发相机拍摄控制器向相机传递相机拍摄信号，以控制相机开始进行拍摄，这就使得，相机的拍摄过程总是在相机物距调节后，也就是相机调焦完成后，从而使得相机拍摄的照片更加清晰。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于压电陶瓷的相机控制***，包括相机驱动控制器、压电陶瓷驱动器、相机拍摄控制器和相机，其特征在于，所述相机驱动控制器用于产生物距调节信号，所述物距调节信号被分为同步的第一路信号和第二路信号，所述第一路信号传递给所述压电陶瓷驱动器，所述第二路信号传递给所述相机拍摄控制器；

所述压电陶瓷驱动器用于根据所述第一路信号驱动压电陶瓷产生形变，以调节所述相机的物距；其中，所述第一路信号的上升沿为触发所述压电陶瓷发生形变的开关信号；

所述相机拍摄控制器用于根据所述第二路信号生成相机拍摄信号，所述第二路信号为高电平时，所述拍摄信号才会出现上升沿及下降沿，将所述相机拍摄信号传递给所述相机；所述相机拍摄控制器还包括延迟电路，所述延迟电路用于将所述相机拍摄信号延迟预设时长；

所述相机用于在检测到所述相机拍摄信号的上升沿/下降沿时拍摄。

2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的相机控制***，其特征在于，所述相机拍摄控制器用于在检测到所述第二路信号的上升沿时，生成所述相机拍摄信号。

3.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的相机控制***，其特征在于，所述相机拍摄控制器包括编码器和调制器，所述编码器用于产生原始控制信号，所述调制器用于将所述原始控制信号与所述第二路信号调制成所述相机拍摄信号。

4.根据权利要求3所述的基于压电陶瓷的相机控制***，其特征在于，所述调制器用于将所述原始控制信号与所述第二路信号进行与操作产生相机拍摄信号。

5.根据权利要求3所述的基于压电陶瓷的相机控制***，其特征在于，所述相机拍摄控制器还包括放大器，所述放大器用于将所述第二路信号放大至与所述原始控制信号匹配。

6.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的相机控制***，其特征在于，所述相机还用于根据所述相机拍摄信号的信号强度和/或占空比设置拍摄参数，所述拍摄参数包括快门速度、曝光时长中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的相机控制***，其特征在于，所述***还包括X轴位置监测模块，用于在检测到所述相机移动至预设位置时，向所述相机拍摄控制器发送反馈信号，以使所述相机拍摄控制器根据所述反馈信号产生所述相机拍摄信号。

8.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的相机控制***，其特征在于，所述相机拍摄信号为方波信号、三角波信号或正弦信号，以及所述相机拍摄信号为电压信号或电流信号。

9.一种基于压电陶瓷的相机控制方法，基于前述权利要求1至8任一项所述的基于压电陶瓷的相机控制***，所述方法包括：

相机驱动控制器产生物距调节信号，所述物距调节信号被分为同步的第一路信号和第二路信号后，将所述第一路信号传递给压电陶瓷驱动器，将所述第二路信号传递给相机拍摄控制器；

所述压电陶瓷驱动器根据所述第一路信号驱动压电陶瓷产生形变，以调节所述相机的物距；其中，所述第一路信号的上升沿为触发所述压电陶瓷发生形变的开关信号；

所述相机拍摄控制器根据所述第二路信号产生相机拍摄信号，所述第二路信号为高电平时，所述拍摄信号才会出现上升沿及下降沿，将所述相机拍摄信号传递给所述相机；所述相机拍摄控制器还包括延迟电路，所述延迟电路将所述相机拍摄信号延迟预设时长；

所述相机在检测到所述相机拍摄信号的上升沿/下降沿时拍摄。

Images