一种Micro LED屏幕的显微成像方法及装置

摘要

一种Micro LED屏幕的显微成像方法及装置，涉及Micro LED检测领域，方法包括：将检测屏划分为多个单区间，显微成像装置依次位于每个单区间上方；根据抽样屏的面型数据获取当前检测屏的Z轴定位集合，所述面型数据为屏幕整体高度分布；显微成像装置根据所述Z轴定位集合，对每个单区间进行自动对焦并成像，直至获取整个检测屏的图像；能够实现自动对焦，保证在Mciro LED AOI检测和Demura应用中获取高质量的成像，减少Tact Time时间及成本。

权利要求

1.一种Micro LED屏幕的显微成像方法，其特征在于，包括：将检测屏划分为多个单区间，显微成像装置依次位于每个单区间上方；

根据抽样屏的面型数据获取当前检测屏的Z轴定位集合，所述面型数据为屏幕整体高度分布；

显微成像装置根据所述Z轴定位集合，对每个单区间进行自动对焦并成像，直至获取整个检测屏的图像；

所述根据抽样屏的面型数据获取当前检测屏的Z轴定位集合包括：采集多个抽样屏的面型数据，若平面度一致性等于或低于设定值时，则根据所述多个抽样屏的面型数据得到经验面型曲线，根据所述经验面型曲线选取多个基准点；

获取所述当前检测屏的所述多个基准点的Z轴高度值；

根据所述基准点的Z轴高度值对所述经验面型曲线进行修正，获得当前检测屏的Z轴定位集合。

2.如权利要求1所述的Micro LED屏幕的显微成像方法，其特征在于，根据抽样屏的面型数据获取当前检测屏的Z轴定位集合还包括：采集多个抽样屏的面型数据，若平面度一致性高于设定值，则根据任意一个抽样屏的面型数据计算Z轴定位集合。

3.如权利要求1所述的Micro LED屏幕的显微成像方法，其特征在于，根据所述基准点的Z轴高度值对所述经验面型曲线进行修正，获得当前检测屏的Z轴定位集合，包括步骤：S101、根据经验面型曲线获取对应的所述多个基准点的Z轴高度值，作为第一Z轴高度值集合；获取所述当前检测屏的所述多个基准点的Z轴高度值，作为第二Z轴高度值集合；

S102、计算所述第一Z轴高度值集合与所述第二Z轴高度值集合对应点的差值，并获取所有差值的平均值；用所述平均值修正所述经验面型曲线，获得当前检测屏的Z轴定位集合。

4.如权利要求1或3所述的Micro LED屏幕的显微成像方法，其特征在于，所述基准点为面型曲线的极大值或极小值。

5.如权利要求3所述的Micro LED屏幕的显微成像方法，其特征在于，获得当前检测屏的Z轴定位集合包括：确定所述显微成像装置与抽样屏每次相对移动的步长，以确定各单区间的位置；

确定各单区间面型数据的平均值，根据平均值确定显微成像装置Z轴高度的调整量；得到显微成像装置的Z轴定位位置，作为Z轴定位集合。

6.如权利要求5所述的Micro LED屏幕的显微成像方法，其特征在于，各单区间面型数据的平均值如果超过调节阈值，所述调整量等于该平均值与抽样屏标准值的差值；

所述抽样屏标准值采用面型数据四分位数中Q1和Q3之间高度的平均值，或者，采用抽样屏中平整度最高区域的高度的平均值。

7.如权利要求5所述的Micro LED屏幕的显微成像方法，其特征在于，确定所述显微成像装置与抽样屏每次相对移动的步长，包括步骤：设定标准移动步长s=t×v，t为调整周期，v为抽样屏的移动速度，计算t对应单区间内Z轴高度值极差；

若所述极差在显微成像装置的景深范围内，则t作为该单区间调整周期；

若所述极差超出显微成像装置的景深范围，则缩小t直至对应单区间内的所述极差在显微成像装置的景深范围内，将缩小后的t作为对应区间的调整周期。

8.一种Micro LED屏幕的显微成像装置，利用如所述权利要求1-7中任意一项所述显微成像方法实现屏幕自动对焦及成像，其特征在于，所述显微成像装置包括：治具，其用于承载检测屏，并在X/Y方向移动，所述检测屏划分为多个单区间；

显微光学模块，其用于检测屏的成像采集；

测距模块，其用于获取显微成像装置与单区间之间的距离；

驱动机构，其用于驱动治具在X/Y方向移动，使所述显微光学模块位于每个单区间上方；还用于驱动所述显微光学模块在Z轴方向移动，自动调节显微光学模块的焦距；

控制器，其用于控制所述驱动机构。

9.如权利要求8所述的Micro LED屏幕的显微成像装置，其特征在于，所述测距模块为设置在所述显微光学模块对焦轴旁的测距仪，且与所述显微光学模块共同移动；

或者，所述测距模块包括设置于显微光学模块对焦轴的分光棱镜，以及耦合在所述分光棱镜侧部的激光测距仪。

说明书

一种Micro LED屏幕的显微成像方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及Micro LED检测领域，具体来讲涉及一种Micro LED屏幕的显微成像方法及装置。

背景技术

[0002] Micro LED（Micro Light Emitting Diode，微型发光二极管）显示技术是业界期待的下一代显示技术，具有高解析度、低功耗、高亮度、高对比、高色彩饱和度、反应速度快、厚度薄、以及寿命长等特性，功率消耗量可低至LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）的10%、OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）的50%。相比于LED及Mini LED等小间距LED，Micro LED是将传统的无机LED阵列进一步微小化，每个尺寸在10微米尺寸的LED像素点均可以被独立的定址、点亮，从而实现对每个芯片放光亮度的精确控制，进而实现图像显示。

[0003] 各大面板厂商及研发机构投入了大量资源研发新一代显示技术及产品，Micro LED批量引用面临的一些瓶颈技术，特别是巨量转移工艺及发光波长一致性取得了一些突破。为了保证显示面板的生产品质和质量，需要进行一系列的点、线，Mura，脏污缺陷检测及判定，以及针对发光亮度不一致进行自动光学补偿。自动光学检测设备（Automated Optical Inspection，AOI）及Mura光学补偿就是响应客户上述需求的关键光机电集成设备，为了应对不同分辨率（2K、4K、8K）等Micro LED屏幕缺陷检测，需要通过多种高精度相机和显微镜头配合使用进行AOI检测和Demura。普通工业相机镜头分辨率一般在3um左右，而Micro LED像素检测特征尺度通常在1um左右，需要应用更高光学解析度的显微成像系统，这对设备系统结构及对焦技术提出了更高的挑战。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种Micro LED屏幕的检测方法及检测装置，能够实现自动对焦，保证在Mciro LED AOI检测和Demura应用中获取高质量的成像，减少Tact Time时间及成本。

[0005] 为达到以上目的，一方面，采取一种Micro LED屏幕的显微成像方法，包括：

[0006] 将检测屏划分为多个单区间，显微成像装置依次位于每个单区间上方；

[0007] 根据抽样屏的面型数据获取当前检测屏的Z轴定位集合，所述面型数据为屏幕整体高度分布；

[0008] 显微成像装置根据所述Z轴定位集合，对每个单区间进行自动对焦并成像，直至获取整个检测屏的图像。

[0009] 优选的，根据抽样屏的面型数据获取当前检测屏的Z轴定位集合包括：

[0010] 采集多个抽样屏的面型数据，若平面度一致性高于设定值，则根据任意一个抽样屏的面型数据计算Z轴定位集合。

[0011] 优选的，根据抽样屏的面型数据获取当前检测屏的Z轴定位集合包括：

[0012] 采集多个抽样屏的面型数据，若平面度一致性等于或低于设定值时，则根据所述多个抽样屏的面型数据得到经验面型曲线，根据所述经验面型曲线选取多个基准点；

[0013] 获取所述当前检测屏的所述多个基准点的Z轴高度值；

[0014] 根据所述基准点的Z轴高度值对所述经验面型曲线进行修正，获得当前检测屏的Z轴定位集合。

[0015] 优选的，根据所述基准点的Z轴高度值对所述经验面型曲线进行修正，获得当前检测屏的Z轴定位集合，包括步骤：

[0016] S101、根据经验面型曲线获取对应的所述多个基准点的Z轴高度值，作为第一Z轴高度值集合；获取所述当前检测屏的所述多个基准点的Z轴高度值，作为第二Z轴高度值集合；

[0017] S102、计算所述第一Z轴高度值集合与所述第二Z轴高度值集合对应点的差值，并获取所有差值的平均值；用所述平均值修正所述经验面型曲线，获得当前检测屏的Z轴定位集合。

[0018] 优选的，所述基准点为面型曲线的极大值或极小值。

[0019] 优选的，获得当前检测屏的Z轴定位集合包括：

[0020] 确定所述显微成像装置与抽样屏每次相对移动的步长，以确定各单区间的位置；

[0021] 确定各单区间面型数据的平均值，根据平均值确定显微成像装置Z轴高度的调整量；得到显微成像装置的Z轴定位位置，作为Z轴定位集合。

[0022] 优选的，各单区间面型数据的平均值如果超过调节阈值，所述调整量等于该平均值与抽样屏标准值的差值；

[0023] 所述抽样屏标准值采用面型数据四分位数中Q1和Q3之间高度的平均值，或者，采用抽样屏中平整度最高区域的高度的平均值。

[0024] 优选的，确定所述显微成像装置与抽样屏每次相对移动的步长，包括步骤：

[0025] 设定标准移动步长s=t×v，t为调整周期，v为抽样屏的移动速度，计算t对应单区间内Z轴高度值极差；

[0026] 若所述极差在显微成像装置的景深范围内，则t作为该单区间调整周期；

[0027] 若所述极差超出显微成像装置的景深范围，则缩小t直至对应单区间内的所述极差在显微成像装置的景深范围内，将缩小后的t作为对应区间的调整周期。

[0028] 另一方面，还提供一种Micro LED屏幕的显微成像装置，利用如上述任意一项所述显微成像方法实现屏幕自动对焦及成像，所述显微成像装置包括：

[0029] 治具，其用于承载检测屏，并在X/Y方向移动，所述检测屏划分为多个单区间；

[0030] 显微光学模块，其用于检测屏的成像采集；

[0031] 测距模块，其用于获取显微成像装置与单区间之间的距离；

[0032] 驱动机构，其用于驱动治具在X/Y方向移动，使所述显微光学模块位于每个单区间上方；还用于驱动所述显微光学模块在Z轴方向移动，自动调节显微光学模块的焦距；

[0033] 控制器，其用于控制所述驱动机构。

[0034] 优选的，所述测距模块为设置在所述显微光学模块对焦轴旁的测距仪，且与所述显微光学模块共同移动；

[0035] 或者，所述测距模块包括设置于显微光学模块对焦轴的分光棱镜，以及耦合在所述分光棱镜侧部的激光测距仪。

[0036] 上述技术方案具有如下有益效果：

[0037] 1、显微成像装置中，测距模块为设置在所述显微光学模块对焦轴旁的测距仪，可以实现离轴自动对焦，适用于对自动对焦精度及跟踪频率要求不高的对焦场景。

[0038] 2、显微成像装置中，测距模块包括设置于显微光学模块对焦轴的分光棱镜，以及耦合在所述分光棱镜侧部的激光测距仪，可以实现同轴自动对焦，对焦距的补偿精度高，响应快，能实时对不同复杂表面情况进行清晰对焦采图。

[0039] 3、自动获取显微成像装置与每个单区间的距离，并根据所述距离自动调节焦距并成像，直至获取整个检测屏的图像；相对于离轴或同轴实时调整Z轴实现自动对焦，可以减少或者消除对焦距离测量频率，节省Tact Time及成本。

[0040] 4、通过样本屏幕的面型数据得到Z轴定位集合，同一批屏幕检测时，根据该Z轴定位集合直接调整显微成像装置，实现屏幕的自动对焦，使显微成像装置在Mciro LED AOI检测和Demura应用中获取清晰成像；进一步节省Tact Time及成本。

[0041] 5、通过经验面型曲线和基准点测量结合的方式得到Z轴定位集合，可以适应多个抽样屏平面度一致性较差的情况，通过对经验面型曲线的修正，得到对应的Z轴定位集合，提高自动对焦的精准程度，显微成像装置在Mciro LED AOI检测和Demura应用中获取更高质量的成像。

附图说明

[0042] 图1为本发明实施例屏幕面型数据示意图；

[0043] 图2为本发明实施例第一参考数据和第二参考数据示意图；

[0044] 图3为本发明自动对焦显微装置实施例示意图；

[0045] 图4为本发明自动对焦显微装置另一实施例示意图；

[0046] 附图标记：

[0047] 显微光学模块A，测距仪B，驱动机构C，屏幕D，治具E，测距模块F；

[0048] 相机001，管镜002，显微物镜003，点光源004，环形光源005，光棱镜006。

具体实施方式

[0049] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0050] 本发明提供一种Micro LED屏幕的显微成像方法的实施例。

[0051] 将检测屏划分为多个单区间，显微成像装置依次位于每个单区间上方；获取显微成像装置与单区间之间的距离，并根据该距离自动调节显微成像装置的焦距并成像，直至获取整个检测屏的图像。

[0052] 具体的，根据该距离自动调节显微成像装置的焦距并成像包括：

[0053] 根据一个或多个抽样屏的面型数据计算当前检测屏的Z轴定位集合，显微成像装置根据该Z轴定位集合，对每个单区间实现自动对焦并成像。具体的，Z轴定位集合中的每个点，是显微成像装置在整个屏幕中每个单区间的Z轴定位，每当显微成像装置位于一个单区间上，根据Z轴定位集合中对应的点，可以实现快速的自动对焦。

[0054] 如图1所示，为屏幕面型数据的示意图，面型数据是屏幕整体高度分布，不同X轴方向或Y轴方向高度曲线称为对应X或Y位置的线型分布。

[0055] 首先，采集多个抽样屏的面型数据，并判断所采集多个抽样屏的平面度一致性，该平面度一致性是针对不同屏幕之间相同位置点的高度分布的一致性，然后判断平面度一致性与设定值的关系，设定值可以根据不同屏幕的检测标准预先设定，可以相比显微成像装置中的景深进行设置。

[0056] 如果多个抽样屏的平面度一致性高于设定值，说明抽样屏的面型数据一致性较好，可以直接推广到该批次所有屏幕。根据任意一个抽样屏的面型数据计算Z轴定位集合；检测时，根据Z轴定位集合调整显微成像装置，实现整个屏幕的自动对焦。

[0057] 如果多个抽样屏的平面度一致性等于或低于设定值，说明抽样屏的面型数据一致性欠佳，可以根据多个抽样屏幕的面型数据得到经验面型曲线；再根据当前检测屏基准点的Z轴高度值对经验面型曲线进行修正，获得当前检测屏的Z轴定位集合；再根据该Z轴定位集合调整显微成像装置，实现当前检测屏的自动对焦。下一个检测屏检测时，重复上述过程，可以更精确的实现对焦。

[0058] 具体的，根据基准点的Z轴高度值对经验面型曲线进行修正，获得当前检测屏的Z轴定位集合，包括如下步骤：

[0059] S101、根据前期批量测量抽样屏的面型数据，根据经验面型曲线获取对应的多个基准点的Z轴高度值，作为第一Z轴高度值集合；测量当前检测屏多个基准点对应的Z轴高度值，作为第二Z轴高度值集合。其中，基准点为面形曲线的极大值或极小值。

[0060] 如图2所示，具体的，确定Z轴经验面型曲线FZ(x,Z)，其中基准点x= (x1,x2,…xn)，对应的第一Z 轴高度值集合Z=（Z1,Z2,…,Zn），n为基准点数。以FZ曲线特征点(如极大或极小值)对应位置为测量基准点*x，*x=(*x1,*x2,…,*xk)，k为基准点数。测量当前屏幕基准点*x对应的第二Z轴高度值为*z=(*z1,*z2,…,*zk)。其中，“*”作为区分的符号，不具有特殊含义。

[0061] S102、计算第一Z轴高度值集合与所述第二Z轴高度值集合对应点的差值，并获取所有差值的平均值；用该平均值修正上述经验面型曲线后，获得当前检测屏的Z轴定位集合。

[0062] 具体的，计算基准点在经验面型曲线FZ上对应的Z轴高度值集合*Z=（*Z1，*Z2,…,*Zk），计算*z与*Z差值，再取平均值λ。将原FZ偏移补偿λ，形成新的映射关系曲线fz(x,Z+λ)，据此获得当前检测屏的Z轴定位集合。

[0063] 进一步的，考虑到基准点区间内变化趋势幅度不一样，上述步骤S102之后，还可以包括如下步骤：

[0064] S103、在基准点区间(*xj，*xj+1)内通过插值，得到单区间内Z轴高度值（^zj，^zj+1），再得到当前检测屏Z轴高度集合^z=(^z1,^z2,…,^zn)，确定的曲线fz2（x，^z），据此获得当前检测屏更精确的Z轴定位集合。其中，“^”表示单区间内Z轴高度值、集合的代表符号，不具有特殊含义。

[0065] 优选的，在对前期批量测量数据分析过程中，由于屏幕的不同批次以及特性，可能会得到多条经验面型曲线FZ1，FZ2，…，实际应用根据具体屏幕特性选定对应曲线进行计算，如存在多种选择则对选定经验曲线集合加权融合FZ=p1×FZ1+p2×FZ2+…，(p1+p2+…=1)，其中P为设定的权值。

[0066] 另外，确定显微成像装置与抽样屏每次相对移动的步长，以确定各单区间的位置；确定各单区间面型数据的平均值，根据平均值确定显微成像装置Z轴高度的调整量；得到显微成像装置的Z轴定位位置，作为Z轴定位集合。

[0067] 具体的，获得当前检测屏的Z轴定位集合，包括如下步骤：

[0068] 确定显微成像装置与抽样屏每次相对移动的步长，以确定各单区间的位置；以及，确定各单区间面型数据的平均值，根据平均值确定显微成像装置Z轴高度的调整量。

[0069] 如果该平均值超过调节阈值，调整量等于该平均值与抽样屏标准值的差值；如果该平均值超过调节阈值，则调整量为零。

[0070] 根据各单区间的调整量得到显微成像装置的Z轴定位位置，作为Z轴定位集合。

[0071] 为了避免部分数据剧烈起伏影响，上述抽样屏标准值采用面型数据四分位数中Q1和Q3之间高度的平均值，或者，采用抽样屏中平整度最高区域的高度的平均值。

[0072] 并且，确定显微成像装置与抽样屏每次相对移动的步长之前，考虑显微成像装置中驱动机构的响应频率f，低于该频率不会响应幅值及相位滞后而出现定位精度问题，因此确定了显微成像装置的最小调整周期T=1/f。

[0073] 设定标准移动步长s=t×v，t为调整周期，t≥T，v为抽样屏的XY向移动速度，对面型数据进行单区间细分。计算t对应单区间内Z轴高度值极差Zp，若极差在显微成像装置的景深范围FOV内，则t作为该单区间调整周期；若极差超出显微成像装置的景深范围FOV，则缩小t，将单区间进一步细分，直至对应单区间内的极差在显微成像装置的景深范围内，将缩小后的t作为对应区间的调整周期。

[0074] 一方面，本发明还提供两个Micro LED屏幕的显微成像装置的实施例，可以利用上述显微成像方法进行屏幕自动对焦及成像。

[0075] 如图3所示，为Micro LED屏幕的显微成像装置的第一个实施例。显微成像装置包括显微光学模块A、测距仪B、驱动机构C和治具E。其中，治具E用于承载检测屏D，并可以在X/Y方向移动，检测屏D被划分为多个单区间。显微光学模块A用于对检测屏D进行成像采集。测距仪B用于获取显微光学模块A与单区间之间的距离，即，测量检测屏D的对焦中心到显微光学模块A的距离，以便于进行上述方法中涉及的计算。驱动机构C用于驱动治具E在X/Y方向移动，使显微光学模块A位于每个单区间上方；还用于驱动显微光学模块A在Z轴方向移动，自动调节显微光学模块A的焦距。控制器（图未示），用于根据Z轴定位集合控制驱动机构C的移动方向和距离。

[0076] 具体的，显微光学模块A包括相机001，相机001下方设置管镜002，管镜002连接有点光源004，管镜002下方还连接显微物镜003，显微物镜003下方还设有环形光源005。相机001、管镜002、显微物镜003和环形光源005具有相同对焦轴。

[0077] 测距仪B设置在显微光学模块A的对焦轴旁，且与显微光学模块A共同移动。

[0078] 优选的，驱动机构C采用五相步进或者伺服直线模组电机，如果对于精度要求较高或响应带宽比较大，也可以采用微型直线电机、音圈电机(VCM)或压电驱动系统。

[0079] 本实施例中，控制器控制驱动机构C驱动显微光学模块A对屏幕D实现清晰对焦。本实施例中自动对焦显微装置同样适用于离轴自动对焦，测距仪B可采用激光、红外等测距方式，实时测量显微光学模块A与屏幕D之间的距离来进行补偿。

[0080] 如图4所示，为Micro LED屏幕的显微成像装置的第二个实施例，本实施例与上一个实施例结构基本相同，区别在于：本实施例中显微光学模块A的对焦轴上设置有分光棱镜006，分光棱镜006侧部耦合有测距模块F，并且，分光棱镜006位于显微物镜003上方。

[0081] 本实施例中，可以采用同轴自动对焦的方式，在取图对焦的同事进行距离的测量，相对上一个实施例，具有补偿精度高，响应快的特点，适用于对焦精度及跟踪频率要求要求更高的场合。测距模块F可采用激光测距仪，也可以通过特征反射光路成像相位差及光程差计算对焦距离。

[0082] 本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。