自动对准系统是自动贴片机中的关键组件之一,包括光学照明系统、光学成像系统、图像处理软件和运动控制系统,其对准方法是利用机器视觉和图像处理技术来识别和测量微细标记特征,然后反馈给控制系统引导机械装置进行对准定位。本文重点研究了高精度的光学成像系统技术,设计和实现了基于机器视觉的对准定位系统。主要工作如下:首先,本文对偏振光学理论进行了分析。利用矩阵理论对光线偏振状态进行了理论推导,计算得出自然光线在通过偏振分光片、λ/4波片以及其经过目标反射后不同的状态下的琼斯矩阵表达式,为光学成像系统的设计提供了理论依据。其次,设计和实现了一种光学成像系统。本光学成像系统采用一块CCD来获取两个目标的图像,避免了多相机之间的标定;选择了可以直接和CCD耦合成像的工作距离长、像方光路封装的显微物镜;组合使用偏振分光片、高反射镜和λ/4波片,实现了光路的转折,减小了两个对准目标之间的工作距离,同时由于利用了光线在通过不同光学器件时的偏振特性,减少了光能损失,提高了图像的获取效果。再者,提出了一种新的使用光栅刻线进行成像系统精度标定的方法。通过计算光栅图像每一列中所有像素点的灰度值之和,把条纹灰度值进行平移,得到一幅李萨如图。然后通过对李萨如图进行分析与处理,计算本系统中光栅刻线与图像像素之间的映射系数,实现了系统的定标。最后,利用上述光学成像技术,实现了一种光学自动对准系统。运用该系统,采集了某芯片与其基底的图像并进行对准。结果表明,该光学自动对准系统具有结构紧凑、成本低、精度高等特点。