一種表面輪廓偵測裝置，偵測一目標物的表面輪廓，目標物具有一目標物對稱軸，表面輪廓偵測裝置包括波前偵測單元、驅動單元以及旋轉單元。波前偵測單元具有影像傳感器且發射偵測光束。驅動單元具有多個平臺移動目標物或波前偵測單元。旋轉單元具有旋轉軸，且設置于驅動單元的其中一個平臺上，目標物固持于旋轉單元。在量測目標物時，旋轉單元旋轉目標物且影像傳感器同時曝光并擷取從目標物反射的偵測光束所形成的量測數據。本發明專利技術還揭露一種表面輪廓偵測裝置的對位方法以及全口徑量測數據的擷取方法。本發明專利技術可以連續性的偵測目標物并曝光同時擷取多個干涉圖案，在短時間內擷取目標物完整的表面輪廓，大幅縮短偵測所需的時間。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術關于一種表面輪廓偵測裝置及其對位方法以及全口徑量測數據的擷取方法。
技術介紹
隨著工業的進步，光學組件已日趨精密，舉凡信息工業、通訊工業、自動控制工業、醫療工業、或航天工業等，甚至是日常生活皆與光學組件產生密不可分的關系。在這些眾多光學組件中，光學透鏡更是其中的主要產品之一,而如何在如此精密的組件中進行準確的量測，以了解是否符合產品的規格需求，一直是業界的深切期望。非接觸式的干涉量測光學技術(interferometric optical technique)已廣 泛應用在精密光學透鏡的表面輪廓(surface profile)的量測。舉例而言，當進行表面輪廓的量測時，測試表面所反射的一測試波前(tested wavefront)與一參考表面所反射的一參考波前(reference wavefront)會進行結合而形成一光學干涉圖案(opticalinterferograms),而干涉儀即是偵測此光學干涉圖案。于光學干涉圖案的密度輪廓(intensity profile)中的空間變化(spatial variations),是相對于經結合測試前導波與參考前導波之間的相位差，此相位差是通過與參考表面有關的測試表面的形狀中的輪廓變化所造成。其中，相位移干涉儀(phase shifting interferometry, PSI)正是目前較倚重的一種干涉相位量測方法，其是通過不同時間內引入一個已知相位的變化量于干涉圖案中，使干涉圖案產生動態的變化，再通過相位移公式的計算，由干涉圖案中的光強度計算出各量測點的相位，可用以精確決定量測點的相位差與測試表面的對應輪廓。然而，相移式量測過程需要穩定無震動的環境，才能獲得理想的量測結果。干涉儀搭配使用子孔徑(sub-aperture)量測法可以用來量測非球面或者高數值孔徑(numerical aperture)的鏡片，此量測方法在施行時必須移動鏡片或者干涉儀,使干涉儀能夠量測鏡面上不同位置的子孔徑輪廓數據并拼接為一完整的鏡片輪廓。已知技術的子孔徑量測技術，需在目標物上的不同位置的子孔徑上作前述的相移式量測后，以獲得完整的目標物子孔徑干涉相位，才能夠進行全域干涉相位數據的拼接(stitching)。而且，為了增加拼接的精準度和橫向的分辨率，擷取的相鄰子孔徑數據需要有足夠的重迭區域面積，因此，也增加了所需量測的不同位置的子孔徑的數目和所需的量測時間。另外，干涉儀在作子孔徑拼接量測時必須量測鏡片不同位置的相位數據，因此需要移動干涉儀或者是鏡片使偵測光束量測于不同的鏡片位置。然而，因為移動平臺在移動與減速時無可避免會產生機械震動的問題，必須等到機臺因為移動或者減速所產生的震動完全停止才可實行相移量測，因此整體量測速度實際受限于相移量測的時間和移動平臺在各個子孔徑位置的移動的速度與量測平臺的剛性。當然，使用高剛性的移動平臺，可以縮短震動完全停止的時間，但是也提高了平臺的成本。因此，由于移動平臺震動的問題，已知的子孔徑量測方法，無法在短時間內獲得相當數量的子孔徑干涉相位，必須在量測的精準度與量測時間之間作最佳的選擇，而無法兼顧。
技術實現思路
本專利技術的目的為提供一種表面輪廓偵測裝置及其對位方法以及全口徑量測數據的擷取方法，可以連續性的偵測目標物并曝光同時擷取多個干涉圖案，在短時間內擷取目標物完整的表面輪廓，大幅縮短了偵測所需的時間。本專利技術可采用以下技術方案來實現的。本專利技術的一種表面輪廓偵測裝置偵測目標物的表面輪廓，表面輪廓偵測裝置包括波前偵測單元、驅動單元以及旋轉單元。波前偵測單元具有影像傳感器且發射偵測光束。驅動單元具有多個平臺移動目標物或者波前偵測單元。旋轉單元具有旋轉軸，且設置于驅動單元的其中一個平臺上，目標物固持于旋轉單元。在量測目標物時，旋轉單元旋轉目標物且影像傳感器同時曝光并擷取從目標物反射的偵測光束所形成的量測數據。 在一實施例中，驅動單元所具有的所述平臺具有讓偵測光束的波前與目標物的表面進行曲率匹配的一離焦作動、一偏心作動以及一傾斜作動。在一實施例中，提供傾斜作動的平臺有一旋轉軸心，旋轉軸心實質平行于地心引力方向。在一實施例中，目標物具有一目標物對稱軸，波前偵測單元具有一光軸，在量測時，旋轉單元的旋轉軸與目標物對稱軸實質共線，光軸與旋轉軸實質共面。在一實施例中，表面輪廓偵測裝置還包括一旋轉位置檢知器，其電性連接于波前偵測單元，以獲得旋轉軸的旋轉角度，波前偵測單元擷取曝光量測數據時，波前偵測單元記錄旋轉軸的相對應旋轉角度并與量測數據關聯。在一實施例中，波前偵測單元為一干涉儀，當旋轉單元帶動目標物旋轉兩次以上，波前偵測單元即擷取得到目標物的同一量測位置的同一量測方向上具有不同干涉相位變化的所述量測數據。在一實施例中，具有不同干涉相位變化的所述量測數據，由波前偵測單元、驅動單元或旋轉單元所產生的震動而造成。在一實施例中，表面輪廓偵測裝置還包括一干涉相位位移器，其與旋轉單元或驅動單元或波前偵測單元連結，當目標物旋轉時，干涉相位位移器同時作動以產生隨機或者可預測的干涉相位變化不同的所述量測數據。本專利技術的一種表面輪廓偵測裝置的對位方法，與一表面輪廓偵測裝置配合，以偵測目標物的表面輪廓，表面輪廓偵測裝置包括波前偵測單元、驅動單元、旋轉單元以及目標物對位單元，旋轉單元具有一旋轉軸，目標物具有一目標物對稱軸，波前偵測單元具有一光軸，對位方法包括將目標物放置于旋轉單元；波前偵測單元發射一偵測光束，偵測光束與目標物表面曲率匹配于目標物的一量測位置；旋轉單元旋轉目標物于兩個以上的不同旋轉角度，并分別量取其相對應的量測數據；根據不同旋轉角度下的所述量測數據，以計算出至少一個對位誤差；以及根據對位誤差微調目標物對位單元，俾使旋轉軸與目標物對稱軸實質共線。在一實施例中，目標物對位單元具有一多軸微調平臺組合，多軸微調平臺組合具有兩個平面方向的位移微調功能或者兩個旋轉方向的微調功能。在一實施例中，對位誤差至少根據目標物的鏡片參數或者驅動單元的移動量計算而得。在一實施例中，對位誤差包括旋轉單元的旋轉軸和目標物對稱軸在空間中的角度或位移的對位誤差。 在一實施例中，對位誤差包括旋轉單元的旋轉軸和波前偵測單元的光軸在空間中的角度或位移的對位誤差。依據本專利技術的一種全口徑量測數據的擷取方法，與表面輪廓偵測裝置配合，表面輪廓偵測裝置包括驅動單元、旋轉單元以及波前偵測單元，擷取方法包括移動驅動單元，波前偵測單元所發出的偵測光束于目標物的量測位置上進行多個的表面曲率匹配，其中一個表面曲率匹配于目標物的第一方向；旋轉旋轉單元，波前偵測單元擷取多個第一量測數據以及多個第二量測數據，各第一量測數據具有一長軸方向，長軸方向對應為目標物上的第一方向，第一長軸方向與第二長軸方向不相同；以及將所述第一量測數據及第二量測數 據與目標物的坐標進行關聯，部分第二量測數據與部分第一量測數據于目標物上的相同坐標重迭。在一實施例中，擷取方法還包括加入波前偵測單元的校正數據，以校正波前偵測單元所產生的波前誤差或者坐標誤差；以及將已校正的第一量測數據以及第二量測數據關聯到目標物的坐標上。在一實施例中，所述第一量測數據的長軸方向為目標物的切線方向，并通過旋轉目標物以量測不同位置的切線方向的所述目標物表面。在一實施例中，當獲得波前偵本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種表面輪廓偵測裝置，偵測一目標物的表面輪廓，其特征在于，所述表面輪廓偵測裝置包括：波前偵測單元，具有影像傳感器且發射偵測光束；驅動單元，具有多個平臺移動所述目標物或所述波前偵測單元；以及旋轉單元，具有旋轉軸，且設置于所述驅動單元的其中一個平臺上，所述目標物固持于所述旋轉單元，其中在量測所述目標物時，所述旋轉單元旋轉所述目標物且所述影像傳感器同時曝光并擷取從所述目標物反射的所述偵測光束所形成的量測數據。
【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：梁肇文，
申請(專利權)人：東大光電股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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