用于测量光学元件的界面的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于测量包括多个界面的光学元件(1000)的界面(103)的形状的方法和设备(1)，该设备(1)包括：测量装置(4000、6000、7000)，其具有由低相干源(402、612、712)照射的至少一个干涉测量传感器，其配置为将测量光束(106、606)导向光学元件(1000)以穿过所述多个界面，并且选择性地检测由被所述待测界面(103)反射的测量光束(106、606)与参考光束(616、716)之间的干涉产生的干涉信号；定位装置(608、611、708、711)，其配置用于将干涉测量传感器的相干区域相对定位在待测界面的层面处；数字处理装置，其配置以基于干涉信号、根据视场(108)产生所述待测界面(103)的形状信息。视场(108)产生所述待测界面(103)的形状信息。视场(108)产生所述待测界面(103)的形状信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量光学元件的界面的设备和方法


[0001]本专利技术涉及一种用于测量包括多个界面的光学元件中的界面形状的设备。本专利技术还涉及一种用于测量这种光学元件中界面形状的方法。
[0002]本专利技术的领域非限制性地属于特别是用于光学元件的制造的光学控制和测量系统的领域。

技术介绍

[0003]在光学元件(例如透镜或包含几个透镜的物镜)的制造过程中可能需要控制或测量光学元件的界面或表面的形状。
[0004]光学元件(例如光学组件或成像物镜)通常由一个或更多个透镜以及可选的用于使光束成型的其他部件构成。这些部件或这些透镜能够以堆叠的形式组装在诸如镜筒的支撑物中。
[0005]这种光学元件(例如成像物镜)的光学性能主要取决于组成它的光学元件(例如透镜)的制造精度，以及它们在组件中定位的精度。
[0006]因此，有必要控制部件及它们的组件。特别地，在组件中，可能需要控制光学部件或透镜的界面的形状，以便确定例如不合规或位置不正确、变形或倾斜的元件。
[0007]在文献US 9658129 B2中描述了一种用于控制诸如透镜的光学元件的形状的设备和方法。通过使用干涉测量技术来测量表面的形状，特别是确定其顶点或顶点。然而，该设备需要翻转透镜来测量两个面。因此，仅允许单个部件在组装之前被测量。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是克服这些缺点。
[0009]特别地，本专利技术的目的是提出一种用于测量包括多个界面的光学元件的界面或表面的形状的测量设备和方法，该设备和方法允许测量光学组件中的界面。
[0010]本专利技术的另一个目的是提出一种适用于通过光学元件的其它界面测量或控制该光学元件中界面的形状和位置的测量设备和方法。
[0011]本专利技术的又一个目的是提出一种用于测量连续界面的形状的测量设备和方法。
[0012]这些目的中的至少之一是利用用于测量包括多个界面的光学元件的待测界面的形状的测量设备实现的，该设备包括：
[0013]‑
测量装置，其具有由低相干源照射的至少一个干涉测量传感器，其配置为将测量光束导向光学元件以穿过所述多个界面，并选择性地检测由被所述待测界面反射的测量光束与参考光束之间的干涉产生的干涉信号；
[0014]‑
定位装置，其配置用于将干涉测量传感器的相干区域相对定位在待测界面的层面处；
[0015]‑
数字处理装置，其配置以基于干涉信号、根据视场产生所述待测界面的形状信息。
[0016]在本专利技术的范围内，“光学元件”可以表示任何类型的光学物体，例如，用于插入光束、使光束成形和/或产生图像的光学物体。例如，它能够表示：
[0017]‑
单个光学部件，例如透镜或分束器；
[0018]‑
透镜和/或其他光学部件的组件，例如成像或照相机物镜，或用于使光束成形的设备。
[0019]光学元件能够特别地由诸如透镜的折射元件构成或包括诸如透镜的折射元件。
[0020]根据本专利技术的设备使得能够执行光学元件的界面的测量，特别是堆叠界面的测量，以便从中推导出这些界面的拓扑。这些界面能够例如包括透镜的表面。这些测量使得能够确定例如界面的形状和位置，或者光学元件中透镜的倾斜或偏心。还可以推断出光学元件的部件透镜的厚度测量值和材料的折射率。
[0021]这些测量能够利用由低相干光源照射的干涉测量传感器的测量光束来产生。为此，根据本专利技术的设备具有定位装置，该定位装置用于将干涉测量传感器的相干区域相对定位在待测界面的层面处。待测界面能够是“掩埋”界面，即光学元件内部的界面之一。为了到达这种掩埋界面，测量光束因此必须穿过光学元件的其他界面。
[0022]“相干区域”是指测量光束与参考光束之间的干涉能够在传感器上形成的区域。相干区域能够通过改变两个光束之间的光程长度差来移动，例如通过改变一个或两个光束的光学长度。当相干区域位于界面的层面处时，能够获得由该界面反射的测量光束与参考光束之间的干涉信号。
[0023]根据本专利技术的设备使得可以选择性地检测相干区域所处层面处的每个界面的干涉信号，即位于相干区域中的每个表面的干涉信号。事实上，光源的相干长度被调整以短于光学元件的两个相邻界面之间的最小光学距离。因此，对于每个测量，单个界面位于相干区域中，并且因此获取的干涉信号仅包括来自单个界面的贡献，或者仅源自单个界面。
[0024]干涉测量是根据由设备的测量装置确定的视场进行的。因此，测量既能够在全场进行，也能够通过视场扫描进行。
[0025]根据本专利技术的设备的数字处理装置配置成基于干涉信号产生根据视场测量的界面的形状信息。
[0026]该形状信息能够包括待测界面的光学形状和/或几何形状。
[0027]该形状信息还能够包括光学或几何距离，代表界面的形状和/或位置。
[0028]被称为“光学”的形状或距离是例如由测量光束“看到”的形状或距离。几何表面的距离或形状是通过考虑由测量光束穿过的介质的折射率推导出来的。
[0029]此外，当测量光束穿过被测界面之前的界面时，干涉信号代表“表观”形状或距离，只要它包括穿过的一个或更多个界面的贡献，特别是当这些界面位于具有不同折射率的两种介质之间时，并且因此根据它们的形状通过折射和/或衍射来偏转或修改测量光束。因此，如下文所述，有必要考虑通过的这些界面的形状，以便获得被测界面的“真实”光学和/或几何形状。
[0030]特别地，根据本专利技术的设备能够用于在其生产过程中测量光学元件或光学组件，例如由透镜或微透镜形成的物镜，例如智能手机的物镜或用于汽车工业。
[0031]根据有利的实施例，定位装置还能够配置用于将与干涉测量传感器的图像平面共轭的物体平面相对定位在待测界面的层面处。
[0032]事实上，可以改变测量光束的聚焦距离，和/或待测界面相对于测量光束的位置，以便获得每个界面的干涉测量信号，其中测量光束聚焦在所讨论的界面上。因此，待测界面位于与干涉测量传感器的图像平面共轭的物体平面中。这尤其使得优化耦合回传感器的光功率成为可能。此外，通过使用收集从具有大数字孔径的界面反射的测量光束的元件，可以测量具有更陡局部梯度的界面。因此，能够获得对界面形状的较好测量。此外，待测界面在与传感器的图像平面共轭的物体平面中的位置使得能够较容易地重建待测表面，特别是通过避免由散焦引起的光学像差。
[0033]根据一个实施例，测量装置能够包括被称为点模式干涉测量传感器的干涉测量传感器，其配置为检测视场的点处的点干涉信号。
[0034]在这种情况下，通过根据界面上的多个测量点扫描整个视场来获取多个干涉信号，以便获得整个界面上的形状信息。
[0035]可选地或附加地，测量装置能够包括称为全场干涉测量传感器的干涉测量传感器，其配置为检测视场中的全场干涉信号。
[0036]在这种情况下，在单次测量中能够根据视场对待测界面进行成像。
[0037]根据一个示例，该设备能够包括具有迈克尔逊干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种测量设备(1)，用于测量包括多个界面的光学元件(1000)的待测界面(103)的形状，所述设备(1)包括：
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测量装置(4000、6000、7000)，其具有由低相干源(402、612、712)照射的至少一个干涉测量传感器，其配置为将测量光束(106、606)导向所述光学元件(1000)以穿过所述多个界面，并且选择性地检测由被所述待测界面(103)反射的测量光束(106、606)与参考光束(616、716)之间的干涉产生的干涉信号；
‑
定位装置(608、611、708、711)，其配置用于将所述干涉测量传感器的相干区域相对定位在所述待测界面的层面处；
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数字处理装置，其配置以基于所述干涉信号、根据视场(108)产生所述待测界面(103)的形状信息。2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述形状信息包括所述待测界面(103)的光学形状和/或几何形状。3.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述定位装置(608、611、708、711)还被配置用于将与所述干涉测量传感器的图像平面共轭的物体平面相对定位在所述待测界面的层面处。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述测量装置(4000、6000、7000)包括被称为点模式干涉测量传感器的干涉测量传感器，所述干涉测量传感器配置为检测所述视场(108)的点(408)处的点干涉信号。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述测量装置(4000、6000、7000)包括称为全场干涉测量传感器的干涉测量传感器，所述干涉测量传感器配置为检测所述视场(108)中的全场干涉信号。6.根据权利要求5所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括具有迈克尔逊干涉仪的干涉测量传感器。7.根据权利要求5所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括具有马赫
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曾德尔干涉仪的干涉测量传感器。8.根据权利要求5至7之一所述的设备(1)，其特征在于，所述测量装置(4000、6000、7000)包括点模式干涉测量传感器(4000)和全场干涉测量传感器(6000、7000)。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述定位装置(608、611、708、711)配置为将所述相干区域连续地定位在所述光学元件(1000)的不同界面(103)的层面处。10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备还包括配置为在垂直于所述测量光束的平面中位移所述光学元件的位移装置。11.一种用于测量包括多个界...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿兰，
申请(专利权)人：FOGALE纳米技术公司，
类型：发明
国别省市：