一种表面轮廓侦测装置，侦测一目标物的表面轮廓，目标物具有一目标物对称轴，表面轮廓侦测装置包括波前侦测单元、驱动单元以及旋转单元。波前侦测单元具有影像传感器且发射侦测光束。驱动单元具有多个平台移动目标物或波前侦测单元。旋转单元具有旋转轴，且设置于驱动单元的其中一个平台上，目标物固持于旋转单元。在量测目标物时，旋转单元旋转目标物且影像传感器同时曝光并撷取从目标物反射的侦测光束所形成的量测数据。本发明专利技术还揭露一种表面轮廓侦测装置的对位方法以及全口径量测数据的撷取方法。本发明专利技术可以连续性的侦测目标物并曝光同时撷取多个干涉图案，在短时间内撷取目标物完整的表面轮廓，大幅缩短侦测所需的时间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术关于一种表面轮廓侦测装置及其对位方法以及全口径量测数据的撷取方法。
技术介绍
随着工业的进步，光学组件已日趋精密，举凡信息工业、通讯工业、自动控制工业、医疗工业、或航天工业等，甚至是日常生活皆与光学组件产生密不可分的关系。在这些众多光学组件中，光学透镜更是其中的主要产品之一,而如何在如此精密的组件中进行准确的量测，以了解是否符合产品的规格需求，一直是业界的深切期望。非接触式的干涉量测光学技术(interferometric optical technique)已广 泛应用在精密光学透镜的表面轮廓(surface profile)的量测。举例而言，当进行表面轮廓的量测时，测试表面所反射的一测试波前(tested wavefront)与一参考表面所反射的一参考波前(reference wavefront)会进行结合而形成一光学干涉图案(opticalinterferograms),而干涉仪即是侦测此光学干涉图案。于光学干涉图案的密度轮廓(intensity profile)中的空间变化(spatial variations),是相对于经结合测试前导波与参考前导波之间的相位差，此相位差是通过与参考表面有关的测试表面的形状中的轮廓变化所造成。其中，相位移干涉仪(phase shifting interferometry, PSI)正是目前较倚重的一种干涉相位量测方法，其是通过不同时间内引入一个已知相位的变化量于干涉图案中，使干涉图案产生动态的变化，再通过相位移公式的计算，由干涉图案中的光强度计算出各量测点的相位，可用以精确决定量测点的相位差与测试表面的对应轮廓。然而，相移式量测过程需要稳定无震动的环境，才能获得理想的量测结果。干涉仪搭配使用子孔径(sub-aperture)量测法可以用来量测非球面或者高数值孔径(numerical aperture)的镜片，此量测方法在施行时必须移动镜片或者干涉仪,使干涉仪能够量测镜面上不同位置的子孔径轮廓数据并拼接为一完整的镜片轮廓。已知技术的子孔径量测技术，需在目标物上的不同位置的子孔径上作前述的相移式量测后，以获得完整的目标物子孔径干涉相位，才能够进行全域干涉相位数据的拼接(stitching)。而且，为了增加拼接的精准度和横向的分辨率，撷取的相邻子孔径数据需要有足够的重迭区域面积，因此，也增加了所需量测的不同位置的子孔径的数目和所需的量测时间。另外，干涉仪在作子孔径拼接量测时必须量测镜片不同位置的相位数据，因此需要移动干涉仪或者是镜片使侦测光束量测于不同的镜片位置。然而，因为移动平台在移动与减速时无可避免会产生机械震动的问题，必须等到机台因为移动或者减速所产生的震动完全停止才可实行相移量测，因此整体量测速度实际受限于相移量测的时间和移动平台在各个子孔径位置的移动的速度与量测平台的刚性。当然，使用高刚性的移动平台，可以缩短震动完全停止的时间，但是也提高了平台的成本。因此，由于移动平台震动的问题，已知的子孔径量测方法，无法在短时间内获得相当数量的子孔径干涉相位，必须在量测的精准度与量测时间之间作最佳的选择，而无法兼顾。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种表面轮廓侦测装置及其对位方法以及全口径量测数据的撷取方法，可以连续性的侦测目标物并曝光同时撷取多个干涉图案，在短时间内撷取目标物完整的表面轮廓，大幅缩短了侦测所需的时间。本专利技术可采用以下技术方案来实现的。本专利技术的一种表面轮廓侦测装置侦测目标物的表面轮廓，表面轮廓侦测装置包括波前侦测单元、驱动单元以及旋转单元。波前侦测单元具有影像传感器且发射侦测光束。驱动单元具有多个平台移动目标物或者波前侦测单元。旋转单元具有旋转轴，且设置于驱动单元的其中一个平台上，目标物固持于旋转单元。在量测目标物时，旋转单元旋转目标物且影像传感器同时曝光并撷取从目标物反射的侦测光束所形成的量测数据。 在一实施例中，驱动单元所具有的所述平台具有让侦测光束的波前与目标物的表面进行曲率匹配的一离焦作动、一偏心作动以及一倾斜作动。在一实施例中，提供倾斜作动的平台有一旋转轴心，旋转轴心实质平行于地心引力方向。在一实施例中，目标物具有一目标物对称轴，波前侦测单元具有一光轴，在量测时，旋转单元的旋转轴与目标物对称轴实质共线，光轴与旋转轴实质共面。在一实施例中，表面轮廓侦测装置还包括一旋转位置检知器，其电性连接于波前侦测单元，以获得旋转轴的旋转角度，波前侦测单元撷取曝光量测数据时，波前侦测单元记录旋转轴的相对应旋转角度并与量测数据关联。在一实施例中，波前侦测单元为一干涉仪，当旋转单元带动目标物旋转两次以上，波前侦测单元即撷取得到目标物的同一量测位置的同一量测方向上具有不同干涉相位变化的所述量测数据。在一实施例中，具有不同干涉相位变化的所述量测数据，由波前侦测单元、驱动单元或旋转单元所产生的震动而造成。在一实施例中，表面轮廓侦测装置还包括一干涉相位位移器，其与旋转单元或驱动单元或波前侦测单元连结，当目标物旋转时，干涉相位位移器同时作动以产生随机或者可预测的干涉相位变化不同的所述量测数据。本专利技术的一种表面轮廓侦测装置的对位方法，与一表面轮廓侦测装置配合，以侦测目标物的表面轮廓，表面轮廓侦测装置包括波前侦测单元、驱动单元、旋转单元以及目标物对位单元，旋转单元具有一旋转轴，目标物具有一目标物对称轴，波前侦测单元具有一光轴，对位方法包括将目标物放置于旋转单元；波前侦测单元发射一侦测光束，侦测光束与目标物表面曲率匹配于目标物的一量测位置；旋转单元旋转目标物于两个以上的不同旋转角度，并分别量取其相对应的量测数据；根据不同旋转角度下的所述量测数据，以计算出至少一个对位误差；以及根据对位误差微调目标物对位单元，俾使旋转轴与目标物对称轴实质共线。在一实施例中，目标物对位单元具有一多轴微调平台组合，多轴微调平台组合具有两个平面方向的位移微调功能或者两个旋转方向的微调功能。在一实施例中，对位误差至少根据目标物的镜片参数或者驱动单元的移动量计算而得。在一实施例中，对位误差包括旋转单元的旋转轴和目标物对称轴在空间中的角度或位移的对位误差。 在一实施例中，对位误差包括旋转单元的旋转轴和波前侦测单元的光轴在空间中的角度或位移的对位误差。依据本专利技术的一种全口径量测数据的撷取方法，与表面轮廓侦测装置配合，表面轮廓侦测装置包括驱动单元、旋转单元以及波前侦测单元，撷取方法包括移动驱动单元，波前侦测单元所发出的侦测光束于目标物的量测位置上进行多个的表面曲率匹配，其中一个表面曲率匹配于目标物的第一方向；旋转旋转单元，波前侦测单元撷取多个第一量测数据以及多个第二量测数据，各第一量测数据具有一长轴方向，长轴方向对应为目标物上的第一方向，第一长轴方向与第二长轴方向不相同；以及将所述第一量测数据及第二量测数 据与目标物的坐标进行关联，部分第二量测数据与部分第一量测数据于目标物上的相同坐标重迭。在一实施例中，撷取方法还包括加入波前侦测单元的校正数据，以校正波前侦测单元所产生的波前误差或者坐标误差；以及将已校正的第一量测数据以及第二量测数据关联到目标物的坐标上。在一实施例中，所述第一量测数据的长轴方向为目标物的切线方向，并通过旋转目标物以量测不同位置的切线方向的所述目标物表面。在一实施例中，当获得波前侦本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种表面轮廓侦测装置，侦测一目标物的表面轮廓，其特征在于，所述表面轮廓侦测装置包括：波前侦测单元，具有影像传感器且发射侦测光束；驱动单元，具有多个平台移动所述目标物或所述波前侦测单元；以及旋转单元，具有旋转轴，且设置于所述驱动单元的其中一个平台上，所述目标物固持于所述旋转单元，其中在量测所述目标物时，所述旋转单元旋转所述目标物且所述影像传感器同时曝光并撷取从所述目标物反射的所述侦测光束所形成的量测数据。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁肇文，
申请(专利权)人：东大光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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