TWI470184B - 表面輪廓偵測裝置及其對位方法以及全口徑量測資料的擷取方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種表面輪廓偵測裝置及其對位方法以及全口徑量測資料的擷取方法。
隨著工業的進步，光學元件已日趨精密，舉凡資訊工業、通訊工業、自動控制工業、醫療工業、或航太工業等，甚至是日常生活皆與光學元件產生密不可分之關係。在這些眾多光學元件中，光學透鏡更是其中的主要產品之一，而如何在如此精密的元件中進行準確的量測，以了解是否符合產品之規格需求，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之表面輪廓(surface profile)的量測。舉例而言，當進行表面輸廓之量測時，測試表面所反射之一測試波前(tested wavefront)與一參考表面所反射之一參考波前(reference wavefront)會進行結合而形成一光學干涉圖案(optical interferograms)，而干涉儀即是偵測此光學干涉圖案。於光學干涉圖案之密度輪廓(intensity profile)中的空間變化(spatial variations)，是相對於經結合測試前導波與參考前導波之間的相位差，此相位差是經由與參考表面有關之測試表面之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，其是藉由不同時間內引入一個已知相位的變化量於干涉圖案中，使干涉圖案產生動態的變化，再藉由相位移公式的計算，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之相位差與測試表面之對應輪廓。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資料並拼接為一完整的鏡片輪廓。習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之相移式量測後，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資料的拼接(stitching)。而且，為了增加拼接的精準度和橫向的解析度，擷取的相鄰子孔徑資料需要有足夠的重疊區域面積，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之相位資料，因此需要移動干涉儀或者是鏡片使偵測光束量測於不同的鏡片位置。然而，因為移動平台在移動與減速時無可避免會產生機械震動的問題，必須等到機台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於相移量測的時間和移動平台在各個子孔徑位置的移動的速度與量測平台的
剛性。當然，使用高剛性的移動平台，可以縮短震動完全停止的時間，但是也提高了平台的成本。
因此，由於移動平台震動的問題，習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。
有鑑於上述課題，本發明之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資料的擷取方法可以連續性地偵測目標物並曝光同時擷取複數干涉圖案，在短時間之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。
為達上述目的，依據本發明之一種表面輪廓偵測裝置，係偵測一目標物的表面輪廓，表面輪廓偵測裝置包括一波前偵測單元、一驅動單元以及一旋轉單元。波前偵測單元具有一影像感測器且發射一偵測光束。驅動單元具有複數平台移動目標物或者波前偵測單元。旋轉單元具有一旋轉軸，且設置於驅動單元之其中一平台上，目標物固持於旋轉單元。在量測目標物時，旋轉單元旋轉目標物且影像感測器同時曝光並擷取從目標物反射之偵測光束所形成之一量測資料。
在一實施例中，驅動單元所具有的該等平台係具有讓偵測光束之波前與目標物之表面進行曲率匹配中的一離
焦作動、一偏心作動以及一傾斜作動。
在一實施例中，提供傾斜作動之平台有一旋轉軸心，旋轉軸心實質平行於地心引力方向。
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，旋轉單元之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，表面輪廓偵測裝置更包含一旋轉位置檢知器，其係電性連接於波前偵測單元，以獲得旋轉軸之旋轉角度，波前偵測單元擷取曝光量測資料時，波前偵測單元記錄旋轉軸之相對應旋轉角度並與量測資料關聯。
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二次以上，波前偵測單元即擷取得到目標物之同一量測位置之同一量測方向上具有不同干涉相位變化的該等量測資料。
在一實施例中，具有不同干涉相位變化的該等量測資料，係由波前偵測單元、驅動單元或旋轉單元所產生的震動而造成。
在一實施例中，表面輪廓偵測裝置更包含一干涉相位位移器，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之該等量測資料。
依據本發明之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，以偵測一目標物的表面輪廓，表面輪廓偵測裝置包含一波前偵測單元、一驅動單元、一
旋轉單元以及一目標物對位單元，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：將目標物放置於旋轉單元；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於目標物之一量測位置；旋轉單元旋轉目標物於兩個以上的不同旋轉角度，並分別量取其相對應之一量測資料；根據不同旋轉角度下的該等量測資料，以計算出至少一對位誤差；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台組合，多軸微調平台組合係具有二個平面方向的位移微調功能或者二個旋轉方向的微調功能。
在一實施例中，對位誤差係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，對位誤差包含旋轉單元之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，對位誤差包含旋轉單元之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。
依據本發明之一種全口徑量測資料的擷取方法，與一表面輪廓偵測裝置配合，表面輪廓偵測裝置包含一驅動單元、一旋轉單元以及一波前偵測單元，擷取方法包含：移動驅動單元，波前偵測單元所發出之一偵測光束於一目標物之一量測位置上進行複數的表面曲率匹配，其中一表面曲率匹配於目標物之一第一方向；旋轉旋轉單元，波前偵
測單元擷取複數第一量測資料以及複數第二量測資料，各第一量測資料具有一長軸方向，長軸方向對應為目標物上之第一方向第一長軸方向與第二長軸方向係不相同；以及將該等第一量測資料及第二量測資料與目標物的座標進行關聯，部分該等第二量測資料與部分該等第一量測資料於目標物上的相同座標重疊。
在一實施例中，擷取方法更包含：加入波前偵測單元的一校正資料，以校正波前偵測單元所產生的一波前誤差或者一座標誤差；以及將已校正之該等第一量測資料以及第二量測資料關聯到目標物的座標上。
在一實施例中，該等第一量測資料之長軸方向為目標物的切線方向，並藉由旋轉目標物以量測不同位置的切線方向的該目標物表面。
在一實施例中，當獲得波前偵測單元一切線方向的該等第一量測資料時，偵測光束入射之波前曲率半徑實質上等於目標物之量測位置之切線方向的最佳匹配曲率半徑。
在一實施例中，各第二量測資料具有一長軸，第二量測資料之長軸的方向為目標物上之一第二方向，第一方向與第二方向係不相同。
在一實施例中，當波前偵測單元獲得一弧矢方向的該等第二量測資料時，偵測光束入射之波前曲率半徑實質上等於偵測光束由量測位置反射之弧矢方向的最佳匹配曲率半徑。
承上所述，因本發明之表面輪廓偵測裝置及其對位方
法以及全口徑量測資料的擷取方法，可以連續性地偵測目標物並曝光同時擷取複數量測圖案，大幅縮短偵測所需的時間。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種表面輪廓偵測裝置及其對位方法以及全口徑量測資料的擷取方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖1A以及圖1B所示，其中圖1A為本發明第一實施例一種表面輪廓偵測裝置的示意圖，圖1B為圖1A的簡要示意圖，表面輪廓偵測裝置1係偵測一目標物的表面輪廓，目標物9只要是一個軸對稱的光學元件即可，例如是一球面透鏡或一非球面透鏡，於此目標物9係以一非球面透鏡為例，其具有一目標物對稱軸O。表面輪廓偵測裝置1包含一波前偵測單元11、一驅動單元12以及一旋轉單元13。
波前偵測單元11具有一光源111、一光軸F以及一影像感測器113。光源111於此係以一雷射光源為例，光源111發出一對稱於光軸F的偵測光束至目標物9並反射部分偵測光束回到波前偵測單元11，並由影像感測器113曝光同時擷取至少一量測資料。其中，光源111為波前偵測單元11的組成部分，但不一定設置於波前偵測單元11的殼體之內。
值得一提的是，波前偵測單元11可以為其他如夏克哈特曼感測器(Shack-Hartman Wavefront Sensor)或者是朗奇量測器(Ronchi Tester)等非使用干涉原理偵測的波前偵測單元11；或是使用干涉原理來進行偵測的波前偵測單元11，例如菲佐(Fizeau)干涉儀。以下，波前偵測單元11係以一菲佐干涉儀為例，但本發明不限於使用干涉原理偵測的波前偵測單元11。
在量測時，偵測光束在目標物9表面反射並回至波前偵測單元11進行偵測，習知的波前偵測單元11有一可偵測波前相差的動態量測範圍(Dynamic Measurement Range)，為了確保偵測波光束的波前相差是在波前偵測單元11的動態量測範圍內，量測時必須減低偵測波前相差的最大斜率或者最大值，亦即，在使用干涉原理的波前檢測單元中得到相對應的疏密度干涉條紋(coarse density interference fringes)。
因此，在子孔徑的量測方法中，偵測光束的波前曲率半徑必須與目標物9的子孔徑範圍內的量測區域內的所有量測點的表面曲率半徑接近或者相等，且兩者的曲率中心共點。如果目標物9為一球面透鏡，因其所有表面具有一固定曲率且所有的表面的曲率中心為一點，因此，可以讓子孔徑內的所有量測位置上的入射的偵測光束垂直反射回波前偵測單元11，得到疏密之干涉條紋進行量測。但因為非球面透鏡的所有表面的曲率半徑非一定值而且所有表面的曲率中心也不在一個點上，這些表面曲率中心位置
可以為一條線或是一體積的集合。因此，在量測非球面透鏡時，需要一子孔徑內對應的最佳的偵測光束的曲率中心和曲率半徑，亦即使得子孔徑內的所有量測點的曲率半徑與曲率中心不會和偵測光束的相對應之曲率半徑與曲率中心相差太大導致過大的反射偵測波前的干涉相位差，並造成過密的干涉條紋而超過波前偵測單元11的動態量測範圍導致無法量測；或者另一方法，我們可以選擇性地在子孔徑內選擇想要量測的區域如一環狀區域或者是一長條狀區域，使偵測光束波前的曲率半徑和曲率中心能夠與此選擇的量測區域所對應的曲率半徑和曲率中心接近或者相等，藉由使用適當的偵測光束波前曲率半徑和曲率中心，使得於目標物9表面預定的量測區域反射之偵測光束波前相差或相差斜率最小化的過程即稱為表面曲率匹配(surface curvature fitting)。
故為了達成此表面曲率匹配的目的，需要移動目標物9或者波前偵測單元11，使得偵測光束在目標物9量測位置的波前曲率半徑和曲率中心接近目標物9的對應曲率半徑和曲率中心，只要子孔徑內的預定量測區域的波前相差是在波前偵測單元11的動態量測範圍內即可因此，在此動態量測範圍內會有一最佳匹配曲率半徑(best fitted radius of curvature)和一最佳匹配曲率中心(best fitted center of curvature)使得量測區域內的干涉條紋的密度最小。然而，給定波前偵測單元11的一最大動態量測範圍上限與下限，表面曲率匹配的結果並非固定在一最佳匹配
曲率中心的一位置點或者一最佳匹配曲率半徑的一個數值。而是在波前偵測單元11的一最大量測範圍內，會有一定對應範圍內的表面曲率中心位置和曲率半徑可以表面曲率匹配，使偵測光束的波前相差在波前偵測單元11的動態量測範圍之內並可量測之。
驅動單元12具有複數平台(stages)來移動目標物9或波前偵測單元11，以對目標物9進行一離心(decenter)作動、一傾斜(tilt)作動以及一離焦(defocus)作動，以進行表面曲率匹配。其中，圖1B中係以驅動單元12連結於固持著目標物9的旋轉單元13為例，以間接對目標物9進行作動。前述的離心作動是指藉由改變偵測光束射至目標物9的位置，使得偵測光束的曲率中心與目標物9的表面對應的內接圓的曲率中心實質上同一位置；傾斜作動是指藉由改變偵測光束與目標物對稱軸O的夾角，使得偵測光束可以偵測目標物9鏡面上的不同徑向位置的表面；離焦作動是指藉由改變偵測光束於目標物9表面上的曲率半徑，使得偵測光束與目標物9的表面對應內接圓的曲率半徑相等。其中，離焦作動、離心作動以及傾斜作動的進行方式，將於後面詳細敘述。
本實施例中，旋轉(rotation)單元13設置於傾斜平台123，旋轉單元13具有一旋轉軸R，目標物9固持於旋轉單元13。在本實施例中，旋轉單元13具有一真空吸盤，用以固持目標物9，在實際應用時，真空吸盤也可以被其他具有固持功能的機構取代，例如是鏡片夾持治具。當
然，無論是真空吸盤、鏡片夾持治具或其他具有固持功能的機構，只要是可以達到固持目標物9之目的的機構即可，本發明於此並不予以限定。藉由旋轉單元13，目標物9係沿其目標物對稱軸O旋轉，以利影像感測器113同時曝光並擷取從目標物9不同的旋轉角度下的量測位置所反射之偵測光束所形成之至少一量測圖案。
以下，請同時參照圖2A及圖2B所示，以說明離焦作動、離心作動以及傾斜作動的進行方式。其中，圖2A為偵測光束射至一傾斜作動的目標物表面的示意圖，圖中只畫出部分的目標物，圖2A是圖1B的部分側視圖；圖2B則為圖1B的部分俯視示意圖，其係固定於目標物9的某座標上，為了進行表面曲率匹配，偵測光束相對於目標物9移動的示意圖。如圖2A所示，波前偵測單元11所發出之偵測光束係射至目標物9的表面，部分偵測光束經目標物9的表面反射後，會與波前偵測單元11的參考面112(作為參考表面)的參考波前結合而形成一干涉圖案(量測資料)，進而由波前偵測單元11內的影像感測器進行曝光擷取干涉圖案的其中一部分而作為量測資料。如圖2B所示，當波前偵測單元11發射的偵測光束(如圖中點狀區域所示)自目標物9表面量測位置反射時，為了獲得子孔徑內的之量測資料，入射至目標物9量測位置的偵測光束之波前需與目標物9量測位置反射的表面作表面曲率匹配。例如，以一內接圓代表表面曲率匹配的最佳匹配表面曲率，該內接圓圓心即為最佳匹配曲率中心，該內接圓半徑即為
最佳匹配曲率半徑，圖2B中是以偵測光束(對應光軸F2)的波前的焦點為C2，即為表面的內接圓之圓心，而C2係落在目標物對稱軸O上，而內接圓之曲率半徑為r2來作例子。也就是說，當獲得波前偵測單元11於切線方向T的第一量測資料時，偵測光束入射之波前曲率半徑實質上等於目標物9之量測位置之切線方向T的最佳匹配曲率半徑。
離焦作動、離心作動以及傾斜作動大部分是相互伴隨的，請同時參照圖2A及圖2B，以下，係以偵測光束(對應光軸F2)的波前的焦點為C1移動至偵測光束(對應光軸F1)的波前的焦點為C2為例來進行說明。波前焦點由C1移動至C2係可分解成波前焦點由C2移動至A點(垂直於光軸F2的一垂直位移)，再由A點移動至C2(平行於光軸F2的一平行位移)。
當進行離心作動時，驅動單元12係驅動目標物9垂直於波前偵測單元11的光軸F2的方向移動，藉由垂直於波前偵測單元11的光軸F2的一橫向位移量達到橫向移動偵測波前焦點至A點的目的，使得偵測光束射至目標物9的表面對應的內接圓的圓心位置隨之改變，其中偵測光束波前的曲率中心與目標物9的表面對應的內接圓的圓心實質上在同一位置。
當進行離焦作動時，偵測光束的聚焦點會平行於波前偵測單元11的一光軸F移動，而由焦點A點移動至於曲率中心點焦點C2，以焦點C2為圓心可形成另一內接圓，
其曲率半徑為r2。故離焦作動可改變偵測光束射至目標物9的曲率半徑，進而達到改變偵測光束的曲率半徑與目標物9的表面量測位置所對應的內接圓的曲率半徑相等的目的。
當進行傾斜作動時，係驅動目標物9傾斜，也就是改變目標物對稱軸O與波前偵測單元11之光軸F的夾角θ，以改變偵測光束入射至目標物9上的徑向位置並讓使得波前偵測單元11之光軸F可垂直於目標物9的表面量測位置。於此例中，係由點C1(對應光軸F1)移動至點C2(對應光軸F2)，進而改變了目標物對稱軸O與光軸的夾角(由0度變成夾角θ)。故藉由離焦作動、離心作動及傾斜作動的配合，可使得偵測光束能夠量測在目標物9表面上不同徑向上切線方向的量測區域。
需要特別注意的是，於實際應用上，可以是一個平台進行離焦作動、離心作動以及傾斜作動其中一種作動，也可以是由多個平台協同進行離焦作動、離心作動以及傾斜作動其中一種作動或其組合，本發明並不予以限定。請再參照圖1A所示，在本實施例中，則以驅動單元12具有一離焦平台121、一離心平台122以及一傾斜平台123為例，以分別進行離焦作動、離心作動以及傾斜作動。其中，離焦平台121係以水平方向驅動為例；離心平台122係以垂直畫面的方向驅動為例；傾斜平台123係以水平方向旋轉為例；與上述平台配合之旋轉單元13，則以垂直方向旋轉為例。
值得一提的是，如旋轉單元13置於傾斜平台123之上，在不同的傾斜角度下作旋轉量測時，為了最佳的平台量測穩定性，目標物9所受的重力方向需保持同一方向並且不改變旋轉單元13的受力力矩方向與大小，以避免對旋轉單元13與其夾持機構造成微小的形變，降低量測的精準度與不確定性。此時，如將傾斜平台123之一旋轉軸心D平行於地心引力方向，則旋轉單元13將可獲得一致的受力力矩，不受傾斜角度的影響。
在本實施例中，為了使目標物對稱軸O與旋轉平台之旋轉軸R共線，表面輪廓偵測裝置1更包含一設置於旋轉單元13之上的對位單元14。當目標物9固持於對位單元14上之夾持機構時，對位單元14需要將目標物對稱軸O及旋轉軸R進行對位，以讓目標物對稱軸O及旋轉軸R實質共線。若目標物為球面光學透鏡時，因為球面光學透鏡的所有表面具有一共用的曲率中心特性，故只要調整此旋轉軸R通過目標物9的曲率中心的圓心即可。因此較佳的是，目標物對位單元14具有一多軸微調平台組合(alignment platform)，其中有二個垂直於旋轉軸R的平面方向的移動方向(例如是X、Y方向)或者是二個垂直於旋轉軸R的旋轉角度方向(例如是α、β方向)的微調功能，以進行對稱球面量測時的對位程序。但是當目標物9為非球面透鏡時，因為其表面不具有一所有表面共用之曲率中心點，因此，目標物對稱軸O與旋轉軸R需要共線，因此同時需要二個垂直於旋轉軸的平面方向的移動功能
及二個垂直於旋轉軸的旋轉方向的微調功能，以分別調整二個平面方向以及二個旋轉方向。
在本實施例中，為了使波前偵測單元11的光軸F與旋轉單元13之旋轉軸R共面，表面輪廓偵測裝置1更包含一設置於波前偵測單元11之上的偵測光束對位單元17。偵測光束經由此偵測光束對位單元17射出至目標物9上，藉由將波前偵測單元11的光軸F與旋轉平台之旋轉軸R進行對位，以讓波前偵測單元11的光軸F及旋轉軸R實質共面。因此較佳的是，偵測光束對位單元17具有一多軸微調平台組合，其中有二個位於光軸F的平面方向的移動方向(例如是X、Y方向)與二個垂直於光軸F的旋轉角度方向(例如是α、β方向)的微調功能，以進行量測時的必要對位程序。本實施例中，請參考圖1A，此偵測光束對位單元17即為參考面112放置的機構，具有四個調整方向的微調功能。
具有一對稱軸O的目標物9在對於其對稱軸O旋轉時，將展現高度的對稱相似性，因此，如果對稱軸O與旋轉軸R共線，波前偵測單元11即可以在每個旋轉角度量測到固定的相似子孔徑量測資料，此不因旋轉角度改變的固定量測資料由偵測光束的光軸F與旋轉軸R的對位誤差和鏡片參數(lens prescription)決定；反之，如果此目標物9並沒有對於其對稱軸O旋轉，亦即對稱軸O與旋轉軸R不共線，則波前偵測單元11會在不同的旋轉角度量測到變化的量測資料，此量測資料的變化量則隨著角度產生旋
波變化(harmonic change)，此旋波變化由目標物9的對稱軸O與旋轉軸R的對位誤差和鏡片參數所決定，因此，藉由量測不同角度下之子孔徑量測資料與鏡片參數，可以推導出一對位誤差，此對位誤差則包含對稱軸O、光軸F與旋轉軸R於空間中的所有可能對位誤差組合。換句話說，此對位誤差包含旋轉單元13之旋轉軸R和目標物對稱軸O在空間中的角度與位移的對位誤差以及旋轉單元13之旋轉軸R和波前偵測單元11的光軸F在空間中的角度與位移的對位誤差，當然，還可以選擇性地只推導其中一種對位誤差。
若因為目標物對稱軸O與旋轉軸R之間的對位誤差或者光軸F與旋轉軸R之間對位誤差所造成的過大光學相差變化，可能導致在某些旋轉角度下無法進行量測。因此，在本發明中，目標物9最好在對稱軸O與旋轉軸R實質共線且光軸F與旋轉軸R實質共面的條件下進行量測，尤其是每次將目標物9放置於旋轉單元13之上量測時，必須確定目標物對稱軸O與旋轉軸R實質共線，偵測光束的光軸F與旋轉軸R的對位則必須在更換參考面112或者架設驅動單元12之後實施。
在本發明中，亦揭露一種表面輪廓偵測裝置之對位方法，其係與前述的表面輪廓偵測裝置配合。請參照圖3，對位方法包含：將目標物放置於旋轉平台(S10)；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於一量測位置(S12)；旋轉單元旋轉目標物於兩個以上的
不同旋轉角度，並分別量取其相對應之一量測資料(S14)；根據不同旋轉角度下的該等量測資料，以計算出至少一對位誤差(S16)；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(S18)。
以下，請同時參照1A以及圖3，以說明對位方法的步驟。於步驟S10中，係將目標物9放置於旋轉單元13，於此，旋轉單元13係以具有一夾持機構為例，夾持機構係穩固夾持目標物9。
於步驟S12中，驅動單元12驅動目標物9或者波前偵測單元11，使得目標物9的一量測位置的表面與偵測波前進行表面曲率匹配，此量測位置的波前相差低於波前偵測單元11的量測範圍。於此，係以驅動單元12驅動目標物9來進行最佳表面曲率匹配為例。
於步驟S14中，旋轉單元13係驅動目標物9沿旋轉軸R旋轉，並藉由波前偵測單元11量測目標物9在至少二個以上不同的已知旋轉角度下的量測資料並將旋轉軸R已知的旋轉角度與偵測光束波前相位作關連。
於步驟S16中，比較於不同旋轉角度下的該等量測資料，以計算出至少一對位誤差。例如可利用鏡片參數、旋轉角度與其對應之偵測光束波前相位，再加上例如光跡追蹤軟體的優化過程、多項式擬合方法如Zernike多項式等工具來進行對位誤差的計算，可推算出進行對位校正時，目標物對位單元14內的多軸微調平台組合所需的四軸或二軸位移量，此對位誤差可能包含了目標物對稱軸O、旋
轉單元13、轉軸R、與波前偵測單元11光軸F的三個軸的相互移動或者角度對位誤差，因此對位誤差通常為複數個數值。另外，在曲率匹配過程中，可以由驅動單元12的平台移動量和量測資料推導獲得鏡片的參數得到鏡片的表面參數(Lens Prescription)。
於步驟S18中，根據上述計算出來的對位誤差，來微調目標物對位單元14，例如可進行自動或者手動調整微調目標物對位單元14。接著，可重複步驟S12~S18，如果量測資料可以在每個旋轉角度被解析或者各個旋轉角度下的量測資料變化差異量甚小時即可停止對位校正。其中，在步驟S18的目標物對位單元14可以是自動式或半自動式，自動式是藉由一數據處理單元8(如圖1A所示，例如為一電腦)與波前偵測單元11耦接，以進行對位運算，再由數據處理單元8控制目標物對位單元14，以將旋轉軸R與目標物對稱軸O實質共線且偵測光束的光軸F與旋轉軸R實質共面。而半自動式則是藉由數據處理單元8進行對位運算，使用者根據數據處理單元8對位運算的結果，手動調整目標物對位單元14，以將目標物對稱軸O及旋轉軸R實質共線。
另外，為了確保不同旋轉角度下可以被量測的量測圖形，本發明之對位方法更可包含：移動偵測光束對位單元，俾使旋轉軸與波前偵測單元之光軸實質共面(S19)。步驟S19係與步驟S18類似，步驟S19也是根據上述計算出來的對位誤差來微調偵測光束光軸對位單元17，並可重
複步驟S12~S19，如果量測資料可以在每個旋轉角度被解析或者各個旋轉角度下的量測資料差異量甚小時即可停止對位校正。其中，步驟S19中與步驟S18可同時進行，或者是步驟S18與步驟S19先後進行，但順序可以交換。
需要特別注意的是，所謂目標物對稱軸O及旋轉軸R實質共線係指，目標物對稱軸O及旋轉軸R雖然差一點點才共線，但若其誤差在軟體上是在可容許的誤差範圍內，或者是因為對位單元機構的靈敏度最低移動量的限制，則目標物對稱軸O及旋轉軸R仍可算是共線的，同理，在可容許的誤差範圍和對位機構的靈敏度限制內，波前偵測單元11的光軸F與旋轉軸R實質共面。
再請參照圖1A，進行對位校正之後，旋轉單元13帶動目標物9沿旋轉軸R(已與目標物對稱軸O共線)旋轉，影像感測器113並同時擷取並曝光得到目標物9之一徑向環中之所有量測點的量測資料並與其擷取瞬間之旋轉位置相關連。當波前偵測單元11為一干涉儀時，旋轉單元13帶動目標物9旋轉二次以上後，影像感測器113即感測得到目標物9之同一量測位置的經干涉相位變化的複數量測資料。目標物9在旋轉時，因為波前偵測單元11、驅動單元12或旋轉單元13中的平台在旋轉中所產生的震動會造成波前偵測單元11的參考面112或者目標物9產生微小的位移，若此位移的方向平行於波前偵測單元11的光軸F，則波前相位會產生隨機活塞相移(random piston phase shifting)；反之，若此位移垂直於平行波前偵測單元
11的對稱軸，則產生隨機傾斜(random tilt phase shifting)的相位變化。在經過多次旋轉之後，我們可將同一旋轉角度下經震動隨機相位位移的該等量測資料(干涉圖案)，在經過資料重新排列組合之後，利用Lin等(P.C.Lin,Y.C.Chen,C.M.Lee,and C.W.Liang,“An iterative tilt-immune phase-shifting algorithm,”Optical Fabrication and Testing,OSA Technical Digest,paper OMA6,Jackson Hole,Wyoming,June 13-17,2010.)揭露的方法，進行隨機相移的計算得到目標物9的子孔徑干涉相位，而不受到震動的影響，藉由此旋轉的量測架構，結合隨機相移的計算與子孔徑相位資料拼接，可以快速地將徑向環中量測區域的表面輪廓量測出來。
當然，實際應用上，若是波前偵測單元11、驅動單元12或旋轉單元13十分穩固而震動幅度過小，則表面輪廓裝置1可進一步包含一干涉相位位移器(interference phase shifting device)，與旋轉單元13、或驅動單元12、或波前偵測單元11連結，當目標物9旋轉時，干涉相位位移器同時作動以在相同量測位置產生隨機或者可預測的干涉相位變化不同之複數量測圖案(干涉圖案)。
無論經干涉相位位移的該等量測圖案是如何產生，該等干涉相位變化不同之干涉圖案，均可由此複數干涉圖案產生量測位置之一表面輪廓量測結果。
另外，為了確認波前偵測單元11於擷取瞬間時，目標物9在旋轉單元13帶動下之旋轉位置，故在本實施例
中，表面輪廓偵測裝置1更可包含一旋轉位置檢知器15，其係電性連接於波前偵測單元11，以獲得旋轉軸R之旋轉角度位置，波前偵測單元11擷取曝光干涉圖案時，波前偵測單元11記錄旋轉軸R之旋轉角度，進而可得知目標物9被量測的相對位置。旋轉位置檢知器15例如是一步進馬達脈衝計數器(counter)，來計算步進馬達驅動旋轉軸R旋轉的角度。當然，實際應用上，旋轉位置檢知器15也可以是一編碼器或是其他應用軟體，只要能確認出擷取各個干涉圖案時，同時知道旋轉軸R旋轉的角度即可，本發明於此並不予以限定。
此外，在本實施例中，表面輪廓偵測裝置1更包括一影像擷取觸發器(trigger)16，其可以設置於影像感測器113，並耦接影像感測器113，當旋轉單元13等速旋轉時，影像擷取觸發器16經由數據處理單元8觸發或者旋轉單元13之旋轉位置檢知器15觸發令影像感測器113擷取該等量測資料。
接著，係補充複數個表面輪廓偵測裝置的變化態樣。請參照圖4所示，其為本發明第二較佳實施例之一種表面輪廓偵測裝置的示意圖。表面輪廓偵測裝置1a與表面輪廓裝置1不同的地方在於，傾斜平台123與離焦平台121的位置交換，表面輪廓偵測裝置1a的傾斜平台123a是設置於離焦平台121a上，離心平台122a則是設置於傾斜平台123a上，而旋轉平台13a是設置於離心平台122a。
請參照圖5所示，其為本發明第三較佳實施例之一種
表面輪廓偵測裝置的示意圖。表面輪廓偵測裝置1b與表面輪廓裝置1不同的地方在於，表面輪廓偵測裝置1b的離心平台122b是設置於離焦平台121b，離心平台122b係以水平方向驅動為例，離焦平台121b係以水平方向驅動為例；旋轉單元13b固持目標物9且設置於離心平台122b上，旋轉單元13b係以水平方向旋轉為例；而傾斜平台123b則是與波前偵測單元11b連結，傾斜平台123b係以水平旋轉方向為例，藉由傾斜波前偵測單元11b一角度，使得偵測光束與一參考平面產生對應角度變化。
請參照圖6所示，其為本發明第四較佳實施例之一種表面輪廓偵測裝置的示意圖。表面輪廓偵測裝置1c與表面輪廓裝置1不同的地方在於，傾斜平台123c是與波前偵測單元11c連結，傾斜平台123c係以水平旋轉方向為例；離焦平台121c是設置於傾斜平台123c，離焦平台121c係以垂直方向驅動為例；離心平台122c是設置於離焦平台121c，離心平台122c係以水平方向驅動為例。
在完成對位校正流程後並確保在所有旋轉角度下均可量測到不過密的干涉圖案，即可進行干涉圖形相位差量測，例如可以利用子孔徑干涉相位擷取法，擷取涵蓋目標物所有表面的互相重疊子孔徑干涉條紋資料並拼接為一完整的目標物輪廓資料。但是此種量測方法的量測動態範圍(dynamic range)較低，雖然可以配合使用額外的消相差光學元件(null optics)提高動態範圍，但此方法所需的額外消相差光學元件需精密製造並定位，所以提高了量測
成本。
為了獲得全口徑(full aperture)的表面輪廓，於此係提出一種新穎的全口徑量測資料的擷取方法，在不需要額外的光學元件之下，對於目標物相同的量測位置做兩次以上的曲率匹配並量測，第一次曲率匹配擷取複數第一量測資料，此資料為具有子孔徑內的第一長軸方向的干涉圖案，並配合第二次曲率匹配所產生之第二量測資料的干涉圖案進行拼接，由一個全子孔徑內圓形量測區域降低為具有一長軸的長條量測區域，有效地降低在子孔徑內的有效量測區域內所對應的偵測光束相差，並提高量測的非球面度範圍，藉由前述之旋轉量測架構，可再縮短量測干涉資料擷取時間。
因此，請參照圖7，本發明亦揭露一種全口徑量測資料的擷取方法，其係與前述的表面輪廓偵測裝置配合，全口徑量測資料的擷取方法包含：移動驅動單元，波前偵測單元所發出之一偵測光束於一目標物之一量測位置上進行複數的表面曲率匹配，其中一表面曲率匹配於目標物之一第一方向(S20)；旋轉旋轉單元，波前偵測單元擷取複數第一量測資料與複數第二量測資料，各該第一量測資料具有一長軸方向，長軸方向對應為目標物上之第一方向(S22)；將該等第一量測資料及該等第二量測資料與目標物的座標進行關聯，部分該等第二量測資料與部分該等第一量測資料於目標物上的相同座標重疊(S24)。
於步驟S20中，不同於習知技術之子孔徑的量測法需
要子孔徑內的所有的二維資料點都必須是可被解析出的疏密度干涉條紋，本發明則只是擷取子孔徑內含有可被解析的疏密度干涉條紋的某一長軸方向的條狀圖案帶，來作為待計算的資料。本發明擷取方法係與前述表面輪廓偵測裝置的驅動單元12配合，藉由驅動單元12的移動，以進行離焦作動、偏心作動、傾斜作動，以將自波前偵測單元11發射之一偵測光束，由目標物9的表面部分反射至波前偵測單元11，而使波前偵測單元11的偵測光束與目標物9的量測位置的部分方向之表面做表面曲率匹配(Directional Surface Curvature Fitting)，譬如說是切線方向或者是弧矢方向等，當然也可以不限於此二個方向。其中，如圖2A及圖2B所示，當波前偵測單元11獲得一目標物9切線方向T的量測資料時，偵測光束入射之波前曲率半徑實質上等於偵測光束由目標物9反射之切線方向T表面的最佳匹配之曲率半徑；當波前偵測單元11獲得一目標物弧矢方向S的量測資料時，偵測光束入射之波前曲率半徑實質上等於偵測光束由目標物9反射之弧矢方向S表面的最佳匹配之曲率半徑。
於步驟S22中，波前偵測單元擷取量測資料(於此以干涉圖案為例)時，在量測非球面透鏡的目標物時，因為非球面透鏡的所有表面的曲率半徑非唯一，所以只有在子孔徑內的曲率最佳匹配的方向的干涉圖案的條紋密度為最疏時才可被量測並進行後續計算，因此，子孔徑的干涉影像會有一固定的疏干涉條紋方向對應至鏡片的特定方
向。當然，若目標物為球面透鏡時或者是低度非球面鏡時，子孔徑內所有二維之資料點將可全部被量測，而為一個圓形的全子孔徑，但於擷取並曝光量測資料時，即會擷取此子孔徑的一部分，因此，量測位置於切線方向上的量測區域仍具有一長軸方向。
請同時參照圖2A、圖2B以及圖8至圖9B，圖2B之切線方向T係位於圖2A之傾斜平台傾斜旋轉θ角所在的平面上，弧矢方向S則為垂直切線方向T也就是入平面的方向；圖8為目標物的俯視示意圖；圖9A及圖9B則分別為於子孔徑切線方向及子孔徑弧矢方向上量測非球面目標物時的干涉圖案。在一較佳的實施例中，對於一個對稱的非球面透鏡量測時，只擷取並同時曝光顯影以記錄於一維方向上最疏的量測資料(第一量測資料)區域t，其一第一長軸方向可以是波前偵測單元11之子孔徑影像中的Y方向，即為目標物的切線方向T。實質操作上，係藉由旋轉目標物9以量測不同位置的切線方向的目標物表面，以擷取切線方向T上複數個一維干涉圖案影像t1、t2，其中Y方向係與目標物9的旋轉方向(以虛線箭頭所示)垂直。
在經過旋轉數圈後，目標物9上的各量測位置，均可以獲得相等於旋轉圈數之複數一維切線方向T的量測資料t(圖8中只繪製t1、t2為例)並獲得其干涉相位。因此，目標物在某一徑向位置的一整圈的資料點即可被量測完畢，圖8中係以目標物區分成三個徑向環(以虛線表示)
為例。同一個量測位置的干涉圖案會因為相位變化的關係而有所不同，一般預計算出該量測位置的表面參數，需要針對同一量測位置至少量測兩次以上，例如是四次，當取得複數個有效的Y方向干涉圖案，圖中只畫出量測區域t1、t2為例，須至少取得一個如圖9B所示的量側區域s1的X方向干涉圖案，以進行弧矢方向S的量測區域(第二量測資料)拼接，俾使該等切線方向T的一維量測區域t1、t2，能夠垂直於第二量測資料的長軸方向拼接為二維度之環狀資料。但因為一維的切線方向T量測資料缺乏資料拼接所需的橫向(即弧矢方向)的資料，因此可再一次利用驅動單元12，使波前偵測單元11的波前曲率半徑與目標物的弧矢方向S曲率半徑相匹配，以進行弧矢方向S的干涉圖案(第二量測資料)的量測。
如圖8及圖9B所示，圖9B中之量測區域s係對應至圖8之量測區域s1。圖9B中之量測區域s為具有最疏干涉條紋的可量測區域，以獲得弧矢方向S的干涉條紋與干涉相位。在此實施例中，可藉由與離焦作動配合的平台，以進行量測弧矢方向S的一維干涉圖案，當然，目標物的方向表面曲率匹配的匹配方向可以不是切線方向或者弧矢方向的兩者之一，因此本發明並不受限只使用離焦平台達到此不同量測方向的功能。對於一低度的非球面或者選擇使用低數值孔徑的偵測光束，子孔徑內所有二維之資料點將可全部被量測，而為一個圓形的全子孔徑干涉圖案，但於擷取並曝光量測資料時，即會擷取此子孔徑的一部
分，因此，量測位置對應的量測資料於切線方向上的量測區域，仍具有一長軸方向。
請再參考圖9A及圖9B，量測資料t係為目標物於切線方T向上所量測到的有效區域，量測資料t具有一第一長軸Y方向，量測資料t之外的部份由於干涉條紋太過於密集，而無法進行分析。於此，係定義波前偵測單元所擷取並同時曝光的量測資料即為量測資料t。也就是說，波前偵測單元只擷取了有效區域以進行計算，而刪除掉了干涉條紋太過於密集的無效區域，可節省計算的時間。量測區域s則為目標物於弧矢方向上所量測到的有效區域，量測區域s具有一第二長軸方向X，其中X方向係與目標物的旋轉方向(以虛線箭頭所示)平行，且量測區域s具有之第二長軸方向X，且第二長軸方向X與第一長軸Y方向不相同，於此係以垂直為例。
最後，於步驟S24中，係將該等第一量測資料及至少一第二量測資料與目標物9的座標進行關聯，並確定部分該第二量測資料與該部分第一量測資料於目標物9上的座標重疊，即可完成目標物9表面輪廓的影像擷取。
再請參照圖7中，本實施例中，擷取方法更可包含：加入波前檢測單元的一校正資料，例如是干涉儀或波前偵測單元本身的誤差，以校正波前檢測單元所產生的一波前誤差或者一座標誤差；以及將已校正之該等第一量測資料以及該第二量測資料關聯到目標物的座標上。
綜上所述，因本發明之表面輪廓偵測裝置及其對位方
法以及全口徑量測資料的擷取方法，具有不受震動影響的特點，同時可以連續性地偵測目標物並曝光同時擷取複數量測圖案，不僅可以提高測量結果的準確度，還能夠縮短測量所需時間。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1、1a~1c‧‧‧表面輪廓偵測裝置
11、11a~11c‧‧‧波前偵測單元
111‧‧‧光源
112‧‧‧參考面
113‧‧‧影像感測器
12、12a‧‧‧驅動單元
121、121a~121c‧‧‧離焦平台
122、122a~122c‧‧‧離心平台
123、123a~123c‧‧‧傾斜平台
13、13a~13c‧‧‧旋轉單元
14‧‧‧目標物對位單元
15‧‧‧位置檢知器
16‧‧‧影像擷取觸發器
17‧‧‧偵測光束對位單元
8‧‧‧數據處理單元
9‧‧‧目標物
θ‧‧‧夾角
A、C1~C3‧‧‧焦點
D‧‧‧傾斜平台之旋轉軸心
F、F1、F2‧‧‧光軸
O‧‧‧對稱軸
R‧‧‧旋轉軸
r1~r3‧‧‧曲率半徑
S‧‧‧弧矢方向
S10~S24‧‧‧步驟
s、s1、t1、t2‧‧‧量測區域
T‧‧‧切線方向
t‧‧‧量測資料
X、Y‧‧‧方向
圖1A及1B為本發明第一實施例之表面輪廓偵測裝置的示意圖，其中圖1B為圖1A的簡要示意圖；圖2A為偵測光束射至目標物表面的側視示意圖；圖2B為圖2A中偵測光束射至目標物表面的俯視示意圖；圖3為本發明之一種表面輪廓偵測裝置之對位方法的流程圖；圖4為本發明第二較佳實施例之表面輪廓偵測裝置的示意圖；圖5為本發明第三較佳實施例之表面輪廓偵測裝置的示意圖；圖6為本發明第四較佳實施例之表面輪廓偵測裝置的示意圖；圖7為本發明之全口徑量測資料的擷取方法流程圖；圖8為目標物的俯視示意圖；以及
圖9A及圖9B分別為於切線方向及弧矢方向上不同子孔徑量測非球面透鏡時的干涉圖案。
1‧‧‧表面輪廓偵測裝置
11‧‧‧波前偵測單元
111‧‧‧光源
112‧‧‧參考面
113‧‧‧影像感測器
12‧‧‧驅動單元
121‧‧‧離焦平台
122‧‧‧離心平台
123‧‧‧傾斜平台
13‧‧‧旋轉單元
14‧‧‧目標物對位單元
15‧‧‧位置感知器
16‧‧‧觸發器
17‧‧‧偵測光束對位單元
8‧‧‧數據處理單元
9‧‧‧目標物
D‧‧‧傾斜平台之旋轉軸心
F‧‧‧波前偵測器光軸
O‧‧‧目標物對稱軸
R‧‧‧旋轉軸
Claims (20)
- 一種表面輪廓偵測裝置，係偵測一目標物的表面輪廓，該表面輪廓偵測裝置包含：一波前偵測單元，具有一影像感測器且發射一偵測光束；一驅動單元，具有複數平台移動該目標物或該波前偵測單元；以及一旋轉單元，具有一旋轉軸，且設置於該驅動單元之其中一平台上，該目標物固持於該旋轉單元，其中在量測該目標物時，該旋轉單元旋轉該目標物且該影像感測器同時曝光並擷取從該目標物反射之該偵測光束所形成之一量測資料。
- 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該等平台係具有讓該偵測光束之波前與該目標物之表面進行曲率匹配中的一離焦作動、一離心作動以及一傾斜作動。
- 如申請專利範圍第2項所述之偵測裝置，其中提供該傾斜作動之平台有一旋轉軸心，該旋轉軸心實質平行於地心引力方向。
- 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該目標物具有一目標物對稱軸，該波前偵測單元具有一光軸，在量測該目標物時，該旋轉單元之該旋轉軸與該目標物對稱軸實質共線，該光軸與該旋轉軸實質共面。
- 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，更包含： 一旋轉位置檢知器，係電性連接於該波前偵測單元，以獲得該旋轉軸之旋轉角度，該波前偵測單元擷取該量測資料時，該波前偵測單元記錄該旋轉軸之相對應旋轉角度並與該量測資料關聯。
- 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該波前偵測單元為一干涉儀，當該旋轉單元帶動該目標物旋轉二次以上，該波前偵測單元即擷取得到該目標物之同一量測位置上具有不同干涉相位變化的該等量測資料。
- 如申請專利範圍第6項所述之偵測裝置，其中具有不同干涉相位變化的該等量測資料，係由該波前偵測單元、該驅動單元或該旋轉單元所產生的震動而造成。
- 如申請專利範圍第6項所述之偵測裝置，更包含：一干涉相位位移器，與該旋轉單元或該驅動單元或該波前偵測單元連結，當該目標物旋轉時，該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之該等量測資料。
- 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，以偵測一目標物的表面輪廓，該表面輪廓偵測裝置包含一波前偵測單元、一驅動單元、一旋轉單元以及一目標物對位單元，該旋轉單元具有一旋轉軸，該目標物具有一目標物對稱軸，該波前偵測單元具有一光軸，該對位方法包含：將該目標物放置於該旋轉單元； 該波前偵測單元發射一偵測光束，該偵測光束與該目標物表面曲率匹配於該目標物之一量測位置；該旋轉單元旋轉該目標物於兩個以上的不同旋轉角度，並分別量取其相對應之一量測資料；根據不同旋轉角度下的該等量測資料，以計算出至少一對位誤差；以及根據該對位誤差微調該目標物對位單元，俾使該旋轉軸與該目標物對稱軸實質共線。
- 如申請專利範圍第9項所述之對位方法，其中該目標物對位單元具有一多軸微調平台組合，該多軸微調平台組合係具有二個平面方向的位移微調功能或者二個旋轉方向的微調功能。
- 如申請專利範圍第9項所述之對位方法，其中該表面輪廓偵測裝置更包含一偵測光束對位單元，該偵測光束對位單元具有一微調平台組合，微調平台組合係具有二個平面方向的位移微調功能或者二個旋轉方向的微調功能，該對位方法更包含：移動該偵測光束對位單元，俾使該旋轉軸與該波前偵測單元之該光軸實質共面。
- 如申請專利範圍第9項所述之對位方法，其中該對位誤差係至少根據該目標物的鏡片參數或者該驅動單元的移動量計算而得。
- 如申請專利範圍第9項所述之對位方法，其中該對位誤差包含該旋轉單元之該旋轉軸和該目標物對稱軸 在空間中的角度或位移的對位誤差。
- 如申請專利範圍第9項所述之對位方法，其中該對位誤差包含該旋轉單元之該旋轉軸和該波前偵測單元的該光軸在空間中的角度或位移的對位誤差。
- 一種全口徑量測資料的擷取方法，與一表面輪廓偵測裝置配合，該表面輪廓偵測裝置包含一驅動單元、一旋轉單元以及一波前偵測單元，該擷取方法包含：移動該驅動單元，該波前偵測單元所發出之一偵測光束於一目標物之一量測位置上進行複數的表面曲率匹配，其中一表面曲率匹配於該目標物之一第一方向；旋轉該旋轉單元，該波前偵測單元擷取複數第一量測資料與複數第二量測資料，各該第一量測資料具有一長軸方向，該長軸方向對應為該目標物上之該第一方向；以及將該等第一量測資料及該第二量測資料與該目標物的座標進行關聯，部分該等第二量測資料與部分該等第一量測資料於該目標物上的相同座標重疊。
- 如申請專利範圍第15項所述之擷取方法，更包含：加入該波前偵測單元的一校正資料，以校正該波前偵測單元所產生的一波前誤差或者一座標誤差；以及將已校正之該等第一量測資料以及該等第二量測資料關聯到該目標物的座標上。
- 如申請專利範圍第15項所述之擷取方法，其中該等 第一量測資料之該長軸之方向為該目標物的切線方向，並藉由旋轉該目標物以量測該目標物不同位置的切線方向表面。
- 如申請專利範圍第15項所述之擷取方法，其中當該波前偵測單元獲得一切線方向的該第一量測資料時，該偵測光束入射之波前曲率半徑實質上等於該目標物之該量測位置之切線方向的最佳匹配曲率半徑。
- 如申請專利範圍第15項所述之擷取方法，其中各該第二量測資料具有一長軸，該長軸之方向為該目標物上之一第二方向，該第一方向與該第二方向係不相同。
- 如申請專利範圍第15項所述之擷取方法，其中當該波前偵測單元獲得一弧矢方向的該等第二量測資料時，該偵測光束入射之波前曲率半徑實質上等於該偵測光束由該量測位置反射之弧矢方向的最佳匹配曲率半徑。
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|---|---|---|---|---|
| JP5955001B2 (ja) * | 2012-01-25 | 2016-07-20 | キヤノン株式会社 | 非球面形状計測方法、形状計測プログラム及び形状計測装置 |
| GB201202456D0 (en) * | 2012-02-13 | 2012-03-28 | Taylor Hobson Ltd | Measurement apparatus and method |
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| CN110580685B (zh) * | 2019-06-19 | 2022-07-29 | 南京邮电大学 | 光的等厚干涉图像数据处理系统 |
| CN110966954A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-04-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 大口径光学元件面形拼接检测方法及设备 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009516171A (ja) * | 2005-11-15 | 2009-04-16 | ザイゴ コーポレーション | 光学的に未処理の表面特徴の特性を測定する干渉計及び方法 |
| TW201017091A (en) * | 2008-10-22 | 2010-05-01 | Univ Nat Yunlin Sci & Tech | An image-measuring apparatus for dimensional parameters of drill and method to performing the same |
| US20110242545A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Fujifilm Corporation | Aspheric surface measuring apparatus |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4669866A (en) * | 1985-01-28 | 1987-06-02 | Phillips Edward H | Step-and-repeat alignment and exposure system and method therefore |
| TW524966B (en) * | 1998-02-05 | 2003-03-21 | Nat Science Council | Image capturing type optical wavefront measurement device |
| US6956657B2 (en) * | 2001-12-18 | 2005-10-18 | Qed Technologies, Inc. | Method for self-calibrated sub-aperture stitching for surface figure measurement |
| US6895682B2 (en) * | 2002-11-08 | 2005-05-24 | North Carolina State University | Polar coordinate-based profilometer and methods |
| US7180602B2 (en) * | 2003-12-11 | 2007-02-20 | Nuonics, Inc. | Agile spectral interferometric microscopy |
| US7173691B2 (en) * | 2003-12-22 | 2007-02-06 | Qed Technologies International, Inc. | Method for calibrating the geometry of a multi-axis metrology system |
| KR101370171B1 (ko) * | 2005-04-05 | 2014-03-04 | 퀘드 테크놀러지즈 인터내셔날, 인크. | 비구면을 정밀 고해상도로 측정하는 방법 |
| EP1717546B1 (en) * | 2005-04-27 | 2008-10-01 | Mitutoyo Corporation | Interferometer and method of calibrating the interferometer |
| US20070127036A1 (en) * | 2005-12-07 | 2007-06-07 | Chroma Ate Inc. | Interference measurement system self-alignment method |
| GB2435092A (en) * | 2006-02-10 | 2007-08-15 | Taylor Hobson Ltd | Surface measurement instrument with adjustable sample support |
| JP4947774B2 (ja) * | 2006-08-18 | 2012-06-06 | 富士フイルム株式会社 | 光波干渉測定装置および光波干渉測定方法 |
| CN101413788B (zh) * | 2007-10-19 | 2010-11-24 | 财团法人工业技术研究院 | 表面形貌量测方法及其装置 |
| WO2009126269A2 (en) * | 2008-04-08 | 2009-10-15 | Qed Technologies International, Inc. | Stitching of near-nulled subaperture measurements |
| US7986414B2 (en) * | 2009-01-30 | 2011-07-26 | Corning Incorporated | Measurement of multiple surface test objects with frequency scanning interferometer |
| JP2010237189A (ja) * | 2009-03-11 | 2010-10-21 | Fujifilm Corp | ３次元形状測定方法および装置 |
| CN201653364U (zh) * | 2010-03-19 | 2010-11-24 | 复华机械股份有限公司 | 晶圆固定框检测装置 |
| CN101876540B (zh) * | 2010-05-07 | 2012-02-22 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于多波前透镜补偿器的非球面绝对测量系统 |
-
2012
- 2012-08-08 TW TW101128651A patent/TWI470184B/zh not_active IP Right Cessation
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009516171A (ja) * | 2005-11-15 | 2009-04-16 | ザイゴ コーポレーション | 光学的に未処理の表面特徴の特性を測定する干渉計及び方法 |
| TW201017091A (en) * | 2008-10-22 | 2010-05-01 | Univ Nat Yunlin Sci & Tech | An image-measuring apparatus for dimensional parameters of drill and method to performing the same |
| US20110242545A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Fujifilm Corporation | Aspheric surface measuring apparatus |
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