TWI645169B - Wavefront detection system and method - Google Patents

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郭倩丞
林育賢
李正中
許玄岳
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一種消除校正誤差的波前檢測系統，包括波前檢測儀，用以產生系統波前以及取得波前像差，其中更包括：誤差處理單元、以及波前分析單元。誤差處理單元，依據系統波前透過光強分布演算法比較光點位移，取得擬合傾斜項誤差，並依據擬合傾斜項誤差，取得波前誤差；以及波前分析單元，依據波前誤差及波前像差，透過澤爾尼克多項式取得真實波前。

Description

波前檢測系統及方法
本發明是有關於一種自動化光學檢測方法，且特別是有關於一種波前檢測系統及方法。
哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前量測系統主要應用在自適應光學，傳統的波前量測系統主要分為波前感測器、波前修正元件以及整體控制器，用來檢測光學系統本身無法事先排除的光學像差，近年來，這項技術廣泛的使用在量測光學元件的波前像差，透過哈特曼-夏克波前量測系統開發自動光學檢測技術，作為鏡片和鏡頭品質的自動化品質檢驗，針對CCD(Charge Coupled Device，感光耦合元件)上點定位之問題以及檢測系統校正誤差分析，並結合分析軟體判斷樣品是否符合規格問題。
而為了使用哈特曼-夏克波前量測系統，在重建波前誤差分析的方法中，須選擇一種數學多項式作為波前重建的工具，而這些計算方法卻無法避免波前誤差擬合中發生因為沒有正交性使各項方程式互相影響，產生數據上的誤差。
更由於為了精確地使用哈特曼-夏克波前量測系統檢測光學元件之波前，有效且正確的降低系統誤差也是一個重要的關鍵。哈特曼-夏克波前量測系統量測到的波前包含系統元件本身產生的波前、待測元件之波前以及校正誤差引進的波前，其中系統本身的波前是可以參考點校正來移除誤差。而校正誤差引進的波前誤差，一般來說，都是利用哈特曼-夏克波前量測系統進行測量待測元件的波前時，先行對正待測元件，以達到待測元件的光軸與系統光軸平行，但這樣的步驟對於實際測量來說，是個極為 複雜且繁瑣的環節，更是影響哈特曼-夏克波前量測系統是否能結合自動控制的關鍵，離軸像差往往更是影響分析軟體的判斷。
本發明提供一種波前檢測系統及方法，其目的以哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前量測技術為基礎，利用光點強度之分布計算並移除校正所產生的誤差，如此一來可以在擬合計算前，先移除校正產生的誤差避免引入錯誤之像差資訊。
本發明提供了一種消除校正誤差的波前檢測系統，包括一波前檢測儀，用以產生一系統波前以及取得一波前像差，其中更包括：一誤差處理單元、以及一波前分析單元。該誤差處理單元，依據該系統波前透過一光強分布演算法比較光點位移，取得一擬合傾斜項誤差，並依據該擬合傾斜項誤差，取得一波前誤差；以及該波前分析單元，依據該波前誤差及該波前像差，透過一澤爾尼克多項式取得一真實波前。
在本發明之一實施例中，上述之波前檢測儀為一哈特曼-夏克波前檢測儀。
在本發明之一實施例中，上述之誤差處理單元透過該光強分布演算法，利用光點強度之分布(Beam view)計算出校正產生的該擬合傾斜項誤差。
在本發明之一實施例中，上述之誤差處理單元依據該擬合傾斜項誤差，於該波前分析單元產生該真實波前之前，移除校正誤差，並取得該波前誤差。
在本發明之一實施例中，上述之波前分析單元利用該澤爾尼克多項式依據該波前誤差，分析該波前像差的一線性項差，再透過該波前分析單元移除校正時所產生的波前誤差，用以產生該真實波前。
本發明還提供了一種波前檢測方法，步驟包括：透過一波前檢測儀，產生一系統波前，並取得一波前像差；再透過一誤差處理單元，依據該系統波前透過一光強分布演算法比較光 點位移，取得一擬合傾斜項誤差，並依據該擬合傾斜項誤差，取得一波前誤差；以及透過一波前分析單元，依據該波前誤差及該波前像差，透過一澤爾尼克多項式取得一真實波前。
在本發明之一實施例中，上述之誤差處理單元透過該光強分布演算法，利用光點強度之分布(Beam view)計算出校正產生的該擬合傾斜項誤差。
在本發明之一實施例中，上述之誤差處理單元依據該擬合傾斜項誤差，於該波前分析單元產生一真實波前之前，移除校正誤差，並取得該波前誤差。
在本發明之一實施例中，上述之波前分析單元利用該澤爾尼克多項式依據該波前誤差，分析該波前像差的一線性項差，再透過該波前分析單元移除校正時所產生的波前誤差，用以產生該真實波前。
在本發明之一實施例中，上述之澤爾尼克多項式具有正交的特性以及光學像差的對應性，避免波前誤差擬合中發生因為沒有正交性使各項方程式互相影響，產生數據上的誤差。
本發明更提供了一種消除校正誤差的波前檢測系統，一哈特曼-夏克波前檢測儀，用以產生一系統波前以及取得一波前像差，其中更包括：一誤差處理單元、以及一波前分析單元。該誤差處理單元，依據該系統波前透過一光強分布演算法比較光點位移，取得一擬合傾斜項誤差，並依據該擬合傾斜項誤差，取得一波前誤差；以及該波前分析單元，依據該波前誤差及該波前像差，透過一澤爾尼克多項式取得一真實波前；其中該誤差處理單元透過該光強分布演算法，利用光點強度之分布計算出校正產生的該擬合傾斜項誤差，於該波前分析單元產生該真實波前之前，移除校正誤差，並取得該波前誤差；以及該波前分析單元利用該澤爾尼克多項式依據該波前誤差，分析該波前像差的一線性項差，再透過該波前分析單元移除校正時所產生的波前誤差，用以產生該真實波前。
本發明的效果在於，此波前檢測系統將透過哈特曼-夏克波前量測系統利用光點強度之分布計算並移除校正所產生的誤差。哈特曼-夏克波前量測系統量測到的波前包含系統元件本身產生的波前、待測元件之波前以及校正誤差引進的波前相差，然而，校正誤差引進的波前相差是需要解決的問題，利用光強的分布，藉由澤爾尼克(Zernike)多項式在各項次之間彼此是正交，不會互相影響的特性來進行校正。優點是可以在進行多項式擬合計算前，先移除校正誤差避免引入錯誤之像差資訊，改善量測系統量測精確度和移除因為校正所產生的人為誤差，更可以結合自動托盤系統批次檢測待測元件，結合分析軟體自動判定待測元件是否符合規格。
100‧‧‧波前檢測儀
110‧‧‧誤差處理單元
120‧‧‧波前分析單元
S210~S240‧‧‧步驟流程
301‧‧‧波前像差示意圖
302‧‧‧波前像差示意圖
303‧‧‧光強分布示意圖
304‧‧‧擬合傾斜項誤差
305‧‧‧真實波前
310‧‧‧波前像差
320‧‧‧微陣列透鏡
330‧‧‧感測器
340‧‧‧誤差光點
341‧‧‧參考光點
圖1是根據本發明之波前檢測系統的裝置單元示意圖。
圖2是根據本發明之波前檢測方法的步驟流程圖。
圖3A至圖3E是根據本發明之波前檢測方法的實施例操作示意圖。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1是根據本發明之波前檢測系統的裝置單元示意圖。在圖1中，消除校正誤差的波前檢測系統，包括一波前檢測儀100，用以產生一系統波前以及取得一波前像差，其中更包括：一誤差處理單元110、以及一波前分析單元120。該誤差處理單元110，依據該系統波前透過一光強分布演算法比較光點位移，取得一擬合傾斜項誤差，並依據該擬合傾斜項誤差，取得一波前誤差；以及該波前分析單元120，依據該波前誤差及該波前像差，透過一澤爾尼克多項式取得一真實波前。
於本實施例中，該波前檢測儀為一哈特曼-夏克波前檢 測儀。
於本實施例中，該誤差處理單元透過該光強分布演算法，利用光點強度之分布(Beam view)計算出校正產生的該擬合傾斜項誤差。
於本實施例中，該誤差處理單元依據該擬合傾斜項誤差，於該波前分析單元產生該真實波前之前，移除校正誤差，並取得該波前誤差。
於本實施例中，該波前分析單元利用該澤爾尼克多項式依據該波前誤差，分析該波前像差的一線性項差，再透過該波前分析單元移除校正時所產生的波前誤差，用以產生該真實波前。
圖2是根據本發明之波前檢測方法的步驟流程圖，步驟流程如下：
步驟S210：透過波前檢測儀，產生系統波前，並取得波前像差。
步驟S220：透過誤差處理單元，依據系統波前透過光強分布演算法比較光點位移，取得擬合傾斜項誤差。
步驟S230：透過誤差處理單元，依據擬合傾斜項誤差，取得波前誤差。
步驟S240：透過波前分析單元，依據波前誤差及波前像差，透過澤爾尼克多項式取得真實波前。
於本實施例中，更包括：該波前檢測儀為一哈特曼-夏克波前檢測儀。
於本實施例中，更包括：該誤差處理單元透過該光強分布演算法，利用光點強度之分布(Beam view)計算出校正產生的該擬合傾斜項誤差。
於本實施例中，更包括：該誤差處理單元依據該擬合傾斜項誤差，於該波前分析單元產生該真實波前之前，移除校正誤差，並取得該波前誤差。
於本實施例中，澤爾尼克多項式具有正交的特性以及光學像差的對應性，避免波前誤差擬合中發生因為沒有正交性使各項方程式互相影響，產生數據上的誤差。
於本實施例中，澤爾尼克多項式假設校正誤差為Werror，其表示式為：Werror=a．Wx,linear+b．Wy,linear
其中，Wx,linear和Wy,linear分別代表波前中與待測物校正誤差的分量，x和y為夾角像差之線性項。
於本實施例中，該波前分析單元利用該澤爾尼克多項式依據該波前誤差，分析該波前像差的一線性項差，再透過該波前分析單元移除校正時所產生的波前誤差，用以產生該真實波前。
圖3A至圖3E是根據本發明之波前檢測方法的實施例操作示意圖，說明如下：
圖3A為波前像差示意圖301，透過波前檢測儀通過待測物取得波前像差310，並透過微陣列透鏡320，於感測器330上產生誤差光點340，以及參考光點341。
圖3B：波前像差示意圖302。
圖3C：光強分布示意圖303
圖3D：透過誤差處理單元，透過光強分布演算法比較光點位移，取得擬合傾斜項誤差304。
圖3E：透過誤差處理單元，依據擬合傾斜項誤差304，取得波前誤差，並透過波前分析單元，依據該波前誤差及該波前像差，透過澤爾尼克多項式取得真實波前305。
於本實施例中，該波前檢測儀為一哈特曼-夏克波前檢測儀。
於本實施例中，該誤差處理單元透過該光強分布演算法，利用光點強度之分布(Beam view)計算出校正產生的該擬合傾斜項誤差。
於本實施例中，該誤差處理單元依據該擬合傾斜項誤差，於該波前分析單元產生該真實波前之前，移除校正誤差，並取得該波前誤差。
於本實施例中，澤爾尼克多項式假設校正誤差為Werror，其表示式為：Werror=a．Wx,linear+b．Wy,linear
其中，Wx,linear和Wy,linear分別代表波前中與待測物校正誤差的分量，x和y為夾角像差之線性項。
於本實施例中，該波前分析單元利用該澤爾尼克多項式依據該波前誤差，分析該波前像差的一線性項差，再透過該波前分析單元移除校正時所產生的波前誤差，用以產生該真實波前。
綜上所述，本發明波前檢測系統將透過哈特曼-夏克波前量測系統利用光點強度之分布計算並移除校正所產生的誤差。哈特曼-夏克波前量測系統量測到的波前包含系統元件本身產生的波前、待測元件之波前以及校正誤差引進的波前，然而，校正誤差引進的波前誤差式需要解決的問題，例用光強的分布，藉由澤爾尼克(Zernike)多項式在各項次之間彼此是正交，不會呼相影響的特性來進行校正。優點是可以在進行多項式擬合計算前，先移除校正誤差避免引入錯誤之像差資訊，改善改善量測系統量測精確度和移除因為校正所產生的人為誤差，更可以結合自動托盤系統批次檢測待測元件，結合分析軟體自動判定待測元件是否符合規格。
雖然本發明以前述實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，所作更動與潤飾之等效替換，仍為本發明之專利保護範圍內。

Claims (10)

  1. 一種消除校正誤差的波前檢測系統，包括一波前檢測儀，用以產生一系統波前以及取得一波前像差，其中包括：一誤差處理單元，依據該系統波前透過一光強分布演算法比較光點位移，取得一擬合傾斜項誤差，並依據該擬合傾斜項誤差，取得一波前誤差；以及一波前分析單元，依據該波前誤差及該波前像差，透過一澤爾尼克多項式取得一真實波前；其中，該澤爾尼克多項式假設校正誤差為Werror，其表示式為：Werror=a．Wx,linear+b．Wy,linear其中，Wx,linear和Wy,linear分別代表波前中與待測物校正誤差的分量，x和y為夾角像差之線性項。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的波前檢測系統，其中該波前檢測儀為一哈特曼-夏克波前檢測儀。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的波前檢測系統，其中該誤差處理單元透過該光強分布演算法，利用光點強度之分布(Beam view)計算出校正產生的該擬合傾斜項誤差。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的波前檢測系統，其中該誤差處理單元依據該擬合傾斜項誤差，於該波前分析單元產生該真實波前之前，移除校正誤差，並取得該波前誤差。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的波前檢測系統，其中該波前分析單元利用該澤爾尼克多項式依據該波前誤差，分析該波前像差的一線性項差，再透過該波前分析單元移除校正時所產生的波前誤差，用以產生該真實波前。
  6. 一種波前檢測方法，包括：透過一波前檢測儀，產生一系統波前，並取得一波前像差；透過一誤差處理單元，依據該系統波前透過一光強分布演算法比較光點位移，取得一擬合傾斜項誤差，並依據該擬合傾斜項 誤差，取得一波前誤差；以及透過一波前分析單元，依據該波前誤差及該波前像差，透過一澤爾尼克多項式取得一真實波前；其中，該澤爾尼克多項式假設校正誤差為Werror，其表示式為：Werror=a．Wx,linear+b．Wy,linear其中，Wx,linear和Wy,linear分別代表波前中與待測物校正誤差的分量，x和y為夾角像差之線性項。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的波前檢測方法，其中透過一誤差處理單元，依據該系統波前透過一光強分布演算法比較光點位移，取得一擬合傾斜項誤差，並依據該擬合傾斜項誤差，取得一波前誤差的步驟中，更包括：該誤差處理單元透過該光強分布演算法，利用光點強度之分布(Beam view)計算出校正產生的該擬合傾斜項誤差。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的波前檢測方法，其中透過一誤差處理單元，依據該系統波前透過該光強分布演算法比較光點位移，取得一擬合傾斜項誤差，並依據該擬合傾斜項誤差，取得一波前誤差的步驟中，更包括：該誤差處理單元依據該擬合傾斜項誤差，於該波前分析單元產生一真實波前之前，移除校正誤差，並取得該波前誤差。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的波前檢測方法，其中透過一波前分析單元，依據該波前誤差及該波前像差，透過一澤爾尼克多項式取得一真實波前的步驟中，更包括：該波前分析單元利用該澤爾尼克多項式依據該波前誤差，分析該波前像差的一線性項差，再透過該波前分析單元移除校正時所產生的波前誤差，用以產生該真實波前。
  10. 一種消除校正誤差的波前檢測系統，包括一哈特曼-夏克波前檢測儀，用以產生一系統波前以及取得一波前像差，其中包括：一誤差處理單元，依據該系統波前透過一光強分布演算法比較 光點位移，取得一擬合傾斜項誤差，並依據該擬合傾斜項誤差，取得一波前誤差；以及一波前分析單元，依據該波前誤差及該波前像差，透過一澤爾尼克多項式取得一真實波前；其中該誤差處理單元透過該光強分布演算法，利用光點強度之分布計算出校正產生的該擬合傾斜項誤差，於該波前分析單元產生該真實波前之前，移除校正誤差，並取得該波前誤差；以及該波前分析單元利用該澤爾尼克多項式依據該波前誤差，分析該波前像差的一線性項差，再透過該波前分析單元移除校正時所產生的波前誤差，用以產生該真實波前；其中，該澤爾尼克多項式假設校正誤差為Werror，其表示式為：Werror=a．Wx,linear+b．Wy,linear其中，Wx,linear和Wy,linear分別代表波前中與待測物校正誤差的分量，x和y為夾角像差之線性項。
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