TWI827032B - 光學元件相位疊合系統 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一校準光學元件相位的疊合組裝系統，該組裝系統包含一可將光學元件從一檢測位置搬運至一組立位置的移載單元、一設置於該檢測位置的一波前檢測單元與一貝索光束檢測單元、一設置於該組立位置的組立單元、一用以處理及判斷波前及貝索光束檢測數據的處理單元。該組裝系統藉由分析待測該光學元件波前及外徑訊號判斷後提供最佳組立資訊供組立單元以正確相位將光學元件疊合。
Description
本發明係關於一種光學元件相位疊合組立系統，尤其是利用結合貝索光束及波前的光學特性對光學元件的外徑及相位差進行分析判斷，並結合軸向移動機構將一個以上的光學元件疊合之一種高精度之疊合系統及方法。
隨著科技的進展，許多設備或元件製備之精細度要求也愈來愈高，一般情形下，對光學物件是否有偏心的疑慮，可利用接觸式輪廓儀(profiler)對進行量測。輪廓儀為一種兩坐標之測量儀器，檢測時係相對於受檢測物件表面均速滑行，以探針感測物件表面的幾何變化，在X軸和Z軸方向上採樣並轉換成電訊號，之後對原始表面輪廓進行濾波、計算等分析步驟，最終得出輪廓座標。雖然輪廓儀可對三維結構解析出表面輪廓以分析其表面粗糙度，但其檢測結果呈現僅為斷面的二維關係，對於平面整體的平整性或粗糙度只能抽樣進行或大面積掃描，因此多應用在對模具的檢測而較少直接對光學元件進行測試，增加檢測工序與成本。尚且，因探針需接觸受檢測物件，因此有著破壞模具或光學元件的疑慮，且對模具量測，雖可間接測定光學元件成形時正反面(R1、R2)的曲度一致，但無法真正確定射出後光學元件是否有偏心。
另一方面，穿透式干涉儀雖可直接對光學元件進行檢測，但雷射干涉儀通常僅得利用於一維軸向之偏差校正，無法對平面之平整度進行全
面掃描，而白光干涉儀則因為光徑差異與透鏡角度等構件的設置，常有相位誤判的情形以及縱向量測深度的限制，且使用前必須進行傾斜補正，在某種程度上，白光干涉儀須進行多種調校才能達到較精確的檢測，在檢測工序上較有限制。尤者，白光干涉儀中之參考光路與由受檢測物件反射之檢測光路並非採共光路設置，容易因振動或溫度變化而擾動干涉條紋，使檢測結果受到影響。再者，現今光學鏡頭的應用，單單測量透鏡曲率和面形已經不足以確保高解析度之成像品質，現今需要將材料冷卻收縮及均勻性等因素考慮進入。由中華民國專利I312880內容可知，該案可自動地將數鏡片組入一鏡筒內，而快速地完成鏡頭的組裝工作。然而，該先前專利的鏡片組裝係依賴前端工程人員，依據生產鏡片的批量不同而給予人工配裝多種角度，經由每一鏡片的角度堆疊至其他鏡片後進行MTF品質判斷。經過數十多次的組裝配對與MTF量測，最終選擇較佳的鏡片配對角度後，參考每一片鏡片D-CUT相對鏡筒的角度輸入組裝設備的介面中，而後執行由系統進行自動組裝。因此是一種經由MTF品質得知每一層鏡片D-CUT的相對關係，且為涉及到需前端工程調配的結果，每批光學元件的組立品質隨系統溫度、環境震動、模具精度不斷改變。因此每一機種鏡頭設備組裝前有一空窗等待時間，此為不利於生產效率且不合於現今智慧化AIoT場域的需求。
因此，若能設置一較單純之光學干涉機構，減少相位誤判之機率，簡化干涉圖譜之演算，並同時可迅速輕易掃描物件表面輪廓，利用量化相位影像技術完成光學鏡頭成像品質的檢測為主軸，藉由檢測像差來評估待測鏡片的光學成像品質，由量化相位影像解調出透鏡的像差具有較高的動態範圍、較高的解析度和量測精度、檢測時間短以及不受環境影響等諸多優點，再輔以貝索光束(Bessel)進行鏡片外徑偏心的檢查，結合自動化控制
技術改善產線上即時檢測的困難，藉由自動化非球面光學檢測技術來節省人力成本，並提高產品的良率，將有助於提升產能，進而降低生產的成本。
鑒於前述習知接觸式輪廓儀對光學元件模具進行間接偏心量測可能產生的誤差，或干涉儀於功能上的限制，或是檢測工序、演算方式的複雜性與產生相位誤判的可能，以致無法在光學元件自動化組立的設備上應用，本發明之目的之一在於提供一種利用波前檢測(wavefront detection)之光學共光路檢測單元，檢測簡化一般光學干涉原理之複雜調校與演算，減少因非共光路所生之環境干擾，進而達到快速且精確檢測光學元件相位差之目的，以進行快速大量的自動化組裝。另一方面，本發明之另一目的之一，在前述波前檢測佐以貝索光束檢測單元對光學元件的外徑進行偏心檢測，提升之自動化組裝組立之準確性，提供一個能快速組立且具備檢測並判斷相位差及偏心之高精密度光學元件相位疊合系統。
為了達成上述目的，在本發明實施例中，提供一種光學元件相位疊合系統，該光學元件相位疊合系統包含有：一可將光學元件從備料位置搬運至一檢測位置及從檢測位置搬運至一組立位置的移載單元、一設置於該檢測位置的一波前檢測單元、一貝索光束檢測單元、一設置於該組立位置的組立單元，以及一用以處理波前及貝索光束檢測數據的處理單元，該處理單元係自該波前檢測單元及該貝索光束檢測單元所偵測該光學元件的波前及貝索光束檢測數據進行相位差及偏心的判斷，並計算及提供計算後最佳之該光學元件相位配對角度資訊讓組立單元進行該光學元件的組立。
在本發明實施例中，所述之光學元件相位疊合系統，該移載單元進一步包括有一第一驅動裝置、一含吸嘴的移取裝置，該第一驅動裝置可將一光學元件從備料位置移載至檢測位置檢測完畢後再移載至組立位置，
該移取裝置可從備料位置以吸嘴吸附該光學元件至移載單元，以及將該光學元件從移載單元以吸嘴吸附至該組立區域，更進一步的，該移載單元可包括有一壓力偵測裝置，以偵測該移載單元上是否有承載該光學元件。
在本發明實施例中，所述之光學元件相位疊合系統，該波前檢測單元係包括有一第一雷射裝置及第一光學感測器
在本發明實施例中，所述之光學元件相位疊合系統，該貝索光束檢測單元進一步包括有一第二驅動裝置、一貝索光源產生裝置，該第二驅動裝置為一設置於該檢測區域的可轉動平台，讓該光學元件於該可轉動平台上進行360度的旋轉。
在本發明的一實施例中，該組立單元包括有一治具裝置、一第三驅動裝置，該治具裝置上設置一供該光學元件之組裝容器，該治具裝置在收到該處理單元的最適化組立資訊後，依照該組立資訊對光學元件在該組裝容器內進行疊合，該第三驅動裝置將該治具裝置依該組立資訊轉動至組裝相位，並依序疊合該光學元件至組裝容器。
在本發明的一實施態樣中，所述之光學元件相位疊合系統，其中該貝索光束檢測單元之該貝索光束產生裝置之光源可為一第二雷射裝置及一錐狀鏡(acicon lens)、繞射式錐形鏡(Diffractive Axicon)或反射式軸稜鏡(Reflective Axicon)。
在本發明的一實施態樣中，該第一、第二雷射裝置可為氦氖雷射裝置、二氧化碳雷射裝置、氫氟雷射裝置、YAG雷射裝置或YVO4雷射裝置，但並不以此為限，其他可產生光束集中、發散角小之光線投射單元亦可利用。
在本發明的另一實施例中，所述之光學元件相位疊合系統，其中
該第一、第二光學感測器可包括電荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)、互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semic-onductor,CMOS)等光感測積體電路(Photo detector integrated chip)，或其他能夠將光能轉換為電能的光感測元件。
在本發明的一實施例中，所述之光學元件相位疊合系統，其中處理單元為將該波前檢測單元及該貝索光束檢測單元檢測後產生的測量數據分別進行光場運算取得光強數值及相位資訊，並根據該些數據產生最適化組立資訊，供組立單元以正確相位將光學元件疊合。
1:光學元件相位疊合系統
11:移載單元
12:波前檢測單元
13:貝索光束檢測單元
14:處理單元
15:組立單元
W:光學元件
PL:備料位置
ML:組立位置
S2:貝索光束檢測數據資訊
111:第一驅動裝置
112:移取裝置
131:治具裝置
132:第二驅動裝置
151:第三驅動裝置
152:治具裝置
W1:承載托盤
TL:檢測位置
S1:波前檢測數據資訊
S3:光學元件配對相位資訊
圖1係本發明光學元件相位疊合系統實施例之系統示意圖。
圖2係本發明光學元件相位疊合系統實施例之系統位置示意圖。
圖3係本發明光學元件相位疊合系統實施例之另一系統示意圖。
以下將進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例與圖式係用以闡明本發明，並非用以限定本發明之範圍。
本文中所述之「雷射裝置」係指能夠產生雷射光之裝置，通常包括放電機構、增益介質、共振腔或幫浦。所謂「雷射光」通常係指提供能量使電子從低能階向高能階躍遷成激發態，當遷移回低能階射時產生自發輻射，輻射放射出來的光子和其他一樣位於激發態的原子衝突，激發相同的遷移，此經激發後放射的光即為受激輻射，經不斷激發，最後形高強度的光。雷射其特性是光子都有相同的頻率、相位(同調性)、前進方向。因此，
前述特性之雷射裝置，或其他相當於雷射裝置而可產生光束集中、發散角小之光線投射單元皆可為本發明所指之光線投射單元。具體雷射裝置實施例可為氦氖雷射、二氧化碳雷射、氫氟雷射等氣體雷射裝置，以及YAG雷射(摻釔鋁石之榴石晶體雷射)、YVO4雷射((摻釹釩酸釔雷射)等固體雷射裝置，但並不以此為限。
本文中所述之「錐狀鏡」(acicon lens)，旨在該檢測位置的近場特定區域生成近似貝索光束。在貝索光束區域中，光束傳播時不會繞射和擴展。
請參閱圖1及圖2，圖1、2係本發明光學元件相位疊合系統實施例之示意圖。由於圖1、2僅係示意圖，各元件之配置關係與結構僅為說明，其實際配置並不僅限於圖式。本發明光學元件相位疊合系統實施例，包括：一可將包含承載托盤W1的光學元件W(圖未示)從一備料位置PL搬運至檢測位置TL及從檢測位置TL搬運至一組立位置ML的移載單元(11)、一設置於該檢測位置TL的一波前檢測單元(12)、一貝索光束檢測單元(13)、一設置於該組立位置ML的組立單元(15)，以及一用以處理波前及貝索光束檢測數據的處理單元(14)，該處理單元(14)係電性連結該移載單元(11)、該波前檢測單元(12)、該貝索光束檢測單元(13)及該組立單元(15)，並接收自該波前檢測單元(12)及該貝索光束檢測單元(13)所偵測該光學元件W的波前檢測數據資訊S1及貝索光束檢測數據資訊S2進行該光學元件W的相位差及偏心的判斷，並計算及提供計算後最佳之該光學元件配對相位資訊S3讓該組立單元(15)進行該光學元件W的組立疊合。
其中，該移載單元(11)進一步包括有一第一驅動裝置(111)、一附有吸嘴的移取裝置(112)，該第一驅動裝置(111)可將驅動該移載單元(11)將該光學元件W從該備料位置PL搬運至該檢測位置TL。該波前檢測單元(12)包
含有一第一雷射裝置(圖未示)發射一同調光穿過該光學元件W至一光學感測器(圖未示)，以取得該光學元件W之波前檢測數據資訊S1至該處理單元(14)，同時該貝索光束檢測單元(13)包含一貝索光源產生裝置(圖未示)及第二驅動裝置(132)，該第二驅動裝置(132)為一設置於該檢測區域TL的可轉動平台，該光學元件W於該可轉動平台上進行360度的旋轉，該貝索光源產生裝置包含一第二雷射裝置(圖未示)、一錐狀鏡(圖未示)及一第二光學感測器(圖未示)，該第二雷射裝置發射一同調光至該錐狀鏡以產生一近似貝索光束照射該光學元件W，並經由該第二光學傳感器接收以檢測其外徑，同時透過該第二驅動裝置(132)就該光學元件W進行360度旋轉以產生該光學元件W之貝索光束檢測數據資訊S2至該處理單元(14)。該處理單元(14)經分析該波前檢測數據資訊S1及該貝索光束檢測數據資訊S2，並計算及提供計算後最佳之該光學元件配對相位資訊S3，之後該移載單元(11)將該光學元件W從該檢測位置TL移載至該組立位置ML，該移取裝置(112)可從該備料位置PL以吸嘴吸附該光學元件W至該移載單元(11)，以及將該光學元件W從該移載單元(11)吸嘴吸附至該組立區域ML，由組立單元(15)依照該光學元件配對相位資訊S3對該光學元件W進行組立疊合。
該組立單元(15)包括有一治具裝置(152)、一第三驅動裝置(151)，該治具裝置(152)上設置一供該光學元件W之組裝容器W2，該治具裝置(152)在收到該處理單元(14)的該光學元件配對相位資訊S3後，依照該光學元件配對相位資訊S3的組立資訊對該光學元件W在該組裝容器W2內進行疊合，該第三驅動裝置(151)將該治具裝置(152)依該組立資訊轉動至組裝相位，並依序疊合該光學元件W至組裝容器。
圖3係本發明光學元件相位疊合系統之又一實施例之示意圖。其中，更進一步的，該移載單元(11)可包含有一壓力檢測裝置(113)，該壓力檢
測裝置可檢測該移載單元(11)上是否有承載托盤W1以及是否有承載該光學元件W，當該壓力檢測裝置(113)檢測到重量異常異常時，發出一訊號。
1:光學元件相位疊合系統
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Claims (9)
- 一種用光學元件相位疊合系統，包括：一移載單元，其包含：一第一驅動裝置，該第一驅動裝置可、一附有吸嘴的移取裝置，該第一驅動裝置可將驅動該移載單元將一光學元件從一備料位置搬運至一檢測位置；一波前檢測單元，係設置於該檢測位置，該波前檢測單元包含有一第一雷射裝置及一第一光學感測器，該第一雷射裝置係發射一同調光穿過該光學元件至該第一光學感測器，以取得該光學元件之一波前檢測數據；一貝索光束檢測單元，係設置於該檢測位置，該貝索光束檢測單元包含一貝索光源產生裝置及第二驅動裝置，該貝索光源產生裝置包含一第二雷射裝置、一錐狀鏡及一第二光學感測器，該第二雷射裝置發射一同調光至該錐狀鏡以產生一近似貝索光束照射該光學元件，並經由該第二光學傳感器接收以檢測其外徑，該第二驅動裝置為設置於該檢測區域的可轉動平台，該光學元件於該可轉動平台上進行360度的旋轉，以產生該光學元件之貝索光束檢測數據資訊；處理單元，係設置於該疊合系統適處，該處理單元係電性連結該移載單元、該波前檢測單元、該貝索光束檢測單元，該處理單元係分析並計算該波前檢測數據資訊及該貝索光束檢測數據資訊後，提供該光學元件之最佳配對相位資訊；一組立單元，係設置於一組立位置並電性連結該處理單元，該組立單元包括有一治具裝置及一第三驅動裝置，該治具裝置上設置一供該光學元件疊合之組裝容器，在收到一光學元件配對相位資訊後，該第三驅動裝置將該治具裝置依該光學元件配對相位資訊的組立資訊轉動至組裝相位，並依序疊合該光學元件至組裝容器。
- 如請求項1所述之光學元件相位疊合系統，其中該移載單元係包括有一壓力檢測裝置，當該壓力檢測裝置檢測到重量異常異常時，發出一訊號。
- 如請求項2所述之光學元件相位疊合系統，其中該錐狀鏡係為一繞射式錐形鏡。
- 如請求項2所述之光學元件相位疊合系統，其中該第一、第二光學感測器為電荷耦合元件。
- 如請求項3所述之光學元件相位疊合系統，其中該第一、第二光學感測器為電荷耦合元件。
- 如請求項2所述之光學元件相位疊合系統，其中該第一、第二光學感測器為互補式金屬氧化物半導體。
- 如請求項3所述之光學元件相位疊合系統，其中該第一、第二光學感測器為互補式金屬氧化物半導體。
- 如請求項2所述之光學元件相位疊合系統，其中該第一、第二光學感測器為動態視覺感測器。
- 如請求項3所述之光學元件相位疊合系統，其中該第一、第二光學感測器為動態視覺感測器。
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- 2022-04-30 TW TW111116561A patent/TWI827032B/zh active
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