[go: up one dir, main page]

TWI868152B - 用於測量光學元件的介面之裝置和方法 - Google Patents

用於測量光學元件的介面之裝置和方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI868152B
TWI868152B TW109119004A TW109119004A TWI868152B TW I868152 B TWI868152 B TW I868152B TW 109119004 A TW109119004 A TW 109119004A TW 109119004 A TW109119004 A TW 109119004A TW I868152 B TWI868152 B TW I868152B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
interface
measured
optical
interferometer
interference
Prior art date
Application number
TW109119004A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202104839A (zh
Inventor
艾倫 寇瑞爾維里
查拉庫瑪爾 哥達瓦地
Original Assignee
法商法格爾微科技公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 法商法格爾微科技公司 filed Critical 法商法格爾微科技公司
Publication of TW202104839A publication Critical patent/TW202104839A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI868152B publication Critical patent/TWI868152B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0675—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02027—Two or more interferometric channels or interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02041—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques
    • G01B9/02047—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques using digital holographic imaging, e.g. lensless phase imaging without hologram in the reference path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02083—Interferometers characterised by particular signal processing and presentation
    • G01B9/02084—Processing in the Fourier or frequency domain when not imaged in the frequency domain
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/025—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by determining the shape of the object to be tested
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0271—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by using interferometric methods
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/62—Optical apparatus specially adapted for adjusting optical elements during the assembly of optical systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本發明係關於一種量測裝置(1)，其用於量測包含複數個介面之光學元件(1000)之待量測介面(103)之形狀，該裝置(1)包含：-量測構件(4000，6000，7000)，其具有由低相干源(402，612，712)照明之至少一個干涉感測器，該量測構件被設置以將量測光束(106，606)引導朝向該光學元件(1000)以便穿過該複數個介面並選擇性地偵測干涉信號，該干涉信號是由該待量測介面(103)反射之該量測光束(106，606)與參考光束(616，716)之間的干涉所產生；-定位構件(608，611，708，711)，其被設置以用於該干涉感測器之相干區域在該待量測介面之層級上之相對定位；-數位處理構件，其被設置以基於該干涉信號來根據視場(108)以產生該待量測介面(103)之形狀資訊之細項。
本發明亦係關於一種量測方法(10)，其用於量測包含複數個介面之光學元件(1000)之待量測介面(103)之形狀。

Description

用於測量光學元件的介面之裝置和方法
本發明係關於一種用於量測包含複數個介面之光學元件中之介面之形狀的裝置。本發明亦係關於一種用於量測此光學元件中之介面之形狀之方法。
非限制性地，技術領域為光學控制及量測系統，詳言之用於製造光學元件。
在像是透鏡或含有若干透鏡之物鏡之光學元件的製造期間，可能有必要控制或量測光學元件之介面或表面之形狀。
像是光學組件(optical assembly)或成像物鏡這類的光學元件通常由一個或複數個透鏡及視需要意欲對光學光束進行整形之其他構件所構成。所述構件或所述透鏡可以堆疊形式組裝於像是鏡筒這類的支撐件中。
此光學元件，例如成像物鏡之光學效能主要取決於構成其之光學構件(諸如透鏡)之製造精確性及光學組件定位在組件中之精確性。
因此需要控制所述構件及其之組件。詳言之，在組件中，可能有必要控制光學構件或透鏡之介面之形狀，以便判定例如元件不符合要求或位置不正確、形狀錯誤或傾斜。
用於控制諸如透鏡等光學元件之形狀之裝置及方法描述於文獻 US 9,658,129 B2中。表面之形狀係使用干涉量測術來量測，詳言之以判定其最高點或頂點。然而，此裝置需要翻轉透鏡以便量測兩個面。因此，僅使得有可能在組裝個別構件之前量測所述組件。
本發明之目標為克服此等缺陷。
詳言之，本發明之目標為提出用於量測包含複數個介面之光學元件之介面或表面之形狀的量測裝置及方法，此裝置及此方法允許量測光學組件中之介面。
本發明之另一目標為提出適合於量測或控制形狀及穿過此光學元件之其他介面定位光學元件中之介面的量測裝置及方法。
本發明之又一目標為提出用於量測連續介面之形狀之量測裝置及方法。
此等目標中之至少一者係藉由用於量測包含複數個介面之光學元件之待量測介面之形狀的量測裝置實現，該裝置包含：-量測構件，其具有由低相干源照明之至少一個干涉感測器、被設置以將量測光束朝向該光學元件引導以便穿過該複數個介面並選擇性地偵測由藉由該待量測介面反射之量測光束與參考光束之間的干涉產生的干涉信號；-定位構件，其被設置以用於該干涉感測器之相干區域在該待量測介面之層級上之相對定位；-數位處理構件，其被設置以基於干涉信號根據視場產生該待量測介面之形狀資訊之細項(item)。
在本發明之範圍內，「光學元件」可表示任何類型之光學物件，意欲例如插入於光束中以對光束進行整形及/或產生影像。其可表示例如： -單個光學構件，諸如透鏡或光束分光器；-透鏡及/或其他光學構件，諸如成像或相機物鏡之組件，或用於對光束進行整形之裝置。
光學元件詳言之可由諸如透鏡等折射元件構成或包含折射元件。
根據本發明之裝置使得有可能對光學元件之介面，及詳言之堆疊介面進行量測，以便自其推斷此等介面之拓樸結構。此等介面可例如包含透鏡表面。所述量測使得有可能判定例如介面之形狀及位置，或光學元件中透鏡之傾斜或偏心。亦有可能推斷光學元件之構件透鏡之材料之厚度量測結果及折射率。
此等量測結果可藉由由低相干光源照明之干涉感測器之量測光束產生。為此，根據本發明之裝置具有用於干涉感測器之相干區域在待量測介面之層級上之相對定位的定位構件。待量測介面可為「埋入式」介面，亦即光學元件內部之介面中之一者。為了到達此埋入式介面，量測光束因此必須穿過光學元件之其他介面。
「相干區域」意謂量測光束與參考光束之間的干涉可形式於感測器上的區域。相干區域可藉由改變兩條光束之間的光學路徑之長度差，例如藉由修改光束中之一者或兩者之光學長度而移位。當相干區域位於介面之層級上時，可獲取藉由此介面反射之量測光束與參考光束之間的干涉信號。
根據本發明之裝置使得有可能針對每一介面(相干區域位於該介面之層級上)，亦即針對位於相干區域中之每一表面選擇性地偵測干涉信號。實際上，調節光源之相干長度以便短於光學元件之兩個鄰近介面之間的最小光學距離。因此，對於每一量測，單個介面位於相干區域中，且因此所獲取干涉信號僅包含來自單個介面之貢獻，或僅來源於單個介面。
根據藉由裝置之量測構件判定之視場實行干涉量測。所述量測可 因此在全場中或藉由視場掃描執行。
根據本發明之裝置之數位處理構件被設置以基於干涉信號根據視場產生所量測介面之形狀資訊之細項。
此形狀資訊可包含待量測介面之光學形狀及/或幾何形狀。
此形狀資訊亦可包含表示介面之形狀及/或位置的光學或幾何距離。
被稱作「光學」之形狀或距離為藉由量測光束「呈現」之形狀或距離。藉由考慮量測光束穿過之介質之折射率推斷幾何表面之距離或形狀。
另外，當量測光束穿過所量測介面之前的介面時，干涉信號表示「明顯」形狀或距離，只要其包括所穿過之一或多個介面之貢獻，詳言之當此等介面位於具有不同折射率之兩種介質之間時，且因此取決於介面形狀藉由折射及/或繞射偏轉或修改量測光束。因此，需要考慮穿過之此等介面之形狀，如下文中所解釋，以便獲得所量測介面之「真實」光學及/或幾何形狀。
詳言之，可使用根據本發明之裝置以用於在光學元件或光學組件之生產期間量測光學元件或光學組件，例如諸如智慧型電話物鏡等由透鏡或微透鏡形成之物鏡或用於汽車產業。
根據有利具體實例，定位構件亦可被設置以用於與干涉感測器之影像平面共軛之物件平面在待量測介面之層級上之相對定位。
實際上，有可能改變量測光束之聚焦距離及/或待量測介面相對於量測光束之位置，以便藉由聚焦於所討論之介面之量測光束獲取對於每一介面之干涉信號。待量測介面因此定位在與干涉感測器之影像平面共軛之物件平面中。詳言之，此使得有可能最佳化耦合回至感測器中之光功率。並且，藉由使用收集自具有較大數位孔徑之介面反射之量測光束的元件，有可能量測具有較陡局部梯度之介面。由此，可獲得介面之形狀之較佳量測結果。此外，與感 測器之影像平面共軛之物件平面中待量測介面之位置使得有可能更易於藉由避免詳言之由散焦引起之光學像差重構待量測表面。
根據一具體實例，量測構件可包含干涉感測器，其被稱作點模式干涉感測器，該量測構件被設置以偵測在視場中一點處之點干涉信號。
在此情況下，藉由根據介面上之複數個量測點掃描整個視場而獲取複數個干涉信號，以便獲得相對於整個介面之形狀資訊之細項。
替代地或另外，量測構件可包含干涉感測器，其被稱作全場干涉感測器，該量測構件被設置以偵測視場中之全場干涉信號。
在此情況下，可在單個量測中根據視場對待量測介面進行成像。
根據實例，裝置可包含具有邁克生(Michelson)干涉儀之干涉感測器。
根據另一實例，裝置可包含具有馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀之干涉感測器。
根據一具體實例，量測構件可包含點模式干涉感測器及全場干涉感測器。
干涉感測器之此組合使得有可能改良並加速干涉信號之獲取。因此，例如有可能藉由點模式感測器沿著待量測光學元件之光軸快速定位介面之光學位置，以便實際上在待量測介面之層級上定位與全場干涉感測器之影像平面共軛之物件平面。亦有可能使用點感測器較快速及/或在較高精確度下量測光學元件之介面之位置及/或構件之厚度或介面之間的距離，相較於藉由全場感測器，其另外用於量測介面之形狀。
定位構件可被設置以在光學元件之不同介面之層級上依次定位相干區域。
此使得有可能依序並分別獲取及處理對於每一介面之干涉信 號，以便獲得光學元件之所有介面之形狀資訊之細項。
根據本發明之裝置亦可包含被設置以在垂直於量測光束之平面中移位光學元件之移位構件。
因此，在點模式干涉感測器之情況下，舉例而言，可根據複數個量測點掃描視場。
同樣，在全場干涉感測器之情況下，可根據複數個部分視場掃描視場。
根據本發明之另一態樣，提出一種用於量測包含複數個介面之光學元件之待量測介面之形狀的量測方法，該方法藉由包含量測構件之量測裝置實施，該量測構件具有由低相干源照明之至少一個干涉感測器、被設置以將量測光束朝向光學元件引導以便穿過該複數個介面並選擇性地偵測由藉由該待量測介面反射之量測光束與參考光束之間的干涉產生的干涉信號，該裝置亦包含定位構件及數位處理構件，其特徵在於該方法包含以下步驟：-干涉感測器之相干區域藉由定位構件在待量測介面之層級上之相對定位；-使用量測構件量測介面以便產生干涉信號；以及-使用數位處理構件處理干涉信號以便根據視場獲得該待量測介面之形狀資訊之細項。
根據本發明之方法亦可包含與干涉感測器之影像平面共軛之物件平面在待量測介面之層級上之相對定位之步驟。
可依序或依次實施至少定位相干區域之步驟及量測步驟，以便量測該複數個介面中之不同待量測介面之形狀。
類似地，可依序或依次實施與干涉感測器之影像平面共軛之物件平面在介面之層級上之相對定位之步驟，以便量測該複數個介面中之不同待量測介面之形狀。
因此，可量測光學元件之所有介面，例如自頂部介面開始且以底部介面結束，穿過所有「埋入式」中間介面，而無需翻轉或操控光學元件。
在對不同介面之量測之間或一旦已經針對所有介面獲取所有干涉信號，就可依序執行針對連續介面獲取之干涉信號之處理。
根據絕非限制性的一具體實例，處理干涉信號之步驟包含使用輪廓量測術對針對同一待量測介面獲取之複數個干涉圖之分析。
輪廓量測術係基於干涉感測器中針對複數個光學路徑差獲取之干涉圖之處理順序，且其構成干涉信號。可根據所實施之分析技術以不同方式獲取所述順序。
詳言之，可根據相移干涉方法獲取該複數個干涉圖。
在此情況下，對於光學元件之每一介面，在小於光源之相干長度之光學路徑差之範圍內，針對量測光束與參考光束之間的複數個光學路徑或相位差值獲取複數個干涉圖。接著，藉由應用已知演算法，諸如Carre演算法將視場之任一點處之干涉圖之相位及視需要振幅判定為分別在此視場之各點處針對不同光學路徑差值獲得之一連串干涉值。
亦可根據垂直掃描干涉方法獲取該複數個干涉圖。
在此情況下，對於每一介面，在較佳地延伸超出光源之相干長度之光學路徑差之範圍內，針對量測光束與參考光束之間的複數個光學路徑或相位差值獲取複數個干涉圖。接著，在視場之每一點處，判定介面上反射之量測光束與參考光束之間的路徑差為零的光學路徑差值。為此，在所討論之點處，有可能偵測例如干涉圖之包絡之最大振幅，或干涉圖之相位與自身抵消之位置。
根據另一非限制性具體實例，處理干涉信號之步驟可實施使用數位全像術之計算方法。
記錄干涉信號或干涉圖。接著，數位全像術方法用於藉由模擬在 偵測器上藉由數位參考波照明干涉圖之過程而用數位方式重構所討論之介面。此方法具有僅需要單個影像或干涉信號獲取來計算光學表面之形狀的優點。
有利地，處理干涉信號之步驟亦可包含校正步驟，其考慮量測光束穿過之介面之形狀資訊之細項，以便獲得待量測介面之光學形狀及/或幾何形狀資訊之細項。
實際上，如上文所解釋，在光學元件中之「埋入式」表面或介面之量測期間，所量測之光學形狀亦可取決於量測光束在到達此等埋入式表面之前穿過之介質及介面之形狀，詳言之由於所引入波前及像差之修改。在此情況下，必須應用校正以便判定介面之真實光學或幾何形狀。
為了進行此校正，有可能使用光傳播模型及先驗知識，或在對光學元件之先前量測期間獲取之知識，諸如所穿過之材料之折射率及介面之位置及形狀。
可實施根據本發明之方法以量測光學元件之介面之形狀及/或位置，該光學元件是以具有像是智慧型電話物鏡的透鏡之光學組件的形式所呈現，所述介面包含透鏡之表面。
1:量測裝置/裝置
2:光源
3:干涉儀
4:偵測器
6:定位構件
7:數位處理構件
10:方法
12:步驟
13:步驟
14:步驟
16:步驟/處理階段
17:步驟
18:校正步驟
19:步驟/分析階段
101:鏡筒
102:透鏡
103:介面
104:光軸
106:量測光束
108:視場
401:光纖耦合器
402:光源
403:感測器
404:固定參考
405:延遲線
406:光纖
407:準直器
408:點
409:光纖耦合器
410:第一準直器
601:偵測器/相機
602:感測器
603:光分離器元件
604:光分離器元件
605:參考鏡面
606:量測光束
607:聚焦物鏡
608:移位構件
609:管透鏡
610:物鏡
611:第一移位構件/平移台
612:低相干源
616:參考光束
701:偵測器/相機
702:感測器
703:第一分離器元件
704:分離器元件
705:參考鏡面
707:聚焦物鏡
708:移位構件
709:管透鏡
710:光束分光器
711:平移構件
712:低相干源
713:第二分離器元件
716:參考光束
801:光學耦合元件
808:峰部
1000:光學元件
4000:干涉儀
6000:干涉儀
7000:干涉儀
8000:干涉裝置
d1:厚度
d2:厚度
d3:厚度
d4:厚度
e1:間隙
e2:間隙
e3:間隙
在對絕非限制性的實例之詳細描述進行檢查時及自附圖，其他優點及特性將變得顯而易見，其中：-[圖1a]為根據本發明之量測裝置之原理之示意圖；-[圖1b]為詳言之藉由實施本發明之裝置量測之光學元件之實例之示意圖；-[圖2]為可在本發明之範圍內使用之干涉裝置之第一實例之示意圖；-[圖3]為可在本發明之範圍內使用之干涉裝置之第二實例之示意圖；-[圖4]為可在本發明之範圍內使用之干涉裝置之第三實例之示意圖； -[圖5]為可在本發明之範圍內使用之干涉裝置之第四實例之示意圖；-[圖6]為根據本發明之量測方法的非限制性具體實例實例之示意圖；且-[圖7]為藉由本發明獲得之待量測物件之量測結果之實例。
將理解，下文中將描述之具體實例絕非限制性的。若下文中所描述之特性的選擇足以賦予技術優點或使得本發明與先前技術有所區別，則僅包含獨立於其他所描述的特性之特性的選擇可被設想為本發明的變體。所述特性的選擇包括至少一個(較佳地功能性)無結構細節的特徵或是只有結構細節的一部份，而此部分單獨足以賦予技術優點或相對於先前先進技術區分本發明。
詳言之，以技術觀點來看，若不存在對於所描述之所有變體與所有具體實例之組合的反對，則可將所描述之所有變體與所有具體實例組合在一起。
在圖式中，多個圖式中共同的元件保持為相同元件符號。
圖1a為用於觀察本發明之原理之示意圖。
量測裝置1經配置以對具有若干介面之光學元件1000之待量測介面之形狀進行量測。
裝置1包含光源2、干涉儀3及偵測器4。干涉儀3及偵測器4可形成干涉感測器。源2為低相干源，其被設置以將量測光束朝向光學元件引導以便穿過介面。干涉儀3經組配以產生源自藉由待量測介面反射之量測光束與參考光束之間的干涉的干涉信號。藉由偵測器4來偵測干涉信號。此干涉信號含有介面之光學形狀之量測結果，量測光束自該介面反射。因此在介面上根據視場獲取一或多個干涉信號。
裝置1亦包含用於干涉儀之相干區域在物件1000之待量測介面之 層級上之相對定位的定位構件6。
裝置1亦包含數位處理構件7。此等處理構件7被設置以基於所量測干涉信號根據視場產生待量測介面之形狀資訊之細項。此等處理構件7包含至少電腦、中心處理或計算單元、微處理器，及/或合適的軟體構件。
圖1b為待在本發明之範圍內量測之光學元件之示意圖。相機物鏡類型之光學元件1000由定位有透鏡102之鏡筒101構成。根據光軸104對準之透鏡102具有表面或介面103。根據本發明之裝置1經配置以根據圍繞光軸104之視場108獲得此等表面或介面103之形狀資訊之細項。圖2亦說明源自量測裝置1之量測光束606。
為了獲得介面之光學量測結果，根據本發明之裝置可實施不同干涉量測術。詳言之，裝置可包含以點模式操作之低相干干涉儀，或全場低相干干涉儀。
圖2為可在本發明之範圍內使用之干涉裝置之實例之示意圖。
圖2中所示的干涉儀4000為時域低相干干涉儀。
干涉儀4000可例如以紅外線操作。為了量測具有抗反射塗層之光學組件，選擇工作波長不同於經最佳化之抗反射塗層(在此情況下其可呈現高反射率)的干涉儀可為有利的。因此，以紅外線操作之干涉儀極其適合於量測意欲在可見光波長中使用的光學組件。
干涉儀4000以點模式操作，亦即其僅使得有可能在量測光學元件1000之表面或介面之視場108時獲取單個點408。
在圖2中所說明的具體實例中，干涉儀4000包含基於單模光纖之雙邁克生干涉儀。雙干涉儀由光纖光源402照明。光源402可為超發光二極體(superluminescent diode，SLD)，其中心波長例如大約為1300nm至1350nm且其光譜寬度大約為60nm。此波長之選擇詳言之對應於組件可用性之準則。
源自源402之光被引導穿過光纖耦合器409及光纖406到達準直器407，以構成點量測光束106。光束之一部分在準直器407之層級上，例如在構成光纖之端部之二氧化矽空氣或玻璃空氣介面上在光纖406中反射，以便構成參考波。
舉例而言，源自光學元件1000之介面103之倒反射耦合至光纖406中並藉由參考波朝向圍繞光纖耦合器401建構之解碼干涉儀引導。此解碼干涉儀具有光學相關器功能，其兩臂分別為固定參考404及延遲線405，例如延時線。在參考404及延遲線405之層級上反射之信號經由耦合器401組合於感測器403上，該偵測器為光電二極體。延遲線405之功能為引入入射波與反射波之間的光學延遲，其可以已知方式隨時間推移而改變、例如藉由移位鏡面而獲得。
調節解碼干涉儀之所述臂之長度以使得有可能藉由延遲線405重新產生在準直器407之層級上反射之參考波與源自光學元件1000之介面之倒反射之間的光學路徑差，在此情況下為干涉圖，其形狀及寬度取決於源402之光譜特性，且詳言之在感測器403之層級上獲得其光學相干長度。
因此，干涉儀4000相對於準直器407或產生參考波之準直器之介面之量測區域藉由解碼干涉儀之所述臂之間的光學長度差及藉由延遲線405之最大行程來判定。此量測區域對應於必須發現待量測介面103之相干區域。
為了獲得介面103之光學形狀，可在不同位置(x,y)處根據複數個量測點408掃描視場108。為此目的，量測裝置可包含例如用於相對於準直器407移位待量測元件1000之平移台。
可針對不同介面103獲得之視場108詳言之取決於準直器407之數值孔徑及表面之曲率。實際上，為了獲得量測結果，介面103上量測光束106之鏡面反射有必要耦合回至準直器407及干涉儀4000中。
圖3為可在本發明之範圍內使用之干涉裝置之另一實例之示意 圖。
圖3中所示的干涉儀6000為全場低相干干涉儀。
裝置，例如干涉儀6000係基於由呈立方體或光束分光器形狀之分離器元件604形成之邁克生或Linnik干涉儀，其具有將量測光束606朝向待量測光學元件1000引導之量測臂及具有對參考光束616進行整形之鏡面605之參考臂。
干涉儀6000經由呈立方體或光束分光器形式之光分離器元件603由低相干源612照明。舉例而言，源612可包含超發光二極體(SLD)、二極體、熱光源(鹵素燈等)或超連續光譜源。源612亦可包含濾光裝置，例如具有光柵及狹縫；或干涉濾光器，以用於將相干長度調節至幾十或幾百微米。源612可經配置以以可見波長或近紅外發射約一或多個波長。
當然，光分離器元件603、光分離器元件604可為非偏振的，或為偏振的且與四分之一波長分光器相關聯以形成無損耦合器。
分別反射至干涉儀之兩臂中之量測光束606及參考光束616經由光分離器元件603(諸如光束分光器)而被引導朝向CMOS或CCD類型之具有例如包含偵測矩陣之感測器602之相機601。
當量測光束606與參考光束616之間的光學路徑差小於源612之相干長度時，在感測器602上獲得干涉。
如圖3中所示之干涉儀6000亦包含聚焦透鏡或物鏡607及管透鏡609，其經配置以便界定與感測器602上形成之影像平面共軛之物件平面。參考臂亦包含物鏡610，其亦與管透鏡609一起界定與感測器602之影像平面共軛之參考物件平面。
干涉儀6000為全場影像形成裝置，其使得有可能根據藉由成像系統之視場及藉由其在聚焦物鏡607之層級上之數值孔徑而決定之視場108來對光學元件1000之介面103進行成像。實際上，為了獲得量測結果，介面103上量測 光束606之鏡面反射有必要耦合回至成像系統中。
通常，干涉儀6000包含用於將照明光束聚焦於聚焦物鏡607及參考臂之物鏡610之後部焦平面中的光學元件。出於清晰之原因，圖中未顯示照明光束。
干涉儀6000亦包含用於改變參考臂之長度之第一移位構件611，其例如以移位參考鏡面605之平移台611之形式呈現。參考臂之物鏡610亦為可調節的，以將參考鏡面605維持在與由感測器602形成之影像平面共軛的物件平面中。
干涉儀6000亦包含移位構件608(稱作第二移位構件)，其功能為將共軛之物件平面移位到由感測器602形成之影像平面，例如以便依序將連續介面103成像於感測器602上。此移位構件608可包含用於移位聚焦物鏡607或此物鏡之透鏡的系統，例如具有線性或螺旋形的平移裝置。替代地或另外，此移位構件608可包含用於相對於光學元件1000移位干涉儀6000或反之亦然的裝置或平移台。
圖4為可在本發明之範圍內使用之干涉裝置之另一實例之示意圖。
裝置，例如干涉儀7000係基於馬赫-曾德爾干涉儀，其具有將量測光束606朝向待量測光學元件1000引導之量測臂及傳播參考光束716之參考臂。
干涉儀7000由低相干源712照明。源712可包含例如超發光二極體(SLD)、二極體、熱光源(鹵素燈等)或超連續光譜源。源712亦可包含濾光裝置，例如具有光柵及狹縫；或干涉濾光器，用於將相干長度調節至幾十或幾百微米。源712可經配置以以可見波長或近紅外發射約一或多個波長。
藉由呈立方體或光束分光器形式之第一分離器元件703將來自源 712之光分離成量測光束606及參考光束716。
干涉儀7000包含量測臂中呈立方體或光束分光器形式之第二分離器元件713，以將量測光束606朝向待量測元件1000引導並將反射光傳輸至此元件中。
在圖4中所示之具體實例中，干涉儀7000在參考臂中亦包含用於引導及改變參考臂之光學路徑之長度的調節元件。此元件可例如且非限制性地藉由呈立方體或光束分光器710形式之分離器元件及可藉由諸如平移台等平移構件711平移移位之參考鏡面705產生。
量測光束606及參考光束716經由呈立方體或光束分光器形式之分離器元件704組合，並被引導朝向CMOS或CCD類型之具有例如包含偵測矩陣之感測器702之相機701。
當然，馬赫-曾德爾干涉儀可藉由為非偏振的或為偏振的並與四分之一波長分光器組合之元件產生，以形成無損耦合器。其亦可至少部分地藉由光纖產生。
當量測光束606與參考光束716之間的光學路徑差小於源712之相干長度時，在感測器702上獲得干涉。
干涉儀7000亦包含聚焦透鏡或物鏡707及管透鏡709，其經配置以便界定與感測器702上形成之影像平面共軛之物件平面。
干涉儀7000亦為全場影像形成裝置，其使得有可能根據藉由成像系統之視場及藉由其在聚焦物鏡707之層級上之數值孔徑而決定的視場108來對光學元件1000之介面103進行成像。實際上，為了獲得量測結果，介面103上量測光束606之鏡面反射有必要耦合回至成像系統中。
通常，干涉儀7000包含用於將照明光束聚焦於聚焦物鏡707之後部焦平面中之光學元件。出於清晰之原因，圖中未示照明光束。
干涉儀7000亦包含移位構件708，其功能為將與由感測器702形成之影像平面共軛的物件平面移位，例如以便將連續介面103依序成像於感測器702上。此移位構件708可包含用於移位聚焦物鏡707或此物鏡之透鏡的系統，其例如具有線性或螺旋形的平移裝置。替代地或另外，此移位構件708可包含用於相對於光學元件1000移位干涉儀7000或反之亦然之平移裝置或台。
應注意，如圖3及圖4中所示之干涉儀6000、干涉儀7000亦可藉由點偵測器601、701產生，從而使得有可能每次僅獲取視場108之單個量測點。在此情況下，有必要沿X、Y掃描視場108，如針對圖2中根據具體實例之干涉儀4000所描述。
圖5為可在本發明之範圍內使用之干涉裝置之另一實例之示意圖。
根據圖5中之實例之干涉裝置8000為如圖3及圖4中所示之干涉儀6000、干涉儀7000(諸如全場干涉儀)與如圖2中所示之干涉儀4000之組合。
裝置，諸如干涉裝置8000亦包含光學耦合元件801，其用於將藉由第一準直器410整形之干涉儀4000之點量測光束106與干涉儀6000、干涉儀7000之量測光束606耦合。耦合元件801經配置以便允許光束沿平行或合併傳播方向之精確及(較佳地)固定相對定位。耦合元件108可包含偏振或非偏振之分光器或半反射立方體。其亦可包含雙色鏡，例如用於將呈紅外光之點量測光束106與呈可見光波長之全場量測光束606耦合。
點量測光束106較佳定位於待量測光學元件1000之光軸104上。為此目的，待量測元件1000及量測光束106、606可例如藉由平移台在X、Y平面中相對於彼此移位。干涉儀6000、干涉儀7000的全場干涉量測術相機可用於控制或觀察此移位，並例如藉由尋找介面形狀之影像或量測結果中之對稱性而定位光軸。
光束106、606在光軸上之定位亦可基於藉由干涉儀4000進行之量測而調節。實際上，光軸上之定位為入射點模式光束垂直於所有介面之唯一位置，且因此詳言之針對具有折射透鏡之光學元件1000產生量測結果。
另一方面，此亦使得有可能以此方式定位光軸。
藉由量測構件，諸如干涉儀4000、干涉儀6000或干涉儀7000，當表面或介面103出現於相干區域中時，由於視場108內量測光束與參考光束之間的干涉在偵測器上獲得干涉結構。
為了自其推斷表面或至少可見光學表面之形狀，可使用若干已知方法，如下文中所描述。
圖1中所示的根據具體實例之裝置1(其包含根據圖2、圖3及圖4中所示之具體實例中之一者的干涉儀)可用於實施將在下文中描述之根據本發明之方法之步驟。
圖6為根據本發明之量測方法的非限制性具體實例實例之示意圖。
圖6中所示之方法10包含相干區域在光學元件1000之待量測介面103之層級上之相對定位之步驟12。
若聚焦物鏡，諸如準直器407、607、707之景深足以藉由修改參考臂之光學長度(例如藉由移位參考鏡面605、705或藉由改變延遲線405之長度)自待量測元件之所有介面103獲得信號，則量測光束106、606與參考光束616、716之間的干涉可形式於全場干涉儀的感測器602、全場干涉儀的感測器702、點模式干涉儀的感測器403上之相干區域沿著光軸104移位。當此相干區域穿過介面103時，有可能在可量測視場108之所有點處獲取干涉信號。
根據圖6中所示之具體實例，方法10亦包含與感測器602、感測器702上之影像平面共軛之物件平面在待量測介面103之層級上之相對定位之步驟 13。
實際上，藉由改變量測光束之聚焦距離將待量測介面103定位於與位於感測器602、感測器702上之影像平面共軛之物件平面中或在光纖406之端部處之準直器407中為較佳的。此使得有可能最佳化耦合回至成像系統中之功率並根據視場108量測具有較陡局部梯度之介面，由於準直器407之數值孔徑或聚焦物鏡607、707之較佳利用。
在圖2、圖3及圖4中所示之干涉儀之實例中，按以下方式進行相干區域之移位及物件平面之移位。
舉例而言，藉由移位參考鏡面605、705進行相干區域沿著光軸104之移位。參考鏡面在光學距離方面之移位引起相干區域沿著光軸104之亦在光學距離方面之相同移位。應記住，光學距離對應於幾何距離乘以所穿過之介質之折射率。
舉例而言，藉由改變準直器407或聚焦物鏡607、707與待量測光學元件1000之間的距離Z及/或藉由改變準直器407，聚焦物鏡607、707或插入至量測光束中之其他光學元件之聚焦距離進行物件平面之移位以將其定位於連續介面上。舉例而言，可基於最大耦合回功率或最大影像對比度或干涉條紋之準則進行最佳聚焦距離之偵測。
有時會發生不可能將量測光束606聚焦於待量測元件1000之特定介面上。詳言之，此取決於準直器407或聚焦物鏡607、707之折射力或光功率及所穿過之光學元件1000之介面之曲率。在此情況下，有可能依賴於最佳耦合回功率(coupled-back power)。然而，一般而言，較佳使用具有在待量測光學元件1000之光學組件之折射力前面的折射力或高光功率(或至少較高)及較大數值孔徑之準直器407或聚焦物鏡607、707以能夠量測良好條件下之介面103。
待進行以將物件平面定位於連續介面上之移位取決於量測光束 606穿過之一連串介質及遇到之表面或介面之曲率。因此，該移位不一定隨元件1000或物件平面之理論位置在真空中或在空氣中(在不存在元件1000的情況下)之相對移位而線性地改變。
相干區域及物件平面之兩個移位因此必須在必要時以經協調方式進行，以便將相干區域疊加於所討論之物件平面上。
在實施如例如圖5中所說明之與全場干涉儀組合之點模式干涉儀的情況下，有可能在弱數值孔徑及因此較大景深之情況下使用點量測光束106快速且極其精確地獲得所有介面103沿著待量測元件1000之光軸之(光學)位置。應注意，對於沿著光軸之此點量測，待量測介面不必處於與干涉儀4000之影像平面共軛之物件平面中。
因此，有可能使用藉由干涉儀4000獲得之位置量測結果藉由干涉儀6000、干涉儀7000依序量測介面103，以便較迅速且較有效地調節、設定用於每一介面之此全場干涉儀，詳言之定位相干區域及與偵測器之影像平面共軛之物件平面。
設定此組合裝置可執行如下：˙使用干涉儀4000(諸如點模式干涉儀)判定介面103沿著光軸之光學位置；˙圍繞此光學位置設定干涉儀6000、干涉儀7000(諸如全場干涉儀)之相干區域；以及˙例如藉由聚焦物鏡調節干涉儀6000、干涉儀7000(諸如全場干涉儀)之物件平面之位置。
在方法10之步驟14期間，已經定位在相干區域中及視需要在如上文所詳述之前述步驟12、13期間定位在物件平面中之待量測元件之介面係藉助於量測光束106、606量測。
圖7展示在點模式下藉由諸如圖2中所說明之低相干干涉儀針對 如圖1b中所說明之由四個微透鏡102沿著同一光軸104之堆疊形成之相機物鏡類型之光學元件1000獲得的干涉量測結果之實例。此等微透鏡具有各別厚度d1、d2、d3及d4並由間隙e1、e2及e3分離。
更特定言之，圖7展示對應於針對光學元件1000之所有介面獲得之干涉圖包絡的峰部808。峰部表示介面上量測光束之反射。微透鏡之表面之各別位置藉由叉號指示，其他峰部由寄生反射引起。此量測對應於在待量測光學元件1000之光軸104之方向Z上針對所有介面之視場108之量測點408。在光軸104上進行此量測。
所獲得值為在光軸104之方向Z上且相對於例如藉由在圖2中干涉儀4000之準直器407之層級上針對視場108中之位置(X,Y)建構不同組件或透鏡102之介面103所定位的干涉儀之位置參考所計數之光學距離。必須針對視場之所有點(X,Y)重複所述量測以用於獲得對於整個視場及光學元件之所有介面103之干涉結構。
當如圖3及圖4中所說明藉由全場干涉儀進行所述量測時，在偵測器上針對整個視場108直接獲得由量測光束與參考光束之間的干涉產生的干涉結構。
為了獲得光學元件之表面或介面之真實幾何形狀，其光學形狀必須預先判定，並如下文中所描述出於傳播效應而經校正。
在方法10之處理階段16期間，對於待量測介面之所有干涉信號用數位方式處理以便自其推斷此介面之形狀資訊之細項。
在處理之第一步驟17期間，判定介面之光學形狀。此光學形狀由於受所穿過之任何介面影響而被稱作「明顯的」，如下文中所描述。自其推斷干涉量測結果。
不同已知方法可用於判定光學及/或幾何形狀。
根據第一具體實例，輪廓量測方法可用於執行步驟17。輪廓量測術係基於干涉圖順序之處理。
在此類型之方法中，較佳地，調節量測光束及參考光束以便以基本上平行或合併或略微傾斜之傳播方向入射於偵測器上，以便產生立體或略微經調變干涉圖。
此輪廓量測方法之第一實例實施基於相移或相位步進、干涉量測術(PSI)之演算法。
為此目的，對於光學元件之每一介面i，在光源之相干長度之限制內，針對量測光束與參考光束之間的複數個光學路徑或相位差值獲取複數個干涉圖(構成干涉信號)。
接著，因此構成之干涉信號之視場108之任一點處之相位及視需要振幅係藉由將已知演算法，諸如Carre演算法應用於在所討論之點處針對不同相移所獲得之一連串干涉圖及藉由展開因此獲得之模2pi相而判定。
因此，一組所量測相位差值φmi(r d)在偵測器平面中獲得(或更精確地，偵測器上量測光束與參考光束之間的相位差)，r d為參考系(X,Y,Z)中朝向偵測器平面之點的座標之向量。
因此，有可能藉由習知關係判定表面i之光學形狀L mi(r d)：L mi (r d )=φ mi λ/4π ， (1)
其中λ為源在真空中之中心波長。
可自光學形狀藉由以下關係推斷幾何形狀S mi(r d)：S mi (r d )=L mi (r d )/n ， (2)
其中n為反射量測光束之介質之群組折射率。
輪廓量測方法之第二實例實施基於垂直掃描干涉量測術(VSI)之演算法。
為此目的，對於每一介面i，在較佳地延伸超出光源之相干長度之光學遲延範圍內，針對干涉儀之量測臂與參考臂之間的複數個光學遲延獲取複數個干涉圖(構成干涉信號)。
在偵測器之每一點r d處，偵測到介面i上反射之量測光束與參考光束之間的光學路徑差為零之光學延遲。為此，有可能偵測例如干涉圖之包絡之最大振幅，或干涉圖之相位與自身抵消之位置。因此，直接獲得表面之光學形狀L mi(r d)。
根據步驟17之另一具體實例，可使用數位全像術方法。
在亦被稱作「離軸干涉量測術」之數位全像術方法中，較佳地，調節量測光束及參考光束以便以傾斜傳播方向入射於偵測器上或在其間形成角度。
當藉由介面i反射之量測光束與參考光束具有小於光源之相干長度之光學路徑差或延遲時，在偵測器上獲得干涉信號或干涉圖I mi(r d)，其中相位資訊沿光束之傾斜方向以條紋網路編碼。
偵測器上之干涉圖可使用以下等式表示：
Figure 109119004-A0305-12-0021-1
其中E mi為如藉由介面i反射且入射於偵測器(量測光束)上之按複數記法之電磁波，E R為為簡單起見假定為常數之按複數記法之參考電磁波，且*為複共軛。
前兩項對應於零階，第三及第四項分別對應於真實及虛擬影像。
藉由選擇量測光束與參考光束之間足夠大的角度，此等不同繞射項或繞射階在傅立葉域中經分離且可因此經濾波。
對應於真實影像之項可因此藉由傅立葉域中之濾波藉由以下獲得：
Figure 109119004-A0305-12-0021-2
其中FFT為快速傅立葉變換且FFT-1為其逆變換。M為用於頻域中以對對應於真實影像之項進行濾波以便保持存在於聚焦物鏡之數值孔徑中之空間頻率的濾波器。
一旦獲得對應於真實影像之項E R*E mi(r d)，就有可能藉由對應於所使用參考波之數位參考波E RD用數位方式照明該真實影像以便獲得電磁場搜尋之表達E mi(r d)：
Figure 109119004-A0305-12-0022-3
應注意，藉由假定參考波為恆定或均一的，此步驟亦可在傅立葉域中藉由平移基頻濾波影像(約零頻率)而執行。
使用電磁場E mi(r d)之相位φmi(r d)，接著有可能藉由關係(1)判定表面之光學形狀L mi(r d)以及藉由關係(2)判定幾何形狀S mi(r d)。
如先前所描述而獲得之光學或幾何形狀為投影至偵測器上之形狀。為了獲得介面之真實光學或幾何形狀，仍然必須考慮介面與偵測器之間的光學系統之效應。
當介面位於與偵測器之影像平面共軛之物件平面中且考慮到完美的光學系統時，有可能使用成像系統之放大，其使得共軛物件平面中之點ri對應於偵測器之點rd，ri為參考系(X,Y,Z)中朝向共軛物件平面之點之座標之向量。因此，在正確放大情況下獲得光學系統之經校正介面之光學形狀L mi(r i)或幾何形狀S mi(r i)。
根據一具體實例，有可能考慮光學系統之像差。此可例如藉由校準、藉由對定位在光學元件1000之地點中之鏡面進行量測而進行。因此，有可能判定由此等像差產生之光學形狀，其可自所量測光學形狀減去。因此，亦有可能考慮偵測器上參考光束之相位輪廓。此使得有可能改良由根據本發明之方法執行之形狀量測之精確度。
根據獲取及處理方法，且詳言之藉由實施如先前描述之數位全像術技術，有可能獲得偵測器處電磁場E mi(r d)之完整表達(藉由振幅及相位)。接著，有可能藉由已知方法例如朝向另一重構平面用數位方式傳播電磁場。詳言之，一些方法使用菲涅爾近似，例如傅立葉變換方法(Appl.Opt.38,6994-7001(1999))、角譜(Opt.Express 13,99359940(2005))或迴旋(Meas.Sci.Technol.13,R85-R101(2002))。
舉例而言，在偵測器並不完全處於與介面之物件平面共軛之影像平面中的情況下，有可能藉由用數位方式傳播在達至此平面之偵測器處量測之電磁場判定影像平面中之電磁場E mi(r d)。
類似地，有可能藉由基於達至所討論之介面之偵測器之平面傳播電磁場較嚴密地判定介面之形狀。
為了例如藉由相對於圖2、圖3、圖4及圖5描述之干涉儀4000、干涉儀6000、干涉儀7000量測光學元件1000之連續介面，在方法10之步驟12、13及14期間藉由在每一量測中所量測之介面i之層級上定位相干區域及視需要物件平面針對連續介面i依次獲取相位φmi(r d)及/或光學形狀L mi(r d)量測結果。
然而，在所討論之介面i 103之前的量測光束穿過之光學元件1000之介面亦修改量測光束之傳播。因此必須考慮所述介面以便獲得介面i之光學或幾何形狀資訊之真實細項。
根據非限制性具體實例且參考圖6，根據本發明之方法10之處理階段16包含校正步驟18以用於考慮量測光束穿過之介質。此校正可應用於在步驟17中獲得之光學或幾何形狀。
根據第一實例，使用穿過不同材料及介面達至所討論之介面i之電磁波之傳播模型執行此校正步驟18，包括干涉儀之所有光學組件及所穿過之待量測光學元件1000之介面。
藉助於說明，有可能使用在下文中描述之簡單模型。藉由假定電磁波在均勻介質中及穿過平滑或鏡面介面之傳播而無需振幅調變，此模型在菲涅爾近似中為有效的。因此，詳言之，其適用於藉由折射元件或透鏡量測光學元件。
亦假定使用存在於物件平面與影像平面之間的光學系統將所量測之每一介面103定位在與偵測器之影像平面共軛之物件平面中。此使得有可能在偵測器上藉由可使用簡單放大G模型化之此物件平面與此等影像平面之間的關係獲得介面之影像，如上文所解釋。此涉及相對於待量測光學元件移位物件平面以用於連續介面之每一量測。對應於每一介面之影像平面與物件平面之間的關係及因此放大取決於量測光束穿過達至所討論之介面之光學元件之介面。然而，實際上，在基本上藉由干涉儀之光學系統，例如聚焦物鏡607、707及管透鏡609、709(由於其高光功率)判定放大之情況下，有可能假定定位於不同介面之層級上之影像平面與物件平面之間已知且相同的放大G。
E 0(r d)表示如藉由參考元件，諸如平面鏡面反射之入射於偵測器上之量測光束之電磁場。
待量測光學元件之第一介面上所反射且入射於偵測器上之電磁場E m1(r d)可寫為E m1(r d )=E 0(r d )exp[-iφ m1(r d )] (6)
其中φm1(r d)為歸因於第一介面上之反射之相位，如藉由先前所描述之干涉方法中之一者藉由定位相干區域及與第一介面上之偵測器之影像平面共軛之物件平面來偵測。
如上文所描述，有可能自其推斷第一介面之光學形狀：L m1(r d )=φ m1(r d )λ/4π (7)
第二介面上所反射且入射於偵測器上之電磁場(忽略此等計算中 未涉及之傳播之項)可寫為：E m2(r d )=E 0(r d )exp[iφ m1(r d )]exp[-iφ m2(r d )]， (8)
其中φm2(r d)為歸因於第二介面上之反射之相位，如藉由先前所描述之干涉方法中之一者藉由定位相干區域及與第二介面上之偵測器之影像平面共軛之物件平面來偵測。
項
φ' m2(r d )=φ m2(r d )-φ m1(r d ) (9)
為如所量測之明顯相位，其包括取決於所量測介面及量測光束穿過以便達至所量測介面之前述介面之項。只要先前判定之φm1(r d)已知，因此有可能判定φm2(r d)。
基於φm2(r d)，第二介面之經校正或真實光學形狀可判定如下：L m2(r d )=φ m2(r d )λ/4π (10)
一旦已經獲得光學形狀及位置，就有可能藉由考慮不同材料之折射率及影像平面與物件平面之間的放大自其推斷幾何形狀。
在使用如圖2中所說明之點模式干涉儀之情況下，物件平面之移位可涉及準直器407之相對移位，必須考慮該相對移位以便計算視場中之不同量測點408處介面之光學距離或位置。
根據第二實例，校正步驟18藉由計算量測光束穿過達至所討論之介面i之光學系統之點散佈函數(PSF)或光學轉移函數(在傅立葉域中)而執行，包括干涉儀之所有光學組件及所穿過之待量測光學元件之介面。
校正步驟18亦可使用光學元件上(此處設計資訊之細項可用)設計資訊之細項執行。舉例而言，有可能使用設計資訊之細項，諸如介面之形狀或標稱曲率，以便在實施例如先前描述之所述模型中之一者時校正量測光束穿過之介面之效應。因此，有可能例如藉由量測驗證視場中介面之形狀，接著使 用其完整標稱形狀(詳言之非球形或「自由」形狀)以便校正以下介面之量測。舉例而言，亦有可能使用標稱介面形狀，但取決於量測沿著光軸定位。
按光學元件之所穿過介面之次序依序執行校正步驟18。因此，對於所討論之每一介面，量測光束先前穿過之介面之經校正光學及/或幾何形狀為可用的。
可根據不同順序執行校正步驟18。
詳言之，有可能針對所有介面獲取或量測所有相位或所有明顯光學形狀(未經校正)，接著計算後一序列中之經校正光學形狀及幾何形狀。
亦有可能依序獲取及處理不同介面之干涉信號。在此情況下，有可能使用先前判定之介面之真實(經校正)光學或幾何形狀以較快速調節裝置之聚焦，且詳言之更有效地定位下一介面上之物件平面。
如先前所解釋，介面之幾何形狀及組件之厚度可藉由知曉待量測元件之材料或至少其折射率基於光學形狀及厚度而判定。
根據實例，對於每一介面量測，可依序判定介面之位置及真實幾何形狀。舉例而言，此使得有可能使用資訊之此等細項計算穿過介面之光之傳播以用於量測以下介面。
亦有可能在光學值方面完全界定待量測光學元件之特徵而無需關於材料之先驗知識。因此，有可能自傳播效應判定經校正介面之所有光學形狀及光學位置，接著在後一步驟中計算光學元件之幾何形狀及尺寸。
根據圖6中所示之具體實例，方法10亦包含分析在處理階段16中獲得之形狀資訊之細項之階段19。
根據實例，可在分析階段19期間判定傾斜及/或偏心。舉例而言，可藉由首先判定或估計光學元件之光軸之位置而執行此判定。光軸可界定為儘可能接近於所量測表面或介面之全部或部分之最高點或頂點(根據光學系統之Z 軸)穿過之直線。
接著，有可能將所討論之介面之明顯最高點與先前判定之待量測元件之全局或平均光軸之位置及/或與基於對稱軸之研究所識別之光學組件之明顯個別光軸之位置進行比較。
根據另一實例，可在分析階段19期間識別光學元件中之錯誤或不合規格的光學組件。舉例而言，可藉由將表面之距離、厚度或形狀之量測結果與源自光學元件之設計之參考值進行比較而產生此識別。可因此偵測到諸如錯誤厚度及/或表面形狀等不合規值或沿著光軸錯誤地定位之組件，組件之間具有不合規空間。
根據又一實例，相對於光軸傾斜之光學組件或透鏡可在分析階段19期間經識別。舉例而言，此識別可使用以下步驟執行-在量測方向Z上偵測所有介面之最高點；-計算儘可能接近於最高點穿過(例如沿最小平方方向(least-squares direction))之由平行於量測方向Z之直線界定之平均光軸或藉由任何其他方式獲得光軸；以及-偵測明顯遠離光軸移動(根據預定準則)之最高點之介面該位置。此等介面對應於偏心或傾斜構件。
視需要，可判定連接組件之介面之最高點的構件軸線。此局部軸線接著可與光學元件之光軸進行比較，以便判定其偏心(平行於光軸但自光軸偏移之局部軸線)及/或傾斜(相對於光軸傾斜之局部軸線)。
根據其他實例，亦有可能在分析階段19期間基於介面之形狀資訊之細項判定：-光學構件之折射率(若其厚度已知)；-光學構件之厚度(若其材料或其折射率已知)；及/或 -表面之構形。
當然，本發明不限於剛剛描述之實例，且在不超出本發明的範圍的情況下可對此等實例進行諸多修改。
102:透鏡
103:介面
104:光軸
108:視場
601:偵測器/相機
602:感測器
603:光分離器元件
604:光分離器元件
605:參考鏡面
606:量測光束
607:聚焦物鏡
608:移位構件
609:管透鏡
610:物鏡
611:第一移位構件/平移台
612:低相干源
616:參考光束
1000:光學元件
6000:干涉儀

Claims (17)

  1. 一種量測裝置，其用於量測包含複數個介面之光學元件之待量測介面之形狀，該裝置包含：量測構件，其包含低相干源及由該低相干源照明之至少一個干涉感測器；定位構件，其被設置以用於該干涉感測器之相干區域在該待量測介面之層級上之相對定位；該量測構件被設置以將量測光束引導朝向該光學元件以便穿過該複數個介面並且在該相干區域定位後選擇性地偵測干涉信號，該干涉信號由該待量測介面所反射之該量測光束與參考光束之間的干涉所產生的，該量測構件包含點模式干涉感測器及全場干涉感測器；數位處理構件，其被設置以基於該干涉信號根據視場產生該待量測介面之形狀資訊之細項。
  2. 如請求項1之裝置，其中該形狀資訊包含該待量測介面之光學形狀及/或幾何形狀。
  3. 如請求項1或2之裝置，其中該定位構件亦被設置以用於與該干涉感測器之影像平面共軛之物件平面在該待量測介面之該層級上之相對定位。
  4. 如請求項1或2之裝置，其中該干涉感測器被設置以偵測在該視場中之一點處的點干涉信號。
  5. 如請求項1或2之裝置，其中該干涉感測器被設置以偵測在該視場中的全場干涉信號。
  6. 如請求項5之裝置，其中該裝置包含具有邁克生干涉儀之干涉感測器。
  7. 如請求項5之裝置，其中該裝置包含具有馬赫-曾德爾干涉儀之干涉感測器。
  8. 如請求項1或請求項2之裝置，其中該定位構件被設置以在該光學元件之不同介面之該層級上依次定位該相干區域。
  9. 如請求項1或2之裝置，其中該裝置亦包含被設置以在垂直於該量測光束之平面中移位該光學元件之移位構件。
  10. 一種量測方法，其用於量測包含複數個介面之光學元件之待量測介面的形狀，該方法由包含量測構件之量測裝置實施，該量測構件具有由低相干源照明之至少一個干涉感測器，該量測構件被設置以將量測光束引導朝向該光學元件以便穿過該複數個介面並選擇性地偵測干涉信號，該干涉信號是由該待量測介面反射之該量測光束與一參考光束之間的干涉所產生的，該量測構件包含點模式干涉感測器及全場干涉感測器，該裝置亦包含定位構件及數位處理構件，其中該方法包含以下步驟：該干涉感測器之相干區域藉由該定位構件以在該待量測介面之層級上之相對定位的步驟；使用該量測構件量測該介面以便產生干涉信號的量測步驟；以及使用該數位處理構件處理該干涉信號以便根據視場來獲得該待量測介面之形狀資訊之細項的步驟。
  11. 如請求項10之方法，其中，該方法亦包含與該干涉感測器之影像平面共軛之物件平面在該待量測介面之該層級上之相對定位的步驟。
  12. 如請求項10或11之方法，其中，依序實施至少定位該相干區域之該步驟及該量測步驟以用於量測該複數個介面中之不同待量測介面之該形狀。
  13. 如請求項10或11之方法，其中，處理該干涉信號之該步驟包含使用輪廓量測術對針對同一待量測介面所獲取之複數個干涉圖之分析。
  14. 如請求項13之方法，其中，該複數個干涉圖係根據相移干涉 方法或根據垂直掃描干涉方法獲取。
  15. 如請求項10或11之方法，其中，處理該干涉信號之該步驟實施使用數位全像術之計算方法。
  16. 如請求項10或11之方法，其中，處理該干涉信號之該步驟亦包含校正步驟，該校正步驟考慮該量測光束穿過之所述介面之形狀資訊之細項，以便獲得該待量測介面之光學形狀及/或幾何形狀資訊之細項。
  17. 如請求項10或11之方法，其中，實施該方法以量測光學元件之所述介面之所述形狀及/或位置，該光學元件是以具有像是智慧型電話物鏡的透鏡之光學組件的形式所呈現，所述介面包含所述透鏡之表面。
TW109119004A 2019-06-07 2020-06-05 用於測量光學元件的介面之裝置和方法 TWI868152B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/FR2019/051376 WO2020245511A1 (fr) 2019-06-07 2019-06-07 Dispositif et procédé de mesure d'interfaces d'un élément optique
WOPCT/FR2019/051376 2019-06-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202104839A TW202104839A (zh) 2021-02-01
TWI868152B true TWI868152B (zh) 2025-01-01

Family

ID=68084858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109119004A TWI868152B (zh) 2019-06-07 2020-06-05 用於測量光學元件的介面之裝置和方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11808656B2 (zh)
EP (1) EP3980715B1 (zh)
JP (1) JP7312278B2 (zh)
KR (1) KR102741041B1 (zh)
CN (1) CN114008405B (zh)
TW (1) TWI868152B (zh)
WO (1) WO2020245511A1 (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11428880B2 (en) * 2020-07-31 2022-08-30 Openlight Photonics, Inc. Optical based placement of an optical compontent using a pick and place machine
FR3128013B1 (fr) * 2021-10-08 2023-11-03 Fogale Nanotech Procédé et dispositif de mesure d’interfaces d’un élément optique
FR3128527B1 (fr) * 2021-10-21 2023-11-17 Fogale Nanotech Procédé de caractérisation fonctionnelle d’objectifs optiques
FR3128534B1 (fr) 2021-10-21 2024-01-19 Fogale Nanotech Procédé d’obtention d’un outil de caractérisation fonctionnelle, en cours de fabrication ou après fabrication, d’un objectif optique.
FR3129472A1 (fr) 2021-11-19 2023-05-26 Fogale Nanotech Procédé de caractérisation géométrique d’objectifs optiques
FR3129471A1 (fr) 2021-11-19 2023-05-26 Fogale Nanotech Procédé d’obtention d’un outil de caractérisation géométrique d’un objectif optique à fabriquer
FR3134179B1 (fr) 2022-04-01 2025-07-18 Fogale Nanotech Procédé et système de caractérisation d’un objectif optique pour la correction d’aberrations optiques introduites par ledit objectif optique dans une image.
EP4279861A1 (en) * 2022-05-19 2023-11-22 Unity Semiconductor A method and a system for characterising structures etched in a substrate
EP4279862A1 (en) * 2022-05-19 2023-11-22 Unity Semiconductor A method and a system for combined characterisation of structures etched in a substrate
JP7600192B2 (ja) * 2022-09-13 2024-12-16 キヤノン株式会社 取得装置、取得方法および光学系の製造方法
FR3141240A1 (fr) 2022-10-21 2024-04-26 Fogale Nanotech Procédé de caractérisation fonctionnelle d’objectifs optiques d’appareils d’imagerie médicale
FR3141243A1 (fr) 2022-10-21 2024-04-26 Fogale Nanotech Procédé de caractérisation fonctionnelle d’objectifs optiques de Smartphone
JP2024100010A (ja) * 2023-01-13 2024-07-26 キヤノン株式会社 計測装置、計測方法、および光学系の製造方法
KR102680071B1 (ko) 2023-09-25 2024-07-02 한화시스템(주) 광학설비 시스템
CN117367315A (zh) * 2023-09-26 2024-01-09 华中科技大学 基于多触头微反射镜的堆叠片曲面变形测量装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006126082A (ja) * 2004-10-29 2006-05-18 Fujinon Corp 保持歪み測定方法および装置
CN101226344A (zh) * 2008-01-31 2008-07-23 上海微电子装备有限公司 测量光学系统参数的测量装置及其测量方法
CN101755187A (zh) * 2007-07-19 2010-06-23 齐戈股份有限公司 用于干扰测量法的生成模型信号
US20130038863A1 (en) * 2010-04-26 2013-02-14 Nanotec Solution Optical device and method for inspecting structured objects

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3206984B2 (ja) * 1992-09-25 2001-09-10 オリンパス光学工業株式会社 レンズ総合検査機
JP2001147174A (ja) * 1999-11-19 2001-05-29 Olympus Optical Co Ltd 干渉測定機
JP2003098034A (ja) * 2001-09-26 2003-04-03 Olympus Optical Co Ltd レンズ面間隔測定装置および測定方法
JP5149196B2 (ja) * 2005-12-06 2013-02-20 カール ツァイス メディテック アクチエンゲゼルシャフト 干渉測定法による試料測定
US7821647B2 (en) * 2008-02-21 2010-10-26 Corning Incorporated Apparatus and method for measuring surface topography of an object
US7940399B2 (en) * 2008-08-04 2011-05-10 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Jones phase microscopy of transparent samples
CN102147240B (zh) * 2010-12-24 2012-08-22 北京理工大学 差动共焦干涉元件多参数测量方法与装置
CN102494623B (zh) 2011-11-11 2014-05-07 中国科学院光电技术研究所 镜头中光学表面中心间距的非接触式测量装置的测量方法
EP3092459B1 (en) * 2014-01-09 2018-05-02 Zygo Corporation Measuring topography of aspheric and other non-flat surfaces
JP2017522066A (ja) * 2014-06-10 2017-08-10 カール ツァイス メディテック インコーポレイテッドＣａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ｍｅｄｉｔｅｃ Ｉｎｃ． 改善された周波数領域干渉法による撮像システムおよび方法
EP3180597B1 (en) 2014-08-15 2021-02-17 Zygo Corporation Optical evaluation of lenses and lens molds
JP6385288B2 (ja) * 2015-01-29 2018-09-05 国立大学法人 香川大学 分光特性測定装置
FR3033643B1 (fr) * 2015-03-13 2020-07-17 Unity Semiconductor Dispositif et procede pour detecter des defauts dans des zones de liaison entre des echantillons tels que des wafers
KR101861672B1 (ko) * 2015-10-29 2018-05-29 주식회사 고영테크놀러지 파장 가변 레이저를 이용한 대면적 oct 시스템과 3차원 이미지 보정 방법
FR3050023B1 (fr) * 2016-04-11 2020-02-14 Unity Semiconductor Procede et systeme d'inspection et de mesure optique d'une face d'un objet
CN109655012A (zh) * 2019-01-15 2019-04-19 四川大学 一种光学界面面型测量的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006126082A (ja) * 2004-10-29 2006-05-18 Fujinon Corp 保持歪み測定方法および装置
CN101755187A (zh) * 2007-07-19 2010-06-23 齐戈股份有限公司 用于干扰测量法的生成模型信号
CN101226344A (zh) * 2008-01-31 2008-07-23 上海微电子装备有限公司 测量光学系统参数的测量装置及其测量方法
US20130038863A1 (en) * 2010-04-26 2013-02-14 Nanotec Solution Optical device and method for inspecting structured objects

Also Published As

Publication number Publication date
TW202104839A (zh) 2021-02-01
JP7312278B2 (ja) 2023-07-20
WO2020245511A1 (fr) 2020-12-10
CN114008405B (zh) 2024-09-24
JP2022537803A (ja) 2022-08-30
KR20220017433A (ko) 2022-02-11
EP3980715C0 (fr) 2024-08-28
US20220357236A1 (en) 2022-11-10
EP3980715B1 (fr) 2024-08-28
CN114008405A (zh) 2022-02-01
EP3980715A1 (fr) 2022-04-13
US11808656B2 (en) 2023-11-07
KR102741041B1 (ko) 2024-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI868152B (zh) 用於測量光學元件的介面之裝置和方法
TWI901756B (zh) 用於測量光學元件的界面的裝置和方法
CN114746713B (zh) 用于成像和干涉测量的设备和方法
KR102558264B1 (ko) 다층 스택의 계측
US9880377B1 (en) Multiple wavelengths real time phase shift interference microscopy
US7777895B2 (en) Linear-carrier phase-mask interferometer
TWI838477B (zh) 用於測量光學元件的介面的方法和裝置
JP2007533977A5 (zh)
CN105928455B (zh) 空间分光同轴斐索型同步移相干涉仪及其测量方法
CN109975820A (zh) 基于Linnik型干涉显微镜的同步偏振相移检焦系统
US20240402039A1 (en) Method and device for measuring interfaces of an optical element
CN105091781B (zh) 一种单桢干涉条纹图测量光学表面的方法与装置
CN110325101B (zh) 用于眼角膜的高分辨率地形图的方法和装置
KR102395533B1 (ko) 간섭계의 광학적 성능을 최적화하기 위한 방법 및 장치
US20250102397A1 (en) Method and device for determining geometric information relating to interfaces of an optical element
TWI867319B (zh) 用以決定資訊的方法及裝置
CN111578832A (zh) 基于短相干光源干涉仪的大行程光程匹配装置及实验方法
CN119826684B (zh) 一种双波长数字全息中的色差补偿方法及系统
US12104897B2 (en) Interometric optical system
JP2003021577A (ja) 屈折率分布測定方法および装置
WO2016067268A1 (en) Method, system and subsystem for interferometrically determining radius of curvature
US7898672B1 (en) Real-time scanner-nonlinearity error correction for HDVSI
Chen et al. High-speed phase shifting profilometry with dual-frequency digital projection grating pattern