專利名稱：表面輪廓偵測裝置、其對位方法及量測數(shù)據(jù)擷取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種表面輪廓偵測裝置及其對位方法以及全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的進步，光學(xué)組件已日趨精密，舉凡信息工業(yè)、通訊工業(yè)、自動控制工業(yè)、醫(yī)療工業(yè)、或航天工業(yè)等，甚至是日常生活皆與光學(xué)組件產(chǎn)生密不可分的關(guān)系。在這些眾多光學(xué)組件中，光學(xué)透鏡更是其中的主要產(chǎn)品之一,而如何在如此精密的組件中進行準(zhǔn)確的量測，以了解是否符合產(chǎn)品的規(guī)格需求，一直是業(yè)界的深切期望。非接觸式的干涉量測光學(xué)技術(shù)(interferometric optical technique)已廣 泛應(yīng)用在精密光學(xué)透鏡的表面輪廓(surface profile)的量測。舉例而言，當(dāng)進行表面輪廓的量測時，測試表面所反射的一測試波前(tested wavefront)與一參考表面所反射的一參考波前(reference wavefront)會進行結(jié)合而形成一光學(xué)干涉圖案(opticalinterferograms),而干涉儀即是偵測此光學(xué)干涉圖案。于光學(xué)干涉圖案的密度輪廓(intensity profile)中的空間變化(spatial variations),是相對于經(jīng)結(jié)合測試前導(dǎo)波與參考前導(dǎo)波之間的相位差，此相位差是通過與參考表面有關(guān)的測試表面的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，其是通過不同時間內(nèi)引入一個已知相位的變化量于干涉圖案中，使干涉圖案產(chǎn)生動態(tài)的變化，再通過相位移公式的計算，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的相位差與測試表面的對應(yīng)輪廓。然而，相移式量測過程需要穩(wěn)定無震動的環(huán)境，才能獲得理想的量測結(jié)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(shù)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數(shù)據(jù)并拼接為一完整的鏡片輪廓。已知技術(shù)的子孔徑量測技術(shù)，需在目標(biāo)物上的不同位置的子孔徑上作前述的相移式量測后，以獲得完整的目標(biāo)物子孔徑干涉相位，才能夠進行全域干涉相位數(shù)據(jù)的拼接(stitching)。而且，為了增加拼接的精準(zhǔn)度和橫向的分辨率，擷取的相鄰子孔徑數(shù)據(jù)需要有足夠的重迭區(qū)域面積，因此，也增加了所需量測的不同位置的子孔徑的數(shù)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的相位數(shù)據(jù)，因此需要移動干涉儀或者是鏡片使偵測光束量測于不同的鏡片位置。然而，因為移動平臺在移動與減速時無可避免會產(chǎn)生機械震動的問題，必須等到機臺因為移動或者減速所產(chǎn)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于相移量測的時間和移動平臺在各個子孔徑位置的移動的速度與量測平臺的剛性。當(dāng)然，使用高剛性的移動平臺，可以縮短震動完全停止的時間，但是也提高了平臺的成本。因此，由于移動平臺震動的問題，已知的子孔徑量測方法，無法在短時間內(nèi)獲得相當(dāng)數(shù)量的子孔徑干涉相位，必須在量測的精準(zhǔn)度與量測時間之間作最佳的選擇，而無法兼顧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的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數(shù)據(jù)的擷取方法，可以連續(xù)性的偵測目標(biāo)物并曝光同時擷取多個干涉圖案，在短時間內(nèi)擷取目標(biāo)物完整的表面輪廓，大幅縮短了偵測所需的時間。本發(fā)明可采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種表面輪廓偵測裝置偵測目標(biāo)物的表面輪廓，表面輪廓偵測裝置包括波前偵測單元、驅(qū)動單元以及旋轉(zhuǎn)單元。波前偵測單元具有影像傳感器且發(fā)射偵測光束。驅(qū)動單元具有多個平臺移動目標(biāo)物或者波前偵測單元。旋轉(zhuǎn)單元具有旋轉(zhuǎn)軸，且設(shè)置于驅(qū)動單元的其中一個平臺上，目標(biāo)物固持于旋轉(zhuǎn)單元。在量測目標(biāo)物時，旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)目標(biāo)物且影像傳感器同時曝光并擷取從目標(biāo)物反射的偵測光束所形成的量測數(shù)據(jù)。
在一實施例中，驅(qū)動單元所具有的所述平臺具有讓偵測光束的波前與目標(biāo)物的表面進行曲率匹配的一離焦作動、一偏心作動以及一傾斜作動。在一實施例中，提供傾斜作動的平臺有一旋轉(zhuǎn)軸心，旋轉(zhuǎn)軸心實質(zhì)平行于地心引力方向。在一實施例中，目標(biāo)物具有一目標(biāo)物對稱軸，波前偵測單元具有一光軸，在量測時，旋轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)軸與目標(biāo)物對稱軸實質(zhì)共線，光軸與旋轉(zhuǎn)軸實質(zhì)共面。在一實施例中，表面輪廓偵測裝置還包括一旋轉(zhuǎn)位置檢知器，其電性連接于波前偵測單元，以獲得旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度，波前偵測單元擷取曝光量測數(shù)據(jù)時，波前偵測單元記錄旋轉(zhuǎn)軸的相對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度并與量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。在一實施例中，波前偵測單元為一干涉儀，當(dāng)旋轉(zhuǎn)單元帶動目標(biāo)物旋轉(zhuǎn)兩次以上，波前偵測單元即擷取得到目標(biāo)物的同一量測位置的同一量測方向上具有不同干涉相位變化的所述量測數(shù)據(jù)。在一實施例中，具有不同干涉相位變化的所述量測數(shù)據(jù)，由波前偵測單元、驅(qū)動單元或旋轉(zhuǎn)單元所產(chǎn)生的震動而造成。在一實施例中，表面輪廓偵測裝置還包括一干涉相位位移器，其與旋轉(zhuǎn)單元或驅(qū)動單元或波前偵測單元連結(jié)，當(dāng)目標(biāo)物旋轉(zhuǎn)時，干涉相位位移器同時作動以產(chǎn)生隨機或者可預(yù)測的干涉相位變化不同的所述量測數(shù)據(jù)。本發(fā)明的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，以偵測目標(biāo)物的表面輪廓，表面輪廓偵測裝置包括波前偵測單元、驅(qū)動單元、旋轉(zhuǎn)單元以及目標(biāo)物對位單元，旋轉(zhuǎn)單元具有一旋轉(zhuǎn)軸，目標(biāo)物具有一目標(biāo)物對稱軸，波前偵測單元具有一光軸，對位方法包括將目標(biāo)物放置于旋轉(zhuǎn)單元；波前偵測單元發(fā)射一偵測光束，偵測光束與目標(biāo)物表面曲率匹配于目標(biāo)物的一量測位置；旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)目標(biāo)物于兩個以上的不同旋轉(zhuǎn)角度，并分別量取其相對應(yīng)的量測數(shù)據(jù)；根據(jù)不同旋轉(zhuǎn)角度下的所述量測數(shù)據(jù)，以計算出至少一個對位誤差；以及根據(jù)對位誤差微調(diào)目標(biāo)物對位單元，俾使旋轉(zhuǎn)軸與目標(biāo)物對稱軸實質(zhì)共線。在一實施例中，目標(biāo)物對位單元具有一多軸微調(diào)平臺組合，多軸微調(diào)平臺組合具有兩個平面方向的位移微調(diào)功能或者兩個旋轉(zhuǎn)方向的微調(diào)功能。
在一實施例中，對位誤差至少根據(jù)目標(biāo)物的鏡片參數(shù)或者驅(qū)動單元的移動量計算而得。在一實施例中，對位誤差包括旋轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)軸和目標(biāo)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，對位誤差包括旋轉(zhuǎn)單元的旋轉(zhuǎn)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(jù)本發(fā)明的一種全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法，與表面輪廓偵測裝置配合，表面輪廓偵測裝置包括驅(qū)動單元、旋轉(zhuǎn)單元以及波前偵測單元，擷取方法包括移動驅(qū)動單元，波前偵測單元所發(fā)出的偵測光束于目標(biāo)物的量測位置上進行多個的表面曲率匹配，其中一個表面曲率匹配于目標(biāo)物的第一方向；旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)單元，波前偵測單元擷取多個第一量測數(shù)據(jù)以及多個第二量測數(shù)據(jù)，各第一量測數(shù)據(jù)具有一長軸方向，長軸方向?qū)?yīng)為目標(biāo)物上的第一方向，第一長軸方向與第二長軸方向不相同；以及將所述第一量測數(shù)據(jù)及第二量測數(shù) 據(jù)與目標(biāo)物的坐標(biāo)進行關(guān)聯(lián)，部分第二量測數(shù)據(jù)與部分第一量測數(shù)據(jù)于目標(biāo)物上的相同坐標(biāo)重迭。在一實施例中，擷取方法還包括加入波前偵測單元的校正數(shù)據(jù)，以校正波前偵測單元所產(chǎn)生的波前誤差或者坐標(biāo)誤差；以及將已校正的第一量測數(shù)據(jù)以及第二量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到目標(biāo)物的坐標(biāo)上。在一實施例中，所述第一量測數(shù)據(jù)的長軸方向為目標(biāo)物的切線方向，并通過旋轉(zhuǎn)目標(biāo)物以量測不同位置的切線方向的所述目標(biāo)物表面。在一實施例中，當(dāng)獲得波前偵測單元一切線方向的所述第一量測數(shù)據(jù)時，偵測光束入射的波前曲率半徑實質(zhì)上等于目標(biāo)物的量測位置的切線方向的最佳匹配曲率半徑。在一實施例中，各第二量測數(shù)據(jù)具有一長軸，第二量測數(shù)據(jù)的長軸的方向為目標(biāo)物上的一第二方向，第一方向與第二方向不相同。在一實施例中，當(dāng)波前偵測單元獲得一弧矢方向的所述第二量測數(shù)據(jù)時，偵測光束入射的波前曲率半徑實質(zhì)上等于偵測光束由量測位置反射的弧矢方向的最佳匹配曲率半徑。承上所述，因本發(fā)明的表面輪廓偵測裝置及其對位方法以及全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法，可以連續(xù)性的偵測目標(biāo)物并曝光同時擷取多個量測圖案，大幅縮短偵測所需的時間。


圖IA及IB為本發(fā)明第一實施例的表面輪廓偵測裝置的示意圖，其中圖IB為圖IA的簡要示意圖；圖2A為偵測光束射至目標(biāo)物表面的側(cè)視示意圖；圖2B為圖2A中偵測光束射至目標(biāo)物表面的上視示意圖；圖3為本發(fā)明的一種表面輪廓偵測裝置的對位方法的流程圖；圖4為本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的表面輪廓偵測裝置的示意圖；圖5為本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的表面輪廓偵測裝置的示意圖；圖6為本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的表面輪廓偵測裝置的示意圖7為本發(fā)明的全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法流程圖；圖8為目標(biāo)物的上視示意圖；以及圖9A及圖9B分別為于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。
具體實施例方式以下將參照相關(guān)附圖，說明依本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種表面輪廓偵測裝置及其對位方法以及全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。請參照圖IA以及圖IB所示，其中圖IA為本發(fā)明第一實施例一種表面輪廓偵測裝置的示意圖，圖IB為圖IA的簡要示意圖，表面輪廓偵測裝置I偵測目標(biāo)物的表面輪廓，目標(biāo)物9只要是一個軸對稱的光學(xué)組件即可，例如是球面透鏡或非球面透鏡，于此目標(biāo)物9以 一非球面透鏡為例，其具有一目標(biāo)物對稱軸O。表面輪廓偵測裝置I包括一波前偵測單元11、一驅(qū)動單元12以及一旋轉(zhuǎn)單元13。波前偵測單元11具有一光源111、一光軸F以及一影像傳感器113。光源111于此以一雷射光源為例，光源111發(fā)出一對稱于光軸F的偵測光束至目標(biāo)物9并反射部分偵測光束回到波前偵測單元11，并由影像傳感器113曝光同時擷取至少一個量測數(shù)據(jù)。其中，光源111為波前偵測單元11的組成部分，但不一定設(shè)置于波前偵測單元11的殼體內(nèi)。值得一提的是，波前偵測單元11可以為其它如夏克哈特曼傳感器(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以一菲佐干涉儀為例，但本發(fā)明不限于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(biāo)物9表面反射并回至波前偵測單元11進行偵測，已知的波前偵測單元11有一可偵測波前相差的動態(tài)量測范圍(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(tài)量測范圍內(nèi)，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(yīng)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(biāo)物9的子孔徑范圍內(nèi)的量測區(qū)域內(nèi)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(biāo)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(nèi)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，得到疏密的干涉條紋進行量測。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(nèi)對應(yīng)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(nèi)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(yīng)的曲率半徑與曲率中心相差太大導(dǎo)致過大的反射偵測波前的干涉相位差，并造成過密的干涉條紋而超過波前偵測單元11的動態(tài)量測范圍導(dǎo)致無法量測；或者另一方法，我們可以選擇性的在子孔徑內(nèi)選擇想要量測的區(qū)域如一環(huán)狀區(qū)域或者是一長條狀區(qū)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(qū)域所對應(yīng)的曲率半徑和曲率中心接近或者相等，通過使用適當(dāng)?shù)膫蓽y光束波前曲率半徑和曲率中心，使得于目標(biāo)物9表面預(yù)定的量測區(qū)域反射的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(biāo)物9或者波前偵測單元11，使得偵測光束在目標(biāo)物9量測位置的波前曲率半徑和曲率中心接近目標(biāo)物9的對應(yīng)曲率半徑和曲率中心，只要子孔徑內(nèi)的預(yù)定量測區(qū)域的波前相差是在波前偵測單元11的動態(tài)量測范圍內(nèi)即可。因此，在此動態(tài)量測范圍內(nèi)會有一最佳匹配曲率半徑(best fitted radiusof curvature)和一最佳匹配曲率中心(best fitted center of curvature)使得量測區(qū)域內(nèi)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(tài)量測范圍上限與下限，表面曲率匹配的結(jié)果并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(shù)值。而是在波前偵測單元11的一最大量測范圍內(nèi)，會有一定對應(yīng)范圍內(nèi)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(tài)量測范圍內(nèi)并可量測。驅(qū)動單元12具有多個平臺(stages)來移動目標(biāo)物9或波前偵測單元11，以對目標(biāo)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IB中以驅(qū)動單元12連結(jié)于固持著目標(biāo)物9的旋轉(zhuǎn)單元13為例，以間接對目標(biāo)物9進行作動。前述的離心作動是指通過改變偵測光束射至目標(biāo)物9的位置，使得偵測光束的曲率中心與目標(biāo)物9的表面對應(yīng)的內(nèi)接圓的曲率中心實質(zhì)上同一位置；傾斜作動是指通過改變偵測光束與目標(biāo)物對稱軸0的夾角，使得偵測光束可以偵測目標(biāo)物9鏡面上的不同徑向位置的表面；離焦作動是指通過改變偵測光束于目標(biāo)物9表面上的曲率半徑，使得偵測光束與目標(biāo)物9的表面對應(yīng)內(nèi)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，將于后面詳細敘述。本實施例中，旋轉(zhuǎn)(rotation)單元13設(shè)置于傾斜平臺123,旋轉(zhuǎn)單元13具有一旋轉(zhuǎn)軸R，目標(biāo)物9固持于旋轉(zhuǎn)單元13。在本實施例中，旋轉(zhuǎn)單元13具有一真空吸盤，用以固持目標(biāo)物9，在實際應(yīng)用時，真空吸盤也可以被其它具有固持功能的機構(gòu)取代，例如是鏡片夾持治具。當(dāng)然，無論是真空吸盤、鏡片夾持治具或其它具有固持功能的機構(gòu)，只要是可以達到固持目標(biāo)物9的目的的機構(gòu)即可，本發(fā)明于此并不予以限定。通過旋轉(zhuǎn)單元13，目標(biāo)物9沿其目標(biāo)物對稱軸0旋轉(zhuǎn)，以利影像傳感器113同時曝光并擷取從目標(biāo)物9不同的旋轉(zhuǎn)角度下的量測位置所反射的偵測光束所形成的至少一個量測圖案。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(biāo)物表面的示意圖，圖中只畫出部分的目標(biāo)物，圖2A是圖IB的部分側(cè)視圖；圖28則為圖IB的部分上視示意圖，其固定于目標(biāo)物9的某坐標(biāo)上，為了進行表面曲率匹配，偵測光束相對于目標(biāo)物9移動的示意圖。如圖2A所示，波前偵測單元11所發(fā)出的偵測光束射至目標(biāo)物9的表面，部分偵測光束經(jīng)目標(biāo)物9的表面反射后，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(jié)合而形成一干涉圖案(量測數(shù)據(jù))，進而由波前偵測單元11內(nèi)的影像傳感器進行曝光擷取干涉圖案的其中一部分而作為量測數(shù)據(jù)。如圖2B所示，當(dāng)波前偵測單元11發(fā)射的偵測光束(如圖中點狀區(qū)域所示)從目標(biāo)物9表面量測位置反射時，為了獲得子孔徑內(nèi)的的量測數(shù)據(jù)，入射至目標(biāo)物9量測位置的偵測光束的波前需與目標(biāo)物9量測位置反射的表面作表面曲率匹配。例如，以一內(nèi)接圓代表表面曲率匹配的最佳匹配表面曲率,所述內(nèi)接圓圓心即為最佳匹配曲率中心，所述內(nèi)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(yīng)光軸F2)的波前的焦點為C2，即為表面的內(nèi)接圓的圓心，而C2落在目標(biāo)物對稱軸O上，而內(nèi)接圓的曲率半徑為r2來作例子。也就是說，當(dāng)獲得波前偵測單元11于切線方向T的第一量測數(shù)據(jù)時，偵測光束入射的波前曲率半徑實質(zhì)上等于目標(biāo)物9的量測位置的切線方向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，以偵測光束(對 應(yīng)光軸F2)的波前的焦點為Cl移動至偵測光束(對應(yīng)光軸Fl)的波前的焦點為C2為例來進行說明。波前焦點由Cl移動至C2可分解成波前焦點從C2移動至A點(垂直于光軸F2的一垂直位移)，再從A點移動至C2 (平行于光軸F2的一平行位移)。當(dāng)進行離心作動時，驅(qū)動單元12驅(qū)動目標(biāo)物9垂直于波前偵測單元11的光軸F2的方向移動，通過垂直于波前偵測單兀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(biāo)物9的表面對應(yīng)的內(nèi)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(biāo)物9的表面對應(yīng)的內(nèi)接圓的圓心實質(zhì)上在同一位置。當(dāng)進行離焦作動時，偵測光束的聚焦點會平行于波前偵測單元11的一光軸F移動，而從焦點A點移動至于曲率中心點焦點C2，以焦點C2為圓心可形成另一內(nèi)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(biāo)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(biāo)物9的表面量測位置所對應(yīng)的內(nèi)接圓的曲率半徑相等的目的。當(dāng)進行傾斜作動時，驅(qū)動目標(biāo)物9傾斜，也就是改變目標(biāo)物對稱軸0與波前偵測單元11的光軸F的夾角0，以改變偵測光束入射至目標(biāo)物9上的徑向位置并使得波前偵測單兀11的光軸F可垂直于目標(biāo)物9的表面量測位置。于此例中，從點Cl (對應(yīng)光軸Fl)移動至點C2(對應(yīng)光軸F2)，進而改變了目標(biāo)物對稱軸0與光軸的夾角(由0度變成夾角e )。故通過離焦作動、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(biāo)物9表面上不同徑向上切線方向的量測區(qū)域。需要特別注意的是，于實際應(yīng)用上，可以是一個平臺進行離焦作動、離心作動以及傾斜作動其中一種作動，也可以是由多個平臺協(xié)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(fā)明并不予以限定。請再參照圖IA所示，在本實施例中，則以驅(qū)動單元12具有一離焦平臺121、一離心平臺122以及一傾斜平臺123為例，以分別進行離焦作動、離心作動以及傾斜作動。其中，離焦平臺121以水平方向驅(qū)動為例；離心平臺122以垂直畫面的方向驅(qū)動為例；傾斜平臺123以水平方向旋轉(zhuǎn)為例；與上述平臺配合的旋轉(zhuǎn)單元13，則以垂直方向旋轉(zhuǎn)為例。值得一提的是，如旋轉(zhuǎn)單元13置于傾斜平臺123上，在不同的傾斜角度下作旋轉(zhuǎn)量測時，為了最佳的平臺量測穩(wěn)定性，目標(biāo)物9所受的重力方向需保持同一方向并且不改變旋轉(zhuǎn)單元13的受力力矩方向與大小，以避免對旋轉(zhuǎn)單元13與其夾持機構(gòu)造成微小的形變，降低量測的精準(zhǔn)度與不確定性。此時，如將傾斜平臺123的一旋轉(zhuǎn)軸心D平行于地心引力方向，則旋轉(zhuǎn)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(biāo)物對稱軸0與旋轉(zhuǎn)平臺的旋轉(zhuǎn)軸R共線，表面輪廓偵測裝置I還包括一設(shè)置于旋轉(zhuǎn)單元13上的對位單元14。當(dāng)目標(biāo)物9固持于對位單元14上的夾持機構(gòu)時，對位單元14需要將目標(biāo)物對稱軸O及旋轉(zhuǎn)軸R進行對位，以讓目標(biāo)物對稱軸O及旋轉(zhuǎn)軸R實質(zhì)共線。若目標(biāo)物為球面光學(xué)透鏡時，因為球面光學(xué)透鏡的所有表面具有一共享的曲率中心特性，故只要調(diào)整此旋轉(zhuǎn)軸R通過目標(biāo)物9的曲率中心的圓心即可。因此較佳的是，目標(biāo)物對位單元14具有一多軸微調(diào)平臺組合(alignment platform),其中有兩個垂直于旋轉(zhuǎn)軸R的平面方向的移動方向(例如是X、Y方向)或者是兩個垂直于旋轉(zhuǎn)軸R的旋轉(zhuǎn)角度方向(例如是a、^方向)的微調(diào)功能，以進行對稱球面量測時的對位程序。但是當(dāng)目標(biāo)物9為非球面透鏡時，因為其表面不具有一所有表面共享的曲率中心點，因此，目標(biāo)物對稱軸0與旋轉(zhuǎn)軸R需要共線，因此同時需要兩個垂直于旋轉(zhuǎn)軸的平面方向的移動功能及兩個垂直于旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向的微調(diào)功能，以分別調(diào)整兩個平面方向以及兩個旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)單元13的旋轉(zhuǎn)軸R共面，表面輪廓偵測裝置I還包括一設(shè)置于波前偵測單元11上的偵測光束對位單元17。偵測光束通過此偵測光束對位單元17射出至目標(biāo)物9上，通過將波前偵測單元11的光軸F與旋轉(zhuǎn)平臺的旋轉(zhuǎn)軸R進行對位，以讓波前偵測單元11的光軸F及旋轉(zhuǎn)軸R實質(zhì)共面。因此較 佳的是，偵測光束對位單元17具有一多軸微調(diào)平臺組合，其中有兩個位于光軸F的平面方向的移動方向(例如是X、Y方向)與兩個垂直于光軸F的旋轉(zhuǎn)角度方向(例如是a、0方向)的微調(diào)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(gòu)，具有四個調(diào)整方向的微調(diào)功能。具有一對稱軸0的目標(biāo)物9在對于其對稱軸0旋轉(zhuǎn)時，將展現(xiàn)高度的對稱相似性，因此，如果對稱軸0與旋轉(zhuǎn)軸R共線，波前偵測單元11即可以在每個旋轉(zhuǎn)角度量測到固定的相似子孔徑量測數(shù)據(jù)，此不因旋轉(zhuǎn)角度改變的固定量測數(shù)據(jù)由偵測光束的光軸F與旋轉(zhuǎn)軸R的對位誤差和鏡片參數(shù)(lens prescription)決定；相反的，如果此目標(biāo)物9并沒有對于其對稱軸0旋轉(zhuǎn)，亦即對稱軸0與旋轉(zhuǎn)軸R不共線，則波前偵測單元11會在不同的旋轉(zhuǎn)角度量測到變化的量測數(shù)據(jù)，此量測數(shù)據(jù)的變化量則隨著角度產(chǎn)生旋波變化(harmonicchange),此旋波變化由目標(biāo)物9的對稱軸0與旋轉(zhuǎn)軸R的對位誤差和鏡片參數(shù)所決定，因此，通過量測不同角度下的子孔徑量測數(shù)據(jù)與鏡片參數(shù)，可以推導(dǎo)出一對位誤差，此對位誤差則包括對稱軸O、光軸F與旋轉(zhuǎn)軸R于空間中的所有可能對位誤差組合。換句話說，此對位誤差包括旋轉(zhuǎn)單元13的旋轉(zhuǎn)軸R和目標(biāo)物對稱軸0在空間中的角度與位移的對位誤差以及旋轉(zhuǎn)單元13的旋轉(zhuǎn)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(dāng)然，還可以選擇性的只推導(dǎo)其中一種對位誤差。若因為目標(biāo)物對稱軸0與旋轉(zhuǎn)軸R之間的對位誤差或者光軸F與旋轉(zhuǎn)軸R之間對位誤差所造成的過大光學(xué)相差變化，可能導(dǎo)致在某些旋轉(zhuǎn)角度下無法進行量測。因此，在本發(fā)明中，目標(biāo)物9最好在對稱軸0與旋轉(zhuǎn)軸R實質(zhì)共線且光軸F與旋轉(zhuǎn)軸R實質(zhì)共面的條件下進行量測，尤其是每次將目標(biāo)物9放置于旋轉(zhuǎn)單元13上量測時，必須確定目標(biāo)物對稱軸0與旋轉(zhuǎn)軸R實質(zhì)共線，偵測光束的光軸F與旋轉(zhuǎn)軸R的對位則必須在更換參考面112或者架設(shè)驅(qū)動單元12后實施。在本發(fā)明中，亦揭露一種表面輪廓偵測裝置的對位方法，其與前述的表面輪廓偵測裝置配合。請參照圖3，對位方法包括將目標(biāo)物放置于旋轉(zhuǎn)平臺(S10);波前偵測單元發(fā)射一偵測光束，偵測光束與目標(biāo)物表面曲率匹配于一量測位置(S12);旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)目標(biāo)物于兩個以上的不同旋轉(zhuǎn)角度，并分別量取其相對應(yīng)的一量測數(shù)據(jù)(S14);根據(jù)不同旋轉(zhuǎn)角度下的所述量測數(shù)據(jù)，以計算出至少一個對位誤差(S16);以及根據(jù)對位誤差微調(diào)目標(biāo)物對位單元，俾使旋轉(zhuǎn)軸與目標(biāo)物對稱軸實質(zhì)共線(S18)。以下，請同時參照IA以及圖3，以說明對位方法的步驟。于步驟SlO中，將目標(biāo)物9放置于旋轉(zhuǎn)單元13,于此,旋轉(zhuǎn)單元13以具有一夾持機構(gòu)為例,夾持機構(gòu)穩(wěn)固夾持目標(biāo)物9。于步驟S12中，驅(qū)動單元12驅(qū)動目標(biāo)物9或者波前偵測單元11，使得目標(biāo)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于波前偵測單元11的量測范圍。于此，以驅(qū)動單元12驅(qū)動目標(biāo)物9來進行最佳表面曲率匹配為例。于步驟S14中，旋轉(zhuǎn)單元13驅(qū)動目標(biāo)物9沿旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)，并通過波前偵測單元11量測目標(biāo)物9在至少兩個以上不同的已知旋轉(zhuǎn)角度下的量測數(shù)據(jù)并將旋轉(zhuǎn)軸R已知的旋轉(zhuǎn)角度與偵測光束波前相位作關(guān)連。 于步驟S16中，比較于不同旋轉(zhuǎn)角度下的所述量測數(shù)據(jù)，以計算出至少一個對位誤差。例如可利用鏡片參數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度與其對應(yīng)的偵測光束波前相位，再加上例如光跡追蹤軟件的優(yōu)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(biāo)物對位單元14內(nèi)的多軸微調(diào)平臺組合所需的四軸或二軸位移量，此對位誤差可能包括了目標(biāo)物對稱軸O、旋轉(zhuǎn)單元13、轉(zhuǎn)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多個數(shù)值。另外，在曲率匹配過程中，可以由驅(qū)動單元12的平臺移動量和量測數(shù)據(jù)推導(dǎo)獲得鏡片的參數(shù)得到鏡片的表面參數(shù)(Lens Prescription)。于步驟S18中，根據(jù)上述計算出來的對位誤差，來微調(diào)目標(biāo)物對位單元14，例如可進行自動或者手動調(diào)整微調(diào)目標(biāo)物對位單元14。接著，可重復(fù)步驟S12 S18，如果量測數(shù)據(jù)可以在每個旋轉(zhuǎn)角度被解析或者各個旋轉(zhuǎn)角度下的量測數(shù)據(jù)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(biāo)物對位單元14可以是自動式或半自動式，自動式是通過一數(shù)據(jù)處理單元8 (如圖IA所示，例如為一計算機)與波前偵測單元11耦接，以進行對位運算，再由數(shù)據(jù)處理單元8控制目標(biāo)物對位單元14，以將旋轉(zhuǎn)軸R與目標(biāo)物對稱軸0實質(zhì)共線且偵測光束的光軸F與旋轉(zhuǎn)軸R實質(zhì)共面。而半自動式則是通過數(shù)據(jù)處理單元8進行對位運算，使用者根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元8對位運算的結(jié)果，手動調(diào)整目標(biāo)物對位單元14，以將目標(biāo)物對稱軸0及旋轉(zhuǎn)軸R實質(zhì)共線。另外，為了確保不同旋轉(zhuǎn)角度下可以被量測的量測圖形，本發(fā)明的對位方法還可包括移動偵測光束對位單元，俾使旋轉(zhuǎn)軸與波前偵測單元的光軸實質(zhì)共面(S19)。步驟S19與步驟S18類似，步驟S19也是根據(jù)上述計算出來的對位誤差來微調(diào)偵測光束光軸對位單元17，并可重復(fù)步驟S12 S19，如果量測數(shù)據(jù)可以在每個旋轉(zhuǎn)角度被解析或者各個旋轉(zhuǎn)角度下的量測數(shù)據(jù)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先后進行，但順序可以交換。需要特別注意的是，所謂目標(biāo)物對稱軸0及旋轉(zhuǎn)軸R實質(zhì)共線是指，目標(biāo)物對稱軸0及旋轉(zhuǎn)軸R雖然差一點點才共線，但若其誤差在軟件上是在可容許的誤差范圍內(nèi)，或者是因為對位單元機構(gòu)的靈敏度最低移動量的限制，則目標(biāo)物對稱軸0及旋轉(zhuǎn)軸R仍可算是共線的，同理，在可容許的誤差范圍和對位機構(gòu)的靈敏度限制內(nèi)，波前偵測單元11的光軸F與旋轉(zhuǎn)軸R實質(zhì)共面。再請參照圖1A,進行對位校正后,旋轉(zhuǎn)單元13帶動目標(biāo)物9沿旋轉(zhuǎn)軸R (已與目標(biāo)物對稱軸0共線)旋轉(zhuǎn)，影像傳感器113并同時擷取并曝光得到目標(biāo)物9的一徑向環(huán)中的所有量測點的量測數(shù)據(jù)并與其擷取瞬間的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)連。當(dāng)波前偵測單元11為一干涉儀時，旋轉(zhuǎn)單元13帶動目標(biāo)物9旋轉(zhuǎn)二次以上后，影像傳感器113即感測得到目標(biāo)物9的同一量測位置的經(jīng)干涉相位變化的多個量測數(shù)據(jù)。目標(biāo)物9在旋轉(zhuǎn)時，因為波前偵測單元U、驅(qū)動單元12或旋轉(zhuǎn)單元13中的平臺在旋轉(zhuǎn)中所產(chǎn)生的震動會造成波前偵測單元11的參考面112或者目標(biāo)物9產(chǎn)生微小的位移，若此位移的方向平行于波前偵測單元11的光軸F,則波前相位會產(chǎn)生隨機活塞相移(random piston phase shifting)；相反的，若此位移垂直于平行波前偵測單元11的對稱軸，則產(chǎn)生隨機傾斜(random tiltphase shifting)的相位變化。在經(jīng)過多次旋轉(zhuǎn)后,可將同一旋轉(zhuǎn)角度下經(jīng)震動隨機相位位移的所述量測數(shù)據(jù)(干涉圖案)，在經(jīng)過數(shù)據(jù)重新排列組合后，利用Lin等(P. C. Lin, Y.C. Chen, C. M. Lee, and C. ff. Liang, “An iterative tilt-immune phase-shiftingalgorithm,，，Optical Fabrication and Testing, OSA Technical Digest, paper0MA6, Jackson Hole, Wyoming, Junel3_17, 2010.)揭露的方法,進行隨機相移的計算得到目 標(biāo)物9的子孔徑干涉相位，而不受到震動的影響，通過此旋轉(zhuǎn)的量測架構(gòu)，結(jié)合隨機相移的計算與子孔徑相位數(shù)據(jù)拼接，可以快速的將徑向環(huán)中量測區(qū)域的表面輪廓量測出來。當(dāng)然，實際應(yīng)用上，若是波前偵測單元11、驅(qū)動單元12或旋轉(zhuǎn)單元13十分穩(wěn)固而震動幅度過小，則表面輪廓裝置I可進一步包括一干涉相位位移器(interference phaseshifting device),與旋轉(zhuǎn)單元13、或驅(qū)動單元12、或波前偵測單元11連結(jié)，當(dāng)目標(biāo)物9旋轉(zhuǎn)時，干涉相位位移器同時作動以在相同量測位置產(chǎn)生隨機或者可預(yù)測的干涉相位變化不同的多個量測圖案(干涉圖案)。無論經(jīng)干涉相位位移的所述量測圖案是如何產(chǎn)生，所述干涉相位變化不同的干涉圖案，均可由此多個干涉圖案產(chǎn)生量測位置的一表面輪廓量測結(jié)果。另外，為了確認波前偵測單元11于擷取瞬間時，目標(biāo)物9在旋轉(zhuǎn)單元13帶動下的旋轉(zhuǎn)位置，故在本實施例中，表面輪廓偵測裝置I還可包括一旋轉(zhuǎn)位置檢知器15，其電性連接于波前偵測單元U，以獲得旋轉(zhuǎn)軸R的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸R的旋轉(zhuǎn)角度，進而可得知目標(biāo)物9被量測的相對位置。旋轉(zhuǎn)位置檢知器15例如是一步進馬達脈沖計數(shù)器(counter)，來計算步進馬達驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)的角度。當(dāng)然，實際應(yīng)用上，旋轉(zhuǎn)位置檢知器15也可以是一編碼器或是其它應(yīng)用軟件，只要能確認出擷取各個干涉圖案時，同時知道旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)的角度即可，本發(fā)明于此并不予以限定。此外，在本實施例中，表面輪廓偵測裝置I還包括一影像擷取觸發(fā)器(trigger)16，其可以設(shè)置于影像傳感器113，并耦接影像傳感器113，當(dāng)旋轉(zhuǎn)單元13等速旋轉(zhuǎn)時，影像擷取觸發(fā)器16通過數(shù)據(jù)處理單元8觸發(fā)或者旋轉(zhuǎn)單元13的旋轉(zhuǎn)位置檢知器15觸發(fā)令影像傳感器113擷取所述量測數(shù)據(jù)。接著，補充多個表面輪廓偵測裝置的變化態(tài)樣。請參照圖4所示，其為本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的一種表面輪廓偵測裝置的示意圖。表面輪廓偵測裝置Ia與表面輪廓裝置I不同的地方在于，傾斜平臺123與離焦平臺121的位置交換，表面輪廓偵測裝置Ia的傾斜平臺123a是設(shè)置于離焦平臺121a上，離心平臺122a則是設(shè)置于傾斜平臺123a上，而旋轉(zhuǎn)平臺13a是設(shè)置于離心平臺122a。請參照圖5所示，其為本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的一種表面輪廓偵測裝置的示意圖。表面輪廓偵測裝置Ib與表面輪廓裝置I不同的地方在于，表面輪廓偵測裝置Ib的離心平臺122b是設(shè)置于離焦平臺121b，離心平臺122b以水平方向驅(qū)動為例，離焦平臺121b以水平方向驅(qū)動為例；旋轉(zhuǎn)單元13b固持目標(biāo)物9且設(shè)置于離心平臺122b上,旋轉(zhuǎn)單元13b以水平方向旋轉(zhuǎn)為例；而傾斜平臺123b則是與波前偵測單元Ilb連結(jié)，傾斜平臺123b以水平旋轉(zhuǎn)方向為例，通過傾斜波前偵測單元Ilb —角度，使得偵測光束與一參考平面產(chǎn)生對應(yīng)角度變化。請參照圖6所示，其為本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的一種表面輪廓偵測裝置的示意圖。表面輪廓偵測裝置Ic與表面輪廓裝置I不同的地方在于，傾斜平臺123c是與波前偵測單元Ilc連結(jié)，傾斜平臺123c以水平旋轉(zhuǎn)方向為例；離焦平臺121c是設(shè)置于傾斜平臺123c，離焦平臺121c以垂直方向驅(qū)動為例；離心平臺122c是設(shè)置于離焦平臺121c，離心平臺122c以水平方向驅(qū)動為例。 在完成對位校正流程后并確保在所有旋轉(zhuǎn)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(biāo)物所有表面的互相重迭子孔徑干涉條紋數(shù)據(jù)并拼接為一完整的目標(biāo)物輪廓數(shù)據(jù)。但是此種量測方法的量測動態(tài)范圍(dynamic range)較低,雖然可以配合使用額外的消相差光學(xué)組件(null optics)提高動態(tài)范圍，但此方法所需的額外消相差光學(xué)組件需精密制造并定位，所以提高了量測成本。為了獲得全口徑(full aperture)的表面輪廓，于此提出一種新穎的全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法，在不需要額外的光學(xué)組件下，對于目標(biāo)物相同的量測位置做兩次以上的曲率匹配并量測，第一次曲率匹配擷取多個第一量測數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)為具有子孔徑內(nèi)的第一長軸方向的干涉圖案，并配合第二次曲率匹配所產(chǎn)生的第二量測數(shù)據(jù)的干涉圖案進行拼接，由一個全子孔徑內(nèi)圓形量測區(qū)域降低為具有一長軸的長條量測區(qū)域，有效的降低在子孔徑內(nèi)的有效量測區(qū)域內(nèi)所對應(yīng)的偵測光束相差，并提高量測的非球面度范圍，通過前述的旋轉(zhuǎn)量測架構(gòu)，可再縮短量測干涉數(shù)據(jù)擷取時間。因此，請參照圖7，本發(fā)明亦揭露一種全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法，其與前述的表面輪廓偵測裝置配合，全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法包括移動驅(qū)動單元，波前偵測單元所發(fā)出的一偵測光束于一目標(biāo)物的一量測位置上進行多個的表面曲率匹配，其中一表面曲率匹配于目標(biāo)物的一第一方向(S20);旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)單元，波前偵測單元擷取多個第一量測數(shù)據(jù)與多個第二量測數(shù)據(jù)，各第一量測數(shù)據(jù)具有一長軸方向，長軸方向?qū)?yīng)為目標(biāo)物上的第一方向(S22);將所述第一量測數(shù)據(jù)及所述第二量測數(shù)據(jù)與目標(biāo)物的坐標(biāo)進行關(guān)聯(lián)，部分所述第二量測數(shù)據(jù)與部分所述第一量測數(shù)據(jù)于目標(biāo)物上的相同坐標(biāo)重迭(S24)。于步驟S20中，不同于已知技術(shù)的子孔徑的量測法需要子孔徑內(nèi)的所有的二維數(shù)據(jù)點都必須是可被解析出的疏密度干涉條紋，本發(fā)明則只是擷取子孔徑內(nèi)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，來作為待計算的數(shù)據(jù)。本發(fā)明擷取方法與前述表面輪廓偵測裝置的驅(qū)動單元12配合，通過驅(qū)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(fā)射的一偵測光束，由目標(biāo)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(biāo)物9的量測位置的部分方向的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(dāng)然也可以不限于此兩個方向。其中，如圖2A及圖2B所示，當(dāng)波前偵測單元11獲得一目標(biāo)物9切線方向T的量測數(shù)據(jù)時，偵測光束入射的波前曲率半徑實質(zhì)上等于偵測光束由目標(biāo)物9反射的切線方向T表面的最佳匹配的曲率半徑；當(dāng)波前偵測單元11獲得一目標(biāo)物弧矢方向S的量測數(shù)據(jù)時，偵測光束入射的波前曲率半徑實質(zhì)上等于偵測光束由目標(biāo)物9反射的弧矢方向S表面的最佳匹配的曲率半徑。于步驟S22中，波前偵測單元擷取量測數(shù)據(jù)(于此以干涉圖案為例)時，在量測非球面透鏡的目標(biāo)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(nèi)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并進行后續(xù)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?qū)?yīng)至鏡片的特定方向。當(dāng)然，若目標(biāo)物為球面透鏡時或者是低度非球面鏡時，子孔徑內(nèi)所有二維的數(shù)據(jù)點將可全部被量測，而為一個圓形的全子孔徑，但于擷取并曝光量測數(shù)據(jù)時，即會擷取此子孔徑的一部分，因此， 量測位置于切線方向上的量測區(qū)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的切線方向T位于圖2A的傾斜平臺傾斜旋轉(zhuǎn)e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(biāo)物的上視示意圖；圖9A及圖9B則分別為于子孔徑切線方向及子孔徑弧矢方向上量測非球面目標(biāo)物時的干涉圖案。在一優(yōu)選的實施例中，對于一個對稱的非球面透鏡量測時，只擷取并同時曝光顯影以記錄于一維方向上最疏的量測數(shù)據(jù)(第一量測數(shù)據(jù))區(qū)域t，其一第一長軸方向可以是波前偵測單元11的子孔徑影像中的Y方向，即為目標(biāo)物的切線方向T。實質(zhì)操作上，通過旋轉(zhuǎn)目標(biāo)物9以量測不同位置的切線方向的目標(biāo)物表面，以擷取切線方向T上多個一維干涉圖案影像tl、t2，其中Y方向與目標(biāo)物9的旋轉(zhuǎn)方向(以虛線箭頭所示)垂直。在經(jīng)過旋轉(zhuǎn)數(shù)圈后，目標(biāo)物9上的各量測位置，均可以獲得相等于旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的多個一維切線方向T的量測數(shù)據(jù)t (圖8中只繪制tl、t2為例)并獲得其干涉相位。因此，目標(biāo)物在某一徑向位置的一整圈的數(shù)據(jù)點即可被量測完畢，圖8中以目標(biāo)物區(qū)分成三個徑向環(huán)(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(guān)系而有所不同，一般預(yù)計算出所述量測位置的表面參數(shù)，需要針對同一量測位置至少量測兩次以上，例如是四次，當(dāng)取得多個有效的Y方向干涉圖案，圖中只畫出量測區(qū)域tl、t2為例，須至少取得一個如圖9B所示的量側(cè)區(qū)域Si的X方向干涉圖案，以進行弧矢方向S的量測區(qū)域(第二量測數(shù)據(jù))拼接，俾使所述切線方向T的一維量測區(qū)域tl、t2，能夠垂直于第二量測數(shù)據(jù)的長軸方向拼接為二維度的環(huán)狀數(shù)據(jù)。但因為一維的切線方向T量測數(shù)據(jù)缺乏數(shù)據(jù)拼接所需的橫向(即弧矢方向)的數(shù)據(jù)，因此可再一次利用驅(qū)動單元12，使波前偵測單元11的波前曲率半徑與目標(biāo)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(第二量測數(shù)據(jù))的量測。如圖8及圖9B所示，圖9B中的量測區(qū)域s對應(yīng)至圖8的量測區(qū)域Si。圖9B中的量測區(qū)域s為具有最疏干涉條紋的可量測區(qū)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，可通過與離焦作動配合的平臺，以進行量測弧矢方向S的一維干涉圖案，當(dāng)然，目標(biāo)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(fā)明并不受限只使用離焦平臺達到此不同量測方向的功能。對于一低度的非球面或者選擇使用低數(shù)值孔徑的偵測光束，子孔徑內(nèi)所有二維的數(shù)據(jù)點將可全部被量測，而為一個圓形的全子孔徑干涉圖案，但于擷取并曝光量測數(shù)據(jù)時，即會擷取此子孔徑的一部分，因此，量測位置對應(yīng)的量測數(shù)據(jù)于切線方向上的量測區(qū)域，仍具有一長軸方向。請再參考圖9A及圖9B，量測數(shù)據(jù)t為目標(biāo)物于切線方T向上所量測到的有效區(qū)域，量測數(shù)據(jù)t具有一第一長軸Y方向，量測數(shù)據(jù)t外的部份由于干涉條紋太過于密集，而無法進行分析。于此，定義波前偵測單元所擷取并同時曝光的量測數(shù)據(jù)即為量測數(shù)據(jù)t。也就是說，波前偵測單元只擷取了有效區(qū)域以進行計算，而刪除掉了干涉條紋太過于密集的無效區(qū)域，可節(jié)省計算的時間。量測區(qū)域s則為目標(biāo)物于弧矢方向上所量測到的有效區(qū)域，量測區(qū)域s具有一第二長軸方向X，其中X方向與目標(biāo)物的旋轉(zhuǎn)方向(以虛線箭頭所示)平行，且量測區(qū)域s具有的第二長軸方向X，且第二長軸方向X與第一長軸Y方向不相同，于此以垂直為例。 最后，于步驟S24中，將所述第一量測數(shù)據(jù)及至少一個第二量測數(shù)據(jù)與目標(biāo)物9的坐標(biāo)進行關(guān)聯(lián)，并確定部分所述第二量測數(shù)據(jù)與所述部分第一量測數(shù)據(jù)于目標(biāo)物9上的坐標(biāo)重迭，即可完成目標(biāo)物9表面輪廓的影像擷取。再請參照圖7中，本實施例中，擷取方法還可包括加入波前檢測單元的一校正數(shù)據(jù)，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(chǎn)生的一波前誤差或者一坐標(biāo)誤差；以及將已校正的所述第一量測數(shù)據(jù)以及所述第二量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到目標(biāo)物的坐標(biāo)上。綜上所述，因本發(fā)明的表面輪廓偵測裝置及其對位方法以及全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法，具有不受震動影響的特點，同時可以連續(xù)性的偵測目標(biāo)物并曝光同時擷取多個量測圖案，不僅可以提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，還能夠縮短測量所需時間。以上所述僅是舉例性，而非限制性。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應(yīng)包括在權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種表面輪廓偵測裝置，偵測一目標(biāo)物的表面輪廓，其特征在于，所述表面輪廓偵測裝置包括 波前偵測單元，具有影像傳感器且發(fā)射偵測光束； 驅(qū)動單元，具有多個平臺移動所述目標(biāo)物或所述波前偵測單元；以及 旋轉(zhuǎn)單元，具有旋轉(zhuǎn)軸，且設(shè)置于所述驅(qū)動單元的其中一個平臺上，所述目標(biāo)物固持于所述旋轉(zhuǎn)單元， 其中在量測所述目標(biāo)物時，所述旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)所述目標(biāo)物且所述影像傳感器同時曝光并擷取從所述目標(biāo)物反射的所述偵測光束所形成的量測數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偵測裝置，其特征在于，所述平臺具有讓所述偵測光束的波前與所述目標(biāo)物的表面進行曲率匹配的一離焦作動、一離心作動以及一傾斜作動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偵測裝置，其特征在于，提供所述傾斜作動的平臺有一旋轉(zhuǎn)軸心，所述旋轉(zhuǎn)軸心平行于地心引力方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偵測裝置，其特征在于，所述目標(biāo)物具有目標(biāo)物對稱軸，所述波前偵測單元具有光軸，在量測所述目標(biāo)物時，所述旋轉(zhuǎn)單元的所述旋轉(zhuǎn)軸與所述目標(biāo)物對稱軸共線，所述光軸與所述旋轉(zhuǎn)軸共面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偵測裝置，其特征在于，還包括 旋轉(zhuǎn)位置檢知器，電性連接于所述波前偵測單元，以獲得所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度，所述波前偵測單元擷取所述量測數(shù)據(jù)時，所述波前偵測單元記錄所述旋轉(zhuǎn)軸的相對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度并與所述量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偵測裝置，其特征在于，所述波前偵測單元為一干涉儀，當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)單元帶動所述目標(biāo)物旋轉(zhuǎn)兩次以上，所述波前偵測單元即擷取得到所述目標(biāo)物的同一量測位置上具有不同干涉相位變化的所述量測數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的偵測裝置，其特征在于，具有不同干涉相位變化的所述量測數(shù)據(jù)，由所述波前偵測單元、所述驅(qū)動單元或所述旋轉(zhuǎn)單元所產(chǎn)生的震動而造成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的偵測裝置，其特征在于，還包括 干涉相位位移器，與所述旋轉(zhuǎn)單元或所述驅(qū)動單元或所述波前偵測單元連結(jié)，當(dāng)所述目標(biāo)物旋轉(zhuǎn)時，所述干涉相位位移器同時作動以產(chǎn)生隨機或者可預(yù)測的干涉相位變化不同的所述量測數(shù)據(jù)。
9.一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，以偵測目標(biāo)物的表面輪廓，所述表面輪廓偵測裝置包括波前偵測單元、驅(qū)動單元、旋轉(zhuǎn)單元以及目標(biāo)物對位單元，所述旋轉(zhuǎn)單元具有旋轉(zhuǎn)軸，所述目標(biāo)物具有目標(biāo)物對稱軸，所述波前偵測單元具有光軸，其特征在于，所述對位方法包括 將所述目標(biāo)物放置于所述旋轉(zhuǎn)單元； 所述波前偵測單元發(fā)射偵測光束，所述偵測光束與所述目標(biāo)物表面曲率匹配于所述目標(biāo)物的量測位置； 所述旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)所述目標(biāo)物于兩個以上的不同旋轉(zhuǎn)角度，并分別量取其相對應(yīng)的量測數(shù)據(jù)； 根據(jù)不同旋轉(zhuǎn)角度下的所述量測數(shù)據(jù)，以計算出至少一個對位誤差；以及 根據(jù)所述對位誤差微調(diào)所述目標(biāo)物對位單元，使得所述旋轉(zhuǎn)軸與所述目標(biāo)物對稱軸共線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對位方法，其特征在于，所述目標(biāo)物對位單元具有多軸微調(diào)平臺組合，所述多軸微調(diào)平臺組合具有兩個平面方向的位移微調(diào)功能或者兩個旋轉(zhuǎn)方向的微調(diào)功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對位方法，其特征在于，所述表面輪廓偵測裝置還包括偵測光束對位單元，所述偵測光束對位單元具有微調(diào)平臺組合，微調(diào)平臺組合具有兩個平面方向的位移微調(diào)功能或者兩個旋轉(zhuǎn)方向的微調(diào)功能，所述對位方法還包括 移動所述偵測光束對位單元，使得所述旋轉(zhuǎn)軸與所述波前偵測單元的所述光軸共面。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對位方法，其特征在于，所述對位誤差至少根據(jù)所述目標(biāo)物的鏡片參數(shù)或者所述驅(qū)動單元的移動量計算而得。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對位方法，其特征在于，所述對位誤差包括所述旋轉(zhuǎn)單元的所述旋轉(zhuǎn)軸和所述目標(biāo)物對稱軸在空間中的角度或位移的對位誤差。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對位方法，其特征在于，所述對位誤差包括所述旋轉(zhuǎn)單元的所述旋轉(zhuǎn)軸和所述波前偵測單元的所述光軸在空間中的角度或位移的對位誤差。
15.一種全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法，與表面輪廓偵測裝置配合，所述表面輪廓偵測裝置包括驅(qū)動單元、旋轉(zhuǎn)單元以及波前偵測單元，其特征在于，所述擷取方法包括 移動所述驅(qū)動單元，所述波前偵測單元所發(fā)出的偵測光束于目標(biāo)物的量測位置上進行多個表面曲率匹配，其中一個表面曲率匹配于所述目標(biāo)物的第一方向； 旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)單元，所述波前偵測單元擷取多個第一量測數(shù)據(jù)與多個第二量測數(shù)據(jù)，各所述第一量測數(shù)據(jù)具有一長軸方向，所述長軸方向?qū)?yīng)為所述目標(biāo)物上的所述第一方向；以及 將所述第一量測數(shù)據(jù)及所述第二量測數(shù)據(jù)與所述目標(biāo)物的坐標(biāo)進行關(guān)聯(lián)，部分所述第二量測數(shù)據(jù)與部分所述第一量測數(shù)據(jù)于所述目標(biāo)物上的相同坐標(biāo)重迭。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的擷取方法，其特征在于，還包括 加入所述波前偵測單元的校正數(shù)據(jù)，以校正所述波前偵測單元所產(chǎn)生的波前誤差或者坐標(biāo)誤差；以及 將已校正的所述第一量測數(shù)據(jù)以及所述第二量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到所述目標(biāo)物的坐標(biāo)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的擷取方法，其特征在于，所述第一量測數(shù)據(jù)的所述長軸的方向為所述目標(biāo)物的切線方向，并通過旋轉(zhuǎn)所述目標(biāo)物以量測所述目標(biāo)物不同位置的切線方向表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的擷取方法，其特征在于，當(dāng)所述波前偵測單元獲得一切線方向的所述第一量測數(shù)據(jù)時，所述偵測光束入射的波前曲率半徑等于所述目標(biāo)物的所述量測位置的切線方向的最佳匹配曲率半徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的擷取方法，其特征在于，各所述第二量測數(shù)據(jù)具有一長軸，所述長軸的方向為所述目標(biāo)物上的第二方向，所述第一方向與所述第二方向不相同。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的擷取方法，其特征在于，當(dāng)所述波前偵測單元獲得一弧矢方向的所述第二量測數(shù)據(jù)時，所述偵測光束入射的波前曲率半徑等于所述偵測光束由所述量測位置反射的弧矢方向的最佳匹配曲率半徑。
全文摘要
一種表面輪廓偵測裝置，偵測一目標(biāo)物的表面輪廓，目標(biāo)物具有一目標(biāo)物對稱軸，表面輪廓偵測裝置包括波前偵測單元、驅(qū)動單元以及旋轉(zhuǎn)單元。波前偵測單元具有影像傳感器且發(fā)射偵測光束。驅(qū)動單元具有多個平臺移動目標(biāo)物或波前偵測單元。旋轉(zhuǎn)單元具有旋轉(zhuǎn)軸，且設(shè)置于驅(qū)動單元的其中一個平臺上，目標(biāo)物固持于旋轉(zhuǎn)單元。在量測目標(biāo)物時，旋轉(zhuǎn)單元旋轉(zhuǎn)目標(biāo)物且影像傳感器同時曝光并擷取從目標(biāo)物反射的偵測光束所形成的量測數(shù)據(jù)。本發(fā)明還揭露一種表面輪廓偵測裝置的對位方法以及全口徑量測數(shù)據(jù)的擷取方法。本發(fā)明可以連續(xù)性的偵測目標(biāo)物并曝光同時擷取多個干涉圖案，在短時間內(nèi)擷取目標(biāo)物完整的表面輪廓，大幅縮短偵測所需的時間。
文檔編號G01B11/24GK102954768SQ20121029746
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月20日
發(fā)明者梁肇文 申請人:東大光電股份有限公司