专利名称：光学式非球面测量系统及其平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量系统，且明确地说，涉及一种光学式非球面测量系统。
技术背景在非球面镜片或模仁的测量中，常规技术是以接触的方式来测量表面的形貌与粗糙 度，其中最为人所垢病者便是探针接触测量时所产生的刮痕。模仁的刮痕必须重新再用 加工机来修整；而镜片如果有刮痕，便无法使用而必须报废，所以在做法上多是以抽验 的方式，再辅以QC的手法来推估合格率，无法做到产品的全检。这对于镜片或模仁厂商 来说都是时间的损耗与潜在风险的增加。对于接触式测量产生的问题，可以用光干涉技术来加以克服。光干涉技术由于其快. 速、精细度高以及为非破坏性检测等优点，普遍地被应用在平面测量上。但是，在测量 像球面或非球面这样表面倾斜度高的形貌，则会因为收光角度的限制而无法测量。这是 应用光干涉技术于球面或非球面上所需要克服的重要问题之一。关于光干涉技术应用在球面或非球面上的测量，美国专利2006/0290942揭露用可做 偏摆和左右移动的测量探头来达到测量目的，其中待测物放置在一个只能做自体轴对称 转动的旋转平台上。这样的设计对于测量凹陷的待测物是相当容易的，但是要测量凸出 的待测物，由于摆动行程的加大且摆动轴心部位在测量头本体上，整个就会变成复杂且 难以设计执行，且相对地成本上会高出许多。市售的测角器(goniometer)通常被用来作为偏摆机构之用，但其偏摆角度与方向有 固定限制，且现在市面上多样的非球面镜片随着镜头越做越短，曲面斜率越来越大，让 这样的以测角器为主的偏摆机构无法满足测量需要。 发明内容本发明的光学式非球面测量平台的实施例包含偏摆旋转机构和半径调整机构。所述 偏摆旋转机构提供测量时的偏摆运动，并能让固定测量探头测量到偏摆直径两端之间的 曲面范围。所述半径调整机构用于调整待测物的球心位置与所述偏摆旋转机构的中心位 置间相重合，且所述半径调整机构固定在所述偏摆旋转机构之上。本发明的光学式非球面测量系统的实施例包含测量支架、干涉光路系统和光学式非球面测量平台。所述干涉光路系统包含测量探头，用以测量所述偏摆旋转机构的偏摆直 径两端之间的曲面范围。所述测量支架用以固定所述光学式非球面测量平台和所述干涉 光路系统，并用于调整所述测量探头与待测物的相对距离。
图l显示本发明的光学式非球面测量平台的具体实施例； 图2显示本发明的光学式非球面测量系统的具体实施例；以及 图3显示本发明的光学式非球面测量系统的干涉光路系统的具体实施例。
具体实施例方式
图l显示本发明的光学式非球面测量平台的具体实施例。球面或非球面待测物101放 置在元件镜头座102上，且用固定测量探头测量其表面形貌。所述元件镜头座102则固定 在所述半径调整机构103上。由于如果用光干涉的技术测量待测物的曲面，在固定探头的 条件下，必须让待测物能够做偏摆运动，如此才可以克服因为曲面造成收光角度的限制 而无法测量的问题。这里所谓的偏摆是指对待测物所做的旋转动作，其最大范围可达正 负90度。可是，不同的待测物会有不同的曲率半径，或者其外型有可能会是凸出或凹陷 等，这些情形都会让待测物的圆心不在偏摆轴心上。如果待测物呈偏心状态，随着待测 物的转动，测量表面会偏离原来测量位置而产生失焦的情况。半径调整机构103就是用来 上下调整待测物的圆心到偏摆的轴心之上，使得测量不同曲面的待测物时仍能让偏摆的 曲面保持在一定范围之内，以避免失焦的情形发生。图1中的半径调整机构是Z轴方向可 调整的平移台，如果测量凸出的非球面，则所述平移台需要往上位移调整；若是测量凹 入的非球面，则要往下位移调整。同时为了减少测量不同曲率半径的待测物所要花费在 校正圆心位置的时间，可以在半径调整机构103上加装刻度尺104。
所述半径调整机构103固定在偏摆旋转机构105上，所述偏摆旋转机构105使所述半径 调整机构103偏摆，进而带动待测物的偏摆运动。偏摆旋转机构105是马达所带动的可旋 转机构或者是精密旋转平台(Rotation stage),其可使待测物件产生测量所需的偏摆运 动，这使得球面或非球面的任一部分都可以测量得到。由于是马达带动旋转的缘故，所 以可让固定测量探头扫过正负90度之内的曲面范围。所述马达可使用侧立旋转马达，可 做360度旋转，如此便没有旋转角度的限制；而在不用拆装待测物和重新做校正的情形下， 可测量到整个圆的外形。测量前除了前述Z轴方向的偏差需要做校正外，待测物对测量探 头的光轴位置上的偏差也需要加以校正。偏摆旋转机构105可以用连结结构(例如L型转 接板106)将其固定于位置校正机构107上。如此便可以用较精密的装置(如X精密平移台或者XY精密平移台等)来将待测物圆心对准于测量探头的光轴上。
图2显示本发明的光学式非球面测量系统的具体实施例。光学式非球面测量系统包含 干涉光路系统201、光学式非球面测量平台202和测量支架204，其中所述干涉光路系统201 包含测量探头203。所述光路系统201架设在所述测量支架204上，其内建的直线滑轨可以 在Z轴方向对待测物进行对焦的动作。
图3显示本发明的光学式非球面测量系统的干涉光路系统的具体实施例。所述干涉光 路系统201的架构是以Linnik光路为基础所发展而成的。所述干涉光路系统201包含分光镜 301、 CCD 302、氦氖激光303、全波长减光镜(Neutral Density Filter) 304、 50X物镜305、 针孔(Pin Hole) 306、第一聚光镜307、光圈(Stop)308、第二聚光镜309、 二个10X物镜 310以及参考曲面311。所述干涉光路系统201在CCD上产生干涉条纹，借此测量所述待测 物的表面形貌。操作所述测量系统的步骤如下将待测物放置在光学式非球面测量平台 202上的元件镜头座102上，并将所述待测物固定住；以干涉光路系统201的光轴为准，调 整位置校'正机构107，使得待测物的中心位置被光轴所覆照；'调整半径调整机构103，使 所述待测物的球心位置与所述偏摆旋转机构105的中心位置相重合；利用所述测量支架 204中的调整机构，调整所述干涉光路系统201的焦点于所述待测物上，并产生干涉条纹， 进而取得所述待测物中心区域的形貌数据；调整所述偏摆旋转机构105以顺逆时针方向旋 转，让干涉光路系统201取得所述待测物边缘区域的形貌数据；以及通过计算机软件的图 像迭合运算，取得所述待测物表面的所有数据。
本发明的技术内容和技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本 发明的教示和揭示而作种种不背离本发明精神的替换和修饰。因此，本发明的保护范围 应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换和修饰，并为所附权利要
求书所涵盖。
权利要求
1.一种光学式非球面测量平台，其特征在于包含偏摆旋转机构，用于提供测量时的偏摆运动，以使固定测量探头能测量到偏摆直径两端之间的曲面范围；以及半径调整机构，固定在所述偏摆旋转机构之上，用于调整待测物的球心位置与所述偏摆旋转机构的中心位置相重合。
2. 根据权利要求l所述的光学式非球面测量平台，其特征在于进一步包含元件镜头座， 所述元件镜头座固定于所述半径调整机构上。
3. 根据权利要求l所述的光学式非球面测量平台，其特征在于进一步包含一维或二维 的位置校正机构与连结结构，其中所述连结结构用来锁固所述位置校正机构，使得 待测物可做水平调整。
4. 根据权利要求3所述的光学式非球面测量平台，其特征在于其中所述连结结构包含L 型转接板。
5. 根据权利要求3所述的光学式非球面测量平台，其特征在于其中所述位置校正机构 包含XY精密平移台。
6. 根据权利要求l所述的光学式非球面测量平台，其特征在于其中所述半径调整机构 包含单轴精密平移台。
7. 根据权利要求l所述的光学式非球面测量平台，其特征在于其中所述半径调整机构 的侧边进一步包含刻度尺，用以减少偏心校正时间。
8. 根据权利要求l所述的光学式非球面测量平台，其特征在于其中所述偏摆旋转机构 包含可旋转360度的马达，所述马达包含侧立旋转马达。
9. 一种光学式非球面测量系统，其特征在于包含光学式非球面测量平台，具有偏摆旋转机构，其中所述光学式非球面测量平台可 调整待测物的球心位置与所述偏摆旋转机构的中心位置相重合；干涉光路系统，包含测量探头，用以测量所述偏摆旋转机构的偏摆直径两端之间 的曲面范围；以及测量支架，用以固定所述光学式非球面测量平台和所述干涉光路系统，并用于调 整所述测量探头与待测物的相对距离。
10. 根据权利要求9所述的光学式非球面测量系统，其特征在于其中所述光学式非球面测量平台另外包含固定在所述偏摆旋转机构之上的半径调整机构，所述半径调整机 构用于调整待测物的球心位置到所述偏摆旋转机构的中心位置。
11. 根据权利要求10所述的光学式非球面测量系统，其特征在于其中所述光学式非球面 测量平台进一步包含元件镜头座，所述元件镜头座固定于所述半径调整机构上。
12. 根据权利要求9所述的光学式非球面测量系统，其特征在于其中所述光学式非球面 测量平台进一步包含一维或二维的位置校正机构与连结结构，其中所述连结结构用 来锁固所述位置校正机构，使得所述待测物的球心位置可调整到所述千涉光路系统 的光轴上。
13. 根据权利要求12所述的光学式非球面测量系统，其特征在于其中所述连结结构包含 L型转接板。
14. 根据权利要求12所述的光学式非球面测量系统，其特征在于其中所述位置校正机构 包含XY精密平移台。
15. 根据权利要求10所述的光学式非球面测量系统，其特征在于其中所述半径调整机构 包含单轴精密平移台。
16. 根据权利要求10所述的光学式非球面测量系统，其特征在于其中所述半径调整机构 的侧边进一步包含刻度尺，用以减少偏心校正时间。
17. 根据权利要求10所述的光学式非球面测量系统，其特征在于其中所述偏摆旋转机构 所用的马达包含侧立旋转马达，而所述马达可旋转360度。
18. 根据权利要求9所述的光学式非球面测量系统，其特征在于其中所述干涉光路系统 的架构包含以Linnik光路为基础所发展的光干涉架构。
全文摘要
本发明的光学式非球面测量系统包含测量支架、干涉光路系统和光学式非球面测量平台。所述光学式非球面测量平台包含有偏摆旋转机构和半径调整机构。偏摆旋转机构用于提供测量时的偏摆运动，以使所述干涉光路系统得以扫描待测物的整个曲面。半径调整机构用于调整待测物的球心位置，用以与所述偏摆旋转机构的中心位置相重合。
文档编号G01B9/02GK101408405SQ20071015207
公开日2009年4月15日 申请日期2007年10月9日 优先权日2007年10月9日
发明者陈俊贤 申请人:财团法人工业技术研究院