用于量测大尺寸对象的干涉仪的制作方法

本实用新型有涉及一种光学元件技术领域，尤其是一种用于量测大尺寸对象的干涉仪。

背景技术：

现有技术中用于测试一被测物件的质量的干涉仪，主要是应用两平行光束所形成的干涉图形的测试结果来进行测试。

在现有技术中，应用一反射镜组中的一镜面做为测试镜面，用于测试一样品的光学质量。在传统的测量方式中，应用该反射镜组中其余的高质量镜面作为参考镜面，以取得一标准干涉图形。在现有技术中，整个系统的结构大小严格限制住该测试镜面的大小，包括分光镜的尺寸、测试镜面的尺寸以及作为参考镜面的该其余高质量镜面的尺寸。因此该测试镜面的尺寸将会小于分光镜的尺寸。

请参考图1及图2，现有技术中的干涉仪主要包括下列组件：

一平台100’，用于放置现有技术中其他的光学组件。

一镭射源10’，位于该平台100’上，用于发射激光束90’。该镭射源10’由一第一角度调整装置15’所支撑。该第一角度调整装置15’用于调整该镭射源10’的摆角及俯角，因此调整该镭射源10’所发射的该激光束90’投射到一投射位置的方向。在现有技术中，该激光束90’通过一扩束器(beam expander)60’而形成一平行激光束。

一分光镜20’，接收来自该镭射源10’的该激光束90’，而使得该激光束90’的一部分穿透该分光镜20’，并将该锥形激光束90’的其余部分反射。该分光镜20’包括一平面镜组(可使入射光部分穿透及部分反射，以将入射光分为两道往不同方向传播的光束)，其中，该平面镜组表面与入射的该激光束90’之间的角度约为45度。通常其中有50％的该激光束90’穿透该分光镜20’形成激光束93’，以及50％的该激光束90’由该分光镜20’反射而形成激光束91’。其中，该分光镜20’由一第二角度调整装置25’所支撑，该第二角度调整装置25’用于调整该分光镜20’的摆角、俯角及转角，因此调整激光束的穿透及反射方向。

一第一反射镜30’，用于接收从该分光镜20反射的该激光束91’。该第一反射镜30’由一第三角度调整装置35’所支撑，该第三角度调整装置35’用于调整该第一反射镜30’的摆角及俯角，以将入射该第一反射镜30’的该激光束91’反射回到该分光镜20’。

其中，该激光束91’通过该第一反射镜30’反射后形成激光束92’，该激光束92’入射该分光镜20’，然后该激光束92’的一部分穿透该分光镜20’而形成第一穿透激光束96’。

在上述的例子中，来自该第一反射镜30’的该激光束92’的50％穿透该分光镜20’。因此该第一穿透激光束96’的强度为该激光束90’的强度的25％。

一测试镜面40’，其为一反射镜用于反射该激光束93’，此测试镜面40’由一第四角度调整装置45’所支撑，该第四角度调整装置45’用于调整该测试镜面40’的摆角及俯角，以将入射该测试镜面40’的该激光束93’反射形成激光束94’而回到该分光镜20’。

其中，由该测试镜面40’反射的该激光束94’会入射该分光镜20’，然后该激光束94’的一部分会从该分光镜20’反射而形成第二穿透激光束98’。

在上述的例子中，来自该测试镜面40’的该激光束94’的50％会被该分光镜20’反射。因此从该镭射源10’发射的该激光束90’通过该测试镜面40’反射之后，只有1/4的该激光束90’会从该分光镜20’反射形成该第二穿透激光束98’。

在上述的结构中，当该第一穿透激光束96’及该第二穿透激光束98’为同频相位相关(coherent)时，该第一穿透激光束96’及该第二穿透激光束98’会互相干涉而在一显示屏70’上形成一干涉图形。

在现有技术中，由于该镭射源10’发射的该激光束90’为平行光束，其直径相当的大，比如可大到4英寸，由于该第一穿透激光束96’及该第二穿透激光束98’为平行光束，因此所形成的干涉图形并不会扩大。该干涉图形仅被限制于一小涵盖范围内。因此被测物件(即该测试镜面40’)的尺寸将会被限制小于平行光束(collimated beam)的大小。因此上述的现有技术只能用于测试受限于平行光束的有限尺寸。

在许多应用中需要测试物体，而不是现有的干涉仪所可以涵盖的。以致现有技术的干涉仪无法用来测试大型镜面或是大型镜片，而不利于工业上的应用。

因此本实用新型中通过更换许多光学组件，使得激光束可以涵盖更大的范围，所以人们可以用来测试直径达70英寸的的光学组件。本实用新型的干涉仪相当有利于测试大型光学组件，如天文望远镜、赏鸟望远镜、高功率镭射聚焦镜、半导体晶圆等等。

技术实现要素：

所以本实用新型的目的是为了解决上述现有技术上的问题，本实用新型中提出一种用于量测大尺寸对象的干涉仪，在本实用新型中应用所投射出的锥形球面波可以涵盖非常大的范围，可达到现有技术涵盖范围的数十或数百倍大。相较于现有技术仅能测试数英寸大小的镜面，本实用新型可用于测量非常大型的对象，甚至是六英尺直径或更大的对象。并且，本实用新型可以同时用来测试可穿透的对象(如镜片与窗户)以及可反射的对象(如镜面与半导体晶圆)。

为达到上述目的，本实用新型中提出一种用于量测大尺寸对象的干涉仪，包括：一平台；一镭射源，位于该平台上，用于发射锥形激光束；一分光镜，接收来自该镭射源的该锥形激光束，而使得该锥形激光束的一部分穿透该分光镜，并将该锥形激光束的其余部分反射；该分光镜包括一平面镜组(an optics)(可使入射光部分穿透及部分反射，以将入射光分为两道往不同方向传播的光束)，该平面镜组包括两个反向的平面，其中，该平面镜组表面与入射的该锥形激光束之间的角度约为45度。

一第一反射镜，用于接收通过该分光镜反射的锥形激光束；从该第一反射镜反射的锥形激光束会入射回到该分光镜，然后从该第一反射镜反射的锥形激光束的一部分会穿透该分光镜而形成第一穿透锥形激光束。

一第二反射镜，用于接收穿透该分光镜的锥形激光束；从该第二反射镜反射的锥形激光束会入射回到该分光镜，然后从该第二反射镜反射的锥形激光束的一部分会从该分光镜反射而形成第二穿透锥形激光束。

其中，若该第一穿透锥形激光束及第二穿透锥形激光束为同调(coherent)，则该第一穿透锥形激光束及第二穿透锥形激光束将会互相干涉而在一被测物件上形成一干涉图形，其中，该被测物件位于该第一穿透锥形激光束及第二穿透锥形激光束的光路径上。

一聚焦镜片，用于接收该第一穿透锥形激光束及第二穿透锥形激光束且使得该第一及第二穿透锥形激光束聚焦在该聚焦镜片的焦平面上；当该第一穿透锥形激光束及第二穿透锥形激光束通过该焦平面后，会向外传播形成两锥形球面波，并且该两锥形球面波的涵盖范围会随着其传播路径而增大；经过一设定的距离之后，该两锥形球面波的涵盖范围将会大于未使用该聚焦镜片时的涵盖范围，因此可以涵盖更大的被测物件。

一测量幕，位于被测物件的前侧边或后侧；其中，若该锥形球面波穿透该被测物件，则该测量幕位于该被测物件的后方；若该被测物件为可反射的对象，则该测量幕位于该被测物件的前侧边；

其中，通过该被测物件或从该被测物件反射的该锥形球面波会进一步入射该测量幕，而在该测量幕显示出一干涉图形；当该被测物件无瑕疵时，则该干涉图形将会无瑕疵；当该被测物件有瑕疵时，该干涉图形则会变形而有瑕疵；因此该测量幕上的干涉图形可用于判断被测物件是否完整无瑕疵；

其中，该第一穿透锥形激光束及第二穿透锥形激光束传播时形成两锥形球面波，且该两锥形球面波的涵盖范围会随着传播路径而增加；由于该两锥形球面波来自相同的镭射源，因此该两锥形球面波为同调，所以该两锥形球面波会沿着传播路径互相干涉，而在互相干涉的该两锥形球面波的涵盖范围空间内形成干涉图形；互相干涉的该两锥形球面波的涵盖范围可达该第一穿透锥形激光束及第二穿透锥形激光束的直径的数百或数千倍，因此可以应用该干涉仪测量三公尺直径或更大直径的大型物件。

其中，该用于量测大尺寸对象的干涉仪还包括一图形分析装置，该图形分析装置包括一摄像机，该摄像机用于摄得该测量幕上的干涉图形，然后通过该图形分析装置计算后输出该被测物件的特征。

其中，该镭射源由一第一角度调整装置所支撑；该第一角度调整装置用于调整该镭射源的摆角及俯角，因此调整该镭射源所发射的激光束的投射方向。

其中，入射该分光镜的激光束穿透该分光镜的比例为50％，由该分光镜反射的比例为50％。

其中，该分光镜由一第二角度调整装置所支撑，该第二角度调整装置用于调整该分光镜的摆角、俯角及转角，因此调整激光束的穿透方向及反射方向。

其中，该第一反射镜由一第三角度调整装置所支撑，该第三角度调整装置用于调整该第一反射镜的摆角及俯角，以将入射该第一反射镜的激光束反射回到该分光镜。

其中，该第二反射镜由一第四角度调整装置所支撑，该第四角度调整装置用于调整该第二反射镜的摆角及俯角，以将入射该第二反射镜的激光束反射回到该分光镜。

其中，该用于量测大尺寸对象的干涉仪还包括一移动装置，该移动装置安装在该第一反射镜或该第二反射镜其中的一个上；该移动装置用于改变该第一反射镜或该第二反射镜的位置，以改变从该第一反射镜或该第二反射镜反射的锥形激光束的光路径长度。

本实用新型可用于测量非常大型的对象，甚至是六英尺直径或更大的对象。并且，本实用新型可以同时用来测试可穿透的对象(如镜片与窗户)以及可反射的对象(如镜面与半导体晶圆)。

附图说明

图1：现有技术的干涉仪的组件配置方式的示意图，其中，被测物件为可反射光线的对象(如一平面镜)；

图2A：图1的结构中平行光的传播路径以及干涉校应的示意图。

图2B：平行光的光路径示意图；

图3：本实用新型的干涉仪的组件配置方式的示意图，其中，被测物件为一可反射光线的表面；

图4：本实用新型的干涉仪的另一组件配置方式的示意图，其中，被测物件为一可使光线穿透的镜片；

图5：图3的光路径示意图；

图6：图4的光路径示意图。

附图标记说明

10 镭射源

10’ 镭射源

15 第一角度调整装置

15’ 第一角度调整装置

20 分光镜

20’ 分光镜

25 第二角度调整装置

25’ 第二角度调整装置

30 第一反射镜

30’ 第一反射镜

35 第三角度调整装置

35’ 第三角度调整装置

40 第二反射镜

40’ 第二反射镜

45 第四角度调整装置

45’ 第四角度调整装置

50 移动装置

60 聚焦镜片

60’ 扩束器

70 测量幕

70’ 显示屏

80 图形分析装置

90 锥形激光束

90’ 锥形激光束

91’ 激光束

92 锥形激光束

92’ 激光束

93 锥形激光束

93’ 激光束

94 锥形激光束

94’ 激光束

95 锥形激光束

96 第一穿透锥形激光束

96’ 第一穿透激光束

98 第二穿透锥形激光束

98’ 第二穿透激光束

100 平台

100’ 平台

200 被测物件

具体实施方式

请参考图3至图6所示，显示本实用新型的用于量测大尺寸对象的干涉仪，包括下列组件：

一平台100，用于配置本实用新型中的其他光学组件。

一镭射源10，位于该平台100上，用于发射锥形激光束(laser pencil beam)90。该镭射源10由一第一角度调整装置15所支撑。该第一角度调整装置15用于调整该镭射源10的摆角(yaw angle)及俯角(pitch angle)，因此调整该镭射源10所发射的该锥形激光束90投射到投射对象的方向。相较于现有技术中使用的平行光束，锥形激光束90作为本实用新型的干涉仪的镭射源。

一分光镜20，接收来自该镭射源10的该锥形激光束90，而使得该锥形激光束90的一部分穿透该分光镜20，并将该锥形激光束90的其余部分反射。该分光镜20包括一平面镜组(可使入射光部分穿透及部分反射，以将入射光分为两道往不同方向传播的光束)，其中，该平面镜组表面与入射的该锥形激光束90之间的角度约为45度。

较佳的，该锥形激光束90穿透该分光镜20的比例为50％，由该分光镜20反射的比例为50％。

其中，该分光镜20由一第二角度调整装置25所支撑，该第二角度调整装置25用于调整该分光镜20的摆角、俯角及转角(roll angle)，因此调整锥形激光束90的穿透方向及反射方向。

一第一反射镜30，用于接收该锥形激光束90通过该分光镜20反射所形成的锥形激光束92。该第一反射镜30由一第三角度调整装置35所支撑，该第三角度调整装置35用于调整该第一反射镜30的摆角及俯角，以将入射该第一反射镜30的该锥形激光束92反射回到该分光镜20。

其中，该锥形激光束92通过该第一反射镜30反射后形成锥形激光束93，该锥形激光束93会入射该分光镜20，然后该锥形激光束93的一部分会穿透该分光镜20而形成第一穿透锥形激光束96。

在上述的例子中，来自该第一反射镜30的该锥形激光束93的50％会穿透该分光镜20。因此从该镭射源10所发射的该锥形激光束90通过该第一反射镜30反射之后，只有1/4的该锥形激光束90会穿透该分光镜20。

一第二反射镜40，用于接收该锥形激光束90穿透该分光镜20而形成的锥形激光束94。该第二反射镜40由一第四角度调整装置45所支撑，该第四角度调整装置45用于调整该第二反射镜40的摆角及俯角，以将入射该第二反射镜40的该锥形激光束94反射回到该分光镜20。其中，该锥形激光束94通过该第二反射镜40反射后形成锥形激光束95，该锥形激光束95会入射该分光镜20，然后该锥形激光束95的一部分会从该分光镜20反射而形成第二穿透锥形激光束98。

其中，若该第一穿透锥形激光束96及第二穿透锥形激光束98为同调(coherent)，则该第一穿透锥形激光束96及第二穿透锥形激光束98将会互相干涉而在一被测物件200上形成一干涉图形，其中，该被测物件200位于该第一穿透锥形激光束96及第二穿透锥形激光束98的光路径上。

在上述的例子中，来自该第二反射镜40的该锥形激光束95的50％会被该分光镜20反射。因此从该镭射源10所发射的该锥形激光束90通过该第二反射镜40反射之后，只有1/4的该锥形激光束90会从该分光镜20反射。

一移动装置50，安装在该第一反射镜30或该第二反射镜40其中的一个上。如图中所示，该移动装置50安装在该第一反射镜30上，但是，该移动装置50也可以安装在该第二反射镜40上。

在本实用新型中，该第一反射镜30及该第二反射镜40也可以都安装在对应的移动装置50上。

该移动装置50用于改变该第一反射镜30或该第二反射镜40的位置，以改变从该第一反射镜30或该第二反射镜40反射的对应锥形激光束93或锥形激光束95的光路径长度。

一聚焦镜片60，安装于该第一穿透锥形激光束96及该第二穿透锥形激光束98的传播路径上。当该第一穿透锥形激光束96及该第二穿透锥形激光束98通过该聚焦镜片60时，会聚焦在该聚焦镜片60的焦平面上；当该第一穿透锥形激光束96及该第二穿透锥形激光束98通过该焦平面后，该第一穿透锥形激光束96及该第二穿透锥形激光束98会向外传播而形成两个锥形球面波，并且该两个锥形球面波的涵盖范围会随着其传播路径而增大。经过一设定的距离之后，该两个锥形球面波的涵盖范围将会大于现有技术中未使用该聚焦镜片60时的涵盖范围，因此可以涵盖更大的被测物件。相较于现有技术中未使用该聚焦镜片60时的涵盖范围，本实用新型的涵盖范围可达到现有技术涵盖范围的数十或数百倍。

本实用新型还包括一测量幕70，位于被测物件200的前侧边(如图3所示)或后侧(如图4所示)。其中，若该第一穿透锥形激光束及第二穿透锥形激光束穿透该被测物件，则该测量幕位于该被测物件的后方；若该被测对象为可反射的对象，则该测量幕位于该被测物件的前侧边。。

当该第一穿透锥形激光束96及该第二穿透锥形激光束98通过该被测物件200或由该被测物件200反射之后，该第一穿透锥形激光束96及该第二穿透锥形激光束98会进一步入射该测量幕70，而在该测量幕70显示出一干涉图形。当该被测物件200无瑕疵时，则该干涉图形将会无瑕疵。当该被测物件200有瑕疵时，该干涉图形则会有瑕疵。因此该测量幕70上的干涉图形可用于判断被测物件是否完整无瑕疵。

一图形分析装置80，包括一摄像机(图中未显示)，该摄像机用于摄得该测量幕70上的干涉图形，然后通过该图形分析装置80计算后输出该被测物件200的特征。

请参考图1、2(现有技术)及图3、4(本实用新型)，本实用新型中，被测物件200位于来自该分光镜20且穿透该聚焦镜片60的激光束的光路径上，且该被测物件200远离该聚焦镜片60。而在现有技术中，被测物件位于该测试镜面40’的位置上。

并且，通过本实用新型中的该聚焦镜片60，当激光束通过该聚焦镜片60时，所产生的发散可以使激光束的涵盖范围扩大。但是现有技术中并没有使用本实用新型的聚焦镜片60，因此激光束的路径都维持平行，及该光束在传播路径中均维持同等大小的截面。因此本实用新型可以用于测量比现有技术大5倍、10倍甚至100倍的大尺寸被测物件。

本实用新型的优点在于：应用上述结构所投射出的锥形球面波可以涵盖非常大的范围，其可大于现有技术涵盖范围的数十倍或数百倍。因此相较于现有技术中只能依据所使用的光学镜片尺寸来测量数英寸大小的被测物件，本实用新型可以用于测量非常大的被测物件(可透射或可反射的对象)，该被测物件的尺寸甚至可达到3公尺或更大。

综上所述，本实用新型人性化的体贴设计，相当符合实际需求。其具体改进现有技术的缺点，相较于现有技术明显具有突破性的进步优点，确实具有功效的增进，且不易于达成。本实用新型未曾公开于国内与国外的文献与市场上，已符合专利法规定。

上述详细说明为针对本实用新型的一可行实施例的具体说明，但是，该实施例并非用以限制本实用新型的专利保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施或变更，均应属于本实用新型的专利范围之内。