【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及使用偏转测量装置的系统、方法和设备，该偏转测量装置被设计成通过差分计量来表征从确定性精加工机器例如磁流变流体(mrf)精加工斑点去除材料的特性。
技术介绍
1、在光学制造领域，测量表面形貌有很多原因。也许最常见的是质量保证，特别是在每个制造步骤后测量光学器件，并评估光学器件是否满足其所需的表面公差。对于光学制造的情况，必须知道光学器件的当前状态，以确定是否需要在允许的公差范围内进行任何进一步的处理来实现期望的形状，以及在制造步骤期间是否出现任何意外的问题。对于最终的光学器件鉴定，总测量不确定度必须明显小于光学器件公差，以鉴定光学器件是否完整。可以减轻的测量不确定度的一个来源是测量光学器件的仪器的系统误差。系统误差的表征可以通过多种方式进行，一个例子是已知校准标准的测量。校准标准的已知形状和形貌与利用校准仪器进行的校准标准的测量之间的差异可用于估计仪器的系统误差。无论使用何种策略来减少各种不确定性来源，所得的绝对测量精度对于具有严格公差的光学表面的鉴定至关重要。
2、不太常见的是需要知道光学表面在测量之间是如何变化的。在这种情况下，需要进行初始和后续测量来确定表面变化。用于估计这种变化的方法将被称为差分计量，其中所测量的是光学表面从一个测量到另一个测量的变化。差分计量可能有用的一个例子是测量由于某些外部影响(如热或机械影响)而发生形状变化的光学器件。例如，参见r.briguglio，“optical calibration and performance of the adaptive secondarymi
3、差分计量的另一个应用是测量某些过程产生的材料去除。在这种情况下，进行初始测量，然后通过一些机器执行的过程从表面去除材料，然后进行后续测量。假设测量仪器具有足够的精度和捕获范围，则初始测量和后续测量之间的变化用于评估移除的材料。该信息可与移除过程中使用的机器已知参数结合使用，以创建通常所称的机床影响函数(tif)。
4、对于本公开，术语确定性精加工机(deterministic finishing machine)将用于描述任何能够基于受控参数可预测地影响光学器件或衬底材料表面的机器。为了提供正在处理的光学器件的最佳收敛性，必须准确地表征确定性机器的tif。磁流变精加工(mrf)机器被认为是确定性精加工机，因为它们能够以纳米精度准确校正光学表面的误差。为了完成这项任务，mrf机器依赖于精确表征的tif。确定性精加工机的其他例子包括离子束整形(ibf)和计算机控制的亚孔径抛光机，这两种机器都得益于tif的精确表征，以实现最佳结果。
5、对于本公开的其余部分，术语“斑点(spot)”将在一般意义上用于指定由确定性精加工机去除的材料。术语“mrf斑点”将用于指定由mrf机器移除的材料。将在其上产生材料去除的对象和相关表面将分别称为“斑点部件(spot part)”和“斑点部件表面”。以斑点的形式从斑点部件去除材料的行为将被称为“斑点采集”。术语“斑点图”将用于指定在差分计量法用于估计斑点采集过程中产生的材料去除量时产生的测量结果。给定这些定义，可以说斑点图可以与去除过程中使用的确定性精加工机器已知参数一起使用，以表征机器tif。
6、大多数商用干涉仪在纳米灵敏度、空间分辨率和坡度捕获范围方面满足mrf斑点采集的计量要求。然而，它们不一定在其他方面是最优的。干涉仪在光学车间的主要用途是提供加工中光学器件的表面计量。干涉仪提供的绝对测量精度对光学器件的成功完成至关重要。因此，干涉仪经过严格的工程设计，以满足这一绝对精度标准。这种工程的严谨性、相关的复杂性和仪器部件的质量都相应地昂贵。在与差分计量相结合的斑点采集情况下，绝对测量精度不那么关键，因为初始和后续测量中存在的任何可重复的系统误差都将被否定。通过这种方式，使用差分计量来准确地隔离斑点部件的表面变化，而不是绝对形状。假设系统误差在测量之间是可重复的，则不再需要减少测量不确定度来源(如系统误差)的步骤。测量之间发生的不可重复性也必须最小化，无论是否系统化。
7、另一个考虑因素是，大多数干涉仪对振动和空气湍流等环境条件敏感，这两种情况都会对测量的可重复性产生负面影响。这种环境引起的不可重复性可能会损害斑点表征过程的准确性。使这一问题更加复杂的是，mrf机器经常出现在与其他设备(如传统抛光机和研磨机)共享空间的光学制造设施中。虽然这些环境条件可能适用于mrf精加工机，但它们通常不适用于干涉仪等敏感仪器。因此，支持mrf斑点采集的计量仪器通常位于不同的位置，具有更好的环境控制，或者通过昂贵的隔振台和/或外壳对车间环境不敏感。并非所有干涉仪都受到光学制造环境的非理想条件的影响。一些干涉测量仪器对振动不太敏感，因此更适合在车间进行测量，但成本更高、更复杂，和/或可能具有降低的空间分辨率。用于测量mrf斑点的理想解决方案将与这些环境条件兼容，同时占用最小的空间，从而降低与干涉测量解决方案相关的低效率和更高的成本。
8、美国专利9068904展示了几种偏转测量系统的设计，这些系统出奇地简单。这种简单性是成本的关键驱动因素，使大多数偏转测量系统构建干涉仪的成本更低。在所提出的配置之一中，偏转测量系统由cpu、显示器、被测光学器件、相机镜头和相机组成。在该示例中，已知图案由显示器投影，然后由测试光学器件反射到相机镜头组件。在这种配置中，可以通过将已知的投影图案与来自显示器的光反射离开测试光学器件之后由相机成像的图案进行比较来学习关于测试光学器件的坡度信息。虽然这种设计的简单性可能是可取的，但它仅限于凹面光学器件的测试，其中显示器和相机大致放置在被测试光学器件的曲率中心。这种测试几何形状和斑点部件形状的限制对于mrf斑点采集来说并不理想，因为斑点通常在平坦表面上采集。与该测试配置相关联的另一个挑战是，必须非常精确地知道测试的几何形状，以实现测试光学器件的精确绝对测量。未能准确表征测试几何形状可能会导致系统误差，从而损害测试的绝对精度。
9、在论文“deflectometry for measuring mount-induced mirror surfacedeformations”proc.spie 10373，applied optical metrology ii，1037301(2017年8月23日)中，e.frater描述了一种用于测量支架引起的表面变形的偏转测量系统。该示例显示了偏转测量系统在差分计量中的有用性，其中通过隔离从一个测量到另一个测量的变化来管理测试的系统误差。虽然该系统成功地管理了系统误差，但它针对凹面进行了优化(类似美国专利9068904)，限制了其在斑点测量中的实用性。简要讨论了测试平面和凸面光学器件的相关缺点，即需要更大的显示器、辐射效率低和额外的测量不确定性。此外，被测光学器件仅发生变形，因此本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于表征由确定性精加工机产生的材料去除的方法，包括(i)对斑点部件表面进行初始测量，(ii)用确定性精加工机从斑点部件表面去除材料，(iii)在去除材料后对斑点部件表面进行后续测量，以及(iv)基于所述初始测量与所述后续测量之间的变化来确定去除的材料的深度和空间质量；
2.根据权利要求1所述的方法，其中，用所述偏转测量装置获得的对所述斑点部件表面进行初始测量和后续测量的步骤包括从所述显示器发射空间变化强度图案形式的光，所述光被所述成像光学器件折射或反射，接着所述光从所述斑点部件表面反射，然后将所述反射光重定向回所述成像光器件，其中所述光被所述成像光学器件反射或折射，接着在所述光阑处形成来自所述显示器的光的图像，所述光阑在几何上控制被所述斑点部件表面反射的被允许进入所述相机镜头的光，然后由所述相机镜头将所允许进入的光折射到相机检测器上并被聚焦；并且其中所述显示器和相机同步，使得所述强度变化中的编程变化同时被所述相机捕捉，并且所获取的图像随后通过数据分析器进行数据分析，以针对所述初始测量和后续测量中的每一个重构测试表面的形貌图。
3.根据权利要求1所述
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定性精加工机包括MRF机器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述显示器包括微型OLED显示器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像光学器件包括针对平面斑点部件表面优化的成像透镜。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像光学器件包括消色差双合准直透镜。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像光学器件包括对非平面斑点部件表面优化的成像透镜。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像光学器件包括成像镜，所述成像镜被优化用于测量平面斑点部件表面。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像光学器件包括对非平面斑点部件表面优化的成像镜。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，对用偏转测量装置获得的斑点部件表面进行初始测量和后续测量的步骤还包括主动控制相机的温度。
12.根据权利要求1所述的方法，其中主动控制相机温度的步骤包括冷却相机成像组件的相机。
13.一种偏转测量装置，包括运动斑点部件保持器、显示器、成像光学器件、光阑和相机成像组件，所述相机成像组件包括相机镜头和具有检测器的相机；其中
14.根据权利要求13中任一项所述的装置，其中，所述成像光学器件包括对平面斑点部件表面优化的成像透镜。
15.根据权利要求13所述的装置，其中所述成像光学器件包括消色差双合准直透镜。
16.根据权利要求13中任一项所述的装置，其中所述成像光学器件包括对非平面斑点部件表面优化的成像透镜。
17.根据权利要求13所述的装置，其中所述成像光学器件包括成像镜，所述成像镜被优化用于测量平面斑点部件表面。
18.根据权利要求13所述的装置，其中，所述成像光学器件包括对非平面斑点部件表面优化的成像镜。
19.根据权利要求13所述的装置，还包括用于控制相机温度的装置。
20.根据权利要求13所述的装置，其中，所述装置与确定性精加工机一起使用。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述确定性精加工机包括MRF机器。
22.一种偏转测量装置，其是确定性精加工机的一部分，包括显示器、成像光学器件、光阑和相机成像组件，所述相机成像组件包括相机镜头和相机；其中
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述装置用于评估由MRF机器产生的材料去除。
24.根据权利要求22所述的装置，其中，所述显示器包括微型OLED显示器。
25.根据权利要求22所述的装置，其中，所述成像光学器件包括对平面测试部件表面优化的成像透镜。
26.根据权利要求22所述的装置，其中所述成像光学器件包括消色差双合准直透镜。
27.根据权利要求22所述的装置，其中所述成像光学器件包括对非平面测试部件表面优化的成像透镜。
28.根据权利要求22所述的装置，其中所述成像光学器件包括成像镜，所述成像镜优化用于测量满铺测试部件表面。
29.根据权利要求22所述的装置，其中所述成像光学器件包括对非平面测试部件表面优化的成像镜。
30.根据权利要求22...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于表征由确定性精加工机产生的材料去除的方法，包括(i)对斑点部件表面进行初始测量，(ii)用确定性精加工机从斑点部件表面去除材料，(iii)在去除材料后对斑点部件表面进行后续测量，以及(iv)基于所述初始测量与所述后续测量之间的变化来确定去除的材料的深度和空间质量；
2.根据权利要求1所述的方法，其中，用所述偏转测量装置获得的对所述斑点部件表面进行初始测量和后续测量的步骤包括从所述显示器发射空间变化强度图案形式的光，所述光被所述成像光学器件折射或反射，接着所述光从所述斑点部件表面反射，然后将所述反射光重定向回所述成像光器件，其中所述光被所述成像光学器件反射或折射，接着在所述光阑处形成来自所述显示器的光的图像，所述光阑在几何上控制被所述斑点部件表面反射的被允许进入所述相机镜头的光，然后由所述相机镜头将所允许进入的光折射到相机检测器上并被聚焦；并且其中所述显示器和相机同步，使得所述强度变化中的编程变化同时被所述相机捕捉，并且所获取的图像随后通过数据分析器进行数据分析，以针对所述初始测量和后续测量中的每一个重构测试表面的形貌图。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(iv)基于所述初始测量和所述后续测量之间的变化来确定所述去除的材料的深度和空间质量包括通过差分计量法确定所述斑点部件表面的表面形貌在所述初始测量与所述后续测量之间的变化，以产生斑点图。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定性精加工机包括mrf机器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述显示器包括微型oled显示器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像光学器件包括针对平面斑点部件表面优化的成像透镜。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像光学器件包括消色差双合准直透镜。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像光学器件包括对非平面斑点部件表面优化的成像透镜。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像光学器件包括成像镜，所述成像镜被优化用于测量平面斑点部件表面。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像光学器件包括对非平面斑点部件表面优化的成像镜。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，对用偏转测量装置获得的斑点部件表面进行初始测量和后续测量的步骤还包括主动控制相机的...
【专利技术属性】
技术研发人员：约翰逊·戴维斯，克里斯托弗·苏普兰诺维茨，威廉·梅斯纳，马修·西戴尔，布莱恩·拉尚斯，安德鲁·琼斯，
申请(专利权)人：QED技术国际有限公司，
类型：发明
国别省市：
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