TW200900729A - Parallel measuring apparatus among transparent body and reflection body and method thereof - Google Patents

Description

200900729 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種應用於透明體與反射體間i平行量測提 置與方法，特別是指一種反射物與透明體兩者同時進行比對， 再做調整，因為只做一次性的調平，故不會因第二次調平的移 動而造成誤差產生之平行量測褒置與方法。 【先前技術】 目前的自動直接調平方式採用多種技術，不過都是先調平 反射體，然後置入透明體，再調平透明體。例如三角測距法、 聲納測距法、氣動法，些财方法，容“為第二次調平 的機械移動造成誤差的產生。

本案發明人鑑於目前的自動直接調平方式所衍生的各項缺 點，直接將反射物與透明體兩者同時進行比對，再做調整平行， 利用失焦訊號完成調平，只做—次性的調平，先進行透鏡與反 射體的舰，不但解決了原本—面調平時，兩次調平中機械移 動造成誤差的問題’改由兩面調平，提高調焦的精準度盘移定 性，藉以改善目前的技術水平，進而成功研發完 欠本件一種應 用於透明體與反射體間之平行量測裝置與方法。 【發明内容】 本發明之目的即在於提供—種調焦的方式， _ 此使量測的精 度更精準、且穩定，可廣泛的應用於顯微鏡、昭 ，、、、相機、攝影機 及其更多自動化、快速化、高精度及高穩定性的精密儀界等量 5 200900729 測裝置與方法。 本月之次一目的係在於提供 方法。 種具有精簡化之整體量測 裝設少數組件便可以組成成本價格低之量測裝置與 之量測結果亦為精確 」發明之另-目的係在於提供—種量測實施之操作步驟極 為如單’所使用之量測時間極短，可達成 之平行量測裝置與方法。

1達成上述發明目的之一種應用於透明體與反射 行量測敦置與方法，包括有： 體間之平 -光源裝置，包含一光源以投射一具有方向性之平行光束; -光柵，係配置於光源裝置之平行光束放射側，提高前述 光源裝置所放出之平行光束之指向性；

一分光鏡，與光源裝置相對應，以供將光源裴置所發出的 +斤光束分做穿透光與反射光，或接收後述準直透鏡之光車· 一四分之一波片，與分光鏡之反射方位相對應，以改變反 射光的偏振’或接收後述準直透鏡之光束； 一準直透鏡’其位於分光鏡之反射光一側之光路中，以将 輪入之反射光轉成準直平行的光東，或接收後述聚焦透鏡之光 東舟將光朿入射至四分之一波片； 一聚焦透鏡’與上述準直透鏡相對應，以供將光東聚焦於 忮迷反射體表面，或接收反射體之光再透過聚焦透鏡轉換而以 6 200900729 接近平行方式前進 反射體 4 ;、忒忒焦透鏡之路徑上.用以將該光東偏折 或反射至該聚焦透鏡上； 一量测區，係位於該聚焦錢與該反射體之間的路徑上； 圓柱透鏡，係供接 收四分之一波片入射於分光鏡之穿透 一光檢測器，主 反射體與光檢測器 【貧施方式】 要是由像散模式以及光點棋式來判讀則. 之間的光束信號是否完成鎖焦動作。 計算 請參間圖一與丨|) —, ，本發明所提供之—種應用於透明體與 反射體間之平行量測裝置與方法’ (I)、一光柵（1 透鏡（5 '' I ΙΛ ί χ __ L·-, ft丄 / Γ7 \ 圓柱透鏡（8 )以及 主要包括有：一光源裝置 分光鏡（3)、一四分之—波片（4)、—準直 聚焦透鏡（6)、一反射體（7)、 所搆成 該光源鞮置（1)係為氮 具雷射、多頻雷射、 氖雷射、雷射二極體、單頻雷射、雙 之，巴含—光源以 拉姆雷射、塞曼雷射、反相拉姆雷射及光 才又射一具有方向性之平行光束（A) ’ 同调性’但是卻具有更小的 戎平仃光束（Λ )具有高度的指向性與 體積與更大的效率。 λ光柵（2Η、配置於光源裝置⑴之平行光束⑷放射側，提 高前述光源裝置⑴所放出之平行光東⑷之指向性而入射於後 7 200900729 述分光鏡(:3)者；且該光源裝置（1)發射之平行光束（Λ)至光柵（2) 時’會於光柵（2 )内產生繞射光。 4分光鏡（3 )係與光源裝置（1)相對應，以供將光源裝置（1) 所發出的平行光束（幻分做穿透光與反射光；本發明之光源裝置 (1)係以雷射二極體做一實施，當雷射二極體發射平行光朿（八） 至光柵（2 )，產生繞射光，其繞射光入射於分光鏡（3 )，並經由 四分之一波片（4)、準直透鏡（5)將光束準直射出並入射於聚焦 透鏡（〇) ’並由聚焦透鏡（6)將光束聚焦於反射體（7)上，並由反 射體（7)反射回原光路入射至聚焦透鏡（6)、準直透鏡（「)）、四分 之一波片（4)以及分光鏡（3)，故分光鏡（3)另可接收準直透鏡（5) 之光束(.B)再將穿透光入射至圓柱透鏡（8)。 該四分之一波片（4)，與分光鏡（3)之反射方位相對應，以 改變反射光的偏振，或接收準直透銳（5)之光束〇)再將光束（B) 入射至分光鏡（3)。 該準直透鏡（5)，其位於分光鏡（3)之反射光一側之光路 中，以將輪入之反射光轉成準直平行的光束，或接收聚焦透鏡 ((3)之光束（B)再將光束（B)入射至四分之一波片（4)。 該聚焦透鏡（6) ’係與上述準直透鏡（5)相對應，以供將經 過準直透鏡（5)後所產生的正交像散光點聚集成適當的距離，以 牯光朿聚焦於後述反射體（7)表面，形成光點，或接收反射體（7) 之光再透過聚焦透鏡（6)轉換而以接近平行方式前進，使該光束 8 200900729 (b)再穿透該準直透鏡（5)入射至四分之一波片（钧。該反射體 α)’位於該聚焦透鏡（6)之路徑上，用以將該光束（β)^折或反 射至聚焦透鏡（6)上。 該圓柱遠鏡⑻，係供接收四分之一波片⑷入射於分光鏡 (3 ) <_牙透光，其。「產生近場光學效應而縮小其光束（丨〗）的尺寸。 Ο 該光檢測器⑼，可為四等分之光點位置感測器或四等分之 光4-極體，其分置於該平面之四象限，主要是由像散模式以 及光點模式來判讀計算反射體⑺與光檢測ϋ⑼之間的光束信 號是否完成鎖焦動作，或其光束⑻強度經過準直透鏡⑸㈣ 散後的變化量是否平均分佈至光檢測器（9)。 請參關三與圖四，其中，位於該聚焦透鏡⑻與該反射體 ⑺< Μ的路徑上更形成有一量測區(i 〇 〇)，且其量測區⑴。)内 可置入—透爾_);當雷射：極ft發射平行光束⑷至光柵 ⑵，使絲⑵產生繞射光後，其繞射光人射於分光鏡⑶，並 經由四分之一波片⑷、準直透鏡⑸將光束準直射出並入射於 聚焦透鏡⑻，並由聚焦透鏡⑻將光束聚焦於反射體⑺」…並 由反射體⑺反射回原光路入射至聚焦透鏡⑹、準直透鏡⑸、 四分之一波片（4)、分弁於、，，、， 見（3)，亚由匁光鏡（3)將光束（B)入射 於圓柱透鏡（8)亚聚焦在光檢測器（〇)(pDIc)上。 當反射體⑺、光束⑻以及光檢測器⑼平行時，其光強度 平均分佈至光檢測器⑻上其A、B、C、D四個平面之四象限上， 9 200900729 且其光點形式呈現圓形焦點；若反射體⑺、光束⑻以及光檢 ㈣⑼不平行時’可由光點之像散模式「fes=(⑽—咖）」 以及先點模式「X=(叫_，γ彻(叫來判讀是否 完成鎖焦動作。其中像散模式（FES)係為對焦誤差㈣；而光點 板式其X軸角度訊號為X，而γ軸角度訊號為Y。

而像散模式以及光點模式之資料處理依據下式計算該光點 之對焦誤差訊號、X軸角度訊號與γ軸角度訊號：

FiiS=(；AlC)-(B-|-D)； Χ = (Λ Ι D)-(B-fC)； Y = (/HB)-(C+D)； 其中，a、b、c與丨）為光檢測器（9)之第象限、 第3象限及第4象限其光檢測器⑼經電流轉換成電壓之輸出訊 號； 勝〇.代表該反射體⑺表面之光點位於該光檢測器⑼之 焦點，Υϋ代表入射光束之方向與該反射體（7)表面垂直。 右XKAID)-(13十〇>0 #，代表光點偏向左側；以及 Y:(AIB) —(CID)>0時，代表光點偏向下側，調整反射體⑺與透 明體（200 )’使得反射光束重新照射在四等分（四㈣）之光檢測 器（9)中間。 在加入透明體（200)後，因為透明體（2〇〇)與光束（β)的直線 位移尚未調平，故會產生像散失焦，再經由四等分之光檢測器 10 200900729 (9) ’將光東（B)調平至光強度平均分佈至光檢測器（9) A、β、^、 _ 丨）四個平面之四象限上。 請參間圓三與圖四’本發明之一種應用於透明體（2〇〇)與反 射體（7)間之調平動作方法，包括下列步驟： 步驟A，首先由光源裝置（丨）之雷射二極體發射平行光束（“ 至光柵（2)，並經由光柵（2)產生繞射光，其繞射光入射於分光 r鏡（3)，並經由四分之一波片（4)、準直透鏡（5)將光束準直射出 亚入射於聚焦透鏡(6) ’並由聚焦透鏡⑻將光束聚焦於反射體 ⑺上，並由反射體⑺反射依原光路入射至聚焦透鏡⑹、準: 透鏡⑸、四分之-波片⑷、分光鏡⑶，並由分光鏡⑶將光 束⑻入射於圓柱透鏡⑻並聚焦在光檢測器⑻上，並進而執行 步^驟B ; 步驟B，檢測反射體⑺、光束⑻以及光檢測器⑼是否平 仃，且其光強度是否平均分佈至光檢測器（9)上其Λ、β、〇、丨) 四汹象限上，若光點形式呈現圓形焦點，接續執行步驟❶，若先 點形式呈現橢圓形焦點，則進而執行步驟C. · 步驟C，若反射體（7)、光束⑻以及光檢測器（9)不平行時， 可由光點之像散模式以及光點模式來判讀是否完成鎖焦動作， 並進而執行步驟I); 步驛D，當鎖焦動作完成後，在反射體⑺與光檢肩器（9) 上之間平行度的量測區⑽）域置入一透明體（2〇〇)，並進㈣ η 200900729 行步驟E ; 步驟E，當透明體（200)並不平行於反射體（7)與光檢測器（9) 之間，存在一角度誤差時，中間之光檢測器（9)所接收到光強度 已離灿心’會呈現橢圓光點，且在光檢測器（9)A、B、C、1) 四個象限所接收到的光訊號不對稱，藉由調整透明體（2〇〇)的平 (丁敁，對準至光點對稱中心點，則完成調平的動作。 本發明所提供之一種應用於透明體與反射體間之平行量测 机i興方法，更具有下列之優點： 本發明係直接將反射物與透明體兩者同時進行比對，再做 j正丨行利用失焦號完成調平，只做一次性的調平，先進 行透鏡體與反射體的鎖焦，不但解決了原本—面調平時，兩次 調平中機卿動造成誤差㈣題，改由兩面調平，㈣調焦的 精準度與穩定性，I!以改善目前的技術水平。 上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明， 惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍未脫離本發明 技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍 屮。 物品增 綜上所述，本_但在切相新，並能 進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性 習用 之法定 發明專利要件，麦依法提出申請，懇請 利中請案，以勵發明，至感德便。 貝局核准本件發明專 12 200900729 【圓式簡單說明】 圖一為本發明光源裝置至反射體間之光路流程示意圖； 圖二為本發明光源裝置至光檢測器間之光路流程示意圖； 圖三為本發明一種應用於透明體與反射體間之平行量测裝 置，當透明體不平行於系統之光路示意圖； 圖四為本發明一種應用於透明體與反射體間之平行量測裝 置，當透明體調平後的光路系統示意圖。 【主要元件符號說明】 1光源裝置 2光搞 3分光鏡 4四分之一波片 5準直透鏡 6聚焦透鏡 7反射體 8圓柱透鏡 9光檢測器 1 0 0量測區 200透明體 Λ平行光束 Β光束 13

Claims (1)

1. 200900729 十、申請專利範圍： 1. 一種應用於透明體與反射體間之平行量測裝置，包括： 一光源裝置，包含提供一平行光束； 一光柵，係配置於光源裝置之平行光東放射側，提高光源 提置所放出之平行光束之指向性而入射於後述分光鏡者； 一分光鏡，與光源裝置相對應，以供將光源裝置所發出的 +行光東分做穿透光與反射光，或接收後述準直透鏡之光 束； 一四分之一波片，與分光鏡之反射方位相對應，以改變反 劓光的偏振，或接收後述準直透鏡之光束； 一準直透鏡’其位於分光鏡之反射光—側之光路中，以將 輸入之反射光轉成準直平行的光束，或接收後述聚焦透鏡 之光束； 一聚焦透鏡， 述反射體表面 透鏡轉換而以 透鏡； 與上述準直透鏡相對應，以將光束聚焦於後 ’形成光點，或接收反射體之光再透過聚焦 〔"Γ行方式^進’使該光束再穿透該準直 一汉射體，位於該聚焦透鏡之路徑上； 一丨M]柱透鏡，係供接收 刀之波片入射於分光鏡之穿诱 光， 、 光檢測器，主要是 反射體與光檢測器 由像散模式以及光點模式來判I 之間的光束信號是否完成鎖焦動,彳 計算 作，或 200900729 其光束強度經過準直透鏡其像散後的變化量是否平均分佈 至光檢測器。 2. 如申請專利範圍第1通&、+. , 員所述之一種應用於透明體與反射體 問之平行量测裝置，1中 /、Ρ。亥光/原為技射一具有方向性之平 行光束。 體與反射體 鏡可將光束之穿透光入射 3.如中請專利範所述之—種應用 間之平行量測裝置，其中該分光|

   至後述圓柱透鏡。 4. 5. I Π Ή·) |(L IS第1項所述之—種應用於透明體與反射體 間之平行量職置，其中該聚焦透鏡可將經過準直透鏡後 所產生的正交像散光點聚集成適當的距離。 如申請專㈣圍第述之—種制於 間之平行㈣裝置，其h反射體心將該光東騎或反 射至該聚焦透鏡上。 6·如申請專利範圍第1項所述之一種應用於透明體與反射體 間之ΐ行里測叙置’其中該聚焦透鏡與該反射體之間更形 成有一量測區。 7如丨叫各利鈿圍第1項所述之一種應用於透明體與反射體 lu丨之ί行置測裝置，其中該量測區可置入〆透明體。 8.如申請專利範圍第，項所述之一種應用於透明體與反射體 「行里測裝置，其中該光檢測器可為四等分之光點位 15 200900729 9. 置感測器或四等分之光電二極體。 如申請專利範圍第1項所述之 間之平行量測裝置，其中之光檢測 <到焦誤差訊號（FES)、 種應用於透明體與反射 3 依據下式計算該光點 體 (Υ)： X軸角度訊號（X)與 軸角度訊號 H(，S=(A+C)-(B-f]))； Χ = (Λ-K)) —(]HC); y:(A.丨 B) — (c.fD); 之輸出.訊 號。 ^，A、l3、G與峨她…象限 '象限.及第4象眼其光檢測器經電流轉換成電壓 10. 一種應用於透明體與反射體間之平行 步驟： 量測方法’包括下列 步驟Λ，首先由光源裝置 之雷射二極體發射平 ，亚經由光柵入射於分光鏡，並經由四分之 行光束至光 直透鏡將光束準直射出並入射於聚焦透鏡， 將光束聚焦於反射 波片、 並由 體上，並由反射體反射依原光略 焦透鏡、準直透鏡、四分之一波片、分光鏡， 繞將光束入射於圓柱透鏡並聚焦在光檢測器上， 行步驟β ; 焦透鏡 入射至 並由分光 迷進而執 步鄉Β，檢測反射體'光朿以及光檢測器是否平行，且其光 16 200900729 強度是否平均分佈至光檢測器上，若光點形式呈現圓形焦 點，接續執行步驟丨），若光點形式呈現橢圓形焦點，則進而 執行步驟c; 步驟c，若反射體、光束以及光檢測器不平行時，可由光點 之像散模式以及光點模式來判讀是否完成鎖焦動作，並進 而執行步驟]); 步驟D，當鎖焦動作完成後，在反射體與光檢測器上之間平 行度的量測區域置入一透明體，並進而執行步驟E ; 步驟E，當透明體並不平行於反射體與光檢測器之間，存在 一角度誤差時，中間之光檢测器所接收到光強度已偏離軸 心’會呈現橢圓光點，且在光檢測器四個象限所接收到的 光訊號不對稱，藉由調整透明體的平行度，對準至光點對 稱中心點，則完成調平的動作。