透鏡和透鏡模具的光學評價的製作方法

2023-06-25 16:04:41

本申請要求於2014年8月15日提交的題為「OPTICAL EVALUATION OF THE DIMENSIONAL AND OPTICAL PROPERTIES OF LENSES HAVING MECHANICAL LOCATING FEATURES」的臨時申請No.62/037,966的優先權，以及於2014年8月19日提交的題為「OPTICAL EVALUATION OF FEATURE LOCATIONS ON LENSES」的臨時申請No.62/039,398的優先權。兩個臨時申請的內容通過引用整體併入本文。

技術領域

在某些方面，本公開涉及用於表徵消費品中使用的模製透鏡的幾何形狀和光學性質的方法和工具，以及用於其製造的金剛石車削模具。本公開還涉及包含這種模製透鏡的光學組件的製造以及包含所述光學組件的消費品的製造。

背景技術：

用於智慧型手機和手機、平板電腦、可攜式計算機、汽車和卡車的小型化相機的市場正在迅速擴大。對於現有技術相機的圖像質量要求迫使製造商開發由許多非球面模製透鏡組成的複雜的光學組件。

圖1示出由四個模製塑料透鏡組成的示例性光學組件。特別地，在美國專利No.7,777,972中描述的該組件包括布置成在位於組件的像平面170的傳感器上形成圖像的四個透鏡。透鏡元件設置在第一透鏡組中，該第一透鏡組由具有正折射能力的第一透鏡元件100組成，其具有非球面凸形物側表面101和非球面凸形像面側表面102。該組件還包括由第二透鏡元件110、第三透鏡元件120和第四透鏡元件130組成的第二透鏡組。

第二透鏡110元件具有負折射能力，且具有非球面凸形物側表面111及非球面凹形像側表面112。第三透鏡元件120具有非球面凹形物側表面121及非球面凸形像側表面122。第四透鏡元件130具有非球面凸形物側表面131及非球面凹形像側表面132。孔徑光闌140定位在第一透鏡元件100和成像物體之間。紅外濾光片150設置於第四透鏡元件130的像側表面132與像平面170之間，紅外濾光片150對成像光學透鏡組件的焦距沒有影響。傳感器蓋玻璃160被布置在紅外濾光片150和像平面170之間，傳感器蓋玻璃160也對成像光學透鏡組件的焦距沒有影響。

通常，彎曲的透鏡表面圍繞軸旋轉對稱，並且每個表面的軸標稱上位於組件的公共軸-光軸上。透鏡表面軸的公共共軸性對於整個組件的光學性能是重要的。同樣重要的是每個透鏡表面的曲率和每個透鏡表面之間的間隔，即透鏡厚度和相鄰透鏡之間的間隔。

因此，每個單獨的透鏡通常包括多個共軸性和間隔基準，其被製造為具有足夠嚴格的公差，以在除了如圖1所示的彎曲功能光學表面之外當堆疊在一起時提供最終透鏡組件的適當對準。這些基準通常由每個透鏡的附加非光學有效(active)部分提供，其形成圍繞有效透鏡部分的邊緣的環。當組裝時，透鏡的非光學部分堆疊在一起，根據整體透鏡組件設計的需要將透鏡部分相對於彼此對準和間隔開。

由於收緊的製造公差預算，常規度量設備(例如，接觸探針和計量器，觸覺分析器，檢查顯微鏡)在許多情況下不再能夠實現所需的測量可再現性或準確性。另外，用於生產車間測量透鏡的某些性質(例如折射率或雙折射)的度量設備不是可商購的。因此，目前存在度量缺口。

技術實現要素：

本發明的特徵在於用於評估透明樣品的尺寸和光學性質的方法和裝置，透明樣品特別包括透鏡，透鏡包括彎曲的有效表面區域，並且還包括例如用於將這些透鏡機械地定位在組件中的標稱平坦和平行的上表面區域和下表面區域。

在實施例中，所述裝置包括光學度量系統，用於測量樣品的標稱平行的上表面區域和下表面區域的相對位置，以及數據處理系統，用於使用從所述樣品的標稱平行的上表面和下表面區域的兩個或更多個位置處的計算的光學和物理厚度導出的信息來評估樣品的光學和尺寸性質。

或者或另外，本發明的特徵在於用於通過將3D表面形貌信息(例如，高度分布)與樣品的上表面和下表面的2D圖像(例如，強度分布)組合來評估透明樣品(例如，透鏡)的尺寸性質的方法和裝置。形貌信息和兩個圖像可以從樣品的同一側獲取。

所述方法和裝置可以用在生產環境中。

通常，樣品可以是包括彎曲(例如，具有屈光力)的上和下有效表面區域以及額外的上表面區域和下表面區域的透鏡，所述額外的上表面區域和下表面區域不用於引導光，而是用於將這些透鏡機械地定位在組件中。這些部分可以具有平面平行表面。彎曲部分可以被稱為有效部分，而其它(例如，平面平行)部分被稱為無效(inactive)部分。樣品可以具有凸形或凹形，球形或非球形的有效部分的表面區域。

無效部分的上表面和下表面可以是標稱平坦的或圓錐形的，並且可以包括標稱圓形的特徵或邊界，其可以與有效表面區域的頂點標稱同心。

樣品可以是用於可攜式電子設備相機組件中的透鏡。

通常，尺寸性質可以包括有效表面區域的頂點相對於附加表面區域的基準特徵(例如，標稱圓形基準特徵)的位置。在一些實施例中，透鏡頂點通過3D區域表面形貌圖的評估找到，而基準特徵位於部件的2D圖像中。2D圖像可以從與3D圖相同的數據採集中提取，或者可以是單獨步驟的一部分。

尺寸性質可以包括樣品的上部和下部頂點特徵的相對高度。該測量可以依賴於從樣品的標稱平行的上和下表面區域的兩個或更多個位置處的計算的光學和物理厚度導出的附加信息。

在某些實施例中，該方法包括在通過樣品觀察特徵以確定其橫向位置時補償透鏡的折射性質。

在一些實施例中，該裝置包括部件固定裝置，該部件固定裝置包括輔助參考表面。該輔助參考表面可以是標稱平坦的，並且可以位於待測試的光學部件下方的一定距離處，使得其將通過光學部件傳播的光反射回通過部件並朝向度量裝置檢測器通道。

在一些實施例中，所述裝置包括部件固定裝置，其具有輔助參考表面和用於至少部分透明樣品的保持器；用於測量輔助參考表面以及樣品的標稱平行的上表面和下表面區域的位置的光學度量系統，以及數據處理系統，用於使用從所述樣品的標稱平行的上表面和下表面區域的兩個或更多個位置處的計算的光學和物理厚度導出的信息來評估樣品的光學和尺寸性質。

在一些實施例中，完整的測量周期包括輔助參考表面的形貌的單獨測量。

在一些實施例中，該裝置包括改變由光學度量系統(例如，偏振器和/或波片)採用的光的偏振狀態的元件，以便評估和/或補償樣品的材料雙折射性質。

在一些實施例中，光學度量裝置的視場延伸超出被測光學部件的橫向範圍。為了提高精度和降低對漂移的靈敏度，系統在參考表面未被光學部件覆蓋的區域中執行參考表面相對於其內部基準的位置的附加測量。

在一些實施例中，光學度量裝置是相干掃描幹涉儀。例如，光學度量裝置可以是標稱平行於被測光學部件的光軸掃描的相干掃描幹涉儀。可以選擇光源的相干性以增強(例如，最大化)在掃描通過部件期間遇到的針對每個透明界面收集的幹涉信號的信噪比。

在一些實施例中，相干掃描幹涉儀根據關於部件厚度和光學性質的測量或標稱信息自動調節光源相干性以增強(例如，最大化)信噪比。

在一些實施例中，將樣品在相對於儀器的多個方位取向上執行的測量結合，以產生具有減小的系統誤差的最終結果。

在一些實施方案中，共焦顯微鏡配置用於通過掃描檢測樣品的透明界面的位置。

在某些實施例中，焦點感測或結構化照明度量裝置用於通過掃描來檢測樣品的透明界面的位置。

在某些實施例中，焦點感測或結構化照明度量裝置用於通過掃描來檢測透明界面的位置。

在一些實施例中，用於度量的光學輻射在紫外、可見或紅外光譜中選擇。測量優選地在接近設計光學部件的光譜域內進行。

在某些實施方式中，該裝置和方法可以用於表徵模製透鏡的厚度和折射率。替代地或另外，所述方法和裝置可用於表徵模製透鏡的特徵(例如，關鍵特徵)之間的厚度和橫向距離。

通常，典型的透鏡成型工藝依賴於彼此面對的兩個模具的精確對準。模具之間的距離限定了模製部件的厚度。透鏡厚度是最終透鏡組件的性能的關鍵參數。所公開的方法和裝置可以例如以亞微米精度提供用於頂點至頂點厚度的過程控制信息。

透鏡上的厚度變化提供關於透鏡的兩個半部的相對傾斜的定量信息——對於最終透鏡成像能力通常是關鍵的另一個參數。因此，傾斜或平行度誤差是可以由所公開的裝置和方法測量的另一過程控制參數。

透鏡內的折射率及其變化也為過程控制提供相關信息。超出公差的折射率變化或應力雙折射指示注塑成型工藝的問題。這兩個參數都影響光學部件的成像性能。可以使用用於過程控制的所公開的裝置和方法來定量地評估這兩個參數。

模具之間的橫向定中心限定了透鏡的頂點到頂點定中心——最終透鏡能力的另一個關鍵參數。所公開的方法和設備可以例如以亞十分之一微米的精度提供用於頂點至頂點定中心的過程控制信息。

模製工藝參數還影響模具內的填充因子，並因此影響頂點高度和相對於定位特徵的定中心。超出公差的頂點到特徵高度和頂點到特徵定中心可以指示注射成型過程的問題。這兩個參數都影響光學部件的成像性能。使用用於過程控制的所公開的方法和裝置來定量地評估這兩個參數。

本發明的各個方面總結如下。

通常，在第一方面，本發明的特徵在於一種方法，用於確定關於由有效部分(例如，透鏡部分)和無效部分(例如，平面平行部分)構成的透明光學元件的信息，所述有效部分包括至少一個彎曲表面，並且所述無效部分包括相對的第一和第二表面，所述方法包括：

將測量光引導到所述透明光學元件；檢測從所述無效部分的第一表面上的至少一個位置反射的測量光；檢測在對應於所述第一表面上的所述至少一個位置的位置處從所述無效部分的第二表面反射的測量光；基於檢測光確定關於所述無效部分的信息；以及基於關於所述無效部分的信息來評估所述透明光學元件。

該方法的實現可以包括以下特徵和/或其他方面的特徵中的一個或多個。例如，可以使用相干掃描幹涉測量法(CSI)來執行無效部分的第一和第二表面的表面測量。替代地，使用共焦顯微鏡來執行無效部分的第一和第二表面的表面測量。

關於無效部分的信息可以包括無效部分的第一表面的高度分布和無效部分的第二表面的高度分布。關於無效部分的信息可以包括無效部分的物理厚度分布或光學厚度分布。

關於無效部分的信息可以包括關於形成透明光學元件的材料的折射率的信息。例如，關於折射率的信息可以包括材料的群組率和/或材料的相位率。關於折射率的信息可以包括關於無效部分的不同位置之間的折射率的變化的信息。關於折射率的信息可以包括關於形成透明光學元件(例如，塑料)的材料的雙折射的信息。

在一些實施例中，該方法還包括檢測從支撐透明光學元件的固定裝置上的參考特徵反射的測量光，並且基於來自參考特徵的檢測光來確定關於參考特徵的信息。從參考特徵反射的測量光可以從對應於無效部分的第一表面上的至少一個位置的位置(例如，成像到檢測器的相同位置)反射。測量光可以在被參考特徵反射之前和之後由透明光學元件透射。在一些實施例中，透明光學元件不在從參考特徵反射的測量光的路徑中。在一些情況下，該方法可以包括檢測在與對應於無效部分的第一表面的至少一個位置的位置不同的第二位置處從固定裝置反射的測量光。

可以針對第一偏振檢測測量光，之後檢測與第一偏振不同的第二偏振。

評估透明光學元件可以包括基於關於無效部分的信息來推斷關於有效部分的尺寸或光學性質的信息。

在一些實施例中，無效部分是透明光學元件的傾斜控制互鎖。有效部分的至少一個彎曲表面可以是球面或非球面表面。有效部分可以包括與第一彎曲表面相對的第二彎曲表面。

關於有效部分的信息可以包括關於形成透鏡部分的材料的雙折射的信息。關於有效部分的信息可以包括關於形成透鏡部分的材料的折射率變化的信息。

評估透明光學元件可以包括基於關於無效部分的信息確定透明光學元件是否滿足規格要求。無效部分可以位於有效部分的圓周周圍。

在另一方面，本發明的特徵在於一種形成光學組件的方法，包括：

使用上述方法確定關於所述透明光學元件的信息，其中所述透明光學元件是透鏡；和將所述透鏡相對於筒中的一個或多個其它透鏡固定以形成所述光學組件。該方法可包括相對於傳感器固定所述光學組件以提供用於數位照相機的模塊。

一般而言，在另一方面，本發明的特徵在於一種確定關於包括有效部分(例如，透鏡部分)和無效部分(例如，平面平行部分)的透明光學元件的信息的系統，所述有效部分包括至少一個彎曲表面，並且所述無效部分包括相對的第一和第二表面，所述系統包括：用於支撐所述透明光學元件的固定裝置；光學儀器，包括光源、檢測器和光學元件，所述光學元件布置成當所述透明光學元件由所述固定裝置支撐時將來自所述光源的光朝向所述透明光學元件引導，並且將從所述透明光學元件反射的光引導到所述檢測器；以及與所述檢測器通信的電子控制器，所述電子控制器被編程為基於從所述無效部分的第一和第二表面的相應位置檢測到的光確定關於所述無效部分的信息。

該系統的實施例可以包括以下特徵和/或其他方面的特徵中的一個或多個。例如，光學儀器可以是光學區域表面形貌儀器，例如相干掃描幹涉儀或共焦顯微鏡。

固定裝置可以包括位於來自光學儀器的光的路徑中的參考特徵。在一些實施例中，參考特徵是平面反射器。固定裝置可以包括將透明光學元件定位成距離參考特徵一定距離的支架。固定裝置可以包括用於相對於光學儀器的光軸旋轉透明光學元件的致動器。

光源可以能夠提供具有可變光譜含量的光。

所述光學儀器可以包括被構造為偏振來自所述光源的光的偏振模塊。所述偏振模塊可以被構造為在正交偏振狀態下選擇性地偏振來自所述光源的光。

一般而言，在另一方面，本發明特徵在於一種確定關於包括透鏡部分和平面平行部分的透明光學元件的信息的方法，所述方法包括：使用光學儀器來獲得關於所述透明光學元件的第一表面和所述透明光學元件的與所述第一表面相對的第二表面的高度信息(比如，表面輪廓)；使用所述光學儀器獲得所述第一表面的強度圖和所述第二表面的強度圖(比如，圖像)；和基於所述高度信息和所述強度圖，確定關於所述第一表面和所述第二表面中的至少一個上的所述透明光學元件的一個或多個特徵的尺寸信息。

該方法的實現可以包括以下特徵和/或其他方面的特徵中的一個或多個。例如，光學儀器可以是相干掃描幹涉顯微鏡或共焦顯微鏡。

關於第一表面和第二表面的高度信息可以分別包括所述第一表面和第二表面的表面輪廓。在權利要求1的方法中，基於使用光學儀器的多元件檢測器收集的強度幀序列來確定所述強度圖。通過對強度幀序列的多元件檢測器的每個元件處的強度進行平均來確定強度圖。使用光學儀器來獲得強度圖可以包括在第一表面和第二表面相對於光學儀器的最佳聚焦的相應位置處確定所述多元件檢測器的每個元件的強度。

所述尺寸信息可以包括第一表面或第二表面的頂點相對於第一表面或第二表面上的另一特徵的位置。在一些情況下，所述尺寸信息是所述頂點和所述另一特徵之間的橫向距離，所述橫向距離是在平行於所述平面平行部分的平面中測量的距離。所述另一個特徵可以是位於所述第一表面或第二表面的平面平行部分處的特徵。所述另一個特徵可以是標稱地中心在所述頂點上的環形特徵。另一個特徵可以是在所述平面平行部分的第一表面和/或第二表面中的臺階。

所述光學儀器可以用於在所述第一表面面向光學儀器情況下執行所述透明光學物體的測量，以及在所述第二表面面向光學儀器情況下執行透明光學物體的測量。可以使用從在所述第一表面面向所述光學儀器的情況下透明光學物體的測量中獲取的數據來確定所述第一表面的透鏡部分的頂點的位置。可以使用從在所述第一表面面向所述光學儀器的情況下透明光學物體的測量中獲取的數據來確定所述第一表面的透鏡部分的頂點相對於所述第一表面的平面平行部分上的特徵的位置的位置。可以使用從在所述第一表面面向所述光學儀器的情況下透明光學物體的測量中獲取的數據來確定所述第一表面的平面平行部分上的特徵的相對於所述第二表面的平面平行部分上的特徵的位置的位置。可以使用從在所述第二表面面向所述光學儀器的情況下透明光學物體的測量中獲取的數據來確定在第二表面的透鏡部分上的頂點相對於所述第一表面的頂點的位置的位置。

確定尺寸信息可以包括考慮由於所述透明光學元件相對於所述光學儀器的傾斜而產生的折射效應。考慮了折射效應的尺寸信息可以是所述透明光學元件的與光學儀器相對的表面上的特徵的位置。

所述光學儀器可以用於執行相對於所述光學儀器的軸具有第一方位取向的所述透明光學物體的測量，以及執行相對於所述軸具有與所述第一方位取向不同的第二方位取向的所述透明光學物體的測量。確定尺寸信息可以包括從具有所述第一方位取向的所述透明光學元件的測量中獲得的數據確定關於所述一個或多個特徵的尺寸信息，以及從具有所述第二方位取向的所述透明光學元件的測量中獲得的數據確定關於所述一個或多個特徵的尺寸信息。確定尺寸信息可以包括基於為所述第一方位取向和第二方位取向獲得的尺寸信息來減小尺寸信息中的誤差。

該方法可以包括基於尺寸信息確定透明光學元件是否滿足規格要求。

在另一方面，本發明的特徵在於一種確定關於透明光學元件的信息的系統，包括：光學儀器，以及與所述光學儀器通信並被編程以使所述系統執行先前方面的方法的電子控制器。

該系統的實施例可以包括其他方面的特徵中的一個或多個。

一般而言，在另一方面，本發明特徵在於一種確定關於包括彎曲部分和平面部分的物體的信息的方法，所述彎曲部分包括具有頂點並限定所述物體的軸的第一彎曲表面，所述方法包括：將測量光引導到所述物體；檢測從所述彎曲部分的第一彎曲表面反射的測量光；檢測從所述物體的至少一個其它表面反射的測量光；以及基於檢測光確定關於所述彎曲部分的第一彎曲表面的頂點的信息。

該方法的實現可以包括以下特徵和/或其他方面的特徵中的一個或多個。例如，物體可以是透明光學元件，例如透鏡元件(例如，模製透鏡元件)。在一些實施例中，物體是用於光學元件的模具的一部分，例如用於透鏡元件的一側的模具。

所述彎曲部分可以包括與所述第一彎曲表面相對的第二彎曲表面，所述第二彎曲表面具有頂點，並且關於所述第一彎曲表面的頂點的信息包括沿著所述光軸測量的所述透鏡在所述第一表面的頂點和所述第二表面的頂點之間的厚度。

所述彎曲部分可以包括與所述第一彎曲表面相對的第二彎曲表面，所述第二彎曲表面具有頂點，並且關於所述第一彎曲表面的頂點的信息包括在與所述光軸正交的平面中測量的在所述第一表面的頂點和所述第二表面的頂點之間的橫向偏移。

所述測量光可以由所述光學儀器引導到所述物體，並且當反射所述測量光時，所述第一彎曲表面面向所述光學儀器。確定關於所述第一彎曲表面的頂點的信息可以包括確定頂點的位置。所述至少一個其它表面可以包括面向所述光學儀器的另一表面，並且確定關於所述第一彎曲表面的頂點的信息還可以包括確定在與所述光軸正交的平面中在所述頂點和所述至少一個其它表面上的關注特徵之間測量的橫向偏移。所述至少一個其它表面可以包括背離所述光學儀器的表面，以及確定關於所述第一彎曲表面的頂點的信息還可以包括確定在與所述光軸正交的平面中在背離所述光學儀器的表面上的特徵和在面向所述光學儀器的另一表面上的關注特徵之間測量的橫向偏移。所述彎曲部分可以包括與所述第一彎曲表面相對的第二彎曲表面，並且確定關於所述第一彎曲表面的頂點的信息包括確定所述第二彎曲表面的頂點的位置。確定關於第一彎曲表面的頂點的信息可以包括基於所述第一彎曲表面和第二彎曲表面頂點的位置確定沿著所述光軸測量的所述彎曲部分的厚度。在一些實施例中，確定關於第一彎曲表面的頂點的信息包括基於以下確定在與所述光軸正交的平面中測量的所述第一表面的頂點和所述第二表面的頂點之間的橫向偏移：(i)所述第一彎曲表面的頂點和在面向所述光學儀器的其它表面上的關注特徵之間的橫向偏移；(ii)在面向所述光學儀器的其它表面上的關注特徵與在背離所述光學儀器的表面上的關注特徵之間的橫向偏移；和(iii)在所述第二彎曲表面的頂點和在背離所述光學儀器的表面上的關注特徵之間的橫向偏移；

確定關於所述第一彎曲表面的頂點的信息可以包括確定關於所述平面部分的至少一個表面的傾斜的信息，並且當確定關於所述第一表面的頂點的信息時考慮所述傾斜。關於所述傾斜的信息是相對於用於將所述測量光引導到所述物體的所述光學儀器的光軸的傾斜角，αtilt。

該方法可以包括，在檢測到測量光之後，相對於用於將所述測量光引導到物體的光學儀器調整物體的方位取向，以及在所述方位取向調整之後，重複來自所述第一彎曲表面和來自所述至少一個其它表面的所述測量光的檢測。該方法可以包括，基於在所述方位取向調整之後檢測到的測量光確定關於所述第一彎曲表面的頂點的附加信息。

在一些實施例中，該方法包括在檢測到所述測量光之後，改變所述測量光的偏振狀態，以及在偏振狀態改變之後，重複從所述第一彎曲表面和從所述至少一個其它表面的所述測量光的檢測。該方法可以包括基於在偏振狀態改變之前和之後檢測到的測量光確定關於所述物體的雙折射的信息。

該方法可以包括基於關於所述第一彎曲表面的頂點的信息評估所述物體。評估所述物體可以包括基於關於所述第一彎曲表面的頂點的信息確定所述物體是否滿足規範要求。

所述平面部分可以是所述物體的傾斜控制互鎖。所述彎曲部分的至少一個彎曲表面可以是非球面表面。所述平面部分可以位於所述彎曲部分的圓周周圍。

在另一方面，本發明的特徵在於一種形成光學組件的方法，包括：使用前述方法確定關於物體的信息，其中所述物體是透鏡；和將所述透鏡相對於筒中的一個或多個其它透鏡固定以形成所述光學組件。該方法可包括相對於傳感器固定所述光學組件以提供用於數位照相機的模塊。

在另一方面，本發明特徵在於一種確定關於包括彎曲部分和平面部分的物體的信息的系統，所述彎曲部分具有帶頂點並限定所述物體的軸的第一彎曲表面，所述系統包括：用於支撐所述物體的固定裝置；光學儀器，包括光源、檢測器和光學元件，所述光學元件布置成當所述物體由所述固定裝置支撐時將來自所述光源的光朝向所述物體引導，並且將從所述物體反射的光引導到所述檢測器；和電子控制器，其與所述檢測器通信，所述電子控制器被編程為基於從所述第一彎曲表面和從所述物體的至少一個其它表面檢測到的光確定關於所述第一表面的頂點的信息。

該系統的實施例可以包括以下特徵和/或其他方面的特徵中的一個或多個。例如，光學儀器可以是光學區域表面形貌儀器，例如相干掃描幹涉儀或共焦顯微鏡。

所述固定裝置可以包括構造成相對於所述光學儀器重新定向所述物體的致動器。例如，所述致動器可以被構造為相對於所述光學儀器的光軸旋轉所述物體。

所述光學儀器可以包括被構造為偏振來自所述光源的光的偏振模塊。所述偏振模塊可以被構造為在正交偏振狀態下選擇性地偏振來自所述光源的光(例如，使用一個或多個偏振器和/或波片)。

所述檢測器可以是多元件檢測器(例如，CMOS陣列或CCD陣列)，並且光學儀器可以被構造為將物體的表面成像到多元件檢測器上。

光源能夠改變其光譜輸出。例如，光源可以包括兩個或更多個不同顏色的LED。改變來自兩個或更多個LED的相對光強度來改變光的顏色。光源可以是可見光和/或紅外光源。

從下面的描述中，本發明的其它方面和優點將是顯而易見的。

附圖說明

圖1是成像光學透鏡組件的截面圖。

圖2A是被測樣品透鏡的側視圖。

圖2B是圖2A所示的被測樣品透鏡的俯視圖。

圖3是相干掃描幹涉顯微鏡的示意圖。

圖4A是安裝在具有參考表面的固定裝置上的被測樣品透鏡的側視圖。

圖4B和4C是圖4A所示的樣品透鏡和固定裝置的側視圖，示出了測量序列中的兩個步驟。

圖5是示出使用相干掃描幹涉測量法(CSI)和圖4B和4C所示的步驟的實施方式的工藝流程的流程圖。

圖6A和6B是示出另一實施方式的測量步驟的側視圖。

圖7是示出使用CSI和圖6A和6B所示的步驟的實施方式的工藝流程的流程圖。

圖8是示出測量透鏡的上平行表面和下平行表面之間的雙折射的實施方式的工藝流程的流程圖。

圖9是另一個被測樣品透鏡的側視圖。

圖10是圖9所示的被測樣品透鏡的俯視圖。

圖11是圖9所示的被測樣品透鏡的另一俯視圖，為了說明的目的，更詳細地描繪了具有誇大偏心的感興趣的橫向位置。

圖12是示出通過樣品測量的關注特徵的可見和實際最佳聚焦位置的示意圖。

圖13是圖9所示的被測樣品透鏡的側視圖，這裡凹透鏡表面面向光學儀器。

圖14是示出使用CSI的實施方式的工藝流程的流程圖。

圖15A是示出針對摺射效應校正的感興趣的可見和實際的位置的示意圖。

圖15B示出了由於折射引起的傾斜和橫向偏移的方位取向。

圖16是示出使用CSI的另一實施方式的工藝流程的流程圖。

圖17A和17B示出了在不同的樣品到儀器方位取向上的透鏡的俯視圖。

圖18是示出使用CSI的又一實施方式的工藝流程的流程圖。

圖19是被測透鏡模具的側視圖。

圖20A是示出用於鏡頭表徵的工藝流程的流程圖。

圖20B是示出用於鏡頭表徵的另一工藝流程的流程圖。

圖21A和21B是示出用於表徵透鏡模製工藝的工藝流程的流程圖。

具體實施方式

參考圖2A和2B，透鏡200包括無效平面平行部分210和有效透鏡部分220。在這種情況下，平面平行部分包括兩個標稱平面的標稱平行表面211和212。這裡，「標稱」是指透鏡的設計。與標稱平面度或標稱平行度的可檢測偏差可能發生，例如由於製造誤差。透鏡部分220是彎月形透鏡，具有凸形上表面221和凹形下表面222。通常，表面221和222可以是球形或非球形。平面平行表面211和212可以例如是形成在樣品上的特徵，以幫助透鏡相對於最終組件中的一個或多個其它透鏡的對準和固定。

光學度量儀器201用於評估透鏡200的一些光學性質，特別包括折射率均勻性和殘餘應力雙折射，以及尺寸特徵，例如透鏡的厚度，包括但不限於作為坐標x，y的函數的圖中的厚度T(參見圖2A中所示的笛卡爾坐標系)。所公開的方法通過測量平面平行表面211和212之間的區域的光學性質和物理尺寸來執行這些評價。這些測量用作透鏡的整體光學和尺寸性質的指示。

通常，光學度量儀器201可以是能夠執行透鏡200的區域(areal)表面形貌測量的多種不同儀器中的一種。示例性儀器包括相干掃描幹涉測量(CSI)顯微鏡(例如公開在P.de Groot的「Coherence Scanning Interferometry」，Optical Measurement of Surface Topography，R.Leach編輯，第9章，第187-208頁，(Springer Verlag，Berlin，2011))，成像共聚焦顯微鏡(例如公開在R.Artigas的「Imaging Confocal Microscopy」，Optical Measurement of Surface Topography，R.Leach編輯，第11章，第237-286頁，(Springer Berlin Heidelberg，2011))，結構化照明顯微鏡(例如在X.M.Colonna de Lega的「Non-contact surface characterization using modulated illumination」，美國專利(2014)中所公開的)，焦點感測(例如在F.Helmli的「Focus VariationInstruments」，Optical Measurement of Surface Topography，R.Leach編輯，第7章，第131-166頁，(Springer Berlin Heidelberg，2011)中公開的)或者波長調諧傅立葉變換相移幹涉測量(FTPSI)系統(例如在L.L.Deck，「Fourier-Transform Phase-Shifting Interferometry」，Applied Optics 42(13)，2354-2365(2003)中公開的)。

參考圖3，作為示例，適於表徵透鏡200的一種類型的光學度量工具是CSI顯微鏡300。在該系統中，光源302經由中繼光學器件308和310以及分束器312將輸入光304引導到幹涉物鏡306。中繼光學器件308和310將來自空間擴展源302的輸入光304成像到孔徑光闌315和幹涉物鏡306的相應光瞳平面314(如虛線邊緣光線316和實心主光線317所示)。

在圖3的實施例中，幹涉物鏡306是Mirau型的，包括物鏡318，分束器320和參考表面322。分束器320將輸入光304分成測試光322和參考光228，測試光322被引導到由平臺326支撐的透鏡200，參考光228從參考表面322反射。物鏡318分別將測試光和參考光聚焦到測試和參考表面。支撐參考表面322的參考光學器件330被塗覆為僅對於聚焦參考光是反射的，使得輸入光的大部分在被分束器320分離之前穿過參考光學器件。

在從測試和參考表面反射之後，測試和參考光由分束器320重新組合以形成組合光332，其由分束器312和中繼透鏡336傳輸以在電子檢測器334(例如，多元件CCD或CMOS檢測器)上形成光學幹涉圖案。檢測器上的光學幹涉圖案的強度分布由檢測器的不同元件測量，並且存儲在電子處理器301(例如，獨立或聯網的計算機或與系統的其他部件集成的處理器)中用於分析。中繼透鏡136將物鏡306的焦平面中的不同點成像到檢測器134上的對應點。

定位在中繼光學器件308和310之間的場光闌338限定由測試光122照明的測試表面124的區域。在從透鏡200和參考表面反射之後，組合光332在物鏡透鏡的光瞳平面314處形成源的次級圖像。

可選地，偏振元件340、342、344和346限定被引導到相應測試和參考表面的測試和參考光的偏振狀態，以及被引導到檢測器的組合光的偏振狀態。取決於實施例，每個偏振元件可以是偏振器(例如，線性偏振器)，延遲板(例如，半或四分之一波片)或影響入射光束的偏振狀態的類似的光學器件。此外，在一些實施例中，可以不存在一個或多個偏振元件。此外，取決於實施例，分束器312可以是偏振分束器或非偏振分束器。通常，由於偏振元件340、342和/或346的存在，測試光322在測試表面324處的偏振狀態可以是光在光瞳平面314中的方位位置的函數。

在當前描述的實施例中，源302提供寬波長帶的照明(例如，具有全寬，大於20nm，大於50nm，或優選甚至大於100nm的半最大值的發射光譜)。例如，源302可以是白光發光二極體(LED)，滷素燈泡的燈絲，諸如氙氣的弧光燈或所謂的超連續光源，其在光學材料中使用非線性效應以產生非常寬的源光譜(＞200nm)。寬波長帶對應於有限的相干長度。平移臺(stage)350調整測試光與參考光之間的相對光路長度，以在每個檢測器元件處產生光學幹涉信號。例如，在圖3的實施例中，平移臺350是耦合到幹涉物鏡306的壓電換能器，以調節測試表面和幹涉物鏡之間的距離，從而改變檢測器處的測試光和參考光之間的相對光路長度。

參考圖2A，光學儀器201沿著與圖2A所示的z軸平行的觀察方向向下看透鏡200。在圖中，S1和S2分別表示來自透鏡200上的上標稱平面平行表面211和下標稱平面平行表面212的光反射。在度量數據採集期間，系統在全局坐標系x、y、z中收集這些表面的高度信息。該坐標系由光學儀器201建立。理想地，透鏡表面的旋轉軸標稱地平行於z軸對齊。

透鏡200的上表面211的度量信息是從空氣中的光的反射(圖中的信號「S1」)導出的。分別地，透鏡200的下表面212的度量信息從圖中透鏡材料內的光的反射(信號「S2」)導出。

考慮諸如系統300的CSI顯微鏡系統的具體示例，在特定坐標x、y處上表面211和下表面212之間的相對距離T將由下式給出：

T＝T′/nG (1)

其中T′是通過CSI顯微鏡或通過使用相干信息的波長調諧FTPSI確定的可見或測量的光學厚度，在低NA(例如，0.06或更小)處的nG是組速度折射率(在高NA處，例如0.2或更大，值nG可以由於傾斜效應而改變，導致有效的組速度折射率)。相反，當使用共焦、結構化照明或聚焦感測時，信號S2將看起來起始於較高的z位置，在這種情況下的物理度由下式給出：

T＝nT″ (2)

其中T″是由共焦或相關的聚焦敏感儀器確定的可見或測量的光學厚度，n是相位速度折射率。

厚度圖T′(x，y)或T「(x，y)提供關於物理厚度T(x，y)的平均值和均勻性以及由折射率nG(x，y)或n(x，y)例示的透鏡200的光學性質。在一些情況下，這些尺寸和光學性質的複合均勻性和平均值足以用於製造透鏡200中的過程控制。

如果需要，通過其它手段(例如通過接觸輪廓測量法(例如在P.Scott，「Recent Developments in the Measurement of Aspheric Surfaces by Contact Stylus Instrumentation」，Proc.SPIE 4927，199-207(2002)中所公開的))獲得的諸如厚度圖T(x，y)或光學折射率n(x，y)的附加信息可補充由光學度量儀器201執行的測量，允許分離和獨立評價折射率對物理厚度的影響。

儘管前述透鏡表徵依賴於關於表面211和212的高度分布信息，但是透鏡表徵也可以利用其它信息。例如，在一些實施方式中，包括專用參考固定裝置以提供附加的光學信息。參考圖4A，在某些實施例中，透鏡200安裝在具有嵌入的參考表面420的固定裝置400上。在圖4A中，S1、S2和S3表示來自透鏡200的感興趣的上表面和下表面(211和212)以及固定裝置參考的上表面420的反射光，上表面420沿著z軸測量與下透鏡表面212分離一距離Tair。

固定裝置400包括支撐結構410和反射上表面420。透鏡200擱置在支撐結構410上，支撐結構410將透鏡定位成距離反射表面420一距離Tair。支撐結構410可以由在透鏡200的相對側上的多個柱或壁組成，或者可以是將反射表面420的內部422與外部421分離的單個圓柱形支撐。固定裝置400可以專門為透鏡200定製，並且當測量不同形狀的透鏡時可以用另一個固定裝置替換。

圖4B和4C示出了兩個連續的測量步驟，其中光學儀器201在透鏡200的平面平行部分210的整個場上進行測量。這些步驟提供度量信息，包括表面211、212和420的高度分布測量，以根據圖5的流程圖500完成透鏡的幾何形狀和光學性質的表徵。可見高度測量z1，...4分別對應於圖中的反射光S1...S4。

在第一步驟中，如圖4B所示，針對三個表面211、212和420(步驟510、520、530)收集度量信息，其中通過透鏡材料測量下表面212和輔助參考表面420，並且因此對應於可見高度。針對三個表面收集度量信息，而不調整透鏡在固定裝置上的位置。

在第二步驟中，如圖4C所示，從固定裝置400移除透鏡(步驟540)，並且第二次測量輔助參考表面420(信號S4)(步驟550)。

將度量信息組合以創建透鏡元件的上平行表面和下平行表面之間的厚度和折射率分布圖。對於相干掃描幹涉儀和可比較的幹涉儀器，在獲得可見高度信息z1，...4之後，物理和光學厚度圖分別為：

T(x，y)＝z1(x，y)-z2(x，y)+z3(x，y)-z4(x，y) (3)

T′(x，y)＝z1(x，y)-z2(x，y). (4)

組速度折射率圖則為：

nG(x，y)＝T′(x，y)/T(x，y). (5)

當度量系統依賴於共焦、構化照明或聚焦感測表面輪廓時，等式(4)和(5)變為：

T″(x，y)＝z1(x，y)-z2(x，y)， (6)

n＝T/T″. (7)

厚度圖基於從透鏡的一側到另一側的測量厚度的變化，提供關於透鏡的平均厚度以及透鏡的兩側之間的可能傾斜的信息。折射率圖提供關於跨越透鏡區域的可能的折射率梯度的信息。

作為可選的附加步驟，知道透鏡中材料的標稱折射色散性質，通常可以將群組率轉換為相位率：

n＝Transform(nG). (8)

在一些情況下，變換可以簡單為加性常數。比如，加性常數是其中n(k)是材料的標稱折射率(如製造商所述或通過一些其它手段測量)，表示為波數的函數，k0是用於測量的光譜帶的質心波數。其他變換是可能的，例如查找表或多項式函數。可以通過將測量的組索引值的數據點(使用儀器)擬合為測試樣品的已知折射率的函數來創建變換多項式。

還可以進行另外的測量以便提高過程的精度。例如，參照圖6A、6B和7，在一些實施例中，利用透鏡圖像同時捕獲來自其中光路未被透鏡200阻礙的固定裝置參考表面的反射S5的附加測量z5(x，y)(在流程圖700中的步驟710)。該附加信息例如提供了固定裝置可以在兩個測量步驟之間移動的情況下固定裝置相對於光學儀器的總體高度偏移。該信息可以通過提供例如針對測量之間的固定裝置位置的變化的偏移或偏移、翻倒和傾斜補償的組合來校正z4(x，y)測量的結果(步驟720)。

在一些實施例中，對儀器的不同配置重複測量，使得以基本上不同的光譜分布執行數據收集，例如，中心在400nm和490nm之間的第一光譜分布，中心在490nm和590nm之間的第二光譜分布和中心在590nm和700nm之間的第三光譜分布。每個光譜分布提供了透鏡材料的光學性質的獨立測量。然後可以組合群組速度率或相位速度率的多個測量值以導出具有波長(或色散)的材料光學性質變化的估計，其可以用於驗證材料在公差內和/或用於控制製造過程。在儀器測量群組率(例如相干掃描幹涉儀)的情況下，色散的估計進一步用於計算折射率的估計，例如使用由質心波數的一階導數的乘積。在一些實施例中，多個光譜分布同時存在，同時儀器收集從掃描數據採集得到的數據。在檢測器處分離多個光譜帶，例如使用顏色敏感裝置(配備有濾色器的CCD或CMOS照相機)。替代地，來自傳感器的返回光在空間上被向多個單色傳感器反射或透射特定光譜分量的二向色光學元件分離。需要最少兩個光譜帶來估計材料的色散性質。

儘管可以使用偏振光或非偏振光執行前述測量，但是可以使用偏振光收集關於透鏡200的附加信息。例如，參考圖8，可以確定關於透鏡的偏振相關光學性質的信息，包括應力雙折射的效應，其可以揭示透鏡(或其他部分透明樣品)製造的問題。在大多數情況下，沒有應力和相關應力雙折射的透鏡是製造工藝控制的設計目標。

樣品中應力雙折射的存在可以通過觀察其在樣品的平面平行區域中的作用來監測。這裡，在流程圖500或流程圖700中概述的測量過程被執行至少兩次，其中對於由度量系統使用的照明光的不同偏振狀態執行每個完整數據獲取周期。可以使用常規偏振器和/或波片來操縱光學測量儀器的偏振狀態。

例如，如流程圖800所示，第一測量使用沿著x方向線性偏振的照明光進行並且利用沿y方向線性偏振的照明光重複。在一些實施例中，偏振方向相對於透鏡200上的基準特徵對準，例如在透鏡是注模成型透鏡的情況下，基準特徵可對應於注入材料進入模腔的門(gate)。

然後將所收集的多個折射率圖組合以提供在透鏡材料中存在的雙折射的定量測量。例如，在步驟870中，從測量結果計算雙折射效應。在步驟880中，從測量結果計算平均折射率。雙折射可以例如表示為通過透鏡的光路的差，如流程圖800的步驟870所示。這裡通過透鏡的雙折射的累積效應計算為：

B(x，y)＝[n2(x，y)-n1(x，y)]T (9)

而平均率(如步驟880所示)為

雙折射可以類似地表示為材料內每單位傳播長度的光路的差。相位速度折射率n1，2對應於兩個偏振取向。對於過程控制，這些率由例如來自CSI顯微鏡測量的群組率測量結果表示。此外，對於一些過程控制情況，使用圖2A較簡單的配置的光學厚度變化的測量

B′(x，y)＝T′2(x，y)-T′1(x，y) (11)

或

B″(x，y)＝T″2(x，y)-T″1(x，y) (12)

可能已經足夠。

儘管前述實施例涉及表徵透鏡的無效部分(例如，平面平行部分)的測量，並且通常根據那些表徵來推斷關於透鏡的信息，但是其它實施方式也是可能的。比如，也可以執行直接表徵透鏡的有效部分的測量。

參考圖9和10，被測試樣品透鏡900包括具有彎曲表面的有效部分920和由圍繞有效部分的幾個標稱平面表面組成的無效部分910。圖9示出了透鏡900的側視圖，圖10示出了俯視圖。有效部分920對應於凸形上表面921和凸形下表面922。上表面221具有沿著與下表面922的頂點924相同的軸標稱對齊的頂點923。

無效部分910由一系列平面環形表面組成，其具有偏移透鏡900的每一側上的內平面表面和外平面表面的臺階特徵。通常，無效部分910的表面可以例如包括形成在樣品上的特徵，以幫助透鏡在最終組件中對準和固定，和/或促進測量透鏡特徵的相對對準。在這種情況下，無效部分910的上側包括平面表面912和916。臺階914分離表面912和916。臺階914在邊緣914o處接合表面912，在邊緣914i處接合表面916。表面916在邊緣918處接合上凸形表面921。

無效部分910的下側包括平面表面911和917。臺階915分離表面911和917。臺階915在邊緣915o處接合表面911，在邊緣915i處接合表面917。表面917在邊緣919處接合下凹形表面922。

光學度量儀器201用於評估透鏡900的一些尺寸特徵，包括(但不限於)頂點至頂點厚度TApex以及表面特徵位置的相對x、y橫向偏移(稱為公共軸z)，包括(但不限於)頂點中心和對準錶面特徵。通過測量上表面輪廓以確定3D頂點位置和其他表面特徵的相對3D位置和形貌來執行這些評估。這些測量用作透鏡的整體尺寸性質的指示。

在操作期間，光學儀器201沿著與如圖9所示的z軸(對應於儀器201的光軸)平行的觀察方向向下看樣品。在度量數據採集期間，系統收集全局坐標系x、y、z中的感興趣表面的高度和強度信息。

頂點923的度量信息從空氣中的光的反射(圖9中的信號SUA)導出，如同上表面中的感興趣的其它特徵的度量信息(圖9中的信號SUF)。分別地，下表面中關注特徵的度量信息從透鏡材料內的光的反射(圖9中的信號SLF)導出。

考慮如圖3所示的CSI顯微鏡系統的具體示例，信號SUA通常被處理以產生高度信息，然後可以分析該高度信息以確定頂點923的3D位置PUA。從信號SUF導出的高度信息可以與PUA組合以確定z方向上相對於感興趣的上表面特徵(表面912)的頂點高度HUA。該相同的高度信息也可以用於確定上表面邊緣特徵的位置，例如感興趣的上表面特徵912的標稱圓形邊緣。或者或另外，可處理信號SUF以產生強度信息，然後可分析該信息以確定上表面邊緣特徵914的位置。

SLF是非幹涉強度信號，其可被分析以確定下表面邊緣特徵915的位置。參考圖12，SLF可以用顯微鏡系統在最佳焦點的z位置處測量，如圖12所示，以TBF相對於在x、y位置處的上表面的焦平面位移。對於厚度特徵Tfeature和折射率n，可以針對近正常入射角計算TBF：

TBF＝Tfeature/n (13)

對於該計算，厚度和率可以假定為標稱值，或者預先通過一些其它方式測量，例如使用相同的儀器或測徑器。取決於給定應用所需的精度，可以是更有利的是，補償由通過透鏡材料的折射引起的球面像差的影響，並且例如使用下式計算TBF的校正值：

其中NA是指光學儀器的數值孔徑。

上表面頂點CUA的橫向位置由PUA的x、y坐標給出。感興趣的其它特徵的位置可以以其他方式定義，例如作為測量的邊緣位置的中心，在圖11中表示為CUF和CLF。這些位置之間的橫向距離對應於平行於z軸(隱含地稱為基準平面)的軸之間的偏移，並且在一些情況下對應於上表面的平面特徵。例如，特徵間橫向距離XYFeature特徵可以計算為：

XYFeature＝CUF-CLF (14)

類似地，上表面頂點到特徵橫向距離XYUAF可以計算為：

XYUAF＝CUA-CUF (15)

在一些情況下，XYFeature足以用於製造透鏡的過程控制，例如作為模具半部的橫向對準的測量。類似地，XYUAF以及相對頂點高度HUA可足以用於識別透鏡形成的問題，例如如果這些偏離從上表面半模預期的尺寸。

可能需要明確地測量上表面頂點和下表面頂點之間的尺寸性質，例如圖9中所示的頂點厚度TAPEX或頂點間橫向距離XYAPEX，其對應於圖11中所示的CUA和CLA之間的橫向距離。在一些實施例中，參考圖13，這可以通過另外測量下表面911、917和922面向光學儀器201取向的透鏡900，同時保持跟蹤相對於利用面向光學儀器201的透鏡900的上表面進行的測量的方位取向來實現。使用與第一測量所描述的方法類似的方法，該第二測量提供HLA、PLA和對應於CLA和CLF之間的橫向距離的下表面頂點到特徵橫向距離XYLAF：

XYLAF＝CLA-CLF (16)

注意到對於圖13中描繪的特定幾何形狀，HLA是負的。

在一些情況下，該第二測量可以提供XYFeature的獨立測量。

在一些實施例中，根據圖14所示的流程圖1400組合首先在透鏡一個表面面向儀器情況下所測量的度量信息和然後在透鏡另一個表面面向儀器情況下所測量的度量信息，以創建總頂點厚度和期望的橫向距離的測量。在該實施方式中，步驟的順序如下：首先，透鏡900定位使得上表面面向度量儀器201(步驟1405)。在該配置中，度量儀器201至少在上表面的頂點的區域中測量高度分布，並計算該上頂點的位置(步驟1410)。在透鏡900處於相同位置的情況下，儀器201測量感興趣的上部特徵(例如邊緣914o)的高度分布和強度分布(步驟1415)。在步驟1420中，系統然後計算上頂點高度HUA和上頂點到特徵橫向距離XYUAF(例如，使用等式(15))。

對於下表面特徵的測量，度量儀器201和透鏡900相對於彼此移動，使得感興趣的下部特徵(例如邊緣915o)處於最佳聚焦位置(步驟1425)。可以使用Tfeature和n的標稱或測量值來確定該位置。在該位置，儀器測量下部特徵的強度分布(步驟1430)。使用來自強度分布的信息，系統計算(在步驟1435中)特徵間橫向偏移XYFeature。

接下來，將透鏡900翻轉並定位，使其下表面面向儀器201(步驟1440)。在該位置，在下頂點924的區域中測量高度分布，並且計算下頂點位置PLA(步驟1445)。然後，在步驟1450中，系統測量下表面(例如，邊緣915)上的一個或多個特徵的高度分布和強度分布。利用該測量，系統計算下頂點高度HLA和下頂點到特徵橫向距離XYLAF(步驟1455)。

在步驟1460中，頂點厚度TApex可以計算為：

TApex＝HUA+Tfeature+HLA (17)

最後，在步驟1465中，頂點間橫向距離XYApex對應於CUA和CLA之間的橫向距離，並且可以根據下式計算，其中上標指示從上表面測量還是下表面測量獲得參數：

XYApex＝XYUAFupper+(XYFeature)upper-XYLAFlower (18)

如果下表面測量提供了特徵之間橫向距離XYFeature的獨立測量，則可以可選地使用以下表達式來潛在地減少統計變異性：

XYFeature＝0.5[XYFeatureupper+XYFeaturelower] (19)

XYApex＝XYUAFupper+XYFeature-XYLAFlower (20)

在一些實施例中，如先前關於圖4A-4C所討論的，該裝置可以包括部件固定裝置，該部件固定裝置包括放置在樣品下面的標稱平坦反射表面，使得其將通過樣品傳播的光反射回穿過樣品並朝向度量儀器。這樣的實施方式可以提高使用光學儀器201獲取的強度圖像的對比度。

在某些實施例中，可以利用關於包括關注特徵的區域中的x、y空間變化的信息以更精確地確定尺寸特徵。例如，該信息可以包括折射率n(x，y)，厚度T(x，y)和表面形貌SUA(x，y)和SUA(x，y)的圖。

參考圖15A和15B，被測透鏡的平面表面區域看起來是平行的，但是實際上可能偏離該理想情況。例如，通過感興趣的上部和下部特徵的最佳擬合平面可能偏離平行。例如如果分別相對於上表面和下表面中的非平行特徵調整部件傾斜，則這可以相對於第二測量(下表面面向儀器)產生用於第一測量(上表面面向儀器)的非平行部件傾斜。這些相對部件傾斜形成楔角W，楔角W可從厚度圖T(x，y)導出並且併入到尺寸特徵的計算中。例如，頂點厚度TApex可以表示為：

TApex＝fApexz(HUA，Tfeature，HLA，W) (21)

橫向距離XYFeature和XYApex可以表示為：

XYFeature＝fFeatureXY(CUF，CLF，W) (22)

XYApex＝fApexXY(XYUAF，XYFeature，XYLAF，W) (23)

圖9描繪了通過上表面界面測量的下表面邊緣，該上表面界面看起來垂直於區域表面形貌儀器的光軸，但是在實踐中也可能偏離該理想情況。此外，該偏差可以具有(x，y)依賴性，例如表現為表面形貌圖SUA(x，y)中的局部傾斜的變化。圖15A描繪了在通過材料中的厚度T測量的特定橫向位置處的感興趣位置，所述材料具有通過首先遇到從垂直傾斜αtilt的表面的光束測量的折射率n。

由於折射效應，在感興趣位置的可見橫向位置和實際橫向位置之間將存在橫向位移ΔL，大致由下式給出：

ΔL＝Tsin(αrefr) (24)

其中sin(αrefr)和sin(αtilt)通過Snell′s定律相關：

sin(αrefr)＝sin(αtilt)/n. (25)

從而，ΔL由下式給出：

ΔL＝Tsin(αtilt)/n. (26)

在圖15A中，厚度T被描繪為沿著束的方向測量，如對於相同取向的樣品的特定的厚度測量方法所預期的。對於一些實施例，T可對應於沿光軸的厚度。對於通常遇到的αtilt的小值，該潛在的差對ΔL的影響是可忽略的。

局部傾斜αtilt將在XY平面上具有一些方位取向θtilt。如圖15B所示，橫向位移ΔL將具有相同的方位取向。對感興趣位置的可見位置的x和y坐標的校正然後分別是：

Δx＝ΔL·cos(θtilt) (27)

Δy＝ΔL·sin(θtilt) (28)

通常，率n，厚度T，傾斜αtilt和方位取向θtilt將取決於橫向位置(x，y)，因此ΔL通常也將是(x，y)的函數。可以對每個測量的邊緣點應用折射校正，之後可以根據需要分析校正的邊緣點的集合，以生成關注特徵的校正位置。

參考圖16，在流程圖1600中示出了考慮透鏡的傾斜角的示例性實施方式。這裡，首先將透鏡定位成使其上表面面向測量儀器(步驟1605)，並且使用該儀器測量上頂點區域的高度分布，並且從該測量計算上頂點位置PUA(步驟1610)。然後，系統測量感興趣的上部特徵(例如上表面915或上表面上的邊緣)的高度和強度分布(步驟1615)。從該測量中，系統計算上部特徵中心CUF。在步驟1620中，系統然後計算上頂點高度HUA和上頂點到特徵橫向距離XYUAF。對於下一次測量，使用Tfeature和n的標稱值或測量值，系統相對於光學儀器移動透鏡，使得感興趣的下部特徵(例如，平面表面或邊緣)處於最佳聚焦位置(步驟1625)。在該位置，系統測量下表面特徵的強度分布，並且測量下表面上的可見邊緣位置(步驟1630)。這些測量由系統使用率n，傾斜αtilt和厚度T的的局部值對每個邊緣位置的橫向位移ΔL進行校正(步驟1635)。使用校正的邊緣位置，系統計算下部特徵的中心的位置CLF(步驟1640)。有了上部和下部特徵(CUF和CLF)的位置和楔角W，系統計算特徵間橫向偏移XYFeature(步驟1645)。這裡，楔角對應於透鏡的厚度圖中的傾斜。

接下來，在步驟1650中，翻轉透鏡，使得下表面面向光學儀器(步驟1650)，並且獲取下頂點區域的高度分布(步驟1655)。系統從此高度分布計算下頂點位置PLA。然後，系統測量感興趣的下表面特徵的高度分布和強度分布(步驟1660)。然後根據從步驟1655和1660獲取的信息計算下表面頂點高度HLA和下頂點到特徵橫向距離XYLAF(步驟1665)。使用HLA的該值、以及使用HUA和TFeature的值，系統計算頂點厚度TApex(步驟1670)。使用XYUAF、XYLAF、XYFeature和W，系統還計算頂點間橫向偏移XYApex的值(步驟1675)。

在一些實施例中，在相對於光學儀器的兩個或更多個方位取向上測量樣品。通過在不同方位取向獲得透鏡的尺寸性質的獨立測量，系統可以組合這些獨立測量，以便減少最終報告的尺寸性質中的系統誤差。

系統誤差源的示例包括光軸和掃描軸之間的不對準，照明的橫向或軸向不對準，以及樣品傾斜中的偏差。在一些情況下，系統誤差具有與樣品取向無關的分量。例如，所報告的兩個特定特徵之間的橫向距離可以通過儀器坐標(Δxbias，Δybias)中的一些偏移來偏置。該偏置可以取決於被測量的特定樣品特徵。在這種情況下，通過結合在樣品相對於儀器的方位取向θ0處的測量和在樣品相對於儀器的方位取向θ180處的測量，可以減少測量的橫向距離的系統誤差，其中θ180相對於θ0偏移180°。如圖17A和17B所示，這對應於在樣品坐標(xsample，ysample)和儀器坐標(xinstr，yinstr)之間180°的相對方位旋轉。這種相對方位取向可以通過樣品固定或通過對準到部件本身的獨特特徵來實現。例如，樣品支架可以包括旋轉平臺和刻度尺，其可以手動地或自動地圍繞光學儀器的光軸旋轉期望的量。

參考圖18，在流程圖1800中示出了利用樣品旋轉的示例性方法。該過程將透鏡在相對於儀器的四個不同取向上進行的測量序列組合：

-上表面以方位取向θ0面對儀器

-上表面以方位取向θ180面對儀器

-下表面以方位取向θ0面對儀器

-下表面以方位取向θ180面對儀器

具體步驟如下。首先，將透鏡定位成其上表面面向光學儀器並處於方位取向θ0(步驟1805)。在該取向中，系統執行高度和強度分布測量的序列並且計算和的值(步驟1810)。

對於下一測量序列，將透鏡定位成其上表面面向光學儀器並處於方位取向θ180(步驟1815)。在該取向中，系統執行高度和強度分布測量的序列並且計算和的值(步驟1820)。

對於隨後的測量序列，將透鏡定位成其下表面面向光學儀器並處於方位取向θ0(步驟1825)。在該取向中，系統執行高度和強度分布測量的序列並且計算的值(步驟1830)。

對於最後的測量序列，將透鏡定位成其下表面面向光學儀器並處於方位取向θ180(步驟1835)。在該取向中，系統執行高度和強度分布測量的序列並且計算的值(步驟1840)。在這些相對取向上進行測量的順序不是關鍵的，並且可以由最方便的方式來控制。

接下來，計算的值用於計算每個取向的組分頂點間橫向距離，和(步驟1845)。最後，使用這些組分值，系統計算頂點間橫向距離(步驟1850)，以及最終頂點到特徵橫向距離和(步驟1855)。

通過組合在θ0和θ180處測量的相應橫向距離，分別為XY0和XY180來計算最終報告的橫向距離XYfinal：

XYfinal＝fCombine(XY0，XY180) (29)

上述等式可以應用於感興趣的橫向距離，包括先前討論的橫向距離，例如特徵間橫向距離XYFeature，頂點到特徵橫向距離XYUAF和XYLAF和頂點間橫向距離XYApex。如果橫向距離的組分測量都在樣品的參考系中，即相對於樣品坐標(xsample，ysample)，在一些情況下，組合函數可以與組分測量的算術平均值一樣簡單。替代地或另外地，一些操作可在單個步驟中將工具參考繫結果映射到樣品參考系。可能的其它操作可以解釋先前確定的剩餘工具偏差。

如前所述，另一個潛在的測量誤差源是樣品中的材料雙折射。在一些情況下，可以通過將例如使用偏振器和/或波片在各種偏振狀態下用儀器獲得的測量結合來減少測量誤差。這可以進一步與樣品相對於儀器的相對方位取向的變化相結合。

上述裝置和方法允許評估過程中透明樣品，特別包括透鏡，所述透鏡包括彎曲的有效表面區域以及作為用於確定樣品的尺寸和光學性質的替代物的平面平行區域。透明樣品包括透鏡，例如作為多透鏡透鏡組件(例如，用於數位相機)的一部分的模製透鏡。這樣的透鏡組件廣泛地用於行動裝置的相機中，例如手機，智慧型電話和平板計算機等等。

在一些實施例中，前述方法可以應用於測量透鏡的模具。例如，參考圖19，被測樣品可以是透鏡模具1900的一半。該模具包括彎曲表面1921，其對應於使用模具形成的透鏡的有效區域。彎曲表面1921具有頂點1921。模具還包括由第一內平面表面1916和第二外平面表面1912組成的平面部分。平面表面被臺階1914分開。臺階1914的外邊緣1914o可以用作表徵模具1900的測量中關注特徵。外部平面表面1912和頂點1923以沿儀器201的z軸測量的高度HA偏移。模具1900可通過從例如表面1921(經由光SA)和外部平面表面1912(SF)獲取高度分布和強度分布來表徵。關於例如頂點位置以及頂點到關注特徵的邊緣的橫向偏移的信息可以如先前對於透鏡900所描述的來確定。

圖20A和20B的流程圖示出了所描述的技術的可能的用途。圖19中的流程圖2000示出了使用如上所述的厚度和雙折射的測量(步驟2010)的透鏡表徵技術。在步驟2020中，基於這些測量，系統報告厚度、平行度、平均折射率、折射率梯度和雙折射的值。接下來將這些值與這些參數的預定規格進行比較(步驟2030)。

對於超出規格的那些透鏡，該些透鏡為不合格的(步驟2040)，並且系統將相應的模製部位報告為處於過程控制目標之外(步驟2050)。對於滿足規格的那些透鏡，將透鏡分類進入厚度箱(步驟2060)，並且將相應的模製部位報告為在過程控制目標內(步驟2070)。

圖20B中的流程圖2001示出了使用頂點到特徵高度、頂點厚度、頂點間橫向距離和特徵間橫向距離的測量的透鏡表徵技術。這裡，在第一步驟2011中，從如上所述測量的高度和強度數據導出透鏡上的各種特徵的位置。在步驟2021中，基於這些測量，系統報告頂點到特徵高度、頂點厚度、頂點間橫向距離和特徵間橫向距離的值。接下來將這些值與這些參數的預定規格進行比較(步驟2031)。

對於超出規格的那些透鏡，該些透鏡為不合格的(步驟2041)，並且系統將相應的模製部位報告為處於過程控制目標之外(步驟2051)。對於滿足規格的那些透鏡，將透鏡分類進入厚度箱(步驟2061)，並且將相應的模製部位報告為在過程控制目標內(步驟2071)。

該測量技術還可以用於表徵用於製造透鏡的模製工藝。用於表徵模製工藝的實施方式在圖21A和21B的流程圖中示出。

在圖21A中的流程圖2100所示的過程中，第一步驟2110是測量透鏡的無效部分的厚度和雙折射。基於這些測量，系統分析透鏡的厚度、平行度、平均折射率、折射率梯度和雙折射(步驟2120)。基於該分析，調整模具的兩個半部的相對位置以滿足厚度和平行度規格(步驟2130)。調整模製工藝參數(例如，溫度和溫度斜率、透鏡材料組成、注入壓力)以滿足折射率規格(步驟2140)。

在圖21B中的流程圖2100所示的過程中，第一步驟2150是測量透鏡表面的高度分布和頂點和特徵的橫向位置。基於這些測量，系統確定並報告頂點到特徵高度、頂點厚度、頂點間橫向距離和特徵間橫向距離(步驟2160)。基於該分析，調整模具的兩個半部的相對位置以滿足厚度和橫向定中心規格(步驟2130)。調整模製工藝參數(例如，溫度和溫度斜率、透鏡材料組成)以滿足頂點到特徵規格(步驟2140)。

儘管前述流程圖描繪了用於雙折射和厚度測量的單獨過程，而不是頂點和特徵測量，但是在一些實施例中，這些組測量可以組合，以便例如改進透鏡表徵和/或透鏡模製。

儘管已經描述了某些實施方式，但是其它實施方式也是可能的。例如，雖然透鏡200和透鏡900都是彎月形透鏡，但更一般地，可以使用所公開的技術來表徵其它類型的透鏡，包括例如凸-凸透鏡、凹-凹透鏡、平-凸透鏡、平-凹透鏡。透鏡表面可以是非球面。在一些實施例中，透鏡表面可以包括拐點，在拐點處表面的凹度改變。這種表面的示例是圖1中的表面132。

此外，除了上述的那些特徵之外，可以使用各種對準特徵。例如，雖然透鏡200和900中的平面表面是環形表面，但是其它幾何形狀也是可能的。諸如表面上的凸起部分、凹陷或者表面上的簡單標記等的離散特徵可以用作上述測量中的特徵。

儘管本說明書通常集中於光學部件的度量，但是相關類別的應用是用於製造注塑成型透鏡的模具的度量。在這種情況下，模具具有也在透鏡上發現的所有特徵，即有效光學表面和一個或多個位置，定中心或對準基準。然後可以容易地應用對透鏡的一側描述的度量步驟。例如，儀器被用於測量光學表面的頂點相對於機械基準的中心和高度。其他度量步驟包括外部基準之間的臺階的表徵，以及陡峭圓錐中心基準的角度的表徵。

在某些實施例中，例如在被測部件大於光學儀器的視場的情況下，部件的不同區域的測量可被縫合在一起以提供整個部件的測量。用於縫合測量的示例性技術公開在J.Roth和P.de Groot的「Wide-field scanning white light interferometry of rough surfaces」，Proc.ASPE Spring Topical Meeting on Advances in Surface Metrology，57-60(1997)。

在一些實施方式中，可以應用附加校正以提高測量精度。例如，可以應用對表面的反射性質的相位變化的校正。參見，比如P.de Groot，J.Biegen，J.Clark，X.Colonna de Lega和D.Grigg的「Optical Interferometry for Measurement of the Geometric Dimensions of Industrial Parts」，Applied Optics41(19)，3853-3860(2002)。

在某些實施方式中，可以從多於一個視角或從兩側測量該部分。參見，比如P.de Groot，J.Biegen，J.Clark，X.Colonna de Lega和D.Grigg的「Optical Interferometry for Measurement of the Geometric Dimensions of Industrial Parts」，Applied Optics 41(19)，3853-3860(2002)。

測量的結果可以與其他測量結合，包括例如非球面形狀的觸針測量，例如在P.Scott的「Recent Developments in the Measurement of Aspheric Surfaces by Contact Stylus Instrumentation」，4927，199-207(2002)中所公開的。

可以應用各種數據處理方法。例如，可以使用適於使用相干掃描幹涉儀測量多個表面的方法。參見例如P.J.de Groot和X.Colonna de Lega的「Transparent film profiling and analysis by interference microscopy」，Proc.SPIE 7064，706401-1706401-6(2008)。

與上述測量和分析相關聯的計算可以使用遵循本文描述的方法和附圖的標準編程技術在電腦程式中實現。將程序代碼應用於輸入數據以執行本文所述的功能並生成輸出信息。輸出信息可以應用於一個或多個輸出設備，例如顯示監視器。每個程序可以以高級過程或面向對象的程式語言來實現以與計算機系統通信。然而，如果需要，程序可以以彙編或機器語言實現。在任何情況下，語言可以是編譯或解釋語言。此外，程序可以在為此目的預編程的專用集成電路上運行。

每個這樣的電腦程式優選地存儲在可由通用或專用可編程計算機讀取的存儲介質或設備(例如，ROM，光碟或磁碟)上，用於當存儲介質或設備被計算機讀取時配置和操作計算機以執行本文所述的過程。在程序執行期間，電腦程式也可以駐留在高速緩存或主存儲器中。校準方法還可以至少部分地實現為配置有電腦程式的計算機可讀存儲介質，其中這樣配置的存儲介質使得計算機以特定和預定義的方式操作以執行本文所述的功能。

其他實施例在所附權利要求中。