專利名稱：一種檢測小孔衍射球面波光學面形的檢測裝置及方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于光學檢測技術(shù)領域，具體涉及一種檢測小孔衍射球面波光學面形的檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
點衍射干涉儀是利用小孔衍射產(chǎn)生標準參考球面波來進行干涉測量，另外點衍射干涉儀也可以結(jié)合絕對測量的方法，來移除小孔不理想造成的測量誤差。點衍射干涉儀(PointDiffraction Interferometer, PDI)的提出解決了高精度測量中參考面加工的難題，其主要特點在于不采用傳統(tǒng)的參考面，而從波動光學的觀點出發(fā)，利用小孔衍射來產(chǎn)生理想?yún)⒖记蛎娌?，從而消除了參考面加工水平對測量精度的限制，使面向亞納米量級的高精度測量成為可能。1933年，ff. Linnk首次提出可以用小孔衍射產(chǎn)生的理想球面波作為干涉儀的參考波面，形成了點衍射干涉儀理論的雛形，但由于受到當時技術(shù)水平的限制，并沒有真正應用到測量上。1975年，R. N. Smartt和W. H. Steel在其發(fā)表的文章中正式闡述了點衍射干涉儀的原理及其應用，奠定了現(xiàn)代點衍射干涉儀發(fā)展的基礎。他們所發(fā)明的點衍射干涉儀，其主要部分是一個透過率為1%的薄膜，上面含有一個很小的針孔(pinhole)，較低的透過率是為了使兩束光的光強接近。當會集的被測光經(jīng)過薄膜平板時，透射的被測光除了能量下降之外，波面形狀基本不發(fā)生變化；而在有像差的彌散斑區(qū)域，位于焦點附近的小孔發(fā)生衍射，產(chǎn)生了理想的標準球面波，成為測量中的參考光波，與透過的被測光波形成干涉條紋，通過分析干涉條紋的形狀就可以得到被測波前的信息。這種干涉儀結(jié)構(gòu)和原理非常簡單，同時由于采用了共光路結(jié)構(gòu)，環(huán)境因素的影響比較??；其缺點是光能利用率太低，同時不能進行移相測量，導致其精度很難得到提高。1996年，美國勞倫斯-伯克利國家實驗室的H.Medecki、E. Tejnil等人提出了移相點衍射干涉儀(Phase-shifting Point-diffraction interferometer, PS-PDI)的概念，即在點衍射干涉儀的基礎上引入一個衍射光柵作為分光元件，并將像平面的半透明掩膜改為不透明掩膜，使得點衍射干涉儀性能獲得了很大提高。這種點衍射干涉儀的基本結(jié)構(gòu)，當照明球面波入射到移相光柵之后形成了不同的衍射級次，它們經(jīng)過被測系統(tǒng)后會聚到像平面的不同位置，在像面上放置一個空間濾波器，使得攜帶被測系統(tǒng)信息的零級衍射光經(jīng)方孔直接通過，而一級衍射光經(jīng)過小孔衍射濾波產(chǎn)生理想?yún)⒖记蛎娌?，其他級次都被吸收，探測器(CCD)上得到的是這兩束光的干涉條紋。當上下移動光柵時，兩束光之間就會有位相差變化，這樣就可以進行移相干涉測量。為了不斷滿足對EUV (極紫外)光刻系統(tǒng)的測量要求，1996年以來，勞倫斯-伯克利國家實驗室的研究者采用13. 4nm的同步輻射光源成功研制了 EUV相移點衍射干涉儀，其對EUV系統(tǒng)的RMS測量精度達到亞納米量級，為極紫外光刻技術(shù)的發(fā)展掃清了障礙。從上世紀末開始，日本研究者也開始了對點衍射干涉儀的研究。為了對EUV光刻系統(tǒng)進行檢測，日本超先進電子技術(shù)研究協(xié)會(Association of Super-AdvancedElectronics Technology,ASET)和Nikon等公司對點衍射干涉儀進行了研究,其采用的一種點衍射干涉儀采用一個具有小孔的反射板，小孔衍射球面波的一部分作為參考光波，而另一部分光經(jīng)過被測面和反射面的兩次反射，與參考光發(fā)生干涉。由于此結(jié)構(gòu)不是共光路系統(tǒng)，所以對光源的相干性以及環(huán)境的穩(wěn)定性要求很高，所有測量都要在隔振、充氦氣的環(huán)境中完成。從點衍射干涉儀的發(fā)展及使用原理可以看出，點衍射干涉儀是用小孔產(chǎn)生理想衍射球面波的原理進行測量，在實際應用中，小孔的加工成為難題，無論是電子束加工，原子束加工，離子束加工等加工工藝，對于納米級的精度來說，很難加工出理想的小孔，小孔很難做到完美的圓度和光滑度。在已有的賈辛申請的專利中，通過采用絕對測量的方法來對小孔產(chǎn)生的衍射球面波進行標定，測量結(jié)果就可以移除小孔圓度不高等引起的衍射球面波的誤差，從而提高測量的精度，同時也可以降低小孔加工的成本。在已有的專利中，主要是使用三個小孔互相檢測，需要更換小孔。在本專利中，力口入了一個可以自身旋轉(zhuǎn)的夾持架，同時夾持架上有三個固定小孔的裝置，位置一、位置二、位置三。這三個位置還可以單獨旋轉(zhuǎn)。這樣就可以把三個待測小孔同時放置在夾持架上，利用計算機控制夾持架和位置一、位置二、位置三的旋轉(zhuǎn)來測量三個小孔產(chǎn)生衍射球面波的面形。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種檢測小孔衍射球面波光學面形的檢測裝置及方法，以實現(xiàn)提高點衍射干涉儀的測量精度，降低高精度小孔的加工成本，同時使測量更加自動化，不需要更換小孔。為達成所述目的，本發(fā)明提供一種檢測小孔衍射球面波光學面形的檢測裝置，包括激光器、濾波孔、聚光鏡、空間濾波器、擴束鏡、X/2波片、X/4波片、半透半反鏡、分光鏡、反射鏡、移相器、衰減片、小孔夾持架、會聚光學單元、CCD探測器和計算機。激光器，用于發(fā)出激光作為照明光源；濾波孔，利用衍射效應用于將激光器發(fā)出的光散射；聚光鏡，用于收集濾波孔發(fā)出的散射光；空間濾波器，用于將聚光鏡收集的光過濾掉雜散光；擴束鏡，用于將空間濾波器過濾的點光源的光變?yōu)槠叫泄?；X/2波片，用于旋轉(zhuǎn)經(jīng)過擴束鏡形成的平行光的偏振方向；X/4波片,用于和X/2波片結(jié)合來調(diào)節(jié)產(chǎn)生圓偏振光；半透半反鏡，用于將圓偏振光分成兩束光，一束透射，一束反射；分光鏡，用于光束傳播方向控制，該分光鏡將經(jīng)過半透半反鏡的光透射，將經(jīng)過反射鏡反射的光反射；反射鏡，用于將光束反射，該反射鏡用來產(chǎn)生移相的效應；移相器，和反射鏡相連，由計算機控制移相器的移動，移相器產(chǎn)生移相；衰減片，用于改變分光鏡反射光束的光強；小孔夾持架，用于夾持三個待測的小孔，小孔夾持架整體具有旋轉(zhuǎn)功能，同時小孔夾持架可以夾持三個待測的小孔，每個待測的小孔也可以單獨旋轉(zhuǎn)；
會聚光學單元，用于將干涉后的測試光投射到CCD探測器上，小孔夾持架上的兩個小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉產(chǎn)生干涉測試光會聚到CCD探測器上形成并記錄干涉圖案，計算機與CXD探測器連接，計算機存儲并處理CXD探測器記錄干涉圖案。所述干涉圖案包含了小孔夾持架上小孔的衍射球面波信息。計算機通過對干涉圖案的處理，可以分別標定出小孔的衍射球面波的誤差信息。其中濾波孔放置在激光器的出光口，聚光鏡放置在濾波孔和空間濾波器中間，濾波孔放置的位置為聚光鏡的物面位置，空間濾波器放置在聚光鏡的像面位置；空間濾波器同時放置在擴束鏡的前焦點，X/2波片、X/4波片、半透半反鏡依次放置在擴束鏡后面，其中濾波孔、聚光鏡、空間濾波器、X/2波片、X/4波片、半透半反鏡的中心都在同一光軸上，入/2波片、A /4波片平行于擴束鏡；半透半反鏡與光軸成45°角，分光鏡的中心在光軸上，與光軸成45°角，分光鏡后面放置反射鏡，反射鏡與移相器相連；衰減片平行于光軸，衰減片中心對準分光鏡中心；小孔夾持架平行于光軸；會聚光學單元平行于光軸；CCD探測器放在會聚光學單元后面；計算機與CCD探測器連接。進一步的，所述分光鏡主要使一個方向入射的光束反射，一個方向入射的光束透射，可以用棱鏡鍍膜制作，也可以用平面鏡鍍膜來實現(xiàn)。進一步的，小孔夾持架上的三個待測的小孔的中心對應位置為位置一、位置二、位置三，位置一、位置二、位置三中心連線為一個等邊三角形，且等邊三角形中心為小孔夾持架旋轉(zhuǎn)中心。進一步的，待測的小孔可以不鍍膜，可以鍍增透膜，也可以鍍衰減膜。進一步的，所述反射鏡可以采用平面鏡，可以采用平面鏡組，可以采用棱鏡，也可以是以上光學元件的組合。進一步的，所述聚光鏡可以采用透鏡或者透鏡組組合。進一步的，所述擴束鏡可以采用透鏡或者透鏡組合。進一步的，所述會聚光學單元可以采用透鏡或者透鏡組合，也可以是變焦距光學系統(tǒng)。為達成所述目的，本發(fā)明提供一種使用上述的檢測裝置的小孔衍射球面波的檢測方法，該檢測方法采用的是絕對測量法，采用三個待測小孔互檢的方式，把待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波測量出來，具體檢測步驟如下步驟SI :設三個待測小孔為第一待測小孔、第二待測小孔、第三待測小孔；將第一待測小孔放在小孔夾持架中位置一；將第二待測小孔放在小孔夾持架中位置二 ；將第三待測小孔放在小孔夾持架位置三，調(diào)整小孔夾持架，使第一待測小孔，第二待測小孔分別對準半透半反鏡和分光鏡中心；激光器發(fā)射的光經(jīng)過濾波孔，光束發(fā)散后經(jīng)過一個聚光鏡，聚光鏡會聚光到一個空間濾波器，濾掉雜光，再經(jīng)過一個擴束鏡進行擴束，擴束過的激光經(jīng)過一 個X/2波片，旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向，再通過一個X/4波片將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光，圓偏振光經(jīng)過一個半透半反鏡分成兩路光，經(jīng)過半透半反鏡反射的第一路光照射到第一待測小孔，第二路光經(jīng)過半透半反鏡透射后經(jīng)分光鏡透射，經(jīng)過分光鏡透射的光再經(jīng)過反射鏡反射，反射鏡由移相器連接用于產(chǎn)生相位變化，反射鏡反射的光再經(jīng)分光鏡反射，分光鏡反射的光經(jīng)過衰減片照射到第二待測小孔，第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波與第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉，干涉條紋經(jīng)過會聚光學單元會聚到CCD探測器上形成干涉圖案，CXD探測器記錄后經(jīng)由計算機存儲并處理，通過移相器進行移相后記錄不同的干涉圖，干涉圖經(jīng)數(shù)據(jù)處理后解出光程差信息為M1 = A+B其中A表示夾持架上位置一的第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，B表示夾持架上位置二的第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M1表示為第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S2 :在步驟SI位置沿順時針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時位置一、位置二、位置三相當于在步驟SI的基礎上順時針旋轉(zhuǎn)60°，這時逆時針旋轉(zhuǎn)位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步驟S I位置，這時第二待測小孔，第三待測小孔分別對準半透半反鏡和分光鏡中心，測量第二待測小孔和第三待測小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M2 = B+C其中B表示夾持架上位置二的第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息。C表示夾持架上位置三的第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M2表示為第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S3 :在步驟S2位置沿順時針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時位置一、位置二、位置三相當于在步驟S2的基礎上順時針旋轉(zhuǎn)60°，也即在步驟SI的基礎上順時針旋轉(zhuǎn)60°，這時逆時針旋轉(zhuǎn)位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步驟SI位置，這時第三待測小孔，第一待測小孔分別對準半透半反鏡和分光鏡中心，測量第三待測小孔和第一待測小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M3 = C+A其中C表示夾持架上位置三的第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，A表示夾持架上位置一的第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M3表示為第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S4 :根據(jù)記錄的光程差信息M1, M2, M3,使用計算機解出第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波面形信息A，第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C。進一步的，所述第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息A，第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C可以求出
IvL -\-lvL _A = ------
2
Ad, +A^9 —B =」——2——L，
2
M2 +M3 -M1C=——^——1，
2式中第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息A，第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C 表示為第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差，M2表示為第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差，M3表示為第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差。本發(fā)明的有益效果利用絕對測量的三面互檢檢測技術(shù)，本發(fā)明在檢測過程中，不需要更換小孔，只需旋轉(zhuǎn)小孔夾持架，就可以進行三個小孔兩兩相檢，檢測出小孔的衍射球面波面形，用于提高點衍射干涉儀的測量精度，適合于采用小孔衍射做參考面的測量系統(tǒng)，以實現(xiàn)高精度光學面形檢測。


圖I為本發(fā)明裝置 的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為小孔夾持架結(jié)構(gòu)圖；圖3為測量過程中小孔夾持架位置和半透半反鏡8、分光鏡9中心關系；圖4為本發(fā)明小孔標定的檢測方法過程；圖5為本發(fā)明光學面形的檢測方法過程流程圖。圖中，激光器I、濾波孔2、聚光鏡3、空間濾波器4、擴束鏡5、X/2波片6、入/4波片7、半透半反鏡8、分光鏡9、反射鏡10、移相器11、衰減片12、小孔夾持架13、小孔夾持架上位置一 14，小孔夾持架上位置二 15，小孔夾持架上位置三16、會聚光學單元17、(XD探測器18、計算機19。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖I表示本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，由激光器I、濾波孔2、聚光鏡3、空間濾波器
4、擴束鏡5、X/2波片6、X/4波片7、半透半反鏡8、分光鏡9、反射鏡10、移相器11、衰減片12、小孔夾持架13、會聚光學單元17、CCD探測器18、計算機19。其中濾波孔2放置在激光器I的出光口，聚光鏡3放置在濾波孔2和空間濾波器4中間，濾波孔2放置的位置為聚光鏡的物面位置，空間濾波器4放置在聚光鏡的像面位置；空間濾波器4同時放置在擴束鏡5的前焦點，A /2波片6、X /4波片7、半透半反鏡8依次放置在擴束鏡后面，其中濾波孔
2、聚光鏡3、空間濾波器4、擴束鏡5、A /2波片6、A /4波片7、半透半反鏡8的中心都在同一光軸上，X/2波片6、X /4波片7平行于擴束鏡5 ;半透半反鏡8與光軸成45°角，分光鏡9的中心在光軸上,與光軸成45°角，分光鏡9后面放置反射鏡10,反射鏡10與移相器11相連；衰減片12平行于光軸，衰減片12中心對準分光鏡9中心；小孔夾持架13平行于光軸；會聚光學單元17平行于光軸；CCD探測器18放在會聚光學單元17后面；計算機19與CXD探測器18連接。激光器1，用于發(fā)出激光作為照明光源；濾波孔2，利用衍射效應用于將激光器I發(fā)出的光散射；聚光鏡3，用于收集濾波孔發(fā)出的散射光；空間濾波器4，用于將聚光鏡收集的光過濾掉雜散光；擴束鏡5，用于將空間濾波器過濾的點光源的光變?yōu)槠叫泄猓籠 /2波片6，用于旋轉(zhuǎn)經(jīng)過擴束鏡5形成的平行光的偏振方向；\ /4波片7，用于和\ /2波片6結(jié)合來調(diào)節(jié)產(chǎn)生圓偏振光；半透半反鏡8,用于將圓偏振光分成兩束光,一束透射,一束反射；分光鏡9，用于光束傳播方向控制，該分光鏡9將經(jīng)過半透半反鏡8的光透射，將經(jīng)過反射鏡10反射的光反射；反射鏡10,用于將光束反射,反射鏡10用來產(chǎn)生移相的效應；移相器11，和反射鏡10相連，由計算機控制移相器11的移動，移相器產(chǎn)生移相；衰減片12，用于改變分光鏡9反射光束的光強；
小孔夾持架13整體具有旋轉(zhuǎn)功能，同時小孔夾持架13可以夾持三個待測的小孔，每個待測的小孔也可以單獨旋轉(zhuǎn)；小孔夾持架上包括位置一 14，位置二 15，位置三16 ;位置一 14，位置二 15，位置三16都可以單獨旋轉(zhuǎn)，如圖2所示，第一待測小孔放置在位置一14，第二待測小孔放置在位置二 15，第三待測小孔放置在位置三16，小孔夾持架上的位置
一14、位置二 15、位置三16中心連線為一個等邊三角形，且等邊三角形中心為小孔夾持架旋轉(zhuǎn)中心，圖中虛線表示位置一 14，位置二 15，位置三16中心連線為等邊三角形。在測量過程中，小孔夾持架位置和半透半反鏡8、分光鏡9中心關系如圖3所示；由于圖3為體現(xiàn)小孔夾持架13位置和半透半反鏡8、分光鏡9中心空間立體的關系，因此位置一 14、位置二15、位置三16的形狀表示為橢圓形，圖中虛線表示位置一 14中心對準半透半反鏡8中心，位置二 15中心對準分光鏡9中心。會聚光學單元17，用于將干涉后的測試光投射到CXD探測器18上，小孔夾持架上的兩個小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉產(chǎn)生干涉測試光會聚到CCD探測器18上形成并記錄干涉圖案，計算機19與CXD探測器18連接，計算機19存儲并處理CXD探測器18記錄干涉圖案。所述干涉圖案包含了小孔夾持架上小孔的衍射球面波信息。通過對干涉圖案的處理，可以分別標定出小孔的衍射球面波的誤差信息。移相器11和反射鏡10連接，計算機19控制移相器11移動產(chǎn)生移相。在測量步驟S1-S3時采用圖I所示的測量裝置，裝置激光器I發(fā)射的光經(jīng)過濾波孔2，光束發(fā)散后經(jīng)過一個聚光鏡3，聚光鏡3會聚光到一個空間濾波器4，濾掉雜光，再經(jīng)過一個擴束鏡5進行擴束，擴束過的激光經(jīng)過一個\ /2波片6，旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向，再通過一個X /4波片7將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。圓偏振光經(jīng)過一個半透半反鏡8分成兩路光，經(jīng)過半透半反鏡8反射的第一路光照射到待測小孔，第二路光經(jīng)過半透半反鏡8透射后經(jīng)分光鏡9透射，經(jīng)過分光鏡9透射的光再經(jīng)過反射鏡10反射，反射鏡由移相器連接用于產(chǎn)生相位變化，反射鏡10反射的光再經(jīng)分光鏡9反射，分光鏡9反射的光經(jīng)過衰減片照射到待測小孔，第二路光照射小孔產(chǎn)生的衍射球面波與第一路光照射小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉，干涉條紋經(jīng)過會聚光學單元17，再由CCD探測器18收集。圖4為本發(fā)明小孔標定的檢測方法過程，其中描述了圖5步驟S1-S3發(fā)生干涉的兩個小孔衍射球面波相互位置關系的不意圖；圖5示出本發(fā)明光學面形的檢測方法過程流程圖，具體步驟如下步驟SI :設三個待測小孔為第一待測小孔、第二待測小孔、第三待測小孔；將第一待測小孔放在小孔夾持架13中位置一 14 ;將第二待測小孔放在小孔夾持架13中位置二15 ;將第三待測小孔放在小孔夾持架13位置三16，調(diào)整小孔夾持架13，使第一待測小孔，第二待測小孔分別對準半透半反鏡8和分光鏡9中心。裝置激光器I發(fā)射的光經(jīng)過濾波孔2，光束發(fā)散后經(jīng)過一個聚光鏡3，聚光鏡3會聚光到一個空間濾波器4，濾掉雜光，再經(jīng)過一個擴束鏡5進行擴束，擴束過的激光經(jīng)過一個\ /2波片6，旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向，再通過一個入/4波片7將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。圓偏振光經(jīng)過一個半透半反鏡8分成兩路光。經(jīng)過半透半反鏡8反射的第一路光照射到第一待測小孔，第二路光經(jīng)過半透半反鏡8透射后經(jīng)分光鏡9透射，經(jīng)過分光鏡9透射的光再經(jīng)過反射鏡10反射，反射鏡10由移相器11連接用于產(chǎn)生相位變化，分光鏡9反射的光經(jīng)過衰減片12照射到第二待測小孔。第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波與第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉，干涉條紋經(jīng)過會聚光學單元17會聚到CXD探測器18上形成干涉圖案，CXD探測器18記錄后經(jīng)由計算機19存儲并處理，通過移相器11進行移相后記錄不同的干涉圖，干涉圖經(jīng)數(shù)據(jù)處理后解出光程差信息為M1 = A+B
其中A表示夾持架上位置一 14的第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，B表不夾持架上位置二 15的第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M1表不為第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S2 :在步驟SI位置沿順時針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時位置一 14、位置二 15、位置三16相當于在步驟SI的基礎上順時針旋轉(zhuǎn)60°，這時逆時針旋轉(zhuǎn)位置一 14，位置二 15、位置三16各60°，使位置一 14、位置二 15、位置三16回到步驟SI位置。這時第二待測小孔，第三待測小孔分別對準半透半反鏡8和分光鏡9中心。測量第二待測小孔和第三待測小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M2 = B+C其中B表示夾持架上位置二 15的第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息。C表示夾持架上位置三16的第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M2表示為第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S3 :在步驟S2位置沿順時針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時位置一 14、位置二 15、位置三16相當于在步驟S2的基礎上順時針旋轉(zhuǎn)60°，也即在步驟SI的基礎上順時針旋轉(zhuǎn)60°。這時逆時針旋轉(zhuǎn)位置一 14，位置二 15、位置三16各60°，使位置一 14、位置
二15、位置三16回到步驟SI位置。這時第三待測小孔，第一待測小孔分別對準半透半反鏡8和分光鏡9中心。測量第三待測小孔和第一待測小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M3 = C+A其中C表示夾持架上位置三16的第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息。A表不夾持架上位置一 14的第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M3表不為第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S4 :根據(jù)記錄的光程差信息M1, M2, M3，使用計算機解出第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波面形A，第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C。所述第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息A，第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C可以求出

權(quán)利要求
1.一種檢測小孔衍射球面波光學面形的檢測裝置，其特征在于，該裝置包括激光器(I)、濾波孔⑵、聚光鏡⑶、空間濾波器⑷、擴束鏡(5)、A /2波片(6)、A /4波片(7)、半透半反鏡(8)、分光鏡(9)、反射鏡(10)、移相器(11)、衰減片(12)、小孔夾持架(13)、會聚光學單元(17)、CCD探測器(18)和計算機(19)； 激光器(I)，用于發(fā)出激光作為照明光源； 濾波孔(2)，利用衍射效應用于將激光器(I)發(fā)出的光散射； 聚光鏡(3)，用于收集濾波孔(2)發(fā)出的散射光； 空間濾波器(4)，用于將聚光鏡(3)收集的光過濾掉雜散光； 擴束鏡(5)，用于將空間濾波器(4)過濾的點光源的光變?yōu)槠叫泄猓? 入/2波片￠)，用于旋轉(zhuǎn)經(jīng)過擴束鏡(5)形成的平行光的偏振方向； 入/4波片(7)，用于和入/2波片(6)結(jié)合來調(diào)節(jié)產(chǎn)生圓偏振光； 半透半反鏡(8),用于將圓偏振光分成兩束光,一束透射,一束反射； 分光鏡(9)，用于光束傳播方向控制，該分光鏡(9)將經(jīng)過半透半反鏡(8)的光透射，將經(jīng)過反射鏡(10)反射的光反射； 反射鏡(10)，用于將光束反射，該反射鏡(10)用來產(chǎn)生移相的效應； 移相器(11)，和反射鏡(10)相連，由計算機(19)控制移相器(11)的移動，產(chǎn)生移相； 衰減片(12)，用于改變分光鏡(9)反射光束的光強； 小孔夾持架(13)，用于夾持三個待測的小孔，小孔夾持架(13)整體具有旋轉(zhuǎn)功能，同時小孔夾持架(13)可以夾持三個待測的小孔，每個待測的小孔也可以單獨旋轉(zhuǎn)； 會聚光學單元(17)，用于將干涉后的測試光投射到CCD探測器(18)上，小孔夾持架(13)上的兩個小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉產(chǎn)生干涉測試光會聚到CCD探測器(18)上形成并記錄干涉圖案，計算機(19)與CCD探測器(18)連接，計算機(19)存儲并處理CCD探測器(18)記錄干涉圖案，所述干涉圖案包含了小孔夾持架(13)上小孔的衍射球面波信息，計算機(19)通過對干涉圖案的處理，可以分別標定出小孔的衍射球面波的誤差信息；其中濾波孔(2)放置在激光器(I)的出光口，聚光鏡(3)放置在濾波孔(2)和空間濾波器⑷中間，濾波孔⑵放置的位置為聚光鏡⑶物面位置，空間濾波器⑷放置在聚光鏡(3)像面位置；空間濾波器(4)同時放置在擴束鏡(5)的前焦點，A /2波片(6)、入/4波片(7)、半透半反鏡(8)依次放置在擴束鏡(5)后面，其中濾波孔(2)、聚光鏡(3)、空間濾波器(4)、擴束鏡(5)、入/2波片(6)、入/4波片(7)、半透半反鏡(8)的中心都在同一光軸上，入/2波片(6)、入/4波片(7)平行于擴束鏡(5);半透半反鏡⑶與光軸成45°角，分光鏡(9)的中心在光軸上,與光軸成45°角，分光鏡(9)后面放置反射鏡(10),反射鏡(10)與移相器(11)相連；衰減片(12)平行于光軸，衰減片(12)中心對準分光鏡(9)中心；小孔夾持架(13)平行于光軸；會聚光學單元(17)平行于光軸；CCD探測器(18)放在會聚光學單元(17)后面；計算機(19)與CCD探測器(18)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于所述分光鏡(9)主要使一個方向入射的光束反射，一個方向入射的光束透射，可以用棱鏡鍍膜制作，也可以用平面鏡鍍膜來實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于小孔夾持架(13)上的三個待測的小孔的中心對應位置為位置一、位置二、位置三，位置一、位置二、位置三中心連線為一個等邊三角形，且等邊三角形中心為小孔夾持架旋轉(zhuǎn)中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于待測的小孔可以不鍍膜，可以鍍增透膜，也可以鍍衰減膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于所述反射鏡(10)可以采用平面鏡，可以采用平面鏡組，可以采用棱鏡，也可以是以上光學元件的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于所述聚光鏡(3)可以采用透鏡或者透鏡組組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于所述擴束鏡(5)可以采用透鏡或者透鏡組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測裝置，其特征在于所述會聚光學單元(17)可以采用透鏡或者透鏡組合，也可以是變焦距光學系統(tǒng)。
9.一種使用權(quán)利要求I至8任一項所述的檢測裝置的小孔衍射球面波的檢測方法，其特征在于該檢測方法采用絕對測量法，是利用三個待測小孔互檢的方式，把待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波測量出來，具體檢測步驟如下 步驟SI :設三個待測小孔為第一待測小孔、第二待測小孔、第三待測小孔；將第一待測小孔放在小孔夾持架中位置一；將第二待測小孔放在小孔夾持架中位置二 ；將第三待測小孔放在小孔夾持架位置三，調(diào)整小孔夾持架，使第一待測小孔，第二待測小孔分別對準半透半反鏡和分光鏡中心；激光器發(fā)射的光經(jīng)過濾波孔，光束發(fā)散后經(jīng)過一個聚光鏡，聚光鏡會聚光到一個空間濾波器，濾掉雜光，再經(jīng)過一個擴束鏡進行擴束，擴束過的激光經(jīng)過一個X/2波片，旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向，再通過一個X/4波片將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光，圓偏振光經(jīng)過一個半透半反鏡分成兩路光，經(jīng)過半透半反鏡反射的第一路光照射到第一待測小孔，第二路光經(jīng)過半透半反鏡透射后經(jīng)分光鏡透射，經(jīng)過分光鏡透射的光再經(jīng)過反射鏡反射，反射鏡由移相器連接用于產(chǎn)生相位變化，反射鏡反射的光再經(jīng)分光鏡反射，分光鏡反射的光經(jīng)過衰減片照射到第二待測小孔，第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波與第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉，干涉條紋經(jīng)過會聚光學單元會聚到CCD探測器上形成干涉圖案，CXD探測器記錄后經(jīng)由計算機存儲并處理，通過移相器進行移相后記錄不同的干涉圖，干涉圖經(jīng)數(shù)據(jù)處理后解出光程差信息為M1 = A+B 其中A表示夾持架上位置一的第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，B表示夾持架上位置二的第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M1表示為第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差； 步驟S2 :在步驟SI位置沿順時針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時位置一、位置二、位置三相當于在步驟SI的基礎上順時針旋轉(zhuǎn)60°，這時逆時針旋轉(zhuǎn)位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步驟SI位置，這時第二待測小孔，第三待測小孔分別對準半透半反鏡和分光鏡中心，測量第二待測小孔和第三待測小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M2 = B+C 其中B表示夾持架上位置二的第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，C表示夾持架上位置三的第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M2表示為第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差； 步驟S3 :在步驟S2位置沿順時針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時位置一、位置二、位置三相當于在步驟S2的基礎上順時針旋轉(zhuǎn)60°，也即在步驟SI的基礎上順時針旋轉(zhuǎn)60°，這時逆時針旋轉(zhuǎn)位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步驟SI位置，這時第三待測小孔，第一待測小孔分別對準半透半反鏡和分光鏡中心，測量第三待測小孔和第一待測小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M3 = C+A 其中C表示夾持架上位置三的第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，A表示夾持架上位置一的第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M3表示為第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差； 步驟S4 :根據(jù)記錄的光程差信息M1, M2, M3，使用計算機解出第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波面形信息A，第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述小孔衍射球面波的檢測方法，其特征在于所述第一待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息A，第二待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C可以求出
全文摘要
本發(fā)明提供一種檢測小孔衍射球面波光學面形的檢測裝置及方法，從激光器發(fā)射的光經(jīng)過濾波孔、聚光鏡、空間濾波器、擴束鏡、λ/2波片、λ/4波片、半透半反鏡后分成兩路光，經(jīng)過半透半反鏡反射的第一路光照射第一小孔，第二路光經(jīng)過半透半反鏡透射后經(jīng)分光鏡透射，再經(jīng)反射鏡反射的光再經(jīng)分光鏡反射，再經(jīng)衰減片照射到第二小孔。第二小孔產(chǎn)生的衍射球面波與第一小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉，干涉條紋經(jīng)過會聚光學單元，再由光學探測器收集。然后旋轉(zhuǎn)小孔夾持架，測量第二小孔和第三小孔產(chǎn)生的衍射球面波的誤差。再次旋轉(zhuǎn)小孔夾持架，測量第三小孔和第一小孔產(chǎn)生的衍射球面波的誤差，從而解出三個小孔產(chǎn)生的衍射球面波的誤差。本發(fā)明降低高精度小孔的加工成本，同時使測量更加自動化，不需要更換小孔。
文檔編號G01J9/02GK102620842SQ20121010674
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者許嘉俊, 賈辛, 邢廷文 申請人:中國科學院光電技術(shù)研究所