一種45度平面鏡的面形檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種45度平面鏡的面形檢測裝置，包括：斐索干涉儀、第一標(biāo)準(zhǔn)鏡、第二標(biāo)準(zhǔn)鏡、45度平面鏡、拼接位移臺、二維調(diào)整架、傾斜二維調(diào)整架。本實用新型在被測45度平面鏡上方加入反射鏡，使光原路返回，對45度平面鏡進(jìn)行子孔徑拼接干涉測量，采用變權(quán)重法對子孔徑面形數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，得到全口徑面形。本實用新型具有：1，操作簡易，45度平面鏡鏡面不易變形，測量精度高；2，子孔徑面形數(shù)據(jù)采用變權(quán)重數(shù)據(jù)融合拼接，精度高■’3，通過改變第一標(biāo)準(zhǔn)鏡和第二標(biāo)準(zhǔn)鏡的反射率，既可以測量未鍍膜面，也可以測量高反面，均有較高的干涉對比度的優(yōu)點。
【專利說明】—種45度平面鏡的面形檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及子孔徑拼接干涉計量測試領(lǐng)域，特別是一種45度平面鏡的面形檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]子孔徑拼接干涉測量技術(shù)能夠以低成本實現(xiàn)大口徑光學(xué)元件的高精度測量。最初子孔徑拼接干涉測量技術(shù)采用Zernike多項式來描述波前，可以獲得基于Zernike多項式的全口徑面形分布。(1.【Stephen C.Jensen, ffeng, ff.Chow, and George N.Lawrence.Subaperture testing approaches: a comparison[J].APPLIED OPTICS, 1984，23(5):740?745】 和 2.【James E.Negr0.Subaperture optical system testing[J].APPLIEDOPTIC, 1984, 23(12):1921?1930)。Stuhlinger提出離散相位法，波前采用在子孔徑上分布的大量的離散點的光學(xué)相位值來描述，根據(jù)子孔徑重疊區(qū)的相位通過最小二乘法確定子孔徑測量過程中的相對傾斜，進(jìn)而拼接得到全口徑面形分布。(3.[TiIman ff.Stuhlinger.Subaperture optical testing:experimental vertificat1n[C].SPIE, 1986, 656:118 ~127】)。Otsubo提出誤差均化思想，要求所有子孔徑重疊區(qū)中相關(guān)值的平方和同時達(dá)到最小，以得到全口徑面形分布。(4.【Masashi Otsubo, Katsuyuki Okada and JumpeiTsujiuch1.Measurement of Large Plane Surface Shape with InterferometricAperture Synthesis [C].SPIE, 1992，1720:444 ?447】)。Michael Bray 對子孔徑拼接測量系統(tǒng)進(jìn)行了闡述并制造出了實用化的大口徑平面光學(xué)元件的子孔徑拼接干涉儀。([Michael Bray.Stitching interferometer for large piano optics using a standardinterferometer[C].SPIE, 1997，3134:39?50】)。美國QED公司研制成功自動拼接干涉儀，能夠?qū)崿F(xiàn)平面、球面和適當(dāng)偏離度的非球面的檢測。
[0003]45度平面鏡是光刻機(jī)工件臺方鏡等高精度光學(xué)元件的重要組成部分，在加工過程中需要高精度檢測。以上子孔徑拼接干涉測量方案，只能對于單一平面面形進(jìn)行檢測，對于45度平面鏡的檢測，傳統(tǒng)方法:①將斐索干涉儀45度放置，但是操作困難，實驗不方便將45度平面鏡45度放置，平面鏡有可能變形，影響面形精度。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，是提供一種用于45度平面鏡面形檢測的子孔徑拼接測量裝置與方法，能夠檢測45度平面光學(xué)元件的全口徑面形，操作簡易而且平面鏡不易變形，檢測精度高。
[0005]本實用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種45度平面鏡的面形檢測裝置，其特點在于，包括:斐索干涉儀、放置在該斐索干涉儀的參考鏡調(diào)整架上的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡、拼接位移臺、固定在該拼接位移臺上的二維調(diào)整架、裝夾在該二維調(diào)整架上的45度平面鏡、傾斜二維調(diào)整架，以及裝夾在該傾斜二維調(diào)整架上的第二標(biāo)準(zhǔn)鏡；
[0007]所述的45度平面鏡與所述的斐索干涉儀的發(fā)射光呈45度，所述的第二標(biāo)準(zhǔn)鏡位于該45度平面鏡的上方、且與該45度平面鏡的一反射光呈45度。
[0008]斐索干涉儀發(fā)出的光穿過第一標(biāo)準(zhǔn)鏡后入射到45度平面鏡，經(jīng)45度平面鏡反射后入射到第二標(biāo)準(zhǔn)鏡，被第二標(biāo)準(zhǔn)鏡反射后，光沿原路返回。
[0009]所述的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡與斐索干涉儀的光軸對準(zhǔn)。
[0010]標(biāo)稱反射率為I %的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡與標(biāo)稱反射率為99%的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡組合測量未鍍膜45度平面鏡。
[0011]標(biāo)稱反射率為4%的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡與標(biāo)稱反射率為4%的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡組合測量高反射率45度平面鏡。
[0012]一種利用上述45度平面鏡的面形檢查裝置進(jìn)行測量的方法，步驟如下:
[0013]①調(diào)整第一標(biāo)準(zhǔn)鏡，使其與斐索干涉儀的光軸對準(zhǔn)；
[0014]②調(diào)節(jié)二維調(diào)整架與傾斜二維調(diào)整架，使干涉條紋接近零條紋；
[0015]③利用所述的斐索干涉儀，對45度平面鏡進(jìn)行一次子孔徑拼接干涉測量，得到45度平面鏡的一個子孔徑面形分布M1 (x, y)并存儲；
[0016]④移動拼接位移臺(5)運動至45度平面鏡的下一個子孔徑；
[0017]⑤重復(fù)進(jìn)行步驟②、③和④，完成全部子孔徑的測量；
[0018]⑥利用變權(quán)重數(shù)據(jù)融合拼接方法將45度平面鏡的子孔徑面形分布Mk(X，y)數(shù)據(jù)拼接，得到45度平面鏡的全口徑面形分布W (X，y)。
[0019]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為:
[0020]1、在光路中加入反射鏡對45度平面鏡進(jìn)行測量，操作簡易，45度平面鏡鏡面不易變形，測量精度高。
[0021]2、子孔徑面形數(shù)據(jù)采用變權(quán)重數(shù)據(jù)融合拼接，拼接精度高。
[0022]3、通過改變第一標(biāo)準(zhǔn)鏡和第二標(biāo)準(zhǔn)鏡的反射率，既可以測量未鍍膜面，也可以測量高反面，均有較高的干涉對比度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型45度平面鏡的面形檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本實用新型方法步驟⑥變權(quán)重數(shù)據(jù)融合拼接原理示意圖。

【具體實施方式】
[0025]為了更好的理解本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實用新型的保護(hù)范圍。
[0026]實施例1
[0027]—種45度平面鏡的面形檢測裝置，如圖1所示，斐索干涉儀I發(fā)出的光穿過標(biāo)稱反射率為I %的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡2，經(jīng)標(biāo)稱反射率為4%的45度平面鏡反射后到達(dá)標(biāo)稱反射率為99%第二標(biāo)準(zhǔn)鏡3，經(jīng)標(biāo)稱反射率為99%第二標(biāo)準(zhǔn)鏡3反射后，光沿原路返回；第一標(biāo)準(zhǔn)鏡2裝夾在所述水平放置的斐索干涉儀的參考鏡調(diào)整架1-1上；45度平面鏡4裝夾在固定于拼接位移臺5上的二維調(diào)整架6上與斐索干涉儀I發(fā)出的光呈45度；第二標(biāo)準(zhǔn)鏡3裝夾在傾斜二維調(diào)整架7上，并放置于45度平面鏡上方；所用的拼接位移臺為一維線性位移臺；所用的二維調(diào)整架是具有俯仰和偏擺兩個調(diào)節(jié)自由度的調(diào)整架，通過調(diào)節(jié)使干涉儀出射光與被測45度平面鏡的夾角發(fā)生變化；所采用傾斜二維調(diào)整架是具有俯仰和偏擺兩個調(diào)節(jié)自由度的調(diào)整架，通過其調(diào)節(jié)使干涉儀出射光與二標(biāo)準(zhǔn)鏡的夾角發(fā)生變化；測量干涉對比度為80%。
[0028]一種利用上述45度平面鏡的面形檢測裝置進(jìn)行測量的方法，步驟如下:
[0029]①調(diào)整第一標(biāo)準(zhǔn)鏡2，使其與斐索干涉儀I的光軸對準(zhǔn)；
[0030]②調(diào)節(jié)二維調(diào)整架6與傾斜二維調(diào)整架7，使干涉條紋接近零條紋；
[0031 ] ③利用所述的斐索干涉儀I，對45度平面鏡4進(jìn)行一次子孔徑拼接干涉測量，得到45度平面鏡4的一個子孔徑面形分布M1 (X，y)并存儲；
[0032]④移動拼接位移臺5運動至下一個子孔徑；
[0033]⑤重復(fù)進(jìn)行步驟②、③和④，完成全部子孔徑的測量；
[0034]⑥利用變權(quán)重數(shù)據(jù)融合拼接方法將45度平面鏡的子孔徑面形分布M (x, y)數(shù)據(jù)拼接，得到45度平面鏡的全口徑面形分布W(x，y)。
[0035]經(jīng)步驟①?⑤得到平面光學(xué)元件的子孔徑面形數(shù)據(jù)，若采用直接拼接在拼接位置會出現(xiàn)拼接縫隙，即拼接后的面形不連續(xù)，不能正確反映平面光學(xué)元件的面形。拼接縫隙是由多種原因造成的。在拼接測量中，受拼接位移臺定位誤差，干涉儀標(biāo)準(zhǔn)鏡面形誤差、干涉儀測試重復(fù)性等因素綜合影響，兩兩拼接時，拼接縫隙處兩次測量結(jié)果必然存在差別，因此直接拼接一定會產(chǎn)生拼接縫隙。拼接縫隙的存在說明拼接結(jié)果存在較大的拼接噪聲，而拼接噪聲將導(dǎo)致最終的完整拼接的面形誤差增大，拼接面形精度降低，不能準(zhǔn)確地檢測出平面面形，因此有必要對拼接縫隙進(jìn)行消除。
[0036]采用變權(quán)重數(shù)據(jù)融合拼接能夠消除拼接縫隙，其基本原理如下，W1和W2為相鄰的兩次子孔徑測量，W(x, y)是兩次測量重疊區(qū)的任意一點的相位，其在水平方向距離左邊界的水平距離為L1,距離右邊界的水平距離為L2,則拼接融合后該點的相位值W’ (x, y)為:
[0037]
[0038]W，(x, y) = Ic1W1 (x, y) +k2*W2’ (x, y)
[0039]其中W2，(x, y)為 W2 (x, y)擬合后相位分布，Ii1 = L2/ (LjL2)，k2 = L1/ (LjL2)。權(quán)重值匕和1^2隨著W(x，y)的位置變化而變化，所以稱為變權(quán)重數(shù)據(jù)融合拼接。在重疊區(qū)左邊界，^ = Lk2 = O,因此在原拼接縫隙處能夠?qū)崿F(xiàn)平滑過渡，消除拼接縫隙。右側(cè)拼接位置縫隙的消除同理。
[0040]實施例2
[0041]一種45度平面鏡的面形檢測裝置，如圖1所示，斐索干涉儀I發(fā)出的光穿過標(biāo)稱反射率為4%的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡2，經(jīng)標(biāo)稱反射率為98%的45度平面鏡反射，經(jīng)標(biāo)稱反射率為4%的第二標(biāo)準(zhǔn)鏡3反射后，光沿原路返回。第一標(biāo)準(zhǔn)鏡2裝夾在所述水平放置的斐索干涉儀的參考鏡調(diào)整架1-1上；45度平面鏡4裝夾在固定于拼接位移臺5上的二維調(diào)整架6上與斐索干涉儀I發(fā)出的光呈45度；第二標(biāo)準(zhǔn)鏡3裝夾在傾斜二維調(diào)整架7上，并放置于45度平面鏡上方；拼接位移臺采用一維線性位移臺；所用的二維調(diào)整架是具有俯仰和偏擺兩個調(diào)節(jié)自由度的調(diào)整架，通過其調(diào)節(jié)使干涉儀出射光與被測45度平面鏡的夾角發(fā)生變化；所采用傾斜二維調(diào)整架是具有俯仰和偏擺兩個調(diào)節(jié)自由度的調(diào)整架，通過其調(diào)節(jié)使干涉儀出射光與二標(biāo)準(zhǔn)鏡的夾角發(fā)生變化；測量干涉對比度為99.98%。
[0042]一種利用上述45度平面鏡的面形檢測裝置進(jìn)行測量的方法，步驟如下:
[0043]①調(diào)整第一標(biāo)準(zhǔn)鏡2，使其與斐索干涉儀I的光軸對準(zhǔn)；
[0044]②調(diào)節(jié)二維調(diào)整架6與傾斜二維調(diào)整架7，使干涉條紋接近零條紋；
[0045]③利用所述的斐索干涉儀I，對45度平面鏡4進(jìn)行一次子孔徑拼接干涉測量，得到45度平面鏡4的一個子孔徑面形分布M1 (X，y)并存儲；
[0046]④移動拼接位移臺5運動至下一個子孔徑；
[0047]⑤重復(fù)進(jìn)行步驟②、③和④，完成全部子孔徑的測量；
[0048]⑥利用實施例1所述變權(quán)重數(shù)據(jù)融合拼接方法將45度平面鏡的子孔徑面形分布M(x, y)數(shù)據(jù)拼接，得到45度平面鏡的全口徑面形分布W(x，y)。
[0049]本實用新型操作簡易，45度平面鏡鏡面不易變形，測量精度高；子孔徑面形數(shù)據(jù)采用變權(quán)重數(shù)據(jù)融合拼接，提高了拼接精度；該裝置既可以測量未鍍膜面，也可以測量高反面，干涉對比度均能達(dá)到80%以上。
【權(quán)利要求】
1.一種45度平面鏡的面形檢測裝置，其特征在于，包括:斐索干涉儀(I)、放置在該斐索干涉儀(I)的參考鏡調(diào)整架(1-1)上的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(2)、拼接位移臺(5)、固定在該拼接位移臺(5)上的二維調(diào)整架￠)、裝夾在該二維調(diào)整架(6)上的45度平面鏡(4)、傾斜二維調(diào)整架(7)，以及裝夾在該傾斜二維調(diào)整架(7)上的第二標(biāo)準(zhǔn)鏡(3)； 所述的45度平面鏡(4)與所述的斐索干涉儀(I)的發(fā)射光呈45度，所述的第二標(biāo)準(zhǔn)鏡(3)位于該45度平面鏡(4)的上方、且與該45度平面鏡(4)的一反射光呈45度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的45度平面鏡的面形檢測裝置，其特征在于，所述的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(2)與斐索干涉儀(I)的光軸對準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的45度平面鏡的面形檢測裝置，其特征在于，標(biāo)稱反射率為I %的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(2)與標(biāo)稱反射率為99%的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(3)組合測量未鍍膜45度平面鏡⑷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的45度平面鏡的面形檢測裝置，其特征在于，標(biāo)稱反射率為4%的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(2)與標(biāo)稱反射率為4%的第一標(biāo)準(zhǔn)鏡(3)組合測量高反射率45度平面鏡⑷。
【文檔編號】G01B11/24GK204027527SQ201420481780
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】李永, 唐鋒, 王向朝, 李 杰, 吳飛斌 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所