[發(fā)明專利]一種標(biāo)定干涉法測量面形中的回程誤差的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110318218.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN113091638B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉鋒偉;鄧婷;陳強(qiáng);吳永前;覃蝶;徐淑靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明

本發(fā)明公開了一種標(biāo)定干涉法測量面形中的回程誤差的裝置及方法，屬于光學(xué)檢測領(lǐng)域。該方法通過控制反射鏡的位移及偏轉(zhuǎn)，記錄光斑偏離位置與Zernike多項(xiàng)式前36階像差系數(shù)的關(guān)系來對(duì)系統(tǒng)的回程誤差進(jìn)行標(biāo)定。具體通過五維電控微位移臺(tái)控制反射鏡發(fā)生微位移，使反射鏡反射的光斑在視場范圍內(nèi)進(jìn)行規(guī)律移動(dòng)，記錄不同光斑位置與Zernike多項(xiàng)式前36階像差系數(shù)的關(guān)系，然后進(jìn)行曲面擬合。當(dāng)載物臺(tái)放置待測反射鏡時(shí)，通過找到光斑位置來依據(jù)擬合得到的曲面求解Zernike多項(xiàng)式的各項(xiàng)系數(shù)，組合各階像差即可得到反射鏡在該位置的回程誤差。此方法針對(duì)在高精度測量時(shí)，回程誤差不能調(diào)零的情況，具有結(jié)構(gòu)簡單、精度較高、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及先進(jìn)光學(xué)制造與檢測領(lǐng)域，具體涉及一種標(biāo)定干涉法測量面形中的回程誤差的裝置及方法。

背景技術(shù)

在干涉測量中由待測鏡反射回干涉系統(tǒng)的待測波前存在一定的像差，如裝調(diào)引起的像差和待測鏡面不理想引起的像差，這都會(huì)導(dǎo)致經(jīng)待測鏡面反射的光線以不同角度重新進(jìn)入干涉系統(tǒng)，由此原因造成在干涉系統(tǒng)內(nèi)的非共光路情況而引起不同大小的像差稱之為干涉系統(tǒng)的回程誤差。就測量平面鏡面形而言，若參考鏡和待測鏡絕對(duì)平行，則會(huì)在探測器上觀察到零條紋，通常很難將兩個(gè)平面調(diào)至完全平行，這就會(huì)出現(xiàn)直的干涉條紋。若條紋發(fā)生一定的彎曲，則表明待測平面誤差較大，間隔的亮暗條紋間的高度差就是半波長。當(dāng)條紋數(shù)量達(dá)到幾十條時(shí)，系統(tǒng)的回程誤差可以達(dá)到λ/20PV以上，因此對(duì)于高精度面形測量，干涉系統(tǒng)的回程誤差不容小覷。

針對(duì)于干涉測量中回程誤差的標(biāo)定及消除，通常有兩種方法：光線追跡軟件仿真、4次調(diào)節(jié)參考鏡或待測鏡求消除回程誤差的測量值。

光學(xué)元件經(jīng)精密拋光后，面形是光滑連續(xù)的，因此面形誤差W_asp可以用有限項(xiàng)Zernike圓多項(xiàng)式的線性組合表示為：

其中ρ和θ分別表示被測面上某點(diǎn)的歸一化徑向坐標(biāo)和角度坐標(biāo)，Z_j表示第j項(xiàng)澤尼克多項(xiàng)式，B_j為Zernike多項(xiàng)式的系數(shù)。求得B_j即可得到待測面的面形誤差。

在實(shí)際測量中，經(jīng)正確裝調(diào)待測鏡后探測器上會(huì)得到一個(gè)波前W_det。在光線追跡中，由實(shí)際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)建模，待測面設(shè)置為理想面，此時(shí)探測器上會(huì)檢測到一個(gè)波前W*_det。再在理想待測面上加一個(gè)由Zernike表示的可變的面形誤差B_j-temp，設(shè)置B_j-temp為變量，對(duì)B_j-temp不斷進(jìn)行迭代直至W_det和W*_det相等，將此時(shí)的B_j-temp擬合為面形得到待測面的面形誤差誤差，此時(shí)的誤差即為回程誤差。

另一種方法是調(diào)節(jié)參考鏡或待測鏡進(jìn)行數(shù)據(jù)的加/減及平均運(yùn)算得到消除回程誤差的測量值。美國ZYGO公司提出在消除回程誤差時(shí)可以調(diào)節(jié)參考鏡或待測鏡。以調(diào)節(jié)參考鏡為例，使參考鏡在兩個(gè)垂直的傾斜方向，分別進(jìn)行方向相反，傾斜量相同的兩次傾斜。得到4幅干涉條紋圖，對(duì)此測量后進(jìn)行測量值的加/減及平均運(yùn)算，得到消除回程誤差的測量值W。在此后的實(shí)際測量中，將測量結(jié)果減去消除回程誤差的測量值即為該測量條件下系統(tǒng)的回程誤差。調(diào)節(jié)待測鏡的步驟與以上大致相同。

上述的第一種方法對(duì)于消除回程誤差的通用性低，對(duì)于每一次面形測量都需要進(jìn)行一次光線追跡，對(duì)B_j-temp不斷進(jìn)行迭代直至W_det和W*_det相等，且該方法只能在弧矢面和子午面進(jìn)行光線追跡，對(duì)于非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的待測面不能得出準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。對(duì)于上述的第二種方法認(rèn)為干涉測量結(jié)果中僅存在數(shù)值相同、正負(fù)相反的回程誤差，精度不高，不能滿足高精度面形檢測回程誤差消除的要求。

發(fā)明內(nèi)容