專利名稱：表面形狀測量設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定與物體相關(guān)的形狀相對于特定形狀的偏離的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
國際專利申請No.WO99/46768(國防大臣)描述了包括衍射光柵的成像系統(tǒng)，所述衍射光柵按照二次函數(shù)基本上是變形的以導(dǎo)致在變化的聚焦條件下形成圖像。
我們的同時待審的國際專利申請No.WO03/074985描述了用于確定與到達光瞳面的輻射波前的局部形狀(或局部相位的分布)有關(guān)的數(shù)據(jù)的測量設(shè)備(以及有關(guān)的方法)并要求其權(quán)利，其中所述形狀由一組預(yù)定的正交函數(shù)來定義，每個函數(shù)配有用于確定形狀的權(quán)重系數(shù)，所述數(shù)據(jù)包含至少一個所述的權(quán)重系數(shù)，所述設(shè)備包含所述輸入光瞳、速率單元、轉(zhuǎn)換單元和計算單元，當(dāng)輻射穿過輸入光瞳時，所述速率單元響應(yīng)所述輻射以確定指示輻射強度變化速率的像素值(pixelwise)分布，所述轉(zhuǎn)換單元用于將所述強度分布轉(zhuǎn)換成所述數(shù)據(jù)，其中所述轉(zhuǎn)換單元包含有容納一個或多個預(yù)定值矩陣的存儲器，每個所述矩陣對應(yīng)于一個所述的正交函數(shù)，并且每個所述矩陣的大小對應(yīng)于所述像素值分布中的像素數(shù)，所述計算單元用于使所述像素值分布乘以所述矩陣并加上結(jié)果以此為其所述的正交函數(shù)提供所述的權(quán)重系數(shù)。
我們的同時待審的國際專利申請No.WO03/074984描述了用于確定與到達設(shè)備的主要光瞳面的輻射波前有關(guān)的數(shù)據(jù)的光學(xué)設(shè)備并要求其權(quán)利，其中所述波前由一組加權(quán)的預(yù)定正交函數(shù)來定義，權(quán)重系數(shù)是波前形狀的函數(shù)，所述設(shè)備包含第一掩模單元和第二掩模單元，所述第一掩模單元用于提供與第一光瞳面的入射一側(cè)相鄰的第一位置處的所述函數(shù)確定的第一灰度級透射掩模，所述第二掩模單元用于提供由鄰近與入射側(cè)相反的第二光瞳面一側(cè)的第二位置處相同的所述函數(shù)確定的第二灰度級透射掩模。
在后兩個同時待審的申請中，設(shè)備的某些實施例包含通常在前述的國際專利申請No.WO99/46768中所描述類型的變形的衍射光柵、或代替變形光柵的全息圖(其具有或不具有輔助透鏡)。
我們的同時待審的國際專利申請No.WO04/068090涉及有關(guān)的布置，其中非衍射布置可代替變形衍射光柵。這提供了用于在公共圖像平面的各自對應(yīng)的獨立的第一和第二面積上同時使第一和第二同軸間隔物面聚焦的光學(xué)設(shè)備，所述設(shè)備包含非衍射分束器單元和聚焦單元，所述非衍射分束器單元用于接收沿著公共路徑來自所述物面的光束，所述光束沿著各自對應(yīng)的第一和第二光程傳至所述第一和第二圖像面積，所述聚焦單元被布置成可使所述第一和第二物面在所述第一和第二面積上聚焦。
這些同時待審的申請中所公開的設(shè)備類型在其中波前名義上是平坦的或稍微有些彎曲的情形中特別有用，并且因此可以發(fā)現(xiàn)在(比如)檢測來自遠距離光源或物體的波前中變形方面的應(yīng)用。然而，當(dāng)波前表現(xiàn)為越來越大的曲率時，波前形狀和/或距標(biāo)稱波前形狀(如球面的或圓柱的)的變形的確定變得愈加困難或不可靠。
眾所周知，可通過將輻射束引導(dǎo)至物體上并檢查由此產(chǎn)生的輻射束來檢查物體。例如，US6344898描述了一種干涉設(shè)備，其中具有球面波前的輻射被用來分析反射非球面物體的形狀。然而，在大多數(shù)情形中(如US6344898)，由此產(chǎn)生的射束的波前明顯為非平面的?，F(xiàn)在可以意識到，可在必要時設(shè)置波前成形單元，用于在射束波前遇到具有特定形狀的物體之前和/或之后使射束波前變形以使最后的射束應(yīng)當(dāng)具有對物體來說通常平面的波前，從而使得能夠檢查最后射束波前的平面性并導(dǎo)出形狀相對于特定形狀的任何偏離的指示。

發(fā)明內(nèi)容
雖然本發(fā)明包含了用于檢查波前平面性的任何已知方法的用法，在本發(fā)明一系列的優(yōu)選實施例中，其可通過使用在我們前述的同時待審的專利申請中所公開類型的設(shè)備來實施。
在本發(fā)明的第一方面，提供了用于指示與物體相關(guān)的形狀相對于特定形狀的偏離的設(shè)備，該設(shè)備包含輻射單元和檢查單元，所述輻射單元用于將入射輻射束引導(dǎo)至物體上，所述檢查單元用于檢查透射或從所述物體反射之后的最后射束，其中所述設(shè)備被布置成以使在所述物體具有所述特定形狀時最后射束將具有基本平面的波前，并且所述檢查單元被布置成可確定最后射束的波前相對于平面性的任何偏離，其特征在于，所述檢查單元包含分束單元(如衍射光柵或全息圖)和檢測器單元(如CCD相機)，其中分束單元被布置成可將最后射束分離成兩個或多個射束并將所述兩個或多個射束引導(dǎo)至檢測器單元上的側(cè)向移位的位置。本發(fā)明的這個第一方面的檢查單元可因此使用在我們前述的專利申請中所描述類型的波前傳感器。
在僅僅包含通過物體的透射的情形中，相關(guān)的形狀可以是物體的透射主體的整體形狀，比如由雙凸或雙凹光學(xué)透明透鏡的兩個彎曲表面的形狀所確定的。
在僅僅包含通過物體表面的反射的情形中，例如凸面或凹面反射元件的前反射表面，相關(guān)的形狀可以是該表面的形狀。
在包含透射和反射的情形中，如在具有后反射表面的反射鏡中，相關(guān)的形狀不僅可包含反射表面的形狀而且可包含位于反射表面上的材料的形狀。在反射表面已知優(yōu)選地為平面的情形中，相關(guān)的形狀將僅僅是覆在透射材料上的形狀。
應(yīng)當(dāng)注意的是，前面的描述假設(shè)輻射透射材料是勻質(zhì)的。顯然，材料性質(zhì)的任何改變(例如由于應(yīng)變或不均勻成分導(dǎo)致的)將同樣改變最后波前的形狀。
具有基本平面的波前的射束被基本準(zhǔn)直。然而，射束的強度分布不必是均勻的。通常，輻射單元包含用于形成準(zhǔn)直輻射束的單元，以使在物體具有特定形狀時，準(zhǔn)直照明輻射被轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)直反射或透射輻射。
在按照本發(fā)明的設(shè)備的一種形式中，在物體具有不會顯著影響波前形狀的特定形狀的情形中，例如平面反射鏡或薄透射材料片，則可能使用基本準(zhǔn)直的入射輻射束(即具有基本平面的波前)并且可能檢查由此產(chǎn)生的通常平面的射束波前形狀相對于非平面性的偏離。因此，在這個特殊情形中，除了需要提供入射準(zhǔn)直射束之外，不需要另外的波前成形單元。理想地，入射射束將以正入射的方式投射到物體上，即此時物體具有如在薄片材料中那樣的平行側(cè)邊。相對于正入射的偏離將僅僅使最后射束稍微偏轉(zhuǎn)，同時不會影響其整體波前形狀。
然而，在物體形狀逐漸影響波前形狀時，在物體的透射或反射之后相應(yīng)增加的射束波前的非平面性將導(dǎo)致在可靠地確定其形狀以及因此可靠地確定物體形狀方面增加的難度。在本發(fā)明中，如上所述，通過在輻射單元和檢查單元之間的輻射路徑上使用另外的波前成形單元克服或減輕了這個難度，以使最后射束的波前基本上是平面的，從而使得能夠進行最后射束波前的精確檢查或測量。
波前成形單元采用的形式將取決于它的精確函數(shù)，所述精確函數(shù)與要被檢查的物體以及設(shè)備的其余部分有關(guān)。在其中要求相對簡單的設(shè)備中，例如在使用準(zhǔn)直輻射源檢查具有至少一個彎曲表面的透明物體(如簡單的光學(xué)透射透鏡或簡單的曲面反射器(如拋物面反射鏡))時，波前成形單元可由(相對簡單的)單個輻射波前成形元件組成，如簡單的光學(xué)透鏡(乃至曲面反射器)。類似地，在物體形狀僅僅相對較小但卻不能忽略地偏離了薄片形狀的情形中，波前成形單元可以由單個適當(dāng)?shù)娜D或光柵波前成形元件組成。在其他情況下，使用包含至少兩個波前成形元件的波前成形單元可能是必要的或者是所期望的。例如，測試中的光學(xué)透鏡可接近簡單的球面透鏡，但是其具有相對于球形度的不可忽略的特定偏差，在這種情形中，使用相對簡單的波前成形元件(如第二透鏡)來處理主要的波前成形方面，并且額外設(shè)置另一個波前成形元件(如全息圖或光柵)來處理相對于球形度的偏差可能是適當(dāng)?shù)摹?br> 不管其包含了多少元件，波前成形單元可位于輻射源和物體之間或者位于物體和檢查單元之間。此外，在波前成形單元包含不止一個輻射元件的情形中，同樣可能具有沿著輻射源和檢查單元之間的輻射路徑分布的元件，以使至少一個位于輻射源和物體之間并且其余的位于物體和檢查單元之間；完全必要的是，入射到波前檢查單元上的最后射束通常是平面的。
優(yōu)選地，在輻射從輻射源傳遞到檢查單元時，輻射穿過波前成形單元一次。
然而，在輻射從輻射源傳遞到檢查單元時，對波前成形單元或其中至少一個元件來說同樣可能被布置成以便其不止一次被穿過(優(yōu)選地不超過兩次，并且優(yōu)選地在輻射從源傳遞到物體時為一次以及在輻射從物體傳遞到檢查單元時為一次)。如果物體本身充當(dāng)了反射器，則可發(fā)生多次穿過波前成形單元或其中至少一個元件。另一方面，按照本發(fā)明的設(shè)備還可另外地包含至少一個反射元件，所述至少一個反射元件被布置成以便獲得多次穿過波前成形單元和/或要被檢查的物體。如果適當(dāng)?shù)脑?，分束器可用來分離反射束用于傳輸至檢查單元。
在輻射入射到波前成形單元之前先被準(zhǔn)直的情形中，則由于追蹤成形單元的相反射線可具有相同形式，而不考慮其是否被置于物體和輻射源之間或物體和檢查單元之間。然而，一般說來，波前成形單元的精確形式將取決于它在設(shè)備中的位置以及取決于設(shè)備的整體幾何形狀。
同樣，優(yōu)選地，物體被布置成以使輻射束的單反射或透射發(fā)生。當(dāng)然，在某些情形中，例如具有后反射表面的反射鏡，要避免疊加的透射材料的兩次穿過則是不可能的，這可影響最后波前的整體變形。然而，其中多次穿過透明物體和/或多次從反射表面反射的設(shè)備的布置也屬于本發(fā)明的范圍。
在設(shè)備被設(shè)置用來測試具有特定形狀的一種特殊類型的物體的情形中，該設(shè)備可為此提供預(yù)定位置。然而，該設(shè)備可包括用于調(diào)節(jié)要被檢查的物體相對于設(shè)備其余部分的位置的單元。正如在下面將要詳細描述的那樣，這在比如測試中的表面(如透鏡或反射器的表面)被指定為具有部分球形表面但半徑是未知時可能是有用的。
輻射束可以是任何已知的形式，例如聲學(xué)的、無線電、微波、x射線，但是本發(fā)明的優(yōu)選形式是光學(xué)的，即為IR至UV波段，以及優(yōu)選地為可見光或IR波段。為了便于參考，從現(xiàn)在開始將假定為可見光光束。然而，輻射被選擇成以適合正在進行中的任務(wù)，并且用于檢查在可見光中透射的光學(xué)透鏡的單面的曲率，例如，可能選擇其中光被反射的不同波長，如在紅外的。相反，可見光可用來檢查紅外透鏡的單面的反射。
檢測器單元將優(yōu)選地在輻射束波長下工作。優(yōu)選地，檢查單元的檢測器單元包含像素化的成像光電傳感器。例如，檢測器單元可包含電荷耦合裝置(CCD)陣列或CCD相機。另一方面，檢測器單元還可包含多個檢測器元件(如兩個或多個離散的光電傳感器)。
任何類型的物體可如此被測量。然而，本發(fā)明的一個重要應(yīng)用是光學(xué)部件的測量，比如窗口、平面反射鏡以及透射和反射透鏡(如在IR、可見光和/或UV范圍內(nèi)使用的光學(xué)透鏡)。
檢查單元可提供定性輸出，也就是在波前平面性或最后射束的準(zhǔn)直處于可接受的限度內(nèi)時(盡管已確定)提供具有一個值的輸出以及不然的話提供不同的輸出。這可以被認(rèn)為是對物體(表面)的形狀是否可以接受地接近特定形狀的指示。在這樣的情形中，限度將由物體的預(yù)定用途來確定。
因此，檢查單元可以是用于確定準(zhǔn)直程度的任何已知的布置。例如，最后射束可以被分成兩部分，并且射束在距物體的各自對應(yīng)的不同距離處被檢查并被比較。這樣的比較可以通過使射束入射到各自對應(yīng)的類似成像光電傳感器上、減去由此產(chǎn)生的強度信號像素值以給出局部強度差異的模數(shù)并在成像面積上積分來實現(xiàn)。平面性或準(zhǔn)直的程度接著可經(jīng)歷用于指示物體形狀是否足以接近特定形狀的判斷單元(如簡單的取閾值電路)。
這類方法屬于本發(fā)明的較寬范圍。然而，雖然是有用的并且具有簡單的優(yōu)點，但是它未能精確辨別實際的形狀是如何偏離特定形狀的。將存在有其中某些偏離模式對部件或物體的性能有顯著影響的情形，以使其中有關(guān)的緊密度容限需要被采納，而其他偏離模式幾乎沒有影響并且因此應(yīng)當(dāng)與相當(dāng)不剛性的容限相關(guān)聯(lián)。因而斷定利用簡單的方法，在設(shè)置容限水平時存在有困惑。設(shè)置緊密度容限從而導(dǎo)致某些表現(xiàn)令人滿意的物體的可能的拒絕，或者放寬容限以使?jié)撛诘啬承┎荒芰钊藵M意的物體被接受。
因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，檢查單元包括用于對最后輻射束的波前形狀或形狀組分進行分析的單元。這種分析可提供對波前形狀有影響的一個或多個不同波前模式(如Zemike模式)的幅度的測量，并且它可以如我們前述的專利申請或任何已知的方式那樣進行。通過將一個或多個不同波前模式的幅度與閾值比較，可再次獲得物體形狀是否足以符合特定形狀的指示。在存在有未充分符合的情形中，可辨別相關(guān)的模式以使得比如在制造具有復(fù)雜表面形狀的大反射鏡的過程中如果適當(dāng)?shù)脑捘軌虿扇⌒Ｕ袨?可能是自動的)。
就本發(fā)明某些實施例能夠提供波前如何偏離平面性的非常精確的定量測量以及因此提供實際和特定形狀如何不同的非常精確的指示這一點而言，本發(fā)明非常適合于實施對精確物體(如前述的光學(xué)部件)的測量。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種設(shè)備用于指示物體形狀相對于特定形狀的偏離，該設(shè)備包含輻射單元和檢查單元，所述輻射單元用于將入射輻射束引導(dǎo)至物體上，所述檢查單元用于檢查由所述物體透射或從所述物體反射之后的最后射束，其中所述設(shè)備被布置成以使在所述物體具有所述特定形狀時最后射束將具有基本平面的波前，并且所述檢查單元被布置成可確定最后射束的波前相對于平面性的任何偏離，其特征在于，被輻射單元引導(dǎo)至物體上的所述入射輻射束具有非球面波前。優(yōu)選地，被輻射單元引導(dǎo)至物體上的所述入射輻射束具有基本平面的波前。
本發(fā)明擴展至指示物體形狀相對于特定形狀的偏離的方法，該方法包含下列步驟將入射輻射束引導(dǎo)至物體上以使如果物體具有所述特定形狀，由所述物體透射或從所述物體反射之后的最后射束具有平面波前，并且檢查來自物體的最后射束的波前相對于平面性的任何偏離。該方法的特征在于檢查最后射束的步驟包含將最后射束分成兩個或多個射束以及將所述兩個或多個射束引導(dǎo)至檢測器上的側(cè)向移位的位置的步驟。
按照本發(fā)明的又一方面，提供了指示物體形狀相對于特定形狀的偏離的方法，該方法包含下列步驟將入射輻射束引導(dǎo)至物體上以使如果物體具有所述特定形狀，由所述物體透射或從所述物體反射之后的最后射束具有平面波前，并且檢查最后射束的波前相對于平面性的任何偏離，其特征在于將入射輻射束引導(dǎo)至物體上的步驟包含引導(dǎo)具有非球面(如基本平面)波前的輻射束的步驟。


根據(jù)讀者將參考的所附權(quán)利要求以及根據(jù)閱讀下面主要針對光學(xué)部件并參考附圖對本發(fā)明所做的更詳細的說明，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中圖1示意性示出了用于檢查具有平行側(cè)邊的材料薄片形式的透射部件或物體(如窗口)的、按照本發(fā)明的設(shè)備的第一實施例；圖2示意性示出了用于檢查具有顯著的光焦度的透射部件或物體(如簡單的雙凸透鏡的表面)的、按照本發(fā)明的設(shè)備的第二實施例；圖3示意性示出了用于檢查材料的平面薄片形式的反射部件或物體(如簡單的反射鏡或具有前反射表面的半導(dǎo)體晶片)的、按照本發(fā)明的設(shè)備的第三實施例；圖4示意性示出了用于檢查物體的簡單曲面前反射表面(如曲面反射鏡)的、按照本發(fā)明的設(shè)備的第四實施例；圖5示意性示出了用于檢查其中表面具有復(fù)雜曲率的高級透鏡的、按照本發(fā)明的設(shè)備的第五實施例；圖6示意性示出了用于檢查具有復(fù)雜曲率的反射表面的、按照本發(fā)明的設(shè)備的第六實施例；圖7示意性示出了對圖4實施例的修改，用于檢查其中表面曲率最初是未知的曲面反射鏡。
具體實施例方式
圖1至7的每個實施例包括波前檢查單元5，其可能是如在我們同時待審的國際專利申請No.PCT/GB03/00964或者我們同時待審的國際專利申請No.WO04/068090中所描述的波前傳感器的形式。然而，在其被概括性地特別示出時，檢查單元5屬于在我們同時待審的國際專利申請No.PCT/GB03/00979中所描述的形式并包含(特別地)矩形變形光柵6，正如前述的申請所概括的，所述矩形變形光柵6用于將透射過薄片3的光引導(dǎo)到CCD相機8的透鏡7上，從而提供輸出信號9用于進一步處理。理想地，射束4以正入射方式投射到薄片3上。
正如在前述的申請中所描述的，元件的這種組合在相機8的像素值成像光電傳感器表面產(chǎn)生分別對應(yīng)于來自光柵6的零、+1和-1衍射級的側(cè)向移位光斑。因為光電傳感器位于透鏡7的焦點處，在入射到光柵6的射束通常被準(zhǔn)直時，中央零級衍射射束導(dǎo)致傳感器表面上的精確聚焦。在后一種情形中，對應(yīng)+1和-1級的光斑在傳感器表面的前后等值地以及輕微地離焦(并且因此大小相同，該特征可用來確保布置的光學(xué)元件的正確定位，即以使光柵6的入射束通常是被準(zhǔn)直的)，并且包含了關(guān)于所接收的波前相對于理想平面性的偏離的信息。這些偏離可作為各種Zernike模式(或其他的正交函數(shù))的系數(shù)被方便地測量，所述的系數(shù)接著可以被轉(zhuǎn)化成表面上的形狀組分或者要被檢查的物體形狀，比如圖1情形中的薄片3。
檢查單元5的輸出可能適宜被處理成可提供要被檢查的物體形狀相對于其期望形狀的任何偏離的指示或測量。處理過的輸出可提供對形狀變形的主要基本影響的存在以及量值的指示，比如Zemike系數(shù)，并且它們可用來接受或拒絕物體或者用來進一步處理物體以將其形狀帶入可接受的限度內(nèi)。
圖1說明了用于檢查透射平行側(cè)邊的光學(xué)材料薄片3(如窗口)的、按照本發(fā)明的設(shè)備。光源1(如激光二極管)和透鏡2用來引導(dǎo)基本準(zhǔn)直的射束4穿過薄片3到達檢查單元5。處理過的檢查單元5的輸出將包括相對于恒定厚度及其他事物的任何偏離的指示。
在這個特殊的布置中，材料薄片不必是平面的，特別是如果它相對較薄并且曲率相對較小的話，因為所述薄片(如變形為彎曲的撓性材料薄片或剛性彎曲的薄片)上入射角度的變化以及由此產(chǎn)生的光學(xué)(輻射)厚度的變化將是可忽略的并且不會影響任何光焦度(聚焦度)。就薄片邊緣處的光學(xué)厚度將會更大這一點而言，這可能不適于期望具有某種形式的負光焦度的更厚的彎曲薄片，正如后面的實施例所描述的，在這種情形下，也許有必要使用不同的或另外的波前成形單元。
這種布置的一種潛在用途是用于測量(如在移動電話窗口中使用的)塑料薄片中明顯的變形，或者用于測量玻璃薄片中的厚度變化以便于評估可接受性。
在圖1的實施例中，除了用于提供準(zhǔn)直射束的透鏡2之外，不需要另外的波前成形單元。
在標(biāo)稱薄片厚度具有已知的并且明顯的變化的情形中，可能插入另外的波前成形單元以補償從而保持入射到光柵6上的射束的準(zhǔn)直。這種另外的準(zhǔn)直單元可采用全息圖或光柵的形式，并且它可以是無源單元(如預(yù)定的光柵)或者是比如可被控制以給出需要的效果的空間光調(diào)制單元?？墒沽硗獾臏?zhǔn)直單元位于透鏡2和光柵6之間，其可以位于薄片3之前或之后，只要它引入了對標(biāo)稱厚度變化的必要補償。
在圖2的實施例中，準(zhǔn)直光束4借助于已知性質(zhì)的第一透鏡10和測試中的透鏡11被傳輸至檢查單元5。透鏡10被布置成以使如果透鏡11具有其標(biāo)稱形狀，透鏡10與透鏡11一起提供準(zhǔn)直光束12用于傳輸至光柵6。正如特別示出的，透鏡10、11被布置成光中繼器，并且兩個透鏡的正確的相對定位可通過相機傳感器處的正和負一級衍射光斑中的均等的大小來確定。應(yīng)當(dāng)清楚的是，透鏡10、11的次序可以顛倒。
透鏡11相對于其標(biāo)稱形狀的任何偏差將在射束12的波前中產(chǎn)生非平面分量，其在相機8的輸出9的處理之后可被檢測到。根據(jù)這些分量可導(dǎo)出透鏡11形狀的偏差的類型。在這個實施例中，除了準(zhǔn)直透鏡2之外，透鏡還提供了波前成形單元。另外的波前成形單元(如全息圖或衍射光柵)可在圖1中被用來補償透鏡形狀相對于簡單透鏡的任何已知的并且明顯的標(biāo)稱偏離，并且其中的一種布置在后面將要描述的圖5中被示出。
在圖3中，準(zhǔn)直射束4借助于起偏器13被傳輸至偏振分束器，在此處，其被反射通過四分之一波片15射向測試中的標(biāo)稱上的平面半導(dǎo)體晶片16的反射表面。從晶片16表面被反射并被再次傳過四分之一波片15的光現(xiàn)在透過分束器14射向光柵6。此外，處理過的輸出9將給出入射到光柵6的波前的非平面性的指示并因此給出晶片16表面的非平面性的指示。
圖4說明了與圖3類似的設(shè)備，但是其利用曲面反射器18代替了晶片16，并且將已知性質(zhì)的透鏡17置于四分之一波片15和反射器18之間。透鏡17被布置成以使連同標(biāo)稱形狀的反射器，入射到光柵6上的波前是平面的。正如通過對輸出9的適當(dāng)處理所表示的，波前平面性的任何偏差給出了反射器18的形狀相對于它的標(biāo)稱形狀的偏差的相應(yīng)指示。
圖5示出了適合與更復(fù)雜表面或形狀一起使用的設(shè)備的實施例。準(zhǔn)直射束4借助于起偏器13被傳輸，被分束器14反射，而后通過四分之一波片15射向充當(dāng)全息圖或衍射光柵的反射空間光調(diào)制器19用于修改其最初的平面波前。修改過的反射射束被再次傳過四分之一波片15和分束器14、已知性質(zhì)的透鏡20以及針孔光闌21到達測試中的透鏡22，透鏡22具有復(fù)雜的標(biāo)稱形狀。透鏡20和調(diào)制器19一起被布置以使連同透鏡22，具有平面波前的準(zhǔn)直射束應(yīng)當(dāng)入射到光柵6上。此外，正如由輸出9的處理所表示的，相對于平面性的任何偏差指示透鏡22的形狀相對于它的標(biāo)稱形狀的偏離。針孔用來選擇來自調(diào)制器19的正和負一級衍射的其中之一。
圖6是與圖5類似的布置，但是其被布置成用來測試具有復(fù)雜形狀的曲面反射器26。傳過分束器14之后的線性偏振光遇到第二四分之一波片23，而后是具有已知性質(zhì)的透鏡24。借助于透鏡24和光闌25被傳輸?shù)墓馊肷涞椒瓷淦?6上，反射光因此借助于光闌25、透鏡24和四分之一波片23被傳回，由分束器14反射向光柵6。透鏡24和調(diào)制器19被布置成以使連同標(biāo)稱形狀的反射器26，入射到檢查單元5的光的波前是平面的，并且因此如由輸出9的處理所表示的，偏差指示相對于反射器26的標(biāo)稱形狀的偏差。
圖7的實施例包括用于允許反射鏡18沿著設(shè)備的主光軸移動的單元。這樣，能夠處理具有帶未知曲率的表面的反射鏡。正如相機傳感器處根據(jù)正一或負一衍射級的光斑的大小是相等的事實所表示的，在使用過程中，沿著所述軸將反射鏡18移至第一和第二位置18′和18″，其中投射到光柵6上的波前是平面的。位置18′對應(yīng)于圖4所示的位置，其中入射到反射鏡18上的射束的面積相對較大，優(yōu)選地基本覆蓋了反射鏡的整個面積或者至少是其中表面形狀最相關(guān)的面積。然而，在位置18″處，來自透鏡17的射束被引至反射鏡18上的焦點并且因此覆蓋了最小面積。正如本領(lǐng)域已知的，雖然這在檢測形狀缺陷時沒有實際用途，但是兩個位置之間的關(guān)系可用來提供反射鏡表面的曲率半徑的測量。在一種變體中，使反射鏡18保持在固定位置而移動透鏡17。
權(quán)利要求
1.一種用于指示物體形狀相對于特定形狀的偏離的設(shè)備，所述設(shè)備包含輻射單元和檢查單元，所述輻射單元用于將入射輻射束引導(dǎo)至所述物體上，所述檢查單元用于檢查由所述物體透射或從所述物體反射之后的最后射束，其中所述設(shè)備被布置成以使在所述物體具有所述特定形狀時所述最后射束將具有基本平面的波前，并且所述檢查單元被布置成可確定所述最后射束的波前相對于平面性的任何偏離，其特征在于，所述檢查單元包含分束單元和檢測器單元，其中所述分束單元被布置成可將所述最后射束分離成兩個或多個射束并將所述兩個或多個射束引導(dǎo)至所述檢測器單元上的側(cè)向移位的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述輻射單元被布置成可產(chǎn)生準(zhǔn)直輻射束。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述入射輻射束是光輻射。
4.如前面任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中至少一個另外的波前成形單元被置于所述輻射單元和所述檢查單元之間。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中至少一個所述另外的波前成形單元位于所述輻射單元和所述物體之間。
6.如權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，其中至少一個所述另外的波前成形單元位于所述物體和所述檢查單元之間。
7.如權(quán)利要求4至6的任何一項所述的設(shè)備，其中至少一個所述另外的波前成形單元包含透鏡或曲面反射器。
8.如權(quán)利要求4至7的任何一項所述的設(shè)備，其中至少一個所述另外的波前成形單元包含衍射光柵或全息圖。
9.如權(quán)利要求4至8的任何一項所述的設(shè)備，其中通過空間光調(diào)制器提供至少一個所述另外的波前成形單元。
10.如前面任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，包括用于調(diào)節(jié)所述物體和所述波前成形單元的相對位置的單元。
11.如前面任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，包含在所述源和所述檢查單元之間的分束器。
12.如前面任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述檢查單元的所述分束單元包含衍射光柵和全息圖中的至少一個。
13.如權(quán)利要求1至11的任何一項所述的設(shè)備，其中所述檢查單元的分束單元包含非衍射分束器單元和聚焦單元，所述非衍射分束器單元用于接收沿著公共路徑的、來自兩個間隔的物面的光，所述光束沿著各自對應(yīng)的第一和第二光程傳輸至第一和第二像面面積，所述聚焦單元被布置成可使所述第一和第二物面在所述第一和第二面積上聚焦。
14.如前面任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述檢查單元被布置成可提供對所述最后射束的波前的形狀或形狀組分的分析。
15.如前面任何一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中所述檢查單元的檢測器單元包含像素化的成像光電傳感器。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述像素化的成像光電傳感器是電荷耦合裝置(CCD)陣列。
17.一種用于指示物體形狀相對于特定形狀的偏離的設(shè)備，所述設(shè)備包含輻射單元和檢查單元，所述輻射單元用于將入射輻射束引導(dǎo)至所述物體上，所述檢查單元用于檢查由所述物體透射或從所述物體反射之后的最后射束，其中所述設(shè)備被布置成以使在所述物體具有所述特定形狀時所述最后射束將具有基本平面的波前，以及所述檢查單元被布置成可確定所述最后射束的波前相對于平面性的任何偏離，其特征在于，被所述輻射單元引導(dǎo)至所述物體上的所述入射輻射束具有非球面波前。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中被所述輻射單元引導(dǎo)至所述物體上的所述入射輻射束具有基本平面的波前。
19.一種指示物體形狀相對于特定形狀的偏離的方法，所述方法包括下列步驟將入射輻射束引導(dǎo)至所述物體上以使如果所述物體具有所述特定形狀，由所述物體透射或從所述物體反射之后的最后射束具有平面波前，以及檢查所述最后射束的波前相對于平面性的任何偏離，其特征在于，檢查最后射束的步驟包含將所述最后射束分成兩個或多個射束并將所述兩個或多個射束引導(dǎo)至檢測器上的側(cè)向移位的位置的步驟。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述物體是光學(xué)部件。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述光學(xué)部件是窗口或者是通常的薄片形狀或者包含平面反射表面。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述光學(xué)部件具有光焦度并包括在輻射路徑上設(shè)置另外的波前成形單元用于在所述最后射束中提供通常的平面性的步驟。
23.一種指示物體形狀相對于特定形狀的偏離的方法，所述方法包括下列步驟將入射輻射束引導(dǎo)至所述物體上以使如果所述物體具有所述特定形狀，由所述物體透射或從所述物體反射之后的最后射束將具有平面波前，以及檢查所述最后射束的波前相對于平面性的任何偏離，其特征在于，將入射輻射束引導(dǎo)至所述物體上的步驟包含引導(dǎo)具有非球面波前的輻射束的步驟。
全文摘要
描述了一種用于指示物體(3；11；16；18；22；26)的形狀相對于特定形狀的偏離的設(shè)備。該設(shè)備包含輻射單元和檢查單元(5)，所述輻射單元用于將入射輻射束(4)引導(dǎo)至物體上，所述檢查單元(5)用于檢查由所述物體透射或從所述物體反射之后的最后射束。該設(shè)備被布置成以使在所述物體具有所述特定形狀時最后射束將具有基本平面的波前，并且所述檢查單元(5)被布置成可確定最后射束的波前相對于平面性的任何偏離。在一個實施例中，檢查單元包含分束單元，如衍射光柵(6)或全息圖，以及檢測器單元，如CCD相機(8)。分束單元接著被布置成可將最后射束分離成兩個或多個射束并將所述兩個或多個射束引導(dǎo)至檢測器單元上的側(cè)向移位的位置。
文檔編號G01B11/16GK1942736SQ200580012015
公開日2007年4月4日 申請日期2005年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月11日
發(fā)明者A·M·斯科特, A·C·盧恩 申請人:秦內(nèi)蒂克有限公司