專利名稱：一種用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種非球面的高精度干涉測(cè)量技木，尤其涉及一種用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)使用多個(gè)球面元件的光學(xué)系統(tǒng)相比，由于非球面能夠在有效簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)保持相應(yīng)的性能，因此被廣為采用。使用非球面往往能夠使光學(xué)系統(tǒng)的元件更少、重量更輕。正因如此，非球面在諸如深紫外光刻、高質(zhì)量成像系統(tǒng)、天文望遠(yuǎn)鏡、高密度光存儲(chǔ)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前在非球面測(cè)量領(lǐng)域存在很多種方法和相應(yīng)的一起，例如基于觸針方法的輪廓儀和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、基于子孔徑拼接的干涉儀、剪切干涉儀、白光掃描干涉儀，基于零位補(bǔ)償和部分零位補(bǔ)償?shù)母缮鎯x、基于計(jì)算全息的干涉儀、雙波長(zhǎng)干涉儀，等等。相較于當(dāng)今非球面測(cè)量的高精度和靈活性要求等方面，這些方法在測(cè)量能力和測(cè)量精度上存在著ー些問題。基于觸針方法的輪廓儀和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)由于采用逐點(diǎn)測(cè)量的方法，其測(cè)量較耗費(fèi)時(shí)間，且存在損傷被測(cè)表面的風(fēng)險(xiǎn)。基于子孔徑拼接的干涉儀需要高精度的多維旋轉(zhuǎn)平移臺(tái)，利用相鄰子孔徑的重疊區(qū)域數(shù)據(jù)完成拼接并獲取整個(gè)被檢面形貌。剪切干涉儀通常測(cè)量到的是被檢面的坡度信息，因此在對(duì)坡度積分進(jìn)行面形重構(gòu)時(shí)會(huì)引入累計(jì)測(cè)量誤差。使用計(jì)算全息和零位補(bǔ)償鏡的干涉儀容易由補(bǔ)償元件引入誤差。以上這些現(xiàn)有方法在測(cè)量時(shí)間、測(cè)量精度、附加零位鏡、夾具、通用性、造價(jià)等方面存在不足。專利(US20020160672)提出了ー種使用機(jī)械掃描干涉儀測(cè)量非球面面形和波前的方法。該專利基于測(cè)量從非球面頂點(diǎn)與切線處的干渉光程差的方法，使用空間濾波的方式濾除其它位置的光進(jìn)入探測(cè)器產(chǎn)生干渉。為了獲取整個(gè)非球面面形，另外該專利使用了一個(gè)專門的測(cè)長(zhǎng)干涉儀測(cè)量有平移臺(tái)帶動(dòng)的被測(cè)非球面的位移。在該專利中使用了點(diǎn)探測(cè)器測(cè)量光程差，由于是逐點(diǎn)測(cè)量，需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)十分鐘才能測(cè)量一個(gè)完整的表面。使用額外的測(cè)長(zhǎng)干涉儀也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，一定程度上降低了測(cè)量的可靠性。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀。本實(shí)用新型能夠獲取干渉儀絕對(duì)光程差，且每次僅獲取與被檢面相切部分的干涉數(shù)據(jù)信息，因而具有測(cè)量精度高、能夠適用不同口徑、大非球面度、且無(wú)需零位補(bǔ)償元件的特點(diǎn)。一種用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀，它包括平移臺(tái)、被測(cè)非球面、第一鏡組、分光鏡、擴(kuò)束鏡、可調(diào)諧激光器、成像透鏡、CCD相機(jī)、參考平面鏡、圖像卡、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)卡；其中，被測(cè)非球面固定在平移臺(tái)，被測(cè)非球面、第一鏡組、分光鏡、成像透鏡和CCD相機(jī)依次同軸放置，參考平面鏡置于分光鏡的底部，CXD相機(jī)、圖像卡、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)卡依次相連，擴(kuò)束鏡和可調(diào)諧激光器相連，平移臺(tái)和可調(diào)諧激光器分別與數(shù)據(jù)卡相連；可調(diào)諧激光器出射的光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后成為平行光束，波前被分光鏡分為兩束；其中一束入射到參考平面鏡上作為參考光，另外一束經(jīng)由第一鏡組聚焦后入射到被測(cè)非球面上，從參考反射鏡和被測(cè)非球面反射的光重新在分光鏡上疊加形成干渉，干涉條紋經(jīng)過(guò)成像透鏡后由CXD相機(jī)獲取，經(jīng)過(guò)CCD相機(jī)完成光電轉(zhuǎn)換后由圖像卡完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理獲得光程差和面形信息。進(jìn)ー步地，該波長(zhǎng)掃描干涉儀還包括一平面鏡，平面鏡將擴(kuò)束鏡擴(kuò)束的平行光束反射到分光鏡。一種用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀，它包括平移臺(tái)、被測(cè)非球面、第二鏡組、分光鏡、擴(kuò)束鏡、可調(diào)諧激光器、成像透鏡、CCD相機(jī)、圖像卡 、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)卡；其中，所述被測(cè)非球面2固定在平移臺(tái)，被測(cè)非球面、第二鏡組、分光鏡、成像透鏡和CCD相機(jī)依次同軸放置，CXD相機(jī)、圖像卡、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)卡依次相連，擴(kuò)束鏡和可調(diào)諧激光器相連，平移臺(tái)和可調(diào)諧激光器分別與數(shù)據(jù)卡相連；從可調(diào)諧激光器出射的光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后成為平行光束，其中一部分被分光鏡反射到第二鏡組，第二鏡組的最后ー個(gè)表面沒有鍍?cè)鐾改?，因此入射到上面的光?huì)有一部分被反射回分光鏡，另外一部分由第二鏡組聚焦后入射到被測(cè)非球面上并被反射回來(lái)；兩部分光重新在分光鏡上疊加形成干渉；干涉條紋經(jīng)過(guò)成像透鏡后由CCD相機(jī)獲取，經(jīng)過(guò)CCD相機(jī)完成光電轉(zhuǎn)換后由圖像卡完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理獲得光程差和面形信息。本實(shí)用新型的有益效果是，相較于現(xiàn)有非球面測(cè)量技術(shù)，本實(shí)用新型提出的干渉測(cè)量方法具有高精度、非接觸的特點(diǎn)，能夠用于測(cè)量大非球面度的非球面表面或波前。另夕卜，該方法無(wú)需復(fù)雜且通常較為昂貴的多維轉(zhuǎn)動(dòng)平移臺(tái)，無(wú)需補(bǔ)償元件，由于干涉儀具有測(cè)量絕對(duì)光程差的能力，因而無(wú)需額外的測(cè)長(zhǎng)干涉儀檢測(cè)被檢面的位移。
圖I是本實(shí)用新型用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀的系統(tǒng)原理圖；圖2是本實(shí)用新型用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干渉儀的另外ー種形式的系統(tǒng)原理圖；圖中，平移臺(tái)I、被測(cè)非球面2、第一鏡組3、分光鏡4、平面鏡5、擴(kuò)束鏡6、可調(diào)諧激光器7、成像透鏡8、CXD相機(jī)9、參考平面鏡10、圖像卡11、計(jì)算機(jī)12、數(shù)據(jù)卡13、第二鏡組14。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本實(shí)用新型，本實(shí)用新型的目的和效果將變得更加明顯。實(shí)施例I圖I是本實(shí)用新型用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀的系統(tǒng)原理圖。如圖I所示，本實(shí)用新型用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀及方法包括平移臺(tái)I、被測(cè)非球面2、第一鏡組3、分光鏡4、平面鏡5、擴(kuò)束鏡6、可調(diào)諧激光器7、成像透鏡8、CXD相機(jī)9、參考平面鏡10、圖像卡11、計(jì)算機(jī)12和數(shù)據(jù)卡13。其中，被測(cè)非球面2固定在平移臺(tái)1，被測(cè)非球面2、第ー鏡組3、分光鏡4、成像透鏡8和CXD相機(jī)9依次同軸放置，平面鏡5和參考平面鏡10分別置于分光鏡4的底部和頂部，CXD相機(jī)9、圖像卡11、計(jì)算機(jī)12和數(shù)據(jù)卡13依次相連，擴(kuò)束鏡6和可調(diào)諧激光器7相連，平移臺(tái)I和可調(diào)諧激光器7分別與數(shù)據(jù)卡13相連。該實(shí)施例最重要的特點(diǎn)是使用了一個(gè)波長(zhǎng)可變的可調(diào)諧激光器7代替了傳統(tǒng)測(cè)量方法用的單波長(zhǎng)激光器。從可調(diào)諧激光器7出射的光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡6擴(kuò)束后成為平行光束，經(jīng)平面鏡5反射后，波前被分光鏡4分為兩束。其中一束入射到參考平面鏡10上作為參考光，另外一束經(jīng)由第一鏡組3聚焦后入射到被測(cè)非球面2上。從參考反射鏡10和被測(cè)非球面2反射的光重新在分光鏡4上疊加形成干渉。干涉條紋經(jīng)過(guò)成像透鏡8后由CXD相機(jī)9獲取。經(jīng)過(guò)CCD相機(jī)9完成光電轉(zhuǎn)換后由圖像卡11完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)入計(jì)算機(jī)12進(jìn)行信號(hào)處理獲得光程差和面形信息。被測(cè)非球面2可以在平移臺(tái)I的驅(qū)動(dòng)下沿著光軸移動(dòng)。平移臺(tái)I的移動(dòng)和可調(diào)諧激光器7的波長(zhǎng)掃描可以通過(guò)數(shù)據(jù)卡13由計(jì)算機(jī)12控制。所述干涉測(cè)量系統(tǒng)中，平面鏡5起光路轉(zhuǎn)折作用，可以根據(jù)需要去除，并將擴(kuò)束鏡6與可調(diào)諧激光器7逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度。實(shí)施例2: 圖2是本實(shí)用新型用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干渉儀的另外一個(gè)系統(tǒng)原理圖。它采用了斐索干涉儀的形式。與圖I不同的是，參考光束由第二鏡組14的最后ー個(gè)表面(圖中第二鏡組的最左邊ー個(gè)面)的菲涅爾反射形成。從可調(diào)諧激光器7出射的光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡6擴(kuò)束后成為平行光束,其中一部分被分光鏡4反射到第二鏡組14,第二鏡組14的最后ー個(gè)表面沒有鍍?cè)鐾改?，因此入射到上面的光?huì)有一部分被反射回分光鏡4，另外一部分由第二鏡組14聚焦后入射到被測(cè)非球面2上并被反射回來(lái)。兩部分光重新在分光鏡4上疊加形成干渉。干涉條紋經(jīng)過(guò)成像透鏡8后由CXD相機(jī)9獲取。經(jīng)過(guò)CXD相機(jī)9完成光電轉(zhuǎn)換后由圖像卡11完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)入計(jì)算機(jī)12進(jìn)行信號(hào)處理獲得光程差和面形信息。被測(cè)非球面可以在平移臺(tái)I的驅(qū)動(dòng)下沿著光軸移動(dòng)。平移臺(tái)I的移動(dòng)和可調(diào)諧激光器7的波長(zhǎng)掃描可以通過(guò)數(shù)據(jù)卡12由計(jì)算機(jī)11控制。
權(quán)利要求1.一種用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀，其特征在于，它包括平移臺(tái)(I)、被測(cè)非球面(2)、第一鏡組(3)、分光鏡(4)、擴(kuò)束鏡(6)、可調(diào)諧激光器(7)、成像透鏡(8)、CXD相機(jī)(9)、參考平面鏡(10)、圖像卡(11)、計(jì)算機(jī)(12)和數(shù)據(jù)卡(13);其中，被測(cè)非球面(2)固定在平移臺(tái)(1)，被測(cè)非球面(2)、第一鏡組(3)、分光鏡(4)、成像透鏡(8)和CXD相機(jī)(9)依次同軸放置，參考平面鏡(10 )置于分光鏡(4)的底部，CXD相機(jī)(9 )、圖像卡(11)、計(jì)算機(jī)(12)和數(shù)據(jù)卡(13)依次相連，擴(kuò)束鏡(6)和可調(diào)諧激光器(7)相連，平移臺(tái)(I)和可調(diào)諧激光器(7)分別與數(shù)據(jù)卡(13)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀，其特征在于，還包括一平面鏡(5)，平面鏡(5)將擴(kuò)束鏡(6)擴(kuò)束的平行光束反射到分光鏡(4)。
3.一種用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀，其特征在于，它包括平移臺(tái)(I)、被測(cè)非球面(2)、第二鏡組(14)、分光鏡(4)、擴(kuò)束鏡(6)、可調(diào)諧激光器(7)、成像透鏡(8)、CXD相機(jī)(9)、圖像卡(11)、計(jì)算機(jī)(12)和數(shù)據(jù)卡(13);其中，所述被測(cè)非球面(2)固定在平移臺(tái)(1)，被測(cè)非球面(2)、第二鏡組(14)、分光鏡(4)、成像透鏡(8)和CXD相機(jī)(9)依次同軸放置，CXD相機(jī)(9)、圖像卡(11)、計(jì)算機(jī)(12)和數(shù)據(jù)卡(13)依次相連，擴(kuò)束鏡(6)和可調(diào)諧激光器(7)相連，平移臺(tái)(I)和可調(diào)諧激光器(7)分別與數(shù)據(jù)卡(13)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于非球面測(cè)量的波長(zhǎng)掃描干涉儀，該干涉儀包括一套可調(diào)諧激光器作為光源，一個(gè)泰曼—格林干涉儀用于產(chǎn)生干涉條紋，一個(gè)平移臺(tái)用于沿光軸掃描光程差，一個(gè)用于將干涉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)并傳入計(jì)算機(jī)的圖像卡，以及一個(gè)用于同步CCD相機(jī)和平移臺(tái)動(dòng)作的數(shù)據(jù)卡。與傳統(tǒng)非球面測(cè)量的干涉儀不同的是，本干涉儀適用范圍廣，可以測(cè)量大非球面度的表面或波前，無(wú)需補(bǔ)償零位鏡。另外，該方法無(wú)需復(fù)雜且通常較為昂貴的多維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。
文檔編號(hào)G01B9/02GK202599336SQ20122009660
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者汪凱巍, 白劍, 沈亦兵, 楊甬英 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)