专利名称：一种检测小孔衍射球面波光学面形的检测装置及方法
技术领域：
本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种检测小孔衍射球面波光学面形的检测装置及方法。
背景技术：
点衍射干涉仪是利用小孔衍射产生标准参考球面波来进行干涉测量，另外点衍射干涉仪也可以结合绝对测量的方法，来移除小孔不理想造成的测量误差。点衍射干涉仪(PointDiffraction Interferometer, PDI)的提出解决了高精度测量中参考面加工的难题，其主要特点在于不采用传统的参考面，而从波动光学的观点出发，利用小孔衍射来产生理想参考球面波，从而消除了参考面加工水平对测量精度的限制，使面向亚纳米量级的高精度测量成为可能。1933年，ff. Linnk首次提出可以用小孔衍射产生的理想球面波作为干涉仪的参考波面，形成了点衍射干涉仪理论的雏形，但由于受到当时技术水平的限制，并没有真正应用到测量上。1975年，R. N. Smartt和W. H. Steel在其发表的文章中正式阐述了点衍射干涉仪的原理及其应用，奠定了现代点衍射干涉仪发展的基础。他们所发明的点衍射干涉仪，其主要部分是一个透过率为1%的薄膜，上面含有一个很小的针孔(pinhole)，较低的透过率是为了使两束光的光强接近。当会集的被测光经过薄膜平板时，透射的被测光除了能量下降之外，波面形状基本不发生变化；而在有像差的弥散斑区域，位于焦点附近的小孔发生衍射，产生了理想的标准球面波，成为测量中的参考光波，与透过的被测光波形成干涉条纹，通过分析干涉条纹的形状就可以得到被测波前的信息。这种干涉仪结构和原理非常简单，同时由于采用了共光路结构，环境因素的影响比较小；其缺点是光能利用率太低，同时不能进行移相测量，导致其精度很难得到提高。1996年，美国劳伦斯-伯克利国家实验室的H.Medecki、E. Tejnil等人提出了移相点衍射干涉仪(Phase-shifting Point-diffraction interferometer, PS-PDI)的概念，即在点衍射干涉仪的基础上引入一个衍射光栅作为分光元件，并将像平面的半透明掩膜改为不透明掩膜，使得点衍射干涉仪性能获得了很大提高。这种点衍射干涉仪的基本结构，当照明球面波入射到移相光栅之后形成了不同的衍射级次，它们经过被测系统后会聚到像平面的不同位置，在像面上放置一个空间滤波器，使得携带被测系统信息的零级衍射光经方孔直接通过，而一级衍射光经过小孔衍射滤波产生理想参考球面波，其他级次都被吸收，探测器(CCD)上得到的是这两束光的干涉条纹。当上下移动光栅时，两束光之间就会有位相差变化，这样就可以进行移相干涉测量。为了不断满足对EUV (极紫外)光刻系统的测量要求，1996年以来，劳伦斯-伯克利国家实验室的研究者采用13. 4nm的同步辐射光源成功研制了 EUV相移点衍射干涉仪，其对EUV系统的RMS测量精度达到亚纳米量级，为极紫外光刻技术的发展扫清了障碍。从上世纪末开始，日本研究者也开始了对点衍射干涉仪的研究。为了对EUV光刻系统进行检测，日本超先进电子技术研究协会(Association of Super-AdvancedElectronics Technology,ASET)和Nikon等公司对点衍射干涉仪进行了研究,其采用的一种点衍射干涉仪采用一个具有小孔的反射板，小孔衍射球面波的一部分作为参考光波，而另一部分光经过被测面和反射面的两次反射，与参考光发生干涉。由于此结构不是共光路系统，所以对光源的相干性以及环境的稳定性要求很高，所有测量都要在隔振、充氦气的环境中完成。从点衍射干涉仪的发展及使用原理可以看出，点衍射干涉仪是用小孔产生理想衍射球面波的原理进行测量，在实际应用中，小孔的加工成为难题，无论是电子束加工，原子束加工，离子束加工等加工工艺，对于纳米级的精度来说，很难加工出理想的小孔，小孔很难做到完美的圆度和光滑度。在已有的贾辛申请的专利中，通过采用绝对测量的方法来对小孔产生的衍射球面波进行标定，测量结果就可以移除小孔圆度不高等引起的衍射球面波的误差，从而提高测量的精度，同时也可以降低小孔加工的成本。在已有的专利中，主要是使用三个小孔互相检测，需要更换小孔。在本专利中，力口入了一个可以自身旋转的夹持架，同时夹持架上有三个固定小孔的装置，位置一、位置二、位置三。这三个位置还可以单独旋转。这样就可以把三个待测小孔同时放置在夹持架上，利用计算机控制夹持架和位置一、位置二、位置三的旋转来测量三个小孔产生衍射球面波的面形。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种检测小孔衍射球面波光学面形的检测装置及方法，以实现提高点衍射干涉仪的测量精度，降低高精度小孔的加工成本，同时使测量更加自动化，不需要更换小孔。为达成所述目的，本发明提供一种检测小孔衍射球面波光学面形的检测装置，包括激光器、滤波孔、聚光镜、空间滤波器、扩束镜、X/2波片、X/4波片、半透半反镜、分光镜、反射镜、移相器、衰减片、小孔夹持架、会聚光学单元、CCD探测器和计算机。激光器，用于发出激光作为照明光源；滤波孔，利用衍射效应用于将激光器发出的光散射；聚光镜，用于收集滤波孔发出的散射光；空间滤波器，用于将聚光镜收集的光过滤掉杂散光；扩束镜，用于将空间滤波器过滤的点光源的光变为平行光；X/2波片，用于旋转经过扩束镜形成的平行光的偏振方向；X/4波片,用于和X/2波片结合来调节产生圆偏振光；半透半反镜，用于将圆偏振光分成两束光，一束透射，一束反射；分光镜，用于光束传播方向控制，该分光镜将经过半透半反镜的光透射，将经过反射镜反射的光反射；反射镜，用于将光束反射，该反射镜用来产生移相的效应；移相器，和反射镜相连，由计算机控制移相器的移动，移相器产生移相；衰减片，用于改变分光镜反射光束的光强；小孔夹持架，用于夹持三个待测的小孔，小孔夹持架整体具有旋转功能，同时小孔夹持架可以夹持三个待测的小孔，每个待测的小孔也可以单独旋转；
会聚光学单元，用于将干涉后的测试光投射到CCD探测器上，小孔夹持架上的两个小孔产生的衍射球面波发生干涉产生干涉测试光会聚到CCD探测器上形成并记录干涉图案，计算机与CXD探测器连接，计算机存储并处理CXD探测器记录干涉图案。所述干涉图案包含了小孔夹持架上小孔的衍射球面波信息。计算机通过对干涉图案的处理，可以分别标定出小孔的衍射球面波的误差信息。其中滤波孔放置在激光器的出光口，聚光镜放置在滤波孔和空间滤波器中间，滤波孔放置的位置为聚光镜的物面位置，空间滤波器放置在聚光镜的像面位置；空间滤波器同时放置在扩束镜的前焦点，X/2波片、X/4波片、半透半反镜依次放置在扩束镜后面，其中滤波孔、聚光镜、空间滤波器、X/2波片、X/4波片、半透半反镜的中心都在同一光轴上，入/2波片、A /4波片平行于扩束镜；半透半反镜与光轴成45°角，分光镜的中心在光轴上，与光轴成45°角，分光镜后面放置反射镜，反射镜与移相器相连；衰减片平行于光轴，衰减片中心对准分光镜中心；小孔夹持架平行于光轴；会聚光学单元平行于光轴；CCD探测器放在会聚光学单元后面；计算机与CCD探测器连接。进一步的，所述分光镜主要使一个方向入射的光束反射，一个方向入射的光束透射，可以用棱镜镀膜制作，也可以用平面镜镀膜来实现。进一步的，小孔夹持架上的三个待测的小孔的中心对应位置为位置一、位置二、位置三，位置一、位置二、位置三中心连线为一个等边三角形，且等边三角形中心为小孔夹持架旋转中心。进一步的，待测的小孔可以不镀膜，可以镀增透膜，也可以镀衰减膜。进一步的，所述反射镜可以采用平面镜，可以采用平面镜组，可以采用棱镜，也可以是以上光学元件的组合。进一步的，所述聚光镜可以采用透镜或者透镜组组合。进一步的，所述扩束镜可以采用透镜或者透镜组合。进一步的，所述会聚光学单元可以采用透镜或者透镜组合，也可以是变焦距光学系统。为达成所述目的，本发明提供一种使用上述的检测装置的小孔衍射球面波的检测方法，该检测方法采用的是绝对测量法，采用三个待测小孔互检的方式，把待测小孔产生的衍射球面波测量出来，具体检测步骤如下步骤SI :设三个待测小孔为第一待测小孔、第二待测小孔、第三待测小孔；将第一待测小孔放在小孔夹持架中位置一；将第二待测小孔放在小孔夹持架中位置二 ；将第三待测小孔放在小孔夹持架位置三，调整小孔夹持架，使第一待测小孔，第二待测小孔分别对准半透半反镜和分光镜中心；激光器发射的光经过滤波孔，光束发散后经过一个聚光镜，聚光镜会聚光到一个空间滤波器，滤掉杂光，再经过一个扩束镜进行扩束，扩束过的激光经过一 个X/2波片，旋转激光的偏振方向，再通过一个X/4波片将线偏振光转换为圆偏振光，圆偏振光经过一个半透半反镜分成两路光，经过半透半反镜反射的第一路光照射到第一待测小孔，第二路光经过半透半反镜透射后经分光镜透射，经过分光镜透射的光再经过反射镜反射，反射镜由移相器连接用于产生相位变化，反射镜反射的光再经分光镜反射，分光镜反射的光经过衰减片照射到第二待测小孔，第二待测小孔产生的衍射球面波与第一待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元会聚到CCD探测器上形成干涉图案，CXD探测器记录后经由计算机存储并处理，通过移相器进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为M1 = A+B其中A表示夹持架上位置一的第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，B表示夹持架上位置二的第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M1表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；步骤S2 :在步骤SI位置沿顺时针方向旋转小孔夹持架60°，这时位置一、位置二、位置三相当于在步骤SI的基础上顺时针旋转60°，这时逆时针旋转位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步骤S I位置，这时第二待测小孔，第三待测小孔分别对准半透半反镜和分光镜中心，测量第二待测小孔和第三待测小孔产生衍射球面波的光程差M2 = B+C其中B表示夹持架上位置二的第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息。C表示夹持架上位置三的第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M2表示为第二待测小孔产生的衍射球面的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；步骤S3 :在步骤S2位置沿顺时针方向旋转小孔夹持架60°，这时位置一、位置二、位置三相当于在步骤S2的基础上顺时针旋转60°，也即在步骤SI的基础上顺时针旋转60°，这时逆时针旋转位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步骤SI位置，这时第三待测小孔，第一待测小孔分别对准半透半反镜和分光镜中心，测量第三待测小孔和第一待测小孔产生衍射球面波的光程差M3 = C+A其中C表示夹持架上位置三的第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，A表示夹持架上位置一的第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M3表示为第三待测小孔产生的衍射球面的面形和第一待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；步骤S4 :根据记录的光程差信息M1, M2, M3,使用计算机解出第一待测小孔产生的衍射球面波面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息C。进一步的，所述第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三待测小孔产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式中第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息C 表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差，M2表示为第二待测小孔产生的衍射球面波的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差，M3表示为第三待测小孔产生的衍射球面波的面形和第一待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差。本发明的有益效果利用绝对测量的三面互检检测技术，本发明在检测过程中，不需要更换小孔，只需旋转小孔夹持架，就可以进行三个小孔两两相检，检测出小孔的衍射球面波面形，用于提高点衍射干涉仪的测量精度，适合于采用小孔衍射做参考面的测量系统，以实现高精度光学面形检测。
图I为本发明装置 的结构示意图；图2为小孔夹持架结构图；图3为测量过程中小孔夹持架位置和半透半反镜8、分光镜9中心关系；图4为本发明小孔标定的检测方法过程；图5为本发明光学面形的检测方法过程流程图。图中，激光器I、滤波孔2、聚光镜3、空间滤波器4、扩束镜5、X/2波片6、入/4波片7、半透半反镜8、分光镜9、反射镜10、移相器11、衰减片12、小孔夹持架13、小孔夹持架上位置一 14，小孔夹持架上位置二 15，小孔夹持架上位置三16、会聚光学单元17、(XD探测器18、计算机19。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。如图I表示本发明装置的结构示意图，由激光器I、滤波孔2、聚光镜3、空间滤波器
4、扩束镜5、X/2波片6、X/4波片7、半透半反镜8、分光镜9、反射镜10、移相器11、衰减片12、小孔夹持架13、会聚光学单元17、CCD探测器18、计算机19。其中滤波孔2放置在激光器I的出光口，聚光镜3放置在滤波孔2和空间滤波器4中间，滤波孔2放置的位置为聚光镜的物面位置，空间滤波器4放置在聚光镜的像面位置；空间滤波器4同时放置在扩束镜5的前焦点，A /2波片6、X /4波片7、半透半反镜8依次放置在扩束镜后面，其中滤波孔
2、聚光镜3、空间滤波器4、扩束镜5、A /2波片6、A /4波片7、半透半反镜8的中心都在同一光轴上，X/2波片6、X /4波片7平行于扩束镜5 ;半透半反镜8与光轴成45°角，分光镜9的中心在光轴上,与光轴成45°角，分光镜9后面放置反射镜10,反射镜10与移相器11相连；衰减片12平行于光轴，衰减片12中心对准分光镜9中心；小孔夹持架13平行于光轴；会聚光学单元17平行于光轴；CCD探测器18放在会聚光学单元17后面；计算机19与CXD探测器18连接。激光器1，用于发出激光作为照明光源；滤波孔2，利用衍射效应用于将激光器I发出的光散射；聚光镜3，用于收集滤波孔发出的散射光；空间滤波器4，用于将聚光镜收集的光过滤掉杂散光；扩束镜5，用于将空间滤波器过滤的点光源的光变为平行光；\ /2波片6，用于旋转经过扩束镜5形成的平行光的偏振方向；\ /4波片7，用于和\ /2波片6结合来调节产生圆偏振光；半透半反镜8,用于将圆偏振光分成两束光,一束透射,一束反射；分光镜9，用于光束传播方向控制，该分光镜9将经过半透半反镜8的光透射，将经过反射镜10反射的光反射；反射镜10,用于将光束反射,反射镜10用来产生移相的效应；移相器11，和反射镜10相连，由计算机控制移相器11的移动，移相器产生移相；衰减片12，用于改变分光镜9反射光束的光强；
小孔夹持架13整体具有旋转功能，同时小孔夹持架13可以夹持三个待测的小孔，每个待测的小孔也可以单独旋转；小孔夹持架上包括位置一 14，位置二 15，位置三16 ;位置一 14，位置二 15，位置三16都可以单独旋转，如图2所示，第一待测小孔放置在位置一14，第二待测小孔放置在位置二 15，第三待测小孔放置在位置三16，小孔夹持架上的位置
一14、位置二 15、位置三16中心连线为一个等边三角形，且等边三角形中心为小孔夹持架旋转中心，图中虚线表示位置一 14，位置二 15，位置三16中心连线为等边三角形。在测量过程中，小孔夹持架位置和半透半反镜8、分光镜9中心关系如图3所示；由于图3为体现小孔夹持架13位置和半透半反镜8、分光镜9中心空间立体的关系，因此位置一 14、位置二15、位置三16的形状表示为椭圆形，图中虚线表示位置一 14中心对准半透半反镜8中心，位置二 15中心对准分光镜9中心。会聚光学单元17，用于将干涉后的测试光投射到CXD探测器18上，小孔夹持架上的两个小孔产生的衍射球面波发生干涉产生干涉测试光会聚到CCD探测器18上形成并记录干涉图案，计算机19与CXD探测器18连接，计算机19存储并处理CXD探测器18记录干涉图案。所述干涉图案包含了小孔夹持架上小孔的衍射球面波信息。通过对干涉图案的处理，可以分别标定出小孔的衍射球面波的误差信息。移相器11和反射镜10连接，计算机19控制移相器11移动产生移相。在测量步骤S1-S3时采用图I所示的测量装置，装置激光器I发射的光经过滤波孔2，光束发散后经过一个聚光镜3，聚光镜3会聚光到一个空间滤波器4，滤掉杂光，再经过一个扩束镜5进行扩束，扩束过的激光经过一个\ /2波片6，旋转激光的偏振方向，再通过一个X /4波片7将线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光经过一个半透半反镜8分成两路光，经过半透半反镜8反射的第一路光照射到待测小孔，第二路光经过半透半反镜8透射后经分光镜9透射，经过分光镜9透射的光再经过反射镜10反射，反射镜由移相器连接用于产生相位变化，反射镜10反射的光再经分光镜9反射，分光镜9反射的光经过衰减片照射到待测小孔，第二路光照射小孔产生的衍射球面波与第一路光照射小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元17，再由CCD探测器18收集。图4为本发明小孔标定的检测方法过程，其中描述了图5步骤S1-S3发生干涉的两个小孔衍射球面波相互位置关系的不意图；图5示出本发明光学面形的检测方法过程流程图，具体步骤如下步骤SI :设三个待测小孔为第一待测小孔、第二待测小孔、第三待测小孔；将第一待测小孔放在小孔夹持架13中位置一 14 ;将第二待测小孔放在小孔夹持架13中位置二15 ;将第三待测小孔放在小孔夹持架13位置三16，调整小孔夹持架13，使第一待测小孔，第二待测小孔分别对准半透半反镜8和分光镜9中心。装置激光器I发射的光经过滤波孔2，光束发散后经过一个聚光镜3，聚光镜3会聚光到一个空间滤波器4，滤掉杂光，再经过一个扩束镜5进行扩束，扩束过的激光经过一个\ /2波片6，旋转激光的偏振方向，再通过一个入/4波片7将线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光经过一个半透半反镜8分成两路光。经过半透半反镜8反射的第一路光照射到第一待测小孔，第二路光经过半透半反镜8透射后经分光镜9透射，经过分光镜9透射的光再经过反射镜10反射，反射镜10由移相器11连接用于产生相位变化，分光镜9反射的光经过衰减片12照射到第二待测小孔。第二待测小孔产生的衍射球面波与第一待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元17会聚到CXD探测器18上形成干涉图案，CXD探测器18记录后经由计算机19存储并处理，通过移相器11进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为M1 = A+B
其中A表示夹持架上位置一 14的第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，B表不夹持架上位置二 15的第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M1表不为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；步骤S2 :在步骤SI位置沿顺时针方向旋转小孔夹持架60°，这时位置一 14、位置二 15、位置三16相当于在步骤SI的基础上顺时针旋转60°，这时逆时针旋转位置一 14，位置二 15、位置三16各60°，使位置一 14、位置二 15、位置三16回到步骤SI位置。这时第二待测小孔，第三待测小孔分别对准半透半反镜8和分光镜9中心。测量第二待测小孔和第三待测小孔产生衍射球面波的光程差M2 = B+C其中B表示夹持架上位置二 15的第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息。C表示夹持架上位置三16的第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M2表示为第二待测小孔产生的衍射球面的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；步骤S3 :在步骤S2位置沿顺时针方向旋转小孔夹持架60°，这时位置一 14、位置二 15、位置三16相当于在步骤S2的基础上顺时针旋转60°，也即在步骤SI的基础上顺时针旋转60°。这时逆时针旋转位置一 14，位置二 15、位置三16各60°，使位置一 14、位置
二15、位置三16回到步骤SI位置。这时第三待测小孔，第一待测小孔分别对准半透半反镜8和分光镜9中心。测量第三待测小孔和第一待测小孔产生衍射球面波的光程差M3 = C+A其中C表示夹持架上位置三16的第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息。A表不夹持架上位置一 14的第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M3表不为第三待测小孔产生的衍射球面的面形和第一待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差；步骤S4 :根据记录的光程差信息M1, M2, M3，使用计算机解出第一待测小孔产生的衍射球面波面形A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息C。所述第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息C可以求出
权利要求
1.一种检测小孔衍射球面波光学面形的检测装置，其特征在于，该装置包括激光器(I)、滤波孔⑵、聚光镜⑶、空间滤波器⑷、扩束镜(5)、A /2波片(6)、A /4波片(7)、半透半反镜(8)、分光镜(9)、反射镜(10)、移相器(11)、衰减片(12)、小孔夹持架(13)、会聚光学单元(17)、CCD探测器(18)和计算机(19)； 激光器(I)，用于发出激光作为照明光源； 滤波孔(2)，利用衍射效应用于将激光器(I)发出的光散射； 聚光镜(3)，用于收集滤波孔(2)发出的散射光； 空间滤波器(4)，用于将聚光镜(3)收集的光过滤掉杂散光； 扩束镜(5)，用于将空间滤波器(4)过滤的点光源的光变为平行光； 入/2波片￠)，用于旋转经过扩束镜(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)结合来调节产生圆偏振光； 半透半反镜(8),用于将圆偏振光分成两束光,一束透射,一束反射； 分光镜(9)，用于光束传播方向控制，该分光镜(9)将经过半透半反镜(8)的光透射，将经过反射镜(10)反射的光反射； 反射镜(10)，用于将光束反射，该反射镜(10)用来产生移相的效应； 移相器(11)，和反射镜(10)相连，由计算机(19)控制移相器(11)的移动，产生移相； 衰减片(12)，用于改变分光镜(9)反射光束的光强； 小孔夹持架(13)，用于夹持三个待测的小孔，小孔夹持架(13)整体具有旋转功能，同时小孔夹持架(13)可以夹持三个待测的小孔，每个待测的小孔也可以单独旋转； 会聚光学单元(17)，用于将干涉后的测试光投射到CCD探测器(18)上，小孔夹持架(13)上的两个小孔产生的衍射球面波发生干涉产生干涉测试光会聚到CCD探测器(18)上形成并记录干涉图案，计算机(19)与CCD探测器(18)连接，计算机(19)存储并处理CCD探测器(18)记录干涉图案，所述干涉图案包含了小孔夹持架(13)上小孔的衍射球面波信息，计算机(19)通过对干涉图案的处理，可以分别标定出小孔的衍射球面波的误差信息；其中滤波孔(2)放置在激光器(I)的出光口，聚光镜(3)放置在滤波孔(2)和空间滤波器⑷中间，滤波孔⑵放置的位置为聚光镜⑶物面位置，空间滤波器⑷放置在聚光镜(3)像面位置；空间滤波器(4)同时放置在扩束镜(5)的前焦点，A /2波片(6)、入/4波片(7)、半透半反镜(8)依次放置在扩束镜(5)后面，其中滤波孔(2)、聚光镜(3)、空间滤波器(4)、扩束镜(5)、入/2波片(6)、入/4波片(7)、半透半反镜(8)的中心都在同一光轴上，入/2波片(6)、入/4波片(7)平行于扩束镜(5);半透半反镜⑶与光轴成45°角，分光镜(9)的中心在光轴上,与光轴成45°角，分光镜(9)后面放置反射镜(10),反射镜(10)与移相器(11)相连；衰减片(12)平行于光轴，衰减片(12)中心对准分光镜(9)中心；小孔夹持架(13)平行于光轴；会聚光学单元(17)平行于光轴；CCD探测器(18)放在会聚光学单元(17)后面；计算机(19)与CCD探测器(18)连接。
2.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在于所述分光镜(9)主要使一个方向入射的光束反射，一个方向入射的光束透射，可以用棱镜镀膜制作，也可以用平面镜镀膜来实现。
3.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在于小孔夹持架(13)上的三个待测的小孔的中心对应位置为位置一、位置二、位置三，位置一、位置二、位置三中心连线为一个等边三角形，且等边三角形中心为小孔夹持架旋转中心。
4.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在于待测的小孔可以不镀膜，可以镀增透膜，也可以镀衰减膜。
5.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在于所述反射镜(10)可以采用平面镜，可以采用平面镜组，可以采用棱镜，也可以是以上光学元件的组合。
6.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在于所述聚光镜(3)可以采用透镜或者透镜组组合。
7.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在于所述扩束镜(5)可以采用透镜或者透镜组合。
8.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在于所述会聚光学单元(17)可以采用透镜或者透镜组合，也可以是变焦距光学系统。
9.一种使用权利要求I至8任一项所述的检测装置的小孔衍射球面波的检测方法，其特征在于该检测方法采用绝对测量法，是利用三个待测小孔互检的方式，把待测小孔产生的衍射球面波测量出来，具体检测步骤如下 步骤SI :设三个待测小孔为第一待测小孔、第二待测小孔、第三待测小孔；将第一待测小孔放在小孔夹持架中位置一；将第二待测小孔放在小孔夹持架中位置二 ；将第三待测小孔放在小孔夹持架位置三，调整小孔夹持架，使第一待测小孔，第二待测小孔分别对准半透半反镜和分光镜中心；激光器发射的光经过滤波孔，光束发散后经过一个聚光镜，聚光镜会聚光到一个空间滤波器，滤掉杂光，再经过一个扩束镜进行扩束，扩束过的激光经过一个X/2波片，旋转激光的偏振方向，再通过一个X/4波片将线偏振光转换为圆偏振光，圆偏振光经过一个半透半反镜分成两路光，经过半透半反镜反射的第一路光照射到第一待测小孔，第二路光经过半透半反镜透射后经分光镜透射，经过分光镜透射的光再经过反射镜反射，反射镜由移相器连接用于产生相位变化，反射镜反射的光再经分光镜反射，分光镜反射的光经过衰减片照射到第二待测小孔，第二待测小孔产生的衍射球面波与第一待测小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元会聚到CCD探测器上形成干涉图案，CXD探测器记录后经由计算机存储并处理，通过移相器进行移相后记录不同的干涉图，干涉图经数据处理后解出光程差信息为M1 = A+B 其中A表示夹持架上位置一的第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，B表示夹持架上位置二的第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M1表示为第一待测小孔产生的衍射球面波的面形和第二待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差； 步骤S2 :在步骤SI位置沿顺时针方向旋转小孔夹持架60°，这时位置一、位置二、位置三相当于在步骤SI的基础上顺时针旋转60°，这时逆时针旋转位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步骤SI位置，这时第二待测小孔，第三待测小孔分别对准半透半反镜和分光镜中心，测量第二待测小孔和第三待测小孔产生衍射球面波的光程差M2 = B+C 其中B表示夹持架上位置二的第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，C表示夹持架上位置三的第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M2表示为第二待测小孔产生的衍射球面的面形和第三待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差； 步骤S3 :在步骤S2位置沿顺时针方向旋转小孔夹持架60°，这时位置一、位置二、位置三相当于在步骤S2的基础上顺时针旋转60°，也即在步骤SI的基础上顺时针旋转60°，这时逆时针旋转位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步骤SI位置，这时第三待测小孔，第一待测小孔分别对准半透半反镜和分光镜中心，测量第三待测小孔和第一待测小孔产生衍射球面波的光程差M3 = C+A 其中C表示夹持架上位置三的第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，A表示夹持架上位置一的第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息，M3表示为第三待测小孔产生的衍射球面的面形和第一待测小孔产生的衍射球面波的面形的光程差； 步骤S4 :根据记录的光程差信息M1, M2, M3，使用计算机解出第一待测小孔产生的衍射球面波面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息C。
10.根据权利要求9所述小孔衍射球面波的检测方法，其特征在于所述第一待测小孔产生的衍射球面波的面形信息A，第二待测小孔产生的衍射球面波的面形信息B、第三待测小孔产生的衍射球面波的面形信息C可以求出
全文摘要
本发明提供一种检测小孔衍射球面波光学面形的检测装置及方法，从激光器发射的光经过滤波孔、聚光镜、空间滤波器、扩束镜、λ/2波片、λ/4波片、半透半反镜后分成两路光，经过半透半反镜反射的第一路光照射第一小孔，第二路光经过半透半反镜透射后经分光镜透射，再经反射镜反射的光再经分光镜反射，再经衰减片照射到第二小孔。第二小孔产生的衍射球面波与第一小孔产生的衍射球面波发生干涉，干涉条纹经过会聚光学单元，再由光学探测器收集。然后旋转小孔夹持架，测量第二小孔和第三小孔产生的衍射球面波的误差。再次旋转小孔夹持架，测量第三小孔和第一小孔产生的衍射球面波的误差，从而解出三个小孔产生的衍射球面波的误差。本发明降低高精度小孔的加工成本，同时使测量更加自动化，不需要更换小孔。
文档编号G01J9/02GK102620842SQ20121010674
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者许嘉俊, 贾辛, 邢廷文 申请人:中国科学院光电技术研究所