用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接测量装置与方法
【专利摘要】一种用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接测量装置，包括：斐索干涉仪、第一标准镜、第二标准镜、45度平面镜、拼接位移台、二维调整架、倾斜二维调整架。本发明在被测45度平面镜上方加入反射镜，使光原路返回，对45度平面镜进行子孔径拼接干涉测量，采用变权重法对子孔径面形数据进行拼接，得到全口径面形。本发明具有：1，操作简易，45度平面镜镜面不易变形，测量精度高；2，子孔径面形数据采用变权重数据融合拼接，精度高；3，通过改变第一标准镜和第二标准镜的反射率，既可以测量未镀膜面，也可以测量高反面，均有较高的干涉对比度的优点。
【专利说明】用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接测量装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及子孔径拼接干涉计量测试领域，特别是一种用于45度平面镜面形检 测的装置与方法。
【背景技术】
[0002] 子孔径拼接干涉测量技术能够以低成本实现大口径光学元件的高精度测量。最 初子孔径拼接干涉测量技术采用Zernike多项式来描述波前，可以获得基于Zernike多项 式的全口径面形分布。（1.【Stephen C. Jensen, Weng，W. Chow, and George N. Lawrence. Subaperture testing approaches: a comparison[J]· APPLIED OPTICS, 1984,23(5):740? 745】 和 2.【James E. Negro. Subaperture optical system testing[J]. APPLIED OPTIC, 1984, 23 (12) : 1921?1930)。Stuhlinger提出离散相位法，波前采用在子孔径上分 布的大量的离散点的光学相位值来描述，根据子孔径重叠区的相位通过最小二乘法确定子 孔径测量过程中的相对倾斜，进而拼接得到全口径面形分布。（3.【Tilman W. Stuhlinger. Subaperture optical testing:experimental vertification[C]. SPIE, 1986, 656:118 ~ 127】）。Otsubo提出误差均化思想，要求所有子孔径重叠区中相关值的平方和同时达 到最小，以得到全口径面形分布。（4.【Masashi 0tsubo，Katsuyuki Okada and Jumpei Tsujiuchi.Measurement of Large Plane Surface Shape with Interferometric Aperture Synthesis[C]· SPIE, 1992, 1720:444 ?447】）。Michael Bray 对子孔径拼接 测量系统进行了阐述并制造出了实用化的大口径平面光学元件的子孔径拼接干涉仪。 ([Michael Bray. Stitching interferometer for large piano optics using a standard interferometer[C]· SPIE, 1997, 3134:39?50】）。美国QED公司研制成功自动拼接干涉 仪，能够实现平面、球面和适当偏离度的非球面的检测。
[0003] 45度平面镜是光刻机工件台方镜等高精度光学元件的重要组成部分，在加工过程 中需要高精度检测。以上子孔径拼接干涉测量方案，只能对于单一平面面形进行检测，对于 45度平面镜的检测，传统方法：①将斐索干涉仪45度放置，但是操作困难，实验不方便；② 将45度平面镜45度放置，平面镜有可能变形，影响面形精度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，是提供一种用于45度平面镜面形 检测的子孔径拼接测量装置与方法，能够检测45度平面光学元件的全口径面形，操作简易 而且平面镜不易变形，检测精度高。
[0005] 本发明的技术解决方案如下：
[0006] -种用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接测量装置，其特点在于，包括：斐索 干涉仪、放置在该斐索干涉仪的参考镜调整架上的第一标准镜、拼接位移台、固定在该拼接 位移台上的二维调整架、装夹在该二维调整架上的45度平面镜、倾斜二维调整架，以及装 夹在该倾斜二维调整架上的第二标准镜；
[0007] 所述的45度平面镜与所述的斐索干涉仪的发射光呈45度，所述的第二标准镜位 于该45度平面镜的上方、且与该45度平面镜的一反射光呈45度。
[0008] 斐索干涉仪发出的光穿过第一标准镜后入射到45度平面镜，经45度平面镜反射 后入射到第二标准镜，被第二标准镜反射后，光沿原路返回。
[0009] 所述的第一标准镜与斐索干涉仪的光轴对准。
[0010] 标称反射率为1 %的第一标准镜与标称反射率为99%的第一标准镜组合测量未 镀膜45度平面镜。
[0011] 标称反射率为4%的第一标准镜与标称反射率为4%的第一标准镜组合测量高反 射率45度平面镜。
[0012] 一种利用上述用于45度平面镜的子孔径拼接装置进行测量的方法步骤如下：
[0013] ①调整第一标准镜，使其与斐索干涉仪的光轴对准；
[0014] ②调节二维调整架与倾斜二维调整架，使干涉条纹接近零条纹；
[0015] ③利用所述的斐索干涉仪，对45度平面镜进行一次子孔径拼接干涉测量，得到45 度平面镜的一个子孔径面形分布A (X，y)并存储；
[0016] ④移动拼接位移台（5)运动至45度平面镜的下一个子孔径；
[0017] ⑤重复进行步骤②、③和④，完成全部子孔径的测量；
[0018] ⑥利用变权重数据融合拼接方法将45度平面镜的子孔径面形分布Mk(x，y)数据 拼接，得到45度平面镜的全口径面形分布W (X，y)。
[0019] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：
[0020] 1、在光路中加入反射镜对45度平面镜进行测量，操作简易，45度平面镜镜面不易 变形，测量精度高。
[0021] 2、子孔径面形数据采用变权重数据融合拼接，拼接精度高。
[0022] 3、通过改变第一标准镜和第二标准镜的反射率，既可以测量未镀膜面，也可以测 量高反面，均有较高的干涉对比度。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接测量装置的结构示意图。
[0024] 图2为本发明方法步骤⑥变权重数据融合拼接原理示意图。
【具体实施方式】
[0025] 为了更好的理解本发明实施例的目的、技术方案和优点，下面结合附图及实施例 对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0026] 实施例1
[0027] -种用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接测量装置，如图1所示，斐索干涉仪 1发出的光穿过标称反射率为1 %的第一标准镜2,经标称反射率为4%的45度平面镜反射 后到达标称反射率为99%第二标准镜3,经标称反射率为99%第二标准镜3反射后，光沿原 路返回；第一标准镜2装夹在所述水平放置的斐索干涉仪的参考镜调整架1-1上；45度平 面镜4装夹在固定于拼接位移台5上的二维调整架6上与斐索干涉仪1发出的光呈45度； 第二标准镜3装夹在倾斜二维调整架7上，并放置于45度平面镜上方；所用的拼接位移台 为一维线性位移台；所用的二维调整架是具有俯仰和偏摆两个调节自由度的调整架，通过 调节使干涉仪出射光与被测45度平面镜的夹角发生变化；所采用倾斜二维调整架是具有 俯仰和偏摆两个调节自由度的调整架，通过其调节使干涉仪出射光与二标准镜的夹角发生 变化；测量干涉对比度为80%。
[0028] -种利用上述用于45度平面镜的子孔径拼接装置进行测量的方法，步骤如下：
[0029] ①调整第一标准镜2,使其与斐索干涉仪1的光轴对准；
[0030] ②调节二维调整架6与倾斜二维调整架7,使干涉条纹接近零条纹；
[0031] ③利用所述的斐索干涉仪1，对45度平面镜4进行一次子孔径拼接干涉测量，得到 45度平面镜4的一个子孔径面形分布A (X，y)并存储；
[0032] ④移动拼接位移台5运动至下一个子孔径；
[0033] ⑤重复进行步骤②、③和④，完成全部子孔径的测量；
[0034] ⑥利用变权重数据融合拼接方法将45度平面镜的子孔径面形分布Μ (X，y)数据拼 接，得到45度平面镜的全口径面形分布W(x，y)。
[0035] 经步骤①?⑤得到平面光学元件的子孔径面形数据，若采用直接拼接在拼接位置 会出现拼接缝隙，即拼接后的面形不连续，不能正确反映平面光学元件的面形。拼接缝隙是 由多种原因造成的。在拼接测量中，受拼接位移台定位误差，干涉仪标准镜面形误差、干涉 仪测试重复性等因素综合影响，两两拼接时，拼接缝隙处两次测量结果必然存在差别，因此 直接拼接一定会产生拼接缝隙。拼接缝隙的存在说明拼接结果存在较大的拼接噪声，而拼 接噪声将导致最终的完整拼接的面形误差增大，拼接面形精度降低，不能准确地检测出平 面面形，因此有必要对拼接缝隙进行消除。
[0036] 采用变权重数据融合拼接能够消除拼接缝隙，其基本原理如下，Wi和W2为相邻的 两次子孔径测量，W(x，y)是两次测量重叠区的任意一点的相位，其在水平方向距离左边界 的水平距离为U，距离右边界的水平距离为L 2，则拼接融合后该点的相位值W'（x，y)为：
【权利要求】
1. 一种用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接测量装置，其特征在于，包括：斐索干 涉仪（1)、放置在该斐索干涉仪（1)的参考镜调整架（1-1)上的第一标准镜（2)、拼接位移 台（5)、固定在该拼接位移台（5)上的二维调整架￠)、装夹在该二维调整架（6)上的45度 平面镜（4)、倾斜二维调整架（7)，以及装夹在该倾斜二维调整架（7)上的第二标准镜（3); 所述的45度平面镜（4)与所述的斐索干涉仪（1)的发射光呈45度，所述的第二标准 镜（3)位于该45度平面镜（4)的上方、且与该45度平面镜（4)的一反射光呈45度。
2. 根据权利要求1所述的一种用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接测量装置，其特 征在于，所述的第一标准镜（2)与斐索干涉仪（1)的光轴对准。
3. 根据权利要求1所述的一种用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接测量装置，其特 征在于，标称反射率为1%的第一标准镜（2)与标称反射率为99%的第一标准镜（3)组合 测量未镀膜45度平面镜（4)。
4. 根据权利要求1所述的一种用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接测量装置，其特 征在于，标称反射率为4%的第一标准镜（2)与标称反射率为4%的第一标准镜（3)组合测 量高反射率45度平面镜（4)。
5. -种利用权利要求1?4任一所述的一种用于45度平面镜面形检测的子孔径拼接 测量装置进行检测的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤： ① 调整第一标准镜（2)，使其与斐索干涉仪（1)的光轴对准； ② 调节二维调整架（6)与倾斜二维调整架（7)，使干涉条纹接近零条纹； ③ 利用斐索干涉仪（1)，对45度平面镜（4)进行一次子孔径拼接干涉测量，得到45度 平面镜（4)的一个子孔径面形分布A (x，y)并存储； ④ 移动拼接位移台（5)至45度平面镜（4)的下一个子孔径； ⑤ 重复进行步骤②、③和④，完成全部子孔径的测量； ⑥ 利用变权重数据融合拼接方法将45度平面镜的子孔径面形分布Mk(x，y)，数据拼 接，得到45度平面镜的全口径面形分布W(x，y)。
【文档编号】G01B11/24GK104154876SQ201410422479
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】李永, 唐锋, 王向朝, 李 杰, 吴飞斌 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所