專利名稱：確定光學表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差的方法和裝置的制作方法
確定光學表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差的方法和裝置
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及確定光學表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差
(deviation)的方法和裝置。此外，本發(fā)明涉及光學元件的制造方法。 例如，在WO 2006/077145 A2中描述了這種類型的裝置。該裝置包括 用于產(chǎn)生測量波的干涉儀，其波前在此適合光學表面的理想形狀。適 合的測量波的波前在光學表面上反射之后被干涉分析，從而確定光學 表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差。
具有光學表面的光學元件例如是諸如透鏡或反射鏡的光學組件。 這些類型的光學組件用于光學系統(tǒng)，例如天文學中所使用的望遠鏡或 者光刻工藝中所使用的成像系統(tǒng)。基本上通過光學系統(tǒng)的光學組件的 能夠被制造以及隨后被處理的精度確定這種類型的光學系統(tǒng)的成功程 度，從而光學系統(tǒng)的表面形式分別對應于光學系統(tǒng)的設(shè)計者在設(shè)計光 學系統(tǒng)時所確定的理想形式。在這種類型的制造框架中，需要將被處 理的光學表面的形式與光學系統(tǒng)的理想形式進行比較，以及確定完成 的表面和理想表面之間的任何差別和偏差。在被處理的表面和理想表 面之間的差別超過例如預先確定的閾值的區(qū)域可以處理光學表面。
通常，干涉儀用于光學表面的非常高精度的測量。傳統(tǒng)的用于測 量光學表面的干涉儀配置通常包括相干光源和干涉儀光學系統(tǒng)，從而 產(chǎn)生入射到待測表面的測量光束，使得測量光的波前在待測表面的位 置分別具有與待測表面的理想形式相同的形狀。在這種情況下，測量 光束的光基本上垂直地入射到被測量表面的每個位置，然后自身從被 測量表面反射回去。然后反射回的測量光和參考表面反射回的參考光 重合。然后可以從由此產(chǎn)生的干涉確定被測量表面的形式偏離理想形 式的偏差。
而通過使用傳統(tǒng)的干涉儀光學系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生球面波前，用于以 相對高的精度測量球面光學表面，為了產(chǎn)生非球面波前的測量光束從 而使測量光在待測量的非球面光學表面的每個位置垂直入射到該待測量的非球面光學表面，需要先進的技術(shù)。為了產(chǎn)生這些類型的測量光
束，使用了被稱為零透鏡(zero lenses), K系統(tǒng)或補償器的光學系統(tǒng)。 在Wiley interscience出版社1992年所出版的Daniel Malacara所著的教 科書《OpticalShopTesting》第二版的第12章中有對這種零透鏡或補 償器的背景知識的描述。
這種用于產(chǎn)生非球面波前的補償器可以包括一個或多個諸如透鏡 的折射光學元件，或一個或多個諸如衍射光柵或全息圖(hologram)的 衍射光學元件?？梢栽贒aniel Malacara所著的上述教科書的第15.1、 15.2和15.3章中找到涉及在干涉儀光學系統(tǒng)中使用衍射光柵的背景知 識。
該衍射光柵可以是由通過諸如光線追跡的方法的合適的計算方法 仿真的干涉儀的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的計算機產(chǎn)生的全息圖(CGH)，以及在此計
算的衍射光柵的相位函數(shù)從而后者在干涉儀配置的光路中具有理想的 函數(shù)。這可以從衍射光柵的被計算的相位函數(shù)中產(chǎn)生。
產(chǎn)生這些類型的計算機產(chǎn)生的全息圖的方法包括例如光刻 (lithographic)步驟輔助，使用激光束或電子束寫光柵。
這里的一個問題是高線密度的衍射光柵的效應難以用簡單的衍射 理論預測，此外諸如底板高度(baseheight)、邊緣陡度和邊緣的圓度 等光柵的制造相關(guān)參數(shù)影響光柵的效應，所述高線密度光柵指光柵周 期不充分大于所使用的檢測光的波長的情況。這樣的影響不僅由光柵 周期決定，在該技術(shù)領(lǐng)域也被稱為嚴格效應(rigorous effect)。
從WO03/048715A1可知一種具有CGH的干涉儀配置，其產(chǎn)生兩 種類型的波前， 一種類型的波前是用于測量非球面光學表面的非球面 波前，而另一類型的波前則基本上是球面波前，通過該球面波前可以 測量標定塊(calibration block)。通過標定塊的測量可以得到關(guān)于全息 圖對測量光的效應的結(jié)論，所述測量光之后可以在分析非球面光學表 面測量時使用。
所謂的旋轉(zhuǎn)平均法(rotation averaging method)已被證明有利于最 精確的干涉測量。但是旋轉(zhuǎn)平均法只適合測量旋轉(zhuǎn)對稱的表面。無旋 轉(zhuǎn)對稱性的自由形式表面不能使用旋轉(zhuǎn)平均法測量。對于明顯離心的 離軸非球面，在一些旋轉(zhuǎn)位置只能得到有明顯缺點的測量。離軸非球面被理解為具有相對于其對稱軸明顯離心的待測量的表面區(qū)域的基本 上旋轉(zhuǎn)對稱的非球面。對于這類離軸非球面的一些旋轉(zhuǎn)位置的測量來 說，測試光學系統(tǒng)必須不僅被設(shè)計用于待測試的離軸的有用區(qū)域，實
際上還用于能夠減少局部分辨率(local resolution)的旋轉(zhuǎn)對稱非球面 的母表面。
基本目的
本發(fā)明的目的是解決上述的問題，特別是提供高精度測量任意形 狀的光學表面特別是非球面光學表面的方法和儀器。需特別指出，本 發(fā)明能夠測量非旋轉(zhuǎn)對稱表面。這些類型的非旋轉(zhuǎn)對稱光學表面包括 例如非旋轉(zhuǎn)對稱樣本或旋轉(zhuǎn)對稱樣本的離軸區(qū)域的光學表面。
發(fā)明的解決方案
根據(jù)本發(fā)明使用權(quán)利要求5的方法，權(quán)利要求35的方法，權(quán)利要 求40的裝置，以及權(quán)利要求1的光學元件實現(xiàn)該目的。從屬權(quán)利要求 中詳述了發(fā)明的更多優(yōu)勢。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種確定光學表面的實際形狀偏離理想形狀 的偏差的方法。本發(fā)明的方法包括以下步驟提供入射電磁測量波； 提供兩個衍射結(jié)構(gòu)，所述兩個衍射結(jié)構(gòu)被設(shè)計為重塑到達波的波前； 通過輻射入射測量波到至少一種衍射結(jié)構(gòu)上，標定衍射結(jié)構(gòu)的至少其 中之一，以及在測量波與至少一個待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作用后，確 定測量波的實際波前偏離理想波前的標定偏差；將兩個衍射結(jié)構(gòu)置于 入射測量波的光路中，從而測量波的各條光線都可以輻射通過兩個衍 射結(jié)構(gòu)，以及通過兩個衍射結(jié)構(gòu)重塑入射測量波，以形成適合的測量 波，其波前適合光學表面的理想形狀；將光學表面置于適合的測量波 的光路中，從而適合的測量波與光學表面相互作用，以及在適合的測 量波和光學表面相互作用之后測量適合的測量波的波前。
根據(jù)本發(fā)明，進一步的目的是得到一種確定光學表面的實際形狀 偏離理想形狀的偏差的裝置。根據(jù)本發(fā)明的該裝置包括提供入射電磁 測量波的部件，兩個衍射結(jié)構(gòu)，所述兩個衍射結(jié)構(gòu)被設(shè)計為用于分別 重塑到達波的波前，在裝置處于測量模式時，兩種衍射結(jié)構(gòu)都置于入
15射測量波的光路中，從而入射測量波的各條光線都能輻射通過兩個衍 射結(jié)構(gòu)，以及通過兩個衍射結(jié)構(gòu)重塑入射測量波以形成適合的測量波， 其波前適合光學表面的理想形狀。根據(jù)本發(fā)明的裝置進一步包括標定 兩個衍射結(jié)構(gòu)的至少其中之一的部件，所述衍射結(jié)構(gòu)被設(shè)計為在測量 波與至少一個待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作用后，確定測量波的實際波前 偏離理想波前的標定偏差，以及用于在適合的測量波與光學表面發(fā)生 相互作用后，確定適合的測量波的波前的波前測量設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，通過這些類型的衍射結(jié)構(gòu)能夠以高精度任意操縱理 想波前。此類型的衍射結(jié)構(gòu)可以具有全息圖，特別是計算機產(chǎn)生的全 息圖(CGH)。通過例如光束追跡的方法用計算機計算出合適的光柵并
將計算好的光柵寫到基板表面從而制造CGH?？梢允褂美绻饪谭椒?br> 制造光柵。使用衍射結(jié)構(gòu)能夠非常精確地調(diào)整適合的測量波的理想波
、/ -刖。
在適合的測量波與光學表面發(fā)生相互作用后，就可以測量適合的 測量波的波前，例如，使用干涉儀。適合于此的干涉儀包括，例如斐
索(Fizeau)型，威曼格林(Twyman Green)型，麥克爾遜(Michelson) 型和馬赫曾德(Mach-Zehnder)型干涉儀等。在Wiley Interscience出 版社1992年所出版的Daniel Malacara所著的教科書《Optical Shop Testing》第二版的2章中描述了這些類型干涉儀的示例。光學表面的 實際形狀偏離理想形狀的偏差可以通過所測量的波前而確定。有利地， 根據(jù)本發(fā)明的方法包括從所測量的波前確定光學表面的實際形狀偏離 理想形狀的偏差這一步驟。
正如上文所述，通過將入射測量波輻射到至少一個待標定的衍射 結(jié)構(gòu)上以及在測量波和待標定的至少一個衍射結(jié)構(gòu)相互作用后確定測 量波的實際波前偏離理想波前的偏差，這里稱為標定偏差，從而標定 兩個衍射結(jié)構(gòu)的至少其中之一。從而根據(jù)本發(fā)明，在測量波和待標定 的衍射結(jié)構(gòu)相互作用后，例如在測量波在衍射結(jié)構(gòu)上反射或測量波通 過衍射結(jié)構(gòu)之后，考慮到其實際波前偏離理想波前的偏差，分析入射 測量波。從而，由此確定的標定偏差就是和待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作 用后的測量波偏離理想波的偏差的度量。當經(jīng)過兩個衍射結(jié)構(gòu)之后， 入射測量波被重塑以形成適合的測量波，其波前適合光學表面的理想形狀。適合的測量波的各條光線分別垂直入射到光學表面的理想形狀 (自準直位置)。
通過根據(jù)本發(fā)明標定兩個衍射結(jié)構(gòu)的至少其中之一，能夠以高精 度實現(xiàn)光學表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差的確定。當確定光學 表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差時，在測量波和至少一個待標定 的衍射結(jié)構(gòu)相互作用之后，通過標定非常精確的了解的測量波的實際 波前偏離理想波前的偏差可以在計算中加以考慮。
根據(jù)本發(fā)明，入射測量波的各條光線輻射通過全部兩個衍射結(jié) 構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，為了這個目的，例如兩個衍射結(jié)構(gòu)可以在入射測量 波的光路中相繼置于各自的基板上。另一選擇為，兩個衍射結(jié)構(gòu)可以 諸如互相疊置在公共基板上，從而兩個衍射結(jié)構(gòu)中的一個形成基光柵
(base grating),另一個衍射結(jié)構(gòu)形成上光柵(over-grating)。在這種情 況下，入射測量波的各條光線也輻射穿過基光柵和上光柵的形式的兩 個衍射結(jié)構(gòu)。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，提供兩個衍射結(jié)構(gòu)，所述兩個衍 射結(jié)構(gòu)或者疊置在一個表面上，或者分別置于不同的表面上。衍射結(jié) 構(gòu)的第一個與第二衍射結(jié)構(gòu)相比較具有高的線密度。第一衍射結(jié)構(gòu)的 誤差對于結(jié)果波前具有比較大的影響。第一衍射結(jié)構(gòu)也具有較強的嚴 格效應。第二衍射結(jié)構(gòu)具有低的衍射效應。第二衍射結(jié)構(gòu)的誤差對于 結(jié)果波前具有比較小的影響。第二衍射結(jié)構(gòu)只在比較小的程度上具有 嚴格效應。從而，通過理論計算和第一衍射結(jié)構(gòu)的量化(測量)可以 很好的預測誤差的影響。
兩個衍射結(jié)構(gòu)的光束形成效應(beam-form effect)的組合從干涉 儀的入射光產(chǎn)生用于波形測試或者非球面、離軸非球面或自由形式表 面的形式測試的測試波(testwave)，以及用于測量已知的標定波。
通過理論計算和量化計算標定，測試波的誤差可以被很好的確定， 以及在形狀測試的時候加以考慮。基于單獨的衍射結(jié)構(gòu)的衍射的光束 形成效應的組合可以在數(shù)學上如下描述
<!>P=m j * cp i +m2p * 92
Op/K表示測試波和標定波的波前，化/2表示具有高的或低的線密度的衍射結(jié)構(gòu)在第一級產(chǎn)生的波前， m,^0表示具有高線密度的衍射結(jié)構(gòu)上的測試波和標定波共同的
衍射級數(shù)。
m2p^m2K表示具有低線密度的衍射結(jié)構(gòu)上的測試波和標定波的不 同的衍射級數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，衍射結(jié)構(gòu)順序的排列。為了這個 目的，衍射結(jié)構(gòu)可以置于各自的基板上。從而對于標定或者形狀測試， 有可能從光路中完全去除基板(+光柵)?？蛇x擇的，順序放置的衍射 結(jié)構(gòu)可以置于公共基板的前側(cè)和后側(cè)。在根據(jù)本發(fā)明的可選擇的實施 例中，衍射結(jié)構(gòu)疊置，粗光柵((P2)作為細光柵((p,)的上光柵。細光 柵和粗光柵兩者都可以被設(shè)計為振幅或相位光柵。設(shè)計為相位光柵則 光柵效率增加，因為首先它們不阻擋光(例如通過吸收)，其次抑制零 級衍射級以及向其他衍射級按比例傳導光。
在已經(jīng)提到的根據(jù)本發(fā)明的實施例中，在入射測量波的光路中衍 射結(jié)構(gòu)相繼放置。第一衍射結(jié)構(gòu)被標定，另一衍射結(jié)構(gòu)僅導致相對小 的波前形變。這樣，考慮到其波前形變特性，這可以相對高精確度地 產(chǎn)生。從而，可以提供適合的測量波，可以非常精確的了解其偏離光 學表面的理想形狀的偏差。這應用于任何光學表面的理想形狀。這樣， 光學表面可以例如被設(shè)計為自由形式表面。這樣，通過適合的測量波 的波前的精確的了解，光學表面可以以高精度被測量。
通過根據(jù)本發(fā)明標定第一衍射結(jié)構(gòu)，大部分的測試組合誤差可以 被標定。實質(zhì)上，僅余下第二衍射結(jié)構(gòu)的誤差貢獻。通過根據(jù)本發(fā)明 的標定的方式，大部分的測試組合誤差可以被標定。剩余的誤差貢獻 來源于衍射結(jié)構(gòu)的基板的制造的不精確，其來源于形狀和均勻性、基
板在樣本測量時的形變、以及衍射結(jié)構(gòu)的寫入誤差和當使用CGH作為 衍射結(jié)構(gòu)時的嚴格誤差。CGH的嚴格誤差被理解為以簡化形式得到的 衍射結(jié)構(gòu)的線梯度，和通過麥克斯韋方程組嚴格計算的模式計算相比 較的結(jié)果。
因為其他的衍射結(jié)構(gòu)僅需要執(zhí)行較小的波前形變，小的條紋 (band)密度對衍射結(jié)構(gòu)是足夠的。這樣，上述的剩余的誤差貢獻僅 帶來小的誤差。由于CGH寫入誤差帶來的波前誤差從而與條紋密度成比例。由于基板反射導致的誤差也和形變效應成比例，因此和CGH的
條紋密度成比例。嚴格效應的貢獻與CGH的條紋密度相比在數(shù)量上具 有過度的比例(overproportionately)。小的條紋密度的嚴格計算的精度 基本上也較高。
根據(jù)本發(fā)明可以得到的近似直線的條紋梯度，具有小的線密度以 及第二衍射結(jié)構(gòu)無奇異特性，為第二衍射結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一制造過程提供支 持。衍射結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的波的從衍射結(jié)構(gòu)的寫入過程產(chǎn)生的波前誤差被最 小化。這使結(jié)構(gòu)可以統(tǒng)一蝕刻。從而得到的剖面形狀(shape)的小的 不確定度帶來衍射結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的更高的精確度。
在本發(fā)明已經(jīng)提到的實施例中，衍射結(jié)構(gòu)分別置于其各自的基板 上，即第一衍射結(jié)構(gòu)形成具有第一基板的第一衍射元件的一部分，以 及第二衍射結(jié)構(gòu)形成具有第二基板的第二衍射元件的一部分。在一個 根據(jù)本發(fā)明的可選擇的實施例中，兩個衍射結(jié)構(gòu)疊置在公共基板的表 面上。有利的，第一衍射結(jié)構(gòu)形成基光柵，第二衍射結(jié)構(gòu)形成上光柵。
在另一個有利的實施例中，兩個衍射結(jié)構(gòu)的第一個，在重塑有利 的是平面波的入射測量波以形成適合的測量波時，產(chǎn)生波前重塑的主 要部分。由此，第一衍射結(jié)構(gòu)具有具有高的衍射效應。在該實施例中， 產(chǎn)生波前重塑的主要部分的第一衍射結(jié)構(gòu)被標定。在一個特別的有利 的實施例中，該衍射結(jié)構(gòu)帶來波前重塑的非常主要的部分，即波前重 塑如此主要的部分，以至于當測量光學表面時，其他衍射結(jié)構(gòu)中的一 般的制造誤差僅產(chǎn)生可以忽略的不精確部分。有利地，第一衍射結(jié)構(gòu) 具有高于第二衍射結(jié)構(gòu)的線密度的線密度。
此外，如果兩個衍射結(jié)構(gòu)的其中之一，有利的是其中另一個衍射 結(jié)構(gòu)或者第二衍射結(jié)構(gòu)，的線密度最大是30線/mm是有利的。當通過 本發(fā)明的方法測量光學表面時，考慮到通過其產(chǎn)生的測量準確度制造 衍射結(jié)構(gòu)時，通過這種小的線密度，寫入誤差基本不會帶來任何誤差。 例如如果最適應球面的光學表面的理想形狀的最大偏差是1° ，以及入 射測量波通過標定的衍射結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)換成波前適合最適應球面的波，那 么有可能進行這種類型的限制。
此外，如果根據(jù)本發(fā)明的方法進一步包括考慮到標定偏差，從適 合的測量波的被測量的波前確定光學表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差，那么這種情況是有利的。對標定偏差的考慮能夠計算修正光學 表面的被測量形狀的后續(xù)的計算。
在另一個有利的實施例中，重塑入射測量波，從而形成適合的測 量波包括如下歩驟通過兩個衍射結(jié)構(gòu)中的第一個重塑入射測量波， 以形成近似的測量波，其波前近似光學表面的理想形狀，以及重塑近 似的測量波的至少一部分，以通過置于近似的測量波的光路中的第二 衍射結(jié)構(gòu)形成適合的測量波。這樣，入射測量波的波前到光學表面的 理想形狀的適應被一步一步的執(zhí)行，首先通過重塑入射測量波形成近 似的測量波以及據(jù)此形成適合的測量波。
為了最小化反射，入射測量波有利的以傾斜的角度入射到第一衍 射結(jié)構(gòu)上。這可以通過例如預設(shè)棱鏡或通過以一定角度放置第一衍射 結(jié)構(gòu)而得到。
有利的，標定入射測量波在測量模式下入射的第一衍射結(jié)構(gòu)。由 此，可以非常精確的了解近似的測量波的形狀。只有第二衍射結(jié)構(gòu)引 起的波前誤差錯誤的描述了 (falsify)光學表面的測量結(jié)果。
在另一個有利的實施例中，適合的測量波的傳播方向相對于近似 的測量波的傳播方向傾斜。兩個傳播方向之間的傾斜角度有利的是大 于3° ，以及優(yōu)選的是大約8。。通過傾斜的方式，破壞性的反射被減 少，從而可以在第二衍射結(jié)構(gòu)上形成近似直的條紋密度梯度，作為結(jié) 果的線密度進一步保持較小。
此外，如果近似的測量波具有球面波前是有利的。這種類型的球 面波前可以以高精度標定，例如通過標定球面的方式。
此外，如果近似的測量波的波前基本上具有光學表面的最適應球 面的形狀是有利的，所以近似的測量波的波前近似于或者具有最適應 球面的形狀。這樣，第二衍射結(jié)構(gòu)帶來的形變被限制為僅是從光學表 面的最適應球面到光學表面的理想形狀的偏離。這些偏離一般相對較 小，通過這種方式第二衍射結(jié)構(gòu)的制造公差所帶來的誤差也可以保持 較小。
此外，如果近似的測量波具有非球面波前是有利的。非球面波前 被理解為偏離球面形式的波前，但波前不是平面的。
此外，如果近似的測量波的非球面波前如下配置是有利的，其中
20當近似的測量波穿過具有第二衍射結(jié)構(gòu)的基板的厚度的平面平行板， 近似的測量波的至少一部分的非球面波前被重塑以形成標定波，該標 定波的波前的橫截面具有圓錐截面形狀，特別是非球面的形式。波前 的橫截面被理解為垂直于波的傳播方向的穿過波的截面。因此，具有 圓錐截面形狀的橫截面的波前可以例如是球面或沿橢球面、拋物面或 雙曲面等的表面延伸。具有這種類型的形狀的波前能夠通過同樣具有 該形狀的標定物體以高精度被標定。這可以例如通過在該標定物體上 反射波，以及通過干涉測量該反射波而實現(xiàn)。這樣，近似的測量波可 以在穿過第二衍射結(jié)構(gòu)之后通過形狀可以被很精確的確定的標定物體 的方式被標定。從該信息，人們可以在測量波穿過第一衍射結(jié)構(gòu)之后， 直接得到關(guān)于測量波的實際形狀的結(jié)論。在該實施例中，第二衍射結(jié) 構(gòu)的基板的制造公差產(chǎn)生的誤差貢獻可以被標定。這些類型的制造公 差包括基板的形狀和均勻性。由此，只有測量過程中基板的形變或偏
轉(zhuǎn)、CGH寫入誤差以及CGH的嚴格誤差仍然具有誤差貢獻。這些貢 獻有利的被測量或轉(zhuǎn)化為相應的標定數(shù)據(jù)。由于衍射元件的低的折射 能力和小的條紋密度，這些數(shù)據(jù)僅具有很小程度的不確定度。
有利的，近似的測量波通過第二衍射結(jié)構(gòu)被重塑以形成適合的測 量波以及標定波兩者。有利的，適合的測量波的傳播方向相對于標定 波的傳播方向傾斜。傾斜角度有利的大于3。，優(yōu)選的是約7。。在一 個有利的實施例中，標定波是經(jīng)過第二衍射結(jié)構(gòu)的近似的測量波的零 級衍射級。經(jīng)過第二衍射結(jié)構(gòu)的更高衍射級的光作為適合的測量波。 在可選的實施例中，第二衍射結(jié)構(gòu)數(shù)次編碼，從而具有數(shù)個，特別是 兩個，彼此獨立的光柵結(jié)構(gòu)。然而，標定波通過光柵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，適合 的測量波通過第二光柵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。通過產(chǎn)生標定波以及適合的測量波 的兩者，在標定步驟之后，光學表面可以被測量，之前無需改變第一 和第二衍射元件的配置。由此，機械公差的效應可以被最小化，從而 可以提高測量結(jié)果的精度。
在另一個有利的實施例中，近似的測量波的非球面波前具有圓錐 截面形狀的橫截面。在這種情況下，有可能通過具有例如橢球面、拋 物面或者雙曲面形狀的標定物體直接標定近似的測量波。
此外，如果近似的測量波的非球面波前是旋轉(zhuǎn)對稱的是有利的。在這種情況下，近似的測量波能夠通過已知的方法被高精度的標定。 可以通過例如已知的旋轉(zhuǎn)平均方法確定非旋轉(zhuǎn)對稱誤差，以及通過傳 統(tǒng)的誤差計算方法確定旋轉(zhuǎn)對稱誤差。
此外，當標定兩個衍射結(jié)構(gòu)的其中之一時，在測量波和待標定的
衍射結(jié)構(gòu)相互作用之后再完全確定(absolutely determination)測量波
的實際波前是有利的。通過波前的完全確定，可以考慮到其波前形變 特性而完全的標定待標定的衍射結(jié)構(gòu)。這使其可能以提高的精度確定 光學表面的實際形狀。
如上文所解釋的，當標定待標定的衍射結(jié)構(gòu)時，測量波和待標定 的衍射結(jié)構(gòu)相互作用后，測量波被具有圓錐截面形狀的橫截面的標定 物體特別是標定球面反射以及被干涉測量。這樣，除了球面形狀，標 定物還可以具有橢球面，拋物面或雙曲面的形狀。如果測量波的波形 在測量波和待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作用之后具有相應的形狀，有可能 實現(xiàn)高精度的波的標定。
標定物體的形狀被完全確定是特別有利的。如果標定物體的形狀 是完全己知的，測量波的實際波前可以在測量波和待標定的衍射結(jié)構(gòu) 相互作用之后被完全確定。為了標定物體的形狀的完全的確定，例如， 可以使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的剪切技術(shù)(sheartechnique)和三位置檢測。 剪切技術(shù)在例如Giinther Seitz所著的出版物"Highly Resolved
Surface Errors", DGaO會議記錄2006中進行了說明。該文件的內(nèi)容通 過具體引用的方式并入本申請的公開內(nèi)容。三位置檢測在例如 Katherine Greath禾卩James C.Wyant所著的"Absolute Measurement of Spherical Surfaces"， SPIE VOL. 1332 Optical Testing and Metroloty Ill-Recent Advances in Industrial Optical Inspection (1990) 第2至ij 7頁進 行了說明。該文件也通過明確引用的方式并入本公開。
在另一個有利的實施例中，當標定待標定的衍射結(jié)構(gòu)時，在測量 波和待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作用后，測量波的非旋轉(zhuǎn)對稱誤差被完全 的確定。如上文己經(jīng)說明的，當待標定的波是旋轉(zhuǎn)對稱的情況下，該 方法提供了完全確定測量波的實際波前的可能性。這類非旋轉(zhuǎn)對稱誤 差的完全確定可以例如通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的旋轉(zhuǎn)平均法實現(xiàn)。
22旋轉(zhuǎn)對稱誤差可以使用傳統(tǒng)的誤差計算(見例如DE 10 2005 013 908 Al)而確定。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的裝置的干涉儀配置包 括用于測量輻射的輻射源，用于產(chǎn)生測量輻射光束的待測量的物體可 以置于其中的干涉儀光學系統(tǒng)，以及用于在測量輻射和待測量的物體 進行相互作用之后接收測量輻射的探測器，千涉儀光學系統(tǒng)包括以衍 射光柵形式存在的衍射元件。
根據(jù)一個特定的實施例，通過至少第-一類型和第二類型的兩個衍 射元素形成衍射光柵，在衍射光柵的至少一個區(qū)域中，衍射元素的光 柵結(jié)構(gòu)被調(diào)制，從而衍射元素形成上光柵。
通過提供上光柵，衍射光柵具有特征不同的輻射衍射效應。 一方 面，輻射被周期性結(jié)構(gòu)所衍射，通過處于交替相鄰的位置的至少第一 和第二類型的衍射元素形成所述周期性結(jié)構(gòu)。此外，另一方面，輻射 被通過上光柵形成的周期性結(jié)構(gòu)衍射。
上光柵包括至少第一類型和第二類型的延長的條紋，其處于交替 相鄰的位置以及具有彼此不同的光學特性，關(guān)于條紋中的衍射元素的 配置圖樣，第一類型的條紋和第二類型的條紋不同。
根據(jù)一個實施例，關(guān)于條紋中的衍射元素的配置圖樣，第一類型 的條紋在這里不同于第二類型的條紋，因為在第一類型的條紋中，第 一和第二類型的衍射元素處于交替相鄰的位置，而第二類型的條紋沒 有第一類型和第二類型的衍射元素。
根據(jù)可選實施例，為此目的，在第一類型的條紋以及在第二類型 的條紋兩者中，第一類型和第二類型的衍射元素分別處于交替相鄰的 位置。第一類型和第二類型的條紋在這里的彼此不同之處在于，第一 類型和第二類型的條紋中的衍射元素的配置圖樣具有基本相同的空間 頻率，但位于相較于彼此的相位移動的位置上。特別是配置圖樣可以 位于這里，相對彼此相位移動到如下程度，在第一類型的條紋中的衍 射元素的配置圖樣基本上與第二類型的條紋中的衍射元素的配置圖樣 的相位相反。
第一類型和第二類型的衍射元素可以如下設(shè)計，它們形成振幅光 柵，所述振幅光柵可以被制造為例如第一類型的衍射元素相對于第二類型的衍射元素具有更強的測量輻射吸收。對于第一和第二類型的衍 射元素也有可能形成相位光柵，該相位光柵可以被形成為第一類型的 衍射元素和第二類型的衍射元素對測量輻射的相位的影響不同。特別 是，在這里也有可能將作為相位光柵的衍射光柵的效應和作為振幅光 柵的衍射光柵的效應進行組合，從而第一類型和第二類型的衍射元素 對測量輻射的強度吸收效應和相移效應兩者都不同。
第一和第二類型的衍射元素的相鄰配置形成的光柵對測量輻射進
行衍射，例如衍射為正的第一衍射級，負的第一衍射級，正的第二衍 射級，負的第二衍射級等。此外，測量輻射在上光柵上被衍射，這里 也衍射為例如例如正的第一衍射級，負的第一衍射級，正的第二衍射 級，負的第二衍射級等。由于可分配給至少第一和第二類型的衍射元 素的相鄰配置的光柵周期基本上小于可分配給至少第一和第二類型的 條紋的相鄰配置的光柵周期，測量輻射在衍射元素形成的給定級數(shù)的 光柵上的衍射所經(jīng)歷的衍射角基本上大于測量輻射在上光柵上的相應 衍射級數(shù)上所經(jīng)歷的衍射角。例如，位置彼此相鄰的衍射元件形成的 光柵的正的第一衍射級的衍射角基本上大于上光柵的正的第一衍射級 的衍射角。
由于測量輻射在衍射元素形成的光柵和上光柵上都被衍射，在光 柵上的衍射的和在上光柵上的衍射的衍射角加起來形成總的衍射角。 在這里可以產(chǎn)生一些總的衍射角的組合。由此可以假定，例如，衍射 元素相鄰配置所形成的光柵主要產(chǎn)生正的第一衍射級，以及負的第一 衍射級，上光柵也主要產(chǎn)生正的以及負的第一衍射級。從而對于測量 輻射產(chǎn)生4個不同的總衍射角，即測量輻射的第一總衍射角，其以正 的第一衍射級在光柵上衍射以及以正的第一衍射級在上光柵上衍射， 測量輻射的第二總衍射角，其以正的第一衍射級在光柵上衍射以及以 負的第一衍射級在上光柵上衍射，測量輻射的第三總衍射角，其以負 的第一衍射級在光柵上衍射以及以正的第一衍射級在上光柵上衍射， 測量輻射的第四總衍射角，其以負的第一衍射級在光柵上衍射以及以 負的第一衍射級在上光柵上衍射。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，干涉儀配置被設(shè)置為測量輻射產(chǎn)生探 測器可以探測的干涉圖樣，該測量輻射被上光柵以不同于零級衍射級的預定衍射級衍射。這樣，干涉儀配置被設(shè)置為上光柵上的衍射用于 干涉測量。這可以通過例如置于干涉儀配置的光路中的孔徑得到，所 述孔徑從光路中去除在上光柵上以零級衍射級或者不同于預定衍射級 衍射的測量輻射。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，衍射光柵被設(shè)置為測量輻射具有基本 上球面的波前，該測量輻射被上光柵衍射，衍射級為非零級衍射級。 由于測量輻射也被衍射元素的相鄰配置形成的光柵衍射，通過光柵和 上光柵上的測量輻射的組合的衍射而產(chǎn)生球面波前。以這種方式，通 過球面參考體的輔助，有可能在測試測量中測量和理解衍射光柵的效 應。特別是，以這種方式可以記錄衍射光柵的效應，該衍射光柵例如 不能通過標量衍射理論足夠精確的描述。實際上可以假定，上光柵的 效應根據(jù)其大的光柵周期可以通過標量衍射理論相對好的描述。如果 因為光柵和上光柵的組合效應應當基本上具有球面波前的測量輻射實 際上具有偏離球面波前形狀的波前形狀，這些偏離基本上是歸因于衍 射元素的相鄰配置形成的光柵所產(chǎn)生的效應。由此可以記錄光柵的效 應，其從例如標量衍射理論推導出，以及當分析測量實際測量物體時 進行考慮。為了這種類型的測量，被上光柵衍射而衍射級不是零級衍 射級或一級衍射級的測量輻射被使用并且具有非球面波前。從而干涉 儀配置適合于測量非球面表面，通過對球面測試物體測量的方式，可 以標定衍射光柵偏離標量衍射理論的效應。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提出一種制造具有非球面表面 的光學元件的方法，其包括將光學元件置于上述的干涉儀配置的測 量輻射光束中，從而測量輻射在上光柵衍射級衍射而基本垂直的入射 非球面表面，以探測器記錄至少一個強度分布，以及根據(jù)至少一個記 錄的強度分布處理非球面表面。
本發(fā)明的另一個目的是提供具有優(yōu)化特性的光學物體。該物體根 據(jù)本發(fā)明得到，是具有光學表面的光學元件，光學表面具有非球面的
理想形狀，以及光學表面的實際形狀最大偏離理想形狀0.2nm。
根據(jù)本發(fā)明的上述方法以及根據(jù)本發(fā)明的裝置可以制造上述類型 的光學元件。通過本發(fā)明確立的光學表面偏離理想形狀的偏差，可以 進一步處理光學表面從而觀測到特定的公差。當前可以得到的元件的
25光學表面的實際的形狀顯示出偏離理想形狀的較大的偏差。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，光學表面的實際形狀偏離理想形
狀最大為0.1nm。在根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例中，光學表面的理想形
狀是自由形式表面，即其不具有旋轉(zhuǎn)對稱性，以及相對最適應球面具
有至少5pm的最大偏差，有利的具有至少2(Vm的最大偏差。在根據(jù) 本發(fā)明的一個實施例中，被設(shè)計為自由形式表面的理想形狀具有偏離 其最適應的球面至少5(im最大10mm，特別是最大lmm的偏差。
在根據(jù)本發(fā)明的一個可選擇的實施例中，光學表面的理想形狀基 本上是旋轉(zhuǎn)對稱的，以及具有偏離最適應球面至少0.5mm，有利的至 少2.5mm的偏差。
根據(jù)本發(fā)明，進一步提供了一種衍射光柵，其包括載體和包括 多個延長的衍射元素的裝備在載體上的衍射結(jié)構(gòu)，所述延長的衍射元 素在平面上的衍射結(jié)構(gòu)的至少一個區(qū)域延伸，其從沿衍射元素的延伸 方向橫向定向的方向觀察，在至少一個區(qū)域，至少第一類型的衍射元 素和第二類型的衍射元素處于交替相鄰的位置，第一類型的衍射元素 和第二類型的衍射元素具有彼此不同的光學特性，在至少一個區(qū)域中， 至少第一類型的延長的條紋以及第二類型的延長的條紋在該平面中延 伸，從沿條紋的延伸方向橫向定向的方向觀察，在至少一個區(qū)域，第 一類型的條紋和第二類型的條紋處于交替相鄰的位置，關(guān)于條紋中的 衍射元素的配置圖樣，第一類型的條紋和第二類型的條紋不同。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種干涉儀配置，其包括用于以平 均波長測量輻射的輻射源，用于產(chǎn)生測量輻射光束的待測量的物體可 以置于其中的干涉儀光學系統(tǒng)，以及用于在測量輻射和待測物體進行 相互作用之后接收測量輻射的探測器，干涉儀光學系統(tǒng)包括上述的衍 射光柵。
此外，根據(jù)本發(fā)明提供了一種干涉儀配置，其包括用于以平均波 長測量輻射的輻射源，用于產(chǎn)生測量輻射光束的待測量的物體可以置 于其中的干涉儀光學系統(tǒng)，以及用于在測量輻射和待測量的物體進行 相互作用之后的接受測量輻射的探測器，干涉儀光學系統(tǒng)包括衍射光 柵，該衍射光柵由至少第一類型和第二類型的衍射元素形成，在衍射 光柵的至少一個區(qū)域中，衍射元素的光柵結(jié)構(gòu)被調(diào)制，從而衍射元素形成上光柵。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造具有光學表面的光學元件的 方法。該方法包括使用上述干涉儀配置，將光學元件置于測量輻射 光束中，從而被上光柵以與零級衍射級不同的第一衍射級衍射的測量 輻射基本垂直的入射光學表面，以探測器記錄至少第一強度分布，以 及根據(jù)至少一個記錄的第一密度分布處理光學表面。
上述列出的根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例指明的特征可以相應地應 用于根據(jù)本發(fā)明的裝置。根據(jù)本發(fā)明的裝置的結(jié)果的有利的實施例均 具體包括在本發(fā)明的公開中。此外，上述列出的根據(jù)本發(fā)明的方法的 有利的實施例的優(yōu)點由此還涉及相應的根據(jù)本發(fā)明的的裝置的有利的 實施例。


接下來，本發(fā)明的示范性實施例通過示意性附圖的方式更詳細地 進行了說明。如下所述
圖1顯示具有兩個衍射元件的干涉測量裝置的根據(jù)本發(fā)明的一 個實施例；
圖2在標定模式下的根據(jù)圖1所示的測量裝置的區(qū)域，包括第一 衍射元件；
圖3在測量模式下的根據(jù)圖2所示的測量裝置的區(qū)域，具有第一
衍射元件以及第二衍射元件；
圖4a根據(jù)圖3所示的第一衍射元件上的示例性條紋圖樣； 圖4b根據(jù)圖3所示的第二衍射元件上的示例性條紋圖樣； 圖5干涉測量裝置根據(jù)本發(fā)明展示的另一個實施例中的區(qū)域，以
圖解測量裝置的標定模式和測量模式兩者的方式展示； 圖6根據(jù)圖5的第一衍射元件的條紋圖樣； 圖7根據(jù)圖5的第二衍射元件的條紋圖樣； 圖8通過根據(jù)圖5的實施例說明兩個衍射元件的調(diào)整； 圖9根據(jù)圖8的第一衍射元件的調(diào)整圖樣的實施例的圖解； 圖10根據(jù)圖8的第二衍射元件的調(diào)整圖樣的實施例的圖解； 圖11根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的干涉測量裝置形式的干涉儀配置的示意性圖解；
圖12在圖11的干涉儀配置中使用的衍射光柵形式的衍射元件的 示意性的俯視圖13如圖12中所示的衍射光柵的部分截面的示意性圖解； 圖14a與4b如圖12和13所示的衍射光柵對圖11的干涉儀配置 的測量輻射的波前的效應；
圖15顯示圖ll、 12中所示的衍射光柵的相位函數(shù)的圖形；
圖16圖12和13所示的衍射光柵的可選實施例的截面的示意性圖
圖17圖12和13所示的衍射光柵的另一個可選實施例的立體示意
圖18根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的干涉儀配置的示意性圖解，具 有球面表面的參考體置于干涉儀光路中；以及
圖19如圖18所示的干涉儀配置，具有非球面表面的待測量物置 于光路中。
具體實施例方式
圖1圖解了根據(jù)本發(fā)明的實施例中的干涉測量裝置10。測量裝置 10適合于確定樣本14的光學表面12的實際形狀偏離理想形狀的偏差。 樣本14可以例如是光學透鏡或反射鏡的形式。樣本14通過圖中未示 出的支架進行安裝。
干涉測量裝置10包括干涉儀16，該干涉儀16依次包括光源18， 分束器34，以及干涉測量照相機44。光源18產(chǎn)生照明輻射19以及為 此目的包括諸如氦氖激光器的激光器21，以產(chǎn)生激光束22。照明輻射 19具有足夠的相干光從而能夠進行干涉測量。在使用氦氖激光器的情 況下，照明輻射19的波長是大約634nm。然而，照明輻射19的波長 也可以是可見的或不可見的電磁輻射波長范圍內(nèi)的其他波長。
激光束22通過聚焦透鏡24聚焦在孔徑26上，從而相干光的發(fā)散 光束從孔徑開口穿過。發(fā)散光束28的波前基本上是球面的。發(fā)散光束 28被透鏡組30準直，以該方法得到的照明輻射19具有基本上是平面 的波前。
28照明輻射19沿干涉儀16的光軸32傳播以及穿過分束器34。 隨后照明輻射19入射具有斐索表面38的斐索(Fizeau)元件36。 照明輻射19的部分光被斐索表面38反射為參考波40。照明輻射19 穿過斐索元件36的光進一歩作為具有平面波前42的入射測量波20沿 光軸32傳播，以及入射在第一衍射元件46上。
在圖1中的標記為II的區(qū)域，除了第一衍射元件46，還示出了第 二衍射元件48，樣本14以及標定球面50。然而，在干涉測量裝置IO 的操作過程中，這些元件不是同時被配置，如圖1所示。實際上，元 件或者位于圖2所示的標定配置，或者位于圖3所示的測量配置。在 圖1中同時圖解元件46、 48、 14和50只是為了圖解測量裝置10的基 本操作模式。
在圖2所示的測量裝置10的標定模式中，入射測量波20通過第 一衍射元件46重塑以形成近似的測量波56。第一衍射元件46包括置 于第一基板45上的第一衍射結(jié)構(gòu)47，以重塑入射測量波20。第一衍 射結(jié)構(gòu)47被設(shè)計為計算機產(chǎn)生的全息圖(CGH)。在該標定模式下， 第二衍射元件48和樣本14不在近似的測量波56的光路中。近似的測 量波56的傳播方向54相對于入射測量波20的傳播方向52偏離。從 而防止第一衍射元件42引起的直接反射進入干涉照相機44。近似的測 量波56具有球面波前，其對應于光學表面的最適應球面以及入射到標 定球面50。標定球面50的形狀在前面通過前述的剪切(shear)技術(shù)或 三位置(three position)技術(shù)被完全確定。
在被標定球面50反射之后，近似的測量波56再一次穿過第一衍 射元件46，以及通過干涉照相機44的物鏡系統(tǒng)57引導而照射到干涉 照相機44的照相機芯片60的記錄表面58上。在記錄表面58上，通 過參考波40的疊加產(chǎn)生干涉圖樣，通過分析設(shè)備62從該干涉圖樣確 定近似的測量波56偏離其球面波形式的理想波前的偏差。這樣，近似 的測量波56的實際波前通過標定球面50被完全確定，以及第一衍射 元件46被完全的標定。
在圖3所示的測量模式中，標定球面50移出到近似的測量波56 的光路以外，以及作為替代，第二衍射元件48和樣品14移動到光路 中。第二衍射元件48包括置于第二基板51上的第二衍射結(jié)構(gòu)49。樣品14的光學表面12具有非球面形式，其具有例如相對于最適應球面 的1°的最大梯度偏差。為了精確的測量光學表面12的實際形狀，波
前已經(jīng)具有了光學表面12的最適應球面的形狀的近似的測量波56的 波前僅需要輕微的改變。這通過第二衍射元件48置于近似的測量波56 的光路中的方式實現(xiàn)，其衍射結(jié)構(gòu)49也被設(shè)計為計算機產(chǎn)生的全息圖 (CGH)的形式。近似的測量波56穿過第二衍射元件48，從而被轉(zhuǎn)換 成適合的測量波64，其波前對應于光學表面12的理想形狀。
在上面描述的示例中，光學表面12的理想形狀相對于最適應球面 的最大偏差是1° ，第二衍射元件48的CGH僅具有28線/mm的條紋 密度。具有這樣小的線密度的CGH可以有條件得到很高的精度。由于 如上文所述，近似的測量波56的波前已經(jīng)被完全的標定，適合的測量 波64的波前的實際形式也以很高的精度了解。近似的測量波56在穿 過第二衍射元件48時被偏轉(zhuǎn)。近似的測量波56的傳播方向54與適合 的測量波64的傳播方向66成大約7°的角度。在這種方式中，需要防 止第二波前元件48的表面的反射影響測量結(jié)果。
在自準直中，適合的測量波64入射到光學表面12以及被光學表 面12反射。于是，反射波回經(jīng)第二衍射元件48以及第一衍射元件46 進入干涉儀16中，作為返回的測量波67。返回的測量波67和參考波 40在記錄表面58上干涉，從而產(chǎn)生干涉圖。考慮到前面確定的近似的 測量波56的實際波前偏離理想波前的標定偏差，通過分析設(shè)備62分 析干涉圖。作為分析的結(jié)果，建立光學表面12的實際形狀偏離理想形 狀的偏差。
圖4a顯示了根據(jù)圖1到3的第一衍射元件46的CGH上的條紋圖 樣68的示例。圖4b顯示了根據(jù)圖1到3的第二衍射元件48的CGH 上的條紋圖樣70的示例。可以在可選擇的實施例中通過第一衍射元件 46提供根據(jù)圖1到3所示的測量裝置10，其中第一衍射元件46重塑 入射測量波20以形成具有非球面波前的近似的測量波56，非球面波前 的橫截面具有圓錐截面的形狀。在這種情況下，使用標定物體代替標 定球面50，所述標定物體具有對應于近似的測量波56的波前的表面， 以及具有近似橢球、拋物面或雙曲面的形式。使用這種類型的測量裝 置，可以特別好的測量其形式與橢球、拋物面或雙曲面的表面僅有微小差別的光學表面。
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例中的測量裝置10的根據(jù)圖 1所示的區(qū)域II。該實施例和根據(jù)圖1的實施例不同之處在于第一衍射
元件46產(chǎn)生的近似的測量波56具有非球面波前而不是球面波前。該 波前以如下方式形成，在穿過第二衍射元件48之后，零級衍射級，該 波前具有球面波前。下面，該波被稱為標定波72?？蛇x的，標定波72 也可以具有圓錐截面的形狀。可以通過標定球面50測量標定波72，為 此目的，樣品14被移到標定波72的光路之外。在標定波72具有相當 于橢球面、拋物面或雙曲面的形式的波前的情況下，標定球面的形式 適合后者。根據(jù)圖2的標定，對第一衍射元件46進行標定，在標定中 考慮以零級衍射級穿過第二衍射元件48時重塑近似的測量波56以形 成標定波72的差別。
近似的測量波56在穿過第二衍射元件48的CGH后的第m級衍 射級作為適合的測量波64。適合的測量波64以與圖3的測量相同的方 式被光學表面12反射。
圖6顯示了根據(jù)圖5的第一衍射元件46的CGH的條紋圖樣68的 示例。圖7顯示了根據(jù)圖5的第二衍射元件48的條紋圖樣70的示例。 在一個可選的實施例中，根據(jù)圖5的第二衍射元件48也可以是二次編 碼CGH的形式，即具有兩個彼此獨立的CGH結(jié)構(gòu)。這里，第一CGH 結(jié)構(gòu)將近似的測量波56轉(zhuǎn)換成標定波72，以及第二 CGH結(jié)構(gòu)將其轉(zhuǎn) 換為適合的測量波64.
圖8圖解了根據(jù)圖3的衍射元件46和48的調(diào)整的示例。第一衍 射元件46涉及入射測量波20的調(diào)整可以通過例如圖中未示出的利特 羅光柵(Littrow光柵)實現(xiàn)。第二衍射元件48相對于第一衍射元件 46的定位可以通過另一個置于第二衍射元件48的外圍區(qū)域的利特羅 光柵74的方式實現(xiàn)，和/或通過置于第一衍射元件46的外圍區(qū)域的貓 眼結(jié)構(gòu)76的方式實現(xiàn)。圖9圖解了在第一衍射元件46的CGH的條紋 圖樣68中的貓眼結(jié)構(gòu)76。圖10圖解了在第二衍射元件48的CGH的 條紋圖樣70中的、環(huán)狀的置于第二衍射元件48的外圍區(qū)域的利特羅 光柵74。貓眼結(jié)構(gòu)76用于控制兩個衍射元件46和48之間的傾斜角度 和距離，利特羅光柵74用于控制兩個衍射元件46和48之間的偏心。圖11圖示了干涉儀配置101。其用以測量反射鏡105的非球面反
射鏡表面103的表面區(qū)域107。反射鏡105通過圖11未示出的支架置 于干涉儀配置101的光路中的預定測試位置。
干涉儀配置101包括產(chǎn)生測量輻射的光源。光源111可以包括產(chǎn) 生激光束106的氦氖激光104。光束106通過聚焦透鏡108聚焦在空間 濾波器120的孔上，從而相干光的發(fā)散光束118自該孔出現(xiàn)。發(fā)散光 束118的波前基本上是球面波前。光源發(fā)射的發(fā)散光束118被一個或 多個透鏡121準直，從而形成測量光的平行光束113，其中測量光的波 前基本上是平面波前。光束113被傳輸?shù)礁缮鎯x光學系統(tǒng)115，并穿過 該系統(tǒng)，干涉儀光學系統(tǒng)115重塑該光束113以形成測量光束114，從 而這些波前是如下形式的，在非球面反射鏡表面103的位置的光束114 的波前的形式基本上對應于反射鏡表面103的理想形式。由此，在區(qū) 域107的每個位置，測量輻射114基本上垂直的入射到表面103上。 如果反射鏡表面103的形式偏離理想形式，測量輻射的入射角偏離入 射的垂直角，這能夠以很高的敏感度被干涉儀配置101所探測到。這 樣有可能進一步根據(jù)測量結(jié)果處理反射鏡表面103，從而將表面103 的形式近似為后者的理想形式或者理想形狀。
由于基本上垂直入射反射鏡表面103，在反射鏡表面103上反射的 測量光沿光路回到干涉儀光學系統(tǒng)115，其基本上符合前面光線從干涉 儀配置115到表面103的光路。
在穿過干涉儀配置115以后，在反射鏡表面103上反射的光部分 的在分束器131上反射，該分束器131置于測量光的發(fā)散光束118中。 在反射鏡表面103上反射的測量光的光束129在分束器131上反射穿 過具有開口的空間濾波器138，以及穿過空間濾波器138的部分光束 129被物鏡135引導入射到照相機134的照相機芯片139的感光表面 137上，從而反射鏡表面103的部分107成像在照相機134上。
干涉儀光學系統(tǒng)115包括具有平面表面119的略微楔形的基板 117，其定向相對于測量光的平行光束113基本垂直或者有輕微角度， 所述測量光穿過基板113。從而通過反射部分光束113作為用于干涉過 程的參考光，表面119形成干涉儀系統(tǒng)101的斐索表面。被斐索表面 119反射回的參考光也部分的被分束器131反射與在反射鏡表面103上反射測量光疊加在探測器134的感光表面137上。從該疊加產(chǎn)生的干
涉圖樣，在適當?shù)姆治龊?，為了計劃合適的反射鏡表面103的重新處 理，可以建立起偏差，所述偏差是在反射鏡表面103偏離后者的理想
形式的偏差的形式。
如上文所述，干涉儀光學系統(tǒng)115被如此配置，其將入射光束113 轉(zhuǎn)換為光束114，所述入射光束113的測量光具有基本上平行的波前， 所述光束114的光具有非球面波前，該波前的形式基本符合在光學表 面103位置的光學表面的理想形式。為這個目的，干涉儀光學系統(tǒng)115 包括具有兩個平行平面表面124和125的基板123，表面125支持衍射 光柵。衍射光柵是計算機產(chǎn)生的全息圖(CGH)，該計算機產(chǎn)生的全息 圖(CGH)被設(shè)計為衍射具有平面波前的光束113，從而被衍射光柵 135以預定衍射級衍射的測量光的波前是非球面波前，在反射鏡表面 103的位置，其形式符合測量光的波前的理想形式。
衍射光柵可以具有例如大于10mm的直徑，特別是大于50mm，以 及特別是大于100mm的直徑。待測量物體，在本例中為反射鏡表面 103，的直徑可以大于100mm，特別是大于150mm。特別是，這里作 出的規(guī)定是待測量物體具有大于衍射光柵直徑的直徑。例如，物體直 徑可以比衍射光柵的直徑大1.5倍或者2.0倍。
探測器134的空間濾波器138用于防止非預期的測量光入射探測 器芯片139的感光表面137。非預期的測量光可以包括不同于斐索表面 119的干涉儀光學系統(tǒng)115的表面反射的測量光，例如在基板117的與 斐索表面119相對的表面上反射的測量光。此外，空間濾波器138應 當吸收非預期的測量光，該測量光被衍射光柵125所衍射，衍射級不 同于產(chǎn)生具有理想的非球面波前的測量光束114的衍射級。
在圖12中以俯視圖以及在圖13中以截面示了衍射光柵125 的配置。
衍射光柵125包括多個在衍射光柵125的表面上分布的衍射元素 145、 146。單獨的衍射元素145、 146分別具有延長的形式，從沿衍射 元素的延伸方向橫向定向的方向觀察，衍射元素145、 146處于交替相 鄰的位置。衍射元素145和146在測量光穿過衍射光柵125的光學特 性上不同。從圖13的橫截面可以看出，衍射元素145是基板123上提供的材料條的形式的，而衍射元素146是形成在相鄰的條145之間的
縫隙的形式。條145的高度在此確定尺寸從而穿過基板123和條145 之一的測量輻射相對于穿過基板123和縫隙146之一的測量輻射經(jīng)歷 測量輻射的波長X的一半的相位偏移。這樣，處于交替相鄰的位置的 衍射元素145、 146以相位光柵的形式形成用于測量輻射的第一衍射結(jié) 構(gòu)。
此外，衍射光柵125被分成位置彼此相鄰的條紋141和143，它們 在測量輻射上的光學效應也不同，特別是在衍射元素145、 146的配置 周期方面。在圖13所示的實施例中，條紋141以及143的不同之處在 于，在條紋141中，衍射元素145和146位置彼此相鄰，而條紋143 沒有衍射元素145、 146。很清楚，條紋141和143對于測量輻射的光 學效應有區(qū)別，這也是彼此相鄰的條紋141、 143的周期性交替配置也 對測量輻射具有光學光柵效應的原因。在下面，該光柵稱為第二衍射 結(jié)構(gòu)。由于，通過衍射元素145、 146的不同的配置圖樣形成條紋141 和143，條紋141、 143的配置也可以稱為通過衍射元素145、 146形成 的光柵的上光柵。
穿過衍射光柵125的測量輻射從而在衍射元素145、 146的相鄰配 置形成的光柵上進行衍射，以及進一步在條紋141、 143的相鄰配置形 成的上光柵上形成進行衍射。在下面，參考圖14a和14b對此進行解 釋。在圖14a中，附圖標記151表示光束113的一組平面波前，以及 附圖標記153表示光束113的光的傳播方向。入射到條紋141中的衍 射元素145、 146形成的光柵上的光在該光柵上由衍射元素145、 146 以給定的衍射級衍射，如圖14a中的箭頭155所示。在圖14a中，附 圖標記157表示光的一組波前，所述光僅被元素145、 146形成的光柵 衍射，而不受到條紋141、 143形成的上光柵影響。圖14b聯(lián)系圖14a 進行補充說明，其中考慮到條紋141、 143形成的上光柵的衍射。該衍 射導致穿過衍射光柵125的光的進一歩的偏差，如圖14b中通過箭頭 159所指出的，以及導致波前的附加形變，在圖14b中附圖標記157 如在附圖14a中表示一組波前，所述一組波前僅出現(xiàn)在通過衍射元素 145、 146形成的光柵上衍射的光上，而圖14b中的附圖標記161表示 了一組波前，而所述一組波前由通過衍射元素145、 146形成的光柵和條紋141、 143形成的上光柵一起衍射的光所產(chǎn)生。
通過元素145、 146形成的光柵和通過條紋141、 143形成的上光 柵在測量輻射上的效應，特別是波前形成效應，即相位變化，是線形
疊加的。從而可以通過下列等式表示衍射光柵125的相位函數(shù) 其中
cpccH表示衍射光柵125的相位函數(shù) 化 表示衍射元素145、 146形成的光柵的相位函數(shù)
cp2 表示條紋141、 143形成的上光柵的相位函數(shù)
mi和m2 mi和m2的整數(shù)分別可以是包括零的正的或負的整數(shù)， 其表示光柵或上光柵的衍射的衍射級。
圖15顯示了通過上述公式表示的函數(shù)cp" cp2、 cp,+cp2以及cpr(p2的 圖形。在圖15中，由于衍射光柵125的對稱，這些函數(shù)關(guān)于符合干涉 儀光學系統(tǒng)115的光軸的軸是對稱的，以及關(guān)于非球面表面103的對 稱軸109也是對稱的。由于衍射元素145、 146形成的光柵的更小的周 期，函數(shù)m沖,(例如對于值m產(chǎn)l)的梯度比函數(shù)m2(p2 (例如對于值 m2=l)的梯度更陡峭。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，衍射光柵125的光柵和上光柵的相位 函數(shù)化和(P2彼此配合，從而對于預定的nn和m2的值的組合(例如 mi=m2=l)，函數(shù)m沖i+m2(p2是非球面的形式，從而根據(jù)該相位函數(shù)被
衍射的輻射的波前是這樣的形式在待測物體的位置，即圖ll中的非
球面反射鏡表面103，該波前符合待測物體的理想表面的形式。從而， 這些波前可以用于測量具有非球面表面的物體。
此外，函數(shù)化和(P2被配置為，對于進一步的預定的m、和m2的值 (例如m產(chǎn)l以及mf-l)的組合，函數(shù)m,化+m2(p2導致球面波前。如 果具有球面參考表面的參考物體置于圖11所示的干涉儀配置101的光 路中，從而根據(jù)函數(shù)mKp一m2(p2在參考表面的位置產(chǎn)生的波前基本上 符合參考表面的形式，那么可以從探測到的干涉圖樣推導出函數(shù) m沖!+m2(p2的實際梯度。該梯度依次由函數(shù)111沖2和m!cp,組成。這里， 通過條紋141、 143形成的上光柵確定m沖2?？梢韵鄬蚀_的根據(jù)上光 柵相對大的周期、通過例如標量衍射理論的計算而預測函數(shù)m2cp2的梯度。這樣，可以從實驗確定的m,+ni2(p2計算分量m,。在確定的情 況下，這種方式得到的結(jié)果比根據(jù)衍射元素145、 146形成的光柵的模 型的衍射計算而得到函數(shù)111191的沒有測量支持的純理論推導的方式的 準確度可以高很多。實際上，與上光柵和使用的測量光的波長A相比， 這具有小的光柵周期，對基本上不大于衍射光的光柵周期而言，確定 光柵上的衍射的傳統(tǒng)計算方法是有缺陷的。這樣，通過從理論上確定 m2cp2以及實驗上確定m,可以比較精確的推導出函數(shù)m,cp,+m2(p2的梯 度。通過m沖,+m2(p2，可以確定用于測量非球面表面103的波前的形式。 如上述示例，如果當以測量輻射光束的形式標定上述衍射結(jié)構(gòu)時 產(chǎn)生的測量波的理想波前具有球面形式的相位函數(shù)(psph，以及用于測量 光學表面的適合的測量波具有非球面形式的相位函數(shù)cpasp，相位函數(shù)cp
和cp2如下表示
根據(jù)上述的方法，由此有可能相對高精度地產(chǎn)生近似理想形式的 非球面波前以及非球面波前的實際形式。衍射光柵的波前形成效應的
精度可以例如小于lnm以及特別是小于0.5nm。在非球面表面的干涉 測量中，可以建立起波前的實際形式偏離非球面表面的實際形式的偏 差，借此可以按順序建立起非球面表面的實際形式偏離非球面表面的 理想形式的偏差。根據(jù)這些偏差，可以進一步對光學表面進行成型處 理。
圖16的底部顯示了衍射光柵的另一個實施例的橫截面。在圖16 的底部顯示的衍射光柵124a具有與上文中描述的以及圖13中的截面 圖示的衍射光柵相似的結(jié)構(gòu)。衍射光柵124a也由關(guān)于對測量輻射的光 學效應不同特別是關(guān)于衍射元素145a和146a的配置周期不同的條紋 141a和143a組成。與圖13中所示的衍射光柵不同，衍射光柵125a在 條紋141a和143a上都具有位置互相相鄰的衍射元素145a和146a。然 而，這關(guān)于它們的配置圖樣的相位是不同的。為了說明該情況，在圖 16的上面部分，顯示了徑向r的衍射光柵124a的相位函數(shù)。在圖16 上部的水平線171表示了常相位cp，值是2 :i的整數(shù)倍數(shù)。在圖16上
36部的垂直線173表示了條紋141a和143a之間的邊界。相位函數(shù)通過 曲線段177p 1772, 1773， 1774表示，以及確定了衍射元素145a和146a 的配置。在圖16所示的示例中，衍射元素145a 、 146a被配置排列， 從而光柵條145a的徑向外側(cè)邊緣被放置在相位函數(shù)177,…1774交叉2 n的整數(shù)倍數(shù)的位置r。在圖16中，通過線175說明了具有2兀的整數(shù) 倍數(shù)的相位函數(shù)的交點和條145a的徑向外側(cè)邊緣之間的相互關(guān)系。
很清楚在條紋141a、 143a中，衍射元素145a、 146a周期性排列， 這就是曲線段177,…1774分別是連續(xù)的直線的原因。在條紋141a之間 的邊界173，發(fā)生相位躍變，然而，當連續(xù)維持從一個條紋到另一個條 紋的衍射元素周期性配置時，在這里不可能使相位函數(shù)連續(xù)。因為在 所選實施例中兩個條145a分別在相鄰條紋141a、 143a之間的邊界173 處彼此相鄰，或者以這種方式形成條寬加倍的公共條，所以在條紋141a 和]43a之間的相位躍變的值大約是1.5Ji。在其他實施例中，相位躍 變有可能有其他值，特別是有可能配置衍射光柵使得相鄰條紋之間的 相位躍變具有大約l.On的值。
這樣，在條紋141a和143a中，衍射元素145a、 146a的配置圖樣 的彼此不同之處在于條紋141a和143a以相對于彼此相位移動的方式 放置。這樣條紋141a、 143a的上光柵對于穿過衍射光柵125a的測量輻 射具有相位光柵的效應。
圖17顯示了衍射光柵的另一個實施例。圖17中顯示的衍射光柵 125c與通過圖12和13解釋的衍射光柵的不同之處在于，處于交替相 鄰的位置延長的衍射元素145b、 146b關(guān)于主軸11%不具有任何對稱 性。這種光柵也稱為載頻全息圖(carrier frequency hologram)。衍射光 柵125c也包括在圖示的實施例中卻關(guān)于主軸109b對稱排列的條紋 141b和143b。條紋141b和143b關(guān)于衍射元素145b、 146b的配置圖 樣彼此不相同之處在于，衍射元素145b、 146b僅設(shè)置在條紋141b中 而條紋143b中沒有衍射元素145b、 146b。
圖18顯示了以非常簡化的示意圖顯示了干涉儀配置101b，其具有 與圖11所示的干涉儀配置相似的結(jié)構(gòu)。干涉儀配置lOlb也包括輻射 源111b以及未詳細顯示在圖18中的探測器134b。
用于產(chǎn)生測量光束114b的干涉儀光學系統(tǒng)包括斐索表面119b以及應用于基板123b的相對于表面124b的衍射光柵125b。衍射光柵125b 具有如圖17所圖示的結(jié)構(gòu)。這里衍射元素145b、 146b以高的線密度 處于交替相鄰的位置，從而形成載頻全息圖。這導致了從衍射光柵觀 測，光束113b入射到衍射光柵125b，被整個光束偏轉(zhuǎn)的橫截面。入射 光束113b的主軸10%相對于穿過衍射光柵125b的光束114b的主軸 109' b成角度延伸，在圖18中可以看出這種情況。此外，衍射光柵 125b具有彼此相鄰排列的條紋141b、 143b的上光柵，所述條紋141b、 143b的光學特性也不同，從而入射光束113b的光被衍射結(jié)構(gòu)145b、 146b形成的光柵和條紋141b、 143b形成的上光柵衍射。光柵和上光柵 通過圖15的方法如上文所述配置，從而以預定衍射級被光柵衍射以及 以預定衍射級被上光柵衍射的測量光具有球面波前，從而該測量光垂 直入射在置于干涉儀配置101b的光路中的球面參考表面151上。球面 參考表面151在之前已被高精度的制造并使用獨立的傳統(tǒng)方法標定。 如參考圖15所解釋的，衍射結(jié)構(gòu)145b、 146b形成的光柵的效應可以 以較高的精度從球面參考表面151的測量計算得到。
圖19顯示了圖18中所示的干涉儀配置101b，與圖18不同，待測 量的非球面光學表面103b在這里位于干涉儀配置101b的光路中。在 這種情況下，測量光基本垂直的入射到待測量的非球面表面103b，所 述測量光以與圖18中的配置相同的衍射級被衍射結(jié)構(gòu)145b、 146b形 成的光柵所衍射，但是以不同于圖18中的配置的衍射級被條紋141b、 143b形成的上光柵所衍射。從圖19的測量結(jié)構(gòu)中的探測器134b記錄 的干涉圖，可以建立光學表面133b的實際形式，從而將光學表面與光 學表面的理想形式相比較，以及進行光學表面103b的再處理由此使光 學表面的形式近似于理想形式。
在通過圖7解釋的實施例中，獨立的衍射元素145b、 146b形成的 光柵是載頻光柵，而條紋141b和143b形成的上光柵不具有載頻。然 而，也有可能在該實施例的變體中，條紋形成的上光柵也具有載頻。 此外，也有可能，僅條紋形成的上光柵具有載頻，而獨立的衍射元素 形成的光柵不具有載頻。
在通過圖18和圖19解釋的實施例中，標定物體具有球面表面的 形式，而待制造的光學元件具有非球面表面的形式。然而，也有可能待制造的光學表面是自由形式表面，即例如關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸或關(guān)于一點不 具有對稱性。此外，也有可能，標定物體具有旋轉(zhuǎn)對稱的非球面表面 或者自由形式表面，而待制造的光學表面是自由形式表面。
在上述的實施例中，獨立的衍射元素145、 146形成的光柵具有兩 種不同類型的衍射元素，所述衍射元素在光學特性上不同。然而，也 有可能是，這種光柵由三個或者更多的不同的衍射元素組成，所述衍 射元素處于交替相鄰的位置，以及其光學特性不同，通過這種方式可 以提供例如閃耀光柵的效應。
此外，上面解釋的實施例中形成的上光柵通過兩個不同類型的分 別彼此相鄰放置的條紋形成。然而，也有可能，提供三種或者更多不 同類型條紋，所述條紋彼此的光學特性不同，從而上光柵也提供例如 閃耀光柵的功能。
上文解釋的干涉儀配置也特別可以實現(xiàn)為衍射光柵是可交換的， 這樣，不同的衍射光柵可以被引入到干涉儀配置的光路中，從而測量 不同的光學表面。
上文描述的本發(fā)明的實施例有可能制造具有光學表面的光學元 件，該光學表面具有非球面的理想形狀，以及光學表面的實際形狀偏
離理想形狀最大為0.2mm。
權(quán)利要求
1、一種具有光學表面的光學元件，該光學表面具有非球面的理想形狀，以及光學表面的實際形狀偏離理想形狀最大0.2nm。
2、 如權(quán)利要求1所述的光學元件， 光學表面的實際形狀偏離理想形狀最大0. lnm納米。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的光學元件，光學表面的理想形狀是自由形式表面，以及該光學表面的理想形狀偏 離其最適應球面的最大偏差至少是5pm。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的光學元件，光學表面的理想形狀基本上旋轉(zhuǎn)對稱，該光學表面的理想形狀與其最 適應球面的最大偏差至少是0.5mm。
5、 一種確定光學表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差的方法，包括如 下步驟提供入射電磁測量波，提供兩個衍射結(jié)構(gòu)，所述兩個衍射結(jié)構(gòu)被設(shè)計為重塑到達波的波前，通過輻射入射測量波到待標定的至少一個衍射結(jié)構(gòu)，標定兩個衍射結(jié) 構(gòu)中的至少其中之一，以及在測量波和至少一個待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作 用后，確定測量波的實際波前偏離理想波前的標定偏差，將兩個衍射結(jié)構(gòu)置于入射測量波的光路中，從而測量波的各條光線輻 射通過兩個衍射結(jié)構(gòu)，以及通過兩個衍射結(jié)構(gòu)重塑入射測量波以形成適合 的測量波，其波前適合光學表面的理想形狀，將光學表面置于適合的測量波的光路中，從而適合的測量波和光學表 面相互作用，以及在適合的測量波和光學表面相互作用之后，測量適合的測量波的波前。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，兩個衍射結(jié)構(gòu)分別被設(shè)計為重塑到達波的波前，以及在入射測量波的 光路中相繼放置。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的方法， 衍射結(jié)構(gòu)分別置于各自的基板中。
8、 如權(quán)利要求5到7的任一項所述的方法，兩個衍射結(jié)構(gòu)疊置在公共基板上。
9、 如權(quán)利要求5到8的任一項所述的方法，衍射結(jié)構(gòu)被配置為，當標定至少一個衍射結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生的測量波的理想 波前具有球面形狀，以及適合的測量波的波前具有旋轉(zhuǎn)對稱非球面的形狀， 特別是圓錐截面的形狀，離軸非球面的形狀和/或自由形式表面的形狀。
10、 如權(quán)利要求5到8的任一項所述的方法，衍射結(jié)構(gòu)被配置為，當標定至少一個衍射結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生的領(lǐng)糧波的理想 波前具有圓錐截面形狀，以及適合的測量波的波前具有旋轉(zhuǎn)對稱非球面的 形狀，不同于圓錐截面或自由形式表面的形狀。
11、 如權(quán)利要求5到10的任一項所述的方法，衍射結(jié)構(gòu)被配置為，當標定至少一個衍射結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生的測量波的理想 波前具有旋轉(zhuǎn)對稱非球面形狀，以及適合的測量波的波前具有自由形式表 面的形狀。
12、 如權(quán)利要求5到11的任一項所述的方法，衍射結(jié)構(gòu)被配置為，當標定至少一個衍射結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生的測量波的理想 波前具有具有第一半徑的球面形狀，以及適合的測量波的波前具有具有第 二半徑的球面的形狀。
13、 如權(quán)利要求5到12的任一項所述的方法，當重塑入射測量波以形成適合的測量波時，兩個衍射結(jié)構(gòu)中的第一個 產(chǎn)生波前重塑的主要部分，以及該衍射結(jié)構(gòu)被標定。
14、 如權(quán)利要求5到13的任一項所述的方法，衍射結(jié)構(gòu)之一的線密度是最大每毫米30線。
15、 如權(quán)利要求5到14的任一項所述的方法，進一步包括從適合的測量波的所測量的波前，考慮到標定偏差，確定 光學表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差的步驟。
16、 如權(quán)利要求5到15的任一項所述的方法， 重塑入射測量波以形成適合的測量波，包括如下步驟 通過兩個衍射結(jié)構(gòu)的第一個重塑入射測量波，以形成近似的測量波，其波前近似于光學表面的理想形狀，以及通過置于近似的測量波的光路中的第二衍射結(jié)構(gòu)，重塑近似的測量波 的至少一部分以形成適合的測量波。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，第一衍射結(jié)構(gòu)被標定。
18、 如權(quán)利要求16或17所述的方^^，適合的測量波的傳播方向相對于近似的測量波的傳播方向傾斜。
19、 如權(quán)利要求16到18的任一項所述的方法， 近似的測量波具有球面波前。
20、 如權(quán)利要求16到19的任一項所述的方法， 近似的測量波的波前基本上具有光學表面的最適應球面的形狀。
21、 如權(quán)利要求16到18的任一項所述的方法， 近t(的測量波具有非球面波前。
22、如權(quán)利要求21所述的方法，似的測量波穿過具有第二衍射結(jié)構(gòu)的基板的厚度的平面平行板，近似的 測量波的至少一部分被重塑來形成標定波，該標定波的波前具有圓錐截面 形狀的橫截面，特別是球面形式的橫截面。
23、 如權(quán)利要求22所述的方法，近似的測量波通過第二衍射結(jié)構(gòu)被重塑，以形成適合的測量波和標定波。
24、 如權(quán)利要求21到23的任一項所述的方法， 近似的測量波的非球面波前具有圓錐截面形狀的橫截面。
25、 如權(quán)利要求21到24的任一項所述的方法， 近似的測量波的非球面波前是旋轉(zhuǎn)對稱的。
26、 如權(quán)利要求5到25的任一項所述的方法，當標定兩個衍射結(jié)構(gòu)之一時，在測量波和待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作用 后，測量波的實際波前被完全確定。
27、 如權(quán)利要求5到26的任一項所述的方法，當標定待標定的衍射結(jié)構(gòu)時，在測量波和待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作用 后，測量波在具有圓錐截面形狀的標定物體上，特別是標定球面上，被反 射和干涉測量。
28、 如權(quán)利要求27所述的方法， 標定物體的形狀被完全確定。
29、 如權(quán)利要求5到28的任一項所述的方法，當標定待標定的衍射結(jié)構(gòu)時，在測量波和待標定的波形元件相互作用 后，完全確定測量波的非旋轉(zhuǎn)對稱誤差。
30、 如權(quán)利要求5或8到29的任一項所述的方法， 所述兩個衍射結(jié)構(gòu)形成衍射元件的一部分，以及衍射元件包括載體和載體上的衍射結(jié)構(gòu)，所述衍射結(jié)構(gòu)包括在衍射結(jié)構(gòu)的至少一個 區(qū)域的平面內(nèi)延伸的多個延長的衍射元素，從沿衍射元素的延伸方向橫向定向的方向觀察，在至少一個區(qū)域，至 少第一類型的衍射元素和第二類型的衍射元素處于交替相鄰的位置，以及 形成第一衍射結(jié)構(gòu)，第一類型的衍射元素和第二類型的衍射元素具有彼此 不同的光學特性，在至少一個區(qū)域，至少第一類型的延長的條紋以及第二類型的延長的 條紋，在平面上延伸，以及形成第二衍射結(jié)構(gòu)，從沿條紋的延伸方向橫向定向的方向觀察，在至少一個區(qū)域，第一類 型的條紋以及第二類型的條紋處于交替相鄰的位置，以及關(guān)于條紋中的衍射元素的配置圖樣，第一類型的條紋與第二類型的條 紋不同。
31、 如權(quán)利要求30所述的方法，在第一類型的條紋中，第一類型和第二類型的衍射元素處于交替相鄰的位置，以及第二類型的條紋沒有第一類 型和第二類型的衍射元素。
32、 如權(quán)利要求30或31所述的方法，通過第一類型的第一條紋和與 第一條紋直接相鄰的第二類型的條紋，第一和第二衍射元素的配置圖樣以 實質(zhì)上相等的局部頻率但實質(zhì)上相反的相位配置。
33、 如權(quán)利要求30到32的任一項所述的方法，處于交替相鄰的位置 的第一類型的和第二類型的衍射元素形成相位光柵。
34、 如權(quán)利要求30到32的任一項所述的方法，處于交替相鄰的位置 的第一類型的和第二類型的衍射元素形成振幅光柵。
35、 一種制造具有光學表面的光學元件的方法，包括 使用如權(quán)利要求40到67的任一項所述的裝置，將光學元件置于測量波中，從而在上光柵以第一衍射級衍射的測量輻 射實質(zhì)上垂直的入射所述光學表面，以波前測量設(shè)備的探測器記錄至少第一強度分布，以及 依據(jù)至少一個被記錄的第一強度分布處理光學表面。
36、 如權(quán)利要求35所述的方法，進一歩包括將標定物體置于測量波中，從而在上光柵以與第一衍射級不同的第二 衍射級衍射的領(lǐng)糧輻射實質(zhì)上垂直的入射標定物體的表面，以及 以探測器記錄至少第二強度分布。
37、 如權(quán)利要求36所述的方法，還依據(jù)至少一個被記錄的第二強度分布對光學表面進行處理。
38、 如權(quán)利要求36或37所述的方法，標定物體的表面是球面表面，以及光學元件的光學表面是非球面表面， 禾口/或標定物體的表面是球面表面以及光學元件的光學表面是自由形式表 面，和/或標定物體的表面是旋轉(zhuǎn)對稱非球面表面，以及光學元件的光學表面是 非球面表面，和/或標定物體的表面是旋轉(zhuǎn)對稱非球面表面，以及光學元件的光學表面是 自由形式表面，和/或標定物體的表面是自由形式表面，以及光學元件的光學表面是自由形
39、 如權(quán)利要求35到38的任一項所述的方法，第二衍射級是與第一 衍射級相反的衍射級。
40、 一種用于確定光學表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差的裝置， 特別用于執(zhí)行如權(quán)利要求5到39的任一項所述的方法，具有用于提供入射電磁測量波的部件，兩個衍射結(jié)構(gòu)，所述兩個衍射結(jié)構(gòu)被設(shè)計為重塑到達波的波前，在測 量模式，所述兩個衍射結(jié)構(gòu)置于入射測量波的光路中，從而測量波的各條光線輻射通過兩個衍射結(jié)構(gòu)，以及通過兩個衍射結(jié)構(gòu)重塑入射測量波以形 成適合的測量波，其波前適合光學表面的理想形狀，用于標定兩個衍射結(jié)構(gòu)中的至少其中之一的部件，被設(shè)計為在測量波 和至少一個待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作用后，確定測量波的實際波前偏離理想波前的標定偏差，以及波前測量設(shè)備，用于在適合的測量波和光學表面相互作用之后，測量 適合的測量波的波前。
41、 如權(quán)利要求40所述的裝置，兩個衍射結(jié)構(gòu)分別被設(shè)計為重塑到達波的波前，以及所述兩個衍射結(jié) 構(gòu)相繼置于入射測量波的光路中。
42、 如權(quán)利要求40或41所述的裝置， 衍射結(jié)構(gòu)分別置于各自的基板上。
43、 如權(quán)利要求40到42的任一項所述的裝置， 衍射結(jié)構(gòu)之一的線密度是最大每毫米30線。
44、 如權(quán)利要求40到43的任一項所述的裝置，兩個t行射結(jié)構(gòu)被設(shè)計為當重塑入射測量波以形成適合的測量波時，兩 個衍射元件的第一個產(chǎn)生波前重塑的主要部分，以及該裝置被設(shè)計為標定 該衍射結(jié)構(gòu)。
45、 如權(quán)利要求40到44的任一項所述的裝置，該裝置進一步包括分析設(shè)備，被設(shè)計為從適合的測量波的所測量的 波前，考慮到標定偏差，確定光學表面的實際形狀偏離理想形狀的偏差。
46、 如權(quán)利要求40到45的任一項所述的裝置， 兩個衍射結(jié)構(gòu)包括第一衍射結(jié)構(gòu)，其置于入射測量波的光路中，以及設(shè)置為重塑入射測 量波以形成近似的測量波，其波前近4以于光學表面的理想形狀，第二衍射結(jié)構(gòu)，其置于近似的測量波的光路中，被設(shè)置為重塑近似的觀罎波的至少一部分以形成適合的領(lǐng)糧波。
47、 如權(quán)利要求46所述的裝置， 該裝置被設(shè)計為標定第一衍射結(jié)構(gòu)。
48、 如權(quán)利要求46或47所述的裝置，適合的測量波的傳播方向相對于近似的測量波的傳播方向傾斜。
49、 如權(quán)利要求46到48的任一項所述的裝置， 近似的測量波具有球面波前。
50、 如權(quán)利要求46到49的任一項所述的裝置， 近似的測量波的波前實質(zhì)上具有光學表面的最適應球面的形狀。
51、 如權(quán)利要求46到50的任一項所述的裝置， 近似的測量波具有非球面波前。
52、 如權(quán)利要求51所述的裝置，該裝置具有基板，第二衍射結(jié)構(gòu)置于該基板上，以及近似的測量波的 非球面波前被配置為，當近似的測量波穿過具有第二衍射結(jié)構(gòu)的基板的 厚度的平面平行板，近似的測量波的至少一部分被重塑來形成標定波，該 標定波的波前具有圓錐截面形狀的橫截面，特別是球面形式的橫截面。
53、 如權(quán)利要求52所述的裝置，近似的測量波通過第二衍射結(jié)構(gòu)被重塑，以形成適合的測量波和標定
54、 如權(quán)利要求51到53的任一項所述的裝置， 近似的測量波的非球面波前具有圓錐截面形狀的橫截面。
55、 如權(quán)利要求51到54的任一項所述的裝置， 近似的測量波的非球面波前是旋轉(zhuǎn)對稱的。
56、 如權(quán)利要求51到55的任一項所述的裝置，在測量波和待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作用后，設(shè)置標定部件以完全確定 測量波的實際波前。
57、 如權(quán)利要求51到56的任一項所述的裝置，標定部件具有標定物體，該標定物體具有圓錐截面形狀的橫截面，特 別是標定球面，在測量波和待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作用后，用于反射測量 波。
58、 如權(quán)利要求57所述的裝置， 標定部件被設(shè)置為完全確定標定物體的形狀。
59、 如權(quán)利要求51到58的任一項所述的裝置，標定部件被設(shè)置為，在測量波和待標定的衍射結(jié)構(gòu)相互作用后，完全 確定入射測量波的非旋轉(zhuǎn)對稱誤差。
60、 如權(quán)利要求40、 43、 45、 57、 58和59的任一項所述的裝置， 兩個衍射結(jié)構(gòu)疊置在公共基板上。
61、 如權(quán)利要求60所述的裝置，還具有衍射元件，該衍射元件具有兩個衍射結(jié)構(gòu)，衍射元件具有至少 第一類型和第二類型的衍射元素，以及在衍射元件的至少一個區(qū)域，衍射 元素的光柵結(jié)構(gòu)被調(diào)制，從而衍射元素形成上光柵。
62、 如權(quán)利要求61所述的裝置，該裝置被配置為，在上光柵上以不是零級衍射級的預定衍射級衍射的 測量輻射產(chǎn)生探測器可以探測的干涉圖樣。
63、 如權(quán)利要求60到62的任一項所述的裝置，進一步包括置于光路中的孔徑，該孔徑從光路中去除在上光柵上以零 級衍射級或者不同于預定衍射級的衍射級衍射的領(lǐng)糧波的領(lǐng)糧輻射。
64、 如權(quán)利要求60到63的任一項所述的裝置，該裝置被配置為，在上光柵上以不同于零級衍射級的第一衍射級衍射 的測量波的測量輻射實質(zhì)上具有球面波前。
65、 如權(quán)利要求64所述的裝置，進一歩包括具有表面的標定物體，所 述表面能夠置于測量波中，從而以第一衍射級衍射的測量波的觀糧輻射實 質(zhì)上垂直的入射到標定物體的表面上。
66、 如權(quán)利要求65所述的裝置，標定物體具有球面表面。
67、 一種衍射光柵，包括載體和載體上的衍射結(jié)構(gòu)，所述衍射結(jié)構(gòu)包括在衍射結(jié)構(gòu)的至少一個 區(qū)域的平面內(nèi)延伸的多個延長的衍射元素，從沿衍射元素的延伸方向橫向定向的方向觀察，在至少一個區(qū)域，至 少第一類型的衍射元素和第二類型的衍射元素處于交替相鄰的位置，第一類型的衍射元素和第二類型的衍射元素具有彼此不同的光學特性，在至少一個區(qū)域，至少第一類型的延長的條紋以及第二類型的延長的條紋在平面上延伸，從沿條紋的延伸方向橫向定向的方向觀察，第一類型的條紋以及第二 類型的條紋在至少一個區(qū)域處于交替相鄰的位置，關(guān)于條紋中的衍射元素的配置圖樣，第一類型的條紋以及第二類型的 條紋不同。
68、 一種干涉儀配置，包括具有平均波長的用于測量輻射的輻身寸源， 用于產(chǎn)生測量輻射光束的干涉儀光學系統(tǒng)，其中可以放置待測量的物體，用于在測量輻射和待測量的物體相互作用之后接收測量輻射的探測器，干涉儀光學系統(tǒng)包括如權(quán)利要求67所述的衍射光柵。
69、 一種干涉儀配置，特別是如權(quán)利要求68所述的干涉儀配置，包括:具有平均波長的用于測量輻射的輻射源， 用于產(chǎn)生測量輻射光束的干涉儀光學系統(tǒng)，其中可以放置待測量的物體，用于在測量輻射和待測量的物體相互作用之后接收測量輻射的探測器，干涉儀光學系統(tǒng)包括衍射光柵，所述衍射光柵通過至少第一類型和第 二類型的衍射元素形成，在衍射光柵的至少一個區(qū)域，衍射元素的光柵結(jié) 構(gòu)被調(diào)制，從而衍射元素形成上光柵。
70、 一種制造具有光學表面的光學元件的方法，包括使用如權(quán)利要求68或69所述的干涉儀配置，將光學元件置于測量輻射光束中，從而在上光柵上以不同于零級衍射 級的第一衍射級衍射的測量輻射實質(zhì)上垂直的入射光學表面， 以探測器記錄至少第一強度分布，以及 依據(jù)至少一個被記錄的第一強度分布處理光學表面。
全文摘要
一種確定光學表面(12；103)的實際形狀偏離理想形狀的偏差的方法，包括如下步驟提供入射電磁測量波(20；113)，提供兩個衍射結(jié)構(gòu)(47，49；145，146，141，143)，在每種情況下，所述兩個衍射結(jié)構(gòu)被設(shè)計為重塑入射波的波前，通過輻射入射測量波(20；113)到至少一個待標定的衍射結(jié)構(gòu)，標定兩個衍射結(jié)構(gòu)(47，49；145，146，141，143)中的至少其中之一，以及在測量波和至少一個待標定的衍射結(jié)構(gòu)(47；49；145，146，141，143)相互作用后，確定測量波(20；113)的實際波前偏離理想波前的標定偏差，將兩個衍射結(jié)構(gòu)(47；49；145，146，141，143)設(shè)置于入射測量波(20；113)的光路中，從而測量波的各條光線輻射通過兩個衍射結(jié)構(gòu)(47；49；145，146，141，143)，以及通過兩個衍射結(jié)構(gòu)(47；49；145，146，141，143)將入射測量波(20；113)重塑為匹配的測量波(64；114)，其波前匹配光學表面(12；103)的理想形狀，在匹配的測量波(64；114)的光路中設(shè)置光學表面(12；103)，從而匹配的測量波(64；114)和光學表面(12；103)相互作用，以及在匹配的測量波(64；114)和光學表面(12；103)相互作用之后，測量匹配的測量波(64；114)的波前。
文檔編號G01B11/24GK101495833SQ200780027739
公開日2009年7月29日 申請日期2007年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者F·席爾科, M·德雷埃爾, R·弗賴曼 申請人:卡爾蔡司Smt股份公司