利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置制造方法
【專利摘要】利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置，屬于光學系統(tǒng)集成裝配【技術領域】，為了解決現(xiàn)有技術中間隔測量儀光軸與集成平臺轉(zhuǎn)軸的校準方法采用反復測試迭代收斂的方法效率很低的技術問題，該光學裝置包括定心儀探測頭組件、間隔測量儀測量頭、待測間隔鏡組及高精度氣浮轉(zhuǎn)臺，定心儀探測頭組件、間隔測量儀測量頭和待測間隔鏡組從上至下同軸設置，待測間隔鏡組光軸與定心儀高精度氣浮轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)軸重合，在定心儀探測頭組件和待測間隔鏡組之間設置輔助定心裝置，輔助定心裝置中偏心監(jiān)測鏡片和傾斜監(jiān)測鏡片組成的鏡組設置在四維調(diào)整架上，間隔測量儀測量頭同軸設置在所述鏡組的下端；該光學裝置特別適用于測試儀器光軸與物鏡光軸的快速校準。
【專利說明】利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用軸向色差對間隔/厚度測試儀器與被測對象光軸對準時進行快速輔助定心的光學裝置，屬于光學系統(tǒng)集成裝配【技術領域】。

【背景技術】
[0002]高精度透射式光學系統(tǒng)集成裝配，必須具有亞微米量級鏡片間隔測試精度，須使用非接觸式的干涉類測試儀器一間隔測量儀，并且保證間隔測量儀的光軸與待測件光軸重合。該類間隔測量儀采用邁克爾遜干涉原理，使用短相干光源，能夠?qū)崿F(xiàn)亞微米的測量精度。目前常用的做法是將間隔測量儀與高精度定心儀集成在一起使用，間隔測量儀放置在定心儀下方，只要事先將間隔測量儀光軸與定心儀光軸調(diào)節(jié)重合后，在整個集成測試過程中無需再進行上述兩個光軸的校準即可完成各鏡片間隔的高精度測試。
[0003]現(xiàn)有的間隔測量儀最大的測量范圍為光學長度600mm，而大NA透射式物鏡，例如光刻投影物鏡，物鏡長度達到1000mm以上，超過測量范圍，為了在整個物鏡集成過程中都能夠?qū)崿F(xiàn)鏡片的間隔測量，就必須將間隔測量儀放置在物鏡上方，在物鏡不斷集成過程中，間隔測量儀的測量頭只有不斷升高，才能夠逐步測試整個物鏡集成時各鏡片的間隔。為了不妨礙定心儀測量頭對鏡片進行定心測試，在鏡片集成定心過程中，需要將間隔測量儀的測量頭從定心儀光路中移出，待鏡片定心集成后，再通過輔助工裝將間隔測量儀器的測量頭安裝固定到待測間隔鏡片之上，并對間隔測量儀的光軸與集成平臺轉(zhuǎn)軸進行校準之后，才能進行間隔的高精度測量。
[0004]目前間隔測量儀光軸與集成平臺轉(zhuǎn)軸的校準方法的主要過程如下:用高精度平行平板與高精度小球組合成光學定心裝置，并且將平行平板的法線與高精度小球光軸調(diào)節(jié)平行，然后校準間隔測量儀光軸與上述光學定心裝置的光軸，使其一致。利用定心儀測量頭的上下移動分別找到小球的共焦像與平板的“貓眼”像，通過轉(zhuǎn)動定心儀分別測試上述兩個像的偏離，即為間隔測量儀與定心儀轉(zhuǎn)軸的傾斜與偏心量，再通過四維調(diào)節(jié)機構(gòu)，依次調(diào)節(jié)傾斜與偏心誤差。由于傾斜調(diào)節(jié)機構(gòu)會產(chǎn)生偏心耦合，需要反復移動定心儀測頭測量小球與平板反射像的中心偏，每測一個中心像，都需要轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動一周進行目標采樣計算，利用此迭代方式逐步調(diào)節(jié)間隔測量儀光軸使其與集成平臺轉(zhuǎn)軸同軸。每集成一個鏡片，間隔測量儀光軸與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)軸都需要進行校準，這種反復測試迭代收斂的方法效率很低。增加了很多工作量和校準時間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術中間隔測量儀光軸與集成平臺轉(zhuǎn)軸的校準方法采用反復測試迭代收斂的方法效率很低的技術問題，提出一種利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置。該光學裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，校準效率高等特點，特別適用于測試儀器光軸與物鏡光軸的快速校準。
[0006]本發(fā)明解決上述技術問題的方案如下:
[0007]利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置，包括定心儀探測頭組件、間隔測量儀測量頭、待測間隔鏡組及高精度氣浮轉(zhuǎn)臺，定心儀探測頭組件、間隔測量儀測量頭和待測間隔鏡組從上至下同軸設置，待測間隔鏡組光軸與定心儀高精度氣浮轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)軸重合，其特征是，在定心儀探測頭組件和待測間隔鏡組之間設置輔助定心裝置，輔助定心裝置中偏心監(jiān)測鏡片和傾斜監(jiān)測鏡片組成的鏡組設置在四維調(diào)整架上，間隔測量儀測量頭同軸設置在所述鏡組的下端。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
[0009]本發(fā)明提出的輔助定心光學裝置，其能夠快速實現(xiàn)間隔測量儀光軸與待集成物鏡光軸校準，只需將偏心和傾斜反射像調(diào)節(jié)到與標校好的中心位置重合即可，不需要反復移動測量頭以及反復轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺進行中心偏測試的多次迭代，明顯提高定心效率。由于不需要使用高精度平行平板，因此輔助定心光學裝置中用于監(jiān)測偏心和傾斜的鏡片的加工精度要求也明顯降低，節(jié)約了工裝加工制造成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明所述的輔助定心裝置示意圖。
[0012]圖3為定心儀計算機顯示的中心偏示意圖。
[0013]圖中:1、定心儀測量頭組件，11、白光光源照明的叉絲像，12、可切換濾光片裝置，121、紅外光透過濾光片，122、綠光透過濾光片，13、半反半透分光鏡，14、寬譜段響應(XD，15、準直物鏡組，16、聚光鏡組，2、輔助定心裝置，21、偏心監(jiān)測鏡片，22、傾斜監(jiān)測鏡片，23、四維調(diào)節(jié)架，231、傾斜調(diào)節(jié)機構(gòu)，232、偏心調(diào)節(jié)機構(gòu)，3、間隔測量儀測量頭，4、待測間隔鏡組，41、待測間隔上鏡組，42、待測間隔下鏡組，5、高精度氣浮轉(zhuǎn)臺，6、(XD監(jiān)測顯示器。

【具體實施方式】
[0014]如圖1、2所示，利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置，包括定心儀探測頭組件1、間隔測量儀測量頭3、待測間隔鏡組4及高精度氣浮轉(zhuǎn)臺5，定心儀探測頭組件1、間隔測量儀測量頭3和待測間隔鏡組4從上至下同軸設置，待測間隔鏡組4光軸與定心儀高精度氣浮轉(zhuǎn)臺5的轉(zhuǎn)軸重合，在定心儀探測頭組件1和待測間隔鏡組4之間設置輔助定心裝置2，輔助定心裝置2中偏心監(jiān)測鏡片21和傾斜監(jiān)測鏡片22組成的鏡組設置在四維調(diào)整架23上，間隔測量儀測量頭3同軸設置在所述鏡組的下端。
[0015]本發(fā)明所述的快速輔助定心的光學裝置，其由輔助定心裝置2與高精度定心儀配合使用用以完成待測間隔鏡組4高精度鏡片間隔測量。
[0016]定心儀主要包含定心儀測量頭組件1和高精度氣浮轉(zhuǎn)臺5。
[0017]輔助定心裝置2包括偏心監(jiān)測鏡片21和傾斜監(jiān)測鏡片22組成的鏡組，以及四維調(diào)整架23。所述鏡組設置在四維調(diào)整架23上。間隔測量儀測量頭3同軸設置在所述鏡組的下端。
[0018]偏心監(jiān)測鏡片21為雙凸透鏡，用于檢測偏心，雙凸透鏡上表面211鍍紅外光增反、綠光增透膜層；雙凸透鏡下表面212鍍綠光增透膜層。傾斜監(jiān)測鏡片22為凹透鏡，用于檢測傾斜，凹透鏡上表面221為凹面，鍍綠光增透膜層；凹透鏡下表面222為平面，鍍綠光增反膜層。
[0019]利用輔助定心裝置2能夠快速完成間隔測量儀測量頭3與待測間隔鏡組4的高精度定心調(diào)整，以便得到高精度鏡組間隔測試結(jié)果。輔助定心裝置2與間隔測量儀測量頭3事先調(diào)節(jié)同軸。輔助定心裝置2通過螺釘與待測間隔鏡組4連接。
[0020]如圖1-3所示，利用軸向色差實現(xiàn)分別調(diào)節(jié)間隔測量儀測量頭3光軸與待測間隔鏡組4光軸的偏心與傾斜。利用定心儀分別完成待測間隔鏡組4中待測間隔下鏡組42和待測間隔上鏡組41的定心，表明所述的待測間隔鏡組4光軸與高精度氣浮轉(zhuǎn)臺5的轉(zhuǎn)軸重八口 ο
[0021]在定心儀測量頭組件1中，白光光源照明的叉絲像11經(jīng)過可切換濾光片裝置12中的紅外光透過濾光片121僅能使紅外光透過，紅外光束經(jīng)過半反半透分光鏡13入射到準直物鏡組15生成準直光束，準直光束再經(jīng)過聚光鏡組16產(chǎn)生會聚光束，調(diào)節(jié)定心儀測量頭組件1與輔助定心裝置2的相對高度位置，使得由聚光鏡組16產(chǎn)生的會聚光束的焦點恰好與輔助定心裝置2中偏心監(jiān)測鏡片21的雙凸透鏡上表面211的頂點重合，利用該頂點產(chǎn)生的反射像標校出(XD14的中心視場位置，以作為本發(fā)明定心調(diào)節(jié)的基準65。再次調(diào)節(jié)定心儀測量頭組件1與輔助定心裝置2的相對高度位置，使得由聚光鏡組16產(chǎn)生的會聚光束的焦點恰好與輔助定心裝置2中偏心監(jiān)測鏡片21的雙凸透鏡上表面211的球心重合，即入射光束垂直于偏心監(jiān)測鏡片21的雙凸透鏡上表面211,并在該表面上發(fā)生反射，反射光依次經(jīng)過聚光鏡組16、準直物鏡組15和半反半透鏡13，最終會聚到寬譜段響應(XD14上，通過寬譜段響應(XD14在顯示器6上會顯示輔助定心裝置2相對于定心調(diào)節(jié)基準的偏心量大小61，調(diào)節(jié)四維調(diào)節(jié)架23的偏心調(diào)節(jié)機構(gòu)231，使顯示器6上顯示的的偏心量61最小，此時完成輔助定心裝置2與定心儀高精度氣浮轉(zhuǎn)臺5轉(zhuǎn)軸的偏心調(diào)節(jié)，即完成輔助定心裝置2與待測間隔鏡組4光軸的偏心調(diào)節(jié)，也即完成間隔測量儀測頭3光軸與待測間隔鏡組4光軸的偏心調(diào)節(jié)。
[0022]將濾光片切換成僅能使綠光通過，白光光源照明的十字叉絲像11經(jīng)過可切換濾光片裝置12中的綠光透過濾光片122僅能使綠光透過，綠光光束經(jīng)過半反半透鏡13入射到準直物鏡組15，再經(jīng)過聚光鏡組16產(chǎn)生會聚光束，通過合理設計輔助定心裝置2中偏心監(jiān)測鏡片21與傾斜監(jiān)測鏡片22的間隔，使得在前述紅外光束與偏心監(jiān)測鏡片21的雙凸透鏡上表面211共焦時，由于軸向色差的存在，不需移動定心儀上測頭1，可使綠光光束依次經(jīng)過偏心監(jiān)測鏡片21的雙凸透鏡上表面211和偏心監(jiān)測鏡片21的鍍綠光增透膜的的雙凸透鏡下表面212，以及傾斜監(jiān)測鏡片22的鍍綠光增透膜的凹平透鏡上表面221，最后垂直入射到傾斜監(jiān)測鏡片22的鍍綠光增反膜的凹平透鏡下表面222，綠光在該表面經(jīng)過反射，依次透過傾斜監(jiān)測鏡片22的凹平透鏡上表面221，偏心監(jiān)測鏡片21，聚光鏡組16、準直物鏡組15和半反半透鏡13，最終會聚到寬譜段響應(XD14上，通過寬譜段響應(XD14在顯示器6上會顯示輔助定心裝置2傾斜量的大小64，調(diào)節(jié)四維調(diào)節(jié)架23的傾斜調(diào)節(jié)機構(gòu)232，使顯示器6上顯示的輔助定心裝置2傾斜量最小，完成輔助定心裝置2與定心儀高精度氣浮轉(zhuǎn)臺5轉(zhuǎn)軸的傾斜調(diào)節(jié)，即完成輔助定心裝置2與待測間隔鏡組4光軸的傾斜調(diào)節(jié)，即完成間隔測量儀測頭3光軸與待測間隔鏡組4光軸的傾斜調(diào)節(jié)。
【權利要求】
1.利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置，包括定心儀探測頭組件(I)、間隔測量儀測量頭(3)、待測間隔鏡組(4)及高精度氣浮轉(zhuǎn)臺(5)，定心儀探測頭組件(I)、間隔測量儀測量頭(3)和待測間隔鏡組(4)從上至下同軸設置，待測間隔鏡組(4)光軸與定心儀高精度氣浮轉(zhuǎn)臺(5)的轉(zhuǎn)軸重合，其特征是，在定心儀探測頭組件⑴和待測間隔鏡組(4)之間設置輔助定心裝置(2)，輔助定心裝置(2)中偏心監(jiān)測鏡片(21)和傾斜監(jiān)測鏡片(22)組成的鏡組設置在四維調(diào)整架(23)上，間隔測量儀測量頭(3)同軸設置在所述鏡組的下端。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置，其特征在于，定心儀探測頭組件(I)中可切換濾光片裝置(12)可以切換兩個譜段濾光片，分別為紅外波段和綠光波段，可實現(xiàn)將白光光源分別產(chǎn)生紅外光和綠光。
3.根據(jù)權利要求1所述的利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置，其特征在于，偏心監(jiān)測鏡片(21)為雙凸透鏡，雙凸透鏡上表面(211)鍍紅外光增反膜且綠光增透膜，雙凸透鏡下表面(212)鍍綠光增透膜；傾斜監(jiān)測鏡片(22)為凹平透鏡，凹平透鏡上表面(221)為凹面，鍍綠光增透膜；凹平透鏡下表面(222)為平面，鍍綠光增反膜。
4.根據(jù)權利要求3所述的利用軸向色差進行快速輔助定心的光學裝置，其特征在于，偏心監(jiān)測鏡片(21)與傾斜監(jiān)測鏡片(22)的間隔關系為:紅外光測量時，偏心監(jiān)測鏡片(21)的雙凸透鏡上表面(211)凸面球心與定心儀測量光束共焦，不需要移動定心儀測量頭(I)位置，切換至綠光測量時，即實現(xiàn)定心儀測量光束垂直于傾斜監(jiān)測鏡片(22)凹平透鏡下表面(222)的平面。
【文檔編號】G01B11/14GK104317030SQ201410613532
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權日:2014年10月31日
【發(fā)明者】趙陽, 劉春來, 王平, 李顯凌, 隋永新, 楊懷江 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所