橢球面的無像差絕對檢驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光學檢測技術領域，具體涉及一種橢球面的無像差絕對檢驗方法。
【背景技術】
[0002]光學面形誤差的檢驗常用波面干涉儀。波面干涉儀通常配備標準的平面鏡頭或球面鏡頭，發(fā)出平面測試波或球面測試波，可對光學平面或球面進行零位檢驗，即若被測面形沒有誤差，將得到零條紋的干涉圖。對于非球面檢驗，則需要利用專門設計的補償器，將干涉儀發(fā)出的平面或球面測試波變換為與被測非球面匹配的非球面波。橢球面、雙曲面和拋物面等二次非球面則可利用其一對共軛焦點(例如拋物面的焦點和無窮遠點)的性質，實現(xiàn)無像差零位檢驗。但是上述方法均是相對測量，測得的面形誤差是以干涉儀鏡頭上的參考面為基準的，即測量精度始終受限于鏡頭參考面的精度。對于深紫外或極紫外光刻物鏡中光學元件的面形誤差測量，精度要求達到亞納米級，遠遠高于干涉儀鏡頭商業(yè)化產品的精度，因此必須將干涉儀鏡頭參考面誤差分離出來。
[0003]為了使干涉測量精度不受鏡頭參考面誤差影響，可在測量之前利用更高精度的表面校準參考面，然后在測量數(shù)據(jù)中將其減去。這種方法的缺點是顯然的，一是校準程序非常嚴格，對環(huán)境要求苛刻，而且不易操作，實時性差；另外更高精度的表面往往難以實現(xiàn)。為此人們提出絕對檢驗方法，在測量的同時分離出參考面誤差，而不需要預先進行校準。
[0004]通常光學面形檢驗時可采用多位置平均法，將被測面形繞其光軸等間隔回轉360° /N，在這N個位置分別進行測量，測量結果取平均將分離出面形誤差中除回轉對稱分量和kN0階諧波分量外的所有誤差分量。這個方法適用于所有零位檢驗，包括平面、球面和非球面的補償檢驗等，缺點是回轉對稱的誤差分量無法分離。為了分離出回轉對稱分量，引入被測面的平移調制，即平移旋轉法，適用于平面和球面，但是平面的離焦(power)分量無法獲得。對于非球面，因為平移會引入軸外像差，因此平移旋轉法不適用。不過對于平面，可在多位置平均法的基礎上結合三平面互檢，獲得除kN Θ階諧波分量外的所有誤差分量。
[0005]光學球面的三位置方法絕對檢驗則是利用共焦位置和貓眼位置，其中共焦位置上有兩個測量位置，分別對應被測球面繞光軸回轉180°前后。三個位置上的測量數(shù)據(jù)經過簡單的數(shù)學運算即可分完全離出參考面誤差。
[0006]非球面補償檢驗時沒有貓眼位置，所以無法直接應用三位置方法。一種方法是通過雙波前計算機生成全息圖(CGH)在測試和校準時分別產生非球面波和球面波，并假設兩者的差異可忽略。首先用雙CGH產生會聚球面波，對一個球面進行三位置方法絕對檢驗，獲得干涉儀的系統(tǒng)誤差；再用雙CGH產生發(fā)散球面波前對同一個球面進行測試，分離出CGH的圖樣誤差；最后用雙CGH產生非球面波前對被測非球面進行零位檢驗，獲得其面形誤差。該方法中，雙CGH所產生的非球面波和球面波的差異會影響測試精度，而且雙CGH作為全息補償器，制作成本高，只適合于特定非球面。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種操作簡易、精度高的橢球面的無像差絕對檢驗方法。
[0008]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0009]一種橢球面的無像差絕對檢驗方法，包括以下步驟:
[0010]S1:測量:利用球面波干涉儀和球面反射鏡對橢球面進行無像差零位檢驗和貓眼位置檢驗，具體按以下分步驟執(zhí)行；
[0011]Sll:所述球面波干涉儀向橢球面發(fā)出球面測試波，且球面測試波的球心與橢球面的遠焦點fl重合，所述球面反射鏡置于球面波干涉儀與橢球面之間，且球面反射鏡朝向橢球面，球面反射鏡的曲率中心與橢球面的近焦點f2重合，進行無像差零位檢驗并測得第一組數(shù)據(jù)，并存盤為Wl ;
[0012]S12:將所述橢球面繞光軸回轉180°，其余檢驗條件保持不變，進行無像差零位檢驗并測得第二組數(shù)據(jù)，并存盤為W2 ;
[0013]S13:將所述橢球面繞光軸回轉-180°回到原位置，所述球面反射鏡向其曲率中心移動，使得球面反射鏡的頂點與橢球面的焦點f2重合，進行貓眼位置檢驗并測得第三組數(shù)據(jù)，并存盤為W3 ；
[0014]S14:翻轉所述球面反射鏡將球面反射鏡朝向球面波干涉儀，并移動球面反射鏡，使得其頂點與球面測試波的球心重合，進行貓眼位置檢驗并測得第四組數(shù)據(jù)，并存盤為W4 ；
[0015]S2:計算所述橢球面的面形誤差絕對檢驗結果T:T = (Wl-W2+2W3-2W4)/4。
[0016]作為上述技術方案的進一步改進:
[0017]所述步驟SI中，橢球面滿足無像差零位檢驗條件，橢球面、球面波干涉儀和球面反射鏡光軸重合。
[0018]所述步驟S13和步驟S14中，球面反射鏡處于貓眼檢驗位置，入射光線被球面反射鏡反射后，沿著關于中心對稱的位置返回，干涉圖樣呈現(xiàn)貓眼圖案。
[0019]所述橢球面的夾具設有以下調節(jié)自由度:沿光軸Z方向的移動自由度、在垂直光軸Z的平面內的二維平移自由度、以垂直光軸Z的水平軸X為軸心的俯仰自由度，以正交于光軸Z和水平軸X的正交軸Y為軸心的偏擺自由度；所述球面反射鏡的夾具設有以下調節(jié)自由度:沿光軸Z方向的移動自由度、在垂直光軸Z的平面內的二維平移自由度。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0021]本發(fā)明的橢球面的無像差絕對檢驗方法，首先通過球面波干涉儀和球面反射鏡，對橢球面分別進行無像差零位檢驗和貓眼位置檢驗，通過四個檢驗位置完全分離出球面波干涉儀系統(tǒng)誤差和球面反射鏡的面形誤差，獲得橢球面的絕對檢驗結果，具有操作簡易和精度高的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明第一組數(shù)據(jù)Wl的無像差零位檢驗的原理圖。
[0023]圖2是本發(fā)明第二組數(shù)據(jù)W2的無像差零位檢驗的原理圖。
[0024]圖3是本發(fā)明第三組數(shù)據(jù)W3的貓眼位置檢驗的原理圖。
[0025]圖4是本發(fā)明第四組數(shù)據(jù)W4的貓眼位置檢驗的原理圖。
[0026]圖5是本發(fā)明中貓眼位置測量時貓眼干涉圖樣。
[0027]圖6是將本發(fā)明中橢球面替換成雙曲面的第一組數(shù)據(jù)W5的無像差零位檢驗的原理圖。
[0028]圖7是將本發(fā)明中橢球面替換成雙曲面的第二組數(shù)據(jù)W6的無像差零位檢驗的原理圖。
[0029]圖8是將本發(fā)明中橢球面替換成雙曲面的第三組數(shù)據(jù)W7的貓眼位置檢驗的原理圖。
[0030]圖9是將本發(fā)明中橢球面替換成雙曲面的第四組數(shù)據(jù)W8的貓眼位置檢驗的原理圖。
[0031]圖中各標號表不:1、橢球面；2、球面波干涉儀；3、球面反射鏡；4、球面測試波的球心；5、曲率中心；7、雙曲面。
【具體實施方式】
[0032]圖1至圖5示出了本發(fā)明橢球面的無像差絕對檢驗方法的一種實施例，該方法包括以下步驟:
[0033]S1:測量:利用球面波干涉儀2和球面反射鏡3對橢球面I進行無像差零位檢驗和貓眼位置檢驗，具體按以下分步驟執(zhí)行:
[0034]Sll:球面波干涉儀2向橢球面I發(fā)出球面測試波，且球面測試波的球心4與橢球面I的遠焦點fl重合，球面反射鏡3置于球面波干涉儀2與橢球面I之間，且球面反射鏡3朝向橢球面1，球面反射鏡3的曲率中心5與橢球面I的近焦點f2重合，進行無像差零位檢驗并測得第一組數(shù)據(jù)，并存盤為Wl，Wl (X，y) = TS (X，y) +2T (x, y) +RS (x, y)，其中TS (x, y)是球面波干涉儀2的球面鏡頭的參考面誤差，T(X，y)是被測橢球面I的面形誤差，RS(X，y)是球面反射鏡3的面形誤差(下同)；
[0035]S12:將橢球面I繞光軸回轉180°，其余檢驗條件保持不變，進行無像差零位檢驗并測得第二組數(shù)據(jù)，并存盤為 W2，W2 (X，y) = TS (x, y) +2T (-χ, -y) +RS (x, y)；
[0036]S13:將橢球面I繞光軸回轉-180°回到原位置，球面反射鏡3向其曲率中心5移動，使得球面反射鏡3的頂點與橢球面I的焦點f2重合，進行貓眼位置檢驗并測得第三組數(shù)據(jù)，并存盤為W3，貓眼位置反射使得測試光束沿著繞光軸對稱的方向返回到球面波干涉儀 2，W3(x, y) = l/2L(x, y)-l/2L(-x, -y)-l/2n[TS (x, y) -TS (-χ, -y) ]-1/2 [TS (χ, y) +TS (-χ，-y) ] + [Τ (χ, y) +T (-χ, -y)]，其中L (χ, y)是球面干涉儀2的球面鏡頭除參考平面21誤差外引入的透過波前誤差；
[0037]S14:翻轉球面反射鏡3并將球面反射鏡3朝向球面波干涉儀2，并移動球面反射鏡3，使得其頂點與球面測試波的球心4重合，進行貓眼位置檢驗并測得第四組數(shù)據(jù)，并存盤為 W4,W4 (x, y) = l/2L(x, y)-l/2L(-x, -y)-l/2n[TS (x, y) -TS (-χ, -y) ]-1/2 [TS (x, y) +TS(-x, -y)];
[0038]S2:計算橢球面I的面形誤差絕對檢驗結果T:T = (Wl-W2+2W3-2W4)/4。
[0039]本實施例中，被測橢球面I的頂點曲率半徑為R = 478.56mm，通光口徑為D =330mm，二次常數(shù)