[发明专利]用于非球面测量的波长扫描干涉仪及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非球面的高精度干涉测量技术，尤其涉及一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪及方法。

背景技术

与传统使用多个球面元件的光学系统相比，由于非球面能够在有效简化系统结构的同时保持相应的性能，因此被广为采用。使用非球面往往能够使光学系统的元件更少、重量更轻。正因如此，非球面在诸如深紫外光刻、高质量成像系统、天文望远镜、高密度光存储等领域广泛应用。

目前在非球面测量领域存在很多种方法和相应的一起，例如基于触针方法的轮廓仪和坐标测量机、基于子孔径拼接的干涉仪、剪切干涉仪、白光扫描干涉仪，基于零位补偿和部分零位补偿的干涉仪、基于计算全息的干涉仪、双波长干涉仪，等等。相较于当今非球面测量的高精度和灵活性要求等方面，这些方法在测量能力和测量精度上存在着一些问题。

基于触针方法的轮廓仪和坐标测量机由于采用逐点测量的方法，其测量较耗费时间，且存在损伤被测表面的风险。基于子孔径拼接的干涉仪需要高精度的多维旋转平移台，利用相邻子孔径的重叠区域数据完成拼接并获取整个被检面形貌。剪切干涉仪通常测量到的是被检面的坡度信息，因此在对坡度积分进行面形重构时会引入累计测量误差。使用计算全息和零位补偿镜的干涉仪容易由补偿元件引入误差。以上这些现有方法在测量时间、测量精度、附加零位镜、夹具、通用性、造价等方面存在不足。

专利（US20020160672）提出了一种使用机械扫描干涉仪测量非球面面形和波前的方法。该专利基于测量从非球面顶点与切线处的干涉光程差的方法，使用空间滤波的方式滤除其它位置的光进入探测器产生干涉。为了获取整个非球面面形，另外该专利使用了一个专门的测长干涉仪测量有平移台带动的被测非球面的位移。在该专利中使用了点探测器测量光程差，由于是逐点测量，需要长达数十分钟才能测量一个完整的表面。使用额外的测长干涉仪也增加了系统的复杂性和成本，一定程度上降低了测量的可靠性。

发明内容    

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪及方法。本发明能够获取干涉仪绝对光程差，且每次仅获取与被检面相切部分的干涉数据信息，因而具有测量精度高、能够适用不同口径、大非球面度、且无需零位补偿元件的特点。

一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪，它包括平移台、被测非球面、第一镜组、分光镜、扩束镜、可调谐激光器、成像透镜、CCD相机、参考平面镜、图像卡、计算机和数据卡；其中，被测非球面固定在平移台，被测非球面、第一镜组、分光镜、成像透镜和CCD相机依次同轴放置，参考平面镜置于分光镜的底部，CCD相机、图像卡、计算机和数据卡依次相连，扩束镜和可调谐激光器相连，平移台和可调谐激光器分别与数据卡相连；可调谐激光器出射的光束经过扩束镜扩束后成为平行光束，波前被分光镜分为两束；其中一束入射到参考平面镜上作为参考光，另外一束经由第一镜组聚焦后入射到被测非球面上，从参考反射镜和被测非球面反射的光重新在分光镜上叠加形成干涉，干涉条纹经过成像透镜后由CCD相机获取，经过CCD相机完成光电转换后由图像卡完成模数转换，最后进入计算机进行信号处理获得光程差和面形信息。

进一步地，该波长扫描干涉仪还包括一平面镜，平面镜将扩束镜扩束的平行光束反射到分光镜。

一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪，它包括平移台、被测非球面、第二镜组、分光镜、扩束镜、可调谐激光器、成像透镜、CCD相机、图像卡、计算机和数据卡；其中，所述被测非球面2固定在平移台，被测非球面、第二镜组、分光镜、成像透镜和CCD相机依次同轴放置，CCD相机、图像卡、计算机和数据卡依次相连，扩束镜和可调谐激光器相连，平移台和可调谐激光器分别与数据卡相连；从可调谐激光器出射的光束经过扩束镜扩束后成为平行光束，其中一部分被分光镜反射到第二镜组，第二镜组的最后一个表面没有镀增透膜，因此入射到上面的光会有一部分被反射回分光镜，另外一部分由第二镜组聚焦后入射到被测非球面上并被反射回来；两部分光重新在分光镜上叠加形成干涉；干涉条纹经过成像透镜后由CCD相机获取，经过CCD相机完成光电转换后由图像卡完成模数转换，最后进入计算机进行信号处理获得光程差和面形信息。

一种应用上述波长扫描干涉仪的非球面测量方法，包括以下步骤：

步骤1、猫眼位置设置：将被检非球面的顶点调整到与干涉仪测量光束的焦点重合，此位置Oc称为猫眼位置，重合的判据是干涉条纹最少；