[发明专利]椭球面的无像差绝对检验方法

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种椭球面的无像差绝对检验方法。

背景技术

光学面形误差的检验常用波面干涉仪。波面干涉仪通常配备标准的平面镜头或球面镜头，发出平面测试波或球面测试波，可对光学平面或球面进行零位检验，即若被测面形没有误差，将得到零条纹的干涉图。对于非球面检验，则需要利用专门设计的补偿器，将干涉仪发出的平面或球面测试波变换为与被测非球面匹配的非球面波。椭球面、双曲面和抛物面等二次非球面则可利用其一对共轭焦点（例如抛物面的焦点和无穷远点）的性质，实现无像差零位检验。但是上述方法均是相对测量，测得的面形误差是以干涉仪镜头上的参考面为基准的，即测量精度始终受限于镜头参考面的精度。对于深紫外或极紫外光刻物镜中光学元件的面形误差测量，精度要求达到亚纳米级，远远高于干涉仪镜头商业化产品的精度，因此必须将干涉仪镜头参考面误差分离出来。

为了使干涉测量精度不受镜头参考面误差影响，可在测量之前利用更高精度的表面校准参考面，然后在测量数据中将其减去。这种方法的缺点是显然的，一是校准程序非常严格，对环境要求苛刻，而且不易操作，实时性差；另外更高精度的表面往往难以实现。为此人们提出绝对检验方法，在测量的同时分离出参考面误差，而不需要预先进行校准。

通常光学面形检验时可采用多位置平均法，将被测面形绕其光轴等间隔回转360°/N，在这N个位置分别进行测量，测量结果取平均将分离出面形误差中除回转对称分量和kNθ阶谐波分量外的所有误差分量。这个方法适用于所有零位检验，包括平面、球面和非球面的补偿检验等，缺点是回转对称的误差分量无法分离。为了分离出回转对称分量，引入被测面的平移调制，即平移旋转法，适用于平面和球面，但是平面的离焦（power）分量无法获得。对于非球面，因为平移会引入轴外像差，因此平移旋转法不适用。不过对于平面，可在多位置平均法的基础上结合三平面互检，获得除kNθ阶谐波分量外的所有误差分量。

光学球面的三位置方法绝对检验则是利用共焦位置和猫眼位置，其中共焦位置上有两个测量位置，分别对应被测球面绕光轴回转180°前后。三个位置上的测量数据经过简单的数学运算即可分完全离出参考面误差。

非球面补偿检验时没有猫眼位置，所以无法直接应用三位置方法。一种方法是通过双波前计算机生成全息图（CGH）在测试和校准时分别产生非球面波和球面波，并假设两者的差异可忽略。首先用双CGH产生会聚球面波，对一个球面进行三位置方法绝对检验，获得干涉仪的系统误差；再用双CGH产生发散球面波前对同一个球面进行测试，分离出CGH的图样误差；最后用双CGH产生非球面波前对被测非球面进行零位检验，获得其面形误差。该方法中，双CGH所产生的非球面波和球面波的差异会影响测试精度，而且双CGH作为全息补偿器，制作成本高，只适合于特定非球面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简易、精度高的椭球面的无像差绝对检验方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种椭球面的无像差绝对检验方法，包括以下步骤：

S1：测量：利用球面波干涉仪和球面反射镜对椭球面进行无像差零位检验和猫眼位置检验，具体按以下分步骤执行；

S11：所述球面波干涉仪向椭球面发出球面测试波，且球面测试波的球心与椭球面的远焦点f1重合，所述球面反射镜置于球面波干涉仪与椭球面之间，且球面反射镜朝向椭球面，球面反射镜的曲率中心与椭球面的近焦点f2重合，进行无像差零位检验并测得第一组数据，并存盘为W1；

S12：将所述椭球面绕光轴回转180°，其余检验条件保持不变，进行无像差零位检验并测得第二组数据，并存盘为W2；

S13：将所述椭球面绕光轴回转-180°回到原位置，所述球面反射镜向其曲率中心移动，使得球面反射镜的顶点与椭球面的近焦点f2重合，进行猫眼位置检验并测得第三组数据，并存盘为W3；

S14：翻转所述球面反射镜将球面反射镜朝向球面波干涉仪，并移动球面反射镜，使得其顶点与球面测试波的球心重合，进行猫眼位置检验并测得第四组数据，并存盘为W4；

S2：计算所述椭球面的面形误差绝对检验结果T：T=(W1-W2+2W3-2W4)/4。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述步骤S1中，椭球面满足无像差零位检验条件，椭球面、球面波干涉仪和球面反射镜光轴重合。