[发明专利]用于优化干涉仪的光学性能的方法及设备

说明书

一种用干涉仪测量测试对象的性质的方法，包含：a)提供校准信息，校准信息将干涉仪的对焦设定相关到测试对象相对于干涉仪的参考表面的位置；b)确定测试对象相对于参考表面的位置；以及c)使用干涉仪来收集测试对象的干涉仪图像，以用于测量测试对象的性质。

本申请是申请日为2017年11月08日、申请号为201780071464.3、发明名称为“用于优化干涉仪的光学性能的方法及设备”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请依据35USC§119要求2016年11月18日提交的美国临时专利申请No.62/423,856的优先权。该临时申请的全部内容通过引用整体并入本文。

背景技术

由于用于光学波前和表面形貌测量的干涉法的易用性、性能以及多功能性，其成为且已经成为用于高精确度测量的流行技术。移相干涉法(“PSI”)是一种干涉法技术。PSI涉及在对焦在测试表面上的相机上观察腔体干涉的同时，使用例如压电换能器(PZT)精确地移动腔体的表面中的一个(典型地为参考表面)。分析干涉图案上的改变允许人们来计算关于测试表面和参考表面之间的差异的复数光学场。如果参考表面形态是已知的，则可以从测量的场将测试表面形态提取至高精确度。典型地手动地执行对焦，其中操作者调整对焦，直到表面特征或边缘是视觉上最清晰的(sharpest)。然而，如果没有表面特征，则准确的视觉对焦变得困难，因此用户通常诉诸其他方法，诸如将带有清晰边缘的柔软非反射表面(类似纸)放置为与测试表面接触，以充当用来对焦的代用特征。

早期仪器使用相对低密度的成像器(即，VGA密度，320×240或640×480像素)，这是因为在当时较高密度的成像器是不可得或过于昂贵的。用这些成像器获得的可测量的空间频率适当(modest)，因此视觉对焦是足够的。现代仪器惯常使用高密度成像格式，考虑1Mpix至4Mpix相机例程和更大的格式(25Mpix)。

发明内容

已经认识到，典型的现代干涉法仪器的高密度成像格式可以实现远超用户视觉辨识能力的空间分辨率，并且因此，仍采用视觉对焦的事实意味着这些仪器很少在最佳对焦下操作，这可能危害光学性能。

所需要的是交互的或自动化的方式来对焦仪器或补偿失焦条件，其优于干涉图案的现场图像的视觉解释。为解决此需求，本文中的实施例提供方法和设备来测量和校正仪器对焦，从而最优化干涉法地生成的表面形貌或波前图的质量。

总体上，在一个方面中，公开了一种用干涉仪测量测试对象的性质的方法。该方法包含：a)提供校准信息，校准信息将干涉仪的对焦设定相关到测试对象相对于干涉仪的参考表面的位置；b)确定测试对象相对于参考表面的位置；以及c)使用干涉仪来收集测试对象的干涉仪图像，以用于测量测试对象的性质。例如，对焦设定可以是由干涉仪产生的对象的图像的最佳对焦的位置。方法还包含以下中的至少之一：i)在收集干涉仪图像中的至少一些干涉仪图像之前，基于校准信息和所确定的测试对象相对于参考表面的位置，在硬件上调整干涉仪的对焦，以改善干涉仪图像的对焦度；和ii)基于校准信息和所确定的测试对象相对于参考表面的位置，使用一个或多个电子处理器来数学地传播从干涉仪图像推导的至少一个波前，以改善从干涉仪图像推导的波前的对焦度。

方法的实施例可以包含任意以下特征。

干涉仪可以包含用于支承测试对象的有刻度线的台，并且其中确定测试对象相对于参考表面的位置包括手动地或自动地读取有刻度线的台。替代地，或附加地，干涉仪包含具有可变波长的光源，其中干涉仪图像是在调整光源的波长的同时收集的，并且其中测试对象相对于参考的位置是基于在调整光源的波长的同时所收集的干涉仪图像而确定的。