[发明专利]大数值孔径物镜的波像差拼接测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种利用大数值孔径的物镜波像差检测装置进行大数值孔径的物镜波像差测量方法，该大数值孔径物镜波像差拼接测量装置，包含：

波面测量模块，输出用于测量无限远物镜的波像差的平行光，或者输出用于测量有限远物镜的波像差的汇聚光；并用于测量待测物镜(7)在返回光角度范围内的波像差信息；

标准球面反射镜(3)，将平行光或汇聚光经待测物镜(7)透射后的汇聚光进行反射，使光束沿原路返回，再次经待测物镜(7)透射后返回至所述的波面测量模块；

旋转机构，用于调整标准球面反射镜(3)的倾斜角度与旋转角度，实现不同子孔径测量的定位；

在所述的波面测量模块和标准球面反射镜(3)之间设置待测物镜(7)，且该待测物镜(7)光轴与波面测量模块光轴重合，通过调节旋转机构使标准球面反射镜(3)的曲率中心与待测物镜(7)的出射光汇聚点重合；

其特征在于，该方法包含以下步骤：

1)使波面测量模块、待测物镜(7)的光轴和旋转机构的转轴重合；

根据待测物镜(7)的数值孔径，得到待测物镜输出的汇聚光所覆盖的倾斜角范围α，将倾斜角范围α进行N等分，作为测量环带的角度位置，记为α_i，其中，α₁为起始倾斜角位置，对应中心子孔径；

将旋转机构定位至初始倾斜角位置α₁；

2)调整旋转机构，使所述的波面测量模块的出射光经过待测物镜(7)、标准球面反射镜(3)表面并沿原路返回，由波面测量模块接收并完成波像差测量，得到中心子孔径测量数据W₁(x,y)；

3)如果旋转机构的当前倾斜角位置为α_N，则进入步骤7)，否则，旋转机构运动到下一个倾斜角位置，即由α_i到α_i+1，进入第i个环带测量；

将第i个环带子孔径划分为一系列子孔径，每个环带的旋转角范围为360度，根据子孔径在第i个环带中所覆盖的张角，将旋转角范围进行M等分，作为第i个环带上各个子孔径的测量位置，记为θ_j，其中，j＝1,2，3…M，θ₁为起始旋转角位置；

将旋转机构定位至初始旋转角位置θ₁；

4)调整旋转机构，使所述的波面测量模块的出射光经过待测物镜(7)、标准球面反射镜(3)表面并沿原路返回，由波面测量模块接收并完成波像差测量，得到第i环带第j个子孔径的测量数据W_i,j(x,y)；

5)如果旋转机构的当前旋转角位置为θ_M，则第i个环带测量完毕，进入步骤6)，否则旋转机构运动到下一个旋转角位置，即由θ_j到θ_j+1，并返回步骤4)；

6)在相邻两个子孔径测量的重叠区域内，拼接修正系数由如下方程组计算得到：

W_j+1(x,y)-W_j(x,y)＝a_i+b_ix+c_iy+d_i(x²+y²) (1)

其中，拼接修正系数a_i、b_i、c_i和d_i分别表示第j+1个子孔径相对于第j个子孔径的直流量、x方向的倾斜系数、y方向的倾斜系数和离焦量系数；

将M个子孔径的数据依次按照公式(1)进行拼接，得到第i个环带的拼接面形W_i(x,y)，其中i＝1,2,3…N；并返回步骤3)；

7)将N个环带拼接面形W_i(x,y)按照公式(1)进行拼接，其中i＝1,2,3…N，得到待测物镜的波像差W(x,y)。