[发明专利]一种物镜波像差检测装置及检测方法

说明书

一种物镜波像差检测装置及检测方法，该物镜波像差检测装置包括波前检测系统、平面镜、平面镜调节机构，被测物镜置于平面镜与波前检测设备之间；平面镜置于被测物镜焦点处。由波前检测系统发出的测试波前通过被测物镜，经平面镜反射后再次通过被测物镜，被波前检测系统接收并检测得出其相位分布，调整平面镜倾斜状态以获得不同的返回波前，选择用于表达波像差的多项式，并计算其与每个返回波前相对应的表达式，便可以通过多项式拟合的方法得到待测物镜波像差以所选多项式进行表达的拟合结果。本发明具有结构简单，成本低，可检测物镜NA不受系统零部件制约的特点，并且所得待测物镜波像差拟合结果的误差有望低于10％。

技术领域

本发明涉及光学测量领域，特别是一种物镜波像差检测装置及检测方法。

背景技术

光学系统的波像差是描述其成像质量的关键指标之一。在描述光学系统波像差时，通常选用与光学系统像差有良好对应关系的Zernike多项式。为了从光强信息中提取波像差的相位信息，一般先通过各种结构的干涉仪来生成干涉图案，再通过相位恢复算法获取对应的相位信息。常用的干涉仪有基于参考平面的菲索干涉仪、泰曼格林干涉仪，以及基于横向剪切原理的马赫曾德干涉仪、Ronchi干涉仪等等。

在先技术1(参见Daniel Malacara.Optical Shop Testing 3rd[M].Publishedby John WileySons,Inc.,Hoboken,New Jersey,2007.)给出了一种使用球面镜检测物镜波像差的方法。该技术在物镜焦点处放置一个球面镜，并在像方通过菲索干涉仪和泰曼格林干涉仪等结构检测由镜面反射后返回的波前，进而判断物镜的成像质量。球面镜可以是凹面镜或凸面镜，但高NA显微物镜系统的工作距较小，一般仅能采用凹面镜。

上述在先技术在检测物镜波像差时，对物镜NA的适用范围受限于球面镜的F数及加工精度。商用球面标准镜的F数最小为0.65，对应NA为0.77，限制了可检测NA的范围。光刻投影物镜系统，明场显微检测系统的数值孔径均达到0.9以上，波像差RMS值在nm量级，采用该方案需要定制面形精度达到λ/40(λ＝633nm，PV)以上的高NA球面标准镜，检测精度受到球面标准镜面形的制约，且成本昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供物镜波像差检测装置及检测方法，通过使用平面镜在焦点反射波前，降低了平面镜加工精度对检测结果的影响及检测成本，并解决了可测NA范围受限于检测装置零部件的问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种物镜波像差检测装置，该装置包括波前检测系统、被测物镜、平面镜、平面镜调节机构；所述的平面镜由平面镜调节机构承载；所述待测物镜位于波前检测系统和平面镜之间。

所述的波前检测系统发出测试波前，该测试波前通过待测物镜，并在待测物镜的焦点处被平面镜反射；反射后的波前再次通过待测物镜，并由波前检测系统接收并检测。

所述的平面镜的位置及姿态由平面镜调节机构控制。

所述的波前检测系统能够发出测试波前，并能检测经平面镜反射后的返回波前。

本发明的技术原理是，由波前检测系统发出的测试波前通过被测物镜，经平面镜反射后再次通过被测物镜，而后被波前检测系统接收并检测得出其相位分布。调整平面镜倾斜状态以获得不同的返回波前。选择用于表达波像差的多项式，如Zernike多项式、勒让德多项式等，并计算其与每个返回波前相对应的表达式，便可以通过多项式拟合的方法得到待测物镜波像差以所选多项式进行表达的拟合结果。

采用上述的物镜波像差检测装置进行被测物镜波像差的检测方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

1)使波前检测系统(1)发出的测试波前通过被测物镜(2)，设此时测试波前与待测物镜(2)的瞳面焦点坐标为(x_IN,y_IN)；