專利名稱：一種檢測(cè)小孔衍射球面波光學(xué)面形的檢測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種檢測(cè)小孔衍射球面波光學(xué)面形的檢測(cè)裝置及方法。
背景技術(shù)：
點(diǎn)衍射干涉儀是利用小孔衍射產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)參考球面波來進(jìn)行干涉測(cè)量，另外點(diǎn)衍射干涉儀也可以結(jié)合絕對(duì)測(cè)量的方法，來移除小孔不理想造成的測(cè)量誤差。點(diǎn)衍射干涉儀(PointDiffraction Interferometer, PDI)的提出解決了高精度測(cè)量中參考面加工的難題，其主要特點(diǎn)在于不采用傳統(tǒng)的參考面，而從波動(dòng)光學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，利用小孔衍射來產(chǎn)生理想?yún)⒖记蛎娌?，從而消除了參考面加工水平?duì)測(cè)量精度的限制，使面向亞納米量級(jí)的高精度測(cè)量成為可能。1933年，ff. Linnk首次提出可以用小孔衍射產(chǎn)生的理想球面波作為干涉儀的參考波面，形成了點(diǎn)衍射干涉儀理論的雛形，但由于受到當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，并沒有真正應(yīng)用到測(cè)量上。1975年，R. N. Smartt和W. H. Steel在其發(fā)表的文章中正式闡述了點(diǎn)衍射干涉儀的原理及其應(yīng)用，奠定了現(xiàn)代點(diǎn)衍射干涉儀發(fā)展的基礎(chǔ)。他們所發(fā)明的點(diǎn)衍射干涉儀，其主要部分是一個(gè)透過率為1%的薄膜，上面含有一個(gè)很小的針孔(pinhole)，較低的透過率是為了使兩束光的光強(qiáng)接近。當(dāng)會(huì)集的被測(cè)光經(jīng)過薄膜平板時(shí)，透射的被測(cè)光除了能量下降之外，波面形狀基本不發(fā)生變化；而在有像差的彌散斑區(qū)域，位于焦點(diǎn)附近的小孔發(fā)生衍射，產(chǎn)生了理想的標(biāo)準(zhǔn)球面波，成為測(cè)量中的參考光波，與透過的被測(cè)光波形成干涉條紋，通過分析干涉條紋的形狀就可以得到被測(cè)波前的信息。這種干涉儀結(jié)構(gòu)和原理非常簡(jiǎn)單，同時(shí)由于采用了共光路結(jié)構(gòu)，環(huán)境因素的影響比較??；其缺點(diǎn)是光能利用率太低，同時(shí)不能進(jìn)行移相測(cè)量，導(dǎo)致其精度很難得到提高。1996年，美國(guó)勞倫斯-伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的H.Medecki、E. Tejnil等人提出了移相點(diǎn)衍射干涉儀(Phase-shifting Point-diffraction interferometer, PS-PDI)的概念，即在點(diǎn)衍射干涉儀的基礎(chǔ)上引入一個(gè)衍射光柵作為分光元件，并將像平面的半透明掩膜改為不透明掩膜，使得點(diǎn)衍射干涉儀性能獲得了很大提高。這種點(diǎn)衍射干涉儀的基本結(jié)構(gòu)，當(dāng)照明球面波入射到移相光柵之后形成了不同的衍射級(jí)次，它們經(jīng)過被測(cè)系統(tǒng)后會(huì)聚到像平面的不同位置，在像面上放置一個(gè)空間濾波器，使得攜帶被測(cè)系統(tǒng)信息的零級(jí)衍射光經(jīng)方孔直接通過，而一級(jí)衍射光經(jīng)過小孔衍射濾波產(chǎn)生理想?yún)⒖记蛎娌?，其他?jí)次都被吸收，探測(cè)器(CCD)上得到的是這兩束光的干涉條紋。當(dāng)上下移動(dòng)光柵時(shí)，兩束光之間就會(huì)有位相差變化，這樣就可以進(jìn)行移相干涉測(cè)量。為了不斷滿足對(duì)EUV (極紫外)光刻系統(tǒng)的測(cè)量要求，1996年以來，勞倫斯-伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究者采用13. 4nm的同步輻射光源成功研制了 EUV相移點(diǎn)衍射干涉儀，其對(duì)EUV系統(tǒng)的RMS測(cè)量精度達(dá)到亞納米量級(jí)，為極紫外光刻技術(shù)的發(fā)展掃清了障礙。從上世紀(jì)末開始，日本研究者也開始了對(duì)點(diǎn)衍射干涉儀的研究。為了對(duì)EUV光刻系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，日本超先進(jìn)電子技術(shù)研究協(xié)會(huì)(Association of Super-AdvancedElectronics Technology,ASET)和Nikon等公司對(duì)點(diǎn)衍射干涉儀進(jìn)行了研究,其采用的一種點(diǎn)衍射干涉儀采用一個(gè)具有小孔的反射板，小孔衍射球面波的一部分作為參考光波，而另一部分光經(jīng)過被測(cè)面和反射面的兩次反射，與參考光發(fā)生干涉。由于此結(jié)構(gòu)不是共光路系統(tǒng)，所以對(duì)光源的相干性以及環(huán)境的穩(wěn)定性要求很高，所有測(cè)量都要在隔振、充氦氣的環(huán)境中完成。從點(diǎn)衍射干涉儀的發(fā)展及使用原理可以看出，點(diǎn)衍射干涉儀是用小孔產(chǎn)生理想衍射球面波的原理進(jìn)行測(cè)量，在實(shí)際應(yīng)用中，小孔的加工成為難題，無論是電子束加工，原子束加工，離子束加工等加工工藝，對(duì)于納米級(jí)的精度來說，很難加工出理想的小孔，小孔很難做到完美的圓度和光滑度。在已有的賈辛申請(qǐng)的專利中，通過采用絕對(duì)測(cè)量的方法來對(duì)小孔產(chǎn)生的衍射球面波進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)量結(jié)果就可以移除小孔圓度不高等引起的衍射球面波的誤差，從而提高測(cè)量的精度，同時(shí)也可以降低小孔加工的成本。在已有的專利中，主要是使用三個(gè)小孔互相檢測(cè)，需要更換小孔。在本專利中，力口入了一個(gè)可以自身旋轉(zhuǎn)的夾持架，同時(shí)夾持架上有三個(gè)固定小孔的裝置，位置一、位置二、位置三。這三個(gè)位置還可以單獨(dú)旋轉(zhuǎn)。這樣就可以把三個(gè)待測(cè)小孔同時(shí)放置在夾持架上，利用計(jì)算機(jī)控制夾持架和位置一、位置二、位置三的旋轉(zhuǎn)來測(cè)量三個(gè)小孔產(chǎn)生衍射球面波的面形。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種檢測(cè)小孔衍射球面波光學(xué)面形的檢測(cè)裝置及方法，以實(shí)現(xiàn)提高點(diǎn)衍射干涉儀的測(cè)量精度，降低高精度小孔的加工成本，同時(shí)使測(cè)量更加自動(dòng)化，不需要更換小孔。為達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供一種檢測(cè)小孔衍射球面波光學(xué)面形的檢測(cè)裝置，包括激光器、濾波孔、聚光鏡、空間濾波器、擴(kuò)束鏡、X/2波片、X/4波片、半透半反鏡、分光鏡、反射鏡、移相器、衰減片、小孔夾持架、會(huì)聚光學(xué)單元、CCD探測(cè)器和計(jì)算機(jī)。激光器，用于發(fā)出激光作為照明光源；濾波孔，利用衍射效應(yīng)用于將激光器發(fā)出的光散射；聚光鏡，用于收集濾波孔發(fā)出的散射光；空間濾波器，用于將聚光鏡收集的光過濾掉雜散光；擴(kuò)束鏡，用于將空間濾波器過濾的點(diǎn)光源的光變?yōu)槠叫泄?；X/2波片，用于旋轉(zhuǎn)經(jīng)過擴(kuò)束鏡形成的平行光的偏振方向；X/4波片,用于和X/2波片結(jié)合來調(diào)節(jié)產(chǎn)生圓偏振光；半透半反鏡，用于將圓偏振光分成兩束光，一束透射，一束反射；分光鏡，用于光束傳播方向控制，該分光鏡將經(jīng)過半透半反鏡的光透射，將經(jīng)過反射鏡反射的光反射；反射鏡，用于將光束反射，該反射鏡用來產(chǎn)生移相的效應(yīng)；移相器，和反射鏡相連，由計(jì)算機(jī)控制移相器的移動(dòng)，移相器產(chǎn)生移相；衰減片，用于改變分光鏡反射光束的光強(qiáng)；小孔夾持架，用于夾持三個(gè)待測(cè)的小孔，小孔夾持架整體具有旋轉(zhuǎn)功能，同時(shí)小孔夾持架可以夾持三個(gè)待測(cè)的小孔，每個(gè)待測(cè)的小孔也可以單獨(dú)旋轉(zhuǎn)；
會(huì)聚光學(xué)單元，用于將干涉后的測(cè)試光投射到CCD探測(cè)器上，小孔夾持架上的兩個(gè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉產(chǎn)生干涉測(cè)試光會(huì)聚到CCD探測(cè)器上形成并記錄干涉圖案，計(jì)算機(jī)與CXD探測(cè)器連接，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并處理CXD探測(cè)器記錄干涉圖案。所述干涉圖案包含了小孔夾持架上小孔的衍射球面波信息。計(jì)算機(jī)通過對(duì)干涉圖案的處理，可以分別標(biāo)定出小孔的衍射球面波的誤差信息。其中濾波孔放置在激光器的出光口，聚光鏡放置在濾波孔和空間濾波器中間，濾波孔放置的位置為聚光鏡的物面位置，空間濾波器放置在聚光鏡的像面位置；空間濾波器同時(shí)放置在擴(kuò)束鏡的前焦點(diǎn)，X/2波片、X/4波片、半透半反鏡依次放置在擴(kuò)束鏡后面，其中濾波孔、聚光鏡、空間濾波器、X/2波片、X/4波片、半透半反鏡的中心都在同一光軸上，入/2波片、A /4波片平行于擴(kuò)束鏡；半透半反鏡與光軸成45°角，分光鏡的中心在光軸上，與光軸成45°角，分光鏡后面放置反射鏡，反射鏡與移相器相連；衰減片平行于光軸，衰減片中心對(duì)準(zhǔn)分光鏡中心；小孔夾持架平行于光軸；會(huì)聚光學(xué)單元平行于光軸；CCD探測(cè)器放在會(huì)聚光學(xué)單元后面；計(jì)算機(jī)與CCD探測(cè)器連接。進(jìn)一步的，所述分光鏡主要使一個(gè)方向入射的光束反射，一個(gè)方向入射的光束透射，可以用棱鏡鍍膜制作，也可以用平面鏡鍍膜來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的，小孔夾持架上的三個(gè)待測(cè)的小孔的中心對(duì)應(yīng)位置為位置一、位置二、位置三，位置一、位置二、位置三中心連線為一個(gè)等邊三角形，且等邊三角形中心為小孔夾持架旋轉(zhuǎn)中心。進(jìn)一步的，待測(cè)的小孔可以不鍍膜，可以鍍?cè)鐾改?，也可以鍍衰減膜。進(jìn)一步的，所述反射鏡可以采用平面鏡，可以采用平面鏡組，可以采用棱鏡，也可以是以上光學(xué)元件的組合。進(jìn)一步的，所述聚光鏡可以采用透鏡或者透鏡組組合。進(jìn)一步的，所述擴(kuò)束鏡可以采用透鏡或者透鏡組合。進(jìn)一步的，所述會(huì)聚光學(xué)單元可以采用透鏡或者透鏡組合，也可以是變焦距光學(xué)系統(tǒng)。為達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供一種使用上述的檢測(cè)裝置的小孔衍射球面波的檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法采用的是絕對(duì)測(cè)量法，采用三個(gè)待測(cè)小孔互檢的方式，把待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波測(cè)量出來，具體檢測(cè)步驟如下步驟SI :設(shè)三個(gè)待測(cè)小孔為第一待測(cè)小孔、第二待測(cè)小孔、第三待測(cè)小孔；將第一待測(cè)小孔放在小孔夾持架中位置一；將第二待測(cè)小孔放在小孔夾持架中位置二 ；將第三待測(cè)小孔放在小孔夾持架位置三，調(diào)整小孔夾持架，使第一待測(cè)小孔，第二待測(cè)小孔分別對(duì)準(zhǔn)半透半反鏡和分光鏡中心；激光器發(fā)射的光經(jīng)過濾波孔，光束發(fā)散后經(jīng)過一個(gè)聚光鏡，聚光鏡會(huì)聚光到一個(gè)空間濾波器，濾掉雜光，再經(jīng)過一個(gè)擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束過的激光經(jīng)過一 個(gè)X/2波片，旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向，再通過一個(gè)X/4波片將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光，圓偏振光經(jīng)過一個(gè)半透半反鏡分成兩路光，經(jīng)過半透半反鏡反射的第一路光照射到第一待測(cè)小孔，第二路光經(jīng)過半透半反鏡透射后經(jīng)分光鏡透射，經(jīng)過分光鏡透射的光再經(jīng)過反射鏡反射，反射鏡由移相器連接用于產(chǎn)生相位變化，反射鏡反射的光再經(jīng)分光鏡反射，分光鏡反射的光經(jīng)過衰減片照射到第二待測(cè)小孔，第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波與第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉，干涉條紋經(jīng)過會(huì)聚光學(xué)單元會(huì)聚到CCD探測(cè)器上形成干涉圖案，CXD探測(cè)器記錄后經(jīng)由計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并處理，通過移相器進(jìn)行移相后記錄不同的干涉圖，干涉圖經(jīng)數(shù)據(jù)處理后解出光程差信息為M1 = A+B其中A表示夾持架上位置一的第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，B表示夾持架上位置二的第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M1表示為第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S2 :在步驟SI位置沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時(shí)位置一、位置二、位置三相當(dāng)于在步驟SI的基礎(chǔ)上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，這時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步驟S I位置，這時(shí)第二待測(cè)小孔，第三待測(cè)小孔分別對(duì)準(zhǔn)半透半反鏡和分光鏡中心，測(cè)量第二待測(cè)小孔和第三待測(cè)小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M2 = B+C其中B表示夾持架上位置二的第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息。C表示夾持架上位置三的第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M2表示為第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S3 :在步驟S2位置沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時(shí)位置一、位置二、位置三相當(dāng)于在步驟S2的基礎(chǔ)上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，也即在步驟SI的基礎(chǔ)上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，這時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步驟SI位置，這時(shí)第三待測(cè)小孔，第一待測(cè)小孔分別對(duì)準(zhǔn)半透半反鏡和分光鏡中心，測(cè)量第三待測(cè)小孔和第一待測(cè)小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M3 = C+A其中C表示夾持架上位置三的第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，A表示夾持架上位置一的第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M3表示為第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S4 :根據(jù)記錄的光程差信息M1, M2, M3,使用計(jì)算機(jī)解出第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波面形信息A，第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C。進(jìn)一步的，所述第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息A，第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C可以求出
IvL -\-lvL _A = ------
2
Ad, +A^9 —B =」——2——L，
2
M2 +M3 -M1C=——^——1，
2式中第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息A，第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C 表示為第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差，M2表示為第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差，M3表示為第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差。本發(fā)明的有益效果利用絕對(duì)測(cè)量的三面互檢檢測(cè)技術(shù)，本發(fā)明在檢測(cè)過程中，不需要更換小孔，只需旋轉(zhuǎn)小孔夾持架，就可以進(jìn)行三個(gè)小孔兩兩相檢，檢測(cè)出小孔的衍射球面波面形，用于提高點(diǎn)衍射干涉儀的測(cè)量精度，適合于采用小孔衍射做參考面的測(cè)量系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高精度光學(xué)面形檢測(cè)。


圖I為本發(fā)明裝置 的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為小孔夾持架結(jié)構(gòu)圖；圖3為測(cè)量過程中小孔夾持架位置和半透半反鏡8、分光鏡9中心關(guān)系；圖4為本發(fā)明小孔標(biāo)定的檢測(cè)方法過程；圖5為本發(fā)明光學(xué)面形的檢測(cè)方法過程流程圖。圖中，激光器I、濾波孔2、聚光鏡3、空間濾波器4、擴(kuò)束鏡5、X/2波片6、入/4波片7、半透半反鏡8、分光鏡9、反射鏡10、移相器11、衰減片12、小孔夾持架13、小孔夾持架上位置一 14，小孔夾持架上位置二 15，小孔夾持架上位置三16、會(huì)聚光學(xué)單元17、(XD探測(cè)器18、計(jì)算機(jī)19。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖I表示本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，由激光器I、濾波孔2、聚光鏡3、空間濾波器
4、擴(kuò)束鏡5、X/2波片6、X/4波片7、半透半反鏡8、分光鏡9、反射鏡10、移相器11、衰減片12、小孔夾持架13、會(huì)聚光學(xué)單元17、CCD探測(cè)器18、計(jì)算機(jī)19。其中濾波孔2放置在激光器I的出光口，聚光鏡3放置在濾波孔2和空間濾波器4中間，濾波孔2放置的位置為聚光鏡的物面位置，空間濾波器4放置在聚光鏡的像面位置；空間濾波器4同時(shí)放置在擴(kuò)束鏡5的前焦點(diǎn)，A /2波片6、X /4波片7、半透半反鏡8依次放置在擴(kuò)束鏡后面，其中濾波孔
2、聚光鏡3、空間濾波器4、擴(kuò)束鏡5、A /2波片6、A /4波片7、半透半反鏡8的中心都在同一光軸上，X/2波片6、X /4波片7平行于擴(kuò)束鏡5 ;半透半反鏡8與光軸成45°角，分光鏡9的中心在光軸上,與光軸成45°角，分光鏡9后面放置反射鏡10,反射鏡10與移相器11相連；衰減片12平行于光軸，衰減片12中心對(duì)準(zhǔn)分光鏡9中心；小孔夾持架13平行于光軸；會(huì)聚光學(xué)單元17平行于光軸；CCD探測(cè)器18放在會(huì)聚光學(xué)單元17后面；計(jì)算機(jī)19與CXD探測(cè)器18連接。激光器1，用于發(fā)出激光作為照明光源；濾波孔2，利用衍射效應(yīng)用于將激光器I發(fā)出的光散射；聚光鏡3，用于收集濾波孔發(fā)出的散射光；空間濾波器4，用于將聚光鏡收集的光過濾掉雜散光；擴(kuò)束鏡5，用于將空間濾波器過濾的點(diǎn)光源的光變?yōu)槠叫泄?；\ /2波片6，用于旋轉(zhuǎn)經(jīng)過擴(kuò)束鏡5形成的平行光的偏振方向；\ /4波片7，用于和\ /2波片6結(jié)合來調(diào)節(jié)產(chǎn)生圓偏振光；半透半反鏡8,用于將圓偏振光分成兩束光,一束透射,一束反射；分光鏡9，用于光束傳播方向控制，該分光鏡9將經(jīng)過半透半反鏡8的光透射，將經(jīng)過反射鏡10反射的光反射；反射鏡10,用于將光束反射,反射鏡10用來產(chǎn)生移相的效應(yīng)；移相器11，和反射鏡10相連，由計(jì)算機(jī)控制移相器11的移動(dòng)，移相器產(chǎn)生移相；衰減片12，用于改變分光鏡9反射光束的光強(qiáng)；
小孔夾持架13整體具有旋轉(zhuǎn)功能，同時(shí)小孔夾持架13可以夾持三個(gè)待測(cè)的小孔，每個(gè)待測(cè)的小孔也可以單獨(dú)旋轉(zhuǎn)；小孔夾持架上包括位置一 14，位置二 15，位置三16 ;位置一 14，位置二 15，位置三16都可以單獨(dú)旋轉(zhuǎn)，如圖2所示，第一待測(cè)小孔放置在位置一14，第二待測(cè)小孔放置在位置二 15，第三待測(cè)小孔放置在位置三16，小孔夾持架上的位置
一14、位置二 15、位置三16中心連線為一個(gè)等邊三角形，且等邊三角形中心為小孔夾持架旋轉(zhuǎn)中心，圖中虛線表示位置一 14，位置二 15，位置三16中心連線為等邊三角形。在測(cè)量過程中，小孔夾持架位置和半透半反鏡8、分光鏡9中心關(guān)系如圖3所示；由于圖3為體現(xiàn)小孔夾持架13位置和半透半反鏡8、分光鏡9中心空間立體的關(guān)系，因此位置一 14、位置二15、位置三16的形狀表示為橢圓形，圖中虛線表示位置一 14中心對(duì)準(zhǔn)半透半反鏡8中心，位置二 15中心對(duì)準(zhǔn)分光鏡9中心。會(huì)聚光學(xué)單元17，用于將干涉后的測(cè)試光投射到CXD探測(cè)器18上，小孔夾持架上的兩個(gè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉產(chǎn)生干涉測(cè)試光會(huì)聚到CCD探測(cè)器18上形成并記錄干涉圖案，計(jì)算機(jī)19與CXD探測(cè)器18連接，計(jì)算機(jī)19存儲(chǔ)并處理CXD探測(cè)器18記錄干涉圖案。所述干涉圖案包含了小孔夾持架上小孔的衍射球面波信息。通過對(duì)干涉圖案的處理，可以分別標(biāo)定出小孔的衍射球面波的誤差信息。移相器11和反射鏡10連接，計(jì)算機(jī)19控制移相器11移動(dòng)產(chǎn)生移相。在測(cè)量步驟S1-S3時(shí)采用圖I所示的測(cè)量裝置，裝置激光器I發(fā)射的光經(jīng)過濾波孔2，光束發(fā)散后經(jīng)過一個(gè)聚光鏡3，聚光鏡3會(huì)聚光到一個(gè)空間濾波器4，濾掉雜光，再經(jīng)過一個(gè)擴(kuò)束鏡5進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束過的激光經(jīng)過一個(gè)\ /2波片6，旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向，再通過一個(gè)X /4波片7將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。圓偏振光經(jīng)過一個(gè)半透半反鏡8分成兩路光，經(jīng)過半透半反鏡8反射的第一路光照射到待測(cè)小孔，第二路光經(jīng)過半透半反鏡8透射后經(jīng)分光鏡9透射，經(jīng)過分光鏡9透射的光再經(jīng)過反射鏡10反射，反射鏡由移相器連接用于產(chǎn)生相位變化，反射鏡10反射的光再經(jīng)分光鏡9反射，分光鏡9反射的光經(jīng)過衰減片照射到待測(cè)小孔，第二路光照射小孔產(chǎn)生的衍射球面波與第一路光照射小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉，干涉條紋經(jīng)過會(huì)聚光學(xué)單元17，再由CCD探測(cè)器18收集。圖4為本發(fā)明小孔標(biāo)定的檢測(cè)方法過程，其中描述了圖5步驟S1-S3發(fā)生干涉的兩個(gè)小孔衍射球面波相互位置關(guān)系的不意圖；圖5示出本發(fā)明光學(xué)面形的檢測(cè)方法過程流程圖，具體步驟如下步驟SI :設(shè)三個(gè)待測(cè)小孔為第一待測(cè)小孔、第二待測(cè)小孔、第三待測(cè)小孔；將第一待測(cè)小孔放在小孔夾持架13中位置一 14 ;將第二待測(cè)小孔放在小孔夾持架13中位置二15 ;將第三待測(cè)小孔放在小孔夾持架13位置三16，調(diào)整小孔夾持架13，使第一待測(cè)小孔，第二待測(cè)小孔分別對(duì)準(zhǔn)半透半反鏡8和分光鏡9中心。裝置激光器I發(fā)射的光經(jīng)過濾波孔2，光束發(fā)散后經(jīng)過一個(gè)聚光鏡3，聚光鏡3會(huì)聚光到一個(gè)空間濾波器4，濾掉雜光，再經(jīng)過一個(gè)擴(kuò)束鏡5進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束過的激光經(jīng)過一個(gè)\ /2波片6，旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向，再通過一個(gè)入/4波片7將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。圓偏振光經(jīng)過一個(gè)半透半反鏡8分成兩路光。經(jīng)過半透半反鏡8反射的第一路光照射到第一待測(cè)小孔，第二路光經(jīng)過半透半反鏡8透射后經(jīng)分光鏡9透射，經(jīng)過分光鏡9透射的光再經(jīng)過反射鏡10反射，反射鏡10由移相器11連接用于產(chǎn)生相位變化，分光鏡9反射的光經(jīng)過衰減片12照射到第二待測(cè)小孔。第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波與第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉，干涉條紋經(jīng)過會(huì)聚光學(xué)單元17會(huì)聚到CXD探測(cè)器18上形成干涉圖案，CXD探測(cè)器18記錄后經(jīng)由計(jì)算機(jī)19存儲(chǔ)并處理，通過移相器11進(jìn)行移相后記錄不同的干涉圖，干涉圖經(jīng)數(shù)據(jù)處理后解出光程差信息為M1 = A+B
其中A表示夾持架上位置一 14的第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，B表不夾持架上位置二 15的第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M1表不為第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S2 :在步驟SI位置沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時(shí)位置一 14、位置二 15、位置三16相當(dāng)于在步驟SI的基礎(chǔ)上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，這時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)位置一 14，位置二 15、位置三16各60°，使位置一 14、位置二 15、位置三16回到步驟SI位置。這時(shí)第二待測(cè)小孔，第三待測(cè)小孔分別對(duì)準(zhǔn)半透半反鏡8和分光鏡9中心。測(cè)量第二待測(cè)小孔和第三待測(cè)小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M2 = B+C其中B表示夾持架上位置二 15的第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息。C表示夾持架上位置三16的第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M2表示為第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S3 :在步驟S2位置沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時(shí)位置一 14、位置二 15、位置三16相當(dāng)于在步驟S2的基礎(chǔ)上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，也即在步驟SI的基礎(chǔ)上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°。這時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)位置一 14，位置二 15、位置三16各60°，使位置一 14、位置
二15、位置三16回到步驟SI位置。這時(shí)第三待測(cè)小孔，第一待測(cè)小孔分別對(duì)準(zhǔn)半透半反鏡8和分光鏡9中心。測(cè)量第三待測(cè)小孔和第一待測(cè)小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M3 = C+A其中C表示夾持架上位置三16的第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息。A表不夾持架上位置一 14的第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M3表不為第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差；步驟S4 :根據(jù)記錄的光程差信息M1, M2, M3，使用計(jì)算機(jī)解出第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波面形A，第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C。所述第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息A，第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C可以求出

權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)小孔衍射球面波光學(xué)面形的檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包括激光器(I)、濾波孔⑵、聚光鏡⑶、空間濾波器⑷、擴(kuò)束鏡(5)、A /2波片(6)、A /4波片(7)、半透半反鏡(8)、分光鏡(9)、反射鏡(10)、移相器(11)、衰減片(12)、小孔夾持架(13)、會(huì)聚光學(xué)單元(17)、CCD探測(cè)器(18)和計(jì)算機(jī)(19)； 激光器(I)，用于發(fā)出激光作為照明光源； 濾波孔(2)，利用衍射效應(yīng)用于將激光器(I)發(fā)出的光散射； 聚光鏡(3)，用于收集濾波孔(2)發(fā)出的散射光； 空間濾波器(4)，用于將聚光鏡(3)收集的光過濾掉雜散光； 擴(kuò)束鏡(5)，用于將空間濾波器(4)過濾的點(diǎn)光源的光變?yōu)槠叫泄猓? 入/2波片￠)，用于旋轉(zhuǎn)經(jīng)過擴(kuò)束鏡(5)形成的平行光的偏振方向； 入/4波片(7)，用于和入/2波片(6)結(jié)合來調(diào)節(jié)產(chǎn)生圓偏振光； 半透半反鏡(8),用于將圓偏振光分成兩束光,一束透射,一束反射； 分光鏡(9)，用于光束傳播方向控制，該分光鏡(9)將經(jīng)過半透半反鏡(8)的光透射，將經(jīng)過反射鏡(10)反射的光反射； 反射鏡(10)，用于將光束反射，該反射鏡(10)用來產(chǎn)生移相的效應(yīng)； 移相器(11)，和反射鏡(10)相連，由計(jì)算機(jī)(19)控制移相器(11)的移動(dòng)，產(chǎn)生移相； 衰減片(12)，用于改變分光鏡(9)反射光束的光強(qiáng)； 小孔夾持架(13)，用于夾持三個(gè)待測(cè)的小孔，小孔夾持架(13)整體具有旋轉(zhuǎn)功能，同時(shí)小孔夾持架(13)可以夾持三個(gè)待測(cè)的小孔，每個(gè)待測(cè)的小孔也可以單獨(dú)旋轉(zhuǎn)； 會(huì)聚光學(xué)單元(17)，用于將干涉后的測(cè)試光投射到CCD探測(cè)器(18)上，小孔夾持架(13)上的兩個(gè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉產(chǎn)生干涉測(cè)試光會(huì)聚到CCD探測(cè)器(18)上形成并記錄干涉圖案，計(jì)算機(jī)(19)與CCD探測(cè)器(18)連接，計(jì)算機(jī)(19)存儲(chǔ)并處理CCD探測(cè)器(18)記錄干涉圖案，所述干涉圖案包含了小孔夾持架(13)上小孔的衍射球面波信息，計(jì)算機(jī)(19)通過對(duì)干涉圖案的處理，可以分別標(biāo)定出小孔的衍射球面波的誤差信息；其中濾波孔(2)放置在激光器(I)的出光口，聚光鏡(3)放置在濾波孔(2)和空間濾波器⑷中間，濾波孔⑵放置的位置為聚光鏡⑶物面位置，空間濾波器⑷放置在聚光鏡(3)像面位置；空間濾波器(4)同時(shí)放置在擴(kuò)束鏡(5)的前焦點(diǎn)，A /2波片(6)、入/4波片(7)、半透半反鏡(8)依次放置在擴(kuò)束鏡(5)后面，其中濾波孔(2)、聚光鏡(3)、空間濾波器(4)、擴(kuò)束鏡(5)、入/2波片(6)、入/4波片(7)、半透半反鏡(8)的中心都在同一光軸上，入/2波片(6)、入/4波片(7)平行于擴(kuò)束鏡(5);半透半反鏡⑶與光軸成45°角，分光鏡(9)的中心在光軸上,與光軸成45°角，分光鏡(9)后面放置反射鏡(10),反射鏡(10)與移相器(11)相連；衰減片(12)平行于光軸，衰減片(12)中心對(duì)準(zhǔn)分光鏡(9)中心；小孔夾持架(13)平行于光軸；會(huì)聚光學(xué)單元(17)平行于光軸；CCD探測(cè)器(18)放在會(huì)聚光學(xué)單元(17)后面；計(jì)算機(jī)(19)與CCD探測(cè)器(18)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征在于所述分光鏡(9)主要使一個(gè)方向入射的光束反射，一個(gè)方向入射的光束透射，可以用棱鏡鍍膜制作，也可以用平面鏡鍍膜來實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征在于小孔夾持架(13)上的三個(gè)待測(cè)的小孔的中心對(duì)應(yīng)位置為位置一、位置二、位置三，位置一、位置二、位置三中心連線為一個(gè)等邊三角形，且等邊三角形中心為小孔夾持架旋轉(zhuǎn)中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征在于待測(cè)的小孔可以不鍍膜，可以鍍?cè)鐾改?，也可以鍍衰減膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征在于所述反射鏡(10)可以采用平面鏡，可以采用平面鏡組，可以采用棱鏡，也可以是以上光學(xué)元件的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征在于所述聚光鏡(3)可以采用透鏡或者透鏡組組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征在于所述擴(kuò)束鏡(5)可以采用透鏡或者透鏡組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征在于所述會(huì)聚光學(xué)單元(17)可以采用透鏡或者透鏡組合，也可以是變焦距光學(xué)系統(tǒng)。
9.一種使用權(quán)利要求I至8任一項(xiàng)所述的檢測(cè)裝置的小孔衍射球面波的檢測(cè)方法，其特征在于該檢測(cè)方法采用絕對(duì)測(cè)量法，是利用三個(gè)待測(cè)小孔互檢的方式，把待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波測(cè)量出來，具體檢測(cè)步驟如下 步驟SI :設(shè)三個(gè)待測(cè)小孔為第一待測(cè)小孔、第二待測(cè)小孔、第三待測(cè)小孔；將第一待測(cè)小孔放在小孔夾持架中位置一；將第二待測(cè)小孔放在小孔夾持架中位置二 ；將第三待測(cè)小孔放在小孔夾持架位置三，調(diào)整小孔夾持架，使第一待測(cè)小孔，第二待測(cè)小孔分別對(duì)準(zhǔn)半透半反鏡和分光鏡中心；激光器發(fā)射的光經(jīng)過濾波孔，光束發(fā)散后經(jīng)過一個(gè)聚光鏡，聚光鏡會(huì)聚光到一個(gè)空間濾波器，濾掉雜光，再經(jīng)過一個(gè)擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束過的激光經(jīng)過一個(gè)X/2波片，旋轉(zhuǎn)激光的偏振方向，再通過一個(gè)X/4波片將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光，圓偏振光經(jīng)過一個(gè)半透半反鏡分成兩路光，經(jīng)過半透半反鏡反射的第一路光照射到第一待測(cè)小孔，第二路光經(jīng)過半透半反鏡透射后經(jīng)分光鏡透射，經(jīng)過分光鏡透射的光再經(jīng)過反射鏡反射，反射鏡由移相器連接用于產(chǎn)生相位變化，反射鏡反射的光再經(jīng)分光鏡反射，分光鏡反射的光經(jīng)過衰減片照射到第二待測(cè)小孔，第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波與第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉，干涉條紋經(jīng)過會(huì)聚光學(xué)單元會(huì)聚到CCD探測(cè)器上形成干涉圖案，CXD探測(cè)器記錄后經(jīng)由計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并處理，通過移相器進(jìn)行移相后記錄不同的干涉圖，干涉圖經(jīng)數(shù)據(jù)處理后解出光程差信息為M1 = A+B 其中A表示夾持架上位置一的第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，B表示夾持架上位置二的第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M1表示為第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形和第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差； 步驟S2 :在步驟SI位置沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時(shí)位置一、位置二、位置三相當(dāng)于在步驟SI的基礎(chǔ)上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，這時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步驟SI位置，這時(shí)第二待測(cè)小孔，第三待測(cè)小孔分別對(duì)準(zhǔn)半透半反鏡和分光鏡中心，測(cè)量第二待測(cè)小孔和第三待測(cè)小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M2 = B+C 其中B表示夾持架上位置二的第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，C表示夾持架上位置三的第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M2表示為第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差； 步驟S3 :在步驟S2位置沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)小孔夾持架60°，這時(shí)位置一、位置二、位置三相當(dāng)于在步驟S2的基礎(chǔ)上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，也即在步驟SI的基礎(chǔ)上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，這時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)位置一，位置二、位置三60°，使位置一、位置二、位置三回到步驟SI位置，這時(shí)第三待測(cè)小孔，第一待測(cè)小孔分別對(duì)準(zhǔn)半透半反鏡和分光鏡中心，測(cè)量第三待測(cè)小孔和第一待測(cè)小孔產(chǎn)生衍射球面波的光程差M3 = C+A 其中C表示夾持架上位置三的第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，A表示夾持架上位置一的第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息，M3表示為第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面的面形和第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形的光程差； 步驟S4 :根據(jù)記錄的光程差信息M1, M2, M3，使用計(jì)算機(jī)解出第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波面形信息A，第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述小孔衍射球面波的檢測(cè)方法，其特征在于所述第一待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息A，第二待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息B、第三待測(cè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的面形信息C可以求出
全文摘要
本發(fā)明提供一種檢測(cè)小孔衍射球面波光學(xué)面形的檢測(cè)裝置及方法，從激光器發(fā)射的光經(jīng)過濾波孔、聚光鏡、空間濾波器、擴(kuò)束鏡、λ/2波片、λ/4波片、半透半反鏡后分成兩路光，經(jīng)過半透半反鏡反射的第一路光照射第一小孔，第二路光經(jīng)過半透半反鏡透射后經(jīng)分光鏡透射，再經(jīng)反射鏡反射的光再經(jīng)分光鏡反射，再經(jīng)衰減片照射到第二小孔。第二小孔產(chǎn)生的衍射球面波與第一小孔產(chǎn)生的衍射球面波發(fā)生干涉，干涉條紋經(jīng)過會(huì)聚光學(xué)單元，再由光學(xué)探測(cè)器收集。然后旋轉(zhuǎn)小孔夾持架，測(cè)量第二小孔和第三小孔產(chǎn)生的衍射球面波的誤差。再次旋轉(zhuǎn)小孔夾持架，測(cè)量第三小孔和第一小孔產(chǎn)生的衍射球面波的誤差，從而解出三個(gè)小孔產(chǎn)生的衍射球面波的誤差。本發(fā)明降低高精度小孔的加工成本，同時(shí)使測(cè)量更加自動(dòng)化，不需要更換小孔。
文檔編號(hào)G01J9/02GK102620842SQ20121010674
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者許嘉俊, 賈辛, 邢廷文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所