伸區(qū)域內(nèi)的單點輪廓測定儀的表面高度測量，。由此產(chǎn)生的是非球面測試表面的組合區(qū)域的表面高度測量的集成陣列，該非球面測試表面的組合區(qū)域包括有限區(qū)域與延伸區(qū)域的重疊部分和延伸區(qū)域的非重疊部分。
[0019]優(yōu)選地，光學(xué)波前傳感器包括:波陣面整形器，用于產(chǎn)生一個或者多個測量波陣面，其中每一個的形狀近似非球面測試表面的一個或者多個區(qū)的形狀；成像系統(tǒng)，將非球面測試表面的一個或者多個區(qū)中的每一個成像到檢測器，以便將一個或者多個測量波陣面中每一個的形狀與非球面測試表面的一個或者多個區(qū)中的每一個的形狀進(jìn)行比較。一個或者多個運動臺優(yōu)選地提供將光學(xué)波前傳感器和單點輪廓測定儀相對于非球面測試表面的安裝夾具的相對移動，用于測量有限區(qū)域內(nèi)的非球面測試表面的一個或者多個區(qū)和延伸區(qū)域內(nèi)的非球面測試表面上的一條或者多條軌跡。優(yōu)選地，光學(xué)波前整形器和單點輪廓測定儀共用具有公共光軸的光學(xué)系統(tǒng)的一個或者多個光學(xué)器件，沿著該公共光軸(a)在光學(xué)系統(tǒng)的共焦位置處進(jìn)行光學(xué)波前傳感器的測量；(b)在同一光學(xué)系統(tǒng)的貓眼位置處進(jìn)行單點輪廓測定儀的測量。
[0020]作為本發(fā)明的另一示例，一種測量非球面測試表面的方法，包括另一波陣面整形器生成一個或者多個測量波陣面。一個或者多個測量波陣面的每一個在非球面測試表面的有限區(qū)域內(nèi)具有近似于非球面測試表面的一個或者多個區(qū)中每一個的彎曲的形狀。該一個或者多個測量波陣面在從非球面測試表面的一個或者多個區(qū)上反射時，被成像到檢測器，并且一個或者多個成像后的測量波陣面與基準(zhǔn)進(jìn)行比較，諸如參考波陣面或者波前傳感器的參考平面，以便獲得在非球面測試表面的一個或者多個區(qū)中每一個上的表面高度變化的測量值。單點輪廓測定儀將光聚焦到非球面測試表面的延伸區(qū)域內(nèi)的沿著非球面測試表面上一條或者多條軌跡的相繼點中的每一個。延伸區(qū)域包括與有限區(qū)域的至少一部分重疊的部分和不與有限區(qū)域的任何部分重疊的部分。監(jiān)視來自單點輪廓測定儀的信號以便獲得沿著非球面測試表面上的一條或者多條軌跡的相繼點中的表面高度變化的測量值。通過在這兩個區(qū)域內(nèi)重疊部分內(nèi)最小化光學(xué)波前傳感器和單點輪廓測定儀的表面高度測量值之間差來組合有限區(qū)域內(nèi)的光學(xué)波前傳感器的表面高度測量和延伸區(qū)域內(nèi)的單點輪廓測定儀的表面高度測量，。產(chǎn)生非球面測試表面的組合區(qū)域的表面高度測量的集成陣列，該非球面測試表面的組合區(qū)域包括有限區(qū)域與延伸區(qū)域的重疊部分和延伸區(qū)域的非重疊部分。
[0021]優(yōu)選地，光學(xué)波前傳感器測量非球面測試表面上一個或者多個區(qū)上的點陣列，單點輪廓測定儀測量沿著非球面測試表面上一條或者多條軌跡中每一條的相繼點。單點輪廓測定儀與沿著每一條軌跡進(jìn)行測量的非球面測試表面之間的相對運動優(yōu)選地由有限數(shù)量的運動軸施加，并且更優(yōu)選地由單個運動軸施加。每個區(qū)具有每個區(qū)上測試點陣列的空間參照系，每條軌跡具有沿著每條軌跡的相繼點的空間參照系。一條或者多條軌跡與一個或者多個區(qū)在非球面測試表面上的名義上的重合點(nominally coinciding point)處相交?？梢酝ㄟ^在每個區(qū)上測量點的陣列和沿著每條軌跡的相繼點的公共參照系內(nèi)最小化名義上的重合點之間的差，而將每個相交的區(qū)每條相交的軌跡的空間參照系相對地適配到公共參照系。
[0022]例如，該一個或者多個區(qū)可以包括具有第一參照系的第一區(qū)，該一條或者多條軌跡可以包括具有第二參照系的第一軌跡和具有第三參照系的第二軌跡。第一和第二軌跡在非球面測試表面上的第一和第二組名義上的重合點處與第一相交。將第一、第二和第三參照系相對地適配到公共參照系，使得在第一區(qū)和第一和第二軌跡的公共參照系內(nèi)最小化第一和第二組的每一個內(nèi)的名義上重合點之間的差。
[0023]可替換地，該一個或者多個區(qū)可以包括具有第一參照系的第一區(qū)和具有第二參照系的第二區(qū)。該一條或者多條軌跡可以包括具有第三參照系的第一軌跡和具有第四參照系的第二軌跡。第二區(qū)在非球面測試表面上的第一陣列的名義上的重合點處與第一區(qū)的一部分重疊，第一和第二軌跡在非球面測試表面上的第一和第二組名義上的重合點處與第一和第二區(qū)的至少一個相交。通過順序地或者一起最小化第一陣列內(nèi)的以及第一和第二組中每一個內(nèi)的名義上的重合點之間的差，將所有四個參照系相對地適配到公共參照系。
[0024]單點輪廓測定儀的測量軸優(yōu)選地相對于非球面測試表面的安裝夾具相對移動，用于測量延伸區(qū)域內(nèi)的沿著非球面測試表面上的一條或者多條軌跡的相繼點中的表面高度變化。光學(xué)波前傳感器的測量軸也優(yōu)選地相對于非球面測試表面的安裝夾具相對移動，用于測量有限區(qū)域內(nèi)的非球面測試表面的一個或者多個區(qū)中每一個內(nèi)的點陣列中的表面高度變化。優(yōu)選地通過一個或者多個公共的運動軸施加單點輪廓測定儀和光學(xué)波前傳感器的測量軸的相對運動。優(yōu)選地將用于測量非球面測試表面上的各條軌跡的單點輪廓測定儀的相對運動限制在沿著/圍繞單個運動軸的運動。
【附圖說明】
[0025]圖1是利用光學(xué)波前傳感器來進(jìn)行非球面測試表面的測量的第一設(shè)置的集成光學(xué)波前傳感器和單點輪廓測定儀的圖。
[0026]圖2是利用單點輪廓測定儀來進(jìn)行非球面測試表面的測量的第二設(shè)置的相同的集成光學(xué)波前傳感器和單點輪廓測定儀的圖。
[0027]圖3是示出向沿著非球面測試表面的圓形軌跡進(jìn)行測量的單點輪廓測定儀的光軸傾斜的非球面測試表面的分離圖。
[0028]圖4是示出(a)參考第一空間參照系的光學(xué)波前傳感器的單一測量區(qū)和參考第二空間參照系的單點輪廓測定儀的單一測量軌跡的組合的非球面測試表面的透視圖，其中出于圖示的目的，兩個空間參照系相對位移了一夸大量。
[0029]圖5A-5L是示出光學(xué)波前傳感器的一個或者多個測量區(qū)與單點輪廓測定儀的一個或者多個測量軌跡的組合的非球面表面的類似的軸視圖。
[0030]圖6是沿著不同的但是平行的光軸操作的集成的光學(xué)波前傳感器和單點輪廓測定儀的可替換布置的圖，其中共用多軸臺相對于兩個光軸相對地定位非球面測試表面。
【具體實施方式】
[0031]通過圖1和圖2描繪了兩種不同操作設(shè)置的作為集成的光學(xué)波前傳感器和單點輪廓測定儀10的本發(fā)明的實施方案。在圖1中，布置該集成的光學(xué)波前傳感器和單點輪廓測定儀10作為光學(xué)波前傳感器12進(jìn)行測量。在圖2中，布置該集成的光學(xué)波前傳感器和單點輪廓測定儀10作為單點輪廓測定儀14進(jìn)行測量。光學(xué)波前傳感器12和單點輪廓測定儀10共用公共軸16以及沿著光軸16布置的用于將光從公共光源18傳遞到非球面測試表面20的多個光學(xué)器件。
[0032]公共光源18發(fā)射發(fā)散的測量光束22，其由光束分離器24反射以沿著光軸16傳播。與常規(guī)的光學(xué)波前傳感器和單點輪廓測定儀相同，光源18可以是任何已知的光源，諸如具有光束整形光學(xué)器件的激光器，以產(chǎn)生所需要的光束發(fā)散。優(yōu)選地，相對于光學(xué)波前傳感器12和單點輪廓測定儀14的空間和時間上相干性需求來優(yōu)化光源18。也可以使用單獨的光源來滿足光學(xué)波前傳感器12和單點輪廓測定儀14的獨立的照射需求。
[0033]準(zhǔn)直光學(xué)器件26將發(fā)散的測量光束22轉(zhuǎn)換為具有平面波陣面的準(zhǔn)直測量光束28。物鏡30包括波陣面整形器32，其包含一個或多個光束整形光學(xué)器件用于生成具有球面測試波陣面36的匯聚的測試光束34?？梢允褂貌嚸嬲纹?2內(nèi)的替代的或者可調(diào)節(jié)的光束整形光學(xué)器件來產(chǎn)生具有其他形狀的測試光束。測試波陣面36的形狀優(yōu)選地近似其針對的非球面測試表面20的區(qū)38的預(yù)期形狀。當(dāng)將光學(xué)波前傳感器12布置為干涉儀時，物鏡30還可以包括菲索(Fizeau)參考表面40，用于回射準(zhǔn)直測量光束28的一部分作為具有平面參考波陣面44的參考光束42.
[0034]非球面測試表面20是安裝在多軸臺50上的測試部分46的表面，多軸臺50具有三個平移正交軸X，Y，和Z以及兩個旋轉(zhuǎn)正交軸α和β。在所示的設(shè)置中，旋轉(zhuǎn)軸α平行于Z平移軸而延伸，旋轉(zhuǎn)軸β平行于Y平移軸而延伸。盡管旋轉(zhuǎn)軸α和β彼此正交，但在圍繞軸α或β旋轉(zhuǎn)時，圍繞β旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸改變了 α旋轉(zhuǎn)軸與X和Z平移軸的方位。在必要時還可以提供第三正交旋轉(zhuǎn)軸來提供非球面測試表面20與光學(xué)波前傳感器12或單點輪廓測定儀14之間全部6個自由度?？梢砸云渌绞絹砼渲酶鱾€平移軸和旋轉(zhuǎn)軸，來針對諸如限制用于實現(xiàn)期望的相對運動所需數(shù)量的運動軸之類的目的。優(yōu)選地，將旋轉(zhuǎn)軸α和β形成為高精度空氣軸承的樣式，特別是針對可重復(fù)性和最小誤差運動的目的。傳感器提供了監(jiān)視沿著三個平移軸X，Y和Z以及圍繞兩個旋轉(zhuǎn)軸α和B的移動。
[0035]非球面測試表面20的區(qū)38與球面測試波陣面36的形狀球面測試波陣面36的入射點處匹配的程度，測試波陣面36以其原始形式沿著其原始的路徑回射返回物鏡30。由此，沿著光軸16，非球面測試表面20位于光學(xué)波前傳感器12的共焦位置。照射區(qū)38的形狀與球面測試波陣面36的形狀在球面測試波陣面36的入射點處之間的差異產(chǎn)生了測試光束34中的改變，其在從區(qū)38反射的像差的測試波陣面52中暫存(register)。
[0036]在透射過物鏡30時，像差的測試波陣面52被轉(zhuǎn)換為像差的平面測試波陣面54。在菲索參考表面40上(假設(shè)光學(xué)波前傳感器12被布置為干涉儀)，像差的平面測試波陣面54與反射的平面參考波陣面44重新組合。準(zhǔn)直光學(xué)器件26，連同另一準(zhǔn)直光學(xué)器件56，將像差的平面測試波陣面54與平面參考波陣面44 一起中繼到檢測器60，當(dāng)被布置為用于干涉儀測量目的時，檢測器60捕捉作為結(jié)果的干涉圖案。物鏡30與中繼光學(xué)器件26和56還參與將非球面測試表面20的區(qū)38的圖像中繼到檢測器60的檢測器表面62上，以便將檢測器表面62上的像素與區(qū)38內(nèi)的對應(yīng)點相關(guān)聯(lián)。例如，可以根據(jù)常規(guī)實踐來分析檢測器表面62的像素所捕捉的干涉圖案的所測試的各個強(qiáng)度，以便測量區(qū)38內(nèi)對應(yīng)點的陣列相對于測試波陣面36的原始球面形狀的高度變化。還必須考慮球面測試波陣面36的形狀與區(qū)38的預(yù)期或者理想的形狀之間的任何差異，以便參考相對于區(qū)38的預(yù)期形狀的測試的高度變化作為非球面測試表面20的測量誤差。需要類似的轉(zhuǎn)換用于由不同于球面形狀的波陣面整形器32產(chǎn)生的測試波陣面。
[0037]盡管已經(jīng)將光學(xué)波前傳感器12描述為作為干涉儀操作，然而，可以使用相同的基本組件配置而將光學(xué)波前傳感器12操作為波形測量儀器。在這種布置中，物鏡30不包括用于回射參考波陣面44的菲索參考表面40。只是將像差的平面測試波陣面54中繼到檢測器60，檢測器60可以被布置為測量像差的平面測試波陣面54與平面形式的變化的Shack-Hartman波前傳感器。根據(jù)常規(guī)實踐類似地分析檢測器表面62的像素記錄的局部變化，以便測量整個區(qū)38的點陣列相對于球面測試波陣面36的原始形狀的高度變化。
[0038]通常，像差的測試波陣面54的測量的像差不直接對應(yīng)于非球面測試表面20的形狀與其預(yù)期形狀或者理想形狀的偏差。相反，測量像差的測試波陣面54關(guān)于測試波陣面36的原始形狀的像差，測試波陣面36如果沒有像差，以平面形式返回到檢測器60。然而，測試波陣面36的原始形狀可能僅僅近似區(qū)38的預(yù)期或者理想形狀。由此，為了測量作為區(qū)38的形狀的