一種高精度曲率半徑測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)元件幾何參數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度曲率半徑測試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)球面鏡的曲率半徑是光學(xué)元件的基本參數(shù)。極紫外光刻相關(guān)技術(shù)對光學(xué)球面鏡的檢測、加工精度極高，達亞微米量級。曲率半徑的測量方法分為接觸式測量和非接觸式測量兩類，其中接觸式測量方法主要有樣板法、球徑儀法和坐標(biāo)測量機法，非接觸式測量方法主要有激光跟蹤儀與激光干涉儀結(jié)合法和干涉檢驗貓眼-共焦法。樣板法和球徑儀法的測試精度較低，超高精度坐標(biāo)測量機的測試精度較高，但測試成本很高，且所有接觸式測量方法均有劃傷被測光學(xué)表面的風(fēng)險。激光跟蹤儀與激光干涉儀結(jié)合法主要用于精度要求較低的大曲率半徑測試?；诟缮鏅z驗貓眼-共焦法的通用曲率半徑檢測設(shè)備，如數(shù)字干涉儀配合光柵尺或其他位移測量裝置，也較難達到亞微米量級的檢測不確定度，需要針對不同被測試球面鏡進行檢測裝置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種高精度曲率半徑測試裝置及方法，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的被測試光學(xué)元件表面容易劃傷和較難達到亞微米量級的檢測不確定度的問題，利用高精度數(shù)字干涉儀和高精度雙頻激光干涉位移測量系統(tǒng)搭建實現(xiàn)高精度被測試光學(xué)球面鏡曲率半徑的非接觸無損傷測試。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種高精度曲率半徑測試裝置包括干涉測量系統(tǒng)、雙頻激光器、導(dǎo)光元件、平移傾斜調(diào)整臺、Z向移動臺、反射角錐和導(dǎo)軌；
[0005]所述平移傾斜調(diào)整臺設(shè)置在所述Z向移動臺上，所述Z向移動臺任意相對的兩個側(cè)壁和所述導(dǎo)軌配合上下滑動，被測試球面鏡設(shè)置在所述平移傾斜調(diào)整臺上，所述Z向移動臺上表面均勻設(shè)置多個反射角錐，每個反射角錐上方垂直位置設(shè)置有導(dǎo)光元件，干涉測量系統(tǒng)輻射出的光經(jīng)被測試球面鏡成成干涉測量光路，所述干涉測量光路經(jīng)干涉測量系統(tǒng)獲得干涉圖，所述雙頻激光器出射的激光經(jīng)多個導(dǎo)光元件分成多束，分束后的激光分別垂直入射到多個反射角錐，經(jīng)多個反射角錐反射形成雙頻激光干涉位移測量光路。
[0006]所述多個反射角錐具體指三個。
[0007]所述導(dǎo)光元件為測試光角錐。
[0008]所述干涉測量系統(tǒng)包括一個高精度數(shù)字波面干涉儀。
[0009 ] 一種高精度曲率半徑測試方法，包括以下步驟:
[0010]步驟一:調(diào)整導(dǎo)光元件的位置，使經(jīng)多個導(dǎo)光元件分束后的測試光和導(dǎo)軌運動方向平行；
[0011 ]步驟二:將被測試球面鏡安置在所述平移傾斜調(diào)整臺上，調(diào)整Z向移動臺的位置，使被測試球面鏡位于貓眼位置，將雙頻激光器示數(shù)置于零；
[0012]步驟三:上下調(diào)整Z向移動臺位置，使被測試球面鏡移動到共焦位置；
[0013]步驟四:調(diào)整平移傾斜調(diào)整臺的位置，使干涉測量系統(tǒng)中的干涉圖為零條紋；
[0014]步驟五:雙頻激光器出射的激光經(jīng)多個導(dǎo)光元件分成多束，分束后的激光分別垂直入射到多個反射角錐，經(jīng)多個反射角錐反射形成多路雙頻激光干涉位移測量光路，獲得在共焦位置時多組Z向移動臺位置結(jié)果；
[0015]步驟六:將步驟五中獲得的多組Z向移動臺位置結(jié)果取平均值，作為被測試球面鏡的曲率半徑，完成測試。
[0016]所述多個反射角錐具體指三個。
[0017]所述干涉測量系統(tǒng)包括一個高精度數(shù)字波面干涉儀。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的一種高精度曲率半徑測試裝置及方法將被測試光學(xué)球面鏡安置于干涉測量系統(tǒng)檢測光路中，干涉測量系統(tǒng)光束焦點與被測試球面鏡球心重合時為共焦位置，干涉測量系統(tǒng)光束焦點與被測試球面鏡頂點重合時為貓眼位置。調(diào)整Z向移動臺使被測試球面鏡在共焦與貓眼位置間移動，同時利用高精度雙頻激光干涉位移測量系統(tǒng)實時監(jiān)測Z向移動臺的Z向移動量，進而獲得被測試球面鏡的曲率半徑測量值。采用高精度數(shù)字波面干涉儀配合高精度雙頻激光干涉位移測量系統(tǒng)，通過精密導(dǎo)軌、Z向移動臺等調(diào)整機構(gòu)實現(xiàn)光學(xué)球面鏡曲率半徑的高精度測試。非接觸式測量，避免被測試球面鏡被劃傷的問題，另外，本發(fā)明針對不同誤差源，優(yōu)化了測量裝置結(jié)構(gòu)，使得反射角錐盡量靠近被測試鏡中心，以減小阿貝誤差;使反射角錐盡量與被測試鏡頂點處于同一高度以減小無感知區(qū)誤差;使導(dǎo)光元件中的測試光角錐與反射角錐Z向距離盡量小以減小空程誤差。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的一種高精度曲率半徑測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的一種高精度曲率半徑測試方法流程圖；
[0021]其中:1、干涉測量系統(tǒng)，2、雙頻激光器，3、導(dǎo)光元件，4、被測試球面鏡，5、平移傾斜調(diào)整臺，6、Z向移動臺，7、反射角錐，8、導(dǎo)軌，9、干涉測量光路，10、雙頻激光干涉位移測量光路。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明。
[0023]參見附圖1，本發(fā)明的一種高精度曲率半徑測試裝置包括干涉測量系統(tǒng)1、雙頻激光器2、導(dǎo)光元件3、平移傾斜調(diào)整臺5、Z向移動臺6、反射角錐7和導(dǎo)軌8;
[0024]所述平移傾斜調(diào)整臺5設(shè)置在所述Z向移動臺6上，所述Z向移動臺6任意相對的兩個側(cè)壁和所述導(dǎo)軌8配合上下滑動，被測試球面鏡4設(shè)置在所述平移傾斜調(diào)整臺5上，所述Z向移動臺6上表面均勻設(shè)置三個反射角錐7，每個反射角錐7上方垂直位置設(shè)置有導(dǎo)光元件3，干涉測量系統(tǒng)I輻射出的光經(jīng)被測試球面鏡4成成干涉測量光路9，所述干涉測量光路9經(jīng)干涉測量系統(tǒng)I獲得干涉圖，所述雙頻激光器2出射的激光經(jīng)三個導(dǎo)光元件3分成多束，分束后的激光分別垂直入射到三個反射角錐7，經(jīng)三個反射角錐7反射形成雙頻激光干涉位移測量光路10。
[0025]所述干涉測量系統(tǒng)I由高精度數(shù)字干涉儀及其標(biāo)準(zhǔn)具組成，由干涉測量系統(tǒng)I輻射出的光經(jīng)被測試球面鏡4反射，形成干涉測量光路9;
[0026]所述雙頻激光器2經(jīng)過導(dǎo)光元件3將出射激光分為三束，分束后的激光經(jīng)過Z向移動臺6上的三個反射角錐7反射形成雙頻激光干涉位移測量光路10;
[0027]所述導(dǎo)光元件3為測試光角錐。
[0028]參見附圖2，一種高精度曲率半徑測試方法，包括以下步驟:
[0029]步驟一:調(diào)整導(dǎo)光元件3的位置，使經(jīng)三個導(dǎo)光元件3分束后的測試光和導(dǎo)軌8運動方向平行；
[0030]步驟二:將被測試球面鏡4安置在所述平移傾斜調(diào)整臺5上，調(diào)整Z向移動臺6的位置，使被測試球面鏡4位于貓眼位置，將雙頻激光器2示數(shù)置于零；
[0031]步驟三:上下調(diào)整Z向移動臺6位置，使被測試球面鏡4移動到共焦位置；
[0032]步驟四:調(diào)整平移傾斜調(diào)整臺5的位置，使干涉測量系統(tǒng)I中的干涉圖為零條紋；
[0033]步驟五:雙頻激光器2出射的激光經(jīng)三個導(dǎo)光元件3分成多束，分束后的激光分別垂直入射到三個反射角錐7，經(jīng)三個反射角錐7反射形成多路雙頻激光干涉位移測量光路1，獲得在共焦位置時三組Z向移動臺6位置結(jié)果；
[0034]步驟六:將步驟五中獲得的三組Z向移動臺6位置結(jié)果取平均值，作為被測試球面鏡4的曲率半徑，完成測試ο
【主權(quán)項】
1.一種高精度曲率半徑測試裝置，包括干涉測量系統(tǒng)(I)和雙頻激光器(2)，其特征在于，還包括導(dǎo)光元件(3)、平移傾斜調(diào)整臺(5)、Z向移動臺(6)、反射角錐(7)和導(dǎo)軌(8); 所述平移傾斜調(diào)整臺(5)設(shè)置在所述Z向移動臺(6)上，所述Z向移動臺(6)任意相對的兩個側(cè)壁和所述導(dǎo)軌(8)配合上下滑動，被測試球面鏡(4)設(shè)置在所述平移傾斜調(diào)整臺(5)上，所述Z向移動臺(6)上表面均勻設(shè)置多個反射角錐(7)，每個反射角錐(7)上方垂直位置設(shè)置有導(dǎo)光元件(3)，干涉測量系統(tǒng)(I)輻射出的光經(jīng)被測試球面鏡(4)成成干涉測量光路(9)，所述干涉測量光路(9)經(jīng)干涉測量系統(tǒng)(I)獲得干涉圖，所述雙頻激光器(2)出射的激光經(jīng)多個導(dǎo)光元件(3)分成多束，分束后的激光分別垂直入射到多個反射角錐(7)，經(jīng)多個反射角錐(7)反射形成雙頻激光干涉位移測量光路(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度曲率半徑測試裝置，其特征在于，所述多個反射角錐(7)具體指三個。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高精度曲率半徑測試裝置，其特征在于，所述導(dǎo)光元件(3)為測試光角錐。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度曲率半徑測試裝置，其特征在于，所述干涉測量系統(tǒng)(I)包括一個高精度數(shù)字波面干涉儀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度曲率半徑測試裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:調(diào)整導(dǎo)光元件(3)的位置，使經(jīng)多個導(dǎo)光元件(3)分束后的測試光和導(dǎo)軌(8)運動方向平行； 步驟二:將被測試球面鏡(4)安置在所述平移傾斜調(diào)整臺(5)上，調(diào)整Z向移動臺(6)的位置，使被測試球面鏡(4)位于貓眼位置，將雙頻激光器(2)示數(shù)置于零； 步驟三:上下調(diào)整Z向移動臺(6)位置，使被測試球面鏡(4)移動到共焦位置； 步驟四:調(diào)整平移傾斜調(diào)整臺(5)的位置，使干涉測量系統(tǒng)(I)中的干涉圖為零條紋； 步驟五:雙頻激光器(2)出射的激光經(jīng)多個導(dǎo)光元件(3)分成多束，分束后的激光分別垂直入射到多個反射角錐(7)，經(jīng)多個反射角錐(7)反射形成多路雙頻激光干涉位移測量光路(1 )，獲得在共焦位置時多組Z向移動臺(6)位置結(jié)果； 步驟六:將步驟五中獲得的多組Z向移動臺(6)位置結(jié)果取平均值，作為被測試球面鏡(4)的曲率半徑，完成測試。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高精度曲率半徑測試方法，其特征在于，所述多個反射角錐(7)具體指三個。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種高精度曲率半徑測試方法，其特征在于，所述干涉測量系統(tǒng)(I)包括一個高精度數(shù)字波面干涉儀。
【專利摘要】一種高精度曲率半徑測試裝置及方法屬于光學(xué)元件幾何參數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的被測試光學(xué)元件表面容易劃傷和較難達到亞微米量級的檢測不確定度的問題，本發(fā)明的平移傾斜調(diào)整臺設(shè)置在Z向移動臺上，Z向移動臺任意相對的兩個側(cè)壁和導(dǎo)軌配合上下滑動，被測試球面鏡設(shè)置在平移傾斜調(diào)整臺上，Z向移動臺上表面均勻設(shè)置多個反射角錐，每個反射角錐上方垂直位置設(shè)置有導(dǎo)光元件，干涉測量系統(tǒng)輻射出的光經(jīng)被測試球面鏡成成干涉測量光路，干涉測量光路經(jīng)干涉測量系統(tǒng)獲得干涉圖，雙頻激光器出射的激光經(jīng)多個導(dǎo)光元件分成多束，分束后的激光分別垂直入射到多個反射角錐，經(jīng)多個反射角錐反射形成雙頻激光干涉位移測量光路。
【IPC分類】G01B7/293
【公開號】CN105571481
【申請?zhí)枴緾N201510962288
【發(fā)明人】張文龍, 苗亮, 劉鈺, 于杰, 張海濤, 馬冬梅, 金春水
【申請人】中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月21日