光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置及测量方法制造方法及图纸

技术编号:18112153 阅读:9 留言:0更新日期:2018-06-03 07:00
本发明专利技术公开了一种光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置,包括至少两个点光源、面阵探测器、物方工作台、像方工作台,其中:由物方工作台承载的两个点光源位于待测光学成像系统的物方视场内,出射光来自同一光源并可相互干涉;而由像方工作台承载的面阵探测器位于待测光学成像系统的像方区域。采用上述装置测量待测光学成像系统的倍率与畸变:首先,测量成像系统中心视场沿物方工作台X和Y方向的倍率作为这两个方向上的理想倍率βx0和βy0;然后,通过测量相邻两个点光源间距及其经过成像系统后所成的两个像点间距,得到成像系统全视场X和Y方向的倍率分布;最后利用各视场点的倍率和坐标值,得到全视场X和Y方向上相对畸变分布。

【技术实现步骤摘要】
光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置及测量方法
本专利技术属于光学测量
,尤其涉及光学成像系统倍率与畸变高精度测量方法。
技术介绍
光学成像系统在生物检测、生物医药、微电子、精密制造等领域有着广泛应用。成像系统的畸变是评价系统性能的重要性能指标之一。而倍率的高精度检测是进行光学成像系统畸变、波像差等像质参数检测的前提。对于畸变的测量,传统方法主要为精密测长法、精密测角法和星点法等。精密测长法是对标定过的标准网格板进行拍摄,然后利用测量显微镜或比长仪测量目标图案像,通过与计算得到的理想像比较求得系统畸变值。精密测角法是通过望远镜上观察被测系统所成的像,然后利用测角仪测量视场角,并结合网格板上物点坐标,通过与计算得到的理想像进行比较得到系统畸变值。星点法是通过采集不同视场位置的星点像,然后比较实测像高与理论像高得到系统畸变值。上述技术中存在的不可校正的系统误差导致测量精度受限,同时测量效率也不高。随着工艺水平的发展,一些高精度光学系统应用领域对于倍率和畸变的测量要求越来越高。以倍率和畸变的测量要求极高的高端光刻机为例,目前光刻投影物镜的倍率和畸变检测技术总体可以分为两类技术:基于硅片曝光的检测技术和基于空间像测量的检测技术。基于曝光的检测技术是通过光刻机对准系统或专用高精度图形对准与坐标测量系统测量对准标记实际成像位置,根据实际成像位置与理想成像位置的差别,可以计算得到倍率参数。另一种基于空间像传感器的原位检测技术直接对掩模上标记经投影物镜所成的空间像进行测量。虽然这两种技术能够实现倍率和畸变的高精度测量,但是其使用都依赖于光刻机及其分系统,无法应用于光学系统加工装调车间,以及其他科研和工业应用领域,不具备通用性。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题,提供一种光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置及测量方法,通过使用光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置,在X方向和Y方向上完成多视场点倍率的高精度测量,从而实现了光学成像系统畸变的高精度测量。为达到上述目的,本专利技术通过以下技术方案实现:一种光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置,其特点在于包括:至少两个点光源、面阵探测器、物方工作台和像方工作台;所述的点光源位于待测光学成像系统的物方视场内,出射光均来自同一光源且相互干涉;所述的面阵探测器位于待测光学成像系统的像方区域,该面阵探测器的面积大小能够确保接收两个点光源经过待测光学成像系统后的全部光场;所述的物方工作台用于承载点光源,且具有XYZ三个方向的调节自由度并能反馈三个方向的移动位置;所述的像方工作台用于承载面阵探测器,且具有XYZ三个方向的调节自由度,此外像方工作台的XYZ三个自由度调节方向与物方工作台的自由度调节方向平行。利用所述的光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置测量倍率与畸变的方法,其特点在于,在点光源为两个的情况时,该方法包括下述步骤:第一步,采用干涉法标定两个点光源的间距d;第二步,使两个点光源的连线方向沿物方工作台X方向,安装于物方工作台上,并使用物方工作台调整两个点光源至待测光学成像系统的中心视场位置,同时移动像方工作台使得面阵探测器能够接收两个点光源输出的光场经过待测光学成像系统后的全部光场;第三步,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统后所成的两个像点的间距dx0’;第四步,计算待测光学成像系统X方向上的理想倍率βx0,公式如下:第五步,使用物方工作台等间隔遍历全视场,同时移动像方工作台使得面阵探测器能够接收两个点光源输出光场经过待测光学成像系统后所成的全部光场;遍历过程中,在待测光学成像系统每个视场点位置上,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统后所成的两个像点的间距dx’,然后计算当前位置X方向的倍率βx,公式如下:第六步,根据待测光学成像系统每个视场点的X方向的倍率值βx,计算相应位置X方向的相对畸变值qx’,公式如下:结合各个位置的坐标值,得到全视场X方向上的相对畸变分布;第七步,使两个点光源的连线方向沿物方工作台Y方向,安装于物方工作台上,并使用物方工作台调整两个点光源至中心视场位置,同时移动像方工作台使得面阵探测器能够接收两个点光源输出光场经过待测光学成像系统后所成的全部光场;第八步,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统后所成的两个像点的间距dy0’;第九步,计算待测光学成像系统(1)Y方向上的理想倍率βy0,公式如下:第十步,使用物方工作台等间隔遍历全视场,同时移动像方工作台使得面阵探测器能够接收两个点光源输出光场经过待测光学成像系统后所成的全部光场;遍历过程中,在待测光学成像系统每个视场点位置上,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统后所成的两个像点的间距dy’,然后计算当前位置Y方向的倍率βy,公式如下:第十一步,根据待测光学成像系统每个视场点的Y方向的倍率值βy,计算相应位置Y方向的相对畸变值qy’,公式如下:结合各个位置的坐标值,得到全视场Y方向上的相对畸变分布。利用所述的光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置测量倍率与畸变的方法,其特点在于,在点光源为三个的情况时,该方法包括下述步骤:第一步,将三个点光源中任意一个点光源固定于物方工作台后,将另外两个点光源安装于物方工作台上,并使得它们与之前固定的点光源的连线方向分别沿物方工作台X方向和Y方向;第二步,采用干涉法标定相邻两个点光源的间距dx和dy;第三步,使用物方工作台调整沿物方工作台X方向的两个点光源至待测光学成像系统的中心视场位置,同时移动像方工作台使得面阵探测器能够接收两个点光源输出的光场经过待测光学成像系统后的全部光场;第四步,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统后所成的两个像点的间距dx0’;第五步,计算待测光学成像系统X方向上的理想倍率βx0,公式如下:第六步,使用物方工作台等间隔遍历全视场,同时移动像方工作台使得面阵探测器能够接收两个点光源输出光场经过待测光学成像系统后所成的全部光场;遍历过程中,在待测光学成像系统每个视场点位置上,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统后所成的两个像点的间距dx’,然后计算当前位置X方向的倍率βx,公式如下:第七步,根据待测光学成像系统每个视场点的X方向的倍率值βx,计算相应位置X方向的相对畸变值qx’,公式如下:结合各个位置的坐标值,得到全视场X方向上的相对畸变分布;第八步,使用物方工作台调整沿物方工作台Y方向的两个点光源至待测光学成像系统的中心视场位置,同时移动像方工作台使得面阵探测器能够接收两个点光源输出光场经过待测光学成像系统后所成的全部光场;第九步,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统后所成的两个像点的间距dy0’;第十步,计算待测光学成像系统Y方向上的理想倍率βy0,公式如下:第十一步,使用物方工作台等间隔遍历全视场,同时移动像方工作台使得面阵探测器能够接收两个点光源输出光场经过待测光学成像系统后所成的全部光场;遍历过程中,在待测光学成像系统每个视场点位置上,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统后所成的两个像点的间距dy’,然后计算当前位置Y方向的倍率βy,公式如下:第十二步,根据待测光学成像系统每个视场点的Y方向的倍率值βy,计算相应位置Y方向的相对畸变值qy’,公式如下:结合各个位置本文档来自技高网
...
光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置及测量方法

【技术保护点】
一种光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置,其特征在于包括:至少两个点光源、面阵探测器(2)、物方工作台(3)和像方工作台(4);所述的点光源位于待测光学成像系统(1)的物方视场内,出射光均来自同一光源且相互干涉;所述的面阵探测器(2)位于待测光学成像系统(1)的像方区域,该面阵探测器(2)的面积大小能够确保接收两个点光源经过待测光学成像系统(1)后的全部光场;所述的物方工作台(3)用于承载点光源,且具有XYZ三个方向的调节自由度并能反馈三个方向的移动位置;所述的像方工作台(4)用于承载面阵探测器(2),且具有XYZ三个方向的调节自由度,此外像方工作台(4)的XYZ三个自由度调节方向与物方工作台(3)的自由度调节方向平行。

【技术特征摘要】
1.一种光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置,其特征在于包括:至少两个点光源、面阵探测器(2)、物方工作台(3)和像方工作台(4);所述的点光源位于待测光学成像系统(1)的物方视场内,出射光均来自同一光源且相互干涉;所述的面阵探测器(2)位于待测光学成像系统(1)的像方区域,该面阵探测器(2)的面积大小能够确保接收两个点光源经过待测光学成像系统(1)后的全部光场;所述的物方工作台(3)用于承载点光源,且具有XYZ三个方向的调节自由度并能反馈三个方向的移动位置;所述的像方工作台(4)用于承载面阵探测器(2),且具有XYZ三个方向的调节自由度,此外像方工作台(4)的XYZ三个自由度调节方向与物方工作台(3)的自由度调节方向平行。2.利用权利要求1所述的光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置测量倍率与畸变的方法,其特征在于,在点光源为两个的情况时,该方法包括下述步骤:第一步,采用干涉法标定两个点光源的间距d;第二步,使两个点光源的连线方向沿物方工作台(3)X方向,安装于物方工作台(3)上,并使用物方工作台(3)调整两个点光源至待测光学成像系统(1)的中心视场位置,同时移动像方工作台(4)使得面阵探测器(2)能够接收两个点光源输出的光场经过待测光学成像系统(1)后的全部光场;第三步,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统(1)后所成的两个像点的间距dx0’;第四步,计算待测光学成像系统(1)X方向上的理想倍率βx0,公式如下:第五步,使用物方工作台(3)等间隔遍历全视场,同时移动像方工作台(4)使得面阵探测器(2)能够接收两个点光源输出光场经过待测光学成像系统(1)后所成的全部光场;遍历过程中,在待测光学成像系统(1)每个视场点位置上,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统(1)后所成的两个像点的间距dx’,然后计算当前位置X方向的倍率βx,公式如下:第六步,根据待测光学成像系统(1)每个视场点的X方向的倍率值βx,计算相应位置X方向的相对畸变值qx’,公式如下:结合各个位置的坐标值,得到全视场X方向上的相对畸变分布;第七步,使两个点光源的连线方向沿物方工作台(3)Y方向,安装于物方工作台(3)上,并使用物方工作台(3)调整两个点光源至中心视场位置,同时移动像方工作台(4)使得面阵探测器(2)能够接收两个点光源输出光场经过待测光学成像系统(1)后所成的全部光场;第八步,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统(1)后所成的两个像点的间距dy0’;第九步,计算待测光学成像系统(1)Y方向上的理想倍率βy0,公式如下:第十步,使用物方工作台(3)等间隔遍历全视场,同时移动像方工作台(4)使得面阵探测器(2)能够接收两个点光源输出光场经过待测光学成像系统(1)后所成的全部光场;遍历过程中,在待测光学成像系统(1)每个视场点位置上,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统(1)后所成的两个像点的间距dy’,然后计算当前位置Y方向的倍率βy,公式如下:第十一步,根据待测光学成像系统(1)每个视场点的Y方向的倍率值βy,计算相应位置Y方向的相对畸变值qy’,公式如下:结合各个位置的坐标值,得到全视场Y方向上的相对畸变分布。3.利用权利要求1所述的光学成像系统倍率与畸变高精度测量装置测量倍率与畸变的方法,其特征在于,在点光源为三个的情况时,该方法包括下述步骤:第一步,将三个点光源中任意一个点光源固定于物方工作台(3)后,将另外两个点光源安装于物方工作台(3)上,并使得它们与之前固定的点光源的连线方向分别沿物方工作台(3)X方向和Y方向;第二步,采用干涉法标定相邻两个点光源的间距dx和dy;第三步,使用物方工作台(3)调整沿物方工作台(3)X方向的两个点光源至待测光学成像系统(1)的中心视场位置,同时移动像方工作台(4)使得面阵探测器(2)能够接收两个点光源输出的光场经过待测光学成像系统(1)后的全部光场;第四步,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统(1)后所成的两个像点的间距dx0’;第五步,计算待测光学成像系统(1)X方向上的理想倍率βx0,公式如下:第六步,使用物方工作台(3)等间隔遍历全视场,同时移动像方工作台(4)使得面阵探测器(2)能够接收两个点光源输出光场经过待测光学成像系统(1)后所成的全部光场;遍历过程中,在待测光学成像系统(1)每个视场点位置上,使用干涉法测量两个点光源经过待测光学成像系统(1)后所成的两个像点的间距dx’,然后计算当前位置X方向的倍率βx,公式如下:第七步,根据待测光学成像系统(1)每个视场点的X方向的倍率值βx,计算相应位置X方向的相对畸变值qx’,公式如下:

【专利技术属性】
技术研发人员:董冠极唐锋王向朝冯鹏彭常哲严焱
申请(专利权)人:中国科学院上海光学精密机械研究所
类型:发明
国别省市:上海,31

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1