一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法，使用待测球面与参考平面干涉产生的干涉条纹与基于计算机仿真的已知曲率半径的球面与平面干涉产生的干涉条纹叠加，通过频域低通滤波，将携带两幅干涉图差频信息的莫尔条纹提出，携带差频信息的莫尔条纹可视为待测球面与计算机仿真的已知曲率半径的球面干涉产生的干涉图。通过莫尔条纹和计算机仿真球面的曲率半径将待测球面的曲率半径算出。本发明专利技术采用非接触式的测量方法避免了对球面镜表面的损坏，为大曲率半径球面镜曲率半径的无损伤测量提供了可行的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测量
，特别是一种基于莫尔条纹的球面曲率半径的测量方法。
技术介绍
球面元件是光学系统中常见的一种光学元件，在各类光学系统中有重要的应用。例如，在光刻投影物镜系统中(ExtremeUltra-violet,简称EUV)，采用透射式光刻物镜。该系统中包含多片球面镜，球面反射的加工质量对整个系统的成像效果有着关键的影响。曲率半径(radiusofcurvature，ROC)是表征光学球面镜光学特性的重要参量。球面光学表面曲率半径对光学系统的成像质量有着很大的影响。球面光学镜面的加工过程中，准确测得测量球面的曲率半径是光学车间检验的重要工作。当前，测量球面光学面曲率半径的方法有很多种。球径仪是测量球面光学元件的通用方法，测量范围一般为20～1200mm，由于测试方式接触球面，被测件表面容易损伤。刀口仪是光学车间中常用的测量球面曲率半径的方法之一，测量范围可达几百米，测量方式为非接触式，但是对测试环境要求很高。激光干涉测长法的测量范围要小于2米，能够同时检测球面的局部误差，但对仪器的精度要求很高。自准直显微镜测量曲率半径法能够测量较小的曲率半径，测量方式为非接触式，但仪器调整复杂，很难高效率的运转。自准直前置镜可以测量大曲率半径，测量方式为非接触式，但测量精度有限，很难推广使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法，在保证测量精度的基础上，对球面镜的曲率半径实现非接触式测量，避免了对待测球面镜表面的损伤，可以实现大曲率半径球面曲率半径快速高精度测量。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法，测量步骤如下：步骤1)、利用干涉仪的平面参考面与待测球面干涉得到一组实测干涉图，上述实测干涉图的光强I1为：I1=a1+b1·cos(2π·w1λ)]]>式中a1为实测干涉图背景光强，b1为实测干涉条纹的可见度，w1为待测球面与干涉仪参考平面之间的矢高，λ为干涉仪的工作波长。步骤2)、仿真一个已知曲率半径的球面和一个平面，利用步骤1中的干涉仪，仿真得到已知曲率半径的球面与平面的一组仿真干涉图，上述仿真干涉图的光强I2为：I2=a2+b2·cos(2π·w2λ)]]>式中a2为仿真干涉图背景光强，b2为仿真干涉条纹的可见度，w2为仿真球面与平面之间的矢高，λ为干涉仪的工作波长。步骤3)、实测干涉光强I1与仿真干涉光强I2乘法叠加后获得叠栅条纹图S(x,y)：S(x,y)=I1·I2=a1·a2+a1·b1·cos(2πλ·w2)+a2·b1·cos(2πλ·w1)+12b1·b2·cos[2πλ·(w1+w2)]+12b1·b2·cos[2πλ·(w1-w2)]]]>步骤4)将上述叠栅条纹图S(x,y)通过频域低通滤波器，提取出含有待测球面与仿真球面曲率半径信息的莫尔条纹s(x,y)：s(x,y)=12b1·b2·cos[2πλ·(w2-w1)]]]>步骤5)根据上述莫尔条纹s(x,y)，则待测球面与仿真球面等厚干涉形成的明暗条纹条件为：2(e1+e2)＝kλ，k＝1,2,3,……(明条纹)2(e1+e2)=(k+12)λ,k=0,1,2,3,······]]>(暗条纹)得到第k级明暗条纹半径rk为：rk=(k+12)(R1R2R1-R2)λ]]>得到待测球面的曲率半径R1为：R1=R2·rk2rk2+R2(k+12)λ]]>其中e1为待测球面第k级明暗条纹相对于干涉仪参考平面的矢高，e2为仿真球面第k级明暗条纹相对于仿真平面的矢高，k为明暗条纹的级次，R2为仿真球面的曲率半径。上述步骤5)中，明条纹与暗条纹半径计算公式相同，待测球面的曲率半径相同。其中明暗条纹表示明条纹或暗条纹。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法，在保证测量精度的基础上，对球面镜的曲率半径实现非接触式测量，避免了对待测球面镜表面的损伤，可以实现大曲率半径球面曲率半径快速高精度测量。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是本专利技术的一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法的流程图。图2是本专利技术的一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法的等效两球面干涉牛顿环示意图。图3是本专利技术的一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法的实施例针对曲率半径为41400mm的待测球面在干涉仪中检测所得的干涉图和仿真已知曲率半径的球面与平面干涉的干涉图；其中(a)是曲率半径为41400mm的待测球面与平面干涉所得的干涉图；(b)是仿真已知曲率半径的球面与平面干涉的干涉图。图4是本专利技术的一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法的实施例中针对待测件由实测干涉条纹和仿真干涉条纹叠加够形成的叠栅条纹。图5是本专利技术的一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法的实施例中使用的频率低通滤波器示意图。图6是本专利技术的一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法的实施例中频域低通滤波后形成的莫尔条纹。具体实施方式结合图1，一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法，具体测量步骤如下：1)利用干涉仪的平面参考面与待测球面干涉得到一组实测干涉图，上述实测干涉图的光强I1为：I1=a1+b1·cos(2π·w1λ)]]>式中a1为实测干涉图背景光强，b1为实测干涉条纹的可见度，w1为待测球面与干涉仪参考平面之间的矢高，λ为干涉仪的工作波长。2)仿真一个已知曲率半径的球面和一个平面，利用步骤1中的干涉仪，仿真得到已知曲率半径的球面与平面的一组仿真干涉图，上述仿真本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法，其特征在于，测量步骤如下：步骤1)、利用干涉仪的平面参考面与待测球面干涉得到一组实测干涉图，上述实测干涉图的光强I1为：I1=a1+b1·cos(2π·w1λ)]]>式中a1为实测干涉图背景光强，b1为实测干涉条纹的可见度，w1为待测球面与干涉仪参考平面之间的矢高，λ为干涉仪的工作波长；步骤2)、仿真一个已知曲率半径的球面和一个平面，利用步骤1中的干涉仪，仿真得到已知曲率半径的球面与平面的一组仿真干涉图，上述仿真干涉图的光强I2为：I2=a2+b2·cos(2π·w2λ)]]>式中a2为仿真干涉图背景光强，b2为仿真干涉条纹的可见度，w2为仿真球面与平面之间的矢高，λ为干涉仪的工作波长；步骤3)、实测干涉光强I1与仿真干涉光强I2乘法叠加后获得叠栅条纹图S(x,y)：S(x,y)=I1·I2=a1·a2+a1·b1·cos(2πλ·w2)+a2·b1·cos(2πλ·w1)+12b1·b2·cos[2πλ·(w1+w2)]+12b1·b2·cos[2πλ·(w1-w2)]]]>步骤4)将上述叠栅条纹图S(x,y)通过频域低通滤波器，提取出含有待测球面与仿真球面曲率半径信息的莫尔条纹s(x,y)：s(x,y)=12b1·b2·cos[2πλ·(w2-w1)]]]>步骤5)根据上述莫尔条纹s(x,y)，则待测球面与仿真球面等厚干涉形成的明条纹与暗条纹的条件分别为：2(e1+e2)＝kλ，k＝1,2,3，……  (明条纹)2(e1+e2)=(k+12)λ,k=0,1,2,3,......]]>  (暗条纹)得到第k级明暗条纹半径rk为：rk=(k+12)(R1R2R1-R2)λ]]>得到待测球面的曲率半径R1为：R1=R2·rk2rk2+R2(k+12)λ]]>其中e1为待测球面第k级暗条纹相对于干涉仪参考平面的矢高，e2为仿真球面第k级明暗条纹相对于仿真平面的矢高，k为明暗条纹的级次，R2为仿真球面的曲率半径。...

【技术特征摘要】
1.一种基于莫尔条纹的球面镜曲率半径测量方法，其特征在于，测量步骤
如下：
步骤1)、利用干涉仪的平面参考面与待测球面干涉得到一组实测干涉图，
上述实测干涉图的光强I1为：
I1=a1+b1·cos(2π·w1λ)]]>式中a1为实测干涉图背景光强，b1为实测干涉条纹的可见度，w1为待测球面
与干涉仪参考平面之间的矢高，λ为干涉仪的工作波长；
步骤2)、仿真一个已知曲率半径的球面和一个平面，利用步骤1中的干涉
仪，仿真得到已知曲率半径的球面与平面的一组仿真干涉图，上述仿真干涉图的
光强I2为：
I2=a2+b2·cos(2π·w2λ)]]>式中a2为仿真干涉图背景光强，b2为仿真干涉条纹的可见度，w2为仿真球
面与平面之间的矢高，λ为干涉仪的工作波长；
步骤3)、实测干涉光强I1与仿真干涉光强I2乘法叠加后获得叠栅条纹图
S(x,y)：
S(x,y)=I1·I2=a1·a2+a1·b1·cos(2πλ·w2)+a2·b1·cos(2πλ·w1)+12b1·b2·cos[2&pi...

【专利技术属性】
技术研发人员：高瑞，杨忠明，王凯亮，
申请(专利权)人：高瑞，
类型：发明
国别省市：江苏;32