一种干涉测量中成像畸变的标定系统及标定方法技术方案

本发明专利技术涉及光学检测技术领域，特别涉及一种干涉测量中成像畸变的标定系统，包括干涉测量中成像畸变的标定系统，包括干涉测量装置、调整机构、球冠网格板和数据处理装置，球冠网格板，用于对所述被检光学元件进行畸变标定；调整机构调整光学被检光学元件处于干涉测量装置共焦干涉检测位置，被检光学元件中心、球冠网格板的几何中心与干涉测量装置的光轴重合，球冠网格板的坐标轴与干涉测量装置探测器的坐标轴重合；干涉测量装置进行干涉检测；数据处理装置计算畸变函数及被检光学元件的面形误差。本发明专利技术还包括干涉测量中成像畸变的标定方法。通过设置网格板，进行成像畸变标定，达到了在不破坏被检元件的情况下，实现成像畸变标定的有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学检测
，特别涉及一种干涉测量中成像畸变的标定方法及标定系统。
技术介绍
现代光刻技术要求光刻物镜系统中的平面、球面、非球面等光学元件的面形误差的均方根值达到亚纳米量级，因此光刻物镜系统对光学元件面形加工和绝对检测技术提出了极高的要求。为了实现光学元件面形的亚纳米加工精度，在光学元件面形误差绝对检测技术实现亚纳米检测精度的基础上，必须精确标定用于面形误差检测的干涉测量中成像畸变，否则含有成像畸变的面形误差检测结果在指导光学元件面形精修过程中会引入坐标映射误差，从而降低光学元件面形的加工精度。现有技术中，干涉测量中成像畸变的标定方法主要有两类：一类是，基于干涉测量装置光学设计参数计算成像畸变(J.E.Hayden,and T.S.Lewis,“Distortion correction method for aspheric optical testing”,Proceedings of SPIE,4101,57(2000))；另一类是，基于规则网格标记点标定干涉测量中成像畸变(J.S.Taylor,P.Gabella,R.Hudyma,et.al.,“Final report for Lith 112high-NA optics for the Micro-Exposure tool(MET)”,UCRL-ID-146679(2001))。基于干涉测量装置光学设计参数计算成像畸变，是在已知干涉测量装置全部光学设计参数的前提下，通过光学设计软件(如，CodeV和Zemax)进行光线追迹，从而计算干涉测量装置的成像畸变。该方法只需要进行光线追迹计算，不涉及复杂的光机加工和集成装调过程，然而通常情况下很难获得干涉测量装置中商用光学部件(如，激光干涉仪主机和标准镜头)的详细设计参数。此外，该方法无法反映干涉测量装置在光学加工和系统装调过程引入的成像畸变。基于规则网格标记点标定干涉测量中成像畸变是利用在被检光学元件表面制作规则的网格型标记点，网格型标记点与被检光学元件一起通过干
涉测量装置成像。由于干涉测量装置存在成像畸变，每个标记点的成像放大率不同，通过测量每个标记点实际放大率和理想放大率的差别从而校正干涉测量装置的成像畸变。该方法可以标定干涉测量装置由于光学设计、光学加工和系统装配导致的成像畸变，然而该方法需要在被检光学元件表面加工或沉积网格型标记点，该过程可能会损伤被检光学元件表面，因此不适用于高精度被检光学元件的原位成像畸变标定。因此，亟需一种不破坏被测光学元件表面、结构简单，且可以实现高精度干涉测量中成像畸变原位检测的方法及系统。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有干涉测量中成像畸变原位检测的检测系统结构复杂、检测精度不高、且在标定时会破坏被检光学元件表面的技术缺陷，提供一种干涉测量中成像畸变的标定系统，包括干涉测量装置、调整机构、球冠网格板和数据处理装置，所述球冠网格板上分布有标记孔以及由所述标记孔标记而成的坐标轴，所述球冠网格板的曲率半径与对被检光学元件曲率半径相同，用于对所述被检光学元件进行畸变标定；所述调整机构，用于调整所述光学被检光学元件处于所述干涉测量装置共焦干涉检测位置，所述被检光学元件被检区域中心、所述球冠网格板的几何中心与所述干涉测量装置的光轴重合，并调整所述球冠网格板的坐标轴与所述干涉测量装置CCD探测器的坐标轴重合；所述干涉测量装置，用于对所述球冠网格板及所述被检光学元件进行干涉检测，获取所述球冠网格板标记孔的干涉图和所述被检光学元件的干涉图；所述数据处理装置，用于根据所述球冠网格板标记孔的干涉图数据计算畸变坐标和无畸变坐标的函数关系，得到畸变函数模型；还用于根据所述被检光学元件的干涉图及所述畸变函数模型，计算得到所述被检光学元件的面形误差；所述干涉测量装置与所述调整机构相对设置，所述被检光学元件设置于所述调整机构上，所述球冠网格板设置于所述干涉测量装置与所述被检光学元件之间。作为优选，所述球冠网格板为金属结构，所述标记孔为锥形通孔。作为优选，所述调整结构包括转台和五维调整台，所述转台设置于所述五维调整台上；所述五维调整台用于调整所述被检光学元件的空间位置，使所述被检光学元件及所述球冠网格板被检区域中心与所述干涉测量装置光轴重合；所述转台用于调整所述球冠网格板的几何中心与所述干涉测量装置的光轴重合。作为优选，所述球冠网格板还包括固定结构，用于将所述球冠网格板固定于所述被检光学元件上。作为优选，所述干涉测量装置提取球冠网格板中心标记孔与相邻四个标记孔的平均像素间隔作为理想放大率，并将所有标记孔与中心标记孔的单位像素间隔作为实际放大率，根据所述球冠网格板标记孔含畸变干涉图数据，计算所述球冠网格板标记孔畸变坐标和无畸变坐标之间的函数关系，得到畸变函数模型。相应地，本专利技术还包括一种干涉测量中成像畸变的标定方法，包括以下步骤：S1、调整被检光学元件处于干涉测量装置的共焦干涉检测位置，使所述被检光学元件表面在CCD探测器上清晰成像，所述被检光学元件被检区域中心与所述干涉测量装置光轴重合；S2、将球冠网格板放置于所述干涉测量装置与所述被检光学元件之间，所述球冠网格板一侧与所述被检光学元件表面接触，调整所述网格板标记孔的几何中心与所述干涉测量装置光轴重合，并使所述球冠网格板标记孔的坐标轴分别与所述干涉测量装置CCD探测器的坐标轴重合；所述球冠网格板根据被检光学元件的曲率半径及口径参数设计而成，所述球冠网格板为带有标记孔及坐标轴的不透光结构；S3、利用所述干涉测量装置对所述球冠网格板及所述被检光学元件进行干涉检测，获取所述球冠网格板标记孔的含畸变干涉图；S4、根据所述球冠网格板标记孔含畸变干涉图数据，并提取球冠网格板中心标记孔与相邻四个标记孔的平均像素间隔作为理想放大率，将所有标记孔与中心标记孔的单位像素间隔作为实际放大率，计算所述球冠网格板标记孔畸变坐标和无畸变坐标之间的函数关系，得到畸变函数模型；S5、将所述球冠网格板取下，利用所述干涉测量装置对所述被检光学
元件进行干涉测量，获得所述被检光学元件含畸变干涉图；S6、利用所述畸变函数模型及所述被检光学元件含畸变干涉图，求解所述被检光学元件无畸变干涉图，从而获得所述被检光学元件畸变干涉图中的面形误差，完成对所述被检光学元件的畸变标定。作为优选，所述步骤S2中，所述球冠网格板与所述被检光学元件接触的表面曲率半径与被检光学元件曲率半径相同，同时在X轴和Y轴上制作可以标识坐标轴方向的标记孔。作为优选，所述步骤S4包括以下步骤：S41、去除所述球冠网格板标记孔含畸变干涉图的噪声点；S42、通过计算球冠网格板每个标记孔全部像素坐标的算术平均值，求得球冠网格板每个标记孔含畸变的几何中心坐标；S43、以球冠网格板中心标记孔与相邻四个标记孔的平均像素间隔作为理想放大率，每个标记孔与中心标记孔的单位像素间隔作为实际放大率，根据理想放大率计算每个标记孔几何中心的无畸变坐标，从而获得每个标记孔几何中心的畸变坐标和无畸变坐标之间的函数关系，得到畸变函数模型。作为优选，步骤S43中，畸变函数模型为二阶或四阶多项式，通过每个标记孔几何中心的畸变坐标和无畸变坐标之间的函数关系表示。作为优选，步骤S43中，所述畸变函数模型为二阶多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干涉测量中成像畸变的标定系统，包括干涉测量装置、调整机构，其特征在于，还包括球冠网格板和数据处理装置，所述球冠网格板上分布有标记孔以及由所述标记孔标记而成的坐标轴，所述球冠网格板的曲率半径与对被检光学元件曲率半径相同，用于对所述被检光学元件进行畸变标定；所述调整机构，用于调整所述光学被检光学元件处于所述干涉测量装置共焦干涉检测位置，所述被检光学元件被检区域中心、所述球冠网格板的几何中心与所述干涉测量装置的光轴重合，并调整所述球冠网格板的坐标轴与所述干涉测量装置CCD探测器的坐标轴重合；所述干涉测量装置，用于对所述球冠网格板及所述被检光学元件进行干涉检测，获取所述球冠网格板标记孔的干涉图和所述被检光学元件的干涉图；所述数据处理装置，用于根据所述球冠网格板标记孔的干涉图数据计算畸变坐标和无畸变坐标的函数关系，得到畸变函数模型；还用于根据所述被检光学元件的干涉图及所述畸变函数模型，计算得到所述被检光学元件的面形误差；所述干涉测量装置与所述调整机构相对设置，所述被检光学元件设置于所述调整机构上，所述球冠网格板设置于所述干涉测量装置与所述被检光学元件之间。

【技术特征摘要】
1.一种干涉测量中成像畸变的标定系统，包括干涉测量装置、调整机构，其特征在于，还包括球冠网格板和数据处理装置，所述球冠网格板上分布有标记孔以及由所述标记孔标记而成的坐标轴，所述球冠网格板的曲率半径与对被检光学元件曲率半径相同，用于对所述被检光学元件进行畸变标定；所述调整机构，用于调整所述光学被检光学元件处于所述干涉测量装置共焦干涉检测位置，所述被检光学元件被检区域中心、所述球冠网格板的几何中心与所述干涉测量装置的光轴重合，并调整所述球冠网格板的坐标轴与所述干涉测量装置CCD探测器的坐标轴重合；所述干涉测量装置，用于对所述球冠网格板及所述被检光学元件进行干涉检测，获取所述球冠网格板标记孔的干涉图和所述被检光学元件的干涉图；所述数据处理装置，用于根据所述球冠网格板标记孔的干涉图数据计算畸变坐标和无畸变坐标的函数关系，得到畸变函数模型；还用于根据所述被检光学元件的干涉图及所述畸变函数模型，计算得到所述被检光学元件的面形误差；所述干涉测量装置与所述调整机构相对设置，所述被检光学元件设置于所述调整机构上，所述球冠网格板设置于所述干涉测量装置与所述被检光学元件之间。2.如权利要求1所述的干涉测量中成像畸变的标定系统，其特征在于，所述球冠网格板为金属结构，所述标记孔为锥形通孔。3.如权利要求1所述的干涉测量中成像畸变的标定系统，其特征在于，所述调整结构包括转台和五维调整台，所述转台设置于所述五维调整台上；所述五维调整台用于调整所述被检光学元件的空间位置，使所述被检光学元件及所述球冠网格板被检区域中心与所述干涉测量装置光轴重合；所述转台用于调整所述球冠网格板的几何中心与所述干涉测量装置的
\t光轴重合。4.如权利要求1所述的干涉测量中成像畸变的标定系统，其特征在于，所述球冠网格板还包括固定结构，用于将所述球冠网格板固定于所述被检光学元件上。5.如权利要求1所述的干涉测量中成像畸变的标定系统，其特征在于，所述干涉测量装置提取球冠网格板中心标记孔与相邻四个标记孔的平均像素间隔作为理想放大率，并将所有标记孔与中心标记孔的单位像素间隔作为实际放大率，根据所述球冠网格板标记孔含畸变干涉图数据，计算所述球冠网格板标记孔畸变坐标和无畸变坐标之间的函数关系，得到畸变函数模型。6.一种干涉测量中成像畸变的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、调整被检光学元件处于干涉测量装置的共焦干涉检测位置，并使所述被检光学元件表面在CCD探测器上清晰成像，调整所述被检光学元件被检区域中心与所述干涉测量装置光轴重合；S2、将球冠网格板放置于所述干涉测量装置与所述被检光学元件之间，所述球冠网格板一侧与所述被检光学元件表面接触，调整...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗亮，张文龙，刘钰，马冬梅，金春水，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22