单帧斜波干涉仪制造技术

提供了一种用于测量光学平滑测试对象(122)的表面(108)或光学厚度的干涉仪(10)，其中干涉仪(10)被配置成利用彼此具有不同波长的多个物体波(14.1，14.2，14.3)同时照射光学平滑测试对象，并且将由照射的测试对象变形的物体波(14.1，14.2，14.3)在图像捕获装置(K)上叠加到相干参考波上，以及将叠加产生的干涉图光谱分解为波长特定的部分干涉图。光谱分解为波长特定的部分干涉图。光谱分解为波长特定的部分干涉图。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单帧斜波干涉仪


[0001]本专利技术涉及一种用于面测量光学平滑测试对象的表面或光学厚度的干涉仪和方法。干涉仪可用于测量光学表面，并且是精确和快速的测量装置。

技术介绍

[0002]干涉仪利用光的波特性。当已知的参考波叠加在与其相干并且通常由于测试对象的表面而变形的物体波上时，出现具有消光的区域和具有光放大的区域。所得到的强度图像和干涉图包含关于测试对象与期望形状的偏差的信息，并且可以被评估。
[0003]具有权利要求1前序部分的特征的干涉仪以及根据权利要求10的前序部分的方法认为是已知的。
[0004]已知的干涉仪在一个实施例中例如在[Garbusi,Eugenio；Pruss,Christof；Osten,Wolfgang:“Interferometer for precise and flexible asphere testing”，《光学快报》，33,2973
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5(2009),10.1364/OL.33.002973]中用于光学平滑部件的表面或光学厚度的面测量，其中干涉仪被配置为利用多个照明构造来照射光学平滑的测试对象，并且在至少一个图像捕获装置(K)上将物体波叠加到与物体波相干的参考波上，以便产生干涉图，其中该物体波通过在被测量的表面处自测试对象的反射或通过穿过测试对象的透射而被改变。
[0005]结果，每个照明构造是同时照射测试对象的物体波的总体。每个物体波优选从发光点光源发出。因此，照明构造也可以理解为发射所述物体波的发光点光源的总体。光学平滑表面应理解为是指反射表面。
[0006]在光学设计领域中越来越多地使用非球面或自由曲面允许光学系统具有更高的成像质量和更紧凑的尺寸，但同时需要用于生产过程的测量技术，所述测量技术可伴随生产。具有前述精度要求的光学器件的生产只有在生产机器获得来自测量技术的反馈的情况下才有可能，使得随后的校正步骤可以以目标方式发生。在最终质量控制领域中，例如在复制光学器件的情况下，表面测量必须确认光学器件的质量，并且必须尽快检测制造过程中的偏差。对于这种反馈，快速、灵活并且仍然高度精确的测量技术是必要的。
[0007]先前的解决方案可以被分为扫描系统和面测量系统。扫描系统逐点地(例如，触觉或光学坐标测量机)或在随后通过计算组合的单独的小面积区域中(例如，Zygo Verifire非球面扫描干涉仪，QED SSiA拼接干涉仪)测量测试对象。
[0008]由于固有的顺序方法，需要稳定的测量环境，并且测量过程持续数分钟至数小时。因此，与生产的整合变得更加困难；大量100％的测试率(例如，精密光学器件的注射成型)是不可能的。
[0009]所谓的零透镜对于快速测量技术应用具有很高的潜力。这些是为每种新类型的非球面或自由曲面重新计算和制造的透镜，其将干涉仪的波阵面适配于特定的测试对象。然而，潜在的速度优势被零透镜的高成本和长交货期所买断。
[0010]一种可用于快速测量非球面和自由曲面透镜并具有低测量不确定性的柔性干涉
测量技术是Institut f
ü
r Technische Optik专利技术的倾斜波干涉仪(TWI)。
[0011]TWI通过特殊照明和仪器的系统误差的全面检测和计算消除，在小于一分钟的时间内实现测试对象的测量，而不必使用复杂的零透镜。
[0012]光学部件的尺寸精度的测量需要在所使用的波长A的几分之一的范围内的分辨率(例如，A/100，其中A例如在可见光范围中为400nm至800nm)。因此，这意味着在单位数纳米范围内的分辨率。由于使用以面方式测量表面的干涉仪，这对于涉及球形或平面表面的应用可以被认为是解决的问题。
[0013]然而，与球面和平面表面的测量相反，非球面的干涉测量代表了在光学测量
中的问题，在许多领域中仍然不能令人满意地解决该问题。这些问题的根源在于，对非球面的零点测试总是需要生产特殊的折射或衍射透镜作为适合于非球面的零透镜。
[0014]已经可以生产用于非球面的标准化折射和衍射零透镜；衍射结构用于以产生适合于测试对象的波的方式来成形干涉仪透镜的球形物体波。由于非球面是以各种各样的形式产生的，所以产生自适应零透镜需要花费大量的时间和成本支出。
[0015]现有技术的解决方案都不能仅在一次照相机曝光中测量非球面或自由曲面。必须捕获许多连续的单个测量，这使得已知方法易受环境影响。只有零透镜的测量才有可能在单个相机曝光周期中进行测量；然而，由于单个零透镜，这种方法对于许多应用来说过于复杂和昂贵。
[0016]已知的是，由于两个波阵面的叠加而产生的干涉图可以通过不同的方法来评估，即，两个波阵面之间的相位差(以下简称为相位)可以根据可以用照相机记录的强度分布来确定。在干涉测量中，该相位携带关于测试对象的信息，这就是为什么它的确定对于任何干涉测量技术都是必要的。用于确定相位的已知方法包括非常普遍的相移方法，其中必须捕获多个相机图像。然而，还已知仅可从一个相机图像确定相位的方法。
[0017]根据WO2005052502A2的摘要，已知一种测量正交偏振参考和测试波阵面之间的空间分辨相位差的相位差传感器。该传感器被构造为与像素化检测器阵列对准，并在其上成像的像素化相位掩模。相位掩模的每个相邻像素测量圆形正交偏振参考光束和测试光束之间的预定相对相移。这样，通过组合具有相同相移的像素，可以同时合成多个相移干涉图。应当能够组合多相移干涉图，以便计算参考波阵面和测试波阵面之间的相位差。可以将产生正交偏振的参考光束和物体光束的干涉仪的任何构造与相位差传感器组合，以便提供用于同时相移的单触发测量。
[0018]可以仅从一个相机图像确定相位的另一种方法是所谓的载波频率方法，其中可以根据边带调制原理获得相位，参见例如Mitsuo Takeda,Hideki Ina,以及Seiji Kobayashi，“Fourier
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transform method of fringe
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pattern analysis for computer
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based topography and interferometry”，J.Opt.Soc.Am.72,156
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160(1982)。
[0019]最新的最快灵活的方法，即TWI，通常需要在不同照明分布中的四个相位测量，每个相位测量需要5个相机捕获。
[0020]出版物(X.Tian等人的《Snapshot multi
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wavelength interference microscope》，Opt.Express 26,18279
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18291(2018),DOI:10.1364/OE.26.018279)公开了一种用于表面的面测量的单图像多波长干涉仪，其中用从相同方向入射的不同色彩的光照射表面，并且其中由表面发射的光被分解为波长指示的部分干涉图。Tian等人因此实现了
如下一种方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于光学平滑测试对象(122)的表面(108)或光学厚度的面测量的干涉仪(10)，其中，所述干涉仪(10)被配置为利用多个照明构造来照射所述光学平滑测试对象，其中，每个照明构造都由照射所述测试对象的多个物体波(14.1、14.2、14.3)产生，并且所述干涉仪(10)被配置为将通过在正被测量的所述表面(108)上的反射或通过穿过所述测试对象(122)的透射而受所述测试对象影响的物体波在至少一个图像捕获装置(K)上被叠加到与所述物体波(14.1、14.2、14.3)相干的参考波上，从而产生干涉图，其特征在于，每个照明构造由具有连续波长范围的波长的物体波实现，所述连续波长范围具有特定于所述波长范围的中心波长，其中，所述照明构造中的第一照明构造仅具有波长范围具有第一中心波长的物体波(14.1、14.2、14.3)，并且其中，所述照明构造中的第二照明构造仅具有波长范围具有第二中心波长的物体波(14.1、14.2、14.3)，并且其中，所述照明构造中的第三照明构造仅具有波长范围具有第三中心波长的物体波(14.1，14.2，14.3)，其中，所述第一中心波长不同于所述第二中心波长，其中，所述第三中心波长不同于所述第一中心波长和所述第二中心波长，其中，在最接近的相邻方向上传播的物体波不包含相同波长范围的波长，并且其中，所述干涉仪(10)被配置为利用所述第一照明构造的物体波、所述第二照明构造的物体波和所述第三照明构造的物体波从离散的不同方向同时照射所述测试对象(122)，并且在与所述测试对象(122)相互作用之后，将从所述测试对象(122)返回的物体波在所述图像捕获装置(K)上进行叠加，并且其中，所述图像捕获装置(K)被配置为将由所述叠加产生的干涉图光谱分解为波长特定的部分干涉图。2.根据权利要求1所述的干涉仪(10)，其特征在于，所述照明构造中的第四照明构造仅具有波长范围具有第四中心波长的物体波，其中，所述第四中心波长不同于所述第一中心波长、所述第二中心波长和所述第三中心波长，并且其中，所述干涉仪被配置为利用所述第一照明构造的物体波、所述第二照明构造的物体波、所述第三照明构造的物体波以及所述第四照明构造的物体波从离散的不同方向同时照射所述测试对象，并且在与所述测试对象相互作用之后，将从所述测试对象返回的物体波在所述图像捕获装置上进行叠加，并且其中，所述图像捕获装置被配置为将由所述叠加产生的干涉图光谱分解为波长特定的部分干涉图。3.根据前述权利要求中任一项所述的干涉仪，其特征在于，所述干涉仪具有多个点光源，从所述点光源同时发射照明构造的物体波。4.根据前述权利要求中任一项所述的干涉仪(10)，其特征在于，所述图像捕获装置(K)被配置为使用滤色器分离干涉图，使得所述图像捕获装置(K)的每个像素仅检测仅一个波长范围的干涉图信息。5.根据前述权利要求中任一项所述的干涉仪(10)，其特征在于，所述点光源(12)被布置为使得每个点光源(12)都被布置在假想正六边形的中心，其中，所述六边形在一个平面中彼此相邻且没有间隙，并且所述点光源(12)被布置为使得在中心设有发射所述波长范围中的具有中心波长的一个波长范围的波长的光的点光...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫，
申请(专利权)人：斯图加特大学，
类型：发明
国别省市：