用于非球面测量的波长扫描干涉仪及方法技术

本发明专利技术公开了一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪及方法，包括一套可调谐激光器作为光源，一个泰曼—格林干涉仪用于产生干涉条纹，一个平移台用于沿光轴扫描光程差，一个用于将干涉数据转为数字信号并传入计算机的图像卡，以及一个用于同步CCD相机和平移台动作的数据卡。与传统非球面测量方法不同的是，本干涉仪适用范围广，可以测量大非球面度的表面或波前，且无需补偿零位镜。另外，该方法无需复杂且通常较为昂贵的多维运动平台。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非球面的高精度干涉测量技术，尤其涉及一种。
技术介绍
与传统使用多个球面元件的光学系统相比，由于非球面能够在有效简化系统结构的同时保持相应的性能，因此被广为采用。使用非球面往往能够使光学系统的元件更少、重量更轻。正因如此，非球面在诸如深紫外光刻、高质量成像系统、天文望远镜、高密度光存储等领域广泛应用。目前在非球面测量领域存在很多种方法和相应的一起，例如基于触针方法的轮廓仪和坐标测量机、基于子孔径拼接的干涉仪、剪切干涉仪、白光扫描干涉仪，基于零位补偿和部分零位补偿的干涉仪、基于计算全息的干涉仪、双波长干涉仪，等等。相较于当今非球面测量的高精度和灵活性要求等方面，这些方法在测量能力和测量精度上存在着一些问题。基于触针方法的轮廓仪和坐标测量机由于采用逐点测量的方法，其测量较耗费时间，且存在损伤被测表面的风险。基于子孔径拼接的干涉仪需要高精度的多维旋转平移台， 利用相邻子孔径的重叠区域数据完成拼接并获取整个被检面形貌。剪切干涉仪通常测量到的是被检面的坡度信息，因此在对坡度积分进行面形重构时会引入累计测量误差。使用计算全息和零位补偿镜的干涉仪容易由补偿元件引入误差。以上这些现有方法在测量时间、 测量精度、附加零位镜、夹具、通用性、造价等方面存在不足。专利(US20020160672)提出了一种使用机械扫描干涉仪测量非球面面形和波前的方法。该专利基于测量从非球面顶点与切线处的干涉光程差的方法，使用空间滤波的方式滤除其它位置的光进入探测器产生干涉。为了获取整个非球面面形，另外该专利使用了一个专门的测长干涉仪测量有平移台带动的被测非球面的位移。在该专利中使用了点探测器测量光程差，由于是逐点测量，需要长达数十分钟才能测量一个完整的表面。使用额外的测长干涉仪也增加了系统的复杂性和成本，一定程度上降低了测量的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种。本专利技术能够获取干涉仪绝对光程差，且每次仅获取与被检面相切部分的干涉数据信息，因而具有测量精度高、能够适用不同口径、大非球面度、且无需零位补偿元件的特—种用于非球面测量的波长扫描干涉仪，它包括平移台、被测非球面、第一镜组、 分光镜、扩束镜、可调谐激光器、成像透镜、CCD相机、参考平面镜、图像卡、计算机和数据卡； 其中，被测非球面固定在平移台，被测非球面、第一镜组、分光镜、成像透镜和CCD相机依次同轴放置，参考平面镜置于分光镜的底部，CXD相机、图像卡、计算机和数据卡依次相连，扩束镜和可调谐激光器相连，平移台和可调谐激光器分别与数据卡相连；可调谐激光器出射的光束经过扩束镜扩束后成为平行光束，波前被分光镜分为两束；其中一束入射到参考平面镜上作为参考光，另外一束经由第一镜组聚焦后入射到被测非球面上，从参考反射镜和被测非球面反射的光重新在分光镜上叠加形成干涉，干涉条纹经过成像透镜后由CXD相机获取，经过CCD相机完成光电转换后由图像卡完成模数转换，最后进入计算机进行信号处理获得光程差和面形信息。进一步地，该波长扫描干涉仪还包括一平面镜，平面镜将扩束镜扩束的平行光束反射到分光镜。一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪，它包括平移台、被测非球面、第二镜组、 分光镜、扩束镜、可调谐激光器、成像透镜、CCD相机、图像卡、计算机和数据卡；其中，所述被测非球面2固定在平移台，被测非球面、第二镜组、分光镜、成像透镜和CCD相机依次同轴放置，C⑶相机、图像卡、计算机和数据卡依次相连，扩束镜和可调谐激光器相连，平移台和可调谐激光器分别与数据卡相连；从可调谐激光器出射的光束经过扩束镜扩束后成为平行光束，其中一部分被分光镜反射到第二镜组，第二镜组的最后一个表面没有镀增透膜，因此入射到上面的光会有一部分被反射回分光镜，另外一部分由第二镜组聚焦后入射到被测非球面上并被反射回来；两部分光重新在分光镜上叠加形成干涉；干涉条纹经过成像透镜后由CCD相机获取，经过CCD相机完成光电转换后由图像卡完成模数转换，最后进入计算机进行信号处理获得光程差和面形信息。一种应用上述波长扫描干涉仪的非球面测量方法，包括以下步骤步骤I、猫眼位置设置将被检非球面的顶点调整到与干涉仪测量光束的焦点重合，此位置Oc称为猫眼位置，重合的判据是干涉条纹最少；步骤2、扫描光源的波长，同时记录干涉条纹，计算猫眼位置绝对光程差，记为OPDc ； 步骤3、通过平移台将被检非球面移至顶点球位置，此时测量光束波面与非球面顶点球重合；步骤4、扫描光源的波长，同时记录干涉条纹，计算顶点位置绝对光程差，记为 OPDa;则该顶点球位置与步骤I中猫眼位置的距离d为被测面的顶点球曲率半径 穴 0 = OPDa- OPDc ；步骤5、通过平移台分步移动非球面，每一步中扫描光源的波长同时记录干涉条纹，计算各点的绝对光程差，直至覆盖非球面的整个口径，随着被测非球面的移动，顶点球位置与猫眼位置的距离d逐渐增加，测量波前与被测非球面的切点会从非球面顶点位置依次向外扩，直到所有的非球面口径全部测量完毕；步骤6、综合步骤1-5的测量结果获得非球面面形信息。 本专利技术的有益效果是，相较于现有非球面测量技术，本专利技术提出的干涉测量方法具有高精度、非接触的特点，能够用于测量大非球面度的非球面表面或波前。另外，该方法无需复杂且通常较为昂贵的多维转动平移台，无需补偿元件，由于干涉仪具有测量绝对光程差的能力，因而无需额外的测长干涉仪检测被检面的位移。附图说明图I是本专利技术用于非球面测量的波长扫描干涉仪的系统原理图2是本专利技术用于非球面测量的波长扫描干涉仪的另外一种形式的系统原理图3是本专利技术用于非球面测量的波长扫描干涉仪的测量过程的猫眼位置；图4是本专利技术用于非球面测量的波长扫描干涉仪的环带测量原理图中，平移台I、被测非球面2、第一镜组3、分光镜4、平面镜5、扩束镜6、可调谐激光器 7、成像透镜8、C⑶相机9、参考平面镜10、图像卡11、计算机12、数据卡13、第二镜组14。具体实施例方式下面根据附图和实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明显。 实施例I图I是本专利技术用于非球面测量的波长扫描干涉仪的系统原理图。如图I所示，本专利技术包括平移台I、被测非球面2、第一镜组3、分光镜4、平面镜5、扩束镜6、可调谐激光器7、成像透镜8、CXD相机9、参考平面镜10、图像卡11、 计算机12和数据卡13。其中，被测非球面2固定在平移台1，被测非球面2、第一镜组3、分光镜4、成像透镜8和CXD相机9依次同轴放置，平面镜5和参考平面镜10分别置于分光镜 4的底部和顶部，CXD相机9、图像卡11、计算机12和数据卡13依次相连，扩束镜6和可调谐激光器7相连，平移台I和可调谐激光器7分别与数据卡13相连。该实施例最重要的特点是使用了一个波长可变的可调谐激光器7代替了传统测量方法用的单波长激光器。从可调谐激光器7出射的光束经过扩束镜6扩束后成为平行光束，经平面镜5反射后，波前被分光镜4分为两束。其中一束入射到参考平面镜10上作为参考光，另外一束经由第一镜组3聚焦后入射到被测非球面2上。从参考反射镜10和被测非球面2反射的光重新在分光镜4上叠加形成干涉。干涉条纹经过成像透镜8后由CXD相机9获取。经过C⑶相机9完成光电转换后由图像卡11完成模数转换，最后进入计算机12 进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪凯巍，白剑，沈亦兵，杨甬英，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：