[发明专利]确定光学测试表面的形状的方法和设备

说明书

技术领域

本申请要求2011年2月18日提交的申请号为No.102011004376.4的德国专利申请的优先权。通过引用将该专利申请的全部公开合并到本申请中。

本发明涉及确定光学测试表面的形状的方法和设备。

背景技术

使用所谓的补偿系统(C系统)测量高精度光学自由形状表面的形状，该高精度光学自由形状表面与旋转对称的偏离明显超过常规干涉仪的动态范围。这种补偿系统(下文也称为适配光学部件(adaptation optics))被构造为从具有例如平面或者球面波前的入射波形成波前与所要测量的自由形状表面的期望形状相同的波。在很多情况中，计算机产生的全息图(CGH)或多个计算机产生的全息图的组合被用作适配光学部件。

在使用两个计算机产生的全息图组成的适配光学部件的情况中，可以使用球面校准反射镜进行该适配光学部件的部分校准，如US2009/0128829A1中所描述的。然而，还残存未知的偏离。

使用旋转平均高精度地测量旋转对称球面。旋转平均被理解为一系列测量的记录和处理的平均，每次测量利用样本的不同旋转位置。旋转平均使得能够分离非对称样本和适配光学部件的系统误差。旋转对称误差不能被分离，而必须通过复杂的理论预算考虑(budget consideration)评估。此外，旋转平均还导致短波误差的平均，该短波误差来自于由不完美的干涉仪组件导致的干涉仪光束路径的小偏离。由于缺少旋转对称性，在自由形状表面的情况下，不可能实施旋转平均。由于这个，适配光学部件的旋转对称和非对称误差都保持未确定，而必须通过预算考虑评估。此外，没有干涉仪中产生的短波误差的平均。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供解决前述问题的方法和设备，并且特别地，该方法和设备使得可以分开光学测试表面和适配光学部件的误差。

技术方案

根据本发明通过确定光学测试表面的形状的方法实现前述目标，其中，通过适配光学部件使测量光束的波前适配于所述光学测试表面的期望形状，并且通过经适配的测量光束对所述光学测试表面的形状进行干涉测量。此外，将所述经适配的测量光束以不同入射角辐射到所述光学测试表面上，并且在所述测量光束与所述光学测试表面相互作用之后分别(即针对不同入射角中的每个)测量所述测量光束的波前。此外，根据针对单独入射角所测量的波前，确定所述适配光学部件对干涉测量结果的影响，并且通过从所述干涉测量结果中移除所确定的适配光学部件的影响，确定所述光学测试表面的形状。

光学元件(例如反射镜或者透镜)的光学有效表面被称作光学测试表面。优选地，在测量光束与光学测试表面相互作用后再次与适配光学部件相互作用之后，进行测量光束的波前的测量。

即，本发明的基本构思是以不同的场角测量包括适配光学部件和光学测试表面的系统。然而，在常规干涉测量法中，测试光线垂直落到测试表面上，而在根据本发明的方法中，以不同的入射角进行测量。不同入射角的测试光线在不同横向位置中穿过单独表面。源自组件的波前的单独贡献的横向切变出现。

通过进行根据本发明的不同入射角的测量，可分开整个波前中包含的单独光学表面的贡献。因此，可分开光学测试表面和适配光学部件的误差。而且，可平均短波干涉仪误差。

根据本发明的一个实施例，通过光学分路装置从所述测量光束中分出参考光束。根据针对所述单独入射角所测量的波前，确定所述分路装置对所述干涉测量结果的影响，并且在确定所述光学测试表面的形状时，从所述干涉测量结果中移除所确定的分路装置的影响。

根据本发明的另一实施例，通过评估由探测器照相机记录的干涉图案执行所述测量光学的波前的测量。所述测量光束的单独光线被分配到所述探测器照相机上的单独测量点。此外，通过光线追踪，提供所述单独光线的穿透点关于所述适配光学部件的至少一个光学表面的模拟坐标，其作为入射角的函数，并且在确定所述适配光学部件对所述干涉测量结果的影响时，考虑所述穿透点的坐标。在该上下文中，所述适配光学部件的光学表面被理解为改变了与适配光学部件相互作用的波的波前的每个表面，例如具有衍射结构的CGH的表面。光线追踪优选在包括干涉仪、适配光学部件以及期望状态中的光学测试表面的系统上进行。

根据本发明的另一实施例，通过光线追踪，将所述波前模拟为所述入射角的函数，因此在所述模拟期间考虑的所述适配光学部件的至少一个光学表面对所述波前的贡献是变化的，并且通过将所述模拟结果与所测量的波前进行比较而确定所述至少一个光学表面的贡献。此外，在确定所述适配光学部件对所述干涉测量结果的影响时，使用所确定的贡献。