[发明专利]一种标定干涉法测量面形中的回程误差的装置及方法

说明书

本发明公开了一种标定干涉法测量面形中的回程误差的装置及方法，属于光学检测领域。该方法通过控制反射镜的位移及偏转，记录光斑偏离位置与Zernike多项式前36阶像差系数的关系来对系统的回程误差进行标定。具体通过五维电控微位移台控制反射镜发生微位移，使反射镜反射的光斑在视场范围内进行规律移动，记录不同光斑位置与Zernike多项式前36阶像差系数的关系，然后进行曲面拟合。当载物台放置待测反射镜时，通过找到光斑位置来依据拟合得到的曲面求解Zernike多项式的各项系数，组合各阶像差即可得到反射镜在该位置的回程误差。此方法针对在高精度测量时，回程误差不能调零的情况，具有结构简单、精度较高、实用性强的优点。

技术领域

本发明涉及先进光学制造与检测领域，具体涉及一种标定干涉法测量面形中的回程误差的装置及方法。

背景技术

在干涉测量中由待测镜反射回干涉系统的待测波前存在一定的像差，如装调引起的像差和待测镜面不理想引起的像差，这都会导致经待测镜面反射的光线以不同角度重新进入干涉系统，由此原因造成在干涉系统内的非共光路情况而引起不同大小的像差称之为干涉系统的回程误差。就测量平面镜面形而言，若参考镜和待测镜绝对平行，则会在探测器上观察到零条纹，通常很难将两个平面调至完全平行，这就会出现直的干涉条纹。若条纹发生一定的弯曲，则表明待测平面误差较大，间隔的亮暗条纹间的高度差就是半波长。当条纹数量达到几十条时，系统的回程误差可以达到λ/20PV以上，因此对于高精度面形测量，干涉系统的回程误差不容小觑。

针对于干涉测量中回程误差的标定及消除，通常有两种方法：光线追迹软件仿真、4次调节参考镜或待测镜求消除回程误差的测量值。

光学元件经精密抛光后，面形是光滑连续的，因此面形误差W_asp可以用有限项Zernike圆多项式的线性组合表示为：

其中ρ和θ分别表示被测面上某点的归一化径向坐标和角度坐标，Z_j表示第j项泽尼克多项式，B_j为Zernike多项式的系数。求得B_j即可得到待测面的面形误差。

在实际测量中，经正确装调待测镜后探测器上会得到一个波前W_det。在光线追迹中，由实际系统结构参数建模，待测面设置为理想面，此时探测器上会检测到一个波前W*_det。再在理想待测面上加一个由Zernike表示的可变的面形误差B_j-temp，设置B_j-temp为变量，对B_j-temp不断进行迭代直至W_det和W*_det相等，将此时的B_j-temp拟合为面形得到待测面的面形误差误差，此时的误差即为回程误差。

另一种方法是调节参考镜或待测镜进行数据的加/减及平均运算得到消除回程误差的测量值。美国ZYGO公司提出在消除回程误差时可以调节参考镜或待测镜。以调节参考镜为例，使参考镜在两个垂直的倾斜方向，分别进行方向相反，倾斜量相同的两次倾斜。得到4幅干涉条纹图，对此测量后进行测量值的加/减及平均运算，得到消除回程误差的测量值W。在此后的实际测量中，将测量结果减去消除回程误差的测量值即为该测量条件下系统的回程误差。调节待测镜的步骤与以上大致相同。

上述的第一种方法对于消除回程误差的通用性低，对于每一次面形测量都需要进行一次光线追迹，对B_j-temp不断进行迭代直至W_det和W*_det相等，且该方法只能在弧矢面和子午面进行光线追迹，对于非旋转对称的待测面不能得出准确的检测结果。对于上述的第二种方法认为干涉测量结果中仅存在数值相同、正负相反的回程误差，精度不高，不能满足高精度面形检测回程误差消除的要求。

发明内容