[发明专利]镜面平整度的莫尔条纹测试方法及装置

说明书

本发明属于物理学轮廓测量中以光学方法为特征的轮廓计量方法和装置。

莫尔轮廓测量法1970年见诸于文献报导（参阅[1]D.M.Meadows：Applied    Optics，Volg，No.4，（1970），942），它的一个显著的特征是只适用于表面具有足够漫反射性能的物体，在某些场合需要采取一些辅助手段来增加被测物体的漫反射性能，以提高检测效果。

对于反射率较高的镜面物体，采用一般的莫尔轮廓测量技术无法观察到莫尔轮廓条纹。在力学实验中，虽然也有反射莫尔法的报导（参阅[2]Reinhold    Ritter：Applied    Engineering    Vol21，NO.4，（1982）663.[3]R.Ritter    et：Experimental    Mechanics，Vol23，NO.4（1983）165.）但是都是以平镜面为试件，用以测量试件变形前后的斜率变化，而不是直接求出其轮廓形状。

高精度镜面的平整度测试，在传统上都是利用光波干涉原理，近年来随着莫尔技术的发展。也有用光栅来检测镜面平面性的技术（参阅[4]W.Jaerisch    and    G.Makosch：Applied    Optics，Vol17，NO.5，（1978）740.[5]J.Motycka：Ex-perimental    Mechanics，Vol15，NO.7，（1975）279。）但是这类技术都基于干涉原理，所以仪器中所用光学元件全都需要达到光学波长级的精度，而且需要大口径准直系统。制成的仪器就会显得较为复杂和价格昂贵。

本发明提供了一种简便而有效的方法，只需要一块相当精度的特殊的平面光栅，就可以象通常光学加工中看牛顿环的方法那样，直接检测镜面的平面性。选用不同的光栅密度和掠射观察角可以方便地调整灵敏度，以适应于测量不同精度级别的被测试件。利用本方法设计的装置，可以把半导体工业用的硅片、掩膜板及家用冰箱压缩机中的阀片等轻而又薄的平镜面放于光栅支承点上，让其处于自由放置状态，观测它与支承点接触一侧的全场的面型平整度。

附图说明：

图1是镜面莫尔轮廓法的光学原理图。光源S₂和乳白色（或有色）玻璃M₁组成面光源，光源S₃和漫反射表面M₂组成面光源的另一种型式。S₁是一般莫尔轮廓法中所用的点光源。E是成象物镜或观测者的眼睛。G是光栅。W是被测镜面。G¹是由E点观察时光栅G在镜面W中的虚象光栅。m是镜面上的被观察点，l₂是该点的法线，l₁是由该点出射到观察点E的光线，l₃是由面光源来的入射到m点的光线。

图2是用掠射式镜面莫尔轮廓法观察左右倾斜平镜面时的光学原理图。E点是观察点。G是光栅。W是被测镜面。m是被测镜面上一点。l₂是该点的法线，l₁是由该点出射到观察点E的光线，l₃是由面光源来的射向m点的光线。

图3是用一般的镜面莫尔轮廓法观察前后倾斜平镜面时的光学原理图。其中E是观察点。G是光栅。W是被测镜面。m是被测镜面上的点。l₁是由该点出射到观察点的光线，l₂是该点的法线，

l₃是由面光源来的入射到m点的光线。

图4是利用本方法所设计的镜面平整度测试装置。光源[1]和乳白色（或有色）玻璃[3]组成面光源。光源[2]和漫反射表面[4]组成面光源的另一种型式。[5]是测试镜面用的光栅。[6]、[8]是反射镜。[7]是成象物镜。[9]是成象屏。[10]是被测试件。取掉物镜[7]，把成象屏[9]改成观察窗口，测试者即可从[9]向里直接观察被测试件表面的反映其面型误差的镜面莫尔轮廓条纹。

本发明的理论依据是，光栅和镜面接近式地平行配置，利用光栅和它在镜面中的虚象光栅之间的叠合而产生的镜面莫尔轮廓条纹。

通常的莫尔轮廓法由点光源S₁，摄影物镜E及光栅G三者组成（图1）。当被测试件W不是漫反射体而是具有较高反射率的镜面时，由点光源S₁发出的光线照射到光栅G后，镜面试件W的表面不会形成光栅阴影，也就无法看到通常的莫尔轮廓条纹。