专利名称：一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种非球面的高精度干涉测量技木，尤其涉及一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪。
背景技术：
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，这些方法在測量能力和測量精度上存在着ー些问题。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。剪切干涉仪通常測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測量时间、測量精度、附加零位镜、夹具、通用性、造价等方面存在不足。专利(US20020160672)提出了ー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渉光程差的方法，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渉。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測器測量光程差，由于是逐点測量，需要长达数十分钟才能測量一个完整的表面。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。发明内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪。本实用新型能够获取干渉仪绝对光程差，且每次仅获取与被检面相切部分的干涉数据信息，因而具有測量精度高、能够适用不同口径、大非球面度、且无需零位补偿元件的特点。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、第一镜组、分光镜、扩束镜、可调谐激光器、成像透镜、CCD相机、參考平面镜、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，參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；其中一束入射到參考平面镜上作为參考光，另外一束经由第一镜组聚焦后入射到被测非球面上，从參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渉，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。进ー步地，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，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；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，第二镜组的最后ー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渉；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。本实用新型的有益效果是，相较于现有非球面測量技术，本实用新型提出的干渉測量方法具有高精度、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。另夕卜，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。
图I是本实用新型用于非球面测量的波长扫描干涉仪的系统原理图；图2是本实用新型用于非球面测量的波长扫描干渉仪的另外ー种形式的系统原理图；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、CXD相机9、參考平面镜10、图像卡11、计算机12、数据卡13、第二镜组14。
具体实施方式
下面根据附图和实施例详细描述本实用新型，本实用新型的目的和效果将变得更加明显。实施例I图I是本实用新型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，本实用新型用于非球面测量的波长扫描干涉仪及方法包括平移台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、參考平面镜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、第ー镜组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和參考平面镜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。其中一束入射到參考平面镜10上作为參考光，另外一束经由第一镜组3聚焦后入射到被测非球面2上。从參考反射镜10和被测非球面2反射的光重新在分光镜4上叠加形成干渉。干涉条纹经过成像透镜8后由CXD相机9获取。经过CCD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进行信号处理获得光程差和面形信息。被测非球面2可以在平移台I的驱动下沿着光轴移动。平移台I的移动和可调谐激光器7的波长扫描可以通过数据卡13由计算机12控制。所述干涉測量系统中，平面镜5起光路转折作用，可以根据需要去除，并将扩束镜6与可调谐激光器7逆时针旋转90度。实施例2: 图2是本实用新型用于非球面测量的波长扫描干渉仪的另外一个系统原理图。它采用了斐索干涉仪的形式。与图I不同的是，參考光束由第二镜组14的最后ー个表面(图中第二镜组的最左边ー个面)的菲涅尔反射形成。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,其中一部分被分光镜4反射到第二镜组14,第二镜组14的最后ー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4，另外一部分由第二镜组14聚焦后入射到被测非球面2上并被反射回来。两部分光重新在分光镜4上叠加形成干渉。干涉条纹经过成像透镜8后由CXD相机9获取。经过CXD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进行信号处理获得光程差和面形信息。被测非球面可以在平移台I的驱动下沿着光轴移动。平移台I的移动和可调谐激光器7的波长扫描可以通过数据卡12由计算机11控制。
权利要求1.一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪，其特征在于，它包括平移台(I)、被测非球面(2)、第一镜组(3)、分光镜(4)、扩束镜(6)、可调谐激光器(7)、成像透镜(8)、CXD相机(9)、參考平面镜(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，參考平面镜(10 )置于分光镜(4)的底部，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。
2.根据权利要求I所述用于非球面测量的波长扫描干涉仪，其特征在于，还包括一平面镜(5)，平面镜(5)将扩束镜(6)扩束的平行光束反射到分光镜(4)。
3.一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪，其特征在于，它包括平移台(I)、被测非球面(2)、第二镜组(14)、分光镜(4)、扩束镜(6)、可调谐激光器(7)、成像透镜(8)、CXD相机(9)、图像卡(11)、计算机(12)和数据卡(13);其中，所述被测非球面(2)固定在平移台(1)，被测非球面(2)、第二镜组(14)、分光镜(4)、成像透镜(8)和CXD相机(9)依次同轴放置，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。
专利摘要本实用新型公开了一种用于非球面测量的波长扫描干涉仪，该干涉仪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。与传统非球面测量的干涉仪不同的是，本干涉仪适用范围广，可以测量大非球面度的表面或波前，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。
文档编号G01B9/02GK202599336SQ20122009660
公开日2012年12月12日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者汪凯巍, 白剑, 沈亦兵, 杨甬英 申请人:浙江大学