CN102385170B - 一种高精度测量调整光学镜片中心偏差的光学系统 - Google Patents
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Abstract
一种高精度测量调整光学镜片中心偏差的光学系统，属于光学检验测量技术领域中涉及的一种镜片中心偏差测量调整的光学系统。本发明要解决的技术问题是：提供一种高精度测量调整镜片中心偏差的光学系统。技术方案包括：光源、聚焦镜、针孔、准直透镜、半波片、偏振分束器、两个四分之一波片、三个平面反射镜、平面转向镜、两个会聚透镜、两个分束器、两个遮光板、被测镜片、两个面阵接收器、透镜、检偏器。上述器件组合构成参考光路和测量光路，通过由被测镜片反射的测量光与参考光干涉测量被测镜片的中心偏差。该光学系统提高了测量精度，扩大了测量范围，简化了测量过程。
Description
技术领域
本发明属于光学检验测量技术领域中涉及的一种镜片中心偏差测量调整的光学系统，主要用于现场高精度检测和调整镜片的中心偏差。
背景技术
近年来，随着半导体产业的发展，投影光刻技术对投影曝光镜头高成像质量的要求也越来越高。其中投影物镜是由多片镜片构成的成像系统，由于中心偏差的存在，破坏了光学系统的共轴性，导致成像的像散性和畸变的不对称性，从而使成像质量降低。中心偏差的存在还将直接影响系统的分辨率、作用距离等关键参数。
目前，测量镜片的中心偏差主要采用反射式准直法进行测量，与本发明最接近的已有技术是德国专利DE102005013755A，如图1所示，包括指标物体1、分束器2、透镜组3、被测镜片4、面阵接收器5；指标物体1的发光出射方向与透镜组3的光轴垂直。分束器2置于指标物体1的光轴与透镜组3的光轴交汇处且与透镜组3的光轴成45°角。指标物体1经过分束器2再经过透镜组3形成会聚光束，会聚光束会聚在被测镜片4表面的球心O处。反射光经原路返回，在面阵接收器5上成像，如果被测镜片4表面存在中心偏差，则指标物体1的像将会偏离光轴。旋转被测镜片4，指标物体1的像随之做圆周运动，通过测量像做圆周运动的圆的直径来反映中心偏差的大小。这种通过成像对中心偏差进行测量，精度受光源以及指标物体1尺寸的影响，一般只能达到角秒数量级。对于测量整个镜片的中心偏差，先测量第一面的中心偏差，根据第一面测量的 结果测量第二面的中心偏差，最后得出整个镜片的中心偏差。该光学系统存在的主要问题是：第二面的测量精度会受第一面测量精度的影响，并且会造成误差的累积。
发明内容
为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于克服在测量过程中对镜片中心偏差误差的积累，特设计一种光学镜片中心偏差测量调整的光学系统。
本发明要解决的技术问题是：提供一种高精度测量调整镜片中心偏差的光学系统。
解决技术问题的技术方案如图2所示，包括：光源6、聚焦镜7、针孔8、准直透镜9、半波片10、偏振分束器11、第一四分之一波片12、第一平面反射镜13、第二四分之一波片14、平面转向镜15、第一会聚透镜16、第一分束器17、第二平面反射镜18、第一遮光板19、被测镜片20、第二遮光板21、第三平面反射镜22、第二会聚透镜23、第二分束器24、第一面阵接收器25、透镜26、检偏器27、第二面阵接收器28。
在光源6光束传播方向的光轴上，从左至右依次放置聚焦镜7、针孔8、准直透镜9、半波片10、偏振分束器11、第二四分之一波片14、平面转向镜15；其中偏振分束器11与光轴成45°角放置，平面转向镜15与光轴成22.5°角放置；在偏振分束器11反射光的光路上依次放置第一四分之一波片12、第一平面反射镜13；在偏振分束器11反射来自平面转向镜15反射回来光的光轴方向上依次放置第二会聚透镜23、第二分束器24、透镜26、检偏器27和第二面阵接收器28；第二分束器24置于第二会聚透镜23和透镜26之间且与光轴成45度角，在第二分束器24的反射光的光路上置有第一面阵接收器25；平面转向镜15转折光轴，使转折后光轴与转折前光轴成135°角；第一会聚透镜16位于平面转向镜15转折后的光轴上，起到会聚转向光的作用，第一分束器17与第一 会聚透镜16光轴成45°角；第二平面反射镜18置于第一分束器17反射光的光路上，反射面与光轴成67.5°角，第三平面反射镜22置于第一分束器17透射光的光路上，反射面与光轴成67.5度角，使第二平面反射镜18到第一分束器17的距离和第三平面反射镜22到第一分束器17的距离相等，第二平面反射镜18和第三平面反射镜22的反射光的光轴重合在同一条直线上；第一遮光板19置于第二平面反射镜18的反射光的光路上，第一遮光板19的工作面与第二平面反射镜18的反射光光轴垂直；第二遮光板21置于第三平面反射镜22的反射光的光路上，第二遮光板21的工作面与第三平面反射镜22的反射光光轴垂直；被测镜片20置于第一遮光板19和第二遮光板21中间的位置上。
光源6经过聚焦镜7会聚到针孔8中，从针孔8出来的光经过准直透镜9后变为平行光，从准直透镜9出射的平行光经过半波片10后由偏振分束器11变成偏振方向相互垂直的两束光，即反射的参考光和透射的测量光；反射的参考光经过第一四分之一波片12再经过第一平面反射镜13，反射光两次经过第一四分之一波片12后改变偏振方向，通过偏振分束器11，再依次经过第二会聚透镜23、第二分束器24、透镜26、检偏器27到达第二面阵接收器28形成参考光；从偏振分束器11透射的测量光经过第二四分之一波片14后经过平面转向镜15偏转一定角度，由会第一会聚透镜16会聚成会聚光线。会聚光线经过第一分束器17，再分别经过第二反射镜18，在打开第一遮光板19的条件下会聚在被测镜片20的球心处。被测镜片20可以在精密旋转台上进行精密的旋转。会聚光线从被测镜片20的被测表面反射后按原路返回再次经过第二四分之一波片14后改变偏振方向，被偏转分束器11反射后由会第二聚透镜23会聚，会聚的光由第二分束器24分为两束，反射光在其会聚点上通过第一面阵接收器25成像；通过分析处理光斑随被测镜片20转动时所成圆直径的大小粗测被测面的中心偏差，并根据这个结果粗调被测镜片20的中心偏差使之最小。测量光与参考光经过透镜26，再经过检偏器27发生干涉，干涉条纹被第二面阵接收器28接收，对接收到的干涉条纹进行计算处理后，根据得到的被测镜片20被测面的中心偏差，调节二维调整架使被测面的中心偏差最小。关闭该侧第一遮光板19，打开 另一侧第二遮光板21就可以测量另一侧中心偏差，这时测量的中心偏差就是被测镜片20的中心偏差。
本发明的积极效果：
利用两束平行光干涉测量镜片的中心偏差，提高了测量精度；
利用遮光板和分束器，可以在不重新装卡固定镜片的情况下，分别测量调整被测镜片两面的中心偏差，简化测量过程；
采用偏振分束器结合四分之一波片，充分利用光强，防止回授光对光源稳定性的影响，并且可以有效抑制杂散光的影响；
采用半波片调整偏振分量，提高干涉条纹对比度；
采用粗测粗调与精测精调结合的两级结构，扩大了测量调整范围，提高了测量调整精度。
附图说明
图1是已有技术德国专利测量镜片中心偏差的光学系统示意图。
图2是本发明的测量调整镜片中心偏差光学系统示意图。
具体实施方式
本发明按图2所示的光学系统实施，该光学系统包括的光源6，采用He-Ne稳频激光器；聚焦镜7，采用短焦距透镜；针孔8，位于聚焦镜7像方焦点；准直透镜9，采用球差很小的透镜，并使准直透镜9的物方焦点在针孔8处；半波片10，采用He-Ne激光对应波长的半波片，固定在可沿光轴转动的转动架上；偏振分束器11，采用立方偏振分束棱镜；第一四分之一波片12，采用He-Ne激光对应波长的四分之一波片，其快轴放置角度保证线偏振光两次通过改变偏振方向90°；第一平面反射镜13，位于第一四分之一波片12下方；第二四分之一波片14，采用He-Ne激光对应波长的四分之一波片，其快轴放置角度保证线偏振光两次通过改变偏振方向90°；平面转向镜15，与偏振分束器透射光光轴 成22.5°角；第一会聚透镜16，采用反摄远结构，保证其工作距离大于其焦距；第一分束器17，采用半反半透分束棱镜，与第一会聚透镜16的光轴成45°角；第二平面反射镜18，和第一分束器17的反射光光轴成67.5°角；第一遮光板19，采用可变孔径光阑，要有足够大的遮光面积，保证遮光条件下没有光进入被测透镜20；被测镜片20，固定于精密转台上；第二遮光板21，采用可变孔径光阑，要有足够大的遮光面积，保证遮光条件下没有光进入被测透镜20；第三平面反射镜22，和第一分束器17的透射光光轴方向成67.5°角；第二会聚透镜23，其像方焦点被第二分束器24反射后位于面阵接收器25上；第二分束器24，采用半透半反分光棱镜，位于第二会聚透镜23像方焦点以内；第一面阵接收器25，采用面阵CCD摄像机；透镜26，其物方焦点位于第二会聚透镜23经过第二分束器24透射的像方焦点上；检偏器27，采用晶体偏振器，固定在可沿光轴转动的转动架上；第二面阵接收器28，采用面阵CCD摄像机。
Claims (1)
1.一种高精度测量调整光学镜片中心偏差的光学系统，包括被测镜片(20)；其特征在于还包括光源(6)、聚焦镜(7)、针孔(8)、准直透镜(9)、半波片(10)、偏振分束器(11)、第一四分之一波片(12)、第一平面反射镜(13)、第二四分之一波片(14)、平面转向镜(15)、第一会聚透镜(16)、第一分束器(17)、第二平面反射镜(18)、第一遮光板(19)、第二遮光板(21)、第三平面反射镜(22)、第二会聚透镜(23)、第二分束器(24)、第一面阵接收器(25)、透镜(26)、检偏器(27)、第二面阵接收器(28)；在光源(6)光束传播方向的光轴上，从左至右依次放置聚焦镜(7)、针孔(8)、准直透镜(9)、半波片(10)、偏振分束器(11)、第二四分之一波片(14)、平面转向镜(15)；其中偏振分束器(11)与光轴成45°角放置， 平面转向镜(15)与光轴成22.5°角放置；在偏振分束器(11)反射光的光路上依次放置第一四分之一波片(12)、第一平面反射镜(13)；在偏振分束器(11)反射来自平面转向镜(15)反射回来光的光轴方向上依次放置第二会聚透镜(23)、第二分束器(24)、透镜(26)、检偏器(27)和第二面阵接收器(28)； 第二分束器(24)置于第二会聚透镜(23)和透镜(26)之间且与光轴成45°度角，在第二分束器(24)的反射光的光路上置有第一面阵接收器(25)；平面转向镜(15)转折光轴，使转折后光轴与转折前光轴成135°角；第一会聚透镜(16)位于平面转向镜(15)转折后的光轴上，第一分束器(17)与第一会聚透镜(16)光轴成45°角；第二平面反射镜(18)置于第一分束器(17)反射光的光路上，反射面与光轴成67.5°角，第三平面反射镜(22)置于第一分束器(17)透射光的光路上，反射面与光轴成67.5°角，使第二平面反射镜(18)到第一分束器(17)的距离和第三平面反射镜(22)到第一分束器(17)的距离相等，第二平面反射镜(18)和第三平面反射镜(22)的反射光的光轴重合在同一条直线上；第一遮光板(19)置于第二平面反射镜(18)的反射光的光路上，第一遮光板(19)的工作面与第二平面反射镜(18)的反射光光轴垂直；第二遮光板(21)置于第三平面反射镜(22)的反射光的光路上，第二遮光板(21)的工作面与第三平面反射镜(22)的反射光光轴垂直；被测镜片(20)置于第一遮光板(19)和第二遮光板(21)中间的位置上。
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