CN102426406B

CN102426406B - 一种同时测量调整光学镜片两面中心偏差的光学系统

Info

Publication number: CN102426406B
Application number: CN 201110270215
Authority: CN
Inventors: 方超; 向阳
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: CN102426406A

Abstract

一种同时测量调整光学镜片两面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光学系统，要解决的技术问题是：提供一种同时测量调整光学镜片两面中心偏差的光学系统。解决的技术方案包括光源、聚焦镜、针孔、准直透镜、分束器、第一至第五偏振分束器、第一至第三四分之一波片、平面反射镜、半波片、第一、二会聚透镜、第一至第三转向镜、被测镜片、第一、二检偏器、第一、二面阵接收器。通过分束器、第一和第二偏振分束器、第一四分之一波片、平面反射镜形成两束独立的参考光。经过第三、第四和第五偏振分束器、第二和第四四分之一波片、第二会聚透镜形成两束独立的测量光。再通过第一和第二检偏器分别形成干涉图进行测量。

Description

一种同时测量调整光学镜片两面中心偏差的光学系统

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同时测量调整光学镜片两面中心偏差的光学系统，主要用于现场高精度检测和调整光学镜片的中心偏差。

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。而同时测量调整光学镜片两面中心偏差的意义在于消除测量过程中测量一面中心偏差对另一面中心误差的影响，使光学镜片两面的中心误差都处于最佳状态。

与本发明最接近的已有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所申请的发明专利，发明名称为一种高精度测量调整光学镜片中心偏差的光学系统，申请号为20110220325.7，其光学系统如图1所示，包括：光源1、聚焦镜2、针孔3、准直透镜4、半波片5、偏振分束器6、第一四分之一波片7、第一平面反射镜8、第二四分之一波片9、平面转向镜10、第一会聚透镜11、第一分束器12、第二平面反射镜13、第一遮光板14、被测镜片15、第二遮光板16、第三平面反射镜17、第二会聚透镜18、第二分束器19、第一面阵接收器20、透镜21、检偏器22、第二面阵接收器23。在光源1光束传播方向的光轴上，从左至右依次放置聚焦镜2、针孔3、准直透镜4、半波片5、偏振分束器6、第二四分之一波片9、平面转向镜10；其中偏振分束器6与光轴成45°角放置，平面转向镜10与光轴成22.5°角放置；在偏振分束器6反射光的光路上依次放置第一四分之一波片7、第一平面反射镜8；在偏振分束器6反射来自平面转向镜10反射回来光的光轴方向上依次放置第二会聚透镜18、透镜21、检偏器22和第二面阵接收器23；第二分束器19置于第二会聚透镜18和透镜21之间且与光轴成45°度角，在第二分束器19的反射光的光路上置有第一面阵接收器20；平面转向镜10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11位于平面转向镜10转折后的光轴上，第一分束器12与第一会聚透镜11光轴成45°角；第二平面反射镜13置于第一分束器12反射光的光路上，反射面与光轴成67.5°角，第三平面反射镜17置于第一分束器12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13到第一分束器12的距离和第三平面反射镜17到第一分束器12的距离相等，第二平面反射镜13和第三平面反射镜17的反射光的光轴重合在同一条直线上；第一遮光板14置于第二平面反射镜13的反射光的光路上，第一遮光板14的工作面与第二平面反射镜14的反射光光轴垂直；第二遮光板16置于第三平面反射镜17的反射光的光路上，第二遮光板16的工作面与第三平面反射镜17的反射光光轴垂直；被测镜片15置于第一遮光板14和第二遮光板16中间的位置上。该光学系统利用偏振分束器6、第一四分之一波片7、第二四分之一波片9构成偏振分光系统将经过准直的光分成参考光和测量光，通过被测镜片15反射的测量光与参考光的干涉测量被测镜片15被测面的中心偏差。该光学系统存在的最大问题是：被测镜片15的两个被测面的中心误差需要分别测量，一次测量只能获得一个面的中心偏差，测量一个面的中心偏差时会引起另一个面中心偏差的变化，不利于将被测镜片15两个面的中心偏差都调整至最佳状态。

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测量过程中一次只能测量调整被测镜片一个被测面的中心误差，测量调整一个面的中心偏差时会引起另一个面中心偏差的变化的问题，特设计一种同时测量调整光学镜片两面中心偏差的光学系统。

本发明要解决的技术问题是：提供一种同时测量调整光学镜片两面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24、聚焦镜25、针孔26、准直透镜27、分束器28、第一偏振分束器29、第二偏振分束器30、第一四分之一波片31、平面反射镜32、半波片33、第三偏振分束器34、第二四分之一波片35、第一会聚透镜36、第一转向镜37、第三四分之一波片38、第二会聚透镜39、第二转向镜40、第三转向镜41、被测镜片42、第四偏振分束器43、第五偏振分束器44、第一检偏器45、第二检偏器46、第一面阵接收器47、第二面阵接收器48。

在光源24光束传播方向的光轴上，从上至下依次放置聚焦镜25、针孔26、准直透镜27、分束器28、半波片33、第三偏振分束器34、第三四分之一波片38、第二会聚透镜39、第二转向镜40；其中分束器28与光轴成45°角，第三偏振分束器34与光轴成45°角，同时分束器28与第三偏振分束器34相互垂直；在分束器28反射光的光轴方向放置第一偏振分束器29、第二偏振分束器30，二者相互平行且与光轴成45°角，第二偏振分束器30的偏振方向与第一偏振分束器29的偏振方向垂直；在第一偏振分束器29反射光光轴相反方向上，从上至下依次放置第四偏振分束器43、第一检偏器45、第一面阵接收器47，第四偏振分束器43的偏振方向与第一偏振分束器29偏振方向相同；在第二偏振分束器30反射光光轴相反方向上，从上至下依次放置第五偏振分束器44、第二检偏器46、第二面阵接收器48，第五偏振分束器44偏振方向与第一偏振分束器29 的偏振方向相互垂直；第一四分之一波片31和平面反射镜32两者平行，同时与第一偏振分束器29、第二偏振分束器30反射光光轴垂直，且从下至上放置；在第三偏振分束器34反射光的光轴上依次放置第二四分之一波片35、第一会聚透镜36、第一转向镜37，且第一转向镜37与光轴成45°角；在第二转向镜40转折后的光轴上放置第三转向镜41，第三转向镜41与光轴成45°角；第一转向镜37、第三转向镜41转折后的光轴重合在同一条直线上；被测镜片42置于第一转向镜37、第三转向镜41中间位置上。

工作原理说明：光源24发出的光经过聚焦镜25会聚到针孔26中，从针孔26出来的光经过准直透镜27后变为平行光，从准直透镜27出射的平行光由分束器28分为反射的参考光和透射的测量光；反射光经过偏振方向相互垂直的第一偏振分束器29、第二偏振分束器30后分为两束偏振方向相互垂直的偏振光；两束光分别依次通过第一四分之一波片31和第一反射镜32后沿原路返回；其中一束光两次通过第一四分之一波片31改变偏振方向依次通过第一偏振分束器29、第四偏振分束器43、第一检偏器45到达第一面阵接收器47形成一路参考光；另一束光两次通过第一四分之一波片31改变偏振方向后依次通过第二偏振分束器30、第五偏振分束器44、第二检偏器46到达第二面阵接收器48形成另一路参考光；从分束器28透射的测量光经过半波片33后被第三偏振分束器34分束为两个偏振方向相互垂直的光分别进入两个测量光路；在一路测量光路中，测量光束依次通过第二四分之一波片34、第一会聚透镜36和第一转向镜37，会聚在被测镜片42被测面的球心处。在另一路测量光路中，测量光束依次通过第三四分之一波片38、第二会聚透镜39、第二转向镜40和第三转向镜41，会聚在被测镜片42被测面的球心处。被测镜片42可以在精密旋转台上进行精密的旋转，一路会聚光线从被测镜片42的被测表面反射后按原路返回分别再次经过第一转向镜37、第一会聚透镜36、第二四分之一波片35后改变偏振方向，被第三偏振分束器34透射进入干涉光路；另一路会聚光线从被测镜片42的被测表面反射后按原路返回分别再次经过第三转向镜41、第二转向镜40、第二会聚透镜39、第三四分之一波片38后改变偏振方向，被第三偏振分束器34反射进入干涉光路；经过偏振方向相互垂直的第四偏振分束器43、第四偏振分束器44后分为两束偏振方向相互垂直的偏振光；其中一束光依次通过第四偏振分束器43、第一检偏器45，与参考光在第一面阵接收器47上形成干涉条纹；另一束光依次通过第五偏振分束器44、第二检偏器46，与参考光在第二面阵接收器48上形成干涉条纹；对接收到的两个干涉条纹分别进行计算处理后，得到的被测镜片两个被测面的中心偏差，再根据它调整被测镜片的中心偏差。

本发明的积极效果：该光学系统形成的两条干涉光路能同时测量被测镜片两个被测面的中心偏差，克服了由于单次测量一个面后再测量另一个面的中心偏差所引起的中心偏差的变化，给调整光学系统中心偏差带来方便。

附图说明

图1是已有技术测量镜片中心偏差的光学系统结构示意图。

图2是本发明的同时测量调整光学镜片两面中心偏差的光学系统结构示意图。

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24，采用He-Ne稳频激光器；聚焦镜25，采用短焦距透镜；针孔26，位于聚焦镜25像方焦点；准直透镜27，采用球差很小的透镜，并使准直透镜27的物方焦点在针孔26处；分束器28，采用半透半反分束棱镜；第一偏振分束器29，采用偏振分束棱镜；第二偏振分束器30，采用偏振分束棱镜，且偏振方向与第一偏振分束器29相互垂直；第一四分之一波片31，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°；平面反射镜32，其反射面方向同时与第一偏振分束器29、第二偏振分束器30反射光光轴方向垂直；半波片33，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；第三偏振分束器34，采用偏振分束棱镜；第二四分之一波片35，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°；第一会聚透镜36，采用反摄远结构，保证其工作距离大于其焦距；第一转向镜37，与第三偏振分束器反射光光轴成45°角；第三四分之一波片38，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°；第二会聚透镜38，采用反摄远结构，保证其工作距离大于其焦距；第二转向镜40，与第三偏振分束器透射光光轴成45°角；第三转向镜41，与第二转向镜40转折后光路成45°角；被测镜片42，固定于精密转台上；第四偏振分束器43，采用偏振分束棱镜，且偏振方向与第一偏振分束器29相同；第五偏振分束器44，采用偏振分束棱镜，且偏振方向与第一偏振分束器29相互垂直；第一检偏器45，采用晶体偏振器，固定在可沿光轴转动的转动架上；第二检偏器46，采用晶体偏振器，固定在可沿光轴转动的转动架上；第一面阵接收器47，采用面阵CCD摄像机；第二面阵接收器48，采用面阵CCD摄像机。

Claims

1.一种同时测量调整光学镜片两面中心偏差的光学系统，包括光源（24）、聚焦镜（25）、针孔（26）、准直透镜（27）、第一四分之一波片（31）、平面反射镜（32）、半波片（33）、第一转向镜（37）、第二转向镜（40）、第三转向镜（41）、被测镜片（42）、第一检偏器（45）、第二检偏器(46)、第一面阵接收器(47)、第二面阵接收器（48）；其特征在于还包括分束器（28）、第一偏振分束器(29)、第二偏振分束器(30)、第三偏振分束器(34)、第二四分之一波片(35)、第一会聚透镜(36)、第三四分之一波片(38)、第二会聚透镜(39)、第四偏振分束器(43)、第五偏振分束器(44)；在光源(24)光束传播方向的光轴上，从上至下依次放置聚焦镜(25)、针孔(26)、准直透镜(27)、分束器(28)、半波片(33)、第三偏振分束器(34)、第三四分之一波片(38)、第二会聚透镜(39)、第二转向镜(40)；其中分束器(28)与光轴成45°角，第三偏振分束器(34)与光轴成45°角，同时分束器(28)与第三偏振分束器(34)相互垂直；在分束器(28)反射光的光轴方向放置第一偏振分束器(29)、第二偏振分束器(30)，二者相互平行且与光轴成45°角，第二偏振分束器(30)的偏振方向与第一偏振分束器（29）的偏振方向垂直；在第一偏振分束器（29）反射光光轴相反方向上，从上至下依次放置第四偏振分束器（43）、第一检偏器(45)、第一面阵接收器(47)，第四偏振分束器（43）的偏振方向与第一偏振分束器（29）偏振方向相同；在第二偏振分束器(30)反射光光轴相反方向上，从上至下依次放置第五偏振分束器(44)、第二检偏器(46)、第二面阵接收器(48)，第五偏振分束器(44)偏振方向与第一偏振分束器(29)的偏振方向相互垂直；第一四分之一波片(31)和平面反射镜(32)两者平行，同时与第一偏振分束器(29)、第二偏振分束器(30)反射光光轴垂直，且从下至上放置；在第三偏振分束器(34)反射光的光轴上依次放置第二四分之一波片(35)、第一会聚透镜(36)、第一转向镜(37)，且第一转向镜（37）与光轴成45°角；在第二转向镜（40）转折后的光轴上放置第三转向镜（41），第三转向镜（41）与光轴成45°角；第一转向镜（37）、第三转向镜（41）转折后的光轴重合在同一条直线上；被测镜片（42）置于第一转向镜（37）、第三转向镜（41）中间位置上。