CN106767498B - 一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调方法，可以在球面透镜面形误差绝对标定过程中，精确定位被检透镜光轴在其面形干涉检测结果中的坐标位置，为被检透镜面形误差的高精度校正提供重要保障，克服了传统技术无法消除透镜两表面面倾斜加工误差和透镜定心加工误差的影响，从而无法精确在面形检测结果中精确定位被检透镜光轴坐标位置的弊端，本发明还提供了一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调装置。

Description

一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调方法及装置

技术领域

本发明涉及光学干涉测量技术领域，特别涉及一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调方法及装置。

背景技术

现代光刻技术要求光刻物镜系统的平面、球面、非球面等光学元件的面形误差均方根达到亚纳米量级。当今前沿的光学加工和检测技术已可以方便地支持球面镜和平面镜实现亚纳米量级面形精度。然而，非球面镜的高精度面形加工和检测技术仍然比较困难复杂，而零位补偿镜法是实现非球面镜面形误差高精度检测最常用的技术。用于非球面镜面形误差高精度检测的零位补偿镜通常由几个高精度球面透镜组成，为了使非球面镜的面形检测精度达到亚纳米量级，需要高精度标定零位补偿镜所有球面透镜的面形误差，并进行高精度校正从而获得零位补偿镜的实测非球面波前。

在球面透镜面形误差绝对标定过程中，精确定位透镜光轴在其面形检测结果中的坐标位置是实现透镜面形误差高精度校正的重要前提。现有技术中，通常认为透镜面形干涉检测结果的几何中心与透镜光轴重合，因此将透镜两表面干涉检测结果的几何中心连线等效为透镜光轴。实际上，利用该方法确定透镜光轴在面形检测结果中的坐标位置忽略了透镜两表面倾斜加工误差和透镜定心加工误差的影响，因此该方法定位透镜光轴坐标位置的误差较大。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调装置及方法。

第一方面，本发明实施例中提供一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调装置，包括干涉仪主机、球面标准镜头、被检透镜、小行程五维调整台、转台和大行程五维调整台；

所述转台安装在所述大行程五维调整台上，所述小行程五维调整台安装在所述转台上，所述被检透镜放置在所述小行程五维调整台上，所述干涉仪主机设置在正对所述被检透镜的正上方，在第一状态时，所述球面标准镜头设置在所述干涉仪主机和所述被检透镜之间。

可选地，所述装置还包括：平面标准镜头和光学平晶，在第二状态时，所述平面标准镜头和所述光学平晶替换所述球面标准镜头，所述平面标准镜头和所述光学平晶平行设置在所述干涉仪主机和所述被检透镜之间，所述光学平晶位于所述平面标准镜头和所述被检透镜之间。

第二方面，本发明实施例中提供一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调方法，应用于如上述的装置中，所述方法包括：

在被检透镜表面设置用于确定透镜光轴在透镜面形检测结果中的坐标位置标记点；

将所述被检透镜的光轴的倾斜方向转移至光学平晶的法线方向，以使得所述被检透镜的光轴与所述光学平晶法线平行；

利用干涉仪主机和球面标准镜头检测所述被检透镜面形，将所述被检透镜调整至所述干涉仪主机的共焦检测位置，以完成将将所述被检透镜面形的干涉图调整至零条纹；

将干涉仪标准镜头更换为平面标准镜头，将所述光学平晶重新装配在所述被检透镜上方，调整所述被检透镜的光轴与转台的转轴平行；

将干涉仪标准镜头更换为球面标准镜头，将所述光学平晶从所述被检透镜上方取走，利用大行程五维调整台调整所述被检透镜平移，使所述干涉仪主体检测的所述被检透镜表面面形的干涉图为零条纹；

调整所述被检透镜光轴的光学基准转移至所述转台的转轴的机械基准上；

当所述转台位于四个指定位置时，分别利用干涉仪主机检测所述被检透镜的表面面形，将得到的四个面形检测结果进行波面平均，每个平均波面中包含四个标记点且所述四个标记点位于同一个圆周上，则圆周的圆心坐标即为所述被检透镜光轴的坐标位置。

可选地，所述四个指定位置分别为0°、90°、180°和270°

可选地，所述标记点不透明，所述标记点位于所述被检透镜表面有效区域以外且同时位于干涉仪主机可检测区域以内。

可选地，所述将所述被检透镜的光轴的倾斜方向转移至光学平晶的法线方向，以使得所述被检透镜的光轴与所述光学平晶法线平行，包括：

利用激光定心装配工作台测量并调整所述被检透镜的光轴与激光定心装配工作台的转台转轴重合；

在所述被检透镜上方装配所述光学平晶，确保所述光学平晶反复取放过程中法线方向不变；

调整所述光学平晶的法线倾斜直至与所述转台转轴平行。

可选地，所述将干涉仪标准镜头更换为平面标准镜头，将所述光学平晶重新装配在所述被检透镜上方，调整所述被检透镜的光轴与转台的转轴平行，包括：

利用大行程五维调整台调整倾斜，使干涉仪检测平晶面形的干涉图为零条纹；

转台旋转至180°位置，记录所述光学平晶干涉检测结果中的倾斜量T₁和T₂；

利用小行程五维调整台调整所述光学平晶倾斜，使所述光学平晶干涉检测结果中的倾斜量变为T₁/2和T₂/2；

将转台旋转至0°位置，并重复使得转台在0°和180°位置之间旋转时，平晶干涉检测结果中的倾斜量不再变化，且均为零条纹。

可选地，所述将干涉仪标准镜头更换为球面标准镜头，将所述光学平晶从所述被检透镜上方取走，利用大行程五维调整台调整所述被检透镜平移，使所述干涉仪主体检测的所述被检透镜表面面形的干涉图为零条纹，包括：

利用大行程五维调整台调整所述被检透镜平移，使干涉仪检测透镜表面面形的干涉图为零条纹；

转台旋转至180°位置，记录所述被检透镜干涉检测结果中的倾斜量TT₁和TT₂；

利用小行程五维调整台调整所述被检透镜平移使其干涉检测结果中的倾斜量变为TT₁/2和TT₂/2；

将转台旋转至0°位置，并重复直到转台在0°和180°位置之间旋转时，透镜干涉检测结果中的倾斜量不再变化，均为零条纹；

若所述被检透镜平移调整过程中不耦合倾斜调整量，则所述被检透镜的光轴与所述转台转轴重合。

可选地，所述方法还包括：

利用小行程五维调整台调整所述被检透镜平移时耦合部分的倾斜量，以使所述被检透镜光轴与转台转轴精确重合。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

可以在球面透镜面形误差绝对标定过程中，精确定位被检透镜光轴在其面形干涉检测结果中的坐标位置，为被检透镜面形误差的高精度校正提供重要保障，克服了传统技术无法消除透镜两表面面倾斜加工误差和透镜定心加工误差的影响，从而无法精确在面形检测结果中精确定位被检透镜光轴坐标位置的弊端。

附图说明

图1是本发明实施例中一种于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调装置在第一状态下的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调装置在第二状态下的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调方法的流程图。

1、干涉仪主机，2、球面标准镜头，3、平面标准镜头，4、光学平晶，5、被检透镜，6、小行程五维调整台，7、转台，8、大行程五维调整台。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1，本发明实施例中提供一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调装置，包括干涉仪主机1、球面标准镜头2、被检透镜5、小行程五维调整台6、转台7和大行程五维调整台8；

所述转台7安装在所述大行程五维调整台8上，所述小行程五维调整台6安装在所述转台7上，所述被检透镜5放置在所述小行程五维调整台6上，所述干涉仪主机1设置在正对所述被检透镜5的正上方，在第一状态时，所述球面标准镜头2设置在所述干涉仪主机1和所述被检透镜5之间。

结合图2所示，所述装置还包括：平面标准镜头3和光学平晶4，在第二状态时，所述平面标准镜头3和所述光学平晶4替换所述球面标准镜头2，所述平面标准镜头3和所述光学平晶4平行设置在所述干涉仪主机1和所述被检透镜5之间，所述光学平晶4位于所述平面标准镜头3和所述被检透镜5之间。

结合图3所示，利用用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调装置进行的标定方法，所述方法包括：

S301、在被检透镜表面设置用于确定透镜光轴在透镜面形检测结果中的坐标位置标记点。

S302、将所述被检透镜的光轴的倾斜方向转移至光学平晶的法线方向，以使得所述被检透镜的光轴与所述光学平晶法线平行。

步骤S302中，具体包括：

利用激光定心装配工作台测量并调整所述被检透镜的光轴与激光定心装配工作台的转台转轴重合；

在所述被检透镜上方装配所述光学平晶，确保所述光学平晶反复取放过程中法线方向不变；

调整所述光学平晶的法线倾斜直至与所述转台转轴平行。

S303、利用干涉仪主机和球面标准镜头检测所述被检透镜面形，将所述被检透镜调整至所述干涉仪主机的共焦检测位置，以完成将将所述被检透镜面形的干涉图调整至零条纹。

S304、将干涉仪标准镜头更换为平面标准镜头，将所述光学平晶重新装配在所述被检透镜上方，调整所述被检透镜的光轴与转台的转轴平行。

步骤S304中具体包括：

利用大行程五维调整台调整倾斜，使干涉仪检测平晶面形的干涉图为零条纹；

转台旋转至180°位置，记录所述光学平晶干涉检测结果中的倾斜量T₁和T₂；

利用小行程五维调整台调整所述光学平晶倾斜，使所述光学平晶干涉检测结果中的倾斜量变为T₁/2和T₂/2；

将转台旋转至0°位置，并重复使得转台在0°和180°位置之间旋转时，平晶干涉检测结果中的倾斜量不再变化，且均为零条纹。

S305、将干涉仪标准镜头更换为球面标准镜头，将所述光学平晶从所述被检透镜上方取走，利用大行程五维调整台调整所述被检透镜平移，使所述干涉仪主体检测的所述被检透镜表面面形的干涉图为零条纹。

在步骤S305中，具体包括：

利用大行程五维调整台调整所述被检透镜平移，使干涉仪检测透镜表面面形的干涉图为零条纹；

转台旋转至180°位置，记录所述被检透镜干涉检测结果中的倾斜量TT₁和TT₂；

利用小行程五维调整台调整所述被检透镜平移使其干涉检测结果中的倾斜量变为TT₁/2和TT₂/2；

将转台旋转至0°位置，并重复直到转台在0°和180°位置之间旋转时，透镜干涉检测结果中的倾斜量不再变化，均为零条纹；

若所述被检透镜平移调整过程中不耦合倾斜调整量，则所述被检透镜的光轴与所述转台转轴重合。

进一步地，在S305中，利用小行程五维调整台调整所述被检透镜平移时耦合部分的倾斜量，以使所述被检透镜光轴与转台转轴精确重合。

S306、调整所述被检透镜光轴的光学基准转移至所述转台的转轴的机械基准上。

S307、当所述转台位于四个指定位置时，分别利用干涉仪主机检测所述被检透镜的表面面形，将得到的四个面形检测结果进行波面平均，每个平均波面中包含四个标记点且所述四个标记点位于同一个圆周上，则圆周的圆心坐标即为所述被检透镜光轴的坐标位置。

在步骤S307中，所述四个指定位置分别为0°、90°、180°和270°

在步骤S301中，所述标记点不透明，所述标记点位于所述被检透镜表面有效区域以外且同时位于干涉仪主机可检测区域以内。

结合图1和图2所示，为了更好的说明本发明提供的方法，下面进行具体说明：

S1、在被检球面透镜5的表面制作不透光的标记点，该标记点将被用于确定透镜光轴在透镜面形检测结果中的坐标位置。标记点需位于透镜表面有效区域以外，同时位于干涉仪可检测区域以内。

S2、将被检透镜5的光轴倾斜方向转移至光学平晶4的法线方向，即使得透镜光轴与平晶法线平行。实现方法如下：首先，利用激光定心装配工作台等设备(包含自准直仪、转台、二维倾斜调整台等部件)测量并调整被检透镜的光轴与激光定心装配工作台的转台转轴重合；然后，在被检透镜5上方装配一个光学平晶4，要求其支撑结构确保平晶4在反复取放过程中法线方向不变，调整平晶倾斜使其法线与转台转轴平行。此时，被检透镜光轴与平晶法线平行。

S3、搭建透镜面形的干涉检测装置，包括干涉仪主机1、球面标准镜头2、被检球面透镜5、小行程五维调整台6、转台7和大行程五维调整台8。利用干涉仪主机1和球面标准镜头2检测被检透镜面形，通过大行程五维调整台8将被检透镜5调整至干涉仪共焦检测位置，即将干涉图调整至零条纹。

S4、将干涉仪标准镜头更换为平面标准镜头3，将光学平晶4重新装配在被检透镜5上方。利用大行程五维调整台8调整倾斜，使干涉仪检测平晶面形的干涉图为零条纹。转台7旋转至180°位置，记录此时平晶干涉检测结果中的倾斜T₁和T₂。利用小行程五维调整台6调整平晶倾斜使其干涉检测结果中的倾斜量变为T₁/2和T₂/2。将转台7旋转至0°位置，并重复几次该步骤的调整过程，使得转台7在0°和180°位置之间旋转时，平晶干涉检测结果中的倾斜量不再变化，且均为零条纹。此时，被检透镜光轴与干涉检测装置的转台转轴平行。

S5、将干涉仪标准镜头更换为球面标准镜头2，将光学平晶4从被检透镜5上方取走。利用大行程五维调整台8调整被检透镜平移，使干涉仪检测透镜表面面形的干涉图为零条纹。转台7旋转至180°位置，记录此时透镜干涉检测结果中的倾斜TT₁和TT₂。利用小行程五维调整台6调整透镜平移使其干涉检测结果中的倾斜量变为TT₁/2和TT₂/2。将转台7旋转至0°位置，并重复几次该步骤的调整过程，直到转台在0°和180°位置之间旋转时，透镜干涉检测结果中的倾斜量不再变化，均为零条纹。此时，若透镜平移调整过程中不耦合倾斜调整量，则被检透镜光轴与干涉检测装置的转台转轴重合。

S6、实际上，在步骤S4中利用小行程五维调整台6调整透镜平移时将会耦合少量的倾斜调整量。通过重复步骤S3和步骤S4的调整过程，可使被检透镜光轴与干涉检测装置的转台转轴精确重合。此时，被检透镜光轴的光学基准转移至转台转轴的机械基准上。

S7、当转台7位于0°、90°、180°和270°位置时，分别利用干涉仪检测被检透镜表面面形，将得到的四个面形检测结果进行波面平均。平均波面中包含四个标记点，且这些标记点位于同一个圆周上，该圆周的圆心坐标即为被检透镜光轴的坐标位置。

本发明提出一种基于光学基准转移法分离透镜光轴的倾斜方向和平移位置，从而分步确定透镜光轴在面形检测结果中坐标位置的方法。该方法可以在球面透镜面形误差绝对标定过程中，精确定位透镜光轴在其面形干涉检测结果中的坐标位置，为透镜面形误差的高精度校正提供重要保障。该方法克服了传统技术无法消除透镜两表面面倾斜加工误差和透镜定心加工误差的影响，从而无法精确在面形检测结果中精确定位透镜光轴坐标位置的弊端。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调装置及方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调装置，其特征在于，包括干涉仪主机、球面标准镜头、被检透镜、小行程五维调整台、转台和大行程五维调整台；

所述转台安装在所述大行程五维调整台上，所述小行程五维调整台安装在所述转台上，所述被检透镜放置在所述小行程五维调整台上，所述干涉仪主机设置在正对所述被检透镜的正上方，在第一状态时，所述球面标准镜头设置在所述干涉仪主机和所述被检透镜之间；

所述被检镜装调装置还包括：平面标准镜头和光学平晶，在第二状态时，所述平面标准镜头和所述光学平晶替换所述球面标准镜头，所述平面标准镜头和所述光学平晶平行设置在所述干涉仪主机和所述被检透镜之间，所述光学平晶位于所述平面标准镜头和所述被检透镜之间。

2.一种用于球面透镜面形绝对标定的被检镜装调方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的装置中，所述方法包括：

在被检透镜表面设置用于确定透镜光轴在透镜面形检测结果中的坐标位置标记点；

将所述被检透镜的光轴的倾斜方向转移至光学平晶的法线方向，以使得所述被检透镜的光轴与所述光学平晶法线平行；

利用干涉仪主机和球面标准镜头检测所述被检透镜面形，将所述被检透镜调整至所述干涉仪主机的共焦检测位置，以完成将将所述被检透镜面形的干涉图调整至零条纹；

将干涉仪标准镜头更换为平面标准镜头，将所述光学平晶重新装配在所述被检透镜上方，调整所述被检透镜的光轴与转台的转轴平行；

将干涉仪标准镜头更换为球面标准镜头，将所述光学平晶从所述被检透镜上方取走，利用大行程五维调整台调整所述被检透镜平移，使所述干涉仪主体检测的所述被检透镜表面面形的干涉图为零条纹；

调整所述被检透镜光轴的光学基准转移至所述转台的转轴的机械基准上；

当所述转台位于四个指定位置时，分别利用干涉仪主机检测所述被检透镜的表面面形，将得到的四个面形检测结果进行波面平均，每个平均波面中包含四个标记点且所述四个标记点位于同一个圆周上，则圆周的圆心坐标即为所述被检透镜光轴的坐标位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述四个指定位置分别为0°、90°、180°和270°。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述标记点不透明，所述标记点位于所述被检透镜表面有效区域以外且同时位于干涉仪主机可检测区域以内。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述被检透镜的光轴的倾斜方向转移至光学平晶的法线方向，以使得所述被检透镜的光轴与所述光学平晶法线平行，包括：

利用激光定心装配工作台测量并调整所述被检透镜的光轴与激光定心装配工作台的转台转轴重合；

在所述被检透镜上方装配所述光学平晶，确保所述光学平晶反复取放过程中法线方向不变；

调整所述光学平晶的法线倾斜直至与所述转台转轴平行。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将干涉仪标准镜头更换为平面标准镜头，将所述光学平晶重新装配在所述被检透镜上方，调整所述被检透镜的光轴与转台的转轴平行，包括：

利用大行程五维调整台调整倾斜，使干涉仪检测平晶面形的干涉图为零条纹；

转台旋转至180°位置，记录所述光学平晶干涉检测结果中的倾斜量T₁和T₂；

利用小行程五维调整台调整所述光学平晶倾斜，使所述光学平晶干涉检测结果中的倾斜量变为T₁/2和T₂/2；

将转台旋转至0°位置，并重复使得转台在0°和180°位置之间旋转时，平晶干涉检测结果中的倾斜量不再变化，且均为零条纹。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将干涉仪标准镜头更换为球面标准镜头，将所述光学平晶从所述被检透镜上方取走，利用大行程五维调整台调整所述被检透镜平移，使所述干涉仪主体检测的所述被检透镜表面面形的干涉图为零条纹，包括：

利用大行程五维调整台调整所述被检透镜平移，使干涉仪检测透镜表面面形的干涉图为零条纹；

转台旋转至180°位置，记录所述被检透镜干涉检测结果中的倾斜量TT₁和TT₂；

利用小行程五维调整台调整所述被检透镜平移使其干涉检测结果中的倾斜量变为TT₁/2和TT₂/2；

将转台旋转至0°位置，并重复直到转台在0°和180°位置之间旋转时，透镜干涉检测结果中的倾斜量不再变化，均为零条纹；

若所述被检透镜平移调整过程中不耦合倾斜调整量，则所述被检透镜的光轴与所述转台转轴重合。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

利用小行程五维调整台调整所述被检透镜平移时耦合部分的倾斜量，以使所述被检透镜光轴与转台转轴精确重合。