一种高精度曲率半径测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学元件几何参数测量技术领域，具体涉及一种高精度曲率半径测试装置及方法。
【背景技术】
[0002]光学球面镜的曲率半径是光学元件的基本参数。极紫外光刻相关技术对光学球面镜的检测、加工精度极高，达亚微米量级。曲率半径的测量方法分为接触式测量和非接触式测量两类，其中接触式测量方法主要有样板法、球径仪法和坐标测量机法，非接触式测量方法主要有激光跟踪仪与激光干涉仪结合法和干涉检验猫眼-共焦法。样板法和球径仪法的测试精度较低，超高精度坐标测量机的测试精度较高，但测试成本很高，且所有接触式测量方法均有划伤被测光学表面的风险。激光跟踪仪与激光干涉仪结合法主要用于精度要求较低的大曲率半径测试。基于干涉检验猫眼-共焦法的通用曲率半径检测设备，如数字干涉仪配合光栅尺或其他位移测量装置，也较难达到亚微米量级的检测不确定度，需要针对不同被测试球面镜进行检测装置结构的优化设计。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提出一种高精度曲率半径测试装置及方法，解决现有技术存在的被测试光学元件表面容易划伤和较难达到亚微米量级的检测不确定度的问题，利用高精度数字干涉仪和高精度双频激光干涉位移测量系统搭建实现高精度被测试光学球面镜曲率半径的非接触无损伤测试。
[0004]为实现上述目的，本发明的一种高精度曲率半径测试装置包括干涉测量系统、双频激光器、导光元件、平移倾斜调整台、Z向移动台、反射角锥和导轨；
[0005]所述平移倾斜调整台设置在所述Z向移动台上，所述Z向移动台任意相对的两个侧壁和所述导轨配合上下滑动，被测试球面镜设置在所述平移倾斜调整台上，所述Z向移动台上表面均匀设置多个反射角锥，每个反射角锥上方垂直位置设置有导光元件，干涉测量系统辐射出的光经被测试球面镜成成干涉测量光路，所述干涉测量光路经干涉测量系统获得干涉图，所述双频激光器出射的激光经多个导光元件分成多束，分束后的激光分别垂直入射到多个反射角锥，经多个反射角锥反射形成双频激光干涉位移测量光路。
[0006]所述多个反射角锥具体指三个。
[0007]所述导光元件为测试光角锥。
[0008]所述干涉测量系统包括一个高精度数字波面干涉仪。
[0009 ] 一种高精度曲率半径测试方法，包括以下步骤:
[0010]步骤一:调整导光元件的位置，使经多个导光元件分束后的测试光和导轨运动方向平行；
[0011 ]步骤二:将被测试球面镜安置在所述平移倾斜调整台上，调整Z向移动台的位置，使被测试球面镜位于猫眼位置，将双频激光器示数置于零；
[0012]步骤三:上下调整Z向移动台位置，使被测试球面镜移动到共焦位置；
[0013]步骤四:调整平移倾斜调整台的位置，使干涉测量系统中的干涉图为零条纹；
[0014]步骤五:双频激光器出射的激光经多个导光元件分成多束，分束后的激光分别垂直入射到多个反射角锥，经多个反射角锥反射形成多路双频激光干涉位移测量光路，获得在共焦位置时多组Z向移动台位置结果；
[0015]步骤六:将步骤五中获得的多组Z向移动台位置结果取平均值，作为被测试球面镜的曲率半径，完成测试。
[0016]所述多个反射角锥具体指三个。
[0017]所述干涉测量系统包括一个高精度数字波面干涉仪。
[0018]本发明的有益效果为:本发明的一种高精度曲率半径测试装置及方法将被测试光学球面镜安置于干涉测量系统检测光路中，干涉测量系统光束焦点与被测试球面镜球心重合时为共焦位置，干涉测量系统光束焦点与被测试球面镜顶点重合时为猫眼位置。调整Z向移动台使被测试球面镜在共焦与猫眼位置间移动，同时利用高精度双频激光干涉位移测量系统实时监测Z向移动台的Z向移动量，进而获得被测试球面镜的曲率半径测量值。采用高精度数字波面干涉仪配合高精度双频激光干涉位移测量系统，通过精密导轨、Z向移动台等调整机构实现光学球面镜曲率半径的高精度测试。非接触式测量，避免被测试球面镜被划伤的问题，另外，本发明针对不同误差源，优化了测量装置结构，使得反射角锥尽量靠近被测试镜中心，以减小阿贝误差;使反射角锥尽量与被测试镜顶点处于同一高度以减小无感知区误差;使导光元件中的测试光角锥与反射角锥Z向距离尽量小以减小空程误差。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的一种高精度曲率半径测试装置结构示意图；
[0020]图2为本发明的一种高精度曲率半径测试方法流程图；
[0021]其中:1、干涉测量系统，2、双频激光器，3、导光元件，4、被测试球面镜，5、平移倾斜调整台，6、Z向移动台，7、反射角锥，8、导轨，9、干涉测量光路，10、双频激光干涉位移测量光路。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0023]参见附图1，本发明的一种高精度曲率半径测试装置包括干涉测量系统1、双频激光器2、导光元件3、平移倾斜调整台5、Z向移动台6、反射角锥7和导轨8;
[0024]所述平移倾斜调整台5设置在所述Z向移动台6上，所述Z向移动台6任意相对的两个侧壁和所述导轨8配合上下滑动，被测试球面镜4设置在所述平移倾斜调整台5上，所述Z向移动台6上表面均匀设置三个反射角锥7，每个反射角锥7上方垂直位置设置有导光元件3，干涉测量系统I辐射出的光经被测试球面镜4成成干涉测量光路9，所述干涉测量光路9经干涉测量系统I获得干涉图，所述双频激光器2出射的激光经三个导光元件3分成多束，分束后的激光分别垂直入射到三个反射角锥7，经三个反射角锥7反射形成双频激光干涉位移测量光路10。
[0025]所述干涉测量系统I由高精度数字干涉仪及其标准具组成，由干涉测量系统I辐射出的光经被测试球面镜4反射，形成干涉测量光路9;
[0026]所述双频激光器2经过导光元件3将出射激光分为三束，分束后的激光经过Z向移动台6上的三个反射角锥7反射形成双频激光干涉位移测量光路10;
[0027]所述导光元件3为测试光角锥。
[0028]参见附图2，一种高精度曲率半径测试方法，包括以下步骤:
[0029]步骤一:调整导光元件3的位置，使经三个导光元件3分束后的测试光和导轨8运动方向平行；
[0030]步骤二:将被测试球面镜4安置在所述平移倾斜调整台5上，调整Z向移动台6的位置，使被测试球面镜4位于猫眼位置，将双频激光器2示数置于零；
[0031]步骤三:上下调整Z向移动台6位置，使被测试球面镜4移动到共焦位置；
[0032]步骤四:调整平移倾斜调整台5的位置，使干涉测量系统I中的干涉图为零条纹；
[0033]步骤五:双频激光器2出射的激光经三个导光元件3分成多束，分束后的激光分别垂直入射到三个反射角锥7，经三个反射角锥7反射形成多路双频激光干涉位移测量光路1，获得在共焦位置时三组Z向移动台6位置结果；
[0034]步骤六:将步骤五中获得的三组Z向移动台6位置结果取平均值，作为被测试球面镜4的曲率半径，完成测试ο
【主权项】
1.一种高精度曲率半径测试装置，包括干涉测量系统(I)和双频激光器(2)，其特征在于，还包括导光元件(3)、平移倾斜调整台(5)、Z向移动台(6)、反射角锥(7)和导轨(8); 所述平移倾斜调整台(5)设置在所述Z向移动台(6)上，所述Z向移动台(6)任意相对的两个侧壁和所述导轨(8)配合上下滑动，被测试球面镜(4)设置在所述平移倾斜调整台(5)上，所述Z向移动台(6)上表面均匀设置多个反射角锥(7)，每个反射角锥(7)上方垂直位置设置有导光元件(3)，干涉测量系统(I)辐射出的光经被测试球面镜(4)成成干涉测量光路(9)，所述干涉测量光路(9)经干涉测量系统(I)获得干涉图，所述双频激光器(2)出射的激光经多个导光元件(3)分成多束，分束后的激光分别垂直入射到多个反射角锥(7)，经多个反射角锥(7)反射形成双频激光干涉位移测量光路(10)。2.根据权利要求1所述的一种高精度曲率半径测试装置，其特征在于，所述多个反射角锥(7)具体指三个。3.根据权利要求1或2所述的一种高精度曲率半径测试装置，其特征在于，所述导光元件(3)为测试光角锥。4.根据权利要求1所述的一种高精度曲率半径测试装置，其特征在于，所述干涉测量系统(I)包括一个高精度数字波面干涉仪。5.根据权利要求1所述的一种高精度曲率半径测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:调整导光元件(3)的位置，使经多个导光元件(3)分束后的测试光和导轨(8)运动方向平行； 步骤二:将被测试球面镜(4)安置在所述平移倾斜调整台(5)上，调整Z向移动台(6)的位置，使被测试球面镜(4)位于猫眼位置，将双频激光器(2)示数置于零； 步骤三:上下调整Z向移动台(6)位置，使被测试球面镜(4)移动到共焦位置； 步骤四:调整平移倾斜调整台(5)的位置，使干涉测量系统(I)中的干涉图为零条纹； 步骤五:双频激光器(2)出射的激光经多个导光元件(3)分成多束，分束后的激光分别垂直入射到多个反射角锥(7)，经多个反射角锥(7)反射形成多路双频激光干涉位移测量光路(1 )，获得在共焦位置时多组Z向移动台(6)位置结果； 步骤六:将步骤五中获得的多组Z向移动台(6)位置结果取平均值，作为被测试球面镜(4)的曲率半径，完成测试。6.根据权利要求5所述的一种高精度曲率半径测试方法，其特征在于，所述多个反射角锥(7)具体指三个。7.根据权利要求5或6所述的一种高精度曲率半径测试方法，其特征在于，所述干涉测量系统(I)包括一个高精度数字波面干涉仪。
【专利摘要】一种高精度曲率半径测试装置及方法属于光学元件几何参数测量技术领域，目的在于解决现有技术存在的被测试光学元件表面容易划伤和较难达到亚微米量级的检测不确定度的问题，本发明的平移倾斜调整台设置在Z向移动台上，Z向移动台任意相对的两个侧壁和导轨配合上下滑动，被测试球面镜设置在平移倾斜调整台上，Z向移动台上表面均匀设置多个反射角锥，每个反射角锥上方垂直位置设置有导光元件，干涉测量系统辐射出的光经被测试球面镜成成干涉测量光路，干涉测量光路经干涉测量系统获得干涉图，双频激光器出射的激光经多个导光元件分成多束，分束后的激光分别垂直入射到多个反射角锥，经多个反射角锥反射形成双频激光干涉位移测量光路。
【IPC分类】G01B7/293
【公开号】CN105571481
【申请号】CN201510962288
【发明人】张文龙, 苗亮, 刘钰, 于杰, 张海涛, 马冬梅, 金春水
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月21日