[发明专利]确定光学表面的实际形状偏离理想形状的偏差的方法和装置

说明书

背景技术

本发明涉及确定光学表面的实际形状偏离理想形状的偏差(deviation)的方法和装置。此外，本发明涉及光学元件的制造方法。例如，在WO 2006/077145 A2中描述了这种类型的装置。该装置包括用于产生测量波的干涉仪，其波前在此适合光学表面的理想形状。适合的测量波的波前在光学表面上反射之后被干涉分析，从而确定光学表面的实际形状偏离理想形状的偏差。 

具有光学表面的光学元件例如是诸如透镜或反射镜的光学组件。这些类型的光学组件用于光学系统，例如天文学中所使用的望远镜或者光刻工艺中所使用的成像系统。基本上通过光学系统的光学组件的能够被制造以及随后被处理的精度确定这种类型的光学系统的成功程度，从而光学系统的表面形式分别对应于光学系统的设计者在设计光学系统时所确定的理想形式。在这种类型的制造框架中，需要将被处理的光学表面的形式与光学系统的理想形式进行比较，以及确定完成的表面和理想表面之间的任何差别和偏差。在被处理的表面和理想表面之间的差别超过例如预先确定的阈值的区域可以处理光学表面。 

通常，干涉仪用于光学表面的非常高精度的测量。传统的用于测量光学表面的干涉仪配置通常包括相干光源和干涉仪光学系统，从而产生入射到待测表面的测量光束，使得测量光的波前在待测表面的位置分别具有与待测表面的理想形式相同的形状。在这种情况下，测量光束的光基本上垂直地入射到被测量表面的每个位置，然后自身从被测量表面反射回去。然后反射回的测量光和参考表面反射回的参考光重合。然后可以从由此产生的干涉确定被测量表面的形式偏离理想形式的偏差。 

而通过使用传统的干涉仪光学系统，能够产生球面波前，用于以相对高的精度测量球面光学表面，为了产生非球面波前的测量光束从而使测量光在待测量的非球面光学表面的每个位置垂直入射到该待测 量的非球面光学表面，需要先进的技术。为了产生这些类型的测量光束，使用了被称为零透镜(zero lenses)，K系统或补偿器的光学系统。在Wiley interscience出版社1992年所出版的Daniel Malacara所著的教科书《Optical Shop Testing》第二版的第12章中有对这种零透镜或补偿器的背景知识的描述。 

这种用于产生非球面波前的补偿器可以包括一个或多个诸如透镜的折射光学元件，或一个或多个诸如衍射光栅或全息图(hologram)的衍射光学元件。可以在Daniel Malacara所著的上述教科书的第15.1、15.2和15.3章中找到涉及在干涉仪光学系统中使用衍射光栅的背景知识。 

该衍射光栅可以是由通过诸如光线追迹的方法的合适的计算方法仿真的干涉仪的结构产生的计算机产生的全息图(CGH)，以及在此计算的衍射光栅的相位函数从而后者在干涉仪配置的光路中具有理想的函数。这可以从衍射光栅的被计算的相位函数中产生。 

产生这些类型的计算机产生的全息图的方法包括例如光刻(lithographic)步骤辅助，使用激光束或电子束写光栅。 

这里的一个问题是高线密度的衍射光栅的效应难以用简单的衍射理论预测，此外诸如底板高度(base height)、边缘陡度和边缘的圆度等光栅的制造相关参数影响光栅的效应，所述高线密度光栅指光栅周期不充分大于所使用的检测光的波长的情况。这样的影响不仅由光栅周期决定，在该技术领域也被称为严格效应(rigorous effect)。 

从WO03/048715A1可知一种具有CGH的干涉仪配置，其产生两种类型的波前，一种类型的波前是用于测量非球面光学表面的非球面波前，而另一类型的波前则基本上是球面波前，通过该球面波前可以测量标定块(calibration block)。通过标定块的测量可以得到关于全息图对测量光的效应的结论，所述测量光之后可以在分析非球面光学表面测量时使用。 

所谓的旋转平均法(rotation averaging method)已被证明有利于最精确的干涉测量。但是旋转平均法只适合测量旋转对称的表面。无旋转对称性的自由形式表面不能使用旋转平均法测量。对于明显离心的离轴非球面，在一些旋转位置只能得到有明显缺点的测量。离轴非球 面被理解为具有相对于其对称轴明显离心的待测量的表面区域的基本上旋转对称的非球面。对于这类离轴非球面的一些旋转位置的测量来说，测试光学系统必须不仅被设计用于待测试的离轴的有用区域，实际上还用于能够减少局部分辨率(local resolution)的旋转对称非球面的母表面。 

基本目的