[发明专利]衍射光学元件和干涉测量方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年9月28日申请的德国专利申请No.10 2012 217 800.7和2012年9月28日申请的美国临时申请No.61/707,014的优先权。该德国专利申请和该美国临时申请的全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

本发明涉及一种确定光学元件的光学表面的实际形状与预期形状偏差的方法，执行该方法的衍射光学元件，以及制造光学元件以及该光学元件的方法。

背景技术

例如在US 2010/0177321 A1中描述了一种确定实际形状与预期形状的偏差的装置。该装置包含用于产生测量波的干涉仪，测量波的波前通过衍射光栅适配于光学表面的非球面预期形状。适配的测量波的波前在光学表面处的反射之后通过干涉测量法来评估，光学表面的实际形状与其预期形状的偏差在该过程中被确定。

在该情况中，衍射光栅例如可为计算机生成的全息图(CGH)，其通过设计由适合的计算法(例如，光线追迹法)模拟的干涉仪来产生，并且，在该过程中，计算衍射光栅的位相函数，使得衍射光栅在干涉仪布置的光束路径中具有预期功能。那么，可由衍射光栅的计算的位相函数制造衍射光栅。

形状测量的精度依赖于CGH的精度。在此，尽可能准确的制造不是决定性的，尽可能准确的测量CGH中所有可能误差是决定性的。已知误差可在测量测试物的形状时通过计算来移除。因此，CGH形成参考。虽然可完全校准旋转对称非球面的情况中的所有非旋转对称误差，所有CGH误差对自由形式表面(即，不具有旋转对称性的非球面表面)情况中的形状测量有影响。因此，关于CGH测量的精度的要求急剧增长。在该过程中，重要的是精确知道CGH的衍射结构的畸变，即衍射结构相对于它们的预期位置的横向位置，以及CGH的轮廓形状。然而，这些参数可通过现有技术已知的测量装备来确定的测量精度不足以用于不断增长的需求。

用于高度精确测量光学表面的其它已知设备使用串联布置的两个CGH，由此，测量构造所需的工作量增加。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，尤其是提供一种以改善的精度测量任意形状的光学表面、尤其是不具有旋转对称性的非球面表面的方法和衍射光学元件。

根据本发明的解决方案

举例而言，根据本发明，上述目的可通过衍射光学元件来实现，该衍射光学元件具有基板和布置在基板上的衍射结构图案。衍射结构图案构造为将辐射其上的平面或球面输入波转换为至少四个分离的输出波，其中所述输出波中至少之一是非球面波，所述输出波中至少另一个是球面波，所述输出波中至少另两个是分别是平面波或球面波。

根据本发明，上述输出波因此仅通过单一衍射光学元件(即，布置在单一基板上的衍射结构图案)产生。因此，衍射光学元件可根据几个变型来构造。根据第一变型，辐射其上的波为平面的，输出波包含至少一个非球面波和至少三个球面波。根据第二变型，辐射其上的波为球面的，输出波包含至少一个非球面波和至少三个球面波。根据第三变型，辐射其上的波为平面的，输出波包含至少一个球面波和至少两个平面波。根据第二变型，辐射其上的波为球面的，输出波包含至少一个球面波和至少两个平面波。在第一和第二变型的情况中，根据一个实施例，球面波的强度彼此相差小于30％，尤其小于10％。

还可将平面或球面输入波仅称作球面波，在该情况中，平面波计算为具有无限半径的球面波的球面情况。非球面输出波可为适配于要测量的光学表面的测量波，所述测量波在表面由干涉测量设备测量时辐射至表面上。其它输出波还可称为校准波。

尤其是，衍射光学元件实施为计算机生成的全息图(CGH)。衍射结构图案还可称为位相光栅或衍射光栅，尽管应注意不必将衍射结构图案理解为表示规则光栅，而是理解为尤其是可具有弯曲的线结构，所述线结构原则上可在它们的形状上彼此偏离并且它们之间的距离是可变的。如上文所述，衍射结构图案布置在衍射光学元件的基板上，即，其仅布置在一个基板上。因此，衍射结构图案不由布置在不同基板上的几个子图案构成。

如上所述产生分离的输出波的衍射结构图案可构造为复杂编码的位相光栅。在本申请的含义中，球面波是具有球面波前的波，即，波前由至少球面表面部分形成的波。