МЕТОД ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ НА РАБОЧЕЙ ДЛИНЕ ВОЛНЫ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ И ДИСТОРСИИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
METHOD FOR INTERFEROMETRIC CONTROL OF IMAGE QUALITY AND DISTORTION OF OPTICAL SYSTEMS AT OPERATING WAVELENGTH

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к способам контроля при сборке и юстировке высокоразрешающих оптических систем, например проекционных объективов для фотолитографии или объективов для дистанционного зондирования, которые формируют изображение на бесконечности или изображение бесконечно удаленного предмета на конечном расстоянии.
Известен способ измерения дисторсии фотолитографических объективов с использованием образцовых объектов - измерительных фотошаблонов, например, патент US №5.402.224, МПК G01B 11/00, 1995 г. Метод заключается в измерении взаимного положения серии перекрывающихся изображений тестового фотошаблона, формируемых на фоточувствительной пластине исследуемым проекционным объективом, на рабочей длине волны. Но указанным методом возможно измерение только дисторсии.
Известны также измерительные установки для контроля аберраций фотолитографических объективов, например, установка фирмы NIKON, представленная в патенте US №7.102.731, МПК G03B 27/32, 2006 г. В данном патенте представлен метод контроля и настройки исследуемого проекционного объектива. Метод заключается в том, что в предметной плоскости исследуемого объектива располагается тест-объект, выполненный в виде массива пар взаимно перпендикулярных линий. Тест-объект освещается источником излучения на рабочей длине волны. Объектив формирует изображение тест-объекта в плоскости изображения. Далее анализируются искажения в изображении тест-объекта. Полученные результаты являются основой для настройки объектива. Также результаты измерений могут быть приведены к аберрациям волнового фронта, при этом настройка объектива осуществляется регулированием значений определенных коэффициентов Цернике. Дополнительно указано, что коэффициенты Цернике могут быть получены из прямых измерений волнового фронта указанного проекционного объектива. Но в данном методе отсутствует возможность контроля дисторции.
Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей в части полного контроля качества изображения.
Технический результат - возможность одновременного измерения дисторсии и других типов аберраций как проекционных объективов, так и объективов для дистанционного зондирования.
Это достигается тем, что в методе интерферометрического контроля на рабочей длине волны качества изображения и дисторсии оптических систем, включающем формирование излучения на рабочей длине волны, освещение тест-объекта, расположенного в предметной плоскости исследуемого объектива, прохождение излучения через исследуемый объектив, регистрацию искажений в изображении тест-объекта, обработки полученной информации и юстировки исследуемого объектива, в отличие от известного, формирование излучения осуществляют интерферометром в виде гомоцентрического пучка лучей, центр которого является тест-объектом, и его совмещают с предметной плоскостью исследуемого объектива, после прохождения исследуемого объектива происходит отражение пучка лучей от контрзеркала, которое обеспечивает условие падения лучей по нормали и возврат их через объектив обратно в интерферометр, где происходит сложение пучка лучей с эталонным волновым фронтом интерферометра и регистрация интерферограмм, определение искажения волнового фронта пучка лучей, дважды прошедшего через исследуемый объектив, при этом определяют положение центра пучка лучей, формируемых интерферометром, и контр-зеркала для каждой отдельной точки поля, и при определении волновых аберраций и дисторсии по всему полю изображения и глубине фокуса данный цикл действий повторяют для нескольких требуемых взаимно согласованных положений интерферометра и контрзеркала.
Блок-схема предлагаемой установки для интерференционного контроля объективов показана на чертеже.
Метод по данному изобретению заключается в том, что интерферометр формирует на рабочей длине волны гомоцентрический пучок лучей, центр которого является тест-объектом, и его совмещают с предметной плоскостью исследуемого объектива. Объектив отображает этот пучок лучей в пространство изображений, где он отражается от контрзеркала по нормали и возвращается через объектив обратно в интерферометр, где пучок складывают с эталонным волновым фронтом интерферометра и регистрируют интерферограмму. Определяют искажение волнового фронта пучка лучей, дважды прошедшего через исследуемый объектив, при этом производят измерение положения центра пучка лучей, формируемого интерферометром, и контрзеркала для каждой отдельной точки поля. Для проведения измерений по всему полю изображения и глубине фокуса данный цикл действий повторяют для нескольких требуемых взаимно согласованных положений интерферометра и контрзеркала, для чего перемещают интерферометр (или его отдельные узлы) и контрзеркало по трем независимым линейным или угловым координатам. Полученные данные обрабатывают с помощью ЭВМ и используют для юстировки исследуемого объектива
Устройство включает источник высококогерентного излучения - лазер, длина волны которого совпадает с рабочей длиной волны исследуемого объектива, и систему доставки излучения, которая направляет излучение в интерферометр, например, Тваймана-Грина. Конструкция устройства располагается на системе горизонтирования и виброгашения и содержит два портала, между которыми размещается исследуемый объектив. Верхний портал содержит двухкоординатную систему перемещения - подвижную платформу, на которой расположен анализатор волнового фронта - интерферометр, и высокоточные интерференционные датчики линейных перемещений. С помощью указанной подвижной платформы интерферометр имеет возможность перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси исследуемого объектива. Датчики линейных перемещений измеряют положение центра гомоцентрического пучка лучей интерферометра в направлениях двух осей перемещения интерферометра и в направлении оптической оси объектива. Дополнительно объектив интерферометра, формирующий гомоцентрический пучок лучей, имеет механизм фокусировки вдоль оси. Нижний портал имеет два варианта исполнения. Если исследуемый объектив является проекционным, то нижний портал включает трехкоординатную систему перемещения, несущую узел сферического контрзеркала, и трехкоординатную систему измерения перемещений. В противном случае нижний портал содержит устройство поворота плоского контрзеркала вокруг двух взаимно перпендикулярных осей и систему измерения углового положения. Метод определения дисторсии, масштаба изображения и фокусного расстояния основан на измерении линейных координат тест-объекта (центра гомоцентрического пучка лучей, формируемого интерферометром) в пространстве предметов и линейных координат сферического контрзеркала (или угловых координат плоского контрзеркала) в пространстве изображения. Результаты измерений подлежат математической компьютерной обработке и суммированию с результатами обработки интерферограмм для ряда точек поля зрения для расчета фотограмметрического масштаба изображения, фотограмметрической дисторсии, фотограмметрического фокусного расстояния и качества изображения объектива. Результаты измерений формы волнового фронта могут быть представлены в виде коэффициентов Цернике.
Таким образом, заявляемый интерферометрический метод позволяет получить достаточный объем информации для оценки качества изображения объектива, данные о качестве его сборки и юстировки.