CN105388000B - 有限距成像***垂轴放大率的测量方法 - Google Patents
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Abstract
有限距成像***垂轴放大率的测量方法，涉及光学***检测领域，解决现有光学***的垂轴放大率测量方法需要借助在物像面安置小孔板的方式，存在执行成本高，且不易控制实现的问题，在光学***中载入带标记的光学元件面形，对光学***进行优化，建立修正后的光学***模型；通过***物平面的位移量和与像平面的位移量的比例关系，计算轴向放大率；根据垂轴放大率和轴向放大率的关系，计算垂轴放大率，并建立计算垂轴放大率与设计的垂轴放大率的对应关系；确定光学***物平面的位移量的区间和光学***像平面的初始位置；采用修正后的模型，对实际光学***进行装配和装调；获得实际光学***的垂轴放大率。本发明操作简便、快捷，且具有较高的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及光学***检测领域，具体涉及一种有限距成像***垂轴放大率测量方法，可应用于光学***垂轴放大率测量。
背景技术
光学***的像差矫正通常基于特定的物像共轭点，即在满足特定的***垂轴放大率需求的前提下完成。
对于如光刻***等有限距光学***而言，***波像差和垂轴放大率均是衡量其成像质量的关键指标。
传统的超高精度的垂轴放大率测试需要借助在物像面安置小孔板的方式获得，执行成本很高，且不易控制和实现。
发明内容
本发明为解决现有光学***的垂轴放大率测量方法需要借助在物像面安置小孔板的方式存在执行成本高，且不易控制实现的问题，提供一种有限距成像***垂轴放大率的测量方法。
有限距成像***垂轴放大率的测量方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、在光学软件设计的光学***中载入带标记的光学元件面形，并对所述的光学***进行优化，建立修正后的光学***模型；
步骤二、在步骤一所述的光学***模型中，通过所述光学***物平面的位移量和与光学***像平面的位移量的比例关系，计算所述光学***的轴向放大率；
步骤三、根据光学***的垂轴放大率β和步骤二中获得的光学***的轴向放大率的关系，计算所述光学***的垂轴放大率β，并建立所述计算光学***的垂轴放大率β与步骤一中光学软件设计的光学***的垂轴放大率β′的对应关系；
步骤四、根据步骤三中所述的光学***的垂轴放大率β与光学软件设计的光学***的垂轴放大率β′的对应关系，确定光学***物平面的位移量的区间和光学***像平面的初始位置；
步骤五、采用步骤一中修正后的光学***模型，对实际光学***进行装配和装调；
步骤六、在完成装调的光学***上，通过光学***物平面的位移量和光学***像平面的位移量的比例关系，计算实际光学***的轴向放大率，并计算实际光学***的垂轴放大率。
本发明的有益效果：本发明提供的一种有限距成像***垂轴放大率的测量方法，可以在***波像差检测过程中完成垂轴放大率测量，操作简便、快捷，且具有较高的测量精度。
本发明通过带标记的面形检测对理想***进行修正，使得修正后的模型能正确的表征实际***的波前特性，通过对模型中元件的曲率半径、镜间距、物像点定位精度等的公差分析，可以对实测的***垂轴放大率进行有效的修正，提高***垂轴放大率测量结果的可靠性。
本发明所述的垂轴放大率的测量方法中，通过带标记的面形检测对理想***进行修正，使得修正后的模型能正确的表征实际***的波前特性，通过对模型中元件的曲率半径、镜间距、物像面定位精度等的公差分析，可以对实测的***垂轴放大率进行有效的修正，提高***垂轴放大率测量结果的可靠性；
本发明所述方法在光学***装调和***波像差检测过程中即可实现高精度的***垂轴放大率测量，适用于有限距的折射式、反射式或折反射式光学***的垂轴放大率测量。
附图说明
图1为本发明所述的有限距成像***垂轴放大率测量方法中光学***垂轴放大率测量模型示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，有限距成像***垂轴放大率测量方法，该方法包括以下步骤：
一、在光学软件设计的理想光学***中载入相应的带标记的元件面形，并对***进行优化，建立修正的***模型；
二、在模型中，通过光学***物平面的微小位移量和与之对应的光学***像平面微小位移量的比例关系计算光学***的轴向放大率；
三、根据光学***的垂轴放大率和轴向放大率的关系，推算出光学***垂轴放大率，建立计算的光学***垂轴放大率β与光学软件给出的垂轴放大率β′的对应关系；
四、根据对应关系确定光学***物平面微小移动量的区间和光学***像平面的初始位置；
五、采用修正后的模型指导光学***的装配和***的精密装调；
六、在完成装调的***上，通过光学***物平面的微小位移量和与之对应的光学***像平面微小位移量的比例关系，计算实际光学***的轴向放大率，并计算实际光学***的垂轴放大率。
本实施方式中，还包括分析元件曲率半径、元件的间隔公差以及物平面和像平面的定位精度，给出实际测量获得的垂轴放大率的分布空间；完成光学***的垂轴放大率测量，并根据β与β′的对应关系，对实测的垂轴放大率进行修正，修正后的垂轴放大率为实际***物点在确定物距下的垂轴放大率。
本实施方式中，步骤一所述的在理想的光学***中载入相应的光学元件面形主要过程为：
A、带标记的光学元件面形检测；
B、将检测获得的光学元件面形载入到理想光学元件中的对应光学面上，完成携带元件面形的光学***的建立；
C、通过对***的优化，建立修正后的光学***模型。
步骤一中所述的光学软件可以为Code V或Zemax。
本实施方式中，步骤二所述的通过光学***物平面的微小位移量和与之对应的光学***像平面微小位移量的比例关系计算***的轴向放大率，具体过程为：
a.物平面沿光轴移动一微小距离ΔL，***的像平面将移动相应的距离ΔL′，通常定义两者之比为轴向放大率α，即α＝ΔL′/ΔL；
b.对牛顿公式进行微分处理，结合物方焦距和像方焦距的关系给出光学***的轴向放大率α与光学***垂轴放大率β的关系：α＝β2，进而计算出***垂轴放大率β。
具体实施方式二、结合图1说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的有限距成像***垂轴放大率测量方法的实施例：
一、本实施方式所述的光学元件检测是***垂轴放大率测量模型建立的前提条件，为了记录光学***机械装配过程中各光学元件在垂直于光轴方向的旋转位置关系，保证现实光学***与模型中的光学元件旋转位置关系的一致性，在检测过程中对光学元件进行标记；
二、将检测获得的光学元件面形以Zernike系数的形式载入到光学软件设计的光学***中对应的光学元件表面上，用以对光学***进行修正，使得修正后的光学***模型能够有效的表征现实的光学***状态；
三、在模型中，通过光学***物平面的微小位移量和与之对应的光学***像平面微小位移量的比例关系计算***的轴向放大率，具体过程为：物平面沿轴从O点移动有限距离ΔL-1到O-1，相应的像平面从I点移动至I-1点，移动距离为ΔL′-1，轴向放大率可以表示为α1＝ΔL′-1/ΔL-1＝β0β-1(1)
其中，β0为物点处于物距为L0时的垂轴放大率，β-1为物平面移动ΔL-1后物点处于物距为L-1的垂轴放大率。同理：
α2＝ΔL′+1/ΔL+1＝β0β+1 (2)
α3＝(ΔL′-1+ΔL′+1)/(ΔL-1+ΔL+1)＝β-1β+1 (3)
其中，β+1为物平面移动ΔL+1(从O点移动至O+1)距离后物点处于物距为L+1时的垂轴放大率。利用公式(1)、(2)和(3)分别算得物点处于三个不同物距处的垂轴放大率β0、β-1和β+1。
四、确定物平面微小移动量的区间范围，选取合适的微小移动量；
五、确定***波像差中的初始离焦量，选取合适大小的初始离焦量，通过减小离焦量的变化监控物点移动微小量后像点的移动距离，即确定光学***像平面的位置；
六、建立计算获得的垂轴放大率β与光学软件给出的垂轴放大率β′的对应关系，用以对实测的垂轴放大率进行修正；
表1为***垂轴放大率测量模型的应用效果，主要包含以下步骤
表1
| β-1 | β0 | β+1 | |
| 软件给出的***垂轴放大率 | -0.20169±0.00027 | -0.20169±0.00027 | -0.20169±0.00028 |
| 实际测量的***垂轴放大率 | -0.202291 | -0.201922 | -0.201942 |
七、分析元件曲率半径、元件的间隔公差以及物平面和像平面的定位误差对***垂轴放大率的影响，给出***实测的垂轴放大率的分布区间；
八、通过建立计算获得的垂轴放大率β与光学软件给出的垂轴放大率β′的对应关系，对实际测量的光学***的垂轴放大率的修正。
Claims (7)
1.有限距成像***垂轴放大率的测量方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
步骤一、在光学软件设计的光学***中载入带标记的光学元件面形，并对所述的光学***进行优化，建立修正后的光学***模型；
步骤二、在步骤一所述的光学***模型中，通过所述光学***物平面的位移量和与光学***像平面的位移量的比例关系，计算所述光学***的轴向放大率；
步骤三、根据光学***的垂轴放大率β和步骤二中获得的光学***的轴向放大率的关系，计算所述光学***的垂轴放大率β，并建立所述计算光学***的垂轴放大率β与步骤一中光学软件设计的光学***的垂轴放大率β′的对应关系；
步骤四、根据步骤三中所述的光学***的垂轴放大率β与光学软件设计的光学***的垂轴放大率β′的对应关系，确定光学***物平面的位移量的区间和光学***像平面的初始位置；
步骤五、采用步骤一中修正后的光学***模型，对实际光学***进行装配和装调；
步骤六、在完成装调的光学***上，通过光学***物平面的位移量和光学***像平面的位移量的比例关系，计算实际光学***的轴向放大率，并计算实际光学***的垂轴放大率。
2.根据权利要求1所述的有限距成像***垂轴放大率的测量方法，其特征在于，在步骤六之后，还包括分析元件曲率半径、间隔公差以及光学***物平面和光学***像平面的定位精度，获得实际测量的光学***的垂轴放大率的分布空间的步骤，以及根据光学***的垂轴放大率β与光学软件设计的光学***的垂轴放大率β′的对应关系，对实际测量的光学***的垂轴放大率进行修正，修正后的光学***的垂轴放大率为实际光学***物点在确定物距下的垂轴放大率的步骤。
3.根据权利要求1所述的有限距成像***垂轴放大率的测量方法，其特征在于，步骤一中，具体过程为：对带标记的光学元件面形检测；将检测的光学元件面形载入到光学元件中的对应光学面上，完成携带光学元件面形的光学***的建立；通过对光学***的优化，建立修正后的光学***模型。
4.根据权利要求1所述的有限距成像***垂轴放大率的测量方法，其特征在于，步骤二中，通过所述光学***物平面的位移量和与光学***像平面的位移量的比例关系，计算所述光学***的轴向放大率；具体过程为：
光学***物平面沿光轴移动距离为ΔL，光学***的像平面将移动相应的距离ΔL′，定义ΔL与ΔL′之比为光学***的轴向放大率α，即α＝ΔL′/ΔL。
5.根据权利要求1所述的有限距成像***垂轴放大率的测量方法，其特征在于，步骤三中，对牛顿公式进行微分处理，根据光学***物方焦距和光学***的像方焦距的关系，获得光学***的轴向放大率α与光学***的垂轴放大率β的关系：α＝β2，计算光学***的垂轴放大率β。
6.根据权利要求1所述的有限距成像***垂轴放大率的测量方法，其特征在于，步骤四所述的光学***像平面的初始位置由光学***波像差中离焦量确定，选取初始离焦量，通过减小离焦量，监控光学***物平面的移动量后像的移动距离，确定光学***像平面的位置。
7.根据权利要求1所述的有限距成像***垂轴放大率的测量方法，其特征在于，步骤一中所述的光学软件为Code V或Zemax。
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