基于白光干涉显微镜的偏摆式非球面轮廓测量技术研究

发布时间：2017-04-05 15:14

  本文关键词：基于白光干涉显微镜的偏摆式非球面轮廓测量技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统的接触式摆臂轮廓仪在测量非球面镜轮廓时扫描探针与非球面镜表面直接接触,存在划伤待测元件表面的风险且探针的直径会引入测量误差。为实现非球面镜的非接触式测量,本文研究了基于白光干涉显微镜的非球面偏摆式轮廓测量技术,以光学探头扫描非球面镜轮廓获得各采样点曲率值从而恢复非球面镜的面形轮廓。第一,研究了白光干涉显微镜测量曲率半径值的准确性,提出了最小二乘法拟合面形轮廓的计算方法,测量了标准球面镜,接触式探针等各类具有代表性元件的曲率半径值。结果表明,白光干涉显微镜测量曲率半径值是准确的。第二,为了给非接触偏摆式非球面镜测量方案提供参考,并对比检测结果。采用接触式轮廓仪对非球面镜与标准球面镜进行了面形检测。分析了接触式轮廓仪面形检测结果。结果表明,非球面镜以及标准球面镜的接触式轮廓仪检测结果与其名义值吻合。第三,基于白光干涉显微镜,设计了非接触偏摆式非球面镜轮廓测量方案。提出了坐标补偿法对采样点横向坐标值进行补偿,基于曲率半径值使用积分法和拟合法进行面形恢复。与接触式轮廓仪轮廓测量结果相比非接触偏摆式轮廓测量结果中：标准球面镜测量结果准确,曲率半径值为49.97mm,面形偏差PV=95.2nm, RMS=27.6nm;非球面镜的检测结果中,双曲面镜测量结果准确,顶点曲率半径值为26.93mm,面形偏差PV=73.3nm, RMS=21.6nm。第四,针对非接触偏摆式非球面轮廓测量方法检测双曲面镜面形结果准确而检测抛物面镜面形结果存在误差的问题,进行了误差分析。结果表明抛物面镜测量结果存在误差的主要原因是抛物面各点曲率半径值超过干涉显微镜曲率半径测量阈值,与测量方案和算法本身无关。双曲面镜与球面镜测量结果的准确性说明了基于白光干涉显微镜的非球面偏摆式轮廓测量法的可行性。给出了方案的适用范围,即待测非球面镜面形轮廓各点处的曲率半径值不能超过干涉显微镜的曲率半径测量阈值。
【关键词】：非球面镜 偏摆式轮廓检测 白光显微干涉 面形恢复
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH742
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 非球面镜轮廓测量的国内外研究现状10-15
• 1.2.1 直角坐标轮廓检测10-12
• 1.2.2 基于曲率测量的非球面轮廓检测12
• 1.2.3 摆臂式轮廓测量系统12-15
• 1.3 课题来源和研究内容15-17
• 2 白光干涉显微镜测量曲率半径值准确性研究17-41
• 2.1 白光干涉显微镜测量原理17-21
• 2.1.1 Mirau形干涉显微物镜17-19
• 2.1.2 提取干涉零位的解算方法19-21
• 2.2 干涉显微镜系统标定与系统像差消除21-24
• 2.2.1 系统标定21-22
• 2.2.2 系统像差消除22-24
• 2.3 干涉显微镜测量曲率半径值的准确性24-28
• 2.3.1 曲率半径的测量范围24-27
• 2.3.2 主要影响因素27-28
• 2.4 视场子口径拼接28-32
• 2.4.1 传统子孔径拼接技术29-30
• 2.4.2 改进的高阶消离焦子孔径拼接技术30-32
• 2.5 干涉显微镜测量各类球面镜结果32-40
• 2.5.1 最小二乘法拟合32-34
• 2.5.2 算法拟合仿真34-35
• 2.5.3 Taylor-Hobson球形扫描探针35-36
• 2.5.4 Taylor-Hobson标定球与Askania标准球面镜36-40
• 2.6 本章小结40-41
• 3 接触式轮廓仪测量非球面轮廓41-52
• 3.1 调轴重合41-47
• 3.1.1 偏心距计算42-45
• 3.1.2 非球面调轴重合45-47
• 3.2 接触式轮廓仪扫描非球面镜面形轮廓47-49
• 3.3 接触式轮廓仪扫描球面镜面形轮廓49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 4 非接触偏摆式测量非球面轮廓52-81
• 4.1 总体方案52-56
• 4.1.1 消除载物台倾斜与俯仰52-53
• 4.1.2 寻找待测非球面的顶点53-55
• 4.1.3 非接触偏摆式扫描55-56
• 4.2 坐标补偿算法56-62
• 4.2.1 补偿模形56-59
• 4.2.2 补偿计算59-62
• 4.3 面形恢复算法62-64
• 4.3.1 积分法62-63
• 4.3.2 拟合法63-64
• 4.4 面形恢复算法仿真64-66
• 4.4.1 积分法面形恢复仿真64-65
• 4.4.2 拟合法面形恢复仿真65-66
• 4.5 实际面形恢复66-74
• 4.5.1 待测非球面镜积分法恢复面形66-70
• 4.5.2 待测非球面镜拟合法恢复面形70-74
• 4.6 非接触偏摆式测量球面面形轮廓74-79
• 4.6.1 标准球面镜积分法恢复面形74-77
• 4.6.2 标准球面镜拟合法恢复面形77-79
• 4.7 本章小结79-81
• 5 检测结果研究分析81-89
• 5.1 标准球面镜测试结果分析81
• 5.2 非球面镜测试结果分析81-88
• 5.2.1 非球面测试结果对比81-83
• 5.2.2 非球面顶点的定位误差83-84
• 5.2.3 干涉显微镜可测曲率半径阈值84-86
• 5.2.4 横向分辨率误差86-87
• 5.2.5 表面疵病与折射率87-88
• 5.3 本章小结88-89
• 6 总结与展望89-91
• 6.1 本文的主要工作和创新点89-90
• 6.2 展望90-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-96
• 附录96

【参考文献】

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1 张伟;王f

本文编号：287225