[发明专利]一种高精度的恒姿态曲面调焦装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及在曲面基底上进行调焦的装置，尤其涉及一种高精度的恒姿态曲面调焦装置及其方法。

背景技术

传统的对焦方法和装置包括很多种，常见的如像散法调焦装置，偏心光路法调焦装置，斜光束调焦装置，刀刃调焦装置等，已广泛应用在如CD机，激光唱机等需要调焦的系统中。虽然这些方法和装置简单实用，且有着较高的调焦精度，但一般只能适用于加工或检测平面物体，难以适用于曲面。

在曲面物体或基片上进行调焦也可以通过变姿态曲面调焦方法和装置来实现，也即物体(基片)或光刻物镜两者或其中之一姿态实时可动，以保持物体检测表面和光刻物镜之间时刻保持垂直；调焦方法则类似于平面调焦。该装置原理简单，但其为实现物体表面和光刻物镜时刻保持垂直而使装置的光路、机械结构等很复杂，控制难度大，成本高，使其难以成为曲面调焦的主流方法和装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度的恒姿态曲面调焦装置及其方法。

高精度的恒姿态曲面调焦装置中的光刻物镜绑定在压电陶瓷上，光刻物镜光路上设有分束器，分束器与光刻物镜的光轴成45度夹角，在分束器成45度夹角的方向上依次设有检测物镜、针孔、调焦探测器，针孔绑定在调制机构；平行光束入射至分束器，入射的平行光束经分束器透射后入射至光刻物镜，光刻物镜将入射光聚焦至待测曲面基片，待测曲面基片将光反射回至光刻物镜，再入射至分束器，分束器将光反射至检测物镜，检测物镜将光束聚焦至针孔，经针孔再入射至调焦探测器。

所述的调制机构为音圈电机、压电执行器或电致执行器。调焦探测器为光电池、光电二极管、光电三极管或PIN管。针孔在调焦工作时处于振动状态。光刻物镜在调焦工作时处于振动状态。

用于曲面光刻的恒姿态曲面调焦的方法为：入射的准直光束经光刻物镜会聚在曲面基片表面，当准焦时，曲面基片的反射光束经光刻物镜后呈平行光束，平行光束受基片曲率影响将发生侧向偏移，但偏移的平行光束经分束器和检测物镜后仍将会聚在针孔上，动态调制的针孔使探测器得到对称摆动的能量信号；当离焦时，反射光束的会聚点将落在针孔前后，探测器能量信号的对称性将破坏，它使信号同时蕴含离焦方向和离焦大小的信息；控制系统根据上述信息产生反馈动作，即驱使压电陶瓷作补偿离焦的运动，最终使系统得以保持准焦。

本发明有益效果是：在保持高精度的前提下，通过本发明的恒姿态曲面调焦装置和调焦方法，使得装置光学、机械结构及电气控制等得到最简化，更加可靠实用。

附图说明

图1恒姿态曲面调焦方法与装置的总体结构示意图，图中：曲面基片1、压电陶瓷2、光刻物镜3、分束器4、调制机构5、调焦探测器6、针孔7、检测物镜8；

图2恒姿态曲面调焦方法信号波形图，图中：(a)正弦调制信号(b)系统准焦时的调焦探测器信号(c)系统正离焦时的调焦探测器信号(d)系统负离焦时的调焦探测器信号；

图3恒姿态曲面调焦方法原理框图。

具体实施方式

针对变姿态曲面调焦装置为实现曲面基片表面和光刻物镜光轴时刻保持垂直而带来的结构、控制复杂、成本高等弊端，发明了恒姿态曲面调焦装置及调焦方法。该曲面调焦装置和调焦方法可保持曲面基底和光刻物镜两者姿态不变，且能实现高精度调焦。

如图1所示，高精度的恒姿态曲面调焦装置中的光刻物镜3绑定在压电陶瓷2上，光刻物镜光路上设有分束器4，分束器与光刻物镜的光轴成45度夹角，在分束器成45度夹角的方向上依次设有检测物镜8、针孔7、调焦探测器6，针孔7绑定在调制机构5；平行光束入射至分束器4，入射的平行光束经分束器4透射后入射至光刻物镜3，光刻物镜将入射光聚焦至待测曲面基片1，待测曲面基片将光反射回至光刻物镜3，再入射至分束器4，分束器将光反射至检测物镜8，检测物镜将光束聚焦至针孔7，经针孔再入射至调焦探测器6。所述的调制机构5为音圈电机、压电执行器或电致执行器。调焦探测器6为光电池、光电二极管、光电三极管或PIN管。针孔7在调焦工作时处于振动状态。

用于曲面光刻的恒姿态曲面调焦的方法为：入射的准直光束经光刻物镜会聚在曲面基片表面，当准焦时，曲面基片的反射光束经光刻物镜后呈平行光束，平行光束受基片曲率影响将发生侧向偏移，但偏移的平行光束经分束器和检测物镜后仍将会聚在针孔上，动态调制的针孔使探测器得到对称摆动的能量信号；当离焦时，反射光束的会聚点将落在针孔前后，探测器能量信号的对称性将破坏，它使信号同时蕴含离焦方向和离焦大小的信息；控制系统根据上述信息产生反馈动作，即驱使压电陶瓷作补偿离焦的运动，最终使系统得以保持准焦。