[发明专利]大距离光线平行调整的装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于光电检测技术领域，特别涉及一种光线之间平行度的高精度调整。利用调整后的平行光束可以进行两直线导轨的平行度测量，还可以进行直线导轨副本身的滚转角测量。

背景技术

步进扫描光刻机掩模板工件台和硅片工件台导轨的平行装调可以利用平行光线进行平行度检测，其中光线的平行性是直接影响到装调的结果的可靠性。另外，数控机床直线导轨副需要进行滚转角测量，而最简单的光学测量方法是利用平行光线进行测量。尽管通过两个五角棱镜能使光线产生平行光线，但由于五角棱镜只能保证有一个方向的垂直，很难得到两束光线平行性在1弧秒以下。

本发明的目的在于提供一种具有通用性、大距离的激光平行性调整装置和方法，调整精度优于1弧秒。利用此方法得到的平行光线可以用于大距离导轨之间的平行性装调和导轨本身的滚转角测量。

发明内容

大距离光线平行调整的装置是：准直激光器发出高稳定性的准直激光，经过偏振分光器分光。其中偏振分光器的反射光路上放置一个λ/4波片，波片的快轴方向与激光的偏振方向成45°，再入射到一个平面反射镜上。而在偏振分光器的透射光路上放置另外一个λ/4波片，波片的快轴方向与激光的偏振方向也成45°，再通过一个二维可调平面反射镜反射，使其反射方向与偏振分光器的反射光平行入射到一平面反射镜上。其特征在于：此平面反射镜放置在一个直线导轨的导轨副上，此导轨副也能进行二维小角度调节。在此导轨副上，放置了高精度电子水平仪，在直线导轨的一端放置了自准直仪，此两者用来监测导轨副移动后二维角度的变化。使经过移动后的平面反射镜，通过调整导轨副，能回到原来的初始状态。

所述的平面反射镜还可以放置在竖直方向的一个导轨副上，在导轨副上放置一个二维的电子水平仪进行监测导轨副二维角度的变化。

所述的准直仪可以为多自由度准直系统。

所述的装置可以通过增加偏振分光镜和λ/4波片调整多束大距离光线之间的平行性。

所述的装置可以通过在两出射平行光线上分别放置一个四象限探测器，进行滚转角测量或者两导轨之间平行度的测量。

本发明的大距离光线平行调整方法步骤为：

(1)准直激光器发出稳定激光通过偏振分光器分光，分为垂直线偏振S和平行线偏振P激光；

(2)用纸板挡住偏振分光器的透射光P，使垂直线偏振激光S透过一个λ/4波片，变成圆偏振光，入射到一个平面反射镜上，其中λ/4波片的快轴与S偏振方向成45°；

(3)上述的平面反射镜放置在一直线导轨副上，导轨副上还放置一个高精度电子水平仪，可以读出导轨副在Y方向上的倾斜角，记下此时的倾斜角读数，并在导轨副上放置另外一个平面反射镜(第二个平面反射镜)，在导轨的一端放置一个高精度准直仪，第二个平面反射镜用作准直仪的靶镜，记下准直仪的读数。

(4)保持其它不动，调整第一个平面反射镜使圆偏振光线逆向返回第二次透过λ/4波片，此时光线由圆偏振光变成线偏振光，但偏振方向旋转了90°，因此，光线透过偏振分光器和透镜，入射到探测器上，并使光线入射到探测器的中心位置，记下读数。

(5)把偏振分光器后面的纸板拿开，放在偏振分光器的反射光路上挡住偏振分光器的反射光S。偏振分光器的透射光P透过另外一个λ/4波片，其中λ/4波片的快轴与P偏振方向成45°，透过此λ/4波片的偏振光也变成圆偏振光，再通过第三个平面反射镜反射，第三个平面反射镜固定在一个二维调节装置上。

(6)导轨副上所有器件随着导轨运动到合适位置(两平行光线距离)，这时导轨副相对于初始位置在X和Y方向上有微小的角度变动，所以电子水平仪和靶镜都有微小变动。

(7)保持导轨副上所有器件相对不动，分别调整导轨副在X和Y方向上的角度偏移，使电子水平仪和准直仪的读数分别与第一次记下的数值相同。

(8)这时第一个平面反射镜使第三个平面反射镜反射的圆偏振光线逆向返回来，再经过第三个平面镜，第二次透过λ/4波片，使圆偏振光变成了线偏振光，但其振动方向旋转了90°，因此光线经过偏振分光器反射，透过透镜，入射到探测器上。

(9)调节二维可调的第三个平面反射镜，使逆向入射到探测器上的光点的位置读数与上述记下的读数相同。

(10)撤走以上所述的挡光纸板、准直仪和用来辅助调整的导轨以及导轨上所有东西，则两出射光线为平行光线。