[发明专利]一种利用小孔衍射波进行待测件定位的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，涉及一种利用小孔衍射波进行待测件定位的装置及方法。

背景技术

高精度干涉仪表面测量变得越来越重要，不但在传统的光学制造领域，而且在像光盘面或者半导体晶体面这样的新领域。pv值在亚纳米范围的检测精度要求越来越多。随着现代工业和科学技术的飞速发展，特别是近代大规模集成电路技术的不断提高，对系统的精度要求日益提高。在光刻系统中，越来越短的波长要求我们使用更高精度的光刻物镜。在这之前我们需要更高精度的检测技术来满足加工及系统集成的需要。光学面形高精度检测技术是极大规模集成电路及成套设备制造工艺中关键技术之一。同时随着科学技术的不断发展，大口径光学系统在天文光学、空间光学、空间目标探测与识别、惯性约束聚变(ICF)等高技术领域得到了越来越广泛的应用，因此大口径光学元件的制造需要与之精度相适应的检测方法和仪器。

目前大口径光学元件的表面加工质量一般是使用大口径的移相干涉仪，这就要求要有一块与被测元件尺寸相同或者更大的标准面形，而这样一个高精度的标准表面，不仅加工难度极大，而且制造周期长，制造成本高，这些都无形地增加了检测的成本和难度。为了寻求一种低成本的检测手段，国外在20世纪80年代开展了子孔径拼接这一方案的研究，即使用小口径、高精度、高分辨率的干涉仪通过相关拼接技术来复原大口径光学元件的波前相位数据，这是一项新的高精度、大孔径面形检测手段，它既保留了干涉测量的高精度，又免去了使用与全孔径尺寸相同的标准波面，从而大大降低了成本，同时还可以获得大孔径干涉仪所截去的波面高频信息。

目前位移和定位测量主要有光栅尺，位移传感器等测试装置。

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

光栅尺，也称为光栅尺位移传感器，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。

在高精度测试中，子孔径拼接过程和高精度面形检测技术中，待测件在干涉仪上的定位精度，待测件在子孔径拼接过程中运动精度对检测精度有较大的影响。

待测件在检测过程中，面形检测结果与待测件在检测装置上的位置需精确对应，面形检测结果与光学加工装置上的位置需精确对应，面形检测结果与装配上的位置需精确对应。以上三点是保证光学系统波像差达到纳米量级的关键技术之一。

高精度测长干涉仪主要以雷尼绍，安捷伦等国外公司的产品居多。

在子孔径拼接干涉检测技术中，待测件的安装定位过程，绝对标定过程，拼接过程都需要高精度的定位和位移测量装置，在本发明中，提出了一种利用小孔衍射波进行待测件定位的方法，其中关键部件掩模版包含小孔或小孔阵列，根据小孔周围反射光的变化判断待测件的对准情况。本发明同样可以用于机床，加工设备，装配等其他领域。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提高测量精度，本发明的目的是提供一种利用小孔衍射波进行待测件定位的装置及方法，以实现高精度定位和位移测量。

为达成所述目的，本发明提供一种利用小孔衍射波进行待测件定位的装置，包括：激光器、滤波孔、第一聚光镜、空间滤波器、扩束镜、λ/2波片、λ/4波片、衰减片、第二聚光镜、掩模版、待测件、平移台、转台、第三聚光镜、探测器、计算机。其中：滤波孔放置在激光器的出光口，第一聚光镜放置在滤波孔和空间滤波器中间，滤波孔放置的位置为物面位置，空间滤波器放置在像面位置；空间滤波器同时放置在扩束镜的前焦点，λ/2波片、λ/4波片依次放置在扩束镜后面，其中滤波孔、第一聚光镜、空间滤波器、扩束镜、λ/2波片、λ/4波片的中心都在同一光轴上，λ/2波片、λ/4波片平行于扩束镜,衰减片、第二聚光镜与λ/4波片同一光轴，第二聚光镜放置在衰减片后面，掩模版固定在待测件侧面，待测件放置在平移台上面，平移台放置在转台上面。探测器放在第三聚光镜后面；计算机与探测器连接；