[发明专利]可调节干涉位置测试装置及其测试方法

权利要求书

1.利用可调节干涉位置测试装置进行干涉位置的测量方法，该可调节干涉位置测试装置，包括：激光干涉仪(1)、分光镜(2)、分光棱镜(3)、计算机(4)、位置传感器1#(5)、位置传感器2#(6)、微机电系统反射镜(7)；所述的分光镜(2)的一面镀有增透膜(2(a))，另一面镀有半透半反膜(2(b))；所述的激光干涉仪(1)输出光经所述的分光镜(2)的增透膜(2(a))透射后，入射到所述的微机电系统反射镜(7)，经该微机电系统反射镜(7)反射后，射向待测试元件表面，经待测试元件表面反射后，沿原路返回，经微机电系统反射镜(7)反射后入射到所述的分光镜(2)，经该分光镜(2)的半透半反膜(2(b))分为反射光和透射光，所述的透射光由激光干涉仪(1)接收，所述的反射光入射到分光棱镜(3)，经该分光棱镜(3)分为第二反射光和第二透射光，所述的第二反射光由位置传感器2#(6)接收，所述的第二透射光由位置传感器1#(5)接收；所述的位置传感器2#(6)与分光棱镜(3)的间距和位置传感器1#(5)与分光棱镜(3)的间距不等；所述的激光干涉仪(1)的输出端与计算机(4)输入端相连，所述的位置传感器1#(5)的输出端和位置传感器2#(6)的输出端分别与计算机(4)的输入端相连，微机电系统反射镜(7)输入端与计算机(4)的输出端相连；其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将反射镜(8)固定在二维电动弧摆调节台上，且该二维电动弧摆调节台与计算机(4)相连，调节二维电动弧摆调节台，保证激光干涉仪(1)输出光依次经分光镜(2)、微机电系统反射镜(7)和反射镜(8)后，沿原路返回，并被激光干涉仪(1)接收；

2)使用直尺测量位置传感器2#(6)与分光棱镜(3)距离及测量位置传感器1#(5)与分光棱镜(3)距离，并计算距离差D；

3)调整放置位移传感器1#(5)的二维调整架，使该位移传感器1#(5)接收的光斑位于位移传感器1#(5)的中心，记录当前位置信号(X_o1，Y_o1)；调整放置位移传感器2#(6)的二维调整架，使该位移传感器2#(6)接收的光斑位于位移传感器2#(6)的中心，并记录当前位置信号(X_o2，Y_o2)；

4)转动二维电动弧摆调节台，使其沿着该二维电动弧摆调节台的X轴方向转动θ_x，记录此刻位移传感器1#(5)的当前位置信号与(X_o1，Y_o1)的相对位置偏转信号(X_x1，Y_x1)，记录位移传感器2#(6)的当前位置与(X_o2，Y_o2)的相对位置偏转信号(X_x2，Y_x2)；

计算X轴单位偏转向量公式如下：

式中，

n次转动不同偏转角并分别计算单位偏转向量，且n≥3，由于单位偏转向量和θ_x关系如下所示，n组数据可以使用最小二乘法拟合得到X轴方向偏转系数(A_x，B_x，C_x)；

A_x·x_x+B_x·y_x+C_x·z_x＝θ_x (2)

5)转动二维电动弧摆调节台，使其沿着该二维电动弧摆调节台的Y轴方向转动θ_y，记录此刻位移传感器1#(5)当前位置与(X_o1，Y_o1)的相对位置偏转信号(X_y1，Y_y1)，记录此刻位移传感器2#(6)当前位置与(X_o2，Y_o2)的相对位置偏转信号(X_y2，Y_y2)；

计算Y轴单位偏转向量公式如下：

式中，

n次转动不同偏转角并分别计算单位偏转向量，且n≥3，由于单位偏转向量和θ_y关系如下所示，n组数据可以使用最小二乘法拟合得到Y轴方向偏转系数(A_y，B_y，C_y)；

A_y·x_y+B_y·y_y+C_y·z_y＝θ_y (4)

6)转动二维电动弧摆调节台，使其沿着该二维电动弧摆调节台的X轴和Y轴方向分别转动θ_x和θ_y，记录此刻位移传感器1#(5)当前位置与(X_o1，Y_o1)相对位置偏转信号(X₁，Y₁)，记录此刻位移传感器2#(6)当前位置与(X_o2，Y_o2)处相对位置偏转信号(X₂，Y₂)；

计算X轴和Y轴单位偏转向量公式如下：

式中，

7)使用计算机(4)控制微机电系统反射镜(7)转动，使其先沿着微机电系统反射镜(7)的X轴方向转动再沿着微机电系统反射镜(7)的Y轴方向转动并记录此刻位移传感器1#(5)相对位置偏转信号和此刻位移传感器2#(6)的相对位置偏转信号，根据式(5)重新计算X轴和Y轴单位偏转向量直至

计算微机电系统反射镜(7)的单位转动向量公式如下：

式中，

n次转动不同偏转角并分别计算单位转动向量，且n≥3，由于单位转动向量和单位偏转向量关系如下式所示，式中E是调整系数矩阵，表示由单位偏转向量反算单位转动向量所乘系数，用最小二乘法拟合得到调整系数矩阵E，

8)将反射镜(8)移除光路，并在反射镜(8)位置处放置待测试元件，使该待测试元件固定在二维调整架，且该待测试元件表面法线方向与所述的激光干涉仪(1)的输出光方向相对，保证返回的光可以被激光干涉仪(1)接收，记录位移传感器1#(5)当前位置信号(X_eo1，Y_eo1)，记录位移传感器2#(6)当前位置信号(X_eo2，Y_eo2)，测量待测试元件与位移传感器1#(5)的光路距离K；

9)沿着测试方向移动待测试元件，计算机(4)记录此刻位移传感器1#(5)的当前位置信号与(X_eo1，Y_eo1)的相对位置偏转信号(X_e1，Y_e1)，记录位移传感器2#(6)的当前位置与(X_eo2，Y_eo2)的相对位置偏转信号(X_e2，Y_e2)；

计算X轴和Y轴单位偏转向量公式如下：

式中，

计算微机电系统反射镜(7)转动角度和转动角度公式如下：

10)计算机(4)控制微机电系统反射镜(7)沿着X轴转动角度沿着Y轴转动角度并记录当前激光干涉仪(1)测试的位移变化量ΔZ，根据公式(2)、公式(4)以及单位偏转向量计算偏转角θ_x和θ_y；

11)根据待测试元件运动得到测试过程中待测试元件测试位置x₀、y₀，根据公式拟合得到实际测试点位置x_r、y_r，公式如下：

12)使用转动角度对位移变化量ΔZ校准得到测试实际面形S，测试实际面形S与位移变化量ΔZ关系如下：