[发明专利]干涉仪位移测量系统及方法

说明书

本发明提供一种干涉仪位移测量系统及方法，其中的系统包括：测量光经第一偏振分光棱镜、第一1/4波片、第一分光棱镜、光波导组件以及反射装置的处理后，返回第一光电探测器和第二光电探测器中；参考光经第二偏振分光棱镜、第二1/4波片、第二分光棱镜以及反射镜的处理后，返回至第一光电探测器和第二光电探测器中；第一光电探测器根据处理后的测量光和参考光形成测量信号，第二光电探测器根据处理后的测量光和参考光形成参考信号；根据测量信号和参考信号确定待检测物体的位移信息。利用上述发明能够减小位移测量误差、提高测量精度和测量范围。

技术领域

本发明涉及精密位移测量技术领域，更为具体地，涉及一种干涉仪位移测量系统及方法。

背景技术

精密测量是精密加工的基础，尤其对于IC装备，纳米级甚至亚纳米级的分辨率成为精密测量的标准和要求，目前是激光干涉仪和光栅干涉仪作为精密测量的研究对象，对其分辨率的要求也越来越高。

但在实际位移测量过程中，由于物体运动等因素会引起光栅或者反射镜产生微小转角，由于在干涉光斑范围内出现了条纹，直接用光电探测器探测干涉的光斑，信号质量会比较差。目前，解决信号质量不好的问题的方法主要是利用光学元件将有夹角的光束变为平行光束，这样在干涉区域的条纹会被消除，但还是存在光斑分离的情况。由于光斑分离，在大行程测量的使用场景中，光斑的尺寸需要增大。相较于小光斑，大光斑不仅使得测量转角范围小，而且光束的波前质量因环境更差。由于测量信号的质量直接影响测量结果，同时光束的波前质量也影响着测量精度，这些问题在实际测量过程中亟需解决。

针对上述问题，专利US6020964A、专利US6980279B2均采用角锥棱镜回光，进入角锥棱镜的光与出射的光平行，保证最后返回的光与入射的光平行，避免了夹角干涉，但是这样使得干涉仪的结构大且当测量行程一定大的时候产生光斑分离。此外，专利US6897962B2发布了一种八倍细分的干涉仪，利用角锥棱镜回光和大光斑测量可以使得两光斑始终在测量行程中始终有重叠区域，但大光斑同时存在问题，光斑的波前更容易受空气扰动等因素的影响，导致测量精度低、适用范围小。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种干涉仪位移测量系统及方法，以解决目前的干涉仪所存在的体积大、检测质量差、准确度低、适用范围小等问题。

本发明提供的干涉仪位移测量系统，包括：用于发射测量光的第一激光光源、依次设置在第一激光光源一侧的第一偏振分光棱镜、第一光电探测器、第一1/4波片、第一分光棱镜、光波导组件以及反射装置，待检测物体固定在反射装置上；以及，用于发射参考光的第二激光光源、依次设置在第二激光光源一侧的第二偏振分光棱镜、第二光电探测器、第二1/4波片、第二分光棱镜以及贴设在第二分光棱镜侧的反射镜；测量光经第一偏振分光棱镜、第一1/4波片、第一分光棱镜、光波导组件以及反射装置的处理后，返回第一光电探测器和第二光电探测器中；参考光经第二偏振分光棱镜、第二1/4波片、第二分光棱镜以及反射镜的处理后，返回至第一光电探测器和第二光电探测器中；第一光电探测器根据处理后的测量光和参考光形成测量信号，第二光电探测器根据处理后的测量光和参考光形成参考信号；根据测量信号和参考信号确定待检测物体的位移信息。

此外，优选的技术方案是，光波导组件包括透镜固定元件、设置在透镜固定元件内的第一平凸透镜和第二平凸透镜、位于第一平凸透镜和第二平凸透镜之间的波导光纤和反射膜层；其中，透镜固定元件为玻璃件，反射膜层贴设在透镜固定元件的靠近反射装置一侧的右端面上。

此外，优选的技术方案是，第一平凸透镜距离透镜固定元件的左端面的距离为第一焦距，第二平凸透镜距离透镜固定元件的右端面的距离为第二焦距；第一焦距和第二焦距相等。