CN114364948A - 测量系统及光栅图案阵列 - Google Patents

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Abstract

本公开内容的实施方式包括测量系统和光栅图案阵列。测量系统包括多个子系统，用于产生基板上的光栅区域的衍射图案或放大现实图像。测量系统配置为反射和透射光，且经反射和经透射的光束产生衍射图案和放大的图像。衍射图案和图像提供有关光栅区域的光栅间距和角度的信息。设置在基板上的光栅图案阵列包括主要区域和参考区域。参考区域用于定位对应的主要区域。测量系统不包括旋转台，且因此不需要精确控制台的旋转。

Description

测量系统及光栅图案阵列
技术领域
本公开内容的实施方式关于一种设备，并且更具体地，关于一种测量系统和光栅图案阵列。
背景技术
虚拟现实(VR)通常被认为是由电脑产生的模拟环境，其中使用者具有明显的实体存在。可以通过3D形式产生VR体验，并可使用头戴式显示器(HMD)(诸如眼镜或具有近眼显示面板作为镜片的其他可穿戴式显示装置)进行观看，以显示替代实际环境的VR环境。
然而，增强现实(AR)实现了这样一种体验，其中使用者仍然可透过眼镜或其他HMD装置的显示镜片观看以查看周围环境，还可看到用于显示而产生并作为环境的一部分出现的虚拟物品的图像。AR可包括任何类型的输入，诸如音频和触觉输入，及强化或增强使用者体验的环境的虚拟图像、图形和视频。为了实现AR体验，将虚拟图像覆盖在周围环境中，并由光学装置执行覆盖。所制造的光学装置倾向具有不均匀的性质，其必须被考虑以确保光学装置的适当功能，从而需要精确测量光栅参数，诸如光栅角度和光栅间距。
本领域中的测量系统的一个缺点是需要对所测量的基板进行精确的角度控制。使入射光反射离开表面的传统光学测量系统需要旋转台，以便测量光栅角度。此外，必须仔细控制多个光学和检测器装置的旋转，以便准确地获取来自光栅的反射光。
因此，本领域中所需要的是不需要精确旋转控制台的测量系统。
发明内容
本文的实施方式包括测量系统和光栅图案阵列。测量系统相对于基板表面以约90°产生入射光束，且因此不需要旋转台。光栅图案阵列允许更容易地定位光栅的具有不同光栅角度和间距的不同部分。
在一个实施方式中，提供了一种测量系统，包括：被配置为产生入射光束的光源、透镜、及分束器。透镜被配置为准直R0光束、R1光束和R-1光束。R0光束、R1光束和R-1光束是由入射光束从基板反射到分束器中产生的。
在另一个实施方式中，提供了一种测量系统，包括：被配置为产生入射光束的光源、透镜、及分束器。透镜被配置为准直T0光束、T1光束和T-1光束。T0光束、T1光束和T-1光束是由入射光束通过基板透射到分束器中产生的。
在又一个实施方式中，提供了一种光栅图案阵列。光栅图案阵列设置在基板上。光栅图案阵列包括一个或多个光栅区域。光栅区域的每一个包括：一个或多个主要区域，一个或多个主要区域包括具有主要光栅角度和主要光栅间距的多个主要光栅；及一个或多个参考区域，一个或多个参考区域包括具有参考光栅角度和参考光栅间距的多个参考光栅。
附图说明
为了可详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可通过参考实施方式来获得上面简要概述的本公开内容的更详细的描述，其中一些实施方式在附图中显示。然而，应注意，附图仅显示了示例性实施方式，因此不应被认为是对其范围的限制，并且可允许其他等效实施方式。
图1A显示了根据一个实施方式的测量系统的示意性侧视图。
图1B和图1C显示了根据一个实施方式的在使用测量系统期间的光栅区域的放大部分。
图1D显示了根据一个实施方式的衍射图案。
图2A显示了根据一个实施方式的测量系统的示意性侧视图。
图2B和图2C显示了根据一个实施方式的在使用测量系统期间的光栅区域的放大部分。
图2D显示了根据一个实施方式的衍射图案。
图3A图显示了根据一个实施方式的设置在基板上的光栅图案阵列。
图3B显示了根据一个实施方式的光栅区域的放大部分。
图4是根据一个实施方式的用于比较不同主要光栅的光栅角度的方法操作的流程图。
为便于理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。可预期的是，一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开内容的实施方式包括测量系统和光栅图案阵列。测量系统包括多个子系统，用于产生基板上的光栅区域的衍射图案或放大现实图像。测量系统配置为反射和透射光，且经反射和经透射的光束产生衍射图案和放大的图像。衍射图案和图像提供有关光栅区域的光栅间距和角度的信息。设置在基板上的光栅图案阵列包括主要区域和参考区域。参考区域用于定位对应的主要区域。本文公开的实施方式可用于(但不限于)使用经反射和经透射的光来测量光栅的性质的测量系统。
如本文所用，术语“约”是指与标称值相差+/-10％的变化。应该理解，这种变化可包括在本文提供的任何值中。
图1A显示了根据一个实施方式的测量系统100的示意性侧视图。如图所示，测量系统100包括光源110、源分束器111、透镜109、分束器115、衍射成像系统125、现实成像系统160和二次衍射成像系统150。测量系统100被配置为产生入射在基板102上的入射光束105。基板102由台(未显示)或由紧固件(未显示)保持。当使用测量系统100来测量光栅区域185的性质时，台被连续地或不连续地移动。入射光束105由光源110产生，且入射光束被源分束器111反射。入射光束105接着从基板102的光栅区域185反射离开，且入射光束被反射为R0光束106、R1光束107和R-1光束108。光源110可为本领域中使用的任何光源，并且相对于光栅区域185中的光栅的间距来选择光的波长。光源可为具有窄带宽(＜1pm)的单波长激光。在一些示例中，激光波长是约365nm、约488nm(蓝光)、约532nm(绿光)、约589nm(橙光)和/或约633nm(红光)。
基板102可为本领域中使用的任何基板，并且取决于基板的用途可为不透明的或透明的任一种。根据一些实施方式，基板102的材料包括硅(Si)或玻璃。基板102可为任何尺寸或形状，诸如(但不限于)直径为150mm、200mm或300mm的晶片。
图1B和图1C显示了根据一个实施方式的在使用测量系统100期间的光栅区域185的放大部分。如图所示，光栅区域185包括多个光栅190。如图所示，每个光栅190具有顶表面194、第一倾斜侧表面192和第二倾斜侧表面193。然而，应当理解，光栅190的横截面可为任何形状，诸如(但不限于)正方形、矩形或梯形。光栅190可为包括更小的子结构的超构光栅(metagrating)。光栅190相对于方向y成光栅角度Φ，其中方向y平行于基板102的表面102S。光栅角度Φ可从约0°至约360°变化。光栅190被光栅间距191间隔开，并且光栅间距可从约150nm至约10μm变化。
入射光束105相对于表面以约90°入射在基板的表面102S上。R0光束106相对于入射光束105以约180°的角度从表面102S反射，R1光束107以角度θ1从表面反射，且R-1光束108以角度θ-1从表面反射返回。根据一些实施方式，角度θ1和θ-1约相同。若入射光束不正交于光栅表面，则角度θ1和角度θ-1可为约相同的，或角度θ1和角度θ-1可为不同的。光栅区域185和基板102配置为用于光学装置中，诸如(但不限于)虚拟现实(VR)或增强现实(AR)显示器。
回头参照第1A图，透镜109配置为将R0光束106、R1光束107和R-1光束108准直到分束器115上。在空气中，透镜109的数值孔径可在约0.1到大约0.95的范围内，且使用浸油的情况下最高可达1.5。透镜109或本文公开的任何其他透镜可为显微镜物镜。
根据一个实施方式，测量系统100包括衍射成像系统125。如图所示，衍射成像系统125包括衍射成像透镜120和衍射成像传感器130。分束器115被配置为将R0光束106、R1光束107和R-1光束108反射到衍射成像透镜120上。衍射成像透镜120被配置为将R0光束106、R1光束107和R-1光束108聚焦到衍射成像传感器130上，使得光束在衍射成像传感器上形成衍射图案135。衍射图案135包括与R0光束106相对应的第0阶光斑136，及分别与R1光束107和R-1光束108相对应的两个第1阶光斑137、138。尽管这里仅显示了第0阶光斑136和第1阶光斑137、138，但是应当理解，衍射图案135中也可包括任何阶的光斑。不存在特定光斑或特定光斑模糊可指示光栅区域185中存在不对称或缺陷。
图1D显示了根据一个实施方式的衍射图案135。图1D所示的衍射图案135也被称为后焦平面图像。相对于倒易平面(reciprocal plane)轴线kx、ky显示了衍射图案135，其中kx和ky相对于x和y轴线旋转了90°。在第1阶光斑152、153之间的距离d与tan(θ1)和/或tan(θ-1)成比例。衍射成像系统125被配置为向使用者投射衍射图案135，这能够确定光栅角度Φ。可使用下式确定光栅间距191
Figure BDA0003543803110000051
其中m是整数，P是光栅间距，且λ是入射光的波长。另外，可通过测量在kx轴线与穿过第1阶光斑152、153和第0阶光斑151的线之间的角度来确定光栅角度Φ。
根据一个实施方式，衍射成像传感器130包括电荷耦合器件(CCD)或互补金属-氧化物-半导体(CMOS)。第0阶光斑136和第1阶光斑138、137的分辨率为衍射成像传感器130的约1个像素至约20个像素，且光栅角度Φ误差在从约0.1°至约1.0°的范围内。分析衍射图像以确定光栅角度Φ和光栅间距191。如图1C所示，衍射光斑位置R-1、R0、R1(以像素为单位)由光栅角度Φ和光栅间距191决定。通过适当的校准和图像后分析，可相应地确定光栅间距191和光栅角度Φ。
根据一个实施方式，测量系统100包括现实成像系统160。如图所示，现实成像系统160包括现实成像透镜161和现实成像传感器162。R0光束106、R1光束107和R-1光束108的至少一部分穿过分束器115及二次分束器143(若存在的话)。现实成像透镜161被配置为将R0光束106、R1光束107和R-1光束108聚焦成现实图像163到现实成像传感器162上。根据一个实施方式，现实成像传感器162包括CCD。现实图像163包括光栅区域185的放大图案，并且对现实图像163进行分析以检查光栅的缺陷，诸如刮痕和灰尘。现实成像系统160被配置为将现实图像163投影到现实成像传感器162上。
根据一个实施方式，测量系统100包括二次衍射成像系统150。如图所示，二次衍射成像系统150包括二次分束器143、二次现实成像透镜141、二次现实成像传感器180、二次衍射成像透镜142和二次衍射成像传感器145。二次分束器143被配置为将R0光束106、R1光束107和R-1光束108反射到二次现实成像透镜141上。二次现实成像透镜141被配置为将R0光束106、R1光束107和将R-1光束108聚焦成现实图像181到二次现实成像传感器180上。分析衍射图案155以确定光栅角度Φ和光栅间距191。
R0光束106、R1光束107和R-1光束108的至少一部分穿过二次现实成像传感器180到达二次衍射成像透镜142。二次衍射成像透镜142是可调制的，使得可改变衍射成像透镜的焦距。二次衍射成像透镜142被配置为将R0光束106、R1光束107和R-1光束108聚焦到二次衍射成像传感器145上，使得光束在衍射成像传感器上形成衍射图案155。衍射图案155包括与R0光束106相对应的第0阶光斑151，及分别与R1光束107和R-1光束108相对应的两个第1阶光斑152、153。在第1阶光斑152、153之间的距离d与tan(θ1)和/或tan(θ-1)成比例。二次衍射成像系统150被配置为通过调制二次衍射成像透镜142的焦距来调制检测器上的衍射光斑之间的距离。因此，可以以高分辨率测量更大范围的光栅间距191。二次衍射成像系统150被配置为向使用者投影衍射图案155和现实图像181两者，这使得能够确定光栅角度Φ。
根据一个实施方式，二次衍射成像传感器145包括电荷耦合器件(CCD)。第0阶光斑151和第1阶光斑152、153的分辨率为CCD的约1个像素至约20个像素，且光栅角度Φ误差在从约0.1°至约1.0°的范围内。
应当理解，测量系统100可包括衍射成像系统125、现实成像系统160和二次衍射成像系统150的任何组合。在测量系统100包括衍射成像系统125、现实成像系统160和二次衍射成像系统150的两个或更多个的实施方式中，衍射成像传感器130、现实成像传感器162和二次衍射成像传感器145的任一个都可具有与其他传感器的任一个相同或不同的分辨率。具有不同分辨率的衍射成像传感器130、现实成像传感器162和二次衍射成像传感器145对于含有具有不同的光栅角度和间距的不同光栅区域的基板102是有用的。另外，具有不同分辨率的衍射成像传感器130、现实成像传感器162和二次衍射成像传感器145可用于比较光栅间距和角度的值，以验证测量的准确性。
图2A显示了根据一个实施方式的测量系统200的示意性侧视图。如图所示，测量系统200包括光源110、透镜209、分束器215、衍射成像系统225和现实成像系统260。测量系统200配置为产生入射在基板102上的入射光束105。基板102由透明台(未显示)或由紧固件(未显示)保持。当使用测量系统200测量光栅区域185的性质时，台连续或不连续地移动。入射光束105重新透射通过基板102的光栅区域185，且入射光束透射成T0光束206、T1光束207和T-1光束208。光源110可为本领域中使用的任何光源，并且相对于光栅区域185中的光栅的间距来选择光的波长。波长可为上述的任何波长，
图2B和图2C显示了根据一个实施方式的在使用测量系统200期间的光栅区域185的放大部分。如图所示，光栅区域185包括多个光栅190。入射光束105相对于表面以约90°入射在基板的表面102S上。T0光束206相对于入射光束105以约0°透射穿过基板，T1光束207以角度θ1透射穿过基板，且T-1光束208以角度θ-1透射穿过基板。根据一些实施方式，角度θ1和θ-1为约相同的。若光栅区域185的光栅角度Φ不对称，则角度θ1和角度θ-1可为约相同的，或者角度θ1和角度θ-1可为不同的。光栅区域185和基板102配置为用于光学装置中，诸如(但不限于)虚拟现实(VR)或增强现实(AR)显示器。
返回参照图2A，透镜209被配置为将T0光束206、T1光束207和T-1光束208准直到分束器215上。透镜209(或本文公开的任何其他透镜)的焦距可在从约10mm至约1m的范围内。
根据一个实施方式，测量系统200包括衍射成像系统225。如图所示，衍射成像系统225包括衍射成像透镜220和衍射成像传感器230。分束器215被配置为将T0光束206、T1光束207和T-1光束208反射到衍射成像透镜220上。衍射成像透镜220被配置为将T0光束206、T1光束207和T-1光束208聚焦到衍射成像传感器230上，使得光束在衍射成像传感器上形成衍射图案235。衍射图案235包括对应于T0光束206的第0阶光斑236，以及分别对应于T1光束207和T-1光束208的两个第1阶光斑237、238。
图2D图显示了根据一个实施方式的衍射图案235。图2D所示的衍射图案235也称为后焦平面图像。相对于倒易平面轴线kx和ky显示了衍射图案235，其中kx和ky相对于x和y轴旋转了90°。在第1阶光斑237、238之间的距离d与tan(θ1)及/或tan(θ-1)成比例。衍射成像系统225被配置为将衍射图案235投影到使用者，这使得能够确定光栅角度Φ。光栅间距191可使用下式确定：
Figure BDA0003543803110000071
其中m是整数，P是光栅间距，且λ是入射光的波长。另外，可通过测量在kx轴线与穿过第1阶光斑152、153和第0阶光斑151的线之间的角度来确定光栅角度Φ。
根据一个实施方式，衍射成像传感器230包括CCD或CMOS。第0阶光斑236和第1阶光斑238、237的分辨率是衍射成像传感器230的约1个像素至约20个像素，且光栅角度Φ误差在从约0.1°至约1.0°的范围内。
根据一个实施方式，测量系统200包括现实成像系统260。如图所示，现实成像系统260包括现实成像透镜261和现实成像传感器262。T0光束206、T1光束207和T-1光束208的至少一部分穿过分束器215。现实成像透镜261被配置为将T0光束206、T1光束207和T-1光束208聚焦成现实图像263到现实成像传感器262上。根据一个实施方式，现实成像传感器262包括CCD。现实图像263包括光栅区域185的放大图案，并且分析现实图像以确定光栅角度Φ和光栅间距191。现实成像系统260被配置为将现实图像263投影到现实成像传感器262上。
在一些实施方式中，测量系统200进一步包括设置在光源和基板102之间的一个或多个透镜(未显示)。这些额外的透镜可在入射光束入射在基板102上之前进一步将入射光束105聚焦成较小的宽度。在一些实施方式中，透镜位于基板102的共轭平面处，而另一透镜位于透镜209的后焦平面的共轭平面处。此外，入射光束105的宽度可由位于透镜209的后焦平面的共轭平面处的孔径光阑(aperture diaphragm)(未显示)和位于基板102的共轭平面处的视场光阑(field diaphragm)(未显示)控制。
应当理解，测量系统200可包括衍射成像系统225和现实成像系统260的任何组合。在测量系统100包括衍射成像系统225和现实成像系统260两者的实施方式中，衍射成像传感器230和现实成像传感器262可具有相同或不同的分辨率。具有不同分辨率的衍射成像传感器230和现实成像传感器262对于含有具有不同的光栅角度和间距的不同光栅区域的基板102是有用的。另外，具有不同分辨率的衍射成像传感器230和现实成像传感器262可用于比较光栅间距和角度的值，以验证测量的准确性。
测量系统100、200不包括旋转台，且因此不需要精确控制台的旋转。另外，应当理解，测量系统100、200可被组合成单个测量系统，该单个测量系统被配置用于测量同一光源110的反射和透射。组合的测量系统对于具有各种各样的光栅区域的间距和角度的透明基板102是有价值的。对于非透明基板102而言，可使用测量系统100，因为测量系统100使用入射光束105的反射而不是入射光束的透射。测量系统100、200包含在单个臂中，且因此不需要仔细校准和控制多个旋转臂。
图3A显示了根据一个实施方式的设置在基板102上的光栅图案阵列302。如图所示，光栅图案阵列302包括一个或多个光栅区域301。光栅区域301可为如上所述的相同的光栅区域185。光栅图案阵列302被配置为用作光学装置(如，VR或AR显示器)的一部分。
图3B显示了根据一个实施方式的光栅区域301的放大部分。如图所示，光栅区域301包括一个或多个主要区域310、320、330、340、350、360，每个主要区域具有带有光栅角度Φ和光栅间距191的光栅；及一个或多个参考区域311、321、331、341、351、361，每个参考区域具有带有光栅角度Φ和光栅间距191的光栅。根据一个实施方式，主要区域310、320、330、340、350、360具有彼此不同的主要光栅角度Φ。根据一个实施方式，主要区域310、320、330、340、350、360可为相同或不同的间距。根据一个实施方式，主要区域310、320、330、340、350、360的形状可相同或不同。光栅区域301被配置为用作光学装置(如，VR或AR显示器)的一部分。
每个主要区域(如，310)具有对应的参考区域(如，311)，且每个参考区域具有与对应的主要光栅区域相同的光栅取向。尽管图3B显示了主要区域310、320、330、340、350、360与参考区域311、321、331、341、351、361具有一比一的比例的系统，但是可预期可使用任何比例(如，每个主要区域有两个参考区域)，或者每个主要区域可具有任意数量的对应参考区域。根据一个实施方式，参考区域311的间距Pref是对应的主要区域310的间距Pmain的约整数倍n，即，Pref＝n*Pmain。参考区域311和与对应的主要光栅310具有约相同的光栅角度Φ的组合允许使用者容易地定位用于测量的期望的主要光栅。
图4是根据一个实施方式的用于比较具有不同的主要区域310、320的光栅角度ΦA、ΦB的方法400操作的流程图。方法400的每个操作可由测量系统100、200的任何实施方式，或由在2019年8月13日提交的第16/539,930号美国专利申请和/或在2019年4月15日提交的第62/834,219号美国临时专利申请(提供引用将其全文并入)中描述的任何测量系统来执行。尽管结合图4描述了方法操作，本领域的普通技术人员将理解，被配置为以任何顺序执行方法400操作的任何系统都落入本文所述的实施方式的范围内。
方法400在操作410处开始，在操作410处，测量第一主要区域(如，310)的光栅角度ΦA和对应的第一参考区域(如，311)的光栅角度ΦA1的差，该差由ΦA-ΦA1给出。可使用上述测量系统100、200的任一种来测量光栅角度的差，或者可使用额外附接的测量系统(诸如Littrow系统)来测量光栅角度的差。
在操作420处，测量第二主要区域(如，320)的光栅角度ΦB和对应的第二参考区域(如，321)的光栅角度ΦB1的差，该差由ΦB-ΦB1给出。可使用上述测量系统100、200的任一种来测量光栅角度的差。
在操作430处，测量第一参考区域(如，311)的光栅角度ΦA1和第二参考区域(如，321)的光栅角度ΦB1的差，该差由ΦA1-ΦB1给出。可使用上述测量系统100、200的任一种来测量光栅角度的差。
在操作440处，确定第一主要区域(如，310)的光栅角度ΦA和第二主要区域(如，320)的光栅角度ΦB的差，该差由下式确定的ΦA-ΦB给出
ΦA-ΦB＝(ΦA-ΦA1)-(Φ-ΦB1)+(ΦA1-ΦB1)。
比较参考区域311、321的光栅角度ΦA1、ΦB1允许间接测量主要区域310、320之间的光栅角度ΦA、ΦB的差。另外，参考区域311、321具有比对应的主要区域310、320更大的间距，且因此，可使用比测量对应主要区域的光栅角度ΦA、ΦB所需的光的更长的波长来测量光栅角度ΦA1、ΦB1。例如，具有约400nm的光栅间距Pmain的主要区域310将需要激光源产生波长小于400nm的光，而测量具有光栅间距Pref＝2Pmain＝800nm的对应参考区域311可使用产生具有波长小于800nm的光的激光源来测量，且通常可见光比紫外光更容易产生。
如上所述，测量系统包括多个子系统，用于产生基板上的光栅区域的的衍射图案或放大现实图像。测量系统被配置为反射和透射光，且经反射和经透射的光束产生衍射图案和放大的图像。衍射图案和图像提供有关光栅区域的光栅间距和角度的信息。设置在基板上的光栅图案阵列包括主要区域和参考区域。参考区域用于定位对应的主要区域。
测量系统不包括旋转台，且因此不需要精确控制台的旋转。测量系统包含在单个臂中，且因此不需要仔细校准和控制多个旋转臂。测量系统可为无畸变的，即，提供具有最小失真的图像，和/或测量系统可为锥形的(conoscopic)，即，通过透过透明基板进行测量来提供图像。比较参考区域的光栅角度可间接测量在主要区域之间的光栅角度的差。
尽管前述内容涉及本公开内容的实施方式，但是在不背离本公开内容的基本范围的情况下，可设计本公开内容的其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由随附权利要求书确定。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种测量系统，包含：
光源，被配置为产生入射光束，所述入射光束被投射通过源分束器，所述源分束器是可操作的以将所述入射光束引导通过现实成像透镜、二次分束器、分束器和所述现实成像透镜到基板上，其中：
所述现实成像透镜被配置为将R0光束、R1光束和R-1光束准直到所述分束器上；
所述分束器被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束反射到衍射成像传感器上；
所述二次分束器被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束反射到二次现实成像传感器上；并且
所述现实成像透镜被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束聚焦成现实图像到现实成像传感器上。
2.根据权利要求1所述的测量系统，进一步包含衍射成像透镜，所述衍射成像透镜被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束聚焦到所述衍射成像传感器上。
3.根据权利要求2所述的测量系统，其中所述衍射成像传感器包含电荷耦合器件(CCD)或互补金属-氧化物-半导体(CMOS)。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其中所述现实成像传感器包含CCD或CMOS。
5.根据权利要求1所述的测量系统，进一步包含：
二次衍射成像传感器；及
二次衍射成像透镜，被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束聚焦到所述二次衍射成像传感器上。
6.根据权利要求6所述的测量系统，其中所述二次衍射成像传感器包含电荷耦合器件(CCD)或互补金属-氧化物-半导体(CMOS)。
7.一种光学装置，包含：
一个或多个光栅区域，所述光栅区域的每一个包含：
一个或多个主要区域，包含多个主要光栅，每个主要光栅具有主要光栅角度和主要光栅间距；
一个或多个参考区域，包含多个参考光栅，每个参考光栅具有参考光栅角度和参考光栅间距，其中每个参考光栅间距大于每个主要光栅间距，其中：
每个参考光栅间距大于每个主要光栅间距；
所述一个或多个主要区域的对应主要区域具有所述一个或多个参考区域的对应参考区域；并且
所述对应参考区域的对应参考光栅间距为所述对应主要区域的对应主要光栅间距的约整数倍。
8.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述一个或多个主要区域的第一主要光栅具有第一主要光栅角度，且所述一个或多个主要区域的第二主要光栅具有第二主要光栅角度，其中所述第二主要光栅角度不同于所述第一主要光栅角度。
9.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述一个或多个主要区域的第一主要区域具有与所述一个或多个主要区域的第二主要区域不同的形状。
10.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述对应主要区域包含对应主要光栅角度，所述对应主要光栅角度约等于所述对应参考区域的对应参考光栅角度。
11.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述整数是2。
12.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述多个主要光栅的至少一个具有从由正方形、矩形或梯形所组成的群组选择的横截面形状。
13.根据权利要求8所述的光学装置，其中每个参考光栅间距为约150nm至约10μm。
14.一种光学装置，包含：
多个主要光栅，每个主要光栅具有主要光栅角度和主要光栅间距；及
一个或多个参考区域，所述一个或多个参考区域包含多个参考光栅，每个参考光栅具有参考光栅角度和参考光栅间距，
其中每个主要光栅间距等于或大于第一波长，且所述参考光栅间距等于或大于可见光谱内的第二波长，并且其中所述一个或多个参考区域的每个参考光栅间距是所述一个或多个主要区域的对应主要光栅间距的约整数倍。
15.根据权利要求16所述的光学装置，其中所述多个主要光栅中的第一主要光栅对应于所述多个参考光栅中的第一参考光栅和第二参考光栅，其中所述第一参考光栅和所述第二参考光栅被配置为提供与所述第一主要光栅的第一位置有关的信息。
16.根据权利要求17所述的光学装置，其中在所述第一参考光栅的第一参考角度(ΦA1)和所述第二参考光栅的第二参考角度(ΦB1)之间的参考角度差对应于在所述多个主要光栅的所述第一主要光栅和第二主要光栅之间的主要角度差。
17.根据权利要求18所述的光学装置，其中所述第一主要光栅的第一主要角度(ΦA)和所述第一参考角度(ΦA1)之间的第一角度差对应于所述主要角度差，且所述第二主要光栅的第二主要角度(ΦB)和所述第二参考角度(ΦB1)之间的第二角度差对应于由下式所限定的所述主要角度差(ΦA–ΦB)：
(ΦA–ΦB)＝(ΦA–ΦA1)–(ΦB–ΦB1)+(ΦA1–ΦB1)。
18.根据权利要求16所述的光学装置，其中所述多个参考光栅被配置为能够由包含小于800nm的波长的光源读取。
19.根据权利要求16所述的光学装置，其中所述多个主要光栅的至少一个具有从由正方形、矩形或梯形所组成的群组选择的横截面形状。
20.根据权利要求16所述的光学装置，其中每个参考光栅间距为约150nm至约10μm。

Claims (20)

1.一种测量系统，包含：
光源，被配置为产生入射光束；
透镜；及
分束器，其中所述透镜被配置为准直R0光束、R1光束和R-1光束，所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束是由所述入射光束从基板反射到所述分束器中产生的。
2.根据权利要求1所述的测量系统，进一步包含衍射成像系统，所述衍射成像系统包含：
衍射成像传感器；及
衍射成像透镜，被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束聚焦到所述衍射成像传感器上，其中所述分束器被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束反射到所述衍射成像透镜上。
3.根据权利要求2所述的测量系统，其中所述衍射成像传感器包含电荷耦合器件(CCD)或互补金属-氧化物-半导体(CMOS)。
4.根据权利要求1所述的测量系统，进一步包含现实成像系统，包含：
现实成像传感器；及
现实成像透镜，被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束聚焦到所述现实成像传感器上，其中所述分束器被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束反射到所述现实成像透镜上。
5.根据权利要求4所述的测量系统，其中所述现实成像传感器包含CCD或CMOS。
6.根据权利要求1所述的测量系统，进一步包含二次成像系统，包含：
二次分束器；
二次现实成像传感器；
二次现实成像透镜，被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束聚焦到所述二次现实成像传感器上；
二次衍射成像传感器；及
二次衍射成像透镜，被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束聚焦到所述二次衍射成像传感器上，其中所述二次分束器被配置为将所述R0光束、所述R1光束和所述R-1光束反射到所述二次现实成像透镜上。
7.根据权利要求6所述的测量系统，其中所述二次衍射成像传感器包含电荷耦合器件(CCD)或互补金属-氧化物-半导体(CMOS)。
8.一种光学装置，包含：
一个或多个光栅区域，所述光栅区域的每一个包含：
一个或多个主要区域，包含多个主要光栅，每个主要光栅具有主要光栅角度和主要光栅间距；及
一个或多个参考区域，包含多个参考光栅，每个参考光栅具有参考光栅角度和参考光栅间距，其中每个参考光栅间距大于每个主要光栅间距。
9.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述一个或多个主要区域的第一主要光栅具有第一主要光栅角度，且所述一个或多个主要区域的第二主要光栅具有第二主要光栅角度，其中所述第二主要光栅角度不同于所述第一主要光栅角度。
10.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述一个或多个主要区域的第一主要区域具有与所述一个或多个主要区域的第二主要区域不同的形状。
11.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述一个或多个主要区域的对应主要区域具有所述一个或多个参考区域的对应参考区域，且所述对应主要区域包含对应主要光栅角度，所述对应主要光栅角度约等于所述对应参考区域的对应参考光栅角度。
12.根据权利要求11所述的光学装置，其中所述对应参考区域的对应参考光栅间距为所述对应主要区域的对应主要光栅间距的约整数倍。
13.根据权利要求12所述的光学装置，其中所述整数是2。
14.根据权利要求8所述的光学装置，其中所述多个主要光栅的至少一个具有从由正方形、矩形或梯形所组成的群组选择的横截面形状。
15.根据权利要求8所述的光学装置，其中每个参考光栅间距为约150nm至约10μm。
16.一种光学装置，包含：
多个主要光栅，每个主要光栅具有主要光栅角度和主要光栅间距；及
多个参考光栅，每个参考光栅具有参考光栅角度和参考光栅间距，其中每个主要光栅间距等于第一波长，且所述参考光栅间距小于或等于可见光谱或红外光谱内的第二波长，其中每个主要光栅间距小于每个参考光栅间距。
17.根据权利要求16所述的光学装置，其中所述多个主要光栅中的第一主要光栅对应于所述多个参考光栅中的第一参考光栅和第二参考光栅，其中所述第一参考光栅和所述第二参考光栅被配置为提供与所述第一主要光栅的第一位置有关的信息。
18.根据权利要求17所述的光学装置，其中在所述第一参考光栅的第一参考角度(ΦA1)和所述第二参考光栅的第二参考角度(ΦB1)之间的参考角度差对应于在所述多个主要光栅的所述第一主要光栅和第二主要光栅之间的主要角度差。
19.根据权利要求18所述的光学装置，其中所述第一主要光栅的第一主要角度(ΦA)和所述第一参考角度(ΦA1)之间的第一角度差对应于所述主要角度差，且所述第二主要光栅的第二主要角度(ΦB)和所述第二参考角度(ΦB1)之间的第二角度差对应于由下式所限定的所述主要角度差(ΦA–ΦB)：
(ΦA–ΦB)＝(ΦA–ΦA1)–(ΦB–ΦB1)+(ΦA1–ΦB1)。
20.根据权利要求16所述的光学装置，其中所述多个参考光栅被配置为能够由包含小于800nm的波长的光源读取。
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