CN1431461A - 一种二维测长单元 - Google Patents
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Abstract
一种二维测长单元，包括位置检测装置和信号处理电路，其特征在于，所述位置检测装置包括与待测的X－Y平面固连在一起的正交衍射光栅和位于同一光路上的反射镜、激光器、直角棱镜、光学干涉放大系统和光电接收器。本发明采用正交衍射光栅作为二维位移测量传感器，使测量系统具有阿贝尔误差极小，分辨率极高的特点。正交衍射光栅与被测二维平面固连在一起，随被测二维平面一起移动，通过检测单元内光学系统、光电接收器件与其后的计数细分电路来准确测量相互正交的X、Y两个方向的位移。总之，该测长单元可广泛用于半导体与超精密加工的光刻技术、微制造、微机电系统、表面形貌测量及纳米级坐标测量等方面，其工作范围大、测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及到一种测量装置，具体地说，是一种二维测长单元，该测长单元可实现任意平面内两个正交方向的宽范围、纳米级位移定位。
背景技术
微机电技术的发展，对精密定位提出了越来越高的要求，而在精密定位系统中必须有高精度的计量反馈单元。现有长行程、纳米级测长系统大多数采用双频激光干涉测量系统([1]Kuang-chao Fan，Mu-Jung Chen.A6-degree-of-freedom measurement system for the accuracy of X-Ystages.Precision Engineering 24(2000)：15~23)作为反馈测量环节，这种系统体积大——一般都在几百毫米以上，而且每一维测量都需要一套单独的测量系统，用于多维测量时，安装很难符合阿贝原则，因此这种系统很难集成于微型坐标测量装置中，且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷的二维测长单元，该测长单元可广泛用于半导体与超精密加工的光刻技术、微制造、微机电系统、表面形貌测量及纳米级坐标测量等方面，其工作范围大、测量精度高。
为实现上述发明目的，一种二维测长单元，包括位置检测装置和信号处理电路，其特征在于，所述位置检测装置包括与待测的X-Y平面固连在一起的正交衍射光栅和位于同一光路上的反射镜、激光器、直角棱镜、光学干涉放大系统和光电接收器。
上述反射镜的中心位于正交衍射光栅的x和y向±1级衍射光线与箱体内壁的交点处，激光器、直角棱镜、光学干涉放大系统和光电接收器位于箱体底面中心的法线上，并且箱体的底面法线和正交衍射光栅所在平面垂直时本发明的技术效果更佳。
本发明采用正交衍射光栅作为二维位移测量传感器，使测量系统具有阿贝尔误差极小，分辨率极高的特点。正交衍射光栅与被测二维平面固连在一起，随被测二维平面一起移动，通过检测单元内光学系统、光电接收器件与其后的计数细分电路来准确测量相互正交的X、Y两个方向的位移。总之，该测长单元可广泛用于半导体与超精密加工的光刻技术、微制造、微机电系统、表面形貌测量及纳米级坐标测量等方面，其工作范围大、测量精度高。
附图说明
图1为本发明二维测长单元的结构示意图；
图2为正交衍射光栅测量原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明包括位置检测装置和信号处理电路二部分，其中，信号处理电路包括光栅信号放大处理电路、计数与A/D细分电路和计算机，与现有技术基本相同。位置检测装置的结构示意图如图1所示，包括正交衍射光栅1、反射镜2、激光器3、直角棱镜4、光学干涉放大系统5和光电接收器6。
正交衍射光栅1与待测的X-Y平面固连在一起，使正交衍射光栅1能准确记录被测平面内的X、Y向二维绝对位移。正交衍射光栅1、反射镜2、激光器3、直角棱镜4、光学干涉放大系统5和光电接收器6一起组成位置检测装置，形成与位移有关的光栅信号，经放大处理电路、计数与A/D细分电路后，与计算机相连。4个反射镜2_1，2_2，2_3，2_4的中心分别布置在正交衍射光栅1的x和y向±1级衍射光线与本单元箱体7内壁的交点处。激光器3，直角棱镜4，光学干涉放大系统5，光电接收器6布置在通过箱体7底面中心的法线上，相对次序如图所示。应用时，需保证箱体的底面法线和正交衍射光栅1所在平面垂直。按照这种方式布置时较为适宜。
正交衍射光栅测量原理图如图2所示：由激光器3发出的光束通过准直透镜L进入正交衍射光栅1，形成+1(x)、-1(x)、+1(y)、-1(y)四束1级衍射光，x和y向的±1级衍射光线分别通过反射镜2_1、2_3和2_2、2_4的反射，射向直角棱镜4，经直角棱镜4反射后，进入光学干涉放大系统5发生干涉，干涉光线进入光电接收器6，产生反映x、y方向位移的信号。
Claims (2)
1、一种二维测长单元，包括位置检测装置和信号处理电路，其特征在于，所述位置检测装置包括与待测的X-Y平面固连在一起的正交衍射光栅(1)和位于同一光路上的反射镜(2)、激光器(3)、直角棱镜(4)、光学干涉放大系统(5)和光电接收器(6)。
2、根据权利要求1所述的测长单元，其特征在于：所述反射镜(2_1，2_2，2_3，2_4)的中心位于正交衍射光栅(1)的x和y向±1级衍射光线与箱体(7)内壁的交点处，激光器(3)、直角棱镜(4)、光学干涉放大系统(5)和光电接收器(6)位于箱体(7)底面中心的法线上，并且箱体(7)的底面法线和正交衍射光栅(1)所在平面垂直。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100561115C (zh) * | 2006-12-01 | 2009-11-18 | 西安交通大学 | 基于机器视觉和平面正交光栅的测量装置及测量方法 |
| CN102280000A (zh) * | 2011-06-14 | 2011-12-14 | 常州第二电子仪器有限公司 | 激光报警器 |
| CN104359410A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-02-18 | 清华大学 | 一种利用可旋转光栅测量的位移测量系统 |
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2002
- 2002-12-13 CN CN 02147846 patent/CN1233983C/zh not_active Expired - Fee Related
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