專利名稱：超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密儀器制造及測量技術(shù)領(lǐng)域的回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸超精密空間對準(zhǔn)方法，特別涉及一種基于共軛像快速離焦原理的激光直寫機(jī)對準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
激光直寫是制作衍射微光學(xué)元件(二元光學(xué)元件)的重要技術(shù)手段之一，也是目前世界各國廣泛認(rèn)同的技術(shù)方式。
采用激光直寫方式制作衍射光學(xué)元件時，影響元件制作質(zhì)量的主要因素為刻蝕對準(zhǔn)誤差、元件縱深比誤差、結(jié)構(gòu)線寬寬度、深度誤差。所謂對準(zhǔn)誤差是指，由激光直寫光軸與元件回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)中心不共軸所引起的衍射光學(xué)元件制作誤差。這種誤差造成衍射元件微浮雕結(jié)構(gòu)失去對稱性，因此直寫對準(zhǔn)誤差被認(rèn)為是影響衍射光學(xué)元件刻蝕質(zhì)量的重要誤差。
目前，解決激光直寫機(jī)中光軸與回轉(zhuǎn)軸對準(zhǔn)問題的技術(shù)主要有以下幾種第一種是我國長春光學(xué)精密機(jī)械研究所采取光柵尺旋轉(zhuǎn)定心技術(shù)。該技術(shù)是將光柵尺置于旋轉(zhuǎn)工作臺上，用系統(tǒng)光束直接照明。當(dāng)工作臺旋轉(zhuǎn)時，如果光軸與回轉(zhuǎn)中心不重合，則觀察者將看到條紋向內(nèi)或向外涌出；如果光軸與回轉(zhuǎn)軸重合，則觀察者看不到條紋移動。這種方法操作簡單，檢測精度較高，對準(zhǔn)誤差小于0.5μm。缺點是無法借助電子細(xì)分方法進(jìn)一步提高測量精度。
第二種是浙江大學(xué)采用光柵反射對準(zhǔn)技術(shù)。這種技術(shù)也是將光柵置于旋轉(zhuǎn)工作臺上，通過CCD接收光柵反射的聚焦光斑。當(dāng)光軸與回轉(zhuǎn)中心不重合時，若旋轉(zhuǎn)光柵，光斑將在其上掃描出圓形軌跡，并同時在CCD上產(chǎn)生亮暗變化，通過記錄變化次數(shù)即可計算偏差；當(dāng)兩軸重合時，CCD上將無亮暗變化。這種方法有原理簡單，實用，成本低的優(yōu)點，對準(zhǔn)誤差小于0.5μm。缺點是對經(jīng)過光柵反射的信號信噪比低，精度難以提高。
第三種是俄羅斯科學(xué)院自動化和電測研究所提出利用光電掃描顯微鏡來對準(zhǔn)光軸和旋轉(zhuǎn)軸，誤差小于0.1μm。缺點是設(shè)備要求高，操作復(fù)雜，成本高。
第四種是美國麻省理工學(xué)院林肯實驗室采用10度楔形反射基片對準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)軸和光軸中心，對準(zhǔn)誤差小于0.2μm。缺點是檢測精度受楔形反射基片面形影響較大，而制作高精度的楔形反射基片非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種利用直寫機(jī)的已有裝置，無安裝對準(zhǔn)誤差，且能保持高對準(zhǔn)精度的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法通過利用極坐標(biāo)直寫機(jī)系統(tǒng)的差動像散離焦檢測裝置、調(diào)焦伺服系統(tǒng)、精密定位機(jī)構(gòu)以及位相光柵，實現(xiàn)超精密回轉(zhuǎn)軸與直寫機(jī)直寫光軸的對準(zhǔn)，所述位相光柵作為離焦檢測信號發(fā)生器，固定在工作臺上能夠覆蓋回轉(zhuǎn)軸中心與直寫光軸的區(qū)域，所述方法包括以下步驟(a).根據(jù)直寫光軸與回轉(zhuǎn)軸的對準(zhǔn)偏離量與測量分辨率的關(guān)系，把測量范圍劃分成精確測量區(qū)和定位測量區(qū)，并使定位測量區(qū)的分辨率極限值小于精確測量區(qū)的范圍；(b).借助差動像散離焦檢測裝置的檢焦功能，使光斑處于準(zhǔn)焦?fàn)顟B(tài)；(c).旋轉(zhuǎn)位相光柵，使光斑離焦產(chǎn)生軸對準(zhǔn)偏離量測量信號；(d).根據(jù)對準(zhǔn)偏離量測量信號，用所述精密定位機(jī)構(gòu)定位，使直寫光軸進(jìn)入所述定位測量區(qū)；(e).測量對準(zhǔn)偏離量，并根據(jù)此對準(zhǔn)偏離量值，借助直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)的精密定位功能使光軸移動到所述精確測量區(qū)；(f).再次測量對準(zhǔn)偏離量，根據(jù)此對準(zhǔn)偏離量值，借助直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)的精密定位功能實現(xiàn)最終對準(zhǔn)。
本發(fā)明的一個良好效果在于，其在極坐標(biāo)直寫系統(tǒng)中利用已有的檢焦裝置、精密定位裝置，再借助一塊位相光柵，就可以實現(xiàn)對準(zhǔn)，無需在直寫系統(tǒng)中額外增添CCD探測器等機(jī)構(gòu)；本發(fā)明的另一個效果在于以位相光柵為快速離焦信號發(fā)生器件，測量時放置該器件，無需與回轉(zhuǎn)軸對準(zhǔn)，不引入安裝對準(zhǔn)誤差。快速離焦有利于信號整形，操作簡單；本發(fā)明的第三個效果在于，測量精度與量程范圍有關(guān)，可實現(xiàn)十分之一微米級精確對準(zhǔn)。


圖1為本發(fā)明所述方法的差動像散離焦檢測裝置及其光路示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，本發(fā)明的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法使用的差動像散離焦檢測裝置包括，激光器1、擴(kuò)束鏡2、偏振分光鏡3、λ/4波片4、光刻物鏡5、工作臺6、柱面鏡7、分光鏡8、A四象限探測器9、B四象限探測器10。
在本實施例中，位相光柵11的占空比為1/2，其光柵常數(shù)為10μm，且被真空吸附在工作臺6上。
借助由器件1至10組成的差動像散離焦檢測裝置，以及調(diào)焦伺服系統(tǒng)，在位相光柵11基底上的非光柵區(qū)域?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)焦調(diào)節(jié)，并使檢焦光斑與對準(zhǔn)檢測信號建立初始像共軛關(guān)系；差動像散離焦檢測光路如下激光器1發(fā)出的檢焦激光光束經(jīng)過擴(kuò)束鏡2、偏振分光鏡3、λ/4波片4、光刻物鏡5聚焦在位相光柵11表面，反射光經(jīng)過光刻物鏡5、λ/4波片4、偏振分光鏡3再經(jīng)過柱面鏡7、分光鏡8聚焦在A四象限探測器9和B四象限探測器10上，由A四象限探測器9和B四象限探測器10進(jìn)行采集。
本實施例的調(diào)整方法的分為以下步驟第一步為劃分精確測量區(qū)和定位測量區(qū)，在本實施例中，取0.2mm為分界點，小于0.2mm并大于十倍光光柵常數(shù)的區(qū)域為精確測量區(qū)，大于0.2mm小于4mm的區(qū)域為定位測量區(qū)。
驗證次區(qū)域劃分是否可行光軸偏離量由如下公式計算出L=12×T-2×D2×π×f×t]]>影響兩軸偏離量O′O1測量精度的因素主要有轉(zhuǎn)速誤差，光柵刻蝕誤差，光斑形狀誤差和時間測量誤差幾項。在直寫機(jī)系統(tǒng)中，光斑形狀誤差和光柵刻蝕誤差很小，因此其影響可忽略。系統(tǒng)剩余主要誤差是轉(zhuǎn)速誤差和時間測量誤差，系統(tǒng)中采用直流無刷力矩電機(jī)閉環(huán)控制，頻率穩(wěn)定度可達(dá)0.1％；時間測量誤差由兩部分組成，一部分是包含探測器響應(yīng)極限等因素在內(nèi)的測量重復(fù)性誤差，另一部分是后續(xù)電路部分的時間測量誤差。
經(jīng)誤差分析知，在測量死區(qū)外測量誤差隨轉(zhuǎn)速的提高而增大，因此具體實施時不應(yīng)使轉(zhuǎn)速過高，以1Hz以下為宜。測量誤差隨被測偏離量的增大而增大，因此將測量死區(qū)外進(jìn)一步劃分為區(qū)域定位測量區(qū)和精確測量區(qū)；區(qū)域定位測量區(qū)范圍0.2mm到4mm之間，精確測量區(qū)范圍十倍光柵常數(shù)T到0.2mm之間。
分析在精確測量區(qū)內(nèi)的極限誤差分布。
光斑直徑D＝0.5μm，轉(zhuǎn)動頻率f＝0.1Hz，測量范圍十倍光柵常數(shù)T到0.2mm之間時，分析兩軸偏離量L的用擴(kuò)展不確定度表示的極限誤差。
U=K(af×UfKf)2+(at×UtKt)2]]>其中U——測量兩軸偏離量L的總擴(kuò)展不確定度，近似服從正態(tài)分布；Uf——測量頻率f的誤差對應(yīng)的擴(kuò)展不確定度，近似服從正態(tài)分布；Ut——測量時間t的誤差對應(yīng)的擴(kuò)展不確定度，近似服從正態(tài)分布；af——擴(kuò)展不確定度Uf對應(yīng)的誤差傳遞系數(shù)；at——擴(kuò)展不確定度Ut對應(yīng)的誤差傳遞系數(shù)；K——擴(kuò)展不確定度U對應(yīng)的置信系數(shù)，K＝3；Kf——擴(kuò)展不確定度Uf對應(yīng)的置信系數(shù)，Kf＝3；
Kt——擴(kuò)展不確定度Ut對應(yīng)的置信系數(shù)，Kt＝3；微分法求各項誤差傳遞系數(shù)af=12×T-2×D2×π×f2×t;]]>at=12×T-2×D2×π×f×t2;]]>系統(tǒng)中采用直流無刷力矩電機(jī)閉環(huán)控制，頻率穩(wěn)定度可達(dá)0.1％。
Uf＝0.1％×0.1Hz＝1×10-4；時間測量誤差由兩部分組成，一部分是包含探測器響應(yīng)極限等因素在內(nèi)的測量重復(fù)性誤差，另一部分是后續(xù)電路部分的時間測量誤差。此兩項誤差均近似服從正態(tài)分布Ut=Ut12+Ut22]]>其中Ut——測量時間t的誤差對應(yīng)的總擴(kuò)展不確定度；Ut1——測量重復(fù)性誤差對應(yīng)的擴(kuò)展不確定度；Ut2——后續(xù)電路部分的時間測量誤差對應(yīng)的擴(kuò)展不確定度；考慮在前文所述的測量條件下的極限誤差，即各項均取最壞情況，時間測量的誤差如下Ut1＝2×10-6；Ut2＝4×10-6；則Ut＝4.5×10-6；
在前文所述的測量條件下，各項誤差傳遞系數(shù)均取最大值af＝0.002；at＝0.0063；則測量兩軸偏離量L的總擴(kuò)展不確定度為U＝0.24×10-6，即在T＝10μm，D＝0.5μm，f＝0.1Hz，測量范圍10T到0.2mm之間的測量條件下測量誤差不會大于0.24μm.
同理分析在區(qū)域定位測量區(qū)內(nèi)的極限誤差分布。
在光柵常數(shù)T＝10μm，光斑直徑D＝0.5μm，轉(zhuǎn)動頻率f＝0.1Hz，測量范圍0.2mm到4mm之間時，分析兩軸偏離量L的用擴(kuò)展不確定度表示的極限誤差。分析過程與測量范圍在十倍光柵常數(shù)T到0.2mm之間時類似，下式中各量的含義均未變。
U=K(af×UfKf)2+(at×UtKt)2]]>Uf未變化，Uf＝0.1％×0.1Hz＝1×10-4；Ut隨測量范圍的擴(kuò)大產(chǎn)生了變化；Ut=Ut12+Ut22;]]>其中Ut1不隨測量范圍的變化而變化，但Ut2隨測量范圍的變化而變化；Ut1＝2×10-6；Ut2＝6×10-6；則Ut＝6.2×10-6；af，at的極限值隨測量范圍的擴(kuò)大而變大；af＝0.04；
at＝2.5；則測量兩軸偏離量L的總擴(kuò)展不確定度為U＝25×10-6，即在T＝10μm，D＝0.5μm，f＝0.1Hz，測量范圍0.2mm到4mm之間的測量條件下測量誤差不會大于25μm。
由此可見，當(dāng)取，直寫光斑直徑D等于0.5μm，轉(zhuǎn)動頻率f等于0.1Hz時，偏離量落在區(qū)域定位測量區(qū)內(nèi)時測量的極限誤差為25μm；偏離量落在精確測量區(qū)內(nèi)時測量的極限誤差為0.25μm。因此可認(rèn)為在上述測量條件下，在區(qū)域定位測量區(qū)內(nèi)測量精度可達(dá)25μm；在精確測量區(qū)內(nèi)測量分辨率可達(dá)0.3μm。并且精確測量區(qū)的范圍為100μm，區(qū)域定位測量區(qū)內(nèi)測量精度可達(dá)25μm，從而保證了能從區(qū)域定位測量區(qū)內(nèi)準(zhǔn)確的定位到精確測量區(qū)內(nèi)，進(jìn)而可得出此區(qū)域劃分方法可行。
第二步為調(diào)節(jié)直寫機(jī)構(gòu)使激光聚焦在位相光柵11表面上，然后移動光軸同時測量四象限探測器9、10輸出頻率變化，進(jìn)行粗對準(zhǔn)使兩軸偏離量減小，以進(jìn)入定位測量區(qū)；由于當(dāng)位相光柵周期和工作臺回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速一定時，對準(zhǔn)信號變化頻率為固定值，因此可以預(yù)先確定一個經(jīng)驗值作為脈沖信號變化疏密程度是否達(dá)到粗對準(zhǔn)要求的判定依據(jù)，也就是作為是否進(jìn)入定位測量區(qū)的依據(jù)。在本實施例中，f＝0.1Hz時，當(dāng)脈沖信號變化頻率小于0.3kHz時兩軸偏離量已小于4mm，認(rèn)為粗對準(zhǔn)完成。粗對準(zhǔn)完成后，表明系統(tǒng)進(jìn)入定位測量區(qū)。
在這里，為了使檢焦裝置能夠準(zhǔn)確、清晰地分辨離焦?fàn)顟B(tài)和準(zhǔn)焦?fàn)顟B(tài)，位相光柵應(yīng)該具有臺階寬度和槽寬大于檢焦光斑直徑，槽深大于直寫物鏡焦深的特征。具備該特征，會減小系統(tǒng)脈沖信號整形、量化過程引入的對準(zhǔn)偏離量測量誤差。
第三步為定位測量。將檢焦光斑共軛像在四象限探測器9、10上產(chǎn)生的模擬信號用后續(xù)電路采集量化，取信號最大幅值的五分之四為門限值，將其整形為方波信號，測量一個周期中的最短脈沖占空時間，并確定為信號占空時間t，依據(jù)下述公式(1)計算軸對準(zhǔn)偏離量。
在本具體實施中，當(dāng)對準(zhǔn)偏離量大于十倍位相光柵常數(shù)時，對準(zhǔn)偏離量計算方法滿足如下近似計算關(guān)系L=50%T-2D2πf·t----(1)]]>其中D-直寫光斑直徑，μmf-工作臺轉(zhuǎn)動頻率，Hzt-經(jīng)過整形后對準(zhǔn)方波信號的占空時間，μsL-直寫光軸O與回轉(zhuǎn)軸O′的偏離距離，μmT-位相光柵常數(shù)，μm由上式可知，T，D，f均為已知量，通過測量整形后對準(zhǔn)方波信號占空時間t能間接測量出直寫光軸與回轉(zhuǎn)軸的偏離距離L。
第四步為二次定位借助直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)的精密定位功能使光軸移動到可以更精確測量對準(zhǔn)偏離量的精確測量區(qū)；第五步精確測量應(yīng)用上述第三步中的測量、計算方法重新測量軸對準(zhǔn)偏離量，獲得更高精度的測量值L，為最終對準(zhǔn)提供位移量數(shù)據(jù)，此區(qū)間測量分辨率為0.3μm；
第六步為最終對準(zhǔn)依據(jù)系統(tǒng)測得的偏離量L，通過精密定位驅(qū)動機(jī)構(gòu)移動光軸，給出位移量為L的位移，實現(xiàn)最后階段的精確對準(zhǔn)，對準(zhǔn)精度取決于測量精度和機(jī)構(gòu)定位精度。
進(jìn)行第三步定位測量和第四步精確測量時需要以工作臺每個回轉(zhuǎn)周期中最小脈沖占空時間作為測量脈沖寬度。這是因為，為了滿足測量數(shù)學(xué)模型成立的前提條件，需要使檢焦光斑與光柵近似為正切割關(guān)系，此時引入的測量原理性誤差可以忽略不計。(最小脈沖占空時間確定方法不屬于本發(fā)明必要技術(shù)。)本發(fā)明的原理如下檢焦光斑與對準(zhǔn)檢測信號建立初始像共軛關(guān)系后，移動檢焦光斑，使直寫光軸O進(jìn)入光柵區(qū)，并驅(qū)動旋轉(zhuǎn)工作臺6。工作臺6旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)直寫光軸O與回轉(zhuǎn)軸O′的偏離距離大于光柵槽寬時，位相光柵11隨工作臺6旋轉(zhuǎn)會發(fā)生檢焦光斑切割光柵現(xiàn)象，而位相光柵11表面的溝槽起伏變化，則會引起檢焦光斑離焦，直寫機(jī)光刻物鏡5的數(shù)值孔徑大、焦深小，離焦時光斑會迅速彌散，破壞檢焦光斑與光斑像的初始共軛關(guān)系；將檢焦光斑共軛像在四象限探測器9、10上產(chǎn)生的模擬信號用后續(xù)電路采集量化，取信號最大幅值的五分之四為門限值，將其整形為方波信號，并以此作為軸對準(zhǔn)偏離量測量信號。
此后根據(jù)對準(zhǔn)脈沖信號頻率變化情況，即脈沖信號的疏密程度移動直寫光軸，進(jìn)行粗對準(zhǔn)。粗對準(zhǔn)目的是使兩軸偏離量減小到本測量方法的適用范圍內(nèi)，以滿足精度要求。在粗對準(zhǔn)之前，首先依據(jù)公式(1)確定一個頻率經(jīng)驗值f-0.1Hz(確定方法不屬于本發(fā)明的必要技術(shù))作為判斷直寫光軸是否已經(jīng)進(jìn)入對準(zhǔn)測量量程范圍的依據(jù)。若滿足此依據(jù)則繼續(xù)下步精對準(zhǔn)步驟，否則繼續(xù)移動直寫光軸，直到光軸進(jìn)入對準(zhǔn)測量量程范圍。
接下來系統(tǒng)對準(zhǔn)偏離量測量范圍被分為兩個部分，第一部分為區(qū)域定位測量區(qū)，該區(qū)域內(nèi)具有較大的對準(zhǔn)偏離量測量誤差。其作用是當(dāng)粗對準(zhǔn)完成后，進(jìn)入該區(qū)域，初次測量對準(zhǔn)偏離量，然后借助直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)的精密定位功能使光軸移動到可以更精確測量對準(zhǔn)偏離量的精確測量區(qū)。
第二部分為精確測量區(qū)，該區(qū)域具有很高的對準(zhǔn)偏離量測量精度和足夠?qū)挼姆秶?，保證系統(tǒng)能夠通過第一部分的初步測量、定位進(jìn)入到該區(qū)域。當(dāng)光軸已經(jīng)進(jìn)入到該區(qū)域后，需要重新測量對準(zhǔn)偏離量，然后再次借助直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)的精密定位功能實現(xiàn)光軸與回轉(zhuǎn)軸的最終對準(zhǔn)。該區(qū)域的測量精度與直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)的定位精度共同決定了系統(tǒng)的對準(zhǔn)精度。直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)是直寫機(jī)系統(tǒng)必須具備的，具有高精度位移反饋控制的與對準(zhǔn)系統(tǒng)相互獨立的另一分系統(tǒng)，其定位精度可以達(dá)到10nm。
在本實施例中，雖然公式(1)中用弦長代替了弧長引入了原理性誤差，經(jīng)理論分析知當(dāng)光柵常數(shù)T等于10μm時，誤差最大值可達(dá)1μm，并且隨T增大而增大。但此項誤差隨被測偏離量的增大而迅速減小，當(dāng)偏移量L大于十倍光柵常數(shù)時此項誤差已減小到0.3nm，與測量分辨率相比為微小量，對測量的影響可忽略不計。直寫機(jī)系統(tǒng)定位精度遠(yuǎn)高于軸對準(zhǔn)精度，不需要在偏離量非常小的時候進(jìn)行測量，而是依靠直線位移實現(xiàn)最后的定位，因此規(guī)定0＜L＜10T時為測量死區(qū)，不在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測量。
本測量原理中，影響精度的因素主要有轉(zhuǎn)速誤差，光柵刻蝕誤差，光斑形狀誤差和時間測量誤差幾項。在直寫機(jī)系統(tǒng)中，光斑形狀誤差和光柵刻蝕誤差很小，因此其影響可忽略。系統(tǒng)中采用直流無刷力矩電機(jī)閉環(huán)控制，頻率穩(wěn)定度可達(dá)0.1％。系統(tǒng)主要誤差是時間測量誤差，由兩部分組成，一部分是包含探測器響應(yīng)極限等因素在內(nèi)的采集誤差，另一部分是后續(xù)電路部分的時間測量誤差。
經(jīng)誤差分析知，在測量死區(qū)外測量誤差隨轉(zhuǎn)速的提高而增大，因此具體實施時不應(yīng)使轉(zhuǎn)速過高，以1Hz以下為宜。測量誤差隨被測偏離量的增大而增大，因此將測量死區(qū)外進(jìn)一步劃分為區(qū)域定位測量區(qū)和精確測量區(qū)；區(qū)域定位測量區(qū)范圍0.2mm到4mm之間，精確測量區(qū)范圍十倍光柵常數(shù)T到0.2mm之間。
權(quán)利要求
1.一種超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法，通過利用極坐標(biāo)直寫機(jī)系統(tǒng)的差動像散離焦檢測裝置、調(diào)焦伺服系統(tǒng)、精密定位機(jī)構(gòu)以及位相光柵，實現(xiàn)超精密回轉(zhuǎn)軸與直寫機(jī)直寫光軸的對準(zhǔn)，所述位相光柵作為離焦檢測信號發(fā)生器，固定在工作臺上能夠覆蓋回轉(zhuǎn)軸中心與直寫光軸的區(qū)域，所述方法包括以下步驟(a).根據(jù)直寫光軸與回轉(zhuǎn)軸的對準(zhǔn)偏離量與測量分辨率的關(guān)系，把測量范圍劃分成精確測量區(qū)和定位測量區(qū)，并使定位測量區(qū)的分辨率極限值小于精確測量區(qū)的范圍。(b).借助差動像散離焦檢測裝置的檢焦功能，使檢焦光斑處于準(zhǔn)焦?fàn)顟B(tài)；(c).旋轉(zhuǎn)位相光柵，產(chǎn)生軸對準(zhǔn)偏離量測量信號；(d).根據(jù)對準(zhǔn)偏離量測量信號，用所述精密定位機(jī)構(gòu)定位，使直寫光軸進(jìn)入所述定位測量區(qū)；(e).測量對準(zhǔn)偏離量，并根據(jù)此對準(zhǔn)偏離量值，借助直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)的精密定位功能使光軸移動到所述精確測量區(qū)；(f).再次測量對準(zhǔn)偏離量，根據(jù)此對準(zhǔn)偏離量值，借助直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)的精密定位功能實現(xiàn)最終對準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法，其中，用來判別對準(zhǔn)程度的信號為經(jīng)過整形的脈沖信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法，其中，所述對準(zhǔn)偏離量L通過公式L=50%T-2D2πf·t]]>計算，其中，D代表直寫光斑直徑，單位為微米，f代表工作臺轉(zhuǎn)動頻率，單位為赫茲，t代表過整形后對準(zhǔn)方波信號的占空時間，單位為微秒，L代表直寫光軸O與回轉(zhuǎn)軸O′的偏離距離，單位為微米，T代表為位相光柵常數(shù)，單位為微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法，其中，所述位相光柵的轉(zhuǎn)速不大于1Hz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法，其中，所述檢焦光斑與對準(zhǔn)檢測信號具有初始像共軛關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法，其中，采用高精度位相光柵作為離焦檢測信號發(fā)生器，且位相光柵的位相光柵臺階寬度與位相光柵槽寬均大于檢焦光斑直徑，位相光柵槽深大于直寫物鏡焦深。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法，其中，在所述步驟(a)和步驟(b)之間還包括一個區(qū)域劃分驗證步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法，其中，所述精確測量區(qū)，范圍在十倍位相光柵常數(shù)到0.2mm之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法，其中，所述定位測量區(qū)，范圍在0.2mm到4mm之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超精密回轉(zhuǎn)軸與激光直寫機(jī)直寫光軸空間對準(zhǔn)方法，該方法利用極坐標(biāo)直寫機(jī)系統(tǒng)的差動像散離焦檢測裝置、調(diào)焦伺服系統(tǒng)、精密定位機(jī)構(gòu)以及位相光柵，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)軸與直寫光軸的對準(zhǔn)，所述方法包括以下步驟把測量范圍劃分成精確測量區(qū)和定位測量區(qū)，并使定位測量區(qū)的分辨率極限值小于精確測量區(qū)的范圍；借助差動像散離焦檢測裝置的檢焦功能，使光斑處于準(zhǔn)焦?fàn)顟B(tài)；產(chǎn)生光斑離焦產(chǎn)生軸對準(zhǔn)偏離量測量信號；根據(jù)對準(zhǔn)偏離量測量信號，使直寫光軸進(jìn)入所述定位測量區(qū)；測量對準(zhǔn)偏離量，借助直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)的精密定位功能使光軸移動到所述精確測量區(qū)；再次測量對準(zhǔn)偏離量，并借助直寫機(jī)系統(tǒng)精密定位機(jī)構(gòu)的精密定位功能實現(xiàn)最終對準(zhǔn)。
文檔編號G02B27/42GK1687816SQ20051007682
公開日2005年10月26日 申請日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者譚久彬, 劉儉, 楊文國, 金國良, 邱麗蓉, 鄒麗敏, 趙晨光 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)