專利名稱：一種二維測長單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種測量裝置，具體地說，是一種二維測長單元，該測長單元可實現(xiàn)任意平面內(nèi)兩個正交方向的寬范圍、納米級位移定位。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，一種二維測長單元，包括位置檢測裝置和信號處理電路，其特征在于，所述位置檢測裝置包括與待測的X-Y平面固連在一起的正交衍射光柵和位于同一光路上的反射鏡、激光器、直角棱鏡、光學(xué)干涉放大系統(tǒng)和光電接收器。
上述反射鏡的中心位于正交衍射光柵的x和y向±1級衍射光線與箱體內(nèi)壁的交點處，激光器、直角棱鏡、光學(xué)干涉放大系統(tǒng)和光電接收器位于箱體底面中心的法線上，并且箱體的底面法線和正交衍射光柵所在平面垂直時本發(fā)明的技術(shù)效果更佳。
本發(fā)明采用正交衍射光柵作為二維位移測量傳感器，使測量系統(tǒng)具有阿貝爾誤差極小，分辨率極高的特點。正交衍射光柵與被測二維平面固連在一起，隨被測二維平面一起移動，通過檢測單元內(nèi)光學(xué)系統(tǒng)、光電接收器件與其后的計數(shù)細分電路來準(zhǔn)確測量相互正交的X、Y兩個方向的位移?？傊摐y長單元可廣泛用于半導(dǎo)體與超精密加工的光刻技術(shù)、微制造、微機電系統(tǒng)、表面形貌測量及納米級坐標(biāo)測量等方面，其工作范圍大、測量精度高。
本發(fā)明包括位置檢測裝置和信號處理電路二部分，其中，信號處理電路包括光柵信號放大處理電路、計數(shù)與A/D細分電路和計算機，與現(xiàn)有技術(shù)基本相同。位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如

圖1所示，包括正交衍射光柵1、反射鏡2、激光器3、直角棱鏡4、光學(xué)干涉放大系統(tǒng)5和光電接收器6。
正交衍射光柵1與待測的X-Y平面固連在一起，使正交衍射光柵1能準(zhǔn)確記錄被測平面內(nèi)的X、Y向二維絕對位移。正交衍射光柵1、反射鏡2、激光器3、直角棱鏡4、光學(xué)干涉放大系統(tǒng)5和光電接收器6一起組成位置檢測裝置，形成與位移有關(guān)的光柵信號，經(jīng)放大處理電路、計數(shù)與A/D細分電路后，與計算機相連。4個反射鏡2_1，2_2，2_3，2_4的中心分別布置在正交衍射光柵1的x和y向±1級衍射光線與本單元箱體7內(nèi)壁的交點處。激光器3，直角棱鏡4，光學(xué)干涉放大系統(tǒng)5，光電接收器6布置在通過箱體7底面中心的法線上，相對次序如圖所示。應(yīng)用時，需保證箱體的底面法線和正交衍射光柵1所在平面垂直。按照這種方式布置時較為適宜。
正交衍射光柵測量原理圖如圖2所示由激光器3發(fā)出的光束通過準(zhǔn)直透鏡L進入正交衍射光柵1，形成+1(x)、-1(x)、+1(y)、-1(y)四束1級衍射光，x和y向的±1級衍射光線分別通過反射鏡2_1、2_3和2_2、2_4的反射，射向直角棱鏡4，經(jīng)直角棱鏡4反射后，進入光學(xué)干涉放大系統(tǒng)5發(fā)生干涉，干涉光線進入光電接收器6，產(chǎn)生反映x、y方向位移的信號。
權(quán)利要求
1.一種二維測長單元，包括位置檢測裝置和信號處理電路，其特征在于，所述位置檢測裝置包括與待測的X-Y平面固連在一起的正交衍射光柵(1)和位于同一光路上的反射鏡(2)、激光器(3)、直角棱鏡(4)、光學(xué)干涉放大系統(tǒng)(5)和光電接收器(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測長單元，其特征在于所述反射鏡(2_1，2_2，2_3，2_4)的中心位于正交衍射光柵(1)的x和y向±1級衍射光線與箱體(7)內(nèi)壁的交點處，激光器(3)、直角棱鏡(4)、光學(xué)干涉放大系統(tǒng)(5)和光電接收器(6)位于箱體(7)底面中心的法線上，并且箱體(7)的底面法線和正交衍射光柵(1)所在平面垂直。
全文摘要
一種二維測長單元，包括位置檢測裝置和信號處理電路，其特征在于，所述位置檢測裝置包括與待測的X－Y平面固連在一起的正交衍射光柵和位于同一光路上的反射鏡、激光器、直角棱鏡、光學(xué)干涉放大系統(tǒng)和光電接收器。本發(fā)明采用正交衍射光柵作為二維位移測量傳感器，使測量系統(tǒng)具有阿貝爾誤差極小，分辨率極高的特點。正交衍射光柵與被測二維平面固連在一起，隨被測二維平面一起移動，通過檢測單元內(nèi)光學(xué)系統(tǒng)、光電接收器件與其后的計數(shù)細分電路來準(zhǔn)確測量相互正交的X、Y兩個方向的位移。總之，該測長單元可廣泛用于半導(dǎo)體與超精密加工的光刻技術(shù)、微制造、微機電系統(tǒng)、表面形貌測量及納米級坐標(biāo)測量等方面，其工作范圍大、測量精度高。
文檔編號G01B11/04GK1431461SQ0214784
公開日2003年7月23日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者郭軍, 王選擇, 謝鐵邦 申請人:華中科技大學(xué)