[發明專利]基于微光學陣列元件的二維位移測量裝置

有效

• 申請號: 201210088617.4
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102607428A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 盧振武;劉華;王堯;孫強
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及一種基于微光學陣列元件的二維位移測量裝置。

背景技術

用于位移測量的裝置，在機械加工業中有很廣泛的應用。目前，精密位移測量裝置均是一維的，公知的用來精密測量物體的移動位移的工具包括光柵尺，磁柵尺，球柵尺等，這些都是測量一個方向上位移的，利用它們也可以構成測量平面位置的系統。但是，在某些比較特殊的領域，比如半導體工業測量，測量顯微鏡，要求測量系統體積相對較小，移位方便等，如采用兩個一維光柵尺構成的系統，讀數頭為兩個，數據線也為兩套，不利于減小系統體積。

發明內容

本發明為解決現有二維位移測量中，需要兩套獨立測量系統，導致體積較大的問題，提供一種基于微光學陣列元件的二維位移測量裝置。

基于微光學陣列元件的二維位移測量裝置，該裝置包括激光器、擴束鏡、反射鏡、二維參考微光學陣列元件、二維測量微光學陣列元件、聚焦透鏡和二維面陣探測器；激光器發出的激光光束經擴束鏡和反射鏡后平行入射至二維參考微光學陣列元件，在所述二維參考微光學陣列元件的焦平面處會聚成點光源，點光源發出的光束經二維測量微光學陣列元件平行入射至聚焦透鏡，經聚焦透鏡出射的光束在二維面陣探測器上成像。

本發明的有益效果：本發明采用二維參考微光學陣列元件和二維測量微光學陣列元件進行二維測量，測量過程中只需要移動二維測量微光學陣列元件，通過二維面陣探測器接收圖像并根據后期信號處理即可精確完成位移測量，本發明所述的裝置在測量過程中測量準確方便，并減少了裝置的體積。

附圖說明

圖1為本發明所述的基于微光學陣列元件的二維位移測量裝置的結構示意圖；

圖2為本發明所述的基于微光學陣列元件的二維位移測量裝置中二維測量微光學陣列元件和二維參考微光學陣列元件的結構示意圖；

圖3為本發明所述的基于微光學陣列元件的二維位移測量裝置的測量原理示意圖；

圖4中(a)(b)(c)(d)(e)為本發明所述的基于微光學陣列元件的二維位移測量裝置的測量過程示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一、結合圖1、圖2和圖3說明本實施方式，基于微光學陣列元件的二維位移測量裝置，該裝置包括激光器1、擴束鏡2、反射鏡3、二維參考微光學陣列元件4、二維測量微光學陣列元件5、二維位移平臺6、聚焦透鏡7和二維面陣探測器8。激光器1發出的激光通過擴束鏡2和反射鏡3以后平行的入射到參考微光學陣列元件4上，在參考微光學陣列元件4的焦平面上會聚成為點光源像，點光源像發出的光束經過測量微光學陣列元件5，平行出射到聚焦透鏡7上，最終在二維面陣探測器8上成像。

本實施方式所述的二維參考微光學陣列元件4和二維測量微光學陣列元件5由多個密接的微結構單體9密接而成。每個微結構單體9均為一個平凸透鏡，其前表面10為球面或非球面，后表面11為平面，每個微結構單體9均很好的消除了球差。所述的多個微結構單體9為一體結構或者相互獨立的結構。

本實施方式的具體工作流程為：設定二維參考微光學陣列元件4的焦距為f₁，口徑為D，x方向微結構單體9的尺寸d_x，y方向微結構單體尺寸為d_y，二維測量微光學陣列元件5的焦距為f₂，口徑、x方向微結構單體尺寸和y方向微結構單體9尺寸與二維參考微光學陣列元件4相同，為D、d_x和d_y。即x方向上微結構單體9的數量為N_x＝D/d_x，y方向上微結構單體9的數量為N_y＝D/d_y。二維參考微光學陣列元件4的后焦面與二維測量微光學陣列元件5的前焦平面重合，兩個微光學陣列元件之間的距離為f₁+f₂。

測量開始階段，二維測量微光學陣列元件5與二維參考微光學陣列元件4光軸對齊，二維參考微光學陣列元件4將入射光束分割為多個子光束，每個子光束在二維參考微光學陣列元件4的焦平面形成點光源陣列，點光源陣列中各點光源發出的光束經二維測量微光學陣列元件5后平行入射到聚焦透鏡上，最終成像在二維面陣探測器8的中心O。