[發(fā)明專利]基于波長(zhǎng)移相法檢測(cè)平面間平行度的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410016148.4
• 申請(qǐng)日: 2014-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103727901A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魚(yú)衛(wèi)星;王二偉;曹水艷;王泰升;盧振武;孫強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): G01B11/26
• 分類號(hào): G01B11/26
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及采用移相干涉法實(shí)現(xiàn)平面間平行度的高精度檢測(cè)。

背景技術(shù)

平面間平行度的測(cè)量在光學(xué)檢測(cè)和加工過(guò)程中有著重要的作用。激光平面干涉測(cè)量技術(shù)已經(jīng)可以很成熟的用來(lái)檢測(cè)兩平面平行度，其具有非接觸性的特點(diǎn)，測(cè)量精度可以達(dá)到好弧度量級(jí)，能夠很好的滿足一般情況下的要求。但是在現(xiàn)代光刻技術(shù)領(lǐng)域中，對(duì)平面間平行度的對(duì)準(zhǔn)精度提出了更高要求，例如在等離子體光刻技術(shù)中，要求兩個(gè)平面間平行度的對(duì)準(zhǔn)精度達(dá)到微弧度量級(jí)，傳統(tǒng)的干涉測(cè)量方法都是通過(guò)目視或照相的方法直接判讀干涉條紋或其序號(hào)來(lái)測(cè)量被測(cè)面形，工作量大，而且不可避免地受到人為因素的影響，丟失信息較多，其不確定度只能做到λ/10到λ/20。

現(xiàn)代移相干涉術(shù)是基于光電探測(cè)、圖象處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的。移相干涉術(shù)的基本原理是在干涉儀的兩束相干光之間引入位相差，當(dāng)參考光的相位發(fā)生變化，干涉條紋的位置也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。在此過(guò)程中，用光電探測(cè)器對(duì)干涉圖進(jìn)行采樣，對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行數(shù)字化處理后將其存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器里，由計(jì)算機(jī)按照一定的數(shù)學(xué)模型根據(jù)光強(qiáng)的變化求出相位的分布。現(xiàn)代移相干涉術(shù)采用精密的移相器件，綜合應(yīng)用激光、電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制參考光波的相位，連續(xù)采集若干幀相移相等的干涉圖，對(duì)隨機(jī)噪聲有很強(qiáng)的抑制能力，由移相算法得到被測(cè)波面的相位分布，其測(cè)量的不確定度可以優(yōu)于λ/100，被廣泛地應(yīng)用于光學(xué)元件面形和光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)。然而采用移相干涉技術(shù)測(cè)量透射平面間平行度時(shí)，由于兩個(gè)平面之間形成了多次的反射光互相相干的情況，若用傳統(tǒng)的移相算法計(jì)算表面干涉條紋時(shí)將產(chǎn)生很大的誤差。而目前常用的方法主要是抑制透射平行平板前后表面的反射，如在平板后表面涂抹凡士林，以抑制后表面干涉條紋的干涉測(cè)量法。而且以壓電陶瓷(PZT)為代表的硬件移相技術(shù)，在移相過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力的變化，引入誤差，為實(shí)際的測(cè)量帶來(lái)不可估量的后果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有采用移相干涉技術(shù)檢測(cè)平面間平行度時(shí)，由于存在機(jī)械應(yīng)力的變化，導(dǎo)致引入誤差的問(wèn)題，提供一種基于波長(zhǎng)移相法檢測(cè)平面間平行度的方法。

基于波長(zhǎng)移相法檢測(cè)平面間平行度的方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、計(jì)算機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器使可調(diào)諧激光器發(fā)出的激光束經(jīng)分束器后被第一準(zhǔn)直物鏡準(zhǔn)直為平行光束，所述平行光束入射到半反半透平面和全反射面上，經(jīng)過(guò)半反半透平面和全反射平面反射的光束再次經(jīng)過(guò)第一準(zhǔn)直物鏡和分束器后被第二準(zhǔn)直物鏡準(zhǔn)直；所述準(zhǔn)直光束被信息采集處理系統(tǒng)采集；

步驟二、所述計(jì)算機(jī)根據(jù)接收信息采集處理系統(tǒng)采集的信號(hào)，采用四步平均算法逐點(diǎn)獲得半反半透平面和全反射平面之間的傾斜量，并取傾斜量的最大值；

步驟三、將步驟二中獲得的傾斜量的最大值代入公式中，式中，α為半反半透平面和全反射平面間的平行度，為視場(chǎng)內(nèi)相位差的最大值，λ為激光器出射光束的波長(zhǎng)，D為視場(chǎng)直徑；獲得半反半透平面和全反射平面間的平行度，判斷所述平行度的值是否大于10-6弧度值，如果是，根據(jù)傾斜量的最大值調(diào)整全反射平面7，執(zhí)行步驟一，如果否，執(zhí)行步驟四；

步驟四、計(jì)算機(jī)輸出半反半透平面和全反射平面之間的平行度。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明借助于波長(zhǎng)移相檢測(cè)方法的高靈敏性可以使兩面間平行度的檢測(cè)達(dá)到十分之一到百分之一個(gè)微弧度的量級(jí)。并且能極大地減小測(cè)量之中機(jī)械運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的誤差，提高檢測(cè)的可靠程度。波長(zhǎng)移相技術(shù)是通過(guò)改變輸出激光的波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)干涉信號(hào)的移相，光源一般采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器。相比于傳統(tǒng)的硬件移相技術(shù)測(cè)平面間平行度，波長(zhǎng)移相干涉測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：一、干涉儀不需要安裝硬件移相部件，可以消除由此引入的誤差，并且是光路得到簡(jiǎn)化；二、波長(zhǎng)移相算法可以消除寄生條紋的影響，實(shí)現(xiàn)多表面輪廓的分離測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的基于波長(zhǎng)移相法檢測(cè)平面間平行度的方法的裝置示意圖；

圖中：1、計(jì)算機(jī)，2、驅(qū)動(dòng)器，3、可調(diào)諧激光器，4、分束鏡，5、第一準(zhǔn)直物鏡，6、半反半透平面，7、全反射平面，8、第二準(zhǔn)直物鏡，9、信息采集處理系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，基于波長(zhǎng)移相法檢測(cè)平面間平行度的方法，該方法中包括平面干涉檢測(cè)裝置（平面斐索干涉光路）和移相裝置，所述移相裝置包括：計(jì)算機(jī)1、驅(qū)動(dòng)器2和可調(diào)諧激光器3；計(jì)算機(jī)1用來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器2，驅(qū)動(dòng)器2通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)諧激光器3的波長(zhǎng)連續(xù)改變，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)移相的目的。