一种成像系统探测器芯片精密装调设备及装调方法
【专利摘要】本发明公开了一种成像系统探测器芯片精密装调设备及装调方法，该装调设备包括运动控制系统、检测系统、附属结构和计算机，其中，运动控制系统由平移台、旋转台和倾斜台组成，负责调整待测器件和检测系统的空间位置，检测系统由自准直仪和远心数字显微成像系统组成，负责测量待测器件的角度和位置偏差，计算机能控制平移台的运动并记录其位置坐标，也能从远心数字显微成像系统获取待测器件的图像并进行分析计算；该装调方法涉及基准镜的装调、探测器芯片的角度和位置信息传递以及探测器芯片的装调，在装调过程中对角度和位置的测量精度分别达到秒级和微米量级，在装调完成后能保证探测器芯片的角度和位置偏差分别小于1′和0.02mm。
【专利说明】一种成像系统探测器芯片精密装调设备及装调方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光学装调设备，它能实现光学镜头、探测器芯片及其附属安装结 构间的相互对准，由此实现成像系统的高精度装配和测量。
【背景技术】
[0002] 成像系统的两大核心部件是光学镜头和探测器芯片。为保证光学镜头和探测器芯 片之间的精密装配，通常需要一个附属安装结构，其被称为主体结构。主体结构包含三个互 相垂直度的高精度加工面，它们将为成像系统的装配提供机械基准。但是通常为了方便，这 些机械基准将被转移到安装在主体结构上的一块各面严格垂直的玻璃立方体上，该玻璃立 方体被称为基准镜。
[0003] 成像系统的实际应用对光学镜头、探测器芯片以及基准镜之间的角度和位置偏差 有很高的要求。特别是对于探测器芯片，尽管根据具体任务的不同，各类成像系统探测器芯 片的型号各有不同，但它们相对于基准镜和光学镜头的角度和位置关系都是至关重要的。 然而，目前还没有专门应用于成像系统各部件之间高精度装配的设备。因此，为达到探测器 芯片与基准镜及光学镜头之间高精度装配和测量的目的，需研制一套可以实现常见探测器 芯片空间位置装调的设备。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种成像系统探测器芯片精密装调 设备及装调方法。
[0005] 对于成像系统探测器芯片的装调，常常以一些角度和位置的偏差来表征其精度， 例如：探测器芯片感光面法线指向和基准镜光轴指向的角度偏差、探测器芯片各边和主体 结构机械基准的角度偏差、探测器芯片中心和光学镜头光轴的位置偏差等。对于精密装调， 一般要求角度偏差在分级及以下，而位置偏差在十微米量级及以下。
[0006] 另一方面，成像系统探测器芯片的常见安装方式可以归纳为两种。一种安装方式 中，芯片本身不具有专用的安装结构，而是直接固定于成像系统的主体结构上，相应的光学 镜头将在芯片的装调完成后再分立地安装到主体结构上。另一种安装方式中，芯片本身具 有专用的安装结构，芯片通过胶粘或螺丝固定的方式安装于该结构上，并与该结构一起装 配到光学镜头后端，再随光学镜头整体安装到成像系统的主体结构上。这两种芯片安装方 式的区别在于：前一种安装方式中，芯片和镜头分立安装，芯片在装调过程中保持可见，可 以直接测量；而后一种安装方式中，芯片和镜头整体装配到主体结构上，芯片在装调过程中 始终被遮挡，需要将其角度和位置信息传递出来。
[0007] 为精确测量角度和位置参数，并适应不同芯片安装方式的需要，本发明的思路如 下：
[0008] 1.角度测量可采用最为常见的自准直仪方案，它成熟、方便、可靠，且能达到秒级 的精度，在光学装调中大量使用。
[0009] 2.位置测量可采用高精度电控平移台配合远心数字显微成像系统实现，高精度电 控平移台能够提供精准的位移并记录当前的位置坐标，远心数字显微成像系统能够实时显 示图形图像，两者都能连接计算机，易于在计算机中实时地读取测试数据并进行自动处理， 最后方便地得到测试结果。
[0010] 3.本发明提出了一种光学基准传递思想：如果某表面在装配过程中被遮挡而无 法直接测量，则可在装配前将该表面的角度和位置信息传递到与其刚性连接的延伸结构表 面，装配完成后即可通过测量延伸结构的表面来反推被测表面的信息。
[0011] 4.光学基准传递思想也适用于这样的情况：在装调过程中，如果作为基准的某个 平面的镜面反射不够强（反射率太小或反射面积太小），无法在自准直仪上看到反射光标， 则可在该表面上粘贴一块标定好的校准玻璃片（可镀反射膜），将被测表面的指向信息传 递到玻璃片上。
[0012] 为使用上述思路解决探测器芯片的装调问题，本发明构建了一套专用的装调设 备。该设备包括运动控制系统、检测系统、附属结构和计算机；
[0013] 所述运动控制系统固定于光学平台上，分为三个区域：下方待测区域、上方检测区 域和侧向检测区域，三个区域分别用来控制下方待测器件、上方检测设备以及侧向检测设 备的运动并调整其空间位置；所述下方待测区域由双轴高精度电控平移台、手动旋转台和 手动倾斜台组成，其中，双轴高精度电控平移台由两台相同的平移台正交连接构成，固定于 光学平台上；手动旋转台通过转接件固定于双轴高精度电控平移台上；手动倾斜台通过转 接件连接到手动旋转台上；所述上方检测区域由铝型材支架、水平电控平移台、垂直电控平 移台、垂直电控平移台转接结构和配重组成；其中，铝型材支架搭建成龙门结构，固定于光 学平台上；水平电控平移台固定于铝型材支架上；垂直电控平移台通过垂直电控平移台转 接结构和水平电控平移台相连；配重可固定于垂直电控平移台转接结构上，平衡垂直电控 平移台转接结构两边的力矩；所述侧向检测区域由一台电控升降台构成，电控升降台固定 在光学平台上；
[0014] 所述检测系统分布在运动控制系统的上方检测区域和侧向检测区域，包括远心数 字显微成像系统、上方自准直仪和侧向自准直仪；所述远心数字显微成像系统固定在垂直 电控平移台上；所述上方自准直仪固定在垂直电控平移台上；所述侧向自准直仪固定在电 控升降台上；侧向自准直仪包含水平调节板，水平调节板能对侧向自准直仪的俯仰角进行 微调；
[0015] 所述附属结构包括转接板、夹具、二维调节架、刻线玻璃片和成像系统转接部件， 所述转接板固定在手动倾斜台上，所述夹具具有一延伸结构，二维调节架固定在该延伸结 构上，刻线玻璃片胶粘在二维调节架上；夹具和芯片安装法兰之间可装卸；
[0016] 所述双轴高精度电控平移台、水平电控平移台、垂直电控平移台、电控升降台和远 心数字显微成像系统均与计算机相连。
[0017] 进一步地，所述检测系统还包括第一辅助定位激光器和第二辅助定位激光器，所 述第一辅助定位激光器固定在垂直电控平移台上，所述第二辅助定位激光器固定在电控升 降台上。
[0018] 本发明提供了一种适用于上述设备的装调方法，具体包括以下步骤：
[0019] (1)基准镜的装调
[0020] (I. 1)将主体结构通过转接板连接到运动控制系统的手动倾斜台上；
[0021] (L 2)基准镜上表面的角度偏差测量
[0022] (1. 2. 1)调整运动控制系统，使上方自准直仪对准主体结构的基准镜座安装面，调 节手动旋转台和手动倾斜台改变基准镜座安装面的角度，使上方自准直仪的反射光标在其 视场里居中；如果基准镜座安装面镜面反射效果较差，则在其上粘贴一块反射效果较好的 校准玻璃片，将其表面指向信息传递到该校准玻璃片上；校准玻璃片前后表面的平行度经 干涉仪标定，误差低于5";
[0023] (1. 2. 2)将基准镜胶粘到基准镜座上，再将基准镜座安装到主体结构的基准镜座 安装面上；
[0024] (1. 2. 3)保持手动旋转台和手动倾斜台固定，调整双轴高精度电控平移台和水平 电控平移台，使上方自准直仪对准基准镜的上表面，检查反射光标在上方自准直仪视场中 的位置，如在允许误差范围内，则无需调整；如偏离允许误差，则检查基准镜座和基准镜的 加工精度或使用调整垫片对基准镜座的角度进行微调；
[0025] (L 3)基准镜侧表面的角度偏差测量
[0026] (1. 3. 1)调整运动控制系统，使侧向自准直仪对准选定的主体结构侧表面，调节手 动旋转台和侧向自准直仪的水平调节板，使侧向自准直仪的反射光标在其视场里居中；如 果选定的主体结构侧表面镜面反射效果较差或面积太小，则将该表面的指向信息传递到一 块反射效果较好的校准玻璃片上；
[0027] (1. 3. 2)保持手动旋转台和手动倾斜台固定，调整电控升降台使侧向自准直仪对 准相应的基准镜侧表面，检查反射光标在侧向自准直仪视场中的位置，如在允许误差范围 内，则无需调整；如偏离允许误差，则在基准镜和基准镜座间的粘胶固化前对该侧表面的角 度进行微调；
[0028] (2)探测器芯片的信息传递
[0029] (2. 1)将夹具夹紧芯片安装法兰后固定到转接板上；
[0030] (2. 2)探测器芯片感光面的法线指向信息传递
[0031] (2. 2. 1)调整运动控制系统，使上方自准直仪对准探测器芯片感光面，调节手动旋 转台和手动倾斜台改变探测器芯片感光面的角度，使上方自准直仪的反射光标在其视场里 居中；如果探测器芯片感光面镜面反射效果较差或面积太小，则将该表面的指向信息传递 到一块反射效果较好的校准玻璃片上；
[0032] (2. 2. 2)保持手动旋转台和手动倾斜台固定，调整双轴高精度电控平移台和水平 电控平移台使上方自准直仪对准刻线玻璃片的上表面，利用二维调节架调整刻线玻璃片的 角度，使反射光标重新在自准直仪视场里居中；此时，探测器芯片感光面的法向和刻线玻璃 片上表面的法向平行，即探测器芯片感光面的法线指向信息传递到了刻线玻璃片上；
[0033] (2. 3)探测器芯片感光面四个顶点和中心的位置信息传递
[0034] (2. 3. 1)保持手动旋转台和手动倾斜台固定，调整双轴高精度电控平移台和水平 电控平移台，使远心数字显微成像系统对准刻线玻璃片上表面，在计算机的图像显示窗口 可以看到十字刻线的像；调节垂直电控平移台的高度，使十字刻线的像足够清晰，如果该像 超过了图像显示的范围，可以调整双轴高精度电控平移台和水平电控平移台改变图像显示 的部位；记录十字刻线四个端点的位置坐标R1 (a。Id1)、R2(a2, b2)、R3(a3, b3)、R4(a4, b4);
[0035] (2. 3. 2)调整双轴高精度电控平移台和水平电控平移台使远心数字显微成像系 统对准探测器芯片感光面，在计算机的图像显示窗口可以看到探测器芯片感光面的像；调 节垂直电控平移台的高度，使探测器芯片感光面的像足够清晰，如果该像超过了图像显示 的范围，可以调整双轴高精度电控平移台和水平电控平移台改变图像显示的部位；在探测 器芯片感光面的四条边线上分别读取三个点，再用直线拟合的算法得到四条边线的直线方 程，最后求出四条直线各自的交点即为探测器芯片感光面的四个顶点A (Xl，yi)、B (x2, y2)、 C (x3, y3) > D (x4, y4)；
[0036] (2. 3. 3)计算并记录 A (X1, Y1)和 R1 (a:, b)、R2 (a2, b2)、R3 (a3, b3)、R4 (a4, b4)的距 离或角度，它们不会随探测器芯片的位置改变而改变，因而为常量；如果使用距离量，那 么 Rjapbi)、R2(a2，b2)、R3(a 3，b3)、R4(a4，b4)到六匕^)可做四个圆，A(Xpy 1)可通过这四 个圆的公共交点来表示；如果使用角度量，那么R1^b1K R2(a2，b2)、R3(a3，b 3)、R4(a4，b4) 到A(Xl，yi)可做四条直线，A(Xl，yi)可通过这四条直线的公共交点来表示；对B(x 2，y2)、 C (x3, y3)、D (x4, y4)的处理同上；探测器芯片感光面的中心E (x5, y5)则可由A (X1, y)、 B(x2, y2)、C(x3, y3)、D(x4, y4)导出；因此，探测器芯片感光面四个顶点和中心的位置信息传 递到了十字刻线的端点上；
[0037] (3)探测器芯片的装调
[0038] (3. 1)探测器芯片的信息传递完成后，将它和夹具、二维调节架以及刻线玻璃片一 起装配到光学镜头后端，再将光学镜头安装到主体结构上，然后将整个成像系统通过成像 系统转接部件连接到转接板上；
[0039] (3. 2)探测器芯片感光面法线指向和基准镜光轴指向的角度偏差测量
[0040] (3. 2. 1)调整运动控制系统，使上方自准直仪对准基准镜的上表面，调节手动倾斜 台改变基准镜的俯仰角，使上方自准直仪的反射光标在其视场里居中；
[0041] (3. 2. 2)保持手动旋转台和手动倾斜台固定，调整双轴高精度电控平移台和水平 电控平移台使上方自准直仪对准刻线玻璃片上表面；如果此时在上方自准直仪的视场中没 有反射光标，则说明基准镜和刻线玻璃片上表面的法线指向偏差太大，需重新装配探测器 芯片；如果有反射光标，则需转动上方自准直仪目镜上的测微鼓轮，使上方自准直仪视场中 的测量线对准反射光标的中心，然后从上方自准直仪的数显盒上读取反射光标在前后两个 位置的角度偏差，也即探测器芯片感光面法线指向和基准镜光轴指向的角度偏差；
[0042] (3. 3)探测器芯片感光面各边和主体结构机械基准的角度偏差测量
[0043] (3. 3. 1)保持手动旋转台和手动倾斜台固定，调整双轴高精度电控平移台和水 平电控平移台使远心数字显微成像系统对准刻线玻璃片上表面，在计算机的图像显示窗 口可以看到十字刻线的像；调节垂直电控平移台的高度，使十字刻线的像足够清晰，如果 该像超过了图像显示的范围，可以调整双轴高精度电控平移台和水平电控平移台改变图 像显示的部位；记录十字刻线四个端点的位置坐标R' Ja' i，b' i)、R' 2(a' 2，b' 2)、 R' 3(a' 3, b' 3)、R' 4(a' 4, b' 4);
[0044] (3. 3. 2)通过步骤（3. 3. I)得到十字刻线四个端点的位置坐标，再结合探测器芯 片位置信息传递过程中得到的距离或角度常量，就可以计算出探测器芯片感光面四个顶点 的坐标 A' （x' 1;y' i)、B' （x' 2，y' 2)、C' （x' 3，y' 3)、D' （x' 4，y' 4);
[0045] (3. 3. 3)调整双轴高精度电控平移台和水平电控平移台使远心数字显微成像系统 对准基准镜的上表面，在计算机的图像显示窗口可以看到基准镜上表面的像；调节垂直电 控平移台的高度，使基准镜上表面的像足够清晰，如果该像超过了图像显示的范围，可以调 整双轴高精度电控平移台和水平电控平移台改变图像显示的部位；在基准镜上表面的四条 边线上分别读取三个点，再用直线拟合的算法得到四条边线的直线方程，最后求出四条直 线各自的交点即为基准镜上表面的四个顶点K (x6, y6)、L (x7, y7)、M (x8, y8)、N (x9, y9);
[0046] (3.3.4)分别利用探测器芯片感光面的四个顶点坐标A' (x' 1>y' J、 B' (x' 2，y' 2)、C' (x' 3，y' 3)、D' (x' 4，y' 4)和基准镜上表面的四个顶点坐标 K (x6, y6)、L (x7, y7)、M (x8, y8)、N (x9, y9)计算每条边线的倾斜角：
【权利要求】
1. 一种成像系统探测器芯片精密装调设备，所述成像系统包括主体结构（302)、基准 镜座（303)、基准镜（304)、探测器芯片（305)、芯片安装法兰（306)和光学镜头（310)，所述 基准镜（304)胶粘于基准镜座（303)上，基准镜座（303)和光学镜头（310)均安装在主体 结构（302)上，探测器芯片（305)通过芯片安装法兰（306)安装在光学镜头（310)后端，其 特征在于，该设备包括运动控制系统、检测系统、附属结构和计算机； 所述运动控制系统固定于光学平台（001)上，分为三个区域：下方待测区域、上方检测 区域和侧向检测区域，三个区域分别用来控制下方待测器件、上方检测设备以及侧向检测 设备的运动并调整其空间位置；所述下方待测区域由双轴高精度电控平移台（101)、手动 旋转台（102)和手动倾斜台（103)组成，其中，双轴高精度电控平移台（101)由两台相同的 平移台正交连接构成，固定于光学平台（001)上；手动旋转台（102)通过转接件固定于双轴 高精度电控平移台（101)上；手动倾斜台（103)通过转接件连接到手动旋转台（102)上；所 述上方检测区域由铝型材支架（104)、水平电控平移台（105)、垂直电控平移台（106)、垂直 电控平移台转接结构（107)和配重（108)组成；其中，铝型材支架（104)搭建成龙门结构， 固定于光学平台（001)上；水平电控平移台（105)固定于铝型材支架（104)上；垂直电控平 移台（106)通过垂直电控平移台转接结构（107)和水平电控平移台（105)相连；配重（108) 可固定于垂直电控平移台转接结构（107)上，平衡垂直电控平移台转接结构（107)两边的 力矩；所述侧向检测区域由一台电控升降台（109)构成，电控升降台（109)固定在光学平台 (001)上； 所述检测系统分布在运动控制系统的上方检测区域和侧向检测区域，包括远心数字显 微成像系统（201)、上方自准直仪（202)和侧向自准直仪（204);所述远心数字显微成像系 统（201)固定在垂直电控平移台（106)上；所述上方自准直仪（202)固定在垂直电控平移 台（106)上；所述侧向自准直仪（204)固定在电控升降台（109)上；侧向自准直仪（204)包 含水平调节板，水平调节板能对侧向自准直仪（204)的俯仰角进行微调； 所述附属结构包括转接板（301)、夹具（307)、二维调节架（308)、刻线玻璃片（309)和 成像系统转接部件（311)，所述转接板（301)固定在手动倾斜台（103)上，所述夹具（307) 具有一延伸结构，二维调节架（308)固定在该延伸结构上，刻线玻璃片（309)胶粘在二维调 节架（308)上；夹具（307)和芯片安装法兰（306)之间可装卸； 所述双轴高精度电控平移台（101)、水平电控平移台（105)、垂直电控平移台（106)、电 控升降台（109)和远心数字显微成像系统（201)均与计算机相连。
2. 根据权利要求1所述一种成像系统探测器芯片精密装调设备，其特征在于，所述检 测系统还包括第一辅助定位激光器（203)和第二辅助定位激光器（205)，所述第一辅助定 位激光器（203)固定在垂直电控平移台（106)上，所述第二辅助定位激光器（205)固定在 电控升降台（109)上。
3. -种适用权利要求1所述成像系统探测器芯片精密装调设备的装调方法，其特征在 于，具体包括以下步骤： (1)基准镜（304)的装调 (1. 1)将主体结构（302)通过转接板（301)连接到运动控制系统的手动倾斜台（103) 上； (1.2)基准镜（304)上表面的角度偏差测量 (1. 2. 1)调整运动控制系统，使上方自准直仪（202)对准主体结构（302)的基准镜座安 装面，调节手动旋转台（102)和手动倾斜台（103)改变基准镜座安装面的角度，使上方自准 直仪（202)的反射光标在其视场里居中；如果基准镜座安装面镜面反射效果较差，则在其 上粘贴一块反射效果较好的校准玻璃片，将其表面指向信息传递到该校准玻璃片上；校准 玻璃片前后表面的平行度经干涉仪标定，误差低于5"; (1. 2. 2)将基准镜（304)胶粘到基准镜座（303)上，再将基准镜座（303)安装到主体结 构（302)的基准镜座安装面上； (1.2. 3)保持手动旋转台（102)和手动倾斜台（103)固定，调整双轴高精度电控平移 台（101)和水平电控平移台（105)，使上方自准直仪（202)对准基准镜（304)的上表面，检 查反射光标在上方自准直仪（202)视场中的位置，如在允许误差范围内，则无需调整；如偏 离允许误差，则检查基准镜座（303)和基准镜（304)的加工精度或使用调整垫片对基准镜 座（303)的角度进行微调； (1.3)基准镜（304)侧表面的角度偏差测量 (1. 3. 1)调整运动控制系统，使侧向自准直仪（204)对准选定的主体结构（302)侧表 面，调节手动旋转台（102)和侧向自准直仪（204)的水平调节板，使侧向自准直仪（204)的 反射光标在其视场里居中；如果选定的主体结构（302)侧表面镜面反射效果较差或面积太 小，则将该表面的指向信息传递到一块反射效果较好的校准玻璃片上； (1.3.2) 保持手动旋转台（102)和手动倾斜台（103)固定，调整电控升降台（109)使 侧向自准直仪（204)对准相应的基准镜（304)侧表面，检查反射光标在侧向自准直仪（204) 视场中的位置，如在允许误差范围内，则无需调整；如偏离允许误差，则在基准镜（304)和 基准镜座（303)间的粘胶固化前对该侧表面的角度进行微调； (2)探测器芯片（305)的信息传递 (2. 1)将夹具（307)夹紧芯片安装法兰（306)后固定到转接板（301)上； (2.2) 探测器芯片（305)感光面的法线指向信息传递 (2. 2. 1)调整运动控制系统，使上方自准直仪（202)对准探测器芯片（305)感光面，调 节手动旋转台（102)和手动倾斜台（103)改变探测器芯片（305)感光面的角度，使上方自 准直仪（202)的反射光标在其视场里居中；如果探测器芯片（305)感光面镜面反射效果较 差或面积太小，则将该表面的指向信息传递到一块反射效果较好的校准玻璃片上； (2. 2. 2)保持手动旋转台（102)和手动倾斜台（103)固定，调整双轴高精度电控平移台 (101)和水平电控平移台（105)使上方自准直仪（202)对准刻线玻璃片（309)的上表面，利 用二维调节架（308)调整刻线玻璃片（309)的角度，使反射光标重新在自准直仪视场里居 中；此时，探测器芯片（305)感光面的法向和刻线玻璃片（309)上表面的法向平行，即探测 器芯片（305)感光面的法线指向信息传递到了刻线玻璃片（309)上； (2.3) 探测器芯片（305)感光面四个顶点和中心的位置信息传递 (2. 3. 1)保持手动旋转台（102)和手动倾斜台（103)固定，调整双轴高精度电控平移台 (101)和水平电控平移台（105)，使远心数字显微成像系统（201)对准刻线玻璃片（309)上 表面，在计算机的图像显示窗口可以看到十字刻线的像；调节垂直电控平移台（106)的高 度，使十字刻线的像足够清晰，如果该像超过了图像显示的范围，可以调整双轴高精度电控 平移台（101)和水平电控平移台（105)改变图像显示的部位；记录十字刻线四个端点的位 置坐标Ri(a"b)、R2 (a2,b2)、R3 (a3,b3)、R4 (a4,b4); (2.3.2) 调整双轴高精度电控平移台（101)和水平电控平移台（105)使远心数字显微 成像系统（201)对准探测器芯片（305)感光面，在计算机的图像显示窗口可以看到探测器 芯片（305)感光面的像；调节垂直电控平移台（106)的高度，使探测器芯片（305)感光面的 像足够清晰，如果该像超过了图像显示的范围，可以调整双轴高精度电控平移台（101)和 水平电控平移台（105)改变图像显示的部位；在探测器芯片（305)感光面的四条边线上分 别读取三个点，再用直线拟合的算法得到四条边线的直线方程，最后求出四条直线各自的 交点即为探测器芯片（305)感光面的四个顶点六(1 1，71)、8(12,72)、(^3,7 3)、0(14,74); (2. 3. 3)计算并记录A(Xi,yj和札(a"bD、R2(a2,b2)、R3(a3,b3)、R4(a4,b4)的距离或 角度，它们不会随探测器芯片（305)的位置改变而改变，因而为常量；如果使用距离量，那 么RjapbD、R2(a2，b2)、R3(a3，b3)、R4(a4，b4)到六匕^)可做四个圆，AUpy)可通过这四 个圆的公共交点来表示；如果使用角度量，那么Rjapbi)、R2(a2，b2)、R3(a3，b3)、R4(a4，b4) 到A(Xl，yi)可做四条直线，A(Xl，yi)可通过这四条直线的公共交点来表示；对B(x2，y2)、 C(x3，y3)、D(x4，y4)的处理同上；探测器芯片（305)感光面的中心E(x5，y5)贝U可由AUnyD、 B(x2，y2)、C(X3，y3)、D(x4，y4)导出；因此，探测器芯片（305)感光面四个顶点和中心的位置 信息传递到了十字刻线的端点上； (3)探测器芯片（305)的装调 (3. 1)探测器芯片（305)的信息传递完成后，将它和夹具（307)、二维调节架（308)以 及刻线玻璃片（309) -起装配到光学镜头（310)后端，再将光学镜头（310)安装到主体结 构（302)上，然后将整个成像系统通过成像系统转接部件（311)连接到转接板（301)上； (3. 2)探测器芯片（305)感光面法线指向和基准镜（304)光轴指向的角度偏差测量 (3. 2. 1)调整运动控制系统，使上方自准直仪（202)对准基准镜（304)的上表面，调节 手动倾斜台（103)改变基准镜（304)的俯仰角，使上方自准直仪（202)的反射光标在其视 场里居中； (3. 2. 2)保持手动旋转台（102)和手动倾斜台（103)固定，调整双轴高精度电控平移台 (101)和水平电控平移台（105)使上方自准直仪（202)对准刻线玻璃片（309)上表面；如 果此时在上方自准直仪（202)的视场中没有反射光标，则说明基准镜（304)和刻线玻璃片 (309)上表面的法线指向偏差太大，需重新装配探测器芯片（305);如果有反射光标，则需 转动上方自准直仪（202)目镜上的测微鼓轮，使上方自准直仪（202)视场中的测量线对准 反射光标的中心，然后从上方自准直仪（202)的数显盒上读取反射光标在前后两个位置的 角度偏差，也即探测器芯片（305)感光面法线指向和基准镜（304)光轴指向的角度偏差； (3. 3)探测器芯片（305)感光面各边和主体结构（302)机械基准的角度偏差测量 (3. 3. 1)保持手动旋转台（102)和手动倾斜台（103)固定，调整双轴高精度电控平移台 (101)和水平电控平移台（105)使远心数字显微成像系统（201)对准刻线玻璃片（309)上 表面，在计算机的图像显示窗口可以看到十字刻线的像；调节垂直电控平移台（106)的高 度，使十字刻线的像足够清晰，如果该像超过了图像显示的范围，可以调整双轴高精度电控 平移台（101)和水平电控平移台（105)改变图像显示的部位；记录十字刻线四个端点的位 置坐标R，Ja，pb，i)、R，2(a，2，b，2)、R，3(a，3，b，3)、R，4(a，4，b，4); (3.3.2) 通过步骤（3.3. 1)得到十字刻线四个端点的位置坐标，再结合探测器芯片 (305)位置信息传递过程中得到的距离或角度常量，就可以计算出探测器芯片（305)感光 面四个顶点的坐标A' (x' i)、B' (x' 2，y' 2)、C' (x' 3，y' 3)、D' (x' 4，y' 4); (3.3.3) 调整双轴高精度电控平移台（101)和水平电控平移台（105)使远心数字显 微成像系统（201)对准基准镜（304)的上表面，在计算机的图像显示窗口可以看到基准镜 (304)上表面的像；调节垂直电控平移台（106)的高度，使基准镜（304)上表面的像足够清 晰，如果该像超过了图像显示的范围，可以调整双轴高精度电控平移台（101)和水平电控 平移台（105)改变图像显示的部位；在基准镜（304)上表面的四条边线上分别读取三个点， 再用直线拟合的算法得到四条边线的直线方程，最后求出四条直线各自的交点即为基准镜 (304)上表面的四个顶点K(x6,y6)、L(x7,y7)、M(x8,y8)、N(x9,y9); (3.3.4) 分别利用探测器芯片（305)感光面的四个顶点坐标A' (x' 1>y'J、 B' (x' 2，y' 2)、C' (x' 3，y' 3)、D' (x' 4，y' 4)和基准镜（304)上表面的四个顶点 坐标K(x6,y6)、L(x7,y7)、M(x8,y8)、N(x9,y9)计算每条边线的倾斜角：
每一对a和0的差值均代表了探测器芯片（305)相对于基准镜（304)的角度偏差； 如果探测器芯片（305)感光面和基准镜（304)上表面都是严格的矩形，那么每一对a和3 的差值应相同；但在实际情况下，每一对a和0的差值略有不同，因此将四个差值做一平 均 A9 = [(|31-a1) + (|32-a2) + (|33-a3) + (|34-a4)]/4 A0即为探测器芯片（305)相对于基准镜（304)的角度偏差，也即探测器芯片（305) 各边和主体结构（302)机械基准的角度偏差； (3.4) 探测器芯片（305)感光面中心和光学镜头（310)光轴的位置偏差测量 (3.4. 1)保持手动旋转台（102)和手动倾斜台（103)固定，调整双轴高精度电控平移 台（101)和水平电控平移台（105)使远心数字显微成像系统（201)对准光学镜头（310)， 在计算机的图像显示窗口可以看到镜框端面的像；调节垂直电控平移台（106)的高度，使 镜框端面的像足够清晰，如果该像超过了图像显示的范围，可以调整双轴高精度电控平移 台（101)和水平电控平移台（105)改变图像显示的部位；在镜框端面的外圆圆周上读取十 个点，再用最小二乘的算法拟合出圆心坐标P(x〇,y〇)，该圆心坐标即代表了光学镜头（31〇) 光轴的位置； (3.4.2)利用步骤（3.3.2)中计算得到的探测器芯片（305)四个顶点的坐标A' (x' i)、B' (x' 2，y' 2)、C' (x' 3，y' 3)、D' (x' 4，y' 4)来计算探测器芯 片（305)感光面中心的坐标E' (x' 5，y' 0，即
比较P(xQ，yQ)和E' (x' 5，y' 5)，计算这个两个点之间的距离
Ad即为探测器芯片（305)感光面中心和光学镜头（310)光轴的位置偏差； (3. 5)从芯片安装法兰（306)上拆除夹具（307)，将成像系统和成像系统转接部件 (311)以及转接板（301)分离，最终完成整个成像系统探测器芯片的装调。
【文档编号】G01B11/00GK104406541SQ201410637400
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】汪凯巍, 李雄风, 白剑 申请人:浙江大学