滤波孔2，利用衍射效应用于将激光发出的光散射；第一聚光镜3，用于收集滤波孔发出的散射光；空间滤波器4，用于将聚光镜收集的光过滤掉杂散光；扩束镜5，用于将空间滤波器过滤的点光源的光变为平行光；λ/2波片6，用于旋转激光光源的偏振方向；λ/4波片7，用于和λ/2波片结合来调节产生圆偏振光；衰减片8，用于改变光束的光强；第二聚光镜9，用于将光束缩束到掩模版10上的小孔上；掩模版10，包含小孔和小孔阵列，上面小孔镀反射膜用于反射光；同时根据小孔的位置，定位待测件位置；待测件11，可以是光学件也可以是机械件，或金属件、塑料件；平移台12，用于放置待测件，同时控制待测件的平动；转台13，用于控制待测件的转动；第三聚光镜14，用于将反射后的光投射到CCD探测器15上，计算机16与探测器14连接，计算机16存储并处理探测器15记录的光强信息。
[0036]所述激光器1、滤波孔2、第一聚光镜3、空间滤波器4、扩束镜5、λ/2波片6、λ /4波片7、衰减片8、第二聚光镜9可以集成在一个测试装置内，外加控制单元可以控制装置在空间内移动和旋转，如图2所示，最终可以做成类似激光器测量头形状的装置，内部所有元件封装，只留一个缩束后的出光口。
[0037]所述掩模版10包含小孔或小孔阵列，可以用于定位或测量，如图3所示，掩模版10除小孔外的位置镀吸收膜，小孔上镀反射膜，采用聚焦离子束制造的工程用小孔如图4所示，a为在扫描电镜下观察到的直径为3 μπι小孔，b为在扫描电镜下观察到的直径为I μπι小孔。
[0038]所述第三聚光镜14、探测器15可以集成在一个装置中，外加控制单元可以控制装置在空间进行移动和旋转，如图5所示。
[0039]所述平移台12用于控制待测镜平动或倾斜，可以同时在三维(X，y, ζ)方向移动，在二维(Xz，yz)方向倾斜，也可以单独在一维方向移动，可以是直线导轨的组合，或者其他有五维运动能力的机构。
[0040]所述转台13可以使待测件11旋转任意角度，同时也可以带有编码功能。
[0041]所述待测件11含有工装，工装能够固定掩模版10。
[0042]在测量时采用图1所示的测量装置，待测件侧面固定掩模版10，通过小孔周围反射光的光强变化判断待测件11的对准情况，如图6所示，当入射光束对准小孔时，带有衍射效应的反射光，光强最大，当入射光束偏离小孔时，反射光光强变弱。根据通过标定掩模版10上小孔的位置，得到待测件11在平移台12上的相对位置信息，图7示出本发明一种利用小孔衍射波进行待测件定位方法过程流程图，具体检测步骤如下:
[0043]第一步:标定掩模版和待测件对应的位置关系，即掩模版上小孔对应待测件面上的位置。
[0044]第二步:将待测件11放置在平移台12上，掩模版10固定在待测件工装侧面。激光器I发射的光经过滤波孔2，光束发散后经过第一聚光镜3，第一聚光镜3会聚光到一个空间滤波器4，滤掉杂光，再经过一个扩束镜5进行扩束，扩束过的激光经过一个λ /2波片6，旋转激光的偏振方向，再通过一个λ/4波片7将线偏振光转换为圆偏振光。圆偏振光经过衰减片8调节光强后经第二聚光镜9照射到掩模版10上。
[0045]第三步:调整平移台12的倾斜与位移，使待测件11放置在正确的位置。
[0046]第四步:利用平移台12控制待测件11的运动，当掩模版10移动时，入射光束将不断对准或偏离小孔，根据探测器15记录的光强变化，计算待测件11位移距离。
[0047]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种利用小孔衍射波进行待测件定位的装置，其特征在于，包括: 激光器⑴、滤波孔⑵、第一聚光镜⑶、空间滤波器⑷、扩束镜(5)、λ /2波片(6)、λ/4波片(7)、衰减片(8)、第二聚光镜(9)、掩模版(10)、待测件(11)、平移台(12)、转台(13)、第三聚光镜(14)、探测器(15)和计算机(16);其中:滤波孔⑵放置在激光器⑴的出光口，第一聚光镜(3)放置在滤波孔(2)和空间滤波器(4)中间，滤波孔(2)放置的位置为物面位置，空间滤波器(4)放置在像面位置；空间滤波器(4)同时放置在扩束镜(5)的前焦点，λ/2波片出)、入/4波片(7)依次放置在扩束镜(5)后面，其中滤波孔(2)、第一聚光镜(3)、空间滤波器(4)、扩束镜(5)、λ/2波片(6)、λ/4波片(7)的中心都在同一光轴上，λ/2波片(6)、λ/4波片(7)平行于扩束镜(5)，衰减片(8)、第二聚光镜(9)与λ/4波片(7)同一光轴，第二聚光镜(9)放置在衰减片⑶后面，掩模版(10)固定在待测件(11)侦J面，待测件(11)放置在平移台(12)上面，平移台(12)放置在转台(13)上面，探测器(15)放在第三聚光镜(14)后面；计算机(16)与探测器(15)连接； 激光器(I)，用于发出激光作为照明光源； 滤波孔(2)，利用衍射效应用于将激光发出的光散射； 第一聚光镜(3)，用于收集滤波孔发出的散射光； 空间滤波器(4)，用于将聚光镜收集的光过滤掉杂散光； 扩束镜(5)，用于将空间滤波器过滤的点光源的光变为平行光； λ/2波片￠)，用于旋转激光光源的偏振方向； λ/4波片(7)，用于和λ/2波片结合来调节产生圆偏振光； 衰减片(8)，用于改变光束的光强； 第二聚光镜(9)，用于将光束缩束到掩模版(10)上的小孔上； 掩模版(10)，包含小孔和小孔阵列，上面小孔镀反射膜用于反射光；同时根据小孔的位置，定位待测件位置； 待测件(11):可以是光学件也可以是机械件，或金属件、塑料件； 平移台(12)，用于放置待测件，同时控制待测件的平动； 转台(13)，用于控制待测件的转动； 第三聚光镜(14)，用于将反射后的光投射到CCD探测器(15)上，计算机(16)与探测器(14)连接，计算机(16)存储并处理探测器(15)记录的光强信息。
2.根据权利要求1所述利用小孔衍射波进行待测件定位的装置，其特征在于:所述激光器(I)、滤波孔(2)、第一聚光镜(3)、空间滤波器(4)、扩束镜(5)、λ /2波片(6)、λ /4波片(7)、衰减片(8)、第二聚光镜(9)可以集成在一个测试装置内，外加控制单元可以控制装置在空间内移动和旋转。
3.根据权利要求1所述利用小孔衍射波进行待测件定位的装置，其特征在于:所述掩模版(10)包含小孔或小孔阵列，可以用于定位或测量。
4.根据权利要求1所述利用小孔衍射波进行待测件定位的装置，其特征在于:所述第三聚光镜(14)、探测器(15)可以集成在一个装置中，外加控制单元可以控制装置在空间进行移动和旋转。
5.根据权利要求1所述利用小孔衍射波进行待测件定位的装置，其特征在于:所述平移台(12)用于控制待测镜平动或倾斜，可以同时在三维(X，y, ζ)方向移动，在二维(Xz，yz)方向倾斜，也可以单独在一维方向移动，可以是直线导轨的组合，或者其他有五维运动能力的机构。
6.根据权利要求1所述利用小孔衍射波进行待测件定位的装置，其特征在于:所述转台(13)可以使待测件(11)旋转任意角度，同时也可以带有编码功能。
7.根据权利要求1所述利用小孔衍射波进行待测件定位的装置，其特征在于:所述待测件(11)含有工装，工装能够固定掩模版(10)。
8.一种利用小孔衍射波进行待测件定位的方法，该方法利用权利要求1所述利用小孔衍射波进行待测件定位的装置，其特征在于:待测件侧面固定掩模版(10)，通过小孔周围反射光的光强变化判断待测件(11)的对准情况，通过标定掩模版(10)上小孔的位置，得到待测件(11)在平移台(12)上的相对位置信息，具体检测步骤如下: 第一步:标定掩模版和待测件对应的位置关系，即掩模版上小孔对应待测件面上的位置； 第二步:将待测件(11)放置在平移台(12)上，掩模版(10)固定在待测件工装侧面，激光器(I)发射的光经过滤波孔(2)，光束发散后经过第一聚光镜(3)，第一聚光镜(3)会聚光到一个空间滤波器(4)，滤掉杂光，再经过一个扩束镜(5)进行扩束，扩束过的激光经过一个λ/2波片(6)，旋转激光的偏振方向，再通过一个λ/4波片(7)将线偏振光转换为圆偏振光，圆偏振光经过衰减片(8)调节光强后经第二聚光镜(9)照射到掩模版(10)上；第三步:调整平移台(12)的倾斜与位移，使待测件(11)放置在正确的位置； 第四步:利用平移台(12)控制待测件(11)的运动，根据探测器(15)记录的光强变化，计算待测件(11)位移距离。
【专利摘要】本发明公开了一种利用小孔衍射波进行待测件定位的装置及方法，该装置中从激光器发射的光经过滤波孔、第一聚光镜、空间滤波器、扩束镜、λ/2波片、λ/4波片、经过衰减片后经照射到待测件侧面掩模版，掩模版包含小孔或小孔阵列，小孔周围反射光的光强变化判断待测件的对准情况。待测件侧面固定掩模版，通过标定掩模版上小孔的位置，得到待测件在平移台上的相对位置信息。本发明小孔可以做到1μm量级，小孔对入射光位置很敏感，一旦入射光偏离小孔，光强会发生较大变化，测量精度在纳米量级。同时提出了一种利用小孔衍射波进行待测件定位的方法，其中关键部件掩模版包含小孔或小孔阵列，根据小孔周围反射光的变化判断待测件的对准情况。
【IPC分类】G01B11-00
【公开号】CN104748686
【申请号】CN201510189200
【发明人】贾辛, 许嘉俊, 邢廷文
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月21日