一種光柵式垂向位置測量系統技術方案

本發明專利技術涉及一種光柵式垂向位置測量系統，依次包括照明單元、投影光柵組、投影單元、探測單元、探測光柵組、圖像采集單元和信號處理單元，所述投影光柵組和探測光柵組內均包括2n(n≥1)個不同周期的光柵，且探測光柵組與投影光柵組為中心對稱圖形，所述照明單元發出的光均勻照射至所述投影光柵組，然后被所述投影單元成像到待測工件表面，經所述待測工件表面反射后，被探測單元成像在所述探測光柵組上，所述圖像采集單元采集透過所述探測光柵組的光信號，所述信號處理單元根據所述光信號的光強分布反解光柵組的差頻相位，并根據所述差頻相位計算所述待測工件的垂向位置信息。本發明專利技術采用光柵測量，提高了垂向位置測量系統的穩定性與使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種光柵式垂向位置測量系統。
技術介紹
隨著投影物鏡工作波長不斷減小、數值孔徑不斷增大，其焦深也愈來愈小，這就需要不斷提高對工件表面垂向位置的測量精度，以使其精確地處于投影物鏡的最佳焦平面上。目前用于工件表面垂向位置測量的傳感器大多采用光電式測量，投影分支將按一定規律排列的測量狹縫成像在被測工件表面，形成測量光斑；測量光斑經被測工件表面反射后被探測光學系統二次成像到探測狹縫面；工件的垂向位置變化將導致探測狹縫面上測量光斑相對于探測狹縫移動，透過探測狹縫的光強也隨之變化；根據光強的變化可以反算出工件的垂向位置。但是上述光電式垂向測量系統往往需要包含信號調制的運動部件，該運動部件的性能制約著垂向位置測量系統的穩定性與使用壽命。
技術實現思路
本專利技術提供一種光柵式垂向位置測量系統，以提高垂向位置測量的穩定性，并延長使用壽命。為解決上述技術問題，本專利技術提供一種光柵式垂向位置測量系統，沿光傳播方向依次包括照明單元、投影光柵組、投影單元、探測單元、探測光柵組、圖像采集單元和信號處理單元，所述投影光柵組和探測光柵組內均包括2n(n≥1)個不同周期的光柵，且所述探測光柵組與投影光柵組為中心對稱圖形，即所述投影光柵組旋轉180度后與投影光柵組完全重合，所述照明單元發出的光均勻照射至所述投影光柵組，然后被所述投影單元成像到待測工件表面，經所述待測工件表面反射后，被探測單元成像在所述探測光柵組上，所述圖像采集單元采集透過所述探測光柵組的光信號，所述信號處理單元根據所述光信號的光強分布反解光柵組的差頻相位，并根據所述差頻相位計算所述待測工件的垂向位置信息。較佳地，所述投影光柵組和探測光柵組內均包括兩個不同周期的光柵。較佳地，所述投影單元和探測單元均為雙遠心光路，所述投影光柵組與所述待測工件表面滿足Scheimpflug條件(即：在光學系統中，物面、像面與各自主平面相交于相同的高度)，所述待測工件表面與所述探測光柵組也滿足Scheimpflug條件。較佳地，所述圖像采集單元包括成像鏡頭和探測器，透過所述探測光柵組的光經所述成像鏡頭在所述探測器上成像。較佳地，所述探測器為CCD或CMOS。較佳地，所述待測工件上方設有一參考鏡，所述參考鏡與待測工件之間設有并行設置的第一光學件和第二光學件，所述第一光學件和第二光學件均為部分透射、部分反射。與現有技術相比，本專利技術提供的一種光柵式垂向位置測量系統，沿光傳播方向依次包括照明單元、投影光柵組、投影單元、探測單元、探測光柵組、圖像采集單元和信號處理單元，所述投影光柵組和探測光柵組內均包括2n(n≥1)個不同周期的光柵，且所述探測光柵組與投影光柵組為中心對稱圖形，所述照明單元發出的光均勻照射至所述投影光柵組，然后被所述投影單元成像到待測工件表面，經所述待測工件表面反射后，被探測單元成像在所述探測光柵組上，所述圖像采集單元采集透過所述探測光柵組的光信號，所述信號處理單元根據所述光信號的光強分布反解光柵組的差頻相位，并根據所述差頻相位計算所述待測工件的垂向位置信息。本專利技術取消了用于信號調制的運動部件，采用光柵測量，提高了垂向位置測量系統的穩定性與使用壽命，且所用的光柵周期較大，衍射及色散效應均可忽略，適用寬光譜以提高工藝適應性。附圖說明圖1為本專利技術一具體實施方式的光柵式垂向位置測量系統的結構示意圖；圖2為本專利技術實施例一中投影光柵組的示意圖；圖3為本專利技術實施例一中探測光柵組的示意圖；圖4為本專利技術一具體實施方式的光柵式垂向位置測量系統中參考鏡及第一、第二光學件的結構示意圖。圖中：10-照明單元、20-投影光柵組、30-投影單元、40-探測單元、50-探測光柵組、60-圖像采集單元、61-成像鏡頭、62-探測器、70-信號處理單元、80-待測工件、90-參考鏡、91-第一光學件、92-第二光學件。具體實施方式為了更詳盡的表述上述專利技術的技術方案，以下列舉出具體的實施例來證明技術效果；需要強調的是，這些實施例用于說明本專利技術而不限于限制本專利技術的范圍。實施例一本專利技術提供的一種光柵式垂向位置測量系統，如圖1所示，沿光傳播方向依次包括照明單元10、投影光柵組20、投影單元30、探測單元40、探測光柵組50、圖像采集單元60和信號處理單元70，所述投影光柵組20和探測光柵組50內均包括2n(n≥1)個不同周期的光柵，本實施例中，n＝1，即：所述投影光柵組20和探測光柵組50內均包括兩個不同周期的光柵，請重點參考圖2和圖3，所述探測光柵組50與投影光柵組20為中心對稱圖形，即探測光柵組50旋轉180度后與投影光柵組20完全重合，具體地，所述照明單元10發出的光均勻照射至所述投影光柵組20，然后被所述投影單元30成像到待測工件80表面，經所述待測工件80表面反射后，被探測單元40成像在所述探測光柵組50上，所述圖像采集單元60采集透過所述探測光柵組50的光信號，所述信號處理單元70根據所述光信號的光強分布反解光柵組的差頻相位，并根據所述差頻相位計算所述待測工件80的垂向位置信息。本專利技術取消了用于信號調制的運動部件，采用光柵測量，提高了垂向位置測量系統的穩定性與使用壽命，且所用的光柵周期較大，衍射及色散效應均可忽略，適用寬光譜以提高工藝適應性。較佳地，所述圖像采集單元60包括成像鏡頭61和探測器62，透過所述探測光柵組50的光經所述成像鏡頭61在所述探測器62上成像，具體地，所述探測器62為CCD或CMOS。具體地，設投影光柵組20包括兩個周期分別為a、b的光柵，其透過率函數分別為：τ1(y)=Σn=-mn=mrect(ya)*δ(y-2na)...(1)]]>τ2(y)=Σn=-mn=mrect(yb)*δ(y-2nb)...(2)]]>投影單元30和探測單元40的倍率均為-1，則投影單元30和探測單元40組成的成像單元的放大率為1，因此投影光柵組20在探測光柵組50上的像與投影光柵組20上的像完全相同。當待測工件80的待測面未發生移動時，透過其中一個探測光柵的光強為：I1(y)∝τ1(y)τ2(y)...........................................................................(3)其傅里葉變換為：F{I1(y)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光柵式垂向位置測量系統，其特征在于，沿光傳播方向依次包括照明單元、投影光柵組、投影單元、探測單元、探測光柵組、圖像采集單元和信號處理單元，所述投影光柵組和探測光柵組內均包括2n(n≥1)個不同周期的光柵，且所述探測光柵組與投影光柵組為中心對稱圖形，所述照明單元發出的光均勻照射至所述投影光柵組，然后被所述投影單元成像到待測工件表面，經所述待測工件表面反射后，被探測單元成像在所述探測光柵組上，所述圖像采集單元采集透過所述探測光柵組的光信號，所述信號處理單元根據所述光信號的光強分布反解光柵組的差頻相位，并根據所述差頻相位計算所述待測工件的垂向位置信息。

【技術特征摘要】
1.一種光柵式垂向位置測量系統，其特征在于，沿光傳播方向依次包括照明單元、投影光柵組、投影單元、探測單元、探測光柵組、圖像采集單元和信號處理單元，所述投影光柵組和探測光柵組內均包括2n(n≥1)個不同周期的光柵，且所述探測光柵組與投影光柵組為中心對稱圖形，所述照明單元發出的光均勻照射至所述投影光柵組，然后被所述投影單元成像到待測工件表面，經所述待測工件表面反射后，被探測單元成像在所述探測光柵組上，所述圖像采集單元采集透過所述探測光柵組的光信號，所述信號處理單元根據所述光信號的光強分布反解光柵組的差頻相位，并根據所述差頻相位計算所述待測工件的垂向位置信息。2.如權利要求1所述的一種光柵式垂向位置測量系統，其特征在于，所述投影光柵組旋轉180度后與投影光柵組完全重合。3.如權利要求1或2所述的一種光柵式垂向位置測量系統，其特征在于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王福亮，徐榮偉，
申請(專利權)人：上海微電子裝備有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31