專利名稱：大距離光線平行調(diào)整的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光線之間平行度的高精 度調(diào)整。利用調(diào)整后的平行光束可以進行兩直線導(dǎo)軌的平行度測量，還可以進 行直線導(dǎo)軌副本身的滾轉(zhuǎn)角測量。
背景技術(shù)：
步進掃描光刻機掩模板工件臺和硅片工件臺導(dǎo)軌的平行裝調(diào)可以利用平行 光線進行平行度檢測，其中光線的平行性是直接影響到裝調(diào)的結(jié)果的可靠性。 另外，數(shù)控機床直線導(dǎo)軌副需要進行滾轉(zhuǎn)角測量，而最簡單的光學(xué)測量方法是 利用平行光線進行測量。盡管通過兩個五角棱鏡能使光線產(chǎn)生平行光線，但由 于五角棱鏡只能保證有一個方向的垂直，很難得到兩束光線平行性在1弧秒以 下。
本實用新型的目的在于提供一種具有通用性、大距離的激光平行性調(diào)整裝 置和方法，調(diào)整精度優(yōu)于1弧秒。利用此方法得到的平行光線可以用于大距離 導(dǎo)軌之間的平行性裝調(diào)和導(dǎo)軌本身的滾轉(zhuǎn)角測量。 發(fā)明內(nèi)容
大距離光線平行調(diào)整的裝置是準(zhǔn)直激光器發(fā)出高穩(wěn)定性的準(zhǔn)直激光，經(jīng)
過偏振分光器分光。其中偏振分光器的反射光路上放置一個;i/4波片，波片的快
軸方向與激光的偏振方向成45°，再入射到一個平面反射鏡上。而在偏振分光器 的透射光路上放置另外一個A/4波片，波片的快軸方向與激光的偏振方向也成 45°，再通過一個二維可調(diào)平面反射鏡反射，使其反射方向與偏振分光器的反射 光平行入射到一平面反射鏡上。其特征在于此平面反射鏡放置在一個直線導(dǎo) 軌的導(dǎo)軌副上，此導(dǎo)軌副也能進行二維小角度調(diào)節(jié)。在此導(dǎo)軌副上，放置了高
精度電子水平儀，在直線導(dǎo)軌的一端放置了自準(zhǔn)直儀，此兩者用來監(jiān)測導(dǎo)軌副 移動后二維角度的變化。使經(jīng)過移動后的平面反射鏡，通過調(diào)整導(dǎo)軌副，能回 到原來的初始狀態(tài)。
所述的平面反射鏡還可以放置在豎直方向的一個導(dǎo)軌副上，在導(dǎo)軌副上放 置一個二維的電子水平儀進行監(jiān)測導(dǎo)軌副二維角度的變化。
所述的準(zhǔn)直儀可以為多自由度準(zhǔn)直系統(tǒng)。
所述的裝置可以通過增加偏振分光鏡和A/4波片調(diào)整多束大距離光線之間 的平行性。
所述的裝置可以通過在兩出射平行光線上分別放置一個四象限探測器，進 行滾轉(zhuǎn)角測量或者兩導(dǎo)軌之間平行度的測量。
本實用新型的大距離光線平行調(diào)整方法步驟為
(1) 準(zhǔn)直激光器發(fā)出穩(wěn)定激光通過偏振分光器分光，分為垂直線偏振s 和平行線偏振P激光；
(2) 用紙板擋住偏振分光器的透射光P,使垂直線偏振激光S透過一個A/4 波片，變成圓偏振光，入射到一個平面反射鏡上，其中義/4波片的快軸與S偏振 方向成45。；
(3) 上述的平面反射鏡放置在一直線導(dǎo)軌副上，導(dǎo)軌副上還放置一個高精
度電子水平儀，可以讀出導(dǎo)軌副在Y方向上的傾斜角，記下此時的傾斜角讀數(shù)，
并在導(dǎo)軌副上放置另外一個平面反射鏡(第二個平面反射鏡)，在導(dǎo)軌的一端放 置一個高精度準(zhǔn)直儀，第二個平面反射鏡用作準(zhǔn)直儀的靶鏡，記下準(zhǔn)直儀的讀 數(shù)。
(4) 保持其它不動，調(diào)整第一個平面反射鏡使圓偏振光線逆向返回第二次 透過義/4波片，此時光線由圓偏振光變成線偏振光，但偏振方向旋轉(zhuǎn)了 90°，因此，光線透過偏振分光器和透鏡，入射到探測器上，并使光線入射到探測器的 中心位置，記下讀數(shù)。
(5) 把偏振分光器后面的紙板拿開，放在偏振分光器的反射光路上擋住 偏振分光器的反射光S。偏振分光器的透射光P透過另外一個義/4波片，其中義/4 波片的快軸與P偏振方向成45、透過此義/4波片的偏振光也變成圓偏振光，再 通過第三個平面反射鏡反射，第三個平面反射鏡固定在一個二維調(diào)節(jié)裝置上。
(6) 導(dǎo)軌副上所有器件隨著導(dǎo)軌運動到合適位置(兩平行光線距離)，這
時導(dǎo)軌副相對于初始位置在X和Y方向上有微小的角度變動，所以電子水平儀
和靶鏡都有微小變動。
(7) 保持導(dǎo)軌副上所有器件相對不動，分別調(diào)整導(dǎo)軌副在X和Y方向上的
角度偏移，使電子水平儀和準(zhǔn)直儀的讀數(shù)分別與第一次記下的數(shù)值相同。
(8) 這時第一個平面反射鏡使第三個平面反射鏡反射的圓偏振光線逆向 返回來，再經(jīng)過第三個平面鏡，第二次透過義/4波片，使圓偏振光變成了線偏振 光，但其振動方向旋轉(zhuǎn)了 90°，因此光線經(jīng)過偏振分光器反射，透過透鏡，入射 到探測器上。
(9) 調(diào)節(jié)二維可調(diào)的第三個平面反射鏡，使逆向入射到探測器上的光點的 位置讀數(shù)與上述記下的讀數(shù)相同。
(10) 撤走以上所述的擋光紙板、準(zhǔn)直儀和用來輔助調(diào)整的導(dǎo)軌以及導(dǎo) 軌上所有東西，則兩出射光線為平行光線。
所述的方法，其特征還在于將出射光線調(diào)整為平行光線后，在兩出射平
行光線上分別放置一個四象限探測器，當(dāng)探測器隨著各自的導(dǎo)軌副一起運動時， 分別記下每個位置對應(yīng)的讀數(shù)，對這兩個探測器所得到的信息進行數(shù)據(jù)處理， 便可以得到導(dǎo)軌副的滾轉(zhuǎn)角大小或者兩導(dǎo)軌之間的平行度。
本實用新型適用于產(chǎn)生兩束大距離平行光線，具有如下的優(yōu)點
1、 調(diào)整裝置和方法相對簡單，可以調(diào)整大距離平行光線。
2、 調(diào)整精度高，利用高穩(wěn)定準(zhǔn)直激光可以調(diào)整到光線之間平行性在l弧秒以下。
3、 利用此方法還可以調(diào)整兩束以上大距離光線之間的平行性。以下結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步說明本實用新型。


圖1為調(diào)整大距離光束平行光線的實施例一。
圖2為調(diào)整大距離光束平行光線的實施例二。
圖3為利用調(diào)整好的兩平行光線進行滾轉(zhuǎn)角測量或者兩導(dǎo)軌之間平行度測 量的一個實施例。
圖中1-為準(zhǔn)直激光器；2-為偏振分光器；3、 4-為義/4波片；5-為小平面 反射鏡；6-為二維調(diào)節(jié)裝置；7-為凸透鏡；8-為四象限探測器；9-為準(zhǔn)直儀； 10-為直線導(dǎo)軌；11、 ll'-為導(dǎo)軌副；12、 12'—為平面反射鏡；13、 13 '-為電 子水平儀；14、 14'-為平面反射鏡；15、 15'-為二維電子水平儀；16 —為四象
限探測器；17-為四象限探測器；。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型。
具體調(diào)整過程如下準(zhǔn)直激光器1發(fā)出穩(wěn)定激光通過偏振分光器2分光，
分為垂直線偏振S和平行線偏振P激光。用紙板擋住偏振分光器的透射光P，使 垂直線偏振激光S透過一個義/4波片3，其中義/4波片3的快軸與S偏振方向成 45°,變成圓偏振光，入射到一個平面反射鏡12上，平面反射鏡12放置在導(dǎo)軌 副11上，導(dǎo)軌副11上還放置一個高精度電子水平儀13，可以讀出導(dǎo)軌副在Y方向上的傾斜角，記下此時的傾斜角讀數(shù)，并在導(dǎo)軌副ll上放置另外一個平面 反射鏡14，在導(dǎo)軌10的一端放置一個高精度準(zhǔn)直儀9，平面反射鏡14用作準(zhǔn)
直儀9的靶鏡，記下準(zhǔn)直儀9的讀數(shù)。保持其它不動，調(diào)整平面反射鏡12使圓 偏振光線逆向返回第二次透過A/4波片3，此時光線由圓偏振光變成線偏振光， 但偏振方向旋轉(zhuǎn)了90。，因此光線透過偏振分光器2和透鏡7，入射到四象限探 測器8上，并使光線入射到探測器8的中心位置，記下讀數(shù)。把偏振分光器2 后面的紙板拿開，放在偏振分光器2的反射光路上擋住偏振分光器2的反射光S。 偏振分光器2的透射光P透過另外一個義/4波片4，其中A/4波片4的快軸與P 偏振方向成45°，透過此義/4波片4的偏振光也變成圓偏振光，再通過平面反射 鏡5反射，平面反射鏡5固定在一個二維調(diào)節(jié)裝置6上。導(dǎo)軌副ll上所有器件 隨著導(dǎo)軌10運動到合適位置(兩平行光線距離)，這時導(dǎo)軌副11 '相對于11在 X和Y方向上有微小的角度變動，所以電子水平儀13'和靶鏡14 '都有微小變動， 保持導(dǎo)軌副11'上所有器件相對于11 '不動，分別調(diào)整導(dǎo)軌副11'在X和Y方向 上的角度偏移，使電子水平儀13 '和準(zhǔn)直儀9的讀數(shù)分別與第一次記下的數(shù)值相 同。這時平面反射鏡12'使平面5反射的圓偏振光線逆向返回來，再經(jīng)過平面鏡 5第二次透過義/4波片4，使圓偏振光變成了線偏振光，但其振動方向旋轉(zhuǎn)了 90°， 因此光線經(jīng)過偏振分光器2反射，透過透鏡7，入射到四象限探測器8上。調(diào)節(jié) 二維可調(diào)平面反射鏡5，使逆向入射到探測器8上的光點的位置讀數(shù)與上述記下 的讀數(shù)相同。最后，撤走以上所述的擋光紙板、準(zhǔn)直儀9和用來輔助調(diào)整的導(dǎo) 軌10以及導(dǎo)軌上所有東西，則兩出射光線為平行光線。
圖2是本實用新型的第二個實施例，具體調(diào)整過程與實施例一一樣。其區(qū) 別在于，不再需要準(zhǔn)直儀9，整個裝置豎直放置，直線導(dǎo)軌的導(dǎo)軌副也豎直放置， 利用一個高精度二維電子水平儀15來監(jiān)測導(dǎo)軌副二維角度變化。
利用以上兩種實施例的調(diào)整裝置和方法還可以調(diào)整大距離多束光之間的平 行性。
圖3為利用以上裝置調(diào)整好的兩束平行光線進行滾轉(zhuǎn)角測量或者兩導(dǎo)軌之 間平行度測量的一個實施例。在兩出射平行光線上分別放置一個四象限探測器
16和17。當(dāng)探測器16和17隨著各自的導(dǎo)軌副一起運動時，分別記下每個位置
對應(yīng)的讀數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理這兩個探測器所得到的信息，便可以得到導(dǎo)軌副的 滾轉(zhuǎn)角大小或者兩導(dǎo)軌之間的平行度。
權(quán)利要求1、一種大距離光線平行調(diào)整的裝置，包括可發(fā)出高穩(wěn)定性準(zhǔn)直激光的準(zhǔn)直激光器(1)，對所述激光分光的偏振分光器(2)，放置在偏振分光器(2)反射光路上的平面反射鏡(12)，放置在偏振分光器(2)與平面反射鏡(12)中間、快軸方向與激光的偏振方向成45°角的λ/4波片(3)；放置在偏振分光器(2)透射光路上的二維可調(diào)平面反射鏡(5)，放置在偏振分光器(2)與二維可調(diào)平面反射鏡(5)中間、快軸方向與激光的偏振方向成45°角的第二個λ/4波片(4)；放置在兩次逆向反射光路上的透鏡(7)，放置在透鏡(7)透射光路上的探測器(8)；其特征在于平面反射鏡(12)放置在一個直線導(dǎo)軌(10)的能進行二維小角度調(diào)節(jié)的導(dǎo)軌副(11)上。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于在所述導(dǎo)軌副(11)上，放置了高精度電子水平儀(13)，在直線導(dǎo)軌的一端放置了準(zhǔn)直儀(9)。
3、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的準(zhǔn)直儀(9)可以為多 自由度準(zhǔn)直系統(tǒng)。
4、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于包括調(diào)整多束大距離光線之間平行性的多組偏振分光器和;i/4波片。
5、 如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于還包括在兩出射平行光線上分 別放置的四象限探測器(16)和(17)。
6、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)軌副(11)為豎直放置，在導(dǎo)軌副(11)上放置一個監(jiān)測導(dǎo)軌副(11) 二維角度變化的二維電子水平儀(15)。
專利摘要本實用新型涉及一種大距離光線平行調(diào)整的裝置，屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型的裝置包括準(zhǔn)直激光器(1)，偏振分光器(2)，放置在偏振分光器(2)反射光路上的平面反射鏡(12)，放置在偏振分光器(2)與平面反射鏡(12)中間的λ/4波片(3)；放置在偏振分光器(2)透射光路上的二維可調(diào)平面反射鏡(5)，放置在偏振分光器(2)與二維可調(diào)平面反射鏡(5)中間的第二個λ/4波片(4)；放置在兩次逆向反射光路上的透鏡(7)，放置在透鏡(7)透射光路上的探測器(8)；其中平面反射鏡(12)放置在一個直線導(dǎo)軌(10)的能進行二維小角度調(diào)節(jié)的導(dǎo)軌副(11)上。使用此裝置可以簡單的調(diào)整大距離平行光線，并且精度很高。
文檔編號G02B17/00GK201187993SQ20082007880
公開日2009年1月28日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
發(fā)明者劉麗輝, 匡翠方, 李艷秋 申請人:北京理工大學(xué)