形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置制造方法
【專利摘要】形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置屬于激光測量【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明將被校準(zhǔn)激光干涉儀四條測量光束穿過四軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束平行置于四條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束中間位置；標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束垂直距離很小，標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束空氣折射率值非常接近；目標(biāo)反射鏡反射面表面形貌造成的測量位移誤差補償?shù)浇俏灰茰y量結(jié)果中，保證角位移測量值的準(zhǔn)確性。
【專利說明】形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光測量【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及一種激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]角位移激光干涉儀是精度很高的標(biāo)準(zhǔn)測量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于精密和超精密機械加工、微電子裝備、納米技術(shù)工業(yè)裝備和國防裝備等領(lǐng)域，可以用于微位移部件、移動平臺和光刻機角度變化量的監(jiān)測。角位移激光干涉儀可以提供很高的測量精度，并且可以動態(tài)測量運動中的相對擺角，這是區(qū)別其他儀器的獨特優(yōu)勢，為了保證角位移激光干涉儀測量的準(zhǔn)確性，科學(xué)有效地對角位移激光干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)非常重要。角位移激光干涉儀的實現(xiàn)是將單光路的線位移激光干涉儀改進(jìn)成多光路的線位移激光干涉儀，通過測量得到的兩條光路相對光程變化可以獲得一個旋轉(zhuǎn)角度的變化值。在目前文獻(xiàn)資料中未提出角位移激光干涉儀的校準(zhǔn)方法與裝置，但因為角位移激光干涉儀是線位移激光干涉儀測量的衍生方案，所以角位移激光干涉儀校準(zhǔn)可以采用線位移激光干涉儀的校準(zhǔn)方法:并行式(冷玉國，陶磊，徐健.基于80m測量裝置的雙頻激光干涉儀系統(tǒng)精度及影響因素分析.計量與測試技術(shù)，2011，38(9):47-49)、背對背式(廖澄清，朱小平，王蔚晨，杜華.激光干涉儀測長精度校準(zhǔn)方法的研究.現(xiàn)代測量與實驗室管理，2005，1:6-7)和共光路式(Dr-1ng
H.-H.Schussler.Comparison and calibration of laser interferometer systems.Measurement, 1985,3(4):175-184)，因此角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置也會有線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置的缺點:較大的阿貝誤差、嚴(yán)重的空氣折射率不一致性和不是準(zhǔn)確意義上兩套激光干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置中較大的阿貝誤差、嚴(yán)重的空氣折射率不一致性和不是準(zhǔn)確意義上兩套激光干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)的問題，本發(fā)明提出和研發(fā)了形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置，該發(fā)明使標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束垂直距離很小，從而可以減小阿貝誤差、減小空氣折射率不一致性的影響，并且是準(zhǔn)確意義上兩套激光干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法，該方法步驟如下:
[0006](I)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器的輸出光經(jīng)四軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束，并都入射到有中間孔的平面鏡上，在垂直于四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)，第一條與第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束投影位置點之間的連接線段M長為A，第三條與第四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束投影位置點之間的連接線段N長為B，兩連接線段相交，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束中帶有平面鏡位移信息的部分光被反射回四軸中空激光干涉鏡組后，根據(jù)從四軸中空激光干涉鏡組中獲得的干涉信號，得到連接線段M所在直線與連接線段N所在直線分別與有中間孔的平面鏡入射面夾角的變化值arctan ((afa2) / A)、arctan ( Od1Hd2) / B),其中，apayh和b2分別為有中間孔的平面鏡上第一條、第二條、第三條和第四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束入射區(qū)域的線位移測量值，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡透射到四個光束位置探測器上；[0007](2)被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器的輸出光經(jīng)被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組形成相互平行的四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束，被校準(zhǔn)激光干涉儀四條測量光束都穿過四軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，與四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束平行，并都入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡上，在垂直于四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)，第一條與第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束投影位置點之間的連接線段m長為C，第三條與第四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束投影位置點之間的連接線段η長為D，連接線段m與連接線段M共線，連接線段η與連接線段N共線，四條帶有被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡位移信息的被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束反射回被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組后，根據(jù)從被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組中獲得的干涉信號，得到連接線段m所在直線與連接線段η所在直線分別與被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡入射面夾角的變化值 arctan ((C1-C2) / C) > arctan (((I1-(I2) / D),其中，C1'c2、(I1 和 d2 分別為被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡上第一條、第二條、第三條和第四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束入射區(qū)域的線位移測量值；
[0008](3)第一條、第二條、第三條、第四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束和第一條、第二條、第三條和第四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束在目標(biāo)反射鏡入射面上各自的初始入射位置坐
豐不分力U 為(Xi，Yi)、(叉2，5^2)、(叉3，y"3)、(叉4，5^4)、(叉5，J 、(^6) 5^6)、^ Y ?)和(叉8，5^8)，
目標(biāo)反射鏡入射面上每條測量光束的初始入射位置坐標(biāo)經(jīng)過二維方向的坐標(biāo)位移(X，y)后，因目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量值分別為函數(shù)Z1 (Xl+X，yi+y) >Z2 (x2+x, y2+y)、Z3 (x3+x, y3+y)、z4 (x4+x, y4+y)、z5 (x5+x, y5+y)、z6 (x6+x, y6+y)、z7 (x7+x, y7+y)和ζ8(χ8+χ，y8+y)，運動臺進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)方向的小角度偏擺并伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)任意二維方向的衍生位移，以勻速或非勻速采樣速率，同步采樣標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan(Xafa2) / A)、arctan(Od1Hd2) / B)和被校準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan ((C1-C2 / C) > arctan (((I1-(I2) / D),四個光束位置探測器同步探測到四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束光斑在目標(biāo)反射鏡入射面上二維方向的衍生坐標(biāo)位移值，求取四個坐標(biāo)位移值的算術(shù)平均值(X’，I，)作為每條測量光束的衍生坐標(biāo)位移值，將目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量誤差補償?shù)綂A角變化值中，得到arctan[(&1-Ζι(Χι+Χ’，yi+y，))_(a2_z2(x2+x，，y2+y，))] / A}、arctan {[ (Id1-Z3 (x3+x，，y3+y，))_ (b2_z4 (x4+x，，y4+y’ ))] / B}和 arctan {[ (c「z5 (x5+x，, y5+y’ )) - (c2_z6 (x6+x，, y6+y’ ))] / C}、arctan{[ (Cl1-Z7 (x7+x’，y7+y ’)) - (d2-z8 (x8+x’，y8+y ’))] / D}，最終得到兩組角位移校準(zhǔn)測量誤差值 arctan {[ Ca1-Z1 (x!+x，, y!+y，)) _ (a2_z2 (x2+x，，y2+y，))] / A} -arctan {[ (c「z5 (x5+x，,y5+y，))- (c2-z6 (x6+x，，y6+y，))] / C}和 arctan {[ (b「z3 (x3+x，，y3+y，))- (b2_z4 (x4+x，，y4+y，)) ] / B} -arctan {[ ((I1-Z7 (x7+x，，y7+y，)) - (d2-z8 (x8+x，，y8+y，)) ] / D}。
[0009]一種形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器，可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號位置上的接收器，導(dǎo)線將接收器與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)連接；在標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器輸出光路上配置有中間通孔的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束穿過的四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組；四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組一側(cè)配置導(dǎo)軌，運動臺配裝在導(dǎo)軌上，在運動臺上安裝有中間孔的平面鏡，在平面鏡中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡，被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡和有中間孔的平面鏡組成入射面共面并且相對位置固定的目標(biāo)反射鏡；四個光束位置探測器配置在有中間孔的平面鏡透射區(qū)域后面，且分別位于四條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束透射光路上；在四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組另一側(cè)配置被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器配置在可接收被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號的位置上，導(dǎo)線將被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器與被校準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)連接。
[0010]本發(fā)明具有以下特點及良好效果:
[0011](I)由于被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束通過四軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光軸與平行標(biāo)準(zhǔn)光軸之間的垂直距離很短，兩者的光路非常接近，因此兩套激光干涉儀校準(zhǔn)時阿貝誤差很小。
[0012](2)在垂直于四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面，由四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束在該平面投影點構(gòu)成的四邊形區(qū)域內(nèi)，四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束和四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束受環(huán)境干擾的程度差異很小，標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束空氣折射率值非常接近。
[0013](3)沒有共用的干涉鏡組和測量鏡，標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀部件和被校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀部件歸屬明確，是準(zhǔn)確意義上的兩套激光干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0014](4)四個光束位置探測器能夠測量出四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束相對目標(biāo)反射鏡在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測量光束平面內(nèi)任意二維方向衍生位移，在發(fā)生衍生位移后，目標(biāo)反射鏡反射面表面形貌造成的測量位移誤差補償?shù)浇俏灰茰y量結(jié)果中，保證角位移測量值的準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖2為在有中間孔的平面鏡與被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡組成的目標(biāo)反射鏡的入射面上光斑位置分布示意圖
[0017]圖中:1標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器、2四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組、3、4、5、6四條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束、7有中間孔的平面鏡、8標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀接收器、9標(biāo)準(zhǔn)信號處理系統(tǒng)、10被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器、11被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組、12、13、14、15四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束、16中間通孔、17被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡、18被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器、19被校準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)、20運動臺、21導(dǎo)軌、22、23、24、25四個光束位置探測器、26、27、28、29四條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束光斑位置、30、31、32、33四條被校準(zhǔn)激光干涉儀光束光斑位置。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]一種形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器1，可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號位置上的接收器8，導(dǎo)線將接收器8與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)9連接；在標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器I輸出光路上配置有中間通孔16的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束12、13、14、15穿過的四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2 ;四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2 —側(cè)配置導(dǎo)軌21，運動臺20配裝在導(dǎo)軌21上，在運動臺20上安裝有中間孔的平面鏡7，在平面鏡7中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡17，被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡17和有中間孔的平面鏡7組成入射面共面并且相對位置固定的目標(biāo)反射鏡；四個光束位置探測器22、23、24、25配置在有中間孔的平面鏡7透射區(qū)域后面，且分別位于四條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6透射光路上；在四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2另一側(cè)配置被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組11和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器10，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組11位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器10輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器18配置在可接收被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號的位置上，導(dǎo)線將被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器18與被校準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)19連接。
[0020]所述的四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2的中間通孔16包括任意形狀，數(shù)目是一個或一個以上。
[0021]所述的每條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6和每條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束12、13、14、15分別被有中間孔的平面鏡7和被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡17反射一次或一次以上。
[0022]所述的標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀接收器8和被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器18的數(shù)目分別是兩個或兩個以上。
[0023]一種形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法，該方法步驟如下:
[0024](I)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器I的輸出光經(jīng)四軸中空激光干涉鏡組2形成相互平行的四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6，并都入射到有中間孔的平面鏡7上，在垂直于四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6的平面內(nèi)，第一條與第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束投影位置點之間的連接線段M長為A，第三條與第四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束投影位置點之間的連接線段N長為B，兩連接線段相交，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6中帶有平面鏡7位移信息的部分光被反射回四軸中空激光干涉鏡組2后，根據(jù)從四軸中空激光干涉鏡組2中獲得的干涉信號，得到連接線段M所在直線與連接線段N所在直線分別與有中間孔的平面鏡7入射面夾角的變化值arctan ((?-?) / A)、arctan ( Od1-1d2) / B),其中，a2、Id1和b2分別為有中間孔的平面鏡7上第一條、第二條、第三條和第四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束入射區(qū)域的線位移測量值，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡7透射到四個光束位置探測器22、23、24、25上；
[0025](2)被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器10的輸出光經(jīng)被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組11形成相互平行的四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束12、13、14、15，被校準(zhǔn)激光干涉儀四條測量光束12、13、14、15都穿過四軸中空激光干涉鏡組2的中間通孔16，與四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、
5、6平行，并都入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡17上，在垂直于四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6的平面內(nèi)，第一條與第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束投影位置點之間的連接線段m長為C，第三條與第四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束投影位置點之間的連接線段η長為D，連接線段m與連接線段M共線，連接線段η與連接線段N共線，四條帶有被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡17位移信息的被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束12、13、14、15反射回被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組11后，根據(jù)從被校準(zhǔn)激光干涉儀`干涉鏡組11中獲得的干涉信號，得到連接線段m所在直線與連接線段η所在直線分別與被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡17入射面夾角的變化值 arctan ((C1-C2) / C) > arctan (((I1-(I2) / D),其中，C1'c2、(I1 和 d2 分別為被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡17上第一條、第二條、第三條和第四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束入射區(qū)域的線位移測量值；[0026](3)第一條、第二條、第三條、第四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束和第一條、第二條、第三條和第四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束在目標(biāo)反射鏡入射面上各自的初始入射位置坐
標(biāo)分力Ij 為(Xi，Yi)、(X2，5^2)、(X3，5^3)、(X4，5^4)、(X5，、(X6，Υθ)、(X7> Y7.^ 和(X8> Υδ)，在目標(biāo)反射鏡入射面上每條測量光束的初始入射位置坐標(biāo)經(jīng)過二維方向的坐標(biāo)位移(X，y)后，因目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量值分別為函數(shù)21(11+171+7)、Z2 (x2+x, y2+y)、Z3 (x3+x, y3+y)、z4 (x4+x, y4+y)、z5 (x5+x, y5+y)、z6 (x6+x, y6+y)、z7 (x7+x, y7+y)和ζ8(χ8+χ，y8+y)，運動臺20進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)方向的小角度偏擺并伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6的平面內(nèi)任意二維方向的衍生位移，以勻速或非勻速采樣速率，同步采樣標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan (Xa1-S2) / A)、arctan ( Od1Hd2) / B)和被校準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值 arctan ((C1-C2) / C)、arctan ((Cl1-(I2) / D)，四個光束位置探測器 22、23、24、25同步探測到四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6光斑在目標(biāo)反射鏡入射面上二維方向的衍生坐標(biāo)位移值，求取四個坐標(biāo)位移值的算術(shù)平均值(X’，I，)作為每條測量光束的衍生坐標(biāo)位移值，將目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量誤差補償?shù)綂A角變化值中，得到arctan {[ Ca1-Z1 (x!+x，, y!+y，)) _ (a2_z2 (x2+x，, y2+y，))] / A}、arctan {[ Od1-Z3 (x3+x，，y3+y，))-(b2_z4(x4+x，，y4+y，))] / B}和 arctan {[ (C1-Z5 (x5+x，，y5+y，))- (c2_z6 (x6+x，，y6+y，))] /C}、arctan {[ ((I1-Z7 (x7+x，，y7+y，))-(d2-z8(x8+x，，y8+y，))] / D},最終得到兩組角位移校準(zhǔn)測量誤差值 arctan {[ Ca1-Z1 (x!+x，，’)) _ (a2_z2 (x2+x，，y2+y ’)) ] / A} -arctan {[ (C1-Z5 (x5+x，，y5+y，))_ (c2_z6 (x6+x，，y6+y，))] / C}和 arctan {[ (Id1-Z3 (x3+x，, y3+y，))_ (b2_z4 (x4+x，,y4+y，)) ] / B} -arctan {[ ((I1-Z7 (x7+x，，y7+y，)) - (d2-z8 (x8+x，，y8+y，)) ] / D}。
[0027]標(biāo)準(zhǔn)測量光束光斑位置26、27、28、29依次分別是四條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6入射到有中間孔的平面鏡7的位置，被校準(zhǔn)激光干涉儀光束光斑位置30、31、32、33是被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束12、13、14、15入射被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡17的位置，從位置分布可以看出被校準(zhǔn)激光干涉儀光束光斑位置30、31、32、33處在標(biāo)準(zhǔn)測量光束光斑位置26、27、28、29的中間，即四條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4、5、6將被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束12、13、14、15夾持在中間位置。
【權(quán)利要求】
1.一種形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法，其特征在于該方法步驟如下: (1)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器的輸出光經(jīng)四軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束，并都入射到有中間孔的平面鏡上，在垂直于四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)，第一條與第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束投影位置點之間的連接線段M長為A，第三條與第四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束投影位置點之間的連接線段N長為B，兩連接線段相交，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束中帶有平面鏡位移信息的部分光被反射回四軸中空激光干涉鏡組后，根據(jù)從四軸中空激光干涉鏡組中獲得的干涉信號，得到連接線段M所在直線與連接線段N所在直線分別與有中間孔的平面鏡入射面夾角的變化值 arctan (Xa1-B2) / A)、arctan ((b「b2) / B),其中,和 b2 分別為有中間孔的平面鏡上第一條、第二條、第三條和第四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束入射區(qū)域的線位移測量值，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡透射到四個光束位置探測器上； (2)被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器的輸出光經(jīng)被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組形成相互平行的四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束，被校準(zhǔn)激光干涉儀四條測量光束都穿過四軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，與四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束平行，并都入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡上，在垂直于四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)，第一條與第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束投影位置點之間的連接線段m長為C，第三條與第四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束投影位置點之間的連接線段η長為D， 連接線段m與連接線段M共線，連接線段η與連接線段N共線，四條帶有被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡位移信息的被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束反射回被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組后，根據(jù)從被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組中獲得的干涉信號，得到連接線段m所在直線與連接線段η所在直線分別與被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡入射面夾角的變化值 arctan( (C1-C2) / C)、arctan (((I1-(I2) / D),其中，C1^ c2、(I1 和 d2 分別為被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡上第一條、第二條、第三條和第四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束入射區(qū)域的線位移測量值； (3)第一條、第二條、第三條、第四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束和第一條、第二條、第三條和第四條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束在目標(biāo)反射鏡入射面上各自的初始入射位置坐標(biāo)分別為(X1,Yl)、(X2，5^2)、(X3，yO、(X4，5^4)、(X5，y5^、(^6) 5^6)、(X7，y和(X8，5^8)，在目豐不反射％&入射面上每條測量光束的初始入射位置坐標(biāo)經(jīng)過二維方向的坐標(biāo)位移(X，y)后，因目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量值分別為函數(shù)Z1U^x, Yi+y)、Z2 (x2+x, y2+y)、z3(x3+x, y3+y)、Z4 (x4+x, y4+y)、Z5 (x5+x, y5+y)、z6 (x6+x, y6+y)、z7 (x7+x, y7+y)和 z8 (x8+x, y8+y)，運動臺進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)方向的小角度偏擺并伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)任意二維方向的衍生位移，以勻速或非勻速采樣速率，同步采樣標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan ((?-?) /A)、arctan ( Od1Hd2) / B)和被校準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan ((C1-C2) / C)、arctan((Cl1-Cl2) / D)，四個光束位置探測器同步探測到四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束光斑在目標(biāo)反射鏡入射面上二維方向的衍生坐標(biāo)位移值，求取四個坐標(biāo)位移值的算術(shù)平均值(X’，I，)作為每條測量光束的衍生坐標(biāo)位移值，將目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量誤差補償?shù)綂A角變化值中，得到 SrctanIKa1-Z1 h+x’，yjy’))-(a2_z2(x2+x, y2+y’ ))] /A}、arctan {[ (b「z3 (x3+x，，y3+y')) - (b2_z4 (x4+x，，y4+y ’ ))] / B}和 arctan {[ (c「z5 (x5+x，，y5+y，)) _ (c2-z6 (x6+x，, y6+y'))] / C}、arctan {[ (d「z7 (x7+x，, y7+y，))_ (d2_z8 (x8+x，,y8+y，))] / D}，最終得到兩組角位移校準(zhǔn)測量誤差值arctan Ka1-Z1 (Xl+X’，yi+y’))_(a2_Z2 (x2+x，，y2+y，))] / A} -arctan {[ (C1-Z5 (x5+x>, y5+yJ )) - (c2-z6 (x6+x', y6+y')) ] / C}和arctan {[ Od1-Z3 (x3+x，, y3+y，)) _ (b2_z4 (x4+x，, y4+y，))] / B} -arctan {[ (d「z7 (x7+x，，y7+y’))-(d2-z8(x8+x，，y8+y'))] / D}。
2.一種形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器(I)，可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號位置上的接收器(8)，導(dǎo)線將接收器(8)與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)(9)連接；其特征在于在標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器(I)輸出光路上配置有中間通孔(16)的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束(12、13、14、15)穿過的四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2);四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2) —側(cè)配置導(dǎo)軌(21)，運動臺(20)配裝在導(dǎo)軌(21)上，在運動臺(20)上安裝有中間孔的平面鏡(7)，在平面鏡(7)中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡(17)，被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡(17)和有中間孔的平面鏡(7)組成入射面共面并且相對位置固定的目標(biāo)反射鏡；四個光束位置探測器(22、23、24、25)配置在有中間孔的平面鏡(7)透射區(qū)域后面，且分別位于四條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束(3、4、5、6)透射光路上；在四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2)另一側(cè)配置被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組(11)和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器(10)，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組(11)位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器(10)輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(18)配置在可接收被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號的位置上，導(dǎo)線將被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(18)與被校準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)(19)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的中間通孔(16)包括任意形狀，數(shù)目是一個或一個以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的每條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束(3、4、5、6)和每條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束(12、13、14、15)分別被有中間孔的平面鏡(7)和被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡(17)反射一次或一次以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形貌補償式四光軸角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀接收器(8)和被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(18)的數(shù)目分別是兩個或兩個以上。
【文檔編號】G01B11/26GK103499289SQ201310475607
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】胡鵬程, 譚久彬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)