[发明专利]亚纳米级双频激光干涉仪信号细分系统无效
申请号: | 200710099496.2 | 申请日: | 2007-05-23 |
公开(公告)号: | CN101050941A | 公开(公告)日: | 2007-10-10 |
发明(设计)人: | 邓玖根;唐小萍;胡松;张正荣;邢薇;严伟 | 申请(专利权)人: | 中国科学院光电技术研究所 |
主分类号: | G01B9/02 | 分类号: | G01B9/02;G01B11/00 |
代理公司: | 北京科迪生专利代理有限责任公司 | 代理人: | 贾玉忠;卢纪 |
地址: | 61020*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 纳米 双频 激光 干涉仪 信号 细分 系统 | ||
技术领域
本发明是一种亚纳米级的信号细分系统,应用于双频激光干涉测量系统中,可广泛用于超大规模集成电路加工设备、精密机床等的在线位移测量、误差修正和控制等方面。
背景技术
我国在超大规模集成电路制造领域一直落后于发达国家,其中一个重要原因就是我国光刻设备研制水平的落后,而制约光刻设备提高的一个关键瓶颈就是没有自主研制的高精度测量系统。双频激光干涉仪是激光在计量领域中最成功的应用之一,是光刻设备中最具权威的长度测量仪器,是精密机械工业不可缺少的测量工具。理论上,不对信号进行细分,则测量精度只能达到激光光源波长的二分之一,此精度在很多应用场合都达不到分辨力要求,尤其是在光刻设备的测量系统中。而要提高测量精度,则必须对信号进行细分,因此细分功能模块是双频激光干涉仪提高分辨率的核心组成部分。传统的基于锁相环的细分方法受限于电子器件和测量目标的移动速度,而基于填脉冲的数字鉴相细分方法也受限于计数器,因此对精度的提高非常有限。
发明内容
本发明的技术解决问题:克服现有技术的不足,提供一种细分精度高的亚纳米级双频激光干涉仪信号细分系统。
本发明的技术解决方案为:亚纳米级双频激光干涉仪信号细分系统,包括测量信号预处理电路、参考信号预处理电路、数字鉴相电路、主时钟信号发生电路、移相器组、计数电路、计数器组及运算处理电路,测量信号预处理电路和参考信号预处理电路分别完成测量信号与参考信号的光电检测、放大、滤波与整形后,输出为两路方波数字信号后,送入数字鉴相电路进行鉴相,输出具有一定宽度的数字脉冲信号,数字鉴相电路输出信号的上升沿驱动主时钟发生电路产生时钟信号,并驱动计数电路计数,移相器组对主时钟发生电路产生的时钟信号进行精确移相,并驱动计数器组计数;数字鉴相电路输出信号的下降沿作为计数电路和计数器组的停止控制信号;计数结束后,结果送入运算处理电路计算处理后得出最终细分结果。
本发明的原理:本发明引入了由K个移相器组成的移相器组,对主时钟发生器输出的时钟进行移相并驱动计数器组进行计数。数字鉴相电路对测量信号与参考信号进行鉴相,输出为一定宽度的数字脉冲,计数器组在鉴相输出的控制下进行计数,由于移相器的作用,计数器组的输出必然会出现差异,即从计数器组的某一个计数器开始,其计数输出会与在此计数器之前的所有的计数器的输出不同。若记下此计数器的位置,并通过运算处理电路的处理就可得到细分结果。若计数电路的计数输出为N1,且计数器组中最先开始出现计数输出差异的计数器的位置为n(0≤n≤K),则得到细分结果(非整数计数部分)为:ε=(N1-1)×K+n。
本发明与现有技术相比的优点在于:本发明具有更高的细分精度,且更稳定和可靠。传统的基于填脉冲的细分方法其细分精度只能达到激光波长的几十或者几百分之一,由于移相器组的引入,使得细分精度可在基于填脉冲的细分方法的基础上提高K倍,从而大大地提高了细分精度,使得本发明可以满足高精密加工领域应用的要求。此外,本发明采用高速数字电路实现,比传统的细分系统具有更高的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图;
图2为图1中的测量信号预处理结构示意图;
图3为图1中的移相器组结构示意图;
图4为图1中的计数器组结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明实施例由测量信号预处理电路1、参考信号预处理电路2、数字鉴相电路3、主时钟信号发生电路4、移相器组5、计数电路6、计数器组7及运算处理电路8组成,测量信号预处理电路1和参考信号预处理电路2分别完成测量信号与参考信号的光电检测、放大、滤波与整形后,输出为两路方波数字信号后,送入数字鉴相电路3进行鉴相,输出为一定宽度的数字脉冲信号。数字鉴相电路3输出信号的上升沿驱动主时钟发生电路4产生时钟信号,并驱动计数电路6计数,移相器组5对主时钟发生电路4产生时钟信号进行精确移相,并驱动计数器组7计数,数字鉴相电路3输出信号的下降沿作为计数器6和计数器组7的停止控制信号。计数结束后,结果送入运算处理电路8计算处理后得出最终细分结果。
细分测量精度计算公式:
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