[发明专利]一种平面高精度平行度的检测装置

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，涉及一种平面高精度平行度的检测装置。

背景技术

平面平行度的测量在光学检测和加工中有着重要的作用。激光平面干涉测量技术已经可以很成熟的用来检测两平面平行度，其具有非接触性的特点，测量精度可以达到二分之一波长，能够很好的满足一般情况下的要求。

关于激光平面干涉测量技术，下面以平面斐索干涉仪为例具体介绍。平面斐索干涉仪由激光器、分束器、准直物镜、测试平面和标准平面所组成。单色光束入射到标准平面上，部分反射回来作为参考光束；部分透射并通过测试平面反射回来作为检测光束。检测光束与参考光束重合，形成等厚干涉条纹。用斐索平面干涉仪可以检测平板或棱镜的表面面形及其均匀性，测量精度约1微米。

但是，上面提到激光平面干涉测量技术，因为受到视场内条纹判读的限制，无法进一步的提高测量精度，所以无法应用在一些需要高精度平行度(纳米量级)的环境下，例如纳米压印和纳米光刻等技术领域。

另外一方面，近年来移相干涉技术发展已经很成熟，它能够达到百分之一波长的测量精度。具体的说，干涉测量中，若其中一个平面被压电晶体驱动产生移动或振动，其瞬时位移为l_t，被检表面的面形为w(x，y)，则参考波面为

w₁＝a·exp[i2k(s+l_t)]

被检光路波面为

w₂＝b·exp{[i2k[s+w(x，y)]}

式中，a，b为两波面振幅；s为两干涉光路的起始光程；w(x，y)为被检表面的面形函数，它与被检表面的位相2k w(x，y)仅差一个常数，故常把w(x，y)就当作被检波面的位相。于是，干涉条纹的光强分布为

I(x，y，l_t)＝|w₁+w₂|²

I(x，y，l_i)＝a²+b²+2ab cos 2k[ω(x，y)-l_t]

           ＝(a²+b²){1+r cos 2k[w(x，y)-l_t]}    (1)

式中，为干涉条纹的对比度。

上式说明，干涉场中任意一点的光强都是l_t的余弦函数，由于l_t随时间变化，因此上式具有时间周期函数的性质，这就可以应用通讯理论从带有噪声的信息中提取信号的相关检测技术或者同步检测技术，以便从带噪声的干涉条纹中提取所需要的波面位相信息。

设干涉条纹光电接收时，由于振动，空气扰动，光源及光电转换系统的噪声等影响，使得信号中不仅包含被检的位相信息，而且还包含有噪声项n(t)。若用一个相同载波频率的余弦信号与被检信号进行相关运算。则

<I1>=limT→∞1T∫oT[I(x,y,lt)+n(t)]cos2klt]]>

把(1)式代入上式，并设n(t)为随机噪声，则其相关积分场为

<I₁>＝r cos 2kw(x，y)    (2)