專利名稱：位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置和標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位置傳感器，特別是一種用于光刻機(jī)的位置敏感傳感器(Position Sensitive Detector)位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置和標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
傳感器的標(biāo)定一般是把理論值或者基準(zhǔn)儀器的測(cè)量值與待標(biāo)定儀器實(shí)際的輸出值進(jìn)行校驗(yàn)。因此，我們只要有一組理論值或者標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)量值，以及另一組待標(biāo)定傳感器實(shí)際測(cè)量值，就可對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
位置敏感傳感器(Position Sensitive Detector,簡(jiǎn)稱為位置敏感傳感器)，是一種對(duì)其感光面上入射光點(diǎn)位置敏感的光電子傳感器。當(dāng)入射光點(diǎn)落在光敏面的不同位置時(shí)，則對(duì)應(yīng)輸出不同的電信號(hào)，通過對(duì)此輸出電信號(hào)的處理，可以確定入射光點(diǎn)在該位置敏感傳感器的感光面上的位置。
所述的位置敏感傳感器和激光器組成的系統(tǒng)在空間光通信中光束跟瞄、測(cè)量液體濃度以及固體的硬度，測(cè)量?jī)善矫娴南鄬?duì)平行度等領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用。
位置敏感傳感器在中心附近線性度好于邊緣線性度。作為一種高精度、高靈敏度的位置探測(cè)傳感器，位置敏感傳感器的位置響應(yīng)誤差不可忽略，并且為了獲得較大的測(cè)量范圍的對(duì)準(zhǔn)精度，有必要對(duì)位置敏感傳感器的線性度和精度進(jìn)行標(biāo)定。
在先技術(shù)1 “位置敏感傳感器及其集成裝置標(biāo)定實(shí)驗(yàn)研究”中，激光器固定在帶有立鉆的工作臺(tái)上，位置敏感傳感器固定在位于高靈敏度的小平臺(tái)上并置于工作臺(tái)上，移動(dòng)小平臺(tái)產(chǎn)生激光器和位置敏感傳感器間的相對(duì)位移，用千分表量出小平臺(tái)的實(shí)際移動(dòng)距離。以千分表的讀數(shù)作為輸入值與采集到的位置敏感傳感器實(shí)際讀數(shù)值對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。
在先技術(shù)2 “改進(jìn)表面分流型二維位置敏感傳感器及位置檢測(cè)誤差標(biāo)定的研究” 中，采用萬能工具顯微鏡的X和Y兩個(gè)方向上的位移作精密位移調(diào)整，位置敏感傳感器則安裝在萬能工具顯微鏡的工作臺(tái)上，利用萬能工具顯微鏡在X軸和Y軸兩個(gè)方向上的位移調(diào)整光點(diǎn)入射到位置敏感傳感器的某個(gè)位置上，信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理經(jīng)計(jì)算機(jī)的采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后從計(jì)算機(jī)讀取光點(diǎn)的位移量。
在先技術(shù)中，采用把位置敏感傳感器固定在可以移動(dòng)平臺(tái)上，通過移動(dòng)平臺(tái)從而得到位置敏感傳感器上光斑位置的變化。這種方法會(huì)因位置敏感傳感器的引腳接線等因素不利于位置敏感傳感器的標(biāo)定和精度的準(zhǔn)確測(cè)量。我們認(rèn)為
第一，位置敏感傳感器作為標(biāo)定對(duì)象，在標(biāo)定的過程中，應(yīng)盡量避免不必要的抖動(dòng)影響。
第二，在先技術(shù)采用千分尺或者萬能工具顯微鏡來測(cè)量距離，二者都是手動(dòng)操作的平臺(tái)和人眼讀取，會(huì)引入人為誤差，影響標(biāo)定結(jié)果。
第三，兩項(xiàng)在先技術(shù)中都未考慮由于光源自身的漂移和抖動(dòng)而造成的位置敏感傳感器的標(biāo)定誤差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于光刻機(jī)的位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置和標(biāo)定方法，該裝置和方法可實(shí)現(xiàn)位置敏感傳感器快速精確標(biāo)定。
本發(fā)明主要基于光束通過光楔的折射原理，如圖1，雙光楔的折射角相同均為α， 相隔較近距離，當(dāng)兩光楔主截面平行且同向放置如圖1中第一幅圖所示時(shí)，所產(chǎn)生的偏向角最大，為兩光楔偏向角之和；當(dāng)一個(gè)光楔繞光軸旋轉(zhuǎn)180°后，所產(chǎn)生的偏向角為零(如圖1中第二幅圖所示)；當(dāng)兩光楔繞光軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)2 V，即一個(gè)光楔逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)Ψ角， 另一個(gè)光楔同時(shí)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)Ψ角時(shí)，兩光楔產(chǎn)生的總偏向角δ隨轉(zhuǎn)角ψ而變(參見 《工程光學(xué)》第二版(51-52頁(yè))郁道銀、談恒英機(jī)械工業(yè)出版社)。即
δ = 2(η-1) α cos Ψ
其中η是光楔的折射率。
當(dāng)要求光束的偏向角為δ時(shí)，此時(shí)的光楔的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角為2 Ψ
2Ψ = 2arcos{ δ /2(η-1) α }
在雙光楔后面加入指向敏感光路，使光束成像到位置敏感傳感器上。當(dāng)依據(jù)上面的方法旋轉(zhuǎn)雙光楔時(shí)，透射光束偏向角隨之改變，位置敏感傳感器上成像光斑也將發(fā)生相應(yīng)位移。根據(jù)位置敏感傳感器探測(cè)的光斑位移量與實(shí)際引入的光斑位移量的理論值來對(duì)位置敏感傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置，其特點(diǎn)在于包括照明單元、雙光楔單元、指向敏感光路單元、位置敏感傳感器、數(shù)據(jù)采集與控制單元和CCD光束監(jiān)測(cè)單元
所述的照明單元由激光器、準(zhǔn)直鏡、小孔光闌和分光鏡組成，所述的激光器發(fā)出的激光經(jīng)所述的準(zhǔn)直鏡變成平行光束，該平行光束再經(jīng)小孔光闌形成具有一定孔徑的光束， 在該光束的傳播方向順序放置所述的分光鏡和雙光楔單元；
所述的雙光楔單元包括第一光楔和第二光楔，分別位于第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述的光束經(jīng)過所述的分光鏡分為反射光束和透射光束，所述的透射光束依次通過第一光楔和第二光楔，得到出射光束，所述的反射光束進(jìn)入所述的CCD光束監(jiān)測(cè)單元；
所述的指向敏感光路單元由共焦的第一聚焦透鏡和第一成像透鏡組成，第一聚焦透鏡的焦點(diǎn)光斑作為第一成像透鏡的物點(diǎn)；
所述的位置敏感傳感器包括光敏面、傳感器、觸角及處理電路，該位置敏感傳感器的輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元的輸入端；
所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元包括數(shù)據(jù)采集卡及其接線盒，PC機(jī)和控制軟件；
所述的CXD光束監(jiān)測(cè)單元由第二成像透鏡、第三成像透鏡、光衰減片和CXD組成， 該CCD光束監(jiān)測(cè)單元的輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元的輸入端；
所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元的輸出端與所述的雙光楔單元的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的控制端相連。
利用上述的位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置對(duì)位置敏感傳感器的標(biāo)定方法，包括如下步驟
(一 )啟動(dòng)位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置打開所述的激光器，預(yù)熱10分鐘；( 二 )指向敏感光路焦距F的測(cè)量
①首先通過計(jì)算機(jī)控制所述的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)使所述的第一光楔和第二光楔的主截面平行且反向放置，此時(shí)雙光楔所產(chǎn)生的偏向角為零，稱為雙光楔原位，以下所述的復(fù)位也就是恢復(fù)到這一狀態(tài)；
②將所述的位置敏感傳感器替換為CXD相機(jī)，調(diào)節(jié)CXD相機(jī)位置，使成像光斑位于該CXD相機(jī)中心附近，打開圖像采集軟件，調(diào)節(jié)CXD相機(jī)曝光參數(shù)，避免CXD相機(jī)輸出飽和；
③在雙光楔原位，用所述的CCD相機(jī)采集一幅原位光斑圖像；
④通過計(jì)算機(jī)控制所述的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述的第一光楔和第二光楔的主截面相對(duì)旋轉(zhuǎn)2 V，即實(shí)現(xiàn)一個(gè)光楔逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)Ψ角，另一個(gè)光楔同時(shí)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)Ψ角，然后用所述的CCD相機(jī)采集一幅旋轉(zhuǎn)位光斑圖像，復(fù)位雙光楔；
⑤對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理假如每個(gè)光斑由N個(gè)像素組成，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)確定的空間坐標(biāo)X，y及灰度值ρ (χ, y)，所述的計(jì)算機(jī)按下列公式計(jì)算該光斑的重心坐標(biāo)為
X = 7 \ . I Λ .. V. ) / > I), Α.,, V, · .V = ) W , , V, ) / ) I), ！ Λ ., V,)L·^,…/ L·^ ‘..... L·^ ‘ . 一 / iL·^ ‘. .I — -/4 — ‘1ι =--—-
其中Pi = Si+ni; Si和Iii分別是采集圖像的灰度值和圖像噪聲；
⑥計(jì)算機(jī)對(duì)原位光斑圖像和旋轉(zhuǎn)位光斑圖像進(jìn)行處理，得到雙光楔產(chǎn)生零偏向角的時(shí)采集第一幅光斑圖像的重心坐標(biāo)( ,%)和雙光楔相對(duì)旋轉(zhuǎn)2 Ψ時(shí)的第二幅光斑圖像的重心坐標(biāo)(χΨ，γΨ)，利用下式計(jì)算出兩光斑的位移d為
d = :x , -X^: — V , —W ‘ι ·4·- ‘'j.> - s\
⑦由δ = 2 (η-1) α cos Ψ得到光楔相對(duì)旋轉(zhuǎn)2 Ψ時(shí)光束偏向角δ，則Fv
Fv = d/ δ
⑧復(fù)位雙光楔，重復(fù)步驟④，控制電動(dòng)角度旋轉(zhuǎn)臺(tái)相對(duì)旋轉(zhuǎn)不同的角度，每次采集一幅旋轉(zhuǎn)位光斑圖像，然后根據(jù)⑤⑥⑦的計(jì)算公式，求得每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的Fv，然后對(duì)Fv 求平均得到所述的指向敏感光路的焦距F ；
(三)待測(cè)的位置敏感傳感器精度的測(cè)量
①完成指向敏感光路焦距F的測(cè)量后，將CCD相機(jī)更換為待測(cè)的位置敏感傳感器， 復(fù)位雙光楔，調(diào)節(jié)所述的待測(cè)的位置敏感傳感器，使成像光斑位于該待測(cè)的位置敏感傳感器的光敏面的中心位置；
②根據(jù)上面求出的指向敏感光路焦距F和F = d/ δ，得到光斑偏移d = 0. Olmm時(shí)的δ
δ = d/F = 0. 01/F
計(jì)算機(jī)再由2 Ψ = arcos δ/[2 (η-1) α ]，得到2 Ψ，計(jì)算機(jī)控制所述的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述的第一光楔和第二光楔的主截面相對(duì)旋轉(zhuǎn)2Ψ后， 所述的待測(cè)的位置敏感傳感器采集一幅光斑圖像，同時(shí)所述的CCD光束監(jiān)測(cè)單元的CCD采集一幅圖像，計(jì)算機(jī)控制所述的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述的第一光楔和第二光楔的主截面相對(duì)旋轉(zhuǎn)2 Ψ后，所述的待測(cè)的位置敏感傳感器再采集一幅光斑圖像，同時(shí)所述的CCD光束監(jiān)測(cè)單元的CCD采集一幅圖像，如此重復(fù)，直到光斑接近移出位置敏感傳感器光敏面，共采集第η次，得到待測(cè)的位置敏感傳感器的第η個(gè)光斑的位置為ψ，yn Ψ )；
③復(fù)位雙光楔，計(jì)算相對(duì)光斑偏移為0. 005mm和0. OOlmm時(shí)的Ψ，分別重復(fù)上面實(shí)驗(yàn)；
④同樣采取上述光斑重心的算法，對(duì)C⑶采集到的光斑圖像進(jìn)行處理，得出光源的抖動(dòng)數(shù)據(jù)(xnv，ynv)；
那么雙光楔相對(duì)旋轉(zhuǎn)2η Ψ角度時(shí)，光斑的實(shí)際位置是
(x, y) = (χηψ-χην, ynllf-ynv)；
再計(jì)算光斑的實(shí)際位移d :d=A/x2+y2 ；
由F = d/ δ，則光楔相對(duì)旋轉(zhuǎn)2η Ψ角度時(shí)，理論光斑的位移d,應(yīng)為
dr = F* δ = 2F* (η_1) α cos Ψ
⑤根據(jù)求得的光斑的實(shí)際位移d和理論光斑的位移4對(duì)位置敏感傳感器的精度進(jìn)行分析；
(四)位置敏感傳感器線性響應(yīng)范圍的測(cè)量
①?gòu)?fù)位雙光楔，調(diào)整待測(cè)的位置敏感傳感器，令光斑位于待測(cè)的位置敏感傳感器中心，同樣利用公式計(jì)算光斑偏移0. 05mm時(shí)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度2 Ψ
δ = d/F
2 Ψ = 2arcos δ / [2 (n_l) α ]；
②然后先相對(duì)旋轉(zhuǎn)雙光楔，使光斑從待測(cè)的位置敏感傳感器的中心移動(dòng)到邊沿位置，記下此時(shí)電動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度；
以步驟①中計(jì)算得出2 Ψ角度為間隔，并與步驟①中相反方向旋轉(zhuǎn)雙光楔，每相對(duì)旋轉(zhuǎn)2 Ψ角度，位置敏感傳感器采集一次光斑坐標(biāo)，同時(shí)監(jiān)測(cè)(XD606采集一副圖像，直到光斑從位于初始的待測(cè)的位置敏感傳感器的邊沿位置移動(dòng)到該待測(cè)的位置敏感傳感器402 對(duì)邊的邊沿位置；
③對(duì)圖像進(jìn)行處理，得到光源抖動(dòng)(xnv，ynv)，再結(jié)合待測(cè)的位置敏感傳感器(402) 的實(shí)測(cè)值U ，y )，得到光斑的實(shí)際測(cè)量位移數(shù)據(jù)
(x, y) = (χηψ-χην, ynv_ynv)；
④復(fù)位雙光楔，控制雙光楔同向旋轉(zhuǎn)90°，重復(fù)步驟②；
⑤根據(jù)采集的光斑數(shù)據(jù)繪制測(cè)量曲線，與理論曲線對(duì)比就可以看出位置敏感傳感器的線性響應(yīng)范圍；
⑥對(duì)線性響應(yīng)差的區(qū)域，根據(jù)測(cè)量曲線對(duì)所述的位置敏感傳感器進(jìn)行定標(biāo)。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果
1、本發(fā)明采用CCD對(duì)光束漂移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。作為一種工作在高精度需求環(huán)境下的位置傳感器，位置敏感傳感器的標(biāo)定應(yīng)盡量減小各種系統(tǒng)誤差。采用CCD對(duì)光源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以消除位置敏感傳感器光敏上光斑位置由于光源自身抖動(dòng)和漂移所帶來影響。
2、本發(fā)明采用電動(dòng)平臺(tái)控制雙光楔的旋轉(zhuǎn)。采用電動(dòng)控制而不是手動(dòng)控制雙光楔的旋轉(zhuǎn)，既減少了手動(dòng)定位和人眼讀數(shù)誤差，又大大提高了標(biāo)定效率和標(biāo)定精度。
3、本發(fā)明采用指向敏感光路。根據(jù)雙光楔折射原理，盡管雙光楔的楔角很小，仍然會(huì)引入光束的軸向微位移(如圖1所示)。在雙光楔后引入指向敏感光路，可以進(jìn)一步減小軸向位移對(duì)位置敏感傳感器上光斑位置的影響，提高標(biāo)定的準(zhǔn)確度和精度。
4、本發(fā)明采用雙光楔引入光束偏轉(zhuǎn)。根據(jù)雙光楔折射原理，雙光楔繞著光軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)某一角度時(shí)，光束按特定出射角出射，最終實(shí)現(xiàn)成像到位置敏感傳感器上的光斑位置的改變。這種通過光束偏轉(zhuǎn)而不是激光器或者是位置敏感傳感器的移動(dòng)來得到位置敏感傳感器上光斑位置的變化，避免了激光器移動(dòng)帶來的光束抖動(dòng)或者位置敏感傳感器的移動(dòng)帶來的誤差。


圖1為平行光經(jīng)雙光楔后的折射示意圖2為本發(fā)明位置敏感傳感器標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本發(fā)明位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置光路示意圖4為光束偏轉(zhuǎn)最大角度光路示意圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
請(qǐng)參閱圖3和圖4，圖3為本發(fā)明位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置光路示意圖，圖4為光束偏轉(zhuǎn)最大角度光路示意圖。由圖可見，本發(fā)明位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置，包括照明單元1、雙光楔單元2、指向敏感光路單元3、位置敏感傳感器4、數(shù)據(jù)采集與控制單元5和CCD 光束監(jiān)測(cè)單元6
所述的照明單元1由激光器101、準(zhǔn)直鏡102、小孔光闌104和分光鏡106組成，所述的激光器101發(fā)出的激光經(jīng)所述的準(zhǔn)直鏡102變成平行光束103，該平行光束再經(jīng)小孔光闌104形成具有一定孔徑的光束105，在該光束105的傳播方向順序放置所述的分光鏡106 和雙光楔單元2 ；
所述的雙光楔單元2包括第一光楔201和第二光楔202，分別位于第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)204和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)205上，所述的光束105經(jīng)過所述的分光鏡106分為反射光束和透射光束，所述的透射光束依次通過第一光楔201和第二光楔202，得到出射光束203，所述的反射光束進(jìn)入所述的CCD光束監(jiān)測(cè)單元6 ；
所述的指向敏感光路單元3由共焦的第一聚焦透鏡301和第一成像透鏡304組成，第一聚焦透鏡301的焦點(diǎn)光斑303作為第一成像透鏡304的物點(diǎn)；
所述的位置敏感傳感器4包括光敏面401、傳感器402、觸角403及處理電路404， 該位置敏感傳感器4的輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元5的輸入端；
所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元5包括數(shù)據(jù)采集卡及其接線盒501，PC機(jī)和控制軟件 502 ；
所述的CXD光束監(jiān)測(cè)單元6由第二成像透鏡601、第三成像透鏡603、光衰減片604 和(XD606組成，該CXD光束監(jiān)測(cè)單元6的輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元5的輸入端；
所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元5的輸出端與所述的雙光楔單元2的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)204和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)205的控制端相連。
利用所述的位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置對(duì)位置敏感傳感器的標(biāo)定方法，該方法包括如下步驟
(一 )啟動(dòng)位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置打開所述的激光器101，預(yù)熱10分鐘；
( 二 )指向敏感光路3焦距F的測(cè)量
①首先通過計(jì)算機(jī)502控制所述的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)204和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)205的旋轉(zhuǎn)使所述的第一光楔201和第二光楔202的主截面平行且反向放置，此時(shí)雙光楔所產(chǎn)生的偏向角為零，稱為雙光楔原位，以下所述的復(fù)位也就是恢復(fù)到這一狀態(tài)；
②將所述的位置敏感傳感器402替換為CXD相機(jī)，調(diào)節(jié)CXD相機(jī)位置，使成像光斑位于該CCD相機(jī)中心附近，打開圖像采集軟件，調(diào)節(jié)CCD相機(jī)曝光參數(shù)，避免CCD相機(jī)輸出飽和；
③在雙光楔原位，用所述的CCD相機(jī)采集一幅原位光斑圖像；
④通過計(jì)算機(jī)502控制所述的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)204和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)205的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述的第一光楔201和第二光楔202的主截面相對(duì)旋轉(zhuǎn)2 Ψ，即實(shí)現(xiàn)一個(gè)光楔逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)Ψ角，另一個(gè)光楔同時(shí)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)Ψ角，然后用所述的CCD相機(jī)采集一幅旋轉(zhuǎn)位光斑圖像，復(fù)位雙光楔；
⑤對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理假如每個(gè)光斑由N個(gè)像素組成，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)確定的空間坐標(biāo)X，y及灰度值ρ (χ, y)，所述的計(jì)算機(jī)按下列公式計(jì)算該光斑的重心坐標(biāo)為
權(quán)利要求
1.一種位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置，特征在于其構(gòu)成括照明單元(1)、雙光楔單元 O)、指向敏感光路單元(3)、位置敏感傳感器G)、數(shù)據(jù)采集與控制單元( 和CCD光束監(jiān)測(cè)單元(6)所述的照明單元(1)由激光器(101)、準(zhǔn)直鏡(102)、小孔光闌(104)和分光鏡(106) 組成，所述的激光器(101)發(fā)出的激光經(jīng)所述的準(zhǔn)直鏡(10 變成平行光束(103)，該平行光束再經(jīng)小孔光闌(104)形成具有一定孔徑的光束(105)，在該光束(10 的傳播方向順序放置所述的分光鏡(106)和雙光楔單元O)；所述的雙光楔單元( 包括第一光楔(201)和第二光楔O02)，分別位于第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)(204)和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)(20 上，所述的光束(10 經(jīng)過所述的分光鏡(106)分為反射光束和透射光束，所述的透射光束依次通過第一光楔(201)和第二光楔002)，得到出射光束003)，所述的反射光束進(jìn)入所述的CCD光束監(jiān)測(cè)單元(6)；所述的指向敏感光路單元⑶由共焦的第一聚焦透鏡(301)和第一成像透鏡(304)組成，第一聚焦透鏡(301)的焦點(diǎn)光斑303作為第一成像透鏡(304)的物點(diǎn)；所述的位置敏感傳感器(4)包括光敏面G01)、傳感器002)、觸角(40 及處理電路 004)，該位置敏感傳感器的輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元(5)的輸入端；所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元( 包括數(shù)據(jù)采集卡及其接線盒(501)，PC機(jī)和控制軟件 (502)；所述的CCD光束監(jiān)測(cè)單元(6)由第二成像透鏡(601)、第三成像透鏡(603)、光衰減片 (604)和CCD (606)組成，該CCD光束監(jiān)測(cè)單元(6)的輸出端接所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元 (5)的輸入端；所述的數(shù)據(jù)采集與控制單元( 的輸出端與所述的雙光楔單元( 的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái) (204)和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)(20 的控制端相連。
2.利用權(quán)利要求1所述的位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置對(duì)位置敏感傳感器的標(biāo)定方法， 其調(diào)整在于該方法包括如下步驟(一)啟動(dòng)位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置打開所述的激光器(101)，預(yù)熱10分鐘；(二)指向敏感光路⑶焦距F的測(cè)量①首先通過計(jì)算機(jī)(50 控制所述的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)(204)和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)(205) 的旋轉(zhuǎn)使所述的第一光楔O01)和第二光楔Q02)的主截面平行且反向放置，此時(shí)雙光楔所產(chǎn)生的偏向角為零，稱為雙光楔原位，以下所述的復(fù)位也就是恢復(fù)到這一狀態(tài)；②將所述的位置敏感傳感器(402)替換為C⑶相機(jī)，調(diào)節(jié)C⑶相機(jī)位置，使成像光斑位于該CXD相機(jī)中心附近，打開圖像采集軟件，調(diào)節(jié)CXD相機(jī)曝光參數(shù)，避免CXD相機(jī)輸出飽和；③在雙光楔原位，用所述的CCD相機(jī)采集一幅原位光斑圖像；④通過計(jì)算機(jī)(50 控制所述的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)(204)和第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)(20 的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述的第一光楔(201)和第二光楔(20 的主截面相對(duì)旋轉(zhuǎn)2 Ψ，即實(shí)現(xiàn)一個(gè)光楔逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)Ψ角，另一個(gè)光楔同時(shí)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)Ψ角，然后用所述的CCD相機(jī)采集一幅旋轉(zhuǎn)位光斑圖像，復(fù)位雙光楔；⑤對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理假如每個(gè)光斑由N個(gè)像素組成，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)確定的空間坐標(biāo)χ，y及灰度值P (χ，y)，所述的計(jì)算機(jī)按下列公式計(jì)算該光斑的重心坐標(biāo)為
全文摘要
一種位置敏感傳感器的標(biāo)定裝置和標(biāo)定方法，該裝置的構(gòu)成包括照明單元、雙光楔單元、指向敏感光路單元、位置敏感傳感器、數(shù)據(jù)采集與控制單元和CCD光束監(jiān)測(cè)單元。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，標(biāo)定方法準(zhǔn)確可靠，可以快速標(biāo)定位置敏感傳感器的響應(yīng)范圍，線性度，精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)誤差等。
文檔編號(hào)G01D18/00GK102519510SQ20111041008
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者任冰強(qiáng), 彭雪峰, 曾愛軍, 楊寶喜, 陳貝特, 鮑建飛, 黃惠杰, 黃立華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所