码盘偏心对叠栅条纹信号相位影响的理论分析

增量式光学编码器根据径向辐射光栅产生的叠栅条纹进行角度测量，两光栅码盘轴之间及其与系统转动轴之间的偏心和晃动，影响着编码器读头输出的叠栅条纹信号的相位，这给角度测量带来了一定的系统误差。根据光栅码盘产生叠栅条纹的基本理论，在改进计量光栅码盘理论模型的基础上，推导出码盘偏心情况下码盘读头输出的叠栅条纹信号相位的理论公式，对码盘偏心给叠栅条纹信号相位带来的偏差、增量式光学编码器光学设计原理及消除此由此带来的系统误差的技术原理进行了分析与讨论。     

提高叠栅条纹信号质量的一种新方法

在国内外普遍使用的细栅距幅光栅叠栅条纹系统中,衍射效应是很明显的,这是造成叠栅条纹信号的衬比(度)和正弦性不好的主要原因.本文在分析了叠栅条纹信号的基础上,导出了衍射光栅副中±1级叠栅条纹的相位与光栅副间隔,光线入射角等的关系,提出了用±1级叠栅条纹来提高叠栅条纹的信号质量,实验结果与理论分析一致,实际应用,效果良好.     

一种多距离融合的大深度测量范围相移阴影叠栅轮廓术

针对传统阴影叠栅轮廓术深度测量范围有限的问题,根据阴影叠栅条纹对比度的变化特点,提出了大深度范围内的阴影叠栅轮廓新型测量方法。该方法将光栅置于不同的高度,在物体表面形成叠栅条纹,通过将不同高度范围内的条纹相位测量结果相互融合,实现了大深度范围内的阴影叠栅轮廓测量。分析了光栅处于不同位置时叠栅条纹的相位分布特点,提出了基于重叠区域的相位融合方法和误差补偿方法。通过实验验证了所提出方法的可行性和准确性。     

基于校正多相位快速傅里叶变换算法的叠栅条纹相位差测量

叠栅条纹相位差测量是光栅位移测量中的关键技术,在两块光栅相对运动过程中,叠栅条纹信号的频率会因光栅夹角误差的存在而发生偏移,采用传统多相位快速傅里叶变换(MPFFT)算法计算任意时刻叠栅条纹相位值会产生测量误差,导致相位差测量不准确。为了减少频偏所产生的相位测量误差,提出了一种校正MPFFT相位测量算法,推导出了基于相位差校正法的MPFFT谱校正模型。仿真结果表明,在无噪声情况下,当光栅夹角误差为0.1°时,信号的最大频率偏移量约为4.19kHz,传统MPFFT相位测量误差大于100°,经相位校正后,相位测量误差小于0.2°,相位差测量误差小于0.004°;在高斯噪声和谐波干扰情况下,相位差测量误差小于0.2°,当取栅距为20μm时,相位差测量误差所产生的位移测量误差小于0.0111μm,为光栅位移纳米级测量提供了参考。     

叠栅条纹相位分布对对准精度的影响分析

光刻对准中,一般将硅片和掩模对准标记制作成周期接近的光栅,通过光栅标记叠加形成的叠栅条纹的相位信息,探测掩模和硅片的相对位置关系。在实际的应用中,叠栅条纹的方向不仅与对准标记的几何位置有关,而且还与CCD的位置有关。为了将叠栅条纹的光刻对准方法推向实际应用,从矩形光栅到叠栅条纹,分析了一般光栅的相位分布规律。根据叠栅条纹相位特性分析了掩模、基片和CCD的几何位置对对准精度的影响;建立了实际对准偏差与理论值的数学关系模型。研究表明,没有角位移的情况下,当位移值小于0.4pixel时,理论上最大对准误差低于0.002pixel。     

基于叠栅条纹的光刻对准理论分析及标定方法

在线光栅用于纳米光刻对准理论的基础上,为实现光栅方向的标定和掩模硅片对准,提出一种利用相位斜率消除角位移的新方法,并给出线光栅标记及其对准原理。在对准前,掩模对准标记和硅片对准标记存在角位移,重点讨论了此种情况下叠栅条纹的特性以及与光栅物理参数的关系,并给出了相应的计算公式。基于傅里叶频域分析法,对叠栅条纹频率成分与条纹的关系做了简要分析。利用提取叠栅条纹行列方向的一维相位,通过数据拟合,得出了相位斜率与角位移的内在关系,实现了条纹方向的标定。模拟实验结果表明,该方法简单可靠,可分辨的最小角位移低于0.02°。     

全息曝光系统轴向调节误差对光栅衍射波像差的影响

光栅衍射波像差作为全息光栅重要的技术指标之一,直接影响光栅分辨率,其中曝光光学系统的调节误差是引起光栅衍射波像差的主要因素。采用q参数讨论了高斯光束在光栅曝光光学系统中的传播和变换,通过计算高斯光束经准直系统后的相位给出了叠栅条纹相位分布的解析表达式,由此系统分析了曝光系统调节误差与光栅衍射波像差的关系。理论分析结果表明:左右曝光光路准直系统的相对离焦对光栅衍射波像差的影响最为显著;相对离焦量相同时,光栅衍射波像差随曝光系统焦距的减小而逐渐增大;理论模拟的条纹分布与实验中获得的叠栅条纹能够很好吻合。     

光载波条纹图的计算机辅助分析——阶梯形虚拟光栅解调法

本文提出一种两维光测条纹图的相位测量技术--阶梯形虚光栅解调算法。此法只需要获取一幅光载波条纹图,由计算机产生两个由N(整数)个象素构成、透射函数呈阶梯形分布、彼此间有一定相位差的两个虚光栅(参考信号),通过在整数域的运算实现对条纹图和虚光栅的相乘型叠加,低通滤波后得到两个相位差已知的叠栅函数,然后从两个相差为已知值的正弦信号中提取相位信息。理论分析和计算机模拟表明,具有相当高的测量精度,计算简便快捷。文中还给出了阶梯虚光栅解调法在投影光栅法三维形貌测量中的应用实例。     

叠栅条纹和CCD用于位移和角度的测量

将叠栅条纹测量技术和CCD器件结合应用于角度和位移的智能测量系统,该系统利用光栅的衍射自成像现象产生虚拟光栅,与另一光栅形成叠栅条纹,并用CCD光电转换系统,测量叠栅条纹的距离,可得到两光栅间的夹角.当任意一片光栅沿垂直于栅线方向移动时,通过数出移过叠栅条纹数目,即可得到相应光栅移动的位移.本文还分析和讨论了误差来源及给实验带来的影响.     

基于相位重建的叠栅层析技术

针对叠栅层析研究中采用基于相位重建方法处理叠栅条纹图像的问题,用标量衍射理论对叠栅偏折仪的叠栅条纹形成原理进行分析.通过小孔滤波分别提取光场的零级和一级频谱,分析结果与传统的通过几何叠加原理的结果一致,在形式上更加精确.结论表明,叠栅条纹是多波面剪切干涉的结果,且一级频谱滤波下的叠栅条纹图像满足严格的余弦强度分布.采用基于多重网格相位展开的傅里叶变换方法和叠栅层析滤波反投影算法对丙烷燃烧场进行了层析重建.     

电寻址液晶光阀系统上的叠栅条纹的观察与测量

利用电寻址液晶光阀系统生成叠栅条纹,对教学实验室中较难实现的圆形光栅及其动态叠栅条纹进行了模拟,并且利用电寻址的动态叠栅条纹测量了圆形光栅转速.此外,提出了远场衍射观察光线偏折的方法.     

题基于叠栅技术的二维亚波长周期结构成像设计

用光子学方法研究了叠栅技术中,当试件光栅被拉压和旋转后,叠栅条纹的空间周期和相对于基准光栅的     

弹簧中的Moire条纹

Ｍｏｉｒｅ（系法文“叠栅”之意）条纹在计量光栅技术中，已取得越来越广泛的应用．而在大学物理光学实验中，对Ｍｏｉｒｅ条纹的观测并不多见，其实它也是光栅的重要应用之一．本文介绍弹簧中Ｍｏｉｒｅ条纹的一些现象．     

三维显示中基于彩色叠栅条纹的视差障栅参数设计

为确定三维显示中视差障栅(PB)的最优参数,提出一种基于彩色叠栅条纹的PB参数设计方法。液晶显示器(LCD)和PB简化为相应参数的黑白光栅模型,而具有特定参数的特定辐射光栅作为周期和倾角变化的PB模型,通过序数方程和傅里叶分析方法分析特定辐射光栅和LCD单色等效黑白光栅的叠加图样,由此推断出不同PB周期的低频主导条纹频率组项,然后利用傅里叶理论的部分和提取方法(PSE)分析不同PB周期的低频主导叠栅条纹的强度轮廓,得出PB的最佳节距和相应倾斜角度。实验结果表明,所设计的PB三维显示系统没有出现降低像质的叠栅条纹,具有较好的三维显示效果。     

基于复合光栅的大范围高精度对准方法

提出一种基于复合光栅的对准方法,满足接近式光刻高精度、大范围对准需要。该复合光栅由周期具有微小差异的小周期光栅以及与之相正交的大周期小范围光栅组成。对准过程中,通过对叠栅条纹进行高精度相位解析,实现精对准;通过直接求取大周期光栅位置实现粗对准。由于两个方向上的光栅相互正交,傅里叶变换提取频谱时将不受影响。分别分析小周期光栅的叠栅条纹相位分布,以及大周期光栅的强度分布,实现大范围、高精度对准。推导了基片、掩模相对移动量与复合光栅变化之间的关系。通过计算机模拟对该对准方法进行了仿真分析,考虑噪声的基础上,对准精度可以达到16.5 nm;通过实验系统对该对准方法进行了验证与分析,对准精度可以达到30.19 nm。     

一种解调阴影叠栅条纹的新方法

本文提出了一种叠栅条纹解调技术,我们称它为频移叠栅法,它不同于相移叠栅法,前者改变了叠栅条纹分布的频率,后者只是改变了叠栅条纹的相位.本文从阴影叠栅图分布的基本公式出发,借助于相移阴影叠栅法的思想推导并得出了频移阴影叠栅法的公式,在此基础上给出了特定条件下的实用公式.同时也分析了其相位图,将其主值范围从0～π拓展到0～2π,解决了其去包裹中正负号确定问题.最后给出了实验结果,并分析和模拟了由于频移的不准确给测量结果带来的影响.     

绝对式光栅尺细分误差补偿方法

为了提高绝对式光栅尺的细分精度,提出了一种细分误差补偿方法。对绝对式光栅尺A、B两路叠栅条纹信号进行傅里叶分析,建立叠栅条纹信号模型;对信号模型中的相位、振幅、谐波、直流分量进行校正,得到理想叠栅条纹信号的模型;对比实际信号模型和理想信号模型的细分位置,得到绝对式光栅尺的细分误差;根据该误差对细分值进行补偿,提高细分精度。通过使用JC09型绝对式光栅尺对该方法进行验证,可使其细分相对误差从2.70%降低到1.05%。实验结果表明,该方法能够有效地提高绝对式光栅尺细分精度,且该方法具有原理简单、易于实现的优点。     

基于光闸叠栅条纹的纳米检焦方法

针对投影光刻机短波长、大数值孔径、短焦深的特点,讨论了一种基于光闸叠栅条纹的纳米检焦方法.该方法采用三角测量的基本原理,利用双光栅光闸叠栅条纹的光强调制机理,并结合像横向剪切器和光弹调制的光学特性,建立了单个光栅周期内焦面位移量和输出光能量线性关系.其具有非接触、强实时性和高稳健性的特点,经理论分析和模拟测试,达到纳米...     

绝对编码光栅的相位细分及其在位移测量中的应用

提出通过光栅条纹相位的精密测量,获取光栅高精度位移信息的方法。具体方法是对光栅图像采用多码道设计,用CCD二维图像传感器获取测量段光栅图像多码道信息。对最低码道图形的周期函数序列进行傅里叶变换、基频滤波和逆傅里叶变换获得光栅截断相位分布,其余码道信息提供相位展开的级次,以此获得测量段光栅的绝对相位分布。用光刻的手段制作了实用的绝对编码光栅,基元码道的尺寸是:27.36μm用于明条纹,27.36μm用于暗条纹,最小基元码道空间周期为54.72μm,光栅长度为14008.32μm。在步长近似3μm的位移测试中,与比对的标准仪器记录值比较,标准偏差为0.2057μm,精度在亚微米量级。重复性实验表明,位置测试的稳定性为0.09μm(标准差),得到600倍以上细分的分辨力。     

基于双光栅的纳米测量方法

针对两个物体或平面的相对位移和间隙的纳米级变化量,提出并研究了一种光栅测量方法.采用两组周期接近的微光栅重叠可以产生一组周期分布的条纹,条纹的周期相对于两光栅周期被大幅度放大,并将光栅间的位移反应在条纹的相位信息中.建立了关于双光栅产生叠栅条纹的复振幅分布的近似理论模型.基于该模型设计了一种能够测量两个平行平面相对位移和间隙的方法.针对光栅移动产生相应条纹的过程进行了数值计算.结果表明,两个平行平面的相对微位移将引起相应条纹的大位移,并且该方法最终能在纳米级以内分辨两平面(物体)的相对位移或者间隙变化量.