微器件表面形貌的微、纳米测量装置制造方法及图纸

微器件表面形貌的微、纳米测量装置，其特征是采用集成化的光学读取头，以光学读取头中极光二极管作为激光光源器件，针对激光二极管设置功率控制电路，在光学读取头的四象限电压信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ输出端设置四象限信号放大运算电路，所得（Ａ＋Ｃ）－（Ｂ＋Ｄ）失焦信号经ＤＳＰ信号处理接入驱动电路，驱动电路的驱动信号接入光学读取头的音圈马达信号输入端。本实用新型专利技术利用已有的光学读取头器件，获得了低成本、高精度的微器件表面形貌的微、纳米测量装置。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微、纳米测量装置，更具体地说是一种对于微器件表面形貌进行测量的测量装置。
技术介绍
随着微细加工技术的不断进步，微电路、微光学元件、微机械以及其它各种微结构不断出现，需要对微结构表面形貌进行非破坏的测量，光学探针即可用于实现非接触测量，测量方法包括基于共焦显微镜原理的光学探针轮廓测量方法、外差干涉光学探针法、微分干涉光学探针法，以及离焦误差检测法等。在各种测量方法中，离焦误差检测法具有光路简单、使用方便的优势，其纵向分辨率可达1nm。但是，目前使用的离焦误差检测装置使用分立元件进行组装搭建。使得体积庞大，各镜片定位安装精度较差，且成本相当高，虽然可以达到纳米级分辨率，但系统的总体精度与稳定性不高。
技术实现思路
本技术是为避免上述现有技术所存在不足之处，提供一种利用已有的集成化了的光学器件，使得检测装置在结构上更为紧凑、性能上更为可靠的，提高总体精度和稳定性的微器件表面形貌的微、纳米测量装置。本技术解决的技术问题所采用的技术方案是本技术的结构特点是本技术采用集成化的光学读取头，以光学读取头中极光二极管作为激光光源器件，针对激光二极管设置功率控制电路，在所述光学读取头的四象限电压信号A、B、C、D输出端设置四象限信号放大运算电路，所得(A+C)-(B+D)失焦信号经DSP信号处理电路接入驱动电路，所述驱动电路的驱动信号接入光学读取头的音圈马达信号输入端。本技术所采用的光学读取头，其本身是集成了光、机、电技术的微器件，应用功率控制控制电路，使光学读取头发出稳定的激光，从四象限检测被测件返回的光强信号，通过运算以及DSP系统的信号处理，最终控制测头光学焦点始终锁定于被测件表面，实现自动聚集的功能，当精密平台移动时，由四象限检测出的信号可以得到被测件表面的高低形貌。与已有技术相比，本技术因充分利用了已有器件，利用象散原理测量物件的表面形貌，其体积小，集成度高，成本低，分辨率可达0.8nm，由于整个系统固定镜片的结构采用一体加工的方式，各镜片的定位精度高，且测量的精度与稳定性相当高，测头自身的线性测量范围可达1mm。从而获得低成本、并能精确测量的测量装置。附图说明图1为本技术结构示意图。图2为本技术所应用的光学读取头结构示意图。图3为本技术功率控制电路原理图。图4为本技术信号放大与运算处理电路，以及驱动电路电路原理图。图中标号1极光二极管、2光栅、3分光镜、4反射镜、5准直透镜、6全息透镜、7被测件、8聚焦光学焦点、9柱面像散透镜、10四象限光电二极管传感器、11音圈马达。参见图1，本实施例采用光学读取头，以光学读取头中极光二极管作为激光光源器件，针对激光二极管设置功率控制电路，在光学读取头的四象限电压信号A、B、C、D输出端设置四象限信号放大运算电路，所得(A+C)-(B+D)失焦信号经DSP信号处理系统接入驱动电路，驱动电路的驱动信号接入光学读取头的音圈马达信号输入端。图1所示，为了实现被测件的一维或两维测量，应设置用于放置被测件的精密平台，精密平台在驱动控制器的作用下进行一维或两维的移动。参见图2，本实施例中的光学读取头是集成了光、机、电技术的微器件，常规作为DVD激光读取头进行使用，具体结构如图2所示。其中，激光二极管1加电后发射约为0.5mW的红激光光束，经光栅2衍射后形成检测光，再经分光镜3、反射镜4、准直透镜5，将激光束变成准直光束。准直光束经过全息透镜6之后，在被测件7上形成检测的聚焦光学焦点8，反射的光束沿原光路再经过准直透镜5，反射镜4和分光镜3后穿越柱面像散透镜9投射到四象限光电二极管传感器10，四象限光电二极管传感器10根据光点在四个象限上的分布，输出四象限电压信号A、B、C、D。以被测件7为反射面，全息透镜6固定设置在音圈马达11上，当音圈马达11将全息透镜6推到反射面位于焦点位置时，四象限光电二极管传感器10上的成像光点是圆形的，以(A+C)-(B+D)表征的失焦信号为零；当反射面处于离焦位置时，输出的四象限失焦信号不为零。参见图3，在图2所示的光学读取头中的激光二极管1，对外提供有三个端子，分别是控制信号输入端LD、光检测反馈信号输出端PD和接地端GND。本实施例中设置功率控制电路，使光学读取头发出稳定的激光，功率控制电路由运算放大器U9和功放三极管Q9构成，运算放大器U9的正向输入端为基准信号端，以运算放大器U9的反向输入端接激光二极管1的光检测反馈信号输出端PD，功放三极管Q9的集电极通过电感L1接激光二极管1的控制信号输入端LD。图中示出，由电阻R25、R27和变阻器R26构成电位调节器，设置反向跟随器U8，通过变阻器R26调节反向跟随器U8的输出作为运算放大U9的正向输入端基准信号。该基准信号与PD信号在运算放大器U9中进行相减运算并放大，并通过功放三极管Q9驱动激光二极管1发光。当激光二极管1的输出光功率受影响而发生变化时，由运算放大器U9和功放三极管Q9进行反馈控制，自动调节驱动激光二极管的电流大小，使激光二极管的发光功率恒定，减少环境的干扰与影响。从而实现利用PD端信号判断激光的输出功率，并由此为反馈源，提供LD端的电流大小反馈控制的功率自动控制。参见图4，四象限信号放大运算电路由运算放大器U1和串接在其后的两级放大U2、U3，以及积分保持电路U4构成。其中，多级放大以提高信号的稳定性，积分保持电路可提高输出失焦信号的信噪比，每片芯片的供电端都连接一滤波电容，以提高电源的抗干扰性。在图2所示的四象限光电二极管传感器10中输出的四象限电压信号A、B、C、D按照(A+C)-(B+D)的运算方式分别接入在运算放大器U1的正反向输入端，经过运算放大后所获得的(A+C)-(B+D)失焦信号在积分保持电路U4的输出端输出，并通过DSP信号处理系统的完成信号自动处理。图4所示，在驱动电路中，依次串接缓冲器U5、积分器U6、U7和复合驱动管Q1-Q8，以复合驱动管的输出端F+接音圈马达的信号输入端F-。其中运算放大器U5构成跟随器，U6构成积分器、复合驱动管Q1-Q8构成双推挽驱动电路。在图4所示的电路中，由光学读取头输出的四象限电压信号A、B、C、D经运算得到(A+C)-(B+D)的失焦信号，将此失焦信号进行多级放大处理以提高信号处理的信噪比，得到放大处理后的失焦信号。将失焦信号输入DSP信号处理系统，输出相应的控制信号，该控制信号通过驱动电路驱动光学读取头上的音圈马达11带动全息透镜6相应移动，使失焦信号趋于零，当失焦信号不为零时，重复上述过程，最终音圈马达11停在失焦信号为零的位置上，记录维持音圈马达11平衡位置的电压信号，即可获得被测件表面的形貌。权利要求1.微器件表面形貌的微、纳米测量装置，其特征是采用集成化的光学读取头，以光学读取头中极光二极管作为激光光源器件，针对激光二极管设置功率控制电路，在所述光学读取头的四象限电压信号(A、B、C、D)输出端设置四象限信号放大运算电路，所得(A+C)-(B+D)失焦信号经DSP信号处理电路接入驱动电路，所述驱动电路的驱动信号接入光学读取头的音圈马达信号输入端。2.根据权利要求1所述的微器件表面形貌的微、纳米测量装置，其特征是所述功率控制电路由运算放大器(U9)和功放三本文档来自技高网...

【技术保护点】
微器件表面形貌的微、纳米测量装置，其特征是采用集成化的光学读取头，以光学读取头中极光二极管作为激光光源器件，针对激光二极管设置功率控制电路，在所述光学读取头的四象限电压信号（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）输出端设置四象限信号放大运算电路，所得（Ａ＋Ｃ）－（Ｂ＋Ｄ）失焦信号经ＤＳＰ信号处理电路接入驱动电路，所述驱动电路的驱动信号接入光学读取头的音圈马达信号输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范光照，陈叶金，赵静，刘玉圣，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]