光束转向和采样设备及方法技术

技术编号:2743108 阅读:210 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
在光(光学)束转向/采样系统中,使用矩阵变换控制技术来去耦合驱动转向反射镜的制动器的操作。该控制技术使用两个虚拟变量,每一个具有以非交叉耦合方式操作的相关联的独立的反馈环,每一个变量和两个转向反射镜之一相关联。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术公开的内容涉及光学领域,尤其涉及光学系统的控制方法和设备。
技术介绍
控制典型是光束的电磁束在光学领域中是公知的。通常必需对光束的一部 分采样以用于之后的控制目的。这典型地涉及到一些种类的探测器和反馈环。 光束被典型地检测其偏移和角度。在现有技术中,举例而言,为了控制光束, 当前在此系统中的透镜有时连同转向镜一起使用。典型地,举例而言,系统有 两个转向镜和两个探测器。在已知的系统中,这种设置使得一个探测器只观察 因第一转向镜的倾斜而弓l起的光束变化。但是之后发现仅仅基于第二转向镜的 倾斜f碟二探测器输出信号是不可能的。换句话说,这种设置有不^^迎的反 馈,使得反馈复杂化并且几乎不可能去除所有的交叉耦合(cross coupling)。举 例而言,当输入光束的位置或角度发生变化时,这被第一探测器读取到的非零 读数捕获而第二探测器的读数保持不变,第一转向镜将不得不移动以去除非零 的读数。这导致输出光束角度的改变将会被第二探测器探测到,又会引起校正 信号被施加到第二转向镜。即i顿统仔细地调节以达到稳定,转向镜和探测器 相对位置的改变也需要完全的重新调节,而且可能甚至会造成不可能的稳定调 节的结构。特别地,基于被插AiS镜的焦点长度只有在转向镜和探测器之间为 一个特定的距离处放置一个探测器只鄉见察到因一个转向镜倾斜导致的变化的 布置。这通常是一个复杂的系统,并且已经被不希望地证明几乎不可能去除它 所有的错误,或者需要在应用场所重新配置,而这需要光学布局的改变。
技术实现思路
根据本专利技术,f吏用失巨阵转换控制技术^l辩禹驱动光束转向/采样系统中的转向镜的致动器的操作。转向镜致动器的解耦允许进一步的校准技术以识别物 理结构和重新配置结构的方法。校准更进一步允许对光束位置采样的固定采样 模块放置在相对致动器的任意位置。因此,通过使用矩阵转换解耦控制,可能 几乎去除所有错误的系统不仅能通过工厂调整提供,之后如果需要,也可以在 现场校准。根据本专利技术,两个虚拟变量被构造用于反馈控制的目的,^变量与独立 的反馈环关联,以非交叉耦合的方式操作。因此,这些变量的每一个都分别地 被标识为一个并且只有一个转向镜,以使一个转向镜的状态的改变(例如,倾 斜)不影响其他变量。因此,每个反馈环能独立地操作。虚拟变量一般不对应 于光束指向和偏移,虽然其可以被用来计算所述的指向和偏移。此系统可用于例如半导体制造的光刻设备,典型地提供紫外线形式的光束 以曝光晶片上的抗蚀剂。这只是一个应用实例。当前的系统和方法可以应用在 任何类型的准直光束处理包括例如激光(相干的)但不限于此。当前的方法和 设备通常可用于具有连续或脉冲光束,红外线到紫外线的波长,较大或较小直 径的光束的光学系统以及不同的系统结构。示例的应用包括波长多路复用技术 和多路分解信号技术,能量分离和监控,光束测量和监控,激光切割,机械加 工或外科手术,干涉测量,以及多通道光的管理。附图说明图1表示本专利技术的光学系统的一个例子的方框图。 图2表示使用两个反馈环的反馈控制方法的方框图。图3表示图1系统的光轴。 具体实施例方式当前的光束转向采样系统,用于两受控平面之一,如图1所示。举例而言,其描述了在x—z平面中的系统。控制环(未显示)包括两个附加的致动器,每一个对应于一个转向镜,和两个附加的探测器,用于在y-z平面中相似的控制。 简而言之,此描述将其本身限制到一个这样的平面,但扩展到另一个平面是常 规的并且以在此描述的相同的方法完成。图1中所有的光学元件都是传统的并 且适合安装在光具座(Optical bench)或其他的支承上。在一个具体实施例中, 探测器Detl、 Det2安装在与其他光学元件分开的单独支持元件上。在一个具体 实施例中,Detl、 Det2源于传统四分光电探测器的四个部分。也可以使用位置感应光电探测器或其他翻的光电探测器。转向镜是R1, R2,,都被在图l 中描述的平面中的适当的精密致动器Al, A2驱动。输入光束(所示的平行虚 线描述其光束宽度)在输入平面内。还提供有光束分离器BS1, BS2。在输出平 面处提供主光束(从探测器上的入射部分分开)。镜子R3被定位于引导光束到 探测器Det2。如果在图l中定,巨离A, B, C, D, E, F, G和H (其中D是 光束分离器BS1和聚焦透镜Ll之间沿光轴的距离,而D+F同样是光束分离器 BS1和聚焦透镜L2之间的距离),3gl竟Ll和透镜L2的焦距分别为ft和f2,反 射角度到转移耦合系数T=flb^,并且转向镜Rl和R2的角度为A禾Q &,光束 分别相对于光轴的位置和角度是Xout和汰nit,作为光束输入位置Xin和光束角 度ftn的函数通过下式给出<formula>formula see original document page 6</formula>同样地,在两个探测器的致动元件中的每一个处光束位置&, X2舰下式给出:其中:<formula>formula see original document page 6</formula>并且:<formula>formula see original document page 6</formula>如果定义两个新的:U禾口V,如下式:<formula>formula see original document page 7</formula>那么:<formula>formula see original document page 7</formula>而且可以使用与&没有冲突的A来控制u。同样地,能使用与A没有冲突 的&来控制控制v。由此,u, v是通过两个转向镜控制的两个没有交叉耦合的虚拟变量。以上等式对应于控制系统方框图,在图2中被显示。图2的控制系统接收作为输入的光束参数如Xin, &。该控制系统通常以模拟电子电路实现,或通常 以数字电路通过可编程微处理器或微控制器实现。根据本专利技术公开的内容给这种设备编程是常规的。图2中的每个方框或节点代表一个函数,带有的节点为求和节点。控制输出信号&和^通常被控制系统传输以用于驱动转向镜致动器,以此提供闭环反馈控制。因为控制环增益Gu (s)和Gv (s)远大于l,对于任意的Xm和^者P有U二V^,且X^二6UH)。在另一个具体实施例中,控制环使用下列方法实现。通过下式给出对光束 位置误差进行校正所需要的反射镜角度变化<formula>formula see original document page 7</formula>其中偏差(设定点)值由下式给出:<formula>formula see original document page 7</formula>其中xo脇和^r效是所需要的光束位置和指在输出平面。这些偏差的最大值 由探测器的可用的检测量程限制。镜子R1,和R2的角度变化(倾斜)被转换 成致动器的驱动脉冲的估计数字,ailP弁-kLAak弁给出,其中kL是全局增 益常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备,包括: 第一转向反射器,光束入射在其上; 第二转向反射器,从第一转向反射器反射的光束入射在其上; 第一光束分离器,从第二转向反射器反射的光束入射在其上; 第二光束分离器,从第一光束分离器反射的光束入射在其上; 第一探测器,从第一光束分离器反射的光束入射在其上;以及 第二探测器,被第二光束分离器透射的光束入射在其上; 其中为这两个探测器的输出信号的函数的第一值指示第一转向反射器的状态,而为这两个探测器的输出信号的函数的第二值指示第二转向反射器的状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:AD费里纳斯ED格林
申请(专利权)人:波科海姆技术公共有限公司
类型:发明
国别省市:GB[英国]

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