專利名稱：光學器件、定位方法和定位裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本公開涉及光學領域，更具體地，涉及一種光學器件、定位方法和定位裝置。
背景技術(shù)：
在眾多應用特別是光學系統(tǒng)和光學測量中，都需要能夠進行衍射的光學器件，例如帶有微孔的板。例如，為了高精度測量大數(shù)值孔徑的物鏡系統(tǒng)的波前像差，需要提高Shack-Hartmann傳感器的精度。Shack-Hartmann傳感器本身精度的最佳校準方式是采用絕對球面波進行校準。這就需要產(chǎn)生一系列高精度球面波前并以此作為基準，用這些基準來測量Shack-Hartmann傳感器的各種誤差和物理參數(shù),進而加以消除這些誤差對哈特曼波前傳感器精度的影響。理論上，可以使用針孔衍射產(chǎn)生球面參考波前，且針孔直徑越小，產(chǎn)生的球面波的波前誤差越小，光學質(zhì)量越高。因此，利用針孔衍射產(chǎn)生球面參考波前時，通常針孔尺寸會做到與波長接近。 由于Shack-Hartmann系統(tǒng)校準與檢測的工作方式，要求針孔在實際系統(tǒng)中安裝使用時，使得入射光束與亞微米量級的孔準確對準。這就要求亞微米針孔具有很高的定位精度。然而，在這種系統(tǒng)中，亞微米級針孔在使用中由于空間結(jié)構(gòu)受限而無法采用成像監(jiān)控的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的目的至少部分地在于提供一種光學器件、定位方法和定位裝置，能夠高效地將光學器件定位到適當位置。根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種光學器件，包括基板；在基板上設置的透光孔；至少一個指向標識，設置在基板上，指向標識的至少一個特征在靠近透光孔的部分中與遠離透光孔的部分中不同。根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種使光束與光學器件相對定位的方法，包括以光束掃描光學器件，以確定光學器件上設置的指向標識所在的區(qū)域；在指向標識的不同部分中檢測指向標識的至少一個特征；基于所述至少一個特征在所述不同部分中的變化，確定追S示方向；使光束相對于光學器件定位于指向標識沿著追S示方向的一端；以及沿著追足示方向，使光束相對于指向標識的一端移動預定距離。根據(jù)本公開的又一方面，提供了一種定位裝置，包括支架，用于放置發(fā)出光束的發(fā)光裝置、光學器件、探測器，其中探測器被配置為經(jīng)由光學器件探測光束；移動機構(gòu)，被配置為可移動，以使得發(fā)光裝置與光學器件可相對運動；以及控制器，被配置為控制移動機構(gòu)，使光束相對于光學器件移動，使得光束掃描光學器件，根據(jù)探測器上的光強變化，確定光學器件上設置的指向標識；根據(jù)探測器上的光強變化，在指向標識的不同部分中檢測指向標識的至少一個特征；基于所述至少一個特征在所述不同部分中的變化，確定追蹤方向；使光束相對于光學器件定位于指向標識沿著追蹤方向的一端；以及沿著追蹤方向，使光束相對于指向標識的一端移動預定距離。
根據(jù)本公開的實施例，能夠高效地(特別是在無監(jiān)控狀態(tài)下)將光學器件(例如，帶有如亞微米級微孔的板)定位到使用該光學器件的系統(tǒng)中的適當位置處。


通過以下參照附圖對本公開實施例的描述，本公開的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中圖1(a)和1(b)是分別示意性示出了根據(jù)本公開實施例的光學器件的平面圖以及該光學器件一部分的放大圖；圖2是示意性示出了根據(jù)根公開另一實施例的光學器件的平面圖；圖3是示意性示出了根據(jù)本公開實施例的在垂直于光軸的平面(χ-y平面)內(nèi)相對定位光學器件的方法的流程圖；圖4(a)和4(b)是示出了根據(jù)一示例的根據(jù)指向標識確定追蹤方向，并追蹤至微孔的不意圖；圖5是不出了根據(jù)另一不例的根據(jù)指向標識確定追蹤方向的不意圖；圖6是示意性示出了根據(jù)本公開另一實施例的光學器件的平面圖；圖7(a)和7(b)是示出了在使用圖6所示光學器件的示例中確定追蹤方向的示意圖；圖8是意性示出了根據(jù)本公開另一實施例的光學器件的平面圖；圖9是意性示出了根據(jù)本公開另一實施例的光學器件的平面圖；圖10是示意性示出了根據(jù)本公開實施例的光學器件三維定位方法的流程圖；圖11(a)和11(b)是示出了根據(jù)一示例的利用刀口法進行光軸方向(z向)粗定位的示意圖；圖12(a)和12(b)是示出了根據(jù)一示例的根據(jù)光強進行光軸方向(z向)精定位的不意圖；以及圖13是示意性示出了根據(jù)本公開實施例的定位裝置的配置圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖來描述本公開的實施例。但是應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本公開的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本公開的概念。在附圖中示出了根據(jù)本公開實施例的各種結(jié)構(gòu)示意圖。這些圖并非是按比例繪制的，其中為了清楚表達的目的，放大了某些細節(jié)，并且可能省略了某些細節(jié)。圖中所示出的各種特征或區(qū)域的形狀以及它們之間的相對大小、位置關(guān)系僅是示例性的，實際中可能由于制造公差或技術(shù)限制而有所偏差，并且本領域技術(shù)人員根據(jù)實際所需可以另外設計具有不同形狀、大小、相對位置的特征/區(qū)域。為了能夠適當?shù)囟ㄎ还鈱W器件，例如帶有微孔的板(這種微孔通常是透光設計的，這種情況下可稱作“透光孔”)，根據(jù)本公開的一實施例，在光學器件上設置“方向性”的指向標識。在此，所謂“方向性”可以是指該指向標識在某方向上具有變化的特征或光學性質(zhì)。特別是，這種特征或光學性質(zhì)在指向微孔的方向上變化，也即，指向標識的至少一個特、征或光學性質(zhì)可以在靠近微孔的部分中與遠離微孔的部分中不同。這種變化例如是單調(diào)的。根據(jù)這種變化的特征或光學性質(zhì)，可以確定指向標識的指向，并因此可以確定指向微孔的追蹤方向。根據(jù)一實施例，這種指向標識可以是例如由于光學性質(zhì)與周圍部件(例如，光學器件的基板)不同，從而是可光學測量的。因此，可以通過基板和指向標識對入射光束的不同光學響應(由于其不同光學性質(zhì)造成)，來識別指向標識。例如，基板可設置為不透光，而指向標識可設置為透光。這樣，可以通過在光學器件一側(cè)施加入射光束，而在另一側(cè)探測相應的光學響應(例如，透射光強)，來識別指向標識。根據(jù)另一實施例，例如可以將指向標識設置為與基板具有不同的反射率，從而可以根據(jù)反射光強(且因此可以根據(jù)透射光強，因為反射光強與透射光強之和基本上保持一致，在不考慮光吸收的情況下，大致等于入射光強)來識別指向標識。指向標識具有的變化特征例如可以是其寬度。這樣，可以通過掃描確定指向標識不同部分中的寬度，來確定指向標識的指向。例如，可以使入射光束沿一掃描方向掃描光學器件，并根據(jù)指向標識和基板對入射光束的光學響應(例如，上述透射光強)，來確定指向·標識的邊沿，得到指向標識在該掃描方向上的寬度。另外，可以使入射光束在另一位置處掃描指向標識沿同一掃描方向的寬度。這樣，可以根據(jù)兩個位置處的寬度之間的差異，來確定指向標識的指向。根據(jù)一示例，指向標識可以沿指向微孔的方向具有變小的寬度。在這種情況下，如果一個位置處的寬度大于另一位置處的寬度，則從所述一個位置到所述另一位置的方向可以確定為指向標識的指向；反之亦然。指向標識并非一定是連續(xù)的，也可以是非連續(xù)的。例如，指向標識可以包括多個間隔開的部分。在這種情況下，例如可以在一個部分中確定追蹤方向，并按該追蹤方向追蹤至下一部分，以此類推，直至追蹤至指向標識的末端。根據(jù)一實施例，可以在基板上設置一個或多個指向標識。在設置多個指向標識的情況下，可以將各指向標識的末端設置為與微孔(具體地，微孔的幾何中心或重心)相距基本上相同的距離。這樣，無論根據(jù)哪一指向標識追蹤至該指向標識的末端，均可以按追蹤方向再前進相同距離，到達微孔(具體地，微孔的幾何中心或重心)。這種情況下，多個指向標識(具體地，其末端)處于繞微孔的圓周上。進一步，這多個指向標識可以在該圓周上基本上等間隔分布。這樣，無論從光學器件上哪一位置開始掃描，均可以較快地掃描到指向標識。根據(jù)一實施例，指向標識可以包括粗追蹤指向標識部分和精定位指向標識部分。粗追蹤指向標識部分可以與精定位指向標識部分相接。指向標識的變化特征在粗追蹤指向標識部分可以比精定位指向標識部分緩和。精定位指向標識部分比粗追蹤指向標識部分更靠近微孔。這樣，針對粗追蹤指向標識部分，可以相對較低的精度(即，距離分辨率較低)來進行定位，而針對精定位指向標識部分，可以相對較高的精度(即，距離分辨率較高)來定位。因此，一方面，通過以較低精度在粗追蹤指向標識部分進行追蹤，可以很快地追蹤至靠近微孔；另一方面，通過以較高精度在精定位指向標識部分進行追蹤，可以高精度地定位光學器件(或者說，微孔)。根據(jù)一實施例，除了使用指向標識來確定追蹤方向之外，還可以在光學器件上設置位置標識，以便更加準確地定位光束在光學器件上進行追蹤時的相對位置。例如，這種位置標識與指向標識關(guān)聯(lián)設置。具體地，一個指向標識可以具有與其相關(guān)聯(lián)的一個位置標識。位置標識可以具有平行于一方向的(至少)兩條邊沿，所述兩條邊沿分別位于沿該方向通過微孔(具體地，微孔的幾何中心或重心)的直線兩側(cè)。這樣，在追蹤時可以根據(jù)位置標識兩條邊沿的位置，將光束定位于 所述通過微孔(具體地，微孔的幾何中心或重心)的直線上。在這種情況下，例如可以如下進行掃描追蹤。具體地，可以使入射光束沿一掃描方向掃描光學器件，并根據(jù)指向標識和位置標識對光束的透射，來確定它們各自的邊沿，得到指向標識和位置標識在該掃描方向上的寬度。另外，可以使入射光束在另一位置處掃描指向標識和位置標識沿同一掃描方向的寬度。這樣，可以根據(jù)指向標識在兩個位置處的寬度之間的差異，來確定指向標識的指向。例如，如果指向標識在一個位置處的寬度大于另一位置處的寬度，則從所述一個位置到所述另一位置的方向可以確定為指向標識的指向；反之亦然。另一方面，可以根據(jù)位置標識來確定光束的定位。例如，在位置標識的兩條邊沿與所述通過微孔的直線相距相同距離的情況下，可以將光束定位于這兩條邊沿的中間位置處(即，位置標識的寬度中心)。圖1(a)示出了一示例光學器件的平面圖。如圖1(a)所示，光學器件100包括基板102和在基板102上設置的孔104?；?02可以包括各種合適的材料，例如樹脂等。在該示例中，基板102設置為不透光(例如，通過在透明樹脂上涂覆不透光膜層)，且孔104設置為透光孔(例如，通過在不透光膜層中開孔)。當然，基板102和孔104也可以是其他形式?？?04的尺寸非常小，例如在該光學器件所用光波長的量級(例如，亞微米級甚至更小)上，因此被稱作“微孔”。這種微孔通常很難使用CCD相機或人眼來識別，因此在將光學器件組裝到使用該光學器件的系統(tǒng)中(例如，將微孔與系統(tǒng)的光軸對準)時，難以使光學器件準確定位。在此需要指出的是，盡管在圖1(a)中將光學器件100示出為方形的形狀，但是本公開不限于此。光學器件例如可以呈現(xiàn)矩形、圓形等其他形狀。另外，在圖I中微孔104被示出為圓形，但是其可以呈現(xiàn)各種適合加工的形狀，例如橢圓形、方形、矩形、三角形等規(guī)則形狀，或者不規(guī)則形狀。在基板102上，設有指向標識106。指向標識106例如是基板102上設置的透光區(qū)域(例如，通過在不透光膜層中開口)，因此指向標識106與基板102具有不同的透射率(在該示例中，基板102阻光，而指向標識106透光)。因此，可以相對于基板102，光學測量(或者說，識別)指向標識106。在圖I所示的示例中，指向標識106的寬度沿著指向微孔104的方向單調(diào)變小，因此指向標識106是“方向性”的。另外，在圖I的示例中，寬度沿指向微孔104的方向線性變小，但是本公開不限于此，例如可以按二次或更高次曲線、指數(shù)曲線變小。根據(jù)寬度的變化，指向標識106可以分為粗追蹤指向標識部分1061和精定位指向標識部分1062。在圖I所示的示例中，指向標識寬度的變化在粗追蹤指向標識部分1061比精定位指向標識部分1062要緩和。根據(jù)一示例應用，精定位指向標識部分1062例如從距微孔(具體地，其幾何中心或重心)2 μ m的位置處開始，即精定位指向標識部分1062位于以微孔(具體地，其幾何中心或重心)為中心的Φ4μπι圓周(圖I中點劃線所示的圓周)內(nèi)。而且，在圖I所示的示例中，精定位指向標識部分1062具有點狀末端。這種點狀末端有助于較為精確地確定定位指向標識的末端與微孔(具體地，其幾何中心或重心)之間的距離。盡管在圖I的示例中，將指向標識分為其中寬度變化趨勢不同的兩個部分(寬度變化相對緩和的粗追蹤指向標識部分1061和寬度變化相對急劇的精定位指向標識部分1062)，但是本公開不限于此。例如，指向標識可以包括變化趨勢相同的一個部分，或者可以包括變化趨勢不同的更多部分。需要指出的是，本公開也不限于寬度的變化，例如指向標識可以具有“方向性”的透射率。具體地，指向標識的透射率可以沿著指向微孔的方向變化，例如單調(diào)變小或者單調(diào)變大。
在圖I所示的示例中，示出了四個對稱分布的指向標識106。但是光學器件上可以設置其他合適數(shù)量的指向標識，例如少于四個或多于四個，也可僅設置一個。另外，在多個指向標識的情況下，盡管對稱分布是優(yōu)選的，但是本公開不限于此，這多個指向標識也可以并非是對稱分布。另外，在圖I的示例中，盡管將四個指向標識示出為具有相同的形狀，但是這并不是必須的。指向標識106的末端(例如，點狀末端)與微孔104 (具體地，其幾何中心或重心)相距一定距離。該距離可以在光學器件加工時確定，例如為500nm。在存在多個指向標識106的情況下，每一指向標識106的末端與微孔104的距離可以基本上相同。圖1(b)示出了圖1(a)所示光學器件的一部分的放大圖。如圖1(b)所示，該光學器件部分100'包括微孔104以及繞微孔104設置的指向標識。指向標識可以包括粗追蹤指向標識1061和精定位指向標識1062，精定位指向標識1062與粗追蹤指向標識1061相接。這里需要指出的是，精定位指向標識1062與粗追蹤指向標識1061并非一定相接,它們之間可以存在空隙。精定位指向標識和微孔的位置精度和形狀精度由加工設備和加工工藝確保為例如達到納米級。粗追蹤指向標識的位置精度和形狀精度可以相對較低，例如為微米級。這里需要指出的是，盡管在圖I的示例中，指向標識106被示出為連續(xù)的，但是本公開不限于此。指向標識106可以是不連續(xù)的，例如，可以包括間隔開的多個部分。圖2示出了一種這樣的不例光學器件200。該光學器件200包括基板202和在基板202上設置的微孔204。另外，繞微孔204設有指向標識206。指向標識206可以包括間隔開的部分2061、2062。圖3是示出了根據(jù)本公開一實施例的光學器件定位方法的流程圖。如圖3所示，在方框302處，可以利用入射光束來掃描光學器件，以識別其中設置的指向標識。這種入射光束例如是由使用該光學器件的系統(tǒng)中的發(fā)光裝置發(fā)出的，且優(yōu)選地可以是會聚光束。例如，該光束具有與系統(tǒng)光軸對準的光軸。另外，掃描可以通過移動光學器件來進行。例如，可以使用能夠在與光軸(z向)垂直的平面(χ-y平面)內(nèi)進行二維平移的平移裝置來移動光學器件。在開始掃描之前，可以先設定初始掃描點(圖3的流程圖中未示出)。例如，可以(手動)調(diào)節(jié)光學器件在χ-y平面上的取向，使得從指向標識經(jīng)該指向標識端部至微孔(其幾何中心或重心)的直線與平移裝置的一個平移軸(例如，X方向，該方向在隨后作為追蹤方向)基本上平行，使得該直線與該平移軸(例如，X方向)的夾角在一定范圍內(nèi)，例如小于2°。另外，可以將初始掃描點設定在該指向標識附近，以便更快地掃描到該指向標識。在此，基板與指向標識可以由于具有不同的光學性質(zhì)而對入射光束具有不同的光學響應。可以根據(jù)這種光學響應，來確定指向標識所在的區(qū)域。例如，在圖I所示光學器件的示例中，可以根據(jù)透射通過基板和指向標識的光強來確定指向標識所在區(qū)域。這種光強例如由設置在光學器件與入射光束相反一側(cè)的探測器來探測。這種探測器例如可以是CXD傳感器陣列(在Shack-Hartmann系統(tǒng)的示例中，該系統(tǒng)本身就具有與發(fā)光裝置相對的CCD傳感器陣列)。例如，當透射光強大于一定閾值時，確定入射光束到達了指向標識。參照圖4(a)，圖4(a)示出了圖1、2所示示例光學器件的一部分400。假定初始掃描點位于不透光的基板區(qū)域，入射光束沿平移裝置的另一平移軸(例如，y方向，與X方向正交)，在軌跡408上從上往下掃描(在圖4(a)的示例中，掃描方向402即為y方向)。當掃描至位于指向標識邊沿上的點A時，探測器檢測到的透射光強將增大。在此，將透射光強增大到一定閾值(“第一閾值”)時的位置記為A的坐標(xa，ya)，且這種大于閾值的透射光強指示檢測到指向標識。當然，初始掃描點不一定位于不透光的基板區(qū)域中。如果初始掃描點位于指向標識中，這時無需掃描，可(根據(jù)透射光強)直接識別出指向標識。另外，掃描方向不一定從上往下(_y方向)，也可以從下往上(+y方向)。返回圖3，在識別出指向標識之后，在方框304，可以在指向標識的不同部分中檢測該指向標識的至少一個特征，并因此確定追蹤方向。例如，可以掃描獲得所述至少一個特征在指向標識的不同部分中的變化，并根據(jù)這種變化來確定追蹤方向。例如，在變化特征為寬度且寬度朝向微孔變小的示例中，可以確定寬度變小的方向為追蹤方向。
繼續(xù)參照圖4(a)，首先獲得軌跡408處的寬度(“第一寬度”)。具體地，在如上所述確定A的位置之后，繼續(xù)沿掃描方向402向下(_y方向)掃描，當掃描至位于指向標識邊沿上的點B時，探測器探測到的透射光強將減小。在此，將透射光強減小到一定閾值(“第二閾值”)時的位置記為B的坐標(xb，yb)。在此，第一閾值和第二閾值可以設置相同或者不相同，它們可以按經(jīng)驗設置。這樣，可以根據(jù)A的坐標(xa，ya)和B的坐標(xb，yb)，將該軌跡408處的第一寬度計算為A和B之間的距離IABI。然后，可以使入射光束和光學器件相對移動，使得入射光束沿與追蹤方向(圖4中的X方向)移動一定距離，移至另一軌跡410。然后沿軌跡410掃描(掃描方向保持不變，為y方向)指向標識的寬度(第二寬度)。這種寬度掃描可以按上述方式進行。例如，可以沿+/-y方向掃描(根據(jù)透射光強)獲得位于指向標識邊沿上的點A'和B'，并可以根據(jù)A'的坐標(Xa' ,yj )和B'的坐標(x/，y/ )，將該軌跡410處的第二寬度計算為K'和B'之間的距離|A' B' |。在獲得軌跡408處的寬度|ab|和軌跡410處的寬度Ia' B' I之后，可以根據(jù)它們的變化確定追蹤方向。例如，在指向標識的寬度沿指向微孔的方向變小的示例中，由于|ab| > |a' B' I，則可以確定追蹤方向為從軌跡408朝著軌跡4io的方向(B卩，+x方向)。另一方面，如果|ab| < |a' B' I，則可以確定追蹤方向為從軌跡4io朝著軌跡408的方向(S卩，-X方向)。
在從軌跡408前進到軌跡410時，可以從軌跡408處的特征位置沿追蹤方向404前進。在此，所謂“特征位置”可以是指掃描軌跡與沿指向微孔的方向、且通過指向標識端部的直線相交的位置。特征位置可以根據(jù)指向標識的配置(特別是其變化特征的配置)、指向標識相對于微孔的設置等來確定。例如，在圖4(a)的示例中，指向標識的縱軸與指向微孔的方向相一致，且指向標識關(guān)于其縱軸對稱。這種情況下，每一掃描軌跡處的“特征位置”可以確定為該掃描軌跡處寬度的“中點”。具體地，第一寬度的中點C的坐標(X。，y。)可以確定為X。= (Xb-Xa)/2，yc=(yb_ya)/2 ;第二寬度的中點c'的坐標(Xc' ,ic')可以確定為Xc/ = (xb/ -Xa' )/2,yc = (yb/ -IJ )/2。當然，“特征位置”也不限于寬度的中點。例如，在圖4(c)所示的示例中，指向標識的縱軸與指向微孔的方向相一致，且沿掃描軌跡的寬度在縱軸上方和縱軸下方的部分之比是2 I。這種情況下，每一掃描軌跡處的“特征位置”可以確定為該掃描軌跡處寬度的2/3處或1/3處，取決于掃描是從指向標識上方開始還是從指向標識下方開始(由初始掃描 點決定)。回到圖3，接下來在方框306，根據(jù)在方框304處確定的追蹤方向，使得入射光束追蹤至指向標識的末端。這種追蹤可以采用以上參照圖4所述的方法。例如，沿著追蹤方向，從一條軌跡前進到另一軌跡。每次從一條軌跡移動到另一軌跡時，可以從所述一條軌跡的中點，沿跟蹤方向移動到另一軌跡上(移動到該另一條軌跡的基本上中點處)。當追蹤到指向標識的末端時，透射光強將減弱。在此，可以將透射光強減弱到一定閾值處的位置記為指向標識的末端位置。參照圖4(b)，其中示出了圖1、2所示光學器件的一部分。如上所述，在追蹤過程中，可以沿掃描方向402掃描軌跡408上的邊沿點A和B，并確定其中點C，并從中點C沿追蹤方向404移動至另一軌跡(未示出)，不斷重復該過程。當?shù)竭_末端T時，透射光強將減弱。將透射光強減小到一定閾值時的位置記為末端T的坐標(xt，yt)?；氐綀D3，當追蹤到指向標識的末端時，在方框308，繼續(xù)使入射光束和光學器件相對移動，使得入射光束從末端T (xt，yt)沿追蹤方向移動預定距離D，到達微孔(具體地，到達其幾何中心或重心O)。該距離D在制造光學器件時確定?？蛇x地，還可以從點O沿徑向(例如，向上、向下、向左、向右)掃描一個微孔半徑的距離，以實現(xiàn)更好的定位(例如，定位在透射光強最大的位置)。這樣，就將光學器件定位為使得入射光束能夠穿過微孔。在如圖I所示的指向標識包括粗追蹤指向標識部分和精指向標識部分的情況下，可以使用精度相對較低(平移距離分辨率較低)的平移裝置，使入射光束掃描、追蹤通過粗追蹤指向標識部分；另一方面，可以使用精度相對較高(平移距離分辨率較高)的平移裝置，使入射光束掃描、追蹤通過精指向標識部分，并最終追蹤至微孔。在以上定位方法中，需要預先將追蹤方向調(diào)整為與從指向標識經(jīng)該指向標識端部至微孔(其幾何中心或重心)的直線基本上平行，使得追蹤方向與該直線的夾角在一定范圍內(nèi)，例如小于2°。即，追蹤方向已經(jīng)確定(例如，在X方向)，只是根據(jù)指向標識來確定追蹤是沿該追蹤方向從一側(cè)到另一側(cè)還是從另一側(cè)到一側(cè)(例如，+X方向或-X方向)。為了實現(xiàn)完全無監(jiān)控的定位，還可以另外設置位置標識。圖6示出了同時具有指向標識和位置標識的一不例光學器件的平面圖。如圖6所不,光學器件600包括基板602以及在基板602上設置的孔604和指向標識606。關(guān)于基板602、孔604和指向標識606，可以參見以上結(jié)合圖I的描述。在基板602上,還設置有分別與每一指向標識606相關(guān)聯(lián)的位置標識608。位置標識608可以與指向標識606具有不同的光學性質(zhì)(例如，透射率)，從而可以光學辨別位置標識608和指向標識606。位置標識608具有兩條平行邊沿6081和6082。邊沿6081和6082平行于一方向，并且處于沿該方向通過微孔(其幾何中心或重心)的直線(在圖6(a)的示例中，該直線與圖中所指的點劃線重合)兩側(cè)。優(yōu)選地，該直線還通過指向標識606的端部(特別是，點狀端部)。對于該光學器件600，同樣可以利用圖3所示的方法來進行定位。以下，將著重描述定位該光學器件600時的不同之處。具體地，在方框302處，可以利用入射光束來掃描光學器件，以識別其中設置的指向標識。在這種情況下，無需預先調(diào)整光學器件在χ-y平面上的取向。即，光學器件可以在χ-y平面上取任意取向?！ぴ谧R別出指向標識之后，在方框304，可以在指向標識的不同部分中檢測該指向標識的至少一個特征，并因此確定追蹤方向。在該過程中，還識別與指向標識關(guān)聯(lián)設置的位置標識，以便在隨后定位光束。在此，同樣針對變化特征為寬度且寬度朝向微孔變小的示例，進行描述。參照圖7 (a)，圖7 (a)示出了圖6所示示例光學器件600的一部分，且示出了剛開始掃描光學器件600時的情況。由于如上所述沒有預先調(diào)整光學器件在x-y平面上的取向，所以掃描方向702相對于指向標識和位置標識可能成任意角度相交。假定入射光束沿掃描方向702，在軌跡708上從上往下掃描，并通過透射光強來確定指向標識邊沿上的點Al、BI和位置標識邊沿上的點A2和B2。并因此可以確定指向標識在軌跡708處的第一寬度為Al和BI之間的距離IAlBl I，位置標識在軌跡708處的第一寬度為A2和B2之間的距離
A2B2|。然后，可以使入射光束和光學器件相對移動，使得入射光束沿與掃描方向交叉的方向704移動一定距離，移至另一軌跡710。然后沿軌跡710掃描(掃描方向702保持不變)。例如，可以掃描(根據(jù)透射光強)獲得指向標識邊沿上的點Al'和BI'以及位置標識邊沿上的點A2'和B2'，并確定指向標識在軌跡710處的第二寬度為Al'和BI'之間的距離|ΑΓ ΒΓ |，位置標識在軌跡710處的第一寬度為Α2'和Β2 '之間的距離
Α2' Β2' |。在獲得指向標識在軌跡708處的寬度IAlBlI和軌跡710處的寬度|ΑΓ ΒΓ之后，可以根據(jù)它們的變化確定追蹤方向。例如，如果IAlBlI > |Α1' BI' |，則可以確定追蹤方向為從軌跡708朝著軌跡710的方向。另一方面，如果IAlBlI < \kl' Bli |，則可以確定追蹤方向為從軌跡710朝著軌跡708的方向。另一方面，可以根據(jù)位置標識來確定光束在追蹤時的位置。具體地，在從軌跡708前進到軌跡710時，可以從軌跡708處的特征位置沿追蹤方向704前進。在此，所謂“特征位置”可以是指掃描軌跡與上述直線(與位置標識的邊沿平行，且通過微孔(其幾何中心或重心)的直線)相交的位置。例如，在位置標識的邊沿與該直線相距相同距離的情況下，“特征位置”是位置標識寬度的“中點”。此外，還可以根據(jù)位置標識來調(diào)整追蹤方向。具體地，如圖7 (b)所示，可以將追蹤方向調(diào)整為從寬度|A2B2|的中點C到寬度|A2' B2/ I的中點C'的方向704'(或相反的方向，根據(jù)寬度IAlBlI和寬度I Al' ΒΓ I的大小確定)。此時，可以調(diào)整掃描方向702;為與追蹤方向70V垂直的方向。在這種情況下，光束從軌跡708前進到710時，前進方向基本上指向微孔(其幾何中心或重心)。追蹤過程中，可以根據(jù)每一軌跡上位置標識的特征位置(例如，寬度中點)，不斷校正追蹤方向。圖8不出了同時具有指向標識和位置標識的另一不例光學器件的平面圖。如圖8所示，光學器件800包括基板802以及在基板802上設置的孔804和指向標識806。關(guān)于基板802、孔804和指向標識806，可以參見以上結(jié)合圖I的描述。在基板802上，還設置有分別與每一指向標識806相關(guān)聯(lián)的位置標識808。與圖6所示的示例不同,在圖8所示的示例中，位置標識808設置在指向標識806外側(cè)。圖9不出了同時具有指向標識和位置標識的另一不例光學器件的平面圖。如圖9 所示，光學器件900包括基板902以及在基板902上設置的孔904和指向標識906。關(guān)于基板902、孔904和指向標識906，可以參見以上結(jié)合圖I的描述。在基板902上，還設置有分別與每一指向標識906相關(guān)聯(lián)的位置標識908。與圖6、8所示的示例不同,在圖9所示的示例中，位置標識908設置為與指向標識906相分離。本領域技術(shù)人員可以想到，指向標識與位置標識可以有多種相對設置方式，而不限于以上示例。另外，在以上示例中，位置標識在指向標識的縱軸兩側(cè)對稱設置，但是本公開不限于此。例如，位置標識的縱軸可以偏離指向標識的縱軸。以上參照圖3描述的方法使得光學器件在與光軸(z向)垂直的平面(x-y平面)內(nèi)得到適當定位。根據(jù)一實施例，還可以在根據(jù)本公開的方法中結(jié)合z向定位，從而實現(xiàn)x-y-z三維定位。優(yōu)選地，將光學器件沿z向定位在入射光束的焦平面上，從而會聚的入射光束可以完全通過微孔。圖10中示出了根據(jù)本公開一示例的三維定位方法的流程圖。如圖10所示，在方框1002，可以進行z向粗定位。這種z向粗定位例如可以采用刀口法進行。以下，將參照圖11(a)和11(b)來說明刀口法的原理。如圖11(a)所示，光源發(fā)出的入射光束通過光學裝置1102，形成會聚光束，該會聚光束在焦平面處會聚為光點。探測器1106(例如，CMOS傳感器陣列)與光源相對，用以探測入射光束。當入射光束入射到探測器1106上時，在探測器1106上形成受光區(qū)域1106-1。如果阻擋物1104放置在光路中，則會阻擋一部分入射光，從而在探測器1106上形成陰影區(qū)1106-2。如果阻擋物1104相比于焦平面靠近光源時，則當阻擋物1104在垂直于光軸(z向)的方向(在x-y平面內(nèi))移動時，陰影區(qū)1106-2也會相應的移動，但是移動方向與阻擋物1104的移動方向相反。另一方面，如圖11 (b)所示，如果阻擋物1104相比于焦平面遠離光源，則當阻擋物1104在垂直于光軸(z向)的方向(在x-y平面內(nèi))移動時，與受光區(qū)域1106-Γ相對的陰影區(qū)1106-2'也會相應的移動，但是移動方向與阻擋物1104的移動方向相同。這樣，根據(jù)刀口法，可以判斷阻擋物與焦平面相比靠近光源還是遠離光源。根據(jù)判斷結(jié)果，可以相應移動阻擋物，以使得阻擋物與焦平面基本重合，重合精度可以到達微米。
在利用刀口法進行z向粗定位時，可以利用指向標識的邊沿作為“刀口”。具體地，可以先在χ-y平面內(nèi)沿一方向(例如，沿X方向或y方向)進行掃描，以掃描到指向標識的邊沿。然后利用該邊沿進行刀口法定位。例如，入射光束通過邊沿一側(cè)的指向標識而在探測器上形成受光區(qū)域，另一方面，入射光束被邊沿另一側(cè)的基板區(qū)域所阻擋而在探測器上形成陰影區(qū)域。然后移動光學器件，并根據(jù)陰影區(qū)域的移動方向，來判斷光學器件相對于焦平面的位置(靠近光源還是遠離光源)。回到圖10，在z向粗定位之后，可以進行x-y定位。這種x-y定位例如如以上參考附圖3所述。具體地，在方框1004，可以進行x-y粗追蹤，根據(jù)粗追蹤指向標識部分，追蹤至靠近微孔的位置(追蹤精度例如為微米)；然后在方框1006，可以進行x-y精定位，根據(jù)精指向標識部分，定位至微孔(定位精度例如為納米)。接下來，在方框1008，可以進行z向精定位。根據(jù)一示例，z向精定位可以根據(jù)透射光強來進行。原理上，當光學器件與焦平面完全重合時(由于已經(jīng)進行了 x-y定位，所以入射光束穿過微孔)，透射光強最大。
具體地，參考圖12 (a)，其中示出了焦平面O、比焦平面O靠近光源的平面A以及比焦平面O遠離光源的平面B。當光學器件位于焦平面O、平面A和平面B上時，通過微孔的透射光強的分布不同。圖12(b)中示出了這樣的透射光強分布。具體地，如圖12(b)所示，當光學器件位于焦平面O上時，透射光強分布曲線1202的寬度最窄，能量最集中；當光學器件位于平面A上時，透射光強分布曲線1204的寬度稍寬；而當光學器件位于平面B上時，透射光強分布曲線1206的寬度最寬。這樣，可以根據(jù)透射光強的分布，來判斷光學器件是否與焦平面0(基本上)重合，重合精度例如可以達到納米?；氐綀D10，在z向精定位之后，該方法還可以返回方框1006，進行x-y精定位調(diào)整(例如，移動光學器件，使得入射光束沿徑向移動微孔半徑的距離，以搜索透射光強最大的位置)，以使得入射光束與光學器件(微孔)更好地同軸。盡管在圖10所示的示例中，z向粗定位在x-y定位之前進行，且z向精定位在x_y定位之后進行，但是本公開不限于此。z向定位(粗定位和精定位)可以與x-y定位無關(guān)地進行。圖13示出了根據(jù)本公開一示例的定位裝置。如圖13所示，定位裝置1300可以包括支架1308。發(fā)光裝置1302、光學器件1304和探測器1306可以安裝在支架1308。發(fā)光裝置1302可以包括發(fā)射光的光源1302-1。另外，發(fā)光裝置1302可以包括光學裝置1302-3，用以將光源1302-1發(fā)出的光轉(zhuǎn)換成會聚光束。例如，光源1302-1可以是作為點狀光源的激光器，該激光器發(fā)出的光經(jīng)過光學裝置1302-3(例如，包括準直透鏡和會聚透鏡)而轉(zhuǎn)換成會聚光束。光學器件1304例如可以包括根據(jù)本公開的上述光學器件,且包括透光孔1304-2。探測器1306用以探測發(fā)光裝置發(fā)出的光經(jīng)光學器件1304后的光強，例如可以包括CXD傳感器陣列。在圖13右側(cè)還示出了探測器1306的示意平面圖。定位裝置1300包括至少一個移動機構(gòu)1310，用以移動發(fā)光裝置1302和光學器件1304 (以及探測器1306)中的至少一個，從而使得發(fā)光裝置1302和光學器件1304能夠相對運動。這種移動機構(gòu)例如是可以在X、I、z方向進行平移的三維平移臺。定位裝置1300還包括控制器1312?？刂破?312可以電連接到移動機構(gòu)1310，從而控制移動機構(gòu)1310的移動。另外，控制器1312還電連接到探測器1306，以接收探測器1306的輸出?？刂破?312例如可以是微處理器、微控制器，或者是計算設備如計算機等?？刂破?312例如可以被編程為實現(xiàn)根據(jù)本公開的定位方法，例如圖3或圖10所示的方法。具體地，控制器1312可以被配置為控制移動機構(gòu)1310，使發(fā)光裝置1302發(fā)出的光束相對于光學器件1304移動，使得光束掃描光學器件1302，并根據(jù)探測器1306上的光強變化(例如，光強增大到一定閾值)，確定光學器件1306上設置的指向標識。另外，控制器進一步控制發(fā)光裝置1302和光學器件1304之間的相對移動，并根據(jù)探測器1306上的光強變化，來在指向標識的不同部分中檢測指向標識的至少一個特征。例如，可以根據(jù)探測器1306上的光強變化，確定指向標識的邊沿并因此確定寬度；檢測不同部分的寬度。然后，控制器1312可以基于所述至少一個特征(例如，寬度)在不同部分中的變化，確定追蹤方向，并因此可以根據(jù)追蹤方向最終追蹤至透光孔1304-2。另外，當光學器件上還設置由位置標識時，控制器1312可以被配置為控制移動機構(gòu)1310，使得在檢測所述至少一個特征時，還識別與指向標識關(guān)聯(lián)設置的位置標識。隨后在確定追蹤方向時，根據(jù)位置標識(具體地，其邊沿)的位置，來定位光束。以上對本公開的實施例進行了描述。但是，這些實施例僅僅是為了說明的目的，而并非為了限制本公開的范圍。本公開的范圍由所附權(quán)利要求及其等價物限定。不脫離本公開的范圍，本領域技術(shù)人員可以做出多種替代和修改，這些替代和修改都應落在本公開的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求
1.ー種光學器件，包括 基板； 在所述基板上設置的透光孔； 至少ー個指向標識，設置在所述基板上，所述指向標識的至少ー個特征在靠近所述透光孔的部分中與遠離所述透光孔的部分中不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學器件，其中，所述指向標識包括透光區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學器件，其中，所述特征沿指向所述透光孔的方向單調(diào)變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學器件，其中，所述特征包括所述指向標識的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要4所述的光學器件，其中，所述寬度沿指向所述透光孔的方向變小。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學器件，其中，所述指向標識包括多個間隔開的部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學器件，其中，在所述基板上設置有多個指向標識，所述多個指向標識中的每個指向標識的一端與所述透光孔相距實質(zhì)上相同的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學器件，還包括 分別與各指向標識關(guān)聯(lián)設置的位置標識，所述位置標識具有平行于ー方向的兩條邊沿，所述兩條邊沿分別位于沿該方向通過透光孔的直線兩側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學器件，其中，指向標識和位置標識具有不同的透射率。
10.ー種使光束與光學器件相對定位的方法，包括 以光束掃描光學器件，以確定所述光學器件上設置的指向標識所在的區(qū)域； 在所述指向標識的不同部分中檢測所述指向標識的至少ー個特征； 基于所述至少ー個特征在所述不同部分中的變化，確定追蹤方向； 使光束相對于光學器件定位于所述指向標識沿著所述追蹤方向的一端；以及 沿著所述追蹤方向，使光束相對于所述指向標識的一端移動預定距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中， 在指向標識的不同部分中檢測指向標識的所述至少一個特征的操作還包括識別與指向標識關(guān)聯(lián)設置的位置標識，其中所述位置標識具有平行于ー方向的兩條邊沿，所述兩條邊沿分別位于沿該方向通過透光孔的直線兩側(cè)； 確定追蹤方向的操作還包括根據(jù)所述位置標識的兩條邊沿的位置，來定位光束。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中， 所述指向標識和定位標識包括透射率不同的透光區(qū)域；以及 確定指向標識所在的區(qū)域包括根據(jù)光束透射通過光學器件后的透射光強，來確定所述指向標識所在的區(qū)域以及識別定位標識。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中， 所述特征包括所述指向標識的寬度；以及 在所述指向標識的不同部分中檢測所述特征包括 使光束相對于所述光學器件定位于所述指向標識的第一部分，在所述第一部分中沿第一方向確定所述指向標識和位置標識在所述第一方向上各自的第一寬度； 沿與所述第一方向交叉的第二方向，使光束相對于所述光學器件移動至所述指向標識的第二部分；以及在所述第二部分中沿所述第一方向確定所述指向標識和位置標識在所述第一方向上各自的第二寬度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中， 如果指向標識的第一寬度大于指向標識的第二寬度，則確定從位置標識的第一寬度的特征位置到位置標識的第二寬度的特征位置的方向為追蹤方向；或者 如果指向標識的第一寬度小于指向標識的第二寬度，則確定從位置標識的第二寬度的特征位置到位置標識的第一寬度的特征位置的方向為追蹤方向。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述特征位置為寬度的中心。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括 沿光軸方向調(diào)整發(fā)出所述光束的發(fā)光裝置與所述光學器件之間的相對距離，以使所述光學器件位于所述光束的焦平面內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，沿光軸方向調(diào)整包括 在檢測所述特征之前進行的第一調(diào)整；以及 在沿著所述追蹤方向，使光束相對于所述指向標識的一端移動預定距離之后進行的第ニ調(diào)整。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，第一調(diào)整使用刀ロ法，第二調(diào)整根據(jù)所述光束通過所述光學器件的透射光強進行。
19.ー種定位裝置，包括 支架，用于放置發(fā)出光束的發(fā)光裝置、光學器件、探測器，其中所述探測器被配置為經(jīng)由所述光學器件探測所述光束； 移動機構(gòu)，被配置為可移動，以使得所述發(fā)光裝置與所述光學器件可相對運動；以及控制器，被配置為控制所述移動機構(gòu)，使所述光束相對于所述光學器件移動，使得所述光束掃描所述光學器件，根據(jù)所述探測器上的光強變化，確定所述光學器件上設置的指向標識； 根據(jù)所述探測器上的光強變化，在所述指向標識的不同部分中檢測所述指向標識的至少ー個特征； 基于所述至少ー個特征在所述不同部分中的變化，確定追蹤方向； 使光束相對于光學器件定位于所述指向標識沿著所述追蹤方向的一端；以及 沿著所述追蹤方向，使光束相對于所述指向標識的一端移動預定距離。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的定位裝置，其中，控制器被進ー步配置為控制所述移動機構(gòu)，使得 在指向標識的不同部分中檢測指向標識的所述至少一個特征吋，還識別與指向標識關(guān)聯(lián)設置的位置標識，其中所述位置標識具有平行于ー方向的兩條邊沿，所述兩條邊沿分別位于沿該方向通過透光孔的直線兩側(cè)； 在確定追蹤方向時，根據(jù)所述位置標識的兩條邊沿的位置，來定位光束。
全文摘要
本申請公開了一種光學器件、定位方法和定位裝置。根據(jù)一實施例，光學器件可以包括基板；在基板上設置的透光孔；至少一個指向標識，設置在基板上，指向標識的至少一個特征在靠近透光孔的部分中與遠離透光孔的部分中不同。
文檔編號G01C15/00GK102736140SQ201210192998
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者余翔 申請人:中國科學院光電技術(shù)研究所