专利名称：光学器件、定位方法和定位装置的制作方法
技术领域：
本公开涉及光学领域，更具体地，涉及一种光学器件、定位方法和定位装置。
背景技术：
在众多应用特别是光学系统和光学测量中，都需要能够进行衍射的光学器件，例如带有微孔的板。例如，为了高精度测量大数值孔径的物镜系统的波前像差，需要提高Shack-Hartmann传感器的精度。Shack-Hartmann传感器本身精度的最佳校准方式是采用绝对球面波进行校准。这就需要产生一系列高精度球面波前并以此作为基准，用这些基准来测量Shack-Hartmann传感器的各种误差和物理参数,进而加以消除这些误差对哈特曼波前传感器精度的影响。理论上，可以使用针孔衍射产生球面参考波前，且针孔直径越�。那蛎娌ǖ牟ㄇ拔蟛钤叫。庋е柿吭礁�。因此，利用针孔衍射产生球面参考波前时，通常针孔尺寸会做到与波长接近。 由于Shack-Hartmann系统校准与检测的工作方式，要求针孔在实际系统中安装使用时，使得入射光束与亚微米量级的孔准确对准。这就要求亚微米针孔具有很高的定位精度。然而，在这种系统中，亚微米级针孔在使用中由于空间结构受限而无法采用成像监控的方法。
发明内容
本公开的目的至少部分地在于提供一种光学器件、定位方法和定位装置，能够高效地将光学器件定位到适当位置。根据本公开的一个方面，提供了一种光学器件，包括基板；在基板上设置的透光孔；至少一个指向标识，设置在基板上，指向标识的至少一个特征在靠近透光孔的部分中与远离透光孔的部分中不同。根据本公开的另一方面，提供了一种使光束与光学器件相对定位的方法，包括以光束扫描光学器件，以确定光学器件上设置的指向标识所在的区域；在指向标识的不同部分中检测指向标识的至少一个特征；基于所述至少一个特征在所述不同部分中的变化，确定追S示方向；使光束相对于光学器件定位于指向标识沿着追S示方向的一端；以及沿着追足示方向，使光束相对于指向标识的一端移动预定距离。根据本公开的又一方面，提供了一种定位装置，包括支架，用于放置发出光束的发光装置、光学器件、探测器，其中探测器被配置为经由光学器件探测光束；移动机构，被配置为可移动，以使得发光装置与光学器件可相对运动；以及控制器，被配置为控制移动机构，使光束相对于光学器件移动，使得光束扫描光学器件，根据探测器上的光强变化，确定光学器件上设置的指向标识；根据探测器上的光强变化，在指向标识的不同部分中检测指向标识的至少一个特征；基于所述至少一个特征在所述不同部分中的变化，确定追踪方向；使光束相对于光学器件定位于指向标识沿着追踪方向的一端；以及沿着追踪方向，使光束相对于指向标识的一端移动预定距离。
根据本公开的实施例，能够高效地(特别是在无监控状态下)将光学器件(例如，带有如亚微米级微孔的板)定位到使用该光学器件的系统中的适当位置处。
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中图1(a)和1(b)是分别示意性示出了根据本公开实施例的光学器件的平面图以及该光学器件一部分的放大图；图2是示意性示出了根据根公开另一实施例的光学器件的平面图；图3是示意性示出了根据本公开实施例的在垂直于光轴的平面(χ-y平面)内相对定位光学器件的方法的流程图；图4(a)和4(b)是示出了根据一示例的根据指向标识确定追踪方向，并追踪至微孔的不意图；图5是不出了根据另一不例的根据指向标识确定追踪方向的不意图；图6是示意性示出了根据本公开另一实施例的光学器件的平面图；图7(a)和7(b)是示出了在使用图6所示光学器件的示例中确定追踪方向的示意图；图8是意性示出了根据本公开另一实施例的光学器件的平面图；图9是意性示出了根据本公开另一实施例的光学器件的平面图；图10是示意性示出了根据本公开实施例的光学器件三维定位方法的流程图；图11(a)和11(b)是示出了根据一示例的利用刀口法进行光轴方向(z向)粗定位的示意图；图12(a)和12(b)是示出了根据一示例的根据光强进行光轴方向(z向)精定位的不意图；以及图13是示意性示出了根据本公开实施例的定位装置的配置图。
具体实施例方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种特征或区域的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的特征/区域。为了能够适当地定位光学器件，例如带有微孔的板(这种微孔通常是透光设计的，这种情况下可称作“透光孔”)，根据本公开的一实施例，在光学器件上设置“方向性”的指向标识。在此，所谓“方向性”可以是指该指向标识在某方向上具有变化的特征或光学性质。特别是，这种特征或光学性质在指向微孔的方向上变化，也即，指向标识的至少一个特、征或光学性质可以在靠近微孔的部分中与远离微孔的部分中不同。这种变化例如是单调的。根据这种变化的特征或光学性质，可以确定指向标识的指向，并因此可以确定指向微孔的追踪方向。根据一实施例，这种指向标识可以是例如由于光学性质与周围部件(例如，光学器件的基板)不同，从而是可光学测量的。因此，可以通过基板和指向标识对入射光束的不同光学响应(由于其不同光学性质造成)，来识别指向标识。例如，基板可设置为不透光，而指向标识可设置为透光。这样，可以通过在光学器件一侧施加入射光束，而在另一侧探测相应的光学响应(例如，透射光强)，来识别指向标识。根据另一实施例，例如可以将指向标识设置为与基板具有不同的反射率，从而可以根据反射光强(且因此可以根据透射光强，因为反射光强与透射光强之和基本上保持一致，在不考虑光吸收的情况下，大致等于入射光强)来识别指向标识。指向标识具有的变化特征例如可以是其宽度。这样，可以通过扫描确定指向标识不同部分中的宽度，来确定指向标识的指向。例如，可以使入射光束沿一扫描方向扫描光学器件，并根据指向标识和基板对入射光束的光学响应(例如，上述透射光强)，来确定指向·标识的边沿，得到指向标识在该扫描方向上的宽度。另外，可以使入射光束在另一位置处扫描指向标识沿同一扫描方向的宽度。这样，可以根据两个位置处的宽度之间的差异，来确定指向标识的指向。根据一示例，指向标识可以沿指向微孔的方向具有变小的宽度。在这种情况下，如果一个位置处的宽度大于另一位置处的宽度，则从所述一个位置到所述另一位置的方向可以确定为指向标识的指向；反之亦然。指向标识并非一定是连续的，也可以是非连续的。例如，指向标识可以包括多个间隔开的部分。在这种情况下，例如可以在一个部分中确定追踪方向，并按该追踪方向追踪至下一部分，以此类推，直至追踪至指向标识的末端。根据一实施例，可以在基板上设置一个或多个指向标识。在设置多个指向标识的情况下，可以将各指向标识的末端设置为与微孔(具体地，微孔的几何中心或重心)相距基本上相同的距离。这样，无论根据哪一指向标识追踪至该指向标识的末端，均可以按追踪方向再前进相同距离，到达微孔(具体地，微孔的几何中心或重心)。这种情况下，多个指向标识(具体地，其末端)处于绕微孔的圆周上。进一步，这多个指向标识可以在该圆周上基本上等间隔分布。这样，无论从光学器件上哪一位置开始扫描，均可以较快地扫描到指向标识。根据一实施例，指向标识可以包括粗追踪指向标识部分和精定位指向标识部分。粗追踪指向标识部分可以与精定位指向标识部分相接。指向标识的变化特征在粗追踪指向标识部分可以比精定位指向标识部分缓和。精定位指向标识部分比粗追踪指向标识部分更靠近微孔。这样，针对粗追踪指向标识部分，可以相对较低的精度(即，距离分辨率较低)来进行定位，而针对精定位指向标识部分，可以相对较高的精度(即，距离分辨率较高)来定位。因此，一方面，通过以较低精度在粗追踪指向标识部分进行追踪，可以很快地追踪至靠近微孔；另一方面，通过以较高精度在精定位指向标识部分进行追踪，可以高精度地定位光学器件(或者说，微孔)。根据一实施例，除了使用指向标识来确定追踪方向之外，还可以在光学器件上设置位置标识，以便更加准确地定位光束在光学器件上进行追踪时的相对位置。例如，这种位置标识与指向标识关联设置。具体地，一个指向标识可以具有与其相关联的一个位置标识。位置标识可以具有平行于一方向的(至少)两条边沿，所述两条边沿分别位于沿该方向通过微孔(具体地，微孔的几何中心或重心)的直线两侧。这样，在追踪时可以根据位置标识两条边沿的位置，将光束定位于 所述通过微孔(具体地，微孔的几何中心或重心)的直线上。在这种情况下，例如可以如下进行扫描追踪。具体地，可以使入射光束沿一扫描方向扫描光学器件，并根据指向标识和位置标识对光束的透射，来确定它们各自的边沿，得到指向标识和位置标识在该扫描方向上的宽度。另外，可以使入射光束在另一位置处扫描指向标识和位置标识沿同一扫描方向的宽度。这样，可以根据指向标识在两个位置处的宽度之间的差异，来确定指向标识的指向。例如，如果指向标识在一个位置处的宽度大于另一位置处的宽度，则从所述一个位置到所述另一位置的方向可以确定为指向标识的指向；反之亦然。另一方面，可以根据位置标识来确定光束的定位。例如，在位置标识的两条边沿与所述通过微孔的直线相距相同距离的情况下，可以将光束定位于这两条边沿的中间位置处(即，位置标识的宽度中心)。图1(a)示出了一示例光学器件的平面图。如图1(a)所示，光学器件100包括基板102和在基板102上设置的孔104。基板102可以包括各种合适的材料，例如树脂等。在该示例中，基板102设置为不透光(例如，通过在透明树脂上涂覆不透光膜层)，且孔104设置为透光孔(例如，通过在不透光膜层中开孔)。当然，基板102和孔104也可以是其他形式。孔104的尺寸非常�。缭诟霉庋骷霉獠ǔさ牧考�(例如，亚微米级甚至更小)上，因此被称作“微孔”。这种微孔通�：苣咽褂肅CD相机或人眼来识别，因此在将光学器件组装到使用该光学器件的系统中(例如，将微孔与系统的光轴对准)时，难以使光学器件准确定位。在此需要指出的是，尽管在图1(a)中将光学器件100示出为方形的形状，但是本公开不限于此。光学器件例如可以呈现矩形、圆形等其他形状。另外，在图I中微孔104被示出为圆形，但是其可以呈现各种适合加工的形状，例如椭圆形、方形、矩形、三角形等规则形状，或者不规则形状。在基板102上，设有指向标识106。指向标识106例如是基板102上设置的透光区域(例如，通过在不透光膜层中开口)，因此指向标识106与基板102具有不同的透射率(在该示例中，基板102阻光，而指向标识106透光)。因此，可以相对于基板102，光学测量(或者说，识别)指向标识106。在图I所示的示例中，指向标识106的宽度沿着指向微孔104的方向单调变�。虼酥赶虮晔�106是“方向性”的。另外，在图I的示例中，宽度沿指向微孔104的方向线性变小，但是本公开不限于此，例如可以按二次或更高次曲线、指数曲线变小。根据宽度的变化，指向标识106可以分为粗追踪指向标识部分1061和精定位指向标识部分1062。在图I所示的示例中，指向标识宽度的变化在粗追踪指向标识部分1061比精定位指向标识部分1062要缓和。根据一示例应用，精定位指向标识部分1062例如从距微孔(具体地，其几何中心或重心)2 μ m的位置处开始，即精定位指向标识部分1062位于以微孔(具体地，其几何中心或重心)为中心的Φ4μπι圆周(图I中点划线所示的圆周)内。而且，在图I所示的示例中，精定位指向标识部分1062具有点状末端。这种点状末端有助于较为精确地确定定位指向标识的末端与微孔(具体地，其几何中心或重心)之间的距离。尽管在图I的示例中，将指向标识分为其中宽度变化趋势不同的两个部分(宽度变化相对缓和的粗追踪指向标识部分1061和宽度变化相对急剧的精定位指向标识部分1062)，但是本公开不限于此。例如，指向标识可以包括变化趋势相同的一个部分，或者可以包括变化趋势不同的更多部分。需要指出的是，本公开也不限于宽度的变化，例如指向标识可以具有“方向性”的透射率。具体地，指向标识的透射率可以沿着指向微孔的方向变化，例如单调变小或者单调变大。
在图I所示的示例中，示出了四个对称分布的指向标识106。但是光学器件上可以设置其他合适数量的指向标识，例如少于四个或多于四个，也可仅设置一个。另外，在多个指向标识的情况下，尽管对称分布是优选的，但是本公开不限于此，这多个指向标识也可以并非是对称分布。另外，在图I的示例中，尽管将四个指向标识示出为具有相同的形状，但是这并不是必须的。指向标识106的末端(例如，点状末端)与微孔104 (具体地，其几何中心或重心)相距一定距离。该距离可以在光学器件加工时确定，例如为500nm。在存在多个指向标识106的情况下，每一指向标识106的末端与微孔104的距离可以基本上相同。图1(b)示出了图1(a)所示光学器件的一部分的放大图。如图1(b)所示，该光学器件部分100'包括微孔104以及绕微孔104设置的指向标识。指向标识可以包括粗追踪指向标识1061和精定位指向标识1062，精定位指向标识1062与粗追踪指向标识1061相接。这里需要指出的是，精定位指向标识1062与粗追踪指向标识1061并非一定相接,它们之间可以存在空隙。精定位指向标识和微孔的位置精度和形状精度由加工设备和加工工艺确保为例如达到纳米级。粗追踪指向标识的位置精度和形状精度可以相对较低，例如为微米级。这里需要指出的是，尽管在图I的示例中，指向标识106被示出为连续的，但是本公开不限于此。指向标识106可以是不连续的，例如，可以包括间隔开的多个部分。图2示出了一种这样的不例光学器件200。该光学器件200包括基板202和在基板202上设置的微孔204。另外，绕微孔204设有指向标识206。指向标识206可以包括间隔开的部分2061、2062。图3是示出了根据本公开一实施例的光学器件定位方法的流程图。如图3所示，在方框302处，可以利用入射光束来扫描光学器件，以识别其中设置的指向标识。这种入射光束例如是由使用该光学器件的系统中的发光装置发出的，且优选地可以是会聚光束。例如，该光束具有与系统光轴对准的光轴。另外，扫描可以通过移动光学器件来进行。例如，可以使用能够在与光轴(z向)垂直的平面(χ-y平面)内进行二维平移的平移装置来移动光学器件。在开始扫描之前，可以先设定初始扫描点(图3的流程图中未示出)。例如，可以(手动)调节光学器件在χ-y平面上的取向，使得从指向标识经该指向标识端部至微孔(其几何中心或重心)的直线与平移装置的一个平移轴(例如，X方向，该方向在随后作为追踪方向)基本上平行，使得该直线与该平移轴(例如，X方向)的夹角在一定范围内，例如小于2°。另外，可以将初始扫描点设定在该指向标识附近，以便更快地扫描到该指向标识。在此，基板与指向标识可以由于具有不同的光学性质而对入射光束具有不同的光学响应。可以根据这种光学响应，来确定指向标识所在的区域。例如，在图I所示光学器件的示例中，可以根据透射通过基板和指向标识的光强来确定指向标识所在区域。这种光强例如由设置在光学器件与入射光束相反一侧的探测器来探测。这种探测器例如可以是CXD传感器阵列(在Shack-Hartmann系统的示例中，该系统本身就具有与发光装置相对的CCD传感器阵列)。例如，当透射光强大于一定阈值时，确定入射光束到达了指向标识。参照图4(a)，图4(a)示出了图1、2所示示例光学器件的一部分400。假定初始扫描点位于不透光的基板区域，入射光束沿平移装置的另一平移轴(例如，y方向，与X方向正交)，在轨迹408上从上往下扫描(在图4(a)的示例中，扫描方向402即为y方向)。当扫描至位于指向标识边沿上的点A时，探测器检测到的透射光强将增大。在此，将透射光强增大到一定阈值(“第一阈值”)时的位置记为A的坐标(xa，ya)，且这种大于阈值的透射光强指示检测到指向标识。当然，初始扫描点不一定位于不透光的基板区域中。如果初始扫描点位于指向标识中，这时无需扫描，可(根据透射光强)直接识别出指向标识。另外，扫描方向不一定从上往下(_y方向)，也可以从下往上(+y方向)。返回图3，在识别出指向标识之后，在方框304，可以在指向标识的不同部分中检测该指向标识的至少一个特征，并因此确定追踪方向。例如，可以扫描获得所述至少一个特征在指向标识的不同部分中的变化，并根据这种变化来确定追踪方向。例如，在变化特征为宽度且宽度朝向微孔变小的示例中，可以确定宽度变小的方向为追踪方向。
继续参照图4(a)，首先获得轨迹408处的宽度(“第一宽度”)。具体地，在如上所述确定A的位置之后，继续沿扫描方向402向下(_y方向)扫描，当扫描至位于指向标识边沿上的点B时，探测器探测到的透射光强将减小。在此，将透射光强减小到一定阈值(“第二阈值”)时的位置记为B的坐标(xb，yb)。在此，第一阈值和第二阈值可以设置相同或者不相同，它们可以按经验设置。这样，可以根据A的坐标(xa，ya)和B的坐标(xb，yb)，将该轨迹408处的第一宽度计算为A和B之间的距离IABI。然后，可以使入射光束和光学器件相对移动，使得入射光束沿与追踪方向(图4中的X方向)移动一定距离，移至另一轨迹410。然后沿轨迹410扫描(扫描方向保持不变，为y方向)指向标识的宽度(第二宽度)。这种宽度扫描可以按上述方式进行。例如，可以沿+/-y方向扫描(根据透射光强)获得位于指向标识边沿上的点A'和B'，并可以根据A'的坐标(Xa' ,yj )和B'的坐标(x/，y/ )，将该轨迹410处的第二宽度计算为K'和B'之间的距离|A' B' |。在获得轨迹408处的宽度|ab|和轨迹410处的宽度Ia' B' I之后，可以根据它们的变化确定追踪方向。例如，在指向标识的宽度沿指向微孔的方向变小的示例中，由于|ab| > |a' B' I，则可以确定追踪方向为从轨迹408朝着轨迹4io的方向(B卩，+x方向)。另一方面，如果|ab| < |a' B' I，则可以确定追踪方向为从轨迹4io朝着轨迹408的方向(S卩，-X方向)。
在从轨迹408前进到轨迹410时，可以从轨迹408处的特征位置沿追踪方向404前进。在此，所谓“特征位置”可以是指扫描轨迹与沿指向微孔的方向、且通过指向标识端部的直线相交的位置。特征位置可以根据指向标识的配置(特别是其变化特征的配置)、指向标识相对于微孔的设置等来确定。例如，在图4(a)的示例中，指向标识的纵轴与指向微孔的方向相一致，且指向标识关于其纵轴对称。这种情况下，每一扫描轨迹处的“特征位置”可以确定为该扫描轨迹处宽度的“中点”。具体地，第一宽度的中点C的坐标(X。，y。)可以确定为X。= (Xb-Xa)/2，yc=(yb_ya)/2 ;第二宽度的中点c'的坐标(Xc' ,ic')可以确定为Xc/ = (xb/ -Xa' )/2,yc = (yb/ -IJ )/2。当然，“特征位置”也不限于宽度的中点。例如，在图4(c)所示的示例中，指向标识的纵轴与指向微孔的方向相一致，且沿扫描轨迹的宽度在纵轴上方和纵轴下方的部分之比是2 I。这种情况下，每一扫描轨迹处的“特征位置”可以确定为该扫描轨迹处宽度的2/3处或1/3处，取决于扫描是从指向标识上方开始还是从指向标识下方开始(由初始扫描 点决定)。回到图3，接下来在方框306，根据在方框304处确定的追踪方向，使得入射光束追踪至指向标识的末端。这种追踪可以采用以上参照图4所述的方法。例如，沿着追踪方向，从一条轨迹前进到另一轨迹。每次从一条轨迹移动到另一轨迹时，可以从所述一条轨迹的中点，沿跟踪方向移动到另一轨迹上(移动到该另一条轨迹的基本上中点处)。当追踪到指向标识的末端时，透射光强将减弱。在此，可以将透射光强减弱到一定阈值处的位置记为指向标识的末端位置。参照图4(b)，其中示出了图1、2所示光学器件的一部分。如上所述，在追踪过程中，可以沿扫描方向402扫描轨迹408上的边沿点A和B，并确定其中点C，并从中点C沿追踪方向404移动至另一轨迹(未示出)，不断重复该过程。当到达末端T时，透射光强将减弱。将透射光强减小到一定阈值时的位置记为末端T的坐标(xt，yt)。回到图3，当追踪到指向标识的末端时，在方框308，继续使入射光束和光学器件相对移动，使得入射光束从末端T (xt，yt)沿追踪方向移动预定距离D，到达微孔(具体地，到达其几何中心或重心O)。该距离D在制造光学器件时确定。可选地，还可以从点O沿径向(例如，向上、向下、向左、向右)扫描一个微孔半径的距离，以实现更好的定位(例如，定位在透射光强最大的位置)。这样，就将光学器件定位为使得入射光束能够穿过微孔。在如图I所示的指向标识包括粗追踪指向标识部分和精指向标识部分的情况下，可以使用精度相对较低(平移距离分辨率较低)的平移装置，使入射光束扫描、追踪通过粗追踪指向标识部分；另一方面，可以使用精度相对较高(平移距离分辨率较高)的平移装置，使入射光束扫描、追踪通过精指向标识部分，并最终追踪至微孔。在以上定位方法中，需要预先将追踪方向调整为与从指向标识经该指向标识端部至微孔(其几何中心或重心)的直线基本上平行，使得追踪方向与该直线的夹角在一定范围内，例如小于2°。即，追踪方向已经确定(例如，在X方向)，只是根据指向标识来确定追踪是沿该追踪方向从一侧到另一侧还是从另一侧到一侧(例如，+X方向或-X方向)。为了实现完全无监控的定位，还可以另外设置位置标识。图6示出了同时具有指向标识和位置标识的一不例光学器件的平面图。如图6所不,光学器件600包括基板602以及在基板602上设置的孔604和指向标识606。关于基板602、孔604和指向标识606，可以参见以上结合图I的描述。在基板602上,还设置有分别与每一指向标识606相关联的位置标识608。位置标识608可以与指向标识606具有不同的光学性质(例如，透射率)，从而可以光学辨别位置标识608和指向标识606。位置标识608具有两条平行边沿6081和6082。边沿6081和6082平行于一方向，并且处于沿该方向通过微孔(其几何中心或重心)的直线(在图6(a)的示例中，该直线与图中所指的点划线重合)两侧。优选地，该直线还通过指向标识606的端部(特别是，点状端部)。对于该光学器件600，同样可以利用图3所示的方法来进行定位。以下，将着重描述定位该光学器件600时的不同之处。具体地，在方框302处，可以利用入射光束来扫描光学器件，以识别其中设置的指向标识。在这种情况下，无需预先调整光学器件在χ-y平面上的取向。即，光学器件可以在χ-y平面上取任意取向。·在识别出指向标识之后，在方框304，可以在指向标识的不同部分中检测该指向标识的至少一个特征，并因此确定追踪方向。在该过程中，还识别与指向标识关联设置的位置标识，以便在随后定位光束。在此，同样针对变化特征为宽度且宽度朝向微孔变小的示例，进行描述。参照图7 (a)，图7 (a)示出了图6所示示例光学器件600的一部分，且示出了刚开始扫描光学器件600时的情况。由于如上所述没有预先调整光学器件在x-y平面上的取向，所以扫描方向702相对于指向标识和位置标识可能成任意角度相交。假定入射光束沿扫描方向702，在轨迹708上从上往下扫描，并通过透射光强来确定指向标识边沿上的点Al、BI和位置标识边沿上的点A2和B2。并因此可以确定指向标识在轨迹708处的第一宽度为Al和BI之间的距离IAlBl I，位置标识在轨迹708处的第一宽度为A2和B2之间的距离
A2B2|。然后，可以使入射光束和光学器件相对移动，使得入射光束沿与扫描方向交叉的方向704移动一定距离，移至另一轨迹710。然后沿轨迹710扫描(扫描方向702保持不变)。例如，可以扫描(根据透射光强)获得指向标识边沿上的点Al'和BI'以及位置标识边沿上的点A2'和B2'，并确定指向标识在轨迹710处的第二宽度为Al'和BI'之间的距离|ΑΓ ΒΓ |，位置标识在轨迹710处的第一宽度为Α2'和Β2 '之间的距离
Α2' Β2' |。在获得指向标识在轨迹708处的宽度IAlBlI和轨迹710处的宽度|ΑΓ ΒΓ之后，可以根据它们的变化确定追踪方向。例如，如果IAlBlI > |Α1' BI' |，则可以确定追踪方向为从轨迹708朝着轨迹710的方向。另一方面，如果IAlBlI < \kl' Bli |，则可以确定追踪方向为从轨迹710朝着轨迹708的方向。另一方面，可以根据位置标识来确定光束在追踪时的位置。具体地，在从轨迹708前进到轨迹710时，可以从轨迹708处的特征位置沿追踪方向704前进。在此，所谓“特征位置”可以是指扫描轨迹与上述直线(与位置标识的边沿平行，且通过微孔(其几何中心或重心)的直线)相交的位置。例如，在位置标识的边沿与该直线相距相同距离的情况下，“特征位置”是位置标识宽度的“中点”。此外，还可以根据位置标识来调整追踪方向。具体地，如图7 (b)所示，可以将追踪方向调整为从宽度|A2B2|的中点C到宽度|A2' B2/ I的中点C'的方向704'(或相反的方向，根据宽度IAlBlI和宽度I Al' ΒΓ I的大小确定)。此时，可以调整扫描方向702;为与追踪方向70V垂直的方向。在这种情况下，光束从轨迹708前进到710时，前进方向基本上指向微孔(其几何中心或重心)。追踪过程中，可以根据每一轨迹上位置标识的特征位置(例如，宽度中点)，不断校正追踪方向。图8不出了同时具有指向标识和位置标识的另一不例光学器件的平面图。如图8所示，光学器件800包括基板802以及在基板802上设置的孔804和指向标识806。关于基板802、孔804和指向标识806，可以参见以上结合图I的描述。在基板802上，还设置有分别与每一指向标识806相关联的位置标识808。与图6所示的示例不同,在图8所示的示例中，位置标识808设置在指向标识806外侧。图9不出了同时具有指向标识和位置标识的另一不例光学器件的平面图。如图9 所示，光学器件900包括基板902以及在基板902上设置的孔904和指向标识906。关于基板902、孔904和指向标识906，可以参见以上结合图I的描述。在基板902上，还设置有分别与每一指向标识906相关联的位置标识908。与图6、8所示的示例不同,在图9所示的示例中，位置标识908设置为与指向标识906相分离。本领域技术人员可以想到，指向标识与位置标识可以有多种相对设置方式，而不限于以上示例。另外，在以上示例中，位置标识在指向标识的纵轴两侧对称设置，但是本公开不限于此。例如，位置标识的纵轴可以偏离指向标识的纵轴。以上参照图3描述的方法使得光学器件在与光轴(z向)垂直的平面(x-y平面)内得到适当定位。根据一实施例，还可以在根据本公开的方法中结合z向定位，从而实现x-y-z三维定位。优选地，将光学器件沿z向定位在入射光束的焦平面上，从而会聚的入射光束可以完全通过微孔。图10中示出了根据本公开一示例的三维定位方法的流程图。如图10所示，在方框1002，可以进行z向粗定位。这种z向粗定位例如可以采用刀口法进行。以下，将参照图11(a)和11(b)来说明刀口法的原理。如图11(a)所示，光源发出的入射光束通过光学装置1102，形成会聚光束，该会聚光束在焦平面处会聚为光点。探测器1106(例如，CMOS传感器阵列)与光源相对，用以探测入射光束。当入射光束入射到探测器1106上时，在探测器1106上形成受光区域1106-1。如果阻挡物1104放置在光路中，则会阻挡一部分入射光，从而在探测器1106上形成阴影区1106-2。如果阻挡物1104相比于焦平面靠近光源时，则当阻挡物1104在垂直于光轴(z向)的方向(在x-y平面内)移动时，阴影区1106-2也会相应的移动，但是移动方向与阻挡物1104的移动方向相反。另一方面，如图11 (b)所示，如果阻挡物1104相比于焦平面远离光源，则当阻挡物1104在垂直于光轴(z向)的方向(在x-y平面内)移动时，与受光区域1106-Γ相对的阴影区1106-2'也会相应的移动，但是移动方向与阻挡物1104的移动方向相同。这样，根据刀口法，可以判断阻挡物与焦平面相比靠近光源还是远离光源。根据判断结果，可以相应移动阻挡物，以使得阻挡物与焦平面基本重合，重合精度可以到达微米。
在利用刀口法进行z向粗定位时，可以利用指向标识的边沿作为“刀口”。具体地，可以先在χ-y平面内沿一方向(例如，沿X方向或y方向)进行扫描，以扫描到指向标识的边沿。然后利用该边沿进行刀口法定位。例如，入射光束通过边沿一侧的指向标识而在探测器上形成受光区域，另一方面，入射光束被边沿另一侧的基板区域所阻挡而在探测器上形成阴影区域。然后移动光学器件，并根据阴影区域的移动方向，来判断光学器件相对于焦平面的位置(靠近光源还是远离光源)。回到图10，在z向粗定位之后，可以进行x-y定位。这种x-y定位例如如以上参考附图3所述。具体地，在方框1004，可以进行x-y粗追踪，根据粗追踪指向标识部分，追踪至靠近微孔的位置(追踪精度例如为微米)；然后在方框1006，可以进行x-y精定位，根据精指向标识部分，定位至微孔(定位精度例如为纳米)。接下来，在方框1008，可以进行z向精定位。根据一示例，z向精定位可以根据透射光强来进行。原理上，当光学器件与焦平面完全重合时(由于已经进行了 x-y定位，所以入射光束穿过微孔)，透射光强最大。
具体地，参考图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远离光源的平面B。当光学器件位于焦平面O、平面A和平面B上时，通过微孔的透射光强的分布不同。图12(b)中示出了这样的透射光强分布。具体地，如图12(b)所示，当光学器件位于焦平面O上时，透射光强分布曲线1202的宽度最窄，能量最集中；当光学器件位于平面A上时，透射光强分布曲线1204的宽度稍宽；而当光学器件位于平面B上时，透射光强分布曲线1206的宽度最宽。这样，可以根据透射光强的分布，来判断光学器件是否与焦平面0(基本上)重合，重合精度例如可以达到纳米。回到图10，在z向精定位之后，该方法还可以返回方框1006，进行x-y精定位调整(例如，移动光学器件，使得入射光束沿径向移动微孔半径的距离，以搜索透射光强最大的位置)，以使得入射光束与光学器件(微孔)更好地同轴。尽管在图10所示的示例中，z向粗定位在x-y定位之前进行，且z向精定位在x_y定位之后进行，但是本公开不限于此。z向定位(粗定位和精定位)可以与x-y定位无关地进行。图13示出了根据本公开一示例的定位装置。如图13所示，定位装置1300可以包括支架1308。发光装置1302、光学器件1304和探测器1306可以安装在支架1308。发光装置1302可以包括发射光的光源1302-1。另外，发光装置1302可以包括光学装置1302-3，用以将光源1302-1发出的光转换成会聚光束。例如，光源1302-1可以是作为点状光源的激光器，该激光器发出的光经过光学装置1302-3(例如，包括准直透镜和会聚透镜)而转换成会聚光束。光学器件1304例如可以包括根据本公开的上述光学器件,且包括透光孔1304-2。探测器1306用以探测发光装置发出的光经光学器件1304后的光强，例如可以包括CXD传感器阵列。在图13右侧还示出了探测器1306的示意平面图。定位装置1300包括至少一个移动机构1310，用以移动发光装置1302和光学器件1304 (以及探测器1306)中的至少一个，从而使得发光装置1302和光学器件1304能够相对运动。这种移动机构例如是可以在X、I、z方向进行平移的三维平移台。定位装置1300还包括控制器1312。控制器1312可以电连接到移动机构1310，从而控制移动机构1310的移动。另外，控制器1312还电连接到探测器1306，以接收探测器1306的输出。控制器1312例如可以是微处理器、微控制器，或者是计算设备如计算机等。控制器1312例如可以被编程为实现根据本公开的定位方法，例如图3或图10所示的方法。具体地，控制器1312可以被配置为控制移动机构1310，使发光装置1302发出的光束相对于光学器件1304移动，使得光束扫描光学器件1302，并根据探测器1306上的光强变化(例如，光强增大到一定阈值)，确定光学器件1306上设置的指向标识。另外，控制器进一步控制发光装置1302和光学器件1304之间的相对移动，并根据探测器1306上的光强变化，来在指向标识的不同部分中检测指向标识的至少一个特征。例如，可以根据探测器1306上的光强变化，确定指向标识的边沿并因此确定宽度；检测不同部分的宽度。然后，控制器1312可以基于所述至少一个特征(例如，宽度)在不同部分中的变化，确定追踪方向，并因此可以根据追踪方向最终追踪至透光孔1304-2。另外，当光学器件上还设置由位置标识时，控制器1312可以被配置为控制移动机构1310，使得在检测所述至少一个特征时，还识别与指向标识关联设置的位置标识。随后在确定追踪方向时，根据位置标识(具体地，其边沿)的位置，来定位光束。以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。权利要求
1.ー种光学器件，包括 基板； 在所述基板上设置的透光孔； 至少ー个指向标识，设置在所述基板上，所述指向标识的至少ー个特征在靠近所述透光孔的部分中与远离所述透光孔的部分中不同。
2.根据权利要求I所述的光学器件，其中，所述指向标识包括透光区域。
3.根据权利要求I所述的光学器件，其中，所述特征沿指向所述透光孔的方向单调变化。
4.根据权利要求3所述的光学器件，其中，所述特征包括所述指向标识的宽度。
5.根据权利要4所述的光学器件，其中，所述宽度沿指向所述透光孔的方向变小。
6.根据权利要求I所述的光学器件，其中，所述指向标识包括多个间隔开的部分。
7.根据权利要求I所述的光学器件，其中，在所述基板上设置有多个指向标识，所述多个指向标识中的每个指向标识的一端与所述透光孔相距实质上相同的距离。
8.根据权利要求I所述的光学器件，还包括 分别与各指向标识关联设置的位置标识，所述位置标识具有平行于ー方向的两条边沿，所述两条边沿分别位于沿该方向通过透光孔的直线两侧。
9.根据权利要求8所述的光学器件，其中，指向标识和位置标识具有不同的透射率。
10.ー种使光束与光学器件相对定位的方法，包括 以光束扫描光学器件，以确定所述光学器件上设置的指向标识所在的区域； 在所述指向标识的不同部分中检测所述指向标识的至少ー个特征； 基于所述至少ー个特征在所述不同部分中的变化，确定追踪方向； 使光束相对于光学器件定位于所述指向标识沿着所述追踪方向的一端；以及 沿着所述追踪方向，使光束相对于所述指向标识的一端移动预定距离。
11.根据权利要求10所述的方法，其中， 在指向标识的不同部分中检测指向标识的所述至少一个特征的操作还包括识别与指向标识关联设置的位置标识，其中所述位置标识具有平行于ー方向的两条边沿，所述两条边沿分别位于沿该方向通过透光孔的直线两侧； 确定追踪方向的操作还包括根据所述位置标识的两条边沿的位置，来定位光束。
12.根据权利要求11所述的方法，其中， 所述指向标识和定位标识包括透射率不同的透光区域；以及 确定指向标识所在的区域包括根据光束透射通过光学器件后的透射光强，来确定所述指向标识所在的区域以及识别定位标识。
13.根据权利要求12所述的方法，其中， 所述特征包括所述指向标识的宽度；以及 在所述指向标识的不同部分中检测所述特征包括 使光束相对于所述光学器件定位于所述指向标识的第一部分，在所述第一部分中沿第一方向确定所述指向标识和位置标识在所述第一方向上各自的第一宽度； 沿与所述第一方向交叉的第二方向，使光束相对于所述光学器件移动至所述指向标识的第二部分；以及在所述第二部分中沿所述第一方向确定所述指向标识和位置标识在所述第一方向上各自的第二宽度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中， 如果指向标识的第一宽度大于指向标识的第二宽度，则确定从位置标识的第一宽度的特征位置到位置标识的第二宽度的特征位置的方向为追踪方向；或者 如果指向标识的第一宽度小于指向标识的第二宽度，则确定从位置标识的第二宽度的特征位置到位置标识的第一宽度的特征位置的方向为追踪方向。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述特征位置为宽度的中心。
16.根据权利要求10所述的方法，还包括 沿光轴方向调整发出所述光束的发光装置与所述光学器件之间的相对距离，以使所述光学器件位于所述光束的焦平面内。
17.根据权利要求16所述的方法，沿光轴方向调整包括 在检测所述特征之前进行的第一调整；以及 在沿着所述追踪方向，使光束相对于所述指向标识的一端移动预定距离之后进行的第ニ调整。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，第一调整使用刀ロ法，第二调整根据所述光束通过所述光学器件的透射光强进行。
19.ー种定位装置，包括 支架，用于放置发出光束的发光装置、光学器件、探測器，其中所述探测器被配置为经由所述光学器件探测所述光束； 移动机构，被配置为可移动，以使得所述发光装置与所述光学器件可相对运动；以及控制器，被配置为控制所述移动机构，使所述光束相对于所述光学器件移动，使得所述光束扫描所述光学器件，根据所述探測器上的光强变化，确定所述光学器件上设置的指向标识； 根据所述探測器上的光强变化，在所述指向标识的不同部分中检测所述指向标识的至少ー个特征； 基于所述至少ー个特征在所述不同部分中的变化，确定追踪方向； 使光束相对于光学器件定位于所述指向标识沿着所述追踪方向的一端；以及 沿着所述追踪方向，使光束相对于所述指向标识的一端移动预定距离。
20.根据权利要求19所述的定位装置，其中，控制器被进ー步配置为控制所述移动机构，使得 在指向标识的不同部分中检测指向标识的所述至少一个特征吋，还识别与指向标识关联设置的位置标识，其中所述位置标识具有平行于ー方向的两条边沿，所述两条边沿分别位于沿该方向通过透光孔的直线两侧； 在确定追踪方向时，根据所述位置标识的两条边沿的位置，来定位光束。
全文摘要
本申请公开了一种光学器件、定位方法和定位装置。根据一实施例，光学器件可以包括基板；在基板上设置的透光孔；至少一个指向标识，设置在基板上，指向标识的至少一个特征在靠近透光孔的部分中与远离透光孔的部分中不同。
文档编号G01C15/00GK102736140SQ201210192998
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者余翔 申请人:中国科学院光电技术研究所
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
