[发明专利]平面位置测量方法和系统

说明书

本发明提出一种位置测量方法，用于测量图像获取装置与参考装置之间的相对位置，所述方法包括：所述参考装置提供周期图案，所述周期图案包括多个网格周期；基于Perfect Map阵列，使得所述周期图案的部分网格周期区别于其他网格周期，从而得到二维图案；所述图像获取装置获取二维图像；所述二维图像是所述二维图案的一部分的图像；以及对所述二维图像进行解码，并且确定所述二维图像的中心所对应的网格周期的位置。

技术领域

本发明一般地涉及平面位置测量技术，尤其涉及高精度且多自由度的平面位置测量方法和系统。

背景技术

半导体加工、光刻、精密运动反馈控制和精密数控机床等技术领域对于平面位置测量技术有很大的需求。平面位置测量技术需要同时获得多个维度上的位置反馈信息。现有技术一般是将多个线性或转角位置测量传感器叠加起来，以同时获得多个维度的位置测量结果。但是，上述方式通常存在系统结构复杂、存在耦合误差以及测量范围较小等缺陷。

具体地，包括例如利用激光干涉仪的方法和光学组合的方法。其中，利用激光干涉仪的方法通过采用多个光学镜组相搭配的方式来实现多自由度的位置测量。光学组合的方法通过组合多个干涉单元和准直仪单元来实现多自由度的位置测量。其中，干涉单元用于线性测量，而准直仪单元用于转角测量。这些方法的优点是精度和分辨率都比较高；缺点是系统结构和光路都很复杂，容易受到外界环境(例如温度、湿度、压力等)的影响，因此测量结果需要补偿。

除上述方法以外，还可以利用高精密光栅产生衍射现象，再通过使用光电二极管接收衍射信号来实现测量。该方法的优点是分辨率高，并且不易受外界环境影响；缺点是系统配置和光路十分复杂，存在非线性误差，并且光栅图案是3D的，需要使用高精密机床加工，因此加工难度大，生产成本高。

发明内容

本发明旨在提出克服上述缺陷中的至少一个的平面位置测量方法和系统，该测量方法具有系统配置简单、耦合误差小且适用于较大测量范围、可以实现绝对位置测量等优点。

本发明提出一种位置测量方法，用于测量图像获取装置与参考装置之间的相对位置，所述方法包括：

所述参考装置提供周期图案，所述周期图案包括多个网格周期；

基于Perfect Map阵列，使得所述周期图案的部分网格周期区别于其他网格周期，从而得到二维图案；

所述图像获取装置获取二维图像；所述二维图像是所述二维图案的一部分的图像；以及

对所述二维图像进行解码，并且确定所述二维图像的中心所对应的网格周期的位置。

优选地，使得所述周期图案的部分网格周期区别于其他网格周期包括以下各项之一：

使得所述周期图案的所述部分网格周期的颜色区别于所述其他网格周期；

去除所述周期图案的所述部分网格周期，以区别于所述其他网格周期。

优选地，所述周期图案的所述一部分在所述周期图案中是稀疏分布的。

优选地，还包括对所述二维图像的图像信号进行离散傅里叶变换以获得所述图像信号的频谱；

确定所述频谱在X轴和Y轴方向上的基频点Px和Py，并且确定所述基频点Px和Py的相位和

将所述相位归一化为0至2π；以及

根据归一化后的相位和以及根据所述周期图案在X轴和Y轴方向上的周期长度，来确定所述二维图像的中心点在所述参考装置的X和Y轴方向上的周期内位置。

优选地，还包括在确定所述基频点Px和Py的相位和之后，确定由于采样频率造成的基频点误差，并且根据所述基频点误差校正相位和

优选地，所述Perfect Map阵列包括伪随机码阵列。