Přesné měření polohy s využitím zpracování difrakčních obrazů

Abstract

Cílem této práce je prozkoumat a navrhnout metody optického měření polohy v jedné i ve dvou osách současně v rozsahu jednotek milimetrů s rozlišením v řádu stovek nanometrů. Metoda měření spočívá v určení polohy stínového obrazce za stínítkem, které je osvětleno bodovým zdrojem koherentního záření. Stínový obrazec je detekován plošným CMOS senzorem. Subpixelového rozlišení je dosaženo díky interpolaci stínového obrazce. Měření polohy stínové stopy je provedeno pro dva typy stínítek (nepropustná polorovina a stínítko s kruhovou aperturou). Na základě teoretického rozboru je učiněn kvalikovaný odhad očekávané přesnosti. Ten je pak podroben experimentálnímu ověření na přesných lineárních pojezdech. Polohu stínového obrazce bylo možné určit s přesností 200 nm, což odpovídá 1/30 velikosti pixelu.

The goal of this thesis is to investigate and develop methods of optical position measurement in one and two axis simultaneously. The range of the measurement is in order of millimeters with resolution of hundreds of nanometers. The method is base on determination of the position of a shadow image behind the screen, which is illuminated by the coherent point light source. The shadow image is detected by CMOS area sensor. Sub-pixel resolution is achieved by interpolation of the shadow image. The theory is developed for two types of screen (semi-innite screen and screen with circular aperture). Based on theoretical analysis an estimate of expected accuracy is presented. Experimental evaluation is performed with high-precision linear translation stage. The position of a shadow image can be determined with the accuracy of 200 nm, which corresponds to 1 / 30 of the size of a pixel.