[发明专利]位移检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过使用光学像散方法来检测物镜和待测量表面之间的相 对位移(displacement)的位移检测装置。更具体地说，本发明涉及一种位 移检测装置，其在光源和物镜之间设置光调节构件，以调节聚焦在待测量 表面上的输出光的分辨率，或在物镜和光接收元件之间设置光调节构件来 调控由待测量表面反射的反射光的入射角，以精确地测量待测量表面的表 面粗糙度。

背景技术

在相关技术中，位移检测装置已广泛用于测量待测量表面(以下称之 为“待测面”)的位移和形状。在位移检测装置中，从非接触式传感器的光 源发出的激光光束经由物镜聚焦在待测面上，通过基于由待测面反射的反 射光的像散方法来生成聚焦误差信号。通过使用该聚焦误差信号进行伺服 控制，而使物镜的焦距偏移以用于调节。通过读取以连接构件一体式地附 接到物镜的线性刻度尺上的刻度来检测待测面的位移。

然而，上述位移检测装置的问题在于，它难以获得高检测精度，因为 聚焦误差信号本身具有线性不良。日本未审查专利申请5-89480号公报提出 了一种位移检测装置，该装置配置成从校正表(correction table)输出相应 于非接触式传感器的聚焦误差信号的校正输出信号。在该位移检测装置中， 通过增加物镜的数值孔径(numerical aperture)来降低聚焦在待测量物体上 的光的光束直径，以在位移检测中获得较高精度。例如，该位移检测装置 使用光束直径(波长)约为2μm的作为输出光的激光光束，并在线性刻度 尺上获得约几纳米到一百多纳米的检测精度。

然而，随着日本未审查专利申请5-89480号公报中所公开的位移检测 装置的分辨能力的增加，有时输出光可能不必要地过度检测出形成在待测 面上的凹凸以及附着到待测面的例如粉尘等外来微粒。在这种情况下，由 于输出光因待测面的表面粗糙度而被散乱反射，所以噪声成分(noise omponent)的影响变得更大，因此不利地导致测量误差。此外，由于待测 面的表面粗糙度以高精度被检测出，待测面上的凹凸被不必要地输出为大 波形，使得难以获得关于待测面的位移和形状的所需位移信息。

因此，希望提供一种位移检测装置，该装置能减轻由待测面的表面粗 糙度的影响而引起的误差，并且能以对测量目的最佳的精度来检测待测面 的位移。

发明内容

本发明的一实施方式的位移检测装置包括：非接触式传感器，该非接 触式传感器具有光源、使从所述光源发出的输出光聚焦到待测面上的物镜 以及通过所述物镜在所述待测面上聚焦后使用被所述待测面反射的反射光 基于所述物镜的焦距来检测位移信息的光接收元件；控制单元，该控制单 元基于由所述光接收元件检测到的所述位移信息来调节所述物镜的所述焦 距；和位移量测量单元，该位移量测量单元具有经由连接构件附接到所述 物镜的线性刻度尺，并配置为测量通过所述控制单元调节所述物镜的所述 焦距时的所述线性刻度尺的位移量。光调节构件至少设置在所述光源和所 述物镜之间或所述物镜和所述光接收元件之间，并具有供所述输出光和/或 所述反射光穿过的开口部以及遮断所述输出光和/或所述反射光中特定光分 量的遮光部。

在本发明的该实施方式的位移检测装置中，在光调节构件设置于光源 和物镜之间的情况下，从光源发出的输出光进入光调节构件，在这里输出 光的分辨率被调节。例如，光调节构件通过遮断输出光的近轴光线来调节 输出光以降低分辨率。分辨率被调节后的输出光被物镜聚焦在待测面上。 由于光调节构件，聚焦的输出光具有降低的分辨率以及比没有光调节构件 时稍大的光束直径(即束斑)。聚焦在待测面上的输出光被待测面反射，而 反射光被光接收元件接收。

控制单元基于由光接收元件检测到的位移信息来调节物镜的焦距。当 物镜的焦距被控制单元调节时，位移量测量单元测量物镜的位移量。位移 量测量单元具有附接到物镜的线性刻度尺。由于线性刻度尺伴随着物镜的 焦距的调节而移动，线性刻度尺的位移量得以测量。

在本发明的该实施方式的位移检测装置中，在光调节构件设置于物镜 和光接收元件之间的情况下，聚焦的输出光被待测面反射，而反射光随后 进入光调节构件。光调节构件调控包括在被待测面反射的反射光中的具有 特定入射角的反射光的进入。因此，例如，在待测面的测量中具有能引起 测量误差的入射角的反射光的进入能被调控，由此，只有具有特定入射角 的反射光被光接收元件接收。