[发明专利]位移检测装置

说明书

本发明涉及一种位移检测装置。位移检测装置具备第1衍射光栅、光源、位移检测部、受光部。位移检测部具备光束分割部、第2衍射光栅、参照用反射构件。第1光束向第1衍射光栅入射的入射角度、第1衍射光栅的衍射角度、第1光束向第2衍射光栅入射的入射角度、第2衍射光栅的衍射角度设为，使被测量构件向与被测量面正交的方向位移时的、第1光束的从光束分割部入射到第1衍射光栅为止的光程长度的位移量和第1光束的从第1衍射光栅入射到第2衍射光栅为止的光程长度的位移量相等。

技术领域

本发明涉及一种利用使用了自光源出射的光的非接触传感器对被测量面的位移进行检测的位移检测装置，详细地说，涉及一种对被测量面的垂直方向的位移进行检测的技术。

背景技术

一直以来，作为以非接触方式对被测量面的位移、形状进行测量的装置，广泛利用使用了光的位移检测装置。作为代表性的例子，存在将激光向被测量面照射，利用PSD检测反射光的位置的变化的方法。然而，在该方法中，存在如下这样的问题：容易受到被测量面的倾斜的影响，灵敏度较低，在扩大测量范围时测量的分辨率下降。

相对于此，存在将被测量面作为镜而使用迈克尔逊干涉仪的方法。该方法的检测范围较广，直线性优异，但在测量范围扩大时，受到光源的波长的变化与空气的折射率的变化。

另一方面，存在如下方式：利用物镜将从光源出射的光聚光于被测量面，利用像散光学元件将在被测量面反射了的反射光聚光而向受光元件入射，利用像散法生成聚焦误差信号。然后，使用聚焦误差信号驱动伺服机构，以物镜的焦点位置成为被测量面的方式使物镜位移。此时，通过读取借助连结构件一体地安装于物镜的线性标尺的刻度，从而检测出被测量面的位移(例如，参照专利文献1)。在该方法中，存在如下优点：不容易受到被测量面的倾斜的变化，能够以较高的分辨率测量较大的测量范围。

在专利文献1所公开的位移检测装置中，为了谋求位移检测的高精度化，增大物镜的数值孔径(NA：Numerical Aperture)而使聚光于被测量面的光束直径变小。例如，若将成像于被测量面的光束直径设为2μm左右，则线性标尺的检测精度为几nm～一百多nm左右。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-89480号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在以往的专利文献1所记载的位移检测装置中，利用使用了例如磁铁和线圈的致动器等这样的驱动机构使物镜沿其光轴方向上下运动。因此，物镜的上下运动的机械性的响应频率被致动器的构造、质量限制。其结果，在专利文献1所记载的位移检测装置中，高速振动的被测物体的测量较困难。另外，存在受到使检测点集中的反面、被测物体上的异物、接近于光束形状的较细的形状变化的影响，产生较大的误差这样的问题，对其使用条件产生了制约。

本发明的目的在于提供一种能够高精度地对被测量构件的高度方向的位移进行检测并能够进行高速且稳定的测量的位移检测装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，实现本发明的目的，本发明的位移检测装置具备第1衍射光栅和头部。第1衍射光栅设于被测量构件的被测量面。头部与被测量构件的被测量面相对配置。头部和被测量构件能够沿与被测量面平行并且与第1衍射光栅的光栅矢量方向也平行的方向和与被测量面正交的方向中的至少一者相对移动。

头部具备用于照射光的光源、位移检测部、受光部。位移检测部将从光源照射来的光分割为第1光束和第2光束，将第1光束朝向第1衍射光栅照射。受光部接收第2光束和经由位移检测部从第1衍射光栅返回的第1光束。