[發明專利]位移檢測裝置

無效

• 申請號: 200910132807.X
• 申請日: 2009-04-20
• 公開（公告）號: CN101561253A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 田宮英明;谷口佳代子
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/30
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 馬高平

技術領域

本發明涉及通過使用光學像散方法來檢測物鏡和待測量表面之間的相 對位移(displacement)的位移檢測裝置。更具體地說，本發明涉及一種位 移檢測裝置，其在光源和物鏡之間設置光調節構件，以調節聚焦在待測量 表面上的輸出光的分辨率，或在物鏡和光接收元件之間設置光調節構件來 調控由待測量表面反射的反射光的入射角，以精確地測量待測量表面的表 面粗糙度。

背景技術

在相關技術中，位移檢測裝置已廣泛用于測量待測量表面(以下稱之 為“待測面”)的位移和形狀。在位移檢測裝置中，從非接觸式傳感器的光 源發出的激光光束經由物鏡聚焦在待測面上，通過基于由待測面反射的反 射光的像散方法來生成聚焦誤差信號。通過使用該聚焦誤差信號進行伺服 控制，而使物鏡的焦距偏移以用于調節。通過讀取以連接構件一體式地附 接到物鏡的線性刻度尺上的刻度來檢測待測面的位移。

然而，上述位移檢測裝置的問題在于，它難以獲得高檢測精度，因為 聚焦誤差信號本身具有線性不良。日本未審查專利申請5-89480號公報提出 了一種位移檢測裝置，該裝置配置成從校正表(correction?table)輸出相應 于非接觸式傳感器的聚焦誤差信號的校正輸出信號。在該位移檢測裝置中， 通過增加物鏡的數值孔徑(numerical?aperture)來降低聚焦在待測量物體上 的光的光束直徑，以在位移檢測中獲得較高精度。例如，該位移檢測裝置 使用光束直徑(波長)約為2μm的作為輸出光的激光光束，并在線性刻度 尺上獲得約幾納米到一百多納米的檢測精度。

然而，隨著日本未審查專利申請5-89480號公報中所公開的位移檢測 裝置的分辨能力的增加，有時輸出光可能不必要地過度檢測出形成在待測 面上的凹凸以及附著到待測面的例如粉塵等外來微粒。在這種情況下，由 于輸出光因待測面的表面粗糙度而被散亂反射，所以噪聲成分(noise omponent)的影響變得更大，因此不利地導致測量誤差。此外，由于待測 面的表面粗糙度以高精度被檢測出，待測面上的凹凸被不必要地輸出為大 波形，使得難以獲得關于待測面的位移和形狀的所需位移信息。

因此，希望提供一種位移檢測裝置，該裝置能減輕由待測面的表面粗 糙度的影響而引起的誤差，并且能以對測量目的最佳的精度來檢測待測面 的位移。

發明內容

本發明的一實施方式的位移檢測裝置包括：非接觸式傳感器，該非接 觸式傳感器具有光源、使從所述光源發出的輸出光聚焦到待測面上的物鏡 以及通過所述物鏡在所述待測面上聚焦后使用被所述待測面反射的反射光 基于所述物鏡的焦距來檢測位移信息的光接收元件；控制單元，該控制單 元基于由所述光接收元件檢測到的所述位移信息來調節所述物鏡的所述焦 距；和位移量測量單元，該位移量測量單元具有經由連接構件附接到所述 物鏡的線性刻度尺，并配置為測量通過所述控制單元調節所述物鏡的所述 焦距時的所述線性刻度尺的位移量。光調節構件至少設置在所述光源和所 述物鏡之間或所述物鏡和所述光接收元件之間，并具有供所述輸出光和/或 所述反射光穿過的開口部以及遮斷所述輸出光和/或所述反射光中特定光分 量的遮光部。

在本發明的該實施方式的位移檢測裝置中，在光調節構件設置于光源 和物鏡之間的情況下，從光源發出的輸出光進入光調節構件，在這里輸出 光的分辨率被調節。例如，光調節構件通過遮斷輸出光的近軸光線來調節 輸出光以降低分辨率。分辨率被調節后的輸出光被物鏡聚焦在待測面上。 由于光調節構件，聚焦的輸出光具有降低的分辨率以及比沒有光調節構件 時稍大的光束直徑(即束斑)。聚焦在待測面上的輸出光被待測面反射，而 反射光被光接收元件接收。

控制單元基于由光接收元件檢測到的位移信息來調節物鏡的焦距。當 物鏡的焦距被控制單元調節時，位移量測量單元測量物鏡的位移量。位移 量測量單元具有附接到物鏡的線性刻度尺。由于線性刻度尺伴隨著物鏡的 焦距的調節而移動，線性刻度尺的位移量得以測量。

在本發明的該實施方式的位移檢測裝置中，在光調節構件設置于物鏡 和光接收元件之間的情況下，聚焦的輸出光被待測面反射，而反射光隨后 進入光調節構件。光調節構件調控包括在被待測面反射的反射光中的具有 特定入射角的反射光的進入。因此，例如，在待測面的測量中具有能引起 測量誤差的入射角的反射光的進入能被調控，由此，只有具有特定入射角 的反射光被光接收元件接收。