一种位移检测装置(1)，其中，物镜(3)将来自光源(2)的出射光朝向待测表面(101)会聚。分离光学系统(4)使来自待测表面(101)的反射光的光路与来自光源(2)的出射光的光路分离。通过分离光学系统(4)的反射光被准直透镜(7)会聚，像散产生器(8)在所述反射光中产生像散，这种状态下的反射光被入射到光接收部(9)。位置信息生成器(10)利用基于光接收部(9)检测到的光量获得的焦点误差信号生成待测表面(101)的位置信息。另外，当由物镜(3)会聚的出射光的焦点位于待测表面(101)的前侧或后侧时，聚光器(7)、像散产生器(8)或光接收部(9)在光轴上的位置被设定成使得焦点误差信号的值等于“0”。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于通过使用从光源发出的光的非接触式传感器检测待测表面的位移的位移检测装置。
技术介绍
传统上，位移检测装置被广泛地用作测量待测表面的位移和形状的装置。在传统的位移检测装置中，从光源发出的光被物镜朝向待测表面会聚，由待测表面反射的反射光被像散光学元件(astigmatic optical element)会聚并且入射到光接收元件上，以通过像散方法产生焦点误差信号(focus error signal) 0另外，通过使用焦点误差信号，伺服机构被驱动以使物镜移位，使得物镜的焦点位置位于待测表面上。此时，读取经由连接构件一体地安装到物镜的线性标尺的刻度，由此检测待测表面的位移(例如，见日本特开平 05-89480 号公报)。在日本特开平05-89480号公报所公开的位移检测装置中，为了提高位移检测的精度，物镜的NA(数值孔径)被设置得大，以减小会聚于待测表面的光束直径。例如，当形成于待测表面的光束直径为大约2 μ m时，线性标尺的检测精度将在数nm至数百nm之间的范围内。
技术实现思路
然而，尽管日本特开平05-89480号公报所公开的位移检测装置适于进行微细凹凸的位移测量，但是，由于在待测表面上形成像的光归因于待测表面的表面粗糙度而被散射，因此，可能会在待测表面的位移测量中产生误差。另外，存在如下的情况检测到附着于待测表面的微细灰尘等，使得不能精确地获得所需要的如待测表面的位移和形状等位移信息。而且，由于朝向待测表面会聚的光在待测表面上形成像，因此，待测表面的温度将升高，这将影响测量并且使待测表面劣化。考虑到上述问题，本专利技术的目的在于提供一种位移检测装置，该装置能够减小由表面粗糙度和/或如污物、微细灰尘等附着的异物引起的待测表面的位移测量出现误差的可能性。为了实现上述目的，根据本专利技术的方面的位移检测装置包括光源、物镜、分离光学系统、聚光器、像散产生器、光接收部和位置信息生成器。所述物镜适于将从所述光源发出的出射光朝向待测表面会聚，所述分离光学系统适于使来自所述待测表面的反射光的光路与来自所述光源的出射光的光路分离，所述聚光器适于会聚借助所述分离光学系统与所述出射光的光路分离的所述反射光，所述像散产生器适于对由所述聚光器会聚的所述反射光产生像散。所述光接收部适于检测已经由所述像散产生器产生像散的所述反射光的量，所述位置信息生成器适于利用基于所述光接收部所检测到的所述反射光的量获得的焦点误差信号生成所述待测表面的位置信息。此外，当由所述物镜会聚的所述出射光的焦点位于所3述待测表面的前侧或者后侧时，所述聚光器、所述像散产生器或所述光接收部在光轴上的位置被设定成使得所述焦点误差信号的值等于“0”。在具有上述构造的位移检测装置中，在由物镜会聚的出射光的焦点在待测表面的前侧或者后侧形成像时，焦点误差信号变为“0”，并且在出射光的焦点从待测表面偏离的状态下判定物镜位于基准位置。由此，可以将待测表面上的出射光的直径(光束直径)设定为预定值，使得待测表面的表面粗糙度和/或如污物、微细灰尘等附着的异物不易被检测为待测表面的位移。结果，可以减小由表面粗糙度和/或如污物、微细灰尘等附着的异物引起的待测表面的位移测量出现误差的可能性。另外，由于出射光被待测表面反射，而不是在待测表面的一个点处形成像，所以能够防止或抑制待测表面的温度升高，并且能够防止或者抑制待测表面的劣化。附图说明图1是示出根据本专利技术的第一实施方式的位移检测装置的框图；图2A至图2C均是示出形成于根据本专利技术的第一实施方式的位移检测装置的光接收部的照射像的示例的图；图3是示出基于由根据本专利技术的第一实施方式的位移检测装置的光接收部检测到的光量所获得的焦点误差信号的特性的图；图4是示出根据本专利技术的第一实施方式的待测表面上的光束直径与发散光(会聚光)的角度之间的关系的图；图5是示出根据本专利技术的第二实施方式的位移检测装置的框图；图6是示出根据本专利技术的第三实施方式的位移检测装置的框图。具体实施例方式下面将参考图1至图6说明实施本专利技术的位移检测装置的优选实施方式。注意， 在附图中，相同的部件用相同的附图标记表示。<1.根据第一实施方式的位移检测装置〉首先，下面将参考图1说明根据本专利技术的第一实施方式的位移检测装置。图1是示出根据本专利技术的第一实施方式的位移检测装置的框图。如图1所示，位移检测装置1包括光源2、物镜3、分离光学系统4、镜5、两个准直透镜(collimator lens)6 和 7、像散产生器(astigmatism generator)8、光接收部 9、位置信息生成器10和壳体11。光源2、物镜3、分离光学系统4、镜5、两个准直透镜6和7、像散产生器8、光接收部9和位置信息生成器10布置在壳体11中。光源2由例如半导体激光二极管、超辐射发光二极管等构成。光源2以可拆卸的方式安装到壳体11。由于光源2以可拆卸的方式安装到壳体11，因此，当光源2劣化时，无需将壳体11从其安装位置移除就能够用新的光源更换劣化的光源2。由此，每次更换光源 2时，都不用担心壳体11的安装位置可能会错位，这在位移检测装置1被用在要求高可靠性的测量装置或者制造装置的情况中是有利的。物镜3将来自光源2的出射光朝向待测表面101会聚。物镜3固定到透镜保持件 (未示出)，可以由致动器(未示出)使透镜保持件沿着物镜3的光轴方向移动。用于使透镜保持件移动的致动器可以由例如可动线圈和永磁体构成。另外，线性标尺(未示出)固定到透镜保持件。线性标尺的刻度被配置成与物镜3 的光轴同轴。例如，上面标注有作为刻度的光学干涉条纹的光学标尺(全息标尺(hologram scale))、磁性标尺等可以用作线性标尺。顺便提及，线性标尺可以具有大体上形成在该标尺的中央位置处的原点(基准点)。分离光学系统4由偏振光束分光器15和相位板16构成，并且适于使来自待测表面101的反射光的光路与来自光源2的出射光的光路分离。偏振光束分光器15反射来自光源2的出射光并且透过由待测表面101反射的反射光。相位板16被配置在偏振光束分光器15与镜5之间，并且适于改变由偏振光束分光器15反射的出射光和由待测表面101 反射的反射光的偏振状态。镜5适于改变由偏振光束分光器15反射的出射光和由待测表面101反射的反射光的光轴方向。具体地讲，镜5使由偏振光束分光器15反射的出射光的光轴朝向物镜3延伸且使由待测表面101反射的反射光的光轴朝向相位板16(即，朝向偏振光束分光器15) 延伸。镜5在其表面形成有金属膜。由此，可以抑制由于湿度的变化导致的波长特性和偏振特性的变化，从而可以稳定地进行位置检测，其中，湿度的变化是由通常的介电多层膜引起的。准直透镜6配置在光源2和偏振光束分光器15之间，并且适于将从光源2发出的出射光转换成为平行光。准直透镜7配置在偏振光束分光器15与像散产生器8之间。准直透镜7是聚光器的具体示例，并且适于使透过偏振光束分光器15的反射光会聚并且将会聚的光引导至光接收部9。顺便提及，物镜3和准直透镜6、7可以进行消色差(色象差校正)，使得由光源2 的波长变化引起的焦距变化所施加的影响变小。利用这样的配置，不需要监控光源2的波长和温度，并且不需要校正通过测量待测表面101的位移获得的测量值。另外，在本实施方本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种位移检测装置，其包括：光源；物镜，所述物镜适于将从所述光源发出的出射光朝向待测表面会聚；分离光学系统，所述分离光学系统适于使来自所述待测表面的反射光的光路与来自所述光源的出射光的光路分离；聚光器，所述聚光器适于会聚借助所述分离光学系统与所述出射光的光路分离的所述反射光；像散产生器，所述像散产生器适于对由所述聚光器会聚的所述反射光产生像散；光接收部，所述光接收部适于检测已经由所述像散产生器产生像散的所述反射光的量；和位置信息生成器，所述位置信息生成器适于利用基于所述光接收部所检测到的所述反射光的量获得的焦点误差信号生成所述待测表面的位置信息，其中，当由所述物镜会聚的所述出射光的焦点位于所述待测表面的前侧或者后侧时，所述聚光器、所述像散产生器或所述光接收部在光轴上的位置被设定成使得所述焦点误差信号的值等于“０”。
【技术特征摘要】
2010.06.17 JP 2010-1387321.一种位移检测装置，其包括 光源；物镜，所述物镜适于将从所述光源发出的出射光朝向待测表面会聚； 分离光学系统，所述分离光学系统适于使来自所述待测表面的反射光的光路与来自所述光源的出射光的光路分离；聚光器，所述聚光器适于会聚借助所述分离光学系统与所述出射光的光路分离的所述反射光；像散产生器，所述像散产生器适于对由所述聚光器会聚的所述反射光产生像散； 光接收部，所述光接收部适于检测已经由所述像散产生...
【专利技术属性】
技术研发人员：小栗大介，
申请(专利权)人：株式会社森精机制作所，
类型：发明
国别省市：JP
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