CN110657953A - 焦距测量系统和方法、调焦系统和方法以及光刻装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦距测量系统和方法、调焦系统和方法以及光刻装置。此焦距测量系统包括：沿光路传播方向依次排列的光源单元、物镜单元、承载台和检测单元；光源单元用于发出入射到物镜单元的探测光；探测光的能量分布沿探测光光轴轴对称分布，且探测光的能量在对称轴的一侧单调分布；检测单元用于接收待测物体反射的光信号；检测单元包括第一检测位置和第二检测位置，两检测位置对称设置于待测物体的离焦量为0时，经待测物体反射得到的光斑的峰值的两侧；还包括测焦控制单元；测焦控制单元的输入端与检测单元电连接，测焦控制单元用于根据检测单元接收的光信号判断待测物体的离焦状态。此系统光路简单，可适用于大NA的显微物镜的散射测量设备。

Description

焦距测量系统和方法、调焦系统和方法以及光刻装置

技术领域

本发明实施例涉及光刻机技术领域，尤其涉及焦距测量系统和方法、调焦系统和方法以及光刻装置。

背景技术

光刻技术又称光学刻蚀术，已经被广泛应用于集成电路制备工艺中。光刻技术可以通过光学投影装置曝光，将设计的掩模图形转移到光刻胶上。其中，关键尺寸(CriticalDimension，CD)和套刻(Overlay)对准精度是光刻技术中评估及控制掩模图形处理精度的重要指标。散射测量是一种用于在线测量关键尺寸或套刻的光学度量技术，通常存在两种散射测量方式。一种是光谱型散射测量，此方式通常利用宽波段光源，例如氙、氘或基于卤素的光源，例如氙弧灯，测量固定角度的散射光的性质(作为波长的函数)。该固定角度可为垂直入射或者倾斜入射。另一种方式是角分辨率型散射测量，此方式通常利用单一波长光源，测量固定波长的散射光的性质(作为入射角的函数)。

然而，在角分辨率型散射测量设备中，通常需要采用大数值孔径(NumericalAperture，NA)的显微物镜，一般NA>0.9，故显微物镜的离焦将会急剧增大样品面的照明面积，而样品面上的照明面积大小又需进行严格控制，否则将引入大量噪声，从而降低测量精度，甚至测量失败；故在此类散射测量设备中，调焦方法尤为重要。传统的用于共光路焦面测量的调焦方案一般是基于激光三角法测量离焦量，待测面的激光入射和出射都需要一定的角度，导致需要的工作距较长，并且光路结构复杂，不适用于大NA显微物镜的散射测量设备。

发明内容

本发明提供一种焦距测量系统和方法、调焦系统和方法以及光刻装置，以简化焦距测量系统的光路，适用于大NA显微物镜的散射测量设备。

第一方面，本发明实施例提出一种焦距测量系统，该焦距测量系统包括：

沿光路传播方向依次排列的光源单元、物镜单元、承载台和检测单元；

所述承载台用于放置待测物体；

所述光源单元用于发出探测光，且所述探测光入射到所述物镜单元；所述探测光的能量分布沿所述探测光光轴轴对称分布，且所述探测光的能量由远离所述探测光光轴向靠近所述探测光光轴的方向单调分布；

所述检测单元用于接收待测物体反射的光信号；所述检测单元包括第一检测位置和第二检测位置，所述第一检测位置和所述第二检测位置对称设置于标准反射光斑峰值的两侧，其中，所述标准反射光斑为所述待测物体的离焦量为0时，经所述待测物体反射得到的光斑；

其中，入射到所述物镜单元的入射光与由所述物镜单元出射的出射光位于物镜单元光轴的两侧；

还包括测焦控制单元；

所述测焦控制单元的输入端与所述检测单元电连接，所述测焦控制单元用于根据所述检测单元接收的光信号判断所述待测物体的离焦状态。

进一步地，该焦距测量系统还包括中继镜组，所述光源单元发出的探测光还经过所述中继镜组；

其中，所述中继镜组位于所述光源单元与所述物镜单元之间、所述物镜单元与所述承载台之间以及所述物镜单元与所述探测单元之间的至少一处。

进一步地，所述光源单元发出的探测光垂直入射到所述物镜单元；

入射到所述物镜单元的入射光与由所述物镜单元出射的出射光关于所述物镜单元的光轴轴对称分布。

进一步地，所述光源单元和/或所述检测单元位于所述物镜单元的像方焦平面远离所述物镜单元的一侧。

进一步地，所述光源单元发出的探测光为高斯光束；

所述第一检测位置和所述第二检测位置对称设置于标准高斯光斑峰值的两侧；

其中，所述标准高斯光斑为所述待测物体的离焦量为0时，经所述待测物体反射得到的光斑。

进一步地，所述检测单元包括第一测量探测器和第二测量探测器；

所述第一测量探测器用于测量所述第一检测位置的光信号，所述第二测量探测器用于测量所述第二检测位置的光信号。

进一步地，所述测焦控制单元用于将所述第一测量探测器与所述第二测量探测器检测到的光信号进行比较，确定所述待测物体的离焦状态。

进一步地，所述测焦控制单元包括第一信号转换子单元、第二信号转换子单元、第一信号运算子单元和第二信号运算子单元；所述第一信号转换子单元的输入端与所述第一测量探测器连接；所述第二信号转换子单元的输入端与所述第二测量探测器连接；所述第一信号转换子单元的输出端以及所述第二信号转换子单元的输出端与所述第一信号运算子单元的输入端连接，所述第一信号运算子单元的输出端与所述第二信号运算子单元的输入端连接；

所述第一测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离大于所述第二测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离；所述第一信号转换子单元用于将所述第一测量探测器接收的光信号转换为第一电信号，所述第二信号转换子单元用于将所述第二测量探测器接收的光信号转换为第二电信号；

所述第一信号运算子单元用于将所述第一电信号和所述第二电信号进行差分运算，得到差分信号；所述第二信号运算子单元用于在所述差分信号为正值时确定所述待测物体为负离焦状态，在所述差分信号为负值时确定所述待测物体为正离焦状态，在所述差分信号为0时确定所述待测物体的离焦量为0。

进一步地，该焦距测量系统还包括探测光功率监测单元；

所述探测光功率监测单元与所述测焦控制单元电连接，用于监测所述光源单元发出的探测光信号，并将所述探测光信号传输给所述测焦控制单元；

所述测焦控制单元根据所述检测单元接收的光信号以及所述探测光功率监测单元监测的所述探测光信号判断所述待测物体的离焦状态。

进一步地，所述测焦控制单元包括第三信号转换子单元、第四信号转换子单元、第五信号转换子单元、第三信号运算子单元、第四信号运算子单元、第五信号运算子单元和第六信号运算子单元；所述第三信号转换子单元的输入端与所述第一测量探测器连接；所述第四信号转换子单元的输入端与所述第二测量探测器连接；所述第五信号转换子单元的输入端与所述探测光功率监测单元连接；所述第三信号转换子单元的输出端以及所述第四信号转换子单元的输出端与所述第三信号运算子单元的输入端连接；所述第五信号转换子单元的输出端与所述第四信号运算子单元的输入端连接；所述第三信号运算子单元的输出端以及所述第四信号运算子单元的输出端分别与所述第五信号运算子单元的输入端连接；所述第五信号运算子单元的输出端与所述第六信号运算子单元的输入端连接；

所述第一测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离大于所述第二测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离；所述第三信号转换子单元用于将所述第一测量探测器接收的光信号转换为第三电信号，所述第四信号转换子单元用于将所述第二测量探测器接收的光信号转换为第四电信号，所述第五信号转换子单元用于将所述探测光功率检测单元接收的光信号转换为第五电信号；

所述第三信号运算子单元用于将所述第三电信号和所述第四电信号进行差分运算，得到差分信号；所述第四信号运算子单元用于将所述第五电信号进行倒数运算，得到倒数信号；所述第五信号运算子单元用于将所述差分信号与所述倒数信号进行乘法运算，得到离焦量信号；

所述第六信号运算子单元用于判断所述离焦量信号是否在设定阈值范围内，若是，则确定所述待测物体处于为可定量调节离焦状态，且在所述离焦量信号为正值时确定所述待测物体为负离焦状态，在所述离焦量信号为负值时确定所述待测物体为正离焦状态，在所述离焦量信号为0时确定所述待测物体的离焦量为0；否则，确定所述待测物体为不可定量调节离焦状态。

进一步地，所述探测光功率监测单元包括沿垂直于所述探测光的初始传播方向依次排列的分光元件、聚焦元件和监测探测器；

所述分光元件位于所述光源单元与所述物镜单元之间，用于将所述光源单元发出的光分成两部分，一部分沿所述探测光的初始传播方向传输，照射到所述物镜单元，另一部分沿垂直于所述探测光的初始传播方向的方向传输，照射到所述聚焦元件；

所述聚焦元件位于所述分光元件与所述监测探测器之间，用于将沿垂直于所述探测光的初始传播方向传输的光聚焦到所述监测探测器。

第二方面，本发明实施例提出一种调焦系统，包括第一方面提出的焦距测量系统，还包括调焦控制单元和调焦执行单元；

所述调焦控制单元的输入端与所述测焦控制单元电连接，所述调焦控制单元的输出端与所述调焦执行单元电连接；

所述调焦控制单元用于根据所述待测物体的离焦状态生成调焦控制信号，控制所述调焦执行单元调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

进一步地，所述调焦执行单元与所述物镜单元连接，所述调焦执行单元用于控制所述物镜单元移动，以调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离；

和/或，所述调焦执行单元与所述承载台连接，所述调焦执行单元用于控制所述承载台移动，以调节所述物镜单元与所述承载台之间的距离。

进一步地，所述调焦控制单元包括第一信号生成子单元和放大器；所述第二信号运算子单元的输出端与所述第一信号生成子单元的输入端连接；所述第一信号生成子单元的输出端与所述放大器的输入端连接；所述放大器的输出端与所述调焦执行单元连接；

所述第一信号生成子单元用于在所述待测物体为负离焦状态时生成第一控制信号，在所述待测物体为正离焦状态时生成第二控制信号；

所述放大器用于将所述第一控制信号或所述第二控制信号放大并发送至所述调焦执行单元；所述调焦执行单元用于根据所述第一控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离，根据所述第二控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

进一步地，所述调焦控制单元包括第二信号生成子单元和放大器；所述第六信号运算子单元的输出端与所述第二信号生成子单元的输入端连接；所述第二信号生成子单元的输出端与所述放大器的输入端连接；所述放大器的输出端与所述调焦执行单元连接；

所述第二信号生成子单元用于在所述待测物体为可定量调节负离焦状态时生成第三控制信号，在所述待测物体为可定量调节正离焦状态时生成第四控制信号，在所述待测物体为不可定量调节离焦状态时生成锁定信号；

所述放大器用于将所述第三控制信号或所述第四控制信号放大并发送至所述调焦执行单元；所述调焦执行单元用于根据所述第三控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离，根据第四控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

进一步地，所述调焦控制单元包括参考电信号子单元、第七信号运算子单元、第二信号生成子单元和放大器；所述参考电信号子单元的输出端以及第六信号运算子单元的输出端分别与所述第七信号运算子单元的输入端连接；所述第七信号运算子单元的输出端与所述第二信号生成子单元的输入端连接；所述第二信号生成子单元的输出端与所述放大器的输入端连接；所述放大器的输出端与所述调焦执行单元连接；

所述参考电信号子单元用于提供测试环境参考电信号；

所述第七信号运算子单元用于将所述离焦量信号与所述测试环境参考电信号进行差分运算，得到误差信号；

所述第二信号生成子单元用于在所述待测物体为负离焦状态时，根据所述误差信号生成第五控制信号，在所述待测物体为正离焦状态时，根据所述误差信号生成第六控制信号，在所述待测物体为不可定量调节离焦状态时生成锁定信号；

所述放大器用于将所述第五控制信号或所述第六控制信号放大并发送至所述调焦执行单元；所述调焦执行单元用于根据所述第五控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离，根据第六控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

第三方面，本发明实施例提出一种焦距测量方法，由第一方面提供的焦距测量系统执行，该焦距测量方法包括：

所述检测单元获取待测物体反射的光信号并发送至所述测焦控制单元；

所述测焦控制单元根据所述检测单元接收的光信号判断所述待测物体的离焦状态；

其中，所述检测单元包括第一检测位置和第二检测位置，所述第一检测位置和所述第二检测位置对称设置于标准反射光斑峰值的两侧，其中，所述标准反射光斑为所述待测物体的离焦量为0时，经所述待测物体反射得到的光斑；所述标准反射光斑的能量分布沿所述标准反射光光轴轴对称分布。

进一步地，所述检测单元包括第一测量探测器和第二测量探测器，所述第一测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离大于所述第二测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离；所述测焦控制单元包括第一信号转换子单元、第二信号转换子单元、第一信号运算子单元和第二信号运算子单元；

所述第一测量探测器获取第一光信号，并发送至所述第一信号转换子单元；所述第二测量探测器获取第二光信号，并发送至所述第二信号转换子单元；

所述第一信号转换子单元将所述第一光信号转换为第一电信号；所述第二信号转换子单元将所述第二光信号转换所述第二电信号；

所述第一信号运算子单元将所述第一电信号和所述第二电信号进行差分运算，获取差分信号，并发送至所述第二信号运算子单元；

所述第二信号运算子单元在所述差分信号为正值时确定所述待测物体为负离焦状态，在所述差分信号为负值时确定所述待测物体为正离焦状态，在所述差分信号为0时确定所述待测物体的离焦量为0。

进一步地，所述检测单元包括第一测量探测器和第二测量探测器，所述第一测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离大于所述第二测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离；所述测焦控制单元包括第三信号转换子单元、第四信号转换子单元、第五信号转换子单元、第三信号运算子单元、第四信号运算子单元、第五信号运算子单元和第六信号运算子单元；

还包括与测焦控制单元电连接的探测光功率监测单元；

所述第一测量探测器获取第一光信号，并发送至所述第三信号转换子单元；所述第二测量探测器获取第二光信号，并发送至所述第四信号转换子单元；所述探测光功率监测单元监测所述光源单元发出的探测光信号，并发送至所述第五信号转换子单元；

所述第三信号转换子单元将所述第一光信号转换为第三电信号；所述第四信号转换子单元将所述第二光信号转换为所述第四电信号；所述第五信号转换子单元将所述光源单元发出的探测光信号转换为第五电信号；

所述第三信号运算子单元将所述第三电信号和所述第四电信号进行差分运算，获取差分信号；所述第四信号运算子单元将所述第五电信号进行倒数运算，获取倒数信号；所述第五信号运算子单元将所述差分信号和所述倒数信号进行乘法运算，获取离焦量信号；

所述第六信号运算子单元判断所述离焦量信号是否在设定阈值范围内，若是，则确定所述待测物体处于可定量调节离焦状态，并在所述离焦量信号为正值时确定所述待测物体为负离焦状态，在所述离焦量信号为负值时确定所述待测物体为正离焦状态，在所述离焦量信号为0时确定所述待测物体的离焦量为0。

第四方面，本发明实施例提供了一种调焦方法，由第二方面提供的调焦系统执行，包括第三方面提供的焦距测量方法，以及：

调焦控制单元根据所述待测物体的离焦状态生成调焦控制信号；

调焦执行单元根据所述调焦控制信号调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

进一步地，调焦控制单元包括第一信号生成子单元和放大器；

调焦控制单元根据所述待测物体的离焦状态生成调焦控制信号，包括：

所述第一信号生成子单元在所述待测物体为负离焦状态时生成第一控制信号，所述放大器获取所述第一控制信号并放大；

或者，所述第一信号生成子单元在所述待测物体为正离焦状态时生成第二控制信号，所述放大器获取所述第二控制信号并放大。

进一步地，调焦执行单元根据所述调焦控制信号调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离，包括：

所述调焦执行单元获取放大后的第一控制信号，并根据所述放大后的第一控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离；或者，所述调焦执行单元获取放大后的第二控制信号，并根据所述放大后的第二控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

进一步地，所述调焦控制单元包括第二信号生成子单元和放大器；

调焦控制单元根据所述待测物体的离焦状态生成调焦控制信号，包括：

所述第二信号生成子单元在所述待测物体为可定量调节负离焦状态时生成第三控制信号，所述放大器获取所述第三控制信号并放大；

或者，所述第二信号生成子单元在所述待测物体为可定量调节正离焦状态时生成第四控制信号，所述放大器获取所述第四控制信号并放大；

或者，所述第二信号生成子单元在所述待测物体为不可定量调节离焦状态时生成锁定信号，所述放大器获取所述锁定信号并放大。

进一步地，调焦执行单元根据所述调焦控制信号调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离，包括：

所述调焦执行单元获取放大后的第三控制信号，并根据所述放大后的第三控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离；或者，所述调焦执行单元获取放大后的第四控制信号，并根据所述放大后的第四控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离；或者，所述调焦执行单元获取放大后的锁定信号，并根据所述放大后的锁定信号不改变所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

进一步地，所述调焦控制单元包括参考电信号子单元、第七信号运算子单元、第二信号生成子单元和放大器；

调焦控制单元根据所述待测物体的离焦状态生成调焦控制信号，包括：

所述参考电信号子单元提供测试环境参考电信号，所述第七信号运算子单元获取所述待测物体的离焦量信号；

所述第七信号运算子单元将所述离焦量信号与所述测试环境参考电信号进行差分运算，得到误差信号；

所述第二信号生产子单元在所述待测物体为可定量调节负离焦状态时，根据所述误差信号生成第五控制信号，所述放大器获取所述第五控制信号并放大；或者，所述第二信号生成子单元在所述待测物体为可定量调节正离焦状态时，根据所述误差信号生成第六控制信号，所述放大器获取所述第六控制信号并放大；或者，所述第二信号生成子单元在所述待测物体为不可定量调节离焦状态时，生成锁定信号，所述放大器获取所述锁定信号并放大。

进一步地，调焦执行单元根据所述调焦控制信号调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离，包括：

所述调焦执行单元获取放大后的第五控制信号，并根据所述放大后的第五控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离；

或者，所述调焦执行单元获取放大后的第六控制信号，并根据所述放大后的第六控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离；

或者，所述调焦执行单元获取放大后的锁定信号，并根据所述放大后的锁定信号不改变所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

进一步地，所述调焦执行单元调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离，包括：

所述调焦执行单元控制所述物镜单元移动，以调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离；

和/或，所述调焦执行单元控制所述承载台移动，以调节所述物镜单元与所述承载台之间的距离。

第五方面，本发明实施例提供了一种光刻装置，该光刻装置包括第一方面提供的焦距测量系统，或者，包括第二方面提供的调焦系统。

本发明实施例提供了一种焦距测量系统，包括沿光路传播方向依次排列的光源单元、物镜单元、承载台和检测单元；所述承载台用于放置待测物体；所述光源单元用于发出探测光，且所述探测光入射到所述物镜单元；所述探测光的能量分布沿所述探测光光轴轴对称分布，且所述探测光的能量由远离所述探测光光轴向靠近所述探测光光轴的方向单调分布；所述检测单元用于接收待测物体反射的光信号；所述检测单元包括第一检测位置和第二检测位置，所述第一检测位置和所述第二检测位置对称设置于标准反射光斑峰值的两侧，其中，所述标准反射光斑为所述待测物体的离焦量为0时，经所述待测物体反射得到的光斑；其中，入射到所述物镜单元的入射光与由所述物镜单元出射的出射光位于物镜单元光轴的两侧；还包括测焦控制单元；所述测焦控制单元的输入端与所述检测单元电连接，所述测焦控制单元用于根据所述检测单元接收的光信号判断所述待测物体的离焦状态。。此焦距测量系统中，焦距测量光路为：光线经过物镜单元照射到待测物体上，并且由待测物体反射的光线经过物镜单元后被检测单元接收。相比于现有的激光三角法测量法需要使物镜单元与待测物体之间的距离大于一定数值，以满足激光入射和出射需要的角度而言，本发明实施例提供的焦距测量系统对物镜单元与待测物体之间的初始距离无上述限定，可适用于大NA的显微物镜(本发明中的“物镜单元”可理解为散射测量设备中的“显微物镜”)的散射测量设备，且光路结构简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种焦距测量系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种焦距测量系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的对焦测量原理示意图；

图4是本发明实施例提供的正离焦测量原理示意图；

图5是本发明实施例提供的负离焦测量原理示意图；

图6是本发明实施例提供的一种测焦控制单元的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种差分信号-离焦量曲线的示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种焦距测量系统的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种测焦控制单元的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种离焦量信号-离焦量曲线的示意图；

图11是本发明实施例提供的一种调焦系统的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的另一种调焦系统的结构示意图；

图13是本发明实施例提供的又一种调焦系统的结构示意图；

图14是本发明实施例提供的一种调焦控制单元的结构示意图；

图15是本发明实施例提供的又一种调焦系统的结构示意图；

图16是本发明实施例提供的又一种调焦系统的结构示意图；

图17是本发明实施例提供的另一种调焦控制单元的结构示意图；

图18是本发明实施例提供的又一种调焦控制单元的结构示意图；

图19是本发明实施例提供的一种焦距测量方法的流程示意图；

图20是本发明实施例提供的另一种焦距测量方法的流程示意图；

图21是本发明实施例提供的又一种焦距测量方法的流程示意图；

图22是本发明实施例提供的一种调焦方法的流程示意图；

图23是本发明实施例提供的另一种调焦方法的流程示意图；

图24是本发明实施例提供的又一种调焦方法的流程示意图；

图25是本发明实施例提供的又一种调焦方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种焦距测量系统的结构示意图。本发明实施例提供的技术方案可以应用在大NA显微物镜的散射测量设备中。参照图1，该焦距测量系统包括沿光路传播方向依次排列的光源单元110、物镜单元120、承载台130和检测单元140；承载台130用于放置待测物体210；光源单元110用于发出探测光，且探测光入射到物镜单元120；探测光的能量分布沿探测光光轴轴对称分布，且探测光的能量由远离探测光光轴向靠近探测光光轴的方向单调分布；检测单元140用于接收待测物体210反射的光信号；检测单元140包括第一检测位置和第二检测位置，第一检测位置和第二检测位置对称设置于标准反射光斑峰值的两侧，其中，标准反射光斑为待测物体210的离焦量为0时，经待测物体210反射得到的光斑；其中，入射到物镜单元120的入射光与由物镜单元120出射的出射光位于物镜单元120光轴的两侧；还包括测焦控制单元150；测焦控制单元150的输入端与检测单元140电连接，测焦控制单元150用于根据检测单元140接收的光信号判断待测物体210的离焦状态。

其中，光源单元110可为激光光源，发出的激光的横模是单模基模。或者，光源单元110可为宽波段光源，波长范围可覆盖紫外、可见光和近红外波段。可选的宽波段光源为发光二极管(Light Emitting Diode,LED)光源、氙灯或卤素灯，光源单元110为焦距测量系统提供探测光。物镜单元120可为光学物镜。需要说明的是，此焦距测量系统中的光学物镜与散射测量设备中进行散射测量的光学物镜为同一个光学物镜。承载台130为可在X、Y、Z、Rx、Ry以及Rz六个维度运动的承载台，其中Rx维度代表承载台可在YZ平面内沿X轴转动，Ry维度代表承载台可在ZX平面内沿Y轴转动，Rz维度代表承载台可在XY平面内沿Z轴转动。示例性的，本实施例中，Z轴方向与物镜单元120的光轴的方向平行。待测物体210放置于承载台130靠近物镜单元120的一侧，待测物体210随承载台130的位置变化而产生位置变化，由此，可通过改变承载台130沿Z方向的位置来调节待测物体210与物镜单元120之间的距离。检测单元140可以为光电探测器，用来接收由待测物体210反射的光信号。示例性的，检测单元140可以检测由待测物体210反射的光信号的能量。测焦控制单元150根据检测单元140接收的待测物体210反射的光信号的能量进行数据处理，根据数据处理的结果判断待测物体210的离焦状态。待测物体210的离焦量为0的位置可借由与本焦距测量系统共用同一个物镜单元120的其他系统来确定。示例性的，可利用成像系统或散射测量系统确定待测物体210的离焦量为0的位置。示例性的，以成像系统为例，在待测物体210成像最清晰时，待测物体210位于物镜单元120的物方焦平面02，即待测物体210的离焦量为0的位置。

示例性的，待测物体210的离焦状态可包括正离焦状态与负离焦状态，物镜单元120的物方焦平面02位于待测物体210的上方称为正离焦状态，物镜单元120的物方焦平面02位于待测物体210的下方称为负离焦状态。物镜单元120的物方焦平面02与待测物体位于同一平面时，称为对焦状态，对焦状态可理解为离焦量为0的一种特殊的离焦状态。

需要说明的是，本实施例中待测物体210具有一定的厚度，由于光反射通常发生在待测物体210靠近物镜单元120的一侧的表面，也就是图1中待测物体210的上表面，因此，上述对待测物体210的离焦状态的说明中，待测物体210与物镜单元120的物方焦平面02的位置关系，可以理解为待测物体210的上表面与焦平面210的位置关系。

此外，这里的“上”是指沿Z轴正方向，“下”是指沿Z轴负方向，同时，“上”、“下”等方位名词均是基于本实施例附图中由上至下排列的光源单元120、物镜单元130、待测物体210的具体位置关系对本发明的具体说明，而并非对本发明的限定。在其他实施方式中，应用本发明提供的原理，可根据实际位置关系进行理解。

本发明实施例提供的焦距测量系统包括沿光路传播方向依次排列的光源单元、物镜单元、承载台和检测单元，以及测焦控制单元，测焦控制单元的输入端与检测单元电连接。由光源单元发出的光线，经物镜单元照射到承载台上放置的待测物体上，并由待测物体反射，形成反射的光信号，并被检测单元接收；测焦控制单元根据检测单元接收的反射光的信号进行数据处理，根据数据处理的结果判断待测物体的离焦状态。此焦距测量系统中，光线经过物镜单元照射到待测物体上，并且由待测物体反射的光线经过物镜单元后被检测单元接收。由此，相对于现有的激光三角法测量离焦量时，需使物镜单元与待测物体之间的距离大于一定数值，以满足激光入射和出射需要的角度而言，本发明实施例提供的焦距测量系统对物镜单元与待测物体之间的初始距离无上述限定，可适用于大NA的显微物镜(本实施例中的“物镜单元120”可理解为散射测量设备中的“显微物镜”)的散射测量设备。

此外，本发明实施例中通过设置光源单元发出的探测光的能量分布为沿探测光光轴轴对称分布，且探测光的能量在探测光光轴的同一侧，由远离探测光光轴向靠近探测光光轴的方向单调分布，可使得探测光的能量在其光轴一侧，与光轴距离不同的位置，光信号的能量是不同的，即通过探测光信号的能量大小可得到探测位置相对于探测光光轴的远近；在此基础上，通过设置检测单元包括第一检测位置和第二检测位置，第一检测位置和第二检测位置对称设置于标准反射光斑峰值的两侧，其中，标准反射光斑为待测物体的离焦量为0时，经待测物体反射得到的光斑。如此，即将第一检测位置和第二检测位置设置于标准反射光斑的光轴的两侧，待测物体的离焦量为0时，第一检测位置和第二检测位置检测到的光信号的能量是相等的；待测物体的离焦量不为0是，即待测物体处于正离焦状态或负离焦状态时，由待测物体反射得到的光斑的光轴相对于标准反射光斑的光轴发生偏离，由此，通过第一检测位置和第二检测位置检测到的光信号的能量，即可判断待测物体的离焦状态，并通过第一检测位置和第二检测位置检测到的光信号的能量的相对大小可得到待测物体的离焦量的相对大小。从而，通过对检测单元的设置即可实现对待测物体的离焦状态的判断及焦距的测量，此焦距测量系统结构较简单。

可选的，该焦距测量系统还可以包括中继镜组(附图中均未示出)，光源单元110发出的探测光还经过中继镜组；其中，中继镜组位于光源单元110与物镜单元120之间、物镜单元120与承载台130之间以及物镜单元120与探测单元140之间的至少一处。

示例性的，中继镜组可包括准直镜、扩束镜、匀光单元、反射镜中的至少一种，可对光束光斑的尺寸、能量、传播方向或角度等光学参数进行调整。

需要说明的是，中继镜组对光束光斑的上述光学参数的调整不影响检测单元中的第一检测位置和第二检测位置接收到的光束光斑不同位置的能量的大小，即中继镜组对光束光斑的调整与本发明实施例提供的焦距测量系统的工作原理不冲突。

可选的，图2是本发明实施例提供的另一种焦距测量系统的结构示意图。参见图2，光源单元110发出的探测光垂直入射到物镜单元120，入射到物镜单元120的入射光与由物镜单元120出射的出射光关于物镜单元120的光轴轴对称分布，如此，可简化焦距测量系统的整体光路设置。

示例性的，检测单元140到物镜单元120的光轴的距离与光源单元110到物镜单元120的光轴的距离相等。

如此设置，一方面可以使光源单元110与检测单元140之间的距离变小，焦距测量系统的整体结构更紧凑，所占用的立体空间更小。另一方面，由待测物体210反射的光线经物镜单元120之后垂直入射到检测单元140，避免了反射的光信号的入射到检测单元140时入射角非零的情况，可以简化控制单元150中数据处理过程。

可选的，光源单元110和/或检测单元140位于物镜单元120的像方焦平面01远离物镜单元120的一侧。

如此设置，一方面可使检测单元140更灵敏地检测到由待测物体210与物镜单元120之间的距离的变化而引起的反射的光信号的变化，提高焦距测量系统对待测物体210与物镜单元120之间的距离的控制精度，从而提高焦距测量系统对待测物体210的离焦状态的判断及焦距测量的准确性。另一方面，相对于将检测单元140置于物镜单元120的像方焦平面01靠近物镜单元120的一侧而言，所应用的光学原理简单，从而进一步简化了数据处理过程。

可选的，光源单元110发出的探测光为高斯光束，第一检测位置和第二检测位置对称设置于标准高斯光斑峰值的两侧；其中，标准高斯光斑为待测物体210的离焦量为0时，经待测物体反射得到的光斑。

其中，高斯光束可为光源单元110的基模光束，由此，可简化入射到物镜单元120的入射光的处理过程，进而简化了焦距测量系统的整体结构。

可选的，检测单元140包括第一测量探测器141和第二测量探测器142，第一测量探测器141用于测量第一检测位置的光信号，第二测量探测器142用于测量第二检测位置的光信号。

示例性的，第一测量探测器141和第二测量探测器142对称设置于标准高斯光斑峰值的两侧；其中，标准高斯光斑为待测物体210的离焦量为0时，经待测物体210反射得到的光斑。

其中，高斯光束是指由光源单元110发出的探测光的横截面的振幅分布遵守高斯函数。示例性的，光源单元110为激光光源时，其激光谐振腔发出的基模即为高斯光束。

第一测量探测器141可以为光电探测器、光强探测器以及电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)等任何可对光信号的相对大小进行探测的元件或器件；同理，第二测量探测器142也可以为光电探测器、光强探测器以及电荷耦合元件(Charge-coupledDevice，CCD)等任何可对光信号的相对大小进行探测的元件或器件，本发明实施例对第一测量探测器141和第二测量探测器142的具体形式及型号不限定。

其中，通过第一测量探测器141和第二测量探测器142接收的反射光的光信号的能量差值，可判断待测物体210的离焦状态。示例性的，以第一测量探测器141到物镜单元120的光轴的距离大于第二测量探测器142到物镜单元120的光轴的距离为示例进行说明。

示例性的，图3是本发明实施例提供的对焦测量原理示意图。结合图2和图3，待测物体210处于对焦状态，即待测物体210位于物镜单元120的物方焦平面02，也即待测物体210的离焦量为0时，由光源单元120发出的高斯光束，经过物镜单元120照射到待测物体210；被待测物体210反射后的光线，再经过物镜单元120照射到检测单元140，被检测单元140接收。此时，照射到检测单元140的光束仍为高斯光束，其分布与标准高斯光斑相同，从而第一测量探测器141与第二测量探测器142接收的光信号的能量值相等，其能量差值为0。

示例性的，图4是本发明实施例提供的正离焦测量原理示意图。结合图2和图4，待测物体210处于正离焦状态，即待测物体210相对于物镜单元120向下离焦。被待测物体210反射后的光线，经过物镜单元120照射到检测单元140时，向靠近物镜单元120的光轴的方向汇聚，并且相对于对焦状态而言，汇聚后的高斯光束向靠近物镜单元120的光轴的方向偏移。此时，第一测量探测器141接收的光信号的能量小于第二测量探测器142接收的光信号的能量，二者的能量差值的大小与待测物体210的离焦量的大小有关。

示例性的，图5是本发明实施例提供的负离焦测量原理示意图。结合图2和图5，待测物体210处于负离焦状态，即待测物体210相对于物镜单元120向上离焦。被待测物体210反射后的光线，经过物镜单元120照射到检测单元140时，向远离物镜单元120的光轴的方向发散，并且相对于对焦状态而言，发散后的高斯光束向远离物镜单元120的光轴的方向偏移。此时，第一测量探测器141接收的光信号的能量大于第二测量探测器142接收的光信号的能量，二者的能量差值的大小与待测物体210的离焦量的大小有关。

结合图3-图5，本发明实施例提供的焦距测量系统的工作原理可理解为：第一测量探测单元141接收的光信号的能量与第二测量探测单元142接收的光信号的能量的相对大小反应待测物体210的离焦状态。具体的，二者相等时，待测物体210处于对焦状态；前者较大时，待测物体210处于负离焦状态；后者较大时，待测物体210处于正离焦状态。由此，通过检测单元140接收的光信号可简单直观的判断待测物体210的离焦状态。同时，通过对第一测量探测单元141接收的光信号的能量与第二测量探测单元142接收的光信号的能量的定量处理，可对应得到待测物体210的离焦量的大小。

可选的，测焦控制单元150用于将第一测量探测器141与第二测量探测器142检测到的光信号进行比较，确定待测物体210的离焦状态。

可选的，图6是本发明实施例提供的一种测焦控制单元的结构示意图。结合图2和图6，测焦控制单元150包括第一信号转换子单元311、第二信号转换子单元312、第一信号运算子单元321和第二信号运算子单元322；第一信号转换子单元311的输入端与第一测量探测器141连接；第二信号转换子单元312的输入端与第二测量探测器142连接；第一信号转换子单元311的输出端以及第二信号转换子单元312的输出端与第一信号运算子单元321的输入端连接，第一信号运算子单元321的输出端与第二信号运算子单元322的输入端连接；第一测量探测器141到物镜单元120的光轴的距离大于第二测量探测器142到物镜单元120的光轴的距离；第一信号转换子311单元用于将第一测量探测器141接收的光信号转换为第一电信号Va1，第二信号转换子单元312用于将第二测量探测器142接收的光信号转换为第二电信号Vb1；第一信号运算子单元321用于将第一电信号Va1和第二电信号Vb1进行差分运算，得到差分信号Vout1；第二信号运算子单元322用于在差分信号Vout1为正值时确定待测物体210为负离焦状态，在差分信号Vout1为负值时确定待测物体210为正离焦状态，在差分信号Vout1为0时确定待测物体210的离焦量为0。

其中，差分运算是指进行减法运算，即将第一电信号Vb1与第二电信号Va1做减法，通常为前者减后者，得到差分信号Vout1。

示例性的，差分信号Vout1＝Vb1-Va1。

示例性的，图7是本发明实施例提供的一种差分信号-离焦量曲线的示意图，示出了差分信号Vout1的正负与待测物体的离焦量的对应关系，横轴代表待测物体的离焦量DOF1，单位为微米(μm)；纵轴代表差分信号Vout1的取值，差分信号Vout1可以是一个无量纲的量，a.u.代表图7中仅示出了差分信号Vout1的相对值。结合图2和图7，差分信号Vout1＝0时，对应离焦量DOF1取值为0，代表待测物体210处于对焦状态。

差分信号Vout1>0时，对应离焦量DOF1为负值，代表待测物体210处于负离焦状态，对应图7中Z1区域。需要说明的是，图7中Z1区域可划分为两部分，即Z11区域和Z12区域。其中，对应Z11区域范围内，差分信号Vout1偏离0较多，且随着负离焦量的增大差分信号Vout1呈现先增大后减小的趋势；而对应Z12区域内，差分信号Vout1偏离0较少，且随着负离焦量的增大差分信号Vout1无限接近于0。上述变化趋势总体可概括为，随着负离焦量的增大，也就是随着待测物体210从物镜单元120的物方焦平面02向上移动的过程中，差分信号Vout1先增大后减小；当待测物体210与物镜单元120无限接近时，差分信号Vout1无限接近0。

差分信号Vout1<0时，对应离焦量DOF1为正值，代表待测物体210处于正离焦状态，对应图7中Z2区域。随着正离焦量的增大，也就是随着待测物体210从物镜单元120的物方焦平面02向上移动的过程中，差分信号Vout1先减少后增大；当待测物体210与物镜单元120无限远时，差分信号Vout1无限接近0。

需要说明的是，待测物体210与物镜单元120无限远是指承载台130向下到最低的极限位置，或者物镜单元120向上到最高的极限位置。从而，可在极限位置范围内实现待测物体的离焦状态的测量，从而使得本实施例提供的焦距测量系统具有较大的焦距测量范围。

需要说明的是，差分信号Vout1还可以由第二电信号Va1减第一电信号Vb1得到，即Vout1＝Va1-Vb1。此时，差分信号Vout1为正值时确定待测物体210为正离焦状态，差分信号Vout1为负值时确定待测物体210为负离焦状态。

需要说明的是，图7中仅示例性的示出了各部分之间的连接关系，对其相对位置关系不限定。

可选的，图8是本发明实施例提供的又一种焦距测量系统的结构示意图，示例性的示出了光源单元发出的光线垂直入射到物镜单元的焦距测量系统。参见图8，焦距测量系统还包括探测光功率监测单元170，探测光功率监测单元170与测焦控制单元150电连接，用于监测光源单元110发出的探测光信号，并将探测光信号传输给测焦控制单元150；测焦控制单元150根据检测单元140接收的光信号以及探测光功率监测单元170监测的探测光信号判断待测物体210的离焦状态。

可选的，继续参照图8，探测光功率监测单元170可包括沿垂直于探测光的初始传播方向依次排列的分光元件171、聚焦元件172和监测探测器173；分光元件171位于光源单元110与物镜单元120之间，用于将光源单元110发出的光分成两部分，一部分沿探测光的初始传播方向传输，照射到物镜单元120，另一部分沿垂直于探测光的初始传播方向的方向传输，照射到聚焦元件172；聚焦元件172位于分光元件171与监测探测器173之间，用于将沿垂直于探测光的初始传播方向传输的光聚焦到监测探测器173。

示例性的，分光元件171可以为分光棱镜，聚焦元件172可以为聚束透镜，监测探测器173可以为光电探测器、电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)以及光强探测器等任何可对光信号的相对大小进行探测的元件或器件。

需要说明的是，本发明实施例对分光元件171、聚焦元件172以及监测探测器173的类型和型号不限定。

可选的，图9是本发明实施例提供的另一种测焦控制单元的结构示意图。结合图8和图9，测焦控制单元150包括第三信号转换子单元313、第四信号转换子单元314、第五信号转换子单元315、第三信号运算子单元323、第四信号运算子单元324、第五信号运算子单元325和第六信号运算子单元326；第三信号转换子单元313的输入端与第一测量探测器141连接；第四信号转换子单元314的输入端与第二测量探测器142连接；第五信号转换子单元315的输入端与探测光功率监测单元170连接；第三信号转换子单元313的输出端以及第四信号转换子单元314的输出端与第三信号运算子单元323的输入端连接；第五信号转换子单元315的输出端与第四信号运算子单元324的输入端连接；第三信号运算子单元323的输出端以及第四信号运算子单元324的输出端分别与第五信号运算子单元325的输入端连接；第五信号运算子单元325的输出端与第六信号运算子单元326的输入端连接；第一测量探测器141到物镜单元120的光轴的距离大于第二测量探测器142到物镜单元120的光轴的距离；第三信号转换子单元313用于将第一测量探测器141接收的光信号转换为第三电信号Vb2，第四信号转换子单元314用于将第二测量探测器142接收的光信号转换为第四电信号Va2，第五信号转换子单元315用于将探测光功率检测单元170接收的光信号转换为第五电信号V0；第三信号运算子单元323用于将第三电信号Vb2和第四电信号Va2进行差分运算，得到差分信号Vout1；第四信号运算子单元324用于将第五电信号V0进行倒数运算，得到倒数信号；第五信号运算子单元325用于将差分信号Vout1与倒数信号进行乘法运算，得到离焦量信号Vout2；第六信号运算子单元326用于判断离焦量信号Vout2是否在设定阈值范围内，若是，则确定待测物体210处于为可定量调节离焦状态，且在离焦量信号Vout2为正值时确定待测物体210为负离焦状态，在离焦量信号Vout2为负值时确定待测物体210为正离焦状态，在离焦量信号Vout2为0时确定待测物体210的离焦量为0；否则，确定待测物体210为不可定量调节离焦状态。

其中，差分运算是指进行减法运算，即将第三电信号Vb2和第四电信号Va2做减法，通常为前者减后者，得到差分信号Vout1。

示例性的，差分信号Vout1＝Vb2-Va2。

其中，倒数信号示例性的为1/V0。

其中，示例性的，离焦量信号Vout2＝(Vout1)/V0＝(Vb2-Va2)/V0。

示例性的，图10是本发明实施例提供的一种离焦量信号-离焦量曲线的示意图，示出了离焦量信号Vout2的取值与待测物体的离焦量的对应关系，横轴代表待测物体的离焦量DOF2，单位为微米(μm)；纵轴代表离焦量信号Vout2的取值，离焦量信号Vout2可以是一个无量纲的值，a.u.代表图10中仅示出了差分信号Vout1的相对值。其中，设定阈值范围(D31～D32)对应图10中线性范围区域Z3(对应离焦量信号Vout2的范围为VoutL～VoutH)。结合图8和图10，离焦量信号Vout2＝0时，对应离焦量DOF2取值为0，代表待测物体210处于对焦状态。离焦量信号Vout2的取值范围为0<Vout2≤VoutH时，对应离焦量DOF2的取值范围为D31≤DOF2<0，代表待测物体210处于负离焦状态；离焦量信号Vout2的取值范围为VoutL≤Vout2<0时，对应离焦量DOF2的取值范围为0<DOF2≤D32，代表待测物体210处于正离焦状态；对应线性范围区域Z3内，离焦量信号Vout2与离焦量DOF2一一对应，从而可通过离焦量信号Vout2的具体取值确定待测物体210的离焦量的取值大小。

需要说明的是，上述实施方式中，差分信号Vout1还可以由第四电信号Va2减第三电信号Vb2得到，即Vout1＝Va2-Vb2。同时，离焦量信号Vout2的正负与差分信号Vout1的正负一致。此时，离焦量信号Vout2为正值时确定待测物体210为正离焦状态；离焦量信号Vout2为负值时确定待测物体210为负离焦状态。

需要说明的是，线性范围区域Z3的范围大小受限于光源单元110的光斑类型(示例性的高斯光束的宽度越宽，线性范围区域Z3的范围越大)、物镜单元120的数值孔径NA(NA越小，线性范围区域Z3的范围越大)、以及检测单元140中第一测量探测器141与第二测量探测器142与物镜单元120的光轴的相对位置关系(第一测量探测器141与物镜单元120的光轴的距离越近，线性范围区域Z3的范围越大)。

在上述实施方式提供的焦距测量系统的基础上，本发明实施例还提供了一种调焦系统。该调焦系统包括上述焦距测量系统，因此该调焦系统具有上述实施方式中焦距测量系统所具有的技术效果，在此不再赘述。下面结合附图11-18对调焦系统进行示例性说明。

图11是本发明实施例提供的一种调焦系统的结构示意图，图12是本发明实施例提供的另一种调焦系统的结构示意图，图11示出了光源单元发出的光线非垂直入射到物镜单元的调焦系统，图12示出了光源单元发出的光线垂直入射到物镜单元的调焦系统。参照图11或图12，分别对应在图1或图2示出的焦距测量系统的基础上，调焦系统还包括调焦控制单元180和调焦执行单元160；调焦控制单元180的输入端与测焦控制单元150电连接，调焦控制单元180的输出端与调焦执行单元160电连接；调焦控制单元180用于根据待测物体210的离焦状态生成调焦控制信号，控制调焦执行单元160调节承载台130与物镜单元120之间的距离，以使物镜单元120与待测物体210之间的距离满足预设状态。

示例性的，预设状态可包括对焦状态，或者预设的离焦状态。

可选的，对承载台130与物镜单元120之间的距离的调节可通过多种方式实现。例如，设置调焦执行单元160与物镜单元120连接，调焦执行单元160用于控制物镜单元120移动，以调节承载台130与物镜单元120之间的距离；和/或，调焦执行单元160与承载台130连接，调焦执行单元160用于控制承载台130移动，以调节物镜单元120与承载台130之间的距离。

继续参见图11或图12，调焦执行单元160与物镜单元120连接，调焦执行单元160用于控制物镜单元120移动，以调节承载台130与物镜单元120之间的距离；参见图13，图13是本发明实施例提供的又一种调焦系统的结构示意图，调焦执行单元160与承载台130连接，调焦执行单元160用于控制承载台130移动，以调节物镜单元120与承载台130之间的距离。

其中，承载台130上放置待测物体210，二者同步移动，因此，对承载台130与物镜单元120之间的距离的调节，最终可实现对待测物体210与物镜单元120之间的距离的调节。

需要说明的是，图11或图12中仅示例性的示出了调焦执行单元160与物镜单元120连接，图13中仅示例性的示出了调焦执行单元160与承载台130连接。在其他实施方式中，还可以设置调焦执行单元160包括两部分，示例性的，可称为第一调焦执行子单元和第二调焦执行子单元，其中第一调焦执行子单元与物镜单元120连接，第二调焦执行子单元与承载台130连接，这样，调焦执行单元160可控制物镜单元120和承载台130同时移动，以在较短时间内实现调节承载台130与物镜单元120之间的距离，从而减少调焦时间，提高调焦效率。

可选的，图14是本发明实施例提供的一种调焦控制单元的结构示意图。参见图14，在上述图6的基础上，调焦控制单元180包括第一信号生成子单元181和放大器182；第二信号运算子单元322的输出端与第一信号生成子单元181的输入端连接；第一信号生成子单元181的输出端与放大器182的输入端连接；放大器182的输出端与调焦执行单元160连接；第一信号生成子单元181用于在待测物体210为负离焦状态时生成第一控制信号Con1，在待测物体210为正离焦状态时生成第二控制信号Con2；放大器182用于将第一控制信号Con1或第二控制信号Con2放大并发送至调焦执行单元160；调焦执行单元160用于根据第一控制信号Con1增加承载台130与物镜单元120之间的距离，根据第二控制信号Con2减小承载台130与物镜单元120之间的距离，直至物镜单元120与待测物体210之间的距离使待测物体210满足预设的离焦状态。

示例性的，结合测焦控制单元150输出的差分信号Vout1以及图7进行说明。当差分信号Vout1>0时，对应离焦量DOF1为负值，代表待测物体210处于负离焦状态，第一信号生成子单元181生成第一控制信号Con1，以控制调焦执行单元160增加承载台130与物镜单元120之间的距离。此时，结合图6或图14，对承载台130与物镜单元120之间的距离进行调节后，检测单元140再次接收反馈信号Feedback1，并重复上述判断和调节的过程。

当差分信Vout1<0时，对应离焦量DOF1为正值，代表待测物体210处于正离焦状态，第一信号生成子单元181生成第二控制信号Con2，以控制调焦执行单元160减小承载台130与物镜单元120之间的距离。此时，结合图6或图14，对承载台130与物镜单元120之间的距离进行调节后，检测单元140再次接收反馈信号Feedback1，并重复上述判断和调节的过程。

其中，第一信号生成子单元181可为信号转换器，用于将差分信号Vout1转换为控制信号Con1/Con2。其中，增加承载台130与物镜单元120之间的距离可通过向上移动物镜单元120，和/或，向下移动承载台130实现。减小承载台130与物镜单元120之间的距离可通过向下移动物镜单元120，和/或，向上移动承载台130实现。

可选的，图15是本发明实施例提供的又一种调焦系统的结构示意图，图16是本发明实施例提供的又一种调焦系统的结构示意图。图15示出了光源单元发出的光线非垂直入射到物镜单元的调焦系统，图16示出了光源单元发出的光线垂直入射到物镜单元的调焦系统。参照图15或图16，分别对应在图11或图12的示出的调焦系统的基础上，该调焦系统还包括探测光功率监测单元170。此探测光功率监测单元170与上述实施方式中提供的焦距测量系统中的探测光功率检测单元相同，在此不再赘述。

对应于图15或图16，调焦控制单元的功能或组成略有变化。

可选的，图17是本发明实施例提供的另一种调焦控制单元的结构示意图。参照图17，该调焦控制单元180包括第二信号生成子单元183和放大器182；第六信号运算子单元326的输出端与第二信号生成子单元183的输入端连接；第二信号生成子单元326的输出端与放大器182的输入端连接；放大器182的输出端与调焦执行单元160连接；第二信号生成子单元183用于在待测物体210为可定量调节负离焦状态时生成第三控制信号Con3，在待测物体210为可定量调节正离焦状态时生成第四控制信号Con4，在待测物体210为不可定量调节离焦状态时生成锁定信号；放大器182用于将第三控制信号Con3或第四控制信号Con4放大并发送至调焦执行单元160；调焦执行单元160用于根据第三控制信号Con3增加承载台130与物镜单元120之间的距离，根据第四控制信号Con4减小承载台与130物镜单元120之间的距离，直至物镜单元120与待测物体210之间的距离使待测物体210满足预设的离焦状态。

其中，结合图10，待测物体210处于可定量调节离焦状态时，对应离焦量信号Vout2处于线性范围区域Z3内，此时，离焦量信号Vout2与离焦量DOF2一一对应，从而可定量调节待测物体210的离焦状态。对承载台130与物镜单元120之间的距离进行调节后，检测单元140再次接收反馈信号Feedback2，并重复上述判断和调节的过程。

其中，锁定信号可以理解为不动作信号，即在线性范围区域Z3外的区域，即非线性区域，调焦执行单元160不对承载台130和物镜单元120之间的距离进行定量调节操作。

其中，第二信号生成子单元183可为信号转换器，用于将离焦量信号Vout2转换为控制信号Con3/Con4。其中，增加承载台130与物镜单元120之间的距离可通过向上移动物镜单元120，和/或，向下移动承载台130实现。减小承载台130与物镜单元120之间的距离可通过向下移动物镜单元120，和/或，向上移动承载台130实现。

可选的，图18是本发明实施例提供的又一种调焦控制单元的结构示意图。参照图18，该调焦控制单元包括参考电信号子单元184、第七信号运算子单元185、第二信号生成子单元183和放大器182；参考电信号子单元184的输出端以及第六信号运算子单元326的输出端分别与第七信号运算子单元185的输入端连接；第七信号运算子单元185的输出端与第二信号生成子单元183的输入端连接；第二信号生成子单元183的输出端与放大器182的输入端连接；放大器182的输出端与调焦执行单元160连接；参考电信号子单元184用于提供测试环境参考电信号Vref；第七信号运算子单元185用于将离焦量信号Vout2与测试环境参考电信号Vref进行差分运算，得到误差信号Vout3；第二信号生成子单元183用于在待测物体210为负离焦状态时，根据误差信号Vout3生成第五控制信号Con5，在待测物体210为正离焦状态时，根据误差信号Vout3生成第六控制信号Con6，在待测物体210为不可定量调节离焦状态时生成锁定信号；放大器182用于将第五控制信号Con5或第六控制信号Con6放大并发送至调焦执行单元160；调焦执行单元160用于根据第五控制信号Con5增加承载台130与物镜单元120之间的距离，根据第六控制信号Con6减小承载台130与物镜单元120之间的距离，直至物镜单元120与待测物体210之间的距离使待测物体210满足预设的离焦状态。

其中，第七信号运算子单元185进行差分运算，是指将离焦量信号Vout2和测试环境参考电信号Vref做减法，通常为前者减后者，得到误差信号Vout3。

示例性的，误差信号Vout3＝Vout2-Vref。

其中，对承载台130与物镜单元120之间的距离进行调节后，检测单元140再次接收反馈信号Feedback3，并重复上述判断和调节的过程。

需要说明的是，误差信号Vout3还可以由测试环境参考电信号Vref减离焦量信号Vout2得到，即Vout3＝Vref-Vout2。

其中，结合图10，在线性范围区域Z3内，测试环境参考电信号Vref可以补偿测试环境中存在的杂散光，或者可以将整个调焦系统锁定到唯一的设定参考点，也就是测试环境参考电信号Vref对应的离焦状态。

示例性的，结合图3-图5，如果测试环境中存在杂散光，则被测物体210在物方焦平面02位置时，第一测量探测器141和第二测量探测器142接收的光信号的能量差值也可能不为0。具体的，若杂散光为高斯光束，且分布与光源单元发出的高斯光束的光强(或者光功率)分布规律相同，则第一测量探测器141和第二测量探测器142接收的光信号的能量差值为0，杂散光对调焦系统以及此系统中可能集成的成像系统以及散射测量系统无影响，无需补偿；若杂散光不是与光源单元发出的高斯光束的光强(或者光功率)分布规律相同的高斯光束，则第一测量探测器141和第二测量探测器142接收的光信号的能量差值不为0，此时，通过测试环境参考电信号Vref对杂散光进行补偿，也就是利用电信号补偿光信号，可使得待测物体210位于“等效物方焦平面”位置，也就是误差信号Vout3取值为0的位置。从而消除测试环境中杂散光对调焦系统调焦过程的影响。

本发明实施例提供的调焦系统，包括上述焦距测量系统以及调焦控制单元和调焦执行单元，调焦控制单元的输入端与测焦控制单元电连接，调焦控制单元的输出端与调焦执行单元电连接；调焦控制单元用于根据待测物体的离焦状态生成调焦控制信号，控制调焦执行单元调节承载台与物镜单元之间的距离。由此，相对于现有的激光三角法调节离焦量时，需使物镜单元与待测物体之间的距离大于一定数值，以满足激光入射和出射需要的角度而言，本发明实施例提供的调焦系统对物镜单元与待测物体之间的初始距离无上述限定，可适用于大NA的显微物镜(本实施例中的“物镜单元120”可理解为散射测量设备中的“显微物镜”)的散射测量设备，且光路结构简单。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种焦距测量方法。对焦距测量方法的理解可以参照上述实施方式中对焦距测量系统的解释说明，在此不赘述。

图19是本发明实施例提供的一种焦距测量方法的流程示意图，可由上述实施例提供的焦距测量系统执行。参见图19，在上述实施方式的基础上，该焦距测量方法包括：

S51、检测单元获取待测物体反射的光信号并发送至测焦控制单元。

其中，检测单元包括第一检测位置和第二检测位置，第一检测位置和第二检测位置对称设置于标准反射光斑峰值的两侧，其中，标准反射光斑为待测物体的离焦量为0时，经待测物体反射得到的光斑；标准反射光斑的能量分布沿标准反射光光轴轴对称分布。

示例性的，检测单元可以为光电探测器，测焦控制单元可以为数据处理单元。

S52、测焦控制单元根据检测单元接收的光信号判断待测物体的离焦状态。

其中，根据第一检测位置和第二检测位置检测到的反射的光信号的相对大小可确定待测物体的离焦状态以及离焦量。

示例性的，待测物体的离焦状态包括对焦状态、正离焦状态和负离焦状态。

可选的，图20是本发明实施例提供的另一种焦距测量方法的流程示意图，是对图19提供的焦距测量方法的进一步细化。结合图2和图20，该焦距测量方法包括：

S61、第一测量探测器获取第一光信号，并发送至第一信号转换子单元；第二测量探测器获取第二光信号，并发送至第二信号转换子单元。

S62、第一信号转换子单元将第一光信号转换为第一电信号；第二信号转换子单元将第二光信号转换第二电信号。

S63、第一信号运算子单元将第一电信号和第二电信号进行差分运算，获取差分信号，并发送至第二信号运算子单元。

S64、第二信号运算子单元在差分信号为正值时确定待测物体为负离焦状态，在差分信号为负值时确定待测物体为正离焦状态，在差分信号为0时确定待测物体的离焦量为0。

从而，通过对差分信号的正值或负值的判断，可确定待测物体的离焦状态，测量范围可以包括由待测物体与物镜单元之间无限远到无限接近的范围，其中，待测物体与物镜单元之间无限远是指承载台向下移动到最低的极限位置，和/或，物镜单元向上移动到最高的极限位置；待测物体与物镜单元之间无限接近是指待测物体与物镜单元接近，但是待测物体不接触物镜单元的位置。从而，可实现在极限位置范围内对待测物体的离焦状态的测量，从而使得本实施例提供的焦距测量方法实现较大范围的焦距测量。

可选的，图21是本发明实施例提供的又一种焦距测量方法的流程示意图，也是对图19提供的焦距测量方法的进一步细化。结合图8和图21，该调焦方法包括：

S71、第一测量探测器获取第一光信号，并发送至第三信号转换子单元；第二测量探测器获取第二光信号，并发送至第四信号转换子单元；探测光功率监测单元监测光源单元发出的探测光信号，并发送至第五信号转换子单元。

S72、第三信号转换子单元将第一光信号转换为第三电信号；第四信号转换子单元将第二光信号转换为第四电信号；第五信号转换子单元将光源单元发出的探测光信号转换为第五电信号。

S73、第三信号运算子单元将第三电信号和第四电信号进行差分运算，获取差分信号；第四信号运算子单元将第五电信号进行倒数运算，获取倒数信号；第五信号运算子单元将差分信号和倒数信号进行乘法运算，获取离焦量信号。

S74、第六信号运算子单元判断离焦量信号是否在设定阈值范围内，若是，则确定待测物体处于可定量调节离焦状态，并在离焦量信号为正值时确定待测物体为负离焦状态，在离焦量信号为负值时确定待测物体为正离焦状态，在离焦量信号为0时确定待测物体的离焦量为0；否则，确定待测物体为不可定量调节离焦状态。

从而，可在设定阈值范围内，实现对承载台和物镜单元之间的距离的定量测量，即实现待测物体的离焦量的定量测量。

在上述焦距测量方法的基础上，本发明实施例还提供了一种调焦方法，下面结合图22-图25进行示例性说明。

图22是本发明实施例提供的一种调焦方法的流程示意图。参照图22，该调焦方法包括：

S81、检测单元获取待测物体反射的光信号并发送至测焦控制单元。

S82、测焦控制单元根据检测单元接收的光信号判断待测物体的离焦状态。

S83、调焦控制单元根据待测物体的离焦状态生成调焦控制信号。

S84、调焦执行单元根据调焦控制信号调节承载台与物镜单元之间的距离。

图23是本发明实施例提供的另一种调焦方法的流程示意图，是对图22提供的调焦方法的进一步细化。对应图14，调焦控制单元180包括第一信号生成子单元181和放大器182。结合图22和图23，该调焦方法包括：

S810、检测单元获取待测物体反射的光信号并发送至测焦控制单元。

S820、测焦控制单元根据检测单元接收的光信号判断待测物体的离焦状态。

步骤S83和步骤S84根据待测物体的离焦状态的不同，可对应包括不同的内容。

可选的，上述步骤S83可包括：

S8311、第一信号生成子单元在待测物体为负离焦状态时生成第一控制信号。

S8321、放大器获取第一控制信号并放大。

此时，步骤S84包括：

S841、调焦执行单元获取放大后的第一控制信号，并根据放大后的第一控制信号增加承载台与物镜单元之间的距离。

或者，上述步骤S83可包括：

S8312、第一信号生成子单元在待测物体为正离焦状态时生成第二控制信号。

S8322、放大器获取第二控制信号并放大。

此时，步骤S84可包括：

S842、调焦执行单元获取放大后的第二控制信号，并根据放大后的第二控制信号减小承载台与物镜单元之间的距离。

从而，根据待测物体的不同离焦状态进行适应性调节，使承载台与物镜单元之间的距离满足待测物体的预设离焦状态，可进行较大范围内的定性调节。

图24是本发明实施例提供的又一种调焦方法的流程示意图，是对图22提供的调焦方法的进一步细化。对应图17，调焦控制单元180包括第二信号生成子单元183和放大器182。结合图22和图24，该调焦方法包括：

S811、检测单元获取待测物体反射的光信号并发送至测焦控制单元。

S821、测焦控制单元根据检测单元接收的光信号判断待测物体的离焦状态。

步骤S83和步骤S84根据待测物体的离焦状态的不同，可对应包括不同的内容。

可选的，上述步骤S83可包括：

S8313、第二信号生成子单元在待测物体为可定量调节负离焦状态时生成第三控制信号。

S8323、放大器获取第三控制信号并放大。

此时，步骤S84可包括：

S843、调焦执行单元获取放大后的第三控制信号，并根据放大后的第三控制信号增加承载台与物镜单元之间的距离。

或者，上述步骤S83可包括：

S8314、第二信号生成子单元在待测物体为可定量调节正离焦状态时生成第四控制信号。

S8323、放大器获取第四控制信号并放大。

此时，步骤S84可包括：

S844、调焦执行单元获取放大后的第四控制信号，并根据放大后的第四控制信号减小承载台与物镜单元之间的距离。

或者，上述步骤S83可包括：

S8315、第二信号生成子单元在待测物体为不可定量调节离焦状态时生成锁定信号。

S8325、放大器获取锁定信号并放大。

此时，步骤S84可包括：

S845、调焦执行单元获取放大后的锁定信号，并根据放大后的锁定信号不改变承载台与物镜单元之间的距离。

从而，可实现待测物体的离焦状态在线性区域时，对承载台与物镜单元之间的距离进行定量调节。可选的，还可以将图23提供的调焦方法与图24提供的调焦方法相结合。示例性的，结合图10，在线性范围区域Z3以外的区域，也就是在设定阈值范围外，可以采用图23提供的调焦方法对调焦系统进行定向调焦；在线性范围区域Z3内，也就是在设定阈值范围内时，可以采用图24提供的调焦方法对调焦系统进行定量调焦，从而可简单、快速以及精准的调节承载台与物镜单元之间的距离。

可选的，图25是本发明实施例提供的又一种调焦方法的流程示意图，也是对图22提供的调焦方法的进一步细化。对应图18，测焦控制单元180包括参考电信号子单元184、第七信号运算子单元185、第二信号生成子单元183和放大器182。结合图22和图25，该调焦方法包括：

S812、检测单元获取待测物体反射的光信号并发送至测焦控制单元。

S822、测焦控制单元根据检测单元接收的光信号判断待测物体的离焦状态。

步骤S83可包括：

S8301、第七信号运算子单元获取待测物体的离焦量信号。

S8302、参考电信号子单元测试环境参考电信号。

S8303、第七信号运算子单元将离焦量信号与测试环境参考电信号进行差分运算，得到误差信号。

从而，通过参考电信号子单元提供测试环境参考电信号，可实现补偿测试环境中存在的杂散光，或者可以将整个调焦系统锁定到唯一的设定参考点，也就是测试环境参考电信号对应的离焦状态，从而实现整个调焦系统的多种应用。

需要说明的是，步骤S8301与步骤S8302均为向第七信号运算子单元提供信号，以进行后续运算的步骤，步骤S8301与步骤S8302可并行执行，或者步骤S8301先执行，或者步骤S8302先执行，本发明实施例对此不限定。

同上，根据待测物体的离焦状态的不同，步骤S83和步骤S84可对应包括不同的内容。

可选的，上述步骤S83还可包括：

S8316、第二信号生成子单元在待测物体为可定量调节负离焦状态时，根据误差信号生成第五控制信号。

S8326、放大器获取第五控制信号并放大。

此时，步骤S84可包括：

S846、调焦执行单元获取放大后的第五控制信号，并根据放大后的第五控制信号增加承载台与物镜单元之间的距离。

或者，上述步骤S83还可包括：

S8317、第二信号生成子单元在待测物体为可定量调节正离焦状态时，根据误差信号生成第六控制信号。

S8327、放大器获取第六控制信号并放大。

此时，步骤S84可包括：

S847、调焦执行单元获取放大后的第六控制信号，并根据放大后的第六控制信号减小承载台与物镜单元之间的距离。

或者，上述步骤S83还可包括：

S8318、第二信号生成子单元在待测物体为不可定量调节离焦状态时，根据误差信号生成锁定信号。

S8328、放大器获取锁定信号并放大。

此时，步骤S84可包括：

S848、调焦执行单元获取放大后的锁定信号，并根据放大后的锁定信号不改变承载台与物镜单元之间的距离。

需要说明的是，上述调焦方法形成自动控制的闭环，即可实现自动对焦的过程。

本发明实施例提供的调焦方法，通过检测单元获取待测物体反射的光信号并发送至测焦控制单元，测焦控制单元根据检测单元接收的光信号判断待测物体的离焦状态并发送至调焦控制单元；调焦控制单元根据待测物体的离焦状态生成离焦控制信号并发送至调焦执行单元，调焦执行单元根据调焦控制信号调节承载台与物镜单元之间的距离，可简洁快速的判定待测物体的离焦状态并调节，适用于大NA的显微物镜的散射测量设备。

本发明实施例还提供了一种光刻装置，该光刻装置包括上述实施方式提供的焦距测量系统或调焦系统，可应用上述实施方式提供的焦距测量方法对待测物体的离焦状态进行定性判断，和/或，对离焦量进行定量测量；以及可应用上述实施方式提供的调焦方法对待测物体的进行调焦。此光刻装置具有上述焦距测量系统和调焦系统所具有的技术效果，在此不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (28)

1.一种焦距测量系统，其特征在于，包括：沿光路传播方向依次排列的光源单元、物镜单元、承载台和检测单元；

所述承载台用于放置待测物体；

所述光源单元用于发出探测光，且所述探测光入射到所述物镜单元；所述探测光的能量分布沿所述探测光光轴轴对称分布，且所述探测光的能量由远离所述探测光光轴向靠近所述探测光光轴的方向单调分布；

所述检测单元用于接收待测物体反射的光信号；所述检测单元包括第一检测位置和第二检测位置，所述第一检测位置和所述第二检测位置对称设置于标准反射光斑峰值的两侧，其中，所述标准反射光斑为所述待测物体的离焦量为0时，经所述待测物体反射得到的光斑；

其中，入射到所述物镜单元的入射光与由所述物镜单元出射的出射光位于物镜单元光轴的两侧；

还包括测焦控制单元；

所述测焦控制单元的输入端与所述检测单元电连接，所述测焦控制单元用于根据所述检测单元接收的光信号判断所述待测物体的离焦状态。

2.根据权利要求1所述的焦距测量系统，其特征在于，还包括中继镜组，所述光源单元发出的探测光还经过所述中继镜组；

其中，所述中继镜组位于所述光源单元与所述物镜单元之间、所述物镜单元与所述承载台之间以及所述物镜单元与所述探测单元之间的至少一处。

3.根据权利要求1所述的焦距测量系统，其特征在于，所述光源单元发出的探测光垂直入射到所述物镜单元；

入射到所述物镜单元的入射光与由所述物镜单元出射的出射光关于所述物镜单元的光轴轴对称分布。

4.根据权利要求1所述的焦距测量系统，其特征在于，所述光源单元和/或所述检测单元位于所述物镜单元的像方焦平面远离所述物镜单元的一侧。

5.根据权利要求1所述的焦距测量系统，其特征在于，所述光源单元发出的探测光为高斯光束；

所述第一检测位置和所述第二检测位置对称设置于标准高斯光斑峰值的两侧；

其中，所述标准高斯光斑为所述待测物体的离焦量为0时，经所述待测物体反射得到的光斑。

6.根据权利要求1所述的焦距测量系统，其特征在于，所述检测单元包括第一测量探测器和第二测量探测器；

所述第一测量探测器用于测量所述第一检测位置的光信号，所述第二测量探测器用于测量所述第二检测位置的光信号。

7.根据权利要求6所述的焦距测量系统，其特征在于，所述测焦控制单元用于将所述第一测量探测器与所述第二测量探测器检测到的光信号进行比较，确定所述待测物体的离焦状态。

8.根据权利要求7所述的焦距测量系统，其特征在于，所述测焦控制单元包括第一信号转换子单元、第二信号转换子单元、第一信号运算子单元和第二信号运算子单元；所述第一信号转换子单元的输入端与所述第一测量探测器连接；所述第二信号转换子单元的输入端与所述第二测量探测器连接；所述第一信号转换子单元的输出端以及所述第二信号转换子单元的输出端与所述第一信号运算子单元的输入端连接，所述第一信号运算子单元的输出端与所述第二信号运算子单元的输入端连接；

所述第一测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离大于所述第二测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离；所述第一信号转换子单元用于将所述第一测量探测器接收的光信号转换为第一电信号，所述第二信号转换子单元用于将所述第二测量探测器接收的光信号转换为第二电信号；

所述第一信号运算子单元用于将所述第一电信号和所述第二电信号进行差分运算，得到差分信号；所述第二信号运算子单元用于在所述差分信号为正值时确定所述待测物体为负离焦状态，在所述差分信号为负值时确定所述待测物体为正离焦状态，在所述差分信号为0时确定所述待测物体的离焦量为0。

9.根据权利要求6所述的焦距测量系统，其特征在于，还包括探测光功率监测单元；

所述探测光功率监测单元与所述测焦控制单元电连接，用于监测所述光源单元发出的探测光信号，并将所述探测光信号传输给所述测焦控制单元；

所述测焦控制单元根据所述检测单元接收的光信号以及所述探测光功率监测单元监测的所述探测光信号判断所述待测物体的离焦状态。

10.根据权利要求9所述的焦距测量系统，其特征在于，所述测焦控制单元包括第三信号转换子单元、第四信号转换子单元、第五信号转换子单元、第三信号运算子单元、第四信号运算子单元、第五信号运算子单元和第六信号运算子单元；所述第三信号转换子单元的输入端与所述第一测量探测器连接；所述第四信号转换子单元的输入端与所述第二测量探测器连接；所述第五信号转换子单元的输入端与所述探测光功率监测单元连接；所述第三信号转换子单元的输出端以及所述第四信号转换子单元的输出端与所述第三信号运算子单元的输入端连接；所述第五信号转换子单元的输出端与所述第四信号运算子单元的输入端连接；所述第三信号运算子单元的输出端以及所述第四信号运算子单元的输出端分别与所述第五信号运算子单元的输入端连接；所述第五信号运算子单元的输出端与所述第六信号运算子单元的输入端连接；

所述第一测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离大于所述第二测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离；所述第三信号转换子单元用于将所述第一测量探测器接收的光信号转换为第三电信号，所述第四信号转换子单元用于将所述第二测量探测器接收的光信号转换为第四电信号，所述第五信号转换子单元用于将所述探测光功率检测单元接收的光信号转换为第五电信号；

所述第三信号运算子单元用于将所述第三电信号和所述第四电信号进行差分运算，得到差分信号；所述第四信号运算子单元用于将所述第五电信号进行倒数运算，得到倒数信号；所述第五信号运算子单元用于将所述差分信号与所述倒数信号进行乘法运算，得到离焦量信号；

所述第六信号运算子单元用于判断所述离焦量信号是否在设定阈值范围内，若是，则确定所述待测物体处于为可定量调节离焦状态，且在所述离焦量信号为正值时确定所述待测物体为负离焦状态，在所述离焦量信号为负值时确定所述待测物体为正离焦状态，在所述离焦量信号为0时确定所述待测物体的离焦量为0；否则，确定所述待测物体为不可定量调节离焦状态。

11.根据权利要求9所述的焦距测量系统，其特征在于，所述探测光功率监测单元包括沿垂直于所述探测光的初始传播方向依次排列的分光元件、聚焦元件和监测探测器；

所述分光元件位于所述光源单元与所述物镜单元之间，用于将所述光源单元发出的光分成两部分，一部分沿所述探测光的初始传播方向传输，照射到所述物镜单元，另一部分沿垂直于所述探测光的初始传播方向的方向传输，照射到所述聚焦元件；

所述聚焦元件位于所述分光元件与所述监测探测器之间，用于将沿垂直于所述探测光的初始传播方向传输的光聚焦到所述监测探测器。

12.一种调焦系统，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的焦距测量系统，还包括调焦控制单元和调焦执行单元；

所述调焦控制单元的输入端与所述测焦控制单元电连接，所述调焦控制单元的输出端与所述调焦执行单元电连接；

所述调焦控制单元用于根据所述待测物体的离焦状态生成调焦控制信号，控制所述调焦执行单元调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

13.根据权利要求12所述的调焦系统，其特征在于，所述调焦执行单元与所述物镜单元连接，所述调焦执行单元用于控制所述物镜单元移动，以调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离；

和/或，所述调焦执行单元与所述承载台连接，所述调焦执行单元用于控制所述承载台移动，以调节所述物镜单元与所述承载台之间的距离。

14.根据权利要求13所述的调焦系统，其特征在于，所述调焦控制单元包括第一信号生成子单元和放大器；所述第二信号运算子单元的输出端与所述第一信号生成子单元的输入端连接；所述第一信号生成子单元的输出端与所述放大器的输入端连接；所述放大器的输出端与所述调焦执行单元连接；

所述第一信号生成子单元用于在所述待测物体为负离焦状态时生成第一控制信号，在所述待测物体为正离焦状态时生成第二控制信号；

所述放大器用于将所述第一控制信号或所述第二控制信号放大并发送至所述调焦执行单元；所述调焦执行单元用于根据所述第一控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离，根据所述第二控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

15.根据权利要求13所述的调焦系统，其特征在于，所述调焦控制单元包括第二信号生成子单元和放大器；所述第六信号运算子单元的输出端与所述第二信号生成子单元的输入端连接；所述第二信号生成子单元的输出端与所述放大器的输入端连接；所述放大器的输出端与所述调焦执行单元连接；

所述第二信号生成子单元用于在所述待测物体为可定量调节负离焦状态时生成第三控制信号，在所述待测物体为可定量调节正离焦状态时生成第四控制信号，在所述待测物体为不可定量调节离焦状态时生成锁定信号；

所述放大器用于将所述第三控制信号或所述第四控制信号放大并发送至所述调焦执行单元；所述调焦执行单元用于根据所述第三控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离，根据第四控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

16.根据权利要求13所述的调焦系统，其特征在于，所述调焦控制单元包括参考电信号子单元、第七信号运算子单元、第二信号生成子单元和放大器；所述参考电信号子单元的输出端以及第六信号运算子单元的输出端分别与所述第七信号运算子单元的输入端连接；所述第七信号运算子单元的输出端与所述第二信号生成子单元的输入端连接；所述第二信号生成子单元的输出端与所述放大器的输入端连接；所述放大器的输出端与所述调焦执行单元连接；

所述参考电信号子单元用于提供测试环境参考电信号；

所述第七信号运算子单元用于将所述离焦量信号与所述测试环境参考电信号进行差分运算，得到误差信号；

所述第二信号生成子单元用于在所述待测物体为负离焦状态时，根据所述误差信号生成第五控制信号，在所述待测物体为正离焦状态时，根据所述误差信号生成第六控制信号，在所述待测物体为不可定量调节离焦状态时生成锁定信号；

所述放大器用于将所述第五控制信号或所述第六控制信号放大并发送至所述调焦执行单元；所述调焦执行单元用于根据所述第五控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离，根据第六控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

17.一种焦距测量方法，由权利要求1-11任一项所述的焦距测量系统执行，其特征在于，包括：

所述检测单元获取待测物体反射的光信号并发送至所述测焦控制单元；

所述测焦控制单元根据所述检测单元接收的光信号判断所述待测物体的离焦状态；

其中，所述检测单元包括第一检测位置和第二检测位置，所述第一检测位置和所述第二检测位置对称设置于标准反射光斑峰值的两侧，其中，所述标准反射光斑为所述待测物体的离焦量为0时，经所述待测物体反射得到的光斑；所述标准反射光斑的能量分布沿所述标准反射光光轴轴对称分布。

18.根据权利要求17所述的焦距测量方法，其特征在于，所述检测单元包括第一测量探测器和第二测量探测器，所述第一测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离大于所述第二测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离；所述测焦控制单元包括第一信号转换子单元、第二信号转换子单元、第一信号运算子单元和第二信号运算子单元；

所述第一测量探测器获取第一光信号，并发送至所述第一信号转换子单元；所述第二测量探测器获取第二光信号，并发送至所述第二信号转换子单元；

所述第一信号转换子单元将所述第一光信号转换为第一电信号；所述第二信号转换子单元将所述第二光信号转换所述第二电信号；

所述第一信号运算子单元将所述第一电信号和所述第二电信号进行差分运算，获取差分信号，并发送至所述第二信号运算子单元；

所述第二信号运算子单元在所述差分信号为正值时确定所述待测物体为负离焦状态，在所述差分信号为负值时确定所述待测物体为正离焦状态，在所述差分信号为0时确定所述待测物体的离焦量为0。

19.根据权利要求17所述的焦距测量方法，其特征在于，所述检测单元包括第一测量探测器和第二测量探测器，所述第一测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离大于所述第二测量探测器到所述物镜单元的光轴的距离；所述测焦控制单元包括第三信号转换子单元、第四信号转换子单元、第五信号转换子单元、第三信号运算子单元、第四信号运算子单元、第五信号运算子单元和第六信号运算子单元；

还包括与测焦控制单元电连接的探测光功率监测单元；

所述第一测量探测器获取第一光信号，并发送至所述第三信号转换子单元；所述第二测量探测器获取第二光信号，并发送至所述第四信号转换子单元；所述探测光功率监测单元监测所述光源单元发出的探测光信号，并发送至所述第五信号转换子单元；

所述第三信号转换子单元将所述第一光信号转换为第三电信号；所述第四信号转换子单元将所述第二光信号转换为所述第四电信号；所述第五信号转换子单元将所述光源单元发出的探测光信号转换为第五电信号；

所述第三信号运算子单元将所述第三电信号和所述第四电信号进行差分运算，获取差分信号；所述第四信号运算子单元将所述第五电信号进行倒数运算，获取倒数信号；所述第五信号运算子单元将所述差分信号和所述倒数信号进行乘法运算，获取离焦量信号；

所述第六信号运算子单元判断所述离焦量信号是否在设定阈值范围内，若是，则确定所述待测物体处于可定量调节离焦状态，并在所述离焦量信号为正值时确定所述待测物体为负离焦状态，在所述离焦量信号为负值时确定所述待测物体为正离焦状态，在所述离焦量信号为0时确定所述待测物体的离焦量为0。

20.一种调焦方法，其特征在于，包括权利要求17-19任一项所述的焦距测量方法，以及：

调焦控制单元根据所述待测物体的离焦状态生成调焦控制信号；

调焦执行单元根据所述调焦控制信号调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

21.根据权利要求20所述的调焦方法，其特征在于：调焦控制单元包括第一信号生成子单元和放大器；

调焦控制单元根据所述待测物体的离焦状态生成调焦控制信号，包括：

所述第一信号生成子单元在所述待测物体为负离焦状态时生成第一控制信号，所述放大器获取所述第一控制信号并放大；

或者，所述第一信号生成子单元在所述待测物体为正离焦状态时生成第二控制信号，所述放大器获取所述第二控制信号并放大。

22.根据权利要求21所述的调焦方法，其特征在于，调焦执行单元根据所述调焦控制信号调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离，包括：

所述调焦执行单元获取放大后的第一控制信号，并根据所述放大后的第一控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离；或者，所述调焦执行单元获取放大后的第二控制信号，并根据所述放大后的第二控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

23.根据权利要求20所述的调焦方法，其特征在于：所述调焦控制单元包括第二信号生成子单元和放大器；

调焦控制单元根据所述待测物体的离焦状态生成调焦控制信号，包括：

所述第二信号生成子单元在所述待测物体为可定量调节负离焦状态时生成第三控制信号，所述放大器获取所述第三控制信号并放大；

或者，所述第二信号生成子单元在所述待测物体为可定量调节正离焦状态时生成第四控制信号，所述放大器获取所述第四控制信号并放大；

或者，所述第二信号生成子单元在所述待测物体为不可定量调节离焦状态时生成锁定信号，所述放大器获取所述锁定信号并放大。

24.根据权利要求23所述的调焦方法，其特征在于，调焦执行单元根据所述调焦控制信号调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离，包括：

所述调焦执行单元获取放大后的第三控制信号，并根据所述放大后的第三控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离；或者，所述调焦执行单元获取放大后的第四控制信号，并根据所述放大后的第四控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离；或者，所述调焦执行单元获取放大后的锁定信号，并根据所述放大后的锁定信号不改变所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

25.根据权利要求20所述的调焦方法，其特征在于：

所述调焦控制单元包括参考电信号子单元、第七信号运算子单元、第二信号生成子单元和放大器；

调焦控制单元根据所述待测物体的离焦状态生成调焦控制信号，包括：

所述参考电信号子单元提供测试环境参考电信号，所述第七信号运算子单元获取所述待测物体的离焦量信号；

所述第七信号运算子单元将所述离焦量信号与所述测试环境参考电信号进行差分运算，得到误差信号；

所述第二信号生产子单元在所述待测物体为可定量调节负离焦状态时，根据所述误差信号生成第五控制信号，所述放大器获取所述第五控制信号并放大；或者，所述第二信号生成子单元在所述待测物体为可定量调节正离焦状态时，根据所述误差信号生成第六控制信号，所述放大器获取所述第六控制信号并放大；或者，所述第二信号生成子单元在所述待测物体为不可定量调节离焦状态时，生成锁定信号，所述放大器获取所述锁定信号并放大。

26.根据权利要求25所述的调焦方法，其特征在于，调焦执行单元根据所述调焦控制信号调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离，包括：

所述调焦执行单元获取放大后的第五控制信号，并根据所述放大后的第五控制信号增加所述承载台与所述物镜单元之间的距离；

或者，所述调焦执行单元获取放大后的第六控制信号，并根据所述放大后的第六控制信号减小所述承载台与所述物镜单元之间的距离；

或者，所述调焦执行单元获取放大后的锁定信号，并根据所述放大后的锁定信号不改变所述承载台与所述物镜单元之间的距离。

27.根据权利要求20所述的调焦方法，其特征在于，所述调焦执行单元调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离，包括：

所述调焦执行单元控制所述物镜单元移动，以调节所述承载台与所述物镜单元之间的距离；

和/或，所述调焦执行单元控制所述承载台移动，以调节所述物镜单元与所述承载台之间的距离。

28.一种光刻装置，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的焦距测量系统，或者，包括权利要求12-16任一项所述的调焦系统。

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