TWI415121B - 具調準及抗飄移機制之系統及方法 - Google Patents

Description

具調準及抗飄移機制之系統及方法

本發明是關於一種具有調準及抗飄移機制之系統及方法。

數種量測方法，例如光槓桿(beam deflection)、像散偵測(astigmatic detection)及電容測量(capacitance measurement)等方法，已經普遍地使用在待測物件於微米級及奈米級之位置或角度的測量。這些精密的位移測量系統是很容易受到環境變化的影響，例如是溫度或溼度的變化，或者是系統內部構件的變化等環境變化。舉例來說，光槓桿與像散偵測是使用光學測量的系統，其包含一光源(例如是一雷射)、透鏡及光感測器。其中，當系統周圍的溫度或濕度改變時，則光源所發出光的波長可能隨之變化。在位移系統中，由熱源(例如是光源)所形成的熱梯度(thermal gradient)及/或在系統構件中的應力釋放(stress relaxation)將造成在位移系統中不同構件的相對位置改變，而使得偵測訊號產生飄移。此外，當周圍溫度或濕度改變時，將造成在電路中的訊號改變，例如是在系統中的位移感測器的電路。再者，儀器的熱容(heat capacity)可以造成與溫度有關飄移的時間延遲。一般而言，當在位移測量系統中的構件越多時，系統對於內部或外部環境的改變就會越敏感。

另外，熱膨脹是造成訊號飄移的主因。即使透過一穩固的機械裝置固定一位移感測器仍無法改善其問題。這是因為感測器與待測物件之間的相對距離會緩慢地改變，因此，被偵測到的位移訊號(其代表感測器與待測物件之間的相對距離)仍可能持續隨時間飄移。舉例來說，鋁相較於其他材料來說，是較為便宜且易於加工，因此，被廣泛地使用在製造儀器的框體上，而鋁的熱膨脹係數是22.2 x 10^-6 K^-1 ，換言之，如果兩個構件固定在鋁框體上，其分隔距離為10mm，當溫度每增加一度則因框體的熱膨脹效應，就會導致兩個構件的相對距離會增加222nm。在相同的條件下，若使用鋼取代鋁來作為框體的材料，則兩個構件的相對距離會增加130nm。

再者，每個構件在一精密位移測量系統中，可能都具有不同的熱膨脹率。因此，在位移測量中，要預測飄移的方向與大小通常並不容易，對於一具有奈米級解析度的位移測量系統來說，數百奈米的熱飄移將嚴重降低測量的精準性。

在許多位移測量系統中，樣品的表面會被擺設在位移感測器的特定距離與角度範圍以內。舉例來說，一像散式偵測系統可以測量一個樣品沿著一座標軸的平移量，且可以測量樣品分別繞兩個座標軸的角位移量。像散式偵測系統具有一光路徑機構，其係利用一雷射光束通過一透鏡模組，並聚焦於待測物件的表面，然後待測物件將光反射以通過透鏡模組，並且在一光感測器上形成一光點。經由光感測器所偵測到光點的形狀及位置，可以分析出待測物件的平移量或角位移量。當待測物件表面接近於偵測光束的焦點及/或在像散式偵測系統中的聚焦誤差訊號的線性區域內，像散式偵測系統可以偵測待測物件的位移；聚焦誤差訊號的線性區域(以DVD光學讀取頭為例)一般約為6-8μm，因此，為了調整待測物件表面高度到像散式偵測系統的線性區域以內，可使用一精密的線性平移台。然而，即使用較精密的調整台，仍然會產生訊號飄移的問題，而且待測物件表面的飄移，會使得待測物件脫離像散式偵測系統中位移感測器的偵測區域。

目前有許多應用於最小化或者避免微米級或奈米級位移測量系統中的訊號飄移的方案。舉例而言，可使用具有一低熱膨脹係數的材料，如花崗岩(熱膨脹係數為3.7 x 10^-6 K^-1 )、鎳鐵合金(熱膨脹係數為1.3 x 10^-6 K^-1 )或微晶玻璃(熱膨脹係數為0.02 x 10^-6 K^-1 )，以便減少儀器的熱膨脹，但是這些材料較為昂貴而且不易加工。

另外，透過空調技術或其他週遭環境的控制系統，可以更小心的控制位移測量的環境狀態。然而，這樣的系統僅能維持溫度與溼度於一特定的範圍內。更近一步來說，在位移測量系統中的致動器與感測器，本身即是一種寄生熱源，其創造一個局部時變的溫度梯度。而這並非由一般的環境控制系統所能解決的問題。

因此，如何提供一種可以減少訊號飄移的調準及抗飄移機制之系統及方法，正是當前產業的重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的是提供一種具有可以減少訊號飄移的調準及抗飄移機制之系統及方法。

緣是，為達上述目的，依本發明之一種系統，其包含一位移感測器、一致動器及一回饋單元。其中，位移感測器用以測量介於位移感測器及一待測物件之間的一相對位置及一相對方位的至少其中之一；致動器連接於待測物及/或位移感應器之間；回饋單元接收來自位移感測器的一訊號，其與測量所得之相對位置或相對方位有關，其中回饋單元依據所接收之訊號的一飄移，控制致動器去移動位移感測器，此飄移是基於一環境狀態的改變而產生。

在本發明之實施例中，可以更包括一個或者多個以下的特徵：環境狀態的改變包含一溫度的改變及一濕度的改變的至少其中之一；環境狀態的改變包含一局部溫度的改變；所接收之訊號的飄移更自系統中的一機械應力釋放所產生。

另外，回饋單元依據所接收之訊號的低頻飄移，控制致動器，其中，低頻飄移的頻率是低於1Hz，或低頻飄移的頻率是介於低於1μHz及100mHz之間。

位移感測器包含一光感測器及一物鏡，其位於待測物件及光感測器之間。回饋單元包含一積分器、一放大器及一雜訊最小化單元。而相對位置包含一垂直或側向相對距離，其位於位移感測器及待測物件之間。

致動器與物鏡連接，且回饋單元控制致動器去移動物鏡。其中，致動器包含數個堆疊之壓電陶瓷或一音圈馬達，且致動器包含一阻尼材料，其係用以減少致動器的共振振幅及品質因數，或用以改變致動器的共振頻率。

在另一實施例中，本發明亦揭露一種方法，其包含下列步驟：測量介於一位移感測器及一待測物件之間的一相對位置及一相對方位的至少其中之一；在一回饋單元中，接收一訊號，其與測量所得之相對位置或相對方位有關；以及依據所接收之訊號的一飄移，控制一致動器去移動位移感測器或待測物，其中飄移是基於一環境狀態的改變而產生。

在本發明之實施例中，可以更包括一個或者多個以下的特徵：本發明之方法更包含設定回饋單元的一設定值；控制致動器去移動位移感測器之步驟包含在設定值的一預先選擇區域內，維持所接收之訊號。另外，本發明之方法更包含設定回饋單元的一驅動速度與一驅動頻寬的至少其中之一，其中驅動速度與驅動頻寬是依據回饋單元的設定值及所接收之訊號之間的一誤差而改變。

承上所述，控制致動器去移動位移感測器之步驟包含維持位移感測器與待測物件之間的相對位置或相對方向實質上不變。另外，控制致動器去移動位移感測器之步驟包含減少位移感測器與待測物件之間的相對位置或相對方向的飄移。再者，控制致動器去移動位移感測器之步驟包含控制致動器相對於待測物件垂直地移動位移感測器。此外，控制致動器去移動位移感測器之步驟包含控制致動器去側向地相對於待測物件移動位移感測器。

在本文中所描述的一種具有調準及抗飄移機制之系統及方法具有許多優點，例如：在精密的位移測量系統中，緩慢變化的訊號飄移可以明顯地減少，而且在這樣的測量系統中，待測物件與位移感測器之間相對位置與相對方位可維持至少24小時的時間，使得無論在微米等級或者奈米等級下，仍可以做高解析測量，例如微機電或者奈機電元件及微型元件的機械動力特性等。再者，由於本文提出降低系統中的振動雜訊的方法，因此即使用低機械剛性之致動器(例如用於CD或DVD光學讀寫頭上之音圈馬達)也可以應用在高解析度的位移測量中。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之具調準及抗飄移機制之系統及方法。

請參照圖1所示，在一位移測量系統中，一輸出訊號100可快速地飄移，其中當系統開啟(對應區域102)時，系統將會在數秒到數分鐘內趨於穩定(對應區域104)。然而，輸出訊號100仍會於位移測量系統的操作期間，繼續緩慢飄移。其中，大部份的訊號飄移是由周遭溫度的飄移所造成。如果位移測量系統在沒有環境控制裝置而且沒有其他飄移補償的狀況下進行操作，輸出訊號的飄移大約與系統溫度的飄移成正比，而且，訊號可以依據在位移測量系統中材料的熱膨脹特性及在系統中機械應力釋放(relaxation of mechanical stresses)的存在與否，而往正方向或者負方向飄移。

然而，請參照圖2所示，即使位移測量系統設置於溫控室中，由於溫控系統精準度的差異，溫控室仍會有微小的溫度飄移。舉例來說，假如一具有精準度為±0.2℃的溫度控制系統維持控溫室的溫度在25℃，此時，控溫室的溫度將會呈正弦曲線的變動(如同曲線200)而維持一平均溫度在25⁰ C，而且週期為30分鐘。在這個例子中，週遭溫度改變的頻率是0.55mHz。這個低頻溫度變動造成在位移測量系統(系統是設置於溫控室中)中的位移感測器之輸出訊號具有一緩慢的飄移。其中，輸出訊號的飄移速度，無論是位移測量系統中構件的機械應力釋放或者是位移感測器中電子特性的改變，使得輸出訊號的飄移速度具有相近似的數量級。欲量測之位移訊號與待測物件的機械運動有關，且位移訊號的頻率是100mHz的數量級或者更高，相較之下，比飄移速度更快。因此，當測量快速變化的位移訊號及由其衍伸的其他訊號時，位移訊號所具有緩慢變化的飄移是可能被補償的。

請參照圖3所示，一個調準及抗飄移系統300(以下簡稱為抗飄移系統300)，其用於一位移測量系統，用來調準一位移感測器302及待測物件306的上表面304之間的相對位置及/或方位；同時，抗飄移系統300也對位移感測器302之輸出訊號的飄移作出補償。在本實施例中，抗飄移系統300包含一低速回饋控制驅動器308、一致動器310及一位移感測器302。位移感測器302可以是任何與精密位移測量系統相容的位移感測器，例如是一對焦感測器(focus sensor)或是一像散感測器(astigmatic detection sensor)。其中，位移感測器302可以測量位移感測器302與待測物件306的上表面的相對位置或方位，並產生一輸出訊號，以輸出至回饋控制驅動器308。回饋控制驅動器308依據所接收到的訊號，驅動致動器310以調整或維持位移感測器302與待測物件306的上表面的相對位置或方位。舉例來說，為了最小化或者消除訊號飄移，可以透過致動器310的作動，以維持位移感測器302之一恆定時間平均位移訊號。在部分實施例中，為了最小化測量的不確定性以及最大化位移感測器的靈敏度，抗飄移系統300會維持位移感測器302中具有線性或準線性的響應特性的區域所產生的輸出訊號。在像散式偵測系統中，聚焦誤差訊號與待測物件表面的平移量之間具有一線性偵測區域，在這線性區域中，測量到的位移訊號對於待測物件的位移具有較高的靈敏度。

請參照圖3、圖4A及圖4B所示，一種位移測量系統設置於一具有溫度飄移曲線400溫控室，若未對飄移(溫度飄移)作補償，則位移感測器302的輸出訊號具有顯著的變化(如同曲線402)。

當位移測量系統具有抗飄移系統300時，位移感測器302與待測物件306之間的距離是可以被維持的(在此假設沒有待測物件本身的機械震動的條件下)。因此，位移感測器302的輸出訊號將更穩定(如同曲線404)。

位移感測器302之輸出訊號可以分成兩個部分，其一是高頻部分，其二是低頻部分。其中，高頻部分(快速變化)包含了待測物件306的機械運動的訊息，並作為後續測量之用；低頻部分(緩慢變化)是有關訊號飄移，並作為回饋控制驅動器308的輸入訊號。

請參照圖5所示，低速回饋控制驅動器308包含一積分器502、一放大器504及一雜訊抑制單元506。其中，雜訊抑制單元506包含一低通濾波器、一被動分壓器或其他雜訊抑制的構成元件以最佳化回饋控制驅動器的訊雜比。在部分實施例中，一低通濾波器及一被動分壓器兩者可同時地使用，以最小化回饋控制驅動器308中的雜訊。低通濾波器是由低雜訊元件所構成，低雜訊元件例如金屬膜電阻器(metal film resistor)及薄膜電容(foil capacitors)，且低通濾波器是位於回饋控制驅動器308與被動分壓器之間。被動分壓器是由低雜訊金屬膜電阻器所構成。回饋控制驅動器308可以是一類比控制電路(analog-controller based circuit)、一數位訊號處理系統(digital signal processing(DSP)-based system)或任何其他具有軟體為基礎的控制器或者結合適合致動驅動器(actuator driver)的控制器之數位板或平台。

位移感測器302與待測物件306上表面的相對位置與方位可以透過選擇回饋控制驅動器308的一設定值(set point)而調整。一旦設定值被選定後，將可設定回饋控制驅動器308的驅動速度(driving speed)及/或驅動頻寬(driving bandwidth)，以達到預設的測量條件，且於整個位移測量的過程，都會被固定。低驅動速度或驅動頻寬將減少被已測量位移訊號的雜訊。然而，在降低追蹤及/或初始調準位移感測器302相對於待測物件306至一預設位置或方位的條件下，回饋控制驅動器308的響應是較為緩慢的。因此，在部分實施例中，回饋控制驅動器308的驅動速度與驅動頻寬是可以依據演算法而調整，例如，驅動速度與驅動頻寬可以依據被偵測到的位移訊號與設定值之間的偏差而改變。當偏差大的時候(例如在測量的開始階段)，因考慮到快速的初始調準，則使用一高驅動速度或驅動頻寬；當偏差小的時候，則使用一低驅動速度或驅動頻寬。

由於待測物件306的機械運動，使得回饋控制驅動器308驅動致動器310以一速度作動，其中前述速度慢於位移速度，但是快於位移感測器302之訊號的飄移速度。在本實施例中，致動器310的作動速度小於100mHz，或介於1μHz-100mHz之間。在部分狀況下，待測物件的振動或者位移在大於100mHz或100nm/s的速度下(快於補償速度)，抗飄移機制不會對位移感測器的測量結果造成的影響。

在部分實施例中，致動器310是一機械剛性高的結構，例如壓電陶瓷致動器。因為剛性高的致動器可以快速響應，以便後續作回饋控制，所以回饋控制單元308的驅動頻寬可以相對地快速以補償訊號的飄移。在其他實施例中，致動器310是一個低剛性的結構，例如是一使用在DVD讀寫頭中的音圈馬達。此時，音圈馬達就如同是一機械共振器，且容易與環境的振動耦合，進而影響到位移量測訊號。在這個例子中，為了最小化測量雜訊，回饋控制驅動器308的驅動頻寬寧可相對較低，但仍然比熱飄移速度來的快。在部分實施例中，致動器310的振動可透過施加一阻尼材料或者藉由其他的阻尼方法(像是渦電流阻尼或磁流)而進行阻尼。

請參照圖6所示，一種具有調準及抗飄移機制之系統被結合到像散式偵測系統3中，用以測量待測物件4表面的高度、角度及其變化。一光源31，例如是一雷射二極體，發出一光束604，其被分光器32所反射，以通過一準直器33到達物鏡34。物鏡34將光束聚焦成為一聚焦偵測光點，而形成在待測物件的表面。待測物件4將光反射通過物鏡34、準直器33及分光器32，而聚焦在位置靈敏感測模組35上。位置靈敏感測模組35是由四個四分之一圓35a、35b、35c及35d(四象限位置靈敏感測器)架設於光感測器上所構成，以分別輸出測量訊號S_A 、S_B 、S_C 、S_D 。待測物件4的平移量及角位移量可以依據聚焦於位置靈敏感測模組35上之光點的位置與形狀而決定。其中，透過處理測量訊號S_A 、S_B 、S_C 、S_D ，以得到待測物件4位移的演算法已經被揭露於美國專利第7,247,827號中，在此容不贅述。

請參照圖6及圖7A所示，在一抗飄移機制600被結合到像散式偵測系統3中，物鏡34被固定在一致動器602上，致動器例如是一音圈馬達，其可沿著照射偵測光束604的方向(例如是Z方向)移動，以改變物鏡34的焦點的垂直位置。像散式偵測系統3及待測物件4被一穩固的機械裝置固定，例如是一金屬框體5。一回饋控制驅動器608接收自像散式偵測系統3之位置靈敏感測模組35中已處理的位移訊號，其中回饋控制驅動器608控制致動器602的Z軸運動，以控制物鏡34的焦點位置，為了使位置靈敏感測模組35中已處理的位移訊號維持在一個固定的操作點(避免飄移)。調準及抗飄移機制維持聚焦誤差訊號在靈敏感測模組35具有最靈敏線性位移的一區域範圍內及/或一具有局部不變的梯度區域範圍內。那就是說，待測物件4的表面高度被保持在接近於偵測光束的焦點位置。在部分實施例中，致動器602也提供沿著X軸及Y軸的運動，以在待測物件4表面的不同位置上，進行偵測光束的多軸線性調準。

請參照圖7B所示，假設像散式偵測系統3的致動器602是低剛性的，則外部的振動將會引發像散式偵測系統34與待測物件4表面間不必要的運動，因此，透過使用具有特定黏度阻尼材料36的致動器602，可以有效地減少這些不必要的運動。另外，致動器602的工作速度可以透過選擇一適當的阻尼材料及適當的數量而進行調整，而應用一高黏度的阻尼材料，將減少系統對於外部振動的靈敏性，但是也會降低致動器的工作速度或工作頻寬。相反地，應用低阻尼材料，或者使用具有低黏性的阻尼材料將會增加致動器的工作頻寬或者工作速度，但是也會使得系統更容易受到外在振動的影響。一般來說，可適當的選擇阻尼材料，使得致動器工作頻寬或者工作速度大於周遭飄移速度，以維持補償訊號飄移的能力。

請參照圖8所示，像散式偵測系統3中偵測到的聚焦誤差訊號的雜訊頻譜，其中曲線802表示沒有阻尼材料的致動器，而曲線804表示有阻尼材料的致動器。其中，致動器可以是音圈馬達，待測物件4表面的振動(單位是m/Hz^1/2 )被顯示在頻域中。在本實施例中，阻尼材料可以是如奶油般的油(cream-like oil)具有一溫度20⁰ C(68⁰ F)下介於0.1-100mm² /s的動黏性(kinematic viscosity)，阻尼材料可以使用一些商業上容易購得的產品(例如，DC-976 Dow Corning high vacuum grease or KrytoxGPL 223 Anti-Corrosion Perfluorinated Polyether Grease manufactured by DuPont)。此外，阻尼材料將會降低致動器602的共振振幅及品質因數，及改變致動器的共振頻率。

在曲線802的區域(沒有阻尼材料)，雜訊約在100Hz以下，而機械振動是在10^-8 m/Hz^1/2 的數量級；在曲線804的區域(有阻尼材料)，這個低頻雜訊將被減少三個數量級，因此，對致動器602作適當的阻尼處理，將可增加系統的穩定性，且減少在致動器中對系統所產生的外部振動所產生的雜訊。

請參照圖9所示，針對具有不同控制機構的像散式偵測系統的DVD光學讀寫頭，而做出測量得到之聚焦誤差訊號的比較。在第一個機構中(曲線902)，具有一不受控制的音圈馬達致動器，而且並沒有啟動抗飄移控制以及阻尼材料，其中，聚焦誤差訊號的飄移約是4nm/s，由外部振動所產生的高頻變動在訊號中是明顯可見的。在第二個機構中(曲線904)，音圈馬達透過黏著劑被固定在像散式偵測系統，並沒有安裝抗飄移回饋控制，在這個例子中，因為結構剛性較佳，使得高頻變動有效地被減少，不過，聚焦誤差訊號仍然會飄移，其速度約為0.25nm/s。在第三個機構中(曲線906)，像散式偵測系統具有調準及抗飄移機制(如同圖7B所示)，那就是說，阻尼材料可以被施加到致動器且用一低速回饋控制驅動器來控制致動器，其中，像散式偵測系統的聚焦誤差訊號是趨近於0，而且在測量期間，幾乎沒有飄移產升，更近一步來說，在具有一些飄移的待測物件表面上，透過調準以及抗飄移機制有效地對偵測光束進行調準及抗飄移，可以維持超過24小時。

請參照圖10所示，具有調準及抗飄移機制的像散式偵測系統3與雷射全像單元6的對焦感測器配合使用，例如是應用在CD或者DVD光學驅動器中。其中，一雷射二極體62發出一光束，其通過一準直器65及物鏡64，而且投射到待測物件4的表面，或者是接近物鏡64的焦點，以在待測物件4的表面上形成一偵測光束，被待測物件4反射的光束通過物鏡64、準直器63及一全像光元件61，而且被聚焦在光檢測器63，透過計算自光檢測器63所偵測的訊號，待測物件4的表面的Z方向位移可以由聚焦誤差訊號而決定。

承上所述，物鏡64被設置在致動器70，例如為音圈馬達，致動器70至少可以沿著照射偵測光束的方向移動(例如Z方向)。其中，致動器70可以被低速回饋驅動器(圖中未示)所控制，以在Z方向上，移動物鏡64去改變聚焦的狀態，以使得光偵測器63的輸出可以被維持在一個預設的數值。在部分實施例中，致動器70也提供額外沿著X軸及/或Y軸的一維或二維運動，以在待測物件4表面的不同位置上，進行已聚焦偵測光束的多軸線性調準。

在這裡所描述的調準及抗飄移機制可用以偵測微型懸臂或其他微機電系統中的元件的機械運動(例如平移或者角位移)，而這個機構亦可應用在原子力顯微鏡上以及基於微/奈機電系統中懸臂樑結構靜態形變及動態運動偵測機制的化學或生物感測器。當應用到這些技術的時候，待測物件4可以是指原子力顯微鏡的懸臂或者是在微機電系統中或者奈機電系統中的懸空元件。此外，待測物件4也可以是一般的樣品，舉例來說，如同圖6所示，具有一表面輪廓儀的調準及抗飄移機制可用於偵測樣品4的表面高度及/或傾斜角。其中，當樣品被快速掃瞄時，調準及抗飄移機制可以調準樣品表面已聚焦的偵測光束，而且補償緩慢變化的訊號飄移。

在上述實施例中，位移感測器可偵測介於感測器與待測物件表面之間的垂直高度，例如是介於感測器與待測物件之間的相對距離，調準與抗飄移機制能夠調整高度到一預設的位置而且維持高度沒有產生飄移，這個機構也能夠用以調整及維持待測物件的側向位置(lateral position)。在部分實施例中，待測物件的側向位置可以被維持，透過使用影像處理去計算出待測物件緩慢的飄移，而這個技術已經被揭露在美國專利的共同申請案中(Attorney Docket No. 70002-215001,filed October 19,2009,and entitled“Optical Imaging System.”)，在此容不贅述。

在部分實施例中，可以使用特定的方法，使得待測物件的側向位置可以被維持及調整，而這個技術已經被揭露在另一篇美國專利申請(Application Publication No. 2009/0225305,entitled“The Optical Multi-Axis Linear Displacement Measurement System and a Method Thereof.”)中。在部分實施例中，調準與抗飄移機制用以調準及維持物體表面相較於位移感測器的光束行進方向的傾斜角(例如垂直於感測器光束的方向)，而位移感測器能夠用來偵測傾斜角，且致動器能夠用來調整傾斜角。在部分實施例中，同時調準及維持高度及傾斜角是有可能的。而在部分實施例中，可以同時採用數個回饋控制(multiple feedback control)驅動器的方式，其中，每個驅動器控制一個致動器，舉例來說，一些DVD光學讀寫頭配置有音圈馬達，其可用來做二維線性位移的調整(例如沿著光束行進的方向及垂直於光束行進的方向)，而且做一維或二維物鏡傾斜度的調整。調準及反漂流機構被應用在這些DVD光學讀寫頭中，能夠調準及維持在一維中的平移位置及二維中待測物件相對光學讀寫頭光軸的傾斜角。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

100．．．輸出訊號

102．．．對應區域

104．．．對應區域

3．．．像散式偵測系統

300．．．調準及抗飄移系統

302．．．位移感測器

304．．．上表面

306．．．待測物件

308．．．回饋控制驅動器

310．．．致動器

31．．．光源

32．．．分光器

33．．．準直器

34．．．物鏡

35．．．位置靈敏感測模組

35a、35b、35c及35d．．．四分之一圓

36．．．阻尼材料

4．．．待測物件

400．．．具有溫度變化曲線

402．．．曲線

404．．．曲線

5．．．金屬框體

502．．．積分器

504．．．放大器

506．．．雜訊抑制單元

6．．．雷射全像單元

602．．．致動器

604．．．光束

608．．．回饋控制驅動器

61．．．全像光元件

62．．．雷射二極體

63．．．光檢測器

64．．．物鏡

65．．．準直器

70．．．致動器

802．．．曲線

804．．．曲線

902．．．曲線

904．．．曲線

906．．．曲線

S_A 、S_B 、S_C 、S_D ．．．測量訊號

圖1顯示由位移感測器輸出的訊號隨時間變化的關係圖；

圖2顯示在一空調系統中，溫度隨時間變化的關係圖；

圖3是一示意圖，顯示一調準與抗飄移系統；

圖4A顯示週遭的溫度變化示意圖；

圖4B顯示在圖4A的環境底下，調準及抗飄移系統中補償效應的示意圖；

圖5是一示意圖，顯示一調準及抗飄移系統的回饋控制驅動器；

圖6是一示意圖，顯示一像散式偵測系統，其與一調準及抗飄移系統配合使用；

圖7A是一示意圖，顯示一像散式偵測系統，其與一調準及抗飄移機制配合使用；

圖7B是一示意圖，顯示一具有阻尼致動器的調準及抗飄移系統；

圖8顯示一致動器的雜訊頻譜的頻域；

圖9顯示各種不同像散式偵測系統下，訊號飄移的示意圖；以及

圖10是一示意圖，顯示一雷射全像單元，其與一調準及抗飄移系統配合使用。

3．．．像散式偵測系統

34．．．物鏡

36．．．阻尼材料

4．．．待測物件

5．．．金屬框體

602．．．致動器

Claims (27)

1. 一種具調準及抗飄移機制之系統，包含：一位移感測器，用以測量介於該位移感測器及一待測物件之間的一相對位置及一相對方位的至少其中之一，該位移感測器輸出一高頻訊號以及一低頻訊號，該高頻訊號係為該待測物件機械運動而產生，該低頻訊號係為一訊號飄移，而該訊號飄移是基於一環境狀態的改變而產生；一致動器，連接該位移感應器及/或待測物件；以及一回饋單元，接收來自該位移感測器的該低頻訊號，其與測量所得之該相對位置或該相對方位有關，其中該回饋單元依據所接收之該低頻訊號的該訊號飄移，控制該致動器去移動該位移感測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該環境狀態的改變包含一溫度的改變及一濕度的改變的至少其中之一。
3. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該環境狀態的改變包含一局部溫度的改變。
4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中所接收之該訊號飄移更自該系統中的一機械應力釋放所產生。
5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該回饋單元依據所接收之該訊號飄移，控制該致動器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該訊號飄移的頻率是低於1Hz。
7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中該訊號飄移的頻率是介於低於1 μHz及100 mHz之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該位移感測器包含一對焦感測器。
9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該位移感測器包含一光感測器及一物鏡，其中該物鏡位於該待測物件及該光感測器之間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該致動器與該物鏡連接，且該回饋單元控制該致動器去移動該物鏡。
11. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該致動器包含壓電陶瓷致動器。
12. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該致動器包含一音圈馬達。
13. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該致動器包含一阻尼材料。
14. 如申請專利範圍第13項所述之系統，其中該阻尼材料係用以減少該致動器的共振振幅及品質因數。
15. 如申請專利範圍第13項所述之系統，其中該阻尼材料係用以改變該致動器的共振頻率。
16. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該回饋單元包含一積分器、一放大器及一雜訊最小化單元。
17. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該相對位置包含一垂直分隔物，其位於該位移感測器及該待測物 件之間。
18. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該相對位置包含該位移感測器相對於該待測物件的一側向位置。
19. 一種具調準及抗飄移機制之方法，包含：測量介於一位移感測器及一待測物件之間的一相對位置及一相對方位的至少其中之一；在一回饋單元中，接收一訊號，其與測量所得之該相對位置或該相對方位有關；以及依據所接收之該訊號的一飄移，控制一致動器去移動該位移感測器，該飄移是基於一環境狀態的改變而產生。
20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，更包含：設定該回饋單元的一設定值。
21. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中控制該致動器去移動該位移感測器之步驟包含在該設定值的一預先選擇區域內，維持所接收之該訊號。
22. 如申請專利範圍第20項所述之方法，更包含：設定該回饋單元的一驅動速度與一驅動頻寬的至少其中之一。
23. 如申請專利範圍第22項所述之方法，其中該驅動速度與該驅動頻寬是依據該回饋單元的該設定值及所接收之該訊號之間的一誤差而改變。
24. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中控制該致動器去移動該位移感測器之步驟包含維持該位移感 測器與該待測物件之間的該相對位置或該相對方向實質上不變。
25. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中控制該致動器去移動該位移感測器之步驟包含減少該位移感測器與該待測物件之間的該相對位置或該相對方向中的該飄移。
26. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中控制該致動器去移動該位移感測器之步驟包含控制該致動器去垂直地相對於該待測物件移動該位移感測器。
27. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中控制該致動器去移動該位移感測器之步驟包含控制該致動器去側向地相對於該待測物件移動該位移感測器。