TWI499754B - 位移偵測裝置 - Google Patents

Description

位移偵測裝置

本發明之標的係關於2010年6月17日在日本專利局提出申請的日本專利申請案JP 2010-138732，其整體內容以參照方式合併於此。

本發明係關於一種位移偵測裝置，用於藉使用自一光源射出之光的非接觸式感測器來偵測一待測定表面的位移。

習知上，位移偵測裝置係廣泛用作測定一待測定表面之位移及形狀的裝置。在習知的位移偵測裝置中，自一光源射出之光藉一接物鏡(objective lens)聚光到待測定表面，且被待測定表面反射的反射光藉一散光光學元件聚光且射入在受光元件上，以藉散光方法產生一失焦信號(focus error signal)。又，藉使用此失焦信號驅動一伺服機構以使接物鏡進行位移，使得接物鏡之焦點位置位於待測定表面上。此時，經由一連接構件而一體地固著於接物鏡之線性尺標的標度被讀取，藉以偵測待測定表面之位移(參見例如日本未審查專利公開第H05-89480號)。

在此日本未審查專利公開第H05-89480號所揭示的位移偵測裝置中，為了改善位移偵測之精度，接物鏡之NA(Numerical Aperture：開口數)被設定為大，以減少聚光於待測定表面上的光束直徑。例如，當形成在待測定表面上的光束直徑約為2μm時，線性尺標之偵測精度會在數nm至一百多nm的範圍內。

然而，雖日本未審查專利公開第H05-89480號揭示的位移偵測裝置係適於執行微細平坦度的位移測定，因為由於待測定表面之表面粗度(surface roughness)會使在待測定表面上形成一影像的光被散光，因而造成待測定表面之位移測定的誤差。

又，有許多情況會偵測到附著於待測定表面上之微塵等，使得欲正確地獲得所要之位移資訊如待測定表面之位移、形狀變成不可能。又，因為朝向待測定表面聚光的光在待測定表面上形成一影像，會使待測定表面的溫度升高，且此會影響測定且使待測定表面劣化。

由於上述問題，本發明之一目的在提供一種位移偵測裝置，可減少由於表面粗度及/或如污物、微塵等附著之外物造成的待測定表面之位移測定中之誤差的可能性。

為達成上述目的，依照本發明之一形態的位移偵測裝置包含：一光源、一接物鏡、一分光系統、一聚光器、一散光產生器、一受光部、及一位置資訊產生器。接物鏡係適用於將自光源射出的出射光朝向一待測定表面聚光，分光系統係適用於將來自待測定表面之反射光的光路徑與來自光源的出射光之光路徑分離，聚光器係適用於將藉分光系統而從出射光之光路徑分離後的反射光聚光，且散光產生器係適用於對藉聚光器所聚光的反射光產生散光。

受光部係適用於偵測藉散光產生器產生散光的反射光量，且位置資訊產生器係適用於使用基於由受光部偵測的反射光量所獲得的失焦信號來產生待測定表面之位置資訊。又，聚光器、散光產生器或受光部在光軸中之位置係設定成，當由接物鏡所聚光的出射光之焦點位於待測定表面之前側或背側時，使失焦信號之值等於「0」。

具上述構成的位移偵測裝置中，失焦信號係在接物鏡所聚光的出射光之焦點在待測定表面之前側或背側形成一影像之狀態時變成「0」，且判斷出：接物鏡在出射光之焦點偏離於待測定表面時之狀態下係位於基準位置。因而，可設定在待測定表面上之出射光之直徑(光束直徑)至一預定值，使得待測定表面之表面粗度及/或如污物、微塵等附著之外物較不可能被偵測作為待測定表面之位移。結果，可減少由於表面粗度及/或如污物、微塵等附著之外物造成的待測定表面之位移測定中之誤差的可能性。

又，因為出射光被待測定表面反射而取代在待測定表面之一點形成一影像，故可防止或避免待測定表面之溫度提高，進而防止或避免待測定表面之劣化。

實施本發明之位移偵測裝置的較佳實施例將參照第1至6圖說明如下。須提及者，在附圖中相同的元件以相同符號表示。

<1.第1實施例的位移偵測裝置>

首先，本發明之第1實施例的位移偵測裝置將參照第1圖說明如下。

第1圖係顯示本發明之第1實施例的位移偵測裝置之方塊圖。

如第1圖所示，位移偵測裝置1包含：一光源2、一接物鏡3、一分光系統4、一鏡子5、兩個準直透鏡6,7、一散光產生器8、一受光部9、及一位置資訊產生器10、及一殼體11。光源2、接物鏡3、分光系統4、鏡子5、兩個準直透鏡6,7、散光產生器8、受光部9及位置資訊產生器10係裝設於殼體11中。

光源2係由例如半導體雷射二極體、超發光二極體(super luminescent diode)等構成。光源2係以可卸除的方式固定於殼體11。因為光源2係以可卸除的方式固定於殼體11，當光源2劣化時，已劣化的光源2可用一新的光源更換而不須將殼體11從安裝的位置上移除。因而，每次欲更換光源2時，不必擔心殼體11的安裝位置不能對齊，且在位移偵測裝置1被使用於一需要高可靠度之測定裝置或一製造裝置中之情況下係有利的。

接物鏡3將來自於光源2的出射光朝一待測定表面101聚光。接物鏡3被固定到一透鏡支架(未圖示)，且透鏡支架可藉一致動器(未圖示)朝接物鏡3之光軸方向移動。用於移動透鏡支架的致動器可由例如一可動線圈及永久磁鐵構成。

又，一線性尺標(未圖示)被固定至透鏡支架。線性尺標之標度係配置成與接物鏡3之光軸為同軸。例如，一具有光學干涉環紋標記於其上以作為尺標的光學尺表(全息尺標)、一磁尺標等可使用作為線性尺標。附帶地，線性尺標可有一原點(一基準點)大致形成在尺標之中央位置。

分光系統4係由偏光分光器15及相位板16構成，且適用於將來自待測定表面101之反射光的光路徑與來自光源2的出射光之光路徑分離。偏光分光器15將來自光源2的出射光反射且使由待測定表面101反射的反射光透過。相位板16配置於偏光分光器15與鏡子5之間，且適用於改變被偏光分光器15反射的出射光及被待測定表面101反射的反射光之偏光狀態。

鏡子5係適用於改變被偏光分光器15反射的出射光及被待測定表面101反射的反射光之光軸方向。具體上，鏡子5造成被偏光分光器15反射的出射光之光軸朝向接物鏡3延伸並且造成被待測定表面101反射的反射光之光軸朝向相位板16延伸(即朝向偏光分光器15)。

鏡子5具有一金屬薄膜形成於其一表面上。因而，可抑制由於一般介電多層體造成的濕度變化所形成之波長特性及偏光性質之變化，因而可穩定地執行位置偵測。

準直透鏡6係配置於光源2與偏光分光器15之間且適用於將從光源2射出之出射光轉變為平行光。準直透鏡7係配置於偏光分光器15與散光產生器8之間。準直透鏡7係聚光器之一具體例且適用於將透過偏光分光器15的反射光聚光且引導被聚光之光到受光部9。

附帶地，接物鏡3及準直透鏡6,7可接受消色差處理(色差現象校正)，使得由於光源2之波長變化造成的焦距長度變化產生的影響可變成較小。以此配置時，不需要監視光源2之波長及溫度，且不需要校正藉測定待測定表面101之位移獲得的測定值。

又，在本實施例中，準直透鏡6係配置於從光源2射出之出射光的光路徑中，且準直透鏡7係配置於從待測定表面101反射之反射光的光路徑中。以此配置時，可任意地設定出射光之光路徑長度及反射光之光路徑長度。結果，可改善設計自由度且達到最適元件佈局。又，由於準直透鏡6之設置，可改善耦合效率；且由於準直透鏡7之設置，可改變失焦信號之特徵(隨後將敘述)，例如以提高用於移動接物鏡3之伺服機構的驅動範圍(伺服牽引範圍：servo pull-in range)。

散光產生器8係配置於準直透鏡7與受光部9之間，且適用於對由待測定表面101反射且由準直透鏡7聚光的反射光產生散光。散光產生器8係由配置於準直透鏡7與受光部9之間的反射光之光路徑中之一光學元件構成，此光學元件具有圓柱形表面。一般，一圓柱形透鏡被使用作為一散光產生器；但是在本實施例中，藉結合一球面及一圓柱面獲得的一多透鏡體(multi-lens)被用作散光產生器。因而，可產生散光且調整輸出信號之波形，使得元件之數量可減少。

附帶一提，本實施例之散光產生器亦可由一傾斜地配置於準直透鏡7與受光部9之間的反射光之光路徑中之透明基板構成。

受光部9係用於偵測反射光，其具有藉散光產生器8在其中產生的散光。受光部9係由配置在與反射光之光軸垂直的平面中之4個受光元件21至24構成(見第2A至2C圖)。因為散光係在反射光中產生，射入於4個受光元件21至24之反射光的照射影像會依照接物鏡3與待測定表面101之間的距離而改變。照射影像之形狀(照射點)隨後將說明。

位置資訊產生器10使用由受光部9獲得的失焦信號而產生待測定表面101之位置資訊。位置資訊產生器10係由下列構成：一失焦信號產生器(未圖示)、一伺服控制電路(未圖示)、上述致動器、上述線性尺標、及用於讀取線性尺標之標度的一偵測頭(未圖示)。

當失焦信號之值等於「0」時，由接物鏡3聚光之出射光的焦點位置f係由準直透鏡(聚光器)7、散光產生器8及受光部9在光軸方向的位置而決定。在本實施例中，準直透鏡(聚光器)7、散光產生器8或受光部9在光軸方向的位置係設定成，當被接物鏡3聚光的出射光之焦點位置f位於待測定表面101之前側或背側時，使失焦信號之值變成「0」。

其次，由位移偵測裝置1執行的待測定表面101之位移測定將參照第1至3圖說明如下。

第2A至2C圖各顯示位移偵測裝置1之受光部上形成的一照射影像之一例。第3圖係顯示基於受光部所偵測的光量獲得的失焦信號之特性曲線。

如第1圖所示，從光源2射出的出射光係由準直透鏡6轉換為平行光，且被偏光分光器15反射。從光源2射出且被偏光分光器15反射的出射光通過相位板16，光在此被轉換為圓形偏光，且此圓形偏光被鏡子5反射以被引導至接物鏡3。隨後，出射光被接物鏡3朝向待測定表面101聚光，以在被待測定表面101反射之後形成一影像。因而，在待測定表面101上之出射光具有一預定直徑(光束直徑)。

被待測定表面101反射的反射光通過接物鏡3，光在此變成較接近平行光，但其仍然為發散光。此發散光被鏡子5反射以被引導至相位板16。已通過相位板16的反射光在通過相位板16之前變成垂直於出射光的線性偏光，且透過偏光分光器15。隨後，反射光被準直透鏡7聚光且具有由散光產生器8在其中產生的散光，且在此狀態下，反射光照射到受光部9上。

如第2A至2C圖所示，受光部9係由配置於與反射光之光軸垂直的平面中之4個受光元件21至24構成。4個受光元件21至24係彼此以預定距離隔開地配置於反射光之光軸的周圍。受光元件21及受光元件23彼此之間隔著反射光之光軸而相面對。又，受光元件22及受光元件24彼此之間隔著反射光之光軸而相面對。

在4個受光元件21至24上，被具有產生散光在其內的反射光所照射的區域(即照射點)係依照接物鏡3與待測定表面101之間的距離而變化。在本實施例中，當由接物鏡3聚光的出射光之焦點位置f在待測定表面101之背側位在與待測定表面101上相距一預定距離d₁ 的一位置時，照射點變成圓形(見第2B圖)。因而，在照射點變成圓形之情況下，被接物鏡3聚光的出射光在被待測定表面101反射之後形成一影像。

在此，當照射點變成圓形時接物鏡3之位置係定義為一基準位置。在本實施例中，當接物鏡3被移動比基準位置距離待測定表面101更遠時，照射點變成朝向受光元件21,23之側延伸的橢圓形(見第2A圖)，而當接物鏡3被移動比基準位置距離待測定表面101更近時，照射點變成朝向受光元件22,24之側延伸的橢圓形(見第2C圖)。

受光元件21至24之每一者將已被偵測的光轉換為電能(即，光電轉換)以產生一輸出信號，且將輸出信號輸出到位置資訊產生器10之失焦信號產生器。失焦信號產生器根據由受光元件21至24之各個輸出之輸出信號而產生一失焦信號S_FE 。失焦信號S_FE 代表接物鏡3在光軸方向上從基準位置的偏移。

假定受光元件21,22,23,24之輸出信號各為A,B,C,D，則失焦信號S_FE 可由下列公式計算：

[公式1]

S_FE =(A+C)-(B+D)

由公式1算出之失焦信號S_FE 的特徵係顯示於第3圖中。在第3圖顯示的特徵曲線中，原點O表示接物鏡3之基準位置，且能可靠地獲得在待測定表面101上之出射光的一預定直徑(光束直徑)。因而，不管表面粗度比光束直徑更小及/或附著外物(如污物、微塵等)比光束直徑更小，失焦信號S_FE 的值為「0」，且對待測定表面101之位移測定不產生影響。

位置資訊產生器10之失焦信號產生器在失焦信號S_FE 上執行類比-數位轉換，且將相關結果輸出到伺服控制電路。伺服控制電路輸出一驅動信號到致動器以控制致動器之驅動，其中驅動信號係一使失焦信號S_FE 之值變成「0」的信號。因而，固定到透鏡支架的線性尺標沿接物鏡3之光軸方向移動。又，偵測頭讀取線性尺標之標度，以測定待測定表面101之位移。

其次，設定準直透鏡7、散光產生器8、或受光部9於光軸方向的位置之程序將說明如下。

在本實施例中，若在照射點為圓形之狀態下受光部9(受光元件21至24)沿著光軸移動使得受光部9變成較靠近散光產生器8時，照射點會變成朝向受光元件21,23之側延伸的橢圓形(見第2A圖)。

在接物鏡3之基準位置被移動靠近待測定表面101以設定焦點位置f在待測定表面101之背側之情況中，例如，受光部9(受光元件21至24)之安裝位置被移動而更遠離散光產生器8。結果，在受光部9於設定前之位置中為圓形的照射點變成朝向受光元件21,23之側延伸的橢圓形。

伺服控制電路控制致動器之驅動，使得在設定之後，在受光部9之位置上的照射點變成圓形(即，失焦信號S_FE 之值變成「0」)。在本實施例中，若照射點變成朝向受光元件21,23之側延伸的橢圓形時，則判斷接物鏡3位於比基準位置更遠離待測定表面101，因而致動器被控制以驅動接物鏡3靠近待測定表面101。結果，接物鏡3與待測定表面101之間的相對距離可改變，且焦點位置f可被設定在待測定表面101之背側。

在上述例子中，受光部9(受光元件21至24)在光軸中之位置被調整以設定焦點位置f在待測定表面之背側。但是，作為本發明之位移偵測裝置，亦可調整散光產生器或聚光器(準直透鏡7)在光軸中之位置，以設定焦點位置f在待測定表面之背側。

附帶一提，在具有一圓柱形表面(例如一圓柱形透鏡)之一光學元件被用作散光產生器之情況中，當散光產生器在光軸上之位置被調整時，照射於受光部9之4個受光元件21至24上之反射光的照射點會改變。因而，可改變由接物鏡3聚光之出射光的焦點位置f。

但是，在一基板被用作散光產生器之情況中，即使調整散光產生器在光軸上之位置時，照射於受光部9之4個受光元件21至24上之反射光的照射點不會改變。因而，基板被用作散光產生器之情況中，受光部或聚光器在光軸上之位置被調整以改變焦點位置f。

在本實施例中，被接物鏡3聚光的出射光之焦點位置f被設定在待測定表面101之背側。因而，被待測定表面101反射且通過接物鏡3的反射光係為發散光。

第4圖係顯示待測定表面上的光束直徑與發散光(會聚光)之角度之間的關係曲線。

如第4圖所示，光束直徑係正比於發散光之角度。附帶地，顯示於第4圖中光束直徑與發散光之角度之間的關係(即比例常數)僅為一例，且此關係係依照接物鏡之焦距、NA(開口數)等而改變。

若待測定表面101之光束直徑增加時，雖然可減少待測定表面101之表面粗度及/或待測定表面101上之裂縫、灰塵等之影響，但是被待測定表面101反射且通過接物鏡3的反射光之發散角度會增加。若通過接物鏡3的反射光之發散角度變成太大時，則有必須將如偏光分光器15、準直透鏡7等的光學元件作成大的可能性。因而，較佳為待測定表面101上之光束直徑在考慮如偏光分光器15、準直透鏡7等的光學元件之尺寸後決定。

<2.第2實施例的位移偵測裝置>

其次，本發明之第2實施例的位移偵測裝置將參照第5圖說明如下。

第5圖係顯示本發明之第2實施例的位移偵測裝置31之方塊圖。

除了由接物鏡聚光之出射光的焦點位置之外，第2實施例的位移偵測裝置31之構造與第1實施例的位移偵測裝置1(見第1圖)者相同。因而，在第2實施例中，將針對焦點位置說明，相同元件以和位移偵測裝置1相同的符號表示並省略其說明。

在位移偵測裝置31中，準直透鏡7、散光產生器8或受光部9在光軸方向中之位置係設定成，當由接物鏡3聚光的出射光之焦點位置位於待測定表面101之前側(即，接物鏡3之側)時，使失焦信號之值等於「0」。

在本實施例中，當由接物鏡3聚光的出射光之焦點位置f位於待測定表面101之前側與待測定表面101之離開一預定距離d₂ 的一位置時，照射點變成圓形(見第2B圖)。因而，在照射點變成圓形之情況中，由接物鏡3聚光的出射光在被待測定表面101之前側上形成一影像。

如第5圖所示，從光源2射出的出射光係由準直透鏡6轉換為平行光，且被偏光分光器15反射。從光源2射出且被偏光分光器15反射的出射光通過相位板16，在此，光被轉換為圓形偏光，且此圓形偏光被鏡子5反射以被引導至接物鏡3。隨後，出射光被接物鏡3朝待測定表面101聚光，以在被待測定表面101之前側上形成一影像。

因而，在待測定表面101上之出射光具有一預定直徑(光束直徑)。因而，不管表面粗度比光束直徑更小及/或附著外物(如污物、微塵等)比光束直徑更小，失焦信號S_FE 的值為「0」，且對待測定表面101之位移測定不產生影響。

其次，設定準直透鏡7、散光產生器8、或受光部9於光軸方向的位置之程序將說明如下。

在接物鏡3之基準位置被移動更遠離待測定表面101以設定焦點位置f在待測定表面101之前側之情況中，例如，受光部9(受光元件21至24)之安裝位置被移動而較靠近散光產生器8。因而，在受光部9於設定前之位置中為圓形的照射點變成朝向受光元件22,24之側延伸的橢圓形。

伺服控制電路控制致動器之驅動，使得在設定之後，在受光部9之位置上的照射點變成圓形(即，失焦信號S_FE 之值變成「0」)。在本實施例中，若照射點變成朝向受光元件22,24之側延伸的橢圓形時，則判斷接物鏡3位於比基準位置更靠近待測定表面101，因而致動器被控制以驅動接物鏡3遠離待測定表面101。結果，接物鏡3與待測定表面101之間的相對距離可改變，且焦點位置f可被設定在待測定表面101之前側。

在上述例子中，受光部9(受光元件21至24)在光軸中之位置被調整用以設定焦點位置f在待測定表面之前側。但是，作為本發明之位移偵測裝置，亦可調整散光產生器或聚光器(準直透鏡7)在光軸中之位置，以設定焦點位置f在待測定表面之前側。又，在一基板被用作為散光產生器之情況中，受光部或聚光器在光軸上之位置被調整以改變焦點位置f。

在本實施例中，因為被接物鏡3聚光的出射光之焦點位置f係設定在待測定表面101之前側，故被待測定表面101反射且通過接物鏡3的反射光係為會聚光。如第4圖所示，光束直徑係正比於會聚光之角度。附帶地，顯示於第4圖中光束直徑與會聚光之角度之間的關係(即比例常數)僅為一例，且此關係會依照接物鏡之焦距、NA(開口數)等而改變。

若待測定表面101之光束直徑增加時，被待測定表面101反射且通過接物鏡3的反射光之會聚角度會增加。若通過接物鏡3的反射光之會聚角度變大時，則有在接物鏡3與受光部9之間形成一影像之可能性。在此情況下，不可將光學元件設置於反射光形成影像之處附近。此乃因為若有灰塵附著在光學元件上時，在被引導到受光部9之反射光上會產生大的影響。

又，若反射光之會聚角度變大時，用於引導反射光到受光部9之透鏡元件如準直透鏡7、散光產生器8等的透鏡曲率會變小，且因而如當透鏡失去對齊時的光束移動之擾動靈敏度(perturbation sensitivity)會提高。因而，較佳為待測定表面101上之光束直徑在考慮如準直透鏡7、散光產生器8等的透鏡元件之透鏡曲率後決定。

<3.第3實施例的位移偵測裝置>

其次，本發明之第3實施例的位移偵測裝置將參照第6圖說明如下。

第6圖係顯示本發明之第3實施例的位移偵測裝置41之方塊圖。

除了位移偵測裝置41另設置有分別在光軸方向移動準直透鏡7、散光產生器8、受光部9的滑動機構42,43,44之外，第3實施例的位移偵測裝置41之構造與第1實施例的位移偵測裝置1(見第1圖)者相同。因而，在第3實施例中，將針對滑動機構42,43,44說明，相同元件以和位移偵測裝置1相同的符號表示並省略其說明。

如第6圖所示，位移偵測裝置41具有：滑動機構42，用於使準直透鏡7朝光軸方向移動；滑動機構43，用於使散光產生器8朝光軸方向移動；及滑動機構44，用於使受光部9朝光軸方向移動。滑動機構42至44之每一者係由例如一致動器及一引導部構成，其中致動器係用於移動如準直透鏡7等之光學元件，而引導部係用於引導如準直透鏡7等之光學元件朝光軸方向的移動。例如，一可動線圈及永久磁鐵、一線性馬達、一壓電元件等可被用作為滑動機構42至44之每一者的致動器。

在本實施例中，準直透鏡7、散光產生器8及受光部9在光軸上之位置可藉滑動機構42至44調整。因而，準直透鏡7、散光產生器8及受光部9之位置可被設定成，當由接物鏡3所聚光的出射光之焦點位置f係位於待測定表面101之前側或背側時，照射點變成圓形(見第2B圖)。結果，不管表面粗度比光束直徑更小及/或附著外物(如污物、微塵等)比光束直徑更小，失焦信號S_FE 的值為「0」，且對待測定表面101之位移測定不產生影響。

又，準直透鏡7、散光產生器8及受光部9之位置可被設定成，當由接物鏡3所聚光的出射光之焦點位置f係位於待測定表面101上時，照射點變成圓形(見第2B圖)。在此情況下，藉減少光束直徑而測定待測定表面101之微細形狀係有利的。具體上，在位移偵測裝置41中，藉調整準直透鏡7、散光產生器8及受光部9在光軸上之位置，能在依照使用條件決定的精度下執行待測定表面101之位移測定。

在本實施例中，滑動機構42至43係分別將準直透鏡7、散光產生器8及受光部9朝光軸方向移動。但是，依本發明之位移偵測裝置亦可設置有滑動機構用於使準直透鏡7、散光產生器8及受光部9之任一者朝光軸方向移動。

又，在一基板被用作為散光產生器之情況中，因為照射於受光部9之4個受光元件21至24上之反射光的照射點不會改變，故設置一滑動機構用於使受光部或聚光器在光軸方向上移動。

須了解，本發明並不限於上面敘述及顯示於附圖的實施例，且在不違離本發明之精神及範圍內可從事許多變化。例如，在上述實施例中，從光源2射出之出射光係藉準直透鏡6而轉換為平行光；但是，從光源2射出且通過準直透鏡6之出射光亦可為發散光或會聚光。

又，在上述實施例中，接物鏡3係跟隨待測定表面101而朝光軸方向移動；但是，接物鏡3亦可固定於殼體11，且因而使用失焦信號來產生絕對位置資訊。

又，在上述實施例中，光源2係以可卸除的方式固定於殼體11。但是，在本發明之位移偵測裝置中，光源2亦可配置在與殼體11分離的地點，而非配置在殼體11的內部，且光可經由光纖供給至殼體11。

以此配置時，為一熱源的光源2可與殼體11分離地配置，且因而可防止殼體11內部的溫度提高。又，以可卸除的方式將光源2固定到光纖時，可改變光源2到一與殼體11分離的地點，使得維修性可被改善。

又，在本發明之位移偵測裝置中，光源2可配置在一與殼體11分離的地點，且來自於光源2的出射光可經由一氣體空間、一液體空間或一真空空間而被供給到殼體11。

以此配置時，不僅為一熱源的光源2可與殼體11分離地配置，而且可消除連接到殼體11的構件如光纖及/或其他等，故沒有振動會傳到殼體11。

又，在上述實施例中，受光部9直接偵測藉散光產生器8而具有產生在其內之散光的反射光。但是，在本發明之位移偵測裝置中，具有產生其內之散光的反射光亦可經由光纖被引導到受光部9。

以此配置時，受光部9之安裝位置可自由地決定，使得受光部9及位置資訊產生器10(失焦信號產生器)可配置成彼此靠近。結果，可減少通訊距離，因此而提高反應速度。

又，在本發明之位移偵測裝置中，光圈可配置於接物鏡3與受光部9之間的光路徑中，使得來自於待測定表面101之特定反射光被關閉。

例如，由附著於待測定表面101上之外物及/或待測定表面101之不均造成的繞射光(雜散光)可被防止射入至受光部9上。結果，可精確地控制由受光元件21至24相關於接物鏡3之失焦量所接收的光量。

又，在本發明之位移偵測裝置中，一光散射體(例如毛玻璃等)可配置在偏光分光器15與受光部9之間的光路徑中。

以此配置時，可在與射入受光部9上之反射光的光軸方向垂直之截面中獲得均勻的光強度分佈，且因而可減少待測定表面101之表面粗度的影響。

又，若上述光散光體以1kHz之頻率振動，例如以多變化地改變散光方向時，在受光元件21至24上之光斑會被平均化，且因而可減少光斑對比。

又，待測定表面101可接受鏡面加工以用於反射從光源2射出的出射光。藉進行此加工，可從一具有較高S/N比的信號獲得位置資訊。

又，繞射光柵可被形成於具有待測定表面的待測定物體中，繞射光柵將具有與從光源2射出的出射光相同的波長。較佳為此一待測定表面係由結合上述實施例之位移偵測裝置與用於接收繞射光以偵測在表面方向的位置之所謂的「線性尺標」構成的位移偵測裝置所測定。以此配置時，可偵測三維的位移。

又，在待測定物體中形成繞射光柵的情況中，一用於反射來自於光源2的出射光之反射薄膜可被形成在繞射光柵的表面，使得反射薄膜用作待測定表面。上述實施例之位移偵測裝置偵測來自於由反射薄膜形成的待測定表面之反射光，因而偵測在高度方向的位移。此時，因為在從光源2射出的出射光之中並無由繞射光柵造成的繞射光，故可精確地偵測位移。附帶一提，線性尺標藉使用透過反射薄膜的光源來偵測繞射光等。

又，由反射薄膜形成的待測定表面亦可配置在繞射光柵的後側。在此情況下，從光源2射出的光透過形成繞射光柵的材料，且被線性尺標使用的光變成由繞射光柵造成的繞射光。

1、31、41．．．位移偵測裝置

2．．．光源

3．．．接物鏡

4．．．分光系統

5．．．鏡子

6、7．．．準直透鏡

8．．．散光產生器

9．．．受光部

10．．．位置資訊產生器

11．．．殼體

101．．．待測定表面

15．．．偏光分光器

16．．．相位板

21~24．．．受光元件

42、43、44．．．滑動機構

第1圖係顯示本發明之第1實施例的位移偵測裝置之方塊圖；

第2A至2C圖每一圖係顯示本發明之第1實施例的位移偵測裝置之受光部上形成的一照射影像之一例；

第3圖係顯示根據藉本發明之第1實施例的位移偵測裝置之受光部所偵測的光量所獲得的失焦信號之特性曲線；

第4圖係顯示依照本發明之第1實施例之待測定表面上的光束直徑與發散光(會聚光)之角度之間的關係曲線；

第5圖係顯示本發明之第2實施例的位移偵測裝置之方塊圖；

第6圖係顯示本發明之第3實施例的位移偵測裝置之方塊圖。

1．．．位移偵測裝置

2．．．光源

3．．．接物鏡

4．．．分光系統

5．．．鏡子

6、7．．．準直透鏡

8．．．散光產生器

9．．．受光部

10．．．位置資訊產生器

11．．．殼體

15．．．偏光分光器

16．．．相位板

101．．．待測定表面

F．．．焦點位置

d₁ ．．．預定距離

Claims (2)

1. 一種位移偵測裝置，包括：一光源；一接物鏡，將自該光源射出的出射光朝一待測定表面聚光；一分光系統，將來自該待測定表面之反射光的光路徑與來自該光源的該出射光之光路徑分離；一聚光器，將藉該分光系統而從出射光之光路徑分離的該反射光聚光；一散光產生器，使藉該聚光器聚光的該反射光產生散光；一受光部，偵測藉該散光產生器產生散光的該反射光的光量；一位置資訊產生器，使用由藉該受光部所偵測的光量獲得的失焦信號，而產生該待測定表面之位置資訊；及移動機構，在預先設定於該待測定表面的前側或背側的該出射光的焦點位置，以使該失焦信號的值成為「0」的方式，使該聚光器、該散光產生器及該受光器之至少一者朝光軸方向移動。
2. 如申請專利範圍第1項之位移偵測裝置，另包括：一移動機構，使該聚光器、該散光產生器及該受光部中之任一者朝該光軸方向移動。