位移测量方法以及位移测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种位移测量方法以及用于执行该测量方法的位移测量装置，该位移测量方法用于利用共焦光学系统来测量测量对象物的位移。
【背景技术】
[0002]根据现有技术，已经提出了用于测量测量对象物的位移的各种测量方法以及测量装置。例如JP特开2012-208102号公报(专利文献I)披露了，利用共焦光学系统来测量测量对象物的位移的共焦测量装置。该共焦测量装置具有:白色LED、使从白色LED出射的光沿着光轴方向产生色差的衍射透镜、物镜、针孔、测量通过针孔的光的波长的波长测量部。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:JP特开2012-208102号公报
【发明内容】
[0006]发明要解决的问题
[0007]在JP特开2012-208102号公报中披露的共焦测量装置基于来自测量对象物的反射光强度最大的波长，来测量位移。在测量对象物的反射率的波长相关性较小的情况下，能够准确地测量位移。但是，若测量对象物的反射率的波长相关性较大，则难以准确地测量位移。
[0008]本发明的目的在于，提供一种位移测量方法以及用于执行该测量方法的位移测量装置，该位移测量方法能够降低测量对象物的反射率的波长相关性对测量的影响。
[0009]用于解决问题的手段
[0010]在一个实施方式中，本发明提供一种位移测量方法，使具有扩散的光谱的光从点状光源出射，使光产生轴向色差，并且利用光学元件使产生该轴向色差的光会聚于测量对象物上，在利用光学元件会聚的光中，使聚焦于测量对象物上的光通过开口，求出通过开口的光的光谱，基于光谱的峰波长，求出光学元件与测量对象物之间的距离，该位移测量方法包括:求出测量对象物的分光反射特性的步骤，使用求出的分光反射特性，来求出距离，以减轻该分光反射特性给距离测量带来的误差。
[0011]优选地，求出测量对象物的分光反射特性的步骤包括:使光学元件与测量对象物之间的距离变化，针对各距离分别取得通过开口的光的光谱的极大点的步骤。
[0012]优选地，位移测量方法还包括:检测当通过开口的光的光谱的极大点成为分光反射特性中的极大点或者极小点时的光学元件与测量对象物之间的距离的步骤；将检测出的距离设定为在测量位移时的光学元件与测量对象物之间的基准距离的步骤。
[0013]优选地，在进行检测的步骤中，在检测出多个分光反射特性的极值点的情况下，在进行设定的步骤中，在检测出的多个极值点中，将距离测量范围的中心最近的极大点所对应的距离设定为基准距离，测量范围是光学元件与测量对象物之间的距离变化的范围。
[0014]优选地，在进行检测的步骤中，在检测出多个分光反射特性的极值点的情况下，在进行设定的步骤中，在检测出的多个极值点中，将取得距离测量范围的中心最近的极值点的距离设定为基准距离，测量范围是光学元件与测量对象物之间的距离变化的范围。
[0015]优选地，位移测量方法还包括:一边改变光学元件使光会聚的测量对象物上的位置，一边检测第一距离与基准距离的差异的步骤，第一距离是光学元件与测量对象物之间的距离。
[0016]在其他实施方式中，本发明是一种位移测量装置，具有:点状光源，出射具有扩散的光谱的光；光学元件，使光产生轴向色差，使产生该轴向色差的光会聚于测量对象物上；开口，在由光学元件会聚的光中，使聚焦于测量对象物上的光通过；测量部，求出通过开口的光的光谱，基于光谱的峰波长，来求出光学元件与测量对象物之间的距离；测量部，求出测量对象物的分光反射特性，使用求出的分光反射特性来求出距离，以减轻该分光反射特性给距离测量带来的误差。
[0017]优选地，测量部使光学元件与测量对象物之间的距离变化，并针对各距离分别取得通过开口的光的光谱的极大点。
[0018]优选地，测量部，检测当通过开口的光的光谱的极大点成为分光反射特性的极大点或者极小点时的光学元件与测量对象物之间的距离，并将检测出的距离设定为在测量位移时的光学元件与测量对象物之间的基准距离。
[0019]发明的效果
[0020]若采用本发明，则可以减小来自测量对象物的反射率的波长相关性的对测量的影响。因此，若采用本发明，则即使在测量对象物的反射率的波长相关性较大的情况下，也可以高精度地测量测量对象物的位移。
【附图说明】
[0021]图1是示出作为本发明的实施方式的位移测量装置的共焦测量装置的结构的示意图。
[0022]图2是用于说明关于与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量的第一个例子的图。
[0023]图3是示出头部(传感器头)的位置与光谱测量部的受光波形之间的关系的波形图。
[0024]图4是示出在产生图3所示的受光波形的情况下，头部10 (传感器头)的位置与测量值之间的关系的图表。
[0025]图5是示出头部10 (传感器头)的位置与测量值的误差之间的关系的图表。
[0026]图6是示出受光量(根据图4所示的受光波形得到的受光强度的峰值)与测量值误差的关系的图。
[0027]图7是用于说明产生测量值误差的原因的图。
[0028]图8是用于说明关于与测量对象物200的相对位置的测量的第二个例子的图。
[0029]图9是示出当利用图8所示的结构来测量测量对象物的位移时的测量结果的图。
[0030]图10是用于说明关于与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量的第三个例子的图。
[0031]图11是用于说明关于与测量对象物200的透明薄膜的相对位置的测量的第四个例子的图。
[0032]图12是用于说明采用本发明的第一实施方式的位移测量的原理的图。
[0033]图13是用于说明本发明的第一实施方式的共焦测量装置的位移测量方法的流程图。
[0034]图14是用于说明本发明的第二实施方式的共焦测量装置的位移测量方法的流程图。
[0035]图15是用于说明在分光反射特性中有多个极大点或者极小点的情况下，选择极大点的理由的图。
[0036]图16是示出采用本发明的第二实施方式的测量方法的测量结果的图。
[0037]图17是示出本发明的实施方式的共焦测量装置的其他结构例子的图。
【具体实施方式】
[0038]以下，针对本发明的实施方式，参照附图详细进行说明。此外，在以下的说明中，在相同的部件上标记上相同的附图标记，对它们不再重复进行详细说明。
[0039]图1是示出作为本发明的实施方式的位移测量装置的共焦测量装置的结构的示意图。图1所示的共焦测量装置100是利用共焦光学系统来测量测量对象物200的位移的位移测量装置。
[0040]共焦测量装置100具有:头部10、光纤11、控制器部20、监视器部30、移动机构40。头部10具有共焦的光学系统。头部10与控制器部20通过光纤11光学连接。监视器部30显示从控制器部20输出的信号。
[0041]头部10具有:衍射透镜1、物镜2、聚光透镜3。衍射透镜I的焦距，比从衍射透镜I到物镜2的距离与物镜2的焦距之差大。
[0042]衍射透镜I是使从光源(例如，白色光源)出射的光沿着光轴的方向产生轴向色差的光学元件，该光源出射后述的多个波长的光。光轴A表不衍射透镜I的光轴。此外，衍射透镜I的光轴A与从光纤11出射的光的光轴以及物镜2的光轴相一致。进一步，衍射透镜I的光轴A的方向与共焦测量装置100的测量轴的方向(Z方向)相一致。
[0043]在衍射透镜I的一个表面上，周期性地形成例如全息图形状或者二进制形状(台阶形状、阶梯形状)等微小的起伏形状，或者，在衍射透镜I的一个表面上，形成周期性地改变光的透过率的振幅型波带片(zone plate)。此外，衍射透镜I的结构并不限定于上述记载的结构。
[0044]例如，衍射透镜I也可以具有如下的结构:在玻璃或者树脂等单一材料的基板上，形成沿着光轴方向产生色差的图案。取而代之，衍射透镜I也可以由例如玻璃基板层以及树脂层构成。树脂层能够通过在玻璃基板上涂敷紫外线固化树脂，将期望的图案的模具按压于涂敷有紫外线固化树脂的玻璃基板的表面，照射紫外线以使紫外线固化树脂固化来形成。若采用该方法，则制造成本变得低廉。进一步地，由于因环境温度导致的形状变化很小的玻璃基板占据了结构的大部分，所以还具有温度特性良好的优点。此外，作为产生轴向色差的光学元件，并不仅限于衍射透镜1，例如也可以是多枚透镜组合而成的。
[0045]物镜2将利用衍射透镜