專利名稱：光學(xué)探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)探測(cè)器(probe )。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上已知非接觸式光學(xué)探測(cè)器(例如見(jiàn)于PCT國(guó)際申請(qǐng)No. 2009-534969的日本譯文公布)。這種非接觸式光學(xué)探測(cè)器使用激光照射待測(cè)量的物體(以下稱為工件)，檢測(cè)由工件的表面反射的光，以及獲得工件的各個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。已知如圖10中示出的線光學(xué)探測(cè)器100，作為非接觸式光學(xué)探測(cè)器的示例。線光學(xué)探測(cè)器100使用擴(kuò)束器103，該擴(kuò)束器103允許激光變化形狀為光LI，光LI在形狀上為線的(以下稱為線激光)。在線光學(xué)探測(cè)器100中，使用準(zhǔn)直透鏡102將由激光光源101發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換成平行光。然后，擴(kuò)束器103允許平行光變化形狀為線激光LI。因此，工件W被線激光LI照射。投射至工件W的線激光LI在工件W的表面上反射，以入射至圖像拾取元件(未示出)上。這樣，線光學(xué)探測(cè)器100可“一次”測(cè)量工件W的形狀(form)。已知如圖11中示出的飛點(diǎn)(flying spot)光學(xué)探測(cè)器200、作為非接觸式光學(xué)探測(cè)器的另一示例。飛點(diǎn)光學(xué)探測(cè)器200使用旋轉(zhuǎn)檢流計(jì)(galvanometer)反射鏡203。在飛點(diǎn)光學(xué)探測(cè)器200中，由激光光源201發(fā)射的激光通過(guò)反射鏡202入射至檢流計(jì)反射鏡203上。然后，從檢流計(jì)反射鏡203反射的光L2 (以下稱為點(diǎn)激光(point laser light))的離散點(diǎn)照射工件W。驅(qū)動(dòng)檢流計(jì)反射鏡203關(guān)于入射光旋轉(zhuǎn)。點(diǎn)激光L2掃描工件W的表面，使得點(diǎn)激光L2畫(huà)出依據(jù)檢流計(jì)反射鏡203的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的線。已掃描了工件W的表面的點(diǎn)激光L2在工件上被反射，以入射至圖像拾取元件(未示出)上。這樣，飛點(diǎn)光學(xué)探測(cè)器200可“順序地(in sequence)”測(cè)量工件W的形狀。已知如圖12中示出的旋轉(zhuǎn)反射鏡光學(xué)探測(cè)器300，作為非接觸式光學(xué)探測(cè)器的再一示例。旋轉(zhuǎn)反射鏡光學(xué)探測(cè)器300使用旋轉(zhuǎn)多面反射鏡303。在旋轉(zhuǎn)反射鏡光學(xué)探測(cè)器300中，由激光光源301發(fā)射的激光通過(guò)反射鏡302入射至多面反射鏡303上。然后，從多面反射鏡303反射的光L3 (以下稱為點(diǎn)激光)的離散點(diǎn)照射工件W。驅(qū)動(dòng)多面反射鏡303關(guān)于入射光旋轉(zhuǎn)。點(diǎn)激光L3掃描工件W的表面，使得點(diǎn)激光L3畫(huà)出依據(jù)多面反射鏡303的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的線。已掃描了工件W的表面的點(diǎn)激光L3在工件上被反射，以入射至圖像拾取元件(未示出)上。這樣，旋轉(zhuǎn)反射鏡光學(xué)探測(cè)器300可“順序地”測(cè)量工件W的形狀，類似于飛點(diǎn)光學(xué)探測(cè)器200。通常,作為測(cè)量原理,光剖切法(light-section method)用于非接觸式光學(xué)探測(cè)器。例如，如圖13和圖14中所示，當(dāng)線光學(xué)探測(cè)器100以光剖切法測(cè)量工件W的形狀時(shí)，工件W的表面被線激光LI照射，該線激光LI通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)(未示出的準(zhǔn)直透鏡和擴(kuò)束器)來(lái)自于激光光源101。因此，僅需要通過(guò)圖像拾取元件104拾取被激光照射的區(qū)域的像，以測(cè)量工件W的形狀。與飛點(diǎn)光學(xué)探測(cè)器200和旋轉(zhuǎn)反射鏡光學(xué)探測(cè)器300相比，光學(xué)系統(tǒng)中不具有移動(dòng)機(jī)構(gòu)的線光學(xué)探測(cè)器100更易于維護(hù)。特別地，當(dāng)利用來(lái)自傳統(tǒng)光學(xué)探測(cè)器的激光照射具有鏡面或邊角(corner)的工件時(shí)，有時(shí)由于多次反射而得到錯(cuò)誤的形狀(false shape)(虛假像)。在線光學(xué)探測(cè)器100的情況中，如圖15和圖16中所示，以線形狀不斷地投射激光，并且一次獲得工件W的形狀。從而，當(dāng)由于多次反射而形成虛假像時(shí)，真實(shí)像(realimage) R和虛假像(virtual image) V不能彼此區(qū)分開(kāi),這是不合適的。在這點(diǎn)上，飛點(diǎn)光學(xué)探測(cè)器200和旋轉(zhuǎn)反射鏡光學(xué)探測(cè)器300照射工件W，使得點(diǎn)激光在工件上畫(huà)出線，以順序地獲得工件W的形狀。因此，飛點(diǎn)光學(xué)探測(cè)器200和旋轉(zhuǎn)反射鏡光學(xué)探測(cè)器300可相對(duì)容易地識(shí)別由于多次反射而形成的虛假像。然而，與線光學(xué)探測(cè)器100相比，飛點(diǎn)光學(xué)探測(cè)器200和旋轉(zhuǎn)反射鏡光學(xué)探測(cè)器300在結(jié)構(gòu)上更復(fù)雜，這是因?yàn)樘綔y(cè)器200和300在光學(xué)系統(tǒng)中各自都需要移動(dòng)機(jī)構(gòu)，如上所述。因此，探測(cè)器200和300的維護(hù)很麻煩。此外，在需要利用馬達(dá)等控制檢流計(jì)反射鏡203的工作角度的飛點(diǎn)光學(xué)探測(cè)器200的情況中，除非精確地控制檢流計(jì)反射鏡203的工作角度，否則不能準(zhǔn)確地測(cè)量工件W的形狀。此外，因?yàn)闄z流計(jì)反射鏡203為移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所以在長(zhǎng)時(shí)間使用之后其性能退化。因此必須維護(hù)檢流計(jì)反射鏡203。此外，在旋轉(zhuǎn)反射鏡光學(xué)探測(cè)器300的情況中，有必要盡可能多地改進(jìn)多面反射鏡303的輪廓精度(profile accuracy)(特別是平面度)，以準(zhǔn)確測(cè)量工件W的形狀。這是因?yàn)闇y(cè)量精度依賴于多面反射鏡303的輪廓精度。因?yàn)槎嗝娣瓷溏R303為多面體的反射鏡，所以除非多面反射鏡303的表面具有均勻的表面精度，否則不能準(zhǔn)確測(cè)量工件W的形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種光學(xué)探測(cè)器，該光學(xué)探測(cè)器可順序地測(cè)量物體的形狀，而不用在光學(xué)系統(tǒng)中裝配移動(dòng)機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光學(xué)探測(cè)器，包括發(fā)射激光的激光光源、將由激光光源發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換成平行光的準(zhǔn)直透鏡、允許平行光改變形狀為線激光的光變形部件、采用線激光的被選部分照射待測(cè)量物體的輻射部件、基于從物體的被線激光的被選部分照射的表面反射的激光拾取物體的像的圖像拾取部件、和通過(guò)輻射部件控制線激光的輻射的控制器，其中線激光由多個(gè)部分組成，該多個(gè)部分包括一個(gè)端部分和另一端部分；并且控制器控制輻射部件，使得所述輻射部件采用線激光的部分，從所述一個(gè)端部分至另一端部分順序地照射物體。


由下文中給出的詳細(xì)描述和僅以示意的方式給出的附圖，本發(fā)明上述的以及其他的目的、優(yōu)勢(shì)和特性將變得更能充分地被理解，且因此不意味著是對(duì)本發(fā)明的限制的描述。其中圖1為根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器的構(gòu)造的示意性視圖；圖2為第一實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器中的光學(xué)系統(tǒng)的示意性視圖；圖3為示出待測(cè)量物體被點(diǎn)激光照射而使得點(diǎn)激光在物體上畫(huà)出線的狀態(tài)的示意性視圖；圖4為示出關(guān)閉涉及虛假像的形成的微反射鏡使得在關(guān)閉的微反射鏡上反射的光不朝著待測(cè)量物體傳播的狀態(tài)的示意性視圖；圖5示出了通過(guò)圖4的光學(xué)探測(cè)器獲得的待測(cè)量物體的形狀的示例；圖6為根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器的構(gòu)造的示意性視圖；圖7為第二實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器中的光學(xué)系統(tǒng)的示意性視圖；圖8為示出待測(cè)量物體被點(diǎn)激光照射而使得點(diǎn)激光在物體上畫(huà)出線的狀態(tài)的示意性視圖；圖9為示出關(guān)閉涉及虛假像的形成的單元(cell)以阻止光在關(guān)閉的單元處透射的狀態(tài)的示意性視圖；圖10為傳統(tǒng)線光學(xué)探測(cè)器中的光學(xué)系統(tǒng)的示意性視圖；圖11為傳統(tǒng)的飛點(diǎn)光學(xué)探測(cè)器中的光學(xué)系統(tǒng)的示意性視圖；圖12為傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)反射鏡光學(xué)探測(cè)器中的光學(xué)系統(tǒng)的示意性視圖；圖13A為示出使用傳統(tǒng)線光學(xué)探測(cè)器的物體形狀測(cè)量的前視圖；圖13B為示出使用傳統(tǒng)線光學(xué)探測(cè)器的物體形狀測(cè)量的側(cè)視圖；圖14示出了由圖13的光學(xué)探測(cè)器獲得的待測(cè)量物體的形狀的示例；圖15為示出在使用傳統(tǒng)線光學(xué)探測(cè)器測(cè)量物體的形狀時(shí)發(fā)生的多次反射的狀態(tài)的側(cè)視圖；以及圖16示出了待測(cè)量物體的形狀和由圖15的光學(xué)探測(cè)器獲得的虛假像的示例。
具體實(shí)施例方式參考附圖，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。(第一實(shí)施例)根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器IA為非接觸式光學(xué)探測(cè)器，其掃描工件W的表面并得到工件W的每一點(diǎn)的位置坐標(biāo)。如圖1中所示，光學(xué)探測(cè)器IA包括光學(xué)部件10A、圖像拾取部件20A和控制器30A。如圖1和圖2中所示，光學(xué)部件IOA包括激光光源11、準(zhǔn)直透鏡12、擴(kuò)束器13、和DMD (數(shù)字微鏡器件)15。激光光源11例如由LD (激光二極管)構(gòu)成，并產(chǎn)生和發(fā)射激光光源。激光由激光光源11發(fā)射至準(zhǔn)直透鏡12，該準(zhǔn)直透鏡在水平方向上位于激光光源11的右邊。準(zhǔn)直透鏡12將從激光光源11入射的光轉(zhuǎn)換為平行光，并允許平行光傳播至擴(kuò)束器13，該擴(kuò)束器在水平方向上位于準(zhǔn)直透鏡12的右邊。擴(kuò)束器13例如為棒透鏡或柱透鏡。充當(dāng)光變形部件的擴(kuò)束器13允許來(lái)自準(zhǔn)直透鏡12的平行光變化形狀為線激光。當(dāng)平行光在水平方向上從左邊穿過(guò)擴(kuò)束器13時(shí)，平行光變?yōu)榫€狀的光束(即線激光)。然后，線激光傳播至DMD 15，該DMD 15在水平方向上位于擴(kuò)束器13的右邊。DMD 15為包括IC (集成電路)的大約矩形的光學(xué)器件，其上有以柵格狀形式布置的幾百幾千至幾百萬(wàn)個(gè)微反射鏡。DMD 15反射來(lái)自于擴(kuò)束器13的線激光。每一個(gè)微反射鏡對(duì)應(yīng)于顯示器件的一個(gè)像素。下面將描述的控制器30A通過(guò)控制微反射鏡的傾斜來(lái)執(zhí)行開(kāi)啟/關(guān)閉(0N/0FF)控制。在線激光之間，在開(kāi)啟狀態(tài)的微反射鏡上反射的光向下傳播以照射位于下方的工件W。另一方面,在關(guān)閉狀態(tài)的微反射鏡上反射的光不傳播至工件W,而傳播至探測(cè)器中的吸收體。每一個(gè)微反射鏡都被獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)，且因此可針對(duì)每一個(gè)微反射鏡，即針對(duì)每一個(gè)顯示像素控制光的反射。因此，DMD 15充當(dāng)光反射部件，其反射線激光的被選部分。此外，激光光源11、準(zhǔn)直透鏡12、擴(kuò)束器13和DMD 15被置于同一光軸上。圖像拾取部件20A包括光接收透鏡21和圖像傳感器22。光接收透鏡21透射從工件W的表面反射的激光。透射通過(guò)光接收透鏡21的激光入射至圖像傳感器22上，該圖像傳感器22與光接收透鏡21位于同一光軸上。圖像傳感器22為圖像拾取元件，該圖像拾取元件基于從工件W的表面反射的激光拾取工件W的像，以獲得工件W的每一點(diǎn)的坐標(biāo)值。圖像傳感器22將獲得的坐標(biāo)值輸出至控制器30A。因此，圖像傳感器22充當(dāng)圖像拾取部件，其基于在DMD 15上反射并進(jìn)一步在工件W的表面上反射的激光而拾取工件W的像?？刂破?0A包括CPU (中央處理單元)、RAM (隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、R0M (只讀存儲(chǔ)器)等，并被連接至光學(xué)部件IOA和圖像拾取部件20A。CPU讀取存儲(chǔ)在ROM中的各種處理程序，以將這些程序展開(kāi)到RAM中，并與展開(kāi)的程序合作地執(zhí)行各種類型的處理。因此，CPU執(zhí)行光學(xué)探測(cè)器IA的總體控制。RAM展開(kāi)由CPU執(zhí)行的處理程序到RAM中的程序存儲(chǔ)區(qū)域，并在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域中存儲(chǔ)輸入數(shù)據(jù)和處理結(jié)果數(shù)據(jù)，該處理結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)程序的執(zhí)行來(lái)產(chǎn)生。由非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成的ROM存儲(chǔ)要由CPU執(zhí)行的系統(tǒng)程序、要在系統(tǒng)程序中執(zhí)行的各種處理程序、當(dāng)各種處理程序被執(zhí)行時(shí)要使用的數(shù)據(jù)、以及通過(guò)CPU的算法處理而獲得的各種處理結(jié)果的數(shù)據(jù)。程序以計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的形式存儲(chǔ)在ROM中。對(duì)于每一個(gè)微反射鏡，控制器30A控制DMD 15的各個(gè)微反射鏡的傾斜，以控制線激光的反射。具體地，當(dāng)線激光投射至一些微反射鏡上時(shí)，控制器30A從微反射鏡的一端至另一端一個(gè)接著一個(gè)順序地開(kāi)啟線激光投射在其上的微反射鏡，并關(guān)閉除了剛開(kāi)啟的微反射鏡之外的微反射鏡。因此，構(gòu)成線激光的部分按從線激光的一個(gè)端部分至另一端部分的次序順序地向下傳播，即，向工件W的方向上傳播?；谟蓤D像傳感器22拾取的工件W的像，控制器30A確定虛假像存在與否。如果確定虛假像存在，則控制器30A控制導(dǎo)致虛假像的形成的線激光部分不朝著工件W傳播。在光學(xué)探測(cè)器IA中，順序地通過(guò)圖像傳感器22連續(xù)地拾取工件W的形狀。因此，可以以如下方式確定虛假像的存在或不存在當(dāng)拾取的圖像位置從前一拾取的圖像位置改變了預(yù)定閾值或更多時(shí)，確定虛假像存在。下面，參考圖3至圖5將描述根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器IA的操作。首先，從光學(xué)探測(cè)器IA的激光光源11發(fā)射激光。從激光光源11發(fā)射的激光通過(guò)準(zhǔn)直透鏡12行進(jìn)至擴(kuò)束器13。擴(kuò)束器13允許來(lái)自于準(zhǔn)直透鏡12的光變化形狀為線激光。然后，線激光傳播至DMD 15。在DMD 15處，針對(duì)每一個(gè)微反射鏡控制線激光的反射。具體的，當(dāng)線激光投射到DMD 15中的一些微反射鏡上時(shí)，控制器30A從微反射鏡的一端至另一端一個(gè)接著一個(gè)順序地開(kāi)啟線激光投射其上的微反射鏡，并關(guān)閉除了剛被打開(kāi)的微反射鏡之外的微反射鏡。即，處于開(kāi)啟狀態(tài)的微反射鏡的數(shù)目總是僅為一個(gè)，且僅在開(kāi)啟狀態(tài)的微反射鏡上反射的光朝著工件W傳播。因此，工件W總是被點(diǎn)激光照射。從微反射鏡的一個(gè)端至另一端一個(gè)接著一個(gè)順序地開(kāi)啟線激光投射其上的微反射鏡。因此，以點(diǎn)激光照射了工件W，使得點(diǎn)激光在其上畫(huà)出線(見(jiàn)圖3)。因此，光學(xué)探測(cè)器IA可順序地測(cè)量工件W的形狀，而不用在光學(xué)系統(tǒng)中裝配移動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如檢流計(jì)反射鏡或多面反射鏡。從而，沒(méi)有必要維護(hù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)以及調(diào)整移動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度。此外，即使當(dāng)由于多次反射而形成虛假像時(shí)，仍可容易地識(shí)別虛假像。以上述方式照射到工件W上的光在工件W的表面反射，以通過(guò)光接收透鏡21入射到圖像傳感器22上。因此，可以拾取工件W的圖像。然后，基于由圖像傳感器22拾取的工件W的像，控制器30A確定虛假像的存在或不存在。因?yàn)楣鈱W(xué)探測(cè)器IA照射工件W，使得點(diǎn)激光在工件W的表面上畫(huà)線，所以即使當(dāng)由于多次反射而形成虛假像時(shí)，仍可容易地識(shí)別出虛假像。此外，可在線激光中識(shí)別出導(dǎo)致虛假像的形成的光。當(dāng)確定虛假像存在時(shí)，控制器30A防止導(dǎo)致虛假像的形成的線激光部分朝著工件W傳播，如圖4中所示。即，在線激光投射其上的DMD 15的微反射鏡之中，涉及虛假像的形成的微反射鏡被關(guān)閉，使得防止在關(guān)閉狀態(tài)的微反射鏡上反射的光朝著工件W傳播。從而，可防止虛假像的形成(見(jiàn)圖5)。如上所述，第一實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器IA包括發(fā)射激光的激光光源11 ;將從激光光源11發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換成平行光的準(zhǔn)直透鏡12 ;允許平行光變化形狀為線激光的擴(kuò)束器13 ;采用線激光的被選部分照射工件W的輻射部件；圖像傳感器22，當(dāng)工件W被線激光的被選部分照射時(shí)，圖像傳感器22基于從物體表面反射的激光，拾取工件W的像；以及控制器30A，通過(guò)輻射部件控制線激光的輻射。線激光由多個(gè)部分(對(duì)應(yīng)于各個(gè)微反射鏡)構(gòu)成，該多個(gè)部分包括一個(gè)端部分和另一端部分(對(duì)應(yīng)于微反射鏡的一端和另一端)；且控制器30A控制輻射部件，使得輻射部件采用線激光的部分，從一個(gè)端部分至另一端部分順序地(對(duì)應(yīng)于一個(gè)接著一個(gè)順序地開(kāi)啟微反射鏡)照射工件W。因此，光學(xué)探測(cè)器IA可順序地測(cè)量工件W的形狀，而不用在光學(xué)系統(tǒng)中裝配移動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如檢流計(jì)反射鏡或多面反射鏡。從而，沒(méi)有必要維護(hù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)以及調(diào)整移動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度。此外，即使當(dāng)由于多次反射而形成虛假像時(shí)，仍可輕易地識(shí)別虛假像。特別地，根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器1A，輻射部件為DMD 15，該DMD 15包括以柵格狀形式布置的多個(gè)微反射鏡并反射線激光的被選部分。此外，當(dāng)線激光投射到一些微反射鏡上時(shí)，控制器30A從微反射鏡的一端至另一端順序地開(kāi)啟線激光投射其上的微反射鏡，并關(guān)閉除了剛被打開(kāi)的微反射鏡之外的微反射鏡。因?yàn)镈MD 15對(duì)開(kāi)啟/關(guān)閉轉(zhuǎn)換具有良好的響應(yīng)，并具有高的光使用效率，所以光學(xué)探測(cè)器IA可通過(guò)使用DMD 15的這種優(yōu)點(diǎn)而執(zhí)行輻射控制，這增強(qiáng)了光學(xué)探測(cè)器IA的便利性(convenience)。此外，根據(jù)第一實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器1A，基于由圖像傳感器22拾取的工件W的像，控制器30A確定虛假像的存在與否。如果確定虛假像存在，則控制器30A防止導(dǎo)致虛假像的形成的線激光部分朝著工件W傳播(不照射工件W)。從而，虛假像的形成被防止，這導(dǎo)致高效的測(cè)量。(第二實(shí)施例)根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器I為掃描工件W的表面并獲得工件W的每一點(diǎn)的位置坐標(biāo)的非接觸式光學(xué)探測(cè)器。如圖6中所示，光學(xué)探測(cè)器I包括光學(xué)部件10、圖像拾取部件20和控制器30。光學(xué)探測(cè)器I的與第一實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器IA的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)以相同的參考標(biāo)記表示。
光學(xué)部件10包括激光光源11、準(zhǔn)直透鏡12、擴(kuò)束器13和液晶快門(shutter)陣列14。激光光源11例如由LD (激光二極管)構(gòu)成，并產(chǎn)生及發(fā)射激光。激光由激光光源11發(fā)射至準(zhǔn)直透鏡12，準(zhǔn)直透鏡12被布置在激光光源11的下方。準(zhǔn)直透鏡12將從激光光源11發(fā)射的光轉(zhuǎn)換成平行光，并允許平行光傳播至擴(kuò)束器13，該擴(kuò)束器13被布置在準(zhǔn)直透鏡12的下方。擴(kuò)束器13例如為棒透鏡或柱透鏡。充當(dāng)光變形部件的擴(kuò)束器13允許來(lái)自于準(zhǔn)直透鏡12的平行光變化形狀為線激光。當(dāng)平行光從上面穿過(guò)擴(kuò)束器13時(shí)，平行光變?yōu)榫€狀的光束(即線激光)。然后，線激光傳播至液晶快門陣列14，該液晶快門陣列14被布置在擴(kuò)束器13的下方。液晶快門陣列14為液晶快門的陣列，液晶快門是以通過(guò)對(duì)液晶分子施加或停止施加電場(chǎng)來(lái)改變液晶分子的布置的方式透射或阻擋光的元件。當(dāng)線激光從上面進(jìn)入液晶快門陣列14時(shí)，將在下面描述的控制器30控制液晶快門陣列的單元(cell)開(kāi)啟或關(guān)閉，并因此針對(duì)每一單元控制通過(guò)單元的線激光的透射(見(jiàn)圖7)。因此，液晶快門陣列14充當(dāng)透射線激光的被選部分的光透射部件。透射穿過(guò)液晶快門陣列14的激光照射位于下方的工件W。此外，激光光源11、準(zhǔn)直透鏡12、擴(kuò)束器13和液晶快門陣列14被置于同一光軸上。圖像拾取部件20包括光接收透鏡21和圖像傳感器22。光接收透鏡21透射從工件W的表面反射的激光。透射穿過(guò)光接收透鏡21的激光入射至圖像傳感器22上，圖像傳感器22與光接收透鏡21位于同一光軸上。圖像傳感器22為基于從工件W的表面反射的激光拾取工件W的像、以獲得工件W的每一點(diǎn)的坐標(biāo)值的圖像拾取元件。圖像傳感器22輸出獲得的坐標(biāo)值至控制器30。因此，圖像傳感器22充當(dāng)基于透射穿過(guò)液晶快門陣列14并進(jìn)一步在工件W的表面上反射的激光而拾取工件W的像的圖像拾取部件?？刂破?0包括CPU (中央處理單元)、RAM (隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、ROM (只讀存儲(chǔ)器)等，并被連接至光學(xué)部件10和圖像拾取部件20。CPU讀取存儲(chǔ)在ROM中的各種處理程序以將該程序展開(kāi)至RAM中，并與展開(kāi)的程序合作地執(zhí)行各種類型的處理。因此，CPU執(zhí)行光學(xué)探測(cè)器I的總體控制。RAM展開(kāi)由CPU執(zhí)行的處理程序至RAM中的程序存儲(chǔ)區(qū)域，并在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域中存儲(chǔ)輸入數(shù)據(jù)和處理結(jié)果數(shù)據(jù)，該處理結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)程序的執(zhí)行來(lái)產(chǎn)生。由非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成的ROM存儲(chǔ)要由CPU執(zhí)行的系統(tǒng)程序、要在系統(tǒng)程序中執(zhí)行的各種處理程序、當(dāng)各種處理程序被執(zhí)行時(shí)使用的數(shù)據(jù)、以及通過(guò)CPU的算法處理而獲得的各種處理結(jié)果的數(shù)據(jù)。程序以計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的形式存儲(chǔ)在ROM中?？刂破?0控制液晶快門的單元開(kāi)啟或關(guān)閉，并因此針對(duì)每一單元控制通過(guò)所述單元的線激光的透射。具體地，控制器30從液晶快門的一端至另一端一個(gè)接著一個(gè)順序地打開(kāi)液晶快門，并關(guān)閉除剛被打開(kāi)的液晶快門之外的液晶快門。因此，按從線激光的一個(gè)端部分至另一端部分的次序順序地透射構(gòu)成線激光的部分。基于由圖像傳感器22拾取的工件W的像，控制器30確定虛假像的存在與否。如果確定虛假像存在，那么控制器30遮擋導(dǎo)致虛假像的形成的光的透射。在光學(xué)探測(cè)器I中，工件W的形狀由圖像傳感器22順序地連續(xù)拾取。從而，可以如下方式確定虛假像的存在或不存在當(dāng)拾取的圖像位置從前一拾取的圖像位置已經(jīng)改變了預(yù)定的閾值或更多時(shí)，確定虛假像存在。下面，將參考圖8至圖9描述根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器I的操作。首先，從光學(xué)探測(cè)器I的激光光源11發(fā)射激光。從激光光源11發(fā)射的激光通過(guò)準(zhǔn)直透鏡12行進(jìn)至擴(kuò)束器13。擴(kuò)束器13允許來(lái)自準(zhǔn)直透鏡12的光變化形狀為線激光。然后，線激光傳播至液晶快門陣列14，并且針對(duì)每一個(gè)單元控制穿過(guò)液晶快門陣列14的單元的線激光的透射。特別是，從液晶快門的一端至另一端一個(gè)接著一個(gè)順序地打開(kāi)液晶快門陣列14中包括的以行布置的液晶快門，并關(guān)閉除了剛被打開(kāi)的液晶快門之外的液晶快門。即，打開(kāi)的單元的數(shù)目總是僅為一個(gè)，且線激光僅透射穿過(guò)開(kāi)啟的單元。因此，工件W總是被點(diǎn)激光照射。從單元的一端至另一端一個(gè)接著一個(gè)順序地開(kāi)啟液晶快門。因此，以點(diǎn)激光照射工件W，使得點(diǎn)激光在其上畫(huà)出線(見(jiàn)圖8)。因此，光學(xué)探測(cè)器I可順序地測(cè)量工件W的形狀，而不用在光學(xué)系統(tǒng)中裝配移動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如檢流計(jì)反射鏡或多面反射鏡。從而，沒(méi)有必要維護(hù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)以及調(diào)整移動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度。此外，即使當(dāng)由于多次反射而形成虛假像時(shí)，仍可容易地識(shí)別虛假像。以上述方式照射到工件W上的光在工件W的表面反射，以通過(guò)光接收透鏡21入射到圖像傳感器22上。因此，可以拾取工件W的圖像。然后，基于由圖像傳感器22拾取的工件W的像，控制器30A確定虛假像的存在或不存在。因?yàn)楣鈱W(xué)探測(cè)器I照射工件W，使得點(diǎn)激光在工件W的表面上畫(huà)線，所以即使當(dāng)由于多次反射而形成虛假像時(shí)，仍可容易地識(shí)別出虛假像。此外，可在線激光中識(shí)別出導(dǎo)致虛假像的形成的光。當(dāng)確定虛假像存在時(shí)，控制器30阻止導(dǎo)致虛假像的形成的線激光的部分的透射，如圖9中所示。即，涉及虛假像的形成的液晶快門的單元被關(guān)閉，使得阻止那里的光透射。從而，可防止虛假像的形成(見(jiàn)圖5)。如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器I，線激光由多個(gè)部分(對(duì)應(yīng)于各個(gè)單元)構(gòu)成，包括一個(gè)端部分和另一端部分(對(duì)應(yīng)于所述單元的一端和另一端)；且控制器30控制輻射部件，使得輻射部件利用線激光的部分從一個(gè)端部分至另一端部分順序地(對(duì)應(yīng)于一個(gè)接著一個(gè)順序地打開(kāi)單元)照射工件W，采用的方式類似于第一實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器1A。因此，光學(xué)探測(cè)器I可順序地測(cè)量工件W的形狀，而不用在光學(xué)系統(tǒng)中裝配移動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如檢流計(jì)反射鏡或多面反射鏡。從而，沒(méi)有必要維護(hù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)以及調(diào)整移動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度。此夕卜，即使當(dāng)由于多次反射而形成虛假像時(shí)，仍可容易地識(shí)別虛假像。特別地，根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器1，輻射部件為液晶快門陣列14，其包括以行布置并透射線激光被選部分的液晶快門。此外，控制器30從液晶快門的一端至另一端一個(gè)接著一個(gè)順序地打開(kāi)液晶快門，并關(guān)閉除了剛被打開(kāi)的液晶快門之外的液晶快門。因?yàn)橐壕Э扉T陣列14可以高精度控制輻射，所以光學(xué)探測(cè)器I可通過(guò)使用液晶快門陣列14的這種優(yōu)點(diǎn)來(lái)執(zhí)行輻射控制，其提供了更可靠的測(cè)量結(jié)果。此外，根據(jù)第二實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器1，基于由圖像傳感器22拾取的工件W的像，控制器30確定虛假像的存在與否，采用的方式類似于第一實(shí)施例的光學(xué)探測(cè)器1A。如果確定虛假像存在，則控制器30阻止導(dǎo)致虛假像的形成的線激光部分的透射(輻射)。從而，防止了虛假像的形成，導(dǎo)致有效的測(cè)量。在上文中，詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，并因此可適當(dāng)?shù)刈兓幻撾x本發(fā)明的范圍。例如，在第一實(shí)施例中，從微反射鏡的一端至另一端一個(gè)接著一個(gè)順序地開(kāi)啟線激光投射其上的微反射鏡。然而，本發(fā)明不限于此。例如，可從一端至另一端以一次開(kāi)啟多個(gè)微反射鏡(例如兩個(gè)接著兩個(gè))的方式順序地開(kāi)啟微反射鏡。另外，在第一實(shí)施例中，將DMD 15作為光反射部件的示例。然而，本發(fā)明不限于此，而是可使用任何類型的光反射部件，只要該光反射部件具有反射線激光的被選部分的功能。另外，在第二實(shí)施例中，從液晶快門陣列14的一端至另一端一個(gè)接著一個(gè)順序地開(kāi)啟包括在液晶快門陣列14中的單元。然而，本發(fā)明不限于此。例如，可從一端至另一端以一次開(kāi)啟多個(gè)單元(例如兩個(gè)接著兩個(gè))的方式順序地開(kāi)啟單元。此外，在第二實(shí)施例中，將液晶快門陣列14作為光透射部件的示例。然而，本發(fā)明不限于此，而是可使用任何類型的光透射部件，只要該光透射部件為具有遮擋光的快門功能的微粒(microparticle)的陣列(即快門陣列)。例如，可使用MEMS快門陣列，或PLZT快門陣列來(lái)代替液晶快門陣列14。此外，在第一和第二實(shí)施例中，以如下方式確定虛假像的存在與否當(dāng)拾取的圖像位置從前一拾取的圖像位置改變了預(yù)定的閾值或更多時(shí)，確定虛假像存在。然而，確定方法不限于此，而是可使用任何方法，只要該方法可確定虛假像的存在或不存在。此外，光學(xué)探測(cè)器IA和I的元件的詳細(xì)構(gòu)造和操作也可適當(dāng)?shù)刈兓幻撾x本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)探測(cè)器，包含激光光源，發(fā)射激光；準(zhǔn)直透鏡，將從所述激光光源發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換成平行光；光變形部件，允許所述平行光變化形狀為線激光；輻射部件，采用所述線激光的被選部分照射待測(cè)量的物體；圖像拾取部件，基于從所述物體表面反射的激光，拾取所述物體的像，該物體被所述線激光的被選部分照射；以及控制器，通過(guò)所述輻射部件控制所述線激光的輻射，其中，所述線激光由多個(gè)部分構(gòu)成，該多個(gè)部分包括一個(gè)端部分和另一端部分；以及所述控制器控制所述輻射部件，使得所述輻射部件采用所述線激光的部分，從所述一個(gè)端部分至另一端部分順序地照射所述物體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)探測(cè)器，其中所述輻射部件為光反射部件，該光反射部件反射所述線激光的被選部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)探測(cè)器，其中所述光反射部件為數(shù)字微鏡器件，該數(shù)字微鏡器件包括以柵格狀形式布置的多個(gè)微反射鏡；以及當(dāng)所述線激光投射至所述微反射鏡的一些上時(shí)，所述控制器從這些微反射鏡的一端向另一端順序地開(kāi)啟所述微反射鏡中的所述一些，并關(guān)閉所述微反射鏡中的所述一些中除了剛被開(kāi)啟的微反射鏡之外的微反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)探測(cè)器，其中所述輻射部件為光透射部件，該光透射部件透射所述線激光的被選部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)探測(cè)器，其中所述光透射部件為快門陣列，包括以行布置的快門；以及所述控制器從這些快門的一端至另一端順序地打開(kāi)所述快門，而關(guān)閉除了剛被打開(kāi)的快門之外的快門。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)探測(cè)器，其中所述快門陣列為液晶快門陣列、MEMS快門陣列和PLZT快門陣列中的一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)探測(cè)器，其中基于所述物體的像，所述控制器確定虛假像的存在或不存在，所述像通過(guò)所述圖像拾取部件來(lái)拾??；以及當(dāng)所述控制器確定所述虛假像存在時(shí)，所述控制器防止所述線激光的一部分朝著所述物體傳播，所述線激光的所述部分導(dǎo)致所述虛假像的形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)探測(cè)器，其中基于所述物體的像，所述控制器確定虛假像的存在或不存在，所述像通過(guò)所述圖像拾取部件來(lái)拾??；以及當(dāng)所述控制器確定所述虛假像存在時(shí)，所述控制器防止所述線激光的一部分朝著所述物體傳播，所述線激光的所述部分導(dǎo)致所述虛假像的形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)探測(cè)器，其中基于所述物體的像，所述控制器確定虛假像的存在或不存在，所述像通過(guò)所述圖像拾取部件來(lái)拾??；以及當(dāng)所述控制器確定所述虛假像存在時(shí)，所述控制器防止所述線激光的一部分朝著所述物體傳播，所述線激光的所述部分導(dǎo)致所述虛假像的形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)探測(cè)器，其中基于所述物體的像，所述控制器確定虛假像的存在或不存在，所述像通過(guò)所述圖像拾取部件來(lái)拾?。灰约爱?dāng)所述控制器確定所述虛假像存在時(shí)，所述控制器防止所述線激光的一部分朝著所述物體傳播，所述線激光的所述部分導(dǎo)致所述虛假像的形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)探測(cè)器，其中基于所述物體的像，所述控制器確定虛假像的存在或不存在，所述像通過(guò)所述圖像拾取部件來(lái)拾??；以及當(dāng)所述控制器確定所述虛假像存在時(shí)，所述控制器防止所述線激光的一部分朝著所述物體傳播，所述線激光的所述部分導(dǎo)致所述虛假像的形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)探測(cè)器，其中基于所述物體的像，所述控制器確定虛假像的存在或不存在，所述像通過(guò)所述圖像拾取部件來(lái)拾取;以及當(dāng)所述控制器確定所述虛假像存在時(shí)，所述控制器防止所述線激光的一部分朝著所述物體傳播，所述線激光的所述部分導(dǎo)致所述虛假像的形成。
全文摘要
一種光學(xué)探測(cè)器，包含激光光源，發(fā)射激光；準(zhǔn)直透鏡，將從所述激光光源發(fā)射的激光轉(zhuǎn)換成平行光；光變形部件，允許所述平行光變化形狀為線激光；輻射部件，采用所述線激光的被選部分照射待測(cè)量的物體；圖像拾取部件，基于從所述物體表面反射的激光，拾取所述物體的像，該物體被所述線激光的被選部分照射；以及控制器，通過(guò)所述輻射部件控制所述線激光的輻射。所述線激光由多個(gè)部分構(gòu)成，該多個(gè)部分包括一個(gè)端部分和另一端部分；并且所述控制器控制所述輻射部件，使得所述輻射部件采用所述線激光的部分，從所述一個(gè)端部分至另一端部分順序地照射所述物體。
文檔編號(hào)G01B11/24GK103033143SQ20121036699
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者山縣正意, 根本賢太郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐