[发明专利]光学探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学探测器（probe）。

背景技术

传统上已知非接触式光学探测器（例如见于PCT国际申请No.2009-534969的日本译文公布）。这种非接触式光学探测器使用激光照射待测量的物体（以下称为工件），检测由工件的表面反射的光，以及获得工件的各个点的位置坐标。

已知如图10中示出的线光学探测器100，作为非接触式光学探测器的示例。线光学探测器100使用扩束器103，该扩束器103允许激光变化形状为光L1，光L1在形状上为线的（以下称为线激光）。在线光学探测器100中，使用准直透镜102将由激光光源101发射的激光转换成平行光。然后，扩束器103允许平行光变化形状为线激光L1。因此，工件W被线激光L1照射。投射至工件W的线激光L1在工件W的表面上反射，以入射至图像拾取元件（未示出）上。这样，线光学探测器100可“一次”测量工件W的形状（form）。

已知如图11中示出的飞点（flying spot）光学探测器200、作为非接触式光学探测器的另一示例。飞点光学探测器200使用旋转检流计（galvanometer）反射镜203。在飞点光学探测器200中，由激光光源201发射的激光通过反射镜202入射至检流计反射镜203上。然后，从检流计反射镜203反射的光L2（以下称为点激光（point laser light））的离散点照射工件W。驱动检流计反射镜203关于入射光旋转。点激光L2扫描工件W的表面，使得点激光L2画出依据检流计反射镜203的旋转驱动的线。已扫描了工件W的表面的点激光L2在工件上被反射，以入射至图像拾取元件（未示出）上。这样，飞点光学探测器200可“顺序地（in sequence）”测量工件W的形状。

已知如图12中示出的旋转反射镜光学探测器300，作为非接触式光学探测器的再一示例。旋转反射镜光学探测器300使用旋转多面反射镜303。在旋转反射镜光学探测器300中，由激光光源301发射的激光通过反射镜302入射至多面反射镜303上。然后，从多面反射镜303反射的光L3（以下称为点激光）的离散点照射工件W。驱动多面反射镜303关于入射光旋转。点激光L3扫描工件W的表面，使得点激光L3画出依据多面反射镜303的旋转驱动的线。已扫描了工件W的表面的点激光L3在工件上被反射，以入射至图像拾取元件（未示出）上。这样，旋转反射镜光学探测器300可“顺序地”测量工件W的形状，类似于飞点光学探测器200。

通常，作为测量原理，光剖切法（light-section method）用于非接触式光学探测器。例如，如图13和图14中所示，当线光学探测器100以光剖切法测量工件W的形状时，工件W的表面被线激光L1照射，该线激光L1通过光学系统（未示出的准直透镜和扩束器）来自于激光光源101。因此，仅需要通过图像拾取元件104拾取被激光照射的区域的像，以测量工件W的形状。与飞点光学探测器200和旋转反射镜光学探测器300相比，光学系统中不具有移动机构的线光学探测器100更易于维护。

特别地，当利用来自传统光学探测器的激光照射具有镜面或边角（corner）的工件时，有时由于多次反射而得到错误的形状（false shape）（虚假像）。

在线光学探测器100的情况中，如图15和图16中所示，以线形状不断地投射激光，并且一次获得工件W的形状。从而，当由于多次反射而形成虚假像时，真实像（real image）R和虚假像（virtual image）V不能彼此区分开，这是不合适的。

在这点上，飞点光学探测器200和旋转反射镜光学探测器300照射工件W，使得点激光在工件上画出线，以顺序地获得工件W的形状。因此，飞点光学探测器200和旋转反射镜光学探测器300可相对容易地识别由于多次反射而形成的虚假像。

然而，与线光学探测器100相比，飞点光学探测器200和旋转反射镜光学探测器300在结构上更复杂，这是因为探测器200和300在光学系统中各自都需要移动机构，如上所述。因此，探测器200和300的维护很麻烦。

此外，在需要利用马达等控制检流计反射镜203的工作角度的飞点光学探测器200的情况中，除非精确地控制检流计反射镜203的工作角度，否则不能准确地测量工件W的形状。此外，因为检流计反射镜203为移动机构，所以在长时间使用之后其性能退化。因此必须维护检流计反射镜203。