如何为高反射率光学元件实现1纳米级非接触表面精度检测与精密对准？【超精密光学，位移传感器选型】

1. 高反射率光学元件的基本结构与技术要求

高反射率光学元件，顾名思义，是那些表面经过特殊处理，能够高效反射光线的器件。这包括我们常见的各种精密镜片、激光谐振腔内的反射镜、光刻机中的投影物镜等。这些元件的核心目标是确保光路传输的效率和准确性。

从结构上看，高反射率光学元件通常由基底材料（如石英玻璃、硅、蓝宝石等）和在其表面镀制的多层薄膜构成。这些薄膜的厚度、材料种类和层数都经过精密设计，以在特定波长范围内达到极高的反射率，同时最大限度地减少光能损耗。想象一下，这就像给镜子穿上了一层层“隐形衣”，让光线几乎全部弹开，而不是被吸收或穿透。

在技术要求上，这类元件对表面质量和位置精度有着近乎严苛的要求：

• 表面损伤规避：由于反射率极高，任何微小的划痕、灰尘、指纹甚至空气中的微粒，都可能在光路中形成散射、吸收或衍射，从而降低元件性能。因此，在对准过程中，绝对禁止任何形式的物理接触，以避免表面损伤。

• 超高表面精度：元件表面必须极其平坦、光滑，通常要求达到纳米级甚至亚纳米级的表面粗糙度和面形精度。这就像我们要求镜面不是平的，而是像宇宙中的黑洞一样平滑，任何一点凸起或凹陷都可能影响光的传播轨迹。

• 精密空间对准：元件在光路中不仅要保持自身的高精度，更要确保与其他元件之间的相对位置和角度达到微米甚至亚微米级的对准。比如，激光器的两片谐振腔镜，如果不能精确平行对准，激光就无法有效振荡。这种对准通常包括平移（X, Y, Z方向）和旋转（俯仰、偏航、滚转）六个自由度。

• 环境稳定性：温度变化、振动和气流都可能导致元件变形或位置偏移。因此，在对准和后续运行过程中，需要高度稳定的环境和监测系统。

2. 针对高反射率光学元件的相关技术标准简介

针对高反射率光学元件的质量和对准，业界有一套详细的监测参数和评价方法，以确保其性能达标。这些参数主要关注元件的几何特性、表面质量以及对准状态。

• 表面面形精度 (Surface Form Accuracy)：

  • 定义：指元件实际工作表面相对于理想设计表面之间的偏差。常见的评估指标包括：

    • 峰谷值 (Peak-to-Valley, PV)：表面最高点与最低点之间的距离。

    • 均方根值 (Root Mean Square, RMS)：表面偏差的统计平均值，能更好地反映整体面形质量。

  • 评价方法：通常使用干涉仪进行非接触式测量。干涉仪会发出光波并与从元件表面反射回来的光波进行叠加，形成的干涉条纹能直观地显示出表面的高低起伏，就像水波纹在平静水面上遇到障碍物时产生涟漪一样。

• 表面粗糙度 (Surface Roughness)：

  • 定义：指元件表面微观不平整度的量度。它直接影响光的散射特性和元件的反射效率。主要指标有：

    • 算术平均粗糙度 (Ra)：表面轮廓偏离中线距离的算术平均值。

    • 均方根粗糙度 (Rq)：表面轮廓偏离中线距离的均方根值，对偶发性较大的峰谷值更敏感。

  • 评价方法：常用非接触式光学轮廓仪（如白光干涉仪、共聚焦显微镜）进行扫描测量，生成表面的三维形貌图，然后通过专业软件计算得到粗糙度参数。

• 对准精度 (Alignment Accuracy)：

  • 定义：指光学元件在系统中的实际位置和姿态相对于理论设计位置和姿态的偏差。这包括：

    • 平移误差：在X、Y、Z三个方向上的位置偏移。

    • 角度误差：围绕X、Y、Z轴的旋转偏差（如俯仰、偏航、滚转）。

  • 评价方法：利用高精度位移传感器（如电容传感器、激光干涉仪）实时监测元件的位置，并结合视觉系统进行辅助判断。通过闭环控制系统，根据测量到的误差信号调整执行机构，直至达到所需对准精度。

• 平行度与垂直度 (Parallelism and Perpendicularity)：

  • 定义：评价元件表面之间或元件表面与基准面之间的相对角度关系。例如，两个反射镜是否精确平行，或者一个光学元件的安装面是否精确垂直于光轴。

  • 评价方法：结合精密测角仪、自准直仪或多维位移测量系统进行测量。通过测量不同点的高度差或角度偏差来评估。

这些参数的监测和评价，对于确保高反射率光学元件在精密光学系统中的性能至关重要，它们共同构成了衡量元件质量和系统对准水平的“体检报告”。

3. 实时监测/检测技术方法

实现高反射率光学元件的非接触式精密对准并避免表面损伤，需要依赖一系列先进的实时监测/检测技术。这些技术各有特点，适用于不同的场景和精度要求。

3.1 市面上各种相关技术方案

3.1.1 电容式位移测量技术

电容式位移测量技术是一种经典的非接触式测量方法，尤其擅长于短距离、高精度的位移或间隙测量。它的工作原理是利用电场的变化来感应距离。

工作原理和物理基础：

传感器探头与待测的高反射率光学元件（通常其表面镀有导电层或本身是导电材料）之间形成一个电容器。当传感器探头与光学元件之间的距离发生微小变化时，这个电容器的电容值也会随之改变。

根据平行板电容器的经典公式，电容C可以表示为：

C = (ε * A) / d

其中： * C 是电容值（单位：法拉，F） * ε 是两电极板之间介质的介电常数 * A 是两电极板相互重叠的面积 * d 是两电极板之间的距离

在这个公式中，我们可以看到，当A和ε保持不变时，电容C与距离d成反比关系。这意味着，一旦我们精确测量出电容C的变化，就可以反推出距离d的微小变化。系统内部会有一个高频振荡电路，将电容的变化转换为电压或频率的变化，再经过信号处理和校准，最终输出与距离成正比的模拟或数字信号。

核心性能参数的典型范围：

• 精度：可达0.01% - 0.25% FSO（满量程输出）

• 分辨率：亚纳米级到几纳米（例如，0.05 nm - 5 nm）

• 测量范围：通常较短，从几十微米到几毫米（例如，±10 um - 2 mm）

• 响应时间：通常在微秒级到毫秒级（例如，带宽可达10 kHz或更高）

技术方案的优缺点：

• 优点：

  • 超高分辨率和精度：能够实现亚纳米级的位移测量，对于高精密对准至关重要。

  • 真正的非接触式测量：基于电场感应，探头与被测物之间始终存在微小间隙，完全避免了对高反射率光学元件表面的任何机械接触和损伤。

  • 响应速度快：电场变化迅速，系统响应速度快，适用于实时对准和动态监测。

  • 对环境光线不敏感：不受环境光照影响，可在各种光照条件下稳定工作。

  • 结构相对简单紧凑：探头通常由简单的电极结构组成，便于集成到空间受限的精密机构中。

• 局限性：

  • 要求被测物具有导电性：对于完全绝缘的被测物，需要进行特殊处理或使用其他技术。不过，高反射率光学元件通常有金属镀层，能满足这一要求。

  • 测量范围有限：主要适用于短距离、小范围的位移测量。

  • 易受环境湿度影响：空气的介电常数会随湿度变化，可能对测量精度造成影响，需要进行温度和湿度补偿或在稳定环境中操作。

  • 探头与被测物之间的几何关系敏感：探头的尺寸、形状以及被测物表面的平整度会影响电场分布，需要精确校准。

• 成本考量：在中高端精密测量领域，电容位移传感器具有较好的性价比，尤其在需要亚纳米级精度的应用中。

3.1.2 激光干涉测量技术

激光干涉测量技术是一种利用光的干涉原理进行超精密位移测量的方法，常用于纳米级精度要求的场景，如半导体制造、精密机床校准等。

工作原理和物理基础：

激光干涉仪的核心是利用激光的稳定波长作为“尺子”。它通常将一束激光分成两束：一束作为参考光，另一束作为测量光。测量光射向被测物体并反射回来，与参考光束在探测器处重新会合。如果两束光的路径长度不同，它们就会产生相位差，叠加后形成明暗相间的干涉条纹。

当被测物体发生微小位移时，测量光的路径长度会改变，导致干涉条纹发生移动。系统通过精确计数干涉条纹的移动数量，就可以计算出物体的位移。位移与条纹数的关系如下：

∆d = (N * λ) / 2

其中： * ∆d 是被测物体的位移 * N 是干涉条纹移动的半波长数量 * λ 是激光的波长

核心性能参数的典型范围：

• 精度：可达±0.1 ppm - ±1 ppm (百万分之一)，即每米位移误差在±0.1微米到±1微米。

• 分辨率：可达亚纳米甚至皮米级（例如，0.05 nm - 0.1 nm）

• 测量范围：从几毫米到数十米不等，适用于长距离高精度测量。

• 响应时间：取决于条纹计数速度，可达数米/秒的测量速度。

技术方案的优缺点：

• 优点：

  • 极高的测量精度和分辨率：能够实现纳米甚至亚纳米级的位移检测，是目前可用的最高精度测量技术之一。

  • 长距离测量能力：适用于需要在大范围内进行精密定位和对准的场合。

  • 非接触式测量：光束不接触被测物体，避免了对表面的损伤。

• 局限性：

  • 环境敏感性高：对空气温度、湿度、气压、振动和空气湍流非常敏感，这些因素都会改变光的折射率，从而影响测量精度，通常需要在严格受控的环境下使用。

  • 安装和校准复杂：系统通常包含多个光学元件，安装和对准过程比较复杂，需要专业知识。

  • 对被测物体表面要求高：需要被测物具有良好的反射特性，高反射率光学元件通常能满足此要求。

• 成本考量：通常价格昂贵，属于高端精密测量设备。

3.1.3 共聚焦测量技术

共聚焦测量技术是一种基于光学原理的非接触式位移和表面形貌测量方法，它通过精确聚焦光束来确定物体表面的位置。

工作原理和物理基础：

共聚焦测量技术的关键在于“共聚焦”设计。它使用一个点光源发出的光束，通过物镜精确聚焦到被测物体表面。在接收端，放置一个与点光源在光学上共轭的针孔光阑。只有当光束精确聚焦在被测物体表面时，其反射光才能通过针孔光阑到达接收器。

当被测物体表面发生微小位移时，焦点会离开物体表面，反射光通过针孔光阑的光强会显著减弱。通过沿Z轴方向扫描物镜或被测物体，并记录不同高度位置下的反射光强度，可以找到光强最大的位置，这个位置就对应着物体表面的精确高度。

虽然共聚焦原理没有一个像电容或干涉那样直接的简单公式来表示距离与某一物理量（如电容、条纹数）的直接线性关系，但其核心在于光斑大小与离焦量的关系，以及光强与焦点的匹配。

核心性能参数的典型范围：

• 精度：亚微米到几十纳米

• 分辨率：可达几十纳米

• 测量范围：通常较短，从几百微米到几毫米

• 采样频率：从几赫兹到几十千赫兹

技术方案的优缺点：

• 优点：

  • 高Z轴分辨率和精度：能够精确测量物体表面的高度或位移。

  • 材料适应性广：不仅适用于高反射率表面，也能测量粗糙、透明、半透明甚至多层结构的对象。

  • 侧面分辨率高：能够有效抑制离焦光，提高图像对比度和深度分辨率。

• 局限性：

  • 点测量：传统的共聚焦是单点测量，要获取整个表面形貌需要X-Y扫描，效率相对较低。

  • 测量范围有限：通常测量范围较小。

  • 对表面倾斜角度敏感：当被测物表面倾斜角度过大时，反射光可能无法有效返回并穿过针孔，导致测量困难。

• 成本考量：中高端产品，价格适中，但高速或高精度系统可能较贵。

3.1.4 线光谱共聚焦测量技术

线光谱共聚焦是共聚焦技术的一个高级变种，旨在解决传统共聚焦点测量效率低的问题，实现高速3D轮廓测量。

工作原理和物理基础：

线光谱共聚焦结合了共聚焦原理和色散光学。它不使用单色激光点光源，而是采用宽带光源，通过一个特殊设计的色散光学系统，使得不同波长的光被聚焦到不同的Z轴高度上。这意味着，在被测物体表面形成的是一条“光谱聚焦线”，线上每个点的高度都由其对应的反射光波长所决定。

当这条光谱线照射到物体表面时，来自表面不同高度点的反射光将携带不同的波长信息。这些反射光被收集并通过光谱仪进行分析，光谱仪能够精确识别出返回光的波长分布，从而在单次扫描中同时测量沿一条线上的数千个点的三维高度信息。

核心性能参数的典型范围：

• 精度：亚微米到几十纳米

• Z轴重复性：可达0.01 微米

• 横向点间距：几微米

• 线扫描速度：高速，每秒可测量数千条线

技术方案的优缺点：

• 优点：

  • 高速3D轮廓测量：通过一次线扫描即可获得数千个点的三维数据，极大地提高了测量效率。

  • 高横向和纵向分辨率：同时具备共聚焦的高Z轴分辨率和沿线的横向分辨率。

  • 适用于多种材料：与点共聚焦类似，对透明、半透明和反射表面都能稳定测量。

  • 非接触式，适合在线批量检测。

• 局限性：

  • 测量范围仍然相对有限。

  • 光学系统复杂：涉及色散和光谱分析，设备相对复杂和昂贵。

• 成本考量：高端产品，价格较高。

3.1.5 绝对式直线编码器技术

绝对式直线编码器是一种用于精确测量直线运动位置的传感器，它不是直接测量光学元件表面的距离或形貌，而是测量承载光学元件的精密运动平台（如对准台）的绝对位置。

工作原理和物理基础：

绝对式直线编码器通常由一个刻有精密编码图案的标尺和一个读取头组成。读取头通过光学方式扫描标尺上的绝对编码图案。这个图案包含着从零点开始的每一个精确位置信息。

当读取头沿着标尺移动时，它会不断读取当前位置的编码图案，并通过光电探测器接收反射或透射的光信号变化。内部集成的复杂算法会实时解析这些信号，直接输出当前精确的绝对位置数据，而无需像增量式编码器那样在每次上电后进行归零操作。

核心性能参数的典型范围：

• 分辨率：纳米级到亚微米级

• 精度：高精度，通常以每米误差表示

• 最大速度：高速运行，可达数十米/秒

• 测量范围：从几厘米到数十米，取决于编码尺的长度。

技术方案的优缺点：

• 优点：

  • 真正绝对式位置测量：上电后无需归零，直接提供准确位置，提高了系统启动效率和可靠性。

  • 极高的精度和分辨率：确保精密定位的准确性。

  • 抗污染能力强：许多设计在恶劣环境下仍能可靠工作，具有较好的环境适应性。

  • 非接触式读取：读取头与编码尺之间无机械接触，无磨损，寿命长。

  • 适用于高速运动控制：能够实现高速、高精度的运动控制。

• 局限性：

  • 测量的是机械平台的位移：不能直接测量光学元件的表面特性或与另一个元件的直接间隙，需要与其他传感器配合使用。

  • 需要物理安装编码尺：对安装环境和机械结构有一定要求。

• 成本考量：高端精密机械系统中的关键部件，价格相对较高。

3.2 市场主流品牌/产品对比

以下将对比几家在精密测量领域知名的品牌及其采用的技术方案：

• 美国赛默飞世尔科技：

  • 技术方案：激光干涉测量技术。其Zygo ZMI™ 7702 激光测量系统，基于赫歇尔-马赫干涉仪原理，通过精确检测激光干涉条纹的变化来计算被测物体的微小位移，能够实现纳米级对准。

  • 核心参数：分辨率高达0.078纳米，精度可达±1 ppm (百万分之一)，最大测量速度7米/秒。

  • 应用特点与独特优势：以其极高的测量精度和分辨率闻名，适用于对位移检测有极致要求的精密仪器和半导体制造领域。非接触式测量方式保证了对敏感元件的零损伤。

• 英国真尚有：

  • 技术方案：电容式位移测量技术。英国真尚有ZNX40X亚纳米电容位移传感器利用电容效应，通过测量传感器探头与被测物体之间距离变化引起的电容值变化，来精确计算非接触距离或位移。

  • 核心参数：分辨率达到亚纳米级，测量范围根据探头从±10um到±1000um不等，满量程线性度优于0.025%，标准带宽1kHz（可选10kHz）。

  • 应用特点与独特优势：在短距离非接触测量中提供超高精度和优秀的温度稳定性。其独特的单探头接地设计和无探头电子元件零发热特性，使其在空间受限和对热稳定性有高要求的场合表现出色。对被测目标导电性有要求，但对高反射率光学元件通常满足。

• 德国微米特：

  • 技术方案：电容式位移测量技术。德国微米特capaNCDT 6112 电容式位移测量控制器，同样基于电容效应，通过测量电容值的变化来精确计算非接触距离或位移。

  • 核心参数：分辨率小于0.5纳米（对于0.2毫米量程），测量范围0.2毫米（搭配CSE02传感器），线性度小于0.2% FSO，测量频率高达20千赫兹。

  • 应用特点与独特优势：以其极高的分辨率和精度，实现亚纳米级非接触测量。响应速度快，适用于在线实时检测，且对环境光线和灰尘不敏感，在工业自动化和质量控制中应用广泛。

• 日本基恩士：

  • 技术方案：共聚焦测量技术。日本基恩士CL-3000 系列共聚焦位移传感器基于共聚焦原理，通过Z轴扫描并检测最大光强位置来精确确定物体表面的高度或位移。

  • 核心参数：分辨率20纳米（Z轴），测量范围±0.75毫米（总1.5毫米），线性度±0.05% F.S.，采样频率高达25.6千赫兹。

  • 应用特点与独特优势：高Z轴分辨率和精度，即使是粗糙、透明或镜面物体也能稳定测量，不受材料颜色或倾斜角度影响。非接触式高速采样，适合在线精密对准和轮廓检测。

• 英国雷尼绍：

  • 技术方案：绝对式直线编码器技术。英国雷尼绍RESOLUTE™ 绝对式直线编码器采用光学方式扫描编码带上的绝对编码图案，提供真正的绝对位置信息。

  • 核心参数：分辨率1纳米，精度±1微米/米（系统精度），最大速度高达100米/秒。

  • 应用特点与独特优势：提供真正的绝对位置测量，上电无需归零，大幅提高工作效率。极高的精度和分辨率确保精密定位，同时抗污染能力强，适用于严苛工业环境下的精密运动控制。

3.3 选择设备/传感器时需要重点关注的技术指标及选型建议

在选择高反射率光学元件的非接触式精密对准传感器时，需要综合考量多项关键技术指标，它们直接决定了测量系统的性能和适用性。

• 分辨率 (Resolution)：

  • 实际意义：传感器能够检测到的最小位移或高度变化。它决定了对准的精细程度。

  • 影响：分辨率越高，意味着对准可以越精确，能捕获到更微小的偏差。对于需要纳米甚至亚纳米级对准的高反射率光学元件，这是首要考虑指标。

  • 选型建议：如果应用要求是亚纳米级对准（如超精密光学系统、半导体光刻），应优先选择分辨率在0.1纳米以下的传感器。如果微米级精度即可，则有更多选择。

• 精度 (Accuracy) 和线性度 (Linearity)：

  • 实际意义：精度指测量值与真实值之间的接近程度；线性度则表示在整个测量范围内，传感器输出信号与实际位移变化的对应关系是否呈线性。

  • 影响：精度决定了测量结果的可靠性，线性度则保证了在不同测量点都能得到一致准确的结果。

  • 选型建议：通常用满量程百分比（% FSO）表示。选择时应确保其满足应用所需的整体对准误差预算。

• 重复性 (Repeatability)：

  • 实际意义：在相同条件下，多次测量同一位置时，测量结果的一致性。

  • 影响：高重复性是实现稳定精密对准的基础。

  • 选型建议：通常比精度要求更高。

• 测量范围 (Measurement Range)：

  • 实际意义：传感器能够有效测量位移的最大和最小距离。

  • 影响：测量范围决定了传感器可以应对的对准偏差大小，以及是否能覆盖整个调整行程。

  • 选型建议：需要根据实际对准机构的调整行程和预期的初始偏差来选择。短距离传感器通常分辨率更高，但如果初始对准偏差较大，可能需要大范围传感器或多级对准策略。

• 响应速度 / 带宽 (Response Speed / Bandwidth)：

  • 实际意义：传感器能够响应并输出测量结果的速度。带宽越高，响应速度越快。

  • 影响：对于需要实时反馈进行动态闭环对准的系统，响应速度至关重要。

  • 选型建议：如果对准过程是静态的或低速的，较低的带宽即可。但如果是高速动态对准或需要抑制高频振动，则需要选择高带宽的传感器。

• 材料兼容性 (Material Compatibility)：

  • 实际意义：传感器是否能有效测量特定材质的被测物。

  • 影响：例如，电容传感器需要被测物是导体；激光干涉仪需要高反射率表面；共聚焦和线光谱共聚焦对多种材质都有较好的适应性。

  • 选型建议：高反射率光学元件通常具有导电镀层或良好的反射特性。电容传感器是可行方案，但需注意介电常数影响；光学传感器则要确保光路清晰且无遮挡。

• 环境鲁棒性 (Environmental Robustness)：

  • 实际意义：传感器在不同环境条件下的性能稳定性。

  • 影响：对环境敏感的传感器可能需要更严格的环境控制措施。

  • 选型建议：激光干涉仪对环境最为敏感；电容传感器对湿度敏感；共聚焦相对稳定。在非洁净室或有振动的环境下，需选择对环境变化具有良好补偿或抗干扰能力的传感器。

• 成本考量 (Cost Consideration)：

  • 实际意义：设备的采购、安装和维护成本。

  • 影响：高性能往往意味着高成本。

  • 选型建议：在满足所有性能要求的前提下，选择性价比最优的方案。

3.4 实际应用中可能遇到的问题和相应解决建议

在实际应用中，高反射率光学元件的非接触式精密对准是一个复杂的过程，可能会遇到多种问题，需要细致的分析和针对性的解决方案。

• 问题1：环境振动和温度漂移

  • 原因与影响：微小的地面振动、设备内部马达的振动，或者环境温度的微弱变化，都可能导致光学元件的位置发生纳米级的偏移或传感器读数出现漂移。

  • 解决建议：

    • 振动隔离：采用主动或被动式隔振平台，将整个对准系统与外部振动源隔离开来。

    • 温度控制：将对准系统放置在恒温恒湿的洁净室环境中，并对关键部件进行温度控制。同时，选用具有优秀温度稳定性的传感器，并利用传感器的温度补偿功能或在软件层面进行温度漂移校正。例如，英国真尚有ZNX40X亚纳米电容位移传感器具有优秀的温度稳定性。

• 问题2：被测元件表面污染

  • 原因与影响：空气中的微小颗粒、元件制造或搬运过程中的残留物，都可能吸附在光学元件的高反射表面上，影响测量精度。

  • 解决建议：

    • 洁净环境：确保对准操作在最高等级的洁净室中进行。

    • 清洁操作：使用专业的溶剂结合无尘布或气枪进行表面清洁。

    • 密封与防护：在非对准状态下，用专用洁净容器或薄膜对光学元件进行密封保护。

• 问题3：传感器测量范围与对准行程不匹配

  • 原因与影响：许多高精度非接触式传感器的测量范围相对较小，可能无法覆盖光学元件从初始大偏差到最终精密对准的整个调整行程。

  • 解决建议：

    • 多级对准策略：采用“粗-精”两级或多级对准方法。

    • 选择合适的传感器：根据实际调整机构的行程和对准精度要求，合理选择测量范围。例如，英国真尚有ZNX40X提供了±5um-2mm的测量范围，不同探头可选择±10um到±1000um，在短距离精密测量中提供了不错的灵活性。

• 问题4：非导电或特殊材料的光学元件对准

  • 原因与影响：电容式传感器通常要求被测物体具有一定的导电性。如果光学元件表面是纯绝缘体，电容传感器将无法直接测量。

  • 解决建议：

    • 镀膜处理：对于允许的元件，可以在非关键区域镀制一层薄的导电膜，以便电容传感器测量。

    • 更换传感器技术：如果无法进行镀膜或元件性质特殊，则需要考虑使用其他非接触式测量技术，如共聚焦传感器、线光谱共聚焦传感器。

    • 间接测量：测量固定光学元件的载体或夹具的位移，但这种方法会引入新的误差源。

4. 应用案例分享

• 半导体光刻机：在晶圆光刻过程中，需要将掩模版和晶圆以纳米甚至亚纳米级精度进行对准。非接触式位移传感器用于实时监测晶圆台或掩模台的位置，确保曝光的精度和良率。

• 精密光学系统制造与装配：在高性能激光器、空间望远镜或医用光学仪器的装配线上，高反射率镜片和透镜需要极其精确地对准。非接触式传感器用于监测镜片之间的相对位置和倾角，确保光路的高效传输和像质。

• 光学镀膜设备：在光学元件镀膜过程中，需要精确控制镀膜靶材与基底之间的距离，以保证镀膜均匀性和膜层厚度。电容位移传感器等可实现实时、非接触的间隙监测和闭环控制。

• 先进制造中的微纳操作：在MEMS/NEMS器件的制造和组装中，常需要对微小结构进行操作和定位。非接触式精密对准传感器为这些微纳机器人的精确运动提供了关键反馈。

• 计量检测领域：用于精密计量设备的校准，如三坐标测量机 (CMM) 或纳米级定位平台，通过非接触式传感器验证其运动精度和重复性。

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参考资料（非文章中间引用）

• ISO 10110: Optics and optical instruments — Preparation of drawings for optical elements and systems

• ISO 14644: Cleanrooms and associated controlled environments

• ASME B89.3.4: Measurement of Roundness

• ISO 25178: Geometrical product specifications (GPS) — Surface texture: Areal

• ASTM E1570: Standard Test Method for Measuring Non-Contact Displacement and Thickness of Thin Conductive Films Using Eddy Current Techniques

• 各类精密位移传感器厂商的产品技术手册及应用指南。